(57)【要約】【課題】眼球に対する負担を低減できる画像表示装置等を提供する。【解決手段】画像表示装置は、臨界融合周波数以上のタイミングに応じて、網膜に画像を投射するためのレーザ光を集光させる集光点が、瞳孔の中心座標と移動先座標とを交互に移動するように、集光点の座標を算出する。画像表示装置は、集光点が、瞳孔の中心座標と移動先座標とを交互に移動するように、座標に基づきレーザ光の光学系における、いずれか１つ以上の光学素子を変位させる。【選択図】図１
2014228804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
臨界融合周波数以上のタイミングに応じて、網膜に画像を投射するためのレーザ光を集光させる集光点が、瞳孔の中心座標と移動先座標とを交互に移動するように、前記集光点の座標を算出する算出部と、
前記集光点が、前記瞳孔の中心座標と前記移動先座標とを交互に移動するように、前記座標に基づき前記レーザ光の光学系における、いずれか１つ以上の光学素子を変位させる駆動制御部と、
を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記算出部は、前記移動先座標として、前記瞳孔の範囲内である座標を決定することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記算出部は、前記瞳孔の範囲として、外光の照度に応じて瞳孔の範囲を決定することを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記算出部は、前記移動先座標として、外光の照度に応じて前記瞳孔の範囲内である座標、又は、前記瞳孔の外縁よりも外側である座標を決定することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記算出部は、前記瞳孔の外縁よりも外側である座標として、使用者の身体上の座標を決定することを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記算出部は、前記外光の照度として、時刻、天気及び場所のうち、いずれか１つ以上に基づいて推定した照度を外光の照度とすることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記算出部は、前記移動先座標として、前回の移動先座標と重複しないように、前記レーザ光の直径に応じて座標を決定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の画像表示装置。
【請求項８】
臨界融合周波数以上のタイミングに応じて、網膜に画像を投射するためのレーザ光を集光させる集光点が、瞳孔の中心座標と移動先座標とを交互に移動するように、前記集光点の座標を算出し、
前記集光点が、前記瞳孔の中心座標と前記移動先座標とを交互に移動するように、前記座標に基づき前記レーザ光の光学系における、いずれか１つ以上の光学素子を変位させる、
ことを特徴とする画像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置及び画像表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像表示装置の一つとしてＨＭＤ（Head  Mounted  Display）が知られている。ＨＭＤは、使用者が装着して、単眼又は両眼で表示画面を見ることができる。使用者は、ＨＭＤに表示された各種情報を見ながら両手を自由に使用することができる。ＨＭＤ用の画像表示装置の投影方式としては、例えば、ハーフミラー等を用いて虚像を形成する虚像投影方式と、網膜上に直接映像を投影する網膜投影方式とが提案されている。網膜投影方式では、眼の網膜上にレーザ光を走査することで、使用者に画像を認識させる画像表示装置が提案されている。レーザ光を用いる網膜投影方式は、走査したレーザ光を、一旦、瞳孔に集光させて網膜に投射するマックスウェル視を用いることで、使用者に大きな映像を視認させることができる。また、レーザ光を用いる網膜投影方式は、近視、遠視及び老眼等の水晶体で焦点を合わせることができない人に対しても、鮮明な映像を提供できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１３１６９４号公報
【特許文献２】特開２００７−３０４３１８号公報
【特許文献３】特開平５−１３４６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、レーザ光を用いる網膜投影方式の画像表示装置は、走査されたレーザ光を瞳孔に集光させるため、レーザ光が瞳孔、つまり、水晶体の同一点に連続して照射し続けることになる。レーザ光は、高エネルギーであるため、繊細な器官である眼球に照射すると負担がかかる。従来、低出力なレーザ光も提案されているが、低出力なレーザ光を眼球の同一点に長時間照射し続けることは考慮されていない。このため、低出力なレーザ光によって、眼球に対して負担がかかる可能性がある。
