(57)【要約】【課題】電磁ノイズの侵入を抑えることで、高い信号品質で高精細な映像を表示することができる頭部装着型映像表示システムを提供する。【解決手段】観察者の頭部に装着され、映像を表示する頭部装着型表示装置１０と、頭部装着型表示装置１０に表示させる映像信号を発生する映像信号発生装置５と、頭部装着型表示装置１０と映像信号発生装置５とを接続する光ファイバ７とを備え、映像信号発生装置５が、光を発生する光発生器と、光発生器により発生された光を映像信号に応じてデジタル変調し、光信号を生成する変調器と、光信号を光ファイバ７に導く導光部とを有し、頭部装着型表示装置１０が、光ファイバ７により伝送された光信号から電気信号を復調する復調器と、復調器によって復調された電気信号を映像に変換する映像表示素子と、映像表示素子に表示された映像を観察者の眼球に結像する接眼光学系とを有する頭部装着型映像表示システム１を採用する。【選択図】図１
2012103477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察者の頭部に装着され、映像を表示する頭部装着型表示装置と、
該頭部装着型表示装置に表示させる映像信号を発生する映像信号発生装置と、
前記頭部装着型表示装置と前記映像信号発生装置とを接続する光ファイバとを備え、
前記映像信号発生装置が、
光を発生する光発生器と、
該光発生器により発生された光を前記映像信号に応じてデジタル変調し、光信号を生成する変調器と、
前記光信号を前記光ファイバに導く導光部とを有し、
前記頭部装着型表示装置が、
前記光ファイバにより伝送された前記光信号から電気信号を復調する復調器と、
前記復調器によって復調された前記電気信号を映像に変換する映像表示素子と、
前記映像表示素子に表示された映像を観察者の眼球に結像する接眼光学系とを有する頭部装着型映像表示システム。
【請求項２】
前記頭部装着型表示装置が、前記光ファイバにより前記映像信号発生装置から伝送された光を光電変換する光電変換部を備え、
該光電変換部は前記映像表示素子に電力を供給する請求項１に記載の頭部装着型映像表示システム。
【請求項３】
前記頭部装着型表示装置が、前記映像信号発生装置から前記光ファイバにより伝送された光の一部を分岐する分岐部を備え、
該分岐部は、分岐された光により前記映像表示素子を照明する請求項１または２に記載の頭部装着型映像表示システム。
【請求項４】
前記頭部装着型表示装置が、前記分岐部により分岐された光の波長を変換する波長変換素子を備え、
該波長変換素子は、変換された光により前記映像表示素子を照明する請求項３に記載の頭部装着型映像表示システム。
【請求項５】
前記波長変換素子が、青色を白色光に変換する蛍光体を有する請求項４に記載の頭部装着型映像表示システム。
【請求項６】
前記波長変換素子が、
９００ｎｍ以下の赤外線を２次高調波に変換する非線形光学素子と、
該非線形光学素子により変換された２次高調波を白色光に変換する蛍光体とを有する請求項４に記載の頭部装着型映像表示システム。
【請求項７】
前記頭部装着型表示装置が、
観察者の頭部に装着され、前記光ファイバの端部が接続されたフレームと、
前記映像表示素子と前記接眼光学系により構成された光学ユニットとを備え、
前記フレームは、前記光ファイバにより導かれた光を発信する発信部を有し、
前記光学ユニットは、該発信部と間隔をあけて設けられ、前記発信部からの光を受信する受信部を有する請求項１から請求項６のいずれかに記載の頭部装着型映像表示システム。
【請求項８】
前記フレームが、前記光ファイバにより導かれた光を平行光に変換するコリメータレンズを備える請求項７に記載の頭部装着型映像表示システム。
【請求項９】
前記フレームが、前記受信部が前記コリメータレンズから射出された平行光の光軸上に常に位置するように、前記光学ユニットを前記平行光の光軸と平行に移動可能に支持する位置調整部を備える請求項８に記載の頭部装着型映像表示システム。
【請求項１０】
前記フレームが、前記光学ユニットの角度調整部を備え、
前記受信部が前記コリメータレンズから射出された平行光の光軸上に常に位置するように、前記光学ユニットを前記角度調整部を中心として回動可能に支持する請求項８または請求項９に記載の頭部装着型映像表示システム。
【請求項１１】
前記フレームが、光軸調整部を備え、
前記受信部が前記コリメータレンズから射出された平行光の光軸上に常に位置するように、前記光軸調整部を前記角度調整部を中心として回動可能に支持する請求項１０に記載の頭部装着型映像表示システム。
【請求項１２】
前記光学ユニットおよび前記フレームが水密構造で形成されている請求項７から請求項１１のいずれかに記載の頭部装着型映像表示システム。
【請求項１３】
前記頭部装着型表示装置が、光信号を分離する信号分離部を備える請求項１から請求項１２のいずれかに記載の頭部装着型映像表示システム。
【請求項１４】
前記映像信号発生装置が、異なる偏光を有する光信号を重畳する信号結合部を備え、
前記映像信号発生装置は複数の映像信号を発生させ、
前記変調器は前記複数の映像信号に対応した異なる偏光を有する光信号を生成させ、
前記光ファイバが偏波保存ファイバであり、
前記信号分離部が偏光ビームスプリッタである請求項１３に記載の頭部装着型映像表示システム。
【請求項１５】
前記映像信号発生装置が、異なる波長の光信号を重畳する信号結合部を備え、
前記映像信号発生装置は複数の映像信号を発生させ、
前記変調器は前記複数の映像信号に対応した異なる波長の光信号を生成させ、
前記信号分離部が、波長分離フィルタである請求項１３に記載の頭部装着型映像表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、頭部装着型映像表示システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ユーザの頭部に装着され、頭部装着ユニット（ディスプレイ）に映像を表示するヘッドマウントディスプレイが知られている（例えば、特許文献１参照）。このヘッドマウントディスプレイは、頭部装着ユニットにデジタル信号を送信する送信部と、頭部装着ユニットからのデジタル信号を受信する受信部と、これらを制御する制御部とを備えている。
