JP4590916B2

JP4590916B2 - 画像表示装置

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Publication number: JP4590916B2
Application number: JP2004129179A
Authority: JP
Inventors: 祥治山田
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2004-04-26
Filing date: 2004-04-26
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2024-04-26
Also published as: JP2005309264A

Description

本発明は、画像信号によって強度変調された被変調光を走査後、観察者の眼の瞳孔に導いて画像を表示するようにした画像表示装置に関するものである。

被変調光を観察者の眼の瞳孔に導いて画像を表示するようにした画像表示装置として、特許文献１に示すように網膜走査画像表示装置が知られている。この種の画像表示装置としては、頭部装着型のものが知られている。

頭部装着型の画像表示装置は、観察者が頭部に装着して画像を楽しむタイプの画像表示装置である。
特開２０００−１１１８２９

ところで、頭部装着形の画像表示装置は、装置寸法とは独立に大画面表示が可能であるという利点を有する反面、十分な軽量化及び小型化が達成されない場合には、頭部への長時間の装着が困難であるという問題がある。

本発明は前記従来技術の問題に鑑みてなされたもので、その目的は、大画面表示を確保しつつ頭部装着部のより一層の軽量化及び小型化を実現させた画像表示装置を提供するにある。

請求項１に記載の発明は、光を画像情報に応じて変調した被変調光として出力する被変調光出力部と、該被変調光出力部から出力された被変調光を走査光として出力する走査部と、該走査部の後段に設けられて該走査光を観察者の瞳孔に導く転送光学系とを備えた画像表示装置であって、前記走査部と前記転送光学系のうちの少なくとも前記転送光学系の一部が設けられ、観察者の頭部に装着される頭部装着部と、前記被変調光出力部と前記走査部のうちの少なくとも前記被変調光出力部が設けられ、観察者の身体に携帯可能な身体携帯部とを備えたことを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明は、さらに、前記身体携帯部は前記身体携帯部から出射する被変調光の光軸の向きを補正可能な第一補正部とを備えたことを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明は、さらに、前記身体携帯部は前記頭部装着部と身体携帯部との間の離間距離に応じて走査光の結像位置を光軸方向に調整可能な第二補正部を設けたことを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明は、さらに、前記身体携帯部を基準とする前記頭部装着部が存在する方向を検出する第一検出部を備え、前記第一補正部は、前記身体携帯部から出射する被変調光の光軸を前記頭部装着部の存在する方向に向けるように補正することを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像表示装置において、前記第一検出部は、前記頭部装着部又は前記身体携帯部の何れか一方に設けられて、検査光を出力する検査光出力部と、前記頭部装着部又は前記身体携帯部の他方に設けられて、該検査光を受光し、受光スポット中心位置に対応する信号を出力する位置検出素子を含むスポット位置検出部と、該スポット位置検出部によって検出された光スポット位置によって検査光の光軸の向きを判定する判定部とを備えたことを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の画像表示装置において、前記身体携帯部が前記走査部を備え、前記第一補正部は、前記身体携帯部の走査部と前記頭部装着部との間に設けられ前記走査部の光軸に垂直に交差する面内において変位可能な光学素子と、前記第一検出部によって検出された検査光の光軸の向きに応じて該光学素子を変位させる駆動部とを備えることにより、前記身体携帯部から出射する走査光の向きを前記頭部装着部の方向に一致させることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明は、さらに、前記身体携帯部と頭部装着部との間の距離を求める第二検出部を備え、前記第二補正部は前記身体携帯部と頭部装着部との間の距離に応じて前記被変調光による結像位置を光軸方向に制御することを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の画像表示装置において、前記第二検出部は、前記頭部装着部又は前記身体携帯部の何れか一方に設けられて、検査光を出力する検査光出力部と、前記頭部装着部又は前記身体携帯部の他方に設けられて検査光の拡散の程度を検出する拡散検出部とを備え、検査光の拡散の程度に基づき前記頭部装着部と前記身体携帯部との間の距離を求めることを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の画像表示装置において、前記身体携帯部は前記走査部を備え、前記第二補正部は、前記被変調光の拡散又は収束するよう制御することにより、前記身体携帯部の走査部と前記頭部装着部との間に応じて、結像位置を光軸方向で制御することを特徴とするものである。