【０００５】
一つの側面では、眼球に対する負担を低減できる画像表示装置及び画像表示方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
開示の技術は、一つの態様において、臨界融合周波数以上のタイミングに応じて、網膜に画像を投射するためのレーザ光を集光させる集光点の座標が、瞳孔の中心座標と移動先座標とを交互に移動するように、前記集光点の座標を算出する。また、前記集光点が、前記瞳孔の中心座標と前記移動先座標とを交互に移動するように、前記座標に基づき前記レーザ光の光学系における、いずれか１つ以上の光学素子を変位させる。
【発明の効果】
【０００７】
開示の技術は、眼球に対する負担を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施例の画像表示装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、本実施例の画像表示装置の外観の一例を示す説明図である。
【図３】図３は、集光点の移動の一例を示す説明図である。
【図４】図４は、本実施例の画像表示装置の処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、モード設定処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、モード切替タイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【図７】図７は、集光点の算出処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、集光点の移動の詳細の一例を示す説明図である。
【図９】図９は、集光点の移動に伴う網膜上のレーザ光照射範囲の変化の一例を示す説明図である。
【図１０】図１０は、駆動処理の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、本実施例の画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて、本願の開示する画像表示装置及び画像表示方法の実施例を詳細に説明する。なお、本実施例により、開示技術が限定されるものではない。また、以下の実施例は、矛盾しない範囲で適宜組みあわせてもよい。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本実施例の画像表示装置の構成の一例を示すブロック図である。図１に示す画像表示装置１０は、網膜走査型の画像表示装置である。画像表示装置１０は、制御部１１と、光源部１３と、ミラー１４と、レンズ１５と、マウント１６とを有する。また、制御部１１は、タイマ部１７と、算出部１８と、駆動制御部１９と、ドライバ部２０とを有する。
【００１１】
画像表示装置１０は、例えば、メガネに取り付け可能な画像表示装置である。図２（ａ）〜（ｃ）は、本実施例の画像表示装置の外観の一例を示す説明図である。図２（ａ）は、メガネ５０に画像表示装置１０を取り付けた状態の上面図である。図２（ｂ）は、メガネ５０に画像表示装置１０を取り付けた状態の正面図である。図２（ｃ）は、メガネ５０に画像表示装置１０を取り付けた状態の右側面図である。図２（ａ）〜（ｃ）に示す画像表示装置１０は、メガネ５０の左目側に取り付けられ、メガネ５０を装着した使用者がハーフミラー３０を介して、左目で映像を見ることができるシースルー型の画像表示装置である。
【００１２】
図１の説明に戻って、光源部１３は、ドライバ部２０から出力された映像信号が入力される。光源部１３は、例えば、ＲＧＢ（赤、緑、青）各色のレーザダイオードを有する。光源部１３は、マウント１６（１６Ａ）に取り付けられ、映像信号に応じて、ＲＧＢ（赤、緑、青）レーザ光を出力する。
【００１３】
ミラー１４は、光源部１３から出力されたレーザ光を受光し、レーザ光をレンズ１５に向けて反射する。ミラー１４は、反射面の角度を変化させることで、反射するレーザ光を２次元に走査させる。ミラー１４は、マウント１６（１６Ｂ）に取り付けられ、例えば、ガルバノミラーとして、ＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）ミラーを用いることができる。ミラー１４は、例えば、レーザ光を水平走査周波数４５ｋＨｚ、垂直走査周波数６０Ｈｚで走査して、１２８０×７２０ドットの画面を、レンズ１５を介して網膜上に投射することができる。
【００１４】
