JP2018165752A - 画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図ることのできる画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイを提供する。【解決手段】画像表示装置は、光源から出射される光を走査する走査部と、前記走査部を収納する収納部の少なくとも一部を構成し、前記走査部で走査された光を透過させることで減光する減光部と、を有する。また、前記光源から出射された光は、前記減光部内を伝搬することで減光された後、前記走査部で走査される。また、画像表示装置は、前記減光部内を伝搬する前記光を反射して前記走査部に導く反射部を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイに関するものである。

画像表示装置の映像表示技術の１つとして、眼の網膜に直接レーザーを照射し、使用者に画像を視認させる技術が近年注目を集めている。例えば、特許文献１には、レーザー光源と、眼の網膜の結像面にレーザー光を走査する走査部と、を有する画像表示装置が記載されている。また、特許文献１の画像表示装置は、レーザー光源と走査部との間にＮＤフィルターを配置してレーザー光を減光することで、レーザー光から網膜を保護する設計となっている。

特開２００５−５５７８０号公報

しかしながら、このような構成では、レーザー光を減光するためにＮＤフィルターを追加しなければならず、画像表示装置の小型化を図ることが困難となる。

本発明の目的は、小型化を図ることのできる画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイを提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。

本発明の画像表示装置は、光源から出射される光を走査する走査部と、
前記走査部を収納する収納部の少なくとも一部を構成し、前記走査部で走査された光を透過させることで減光する減光部と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、収納部の一部が減光部となっているため、収納部とは別に減光部を配置した場合に比べて、画像表示装置の小型化を図ることができる。

本発明の画像表示装置では、前記光源から出射された光は、前記減光部内を伝搬することで減光された後、前記走査部で走査されることが好ましい。
これにより、減光部は、光源から出射された光を走査部で走査される前（上流側）と後（下流側）とで減光することができる。このように、複数回に分けて光を減光することで、より効果的に光を減光することができる。

本発明の画像表示装置では、前記減光部内を伝搬する前記光を反射して前記走査部に導く反射部を有することが好ましい。
これにより、簡単な構成でかつ容易に、減光部を伝搬する光を走査部に導くことができる。

本発明の画像表示装置では、前記走査部で走査された光は、前記減光部の前記反射部よりも光の伝搬方向上流側の領域を透過することが好ましい。
これにより、歪みの小さい画像を形成することができる。

本発明の画像表示装置では、前記減光部は、ＮＤフィルターであることが好ましい。
これにより、減光部の構成が簡単なものとなる。

本発明の画像表示装置では、前記光源から出射された光は、前記減光部を透過することで減光された後、前記走査部で走査されることが好ましい。
これにより、減光部は、光源から出射された光を走査部で走査される前（上流側）と後（下流側）とで減光することができる。このように、複数回に分けて光を減光することで、より効果的に光を減光することができる。

本発明の画像表示装置では、前記光源から出射され、前記減光部を透過した光を反射する反射部を有し、
前記反射部で反射された光は、前記減光部を透過することで減光された後、前記走査部で走査されることが好ましい。
これにより、走査部で走査する前に光が減光部を２度透過するため、走査部で走査する前に光をより効果的に減光することができる。

本発明の画像表示装置では、前記反射部は、前記減光部を介して前記走査部と反対側に位置することが好ましい。
これにより、反射部で反射して減光部を透過した光を簡単に走査部に導くことができる。そのため、画像表示装置の装置構成が簡単なものとなる。

本発明の画像表示装置では、前記減光部は、偏光板であることが好ましい。
これにより、減光部の構成が簡単なものとなる。

本発明のヘッドマウントディスプレイは、光源から出射される光を走査する走査部と、
前記走査部を収納する収納部の少なくとも一部を構成し、前記走査部で走査された光を透過させることで減光する減光部と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、収納部の一部が減光部となっているため、収納部とは別に減光部を配置した場合に比べて、ヘッドマウントディスプレイの小型化を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係る画像表示装置を示す上面図である。 図１に示す画像表示装置の斜視図である。 図１に示す画像表示装置が有する表示ユニットを示す断面図である。 図３に示す表示ユニットが有する変調光生成部の構成を示す図である。 図３に示す表示ユニットが備える走査部を示す平面図である。 偏向部を示す上面図である。 本発明の第２実施形態に係る画像表示装置が有する表示ユニットを示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る画像表示装置が有する表示ユニットを示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係る画像表示装置が有する表示ユニットを示す断面図である。 本発明の第５実施形態に係る画像表示装置が有する表示ユニットを示す断面図である。 本発明の第６実施形態に係る画像表示装置が有する表示ユニットを示す断面図である。

以下、本発明の画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイの好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置を示す上面図である。図２は、図１に示す画像表示装置の斜視図である。図３は、図１に示す画像表示装置が有する表示ユニットを示す断面図である。図４は、図３に示す表示ユニットが有する変調光生成部の構成を示す図である。図５は、図３に示す表示ユニットが備える走査部を示す平面図である。図６は、偏向部を示す上面図である。なお、以下では、説明の便宜上、観察者にとっての右側を「右」とも言い、左側を「左」とも言い、後側を「後」とも言う。

