JP6565407B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置に関するものである。

ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）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表示装置が近年注目を集めている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、眼鏡型のヘッドマウントディスプレイが開示されている。そして、特許文献１の図４に示す構成では、レーザー光源と、レーザー光源から出射されたレーザー光を走査する走査部と、走査部で走査した光を偏向する偏向部と、走査部と偏向部との間に配置され、レーザー光のビームウェストの位置を制御する固定レンズと、を有し、これらがフレームに保持された構成となっている。

国際公開ＷＯ２０１０／１１６７２６号公報

しかしながら、このような構成では、眼鏡型のフレームのテンプル部（耳に掛ける部分）にレーザー光源および走査部が配置され、フロント部（レンズを支持する部分）に偏向部が配置されている。このような構成では、ヘッドマウントディスプレイを頭部に装着することで発生するフレームの歪みによって、走査部と偏向部の相対的な位置が適正な位置からずれてしまい、それに伴って使用者が観察する画像もずれてしまう。

本発明の目的は、フレームの撓みによる画像のずれを抑制することのできる画像表示装置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、観察者に装着して使用される画像表示装置であって、
フロント部および前記フロント部に接続されたテンプル部を有するフレーム部と、
前記テンプル部に配置され、光源から出射される光を走査する走査部と、
前記フロント部に配置され、前記光源から出射された光のうち、前記走査部で走査された光を前記観察者の眼に向けて偏向する偏向部と、
前記走査部で走査された光のうち、前記偏向部で反射された前記光を検知する検知部と、を有することを特徴とする。
これにより、フレームの撓みを検知部によって検知することができるため、フレームの撓みによる画像のずれを抑制することのできる画像表示装置を提供することができる。

本発明の画像表示装置では、前記偏向部は、ホログラム素子であり、
前記検知部は、前記ホログラム素子に入射した前記光のうち、前記ホログラム素子で正反射された光を検知することが好ましい。
例えば、ホログラム素子の回折光を装着者の眼に向けて偏向する場合、このように回折光とは異なる光を検知部が検知するようにすると、検知部を視界の邪魔にならない場所に配置し易くなる。

本発明の画像表示装置は、観察者に装着して使用される画像表示装置であって、
フロント部および前記フロント部に接続されたテンプル部を有するフレーム部と、
前記テンプル部に配置され、光源から出射される光を走査する走査部と、
前記フロント部に配置され、前記光源から出射された光のうち、前記走査部で走査された光を前記観察者の眼に向けて偏向する偏向部と、
前記走査部で走査された光のうち、前記偏向部を透過した光を検知する検知部と、を有することを特徴とする。
これにより、フレームの撓みを検知部によって検知することができるため、フレームの撓みによる画像のずれを抑制することのできる画像表示装置を提供することができる。

本発明の画像表示装置では、前記検知部による検知結果に基づいて、前記光源の駆動を制御する制御部を有していることが好ましい。
これにより、例えば、フレームの撓みに基づいて光源からの光の出射タイミングを変化させることで、画像を正しい位置に表示することができる。

本発明の画像表示装置では、前記偏向部と前記検知部との間に位置し、前記走査部で走査された光のうち、前記偏向部で反射された光または前記偏向部を透過した光を透過する光学部を有することが好ましい。
これにより、例えば、光学部によって外光を遮断することができ、検知部による光の検知をより精度よく行うことができる。

本発明の画像表示装置では、前記走査部は、前記光源から出射される光を反射する反射部を有し、
前記光源から出射された光のうち、前記走査部で走査された光の光軸が前記偏向部に対して変化することで、前記走査部で走査された光のうち、前記検知部での前記偏向部で反射された光または前記偏向部を透過した光を検知する時刻における前記反射部の傾きが変化することが好ましい。
これにより、反射部の傾きから光軸のずれを検知することができる。

本発明の画像表示装置では、前記テンプル部が変形することで、前記光源から出射された光のうち、前記走査部で走査された光の光軸が変化することが好ましい。
これにより、偏向部の変形が抑えられるため、画像の品質低下を防止することができる。

