(57)【要約】【課題】観察者の頭部に装着された状態で、射出瞳から画像光を出射して観察者の眼に照射することによって観察者に対して画像を表示するヘッドマウントディスプレイ装置であって、観察者が、射出瞳からの画像光が観察者の眼の瞳孔に入射するように、射出瞳の位置を瞳孔の位置に合わせるための位置合わせ作業を従来より容易に行い得るものを提供する。【解決手段】スキャナ７８は、光が入射するとともにその入射した光を反射する領域を有し、その反射領域は、スキャナが光走査を行い得る光走査領域１５０と、スキャナが光走査を行い得ない非光走査領域１５２とを有する。画像光が光走査領域に入射する一方、ガイド光が非光走査領域に入射する。光走査領域から反射した画像光と非光走査領域から反射したガイド光とは、一緒に、射出瞳から観察者の瞳孔１６に向かって出射する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像光を出射する射出瞳を有するとともに、観察者の頭部に装着された状態で、前記射出瞳から前記画像光を出射して観察者の眼に照射することによって観察者に対して画像を表示し、かつ、前記射出瞳の位置を観察者の瞳孔の位置に対して相対的に調整することが可能であるヘッドマウントディスプレイ装置であって、
光源と、
その光源からの光を、時間的または空間的に変調し、それにより、前記画像光を形成する変調器と、
入射した光を走査して出射するスキャナであって、光が入射するとともにその入射した光を反射する領域を有し、その反射領域は、当該スキャナが光走査を行い得る光走査領域と、当該スキャナが光走査を行い得ない非光走査領域とを有するものと、
前記変調器から出射した前記画像光を前記光走査領域に誘導する一方、ガイド光を前記非光走査領域に誘導し、かつ、前記スキャナの前記光走査領域から反射した前記画像光と前記非光走査領域から反射した前記ガイド光とを一緒に観察者の瞳孔に向かって出射する光学系と
を含むヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項２】
前記ガイド光は、白色光である請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項３】
前記ガイド光は、前記画像光より大径である請求項１または２に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項４】
前記ガイド光は、前記画像光と共通の光軸を有し、それにより、前記光学系は、前記スキャナの前記光走査領域から反射した前記画像光と前記非光走査領域から反射した前記ガイド光とを一緒に前記射出瞳から観察者の瞳孔に向かって出射する請求項１ないし３のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項５】
さらに、前記ガイド光が観察者の眼に照射されることを許可する照射許可状態と阻止する照射阻止状態とに切り換わるセレクタを含む請求項１ないし４のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項６】
さらに、前記光源とは別の第２の光源であって前記ガイド光を出射するものを含む請求項５に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項７】
前記セレクタは、前記第２の光源のオンオフ状態を制御するコントローラを含むを請求項６に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項８】
前記光源は、前記画像光と前記ガイド光とを一緒に出射する請求項５に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項９】
前記セレクタは、前記ガイド光を選択的に遮断することによって前記照射阻止状態を選択的に実現するメカニカルシャッタを含む請求項８に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記セレクタは、前記ガイド光を選択的に遮断することによって前記照射阻止状態を選択的に実現する液晶シャッタを含む請求項８に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記セレクタは、前記照射許可状態において予め定められた条件が成立すると、前記照射阻止状態に切り換わる請求項５ないし１０のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記予め定められた条件は、観察者が特定の操作を行ったときに成立する条件を含む請求項１１に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記予め定められた条件は、当該ヘッドマウントディスプレイ装置の電源投入時期、前記ガイド光の発生開始時期、または両時期の間に起こるイベントの発生時期からの経過時間が基準時間に到達したときに成立する条件を含む請求項１１または１２に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項１４】
前記スキャナは、前記入射した光を反射するとともにその反射光を往復揺動によって走査する走査ミラーを有し、
前記光走査領域は、その走査ミラーに配置され、
前記非光走査領域は、前記スキャナのうち前記走査ミラーを除く部分に配置される請求項１ないし１３のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項１５】
前記スキャナのうち、前記走査ミラーと、その走査ミラーを除く部分とは、両者の共通の部材に形成されており、
前記光走査領域および前記非光走査領域は、前記共通の部材に配置されている請求項１４項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項１６】
前記スキャナのうち前記走査ミラーを除く部分は、その内部において、前記走査ミラーを収容するパッケージを含み、
前記非光走査領域は、前記パッケージに配置されている請求項１４に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項１７】
前記非光走査領域は、前記画像光を反射する第１領域と、前記ガイド光を反射する第２領域とを有し、それにより、前記ガイド光が、前記非光走査領域と前記光走査領域との双方によって生成される請求項１ないし１６のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像光を出射する射出瞳を有するとともに、観察者の頭部に装着された状態で、射出瞳から画像光を出射して観察者の眼に照射することによって観察者に対して画像を表示するヘッドマウントディスプレイ装置に関するものであり、特に、観察者が、射出瞳からの画像光が観察者の眼の瞳孔に入射するように、射出瞳の位置を瞳孔の位置に合わせるための位置合わせ作業を容易にする技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像を光学的に表示する技術として、例えば、表示すべき画像を表す画像光を観察者の網膜上に投影し、それにより、観察者が画像を観察することを可能にする技術が存在する。
【０００３】
また、光源からの光を、表示すべき画像を表す画像光に変換する技術として、例えば、光源から一斉に入射した面状の光を、ＬＣＤ等、空間変調素子を用いて、各画素ごとに空間的に変調し、それにより、面状の画像光を形成する技術や、光源から入射したビーム状の光であって各画素ごとに強度変調されたものを、スキャナを用いて、面状の画像光に変換する技術が存在する。
【０００４】
特許文献１は、画像を光学的に表示する装置として、従来のヘッドマウントディスプレイ装置の一例を開示している。
【０００５】
このヘッドマウントディスプレイ装置は、表示すべき画像を表す画像光を網膜上に投影し、それにより、観察者が画像を観察することを可能にする技術と、光源から一斉に入射した面状の光を、ＬＣＤ等、空間変調素子を用いて、各画素ごとに空間的に変調し、それにより、面状の画像光を形成する技術とを採用している。
【０００６】
この種のヘッドマウントディスプレイ装置は、画像光を出射する射出瞳を有するとともに、観察者の頭部に装着された状態で、射出瞳から画像光を出射して観察者の眼に照射することによって観察者に対して画像を表示するように構成されている。
【０００７】