本発明は、請求項５に記載の画像表示装置において、前記第二補正部は、波面変調制御部によって構成されたことを特徴とするものである。

本発明は、請求項２乃至請求項４に記載の画像表示装置において、前記第一検出部又は第二検出部が観察者の頭部に装着された前記頭部装着部の存在を検出した時に前記被変調光出力部を作動させ、且つ、前記第一検出部又は第二検出部が観察者の頭部に装着された前記頭部装着部の存在を検出しない時に前記被変調光出力部を作動させないように前記被変調光出力部を制御する被変調光出力制御部を備えたことを特徴とするものである。

本発明は、請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の画像表示装置において、前記転送光学系は、一又は複数のレンズによって構成されたことを特徴とするものである。

本発明は、請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の画像表示装置において、前記転送光学系は、回折素子によって構成されたことを特徴とするものである。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の画像表示装置において、頭部装着部は身体携帯部から入射した被変調光の光軸の向きを補正可能な第三補正部を備えたことを特徴とするものである。

請求項６に記載の発明は、さらに、前記身体携帯部が前記走査部を備え、前記第三補正部は、前記身体携帯部の走査部と前記頭部装着部との間に設けられ前記走査部の光軸に垂直に交差する面内において変位可能な光学素子と、前記第一検出部によって検出された検査光の光軸の向きに応じて該光学素子を変位させる駆動部とを備えることにより、該光学素子から出射する走査光の向きを観察者の眼に一致させることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、観察者の頭部に装着される頭部装着部の軽量化が図られて、長時間の画像表示が可能になる。

請求項１に記載の発明によれば、さらに、頭部装着部を基準とした身体携帯部の方向が変動しても、被変調光を身体携帯部から頭部装着部へ適切に導くことができる。

請求項１に記載の発明によれば、さらに、頭部装着部と身体携帯部との間の距離が変動しても、走査光の結像位置を当該距離に応じて調整することにより、良好な画像を表示可能である。

請求項１に記載の発明によれば、さらに、第一補正部は第一検出部の検出結果に基づき、被変調光を頭部装着部へ適切に導くことができる。

請求項２に記載の発明によれば、位置検出素子を利用して頭部装着部の向きを適切に検出し、被変調光を該頭部装着部に適切に導くことができる。

請求項３に記載の発明によれば、走査部の光軸に垂直な方向に、光学素子を変位させることにより、該光学素子に案内されるようにして、被変調光は走査部から頭部装着部に導入されることができる。

さらに、請求項１に記載の発明によれば、頭部装着部と身体携帯部との間の距離が変動しても、被変調光の結像位置を的確に制御できる。

請求項４に記載の発明によれば、頭部装着部又は身体携帯部の何れか一方から他方に向けて照査される検査光の拡散の程度を検出することにより、頭部装着部と身体携帯部との間の距離を求めることができる。

請求項５に記載の発明によれば、被変調光を拡散又は収束するように制御することにより、頭部装着部と身体携帯部との間の距離に応じて被変調光の結像位置を制御することができる。

本発明によれば、波面変調制御を制御することにより、被変調光の結像位置を光軸方向で調整することができる。

本発明によれば、観察者の頭部に頭部装着部が装着されたか否かを検出し、頭部装着部が頭部に装着された状態においてのみ効率良く、被変調光出力部を作動させることができる。

本発明によれば、一又は複数のレンズの組合せによって転送光学系を構成することができる。

本発明によれば、回折素子を利用することにより、転送光学系を構成することができる。

請求項１４に記載の発明によれば、頭部装着部を基準とした身体携帯部の方向が変動しても、被変調光を観察者の眼へ適切に導くことができる。

請求項６に記載の発明によれば、走査部の光軸に垂直な方向に光学素子を変位させることにより、該光学素子に案内されるようにして、被変調光を光学素子から観察者の眼へ適切に導くことができる。

図１乃至図９は画像表示装置の第一実施形態を示す。図１に示すように、画像表示装置１は、光を画像情報Ｖに応じて強度変調した被変調光Ｈとして出力する被変調光出力部２と、波面変調制御部３と、被変調光出力部２から出力された被変調光Ｈを走査光として出力する走査部４と、走査部４の後段に設けられて走査光を観察者の瞳孔に導く転送光学系５とを備えている。