本発明の画像表示装置では、前記光源から出射される光の前記走査部への入射角度が固定されたまま、前記光軸が変化することが好ましい。
これにより、光源から出射された光が走査部へ入射しなくなることを防止することができる。

本発明の画像表示装置では、前記光源と前記反射部の中心との相対的な位置関係が固定されたまま、前記偏向部に対する前記走査部の向きが変化することで、前記光源から出射された光のうち、前記走査部で走査された光の光軸が変化することが好ましい。
これにより、走査部で走査した光の偏向部までの光路長がほとんど変わらない。そのため、制御部による制御が光路長の変化を考慮しないで済む分、簡単なものとなる。

本発明の画像表示装置では、前記検知部は、前記走査部で走査された光のうち、前記偏向部における走査領域の前記フロント部の延在方向における前記検知部側で反射された光または透過した光を検知することが好ましい。
これにより、フレームが自然状態で撓んでいない場合および装着されることでフレームが撓んでいる場合の一方で検知部が光を検知し、他方で光を検知しないという構成を簡単に実現することができる。

本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の概略構成を示す図である。 図１に示す画像表示装置の表示ユニットの概略構成図である。 図１に示す画像表示装置の表示ユニットの概略構成図である。 図１に示す画像表示装置の斜視図である。 表示ユニットが備える変調光生成部を示す図である。 表示ユニットが備える走査部を示す平面図である。 フレームの撓み変形の有無による光軸の違いを示す図である。 フレームが撓み変形の有無による走査部の光学角の違いを示す図である。 フレームの撓み変形の有無による受光素子による受光タイミングの違いを示すグラフである。 フレームの撓み方を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る画像表示装置の概略構成図である。 本発明の第３実施形態に係る画像表示装置の概略構成図である。 検知部による０次光の検知を示すグラフである。 本発明の第４実施形態に係る画像表示装置の概略構成図である。 本発明の第５実施形態に係る画像表示装置の概略構成図である。 本発明の第６実施形態に係る画像表示装置の概略構成図である。

以下、本発明の画像表示装置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の概略構成を示す図である。図２および図３は、それぞれ、図１に示す画像表示装置の表示ユニットの概略構成図である。図４は、図１に示す画像表示装置の斜視図である。図５は、表示ユニットが備える変調光生成部を示す図である。図６は、表示ユニットが備える走査部を示す平面図である。図７は、フレームの撓み変形の有無による光軸の違いを示す図である。図８は、フレームが撓み変形の有無による走査部の光学角の違いを示す図である。図９は、フレームの撓み変形の有無による受光素子による受光タイミングの違いを示すグラフである。図１０は、フレームの撓み方を示す図である。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、前方（前側）を「前」とも言い、後方（後側）を「後」とも言う。また、図１において、右側を「Ｒ」、左側を「Ｌ」、前方を「Ｆ」、後方を「ＲＥ」として図示している。

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。

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と、を有している。また、表示ユニット３００は、観察者の右眼用に設けられた表示ユニット３００Ａと、観察者の左眼用に設けられた表示ユニット３００Ｂと、を有している。

表示ユニット３００Ａ、３００Ｂは、同様の構成をなしており、それぞれ、図２および図３に示すように、変調光生成部４００と、走査部５００と、偏向部６００と、検知部７００と、制御部８００と、を有している。このような表示ユニット３００Ａ、３００Ｂは、それぞれ、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、検知部７００がフレーム２００の撓みを検知し、この検知結果に基づいて制御部８００が変調光生成部４００の駆動を制御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。なお、本実施形態の画像表示装置１００は、両眼型のヘッドマウントディスプレイであるが、画像表示装置１００は、単眼型のヘッドマウントディスプレイであってもよい。すなわち、表示ユニット３００Ａ、３００Ｂの一方を省略した構成であってもよい。

以下、画像表示装置１００の各構成要素について順次詳細に説明する。
（フレーム）
図４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３００Ａ、３００Ｂ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。シェード部２１２は、外界光の透過を抑制する機能を有し、偏向部６００を支持している。そして、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。また、ノーズパッド２１３には、検知部７００が設けられている。

