(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像光による虚像を形成する虚像形成部と、
前記虚像を観察する装着者の頭部の姿勢の変化を検出する姿勢情報検出部と、
前記姿勢情報検出部での検出結果に基づいて、前記虚像形成部に形成される前記虚像による画像の画面位置を、前記装着者の姿勢が変化する方向と逆方向に変化させるように調整する画面位置調整機構と、
を備え、
前記虚像形成部は、光源からの照明光を変調して画像光を形成する光変調素子と、前記光変調素子からの画像光を投射する投射光学系と、前記投射光学系からの画像光を導くとともに射出して前記画像光による前記虚像を形成する導光装置とを有し、
前記画面位置調整機構は、前記導光装置の光入射面に平行な面内で、前記光変調素子を前記導光装置に対して相対的に移動させることにより、前記画像の画面位置を並進移動させる、虚像表示装置。
【請求項２】
前記画面位置調整機構は、前記導光装置の光入射面に平行な面内で、前記投射光学系を前記導光装置に対して相対的に移動させることにより、前記画像の画面位置を並進移動させる、請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記虚像形成部は、左眼用の虚像を形成する第１表示装置と、右眼用の虚像を形成する第２表示装置と、を有し、
前記第１表示装置と前記第２表示装置とは、前記光変調素子と、前記投射光学系と、前記導光装置と、をそれぞれ互いに鏡合わせの対称性を持った配置で有し、
前記画面位置調整機構は、前記導光装置の導光方向において前記装着者の姿勢が変化した場合に、前記第１表示装置の光変調素子及び前記第２表示装置の光変調素子のいずれか一方を前記装着者の眼に近づく方向に移動させ、他方を前記装着者の眼から離れる方向に移動させる、請求項１及び請求項２のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
画像光による虚像を形成する虚像形成部と、
前記虚像を観察する装着者の頭部の姿勢の変化を検出する姿勢情報検出部と、
前記姿勢情報検出部での検出結果に基づいて、前記虚像形成部に形成される前記虚像による画像の画面位置を、前記装着者の姿勢が変化する方向と逆方向に変化させるように調整する画面位置調整機構と、
を備え、
前記虚像形成部は、光源からの照明光を変調して画像光を形成する光変調素子と、前記光変調素子からの画像光を投射する投射光学系と、前記投射光学系からの画像光を導くとともに射出して前記画像光による前記虚像を形成する導光装置とを有し、
前記画面位置調整機構は、前記導光装置の光入射面に平行な回転軸を中心として前記光変調素子と前記投射光学系とを一体的に回転移動させ、前記光入射面に対して前記投射光学系の前記投射光軸を傾けることにより、前記画像の画面位置を並進移動させる、虚像表示装置。
【請求項５】
前記虚像形成部は、外界光を透過させ、当該外界光のよる外界像と前記画像光による前記虚像とを重畳させる、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項６】
前記虚像形成部は、前記装着者の眼前の一部を覆っている、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、頭部に装着して使用するヘッドマウントディスプレイ等の虚像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヘッドマウントディスプレイのように虚像の形成及び観察を可能にする虚像表示装置として、表示素子からの画像光を観察者である装着者の瞳に導くタイプのものが種々提案されており、例えば虚像を形成する画像光と外界からの光である外界光とを重畳させるために、シースルーにしたものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
ヘッドマウントディスプレイによる投影画像は、装着者の動きとともに動く。例えば上記のようなシースルーの場合、装着中に首を動かす等によって装着者の視線の方向が変わると、それまで見えていた外界光による外界像は、一部が視界から外れて見えなくなっていくことで変化していく一方、画像光による虚像は、装着者の動きに合わせて動くので、装着者の視界から外れずについてくることになる。このように画像が常に装着者の動きに合わせてついてくるという状況は、装着者に非常に違和感を生じさせることがある。さらに、装着者によっては、乗り物酔いのような症状がでる場合もある。なお、ヘッドマウントディスプレイのように頭部に装着した状態で画像を観察する装置では、画像の観察中において、装着者の頭（首）が動くすなわち装着者の姿勢が変わることは、不可避的である。また、このような動きに伴う違和感は、シースルーでない視界の遮られたタイプのヘッドマウントディスプレイにおいても生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−３０４０号公報
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、装着者の姿勢の変化に応じて画面位置の調整をして、装着者が受ける虚像表示に起因する違和感を緩和することができる虚像表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の虚像表示装置は、（ａ）画像光による虚像を形成する虚像形成部と、（ｂ）虚像を観察する装着者の頭部の姿勢の変化を検出する姿勢情報検出部と、（ｃ）姿勢情報検出部での検出結果に基づいて、虚像形成部に形成される虚像による画像の画面位置を、装着者の姿勢が変化する方向と逆方向に変化させるように調整する画面位置調整機構と、を備える。ここで、虚像となるべき画像の画面については、例えば、装着者にとっての正面にあるものとし、当該正面に垂直な方向に延び、かつ、装着者の眼の中心を通る軸上の位置を、画像の画面位置の中心位置の基準とする。
【０００７】
上記虚像表示装置では、姿勢情報検出部において装着者の姿勢の変化を検出し、画面位置調整機構によって、姿勢情報検出部の検出結果に基づいて、装着者の動きとは逆に映像が動くように画面の位置を変化させるように補正する、すなわち逆補正する制御を行うことができる。これにより、装着者が動いても、画像は装着者の動きについてくることなく、あたかもその場にとどまっているかのように見せることができるので、装着者が動いても、この動きに起因する違和感を緩和できる。
【０００８】
本発明の具体的な側面では、（ａ）虚像形成部が、（ａ１）光源からの照明光を変調して画像光を形成する光変調素子と、（ａ２）光変調素子からの画像光を投射する投射光学系と、（ａ３）投射光学系からの画像光を導くとともに射出して画像光による虚像を形成する導光装置とを有し、（ｂ）画面位置調整機構が、光変調素子、投射光学系、及び導光装置のうち少なくともいずれか１つの駆動を制御する移動制御機構である。この場合、画面位置調整機構が、移動制御機構として、光変調素子、投射光学系、及び導光装置のいずれかを移動させることで、画面の位置を変化させるように制御することができる。
【０００９】
本発明の別の側面では、画面位置調整機構が、導光装置の光入射面に平行な面内で、光変調素子を導光装置に対して相対的に移動させる移動制御機構である。この場合、光変調素子を導光装置に対して移動させる結果として、画面の位置を調整することができる。
【００１０】
本発明のさらに別の側面では、画面位置調整機構が、導光装置の光入射面に平行な面内で、投射光学系を導光装置に対して相対的に移動させる移動制御機構である。この場合、投射光学系を導光装置に対して移動させる結果として、画面の位置を調整することができる。
【００１１】
本発明のさらに別の側面では、画面位置調整機構が、光変調素子と投射光学系とを一体的に回転移動させ、導光装置の光入射面に対して投射光学系の投射光軸を傾ける移動制御機構である。この場合、投射光学系の投射光軸の方向を調整することで、形成される画面の位置を調整することができる。
【００１２】
本発明のさらに別の側面では、画面位置調整機構が、光変調素子における変調動作を制御する変調制御機構である。この場合、変調動作を制御して、画面の位置を調整することができる。
