(57)【要約】  表示装置は、ユーザの網膜に画像を表示する表示装置であって、光源（１０１、１１０）、波面形状変更部（１０２、１０９）、及び走査部（１０３、１０８）等で構成され、画像の表示光を出力する画像出力部（１００）と、画像出力部（１００）で出力される表示光をユーザの眼に向かう方向へ偏向する偏向部（１０４、１０７）とを備える。そして、偏向部（１０４、１０７）は、ユーザの瞳孔との相対位置の変化によって生じる画像の乱れを抑制する偏向特性を有する。
2009066475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの網膜に画像を表示する表示装置であって、
画像の表示光を出力する画像出力部と、
前記画像出力部で出力される表示光をユーザの眼に向かう方向へ偏向する偏向部とを備え、
前記偏向部は、ユーザの瞳孔との相対位置の変化によって生じる画像の乱れを抑制する偏向特性を有する
表示装置。
【請求項２】
前記画像出力部は、前記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と、前記光源で出力されるビームを２次元方向に走査させる走査部とを含み、
前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームのうちの少なくとも一部が、ユーザの瞳孔の中心と異なる位置で瞳孔を通過するように偏向する偏向特性を有する
請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームを、ユーザの瞳孔への入射角に応じて瞳孔の異なる位置を通過するように偏向する偏向特性を有する
請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記偏向部は、瞳孔中心を通り、前記偏向部に垂直な仮想線より左側の左側偏向領域に走査されるビームが瞳孔中心より左側の領域でユーザの瞳孔を通過し、前記仮想線より右側の右側偏向領域に走査されるビームが瞳孔中心より右側の領域でユーザの瞳孔を通過するようにビームを偏向する偏向特性を有する
請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
前記偏向部は、前記左側偏向領域に走査されるビームと、前記右側偏向領域に走査されるビームとで、ビームの瞳孔への入射角、及びビームの瞳孔への入射位置と瞳孔中心との距離が、前記仮想線に対して左右非対称となるようにビームを偏向する偏向特性を有する
請求項４に記載の表示装置。
【請求項６】
前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームを、ユーザの左眼に向かう方向に偏向する左眼用偏向部と、ユーザの右眼に向かう方向に偏向する右眼用偏向部とを含み、
前記左眼用偏向部は、前記左側偏向領域に走査されるビームの瞳孔への入射角が前記右側偏向領域に走査されるビームより小さく、且つ前記左側偏向領域に走査されるビームの瞳孔への入射位置と瞳孔中心との距離が前記右側偏向領域に走査されるビームより大きくなるようにビームを偏向する偏向特性を有し、
前記右眼用偏向部は、前記右側偏向領域に走査されるビームの瞳孔への入射角が前記左側偏向領域に走査されるビームより小さく、且つ前記右側偏向領域に走査されるビームの瞳孔への入射位置と瞳孔中心との距離が前記左側偏向領域に走査されるビームより大きくなるようにビームを偏向する偏向特性を有する、
請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】
前記偏向部は、瞳孔中心を通り、前記偏向部に垂直な仮想線より上側の上側偏向領域に走査されるビームがユーザの瞳孔の瞳孔中心より上側の領域を通過し、前記仮想線より下側の下側偏向領域に走査されるビームがユーザの瞳孔の瞳孔中心より下側の領域を通過するようにビームを偏向する偏向特性を有する
請求項６に記載の表示装置。
【請求項８】
前記偏向部は、回折によってビームを偏向するホログラムである
請求項７に記載の表示装置。
【請求項９】
前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームを、ユーザの左眼に向かう方向に偏向する左眼用偏向部と、ユーザの右眼に向かう方向に偏向する右眼用偏向部とを含み、
前記左眼用偏向部及び前記右眼用偏向部は、ユーザの左眼の瞳孔中心と右眼の瞳孔中心との距離である瞳間距離と、左眼におけるビームの集光位置と右眼におけるビームの集光位置との距離である集光位置間距離とが互いに異なるような位置関係で配置される
請求項２に記載の表示装置。
【請求項１０】
該表示装置は、さらに、前記瞳間距離と前記集光位置間距離とを異ならせるように、前記左眼用偏向部及び前記右眼用偏向部それぞれを移動させる偏向部位置調整部を備える
請求項９に記載の表示装置。
【請求項１１】
該表示装置は、さらに、
ユーザの左右の眼それぞれの瞳孔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瞳間距離を算出し、前記集光位置間距離を算出された前記瞳間距離と異ならせるように、前記偏向部位置調整部を制御して前記左眼用偏向部及び前記右眼用偏向部それぞれを移動させる偏向部位置制御部とを備える
請求項１０に記載の表示装置。
【請求項１２】
該表示装置は、さらに、前記光検出部の検出結果に基づいて、前記左眼用偏向部及び前記右眼用偏向部で偏向されたビームのうちの一方がユーザの眼球に入射しなかったと判断した場合に、前記光源に他方のビームの光量を増加させる光量制御部を備える
請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１３】
前記光検出部は、反射光を所定の波長毎に分光して検出する
請求項１２に記載の表示装置。
【請求項１４】
前記画像出力部は、前記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と、前記光源で出力されるビームを２次元方向に走査させる走査部とを含み、
前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームを、ユーザの左眼に向かう方向に偏向する左眼用偏向部と、ユーザの右眼に向かう方向に偏向する右眼用偏向部とを含み、
前記左眼用偏向部は、瞳孔中心を通り、前記左眼用偏向部に垂直な仮想線より左側の左側偏向領域に走査されたビームと、前記仮想線より右側の前記右側偏向領域に走査されたビームとで、ビームの瞳孔への入射角が前記仮想線に対して左右非対称となるようにビームを偏向する偏向特性を有し、
前記右眼用偏向部は、瞳孔中心を通り、前記右眼用偏向部に垂直な仮想線より左側の左側偏向領域に走査されたビームと、前記仮想線より右側の前記右側偏向領域に走査されたビームとで、ビームの瞳孔への入射角が前記仮想線に対して左右非対称となるようにビームを偏向する偏向特性を有する
請求項１に記載の表示装置。
【請求項１５】
前記画像出力部は、前記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と、前記光源で出力されるビームを２次元方向に走査させる走査部とを含み、
前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームを第１の焦点と、前記第１の焦点と異なる第２の焦点とに集光させるように偏向する偏向特性を有する
請求項１に記載の表示装置。
【請求項１６】
該表示装置は、さらに、
ユーザの瞳孔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、ユーザの瞳孔中心の位置である瞳孔位置の変化を検出する瞳孔位置検出部と、
前記瞳孔位置検出部の検出結果により、前記瞳孔位置が前記第１の焦点を含む位置から前記第２の焦点を含む位置に変化したことに応じて、前記瞳孔位置の変化の前後においてユーザが視認する虚像が同一の方向に見えるように、前記画像出力部の出力を制御する制御部とを備える
請求項１５に記載の表示装置。
【請求項１７】
前記制御部は、前記瞳孔位置の変化の前後において、同一の画素を描画するビームが前記偏向部からユーザの眼に向かう領域で実質的に平行となるように、前記画像出力部の出力を制御する
請求項１６に記載の表示装置。
【請求項１８】
前記制御部は、前記瞳孔位置の変化の前後において、同一の画素を描画するビームが前記偏向部からユーザの眼に向かう領域で実質的に平行となるように、前記光源に各画素を描画するビームをユーザの前記瞳孔位置が変化した方向にずらして出力させる出力画像制御部を含む
請求項１７に記載の表示装置。
【請求項１９】
前記出力画像制御部は、さらに、前記瞳孔距離の変化の前後においてユーザが視認する虚像の大きさが同一となるように、前記画像出力部の出力を制御する
請求項１８に記載の表示装置。
【請求項２０】
前記制御部は、前記瞳孔位置の変化の前後において、同一の画素を描画するビームが前記偏向部からユーザの眼に向かう領域で実質的に平行となるように、前記走査部に各画素を描画するビームをユーザの前記瞳孔位置が変化した方向にずらして走査させる走査角制御部を含む
請求項１７に記載の表示装置。
【請求項２１】
前記偏向部は、前記走査部で走査されたビームを前記第１の焦点と、前記第１の焦点よりユーザにとって上方で、かつ前記偏向部からの距離が前記第１の焦点より遠い第２の焦点とに集光させるように偏向する偏向特性を有する
請求項１５に記載の表示装置。
【請求項２２】
前記第１及び第２の焦点は、ユーザの鼻の稜線と実質的に平行な仮想線上に位置する
請求項２１に記載の表示装置。
【請求項２３】
前記第１及び第２の焦点の鉛直方向距離はユーザの瞳孔の高さ以上であり、且つ水平方向距離はユーザの瞳孔の幅以下である
請求項２２に記載の表示装置。
【請求項２４】
前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームを前記第１及び第２の焦点それぞれに向かう方向に同時に偏向する
請求項２３に記載の表示装置。
【請求項２５】
該表示装置は、さらに、ユーザの瞳孔中心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より、ユーザの瞳孔中心が前記第１の焦点を含む位置から前記第２の焦点を含む位置に変化したことに応じて、前記走査部から前記偏向部に走査されるビームの向きが第１の方向から前記第１の方向と異なる第２の方向に変化するように、前記走査部の位置を移動させる走査部位置調整部とを備え、
前記偏向部は、前記第１の方向から入射するビームを前記第１の焦点に集光させる第１の干渉縞と、前記第２の方向から入射するビームを前記第２の焦点に集光させる第２の干渉縞とを有するホログラムによって構成されている
請求項２３に記載の表示装置。
【請求項２６】
前記相対位置検出部は、
ユーザの鼻に接触する位置に配置され、前記偏向部の上下方向の移動に伴って自転する回転体と、
前記回転体の回転角からユーザの瞳孔中心と前記偏向部との相対位置の変化を検出する相対位置算出部とを含む
請求項２５に記載の表示装置。
【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、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（Ｒｅｔｉｎａｌ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｄｉｓｐｌａｙ：ＲＳＤ）、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】
レーザ走査方式のＨＭＤでは一般的に、レーザ光源からのレーザビームを走査部で２次元走査し、眼前に配置したレンズやミラーの偏向ミラーでビームを瞳孔の方向へ偏向することで、瞳孔を通過したビームが網膜に映像を描く。ここで、偏向ミラーからのビームが瞳孔付近に集められる点を「偏向焦点」として、以下説明する。また、「焦点」や「焦点位置」の用語も、偏向焦点と同じ意味として説明する。【０００４】
ユーザが横を見るなどして、頭部を動かさずに眼球を回転させた場合、頭部に装着されたＨＭＤと瞳孔との位置関係が変化する。これによって偏向焦点と瞳孔位置とがずれると、偏向ミラーからのビームが瞳孔を通過できずに、網膜に映像を描けない状況が発生しうる。（以下、この状況を「瞳ズレ」、あるいは「眼球回転瞳ズレ」と記す。）瞳ズレが発生するかどうかは、通常２〜３ミリメートル程度の直径の瞳孔をビームが通過できるかどうかで決まる。【０００５】
図２３及び図２４は、瞳ズレの説明図である。図２３のように偏向焦点が瞳孔内にある場合、偏向ミラーで偏向されたビームは瞳孔を通過できるので、瞳ズレは発生せず、網膜に映像を描ける。しかし、図２４のように眼球が左へ回転した場合、偏向焦点が瞳孔外となるために、瞳ズレが発生し、網膜に映像を描けない。【０００６】
例えば、瞳孔直径を３ミリメートルとした場合において、瞳孔が１．５ミリメートル以上移動すると瞳ズレが発生し、ユーザは映像を見られなくなる。瞳孔が１．５ミリメートル移動する画面の視野角を試算すると、瞳孔から偏向ミラーまでの距離が１５ミリメートル、瞳孔から眼球回転中心まで１０．５ミリメートルとした場合の表示画面の視野角は片側約１４度（左右計約２７度、上下でも同様）となり、それより外側に視線が移動すると瞳ズレが発生する。【０００７】
なお、図２３や図２４は簡略図であり、実際には眼に入射したビームは角膜や水晶体等の影響を受けて屈折するが、本説明ではビームが瞳孔を通過できるかどうかが重要なので、屈折の影響は簡略化して図示している。【０００８】
瞳ズレの対策として、偏向ミラーに複数の偏向焦点を持たせる方法がある（例えば、特許文献２参照）。図２５のように、偏向ミラーが２つの偏向焦点を有していると、瞳孔が左に移動しても、別の偏向焦点が瞳孔内となるために、瞳ズレを避けられる場合がある。【０００９】
また、ヘッドマウントディスプレイなどに用いる画像表示装置は、個人用携帯ディスプレイ端末のうちのひとつの画像表示装置であり、そのウェアラブル性の観点から眼鏡形態や単眼形態による構造が一般的に適用されている。このような眼鏡形のヘッドマウントディスプレイにおいて、画像表示装置の出力画像と眼鏡のレンズに対応した部分を透過して見える背景画像とが同時に視覚的に認識されることが多い。このような画像表示装置の出力画像と背景画像とを同時に融合して見る場合には、以下に述べる諸問題の解決が期待されている。【００１０】
このような画像表示装置として、眼鏡としての機能を備えながら背景画像と出力画像の虚像とを融合して見るためには、光学系に１つ以上のハーフミラーと虚像を形成するためのレンズまたは凹面鏡とを付加することが必要である。したがって、画像表示装置は、その大きさや重量などが使用者の負担となっており、長時間の使用に耐え難いという課題がある。また、出力画像を高精細化しようとすると、さらに画像表示装置は大型化して負担が増加する。したがって、このような課題を解決するために、ヘッドマウントディスプレイなどに用いる画像表示装置は、小型・軽量でかつ高精細な画像が表示できることが要望されている。【００１１】
このような眼鏡型の画像表示装置として、光源に小型・軽量・低消費電力のレーザダイオードアレイを使用し、光学系に多機能の光学機能を付加することができるリップマンブラッグ体積ホログラムシートを備えた網膜走査型あるいはレーザ走査型の画像表示装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。眼鏡の左右の柄（テンプル）には光源、ガルバノミラーなどの光学系および駆動回路などを小型化して格納することにより、小型化・軽量化を図っている。【００１２】
ところで、このような眼鏡型の画像表示装置により出力画像を見る場合に、人の瞳に照射される光線が虹彩で遮られることにより、視野が狭くなり、出力画像の一部または全体が見えなくなる、あるいは画像に輝度むらが生じることがある。【００１３】
そこで、点光源に高輝度の白色ＬＥＤを使用して光学系に散乱板を配置することにより、画像表示装置の空間光変調部からの光束拡がりが大きくなるので、その光束が瞳近傍において大きな範囲に拡がる。このことにより、眼球が所定位置からある程度ずれた場合も空間光変調部からの光束を確実に瞳孔内に導くことができて、視野が狭くならず、輝度むらも生じにくい画像表示装置が提案されている（例えば、特許文献４参照）。【００１４】
また、瞳ズレが発生するかどうかは、通常２〜３ミリメートル程度の直径の瞳孔をビームが通過できるかどうかで決まる。よって、ＨＭＤで表示する映像の画角（視野角）が大きいほど、眼球回転の回転角も大きくなりやすく、瞳ズレも発生しやすくなる。逆に、ＨＭＤで表示する画面が小さくて画角が小さい場合は、画面の端を見るための眼球回転角度も比較的小さいため、瞳ズレは発生しにくい。【００１５】
図２６は、瞳ズレの説明図である。瞳孔の位置が瞳孔位置Ａの場合、偏向ミラー（偏向部）からのビームが焦点Ａを通過すれば、瞳ズレは発生しない。この場合、ユーザは映像を見られる。しかし、眼球が回転して瞳孔が瞳孔位置Ｂに移動すると、焦点Ａに集まるビームは瞳孔を通過できず、瞳ズレが発生する。この場合、ユーザは映像を見られない。【００１６】
瞳ズレの対策として、偏向部に複数の焦点を持たせる方法がある（例えば、特許文献２参照）。図２６で、偏向ミラーが焦点Ａに加えて焦点Ｂの２つの焦点を有していると、瞳孔が瞳孔位置Ａの場合は焦点Ａに集まるビームが、瞳孔位置Ｂの場合は焦点Ｂに集まるビームが、それぞれ網膜へ到達するので、瞳ズレが発生しなくなる。【００１７】
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５）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６）がある。
【特許文献１】特許第２９３２６３６号公報
【特許文献２】米国特許第６０４３７９９号明細書
【特許文献３】特開平１０−３０１０５５号公報
【特許文献４】特開２０００−２４９９７１号公報
【特許文献５】特許第２９９５８７６号公報
【特許文献６】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】
【００１８】
瞳ズレへの対策として、特許文献２や図２５のように、複数の偏向焦点を設ける方法では、多くの課題がある。例えば、ユーザの周囲が暗くなったことにより瞳孔のサイズが大きくなると、２つ以上の偏向焦点が同時に瞳孔内となる場合があり、網膜の異なる場所に映像を２重に描いてしまって画質を悪化させる課題がある。また逆に、瞳孔のサイズが小さくなると、どの偏向焦点も瞳孔外となって瞳ズレが発生してしまう課題もある。【００１９】
さらに、眼球を上下左右など異なる方向に回転させた場合でも瞳ズレを回避しようとすると、上下左右に別の偏向焦点を設ける必要が生じ、偏向焦点を５つも設ける必要が生じる。さらに左上や右下など他の方向も考慮すると、偏向焦点を９つ以上設ける必要が生じる場合もある。【００２０】
偏向焦点を複数設けると、１本のビームを偏向ミラー等で複数本に分岐させ、その内の１本だけを瞳孔を通過させるようにするので、光利用効率が低下する課題がある。効率を補うために高出力のレーザ光源が必要になり、より多くの電力を消費する課題につながりうる。また、偏向焦点を複数設けるには、偏向ミラーの製造方法が複雑化する課題や、偏向ミラーの偏向効率や透過率や厚みや温度特性などの諸特性を低下させる課題も生じる。その特性低下を軽減させようと、複数の走査ミラーを設けたりして表示装置全体が複雑化する課題にもつながりうる。【００２１】
また、上記で説明した特許文献４等の従来技術においては、画像表示装置により画像を観察する観察者が、眼球を正面に向けて背景画像と出力画像との融合画像の中央部を観察している状態から、眼球を回転させて融合画像の周辺部を観察しようとした場合に、観察しようとする融合画像の反対側の一部の光線が瞳に入らずに欠落したり消えたりするという課題が生じる。【００２２】
従来技術においては、ユーザが正面を向いていることを前提として、ユーザの眼に対向する位置に、画像の位置を調整する構成が開示されている。しかしながら、瞳が上下左右に移動した場合の画像の欠落などの課題に対しては解決の方法が示されておらず、課題の示唆もされていない。【００２３】
また、瞳ズレへの対策として、偏向ミラーが瞳孔付近に複数の焦点を持つ方法の場合、眼球が回転し、別の焦点からのビームが瞳孔を通過するように切り替わると、映像の表示位置や表示サイズが変化してしまう課題が生じる。【００２４】
図２７に、本課題の説明図を示す。偏向ミラーが焦点Ａと焦点Ｂの２つの焦点を持つ場合、偏向位置Ａからのビームが焦点Ａにも焦点Ｂにも届く。これにより、瞳孔が瞳孔位置Ａにある場合は焦点Ａに集まるビームによって映像が見え、瞳孔位置Ｂにある場合は焦点Ｂに集まるビームによって映像が見える。【００２５】
しかし、偏向位置Ａから焦点Ａへの向きと、偏向位置Ａから焦点Ｂへの向きが異なるために、表示される映像の向きが変化してしまう課題が生じる。瞳孔が瞳孔位置Ａにある際に、偏向位置Ａからのビームで表示される映像は、図２７の「方向Ａ１」の方向からの映像としてユーザは知覚する。ここでユーザが眼を動かして瞳孔を瞳孔位置Ｂに移動させた場合、ユーザは「方向Ａ１」と同じ方向である「方向Ａ２」の方向に同一の映像が見えることを期待するが、実際には異なる方向である「方向Ｂ」の方向に前記映像が見えてしまい、表示位置が変化したとの違和感を生じる。【００２６】
ユーザが方向Ａ１と同じ方向に映像が見えることを期待する原因は、仮想画面までの距離（表示物体の仮想位置までの距離）にある。ＨＭＤでは通常、眼から偏向ミラーまでの距離は１〜５センチメートル程度であるのに対し、仮想画面までの距離は、数メートルから無限遠になるように光学的に設計される場合が多く、両者の距離は異なる。これは、眼の焦点調節機能の制約によるものであり、一般的に仮想画面までの距離を無限遠にすると眼精疲労が少なくなる傾向がある。仮に仮想画面が無限遠にあるとすると、無限遠から焦点Ａへの方向と焦点Ｂへの方向は平行となるために、ユーザが眼を動かして瞳孔を瞳孔位置Ａから瞳孔位置Ｂに移動させた場合、ユーザは「方向Ａ１」と同じ方向である「方向Ａ２」の方向に、同一の映像が見えることを期待する。【００２７】
さらに、焦点の切り替わりに伴い、表示位置だけでなく表示サイズも変化してしまう課題がある。眼球が回転して、焦点Ａから焦点Ｂに切り替わった場合、偏向位置Ａから焦点Ａまでの距離と、焦点Ｂまでの距離は異なるために、表示サイズが変化したように見せてしまう。焦点から偏向ミラーまでの距離が遠くなると、表示サイズは小さく、距離が近くなると大きく見せてしまう課題がある。【００２８】
これらの表示位置やサイズの変化は、偏向ミラーが眼に近いほど大きな変化と見えるため、ＨＭＤでは深刻な課題となる。【００２９】
また、ＨＭＤをメガネ型とした場合、メガネ同様に「メガネズレ」の課題が生じる場合がある。「メガネズレ」は、メガネをユーザの鼻と耳で支えて装着中に、メガネのレンズ部が徐々に下方にずれていってしまう現象であり、メガネズレによってレンズを通して見える視界が歪んでしまったり、ユーザに不快な装着感を与えたり、ユーザの顔の印象が変わってしまったりする課題がある。【００３０】
メガネ型ＨＭＤの場合はメガネズレによって、レンズ部（偏向ミラー）と瞳孔との位置関係が変化してしまう結果、前記焦点位置と瞳孔との位置関係も変化する。その結果、ビームが瞳孔を通過できなくなって、網膜に映像を描けない状況が発生しうる（以下、この状況を「装着瞳ズレ」と記す。）。【００３１】
この「装着瞳ズレ」の課題は、眼球回転に伴う瞳ズレとは変化量や変化方向が異なるために、特許文献２のような眼球回転瞳ズレへの対策では不十分である。【００３２】
そこで、本発明は、ＨＭＤ等のビーム走査型表示装置で、複数の偏向焦点を持たせることなく、瞳ズレの課題を軽減できる表示装置を実現することを目的とする。【００３３】
また、本発明は、上記従来の課題を解決するもので、画像の中央部を見ていた観察者が顔を動かさずに眼球の上下左右の回転だけで画像の周辺部を見ようとしたときに瞳が移動するが、この瞳の位置の変化が生じても観察者が観察している画像に欠けなどが生じにくい画像表示装置を提供することを目的とする。【００３４】
また、本発明は、眼球回転に伴う瞳孔位置変化に対応する複数の焦点位置へ偏向ミラーが表示光を偏向する場合に、瞳孔位置に対応する焦点位置の切り替わりに伴って、表示映像の位置や大きさが変化する課題を解決する、表示装置を実現することを目的とする。【００３５】
さらに、本発明は、メガネ型ＨＭＤでメガネズレが起こった場合に、装着瞳ズレによって映像が見えなくなる課題を解決する、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】
【００３６】
この発明に係る表示装置は、ユーザの網膜に画像を表示する表示装置であって、画像の表示光を出力する画像出力部と、前記画像出力部で出力される表示光をユーザの眼に向かう方向へ偏向する偏向部とを備える。そして、前記偏向部は、ユーザの瞳孔との相対位置の変化によって生じる画像の乱れを抑制する偏向特性を有する。本構成によって、一部領域を適切に設定することで瞳ズレの発生条件を変更、調整でき、瞳ズレの課題を軽減可能なＨＭＤとできる。【００３７】
また、前記画像出力部は、前記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と、前記光源で出力されるビームを２次元方向に走査させる走査部とを含む。そして、前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームのうちの少なくとも一部が、ユーザの瞳孔の中心と異なる位置で瞳孔を通過するように偏向する偏向特性を有してもよい。【００３８】
また、前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームを、ユーザの瞳孔への入射角に応じて瞳孔の異なる位置を通過するように偏向する偏向特性を有してもよい。【００３９】
本構成によって、ＨＭＤ等のビーム走査型表示装置で、複数の偏向焦点を持たせることなく、瞳ズレの課題を軽減できる効果がある。複数の偏向焦点を設ける必要がないので、上述した複数の偏向焦点に伴う課題である、網膜に映像を２重に描く場合がある課題や、ビームの光利用効率が低下する課題や、高出力光源が要る課題や、消費電力が多くなる課題や、偏向手段の製造方法が複雑化する課題や、偏向手段の諸特性が低下する課題や、表示装置全体が複雑化する課題などを回避できる効果もある。【００４０】
また、前記偏向部は、瞳孔中心を通り、前記偏向部に垂直な仮想線より左側の左側偏向領域に走査されるビームが瞳孔中心より左側の領域でユーザの瞳孔を通過し、前記仮想線より右側の右側偏向領域に走査されるビームが瞳孔中心より右側の領域でユーザの瞳孔を通過するようにビームを偏向する偏向特性を有してもよい。【００４１】
本構成によって、偏向焦点を瞳孔中心とした従来方法と比較して、画面の左側ほど、眼球を左に回転させても瞳ズレが発生しない回転角を大きくできる効果がある。前記背景技術で示した例では、瞳ズレが発生しない回転角を約１４度から約２６度へ拡大できる効果がある。同様に画面の右側ほど、眼球を右に回転させても瞳ズレが発生しない回転角を大きくできる効果がある。【００４２】
また、前記偏向部は、前記左側偏向領域に走査されるビームと、前記右側偏向領域に走査されるビームとで、ビームの瞳孔への入射角、及びビームの瞳孔への入射位置と瞳孔中心との距離が、前記仮想線に対して左右非対称となるようにビームを偏向する偏向特性を有してもよい。本構成によって、画面の左側と右側で、見続けられる眼球回転角に差をつけられるので、左眼用と右眼用に別の偏向部を用いれば両眼のどちらかでも見続けられる範囲を拡大することができる効果がある。【００４３】
また、前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームを、ユーザの左眼に向かう方向に偏向する左眼用偏向部と、ユーザの右眼に向かう方向に偏向する右眼用偏向部とを含む。前記左眼用偏向部は、前記左側偏向領域に走査されるビームの瞳孔への入射角が前記右側偏向領域に走査されるビームより小さく、且つ前記左側偏向領域に走査されるビームの瞳孔への入射位置と瞳孔中心との距離が前記右側偏向領域に走査されるビームより大きくなるようにビームを偏向する偏向特性を有し、前記右眼用偏向部は、前記右側偏向領域に走査されるビームの瞳孔への入射角が前記左側偏向領域に走査されるビームより小さく、且つ前記右側偏向領域に走査されるビームの瞳孔への入射位置と瞳孔中心との距離が前記左側偏向領域に走査されるビームより大きくなるようにビームを偏向する偏向特性を有してもよい。【００４４】
本構成によって、視線が左に動いた場合、左眼で見続けられる眼球回転角を拡大することができる効果がある。同様に、視線が右に動いた場合、右眼で見続けられる眼球回転角を拡大することができる効果がある。【００４５】
また、前記偏向部は、瞳孔中心を通り、前記偏向部に垂直な仮想線より上側の上側偏向領域に走査されるビームがユーザの瞳孔の瞳孔中心より上側の領域を通過し、前記仮想線より下側の下側偏向領域に走査されるビームがユーザの瞳孔の瞳孔中心より下側の領域を通過するようにビームを偏向する偏向特性を有してもよい。【００４６】
本構成によって、偏向焦点を瞳孔中心とした従来方法と比較して、画面の上側ほど、眼球を上に回転させても瞳ズレが発生しない回転角を大きくできる効果がある。前記背景技術で示した例では、瞳ズレが発生しない回転角を約１４度から約２６度へ拡大できる効果がある。同様に画面の下側ほど、眼球を下に回転させても瞳ズレが発生しない回転角を大きくできる効果がある。【００４７】