レンズ１５は、ミラー１４で反射されたレーザ光が入射する。レンズ１５は、マウント１６（１６Ｃ）に取り付けられ、レーザ光を屈折し、眼球内で集光して網膜上に結像可能に出射する。レンズ１５は、使用者の眼球内で集光できればよく、例えば、凸レンズ又はメニスカスレンズを用いることができる。または、レンズ１５は、凸レンズ、凹レンズ、および、メニスカスレンズを、それぞれ組み合わせてもよい。また、レンズ１５は、色収差の影響を少なくするために、アクロマートレンズを用いてもよい。
【００１５】
マウント１６は、光源部１３、ミラー１４及びレンズ１５がそれぞれ取り付けられる。マウント１６Ａは、光源部１３が取り付けられ、マウント１６Ｂは、ミラー１４が取り付けられ、マウント１６Ｃは、レンズ１５が取り付けられる。マウント１６は、駆動制御部１９から動作情報が入力されると、内蔵するアクチュエータを動作情報に従ってレンズ１５の光軸方向を中心として放射状に変位させる。マウント１６は、光源部１３、ミラー１４及びレンズ１５のいずれか１つ以上を変位させることで、集光点を変位させる。なお、マウント１６は、レンズ１５の光軸方向を中心とした放射状だけでなく、レンズ１５の集光点を変位させることができれば、その他の方向に変位するようにしてもよい。また、マウント１６は、図１の例では、マウント１６Ａ、マウント１６Ｂ及びマウント１６Ｃを、それぞれ変位可能としたが、一つのマウント１６上に光源部１３、ミラー１４及びレンズ１５を取り付けてもよい。
【００１６】
タイマ部１７は、臨界融合周波数（Critical  Flicker  Frequency；CFF）以上のタイミングでトリガを出力する。臨界融合周波数は、人間が光の明暗の変化について知覚できるか否かの境界の周波数である。人間は、臨界融合周波数以上の明暗の変化は知覚することができず、融合して一定の明るさの光と同様に知覚する。臨界融合周波数は、一般的に３０Ｈｚから４０Ｈｚ程度である。トリガは、例えば、アクティブ“Ｈ”のパルス信号とする。トリガの出力タイミングは、例えば、４０Ｈｚとすることができる。
【００１７】
算出部１８は、タイマ部１７からトリガが入力される。算出部１８は、トリガに応じて、集光点の座標を変位させる動作モードを選択する。ここで、算出部１８は、集光点を瞳孔の中心座標とするモードを通常モードとする。また、算出部１８は、集光点を移動先座標とするモード、つまり、瞳孔の中心座標以外の位置とするモードを移動先モードとする。算出部１８は、トリガが“Ｈ”の場合、通常モードに設定し、トリガが“Ｌ”の場合、移動先モードに設定する。
【００１８】
算出部１８は、通常モードの場合、集光点を予め設定された初期値とする。集光点は、座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で表現し、初期値は、例えば、使用者が画像表示装置を装着して正面を見たときの瞳孔の中心点を座標（０，０，０）とする。ここで、座標のＺ軸は、奥行きＤの方向であり、網膜側をプラスとし、初期値（Ｄ＝０）は、例えば、水晶体の中心点とする。
【００１９】
算出部１８は、移動先モードの場合、移動先座標を算出する。算出部１８は、まず、移動先座標として設定可能な瞳孔の範囲を決定する。つまり、算出部１８は、瞳孔の大きさを決定する。算出部１８は、瞳孔の範囲を決定するために、例えば、瞳孔の最小半径である１ｍｍとしてもよい。また、算出部１８は、例えば、赤外線カメラによって取得した画像を用いて、画像処理により範囲を決定してもよい。
【００２０】
算出部１８は、決定した瞳孔の範囲と、予め決定されたレーザ光の半径ｒとに基づいて、初回の駆動半径Ｌ１を算出する。算出部１８は、移動先座標を、駆動半径Ｌと、駆動角度θとを用いて算出する。移動先座標は、例えば、初回の場合、駆動半径Ｌ＝Ｌ１、駆動角度θ＝０°とを用いて算出する。算出部１８は、例えば、瞳孔の範囲から半径を算出し、瞳孔の半径からレーザ光の半径ｒを引いた長さを駆動半径Ｌ１とする。算出部１８は、例えば、瞳孔の中心点の座標（０，０，０）に対し、Ｙ軸方向プラス側に駆動半径Ｌ１だけ移動した座標（０，Ｌ１，０）を、集光点の初回の移動先座標とする。
【００２１】
算出部１８は、２回目以降の移動先座標を、前回の駆動半径Ｌ’と、前回の駆動角度θ’と、レーザ光の半径ｒとを用いて、式（１）により算出する。
【００２２】
θ＝θ’＋２×ａｓｉｎ（ｒ／Ｌ’）          …（１）
【００２３】
つまり、算出部１８は、２回目以降の移動先座標を、駆動半径Ｌ’の円周上を順に移動させる。図３（ａ），（ｂ）は、集光点の移動の一例を示す説明図である。図３（ａ）では、前回の駆動半径Ｌ’＝Ｌ１であり、移動先座標の集光点には、直径２ｒのレーザ光が照射され、１回ごとに、駆動半径Ｌ１の円周上を２ｒずつ移動する。算出部１８は、移動先座標が駆動半径Ｌ１の円周上を１周すると、新たな駆動半径Ｌを式（２）により算出する。
【００２４】