【００１３】
本発明のさらに別の側面では、画面位置調整機構が、虚像形成部全体を回転移動させる移動制御機構である。この場合、虚像形成部全体を動かすことで、画面の位置を調整することができる。
【００１４】
本発明のさらに別の側面では、（ａ）虚像形成部が、（ａ１）画像に対応して変調された信号光を射出する信号光変調部と、（ａ２）変調された信号光を走査させることにより走査光として射出させる走査光学系と、（ａ３）走査光学系からの走査光を受けて画像光による虚像を形成する被照射部材と、を備え、（ｂ）画面位置調整機構が、走査光学系による走査光の照射角度を調整する機構である。この場合、被照射部材により虚像が形成されるとともに、画面位置調整機構が、走査光学系による走査光の照射角度を調整することで、画面の位置を調整することができる。
【００１５】
本発明のさらに別の側面では、虚像形成部が、外界光を透過させ、当該外界光のよる外界像と画像光による虚像とを重畳させる。この場合、シースルーによる観察を行うことができる。
【００１６】
本発明のさらに別の側面では、虚像形成部が、装着者の眼前の一部を覆っている。この場合、装置全体の小型化を図ることができ、また、装着者は、虚像形成部越しに外界を観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態の虚像表示装置を示す斜視図である。
【図２】（Ａ）は、虚像表示装置を構成する第１表示装置の本体部分の平断面図であり、（Ｂ）は、本体部分の正面図である。
【図３】虚像表示装置の光学系における光路の一例を具体的に説明する平面図である。
【図４】（Ａ）は、虚像表示装置における画像位置の調整について説明するための図であり、（Ｂ）は、左右方向についての画像のシフトを示す図であり、（Ｃ）は、上下方向についての画像のシフトを示す図である。
【図５】虚像表示装置における左右方向に関する調整動作を説明するための図である。
【図６】（Ａ）は、第２実施形態に係る虚像表示装置を説明するための平面図であり、（Ｂ）は、画像のシフトを示す図である。
【図７】（Ａ）は、第３実施形態に係る虚像表示装置を説明するための平面図であり、（Ｂ）は、左右方向のうち一方向についての画像のシフトを示す図であり、（Ｃ）は、左右方向のうち他方向についての画像のシフトを示す図である。
【図８】（Ａ）は、第４実施形態に係る虚像表示装置を説明するための平面図であり、（Ｂ）は、画面位置調整機構による調整動作を説明するための図である。
【図９】（Ａ）は、第５実施形態に係る虚像表示装置を説明するための平面図であり、（Ｂ）は、画面位置調整機構による調整動作を説明するための図である。
【図１０】（Ａ）は、第６実施形態に係る虚像表示装置を説明するための平面図であり、（Ｂ）は、画面位置調整機構による調整動作を説明するための図である。
【図１１】（Ａ）は、第７実施形態に係る虚像表示装置を説明するための平面図であり、（Ｂ）は、画面位置調整機構による調整動作を示す図である。
【図１２】第８実施形態に係る虚像表示装置を示す図である。
【図１３】その他の虚像表示装置の一例を示す図である。
【図１４】その他の虚像表示装置の別の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る虚像表示装置について詳細に説明する。
【００１９】
〔Ａ．虚像表示装置の外観〕
図１に示す本実施形態の虚像表示装置１００は、眼鏡のような外観を有するヘッドマウントディスプレイであり、この虚像表示装置１００を装着した観察者である装着者に対して虚像による画像光を認識させることができるとともに、装着者に外界像をシースルーで観察させることができる。虚像表示装置１００は、装着者の眼前を覆う光学パネル１１０と、光学パネル１１０等を支持するフレーム１２１と、フレーム１２１の前方のカバー部分からテンプルにかけての部分に付加された第１及び第２駆動部１３１，１３２とを備える。光学パネル１１０は、第１パネル部分１１１と第２パネル部分１１２とを有し、両パネル部分１１１，１１２は、中央で一体的に連結された板状の部品となっている。図面上で左側の第１パネル部分１１１と第１駆動部１３１とを組み合わせた第１表示装置１００Ａは、左眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも虚像表示装置として機能する。また、図面上で右側の第２パネル部分１１２と第２駆動部１３２とを組み合わせた第２表示装置１００Ｂは、右眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも虚像表示装置として機能する。
【００２０】
〔Ｂ．表示装置の構造〕
以下、図２（Ａ）等を参照して、第１表示装置１００Ａすなわち表示装置の本体についての構造について説明する。
【００２１】
図２（Ａ）及び２（Ｂ）に示すように、第１表示装置１００Ａは、画像形成装置１０と、導光装置２０とを備える。ここで、画像形成装置１０は、図１における第１駆動部１３１に相当し、導光装置２０は、図１における第１パネル部分１１１に相当する。なお、図１に示す第２表示装置１００Ｂは、第１表示装置１００Ａと同様の構造を有し左右を反転させただけであるので、第２表示装置１００Ｂの詳細な説明は省略する。ここでは、第１表示装置１００Ａのうち画像形成に直接的に関与する画像形成装置１０と、導光装置２０とを画像形成部ＩＰとする。
【００２２】
図示の状態において、装着者にとって真正面の方向が、虚像表示装置１００を構成する光学系の射出側の光軸である第２光軸ＡＸ２に沿った方向であり、第２光軸ＡＸ２が虚像表示装置１００側から装着者側に向かう方向を−Ｚ方向とし、装着者にとって眼が並ばない上下方向を±Ｙ方向とし、眼が並ぶ左右方向を±Ｘ方向とする。
【００２３】
画像形成装置１０は、画像表示装置１１と、投射光学系１２とを有する。このうち、画像表示装置１１は、２次元的な照明光ＳＬを射出する照明装置３１と、透過型の空間光変調装置すなわち光変調素子である液晶表示デバイス３２と、照明装置３１及び液晶表示デバイス３２の動作を制御する駆動制御部３４とを有する。
【００２４】
照明装置３１は、赤、緑、青の３色を含む光を発生する光源３１ａと、光源３１ａからの光を拡散させて矩形断面の光束にするバックライト導光部３１ｂとを有する。液晶表示デバイス３２は、照明装置３１からの照明光ＳＬを空間的に変調して動画像等の表示対象となるべき画像光を形成する。駆動制御部３４は、光源駆動回路３４ａと、液晶駆動回路３４ｂとを備える。光源駆動回路３４ａは、照明装置３１の光源３１ａに電力を供給して安定した輝度の照明光ＳＬを射出させる。また、光源駆動回路３４ａは、供給する電力を調整することで、照明装置３１の照明光ＳＬの光量を調整でき、延いては画像光ＧＬの光量を調整できる。例えば、矩形形状のバックライト導光部３１ｂからの射出領域を分割し分割された領域ごとに光量を変化させるといった制御が可能である。液晶駆動回路３４ｂは、液晶表示デバイス３２に対して画像信号又は駆動信号を出力することにより、透過率パターンとして動画や静止画の元になるカラーの画像光を形成する。
【００２５】
投射光学系１２は、液晶表示デバイス３２上の各点から射出された画像光を平行状態の光束にするコリメートレンズである。
【００２６】
以上のように、画像形成装置１０を構成する画像表示装置１１と投射光学系１２とは、虚像を形成するための基となる画像光を形成させる虚像形成部ＩＰの主要な部分の１つとして機能する。
【００２７】
導光装置２０は、導光部材２１と光透過部材２３とを接合したものであり、全体としてＸＹ面に平行に延びる平板状の光学部材を構成している。導光装置２０は、導光部材２１と光透過部材２３とにより、外界光を透過させるとともに画像光による虚像を形成するシースルータイプとして機能する。
【００２８】
導光装置２０のうち、導光部材２１は、平面視において台形のプリズム状部材であり、側面として、第１反射面２１ａと、第２反射面２１ｂと、第３反射面２１ｃと、第４反射面２１ｄとを有する。第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂは、ＸＹ面に沿って延びている。また、第３反射面２１ｃは、ＸＹ面に対して４５°以下の鋭角αで傾斜しており、第４反射面２１ｄは、ＸＹ面に対して例えば４５°以下の鋭角βで傾斜している。第３反射面２１ｃを通る光軸すなわち光学系の入射側の光軸である第１光軸ＡＸ１と、第４反射面２１ｄを通る光軸すなわち光学系の射出側の光軸である第２光軸ＡＸ２とは、平行に配置されている。