画像表示装置１は、観察者の頭部に装着される頭部装着部６と、観察者の身体に携帯される身体携帯部７とから構成される。頭部装着部６には、転送光学系５を構成する二つの凸レンズ８，９の内の一方の凸レンズ８と後述の方位・距離検出系の一部が設けられる。身体携帯部７には、被変調光出力部２と、波面変調制御部３と、走査部４と、転送光学系５の内の他方の凸レンズ９が設けられる。

頭部装着部６は、図２に示すように、装置枠体１０を有している。装置枠体１０は、観察者の頭部に装着し易い形態、例えば、同図２に示すように、眼鏡型に形成される。このように、装置枠体１０が眼鏡型に形成された場合、同図２に示すように、凸レンズ８は、装置枠体１０のレンズが装着される部分に装着されるものである。又、装置枠体１０には、発光部Ｒ（図１に示す）が設けられている。

又、身体携帯部７は、観察者が手で把持できる、いわゆる、ハンディータイプに形成されることができる。

図１に示すように、身体携帯部７には、身体携帯部７を基準として、頭部装着部６の存在する方向を検出する第一検出部１１が設けられている。又、身体携帯部７には、頭部装着部６と身体携帯部７との間の距離を検出する第二検出部１２が設けられている。又、身体携帯部７には第一補正部１３が設けられ、頭部装着部６が上下方向又は左右方向へ移動したときも、第一検出部１１が検出した方向情報に基づいて、第一補正部１３が、走査部４から頭部装着部６に向けて出射する被変調光Ｈの向きを補正する。又、頭部装着部６には第三補正部１４が設けられ、頭部装着部６が上下方向又は左右方向へ移動したときも、第一検出部１１が検出した方向情報に基づいて、第三補正部１４が、走査部４から出射して頭部装着部６に入射する被変調光Ｈの向きを補正する。このように、第一補正部１３及び第三補正部１４によって、被変調光Ｈが走査部４から頭部装着部６の凸レンズ８に向けて正確に入射することができるものである。

又、第二検出部１２が検出した身体携帯部７と頭部装着部６との間の距離情報に基づいて、波面変調制御部３によって、被変調光Ｈの結像位置が光軸方向で制御される。

次に、図３及び図４に基づき、第一検出部１１の具体的構成について説明する。図３は、スポット位置検出部１５の前面側に凸レンズ１７と発光部Ｒが設置された状態を示す。図４は図３の左側面図である。第一検出部１１は、頭部装着部６に設けられた発光部Ｒと、身体携帯部７に設けられたスポット位置検出部１５と、方向判定部１６と、スポット位置検出部１５の前面側に設けられた凸レンズ１７とを備えている。発光部Ｒは検査光Ｋを定常的に出力する光学素子である。発光部Ｒは例えば、赤外ＬＥＤによって構成することができる。

又、スポット位置検出部１５は、検査光Ｋを受光し、受光スポット中心位置に対応する信号を出力する位置検出素子を含む光学素子である。位置検出素子はＰＳＤ（Position Sensing Device）として一般に知られた電子機器であるため、その構成については説明を省略する。

又、方向判定部１６は、位置検出素子から出力された信号、即ち、検査光スポット中心位置信号に基づき、後述のように、発光部Ｒが存在する方向信号αを求める機器である。

次に、このように構成された第一検出部１１によって、第一検出部１１を基準とした発光部Ｒの存在する方位を検出する手法について図３及び図４に基づき説明する。ここで、位置検出素子の中心を原点Ｇとし、原点Ｇを通るＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を設定する。そして、凸レンズ１７の中心が原点Ｇに対面し、凸レンズ１７の中心のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標が（０，０，ａ）とする。又、発光部ＲのＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標が（Ｘ１，Ｙ１，ｂ）とする。ここで、ａは、凸レンズ１７と原点Ｇとの間のＺ方向の距離である。又、ｂは発光部Ｒと原点Ｇとの間のＺ方向の距離である。