テンプル部２２０、２３０は、フロント部２１０に接続されている。このようなテンプル部２２０、２３０は、観察者の耳ＥＡに掛けるための角度がほとんど付けられていないストレートテンプル部であり、観察者が画像表示装置１００を頭部Ｈに装着したとき、テンプル部２２０、２３０の一部が、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。

（変調光生成部）
表示ユニット３００Ａの変調光生成部４００は、テンプル部２２０に配置されており、表示ユニット３００Ｂの変調光生成部４００は、テンプル部２３０に配置されている。このような変調光生成部４００は、図５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、集光レンズ４５０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り、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り、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、より明るく鮮明な画像を表示することができる。なお、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、ＬＥＤ等を用いることができる。

駆動回路４２０Ｒは、光源４１０Ｒを駆動する機能を有し、駆動回路４２０Ｇは、光源４１０Ｇを駆動する機能を有し、駆動回路４２０Ｂは、光源４１０Ｂを駆動する機能を有する。また、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、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。そして、生成された変調光Ｌは、集光レンズ４５０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。

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、本実施形態の構成に限定されない。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。

（走査部）
表示ユニット３００Ａの走査部５００は、テンプル部２２０に配置されており、表示ユニット３００Ｂの走査部５００は、テンプル部２３０に配置されている。このような走査部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り、図６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、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図示しない駆動手段と、を有している。このような構成によれば、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、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の向きを検知する傾き検知部５６０を有している。この傾き検知部５６０は、軸部５２１、５４１の付け根に設けられた２つの圧電体５６１、５６２を有しており、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、この傾き検知部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を出射す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、本実施形態の構成に限定されない。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。

このような走査部５００は、変調光生成部４００よりも後方側に位置し、変調光生成部４００から後方（テンプル部２２０、２３０の自由端側）へ向けて出射された変調光Ｌがミラー５１１に入射するようになっている。また、走査部５００は、ミラー５１１を前方（偏向部６００）に向けて配置されている。このような配置とすることで、走査部５００の有効走査角（偏向部６００へ変調光Ｌを導くことのできる走査角度）を大きくすることができる。そのため、より鮮明な画像を生成することができる。

ただし、走査部５００の配置や向きは、変調光生成部４００から出射された変調光Ｌを走査することができれば、特に限定されない。また、本実施形態では、走査部５００で走査された変調光Ｌが直接、偏向部６００に入射するように構成されているが、例えば、走査部５００で走査した変調光Ｌを一旦ミラー等の反射部材で反射させてから偏向部６００に入射するように構成されていてもよい。この場合、例えば、前記反射部材に光学的特性を付加することで、より鮮明な画像を生成することができる。なお、この光学的特性としては、特に限定されないが、変調光Ｌの径が偏向部６００の偏向面で等しくなるように変調光Ｌの光路長を補正するような特性が挙げられる。

（偏向部）
表示ユニット３００Ａの偏向部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。一方、表示ユニット３００Ｂの偏向部６００は、フロント部２１０に設けられており、使用時に観察者の左眼の前方に位置するように配置されている。このような偏向部６００は、観察者の右眼および左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に向けて入射させる機能を有する。

このような偏向部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。

（検知部）
表示ユニット３００Ａの検知部７００は、ノーズパッド２１３の右側の片に設けられており、変調光Ｌの偏向部６００で正反射した光である０次光Ｌ’が入射する位置に配置されている（図２参照）。同様に、表示ユニット３００Ｂの検知部７００は、ノーズパッド２１３の左側の片に設けられており、変調光Ｌの偏向部６００で正反射した光である０次光Ｌ’が入射する位置に配置されている（図３参照）。以下、この検知部７００について詳細に説明するが、表示ユニット３００Ａ、３００Ｂは、同様の構成であるため、表示ユニット３００Ａについて代表して説明する。

