(57)【要約】【課題】操作性が良好な光走査型表示装置を提供する。【解決手段】第１の可視光を射出する第１の光源２と、不可視光を射出する第２の光源１０と、前記第１の可視光の光路と前記不可視光の光路とを略同軸に合成する合成部６と、前記合成部で合成された前記第１の可視光及び前記不可視光を偏向させる偏向部８と、前記偏向部による偏向方向を制御することにより前記合成部で合成された前記第１の可視光及び前記不可視光を少なくとも２軸方向に走査する走査制御部と、前記合成部で合成された前記第１の可視光及び前記不可視光のうち前記第１の可視光を前記操作者の眼に投射し、前記不可視光を操作物体に投射する光学部材１６と、前記操作物体で反射された前記不可視光を検出する検出部２６と、前記検出部における前記不可視光検出時の前記偏向部の偏向方向に基づいて前記操作物体の位置を特定する特定部とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の可視光を射出する第１の光源と、
不可視光を射出する第２の光源と、
前記第１の可視光の光路と前記不可視光の光路とを略同軸に合成する合成部と、
前記合成部で合成された前記第１の可視光及び前記不可視光を偏向させる偏向部と、
前記偏向部による偏向方向を制御することにより前記合成部で合成された前記第１の可視光及び前記不可視光を少なくとも２軸方向に走査する走査制御部と、
前記合成部で合成された前記第１の可視光及び前記不可視光のうち前記第１の可視光を前記操作者の眼に投射し、前記不可視光を操作物体に投射する光学部材と、
前記操作物体で反射された前記不可視光を検出する検出部と、
前記検出部における前記不可視光検出時の前記偏向部の偏向方向に基づいて前記操作物体の位置を特定する特定部と
を備えることを特徴とする光走査型表示装置。
【請求項２】
前記第１の光源は、前記走査制御部の走査タイミングの一部において消灯し、
前記特定部は、前記第１の光源の消灯時においても前記操作物体の位置を特定することを特徴とする請求項１に記載の光走査型表示装置。
【請求項３】
前記第１の光源から射出された前記第１の可視光を結像させる第１のレンズを備え、
前記第１のレンズは、前記第１の可視光の結像位置を変化させる機能を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光走査型表示装置。
【請求項４】
前記第２の光源から射出された前記不可視光を結像させる第２のレンズを備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の光走査型表示装置。
【請求項５】
前記第２のレンズは、前記操作者の視認可能な位置に前記不可視光を結像させることを特徴とする請求項４に記載の光走査型表示装置。
【請求項６】
第２の可視光を射出する第３の光源と、
前記第３の光源から射出された前記第２の可視光を結像させる第３のレンズとを備え、
前記合成部は、前記第２の可視光の光路と前記第１の可視光の光路及び前記不可視光の光路とを略同軸に合成し、
前記第３のレンズは、前記第１のレンズによる前記第１の可視光の結像位置と異なる位置に前記第２の可視光を結像させることを特徴とする請求項３〜５の何れか一項に記載の光走査型表示装置。
【請求項７】
前記第２のレンズは、前記第１の可視光による像の位置または前記第２の可視光による像の位置のいずれか一方に前記不可視光を結像させることを特徴とする請求項６に記載の光走査型表示装置。
【請求項８】
前記第２のレンズは、前記第１の可視光による像の位置または前記第２の可視光による像の位置のうち前記操作者により近くに観測される位置に前記不可視光を結像させることを特徴とする請求項７に記載の光走査型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、操作者の手を撮影するカメラを備えたヘッドマウントディスプレイが存在する（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によれば、カメラで撮影された操作者の手の位置を認識することにより操作を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１４５８６１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