(57)【要約】【課題】簡素な構成、構造であるにも拘わらず、観察者が観察する外部の対象物までの距離測定、画像形成装置によって表示される画像を観察者に合焦状態で到達させ得る表示装置を提供する。【解決手段】表示装置は、観察者２０の頭部に装着されるフレーム１０、及び、フレーム１０に取り付けられた画像表示装置３０を備えており、画像表示装置３０は、画像形成装置４０、及び、画像形成装置４０からの画像を観察者２０の瞳２１に導く光学系５０を備えており、画像形成装置４０の画像表示部の内部には、測距センサが設けられている。【選択図】  図３
2015015520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（イ）観察者の頭部に装着されるフレーム、及び、
（ロ）フレームに取り付けられた画像表示装置、
を備えており、
画像表示装置は、
（Ａ）画像形成装置、及び、
（Ｂ）画像形成装置からの画像を観察者の瞳に導く光学系、
を備えており、
画像形成装置の画像表示部の内部には、測距センサが設けられている表示装置。
【請求項２】
測距センサは複数の測距素子から構成されており、
測距素子は、画像形成装置の画像表示部の画素間に配置されている請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
光学系は、
（Ｂ−１）画像形成装置からの画像が入射するレンズ、及び、
（Ｂ−２）レンズを通過した画像を反射し、観察者の瞳に導く半透過鏡、
を備えている請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
レンズは液体レンズから成る請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
測距センサは、画像形成装置から、レンズ及び半透過鏡を経由した、観察者の網膜までの距離を測定する請求項３に記載の表示装置。
【請求項６】
レンズの焦点距離は、測距センサによって測定された距離に基づき制御される請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項７】
測距センサは、画像形成装置から、観察者が観察している外部の対象物までの距離を測定する請求項３に記載の表示装置。
【請求項８】
レンズの焦点距離は、測距センサによって測定された距離に基づき制御される請求項７に記載の画像表示装置。
【請求項９】
観察者が観察している外部の対象物に関する情報を画像形成装置において表示する請求項８に記載の表示装置。
【請求項１０】
測距センサは、レンズ及び半透過鏡を介して観察者の視点の検出を行い、検出された観察者の視点に基づき、画像形成装置から、観察者が観察している外部の対象物までの距離を求める請求項３に記載の表示装置。
【請求項１１】
レンズの焦点距離は、測距センサによって測定された距離に基づき制御される請求項１０に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
観察者が観察している外部の対象物に関する情報を画像形成装置において表示する請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１３】
画像形成装置において所定の情報を表示する請求項１に記載の表示装置。
【請求項１４】
所定の情報は、画像表示部の下部に表示される請求項１３に記載の表示装置。
【請求項１５】
画像形成装置は、複数の発光ダイオードが２次元マトリクス状に配列されて成る請求項１に記載の表示装置。
【請求項１６】
発光ダイオードと測距センサを構成する測距素子との間には遮光部材が配されている請求項１５に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、表示装置に関し、より具体的には、例えば頭部装着型ディスプレイ（ＨＭＤ，Head Mounted Display）での使用に適した表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置によって形成された２次元画像を虚像光学系により拡大虚像として観察者に観察させるためのヘッドマウントディスプレイが、例えば、特開２０１０−１３９９０１から周知である。この特許公開公報に開示されたヘッドマウントディスプレイにあっては、外界の対象物までの距離を検出する距離検出手段としてのＣＣＤカメラが備えられており、更には、距離検出手段によって検出された距離に基づいて画像の奥行方向の表示位置を調整する奥行位置調整手段を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１３９９０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この特許公開公報に開示されたヘッドマウントディスプレイにあっては、外界の対象物までの距離を検出する距離検出手段をＣＣＤカメラから構成しているので、ヘッドマウントディスプレイ全体としての構成が複雑になるし、小型、軽量化が困難であるといった問題がある。また、この特許公開公報には、表示手段（画像形成装置）によって表示される画像が、ヘッドマウントディスプレイの使用者（観察者）に適切に到達しているか、否か、即ち、画像が観察者に合焦状態で到達しているか否かを評価するための手段を有していない。
【０００５】
従って、本開示の目的は、簡素な構成、構造であるにも拘わらず、観察者が観察する外部の対象物までの距離測定を容易に行うことができ、しかも、画像形成装置によって表示される画像が観察者に合焦状態で到達していることを容易に検証することができる表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための本開示の表示装置は、
（イ）観察者の頭部に装着されるフレーム、及び、
（ロ）フレームに取り付けられた画像表示装置、
を備えており、
画像表示装置は、
（Ａ）画像形成装置、及び、
（Ｂ）画像形成装置からの画像を観察者の瞳に導く光学系、
を備えており、
画像形成装置の画像表示部の内部には、測距センサが設けられている。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の表示装置にあっては、測距センサが画像形成装置の画像表示部の内部に設けられている。即ち、測距センサが画像形成装置と一体に設けられている。それ故、簡素な構成、構造であるにも拘わらず、観察者が観察する外部の対象物までの距離測定を容易に行うことができるし、画像形成装置によって表示される画像が観察者に合焦状態で到達していることを容易に検証することができる。尚、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また、付加的な効果があってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ、実施例１の表示装置の概念図、及び、実施例１の表示装置を構成する画像形成装置の画像表示部の模式的な一部断面図である。
【図２】図２Ａ及び図２Ｂは、実施例１の表示装置の変形例の概念図である。
【図３】図３は、実施例１の表示装置を上方から眺めた模式図である。
【図４】図４は、実施例１の表示装置を正面から眺めた模式図である。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ、実施例２及び実施例３の表示装置の概念図である。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ、実施例１及び実施例２の表示装置の動作を説明するための図である。
【図７】図７は、実施例３の表示装置の動作を説明するための図である。
【図８】図８Ａ及び図８Ｂは、実施例１の表示装置を構成する画像形成装置の画像表示部の一部における画素及び測距素子の配置例を説明するための模式図である。
【図９】図９Ａ及び図９Ｂは、実施例１の表示装置を構成する画像形成装置の画像表示部の一部における画素及び測距素子の別の配置例を説明するための模式図である。
