JP6794738B2

JP6794738B2 - 頭部装着型表示装置

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Publication number: JP6794738B2
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Authority: JP
Inventors: 光隆井出
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Priority date: 2016-09-26
Filing date: 2016-09-26
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Description

本発明は、光ビームの走査により得た走査画像を虚像として表示する頭部装着型表示装置に関するものである。

光ビームの走査により得た走査画像を虚像として表示する頭部装着型表示装置は、光ビームを出射する光源部と、光源部から出射された光ビームを互いに交差する第１方向および第２方向に走査して走査画像とする走査部と、走査部から出射された光ビームを使用者の眼の前方に導く導光光学系と、導光光学系によって眼の前に導かれた光ビームを眼に向けて偏向する偏向部材とを有している。従って、頭部装着型表示装置によれば、使用者に虚像を認識させることができる（特許文献１、２参照）。また、特許文献１に記載の頭部装着型表示装置には、導光光学系に設けられたビーム径拡大素子（瞳拡大素子）と、偏向部材として用いられたホログラフィックミラーとの間に、ホログラフィックミラーに起因して生じる像の収差や歪み曲を補正する補正光学系が設けられている。また、特許文献２に記載の頭部装着型表示装置には、導光光学系に用いたアフォーカル光学系と導光ミラーとの間に、走査部によって生成される画像の歪みを補正する２枚のレンズからなる補正光学系が設けられている。

特開２０１６−７２９３６号公報特開２０１６−７１３０９号公報

頭部装着型表示装置では、アクチュエーターによって走査ミラーの傾きを変えて光ビームを走査するため、虚像の横方向で虚像の倍率を異ならせる走査歪みが発生する。その結果、虚像の横方向では画角の変化や解像度の変化が発生し、画像の品位が低下する。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、上記の走査歪みについて着目されておらず、特許文献１に記載の補正光学系では、偏向部材として用いられたホログラフィックミラーに起因して生じる像の収差や歪み曲を補正することができても、走査歪みを補正することができない。また、特許文献２には、走査部によって生成される画像の歪みとの記載はあるが、走査歪みについて着目されておらず、特許文献２に記載の補正光学系では、走査歪みを補正することができない。また、特許文献２に記載の構成のように、斜め前方に配置された導光ミラーを経由して偏向部材に光ビームを導く構成では、走査部から偏向部材の鼻側部分に到る光路長と走査部から偏向部材の利用者の耳側部分に到る光路長の差によって走査歪みが虚像において拡大されるおそれがある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、光ビームの走査により得た走査画像を虚像として表示する際の走査歪みに起因する画像品位の低下を抑制することのできる頭部装着型表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る頭部装着型表示装置の一態様は、使用者の頭部に配置され、光ビームを出射する光源部と、前記光源部から出射された前記光ビームを第１方向および前記第１方向に交差する第２方向に走査して走査画像とする走査部と、使用者の眼の前に配置され、入射した前記走査画像を使用者の眼に向かうように偏向する偏向部材と、前記走査部と前記偏向部材との光路上に配置され、前記走査部から出射された前記走査画像を前記偏向部材へと導く導光光学系と、を有し、前記偏向部材は、前記偏向部材の端部のうち前記光源部から遠い側の端部である第１端部と、前記第１端部とは反対側の端部である第２端部と、を含み、前記走査部は、前記第１方向が前記偏向部材の前記第１端部から前記第２端部へ向かう方向と同じ方向となるように配置され、前記導光光学系は、前記走査画像のうち、最も前記第１端部側に向かう光の前記走査部からの光路の長さである第１光路長を、最も前記第２端部側に向かう光の前記走査部からの光路の長さである第２光路長より長くする補正光学系を含むことを特徴とする。

本発明の一態様では、走査部によって光ビームを走査して走査画像には、虚像の横方向で虚像の倍率を異ならせる走査歪みが発生するが、導光光学系には、走査部から偏向部材の第1端部に到る光ビームの第１光路長を走査部から偏向部材の第２端部に到る光ビームの第２光路長より長くした補正光学系が設けられている。このため、補正光学系では、偏向部材の第1端部での倍率が第２端部での倍率より大きな倍率を得ることができるので、倍率の方向を走査歪みの方向に対応させることにより、走査歪みの影響を抑制することができる。従って、虚像の第1方向での解像度の差等を圧縮することができるので、走査歪みに起因する画像品位の低下を抑制することができる。

