(57)【要約】【課題】小さくて軽い表示装置を実現する事。【解決手段】表示装置１５０は、網膜９３０に画像の焦点を結ぶ様に光路を形成する事で、虚像面９４０に画像９５０を認識させる。表示装置１５０には、行列状に配置された光源部２００と、光源部２００上に設置され、光源部２００より発する光の出射方向を制御する光路制御部３００と、光源部２００と光路制御部３００とに駆動信号を供給する制御回路１４０と、を有する。行列状に配置された光源部２００から出射される光線の光量と方向とを任意に制御する事ができるので、使用者の網膜９３０上の一点と虚像面９４０の一点との二箇所に複数の光線９１０を集光させる事が可能となり、これにより、使用者は虚像面９４０に画像９５０が映っていると認識する事ができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
網膜に画像の焦点を結ぶ様に光路を形成する事で、虚像面に前記画像を認識させる網膜書き込み型の表示装置であって、
行列状に配置された光源部と、
前記光源部上に設置され、前記光源部より発する光の出射方向を制御する光路制御部と、
前記光源部と前記光路制御部とに駆動信号を供給する制御回路と、
を有する事を特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記光源部と前記光路制御部とを同期して動作させる事を特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記光源部は単一の光源画素を有し、
前記光路制御部は前記光源部上に形成されたピンホールを有し、
前記単一の光源画素に対して、前記ピンホールが一つ対応する様に形成されている事を特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記光路制御部は、前記光源部に固定された固定部と、前記固定部に接続されたばねと、前記ばねに接続された遮光部と、を有し、
前記ピンホールは前記遮光部に形成されている事を特徴とする請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
前記光源部は第一の光源画素と第二の光源画素とを少なくとも有し、
前記光路制御部は前記光源部上に形成されたピンホールを有し、
前記第一の光源画素と前記第二の光源画素とに対して、前記ピンホールが一つ対応する様に形成されている事を特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
【請求項６】
前記ピンホールは前記光源部に対して固定されており、
前記第二の光源画素と前記ピンホールとを結ぶ直線と、前記第一の光源画素と前記第二の光源画素とを含む平面の法線とは、ゼロでない角度を為す事を特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】
前記ピンホールは、前記光源画素と同程度の面積で形成されている事を特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項８】
前記虚像面と前記網膜との間に前記表示装置が配置される事を特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項９】
前記表示装置と前記網膜との間に前記虚像面が形成される事を特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記制御回路は、前記虚像面の位置をずらしながら前記画像を表示する事で、立体表現を実現する事を特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項１１】
前記制御回路は、前記画像を分析し、前記画像でデータのある点に書き込み動作を実行する事を特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の表示装置を備えた事を特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
【請求項１３】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の表示装置を備えた事を特徴とするコンタクトレンズ型ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置、ヘッドマウントディスプレイ、及びコンタクトレンズ型ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヘッドマウントディスプレイの様に虚像の形成及び観察を可能にする虚像表示装置として、導光板によって表示素子からの画像光を観察者の瞳に導くタイプの物が提案されている。こうした虚像表示装置では、特許文献１に記載されている様に、画像光と外界光とを重畳させるシースルー光学系が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−６１５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の虚像表示装置では、液晶表示デバイスや光源、バックライト導光部、レンズやプリズムからなる導光装置、など多くの部品が搭載されており、虚像表示装置が大きくて重いという課題があった。換言すると、従来の虚像表示装置は、使用者に虚像表示装置を使用する際に不快感を抱かせるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決する為になされたものであり、以下の形態又は適用例として実現する事が可能である。