【図１０】図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃ及び図１０Ｄは、実施例５の表示装置を構成する画像形成装置の画像表示部の概念図である。
【図１１】図１１Ａ及び図１１Ｂは、実施例６の表示装置を構成する画像形成装置の画像表示部の一部における画素及び測距素子の配置例を説明するための模式図である。
【図１２】図１２Ａは、原理的液体レンズを図１２Ｂの矢印Ａ−Ａに沿って切断したときの模式的な断面図であり、図１２Ｂは、原理的液体レンズを図１２Ａの矢印Ｂ−Ｂに沿って切断したときの模式的な断面図であり、図１２Ｃは、原理的液体レンズを図１２Ａの矢印Ｃ−Ｃに沿って切断したときの模式的な断面図である。
【図１３】図１３Ａ、図１３Ｂ及び図１３Ｃは、それぞれ、原理的液体レンズを図１２Ａの矢印Ｃ−Ｃに沿って切断したときの模式的な断面図であり、液体レンズの挙動を模式的に説明する図である。
【図１４】図１４は、液体レンズを図１２Ｂの矢印Ａ−Ａに沿って切断したと同様の模式的な断面図である。
【図１５】図１５Ａ、図１５Ｂ及び図１５Ｃは、それぞれ、液体レンズを図１４の矢印Ｃ−Ｃに沿って切断したときの模式的な断面図であり、液体レンズの挙動を模式的に説明する図である。
【図１６】図１６は、別の構成の液体レンズの模式的な断面図である。
【図１７】図１７は、図１６に示した液体レンズの模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本開示の表示装置、全般に関する説明
２．実施例１（本開示の表示装置、第１の形態の表示装置）
３．実施例２（実施例１の変形、第２の形態の表示装置）
４．実施例３（実施例１の別の変形、第３の形態の表示装置）
５．実施例４（実施例１〜実施例３の変形）
６．実施例５（実施例１〜実施例４の変形）
７．実施例６（実施例１〜実施例５の変形）、その他
【００１０】
［本開示の表示装置、全般に関する説明］
本開示の表示装置において、測距センサは複数の測距素子から構成されており、測距素子は、画像形成装置の画像表示部の画素間に配置されている形態とすることが好ましい。測距素子は、周知の構成、構造を有する受光素子、フォトダイオードやＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤから成り、コントラスト方式とすることができるし、あるいは又、位相差方式とすることができるし、あるいは又、対となった測距素子から測距センサを構成し、対となった測距素子によって得られる像のズレに基づき距離を測定する方式を採用することもできる。
【００１１】
上記の好ましい形態を含む本開示の表示装置において、光学系は、
（Ｂ−１）画像形成装置からの画像が入射するレンズ、及び、
（Ｂ−２）レンズを通過した画像を反射し、観察者の瞳に導く半透過鏡（部分反射鏡、部分透過ミラー、半透過ミラー、ハーフミラーとも呼ばれる）、
を備えている構成とすることが好ましく、この場合、レンズは液体レンズから成る構成とすることが好ましく、液体レンズの焦点距離は、測距センサによって測定された距離に基づき制御される構成とすることが好ましい。液体レンズや半透過鏡、それ自体は、周知の構成、構造とすることができる。画像形成装置とレンズの間、及び／又は、レンズと半透過鏡との間に、反射鏡や第２の半透過鏡を配置してもよい。
【００１２】
本開示の表示装置の上記の各種の好ましい構成において、測距センサは、画像形成装置から、レンズ及び半透過鏡を経由した、観察者の網膜までの距離を測定する形態とすることができる。尚、このような形態の表示装置を、便宜上、『第１の形態の表示装置』と呼ぶ。そして、第１の形態の表示装置にあっては、更には、レンズの焦点距離は、測距センサによって測定された距離に基づき制御される形態とすることが好ましい。即ち、レンズの焦点距離を制御することで、画像形成装置によって表示される画像を、合焦状態（ジャストフォーカス状態）で観察者に到達させることができる。観察者の網膜までの距離の測定は、画像形成装置において画像を表示している間に行うことが好ましい。距離の測定方法、レンズの焦点距離の制御方法は、上述したと同様の周知の方法とすることができる。
【００１３】
あるいは又、本開示の表示装置の上記の各種の好ましい構成において、測距センサは、画像形成装置から、観察者が観察している外部の対象物までの距離を測定する形態とすることができる。尚、このような形態の表示装置を、便宜上、『第２の形態の表示装置』と呼ぶ。そして、第２の形態の表示装置にあっては、更には、レンズの焦点距離は、測距センサによって測定された距離に基づき制御される形態とすることが好ましく、更には、観察者が観察している外部の対象物に関する情報を画像形成装置において表示する形態とすることが好ましい。尚、レンズの焦点距離を制御することで、画像形成装置によって表示される画像であって観察者が観察する画像（虚像）まで距離を、観察者が観察している外部の対象物と一致させる（あるいは、概ね一致させる）ことができる。光学系は、更に、レンズと半透過鏡との間に第２の半透過鏡を備えていることが好ましい。対象物までの距離の測定は、画像形成装置において画像を表示していない間に行うことが好ましい。距離の測定方法、レンズの焦点距離の制御方法は、上述したと同様の周知の方法とすることができるし、観察者が観察している外部の対象物に関する情報を画像形成装置において表示する方法も周知の方法とすることができる。外部の対象物に関する情報は、例えば、対象物を測距センサ（あるいは撮像素子）によって撮影し、表示装置において撮影内容を解析することで、予め作成しておいた対象物に関する各種情報（例えば、説明）の抽出を表示装置にて行い、画像形成装置において表示すればよい。以下の説明においても同様である。外部の対象物に関する情報は、表示装置が記憶していてもよいし、例えば、インターネット経由でサーバにアクセスすることで表示装置が入手する形式とすることもできる。
【００１４】
あるいは又、本開示の表示装置の上記の各種の好ましい構成において、測距センサは、レンズ及び半透過鏡を介して観察者の視点の検出を行い、検出された観察者の視点に基づき、画像形成装置から、観察者が観察している外部の対象物までの距離を求める形態とすることができる。尚、このような形態の表示装置を、便宜上、『第３の形態の表示装置』と呼ぶ。そして、第３の形態の表示装置にあっては、更には、レンズの焦点距離は、測距センサによって測定された距離に基づき制御される形態とすることが好ましく、更には、観察者が観察している外部の対象物に関する情報を画像形成装置において表示する形態とすることが好ましい。尚、レンズの焦点距離を制御することで、画像形成装置によって表示される画像であって観察者が観察する画像（虚像）まで距離を、観察者が観察している外部の対象物と一致させる（あるいは、概ね一致させる）ことができる。光学系は、更に、レンズと半透過鏡との間に第２の半透過鏡を備えていることが好ましい。観察者の視点の検出を行う前に、測距センサは、画像形成装置から、レンズ及び半透過鏡を経由した、観察者の眼球表面までの距離を測定し、次いで、測距センサによって測定された眼球表面までの距離に基づきレンズの焦点距離を制御することが好ましく、これによって、より正確に観察者の視点の検出を行うことができる。観察者の眼球表面までの距離の測定、観察者の視点の検出、対象物までの距離の測定は、画像形成装置において画像を表示していない間に行うことが好ましい。観察者の視点の検出方法、距離の測定方法、レンズの焦点距離の制御方法は、上述したと同様の周知の方法とすることができる。
【００１５】
