(57)【要約】【課題】画像光の光路上に瞳拡大素子を設けて射出瞳を拡大する場合に、ユーザが最適な位置に容易にピントを合わせることができる画像表示装置を提供する。【解決手段】ヘッドマウントディスプレイは、レーザ群、駆動信号制御部、垂直走査系、水平走査系、射出部、回折格子６０、ピントターゲット７０、および照明部を備える。レーザ群は、画像を表示させるための画像光を含む光を出力する。駆動信号制御部は、レーザ群による光の出力を制御する。垂直走査系および水平走査系は、レーザ群が出力した光を二次元走査する。射出部は、二次元走査された光をユーザの眼へ射出する。瞳拡大素子である回折格子６０は、中間像面の近傍に設けられ、射出瞳を拡大する。ピントターゲット７０は、回折格子６０の無効走査領域６４に形成される印である。照明部はピントターゲット７０を照明する。【選択図】図５
2012118291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を表示させるための画像光を含む光を出力する光源である画像光源と、
前記画像光源による前記光の出力を制御する制御部と、
前記画像光源から出力された前記光を二次元走査する走査部と、
前記走査部によって二次元走査された前記光をユーザの眼へ射出する射出部と、
前記走査部が二次元走査した前記光によって形成される中間像面の近傍に設けられ、前記光による射出瞳を拡大する瞳拡大素子と、
前記瞳拡大素子において、前記光に含まれる前記画像光が前記走査部によって二次元走査されて入射する有効走査領域の領域外に形成される印であるピントターゲットと、
前記ピントターゲットを照明する照明光を出力する照明部と
を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記中間像面が曲面であり、
前記瞳拡大素子の瞳拡大素子面が平面であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記照明部は前記画像光源であり、前記有効走査領域外の領域である無効走査領域に入射する光を、前記照明光として前記ピントターゲットに照射することを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記有効走査領域の外縁部分に所定色の枠画像を形成する前記光を前記画像光源に出力させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記照明部は、前記有効走査領域外に設けられた光源である補助光源を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記ピントターゲットは、前記有効走査領域の周囲の少なくとも四隅に位置することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記照明部は、少なくとも前記画像表示装置の起動処理が行われている場合に前記ピントターゲットを照明することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像信号に応じて形成される画像光をユーザの眼に入射させて、ユーザに画像を視認させる画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像光をユーザの眼に入射させて網膜に投影することで、ユーザに画像を視認させる画像表示装置が知られている。画像表示装置は、画像信号に応じて光源から出力された画像光を二次元走査する。二次元走査した画像光をユーザの眼へ射出する。ユーザが瞳孔の位置を適切に調整すると、画像光が網膜に投影される。その結果、ユーザは画像を視認することができる。
【０００３】
ユーザに容易に画像を視認させるための技術が開示されている。例えば、特許文献１が開示している画像表示装置は、光源とユーザの網膜との間に形成される中間像面とほぼ一致する位置に、ターゲット表示部を備える。ターゲット表示部は、画像の表示予定位置の中心にターゲットを表示する。ユーザは、表示されたターゲットを見るように瞳孔の位置を調整することで、画像の表示予定位置を容易に把握することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−７２３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
画像表示装置は、画像光の光路上に回折格子等の瞳拡大素子を設けて射出瞳を拡大することで、ユーザが視認する画像の大きさを拡大する場合がある。瞳拡大素子が設けられている場合、眼のピントが瞳拡大素子の位置に合わなければ、ユーザは画像を鮮明に見ることができず、複数の画像が重なって見える（多重像に見える）場合もある。特許文献１に記載の画像表示装置によると、ユーザは、表示されたターゲットによって瞳孔の位置を調整することはできるが、ターゲットによってピントを最適な位置に合わせることは困難であった。