本発明に係る頭部装着型表示装置の別態様において、前記補正光学系は、前記走査部から出射された前記走査画像を頭部から離間する斜め前方に向けて出射するレンズ系と、前記レンズ系から出射された前記走査画像を前記偏向部材に向けて反射する導光ミラーと、を有する態様を採用することができる。かかる態様によれば、走査部から偏向部材の利用者の鼻側部分に到る光ビームの第１光路長を走査部から偏向部材の利用者の耳側部分に到る光ビームの第２光路長より長くすることができる。

本発明に係る頭部装着型表示装置の別態様において、前記走査画像が前記走査部から出射する方向は、前記光ビームが前記走査部へ入射する方向より前記頭部とは反対側に位置する態様を採用することができる。かかる態様によれば、走査画像には、偏向部材の鼻側部分での倍率が耳側部分での倍率より大きな走査歪みが発生するので、補正光学系の倍率によって、虚像の横方向では走査歪みの影響を抑制することができる。

本発明に係る頭部装着型表示装置の別態様において、前記導光光学系は、前記第１方向に沿って互いに対向する第１反射面と第２反射面と、前記第１反射面と前記第２反射面との間に前記第１方向に沿って交互に積層された透光層と部分反射層と、を備えたビーム径拡大素子を含み、前記ビーム径拡大素子は、前記第１方向および前記第２方向に交差する第３方向の一方側端部に設けられた入射面、および前記第３方向の他方側端部に設けられた出射面がそれぞれ斜面とされ、前記第２方向から見た断面視において平行四辺形形状である態様を採用することができる。

本発明に係る頭部装着型表示装置の別態様において、前記導光光学系は、前記第１方向に沿って互いに対向する第１反射面と第２反射面と、前記第１反射面と前記第２反射面との間に前記第１方向に沿って交互に積層された透光層と部分反射層と、を備えたビーム径拡大素子を含み、前記ビーム径拡大素子は、前記第１方向および前記第２方向に交差する第３方向の一方側端部に設けられた入射面、および前記第３方向の他方側端部に設けられた出射面がそれぞれ斜面とされ、前記第２方向から見た断面視において台形形状であり、前記走査画像が前記走査部から出射する方向は、前記光ビームが前記走査部へ入射する方向より前記頭部の側に位置する態様を採用することができる。かかる態様の場合、走査画像には、偏向部材の耳側部分での倍率が鼻側部分での倍率より大きな走査歪みが発生するが、ビーム径拡大素子を通過した後、偏向部材の鼻側部分での倍率が耳側部分での倍率より大きくなる。従って、補正光学系の倍率によって、虚像の横方向では走査歪みの影響を抑制することができる。

本発明に係る頭部装着型表示装置の別態様において、前記走査部は、走査ミラーと、前記走査ミラーを少なくとも前記第１方向に駆動するアクチュエーターと、を備え、前記走査ミラーに対する前記光ビームの入射角度が１０°以上である態様を採用することができる。

本発明に係る頭部装着型表示装置の別態様において、前記第１方向は、使用者の両眼が並ぶ横方向である態様を採用することができる。

本発明の実施の形態１に係る頭部装着型表示装置の光学系を示す説明図である。図１に示す頭部装着型表示装置の外観を示す説明図である。図１に示す走査部および第１ビーム径拡大素子等を模式的に示す説明図である。図１に示す頭部装着型表示装置において走査歪みを補正する様子を示す説明図である。本発明の実施の形態２に係る頭部装着型表示装置の光学系を示す説明図である。図５に示す走査部および第１ビーム径拡大素子等を模式的に示す説明図である。図５に示す頭部装着型表示装置において走査歪みを補正する様子を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材の数や縮尺を異ならしめてある。

［実施の形態１］
（頭部装着型表示装置の構成例）
図１は、本発明の実施の形態１に係る頭部装着型表示装置５０の光学系を示す説明図である。図２は、図１に示す頭部装着型表示装置５０の外観を示す説明図である。図１に示す頭部装着型表示装置５０は、使用者の頭部Ｓの側方で光ビームＬを出射する光源部５１と、光源部５１から出射された光ビームＬを頭部Ｓの側方で第１方向Ｘおよび第１方向Ｘに対して交差する第２方向Ｙに走査して走査画像とする走査部５２とを有している。また、頭部装着型表示装置５０は、走査部５２から出射された光ビームＬを頭部Ｓの側方から眼Ｅの前方に導く導光光学系５７と、眼Ｅの前に配置された偏向部材５３とを有しており、偏向部材５３は、導光光学系５７によって導かれた光ビームＬを眼Ｅに向けて偏向して使用者に虚像を認識させる。

