(57)【要約】【課題】観察者の瞳をレーザー光が通過するように虚像を投影する画像表示装置を提供する。【解決手段】レーザー光１８を射出する光源部３６と、レーザー光１８を鏡に反射させ鏡を回動させて描画する描画部２９と、レーザー光１８を反射して虚像を形成するハーフミラー３と、描画部２９とハーフミラー３とを連動して移動するステージ９及び連結部２２と、虚像を観察する観察者２１の視線８８を検出する撮像装置１０及び画像演算部と、視線８８に合わせてステージ９を制御するステージ制御部と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を射出する光源部と、
前記レーザー光を鏡に反射させ前記鏡を回動させて描画する描画部と、
前記レーザー光を反射して虚像を形成する表示部と、
前記描画部と前記表示部とを連動して移動する移動部と、
前記虚像を観察する観察者の視線を検出する視線検出部と、
前記視線の移動に応じて前記移動部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像表示装置であって、
前記移動部は前記描画部と前記表示部とを連結する連結部を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の画像表示装置であって、
光透過性の窓部が設置された保護部を備え、
前記表示部は前記保護部内に設置されていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像表示装置であって、
前記表示部はホログラムシートが設置された耐熱性の板を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像表示装置であって、
前記表示部はホログラムシートが設置された枠部を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項６】
請求項３に記載の画像表示装置であって、
前記窓部は前記表示部を挟んで設置されていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】
観察者の瞳を撮影して前記観察者の視線を検出し、
前記観察者の前記瞳をレーザー光が通過する場所に表示部と描画部とを移動し、
前記描画部からレーザー光を前記表示部に射出して虚像を描画することを特徴とする描画方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置および描画方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
観察者の網膜に光を走査することによって画像を表示させる画像表示装置が検討されている。この画像表示装置はヘッドマウントディスプレイやヘッドアップディスプレイに用いられる。この画像表示装置は画像を生成するための構成を簡易することができるため、装置を小型軽量にすることができる。
【０００３】
観察者の網膜に画像を表示させる表示装置が特許文献１に開示されている。それによると、画像表示装置は赤、青、緑色のレーザー光を射出する光源を備えている。そして、光源が射出したレーザー光は描画部内の鏡に向けて出力する。描画部は鏡を揺動させて、レーザー光の進行方向を制御して描画する。描画部から出力したレーザー光はホログラムミラーを照射する。ホログラムミラーには干渉縞が形成されており、ホログラムミラーは観察者の瞳に向けてレーザー光の進行方向を変える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００９／００６６４７５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
観察者が視線を移動するとき、観察者の瞳が移動する。そして、ホログラムミラーを反射したレーザー光が瞳からずれるとき、観察者は虚像を観察することができなくなる。特許文献１の画像表示装置では光検出部が視線の方向を検出する。そして、描画部がホログラムミラーに表示する虚像の位置を変更する。これにより、視線の方向に虚像を移動していた。
【０００６】
ところが、観察者が虚像を観察するにはレーザー光が観察者の瞳を通過する必要がある。描画部とホログラムミラーとを固定して投影する虚像の位置を変えるとき、観察者の瞳にレーザー光が入射しないことがある。このとき、観察者は虚像を見ることができなくなる。そこで、観察者の瞳をレーザー光が通過するように虚像を投影する画像表示装置が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］
本適用例にかかる画像表示装置であって、レーザー光を射出する光源部と、前記レーザー光を鏡に反射させ前記鏡を回動させて描画する描画部と、前記レーザー光を反射して虚像を形成する表示部と、前記描画部と前記表示部とを連動して移動する移動部と、前記虚像を観察する観察者の視線を検出する視線検出部と、前記視線の移動に応じて前記移動部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本適用例によれば、光源部がレーザー光を射出する。射出されたレーザー光は描画部の鏡により反射され表示部を照射する。描画部は鏡を回動させて表示部に描画し、表示部は虚像を形成する。虚像を観察する観察者が視線を移動するとき、視線検出部が観察者の視線を検出する。そして、制御部が移動部を制御し、移動部が描画部と表示部とを連動して移動する。これにより、画像表示装置は観察者の視線の動きに合わせて虚像を移動させる。そして、画像表示装置は観察者の瞳をレーザー光が通過するように虚像を投影することができる。従って、画像表示装置は観察者の視線に合わせて明瞭な画像を表示することができる。
【００１０】
［適用例２］
上記適用例にかかる画像表示装置において、前記移動部は前記描画部と前記表示部とを連結する連結部を有することを特徴とする。
【００１１】
本適用例によれば、移動部は描画部と表示部とを連結する連結部を有している。連結部により描画部と表示部とは所定の位置関係にて連動する。そして、移動部は描画部と表示部の一方を移動させることで描画部と表示部とを連動して移動させることができる。その結果、移動部が描画部と表示部とを別々に移動するときに比べて簡易な構造にすることができる。
【００１２】
［適用例３］
上記適用例にかかる画像表示装置において、光透過性の窓部が設置された保護部を備え、前記表示部は前記保護部内に設置されていることを特徴とする。
【００１３】
本適用例によれば、表示部は保護部内に設置されている。保護部には光透過性の窓部が設置されている。従って、レーザー光は窓部を通して表示部に照射され、表示部は虚像を形成することができる。表示部が移動部により移動させられるとき、表示部は保護部内に設置され保護部によって保護されている。従って、表示部が観察者と接触して擦れることを防止することができる。その結果、表示部が汚れることを防止することができる。
【００１４】
［適用例４］
上記適用例にかかる画像表示装置において、前記表示部はホログラムシートが設置された耐熱性の板を有することを特徴とする。
【００１５】
本適用例によれば、表示部はホログラムシートが設置された板を有している。ホログラムシートはレーザー光を回折させてレーザー光の進行方向を変える。従って、板の凹凸を浅くすることができる。従って、板を薄くできる為、板を軽くし表示部を応答性良く移動させることができる。そして、板は耐熱性があるのでレーザー光により加熱されて変形することを抑制することができる。
【００１６】
［適用例５］
上記適用例にかかる画像表示装置において、前記表示部はホログラムシートが設置された枠部を有することを特徴とする。
【００１７】
本適用例によれば、表示部は枠部を有している。枠部は剛性があり、レーザー光が照射される部分を薄くして表示部を軽くすることができる。従って、表示部を応答性良く移動させることができる。
【００１８】
［適用例６］
上記適用例にかかる画像表示装置において、前記窓部は前記表示部を挟んで設置されていることを特徴とする。
【００１９】
本適用例によれば、窓部は表示部を挟んで設置されている。従って、窓部を通過する光の一部は表示部を通過して、さらに、窓部を通過して進行することができる。従って、観察者はレーザー光に加えて窓部及び表示部を通過する光を受光することができる。
【００２０】
［適用例７］
本適用例にかかる描画方法であって、観察者の瞳を撮影して前記観察者の視線を検出し、前記観察者の前記瞳をレーザー光が通過する場所に表示部と描画部とを移動し、前記描画部からレーザー光を前記表示部に射出して虚像を描画することを特徴とする。
【００２１】
