WO2021095396A1 - 画像表示装置及び調整方法 - Google Patents

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WO2021095396A1
WO2021095396A1 PCT/JP2020/037799 JP2020037799W WO2021095396A1 WO 2021095396 A1 WO2021095396 A1 WO 2021095396A1 JP 2020037799 W JP2020037799 W JP 2020037799W WO 2021095396 A1 WO2021095396 A1 WO 2021095396A1
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eye relief
image
display unit
pupil
eyeball
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PCT/JP2020/037799
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高明 吉田
武川　洋
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ソニーグループ株式会社
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    • G02B27/0179—Display position adjusting means not related to the information to be displayed
    • G02B2027/0181—Adaptation to the pilot/driver

Definitions

  • This disclosure relates to an image display device and an adjustment method.
  • a retinal projection type display based on Maxwell vision that allows the observer to visually recognize the displayed image by temporarily converging the image beam based on the displayed image in the pupil of the observer's eyeball and then projecting it onto the retina.
  • a retinal projection type head-mounted display hereinafter, also referred to as a retinal projection type HMD (see Patent Document 1).
  • the optical display of the retinal projection type HMD is translated by an actuator or the like so that the displayed image is not obscured even if the pupil moves, or the direction of the image ray is changed by using a movable mirror. You can think of ways to do this.
  • the permissible range in the distance direction between the optical display and the pupil (hereinafter referred to as the eye relief direction) is narrowed, and vignetting of the displayed image occurs when the pupil is moved or in the front view state. This causes a problem that all displayed images cannot be visually recognized.
  • an image display device and an adjustment method capable of visually recognizing a display image in which vignetting is suppressed are proposed.
  • the image display device includes a transmissive display unit configured so that the light forming a display image is converged by the pupil of the eyeball and projected onto the retina, and the display unit is the eyeball and the display unit. It has a moving portion that can move in three axial directions, that is, an eye relief direction that is a distance direction of the above, and two axial directions that form a plane perpendicular to the eye relief direction.
  • 1A and 1B are diagrams for explaining the problems of the background technology.
  • the retinal projection type head-mounted display (hereinafter, retinal projection type HMD) 100 based on the background technology is a semi-transmissive display capable of transmitting visible light on the pupil side with respect to the observer's eyeball E.
  • a unit 101 is provided.
  • the translucent display unit 101 is configured so that the image light L forming the display image can be converged by the pupil EP of the eyeball E and projected onto the retina.
  • the retinal projection type HMD is an HMD that utilizes Maxwell vision. As a result, the observer can visually recognize the displayed image without being affected by the function of the crystalline lens of the observer.
  • 1A and 1B is the X-axis direction
  • the distance direction between the eyeball E and the display unit 101 is the Z-axis direction
  • the directions perpendicular to the X-axis direction and the Z-axis direction are the Y-axis. The direction.
  • the image light of the display image is once converged in the pupil EP. Therefore, the position of the pupil EP on the XY plane from which the observer can see the displayed image is one. That is, if the position of the pupil EP deviates significantly from the convergence point LP of the image light L, the observer cannot visually recognize the displayed image.
  • a method of translating the display unit 101 to a position corresponding to the position of the pupil by using an actuator or the like is conceivable so that the displayed image can be visually recognized even if the pupil EP moves.
  • a method of changing the incident position of the image light L to the position of the pupil EP by using a movable mirror is also conceivable. That is, the present disclosure has found a method of avoiding the problem that the displayed image becomes invisible as the pupil EP moves by locating the convergence point LP of the image light L in the vicinity of the pupil EP.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing an incident state of image light when the maximum angle of view of the displayed image is a narrow angle of view of 30 degrees or less. Note that FIG. 2 is a view seen from the Y-axis direction, and the vertical direction is the Z-axis direction.
  • the convergence point of the image light L is slightly shifted to the inside or the outside of the eyeball E from the state shown by the solid line. Even if the image light L passes through the pupil EP, the entire displayed image can be visually recognized. In the present specification, this state is referred to as "no image loss".
  • the pupil diameter ⁇ of the pupil EP is 2 mm
  • the length of the range without image loss in the front view is 7.5 mm in the Z-axis direction.
  • the display unit 101 moves according to the position of the pupil EP.
  • the image light L passes through the pupil EP and is displayed even if the convergence point of the image light L is slightly deviated from the state shown by the solid line to the inside or the outside of the eyeball E. You can see the whole of.
  • the length of the image chipping-free range was 6.7 mm in the Z-axis direction.
  • the pupil EP when the pupil EP is moved left and right (approximately in the X-axis direction), if the movement range in the Z-axis direction is the "whole image chipping-free range", all the image light from the display unit 101 causes the pupil EP. pass.
  • the length of the image chipping-free range here was 6.6 mm. That is, even if the position of the eyeball E and the distance between the display unit 101 deviate by 6.6 mm in the front-rear direction, no image chipping or vignetting occurs in the displayed image.
  • the maximum angle of view of the display image output by the display unit 101 is as wide as, for example, about 60 degrees, as shown in the front view (left figure) of FIG. , 3.5 mm in the Z-axis direction.
  • the pupil diameter ⁇ of the pupil EP is 2 mm, which is the same as described above.
  • the display unit 101 is moved to the position of the pupil EP. Move accordingly.
  • the length of the image chipping-free range in the right figure of FIG. 3 is 2.0 mm in the Z-axis direction.
  • the length of the entire image without chipping range is about 1.0 mm. That is, when the distance between the position of the eyeball E and the display unit 101 deviates back and forth by 1.0 mm, image chipping and vignetting of the displayed image occur.
  • the areas without image loss do not overlap between the front view in FIG. 3 and the case where the pupil is directed to the maximum angle of view.
  • the above-mentioned range without missing the entire image does not exist.
  • the present discloser has found the above-mentioned problems regarding the retinal projection type HMD.
  • the present disclosure further examined a method for suppressing image loss of the displayed image when the maximum angle of view of the displayed image of the retinal projection type HMD becomes large.
  • the present disclosure has devised a method of introducing an eye relief adjustment mechanism capable of moving the display unit in the eye relief direction to a portion supporting the display unit in the glasses-type retinal projection type HMD.
  • the display unit can be moved to a desired position or an optimum position along the eye relief direction (Z direction in FIG. 1A). Therefore, even if the display image of the display unit is a display image having a wide angle of view of, for example, 60 degrees or more, when the pupil EP is moved, the entire display image can be visually recognized without vignetting. ..
  • the present disclosure described below has been devised by the above diligent consideration of the present discloser.
  • the retinal projection type HMD which is an image display device according to an embodiment of the present disclosure, will be described below.
  • 4A, 4B, and 4C are perspective views, top views, and front views of the retinal projection type HMD1 according to the embodiment, respectively.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the retinal projection type HMD1 according to one embodiment.
  • the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction in the three-axis directions orthogonal to each other are defined as shown in the figure.
  • the retinal projection type HMD1 is provided in a mounting block 2 having, for example, a U-shaped temple 2a provided with an inverted V-shaped nose pad 2b, and a mounting block 2. It includes a front display block 10 that can be attached.
  • the temple 2a is not limited to a U-shape as long as it can be attached to a human head or the like, and may have various shapes such as an O-shape or a V-shape.
  • the position of the mounting block 2 with respect to the head of the observer (user) is determined by the temple 2a and the nose pad 2b. That is, the mounting block 2 is immovable with respect to the head of the observer wearing the retinal projection type HMD1.
  • the front display block 10 includes a front frame 11, a right optical block 12R, and a left optical block 12L.
  • the front frame 11 has a frame shape of ordinary eyeglasses, and is a holding portion that holds the right optical block 12R and the left optical block 12L.
  • the eye relief adjustment mechanism 15 is configured by connecting the mounting side mechanism 15a, which is a hanging lower portion, and the front side mechanism 15b, which is a part of the holding portion, so as to be relatively movable. Relief.
  • the mounting side mechanism 15a is provided at the upper center in the vicinity of the nose pad 2b of the mounting block 2.
  • the front side mechanism 15b is fixed to the upper part of the central portion of the front frame 11 in the longitudinal direction.
  • the eye relief adjustment mechanism 15 is configured so that the mounting block 2 and the front display block 10 can be relatively moved. That is, the front display block 10 is suspended from the mounting block 2 at the portion of the eye relief adjusting mechanism 15, and is configured to be movable with respect to the mounting block 2.
  • the connection position between the mounting block 2 and the front frame 11 is not necessarily limited to one place in the center, and may be connected at a plurality of places in the vicinity of both ends or in a part of the upper part or the lower part of the front frame 11.
  • the front display block 10 is configured to be able to be translated by the eye relief adjusting mechanism 15 in a direction substantially perpendicular to the surfaces of the display units 14L and 14R, and in the Z-axis direction in FIGS. 4A and 4B.
  • the eye relief adjustment mechanism 15 is configured so that the front display block 10 can be moved in the eye relief direction. That is, the eye relief adjustment mechanism 15 is for adjusting the eye relief, which is the distance between the pupil EP of the eyeball E and the display units 14L and 14R, when the observer wears the retinal projection type HMD1.
  • the display units 14L and 14R are made of flat glass or the like, but may be made of curved glass or the like.