導光光学系５７は、リレーレンズ系や投射レンズ系等のレンズ系５４と、レンズ系５４から出射された光ビームを偏向部材５３に向けて反射する導光ミラー５５とを有している。また、導光光学系５７は、走査部５２とレンズ系５４との間にビーム径拡大素子１０が配置されている。ビーム径拡大素子１０としては、光源部５１から出射された光ビームＬのビーム径を第１方向Ｘに拡大する第１ビーム径拡大素子１０Ａと、第１ビーム径拡大素子１０Ａによってビーム径が拡大された光ビームＬのビーム径を第２方向Ｙに拡大する第２ビーム径拡大素子１０Ｂとが配置されている。

光源部５１は、例えば、赤色光を出射する赤色用レーザー素子、緑色光を出射する緑色用レーザー素子、および青色光を出射する青色用レーザー素子を有しているとともに、これらのレーザー素子の光路を合成するハーフミラー等を有している。赤色用レーザー素子、緑色用レーザー素子および青色用レーザー素子は、制御部（図示せず）による制御の下、表示すべき画像の各ドットに対応する光強度に変調した光ビームを出射する。

走査部５２は、入射した光ビームＬを虚像の横方向Ｈに対応する第１方向Ｘ、および虚像の縦方向Ｖに対応する第２方向Ｙに走査し、走査された光は、導光光学系５７を介して偏向部材５３に投射される。走査部５２は、例えば、シリコン基板等を用いてＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）技術により形成したマイクロミラーデバイスによって実現することができる。その際、走査部５２は、１つの走査機構によって、入射光を画像の横方向および縦方向に対応する２方向に走査する構成を採用することができる。また、走査部５２については、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙに対応する２方向の一方方向に入射光を走査する第１走査機構と、２方向の他方方向に入射光を走査する第２走査機構とによって構成してもよい。かかる走査部５２も、制御部（図示せず）による制御の下、入射光を所定の方向に走査する。

偏向部材５３は、導光光学系５７から投射された光を反射して使用者の眼Ｅに入射させる偏向層５３５を備えている。かかる頭部装着型表示装置５０（網膜走査方式の投射型表示装置）では、走査部５２で第１方向Ｘおよび第２方向Ｙに走査された光ビームＬが偏向部材５３の偏向層５３５で偏向されて瞳孔を介して網膜に到達することにより、利用者に虚像を認識させる。また、本形態では、光ビームＬのビーム径がビーム径拡大素子１０（第１ビーム径拡大素子１０Ａ、および第２ビーム径拡大素子１０Ａ）によって拡大されているため、ビーム径が拡大された範囲内に眼Ｅが位置すれば、利用者に虚像を認識させることができる。

本形態において、偏向部材５３は、ホログラフィック素子等からなる部分透過性のコンバイナーである。従って、外光も偏向部材５３（コンバイナー）を介して眼に入射するため、利用者は、頭部装着型表示装置５０で形成した画像と外光（背景）とが重畳した画像を認識することができる。すなわち、頭部装着型表示装置５０は、シースルー型の網膜走査型投射装置として構成されている。

このように構成した頭部装着型表示装置５０を、シースルー型のアイグラスディスプレイとして構成する場合、頭部装着型表示装置５０は、図２に示すように、眼鏡のような形状に形成される。また、利用者の左右の眼Ｅの各々に変調光を入射させる場合、頭部装着型表示装置５０は、左眼用の偏向部材５３および左眼用の偏向部材５３を前部分６１で支持するフレーム６０を有しており、フレーム６０の左右のテンプル６２の各々に、図１を参照して説明した光学部品を含む光学ユニット５８が設けられる。ここで、光学ユニット５８には、光源部５１、走査部５２および導光光学系５７の全てが設けられることがある他、光学ユニット５８には、走査部５２および導光光学系５７のみを設け、光学ユニット５８と光源部５１とを光ケーブル等で接続してもよい。

（ビーム径拡大素子１０Ｂ周辺の構成）
図３は、図１に示す走査部５２および第１ビーム径拡大素子１０Ａ等を模式的に示す説明図である。なお、図３では、第１ビーム径拡大素子１０Ａでの透光層１２の積層数を４層として表してあるが、実際には、例えば、透光層１２は、１０層程度積層される。