また、前記偏向部は、回折によってビームを偏向するホログラムであってもよい。本構成によって、眼前の偏向手段を、薄く、透明にすることができる効果がある。【００４８】
また、前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームを、ユーザの左眼に向かう方向に偏向する左眼用偏向部と、ユーザの右眼に向かう方向に偏向する右眼用偏向部とを含む。そして、前記左眼用偏向部及び前記右眼用偏向部は、ユーザの左眼の瞳孔中心と右眼の瞳孔中心との距離である瞳間距離と、左眼におけるビームの集光位置と右眼におけるビームの集光位置との距離である集光位置間距離とが互いに異なるような位置関係で配置されてもよい。【００４９】
このような構成とすることにより眼球の回転で瞳が移動した場合に、少なくともどちらか一方の眼で画像が見えているようにすることができるので画像出力の欠落などがない画像表示装置を実現することができる。【００５０】
また、該表示装置は、さらに、前記瞳間距離と前記集光位置間距離とを異ならせるように、前記左眼用偏向部及び前記右眼用偏向部それぞれを移動させる偏向部位置調整部を備えてもよい。【００５１】
このような構成とすることにより、瞳間距離の異なる観察者が本発明の同じ表示装置を使用した場合でも、偏向部位置調整部を用いて左右の偏向部を容易に両眼に対向した位置に移動することができる。したがって、この表示装置を使用するユーザそれぞれに対して、偏向部を適切な位置に設定することができるので、ユーザは画像出力の欠落などがない画像を観察することができる。【００５２】
また、該表示装置は、さらに、ユーザの左右の眼それぞれの瞳孔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瞳間距離を算出し、前記集光位置間距離を算出された前記瞳間距離と異ならせるように、前記偏向部位置調整部を制御して前記左眼用偏向部及び前記右眼用偏向部それぞれを移動させる偏向部位置制御部とを備えてもよい。【００５３】
また、該表示装置は、さらに、前記光検出部の検出結果に基づいて、前記左眼用偏向部及び前記右眼用偏向部で偏向されたビームのうちの一方がユーザの眼球に入射しなかったと判断した場合に、前記光源に他方のビームの光量を増加させる光量制御部を備えてもよい。【００５４】
このような構成とすることにより、瞳の位置を両眼の眼球の表面からの反射光強度などから検出して、両眼のうちのどちらの眼で観察しているか、あるいは両眼で観察しているかを判定し、その情報をもとに出射光の光量の増減を制御して適正な明るさの映像を観察者に観察させることができる。【００５５】
また、前記光検出部は、反射光を所定の波長毎に分光して検出してもよい。このような構成とすることにより、観察者によって異なる虹彩の色を検出することが出来、光線が虹彩で遮られたかどうかを精密に検知できるようになる。【００５６】
また、前記画像出力部は、前記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と、前記光源で出力されるビームを２次元方向に走査させる走査部とを含む。前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームを、ユーザの左眼に向かう方向に偏向する左眼用偏向部と、ユーザの右眼に向かう方向に偏向する右眼用偏向部とを含む。そして、前記左眼用偏向部は、瞳孔中心を通り、前記左眼用偏向部に垂直な仮想線より左側の左側偏向領域に走査されたビームと、前記仮想線より右側の前記右側偏向領域に走査されたビームとで、ビームの瞳孔への入射角が前記仮想線に対して左右非対称となるようにビームを偏向する偏向特性を有し、前記右眼用偏向部は、瞳孔中心を通り、前記右眼用偏向部に垂直な仮想線より左側の左側偏向領域に走査されたビームと、前記仮想線より右側の前記右側偏向領域に走査されたビームとで、ビームの瞳孔への入射角が前記仮想線に対して左右非対称となるようにビームを偏向する偏向特性を有してもよい。【００５７】
このような構成とすることにより、眼球の回転で瞳が移動した場合に、観察者は少なくともどちらか一方の眼で画像が見えているようにすることができる。その結果、画像出力の欠落などがない表示装置を実現することができ、画像出力部から出力される映像の全体を視認することができる。【００５８】
また、前記画像出力部は、前記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と、前記光源で出力されるビームを２次元方向に走査させる走査部とを含む。そして、前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームを第１の焦点と、前記第１の焦点と異なる第２の焦点とに集光させるように偏向する偏向特性を有してもよい。【００５９】
また、該表示装置は、さらに、ユーザの瞳孔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、ユーザの瞳孔中心の位置である瞳孔位置の変化を検出する瞳孔位置検出部と、前記瞳孔位置検出部の検出結果により、前記瞳孔位置が前記第１の焦点を含む位置から前記第２の焦点を含む位置に変化したことに応じて、前記瞳孔位置の変化の前後においてユーザが視認する虚像が同一の方向に見えるように、前記画像出力部の出力を制御する制御部とを備えてもよい。【００６０】
本構成によって、瞳孔位置に対応する焦点位置の切り替わりに伴う表示映像の位置や大きさの変化を減少できる効果がある。また、偏向部が眼に近いほど前記変化が大きくなるので、本構成によって、偏向部を眼に近く配置できる効果がある。また、瞳ズレの対策として偏向部に複数の焦点を持たせる方法の課題が解消される結果、瞳ズレが起こりやすい広画角で大画面なＨＭＤを実現できる効果がある。【００６１】
また、前記制御部は、前記瞳孔位置の変化の前後において、同一の画素を描画するビームが前記偏向部からユーザの眼に向かう領域で実質的に平行となるように、前記画像出力部の出力を制御してもよい。【００６２】
本構成によって、例えば、瞳孔位置に対応する焦点位置が左へ切り替わるのに伴い、表示映像の位置が右へずれる変化を減少できる効果がある。また、瞳孔位置に対応する焦点位置が上へ切り替わるのに伴い、表示映像の位置が下へずれる変化を減少できる効果がある。【００６３】
また、前記制御部は、前記瞳孔位置の変化の前後において、同一の画素を描画するビームが前記偏向部からユーザの眼に向かう領域で実質的に平行となるように、前記光源に各画素を描画するビームをユーザの前記瞳孔位置が変化した方向にずらして出力させる出力画像制御部を含んでもよい。本構成によって、瞳孔位置に対応する焦点位置が切り替わるのに伴い、無限遠に表示された仮想画面上の表示映像の位置の変化を減少できる効果がある。【００６４】
また、前記出力画像制御部は、さらに、前記瞳孔距離の変化の前後においてユーザが視認する虚像の大きさが同一となるように、前記画像出力部の出力を制御してもよい。本構成によって、例えば、瞳孔位置に対応する焦点位置が偏向部から近づくのに伴い、表示映像のサイズが大きくなる変化を減少できる効果がある。【００６５】
また、前記制御部は、前記瞳孔位置の変化の前後において、同一の画素を描画するビームが前記偏向部からユーザの眼に向かう領域で実質的に平行となるように、前記走査部に各画素を描画するビームをユーザの前記瞳孔位置が変化した方向にずらして走査させる走査角制御部を含んでもよい。本構成によって、瞳孔位置に対応する焦点位置が切り替わるのに伴い、無限遠に表示された仮想画面上の表示映像の位置の変化を減少できる効果がある。【００６６】
また、前記偏向部は、前記走査部で走査されたビームを前記第１の焦点と、前記第１の焦点よりユーザにとって上方で、かつ前記偏向部からの距離が前記第１の焦点より遠い第２の焦点とに集光させるように偏向する偏向特性を有してもよい。【００６７】
本構成によって、メガネ型ＨＭＤでメガネズレが起こった場合でも、装着瞳ズレの課題が解消される結果、映像が見えなくなる状況を発生しにくくできる効果がある。また、メガネズレの課題を低減できるので、メガネズレが比較的起こりやすい、重いＨＭＤや、重量バランスが前方（レンズ部）にあるＨＭＤや、鼻や耳周辺の接触面積が少ないＨＭＤを実現できる効果もある。また、ＨＭＤをメガネ型にした場合の課題を低減できる結果、ＨＭＤをメガネ型とできる効果もある。【００６８】
また、前記第１及び第２の焦点は、ユーザの鼻の稜線と実質的に平行な仮想線上に位置してもよい。本構成によって、メガネズレが発生して、メガネレンズ部が眼から遠ざかっても、瞳ズレが発生しない効果がある。【００６９】
また、前記第１及び第２の焦点の鉛直方向距離はユーザの瞳孔の高さ以上であり、且つ水平方向距離はユーザの瞳孔の幅以下であってもよい。本構成によって、メガネ型ＨＭＤが顔面に対して下方にずれた場合に、ビームが瞳孔に入らない状況や、複数焦点からの複数ビームが瞳孔に入ってしまう状況を、軽減できる効果がある。【００７０】
また、前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームを前記第１及び第２の焦点それぞれに向かう方向に同時に偏向してもよい。本構成によって、メガネズレを検出しなくても、メガネズレに対応できる効果がある。【００７１】
また、該表示装置は、さらに、ユーザの瞳孔中心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より、ユーザの瞳孔中心が前記第１の焦点を含む位置から前記第２の焦点を含む位置に変化したことに応じて、前記走査部から前記偏向部に走査されるビームの向きが第１の方向から前記第１の方向と異なる第２の方向に変化するように、前記走査部の位置を移動させる走査部位置調整部とを備え、前記偏向部は、前記第１の方向から入射するビームを前記第１の焦点に集光させる第１の干渉縞と、前記第２の方向から入射するビームを前記第２の焦点に集光させる第２の干渉縞とを有するホログラムによって構成されていてもよい。【００７２】
本構成によって、瞳孔の動きに追従できるので、より焦点を瞳孔位置に一致させやすくなり、瞳ズレの発生を軽減できる効果がある。また、焦点が１つで済む為に、ビームを偏向部で分岐させる必要がないので、光利用効率が高まる効果もある。本構成によって、焦点を瞳孔位置に一致させやすくなり、瞳ズレの発生を軽減できる効果がある。【００７３】
また、前記相対位置検出部は、ユーザの鼻に接触する位置に配置され、前記偏向部の上下方向の移動に伴って自転する回転体と、前記回転体の回転角からユーザの瞳孔中心と前記偏向部との相対位置の変化を検出する相対位置算出部とを含んでもよい。
【発明の効果】
【００７４】
本発明の表示装置では、偏向部とユーザの瞳孔との相対位置の変化によって生じる画像の乱れを抑制する偏向特性を偏向部に付与したことにより、瞳ズレの課題を軽減可能なＨＭＤとできる効果がある。【００７５】
また、本発明の表示装置では、偏向部は瞳孔へのビーム入射角に応じて異なる位置でビームが瞳孔へ入射するよう偏向する結果、ＨＭＤ等のビーム走査型表示装置で、複数の偏向焦点を持たせることなく、瞳ズレの課題を軽減できる効果がある。複数の偏向焦点を設ける必要がないので、複数の偏向焦点に伴う課題である、網膜に映像を２重に描く場合がある課題や、ビームの光利用効率が低下する課題や、高出力光源が要る課題や、消費電力が多くなる課題や、偏向部の製造方法が複雑化する課題や、偏向部の諸特性が低下する課題や、表示装置全体が複雑化する課題などを回避できる効果もある。【００７６】
また、本発明の画像表示装置は、高輝度で色再現性がよい高精細な映像を表示することができ、眼球の回転で瞳が移動した場合でも、少なくともどちらか一方の眼で画像が見えているようにすることができるので画像出力の欠落などがない小型で低消費電力の画像表示装置を実現することができる。【００７７】
また、本発明の表示装置では、眼球回転に伴う瞳孔位置変化に対応する複数の焦点位置へ偏向部が表示光を偏向する場合に、瞳孔位置に対応する焦点位置の切り替わりに伴う、表示映像の位置や大きさの変化を減少できる効果がある。また、偏向部が眼に近いほど前記変化が大きくなるので、本構成によって、偏向部を眼に近く配置できる効果がある。また、瞳ズレの対策として偏向部に複数の焦点を持たせる方法の課題が解消される結果、瞳ズレが起こりやすい広画角で大画面なＨＭＤを実現できる効果がある。【００７８】
また、本発明の表示装置では、メガネ型ＨＭＤでメガネズレが起こった場合でも、装着瞳ズレの課題が解消される結果、映像が見えなくなる状況を発生しにくくできる効果がある。また、メガネズレの課題を低減できるので、メガネズレが比較的起こりやすい、重いＨＭＤや、重量バランスが前方（レンズ部）にあるＨＭＤや、鼻や耳周辺の接触面積が少ないＨＭＤを実現できる効果もある。また、ＨＭＤをメガネ型にした場合の課題を低減できる結果、ＨＭＤをメガネ型とできる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１Ａ】図１Ａは、実施の形態１に係る表示装置の平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、実施の形態１に係る表示装置の側面図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る表示装置の詳細構成図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る表示装置の機能ブロック図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係る表示装置において、ユーザの眼が正面を向いている状態を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態１に係る表示装置において、ユーザの眼が左を向いている状態を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、偏向部に付与する偏向特性の一例を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、偏向部に付与する偏向特性の他の例を示す図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、偏向部に付与する偏向特性の他の例を示す図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、偏向部に付与する偏向特性の他の例を示す図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、偏向部に付与する偏向特性の他の例を示す図である。
【図６Ｆ】図６Ｆは、偏向部に付与する偏向特性の他の例を示す図である。
【図６Ｇ】図６Ｇは、偏向部に付与する偏向特性の他の例を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態２に係る表示装置の概略構成図である。
【図８Ａ】図８Ａは、実施の形態２にかかる表示装置において、ユーザの眼が正面を向いている状態を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、従来の表示装置において、ユーザの眼が正面を向いている状態を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、実施の形態２に係る表示装置において、ユーザの眼が左を向いている状態を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、従来の表示装置において、ユーザの眼が左を向いている状態を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、実施の形態２に係る表示装置の光検出部の概略構成図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、実施の形態２に係る表示装置の光検出部の他の例を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態２に係る表示装置の機能ブロック図である。
【図１２】図１２は、実施の形態３に係る表示装置の概略構成図である。
【図１３】図１３は、発明の実施の形態３に係る表示装置において、ユーザの眼が正面を向いている状態を示す図である。
【図１４】図１４は、発明の実施の形態３に係る表示装置において、ユーザの眼が左を向いている状態を示す図である。
【図１５】図１５は、実施の形態４に係る表示装置の機能ブロック図である。
【図１６】図１６は、実施の形態４に係る表示装置の動作を示すフローチャートである。
【図１７】図１７は、瞳孔位置が変化した場合における表示装置の動作例を示す図である。
【図１８】図１８は、瞳孔位置が変化した場合における表示装置の表示例を示す図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、ユーザが実施の形態５に係る表示装置を装着した状態を示す図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、図１９Ａの状態から偏向部の位置が下方にずれた状態を示す図である。
【図２０】図２０は、実施の形態５に係る表示装置の機能ブロック図である。
【図２１】図２１は、本発明に係る表示装置の用途の一例を示す図である。
【図２２】図２２は、本発明に係る表示装置の用途の他の例を示す図である。
【図２３】図２３は、従来の表示装置において、ユーザの眼が正面を向いた状態を示す図である。
【図２４】図２４は、従来の表示装置において、ユーザの眼が左を向いた状態を示す図である。
【図２５】図２５は、複数の焦点を有する偏向ミラーを備えた従来の表示装置を示す図である。
【図２６】図２６は、従来の表示装置において、瞳孔位置の変化の前後の状態を示す図である。
【図２７】図２７は、従来の表示装置において、画像の見える方向を示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
２                                          出射光
２ｂ                                        反射光
２Ｂ                                        青色レーザ光
２Ｇ                                        緑色レーザ光
２Ｒ                                        赤色レーザ光
４ａ                                        可動ミラー
６                                          統括制御部
７                                          瞳孔
８ａ                                        網膜
８ｂ                                        虹彩
８Ｌ                                        左眼
８Ｒ                                        右眼
９                                          瞳間距離
１０，３０                                  表示装置
１１Ｌ，１１Ｒ                              集光位置
１２                                        集光位置間距離
１３                                        ＲＧＢ光源
１４                                        レーザ光
１４ａ                                      反射ミラー
１４ｂ，１７ａ，１７ｂ                      ダイクロイックミラー
１４ｃ                                      レンズ
１５ａ                                      反射面
１５Ｌ，１５Ｒ                              ホログラムミラー
１６                                        偏向部位置調整部
１６Ｌ，１６Ｒ                              駆動部
１７ｃ                                      受光制御部
１８                                        中心線
１９                                        配線
２０，２０Ｌ，２０Ｒ，３２，３２Ｌ，３２Ｒ  映像
３１，３１Ｌ，３１Ｒ                        視野
６１                                        光量制御部
６２                                        偏向部位置制御部
３Ｌ，３Ｒ，１００                          画像出力部
１Ｌ，１Ｒ，１０１，１１０                  光源
１０２，１０９                              波面形状変更部
４Ｌ，４Ｒ，１０３，１０８                  走査部
１５，１０４，１０７                        偏向部
５Ｌ，５Ｒ，１０５，１１１                  制御部
１０６，１１２                              ヘッドホン部
１２０                                      相対位置検出部
１２１，１２２                              レンズ
１２３，１２４                              テンプル
２０１                                      焦点距離水平成分変更部
２０２                                      焦点距離垂直成分変更部
２１５                                      回転体
１３ｒ，２１１                              赤色レーザ光源
１３ｂ，２１２                              青色レーザ光源
１３ｇ，２１３                              緑色レーザ光源
１７，１７Ｂ，１７Ｇ，１７Ｒ，２１４        光検出部
４０１                                      偏向部支持部
５０１                                      中央処理部
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
８０１，８０２，８０３，８０４，８０５，８０６Ｌ，８０６Ｒ  偏向特性
１０５１Ａ                                  瞳孔位置検出部
１０５２Ａ                                  出力画像制御部
１０５３Ａ                                  走査角制御部
１０５１Ｂ                                  相対位置算出部
１０５２Ｂ                                  走査部位置調整部
【発明を実施するための最良の形態】
【００８１】
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。【００８２】
（実施の形態１）
図１Ａ、図１Ｂ、図２、及び図３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（「画像表示装置」又は「表示装置」ともいう）としてのメガネ型ＨＭＤを説明する。なお、図１Ａは表示装置の平面図、図１Ｂは表示装置の側面図、図２は図１Ａの一部の詳細図、図３は表示装置の機能ブロック図である。【００８３】
実施の形態１に係る眼鏡型ＨＭＤは、表示装置と、ユーザの左右の眼の位置に配置されるレンズ１２１、１２２と、一端がレンズ１２１、１２２に連結され、他端がユーザの側頭部に固定される一対のテンプル１２３、１２４とを備える。【００８４】
表示装置は、図１Ａ、図１Ｂ、及び図２に示されるように、表示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、１１０と、光源１０１、１１０から出力されたビームの波面形状を変更する波面形状変更部１０２、１０９と、波面形状変更部１０２、１０９から出力されたビームを偏向部１０４、１０７に向かって２次元走査する走査部１０３、１０８と、走査部１０３、１０８の走査光をユーザの眼に向かう方向に偏向する偏向部１０４、１０７と、前述の各部を制御する制御部１０５、１１１と、ヘッドホン部１０６、１１２とを備える。【００８５】
なお、光源１０１、波面形状変更部１０２、及び走査部１０３で左眼用の画像出力部１００を構成する。同様に、光源１１０、波面形状変更部１０９、走査部１０８で右眼用の画像出力部（図示省略）を構成する。【００８６】
なお、この実施形態においては、光源１０１、１１０、波面形状変更部１０２、１０９、走査部１０３、１０８、制御部１０５、１１１、及びヘッドホン部１０６、１１２がテンプル１２３、１２４に収納され、偏向部１０４、１０７がレンズ１２１、１２２のユーザの眼に対面する側に配置されている。【００８７】
光源１０１は、ビームを出力する。出力するビームは、図２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とから出力される各レーザ光を合波したレーザ光であって、各色レーザ光源２１１、２１２、２１３から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、１０９や走査部１０３、１０８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。【００８８】
なお、図２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。【００８９】
また、図２では各色レーザ光源２１１、２１２、２１３でレーザ光の変調を行っているが、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、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。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。【００９０】
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とは、出力す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、上記の変調制御に加えて、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、表示領域が台形など矩形以外に歪む。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ように、レーザの出力制御を走査部１０３と連動して行ってもよい。【００９１】
なお、光源１０１は、図２に示す光検出部２１４を含んでもよい。光検出部２１４は、ユーザの眼からの反射光の強度を検出する。反射光の強度変化によって、視線の方向を推測したり、瞳孔の位置を推測したりできる。【００９２】
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。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１０４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。【００９３】
図２に示す波面形状変更部１０２は、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。【００９４】
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。【００９５】
なお、図２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。これらの手段により、収差の影響を減少させ、表示画質を向上できる効果がある。【００９６】
なお、図２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。【００９７】
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。【００９８】
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とできる効果がある。【００９９】