【０００６】
（適用例１）  本適用例に係わる表示装置は、網膜に画像の焦点を結ぶ様に光路を形成する事で、虚像面に画像を認識させる網膜書き込み型の表示装置であって、行列状に配置された光源部と、光源部上に設置され、光源部より発する光の出射方向を制御する光路制御部と、光源部と光路制御部とに駆動信号を供給する制御回路と、を有する事を特徴とする。
この構成によると、行列状に配置された光源部から出射される光線の光量と方向とを任意に制御する事ができる。この為に、一つの光源部から出射される一本の光線をある特定の場所に導く事が可能となる。従って、複数の光源部から出射される複数の光線をある特定の一箇所に集光する事も可能となる。これを適応する事で、使用者の網膜上の一点と虚像面（使用者に画像を認識させたい面）の一点との二箇所に複数の光線を集光させる事が可能となり、これにより、使用者は虚像面に画像が映っていると認識する事ができる。こうして小さくて軽い表示装置を実現する事ができる。換言すると、使用時に使用者に不快感を抱かせない表示装置を実現する事ができる。
【０００７】
（適用例２）  上記適用例１に記載の表示装置において、制御回路は、光源部と光路制御部とを同期して動作させる事が好ましい。
この構成によると、光源部と光路制御部との動作を同期させるので、光源部から出射される光線の強度と方向とを任意に変調させる事ができる。
【０００８】
（適用例３）  上記適用例１又は２に記載の表示装置において、光源部は単一の光源画素を有し、光路制御部は光源部上に形成されたピンホールを有し、単一の光源画素に対して、ピンホールが一つ対応する様に形成されている事が好ましい。
この構成によると、ピンホールの位置を変える事で光源部から全方位に出射される光のうち、ピンホールを通過する光線を選択する事ができる。即ち、光源部から出射される光線の方向を任意に制御する事ができる。
【０００９】
（適用例４）  上記適用例３に記載の表示装置において、光路制御部は、光源部に固定された固定部と、固定部に接続されたばねと、ばねに接続された遮光部と、を有し、ピンホールは遮光部に形成されている事が好ましい。
この構成によると、ピンホールがばねで駆動されるので、ピンホールの位置を移動させる事ができる。ピンホール以外の場所は遮光されているので、ピンホール位置を制御する事で、光源部から出射される光線の方向を任意に制御する事ができる。
【００１０】
（適用例５）  上記適用例１又は２に記載の表示装置において、光源部は第一の光源画素と第二の光源画素とを少なくとも有し、光路制御部は光源部上に形成されたピンホールを有し、第一の光源画素と第二の光源画素とに対して、ピンホールが一つ対応する様に形成されている事が好ましい。
この構成によると、ピンホール一つに対し、光源画素を複数個持たせるので、一つのピンホールから複数本の光線を取り出す事が可能となり、表示装置の面積を有効に使う事ができる。
【００１１】
（適用例６）  上記適用例５に記載の表示装置において、ピンホールは光源部に対して固定されており、第二の光源画素とピンホールとを結ぶ直線と、第一の光源画素と第二の光源画素とを含む平面の法線とは、ゼロでない角度を為す事が好ましい。
この構成によると、ピンホールと第二の光源画素との位置関係に応じて、光源部から出射される光線の方向を制御する事ができる。
【００１２】
（適用例７）  上記適用例３乃至６のいずれか一項に記載の表示装置において、ピンホールは、光源画素と同程度の面積で形成されている事が好ましい。
この構成によると、光源画素の発光点から出射して全方位に出射する光のうち、ピンホールの部分だけを精度良く選択する事ができる。
【００１３】
（適用例８）  上記適用例１乃至７のいずれか一項に記載の表示装置において、虚像面と網膜との間に表示装置が配置される事が好ましい。
この構成によると、使用者は、表示装置よりも遠方に焦点を結ぶ事で、表示装置よりも遠方の空間に画像を認識する事ができる。従って、実際の表示装置よりも大きい画像を感じる事ができる。
【００１４】
（適用例９）  上記適用例１乃至７のいずれか一項に記載の表示装置において、表示装置と網膜との間に虚像面が形成される事が好ましい。
この構成によると、使用者は、表示装置よりも使用者に近い位置で焦点を結ぶ事で、表示装置よりも近くの空間に画像が飛び出している様に感じる事ができる。
【００１５】
（適用例１０）  上記適用例１乃至９のいずれか一項に記載の表示装置において、制御回路は、虚像面の位置をずらしながら画像を表示する事で、立体表現を実現する事が好ましい。
この構成によると、立体的な画像を表示することができる。この方法による立体表示では、目の焦点位置と虚像面の位置が同じになる為、疲労感無く、自然な立体画像を見る事ができる。
【００１６】
（適用例１１）  上記適用例１乃至９のいずれか一項に記載の表示装置において、制御回路は、画像を分析し、画像でデータのある点に書き込み動作を実行する事が好ましい。
この構成によると、データの選別を行い、データのある点に相当する使用者の網膜上の一点に複数の光線を集光させるので、表示の高速化を実現する事ができる。