図１に示す画像表示装置１００は、ヘッドマウントディスプレイ（頭部装着型画像表示装置）である。このような画像表示装置１００は、眼鏡のような外観をなし、観察者の頭部Ｈに装着して使用され、観察者に虚像による画像を外界像と重畳した状態で視認させることができる。

画像表示装置１００は、図１に示すように、フレーム２００と、フレーム２００に支持された表示ユニット３００および偏向部６００と、を有している。なお、本実施形態の表示ユニット３００は、観察者の右眼用に設けられているが、これに限定されず、左眼用に設けられていてもよい。また、観察者の右眼用に設けられた表示ユニット３００と、観察者の左眼用に設けられた表示ユニット３００と、を有していてもよい。すなわち、単眼型のヘッドマウントディスプレイであってもよいし、両眼型のヘッドマウントディスプレイであってもよい。

図２に示すように、フレーム２００は、眼鏡フレームのような形状をなしており、表示ユニット３００を支持している。また、フレーム２００は、観察者の眼ＥＹの前方に位置するフロント部２１０と、フロント部２１０の左右両端から延出した一対のテンプル部２２０、２３０と、を有している。

また、フロント部２１０は、リム部２１１と、リム部２１１に支持されたシェード部２１２およびノーズパッド２１３と、を有している。また、シェード部２１２は、外界光の透過を抑制する機能を有している。また、シェード部２１２は、偏向部６００を支持している。また、シェード部２１２の中央部にノーズパッド２１３が設けられている。ノーズパッド２１３は、観察者が画像表示装置１００を頭部Ｈに装着したとき、観察者の鼻ＮＳに当接して、画像表示装置１００を観察者の頭部Ｈに対して支持する。

テンプル部２２０、２３０は、フロント部２１０に接続されている。テンプル部２２０、２３０はフロント部２１０に接続されている基部側とその反対の自由端側を有している。このようなテンプル部２２０、２３０は、観察者が画像表示装置１００を頭部Ｈに装着したとき、観察者の耳ＥＡに当接するように構成されている。なお、テンプル部２２０、２３０は、フロント部２１０に対して折り畳み可能となっていてもよいし、折り畳みできないようになっていてもよい。

以上、フレーム２００について説明したが、フレーム２００の形状は、観察者の頭部Ｈに装着することができ、表示ユニット３００および偏向部６００を支持することができるものであれば、図示のものに限定されない。

また、図３に示すように、表示ユニット３００は、変調光生成部４００と、走査部５００と、減光部７００と、制御部８００と、を有している。このような表示ユニット３００は、制御部８００からの映像信号に基づいて変調光生成部４００が変調光Ｌを生成し、走査部５００が変調光Ｌを２次元的に走査し、偏向部６００が走査部５００で走査された変調光Ｌを観察者の眼ＥＹに向けて偏向するように構成され、さらに、減光部７００が走査部５００で走査される前と走査された後の変調光Ｌをそれぞれ減光（減衰）するように構成されている。このような表示ユニット３００を有することで、映像信号に応じた画像（虚像）を観察者に視認させることができる。また、減光部７００によって変調光Ｌを減光しているため画像を適度な明るさで表示することができる。

変調光生成部４００は、テンプル部２２０に配置されている。このような変調光生成部４００は、図４に示すように、波長の異なる複数の光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂを有する光源部４１０と、光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂを駆動する駆動回路４２０Ｒ、４２０Ｇ、４２０Ｂと、光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂから出射された光を平行光化するコリメータレンズ４４０Ｒ、４４０Ｇ、４４０Ｂと、光合成部４３０と、を有している。

光源４１０Ｒは、赤色のレーザー光を射出するレーザー光源である。また、光源４１０Ｇは、緑色のレーザー光を射出するレーザー光源である。また、光源４１０Ｂは、青色のレーザー光を射出するレーザー光源である。このような３色の光を用いることにより、フルカラーの画像を表示することができる。このように、光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂとしてレーザー光源を用いることで、鮮明な画像を表示することができる。光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂとしては、特に限定されないが、例えば、レーザーダイオードを用いることができる。ただし、光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂとしては、レーザー光源に限定されない。

駆動回路４２０Ｒは、光源４１０Ｒを駆動する機能を有している。また、駆動回路４２０Ｇは、光源４１０Ｇを駆動する機能を有している。また、駆動回路４２０Ｂは、光源４１０Ｂを駆動する機能を有している。また、これら駆動回路４２０Ｒ、４２０Ｇ、４２０Ｂは、制御部８００によって独立して駆動が制御されている。このような駆動回路４２０Ｒ、４２０Ｇ、４２０Ｂにより駆動された光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂから射出された３つのレーザー光は、それぞれ、コリメータレンズ４４０Ｒ、４４０Ｇ、４４０Ｂによって平行光化されて光合成部４３０に入射する。

光合成部４３０は、光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂからのレーザー光を合成するものである。本実施形態では、光合成部４３０は、２つのダイクロイックミラー４３１、４３２を有する。ダイクロイックミラー４３１は、赤色光を透過させるとともに緑色光を反射する機能を有している。また、ダイクロイックミラー４３２は、赤色光および緑色光を透過させるとともに青色光を反射する機能を有する。このようなダイクロイックミラー４３１、４３２を用いることにより、光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂからの赤色光、緑色光および青色光の３色の光を合成する。この際、制御部８００により、光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂからのレーザー光の強度をそれぞれ独立して変調することで所定の色の変調光Ｌとなる。なお、光合成部４３０の構成としては、光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂからのレーザー光を合成することができれば、特に限定されない。