Ｌ＝Ｌ’−２ｒ                              …（２）
【００２５】
図３（ｂ）は、新たな駆動半径Ｌを、駆動半径Ｌ１から２ｒ内側である駆動半径Ｌ２とした一例である。
【００２６】
算出部１８は、集光点の移動可能範囲として、瞳孔内又は瞳孔外のいずれかを決定する。ここで、瞳孔外とは、例えば、虹彩、白目又は顔面等を含む範囲であり、レーザ光が網膜に入らない領域である。算出部１８は、集光点の移動可能範囲の決定のために、瞳孔の直径から外光の照度を推定する。算出部１８は、外光の照度が十分にある場合、例えば、晴天や雲天の屋外、照明の点灯している室内等の場合には、表示画像の輝度低下を防止するため、集光点の移動可能範囲を瞳孔内とする。ここで、例えば、移動先モードの集光点が瞳孔外となった場合、使用者は、明滅を繰り返すフリッカ光を見ていることになる。明滅を繰り返すフリッカ光の輝度は、タルボット−プラトー（Talbot-Plateau）の法則により平均値となる。このため、算出部１８は、集光点の移動可能範囲を瞳孔内とすることで、レーザ光が常に瞳孔内に照射されて表示画像の輝度低下を防止できる。算出部１８は、外光の照度が十分にない場合、例えば、夜間等の場合には、表示画像の輝度が多少下がっても視認性には問題がないため、集光点の移動可能範囲を瞳孔外とする。
【００２７】
算出部１８は、集光点の移動可能範囲を瞳孔内とした場合、水晶体の奥行きＤの方向、つまり、集光点の座標のＺ軸方向の移動量を算出する。算出部１８は、初回の場合は初期値（Ｄ＝０）とする。算出部１８は、前回の奥行きをＤ’のＸＹ面において、Ｘ軸及びＹ軸を変化させていくと、いずれ、奥行きＤ’のＸＹ面において未使用の移動先がなくなる。この場合、算出部１８は、移動先座標の奥行きＤを式（３）により算出する。なお、式（３）では、ｒはレーザ光の半径を示す。
【００２８】
Ｄ＝Ｄ’＋ｒ                                …（３）
【００２９】
算出部１８は、算出された移動先座標の奥行きＤが水晶体（瞳孔）の範囲外、例えば、眼球内の硝子体等になった場合には、奥行きＤを初期値に戻す。また、算出部１８は、集光点の移動可能範囲を瞳孔外とした場合も、奥行きＤを初期値とする。
【００３０】
算出部１８は、駆動半径Ｌ、駆動角度θ及び奥行きＤに基づいて、集光点の移動先座標を式（４）によって算出する。
【００３１】
移動先座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（Ｌ×ｓｉｎθ，Ｌ×ｃｏｓθ，Ｄ）      …（４）
【００３２】
算出部１８は、算出した集光点の移動先座標を駆動制御部１９に出力する。
【００３３】
駆動制御部１９は、算出部１８から集光点の座標が入力される。駆動制御部１９は、入力された座標に基づいて、マウント１６に内蔵されているアクチュエータの移動ベクトルを算出する。駆動制御部１９は、算出した移動ベクトルを、アクチュエータを動作させるための命令に変換する。駆動制御部１９は、当該命令を動作情報としてマウント１６に出力する。
【００３４】
ドライバ部２０は、外部から表示画像の映像信号が入力される。ドライバ部２０は、入力された映像信号を、光源部１３の各レーザダイオードを駆動可能な映像信号に変換する。ドライバ部２０は、光源部１３に対して変換した映像信号を出力する。また、ドライバ部２０は、外部からの映像信号が途切れた場合には、処理を終了するように制御部１１の各処理部に通知する。
【００３５】
次に、本実施例の画像表示装置の動作について説明する。図４は、本実施例の画像表示装置の処理の一例を示すフローチャートである。なお、各種設定値等は、制御部１１内に設けた図示しない記憶部に記憶し、適宜読み書き可能であるとする。
【００３６】
画像表示装置１０は、電源が投入されると初期設定を実行する（ステップＳ１）。画像表示装置１０の算出部１８は、瞳孔の最小半径に基づいて瞳孔の範囲を決定する。算出部１８は、瞳孔の範囲の中心点を瞳孔の中心座標（Ｘ，Ｙ）と設定する。また、算出部１８は、例えば、予め制御部１１内に記憶された、レンズ１５と眼球の水晶体との距離に基づいて瞳孔の中心座標（Ｚ）を設定する。算出部１８は、瞳孔の中心座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を通常モード時の集光点に設定する。
【００３７】
算出部１８は、モード設定処理を実行する（ステップＳ２）。算出部１８は、タイマ部１７から入力されるトリガに応じて、動作モードを通常モード又は移動先モードに設定する。ここで、モード設定処理の詳細を、図５を用いて説明する。図５は、モード設定処理の一例を示すフローチャートである。
【００３８】