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、レンズを移動する方法や、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。【０１００】
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の瞳孔に向かう方向へ偏向する。偏向部１０４では、メガネのレンズの内側表面に、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が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方向へ回折するように製作されている。フォトポリマー層には赤色、緑色、青色、それぞれのレーザ光源２１１、２１２、２１３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。【０１０１】
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とできる。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を薄くできる効果がある。【０１０２】
なお、ホログラムは、レンズ１２１、１２２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。例えば、レンズ１２１、１２２の外側（図１Ａのレンズ１２１、１２２の上側）から物体光を、走査部１０３、１０８の位置から参照光を偏向部１０４、１０７に対して照射する。ここで、物体光の入射角度等を調整することにより、偏向部１０４、１０７に図６Ａ〜図６Ｇに示すような様々な偏向特性８０１〜８０６Ｒを付与することができる。【０１０３】
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３に示すように、中央処理部５０１、記憶部５０２、及び入出力制御部５０３を備えてもよい。【０１０４】
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ながら、表示装置全体の処理を統括する。記憶部５０２は制御部１０５で用いるデータを記憶する。【０１０５】
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、及び走査部１０３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、などを備えてもよい。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。【０１０６】
なお、制御部１０５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通信部５２０を備えてもよい。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。【０１０７】
ヘッドホン部１０６は、スピーカーを備え、音声を出力する。なお、ヘッドホン部には、表示装置各部へ電源供給するバッテリーを備えてもよい。【０１０８】
なお、光源１１０、波面形状変更部１０９、走査部１０８、偏向部１０７、制御部１１１、及びヘッドホン部１１２の構成は、上述の光源１０１、波面形状変更部１０２、走査部１０３、偏向部１０４、制御部１０５、及びヘッドホン部１０６と共通するので、説明は省略する。【０１０９】
次に、実施の形態１に係るビーム走査型表示装置において、眼球が回転するのに伴ってユーザの瞳孔と偏向部１０４との相対位置が変化した場合に、ユーザの視認する画像の乱れを抑制するための構成を、図４〜図６Ｇを参照しながら説明する。なお、図４はユーザの眼球が正面を見ている状態を示す図、図５はユーザの眼球が左に回転した状態を示す図、図６Ａ〜図６Ｇは偏向部１０４、１０７に付与する偏向特性８０１〜８０６Ｒのバリエーションを示す図である。また、下記には偏向部１０４についてのみ説明するが、偏向部１０７についても同様である。【０１１０】
図４に示すように、本発明の偏向部１０４は、従来の図２３の偏向ミラーとは異なり、走査部１０３で走査されるビームのうちの少なくとも一部が、ユーザの瞳孔の中心と異なる位置で瞳孔を通過するように偏向する偏向特性を有する。より具体的には、瞳孔へのビームの入射角に応じて異なる位置でビームが瞳孔へ入射するよう偏向する偏向特性を有する。【０１１１】
図２３の従来方式では、瞳孔へ左方の角度から入射するビームも正面から入射するビームも右方の角度から入射するビームも、瞳孔中心位置でビームが瞳孔を通過するように、偏向ミラーがビームを偏向していた。【０１１２】
一方、本発明の図４では、瞳孔へ左方の角度から入射するビームは瞳孔中心よりも左側位置でビームが瞳孔を通過するように、瞳孔正面から入射するビームは瞳孔中心位置でビームが瞳孔を通過するように、瞳孔の右方の角度から入射するビームは瞳孔中心よりも右側位置でビームが瞳孔を通過するように、偏向部１０４がビームを偏向する。【０１１３】
この結果、ユーザが画面左側を見るために眼球を左に回転させて瞳孔が左に移動した場合、従来方式では図２３が図２４の状態となって、どのビームも瞳孔を通過できずに、瞳ズレが発生してしまう。しかし、本発明では図４が図５の状態となって、左方の角度からのビームは、瞳孔を通過できるので、ユーザは画面左側を見ることができる。同様に、ユーザが画面右側を見るために瞳孔を右に移動させた場合も、画面右側を見続けることができる。【０１１４】
また、左右方向と同様に、上下方向でも図４のように異なる位置でビームが瞳孔を通過するように偏向しておくことで、ユーザが画面の上側を見るために瞳孔を上に移動させた場合でも画面上側を見続けることができ、画面下側を見るために瞳孔を下に移動させた場合でも画面下側を見続けることができる。【０１１５】
瞳孔直径を３ミリメートル、瞳孔から偏向部１０４までの距離を１５ミリメートル、瞳孔から眼球回転中心までの距離を１０．５ミリメートルとして見続けることができる画面視野角を試算すると、従来例の図２３の場合は、視線が画面中心から約１４度以上移動すると瞳ズレが発生するのに対し、本発明の図４の場合は、視線が画面中心から約２６度までの移動なら視線の先を見続けることができる。【０１１６】
なお、上記のように、瞳孔へのビームの入射角に応じて異なる位置でビームが瞳孔へ入射するような偏向部１０４としてもよいし、さらに各種偏向方法を組み合わせた偏向部１０４としてもよい。例えば、左眼用と右眼用とで異なる偏向特性を付与してもよい。片目の瞳ズレを、もう片方の目で補える効果がある。また、ビームの瞳孔への水平入射角と垂直入射角とが異なるような偏向特性を付与してもよい。瞳ズレ発生条件を、水平画角と垂直画角で異なるようにできる効果がある。また、複数の走査部からのビーム光に対して異なる偏向特性を付与してもよい。ある走査部からのビームの瞳ズレを他の走査部からのビームで補える効果がある。【０１１７】
図６Ａ〜図６Ｇを参照して、偏向部１０４に付与する偏向特性のバリエーションを説明する。なお、図６Ａは図４及び図５で説明した偏向特性８０１を示す図、図６Ｂ〜図６Ｇはその他の偏向特性８０２〜８０６Ｒを示す図である。なお、図６Ａ〜図６Ｇにおいて、瞳孔中心を通り、偏向部１０４に垂直な直線を仮想線ｌとし、偏向部１０４の仮想線ｌより左側の領域を左側偏向領域１０４Ｌ、仮想線ｌより右側の領域を右側偏向領域１０４Ｒとする。また、ビームの入射角とは、ビームと仮想線ｌとのなす角を指すものとする。【０１１８】
図６Ａに示す偏向特性８０１においては、走査部１０３から左側偏向領域１０４Ｌに走査されるビームは瞳孔中心の左側の領域を通過し、右側偏向領域１０４Ｒに走査されるビームは瞳孔中心の右側の領域を通過し、仮想線ｌ上に走査されるビームは瞳孔中心を通過する。さらに、この偏向特性８０１においては、偏向された全てのビームが瞳孔中心より奥（眼球中心寄り）で集光する、つまり、偏向焦点が瞳孔より奥に形成されている。これにより、眼球を左に回転させた場合、画面左側を見続けられる効果に加えて、画面右側が徐々に画面右端側から見えなくなっていくようにできる効果もある。また、従来方式での偏向部１０４の製造方法からの大きな改造を要しない効果もある。【０１１９】
また、図６Ａに示す偏向特性８０１は、水平方向だけでなく垂直方向にも適用することができる。具体的には、瞳孔中心を通り、偏向部１０４に垂直な仮想線より上側の上側偏向領域に走査されるビームが瞳孔中心の上側の領域でユーザの瞳孔を通過し、仮想線より下側の下側偏向領域に走査されるビームが瞳孔中心の下側の領域でユーザの瞳孔を通過するようにビームを偏向してもよい。【０１２０】
さらに、図６Ａに示す偏向特性８０１の変形例として、瞳孔から偏向焦点までの距離を水平方向と垂直方向とで異ならせてもよい。水平方向より垂直方向での距離を長くすると、瞳ズレが発生する垂直方向の眼球回転を大きくでき、瞳ズレが発生しない上下の画角を広げられる効果がある。この方式は、水平の画角は左右の眼で補い合うことで擬似的に広げられるが、垂直の画角は左右の眼では補い合えないので、有効となる。【０１２１】
なお、上記の説明では、偏向特性を水平方向と垂直方向とで独立して規定したが、これに限ることなく、２次元的に規定してもよい。この場合、ユーザに表示する画面領域を画面中心から近い順に、「画面中央部」、「画面中間部」、「画面端部」、という用語で説明する。ユーザの視線が画面中央部にある場合、瞳孔へのビームの入射角は、画面中央部で最も小さく、画面端部で最も大きくなる。一方、ユーザの瞳孔のうち、瞳孔中心を含む所定の領域を「瞳孔中央部」、その外側の領域を「瞳孔端部」という用語で説明する。【０１２２】
そうすると、図６Ａに示す偏向特性８０１は、画面中央部のビームを瞳孔中心に向けて偏向し、画面中間部のビームを瞳孔中央部（瞳孔中心を除く）に向けて偏向し、画面端部のビームを瞳孔端部に向けて偏向している。同様に、図６Ｂに示す偏向特性８０２は、画面端部のビームを瞳孔端部に向けて偏向し、画面中央部及び画面中間部のビームを瞳孔中央部（瞳孔中心）に向けて偏向している。これにより、眼球を左に回転させた場合、画面左側を見続けられる効果に加えて、画面右側中間部が見続けられる眼球回転角を増大させることができる効果もある。【０１２３】
図６Ｃに示す偏向特性８０３は、画面端部や画面中間部のビームを瞳孔端部に向けて偏向し、画面中央部のビームを瞳孔中央部（瞳孔中心）に向けて偏向している。これにより、眼球を左に回転させた場合、画面左側を見続けられる効果に加えて、さらに眼球を左に回転させた場合でも画面左側中間部を見続けられる眼球回転角を増大させることができる効果もある。【０１２４】
図６Ｄに示す偏向特性８０４は、図６Ｃの偏向特性８０３をさらに変形して、画面中央部のビームをも瞳孔端部に向けて偏向している。これにより、眼球を左に回転させた場合、画面左側を見続けられる効果に加えて、さらに眼球を左に回転させた場合でも画面中央部を見続けられる眼球回転角を増大させることができる効果もある。【０１２５】
図６Ｅに示す偏向特性８０５は、図６Ａの偏向特性８０１をさらに変形し、視線が画面中央部にある際には画面端部のビームが瞳孔外を通過するように偏向している。これにより、眼球を左に回転させた場合、画面左側中間部を見続けられる効果に加えて、画面左側端部が見え始める効果もある。さらに眼球を左に回転させた場合には、画面端部を見続けられる眼球回転角を増大させることができる効果もある。【０１２６】
また、図６Ｆ及び図６Ｇに示す偏向特性８０６Ｌは、左側偏向領域１０４Ｌに走査されるビームと、右側偏向領域１０４Ｒに走査されるビームとで、ビームの瞳孔への入射角、及びビームの瞳孔への入射位置と瞳孔中心との距離が、仮想線ｌに対して左右非対称となるようにビームを偏向する。【０１２７】
具体的には、図６Ｆに示す偏向特性８０６Ｌは、画面左側のビームを図６Ａに示す偏向特性８０１と同じように偏向し、画面右側のビームを従来の図２３と同じように偏向している。つまり、左側偏向領域１０４Ｌに走査されるビームの瞳孔への入射角が右側偏向領域１０４Ｒに走査されるビームより小さく、且つ左側偏向領域１０４Ｌに走査されるビームの瞳孔への入射位置と瞳孔中心との距離が右側偏向領域１０４Ｒに走査されるビームより大きくなるようにビームを偏向する。【０１２８】
同様に、図６Ｅに示す偏向特性８０６Ｒは、画面右側のビームを図６Ａに示す偏向特性８０１と同じように偏向し、画面左側のビームを従来の図２３と同じように偏向している。つまり、右側偏向領域１０４Ｒに走査されるビームの瞳孔への入射角が左側偏向領域１０４Ｌに走査されるビームより小さく、且つ右側偏向領域１０４Ｒに走査されるビームの瞳孔への入射位置と瞳孔中心との距離が左側偏向領域１０４Ｌに走査されるビームより大きくなるようにビームを偏向する。【０１２９】
例えば、左眼用の偏向部１０４に偏向特性８０６Ｌを付与し、右眼用の偏向部１０７に偏向特性８０６Ｌを付与することによって、眼球を左に回転させた場合は、左眼で画面左側を見続けられる効果がある。また、眼球を右に回転させた場合は、右眼で画面右側を見続けられる効果がある。【０１３０】
なお、図４のような本発明の方式と、従来からの図２５のような複数の偏向焦点を持たせる方式を組み合わせてもよい。また、偏向部１０４、１０７が、瞳孔へのビーム入射角に応じて異なる位置でビームが瞳孔を通過するように偏向するために、偏向部１０４、１０７や走査部１０３、１０８を移動させたり回転させたりする方法を用いてもよい。【０１３１】
なお、実施の形態１では、ビームを２次元走査して映像を描画する方式で説明するが、液晶等の２次元画像表示素子からの表示光を、瞳孔付近で集光される（マクスウェル視とする）ように偏向部１０４、１０７が偏向する方式でもよい。【０１３２】
なお、図１Ａ〜図２における各手段や各部は、１つの筐体に含まれていてもよいし、複数の筐体に含まれてもよい。例えば光源１０１、１１０が走査部１０３、１０８とは別の筐体に含まれていてもよいし、ヘッドホン部１０６、１１２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、１１１が光源１０１、１１０や走査部１０３、１０８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が２つずつあってもよい。また、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。【０１３３】
以上の構成により、本発明の表示装置では、偏向部１０４、１０７は瞳孔へのビーム入射角に応じて異なる位置でビームが瞳孔へ入射するよう偏向する結果、ＨＭＤ等のビーム走査型表示装置で、複数の偏向焦点を持たせることなく、瞳ズレの課題を軽減できる効果がある。【０１３４】
複数の偏向焦点を設ける必要がないので、複数の偏向焦点に伴う課題である、網膜に映像を２重に描く場合がある課題や、ビームの光利用効率が低下する課題や、高出力光源が要る課題や、消費電力が多くなる課題や、偏向部１０４、１０７の製造方法が複雑化する課題や、偏向部１０７、１０７の諸特性が低下する課題や、表示装置全体が複雑化する課題などを回避できる効果もある。【０１３５】
（実施の形態２）
図７を参照して、本発明の実施の形態２に係る表示装置１０を説明する。なお、図７は表示装置１０の概略構成図である。【０１３６】
実施の形態２の表示装置１０は、出射光２を出力する画像出力部３Ｒ、３Ｌと、出射光２をユーザの眼８Ｒ、８Ｌに向かう方向（集光位置１１Ｒ、１１Ｌ）に偏向する偏向部１５と、画像出力部３Ｒ、３Ｌを制御する制御部５Ｒ、５Ｌと、制御部５Ｒ、５Ｌの処理を統括する統括制御部６とで構成される。なお、画像出力部３Ｒ、３Ｌは、光源１Ｒ、１Ｌと、光源１Ｒ、１Ｌからの出射光２を２次元走査させる走査部４Ｒ、４Ｌと、光検出部１７とを含む。また、偏向部１５は、左右の眼８Ｒ、８Ｌそれぞれに対面する位置に配置されるホログラムミラー１５Ｒ、１５Ｌで構成される。上記構成のように、実施の形態２に示す表示装置１０は、左右対称な光学系を備えて、光源１Ｒ、１Ｌからの出射光２を左右の眼８Ｒ、８Ｌの集光位置１１Ｒ、１１Ｌに導いている。【０１３７】
次に、左右対称に構成された表示装置１０の動作について、光学系の動作を主体に具体的に説明する。ここでは左右対称な光学系のうち、右側の光学系を例としてその動作について説明する。【０１３８】
図７に示すように光源１Ｒは、少なくとも青色レーザ光源（以下、「Ｂ光源」とする）１３ｂ、赤色レーザ光源（以下、「Ｒ光源」とする）１３ｒ、および緑色レーザ光源（以下、「Ｇ光源」とする）１３ｇを含むＲＧＢ光源１３からなる。そして、上記のＲＧＢ光源１３を用いて時系列で出射されるレーザ光を入力電流の大きさにより強度変調することで、網膜８ａに投影される画像を出力する。このような構成とすることにより、色再現性がよく、小型で低消費電力の表示装置１０を実現することができる。【０１３９】
ここで、Ｂ光源１３ｂおよびＲ光源１３ｒには、波長４５０ｎｍおよび波長６５０ｎｍのレーザ光を出射する半導体レーザを用い、Ｇ光源１３ｇには、波長５３０ｎｍのレーザ光を出射する半導体レーザ励起のＳＨＧレーザを用いている。なお、Ｂ光源１３ｂおよびＲ光源１３ｒから出射されたレーザ光１４は、レンズ１４ｃにより平行光線に変換されて光源１Ｒから出射される。また、Ｇ光源１３ｇからは平行光線が出射されている。【０１４０】
走査部４Ｒは、可動ミラー４ａを備え、光源１Ｒからのレーザ光１４をホログラムミラー１５Ｒに向かって２次元走査させる。【０１４１】
ホログラムミラー１５Ｒは、走査部４Ｒで走査されたレーザ光１４をユーザの眼に向かう方向（集光位置１１Ｒ）に偏向するものである。なお、表示装置１０は、偏向部１５をユーザの視線方向（図７の上下方向）に交差する方向（図７の左右方向）に移動させる偏向部位置調整部１６を備える。偏向部位置調整部１６は、左右のホログラムミラー１５Ｌ、１５Ｒそれぞれを独立して移動させる駆動部１６Ｌ、１６Ｒによって構成される。【０１４２】
光源１Ｒから出射されるレーザ光１４は、反射ミラー１４ａおよびダイクロイックミラー１４ｂにより１本にまとめられて走査部４Ｒの可動ミラー４ａに入射する。そして、レーザ光１４は可動ミラー４ａによりホログラムミラー１５Ｒの反射面１５ａに出射光２として走査される。【０１４３】
この出射光２は、ホログラムミラー１５Ｒの反射面１５ａで反射されて右眼８Ｒの瞳孔７に入射したのち、網膜８ａ上に映像を投影する。なお、出射光２は、ホログラムミラー１５Ｒの反射面１５ａにおいて２次元の平面状に走査されるため、可動ミラー４ａは水平方向（左右方向）だけでなく、これに垂直な方向にも回転することができる。なお、表示装置１０の左側の光学系の動作については、上記と同様に左側のホログラムミラー１５Ｌを使用して行われる。【０１４４】
ここで、右眼８Ｒ及び左眼８Ｌそれぞれの瞳孔７の中心線１８の間の距離を瞳間距離９と定義する。また、ホログラムミラー１５Ｒの反射面１５ａで反射された出射光２の集光位置１１Ｒと、ホログラムミラー１５Ｌの反射面１５ａで反射された出射光２の集光位置１１Ｌとの間隔を集光位置間距離１２と定義する。【０１４５】
上記構成の表示装置１０において、ホログラムミラー１５Ｒとホログラムミラー１５Ｌとは、観察者の瞳間距離９と集光位置間距離１２とが互いに異なるような位置関係で配置される。すなわち、左右の瞳孔７に入射する出射光２が集光する集光位置１１Ｌ、１１Ｒを瞳孔７の中心線１８から左右対称にずらした構成としている。【０１４６】
このような構成とすることにより、眼８Ｒ、８Ｌの回転で瞳孔７が移動した場合、左右の眼８Ｒ、８Ｌの一方に入射する出射光２の一部は虹彩８ｂで遮られるが、他方の出射光２は虹彩８ｂで遮られない。このように、少なくともどちらか一方の眼８Ｒ、８Ｌで画像が見えているようにすることができるので、画像出力の欠落などが少ない表示装置１０を実現することができる。【０１４７】
図８Ａ及び図９Ａは実施の形態２の表示装置１０の要部拡大図、図８Ｂ及び図９Ｂは図８Ａ及び図９Ａと比較するための従来の表示装置の要部拡大図を示す。【０１４８】
図８Ａ及び図８Ｂは、表示装置の左眼８Ｌの近傍の光学系を含む要部を拡大して示している。図８Ａにおいては投影される映像２０を表示する出射光２の集光位置１１Ｌは、左眼８Ｌの中心線１８よりも左側に少し寄っている。一方、図８Ｂにおいては、集光位置１１Ｌは左眼８Ｌの中心線１８上にあり左右の虹彩８ｂから見ても中央に位置する。【０１４９】
図９Ａ及び図９Ｂは、図８Ａ及び図８Ｂの状態から顔を動かさずに左眼８Ｌだけを左側に動かして、映像２０の中央部から左側を見に行ったときの出射光２と左眼８Ｌとの間の光学的な位置関係を示している。【０１５０】
図９Ｂに示すように、従来の表示装置においては左側の映像２０Ｌを見ようとすると右側の映像２０Ｒが虹彩８ｂにより遮られて見えなくなってしまう。ところが、図９Ａに示すように実施の形態２に示す表示装置１０では、集光位置１１Ｌが左眼８の中心線１８よりも左側に少し寄っているために右側の映像２０Ｒも虹彩８ｂに遮られることなく見えている。【０１５１】
また、図９Ａ及び図９Ｂは左眼８Ｌの場合について示したが、右眼８Ｒの場合も同様の結果となる。すなわち、従来の表示装置では、映像２０の左側または右側を見ようとして眼８Ｒ、８Ｌを回転させたときにその反対側の映像２０は、左右ほぼ同時に虹彩８ｂに遮られて見えなくなる。【０１５２】
一方、実施の形態２に示した表示装置１０においては、映像２０の左側または右側を見ようとして眼８Ｒ、８Ｌを回転させたときにその反対側の映像は、少なくともどちらか一方の眼８Ｒ、８Ｌにより見えていることがわかる。したがって、眼８Ｒ、８Ｌの回転で瞳孔７が移動した場合に、少なくともどちらか一方の眼８Ｒ、８Ｌで映像２０が見えているようにすることができるので、映像出力の欠落などがない表示装置１０を実現することができる。【０１５３】
このように構成された実施の形態２の表示装置１０は、図７に示すように左右の眼８Ｒ、８Ｌそれぞれ瞳孔７からの反射光２ｂを検出する光検出部１７をさらに備える。そして、この光検出部１７の信号に基づいて画像出力部３Ｒ、３Ｌから出射する出射光２の強度および偏向部１５の位置のうち少なくともいずれかを制御部５および統括制御部６で制御している。【０１５４】
図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１１を参照して、実施の形態２に係る表示装置１０の制御部５Ｌ、５Ｒ、統括制御部６、及び光検出部１７について説明する。なお、図１０Ａは光検出部１７の概略構成図、図１０Ｂは光検出部１７の他の形態を示す図、図１１は表示装置１０の機能ブロック図である。【０１５５】
実施の形態２に係る光検出部１７は、ユーザの眼からの反射光を検出することによって、出射光２が瞳孔７に入射したか、若しくは出射光２が虹彩８ｂで遮られて瞳孔７に入射しなかったかを検出する。また、反射光の強度から瞳孔７の中心位置を検出する。【０１５６】
図１０Ａに示すように反射光２ｂは、光検出部１７に入射して、２つのダイクロイックミラー１７ａ、１７ｂにより青色レーザ光（以下、「Ｂ光」とする）２Ｂ、緑色レーザ光（以下、「Ｇ光」とする）２Ｇおよび赤色レーザ光（以下、「Ｒ光」とする）２Ｒに分光されてそれぞれの光検出部１７Ｂ、１７Ｇ、１７Ｒにより検出される。そして、検出された光信号は電気信号に変換され、配線１９を介して受光制御部１７ｃに伝達されたのちに制御部５Ｌ、５Ｒ、及び統括制御部６に伝達される。【０１５７】
同様に、図１０Ｂに示すように反射光２ｂは、光検出部１７に入射して、回折格子１７ｇにより青色レーザ光（以下、「Ｂ光」とする）２Ｂ、緑色レーザ光（以下、「Ｇ光」とする）２Ｇおよび赤色レーザ光（以下、「Ｒ光」とする）２Ｒに分光されてそれぞれの光検出部１７Ｂ、１７Ｇ、１７Ｒにより検出される。そして、検出された光信号は電気信号に変換され、配線１９を介して受光制御部１７ｃに伝達されたのちに制御部５Ｌ、５Ｒ、及び統括制御部６に伝達される。【０１５８】
このように、反射光２ｂを波長帯域ごとに分光して検出することで、観察者によって異なる虹彩８ｂの色を検出することが出来るので、光線が虹彩８ｂで遮られたかどうかを精密に検知できるようになる。【０１５９】
次に、図１１を参照して、統括制御部６は、光源１Ｒ、１Ｌから出力されるレーザ光１４の光量を制御する光量制御部６１と、偏向部位置調整部１６を用いて偏向部１５の位置を制御する偏向部位置制御部６２とを備える。【０１６０】
光量制御部６１は、光検出部１７の検出結果に基づいて、ホログラムミラー１５Ｌ及びホログラムミラー１５Ｌで偏向されたビームのうちの両方がユーザの眼８Ｒ、８Ｌに入射したか、若しくはいずれか一方のビームがユーザの眼８Ｒ、８Ｌに入射しなかったかを判断する。そして、いずれか一方のビームがユーザの眼８Ｒ、８Ｌに入射しなかったと判断した場合に、光源１Ｒ、１Ｌに他方のビームの光量を増加させる。【０１６１】
このような構成とすることにより、出射光２が瞳孔７を通過して網膜８ａに達するときは反射光２ｂの強度は低く、出射光２が虹彩８ｂで反射されるときは反射光２ｂの強度は高くなるので、反射光強度に基づいて、眼８Ｒ、８Ｌのうちのどちらの眼８Ｒ、８Ｌで観察しているか、あるいは両方の眼８Ｒ、８Ｌで観察しているかを判定し、その情報をもとに出射光２の光量の増減を左右の制御部５Ｌ、５Ｒと統括制御部６とで制御して、適正な明るさの映像を観察者に観察させることができる。【０１６２】
つまり、両方の眼で見えている場合は光源１Ｒ、１Ｌの光量を下げ、片方の眼でしか見えていない場合は光量を上げて、瞳孔７の移動時の光量変動を抑制するようにして、より見やすい映像２０を得ることができる。【０１６３】
また、偏向部位置制御部６２は、光検出部１７の検出結果に基づいて、ユーザの瞳間距離９を算出する。そして、集光位置間距離１２を算出された瞳間距離９と異ならせるように、偏向部位置調整部１６を制御してホログラムミラー１５Ｌ及びホログラムミラー１５Ｒそれぞれを移動させる。【０１６４】
このような構成とすることにより、瞳間距離９の異なる観察者が実施の形態２と同じ表示装置１０を使用した場合でも、偏向部位置調整部１６を用いてホログラムミラー１５Ｌとホログラムミラー１５Ｒとを容易に眼８Ｒ、８Ｌに対向した位置に移動することができる。したがって、集光位置間距離１２を観察者それぞれに対して適正に設定できるので、観察者は画像出力の欠落などがない画像を観察することができる。【０１６５】
なお、図１１では、光量制御部６１及び偏向部位置制御部６２が統括制御部６に含まれる例を示したが、これに限ることなく、制御部５Ｒ及び制御部５Ｌのいずれかに含めてもよいし、制御部５Ｒ、制御部５Ｌ、及び統括制御部６で処理を分担してもよい。【０１６６】
また、偏向部位置調整部１６を構成する駆動部１６Ｌ、１６Ｒは、制御部５Ｌ、５Ｒ、及び統括制御部６によって制御されるアクチュエーター等であってもよいし、フレームに取り付けられたレールに沿って左右のホログラムミラー１５Ｌ、１５Ｒを手動で移動させるような構造であってもよい。【０１６７】
さらに、実施の形態２では、右眼８Ｒ及び左眼８Ｌのそれぞれについて、集光位置１１Ｌ、１１Ｒを中心線１８に対して水平方向（左右方向）にずらした例を示したが、集光位置１１Ｌ、１１Ｒは左右の２つの瞳を結ぶ水平な線上に位置する必要はなく、少なくとも１つが水平な線上から外れた位置にあってもよい。すなわち、瞳の上または下あるいは斜め方向に位置していてもよい。ただし、左右の瞳からは左右対称にずらした位置にあることが好ましい。この場合には上下方向に目を回転させた場合に画面が消失することを防止することが出来る。【０１６８】
（実施の形態３）
図１２を参照して、本発明の実施の形態３に係る表示装置３０を説明する。図１２は表示装置３０の概略構成図を示す図である。なお、表示装置３０の基本構成は、図７に示す表示装置１０と共通するので、共通点の詳しい説明は省略し、相違点を中心に説明する。  【０１６９】
実施の形態３に係る表示装置３０において、ホログラムミラー１５Ｌおよびホログラムミラー１５Ｒは、それぞれ視野３１の異なる映像を眼８Ｒ、８Ｌの網膜８ａに投影している。なお、図１２において楕円形の破線で囲んだ領域は、視野３１を示し、それぞれ左側視野３１Ｌおよび右側視野３１Ｒを示している。また、ここでは瞳間距離９と、集光位置１１Ｌと集光位置１１Ｒとの間隔である集光位置間距離１２とは同じ長さである。【０１７０】
このような構成とすることにより、眼８Ｒ、８Ｌの回転で瞳孔７が移動した場合に、観察者は少なくともどちらか一方の眼８Ｒ、８Ｌで画像が見えているようにすることができる。その結果、画像出力の欠落などがない表示装置３０を実現することができ、画像出力部３から出力される映像の全体を視認することができる。【０１７１】
図１３は実施の形態３の表示装置３０の要部拡大図を示す。すなわち、図１３は、表示装置３０の眼８Ｒ、８Ｌの近傍の光学系を含む要部を拡大して示している。図１３において、投影される映像２０を表示する出射光２が瞳孔７の中で集まる集光位置１１Ｌ、１１Ｒは、眼８Ｒ、８Ｌの中心線１８上に位置するが、左眼８Ｌと右眼８Ｒとで中心線１８に対する左右の視野３１Ｌ、３１Ｒが異なっている。左眼８Ｌは中心線１８の左側の視野が広く、右眼８Ｒは中心線１８の右側の視野が広くなるようにホログラムミラー１５Ｌ、１５Ｒからの出射光２を瞳孔７の中に集光する。【０１７２】
なお、ユーザの左右の眼８Ｒ、８Ｌに視野の異なる画像を表示するために、実施の形態３に係るホログラムミラー１５Ｌは、瞳孔中心を通り、ホログラムミラー１５Ｌに垂直な中心線（仮想線）１８より左側の左側偏向領域に走査されたビームと、中心線１８より右側の右側偏向領域に走査されたビームとで、ビームの瞳孔への入射角が中心線１８に対して左右非対称となるようにビームを偏向する偏向特性を有する。図１２では、左側偏向領域に走査されたビームの入射角が、右側偏向領域に走査されたビームの入射角より大きくなっている。【０１７３】