以上、変調光生成部４００の構成について説明したが、変調光生成部４００の構成としては、変調光Ｌを生成することができれば、特に限定されない。例えば、変調光生成部４００は、変調光Ｌを生成することができれば、フレーム２００以外の部分に配置され、変調光Ｌを光ファイバー等でテンプル部２２０の出射位置に導光しても良い。例えば、変調光生成部４００が画像表示装置１００とは異なる筐体に格納され、その筐体から変調光Ｌを光ファイバーで画像表示装置１００に導光してもよい。また、変調光生成部４００は、少なくとも１つの光源を有していればよく、その光源から出射される光の色についても特に限定されない。

走査部５００は、テンプル部２２０に配置されている。走査部５００は、変調光生成部４００から出射された変調光Ｌを偏向部６００に向けて２次元的に走査する光スキャナーである。

走査部５００は、２軸まわりに揺動可能な光スキャナーである。走査部５００は、図５に示すように、ミラー５１１を有する可動部５１０と、可動部５１０を軸Ｊ１まわりに揺動（回動）可能に支持する軸部５２１、５２２と、軸部５２１、５２２を支持する駆動枠部５３０と、駆動枠部５３０を軸Ｊ１に直交する軸Ｊ２まわりに揺動（回動）可能に支持する軸部５４１、５４２と、軸部５４１、５４２を支持する枠状の支持部５５０と、を有している。このような走査部５００は、駆動枠部５３０を支持部５５０に対して軸Ｊ２まわりに揺動させつつ、可動部５１０を駆動枠部５３０に対して軸Ｊ１まわりに揺動させることで、可動部５１０が軸Ｊ１、Ｊ２の両軸まわりに揺動するため、ミラー５１１で反射した変調光Ｌを２次元的に走査することができる。なお、走査部５００では、可動部５１０の軸Ｊ１まわりの揺動により、フレーム２００の左右方向（水平方向）に変調光Ｌを走査し、軸Ｊ２まわりの揺動により、フレーム２００の上下方向（垂直方向）に変調光Ｌを走査するようになっている。

また、走査部５００は、可動部５１０の向きを検知する検知部５６０を有している。この検知部５６０は、軸部５２１、５４１の付け根に設けられた２つの圧電体５６１、５６２を有している。検知部５６０は、これら圧電体５６１、５６２の抵抗値変化から、可動部５１０の軸Ｊ１まわりの傾斜角および軸Ｊ２まわりの傾斜角を求めることで、可動部５１０の向きを検知するようになっている。そして、この検知部５６０で検知された可動部５１０の向きは、制御部８００へ送信され、制御部８００は、可動部５１０の向きとタイミングを合わせて変調光生成部４００から変調光Ｌが出射されるように変調光生成部４００の駆動を制御する。

このように、走査部５００として、２軸まわりに揺動可能な光スキャナーを用いることによって、走査部５００の構成や配置（特に、アライメント）が簡単なものになると共に、走査部５００の小型化を図ることができる。

なお、走査部５００の構成は、変調光Ｌを２次元的に走査することができれば、特に限定されない。例えば、走査部５００は、変調光Ｌを１次元的に走査する光スキャナーを２つ備えた構成であってもよいし、光スキャナーに替えてポリゴンミラーやガルバノミラーを用いた構成であってもよい。

偏向部６００は、フロント部２１０に設けられており、使用時に観察者の右眼の前方に位置するように配置されている。図６に示すように、偏向部６００は、観察者の右眼を覆うのに十分な大きさを有し、走査部５００で走査された変調光Ｌを映像光として観察者の眼ＥＹに入射させる機能を有する。

また、偏向部６００は、例えば、回折格子の一つであるホログラム素子（ホログラムミラー）で構成されている。このホログラム素子は、特定波長帯域にある光については回折させ、それ以外の波長帯域にある光については透過する性質を有する半透過膜である。これにより、観察者は、外界像を視認しながら、映像光により形成された画像（虚像）を視認することができる。すなわち、シースルー型のヘッドマウントディスプレイを実現することができる。なお、偏向部６００の構成としては、特に限定されず、例えば、ハーフミラーを用いることもできる。

図３に示すように、減光部７００は、テンプル部２２０に配置されており、光路上で走査部５００と偏向部６００（図１参照）との間に位置している。減光部７００は、変調光生成部４００から出射された変調光Ｌを減光する機能を有している。ここで、前述した光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂは、レーザー光源であるため、レーザー光の強度（出力）を弱くすることが困難である。また、レーザー光の強度を弱くすると所定の色の変調光Ｌを生成することが困難になる。そのため、変調光生成部４００から出射されたままの強度の変調光Ｌで形成した画像を観察者の眼ＥＹに導くと、明る過ぎて、視認し難い画像となってしまう。そこで、本実施形態では、減光部７００を用いて変調光Ｌの強度を弱めている。これにより、適度な明るさで、視認し易い画像となる。また、変調光Ｌの強度を弱めることで、変調光Ｌから網膜を保護することもでき、より安全な画像表示装置１００となる。