算出部１８は、タイマ部１７から入力されるトリガを監視する（ステップＳ２０１）。算出部１８は、トリガが“Ｈ”であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。算出部１８は、トリガが“Ｈ”の場合（ステップＳ２０２：肯定）、通常モードに設定する（ステップＳ２０３）。算出部１８は、トリガが“Ｌ”の場合（ステップＳ２０２：否定）、現在、通常モードであるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。算出部１８は、現在、通常モードである場合（ステップＳ２０４：肯定）、移動先モードに設定する（ステップＳ２０５）。算出部１８は、現在、通常モードでない場合、つまり、現在、移動先モードである場合（ステップＳ２０４：否定）、ステップＳ２０１に戻る。
【００３９】
ここで、トリガとモードの関係を、図６を用いて説明する。図６は、モード切替タイミングの一例を示すタイミングチャートである。算出部１８は、トリガが“Ｌ”から“Ｈ”になると、トリガの立ち下がりに同期してモード設定信号を“Ｈ”とする。算出部１８は、モード設定信号の立ち上がりのタイミングで、通常モードを“Ｈ”に、移動先モードを“Ｌ”に設定する。算出部１８は、トリガが“Ｈ”から“Ｌ”になると、モード設定信号を“Ｌ”とする。算出部１８は、モード設定信号の立ち下がりで、通常モードが“Ｈ”でありトリガが“Ｌ”であると、再度、モード設定信号を“Ｌ”から“Ｈ”にする。つまり、算出部１８は、トリガのパルス１つにつき、モード設定信号のパルスを２つ発生する。算出部１８は、このモード設定信号の立ち上がりのタイミングで、通常モードを“Ｌ”に、移動先モードを“Ｈ”に設定する。なお、算出部１８は、図示しないクロック信号を用いて、トリガ、モード設定信号、通常モード及び移動先モードをクロック同期として動作させてもよい。ここで、通常モードのデューティ比は特に限定されないが、例えば、５０％以下が好ましく、なるべく低下させる方がよい。図６の例では、トリガのパルス幅を、例えば、１ｍｓｅｃとすると、トリガ周期が２５ｍｓｅｃであるので、トリガのデューティ比は４％となる。通常モードは、トリガに応じたモード設定信号によって設定され、通常モードのデューティ比は、例えば、４％〜５％程度とすることができる。ここで、ドライバ部２０で受け取った映像信号が、前回受け取った映像信号と差異がない場合は、図６のようなタイミングチャートで稼働することが望ましい。また、算出部１８は、例えば、ドライバ部２０で受け取った映像信号が、前回受け取った映像信号と差異がある場合は、トリガのパルス１つ分以上だけ通常モードに固定することが望ましい。短時間でモードを切り替える目的は、集光点の変化による映像の変化を人間に認識させないことであり、ドライバ部２０で受け取った映像が変化した場合は、人間に認識させる必要があるからである。
【００４０】
図４の説明に戻って、算出部１８は、モードが設定されると、集光点の算出処理を実行する（ステップＳ３）。ここで、集光点の算出処理の詳細を、図７を用いて説明する。図７は、集光点の算出処理の一例を示すフローチャートである。
【００４１】
算出部１８は、モード設定処理で設定されたモードが通常モードであるか否かを判定する（ステップＳ３０１）。算出部１８は、設定されたモードが通常モードである場合、集光点の座標を初期値、つまり、瞳孔の中心座標（０，０，０）とする（ステップＳ３０２）。算出部１８は、設定されたモードが移動先モードである場合、移動先モードが初回のときは、瞳孔の最小半径に基づいて瞳孔の範囲を決定する。また、算出部１８は、駆動角度を０°とする。算出部１８は、２回目以降の移動先モードのときは、前回の駆動半径及び駆動角度を読み込む（ステップＳ３０３）。
【００４２】
算出部１８は、予め決定されたレーザ光の半径ｒを読み込み（ステップＳ３０４）、駆動半径Ｌ及び駆動角度θを算出する（ステップＳ３０５）。算出部１８は、移動先モードが初回のときは、決定した瞳孔の範囲と、予め決定されたレーザ光の半径ｒとに基づいて、初回の駆動半径Ｌを算出する。また、算出部１８は、２回目以降の移動先モードのときは、前回の駆動角度θに基づいて、集光点が前回と重ならない駆動角度θを算出する。
【００４３】
算出部１８は、駆動角度θが３６０°以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０６）。算出部１８は、駆動角度θが３６０°以上である場合には（ステップＳ３０６：肯定）、前回までの駆動半径Ｌの円周上の全てに集光点が移動済みであると判定し、集光点が前回と重ならない駆動半径Ｌを算出する（ステップＳ３０７）。算出部１８は、駆動角度θが３６０°未満である場合には（ステップＳ３０６：否定）、駆動半径Ｌは前回と同じとする（ステップＳ３０８）。
【００４４】
算出部１８は、集光点の移動可能範囲として、瞳孔内又は瞳孔外のいずれかを決定する（ステップＳ３０９）。算出部１８は、外光の照度が十分にある場合、集光点の移動可能範囲を瞳孔内とする。また、算出部１８は、外光の照度が十分にない場合、集光点の移動可能範囲を瞳孔外とする。