このように配置された状態において、図４に示すように、発光部Ｒから出力された検査光Ｋは、凸レンズ１７を通過してスポット位置検出部１５の位置検出素子上に円形のスポットを形成する。このとき、完全に結像して一点に収束する必要はない。円形スポットの中心位置は、発光部Ｒと凸レンズ１７の中心Ｒを結ぶ直線とスポット位置検出部１５表面との交点になる。図３，図４に示すように、検査光Ｋのスポット中心位置のＸ座標、Ｙ座標を（Ｘ２，Ｙ２）とする。方向信号αは、発光部Ｒの存在方向を示す方向余弦（Ｘ２／ａ，Ｙ２／ａ）である。

次に、図５に基づき、第二検出部１２の具体的構成について説明する。第二検出部１２は、凸レンズ１７と、スポット位置検出部１５との間に設けられたハーフミラー１８と、ハーフミラー１８で反射された検査光Ｋの一部を遮光して検査光Ｋを二つに分離させる位置に設けられた遮光板１９と、二つの分離された検査光Ｋ１，Ｋ２をそれぞれ受光する凸レンズ２０，２１と、各凸レンズ２０，２１に対面する位置に設けられたスポット位置検出部２２，２３とを備えている。

次に、このように構成された第二検出部１２によって発光部Ｒと身体携帯部７との間の距離、即ち、頭部装着部６と、身体携帯部７との間の距離を求める手法について図５に基づき説明する。同図５中、実線で示すように、発光部Ｒから照射された検査光Ｋは、凸レンズ１７を通過した後、ハーフミラー１８によってその一部が反射される。尚、ハーフミラー１８を透過した検査光Ｋはスポット位置検出部１５に至る。一方、ハーフミラー１８によって反射された検査光Ｋは収束点Ｓ１で収束し、再び、拡散光になって遮光板１９によって二つに分離される。二つに分離した各検査光Ｋ１，Ｋ２は、凸レンズ２０，２１を通過することによってスポット位置検出部２２，２３上に結像する。このとき、完全に合焦する必要はなく、ピントのずれた円形スポットであってもよい。

次に、発光部Ｒ，即ち、頭部装着部６が身体携帯部７に接近したとする。この場合、図５中、一点鎖線で示すように、検査光Ｋの拡散の角度は大きくなる。従って、検査光Ｋは一点鎖線で示すように、ハーフミラー１８で反射されて収束点Ｓ２に収束するが、図５に示すように、検査光Ｋの収束点Ｓ２は、前述の収束点Ｓ１よりもハーフミラー１８から離れた位置になる。このため、収束点Ｓ２と、二つの凸レンズの２０，２１の中心とを結ぶ直線上にある結像位置Ｎ３，Ｎ４同士の間の距離は、前述の結像位置Ｎ１，Ｎ２同士の間の距離よりも長距離なっている。

このように、検査光Ｋが遮光板１９で二つに分離されて結像された像の位置Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４を測定することにより、発光部Ｒと身体携帯部７との間の距離を求めることができるものである。遮光板１９と、凸レンズ２０，２１と、スポット位置検出部１５と、判定部２４によって拡散検出部１００が構成される。拡散検出部１００は検査光Ｋの拡散の程度に基づき、発光部Ｒと身体携帯部７との間の距離、即ち、頭部装着部６と身体携帯部７との間の距離を検出することができるものである。判定部２４は、発光部Ｒとスポット位置検出部１５との間の距離、即ち、頭部装着部６と身体携帯部７との間の距離に応じた距離検出信号βを出力するものである。

次に、第一補正部１３について説明する。身体携帯部７に設けられた第一補正部１３は、図６に示すように、転送光学系５を構成する一方の凸レンズ９と、アクチュエータ２５と、駆動回路２６とを備えている。

凸レンズ９は、図７に示すように、例えば支持枠Ｗに支持された状態で、走査部４（図１に示す）の光軸Ｌ（図７に示す）に対して直交する方向へ移動可能に設けられている。又、アクチュエータ２５は、例えば、圧電素子等によって構成されることができる。このように、アクチュエータ２５を圧電素子によって構成した場合、同図７に示すように、直交する位置に圧電素子を設け、これら圧電素子に供給する電圧を制御することにより、凸レンズ９を前述のように、走査部４の光軸Ｌに対して直交する方向へ移動できるものである。

又、駆動回路２６は、身体携帯部７に設けられた無線機（図示せず）から送信され、装置枠体１０に設けられた無線機（図示せず）によって受信した、第一検出部１１の検出結果に基づきアクチュエータ２５に供給する電力を制御することにより、凸レンズ９を前述のように移動させるものである。

