(57)【要約】  ビーム走査型表示装置（１０）は、ユーザの網膜にビームを走査して画像を表示するものであって、画像を構成する各画素を描画するビームを出力する光源（１０１）、及び光源（１０１）からのビームを２次元方向に走査させる走査部（１０３）を収納する筐体（１１）と、走査部（１０３）で走査されたビームを筐体（１１）が装着されたユーザの眼の網膜に向かう方向へ偏向する偏向部（１０４）を有し、筐体（１１）とは別体のコンタクトレンズ（１２）とを備える。
2009066446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの網膜にビームを走査して画像を表示するビーム走査型表示装置であって、
画像を構成する各画素を描画するビームを出力する光源、及び前記光源からのビームを２次元方向に走査させる走査部を収納する筐体と、
前記走査部で走査されたビームを、前記筐体を装着するユーザの眼の網膜に向かう方向へ偏向する偏向部を有する、前記筐体とは別体のコンタクトレンズとを備える
ビーム走査型表示装置。
【請求項２】
前記偏向部は、前記コンタクトレンズの表面に形成されるホログラムである
請求項１に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項３】
前記ホログラムは、
第１の方向から入射したビームを前記網膜に向かう方向へ偏向する第１の干渉縞と、
前記第１の方向と異なる第２の方向から入射したビームを前記網膜に向かう方向へ偏向する第２の干渉縞とを有する
請求項２に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の方向は、前記コンタクトレンズが眼球の表面に沿って所定の角度だけ自転した前後における、前記走査部から前記ホログラムに向かう方向である
請求項３に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の方向は、前記コンタクトレンズが眼球中心を中心として所定の角度だけ公転した前後における、前記走査部から前記ホログラムに向かう方向である
請求項３に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項６】
前記コンタクトレンズは、眼球の表面に沿って自転することを抑制する自転抑制部を有する
請求項１に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項７】
前記自転抑制部は、前記コンタクトレンズの一部であり、他の部分と密度が異なる
請求項６に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項８】
さらに、
前記光源から出力されたビームの前記コンタクトレンズからの反射光を検出する光検出部と、
前記光検出部の検出結果に基づいて、前記走査部と前記偏向部との相対位置の変化を検出する相対位置検出部と、
前記相対位置検出部の検出結果に基づいて、前記偏向部に入射するビームが網膜に向かう方向に入射するように、前記走査部の走査角を制御する走査角制御部とを備える
請求項１に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項９】
前記コンタクトレンズは、反射特性が他の部分と異なる特徴点を有し、
前記光検出部は、前記特徴点からの反射光を検出し、
前記相対位置検出部は、予め定めた前記特徴点の基準位置と、前記光検出部によって検出された前記特徴点の位置との差分によって、前記走査部と前記偏向部との相対位置の変化を検出する
請求項８に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項１０】
前記特徴点は、前記コンタクトレンズの頂上部より前記走査部に近い位置に配置される
請求項９に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項１１】
前記走査部は、前記偏向部よりもユーザにとって前方に配置される
請求項１に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項１２】
前記走査部は、前記偏向部よりもユーザにとって下方に配置される
請求項１に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項１３】
前記走査部は、ユーザ頭部の左右方向で、耳と前記偏向部との間の位置に配置される
請求項１に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項１４】
前記筐体は、ユーザの側頭部によってのみ支持される
請求項１に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項１５】
前記筐体は、
ユーザの側頭部との接触位置より前方に位置する第１の部分と、
前記接触位置より後方に位置し、前記接触位置まわりのモーメントが前記第１の部分と実質的に釣り合う第２の部分とで構成される
請求項１４に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項１６】
前記接触位置は、ユーザの耳の付け根であり、
前記第２の部分には、該ビーム走査型表示装置を駆動する電池が配置されている
請求項１５に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項１７】
光源及び走査部を有する筐体と、偏向部を有し、前記筐体とは別体のコンタクトレンズとを備えるビーム走査型表示装置で画像を表示する表示方法であって、
前記光源から画像を構成する各画素を描画するビームを出力するビーム出力ステップと、
前記ビーム出力ステップで出力されたビームを２次元方向に走査させる走査ステップと、
前記走査ステップで走査されたビームを前記偏向部でユーザの眼の網膜に向かう方向へ偏向する偏向ステップと、
前記ビーム出力ステップで出力されたビームの前記コンタクトレンズからの反射光を検出する光検出ステップと、
前記光検出ステップでの検出結果に基づいて、前記走査部と前記偏向部との相対位置の変化を検出する相対位置検出ステップと、
前記相対位置検出ステップでの検出結果に基づいて、前記偏向部に入射するビームが網膜に向かう方向に入射するように、前記走査部の走査角を制御する走査角制御ステップとを含む
表示方法。
【請求項１８】
請求項１に記載のビーム走査型表示装置を搭載した自動車であって、
前記コンタクトレンズを装着したドライバーが着席する運転席と、
ドライバーが装着した前記コンタクトレンズに対してビームを走査可能な位置に、前記筐体を保持する筐体保持部とを備える
自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等の表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等の表示装置において、レーザ光を２次元走査して、眼の網膜に直描する方式（以下、レーザ走査方式、と記す）がある。（例えば、特許文献１参照）。レーザ走査方式の表示装置は、網膜走査ディスプレイ（Ｒｅｔｉｎａｌ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｄｉｓｐｌａｙ：ＲＳＤ）、網膜照射ディスプレイ、網膜直描ディスプレイ、レーザ走査ディスプレイ、直視型表示装置、仮想網膜ディスプレイ（Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｒｅｔｉｎａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ：ＶＲＤ）、などとも呼ばれている。【０００３】
また、レーザ走査方式で、メガネ型のＨＭＤとする方式も提案されている（例えば、特許文献２参照）。【０００４】
また、ＨＭＤともレーザ走査方式とも異なるが、表示装置をコンタクトレンズのように眼に装着する方式も提案されている（例えば、特許文献３参照）。【０００５】
また、視線検出方法としては、赤外光を眼に照射し、その反射光を用いて視線検出する方式（例えば特許文献４）や、走査したレーザ光の眼からの反射光を用いて視線検出する方式（例えば特許文献５）がある。
【特許文献１】特許第２９３２６３６号公報
【特許文献２】特開２００５−７０６７１号公報
【特許文献３】特開２００５−３１１８２３号公報
【特許文献４】特許第２９９５８７６号公報
【特許文献５】特許第３４２５８１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
メガネが嫌いでコンタクトレンズを使用しているユーザなど、メガネを常用していないユーザにとって、眼鏡型のＨＭＤは、装着性に関して課題が生じる場合がある。例えば、メガネをしている容姿が嫌いである課題や、メガネを外した際に、装着した跡が鼻などに残る課題や、メガネの装着によって鼻などの接触部分の化粧が崩れる課題などがある。これらメガネに関する装着性の課題は、メガネ型ＨＭＤにおいても同様に課題となる。【０００７】
また、前記特許文献３では、コンタクトレンズ型表示装置を提案し、これによってメガネの装着性の課題を回避している。しかし特許文献３の方式では、コンタクトレンズ部が光源や光導波路や伝播光放出部の２次元配列などを含む方式であり、小型化や透過性確保や電源供給など実現には多くの課題が残されている。【０００８】
本発明は前記課題を解決するもので、レーザ走査方式のディスプレイで、装着性の課題を解決するレーザ走査型表示装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明のビーム走査型表示装置は、ユーザの網膜にビームを走査して画像を表示するものであって、画像を構成する各画素を描画するビームを出力する光源、及び前記光源からのビームを２次元方向に走査させる走査部を収納する筐体と、前記走査部で走査されたビームを、前記筐体を装着するユーザの眼の網膜に向かう方向へ偏向する偏向部を有し、前記筐体とは別体のコンタクトレンズとを備える。本構成のように、筐体とコンタクトレンズとを別体としたことによって、メガネ型ＨＭＤでの装着性に関する課題が解決され、メガネによって容姿が変わることを回避できる効果がある。【００１０】
また、前記偏向部は、前記コンタクトレンズの表面に形成されるホログラムであってもよい。本構成によって、偏向部を薄くできる結果、コンタクトレンズの装着性が向上する。また、回折の角度選択性を活用することで、走査部と偏向部との相対位置関係が変化して、偏向部へのビーム入射角が変化した場合でも、網膜に映像を表示させられる効果がある。さらに、回折の周波数選択性を活用することで、レーザ色とその他の色で異なる回折角とできるので、表示を見ながら外の光景も見える透過型（シースルー）の表示装置とできる効果がある。【００１１】
また、前記ホログラムは、第１の方向から入射したビームを前記網膜に向かう方向へ偏向する第１の干渉縞と、前記第１の方向と異なる第２の方向から入射したビームを前記網膜に向かう方向へ偏向する第２の干渉縞とを有してもよい。【００１２】
一実施形態として、前記第１及び第２の方向は、前記コンタクトレンズが眼球の表面に沿って所定の角度だけ自転した前後における、前記走査部から前記ホログラムに向かう方向である。本構成によって、コンタクトレンズが眼に装着中に回転しても、走査部からのビームを網膜の方向へ偏向できるので、映像が見えなくなる状況を軽減できる効果がある。【００１３】
他の実施形態として、前記第１及び第２の方向は、前記コンタクトレンズが眼球中心を中心として所定の角度だけ公転した前後における、前記走査部から前記ホログラムに向かう方向である。本構成によって、コンタクトレンズが眼球回転に伴って移動しても、走査部からのビームを偏向部が網膜に向かう方向へ偏向でき、映像が見える効果がある。【００１４】
また、前記コンタクトレンズは、眼球の表面に沿って自転することを抑制する自転抑制部を有してもよい。本構成によって、コンタクトレンズが眼に装着中に回転しにくくなるので、回転によって映像が見えなくなる状況を軽減できる効果を持つ。【００１５】
また、前記自転抑制部は、前記コンタクトレンズの一部であり、他の部分と密度が異なってもよい。本構成によって、コンタクトレンズに容易に回転抑制特性を持たせられるので、安価で迅速に、回転によって映像が見えなくなる状況を軽減できる効果を持つ。【００１６】
また、本発明のビーム走査型表示装置は、さらに、前記光源から出力されたビームの前記コンタクトレンズからの反射光を検出する光検出部と、前記光検出部の検出結果に基づいて、前記走査部と前記偏向部との相対位置の変化を検出する相対位置検出部と、前記相対位置検出部の検出結果に基づいて、前記偏向部に入射するビームが網膜に向かう方向に入射するように、前記走査部の走査角を制御する走査角制御部とを備える。本構成によって、コンタクトレンズからの反射光を用いてコンタクトレンズとの位置を検出しやすくなる結果、位置変化に伴う表示映像の、画質や位置ずれなどの劣化を軽減できる効果がある。【００１７】
また、前記コンタクトレンズは、反射特性が他の部分と異なる特徴点を有する。前記光検出部は、前記特徴点からの反射光を検出する。そして、前記相対位置検出部は、予め定めた前記特徴点の基準位置と、前記光検出部によって検出された前記特徴点の位置との差分によって、前記走査部と前記偏向部との相対位置の変化を検出してもよい。本構成によって、走査部とコンタクトレンズとの位置関係を検出しやすくなる結果、位置変化に伴う表示映像の、画質や位置ずれなどの劣化を軽減できる効果がある。【００１８】
また、前記特徴点は、前記コンタクトレンズの頂上部より前記走査部に近い位置に配置されてもよい。これにより、光検出部が特徴点の位置を確実に検出することができる。【００１９】
また、前記走査部は、前記偏向部よりもユーザにとって前方に配置されてもよい。本構成によって、偏向部へのビーム入射角を減少させられる結果、ホログラムの回折効率が向上し、より高画質、大画面な表示とできる効果がある。また、ビームが皮膚などによって遮られる状況が軽減できる結果、映像が見えなくなる状況を減らせる効果がある。【００２０】
また、前記走査部は、前記偏向部よりもユーザにとって下方に配置されてもよい。本構成によって、上瞼によってビームが遮られる状況が軽減できる結果、映像が見えなくなる状況を減らせる効果がある。また、眼と同等の位置にあるものを見る場合に、走査部が視線を遮ることを軽減できる結果、ユーザが他人の顔や眼を見る際に表示装置が視線を遮ることを避けられる効果がある。同様に、他人にユーザの顔を見せる際に、表示装置に遮られることなくユーザの眼を見せられる効果がある。【００２１】