【００１７】
（適用例１２）  本適用例に係わるヘッドマウントディスプレイは、上記適用例１乃至１１のいずれか一項に記載の表示装置を備えた事を特徴とする。
この構成によると、表示装置をメガネ状の装置のレンズ部に組み込む事で、レンズ部よりも遠くの空間に画像を認識する事ができる。また、プリズムなどの光学部材を用いていない為、ヘッドマウントディスプレイの小型軽量化を実現する事ができる。
【００１８】
（適用例１３）  本適用例に係わるコンタクトレンズ型ディスプレイは、上記適用例１乃至１１のいずれか一項に記載の表示装置を備えた事を特徴とする。
この構成によると、表示装置をコンタクトレンズに内蔵する事で、表示装置を装着する際の不快感を緩和させた上で、空間上に画像を認識する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態１に係わる表示装置と表示原理とを模式的に説明する図。
【図２】実施形態１に係る電子機器を、機能ブロック毎に表したブロック図。
【図３】実施形態１に係る表示装置の構成を示す回路ブロック構成図。
【図４】実施形態１に係る表示装置を説明する断面図。
【図５】光線発生画素を説明する図。
【図６】実施形態１に係る表示装置の製造方法を説明する断面図。
【図７】実施形態１に係る表示装置の表示方法を説明する図。
【図８】実施形態２に係る表示装置を説明する図。
【図９】実施形態３に係る表示装置を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。尚、以下の図面においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとする為、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
【００２１】
（実施形態１）
「表示装置と表示原理」
図１は、本実施形態に係わる表示装置と表示原理とを模式的に説明する図である。以下、図１を用いて、まず表示装置１５０及び電子機器と表示原理とを説明する。
【００２２】
ヘッドマウントディスプレイ１００は、本実施形態に係わる電子機器の一例であり、表示装置１５０を備えている。表示装置１５０は、網膜９３０に画像９５０の焦点を結ぶ様に光路を形成する事で、虚像面９４０に画像９５０を認識させる網膜書き込み型の表示装置である。
【００２３】
表示装置１５０には光源部２００（図４等参照）と光源部２００上に設置され光路制御部３００（図４等参照）とが行列状に配置されており、表示装置１５０は、これらの他に、光源部２００と光路制御部３００とに駆動信号を供給する制御回路１４０（図２参照）を有している。光源部２００は個別に調光手段を備えており、制御回路１４０は光源部２００と光路制御部３００とを同期して動作させるので、光源部２００から出射される光線９１０の強度と方向とは任意に変調される。即ち、制御回路１４０からの駆動信号に応じて、光源部２００より発する光は、光路制御部３００により、その出射方向が制御される。この様に、表示装置１５０は、行列状に配置された光源部２００から出射される光線９１０の光量と方向とを任意に制御する事ができる。この為に、一つの光源部２００から出射される一本の光線９１０をある特定の場所に導く事が可能となると共に、複数の光源部２００から出射される複数の光線９１０をある特定の一箇所（例えば網膜９３０上の一箇所）に集光する事も可能となる。これを適応する事で、複数の光線９１０を、光線９１０を使用者の瞳９２０を介して、使用者の網膜９３０上の一点に集光させる事が可能となる。一方、使用者の視線９６０は虚像面９４０（使用者に画像９５０を認識させたい面）の一点に焦点を合わせられる事になる。言い換えると、表示装置１５０は、複数個の光源部２００から発せられた複数の光線９１０を使用者の網膜９３０上の一点と虚像面９４０の一点との二箇所に集光させる事が可能となっている。この結果、使用者は虚像面９４０に画像９５０が映っていると認識するにいたる。要するに、表示装置１５０は、光線発生画素（光源部２００と光路制御部３００と）を行列状に配置した面状の表示装置１５０で、画素毎に光量と光線方向とを制御する手段を有している。これにより、使用者は、表示装置１５０から離れた位置に虚像を認識するのである。
【００２４】
図１に示す様に、ヘッドマウントディスプレイ１００では、表示装置１５０をメガネ状の装置のレンズ部に組み込んでおり、プリズムやレンズなどの光学部材を必要としない。又、表示装置１５０は小さくて、軽い。こうした事実に起因して、ヘッドマウントディスプレイ１００は小型軽量とされ、使用時に使用者に不快感を抱かせる事はない。又、表示装置１５０に部分的に透過する領域を設ける事で、使用者は、メガネ外部を視認する事ができると共に、画像９５０も見る事も可能となる。こうして、現実の物体にバーチャルの画像を重ねて表示させる事も可能となる。使用者は、レンズ部よりも遠くの現実の空間にバーチャル画像を認識する事もできる。
【００２５】
本実施形態では、表示装置１５０が虚像面９４０と網膜９３０との間に配置される。即ち、表示装置１５０が虚像面９４０よりも使用者の網膜９３０に近い位置に配置されており、ヘッドマウントディスプレイ１００の様な電子機器に有効である。言い換えると、表示装置１５０が目の近傍に設置され、画像９５０は遠くに存在する様に見せる場合に有効である。この場合、使用者は、表示装置１５０よりも遠方に焦点を結ぶ事で、表示装置１５０よりも遠方の空間に画像９５０を認識する。従って、実際の表示装置１５０よりも遙かに大きい画像９５０を感じる事ができる。