又、図１に示すように、頭部装着部６には、凸レンズ８に入射した被変調光を観察者の眼Ｍに正確に入射させるための第三補正部１４が設けられている。第三補正部１４は転送光学系５を構成する他方の凸レンズ８と、アクチュエータ２７と、駆動回路２８とを備えている。

凸レンズ８は図７に示すように、例えば支持枠Ｗに支持された状態で、走査部４（図１に示す）の光軸Ｌ（図７に示す）に対して直交する方向へ移動可能に設けられている。又、アクチュエータ２７は、例えば、圧電素子等によって構成されることができる。このように、アクチュエータ２７を圧電素子によって構成した場合、図７に示すように、直交する位置に圧電素子を設け、これら圧電素子に供給する電圧を制御することにより、凸レンズ８を前述のように、走査部４の光軸に対して直交する方向へ移動できるものである。

又、第三補正部１４の一部を構成する駆動回路２８は、第一検出部１１の検出結果に基づき第一検出部１１から方向信号αを入力することにより、装置枠体１０に設けられた電池（図示せず）からアクチュエータ２７に供給される電力を制御して、凸レンズ８を前述のように移動させるものである。

次に、このように構成された第一補正部１３が、走査部４から頭部装着部６に向けて出射する被変調光Ｈの向きを補正する手法、及び第三補正部１４が、走査部４から出射して頭部装着部６に入射した被変調光Ｈの向きを補正する手法について図６に基づき説明する。尚、以下の説明においては、被変調光Ｈは平行な光線の状態にある場合について説明する。又、凸レンズ８、９は同一の焦点距離を有しているものとする。

先ず、図６（イ）に示すように、走査部４の光軸が凸レンズ８、９の光軸に一致し、又、観察者の眼Ｍも光軸上に位置しているとする。この状態が最も好ましい状態であり、補正が不要な状態である。この状態においては、レンズ８の焦点位置Ｆと凸レンズ９の焦点位置Ｆは互いに一致している。

次に、図６（ロ）に示すように、観察者が姿勢を変える等して頭部装着部６が下方向、即ち、Ｙ方向へ移動したとする。この場合、第一補正部１３の駆動回路２６は、第一検出部１１から方向信号αを入力して、凸レンズ９を点線で示す状態から実線で示すように、頭部装着部６の移動方向、即ち、図中、下方向へΔｙ＝（Ｙ₂／ａ）・（Ｒ_i／ＮＡ）移動させることにより、被変調光Ｈを頭部装着６の移動側、即ち、図中、下方へ屈折させる。このため、走査部４から頭部装着部６の凸レンズ８に向けて被変調光Ｈが入射することができるものである。即ち、第一補正部１３は、身体携帯部７から出射する被変調光Ｈの向きを頭部装着部６の方向に一致させるものである。ここで、Ｙ₂／ａはαに含まれる。又、Ｒ_iは凸レンズ９の半径を示し、ＮＡは凸レンズ９の開口数を示す。

一方、第三補正部１４の駆動回路２８は、第一検出部１１から方向信号αを入力して、頭部装着部６内の凸レンズ８を点線で示す状態から実線で示すように図中上方向ヘΔｙ移動させることで、凸レンズ９を通過して焦点位置Ｆに収束した被変調光Ｈは凸レンズ８を通過することによって平行な被変調光Ｈになって観察者の眼Ｍに入射することになる。即ち、第三補正部１４は、走査部４から頭部装着部６の凸レンズ８に入射した被変調光Ｈの向きを観察者の眼Ｍの方向に一致させるものである。

次に、前述のように第二補正部１４を構成する波面変調制御部３の構成について図８に基づき説明する。波面変調制御部３は、凸レンズ３０と、位置可変ミラー３１と、ミラー駆動部３２と、制御部３３とを備えている。図１に示すように、被変調光出力部２から光ファイバー３４を介して伝送された被変調光Ｈはハーフミラー３５によって波面変調制御部３に導かれる構成である。又、制御部３３には被変調光出力部２から奥行き信号が入力され、奥行き信号に基づき、ミラー駆動部３２を駆動して、位置可変ミラー３１を凸レンズ３０に接近又は離間させることにより、被変調光Ｈを拡散、平行、収束するように制御するものであるが、本実施携帯においては、第二検出部１２から距離検出信号βが入力されるようになっている。距離検出信号βは、奥行き信号と同様の信号であって、制御部３３は距離検出信号βに基づき、位置可変ミラー３２を凸レンズ３９に接近又は離間させることにより、被変調光Ｈを拡散、平行、収束するように制御するものである。

