JP2022069469A - 頭部装着型表示装置および表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】眼前の大画面表示を可能とし、なおかつ、装着時の鼻への荷重負荷を軽減し、また、装着者の左右の周辺視野を確保し、また、形状をコンパクトにすることができる頭部装着型表示装置を提供すること。【解決手段】頭部装着型表示装置は、レーザー光源から出射されたレーザー光を伝播する光ファイバーと、光ファイバーから伝播されたレーザー光の角度を変更するマイクロミラーデバイスと、マイクロミラーデバイスにより角度が変更されたレーザー光を装着者の瞳に導く導光板とを有し、マイクロミラーデバイスは、導光板のレーザー光を瞳に導く側とは反対側に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、頭部装着型表示装置および表示システムに関する。

近年、多くのメガネ型の頭部装着型表示装置（形状に応じてヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、ＶＲ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）ゴーグル、ＶＲグラス、スマートグラス、ＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）グラス、グラスディスプレイ、グラスデバイスなどと呼称される）が開発されている。眼前のディスプレイに仮想映像を表示したり、現実の背景に仮想画像を重畳して表示したりすることで、従来の卓上型ディスプレイ、スマートフォン、およびタブレット端末とは全く異なる体験を得ることができる。頭部装着型表示装置は、主に以下の３つのタイプに分けられる。

１つ目は、ディスプレイが眼前にあり、直接、またはレンズを通して見るタイプである。このタイプは、両眼非透過型のＶＲ表示をするヘッドマウントディスプレイ、または小型単眼型のヘッドマウントディスプレイなどで用いられる。例えば、１つ目のタイプとして、左右２ユニットの画像表示素子、駆動回路および光学系をそれぞれ眼前に設置して、視野角９０度以上の大画面表示を可能とする両眼非透過型のヘッドマウントディスプレイが開示されている（特許文献１を参照）。また、眼前に小型の画像表示素子、駆動回路および光学系を１ユニットだけ搭載して、重量が３０ｇ程度の軽量を可能とする小型単眼型のヘッドマウントディスプレイが開示されている（特許文献２を参照）。

２つ目は、画像表示素子から出る画像光を投射し、眼前にあるミラーまたはハーフミラー等の半透過素子で反射させることにより見るタイプである。このタイプは、画像表示素子と、ミラーまたはハーフミラー等の半透過素子とを離して設置することができるため、画像表示素子を眼球表面より後ろ側に配置することで眼前の重量を軽減し、鼻への負担を減らすことができる。例えば、２つ目のタイプとして、顔の横から眼前のミラーまたはハーフミラー等の半透過素子に画像光を投射する表示装置が開示されている（特許文献３を参照）。

３つ目は、画像表示素子から出る画像光を、導光板を通して見るタイプである。このタイプは、例えば、両眼透過型のＡＲ表示をするヘッドマウントディスプレイなどで用いられる。このタイプは、画像表示素子から出る画像光を、コリメートレンズまたはミラーで導光板に導き、当該導光板を通して眼に対して入射させる。このように、画像光を導光板に通すことで、視野角２０度以上の画像表示が可能となり、導光板の構造によっては視野角が６０度程度の大画像表示も可能となる。例えば、３つ目のタイプとして、画像表示素子、コリメートレンズ、ミラーおよび導光板が一体型となった構造を有し、当該構造体の重心が眼球表面よりも前に位置する表示装置が開示されている（特許文献４～６を参照）。

しかしながら、１つ目のタイプでは次のような問題がある。例えば、特許文献１に記載されたような両眼非透過型のヘッドマウントディスプレイは、視野角９０度以上の大画面表示が可能であるが、左右２ユニットの画像表示素子、駆動回路および光学系をそれぞれ眼前に設置する構造であるため、眼前の総重量が５００ｇ以上となる場合が多い。そのため、重い構造体を長時間装着し続けることは困難である。また、上記両眼非透過型のヘッドマウントディスプレイは、当該構造体を折り畳んだり分解したりすることは難しく、持ち運ぶ場合、かさばってしまう。また、特許文献２に記載されたような小型単眼型のヘッドマウントディスプレイは、眼前に小型の画像表示素子、駆動回路および光学系を１ユニットだけ搭載するため、重量が３０ｇ程度と軽量ではあるが、視野角が１５度程度であるため、表示画面が小さく、利用範囲が限られる。また、上記小型単眼型のヘッドマウントディスプレイは、画像表示素子と光学系とが一体型となった構造であるため、持ち運びのときにコンパクトに畳むことができない。