また、前記走査部は、ユーザ頭部の左右方向で、耳と前記偏向部との間の位置に配置されてもよい。本構成によって、左眼用走査部を左眼より左に配置することで、ユーザが正面を向いている際にユーザの中心視野を遮ることを軽減できる効果がある。右眼用走査部を右眼より右に配置した場合も同様の効果がある。また、左眼用走査部を左耳より右に配置することで、走査部と偏向部との距離を短縮できる結果、走査部での必要ビーム径を縮小できる場合があり、走査部の走査ミラーを小型化できる効果がある。また、同じ走査ミラーサイズの場合は、距離を短縮できると、より太いビーム径を走査できるようになる結果、ビームを網膜上で絞ったサイズを縮小できるので、より高解像度な表示を行える効果もある。右眼用走査部を右耳より左に配置しても同様の効果がある。【００２２】
また、前記筐体は、ユーザの側頭部によってのみ支持されてもよい。本構成によって、表示装置がメガネ型ではなくなるので、メガネの装着性に関する課題が解決され、メガネを外した際に、装着した跡が鼻などに残らなくなる効果や、装着によって鼻などの接触部分の化粧が崩れることがなくなる効果がある。【００２３】
また、前記筐体は、ユーザの側頭部との接触位置より前方に位置する第１の部分と、前記接触位置より後方に位置し、前記接触位置まわりのモーメントが前記第１の部分と実質的に釣り合う第２の部分とで構成されてもよい。本構成によって、筐体の重心位置が、耳付近の側頭部接触位置の周辺位置となるため、装着ずれを軽減でき、装着ズレに伴う画質劣化を減少できる効果がある。また、接触部付近に重心があることで、ユーザが感じる重量を軽減できる効果もある。【００２４】
また、前記接触位置は、ユーザの耳の付け根である。そして、前記第２の部分には、該ビーム走査型表示装置を駆動する電池が配置されてもよい。本構成によって、充電池を含む筐体の重心位置が、耳付近の側頭部接触位置の周辺位置となるため、装着ずれを軽減でき、装着ズレに伴う画質劣化を減少できる効果がある。また、接触部付近に重心があることで、ユーザが感じる重量を軽減できる効果もある。【００２５】
本発明に係る表示方法は、光源及び走査部を有する筐体と、偏向部を有し、前記筐体とは別体のコンタクトレンズとを備えるビーム走査型表示装置で画像を表示する表示方法であって、前記光源から画像を構成する各画素を描画するビームを出力するビーム出力ステップと、前記ビーム出力ステップで出力されたビームを２次元方向に走査させる走査ステップと、前記走査ステップで走査されたビームを前記偏向部でユーザの眼の網膜に向かう方向へ偏向する偏向ステップと、前記ビーム出力ステップで出力されたビームの前記コンタクトレンズからの反射光を検出する光検出ステップと、前記光検出ステップでの検出結果に基づいて、前記走査部と前記偏向部との相対位置の変化を検出する相対位置検出ステップと、前記相対位置検出ステップでの検出結果に基づいて、前記偏向部に入射するビームが網膜に向かう方向に入射するように、前記走査部の走査角を制御する走査角制御ステップとを含む。【００２６】
なお、本発明は、このようなビーム走査型表示装置として実現できるだけでなく、ビーム走査型表示装置の機能を実現する集積回路として実現したり、そのような機能をコンピュータに実行させるプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。また、本発明は、このような表示装置の機能を実現する集積回路として実現したりもできる。【００２７】
この発明に係る自動車は、請求項１に記載のビーム走査型表示装置を搭載しており、具体的には、前記コンタクトレンズを装着したドライバーが着席する運転席と、ドライバーが装着した前記コンタクトレンズに対してビームを走査可能な位置に、前記筐体を保持する筐体保持部とを備える。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、光源等を収納する筐体と、偏向部を備えるコンタクトレンズとを別体としたので、装着性の向上したレーザ走査型表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係るビーム走査型表示装置の平面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係るビーム走査型表示装置の側面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係るビーム走査型表示装置の詳細構成図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１に係るビーム走査型表示装置の制御部の構成図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１に係る走査部と偏向部の位置関係の一例を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１に係る走査部と偏向部の位置関係の他の例を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態１に係る偏向部の一例を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態１に係る偏向部の他の例を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態１に係るビーム走査型表示装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態２に係るビーム走査型表示装置の構成図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態３に係るビーム走査型表示装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０                                  ビーム走査型表示装置
１１                                  筐体
１２                                  コンタクトレンズ
１０１                                光源
１０２                                波面形状変更部
１０３，１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ  走査部
１０４                                偏向部
１０５                                制御部
１０６                                ヘッドホン部
１０６Ａ                              スピーカー
１０６Ｂ                              バッテリー
２０１                                焦点距離水平成分変更部
２０２                                焦点距離垂直成分変更部
２１１                                赤色レーザ光源
２１２                                青色レーザ光源
２１３                                緑色レーザ光源
２１４                                光検出部
４０１                                自転抑制部
５０１                                中央処理部
５０１ａ                              相対位置検出部
５０１ｂ                              走査角制御部
５０２                                記憶部
５０３                                入出力制御部
５１０                                光源入出力制御部
５１１                                波面形状変更入出力制御部
５１２                                走査入出力制御部
５１３                                偏向入出力制御部
５１４                                ヘッドホン入出力制御部
５１５                                電源入出力制御部
５１６                                通信入出力制御部
５２０                                通信部
６０１Ａ，６０１Ｂ                    特徴点
１０００                              車
１００１                              運転席
１００２                              筐体保持部
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。【００３２】
（実施の形態１）
図１〜図４を参照して、本発明の実施の形態１に係るビーム走査型表示装置１０を説明する。なお、図１はビーム走査型表示装置１０の平面図、図２はビーム走査型表示装置１０の側面図、図３は図１の一部の詳細構成図、図４はビーム走査型表示装置１０の機能ブロック図である。【００３３】
まず、図１及び図２に示されるように、ビーム走査型表示装置１０は、ユーザの側頭部に固定される筐体１１と、ユーザの眼に装着されるコンタクトレンズ１２とを備え、ユーザの網膜にビームを走査して画像を表示する。なお、図１及び図２から明らかなように、筐体１１とコンタクトレンズ１２とは、それぞれ独立した部材（別体）である。【００３４】
筐体１１は、光源１０１と、波面形状変更部１０２と、走査部１０３と、制御部１０５と、ヘッドホン部１０６とを備える。なお、この実施形態におけるヘッドホン部１０６は、図２に示されるように、音声を出力するスピーカー１０６Ａと、ビーム走査型表示装置１０を駆動させるバッテリー１０６Ｂとを備える。一方、コンタクトレンズ１２の表面には、偏向部１０４が設けられている。【００３５】
光源１０１は、画像を構成する各画素を描画するビームを出力する。出力するビームは、図３に示すように、赤色レーザ光源２１１と、青色レーザ光源２１２と、緑色レーザ光源２１３から出力される各レーザ光を合波したレーザ光であり、各色レーザ光源２１１、２１２、２３１の出力を適切に変調することで、任意の色のレーザ光を出力できる。さらに、波面形状変更部１０２や走査部１０３などと連動させて変調することで、ユーザの眼の網膜上に映像を表示できる。【００３６】
なお、図３では、赤色レーザ光源２１１は赤色のレーザを出力する半導体レーザ光源であり、青色レーザ光源２１２は青色のレーザを出力する半導体レーザ光源である。一方、緑色レーザ光源２１３は、赤外線を出力する半導体レーザ光源と、赤外線を緑色に変換するＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ−Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：第２次高調波発生）素子とを組み合わせて構成されている。しかしながら、これに限ることなく、緑色レーザ光源２１３を緑色のレーザを出力する半導体レーザ光源としてもよいし、各光源を固体レーザ、液体レーザ、ガスレーザ、発光ダイオードとしてもよい。【００３７】
なお、図３では各レーザ光源２１１、２１２、２１３でレーザ光の変調を行っているが、各レーザ光源２１１、２１２、２１３から出力された光を変調する強度変調部を、各レーザ光源２１１、２１２、２１３と組み合わせて用いることで、レーザ光を変調してもよい。これにより、一定強度で出力するレーザ光源２１１、２１２、２１３でも、強度変調部と組み合わせることで、本発明に適用できる効果がある。【００３８】
なお、光源１０１は、さらに光検出部２１４を含んでもよい。光検出部２１４は、コンタクトレンズ１２からの反射光やユーザの眼の角膜からの反射光の強度を検出することで、コンタクトレンズ１２の位置やユーザの視線方向を検出できる。偏向部１０４により眼の方向へ偏向されたビームの多くは、角膜表面に対して斜めから入射するが、眼球に対して正面からのビームは、角膜表面に対して垂直に入射するために、ビームの反射率が比較的高くなる。そこで、反射光の強度検出によって視線方向を検出できる。コンタクトレンズ１２や視線方向の検出動作については、後述する動作説明で述べる。【００３９】
波面形状変更部１０２は、光源１０１からのビームの波面形状を変化させて、偏向部１０４で偏向されたビームのスポットサイズを所定の範囲内となるようにする。なお、ビームの「スポットサイズ」とは、ユーザの眼の網膜でのスポットサイズとして、以後説明するが、瞳孔でのスポットサイズ、角膜でのスポットサイズ、偏向部でのスポットサイズでもよい。網膜でのスポットサイズは、表示する画素サイズと同一である。また、「波面形状」とはビーム波面の３次元形状であり、平面、球面、非球面の形状を含む。【００４０】
波面形状変更部１０２は、図３に示されるように、焦点距離水平成分変更部２０１と、焦点距離垂直成分変更部２０２とを光路に直列に配置している。これによって、ビームの水平方向の曲率と垂直方向の曲率とを独立して変更できる。焦点距離水平成分変更部２０１は、シリンドリカルレンズとミラーとの距離を変更することで水平方向の曲率を変更している。焦点距離垂直成分変更部２０２は、焦点距離水平成分変更部２０１のシリンドリカルレンズに対して垂直に配置したシリンドリカルレンズを用いることで、垂直方向の曲率を変更している。また、焦点距離水平成分変更部２０１及び焦点距離垂直成分変更部２０２ともに、曲率の変更に伴い、ビームの直径も変更している。【００４１】
なお、水平方向の曲率を垂直方向よりも大きく変化させると、水平方向の変化に、より大きく対応できるので、画面の水平視野角を垂直視野角より大きくしたい場合や、側頭部に走査部１０３を配置する場合など、走査部１０３から偏向部１０４へのビームの水平入射角が垂直入射角よりも大きい場合に、特に有効となる。【００４２】
なお、図３では、波面形状を表す項目のなかで、水平方向の曲率と垂直方向の曲率とそれぞれの直径という波面形状の一部のみを変更しているが、他の項目として波面内での曲率の分布や、波面端の形状やサイズなどを変更する手段があってもよい。これにより、網膜に到達するビームの収差を補正したり、ビーム形状を変化させたりできる効果がある。【００４３】
なお、図３の波面形状変更部１０２では、シリンドリカルレンズとミラーを用いて波面形状を変更するが、他の手段として、液晶レンズや、液体レンズ等の可変形状レンズや、回折素子や、ＥＯ素子（電気−光変換素子）などを用いてもよい。【００４４】