なお、変調光Ｌは、眼ＥＹに入射されるまでに、１μＷ以下の強度まで減光することが好ましい。変調光生成部４００から出射される変調光Ｌは、１００ｍＷ程度の強度を有する場合があり、この場合、変調光Ｌを１／１０００００程度に減光する必要がある。

減光部７００は、変調光生成部４００から出射された変調光Ｌを走査部５００で走査される前（上流側）と後（下流側）とで減光する。このように、複数回に分けて変調光Ｌを減光することで、より効果的に変調光Ｌを減光することができる。このような減光部７００は、図３に示すように、導光部７１０で構成されている。

導光部７１０は、外面７１１（第１面）および内面７１２（第２面）を有する板状をなすと共に、図３で見て長さＹの方向に延びた長手形状をなしている。なお、外面７１１および内面７１２は、略平行である。ただし、導光部７１０の形状としては、その機能を発揮することができれば、特に限定されず、例えば、外面７１１および内面７１２が非平行であってもよい。

また、導光部７１０は、その厚さ方向（長さ方向と直交する方向）に進む光を均一に（波長依存性を有さずに）減光する機能を有していることが好ましい。このような導光部７１０としては、例えば、光吸収物質を分散させたガラス基板を備えるＮＤフィルターを用いることができる。これにより、導光部７１０の構成が簡単なものとなる。ただし、導光部７１０の構成としては、特に限定されない。

また、導光部７１０の厚さＺとしては、特に限定されないが、例えば、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることができる。また、導光部７１０の長さＹとしては、特に限定されないが、例えば、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができる。これにより、導光部７１０としての機能を発揮しつつ、導光部７１０を十分に小さくすることができる。

また、導光部７１０の厚さ方向における光の透過率は、変調光生成部４００が生成する変調光Ｌの強度によっても異なるが、例えば、１％以上６０％以下であることが好ましく、５％以上４０％以下であることがより好ましい。これにより、導光部７１０によって、効果的に、変調光Ｌを減光することができる。

また、導光部７１０の内面７１２には、変調光生成部４００で生成された変調光Ｌが入射する第１入射領域７１２ａが設けられており、第１入射領域７１２ａから導光部７１０に変調光Ｌが入射する。ここで、第１入射領域７１２ａに対する変調光Ｌの入射角は、０°から若干（例えば、５°〜２０°程度）ずれている。これにより、第１入射領域７１２ａで反射した変調光Ｌが光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂに戻ってしまうことを抑制することができる。そのため、光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂの駆動が安定する。ただし、第１入射領域７１２ａに対する変調光Ｌの入射角としては、特に限定されず、０°であってもよい。

また、変調光生成部４００と走査部５００との間には、遮光部７９０が設けられている。これにより、第１入射領域７１２ａで反射した変調光Ｌが遮光部７９０によって遮光されるため、当該変調光Ｌが走査部５００によって走査されて迷光となってしまうことを抑制することができる。なお、遮光部７９０としては、特に限定されないが、例えば、光吸収性を有する吸光部材を用いることが好ましい。ただし、遮光部７９０の構成としては、特に限定されない。また、遮光部７９０は、省略してもよい。

一方で、導光部７１０の外面７１１には反射型の回折素子７２０が設けられており、この回折素子７２０によって第１入射領域７１２ａから導光部７１０に入射した変調光Ｌが回折され、回折光として所定の方向に導かれる。このような回折素子７２０としては、特に限定されないが、回折格子の一つであるホログラム素子（ホログラムミラー）を用いることができる。

また、回折素子７２０で回折された変調光Ｌ（回折光）は、内面７１２および外面７１１に対する入射角度が臨界角よりも大きく、全反射を繰り返しながら導光部７１０内をその長手方向に伝搬（導光）する（図３参照）。このように、変調光Ｌが導光部７１０を導光することで、導光部７１０によって変調光Ｌを効果的に減光することができる。特に、変調光Ｌが導光部７１０の長手方向に伝搬することで、導光部７１０をより長い距離伝搬させることができ、変調光Ｌをより効果的に減光することができる。また、走査部５００で走査される前に、変調光Ｌを減光しておくことで、走査部５００（特にミラー５１１）の発熱を抑制することができ、発熱による走査部５００の駆動特性の変化を低減することができる。

また、導光部７１０の側面、具体的には変調光Ｌの伝搬方向下流側に位置する側面には反射部７３０が設けられている。反射部７３０は、導光部７１０内を伝搬する変調光Ｌを収納部１１０の導光部７１０よりも奥側に位置する走査部５００に向けて反射する機能を有する。反射部７３０で反射された変調光Ｌは、内面７１２に対する入射角度が臨界角よりも小さく、内面７１２を介して導光部７１０の外へ屈折透過する。導光部７１０を透過した変調光Ｌは、走査部５００に導かれ、走査部５００で走査される。このように、反射部７３０を有することで、簡単な構成でかつ容易に、導光部７１０を伝搬する変調光Ｌを走査部５００に導くことができる。なお、反射部７３０としては、特に限定されず、例えば、ミラーやホログラムミラーを用いることができる。