【０００６】
本発明は、画像光の光路上に瞳拡大素子を設けて射出瞳を拡大する場合に、ユーザが最適な位置に容易にピントを合わせることができる画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る画像表示装置は、画像を表示させるための画像光を含む光を出力する光源である画像光源と、前記画像光源による前記光の出力を制御する制御部と、前記画像光源から出力された前記光を二次元走査する走査部と、前記走査部によって二次元走査された前記光をユーザの眼へ射出する射出部と、前記走査部が二次元走査した前記光によって形成される中間像面の近傍に設けられ、前記光による射出瞳を拡大する瞳拡大素子と、前記瞳拡大素子において、前記光に含まれる前記画像光が前記走査部によって二次元走査されて入射する有効走査領域の領域外に形成される印であるピントターゲットと、前記ピントターゲットを照明する照明光を出力する照明部とを備えている。
【０００８】
本発明に係る画像表示装置によると、ユーザは、瞳拡大素子に形成されたピントターゲットを見ることで、ピント位置を容易に瞳拡大素子に合わせることができる。従って、ユーザは容易に鮮明な画像を視認することができ、多重像が見えてしまう可能性も低下する。
【０００９】
前記中間像面は曲面であってもよい。前記瞳拡大素子の瞳拡大素子面は平面であってもよい。中間像面を平面にするための光学系は高価である。また、湾曲した中間像面の曲面形状と、瞳拡大素子面の形状とが一致するように瞳拡大素子を製造することは、困難である。従って、画像表示装置を安価且つ容易に製造するためには、中間像面が曲面となる光学系を使用し、且つ瞳拡大素子面が平面である瞳拡大素子を使用する必要がある。中間像面と瞳拡大素子面とが一致していない場合、ユーザのピントが中間像面に位置すると、ユーザが視認する画像の鮮明さ（解像度）は、ピントが瞳拡大素子面に位置する場合に比べて低下する。しかし、画像表示装置は、ピントターゲットを有する平面の瞳拡大素子を備えることで、ユーザのピントを中間像面でなく瞳拡大素子に位置させることができる。従って、画像表示装置は、安価で容易に製造でき、且つユーザに鮮明な画像を視認させることができる。
【００１０】
前記照明部は前記画像光源であってもよい。前記照明部は、前記有効走査領域外の領域である無効走査領域に入射する光を、前記照明光として前記ピントターゲットに照射してもよい。ピントターゲットは、画像光源が出力する光のうち、画像表示に使用されない光によって照明される。従って、画像表示装置は、画像光源を利用して容易にピントターゲットをユーザに視認させることができる。
【００１１】
前記制御部は、前記有効走査領域の外縁部分に所定色の枠画像を形成する前記光を前記画像光源に出力させてもよい。有効走査領域外に形成されたピントターゲットは、有効走査領域の外縁部分に形成される枠画像によって照明される。従って、画像表示装置は、画像光源を利用して容易にピントターゲットをユーザに視認させることができる。
【００１２】
前記照明部は、前記有効走査領域外に設けられた光源である補助光源を備えてもよい。画像表示装置は、補助光源によって確実にピントターゲットを照明することができる。また、画像光源から光を出力せずに、ピントターゲットをユーザに視認させることもできる。
【００１３】
前記ピントターゲットは、前記有効走査領域の周囲の少なくとも四隅に位置してもよい。この場合、ユーザは、矩形の有効走査領域の四隅の位置を容易に把握することができる。従って、ユーザは、ピントと共に、瞳孔の位置も容易に適切な方向に移動させることができる。
【００１４】
前記照明部は、少なくとも前記画像表示装置の起動処理が行われている場合に前記ピントターゲットを照明するのが望ましい。ユーザは、画像の表示が開始される前の起動動作の時点で、適切な位置にピントを合わせることができる。従って、ユーザは、画像の表示が開始された直後から鮮明な画像を視認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ヘッドマウントディスプレイ１の外観構成を示す図である。
【図２】ヘッドマウントディスプレイ１の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】表示部１０が射出光５を射出する過程を説明する説明図である。
【図４】中間像面５９および回折格子６０の位置を説明する説明図である。
【図５】回折格子６０を射出部３０側左斜め上方から見た斜視図である。
【図６】ＣＰＵ１１１が実行する駆動処理のフローチャートである。
【図７】ユーザが視認する画像の一例を示す図である。
【図８】変形例に係る回折格子１６０の斜視図である。
