(57)【要約】【課題】安全性と描画品質の高いヘッドマウントディスプレイを提供すること。【解決手段】光を出射する半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒと、半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒから出射された光の光量を検知する光検知部１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒと、光を走査する走査部１と、半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒと走査部１との間に配置される光制御部１２０と、を備え、光制御部１２０は、光検知部１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒで検知された光量に応じて光制御部１２０を透過する光の透過量を制御する。【選択図】図２
2018081216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する半導体光源と、
前記半導体光源から出射された前記光の光量を検知する光検知部と、
前記光を走査する走査部と、
前記半導体光源と前記走査部との間に配置される光制御部と、
を備え、
前記光制御部は、前記光検知部で検知された前記光量に応じて前記光制御部を透過する光の透過量を制御すること、
を特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
【請求項２】
前記半導体光源の動作開始時において、
前記光制御部は、前記半導体光源から出射された前記光を透過させない不透過状態であること、
を特徴とする請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項３】
前記光制御部は、
前記光検知部で検知された光量が所定の値より大きい場合に、前記不透過状態にすること、
を特徴とする請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項４】
前記光制御部は、
電気泳動素子によって前記光の透過量を制御すること、
を特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項５】
前記電気泳動素子は、
前記光の入射する光入射側及び前記光の出射する光出射側のいずれか一方に全面電極を備えていること、
を特徴とする請求項４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項６】
前記電気泳動素子は、
前記全面電極と対向する側に間欠電極を備えていること、
を特徴とする請求項５に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッドマウントディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤとも記す）として、光を走査して対象物に画像を描画する走査光ディスプレイシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の走査光ディスプレイシステム（ＨＭＤ）は、光を出射する光源と、光を平行にする曲面鏡と、光を走査して画像を形成するために光源と曲面鏡とを相対的に移動させるアクチュエーターとを含んでいる。光源から出射された光は、アクチュエーターにより走査され、画像として対象物に投影される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００７−５３７４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなＨＭＤでは半導体光源から出射した光を網膜に照射するため、光によって網膜がダメージを受けないように考慮する必要がある。例えば、半導体光源から出射する光の光量を小さくすることが考えられる。しかしながら、半導体光源の出力を小さくすると、半導体光源の出力が不安定になる、または輝度調整システムであるＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）への出力が不足してその動作に支障をきたす、ことによりＨＭＤの描画画質が低下するといった問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係るヘッドマウントディスプレイは、光を出射する半導体光源と、前記半導体光源から出射された前記光の光量を検知する光検知部と、前記光を走査する走査部と、前記半導体光源と前記走査部との間に配置される光制御部と、を備え、前記光制御部は、前記光検知部で検知された前記光量に応じて前記光制御部を透過する光の透過量を制御すること、を特徴とする。
【０００７】
本適用例によれば、ヘッドマウントディスプレイは、半導体光源と走査部との間に、光検知部にて検知された光量に応じて光の透過量を制御する光制御部を有している。これにより、半導体光源から高い出力の光が出射された場合であっても、半導体光源の出力を小さくすることなく光制御部を透過する光の透過量を制御することが可能になるので、安全性と描画画質とを向上させたヘッドマウントディスプレイを提供することができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例に記載のヘッドマウントディスプレイは、前記半導体光源の動作開始時において、前記光制御部は、前記半導体光源から出射された前記光を透過させない不透過状態であることが好ましい。
【０００９】
本適用例によれば、半導体光源の動作が開始された時に光制御部は、不透過状態である。したがって、ヘッドマウントディスプレイは、動作開始時において、半導体光源から不意に強い光量の光が出射された場合にも、光制御部で光の透過量を抑制することができるので、安全性の向上を実現できる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記光制御部は、前記光検知部で検知された光量が所定の値より大きい場合に、前記不透過状態にすることが好ましい。
【００１１】