そのため、この種のヘッドマウントディスプレイ装置を使用する場合には、観察者は、画像観察というイベントに先立ち、射出瞳からの画像光が観察者の眼の瞳孔に入射するように、射出瞳の位置を瞳孔の位置に合わせるための位置合わせ作業を要求される。
【０００８】
特許文献１は、さらに、そのような位置合わせ作業を容易にする技術も開示している。その技術によれば、観察者は、自分の眼の像を観察しつつ、その眼の像が表示画面の中心にくるように、観察者の眼の位置に対する表示装置の相対的な位置を調整することが可能となる。その結果、観察者は、接眼光学系の射出瞳の位置と眼球の瞳孔の位置とを互いに一致させることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平７−１１５６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のように、上述の形式のヘッドマウントディスプレイ装置を使用して画像を観察することを希望する観察者は、その画像観察というイベントに先立ち、当該ヘッドマウントディスプレイ装置の射出瞳からの画像光が観察者の眼の瞳孔に入射するように、射出瞳の位置を瞳孔の位置に合わせるための位置合わせ作業を行うことを要求される。
【００１１】
具体的には、その位置合わせ作業において、観察者は、自分の視野外にあるために見えない射出瞳からの画像光、すなわち、光スポットを、自分の視野内に入るように、瞳孔の位置に対する射出瞳の位置を調整しなければならない。
【００１２】
しかしながら、その位置合わせ作業は、従来、ヘッドマウントディスプレイ装置に不慣れな観察者にとっては簡単な作業ではなかった。
【００１３】
なぜなら、自分の視野外にある光スポットは、その存在が観察者に見えないため、観察者は、その光スポットの初期位置を、その視野外において正確に把握することができない。そのため、観察者は、勘と経験のみを頼りに、視野外にある光スポットの位置を予測しながら、試行錯誤しつつ、その光スポットが視野内に入るように、瞳孔の位置に対する射出瞳の位置を変化させなければならない。
【００１４】
一方、一般に、ヘッドマウントディスプレイ装置の射出瞳から出射する画像光の直径、すなわち、光スポットの直径は、約３ないし約１０ｍｍというように小さい。
【００１５】
そのため、観察者が、瞳孔の位置に対する射出瞳の位置を変化させている間に、瞳孔の位置と射出瞳の位置とが偶然に互いに一致する可能性が低い。
【００１６】
以上説明した事情を背景として、本発明は、画像光を出射する射出瞳を有するとともに、観察者の頭部に装着された状態で、射出瞳から画像光を出射して観察者の眼に照射することによって観察者に対して画像を表示するヘッドマウントディスプレイ装置であって、観察者が、射出瞳からの画像光が観察者の眼の瞳孔に入射するように、射出瞳の位置を瞳孔の位置に合わせるための位置合わせ作業を従来より容易に行い得るものを提供することを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本発明が採用し得る技術的特徴の一部およびそれの組合せの理解を容易にするためであり、本発明が採用し得る技術的特徴およびそれの組合せが以下の態様に限定されると解釈すべきではない。すなわち、下記の態様には記載されていないが本明細書には記載されている技術的特徴を本発明の技術的特徴として適宜抽出して採用することは妨げられないと解釈すべきなのである。
【００１８】
さらに、各項を他の項の番号を引用する形式で記載することが必ずしも、各項に記載の技術的特徴を他の項に記載の技術的特徴から分離させて独立させることを妨げることを意味するわけではなく、各項に記載の技術的特徴をその性質に応じて適宜独立させることが可能であると解釈すべきである。
【００１９】
（１）  画像光を出射する射出瞳を有するとともに、観察者の頭部に装着された状態で、前記射出瞳から前記画像光を出射して観察者の眼に照射することによって観察者に対して画像を表示し、かつ、前記射出瞳の位置を観察者の瞳孔の位置に対して相対的に調整することが可能であるヘッドマウントディスプレイ装置であって、
光源と、
その光源からの光を、時間的または空間的に変調し、それにより、前記画像光を形成する変調器と、
入射した光を走査して出射するスキャナであって、光が入射するとともにその入射した光を反射する領域を有し、その反射領域は、当該スキャナが光走査を行い得る光走査領域と、当該スキャナが光走査を行い得ない非光走査領域とを有するものと、
前記変調器から出射した前記画像光を前記光走査領域に誘導する一方、ガイド光を前記非光走査領域に誘導し、かつ、前記スキャナの前記光走査領域から反射した前記画像光と前記非光走査領域から反射した前記ガイド光とを一緒に観察者の瞳孔に向かって出射する光学系と
を含むヘッドマウントディスプレイ装置。
【００２０】
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、観察者の瞳孔に向かって、画像光のみならずガイド光も出射する。瞳孔の位置に対するガイド光の位置を移動させれば、それに応じて、瞳孔の位置に対する画像光の位置も移動させられる。
【００２１】
その結果、観察者は、ガイド光を頼りに、画像光が視野外から視野内に移動するように、すなわち、画像光が観察者の眼の瞳孔に入射するように、射出瞳の位置を瞳孔の位置に合わせるための位置合わせ作業を行い得る。
【００２２】
したがって、このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、観察者は、ガイド光を参照することができない場合に比較し、射出瞳の位置を瞳孔の位置に合わせるための位置合わせ作業を容易に行い得る。
【００２３】
一般に、スキャナにおいては、画像光の走査周波数を高めたいという要請から、スキャナのうちの光走査領域（例えば、走査ミラー）の面積を増加するのに限界がある。なぜなら、光走査領域の面積が大きいほど、スキャナのうち光走査領域を構成する部分の重量が増加し、ひいては、走査周波数の最大値が低下するからである。
【００２４】
一方、ガイド光の直径が大きいほど、ガイド光が、観察者が画像光を視野外から視野内に移動させる際に観察者を支援する能力、すなわち、ガイド光が瞳孔の位置に偶然に一致する確率が高い。また、スキャナのうち非光走査領域の面積が大きいほど、そこからの反射光を大径化することが容易である。
【００２５】
これに対し、本項に係るヘッドマウントディスプレイ装置によれば、ガイド光が、スキャナのうちの光走査領域からの反射光としてではなく、非光走査領域からの反射光として生成される。
【００２６】
したがって、このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、スキャナに対する走査周波数に関する要請とは切り離して、ガイド光の直径を自由に設定することが可能となる。よって、このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、スキャナの本来の性能を犠牲にすることなく、ガイド光の直径を増加させることが可能となる。
【００２７】
なお付言するに、このヘッドマウントディスプレイ装置の射出瞳の位置を観察者の瞳孔の位置に対して相対的に調整可能であるようにするために、当該ヘッドマウントディスプレイ装置における全体光学系を全体的に、観察者の眼に対して相対的に変位させる方式を採用可能であるが、これに限定されない。例えば、その全体光学系の位置は変えずに、その全体光学系を構成する複数の光学素子の少なくとも一つにつき、位置や角度、光学特性などを変えることにより、射出瞳が観察者の瞳孔に対して相対的にかつ可変に調整可能であるようにしてもよい。
【００２８】
（２）  前記ガイド光は、白色光である（１）項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【００２９】
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、ガイド光が、観察者にとって自然な色を有するように生成される。
【００３０】
（３）  前記ガイド光は、前記画像光より大径である（１）または（２）項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【００３１】
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、ガイド光が、観察者が画像光より見つけ易い直径を有するように生成される。