走査部１０３は、波面形状変更部１０２からのビームを２次元走査する。走査部１０３は、角度を２次元的に変更できる単板小型ミラーであり、より具体的には、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーである。【００４５】
なお、走査部１０３は水平走査用と垂直走査用のように２種以上の走査部の組合せで実現してもよい。水平走査部と垂直走査部とに分割することにより、一方の振動が他方に影響しにくくなる効果や、走査部のしくみが単純にできるものがある。【００４６】
なお、走査部１０３はミラーを物理的に傾ける方法に限定されず、レンズを移動したり、回折素子を回転する方法や、液晶レンズや可変形状レンズや、ＡＯ素子（音響光学素子）やＥＯ素子（電気−光変換素子）などの偏向素子を用いる方法でもよい。【００４７】
偏向部１０４は、走査部１０３で走査されたビームの向きをユーザの眼に向かう方向へ偏向する。偏向部１０４では、コンタクトレンズ１２の表面に、例えばフォトポリマー層を形成し、フォトポリマー層にリップマン体積ホログラムを形成することによって、走査部１０３からのビームをユーザの眼の網膜に回折するように製作されている。【００４８】
フォトポリマー層には赤色、緑色、青色、それぞれの光源からの光を反射する３つのホログラムを多重に形成してもよいし、それぞれの色の光に対応した３層のホログラムを積層してもよい。また、ホログラムの波長選択性を用いることで、光源波長の光のみを回折させ、外界からの光のほとんどを占める光源波長以外の波長の光を回折させないように製作することで、透過型のディスプレイにできる。ホログラムの回折によってビームを偏向することで、偏向部１０４を薄くできる結果、コンタクトレンズ１２装着時の違和感を解消することができる。【００４９】
なお、コンタクトレンズ１２は、度数が０でもよい。また、偏向部１０４はホログラムなどの回折素子による偏向に限定されず、凹面鏡などのミラーや、凸レンズなどのレンズでもよい。【００５０】
制御部１０５は、ＨＭＤ各部を制御する集積回路を備える。制御部１０５は、図４に示されるように、中央処理部５０１、記憶部５０２、入出力制御部５０３、及び通信部５２０を備えてもよい。【００５１】
中央処理部５０１は、光検出部２１４が検出した反射光に基づいて、走査部１０３と偏向部１０４との相対位置の変化を検出する相対位置検出部５０１ａと、相対位置検出部５０１ａの検出結果に基づいて、偏向部１０４に入射するビームが網膜に向かう方向に入射するように、走査部１０３の走査角を制御する走査角制御部５０１ｂとを含む。【００５２】
記憶部５０２は制御部１０５で用いるデータを記憶する。【００５３】
入出力制御部５０３は、制御部１０５の制御対象となる光源１０１、波面形状変更部１０２、走査部１０３、偏向部１０４、ヘッドホン部１０６、バッテリー１０６Ｂ、及び通信部５２０などへの制御信号出力や制御対象からの信号入力を制御する。入出力制御部５０３は制御対象種別毎に、光源入出力制御部５１０、波面形状変更入出力制御部５１１、走査入出力制御部５１２、偏向入出力制御部５１３、ヘッドホン入出力制御部５１４、電源入出力制御部５１５、通信入出力制御部５１６から構成される。入出力制御部５０３で入出力に関連した処理を実行することで、中央処理部５０１の負荷を下げられる効果がある。中央処理部５０１は、記憶部５０２や入出力制御部５０３と信号を受け渡しして情報処理を実行する。具体的な制御の方法は、後述する動作説明で述べる。【００５４】
通信部５２０は、携帯電話等の周辺機器と無線接続して映像音声信号を受信する。これにより、ＨＭＤと周辺機器の接続がワイヤレスとなり、ＨＭＤの装着性を向上させられる効果がある。【００５５】
なお、図１に示すように、走査部１０３は、偏向部１０４よりもユーザにとって前方に配置されてもよい。これによって、偏向部１０４へのビーム入射角を減少させられる結果、ホログラムの回折効率が向上し、より高画質、大画面な表示にできる効果がある。また、ビームが皮膚などによって遮られる状況が軽減できる結果、映像が見えなくなる状況を減らせる効果がある。【００５６】
なお、図２に示すように、走査部１０３は、偏向部１０４よりもユーザにとって下方に配置されてもよい。これによって、上瞼によってビームが遮られる状況が軽減できる結果、映像が見えなくなる状況を減らせる効果がある。また、眼と同等の位置にあるものを見る場合に、走査部１０３が視線を遮ることを軽減できる結果、ユーザが他人の顔や眼を見る際にビーム走査型表示装置１０が視線を遮ることを避けられる効果がある。同様に、他人にユーザの顔を見せる際に、ビーム走査型表示装置１０に遮られることなくユーザの眼を見せられる効果がある。【００５７】
なお、図１に示すように、走査部１０３は、ユーザ頭部の左右方向で、耳と偏向部１０４との間の位置に配置してもよい。左眼用の走査部１０３を左眼より左に配置することで、ユーザが正面を向いている際にユーザの中心視野を遮ることを軽減できる効果がある。右眼用走査部を右眼より右に配置した場合も同様の効果がある。また、左眼用の走査部１０３を左耳より右に配置することで、走査部１０３と偏向部１０４との距離を短縮できる結果、走査部１０３での必要ビーム径を縮小できる場合があり、走査部１０３の走査ミラーを小型化できる効果がある。また、同じ走査ミラーサイズの場合は、距離を短縮できると、より太いビーム径を走査できるようになる結果、ビームを網膜上で絞ったサイズを縮小できるので、より高解像度な表示を行える効果もある。右眼用走査部を右耳より左に配置しても同様の効果がある。【００５８】
なお、図１に示すように、筐体１１は、ユーザの側頭部のみによって固定されるようにしてもよい。具体的には、耳の付け根の部分で筐体１１を支持するようにし、ユーザの鼻や額に筐体１１を接触させないようにしてもよい。これによって、ビーム走査型表示装置１０がメガネ型ではなくなるので、メガネの装着性に関する課題が解決され、メガネを外した際に、装着した跡が鼻などに残らなくなる効果や、装着によって鼻などの接触部分の化粧が崩れることがなくなる効果がある。【００５９】
なお、図２に示すように、筐体１１は、側頭部接触位置より前方の筐体前方部（第１の部分）と、側頭部接触位置より後方の筐体後方部（第２の部分）とで、側頭部接触位置まわりのモーメントが実質的に釣り合うように構成されている。図２では耳上方の側頭部を筐体１１との接触位置としている。これによって、筐体１１の重心位置が、耳付近の側頭部接触位置の周辺位置となるため、装着ずれを軽減でき、装着ズレに伴う画質劣化を減少できる効果がある。また、接触部付近に重心があることで、ユーザが感じる重量を軽減できる効果もある。【００６０】
ここで、図２から明らかなように、側頭部接触位置から筐体前方部の前端までの距離は、側頭部接触位置から筐体後方部の後端までの距離より長いので、両者のモーメントを釣り合わせるためには、筐体後方部を筐体前方部より重くしなければならない。そこで、筐体後方部に、構成要素の中で最も重いバッテリー１０６Ｂを配置すればよい。【００６１】
なお、走査部１０３を含む筐体１１は、図１のように頭部に接触する形態としてもよいし、ユーザ周辺の壁や柱や机や椅子や卓上電気スタンドなどに固定的に配置されていてもよいし、携帯電話端末などの持ち運び可能な端末に配置されていてもよい。【００６２】
なお、図１、図２、図３における偏向部１０４以外の各手段や各部は、１つの筐体１１に含まれていてもよいし、複数以上の筐体に含まれてもよい。例えば光源１０１が走査部１０３とは別の筐体に含まれていてもよいし、ヘッドホン部１０６がなくてもよい。また、各部が分散配置していてもよい。例えば、制御部１０５が走査部１０３や波面形状変更部１０２に一部含まれていてもよい。また、各部は、複数存在してもよい。例えば、左眼用と右眼用に走査部１０３が２つあってもよい。また、ユーザに装着された筐体１１の走査部１０３と、公的な空間に設置された走査部１０３から、同一の偏向部１０４へビームを走査してもよい。また、１つの走査部１０３から左眼用の偏向部１０４と右眼用の偏向部１０４の両方にビームを走査してもよい。複数の機器で各部を共有してもよい。例えば、光源１０１を２つの表示装置で共有してもよい。【００６３】
ここで、上記構成のビーム走査型表示装置１０は、走査部１０３を含む筐体１１と、偏向部１０４を含むコンタクトレンズ１２とを別体として構成している。その結果、コンタクトレンズ１２が動くことによって、走査部１０３と偏向部１０４との相対位置が変化してしまう。【００６４】
そこで、ホログラムによる回折の角度選択性を活用することで、走査部１０３と偏向部１０４との相対位置関係が変化して、偏向部１０４へのビーム入射角が変化した場合でも、網膜に映像を表示させられる。【００６５】
ホログラムは、コンタクトレンズ１２の表面にフォトポリマー層を形成し、物体光と参照光とで露光させることによって形成することができる。このとき、物体光と参照光との組み合わせを複数種類用意し、フォトポリマー層に多重露光することにより、角度選択性を得ることができる。つまり、多重露光によって、第１の方向から入射したビームを網膜に向かう方向に偏向する第１の干渉縞と、第１の方向と異なる第２の方向から入射したビームを網膜に向かう方向に偏向する第２の干渉縞とを形成することにより、ホログラムに角度選択性を付与することができる。【００６６】
図５は、コンタクトレンズ１２が眼球の表面に沿って所定の角度だけ自転した前後における、走査部１０３と偏向部１０４との相対位置を示す図である。なお、図５では、走査部１０３の位置を変更しているが、実際には偏向部１０４が自転することによって、両者の相対位置が変化している。【００６７】
図５に示す走査部１０３Ａは、ユーザがビーム走査型表示装置１０を装着した時点における偏向部１０４との相対位置を示している。このとき、左斜め前方（第１の方向）の走査部１０３Ａから偏向部１０４に対して入射されたビームは、第１の干渉縞によって網膜に向かう方向に偏向される。【００６８】
一方、走査部１０３Ｂは、コンタクトレンズ１２が、その頂上部における法線を回転軸として、眼球の表面に沿って１８０°自転した時点における、走査部１０３と偏向部１０４との相対位置を示している。このとき、右斜め前方（第２の方向）の走査部１０３Ｂから偏向部１０４に対して入射されたビームは、第２の干渉縞によって網膜に向かう方向に偏向される。【００６９】
第１及び第２の干渉縞をこのように構成することで、コンタクトレンズ１２が眼の中で回転した場合でも、画像を表示し続けることができる。なお、上記の説明では、単純化するために２種類の干渉縞を形成した例を示したが、より多くの干渉縞を形成することにより、コンタクトレンズ１２の様々な回転角度に対応することができる。【００７０】
次に、図６は、コンタクトレンズ１２が眼球中心を中心として所定の角度だけ公転した前後における、走査部１０３と偏向部１０４との相対位置を示す図である。なお、図６では、走査部１０３の位置を変更しているが、実際には偏向部１０４が公転することによって、両者の相対位置が変化している。【００７１】
図６に示す走査部１０３Ａは、ユーザがビーム走査型表示装置１０を装着した時点における偏向部１０４との相対位置を示している。このとき、左斜め前方の第１の方向の走査部１０３Ａから偏向部１０４に対して入射されたビームは、第１の干渉縞によって網膜に向かう方向に偏向される。【００７２】
一方、走査部１０３Ｂは、コンタクトレンズ１２が、眼球が回転したのに伴って、眼球中心を中心として所定の角度だけ公転した時点における、走査部１０３と偏向部１０４との相対位置を示している。このとき、第１の方向より入射角度の大きい第２の方向の走査部１０３Ｃから偏向部１０４に対して入射されたビームは、第２の干渉縞によって網膜に向かう方向に偏向される。【００７３】
第１及び第２の干渉縞をこのように構成することで、コンタクトレンズ１２が眼球と共に回転した場合でも、画像を表示し続けることができる。なお、上記の説明では、単純化するために２種類の干渉縞を形成した例を示したが、より多くの干渉縞を形成することにより、コンタクトレンズ１２の様々な回転角度に対応することができる。また、図５及び図６で説明した干渉縞を組み合わせることにより、コンタクトレンズ１２のあらゆる動きに対応することができる。【００７４】
次に、図７は、本実施の形態１に係るコンタクトレンズ１２の一例を示す図である。【００７５】
図７に示すコンタクトレンズ１２は、偏向部１０４が形成されている中央領域と、その外側の外縁領域とに区分することができる。そして、コンタクトレンズ１２の外縁領域には、コンタクトレンズ１２が眼球の表面に沿って自転することを抑制する自転抑制部４０１が設けられている。【００７６】
この自転抑制部４０１は、コンタクトレンズ１２の平均密度より大きな密度を持っている。そのため、ユーザがこのコンタクトレンズ１２を眼に装着すると、自転抑制部４０１がコンタクトレンズ１２の下方に位置するように、眼の中でコンタクトレンズ１２が回転する。【００７７】
これにより、コンタクトレンズ１２の自転運動を狭い範囲（角度）内に制限することができる。なお、自転抑制部４０１を単独で適用してもよいが、図５を用いて説明した複数の干渉縞と組み合わせて適用することにより、より有利な効果が期待できる。【００７８】
なお、本実施の形態１においては、自転抑制部４０１の密度をコンタクトレンズ１２の平均密度より大きくした例を示したが、これに限ることなく、密度を小さくする等、コンタクトレンズ１２の重心位置を頂上部から外れさせることができる形態であればどのようなものであってもよい。【００７９】
また、自転抑制部４０１の作成方法は特に限定されないが、例えば、密度の異なる部材を貼付してもよいし、コンタクトレンズ１２の内部に樹脂等の充填剤を注入するなどしてもよい。【００８０】
なお、偏向部１０４はコンタクトレンズ１２の一部に形成されてもよいし、全部に形成されていてもよい。一部に形成すれば偏向部１０４の面積が比較的小さくて済むので製造コストを下げられる効果がある。全部に形成すれば、より広い画面のビーム走査型表示装置１０を得ることができる。一部に形成する場合の位置は、コンタクトレンズ１２の中央部、外側表面部、内側表面部などでもよい。中央部とすれば中心視野で表示を視認できる効果があり、外側表面部とすれば、眼と偏向部１０４とを接触させずに済む効果があり、内側表面部とすれば、外気や瞼と偏向部１０４を接触させずに済む効果がある。【００８１】
次に、図８及び図９を参照して、前述したビーム走査型表示装置１０特有の問題点を解決する他の方法を説明する。なお、図８は本実施の形態１に係るコンタクトレンズ１２の他の例を示す図、図９はビーム走査型表示装置１０の動作を示すフローチャートである。【００８２】
図８に示すコンタクトレンズ１２は、偏向部１０４が形成されている中央領域と、その外側の外縁領域とに区分することができる。そして、コンタクトレンズ１２の外縁領域には、反射特性が他の部分と異なる特徴点６０１Ａ、６０１Ｂが設けられている。【００８３】