【０００３】
また、ユーザの頭部に装着されるディスプレイ装置であって、映像信号を実際の映像に変換する信号／映像変換部と、映像信号を映像そのものの形で伝送する光ファイバ管と、この光ファイバ管より伝送された映像信号を映像処理して表示する映像表示部とを備えるディスプレイ装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３１０１３０号公報
【特許文献２】特開平１０−１２３４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されているヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）のように、映像信号を電気的なデジタル信号として頭部前方に伝送し、その後に映像表示素子に出力するシステムでは、映像が高精細化し、伝送する信号の周波数が上がるにつれて伝送用ケーブルやコネクタ部から外部に漏洩する電磁ノイズが大きくなる等の不都合がある。
【０００６】
一方、特許文献２に開示されているディスプレイ装置のように、映像信号を液晶板などの変調器で実際の映像に変換した後、光ファイバで頭部前方に導光し、眼鏡型のディスプレイに表示するシステムでは、特許文献１のように頭部に装着する部分に映像信号を電気信号として送る必要がないため、電磁ノイズの発生は抑えられるものの、解像度が光ファイバの束をなす本数によって規定されるため、高精細化できないという不都合がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、電磁ノイズの侵入を抑えることで、高い信号品質で高精細な映像を表示することができる頭部装着型映像表示システム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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、観察者の頭部に装着され、映像を表示する頭部装着型表示装置と、該頭部装着型表示装置に表示させる映像信号を発生する映像信号発生装置と、前記頭部装着型表示装置と前記映像信号発生装置とを接続する光ファイバとを備え、前記映像信号発生装置が、光を発生する光発生器と、該光発生器により発生された光を前記映像信号に応じてデジタル変調し、光信号を生成する変調器と、前記光信号を前記光ファイバに導く導光部とを有し、前記頭部装着型表示装置が、前記光ファイバにより伝送された前記光信号から電気信号を復調する復調器と、前記復調器によって復調された前記電気信号を映像に変換する映像表示素子と、前記映像表示素子に表示された映像を観察者の眼球に結像する接眼光学系とを有する頭部装着型映像表示システムを採用する。
【０００９】
本発明によれば、映像信号発生装置では、映像信号が発生されるとともに、光発生器により光が発生される。発生された光は、変調器により映像信号に応じてデジタル変調され、導光部および光ファイバにより頭部装着型表示装置に導かれる。頭部装着型表示装置では、変調器により変調された光が、復調器により電気信号に変換された後、映像信号として変換され、液晶ディスプレイや有機発光ダイオードディスプレイなどの映像表示素子上に映像として表示され、接眼光学系によって観察者の眼球に結像される。
【００１０】
従来の頭部装着型表示装置の場合、映像信号発生装置と、頭部装着型表示装置との間を結ぶ信号線の中を高い周波数の電気信号が流れることにより、信号線がアンテナとなり、電磁ノイズとなるが、本発明によれば、上記のように、映像信号は、頭部装着型表示装置の中に入るまで光信号として送られ、その後、頭部装着型表示装置の中で映像信号に変換されるため、信号線への外部の電磁ノイズの侵入を抑えることができる。これにより、高い信号品質で高精細な映像を頭部装着型表示装置に表示することができる。
【００１１】
上記発明において、前記頭部装着型表示装置が、前記光ファイバにより前記映像信号発生装置から伝送された光を光電変換する光電変換部を備え、該光電変換部は前記映像表示素子に電力を供給することとしてもよい。
このようにすることで、光電変換部により発電された電力によって頭部装着型表示装置に映像を表示することができる。このように、映像信号と電力の伝送を１本の光ファイバで行うことができるため、大容量の信号を送る場合にも、ケーブル（光ファイバ）を太くする必要を排除することができ、ユーザの装着感を向上することができる。また、ケーブル（光ファイバ）が長くなった際にも、金属の電線のような電圧降下が起きないため、映像信号発生装置からの信号出力レベルを変える必要を排除することができる。
【００１２】
上記発明において、前記頭部装着型表示装置が、前記映像信号発生装置から前記光ファイバにより伝送された光の一部を分岐する分岐部を備え、該分岐部は、分岐された光により前記映像表示素子を照明することとしてもよい。
このようにすることで、光ファイバにより伝送された光の一部を分岐部により分岐し、分岐された光をバックライト光源として使用することができる。これにより、最も消費電力の大きなバックライトのための発電を頭部装着型表示装置で行う必要がなくなり、頭部装着型表示装置を小型化できるとともに、映像信号発生装置を含めた全体の電力使用量を抑制することが可能となる。
【００１３】
上記発明において、前記頭部装着型表示装置が、前記分岐部により分岐された光の波長を変換する波長変換素子を備え、該波長変換素子は、変換された光により前記映像表示素子を照明することとしてもよい。
このようにすることで、光ファイバにより伝送する光の波長を単色光とすることができ、光ファイバ中において伝送効率の良いレーザ光を照明用の光として使うことが可能となる。また、これにより、信号光であるレーザ光だけで信号伝送、発電、照明のすべてを行うことも可能となる。
【００１４】
上記発明において、前記波長変換素子が、青色を白色光に変換する蛍光体を有することとしてもよい。
青色レーザ光を照明光の種光とすることにより、演色性の良好な白色光を照明光として利用することが可能となる。なお、ここで言う白色光とは、βサイアロン蛍光体等を用いた高演色白色光や、ＹＡＧ蛍光体で励起された黄色と励起光である青色の混合した、いわゆる疑似白色光などでも良い。