  • the front display block 10 is configured by the front frame 11 holding the right optical block 12R and the left optical block 12L.
  • the right optical block 12R is configured such that a semi-transmissive display unit 14R that transmits a part of visible light is supported by an optical engine unit 13R.
  • the display unit 14R is an image display unit for the right eye that sends an image toward the right eye of the observer.
  • the left optical block 12L is configured such that a semi-transmissive display unit 14L that transmits a part of visible light is supported by an optical engine unit 13L.
  • the display unit 14L is an image display unit for the left eye that sends an image toward the left eye of the observer.
  • the display units 14L and 14R are provided substantially parallel to the XY plane, respectively.
  • the optical engine units 13L and 13R are integrally formed with the display units 14L and 14R so that they can be translated in the X-axis direction and the Y-axis direction in the XY plane, respectively. That is, the display units 14L and 14R and the optical engine units 13L and 13R are provided so as to be movable in a translational manner substantially perpendicular to the eye relief direction with respect to the front frame 11.
  • the optical engine units 13L and 13R are configured to be capable of performing eye tracking for an observer wearing the retinal projection type HMD1 by a conventionally known method.
  • the eye tracking is a method of tracking the movement of the pupil EP by sensing the line-of-sight position of the observer with sensors (not shown) provided in the optical engine units 13L and 13R.
  • the optical engine units 13L and 13R correspond to the positions of the observer's pupil EP obtained by eye tracking in the XY plane, and the display units 14L and 14R are immediately and automatically followed by an actuator described later.
  • the optical engine units 13L and 13R move the display units 14L and 14R so that the convergence point LP of the image light from the display units 14L and 14R is located in the vicinity of the pupil EP.
  • at least a part of the image light from the display units 14L and 14R can be incident on the pupil EP.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view for explaining a biaxial movement mechanism that is perpendicular to the eye relief direction of the optical block and is movable in biaxial directions that are non-parallel to each other.
  • the biaxial directions are, for example, the X-axis direction and the Y-axis direction orthogonal to each other, but may be biaxial directions such as a rotation direction and a radial direction.
  • FIG. 6 shows the details of the optical engine unit 13L of the left optical block 12L.
  • the optical engine unit 13L includes an engine base 131, an X frame 132, a Y frame 133, and a Y-axis ultrasonic linear actuator 134.
  • a display unit 14L is fixed to the engine substrate 131.
  • the X frame 132 is fixed to the front frame 11 side of the engine base 131.
  • An X-axis ultrasonic linear actuator 133b is provided on the engine base 131 side of the Y frame 133.
  • a moving body 132a through which the drive shaft of the X-axis ultrasonic linear actuator 133b is passed is fixed to the X frame 132.
  • the engine base 131 is configured to be movable in the X-axis direction with respect to the Y frame 133 by driving the X-axis ultrasonic linear actuator 133b.
  • the Y-axis ultrasonic linear actuator 134 is provided in the vicinity of one end of the front frame 11.
  • a moving body 133a through which the drive shaft of the Y-axis ultrasonic linear actuator 134 is passed is fixed.
  • the Y frame 133 is configured to be movable in the Y-axis direction with respect to the front frame 11 by driving the Y-axis ultrasonic linear actuator 134.
  • the X-axis ultrasonic linear actuator 133b and the Y-axis ultrasonic linear actuator 134 described above each have a weight, a piezoelectric element, and a drive shaft that penetrates the moving body.
  • the left optical block 12L is configured to be movable in a plane with respect to the front frame 11 in the X-axis direction and the Y-axis direction. Since the right optical block 12R is also configured in the same manner as the left optical block 12L, the description thereof will be omitted.
  • FIG. 7 is a perspective view showing the details of the eye relief adjustment mechanism 15.
  • the eye relief adjusting mechanism 15 shown in FIG. 7 is a so-called manual eye relief direction moving mechanism in which an observer or another operator manually adjusts the eye relief.
  • the eye relief adjustment mechanism 15 of the retinal projection type HMD1 is configured by connecting the mounting side mechanism 15a and the front side mechanism 15b.
  • the mounting side mechanism 15a includes a mounting side member 150, a knob portion 151 rotatably connected to the mounting side member 150, and a male screw portion 152 including a shaft connected to the knob portion 151. Consists of having.
  • the mounting side member 150 is a part of the temple 2a or a member fixed to the temple 2a.
  • the front side mechanism 15b includes a linear motion guide rail 153 fixed to the front frame 11 and a female screw portion 154 fixed on the linear motion guide rail 153.
  • the male threaded portion 152 is fitted to the female threaded portion 154.
  • the lower portion of the mounting side member 150 is fitted to the linear motion guide rail 153.
  • the knob portion 151 attached to the mounting block 2 is manually rotated perpendicular to the axis of the male screw portion 152, so that the female screw portion 154 is manually rotated with respect to the male screw portion 152 by the screw feed mechanism. Can be moved relatively. Therefore, the distance between the front frame 11 and the temple 2a can be adjusted. That is, the eye relief adjustment mechanism 15 can adjust the distance between the front display block 10 and the mounting block 2 in the Z-axis direction by rotating the knob portion 151. As a result, the eye relief adjustment mechanism 15 can adjust the eye relief between the observer's eyeball E and pupil EP and the display units 14L and 14R.
  • the screw feed mechanism as the eye relief adjustment mechanism 15 according to the embodiment, it is possible to prevent the mounting block 2 from moving when adjusting the front display block 10, and to enable stepless and smooth adjustment.
  • the biaxial movement mechanism and the eye relief adjustment mechanism 15 described above constitute a moving portion capable of moving the optical blocks 12L and 12R in the XYZ space.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining the adjustment method according to the embodiment.
  • the observer wears the retinal projection type HMD1.
  • the optical engine units 13L and 13R of the retinal projection type HMD1 determine the positions of the optical blocks 12L and 12R with respect to the front frame 11 in the X-axis direction and the Y-axis direction by the eye tracking function. adjust.
  • FIG. 9A shows an example of a display image for adjustment over the entire angle of view.
  • the adjustment image 20 shown in FIG. 9A is an example of the adjustment image 20 when the total angle of view is 60 degrees in the X-axis direction.
  • it is preferable that a straight line for adjustment is displayed at the position of the maximum angle of view that can be displayed in each of the X-axis direction and the Y-axis direction. That is, in the adjustment image 20 shown in FIG.
  • the outermost rectangular line indicates the maximum range in which the image can be displayed on the display units 14L and 14R of the retinal projection type HMD1.
  • a vertically long adjustment table display image in which the total angle of view is 60 degrees in the Y-axis direction may be used. That is, the adjustment image 20 shown in FIG. 9A may have a shape in which the X-axis direction and the Y-axis direction are interchanged, and the “left and right” in the following description are also “up and down” when the display area of the image is vertically long. In other words.
  • the retinal projection type HMD1 outputs an instruction to direct the line of sight to the observer.
  • the output of the instruction by the retinal projection type HMD1 may be displayed on the displays 14L and 14R, or may be output by voice by separately providing a voice output device such as a speaker, and the same applies to the following.
  • the optical engine units 13L and 13R make the display units 14L and 14R of the optical blocks 12L and 12R follow the observer's pupil EP on the XY plane by the eye tracking function (No. 1). 1 tracking step).
  • the observer manually rotates the knob portion 151, for example, in the Z-axis direction of the front display block 10 until the entire adjustment image 20 can be seen as shown in FIG. 9B. Adjust the position of. That is, the observer adjusts the eye relief (first eye relief adjustment step). As a result, the observer can visually recognize the entire adjustment image 20.
  • the retinal projection type HMD1 outputs an instruction to the observer to move the line of sight to the position of the maximum angle of view on either the left or right side.
  • the optical engine units 13L and 13R use the eye tracking function to move the display units 14L and 14R to the observer's pupil EP on the XY plane.
  • the retinal projection type HMD1 outputs an instruction to the observer to move the line of sight to the position of the maximum angle of view either up or down.
  • step ST6 the observer determines whether or not the visual adjustment image 20 has a missing image as shown in FIG. 9C, for example.
  • step ST6: No that is, when the entire adjustment image 20 can be visually recognized by the observer as shown in FIG. 9B
  • the process proceeds to step ST10 shown in FIG. ..
  • the retinal projection type HMD1 is in a state where there is no image loss in both the front view and the maximum angle of view for the observer who wears it. With the above, the adjustment process of the retinal projection type HMD1 is completed.
  • step ST6 determines whether an image chipping as shown in FIG. 9C occurs in step ST6 (step ST6: Yes). If an image chipping as shown in FIG. 9C occurs in step ST6 (step ST6: Yes), the process proceeds to step ST7.
  • step ST7 the observer adjusts the eye relief in the same manner as in step ST4 until the entire adjustment image 20 can be visually recognized while looking at the maximum angle of view (second eye relief adjustment step). ).
  • step ST8 the retinal projection type HMD1 outputs an instruction to direct the line of sight to the observer in the same manner as in step ST3.
  • the optical engine units 13L and 13R make the display units 14L and 14R of the optical blocks 12L and 12R follow the observer's pupil EP on the XY plane by the eye tracking function.