本適用例によれば、光検知部で検知された光量が所定の値より大きい場合は、光制御部は不透過状態になる。これによって、網膜にダメージを与えない最大の光量を所定の値に設定しておくことにより、ヘッドマウントディスプレイからは安全な光量の光しか出力されなくなる。したがって、ヘッドマウントディスプレイの安全性が向上する。
【００１２】
［適用例４］上記適用例に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記光制御部は、電気泳動素子によって前記光の透過量を制御すること、が好ましい。
【００１３】
本適用例によれば、光制御部は、電気泳動素子によって光の透過量を制御する。電気泳動素子は、小型で、電気的に光の透過量を制御できる。また、電気泳動素子は、透過量の状態を保持できるため、低い消費電力で光の透過量を制御することができる。そのため、ヘッドマウントディスプレイに電気泳動素子を好適に用いることで、ヘッドマウントディスプレイの安全性を低い消費電力で向上させることができる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記電気泳動素子は、前記光の入射する光入射側及び前記光の出射する光出射側のいずれか一方に全面電極を備えていることが好ましい。
【００１５】
本適用例によれば、光の入射側及び光の出射側のいずれか一方の電極は、全面電極である。これにより、電気泳動素子の内部に含まれる泳動粒子によって、全面電極、すなわち入射側または出射側の全面を覆うことができる。泳動粒子は、光を遮るので、光の不透過状態を好適に作り出すことができる。したがって、ヘッドマウントディスプレイの安全性を容易に向上させることができる。
【００１６】
［適用例６］上記適用例に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記電気泳動素子は、前記全面電極と対向する側に間欠電極を備えていることが好ましい。
【００１７】
本適用例によれば、全面電極と対向する側の電極は、間欠電極であるので、電気泳動素子の内部に含まれる泳動粒子を間欠電極に集合させることができる。これにより、間欠電極の形成されていない領域を介して光を透過させることができるので、光の透過量を高く保つことができる。これにより、光の透過状態と不透過状態とを容易に切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの構成を示す概略図。
【図２】画像形成装置の構成図。
【図３】水平ミラーの構成を示す平面図。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図。
【図５】垂直ミラー及び垂直ミラー駆動部の構成図。
【図６】描画処理とＡＰＣ制御動作の手順を示すフローチャート図。
【図７】１フレームにおけるＡＰＣ専用光投射位置を決定する手順を示すフローチャート図。
【図８Ａ】ＡＰＣ専用光の置き換え前の例を示す図。
【図８Ｂ】ＡＰＣ専用光の置き換え後の例を示す図。
【図９Ａ】ＡＰＣ専用光の投射位置の例を示す図。
【図９Ｂ】ＡＰＣ専用光の投射位置の例を示す図。
【図１０】光制御部の構成図。
【図１１】光透過量制御素子部の模式平面図。
【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線における断面図。
【図１３Ａ】光透過量制御素子部の不透過状態の例を示す図。
【図１３Ｂ】光透過量制御素子部の透過状態の例を示す図。
【図１４】光制御部のフローチャート図。
【図１５】動作開始時のフローチャート図。
【図１６】動作終了時のフローチャート図。
【図１７】変形例に係るヘッドマウントディスプレイの構成を示す概略図。
【図１８】ＴＮ型液晶素子の模式構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせている。
【００２０】
（実施形態）
図１は、実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）の構成を示す概略図である。図１に示すように、ＨＭＤ３００は、画像形成装置１０を搭載している。ＨＭＤ３００は、眼鏡３１０を備え、眼鏡３１０に画像形成装置１０が配置されている。そして、画像形成装置１０により、眼鏡３１０の本来レンズである部位に設けられた表示部３２０に、一方の目で視認される所定の画像を表示する。
【００２１】
図２は、画像形成装置１０の構成を示すブロック図である。図２に示すように、画像形成装置１０は、光を出射する半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒと、ダイクロイックミラー１０７Ｇ，１０７Ｂ，１０７Ｒと、半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒから出射された光の光量を検知する光検知部１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒと、光を走査する走査部１と、半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒと走査部１との間に配置される光制御部１２０と、を備えている。さらに画像を表示するための画像処理部１０３と、半導体光源出力制御部１０４と、半導体光源ドライバー１０５と、水平ミラー駆動部１０１と、垂直ミラー駆動部１０２と、を有する。
【００２２】
走査部１は、水平ミラー１ａと、垂直ミラー１ｂと、を有する。水平ミラー１ａは、ダイクロイックミラー１０７Ｇ，１０７Ｂ，１０７Ｒから送られたレーザー光を水平方向に走査する。垂直ミラー１ｂは、水平ミラー１ａにより反射されたレーザー光を垂直方向に走査する。水平ミラー１ａは、ＭＥＭＳにより形成された、共振型ミラーである。また、垂直ミラー１ｂは、例えば、ガルバノミラーにより構成することができる。
【００２３】
図３は、水平ミラー１ａの構成を示す平面図である。また、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。図４は、水平ミラー駆動部１０１の構成を示している。
水平ミラー１ａは、可動板１１、支持枠１２、可動板１１を支持枠１２に対してねじり回転可能に支持する一対の弾性支持部１３を有する。可動板１１、支持枠１２、及び弾性支持部１３は、例えば、シリコン基板をエッチング加工することにより一体で形成される。
【００２４】