【図９】変形例に係る回折格子２６０の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施の形態であるヘッドマウントディスプレイ１について、図面を参照して説明する。参照する図面は、本発明が採用し得る技術的特徴を説明するために用いられるものである。図面に記載されている装置の構成、各種処理のフローチャート等は、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。本実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ１は、画像信号に応じて変調されたレーザ光を走査させて、画像光として射出し、ユーザの少なくとも一方の眼の網膜に画像を直接投影する網膜走査型ディスプレイである。
【００１７】
図１を参照して、ヘッドマウントディスプレイ１の概略構成について説明する。ヘッドマウントディスプレイ１は、射出装置２と、接眼部３と、頭部装着部４とを少なくとも備える。射出装置２は、画像信号に応じて生成された画像光を含む射出光５（図３参照）を接眼部３へ射出する。射出装置２に対する接眼部３の位置は固定されている。接眼部３は、ハーフミラー３８（図３参照）を備えている。接眼部３は、ハーフミラー３８によって、外界からの外光６を透過し、且つ、射出装置２から射出された射出光５をユーザの眼に向かって反射させる。つまり、接眼部３は、ユーザの側方から入射した射出光５と、外界から入射した外光６とを、共にユーザの眼に入射させる。その結果、ユーザは、実際の視界に加えて、射出装置２から射出された射出光５に基づく画像を視認することができる。
【００１８】
図２を参照して、ヘッドマウントディスプレイ１の電気的構成について説明する。ヘッドマウントディスプレイ１は、表示部１０、入力部４０、通信部４３、全体制御部５０、ビデオＲＡＭ５３、フラッシュメモリ５４、および電源部５５を備える。
【００１９】
表示部１０は、ユーザに画像を視認させる部位である。表示部１０は、駆動信号制御部１１、レーザ群１３、およびレーザドライバ群１２を備える。駆動信号制御部１１は、ＣＰＵ１１１、ＲＯＭ１１２、およびＲＡＭ１１３を備える。駆動信号制御部１１では、ＲＯＭ１１２に格納されたプログラムがＣＰＵ１１１によって読み出されることで、表示部１０を駆動するための各種処理が行われる。具体的には、駆動信号制御部１１は、全体制御部５０から画像信号を入力し、入力した信号に応じて、レーザドライバ群１２に駆動信号（輝度信号）を出力する。さらに、駆動信号制御部１１は、後述する垂直走査ミラー２１および水平走査ミラー２６を揺動させるための条件を決定し、垂直走査駆動部２３および水平走査駆動部２８に駆動信号を出力する。レーザ群１３は、青色出力レーザ（Ｂレーザ）１３１、緑色出力レーザ（Ｇレーザ）１３２、および赤色出力レーザ（Ｒレーザ）１３３を含む。レーザ群１３は、青色、緑色、および赤色のレーザ光を出力する。レーザドライバ群１２は、駆動信号制御部１１から受信した駆動信号に応じてレーザ群１３を制御し、レーザ群１３にレーザ光を出力させる。
【００２０】
表示部１０は、垂直走査ミラー２１、垂直走査駆動部２３、水平走査ミラー２６、および水平走査駆動部２８を備える。垂直走査ミラー２１は、揺動軸周りに揺動することで、レーザ群１３から出力されたレーザ光を垂直方向（本実施の形態の主走査方向）に走査する。垂直走査駆動部２３は、駆動信号制御部１１から受信した駆動信号に応じて、垂直走査ミラー２１を高速で共振揺動させる。水平走査ミラー２６は、垂直走査ミラー２１によって垂直方向に二次元走査されたレーザ光を、さらに水平方向（本実施の形態の副走査方向）に走査する。水平走査駆動部２８は、駆動信号制御部１１から受信した駆動信号に応じて、水平走査ミラー２６を低速揺動させる。
【００２１】
表示部１０は、ＢＤ（ビームディテクト）センサ３１、およびＢＤ信号検出回路３２を備える。ＢＤセンサ３１は、垂直走査ミラー２１によって反射されたレーザ光（主走査方向に走査されたレーザ光）を検出する。つまり、ＢＤセンサ３１は、レーザ光の主走査方向における基準位置（基準タイミング）を検出するために設けられている。ＢＤ信号検出回路３２は、レーザ光が所定の位置に到達したことがＢＤセンサ３１によって検出された場合に、ＢＤ信号を駆動信号制御部１１に出力する。駆動信号制御部１１は、ＢＤ信号の入力結果に基づいて、レーザ群１３からレーザ光を出力するタイミング等を決定する。
【００２２】
表示部１０は、補助光源３３を備える。補助光源３３は、後述する回折格子６０（図５等参照）に形成されたピントターゲット７０を照明するために設けられている。駆動信号制御部１１は、補助光源３３に電気的に接続し、補助光源３３の発光を制御する。
【００２３】