  • step ST9 the observer determines whether or not the visual adjustment image 20 has a missing image as shown in FIG. 9C, for example.
  • step ST9: No the process proceeds to step ST10 shown in FIG.
  • the retinal projection type HMD1 is in a state where there is no image loss in both the front view and the maximum angle of view for the wearing observer. With the above, the adjustment process of the retinal projection type HMD1 is completed.
  • step ST9 when an image chipping as shown in FIG. 9C occurs (step ST9: Yes), the adjustment process returns to step ST4. After that, steps ST4 to ST9 are repeatedly executed until the observer has no image loss in both the front view and the maximum angle of view. With the above, the adjustment process of the retinal projection type HMD1 is completed.
  • vignetting of the displayed image does not occur when the front view state or the line of sight is moved to move the pupil, and the entire angle of view of the displayed image is viewed. Becomes possible.
  • the adjustment image 20 is set to the size of the entire range that can be displayed on the display units 14L and 14R, the observer can see various images and videos by wearing the retinal projection type HMD1. Vignetting can be prevented even if the line of sight is moved.
  • FIGS. 10A and 10B are perspective views showing details of the eye relief adjustment mechanism according to the first modification.
  • the eye relief adjusting mechanism 16 shown in FIGS. 10A and 10B is a manual eye relief direction moving mechanism, which is a so-called lock release knob mechanism.
  • the mounting side member 16a as a hanging lower portion and the front side mechanism 16b as a part of the holding portion are connected. It is composed.
  • the mounting side member 16a is composed of a part of the temple 2a or a member fixed to the temple 2a, and is configured so that the front frame 11 can be suspended by fitting or the like.
  • the front side mechanism 16b includes a knob portion 161 fixed to the front frame 11, a torsion coil spring 162, a guide rail 163 in the eye relief direction, a stopper portion 164, and a rotation shaft 165.
  • the mounting side member 16a is fitted at the portion of the guide rail 163 to suspend the front frame 11.
  • the stopper portion 164 is urged to the outside by a torsion coil spring 162, and is configured to be pressable so as to be stretched toward the inner wall of the mounting side member 16a.
  • the front side mechanism 16b is fixed to the mounting side member 16a so as not to be slidable.
  • FIG. 11 is a perspective view of the retinal projection type HMD1A according to the second modification.
  • 12A and 12B are perspective views showing the details of the eye relief adjustment mechanism according to the second modification, which is an enlarged portion of the surrounding portion A of FIG.
  • the eye relief adjusting mechanism 17 shown in FIGS. 12A and 12B is a so-called automatic eye relief direction moving mechanism that automatically adjusts the eye relief without being operated by an observer or other operator.
  • the retinal projection type HMD1A according to the second modification has an eye relief adjustment mechanism 17 that automatically adjusts the eye relief in the Z-axis direction, unlike the retinal projection type HMD1 according to one embodiment.
  • the eye relief adjustment mechanism 17 is configured by connecting a mounting side mechanism 17a as a hanging lower portion and a front side mechanism 17b as a part of a holding portion.
  • the mounting side mechanism 17a is provided on the mounting block 2, and the front side mechanism 17b that fits into the mounting side mechanism 17a is provided on the front frame 11 side.
  • the mounting block 2 is configured so that the front display block 10 can be suspended by the mounting side mechanism 17a.
  • the eye relief adjustment mechanism 17 is configured to include, for example, an ultrasonic linear actuator. That is, the mounting side mechanism 17a is configured by providing the piezoelectric element 171 having a weight and the drive shaft 172 inside the mounting side member 173.
  • the front side mechanism 17b is configured such that a moving body 174 through which a drive shaft is passed is fixed to a guide rail 175 in the eye relief direction.
  • An ultrasonic linear actuator is composed of a piezoelectric element 171, a drive shaft 172, and a moving body 174. The drive of the piezoelectric element 171 can be controlled to drive the ultrasonic linear actuator.
  • the state shown in FIG. 12A is a state in which the front display block 10 is located at the front end with respect to the mounting block 2.
  • the state shown in FIG. 12B is a state in which the front display block 10 is located at the rear end with respect to the mounting block 2.
  • FIG. 13 is a top view of a portion of the left optical block 12L for explaining eye tracking of the retinal projection type HMD1A.
  • the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction will be defined and described as shown in the figure.
  • the left optical block 12L is positioned parallel to the XY plane and corresponding to the movement of the pupil EP with respect to the front frame 11. Move to.
  • the eye relief adjusting mechanism 17 moves the front display block 10 along the Z-axis direction so that the eye relief does not change.
  • the eye relief adjustment mechanism 17 connects the display unit 14L and the eyeball E by eye tracking so as to cancel the fluctuation of the eye relief caused by the rotational movement of the pupil EP when the pupil EP rotates up, down, left and right. Adjust the distance instantly.
  • the substantially central portion of the display unit 14L moves along a virtual spherical surface centered on the center of the eyeball E.
  • the convergence point LP of the image light L can always be positioned in the vicinity of the pupil EP. Therefore, even if the observer moves his / her line of sight, vignetting of the image displayed on the display unit 14L can be suppressed.
  • the display unit 14R of the right optical block 12R The same applies to the display unit 14R of the right optical block 12R.
  • the convergence point of the image light of the image or video is set near the pupil for each observer. Can be optimally positioned. This makes it possible to suppress the occurrence of image chipping and vignetting when the observer views the image or video. Further, in the retinal projection type HMD1, 1A, even when displaying an image or video having a wide angle of view of about 60 degrees at 30 degrees or more, it is possible to suppress the occurrence of vignetting in the displayed image, and the observer always keeps an eye on it. , It becomes possible to see the entire display image.
  • the present technology can also have the following configurations.
  • a display unit that is configured to be able to project the light that forms the display image on the retina by converging it in the pupil of the eyeball and has translucency.
  • a moving unit capable of moving the display unit in three axial directions, that is, an eye relief direction that is a distance direction between the eyeball and the display unit, and two axial directions that form a plane perpendicular to the eye relief direction.
  • An image display device having.
  • the moving unit is configured to be able to move the display unit in two axial directions that are non-parallel to each other forming a plane perpendicular to the eye relief direction, corresponding to the position of the pupil of the eyeball.
  • the image display device according to (1) which has an axial movement mechanism.
  • the moving unit has an eye relief direction moving mechanism configured so that the display unit can be moved in the eye relief direction.
  • the eye relief direction moving mechanism has a hanging lower portion that suspends a holding portion that holds the display unit so as to be movable in the eye relief direction.
  • the hanging lower portion of the eye relief direction moving mechanism has a screw feeding mechanism connected to the holding portion via a screw portion.
  • the eye relief direction moving mechanism has a locking mechanism that can be mutually fixed and released between the hanging lower portion and the holding portion.
  • the eye relief direction moving mechanism is configured so that the display unit can be manually moved in the eye relief direction.
  • the image display device according to any one of (4) to (8), wherein the eye relief direction moving mechanism is configured to automatically move the display unit in the eye relief direction.
  • the eye relief direction moving mechanism is configured to be able to move the display unit in correspondence with the position of the pupil of the eyeball along the eye relief direction.
  • the eye relief direction moving mechanism has an ultrasonic linear actuator.
  • the image display device according to any one of (1) to (12), wherein the display unit is flat.
  • the display unit has a curved surface shape.
  • the image display device according to any one of (1) to (12).
  • a display unit that is configured to be able to be projected onto the retina by converging the light forming the display image in the pupil of the eyeball and has translucency, and the display unit are in the distance direction between the eyeball and the display unit.
  • An image including an eye relief direction moving mechanism that can move in the eye relief direction, and a moving portion that has a biaxially moving mechanism that can move in two axial directions forming a surface perpendicular to the eye relief direction.
  • Steps and The first eye relief adjustment that moves the display unit in the eye relief direction by the eye relief direction moving mechanism so that the entire image for adjustment can be visually recognized with the pupil of the eyeball facing substantially the front.
  • the display unit is moved by the biaxial movement mechanism so that the light forming the adjustment image converges in the vicinity of the pupil of the eyeball.
  • (16) The adjustment method according to (15), wherein the angle of view of the adjustment image is 30 degrees or more along the alignment direction of the eyeballs.