以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の表示装置にあっては、画像形成装置において所定の情報を表示する形態とすることができ、この場合、所定の情報は、画像表示部（画像表示領域）の下部に表示されることが好ましい。所定の情報として、例えば、電子メール；各種の操作の指示案内（入力インターフェース）；動画や静止画の表示；映画等の字幕の表示；映像に同期した映像に関する説明文やクローズド・キャプションの表示；芝居や歌舞伎、能、狂言、オペラ、音楽会、バレー、各種演劇、遊園地（アミューズメントパーク）、美術館、観光地、行楽地、観光案内等における観察対象物に関する各種説明、その内容や進行状況、背景等を説明するための説明文等；各種装置等の観察対象物の運転、操作、保守、分解時等における各種説明や、記号、符号、印、標章、図案等の表示；人物や物品等の観察対象物に関する各種説明や、記号、符号、印、標章、図案等の表示；クローズド・キャプション；安全に関する情報；気象（気温、湿度、天気予報）に関する情報；体調（体温、脈拍、消費カロリー）に関する情報；時間に関する情報；スケジュール；ソーシャルメディア情報、電話等の呼び出し通知を挙げることができる。芝居や歌舞伎、能、狂言、オペラ、音楽会、バレー、各種演劇、遊園地（アミューズメントパーク）、美術館、観光地、行楽地、観光案内等にあっては、適切なタイミングで観察対象物に関連した画像としての文字を表示装置において表示すればよい。具体的には、例えば、映画等の進行状況に応じて、あるいは又、芝居等の進行状況に応じて、所定のスケジュール、時間配分に基づき、作業者の操作によって、あるいは、コンピュータ等の制御下、画像信号が表示装置に送出され、画像が表示装置にて表示される。また、各種装置、人物や物品等の観察対象物に関する各種説明の表示を行う場合、撮像素子によって各種装置、人物や物品等の観察対象物を撮影し、表示装置において撮影内容を解析することで、予め作成しておいた各種装置、人物や物品等の観察対象物に関する各種説明の表示を表示装置にて行うことができる。所定の情報は、表示装置が記憶していてもよいし、例えば、インターネット経由でサーバにアクセスすることで表示装置が入手する形式とすることもできる。
【００１６】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の表示装置において、画像形成装置は、複数の発光ダイオードが２次元マトリクス状に配列されて成る形態とすることができ、この場合、発光ダイオードと測距センサを構成する測距素子との間には遮光部材が配されている形態とすることができる。発光ダイオードは、周知の構成、構造を有する発光ダイオードを用いればよい。発光ダイオードは、応答速度がナノ秒オーダーであり、しかも、非常に高い輝度有する（１０5ｃｄ／ｃｍ2〜１０7ｃｄ／ｃｍ2）ので、非常に短い発光時間で必要な輝度を実現でき、好ましい発光素子である。また、発光のタイミングと撮像・距離測定のタイミングとを、合わせることもずらすことも容易に制御することができ、発光が測距センサを誤動作させるクロストークの低減を図ることができ、この点からも、好ましい発光素子である。更には、発光ダイオードは、素子自体を非常に小さくできるので、画像形成装置の小型を図ることができるし、測距センサや撮像素子の配置自由度が高いといった利点を有する。遮光部材を構成する材料は、発光ダイオードから出射される光を遮光できる材料であれば、如何なる材料も用いることができる。但し、画像形成装置を構成する発光素子は、発光ダイオードに限定されるものではなく、その他、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）や、液晶表示素子等から構成することもできる。
【００１７】
画像形成装置がカラー画像を表示する場合、１画素は、例えば、赤色発光の副画素、緑色発光の副画素及び青色発光の副画素から構成される。１つの測距素子が、１つの画素に対応して画素に隣接して設けられていてもよいし、複数の画素に対応して画素に隣接して設けられていてもよい。場合によっては、画像形成装置の画像表示部の内部に、撮像素子を設けてもよい。１つの撮像素子が、１つの画素に対応して画素に隣接して設けられていてもよいし、複数の画素に対応して画素に隣接して設けられていてもよい。また、画素を基準としたとき、１つの画素に１つの測距素子及び１つの撮像素子を設けてもよいし、複数の画素の１つに対して１つの測距素子を設け、残りの画素のそれぞれに対して１つの撮像素子を設けてもよい。
【００１８】
撮像素子を設けることで、観察者が観察している外部の対象物を撮像することで対象物の特定が可能となる結果、観察者が観察している外部の対象物に関する情報を画像形成装置において表示することができる。
【００１９】
画素に隣接して設けられた測距素子の受光波長を、隣接する画素の発光波長と異ならせることが好ましい。具体的には、画素に隣接して設けられた測距素子の受光波長を、隣接する副画素の発光波長と異ならせることが、光学的クロストークの低減といった観点から好ましい。そのためには、測距素子にカラーフィルタを配置すればよい。具体的には、赤色発光の副画素に隣接して緑色あるいは青色を受光する測距素子を設ければよいし、緑色発光の副画素に隣接して赤色あるいは青色を受光する測距素子を設ければよいし、青色発光の副画素に隣接して赤色あるいは緑色を受光する測距素子を設ければよい。
【００２０】
画像形成装置の画像表示部の内部に測距センサが設けられているが、具体的には、例えば、測距素子（必要に応じて、更には、撮像素子）を半導体基板に形成すればよいし、あるいは又、チップ化された測距素子（必要に応じて、更には、チップ化された撮像素子）を基板上に配置すればよい。また、発光素子は、半導体基板の上あるいは半導体基板の上方に設ければよい。より具体的には、半導体基板や基板に設けられた配線に発光素子を取り付けてもよいし、半導体基板の上に形成された層間絶縁層上に発光素子を形成してもよい。表示装置は、１つの画像表示装置を備えていてもよいし（片眼タイプの表示装置）、２つの画像表示装置を備えていてもよい（両眼タイプの表示装置）。
【００２１】
フレームは、観察者の頭部に装着することができ、しかも、画像表示装置を取り付けることができる構成、構造を有するものであれば、如何なる形式とすることもでき、例えば、観察者の正面に配置されるフロント部と、フロント部の両端から延びるサイド部とから成る構成とすることができる。画像形成装置の画素数として、３２０×２４０、４３２×２４０、６４０×４８０、１０２４×７６８、１９２０×１０８０等を例示することができる。
【実施例１】
【００２２】
実施例１は、本開示の表示装置に関し、より具体的には、第１の形態の表示装置に関する。実施例１の表示装置の概念図を図１Ａに示し、実施例１の表示装置を構成する画像形成装置の画像表示部の模式的な一部断面図を図１Ｂに示し、実施例１の表示装置を上方から眺めた模式図を図３に示し、実施例１の表示装置を正面から眺めた模式図を図４に示す。また、画像形成装置の画像表示部の一部における画素及び測距素子の配置状態を説明するための模式図を、図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａ、図９Ｂに示す。尚、図１Ａ、あるいは、後述する図５Ａ、図５Ｂにあっては、画像形成装置及び光学系を観察者の上方から眺めている。また、便宜上、観察者の右側の瞳の光学軸に相当する軸線をＸ軸とし、観察者の右側の瞳と左側の瞳を結ぶ軸線であって、右側の瞳から左側の瞳に向かう軸線をＹ軸とする。
【００２３】
実施例１の表示装置は、
（イ）観察者２０の頭部に装着されるフレーム１０、及び、
（ロ）フレーム１０に取り付けられた画像表示装置３０、
を備えており、
画像表示装置３０は、
（Ａ）画像形成装置４０、及び、
（Ｂ）画像形成装置４０からの画像を観察者の瞳に導く光学系５０、
を備えている。尚、図示した表示装置にあっては、右眼用画像表示装置３０Ｒ及び左眼用画像表示装置３０Ｌを備えている両眼タイプの表示装置としたが、右眼用の画像表示装置及び左眼用の画像表示装置の内の一方を備えた片眼タイプの表示装置としてもよい。尚、図４においては、図面の簡素化のため右眼用画像表示装置３０Ｒのみを図示し、左眼用画像表示装置３０Ｌの図示は省略した。
【００２４】
画像形成装置４０は、周知の構成、構造を有する複数の発光素子、具体的には、発光ダイオード４３が２次元マトリクス状に配列されて成る。そして、画像形成装置４０の画像表示部４１の内部には測距センサ６０が設けられている。具体的には、測距センサ６０は複数の測距素子６１から構成されており、測距素子６１は、画像形成装置４０の画像表示部４１の画素４２の間に配置されている。ここで、画像形成装置４０はカラー画像を表示するので、１つの画素４２は、赤色を発光する発光ダイオードから構成された赤色発光の副画素４２Ｒ、緑色を発光する発光ダイオードから構成された緑色発光の副画素４２Ｇ、及び、青色を発光する発光ダイオードから構成された青色発光の副画素４２Ｂから構成されている。