【００１５】
上記発明において、前記波長変換素子が、９００ｎｍ以下の赤外線を２次高調波に変換する非線形光学素子と、該非線形光学素子により変換された２次高調波を白色光に変換する蛍光体とを有することとしてもよい。
このようにすることで、９００ｎｍ以下の赤外線を種光とし、照明用と光電変換用の両方に使用することが可能になる。これにより、光電変換部の変換効率を向上することができ、映像信号発生装置を含めた全体の電力使用量を抑制することが可能となる。
【００１６】
上記発明において、前記頭部装着型表示装置が、観察者の頭部に装着され、前記光ファイバの端部が接続されたフレームと、前記映像表示素子と前記接眼光学系により構成された光学ユニットとを備え、前記フレームは、前記光ファイバにより導かれた光を発信する発信部を有し、前記光学ユニットは、該発信部と間隔をあけて設けられ、前記発信部からの光を受信する受信部を有することとしてもよい。
【００１７】
このようにすることで、映像信号発生装置から発せられ光ファイバにより導かれた光が、フレームに設けられた発信部から発信され、発信部と間隔をあけて設けられた受信部により受信されて、光学ユニットにより映像に変換されて、観察者の眼球に導かれる。これにより、フレーム（および発信部）と光学ユニット（および受信部）とを物理的に切り離すとともに、光学ユニット（および受信部）を例えば密閉構造とすることができ、頭部装着型表示装置の洗浄性およびメンテナンス性を向上することができる。
【００１８】
上記発明において、前記フレームが、前記光ファイバにより導かれた光を平行光に変換するコリメータレンズを備えることとしてもよい。
このようにすることで、フレーム（発信部）と光学ユニット（受信部）の間を平行光とすることにより、フレームと光学ユニットとの間の距離が変わった場合にも、光学ユニット（受信部）が受光する光量の変化を防止することができる。また、光がある程度の面積を持つようになるため、レーザ光の密度を下げることが可能となり、安全性を向上することができる。
【００１９】
上記発明において、前記フレームが、前記受信部が前記コリメータレンズから射出された平行光の光軸上に常に位置するように、前記光学ユニットを前記平行光の光軸と平行に移動可能に支持する位置調整部を備えることとしてもよい。
このようにすることで、受信部がコリメータレンズから射出された平行光の光軸上に常に位置するように光学ユニットを位置調整することができ、観察者の顔の形状（例えば目の位置）に応じて、光学ユニットを位置調整して映像を表示することができる。
【００２０】
上記発明において、前記フレームが、前記光学ユニットの角度調整部を備え、前記受信部が前記コリメータレンズから射出された平行光の光軸上に常に位置するように、前記光学ユニットを前記角度調整部を中心として回動可能に支持することとしてもよい。
このようにすることで、受信部がコリメータレンズから射出された平行光の光軸上に常に位置するように光学ユニットを角度調整することができ、観察者の顔の形状（例えば目の角度）に応じて、光学ユニットを角度調整して映像を表示することができる。
【００２１】
上記発明において、前記フレームが、光軸調整部を備え、前記受信部が前記コリメータレンズから射出された平行光の光軸上に常に位置するように、前記光軸調整部を前記角度調整部を中心として回動可能に支持することとしてもよい。
このようにすることで、光学ユニットの位置の自由度を広げることができ、観察者の顔の形状に応じて、より様々な装着位置を提供することが可能となる。
【００２２】
上記発明において、前記光学ユニットおよび前記フレームが水密構造で形成されていることとしてもよい。
光学ユニットおよびフレームを水密構造とすることにより、頭部装着型表示装置の清浄性を向上することができ、例えば医療現場等の頻繁かつ念入りな消毒や滅菌が要求される現場での適応性を向上することができる。
【００２３】
上記発明において、前記頭部装着型表示装置が、光信号を分離する信号分離部を備えることとしてもよい。
このようにすることで、複数の映像信号を信号結合部により重畳することによって、例えば右目用と左目用の映像信号を１本の光ファイバで伝送することができる。これにより、映像信号発生装置と頭部装着型表示装置とを接続する光ファイバを細くして、観察者の装着感を向上することができる。
【００２４】
上記発明において、前記映像信号発生装置が、異なる偏光を有する光信号を重畳する信号結合部を備え、前記映像信号発生装置は複数の映像信号を発生させ、前記変調器は前記複数の映像信号に対応した異なる偏光を有する光信号を生成させ、前記光ファイバが偏波保存ファイバであり、前記信号分離部が偏光ビームスプリッタであることとしてもよい。
このようにすることで、異なる偏光の複数の映像信号（例えば右目用と左目用の映像信号）を光ファイバによって頭部装着型表示装置に送り、頭部装着型表示装置において、偏光ビームスプリッタにより複数の映像信号を分離することができる。これにより、映像信号発生装置の光源を１つとすることができ、装置の小型化を図ることができる。
【００２５】
上記発明において、前記映像信号発生装置が、異なる波長の光信号を重畳する信号結合部を備え、前記映像信号発生装置は複数の映像信号を発生させ、前記変調器は前記複数の映像信号に対応した異なる波長の光信号を生成させ、前記信号分離部が、波長分離フィルタであることとしてもよい。
このようにすることで、異なる波長の光で複数の映像信号（例えば右目用と左目用の映像信号）を送り、頭部装着型表示装置において、光学フィルタにより複数の映像信号を分離することができる。これにより、クロストークの非常に少ない映像信号を送ることが可能になる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、電磁ノイズの侵入を抑えることで、高い信号品質で高精細な映像を表示することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る頭部装着型映像表示システムの概略構成図である。
【図２】図１の光学ユニットの概略構成を示す正面図である。