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Abstract

表示画像を形成する光を眼球の瞳孔で収束させて網膜上に投影可能に構成され、かつ透光性を有するディスプレイ部と、ディスプレイ部を、眼球とディスプレイ部との距離方向であるアイレリーフ方向と、アイレリーフ方向に対して垂直な面を構成する２つの軸方向との３軸方向に移動可能な移動部と、を有する。移動部は、ディスプレイ部を、アイレリーフ方向に対して垂直な面を構成する互いに非平行な２つの軸方向に、眼球の瞳孔の位置に対応させて移動可能に構成された２軸方向移動機構を有する。移動部は、ディスプレイ部をアイレリーフ方向に移動可能に構成されたアイレリーフ方向移動機構を有する。

Description

画像表示装置及び調整方法
　本開示は、画像表示装置及び調整方法に関する。
　表示画像に基づく画像用光線を、観察者の眼球における瞳孔の中で一旦収束させてから網膜に投影することにより、観察者に表示画像を視認させるマクスウェル視に基づく網膜投影型ディスプレイ、具体的には、網膜投影型ヘッドマウントディスプレイ（以下、網膜投影型ＨＭＤともいう）が知られている（特許文献１参照）。
特開２０１９－１１３７９４号公報
　上述した網膜投影型ディスプレイにおいては、表示画像の画像用光線を瞳孔の中で一旦収束させているため、観察者が表示画像を見ることができる平面上の瞳孔の位置は１箇所になる。これを回避するために、瞳孔が動いても表示画像が見えなくならないように、網膜投影型ＨＭＤの光学ディスプレイをアクチュエータなどで並進させたり、可動ミラーを用いて画像用光線の方向を変化させたりする方法などが考えられる。しかしながら、表示画像の最大画角が広くなると、光学ディスプレイと瞳との距離方向（以下、アイレリーフ方向）の許容範囲が狭くなり、正面視の状態や瞳を動かした際に表示画像のケラレが発生して、全ての表示画像を視認できないという問題が生じる。
　そこで、本開示では、ケラレが抑制された表示画像を視認することができる画像表示装置及び調整方法を提案する。
　本開示による画像表示装置は、表示画像を形成する光を眼球の瞳孔で収束させて網膜上に投影可能に構成される透過型のディスプレイ部と、前記ディスプレイ部を、前記眼球と前記ディスプレイ部との距離方向であるアイレリーフ方向と、前記アイレリーフ方向に対して垂直な面を構成する２つの軸方向との３軸方向に移動可能な移動部と、を有する。
本開示者が検討を行ったマクスウェル視の原理を説明するための図である。 本開示者が検討を行ったマクスウェル視の原理を説明するための図である。 本開示者が検討を行った問題点を説明するための図である。 本開示者が検討を行った問題点を説明するための図である。 本開示の一実施形態による網膜投影型ＨＭＤを示す斜視図である。 本開示の一実施形態による網膜投影型ＨＭＤを示す上面図である。 本開示の一実施形態による網膜投影型ＨＭＤを示す正面図である。 本開示の一実施形態による網膜投影型ＨＭＤの構造を説明するための分解斜視図である。 本開示の一実施形態による網膜投影型ＨＭＤのアイレリーフ方向に垂直な２軸方向の移動機構を説明するための分解斜視図である。 本開示の一実施形態による網膜投影型ＨＭＤの手動型アイレリーフ方向移動機構であるねじ送り機構を示す斜視図である。 本開示の一実施形態による網膜投影型ＨＭＤの表示画像の調整方法を説明するためのフローチャートである。 本開示の一実施形態による網膜投影型ＨＭＤの調整方法を説明するための調整用画像の例である。 本開示の一実施形態による網膜投影型ＨＭＤの調整方法を説明するための画欠け無し状態の表示画像の例である。 本開示の一実施形態による網膜投影型ＨＭＤの調整方法を説明するための画欠けが発生した表示画像の例である。 本開示の一実施形態の第１変形例による網膜投影型ＨＭＤの手動型アイレリーフ方向移動機構であるロック機構を示す斜視図である。 本開示の一実施形態の第１変形例による網膜投影型ＨＭＤの手動型アイレリーフ方向移動機構であるロック機構を示す斜視図である。 本開示の一実施形態の第２変形例による網膜投影型ＨＭＤを示す斜視図である。 本開示の一実施形態の第２変形例による網膜投影型ＨＭＤのアイレリーフ方向移動機構を示す斜視図である。 本開示の一実施形態の第２変形例による網膜投影型ＨＭＤの自動型アイレリーフ方向移動機構を示す斜視図である。 本開示の一実施形態の第２変形例による網膜投影型ＨＭＤのアイトラッキング機能を説明するための上面図である。
　以下に、本開示の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の各実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
　まず、本開示による実施形態について説明する前に、上述した課題を解決するために本開示者が行った鋭意検討について説明する。図１Ａ及び図１Ｂは、背景技術の問題点を説明するための図である。
　図１Ａに示すように、背景技術による網膜投影型ヘッドマウントディスプレイ（以下、網膜投影型ＨＭＤ）１００は、観察者の眼球Ｅに対して瞳側に、可視光を透過可能な半透過型のディスプレイ部１０１が設けられている。図１Ｂに示すように、透光性を有するディスプレイ部１０１は、表示画像を形成する画像光Ｌを眼球Ｅの瞳孔ＥＰで収束させて網膜上に投影可能に構成されている。すなわち、網膜投影型ＨＭＤは、マクスウェル視を利用したＨＭＤである。これにより、観察者の水晶体の機能に影響されることなく、観察者に表示画像を視認させることができる。なお、図１Ａ，図１Ｂに示す２つの眼球Ｅの並び方向をＸ軸方向、眼球Ｅとディスプレイ部１０１との距離方向をＺ軸方向、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に垂直な方向をＹ軸方向とする。
　ここで、網膜投影型ＨＭＤ１００においては、表示画像の画像光を瞳孔ＥＰの中で一旦収束させている。そのため、観察者が表示画像を見ることができるＸＹ平面での瞳孔ＥＰの位置は１箇所になる。すなわち、瞳孔ＥＰの位置が画像光Ｌの収束点ＬＰから大きくずれると、観察者は表示画像を視認できなくなる。これに対し、瞳孔ＥＰが動いても表示画像が視認できるように、ディスプレイ部１０１を、アクチュエータなどを用いて瞳孔の位置に対応した位置に並進移動させる方法が考えられる。また、可動ミラーを用いて画像光Ｌの入射位置を瞳孔ＥＰの位置に変化させる方法も考えられる。すなわち、本開示者は、画像光Ｌの収束点ＬＰを瞳孔ＥＰの近傍に位置させることによって、瞳孔ＥＰの移動に伴って表示画像が視認できなくなる問題を回避する方法を知見した。
　そこで、本開示者は、画像光Ｌの収束点ＬＰを瞳孔ＥＰの近傍に位置させる方法についてさらに検討を重ねたところ、次のような問題点があることを知見した。すなわち、ディスプレイ部１０１が出力する表示画像の最大画角が例えば３０度以下の狭い画角の場合、瞳孔ＥＰが動いても上述した方法によって表示画像が視認できなくなることを抑制できる。この状態を図２に示す。図２は、表示画像の最大画角が３０度以下の狭い画角の場合の画像光の入射状態を示す概念図である。なお、図２は、Ｙ軸方向から見た図であり、上下方向がＺ軸方向である。
　図２の正面視（左図）で示すように、眼球Ｅの瞳孔ＥＰが正面に向いている場合には、画像光Ｌの収束点が実線で示す状態から眼球Ｅの内側又は外側に多少ずれたとしても、画像光Ｌは瞳孔ＥＰ内を通過して表示画像の全体を視認できる。本明細書では、この状態を「画欠け無し」と言う。ここで、瞳孔ＥＰの瞳孔径φを２ｍｍとした場合、正面視での画欠け無しの範囲の長さは、Ｚ軸方向に７．５ｍｍであった。
　その上で、図２の正面視（左図）の状態から瞳孔ＥＰを動かして、図２の最大画角に瞳を向けた場合（右図）まで移動させると、上述した方法によれば、ディスプレイ部１０１は瞳孔ＥＰの位置に対応させて移動する。これにより、図２の右図の状態では、画像光Ｌの収束点が実線で示す状態から眼球Ｅの内側又は外側に多少ずれたとしても、画像光Ｌは瞳孔ＥＰ内を通過して表示画像の全体を視認できる。図２の右図の例では、画欠け無し範囲の長さは、Ｚ軸方向に６．７ｍｍであった。以上の点から、瞳孔ＥＰを左右（略Ｘ軸方向）に動かした場合、Ｚ軸方向の移動範囲が「全体画欠け無し範囲」であれば、ディスプレイ部１０１からの画像光が全て瞳孔ＥＰを通過する。ここでの画欠け無し範囲の長さは、６．６ｍｍであった。すなわち、眼球Ｅの位置とディスプレイ部１０１との距離が前後に６．６ｍｍずれても、表示画像の画欠け、ケラレは発生しない。
