JP5216761B2 - ビーム走査型表示装置 - Google Patents
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Description
図1A〜図9Bを参照して、本発明の実施の形態1に係るビーム走査型表示装置を説明する。なお、図1A及び図1Bは、本発明の実施の形態1におけるメガネ形のHMD(ヘッドマウントディスプレイ)の構成図(平面図と側面図)である。図2は、図1Aの一部の詳細図である。図3〜図5はシリンドリカルレンズの形状及び機能を説明するための図である。図6及び図7は波面形状変更部の機能を説明するための図である。図8は走査部の構成を示す図である。図9A及び図9BはHMDの制御ブロック図である。
次に、本発明の実施の形態2に係るビーム走査型表示装置を説明する。なお、装置の構成は実施の形態1と共通するので、図1A〜図9Aを用いて説明すると共に、共通部分の詳しい説明は省略する。
本ステップでは、スポットサイズ判定部1501が、ユーザの網膜上でのビームのスポットサイズを判定する。本実施の形態においては、光検出部214が、ユーザの網膜からの反射光を検出し、網膜上に投影されたビームスポットを含むユーザの網膜像を生成する。スポットサイズ判定部1501は、光検出部214が取得した網膜像から、網膜上でのビームのスポットサイズSを判定する。
本ステップでは、ビーム曲率制御部1502が、前ステップで判定したビームのスポットサイズSと、ビーム曲率制御部1502の定める閾値S0との比較を行う。
本ステップでは、ビーム曲率制御部1502が、現在のユーザの眼に対するビームの曲率半径Rと、目標とする目標曲率半径R0との比較を行う。ここでビームの曲率半径Rとは、波面形状変更部102が波面の形状を変更した後のビームの曲率半径を示す。
本ステップでは、ビーム曲率制御部1502が、前述の目標曲率半径R0の値の修正を行う。
本ステップでは、ビーム曲率制御部1502が、現在のビームの曲率半径Rの変更を行う。
入射光のビームの曲率半径が目標曲率半径R0に一致した場合、ユーザの水晶体は充分に薄く延ばされており、毛様体が弛緩している。このため長時間、HMDに表示される画像を視聴している場合でも、毛様体にかかる負担は少なく、VDT作業における眼精疲労を低減することが可能になる。
図18に本発明の実施の形態3に係る画像表示装置10の概略構成図を示す。
図22に本発明の実施の形態4にかかる画像表示装置30の概略構成図を示す。
図24A、図24B、及び図25を参照して、本発明の実施の形態5に係るビーム走査型の画像表示装置50を説明する。なお、図24Aはサーボ光発生用ホログラムミラー51を示す図、図24Bは光検出部52を示す図、図25は画像表示装置50の概略構成図である。
図26A〜図26Cに、本発明の実施の形態6におけるめがね型画像表示装置81の構成を示す。図26Aは平面図、図26Bは側面図、図26Cは走査部の走査中心軸97に垂直な方向Xから見た矢視図である。
図27A〜図27Cに、本発明の実施の形態7における、めがね型画像表示装置81の構成を示す。図27Aは平面図、図27Bは側面図、図27Cは走査部92の走査中心軸97に垂直な方向Xから見た矢視図である。
図28は、本発明の実施の形態8における自動車搭載型のHUD(Head−Up Display:ヘッドアップディスプレイ)の構成図である。
図29は、本発明の実施の形態9における椅子装着型の表示装置の構成図である。
図30は、本発明の実施の形態10におけるレーザ走査型のHUD(ヘッドアップディスプレイ)の構成図(側面図)である。また、図31は、図30に示されるレーザ走査ユニット2002の詳細図である。
図32は、本発明の実施の形態11におけるレーザ走査型の単眼鏡2201の構成図(側面図)である。
図33は、本発明の実施の形態12におけるレーザ走査型のディスプレイ2301の構成図(側面図)である。
11,91,101 光源
11a コリメータレンズ
11b ダイクロイックプリズム
11R,211 赤色レーザ光源(R光源)
11G,213 緑色レーザ光源(G光源)
11B,212 青色レーザ光源(B光源)
12,12a レーザ光
13,92,103 走査部
13a 反射ミラー
14,14a,14b 走査光
15 瞳
16,93,104 偏向部
16a 基板
16b ホログラムミラー
16c 偏向面
16d 外側の面
16e 遮蔽膜
16f,51 サーボ光発生用ホログラムミラー
16g 第1の反射型ホログラムミラー
16h 第2の反射型ホログラムミラー
17 虹彩
17a 反射体
17b 反射光
17c,17d,19b スポットサイズ
18,52,214 光検出部
18a,22,23,53 受光素子
18b,21b 対物レンズ
18c アパーチャ
18d 回折格子
18f,18g 回折光
18h 赤外レーザ光源
19,88 眼
19a,1204 網膜
19c 焦点位置
20,94,105 制御部
20a ビーム形状調節部
20b サーボ用ミラー
21 光路長調整部