本適用例によれば、観察者の瞳を撮影して観察者の視線を検出している。そして、観察者の瞳をレーザー光が通過する場所に表示部と描画部とを移動している。次に、描画部からレーザー光を表示部に射出して虚像を描画している。従って、描画用のレーザー光が観察者の瞳を通過する為、観察者の網膜にはレーザー光により描画された虚像が確実に投影される。その結果、画像表示装置は観察者の視線に合わせて明瞭な画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態にかかわるヘッドマウントディスプレイの構成を示す概略斜視図。
【図２】（ａ）は、描画部及びハーフミラーの構造を示す要部模式側断面図、（ｂ）は、描画部及びハーフミラーの構造を示す要部模式上面図、（ｃ）は、ミラー保護部及びハーフミラーの構造を示す要部模式上断面図。
【図３】投光部の構成を示すブロック図。
【図４】描画部が有する光走査部を示す平面図。
【図５】光走査部の側断面図。
【図６】電圧印加部のブロック図。
【図７】電圧発生部が発生する電圧を説明するための図。
【図８】ヘッドマウントディスプレイの電気制御ブロック図。
【図９】描画方法を示すフローチャート。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、描画方法を説明するための模式図。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、描画方法を説明するための模式図。
【図１２】第２の実施形態にかかわり、（ａ）は、ヘッドマウントディスプレイの構造を示す要部模式平断面図、（ｂ）は、ヘッドマウントディスプレイの構造を示す要部模式上断面図。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は、ハーフミラーの動作を説明するための模式図。
【図１４】第３の実施形態にかかわるヘッドマウントディスプレイの構造を示す要部概略斜視図。
【図１５】第４の実施形態にかかわるヘッドマウントディスプレイの構造を示す要部概略斜視図。
【図１６】第５の実施形態にかかわるヘッドマウントディスプレイの構造を示す要部概略斜視図。
【図１７】第６の実施形態にかかわるヘッドマウントディスプレイの構造を示す要部模式平断面図。
【図１８】第７の実施形態にかかわるヘッドマウントディスプレイの構造を示す要部模式上断面図。
【図１９】第８の実施形態にかかわり、（ａ）は、ヘッドマウントディスプレイの構造を示す要部模式平断面図、（ｂ）は、ヘッドマウントディスプレイの構造を示す要部模式上断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本実施形態では、特徴的な構造を有するヘッドマウントディスプレイの実施形態について図面に従って説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。
（第１の実施形態）
第１の実施形態にかかわるヘッドマウントディスプレイについて図１〜図１１に従って説明する。図１は、ヘッドマウントディスプレイの構成を示す概略斜視図である。図１に示すように、画像表示装置としてのヘッドマウントディスプレイ１は眼鏡と類似する形状をしており、人体頭部２に装着して用いられる。
【００２４】
ヘッドマウントディスプレイ１は一対の表示部としてのハーフミラー３とハーフミラー３を支持するハーフミラー枠４とを備えている。ハーフミラー３は凹面を有する略四角形の板状であり人体頭部２の眼と対向する場所に配置される。ハーフミラー３は保護部としてのミラー保護部５に設置され、ハーフミラー枠４はミラー保護部５の周囲を囲んでミラー保護部５を支持する。ハーフミラー３の間のハーフミラー枠４には人体頭部２側に突出する鼻当て６が設置され、鼻当て６は人体頭部２の鼻２ａに当接するように配置される。鼻当て６はヘッドマウントディスプレイ１を人体頭部２に当接し固定する機能を有する。
【００２５】
ハーフミラー枠４は両端側に略直方体状の描画装置７を備えている。描画装置７はハーフミラー３に対して鼻当て６の反対側に設置されている。１つのハーフミラー３に対して描画装置７が１つ設置されている。ハーフミラー枠４には２つのハーフミラー３と２つの描画装置７が設置されている。図中右側の描画装置７を右側描画装置７ａとし、図中左側の描画装置７を左側描画装置７ｂとする。
【００２６】
ハーフミラー枠４には描画装置７を人体頭部２の前後方向８ａに移動させる移動部としてのステージ９を備えている。図中右側のステージ９を右側ステージ９ａとし、図中左側のステージ９を左側ステージ９ｂとする。右側ステージ９ａは右側描画装置７ａを移動し、左側ステージ９ｂは左側描画装置７ｂを移動する。前後方向８ａと直交する方向を左右方向８ｂとする。左右方向８ｂは人体頭部２における右眼と左眼とが並ぶ方向である。前後方向８ａ及び左右方向８ｂと直交する方向を上下方向８ｃとする。上下方向８ｃは観察者２１が立っている状態で観察者２１の足と頭とを通過する方向である。
【００２７】
ステージ９は固定テーブルと可動テーブルとを備え、可動テーブルが固定テーブルに対して移動する。固定テーブルはハーフミラー枠４に設置され、可動テーブルは描画装置７と接続されている。ステージ９は直動機構を備え、直動機構には、リニアモーターやボールネジと回転モーターとを組合せた装置等各種の機構を用いることができる。本実施形態では、例えば、ボールネジと回転モーターとを組合せた装置を用いており、回転モーターにはステップモーターを用いている。ステージ９の移動量は特に限定されないが本実施形態では、例えば、約１ｃｍになっている。
【００２８】
ハーフミラー枠４にはミラー保護部５と描画装置７との間に撮像装置１０が設置されている。撮像装置１０は人体頭部２の眼を撮影する。ハーフミラー枠４には２つの撮像装置１０が設置されている。ハーフミラー枠４の右側に設置された撮像装置１０を右側撮像装置１０ａとし、ハーフミラー枠４の左側に設置された撮像装置１０を左側撮像装置１０ｂとする。右側撮像装置１０ａは右眼を撮影し、左側撮像装置１０ｂは左眼を撮影する。
【００２９】
撮像装置１０にはＣＣＤイメージセンサー（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳイメージセンサー（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の固体撮像素子及び、電子管式の撮像装置を用いることができる。本実施形態では、例えば、撮像装置１０にＣＭＯＳイメージセンサーを用いている。
【００３０】
ハーフミラー枠４の両端からは人体頭部２の耳２ｂに向かって延在するつる部１１が設置されている。つる部１１は眼鏡と同様に耳２ｂに挟んで用いられる。つる部１１とハーフミラー枠４との間には蝶番１２が設置され、つる部１１は蝶番１２を中心にして回動可能になっている。つる部１１をハーフミラー枠４に対して折り曲げることによりヘッドマウントディスプレイ１を収納しやすい形態にすることが可能になっている。尚、ハーフミラー３、ハーフミラー枠４、ミラー保護部５及びつる部１１の形状は図に示す形状に限定されず多様な形状にすることができる。
【００３１】
左側のつる部１１において人体頭部２の後頭部側となる場所にはコネクター１３が設置され、コネクター１３には配線１４が接続されている。配線１４には制御部１５が接続されている。制御部１５は描画装置７、ステージ９及び撮像装置１０を制御する装置である。制御部１５には配線１６を介して映像信号出力装置１７が接続されている。
【００３２】
映像信号出力装置１７は制御部１５にステレオ映像信号を出力する装置である。映像信号出力装置１７は、例えば、ブルーディスクプレーヤー、パーソナルコンピューター、スマートフォン等の携帯情報端末を示している。制御部１５は映像信号を入力して赤色、青色、緑色の各輝度信号に分離する。さらに、制御部１５は映像信号から垂直走査信号と水平走査信号との走査信号を抽出する。制御部１５は配線１４を介して、描画装置７に垂直走査信号と水平走査信号との走査信号を出力する。さらに、描画装置７には光源部が設置され、制御部１５は光源部に赤色、青色、緑色の輝度信号を出力する。
【００３３】
図２（ａ）は、描画部及びハーフミラーの構造を示す要部模式側断面図である。図２（ｂ）は、描画部及びハーフミラーの構造を示す要部模式上面図である。図２（ｃ）は、ミラー保護部及びハーフミラーの構造を示す要部模式上断面図である。図２（ａ）〜図２（ｃ）はヘッドマウントディスプレイ１の右側を示している。ヘッドマウントディスプレイ１は略左右対称であり、ヘッドマウントディスプレイ１の左側は右側と同様の形状となっている。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、描画装置７はハーフミラー３に向けてレーザー光１８を射出する。射出されたレーザー光１８はハーフミラー３にて反射し人体頭部２の眼球２ｃを照射する。描画装置７及びハーフミラー３は映像信号に応じた虚像を形成し、観察者２１は虚像を見ることにより映像を観賞することができる。
【００３４】