【００２９】
導光部材２１は、可視域で高い光透過性を示す樹脂材料で形成されている。導光部材２１は、射出成型によって一体的に成型されたブロック状部材を本体部分２０ａとしている。このように導光部材２１は、基材としての本体部分２０ａを一体形成品とするが、機能的に、光入射部Ｂ１と導光部Ｂ２と光射出部Ｂ３とに分けて考えることができる。
【００３０】
光入射部Ｂ１は、三角プリズム状の部分であり、第１反射面２１ａの一部である光入射面ＩＳと、光入射面ＩＳに対向する第３反射面２１ｃとを有する。光入射面ＩＳは、画像形成装置１０からの画像光ＧＬを取り込むための裏側又は装着者側の平面であり、投射光学系１２に対向してその第１光軸ＡＸ１に垂直に延びている。第３反射面２１ｃは、矩形の輪郭を有し、その矩形領域全体に、光入射面ＩＳを通過した画像光ＧＬを反射して導光部Ｂ２内に導くための全反射ミラーであるミラー層２５を有する。このミラー層２５は、導光部材２１の本体部分２０ａの斜面ＲＳ上にアルミ等の蒸着によって成膜を施すことにより形成される。第３反射面２１ｃは、投射光学系１２の第１光軸ＡＸ１又はＸＹ面に対して例えば鋭角α＝２５°〜２７°で傾斜しており、光入射面ＩＳから入射し全体として＋Ｚ方向に向かう画像光ＧＬを、全体として−Ｚ方向寄りの−Ｘ方向に向かわせるように折り曲げることで、画像光ＧＬを導光部Ｂ２内に確実に結合させる。
【００３１】
導光部Ｂ２は、互いに対向しＸＹ面に平行に延びる２平面として、光入射部Ｂ１で折り曲げられた画像光をそれぞれ全反射させる第１反射面２１ａと第２反射面２１ｂとを有している。ここでは、第１反射面２１ａが画像形成装置１０に近い裏側又は装着者側にあるものとし、第２反射面２１ｂが画像形成装置１０から遠い表側又は外界側にあるものとする。この場合、第１反射面２１ａは、上記の光入射面ＩＳや後述する光射出面ＯＳと共通の面部分となっている。第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂは、屈折率差を利用する全反射面である。
【００３２】
光入射部Ｂ１の第３反射面２１ｃで反射された画像光ＧＬは、まず、第１反射面２１ａに入射し、全反射される。次に、当該画像光ＧＬは、第２反射面２１ｂに入射し、全反射される。以下この動作が繰り返されることで、画像光は、全体として導光装置２０の奥側の主導光方向すなわち光射出部Ｂ３を設けた−Ｘ側に導かれる。なお、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂには反射コートが施されていないため、外界側から第２反射面２１ｂに入射する外界光又は外光は、高い透過率で導光部Ｂ２を通過する。つまり、導光部Ｂ２は、外界像の透視が可能なシースルータイプになっている。
【００３３】
光射出部Ｂ３は、三角プリズム状の部分であり、第１反射面２１ａの一部である光射出面ＯＳと、光射出面ＯＳに対向する第４反射面２１ｄとを有する。光射出面ＯＳは、画像光ＧＬを装着者の眼ＥＹに向けて射出するための裏側の平面であり、光入射面ＩＳと同様に第１反射面２１ａの一部となっており、第２光軸ＡＸ２に垂直に延びている。第４反射面２１ｄは、矩形の平坦面であり、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂを経て入射してきた画像光ＧＬを反射して光射出部Ｂ３外に射出させるとともに外界光ＯＬを透過させるためのハーフミラー層２８を、第４反射面２１ｄの中央に配置された矩形の部分領域に有する。このハーフミラー層２８は、光透過性を有する半透過反射膜である。ハーフミラー層２８は、導光部材２１のうち第４反射面２１ｄを構成する斜面ＲＲ上に例えば銀等による金属反射膜や誘電体多層膜を成膜することにより形成される。ハーフミラー層２８の画像光ＧＬに対する反射率は、シースルーによる外界光ＯＬの観察を容易にする観点で、想定される画像光ＧＬの入射角範囲において１０％以上５０％以下とする。
【００３４】
第４反射面２１ｄは、第１反射面２１ａに垂直な第２光軸ＡＸ２又はＸＹ面に対して例えば鋭角α＝２５°〜２７°で傾斜しており、上記ハーフミラー層２８により、導光部Ｂ２の第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂを経て入射してきた画像光ＧＬを部分的に反射して全体として−Ｚ方向に向かわせるように折り曲げることで、光射出面ＯＳを通過させる。
【００３５】
光透過部材２３は、導光部材２１の本体部分２０ａと同一の屈折率を有する本体部分２３ｓで構成され、第１面２３ａと、第２面２３ｂと、第３面２３ｃとを有する。第１及び第２面２３ａ，２３ｂは、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂと同様、ＸＹ面に沿って延びている。また、第３面２３ｃは、ＸＹ面に対して傾斜しており、導光部材２１の第４反射面２１ｄに対向して平行に配置されている。つまり、光透過部材２３は、第２面２３ｂと第３面２３ｃとに挟まれた楔状の部材を有するものとなっている。光透過部材２３は、導光部材２１と同様に、可視域で高い光透過性を示す樹脂材料で形成されている。光透過部材２３は、射出成型によって一体的に成型されたブロック状部材を本体部分２３ｓとしている。
【００３６】
光透過部材２３において、第１面２３ａは、導光部材２１に設けた第１反射面２１ａの延長平面上に配置され、装着者の眼ＥＹに近い裏側にあり、第２面２３ｂは、導光部材２１に設けた第２反射面２１ｂの延長平面上に配置され、装着者の眼ＥＹから遠い表側にある。第３面２３ｃは、接着剤によって導光部材２１の第４反射面２１ｄに接合される矩形の光透過面である。以上の第１面２３ａと第３面２３ｃとなす角度は、導光部材２１の第２反射面２１ｂと第４反射面２１ｄとのなす角度εと等しくなっており、第２面２３ｂと第３面２３ｃとのなす角度は、導光部材２１の第１反射面２１ａと第３反射面２１ｃとのなす角度βと等しくなっている。
【００３７】
光透過部材２３と導光部材２１とは、両者の接合部分及びその近傍において、透視部Ｂ４を構成している。すなわち、第１及び第２面２３ａ，２３ｂには、ミラー層等の反射コートが施されていないため、導光部材２１の導光部Ｂ２と同様に外界光ＯＬを高い透過率で透過させる。第３面２３ｃも、外界光ＯＬを高い透過率で透過可能であるが、導光部材２１の第４反射面２１ｄがハーフミラー層２８を有していることから、第３面２３ｃの中央領域を通過する外界光ＯＬは減光される。つまり、装着者は、減光された画像光ＧＬと外界光ＯＬとを重畳させたものを観察することになる。また、導光装置２０は、画像光を受けて虚像形成させる被照射部でもあり、虚像形成部ＩＰの主要な部分の１つとして機能し、外界像と虚像とを重畳させシースルーを実現させるものである。
【００３８】
以下、図３を参照して、第１表示装置１００Ａにおける画像光の具体的な光路の一例を説明する。なお、図３では、画像光の光路決定に関係する光学系のみ示している。また、投射光学系１２は、３つのレンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３を有しているものとする。
【００３９】
図示のように、液晶表示デバイス３２の右側の第１表示点Ｐ１からの画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて等しい第１反射角γ１で計３回全反射され、第４反射面２１ｄに入射する。画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２は、この第４反射面２１ｄで第３反射面２１ｃと同一の角度で反射され、光射出面ＯＳからこの光射出面ＯＳに垂直な第２光軸ＡＸ２方向に対して角度θ１の傾きで平行光束として射出される。
【００４０】