次に、波面変調制御部３の作用について説明する。先ず、制御部３３がミラー駆動部３２を構成する圧電素子に供給する電力を制御することにより、図８に示すように、位置可変ミラー３１を凸レンズ３９の焦点位置よりも凸レンズ３０に接近した位置イに位置合せしたとする。この状態において、図１に示すように、光ファイバ３４を介して被変調光出力部２から出力された被変調光Ｈは、ハーフミラー３５で光路が変更され、凸レンズ３０によって集光し、位置可変ミラー３１で反射される。ところで、位置可変ミラー３１は、凸レンズ３０の焦点位置ｆよりも凸レンズ３０に接近した位置イに位置しているため、位置可変ミラー３１で反射された被変調光Ｈは図８に示すように、位置可変ミラー３１で反射された後に焦点を結ぶため、位置可変ミラー３１で反射されて凸レンズ３０を通過した被変調光Ｓは平行光線になりきれず、図８に示すように、拡散光線になる。

次に、ミラー駆動部３２としての圧電素子に印加する電圧を制御して位置可変ミラー３１の位置を、凸レンズ３０の焦点位置ｆに位置合わせしたとする。この状態においては、図１に示すように、光ファイバ３４によって伝送された被変調光Ｈは、ハーフミラー３５によって凸レンズ３０に導かれて凸レンズ３０を通過し、位置可変ミラー３１に集光した被変調光Ｈは位置可変ミラー３１によって反射する。ここで、位置可変ミラー３１は凸レンズ３０の焦点位置ｆに位置しているため、位置可変ミラー３１で反射した被変調光Ｈは再び凸レンズ３０を通過して平行光線になる。このように、位置可変ミラー３１を凸レンズ３０に接近又は離間させることにより、被変調光Ｈを拡散、平行、収束させることができるものである。波面変調制御部３は、被変調光Ｈ、即ち、走査光の拡散、平行、収束を制御することにより、走査光の結像位置を光軸方向に調整するものである。

次に、第二補正部としての波面変調制御部３（図に示す）が頭部装着部６と身体携帯部７との間の距離に応じて被変調光Ｈによる結像位置を制御する手法について図９に基づき説明する。尚、以下の説明においては、波面変調制御部３は未だ、奥行き信号によっては制御されない状態にある場合について説明する。

図９（イ）に示す状態から図（ロ）に示すように、頭部装着部６が身体携帯部７側へ接近したとする。尚、図９（イ）は、図６（イ）と同様の図である。この場合、図５に示す第二検出部１２から距離検出信号βを入力した波面変調制御部３（図1に示す）が被変調光Ｈを図９（ロ）に示すように予め収束させた状態で凸レンズ９に入射することにより、被変調光Ｈは凸レンズ９を通過することによって、凸レンズ８の焦点位置Ｆに収束する。焦点位置Ｆに収束した被変調光Ｈは凸レンズ８を通過することにより、平行な被変調光Ｈになって観察者の眼Ｍに入射することになる。

次に、図１に基づき、被変調光出力部２の構成について説明する。被変調光出力部２は、外部機器からの映像情報Ｖが入力される映像信号供給回路４１と、赤色光源４２、緑色光源４３、青色光源４４と、赤色光源ドライバ４５，緑色光源ドライバ４６，青色光源ドライバ４７と、コリメートレンズ４８，４９，５０と、波長選択性ミラー５１，５２，５３と、フォーカスレンズ５４とを備えている。そして、映像信号供給回路４１は、外部機器から供給される赤色得象信号、緑色映像信号、青色映像信号に基づいて、赤色光源４２，緑色光源４３、青色光源４４をそれぞれ駆動する赤色光源ドライバ４５、緑色光源ドライバ４６、青色光源ドライバ４７に対して強度変調信号を出力するものである。赤色光源４２、緑色光源４３、青色光源４４からの出射光は、コリメートレンズ４８，４９，５０によって略平行光線に成形された後に、波長選択性ミラー５１，５２，５３によって合波され、フォーカスレンズ５４によって光ファイバ３４に入射される構成になっている。