　これに対し、ディスプレイ部１０１が出力する表示画像の最大画角が例えば６０度程度まで広い画角になると、図３の正面視（左図）で示すように、眼球Ｅの画欠け無し範囲は、Ｚ軸方向に３．５ｍｍになる。なお、瞳孔ＥＰの瞳孔径φは上述と同様の２ｍｍである。さらに、図３の正面視（左図）の状態から瞳孔ＥＰを動かして、図３の最大画角に瞳を向けた場合（右図）まで移動させると、ディスプレイ部１０１は瞳孔ＥＰの位置に対応して移動する。図３の右図における画欠け無し範囲の長さは、Ｚ軸方向に２．０ｍｍとなる。以上の点から、瞳孔ＥＰを左右（略Ｘ軸方向）に動かした場合、全体画欠け無し範囲の長さは、１．０ｍｍ程度になる。すなわち、眼球Ｅの位置とディスプレイ部１０１との距離が前後に１．０ｍｍずれた程度で、表示画像の画欠け、ケラレが発生する。
　さらに、図３の正面視の場合と最大画角に瞳を向けた場合とにおいて、画欠け無し範囲が重ならない場合も想定される。この場合、上述した全体画欠け無し範囲は存在しない。この場合、眼球Ｅとディスプレイ部１０１とのアイレリーフをどのように調整しても、眼球Ｅの瞳孔を最大画角に向けると必ず、表示画像の画欠け、ケラレが発生する。本開示者は鋭意検討によって、網膜投影型ＨＭＤに関する以上のような課題を見出すに至った。
　そこで、本開示者はさらに、網膜投影型ＨＭＤの表示画像の最大画角が大きくなった場合に表示画像の画欠けを抑制する方法について検討を行った。その結果、本開示者は、メガネ型の網膜投影型ＨＭＤにおいて、ディスプレイ部を支持する部分にアイレリーフ方向にディスプレイ部を移動可能なアイレリーフ調整機構を導入する方法を案出した。これにより、ディスプレイ部をアイレリーフ方向（図１Ａ中、Ｚ方向）に沿って所望の位置又は最適な位置に移動できる。そのため、ディスプレイ部の表示画像が、最大画角が例えば６０度以上の広画角の表示画像であっても、瞳孔ＥＰを移動させた際に、ケラレが無い状態で表示画像の全体を視認できる。以下に説明する本開示は、本開示者の以上の鋭意検討により案出されたものである。
　（一実施形態）
　以下に、本開示の一実施形態による画像表示装置である網膜投影型ＨＭＤについて説明する。図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃはそれぞれ、一実施形態による網膜投影型ＨＭＤ１の斜視図、上面図、及び正面図である。図５は、一実施形態による網膜投影型ＨＭＤ１の分解斜視図である。なお、図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃにおいては、互いに直交する３軸方向のＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向を、図に示すように規定する。
　図４Ａ及び図５に示すように、一実施形態による網膜投影型ＨＭＤ１は、逆Ｖ字状の鼻当て２ｂが設けられた例えばＵ字状のテンプル２ａを有する装着ブロック２と、装着ブロック２に取り付け可能なフロントディスプレイブロック１０とを備える。なお、テンプル２ａは、人間の頭部などに装着可能な形状であれば、Ｕ字状に限定されず、Ｏ字状やＶ字状などの種々の形状とすることができる。
　装着ブロック２は、テンプル２ａ及び鼻当て２ｂによって、観察者（ユーザ）の頭部に対する位置が決定される。すなわち、装着ブロック２は、網膜投影型ＨＭＤ１を装着した観察者の頭部に対して不動である。フロントディスプレイブロック１０は、フロントフレーム１１、右光学ブロック１２Ｒ、及び左光学ブロック１２Ｌを有する。フロントフレーム１１は、通常のメガネのフレーム形状を有し、右光学ブロック１２Ｒ及び左光学ブロック１２Ｌを保持する保持部である。
　図４Ｂ及び図５に示すように、アイレリーフ調整機構１５は、吊下部である装着側機構１５ａと保持部の一部であるフロント側機構１５ｂとが相対的に移動可能に連結されて構成される。装着側機構１５ａは、装着ブロック２の鼻当て２ｂの近傍の中央上部に設けられる。フロント側機構１５ｂは、フロントフレーム１１の長手方向の中央部分の上部に固定されている。アイレリーフ調整機構１５は、装着ブロック２とフロントディスプレイブロック１０とを相対的に移動可能に構成されている。すなわち、フロントディスプレイブロック１０は、アイレリーフ調整機構１５の部分で装着ブロック２に吊下されているとともに、装着ブロック２に対して移動可能に構成される。なお、装着ブロック２とフロントフレーム１１との連結位置は、必ずしも中央の１箇所に限定されず、両端部近傍や、フロントフレーム１１の上部又は下部の一部において複数箇所で連結させても良い。
　フロントディスプレイブロック１０は、アイレリーフ調整機構１５によって、ディスプレイ部１４Ｌ，１４Ｒの面に対して略直角の方向、図４Ａ及び図４ＢにおいてはＺ軸方向に平行移動可能に構成される。換言すると、アイレリーフ調整機構１５は、フロントディスプレイブロック１０をアイレリーフ方向に移動可能に構成される。すなわち、アイレリーフ調整機構１５は、観察者が網膜投影型ＨＭＤ１を装着した場合に、眼球Ｅの瞳孔ＥＰとディスプレイ部１４Ｌ，１４Ｒとの距離であるアイレリーフの調整を行うためのものである。ここで、ディスプレイ部１４Ｌ，１４Ｒは、平面状のガラスなどから構成されるが、曲面状のガラスから構成しても良い。ディスプレイ部１４Ｌ，１４Ｒが曲面状である場合においても、この曲面における任意の位置の接面を平行に維持する平行移動が可能である。装着ブロック２が観測者の頭部に対して不動であるとともに、フロントディスプレイブロック１０が装着ブロック２に対して移動することによって、フロントディスプレイブロック１０と観測者の瞳孔ＥＰとの距離の調整が容易になる。
　図４Ｃ及び図５に示すように、フロントフレーム１１が右光学ブロック１２Ｒと左光学ブロック１２Ｌとを保持することにより、フロントディスプレイブロック１０が構成される。右光学ブロック１２Ｒは、可視光の一部を透過する半透過型のディスプレイ部１４Ｒが光学エンジン部１３Ｒに支持されて構成される。ディスプレイ部１４Ｒは観察者の右眼に向けて画像を送る右目用画像表示部である。左光学ブロック１２Ｌは、可視光の一部を透過する半透過型のディスプレイ部１４Ｌが光学エンジン部１３Ｌに支持されて構成される。ディスプレイ部１４Ｌは観察者の左眼に向けて画像を送る左眼用画像表示部である。
　ディスプレイ部１４Ｌ，１４Ｒはそれぞれ、ＸＹ平面に略平行に設けられる。光学エンジン部１３Ｌ，１３Ｒはそれぞれ、ディスプレイ部１４Ｌ，１４Ｒと一体に、ＸＹ平面内であるＸ軸方向及びＹ軸方向に平行移動可能に構成されている。すなわち、ディスプレイ部１４Ｌ，１４Ｒと光学エンジン部１３Ｌ，１３Ｒとは、フロントフレーム１１に対してアイレリーフ方向に略垂直に並進的に移動可能に設けられている。光学エンジン部１３Ｌ，１３Ｒは、従来公知の方法により、網膜投影型ＨＭＤ１を装着した観察者に対してアイトラッキングを実行可能に構成される。アイトラッキングは、光学エンジン部１３Ｌ，１３Ｒに設けられたセンサ（図示せず）によって観察者の視線位置をセンシングして、瞳孔ＥＰの動きを追跡する方法である。光学エンジン部１３Ｌ，１３Ｒは、アイトラッキングによって得られた観察者の瞳孔ＥＰのＸＹ平面内の位置に対応させて、後述するアクチュエータによって即時的かつ自動でディスプレイ部１４Ｌ，１４Ｒを追従させる。ここで、光学エンジン部１３Ｌ，１３Ｒは、ディスプレイ部１４Ｌ，１４Ｒからの画像光の収束点ＬＰが瞳孔ＥＰの近傍に位置するように、ディスプレイ部１４Ｌ，１４Ｒを移動させる。これにより、ディスプレイ部１４Ｌ，１４Ｒからの画像光の少なくとも一部を瞳孔ＥＰ内に入射させることができる。
　図６は、光学ブロックのアイレリーフ方向に垂直な互いに非平行の２軸方向に移動可能な２軸方向移動機構を説明するための分解斜視図である。２軸方向は例えば互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向などであるが、回転方向及び半径方向などの２軸方向であっても良い。図６では左光学ブロック１２Ｌの光学エンジン部１３Ｌの詳細を示す。図６に示すように、光学エンジン部１３Ｌは、エンジン基体１３１、Ｘフレーム１３２、Ｙフレーム１３３、及びＹ軸超音波リニアアクチュエータ１３４を有して構成される。エンジン基体１３１にはディスプレイ部１４Ｌが固定されている。エンジン基体１３１のフロントフレーム１１側にはＸフレーム１３２が固定されている。Ｙフレーム１３３のエンジン基体１３１側には、Ｘ軸超音波リニアアクチュエータ１３３ｂが設けられている。Ｘフレーム１３２には、Ｘ軸超音波リニアアクチュエータ１３３ｂの駆動軸が貫通される移動体１３２ａが固定されている。これにより、エンジン基体１３１は、Ｘ軸超音波リニアアクチュエータ１３３ｂの駆動によってＹフレーム１３３に対してＸ軸方向に移動可能に構成される。Ｙ軸超音波リニアアクチュエータ１３４は、フロントフレーム１１の一端部の近傍に設けられる。Ｙフレーム１３３のフロントフレーム１１側には、Ｙ軸超音波リニアアクチュエータ１３４の駆動軸が貫通される移動体１３３ａが固定されている。これにより、Ｙフレーム１３３は、Ｙ軸超音波リニアアクチュエータ１３４の駆動によってフロントフレーム１１に対してＹ軸方向に移動可能に構成される。上述したＸ軸超音波リニアアクチュエータ１３３ｂ及びＹ軸超音波リニアアクチュエータ１３４はそれぞれ、ウェイト、圧電素子、及び移動体に貫通させる駆動軸を有して構成される。以上により、左光学ブロック１２Ｌは、フロントフレーム１１に対して、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に平面的に移動可能に構成される。なお、右光学ブロック１２Ｒも左光学ブロック１２Ｌと同様に構成されるので、その説明は省略する。