液晶表示デバイス３２の左側の第２表示点Ｐ２からの画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて等しい第２反射角γ２で計５回全反射され、第４反射面２１ｄに入射する。画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２は、この第４反射面２１ｄで第３反射面２１ｃと同一の角度で反射され、光射出面ＯＳからこの光射出面ＯＳに垂直な第２光軸ＡＸ２方向に対して角度θ２の傾きで平行光束として射出される。
【００４１】
また、図３において、導光部材２１を展開した場合で見ると、装着者は、光入射面ＩＳに対応する２つの位置の異なる入射等価面ＩＳ'，ＩＳ"の近傍に存在する投射光学系１２のレンズＬ３を重ねて観察していることになる。
【００４２】
ここで、虚像表示装置１００のようなヘッドマウントディスプレイによる投影画像は、装着者の動きとともに動くので、外界像と異なり、装着者が動いても装着者の視界から外れずについてくることになる。このように画像が常に装着者の動きについてくるという状況は、装着者に非常に違和感を生じさせ、さらに、装着者が乗り物酔いのような症状になる場合もある。また一方で、上述のような画像形成の場合、装着者は、眼ＥＹに対して入射する画像光ＧＬの入射角度によって画像の位置すなわち画面の位置を判断するものとなる。従って、画像光ＧＬの角度を調整することで、画面の位置が変更されたものと認識させることができる。本実施形態では、虚像表示装置１００が、装着者の動きすなわち姿勢の変化に対して、装着者の姿勢が変化する方向と逆方向にシフトさせるように画面位置を調整する機構を有することで、上記のような違和感を緩和させるものとしている。
【００４３】
〔Ｃ．画面位置調整について〕
以下、図４（Ａ）等を参照して、虚像表示装置１００における姿勢情報検出部６０やデバイス位置駆動装置８０等による装着者の姿勢の変化に応じた画面位置調整の動作について説明する。本実施形態では、デバイス位置駆動装置８０等を用いて、導光装置２０の光入射面ＩＳに平行な面すなわちＸＹ面に平行な面内で液晶表示デバイス３２を並進移動させることにより、表示される画面の位置を調整可能としている。また、装着者の姿勢の変化としては、回転運動による変化と並進運動による変化とが考えられるが、ここでは、装着中での姿勢の変化として主たるものであると考えられる首の動きによる回転（旋回）運動による姿勢の変化に対応して画面位置の調整を行うものとする。
【００４４】
虚像表示装置１００は、装着者の姿勢の変化に関する情報すなわち首の回転の動きについて検出する姿勢情報検出部６０と、姿勢情報検出部６０での検出結果から必要となる補正量等を算出する演算処理装置７０と、演算処理装置７０での算出結果に基づいて液晶表示デバイス３２を移動させるデバイス位置駆動装置８０とを有する。
【００４５】
姿勢情報検出部６０は、例えばジャイロセンサーのような角速度センサーや、加速度センサー等で構成される装置であり、装着者とともに動く導光装置２０等の各種構成要素を位置決めして固定する固定部材ＦＰに取り付けられており、装着者が首を動かすことで生じる姿勢の変化に関する情報を検出可能としている。ここでは、首を横に振る動作がＸ方向への移動として検出され、首を縦に振る動作がＹ方向への移動として検出されるものとする。
【００４６】
演算処理装置７０は、演算回路等で構成されており、姿勢情報検出部６０で検出された結果から装着者の姿勢の変化について、変化した位置や角度の変化量、変化のスピードといった各種情報を算出する。ここでは、特に、姿勢の変化のうち、首の動きによって生じる角度に関する変化量が読み取られる。さらに、演算処理装置７０は、姿勢の変化に伴って必要となる液晶表示デバイス３２の移動量等を算出するとともに、算出結果に基づく駆動信号等の各種制御信号をデバイス位置駆動装置８０に送信する。ここで、液晶表示デバイス３２の移動の方向は、装着者の移動方向とは逆方向となるように制御信号が形成されている。例えば、装着者が首を動かすことに伴う回転運動が検出された場合、その回転角度や角速度の量等に対応するだけ画面の位置を画素のピクセル単位で移動量やその移動速度等を演算処理装置７０において算出し、当該移動量に応じた移動動作をデバイス位置駆動装置８０によって行わせることができる。
【００４７】
デバイス位置駆動装置８０は、例えば、リニアモーターやピエゾモーターで構成され、演算処理装置７０からの駆動信号に基づいた移動量やその移動速度で、Ｘ方向及びＹ方向に液晶表示デバイス３２を移動させる。
【００４８】
以上のように、演算処理装置７０とデバイス位置駆動装置８０とは、姿勢情報検出部６０に基づいて画面の位置調整を行う画面位置調整機構として機能する移動制御機構である。
【００４９】
以下、図４（Ａ）〜４（Ｃ）を参照して、画面位置調整の具体的な動作について説明する。ここでは、図４（Ａ）において破線で示すＸＹ面に平行な仮想的な面上に虚像である画像を映した画面ＧＩがあると認識されるものとする。図４（Ａ）に示す位置調整前の標準位置にある画面ＧＩの位置は、その画面ＧＩの中心ＣＸを、第４反射面２１ｄの中心ＸＸを通る第２光軸ＡＸ２の延長上として規定される。言い換えると、画面ＧＩは、装着者にとって真正面（ＸＹ面）に形成され、真正面の方向（Ｚ方向）に関して装着者の眼ＥＹの中心を通る軸である第２光軸ＡＸ２の通る位置を、画面ＧＩの位置（画面位置）の中心ＣＸとし、中心ＣＸを基準として画面ＧＩの位置すなわち画面位置が規定されている。図４（Ｂ）及び４（Ｃ）に示すように、画面ＧＩの位置（画面位置）は、実線で示す標準位置にある状態から破線や一点鎖線で示すＸ方向或いはＹ方向に並進移動する。具体的な移動の方法として、ここでは、上記のように、デバイス位置駆動装置８０によって液晶表示デバイス３２を物理的に移動させることで、画面ＧＩに関する画面位置の調整を可能としている。なお、以下では、図４（Ｂ）に示す左右方向すなわちＸ方向の移動（シフト）についてのみ説明し、図４（Ｃ）に示す上下方向すなわちＹ方向の移動（シフト）については左右方向へ移動させる場合と同様の動作となるので詳しい説明を省略する。
【００５０】
既述のように、姿勢情報検出部６０において装着者が姿勢を左右のいずれかについて変化したことすなわち装着者が首を横に動かしたことが検出されると、演算処理装置７０によって算出された駆動信号に従って、デバイス位置駆動装置８０が液晶表示デバイス３２を左右方向に移動させる。
【００５１】
以上の動作において、例えば姿勢情報検出部６０において矢印ＡＡ１に示す＋Ｘ方向について動いたことが検出されると、演算処理装置７０及びデバイス位置駆動装置８０は、矢印ＢＢ１に示す−Ｘ方向に画面位置を動かすように調整を行う。結果として、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、画面ＧＩは、矢印ＣＣ１に示す方向にシフトされて画面ＧＩ１となる。
【００５２】
一方、姿勢情報検出部６０において矢印ＡＡ２に示す−Ｘ方向について動いたことが検出されると、演算処理装置７０は、デバイス位置駆動装置８０を介して、矢印ＢＢ２に示す＋Ｘ方向に画面位置を動かすように調整を行う。結果として、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、画面ＧＩは、矢印ＣＣ２に示す方向にシフトされて画面ＧＩ２となる。
【００５３】
同様に、上下のいずれかについて変化したことすなわち装着者が首を縦に動かしたことが検出されると、演算処理装置７０及びデバイス位置駆動装置８０は、図４（Ｃ）に示すように、画面ＧＩの位置を上下方向にシフトさせる。
【００５４】
以上のように、演算処理装置７０及びデバイス位置駆動装置８０は、画面位置調整機構として位置調整を行うにあたって、姿勢情報検出部６０での検出結果に基づいて、導光装置２０において形成される画面の位置を、装着者の姿勢が変化する方向と逆方向にシフトさせる逆補正の補正動作による制御を行っている。このような制御をすることで、装着者が姿勢を変えた際に、虚像としての画像は、装着者の動きについて移動することなく、あたかも外界像と同様にその場にとどまっている画像であるかのように見えることになる。これにより、装着者に虚像による画像の影響で違和感が生じ、延いては乗り物酔いのような現象を引き起こす、といった事態を回避できる。