、上述のヘッドマウントディスプレイにおいては、ディスプレイの位置とカメラの位置とが異なるため、操作者により観測される手の位置がカメラにより観測される手の位置と異なってしまい操作が行い難いという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、操作性が良好な光走査型表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光走査型表示装置は、第１の可視光を射出する第１の光源と、不可視光を射出する第２の光源と、前記第１の可視光の光路と前記不可視光の光路とを略同軸に合成する合成部と、前記合成部で合成された前記第１の可視光及び前記不可視光を偏向させる偏向部と、前記偏向部による偏向方向を制御することにより前記合成部で合成された前記第１の可視光及び前記不可視光を少なくとも２軸方向に走査する走査制御部と、前記合成部で合成された前記第１の可視光及び前記不可視光のうち前記第１の可視光を前記操作者の眼に投射し、前記不可視光を操作物体に投射する光学部材と、前記操作物体で反射された前記不可視光を検出する検出部と、前記検出部における前記不可視光検出時の前記偏向部の偏向方向に基づいて前記操作物体の位置を特定する特定部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、操作性が良好な光走査型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施の形態に係るＨＭＤの光学系の原理図である。
【図２】第１の実施の形態に係るＨＭＤの光学系の原理図である。
【図３】第１の実施の形態に係るＨＭＤの光学系の原理図である。
【図４】第１の実施の形態に係るＨＭＤの光学系の原理図である。
【図５】第１の実施の形態に係るＨＭＤにおいて赤外レーザ光の反射位置の特定手順を示す図である。
【図６】第１の実施の形態に係るＨＭＤの外観を示す斜視図である。
【図７】第１の実施の形態に係るＨＭＤのシステム構成を示すブロック図である。
【図８】第２の実施の形態に係るＨＭＤの光学系の原理図である。
【図９】第２の実施の形態に係るＨＭＤにおける赤外レーザ光の結像状態を示す図である。
【図１０】第２の実施の形態に係るＨＭＤのシステム構成を示すブロック図である。
【図１１】第３の実施の形態に係るＨＭＤのシステム構成を示すブロック図である。
【図１２】第２の実施の形態または第３の実施の形態に係るＨＭＤの光学系の一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る光走査型表示装置についてＨＭＤ（Ｈｅａｄ  Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ）を例に説明する。図１は、第１の実施の形態に係るＨＭＤの光学系の原理図である。まず、可視レーザ光源２は、図示しない赤色レーザ光、緑色レーザ光、青色レーザ光から成る可視レーザ光を射出する。可視レーザ光源２から射出された可視レーザ光は、結像レンズ４により集光され、可視レーザ光を透過し赤外レーザ光を反射するダイクロイックミラー６を透過して２Ｄスキャナ８に入射する。
【００１０】
一方、赤外レーザ光源１０から射出された赤外レーザ光は、全反射ミラー１２で反射されてハーフミラー１４を透過し、ダイクロイックミラー６で反射されて２Ｄスキャナ８に入射する。ここで、ハーフミラー１４を透過した赤外レーザ光の光路は、ダイクロイックミラー６において可視レーザ光の光路と略同軸に合成される。また、２Ｄスキャナ８は、合成された可視レーザ光及び赤外レーザ光が入射する面を２軸方向に振動させてレーザ光の偏向方向を制御し、合成された可視レーザ光及び赤外レーザ光を２次元的（縦方向及び横方向）に走査する。
【００１１】
次に、合成された可視レーザ光及び赤外レーザ光は、２Ｄスキャナ８で反射されてコンバイナ１６に入射する。コンバイナ１６は、ダイクロイックミラーにより構成され可視レーザ光の一部を透過し、赤外レーザ光を反射する。
【００１２】
合成された可視レーザ光及び赤外レーザ光のうちコンバイナ１６を透過した可視レーザ光は、凹面鏡２０で反射されて平行光となり、再びコンバイナ１６で反射されて操作者の眼２２に投射される。一方、合成された可視レーザ光及び赤外レーザ光のうち赤外レーザ光は、コンバイナ１６で反射されて前方に投射される。なお、前方に操作者の手１８が存在する場合、赤外レーザ光は手１８に投射される。