また、２つ目のタイプでは次のような問題がある。例えば、特許文献３に記載されたような表示装置は、顔の横から眼前のミラーまたはハーフミラー等の半透過素子に投射することから、大画面を表示させることが難しい。また、このタイプは、現在、公表されているものでも、視野角が１０度以下のような小さい画面しか表示できない。

また、３つ目のタイプでは次のような問題がある。例えば、特許文献４～６に記載されたような表示装置は、画像表示素子、コリメートレンズ、ミラーおよび導光板が一体型となった構造であることにより、当該構造体の重心が眼球表面より前にあるため、少なくとも以下の３点の問題点がある。

１点目の問題点は、鼻に対する荷重負担の問題である。具体的には、特許文献４～６に記載されたような表示装置は、画像表示素子、コリメートレンズ、ミラーおよび導光板が一体型となった構造であるため、４０ｇから１００ｇ程度の重量である。さらに重心位置より鼻パッドと耳パッドでの重量比は８：２～９：１となり、鼻パッド部には３０ｇから８０ｇ程度の荷重がかかる。近視矯正眼鏡では鼻パッドへの荷重は１０ｇ程度であることから、通常の近視矯正眼鏡の３倍から８倍もの荷重が鼻にかかる。このため、当該構造体を長時間装着すると、鼻パッド付近の皮膚が炎症して痛みが発生する可能性がある。

２点目の問題点は、視野に関する問題である。両眼透過型ヘッドマウントディスプレイは、現実世界を見ながら画像表示情報を同時に見たり、画像をＡＲ重畳させたりして利用するため、装着しながら歩いたり作業をしたりすることを前提とする。しかしながら、特許文献４～６に記載されたような表示装置は、画像表示素子、コリメートレンズ、ミラーおよび導光板が一体型となった構造であるため、当該構造体が、装着者の左右の周辺視野を塞ぐ形態となっている。一般的な人間の視野は１８０度以上であるが、当該構造体を装着すると１００度以下に低下する可能性があるため、視野が狭い状態で動いたり作業をしたりすることは危険を伴い、装着時の安全性が低下する可能性がある。

３点目の問題点は、大きさに関する問題である。ヘッドマウントディスプレイは、外出先などで大画面表示をするときに有効であるが、持ち運びやすいように形状がコンパクトであることも重要な要素である。例えば、ヘッドマウントディスプレイを持ち運ぶために折り畳んだり、簡易に分解または組み立てができたりするとよい。しかしながら、特許文献４～６に記載されたような表示装置は、画像表示素子、コリメートレンズ、ミラーおよび導光板が一体型であるゆえに、形状がコンパクトではなく、例えば、折り畳みや分解ができない構造となっている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、眼前の大画面表示を可能とし、なおかつ、装着時の鼻への荷重負荷を軽減し、また、装着者の左右の周辺視野を確保し、また、形状をコンパクトにすることができる頭部装着型表示装置および表示システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、レーザー光源から出射されたレーザー光を伝播する光ファイバーと、光ファイバーから伝播されたレーザー光の角度を変更するマイクロミラーデバイスと、マイクロミラーデバイスにより角度が変更されたレーザー光を装着者の瞳に導く導光板とを有し、前記導光板は、導光部と、前記導光部を経由した光を反射する複数の反射部を備え、マイクロミラーデバイスは、導光板のレーザー光を瞳に導く面と異なる面に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、眼前の大画面表示を可能とし、なおかつ、装着時の鼻への荷重負荷を軽減し、また、装着者の左右の周辺視野を確保し、また、形状をコンパクトにすることができる。