【００２５】
より具体的には、図１Ｂに示すように、測距素子６１は、シリコン半導体基板４４に周知の方法で形成された、周知の構成、構造を有するフォトダイオードから成る。また、チップ化された発光ダイオード４３は、シリコン半導体基板４４に形成された配線４５に、例えば、半田バンプ４６を介して取り付けられている。尚、取り付けの方法は、これに限定するものではない。
【００２６】
そして、図８Ａ、図８Ｂに示すように、１つの測距素子６１が、１つの画素４２に対応して画素４２に隣接して設けられている。あるいは又、図９Ａ、図９Ｂに示すように、１つの測距素子６１が、複数の画素４２に対応して画素４２に隣接して設けられている。尚、図８Ａ及び図９Ａに示す例においては、撮像素子７１が画像形成装置４０の画像表示部の内部に設けられており、図８Ａに示す例では、１つの画素４２に対して１つの撮像素子７１が設けられており、図９Ａに示す例では、画素４２の一部には撮像素子７１が設けられていない。即ち、図８Ａに示す例では、１つの画素４２に１つの測距素子６１及び１つの撮像素子７１が設けられている。また、図８Ｂに示す例では、１つの画素４２に１つの測距素子６１が設けられているが、撮像素子７１は設けられていない。更には、図９Ａに示す例では、複数の画素４２の１つに対して１つの測距素子６１を設け、残りの画素４２のそれぞれに対して１つの撮像素子７１を設けている。また、図９Ｂに示す例では、複数の画素４２の１つに対して１つの測距素子６１を設け、残りの画素４２には測距素子６１及び撮像素子７１が設けられていない。周知の構成、構造を有する撮像素子７１も、測距素子６１と同様に、周知の方法に基づきシリコン半導体基板４４に形成されている。尚、チップ化された撮像素子を、シリコン半導体基板４４に形成された配線に、例えば、半田バンプを介して取り付けてもよい。
【００２７】
実施例１の表示装置において、光学系５０は、
（Ｂ−１）画像形成装置４０からの画像が入射するレンズ５１、及び、
（Ｂ−２）レンズ５１を通過した画像を反射し、観察者２０の瞳２１に導く半透過鏡５２、
を備えている。レンズ５１は、周知の構成、構造を有する液体レンズから成る。尚、レンズ５１と半透過鏡５２との間に、光路を変更するための反射鏡５３が配置されている。
【００２８】
そして、実施例１において、測距センサ６０は、画像形成装置４０から、レンズ５１、反射鏡５３及び半透過鏡５２を経由した、観察者２０の瞳２１の網膜までの距離を測定する。そして、レンズ５１の焦点距離は、測距センサ６０によって測定された距離に基づき制御される。距離の測定方法は、周知のコントラスト方式を採用してもよいし、位相差方式を採用してもよいし、対となった測距素子６１によって得られる像のズレに基づき距離を測定する方式を採用することもできる。具体的には、画像形成装置４０から、レンズ５１、反射鏡５３及び半透過鏡５２を経由して、観察者２０の瞳２１の網膜に画像が到達するが、逆に、観察者２０の瞳２１の網膜の像が、半透過鏡５２、反射鏡５３及びレンズ５１を経由して、画像形成装置４０の画像表示部４１の内部に設けられた測距センサ６０において得られる。即ち、得られた観察者２０の瞳２１の網膜の像が合焦状態であるか否かを測距センサ６０において調べることで、画像形成装置４０によって表示される画像が観察者２０に合焦状態で到達しているか否かを容易に検証することができる。そして、得られた網膜の像が合焦状態となるように、レンズ５１の焦点距離の制御を行う。こうして、画像形成装置４０によって表示される画像が、表示装置の使用者（観察者２０）に合焦状態で到達していることを保証することができる。尚、参照番号２２は仮想投影面を示す。画像形成装置によって表示される画像であって観察者が観察する画像（虚像）が、この仮想投影面２２上において観察者によって観察される。
【００２９】
実施例１にあっては、画像形成装置４０から観察者２０の瞳２１の網膜までの距離の測定を、例えば、６０画像表示フレームに１回（即ち、１／６０秒に１回）、行うが、このような回数に限定するものではなく、例えば、１２０画像表示フレームに１回、２４０画像表示フレームに１回とすることもできる。図６Ａに、実施例１の表示装置の動作を説明するための図を示すが、観察者２０の網膜までの距離の測定及びレンズ５１の焦点距離の制御は、画像形成装置４０において画像を表示している間に行う。
【００３０】
図２Ａ及び図２Ｂに、実施例１の表示装置の変形例の概念図を示す。図２Ａに示す例にあっては、反射鏡５３が省略され、レンズ５１から出射した画像は、半透過鏡５２に、直接、衝突する。尚、図２Ａにあっては、画像形成装置４０及び光学系５０を観察者の上方から眺めており、画像形成装置４０は、観察者の頭部の右側方に配置されている。図２Ｂに示す例にあっては、反射鏡５３が省略され、レンズ５１から出射した画像は、半透過鏡５２に、直接、衝突する。尚、図２Ｂにあっては、画像形成装置４０及び光学系５０を観察者の側方から眺めており、画像形成装置４０及びレンズ５１は半透過鏡５２の上方に配置されている。
【００３１】
フレーム１０は、観察者２０の正面に配置されるフロント部１１と、フロント部１１の両端に蝶番１２を介して回動自在に取り付けられた２つのテンプル部１３と、各テンプル部１３の先端部に取り付けられたモダン部（先セル、耳あて、イヤーパッドとも呼ばれる）１４から成る。また、ノーズパッド（図示せず）が取り付けられている。即ち、フレーム１０及びノーズパッドの組立体は、基本的には、通常の眼鏡と略同じ構造を有する。更には、画像形成装置４０及びレンズ５１を格納し、反射鏡５３が取り付けられた筐体４８が、取付け部材１９によって、着脱自在に、テンプル部１３に取り付けられている。半透過鏡５２がフロント部１１に取り付けられている。フレーム１０は、金属又はプラスチックから作製されている。尚、筐体４８は、取付け部材１９によってテンプル部１３に着脱できないように取り付けられていてもよい。眼鏡を所有し、装着している観察者に対しては、観察者の所有する眼鏡のフレームのテンプル部に、筐体４８を取付け部材１９によって着脱自在に取り付けてもよい。筐体４８を、テンプル部１３の外側に取り付けてもよいし、テンプル部１３の内側に取り付けてもよい。
【００３２】
一方の画像形成装置４０から延びる配線（信号線や電源線等）１５が、テンプル部１３、及び、モダン部１４の内部を介して、モダン部１４の先端部から外部に延び、制御装置（制御回路、制御手段）１８に接続されている。更には、画像形成装置４０はヘッドホン部１６を備えており、画像形成装置４０から延びるヘッドホン部用配線１７が、テンプル部１３、及び、モダン部１４の内部を介して、モダン部１４の先端部からヘッドホン部１６へと延びている。ヘッドホン部用配線１７は、より具体的には、モダン部１４の先端部から、耳介（耳殻）の後ろ側を回り込むようにしてヘッドホン部１６へと延びている。このような構成にすることで、ヘッドホン部１６やヘッドホン部用配線１７が乱雑に配置されているといった印象を与えることがなく、すっきりとした表示装置とすることができる。
【００３３】
レンズ５１は、エレクトロウェッティング現象を利用した周知の液体レンズ１００から構成されている。
【００３４】
液体レンズの原理を、図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃ、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃの原理図を参照して説明する。尚、図１２Ａは、図１２Ｂの矢印Ａ−Ａに沿った模式的な断面図であり、図１２Ｂは、図１２Ａの矢印Ｂ−Ｂに沿った模式的な断面図（但し、第１の液体の図示は省略）であり、図１２Ｃ、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃは、図１２Ａの矢印Ｃ−Ｃに沿った模式的な断面図である。尚、液体レンズのｘｙ平面で切断したときの形状は模式的な形状であり、実際の形状とは異なっている。
【００３５】