【図３】図１の光学ユニットの概略構成を示す側面図である。
【図４】第１の変形例に係る図１の光学ユニットの概略構成を示す正面図である。
【図５】第１の変形例に係る図１の光学ユニットの概略構成を示す側面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る頭部装着型映像表示システムの概略構成図である。
【図７】図６の接続部分（符号Ｂ）の部分拡大図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る頭部装着型映像表示システムの概略構成図である。
【図９】図８の頭部装着側表示装置の側面図である。
【図１０】図８の接続部分（符号Ｃ）の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態に係る頭部装着型映像表示システム１について図１から図５を参照して説明する。
本実施形態に係る頭部装着型映像表示システム１は、図１に示すように、観察者の頭部に装着され、映像を表示する頭部装着型表示装置１０と、頭部装着型表示装置１０に表示させる映像信号を発生する映像信号発生装置５と、頭部装着型表示装置１０と映像信号発生装置５とを接続する光ファイバ７とを備えている。
【００２９】
映像信号発生装置５は、光を発生する光発生器（図示略）と、該光発生器により発生された光を映像信号に応じてデジタル変調する変調器（図示略）と、該変調器により変調された光を光ファイバ７に導く導光部（図示略）とを備えている。具体的には、映像信号は、例えば８００ｎｍの赤外線レーザ光を変調することにより送信されている。また、光ファイバ７には、上記の映像信号とは別に、例えば４５０ｎｍの青色レーザ光が導かれている。
【００３０】
頭部装着型表示装置１０は、例えばメガネフレームのように観察者の頭部に装着されるフレーム１１と、フレーム１１に支持されて映像を表示する光学ユニット１２，１３とを備えている。光学ユニット１２は観察者の右目用の映像を表示するようになっており、光学ユニット１３は観察者の左目用の映像を表示するようになっている。光学ユニット１２，１３には、光ファイバ７が分岐してそれぞれ接続されている。
【００３１】
図２および図３は光学ユニット１２，１３の概略構成を示す概略図であり、図２は光学ユニット１２，１３の正面図、図３は図２の矢印Ａ方向から見た光学ユニット１２，１３の側面図である。
光学ユニット１２，１３は、図２および図３に示すように、ダイクロイックミラー（分岐部）１４と、フォトダイオード１５と、コントロールユニット（復調器）１６と、光電変換素子（光電変換部）１７と、アナモルフィック光学素子１８と、ＹＡＧ蛍光体（波長変換素子）１９と、照明部２０と、映像表示素子２１と、接眼光学系２２とをそれぞれ備えている。
【００３２】
ダイクロイックミラー１４は、図２に示すように、光ファイバ７の射出光軸上に配置されており、映像信号発生装置５から光ファイバ７により伝送された光の一部を分岐するようになっている。具体的には、ダイクロイックミラー１４は、例えば、８００ｎｍの赤外線レーザ光を反射する一方、４５０ｎｍの青色レーザ光を透過する特性を有している。これにより、ダイクロイックミラー１４は、光ファイバ７により伝送された光のうち、赤外線レーザ光（８００ｎｍ）をフォトダイオード１５に導くとともに、青色レーザ光（４５０ｎｍ）を光電変換素子１７およびアナモルフィック光学素子１８に導くようになっている。
【００３３】
フォトダイオード１５は、図２に示すように、ダイクロイックミラー１４の反射方向に配置されている。フォトダイオード１５は、ダイクロイックミラー１４により反射された光を光電変換し、コントロールユニット１６に出力するようになっている。具体的には、フォトダイオード１５は、赤外線レーザ光（８００ｎｍ）、すなわち、映像信号発生装置５の変調器により映像信号に応じてデジタル変調された光を受け取って、受け取った光を光電変換し、その電気信号をコントロールユニット１６に出力するようになっている。
【００３４】
光電変換素子１７は、図３に示すように、ダイクロイックミラー１４の透過方向に配置され、光ファイバ７の射出光軸を中心として間隔をあけて２つ設けられている。光電変換素子１７は、ダイクロイックミラー１４を透過してきた青色レーザ光（４５０ｎｍ）の一部を受け取って、受け取った光を光電変換（発電）し、発生させた電力をコントロールユニット１６に出力するようになっている。
【００３５】
コントロールユニット１６は、図２および図３に示すように、フォトダイオード１５、光電変換素子１７、および映像表示素子２１にそれぞれ接続されている。コントロールユニット１６は、フォトダイオード１５から出力された電気信号を復調して映像信号を生成するようになっている。また、コントロールユニット１６は、上記のように生成した映像信号とともに、光電変換素子１７により発生された電力を映像表示素子２１に出力するようになっている。
【００３６】
アナモルフィック光学素子１８は、図３に示すように、ダイクロイックミラー１４の透過方向に配置され、光ファイバ７の射出光軸上（２つの光電変換素子１７の間）に設けられている。アナモルフィック光学素子１８は、ダイクロイックミラー１４を透過してきた青色レーザ光（４５０ｎｍ）の一部を集光して、照明部２０の入射端のサイズに合うように、そのアスペクト比を変換するようになっている。
【００３７】
ＹＡＧ蛍光体１９は、図３に示すように、光ファイバ７の出射端から見て、アナモルフィック光学素子１８の背面側に配置されている。ＹＡＧ蛍光体１９は、アナモルフィック光学素子１８により集光された青色レーザ光（４５０ｎｍ）の波長を変換して、白色光を生成するようになっている。
【００３８】
照明部２０は、例えば導光板であり、アナモルフィック光学素子１８により集光され、ＹＡＧ蛍光体１９により波長変換された光を、映像表示素子２１の全面（観察者から見て映像表示素子２１の背面側）に拡散して照明するようになっている。これにより、照明部２０は、映像表示素子２１のバックライトとして機能するようになっている。
【００３９】