同様に、ホログラムミラー１５Ｒは、瞳孔中心を通り、ホログラムミラー１５Ｒに垂直な中心線（仮想線）１８より左側の左側偏向領域に走査されたビームと、中心線１８より右側の右側偏向領域に走査されたビームとで、ビームの瞳孔への入射角が中心線１８に対して左右非対称となるようにビームを偏向する偏向特性を有する。図１２では、右側偏向領域に走査されたビームの入射角が、左側偏向領域に走査されたビームの入射角より大きくなっている。【０１７４】
図１４は眼８Ｒ、８Ｌを回転させたときの実施の形態３の表示装置３０の要部拡大図を示す。すなわち、図１３の状態から顔を動かさずに眼８Ｒ、８Ｌだけを動かして、映像２０の中央部から左側を見に行ったときの出射光２と眼８Ｒ、８Ｌとの間の光学的な位置関係を示している。このときに、左右の眼８Ｌ、８Ｒにおいてホログラムミラー１５Ｌ、１５Ｒにおける左側視野３１Ｌと右側視野３１Ｒの中心線１８に対する左右の視野範囲が異なることから、網膜８ａに投影される映像３２は、図１４に示すようにそれぞれ映像３２Ｌおよび映像３２Ｒとなる。ここで、右眼８Ｒでは映像３２の一部が虹彩８ｂにより遮られて映像３２Ｒに示すように欠けている。しかしながら、左眼８Ｌにおいては、中心線１８の右側の視野範囲をコンパクトにしているので映像２０の全てがはっきりと網膜８ａに投影された映像３２Ｌとなっている。【０１７５】
このような構成とすることにより、眼８Ｒ、８Ｌの回転で瞳孔７が移動した場合に、観察者は少なくともどちらか一方の眼８Ｒ、８Ｌで画像が見えているようにすることができる。その結果、画像出力の欠落などがない表示装置３０を実現することができ、画像出力部３から出力される映像２０の全体を視認することができる。【０１７６】
なお、実施の形態２と同様に、観察者の瞳間距離９と、集光位置間距離１２とを異ならせてもよい。このような構成とすることにより眼８Ｒ、８Ｌの回転で瞳孔７がさらに大きく移動した場合においても、少なくともどちらか一方の眼８Ｒ、８Ｌで画像が見えているようにすることができるので、画像出力の欠落などがない表示装置３０を実現することができる。【０１７７】
また、ホログラムミラー１５Ｌおよびホログラムミラー１５Ｒの眼８Ｒ、８Ｌに対向した位置を移動させる偏向部位置調整部１６をさらに備えた構成としてもよい。このような構成とすることにより、瞳間距離９の異なる観察者が本発明の同じ表示装置３０を使用した場合でも、偏向部位置調整部１６を用いて左右の偏向部１５を容易に眼８Ｒ、８Ｌに対向した位置に移動させることができる。したがって、集光位置間距離１２を観察者それぞれに対して適正に設定できるので、観察者は画像出力の欠落などがない画像を観察することができる。【０１７８】
なお、実施の形態３においても実施の形態２と同様に、集光位置１１Ｌ、１１Ｒは左右の２つの瞳を結ぶ水平な線上に位置する必要はなく、少なくとも１つが水平な線上から外れた位置にあってもよい。すなわち、瞳の上または下あるいは斜め方向に位置していてもよい。ただし、左右の瞳からは左右対称にずらした位置にあることが好ましい。【０１７９】
（実施の形態４）
図１Ａ、図１Ｂ、図２、及び図１５を参照して、本発明の実施の形態４に係る表示装置を説明する。なお、図１５は表示装置の機能ブロック図である。また、図１Ａ、図１Ｂ、図２に示す構成は実施の形態１と共通であるので、説明は省略する。【０１８０】
実施の形態４に係る表示装置において、偏向部１０４、１０７は、瞳ズレの対策として、複数の焦点を持つ。具体的には、偏向部１０４、１０７は、走査部１０３、１０８で走査されるビームを第１の焦点と、第１の焦点と異なる第２の焦点とに集光させるように偏向する偏向特性を有する。つまり、偏向部１０４、１０７は、走査部１０３、１０８からのビームを、第１の焦点に向かうビームと第２の焦点に向かうビームとに分岐させる機能を有する。なお、上記構成の偏向部１０４、１０７は、ホログラムミラーの従来の製造方法により製造することができる。例えば、物体光と参照光との組み合わせを工夫することによって、製造することができる。【０１８１】
制御部１０５は、ＨＭＤ各部を制御する集積回路を備える。また、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通信手段を備えてもよい。【０１８２】
制御部１０５は、ユーザの眼球が回転したことによって瞳孔位置が第１の焦点を含む位置から第２の焦点を含む位置に変化したことに応じて、瞳孔位置の変化の前後においてユーザが視認する虚像が同一の方向に見えるように、画像出力部１００の出力を制御する。また、これと同時に、瞳孔距離の変化の前後においてユーザが視認する虚像の大きさが同一となるように、画像出力部１００の出力を制御する。【０１８３】
なお、虚像を無限遠に表示する表示装置において、「虚像が同一の方向に見える」とは、瞳孔位置の変化の前後において、同一の画素を描画するビームが偏向部１０４、１０７からユーザの眼に向かう領域で実質的に平行になることを指す。【０１８４】
具体的には、制御部１０５は、図１５に示されるように、瞳孔位置検出部１０５１Ａと、出力画像制御部１０５２Ａと、走査角制御部１０５３Ａとを備える。【０１８５】
瞳孔位置検出部１０５１Ａは、光検出部２１４の検出結果に基づいて、ユーザの瞳孔中心の位置である瞳孔位置の変化を検出する。【０１８６】
出力画像制御部１０５２Ａは、瞳孔位置の変化の前後において、同一の画素を描画するビームが偏向部１０４、１０７からユーザの眼に向かう領域で実質的に平行となるように、光源１０１、１１０に各画素を描画するビームをユーザの瞳孔位置が変化した方向にずらして出力させる。また、瞳孔距離の変化の前後においてユーザが視認する虚像の大きさが同一となるように、画像出力部１００の出力を制御する。【０１８７】
走査角制御部１０５３Ａは、瞳孔位置の変化の前後において、同一の画素を描画するビームが偏向部１０４、１０７からユーザの眼に向かう領域で実質的に平行となるように、走査部１０３、１０８に各画素を描画するビームをユーザの瞳孔位置が変化した方向にずらして走査させる。【０１８８】
なお、実施の形態４では、ビームを２次元走査して映像を描画する方式で説明するが、液晶等の２次元画像表示素子からの表示光を、瞳孔付近で集光される（マクスウェル視とする）ように偏向部１０４、１０７が偏向する方式でもよい。【０１８９】
次に図１Ａ及び図１Ｂの表示装置が、瞳孔位置に対応する焦点位置の切り替わりに伴って生じる表示映像の位置や大きさの変化を減少させる方向に、出力する映像の表示位置や大きさを変更する動作の流れを、図１６及び図１７を用いて説明する。なお、以下には左眼側の処理のみを説明するが、右眼側にも同様の処理を行う必要がある。【０１９０】
（Ｓ０１）光検出部２１４が、瞳孔位置を検出し、Ｓ０２の動作へ移る。光検出部２１４は、ユーザの眼からのビーム反射光の強度を検出する。眼の表面の角膜は非球面の形状となっており、眼の正面からビームが入射した場合のみ、角膜表面にビームが垂直に入射し垂直に反射して、より大きな強度の反射光を検出できる。よって、制御部１０５の瞳孔位置検出部１０５１Ａは、強い反射光が検出された時は、ビームは瞳孔の中心を瞳孔面に垂直に通過していると推測できる。ビームの眼への入射位置や方向は、その時点での走査部１０３での走査角を基に算出できるので、反射光を用いて瞳孔位置を推測できる。【０１９１】
Ｓ０１の反射光検出動作と後述のＳ０２の反射光を用いた視線検出の方法は、実施の形態４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５では、赤外発光ダイオードから出射した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６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。【０１９２】
なお、眼からの反射光の強度は、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。また、赤外線の偏向部１０４での焦点を、例えば眼球の回転中心に設定するなど、可視光の焦点とは異なる位置に設定し、瞳孔位置の検出に適した位置としてもよい。これにより表示映像の変化と独立して反射光を検出できる効果がある。【０１９３】
なお、光検出部２１４を用いる代わりに、カメラで眼を撮影し、撮影画像から瞳孔位置を検出する方法でもよい。また、眼球回転に関わる筋肉からの電気信号を検出することで、瞳孔位置を検出してもよい。また、情報の表示位置を画面内で変化させることで、眼球回転を誘導し、瞳孔位置を推測する方法でもよい。【０１９４】
なお、瞳孔位置の検出に加えて、瞳孔サイズ（直径）を検出してもよい。瞳孔サイズは、瞳孔や虹彩からの反射光を用いて計測する方法でもよいし、周囲の明るさを検出して瞳孔サイズを推測する方法でもよい。【０１９５】
なお、Ｓ０１で反射光を検出できなかった場合は、瞳孔位置を所定の値として設定してもよい。例えば、最初にまだビームを出力していないために反射光を検出できない場合は、視線が画面中心に向いていると仮定して瞳孔位置を設定してもよい。【０１９６】
（Ｓ０２）制御部１０５の瞳孔位置検出部１０５１Ａが、瞳孔位置に対応する焦点位置を判定し、Ｓ０３の動作へ移る。焦点位置は偏向部１０４、１０７の製作時に判明しているので、Ｓ０１で求めた瞳孔位置に最も近い焦点位置を、「瞳孔位置に対応する焦点位置」と判定する。【０１９７】
図１７の例では、偏向部１０４は、焦点Ａと焦点Ｂの２つの焦点を持っており、偏向位置Ａへ入射したビームは焦点Ａにも焦点Ｂにも偏向され、同様に偏向位置Ｂへ入射したビームも焦点Ａにも焦点Ｂにも偏向される。ここで、Ｓ０１で瞳孔位置が瞳孔位置Ａと検出された場合は、Ｓ０２で焦点Ａを「対応する焦点位置」と判定する。瞳孔位置が瞳孔位置Ｂと検出された場合は、焦点Ｂを「対応する焦点位置」と判定する。【０１９８】
なお、瞳孔位置に最も近い焦点位置を選び出す方法以外の方法でもよい。例えば、複数の焦点位置が瞳孔内にある場合はどちらを選択してもよいし、瞳孔内にどの焦点位置もない場合は、どの焦点位置も選ばずに、その間は表示しないようにしてもよい。【０１９９】
（Ｓ０３）制御部１０５の瞳孔位置検出部１０５１Ａが、Ｓ０２で判定した焦点位置が、前回判定した焦点位置と異なるか判定し、異なる場合はＳ０４の動作へ、同じ場合はＳ０６の動作へ移る。なお、前回判定結果が得られない時は、「異なる場合」とみなしてＳ０４の動作へ移ってもよい。【０２００】
（Ｓ０４）制御部１０５の出力画像制御部１０５２Ａが、画像の表示位置を補正し、Ｓ０５の動作へ移る。前回の焦点位置と、今回の焦点位置が異なる場合は、映像が頭部正面に対して同じ角度から入射するように、表示位置を補正する。具体的には、瞳孔位置の変化の前後において、同一の画素を描画するビームが偏向部１０４からユーザの眼に向かう領域で実質的に平行となるように、光源１０１に各画素を描画するビームをユーザの瞳孔位置が変化した方向にずらして出力させる。【０２０１】
図１７の例では、眼球回転前の瞳孔位置がＡで、回転後が瞳孔位置Ｂとすると、回転に伴って、偏向位置Ａに表示していた映像を、偏向位置Ｂに表示するように、表示位置を補正する。本補正によって、瞳孔位置Ａから方向Ａ１に見えていた映像が、瞳孔位置Ｂからも方向Ａ１と同じ方向である方向Ａ２に見えるようになり、眼球回転に伴う映像位置のズレを補正できる。【０２０２】
なお、方向Ａ１の先の無限遠の距離に仮想画面がある場合は、方向Ａ２は方向Ａ１と同じ方向となるが、仮想画面までの距離が近い場合は、方向Ａ１も方向Ａ２も仮想画面内の１点に向かうように方向Ａ２を設定し、表示位置を補正する。【０２０３】
なお、出力画像制御部１０５２Ａに代えて、走査角制御部１０５３Ａが上記の処理を行ってもよい。具体的には、瞳孔位置の変化の前後において、同一の画素を描画するビームが偏向部１０４、１０７からユーザの眼に向かう領域で実質的に平行となるように、走査部１０３、１０８に各画素を描画するビームをユーザの瞳孔位置が変化した方向にずらして走査させる。【０２０４】
なお、頭部が回転した場合は、回転角に応じて表示位置を変更する方法を採ってもよい。その場合は、頭部回転による表示位置変更と、本発明の補正による表示位置変更を、組合せた変更としてもよい。【０２０５】
（Ｓ０５）制御部１０５の出力画像制御部１０５２Ａが、画像の表示サイズを補正し、Ｓ０６の動作へ移る。前回の焦点位置と、今回の焦点位置が異なる場合は、映像内の異なる２点間の視野角が、どの焦点位置に切り替わっても変化しないように、表示サイズを補正する。【０２０６】
図１７の例では、眼球回転前の瞳孔位置がＡで、回転後が瞳孔位置Ｂとすると、回転に伴って、表示していた映像を拡大表示する。瞳孔位置Ａから偏向位置Ａまでの距離Ａよりも、瞳孔位置Ｂから偏向位置Ｂまでの距離Ｂの方が長くなっているので、その比率であるＢ／Ａ倍、拡大表示することで、焦点位置Ａから焦点位置Ｂに移っても、映像内の異なる２点間の視野角が変わらなくなるので、眼球回転に伴う映像サイズのズレを補正できる。【０２０７】
なお、Ｓ０４の表示位置補正と、Ｓ０５の表示サイズ補正の、どちらか一方のみの補正をしてもよい。また、出力画像制御部１０５２Ａと走査角制御部１０５３Ａとで、処理を分担してもよい。例えば、Ｓ０４の表示位置補正を走査角制御部１０５３Ａが担当し、Ｓ０５の表示サイズ補正を出力画像制御部１０５２Ａが担当してもよい。【０２０８】
なお、図１７では１つの走査部１０３からのビームが焦点Ａと焦点Ｂに偏向される例だが、複数の焦点に対応する複数の走査部や光源を設けてもよい。そうすると、焦点Ａを通過する映像光と、焦点Ｂを通過する映像光を独立に制御でき、Ｓ０４やＳ０５の動作を焦点Ａと焦点Ｂで独立して同時に行える。その結果、焦点Ａと焦点Ｂが同時に瞳孔内にあって焦点Ａ経由の映像と焦点Ｂ経由の映像が網膜上で重なる場合でも、重なった部分の映像をずれることなく一致できる効果がある。さらに重なった部分の輝度が足し合わされて明るくなることを軽減するために、重なる部分の輝度を予め光源で弱めておけば、重なる部分が明るくなる課題を軽減できる効果がある。【０２０９】
（Ｓ０６）光源１０１が、ビームを出力制御し、Ｓ０７の動作へ移る。Ｓ０４やＳ０５で表示位置や表示サイズを補正した場合は、補正後の映像となるよう、ビームを出力制御する。【０２１０】
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、上記の出力制御に加えて、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。【０２１１】
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、表示領域が台形など矩形以外に歪む。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ように、レーザの出力制御を走査部１０３と連動して行ってもよい。【０２１２】
なお、表示位置やサイズの補正によって、映像の一部が偏向部１０４の偏向領域外となる場合は、映像の一部を出力しない方法としてもよい。また、出力しない状況を回避するために、予め偏向領域の一部のみに対して映像を出力し、補正後も出力し続けられるようにしてもよい。【０２１３】
（Ｓ０７）波面形状変更部１０２が、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、Ｓ０８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と瞳孔や網膜との位置関係等によって変化するため、瞳孔位置の変化や、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、波面形状変更部１０２の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。【０２１４】
（Ｓ０８）走査部１０３が、ＭＥＭＳミラーの傾きを変化させることで、波面形状変更部１０２からのビームの走査角を変更し、Ｓ０９の動作へ移る。なお、走査角制御部１０５３Ａによって走査角を変更した場合には、変更後の走査角に設定される。【０２１５】
（Ｓ０９）偏向部１０４が、走査部１０３からのビームを、ユーザの瞳孔付近に複数設定した焦点位置へ偏向し、Ｓ０１の動作へ移る。偏向部１０４のホログラムミラーの回折効果により偏向されたビームが瞳孔を通過し、網膜に到達してユーザに映像として知覚される。【０２１６】
なお、Ｓ０６からＳ０９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。これにより、各手段の実行開始から前準備、実動作、後処理、実行完了に至るまでの時間差や遅延などに応じた適切な順序とでき、合計処理時間を短縮できる効果がある。【０２１７】
また、Ｓ０１からＳ０５までの処理を実行する頻度は、Ｓ０６からＳ０９までの処理を実行する頻度と異なってもよい。Ｓ０９実行後にＳ０６の動作に移ってもよい。【０２１８】
さらに、Ｓ０１からＳ０９までの動作は、確率を伴う処理動作としてもよい。例えば、焦点位置が変化した確率が５０％、のように確率的に表現してもよい。これにより予測値が不確かな場合でも、予測無しの場合よりは高画質な表示とできる効果がある。【０２１９】
以上の動作により、眼球回転に伴って、補正された表示位置と表示サイズで、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。【０２２０】
図１８は、補正された表示例を示す図である。ユーザ頭部に対して、瞳孔位置が左へ移った場合は、表示映像のハートが、表示位置を左に移動して拡大表示される。同様に、瞳孔位置が右へ移った場合は、ハートが、右に移動して拡大表示される。これらの表示位置や大きさの補正によって、ユーザが眼を動かしても映像の位置やサイズが変わらないように見せることができる。【０２２１】
以上の構成と動作により、本発明の表示装置では、眼球回転に伴う瞳孔位置変化に対応する複数の焦点位置へ偏向部１０４、１０７が表示光を偏向する場合に、瞳孔位置に対応する焦点位置の切り替わりに伴う、表示映像の位置や大きさの変化を減少できる効果がある。また、偏向部１０４、１０７が眼に近いほど位置やサイズ変化が大きくなるので、本構成によって、偏向部１０４、１０７を眼に近く配置できる効果がある。また、瞳ズレの対策として偏向部１０４、１０７に複数の焦点を持たせる方法の課題が解消される結果、瞳ズレが起こりやすい広画角で大画面なＨＭＤを実現できる効果がある。【０２２２】
また、実施の形態４においては制御部１０５が制御を行う例を示したが、制御部１１１が行う方法でも良いし、二つの制御部１０５、１１１で処理を分担する方法を用いても良い。【０２２３】
（実施の形態５）
図１Ａ、図１Ｂ、及び図２を参照して、本発明の実施の形態５に係る表示装置を説明する。なお、図１Ａ、図１Ｂ、図２に示す構成は実施の形態１と共通であるので、説明は省略する。実施の形態５に係る表示装置は、メガネズレが発生した場合でも、ユーザが画像を見続けられるような構成となっている。【０２２４】
図１９Ａ及び図１９Ｂに示すように、実施の形態５に係る偏向部１０４は、装着瞳ズレの対策として、焦点Ａと焦点Ｂの複数の焦点を持つ。走査部１０３で走査されるビームが、焦点Ａと焦点Ｂを通過するように偏向部１０４で反射されるので、メガネズレ発生前の図１９Ａでは、焦点Ａを通過するビームによって映像が見え、メガネズレ発生後の図１９Ｂでは、焦点Ｂを通過するビームによって映像が見えるようになる。【０２２５】
図１９Ｂでは、メガネズレが発生したことで、メガネのレンズ１２１、１２２の偏向部１０４が、眼球に対して下方遠方に移動した結果、焦点Ａと瞳孔位置がずれてしまっているので、焦点Ａと比べて、上方で、かつ偏向部１０４から遠方の焦点Ｂが瞳孔位置に対応するようになる。図１９Ｂに示すように、焦点Ａと焦点Ｂを結ぶ線の傾きは、メガネズレによって偏向部１０４がずれる移動の傾きと同じになるように、焦点Ｂの位置を設定してある。つまり、焦点Ａと焦点Ｂとは、ユーザの鼻の稜線と平行な直線上に位置している。【０２２６】
また、焦点Ａから焦点Ｂまでの距離を、鉛直方向は瞳孔幅（高さ）以上で、水平方向は瞳孔幅以下としておくと、メガネ型ＨＭＤが顔面に対して下方移動した場合に、複数焦点からの複数ビームが瞳孔に入射してしまう状況を軽減しつつ、いずれかの焦点からもビームが入射しない状況も軽減できる。【０２２７】
なお、偏向部１０４に複数の焦点を持たせる代わりに、偏向部１０４や走査部１０３を移動させたり回転させたりすることで、焦点位置を移動させる方法でもよい。例えば、図２０を参照して、装着瞳ズレを防止する他の例を説明する。なお、図２０は実施の形態５に係る表示装置の機能ブロック図である。【０２２８】
図２０に示されるように、表示装置は、回転体２１５と、相対位置算出部１０５１Ｂと、走査部位置調整部１０５２Ｂとを備える。なお、回転体２１５は、レンズ１２１、１２２の間のユーザの鼻に接触する位置に配置される。一方、相対位置算出部１０５１Ｂ及び走査部位置調整部１０５２Ｂは、制御部１０５に含まれる。【０２２９】
回転体２１５は、偏向部１０４、１０７の上下方向の移動に伴って自転する。相対位置算出部１０５１Ｂは、回転体２１５の回転角からユーザの瞳孔中心と偏向部１０４、１０７との相対位置の変化を検出する。なお、回転体２１５と相対位置算出部１０５１Ｂとで、ユーザの瞳孔中心と偏向部１０４、１０７との相対位置の変化を検出する相対位置検出部１２０を構成する。【０２３０】
走査部位置調整部１０５２Ｂは、相対位置検出部１２０の検出結果により、ユーザの瞳孔中心が第１の焦点を含む位置から第２の焦点を含む位置に変化したことに応じて、走査部１０３、１０８から偏向部１０４、１０７に走査されるビームの向きが第１の方向から第１の方向と異なる第２の方向に変化するように、走査部１０３、１０８の位置を移動させる。【０２３１】
また、この場合の偏向部１０４、１０７は、第１の方向から入射するビームを第１の焦点に集光させる第１の干渉縞と、第２の方向から入射するビームを前記第２の焦点に集光させる第２の干渉縞とを有するホログラムによって構成されている。なお、偏向部１０４、１０７複数の干渉縞を形成するには、例えば、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ればよい。【０２３２】
上記構成の表示装置において、メガネズレは相対位置検出部１２０によって検出される。そして、走査部位置調整部１０５２Ｂが、相対位置検出部１２０の検出結果に基づいて、走査部１０３、１０８と偏向部１０４、１０７との相対位置を変更することにより、ユーザは画像を見続けることができる。【０２３３】
この方法によれば、偏向部１０４、１０７は、走査部１０３、１０８からのビームを同時に複数の焦点に集光させる必要がないので、瞳孔が同時に複数の焦点を含むことによって生じる様々な課題を回避することができる。【０２３４】
なお、実施の形態５では、ビームを２次元走査して映像を描画する方式で説明するが、液晶等の２次元画像表示素子からの表示光を、瞳孔付近で集光される（マクスウェル視とする）ように偏向部１０４、１０７が偏向する方式でもよい。【０２３５】
以上の構成により、本発明の表示装置では、メガネ型ＨＭＤでメガネズレが起こった場合でも、装着瞳ズレの課題が解消される結果、映像が見えなくなる状況を発生しにくくできる効果がある。また、メガネズレの課題を低減できるので、メガネズレが比較的起こりやすい、重いＨＭＤや、重量バランスが前方（レンズ部）にあるＨＭＤや、鼻や耳周辺の接触面積が少ないＨＭＤを実現できる効果もある。また、ＨＭＤをメガネ型にした場合の課題を低減できる結果、ＨＭＤをメガネ型とできる効果もある。【０２３６】
なお、上記の各実施形態は、任意の組み合わせで組み合わせることによって、相乗効果が期待できる。また、下記に示すような用途に適用することによっても有利な効果を奏する。ただし、本発明の用途は下記に限定されない。【０２３７】
（実施の形態６）
図２１は、本発明の実施の形態６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。【０２３８】
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。【０２３９】
実施の形態６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にビーム反射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。【０２４０】
光源１０１、波面形状変更部１０２、走査部１０３は、図２１のように車の天井付近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。【０２４１】
制御部１０５はダッシュボード内に配置してもよい。本発明の表示装置とは別の制御装置、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。【０２４２】
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。【０２４３】
偏向部支持部４０１は、天井や窓上部から偏向部１０４を支持する。ユーザの頭部位置に応じて、偏向部支持部４０１の位置調整機能は、偏向部１０４の位置や傾きを調整できる。調整はユーザが手動で行う構造としてもよいし、自動で行われる構造としてもよい。自動とする方法としては、偏向部支持部４０１付近にカメラを設置し、ユーザの頭部や眼などの位置変化を撮像、認識することで、適切な位置や角度に偏向部１０４を移動、回転して調整する方法でもよい。【０２４４】
（実施の形態７）
図２２は、本発明の実施の形態７における、椅子装着型の表示装置の構成図である。【０２４５】
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。【０２４６】
実施の形態７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。【０２４７】
光源１０１、波面形状変更部１０２、走査部１０３は、図２２のように椅子の背もたれからユーザ眼前の偏向部１０４へと至る部分に配置してもよい。図２２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。【０２４８】
制御部１０５は椅子下部に配置してもよい。本発明の表示装置とは別の制御装置、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。【０２４９】
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。【０２５０】
なお、上記した各実施の形態での制御処理は、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る。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。
【産業上の利用可能性】
【０２５１】
本発明にかかる表示装置は、瞳ズレの影響を減少でき、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１Ａ】
2009066475.tif 000003
【図１Ｂ】
2009066475.tif 000004
【図２】
2009066475.tif 000005
【図３】
2009066475.tif 000006
【図４】
2009066475.tif 000007
【図５】
2009066475.tif 000008
【図６Ａ】
2009066475.tif 000009
【図６Ｂ】
2009066475.tif 000010
【図６Ｃ】
2009066475.tif 000011
【図６Ｄ】
2009066475.tif 000012
【図６Ｅ】
2009066475.tif 000013
【図６Ｆ】
2009066475.tif 000014
【図６Ｇ】
2009066475.tif 000015
【図７】
2009066475.tif 000016
【図８Ａ】
2009066475.tif 000017
【図８Ｂ】
2009066475.tif 000018
【図９Ａ】
2009066475.tif 000019
【図９Ｂ】
2009066475.tif 000020
【図１０Ａ】
2009066475.tif 000021
【図１０Ｂ】
2009066475.tif 000022
【図１１】
2009066475.tif 000023
【図１２】
2009066475.tif 000024
【図１３】
2009066475.tif 000025
【図１４】
2009066475.tif 000026
【図１５】
2009066475.tif 000027
【図１６】
2009066475.tif 000028
【図１７】
2009066475.tif 000029
【図１８】
2009066475.tif 000030
【図１９Ａ】
2009066475.tif 000031
【図１９Ｂ】
2009066475.tif 000032
【図２０】
2009066475.tif 000033
【図２１】
2009066475.tif 000034
【図２２】
2009066475.tif 000035
【図２３】
2009066475.tif 000036
【図２４】
2009066475.tif 000037
【図２５】
2009066475.tif 000038
【図２６】
2009066475.tif 000039
【図２７】
2009066475.tif 000040
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月30日(2009.3.30)