また、導光部７１０の内面７１２には、走査部５００で走査された変調光Ｌが入射する第２入射領域７１２ｂが設けられており、第２入射領域７１２ｂから導光部７１０に変調光Ｌが入射する。第２入射領域７１２ｂから導光部７１０に入射した変調光Ｌは、外面７１１に対する入射角度が臨界角より小さく、外面７１１を介して導光部７１０の外へ屈折透過する。このようにして導光部７１０を透過した変調光Ｌは、導光部７１０で減光された後、偏向部６００に導かれる。このように、走査部５００で走査された変調光Ｌが導光部７１０を透過することで、変調光Ｌをさらに減光することができる。

ここで、走査部５００で走査された変調光Ｌは、導光部７１０の反射部７３０よりも変調光Ｌの伝搬方向上流側の領域を透過する。言い換えると、走査部５００は、反射部７３０で反射されて走査部５００に向かう変調光Ｌよりも後方側（テンプル部２２０の自由端側）の領域に変調光Ｌを走査する。そして、走査部５００で走査された変調光Ｌは、回折素子７２０と反射部７３０との間において、導光部７１０を透過する。このような構成とすることで、例えば、走査部５００が、反射部７３０で反射されて走査部５００に向かう変調光Ｌよりも前方側の領域に変調光Ｌを走査する構成と比較して、歪みの小さい画像を形成することができる。

また、導光部７１０の内面７１２には、反射防止膜７４０が配置されている。これにより、第１入射領域７１２ａから導光部７１０に入射する変調光Ｌの反射および第２入射領域７１２ｂから導光部７１０に入射する変調光Ｌの反射を効果的に抑制することができる。なお、反射防止膜７４０としては、例えば、高屈折率層と低屈折率層とが交互に複数積層されてなる誘電体多層膜で構成することができる。ただし、反射防止膜７４０の構成としては、特に限定されないし、省略してもよい。

以上、表示ユニット３００について説明した。例えば、導光部７１０の厚さ方向における光の透過率が２８％、第１入射領域７１２ａに対する変調光Ｌの入射角が０°であり、導光部７１０に入射した変調光Ｌが、導光部７１０内で臨界角４５°で５回反射を繰り返す場合（√２倍の光路長で５回反射する場合）について言えば、変調光Ｌは、導光部７１０に入射してから透過するまでに３．５／１０００００に減光され、走査部５００で走査された後に導光部７１０を透過することでさらに１／３．５７に減光される。すなわち、眼ＥＹに入射されるまでに変調光Ｌを１／１０００００程度に減光することができる。このように複数回に分けて変調光Ｌを減光することで、仮に、破損によって一部で減光機能を発揮できなくなったとしても、残りの部分で十分に変調光Ｌを減光することができる。また、それぞれの段階で、変調光Ｌを減光する領域が異なっているため、導光部７１０の局所的な発熱を抑制することができる。そのため、導光部７１０の破損を抑制することができ、画像表示装置１００の信頼性が向上する。また、変調光Ｌは、導光部７１０を複数回反射して減光されるため、所望の減光率を得るために導光部７１０の減光率を極端に小さくする必要がないためＮＤフィルターの設計を容易にすることができる。

また、画像表示装置１００は、変調光生成部４００と、走査部５００と、減光部７００と、制御部８００と、を収納する収納部１１０を有している。これにより、これら各部を水分、衝撃、埃等から保護することができる。そのため、画像表示装置１００の信頼性が向上する。なお、特に限定されないが、収納部１１０は、防塵構造または防滴構造となっていることが好ましい。これにより、上記の効果がより顕著となる。

また、収納部１１０は、フレーム２００（テンプル部２２０）に固定されている。また、収納部１１０は、開口を有する基部１１１と、開口を塞ぐように配置されているカバー部１１２と、を有している。そして、カバー部１１２は、導光部７１０で構成されている。このように、カバー部１１２として導光部７１０を用いることで、カバー部１１２と導光部７１０とを別体として配置した場合に比べて画像表示装置１００の部品点数の削減および小型化を図ることができる。なお、本実施形態では、基部１１１がフレーム２００（テンプル部２２０）と別体となっているが、基部１１１は、フレーム２００と一体であってもよい。すなわち、テンプル部２２０が基部１１１を兼ねていてもよい。

以上、画像表示装置１００（ヘッドマウントディスプレイ）について説明した。このような画像表示装置１００（ヘッドマウントディスプレイ）は、前述したように、変調光生成部４００（光源）から出射される変調光Ｌ（光）を走査する走査部５００と、走査部５００を収納する収納部１１０の少なくとも一部（カバー部１１２）を構成し、走査部５００で走査された変調光Ｌ（光）を透過させることで減光する減光部７００と、を有している。このような構成によれば、収納部１１０の一部が減光部７００となっているため、収納部１１０とは別に減光部７００を配置した場合に比べて、画像表示装置１００の部品点数の削減および小型化を図ることができる。

また、前述したように、画像表示装置１００では、変調光生成部４００（光源）から出射された変調光Ｌ（光）は、減光部７００内を伝搬することで減光された後、走査部５００で走査される。すなわち、減光部７００は、変調光生成部４００から出射された変調光Ｌを走査部５００で走査される前（上流側）と後（下流側）とで減光する。このように、複数回に分けて変調光Ｌを減光することで、より効果的に変調光Ｌを減光させることができる。