　図７は、アイレリーフ調整機構１５の詳細を示す斜視図である。図７に示すアイレリーフ調整機構１５は、観察者やその他の作業者が手動でアイレリーフを調整する、いわゆる手動型アイレリーフ方向移動機構である。
　上述したように、一実施形態による網膜投影型ＨＭＤ１のアイレリーフ調整機構１５は、装着側機構１５ａとフロント側機構１５ｂとが連結されて構成される。図７に示すように、装着側機構１５ａは、装着側部材１５０と、装着側部材１５０に回転可能に接続されたつまみ部１５１と、つまみ部１５１に連結されたシャフトからなる雄ねじ部１５２とを有して構成される。装着側部材１５０はテンプル２ａの一部又はテンプル２ａに固定された部材である。フロント側機構１５ｂは、フロントフレーム１１に固定された直動ガイドレール１５３と、直動ガイドレール１５３上に固定された雌ねじ部１５４とを有して構成される。雄ねじ部１５２は雌ねじ部１５４に嵌合されている。装着側部材１５０の下部は、直動ガイドレール１５３に嵌合されている。これにより、アイレリーフ調整機構１５においては、装着ブロック２に取り付けられたつまみ部１５１を雄ねじ部１５２の軸に垂直に手動で回転させることで、ねじ送り機構により雌ねじ部１５４を雄ねじ部１５２に対して相対的に移動させることができる。そのため、フロントフレーム１１とテンプル２ａとの間の距離を調整することができる。すなわち、アイレリーフ調整機構１５は、つまみ部１５１を回転させることにより、フロントディスプレイブロック１０と装着ブロック２とのＺ軸方向の間隔を調整できる。これにより、アイレリーフ調整機構１５は、観察者の眼球Ｅ及び瞳孔ＥＰとディスプレイ部１４Ｌ，１４Ｒとのアイレリーフを調整できる。一実施形態によるアイレリーフ調整機構１５としてねじ送り機構を用いることによって、フロントディスプレイブロック１０の調整時に装着ブロック２が動いてしまうことを抑制し、無段階でスムーズな調整が可能となる。
　以上の２軸方向移動機構及び、アイレリーフ調整機構１５によって、光学ブロック１２Ｌ，１２ＲをＸＹＺ空間内で移動可能な、移動部が構成される。
　（アイレリーフの調整方法）
　次に、上述した網膜投影型ＨＭＤ１の調整方法について説明する。図８は、一実施形態による調整方法を説明するためのフローチャートである。この調整方法においては、観察者が網膜投影型ＨＭＤ１を装着した状態で実行される。図８に示すように、まず、ステップＳＴ１において、網膜投影型ＨＭＤ１の光学エンジン部１３Ｌ，１３Ｒは、アイトラッキング機能によってフロントフレーム１１に対する光学ブロック１２Ｌ，１２ＲのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を調整する。
　次に、ステップＳＴ２に移行して、網膜投影型ＨＭＤ１は、ディスプレイ部１４Ｌ，１４Ｒの全画角に亘って画像を表示する（表示ステップ）。図９Ａは、この全画角に亘った調整用の表示画像の一例を示す。図９Ａに示す調整用画像２０は、Ｘ軸方向において全画角を６０度とした場合の調整用画像２０の例である。なお、調整用画像２０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれの方向において、表示可能な最大画角の位置に調整用の直線が表示されていることが好ましい。すなわち、図９Ａに示す調整用画像２０は、最外周の矩形の線が、網膜投影型ＨＭＤ１のディスプレイ部１４Ｌ，１４Ｒにおいて画像を表示可能な最大の範囲を示す。また、ディスプレイ部１４Ｌ，１４Ｒにおける画像の表示領域が縦長の場合においては、Ｙ軸方向において全画角を６０度とした縦長の調整表表示画像を用いても良い。すなわち、図９Ａに示す調整用画像２０のＸ軸方向およびＹ軸方向を入れ替えた形状としても良く、以下の説明における「左右」についても、画像の表示領域が縦長の場合などにおいては、「上下」と言い換えるものとする。
　続いて、図８のステップＳＴ３において、網膜投影型ＨＭＤ１は、観察者に対して視線を正面に向ける指示を出力する。網膜投影型ＨＭＤ１による指示の出力は、ディスプレイ部１４Ｌ，１４Ｒに表示しても良く、スピーカなどの音声出力装置を別途設けて、音声により出力しても良く、以下も同様である。
　観察者が視線を正面に向けると、光学エンジン部１３Ｌ，１３Ｒは、アイトラッキング機能によって、光学ブロック１２Ｌ，１２Ｒのディスプレイ部１４Ｌ，１４Ｒを、ＸＹ平面上で観察者の瞳孔ＥＰに追従させる（第１追従ステップ）。その後、ステップＳＴ４に移行して観察者は、例えばつまみ部１５１を手動で回転させるなどして、図９Ｂに示すように、調整用画像２０の全体が見えるまで、フロントディスプレイブロック１０のＺ軸方向の位置を調整する。すなわち、観察者がアイレリーフを調整する（第１アイレリーフ調整ステップ）。これにより、観察者は調整用画像２０の全体を視認できる。
　次に、図８に示すステップＳＴ５に移行して、網膜投影型ＨＭＤ１は、観察者に対して左右いずれかの最大画角の位置まで視線を移動させる指示を出力する。観察者が視線を左右いずれかの最大画角の位置まで移動させた際に、光学エンジン部１３Ｌ，１３Ｒは、アイトラッキング機能によって、ディスプレイ部１４Ｌ，１４ＲをＸＹ平面上で観察者の瞳孔ＥＰに追従させる（第２追従ステップ）。なお、ディスプレイ部１４Ｌ，１４Ｒにおける画像の表示領域が縦長の場合には、網膜投影型ＨＭＤ１は、観察者に対して上下いずれかの最大画角の位置まで視線を移動させる指示を出力する。
　次に、ステップＳＴ６に移行して観察者は、視認している調整用画像２０に、例えば図９Ｃに示すような画欠けが発生しているか否かを判断する。画欠けが発生していない場合（ステップＳＴ６：Ｎｏ）、すなわち、観察者からは、図９Ｂに示すように調整用画像２０の全体が視認できている場合、図８に示すステップＳＴ１０に移行する。網膜投影型ＨＭＤ１は、装着している観察者にとって正面視と最大画角との両方で画欠け無しの状態となる。以上により、網膜投影型ＨＭＤ１の調整処理が終了する。
　一方、ステップＳＴ６において、図９Ｃに示すような画欠けが発生している場合（ステップＳＴ６：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ７に移行する。ステップＳＴ７において観察者は、ステップＳＴ４と同様にして、最大画角を見た状態で調整用画像２０の全体が図９Ｂに示すように視認できるまでアイレリーフを調整する（第２アイレリーフ調整ステップ）。
　次に、ステップＳＴ８に移行してステップＳＴ３と同様に、網膜投影型ＨＭＤ１が、観察者に対して視線を正面に向ける指示を出力する。観察者が視線を正面に向けると、光学エンジン部１３Ｌ，１３Ｒは、アイトラッキング機能によって、光学ブロック１２Ｌ，１２Ｒのディスプレイ部１４Ｌ，１４Ｒを、ＸＹ平面上で観察者の瞳孔ＥＰに追従させる。
　次に、ステップＳＴ９に移行して観察者は、視認している調整用画像２０に、例えば図９Ｃに示すような画欠けが発生しているか否かを判断する。画欠けが発生していない場合（ステップＳＴ９：Ｎｏ）、図８に示すステップＳＴ１０に移行する。この場合、網膜投影型ＨＭＤ１は、装着している観察者にとって正面視と最大画角との両方で画欠け無しの状態となる。以上により、網膜投影型ＨＭＤ１の調整処理が終了する。
　一方、ステップＳＴ９において、図９Ｃに示すような画欠けが発生している場合（ステップＳＴ９：Ｙｅｓ）、調整処理はステップＳＴ４に復帰する。その後、観察者にとって正面視と最大画角との両方で画欠け無しの状態になるまで、ステップＳＴ４～ＳＴ９を繰り返し実行する。以上により、網膜投影型ＨＭＤ１の調整処理が終了する。
　以上のように、アイレリーフ調整機構１５の調整を行うことによって、正面視状態や視線を移動させて瞳孔を動かした際に表示画像のケラレが発生せず、表示画像の全画角を見ることが可能になる。これにより、調整用画像２０をディスプレイ部１４Ｌ，１４Ｒに表示可能は全ての範囲の大きさにすると、観察者が網膜投影型ＨＭＤ１を装着して各種の画像や映像を見る場合に、観察者が視線を移動させてもケラレが発生しないようにできる。
　（第１変形例）