ハーフミラー３と描画装置７とは移動部としての連結部２２により連結されている。連結部２２は可撓性がある材質により形成され、連結部２２の材質には金属や樹脂等を用いることができる。連結部２２の材質に金属を用いるときには薄くするのが好ましい。連結部２２を変形させるのに必要な応力を小さくでき、連結部２２の疲労破壊を抑制することができる。図２（ｃ）に示すように、ミラー保護部５の内部には左右方向８ｂに延在する空洞２３が設置され、空洞２３にはハーフミラー３が設置されている。ミラー保護部５には空洞２３を挟んで窓部としての第１窓部５ａ及び窓部としての第２窓部５ｂが設置されている。第１窓部５ａ及び第２窓部５ｂは光透過性の板状の部材となっている。
【００３５】
ハーフミラー３は半透明になっている。そして、第１窓部５ａ及び第２窓部５ｂはハーフミラー３を挟んで設置されている。従って、第１窓部５ａ及び第２窓部５ｂを通過する光２４の一部はハーフミラー３を通過して、さらに、第１窓部５ａ及び第２窓部５ｂを通過して進行する。従って、観察者２１は第１窓部５ａ及び第２窓部５ｂ及びハーフミラー３を通過する光を受光することができる。これにより、観察者２１はミラー保護部５を透過してくる光２４及びレーザー光１８を受光することができる。
【００３６】
第１窓部５ａは空洞２３に対して人体頭部２側に位置し、第２窓部５ｂは空洞２３に対して第１窓部５ａの反対側に位置している。第１窓部５ａ及び第２窓部５ｂにより観察者２１はハーフミラー３に接触することが防止される。これにより、観察者２１が移動するハーフミラー３に接触して擦れることを防止することができる。さらに、ハーフミラー３が塵や埃により汚れることを防止することができる。
【００３７】
ハーフミラー３は板としての板状部材３ａを備え、板状部材３ａにおいて人体頭部２を向く側の面には凹面３ｂが設置されている。そして、凹面３ｂにはホログラムシート２５が設置されている。ホログラムシート２５はレーザー光１８を回折させてレーザー光１８の進行方向を変える。従って、ハーフミラー３の凹面３ｂを浅くすることができる。そして、レーザー光１８がホログラムシート２５に当たるときにも、ホログラムシート２５の熱をハーフミラー３の板状部材３ａに伝導して温度上昇を抑制することができる。また、板状部材３ａはガラスであり耐熱性を有している。従って、レーザー光１８が照射されても板状部材３ａが変形することを抑制することができる。
【００３８】
ハーフミラー３は空洞２３内を第１窓部５ａ及び第２窓部５ｂに沿って左右方向８ｂに移動可能になっている。ハーフミラー３は連結部２２により描画装置７と連結されている。ステージ９が描画装置７を移動するときハーフミラー３は描画装置７と連動する。従って、ステージ９は描画装置７とハーフミラー３とを連動して移動する。
【００３９】
次に、描画装置７について説明する。図３は投光部の構成を示すブロック図である。図３に示すように、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸としてＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸が図示されており、その図示した矢印の先端側を「＋側」、基端側を「−側」とする。また、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」と称す。また、Ｘ軸及びＹ軸の双方に平行な面を「ＸＹ平面」と称す。
【００４０】
描画装置７は、レーザー光１８を射出する光源ユニット２６を備えている。光源ユニット２６が射出するレーザー光１８はプリズム２７に出力する。プリズム２７はレーザー光１８の光軸を傾けるとともに横断面形状を変形させる。プリズム２７にはレーザー光１８の強度を検知する検出部２８が設置されている。プリズム２７を通過したレーザー光１８は描画部２９に出力する。描画部２９はレーザー光１８を走査する。そして、描画装置７は描画制御部３０を備え、描画制御部３０は光源ユニット２６及び描画部２９の動作を制御する。描画装置７を構成する各部材は筐体３１に収納されている。従って、描画部２９は描画装置７に内蔵されている。
【００４１】
光源ユニット２６は、赤色光源３２ｒ、青色光源３２ｂ及び緑色光源３２ｇを備えている。赤色光源３２ｒ、青色光源３２ｂ、緑色光源３２ｇはそれぞれ赤色レーザー光１８ｒ、青色レーザー光１８ｂ、緑色レーザー光１８ｇを射出する。
【００４２】
赤色光源３２ｒ、青色光源３２ｂ、緑色光源３２ｇの光軸上にはそれぞれ赤色用レンズ３３ｒ、青色用レンズ３３ｂ、緑色用レンズ３３ｇが設置されている。赤色用レンズ３３ｒ、青色用レンズ３３ｂ及び緑色用レンズ３３ｇはコリメーターレンズであり、赤色レーザー光１８ｒ、青色レーザー光１８ｂ、緑色レーザー光１８ｇをそれぞれ平行光線または略平行な光線にする。赤色用レンズ３３ｒ、青色用レンズ３３ｂ、緑色用レンズ３３ｇの光軸上にはそれぞれ赤色用ミラー３４ｒ、青色用ミラー３４ｂ、緑色用ミラー３４ｇが設置されている。赤色用ミラー３４ｒ、青色用ミラー３４ｂ及び緑色用ミラー３４ｇはダイクロイックミラーである。
【００４３】
赤色光源３２ｒ、青色光源３２ｂ、緑色光源３２ｇとしては、例えば、端面発光半導体レーザー、面発光半導体レーザー等の半導体レーザーを用いることができる。半導体レーザーを用いることにより、赤色光源３２ｒ、青色光源３２ｂ、緑色光源３２ｇを小型にすることができる。
【００４４】
赤色用ミラー３４ｒ、青色用ミラー３４ｂ及び緑色用ミラー３４ｇにより光合成部３４が構成されている。赤色用ミラー３４ｒは赤色レーザー光１８ｒを反射する。青色用ミラー３４ｂは青色レーザー光１８ｂを反射するとともに、赤色レーザー光１８ｒを透過する。緑色用ミラー３４ｇは緑色レーザー光１８ｇを透過するとともに、赤色レーザー光１８ｒ及び青色レーザー光１８ｂを反射する特性を有している。赤色用ミラー３４ｒ、青色用ミラー３４ｂ及び緑色用ミラー３４ｇによって、赤色レーザー光１８ｒ、青色レーザー光１８ｂ、緑色レーザー光１８ｇは光軸が一致または略一致するように合成され、１つのレーザー光１８が＋Ｘ軸方向に射出される。
【００４５】
プリズム２７はレーザー光１８の光軸を傾ける第１の機能と、レーザー光１８の断面形状を変形させる第２の機能と、レーザー光１８の放射角を制御する第３の機能とを有する。プリズム２７は、ガラスや水晶で構成された実質的に無色透明な多面体である。このようなプリズム２７としては、上記のような機能を有していれば特に限定されず、例えば、略三角柱状をなす三角プリズムを用いることができる。
【００４６】
プリズム２７は、レーザー光１８の光軸の垂直な断面形状を略楕円形から略円形へ整形する。具体的には、プリズム２７は、入射したレーザー光１８の断面形状のＺ軸方向の幅をほぼ一定に保ちつつ、ＸＹ面内方向の幅を広くすることにより、レーザー光１８の断面形状を略円形に整形する。言い換えると、プリズム２７は、断面形状である楕円の短軸の長さを大きくし、短軸と長軸の比（アスペクト比）がほぼ１となるようにレーザー光１８の断面形状を整形する。このように、レーザー光１８の断面形状を略円形とすることにより、優れた画像表示特性を発揮することのできる描画装置７となる。
【００４７】
プリズム２７の射出面２７ａは、湾曲凸面で構成されており、集光レンズとして機能し、平行光としてプリズム２７に入射したレーザー光１８を集光させる。このようにレーザー光１８を集光させることにより、より鮮明で高解像度感の画像を表示することができる。
【００４８】
プリズム２７の一端には検出部２８が設置されている。プリズム２７の入射面２７ｂは、レーザー光１８を僅かに反射するように構成されており（例えば０．１％程度の反射率）、その反射光の光路上に検出部２８が位置している。検出部２８は、レーザー光１８の強度を検知する機能を有している。このような検出部２８はフォトダイオード等の受光素子を有している。受光素子からは、受光した反射光の光強度に応じた大きさの信号（電圧）が出力され、この信号に基づいて、赤色レーザー光１８ｒ、青色レーザー光１８ｂ、緑色レーザー光１８ｇの各光強度を検出することができる。赤色光源３２ｒ、青色光源３２ｂ、緑色光源３２ｇからプリズム２７までの部分を光源部３６とする。
【００４９】
検出部２８が検出した赤色レーザー光１８ｒ、青色レーザー光１８ｂ、緑色レーザー光１８ｇの光強度に関する情報は、描画制御部３０に送られる。描画制御部３０は受信した情報に基づいて赤色光源３２ｒ、青色光源３２ｂ、緑色光源３２ｇの駆動を制御する。
【００５０】
描画部２９は、プリズム２７を通過したレーザー光１８を２次元走査する機能を有している。このような描画部２９としては、レーザー光１８を２次元走査することができれば、特に限定されない。描画部２９はレーザー光１８を反射する鏡としての光反射面３７を有する。光反射面３７の法線方向の軸を第１軸３７ａとし、光反射面３７の接線方向で直交する２つの軸を第２軸３７ｂ及び第３軸３７ｃとする。描画部２９では光反射面３７が第２軸３７ｂ及び第３軸３７ｃ周りに揺動する。そして、描画部２９はレーザー光１８を光反射面３７に反射させ光反射面３７を回動させて描画する。