映像表示素子２１は、例えばＬＣＤ（液晶ディスプレイ）であり、コントロールユニット１６から供給された電力（光電変換素子１７により発電された電力）を用いて、コントロールユニット１６から出力された映像信号（フォトダイオード１５により受光された光を復調した信号）に基づいて、映像を表示するようになっている。
【００４０】
接眼光学系２２は、フレーム１１を観察者に装着した状態において観察者の目に近接して配置される光学系であり、映像表示素子２１により表示された映像を観察者の網膜に結像するようになっている。
【００４１】
上記構成を有する頭部装着型映像表示システム１の作用について以下に説明する。
映像信号発生装置５では、映像信号が発生されるとともに、光発生器（図示略）により青色レーザ光（４５０ｎｍ）および赤外線レーザ光（８００ｎｍ）が発生される。赤外線レーザ光（８００ｎｍ）は、変調器（図示略）により映像信号に応じてデジタル変調され、光ファイバ７により、青色レーザ光（４５０ｎｍ）とともに頭部装着型表示装置１０に導かれる。
【００４２】
頭部装着型表示装置１０では、ダイクロイックミラー１４により、赤外線レーザ光（８００ｎｍ）がフォトダイオード１５に向けて反射されるとともに、青色レーザ光（４５０ｎｍ）が光電変換素子１７およびアナモルフィック光学素子１８の方向に透過する。
【００４３】
フォトダイオード１５に向けて反射された赤外線レーザ光（８００ｎｍ）、すなわち、映像信号発生装置５の変調器において、映像信号に応じてデジタル変調された光は、フォトダイオード１５により光電変換され、電気信号としてコントロールユニット１６に出力される。コントロールユニット１６では、フォトダイオード１５から出力された電気信号を復調して映像信号が生成され、生成された映像信号は映像表示素子２１に出力される。
【００４４】
一方、ダイクロイックミラー１４を透過した青色レーザ光（４５０ｎｍ）は、一部（光ファイバ７の射出光軸から外れた光）が光電変換素子１７に入射し、一部（光ファイバ７の射出光軸近傍の光）がアナモルフィック光学素子１８に入射する。
光電変換素子１７に入射した青色レーザ光（４５０ｎｍ）は、光電変換素子１７により光電変換され、発生した電力が、コントロールユニット１６を介して映像表示素子２１に出力される。
【００４５】
アナモルフィック光学素子１８に入射した青色レーザ光（４５０ｎｍ）は、アナモルフィック光学素子１８により集光され、ＹＡＧ蛍光体１９により白色光に波長変換される。ＹＡＧ蛍光体１９により波長変換された白色光は、照明部２０により拡散されて、映像表示素子２１の背面側から映像表示素子２１の全面に照射され、映像表示素子２１のバックライトとして用いられる。
【００４６】
映像表示素子２１では、コントロールユニット１６から供給された電力（光電変換素子１７により発電された電力）を用いて、コントロールユニット１６から出力された映像信号（フォトダイオード１５により受光された光を復調した信号）に基づいて、映像が表示される。このように表示された映像は、接眼光学系２２により観察者の眼球に導かれる。
【００４７】
以上のように、本実施形態に係る頭部装着型映像表示システム１によれば、映像信号は、頭部装着型表示装置１０の中に入るまで光信号として光ファイバ７により送られ、電気信号として変換された後は頭部装着型表示装置１０の中に閉じこめられるため、容易に電磁ノイズの漏洩を抑えられ、また外部の電磁ノイズの侵入を抑えることができる。これにより、高い信号品質で高精細な映像を頭部装着型表示装置１０に表示することができる。
【００４８】
また、光電変換素子１７により、光ファイバ７により導かれた光の一部を光電変換して発電することで、光電変換素子１７により発電された電力によって頭部装着型表示装置１０に映像を表示することができる。このように、映像信号と電力の伝送を１本の光ファイバ７で行うことができるため、大容量（例えば１ＧＢｂｐｓ）の信号を送る場合にも、ケーブル（光ファイバ７）を太くする必要を排除することができ、観察者の装着感を向上することができる。また、ケーブル（光ファイバ７）が長くなった際にも、金属の電線のような電圧降下が起きないため、映像信号発生装置５からの信号出力レベルを変える必要を排除することができる。
【００４９】
また、ダイクロイックミラー１４により、映像信号発生装置５から光ファイバ７により伝送された光の一部を分岐して映像表示素子２１の背面側に照射することで、分岐された光を映像表示素子２１のバックライト光源として使用することができる。これにより、最も消費電力の大きなバックライトのための発電を頭部装着型表示装置１０で行う必要がなくなり、頭部装着型表示装置１０を小型化できるとともに、映像信号発生装置５を含めた全体の電力使用量を抑制することが可能となる。
【００５０】
また、波長変換素子（ＹＡＧ蛍光体１９）により、ダイクロイックミラー１４により分岐された光の波長を変換し、変換された光を照明用の光源として使用することで、光ファイバ７により伝送する光の波長を単色光とすることができ、光ファイバ７中において伝送効率の良いレーザ光を照明用の光として使うことが可能となる。また、これにより、信号光であるレーザ光だけで信号伝送、発電、照明のすべてを行うことも可能となる。
【００５１】
特に、上記の場合において、波長変換素子として、青色レーザ光を白色光に変換するＹＡＧ蛍光体１９を採用することで、青色レーザ光を照明光の種光とすることにより、演色性の良好な白色光を照明光として利用することが可能となる。なお、ここで言う白色光とは、βサイアロン蛍光体等を用いた高演色白色光や、ＹＡＧ蛍光体で励起された黄色と励起光である青色の混合した、いわゆる疑似白色光などでも良い。
【００５２】
なお、上記の場合において、波長変換素子として、波長８００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の赤外線を２次高調波に変換する、例えばＬＢＯ結晶等の非線形光学素子（図示略）と、青色の２次高調波を白色光に変換する蛍光体（図示略）とを採用することとしてもよい。
このようにすることで、波長８００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の赤外線レーザ光を種光とし、照明用と光電変換用の両方に使用することが可能になる。これにより、光電変換素子１７の変換効率を向上することができ、映像信号発生装置５を含めた全体の電力使用量を抑制することが可能となる。