【００２６】
更に、表示装置１５０は虚像面９４０を任意に設定できる。制御回路１４０は、虚像面９４０の位置をずらしながら画像９５０を表示する事で、立体画像を表示する事ができる。具体的には、微小時間間隔で虚像面９４０をスキャンしながら画像９５０を表示させれば、立体的な虚像が表現される。即ち、現実の空間に立体的な虚像を表示させる場合、実際に遠くに存在する物質と同じ距離に虚像面９４０を設定して画像９５０を表示させた後の微小時間内に、近くに存在する物質と同じ距離に虚像面９４０を設定して画像９５０を表示させるという様に、時分割で遠くの虚像面９４０と近くの虚像面９４０とを表示させる。従来の目の視差によって角度の違う画像から立体を認識させる方式では、左右の目に入るイメージの違いによって三次元画像を認識させていた。従って、使用者から離れた場所にある様な画像を表示する場合にも、目の焦点位置は近くのディスプレイ上にある事になる。つまり、目の視差によって角度の違う画像９５０から立体を認識させる方式では、目の筋肉は近くの物（ディスプレイ）を見ている状態であるのに対し、実際に見える物は遠くにあると感じていた。この矛盾の為に、使用者の脳が混乱を起こす事が考えられる。これに対して、本実施形態の表示装置１５０を用いると、目の視差のみによって角度の違う画像から立体を認識させる方式に比べ、目の視差によって角度の違う画像で立体を認識し、さらに目の筋肉も対象物の位置にある状態で見る事ができるので、より実物に近い感覚が得られる。要するに、この方法による立体表示では、目の焦点位置と虚像面９４０の位置が同じになる為、疲労感無く、自然な立体画像を見る事ができる。
【００２７】
「電子機器の基本構成」
図２は本実施形態に係る電子機器（ヘッドマウントディスプレイを例とする）を、機能ブロック毎に表したブロック図である。以下、図２を参照して、電子機器の回路ブロック構成を説明する。
【００２８】
ヘッドマウントディスプレイ１００は、表示装置１５０と操作部１２０とを有している。場合によっては更に表示信号供給回路１３０をヘッドマウントディスプレイ１００が備えていても良い。操作部１２０は使用者がヘッドマウントディスプレイ１００を操作する部位である。表示装置１５０は、表示部１０と制御回路１４０とを有している。表示部１０は、光源部２００と光路制御部３００とを含む光線発生画素を有している。制御回路１４０は、好適例として、駆動回路７０と制御部６０と記憶部９０と画像信号処理部８０とフレームメモリー１１０とを含んで構成されている。駆動回路７０はＸ側光源部駆動回路７１やＹ側光源部駆動回路７２、Ｘ側光路制御部駆動回路７３、Ｙ側光路制御部駆動回路７４を含んでおり、各種信号を表示部１０に供給する。記憶部９０は表示部１０に表示する為の表示信号等を記憶する。画像信号処理部８０は駆動回路７０に光源部用信号や光路制御部用信号を供給する。制御部６０はこれらを制御する。尚、本実施形態に係わるヘッドマウントディスプレイ１００の基本構成は、上述の構成に限定される物ではなく、本実施形態に係る駆動方法を実現可能な回路構成であれば良い。
【００２９】
制御部６０は、中央演算装置（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を含み、各部の動作を制御する。また、制御部６０には記憶部９０が付随し、画像信号受信部６１と虚像面設定部６２との二つのインターフェイスを備えている。表示信号は画像信号と虚像面位置信号との二種類の信号を含み、画像信号は画像信号受信部６１にて受け入れられ、虚像面位置信号は虚像面設定部６２にて受け入れられる。一フレームの画像を形成する信号が画像信号で、その画像９５０を使用者の網膜９３０からどれだけ離れた位置に虚像として形成するかを定めるのが虚像面位置信号である。従って、表示信号とは画像信号と虚像面位置信号とを含んでいる。記憶部９０は、例えば、フラッシュメモリーなどの不揮発性記憶装置により構成されている。記憶部９０には表示信号や、ヘッドマウントディスプレイ１００の動作を定める各種プログラム或いはルックアップテーブル、などが記憶されている。これらのデータは、外部の表示信号供給回路１３０から入力され、必要に応じて入れ替えられる。尚、表示信号供給回路１３０は、主に入れ替えられる信号が表示信号で有る為に、この様に命名されているが、前述の各種プログラムやルックアップテーブル等も表示信号供給回路１３０を介して入れ替える事が可能である。表示信号供給回路１３０は、インターネットに接続するパーソナルコンピューターや携帯電話、或いはＵＳＢメモリーやＳＤカードなどに備えられ、新たな表示信号をヘッドマウントディスプレイ１００に供給する。前述の如く、表示信号供給回路１３０をヘッドマウントディスプレイ１００が備えており、ヘッドマウントディスプレイ１００単体でインターネットや携帯電話網などに接続する様にしても良い。
【００３０】