　次に、上述した一実施形態の第１変形例について説明する。図１０Ａ及び図１０Ｂは、第１変形例によるアイレリーフ調整機構の詳細を示す斜視図である。図１０Ａ及び図１０Ｂに示すアイレリーフ調整機構１６は、手動型アイレリーフ方向移動機構であって、いわゆるロックリリースつまみ機構である。
　図１０Ａに示すように、第１変形例による網膜投影型ＨＭＤ１のアイレリーフ調整機構１６は、吊下部としての装着側部材１６ａと、保持部の一部としてのフロント側機構１６ｂとが連結されて構成される。具体的に装着側部材１６ａは、テンプル２ａの一部又はテンプル２ａに固定された部材からなり、嵌合などによってフロントフレーム１１を吊下可能に構成される。
　フロント側機構１６ｂは、フロントフレーム１１に固定された、つまみ部１６１、ねじりコイルバネ１６２、アイレリーフ方向のガイドレール１６３、ストッパ部１６４、及び回動軸１６５を有して構成される。装着側部材１６ａは、ガイドレール１６３の部分で嵌合されてフロントフレーム１１を吊下している。ストッパ部１６４は、ねじりコイルバネ１６２によって外側に付勢されており、装着側部材１６ａの内壁に向けて突っ張るように、押圧可能に構成される。これにより、フロント側機構１６ｂは装着側部材１６ａに対して摺動不能に固定される。一方、図１０Ｂに示すように、つまみ部１６１を内側に摘まむと、つまみ部１６１が回動軸１６５を中心として回動し、つまみ部１６１のストッパ部１６４側の部分がねじりコイルバネ１６２を圧縮する。これにより、ストッパ部１６４が装着側部材１６ａの内壁から離れて、フロント側機構１６ｂが装着側部材１６ａから解放され、ロックがリリースされる。つまみ部１６１を内側に摘まんだ状態で、つまみ部１６１をＺ軸方向に移動させると、フロント側機構１６ｂはガイドレール１６３に沿ってＺ軸方向（アイレリーフ方向）に移動する。アイレリーフ調整機構１６として、以上のロックリリースつまみ機構を採用することによって、フロントディスプレイブロック１０のアイレリーフの調整時に装着ブロック２側が動いてしまうことを抑制できるとともに、無段階でスムーズな調整が可能となる。
　（第２変形例）
　次に、上述した一実施形態の第２変形例について説明する。図１１は、第２変形例による網膜投影型ＨＭＤ１Ａの斜視図である。図１２Ａ及び図１２Ｂは、図１１の囲み部Ａの部分を拡大した、第２変形例によるアイレリーフ調整機構の詳細を示す斜視図である。図１２Ａ及び図１２Ｂに示すアイレリーフ調整機構１７は、観察者やその他の作業者が操作することなく、自動でアイレリーフを調整する、いわゆる自動型アイレリーフ方向移動機構である。
　図１１に示すように、第２変形例による網膜投影型ＨＭＤ１Ａは、一実施形態による網膜投影型ＨＭＤ１とは異なり、Ｚ軸方向のアイレリーフの調整を自動で行うアイレリーフ調整機構１７を有する。
　図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、アイレリーフ調整機構１７は、吊下部としての装着側機構１７ａと、保持部の一部としてのフロント側機構１７ｂとが連結されて構成される。装着側機構１７ａは装着ブロック２に設けられ、装着側機構１７ａに嵌合するフロント側機構１７ｂは、フロントフレーム１１側に設けられている。これにより、装着ブロック２は、装着側機構１７ａによって、フロントディスプレイブロック１０を吊下可能に構成される。
　アイレリーフ調整機構１７は、例えば超音波リニアアクチュエータを有して構成される。すなわち、装着側機構１７ａは、ウェイトを有する圧電素子１７１及び駆動軸１７２が装着側部材１７３の内側に設けられて構成される。フロント側機構１７ｂは、駆動軸が貫通される移動体１７４が、アイレリーフ方向のガイドレール１７５に固定されて構成される。圧電素子１７１、駆動軸１７２、及び移動体１７４によって、超音波リニアアクチュエータが構成される。圧電素子１７１の駆動を制御して、超音波リニアアクチュエータの駆動させることができる。すなわち、圧電素子１７１の駆動を制御して移動体１７４の移動させることにより、ガイドレール１７５に沿って，フロント側機構１７ｂと装着側機構１７ａとを、アイレリーフ方向（Ｚ軸方向）に相対移動させることができる。これにより、フロントディスプレイブロック１０を装着ブロック２に対して可動にできる。図１２Ａに示す状態は、フロントディスプレイブロック１０が装着ブロック２に対して前端に位置している状態である。図１２Ｂに示す状態は、フロントディスプレイブロック１０が装着ブロック２に対して後端に位置している状態である。
　図１３は、網膜投影型ＨＭＤ１Ａのアイトラッキングを説明するための左光学ブロック１２Ｌの部分の上面図である。なお、以下の説明においては、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向を図のように規定して説明する。図１３に示すように、網膜投影型ＨＭＤ１Ａを装着した観察者の瞳孔ＥＰが移動した場合、左光学ブロック１２Ｌは、フロントフレーム１１に対して、ＸＹ平面に平行かつ瞳孔ＥＰの移動に対応した位置に移動する。これとともに、アイレリーフ調整機構１７は、アイレリーフが変化しないように、Ｚ軸方向に沿ってフロントディスプレイブロック１０を移動させる。すなわち、アイレリーフ調整機構１７は、瞳孔ＥＰが上下左右に回転移動した際に、瞳孔ＥＰの回転移動によって生じるアイレリーフの変動分を相殺するように、アイトラッキングによってディスプレイ部１４Ｌと眼球Ｅとの距離を即時的に調整する。この場合、ディスプレイ部１４Ｌの略中央部分は、眼球Ｅの中心を球の中心とした仮想的な球面上に沿って移動することになる。これにより、瞳孔ＥＰが回転移動しても、画像光Ｌの収束点ＬＰを常に瞳孔ＥＰの近傍に位置させることができる。従って、観察者が視線を移動させても、ディスプレイ部１４Ｌに表示される画像のケラレを抑制できる。なお、右光学ブロック１２Ｒのディスプレイ部１４Ｒにおいても同様である。
　以上説明した一実施形態によれば、マクスウェル視を利用した網膜投影型ＨＭＤ１，１Ａにおいて、観察者が画像や映像を見る場合に、画像や映像の画像光の収束点を観察者ごとで瞳孔近傍に最適に位置させることができる。これにより、観察者が画像や映像を見る際に画像の画欠けやケラレの発生を抑制できる。さらに、網膜投影型ＨＭＤ１，１Ａにおいて、３０度以上で６０度程度の広い画角の画像や映像を表示する場合であっても、表示画像にケラレが発生することを抑制でき、観察者が常時、表示画像全体を見ることが可能になる。
　なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があっても良い。
　なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
　表示画像を形成する光を眼球の瞳孔で収束させて網膜上に投影可能に構成され、かつ透光性を有するディスプレイ部と、
　前記ディスプレイ部を、前記眼球と前記ディスプレイ部との距離方向であるアイレリーフ方向と、前記アイレリーフ方向に対して垂直な面を構成する２つの軸方向との３軸方向に移動可能な移動部と、
　を有する画像表示装置。
（２）
　前記移動部は、前記ディスプレイ部を、前記アイレリーフ方向に対して垂直な面を構成する互いに非平行な２つの軸方向に、前記眼球の瞳孔の位置に対応させて移動可能に構成された２軸方向移動機構を有する
　（１）に記載の画像表示装置。
（３）
　前記２軸方向移動機構は、超音波リニアアクチュエータを有する
　（１）又は（２）に記載の画像表示装置。
（４）
　前記移動部は、前記ディスプレイ部を前記アイレリーフ方向に移動可能に構成されたアイレリーフ方向移動機構を有する
　（１）～（３）のいずれか１項に記載の画像表示装置。
（５）
　前記アイレリーフ方向移動機構は、前記ディスプレイ部を保持する保持部を前記アイレリーフ方向に移動可能に吊下する吊下部を有する
　（４）に記載の画像表示装置。
（６）
　前記アイレリーフ方向移動機構の前記吊下部は、ねじ部を介して前記保持部に連結されたねじ送り機構を有し、
　前記ねじ送り機構の前記ねじ部を回転させることにより、前記ディスプレイ部を前記アイレリーフ方向に平行移動可能に構成される
　（５）に記載の画像表示装置。
（７）
　前記アイレリーフ方向移動機構は、前記吊下部と前記保持部との間で相互に固定及び解除を切り替え可能なロック機構を有し、
　前記ロック機構を解除した状態で前記保持部に設けられたレールに沿って前記ディスプレイ部を前記アイレリーフ方向に平行移動可能に構成される
　（５）に記載の画像表示装置。
（８）
　前記アイレリーフ方向移動機構による前記ディスプレイ部の移動が、前記ディスプレイ部の面に対して平行移動である
　（４）～（７）のいずれか１項に記載の画像表示装置。
（９）
　前記アイレリーフ方向移動機構は、前記ディスプレイ部を、前記アイレリーフ方向に手動で移動可能に構成されている
　（４）～（８）のいずれか１項に記載の画像表示装置。