【００５３】
なお、本実施形態では、信号光として８００ｎｍの赤外線レーザ光を用いたが、信号光として１．３μｍ帯域や１．５μｍ帯域の赤外レーザ光や、あるいは可視レーザ光を用いてもよい。
【００５４】
［第１の変形例］
本実施形態に係る頭部装着型映像表示システム１の第１の変形例として、図４および図５に示すように、青色レーザ光を白色光に変換するＹＡＧ蛍光体１９を、光ファイバ７の出射端から見て、ダイクロイックミラー１４の背面側に設けることとしてもよい。
このようにすることで、光電変換素子１７に入射する光の波長が長波長側にシフトするため、光電変換素子１７の変換効率を向上することができ、装置全体としての省電力化を図ることができる。
【００５５】
［第２の変形例］
また、本実施形態に係る頭部装着型映像表示システム１の第２の変形例として、映像信号発生装置５で白色光を発生させ、この白色光を電力用（光電変換用）および照明用の光として用いてもよい。この場合には、青色レーザ光を白色光に変換するＹＡＧ蛍光体１９は、頭部装着型表示装置１０に不要となる。
【００５６】
［第３の変形例］
また、本実施形態に係る頭部装着型映像表示システム１の第３の変形例として、映像表示素子２１のバックライト光源として、映像表示素子２１の背面側に別途ＬＥＤ（図示略）を設けることとしてもよい。また、この場合には、ダイクロイックミラー１４を透過した光の全てを光電変換素子１７により電力に変換し、変換された電力を用いてＬＥＤを駆動しても良い。
【００５７】
このようにすることで、電力用（光電変換用）の光として青色レーザ光や白色光を使う必要がないため、信号光とは別に電力用の光を送らなくとも、信号光を分岐して電力用として用いることができる。これによって、映像信号発生装置５の光源を１つとすることができ、映像信号発生装置５の小型化を図ることができる。
【００５８】
[第２の実施形態]
次に、本発明の第２の実施形態に係る頭部装着型映像表示システム２について、図６および図７を参照して以下に説明する。以下、本実施形態の頭部装着型映像表示システム２について、第１の実施形態の頭部装着型映像表示システム１と共通する点については同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００５９】
本実施形態に係る頭部装着型映像表示システム２において、頭部装着型表示装置１０は、図６に示されるように、映像信号発生装置５に接続される光ファイバ７が、第１の実施形態のように光学ユニット１２，１３ではなく（図１参照）、フレーム１１に接続されている。また、光学ユニット１２，１３のそれぞれが、フレーム１１に水平方向に固定された支持部材（位置調整部）２５により左右に移動可能に支持されている。
【００６０】
図７は、図６における符号Ｂで示す光ファイバ７の接続部分の拡大図を示している。
図７に示すように、本実施形態に係る頭部装着型映像表示システム２において、フレーム１１には、コリメータレンズ３１と、偏光ビームスプリッタ（信号分離部）３２と、波長板３３と、ミラー３４と、発信部３５とが備えられている。
光学ユニット１２，１３には、前述の第１の実施形態と同様の構成（図２および図３参照）に加えて、受信部３６と、ビームスプリッタ３７と、コリメータレンズ３８とが備えられている。
【００６１】
コリメータレンズ３１は、光ファイバ７の射出光軸上に配置され、光ファイバ７により導かれた光を平行光にするようになっている。
偏光ビームスプリッタ３２は、光ファイバ７（コリメータレンズ３１）の射出光軸上に配置され、コリメータレンズ３１により平行光にされた光のうち、特定の偏光成分を反射するようになっている。具体的には、偏光ビームスプリッタ３２は、コリメータレンズ３１により平行光にされた光のうち、Ｓ偏光の光を反射する一方、Ｐ偏光の光を透過するようになっている。これにより、偏光ビームスプリッタ３２は、コリメータレンズ３１からの光のうち、Ｓ偏光の光を光学ユニット１２に向けて反射するようになっている。
【００６２】
ミラー３４は、偏光ビームスプリッタ３２の透過方向に配置され、後述する波長板３３を透過してきた光を偏光ビームスプリッタ３２に向けて反射するようになっている。
波長板３３は、偏光ビームスプリッタ３２とミラー３４との間に配置され、偏光ビームスプリッタ３２を透過してきた光の位相を変化させるようになっている。具体的には、波長板３３は、偏光ビームスプリッタ３２を透過してきたＰ偏光の光の位相を変化させ、ミラー３４により往復して入射させることで、Ｓ偏光の光として偏光ビームスプリッタ３２に導くようになっている。これにより、偏光ビームスプリッタ３２は、波長板３３からの光、すなわちＳ偏光の光を、光学ユニット１３に向けて反射するようになっている。
【００６３】
偏光ビームスプリッタ３２の反射方向には、光学ユニット１２側および光学ユニット１３側のそれぞれに、偏光ビームスプリッタ３２により反射された光（Ｓ偏光の光）を発信する発信部３５が設けられている。発信部３５は、例えば透明樹脂で構成された窓であり、フレーム１１の外壁と一体的に形成されている。
【００６４】
光学ユニット１２，１３のそれぞれにおいて、偏光ビームスプリッタ３２の反射方向には、偏光ビームスプリッタ３２により反射された光（Ｓ偏光の光）を受信する受信部３６が設けられている。受信部３６は、例えば透明樹脂で構成された窓であり、光学ユニット１２，１３の外壁と一体的に形成されている。
【００６５】
光学ユニット１２，１３内のそれぞれにおいて、偏光ビームスプリッタ３２の反射方向には、ダイクロイックミラー（分岐部）１４と、ビームスプリッタ３７と、ＹＡＧ蛍光体（波長変換素子）１９と、コリメータレンズ３８と、照明部２０とが同一光軸上に配置されている。また、ビームスプリッタ３７の反射方向にはフォトダイオード１５が配置され、ビームスプリッタ３７の反射方向には光電変換素子（光電変換部）１７が配置されている。ＹＡＧ蛍光体１９は、受信部３６から見て、ビームスプリッタ３７の背面側に配置されている。
【００６６】