画像信号処理部８０は、フレームメモリー１１０を付随しており、記憶部９０から取り出した表示信号に応じて光源部用信号や光路制御部用信号を生成し、これを駆動回路７０に供給する。又、制御回路１４０は、表示信号に含まれる画像を分析し、画像９５０を構成する画素でデータのある点にのみ書き込み動作を実行する様に光源部用信号や光路制御部用信号を生成する。具体的には、フレームメモリー１１０に表示信号をまず収納し、制御部６０は画素毎にデータの有無を分析する。こうしてデータの選別が行われた後に、データのある画素に相当する使用者の網膜９３０上の一点に複数の光線９１０を集光させる様に、画像信号処理部８０は光源部用信号や光路制御部用信号を作製する。こうすると表示の高速化を実現する事ができる。尚、フレームメモリー１１０は、表示部１０の少なくとも１フレーム分以上の画像データを記憶可能なメモリー容量を備えたＶＲＡＭ（Ｖｉｄｅｏ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）である。メモリー容量は２フレーム分以上有る事が望ましい。
【００３１】
操作部１２０は、複数の操作ボタンを含んで構成されており、当該操作ボタンによって、使用者はヘッドマウントディスプレイ１００に、表示を切り換えるためのトリガー信号を与える。
【００３２】
「表示装置」
図３は本実施形態に係る表示装置の表示部と駆動回路との構成を示す回路ブロック構成図である。又、図４は本実施形態に係る表示装置を説明する断面図である。図５は光線発生画素を説明する図で、図５（ａ）は光線発生画素の平面構成を説明する図で、図５（ｂ）は光路制御部の電気的な構成を示す等価回路図である。次に、図３から図５を参照して、表示装置１５０の表示部１０と駆動回路７０との構成、及び断面構造、を説明する。
【００３３】
図３に示されている様に、表示部１０には、ｍ行×ｎ列分の光線発生画素が行列状（二次元平面的）に配列されている。光線発生画素は光源部２００と光路制御部３００とを含み、光源部２００は光源画素２０を有している。又、表示部１０には、ｍ本の光源部走査線４２と、ｎ本の光源部信号線４１とが互いに交差するように設けられている。具体的には、ｍ本の光源部走査線４２は行方向（即ち、Ｘ方向）に延在し、ｎ本の光源部信号線４１は列方向（即ち、Ｙ方向）に延在している。ｍ本の光源部走査線４２とｎ本の光源部信号線４１との交差点に対応して光線発生画素が配置されている。更に、表示部１０には、ｍ本の光路制御部走査線４４と、ｎ本の光路制御部信号線４３とが互いに交差するように設けられている。具体的には、ｍ本の光路制御部走査線４４は行方向（即ち、Ｘ方向）に延在し、ｎ本の光路制御部信号線４３は列方向（即ち、Ｙ方向）に延在している。ｍ本の光路制御部走査線４４とｎ本の光路制御部信号線４３との交差点に対応して光線発生画素が配置されている。
【００３４】
表示部１０には駆動回路７０と画像信号処理部８０とが付属している。駆動回路７０は、Ｘ側光源部駆動回路７１やＹ側光源部駆動回路７２、Ｘ側光路制御部駆動回路７３、Ｙ側光路制御部駆動回路７４等から構成されている。Ｘ側光源部駆動回路７１とＹ側光源部駆動回路７２とは画像信号処理部８０から光源部用信号を受け、ｍ行×ｎ列の行列状に配列されている光源部２００を駆動する。同様に、Ｘ側光路制御部駆動回路７３とＹ側光路制御部駆動回路７４とは画像信号処理部８０から光路制御部用信号を受け、ｍ行×ｎ列の行列状に配列されている光路制御部３００を駆動する。
【００３５】
Ｙ側光源部駆動回路７２は、画像信号処理部８０から供給される光源部用信号に基づいて、光源部走査線４２を順次選択する。Ｘ側光源部駆動回路７１は、画像信号処理部８０から供給される光源部用信号に基づいて、光源部信号線４１に光量信号を供給する。この結果、各光源画素２０は画像信号に応じた強度の光量で発光する。
【００３６】
Ｙ側光路制御部駆動回路７４は、画像信号処理部８０から供給される光路制御部用信号に基づいて、光路制御部走査線４４を順次選択する。Ｘ側光路制御部駆動回路７３は、画像信号処理部８０から供給される光路制御部用信号に基づいて、光路制御部信号線４３に光路信号を供給する。この結果、各光路制御部は画像信号に応じた方向に光線９１０を導く。尚、Ｘ側光源部駆動回路７１、Ｙ側光源部駆動回路７２、Ｘ側光路制御部駆動回路７３及びＹ側光路制御部駆動回路７４には、各種の信号が入出力されるが、これらを一本の矢印に省略して図示している。
【００３７】
図４に示されている様に、光源部２００を構成する光源画素２０は光路制御部３００にて覆われている。本実施形態では、光源部２００は単一の光源画素２０を有している。又、光路制御部３００は光源部２００上に形成されたピンホール３０を有し、単一の光源画素２０に対して、ピンホール３０が一つ対応する様に形成されている。光源画素２０は有機ＥＬ素子等からなり、発光と非発光、及び中間階調の発光（調光）が可能な機構となっている。調光可能な光源部２００の上にピンホール３０が設けられているので、光源部２００からの光の方向を絞る事ができる。更に、このピンホール３０は光線９１０の出射方向を制御すべく、光源部２００毎にピンホール３０を一個配置して、ピンホール３０を平面方向にスライド可能な構造とする。これにより、光線９１０の光量と出射方向とを制御できる表示装置１５０が可能となる。尚、ピンホール３０は、光源画素２０と同程度の面積で形成されている事が好ましい。これにより、光源画素２０の発光点から出射して全方位に出射する光のうち、ピンホール３０の部分だけを精度良く選択する事ができるからである。
【００３８】