【００１３】
ここで、コンバイナ１６で反射され操作者の眼２２に投射される可視レーザ光及びコンバイナ１６で反射され操作者の手１８に投射される赤外レーザ光は同軸光である。このため、図２に示すように、２Ｄスキャナ８が振動し走査が行われた場合において、操作者が視認する可視レーザ光による映像の位置は、赤外レーザ光の結像位置と常に一致する。
【００１４】
図３は、第１の実施の形態に係るＨＭＤの光学系において、赤外レーザ光が手１８で反射された場合の光路を示す原理図である。前方に操作者の手１８が存在する場合、投射された赤外レーザ光は、手１８で反射されてコンバイナ１６、２Ｄスキャナ８及びダイクロイックミラー６を経由して元の光路を戻り、ハーフミラー１４で反射されて集光レンズ２４で集光され赤外光ディテクタ２６に入射する。そして赤外光ディテクタ２６において赤外レーザ光が検出される。
【００１５】
図４に示すように、赤外レーザ光の走査が行われると、操作者の手１８で反射された赤外レーザ光は、順次赤外光ディテクタ２６に入射し、各々の走査タイミングにおける赤外レーザ光が検出される。ここで、赤外レーザ光の検出タイミングは、２Ｄスキャナ８の動きと同期しているため、各々の走査タイミングにおける２Ｄスキャナ８の偏向方向に基づいて赤外レーザ光が反射された方向を特定することができる。
【００１６】
例えば、図５（ａ）に示すように、赤外レーザ光により操作者の手１８を含む領域をＸ方向に走査したとする。この場合、２Ｄスキャナ８のＸ方向の偏向方向（偏向角度）（図５（ｂ）参照）に基づいて、赤外光ディテクタ２６により検出された赤外レーザ光（図５（ｃ）参照）が反射された方向（Ｘ方向）を特定することができる。また、更に２Ｄスキャナ８のＹ方向の偏向方向（偏向角度）（図示せず）に基づいて、赤外光ディテクタ２６により検出された赤外レーザ光が操作者の手１８で反射された方向（Ｙ方向）についても特定することができる。これにより、赤外レーザ光の走査時における操作者の手１８の位置を特定することができる。
【００１７】
なお、一般的に可視レーザ光による映像表示に用いられることのないブランキング期間３０についても赤外光ディテクタ２６により赤外レーザ光の検出が行われる。このため、操作者の手１８が可視レーザ光による映像表示に用いられる領域３２の範囲外に位置する場合においても操作者の手１８の位置を特定することができる。
【００１８】
次に、図面を参照して、第１の実施の形態に係るＨＭＤについて説明する。図６は、第１の実施の形態に係るＨＭＤの外観を示す斜視図である。図６に示すように、ＨＭＤ４２は二つの音声出力部４４、４６を有し、これらは連結部４８で結合されている。音声出力部４６の外側の略中央には図示しない回転軸を備える関節部を介して支持アーム５０が取り付けられている。支持アーム５０の先端部には操作者の片眼に映像を入射することによって映像を操作者に提供すると同時にＨＭＤ４２を操作する操作者の手１８を認識する表示部５２が取り付けられている。ここで、表示部５２には、図１〜図４で説明した光学系が内蔵されている。
【００１９】
図７は、第１の実施の形態に係るＨＭＤ４２のシステム構成を示すブロック図である。図７に示すように、ＨＭＤ４２は装置全体を統括的に制御するコントローラ５４を備え、コントローラ５４には、スピーカＳＲ、ＳＬ、表示部５２により操作者に提供する映像情報を一時的に記憶するメモリ５６、プログラム、映像情報等を記憶するＦｌａｓｈメモリ５８、結像位置を調節可能な液体レンズを用いた結像レンズ４のパワーを制御する液体レンズドライバ６０が接続されている。なお、液体レンズドライバ６０を制御して結像レンズ４のパワーを変更することにより、操作者が表示部５２を介して視認する映像の視距離を変更することができる。この技術を応用することにより、例えば、映像の一部が飛び出して見えるようにすることができる。
【００２０】
また、コントローラ５４には、可視レーザ光源２が備えるＲ−ＬＤ６２の制御を行うＲ−ＬＤドライバ６４、Ｇ−ＬＤ６６の制御を行うＧ−ＬＤドライバ６８、Ｂ−ＬＤ７０の制御を行うＢ−ＬＤドライバ７２、赤外光ディテクタ２６で検出された赤外レーザ光をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部７４、赤外レーザ光源１０の制御を行うＩｒ−ＬＤドライバ７６、２Ｄスキャナ８の偏向方向を制御するミラードライバ７８が接続されている。