図３に示すように、本形態の頭部装着型表示装置５０において、走査部５２は、走査ミラー５２１と、走査ミラー５２１を駆動するアクチュエーター５２２とを有しており、走査部５２は、走査ミラー５２１を頭部Ｓの前方Ｆに向けて配置されている。このように構成した走査部５２の走査ミラー５２１に光源部５１から出射された光ビームＬを入射させるにあたって、本形態では、光源部５１を頭部Ｓの側方で前方Ｆに向けて配置するとともに、光源部５１より前方Ｆにミラー５６を配置してある。また、走査部５２は、光源部５１およびミラー５６より頭部Ｓから離間して位置でミラー５６より後方Ｒに配置されている。従って、光源部５１から出射された光ビームＬは、ミラー５６によって頭部Ｓから離間する方向に反射して走査ミラー５２１に入射する。それ故、走査部５２からの光ビームＬの出射方向は、走査ミラー５２１への光ビームＬの入射方向より頭部Ｓとは反対側に位置する。図３には、走査ミラー５２１の傾きによって光ビームＬが第１方向Ｘに走査されて光ビームＬ１、Ｌ０、Ｌ２が出射される様子を示してあり、かかる光ビームＬ１、Ｌ０、Ｌ２が出射される際の走査ミラー５２１に対する光ビームＬの入射角度は１０°以上である。

本形態において、第１方向Ｘは、虚像の横方向Ｈに対応し、走査部５２での第１方向Ｘの走査角度は、虚像の横方向Ｈの画角を規定する。すなわち、走査部５２は、第１方向Ｘが偏向部材５３の鼻側の第１端部５３１から耳側の第２端部５３２へ向かう方向と同じ方向となるように配置されている。なお、図示を省略するが、第１方向Ｘと交差する第２方向Ｙは、虚像の縦方向Ｖに対応し、走査部５２での第２方向Ｙの走査角度は、虚像の縦方向Ｖの画角を規定する。

ここで、走査部５２の前方には、第１ビーム径拡大素子１０Ａが配置されている。第１ビーム径拡大素子１０Ａでは、第１方向Ｘで対向する第１反射面１２３と第２反射面１２４との間で透光層１２と部分反射層１１とが第１方向Ｘに沿って交互に積層されており、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙに交差する第３方向Ｚ（長さ方向）の一方側端部および他方側端部に入射面１６Ａおよび出射面１７Ａが設けられている。本形態において、第１ビーム径拡大素子１０Ａは、入射面１６Ａおよび出射面１７Ａが斜面とされた断面平行四辺形形状を有している。かかる第１ビーム径拡大素子１０Ａでは、内部での反射回数が偶数であるため、走査画像は、後述する走査歪みが反転せずに出力される。

透光層１２は、ガラス基板や石英基板等の基板と、透光性の接着剤層（図示せず）とによって構成され、第１反射面１２３および第２反射面１２４は、アルミニウム等の反射金属膜の蒸着膜が透光層１２と接する界面からなる。なお、第１反射面１２３および第２反射面１２４は、スネルの法則を利用した屈折率差による反射面であってもよい。部分反射層１１は、ＳｉＯ_２（二酸化シリコン）、ＴｉＯ_２（二酸化チタン）、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）、ＣａＦ_２（フッ化カルシウム）、ＭｇＦ_２（フッ化マグネシウム）、ＺｎＳ（硫化亜鉛）、ＺｒＯ_２（二酸化ジルコニウム）等の無機膜のうち、誘電率が低い誘電膜と誘電率が高い誘電膜とを交互に積層した誘電体多層膜からなる。本形態において、部分反射層１１および部分反射層１１は、蒸着法により、ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２とを交互に積層した誘電体多層膜からなる。

このように構成した第１ビーム径拡大素子１０Ａでは、光ビームＬが入射面１６Ａに平行光ビームの状態で入射すると、光ビームＬは、第１反射層１３での反射、第２反射層１４での反射、部分反射層１１での透過、および部分反射層１１での反射を繰り返しながら第３方向Ｚに進行し、平行光ビームのまま、第１方向Ｘにおけるビーム径が拡大された状態で出射面１７Ａから出射される。そして、第１ビーム径拡大素子１０Ａによってビーム径が第１方向Ｘで拡大された光ビームＬは、第２ビーム径拡大素子１０Ｂ（図３では図示せず）に入射する。ここで、第２ビーム径拡大素子１０Ｂは、第１ビーム径拡大素子１０Ａと同一の構成を有するビーム径拡大素子を、向きを変えて配置したものであるため、図３での図示や詳細な説明を省略するが、入射した光ビームＬのビーム径を虚像の縦方向Ｖに相当する第２方向Ｙに拡大する。