なお、特徴点６０１Ａ、６０１Ｂの反射特性を他の部分と異ならせる方法は、ミラーを形成するなどして反射率を上げる方法でもよい。これにより反射率を高めて検出しやすくなる効果がある。なお、反射光は表示に用いるビームの反射光でもよいし、赤外光などの検出用照射光の反射光でもよいし、ユーザ周辺からの外光の反射光でもよい。また、光を散乱させる加工をするなどして反射率を下げる方法でもよい。これにより、コンタクトレンズ１２上での反射率が異なる部分を目立たないようできる効果がある。また、赤や黒や赤外などの特定波長やその組合せの波長の反射率を変える方法でもよい。これによりレーザ光反射による検出のしやすさと、可視光低反射での目立たなさを両立できる効果がある。【００８４】
なお、特徴点６０１Ａ、６０１Ｂは、コンタクトレンズ１２の中心よりも、走査部１０３に近い側に配置してもよい。これにより、反射特性の異なる部分からの反射光が光検出部２１４に至る光路が短くなったり、眼球回転に伴い眼球表面の曲率が原因となって反射特性の異なる部分が他部の影の部分に移動してしまって検出できなくなったりする状況を減らせる結果、反射特性の異なる部分を、より検出しやすくなる。【００８５】
次に動作について説明する。【００８６】
図１のビーム走査型表示装置１０が、眼球回転や頭部振動に伴い、走査部１０３と偏向部１０４との相対位置が変化した場合でも、変化に追従してビームを走査し、網膜上に映像を描画する流れを、図９を用いて説明する。なお、下記の説明は、ユーザが図８に示すコンタクトレンズ１２を装着していることを前提としている。【００８７】
（Ｓ０１）光検出部２１４が、コンタクトレンズ１２の特徴点６０１Ａ、６０１Ｂからの反射光を検出し、Ｓ０２の動作へ移る。走査部１０３からのビームが、偏向部１０４を含むコンタクトレンズ１２の領域を走査し、コンタクトレンズ１２からのビーム反射光が走査部１０３を経由して光検出部２１４に到達する。検出された反射光の強度変化と、走査部１０３での走査角度から、特徴点６０１Ａ、６０１Ｂ（走査部１０３からの相対位置）が判明する。図８に示す特徴点６０１Ａ、６０１Ｂのように反射特性の異なる領域を設けておくことで、反射率の変化の検出が容易となる。さらに、光検出部２１４で反射光の強度に加えて、反射ビーム径やビームの曲率半径や波面形状などを検出することで、走査部１０３からの前後距離を検出してもよい。【００８８】
なお、コンタクトレンズ１２からの反射光を用いる以外にも、角膜や水晶体や網膜など眼からの反射光を用いたり併用してもよい。これにより、コンタクトレンズ１２と眼球とのズレによる影響を軽減できる効果や、扱う反射光の種別を増すことで、検出の信頼性や精度を向上できる効果がある。【００８９】
本ステップにおける位置検出の方法は、本実施の形態で示すように、走査部１０３で走査したビームの反射光を用いる方法でも、走査部１０３からのビームとは別の光源の反射光を用いる方法でもよい。例えば、特許文献４では、赤外発光ダイオードから出射して眼で反射した赤外光をイメージセンサーで検出して視線検出を実現している。また特許文献５では、走査部で走査したビームの眼での反射光をイメージセンサーで検出して視線検出を実現している。【００９０】
なお、反射光の強度は、光源１０１で変調された出射光の強度と、光検出部２１４で検出した反射光の強度との比で表してもよい。これにより表示映像の変化に伴う出射光の強度変化の影響を減少させることができる効果がある。また、赤外線など眼に感じない光を一定強度で走査しつつ、その反射光を検出してもよい。これにより表示映像の明暗や色調の変化と独立して反射光を検出できる効果がある。【００９１】
（Ｓ０２）制御部１０５の相対位置検出部５０１ａが、Ｓ０１で検出したコンタクトレンズ１２の特徴点６０１Ａ、６０１Ｂの位置を用いて、偏向部位置を算出し、Ｓ０３の動作へ移る。偏向部位置とは、走査部１０３の中心部と、偏向部１０４の中心部との相対位置を意味する。偏向部１０４を有するコンタクトレンズ１２が眼球回転に伴って移動する場合や、走査部１０３を有する筐体１１が振動したり、筐体１１を装着中にズレたりする場合などに、偏向部位置は変化する。【００９２】
偏向部位置は、偏向部１０４の基準位置に対して、現在位置の差分を加える方法で算出できる。偏向部１０４の基準位置とは、ユーザがビーム走査型表示装置１０を装着中で、かつ視線が正面を向いている状況での、偏向部１０４の位置とする。基準位置は、ビーム走査型表示装置１０の設計時に設定した値としてもよいし、ユーザがビーム走査型表示装置１０を購入時に、実際に計測した値としてもよいし、光検出部２１４を用いて計測した値としてもよい。設計時の設定値なら比較的容易に実現できる効果があり、購入時の計測値ならユーザ個人差に対応できる効果があり、光検出部２１４の計測値なら使用中変化にも対応できる効果がる。また、偏向部１０４の基準位置と同様に、コンタクトレンズ１２の特徴点６０１Ａ、６０１Ｂの基準位置も、偏向部１０４の中心部からの各特徴点６０１Ａ、６０１Ｂの位置関係を用いて求めておく。【００９３】
偏向部１０４の現在位置は、Ｓ０１で検出したコンタクトレンズ１２の特徴点６０１Ａ、６０１Ｂの位置と、各特徴点６０１Ａ、６０１Ｂの基準位置との差を用いて求められる。図７に示した自転抑制部４０１を持つコンタクトレンズ１２の場合は、コンタクトレンズ１２の特徴点６０１Ａ、６０１Ｂの位置変化を、偏向部１０４の位置変化と同一とみなしてもよい。また、複数個所の特徴点６０１Ａ、６０１Ｂを検出することで、偏向部１０４の回転も考慮して、位置変化を求めてもよい。【００９４】
なお、光検出部２１４を持たないビーム走査型表示装置１０の場合は、偏向部位置は、前記基準位置としてもよい。【００９５】
（Ｓ０３）光源１０１が、Ｓ０２で求めた偏向部位置に基づき、ビームを出力制御し、Ｓ０４の動作へ移る。【００９６】
赤色レーザ光源２１１と青色レーザ光源２１２と緑色レーザ光源２１３から出力されるビームの強度をそれぞれ適切に変調することで、網膜に表示する画素の色相や彩度や明度を表現する。また、出力制御は、走査部１０３や偏向部１０４など、光源１０１から眼までの光学系の影響を考慮した補正制御をしてもよい。例えば、偏向部１０４に対して走査部１０３からのビームは斜めに入射するので、表示領域の矩形が台形など矩形以外に歪む。さらに、偏向部１０４の位置が変化すれば歪み具合も変化する。そこで、表示領域が矩形となるように予め逆補正した形状の表示領域となるレーザの出力制御を走査部１０３と連動して行ってもよい。【００９７】
なお、偏向部１０４の移動によって、偏向部１０４の一部が隠れて走査部１０３からのビームが届かなくなった場合は、その隠れた部分に対応するビームを出力しないように制御してもよい。例えば、左眼のコンタクトレンズ１２に偏向部１０４があり、左眼より左前方に走査部１０３がある場合に、ユーザが右を見るために左眼を右に回転させると、眼球の曲率の影響で、偏向部１０４の右の部分が走査部１０３から見て、他の部分に遮られる状況が発生しうる。その状況では、偏向部１０４の左の部分にのみビームが当たるように、光源１０１の出力を制御してもよい。【００９８】
（Ｓ０４）波面形状変更部１０２が、Ｓ０２で求めた偏向部位置に基づき、網膜上でのビームスポットサイズが所定範囲内となるように、光源１０１からのビームの波面形状を変更し、Ｓ０５の動作へ移る。網膜上でのビームスポットサイズは、走査部１０３と偏向部１０４と網膜との位置関係等によって変化するため、走査角の変化や、偏向部位置の変化に応じて、ビームの波面形状を変化させる。例えば、波面形状の水平焦点距離を変更したい場合は、焦点距離水平成分変更部２０１のシリンドリカルレンズとミラー間の距離を変更することで、水平焦点距離を変更する。同様に、垂直焦点距離を変更したい場合は、焦点距離垂直成分変更部２０２で変更する。【００９９】
（Ｓ０５）走査角制御部５０１ｂが、Ｓ０２で求めた偏向部位置に基づいて走査部１０３のＭＥＭＳミラーの傾きを変化させることで、波面形状変更部１０２からのビームが、偏向部１０４へ向かうように走査角を変更し、Ｓ０６の動作へ移る。【０１００】
偏向部位置が変化しない場合でも、走査部１０３は所定の範囲内で走査角を変更することでビームを走査して映像を表示する。偏向部位置が変化した場合は、さらに走査角の範囲（走査角の上限と下限）を変更する。さらに偏向部１０４への入射角も変化する場合には、走査角の範囲の幅（走査角の上限と下限の差）も変化させてもよい。【０１０１】
（Ｓ０６）偏向部１０４が、走査部１０３からのビームを、ユーザの網膜の向きへ偏向し、Ｓ０１の動作へ移る。偏向部１０４のホログラムの回折効果により偏向されたビームがユーザの眼の瞳孔を通過し、網膜に到達してユーザに映像として知覚される。【０１０２】
なお、Ｓ０３からＳ０６までの一連の処理は、逐次的に実行してもよいし、同時に実行してもよいし、実行順が入れ替わってもよい。実効順序関係の制約を弱めることで、マルチスレッド処理などによって合計処理時間を減少できる可能性が高まる効果がある。【０１０３】
なお、Ｓ０１やＳ０２の処理を実行する頻度は、Ｓ０３からＳ０６までの処理を実行する頻度と異なってもよい。Ｓ０６実行後にＳ０３の動作に移ってもよい。これにより、Ｓ０１やＳ０２に要する時間が長い場合に、Ｓ０３からＳ０６までを何回も繰返す動作の合計時間を短くする効果がある。【０１０４】
以上の動作により、偏向部１０４の位置変化に追従して、ユーザの眼の網膜に映像を描いていく動作を実現できる。【０１０５】
以上の構成と動作により、本発明のビーム走査型表示装置１０は、偏向部１０４が眼に装着するコンタクトレンズ１２に形成されることで、メガネ型ＨＭＤの装着性に関する課題が解決され、メガネによって容姿が変わることを避けられる効果や、鼻などの接触部分に装着跡が残らない効果や、鼻などの接触部分の化粧が落ちない効果がある。【０１０６】
なお、Ｓ０１からＳ０６までの動作は、確率を伴う処理動作としてもよい。例えば、偏向部位置の算出を、上方に１ミリメートル移動した確率が２０％で、移動していない確率が８０％、のように確率的に表現してもよい。これにより算出値が不確かな場合でも、算出しない場合よりは高画質な表示とできる効果がある。【０１０７】
（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２における、自動車搭載型のＨＵＤ（Ｈｅａｄ−ｕｐ  Ｄｉｓｐｌａｙ：ヘッドアップディスプレイ）の構成図である。本実施の形態２に係る車１０００は、ドライバーが着席する運転席１００１と、ドライバーが装着したコンタクトレンズ１２に対してビームを走査可能な位置に、筐体１１を保持する筐体保持部１００２とを備える。【０１０８】
光源１０１、波面形状変更部１０２、走査部１０３、偏向部１０４、制御部１０５、ヘッドホン部１０６の、基本的な仕組みや動作は、実施の形態１と同様である。【０１０９】
本実施の形態では、乗車中のユーザに対して映像を表示する。実施の形態１同様に偏向部１０４にビーム偏向特性と車外からの可視光の透過特性を持たせることで、車外の光景を見ながら、本発明による表示も見ることができる。これにより、車外の光景を見ながら、車速、注意や警告、行先案内などの、運転行動や居場所などに関連する情報を見られる効果がある。【０１１０】
光源１０１、波面形状変更部１０２、走査部１０３を保持する筐体１１は、図１０のように車１０００の天井付近（天井が「筐体保持部１００２」に相当）に取り付けてもよい。これにより、窓からの視界を遮らない効果や、眼に近い場所に配置することで、光路が短くなり表示精度を向上できる効果がある。また、光源１０１を車体下部などの波面形状変更部１０２から離れた場所に配置し、光源１０１から波面形状変更部１０２まで光ファイバーでビームを伝送する構成としてもよい。これにより、光源１０１を設置するための領域を天井部で減少できる効果がある。【０１１１】
制御部１０５はダッシュボード内に配置してもよい。本発明のビーム走査型表示装置１０とは別の制御装置、例えば車速管理装置や案内制御装置（カーナビゲーションシステム）などの制御装置が本制御部１０５を兼ねてもよい。これにより制御装置の総数を減らせる効果がある。【０１１２】
ヘッドホン部１０６は、ユーザの耳に接触している必要はなく、ユーザ周囲の室内面、例えばドアや前面ダッシュボードに装備されたスピーカーでよい。【０１１３】
（実施の形態３）
図１１は、本発明の実施の形態３における、椅子装着型のビーム走査型表示装置１０の構成図である。【０１１４】
光源１０１、波面形状変更部１０２、走査部１０３、偏向部１０４、制御部１０５、ヘッドホン部１０６の、基本的な仕組みや動作は、実施の形態１と同様である。【０１１５】
本実施の形態では、椅子に着席しているユーザに対して映像を表示する。【０１１６】
光源１０１、波面形状変更部１０２、走査部１０３を含む筐体１１は、図１１のように椅子の背もたれからユーザ眼前の偏向部１０４へと至る部分（「筐体保持部」に相当）に配置してもよい。図１１ではユーザの頭部の上方に配置しているが、側頭部や、頭部下方に配置してもよい。【０１１７】
制御部１０５は椅子下部に配置してもよい。本発明のビーム走査型表示装置１０とは別の制御装置、例えばマッサージ制御装置などの制御装置が本制御部１０５を兼ねてもよい。これにより制御装置の総数を減らせる効果がある。【０１１８】
ヘッドホン部１０６は、ユーザの耳に接触するヘッドホンでもよいし、頭部後方や側方に設置されたスピーカーでもよい。【０１１９】
なお、上記した各実施の形態での制御処理は、専用のＨ／Ｗ（電子回路等）で実現されてもよいし、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等）に格納された上述した処理手順を実行可能な所定のプログラムデータが、ＣＰＵによって解釈実行されることで実現されてもよい。この場合、プログラムデータは、記録媒体を介して記憶装置内に導入されてもよいし、記録媒体上から直接実行されてもよい。なお、記録媒体は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスクメモリ、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤやＢＤ等の光ディスクやＳＤカード等のメモリカード等の記録媒体をいう。また、記録媒体は、電話回線や搬送路等の通信媒体も含む概念である。【０１２０】
また、実施の形態は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適時変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明にかかるビーム走査型表示装置は、偏向部がコンタクトレンズに形成され、表示装置、表示システム、表示方法などの用途にも応用できる。
【図１】
2009066446.tif 000003
【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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【手続補正書】