【００３２】
（４）  前記ガイド光は、前記画像光と共通の光軸を有し、それにより、前記光学系は、前記スキャナの前記光走査領域から反射した前記画像光と前記非光走査領域から反射した前記ガイド光とを一緒に前記射出瞳から観察者の瞳孔に向かって出射する（１）ないし（３）項のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【００３３】
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、ガイド光が、画像光と共通の光軸を有し、それにより、画像光とガイド光とが一緒に、射出瞳から観察者の瞳孔に向かって出射する。
【００３４】
このヘッドマウントディスプレイ装置の一具体例においては、ガイド光が、画像光と共通の光軸を有し、かつ、画像光より大きい直径を有する。この具体例においては、ガイド光が観察者の眼に照射されると、射出瞳が、画像光のみが観察者の眼に照射される場合より拡大する。その結果、観察者は、射出瞳の位置を瞳孔の位置に合わせるための位置合わせ作業を容易に行い得る。
【００３５】
（５）  さらに、前記ガイド光が観察者の眼に照射されることを許可する照射許可状態と阻止する照射阻止状態とに切り換わるセレクタを含む（１）ないし（４）項のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【００３６】
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、ガイド光が常時、観察者の視野内に存在せずに済む。このヘッドマウントディスプレイ装置の一具体例においては、ガイド光の存在が不要となった後に、セレクタが照射許可状態から照射阻止状態に切り換わり、その結果、ガイド光が観察者の視野から消滅させられる。
【００３７】
それにより、ガイド光が無駄に存在することが防止されるとともに、ガイド光が観察者による画像光の観察を邪魔することが防止される。
【００３８】
（６）  さらに、前記光源とは別の第２の光源であって前記ガイド光を出射するものを含む（５）項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【００３９】
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、後述の（８）項に係るヘッドマウントディスプレイ装置とは異なり、ガイド光を発生させるために、画像光を発生させるための光源に依存せずに済む。
【００４０】
（７）  前記セレクタは、前記第２の光源のオンオフ状態を制御するコントローラを含むを（６）項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【００４１】
（８）  前記光源は、前記画像光と前記ガイド光とを一緒に出射する（５）項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【００４２】
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、画像光とガイド光とが、それらに共通の光源から発生させられる。よって、このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、前記（６）項に係るヘッドマウントディスプレイ装置とは異なり、ガイド光を発生させるために、画像光を発生させるための光源とは別の光源を使用せずに済む。
【００４３】
（９）  前記セレクタは、前記ガイド光を選択的に遮断することによって前記照射阻止状態を選択的に実現するメカニカルシャッタを含む（８）項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【００４４】
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、前記共通光源からの出射光のうち、ガイド光を形成する部分が観察者の眼に照射されることが阻止される状態において、同じ出射光のうち、画像光を形成する部分のみが観察者の眼に照射され、それにより、観察者が画像を観察し得る状態が実現される。
【００４５】
（１０）  前記セレクタは、前記ガイド光を選択的に遮断することによって前記照射阻止状態を選択的に実現する液晶シャッタを含む（８）項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【００４６】
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、前記（９）項に係るヘッドマウントディスプレイ装置と同様に、前記共通光源からの出射光のうち、ガイド光を形成する部分が観察者の眼に照射されることが阻止される状態において、同じ出射光のうち、画像光を形成する部分のみが観察者の眼に照射され、それにより、観察者が画像を観察し得る状態が実現される。
【００４７】
（１１）  前記セレクタは、前記照射許可状態において予め定められた条件が成立すると、前記照射阻止状態に切り換わる（５）ないし（１０）項のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【００４８】
（１２）  前記予め定められた条件は、観察者が特定の操作を行ったときに成立する条件を含む（１１）項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【００４９】
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、セレクタの、照射許可状態から照射阻止状態への切換えを、観察者の意思に基づいて行い得る。
【００５０】
したがって、このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、観察者は、ガイド光が不要であると自ら判断したときに、その不要なガイド光を観察者の視野から消滅させることが可能となる。
【００５１】
（１３）  前記予め定められた条件は、当該ヘッドマウントディスプレイ装置の電源投入時期、前記ガイド光の発生開始時期、または両時期の間に起こるイベントの発生時期からの経過時間が基準時間に到達したときに成立する条件を含む（１１）または（１２）項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【００５２】
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、セレクタの、照射許可状態から照射阻止状態への切換えを、観察者の操作を待つことなく、自動的に行い得る。
【００５３】
したがって、このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、ガイド光が不要になった後であるにもかかわらず、観察者がそのガイド光を消し忘れたために、その不要なガイド光が存在し続けることを防止することが可能となる。
【００５４】
（１４）  前記スキャナは、前記入射した光を反射するとともにその反射光を往復揺動によって走査する走査ミラーを有し、
前記光走査領域は、その走査ミラーに配置され、
前記非光走査領域は、前記スキャナのうち前記走査ミラーを除く部分に配置される（１）ないし（１３）項のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【００５５】
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、スキャナのうち、ガイド光を生成する光を反射する非光走査領域が、そのスキャナのうち走査ミラーを除く部分に配置される。一方、スキャナのうちの走査ミラーは、走査周波数に関する要請を満たすことが必要であるために、大型化することが困難であるのに対し、スキャナのうち走査ミラーを除く部分は、走査ミラーより大型化することが容易である。
【００５６】
したがって、このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、スキャナのうち走査ミラーを除く部分であって、走査ミラーより大型化することが容易である部分が、ガイド光を生成するために利用され、それにより、ガイド光の直径を、走査ミラーを利用してガイド光が生成される場合より容易に増加させることができる。
【００５７】
（１５）  前記スキャナのうち、前記走査ミラーと、その走査ミラーを除く部分とは、両者の共通の部材に形成されており、