（走査歪みの補正）
図４は、図１に示す頭部装着型表示装置５０において走査歪みを補正する様子を示す説明図であり、上段には補正前の走査歪み等を示し、下段には補正後の歪みを示してある。また、図４の横軸は横方向Ｈの画角（°）であり、図４の縦軸は縦方向Ｖの画角（°）である。

図３には、走査部５２での走査の結果、入射面１６Ａに対して斜めに入射して出射される光ビームＬを光ビームＬ１とし、入射面１６Ａに対して垂直に入射して出射される光ビームＬを光ビームＬ２とし、光ビームＬ１と光ビームＬ２との間の光ビームＬを光ビームＬ０として示してある。ここで、光ビームＬ１は、図１に示す偏向部材５３の最も鼻側の第１端部５３１（光源部５１から遠い側の端部）に到達し、光ビームＬ２は、図１に示す偏向部材５３の最も耳側の第２端部５３２（第１端部５３１とは反対側の端部）に到達し、光ビームＬ０は、図１に示す偏向部材５３の中央部分５３０に到達する。

その際、走査部５２での光ビームＬの走査によって形成される走査画像では、図４の上段に示す補正前の歪みの説明図に点線Ｐ５２で示すように、虚像の横方向Ｈで鼻側Ｈ１での倍率が小さく、耳側Ｈ２での倍率が大きい走査歪みが発生する。そこで、本形態では、図１を参照して説明した導光光学系５７には、図４に示す走査歪みを補正する補正光学系５９が設けられている。

本形態において、補正光学系５９は、走査部５２から偏向部材５３の鼻側の第１端部５３１に到る光ビームＬ１の第１光路長を走査部５２から偏向部材５３の耳側の第２端部５３２に到る光ビームＬ２の第２光路長より長くした光学系である。本形態において、補正光学系５９は、走査部５２から出射された光ビームＬを頭部Ｓから離間する斜め前方に向けて出射するレンズ系５４と、レンズ系５４から出射された光ビームＬを偏向部材５３に向けて反射する導光ミラー５５とによって構成されている。

かかる補正光学系５９は、図４の上段に示す補正前の歪みの説明図に実線Ｐ５９で示すように、虚像の横方向Ｈで鼻側Ｈ１での倍率が大きく、耳側Ｈ２での倍率が小さい倍率を有している。従って、点線Ｐ５２で示す走査歪みは、実線Ｐ５９で示す補正光学系５９の倍率によって補正される結果、図４の下段に、補正後の歪みを実線Ｐ５０で示すように、利用者には、横方向Ｈにおける歪みが抑制された虚像が認識される。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の頭部装着型表示装置５０においては、走査部５２によって光ビームＬを走査した走査画像には、虚像の横方向Ｈで虚像の倍率を異ならせる走査歪みが発生するが、導光光学系５７には、走査部５２から偏向部材５３の鼻側の第１端部５３１に到る光ビームＬ１の第１光路長を走査部５２から偏向部材５３の耳側の第２端部５３２に到る光ビームＬ２の第２光路長より長くした補正光学系５９が設けられている。このため、補正光学系５９では、偏向部材５３の鼻側の第１端部５３１での倍率が耳側の第２端部５３２での倍率より大きな倍率を得ることができるので、倍率の方向を走査歪みの方向に対応させることにより、虚像の横方向Ｈでの走査歪みの影響を抑制することができる。従って、虚像の横方向Ｈでの画角の差や解像度の差を圧縮することができるので、走査歪みに起因する画像品位の低下を抑制することができる。

［実施の形態２］
図５は、本発明の実施の形態２に係る頭部装着型表示装置５０の光学系を示す説明図である。図６は、図５に示す走査部５２および第１ビーム径拡大素子１０Ａ等を模式的に示す説明図である。図６では、第１ビーム径拡大素子１０Ａでの透光層１２の積層数を４層として表してあるが、実際には、例えば、透光層１２は、１０層程度積層される。図７は、図５に示す頭部装着型表示装置５０において走査歪みを補正する様子を示す説明図であり、上段には補正前の走査歪み等を示し、下段には補正後の歪みを示してある。また、図７の横軸は横方向Ｈの画角（°）であり、図７の縦軸は縦方向Ｖの画角（°）である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