図１は、第１の実施形態に係る頭部装着型表示装置を備えた表示システムの構成の一例を示す図である。 図２は、第２の実施形態に係る頭部装着型表示装置のマイクロミラーデバイスの動作の一例を示す図である。 図３は、第２の実施形態に係る頭部装着型表示装置のマイクロミラーデバイスの動作の一例を示す図である。 図４は、第２の実施形態に係る頭部装着型表示装置のマイクロミラーデバイスの動作の一例を示す図である。 図５は、第３の実施形態に係る頭部装着型表示装置の構成の一例を示す図である。 図６は、第４の実施形態に係る頭部装着型表示装置の構成の一例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、頭部装着型表示装置および表示システムの実施の形態を詳細に説明する。なお、各実施形態及び図面において、同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０を備えた表示システム１の構成の一例を示す図である。ここで、図１に示す頭部装着型表示装置１０は、一般の眼鏡と類似の形態を有するが、この形態に限定されるものではない。

図１に示すように、表示システム１は、レーザー光源２０と、頭部装着型表示装置１０とを備えている。頭部装着型表示装置１０は、装着者に装着される装置である。レーザー光源２０は、装着者に装着されない装置であり、頭部装着型表示装置１０にレーザー光を出射する。

頭部装着型表示装置１０は、導光板１００ａ、１００ｂと、光ファイバー２００と、マイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂと、ブリッジ４００と、テンプル５００ａ、５００ｂとを備えている。

テンプル５００ａ、５００ｂは、装着者の左右の耳にかかる部材であり、それぞれ、左右の導光板１００ａ、１００ｂの一端部１５０ａ、１５０ｂに取り付けられている。テンプル５００ａ、５００ｂは、装着者の耳にかかることにより、装着者から頭部装着型表示装置１０が落下しないように、頭部装着型表示装置１０を支持する。

ブリッジ４００は、左右の導光板１００ａ、１００ｂの他端部を繋ぎ、装着者の鼻にかかる部材である。また、ブリッジ４００には、装着者の鼻を両脇から挟んで頭部装着型表示装置１０を支持するためのパッド（鼻あて）が取り付けられている。

光ファイバー２００は、その一部がテンプル５００ａ、５００ｂに沿ってそれぞれ設けられている。以下、光ファイバー２００の一部を、光ファイバー２００ａ、２００ｂと記載する。光ファイバー２００ａ、２００ｂは、それぞれ、左右の導光板１００ａ、１００ｂの一端部１５０ａ、１５０ｂに取り付けられている。光ファイバー２００ａ、２００ｂは、レーザー光源２０から出射されたレーザー光を伝播する。

マイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂは、光ファイバー２００ａ、２００ｂから伝播されたレーザー光の角度を変更する。マイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂは、それぞれ、マイクロミラー３１０ａ、３１０ｂと、ミラー制御部３２０ａ、３２０ｂとを有する。ミラー制御部３２０ａ、３２０ｂは、それぞれ、レーザー光の導光板１００ａ、１００ｂへの入射角が変更されるように、マイクロミラー３１０ａ、３１０ｂの角度を変更する。

導光板１００ａ、１００ｂは、それぞれ、その本体に、導光部１１０ａ、１１０ｂと、反射部１２０ａ、１２０ｂとを有する。導光部１１０ａ、１１０ｂは、それぞれ、マイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂにより角度が変更されたレーザー光を全反射させながら導光する部分である。反射部１２０ａ、１２０ｂは、それぞれ、導光部１１０ａ、１１０ｂにより導光されたレーザー光を、装着者の瞳８００ａ、８００ｂに導くように反射させる部分である。

導光板１００ａ、１００ｂにおいて、一端部１５０ａ、１５０ｂは、例えば、頭部装着型表示装置１０を上から見た場合は三角形状であり、第１面と、第２面と、第３面とを有する。一端部１５０ａ、１５０ｂの第１面は、それぞれ、導光板１００ａ、１００ｂの本体に接する面である。一端部１５０ａ、１５０ｂの第２面は、それぞれ、例えば第１面に直交する面であり、テンプル５００ａ、５００ｂと光ファイバー２００ａ、２００ｂとが取り付けられる。一端部１５０ａ、１５０ｂの第３面は、それぞれ、例えば第１面および第２面と交差する面であり、マイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂが取り付けられ、マイクロミラー３１０ａ、３１０ｂと対向する。

この導光板１００ａ、１００ｂの形状により、マイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂは、それぞれ、導光板１００ａ、１００ｂのレーザー光を瞳８００ａ、８００ｂに導く側とは反対側に配置されている。