【００２１】
表示部５２の内部においては、可視レーザ光源２から射出された可視レーザ光が結像レンズ４により集光されてダイクロイックミラー６を透過し、２Ｄスキャナ８で反射され更にコンバイナ１６及び凹面鏡２０で反射されて操作者の眼２２に投射される。また、赤外レーザ光源１０から射出された赤外レーザ光が全反射ミラー１２で反射されてハーフミラー１４を透過し、ダイクロイックミラー６、２Ｄスキャナ８及びコンバイナ１６でそれぞれ反射されて前方に投射される。前方に操作者の手１８が存在する場合には手１８で反射された赤外レーザ光は、元の光路を戻り集光レンズ２４で集光されて赤外光ディテクタ２６で検出される。
【００２２】
第１の実施の形態に係るＨＭＤによれば、赤外レーザ光検出時の２Ｄスキャナ８の偏向方向に基づいて操作物体の位置を特定でき、かつ、操作者が視認する可視レーザ光による映像の位置と赤外レーザ光の結像位置とが常に一致するため、操作性が良好な光走査型表示装置を提供することができる。また、表示部５２に内蔵される光学系が簡単な構造であるため、製造工程において容易にかつ安価に製造することができる。また、ブランキング期間３０についても赤外レーザ光を検出するため、広い範囲で操作者の手１８の位置を特定することができ、ＨＭＤの操作時における利便性を向上させることができる。
【００２３】
次に、第２の実施の形態に係るＨＭＤについて説明する。なお、第２の実施の形態に係るＨＭＤは、図１に示す光学系において赤外レーザ光源１０を赤外ＬＥＤに替え、赤外ＬＥＤから射出される赤外光を集光する結像レンズを付加したものである。従って第１の実施の形態と同様の構成についての詳細な説明は省略し、異なる部分のみについて説明する。また、第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付して説明する。
【００２４】
図８は、第２の実施の形態に係るＨＭＤの光学系の原理図である。赤外ＬＥＤ８０から射出された赤外光は、結像レンズ８２により集光され、全反射ミラー１２で反射されてハーフミラー１４を透過し、ダイクロイックミラー６、２Ｄスキャナ８及びコンバイナ１６で反射されて前方に投射される。前方に操作者の手１８が存在する場合、投射された赤外光は、手１８で反射されてコンバイナ１６、２Ｄスキャナ８及びダイクロイックミラー６を経由して元の光路を戻り、ハーフミラー１４で反射されて集光レンズ２４で集光され赤外光ディテクタ２６に入射する。
【００２５】
ここで、前方に投射される赤外光は、結像レンズ８２により調節された所定の結像位置に結像する。なお、操作者の手１８の位置が赤外光の結像位置から外れた場合、図９に示すように、操作者の手１８で反射する赤外光は輝度が低下して不明瞭になり、元の光路を戻った赤外光は赤外光ディテクタ２６において十分に検出されない。このため、結像レンズ８２による赤外光の結像位置を結像レンズ４による可視レーザ光の結像位置に一致させることにより、操作者が視認する映像の視距離に結像した赤外光のみを検出することができる。
【００２６】
次に、図面を参照して、第２の実施の形態に係るＨＭＤについて説明する。図１０は、第２の実施の形態に係るＨＭＤ２００のシステム構成を示すブロック図である。図１０に示すように、コントローラ５４には、赤外ＬＥＤ８０の制御を行うＬＥＤドライバ８３、液体レンズを用いた結像レンズ８２のパワーを制御する液体レンズドライバ８４が接続されている。
【００２７】
ここで、液体レンズドライバ６０を制御して結像レンズ４のパワーを変更することにより、操作者が表示部５２を介して視認する映像の視距離を変更することができる。一方、液体レンズドライバ８４を制御して結像レンズ８２のパワーを変更することにより、赤外光が結像する距離を調節することができる。これにより、例えば、操作者が視認する映像中にボタンが飛び出して見えるようにし、操作者の手１８がボタンの位置する視距離にある時にのみ操作者の手１８の位置を特定することができる。
【００２８】
第２の実施の形態に係るＨＭＤによれば、操作者が視認する映像の視距離に結像した赤外光のみを検出することにより操作物体の位置を正確に特定できるため、操作性が良好な光走査型表示装置を提供することができる。