図５に示す頭部装着型表示装置５０も、実施の形態１と同様、使用者の頭部Ｓの側方で光ビームＬを出射する光源部５１と、光源部５１から出射された光ビームＬを頭部Ｓの側方で第１方向Ｘおよび第２方向Ｙに走査して走査画像とする走査部５２とを有している。また、頭部装着型表示装置５０は、走査部５２から出射された光ビームＬを頭部Ｓの側方から眼Ｅの前方に導く導光光学系５７と、眼Ｅの前に配置された偏向部材５３とを有しており、偏向部材５３は、導光光学系５７によって導かれた光ビームＬを眼Ｅに向けて偏向して使用者に虚像を認識させる。

図６に示すように、本形態の頭部装着型表示装置５０において、走査部５２の走査ミラー５２１に光源部５１から出射された光ビームＬを入射させるにあたっては、光源部５１を頭部Ｓの側方で前方Ｆに向けて配置するとともに、光源部５１より前方Ｆにミラー５６を配置してある。本形態において、走査部５２は、実施の形態１とは逆に、光源部５１およびミラー５６より頭部Ｓに近い位置でミラー５６より後方Ｒに配置されている。従って、走査部５２からの光ビームＬの出射方向は、走査ミラー５２１への光ビームＬの入射方向より頭部Ｓの側に位置する。それ故、走査部５２での光ビームＬの走査によって形成される走査画像では、図７の上段に示す補正前の歪みの説明図に一点鎖線Ｑ５２で示すように、虚像の横方向Ｈで鼻側Ｈ１での倍率が大きく、耳側Ｈ２での倍率が小さい走査歪みが発生する。

ここで、第１ビーム径拡大素子１０Ａは、入射面１６Ａおよび出射面１７Ａが斜面とされた断面台形形状を有している。かかる第１ビーム径拡大素子１０Ａでは、内部での反射回数が奇数であるため、走査歪みが反転する。従って、図７の上段に示す補正前の歪みを示す説明図に点線Ｐ５２で示すように、第１ビーム径拡大素子１０Ａを通過した後の走査歪みは、虚像の横方向Ｈで鼻側Ｈ１での倍率が小さく、耳側Ｈ２での倍率が大きい。

また、本形態でも、実施の形態１と同様、図５に示す導光光学系５７には、走査部５２から出射された光ビームＬを頭部Ｓから離間する斜め前方に向けて出射するレンズ系５４と、レンズ系５４から出射された光ビームＬを偏向部材５３に向けて反射する導光ミラー５５とによって補正光学系５９が設けられている。本形態においても、実施の形態１と同様、補正光学系５９は、走査部５２から偏向部材５３の鼻側の第１端部５３１に到る光ビームＬ１の第１光路長を走査部５２から偏向部材５３の耳側の第２端部５３２に到る光ビームＬ２の第２光路長より長くした光学系である。かかる補正光学系５９は、図７の上段に示す補正前の歪みの説明図に実線Ｐ５９で示すように、虚像の横方向Ｈで鼻側Ｈ１での倍率が大きく、耳側Ｈ２での倍率が小さい倍率を有している。従って、点線Ｐ５２で示す走査歪みは、実線Ｐ５９で示す補正光学系５９の倍率によって補正される結果、図７の下段に、補正後の歪みを実線Ｐ５０で示すように、利用者には、横方向Ｈにおける歪みが抑制された虚像が認識される。

［他の表示装置］
上記実施の形態では、光源部５１から出射された変調後の光を走査部５２によって走査した。但し、光源部５１から出射された変調前の光を走査部５２によって走査しながら液晶パネルに照射し、液晶パネルから出射された変調光を偏向部材５３で反射する構成を採用してもよい。