検知部７００は、例えば、フォトダイオード等の受光素子７１０を有している。そして、受光素子７１０は、図７（ａ）に示すように、走査部５００で走査された変調光Ｌに含まれる変調光Ｌ１が偏向部６００で正反射された光である０次光Ｌ１’を受光するようになっている。ここで、変調光Ｌ１は、走査部５００で走査された変調光Ｌのうち水平方向の端部（フロント部２１０の中央側の端部）に位置していることが好ましい。言い換えると、変調光Ｌ１は、走査部で走査された光のうち、偏向部６００上を走査する走査光が形成する走査領域のフロント部２１０の延在方向（テンプル部２２０とテンプル部２３０とが互いに離間する方向）における検知部７００側に位置する走査領域（偏向部６００）で反射された光であることが望ましい。

これにより、０次光Ｌ１’の光路を回折光から大きく反らすことができ、受光素子７１０の配置の自由度が増す。また、受光素子７１０をノーズパッド２１３に配置し易くなり、ノーズパッド２１３を有効利用することができる。なお、受光素子７１０の配置としては、０次光Ｌ１’を受光することができれば、特に限定されず、例えば、シェード部２１２等に配置してもよい。ただし、受光素子７１０は、偏向部６００と眼ＥＹの間や、偏向部６００越しに装着者に視認されてしまう位置には配置しない方がよい。

ここで、画像表示装置１００が観察者に装着されている装着状態では、頭部Ｈによってテンプル部２２０、２３０を互いに離間させる方向に作用する力Ｆが発生し、図７（ｂ）に示すように、力Ｆによってテンプル部２２０が撓み変形する。そして、このテンプル部２２０の変形によって、テンプル部２２０に配置された走査部５００が偏向部６００に対して変位し、この変位に応じて、走査部５００で走査される変調光Ｌの光軸Ｌｏａの向きが偏向部６００に対して変化する。なお、説明の便宜上、力Ｆは、フレームの左右方向（水平方向）に作用するものとする。

なお、フレーム２００に力Ｆが作用した際には、テンプル部２２０が撓み変形し、フロント部２１０が実質的に撓み変形しないことが好ましい。これにより、偏向部６００の変形が抑制され、鮮明な画像を表示することができる。また、テンプル部２２０が撓み変形しても、テンプル部２２０内に共に配置されている変調光生成部４００と走査部５００の相対的な位置関係は実質的に変化しないことが好ましい。すなわち、変調光生成部４００から出射される変調光Ｌのミラー５１１への入射角度が固定されたまま、走査部５００の光軸Ｌｏａが偏向部６００に対して変化することが好ましい。これにより、テンプル部２２０が変形しても、変調光生成部４００から出射される変調光Ｌを走査部５００に入射することができ、走査部５００による変調光Ｌの走査を確実に行うことができる。

すなわち、テンプル部２２０の撓み変形の有無や撓み変形の程度によって、受光素子７１０が０次光Ｌ１’を受光する時刻におけるミラー５１１の光学角（支持部５５０に対する軸Ｊ１まわりの傾き）が異なる。一例を挙げて説明すると、フレーム２００に実質的に外力が加わっていない自然状態のときは、図８（ａ）に示すように、ミラー５１１が光学角θ２のときに、受光素子７１０が０次光Ｌ１’を受光するのに対して、テンプル部２２０が撓み変形している装着状態のときは、図８（ｂ）に示すように、ミラー５１１が光学角θ３のときに、受光素子７１０が０次光Ｌ１’を受光することになる。

このように、テンプル部２２０の撓み変形の有無や撓み変形の程度によって、走査部５００で走査される変調光Ｌの光軸Ｌｏａが変化するので、テンプル部２２０の撓みを考慮せずに画像を表示すれば、表示した画像が、光軸Ｌｏａのずれに応じて、偏向部６００越しの外界像に対してずれてしまう。そのため、装着者に違和感を与える等、画像表示装置１００の使用感が悪化する。そこで、表示ユニット３００Ａは、テンプル部２２０の撓み変形の有無や撓み変形の程度に影響されることなく、偏向部６００越しの外界像に対して適正な位置に画像が表示されるようになっている。