光路制御部３００は、光源部２００に固定された固定部３１と、固定部３１に接続されたばね３２と、ばね３２に接続された遮光部３３と、を有し、ピンホール３０は遮光部３３に形成されている。光源部２００は基板５０に固定されているので、固定部３１も基板５０に固定されている。ピンホール３０は基板５０とばね３２を用いて接続されていて、ばね３２に力を加える事で、基板５０や光源部２００に対して水平方向に動かせる様にされている。
【００３９】
ばね３２の駆動にはコンデンサー型の平面電極を形成し、電圧を変化させる事で引力と斥力を交互に与える事で実現される。具体的には、図５（ａ）に示されている様に、固定部３１は光線発生画素の一辺に沿って形成され、この辺にほぼ平行な対向辺には対向電極２３が固定されている。対向電極２３に対面する遮光部３３の一辺にはピンホール側電極２２が形成されている。即ち、ばね３２に接続されたピンホール側電極２２と対向電極２３とでコンデンサーを形成し、それぞれに反対の極性の電荷を注入すると引力が働きばね３２が伸びる。逆に同極性の電荷を注入する事で斥力が働き、ばね３２が縮む。それによりピンホール３０位置を可動にする事ができる。
【００４０】
図５（ｂ）の回路図に示される様に、光路制御部３００は、選択トランジスター２１とコンデンサーとを備えている。コンデンサーはピンホール側電極２２と対向電極２３とを有している。
【００４１】
選択トランジスター２１は、例えばＮ型トランジスターで構成されている。ここでは上ゲート型の薄膜トランジスターが採用されているが、下ゲート型の薄膜トランジスターで有っても構わない。選択トランジスター２１は、そのゲートが光路制御部走査線４４に電気的に接続されており、そのソースが光路制御部信号線４３に電気的に接続されており、そのドレインが、ばね３２の固定部３１を通じ、ピンホール側電極２２に電気的に接続されている。選択トランジスター２１は、Ｘ側光路制御部駆動回路７３から光路制御部信号線４３を介して供給される光路信号を、Ｙ側光路制御部駆動回路７４から光路制御部走査線４４を介してパルス的に供給される選択信号に応じたタイミングで、ピンホール側電極２２に出力する。
【００４２】
ピンホール側電極２２には、Ｘ側光路制御部駆動回路７３から光路制御部信号線４３及び選択トランジスター２１を介して、光路信号が供給される。図５（ａ）に示す様に、ピンホール側電極２２は対向電極２３と互いに対向するように配置されている。対向電極２３には、固定電位となる共通電位Ｖcomが供給される共通電位線４５に電気的に接続されている。即ち、対向電極２３には各光路制御部３００で同電位になっており、ピンホール側電極２２の電位は光路制御部３００毎に調整できる仕組みになっている。これにより光路制御部３００毎に独自にピンホール３０の変位を調整する事ができる。
【００４３】
ピンホール３０がばね３２で駆動されるので、ピンホール３０の位置を移動させる事ができる。ピンホール３０以外の場所は遮光されているので、ピンホール３０の位置を変える事で光源部２００から全方位に出射される光のうち、ピンホール３０を通過する光線９１０を選択する事ができる。即ち、光源部２００から出射される光線９１０の方向を任意に制御する事ができる。
【００４４】
この様に、光源部２００の発光とピンホール３０の位置を同期させて駆動する事で、光線発生画素毎に任意の光量で任意の方向に光線９１０を出射する事が可能になる。又、光源部２００の光源画素２０を赤緑青の各色を持たせて、それぞれにピンホール３０機構を持たせる事で、光量、方向に加え、任意の色を出射する事ができる。
【００４５】
「表示装置の製造方法」
図６は本実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する断面図である。次に、図６を参照して、表示装置１５０の製造方法を説明する。
【００４６】
ばね３２の構造を持ったピンホール３０は以下の様に形成する事ができる。図６（ａ）に示されている様に、まず、基板５０に対向電極台座５１を形成する。次に、図６（ｂ）に示されている様に、犠牲層５２を形成する。次に、図６（ｃ）に示されている様に、遮光の為の金属層５３を形成する。次に、図６（ｄ）に示されている様に、金属層５３を加工しピンホール３０を形成すると共に、ばね３２の加工を同時に行う。最後に、図６（ｅ）に示されている様に、犠牲層５２を除去して、光路制御部３００が製造される。尚、これまでピンホール３０の駆動と製造方法に関して、簡単の為に、水平方向の一軸（Ｘ方向）について説明したが、直交する他軸（Ｙ方向）の駆動と製造方法についても同じ方法が適応される。
【００４７】
上述の構成では、ピンホール側電極２２と対向電極２３とに反対の極性の電荷を与えると、これら二つの電極は近づくが、接触してしまうと電流が流れ、ショートして電極の破壊が起きる可能性がある。そこで、少なくとも一方の電極は絶縁膜でおおわれている方がよい。たとえば金属層５３加工前に絶縁膜の成膜加工工程を追加しておくと有効である。
【００４８】
更に、ばね３２構造を用いる場合、ばね３２による振動が起きる可能性が考えられる。振動してしまうとピンホール３０位置が定まらず、光線方向がばらつきを持ってしまう。この可能性に対しては、目的の停止位置付近にストッパー構造を持たせる事が有効である。
【００４９】
「表示方法」
図７は本実施形態に係る表示装置の表示方法を説明する図である。次に、図７を参照して、表示方法を説明する。
【００５０】