入力部４０は、ユーザからの各種操作指示の入力を受け付ける部位である。入力部４０は、操作ボタン群４１および入力制御回路４２を備える。入力制御回路４２は、操作ボタン群４１のボタンが操作されたことを検出する。入力制御回路４２は、全体制御部５０と電気的に接続されており、ボタン操作に関する情報を全体制御部５０に出力する。
【００２４】
通信部４３は、画像情報等の送受信を行う部位である。通信部４３は、通信モジュール４４および通信制御回路４５を備える。通信モジュール４４は、外部機器との間の無線通信または有線通信によって、画像情報等の送受信を行う。通信制御回路４５は、通信モジュール４４の動作を制御する。通信制御回路４５は、全体制御部５０と電気的に接続されており、全体制御部５０に画像情報を取得させる。
【００２５】
全体制御部５０は、ヘッドマウントディスプレイ１の全体の制御を司る。全体制御部５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、およびＲＡＭを備える。全体制御部５０では、ＲＯＭに格納されたプログラムがＣＰＵによって読み出されることで、ヘッドマウントディスプレイ１の動作を制御するための各種処理が行われる。ビデオＲＡＭ５３には、画像情報に含まれるイメージデータが展開される。フラッシュメモリ５４は、ヘッドマウントディスプレイ１で使用される機能の各種設定値等を記憶する。
【００２６】
電源部５５は、電池５６および充電制御回路５７を備える。電池５６は、ヘッドマウントディスプレイ１を駆動させるための電源となる充電式の電池である。充電制御回路５７は、電池５６からヘッドマウントディスプレイ１への電力供給の制御、および充電用アダプタ（図示せず）から電池５６への充電の制御を行う。
【００２７】
図３を参照して、表示部１０が射出光５を射出する過程の概要について説明する。表示部１０は、光源ユニット部１８、コリメート光学系１９、垂直走査系２０、第一リレー光学系２４、水平走査系２５、および第二リレー光学系２９を備える。
【００２８】
光源ユニット部１８は、駆動信号制御部１１、レーザドライバ群１２、レーザ群１３、コリメート光学系１４、ダイクロイックミラー群１５、結合光学系１６、およびＢＤ信号検出回路３２を備える。駆動信号制御部１１は、例えば、全体制御部５０（図２参照）によってビデオＲＡＭ５３に展開されたイメージデータの画像信号を、表示すべき画像を構成する画素毎に読み出して、駆動信号である輝度信号３５を生成すると共に、垂直駆動信号３６、および水平駆動信号３７を生成する。駆動信号制御部１１は、生成した輝度信号３５（Ｂ輝度信号３５１、Ｇ輝度信号３５２、およびＲ輝度信号３５３）をレーザドライバ群１２（Ｂレーザドライバ１２１、Ｇレーザドライバ１２２、およびＲレーザドライバ１２３）に出力する。さらに、垂直駆動信号３６を垂直走査駆動部２３に出力し、水平駆動信号３７を水平走査駆動部２８に出力する。ただし、駆動信号制御部１１は、ＢＤ信号検出回路３２からＢＤ信号が入力されたタイミング（レーザ光が所定の位置に到達したタイミング）に基づいて、前記垂直駆動信号３６および水平駆動信号３７を制御すると共に、輝度信号３５をレーザドライバ群１２に出力するタイミングを決めている。
【００２９】
レーザドライバ群１２は、入力された輝度信号３５に基づいて、強度変調されたレーザ光をレーザ群１３に出力させる。レーザ群１３が出力したレーザ光は、コリメート光学系１４に入射する。コリメート光学系１４の３つのコリメートレンズ１４１〜１４３は、レーザ群１３が出力した３色（青色、緑色、赤色）のレーザ光のそれぞれを平行光にコリメートする。コリメート光学系１４によってコリメートされたレーザ光は、ダイクロイックミラー群１５に入射する。ダイクロイックミラー群１５の３つのダイクロイックミラー１５１〜１５３は、コリメートされた３色のレーザ光を１つのレーザ光になるように合波する。合波されたレーザ光は、結合光学系１６によって光ファイバ１７に導かれる。
【００３０】
光ファイバ１７を伝達したレーザ光は、コリメート光学系１９によって平行光にコリメートされて、垂直走査系２０に入射する。本実施の形態の垂直走査系２０は、表示すべき画像の１走査線ごとに、レーザ光を垂直方向（主走査方向）に走査する。垂直走査系２０は、水平走査系２５よりも高速に（すなわち、高周波数で）レーザ光を走査するように設計されている。垂直走査系２０に入射したレーザ光は、垂直走査ミラー２１の偏向面２２に照射される。垂直走査駆動部２３は、駆動信号制御部１１から入力された垂直駆動信号３６に従って、垂直走査ミラー２１を共振揺動させる。そして、偏向面２２に照射されたレーザ光は、垂直走査ミラー２１の共振揺動によって垂直方向に高速で走査される。前述したように、ＢＤセンサ３１は、垂直走査ミラー２１によって垂直走査されたレーザ光を検出することで、レーザ光の主走査方向における基準位置（基準タイミング）を検出する。
【００３１】