【提出日】平成21年3月25日(2009.3.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等の表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等の表示装置において、レーザ光を２次元走査して、眼の網膜に直描する方式（以下、レーザ走査方式、と記す）がある（例えば、特許文献１参照）。レーザ走査方式の表示装置は、網膜走査ディスプレイ（Ｒｅｔｉｎａｌ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｄｉｓｐｌａｙ：ＲＳＤ）、網膜照射ディスプレイ、網膜直描ディスプレイ、レーザ走査ディスプレイ、直視型表示装置、仮想網膜ディスプレイ（Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｒｅｔｉｎａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ：ＶＲＤ）、などとも呼ばれている。
【０００３】
また、レーザ走査方式で、メガネ型のＨＭＤとする方式も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、ＨＭＤともレーザ走査方式とも異なるが、表示装置をコンタクトレンズのように眼に装着する方式も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
また、視線検出方法としては、赤外光を眼に照射し、その反射光を用いて視線検出する方式（例えば特許文献４）や、走査したレーザ光の眼からの反射光を用いて視線検出する方式（例えば特許文献５）がある。
【特許文献１】特許第２９３２６３６号公報
【特許文献２】特開２００５−７０６７１号公報
【特許文献３】特開２００５−３１１８２３号公報
【特許文献４】特許第２９９５８７６号公報
【特許文献５】特許第３４２５８１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
メガネが嫌いでコンタクトレンズを使用しているユーザなど、メガネを常用していないユーザにとって、眼鏡型のＨＭＤは、装着性に関して課題が生じる場合がある。例えば、メガネをしている容姿が嫌いである課題や、メガネを外した際に、装着した跡が鼻などに残る課題や、メガネの装着によって鼻などの接触部分の化粧が崩れる課題などがある。これらメガネに関する装着性の課題は、メガネ型ＨＭＤにおいても同様に課題となる。
【０００７】
また、前記特許文献３では、コンタクトレンズ型表示装置を提案し、これによってメガネの装着性の課題を回避している。しかし特許文献３の方式では、コンタクトレンズ部が光源や光導波路や伝播光放出部の２次元配列などを含む方式であり、小型化や透過性確保や電源供給など実現には多くの課題が残されている。
【０００８】
本発明は前記課題を解決するもので、レーザ走査方式のディスプレイで、装着性の課題を解決するレーザ走査型表示装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明のビーム走査型表示装置は、ユーザの網膜にビームを走査して画像を表示するものであって、画像を構成する各画素を描画するビームを出力する光源、及び前記光源からのビームを２次元方向に走査させる走査部を収納する筐体と、前記走査部で走査されたビームを、前記筐体を装着するユーザの眼の網膜に向かう方向へ偏向する偏向部を有し、前記筐体とは別体のコンタクトレンズとを備える。本構成のように、筐体とコンタクトレンズとを別体としたことによって、メガネ型ＨＭＤでの装着性に関する課題が解決され、メガネによって容姿が変わることを回避できる効果がある。
【００１０】
また、前記偏向部は、前記コンタクトレンズの表面に形成されるホログラムであってもよい。本構成によって、偏向部を薄くできる結果、コンタクトレンズの装着性が向上する。また、回折の角度選択性を活用することで、走査部と偏向部との相対位置関係が変化して、偏向部へのビーム入射角が変化した場合でも、網膜に映像を表示させられる効果がある。さらに、回折の周波数選択性を活用することで、レーザ色とその他の色で異なる回折角とできるので、表示を見ながら外の光景も見える透過型（シースルー）の表示装置とできる効果がある。
【００１１】
また、前記ホログラムは、第１の方向から入射したビームを前記網膜に向かう方向へ偏向する第１の干渉縞と、前記第１の方向と異なる第２の方向から入射したビームを前記網膜に向かう方向へ偏向する第２の干渉縞とを有してもよい。
【００１２】
一実施形態として、前記第１及び第２の方向は、前記コンタクトレンズが眼球の表面に沿って所定の角度だけ自転した前後における、前記走査部から前記ホログラムに向かう方向である。本構成によって、コンタクトレンズが眼に装着中に回転しても、走査部からのビームを網膜の方向へ偏向できるので、映像が見えなくなる状況を軽減できる効果がある。
【００１３】
他の実施形態として、前記第１及び第２の方向は、前記コンタクトレンズが眼球中心を中心として所定の角度だけ公転した前後における、前記走査部から前記ホログラムに向かう方向である。本構成によって、コンタクトレンズが眼球回転に伴って移動しても、走査部からのビームを偏向部が網膜に向かう方向へ偏向でき、映像が見える効果がある。
【００１４】
また、前記コンタクトレンズは、眼球の表面に沿って自転することを抑制する自転抑制部を有してもよい。本構成によって、コンタクトレンズが眼に装着中に回転しにくくなるので、回転によって映像が見えなくなる状況を軽減できる効果を持つ。
【００１５】
また、前記自転抑制部は、前記コンタクトレンズの一部であり、他の部分と密度が異なってもよい。本構成によって、コンタクトレンズに容易に回転抑制特性を持たせられるので、安価で迅速に、回転によって映像が見えなくなる状況を軽減できる効果を持つ。
【００１６】
また、本発明のビーム走査型表示装置は、さらに、前記光源から出力されたビームの前記コンタクトレンズからの反射光を検出する光検出部と、前記光検出部の検出結果に基づいて、前記走査部と前記偏向部との相対位置の変化を検出する相対位置検出部と、前記相対位置検出部の検出結果に基づいて、前記偏向部に入射するビームが網膜に向かう方向に入射するように、前記走査部の走査角を制御する走査角制御部とを備える。本構成によって、コンタクトレンズからの反射光を用いてコンタクトレンズとの位置を検出しやすくなる結果、位置変化に伴う表示映像の、画質や位置ずれなどの劣化を軽減できる効果がある。
【００１７】
また、前記コンタクトレンズは、反射特性が他の部分と異なる特徴点を有する。前記光検出部は、前記特徴点からの反射光を検出する。そして、前記相対位置検出部は、予め定めた前記特徴点の基準位置と、前記光検出部によって検出された前記特徴点の位置との差分によって、前記走査部と前記偏向部との相対位置の変化を検出してもよい。本構成によって、走査部とコンタクトレンズとの位置関係を検出しやすくなる結果、位置変化に伴う表示映像の、画質や位置ずれなどの劣化を軽減できる効果がある。
【００１８】
また、前記特徴点は、前記コンタクトレンズの頂上部より前記走査部に近い位置に配置されてもよい。これにより、光検出部が特徴点の位置を確実に検出することができる。
【００１９】
また、前記走査部は、前記偏向部よりもユーザにとって前方に配置されてもよい。本構成によって、偏向部へのビーム入射角を減少させられる結果、ホログラムの回折効率が向上し、より高画質、大画面な表示とできる効果がある。また、ビームが皮膚などによって遮られる状況が軽減できる結果、映像が見えなくなる状況を減らせる効果がある。
【００２０】
また、前記走査部は、前記偏向部よりもユーザにとって下方に配置されてもよい。本構成によって、上瞼によってビームが遮られる状況が軽減できる結果、映像が見えなくなる状況を減らせる効果がある。また、眼と同等の位置にあるものを見る場合に、走査部が視線を遮ることを軽減できる結果、ユーザが他人の顔や眼を見る際に表示装置が視線を遮ることを避けられる効果がある。同様に、他人にユーザの顔を見せる際に、表示装置に遮られることなくユーザの眼を見せられる効果がある。
【００２１】
また、前記走査部は、ユーザ頭部の左右方向で、耳と前記偏向部との間の位置に配置されてもよい。本構成によって、左眼用走査部を左眼より左に配置することで、ユーザが正面を向いている際にユーザの中心視野を遮ることを軽減できる効果がある。右眼用走査部を右眼より右に配置した場合も同様の効果がある。また、左眼用走査部を左耳より右に配置することで、走査部と偏向部との距離を短縮できる結果、走査部での必要ビーム径を縮小できる場合があり、走査部の走査ミラーを小型化できる効果がある。また、同じ走査ミラーサイズの場合は、距離を短縮できると、より太いビーム径を走査できるようになる結果、ビームを網膜上で絞ったサイズを縮小できるので、より高解像度な表示を行える効果もある。右眼用走査部を右耳より左に配置しても同様の効果がある。
【００２２】
また、前記筐体は、ユーザの側頭部によってのみ支持されてもよい。本構成によって、表示装置がメガネ型ではなくなるので、メガネの装着性に関する課題が解決され、メガネを外した際に、装着した跡が鼻などに残らなくなる効果や、装着によって鼻などの接触部分の化粧が崩れることがなくなる効果がある。
【００２３】
また、前記筐体は、ユーザの側頭部との接触位置より前方に位置する第１の部分と、前記接触位置より後方に位置し、前記接触位置まわりのモーメントが前記第１の部分と実質的に釣り合う第２の部分とで構成されてもよい。本構成によって、筐体の重心位置が、耳付近の側頭部接触位置の周辺位置となるため、装着ずれを軽減でき、装着ズレに伴う画質劣化を減少できる効果がある。また、接触部付近に重心があることで、ユーザが感じる重量を軽減できる効果もある。
【００２４】
また、前記接触位置は、ユーザの耳の付け根である。そして、前記第２の部分には、該ビーム走査型表示装置を駆動する電池が配置されてもよい。本構成によって、充電池を含む筐体の重心位置が、耳付近の側頭部接触位置の周辺位置となるため、装着ずれを軽減でき、装着ズレに伴う画質劣化を減少できる効果がある。また、接触部付近に重心があることで、ユーザが感じる重量を軽減できる効果もある。
【００２５】
本発明に係る表示方法は、光源及び走査部を有する筐体と、偏向部を有し、前記筐体とは別体のコンタクトレンズとを備えるビーム走査型表示装置で画像を表示する表示方法であって、前記光源から画像を構成する各画素を描画するビームを出力するビーム出力ステップと、前記ビーム出力ステップで出力されたビームを２次元方向に走査させる走査ステップと、前記走査ステップで走査されたビームを前記偏向部でユーザの眼の網膜に向かう方向へ偏向する偏向ステップと、前記ビーム出力ステップで出力されたビームの前記コンタクトレンズからの反射光を検出する光検出ステップと、前記光検出ステップでの検出結果に基づいて、前記走査部と前記偏向部との相対位置の変化を検出する相対位置検出ステップと、前記相対位置検出ステップでの検出結果に基づいて、前記偏向部に入射するビームが網膜に向かう方向に入射するように、前記走査部の走査角を制御する走査角制御ステップとを含む。
【００２６】
なお、本発明は、このようなビーム走査型表示装置として実現できるだけでなく、ビーム走査型表示装置の機能を実現する集積回路として実現したり、そのような機能をコンピュータに実行させるプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。また、本発明は、このような表示装置の機能を実現する集積回路として実現したりもできる。
【００２７】
この発明に係る自動車は、上記記載のビーム走査型表示装置を搭載しており、具体的には、前記コンタクトレンズを装着したドライバーが着席する運転席と、ドライバーが装着した前記コンタクトレンズに対してビームを走査可能な位置に、前記筐体を保持する筐体保持部とを備える。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、光源等を収納する筐体と、偏向部を備えるコンタクトレンズとを別体としたので、装着性の向上したレーザ走査型表示装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
（実施の形態１）
図１〜図４を参照して、本発明の実施の形態１に係るビーム走査型表示装置１０を説明する。なお、図１はビーム走査型表示装置１０の平面図、図２はビーム走査型表示装置１０の側面図、図３は図１の一部の詳細構成図、図４はビーム走査型表示装置１０の機能ブロック図である。
【００３１】
まず、図１及び図２に示されるように、ビーム走査型表示装置１０は、ユーザの側頭部に固定される筐体１１と、ユーザの眼に装着されるコンタクトレンズ１２とを備え、ユーザの網膜にビームを走査して画像を表示する。なお、図１及び図２から明らかなように、筐体１１とコンタクトレンズ１２とは、それぞれ独立した部材（別体）である。
【００３２】
筐体１１は、光源１０１と、波面形状変更部１０２と、走査部１０３と、制御部１０５と、ヘッドホン部１０６とを備える。なお、この実施形態におけるヘッドホン部１０６は、図２に示されるように、音声を出力するスピーカー１０６Ａと、ビーム走査型表示装置１０を駆動させるバッテリー１０６Ｂとを備える。一方、コンタクトレンズ１２の表面には、偏向部１０４が設けられている。
【００３３】
光源１０１は、画像を構成する各画素を描画するビームを出力する。出力するビームは、図３に示すように、赤色レーザ光源２１１と、青色レーザ光源２１２と、緑色レーザ光源２１３から出力される各レーザ光を合波したレーザ光であり、各色レーザ光源２１１、２１２、２３１の出力を適切に変調することで、任意の色のレーザ光を出力できる。さらに、波面形状変更部１０２や走査部１０３などと連動させて変調することで、ユーザの眼の網膜上に映像を表示できる。
【００３４】
なお、図３では、赤色レーザ光源２１１は赤色のレーザを出力する半導体レーザ光源であり、青色レーザ光源２１２は青色のレーザを出力する半導体レーザ光源である。一方、緑色レーザ光源２１３は、赤外線を出力する半導体レーザ光源と、赤外線を緑色に変換するＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ−Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：第２次高調波発生）素子とを組み合わせて構成されている。しかしながら、これに限ることなく、緑色レーザ光源２１３を緑色のレーザを出力する半導体レーザ光源としてもよいし、各光源を固体レーザ、液体レーザ、ガスレーザ、発光ダイオードとしてもよい。
【００３５】