虚像面９４０の表示させたい点を表示データから事前に選別し、虚像面９４０の非表示の点については表示書き込み動作を行わない表示方法を採用すると、高速に表示切り替えが行われる。次に、この表示方法について説明する。
【００５１】
図７に示す様に、第１ステップＳ１として、表示信号を取得する。次に、第２ステップＳ２として、制御回路１４０は、表示信号に基づいて、虚像面に形成される画像９５０を分析すべく、この画像９５０の一画素を選択する。次に、第３ステップＳ３として、制御回路１４０は、選択された画素に画像データが有るかどうかを調べる。選択された画素に画像データが無ければ（非表示画素）、第２ステップＳ２に戻り、次の画素を選択する。選択された画素に画像データが有れば（表示画素）、第４ステップＳ４として、表示装置１５０用の信号を生成する。次に、第５ステップＳ５として、画像信号処理部８０は、光源部用信号（第５−１ステップＳ５−１）と光路制御部用信号（第５−２ステップＳ５−２）とをそれぞれ生成する。これにより、データのある画素にのみ書き込み動作を実行する様に光源部用信号や光路制御部用信号が作製される。又、画像信号処理部８０は、データのある画素に相当する使用者の網膜９３０上の一点に複数の光線９１０を集光させる様に、光源部用信号や光路制御部用信号を作製する。光源部用信号や光路制御部用信号は、画像信号処理部８０から駆動回路７０へと送られ、表示部１０に於ける光源部２００と光路制御部３００とをそれぞれ駆動する。
【００５２】
透過型のヘッドマウントディスプレイ１００に表示装置１５０を応用する事を考えると、表示させたい情報は通常のディスプレイよりも少ない場合もある。この場合は虚像表示の高速化が可能となる。
【００５３】
（実施形態２）
「光源部が複数個の光源画素を含んでいる形態」
図８は実施形態２に係る表示装置を説明する図で、図８（ａ）は断面図、図８（ｂ）は光線発生画素の平面構成を説明する図である。以下、本実施形態に係わる表示装置１５０について説明する。尚、実施形態１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。
【００５４】
本実施形態（図８）は実施形態１（図４、図５（ａ））と比べて、光線発生画素に複数個の光源画素２０が配置されている点が異なっている。それ以外の構成は、実施形態１とほぼ同様である。
【００５５】
図８に示されている様に、本実施形態の光線発生画素は複数個の光源画素２０を有する。即ち、一つの光源部２００は、少なくとも第一の光源画素２０１と第二の光源画素２０２とを有する。光線発生画素を構成する光路制御部３００は光源部２００上に形成されたピンホール３０を有し、これら複数個の光源画素２０（第一の光源画素２０１と第二の光源画素２０２とを含む光源画素２０）に対して、ピンホール３０が一つ対応する様に形成されている。ピンホール３０は光源部２００に対して固定されており、第二の光源画素２０２とピンホール３０とを結ぶ直線と、第一の光源画素２０１と第二の光源画素２０２とを含む平面（具体的には、基板５０の平面）の法線（以降、基板法線と称する）とは、ゼロでない角度を為す。本実施形態では、一つの光源部２００が５行５列の計２５個の光源画素２０を有し、その平面的な中心に第一の光源画素２０１が形成されている。ピンホール３０も光線発生画素の平面的な中心に固定されているので、第一の光源画素２０１とピンホール３０とを結ぶ直線は、基板法線とほぼ平行である。一方、これ以外の２４個の光源画素２０は第二の光源画素２０２に相当し、第二の光源画素２０２とピンホール３０とを結ぶ直線は、基板法線に対して傾いている（平行ではない）。この結果、ピンホール３０と第二の光源画素２０２との位置関係に応じて、光源部２００から出射される光線９１０の方向が制御される事になる。更に、この構成によると、ピンホール３０一つに対し、光源画素２０を複数個持たせるので、一つのピンホール３０から複数本の光線９１０を取り出す事が可能となり、表示装置１５０の面積を有効に使う事ができる。
【００５６】
要するに、本実施形態では、一つのピンホール３０に対して発光点となる光源画素２０を複数個設ける。実施形態１では、ピンホール３０を平面的に動かして光線９１０の出射方向を制御していたが、本実施形態では、ピンホール３０を固定し発光する場所を変更させている事になる。ピンホール３０一つに対し、複数個の光源画素２０を行列状に設置し、発光する光源画素２０の位置で出射方向を決定する訳である。
【００５７】
実施形態１の構成では、通常のディスプレイに比べて、画像表示に時間がかかるという懸念がある。通常のディスプレイの場合、画素ごとのデータ転送を行い、すべての画素にデータが書き込まれた時点で１フレーム分の画像が表示される。通常のディスプレイでは、フレームレートは４０Ｈｚから１００Ｈｚ程度である。これに対して、実施形態１の構成では、虚像面９４０の１点のデータを書き込む為に複数個（Ｎp個、Ｎpは２以上の整数）の光線発生画素を使用する事になる。従って、虚像面９４０に１枚の画像９５０を形成するには、通常のディスプレイが１枚の画像９５０を形成する時間のＮp倍の時間を必要とする。例えば、虚像面９４０の１画素を１０×１０の光線発生画素を用いて形成するには、Ｎp＝１００であるので、駆動条件が同じならば、通常のディスプレイの１００倍の時間を要する事になる。表示装置１５０に通常のディスプレイと同じ周波数の駆動信号を用いると、虚像面９４０に形成される画像９５０のフレームレートは大凡０．４Ｈｚから１Ｈｚとなってしまう。