垂直走査されたレーザ光は、第一リレー光学系２４を介して水平走査系２５に入射する。本実施の形態の水平走査系２５は、表示すべき画像の１フレーム毎に、レーザ光を最初の走査線から最後の走査線に向かう水平方向（副走査方向）に走査する。水平走査系２５に入射したレーザ光は、水平走査ミラー２６の偏向面２７に照射される。水平走査駆動部２８は、駆動信号制御部１１から入力された水平駆動信号３７に従って、水平走査ミラー２６を揺動させる。その結果、偏向面２７に照射されたレーザ光は、水平方向に走査される。
【００３２】
垂直走査系２０および水平走査系２５によって二次元走査されたレーザ光は、画像を視認させるための光（画像光）と、画像光の走査領域の周囲を走査される光とを含む。レーザ光が走査される領域のうち、画像光が走査される領域を有効走査領域６３（図５参照）といい、有効走査領域６３以外の領域を無効走査領域６４（図５参照）という。ヘッドマウントディスプレイ１は、無効走査領域６４を走査される光を検出することで、レーザ光の出力タイミングと走査タイミングとの同期を取る。さらに、ヘッドマウントディスプレイ１は、無効走査領域６４に入射する光を利用して、後述するピントターゲット７０を照明する。
【００３３】
二次元走査されたレーザ光は、第二リレー光学系２９に入射する。第二リレー光学系２９は、瞳拡大素子の１つである回折格子６０を備えており、レーザ光は回折格子６０に入射する。回折格子６０は、入射したレーザ光による射出瞳を拡大する。従って、第二リレー光学系２９は、二次元走査されたレーザ光をリレーすると共に、ユーザが視認する画像の大きさを拡大することができる。
【００３４】
第二リレー光学系２９を透過したレーザ光は、射出部３０からハーフミラー３８に射出される。射出されたレーザ光である射出光５は、ハーフミラー３８によって全反射されて、ユーザの瞳孔３９に導かれる。その結果、ビデオＲＡＭ５３（図２参照）に展開されたイメージデータに基づく画像が、ユーザの網膜上に形成される。ユーザは、二次元走査されて網膜上に投影されたレーザ光による画像を視認することができる。さらに、ハーフミラー３８は、外界からの外光６（図１参照）を透過するため、レーザ光による画像と外界とを共に視認することができる。
【００３５】
図４を参照して、ユーザが画像を鮮明に見るためのピントの位置について説明する。前述したように、光源ユニット部１８（図３参照）が出力したレーザ光は、垂直走査系２０によって垂直方向（主走査方向）に走査される。垂直走査系によって垂直走査されたレーザ光は、第一リレー光学系２４のリレーレンズ４６およびリレーレンズ４７によって、水平走査系２５にリレーされる。次いで、レーザ光は、水平走査系２５によって水平方向（副走査方向）に走査され、第二リレー光学系２９に入射する。つまり、レーザ光は、第二リレー光学系２９に入射する時点で二次元走査されている。
【００３６】
第二リレー光学系２９に入射したレーザ光は、リレーレンズ４８によって屈折され、所定の位置に集光される。二次元走査されたレーザ光が集光されて形成される像面のうち、射出部３０と水平走査系２５との間に形成される像面を、中間像面５９という。本実施の形態の中間像面５９は、その中央部が射出部３０側へ向けて膨らむように滑らかに湾曲している。中間像面５９を平面にするためには、リレーレンズ４８等の光学系の精度を高める必要があるため、高いコストを要する。
【００３７】
中間像面５９が形成される位置には、回折格子６０が設置されている。回折格子６０は、レーザ光を分散させる光学分散性能を有し、入射したレーザ光による射出瞳を拡大する。本実施の形態の回折格子６０の回折格子面６１は、平面である。湾曲した中間像面５９の曲面形状と、回折格子面６１の形状とが一致するように回折格子６０を製造することは、困難である。つまり、本実施の形態では、中間像面５９が曲面となる光学系を使用し、且つ回折格子面６１が平面である回折格子６０を使用することで、ヘッドマウントディスプレイ１を容易に低コストで製造している。なお、回折格子６０を通過したレーザ光は、リレーレンズ４９を経て、射出部３０からユーザの眼の瞳孔３９に射出される。
【００３８】
仮に回折格子６０を設けない場合、ユーザが画像を鮮明に見るためには、レーザ光が集光する中間像面５９にピントを合わせるのがよい。一方で、回折格子６０を設ける場合、ユーザが画像を鮮明に見るためには、中間像面５９でなく回折格子６０にピント位置を合わせる必要がある。ここで、前述したように、中間像面５９の形状と回折格子６０の回折格子面６１の形状とを一致させるのは困難であり、高いコストを要する。中間像面５９と回折格子面６１とが一致していない場合に、ユーザのピントが中間像面５９に位置すると、ユーザが視認する画像の鮮明さ（解像度）は、ピントが回折格子６０に位置する場合に比べて低下する。本実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ１は、ユーザのピント位置を容易に回折格子６０に合わせるための構成を備えている。なお、リレーレンズ４８、リレーレンズ４９、射出部３０等の光学的構成は適宜変更できる。従って、二次元走査されたレーザ光が集光されて形成される中間像面５９の位置や湾曲度合い等も、光学的構成に応じて異なる場合がある。しかし、中間像面５９の位置や湾曲度合いが図４に示す例と異なる場合であっても、回折格子６０は、形成された中間像面５９の位置に設けられる。