また、前述したように、画像表示装置１００では、減光部７００内を伝搬する変調光Ｌを反射して走査部５００に導く反射部７３０を有している。これにより、簡単な構成でかつ容易に、減光部７００（導光部７１０）内を伝搬する変調光Ｌを走査部５００に導くことができる。

また、前述したように、画像表示装置１００では、走査部５００で走査された変調光Ｌは、減光部７００の反射部７３０よりも変調光Ｌの伝搬方向上流側（変調光Ｌの出射側）の領域を透過するようになっている。言い換えると、走査部５００は、反射部７３０で反射されて走査部５００に向かう変調光Ｌよりも後方側（テンプル部２２０の自由端側）の領域に変調光Ｌを走査するように構成されている。このような構成とすることで、例えば、走査部５００が、反射部７３０で反射されて走査部５００に向かう変調光Ｌよりも前方側の領域に変調光Ｌを走査する構成と比較して、歪みの小さい画像を形成することができる。

また、前述したように、画像表示装置１００では、減光部７００は、ＮＤフィルターである。これにより、減光部７００の構成が簡単なものとなる。また、減光部７００によって変調光Ｌを効果的に減光することができる。

＜第２実施形態＞
図７は、本発明の第２実施形態に係る画像表示装置が有する表示ユニットを示す断面図である。

以下、第２実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第２実施形態に係る画像表示装置１００は、表示ユニット３００の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態とほぼ同様である。なお、図７では、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。

図７に示すように、本実施形態では、導光部７１０の外面７１１に、前述した第１実施形態の回折素子７２０に代えて反射部７６０が設けられている。そして、この反射部７６０によって、第１入射領域７１２ａから導光部７１０に入射した変調光Ｌが反射され、反射光として所定の方向に導かれる。このような反射部７６０としては、特に限定されないが、光を正反射させるミラーを用いることができる。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
図８は、本発明の第３実施形態に係る画像表示装置が有する表示ユニットを示す断面図である。

以下、第３実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第３実施形態に係る画像表示装置１００は、表示ユニット３００の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態とほぼ同様である。なお、図８では、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。

図８に示すように、本実施形態の導光部７１０は、内面７１２が向きの異なる２つの面７１２Ａ、７１２Ｂを有している。また、面７１２Ａは、外面７１１と非平行であり、面７１２Ｂは、外面７１１と略平行である。また、面７１２Ａ、７１２Ｂがなす角θは、１８０°以上２７０°以下となっている。また、面７１２Ａに第１入射領域７１２ａが設けられており、面７１２Ｂに第２入射領域７１２ｂが設けられている。すなわち、内面７１２は、変調光生成部４００（光源）から出射された変調光Ｌ（光）が入射する第１入射領域７１２ａと、走査部５００で走査された変調光Ｌ（光）が入射する第２入射領域７１２ｂと、を有し、第１入射領域７１２ａおよび第２入射領域７１２ｂは、互いに異なる方向を向いている。このような構成とすることで、第１入射領域７１２ａで反射した変調光Ｌが走査部５００に向い難くなり、前述した第１実施形態のような遮光部７９０を設けなくても、迷光の発生を効果的に抑制することができる。そのため、前述した第１実施形態と比べて部品点数の削減および小型化を図ることができる。

また、本実施形態では、前述した第１実施形態が備えている回折素子７２０が省略されている。第１入射領域７１２ａから導光部７１０に入射した変調光Ｌは、外面７１１に対する入射角度が臨界角よりも大きくなっており、外面７１１で全反射されるようになっている。このような構成とすることで、前述した第１実施形態のような回折素子７２０を設けなくてもよいため、前述した第１実施形態と比べて部品点数の削減および小型化を図ることができる。

このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第４実施形態＞
図９は、本発明の第４実施形態に係る画像表示装置が有する表示ユニットを示す断面図である。

以下、第４実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第４実施形態に係る画像表示装置１００は、表示ユニット３００の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態とほぼ同様である。なお、図９では、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。

図９に示すように、本実施形態の表示ユニット３００は、反射部７３０と走査部５００との間に配置された集光レンズ７５０を有している。反射部７３０で反射された変調光Ｌは、集光レンズ７５０によって所望のＮＡ（開口数）に変更された後、走査部５００に導かれる。これにより、変調光Ｌを細い平行光束とすることができ、より鮮明な画像を形成することができる。特に、本実施形態のように、走査部５００で走査される直前に変調光Ｌを集光レンズ７５０で集光することで、前述の効果がより顕著なものとなる。

このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第５実施形態＞
図１０は、本発明の第５実施形態に係る画像表示装置が有する表示ユニットを示す断面図である。

以下、第５実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第５実施形態に係る画像表示装置１００は、表示ユニット３００の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態とほぼ同様である。なお、図１０では、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。

図１０に示すように、本実施形態の表示ユニット３００では、変調光生成部４００で生成された変調光Ｌは、導光部７１０を複数回透過することで減光される。具体的には、変調光生成部４００で生成された変調光Ｌは、走査部５００で走査される前に導光部７１０を２回透過し、走査部５００で走査された後に導光部７１０を１回透過する。以下、このような構成について具体的に説明する。