次ぎに、図１に基づき前述の走査部４について説明する。走査部４は、水平走査ミラー５５と、リレー光学系レンズ５６と、垂直走査ミラー５７とを備えている。

水平走査ミラー５５は回転軸Ｘ１によって回転可能に設けられている。水平走査ミラー５５は、ハーフミラー３５を通過した被変調光Ｈを、この水平走査ミラー５５の回転位置に応じた方向へ反射するものである。水平走査ミラー５５の回転は、水平制御部５８によって制御されるものである。リレー光学系レンズ５６は水平走査ミラー５５によって反射された光線を垂直走査ミラー５７に集中させるものである。

又、垂直走査ミラー５７は回転軸Ｘ２を回転中心に揺動可能に設けられている。垂直走査ミラー５７の揺動は、垂直制御部５９によって制御されるものである。この垂直走査ミラー５７は、リレー光学系レンズ５６を通過した被変調光Ｈを、垂直走査ミラー５７の回転位置に応じた方向へ反射するものである。

このように構成された画像表示装置の作用について説明する。頭部装着部６が身体携帯部７に対して、上下方向又は左右方向に変位し、更には、接近又は離間するように変位した場合、変位を第一検出部１１又は第二検出部１３が検出して、第一補正部１３、第三補正部１４又は波面変調制御部３が被変調光Ｈの向き又は拡散の程度を制御することにより、被変調光Ｈを観察者の眼Ｍに的確に導くことができる。このため、被変調出力部２から出力された被変調光Ｈは走査部４において垂直方向、水平方向へ走査され、転送光学系５に転送されて観察者の眼Ｍに適切に導かれて画像が表示される。

図１０は第二実施形態を示す。この第二実施形態の特徴は、被変調光出力制御部６１を備えた点にある。この第二実施形態においては、観察者の頭部に頭部装着部６が装着されたか否かを検出することにより、頭部装着部６が頭部に装着された状態においてのみ、被変調光出力部２を作動させるようにしたものである。

被変調光出力制御部６１は、方向信号α及び距離検出信号βの少なくとも何れか一方を入力した時に、被変調光出力部２を作動させて被変調光Ｈを出力し、一方、方向信号α及び距離検出信号βの双方を入力しない時に被変調光出力部２を作動させないで被変調光Ｈを出力させないものである。

被変調光出力制御部６１は、例えば、赤色光源ドライバ４５、緑色光源ドライバ４６、青色光源ドライバ４７の作動をオン，オフ制御するように構成され、方向信号α及び距離検出信号βの少なくとも何れか一方を入力した時に、赤色光源ドライバ４５、緑色光源ドライバ４６、青色光源ドライバ４７の作動をオンさせて、赤色光源４２、緑色光源４３、青色光源４４をオンさせることにより、被変調光Ｈを出力させ、一方、方向信号α及び距離検出信号βの双方を入力しない時に、赤色光源ドライバ４５、緑色光源ドライバ４６、青色光源ドライバ４７の作動をオフさせて、赤色光源４２、緑色光源４３、青色光源４４をオフさせることにより、被変調光Ｈを出力させない構成にすることができる。

又、被変調光出力制御部６１は、方向信号α及び距離検出信号βの少なくとも何れか一方を入力した時に、映像信号供給回路４１を作動させて被変調光Ｈを出力し、一方、方向信号α及び距離検出信号βの双方を入力しない時に映像信号供給回路４１を作動させないで被変調光Ｈを出力させないようにするようにしてもよい。

尚、凸レンズ８、９，１７，２０，２１と同様の機能を奏する回折素子を形成し、このように形成された回折素子を凸レンズ８、９，１７，２０，２１に代えて用いることも可能である。

画像表示装置の構成図である。（第一実施形態）画像表示装置の外観図である。（第一実施形態）第一検出部の斜視図である。（第一実施形態）図３の左側面図である。（第一実施形態）第二検出部の構成図である。（第一実施形態）第一補正部，第二補正部の側面図である。（第一実施形態）第一補正部，第二補正部の正面図ある。（第一実施形態）波面変調制御部の構成図である。（第一実施形態）波面変調制御部の作用を説明する側面図である。（第一実施形態）画像表示装置の構成図である。（第二実施形態）