【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、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（Ｒｅｔｉｎａｌ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｄｉｓｐｌａｙ：ＲＳＤ）、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】
レーザ走査方式のＨＭＤでは一般的に、レーザ光源からのレーザビームを走査部で２次元走査し、眼前に配置したレンズやミラーの偏向ミラーでビームを瞳孔の方向へ偏向することで、瞳孔を通過したビームが網膜に映像を描く。ここで、偏向ミラーからのビームが瞳孔付近に集められる点を「偏向焦点」として、以下説明する。また、「焦点」や「焦点位置」の用語も、偏向焦点と同じ意味として説明する。
【０００４】
ユーザが横を見るなどして、頭部を動かさずに眼球を回転させた場合、頭部に装着されたＨＭＤと瞳孔との位置関係が変化する。これによって偏向焦点と瞳孔位置とがずれると、偏向ミラーからのビームが瞳孔を通過できずに、網膜に映像を描けない状況が発生しうる（以下、この状況を「瞳ズレ」、あるいは「眼球回転瞳ズレ」と記す。）。瞳ズレが発生するかどうかは、通常２〜３ミリメートル程度の直径の瞳孔をビームが通過できるかどうかで決まる。
【０００５】
図２３及び図２４は、瞳ズレの説明図である。図２３のように偏向焦点が瞳孔内にある場合、偏向ミラーで偏向されたビームは瞳孔を通過できるので、瞳ズレは発生せず、網膜に映像を描ける。しかし、図２４のように眼球が左へ回転した場合、偏向焦点が瞳孔外となるために、瞳ズレが発生し、網膜に映像を描けない。
【０００６】
例えば、瞳孔直径を３ミリメートルとした場合において、瞳孔が１．５ミリメートル以上移動すると瞳ズレが発生し、ユーザは映像を見られなくなる。瞳孔が１．５ミリメートル移動する画面の視野角を試算すると、瞳孔から偏向ミラーまでの距離が１５ミリメートル、瞳孔から眼球回転中心まで１０．５ミリメートルとした場合の表示画面の視野角は片側約１４度（左右計約２７度、上下でも同様）となり、それより外側に視線が移動すると瞳ズレが発生する。
【０００７】
なお、図２３や図２４は簡略図であり、実際には眼に入射したビームは角膜や水晶体等の影響を受けて屈折するが、本説明ではビームが瞳孔を通過できるかどうかが重要なので、屈折の影響は簡略化して図示している。
【０００８】
瞳ズレの対策として、偏向ミラーに複数の偏向焦点を持たせる方法がある（例えば、特許文献２参照）。図２５のように、偏向ミラーが２つの偏向焦点を有していると、瞳孔が左に移動しても、別の偏向焦点が瞳孔内となるために、瞳ズレを避けられる場合がある。
【０００９】
また、ヘッドマウントディスプレイなどに用いる画像表示装置は、個人用携帯ディスプレイ端末のうちのひとつの画像表示装置であり、そのウェアラブル性の観点から眼鏡形態や単眼形態による構造が一般的に適用されている。このような眼鏡形のヘッドマウントディスプレイにおいて、画像表示装置の出力画像と眼鏡のレンズに対応した部分を透過して見える背景画像とが同時に視覚的に認識されることが多い。このような画像表示装置の出力画像と背景画像とを同時に融合して見る場合には、以下に述べる諸問題の解決が期待されている。
【００１０】
このような画像表示装置として、眼鏡としての機能を備えながら背景画像と出力画像の虚像とを融合して見るためには、光学系に１つ以上のハーフミラーと虚像を形成するためのレンズまたは凹面鏡とを付加することが必要である。したがって、画像表示装置は、その大きさや重量などが使用者の負担となっており、長時間の使用に耐え難いという課題がある。また、出力画像を高精細化しようとすると、さらに画像表示装置は大型化して負担が増加する。したがって、このような課題を解決するために、ヘッドマウントディスプレイなどに用いる画像表示装置は、小型・軽量でかつ高精細な画像が表示できることが要望されている。
【００１１】
このような眼鏡型の画像表示装置として、光源に小型・軽量・低消費電力のレーザダイオードアレイを使用し、光学系に多機能の光学機能を付加することができるリップマンブラッグ体積ホログラムシートを備えた網膜走査型あるいはレーザ走査型の画像表示装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。眼鏡の左右の柄（テンプル）には光源、ガルバノミラーなどの光学系および駆動回路などを小型化して格納することにより、小型化・軽量化を図っている。
【００１２】
ところで、このような眼鏡型の画像表示装置により出力画像を見る場合に、人の瞳に照射される光線が虹彩で遮られることにより、視野が狭くなり、出力画像の一部または全体が見えなくなる、あるいは画像に輝度むらが生じることがある。
【００１３】
そこで、点光源に高輝度の白色ＬＥＤを使用して光学系に散乱板を配置することにより、画像表示装置の空間光変調部からの光束拡がりが大きくなるので、その光束が瞳近傍において大きな範囲に拡がる。このことにより、眼球が所定位置からある程度ずれた場合も空間光変調部からの光束を確実に瞳孔内に導くことができて、視野が狭くならず、輝度むらも生じにくい画像表示装置が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【００１４】
また、瞳ズレが発生するかどうかは、通常２〜３ミリメートル程度の直径の瞳孔をビームが通過できるかどうかで決まる。よって、ＨＭＤで表示する映像の画角（視野角）が大きいほど、眼球回転の回転角も大きくなりやすく、瞳ズレも発生しやすくなる。逆に、ＨＭＤで表示する画面が小さくて画角が小さい場合は、画面の端を見るための眼球回転角度も比較的小さいため、瞳ズレは発生しにくい。
【００１５】
図２６は、瞳ズレの説明図である。瞳孔の位置が瞳孔位置Ａの場合、偏向ミラー（偏向部）からのビームが焦点Ａを通過すれば、瞳ズレは発生しない。この場合、ユーザは映像を見られる。しかし、眼球が回転して瞳孔が瞳孔位置Ｂに移動すると、焦点Ａに集まるビームは瞳孔を通過できず、瞳ズレが発生する。この場合、ユーザは映像を見られない。
【００１６】
瞳ズレの対策として、偏向部に複数の焦点を持たせる方法がある（例えば、特許文献２参照）。図２６で、偏向ミラーが焦点Ａに加えて焦点Ｂの２つの焦点を有していると、瞳孔が瞳孔位置Ａの場合は焦点Ａに集まるビームが、瞳孔位置Ｂの場合は焦点Ｂに集まるビームが、それぞれ網膜へ到達するので、瞳ズレが発生しなくなる。
【００１７】
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５）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６）がある。
【特許文献１】特許第２９３２６３６号公報
【特許文献２】米国特許第６０４３７９９号明細書
【特許文献３】特開平１０−３０１０５５号公報
【特許文献４】特開２０００−２４９９７１号公報
【特許文献５】特許第２９９５８７６号公報
【特許文献６】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】
【００１８】
瞳ズレへの対策として、特許文献２や図２５のように、複数の偏向焦点を設ける方法では、多くの課題がある。例えば、ユーザの周囲が暗くなったことにより瞳孔のサイズが大きくなると、２つ以上の偏向焦点が同時に瞳孔内となる場合があり、網膜の異なる場所に映像を２重に描いてしまって画質を悪化させる課題がある。また逆に、瞳孔のサイズが小さくなると、どの偏向焦点も瞳孔外となって瞳ズレが発生してしまう課題もある。
【００１９】
さらに、眼球を上下左右など異なる方向に回転させた場合でも瞳ズレを回避しようとすると、上下左右に別の偏向焦点を設ける必要が生じ、偏向焦点を５つも設ける必要が生じる。さらに左上や右下など他の方向も考慮すると、偏向焦点を９つ以上設ける必要が生じる場合もある。
【００２０】
偏向焦点を複数設けると、１本のビームを偏向ミラー等で複数本に分岐させ、その内の１本だけを瞳孔を通過させるようにするので、光利用効率が低下する課題がある。効率を補うために高出力のレーザ光源が必要になり、より多くの電力を消費する課題につながりうる。また、偏向焦点を複数設けるには、偏向ミラーの製造方法が複雑化する課題や、偏向ミラーの偏向効率や透過率や厚みや温度特性などの諸特性を低下させる課題も生じる。その特性低下を軽減させようと、複数の走査ミラーを設けたりして表示装置全体が複雑化する課題にもつながりうる。
【００２１】
また、上記で説明した特許文献４等の従来技術においては、画像表示装置により画像を観察する観察者が、眼球を正面に向けて背景画像と出力画像との融合画像の中央部を観察している状態から、眼球を回転させて融合画像の周辺部を観察しようとした場合に、観察しようとする融合画像の反対側の一部の光線が瞳に入らずに欠落したり消えたりするという課題が生じる。
【００２２】
従来技術においては、ユーザが正面を向いていることを前提として、ユーザの眼に対向する位置に、画像の位置を調整する構成が開示されている。しかしながら、瞳が上下左右に移動した場合の画像の欠落などの課題に対しては解決の方法が示されておらず、課題の示唆もされていない。
【００２３】
また、瞳ズレへの対策として、偏向ミラーが瞳孔付近に複数の焦点を持つ方法の場合、眼球が回転し、別の焦点からのビームが瞳孔を通過するように切り替わると、映像の表示位置や表示サイズが変化してしまう課題が生じる。
【００２４】
図２７に、本課題の説明図を示す。偏向ミラーが焦点Ａと焦点Ｂの２つの焦点を持つ場合、偏向位置Ａからのビームが焦点Ａにも焦点Ｂにも届く。これにより、瞳孔が瞳孔位置Ａにある場合は焦点Ａに集まるビームによって映像が見え、瞳孔位置Ｂにある場合は焦点Ｂに集まるビームによって映像が見える。
【００２５】
しかし、偏向位置Ａから焦点Ａへの向きと、偏向位置Ａから焦点Ｂへの向きが異なるために、表示される映像の向きが変化してしまう課題が生じる。瞳孔が瞳孔位置Ａにある際に、偏向位置Ａからのビームで表示される映像は、図２７の「方向Ａ１」の方向からの映像としてユーザは知覚する。ここでユーザが眼を動かして瞳孔を瞳孔位置Ｂに移動させた場合、ユーザは「方向Ａ１」と同じ方向である「方向Ａ２」の方向に同一の映像が見えることを期待するが、実際には異なる方向である「方向Ｂ」の方向に前記映像が見えてしまい、表示位置が変化したとの違和感を生じる。
【００２６】
ユーザが方向Ａ１と同じ方向に映像が見えることを期待する原因は、仮想画面までの距離（表示物体の仮想位置までの距離）にある。ＨＭＤでは通常、眼から偏向ミラーまでの距離は１〜５センチメートル程度であるのに対し、仮想画面までの距離は、数メートルから無限遠になるように光学的に設計される場合が多く、両者の距離は異なる。これは、眼の焦点調節機能の制約によるものであり、一般的に仮想画面までの距離を無限遠にすると眼精疲労が少なくなる傾向がある。仮に仮想画面が無限遠にあるとすると、無限遠から焦点Ａへの方向と焦点Ｂへの方向は平行となるために、ユーザが眼を動かして瞳孔を瞳孔位置Ａから瞳孔位置Ｂに移動させた場合、ユーザは「方向Ａ１」と同じ方向である「方向Ａ２」の方向に、同一の映像が見えることを期待する。
【００２７】
さらに、焦点の切り替わりに伴い、表示位置だけでなく表示サイズも変化してしまう課題がある。眼球が回転して、焦点Ａから焦点Ｂに切り替わった場合、偏向位置Ａから焦点Ａまでの距離と、焦点Ｂまでの距離は異なるために、表示サイズが変化したように見せてしまう。焦点から偏向ミラーまでの距離が遠くなると、表示サイズは小さく、距離が近くなると大きく見せてしまう課題がある。
【００２８】
これらの表示位置やサイズの変化は、偏向ミラーが眼に近いほど大きな変化と見えるため、ＨＭＤでは深刻な課題となる。
【００２９】
また、ＨＭＤをメガネ型とした場合、メガネ同様に「メガネズレ」の課題が生じる場合がある。「メガネズレ」は、メガネをユーザの鼻と耳で支えて装着中に、メガネのレンズ部が徐々に下方にずれていってしまう現象であり、メガネズレによってレンズを通して見える視界が歪んでしまったり、ユーザに不快な装着感を与えたり、ユーザの顔の印象が変わってしまったりする課題がある。
【００３０】
メガネ型ＨＭＤの場合はメガネズレによって、レンズ部（偏向ミラー）と瞳孔との位置関係が変化してしまう結果、前記焦点位置と瞳孔との位置関係も変化する。その結果、ビームが瞳孔を通過できなくなって、網膜に映像を描けない状況が発生しうる（以下、この状況を「装着瞳ズレ」と記す。）。
【００３１】
この「装着瞳ズレ」の課題は、眼球回転に伴う瞳ズレとは変化量や変化方向が異なるために、特許文献２のような眼球回転瞳ズレへの対策では不十分である。
【００３２】
そこで、本発明は、ＨＭＤ等のビーム走査型表示装置で、複数の偏向焦点を持たせることなく、瞳ズレの課題を軽減できる表示装置を実現することを目的とする。
【００３３】
また、本発明は、上記従来の課題を解決するもので、画像の中央部を見ていた観察者が顔を動かさずに眼球の上下左右の回転だけで画像の周辺部を見ようとしたときに瞳が移動するが、この瞳の位置の変化が生じても観察者が観察している画像に欠けなどが生じにくい画像表示装置を提供することを目的とする。
【００３４】
また、本発明は、眼球回転に伴う瞳孔位置変化に対応する複数の焦点位置へ偏向ミラーが表示光を偏向する場合に、瞳孔位置に対応する焦点位置の切り替わりに伴って、表示映像の位置や大きさが変化する課題を解決する、表示装置を実現することを目的とする。
【００３５】
さらに、本発明は、メガネ型ＨＭＤでメガネズレが起こった場合に、装着瞳ズレによって映像が見えなくなる課題を解決する、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】
【００３６】
この発明に係る表示装置は、ユーザの網膜に画像を表示する表示装置であって、画像の表示光を出力する画像出力部と、前記画像出力部で出力される表示光をユーザの眼に向かう方向へ偏向する偏向部とを備える。そして、前記偏向部は、ユーザの瞳孔との相対位置の変化によって生じる画像の乱れを抑制する偏向特性を有する。本構成によって、一部領域を適切に設定することで瞳ズレの発生条件を変更、調整でき、瞳ズレの課題を軽減可能なＨＭＤとできる。
【００３７】
また、前記画像出力部は、前記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と、前記光源で出力されるビームを２次元方向に走査させる走査部とを含む。そして、前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームのうちの少なくとも一部が、ユーザの瞳孔の中心と異なる位置で瞳孔を通過するように偏向する偏向特性を有してもよい。
【００３８】
また、前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームを、ユーザの瞳孔への入射角に応じて瞳孔の異なる位置を通過するように偏向する偏向特性を有してもよい。
【００３９】
本構成によって、ＨＭＤ等のビーム走査型表示装置で、複数の偏向焦点を持たせることなく、瞳ズレの課題を軽減できる効果がある。複数の偏向焦点を設ける必要がないので、上述した複数の偏向焦点に伴う課題である、網膜に映像を２重に描く場合がある課題や、ビームの光利用効率が低下する課題や、高出力光源が要る課題や、消費電力が多くなる課題や、偏向手段の製造方法が複雑化する課題や、偏向手段の諸特性が低下する課題や、表示装置全体が複雑化する課題などを回避できる効果もある。
【００４０】
また、前記偏向部は、瞳孔中心を通り、前記偏向部に垂直な仮想線より左側の左側偏向領域に走査されるビームが瞳孔中心より左側の領域でユーザの瞳孔を通過し、前記仮想線より右側の右側偏向領域に走査されるビームが瞳孔中心より右側の領域でユーザの瞳孔を通過するようにビームを偏向する偏向特性を有してもよい。
【００４１】
本構成によって、偏向焦点を瞳孔中心とした従来方法と比較して、画面の左側ほど、眼球を左に回転させても瞳ズレが発生しない回転角を大きくできる効果がある。前記背景技術で示した例では、瞳ズレが発生しない回転角を約１４度から約２６度へ拡大できる効果がある。同様に画面の右側ほど、眼球を右に回転させても瞳ズレが発生しない回転角を大きくできる効果がある。
【００４２】
また、前記偏向部は、前記左側偏向領域に走査されるビームと、前記右側偏向領域に走査されるビームとで、ビームの瞳孔への入射角、及びビームの瞳孔への入射位置と瞳孔中心との距離が、前記仮想線に対して左右非対称となるようにビームを偏向する偏向特性を有してもよい。本構成によって、画面の左側と右側で、見続けられる眼球回転角に差をつけられるので、左眼用と右眼用に別の偏向部を用いれば両眼のどちらかでも見続けられる範囲を拡大することができる効果がある。
【００４３】
また、前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームを、ユーザの左眼に向かう方向に偏向する左眼用偏向部と、ユーザの右眼に向かう方向に偏向する右眼用偏向部とを含む。前記左眼用偏向部は、前記左側偏向領域に走査されるビームの瞳孔への入射角が前記右側偏向領域に走査されるビームより小さく、且つ前記左側偏向領域に走査されるビームの瞳孔への入射位置と瞳孔中心との距離が前記右側偏向領域に走査されるビームより大きくなるようにビームを偏向する偏向特性を有し、前記右眼用偏向部は、前記右側偏向領域に走査されるビームの瞳孔への入射角が前記左側偏向領域に走査されるビームより小さく、且つ前記右側偏向領域に走査されるビームの瞳孔への入射位置と瞳孔中心との距離が前記左側偏向領域に走査されるビームより大きくなるようにビームを偏向する偏向特性を有してもよい。
【００４４】
本構成によって、視線が左に動いた場合、左眼で見続けられる眼球回転角を拡大することができる効果がある。同様に、視線が右に動いた場合、右眼で見続けられる眼球回転角を拡大することができる効果がある。
【００４５】
また、前記偏向部は、瞳孔中心を通り、前記偏向部に垂直な仮想線より上側の上側偏向領域に走査されるビームがユーザの瞳孔の瞳孔中心より上側の領域を通過し、前記仮想線より下側の下側偏向領域に走査されるビームがユーザの瞳孔の瞳孔中心より下側の領域を通過するようにビームを偏向する偏向特性を有してもよい。
【００４６】
本構成によって、偏向焦点を瞳孔中心とした従来方法と比較して、画面の上側ほど、眼球を上に回転させても瞳ズレが発生しない回転角を大きくできる効果がある。前記背景技術で示した例では、瞳ズレが発生しない回転角を約１４度から約２６度へ拡大できる効果がある。同様に画面の下側ほど、眼球を下に回転させても瞳ズレが発生しない回転角を大きくできる効果がある。
【００４７】
また、前記偏向部は、回折によってビームを偏向するホログラムであってもよい。本構成によって、眼前の偏向手段を、薄く、透明にすることができる効果がある。
【００４８】
また、前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームを、ユーザの左眼に向かう方向に偏向する左眼用偏向部と、ユーザの右眼に向かう方向に偏向する右眼用偏向部とを含む。そして、前記左眼用偏向部及び前記右眼用偏向部は、ユーザの左眼の瞳孔中心と右眼の瞳孔中心との距離である瞳間距離と、左眼におけるビームの集光位置と右眼におけるビームの集光位置との距離である集光位置間距離とが互いに異なるような位置関係で配置されてもよい。
【００４９】
このような構成とすることにより眼球の回転で瞳が移動した場合に、少なくともどちらか一方の眼で画像が見えているようにすることができるので画像出力の欠落などがない画像表示装置を実現することができる。
【００５０】
また、該表示装置は、さらに、前記瞳間距離と前記集光位置間距離とを異ならせるように、前記左眼用偏向部及び前記右眼用偏向部それぞれを移動させる偏向部位置調整部を備えてもよい。
【００５１】
このような構成とすることにより、瞳間距離の異なる観察者が本発明の同じ表示装置を使用した場合でも、偏向部位置調整部を用いて左右の偏向部を容易に両眼に対向した位置に移動することができる。したがって、この表示装置を使用するユーザそれぞれに対して、偏向部を適切な位置に設定することができるので、ユーザは画像出力の欠落などがない画像を観察することができる。
【００５２】
また、該表示装置は、さらに、ユーザの左右の眼それぞれの瞳孔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瞳間距離を算出し、前記集光位置間距離を算出された前記瞳間距離と異ならせるように、前記偏向部位置調整部を制御して前記左眼用偏向部及び前記右眼用偏向部それぞれを移動させる偏向部位置制御部とを備えてもよい。
【００５３】
また、該表示装置は、さらに、前記光検出部の検出結果に基づいて、前記左眼用偏向部及び前記右眼用偏向部で偏向されたビームのうちの一方がユーザの眼球に入射しなかったと判断した場合に、前記光源に他方のビームの光量を増加させる光量制御部を備えてもよい。
【００５４】
このような構成とすることにより、瞳の位置を両眼の眼球の表面からの反射光強度などから検出して、両眼のうちのどちらの眼で観察しているか、あるいは両眼で観察しているかを判定し、その情報をもとに出射光の光量の増減を制御して適正な明るさの映像を観察者に観察させることができる。
【００５５】
また、前記光検出部は、反射光を所定の波長毎に分光して検出してもよい。このような構成とすることにより、観察者によって異なる虹彩の色を検出することが出来、光線が虹彩で遮られたかどうかを精密に検知できるようになる。
【００５６】
また、前記画像出力部は、前記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と、前記光源で出力されるビームを２次元方向に走査させる走査部とを含む。前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームを、ユーザの左眼に向かう方向に偏向する左眼用偏向部と、ユーザの右眼に向かう方向に偏向する右眼用偏向部とを含む。そして、前記左眼用偏向部は、瞳孔中心を通り、前記左眼用偏向部に垂直な仮想線より左側の左側偏向領域に走査されたビームと、前記仮想線より右側の前記右側偏向領域に走査されたビームとで、ビームの瞳孔への入射角が前記仮想線に対して左右非対称となるようにビームを偏向する偏向特性を有し、前記右眼用偏向部は、瞳孔中心を通り、前記右眼用偏向部に垂直な仮想線より左側の左側偏向領域に走査されたビームと、前記仮想線より右側の前記右側偏向領域に走査されたビームとで、ビームの瞳孔への入射角が前記仮想線に対して左右非対称となるようにビームを偏向する偏向特性を有してもよい。
【００５７】
このような構成とすることにより、眼球の回転で瞳が移動した場合に、観察者は少なくともどちらか一方の眼で画像が見えているようにすることができる。その結果、画像出力の欠落などがない表示装置を実現することができ、画像出力部から出力される映像の全体を視認することができる。
【００５８】
また、前記画像出力部は、前記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と、前記光源で出力されるビームを２次元方向に走査させる走査部とを含む。そして、前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームを第１の焦点と、前記第１の焦点と異なる第２の焦点とに集光させるように偏向する偏向特性を有してもよい。
【００５９】
また、該表示装置は、さらに、ユーザの瞳孔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、ユーザの瞳孔中心の位置である瞳孔位置の変化を検出する瞳孔位置検出部と、前記瞳孔位置検出部の検出結果により、前記瞳孔位置が前記第１の焦点を含む位置から前記第２の焦点を含む位置に変化したことに応じて、前記瞳孔位置の変化の前後においてユーザが視認する虚像が同一の方向に見えるように、前記画像出力部の出力を制御する制御部とを備えてもよい。
【００６０】
本構成によって、瞳孔位置に対応する焦点位置の切り替わりに伴う表示映像の位置や大きさの変化を減少できる効果がある。また、偏向部が眼に近いほど前記変化が大きくなるので、本構成によって、偏向部を眼に近く配置できる効果がある。また、瞳ズレの対策として偏向部に複数の焦点を持たせる方法の課題が解消される結果、瞳ズレが起こりやすい広画角で大画面なＨＭＤを実現できる効果がある。
【００６１】
また、前記制御部は、前記瞳孔位置の変化の前後において、同一の画素を描画するビームが前記偏向部からユーザの眼に向かう領域で実質的に平行となるように、前記画像出力部の出力を制御してもよい。
【００６２】
本構成によって、例えば、瞳孔位置に対応する焦点位置が左へ切り替わるのに伴い、表示映像の位置が右へずれる変化を減少できる効果がある。また、瞳孔位置に対応する焦点位置が上へ切り替わるのに伴い、表示映像の位置が下へずれる変化を減少できる効果がある。
【００６３】
また、前記制御部は、前記瞳孔位置の変化の前後において、同一の画素を描画するビームが前記偏向部からユーザの眼に向かう領域で実質的に平行となるように、前記光源に各画素を描画するビームをユーザの前記瞳孔位置が変化した方向にずらして出力させる出力画像制御部を含んでもよい。本構成によって、瞳孔位置に対応する焦点位置が切り替わるのに伴い、無限遠に表示された仮想画面上の表示映像の位置の変化を減少できる効果がある。
【００６４】
また、前記出力画像制御部は、さらに、前記瞳孔位置の変化の前後においてユーザが視認する虚像の大きさが同一となるように、前記画像出力部の出力を制御してもよい。本構成によって、例えば、瞳孔位置に対応する焦点位置が偏向部から近づくのに伴い、表示映像のサイズが大きくなる変化を減少できる効果がある。
【００６５】
また、前記制御部は、前記瞳孔位置の変化の前後において、同一の画素を描画するビームが前記偏向部からユーザの眼に向かう領域で実質的に平行となるように、前記走査部に各画素を描画するビームをユーザの前記瞳孔位置が変化した方向にずらして走査させる走査角制御部を含んでもよい。本構成によって、瞳孔位置に対応する焦点位置が切り替わるのに伴い、無限遠に表示された仮想画面上の表示映像の位置の変化を減少できる効果がある。
【００６６】
また、前記偏向部は、前記走査部で走査されたビームを前記第１の焦点と、前記第１の焦点よりユーザにとって上方で、かつ前記偏向部からの距離が前記第１の焦点より遠い第２の焦点とに集光させるように偏向する偏向特性を有してもよい。
【００６７】
本構成によって、メガネ型ＨＭＤでメガネズレが起こった場合でも、装着瞳ズレの課題が解消される結果、映像が見えなくなる状況を発生しにくくできる効果がある。また、メガネズレの課題を低減できるので、メガネズレが比較的起こりやすい、重いＨＭＤや、重量バランスが前方（レンズ部）にあるＨＭＤや、鼻や耳周辺の接触面積が少ないＨＭＤを実現できる効果もある。また、ＨＭＤをメガネ型にした場合の課題を低減できる結果、ＨＭＤをメガネ型とできる効果もある。
【００６８】
また、前記第１及び第２の焦点は、ユーザの鼻の稜線と実質的に平行な仮想線上に位置してもよい。本構成によって、メガネズレが発生して、メガネレンズ部が眼から遠ざかっても、瞳ズレが発生しない効果がある。
【００６９】
また、前記第１及び第２の焦点の鉛直方向距離はユーザの瞳孔の高さ以上であり、且つ水平方向距離はユーザの瞳孔の幅以下であってもよい。本構成によって、メガネ型ＨＭＤが顔面に対して下方にずれた場合に、ビームが瞳孔に入らない状況や、複数焦点からの複数ビームが瞳孔に入ってしまう状況を、軽減できる効果がある。
【００７０】
また、前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームを前記第１及び第２の焦点それぞれに向かう方向に同時に偏向してもよい。本構成によって、メガネズレを検出しなくても、メガネズレに対応できる効果がある。
【００７１】
また、該表示装置は、さらに、ユーザの瞳孔中心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より、ユーザの瞳孔中心が前記第１の焦点を含む位置から前記第２の焦点を含む位置に変化したことに応じて、前記走査部から前記偏向部に走査されるビームの向きが第１の方向から前記第１の方向と異なる第２の方向に変化するように、前記走査部の位置を移動させる走査部位置調整部とを備え、前記偏向部は、前記第１の方向から入射するビームを前記第１の焦点に集光させる第１の干渉縞と、前記第２の方向から入射するビームを前記第２の焦点に集光させる第２の干渉縞とを有するホログラムによって構成されていてもよい。
【００７２】
本構成によって、瞳孔の動きに追従できるので、より焦点を瞳孔位置に一致させやすくなり、瞳ズレの発生を軽減できる効果がある。また、焦点が１つで済む為に、ビームを偏向部で分岐させる必要がないので、光利用効率が高まる効果もある。本構成によって、焦点を瞳孔位置に一致させやすくなり、瞳ズレの発生を軽減できる効果がある。
【００７３】
また、前記相対位置検出部は、ユーザの鼻に接触する位置に配置され、前記偏向部の上下方向の移動に伴って自転する回転体と、前記回転体の回転角からユーザの瞳孔中心と前記偏向部との相対位置の変化を検出する相対位置算出部とを含んでもよい。
【発明の効果】
【００７４】
本発明の表示装置では、偏向部とユーザの瞳孔との相対位置の変化によって生じる画像の乱れを抑制する偏向特性を偏向部に付与したことにより、瞳ズレの課題を軽減可能なＨＭＤとできる効果がある。
【００７５】