第１の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０の処理について説明する。まず、レーザー光源２０から出射された光が光ファイバー２００ａ、２００ｂで導光板１００ａ、１００ｂまで導かれる。次に、導光板１００ａ、１００ｂの瞳８００ａ、８００ｂとは反対側の表面（外側表面）に位置するマイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂに光照射される。マイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂで反射されたレーザー光は導光板１００ａ、１００ｂの中を導光して瞳８００ａ、８００ｂに入る。ここで、マイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂは高速でミラーの角度が変わるデバイスであるため、画像信号に応じてミラーの角度を変えることで、装置者は導光板１００ａ、１００ｂから画像として認識することができる。

このように、第１の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０は、マイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂを備える構造であるため、装着時の鼻への荷重負荷を軽減し、また、装着者の左右の周辺視野を確保し、また、形状をコンパクトにすることができる。

例えば、従来の頭部装着型表示装置（呼称としてヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、ＶＲゴーグル、ＶＲグラス、スマートグラス、ＡＲグラス、グラスディスプレイ、グラスデバイスなど）は、画像表示素子として光源、ディスプレイ、レンズが一体型であり、大きく、重量のある構造である。近年のディスプレイ技術の発展で画素数１２８０×７２０を有する画面サイズが０．５インチ以下のマイクロディスプレイが製造されているが、光源、レンズを合わせてパッケージングすると１辺あたり２０ｍｍ以上の筐体となり、重量も２０ｇ以上となる。

一方、第１の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０では、レーザー光源２０を備えていない構造であるため、レーザー光源２０が装着者に装着されない。また、第１の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０では、コリメーターレンズ等を使用せずに、マイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂを備える構造であるため、マイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂの角度変化だけで導光板１００ａ、１００ｂに画像光を入れることができる。頭部装着型表示装置１０は、マイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂの制御部分を含めて１０ｇ以下であり、小型、軽量の頭部装着型表示装置となる。このように、第１の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０では、鼻、耳の重量負担を軽減することができ、長時間着用し続けられる。また、第１の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０では、コリメーターレンズ等を使用しないため、装着者の左右の周辺視野を確保することができる。また、第１の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０では、マイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂが、それぞれ、導光板１００ａ、１００ｂのレーザー光を瞳８００ａ、８００ｂに導く側とは反対側に配置されているため、形状をコンパクトにすることができる。

ここで、マイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂへ電源供給、画像信号の伝達部分は頭部装着型表示装置１０の内部にあっても外部にあっても構わないが、装置の小型軽量化を考慮すると、頭部装着型表示装置１０の外部にあり、有線で繋がれていることが望ましい。例えば電源線、画像信号を伝達するための信号線が光ファイバー２００ａ、２００ｂと並行して通っており、レーザー光源２０と並んで電源、画像制御ユニットがあればよい。

また、第１の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０は、導光板１００ａ、１００ｂを備える構造であるため、大画面表示を可能とする。

例えば、レーザー光源２０とマイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂを用いた頭部装着型表示装置としては、レーザー光源を装置者の網膜に直接結像させる網膜投射型表示装置が一般的に知られている。網膜投射型表示装置は装置者の視力や視力矯正の状況に関わらず焦点が合うことが特長であるが、一方でレーザー光を網膜上に集光させるため大きな反射ミラーを使用するなど小型化が難しい。また大画面表示も難しい。第１の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０は網膜投射型ではなく、導光板１００ａ、１００ｂを備える構造であるため、導光板１００ａ、１００ｂを用いることで薄型、軽量でありながら大画面表示を可能とする。導光板１００ａ、１００ｂは、ハーフミラーを使うタイプ、ポログラム素子を使うタイプ、多段反射など幾何構造を持つタイプなど様々なものがあるが、いずれを用いても構わない。

ここで、レーザー光源２０は一般的なもので構わないが、眼にレーザー光を入れるため、光強度の管理は十分に行う必要がある。一定以上の光強度にならないようなストッパー構造があることが望ましい。第１の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０では、単色でも文字表示や矢印など記号表示ができるので、情報アシスト機能として十分な価値があるが、赤、緑、青の３種類のレーザーを使い、高速で切り替えることにより、フルカラーを表示することができる。フルカラー表示できれば、画像、動画など多くの表現ができ、使用価値を大きく上げることができる。レーザーは３種類であるが、光源側で高速に切り替える機構をもたせれば、光ファイバー２００は１本あればよい。