本実施形態の表示ユニット３００は、減光部７００（導光部７１０）を介して走査部５００および変調光生成部４００と反対側に位置する反射部９００を有している。反射部９００としては、特に限定されず、例えば、ミラー、ホログラムミラー等を用いることができる。また、本実施形態では、導光部７１０の外面７１１にも反射防止膜７４０が配置されている。

このような構成では、変調光生成部４００で生成された変調光Ｌは、まず、導光部７１０を内面７１２から外面７１１へ向けて透過する。次に、変調光Ｌは、反射部９００で反射された後、導光部７１０を外面７１１から内面７１２へ向けて透過する。次に、変調光Ｌは、走査部５００で走査された後、導光部７１０を内面７１２から外面７１１へ向けて透過して偏向部６００に導かれる。このように、変調光Ｌが導光部７１０を複数回透過することで、変調光Ｌを効果的に減光することができる。また、１度目に変調光Ｌが導光部７１０を透過する領域と、２度目に変調光Ｌが導光部７１０を透過する領域と、３度目に変調光Ｌが導光部７１０を透過する領域と、がそれぞれ異なっているため、導光部７１０の局所的な発熱を抑制することができる。そのため、導光部７１０の破損を効果的に抑制することができる。また、走査部５００で走査される前に、変調光Ｌを十分に減光することができ、走査部５００（特にミラー５１１）の発熱を抑制することができる。

以上、本実施形態の画像表示装置１００について説明した。前述したように、このような画像表示装置１００では、変調光生成部４００（光源）から出射された変調光Ｌ（光）は、減光部７００を透過することで減光された後、走査部５００で走査される。すなわち、減光部７００は、変調光生成部４００から出射された変調光Ｌを走査部５００で走査される前（上流側）と後（下流側）とで減光する。このように、複数回に分けて変調光Ｌを減光することで、より効果的に変調光Ｌを減光することができる。

また、前述したように、画像表示装置１００は、変調光生成部４００（光源）から出射され、減光部７００を透過した光を反射する反射部９００を有している。そして、反射部９００で反射された変調光Ｌは、減光部７００を透過することで減光された後、走査部５００で走査される。これにより、走査部５００で走査する前に変調光Ｌが減光部７００を２度透過するため、走査部５００で走査する前に変調光Ｌをより効果的に減光することができる。

また、前述したように、画像表示装置１００では、反射部９００は、減光部７００を介して走査部５００と反対側に位置している。これにより、反射部９００で反射して減光部７００を透過した変調光Ｌを簡単に走査部５００に導くことができる。そのため、画像表示装置１００の装置構成が簡単なものとなる。

このような第５実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第６実施形態＞
図１１は、本発明の第６実施形態に係る画像表示装置が有する表示ユニットを示す断面図である。

以下、第６実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第６実施形態に係る画像表示装置１００は、表示ユニット３００の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態とほぼ同様である。なお、図１１では、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。

図１１に示すように、本実施形態の表示ユニット３００では、変調光生成部４００で生成された変調光Ｌは、走査部５００で走査された後に減光部７００を１度だけ透過する。

本実施形態の表示ユニット３００では、各光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂから出射されるレーザー光は、電場の振動方向が一定である直線偏光であり、これらが合成された変調光Ｌでは、それぞれのレーザー光の偏向方向が互いに揃っている。特に、本実施形態では、変調光Ｌが減光部７００に対してＰ偏光となるように変調光生成部４００の向きや配置が設定されている。なお、Ｐ偏光とは、電場が入射面に垂直に振動している光を言う。

また、本実施形態の表示ユニット３００では、減光部７００は、偏光板７８０で構成されている。また、偏光板７８０は、Ｐ偏光について、その一部のみを透過するよう構成されている。そのため、変調光Ｌは、偏光板７８０を透過することで減光される。これにより、簡単な構成で、変調光Ｌを減光することができる。なお、偏光板７８０のＰ偏光の透過率としては、特に限定されず、変調光Ｌの強度によっても異なるが、例えば、０．１％以上３０％以下とすることが好ましい。

ここで、偏光板７８０としては、特に限定されないが、ワイヤグリッド型の偏光板であることが好ましい。変調光Ｌは、走査部５００で走査された後に偏光板７８０に入射するため、変調光Ｌの走査角度によって偏光板７８０への入射角が変化する。この点において、ワイヤグリッド型の偏光板は、入射角依存性が小さいため、変調光Ｌの走査角度にほとんど影響を受けることなく、所望の偏光特性を発揮することができる。

また、偏光板７８０は、Ｓ偏光の透過率が、Ｐ偏光の透過率よりも小さくなるように設計されていることが好ましい。偏光板７８０のＳ偏光の透過率としては、Ｐ偏光の透過率よりも小さければよいが、例えば、０．０１％以上２０％以下とすることが好ましい。なお、Ｓ偏光とは、電場が入射面内で振動している光を言う。