【００５１】
筐体３１には、光透過性の窓部３８が設けられている。窓部３８は例えばガラス、プラスチック等の透明な部材で構成されている。窓部３８を介して、描画部２９によって２次元走査されたレーザー光１８が筐体３１の外へ射出される。
【００５２】
次に、描画部２９について説明する。図４は描画部が有する光走査部を示す平面図であり、図５は光走査部の側断面図である。また、図６は電圧印加部のブロック図である。図７は電圧発生部が発生する電圧を説明するための図である。
【００５３】
図４及び図５に示すように、描画部２９は、可動部４１と、一対の軸部４２、軸部４３（第１の軸部）を備えている。さらに描画部２９は、枠体部４４と、２対の軸部４５、軸部４６、軸部４７、軸部４８（第２の軸部）と、支持部４９を備えている。さらに、描画部２９は永久磁石５０と、コイル５１と、磁心５２と、電圧印加部５３とを備えている。
【００５４】
可動部４１及び一対の軸部４２、軸部４３は、第２軸３７ｂ周りに揺動（往復回動）する第１の振動系を構成する。また、可動部４１、一対の軸部４２、軸部４３、枠体部４４、２対の軸部４５、軸部４６、軸部４７、軸部４８及び永久磁石５０は、第３軸３７ｃ周りに揺動（往復回動）する第２の振動系を構成する。また、永久磁石５０、コイル５１及び電圧印加部５３は、前述した第１の振動系及び第２の振動系を駆動させる駆動部を構成する。
【００５５】
可動部４１は、基部５４と基部５４に固定された光反射板５５とを有する。光反射板５５の上面には、光反射性を有する光反射面３７が設けられている。そして、光反射面３７がレーザー光１８を反射する。上述の通り、可動部４１は、第２軸３７ｂ及び第３軸３７ｃ周りに揺動する。すなわち、可動部４１を構成する基部５４、光反射板５５及び光反射面３７も、第２軸３７ｂ及び第３軸３７ｃ周りに揺動する。
【００５６】
また、光反射板５５の下面はスペーサー５６を介して基部５４に固定されている。これにより、光反射板５５が軸部４２、軸部４３、枠体部４４及び軸部４５〜軸部４８との接触を防止しつつ、光反射板５５を第２軸３７ｂ周りに揺動させることができる。
【００５７】
枠体部４４は、枠状をなし、前述した可動部４１の基部５４を囲んで設けられている。言い換えると、可動部４１の基部５４は、枠状をなす枠体部４４の内側に設けられている。そして、枠体部４４は、軸部４５〜軸部４８を介して支持部４９に支持されている。また、可動部４１の基部５４は、軸部４２、軸部４３を介して枠体部４４に支持されている。
【００５８】
軸部４２、軸部４３及び軸部４５〜軸部４８は、それぞれ、弾性変形可能である。そして、軸部４２、軸部４３は、可動部４１を第２軸３７ｂ周りに揺動可能とするように、可動部４１と枠体部４４を連結している。また、軸部４５〜軸部４８は、枠体部４４を第２軸３７ｂに直交する第３軸３７ｃ周りに揺動可能とするように、枠体部４４と支持部４９を連結している。
【００５９】
軸部４２、軸部４３は、可動部４１の基部５４を介して対向する場所に配置されている。また、軸部４２、軸部４３は、それぞれ、第２軸３７ｂに沿った方向に延在する長手形状をなす。そして、軸部４２、軸部４３は、それぞれ、一端部が基部５４に接続され、他端部が枠体部４４に接続されている。また、軸部４２、軸部４３は、それぞれ、中心軸が第２軸３７ｂに一致するように配置されている。このような軸部４２、軸部４３は、それぞれ、第２軸３７ｂ周りの揺動に伴って捩れ変形する。
【００６０】
軸部４５〜軸部４８は、枠体部４４を介して対向する場所に配置されている。また、軸部４５〜軸部４８は、それぞれ、第３軸３７ｃに沿った方向に延在する長手形状をなす。そして、軸部４５〜軸部４８は、それぞれ、一端部が枠体部４４に接続され、他端部が支持部４９に接続されている。また、軸部４５、軸部４６は、第３軸３７ｃを介して互いに対向するように配置され、同様に、軸部４７、軸部４８は、第３軸３７ｃを介して互いに対向するように配置されている。このような軸部４５〜軸部４８は、枠体部４４の第３軸３７ｃ周りの揺動に伴って、軸部４５及び軸部４６の対及び軸部４７及び軸部４８の対がそれぞれ捩れ変形する。
【００６１】
このように、可動部４１を第２軸３７ｂ周りに揺動可能とするとともに、枠体部４４を第３軸３７ｃ周りに揺動可能とすることにより、光反射板５５を互いに直交する第２軸３７ｂ及び第３軸３７ｃの２軸周りに揺動させることができる。
【００６２】
枠体部４４の下面には、永久磁石５０が接合されている。永久磁石５０は、平面視にて、第２軸３７ｂ及び第３軸３７ｃに対して傾斜する方向に磁化されている。永久磁石５０は、第２軸３７ｂ及び第３軸３７ｃの両軸に対して傾斜する方向に延在する長手形状（棒状）をなす。そして、永久磁石５０は、その長手方向に磁化されている。すなわち、永久磁石５０は、一端部をＳ極とし、他端部をＮ極とするように磁化されている。また、永久磁石５０は、平面視にて、第２軸３７ｂと第３軸３７ｃとの交点を中心として対称となるように設けられている。
【００６３】
第３軸３７ｃに対する永久磁石５０の磁化の方向（延在方向）の傾斜角θは、３０°以上６０°以下であるのが好ましい。このように永久磁石５０を設けることで、円滑かつ確実に可動部４１を第３軸３７ｃ周りに揺動させることができる。永久磁石５０としては、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、ボンド磁石等を好適に用いることができる。永久磁石５０は、硬磁性体を着磁したものである。
【００６４】
永久磁石５０の直下には、コイル５１が設けられている。これにより、コイル５１から発生する磁界を効率的に永久磁石５０に作用させることができる。コイル５１は、磁心５２に巻回されて設けられている。これにより、コイル５１で発生した磁界を効率的に永久磁石５０に作用させることができる。コイル５１は、電圧印加部５３に電気的に接続されている。そして、電圧印加部５３によりコイル５１に電圧が印加されることで、コイル５１から第２軸３７ｂ及び第３軸３７ｃに直交する磁束を有する磁界が発生する。
【００６５】
図６に示すように、電圧印加部５３は可動部４１を第２軸３７ｂ周りに回動させるための第１の電圧を発生させる第１の電圧発生部５７と、可動部４１を第３軸３７ｃ周りに回動させるための第２の電圧を発生させる第２の電圧発生部５８と、第１の電圧と第２の電圧とを重畳する電圧重畳部６１とを備え、電圧重畳部６１で重畳した電圧をコイル５１に印加する。
【００６６】
電圧重畳部６１は、コイル５１に電圧を印加するための加算器６２を備えている。加算器６２は、第１の電圧発生部５７から第１の電圧を受けるとともに、第２の電圧発生部５８から第２の電圧を受け、これらの電圧を重畳しコイル５１に印加するようになっている。
【００６７】
図７（ａ）において、縦軸は第１の電圧を示し、図中上側が下側より高い電圧になっている。横軸は時間の推移を示す。第１電圧波形６３は第１の電圧発生部５７が出力する電圧波形を示している。第１電圧波形６３が示すように第１の電圧発生部５７は第１周期６４で周期的に変化する第１の電圧（主走査用電圧）を発生させる。第１の電圧は、正弦波のような波形をなしている。第１の電圧の周波数は、例えば、１０〜４０ｋＨｚであるのが好ましい。第１の電圧の周波数は、可動部４１、一対の軸部４２、軸部４３で構成される第１の振動系の捩り共振周波数と等しくなるように設定されている。これにより、可動部４１の第２軸３７ｂ周りの回動角を大きくすることができる。
【００６８】
図７（ｂ）において、縦軸は第２の電圧を示し、図中上側が下側より高い電圧になっている。横軸は時間の推移を示す。第２電圧波形６５は第２の電圧発生部５８が出力する電圧波形を示している。第２電圧波形６５が示すように第２の電圧発生部５８は第１周期６４と異なる第２周期６６で周期的に変化する第２の電圧（副走査用電圧）を発生させるものである。第２電圧波形６５は、鋸波のような波形をなしている。第２電圧波形６５の周波数は、第１電圧波形６３の周波数と異なっていればよく、例えば、３０〜８０Ｈｚ（６０Ｈｚ程度）であるのが好ましい。本実施形態では、第２電圧波形６５の周波数は、可動部４１、一対の軸部４２、軸部４３、枠体部４４、２対の軸部４５〜軸部４８及び永久磁石５０で構成された第２の振動系の捩り共振周波数（共振周波数）と異なる周波数となるように調整されている。
【００６９】
このような第２の電圧の周波数は、第１の電圧の周波数よりも小さいことが好ましい。これにより、より確実かつより円滑に、可動部４１を第２軸３７ｂ周りに第１の電圧の周波数で揺動させつつ、第３軸３７ｃ周りに第２の電圧の周波数で揺動させることができる。描画制御部３０は光源部３６の制御に加え描画部２９の駆動も行っている。
【００７０】