可動板１１上には、反射膜２１が形成されている。また、可動板１１の反射膜２１と反対側には、磁石２２が接合されている。磁石２２は、可動板１１を平面視したときに、可動板１１の回転中心軸である軸線Ａに交差直交する方向に磁化されている。すなわち、磁石２２は、軸線Ａを介して対向する互いに極性の異なる一対の磁極を有している。支持枠１２は、ホルダー２０に接合されており、ホルダー２０上には、可動板１１を駆動させるためのコイル２３が配置されている。
【００２５】
水平ミラー１ａでは、駆動信号発生部２４によって周期的に変化する電圧または電流がコイル２３に供給される。これにより、コイル２３は上方（可動板１１側）に向く磁界と、下方に向く磁界とを交互に発生させる。これにより、コイル２３に対し磁石２２の一対の磁極のうち一方の磁極が接近し他方の磁極が離間するようにして、弾性支持部１３を捩れ変形させながら、可動板１１が軸線Ａ回りに回動させられる。
【００２６】
図３では、磁石２２とコイル２３間の電磁力を利用した駆動方式の水平ミラー１ａを示している。しかしながら、本発明は、静電引力を利用した方式や、圧電素子を利用した方式を採用してもよい。例えば、静電引力を利用した方式の場合には、磁石２２は不要であり、コイル２３の代わりに可動板１１に対向する１つ又は複数の電極が設置される。そして、可動板１１と電極との間に周期的に変化する交流電圧を印加することにより、可動板１１と電極との間に静電引力を作用させて、弾性支持部１３を捩れ変形させながら、可動板１１を軸線Ａ回りに回動させる。
【００２７】
図５は、垂直ミラー１ｂ及び垂直ミラー駆動部１０２の構成を示す平面図である。垂直ミラー１ｂは可動板１４、駆動手段１６、及び可動板１４と駆動手段１６とを接続する連結部１５を有する。可動板１４上には図示しない反射膜が形成されている。連結部１５は、可動板１４が軸線Ｂ回りに回動できるように、可動板１４と駆動手段１６とを連結する構造となっている。
駆動手段１６は、例えばステップモーターとすることができる。また、垂直ミラー１ｂはガルバノスキャナーで構成しても良い。また、垂直ミラー１ｂを水平ミラー１ａと同様の構成にしても良い。
【００２８】
図２に戻って、画像形成装置１０の構成について説明する。
水平ミラー駆動部１０１は、水平ミラー１ａを回動させる。垂直ミラー駆動部１０２は、垂直ミラー１ｂを回動させる。水平ミラー駆動部１０１は、図４に示すように、磁石２２、コイル２３、及び駆動信号発生部２４を有している。上述のように、水平ミラー駆動部１０１は、駆動信号発生部２４からコイル２３へ電圧または電流を印加することで、可動板１１を支持枠１２に対して振動（回動）させるように構成されている。
また、垂直ミラー駆動部１０２は、図５に示すように、駆動手段１６、及び駆動信号発生部１７を有している。駆動信号発生部１７は垂直ミラー１ｂの可動板１４を回動させるように、駆動手段１６に適切な電圧または電流を与える。
【００２９】
画像処理部１０３は、パーソナルコンピューターや携帯電話等の各種の映像ソース２００から送られた画像情報に基づいて、これらの画像を表示すべく、水平ミラー駆動部１０１、垂直ミラー駆動部１０２、半導体光源出力制御部１０４の動作を制御する。画像処理部１０３は、映像ソース２００から供給される画像情報を描画用データに変換するとともに、水平ミラー１ａ及び垂直ミラー１ｂにそれぞれ内蔵されている位置センサー１０９ａ，１０９ｂから得られる位置情報に基づいて、描画のタイミング信号を生成する。
【００３０】
半導体光源出力制御部１０４は、画像処理部１０３から供給される画像情報に基づいて、半導体光源ドライバー１０５が半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒに供給する電流量を決定すると共に、ＡＰＣによる電流量の補正を行う。これにより、各々の光源から出射されるレーザー光の強度を制御する。
【００３１】
ＡＰＣによる電流量補正は、光検知部１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒで検出された光量に基づいて、画像処理部１０３から供給される画像情報に基づく光量と、実際に出射されるレーザー光の光量との差がなくなるように、半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒに供給する電流量を補正することにより行う。後述するように、本実施形態では、ＡＰＣ専用に投射する光の光量を利用してＡＰＣを行う。
【００３２】
半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒは、レーザー光を出射する光源である。半導体光源１０６Ｇは、緑色レーザー光を出射し、半導体光源１０６Ｂは青色レーザー光を出射し、半導体光源１０６Ｒは赤色レーザー光を出射する。ただし、２色以下又は４色以上のレーザー光源を用いてもよい。半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒとしては、例えば、レーザーダイオードを用いることができる。なお、以下では、赤色を「Ｒ」、緑色を「Ｇ」、青色を「Ｂ」とも記す。
【００３３】
ダイクロイックミラー１０７Ｇ，１０７Ｂ，１０７Ｒは、半導体光源１０６Ｒからの赤色レーザー光を反射するダイクロイックミラー１０７Ｒと、青色レーザー光を反射し赤色レーザー光を透過させるダイクロイックミラー１０７Ｂと、緑色レーザー光を反射し青色レーザー光及び赤色レーザー光を透過させるダイクロイックミラー１０７Ｇとを有する。この３種のダイクロイックミラーにより、赤色レーザー光、青色レーザー光、及び緑色レーザー光の合成光が光制御部１２０を介して水平ミラー１ａに入射する。
【００３４】
光検知部１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒは、ダイクロイックミラー１０７Ｇ，１０７Ｂ，１０７Ｒで反射しきれずに透過した赤色レーザー光、緑色レーザー光、青色レーザー光の光量を検出する。光検知部１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒで検出された光量は、半導体光源出力制御部１０４におけるＡＰＣ処理、及び光制御部１２０における透過量の制御で利用される。光検知部１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒとしては、例えば、フォトダイオード、フォトレジスタ等を用いることができる。