ビームスプリッタ３７は、ダイクロイックミラー１４を透過してきた光のうち、一部を発電用として光電変換素子１７に導くとともに、残りを照明用として照明部２０に導くようになっている。
コリメータレンズ３８は、ビームスプリッタ３７を透過してきた光を、照明部２０の光源入力部３９に集光するようになっている。
【００６７】
上記構成を有する頭部装着型映像表示システム２の作用について以下に説明する。
映像信号発生装置５では、映像信号が発生されるとともに、光発生器（図示略）により青色レーザ光（４５０ｎｍ）および赤外線レーザ光（８００ｎｍ）が発生される。赤外線レーザ光（８００ｎｍ）は、変調器（図示略）により映像信号に応じてデジタル変調され、光ファイバ７により、青色レーザ光（４５０ｎｍ）とともに頭部装着型表示装置１０のフレーム１１内に導かれる。
【００６８】
フレーム１１内では、光ファイバ７の端面から出た光が、コリメータレンズ３１により平行光にされる。コリメータレンズ３１により平行光とされた光は、偏光ビームスプリッタ３２に入射する。偏光ビームスプリッタ３２では、コリメータレンズ３１により平行光とされた光のうち、Ｓ偏光の光が反射され、発信部３５を介して右目用の光学ユニット１２に導かれる。
【００６９】
一方、コリメータレンズ３１により平行光とされた光のうち、Ｐ偏光の光は、ミラー３４で反射され、偏光ビームスプリッタ３２に戻るが、その間に挿入された波長板３３によりＳ偏光に変換される。このようにＳ偏光に変換された光は、偏光ビームスプリッタ３２によって反射され、発信部３５を介して左目用の光学ユニット１３に導かれる。
【００７０】
発信部３５から発信された光は、受信部３６を介して光学ユニット１２，１３内に導かれる。光学ユニット１２，１３内に導かれた光は、まず、信号光である８００ｎｍの赤外線レーザ光がダイクロイックミラー１４により分離され、フォトダイオード１５により光電変換され、電気信号としてコントロールユニット１６（図７において図示略）に出力される。コントロールユニット１６では、フォトダイオード１５から出力された電気信号を復調して映像信号が生成され、生成された映像信号は映像表示素子２１（図７において図示略）に出力される。
【００７１】
ダイクロイックミラー１４を透過した４５０ｎｍの青色レーザ光は、ビームスプリッタ３７に入射し、一部は光電変換素子１７に導かれて発電用として使用され、残りは照明用としてコリメータレンズ３８を介して照明部２０の光源入力部３９に導かれる。
【００７２】
より詳細には、光電変換素子１７に入射した光は電力に変換され、コントロールユニット１６に出力され、映像表示素子２１の駆動に用いられる。
照明部２０に導かれた光は、映像表示素子２１（ＬＣＤ）のバックライトとして機能する。
【００７３】
映像表示素子２１では、コントロールユニット１６から供給された電力（光電変換素子１７により発電された電力）を用いて、コントロールユニット１６から出力された映像信号（フォトダイオード１５により受光された光を復調した信号）に基づいて、映像が表示される。このように表示された映像は、接眼光学系２２（図７において図示略）により観察者の眼球に導かれる。
【００７４】
以上のように、本実施形態に係る頭部装着型映像表示システム２によれば、映像信号発生装置５から発せられ光ファイバ７により導かれた光が、フレーム１１に設けられた発信部３５から射出され、発信部３５と間隔をあけて設けられた受信部３６により受光されて、光学ユニット１２，１３により観察者の眼球に導かれる。これにより、フレーム１１（発信部３５）と光学ユニット１２，１３（受信部３６）とを物理的に切り離すとともに、光学ユニット１２，１３を例えば密閉構造とすることができ、頭部装着型表示装置１０の洗浄性およびメンテナンス性を向上することができる。
【００７５】
特に、光学ユニット１２，１３およびフレーム１１を水密構造とすることにより、頭部装着型表示装置１０の清浄性を向上することができ、例えば医療現場等の頻繁かつ念入りな消毒や滅菌が要求される現場での適応性を向上することができる。
【００７６】
また、光ファイバ７により導かれた光を平行光に変換するコリメータレンズ３１をフレーム１１に備えることで、フレーム１１（発信部３５）と光学ユニット１２，１３（受信部３６）との間を平行光とすることができ、フレーム１１と光学ユニット１２，１３との間の距離が変わった場合にも、光学ユニット１２，１３（受信部３６）が受光する光量の変化を防止することができる。また、光がある程度の面積を持つようになるため、発信部３５と受信部３６との間のレーザ光の密度を下げることが可能となり、安全性を向上することができる。
【００７７】
また、発信部３５から射出される光を、赤外線レーザ光として、かつ可視光線を含まない光とすることで、可視光線を空間中に射出することを防止することができる。これにより、散乱などで可視光が目に入らなくなり、映像の品質低下を抑えることが可能となる。
【００７８】
また、支持部材（位置調整部）２５は、図６にあるように、コリメータレンズ３１から射出された平行光の光軸と平行に移動可能なように、光学ユニット１２，１３を支持している。これによって、支持部材２５により、光学ユニット１２，１３を位置調整する際に、受信部３６がコリメータレンズ３１から射出された平行光の光軸上に常に位置するように、光学ユニット１２，１３を移動させることができる。これにより、観察者の顔の形状（例えば目の位置）に応じて、光学ユニット１２，１３を位置調整して映像を表示することができる。
【００７９】
また、光ファイバ７から重畳された状態で送られた複数の光信号を分離する偏光ビームスプリッタ３２を備えることで、複数の映像信号（例えば右目用と左目用の映像信号）を１本の光ファイバ７で伝送することができ、映像信号発生装置５と頭部装着型表示装置１０とを接続する光ファイバ７を細くして、ユーザの装着感を向上することができる。
【００８０】
さらに、光ファイバ７として偏波保存ファイバを用い、映像信号発生装置５から送られる信号光のうち、例えば、右目用の信号をＳ偏光、左目用の信号をＰ偏光とすれば、右目と左目で異なる信号を受け取ることができ、３Ｄ映像の表示を行うことができる。この場合は、変調器によって、複数の映像信号から互いに異なる偏光の光信号を生成後、信号結合部（不図示）によって異なる偏光の光信号を重畳させ、光ファイバ７によって伝送する。