21a プリズム
22a,22b,22c,23a,23b,23c 受光部
31 矢印
32,32a,32b ビーム走査方向
33 ビーム偏向領域
34 サーボ光が発生する領域
51a ホログラムパターン
55 見かけの発光点
81 めがね型画像表示装置
82 めがねレンズ
83 レンズフレーム
84 テンプル
85 開口
86 レーザビーム
87 画像反射領域
89 外部機器
95,96,2202 折り返しミラー
97 走査中心軸
98 折り返し反射領域
102 波面形状変更部
103a ミラー部
103b 枠体
103c,103d 軸部
106 ヘッドホン部
201,2101 焦点距離水平成分変更部
202,2102 焦点距離垂直成分変更部
203 シリンドリカルレンズ
203a 平面部
203b 曲面部
203c,203d 端面部
204 ミラー
401 偏向部支持部
501 中央処理部
502 記憶部
503 入出力制御部
520 通信部
531 視線検出部
532 視野位置判定部
1201,2006 眼球
1202 水晶体
1203 毛様体
1205 入射光
1301 物体
1501 スポットサイズ判定部
1502 ビーム曲率制御部
2001 車
2002 レーザ走査ユニット
2003 フロントガラス
2004 ハーフミラー
2005 ドライバー
2007 天井
2008 支持棒
2201 単眼鏡
2203 カメラ
2301 ディスプレイ
2302 机
Claims (21)
- ビームを出力する光源と、
前記光源から出力されたビームを走査する走査部と、
前記走査部で走査されたビームをユーザの眼に向かう方向へ偏向する偏向部と、
ビームのスポットサイズが予め定めた許容範囲内に収まるように、前記光源からのビームの波面形状を変更して前記走査部に出力する波面形状変更部と、
前記走査部で走査されたビームの一部であって、ユーザの眼に入射したビームの角膜上での反射光を検出する光検出部と、
前記光検出部によって検出された反射光の強度からユーザの視線方向を検出する視線検出部と、
前記視線検出部で検出した視線方向を用いて、ユーザの視野領域におけるビームの位置を判定する視野位置判定部とを備え、
前記波面形状変更部は、前記視野位置判定部で判定したビームの位置に応じて変動する前記許容範囲に基づいて、ビームの波面形状を変更する
ビーム走査型表示装置。 - 前記許容範囲の上限は、ビームがユーザの視野中心に近づくほど小さくなり、視野中心から遠ざかるほど大きくなる
請求項1に記載のビーム走査型表示装置。 - 前記許容範囲の上限は、ユーザの視野領域での位置に対応する視力分解能に応じた値、及び視野中心での目標表示解像度に応じた値のうちのいずれか大きい方の値である
請求項2に記載のビーム走査型表示装置。 - ビームを出力する光源と、
前記光源から出力されたビームを走査する走査部と、
前記走査部で走査されたビームをユーザの眼に向かう方向へ偏向する偏向部と、
ビームのスポットサイズが予め定めた許容範囲内に収まるように、前記光源からのビームの波面形状を変更して前記走査部に出力する波面形状変更部と、
前記走査部で走査されたビームの一部を検出する光検出部と、
前記光検出部の検出結果に基づいて、ユーザの眼に入射されるビームの網膜上でのスポットサイズを判定するスポットサイズ判定部と、
ビームの曲率半径の目標値を保持し、前記スポットサイズ判定部によって判定されたスポットサイズが予め定めた閾値を超えない範囲で、ビームの曲率半径が前記目標値に段階的に近づくように、ビームの曲率半径を所定値ずつ変更するビーム曲率制御部とを備え、
前記波面形状変更部は、前記光検出部の検出結果に基づいてビームの波面形状を変更する
ビーム走査型表示装置。 - ビームの曲率半径の前記目標値は、前記スポットサイズ判定部によって判定されたスポットサイズが予め定めた閾値を超えない範囲で、最大の値に設定される
請求項4に記載のビーム走査型表示装置。 - 前記ビーム曲率制御部は、前記スポットサイズ判定部の判定結果が前記閾値を超えたことに応じて、前記目標値を引き下げる
請求項5に記載のビーム走査型表示装置。 - 前記ビーム曲率制御部は、一定時間内における前記スポットサイズの変動幅が一定値以下の場合にのみビームの曲率半径を変更する
請求項4に記載のビーム走査型表示装置。 - ユーザの身体動作変化を検出する動き検出部を備え、
前記ビーム曲率制御部は、前記動き検出の出力からユーザの身体動作変化の幅が一定値以上の場合には、前記曲率半径の変更を行わない
請求項4に記載のビーム走査型表示装置。 - 前記ビーム曲率制御部は、ビームの曲率半径を増加させる期間と、前記曲率半径を減少させる期間とを交互に繰り返す
請求項4に記載のビーム走査型表示装置。 - ビームを出力する光源と、
前記光源から出力されたビームを走査する走査部と、
前記走査部で走査されたビームをユーザの眼に向かう方向へ偏向する偏向部と、
ビームのスポットサイズが予め定めた許容範囲内に収まるように、前記光源からのビームの波面形状を変更して前記走査部に出力する波面形状変更部と、