１０…ビーム径拡大素子、１０Ａ…第１ビーム径拡大素子、１０Ｂ…第２ビーム径拡大素子、１１…部分反射層、１２…透光層、１２３…第１反射層、１２４…第２反射層、１６Ａ…入射面、１７Ａ…出射面、５０…頭部装着型表示装置、５１…光源部、５２…走査部、５３…偏向部材、５４…レンズ系、５５…導光ミラー、５６…ミラー、５７…導光光学系、５８…光学ユニット、５９…補正光学系、６０…フレーム、５２１…走査ミラー、５２２…アクチュエーター、５３０…中央部分、５３１…鼻側の第１端部、５３２…耳側の第２端部、５３５…偏向層、Ｅ…眼、Ｆ…前方、Ｈ…横方向、Ｈ１…鼻側、Ｈ２…耳側、Ｌ、Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２…光ビーム、Ｒ…後方、Ｓ…頭部、Ｘ…第１方向、Ｙ…第２方向、Ｚ…第３方向。

Claims

使用者の頭部に配置され、光ビームを出射する光源部と、
前記光源部から出射された前記光ビームを第１方向および前記第１方向に交差する第２方向に走査して走査画像とする走査部と、
使用者の眼の前に配置され、入射した前記走査画像を使用者の眼に向かうように偏向する偏向部材と、
前記走査部と前記偏向部材との光路上に配置され、前記走査部から出射された前記走査画像を前記偏向部材へと導く導光光学系と、
を有し、
前記偏向部材は、前記偏向部材の端部のうち前記光源部から遠い側の端部である第１端部と、前記第１端部とは反対側の端部である第２端部と、を含み、
前記走査部は、前記第１方向が前記偏向部材の前記第１端部から前記第２端部へ向かう方向と同じ方向となるように配置され、
前記導光光学系は、前記走査画像のうち、最も前記第１端部側に向かう光の前記走査部からの光路の長さである第１光路長を、最も前記第２端部側に向かう光の前記走査部からの光路の長さである第２光路長より長くする補正光学系を含み、
前記補正光学系は、前記走査部から出射された前記走査画像を頭部から離間する斜め前方に向けて出射するレンズ系と、前記レンズ系から出射された前記走査画像を前記偏向部材に向けて反射する導光ミラーと、を有することを特徴とする頭部装着型表示装置。
請求項１に記載の頭部装着型表示装置において、
前記第１方向において、前記光源部は、前記頭部と前記走査部との間に配置され、
前記第１方向において、前記走査部は、前記光源部側から前記光ビームが入射され、
前記光路上において、前記導光光学系は、前記走査部より使用者の眼側に配置され、
前記走査部は、前記走査画像を前記導光光学系に出射することを特徴とする頭部装着型表示装置。
請求項２に記載の頭部装着型表示装置において、
前記導光光学系は、前記第１方向に沿って互いに対向する第１反射面と第２反射面と、
前記第１反射面と前記第２反射面との間に前記第１方向に沿って交互に積層された透光層
と部分反射層と、を備えたビーム径拡大素子を含み、
前記ビーム径拡大素子は、前記第１方向および前記第２方向に交差する第３方向の一方側端部に設けられた入射面、および前記第３方向の他方側端部に設けられた出射面がそれぞれ斜面とされ、前記第２方向から見た断面視において平行四辺形形状であることを特徴とする頭部装着型表示装置。
請求項１に記載の頭部装着型表示装置において、
前記導光光学系は、前記第１方向に沿って互いに対向する第１反射面と第２反射面と、
前記第１反射面と前記第２反射面との間に前記第１方向に沿って交互に積層された透光層と部分反射層と、を備えたビーム径拡大素子を含み、
前記ビーム径拡大素子は、前記第１方向および前記第２方向に交差する第３方向の一方側端部に設けられた入射面、および前記第３方向の他方側端部に設けられた出射面がそれぞれ斜面とされ、前記第２方向から見た断面視において台形形状であり、
前記第1方向において、前記走査部は、前記頭部と前記光源部との間に配置され、
前記第１方向において、前記走査部は、前記光源部側から前記光ビームが入射され、
前記光路上において、前記導光光学系は、前記走査部より使用者の眼側に配置され、
前記走査部は、前記走査画像を前記導光光学系に出射することを特徴とする頭部装着型表示装置。
請求項１から４までの何れか一項に記載の頭部装着型表示装置において、
前記走査部は、走査ミラーと、前記走査ミラーを少なくとも前記第１方向に駆動するアクチュエーターと、を備え、
前記走査ミラーに対する前記光ビームの入射角度が１０°以上であることを特徴とする頭部装着型表示装置。
請求項１から５までの何れか一項に記載の頭部装着型表示装置において、
前記第１方向は、使用者の両眼が並ぶ横方向であることを特徴とする頭部装着型表示装置。