【００３５】
なお、各色用の光検知部１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒを設けず、１つの光検知部を利用して、時分割で各色の光量を検出する構成にしても良い。
【００３６】
次に、画像形成装置１０における描画処理と半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６ＲのＡＰＣ制御の方法について説明する。
図６は、描画処理とＡＰＣ制御動作の手順を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ５０１では、画像処理部１０３が、１フレーム分の画像情報を映像ソース２００から取得し、描画用データに変換する。描画用データには、アドレスで特定される描画位置毎の、半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒそれぞれから投射される光束（描画用光束）についての輝度情報が含まれる。描画用データはフレームバッファー（図示せず）に記憶される。
【００３７】
次に、ステップＳ５０２では、画像処理部１０３は、当該フレームにおける、ＡＰＣ専用に投射するＡＰＣ専用光（制御用光束）の投射位置を決定する。上述したように、本実施形態では、光検知部１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒで検知されたＡＰＣ専用光の光量を用いてＡＰＣを行う。
【００３８】
ここで、ステップＳ５０２で行われるＡＰＣ専用光投射位置決定処理について図７を参照して説明する。
図７は、１フレームにおけるＡＰＣ専用光投射位置を決定する手順を示すフローチャートである。画像処理部１０３は、図７に示す手順で、各々の描画位置がＡＰＣ専用光投射位置にできるか否かを判定し、当該フレームにおけるＡＰＣ専用光投射位置を決定する。
【００３９】
まず、ステップＳ６０１では、画像処理部１０３は、１つめの描画位置の輝度情報をフレームバッファーより取得する。
【００４０】
次に、ステップＳ６０２において、画像処理部１０３は、取得した輝度情報とＡＰＣ用データを比較する。ここで、ＡＰＣ用データとは、ＡＰＣ専用光の輝度情報である。ＡＰＣ制御は、半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒそれぞれについて行うため、ＡＰＣ用に投射する光は、半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒのいずれか１つの光源から投射される光である。
【００４１】
ＡＰＣは、１フレームで半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒ全てに対して行ってもよいし、１つまたは２つの光源に対して行うようにしてもよい。Ｒ，Ｇ，Ｂのいずれか１つの光源についてＡＰＣを行う場合には、その光源から出射されるＡＰＣ専用光のみを比較対象にすればよい。一方、１フレームで複数の光源に対してＡＰＣを行う場合には、それぞれの光源から出射されるＡＰＣ専用光と比較する。
【００４２】
ステップＳ６０２での比較処理の結果、描画用データの輝度情報とＡＰＣ用データの輝度情報が所定の範囲内で近いと判定された場合（ステップＳ６０２：ＹＥＳ）、ステップＳ６０３へ進み、画像処理部１０３は、当該描画位置をＡＰＣ専用光投射位置に決定する。一方、描画用データの輝度情報とＡＰＣ用データの輝度情報が近いと判定されなかった場合（ステップＳ６０２：ＮＯ）には、ステップＳ６０１へ戻り、次の描画位置について判定処理を行う。
【００４３】
輝度情報が近いか否かを判定する基準については、ほぼ一致した場合のみ近いと判定してもよいし、一定の輝度差の範囲内であれば、近いと判断するようにしてもよい。後述するように、輝度情報の差が小さいほうが、投影面上で、ＡＰＣ専用光を目立たなくすることができる。
【００４４】
なお、上述したように、１フレームで複数の光源に対してＡＰＣを行う場合には、いずれかの色の光源のＡＰＣ専用光と近いと判定された場合には、その色の光源についてのＡＰＣ専用光投射位置に決定する。
【００４５】
次に、ステップＳ６０４では、画像処理部１０３は、ステップＳ６０３でＡＰＣ専用光投射位置を決定したら、ＡＰＣ専用光投射位置が所定数決定されたか否かを判定する。
ＡＰＣ専用光の投射は、１フレームにつき１箇所（１描画位置）のみであってもよいし、複数箇所にするようにしてもよい。複数箇所の場合、例えば、半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒそれぞれから投射される光を含むようにしてもよい。また、１つの光源からの光を複数箇所に投射するようにしてもよい。画像処理部１０３は、ＡＰＣ用の投射を１フレームで複数行う場合には、必要なだけ投射位置が確保できたか否かを判定する。
【００４６】
ステップＳ６０４で、ＡＰＣ専用光投射位置が所定数決定されたと判定された場合（Ｓ６０４：ＹＥＳ）には当該フレームについての、ＡＰＣ専用光投射位置決定処理を終了する。ＡＰＣ専用光投射位置が所定数決定されなかった場合（Ｓ６０４：ＮＯ）は、ステップＳ６０１に戻り、ステップＳ６０１からステップＳ６０４を繰り返す。
【００４７】
図６に戻って、描画処理とＡＰＣ制御動作の手順についての説明を続ける。
ステップＳ５０３では、ステップＳ５０２において、当該フレームのＡＰＣ専用光投射位置決定処理が終了したら、画像処理部１０３は、フレームバッファーに記憶された、ＡＰＣ専用光投射位置の描画用データをＡＰＣ用データに置換する。
【００４８】
次に、ステップＳ５０４では、画像処理部１０３は、ＡＰＣ用データ反映後の描画用データを、半導体光源出力制御部１０４に供給する。
【００４９】
次に、ステップＳ５０５では、半導体光源出力制御部１０４は、取得した描画用データに基づいて、フレーム画像を描画するため、半導体光源ドライバー１０５が半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒに供給する電流量を制御する。
【００５０】