なお、図３では各レーザ光源２１１、２１２、２１３でレーザ光の変調を行っているが、各レーザ光源２１１、２１２、２１３から出力された光を変調する強度変調部を、各レーザ光源２１１、２１２、２１３と組み合わせて用いることで、レーザ光を変調してもよい。これにより、一定強度で出力するレーザ光源２１１、２１２、２１３でも、強度変調部と組み合わせることで、本発明に適用できる効果がある。
【００３６】
なお、光源１０１は、さらに光検出部２１４を含んでもよい。光検出部２１４は、コンタクトレンズ１２からの反射光やユーザの眼の角膜からの反射光の強度を検出することで、コンタクトレンズ１２の位置やユーザの視線方向を検出できる。偏向部１０４により眼の方向へ偏向されたビームの多くは、角膜表面に対して斜めから入射するが、眼球に対して正面からのビームは、角膜表面に対して垂直に入射するために、ビームの反射率が比較的高くなる。そこで、反射光の強度検出によって視線方向を検出できる。コンタクトレンズ１２や視線方向の検出動作については、後述する動作説明で述べる。
【００３７】
波面形状変更部１０２は、光源１０１からのビームの波面形状を変化させて、偏向部１０４で偏向されたビームのスポットサイズを所定の範囲内となるようにする。なお、ビームの「スポットサイズ」とは、ユーザの眼の網膜でのスポットサイズとして、以後説明するが、瞳孔でのスポットサイズ、角膜でのスポットサイズ、偏向部でのスポットサイズでもよい。網膜でのスポットサイズは、表示する画素サイズと同一である。また、「波面形状」とはビーム波面の３次元形状であり、平面、球面、非球面の形状を含む。
【００３８】
波面形状変更部１０２は、図３に示されるように、焦点距離水平成分変更部２０１と、焦点距離垂直成分変更部２０２とを光路に直列に配置している。これによって、ビームの水平方向の曲率と垂直方向の曲率とを独立して変更できる。焦点距離水平成分変更部２０１は、シリンドリカルレンズとミラーとの距離を変更することで水平方向の曲率を変更している。焦点距離垂直成分変更部２０２は、焦点距離水平成分変更部２０１のシリンドリカルレンズに対して垂直に配置したシリンドリカルレンズを用いることで、垂直方向の曲率を変更している。また、焦点距離水平成分変更部２０１及び焦点距離垂直成分変更部２０２ともに、曲率の変更に伴い、ビームの直径も変更している。
【００３９】
なお、水平方向の曲率を垂直方向よりも大きく変化させると、水平方向の変化に、より大きく対応できるので、画面の水平視野角を垂直視野角より大きくしたい場合や、側頭部に走査部１０３を配置する場合など、走査部１０３から偏向部１０４へのビームの水平入射角が垂直入射角よりも大きい場合に、特に有効となる。
【００４０】
なお、図３では、波面形状を表す項目のなかで、水平方向の曲率と垂直方向の曲率とそれぞれの直径という波面形状の一部のみを変更しているが、他の項目として波面内での曲率の分布や、波面端の形状やサイズなどを変更する手段があってもよい。これにより、網膜に到達するビームの収差を補正したり、ビーム形状を変化させたりできる効果がある。
【００４１】
なお、図３の波面形状変更部１０２では、シリンドリカルレンズとミラーを用いて波面形状を変更するが、他の手段として、液晶レンズや、液体レンズ等の可変形状レンズや、回折素子や、ＥＯ素子（電気−光変換素子）などを用いてもよい。
【００４２】
走査部１０３は、波面形状変更部１０２からのビームを２次元走査する。走査部１０３は、角度を２次元的に変更できる単板小型ミラーであり、より具体的には、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーである。
【００４３】
なお、走査部１０３は水平走査用と垂直走査用のように２種以上の走査部の組合せで実現してもよい。水平走査部と垂直走査部とに分割することにより、一方の振動が他方に影響しにくくなる効果や、走査部のしくみが単純にできるものがある。
【００４４】
なお、走査部１０３はミラーを物理的に傾ける方法に限定されず、レンズを移動したり、回折素子を回転する方法や、液晶レンズや可変形状レンズや、ＡＯ素子（音響光学素子）やＥＯ素子（電気−光変換素子）などの偏向素子を用いる方法でもよい。
【００４５】
偏向部１０４は、走査部１０３で走査されたビームの向きをユーザの眼に向かう方向へ偏向する。偏向部１０４では、コンタクトレンズ１２の表面に、例えばフォトポリマー層を形成し、フォトポリマー層にリップマン体積ホログラムを形成することによって、走査部１０３からのビームをユーザの眼の網膜に回折するように製作されている。
【００４６】
フォトポリマー層には赤色、緑色、青色、それぞれの光源からの光を反射する３つのホログラムを多重に形成してもよいし、それぞれの色の光に対応した３層のホログラムを積層してもよい。また、ホログラムの波長選択性を用いることで、光源波長の光のみを回折させ、外界からの光のほとんどを占める光源波長以外の波長の光を回折させないように製作することで、透過型のディスプレイにできる。ホログラムの回折によってビームを偏向することで、偏向部１０４を薄くできる結果、コンタクトレンズ１２装着時の違和感を解消することができる。
【００４７】
なお、コンタクトレンズ１２は、度数が０でもよい。また、偏向部１０４はホログラムなどの回折素子による偏向に限定されず、凹面鏡などのミラーや、凸レンズなどのレンズでもよい。
【００４８】
制御部１０５は、ＨＭＤ各部を制御する集積回路を備える。制御部１０５は、図４に示されるように、中央処理部５０１、記憶部５０２、入出力制御部５０３、及び通信部５２０を備えてもよい。
【００４９】
中央処理部５０１は、光検出部２１４が検出した反射光に基づいて、走査部１０３と偏向部１０４との相対位置の変化を検出する相対位置検出部５０１ａと、相対位置検出部５０１ａの検出結果に基づいて、偏向部１０４に入射するビームが網膜に向かう方向に入射するように、走査部１０３の走査角を制御する走査角制御部５０１ｂとを含む。
【００５０】
記憶部５０２は制御部１０５で用いるデータを記憶する。
【００５１】
入出力制御部５０３は、制御部１０５の制御対象となる光源１０１、波面形状変更部１０２、走査部１０３、偏向部１０４、ヘッドホン部１０６、バッテリー１０６Ｂ、及び通信部５２０などへの制御信号出力や制御対象からの信号入力を制御する。入出力制御部５０３は制御対象種別毎に、光源入出力制御部５１０、波面形状変更入出力制御部５１１、走査入出力制御部５１２、偏向入出力制御部５１３、ヘッドホン入出力制御部５１４、電源入出力制御部５１５、通信入出力制御部５１６から構成される。入出力制御部５０３で入出力に関連した処理を実行することで、中央処理部５０１の負荷を下げられる効果がある。中央処理部５０１は、記憶部５０２や入出力制御部５０３と信号を受け渡しして情報処理を実行する。具体的な制御の方法は、後述する動作説明で述べる。
【００５２】
通信部５２０は、携帯電話等の周辺機器と無線接続して映像音声信号を受信する。これにより、ＨＭＤと周辺機器の接続がワイヤレスとなり、ＨＭＤの装着性を向上させられる効果がある。
【００５３】
なお、図１に示すように、走査部１０３は、偏向部１０４よりもユーザにとって前方に配置されてもよい。これによって、偏向部１０４へのビーム入射角を減少させられる結果、ホログラムの回折効率が向上し、より高画質、大画面な表示にできる効果がある。また、ビームが皮膚などによって遮られる状況が軽減できる結果、映像が見えなくなる状況を減らせる効果がある。
【００５４】
なお、図２に示すように、走査部１０３は、偏向部１０４よりもユーザにとって下方に配置されてもよい。これによって、上瞼によってビームが遮られる状況が軽減できる結果、映像が見えなくなる状況を減らせる効果がある。また、眼と同等の位置にあるものを見る場合に、走査部１０３が視線を遮ることを軽減できる結果、ユーザが他人の顔や眼を見る際にビーム走査型表示装置１０が視線を遮ることを避けられる効果がある。同様に、他人にユーザの顔を見せる際に、ビーム走査型表示装置１０に遮られることなくユーザの眼を見せられる効果がある。
【００５５】
なお、図１に示すように、走査部１０３は、ユーザ頭部の左右方向で、耳と偏向部１０４との間の位置に配置してもよい。左眼用の走査部１０３を左眼より左に配置することで、ユーザが正面を向いている際にユーザの中心視野を遮ることを軽減できる効果がある。右眼用走査部を右眼より右に配置した場合も同様の効果がある。また、左眼用の走査部１０３を左耳より右に配置することで、走査部１０３と偏向部１０４との距離を短縮できる結果、走査部１０３での必要ビーム径を縮小できる場合があり、走査部１０３の走査ミラーを小型化できる効果がある。また、同じ走査ミラーサイズの場合は、距離を短縮できると、より太いビーム径を走査できるようになる結果、ビームを網膜上で絞ったサイズを縮小できるので、より高解像度な表示を行える効果もある。右眼用走査部を右耳より左に配置しても同様の効果がある。
【００５６】
なお、図１に示すように、筐体１１は、ユーザの側頭部のみによって固定されるようにしてもよい。具体的には、耳の付け根の部分で筐体１１を支持するようにし、ユーザの鼻や額に筐体１１を接触させないようにしてもよい。これによって、ビーム走査型表示装置１０がメガネ型ではなくなるので、メガネの装着性に関する課題が解決され、メガネを外した際に、装着した跡が鼻などに残らなくなる効果や、装着によって鼻などの接触部分の化粧が崩れることがなくなる効果がある。
【００５７】
なお、図２に示すように、筐体１１は、側頭部接触位置より前方の筐体前方部（第１の部分）と、側頭部接触位置より後方の筐体後方部（第２の部分）とで、側頭部接触位置まわりのモーメントが実質的に釣り合うように構成されている。図２では耳上方の側頭部を筐体１１との接触位置としている。これによって、筐体１１の重心位置が、耳付近の側頭部接触位置の周辺位置となるため、装着ずれを軽減でき、装着ズレに伴う画質劣化を減少できる効果がある。また、接触部付近に重心があることで、ユーザが感じる重量を軽減できる効果もある。
【００５８】
ここで、図２から明らかなように、側頭部接触位置から筐体前方部の前端までの距離は、側頭部接触位置から筐体後方部の後端までの距離より長いので、両者のモーメントを釣り合わせるためには、筐体後方部を筐体前方部より重くしなければならない。そこで、筐体後方部に、構成要素の中で最も重いバッテリー１０６Ｂを配置すればよい。
【００５９】
なお、走査部１０３を含む筐体１１は、図１のように頭部に接触する形態としてもよいし、ユーザ周辺の壁や柱や机や椅子や卓上電気スタンドなどに固定的に配置されていてもよいし、携帯電話端末などの持ち運び可能な端末に配置されていてもよい。
【００６０】
なお、図１、図２、図３における偏向部１０４以外の各手段や各部は、１つの筐体１１に含まれていてもよいし、複数以上の筐体に含まれてもよい。例えば光源１０１が走査部１０３とは別の筐体に含まれていてもよいし、ヘッドホン部１０６がなくてもよい。また、各部が分散配置していてもよい。例えば、制御部１０５が走査部１０３や波面形状変更部１０２に一部含まれていてもよい。また、各部は、複数存在してもよい。例えば、左眼用と右眼用に走査部１０３が２つあってもよい。また、ユーザに装着された筐体１１の走査部１０３と、公的な空間に設置された走査部１０３から、同一の偏向部１０４へビームを走査してもよい。また、１つの走査部１０３から左眼用の偏向部１０４と右眼用の偏向部１０４の両方にビームを走査してもよい。複数の機器で各部を共有してもよい。例えば、光源１０１を２つの表示装置で共有してもよい。
【００６１】
ここで、上記構成のビーム走査型表示装置１０は、走査部１０３を含む筐体１１と、偏向部１０４を含むコンタクトレンズ１２とを別体として構成している。その結果、コンタクトレンズ１２が動くことによって、走査部１０３と偏向部１０４との相対位置が変化してしまう。
【００６２】
そこで、ホログラムによる回折の角度選択性を活用することで、走査部１０３と偏向部１０４との相対位置関係が変化して、偏向部１０４へのビーム入射角が変化した場合でも、網膜に映像を表示させられる。
【００６３】
ホログラムは、コンタクトレンズ１２の表面にフォトポリマー層を形成し、物体光と参照光とで露光させることによって形成することができる。このとき、物体光と参照光との組み合わせを複数種類用意し、フォトポリマー層に多重露光することにより、角度選択性を得ることができる。つまり、多重露光によって、第１の方向から入射したビームを網膜に向かう方向に偏向する第１の干渉縞と、第１の方向と異なる第２の方向から入射したビームを網膜に向かう方向に偏向する第２の干渉縞とを形成することにより、ホログラムに角度選択性を付与することができる。
【００６４】
図５は、コンタクトレンズ１２が眼球の表面に沿って所定の角度だけ自転した前後における、走査部１０３と偏向部１０４との相対位置を示す図である。なお、図５では、走査部１０３の位置を変更しているが、実際には偏向部１０４が自転することによって、両者の相対位置が変化している。
【００６５】
図５に示す走査部１０３Ａは、ユーザがビーム走査型表示装置１０を装着した時点における偏向部１０４との相対位置を示している。このとき、左斜め前方（第１の方向）の走査部１０３Ａから偏向部１０４に対して入射されたビームは、第１の干渉縞によって網膜に向かう方向に偏向される。
【００６６】
一方、走査部１０３Ｂは、コンタクトレンズ１２が、その頂上部における法線を回転軸として、眼球の表面に沿って１８０°自転した時点における、走査部１０３と偏向部１０４との相対位置を示している。このとき、右斜め前方（第２の方向）の走査部１０３Ｂから偏向部１０４に対して入射されたビームは、第２の干渉縞によって網膜に向かう方向に偏向される。
【００６７】
第１及び第２の干渉縞をこのように構成することで、コンタクトレンズ１２が眼の中で回転した場合でも、画像を表示し続けることができる。なお、上記の説明では、単純化するために２種類の干渉縞を形成した例を示したが、より多くの干渉縞を形成することにより、コンタクトレンズ１２の様々な回転角度に対応することができる。
【００６８】
次に、図６は、コンタクトレンズ１２が眼球中心を中心として所定の角度だけ公転した前後における、走査部１０３と偏向部１０４との相対位置を示す図である。なお、図６では、走査部１０３の位置を変更しているが、実際には偏向部１０４が公転することによって、両者の相対位置が変化している。
【００６９】
図６に示す走査部１０３Ａは、ユーザがビーム走査型表示装置１０を装着した時点における偏向部１０４との相対位置を示している。このとき、左斜め前方の第１の方向の走査部１０３Ａから偏向部１０４に対して入射されたビームは、第１の干渉縞によって網膜に向かう方向に偏向される。
【００７０】
一方、走査部１０３Ｂは、コンタクトレンズ１２が、眼球が回転したのに伴って、眼球中心を中心として所定の角度だけ公転した時点における、走査部１０３と偏向部１０４との相対位置を示している。このとき、第１の方向より入射角度の大きい第２の方向の走査部１０３Ｃから偏向部１０４に対して入射されたビームは、第２の干渉縞によって網膜に向かう方向に偏向される。