光ファイバー２００ａ、２００ｂは、ガラス製、プラスチック製のどちらを用いても構わない。ガラス製は、耐久性が高く、また、プラスチック製は軽量であるので、用途に応じて選択すればよい。光ファイバー２００ａ、２００ｂから出た光は、マイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂに確実に照射する必要があるため、位置や角度がずれないように、テンプル５００ａ、５００ｂに対して固定することが望ましい。

以上の説明により、第１の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０は、眼前の大画面表示を可能とし、なおかつ、装着時の鼻への荷重負荷を軽減し、また、装着者の左右の周辺視野を確保し、また、形状をコンパクトにすることができる。

なお、第１の実施形態において、頭部装着型表示装置１０の導光板１００ａ、１００ｂの眼とは反対側の表面には、非透過状態と透過または半透過状態とに切り替える機構を付与してもよい。切り替える機構としては、サングラスのような遮光板をヒンジなどの可動部材を介して導光板１００ａ、１００ｂの前面に付ければいい。ＶＲを表示するために非透過型装置にしたい場合は遮光板を導光板１００ａ、１００ｂの前面に置く。また、ＡＲ表示をする透過型装置にしたい場合は、遮光板が導光板１００ａ、１００ｂの前面に位置しないように上下左右方向に動かせばよい。

また、第１の実施形態において、透過状態と透過または半透過状態とに切り替える機構としては、電気的に透過状態と非透過状態を切り替えられる調光素子を用いればよい。調光素子としては液晶素子、エレクトロクロミック素子などがある。特にエレクトロクロミック素子は透過状態と非透過状態とのコントラストが大きく、没入感のある非透過型装置と現実世界の視認性が高い透過型装置とに切り替えることができる。

また、第１の実施形態において、頭部装着型表示装置１０には外部の映像の撮影や位置の検出、対象物の確認などに使用するカメラや、使用者の姿勢、動作方向、向きなどを検出するためのセンサを含んでもよい。頭部装着型表示装置１０の両端の位置に二台のカメラを設置した場合、撮影した二つの画像には位置がずれた結果が得られる。この得られた画像から、視差を求めることで、頭部装着型表示装置１０と対象物との距離を求めることができる。

また、第１の実施形態において、頭部装着型表示装置１０に９軸センサ（加速度、角速度、地磁気）を付与してもよい。９軸センサを付与することで、頭部装着型表示装置１０を装着した人物（装着者）の頭の方向や傾きがリアルタイムで把握することができ、頭の方向や傾きに応じてオブジェクトを表示させたり、消去したりといったことができる。

また、第１の実施形態において、頭部装着型表示装置１０にデプスセンサを付与してもよい。デプスセンサを付与することで、頭部装着型表示装置１０を装着した人物（装着者）が実空間の何処にいるか把握できるので、頭部装着型表示装置１０で表示するオフジェクトを自由に配置したり、固定したりすることができる。また、頭部装着型表示装置１０を装着した人物が移動した場合であっても実空間が把握できているので、当該固定したオブジェクトが異なる位置に移動することなく表示させることができる。

また、第１の実施形態において、頭部装着型表示装置１０にアイトラッカーを付与してもよい。アイトラッカーを付与することにより、頭部装着型表示装置１０を装着した人物（装着者）の視線が何処を向いているか分かるので、見た文字や物を認識することができ、適切な付加情報（ポップアップ）を表示することができる。

また、第１の実施形態において、頭部装着型表示装置１０に骨伝導スピーカーを付与してもよい。骨伝導スピーカーを付与することで、頭部装着型表示装置１０を装着した作業者（装着者）が耳を塞がずにガイダンスや、遠隔地からの指示などの音声が聞けるので、効率よく作業を進めることかでき、周囲の音も同時に聞こえるので安全に作業することができる。