例えば、フレーム２００が自然状態のときに、偏向部６００越しの外界像に対して適正な位置に画像が表示されるように設計されている場合、制御部８００は、最初に、テンプル部２２０の撓みによって、ミラー５１１の光学角が自然状態に対してどれだけ変化しているかを求める。光学角の変化量Δα（＝｜θ２−θ３｜）は、図９に示すように、自然状態で受光素子７１０が０次光Ｌ１’を受光する時刻のミラー５１１の軸Ｊ１まわりの傾き（振れ角）と、装着状態で受光素子７１０が０次光Ｌ１’を受光する時刻のミラー５１１の軸Ｊ１まわりの傾き（振れ角）と、を比較することで求めることができる。

次に、制御部８００は、テンプル部２２０の撓みによって、ミラー５１１の主面が自然状態に対してどれだけ角度変化しているか、および、走査部５００が自然状態に対してどれだけ移動しているかを求める。角度の変化量Δβおよび移動量Δｄは、それぞれ、図１０に示すように、テンプル部２２０が撓み変形することで、フレーム２００の撓み支点Ｐを中心として走査部５００が回転したと想定して、先に求めた光学角の変化量Δαから逆算して求めることができる。そして、このようにして求めた変化量Δβおよび移動量Δｄに基づいて、制御部８００は、走査部５００の駆動（可動部５１０の揺動）に対して、変調光生成部４００から変調光Ｌを出射するタイミングを補正する。これにより、偏向部６００越しの外界像に対して適正な位置に画像が表示される。なお、このような補正は、常時行う必要はなく、例えば、電源が入れられたときに一度だけ行ったり、所定時間間隔ごとに行ったりすればよい。

以上のように、表示ユニット３００Ａによれば、テンプル部２２０の撓み変形の有無や撓み変形の程度に影響されることなく、外界像に対して適正な位置に画像が表示されるように構成されている。なお、本実施形態では、テンプル部２２０の水平方向への撓み変形のみを考慮して説明したが、テンプル部２２０が垂直方向に撓み変形した場合には、水平走査毎に、受光素子７１０で受光する光の強度の最大値と０次光Ｌ１’を受光する時刻を記憶（受光素子７１０で受光する光の強度の最大値を縦軸、０次光Ｌ１’を受光する時刻を横軸にとしてプロット）し、その値を滑らかにつないだ曲線を水平方向と同様のグラフとみなして、垂直方向の撓み量を上記と同様にして補正することができる。

また、表示ユニット３００Ａでは、画像の描画に必要な変調光Ｌを受光素子７１０が受光することでフレームの撓みによる画像の位置ずれを検知しているが、例えば、画像の描画に用いない赤外線（ＩＲ）を出射する光源を別途配置し、この赤外線を受光素子７１０が受光することでフレームの撓みによる画像の位置ずれを検知してもよい。この場合には、例えば、赤外線のミラー５１１への入射角を変調光Ｌの入射角と異ならせることもできるため、受光素子７１０の配置自由度がより高まる。

＜第２実施形態＞
図１１は、本発明の第２実施形態に係る画像表示装置の概略構成図である。
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実施形態は、表示ユニット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。また、以下では、表示ユニット３００Ａについて説明するが、表示ユニット３００Ｂの同様の構成である。

本実施形態の表示ユニット３００Ａは、図１１に示すように、偏向部６００と検知部７００の間であって、０次光Ｌ１’の光路上に設けられた光学フィルター（光学部）９００を有している。光学フィルター９００は、狭帯域光学フィルターであり、光源４１０Ｒから出射される赤色のレーザー光、光源４１０Ｇから出射される緑色のレーザー光および光源４１０Ｂから出射される青色のレーザー光のいずれか１つと同じ波長域の光を透過し、それ以外の波長域の光を遮断する機能を有している。これにより、例えば、外界からの光が誤って検知部７００で検知されることが抑制され、制御部８００による補正をより精度よく行うことができる。

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１２は、本発明の第３実施形態に係る画像表示装置の概略構成図である。図１３は、検知部による０次光の検知を示すグラフである。

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実施形態は、表示ユニット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１２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。また、以下では、表示ユニット３００Ａについて説明するが、表示ユニット３００Ｂの同様の構成である。