この時、半導体光源出力制御部１０４は、前フレームで投射したＡＰＣ専用光の、光検知部１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒで検出された光量に基づいて、今回のフレームでのＡＰＣ制御を行う。ＡＰＣ制御では、前回フレームにおける、光検知部１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒにおいて検出された実際の光量と描画用データにおける光量との差に基づいて、実際の光量が描画用データの光量と一致するように、半導体光源ドライバー１０５から半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒに供給される電流量を変換する。
【００５１】
次に、ステップＳ５０６において、半導体光源出力制御部１０４は、ＡＰＣ制御を反映した画像情報データに基づいて、半導体光源ドライバー１０５が半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒに供給する電流量を決定する。そして、決定された電流量に従って半導体光源ドライバー１０５が半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒを駆動することにより、フレーム画像が描画される。
【００５２】
図８Ａは、ＡＰＣ専用光の置き換えを行う前のフレーム画像の例、図８Ｂは図８Ａの画像に対してＡＰＣ専用光の置き換えを行った後のフレーム画像の例を示す図である。この例では、１フレームでＲ，Ｇ，Ｂの全ての光源についてのＡＰＣ専用光を投射している。図８Ｂ中のＲ１、Ｇ１、Ｂ１は、それぞれＲ，Ｇ，Ｂの各色の光源のＡＰＣ専用光が投射されている描画位置を示している。図８Ａ及び図８Ｂに示すように、青色の光源の光については、元の画像の中で色の近い空の部分にＡＰＣ専用光Ｂ１が配置されており、赤色のＲ１は木の幹や地面（土）の部分、緑色のＧ１は木の葉や芝の部分に配置されている。このように、ＡＰＣ専用光は、元の画像の中で、光源の色に近い部分に配置される。
【００５３】
例えば、赤色の半導体光源１０６ＲについてのＡＰＣ専用光の輝度情報は、Ｒのみが所定の輝度で、ＧとＢとの輝度はゼロである。よって、画像上で赤色の割合が多い部分（例えば、幹や土など）の輝度情報と近くなるため、この部分が赤色光源のＡＰＣ専用光投射位置に決定される。このように、元の画像の中で色合いの近い領域にＡＰＣ専用光が投射されるので、投影面上で、ＡＰＣ専用光を目立たなくすることができる。
【００５４】
また、描画領域内のＡＰＣ専用光投射位置は、投影する画像中で、なるべく色と輝度の近い位置に配置するようにしたので、投影面上で、ＡＰＣ専用光を目立たなくすることができる。
【００５５】
また、描画領域内に投射した光量に基づいてＡＰＣを行うことにより、より精度の高い電流補正を行うことができる。
【００５６】
なお、本実施形態では、元の画像データの中で輝度情報の近い位置に、ＡＰＣ専用光を投射するようにしているが、例えば図９Ａに示すように、描画領域全体にランダムに配置してもよい。また、図９Ｂに示すように、水平描画の端の位置にＡＰＣ専用光をまとめて投影するようにしてもよい。
【００５７】
なお、前述した描画処理とＡＰＣ制御動作において、光検知部１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒで検知した光量が小さい場合は、ステップＳ６０２における比較処理が行えない。よって、ＡＰＣ制御動作を適切に動作させるために、半導体光源は、一定以上の光量を出射する必要がある。
【００５８】
次に、画像形成装置１０における光制御部１２０と、光制御部１２０における光の透過量の制御方法について説明する。
【００５９】
まず、光制御部１２０の構造について説明する。
図１０は光制御部の構成図である。光制御部１２０は、光の透過量を決定する光透過量制御素子部１３１と、光検知部１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒから出力される信号に基づいて、光透過量制御素子部１３１の透過状態を決定し、変更する、光透過量制御信号制御部１３２と、から構成される。
【００６０】
次に、図１１及び図１２を参照しながら、光透過量制御素子部１３１について説明する。
図１１は、光透過量制御素子部１３１の模式平面図である。図１２は、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線における断面図である。
光透過量制御素子部１３１は、隔壁１２４と、素子基板１２６と、対向基板１２８と、で囲まれる複数のセル１２５で構成されている。またセル１２５は、泳動粒子１２１と、分散媒１２２と、から成る電気泳動分散液１２３を含む、電気泳動素子１３０である。
【００６１】
電気泳動素子１３０は、光の入射する光入射側及び光の出射する光出射側のいずれか一方に全面電極１２９を備えている。本実施形態では、光が入射する対向基板１２８の内壁には、内壁の全面に全面電極１２９が形成されている。対向基板１２８としては、例えば、ガラスや樹脂材料などの光透過性材料を用いることができる。また全面電極１２９の材料としては、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等の光透過性材料を用いることができる。
【００６２】
電気泳動素子１３０は、全面電極１２９と対向する側に間欠電極１２７を備えている。全面電極１２９の設けられている対向基板１２８と対向し光の出射する素子基板１２６の内壁には、内壁の一部にパターニングされた間欠電極１２７が形成されている。素子基板１２６としては、例えば、ガラスや樹脂材料などの光透過性材料を用いることができる。また間欠電極１２７の材料としては、例えば、ＩＴＯ、ＺｎＯなどの光透過性材料を用いることができる。
【００６３】
隔壁１２４は、図１１に示すように碁盤目状に形成されている。隔壁１２４は、透光性材料（アクリルやエポキシ樹脂など）であることが好ましい。隔壁１２４の幅は、例えば、略５μｍである。また、隔壁１２４の高さは、例えば、略３０μｍである。なお、隔壁１２４の配置は、碁盤目状に限らず、例えば、ハニカム形状でも良い。
【００６４】
電気泳動分散液１２３は、各セル１２５に封入され、泳動粒子１２１が分散媒１２２中に分散されている。泳動粒子１２１は、電気的な帯電を有する粒子である。泳動粒子１２１としては、黒色粒子等の有色粒子が用いられる。泳動粒子１２１は、顔料でも良いし、染料でも良いが、黒色粒子としては、例えば、低次酸化チタン、カーボンブラック等が用いられる。泳動粒子１２１は、分散媒１２２への分散性を向上させるために、粒子表面に分散媒１２２との親和性の高い官能基を有する有機物の修飾がされていてもよい。また分散媒１２２は、光透過性の高い非水系溶媒である。分散媒１２２としては、例えば、炭化水素系溶媒やシリコーンオイル等が用いられる。