前記光走査領域および前記非光走査領域は、前記共通の部材に配置されている（１４）項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【００５８】
（１６）  前記スキャナのうち前記走査ミラーを除く部分は、その内部において、前記走査ミラーを収容するパッケージを含み、
前記非光走査領域は、前記パッケージに配置されている（１４）項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【００５９】
（１７）  前記非光走査領域は、前記画像光を反射する第１領域と、前記ガイド光を反射する第２領域とを有し、それにより、前記ガイド光が、前記非光走査領域と前記光走査領域との双方によって生成される（１）ないし（１６）項のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【００６０】
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、スキャナのうち、非光走査領域のみならず、光走査領域の一部をも利用して、ガイド光が生成される。したがって、このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、非光走査領域しか利用せずにガイド光を生成しなければならない場合より、ガイド光の強度を増加させることが容易となる。
【００６１】
その結果、このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、それの非光走査領域のサイズの割りに大きな直径を有するガイド光を生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置を示す平面図である。
【図２】図１に示すヘッドマウントディスプレイ装置のうち、光源部から水平走査用スキャナまでの上流側部分光路を示す光路図である。
【図３】図１に示すヘッドマウントディスプレイ装置のうち、垂直走査用スキャナからアイピース光学系までの下流側部分光路を示す光路図である。
【図４】図２に示す水平走査用スキャナの内部構造を拡大して示す平面図である。
【図５】図１に示すヘッドマウントディスプレイ装置のうちの電気回路部を概念的に表すブロック図である。
【図６】図５に示すコンピュータによって実行される画像表示処理プログラムを概念的に表すフローチャートである。
【図７】図７（ａ）ないし図７（ｄ）は、図１に示すヘッドマウントディスプレイ装置を装着した観察者がそれの視野内に観察するイメージが、図６に示す画像表示処理プログラムの実行中に、時間と共に変化する様子の一例を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置であって、セレクタの一例としてメカニカルシャッタを用いるもののうち、光源部から色消しコリメートレンズまでの上流側部分光路を示す光路図である。
【図９】図８に示すヘッドマウントディスプレイ装置のうちの電気回路部を概念的に表すブロック図である。
【図１０】図９に示すコンピュータによって実行される画像表示処理プログラムを概念的に表すフローチャートである。
【図１１】本発明の第３実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置がセレクタの別の例として用いる液晶シャッタを示す斜視図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置のうちのスキャナを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のうちのいくつかを図面に基づいて詳細に説明する。
【００６４】
図１には、本発明の第１実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置１０が、観察者（ユーザ）の頭部１２に装着された状態で、平面図で示されている。
【００６５】
まず、概略的に説明するに、このヘッドマウントディスプレイ装置１０は、観察者に表示すべき画像を表現する画像光を出射する射出瞳（図３参照）を有するとともに、観察者の頭部１２に装着された状態で、射出瞳から画像光を出射して観察者の眼球１４に照射することによって観察者に対して画像を表示するように構成されている。
【００６６】
さらに、このヘッドマウントディスプレイ装置１０は、射出瞳の位置が観察者の瞳孔１６の位置に対して相対的に調整可能であるように構成されている。
【００６７】
さらに、このヘッドマウントディスプレイ装置１０は、現実外界に重ねて表示画像を観察可能なシースルー型であるように構成されている。
【００６８】
図１に示すように、このヘッドマウントディスプレイ装置１０は、装置本体２０を備えている。
【００６９】
装置本体２０は、概して矩形状を成すとともに内部空間を有するハウジング２２を備えている。そのハウジング２２内に、図２および図３にそれぞれ分けて光路図で示す全体光学系２４と、図５にブロック図で概念的に表す電気回路部２６とが収容されている。それら全体光学系２４および電気回路部２６は、後に、図２、図３および図５を参照して詳細に説明する。
【００７０】
図１に示すように、このヘッドマウントディスプレイ装置１０は、さらに、ジョイント装置３０を備えている。このジョイント装置３０は、ヘッドマウントディスプレイ装置１０の射出瞳の位置を観察者の眼球１４の位置に対して相対的に変位させることを可能にする相対変位装置の一例である。このジョイント装置３０は、装置本体２０を、観察者に装着されているめがね３４に着脱可能に装着するように構成されている。
【００７１】
ここに、「めがね」という用語は、観察者の視度を矯正する機能を有して観察者の両耳３６，３６と鼻３８にかけられるめがねと、観察者の視度を矯正する機能を有することなく観察者の両耳３６，３６と鼻３８にかけられるめがねとを含んでいる。
【００７２】
後者のめがねは、視度を矯正することが不要である観察者や、視度を矯正することが必要であるが矯正のためにコンタクトレンズなどを眼球１４に使用している観察者により、このヘッドマウントディスプレイ装置１０を観察者の頭部１２に装着可能とするために、観察者の頭部１２に装着される。
【００７３】
したがって、本明細書において、「めがね」という用語は、装置本体２０を観察者の頭部１２に装着するために機能することに着目し、アダプタと称したり、アタッチメントと称したり、支持フレームと称することが可能である。
【００７４】
いずれにしても、めがね３４は、観察者の両耳３６，３６にそれぞれかけられる一対のつる４０，４０と、それらつる４０，４０をつなぐブリッジ４２であってパッド部４４を介して観察者の鼻３８にかけられるものとを備えている。それらつる４０，４０とブリッジ４２とは、一般に、折り畳み可能に互いに連結される。ブリッジ４２には、左眼用および右眼用のレンズ４６，４６が装着されている。
【００７５】
ジョイント装置３０は、装置本体２０をめがね３４に装着するために使用される。ヘッドマウントディスプレイ装置１０は、観察者の両眼球１４，１４のうちの一方、例えば、図１に示すように、左眼球１４のみに画像光を投影するように構成されている。
【００７６】
そのため、ジョイント装置３０は、装置本体２０を、一対のつる４０，４０のうちの一方、例えば、図１に示すように、左耳３６にかけられるつる４０のみに、片持ち状で装着するように構成されている。さらに、このジョイント装置３０は、装置本体２０をめがね３４に、少なくとも２軸まわりの相対回動が可能であるように連結するように構成されている。
【００７７】
具体的には、図１に示すように、このジョイント装置３０は、つる４０に着脱可能に装着されるクリップ５０と、第１および第２のリンク５２，５４と、第１および第２のボールジョイント（ユニバーサルジョイントの一例）５６，５８とを備えている。
【００７８】
第１のリンク５２は、それの一端部においてクリップ５０に固定される一方、他端部において、第２のリンク５４の他端部に、第１のボールジョイント５６を介して回動可能に連結されている。これに対し、第２のリンク５４は、それの他端部において、第２のボールジョイント５８を介して、装置本体２０のハウジング２２に形成されたボールジョイント受部６０に回動可能に連結されている。
【００７９】