なお、第１の実施形態において、図１に示した頭部装着型表示装置１０は、両眼眼鏡型のヘッドマウントディスプレイであるが、これに限定されるものではなく、片眼用のヘッドマウントディスプレイであってもよい。また、頭部装着型表示装置１０を眼鏡のように直接掛けてもよいが、例えば、ヘルメットや帽子などに取り付けてもよし、ゴーグルなどに入れて使用してもよい。

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０について、第１の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０と相違する点を中心に説明する。

図２～図４は、第２の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０のマイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂの動作の一例を示す図である。ここで、図２～図４には、右側の機構、すなわち、右側の導光板１００ｂ、光ファイバー２００ｂ、マイクロミラーデバイス３００ｂおよびテンプル５００ｂの図示を省略する。

第２の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０では、マイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂは、それぞれ、二次元に動作する１つのマイクロミラー３１０ａ、３１０ｂを有する。マイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂがそれぞれ１つのマイクロミラー３１０ａ、３１０ｂのみを用いることで、デバイスの大きさは小さくなり、制御もシンプルになる。このため、マイクロミラー３１０ａ、３１０ｂとミラー制御部３２０ａ、３２０ｂとをそれぞれ搭載する制御基板も小さくすることができる。

例えば、図２、図３、図４に示すように、マイクロミラー３１０ａ、３１０ｂの角度を変えることで、レーザー光の導光板１００ａ、１００ｂへの入射角を変えることができ、導光板１００ａ、１００ｂからの出射角が変わる。マイクロミラー３１０ａ、３１０ｂの角度走査を高速に行うことで、装着者の瞳８００ａ、８００ｂには残像効果により二次元画像が見える。ミラーの振り角が±１５度の制御が可能なマイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂを用いると、振り角の２倍の±３０度の角度を付けて、導光板１００ａ、１００ｂに光を入射することができる（ミラーへの入射角、反射角が各々１５度であるため）。従って、導光板１００ａ、１００ｂから出射される画像光は視野角６０度の広角を有しており、従来の頭部装着型表示装置と比較して大きな面積の画像を表示できる。

また、画素数はレーザー径と点滅速度とに依存するが、フルＨＤ（１９２０×１０８０画素）を周波数６０Ｈｚで描画する程度は十分に可能である。既存のマイクロディスプレイである液晶、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）などと比較しても優位である。

（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０について、第２の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０と相違する点を中心に説明する。

図５は、第３の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０の構成の一例を示す図である。第３の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０は、テンプル５００ａ、５００ｂを折り畳む、または取り外す機構を有する。例えば、その機構として、導光板１００ａ、１００ｂとテンプル５００ａ、５００ｂとの接触部分に、それぞれ、ヒンジ部６００ａ、６００ｂが設けられている。

ここで、従来の頭部装着型表示装置は、マイクロディスプレイ、レンズ、導光板１００ａ、１００ｂが一体型になっている構造であり、光軸がずれないように筐体で固定化されている。従って、一般的な矯正眼鏡のようにレンズとテンプル５００ａ、５００ｂ（つる）の部分で折り曲げて小さく収納することはできない。マイクロディスプレイの後ろのテンプル５００ａ、５００ｂの部分に折り畳み機構を設けても５０ｍｍ程度の幅は必要となり、収納ケースも大きくなる。頭部装着型表示装置１０の使い場所としては、オフィスのデスク作業というより、外出時、屋外、作業現場などが想定され、持ち運びの便利さは重要な要素となる。

第３の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０の構成では、マイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂは導光板１００ａ、１００ｂの外側表面に付いており、テンプル５００ａ、５００ｂと並行して光ファイバー２００ａ、２００ｂと電源／信号ケーブルがあるだけであるので、テンプル５００ａ、５００ｂに対して、光ファイバー２００ａ、２００ｂと電源／信号ケーブルを固定しておけば、導光板１００ａ、１００ｂ部分とテンプル５００ａ、５００ｂ部分は切り離すことができる。例えば一般的な矯正眼鏡のようにヒンジ部６００ａ、６００ｂを付けて折り畳む機構をつければ、導光板１００ａ、１００ｂの厚さとテンプル５００ａ、５００ｂの幅に折り畳むことができ、３０ｍｍ程度の幅にまとめることができる。また、テンプル５００ａ、５００ｂを取り外せる機構を設けておけば、よりコンパクトに収納できる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０について、第３の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０と相違する点を中心に説明する。