図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃ、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃに原理図を示す液体レンズ（便宜上、『原理的液体レンズ』と呼ぶ）は、ハウジングを備えている。このハウジングは、
第１側面部材１０１、
第１側面部材１０１と対向した第２側面部材１０２、
第１側面部材１０１の一端部と第２側面部材１０２の一端部とを結ぶ第３側面部材１０３、
第１側面部材１０１の他端部と第２側面部材１０２の他端部とを結ぶ第４側面部材１０４、
第１側面部材１０１、第２側面部材１０２、第３側面部材１０３及び第４側面部材１０４の頂面に取り付けられた天板１０５、及び、
第１側面部材１０１、第２側面部材１０２、第３側面部材１０３及び第４側面部材１０４の底面に取り付けられた底板１０６、
から成り、このハウジングによって１つのレンズ室が構成されている。レンズ室は、軸線が第１側面部材１０１及び第２側面部材１０２の延びる方向（ｚ方向）に延びる円柱レンズとしての液体レンズを構成する第１の液体１１５及び第２の液体１１６によって占められている。
【００３６】
そして、天板１０５の部分の内面には、液体レンズを構成する第１電極（以下、単に、『第１電極１１１』と呼ぶ）が設けられており、第１側面部材１０１の内面には、液体レンズを構成する第２電極（以下、単に、『第２電極１１２』と呼ぶ）が設けられており、第２側面部材１０２の内面には、液体レンズを構成する第３電極（以下、単に、『第３電極１１３』と呼ぶ）が設けられている。ここで、図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃに示す状態にあっては、第１電極１１１、第２電極１１２、第３電極１１３には電圧を印加していない。
【００３７】
この状態から、第１電極１１１、第２電極１１２、第３電極１１３に適切な電圧を印加すると、図１３Ａ、図１３Ｂあるいは図１３Ｃに示す状態に第１の液体１１５と第２の液体１１６の界面の状態が変化する。ここで、図１３Ａに示す状態は、第２電極１１２と第３電極１１３に同じ電圧を印加したときの状態を示し、レンズ室内で形成される液体レンズのｘｙ平面で切断したときの形状は、光軸ＯＡに対して対称である。また、図１３Ｂ及び図１３Ｃに示す状態は、第２電極１１２と第３電極１１３に異なる電圧を印加したときの状態を示し、レンズ室内で形成される液体レンズのｘｙ平面で切断したときの形状は、光軸ＯＡに対して非対称である。尚、第２電極１１２と第３電極１１３との間の電位差は、図１３Ｃに示す状態の方が、図１３Ｂに示す状態よりも大きい。図１３Ｂ及び図１３Ｃに示すように、第２電極１１２と第３電極１１３との間の電位差に応じて、液体レンズの光学パワーを変化させることができるし、液体レンズの光軸ＯＡ（点線で表示する）をｚ方向と直交するｙ方向に移動させることができる。あるいは又、これらの原理図に示す液体レンズを複数、並置し、各液体レンズの第２電極１１２と第３電極１１３に印加する電圧を適切に制御することで、液体レンズ全体としての光軸を移動させることができるし、液体レンズ全体としての光軸の傾きを変化させることができるし、液体レンズ全体としてフレネルレンズを構成することができる。
【００３８】
実施例１における実用的な液体レンズ１００の模式的な断面図を、図１４及び図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃに示す。尚、図１４は、図１２Ｂの矢印Ａ−Ａに沿ったと同様の模式的な断面図であり、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃは、図１４の矢印Ｃ−Ｃに沿った模式的な断面図である。また、図１４の矢印Ｂ−Ｂに沿った模式的な断面図は、図１２Ｂに示したと同様である。
【００３９】
液体レンズ１００は、
（Ａ）第１側面部材１０１、
第１側面部材１０１と対向した第２側面部材１０２、
第１側面部材１０１の一端部と第２側面部材１０２の一端部とを結ぶ第３側面部材１０３、
第１側面部材１０１の他端部と第２側面部材１０２の他端部とを結ぶ第４側面部材１０４、
第１側面部材１０１、第２側面部材１０２、第３側面部材１０３及び第４側面部材１０４の頂面に取り付けられた天板１０５、及び、
第１側面部材１０１、第２側面部材１０２、第３側面部材１０３及び第４側面部材１０４の底面に取り付けられた底板１０６、
を備えたハウジング１００Ａ、並びに、
（Ｂ）それぞれが、第１側面部材１０１と第２側面部材１０２との間に平行に配置された、（Ｍ−１）個の隔壁部材１０７、
を備えている。
【００４０】
そして、実施例１における液体レンズ１００にあっては、Ｍ個（＝５個）のレンズ室１０８（１０８1，１０８2，１０８3，１０８4，１０８5）が並置されている。ここで、各レンズ室１０８（１０８1，１０８2，１０８3，１０８4，１０８5）は、軸線が隔壁部材１０７の延びる方向と平行な方向（ｚ方向）である円柱レンズとしての液体レンズを構成する第１の液体１１５及び第２の液体１１６によって占められている。
【００４１】
第１番目のレンズ室１０８1は、第１側面部材１０１、第３側面部材１０３、第１番目の隔壁部材１０７、第４側面部材１０４、天板１０５、及び、底板１０６から構成されている。そして、第１番目のレンズ室１０８1を構成する天板１０５の部分の内面には、第１電極１１１が設けられており、第１番目のレンズ室１０８1を構成する第１側面部材１０１の部分の内面には、第２電極１１２が設けられており、第１番目のレンズ室１０８1を構成する第１番目の隔壁部材１０７の部分の内面には、第３電極１１３が設けられている。
【００４２】
また、第（ｍ＋１）番目のレンズ室１０８(m+1)は、第ｍ番目（但し、ｍ＝１，２・・・Ｍ−２）の隔壁部材１０７、第３側面部材１０３、第（ｍ＋１）番目の隔壁部材１０７、第４側面部材１０４、天板１０５、及び、底板１０６から構成されている。そして、第（ｍ＋１）番目のレンズ室１０８(m+1)を構成する天板１０５の部分の内面には、第１電極１１１が設けられており、第（ｍ＋１）番目のレンズ室１０８(m+1)を構成する第ｍ番目の隔壁部材１０７の部分の内面には、第２電極１１２が設けられており、第（ｍ＋１）番目のレンズ室１０８(m+1)を構成する第（ｍ＋１）番目の隔壁部材１０７の部分の内面には、第３電極１１３が設けられている。
【００４３】
更には、第Ｍ番目のレンズ室１０８M（＝１０８5）は、第（Ｍ−１）番目の隔壁部材１０７、第３側面部材１０３、第２側面部材１０２、第４側面部材１０４、天板１０５、及び、底板１０６から構成されている。そして、第Ｍ番目のレンズ室１０８M（＝１０８5）を構成する天板１０５の部分の内面には、第１電極１１１が設けられており、第Ｍ番目のレンズ室１０８M（＝１０８5）を構成する第（Ｍ−１）番目の隔壁部材１０７の部分の内面には、第２電極１１２が設けられており、第Ｍ番目のレンズ室１０８M（＝１０８5）を構成する第２側面部材１０２の部分の内面には、第３電極１１３が設けられている。
【００４４】
尚、図示した例では、各レンズ室毎に第１電極１１１が設けられているが、天板１０５の内面に１枚の第１電極１１１を設けてもよい。
【００４５】
実施例１における液体レンズ１００にあっては、少なくとも第１の液体１１５と第２の液体１１６との界面が位置する第１側面部材１０１、第２側面部材１０２及び隔壁部材１０７のそれぞれの表面には、撥水処理が施されている。また、隔壁部材１０７の底面は底板１０６まで延びており、隔壁部材１０７の頂面は天板１０５まで延びている。ハウジング１００Ａの外形形状は、ｚ方向に長辺、ｙ方向に短辺を有する矩形形状である。そして、底板１０６から光が入射し、天板１０５から光が出射する。
【００４６】
第１の液体１１５と第２の液体１１６とは、不溶、不混合であり、第１の液体１１５と第２の液体１１６との界面がレンズ面を構成する。ここで、第１の液体１１５は導電性を有し、第２の液体１１６は絶縁性を有し、第１電極１１１は第１の液体１１５と接しており、第２電極１１２は絶縁膜１１４を介して第１の液体１１５及び第２の液体１１６と接しており、第３電極１１３は絶縁膜１１４を介して第１の液体１１５及び第２の液体１１６と接している。また、天板１０５、底板１０６、及び、第１電極１１１は、液体レンズ１００に入射する光に対して透明な材料から構成されている。