図１に示すように、このヘッドマウントディスプレイ装置１０は、さらに、ハーフミラー６４を備えている。このハーフミラー６４は、装置本体２０からの入射光を、観察者の眼球１４に向かって反射するとともに、観察者の前方に位置する現実外界からの光を、観察者の眼球１４に向かって透過させる。
【００８０】
その結果、観察者は、ハーフミラー６４を通して現実外界を観察すると同時に、装置本体２０からの画像光を、ハーフミラー６４の反射によって受光して表示画像を観察することが可能である。すなわち、このヘッドマウントディスプレイ装置１０は、前述のように、現実外界に重ねて表示画像を観察可能なシースルー型なのである。
【００８１】
図１には、観察者が、左眼球１４により、ヘッドマウントディスプレイ装置１０による表示画像を観察する際の観察光軸ＯＡと視野ＦＯＶとが示されている。
【００８２】
次に、図２ないし図４を参照することにより、装置本体２０のうちの全体光学系２４を説明する。
【００８３】
まず、概略的に説明するに、全体光学系２４は、図２に示す光源部７０と、図２および図３に示す走査部７２とを有する。この全体光学系２４においては、光源部７０から入射したビーム状の光であって各画素ごとに強度変調されたものが、走査部７２を用いて、面状の画像光に変換される。そのようにして形成された画像光は、観察者の瞳孔１６を経て直接的に観察者の網膜上に投影され、それにより、観察者が画像を虚像として観察することが可能になる。
【００８４】
全体光学系２４は、図２に示す光源部７０、色消しコリメートレンズ７４および水平走査用スキャナ７６と、図３に示す垂直走査用スキャナ７８およびアイピース光学系８０とを備えている。
【００８５】
水平走査用スキャナ７６に入射した光ビームは、その水平走査用スキャナ７６によって水平走査されてそこから出射する。その出射光は、垂直走査用スキャナ７８に入射し、その垂直走査用スキャナ７８によって垂直走査されてそこから出射する。それら水平走査用スキャナ７６および垂直走査用スキャナ７８が互いに共同して走査部７２を構成している。
【００８６】
本実施形態においては、全体光学系２４の光路の上流側に水平走査用スキャナ７６が高速スキャナとして配置される一方、下流側に垂直走査用スキャナ７８が低速スキャナとして配置されている。
【００８７】
なお付言するに、本実施形態においては、全体光学系２４の光路の上流側に水平走査用スキャナ７６が配置される一方、下流側に垂直走査用スキャナ７８が配置されているが、上流側に垂直走査用スキャナ７８を配置する一方、下流側に水平走査用スキャナ７６を配置してもよい。
【００８８】
さらに付言するに、本実施形態においては、走査部７２が、水平走査用スキャナ７６と垂直走査用スキャナ７８との組合せとして構成されているが、１枚の偏向ミラーを２軸まわりに揺動させることにより、１枚の偏向ミラーによって水平走査と垂直走査とを実現してもよい。
【００８９】
全体光学系２４は、光源部７０からアイピース光学系８０までの全体光路を有する。図２は、その全体光路のうち、光源部７０から水平走査用スキャナ７６までの上流光路を示し、一方、図３は、全体光路のうち、垂直走査用スキャナ７８からアイピース光学系８０までの下流光路を示している。図４は、水平走査用スキャナ７６（高速スキャナ）の要部を拡大して平面図で示している。
【００９０】
図２に示すように、光源部７０は、カラーレーザ光（画像光）を発生させる主光源８２と、ガイド光を発生させる補助光源８４とを備えている。
【００９１】
補助光源８４については後に説明するが、主光源８２は、複合光源として構成されていて、赤レーザビームを発するＲレーザ（赤光源）９０と、緑レーザビームを発するＧレーザ（緑光源）９２と、青レーザビームを発するＢレーザ（青光源）９４とを備えている、
【００９２】
それらレーザ９０，９２，９４はそれぞれ、図５に示すように、個別のレーザドライバ１００，１０２，１０４により、発するレーザビームの強度が変調される。それらレーザ９０，９２，９４から出射する３色のレーザビームは、各瞬間ごとに、対応する画素の色を反映する１本のカラーレーザビーム（画像光）として合成される。その合成されたレーザビームは、色消しコリメートレンズ７４に入射する。
【００９３】
図２に示すように、光源部７０は、さらに、赤レーザビームは透過するが緑レーザビームは反射する上流側ダイクロイックミラー（波長選択性ミラー）１１０と、赤レーザビームおよび緑レーザビームは透過するが青レーザビームは反射する下流側ダイクロイックミラー（波長選択性ミラー）１１２とを備えている。
【００９４】
Ｒレーザ９０から出射した赤レーザビームは、上流側ダイクロイックミラー１１０および下流側ダイクロイックミラー１１２をそれらの順に透過する。Ｇレーザ９２から出射した緑レーザビームは、上流側ダイクロイックミラー１１０で反射した後、下流側ダイクロイックミラー１１２を透過する。Ｂレーザ９４から出射した青レーザビームは、下流側ダイクロイックミラー１１２で反射する。
【００９５】
図２に示すように、赤レーザビームと、上流側ダイクロイックミラー１１０から反射した緑レーザビームと、下流側ダイクロイックミラー１１２から反射した青レーザビームとは、同じ光軸を共有する。その結果、下流側ダイクロイックミラー１１２からは、赤レーザビームと緑レーザビームと青レーザビームとが合成された１本のカラーレーザビーム（画像光）が出射する。
【００９６】
図２に示すように、光源部７０は、さらに、レーザビーム絞り１１４を備えている。このレーザビーム絞り１１４は、合成されたカラーレーザビームの断面外形を、規定された直径を有する円形となるように、整形することが可能である。これに対し、このレーザビーム絞り１１４は、合成されたカラーレーザビームの断面外形を、必要に応じて、規定された短軸直径および長軸直径を有する楕円形となるように、整形してもよい。本実施形態においては、このレーザビーム絞り１１４を、合成されたカラーレーザビームの断面外形を円形となるように整形するものとして説明する。
【００９７】
図２に示すように、補助光源８４は、単一光源として構成されていて、白ガイド光を発生させる白色ＬＥＤ（白光源）１２０を備えている。
【００９８】
図２に示すように、光源部７０は、さらに、下流側ダイクロイックミラー１１２より下流側の位置に、ハーフミラー１２２を備えている。このハーフミラー１２２は、クロム等の金属が薄膜として蒸着されたガラス板であり、赤レーザビーム、緑レーザビームおよび青レーザビームならびに白ガイド光のそれぞれが、このハーフミラー１２２を透過し、またこのハーフミラー１２２で反射するように、このハーフミラー１２２の透過率および反射率が設定されている。その結果、このハーフミラー１２２からは、白ガイド光が、カラーレーザビームと共通の光軸に沿って反射することにより、色消しコリメートレンズ７４に入射する。
【００９９】
光源部７０は、さらに、ガイド光絞り１２４を備えている。このガイド光絞り１２４は、ハーフミラー１２２から出射した白ガイド光の断面外形を、規定された直径を有する円形、または規定された長軸直径および短軸直径を有する楕円形となるように、整形する。その円形は、カラーレーザビームの断面外形について規定された円形の直径より大きい直径を有し、また、その楕円形は、カラーレーザビームの断面外形の、長軸方向における直径より大きい直径を有する。本実施形態においては、このガイド光絞り１２４を、白ガイド光の断面外形を円形となるように整形するものとして説明する。
【０１００】
その結果、図２に示すように、色消しコリメートレンズ７４からは、カラーレーザビームと白ガイド光とが同軸的に出射するとともに、白ガイド光のうち、円柱状を成す内側部分はカラーレーザビームとオーバラップする一方、白ガイド光のうち、中空円筒状を成す外側部分は、カラーレーザビームの外側に位置する。
【０１０１】
色消しコリメートレンズ７４から出射したカラーレーザビームおよび白ガイド光は、共に、水平走査用スキャナ７６に入射する。
【０１０２】
図４に示すように、水平走査用スキャナ７６は、パッケージ１３０（図１２参照）と、そのパッケージ１３０内に収容された板状を成す本体部（例えば、金属製）１３２と、加振源としての板状の圧電素子１３４とを備えている。
【０１０３】
本体部１３２は、中空の外周枠体１３６と、その外周枠体１３６から一体的に、それの内側に向かって延びる振動伝達部１３８とを備えている。本体部１３２は、さらに、振動伝達部１３８から一体的に延びる一対のねじりはり部１４０，１４０と、それらねじりはり部１４０，１４０に一体的に結合された偏向ミラー（走査ミラー）１４２とを備えている。
【０１０４】