【００５５】
以下、図５を参照して、虚像表示装置１００を構成する第１表示装置１００Ａと第２表示装置１００Ｂとの左右両方についての画像の補正動作の関係を説明する。ここで、虚像表示装置１００において、第１表示装置１００Ａは、上述した各種装置や光学系、或いは画面位置調整のための機構として、投射光学系１２Ｌと、導光部材２１Ｌと、液晶表示デバイス３２Ｌと、デバイス位置駆動装置８０Ｌとを有し、同様に、第２表示装置１００Ｂは、投射光学系１２Ｒと、導光部材２１Ｒと、液晶表示デバイス３２Ｒと、デバイス位置駆動装置８０Ｒとを有する。ここで、既述のように、第１表示装置１００Ａと第２表示装置１００Ｂとは、左右一対で同様の構造を有するものであるが、中心面ＣＳを基準として反転させたいわば鏡合せの対称性をもった配置となっている。また、導光部材２１Ｌと導光部材２１Ｒとは、中央に位置する光透過部材２３によって一体化され、１つの導光装置２０を構成している。
【００５６】
以下、画面位置の調整動作すなわち逆補正による補正動作について具体的に説明する。第１表示装置１００Ａのデバイス位置駆動装置８０Ｌと第２表示装置１００Ｂのデバイス位置駆動装置８０Ｒとは、姿勢情報検出部（図示略）の検出結果に基づく演算処理装置（図示略）からの制御信号に従って、導光装置２０に対して相対的に液晶表示デバイス３２Ｌと液晶表示デバイス３２Ｒとをそれぞれ移動させる。この際、例えば矢印ＡＡ１の方向（＋Ｘ方向）に姿勢が変わったと判断されると、デバイス位置駆動装置８０Ｌは、矢印ＢＢ１の方向（−Ｘ方向）に液晶表示デバイス３２Ｌを移動させる。また、デバイス位置駆動装置８０Ｒも、矢印ＢＢ１の方向（−Ｘ方向）に液晶表示デバイス３２Ｒを移動させる。逆に、矢印ＡＡ２の方向（−Ｘ方向）に姿勢が変わったと判断されると、デバイス位置駆動装置８０Ｌ，８０Ｒは、矢印ＢＢ２の方向（＋Ｘ方向）に液晶表示デバイス３２Ｌ，３２Ｒをそれぞれ移動させる。
【００５７】
以上において、画面位置の移動という観点からは、両表示装置１００Ａ，１００Ｂとも±Ｘ方向について同じ方向への移動を行うものとなっている。ただし、第１表示装置１００Ａと第２表示装置１００Ｂとは、互いに鏡合せした構造をしていることから、上記の動作は、表示装置１００Ａ，１００Ｂの機構という観点からは、左右逆転したものとなっている。例えば第１表示装置１００Ａでの液晶表示デバイス３２Ｌの＋Ｘ方向（矢印ＢＢ２）への移動は、装着者の眼ＥＹＬから離れる方向への移動であるのに対して、第２表示装置１００Ｂでの液晶表示デバイス３２Ｒの＋Ｘ方向（矢印ＢＢ２）への移動は、装着者の眼ＥＹＲに近づく方向への移動である。
【００５８】
以上のように、本実施形態では、姿勢情報検出部６０において装着者の姿勢に関する情報を検出し、画面位置調整機構である演算処理装置７０及びデバイス位置駆動装置８０によって、姿勢情報検出部６０の検出結果に基づいて、導光装置２０の光入射面ＩＳに平行な面内で、光変調素子である液晶表示デバイス３２を導光装置２０に対して相対的に並進移動させ、装着者の動きとは逆に映像が動くように画面の位置を変化させるように制御することができる。これにより、装着者が動いても、画像は装着者の動きについてくることなく、あたかもその場にとどまっているかのように見せることができるので、装着者が動いても、この動きに起因する違和感を緩和できる。
【００５９】
また、以上では、装着者の姿勢の変化として主たるものであると考えられる首の動きによる回転（旋回）運動による姿勢の変化を捉え、これに対応して画面位置の調整を行うものとしているが、装着者の姿勢の変化としては、このほかに、並進運動による変化も考えられる。例えば、装着者が首だけでなく体全体や上半身全体を動かす場合には、並進的な運動となり、このような運動に起因する違和感が生じる場合もある。このような場合についても、例えば姿勢情報検出部６０において姿勢に関する情報として並進運動による変化を検出し、演算処理装置７０において適宜補正量の算出を行うことで、画面位置の調整ができる。
【００６０】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態に係る虚像表示装置１００の変形例であり、画面位置調整機構を除いて、外部の構造は虚像表示装置１００と同様であるため、全体の図示及び説明を省略する。
【００６１】
図６（Ａ）及び６（Ｂ）は、第１実施形態の図４（Ａ）及び４（Ｂ）に対応する図であり、本実施形態に係る虚像表示装置において画面位置調整機構を構成する光学系位置駆動装置２８０について説明するためのものである。
【００６２】
光学系位置駆動装置２８０は、演算処理装置７０からの駆動信号に基づいて、Ｘ方向及びＹ方向に投射光学系１２を移動させる。
【００６３】
以上のように、演算処理装置７０と光学系位置駆動装置２８０とは、姿勢情報検出部６０に基づいて画面の位置調整を行う画面位置調整機構として機能する移動制御機構である。
【００６４】
以下、光学系位置駆動装置２８０等による画面位置調整の具体的な動作について説明する。姿勢情報検出部６０において装着者が姿勢を左右のいずれかについて変化したことが検出されると、演算処理装置７０によって算出された駆動信号に従って、光学系位置駆動装置２８０が投射光学系１２を左右方向に移動させる。以上の動作において、例えば姿勢情報検出部６０において矢印ＡＡ１に示す＋Ｘ方向について動いたことが検出されると、演算処理装置７０及び光学系位置駆動装置２８０は、投射光学系１２を矢印ＢＢ１に示す＋Ｘ方向に動かすように調整を行う。結果として、図６（Ｂ）に示すように、画面ＧＩは、矢印ＣＣ１に示す方向に移動して画面ＧＩ１となる。つまり、本実施形態における光学系位置駆動装置２８０による投射光学系の移動は、第１実施形態におけるデバイス位置駆動装置８０による液晶表示デバイス３２の移動の場合とは移動させる方向の関係が逆になっている。
【００６５】
例えば、投射光学系１２が矢印ＢＢ１の方向（＋Ｘ方向）に動かされることで、投射光学系１２から射出される画像光のうち、中央付近において光入射面ＩＳに対して略垂直な方向を主光線の方向とする成分ＳＳは、図中破線で示すようにやや外側に傾いた方向を主光線の成分ＳＳ１とすることになる。結果として、当該成分ＳＳ１は、導光装置２０からの射出される際に、光射出面ＯＳに対して垂直な状態よりもやや内側に傾いた状態となる。装着者は、光の射出角度によって画像の位置を判断するため、垂直な状態よりもやや内側に傾いた状態すなわち−Ｚ方向からやや＋Ｘ方向に角度を有した成分ＳＳ１を−Ｘ側に位置する画像であると認識することになる。また、投射光学系１２が矢印ＢＢ１の方向（＋Ｘ方向）に動かされることで、中央付近以外の成分についても同様に、やや外側に傾いて光入射面ＩＳに入射し、やや内側に傾いて光射出面ＯＳから射出されることになる。従って、以上の場合、図６（Ｂ）に示すように、装着者は、画像全体が矢印ＣＣ１の方向に移動したものと捉える。
【００６６】
逆に、投射光学系１２が矢印ＢＢ２の方向（−Ｘ方向）に動かされることで、投射光学系１２から射出される画像光のうち、中央付近において光入射面ＩＳに対して略垂直な方向を主光線の方向とする成分ＳＳは、図中一点鎖線で示すようにやや内側に傾いた方向を主光線の成分ＳＳ２とすることになり、当該成分ＳＳ２は、導光装置２０からの射出される際に、光射出面ＯＳに対して垂直な状態よりもやや外側に傾いた状態となる。中央付近以外の成分についても同様であり、結果として、図６（Ｂ）に示すように、装着者は、画像全体が矢印ＣＣ２の方向に移動したものと捉える。
【００６７】
なお、詳細な説明及び図示を省略するが、上下方向すなわちＹ方向の移動についても同様に調整される。この場合も投射光学系１２の移動方向は、第１実施形態での液晶表示デバイス３２の移動の場合とは逆方向になる。
【００６８】
本実施形態の場合、画面位置調整機構である演算処理装置７０及びデバイス位置駆動装置８０によって、姿勢情報検出部６０の検出結果に基づいて、導光装置２０の光入射面ＩＳに平行な面内で、投射光学系１２を導光装置２０に対して相対的に並進移動させ、装着者の動きとは逆に映像が動くように画面の位置を変化させるように制御することができる。