【００４７】
より具体的には、天板１０５、底板１０６、第１側面部材１０１、第２側面部材１０２、第３側面部材１０３、第４側面部材１０４及び隔壁部材１０７は、ガラス、あるいは、アクリル系樹脂等の樹脂から作製されている。また、導電性を有する第１の液体１１５は塩化リチウム水溶液から成り、密度は１．０６グラム／ｃｍ3であり、屈折率は１．３４である。一方、絶縁性を有する第２の液体１１６はシリコーンオイル（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製ＴＳＦ４３７）から成り、密度は１．０２グラム／ｃｍ3であり、屈折率は１．４９である。また、第１電極１１１はＩＴＯから成り、第２電極１１２及び第３電極１１３は、例えば、金、アルミニウム、銅、銀等の金属電極から成る。更には、絶縁膜１１４は、ポリパラキシレンや酸化タンタル、酸化チタン等の金属酸化物から成る。尚、絶縁膜１１４の上に撥水処理層（図示せず）が設けられている。撥水処理層はポリパラキシリレンやフッ素系のポリマーから成る。第１電極１１１の表面に親水処理を施し、第３側面部材１０３や第４側面部材１０４の内面に撥水処理を施すことが好ましい。
【００４８】
そして、実施例１にあっては、レンズ５１を構成するために、図１４に示した液体レンズ１００を２つ、重ね合わせる。具体的には、下側の液体レンズ１００のｙ方向と、上側の液体レンズ１００のｙ方向とが直交するように、しかも、下側の液体レンズ１００のｚ方向と、上側の液体レンズ１００のｚ方向とが直交するように、重ね合わせる。
【００４９】
第１電極１１１、第２電極１１２及び第３電極１１３は、図示しない接続部を介して、制御回路１８に接続され、所望の電圧が印加される構成、構造となっている。そして、第１電極１１１、第２電極１１２及び第３電極１１３に電圧を印加すると、第１の液体１１５と第２の液体１１６との界面によって構成されたレンズ面が、図１５Ａに示す下に凸の状態から、図１５Ｂに示す上に凸の状態に向かって変化する。レンズ面の変化状態は、Lippman-Young の式に基づき、電極１１１，１１２，１１３に印加する電圧によって変化する。図１５Ｂに示した例においては、第２電極１１２と第３電極１１３に同じ電圧を印加している。それ故、レンズ室内で形成される液体レンズのｘｙ平面で切断したときの形状は、液体レンズの光軸に対して対称である。重ね合わせた２つの液体レンズ１００の内、上側の液体レンズ１００に対して、このような制御を行えばよい。
【００５０】
また、図１５Ｃに示す状態は、第２電極１１２と第３電極１１３とに異なる電圧を印加したときの状態を示すが、レンズ室内で形成される液体レンズのｘｙ平面で切断したときの形状は、液体レンズの光軸に対して非対称である。ここで、図１５Ｃに示す状態にあっては、液体レンズ１００としてフレネルレンズが構成される。重ね合わせた２つの液体レンズ１００の内、上側の液体レンズ１００に対して、このような制御を行ってもよい。
【００５１】
第２電極１１２を共通の配線に接続し、第３電極１１３を共通の配線に接続し、各第２電極１１２には同じ電圧を印加し、各第３電極１１３には同じ電圧を印加する構成とすることができる。あるいは又、第２電極１１２を共通の配線に接続し、第３電極１１３を個別の配線に接続して個別に異なる電圧を印加する構成とすることもできるし、第３電極１１３を共通の配線に接続し、第２電極１１２を個別の配線に接続して個別に異なる電圧を印加する構成とすることもできるし、第２電極１１２、第３電極１１３共、個別の配線に接続して個別に異なる電圧を印加する構成とすることもできる。
【００５２】
別の構成の液体レンズ１２０の模式的な断面図を図１６に示し、平面図を図１７に示すが、この液体レンズ１２０はフレネルレンズから構成され、リング状のレンズ室が同心に配置されている。即ち、液体レンズ１２０は、
（Ａ）終端部を有していない、所謂エンドレスの外壁部材１２９、
外壁部材１２９の頂面に取り付けられた天板１２５、及び、
外壁部材１２９の底面に取り付けられた底板１２６、
を備えたハウジング、並びに、
（Ｂ）終端部を有しておらず、外壁部材１２９と同心に配置された（Ｎ−１）個の隔壁部材１２７、
を備えている。尚、ハウジングの外形形状は円形である。そして、（Ｎ−１）個の環状レンズ室、及び、第（Ｎ−１）番目の隔壁部材１２７によって囲まれた中央レンズ室を有している。ここで、図示した例にあっては、Ｎ＝３とした。各レンズ室１２８（１２８1．１２８2，１２８3）は、液体レンズ１２０を構成する第１の液体１１５及び第２の液体１１６によって占められている。
【００５３】
第１番目のレンズ室（環状レンズ室）１２８1は、外壁部材１２９、第１番目の隔壁部材１２７、天板１２５、及び、底板１２６から構成されている。そして、第１番目のレンズ室１２８1を構成する天板１２５の部分の内面には、液体レンズ１２０を構成する第１電極（以下、単に、『第１電極１３１』と呼ぶ）が設けられており、第１番目のレンズ室１２８1を構成する外壁部材１２９の部分の内面には、液体レンズ１２０を構成する第２電極（以下、単に、『第２電極１３２』と呼ぶ）が設けられており、第１番目のレンズ室１２８1を構成する第１番目の隔壁部材１２７の部分の内面には、液体レンズ１２０を構成する第３電極（以下、単に、『第３電極１３３』と呼ぶ）が設けられている。
【００５４】
第（ｎ＋１）番目のレンズ室（環状レンズ室）１２８(n+1)は、第ｎ番目（但し、ｎ＝１，２・・・Ｎ−２）の隔壁部材１２７、第（ｎ＋１）番目の隔壁部材１２７、天板１２５、及び、底板１２６から構成されている。そして、第（ｎ＋１）番目のレンズ室１２８(n+1)を構成する天板１２５の部分の内面には、第１電極１３１が設けられており、第（ｎ＋１）番目のレンズ室１２８(n+1)を構成する第ｎ番目の隔壁部材１２７の部分の内面には、第２電極１３２が設けられており、第（ｎ＋１）番目のレンズ室１２８(n+1)を構成する第（ｎ＋１）番目の隔壁部材１２７の部分の内面には、第３電極１３３が設けられている。
【００５５】
第Ｎ番目のレンズ室１２８Nに相当する中央レンズ室１２８3を構成する天板１２５の部分の内面には、第１電極１３１が設けられており、中央レンズ室１２８3を構成する第（Ｎ−１）番目の隔壁部材１２７の部分の内面には、第３電極１３３が設けられている。
【００５６】
尚、図示した例では、各レンズ室毎に第１電極１３１が設けられているが、天板１２５の内面に１枚の第１電極１３１を設けてもよい。
【００５７】
この液体レンズ１２０においては、少なくとも第１の液体１１５と第２の液体１１６との界面が位置する外壁部材１２９及び隔壁部材１２７のそれぞれの表面には、先に説明した液体レンズ１００と同様に、撥水処理が施されている。底板１２６から光が入射し、天板１２５から光が出射する。そして、各レンズ室１２８1，１２８2，１２８3において、第２電極１３２に印加する電圧と第３電極１３３に印加する電圧とを異ならせることで、液体レンズ１２０の光学パワーを変化させる。あるいは又、各レンズ室１２８1，１２８2，１２８3において、第２電極１３２に印加する電圧と第３電極１３３に印加する電圧とを異ならせることで、液体レンズ全体としてフレネルレンズが構成される。
【実施例２】
【００５８】
実施例２は、実施例１の変形であり、第２の形態の表示装置に関する。実施例２の表示装置にあっては、測距センサ６０は、画像形成装置４０から、観察者２０が観察している外部の対象物２３までの距離を測定する。レンズ５１の焦点距離は、測距センサ６０によって測定された距離に基づき制御される。具体的には、図５Ａに概念図を示すように、実施例１の表示装置における反射鏡５３の代わりに、半透過鏡５２とは別の半透過鏡（第２の半透過鏡５４）が配置されており、測距センサ６０は、画像形成装置４０から、第２の半透過鏡５４を介して、観察者２０が観察している外部の対象物２３までの距離を測定する。尚、外部の対象物２３は、Ｘ軸上に位置しているとする。以上の点を除き、実施例２の表示装置の構成、構造は、実施例１の表示装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。尚、図２Ａ、図２Ｂに示した実施例１の表示装置の変形例において、レンズ５１と半透過鏡５２の間に、第２の半透過鏡５４を配置してもよい。