（１０）
　前記アイレリーフ方向移動機構は、前記ディスプレイ部を、前記アイレリーフ方向に自動で移動可能に構成されている
　（４）～（８）のいずれか１項に記載の画像表示装置。
（１１）
　前記アイレリーフ方向移動機構は、前記アイレリーフ方向に沿った前記眼球の瞳孔の位置に対応させて、前記ディスプレイ部を移動可能に構成されている
　（１０）に記載の画像表示装置。
（１２）
　前記アイレリーフ方向移動機構は、超音波リニアアクチュエータを有する
　（１０）又は（１１）に記載の画像表示装置。
（１３）
　前記ディスプレイ部は、平面状である
　（１）～（１２）のいずれか１項に記載の画像表示装置。
（１４）
　前記ディスプレイ部は、曲面状である。
　（１）～（１２）のいずれか１項に記載の画像表示装置。
（１５）
　表示画像を形成する光を眼球の瞳孔で収束させて網膜上に投影可能に構成され、かつ透光性を有するディスプレイ部と、前記ディスプレイ部を、前記眼球と前記ディスプレイ部との距離方向であるアイレリーフ方向に移動可能なアイレリーフ方向移動機構、及び前記アイレリーフ方向に対して垂直な面を構成する２つの軸方向に移動可能な２軸方向移動機構を有する移動部と、を備えた画像表示装置に対して、
　前記ディスプレイ部に所定の画角を有する調整用画像を表示させる表示ステップと、
　前記眼球の瞳孔が略正面に向いた状態で、前記調整用画像を形成する光が前記眼球の瞳孔の近傍で収束するように、前記２軸方向移動機構によって前記ディスプレイ部を移動させる第１追従ステップと、
　前記眼球の瞳孔が略正面に向いた状態で、前記調整用画像の全体が視認可能になるように、前記アイレリーフ方向移動機構によって前記ディスプレイ部を前記アイレリーフ方向に移動させる第１アイレリーフ調整ステップと、
　前記眼球の瞳孔が前記調整用画像の端部に向いた状態で、前記調整用画像を形成する光が前記眼球の瞳孔の近傍で収束するように、前記２軸方向移動機構によって前記ディスプレイ部を前記垂直な面内で移動させる第２追従ステップと、
　前記眼球の瞳孔が前記調整用画像の端部に向いた状態で、前記調整用画像の全体が視認可能になるように、前記アイレリーフ方向移動機構によって前記ディスプレイ部を前記アイレリーフ方向に移動させる第２アイレリーフ調整ステップと、を含み、
　前記眼球の瞳孔が略正面に向いた状態及び前記調整用画像の端部に向いた状態において、前記調整用画像の全体が視認可能になるまで、前記第１追従ステップ、前記第１アイレリーフ調整ステップ、前記第２追従ステップ、及び前記第２アイレリーフ調整ステップを繰り返し実行する
　調整方法。
（１６）
　前記調整用画像の画角が前記眼球の並び方向に沿って３０度以上である
　（１５）に記載の調整方法。
１，１Ａ　網膜投影型ヘッドマウントディスプレイ（網膜投影型ＨＭＤ）
２　装着ブロック
２ａ　テンプル
２ｂ　鼻当て
１０　フロントディスプレイブロック
１１　フロントフレーム
１２Ｌ　左光学ブロック
１２Ｒ　右光学ブロック
１３Ｌ，１３Ｒ　光学エンジン部
１４Ｌ，１４Ｒ　ディスプレイ部
１５，１６，１７　アイレリーフ調整機構
１５ａ，１７ａ　装着側機構
１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ　フロント側機構
１６ａ，１５０，１７３　装着側部材
２０　調整用画像
１３１　エンジン基体
１３２　Ｘフレーム
１３２ａ，１３３ａ，１７４　移動体
１３３　Ｙフレーム
１３３ｂ　Ｘ軸超音波リニアアクチュエータ
１３４　Ｙ軸超音波リニアアクチュエータ
１５１，１６１　つまみ部
１５２　雄ねじ部
１５３　直動ガイドレール
１５４　雌ねじ部
１６２　ねじりコイルバネ
１６３　ガイドレール
１６４　ストッパ部
１６５　回動軸
１７１　圧電素子
１７２　駆動軸
１７５　ガイドレール

Claims (15)

  1. 　表示画像を形成する光を眼球の瞳孔で収束させて網膜上に投影可能に構成される透過型のディスプレイ部と、
    　前記ディスプレイ部を、前記眼球と前記ディスプレイ部との距離方向であるアイレリーフ方向と、前記アイレリーフ方向に対して垂直な面を構成する２つの軸方向との３軸方向に移動可能な移動部と、
    　を有する画像表示装置。
  2. 　前記移動部は、前記ディスプレイ部を、前記アイレリーフ方向に対して垂直な面を構成する互いに非平行な２つの軸方向に、前記眼球の瞳孔の位置に対応させて移動可能に構成された２軸方向移動機構を有する
    　請求項１に記載の画像表示装置。
  3. 　前記２軸方向移動機構は、超音波リニアアクチュエータを有する
    　請求項２に記載の画像表示装置。
  4. 　前記移動部は、前記ディスプレイ部を前記アイレリーフ方向に移動可能に構成されたアイレリーフ方向移動機構を有する
    　請求項１に記載の画像表示装置。
  5. 　前記アイレリーフ方向移動機構は、前記ディスプレイ部を保持する保持部を前記アイレリーフ方向に移動可能に吊下する吊下部を有する
    　請求項４に記載の画像表示装置。
  6. 　前記アイレリーフ方向移動機構の前記吊下部は、ねじ部を介して前記保持部に連結されたねじ送り機構を有し、
    　前記ねじ送り機構の前記ねじ部を回転させることにより、前記ディスプレイ部を前記アイレリーフ方向に平行移動可能に構成される
    　請求項５に記載の画像表示装置。
  7. 　前記アイレリーフ方向移動機構は、前記吊下部と前記保持部との間で相互に固定及び解除を切り替え可能なロック機構を有し、
    　前記ロック機構を解除した状態で前記保持部に設けられたレールに沿って前記ディスプレイ部を前記アイレリーフ方向に平行移動可能に構成される
    　請求項５に記載の画像表示装置。
  8. 　前記アイレリーフ方向移動機構による前記ディスプレイ部の移動が、前記ディスプレイ部の面に対して平行移動である
    　請求項４に記載の画像表示装置。
  9. 　前記アイレリーフ方向移動機構は、前記ディスプレイ部を、前記アイレリーフ方向に手動で移動可能に構成されている
    　請求項４に記載の画像表示装置。
  10. 　前記アイレリーフ方向移動機構は、前記ディスプレイ部を、前記アイレリーフ方向に自動で移動可能に構成されている
    　請求項４に記載の画像表示装置。
  11. 　前記アイレリーフ方向移動機構は、前記アイレリーフ方向に沿った前記眼球の瞳孔の位置に対応させて、前記ディスプレイ部を移動可能に構成されている
    　請求項１０に記載の画像表示装置。
  12. 　前記アイレリーフ方向移動機構は、超音波リニアアクチュエータを有する
    　請求項１０に記載の画像表示装置。
  13. 　前記ディスプレイ部は、平面状である
    　請求項１に記載の画像表示装置。
  14. 　前記ディスプレイ部は、曲面状である。
    　請求項１に記載の画像表示装置。
  15. 　表示画像を形成する光を眼球の瞳孔で収束させて網膜上に投影可能に構成され、かつ透光性を有するディスプレイ部と、前記ディスプレイ部を、前記眼球と前記ディスプレイ部との距離方向であるアイレリーフ方向に移動可能なアイレリーフ方向移動機構、及び前記アイレリーフ方向に対して垂直な面を構成する２つの軸方向に移動可能な２軸方向移動機構を有する移動部と、を備えた画像表示装置に対して、
    　前記ディスプレイ部に所定の画角を有する調整用画像を表示させる表示ステップと、
    　前記眼球の瞳孔が略正面に向いた状態で、前記調整用画像を形成する光が前記眼球の瞳孔の近傍で収束するように、前記２軸方向移動機構によって前記ディスプレイ部を移動させる第１追従ステップと、
    　前記眼球の瞳孔が略正面に向いた状態で、前記調整用画像の全体が視認可能になるように、前記アイレリーフ方向移動機構によって前記ディスプレイ部を前記アイレリーフ方向に移動させる第１アイレリーフ調整ステップと、
    　前記眼球の瞳孔が前記調整用画像の端部に向いた状態で、前記調整用画像を形成する光が前記眼球の瞳孔の近傍で収束するように、前記２軸方向移動機構によって前記ディスプレイ部を前記垂直な面内で移動させる第２追従ステップと、
    　前記眼球の瞳孔が前記調整用画像の端部に向いた状態で、前記調整用画像の全体が視認可能になるように、前記アイレリーフ方向移動機構によって前記ディスプレイ部を前記アイレリーフ方向に移動させる第２アイレリーフ調整ステップと、を含み、
    　前記眼球の瞳孔が略正面に向いた状態及び前記調整用画像の端部に向いた状態において、前記調整用画像の全体が視認可能になるまで、前記第１追従ステップ、前記第１アイレリーフ調整ステップ、前記第２追従ステップ、及び前記第２アイレリーフ調整ステップを繰り返し実行する
    　調整方法。
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