【００６９】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態等に係る虚像表示装置の変形例であり、画面位置調整機構を除いて、第１実施形態等に係る虚像表示装置と同様であるため、全体の図示及び説明を省略する。
【００７０】
図７（Ａ）は、第１実施形態の図４（Ａ）に対応する図であり、７（Ｂ）及び７（Ｃ）は、４（Ｂ）に対応する図であり、本実施形態に係る虚像表示装置において画面位置調整機構について説明するためのものである。
【００７１】
本実施形態の虚像表示装置では、液晶表示デバイス３２の動作を制御する駆動制御部３４が、演算処理装置７０に接続されている。駆動制御部３４は、通常の画像信号だけでなく、演算処理装置７０からの制御信号に基づいて、液晶表示デバイス３２内での変調動作を制御する。つまり、演算処理装置７０と駆動制御部３４とは、姿勢情報検出部６０に基づいて画面の位置調整を行う画面位置調整機構として機能する変調制御機構である。
【００７２】
以下、演算処理装置７０及び駆動制御部３４による画面位置調整の具体的な動作について説明する。姿勢情報検出部６０において装着者が姿勢を左右のいずれかについて変化したことが検出されると、演算処理装置７０によって算出された制御信号に従って、駆動制御部３４において表示すべき画像の表示位置をシフトさせる。例えば姿勢情報検出部６０において矢印ＡＡ１に示す＋Ｘ方向について動いたことが検出されると、演算処理装置７０及び駆動制御部３４は、図７（Ｂ）に示すように、画像全体をシフトして、画面ＧＩ内において、矢印ＣＣ１に示す−Ｘ方向に移動させた画像を形成させる。例えば画面ＧＩ内において、中央付近を占めている画像ＳＦを−Ｘ方向に移動させて画像ＳＦ１を形成する。また、姿勢情報検出部６０において矢印ＡＡ２に示す−Ｘ方向について動いたことが検出されると、演算処理装置７０及び駆動制御部３４は、図７（Ｃ）に示すように、画像ＳＦを＋Ｘ方向に移動させて画像ＳＦ２を形成する。
【００７３】
なお、詳細な説明及び図示を省略するが、駆動制御部３４での変調動作により、上下方向すなわちＹ方向の移動についても同様に調整される。
【００７４】
本実施形態の場合、画面位置調整機構である演算処理装置７０及び駆動制御部３４によって、姿勢情報検出部６０の検出結果に基づいて、変調動作を制御して、装着者の動きとは逆に映像が動くように画面の位置を変化させるように制御することができる。なお、上記他の実施形態と比較すると、第１及び第２実施形態では、画像全体の投影位置を変化させることで、画像の画面位置を変化させているのに対して、本実施形態では、以上のように、液晶表示デバイス３２側において、予め画像の位置を調整しておくことで、虚像として映し出される画像の画面位置を変化させている。
【００７５】
〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態等に係る虚像表示装置の変形例であり、画面位置調整機構を除いて、第１実施形態等に係る虚像表示装置と同様であるため、全体の図示及び説明を省略する。
【００７６】
図８（Ａ）は、第１実施形態の図４（Ａ）に対応する図であり、本実施形態に係る虚像表示装置において画面位置調整機構を構成する回転駆動装置４８０について説明するためのものである。
【００７７】
回転駆動装置４８０は、演算処理装置７０からの駆動信号に基づいて、投射光学系１２等を移動させる。
【００７８】
以上のように、演算処理装置７０と回転駆動装置４８０とは、姿勢情報検出部６０に基づいて画面の位置調整を行う画面位置調整機構として機能する移動制御機構である。
【００７９】
ここで、画像光を形成する液晶表示デバイス３２と投射光学系１２とは、枠体９０に取り付けられ、一体的に位置決め固定されている。回転駆動装置４８０は、この枠体９０ごと液晶表示デバイス３２及び投射光学系１２を回転可能に駆動制御することで、投射光学系１２から射出される画像光の導光装置２０に対する入射方向を調整可能としている。ここでは、第１反射面２１ａの中心を通り、光学系全体の基準面であるＸＺ面に対して垂直な回転軸ＡＡを中心として、液晶表示デバイス３２及び投射光学系１２を回転可能とている。言い換えると、回転駆動装置４８０は、液晶表示デバイス３２及び投射光学系１２をＸＺ面内において回転させることで、第１光軸ＡＸ１の方向を調整可能としている。
【００８０】
以下、回転駆動装置４８０等による画面位置調整の具体的な動作について説明する。姿勢情報検出部６０において、装着者の姿勢が変化したことが検出されると、演算処理装置７０によって算出された駆動信号に従って、図８（Ｂ）に示すように、回転駆動装置４８０は、回転軸ＡＡを中心軸として、枠体９０に収納された液晶表示デバイス３２及び投射光学系１２を一体的に回転移動させる。これにより、主光線の方向を変化させ、表示される画面位置を移動させることができる。
【００８１】
本実施形態の場合、画面位置調整機構である演算処理装置７０及び回転駆動装置４８０によって、姿勢情報検出部６０の検出結果に基づいて、投射光学系１２を導光装置２０の光入射面ＩＳに対する画像光の入射角度を調整して、装着者の動きとは逆に映像が動くように画面の位置を変化させるように制御することができる。
【００８２】
なお、上記では、回転駆動装置４８０による回転移動の回転中心を回転軸ＡＡとしているが、これは一例であり、これ以外の位置に回転軸を設定することも可能である。
【００８３】
また、詳細な説明及び図示を省略するが、回転駆動装置４８０において、回転中心の軸方向を変えることで、上下方向すなわちＹ方向の移動についても同様に調整される。
【００８４】
〔第５実施形態〕
以下、第５実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態に係る虚像表示装置は、第４実施形態に係る虚像表示装置の変形例であり、回転駆動装置によって回転させる対象を除いて、第４実施形態に係る虚像表示装置と同様であるため、全体の図示及び説明を省略する。
【００８５】
図９（Ａ）は、第４実施形態の図８（Ａ）に対応する図であり、本実施形態に係る虚像表示装置において画面位置調整機構を構成する回転駆動装置５８０について説明するためのものである。
【００８６】
回転駆動装置５８０は、演算処理装置７０からの駆動信号に基づいて、投射光学系１２等を移動させる。
【００８７】
以上のように、演算処理装置７０と回転駆動装置５８０とは、姿勢情報検出部５６０に基づいて画面の位置調整を行う画面位置調整機構として機能する移動制御機構である。
【００８８】
ここで、枠体５９０は、液晶表示デバイス３２、投射光学系１２及び導光装置２０等の画像を形成する光学系の全体について一纏めに位置決め固定する取付け部材である。回転駆動装置５８０は、この枠体５９０を回転可能に駆動制御することで、装着者の眼ＥＹに向けて射出される射出光の方向を調整可能としている。ここでは、光学系全体の基準面であるＸＺ面に対して垂直な回転軸ＢＢを中心として、光学系全体を一体的に回転可能とている。なお、姿勢情報検出部５６０は、回転駆動装置５８０による回転動作による影響を受けないように、枠体５９０とは別体で固定部材ＦＰに取り付けられている。なお、図示において回転軸ＢＢの位置は一例であり、他の位置に設けることも可能である。
【００８９】
以下、回転駆動装置５８０等による画面位置調整の具体的な動作について説明する。姿勢情報検出部５６０において、装着者の姿勢が変化したことが検出されると、演算処理装置７０によって算出された駆動信号に従って、図９（Ｂ）に示すように、回転駆動装置５８０は、回転軸ＢＢを中心軸として、枠体５９０に収納された液晶表示デバイス３２及び投射光学系１２等を一体的に回転移動させる。これにより、射出光の方向を変化させ、表示される画面位置を移動させることができる。
【００９０】
本実施形態の場合、画面位置調整機構である演算処理装置７０及び回転駆動装置５８０によって、姿勢情報検出部５６０の検出結果に基づいて、投射光学系１２を導光装置２０の光入射面ＩＳに対する画像光の入射角度を調整して、装着者の動きとは逆に映像が動くように画面の位置を変化させるように制御することができる。
【００９１】
〔第６実施形態〕