【００５９】
更には、観察者２０が観察している外部の対象物２３に関する情報を画像形成装置４０において表示する。外部の対象物２３の像を、測距センサ６０（具体的には、測距素子６１）あるいは撮像素子７１によって得た後、得られた像を制御装置（制御回路）１８において解析し、対象物２３を特定し、制御装置（制御回路）１８に記憶された対象物２３に関する情報を画像形成装置４０において表示すればよい。レンズ５１の焦点距離を制御することで、画像形成装置４０によって表示される画像であって観察者が観察する画像（虚像）、即ち、観察者２０が操作することなく、自動的に、外部の対象物２３に関する情報まで距離を、観察者２０が観察している外部の対象物２３と一致させる（あるいは、概ね一致させる）ことができ、インタラクティブ且つスムーズな虚像と実空間の合成ができるので、画像の観察に違和感が生じることが無い。
【００６０】
図６Ｂに、実施例２の表示装置の動作を説明するための図を示すが、対象物２３までの距離の測定及びレンズ５１の焦点距離の制御は、画像形成装置４０において画像を表示していない間に行うことが好ましい。
【００６１】
実施例２の表示装置にあっては、測距センサ６０が画像形成装置４０の画像表示部の内部に設けられている。それ故、簡素な構成、構造であるにも拘わらず、観察者が観察する外部の対象物までの距離測定を容易に行うことができる。
【実施例３】
【００６２】
実施例３も、実施例１の変形であり、第３の形態の表示装置に関する。実施例３の表示装置にあっては、測距センサ６０は、レンズ５１及び半透過鏡５２を介して観察者の視点の検出を行う。即ち、観察者が実空間のどこに視点を置いているかを検出する。そして、検出された観察者２０の視点に基づき、画像形成装置４０から、観察者２０が観察している外部の対象物２３までの距離を求める。レンズ５１の焦点距離は、測距センサ６０によって測定された距離に基づき制御される。具体的には、図５Ｂに概念図を示すように、実施例１の表示装置における反射鏡５３の代わりに、実施例２の表示装置と同様に、第２の半透過鏡５４が配置されている。そして、測距センサ６０は、レンズ５１、第２の半透過鏡５４を及び半透過鏡５２を介して観察者の視点の検出を行う。また、検出された観察者２０の視点に基づき、第２の半透過鏡５４及びレンズ５１を介して、画像形成装置４０から、観察者２０が観察している外部の対象物２３までの距離を求める。以上の点を除き、実施例３の表示装置の構成、構造は、実施例１の表示装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。尚、図２Ａ、図２Ｂに示した実施例１の表示装置の変形例において、レンズ５１と半透過鏡５２の間に、第２の半透過鏡５４を配置してもよい。
【００６３】
更には、実施例２と同様に、観察者２０が観察している外部の対象物２３に関する情報を画像形成装置４０において表示する。レンズ５１の焦点距離を制御することで、画像形成装置４０によって表示される画像であって観察者２０が観察する画像（虚像）、即ち、外部の対象物２３に関する情報まで距離を、観察者２０が操作することなく、自動的に、観察者２０が観察している外部の対象物２３と一致させる（あるいは、概ね一致させる）ことができ、インタラクティブ且つスムーズな虚像と実空間の合成ができるので、画像の観察に違和感が生じることが無い。
【００６４】
図７に、実施例３の表示装置の動作を説明するための図を示すが、先ず、測距センサ６０によって測定された観察者２０の眼球表面までの距離を求め、レンズ５１の焦点距離を制御することで、レンズ５１の焦点を眼球表面に合わせる。次いで、周知の方法で、測距センサ６０は、観察者２０の視点の検出を行い、その後、測距センサ６０は、画像形成装置４０から、レンズ５１、第２の半透過鏡５４を経由して、観察者２０が観察している外部の対象物２３を測定する。そして、レンズ５１の焦点距離を制御した後、画像形成装置４０によって画像を表示する。即ち、画像形成装置４０において画像を表示していない間に、観察者２０の眼球までの距離の測定、観察者２０の視点の検出、対象物２３までの距離の測定を行う。
【００６５】
実施例３の表示装置にあっても、測距センサ６０が画像形成装置４０の画像表示部の内部に設けられている。それ故、簡素な構成、構造であるにも拘わらず、観察者２０の視点の検出、観察者２０が観察する外部の対象物２３までの距離測定を容易に行うことができる。
【実施例４】
【００６６】
実施例４は、実施例１〜実施例３の変形である。実施例４にあっては、画像形成装置４０において所定の情報（例えば、入力インターフェース）を表示する。所定の情報は、画像表示部の下部に表示される。また、所定の情報は、例えば、観察者２０の１ｍ程度前方の仮想投影面上に投影される。所定の情報の選択（例えば、入力）は、例えば、所定の情報を示す虚像を観察者が指で指す状態を撮像素子７１によって撮像し、どの所定の情報の選択を行ったかを制御装置（制御回路）１８において解析し、選択された情報に基づいて各種処理を行えばよい。
【実施例５】
【００６７】
実施例５は、実施例１〜実施例４の変形である。図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃ及び図１０Ｄに、実施例５の表示装置を構成する画像形成装置の画像表示部の概念図を示す。実施例５の表示装置にあっては、発光ダイオード４３と測距素子６１との間に遮光部材４７が配されている。遮光部材４７は、発光ダイオード４３から出射された光の測距素子６１への入射を妨げ得る材料から構成すればよい。このように遮光部材４７を設けることで、発光ダイオード４３の影響を測距素子６１は受け難くなる。
【００６８】
図１０Ａに示す例では、シリコン半導体基板４４に測距素子６１が形成され、シリコン半導体基板４４の上に発光ダイオード４３が配置され、測距素子６１と発光ダイオード４３との間に遮光部材４７が配されている。図１０Ｂに示す例では、シリコン半導体基板４４の上に測距素子６１及び発光ダイオード４３が配置され、測距素子６１と発光ダイオード４３との間に遮光部材４７が配されている。
【００６９】
図１０Ｃに示す例では、シリコン半導体基板４４に測距センサ６０が形成され、シリコン半導体基板４４の上に発光ダイオード４３が配置され、発光ダイオード４３の外側に遮光部材４７が設けられている。図１０Ｄに示す例では、シリコン半導体基板４４の上に測距センサ６０及び発光ダイオード４３が配置され、発光ダイオード４３の外側に遮光部材４７が設けられている。尚、遮光部材は、赤色を発光する発光ダイオードから構成された赤色発光の副画素４２Ｒ、緑色を発光する発光ダイオードから構成された緑色発光の副画素４２Ｇ、及び、青色を発光する発光ダイオードから構成された青色発光の副画素４２Ｂのそれぞれに設けてもよいし、３つの副画素４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂの全体（１画素）に対して設けてもよい。
【００７０】
更には、測距素子６１、発光ダイオード４３、遮光部材４７の全体を封止してもよい。尚、実施例１〜実施例４において、測距素子６１及び発光ダイオード４３の全体を封止してもよい。
【実施例６】
【００７１】
実施例６は、実施例１〜実施例５の変形である。図１１Ａ及び図１１Ｂの模式図に、実施例６の表示装置を構成する画像形成装置の画像表示部の一部における画素及び測距素子の配置例を示すが、実施例６にあっては、画素に隣接して配置された測距素子６１の受光波長を、隣接する副画素の発光波長と異ならせる。これによって、光学的クロストークを低減させることができる。具体的には、測距素子６１にカラーフィルタを配置すればよい。より具体的には、赤色発光の副画素４２Ｒに隣接して緑色あるいは青色を受光する測距素子６１Ｇ，６１Ｂを設ければよいし、緑色発光の副画素４２Ｇに隣接して赤色あるいは青色を受光する測距素子６１Ｒ，６１Ｂを設ければよいし、青色発光の副画素４２Ｂに隣接して赤色あるいは緑色を受光する測距素子６１Ｒ，６１Ｇを設ければよい。