本実施形態の表示ユニット３００Ａは、図１２に示すように、検知部７００が水平方向（軸Ｊ１まわりの変調光Ｌの走査方向とほぼ同じ方向）に並ぶ２つの受光素子７１１、７１２を有している。このような構成によると、０次光Ｌ’が受光素子７１１、７１２を水平方向に横切ると、図１３に示すように、受光素子７１１、７１２からタイミングがずれて出力Ｓ１、Ｓ２が生じる。そのため、例えば、受光素子７１１、７１２の出力値が等しくなる時刻Ｔ_１での０次光Ｌ’を０次光Ｌ１’として定めれば、そのときのミラー５１１の光学角θをより正確に求めることができ、制御部８００による補正をより精度よく行うことができる。

なお、本実施形態では、テンプル部２２０の水平方向への撓み変形のみを考慮して説明しているが、テンプル部２２０の垂直方向への撓み変形も考慮する場合は、受光素子７１１、７１２に加えて、垂直方向（軸Ｊ２まわりの変調光Ｌの走査方向とほぼ同じ方向）に並ぶ２つの受光素子を配置すればよい。

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１４は、本発明の第４実施形態に係る画像表示装置の概略構成図である。
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実施形態は、表示ユニット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１４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。また、以下では、表示ユニット３００Ａについて説明するが、表示ユニット３００Ｂの同様の構成である。

本実施形態の表示ユニット３００Ａは、図１４に示すように、検知部７００の受光素子７１０が、走査部５００で走査された変調光Ｌに含まれる変調光Ｌ１の偏向部６００を透過した透過光Ｌ１”を受光するようになっている。なお、本実施形態の場合、偏向部６００としては、ホログラム素子に限定されず、例えば、非球面のハーフミラーを用いてもよい。

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１５は、本発明の第５実施形態に係る画像表示装置の概略構成図である。
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実施形態は、フレームの撓み支点の位置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１５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。また、以下では、表示ユニット３００Ａについて説明するが、表示ユニット３００Ｂの同様の構成である。

本実施形態のフレーム２００では、力Ｆが加わったときの撓み支点Ｐが、走査部５００のミラー５１１の中心とほぼ一致している。そのため、図１５（ａ）に示す自然状態で力Ｆが加わると、図１５（ｂ）に示すように、テンプル部２２０は、撓み支点Ｐ（ミラー５１１の中心）を支点にして撓み変形する。このようにテンプル部２２０が変形すれば、走査部５００がミラー５１１の中心を軸にして回転する（向きが変わる）だけなので、光軸Ｌｏａが偏向部６００に対して変化するたけで、ミラー５１１の位置（ミラー５１１の中心の位置）は、実質的に変化しない。言い換えると、変調光生成部４００から出射される変調光Ｌのフロント部２１０に対する出射方向（変調光生成部４００とフロント部２１０との相対的な位置関係）が固定されたまま、走査部５００で走査される光の光軸Ｌｏａが偏向部６００に対して変化する。すなわち、テンプル部２２０が撓み変形しても、前述した第１実施形態で述べた移動量Δｄが０である。そのため、制御部８００による補正を行う際に、移動量Δｄを考慮しなくてもよく、補正がより簡単なものとなる。

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１６は、本発明の第６実施形態に係る画像表示装置の概略構成図である。
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実施形態は、表示ユニット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１６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。また、以下では、表示ユニット３００Ａについて説明するが、表示ユニット３００Ｂの同様の構成である。

本実施形態の表示ユニット３００Ａは、図１６（ａ）に示すように、自然状態では受光素子７１０が０次光Ｌ１’を受光せず、反対に、図１６（ｂ）に示すように、ある一定の力Ｆが加わった装着状態では受光素子７１０が０次光Ｌ１’を受光するようになっている。そのため、制御部８００は、受光素子７１０が０次光Ｌ１’を受光することで、テンプル部２２０が撓んで画像の表示位置にずれが発生していると判断し、画像の位置が適正な位置となるように補正を行う。特に、本実施形態では、０次光Ｌ１’は、走査部５００で走査された変調光Ｌのうち水平方向の端部（フロント部２１０の中央側の端部）に走査される変調光Ｌ１が正反射したものであるため、受光素子７１０を、自然状態では０次光Ｌ１’を受光せず、装着状態では０次光Ｌ１’を受光するように配置することが容易となる。