前記走査部で走査されたビームの一部を検出する光検出部とを備え、
前記波面形状変更部は、前記光検出部の検出結果に基づいてビームの波面形状を変更し、
前記偏向部は、基板と、前記基板の少なくとも一部に形成されたホログラムミラーとを含み、
前記ホログラムミラーは、前記走査部からの走査光をユーザの眼に向かわせる偏向領域と、前記走査部が出力したビームの一部を反射して前記光検出部に導く反射体とを含む
ビーム走査型表示装置。 - 前記反射体は、前記偏向領域内に形成されており、
前記偏向領域と前記反射体とは、多重化されている
請求項10に記載のビーム走査型表示装置。 - 前記反射体は、前記偏向領域の周囲の少なくとも一部に形成されている
請求項10に記載のビーム走査型表示装置。 - 前記反射体は、網膜上のスポットサイズが最適値となるときに最も強い反射光を出力する
請求項10に記載のビーム走査型表示装置。 - 前記光源は、赤色レーザ光源と、青色レーザ光源と、中心波長が750nm以上、1500nm以下の赤外光を出力する赤外レーザ光源及び赤外光の一部を緑色に変換するSHG(Second−Harmonic Generation)素子を組み合わせた緑色レーザ光源とを含み、
前記反射体は、前記赤外光を反射する
請求項10に記載のビーム走査型表示装置。 - 前記偏向部は、前記基板の前記ホログラムミラーが取り付けられた面とは反対側の面に、赤外光を遮蔽する遮蔽膜を備える
請求項14に記載のビーム走査型表示装置。 - ビームを出力する光源と、
前記光源から出力されたビームを走査する走査部と、
前記走査部で走査されたビームをユーザの眼に向かう方向へ偏向する偏向部と、
ビームのスポットサイズが予め定めた許容範囲内に収まるように、前記光源からのビームの波面形状を変更して前記走査部に出力する波面形状変更部と、
前記走査部で走査されたビームの一部を検出する光検出部とを備え、
前記波面形状変更部は、前記光検出部の検出結果に基づいてビームの波面形状を変更し、
前記光検出部は、前記反射光の波面形状のうち光軸に垂直で、かつ互いに直交する2方向のビームの曲率半径を個別に検出する
ビーム走査型表示装置。 - ビームを出力する光源と、
前記光源から出力されたビームを走査する走査部と、
前記走査部で走査されたビームをユーザの眼に向かう方向へ偏向する偏向部と、
ビームのスポットサイズが予め定めた許容範囲内に収まるように、前記光源からのビームの波面形状を変更して前記走査部に出力する波面形状変更部とを備え、
前記波面形状変更部は、ビームの水平成分の波面形状を変更する水平成分変更部と、垂直成分の波面形状を変更する垂直成分変更部とを有し、
前記水平成分変更部は、前記垂直成分変更部よりも、ビームの波面形状を大きく変更させる
ビーム走査型表示装置。 - ビームを出力する光源と、
前記光源から出力されたビームを走査する走査部と、
前記走査部で走査されたビームをユーザの眼に向かう方向へ偏向する偏向部と、
ビームのスポットサイズが予め定めた許容範囲内に収まるように、前記光源からのビームの波面形状を変更して前記走査部に出力する波面形状変更部とを備え、
前記波面形状変更部は、ビームの水平成分の波面形状を変更する水平成分変更部と、垂直成分の波面形状を変更する垂直成分変更部とを有し、前記走査部での水平方向走査時に垂直方向走査時よりもビームの波面形状を大きく変更させる
ビーム走査型表示装置。 - ビームを出力する光源と、
前記光源から出力されたビームを走査する走査部と、
前記走査部で走査されたビームをユーザの眼に向かう方向へ偏向する偏向部と、
ビームのスポットサイズが予め定めた許容範囲内に収まるように、前記光源からのビームの波面形状を変更して前記走査部に出力する波面形状変更部とを備えるビーム走査型表示装置であって、
該ビーム走査型表示装置は、めがね型の画像表示装置であって、
前記偏向部を有する一対のレンズと、
前記一対のレンズそれぞれの外縁部から後方に延びると共に、少なくとも前記走査部を保持する一対のテンプルと、
前記光源からのビームを前記走査部に導くものであって、前記走査部へのビームの入射角が、前記光源から前記走査部に直接入射する場合より小さくなる位置に配置される折り返しミラーとを備え、
前記折り返しミラーは、
前記テンプル内の前記走査部と鉛直方向に離隔した位置に配置され、前記光源からのビームを反射する第1のミラーと、
前記第1のミラーより前記レンズに近い位置に配置され、前記第1のミラーからの反射光を前記走査部に導く第2のミラーとを含む
ビーム走査型表示装置。 - 前記偏向部は、ホログラムミラーであり、
前記走査部からの走査光をユーザの眼に向かう方向に偏向する画像反射領域と、
前記第2のミラーとして機能する折り返し反射領域とを備える
請求項19に記載のビーム走査型表示装置。 - 前記折り返し反射領域は、前記偏向領域で生じる収差の少なくとも一部を補正するための収差を有する
請求項20に記載のビーム走査型表示装置。
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