本体部１３２の全表面は、入射した光を反射する機能を有する。偏向ミラー１４２の表面は、入射光を効率的に反射するように、アルミニウム等の高反射率金属を蒸着して表面処理されているのに対し、本体部１３２のうち偏向ミラー１４２を除く部分の表面は、そのような反射率改善のための表面処理が施されておらず、また、逆に、反射防止処理も施されていない。すなわち、本体部１３２は、それ自身が有する反射率で、光を反射するのである。
【０１０５】
図４に示すように、振動伝達部１３８に、分極されたＰＺＴ材料から形成されるピエゾ型の圧電素子１３４が装着されている。この圧電素子１３４がせん断振動すると、振動伝達部１３８に揺動振動が励起される。その励起された揺動振動は、一対のねじりはり部１４０，１４０を介して偏向ミラー１４２に伝達され、往復ねじり揺動を励起する。その偏向ミラー１４２は、それ自身が有する共振周波数にて、高速で往復揺動させられる。
【０１０６】
図４に示すように、この水平走査用スキャナ７６は、偏向ミラー１４２が、光走査を行う光走査領域であり、本体部１３２のうち偏向ミラー１４２を除く部分が、非光走査領域である。
【０１０７】
図４に示すように、色消しコリメートレンズ７４から出射したカラーレーザビーム（画像光）は、水平走査用スキャナ７６のうちの光走査領域のみに入射する。その結果、その光走査領域のうちの内側部分に、カラーレーザビームが照射される主照射領域１５０が形成される。
【０１０８】
一方、色消しコリメートレンズ７４から出射した白ガイド光のうち、カラーレーザビームの外側に位置する部分は、主体的には、水平走査用スキャナ７６のうちの非光走査領域に入射し、さらに、補助的に、光走査領域のうち、主照射領域１５０の外側に位置する部分に入射する。その結果、主照射領域１５０の外側に、白ガイド光が照射されるガイド光照射領域１５２が、非光走査領域と光走査領域とに跨るように形成される。
【０１０９】
本実施形態においては、主照射領域１５０から反射した光によって画像光が形成される一方、ガイド光照射領域１５２から反射した光によって白ガイド光が形成される。
【０１１０】
ところで、一般に、スキャナは、非光走査領域に光が入射しないように使用される。非光走査領域からの反射光は、ゴースト光や迷光等の外乱光を作り出すからである。これに対し、本実施形態においては、そのような外乱光をむしろ積極的に利用することにより、後述のように、観察者が、本来の画像を表示するというイベントに先立ち、白ガイド光が画像光と共に、観察者の眼球１４に照射される。
【０１１１】
したがって、画像表示に先行する段階においては、ヘッドマウントディスプレイ装置１０の射出瞳が、画像光のみが観察者の眼球１４に照射される画像表示段階より、拡大される。よって、観察者は、白ガイド光のおかげで、画像光（本来の射出瞳）を試行錯誤しつつ眼で捕捉する作業を容易に行い得る。
【０１１２】
水平走査用スキャナ７６から出射したカラーレーザビームおよび白ガイド光は、図３に示す垂直走査用スキャナ７８に入射する。
【０１１３】
この垂直走査用スキャナ７８は、図４に示す水平走査用スキャナ７６と共通する構造を有するため、重複した説明を省略する。
【０１１４】
ただし、この垂直走査用スキャナ７８は、本実施形態においては、低速スキャナとして構成されるため、共振型の水平走査用スキャナ７６ほどに高い走査周波数を要求されない。したがって、ピエゾ駆動型の垂直走査用スキャナ７８に代えて、電磁駆動型の垂直走査用スキャナ（図示しない）を使用することも可能である。同様に、共振型の水平走査用スキャナ７６の駆動方式に、電磁駆動方式を使用することも可能である。このように、水平走査用スキャナ７６および垂直走査用スキャナ７８の駆動方式は、ピエゾ駆動型、電磁駆動型、静電駆動型等、使用条件やアプリケーション要求に応じて、任意に選択することができる。
【０１１５】
図３に示すように、この垂直走査用スキャナ７８は、水平走査用スキャナ７６と同様に、偏向ミラー１４２が、光走査を行う光走査領域であり、本体部１３２のうち、偏向ミラー１４２を除く部分が、非光走査領域である。
【０１１６】
水平走査用スキャナ７６から出射したカラーレーザビームは、垂直走査用スキャナ７８のうちの光走査領域のみに入射する。その結果、その光走査領域のうちの内側部分に、カラーレーザビームが照射される主照射領域１５０が形成される。
【０１１７】
一方、水平走査用スキャナ７６から出射した白ガイド光のうち、カラーレーザビームの外側に位置する部分は、主体的には、垂直走査用スキャナ７８のうちの非光走査領域に入射し、さらに、補助的に、光走査領域のうち、主照射領域１５０の外側に位置する部分に入射する。その結果、主照射領域１５０の外側に、白ガイド光が照射されるガイド光照射領域１５２が、非光走査領域と光走査領域とに跨るように形成される。
【０１１８】
本実施形態においては、主照射領域１５０から反射した光によって画像光が形成される一方、ガイド光照射領域１５２から反射した光によって白ガイド光が形成される。
【０１１９】
さらに、本実施形態においては、主照射領域１５０もガイド光照射領域１５２も、それらに共通の部材である本体部１３２の表面に配置されている。
【０１２０】
図３に示すように、垂直走査用スキャナ７８から出射した画像光および白ガイド光は、アイピース光学系８０を通過し、その後、図２には示されていないが図１には示されているハーフミラー６４で反射して、観察者の眼球１４に入射する。眼球１４は、その内部に光が進入するための瞳孔１６と、その周辺に位置する虹彩１６０とを有している。
【０１２１】
図３に示すように、画像光および白ガイド光は、共通の光軸ＯＡに沿って、同じ射出瞳から、観察者の眼球１４に向けて出射する。
【０１２２】
図３に示すように、画像光は、眼前画像光領域（例えば、直径が約３ないし約１０ｍｍである円形領域）において、眼球１４に入射する。一方、白ガイド光は、眼前ガイド光領域（例えば、直径が約２０ｍｍである円形領域）において、眼球１４に入射する。
【０１２３】
眼前ガイド光領域が眼前画像光領域より広いため、観察者は、射出瞳の位置が瞳孔１６の位置と一致するように装置本体２０の位置を調整する作業（位置合わせ作業）により、画像光より容易に白ガイド光を観察者の瞳孔１６に入射させることが可能となる。
【０１２４】
次に、図５を参照することにより、電気回路部２６を説明する。
【０１２５】
図５に示すように、電気回路部２６は、コンピュータ１７０を主体とするコントローラ１７２を備えている。コンピュータ１７０は、よく知られているように、ＣＰＵ（プロセッサの一例）１７４と、ＲＯＭ（メモリの一例）１７６と、ＲＡＭ（メモリの別の一例）１７８とがバス１８０を介して互いに接続されることによって構成されている。
【０１２６】
ＲＯＭ１７６には、図６にフローチャートで概念的に表されている画像表示処理プログラムを始めとする各種プログラムが予め記憶されている。随時、必要なプログラムがＲＯＭ１７６から読み出されてＣＰＵ１７４によって実行される。
【０１２７】
図５に示すように、Ｒレーザ９０、Ｇレーザ９２およびＢレーザ９４は、それぞれのドライバ１００，１０２，１０４を介して、コントローラ１７２に接続されている。コントローラ１７２は、Ｒレーザ９０、Ｇレーザ９２およびＢレーザ９４から出射する赤レーザビーム、緑レーザビームおよび青レーザビームのオンオフならびに強度を、それぞれのドライバ１００，１０２，１０４を介して制御する。
【０１２８】
図５に示すように、白色ＬＥＤ１２０は、ドライバ１８２を介してコントローラ１７２に接続されている。コントローラ１７２は、ドライバ１８２を介して、白色ＬＥＤ１２０のオンオフを制御する。
【０１２９】
図５に示すように、水平走査用スキャナ７６の圧電素子１３４および垂直走査用スキャナ７８の圧電素子１３４は、それぞれのドライバ１８４，１８４を介してコントローラ１７２に接続されている。コントローラ１７２は、ドライバ１８４，１８４を介して、圧電素子１３４，１３４の駆動を制御する。
【０１３０】
図５に示すように、コントローラ１７２には、調整完了操作部材の一例である調整完了スイッチ１９０が接続されている。この調整完了スイッチ１９０は、観察者が装置本体２０を動かして射出瞳の位置を瞳孔１６の位置に合わせる調整作業が完了したことをコンピュータ１７０に入力するために、観察者によって操作される。
【０１３１】
次に、図６を参照することにより、前述の画像表示処理プログラムを説明する。
【０１３２】