【００４５】
算出部１８は、集光点の移動可能範囲が瞳孔内であるか否かを判定する（ステップＳ３１０）。算出部１８は、集光点の移動可能範囲が瞳孔内である場合（ステップＳ３１０：肯定）、２回目以降の移動先モードのときは、前回の集光点（移動先座標）の奥行きＤを読み込む（ステップＳ３１１）。なお、初回の移動先モードのときは、集光点の奥行きＤは初期値を読み込む。
【００４６】
算出部１８は、読み込んだ集光点の奥行きＤにおいて、移動先座標がＸＹ平面上に移動可能であるか否かを判定する（ステップＳ３１２）。算出部１８は、移動先座標がＸＹ平面上に移動可能、つまり、読み込んだ奥行きＤにおけるＸＹ面において未使用の移動先がある場合（ステップＳ３１２：肯定）、奥行きＤは前回と同じ値とする（ステップＳ３１６）。算出部１８は、移動先座標がＸＹ平面上に移動可能でない、つまり、読み込んだ奥行きＤにおけるＸＹ平面上において未使用の移動先がない場合（ステップＳ３１２：否定）、前回の集光点（移動先座標）の奥行きＤと重ならない奥行きＤを算出する（ステップＳ３１３）。
【００４７】
算出部１８は、前回の集光点（移動先座標）の奥行きＤと重ならない奥行きＤを算出すると、算出した奥行きＤが水晶体（瞳孔）の範囲外であるか否かを判定する（ステップＳ３１４）。算出部１８は、奥行きＤが水晶体の範囲外である場合には（ステップＳ３１４：肯定）、奥行きＤを初期値に戻す（ステップＳ３１５）。算出部１８は、奥行きＤが水晶体の範囲内である場合には（ステップＳ３１４：否定）、算出した奥行きＤを移動先座標の奥行きＤとする。
【００４８】
算出部１８は、集光点の移動可能範囲が瞳孔内でない場合（ステップＳ３１０：否定）、奥行きＤを初期値とする（ステップＳ３１７）。算出部１８は、算出した駆動半径Ｌ、駆動角度θ及び奥行きＤに基づいて、集光点の移動先座標を算出して駆動制御部１９に出力する（ステップＳ３１８）。
【００４９】
ここで、集光点の移動先座標について、図８を用いて説明する。図８（ａ），（ｂ）は、集光点の移動の詳細の一例を示す説明図である。図８（ａ）は、瞳孔の範囲の一番外周からレーザ光の半径ｒだけ内側に、集光点の移動先座標を設定する一例である。算出部１８は、集光点を通常モード（１番）では瞳孔の中央に設定する。算出部１８は、移動先モードになると、集光点を駆動半径Ｌ１，駆動角度θ＝０°の移動先座標（２番）に移動する。算出部１８は、集光点が通常モードに戻り（３番）、次の移動先モードになると、集光点が前回の移動先座標（２番）と重ならない移動先座標（４番）に移動する。同様に、算出部１８は、集光点が通常モード（５番、７番）から移動先モードに遷移するたびに、集光点を前回と重ならない移動先座標（６番、８番・・・）に移動する。このように、移動先モードの集光点は、駆動半径Ｌ１の円周上を移動する。算出部１８は、移動先モードの集光点が駆動半径Ｌ１の円周上を１周すると、駆動半径Ｌ１の円周上に未使用の移動先がないため、駆動半径ＬをＬ１からＬ２に変更する。
【００５０】
図８（ｂ）は、瞳孔の範囲の外周からレーザ光の直径２ｒだけ内周側に、集光点の移動先座標を設定する一例である。算出部１８は、集光点を通常モード（１番）では瞳孔の中央に設定する。算出部１８は、移動先モードになると、集光点を駆動半径Ｌ２，駆動角度θ＝０°の移動先座標（２番）に移動する。算出部１８は、集光点が通常モードに戻り（３番）、次の移動先モードになると、集光点が前回の移動先座標（２番）と重ならない移動先座標（４番）に移動する。以下、図８（ａ）と同様に、算出部１８は、移動先モードの集光点を、駆動半径Ｌ２の円周上で移動させる。このように、算出部１８は、移動先モードの集光点、つまり、移動先座標を、ある奥行きＤのＸＹ面上で移動させる。また、算出部１８は、ある奥行きＤのＸＹ面上に未使用の移動先がなくなると、奥行きＤを変化させて、さらに当該奥行きＤのＸＹ面上で移動先座標を移動させる。これにより、算出部１８は、効率的に移動先座標を算出することができ、移動先座標を可能な限り分散させることができる。
【００５１】
また、集光点の移動に伴う網膜上のレーザ光照射範囲について、図９を用いて説明する。図９（ａ），（ｂ）は、集光点の移動に伴う網膜上のレーザ光照射範囲の変化の一例を示す説明図である。図９（ａ）は、集光点が瞳孔の中心座標にある場合の網膜上のレーザ光照射範囲を示す。図９（ｂ）は、集光点が瞳孔内の移動先座標にある場合の網膜上のレーザ光照射範囲を示す。なお、図９では、簡単のために、光源部１３と、レンズ１５と、眼球とを示し、他の構成要素は省略している。
【００５２】