また、本発明の表示装置では、偏向部は瞳孔へのビーム入射角に応じて異なる位置でビームが瞳孔へ入射するよう偏向する結果、ＨＭＤ等のビーム走査型表示装置で、複数の偏向焦点を持たせることなく、瞳ズレの課題を軽減できる効果がある。複数の偏向焦点を設ける必要がないので、複数の偏向焦点に伴う課題である、網膜に映像を２重に描く場合がある課題や、ビームの光利用効率が低下する課題や、高出力光源が要る課題や、消費電力が多くなる課題や、偏向部の製造方法が複雑化する課題や、偏向部の諸特性が低下する課題や、表示装置全体が複雑化する課題などを回避できる効果もある。
【００７６】
また、本発明の画像表示装置は、高輝度で色再現性がよい高精細な映像を表示することができ、眼球の回転で瞳が移動した場合でも、少なくともどちらか一方の眼で画像が見えているようにすることができるので画像出力の欠落などがない小型で低消費電力の画像表示装置を実現することができる。
【００７７】
また、本発明の表示装置では、眼球回転に伴う瞳孔位置変化に対応する複数の焦点位置へ偏向部が表示光を偏向する場合に、瞳孔位置に対応する焦点位置の切り替わりに伴う、表示映像の位置や大きさの変化を減少できる効果がある。また、偏向部が眼に近いほど前記変化が大きくなるので、本構成によって、偏向部を眼に近く配置できる効果がある。また、瞳ズレの対策として偏向部に複数の焦点を持たせる方法の課題が解消される結果、瞳ズレが起こりやすい広画角で大画面なＨＭＤを実現できる効果がある。
【００７８】
また、本発明の表示装置では、メガネ型ＨＭＤでメガネズレが起こった場合でも、装着瞳ズレの課題が解消される結果、映像が見えなくなる状況を発生しにくくできる効果がある。また、メガネズレの課題を低減できるので、メガネズレが比較的起こりやすい、重いＨＭＤや、重量バランスが前方（レンズ部）にあるＨＭＤや、鼻や耳周辺の接触面積が少ないＨＭＤを実現できる効果もある。また、ＨＭＤをメガネ型にした場合の課題を低減できる結果、ＨＭＤをメガネ型とできる効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７９】
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。
【００８０】
（実施の形態１）
図１Ａ、図１Ｂ、図２、及び図３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（「画像表示装置」又は「表示装置」ともいう）としてのメガネ型ＨＭＤを説明する。なお、図１Ａは表示装置の平面図、図１Ｂは表示装置の側面図、図２は図１Ａの一部の詳細図、図３は表示装置の機能ブロック図である。
【００８１】
実施の形態１に係る眼鏡型ＨＭＤは、表示装置と、ユーザの左右の眼の位置に配置されるレンズ１２１、１２２と、一端がレンズ１２１、１２２に連結され、他端がユーザの側頭部に固定される一対のテンプル１２３、１２４とを備える。
【００８２】
表示装置は、図１Ａ、図１Ｂ、及び図２に示されるように、表示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、１１０と、光源１０１、１１０から出力されたビームの波面形状を変更する波面形状変更部１０２、１０９と、波面形状変更部１０２、１０９から出力されたビームを偏向部１０４、１０７に向かって２次元走査する走査部１０３、１０８と、走査部１０３、１０８の走査光をユーザの眼に向かう方向に偏向する偏向部１０４、１０７と、前述の各部を制御する制御部１０５、１１１と、ヘッドホン部１０６、１１２とを備える。
【００８３】
なお、光源１０１、波面形状変更部１０２、及び走査部１０３で左眼用の画像出力部１００を構成する。同様に、光源１１０、波面形状変更部１０９、走査部１０８で右眼用の画像出力部（図示省略）を構成する。
【００８４】
なお、この実施形態においては、光源１０１、１１０、波面形状変更部１０２、１０９、走査部１０３、１０８、制御部１０５、１１１、及びヘッドホン部１０６、１１２がテンプル１２３、１２４に収納され、偏向部１０４、１０７がレンズ１２１、１２２のユーザの眼に対面する側に配置されている。
【００８５】
光源１０１は、ビームを出力する。出力するビームは、図２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とから出力される各レーザ光を合波したレーザ光であって、各色レーザ光源２１１、２１２、２１３から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、１０９や走査部１０３、１０８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。
【００８６】
なお、図２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。
【００８７】
また、図２では各色レーザ光源２１１、２１２、２１３でレーザ光の変調を行っているが、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、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。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。
【００８８】
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とは、出力す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、上記の変調制御に加えて、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、表示領域が台形など矩形以外に歪む。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ように、レーザの出力制御を走査部１０３と連動して行ってもよい。
【００８９】
なお、光源１０１は、図２に示す光検出部２１４を含んでもよい。光検出部２１４は、ユーザの眼からの反射光の強度を検出する。反射光の強度変化によって、視線の方向を推測したり、瞳孔の位置を推測したりできる。
【００９０】
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。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１０４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。
【００９１】
図２に示す波面形状変更部１０２は、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。
【００９２】
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。
【００９３】
なお、図２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。これらの手段により、収差の影響を減少させ、表示画質を向上できる効果がある。
【００９４】
なお、図２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。
【００９５】
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。
【００９６】
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とできる効果がある。
【００９７】
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、レンズを移動する方法や、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。
【００９８】
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の瞳孔に向かう方向へ偏向する。偏向部１０４では、メガネのレンズの内側表面に、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が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方向へ回折するように製作されている。フォトポリマー層には赤色、緑色、青色、それぞれのレーザ光源２１１、２１２、２１３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。
【００９９】
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とできる。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を薄くできる効果がある。
【０１００】
なお、ホログラムは、レンズ１２１、１２２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。例えば、レンズ１２１、１２２の外側（図１Ａのレンズ１２１、１２２の上側）から物体光を、走査部１０３、１０８の位置から参照光を偏向部１０４、１０７に対して照射する。ここで、物体光の入射角度等を調整することにより、偏向部１０４、１０７に図６Ａ〜図６Ｇに示すような様々な偏向特性８０１〜８０６Ｒを付与することができる。
【０１０１】
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３に示すように、中央処理部５０１、記憶部５０２、及び入出力制御部５０３を備えてもよい。
【０１０２】
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ながら、表示装置全体の処理を統括する。記憶部５０２は制御部１０５で用いるデータを記憶する。
【０１０３】
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、及び走査部１０３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、などを備えてもよい。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。
【０１０４】
なお、制御部１０５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通信部５２０を備えてもよい。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。
【０１０５】
ヘッドホン部１０６は、スピーカーを備え、音声を出力する。なお、ヘッドホン部には、表示装置各部へ電源供給するバッテリーを備えてもよい。
【０１０６】
なお、光源１１０、波面形状変更部１０９、走査部１０８、偏向部１０７、制御部１１１、及びヘッドホン部１１２の構成は、上述の光源１０１、波面形状変更部１０２、走査部１０３、偏向部１０４、制御部１０５、及びヘッドホン部１０６と共通するので、説明は省略する。
【０１０７】
次に、実施の形態１に係るビーム走査型表示装置において、眼球が回転するのに伴ってユーザの瞳孔と偏向部１０４との相対位置が変化した場合に、ユーザの視認する画像の乱れを抑制するための構成を、図４〜図６Ｇを参照しながら説明する。なお、図４はユーザの眼球が正面を見ている状態を示す図、図５はユーザの眼球が左に回転した状態を示す図、図６Ａ〜図６Ｇは偏向部１０４、１０７に付与する偏向特性８０１〜８０６Ｒのバリエーションを示す図である。また、下記には偏向部１０４についてのみ説明するが、偏向部１０７についても同様である。
【０１０８】
図４に示すように、本発明の偏向部１０４は、従来の図２３の偏向ミラーとは異なり、走査部１０３で走査されるビームのうちの少なくとも一部が、ユーザの瞳孔の中心と異なる位置で瞳孔を通過するように偏向する偏向特性を有する。より具体的には、瞳孔へのビームの入射角に応じて異なる位置でビームが瞳孔へ入射するよう偏向する偏向特性を有する。
【０１０９】
図２３の従来方式では、瞳孔へ左方の角度から入射するビームも正面から入射するビームも右方の角度から入射するビームも、瞳孔中心位置でビームが瞳孔を通過するように、偏向ミラーがビームを偏向していた。
【０１１０】
一方、本発明の図４では、瞳孔へ左方の角度から入射するビームは瞳孔中心よりも左側位置でビームが瞳孔を通過するように、瞳孔正面から入射するビームは瞳孔中心位置でビームが瞳孔を通過するように、瞳孔の右方の角度から入射するビームは瞳孔中心よりも右側位置でビームが瞳孔を通過するように、偏向部１０４がビームを偏向する。
【０１１１】
この結果、ユーザが画面左側を見るために眼球を左に回転させて瞳孔が左に移動した場合、従来方式では図２３が図２４の状態となって、どのビームも瞳孔を通過できずに、瞳ズレが発生してしまう。しかし、本発明では図４が図５の状態となって、左方の角度からのビームは、瞳孔を通過できるので、ユーザは画面左側を見ることができる。同様に、ユーザが画面右側を見るために瞳孔を右に移動させた場合も、画面右側を見続けることができる。
【０１１２】
また、左右方向と同様に、上下方向でも図４のように異なる位置でビームが瞳孔を通過するように偏向しておくことで、ユーザが画面の上側を見るために瞳孔を上に移動させた場合でも画面上側を見続けることができ、画面下側を見るために瞳孔を下に移動させた場合でも画面下側を見続けることができる。
【０１１３】
瞳孔直径を３ミリメートル、瞳孔から偏向部１０４までの距離を１５ミリメートル、瞳孔から眼球回転中心までの距離を１０．５ミリメートルとして見続けることができる画面視野角を試算すると、従来例の図２３の場合は、視線が画面中心から約１４度以上移動すると瞳ズレが発生するのに対し、本発明の図４の場合は、視線が画面中心から約２６度までの移動なら視線の先を見続けることができる。
【０１１４】
なお、上記のように、瞳孔へのビームの入射角に応じて異なる位置でビームが瞳孔へ入射するような偏向部１０４としてもよいし、さらに各種偏向方法を組み合わせた偏向部１０４としてもよい。例えば、左眼用と右眼用とで異なる偏向特性を付与してもよい。片目の瞳ズレを、もう片方の目で補える効果がある。また、ビームの瞳孔への水平入射角と垂直入射角とが異なるような偏向特性を付与してもよい。瞳ズレ発生条件を、水平画角と垂直画角で異なるようにできる効果がある。また、複数の走査部からのビーム光に対して異なる偏向特性を付与してもよい。ある走査部からのビームの瞳ズレを他の走査部からのビームで補える効果がある。
【０１１５】
図６Ａ〜図６Ｇを参照して、偏向部１０４に付与する偏向特性のバリエーションを説明する。なお、図６Ａは図４及び図５で説明した偏向特性８０１を示す図、図６Ｂ〜図６Ｇはその他の偏向特性８０２〜８０６Ｒを示す図である。なお、図６Ａ〜図６Ｇにおいて、瞳孔中心を通り、偏向部１０４に垂直な直線を仮想線ｌとし、偏向部１０４の仮想線ｌより左側の領域を左側偏向領域１０４Ｌ、仮想線ｌより右側の領域を右側偏向領域１０４Ｒとする。また、ビームの入射角とは、ビームと仮想線ｌとのなす角を指すものとする。
【０１１６】
図６Ａに示す偏向特性８０１においては、走査部１０３から左側偏向領域１０４Ｌに走査されるビームは瞳孔中心の左側の領域を通過し、右側偏向領域１０４Ｒに走査されるビームは瞳孔中心の右側の領域を通過し、仮想線ｌ上に走査されるビームは瞳孔中心を通過する。さらに、この偏向特性８０１においては、偏向された全てのビームが瞳孔中心より奥（眼球中心寄り）で集光する。つまり、偏向焦点が瞳孔より奥に形成されている。これにより、眼球を左に回転させた場合、画面左側を見続けられる効果に加えて、画面右側が徐々に画面右端側から見えなくなっていくようにできる効果もある。また、従来方式での偏向部１０４の製造方法からの大きな改造を要しない効果もある。
【０１１７】
また、図６Ａに示す偏向特性８０１は、水平方向だけでなく垂直方向にも適用することができる。具体的には、瞳孔中心を通り、偏向部１０４に垂直な仮想線より上側の上側偏向領域に走査されるビームが瞳孔中心の上側の領域でユーザの瞳孔を通過し、仮想線より下側の下側偏向領域に走査されるビームが瞳孔中心の下側の領域でユーザの瞳孔を通過するようにビームを偏向してもよい。
【０１１８】
さらに、図６Ａに示す偏向特性８０１の変形例として、瞳孔から偏向焦点までの距離を水平方向と垂直方向とで異ならせてもよい。水平方向より垂直方向での距離を長くすると、瞳ズレが発生する垂直方向の眼球回転を大きくでき、瞳ズレが発生しない上下の画角を広げられる効果がある。この方式は、水平の画角は左右の眼で補い合うことで擬似的に広げられるが、垂直の画角は左右の眼では補い合えないので、有効となる。
【０１１９】
なお、上記の説明では、偏向特性を水平方向と垂直方向とで独立して規定したが、これに限ることなく、２次元的に規定してもよい。この場合、ユーザに表示する画面領域を画面中心から近い順に、「画面中央部」、「画面中間部」、「画面端部」、という用語で説明する。ユーザの視線が画面中央部にある場合、瞳孔へのビームの入射角は、画面中央部で最も小さく、画面端部で最も大きくなる。一方、ユーザの瞳孔のうち、瞳孔中心を含む所定の領域を「瞳孔中央部」、その外側の領域を「瞳孔端部」という用語で説明する。
【０１２０】
そうすると、図６Ａに示す偏向特性８０１は、画面中央部のビームを瞳孔中心に向けて偏向し、画面中間部のビームを瞳孔中央部（瞳孔中心を除く）に向けて偏向し、画面端部のビームを瞳孔端部に向けて偏向している。同様に、図６Ｂに示す偏向特性８０２は、画面端部のビームを瞳孔端部に向けて偏向し、画面中央部及び画面中間部のビームを瞳孔中央部（瞳孔中心）に向けて偏向している。これにより、眼球を左に回転させた場合、画面左側を見続けられる効果に加えて、画面右側中間部が見続けられる眼球回転角を増大させることができる効果もある。
【０１２１】
図６Ｃに示す偏向特性８０３は、画面端部や画面中間部のビームを瞳孔端部に向けて偏向し、画面中央部のビームを瞳孔中央部（瞳孔中心）に向けて偏向している。これにより、眼球を左に回転させた場合、画面左側を見続けられる効果に加えて、さらに眼球を左に回転させた場合でも画面左側中間部を見続けられる眼球回転角を増大させることができる効果もある。
【０１２２】
図６Ｄに示す偏向特性８０４は、図６Ｃの偏向特性８０３をさらに変形して、画面中央部のビームをも瞳孔端部に向けて偏向している。これにより、眼球を左に回転させた場合、画面左側を見続けられる効果に加えて、さらに眼球を左に回転させた場合でも画面中央部を見続けられる眼球回転角を増大させることができる効果もある。
【０１２３】
図６Ｅに示す偏向特性８０５は、図６Ａの偏向特性８０１をさらに変形し、視線が画面中央部にある際には画面端部のビームが瞳孔外を通過するように偏向している。これにより、眼球を左に回転させた場合、画面左側中間部を見続けられる効果に加えて、画面左側端部が見え始める効果もある。さらに眼球を左に回転させた場合には、画面端部を見続けられる眼球回転角を増大させることができる効果もある。
【０１２４】
また、図６Ｆ及び図６Ｇに示す偏向特性８０６Ｌは、左側偏向領域１０４Ｌに走査されるビームと、右側偏向領域１０４Ｒに走査されるビームとで、ビームの瞳孔への入射角、及びビームの瞳孔への入射位置と瞳孔中心との距離が、仮想線ｌに対して左右非対称となるようにビームを偏向する。
【０１２５】
具体的には、図６Ｆに示す偏向特性８０６Ｌは、画面左側のビームを図６Ａに示す偏向特性８０１と同じように偏向し、画面右側のビームを従来の図２３と同じように偏向している。つまり、左側偏向領域１０４Ｌに走査されるビームの瞳孔への入射角が右側偏向領域１０４Ｒに走査されるビームより小さく、且つ左側偏向領域１０４Ｌに走査されるビームの瞳孔への入射位置と瞳孔中心との距離が右側偏向領域１０４Ｒに走査されるビームより大きくなるようにビームを偏向する。
【０１２６】
同様に、図６Ｅに示す偏向特性８０６Ｒは、画面右側のビームを図６Ａに示す偏向特性８０１と同じように偏向し、画面左側のビームを従来の図２３と同じように偏向している。つまり、右側偏向領域１０４Ｒに走査されるビームの瞳孔への入射角が左側偏向領域１０４Ｌに走査されるビームより小さく、且つ右側偏向領域１０４Ｒに走査されるビームの瞳孔への入射位置と瞳孔中心との距離が左側偏向領域１０４Ｌに走査されるビームより大きくなるようにビームを偏向する。
【０１２７】
例えば、左眼用の偏向部１０４に偏向特性８０６Ｌを付与し、右眼用の偏向部１０７に偏向特性８０６Ｌを付与することによって、眼球を左に回転させた場合は、左眼で画面左側を見続けられる効果がある。また、眼球を右に回転させた場合は、右眼で画面右側を見続けられる効果がある。
【０１２８】
なお、図４のような本発明の方式と、従来からの図２５のような複数の偏向焦点を持たせる方式を組み合わせてもよい。また、偏向部１０４、１０７が、瞳孔へのビーム入射角に応じて異なる位置でビームが瞳孔を通過するように偏向するために、偏向部１０４、１０７や走査部１０３、１０８を移動させたり回転させたりする方法を用いてもよい。
【０１２９】
なお、実施の形態１では、ビームを２次元走査して映像を描画する方式で説明するが、液晶等の２次元画像表示素子からの表示光を、瞳孔付近で集光される（マクスウェル視とする）ように偏向部１０４、１０７が偏向する方式でもよい。
【０１３０】
なお、図１Ａ〜図２における各手段や各部は、１つの筐体に含まれていてもよいし、複数の筐体に含まれてもよい。例えば光源１０１、１１０が走査部１０３、１０８とは別の筐体に含まれていてもよいし、ヘッドホン部１０６、１１２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、１１１が光源１０１、１１０や走査部１０３、１０８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が２つずつあってもよい。また、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。
【０１３１】
以上の構成により、本発明の表示装置では、偏向部１０４、１０７は瞳孔へのビーム入射角に応じて異なる位置でビームが瞳孔へ入射するよう偏向する結果、ＨＭＤ等のビーム走査型表示装置で、複数の偏向焦点を持たせることなく、瞳ズレの課題を軽減できる効果がある。
【０１３２】
複数の偏向焦点を設ける必要がないので、複数の偏向焦点に伴う課題である、網膜に映像を２重に描く場合がある課題や、ビームの光利用効率が低下する課題や、高出力光源が要る課題や、消費電力が多くなる課題や、偏向部１０４、１０７の製造方法が複雑化する課題や、偏向部１０７、１０７の諸特性が低下する課題や、表示装置全体が複雑化する課題などを回避できる効果もある。
【０１３３】
（実施の形態２）
図７を参照して、本発明の実施の形態２に係る表示装置１０を説明する。なお、図７は表示装置１０の概略構成図である。
【０１３４】
実施の形態２の表示装置１０は、出射光２を出力する画像出力部３Ｒ、３Ｌと、出射光２をユーザの眼８Ｒ、８Ｌに向かう方向（集光位置１１Ｒ、１１Ｌ）に偏向する偏向部１５と、画像出力部３Ｒ、３Ｌを制御する制御部５Ｒ、５Ｌと、制御部５Ｒ、５Ｌの処理を統括する統括制御部６とで構成される。なお、画像出力部３Ｒ、３Ｌは、光源１Ｒ、１Ｌと、光源１Ｒ、１Ｌからの出射光２を２次元走査させる走査部４Ｒ、４Ｌと、光検出部１７とを含む。また、偏向部１５は、左右の眼８Ｒ、８Ｌそれぞれに対面する位置に配置されるホログラムミラー１５Ｒ、１５Ｌで構成される。上記構成のように、実施の形態２に示す表示装置１０は、左右対称な光学系を備えて、光源１Ｒ、１Ｌからの出射光２を左右の眼８Ｒ、８Ｌの集光位置１１Ｒ、１１Ｌに導いている。
【０１３５】
次に、左右対称に構成された表示装置１０の動作について、光学系の動作を主体に具体的に説明する。ここでは左右対称な光学系のうち、右側の光学系を例としてその動作について説明する。
【０１３６】
図７に示すように光源１Ｒは、少なくとも青色レーザ光源（以下、「Ｂ光源」とする）１３ｂ、赤色レーザ光源（以下、「Ｒ光源」とする）１３ｒ、および緑色レーザ光源（以下、「Ｇ光源」とする）１３ｇを含むＲＧＢ光源１３からなる。そして、上記のＲＧＢ光源１３を用いて時系列で出射されるレーザ光を入力電流の大きさにより強度変調することで、網膜８ａに投影される画像を出力する。このような構成とすることにより、色再現性がよく、小型で低消費電力の表示装置１０を実現することができる。
【０１３７】
ここで、Ｂ光源１３ｂおよびＲ光源１３ｒには、波長４５０ｎｍおよび波長６５０ｎｍのレーザ光を出射する半導体レーザを用い、Ｇ光源１３ｇには、波長５３０ｎｍのレーザ光を出射する半導体レーザ励起のＳＨＧレーザを用いている。なお、Ｂ光源１３ｂおよびＲ光源１３ｒから出射されたレーザ光１４は、レンズ１４ｃにより平行光線に変換されて光源１Ｒから出射される。また、Ｇ光源１３ｇからは平行光線が出射されている。
【０１３８】
走査部４Ｒは、可動ミラー４ａを備え、光源１Ｒからのレーザ光１４をホログラムミラー１５Ｒに向かって２次元走査させる。
【０１３９】
ホログラムミラー１５Ｒは、走査部４Ｒで走査されたレーザ光１４をユーザの眼に向かう方向（集光位置１１Ｒ）に偏向するものである。なお、表示装置１０は、偏向部１５をユーザの視線方向（図７の上下方向）に交差する方向（図７の左右方向）に移動させる偏向部位置調整部１６を備える。偏向部位置調整部１６は、左右のホログラムミラー１５Ｌ、１５Ｒそれぞれを独立して移動させる駆動部１６Ｌ、１６Ｒによって構成される。
【０１４０】
光源１Ｒから出射されるレーザ光１４は、反射ミラー１４ａおよびダイクロイックミラー１４ｂにより１本にまとめられて走査部４Ｒの可動ミラー４ａに入射する。そして、レーザ光１４は可動ミラー４ａによりホログラムミラー１５Ｒの反射面１５ａに出射光２として走査される。
【０１４１】
この出射光２は、ホログラムミラー１５Ｒの反射面１５ａで反射されて右眼８Ｒの瞳孔７に入射したのち、網膜８ａ上に映像を投影する。なお、出射光２は、ホログラムミラー１５Ｒの反射面１５ａにおいて２次元の平面状に走査されるため、可動ミラー４ａは水平方向（左右方向）だけでなく、これに垂直な方向にも回転することができる。なお、表示装置１０の左側の光学系の動作については、上記と同様に左側のホログラムミラー１５Ｌを使用して行われる。
【０１４２】
ここで、右眼８Ｒ及び左眼８Ｌそれぞれの瞳孔７の中心線１８の間の距離を瞳間距離９と定義する。また、ホログラムミラー１５Ｒの反射面１５ａで反射された出射光２の集光位置１１Ｒと、ホログラムミラー１５Ｌの反射面１５ａで反射された出射光２の集光位置１１Ｌとの間隔を集光位置間距離１２と定義する。
【０１４３】
上記構成の表示装置１０において、ホログラムミラー１５Ｒとホログラムミラー１５Ｌとは、観察者の瞳間距離９と集光位置間距離１２とが互いに異なるような位置関係で配置される。すなわち、左右の瞳孔７に入射する出射光２が集光する集光位置１１Ｌ、１１Ｒを瞳孔７の中心線１８から左右対称にずらした構成としている。
【０１４４】
このような構成とすることにより、眼８Ｒ、８Ｌの回転で瞳孔７が移動した場合、左右の眼８Ｒ、８Ｌの一方に入射する出射光２の一部は虹彩８ｂで遮られるが、他方の出射光２は虹彩８ｂで遮られない。このように、少なくともどちらか一方の眼８Ｒ、８Ｌで画像が見えているようにすることができるので、画像出力の欠落などが少ない表示装置１０を実現することができる。
【０１４５】
図８Ａ及び図９Ａは実施の形態２の表示装置１０の要部拡大図、図８Ｂ及び図９Ｂは図８Ａ及び図９Ａと比較するための従来の表示装置の要部拡大図を示す。
【０１４６】
図８Ａ及び図８Ｂは、表示装置の左眼８Ｌの近傍の光学系を含む要部を拡大して示している。図８Ａにおいては投影される映像２０を表示する出射光２の集光位置１１Ｌは、左眼８Ｌの中心線１８よりも左側に少し寄っている。一方、図８Ｂにおいては、集光位置１１Ｌは左眼８Ｌの中心線１８上にあり左右の虹彩８ｂから見ても中央に位置する。
【０１４７】
図９Ａ及び図９Ｂは、図８Ａ及び図８Ｂの状態から顔を動かさずに左眼８Ｌだけを左側に動かして、映像２０の中央部から左側を見に行ったときの出射光２と左眼８Ｌとの間の光学的な位置関係を示している。
【０１４８】
図９Ｂに示すように、従来の表示装置においては左側の映像２０Ｌを見ようとすると右側の映像２０Ｒが虹彩８ｂにより遮られて見えなくなってしまう。ところが、図９Ａに示すように実施の形態２に示す表示装置１０では、集光位置１１Ｌが左眼８Ｌの中心線１８よりも左側に少し寄っているために右側の映像２０Ｒも虹彩８ｂに遮られることなく見えている。
【０１４９】
また、図９Ａ及び図９Ｂは左眼８Ｌの場合について示したが、右眼８Ｒの場合も同様の結果となる。すなわち、従来の表示装置では、映像２０の左側または右側を見ようとして眼８Ｒ、８Ｌを回転させたときにその反対側の映像２０は、左右ほぼ同時に虹彩８ｂに遮られて見えなくなる。
【０１５０】
一方、実施の形態２に示した表示装置１０においては、映像２０の左側または右側を見ようとして眼８Ｒ、８Ｌを回転させたときにその反対側の映像は、少なくともどちらか一方の眼８Ｒ、８Ｌにより見えていることがわかる。したがって、眼８Ｒ、８Ｌの回転で瞳孔７が移動した場合に、少なくともどちらか一方の眼８Ｒ、８Ｌで映像２０が見えているようにすることができるので、映像出力の欠落などがない表示装置１０を実現することができる。
【０１５１】
このように構成された実施の形態２の表示装置１０は、図７に示すように左右の眼８Ｒ、８Ｌそれぞれ瞳孔７からの反射光２ｂを検出する光検出部１７をさらに備える。そして、この光検出部１７の信号に基づいて画像出力部３Ｒ、３Ｌから出射する出射光２の強度および偏向部１５の位置のうち少なくともいずれかを制御部５および統括制御部６で制御している。