この画像表示処理プログラムは、ヘッドマウントディスプレイ装置１０の主電源スイッチ（図示しない）が観察者によってオンに操作されたことを動機として、コンピュータ１７０によって実行される。
【０１３３】
この画像表示処理プログラムの実行が開始されると、まず、ステップＳ１において、水平走査用スキャナ７６および垂直走査用スキャナ７８が駆動される。やがて、いずれのスキャナ７６，７８も、定常的な駆動状態に至る。
【０１３４】
次に、ステップＳ２において、主光源８２が点灯される。現在、位置合わせ調整前であるから、主光源８２は、特定の２次元画像を有する初期画面を表示するための画像光（カラーレーザビーム）が生成されるように、駆動される。図７に示す例においては、図７（ｃ）に示す初期画面を表示するための画像光が生成されるように、主光源８２が駆動される。
【０１３５】
続いて、ステップＳ３において、補助光源８４が点灯され、その結果、白ガイド光が生成される。
【０１３６】
現時点では、画像光（眼前画像光領域）はもとより、白ガイド光（眼前ガイド光領域）も、瞳孔１６に入射しないと仮定すると、図７に示す例においては、図７（ａ）に示すように、観察者の視野ＦＯＶには、初期画面も白ガイド光ＷＧＬも存在しない。
【０１３７】
その後、観察者は、白ガイド光が瞳孔１６内に入射するように、装置本体２０を、勘と経験を頼りに、試行錯誤しつつ、眼球１４に対して動かす。
【０１３８】
白ガイド光のみが瞳孔１６内に入射するに至れば、図７に示す例においては、図７（ｂ）に示すように、視野ＦＯＶ内に、白ガイド光ＷＧＬが白い光スポット（みかけの射出瞳）として出現することになる。これにより、観察者は、現在、瞳孔１６位置の近傍に画像光（本来の射出瞳）が位置していることを知覚する。
【０１３９】
続いて、観察者は、白ガイド光のみならず画像光（射出瞳）も瞳孔１６内に入射するように、装置本体２０を、勘と経験を頼りに、試行錯誤しつつ、眼球１４に対して動かす。
【０１４０】
白ガイド光のみならず画像光も瞳孔１６内に入射するに至れば、図７に示す例においては、図７（ｃ）に示すように、視野ＦＯＶ内に、初期画面が、白ガイド光ＷＧＬを表す白い光スポットに重なる状態で出現することになる。これにより、瞳孔１６の位置に射出瞳の位置を合わせる調整作業が完了する。
【０１４１】
その後、図６に示すステップＳ４において、調整作業が完了したか否かが判定される。本実施形態においては、例えば、観察者が調整完了スイッチ１９０を操作したか否かが判定され、操作されたならば、調整作業が完了したと判定される。
【０１４２】
調整作業が完了したならば、ステップＳ４の判定がＹＥＳとなり、その後、ステップＳ５において、補助光源８４が消灯される。
【０１４３】
その結果、図７に示す例においては、図７（ｄ）に示すように、視野ＦＯＶから白ガイド光ＷＧＬが消滅して、視野ＦＯＶ内に初期画面のみが存在することになる。これにより、観察者は、白ガイド光に邪魔されることなく、初期画面を視認することができる。
【０１４４】
なお付言するに、ヘッドマウントディスプレイ装置１０の前記主電源スイッチがオンに操作された時期、白ガイド光の発生開始時期、または両時期の間に起こる特定のイベントの発生時期からの経過時間が基準時間に到達したか否かを判定し、その経過時間が基準時間に到達した場合に、調整作業が完了したと判定することが可能である。この場合には、補助光源８４の消灯が自動的に行われることになる。
【０１４５】
続いて、ステップＳ６において、表示すべき映像コンテンツに関する複数の選択肢のうちのいずれかが観察者によって選択される。
【０１４６】
その後、ステップＳ７において、選択された映像コンテンツを表す画像光が生成されるように、主光源８２が制御される。その結果、画像表示というイベントが開始される。
【０１４７】
このように、本実施形態においては、射出瞳の位置が瞳孔１６の位置に一致させられた後に、画像表示が開始され、それにより、観察者は、画像表示の開始当初から、選択した映像コンテンツを確実に視認することが可能となる。
【０１４８】
続いて、ステップＳ８において、今回の画像表示が終了したか否かが判定される。終了した場合には、ステップＳ８の判定がＹＥＳとなり、続いて、ステップＳ９において、終了処理が行われる。この終了処理は、主光源８２の消灯、水平走査用スキャナ７６の停止、垂直走査用スキャナ７８の停止等を含んでいる。
【０１４９】
以上で、この画像表示処理プログラムの一回の実行が終了する。
【０１５０】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、説明の便宜上、例えば、主光源８２が前記（１）項における「光源」の一例を構成し、ドライバ１００，１０２，１０４が同項における「変調器」の一例を構成し、走査部７２が同項における「スキャナ」の一例を構成し、全体光学系２４が同項における「光学系」の一例を構成していると考えることが可能である。
【０１５１】
さらに、本実施形態においては、説明の便宜上、例えば、ドライバ１８２とコンピュータ１７０のうち図６に示すステップＳ３ないしＳ５を実行する部分とが互いに共同して、前記（５）項における「セレクタ」の一例を構成し、補助光源８４が前記（６）項における「第２の光源」の一例を構成し、コントローラ１７２が前記（７）項における「コントローラ」の一例を構成し、ドライバ１８２とコンピュータ１７０のうち図６に示すステップＳ３ないしＳ５を実行する部分とが互いに共同して、前記（１１）項における「セレクタ」の一例を構成していると考えることが可能である。
【０１５２】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１実施形態と共通する要素が多いため、共通する要素については、同一の名称または符号を使用して引用することにより、重複した説明を省略し、異なる要素についてのみ、詳細に説明する。
【０１５３】
図２に示すように、第１実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置１０においては、主光源８２とは別の補助光源８４を使用することにより、白ガイド光が発生させられる。これに対し、本実施形態においては、主光源８２が、画像光の生成とガイド光の生成との双方に使用される。
【０１５４】
具体的には、本実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置２１０は、主光源８２からの光が、画像光とガイド光との双方として、色消しコリメートレンズ７４に入射することを許容する状態（ガイド光が観察者の眼球１４に照射されることを許可する照射許可状態）と、画像光のみとして色消しコリメートレンズ７４に入射する状態（ガイド光が観察者の眼球１４に照射されることを阻止する照射阻止状態）とに切り換わるセレクタ２１２を有するように、設計されている。
【０１５５】
そのセレクタ２１２は、本実施形態においては、図８に示すように、開放位置と遮断位置とに直線運動または円弧運動によって高速に移動可能なメカニカルシャッタ２１４として構成されている。
【０１５６】
具体的には、メカニカルシャッタ２１４は、図８に示すように、光透過部（例えば、空気開口部）２１６が形成されたシャッタ板２１８と、そのシャッタ板２１８を駆動する出電磁型のアクチュエータ２２０（図９参照）とを備えている。
【０１５７】
そのアクチュエータ２２０は、シャッタ板２１８を、主光源８２からの光のうち、ガイド光を形成することになる部分を遮断する遮断位置（図８において破線で示す位置）と、その部分を遮断しない開放位置（図８において実線で示す位置）とに選択的に移動させる。そのアクチュエータ２２０の一例は、ステップモータである。
【０１５８】
シャッタ板２１８が開放位置にある状態では、主光源８２からの光により、画像光とガイド光とが生成される。水平走査用スキャナ７６および垂直走査用スキャナ７８のいずれについても、画像光は、光走査領域に入射し、一方、ガイド光のうち、画像光の外側に位置する部分は、非光走査領域に入射する。
【０１５９】
本実施形態においては、ガイド光が、画像光と同じ色を有する。ガイド光と画像光とが、それらに共通の主光源８２によって生成されるからである。そのため、本実施形態においは、第１実施形態とは異なり、ガイド光の色が常に完全に白色であることは保証されない。ガイド光は、複数色の画像光が混合したものとなる。その結果、観察者は、時間的に色が変化する虹色の輝点を観察することになる。
【０１６０】
図９には、ヘッドマウントディスプレイ装置２１０における装置本体２０のうちの電気回路部２６が概念的にブロック図で表されている。