図８はヘッドマウントディスプレイの電気制御ブロック図である。図８において、ヘッドマウントディスプレイ１はヘッドマウントディスプレイ１の動作を制御する制御部１５を備えている。そして、制御部１５はプロセッサーとして各種の演算処理を行うＣＰＵ６７（中央演算処理装置）と、各種情報を記憶するメモリー６８とを備えている。ステージ駆動装置６９、右側撮像装置１０ａ及び左側撮像装置１０ｂは入出力インターフェイス７０及びデータバス７１を介してＣＰＵ６７に接続されている。さらに、右側描画装置７ａ、左側描画装置７ｂ、入力装置７２及び出力装置７３も入出力インターフェイス７０及びデータバス７１を介してＣＰＵ６７に接続されている。
【００７１】
ステージ駆動装置６９は右側ステージ９ａ及び左側ステージ９ｂを駆動する装置である。ステージ駆動装置６９はＣＰＵ６７から指示信号を受信し、指示された状態に右側ステージ９ａ及び左側ステージ９ｂのステージ９を駆動して移動させる。ステージ９には可動テーブルの位置を検出する位置検出装置が設置されている。ステージ駆動装置６９は位置検出装置を駆動して右側ステージ９ａ及び左側ステージ９ｂの可動テーブルの位置を検出する。可動テーブルには描画装置７が接続され、描画装置７とハーフミラー３とは連結部２２により連結されている。従って、ステージ駆動装置６９は描画装置７及びハーフミラー３の位置を検出することができる。
【００７２】
右側撮像装置１０ａ及び左側撮像装置１０ｂの撮像装置１０は内部に固体撮像素子等からなるエリアセンサーを備え、エリアセンサーが撮像する画像を電気信号に変換して出力することが可能になっている。この固体撮像素子は受光する光の輝度と受光する時間とに応じて電荷を蓄積することにより、光の輝度を電圧信号として出力する。撮像装置１０はＣＰＵ６７から指示信号を受信し、指示信号に応じて撮影する。そして、撮影した画像のデータをメモリー６８に送信する。
【００７３】
入力装置７２には電源スイッチや操作用のスイッチの他、映像信号出力装置１７と有線及び無線の通信を行う装置が含まれる。これらの入力装置７２によりメモリー６８に各種のデータが入力される。
【００７４】
出力装置７３は液晶式の表示装置の他、スピーカー、映像信号出力装置１７と有線及び無線の通信を行う装置等が含まれる。これにより、制御部１５はヘッドマウントディスプレイ１の状態や観察者２１が設定した設定状態を表示し出力することが可能になっている。
【００７５】
メモリー６８は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等といった半導体メモリーや、ハードディスク、ＤＶＤ−ＲＯＭといった外部記憶装置を含む概念である。機能的には、ヘッドマウントディスプレイ１の動作の制御手順が記述されたプログラムソフト７４を記憶する記憶領域や、ステージ９の移動量を演算するときに用いるデータであるステージ関連データ７５を記憶するための記憶領域が設定される。他にも、撮像装置１０が撮影した画像に関するデータである撮影画像データ７６を記憶するための記憶領域が設定される。他にも、描画装置７が描画する画像データである描画画像データ７７を記憶するための記憶領域が設定される。他にも、ＣＰＵ６７のためのワークエリアやテンポラリーファイル等として機能する記憶領域やその他各種の記憶領域が設定される。
【００７６】
ＣＰＵ６７は、メモリー６８内に記憶されたプログラムソフト７４に従って、ハーフミラー３に虚像を投影する制御を行うものである。具体的な機能実現部としてＣＰＵ６７はステージ制御部７８を有する。ステージ制御部７８はステージ駆動装置６９に指示信号を出力し、ステージ９を駆動させて描画装置７及びハーフミラー３を移動させる制御を行う。
【００７７】
他にも、ＣＰＵ６７は撮像制御部８１を有する。撮像制御部８１は撮像装置１０に撮影する指示信号を出力し、撮像装置１０に眼球２ｃを撮影させる制御をする。撮像装置１０は撮影した画像をメモリー６８に記憶する。他にも、ＣＰＵ６７は画像演算部８２を有する。画像演算部８２は眼球２ｃが撮影された撮影画像データ７６をメモリー６８から入力する。そして、撮影画像データ７６を用いて観察者２１の視線の方向を演算する。撮像制御部８１、画像演算部８２及び撮像装置１０等により視線検出部が構成されている。
【００７８】
他にも、ＣＰＵ６７は描画装置制御部８３を有する。描画装置制御部８３は描画画像データ７７をメモリー６８から入力する。そして、描画画像データ７７及び描画の開始及び停止の指示信号を描画装置７に転送する。
【００７９】
他にも、ＣＰＵ６７は描画情報通信部８４を有する。描画情報通信部８４は映像信号出力装置１７と通信を行い、描画画像データ７７を受信する。そして、描画情報通信部８４は描画画像データ７７をメモリー６８に記憶する。尚、本実施形態では、上記の各機能がＣＰＵ６７を用いてプログラムソフトで実現することとしたが、上記の各機能がＣＰＵ６７を用いない単独の電子回路（ハードウェア）によって実現できる場合には、そのような電子回路を用いることも可能である。
【００８０】
次に、上述したヘッドマウントディスプレイ１を用いてハーフミラー３に虚像を描画する描画方法について図９〜図１１にて説明する。図９は描画方法を示すフローチャートである。図１０〜図１１は、描画方法を説明するための模式図である。図９のフローチャートにおいて、ステップＳ１は撮影工程であり、撮像装置１０が眼球２ｃを撮影する工程である。次にステップＳ２に移行する。ステップＳ２は視線演算工程である。この工程は、観察者２１の視線がハーフミラー３と交差する場所を演算する工程である。次にステップＳ３に移行する。ステップＳ３はステージ移動工程である。この工程は、ステージ９が描画装置７及びハーフミラー３を移動させる工程である。次にステップＳ５に移行する。ステップＳ４は描画工程である。この工程は、描画装置７がハーフミラー３に虚像を形成する工程である。次にステップＳ５に移行する。ステップＳ１〜ステップＳ３とステップＳ４とは並行して行われる。ステップＳ５は終了判断工程である。描画を終了しないとき、ステップＳ１及びステップＳ４に移行する。描画を終了するとき、ヘッドマウントディスプレイ１の駆動を終了する。以上の工程で描画が完了する。
【００８１】
次に、図１０〜図１１を用いて、図９に示したステップと対応させて、描画方法を詳細に説明する。図１０（ａ）は、ステップＳ１の撮影工程に対応する図である。図１０（ａ）に示すように、撮像装置１０は眼球２ｃを撮影する。右側撮像装置１０ａは右眼を撮影し、左側撮像装置１０ｂは左眼を撮影する。眼球２ｃの白目、黒目、瞳２ｄの形状が撮影される。撮像制御部８１は撮像装置１０に撮影する指示信号を出力する。撮像装置１０は指示信号を入力して眼球２ｃを撮影し、撮影画像データ７６としてメモリー６８に記憶する。
【００８２】
図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）はステップＳ２の視線演算工程に対応する図である。図１０（ｂ）は観察者２１が図中右側に視線を向けたときを示している。画像演算部８２は画像８５の中央である画像中央８５ａに対して瞳の像８６の中央である瞳中央８６ａとの距離８７を演算する。瞳中央８６ａの演算では瞳の像８６の重心を求めて瞳中央８６ａとしても良い。白目と黒目との境界線を用いて瞳中央８６ａを算出しても良い。
【００８３】
ステージ関連データ７５には瞳２ｄの視線がハーフミラー３と交差する位置と距離８７との関係を示すデータ表が含まれている。そして、画像演算部８２はデータ表、距離８７のデータ及び瞳の像８６が右寄りである情報を用いて、視線がハーフミラー３と交差する位置を演算する。
【００８４】
図１０（ｃ）は観察者２１が図中左側に視線を向けたときを示している。このときにも同様に画像演算部８２は距離８７を演算する。そして、画像演算部８２はデータ表、距離８７のデータ及び瞳の像８６が左寄りである情報を用いて、視線がハーフミラー３と交差する位置を演算する。
【００８５】
図１１（ａ）〜図１１（ｃ）はステップＳ３のステージ移動工程及びステップＳ４の描画工程に対応する図である。図１１（ａ）に示すように、瞳２ｄが正面を向くとき視線８８は人体頭部２の正面に向かう。そして、ハーフミラー３には最適点３ｃが設定され、最適点３ｃが視線８８上にあるとき最適な画像が観察できるように凹面３ｂ及びホログラムシート２５が形成されている。ステップＳ３ではステージ制御部７８は視線８８がハーフミラー３と交差する位置に最適点３ｃが重なるようにステージ９を制御する。ステップＳ４では描画装置７がレーザー光１８を射出する。このとき、観察者２１は鮮明な虚像を観察することができる。
【００８６】
図１１（ｂ）に示すように、瞳２ｄが図中左側を向くとき視線８８は人体頭部２の左側に向かう。そして、ステップＳ１では撮像装置１０が瞳２ｄを撮影し、ステップＳ２では視線８８がハーフミラー３と交差する位置を画像演算部８２が演算する。ステップＳ３ではステージ制御部７８がステージ駆動装置６９を介してステージ９の可動テーブルの位置を検出する。可動テーブルは描画装置７及び連結部２２を介してハーフミラー３と接続されている。そして、ステージ関連データ７５には可動テーブルの位置に対する最適点３ｃの位置のデータが含まれている。ステージ制御部７８はステージ関連データ７５と可動テーブルの位置情報から最適点３ｃの位置を算出する。