【０１５２】
図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１１を参照して、実施の形態２に係る表示装置１０の制御部５Ｌ、５Ｒ、統括制御部６、及び光検出部１７について説明する。なお、図１０Ａは光検出部１７の概略構成図、図１０Ｂは光検出部１７の他の形態を示す図、図１１は表示装置１０の機能ブロック図である。
【０１５３】
実施の形態２に係る光検出部１７は、ユーザの眼からの反射光を検出することによって、出射光２が瞳孔７に入射したか、若しくは出射光２が虹彩８ｂで遮られて瞳孔７に入射しなかったかを検出する。また、反射光の強度から瞳孔７の中心位置を検出する。
【０１５４】
図１０Ａに示すように反射光２ｂは、光検出部１７に入射して、２つのダイクロイックミラー１７ａ、１７ｂにより青色レーザ光（以下、「Ｂ光」とする）２Ｂ、緑色レーザ光（以下、「Ｇ光」とする）２Ｇおよび赤色レーザ光（以下、「Ｒ光」とする）２Ｒに分光されてそれぞれの光検出部１７Ｂ、１７Ｇ、１７Ｒにより検出される。そして、検出された光信号は電気信号に変換され、配線１９を介して受光制御部１７ｃに伝達されたのちに制御部５Ｌ、５Ｒ、及び統括制御部６に伝達される。
【０１５５】
同様に、図１０Ｂに示すように反射光２ｂは、光検出部１７に入射して、回折格子１７ｇにより青色レーザ光（以下、「Ｂ光」とする）２Ｂ、緑色レーザ光（以下、「Ｇ光」とする）２Ｇおよび赤色レーザ光（以下、「Ｒ光」とする）２Ｒに分光されてそれぞれの光検出部１７Ｂ、１７Ｇ、１７Ｒにより検出される。そして、検出された光信号は電気信号に変換され、配線１９を介して受光制御部１７ｃに伝達されたのちに制御部５Ｌ、５Ｒ、及び統括制御部６に伝達される。
【０１５６】
このように、反射光２ｂを波長帯域ごとに分光して検出することで、観察者によって異なる虹彩８ｂの色を検出することが出来るので、光線が虹彩８ｂで遮られたかどうかを精密に検知できるようになる。
【０１５７】
次に、図１１を参照して、統括制御部６は、光源１Ｒ、１Ｌから出力されるレーザ光１４の光量を制御する光量制御部６１と、偏向部位置調整部１６を用いて偏向部１５の位置を制御する偏向部位置制御部６２とを備える。
【０１５８】
光量制御部６１は、光検出部１７の検出結果に基づいて、ホログラムミラー１５Ｌ及びホログラムミラー１５Ｌで偏向されたビームのうちの両方がユーザの眼８Ｒ、８Ｌに入射したか、若しくはいずれか一方のビームがユーザの眼８Ｒ、８Ｌに入射しなかったかを判断する。そして、いずれか一方のビームがユーザの眼８Ｒ、８Ｌに入射しなかったと判断した場合に、光源１Ｒ、１Ｌに他方のビームの光量を増加させる。
【０１５９】
このような構成とすることにより、出射光２が瞳孔７を通過して網膜８ａに達するときは反射光２ｂの強度は低く、出射光２が虹彩８ｂで反射されるときは反射光２ｂの強度は高くなるので、反射光強度に基づいて、眼８Ｒ、８Ｌのうちのどちらの眼８Ｒ、８Ｌで観察しているか、あるいは両方の眼８Ｒ、８Ｌで観察しているかを判定し、その情報をもとに出射光２の光量の増減を左右の制御部５Ｌ、５Ｒと統括制御部６とで制御して、適正な明るさの映像を観察者に観察させることができる。
【０１６０】
つまり、両方の眼で見えている場合は光源１Ｒ、１Ｌの光量を下げ、片方の眼でしか見えていない場合は光量を上げて、瞳孔７の移動時の光量変動を抑制するようにして、より見やすい映像２０を得ることができる。
【０１６１】
また、偏向部位置制御部６２は、光検出部１７の検出結果に基づいて、ユーザの瞳間距離９を算出する。そして、集光位置間距離１２を算出された瞳間距離９と異ならせるように、偏向部位置調整部１６を制御してホログラムミラー１５Ｌ及びホログラムミラー１５Ｒそれぞれを移動させる。
【０１６２】
このような構成とすることにより、瞳間距離９の異なる観察者が実施の形態２と同じ表示装置１０を使用した場合でも、偏向部位置調整部１６を用いてホログラムミラー１５Ｌとホログラムミラー１５Ｒとを容易に眼８Ｒ、８Ｌに対向した位置に移動することができる。したがって、集光位置間距離１２を観察者それぞれに対して適正に設定できるので、観察者は画像出力の欠落などがない画像を観察することができる。
【０１６３】
なお、図１１では、光量制御部６１及び偏向部位置制御部６２が統括制御部６に含まれる例を示したが、これに限ることなく、制御部５Ｒ及び制御部５Ｌのいずれかに含めてもよいし、制御部５Ｒ、制御部５Ｌ、及び統括制御部６で処理を分担してもよい。
【０１６４】
また、偏向部位置調整部１６を構成する駆動部１６Ｌ、１６Ｒは、制御部５Ｌ、５Ｒ、及び統括制御部６によって制御されるアクチュエーター等であってもよいし、フレームに取り付けられたレールに沿って左右のホログラムミラー１５Ｌ、１５Ｒを手動で移動させるような構造であってもよい。
【０１６５】
さらに、実施の形態２では、右眼８Ｒ及び左眼８Ｌのそれぞれについて、集光位置１１Ｌ、１１Ｒを中心線１８に対して水平方向（左右方向）にずらした例を示したが、集光位置１１Ｌ、１１Ｒは左右の２つの瞳を結ぶ水平な線上に位置する必要はなく、少なくとも１つが水平な線上から外れた位置にあってもよい。すなわち、瞳の上または下あるいは斜め方向に位置していてもよい。ただし、左右の瞳からは左右対称にずらした位置にあることが好ましい。この場合には上下方向に目を回転させた場合に画面が消失することを防止することが出来る。
【０１６６】
（実施の形態３）
図１２を参照して、本発明の実施の形態３に係る表示装置３０を説明する。図１２は表示装置３０の概略構成図を示す図である。なお、表示装置３０の基本構成は、図７に示す表示装置１０と共通するので、共通点の詳しい説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【０１６７】
実施の形態３に係る表示装置３０において、ホログラムミラー１５Ｌおよびホログラムミラー１５Ｒは、それぞれ視野３１の異なる映像を眼８Ｒ、８Ｌの網膜８ａに投影している。なお、図１２において楕円形の破線で囲んだ領域は、視野３１を示し、それぞれ左側視野３１Ｌおよび右側視野３１Ｒを示している。また、ここでは瞳間距離９と、集光位置１１Ｌと集光位置１１Ｒとの間隔である集光位置間距離１２とは同じ長さである。
【０１６８】
このような構成とすることにより、眼８Ｒ、８Ｌの回転で瞳孔７が移動した場合に、観察者は少なくともどちらか一方の眼８Ｒ、８Ｌで画像が見えているようにすることができる。その結果、画像出力の欠落などがない表示装置３０を実現することができ、画像出力部３から出力される映像の全体を視認することができる。
【０１６９】
図１３は実施の形態３の表示装置３０の要部拡大図を示す。すなわち、図１３は、表示装置３０の眼８Ｒ、８Ｌの近傍の光学系を含む要部を拡大して示している。図１３において、投影される映像２０を表示する出射光２が瞳孔７の中で集まる集光位置１１Ｌ、１１Ｒは、眼８Ｒ、８Ｌの中心線１８上に位置するが、左眼８Ｌと右眼８Ｒとで中心線１８に対する左右の視野３１Ｌ、３１Ｒが異なっている。左眼８Ｌは中心線１８の左側の視野が広く、右眼８Ｒは中心線１８の右側の視野が広くなるようにホログラムミラー１５Ｌ、１５Ｒからの出射光２を瞳孔７の中に集光する。
【０１７０】
なお、ユーザの左右の眼８Ｒ、８Ｌに視野の異なる画像を表示するために、実施の形態３に係るホログラムミラー１５Ｌは、瞳孔中心を通り、ホログラムミラー１５Ｌに垂直な中心線（仮想線）１８より左側の左側偏向領域に走査されたビームと、中心線１８より右側の右側偏向領域に走査されたビームとで、ビームの瞳孔への入射角が中心線１８に対して左右非対称となるようにビームを偏向する偏向特性を有する。図１２では、左側偏向領域に走査されたビームの入射角が、右側偏向領域に走査されたビームの入射角より大きくなっている。
【０１７１】
同様に、ホログラムミラー１５Ｒは、瞳孔中心を通り、ホログラムミラー１５Ｒに垂直な中心線（仮想線）１８より左側の左側偏向領域に走査されたビームと、中心線１８より右側の右側偏向領域に走査されたビームとで、ビームの瞳孔への入射角が中心線１８に対して左右非対称となるようにビームを偏向する偏向特性を有する。図１２では、右側偏向領域に走査されたビームの入射角が、左側偏向領域に走査されたビームの入射角より大きくなっている。
【０１７２】
図１４は眼８Ｒ、８Ｌを回転させたときの実施の形態３の表示装置３０の要部拡大図を示す。すなわち、図１３の状態から顔を動かさずに眼８Ｒ、８Ｌだけを動かして、映像２０の中央部から左側を見に行ったときの出射光２と眼８Ｒ、８Ｌとの間の光学的な位置関係を示している。このときに、左右の眼８Ｌ、８Ｒにおいてホログラムミラー１５Ｌ、１５Ｒにおける左側視野３１Ｌと右側視野３１Ｒの中心線１８に対する左右の視野範囲が異なることから、網膜８ａに投影される映像３２は、図１４に示すようにそれぞれ映像３２Ｌおよび映像３２Ｒとなる。ここで、右眼８Ｒでは映像３２の一部が虹彩８ｂにより遮られて映像３２Ｒに示すように欠けている。しかしながら、左眼８Ｌにおいては、中心線１８の右側の視野範囲をコンパクトにしているので映像２０の全てがはっきりと網膜８ａに投影された映像３２Ｌとなっている。
【０１７３】
このような構成とすることにより、眼８Ｒ、８Ｌの回転で瞳孔７が移動した場合に、観察者は少なくともどちらか一方の眼８Ｒ、８Ｌで画像が見えているようにすることができる。その結果、画像出力の欠落などがない表示装置３０を実現することができ、画像出力部３から出力される映像２０の全体を視認することができる。
【０１７４】
なお、実施の形態２と同様に、観察者の瞳間距離９と、集光位置間距離１２とを異ならせてもよい。このような構成とすることにより眼８Ｒ、８Ｌの回転で瞳孔７がさらに大きく移動した場合においても、少なくともどちらか一方の眼８Ｒ、８Ｌで画像が見えているようにすることができるので、画像出力の欠落などがない表示装置３０を実現することができる。
【０１７５】
また、ホログラムミラー１５Ｌおよびホログラムミラー１５Ｒの眼８Ｒ、８Ｌに対向した位置を移動させる偏向部位置調整部１６をさらに備えた構成としてもよい。このような構成とすることにより、瞳間距離９の異なる観察者が本発明の同じ表示装置３０を使用した場合でも、偏向部位置調整部１６を用いて左右の偏向部１５を容易に眼８Ｒ、８Ｌに対向した位置に移動させることができる。したがって、集光位置間距離１２を観察者それぞれに対して適正に設定できるので、観察者は画像出力の欠落などがない画像を観察することができる。
【０１７６】
なお、実施の形態３においても実施の形態２と同様に、集光位置１１Ｌ、１１Ｒは左右の２つの瞳を結ぶ水平な線上に位置する必要はなく、少なくとも１つが水平な線上から外れた位置にあってもよい。すなわち、瞳の上または下あるいは斜め方向に位置していてもよい。ただし、左右の瞳からは左右対称にずらした位置にあることが好ましい。
【０１７７】
（実施の形態４）
図１Ａ、図１Ｂ、図２、及び図１５を参照して、本発明の実施の形態４に係る表示装置を説明する。なお、図１５は表示装置の機能ブロック図である。また、図１Ａ、図１Ｂ、図２に示す構成は実施の形態１と共通であるので、説明は省略する。
【０１７８】
実施の形態４に係る表示装置において、偏向部１０４、１０７は、瞳ズレの対策として、複数の焦点を持つ。具体的には、偏向部１０４、１０７は、走査部１０３、１０８で走査されるビームを第１の焦点と、第１の焦点と異なる第２の焦点とに集光させるように偏向する偏向特性を有する。つまり、偏向部１０４、１０７は、走査部１０３、１０８からのビームを、第１の焦点に向かうビームと第２の焦点に向かうビームとに分岐させる機能を有する。なお、上記構成の偏向部１０４、１０７は、ホログラムミラーの従来の製造方法により製造することができる。例えば、物体光と参照光との組み合わせを工夫することによって、製造することができる。
【０１７９】
制御部１０５は、ＨＭＤ各部を制御する集積回路を備える。また、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通信手段を備えてもよい。
【０１８０】
制御部１０５は、ユーザの眼球が回転したことによって瞳孔位置が第１の焦点を含む位置から第２の焦点を含む位置に変化したことに応じて、瞳孔位置の変化の前後においてユーザが視認する虚像が同一の方向に見えるように、画像出力部１００の出力を制御する。また、これと同時に、瞳孔距離の変化の前後においてユーザが視認する虚像の大きさが同一となるように、画像出力部１００の出力を制御する。
【０１８１】
なお、虚像を無限遠に表示する表示装置において、「虚像が同一の方向に見える」とは、瞳孔位置の変化の前後において、同一の画素を描画するビームが偏向部１０４、１０７からユーザの眼に向かう領域で実質的に平行になることを指す。
【０１８２】
具体的には、制御部１０５は、図１５に示されるように、瞳孔位置検出部１０５１Ａと、出力画像制御部１０５２Ａと、走査角制御部１０５３Ａとを備える。
【０１８３】
瞳孔位置検出部１０５１Ａは、光検出部２１４の検出結果に基づいて、ユーザの瞳孔中心の位置である瞳孔位置の変化を検出する。
【０１８４】
出力画像制御部１０５２Ａは、瞳孔位置の変化の前後において、同一の画素を描画するビームが偏向部１０４、１０７からユーザの眼に向かう領域で実質的に平行となるように、光源１０１、１１０に各画素を描画するビームをユーザの瞳孔位置が変化した方向にずらして出力させる。また、瞳孔距離の変化の前後においてユーザが視認する虚像の大きさが同一となるように、画像出力部１００の出力を制御する。
【０１８５】
走査角制御部１０５３Ａは、瞳孔位置の変化の前後において、同一の画素を描画するビームが偏向部１０４、１０７からユーザの眼に向かう領域で実質的に平行となるように、走査部１０３、１０８に各画素を描画するビームをユーザの瞳孔位置が変化した方向にずらして走査させる。
【０１８６】
なお、実施の形態４では、ビームを２次元走査して映像を描画する方式で説明するが、液晶等の２次元画像表示素子からの表示光を、瞳孔付近で集光される（マクスウェル視とする）ように偏向部１０４、１０７が偏向する方式でもよい。
【０１８７】
次に図１Ａ及び図１Ｂの表示装置が、瞳孔位置に対応する焦点位置の切り替わりに伴って生じる表示映像の位置や大きさの変化を減少させる方向に、出力する映像の表示位置や大きさを変更する動作の流れを、図１６及び図１７を用いて説明する。なお、以下には左眼側の処理のみを説明するが、右眼側にも同様の処理を行う必要がある。
【０１８８】
（Ｓ０１）光検出部２１４が、瞳孔位置を検出し、Ｓ０２の動作へ移る。光検出部２１４は、ユーザの眼からのビーム反射光の強度を検出する。眼の表面の角膜は非球面の形状となっており、眼の正面からビームが入射した場合のみ、角膜表面にビームが垂直に入射し垂直に反射して、より大きな強度の反射光を検出できる。よって、制御部１０５の瞳孔位置検出部１０５１Ａは、強い反射光が検出された時は、ビームは瞳孔の中心を瞳孔面に垂直に通過していると推測できる。ビームの眼への入射位置や方向は、その時点での走査部１０３での走査角を基に算出できるので、反射光を用いて瞳孔位置を推測できる。
【０１８９】
Ｓ０１の反射光検出動作と後述のＳ０２の反射光を用いた視線検出の方法は、実施の形態４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５では、赤外発光ダイオードから出射した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６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。
【０１９０】
なお、眼からの反射光の強度は、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。また、赤外線の偏向部１０４での焦点を、例えば眼球の回転中心に設定するなど、可視光の焦点とは異なる位置に設定し、瞳孔位置の検出に適した位置としてもよい。これにより表示映像の変化と独立して反射光を検出できる効果がある。
【０１９１】
なお、光検出部２１４を用いる代わりに、カメラで眼を撮影し、撮影画像から瞳孔位置を検出する方法でもよい。また、眼球回転に関わる筋肉からの電気信号を検出することで、瞳孔位置を検出してもよい。また、情報の表示位置を画面内で変化させることで、眼球回転を誘導し、瞳孔位置を推測する方法でもよい。
【０１９２】
なお、瞳孔位置の検出に加えて、瞳孔サイズ（直径）を検出してもよい。瞳孔サイズは、瞳孔や虹彩からの反射光を用いて計測する方法でもよいし、周囲の明るさを検出して瞳孔サイズを推測する方法でもよい。
【０１９３】
なお、Ｓ０１で反射光を検出できなかった場合は、瞳孔位置を所定の値として設定してもよい。例えば、最初にまだビームを出力していないために反射光を検出できない場合は、視線が画面中心に向いていると仮定して瞳孔位置を設定してもよい。
【０１９４】
（Ｓ０２）制御部１０５の瞳孔位置検出部１０５１Ａが、瞳孔位置に対応する焦点位置を判定し、Ｓ０３の動作へ移る。焦点位置は偏向部１０４、１０７の製作時に判明しているので、Ｓ０１で求めた瞳孔位置に最も近い焦点位置を、「瞳孔位置に対応する焦点位置」と判定する。
【０１９５】
図１７の例では、偏向部１０４は、焦点Ａと焦点Ｂの２つの焦点を持っており、偏向位置Ａへ入射したビームは焦点Ａにも焦点Ｂにも偏向され、同様に偏向位置Ｂへ入射したビームも焦点Ａにも焦点Ｂにも偏向される。ここで、Ｓ０１で瞳孔位置が瞳孔位置Ａと検出された場合は、Ｓ０２で焦点Ａを「対応する焦点位置」と判定する。瞳孔位置が瞳孔位置Ｂと検出された場合は、焦点Ｂを「対応する焦点位置」と判定する。
【０１９６】
なお、瞳孔位置に最も近い焦点位置を選び出す方法以外の方法でもよい。例えば、複数の焦点位置が瞳孔内にある場合はどちらを選択してもよいし、瞳孔内にどの焦点位置もない場合は、どの焦点位置も選ばずに、その間は表示しないようにしてもよい。
【０１９７】
（Ｓ０３）制御部１０５の瞳孔位置検出部１０５１Ａが、Ｓ０２で判定した焦点位置が、前回判定した焦点位置と異なるか判定し、異なる場合はＳ０４の動作へ、同じ場合はＳ０６の動作へ移る。なお、前回判定結果が得られない時は、「異なる場合」とみなしてＳ０４の動作へ移ってもよい。
【０１９８】
（Ｓ０４）制御部１０５の出力画像制御部１０５２Ａが、画像の表示位置を補正し、Ｓ０５の動作へ移る。前回の焦点位置と、今回の焦点位置が異なる場合は、映像が頭部正面に対して同じ角度から入射するように、表示位置を補正する。具体的には、瞳孔位置の変化の前後において、同一の画素を描画するビームが偏向部１０４からユーザの眼に向かう領域で実質的に平行となるように、光源１０１に各画素を描画するビームをユーザの瞳孔位置が変化した方向にずらして出力させる。
【０１９９】
図１７の例では、眼球回転前の瞳孔位置がＡで、回転後が瞳孔位置Ｂとすると、回転に伴って、偏向位置Ａに表示していた映像を、偏向位置Ｂに表示するように、表示位置を補正する。本補正によって、瞳孔位置Ａから方向Ａ１に見えていた映像が、瞳孔位置Ｂからも方向Ａ１と同じ方向である方向Ａ２に見えるようになり、眼球回転に伴う映像位置のズレを補正できる。
【０２００】
なお、方向Ａ１の先の無限遠の距離に仮想画面がある場合は、方向Ａ２は方向Ａ１と同じ方向となるが、仮想画面までの距離が近い場合は、方向Ａ１も方向Ａ２も仮想画面内の１点に向かうように方向Ａ２を設定し、表示位置を補正する。
【０２０１】
なお、出力画像制御部１０５２Ａに代えて、走査角制御部１０５３Ａが上記の処理を行ってもよい。具体的には、瞳孔位置の変化の前後において、同一の画素を描画するビームが偏向部１０４、１０７からユーザの眼に向かう領域で実質的に平行となるように、走査部１０３、１０８に各画素を描画するビームをユーザの瞳孔位置が変化した方向にずらして走査させる。
【０２０２】
なお、頭部が回転した場合は、回転角に応じて表示位置を変更する方法を採ってもよい。その場合は、頭部回転による表示位置変更と、本発明の補正による表示位置変更を、組合せた変更としてもよい。
【０２０３】
（Ｓ０５）制御部１０５の出力画像制御部１０５２Ａが、画像の表示サイズを補正し、Ｓ０６の動作へ移る。前回の焦点位置と、今回の焦点位置が異なる場合は、映像内の異なる２点間の視野角が、どの焦点位置に切り替わっても変化しないように、表示サイズを補正する。
【０２０４】
図１７の例では、眼球回転前の瞳孔位置がＡで、回転後が瞳孔位置Ｂとすると、回転に伴って、表示していた映像を拡大表示する。瞳孔位置Ａから偏向位置Ａまでの距離Ａよりも、瞳孔位置Ｂから偏向位置Ｂまでの距離Ｂの方が長くなっているので、その比率であるＢ／Ａ倍、拡大表示することで、焦点位置Ａから焦点位置Ｂに移っても、映像内の異なる２点間の視野角が変わらなくなるので、眼球回転に伴う映像サイズのズレを補正できる。
【０２０５】
なお、Ｓ０４の表示位置補正と、Ｓ０５の表示サイズ補正の、どちらか一方のみの補正をしてもよい。また、出力画像制御部１０５２Ａと走査角制御部１０５３Ａとで、処理を分担してもよい。例えば、Ｓ０４の表示位置補正を走査角制御部１０５３Ａが担当し、Ｓ０５の表示サイズ補正を出力画像制御部１０５２Ａが担当してもよい。
【０２０６】
なお、図１７では１つの走査部１０３からのビームが焦点Ａと焦点Ｂに偏向される例だが、複数の焦点に対応する複数の走査部や光源を設けてもよい。そうすると、焦点Ａを通過する映像光と、焦点Ｂを通過する映像光を独立に制御でき、Ｓ０４やＳ０５の動作を焦点Ａと焦点Ｂで独立して同時に行える。その結果、焦点Ａと焦点Ｂが同時に瞳孔内にあって焦点Ａ経由の映像と焦点Ｂ経由の映像が網膜上で重なる場合でも、重なった部分の映像をずれることなく一致できる効果がある。さらに重なった部分の輝度が足し合わされて明るくなることを軽減するために、重なる部分の輝度を予め光源で弱めておけば、重なる部分が明るくなる課題を軽減できる効果がある。
【０２０７】
（Ｓ０６）光源１０１が、ビームを出力制御し、Ｓ０７の動作へ移る。Ｓ０４やＳ０５で表示位置や表示サイズを補正した場合は、補正後の映像となるよう、ビームを出力制御する。
【０２０８】
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、上記の出力制御に加えて、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。
【０２０９】
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、表示領域が台形など矩形以外に歪む。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ように、レーザの出力制御を走査部１０３と連動して行ってもよい。
【０２１０】
なお、表示位置やサイズの補正によって、映像の一部が偏向部１０４の偏向領域外となる場合は、映像の一部を出力しない方法としてもよい。また、出力しない状況を回避するために、予め偏向領域の一部のみに対して映像を出力し、補正後も出力し続けられるようにしてもよい。
【０２１１】
（Ｓ０７）波面形状変更部１０２が、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、Ｓ０８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と瞳孔や網膜との位置関係等によって変化するため、瞳孔位置の変化や、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、波面形状変更部１０２の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。
【０２１２】
（Ｓ０８）走査部１０３が、ＭＥＭＳミラーの傾きを変化させることで、波面形状変更部１０２からのビームの走査角を変更し、Ｓ０９の動作へ移る。なお、走査角制御部１０５３Ａによって走査角を変更した場合には、変更後の走査角に設定される。
【０２１３】
（Ｓ０９）偏向部１０４が、走査部１０３からのビームを、ユーザの瞳孔付近に複数設定した焦点位置へ偏向し、Ｓ０１の動作へ移る。偏向部１０４のホログラムミラーの回折効果により偏向されたビームが瞳孔を通過し、網膜に到達してユーザに映像として知覚される。
【０２１４】
なお、Ｓ０６からＳ０９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。これにより、各手段の実行開始から前準備、実動作、後処理、実行完了に至るまでの時間差や遅延などに応じた適切な順序とでき、合計処理時間を短縮できる効果がある。
【０２１５】
また、Ｓ０１からＳ０５までの処理を実行する頻度は、Ｓ０６からＳ０９までの処理を実行する頻度と異なってもよい。Ｓ０９実行後にＳ０６の動作に移ってもよい。
【０２１６】
さらに、Ｓ０１からＳ０９までの動作は、確率を伴う処理動作としてもよい。例えば、焦点位置が変化した確率が５０％、のように確率的に表現してもよい。これにより予測値が不確かな場合でも、予測無しの場合よりは高画質な表示とできる効果がある。
【０２１７】
以上の動作により、眼球回転に伴って、補正された表示位置と表示サイズで、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。
【０２１８】
図１８は、補正された表示例を示す図である。ユーザ頭部に対して、瞳孔位置が左へ移った場合は、表示映像のハートが、表示位置を左に移動して拡大表示される。同様に、瞳孔位置が右へ移った場合は、ハートが、右に移動して拡大表示される。これらの表示位置や大きさの補正によって、ユーザが眼を動かしても映像の位置やサイズが変わらないように見せることができる。
【０２１９】
以上の構成と動作により、本発明の表示装置では、眼球回転に伴う瞳孔位置変化に対応する複数の焦点位置へ偏向部１０４、１０７が表示光を偏向する場合に、瞳孔位置に対応する焦点位置の切り替わりに伴う、表示映像の位置や大きさの変化を減少できる効果がある。また、偏向部１０４、１０７が眼に近いほど位置やサイズ変化が大きくなるので、本構成によって、偏向部１０４、１０７を眼に近く配置できる効果がある。また、瞳ズレの対策として偏向部１０４、１０７に複数の焦点を持たせる方法の課題が解消される結果、瞳ズレが起こりやすい広画角で大画面なＨＭＤを実現できる効果がある。
【０２２０】
また、実施の形態４においては制御部１０５が制御を行う例を示したが、制御部１１１が行う方法でも良いし、二つの制御部１０５、１１１で処理を分担する方法を用いても良い。
【０２２１】
（実施の形態５）
図１Ａ、図１Ｂ、及び図２を参照して、本発明の実施の形態５に係る表示装置を説明する。なお、図１Ａ、図１Ｂ、図２に示す構成は実施の形態１と共通であるので、説明は省略する。実施の形態５に係る表示装置は、メガネズレが発生した場合でも、ユーザが画像を見続けられるような構成となっている。
【０２２２】
図１９Ａ及び図１９Ｂに示すように、実施の形態５に係る偏向部１０４は、装着瞳ズレの対策として、焦点Ａと焦点Ｂの複数の焦点を持つ。走査部１０３で走査されるビームが、焦点Ａと焦点Ｂを通過するように偏向部１０４で反射されるので、メガネズレ発生前の図１９Ａでは、焦点Ａを通過するビームによって映像が見え、メガネズレ発生後の図１９Ｂでは、焦点Ｂを通過するビームによって映像が見えるようになる。
【０２２３】
図１９Ｂでは、メガネズレが発生したことで、メガネのレンズ１２１、１２２の偏向部１０４が、眼球に対して下方遠方に移動した結果、焦点Ａと瞳孔位置がずれてしまっているので、焦点Ａと比べて、上方で、かつ偏向部１０４から遠方の焦点Ｂが瞳孔位置に対応するようになる。図１９Ｂに示すように、焦点Ａと焦点Ｂを結ぶ線の傾きは、メガネズレによって偏向部１０４がずれる移動の傾きと同じになるように、焦点Ｂの位置を設定してある。つまり、焦点Ａと焦点Ｂとは、ユーザの鼻の稜線と平行な直線上に位置している。
【０２２４】
また、焦点Ａから焦点Ｂまでの距離を、鉛直方向は瞳孔幅（高さ）以上で、水平方向は瞳孔幅以下としておくと、メガネ型ＨＭＤが顔面に対して下方移動した場合に、複数焦点からの複数ビームが瞳孔に入射してしまう状況を軽減しつつ、いずれかの焦点からもビームが入射しない状況も軽減できる。
【０２２５】
なお、偏向部１０４に複数の焦点を持たせる代わりに、偏向部１０４や走査部１０３を移動させたり回転させたりすることで、焦点位置を移動させる方法でもよい。例えば、図２０を参照して、装着瞳ズレを防止する他の例を説明する。なお、図２０は実施の形態５に係る表示装置の機能ブロック図である。
【０２２６】
図２０に示されるように、表示装置は、回転体２１５と、相対位置算出部１０５１Ｂと、走査部位置調整部１０５２Ｂとを備える。なお、回転体２１５は、レンズ１２１、１２２の間のユーザの鼻に接触する位置に配置される。一方、相対位置算出部１０５１Ｂ及び走査部位置調整部１０５２Ｂは、制御部１０５に含まれる。
【０２２７】
回転体２１５は、偏向部１０４、１０７の上下方向の移動に伴って自転する。相対位置算出部１０５１Ｂは、回転体２１５の回転角からユーザの瞳孔中心と偏向部１０４、１０７との相対位置の変化を検出する。なお、回転体２１５と相対位置算出部１０５１Ｂとで、ユーザの瞳孔中心と偏向部１０４、１０７との相対位置の変化を検出する相対位置検出部１２０を構成する。
【０２２８】
走査部位置調整部１０５２Ｂは、相対位置検出部１２０の検出結果により、ユーザの瞳孔中心が第１の焦点を含む位置から第２の焦点を含む位置に変化したことに応じて、走査部１０３、１０８から偏向部１０４、１０７に走査されるビームの向きが第１の方向から第１の方向と異なる第２の方向に変化するように、走査部１０３、１０８の位置を移動させる。
【０２２９】