符号の説明

１画像表示装置
２被変調光出力部
３波面変調制御部（第二補正部）
４走査部
５転送光学系
６頭部装着部
７身体携帯部
８凸レンズ
９凸レンズ
１１第一検出部
１２第二検出部
１３第一補正部
１４第三補正部
１５スポット位置検出部
１６方向判定部（判定部）
６１被変調光出力制御部
１００拡散検出部
Ｈ被変調光
Ｒ発光部

Claims

光を画像情報に応じて変調した被変調光として出力する被変調光出力部と、
前記被変調光出力部の後段に設けられ、該被変調光出力部から出力された被変調光を走査光として出力する走査部と、
該走査部の後段に設けられて該走査光を観察者の瞳孔に導く転送光学系とを備えた画像表示装置であって、
前記転送光学系のうち該走査光を観察者の瞳孔に導く側の転送光学系が設けられ、観察者の頭部に装着される頭部装着部と、
前記転送光学系の前記走査部側の転送光学系と前記走査部と前記被変調光出力部とが設けられ、観察者の身体に形態可能であり、頭部装着部とは分離された身体携帯部とを備え、
前記身体携帯部は前記観察者の瞳孔に導く側の転送光学系に前記走査部側の転送光学系から出射する被変調光の光軸の向きを補正可能な第一補正部を備え、
前記身体携帯部は前記頭部装着部と身体携帯部との間の離間距離に応じて走査光の結像位置を光軸方向に調整可能な第二補正部を設け、
前記身体携帯部を基準として前記頭部装着部が存在する方向を検出する第一検出部を備え、前記第一検出部が検出した方向情報に基づいて、前記第一補正部は前記走査部側の転送光学系から出射する被変調光の光軸を前記観察者の瞳孔に導く側の転送光学系の存在する方向に向けるように補正し
前記観察者の瞳孔に導く側の転送光学系と前記走査部側の転送光学系との間の距離を求める第二検出部を備え、前記第二検出部が検出した距離情報に基づいて、前記第二補正部は前記被変調光による結像位置を光軸と平行な方向に制御することを特徴とする画像表示装置。
前記第一検出部は、
前記頭部装着部に設けられて、検査光を出力する検査光出力部と、
前記身体携帯部に設けられて、該検査光を受光し、受光スポット中心位置に対応する信号を出力する位置検出素子を含むスポット位置検出部と、
該スポット位置検出部によって検出された光スポット位置によって前記検査光の光軸の向きを判定する判定部と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記身体携帯部は前記走査部を備え、前記第一補正部は、前記身体携帯部の走査部と前記頭部装着部との間に設けられ前記走査部の光軸に垂直に交差する面内において変位可能な光学素子と、
前記第一検出部によって検出された検査光の光軸の向きに応じて該光学素子を変位させる駆動部とを備えることにより、前記身体携帯部から出射する走査光の向きを前記頭部装着部の方向に一致させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像表示装置。
前記第二検出部は、前記頭部装着部に設けられて、検査光を出力する検査光出力部と、
前記身体携帯部に設けられて、検査光の拡散の程度を検出する拡散検出部とを備え、
検査光の拡散の程度に基づき前記頭部装着部と前記身体携帯部との間の距離を求めることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像表示装置。
前記身体携帯部は前記走査部を備え、前記第二補正部は、前記被変調光を拡散又は収束するよう制御することにより、前記身体携帯部の走査部と前記頭部装着部との間に応じて、結像位置を光軸方向で制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の画像表示装置。
前記頭部装着部は、前記身体携帯部から入射した被変調光の光軸の向きを補正可能な第三補正部を備え、
前記身体携帯部は前記走査部を備え、
前記第三補正部は、前記身体携帯部の走査部と前記頭部装着部との間に設けられ前記走査部の光軸に垂直に交差する面内において変位可能な光学素子と、
前記第一検出部によって検出された検査光の光軸の向きに応じて該光学素子を変位させる駆動部とを備えることにより、該光学素子から出射する走査光の向きを観察者の眼に一致させることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の画像表示装置。