【００７１】
第１及び第２の干渉縞をこのように構成することで、コンタクトレンズ１２が眼球と共に回転した場合でも、画像を表示し続けることができる。なお、上記の説明では、単純化するために２種類の干渉縞を形成した例を示したが、より多くの干渉縞を形成することにより、コンタクトレンズ１２の様々な回転角度に対応することができる。また、図５及び図６で説明した干渉縞を組み合わせることにより、コンタクトレンズ１２のあらゆる動きに対応することができる。
【００７２】
次に、図７は、本実施の形態１に係るコンタクトレンズ１２の一例を示す図である。
【００７３】
図７に示すコンタクトレンズ１２は、偏向部１０４が形成されている中央領域と、その外側の外縁領域とに区分することができる。そして、コンタクトレンズ１２の外縁領域には、コンタクトレンズ１２が眼球の表面に沿って自転することを抑制する自転抑制部４０１が設けられている。
【００７４】
この自転抑制部４０１は、コンタクトレンズ１２の平均密度より大きな密度を持っている。そのため、ユーザがこのコンタクトレンズ１２を眼に装着すると、自転抑制部４０１がコンタクトレンズ１２の下方に位置するように、眼の中でコンタクトレンズ１２が回転する。
【００７５】
これにより、コンタクトレンズ１２の自転運動を狭い範囲（角度）内に制限することができる。なお、自転抑制部４０１を単独で適用してもよいが、図５を用いて説明した複数の干渉縞と組み合わせて適用することにより、より有利な効果が期待できる。
【００７６】
なお、本実施の形態１においては、自転抑制部４０１の密度をコンタクトレンズ１２の平均密度より大きくした例を示したが、これに限ることなく、密度を小さくする等、コンタクトレンズ１２の重心位置を頂上部から外れさせることができる形態であればどのようなものであってもよい。
【００７７】
また、自転抑制部４０１の作成方法は特に限定されないが、例えば、密度の異なる部材を貼付してもよいし、コンタクトレンズ１２の内部に樹脂等の充填剤を注入するなどしてもよい。
【００７８】
なお、偏向部１０４はコンタクトレンズ１２の一部に形成されてもよいし、全部に形成されていてもよい。一部に形成すれば偏向部１０４の面積が比較的小さくて済むので製造コストを下げられる効果がある。全部に形成すれば、より広い画面のビーム走査型表示装置１０を得ることができる。一部に形成する場合の位置は、コンタクトレンズ１２の中央部、外側表面部、内側表面部などでもよい。中央部とすれば中心視野で表示を視認できる効果があり、外側表面部とすれば、眼と偏向部１０４とを接触させずに済む効果があり、内側表面部とすれば、外気や瞼と偏向部１０４を接触させずに済む効果がある。
【００７９】
次に、図８及び図９を参照して、前述したビーム走査型表示装置１０特有の問題点を解決する他の方法を説明する。なお、図８は本実施の形態１に係るコンタクトレンズ１２の他の例を示す図、図９はビーム走査型表示装置１０の動作を示すフローチャートである。
【００８０】
図８に示すコンタクトレンズ１２は、偏向部１０４が形成されている中央領域と、その外側の外縁領域とに区分することができる。そして、コンタクトレンズ１２の外縁領域には、反射特性が他の部分と異なる特徴点６０１Ａ、６０１Ｂが設けられている。
【００８１】
なお、特徴点６０１Ａ、６０１Ｂの反射特性を他の部分と異ならせる方法は、ミラーを形成するなどして反射率を上げる方法でもよい。これにより反射率を高めて検出しやすくなる効果がある。なお、反射光は表示に用いるビームの反射光でもよいし、赤外光などの検出用照射光の反射光でもよいし、ユーザ周辺からの外光の反射光でもよい。また、光を散乱させる加工をするなどして反射率を下げる方法でもよい。これにより、コンタクトレンズ１２上での反射率が異なる部分を目立たないようできる効果がある。また、赤や黒や赤外などの特定波長やその組合せの波長の反射率を変える方法でもよい。これによりレーザ光反射による検出のしやすさと、可視光低反射での目立たなさを両立できる効果がある。
【００８２】
なお、特徴点６０１Ａ、６０１Ｂは、コンタクトレンズ１２の中心よりも、走査部１０３に近い側に配置してもよい。これにより、反射特性の異なる部分からの反射光が光検出部２１４に至る光路が短くなったり、眼球回転に伴い眼球表面の曲率が原因となって反射特性の異なる部分が他部の影の部分に移動してしまって検出できなくなったりする状況を減らせる結果、反射特性の異なる部分を、より検出しやすくなる。
【００８３】
次に動作について説明する。
【００８４】
図１のビーム走査型表示装置１０が、眼球回転や頭部振動に伴い、走査部１０３と偏向部１０４との相対位置が変化した場合でも、変化に追従してビームを走査し、網膜上に映像を描画する流れを、図９を用いて説明する。なお、下記の説明は、ユーザが図８に示すコンタクトレンズ１２を装着していることを前提としている。
【００８５】
（Ｓ０１）光検出部２１４が、コンタクトレンズ１２の特徴点６０１Ａ、６０１Ｂからの反射光を検出し、Ｓ０２の動作へ移る。走査部１０３からのビームが、偏向部１０４を含むコンタクトレンズ１２の領域を走査し、コンタクトレンズ１２からのビーム反射光が走査部１０３を経由して光検出部２１４に到達する。検出された反射光の強度変化と、走査部１０３での走査角度から、特徴点６０１Ａ、６０１Ｂ（走査部１０３からの相対位置）が判明する。図８に示す特徴点６０１Ａ、６０１Ｂのように反射特性の異なる領域を設けておくことで、反射率の変化の検出が容易となる。さらに、光検出部２１４で反射光の強度に加えて、反射ビーム径やビームの曲率半径や波面形状などを検出することで、走査部１０３からの前後距離を検出してもよい。
【００８６】
なお、コンタクトレンズ１２からの反射光を用いる以外にも、角膜や水晶体や網膜など眼からの反射光を用いたり併用してもよい。これにより、コンタクトレンズ１２と眼球とのズレによる影響を軽減できる効果や、扱う反射光の種別を増すことで、検出の信頼性や精度を向上できる効果がある。
【００８７】
本ステップにおける位置検出の方法は、本実施の形態で示すように、走査部１０３で走査したビームの反射光を用いる方法でも、走査部１０３からのビームとは別の光源の反射光を用いる方法でもよい。例えば、特許文献４では、赤外発光ダイオードから出射して眼で反射した赤外光をイメージセンサーで検出して視線検出を実現している。また特許文献５では、走査部で走査したビームの眼での反射光をイメージセンサーで検出して視線検出を実現している。
【００８８】
なお、反射光の強度は、光源１０１で変調された出射光の強度と、光検出部２１４で検出した反射光の強度との比で表してもよい。これにより表示映像の変化に伴う出射光の強度変化の影響を減少させることができる効果がある。また、赤外線など眼に感じない光を一定強度で走査しつつ、その反射光を検出してもよい。これにより表示映像の明暗や色調の変化と独立して反射光を検出できる効果がある。
【００８９】
（Ｓ０２）制御部１０５の相対位置検出部５０１ａが、Ｓ０１で検出したコンタクトレンズ１２の特徴点６０１Ａ、６０１Ｂの位置を用いて、偏向部位置を算出し、Ｓ０３の動作へ移る。偏向部位置とは、走査部１０３の中心部と、偏向部１０４の中心部との相対位置を意味する。偏向部１０４を有するコンタクトレンズ１２が眼球回転に伴って移動する場合や、走査部１０３を有する筐体１１が振動したり、筐体１１を装着中にズレたりする場合などに、偏向部位置は変化する。
【００９０】
偏向部位置は、偏向部１０４の基準位置に対して、現在位置の差分を加える方法で算出できる。偏向部１０４の基準位置とは、ユーザがビーム走査型表示装置１０を装着中で、かつ視線が正面を向いている状況での、偏向部１０４の位置とする。基準位置は、ビーム走査型表示装置１０の設計時に設定した値としてもよいし、ユーザがビーム走査型表示装置１０を購入時に、実際に計測した値としてもよいし、光検出部２１４を用いて計測した値としてもよい。設計時の設定値なら比較的容易に実現できる効果があり、購入時の計測値ならユーザ個人差に対応できる効果があり、光検出部２１４の計測値なら使用中変化にも対応できる効果がる。また、偏向部１０４の基準位置と同様に、コンタクトレンズ１２の特徴点６０１Ａ、６０１Ｂの基準位置も、偏向部１０４の中心部からの各特徴点６０１Ａ、６０１Ｂの位置関係を用いて求めておく。
【００９１】
偏向部１０４の現在位置は、Ｓ０１で検出したコンタクトレンズ１２の特徴点６０１Ａ、６０１Ｂの位置と、各特徴点６０１Ａ、６０１Ｂの基準位置との差を用いて求められる。図７に示した自転抑制部４０１を持つコンタクトレンズ１２の場合は、コンタクトレンズ１２の特徴点６０１Ａ、６０１Ｂの位置変化を、偏向部１０４の位置変化と同一とみなしてもよい。また、複数個所の特徴点６０１Ａ、６０１Ｂを検出することで、偏向部１０４の回転も考慮して、位置変化を求めてもよい。
【００９２】
なお、光検出部２１４を持たないビーム走査型表示装置１０の場合は、偏向部位置は、前記基準位置としてもよい。
【００９３】
（Ｓ０３）光源１０１が、Ｓ０２で求めた偏向部位置に基づき、ビームを出力制御し、Ｓ０４の動作へ移る。
【００９４】
赤色レーザ光源２１１と青色レーザ光源２１２と緑色レーザ光源２１３から出力されるビームの強度をそれぞれ適切に変調することで、網膜に表示する画素の色相や彩度や明度を表現する。また、出力制御は、走査部１０３や偏向部１０４など、光源１０１から眼までの光学系の影響を考慮した補正制御をしてもよい。例えば、偏向部１０４に対して走査部１０３からのビームは斜めに入射するので、表示領域の矩形が台形など矩形以外に歪む。さらに、偏向部１０４の位置が変化すれば歪み具合も変化する。そこで、表示領域が矩形となるように予め逆補正した形状の表示領域となるレーザの出力制御を走査部１０３と連動して行ってもよい。
【００９５】
なお、偏向部１０４の移動によって、偏向部１０４の一部が隠れて走査部１０３からのビームが届かなくなった場合は、その隠れた部分に対応するビームを出力しないように制御してもよい。例えば、左眼のコンタクトレンズ１２に偏向部１０４があり、左眼より左前方に走査部１０３がある場合に、ユーザが右を見るために左眼を右に回転させると、眼球の曲率の影響で、偏向部１０４の右の部分が走査部１０３から見て、他の部分に遮られる状況が発生しうる。その状況では、偏向部１０４の左の部分にのみビームが当たるように、光源１０１の出力を制御してもよい。
【００９６】
（Ｓ０４）波面形状変更部１０２が、Ｓ０２で求めた偏向部位置に基づき、網膜上でのビームスポットサイズが所定範囲内となるように、光源１０１からのビームの波面形状を変更し、Ｓ０５の動作へ移る。網膜上でのビームスポットサイズは、走査部１０３と偏向部１０４と網膜との位置関係等によって変化するため、走査角の変化や、偏向部位置の変化に応じて、ビームの波面形状を変化させる。例えば、波面形状の水平焦点距離を変更したい場合は、焦点距離水平成分変更部２０１のシリンドリカルレンズとミラー間の距離を変更することで、水平焦点距離を変更する。同様に、垂直焦点距離を変更したい場合は、焦点距離垂直成分変更部２０２で変更する。
【００９７】
（Ｓ０５）走査角制御部５０１ｂが、Ｓ０２で求めた偏向部位置に基づいて走査部１０３のＭＥＭＳミラーの傾きを変化させることで、波面形状変更部１０２からのビームが、偏向部１０４へ向かうように走査角を変更し、Ｓ０６の動作へ移る。
【００９８】
偏向部位置が変化しない場合でも、走査部１０３は所定の範囲内で走査角を変更することでビームを走査して映像を表示する。偏向部位置が変化した場合は、さらに走査角の範囲（走査角の上限と下限）を変更する。さらに偏向部１０４への入射角も変化する場合には、走査角の範囲の幅（走査角の上限と下限の差）も変化させてもよい。
【００９９】
（Ｓ０６）偏向部１０４が、走査部１０３からのビームを、ユーザの網膜の向きへ偏向し、Ｓ０１の動作へ移る。偏向部１０４のホログラムの回折効果により偏向されたビームがユーザの眼の瞳孔を通過し、網膜に到達してユーザに映像として知覚される。
【０１００】
なお、Ｓ０３からＳ０６までの一連の処理は、逐次的に実行してもよいし、同時に実行してもよいし、実行順が入れ替わってもよい。実効順序関係の制約を弱めることで、マルチスレッド処理などによって合計処理時間を減少できる可能性が高まる効果がある。
【０１０１】
なお、Ｓ０１やＳ０２の処理を実行する頻度は、Ｓ０３からＳ０６までの処理を実行する頻度と異なってもよい。Ｓ０６実行後にＳ０３の動作に移ってもよい。これにより、Ｓ０１やＳ０２に要する時間が長い場合に、Ｓ０３からＳ０６までを何回も繰返す動作の合計時間を短くする効果がある。
【０１０２】
以上の動作により、偏向部１０４の位置変化に追従して、ユーザの眼の網膜に映像を描いていく動作を実現できる。
【０１０３】
以上の構成と動作により、本発明のビーム走査型表示装置１０は、偏向部１０４が眼に装着するコンタクトレンズ１２に形成されることで、メガネ型ＨＭＤの装着性に関する課題が解決され、メガネによって容姿が変わることを避けられる効果や、鼻などの接触部分に装着跡が残らない効果や、鼻などの接触部分の化粧が落ちない効果がある。
【０１０４】
なお、Ｓ０１からＳ０６までの動作は、確率を伴う処理動作としてもよい。例えば、偏向部位置の算出を、上方に１ミリメートル移動した確率が２０％で、移動していない確率が８０％、のように確率的に表現してもよい。これにより算出値が不確かな場合でも、算出しない場合よりは高画質な表示とできる効果がある。
【０１０５】
（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２における、自動車搭載型のＨＵＤ（Ｈｅａｄ−Ｕｐ  Ｄｉｓｐｌａｙ：ヘッドアップディスプレイ）の構成図である。本実施の形態２に係る車１０００は、ドライバーが着席する運転席１００１と、ドライバーが装着したコンタクトレンズ１２に対してビームを走査可能な位置に、筐体１１を保持する筐体保持部１００２とを備える。
【０１０６】
光源１０１、波面形状変更部１０２、走査部１０３、偏向部１０４、制御部１０５、ヘッドホン部１０６の、基本的な仕組みや動作は、実施の形態１と同様である。
【０１０７】
本実施の形態では、乗車中のユーザに対して映像を表示する。実施の形態１同様に偏向部１０４にビーム偏向特性と車外からの可視光の透過特性を持たせることで、車外の光景を見ながら、本発明による表示も見ることができる。これにより、車外の光景を見ながら、車速、注意や警告、行先案内などの、運転行動や居場所などに関連する情報を見られる効果がある。
【０１０８】
光源１０１、波面形状変更部１０２、走査部１０３を保持する筐体１１は、図１０のように車１０００の天井付近（天井が「筐体保持部１００２」に相当）に取り付けてもよい。これにより、窓からの視界を遮らない効果や、眼に近い場所に配置することで、光路が短くなり表示精度を向上できる効果がある。また、光源１０１を車体下部などの波面形状変更部１０２から離れた場所に配置し、光源１０１から波面形状変更部１０２まで光ファイバーでビームを伝送する構成としてもよい。これにより、光源１０１を設置するための領域を天井部で減少できる効果がある。