以下、第６実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態に係る虚像表示装置は、第４実施形態等に係る虚像表示装置の変形例であり、回転駆動装置によって回転させる対象を除いて、第４実施形態等に係る虚像表示装置と同様であるため、全体の図示及び説明を省略する。
【００９２】
図１０（Ａ）は、第４実施形態の図８（Ａ）に対応する図であり、本実施形態に係る虚像表示装置において画面位置調整機構を構成する回転駆動装置６８０について説明するためのものである。
【００９３】
回転駆動装置６８０は、演算処理装置７０からの駆動信号に基づいて、導光装置２０等を移動させる。
【００９４】
以上のように、演算処理装置７０と回転駆動装置６８０とは、姿勢情報検出部６６０に基づいて画面の位置調整を行う画面位置調整機構として機能する移動制御機構である。
【００９５】
ここで、枠体６９０は、導光装置２０等の被照射側の部材を位置決め固定する取付け部材である。回転駆動装置６８０は、この枠体６９０を回転可能に駆動制御することで、装着者の眼ＥＹに向けて射出される射出光の方向を調整可能としている。ここでは、光学系全体の基準面であるＸＺ面に対して垂直な回転軸ＢＢを中心として、導光装置２０等の被照射側の部材を一体的に回転可能とている。なお、姿勢情報検出部６６０は、回転駆動装置６８０による回転動作による影響を受けないように、枠体６９０とは別体で固定部材ＦＰに取り付けられている。
【００９６】
以下、回転駆動装置６８０等による画面位置調整の具体的な動作について説明する。姿勢情報検出部６６０において、装着者の姿勢が変化したことが検出されると、演算処理装置７０によって算出された駆動信号に従って、図１０（Ｂ）に示すように、回転駆動装置６８０は、回転軸ＢＢを中心軸として、枠体６９０に収納された導光装置２０等を一体的に回転移動させる。これにより、射出光の方向を変化させ、表示される画面位置を移動させることができる。ここで、各光束は、第１反射面２１ａでの反射後、第２及び第３反射面２１ｂ，２１ｃにおいて合計で奇数回反射された後に、第４反射面２１ｄに向かう。この場合、導光装置２０を傾けることで光入射面にＩＳにおいて傾いた方向から入射した光束は、その傾いた分の角度状態を第４反射面２１ｄへの入射においてもそのまま維持する。さらに、ここでは導光装置２０等を一体的に回転移動させているため、光射出面ＯＳも観察者の眼ＥＹに対して傾いた状態となっている。これらの結果として、光射出面ＯＳから射出される光束の角度は、導光装置２０の傾斜角が０度の時と比較して、導光装置２０を傾けた角度の２倍だけ傾いた角度となって眼ＥＹに向かうことになる。
【００９７】
本実施形態の場合、画面位置調整機構である演算処理装置７０及び回転駆動装置６８０によって、姿勢情報検出部６６０の検出結果に基づいて、導光装置２０等の被照射側の部材の姿勢を調整して、装着者の動きとは逆に映像が動くように画面の位置を変化させるように制御することができる。
【００９８】
〔第７実施形態〕
以下、第７実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態等に係る虚像表示装置の変形例であり、ＸＹ面内において液晶表示デバイス３２を回転させる回転駆動装置７８０を有することを除いて、第１実施形態等に係る虚像表示装置と同様であるため、全体の図示及び説明を省略する。
【００９９】
図１１（Ａ）は、第１実施形態の図４（Ａ）に対応する図であり、本実施形態に係る虚像表示装置において画面位置調整機構を構成する回転駆動装置７８０について説明するためのものである。また、図１１（Ｂ）は、虚像表示装置のうち、液晶表示デバイス３２を回転移動させる回転駆動装置７８０による補正動作を示している。
【０１００】
図１１（Ａ）に示す演算処理装置７０は、姿勢情報検出部６０からの姿勢の変化に関する情報として、ＸＹ面内での回転に関する情報を取得すると、これに応じた制御信号を回転駆動装置７８０に送信する。回転駆動装置７８０は、演算処理装置７０からの制御信号に応じて、図１１（Ｂ）に示すように、液晶表示デバイス３２をＸＹ面内で回転させる。
【０１０１】
以上のように、演算処理装置７０と回転駆動装置７８０とは、姿勢情報検出部６０に基づいて画面の位置調整を行う画面位置調整機構として機能する移動制御機構である。
【０１０２】
なお、本実施形態の回転駆動装置７８０は、上記他の実施形態の駆動装置に追加して設けることができる。例えば、デバイス位置駆動装置８０に加えて、回転駆動装置７８０を設ける構成とすることで、装着者による上下左右の首振り（揺れ）すなわち横方向及び縦方向の動きだけでなく、左右に首を傾げるような動きに対しても、画面移動を対応させ補正することができる。
【０１０３】
また、第３実施形態の駆動制御部３４による変調動作として、ＸＹ面内での回転方向に適用する画像処理を行うこともできる。
【０１０４】
〔第８実施形態〕
以下、図１２により、第８実施形態に係る虚像表示装置について説明する。ここでは、本実施形態に係る虚像表示装置２００のうち、第１表示装置２００Ａの構造の一例について説明することで、虚像表示装置２００の構造の一例を説明する。第１表示装置２００Ａは、信号光を形成するとともに当該信号光を走査光ＴＬとして射出するための光射出装置２１０と、光射出装置２１０からの走査光ＴＬを受けて画像光ＧＬを形成する被照射部材２２０とを備える。光射出装置２１０は、装着者の鼻ＮＳ周辺に配置され、信号光形成部２１１と、走査光学系２１２とを有し、被照射部材２２０は、光射出装置２１０の前方側（＋Ｚ側）において装着者の眼ＥＹの前方を覆うように配置されている。また、虚像表示装置２００は、姿勢情報検出部８６０と演算処理装置８７０とを有し、演算処理装置８７０は、光射出装置２１０に接続されている。
【０１０５】
被照射部材２２０は、走査光の照射を受ける被照射膜（半透過膜）である半透過反射膜と、半透過反射膜を支持固定する支持部材とを有している。つまり、被照射部材２２０は、ハーフミラーである。これにより、装着者の眼ＥＹには、虚像のみならず、外界からの光も入ることになり、虚像表示装置２００は、双方を重畳して観察可能にするシースルーの構成となっている。つまり、被照射部材２２０は、虚像形成部である。
【０１０６】
被照射部材２２０は、図示のように、装着者の眼ＥＹの前方であって光射出装置２１０よりも装着者に対して遠方側（＋Ｚ側）に位置するように配置されている。つまり、装着者の眼ＥＹと被照射部材２２０との間に光射出装置２１０が配置されている。
【０１０７】
被照射部材２２０は、装着者の眼ＥＹを前方から覆うのに十分な大きさを有しており、光射出装置２１０の走査光学系２１２から＋Ｚ方向に傾いて照射された走査光ＴＬを受け、これを反射することで虚像を形成し、装着者に認識させるものとなっている。なお、被照射部材２２０の形状は、虚像表示装置１００の外観すなわちフレームＦＬの形状に沿った形状を有している。
【０１０８】
以下、画像形成の動作について説明する。まず、光射出装置２１０のうち、信号光形成部２１１は、信号光を形成し、射出する信号光変調部である。射出された信号光は、スキャン部である走査光学系２１２に入射する。走査光学系２１２は、信号光を、走査光として被照射部材２２０に向けて射出する。被照射部材２２０において、信号光を走査光として走査させて入射させることで、画像光ＧＬによって虚像が形成され、この虚像を装着者が眼ＥＹで捉えることで、画像が認識される。
【０１０９】
本実施形態のような構成を有する虚像表示装置２００においても、上記各実施形態と同様に画面位置調整機構を備えることで、第１実施形態等の場合と同様に、装着者の動きとは逆に映像が動くように画面の位置を変化させるように制御することができる。本実施形態の場合、演算処理装置８７０及び演算処理装置８７０に接続された光射出装置２１０が画面位置調整機構として機能する。つまり、姿勢情報検出部８６０からの姿勢の変化に関する情報から演算処理装置８７０が算出した結果に基づいて、光射出装置２１０での操作を制御することで、形成される画面位置を調整することができる。
【０１１０】
なお、上記では、光源として、ダイオードレーザ光源又はＬＥＤ光源を用いるものとしているが、光源は、例えば有機ＥＬ等の上記以外のものであってもよい。
【０１１１】
〔その他〕
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１１２】