【００８７】
次に、ステージ制御部７８は視線８８がハーフミラー３と交差する位置に最適点３ｃが重なるようにステージ９を制御する。その結果、視線８８上に最適点３ｃが位置するので、ステップＳ４にて描画装置７がレーザー光１８を射出するとき、観察者２１は鮮明な虚像を観察することができる。
【００８８】
図１１（ｃ）に示すように、瞳２ｄが図中右側を向くとき視線８８は人体頭部２の右側に向かう。このときにもステージ制御部７８は視線８８がハーフミラー３と交差する位置に最適点３ｃが重なるようにステージ９を駆動する。その結果、視線８８上に最適点３ｃが位置するので、ステップＳ４にて描画装置７がレーザー光１８を射出するとき、観察者２１は鮮明な虚像を観察することができる。
【００８９】
観察者２１が視線８８を左右に移動させるとき、撮像制御部８１、画像演算部８２は視線８８の方向を検出する。そして、ステージ制御部７８が視線８８上に最適点３ｃが位置するように、ハーフミラー３の位置を制御する。このとき、ハーフミラー３と共に描画装置７の位置も制御される。これにより、描画装置７はハーフミラー３を反射したレーザー光１８が瞳２ｄを通過する場所からレーザー光１８を射出する。従って、観察者２１は鮮明な虚像を観察することができる。
【００９０】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、虚像を観察する観察者２１が視線８８を移動するとき、撮像装置１０、撮像制御部８１及び画像演算部８２が観察者２１の視線８８を検出する。そして、制御部１５がステージ９を制御し、ステージ９が描画装置７とハーフミラー３とを連動して移動する。これにより、観察者２１の視線８８の動きに合わせて虚像を移動させることができる。そして、ヘッドマウントディスプレイ１は観察者２１の瞳２ｄをレーザー光１８が通過するように虚像を投影することができる。従って、ヘッドマウントディスプレイ１は観察者２１の視線８８に合わせて鮮明な画像を表示することができる。
【００９１】
（２）本実施形態によれば、連結部２２は描画装置７とハーフミラー３とを連結している。連結部２２により描画装置７とハーフミラー３とは所定の位置関係にて連動する。従って、ステージ９は描画装置７を移動させることでハーフミラー３を連動して移動させることができる。その結果、ステージ９が描画装置７とハーフミラー３とを別々に移動するときに比べて簡易な構造にすることができる。
【００９２】
（３）本実施形態によれば、ハーフミラー３はミラー保護部５内に設置されている。ミラー保護部５には光透過性の第１窓部５ａ及び第２窓部５ｂが対向して設置されている。レーザー光１８は第１窓部５ａを通してハーフミラー３に照射され、ハーフミラー３は虚像を形成することができる。ハーフミラー３がステージ９により移動させられるとき、ハーフミラー３はミラー保護部５内に設置されミラー保護部５によって保護されている。従って、ハーフミラー３が観察者２１と接触して擦れることを防止することができる。
【００９３】
（４）本実施形態によれば、ハーフミラー３はホログラムシート２５が設置された板状部材３ａを有している。ホログラムシート２５はレーザー光１８を回折させてレーザー光１８の進行方向を変える。従って、板状部材３ａの凹凸を浅くすることができる。そして、レーザー光１８がホログラムシート２５に当たるときにも、ホログラムシート２５の熱を板状部材３ａに伝導して温度上昇を抑制することができる。
【００９４】
（５）本実施形態によれば、第１窓部５ａ及び第２窓部５ｂはハーフミラー３を挟んで設置されている。従って、第２窓部５ｂを通過する光２４の一部はハーフミラー３を通過して、さらに、第１窓部５ａを通過して進行することができる。従って、観察者２１は第１窓部５ａ、第２窓部５ｂ及びハーフミラー３を通過する光２４を受光することができる。その結果、観察者２１はヘッドマウントディスプレイ１を通して景色を見ることができる。
【００９５】
（第２の実施形態）
次に、ヘッドマウントディスプレイの一実施形態について図１２及び図１３を用いて説明する。図１２（ａ）は、ヘッドマウントディスプレイの構造を示す要部模式平断面図であり、図１２（ｂ）は、ヘッドマウントディスプレイの構造を示す要部模式上断面図である。図１３は、ハーフミラーの動作を説明するための模式図である。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、ハーフミラーが揺動運動をする点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。また、右眼用のハーフミラーについて説明する。左眼用のハーフミラーも同様の構造及び作用を有しており、説明を省略する。
【００９６】
すなわち、本実施形態では図１２に示すように画像表示装置としてのヘッドマウントディスプレイ９１はハーフミラー枠９２を備えている。ハーフミラー枠９２には保護部としてのミラー保護部９３が設置されている。ミラー保護部９３の内部には空洞２３が設置され、空洞２３には表示部としてのハーフミラー９４が設置されている。ミラー保護部９３は対向して設置され窓部としての第１窓部９３ａと窓部としての第２窓部９３ｂとを備えている。ハーフミラー９４は第１窓部９３ａと第２窓部９３ｂとの間に位置している。ハーフミラー９４と第１窓部９３ａとの間には隙間があり、ハーフミラー９４と第２窓部９３ｂとの間にも隙間がある。そして、第１窓部９３ａ、第２窓部９３ｂ及びハーフミラー９４は光透過性の材質により形成されている。
【００９７】
ハーフミラー９４は左右方向８ｂの中央に上下方向８ｃに延在する軸９４ｃが設置されている。軸９４ｃはハーフミラー９４における上下方向８ｃの両側の側面に設置されている。ミラー保護部９３には空洞２３の左右方向８ｂの中央となる場所に軸受９３ｃが設置されている。軸受９３ｃはミラー保護部９３において空洞２３を向く面の上下方向８ｃの両側の面に設置されている。そして、軸９４ｃは軸受９３ｃに挿入され、ハーフミラー９４は軸９４ｃを回転中心にして回動可能になっている。
【００９８】
右眼と対向する場所のハーフミラー９４の図中右側には連結部２２が設置され、連結部２２はハーフミラー９４と描画装置７とを連結している。従って、ステージ９が描画装置７を前後方向８ａに移動させるとき、描画装置７の移動と並行してハーフミラー９４が回動する。
【００９９】
ハーフミラー９４は凹面９４ｂが設置された板状部材９４ａを備え、凹面９４ｂにはホログラムシート２５が設置されている。凹面９４ｂが人体頭部２を向く面となっている。
【０１００】
図１３（ａ）〜図１３（ｃ）はステップＳ３のステージ移動工程及びステップＳ４の描画工程に対応する図である。図１３（ａ）に示すように、瞳２ｄが正面を向くとき視線８８は人体頭部２の正面に向かう。そして、前後方向８ａに対するハーフミラー９４の角度であるミラー角度９４ｄが設定され、ミラー角度９４ｄが最適ミラー角度のとき最適な画像が観察できるように凹面９４ｂ及びホログラムシート２５が形成されている。ステップＳ３ではステージ制御部７８はミラー角度９４ｄが最適ミラー角度となるようにステージ９を制御する。ステップＳ４では描画装置７がレーザー光１８を射出する。このとき、ハーフミラー９４を反射したレーザー光１８が瞳２ｄを通過し、観察者２１は鮮明な虚像を観察することができる。
【０１０１】
図１３（ｂ）に示すように、瞳２ｄが図中左側を向くとき視線８８は人体頭部２の左側に向かう。そして、ステップＳ１では撮像装置１０が瞳２ｄを撮影し、ステップＳ２では前後方向８ａに対する視線８８の角度を画像演算部８２が演算する。ステップＳ３ではステージ制御部７８がステージ駆動装置６９を介してステージ９の可動テーブルの位置を検出する。可動テーブルは描画装置７及び連結部２２を介してハーフミラー９４と接続されている。そして、ステージ関連データ７５には可動テーブルの位置に対するミラー角度９４ｄの位置のデータが含まれている。ステージ制御部７８はステージ関連データ７５と可動テーブルの位置情報からミラー角度９４ｄを算出する。
【０１０２】
次に、検出した視線８８の角度におけるミラー角度９４ｄが最適ミラー角度となるようにステージ制御部７８がステージ９を制御する。その結果、視線８８に対して最適な角度にハーフミラー９４が配置される。ステップＳ４では描画装置７がレーザー光１８を射出する。このとき、ハーフミラー９４を反射したレーザー光１８が瞳２ｄを通過し、観察者２１は鮮明な虚像を観察することができる。
【０１０３】