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。

なお、本実施形態とは反対に、受光素子７１０を、自然状態では０次光Ｌ１’を受光し、装着状態では０次光Ｌ１’を受光しないように配置してもよい。

以上、本発明の画像表示装置について、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、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
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、３００Ａ、３００Ｂ……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
４５０……集光レンズ
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……傾き検知部
５６１、５６２……圧電体
６００……偏向部
７００……検知部
７１０、７１１、７１２……受光素子
８００……制御部
９００……光学フィルター
ＥＡ……耳
ＥＹ……眼
Ｆ……力
Ｈ……頭部
Ｊ１、Ｊ２……軸
Ｌ、Ｌ１……変調光
Ｌ’、Ｌ１’……０次光
Ｌ１”……透過光
Ｌｏａ……光軸
ＮＳ……鼻
Ｐ……撓み支点
Ｓ１、Ｓ２……出力
Ｔ_１……時刻
Δｄ……移動量
Δα……変化量
Δβ……変化量
θ、θ２、θ３……光学角

Claims (8)

1. 観察者に装着して使用される画像表示装置であって、
   フロント部および前記フロント部に接続されたテンプル部を有するフレーム部と、
   前記テンプル部に配置され、光源から出射される光を走査する走査部と、
   前記フロント部に配置され、前記光源から出射された光のうち、前記走査部で走査された光を前記観察者の眼に向けて偏向する偏向部と、
   前記走査部で走査された光のうち、前記偏向部で反射された前記光を検知する検知部と、
   前記検知部による検知結果に基づいて、前記光源の駆動を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記検知結果に基づいて、前記光源から出射される光の出射タイミングを補正し、
   前記偏向部は、入射した光を回折により偏向する素子であり、
   前記検知部は、前記偏向部で正反射された０次光を検知することを特徴とする画像表示装置。
2. 観察者に装着して使用される画像表示装置であって、
   フロント部および前記フロント部に接続されたテンプル部を有するフレーム部と、
   前記テンプル部に配置され、光源から出射される光を走査する走査部と、
   前記フロント部に配置され、前記光源から出射された光のうち、前記走査部で走査された光を前記観察者の眼に向けて偏向する偏向部と、
   前記走査部で走査された光のうち、前記偏向部を透過した光を検知する検知部と、
   前記検知部による検知結果に基づいて、前記光源の駆動を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記検知結果に基づいて、前記光源から出射される光の出射タイミングを補正することを特徴とする画像表示装置。
3. 前記偏向部と前記検知部との間に位置し、前記走査部で走査された光のうち、前記偏向部で反射された光または前記偏向部を透過した光を透過する光学部を有する請求項１または２に記載の画像表示装置。
4. 前記走査部は、前記光源から出射される光を反射する反射部を有し、
   前記光源から出射された光のうち、前記走査部で走査された光の光軸が前記偏向部に対して変化することで、前記走査部で走査された光のうち、前記検知部での前記偏向部で反射された光または前記偏向部を透過した光を検知する時刻における前記反射部の傾きが変化する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
5. 前記テンプル部が変形することで、前記光源から出射された光のうち、前記走査部で走査された光の光軸が変化する請求項４に記載の画像表示装置。
6. 前記光源から出射される光の前記走査部への入射角度が固定されたまま、前記光軸が変化する請求項４または５に記載の画像表示装置。
7. 前記光源と前記反射部の中心との相対的な位置関係が固定されたまま、前記偏向部に対する前記走査部の向きが変化することで、前記光源から出射された光のうち、前記走査部で走査された光の光軸が変化する請求項４または５に記載の画像表示装置。
8. 前記検知部は、前記走査部で走査された光のうち、前記偏向部における走査領域の前記フロント部の延在方向における前記検知部側で反射された光または透過した光を検知する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の画像表示装置。

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