これにより、次の効果を発揮することができる。例えば、表示ユニット３００の発熱等によって撓みが生じ、偏光板７８０に対する変調光生成部４００の向きが変化すると、変調光Ｌに、偏光板７８０に対してＰ偏光となる成分に加えて、偏光板７８０に対してＳ偏光となる成分が生じる場合がある。この変調光Ｌが偏光板７８０に入射した場合、偏光板７８０のＳ偏光の透過率がＰ偏光の透過率よりも大きいと、変調光ＬがＰ偏光である場合と比べて、偏光板７８０を透過する変調光Ｌの量が増大するおそれがある。そのため、意図しない強度の変調光Ｌが眼ＥＹに入射するおそれがあり、画像表示装置１００の安全性が低下する。これに対して、偏光板７８０のＳ偏光の透過率がＰ偏光の透過率よりも小さければ、変調光ＬがＰ偏光である場合と比べて、偏光板７８０を透過する変調光Ｌの量が減少する。そのため、意図しない強度の変調光Ｌが眼ＥＹに入射するおそれがなく、画像表示装置１００の安全性が向上する。

以上、本実施形態の画像表示装置１００について説明した。前述したように、本実施形態の画像表示装置１００では、減光部７００は、偏光板７８０である。これにより、減光部７００の構成が簡単となると共に、効率的に変調光Ｌを減光することができる。

なお、本実施形態では、変調光Ｌが減光部７００に対してＰ偏光となるように変調光生成部４００の向きや配置が設定されているが、これに限定されず、変調光Ｌが減光部７００に対してＳ偏光となるように変調光生成部４００の向きや配置が設定されていてもよい。この場合には、偏光板７８０のＰ偏光の透過率を、Ｓ偏光の透過率よりも小さくすることで、本実施形態と同様の効果を発揮することができる。

このような第６実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

以上、本発明の画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイについて、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の画像表示装置では、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができ、また、他の任意の構成を付加することもできる。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

また、本発明の画像表示装置は、観察者が視認する画像として虚像を形成するものであれば、眼鏡型のヘッドマウントディスプレイに適用する場合に限定されず、例えば、ヘルメット型またはヘッドセット型のヘッドマウントディスプレイや、観察者の首や肩等の身体で支持される形態の画像表示装置等にも適用可能である。また、前述した実施形態では、画像表示装置全体が観察者の頭部に装着される場合を例に説明したが、画像表示装置は、観察者の頭部に装着される部分と、観察者の頭部以外の部分に装着または携帯される部分とを有していてもよい。

また、前述した実施形態では、両眼タイプの透過型ヘッドマウントディスプレイの構成について代表的に説明したが、例えば、観察者がヘッドマウントディスプレイを装着した状態において外景が遮断される非透過型ヘッドマウントディスプレイの構成であってもよい。また、本発明の画像表示装置は、スピーカーやヘッドフォン等の音声を出力させる装置等を有していてもよい。

１００…画像表示装置、１１０…収納部、１１１…基部、１１２…カバー部、２００…フレーム、２１０…フロント部、２１１…リム部、２１２…シェード部、２１３…ノーズパッド、２２０、２３０…テンプル部、３００…表示ユニット、４００…変調光生成部、４１０…光源部、４１０Ｂ、４１０Ｇ、４１０Ｒ…光源、４２０Ｂ、４２０Ｇ、４２０Ｒ…駆動回路、４３０…光合成部、４３１、４３２…ダイクロイックミラー、４４０Ｂ、４４０Ｇ、４４０Ｒ…コリメータレンズ、５００…走査部、５１０…可動部、５１１…ミラー、５２１、５２２…軸部、５３０…駆動枠部、５４１、５４２…軸部、５５０…支持部、５６０…検知部、５６１、５６２…圧電体、６００…偏向部、７００…減光部、７１０…導光部、７１１…外面、７１２…内面、７１２Ａ、７１２Ｂ…面、７１２ａ…第１入射領域、７１２ｂ…第２入射領域、７２０…回折素子、７３０…反射部、７４０…反射防止膜、７５０…集光レンズ、７６０…反射部、７８０…偏光板、７９０…遮光部、８００…制御部、９００…反射部、ＥＡ…耳、ＥＹ…眼、Ｈ…頭部、Ｊ１、Ｊ２…軸、Ｌ…変調光、ＮＳ…鼻、θ…角

Claims (10)

1. 光源から出射される光を走査する走査部と、
   前記走査部を収納する収納部の少なくとも一部を構成し、前記走査部で走査された光を透過させることで減光する減光部と、を有することを特徴とする画像表示装置。
2. 前記光源から出射された光は、前記減光部内を伝搬することで減光された後、前記走査部で走査される請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記減光部内を伝搬する前記光を反射して前記走査部に導く反射部を有する請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記走査部で走査された光は、前記減光部の前記反射部よりも光の伝搬方向上流側の領域を透過する請求項３に記載の画像表示装置。
5. 前記減光部は、ＮＤフィルターである請求項１ないし４のいずれか１に記載の画像表示装置。
6. 前記光源から出射された光は、前記減光部を透過することで減光された後、前記走査部で走査される請求項１に記載の画像表示装置。
7. 前記光源から出射され、前記減光部を透過した光を反射する反射部を有し、
   前記反射部で反射された光は、前記減光部を透過することで減光された後、前記走査部で走査される請求項６に記載の画像表示装置。
8. 前記反射部は、前記減光部を介して前記走査部と反対側に位置する請求項７に記載の画像表示装置。
9. 前記減光部は、偏光板である請求項１に記載の画像表示装置。
10. 光源から出射される光を走査する走査部と、
    前記走査部を収納する収納部の少なくとも一部を構成し、前記走査部で走査された光を透過させることで減光する減光部と、を有することを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。

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