上記の補正動作すなわち調整動作については、常時行うものとしてもよいが、補正を行うか否かについて、装着者が選択できる選択モードが設定できるものとしてもよい。また、装着者の動きとして、ゆっくりとした動き等違和感を与えるほどの影響のない動きも存在する。従って、例えば姿勢情報検出部６０で検出される検出結果に対して、補正の制御を行うか否かを決定する閾値を設けておき、当該閾値以下の場合には、演算処理装置７０は、補正の動作を行わないものとすることも可能である。
【０１１３】
また、姿勢情報検出部６０には、種々の装置を用いることができ、例えばカメラを搭載して、当該カメラで撮像した映像から装着者の姿勢の変化に関する情報の検出を行うものとしてもよい。
【０１１４】
また、上記では、導光装置２０において、光射出部Ｂ３における画像の取出しを、一枚構成の反射面である第４反射面２１ｄで行うものとしているが、このようなタイプの虚像表示装置に限らず、例えば複数の反射面によって画像を取り出す角度変換部を有して、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて異なる角度で入射させた画像光を、異なる回数全反射させて取り出すタイプとしてもよい。上記各実施形態のうち、例えば第１，２実施形態のような装置を物理的に移動させる態様や第３実施形態の画像処理による態様や第５実施形態の光学系全体を移動させる態様において、複数の反射面によって画像を取り出す角度変換部を有するものが適用できる。このような角度変換部を有するものの一例として、例えば、角度変換部が第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂに対して傾斜し互いに平行に等間隔で配列される多数のハーフミラー層を有する構造のものが考えられる。この場合、画像光のうち最大の反射角で第１反射面２１ａに入射し、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて全反射される画像光の成分は、角度変換部のうち最も入口側（＋Ｘ側）での反射により角度が変換されて取り出され、最小の反射角で第１反射面２１ａに入射し、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて全反射される成分は、角度変換部のうち最も奥側（−Ｘ側）での反射により角度が変換されて取り出される。また、角度変換部を有するものの別の一例として、例えば、角度変換部が第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂに対して互いに異なる角度で傾斜する第１の反射面と、第２の反射面とを１組とする反射ユニットを、ストライプ状に多数配列させているものが考えられる。この場合、最大の反射角で入射した画像光の成分が最も奥側（−Ｘ側）で取り出され、最小の反射角で入射した画像光の成分が最も入口側（＋Ｘ側）で取り出される。また、この場合、１つの反射ユニットを経た画像光は、他の反射ユニットを経ることなく、角度変換部での１回だけの通過で所望の角度で取り出される。
【０１１５】
上記の説明では、第１実施形態等において、光入射部Ｂ１と導光部Ｂ２と光射出部Ｂ３とを備える導光装置２０を用いたが、光入射部Ｂ１や光射出部Ｂ３において、平面ミラーを用いる必要はなく、球面又は非球面の曲面ミラーによってレンズ的な機能を持たせることもできる。さらに、図１３に示すように、光入射部Ｂ１として、導光部Ｂ２から分離したプリズム又はブロック状のリレー部材１１２５を用いることができ、このリレー部材１１２５の入射出射面や反射内面にレンズ的な機能を持たせることもできる。なお、導光部Ｂ２を構成する導光体には、画像光ＧＬを反射によって伝搬させる第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂが設けられているが、これらの反射面２１ａ，２１ｂは、互いに平行である必要はなく、曲面とすることもできる。
【０１１６】
上記の説明では、虚像表示装置１００がヘッドマウントディスプレイであるとして具体的な説明を行ったが、虚像表示装置１００は、ヘッドアップディスプレイに改変することもできる。
【０１１７】
また、上記のような画面の動きに伴う違和感は、シースルーでない視界の遮られたタイプのヘッドマウントディスプレイにおいても生じるものであり、各実施形態に示した姿勢情報検出部や画面位置調整機構をシースルーでないタイプのヘッドマウントディスプレイに適用するものとしてもよい。
【０１１８】
上記実施形態の虚像表示装置１００では、右眼及び左眼の双方に対応して、一組ずつ表示装置を設ける構成としているが、右眼又は左眼のいずれか一方に対してのみ例えば画像形成装置１０と導光装置２０とを設け画像を片眼視する構成にしてもよい。
【０１１９】
また、右眼及び左眼の双方に表示装置を設ける構成とする場合、３Ｄ画像の観察において、双方の眼の位置について輻輳角や両眼視差を考慮して適した状態に位置調整できる。
【０１２０】
上記実施形態では、光入射面ＩＳを通る第１光軸ＡＸ１と光入射面ＩＳを通る第２光軸ＡＸ２とが平行であるとしたが、これらの光軸ＡＸ１，ＡＸ２を非平行とすることもできる。
【０１２１】
上記実施形態では、導光部材２１の第４反射面２１ｄに設けたハーフミラー層２８の反射率を５０％以下としてシースルーを優先しているが、ハーフミラー層２８の反射率を５０％以上として画像光を優先することもできる。
【０１２２】
また、上記の実施形態では、虚像形成部ＩＰのうち導光装置２０が装着者の眼ＥＹの前全体を覆うような構成となっているが、これに限らず、例えば図１４に示す虚像表示装置３００のように、第１表示装置３００Ａにおいて、眼ＥＹの位置に合わせて設置される虚像形成部ＩＰのうち導光装置３２０が眼ＥＹの一部のみを覆っている、すなわち眼前の一部を覆い、覆わない部分も存在する小型の構成としてもよい。この場合、導光装置３２０を十分小さくすることで、導光装置３２０をシースルーとしなくても、装着者が導光装置３２０の周囲から外界を観察できる。なお、このような導光装置３２０の具体的構成については、例えば特開２０１０−２２４４７３号公報等に詳細な記載があるように、光射出面側に接眼レンズ（不図示）を有するものが考えられる。
【符号の説明】
【０１２３】
１０…画像形成装置、  １１…画像表示装置、  １２…投射光学系、  ２０…導光装置、  ２１…導光部材、  ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ…第１−第４反射面、  ２３…光透過部材、  ２３ｓ…本体部分、  ２３ａ…第１面、  ２３ｂ…第２面、  ２５…ミラー層、  ２８…ハーフミラー層、  ３１…照明装置、  ３２…液晶表示デバイス、  ３４…駆動制御部（変調制御機構）、  ６０，５６０，６６０，８６０…姿勢情報検出部、  ７０，８７０…演算処理装置（画面位置調整機構）、  ８０…デバイス位置駆動装置（画面位置調整機構、移動制御機構）、  ２８０…光学系位置駆動装置（画面位置調整機構、移動制御機構）、  ４８０，５８０，６８０，７８０…回転駆動装置（画面位置調整機構、移動制御機構）、  ９０，５９０，６９０…枠体、  １００，２００，３００…虚像表示装置、  １００Ａ…表示装置、  ２１０…光射出装置、  ２１１…信号光形成部（信号光変調部）、  ２１２…走査光学系、  ＩＰ…虚像形成部、  ＡＸ，ＡＸ１，ＡＸ２…光軸、  Ｂ１…光入射部、  Ｂ２…導光部、  Ｂ３…光射出部、  Ｂ４…透視部、  ＥＹ…眼、  ＧＬ，ＧＬ１，ＧＬ２…画像光、  ＯＬ…外界光、  ＩＳ…光入射面、  ＯＳ…光射出面、  ＳＬ…照明光
【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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【図１３】
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【図１４】
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