【００３９】
図５を参照して、回折格子６０について詳細に説明する。回折格子６０の外形は矩形板状である。駆動信号制御部１１（図２および図３参照）は、矩形の有効走査領域６３が回折格子６０の中央部分に位置するように、レーザ光を出力して走査する。有効走査領域６３には、ユーザに画像を視認させるための画像光が入射する。走査されたレーザ光が入射する最大の領域（最大走査領域）のうち、有効走査領域６３以外の領域（有効走査領域６３の周囲の領域）が、無効走査領域６４となる。従って、ヘッドマウントディスプレイ１は、ユーザに画像を視認させるための有効走査領域６３だけでなく、有効走査領域６３の周囲の無効走査領域６４も照明することができる。
【００４０】
ヘッドマウントディスプレイ１は、無効走査領域６４に入射する光を検出するセンサ（図示せず）を備えている。ヘッドマウントディスプレイ１は、無効走査領域６４を走査される光を検出することで、レーザ光の出力タイミングと走査タイミングとの同期を取る。さらに、図示しないが、回折格子６０の背面側（図５の紙面奥側）の左右の端部近傍には、走査タイミングの制御に用いるための光を出力する制御用光源が設けられている。
【００４１】
回折格子６０の回折格子面６１（図５の紙面手前側の面）の外周縁部には、矩形の遮光マスク６５が設置されている。遮光マスク６５は、不要な光がユーザの眼に入射することを防止する。詳細には、遮光マスク６５は、制御用光源が出力した走査タイミング制御用の光と、無効走査領域６４の外周縁部近傍に入射する不要な光とを遮断する。
【００４２】
回折格子６０における無効走査領域６４には、ピントターゲット７０が形成されている。ピントターゲット７０は、ユーザが適切な位置にピントを合わせるための目標となる印である。本実施の形態のピントターゲット７０は、回折格子６０の成形時に同時に成形される。従って、回折格子６０の成形後に塗料等を用いてピントターゲット７０を形成する場合とは異なり、塗料等が塵となってレーザ光の光路に入り込むことがない。レーザ光の光路に塵が入り込むと、塵が微小である場合でも、ユーザが視認する画像の品質は大幅に低下する。従って、ピントターゲット７０を回折格子６０の成形時に同時成形することで、画像品質が低下することを防止することができる。本実施の形態のピントターゲット７０は、回折格子６０の成形時に回折格子面６１の所定の位置を窪ませる、または突出させることで形成される。ピントターゲット７０は、無効走査領域６４のうち、有効走査領域６３の四隅の外側に位置する４つの鉤括弧状（Ｌ字状）に形成されている。
【００４３】
回折格子６０の左側面上部には穴７２が形成されており、形成された穴７２に補助光源３３が設置されている。補助光源３３は、回折格子６０の端部から回折格子面６１を照射する。従って、ヘッドマウントディスプレイ１は、補助光源３３と、無効走査領域６４に入射するレーザ光とによって、ピントターゲット７０を確実に照明することができる。また、ヘッドマウントディスプレイ１は、レーザ光を用いずに補助光源３３のみによってピントターゲット７０を照射することも可能である。なお、補助光源３３の設置位置は、有効走査領域６３の外部であればよい。補助光源３３の設置個数も適宜変更が可能である。
【００４４】
図６を参照して、駆動信号制御部１１のＣＰＵ１１１が実行する駆動処理について説明する。駆動信号制御部１１のＣＰＵ１１１は、画像の表示を開始させる指示を全体制御部５０から入力すると、ＲＯＭ１１２に記憶されているプログラムに従って、図６に示す駆動処理を開始する。
【００４５】
図６に示すように、駆動処理が開始されると、垂直走査ミラー２１および水平走査ミラー２６の揺動動作を起動させるための起動処理が開始される（Ｓ１）。起動処理では主に、垂直走査ミラー２１および水平走査ミラー２６の適切な駆動周波数、振れ角等が設定され、且つ垂直走査ミラー２１と水平走査ミラー２６との同期が取られる。ヘッドマウントディスプレイ１が画像信号に応じて画像光を出力するのは、起動処理の終了後となる。ＣＰＵ１１１は、起動処理の実行中から無効走査領域６４へのレーザ光の出力を開始し（Ｓ２）、且つ補助光源３３を点灯させる（Ｓ３）。さらに、ＣＰＵ１１１は、所定色の枠画像７５の表示を開始させる（Ｓ４）。
【００４６】