また、この場合の偏向部１０４、１０７は、第１の方向から入射するビームを第１の焦点に集光させる第１の干渉縞と、第２の方向から入射するビームを前記第２の焦点に集光させる第２の干渉縞とを有するホログラムによって構成されている。なお、偏向部１０４、１０７複数の干渉縞を形成するには、例えば、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ればよい。
【０２３０】
上記構成の表示装置において、メガネズレは相対位置検出部１２０によって検出される。そして、走査部位置調整部１０５２Ｂが、相対位置検出部１２０の検出結果に基づいて、走査部１０３、１０８と偏向部１０４、１０７との相対位置を変更することにより、ユーザは画像を見続けることができる。
【０２３１】
この方法によれば、偏向部１０４、１０７は、走査部１０３、１０８からのビームを同時に複数の焦点に集光させる必要がないので、瞳孔が同時に複数の焦点を含むことによって生じる様々な課題を回避することができる。
【０２３２】
なお、実施の形態５では、ビームを２次元走査して映像を描画する方式で説明するが、液晶等の２次元画像表示素子からの表示光を、瞳孔付近で集光される（マクスウェル視とする）ように偏向部１０４、１０７が偏向する方式でもよい。
【０２３３】
以上の構成により、本発明の表示装置では、メガネ型ＨＭＤでメガネズレが起こった場合でも、装着瞳ズレの課題が解消される結果、映像が見えなくなる状況を発生しにくくできる効果がある。また、メガネズレの課題を低減できるので、メガネズレが比較的起こりやすい、重いＨＭＤや、重量バランスが前方（レンズ部）にあるＨＭＤや、鼻や耳周辺の接触面積が少ないＨＭＤを実現できる効果もある。また、ＨＭＤをメガネ型にした場合の課題を低減できる結果、ＨＭＤをメガネ型とできる効果もある。
【０２３４】
なお、上記の各実施形態は、任意の組み合わせで組み合わせることによって、相乗効果が期待できる。また、下記に示すような用途に適用することによっても有利な効果を奏する。ただし、本発明の用途は下記に限定されない。
【０２３５】
（実施の形態６）
図２１は、本発明の実施の形態６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。
【０２３６】
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。
【０２３７】
実施の形態６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にビーム反射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。
【０２３８】
光源１０１、波面形状変更部１０２、走査部１０３は、図２１のように車の天井付近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。
【０２３９】
制御部１０５はダッシュボード内に配置してもよい。本発明の表示装置とは別の制御装置、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。
【０２４０】
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。
【０２４１】
偏向部支持部４０１は、天井や窓上部から偏向部１０４を支持する。ユーザの頭部位置に応じて、偏向部支持部４０１の位置調整機能は、偏向部１０４の位置や傾きを調整できる。調整はユーザが手動で行う構造としてもよいし、自動で行われる構造としてもよい。自動とする方法としては、偏向部支持部４０１付近にカメラを設置し、ユーザの頭部や眼などの位置変化を撮像、認識することで、適切な位置や角度に偏向部１０４を移動、回転して調整する方法でもよい。
【０２４２】
（実施の形態７）
図２２は、本発明の実施の形態７における、椅子装着型の表示装置の構成図である。
【０２４３】
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。
【０２４４】
実施の形態７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。
【０２４５】
光源１０１、波面形状変更部１０２、走査部１０３は、図２２のように椅子の背もたれからユーザ眼前の偏向部１０４へと至る部分に配置してもよい。図２２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。
【０２４６】
制御部１０５は椅子下部に配置してもよい。本発明の表示装置とは別の制御装置、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。
【０２４７】
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。
【０２４８】
なお、上記した各実施の形態での制御処理は、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る。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。
【産業上の利用可能性】
【０２４９】
本発明にかかる表示装置は、瞳ズレの影響を減少でき、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】
【０２５０】
【図１Ａ】図１Ａは、実施の形態１に係る表示装置の平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、実施の形態１に係る表示装置の側面図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る表示装置の詳細構成図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る表示装置の機能ブロック図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係る表示装置において、ユーザの眼が正面を向いている状態を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態１に係る表示装置において、ユーザの眼が左を向いている状態を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、偏向部に付与する偏向特性の一例を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、偏向部に付与する偏向特性の他の例を示す図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、偏向部に付与する偏向特性の他の例を示す図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、偏向部に付与する偏向特性の他の例を示す図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、偏向部に付与する偏向特性の他の例を示す図である。
【図６Ｆ】図６Ｆは、偏向部に付与する偏向特性の他の例を示す図である。
【図６Ｇ】図６Ｇは、偏向部に付与する偏向特性の他の例を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態２に係る表示装置の概略構成図である。
【図８Ａ】図８Ａは、実施の形態２にかかる表示装置において、ユーザの眼が正面を向いている状態を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、従来の表示装置において、ユーザの眼が正面を向いている状態を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、実施の形態２に係る表示装置において、ユーザの眼が左を向いている状態を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、従来の表示装置において、ユーザの眼が左を向いている状態を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、実施の形態２に係る表示装置の光検出部の概略構成図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、実施の形態２に係る表示装置の光検出部の他の例を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態２に係る表示装置の機能ブロック図である。
【図１２】図１２は、実施の形態３に係る表示装置の概略構成図である。
【図１３】図１３は、発明の実施の形態３に係る表示装置において、ユーザの眼が正面を向いている状態を示す図である。
【図１４】図１４は、発明の実施の形態３に係る表示装置において、ユーザの眼が左を向いている状態を示す図である。
【図１５】図１５は、実施の形態４に係る表示装置の機能ブロック図である。
【図１６】図１６は、実施の形態４に係る表示装置の動作を示すフローチャートである。
【図１７】図１７は、瞳孔位置が変化した場合における表示装置の動作例を示す図である。
【図１８】図１８は、瞳孔位置が変化した場合における表示装置の表示例を示す図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、ユーザが実施の形態５に係る表示装置を装着した状態を示す図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、図１９Ａの状態から偏向部の位置が下方にずれた状態を示す図である。
【図２０】図２０は、実施の形態５に係る表示装置の機能ブロック図である。
【図２１】図２１は、本発明に係る表示装置の用途の一例を示す図である。
【図２２】図２２は、本発明に係る表示装置の用途の他の例を示す図である。
【図２３】図２３は、従来の表示装置において、ユーザの眼が正面を向いた状態を示す図である。
【図２４】図２４は、従来の表示装置において、ユーザの眼が左を向いた状態を示す図である。
【図２５】図２５は、複数の焦点を有する偏向ミラーを備えた従来の表示装置を示す図である。
【図２６】図２６は、従来の表示装置において、瞳孔位置の変化の前後の状態を示す図である。
【図２７】図２７は、従来の表示装置において、画像の見える方向を示す図である。
【符号の説明】
【０２５１】
２                                          出射光
２ｂ                                        反射光
２Ｂ                                        青色レーザ光
２Ｇ                                        緑色レーザ光
２Ｒ                                        赤色レーザ光
４ａ                                        可動ミラー
６                                          統括制御部
７                                          瞳孔
８ａ                                        網膜
８ｂ                                        虹彩
８Ｌ                                        左眼
８Ｒ                                        右眼
９                                          瞳間距離
１０，３０                                  表示装置
１１Ｌ，１１Ｒ                              集光位置
１２                                        集光位置間距離
１３                                        ＲＧＢ光源
１４                                        レーザ光
１４ａ                                      反射ミラー
１４ｂ，１７ａ，１７ｂ                      ダイクロイックミラー
１４ｃ                                      レンズ
１５ａ                                      反射面
１５Ｌ，１５Ｒ                              ホログラムミラー
１６                                        偏向部位置調整部
１６Ｌ，１６Ｒ                              駆動部
１７ｃ                                      受光制御部
１８                                        中心線
１９                                        配線
２０，２０Ｌ，２０Ｒ，３２，３２Ｌ，３２Ｒ  映像
３１，３１Ｌ，３１Ｒ                        視野
６１                                        光量制御部
６２                                        偏向部位置制御部
３Ｌ，３Ｒ，１００                          画像出力部
１Ｌ，１Ｒ，１０１，１１０                  光源
１０２，１０９                              波面形状変更部
４Ｌ，４Ｒ，１０３，１０８                  走査部
１５，１０４，１０７                        偏向部
５Ｌ，５Ｒ，１０５，１１１                  制御部
１０６，１１２                              ヘッドホン部
１２０                                      相対位置検出部
１２１，１２２                              レンズ
１２３，１２４                              テンプル
２０１                                      焦点距離水平成分変更部
２０２                                      焦点距離垂直成分変更部
２１５                                      回転体
１３ｒ，２１１                              赤色レーザ光源
１３ｂ，２１２                              青色レーザ光源
１３ｇ，２１３                              緑色レーザ光源
１７，１７Ｂ，１７Ｇ，１７Ｒ，２１４        光検出部
４０１                                      偏向部支持部
５０１                                      中央処理部
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
８０１，８０２，８０３，８０４，８０５，８０６Ｌ，８０６Ｒ  偏向特性
１０５１Ａ                                  瞳孔位置検出部
１０５２Ａ                                  出力画像制御部
１０５３Ａ                                  走査角制御部
１０５１Ｂ                                  相対位置算出部
１０５２Ｂ                                  走査部位置調整部
【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】
ユーザの網膜に画像を表示する表示装置であって、
画像の表示光を出力する画像出力部と、
前記画像出力部で出力される表示光をユーザの眼に向かう方向へ偏向する偏向部とを備え、
前記偏向部は、ユーザの瞳孔との相対位置の変化によって生じる画像の乱れを抑制する偏向特性を有する
表示装置。
【請求項２】
前記画像出力部は、前記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と、前記光源で出力されるビームを２次元方向に走査させる走査部とを含み、
前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームのうちの少なくとも一部が、ユーザの瞳孔の中心と異なる位置で瞳孔を通過するように偏向する偏向特性を有する
請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームを、ユーザの瞳孔への入射角に応じて瞳孔の異なる位置を通過するように偏向する偏向特性を有する
請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記偏向部は、瞳孔中心を通り、前記偏向部に垂直な仮想線より左側の左側偏向領域に走査されるビームが瞳孔中心より左側の領域でユーザの瞳孔を通過し、前記仮想線より右側の右側偏向領域に走査されるビームが瞳孔中心より右側の領域でユーザの瞳孔を通過するようにビームを偏向する偏向特性を有する
請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
前記偏向部は、前記左側偏向領域に走査されるビームと、前記右側偏向領域に走査されるビームとで、ビームの瞳孔への入射角、及びビームの瞳孔への入射位置と瞳孔中心との距離が、前記仮想線に対して左右非対称となるようにビームを偏向する偏向特性を有する
請求項４に記載の表示装置。
【請求項６】
前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームを、ユーザの左眼に向かう方向に偏向する左眼用偏向部と、ユーザの右眼に向かう方向に偏向する右眼用偏向部とを含み、
前記左眼用偏向部は、前記左側偏向領域に走査されるビームの瞳孔への入射角が前記右側偏向領域に走査されるビームより小さく、且つ前記左側偏向領域に走査されるビームの瞳孔への入射位置と瞳孔中心との距離が前記右側偏向領域に走査されるビームより大きくなるようにビームを偏向する偏向特性を有し、
前記右眼用偏向部は、前記右側偏向領域に走査されるビームの瞳孔への入射角が前記左側偏向領域に走査されるビームより小さく、且つ前記右側偏向領域に走査されるビームの瞳孔への入射位置と瞳孔中心との距離が前記左側偏向領域に走査されるビームより大きくなるようにビームを偏向する偏向特性を有する
請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】
前記偏向部は、瞳孔中心を通り、前記偏向部に垂直な仮想線より上側の上側偏向領域に走査されるビームがユーザの瞳孔の瞳孔中心より上側の領域を通過し、前記仮想線より下側の下側偏向領域に走査されるビームがユーザの瞳孔の瞳孔中心より下側の領域を通過するようにビームを偏向する偏向特性を有する
請求項６に記載の表示装置。
【請求項８】
前記偏向部は、回折によってビームを偏向するホログラムである
請求項７に記載の表示装置。
【請求項９】
前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームを、ユーザの左眼に向かう方向に偏向する左眼用偏向部と、ユーザの右眼に向かう方向に偏向する右眼用偏向部とを含み、
前記左眼用偏向部及び前記右眼用偏向部は、ユーザの左眼の瞳孔中心と右眼の瞳孔中心との距離である瞳間距離と、左眼におけるビームの集光位置と右眼におけるビームの集光位置との距離である集光位置間距離とが互いに異なるような位置関係で配置される
請求項２に記載の表示装置。
【請求項１０】
該表示装置は、さらに、前記瞳間距離と前記集光位置間距離とを異ならせるように、前記左眼用偏向部及び前記右眼用偏向部それぞれを移動させる偏向部位置調整部を備える
請求項９に記載の表示装置。
【請求項１１】
該表示装置は、さらに、
ユーザの左右の眼それぞれの瞳孔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瞳間距離を算出し、前記集光位置間距離を算出された前記瞳間距離と異ならせるように、前記偏向部位置調整部を制御して前記左眼用偏向部及び前記右眼用偏向部それぞれを移動させる偏向部位置制御部とを備える
請求項１０に記載の表示装置。
【請求項１２】
該表示装置は、さらに、前記光検出部の検出結果に基づいて、前記左眼用偏向部及び前記右眼用偏向部で偏向されたビームのうちの一方がユーザの眼球に入射しなかったと判断した場合に、前記光源に他方のビームの光量を増加させる光量制御部を備える
請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１３】
前記光検出部は、反射光を所定の波長毎に分光して検出する
請求項１２に記載の表示装置。
【請求項１４】
前記画像出力部は、前記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と、前記光源で出力されるビームを２次元方向に走査させる走査部とを含み、
前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームを、ユーザの左眼に向かう方向に偏向する左眼用偏向部と、ユーザの右眼に向かう方向に偏向する右眼用偏向部とを含み、
前記左眼用偏向部は、瞳孔中心を通り、前記左眼用偏向部に垂直な仮想線より左側の左側偏向領域に走査されたビームと、前記仮想線より右側の前記右側偏向領域に走査されたビームとで、ビームの瞳孔への入射角が前記仮想線に対して左右非対称となるようにビームを偏向する偏向特性を有し、
前記右眼用偏向部は、瞳孔中心を通り、前記右眼用偏向部に垂直な仮想線より左側の左側偏向領域に走査されたビームと、前記仮想線より右側の前記右側偏向領域に走査されたビームとで、ビームの瞳孔への入射角が前記仮想線に対して左右非対称となるようにビームを偏向する偏向特性を有する
請求項１に記載の表示装置。
【請求項１５】
前記画像出力部は、前記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と、前記光源で出力されるビームを２次元方向に走査させる走査部とを含み、
前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームを第１の焦点と、前記第１の焦点と異なる第２の焦点とに集光させるように偏向する偏向特性を有する
請求項１に記載の表示装置。
【請求項１６】
該表示装置は、さらに、
ユーザの瞳孔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、ユーザの瞳孔中心の位置である瞳孔位置の変化を検出する瞳孔位置検出部と、
前記瞳孔位置検出部の検出結果により、前記瞳孔位置が前記第１の焦点を含む位置から前記第２の焦点を含む位置に変化したことに応じて、前記瞳孔位置の変化の前後においてユーザが視認する虚像が同一の方向に見えるように、前記画像出力部の出力を制御する制御部とを備える
請求項１５に記載の表示装置。
【請求項１７】
前記制御部は、前記瞳孔位置の変化の前後において、同一の画素を描画するビームが前記偏向部からユーザの眼に向かう領域で実質的に平行となるように、前記画像出力部の出力を制御する
請求項１６に記載の表示装置。
【請求項１８】
前記制御部は、前記瞳孔位置の変化の前後において、同一の画素を描画するビームが前記偏向部からユーザの眼に向かう領域で実質的に平行となるように、前記光源に各画素を描画するビームをユーザの前記瞳孔位置が変化した方向にずらして出力させる出力画像制御部を含む
請求項１７に記載の表示装置。
【請求項１９】
前記出力画像制御部は、さらに、前記瞳孔位置の変化の前後においてユーザが視認する虚像の大きさが同一となるように、前記画像出力部の出力を制御する
請求項１８に記載の表示装置。
【請求項２０】
前記制御部は、前記瞳孔位置の変化の前後において、同一の画素を描画するビームが前記偏向部からユーザの眼に向かう領域で実質的に平行となるように、前記走査部に各画素を描画するビームをユーザの前記瞳孔位置が変化した方向にずらして走査させる走査角制御部を含む
請求項１７に記載の表示装置。
【請求項２１】
前記偏向部は、前記走査部で走査されたビームを前記第１の焦点と、前記第１の焦点よりユーザにとって上方で、かつ前記偏向部からの距離が前記第１の焦点より遠い第２の焦点とに集光させるように偏向する偏向特性を有する
請求項１５に記載の表示装置。
【請求項２２】
前記第１及び第２の焦点は、ユーザの鼻の稜線と実質的に平行な仮想線上に位置する
請求項２１に記載の表示装置。
【請求項２３】
前記第１及び第２の焦点の鉛直方向距離はユーザの瞳孔の高さ以上であり、且つ水平方向距離はユーザの瞳孔の幅以下である
請求項２２に記載の表示装置。
【請求項２４】
前記偏向部は、前記走査部で走査されるビームを前記第１及び第２の焦点それぞれに向かう方向に同時に偏向する
請求項２３に記載の表示装置。
【請求項２５】
該表示装置は、さらに、ユーザの瞳孔中心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より、ユーザの瞳孔中心が前記第１の焦点を含む位置から前記第２の焦点を含む位置に変化したことに応じて、前記走査部から前記偏向部に走査されるビームの向きが第１の方向から前記第１の方向と異なる第２の方向に変化するように、前記走査部の位置を移動させる走査部位置調整部とを備え、
前記偏向部は、前記第１の方向から入射するビームを前記第１の焦点に集光させる第１の干渉縞と、前記第２の方向から入射するビームを前記第２の焦点に集光させる第２の干渉縞とを有するホログラムによって構成されている
請求項２３に記載の表示装置。
【請求項２６】
前記相対位置検出部は、
ユーザの鼻に接触する位置に配置され、前記偏向部の上下方向の移動に伴って自転する回転体と、
前記回転体の回転角からユーザの瞳孔中心と前記偏向部との相対位置の変化を検出する相対位置算出部とを含む
請求項２５に記載の表示装置。
【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１Ａ】
2009066475.tif 000041
【図１Ｂ】
2009066475.tif 000042
【図２】
2009066475.tif 000043
【図３】
2009066475.tif 000044
【図４】
2009066475.tif 000045
【図５】
2009066475.tif 000046
【図６Ａ】
2009066475.tif 000047
【図６Ｂ】
2009066475.tif 000048
【図６Ｃ】
2009066475.tif 000049
【図６Ｄ】
2009066475.tif 000050
【図６Ｅ】
2009066475.tif 000051
【図６Ｆ】
2009066475.tif 000052
【図６Ｇ】
2009066475.tif 000053
【図７】
2009066475.tif 000054
【図８Ａ】
2009066475.tif 000055
【図８Ｂ】
2009066475.tif 000056
【図９Ａ】
2009066475.tif 000057
【図９Ｂ】
2009066475.tif 000058
【図１０Ａ】
2009066475.tif 000059
【図１０Ｂ】
2009066475.tif 000060
【図１１】
2009066475.tif 000061
【図１２】
2009066475.tif 000062
【図１３】
2009066475.tif 000063
【図１４】
2009066475.tif 000064
【図１５】
2009066475.tif 000065
【図１６】
2009066475.tif 000066
【図１７】
2009066475.tif 000067
【図１８】
2009066475.tif 000068
【図１９Ａ】
2009066475.tif 000069
【図１９Ｂ】
2009066475.tif 000070
【図２０】
2009066475.tif 000071
【図２１】
2009066475.tif 000072
【図２２】
2009066475.tif 000073
【図２３】
2009066475.tif 000074
【図２４】
2009066475.tif 000075
【図２５】
2009066475.tif 000076
【図２６】
2009066475.tif 000077
【図２７】
2009066475.tif 000078
【国際調査報告】
2009066475.tif 000079
2009066475.tif 000080
2009066475.tif 000081
2009066475.tif 000082
2009066475.tif 000083
2009066475.tif 000084