網膜上のレーザ光照射範囲は、図９（ａ）と図９（ｂ）とを比較すると、変化している。しかし、集光点は、臨界融合周波数以上のタイミングで移動しているため、使用者には、集光点が瞳孔の中心座標にある場合の網膜上のレーザ光照射範囲において認識した画像が見える。つまり、使用者は、画像表示装置１０が、集光点を図８（ａ），（ｂ）のように、瞳孔の中心座標と移動先座標とを交互に移動させても、集光点の移動を認識できず、正常に画像を見ることができる。
【００５３】
図４の説明に戻って、駆動制御部１９は、算出部１８から集光点の座標が入力されると、駆動処理を実行する（ステップＳ４）。ここで、駆動処理の詳細を、図１０を用いて説明する。図１０は、駆動処理の一例を示すフローチャートである。
【００５４】
駆動制御部１９は、算出部１８から集光点の座標が入力される（ステップＳ４０１）。駆動制御部１９は、通常モードの場合には瞳孔の中心座標が入力され、移動先モードの場合には移動先座標が入力される。駆動制御部１９は、瞳孔の中心座標又は移動先座標に基づいて、マウント１６に内蔵されているアクチュエータの移動ベクトルを算出する。駆動制御部１９は、例えば、集光点と同じ移動量の移動ベクトルを算出することができる。駆動制御部１９は、算出した移動ベクトルを、アクチュエータを動作させるための命令に変換する。駆動制御部１９は、当該命令を動作情報としてマウント１６に出力する（ステップＳ４０２）。マウント１６は、駆動制御部１９から動作情報が入力されると、動作情報に従って内蔵するアクチュエータを、光軸方向を中心として放射状に変位させる（ステップＳ４０３）。ここで、マウント１６と集光点との関係は、例えば、マウント１６のアクチュエータをＸ軸プラス方向に１（ｍｍ）変位させると、集光点もＸ軸プラス方向に１（ｍｍ）変位するようにすることができる。
【００５５】
図４の説明に戻って、ドライバ部２０は、映像信号が引き続き入力されているか否かを判定する（ステップＳ５）。ドライバ部２０は、映像信号が入力されていない場合（ステップＳ５：否定）、処理を終了する。ドライバ部２０は、映像信号が入力されている場合（ステップＳ５：肯定）、ステップＳ２に戻ってモード設定処理、集光点の算出処理及び駆動処理を繰り返す。
【００５６】
このように、画像表示装置１０は、臨界融合周波数以上のタイミングに応じて、網膜に画像を投射するためのレーザ光を集光させる集光点が、瞳孔の中心座標と移動先座標とを交互に移動するように、集光点の座標を算出する。また、画像表示装置１０は、集光点が、瞳孔の中心座標と移動先座標とを交互に移動するように、座標に基づきレーザ光の光学系における、いずれか１つ以上の光学素子を変位させる。その結果、眼球に対する負担を低減できる。
【００５７】
また、画像表示装置１０は、移動先座標として、瞳孔の範囲内である座標を決定する。その結果、画像の輝度を高くすることができ、晴天の屋外等でも使用者が鮮明に画像を見ることができる。
【００５８】
また、画像表示装置１０は、移動先座標として、前回の移動先座標と重複しないように、レーザ光の直径に応じて座標を決定する。その結果、移動先座標において、レーザ光が重複して照射される部分がなくなるため、より安全性を高めることができる。
【００５９】
上記実施例１では、外光の照度を、瞳孔の直径から推定し、集光点の移動可能範囲として、瞳孔内又は瞳孔外のいずれかを決定したが、外光を直接計測するセンサ部を設けて、外光の照度を計測してもよい。また、画像表示装置は、センサ部により外光の照度を計測する場合には、外光の照度に基づいて、瞳孔の直径を推定することができる。この様な、外光の照度をセンサ部によって計測する実施の形態につき、実施例２として以下に説明する。
【実施例２】
【００６０】
図１１は、本実施例の画像表示装置の構成の他の一例を示すブロック図である。なお、実施例２の画像表示装置７０は、実施例１の画像表示装置１０と同一の構成には、同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。実施例２の画像表示装置７０が実施例１の画像表示装置１０と異なるところは、瞳孔の最小半径を用いる代わりに、センサ部２３を設けて外光の照度を計測し、瞳孔の範囲（大きさ）を推定する点にある。
【００６１】
画像表示装置７０は、制御部１１と、光源部１３と、ミラー１４と、レンズ１５と、マウント１６と、センサ部２３とを有する。また、制御部１１は、タイマ部１７と、算出部１８と、駆動制御部１９と、ドライバ部２０とを有する。
【００６２】
センサ部２３は、外光の照度を計測するセンサである。センサ部２３は、外光の照度を計測して照度信号を算出部１８に出力する。センサ部２３は、例えば、照度計を用いることができる。また、センサ部２３は、外光の照度に限られず、光量（光度エネルギー）又は光束等を計測してもよい。
【００６３】
算出部１８は、実施例１の瞳孔の最小半径に代わって、センサ部２３から照度信号が入力される。算出部１８は、照度信号に基づいて、瞳孔の範囲を推定する。瞳孔の範囲ｙ（ｍｍ）の推定は、例えば、照度信号ｘに基づいて、式（５）で算出することができる。なお、照度信号の単位は、例えば、ルクス（ｌｘ）を用いる。