図７に示すように、枠画像７５は、無効走査領域６４のうち有効走査領域６３の外縁に接する部分に表示される矩形の枠である。枠画像７５の色は無彩色である白色であり、輝度は１００％である。枠画像７５が表示されることで、有効走査領域６３の四隅に位置するピントターゲット７０は枠画像７５によって照明される。さらに、ピントターゲット７０は、レーザ群１３（図２および図３参照）から無効走査領域６４に入射する光と、補助光源３３が出力する光とによって照明される。
【００４７】
図６の説明に戻る。ＣＰＵ１１１は、起動処理が完了したか否かを判断する（Ｓ７）。起動処理が完了するまで（Ｓ７：ＮＯ）、Ｓ７の判断が繰り返される。起動処理が完了すると（Ｓ７：ＹＥＳ）、画像表示処理が行われる（Ｓ８）。画像表示処理では、全体制御部５０から入力される画像信号に応じて、有効走査領域６３に画像が表示される。ユーザによる駆動停止指示が入力部４０（図２参照）に入力されたか否かが判断され（Ｓ９）、入力されていなければ（Ｓ９：ＮＯ）、画像の表示が継続される。駆動停止指示が入力されると（Ｓ９：ＹＥＳ）、駆動処理は終了する。
【００４８】
以上説明したように、本実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ１は、中間像面５９の近傍に回折格子６０を備える。回折格子６０は、無効走査領域６４にピントターゲット７０を備えている。ピントターゲット７０は、レーザ光および補助光源３３の光によって照明される。ユーザは、ピントターゲット７０を見ることで、ピント位置を容易に回折格子６０に合わせることができる。従って、ユーザは容易に鮮明な画像を視認することができ、多重像が見えてしまう可能性も低下する。
【００４９】
本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１は、外光６（図１参照）によって視認する実際の視界と、射出光５（図１参照）に基づく表示画像とを、共に視認することができる。つまり、本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１は、所謂シースルー型のヘッドマウントディスプレイである。シースルー型のヘッドマウントディスプレイでは、ユーザは、ピント位置を実際の視界と表示画像との間で変更する機会が多い。従って、実際の視界から表示画像にピントを変更した場合、ピントが回折格子６０でなく中間像面５９に位置してしまう場合も多い。しかし、本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１によると、ユーザは、ピントターゲット７０によって容易に適切な位置にピントを合わせることができる。よって、ユーザは実際の視界と表示画像とを共に鮮明に視認することができる。
【００５０】
特に、本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１では、中間像面５９が曲面であり、回折格子６０の回折格子面６１が平面である。従って、ヘッドマウントディスプレイ１は、中間像面５９と回折格子面６１とを一致させる場合に比べて安価且つ容易に製造できる。ここで、ユーザのピントが中間像面５９に位置すると、ユーザが視認する画像の鮮明さ（解像度）は低下する。ヘッドマウントディスプレイ１は、ピントターゲット７０を有する平面の回折格子６０を備えることで、ユーザのピントを中間像面５９でなく回折格子６０に位置させることができる。従って、ヘッドマウントディスプレイ１は、安価で容易に製造でき、且つユーザに鮮明な画像を視認させることができる。
【００５１】
ヘッドマウントディスプレイ１は、レーザ群１３が出力する光のうち、画像表示に使用されない光（無効走査領域６４に入射する光）によってピントターゲット７０を照明することができる。また、ヘッドマウントディスプレイ１は、有効走査領域６３の外縁部分に枠画像７５を形成する。ピントターゲット７０は、枠画像７５によって照明される。従って、ヘッドマウントディスプレイ１は、レーザ群１３が出力する光を利用して容易にピントターゲット７０をユーザに視認させることができる。さらに、ヘッドマウントディスプレイ１は、有効走査領域６３の外部に補助光源３３を備える。補助光源３３は、ピントターゲット７０を照明する。従って、ヘッドマウントディスプレイ１は、補助光源３３によって確実にピントターゲット７０をユーザに視認させることができる。
【００５２】
ピントターゲット７０は、有効走査領域６３の四隅に位置する。従って、ユーザは、ピントターゲット７０を見ることで、矩形の有効走査領域６３の位置および大きさを容易に把握することができる。つまり、ユーザは、ピントターゲット７０を見ることで、ピントの位置を容易に合わせることができるだけでなく、瞳孔３９の位置も適切な方向に移動させることができる。
【００５３】
ヘッドマウントディスプレイ１は、画像を表示させる前の起動処理を行っている段階で、ピントターゲット７０の照明を開始する。ユーザは、起動処理が行われている時点で適切な位置にピントを合わせることができる。従って、ユーザは、画像の表示が開始された直後から鮮明な画像を視認することができる。