【０１０９】
制御部１０５はダッシュボード内に配置してもよい。本発明のビーム走査型表示装置１０とは別の制御装置、例えば車速管理装置や案内制御装置（カーナビゲーションシステム）などの制御装置が本制御部１０５を兼ねてもよい。これにより制御装置の総数を減らせる効果がある。
【０１１０】
ヘッドホン部１０６は、ユーザの耳に接触している必要はなく、ユーザ周囲の室内面、例えばドアや前面ダッシュボードに装備されたスピーカーでよい。
【０１１１】
（実施の形態３）
図１１は、本発明の実施の形態３における、椅子装着型のビーム走査型表示装置１０の構成図である。
【０１１２】
光源１０１、波面形状変更部１０２、走査部１０３、偏向部１０４、制御部１０５、ヘッドホン部１０６の、基本的な仕組みや動作は、実施の形態１と同様である。
【０１１３】
本実施の形態では、椅子に着席しているユーザに対して映像を表示する。
【０１１４】
光源１０１、波面形状変更部１０２、走査部１０３を含む筐体１１は、図１１のように椅子の背もたれからユーザ眼前の偏向部１０４へと至る部分（「筐体保持部」に相当）に配置してもよい。図１１ではユーザの頭部の上方に配置しているが、側頭部や、頭部下方に配置してもよい。
【０１１５】
制御部１０５は椅子下部に配置してもよい。本発明のビーム走査型表示装置１０とは別の制御装置、例えばマッサージ制御装置などの制御装置が本制御部１０５を兼ねてもよい。これにより制御装置の総数を減らせる効果がある。
【０１１６】
ヘッドホン部１０６は、ユーザの耳に接触するヘッドホンでもよいし、頭部後方や側方に設置されたスピーカーでもよい。
【０１１７】
なお、上記した各実施の形態での制御処理は、専用のＨ／Ｗ（電子回路等）で実現されてもよいし、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等）に格納された上述した処理手順を実行可能な所定のプログラムデータが、ＣＰＵによって解釈実行されることで実現されてもよい。この場合、プログラムデータは、記録媒体を介して記憶装置内に導入されてもよいし、記録媒体上から直接実行されてもよい。なお、記録媒体は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスクメモリ、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤやＢＤ等の光ディスクやＳＤカード等のメモリカード等の記録媒体をいう。また、記録媒体は、電話回線や搬送路等の通信媒体も含む概念である。
【０１１８】
また、実施の形態は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適時変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明にかかるビーム走査型表示装置は、偏向部がコンタクトレンズに形成され、表示装置、表示システム、表示方法などの用途にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係るビーム走査型表示装置の平面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係るビーム走査型表示装置の側面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係るビーム走査型表示装置の詳細構成図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１に係るビーム走査型表示装置の制御部の構成図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１に係る走査部と偏向部の位置関係の一例を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１に係る走査部と偏向部の位置関係の他の例を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態１に係る偏向部の一例を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態１に係る偏向部の他の例を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態１に係るビーム走査型表示装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態２に係るビーム走査型表示装置の構成図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態３に係るビーム走査型表示装置の構成図である。
【符号の説明】
【０１２１】
１０                                  ビーム走査型表示装置
１１                                  筐体
１２                                  コンタクトレンズ
１０１                                光源
１０２                                波面形状変更部
１０３，１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ  走査部
１０４                                偏向部
１０５                                制御部
１０６                                ヘッドホン部
１０６Ａ                              スピーカー
１０６Ｂ                              バッテリー
２０１                                焦点距離水平成分変更部
２０２                                焦点距離垂直成分変更部
２１１                                赤色レーザ光源
２１２                                青色レーザ光源
２１３                                緑色レーザ光源
２１４                                光検出部
４０１                                自転抑制部
５０１                                中央処理部
５０１ａ                              相対位置検出部
５０１ｂ                              走査角制御部
５０２                                記憶部
５０３                                入出力制御部
５１０                                光源入出力制御部
５１１                                波面形状変更入出力制御部
５１２                                走査入出力制御部
５１３                                偏向入出力制御部
５１４                                ヘッドホン入出力制御部
５１５                                電源入出力制御部
５１６                                通信入出力制御部
５２０                                通信部
６０１Ａ，６０１Ｂ                    特徴点
１０００                              車
１００１                              運転席
１００２                              筐体保持部
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの網膜にビームを走査して画像を表示するビーム走査型表示装置であって、
画像を構成する各画素を描画するビームを出力する光源、及び前記光源からのビームを２次元方向に走査させる走査部を収納する筐体と、
前記走査部で走査されたビームを、前記筐体を装着するユーザの眼の網膜に向かう方向へ偏向する偏向部を有する、前記筐体とは別体のコンタクトレンズとを備える
ビーム走査型表示装置。
【請求項２】
前記偏向部は、前記コンタクトレンズの表面に形成されるホログラムである
請求項１に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項３】
前記ホログラムは、
第１の方向から入射したビームを前記網膜に向かう方向へ偏向する第１の干渉縞と、
前記第１の方向と異なる第２の方向から入射したビームを前記網膜に向かう方向へ偏向する第２の干渉縞とを有する
請求項２に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の方向は、前記コンタクトレンズが眼球の表面に沿って所定の角度だけ自転した前後における、前記走査部から前記ホログラムに向かう方向である
請求項３に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の方向は、前記コンタクトレンズが眼球中心を中心として所定の角度だけ公転した前後における、前記走査部から前記ホログラムに向かう方向である
請求項３に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項６】
前記コンタクトレンズは、眼球の表面に沿って自転することを抑制する自転抑制部を有する
請求項１に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項７】
前記自転抑制部は、前記コンタクトレンズの一部であり、他の部分と密度が異なる
請求項６に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項８】
さらに、
前記光源から出力されたビームの前記コンタクトレンズからの反射光を検出する光検出部と、
前記光検出部の検出結果に基づいて、前記走査部と前記偏向部との相対位置の変化を検出する相対位置検出部と、
前記相対位置検出部の検出結果に基づいて、前記偏向部に入射するビームが網膜に向かう方向に入射するように、前記走査部の走査角を制御する走査角制御部とを備える
請求項１に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項９】
前記コンタクトレンズは、反射特性が他の部分と異なる特徴点を有し、
前記光検出部は、前記特徴点からの反射光を検出し、
前記相対位置検出部は、予め定めた前記特徴点の基準位置と、前記光検出部によって検出された前記特徴点の位置との差分によって、前記走査部と前記偏向部との相対位置の変化を検出する
請求項８に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項１０】
前記特徴点は、前記コンタクトレンズの頂上部より前記走査部に近い位置に配置される
請求項９に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項１１】
前記走査部は、前記偏向部よりもユーザにとって前方に配置される
請求項１に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項１２】
前記走査部は、前記偏向部よりもユーザにとって下方に配置される
請求項１に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項１３】
前記走査部は、ユーザ頭部の左右方向で、耳と前記偏向部との間の位置に配置される
請求項１に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項１４】
前記筐体は、ユーザの側頭部によってのみ支持される
請求項１に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項１５】
前記筐体は、
ユーザの側頭部との接触位置より前方に位置する第１の部分と、
前記接触位置より後方に位置し、前記接触位置まわりのモーメントが前記第１の部分と実質的に釣り合う第２の部分とで構成される
請求項１４に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項１６】
前記接触位置は、ユーザの耳の付け根であり、
前記第２の部分には、該ビーム走査型表示装置を駆動する電池が配置されている
請求項１５に記載のビーム走査型表示装置。
【請求項１７】
光源及び走査部を有する筐体と、偏向部を有し、前記筐体とは別体のコンタクトレンズとを備えるビーム走査型表示装置で画像を表示する表示方法であって、
前記光源から画像を構成する各画素を描画するビームを出力するビーム出力ステップと、
前記ビーム出力ステップで出力されたビームを２次元方向に走査させる走査ステップと、
前記走査ステップで走査されたビームを前記偏向部でユーザの眼の網膜に向かう方向へ偏向する偏向ステップと、
前記ビーム出力ステップで出力されたビームの前記コンタクトレンズからの反射光を検出する光検出ステップと、
前記光検出ステップでの検出結果に基づいて、前記走査部と前記偏向部との相対位置の変化を検出する相対位置検出ステップと、
前記相対位置検出ステップでの検出結果に基づいて、前記偏向部に入射するビームが網膜に向かう方向に入射するように、前記走査部の走査角を制御する走査角制御ステップとを含む
表示方法。
【請求項１８】
請求項１に記載のビーム走査型表示装置を搭載した自動車であって、
前記コンタクトレンズを装着したドライバーが着席する運転席と、
ドライバーが装着した前記コンタクトレンズに対してビームを走査可能な位置に、前記筐体を保持する筐体保持部とを備える
自動車。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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】
2009066446.tif 000021
【図９】
2009066446.tif 000022
【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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