なお、本実施形態の電気泳動分散液１２３中の粒子は１種類であるが、複数種類の粒子を用いても良い。
【００６５】
次に、光透過量制御素子部１３１（電気泳動素子１３０）の製造方法について説明する。
まず初めに、素子基板１２６と対向基板１２８とに電極を形成する。これにより、対向基板１２８には、全面電極１２９が形成される。その後、素子基板１２６の電極をパターニングすることで、素子基板１２６に間欠電極１２７が形成される。次に、素子基板１２６の間欠電極１２７側に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により隔壁１２４を形成する。最後に、素子基板１２６と隔壁１２４とで形成される凹部に、電気泳動分散液１２３を供給し、その後、対向基板１２８の全面電極１２９側を向い合せて貼りあわせた後、シール剤等で固定することで、複数の電気泳動素子１３０で構成された光透過量制御素子部１３１を完成させる。
【００６６】
次に、光透過量制御素子部１３１の光の透過状態について説明する。光制御部１２０は、電気泳動素子１３０によって、光透過量制御素子部１３１の光の透過量を制御する。
【００６７】
図１３Ａは、光透過量制御素子部１３１の不透過状態の例を示す図である。光透過量制御素子部１３１を不透過状態にさせる方法について、図１３Ａを参照しながら説明する。
例えば、泳動粒子１２１がマイナスの帯電を帯びているとした場合、光透過量制御信号制御部１３２は、全面電極１２９側にプラスの電圧を印加し、間欠電極１２７側にマイナスの電圧を印加する。この際に、マイナス帯電の泳動粒子１２１は、電極間に発生した電界により泳動し、全面電極１２９の全体を覆うような位置に配置される。これにより、光透過量制御素子部１３１に入射した光は、泳動粒子１２１に吸収されるため、透過しなくなる。
つまり、光の入射側及び光の出射側のいずれか一方の電極が、全面電極１２９であることにより、電気泳動素子１３０に含まれる泳動粒子１２１は、全面電極１２９側の全面に泳動することができる。したがって、光の不透過状態を好適に作り出すことができるため、ＨＭＤ３００の安全性が向上する。
【００６８】
図１３Ｂは、光透過量制御素子部１３１の透過状態の例を示す図である。光透過量制御素子部１３１を透過状態にさせる方法について、図１３Ｂを参照しながら説明する。
例えば、泳動粒子１２１がマイナスの帯電を帯びているとした場合、全面電極１２９側にマイナスの電圧を印加し、間欠電極１２７側にプラスの電圧を印加する。この際に、マイナス帯電の泳動粒子１２１は、電極間に発生した電界により泳動し、間欠電極１２７の周囲に固まって配置される。これにより、光透過量制御素子部１３１に入射した光は、泳動粒子１２１の存在しない領域では吸収されることがないため、透過する。
つまり、全面電極１２９と対向する側の電極が、間欠電極１２７であることにより電気泳動素子１３０に含まれる泳動粒子１２１は、間欠電極１２７側の一部に集合できる。したがって、粒子が存在しない領域ができ、光の透過量を高くすることができる。
このように、光制御部１２０の光透過量制御素子部１３１を泳動粒子１２１で構成することで、光の透過状態と不透過状態とを容易に切り替えることができる。
なお、本実施形態では、間欠電極が隔壁の間に１つ形成されている構成を示したが、間欠電極は隔壁の間に複数形成されていてもよい。また、間欠電極の平面形状は丸、楕円、多角形など特に限定されない。また、全面電極は隔壁の間全体に渡って形成されているが、これに限らず隔壁と全面電極の間に隙間があった状態でも回折等により不透過状態とすることが可能である。
【００６９】
次に、画像形成装置１０の動作中における、光制御部１２０の光の透過量の制御方法について、図１４のフローチャート図を参照しながら説明する。
【００７０】
まず、ステップＳ７０１では、光透過量制御信号制御部１３２は、光検知部１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒで検知された光量としての輝度情報を取得する。
【００７１】
次に、ステップＳ７０２では、光透過量制御信号制御部１３２が、取得した輝度情報と、事前に設定した光量（輝度）の所定の値（閾値情報）と、を比較する。比較した結果、取得した輝度情報が、所定の値よりも大きい場合（ステップＳ７０２：Ｎｏ）は、ステップＳ７０３へ進む。また、比較した結果、取得した輝度情報が、所定の値よりも小さい場合（ステップＳ７０２：Ｙｅｓ）は、ステップＳ７０４へ進む。なお、所定の値は、人間が直視しても安全な光の光量（輝度）に設定されている。
【００７２】
ステップＳ７０３では、光透過量制御信号制御部１３２は、光透過量制御素子部１３１を不透過状態にさせる信号を出力し、光透過量制御素子部１３１を前述のように不透過状態にする。
【００７３】
反対に、ステップＳ７０４では、光透過量制御信号制御部１３２は、光透過量制御素子部１３１を透過状態にさせる信号を出力し、光透過量制御素子部１３１を前述のように透過状態にする。
【００７４】
よって、光検知部１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒで検知された光量が所定の値より大きい場合は、光制御部１２０の光透過量制御素子部１３１は不透過状態になる。したがって、網膜にダメージを与えない最大の光量を所定の値に設定しておくことにより、ＨＭＤ３００からは安全な光量の光しか出力されなくなる。すなわち、ＨＭＤ３００の安全性が向上する。
【００７５】
次に、画像形成装置１０の動作開始時における、光制御部１２０の光の透過量の制御方法について、図１５のフローチャート図を参照しながら説明する。このフローによって、ＨＭＤ３００は、半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒの動作開始時に、光制御部１２０の制御によって半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒから出射された光を透過させない不透過状態にする。
【００７６】