【００６４】
ｙ＝５．００１９ｘ−０．０９３                      …（５）
【００６５】
実施例２の画像表示装置７０の動作は、算出部１８において瞳孔の最小半径の代わりに照度信号を用いて瞳孔の範囲を推定する点を除き、実施例１の画像表示装置１０と同様であるので、その説明を省略する。
【００６６】
実施例２の画像表示装置７０は、瞳孔の範囲として、外光の照度に応じて瞳孔の範囲を決定する。この結果、眼球からの反射光を検出する光学系を省略することができる。
【００６７】
また、画像表示装置７０は、移動先座標として、外光の照度に応じて瞳孔の範囲内である座標、又は、瞳孔の外縁よりも外側である座標を決定する。この結果、夜間等の画像の輝度が低くてもよい場合に、レーザ光の移動先座標を瞳孔外にでき、より安全性を高めることができる。
【００６８】
また、画像表示装置７０は、瞳孔の外縁よりも外側である座標として、使用者の身体上の座標を決定する。この結果、レーザ光が使用者の後方に照射されることを防止することができる。
【００６９】
なお、上記実施例２では、画像表示装置７０は、外光の照度をセンサ部２３によって計測したが、さらに、制御部１１内の図示しないリアルタイムクロックの時刻情報、図示しない通信部を介して取得した天気情報及び場所情報に基づいて、外光の照度を推定してもよい。画像表示装置７０は、外光の照度として、例えば、時刻情報に基づいて、正午付近であれば１００，０００（ｌｘ）と、日の出後又は日の入り前であれば１０，０００（ｌｘ）と、夜間であれば１（ｌｘ）と推定することができる。また、画像表示装置７０は、外光の照度として、例えば、天気情報に基づいて、晴天であれば１００，０００（ｌｘ）と、雲天であれば１０，０００（ｌｘ）と、雨天であれば１，０００（ｌｘ）と推定することができる。さらに、画像表示装置７０は、外光の照度として、例えば、場所情報に基づいて、屋外であれば１０，０００〜１００，０００（ｌｘ）と、屋内であれば３００〜１，０００（ｌｘ）と推定することができる。また、画像表示装置７０は、外光の照度として、時刻情報、天気情報及び場所情報を任意に組み合わせて推定した外光の照度を用いてもよい。なお、画像表示装置７０は、センサ部２３を省略し、外光の照度として、時刻、天気及び場所のうち、いずれか１つ以上に基づいて推定した照度を外光の照度としてもよい。
【００７０】
このように、画像表示装置７０は、外光の照度として、時刻、天気及び場所のうち、いずれか１つ以上に基づいて推定した照度を外光の照度とする。その結果、より正確に外光の照度を推定することができる。
【００７１】
また、上記実施例では、画像表示装置１０及び画像表示装置７０として、シースルー型単眼式ＨＭＤへの適用を例として説明したが、これに限定されない。例えば、画像表示装置１０及び画像表示装置７０は、両眼式ＨＭＤとしてもよいし没入型ＨＭＤとしてもよい。また、画像表示装置１０及び画像表示装置７０は、映像信号のソースとして、ＰＣだけでなく、モバイル端末、ウェアラブルコンピュータ、及び、シミュレーション装置等、画像の表示を要する装置であれば、いずれも映像信号のソースとして適用できる。
【００７２】
また、図示した各部の各構成要素は、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各部の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。
【００７３】
さらに、制御部で行われる各種処理機能は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）（又はＭＰＵ（Micro  Processing  Unit）、ＭＣＵ（Micro  Controller  Unit）等のマイクロ・コンピュータ）上で、その全部又は任意の一部を実行するようにしても良い。また、各種処理機能は、ＣＰＵ（又はＭＰＵ、ＭＣＵ等のマイクロ・コンピュータ）で解析実行されるプログラム上、又はワイヤードロジックによるハードウェア上で、その全部又は任意の一部を実行するようにしても良いことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７４】
１０，７０  画像表示装置
１１  制御部
１３  光源部
１４  ミラー
１５  レンズ
１６  マウント
１７  タイマ部
１８  算出部
１９  駆動制御部
２０  ドライバ部
３０  ハーフミラー
５０  メガネ
【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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