【００５８】
これに対して、本実施形態の構成では、一つのピンホール３０から異なった出射方向の複数本の光線９１０を取り出す事ができる。従って、この方法では虚像面９４０の複数点を同時に表示させる事が可能である。つまり、虚像面９４０の画像９５０の全面を同時に書き込む事ができるため、表示装置１５０のフレームレートを通常のディスプレイのフレームレートと同程度として、虚像を表示する事ができる。
【００５９】
（実施形態３）
「表示装置と網膜との間に虚像面が形成される形態」
図９は実施形態３に係る表示装置を説明する図である。以下、本実施形態に係わる表示装置１５０について説明する。尚、実施形態１乃至２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。
【００６０】
本実施形態（図９）は実施形態１（図１）と比べて、虚像面９４０の形成位置が異なっている。それ以外の構成は、実施形態１乃至２とほぼ同様である。実施形態１では表示装置１５０が虚像面９４０より使用者に近かったが、本実施形態では、表示装置１５０が虚像面９４０よりも遠くとなる。
【００６１】
図９に示されている様に、本実施形態の表示装置１５０では、表示装置１５０と網膜９３０との間に虚像面９４０が形成される。こうすると、表示装置１５０よりも使用者に近い位置で焦点を結ぶので、使用者は表示装置１５０よりも近くの空間に画像９５０が飛び出している様に感ずる。具体的には、虚像面９４０を設定し、虚像面９４０に像がある際の光路の延長にある表示装置１５０に、虚像面９４０に表現したい画像９５０に対応する点に向けて光量と色とが調整された光線９１０を出射する。実際の虚像面９４０は何もない空間であるが、虚像面９４０よりも遠くに置いた表示装置１５０は、各光線発生画素にて画像９５０に相当する色、光量、光線９１０の方向を定める。虚像面９４０の一点を表現する為には、虚像面９４０のその点と網膜９３０での対応点とを光学的に結んだ光線９１０と、表示装置１５０の位置とが交わる部分に、その点に対応する光を点灯させる。更に、点灯する方向は虚像面９４０の点の方向に向けて出射する。これにより、あたかも使用者は虚像面９４０の点に光源が存在すると認識する。これを、すべての虚像面９４０の点において表示装置１５０を表示させたい色、光量、方向を定める事で、虚像面９４０に画像９５０を表示する事が可能となる。
【００６２】
尚、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。変形例を以下に述べる。
【００６３】
（変形例１）
「コンタクトレンズ型ディスプレイの形態」
実施形態１では表示装置１５０を備えた電子機器の一例として、ヘッドマウントディスプレイ１００が説明された。表示装置１５０を備えた電子機器としては、これ以外にコンタクトレンズ型ディスプレイ等、様々な電子機器に適応できる。コンタクトレンズ型ディスプレイは、実施形態１乃至２にて詳述した表示装置１５０を備えている。即ち、実施形態１乃至２にて詳述した表示装置１５０をコンタクトレンズ状に加工する事により、眼球に接触させ、その表示により、空間上に虚像を表示させる事ができる。コンタクトレンズに加工する場合は、外部からデータを受信し、電力も外部から供給しても良いし、視界の妨げにならない位置に電源等を設けてもよい。この場合、レンズが回転しないように、レンズの厚みを不均一にするなど、工夫すると尚良い。表示装置１５０をコンタクトレンズに内蔵する事で、表示装置１５０を装着する際の不快感を緩和させた上で、空間上に画像９５０を認識する事ができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０…表示部、２０…光源画素、２１…選択トランジスター、２２…ピンホール側電極、２３…対向電極、３０…ピンホール、３１…固定部、３３…遮光部、４１…光源部信号線、４２…光源部走査線、４３…光路制御部信号線、４４…光路制御部走査線、４５…共通電位線、５０…基板、５１…対向電極台座、５２…犠牲層、５３…金属層、６０…制御部、６１…画像信号受信部、６２…虚像面設定部、７０…駆動回路、７１…Ｘ側光源部駆動回路、７２…Ｙ側光源部駆動回路、７３…Ｘ側光路制御部駆動回路、７４…Ｙ側光路制御部駆動回路、８０…画像信号処理部、９０…記憶部、１００…ヘッドマウントディスプレイ、１１０…フレームメモリー、１２０…操作部、１３０…表示信号供給回路、１４０…制御回路、１５０…表示装置、２００…光源部、２０１…第一の光源画素、２０２…第二の光源画素、３００…光路制御部、９１０…光線、９２０…瞳、９３０…網膜、９４０…虚像面、９５０…画像、９６０…視線。
【図２】
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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１】
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【図３】
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【図９】
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