まず、ステップＳ８０１では、画像形成装置１０の動作が開始された際、光透過量制御信号制御部１３２は、光透過量制御素子部１３１を不透過状態にさせる信号を出力し、光透過量制御素子部１３１を前述のように不透過状態にする。
【００７７】
ステップＳ８０２では、半導体光源出力制御部１０４は、半導体光源ドライバー１０５を制御し、半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒの動作を開始する。
【００７８】
ステップＳ８０３では、光透過量制御信号制御部１３２は、光検知部１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒから出力される輝度情報を取得する。
【００７９】
ステップＳ８０４では、光透過量制御信号制御部１３２が、取得した輝度情報と、事前に設定した光量（輝度）の所定の値（閾値情報）と、を比較する。比較した結果、取得した輝度情報が、所定の値よりも大きい場合（ステップＳ８０４：Ｎｏ）は、ステップＳ８０５へ進み、ステップＳ８０３，Ｓ８０４を繰り返す。また、比較した結果、取得した輝度情報が、所定の値よりも小さい場合（ステップＳ８０４：Ｙｅｓ）は、ステップＳ８０６へ進む。なお、所定の値は、人間が直視しても安全な光の光量（輝度）に設定されている。
【００８０】
ステップＳ８０５では、光透過量制御信号制御部１３２は、光透過量制御素子部１３１を不透過状態のまま保持する。
一方、ステップＳ８０６では、光透過量制御信号制御部１３２は、光透過量制御素子部１３１を透過状態に切り替える。この後、画像形成装置１０は、画像描画のシーケンスに移る。
【００８１】
したがって、半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒの動作が開始された時に光制御部１２０の光透過量制御素子部１３１は、不透過状態にされ、光透過量制御信号制御部１３２が取得した輝度情報（光の輝度）が所定の値よりも小さくなるまで不透過状態を維持する。これにより、ＨＭＤ３００は、画像形成装置１０の動作が開始されたときに、半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒから不意に強い光量の光が出射された場合にも、光制御部１２０で光の透過量を抑制することができるので、安全性の向上を実現できる。
【００８２】
なお、図１６に示すフローチャートのように、画像形成装置１０の動作終了時には、ステップＳ９０１において、光制御部１２０が不透過状態の処理を行った後に、半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒ等のシステムの動作を終了することによって、終了時に生じるノイズによって出射される不要光が外部に漏れることを防ぐことができる。加えて、電気泳動素子１３０は終了時の状態を保持する特徴を有するため、次回ＨＭＤ３００を始動させた時、ＨＭＤ３００は光制御部１２０の光透過量制御素子部１３１を不透過状態で開始することが可能になる。
【００８３】
以上述べたように、本実施形態に係るＨＭＤ３００によれば、以下の効果を得ることができる。
画像形成装置１０は、描画領域内にＡＰＣ専用光を投射して、ＡＰＣ制御を行うため、走査範囲を小さくしてＡＰＣ制御を行うことができる。よって、ＨＭＤ３００は、描画画質を向上させながら、大きな画像を実現することができる。
また、画像形成装置１０は、電気泳動素子１３０によって光の透過量を制御する光制御部１２０を有する。電気泳動素子１３０は、小型で、電気的に光の透過量を制御できる。そのため、光制御部１２０は、半導体光源１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒの出力を小さくすることなく、網膜にダメージを与えるような強い光が出射されることを防止することができる。そのため、ＨＭＤ３００は、光制御部１２０を有する画像形成装置１０を備えることにより、高画質化と、安全性と、を実現することができる。したがって、安全性と描画画質とを向上させたＨＭＤ３００を提供することができる。
また、電気泳動素子１３０は、電圧の印加を停止してもその状態を保持できるため、低い消費電力で駆動することが可能である。そのため、ＨＭＤ３００に好適に用いることができる。
【００８４】
なお、本実施形態の画像形成装置１０の各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
また、本実施形態の画像形成装置１０は水平ミラー１ａと垂直ミラー１ｂを備える構成であるが、２軸の回りでの回動が可能な１つのミラーを備え、１つのミラーで水平方向と垂直方向の走査を行う構成であってもよい。
また、本実施形態の光透過量制御素子部１３１を構成する電気泳動素子１３０は、隔壁１２４によって区切られたセル１２５内に電気泳動分散液１２３を有する構造であるが、電気泳動分散液１２３を有するマイクロカプセルを、素子基板１２６と、対向基板１２８と、の間に複数配置する構造であってもよい。
【００８５】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。
以下、変形例に係るＨＭＤ５００について説明する。なお、実施形態と同一の構成部位については、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。
【００８６】
（変形例）
上記実施形態では、図１０から図１２のように、光制御部１２０の光透過量制御素子部１３１を構成する各セル１２５は、電気泳動素子１３０であると説明したが、この構成に限定するものではない。例えば、光透過量制御素子部１３１を構成する各セル１２５は、実施形態で示した電気泳動素子１３０に替えて液晶素子を用いることができる。
【００８７】
図１７は、変形例に係るヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）の構成を示す概略図である。図１７に示すように、ＨＭＤ５００は、画像形成装置５１０を搭載している。画像形成装置５１０に含まれている光透過量制御素子部１３１を形成する各セル１２５（図１０及び図１１参照）は、液晶素子４００で構成されている。
【００８８】
図１８は、変形例に係るＴＮ型液晶素子の模式構成図である。まず、図１８を用いて液晶素子４００としての、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）型液晶素子の構成について説明する。