【００２９】
次に、第３の実施の形態に係るＨＭＤについて説明する。なお、第３の実施の形態に係るＨＭＤは、図１０に示すＨＭＤ２００に更に可視レーザ光源を付加し光学系に複数の可視レーザ光源を備えるようにしたものである。従って第２の実施の形態と同様の構成についての詳細な説明は省略し、異なる部分のみについて説明する。また、第２の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付して説明する。
【００３０】
図１１は、第３の実施の形態に係るＨＭＤ２０２のシステム構成を示すブロック図である。図１１に示すように、コントローラ５４には、可視レーザ光源８６が備えるＲ−ＬＤ８８の制御を行うＲ−ＬＤドライバ９０、Ｇ−ＬＤ９２の制御を行うＧ−ＬＤドライバ９４、Ｂ−ＬＤ９６の制御を行うＢ−ＬＤドライバ９８、液体レンズを用いた結像レンズ９９のパワーを制御する液体レンズドライバ１００が接続されている。
【００３１】
表示部５２の内部においては、可視レーザ光源８６から射出された可視レーザ光が結像レンズ９９により集光されてハーフミラー１０２及び２Ｄスキャナ８で反射され、更にコンバイナ１６及び凹面鏡２０で反射されて操作者の眼２２に投射される。
【００３２】
ここで、結像レンズ４による可視レーザ光の結像位置と結像レンズ９９による可視レーザ光の結像位置とをそれぞれ異なる視距離に設定した場合、異なる視距離に複数の映像を表示することができる。例えば、遠くにゲーム画面を表示し近くに操作ボタンを表示することができる。また、結像レンズ８２による赤外光の結像位置を操作ボタンの位置と一致させることにより、操作者の手１８が操作ボタンの位置に存在する時にのみ赤外光ディテクタ２６で操作者の手１８を検出することができる。これにより、操作者は手１８で操作ボタンを操作してゲームを楽しむことができる。
【００３３】
第３の実施の形態に係るＨＭＤによれば、異なる視距離に複数の映像を表示し、操作者が近くに視認する映像の視距離に結像した赤外光のみを検出することにより操作物体の位置を正確に特定できるため、操作性が良好な光走査型表示装置を提供することができる。
【００３４】
なお、第１の実施の形態においては、Ｘ方向のブランキング期間３０について赤外レーザ光の検出を行う場合について説明しているが、Ｙ方向のブランキング期間について赤外レーザ光の検出を行うようにしてもよい。これにより、更に広い範囲で操作者の手１８の位置を特定することができる。
【００３５】
また、第１の実施の形態においては、図５（ｃ）に示すように、所定の閾値を超えた赤外レーザ光のみを検出する場合を例に説明しているが、赤外レーザ光源１０をオンした状態及びオフした状態でそれぞれ１フレーム毎または１ライン毎に赤外レーザ光を検出してもよい。これにより、それぞれの状態で検出した赤外レーザ光の差分に基づいて操作者の手１８の位置を特定することができる。
【００３６】
また、第２及び第３の実施の形態においては、図８に示すように、結像レンズ８２により赤外ＬＥＤ８０から射出された赤外光を結像させ、集光レンズ２４により赤外光ディテクタ２６に入射する赤外光を集光しているが、図１２に示すように、一つのレンズ１０４を用いて結像レンズ８２と集光レンズ２４を共用してもよい。
【００３７】
また、第３の実施の形態においては、結像レンズ４及び結像レンズ８２に液体レンズを用いているが、通常のレンズを用いてそれぞれの結像位置が異なるように結像レンズ４及び結像レンズ８２の位置を固定してもよい。これにより、製造工程においてＨＭＤを容易にかつ安価に製造することができる。
【符号の説明】
【００３８】
２…可視レーザ光源、４…結像レンズ、６…ダイクロイックミラー、８…２Ｄスキャナ、１０…赤外レーザ光源、１２…全反射ミラー、１４…ハーフミラー、１６…コンバイナ、１８…手、２０…凹面鏡、２２…眼、２４…集光レンズ、２６…赤外光ディテクタ、４２，２００，２０２…ＨＭＤ、８０…赤外ＬＥＤ、８２…結像レンズ、８６…可視レーザ光源、９９…結像レンズ
【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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