【００５４】
本実施の形態において、ヘッドマウントディスプレイ１が本発明の「画像表示装置」に相当する。レーザ群１３が本発明の「画像光源」に相当する。駆動信号制御部１１が本発明の「制御部」に相当する。垂直走査系２０および水平走査系２５が本発明の「走査部」に相当する。回折格子６０が本発明の「瞳拡大素子」に相当する。レーザ群１３および補助光源３３が本発明の「照明部」に相当する。回折格子面６１が本発明の「瞳拡大素子面」に相当する。
【００５５】
本発明は上記実施の形態に限定されることはなく、様々な変形が可能であることは言うまでも無い。例えば、ピントターゲット７０の位置および形状は適宜変更できる。図８および図９を参照して、ピントターゲット７０の位置および形状の変形例について説明する。図８および図９において、上記実施の形態と同一の構成については同一の番号を付し、説明を省略する。
【００５６】
図８に示す回折格子１６０は、有効走査領域６３の外周全体を覆う矩形のピントターゲット１７０を備える。このように、ピントターゲットは、有効走査領域６３の少なくとも四隅に位置すれば、ピントの位置合わせと瞳孔３９の位置合わせとを共に容易にすることができるので、四隅のみに位置する必要はない。また、ピントターゲットの形状を、円形、楕円形等とすることも可能である。ピントターゲットに装飾を施してもよい。
【００５７】
図９に示す回折格子２６０は、無効走査領域６４のうち、有効走査領域６３よりも右斜め下方に、「ｆｏｃｕｓ  ｐｏｉｎｔ」の文字からなるピントターゲット２７０を備える。このように、ピントターゲットは図形である必要はなく、文字、記号等であってもよい。また、ピントターゲットが有効走査領域６３の四隅に位置していなくても、ユーザは容易にピントを適切な位置に合わせることができる。
【００５８】
上記実施の形態は、その他の変形も可能である。上記実施の形態では、回折格子６０が瞳拡大素子として用いられている。しかし、瞳拡大素子として用いることができるのは回折格子６０に限られない。例えば、マイクロレンズアレイ、光学散乱面等の光学分散性能を有する素子を、回折格子６０の代わりに用いることもできる。
【００５９】
上記実施の形態では、無効走査領域６４に入射するレーザ光と、補助光源３３が出力する光と、枠画像７５とによって、ピントターゲット７０を照明する。しかし、上記３つの方法のうち、１つまたは２つの方法のみを用いてピントターゲット７０を照明してもよいことは言うまでもない。
【００６０】
上記実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１は、ピントターゲット７０を備える平面の回折格子６０を使用し、且つ中間像面５９を曲面とする。従って、ヘッドマウントディスプレイ１は、容易に安価で製造でき、且つ、ユーザはピント位置を合わせることも容易である。しかし、本発明は、回折格子面６１と中間像面５９とが一致しているヘッドマウントディスプレイにも適用できる。この場合でも、ユーザは、ピントターゲット７０を見ることで、容易にピント位置を適切な位置に調整することができる。
【００６１】
上記実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１は、シースルー型のヘッドマウントディスプレイである。従って、実際の視界と、射出光５による表示画像とを、共にユーザに視認させることができる。しかし、シースルー型以外の網膜走査型ディスプレイにも本発明を適用できるのは勿論である。
【００６２】
上記実施の形態では、ピントターゲット７０を照明するための枠画像７５は白色であり、輝度は１００％である。このように、枠画像７５を明るくする程、ユーザはピントターゲット７０を容易に視認することができる。しかし、枠画像７５の色および輝度を変更してもよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６３】
１    ヘッドマウントディスプレイ
５    射出光
１１    駆動信号制御部
１３    レーザ群
２０    垂直走査系
２１    垂直走査ミラー
２５    水平走査系
２６    水平走査ミラー
３０    射出部
３３    補助光源
３９    瞳孔
５９    中間像面
６０，１６０，２６０    回折格子
６１    回折格子面
６３    有効走査領域
６４    無効走査領域
７０，１７０，２７０    ピントターゲット
７５    枠画像
１１１    ＣＰＵ
【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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