【０１６１】
この電気回路部２６は、基本的には、第１実施形態の電気回路部２６と共通するが、メカニカルシャッタ２１４のアクチュエータ２２０がドライバ２２２を介してコントローラ１７２に接続されている点と、補助光源８４としての白色ＬＥＤ１２０が存在しない点では異なる。コントローラ１７２は、ドライバ２２２を介して、シャッタ板２１８の停止位置を開放位置と遮断位置とのうち選択されたものに変更する。
【０１６２】
図１０には、コントローラ１７２のうちのコンピュータ１７０によって実行される画像表示処理プログラムが概念的に表されている。
【０１６３】
以下、この画像表示処理プログラムを説明するが、図６に示す画像表示処理プログラムと共通するステップについては、共通するステップの番号を使用して引用することにより、重複した説明を省略する。
【０１６４】
この画像表示処理プログラムは、ヘッドマウントディスプレイ装置２１０の主電源スイッチ（図示しない）が観察者によってオンに操作されたことを動機として、コンピュータ１７０によって実行される。
【０１６５】
この画像表示処理プログラムの実行が開始されると、まず、ステップＳ１０１において、図６に示すステップＳ１と同様に、水平走査用スキャナ７６および垂直走査用スキャナ７８が駆動される。
【０１６６】
次に、ステップＳ１０２において、図６に示すステップＳ２と同様に、主光源８２が点灯される。その結果、主光源８２から、初期画面を表示するための画像光とガイド光とが出射する。
【０１６７】
続いて、ステップＳ１０３において、シャッタ板２１８が、図８において実線で示す開放位置に位置するように、アクチュエータ２２０が制御される。その結果、画像光のみならずガイド光も色消しコリメートレンズ７４に入射する。
【０１６８】
この状態において、観察者は、まず、ガイド光（みかけの射出瞳）が瞳孔１６内に入射するように、装置本体２０を、勘と経験を頼りに、試行錯誤しつつ、眼球１４に対して動かす。それに成功すると、観察者は、続いて、ガイド光のみならず画像光（本来の射出瞳）も瞳孔１６内に入射するように、装置本体２０を、勘と経験を頼りに、試行錯誤しつつ、眼球１４に対して動かす。やがて、瞳孔１６の位置に射出瞳の位置を合わせる調整作業が完了する。
【０１６９】
その後、ステップＳ１０４において、図６に示すステップＳ４と同様に、調整作業が完了したか否かが判定される。調整作業が完了したならば、ステップＳ１０４の判定がＹＥＳとなる。
【０１７０】
その後、ステップＳ１０５において、シャッタ板２１８が、図８において破線で示す遮断位置に位置するように、アクチュエータ２２０が制御される。その結果、画像光のみが色消しコリメートレンズ７４に入射する。それにより、視野ＦＯＶからガイド光が消滅して、視野ＦＯＶ内に初期画面のみが存在することになる。これにより、観察者は、ガイド光に邪魔されることなく、初期画面を視認することができる。
【０１７１】
続いて、ステップＳ１０６において、図６に示すステップＳ６と同様に、表示すべき映像コンテンツに関する複数の選択肢のうちのいずれかが観察者によって選択される。
【０１７２】
その後、ステップＳ１０７において、図６に示すステップＳ７と同様に、選択された映像コンテンツを表す画像光が生成されるように、主光源８２が制御される。その結果、画像表示というイベントが開始される。
【０１７３】
続いて、ステップＳ１０８において、図６に示すステップＳ８と同様に、今回の画像表示が終了したか否かが判定される。終了した場合には、ステップＳ１０８の判定がＹＥＳとなり、続いて、ステップＳ１０９において、図６に示すステップＳ９と同様に、終了処理が行われる。
【０１７４】
以上で、この画像表示処理プログラムの一回の実行が終了する。
【０１７５】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、例えば、主光源８２が前記（８）項における「光源」の一例を構成し、メカニカルシャッタ２１４が前記（５）、（９）または（１１）項における「セレクタ」の一例を構成していると考えることが可能である。
【０１７６】
次に、本発明の第３実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第２実施形態と共通する要素が多く、異なるのは、セレクタに関する要素のみであるため、共通する要素については、重複した説明を省略し、異なる要素についてのみ、詳細に説明する。
【０１７７】
第２実施形態においては、図８に示すように、セレクタ２１２がメカニカルシャッタ２１４として構成されている。これに対し、本実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置２４０においては、図１１に示すように、セレクタ２１２が液晶シャッタ２４２として構成されている。
【０１７８】
この液晶シャッタ２４２は、ヘッドマウントディスプレイ装置２４０において、メカニカルシャッタ２１４の遮断位置と同じ位置に、移動不能に配置される。この液晶シャッタ２４２は、概して板状を成しており、内側領域において、入射光を透過させる平面円形状の恒久的光透過部２４４を有するとともに、外側部分において、液晶の偏光を利用して、入射光を、透過させる状態と遮断する状態とに切り換わる選択的光透過部２４６を有する。
【０１７９】
主光源８２からの光のうち、恒久的光透過部２４４を通過した部分は、画像光として、各スキャナ７６，７８のうちの光走査領域に入射し、一方、選択的光透過部２４６を通過した部分は、ガイド光として、各スキャナ７６，７８のうちの非光走査領域に入射する。
【０１８０】
選択的光透過部２４６は、ドライバ２５０を介して、ヘッドマウントディスプレイ装置２４０のコントローラ１７２に接続されている。そのコントローラ１７２は、第２実施形態におけるメカニカルシャッタ２１４の制御と同様にして、選択的光透過部２４６を、主光源８２からの光のうち、選択的光透過部２４６に入射した光を透過させる透過状態と、遮断する遮断状態とに切り換える。
【０１８１】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、例えば、主光源８２が前記（８）項における「光源」の一例を構成し、液晶シャッタ２４２が前記（５）、（１０）または（１１）項における「セレクタ」の一例を構成していると考えることが可能である。
【０１８２】
次に、本発明の第４実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１ないし３実施形態と共通する要素が多く、異なるのは、スキャナのうち、ガイド光を生成するために使用される非光走査領域に関する要素のみであるため、共通する要素については、重複した説明を省略し、異なる要素についてのみ、詳細に説明する。
【０１８３】
第１ないし３実施形態においては、図４に示すように、各スキャナ７６，７８のうちの本体部１３２のうち、偏向ミラー１４２を除く部分が、非光走査領域として、ガイド光を生成するために使用される。
【０１８４】
したがって、第１ないし第３実施形態においては、各スキャナ７６，７８のうち、画像光が照射される主照射領域１５０も、ガイド光が照射されるガイド光照射領域１５２も、それらに共通の部材である本体部１３２の表面に配置されている。
【０１８５】
これに対し、本実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置２７０においては、図１２に示すように、各スキャナ７６，７８のうちのパッケージ１３０の表面が、非光走査領域として、ガイド光を反射するように構成されている。
【０１８６】
したがって、本実施形態においては、各スキャナ７６，７８のうち、画像光が照射される主照射領域１５０と、ガイド光が照射されるガイド光照射領域１５２とが、互いに異なる２個の部材の表面にそれぞれ配置されている。
【０１８７】
図１２に示すように、パッケージ１３０の表面には、複数の電極２７４が露出させられており、それら電極２７４は、各スキャナ７６，７８が装置本体２０に組み込まれたときに、図示しない他の電子部品との接続のために使用される。
【０１８８】
以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、前記［発明の開示］の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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