図１３（ｃ）に示すように、瞳２ｄが図中右側を向くとき視線８８は人体頭部２の右側に向かう。このときにも検出した視線８８の角度におけるミラー角度９４ｄが最適ミラー角度となるようにステージ制御部７８がステージ９を制御する。その結果、視線８８に対して最適な角度にハーフミラー９４が配置される。ステップＳ４では描画装置７がレーザー光１８を射出する。このとき、ハーフミラー９４を反射したレーザー光１８が瞳２ｄを通過し、観察者２１は鮮明な虚像を観察することができる。
【０１０４】
つまり、観察者２１が視線８８を左右に移動させるとき、撮像制御部８１、画像演算部８２は視線８８の方向を検出する。そして、検出した視線８８の角度におけるミラー角度９４ｄが最適ミラー角度となるようにステージ制御部７８がステージ９を制御する。このとき、ハーフミラー９４と共に描画装置７も移動される。これにより、ハーフミラー９４を反射したレーザー光１８が瞳２ｄを通過するように設定された場所から描画装置７がレーザー光１８を射出する。従って、観察者２１は鮮明な虚像を観察することができる。
【０１０５】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、虚像を観察する観察者２１が視線８８を移動するとき、撮像装置１０、撮像制御部８１及び画像演算部８２が観察者２１の視線８８を検出する。そして、制御部１５がステージ９を制御し、ステージ９が描画装置７と連動してハーフミラー９４を回動する。これにより、ハーフミラー９４を反射したレーザー光１８が瞳２ｄを通過するように設定された場所から描画装置７がレーザー光１８を射出する。そして、観察者２１の視線８８の動きに合わせて虚像を移動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９１は観察者２１の視線８８に合わせて鮮明な画像を表示することができる。
【０１０６】
（第３の実施形態）
次に、ヘッドマウントディスプレイの一実施形態について図１４を用いて説明する。図１４は、ヘッドマウントディスプレイの構造を示す要部概略斜視図である。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、連結部２２がなくハーフミラー３を移動させるステージが設置されている点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。また、右眼用のハーフミラーについて説明する。左眼用のハーフミラーも同様の構造及び作用を有しており、説明を省略する。
【０１０７】
すなわち、本実施形態では、図１４に示すように画像表示装置としてのヘッドマウントディスプレイ９７にハーフミラー３と描画装置７とを連結する連結部２２が設置されていない。そして、ミラー保護部５にはハーフミラー３を左右方向８ｂに移動する移動部としてのステージ９８が設置されている。ステージ駆動装置６９はステージ９及びステージ９８を駆動する。ステージ９は描画装置７を移動し、ステージ９８はハーフミラー３を移動する。
【０１０８】
虚像を観察する観察者２１が視線８８を移動するとき、撮像装置１０、撮像制御部８１及び画像演算部８２が観察者２１の視線８８を検出する。そして、制御部１５がステージ９及びステージ９８を制御する。ステージ９が描画装置７を前後方向８ａに移動させる。ステージ９８がハーフミラー３を左右方向８ｂに移動させる。制御部１５はハーフミラー３と描画装置７とを連動して移動する。これにより、ハーフミラー３を反射したレーザー光１８に瞳２ｄを通過させて、観察者２１の視線８８の動きに合わせて虚像を移動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９７は観察者２１の視線８８に合わせて鮮明な画像を表示することができる。
【０１０９】
（第４の実施形態）
次に、ヘッドマウントディスプレイの一実施形態について図１５を用いて説明する。図１５は、ヘッドマウントディスプレイの構造を示す要部概略斜視図である。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、ハーフミラー３を移動させるステージ９８が設置され、ステージ９８がハーフミラー３及び描画装置７を移動する点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。また、右眼用のハーフミラーについて説明する。左眼用のハーフミラーも同様の構造及び作用を有しており、説明を省略する。
【０１１０】
すなわち、本実施形態では、図１５に示すように画像表示装置としてのヘッドマウントディスプレイ１０１にはハーフミラー３と描画装置７とを連結する連結部２２が設置されている。そして、ミラー保護部５にはハーフミラー３を左右方向８ｂに移動するステージ９８が設置されている。ハーフミラー枠４には描画装置７の前後方向８ａへの移動を案内するガイドレール１０２が設置されている。ガイドレール１０２には玉軸受やコロ軸受を備えたリニアーガイドや低摩擦係数を有するシート等を用いることができる。
【０１１１】
ステージ駆動装置６９はステージ９８を駆動する。ステージ９８が左右方向８ｂに移動する。そして、ハーフミラー３の動きに連動して描画装置７が前後方向８ａに移動する。描画装置７はガイドレール１０２にガイドされているので、小さな力で移動可能になっている。
【０１１２】
虚像を観察する観察者２１が視線８８を移動するとき、撮像装置１０、撮像制御部８１及び画像演算部８２が観察者２１の視線８８を検出する。そして、制御部１５がステージ９８を制御する。ステージ９８がハーフミラー３を左右方向８ｂに移動させる。ハーフミラー３と連動して描画装置７が前後方向８ａに移動される。制御部１５はハーフミラー３と描画装置７とを連動して移動する。これにより、ハーフミラー３を反射したレーザー光１８が瞳２ｄを通過するように、観察者２１の視線８８の動きに合わせて虚像を移動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１０１は観察者２１の視線８８に合わせて鮮明な画像を表示することができる。
【０１１３】
（第５の実施形態）
次に、ヘッドマウントディスプレイの一実施形態について図１６を用いて説明する。図１６は、ヘッドマウントディスプレイの構造を示す要部概略斜視図である。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、描画装置７を移動させるステージの位置がステージ９の位置と異なる点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。また、右眼用のステージについて説明する。左眼用のステージも同様の構造及び作用を有しており、説明を省略する。
【０１１４】
すなわち、本実施形態では、図１６に示すように画像表示装置としてのヘッドマウントディスプレイ１０５にはハーフミラー３と描画装置７とを連結する連結部２２が設置されている。そして、ハーフミラー枠４には描画装置７を前後方向８ａに移動させる移動部としてのステージ１０６が設置されている。ステージ１０６は第１の実施形態におけるステージ９と同じ機能を備えている。従って、ヘッドマウントディスプレイ１０５は第１の実施形態におけるヘッドマウントディスプレイ１と同じ機能を備えることができる。
【０１１５】
ステージ１０６は描画装置７の前後方向８ａの耳２ｂ側に設置されている。このため、描画装置７の上下方向８ｃの長さが大きくなってもつる部１１の幅に対して目立たなくすることができる。従って、ヘッドマウントディスプレイ１０５を美観の良い装置にすることができる。また、描画装置７は上下方向８ｃの長さを長くできるので描画装置７の内部に含まれる要素を設計し易い配置にすることができる。
【０１１６】
（第６の実施形態）
次に、ヘッドマウントディスプレイの一実施形態について図１７を用いて説明する。図１７は、ヘッドマウントディスプレイの構造を示す要部模式平断面図である。本実施形態が第２の実施形態と異なるところは、軸９４ｃ及び軸受９３ｃの位置が異なる点にある。尚、第２の実施形態と同じ点については説明を省略する。また、右眼用のハーフミラーについて説明する。左眼用のハーフミラーも同様の構造及び作用を有しており、説明を省略する。
【０１１７】
すなわち、本実施形態では、図１７に示すように画像表示装置としてのヘッドマウントディスプレイ１０９はハーフミラー枠９２を備えている。ハーフミラー枠９２には保護部としてのミラー保護部１１０が設置されている。ミラー保護部１１０の内部には空洞２３が設置され、空洞２３には表示部としてのハーフミラー１１１が設置されている。ハーフミラー１１１は左右方向８ｂの鼻受９２ａ側に上下方向８ｃに延在する軸１１１ｃが設置されている。軸１１１ｃはハーフミラー１１１における上下方向８ｃの両側に設置されている。ミラー保護部１１０には空洞２３の左右方向８ｂの鼻受９２ａ側に軸受１１０ｃが設置されている。軸受１１０ｃはミラー保護部１１０における上下方向８ｃの両側においてハーフミラー１１１を向く面に設置されている。そして、軸１１１ｃは軸受１１０ｃに挿入され、ハーフミラー１１１は軸１１１ｃを回転中心にして回動可能になっている。