液晶素子４００は、入射側偏光板４０３と、液晶セル４０５と、液晶セル４０５を挟んで入射側偏光板４０３と互いに対向して配置された出射側偏光板４０１と、から構成される。また、入射側偏光板４０３の入射側偏光板吸収軸４０４と、出射側偏光板４０１の出射側偏光板吸収軸４０２と、は概直交するように配置される。
【００８９】
液晶セル４０５は、ＴＮ型液晶セルである。よって、液晶セル４０５へ電圧を印加しない場合は、入射された光の偏光は、出射される際に概９０°回転される。また、液晶セル４０５へ電圧を印加した場合は、入射された光の偏光は、出射された際に、偏光変換を受けない。
【００９０】
入射側偏光板４０３と、出射側偏光板４０１と、はそれぞれ入射側偏光板吸収軸４０４と、出射側偏光板吸収軸４０２と、を有する。入射側偏光板４０３に入射された光の入射側偏光板吸収軸４０４と概一致する成分は、入射側偏光板４０３で吸収される。また、それ以外の成分は、入射側偏光板４０３を透過する。同様に、出射側偏光板４０１に入射された光の出射側偏光板吸収軸４０２と概一致する成分は、出射側偏光板４０１で吸収される。また、それ以外の成分は、出射側偏光板４０１を透過する。
【００９１】
次に、液晶素子４００の光の透過状態について説明する。
【００９２】
液晶素子４００を不透過状態にする場合は、液晶セル４０５に電圧を印加する。この時、入射側偏光板４０３側から入射した光の入射側偏光板吸収軸４０４と概一致する成分は、入射側偏光板４０３で吸収される。入射側偏光板４０３を透過した光は、液晶セル４０５にて偏光変換を受けずに、出射側偏光板４０１に到達する。出射側偏光板吸収軸４０２は、入射側偏光板吸収軸４０４と概直交なので、出射側偏光板４０１に到達した光は、出射側偏光板吸収軸４０２と概一致し、出射側偏光板４０１で吸収される。すなわち、光は透過しない。
【００９３】
液晶素子４００を透過状態にする場合は、液晶セル４０５に電圧を印加しない。この時、入射側偏光板４０３側から入射した光の入射側偏光板吸収軸４０４と概一致する成分は、入射側偏光板４０３で吸収される。入射側偏光板４０３を透過した光は、液晶セル４０５にて概９０°の回転を受けて、出射側偏光板４０１に到達する。出射側偏光板吸収軸４０２は、入射側偏光板吸収軸４０４と概直交なので、出射側偏光板４０１に到達した光は、出射側偏光板吸収軸４０２と一致しないため、出射側偏光板４０１を透過する。すなわち、光が透過する。
これにより、画像形成装置５１０は、光制御部１２０を透過する光の透過量を制御することができる。
【００９４】
以上述べたように、変形例に係るＨＭＤ５００によれば、実施形態での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
ＨＭＤ５００は、光透過量制御素子部１３１を形成する各セル１２５を液晶素子４００で構成した画像形成装置５１０を搭載している。液晶素子４００は、透過状態と、不透過状態との切り替え速度が速いため、想定外の事象によって発生する急激な光の変化にも追従して透過状態と、不透過状態と、を切り替えることができる。すなわち、変形例に係るＨＭＤ５００は、さらに安全性を向上させることができる。
【００９５】
なお、本変形例による液晶素子４００の液晶セル４０５は、ＴＮ型液晶セルであるが、この構成に限定されるものではなく、例えば、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）型液晶、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）型液晶等を用いても良い。
【符号の説明】
【００９６】
１…走査部、１ａ…水平ミラー、１ｂ…垂直ミラー、１０，５１０…画像形成装置、１１…可動板、１２…支持枠、１３…弾性支持部、１４…可動板、１５…連結部、１６…駆動手段、１７…駆動信号発生部、２０…ホルダー、２１…反射膜、２２…磁石、２３…コイル、２４…駆動信号発生部、１０１…水平ミラー駆動部、１０２…垂直ミラー駆動部、１０３…画像処理部、１０４…半導体光源出力制御部、１０５…半導体光源ドライバー、１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒ…半導体光源、１０７Ｇ，１０７Ｂ，１０７Ｒ…ダイクロイックミラー、１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒ…光検知部、１０９ａ，１０９ｂ…位置センサー、１２０…光制御部、１２１…泳動粒子、１２２…分散媒、１２３…電気泳動分散液、１２４…隔壁、１２５…セル、１２６…素子基板、１２７…間欠電極、１２８…対向基板、１２９…全面電極、１３０…電気泳動素子、１３１…光透過量制御素子部、１３２…光透過量制御信号制御部、２００…映像ソース、３００，５００…ヘッドマウントディスプレイ、３１０…眼鏡、３２０…表示部、４００…液晶素子、４０１…出射側偏光板、４０２…出射側偏光板吸収軸、４０３…入射側偏光板、４０４…入射側偏光板吸収軸、４０５…液晶セル。
【図１】
2018081216.tif 000003
【図２】
2018081216.tif 000004
【図３】
2018081216.tif 000005
【図４】
2018081216.tif 000006
【図５】
2018081216.tif 000007
【図６】
2018081216.tif 000008
【図７】
2018081216.tif 000009
【図８Ａ】
2018081216.tif 000010
【図８Ｂ】
2018081216.tif 000011
【図９Ａ】
2018081216.tif 000012
【図９Ｂ】
2018081216.tif 000013
【図１０】
2018081216.tif 000014
【図１１】
2018081216.tif 000015
【図１２】
2018081216.tif 000016
【図１３Ａ】
2018081216.tif 000017
【図１３Ｂ】
2018081216.tif 000018
【図１４】
2018081216.tif 000019
【図１５】
2018081216.tif 000020
【図１６】
2018081216.tif 000021
【図１７】
2018081216.tif 000022
【図１８】
2018081216.tif 000023