また、右目と左目のクロストークをなくすため、信号を受信するフォトダイオード１５の前に偏光子（図示略）を設ける事が望ましい。
なお、２Ｄ映像を表示する場合には、左右の光学ユニット１２，１３に同じ信号を送ればよい。
【００８１】
なお、本実施形態に係る頭部装着型映像表示システム２において、互いに異なる波長の光信号を用いて複数の映像信号を送信してもよい。
この場合、変調器によって、複数の映像信号から互いに異なる波長の光信号を生成後、信号結合部（不図示）によって異なる波長の光信号を重畳させ、光ファイバ７によって伝送する。また、偏光ビームスプリッタ３２に代えて、例えばバンドパスフィルタまたはダイクロイックミラーなどの波長分離フィルタを設ける。
このようにすることで、異なる波長の光で複数の映像信号（例えば右目用と左目用の映像信号）を送ることで、クロストークの非常に少ない映像信号を送ることが可能になる。
【００８２】
また、本実施形態に係る頭部装着型映像表示システム２において、前述の第１の実施形態と同様に、波長変換素子として、波長８００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の赤外線を２次高調波に変換する、例えばＬＢＯ結晶等の非線形光学素子（図示略）を用いることとしてもよい。
このようにすることで、前述の第１の実施形態と同様の効果に加えて、空間（発信部３５と受信部３６との間）を伝播する光を赤外線レーザ光だけとすることができるため、散乱などで可視光が目に入らなくなり、映像の品質低下を抑えることが可能となる。
【００８３】
[第３の実施形態]
次に、本発明の第３の実施形態に係る頭部装着型映像表示システム３について、図８から図１０を参照して以下に説明する。以下、本実施形態の頭部装着型映像表示システム３について、第２の実施形態の頭部装着型映像表示システム２と共通する点については同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００８４】
本実施形態に係る頭部装着型映像表示システム３において、頭部装着型表示装置１０は、図８および図９に示されるように、光学ユニット１２，１３が、フレーム１１に水平方向に固定された回動軸（角度調整部）２６を中心として回動可能に支持されている。また、光学ユニット１２，１３は、第２の実施形態と同様に、フレーム１１に水平方向に固定された支持部材（位置調整部）２７により左右に移動可能に支持されている。
【００８５】
図１０は、図８における符号Ｃで示す光ファイバ７の接続部分の拡大図を示している。
図１０に示すように、本実施形態に係る頭部装着型映像表示システム３において、フレーム１１には回動軸２６が水平方向に固定され、該回動軸２６には回動軸２６を中心として回動可能に支持された回動部材（光軸調整部）４０が設けられている。この回動部材４０は、支持部材２７を介して光学ユニット１２，１３に連結されている。
上記構成を有することで、光学ユニット１２，１３は、フレーム１１に対して左右にそれぞれ移動できるとともに、回動軸２６を中心として一体的に回動できるようになっている。
【００８６】
フレーム１１の回動部材４０との近接部には固定側ユニット４１が設けられ、回動部材４０のフレーム１１（固定側ユニット４１）との近接部には回動側ユニット４２が設けられている。すなわち、固定側ユニット４１と回動側ユニット４２とは、回動軸２６を中心として回動自在に近接されている。
【００８７】
固定側ユニット４１には、固定側ユニット４１の外壁面に配置されたコリメータレンズ３１と、光ファイバ７からの光をコリメータレンズ３１に導くミラー４３とが備えられている。
回動側ユニット４２には、コリメータレンズ３１に対向して配置された窓４４と、窓４４に入射した光を偏光ビームスプリッタ３２に向けて反射するミラー４５と、偏光ビームスプリッタ（信号分離部）３２と、波長板３３と、ミラー３４と、発信部３５とが備えられている。
【００８８】
上記構成を有する頭部装着型映像表示システム３によれば、第２の実施形態の頭部装着型映像表示システム２と同様の効果に加えて、回動軸２６を中心として、光学ユニット１２，１３を角度調整する際に、受信部３６がコリメータレンズ３１から射出された平行光の光軸上に常に位置するように、光学ユニット１２，１３を角度調整することができる。これにより、光学ユニット１２，１３を左右の位置だけでなく、傾き方向の調整も可能となり、光学ユニット１２，１３の位置の自由度を広げることができ、観察者の顔の形状（例えば目の角度）に応じて、光学ユニット１２，１３を位置調整して映像を表示することができる。
【００８９】
以上、本発明の各実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記の各実施形態および各変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００９０】
１，２，３  頭部装着型映像表示システム
５  映像信号発生装置
７  光ファイバ
１０  頭部装着型表示装置
１１  フレーム
１２，１３  光学ユニット
１４  ダイクロイックミラー（分岐部）
１５  フォトダイオード
１６  コントロールユニット（復調器）
１７  光電変換素子（光電変換部）
１８  アナモルフィック光学素子
１９  ＹＡＧ蛍光体（波長変換素子）
２０  照明部
２１  映像表示素子
２２  接眼光学系
２５  支持部材（位置調整部）
２６  回動軸（角度調整部）
２７  支持部材（位置調整部）
３１  コリメータレンズ
３２  偏光ビームスプリッタ（信号分離部）
３３  波長板
３４  ミラー
３５  発信部
３６  受信部
３７  ビームスプリッタ
３８  コリメータレンズ
４０  回動部材（光軸調整部）
４１  固定側ユニット
４２  回動側ユニット
【図１】
2012103477.tif 000003
【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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