【００７２】
以上、本開示を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示はこれらの実施例に限定するものではない。実施例において説明した表示装置（頭部装着型ディスプレイ）、画像表示装置、測距センサ、液体レンズの構成、構造は例示であり、適宜変更することができるし、発光素子や測距センサ、撮像素子の配置も例示で有り、適宜、変更することができる。場合によっては、測距センサを撮像素子としても用いることもできる。実施例において、画像形成装置４０を構成する発光素子を、専ら、発光ダイオードとしたが、これに限定されるものではなく、その他、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）や、液晶表示素子から構成することもでき、この場合、半導体基板の上に形成された層間絶縁層上にこれらの素子を形成すればよい。
【００７３】
尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
［Ａ０１］《表示装置》
（イ）観察者の頭部に装着されるフレーム、及び、
（ロ）フレームに取り付けられた画像表示装置、
を備えており、
画像表示装置は、
（Ａ）画像形成装置、及び、
（Ｂ）画像形成装置からの画像を観察者の瞳に導く光学系、
を備えており、
画像形成装置の画像表示部の内部には、測距センサが設けられている表示装置。
［Ａ０２］測距センサは複数の測距素子から構成されており、
測距素子は、画像形成装置の画像表示部の画素間に配置されている［Ａ０１］に記載の表示装置。
［Ａ０３］光学系は、
（Ｂ−１）画像形成装置からの画像が入射するレンズ、及び、
（Ｂ−２）レンズを通過した画像を反射し、観察者の瞳に導く半透過鏡、
を備えている［Ａ０１］又は［Ａ０２］に記載の表示装置。
［Ａ０４］レンズは液体レンズから成る［Ａ０３］に記載の表示装置。
［Ａ０５］液体レンズの焦点距離は、測距センサによって測定された距離に基づき制御される［Ａ０４］に記載の表示装置。
［Ｂ０１］測距センサは、画像形成装置から、レンズ及び半透過鏡を経由した、観察者の網膜までの距離を測定する［Ａ０３］又は［Ａ０４］に記載の表示装置。
［Ｂ０２］レンズの焦点距離は、測距センサによって測定された距離に基づき制御される［Ｂ０１］に記載の画像表示装置。
［Ｂ０３］レンズの焦点距離を制御することで、画像形成装置によって表示される画像を、合焦状態で観察者に到達させる［Ｂ０１］又は［Ｂ０２］に記載の表示装置。
［Ｂ０４］観察者の網膜までの距離の測定は、画像形成装置において画像を表示している間に行う［Ｂ０１］乃至［Ｂ０３］のいずれか１項に記載の表示装置。
［Ｃ０１］測距センサは、画像形成装置から、観察者が観察している外部の対象物までの距離を測定する［Ａ０３］又は［Ａ０４］に記載の表示装置。
［Ｃ０２］光学系は、更に、レンズと半透過鏡との間に第２の半透過鏡を備えている［Ｃ０１］に記載の表示装置。
［Ｃ０３］レンズの焦点距離は、測距センサによって測定された距離に基づき制御される［Ｃ０１］又は［Ｃ０２］に記載の画像表示装置。
［Ｃ０４］観察者が観察している外部の対象物に関する情報を画像形成装置において表示する［Ｃ０１］乃至［Ｃ０３］のいずれか１項に記載の表示装置。
［Ｃ０５］レンズの焦点距離を制御することで、画像形成装置によって表示される画像であって観察者が観察する画像である虚像まで距離を、観察者が観察している外部の対象物と一致させ、あるいは、概ね一致させる［Ｃ０１］乃至［Ｃ０４］のいずれか１項に記載の画像表示装置。
［Ｃ０６］対象物までの距離の測定は、画像形成装置において画像を表示していない間に行う［Ｃ０１］乃至［Ｃ０５］のいずれか１項に記載の画像表示装置。
［Ｄ０１］測距センサは、レンズ及び半透過鏡を介して観察者の視点の検出を行い、検出された観察者の視点に基づき、画像形成装置から、観察者が観察している外部の対象物までの距離を求める［Ａ０３］又は［Ａ０４］に記載の表示装置。
［Ｄ０２］光学系は、更に、レンズと半透過鏡との間に第２の半透過鏡を備えている［Ｄ０１］に記載の表示装置。
［Ｄ０３］レンズの焦点距離は、測距センサによって測定された距離に基づき制御される［Ｄ０１］又は［Ｄ０２］に記載の画像表示装置。
［Ｄ０４］観察者が観察している外部の対象物に関する情報を画像形成装置において表示する［Ｄ０１］乃至［Ｄ０３］のいずれか１項に記載の表示装置。
［Ｄ０５］レンズの焦点距離を制御することで、画像形成装置によって表示される画像であって観察者が観察する画像である虚像まで距離を、観察者が観察している外部の対象物と一致させ、あるいは、概ね一致させる［Ｄ０１］乃至［Ｄ０４］のいずれか１項に記載の画像表示装置。
［Ｄ０６］観察者の視点の検出、対象物までの距離の測定は、画像形成装置において画像を表示していない間に行う［Ｄ０１］乃至［Ｄ０５］のいずれか１項に記載の画像表示装置。
［Ｄ０７］観察者の視点の検出を行う前に、測距センサは、画像形成装置から、レンズ及び半透過鏡を経由した、観察者の眼球表面までの距離を測定し、次いで、測距センサによって測定された眼球表面までの距離に基づきレンズの焦点距離を制御する［Ｄ０１］乃至［Ｄ０６］のいずれか１項に記載の画像表示装置。
［Ｄ０８］観察者の眼球表面までの距離の測定を、観察者の視点の検出の前であって、画像形成装置において画像を表示していない間に行う［Ｄ０７］に記載の画像表示装置。
［Ｅ０１］画像形成装置において所定の情報を表示する［Ａ０１］乃至［Ｄ０８］のいずれか１項に記載の表示装置。
［Ｅ０２］所定の情報は、画像表示部の下部に表示される［Ｅ０１］に記載の表示装置。
［Ｅ０３］画像形成装置は、複数の発光ダイオードが２次元マトリクス状に配列されて成る［Ａ０１］乃至［Ｅ０２］のいずれか１項に記載の表示装置。
［Ｅ０４］発光ダイオードと測距センサを構成する測距素子との間には遮光部材が配されている［Ｅ０３］に記載の表示装置。
［Ｅ０５］画素に隣接して設けられた測距素子の受光波長は、隣接する画素の発光波長と異なる［Ａ０１］乃至［Ｅ０４］のいずれか１項に記載の表示装置。
【符号の説明】
【００７４】
１０・・・フレーム、１１・・・フロント部、１２・・・蝶番、１３・・・テンプル部、１４・・・モダン部、１５・・・配線（信号線や電源線等）、１６・・・ヘッドホン部、１７・・・ヘッドホン部用配線、１８・・・制御装置（制御回路）、１９・・・取付け部材、２０・・・観察者、２１・・・観察者の瞳、２２・・・仮想投影面、２３・・・外部の対象物、３０・・・画像表示装置、４０・・・画像形成装置、４１・・・画像表示部、４２・・・画素、４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ・・・副画素、４３・・・発光ダイオード、４４・・・シリコン半導体基板、４５・・・配線、４６・・・半田バンプ、４７・・・遮光部材、４８・・・筐体、５０・・・光学系、５１・・・レンズ、５２・・・半透過鏡、５３・・・反射鏡、５４・・・第２の半透過鏡、６０・・・測距センサ（距離センサ）、６１・・・測距素子、７１・・・撮像素子、１００，１２０・・・液体レンズ、１０１・・・第１側面部材、１０２・・・第２側面部材、１０３・・・第３側面部材、１０４・・・第４側面部材、１０５・・・天板、１０６・・・底板、１０７・・・隔壁部材、１１１・・・液体レンズを構成する第１電極、１１２・・・液体レンズを構成する第２電極、１１３・・・液体レンズを構成する第３電極、１１４・・・絶縁膜、１１５・・・第１の液体、１１６・・・第２の液体、１２５・・・天板、１２６・・・底板、１２７・・・隔壁部材、１２８，１２８1．１２８2，１２８3・・・レンズ室、１２９・・・外壁部材、１３１・・・液体レンズを構成する第１電極、１３２・・・液体レンズを構成する第２電極、１３３・・・液体レンズを構成する第３電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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