図６は、第４の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０の構成の一例を示す図である。第４の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０は、テンプル５００ａ、５００ｂが折り畳んだ状態、または取り外された状態ではレーザー光が出射されない機構を有する。例えば、その機構として、導光板１００ａ、１００ｂとテンプル５００ａ、５００ｂとの接触部分に、それぞれ、上記機構が設けられている。第４の実施形態に係る頭部装着型表示装置１０は、レーザー光源２０を使用するため、扱いはより慎重にしなければならない。特に装置を使用していないときにレーザー光が出射されてしまうと、誤って直接に眼に入ってしまう可能性があるため危険である。従って、頭部装着型表示装置１０が使用されていない状態であるテンプル５００ａ、５００ｂが折り畳まれているとき、またはテンプル５００ａ、５００ｂが取り外されているときはレーザー光が出射されないようにする機構は有用である。

その機構は、どのようなものでも構わないが、例えば、導光板１００ａ、１００ｂとテンプル５００ａ、５００ｂとの接触部分にそれぞれセンサを設け、導光板１００ａ、１００ｂとテンプル５００ａ、５００ｂとが一定以上近づいたときだけ、レーザー光源２０をＯＮさせる制御信号をレーザー光源２０に送信したり、導光板１００ａ、１００ｂへのレーザー光の入射を禁止したりする方法が考えられる。あるいは、導光板１００ａ、１００ｂとテンプル５００ａ、５００ｂとの接触部分にそれぞれプッシュ型スイッチ７００ａ、７００ｂを設け、テンプル５００ａ、５００ｂが導光板１００ａ、１００ｂと接してプッシュ型スイッチ７００ａ、７００ｂがＯＮになったときだけ、レーザー光源２０をＯＮさせる制御信号をレーザー光源２０に送信したり、導光板１００ａ、１００ｂへのレーザー光の入射を禁止したりする方法が考えられる。

上述のように、表示システム１は、レーザー光源２０と頭部装着型表示装置１０とを備え、頭部装着型表示装置１０は、導光板１００ａ、１００ｂと、光ファイバー２００と、マイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂと、ブリッジ４００と、テンプル５００ａ、５００ｂとを備えている。以下、頭部装着型表示装置１０を備えた表示システム１の実施例を記載する。

（実施例１）
実施例１では、レーザー光源２０、マイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂ、導光板１００ａ、１００ｂおよび光ファイバー２００を図１に示すような配置とした。
・導光板１００ａ、１００ｂ：アクリル樹脂、厚み５ｍｍ、長さ４５ｍｍ、高さ２５ｍｍ、出射部に角度４５度でハーフミラー
・レーザー光源２０：住友電工ＲＧＢ ＣＡＮユニット（ＳＬＭ－ＲＧＢ－Ｔ２０－Ｆ）
・光ファイバー２００：三菱電線工業 ＳＴ１００Ｅ
・マイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂ：浜松ホトニクス Ｓ１２２３７－０３Ｐ

＜実施内容＞
マイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂはＸ、Ｙ軸方向に各々±１５度ずつ振れる。ＸＹ軸を１８０Ｈｚでスキャンさせることで、ＲＧＢ各波長のレーザー光を順次導光板に光入射した。レーザーはＸ軸を１回走査する間に１９２０ドット点灯し、Ｙ軸を１回走査する間に１０８０ドット点灯させた。レーザー強度は最大３０マイクロワットから０まで２５６段階で調整し、階調表示させた。

＜実施結果＞
マイクロミラーデバイス３００ａ、３００ｂの大きさは制御基板込みで約１４ｍｍ×８ｍｍ×４ｍｍであり、導光板１００ａ、１００ｂの隅に設置した場合、視界を塞ぐことはなかった。重量も５ｇ程度であり、軽量であった。所望の画像信号に応じて画像表示をしたところ、導光板越に装着者は視野角６０度相当の大画面をみることができた。

（実施例２）
実施例２において、頭部装着型表示装置１０は、実施例１の構成に対して、導光板１００ａ、１００ｂとテンプル５００ａ、５００ｂとの接触部分にそれぞれ設けられたヒンジ部６００ａ、６００ｂを備えている。実施例２では、ヒンジ部６００ａ、６００ｂを図５に示すような配置とした。
・ヒンジ部６００ａ、６００ｂ：スガツネ工業 ＨＧ－ＴＳ型

＜実施結果＞
ヒンジ部６００ａ、６００ｂでテンプル５００ａ、５００ｂが折り畳まれ、コンパクトな大きさ（幅２８ｍｍ）になった。

（実施例３）
実施例３において、頭部装着型表示装置１０は、実施例２の構成に対して、導光板１００ａ、１００ｂとテンプル５００ａ、５００ｂとの接触部分にそれぞれ設けられたプッシュ型スイッチ７００ａ、７００ｂを備えている。実施例３では、プッシュ型スイッチ７００ａ、７００ｂを図６に示すような配置とした。
・プッシュ型スイッチ７００ａ、７００ｂ：Ｌｅｙｅ電子工学

＜実施内容＞
プッシュ型スイッチ７００ａ、７００ｂとレーザー光源２０のスイッチとを連動させ、プッシュ型スイッチ７００ａ、７００ｂがＯＮでない場合はレーザー光源２０のスイッチがＯＮにならないようにした。

＜実施結果＞
ヒンジ部６００ａ、６００ｂでテンプル５００ａ、５００ｂが折り畳まれている場合、プッシュ型スイッチ７００ａ、７００ｂがＯＮにならず、レーザー光源２０が誤発射することはなかった。

１ 表示システム
１０ 頭部装着型表示装置
２０ レーザー光源
１００ａ、１００ｂ 導光板
１１０ａ、１１０ｂ 導光部
１２０ａ、１２０ｂ 反射部
１５０ａ、１５０ｂ 一端部
２００、２００ａ、２００ｂ 光ファイバー
３００ａ、３００ｂ マイクロミラーデバイス
３１０ａ、３１０ｂ マイクロミラー
３２０ａ、３２０ｂ ミラー制御部
４００ ブリッジ
５００ａ、５００ｂ テンプル
６００ａ、６００ｂ ヒンジ部
７００ａ、７００ｂ プッシュ型スイッチ
８００ａ、８００ｂ 瞳

国際公開第２０１５／１３７１６５号 特開２０１１－２２７３７９号公報 特開２０１５－２１９４０５号公報 特開２００７－０９４１７５号公報 特開２０１３－２００５５３号公報 特開２０１３－２１０６３３号公報

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光源から出射された光束を伝播する光学系と、前記光学系から伝播された前記光束の角度を変更するミラーと、前記ミラーにより角度が変更された前記光束を装着者の瞳に導く導光板と、を有し、前記ミラーの反射面は、前記導光板の前記瞳側の面とは異なる面であり、かつ前記導光板の前記瞳側の面に対し傾斜して配置されていることを特徴とする。

Claims (5)

1. レーザー光源から出射されたレーザー光を伝播する光ファイバーと、
   前記光ファイバーから伝播された前記レーザー光の角度を変更するマイクロミラーデバイスと、
   前記マイクロミラーデバイスにより角度が変更された前記レーザー光を装着者の瞳に導く導光板と、
   を有し、
   前記導光板は、導光部と、前記導光部を経由した光を反射する複数の反射部を備え、
   前記マイクロミラーデバイスは、前記導光板の前記レーザー光を前記瞳に導く面とは異なる面に配置されている頭部装着型表示装置。
2. 前記マイクロミラーデバイスは、二次元に動作する１つのマイクロミラーを有する請求項１に記載の頭部装着型表示装置。
3. 前記装着者の耳にかかることにより、前記頭部装着型表示装置を支持するテンプルと、
   前記テンプルを折り畳む、または取り外す機構と、
   を更に有する請求項１または２に記載の頭部装着型表示装置。
4. 前記テンプルが折り畳んだ状態、または取り外された状態では前記レーザー光が出射されない機構、
   を更に有する請求項３に記載の頭部装着型表示装置。
5. 装着者に装着される請求項１～４のいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置と、
   前記装着者に装着されない装置であり、前記頭部装着型表示装置にレーザー光を出射するレーザー光源と、
   を有する表示システム。

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