【０１１８】
ハーフミラー１１１の図中右側には連結部２２が設置され、連結部２２はハーフミラー１１１と描画装置７とを連結している。従って、ステージ９が描画装置７を移動させるとき、描画装置７の移動と並行してハーフミラー１１１が回動する。ハーフミラー１１１は人体頭部２を向く面に凹面が形成され、凹面にはホログラムシート２５が設置されている。
【０１１９】
虚像を観察する観察者２１が視線８８を移動するとき、撮像装置１０、撮像制御部８１及び画像演算部８２が観察者２１の視線８８を検出する。そして、制御部１５がステージ９を制御し、ステージ９が描画装置７と連動してハーフミラー１１１を回動しミラー角度が最適ミラー角度となるようにステージ制御部７８がステージ９を制御する。その結果、視線８８に対して最適な角度にハーフミラー１１１が配置される。ステップＳ４では描画装置７がレーザー光１８を射出する。このとき、ハーフミラー１１１を反射したレーザー光１８が瞳２ｄを通過し、観察者２１は鮮明な虚像を観察することができる。
【０１２０】
（第７の実施形態）
次に、ヘッドマウントディスプレイの一実施形態について図１８を用いて説明する。図１８は、ヘッドマウントディスプレイの構造を示す要部模式上断面図である。本実施形態が第２の実施形態と異なるところは、ハーフミラー９４を回転させる機構を有する点にある。尚、第２の実施形態と同じ点については説明を省略する。また、右眼用のハーフミラーについて説明する。左眼用のハーフミラーも同様の構造及び作用を有しており、説明を省略する。
【０１２１】
すなわち、本実施形態では、図１８に示すように画像表示装置としてのヘッドマウントディスプレイ１１４はハーフミラー枠９２を備えている。ハーフミラー枠９２には保護部としてのミラー保護部１１５が設置されている。ミラー保護部１１５の内部には空洞２３が設置され、空洞２３にはハーフミラー９４が設置されている。ハーフミラー９４は左右方向８ｂの中央に上下方向８ｃに延在する軸９４ｃが設置されている。ミラー保護部１１５には空洞２３の左右方向８ｂの中央に軸受１１５ｃが設置されている。軸受１１５ｃはミラー保護部１１５における上下方向８ｃの両側に設置されている。そして、軸９４ｃは軸受１１５ｃに挿入され、ハーフミラー９４は軸９４ｃを回転中心にして回動可能になっている。
【０１２２】
ハーフミラー枠９２にはミラー保護部１１５に近い場所に移動部としてのステージ１１６が設置されている。ハーフミラー枠９２には描画装置７を移動させるステージ９とは別にステージ１１６が設置されている。ステージ１１６はステージ９と同様な直動機構を備えている。ステージ１１６の固定テーブルはハーフミラー枠９２に設置されている。そして、ステージ１１６の可動テーブルには可動テーブルとハーフミラー９４とを連結する移動部としての連結部１１７が設置されている。これにより、ステージ１１６は軸９４ｃを回転中心にしてハーフミラー９４を回動することが可能になっている。
【０１２３】
虚像を観察する観察者２１が視線８８を移動するとき、撮像装置１０、撮像制御部８１及び画像演算部８２が観察者２１の視線８８を検出する。そして、制御部１５がステージ９及びステージ１１６を制御する。ステージ９が描画装置７を前後方向８ａに移動させる。ステージ１１６が軸９４ｃを回転中心にしてハーフミラー９４を回動させる。制御部１５はハーフミラー９４と描画装置７とを連動して移動する。その結果、視線８８に対して最適な角度にハーフミラー９４が配置される。ステップＳ４では描画装置７がレーザー光１８を射出する。このとき、ハーフミラー９４を反射したレーザー光１８が瞳２ｄを通過し、観察者２１は鮮明な虚像を観察することができる。そして、観察者２１の視線８８の動きに合わせて虚像を移動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１１４は観察者２１の視線８８に合わせて鮮明な画像を表示することができる。
【０１２４】
（第８の実施形態）
次に、ヘッドマウントディスプレイの一実施形態について図１９を用いて説明する。図１９（ａ）は、ヘッドマウントディスプレイの構造を示す要部模式平断面図である。図１９（ｂ）は、ヘッドマウントディスプレイの構造を示す要部模式上断面図である。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、ハーフミラーは枠部にホログラムシートが設置された構造となっている点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。右眼用のハーフミラーについて説明する。左眼用のハーフミラーも同様の構造及び作用を有しており、説明を省略する。
【０１２５】
すなわち、本実施形態では、図１９に示すように画像表示装置としてのヘッドマウントディスプレイ１１９は表示部としてのハーフミラー１２０を備えている。ハーフミラー１２０はミラー保護部５の内部に設置されている。ハーフミラー１２０は長方形の枠部１２０ａを備えている。枠部１２０ａはミラー保護部５の内周に沿って左右方向８ｂに移動可能になっている。
【０１２６】
枠部１２０ａの内側には薄膜１２０ｂが設置され、薄膜１２０ｂにおいて人体頭部２を向く面が凹面１２０ｃになっている。そして、凹面１２０ｃにホログラムシート２５が設置されている。ハーフミラー１２０はホログラムシート２５が設置された枠部１２０ａを有している。枠部１２０ａは剛性があるので構造物としての強度を有している。従って、レーザー光１８が照射される部分を薄くしてハーフミラー１２０を軽くすることができる。その結果、ハーフミラー１２０を小さな力で移動させることができる。
【０１２７】
尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
前記第１の実施形態では、右側撮像装置１０ａ及び左側撮像装置１０ｂの２台の撮像装置１０を設置した。右側撮像装置１０ａまたは左側撮像装置１０ｂの一方の撮像装置１０を用いて視線８８を検出しても良い。そして、検出した視線８８のデータを用いてステージ制御部７８が左右両方のハーフミラー３及び描画装置７の位置を制御しても良い。構成要素が少なくなるので、ヘッドマウントディスプレイ１を製造し易い装置にすることができる。
【０１２８】
（変形例２）
前記第１の実施形態では、ミラー保護部５の内側の面と摺動させてハーフミラー３を移動した。ハーフミラー３とミラー保護部５との間に低摩擦の摺動面を設置しても良い。また、ハーフミラー３とミラー保護部５との間にガイドレールを設置しても良い。小さな力でハーフミラー３を移動させることができる。
【０１２９】
（変形例３）
前記第１の実施形態では、ミラー保護部５に第１窓部５ａ及び第２窓部５ｂを設置した。ヘッドマウントディスプレイ１を使用する用途によっては、第１窓部５ａだけ設置しても良く、第２窓部５ｂだけを設置しても良い。さらに、第１窓部５ａ及び第２窓部５ｂを除いてハーフミラー３を露出させても良い。
【０１３０】
（変形例４）
前記第１の実施形態では、ハーフミラー３に凹面３ｂを設置した。ホログラムシート２５だけでレーザー光１８の反射角を制御可能であるときには凹面３ｂを平面にしても良い。板状部材３ａの形状が簡易になるので、板状部材３ａを製造し易くすることができる。
【０１３１】
（変形例５）
前記第１の実施形態では、ミラー保護部５をハーフミラー枠４に設置した構造となっている。ハーフミラー枠４とミラー保護部５とを一体にした構造にしても良い。部品点数が削減されるので、ヘッドマウントディスプレイ１を製造し易くすることができる。
【０１３２】
（変形例６）
前記第１の実施形態では、ハーフミラー３を左右方向８ｂに移動した。さらに、ハーフミラー３を上下方向８ｃに移動させるステージを設置しても良い。視線８８が上下方向８ｃに移動するときにもハーフミラー３を移動して精細な虚像を表示することができる。
【０１３３】
（変形例７）
前記第１の実施形態では、第２窓部５ｂを光透過性にして第２窓部５ｂを通して見える景色と虚像とを重ねて見えるようにした。第２窓部５ｂを光が透過しない材質にしても良い。ヘッドマウントディスプレイ１を虚像だけを見る装置にすることができる。
【０１３４】
（変形例８）
前記第１の実施形態では、光源部３６を描画装置７の中に設置した。光源部３６を制御部１５に設置して光ファイバーを用いてレーザー光１８を描画部２９に導光しても良い。描画装置７を軽くすることができる為、ヘッドマウントディスプレイ１を装着したときの疲労を軽減することができる。
【０１３５】
（変形例９）
前記第１の実施形態では、描画部２９は１つの電磁石で２方向の走査を実現している。描画部２９は２つの電磁石で２方向の走査を行う構造にしても良い。操作の制御を容易にすることができる。また、描画部２９は１つの光反射面３７で主走査と副走査とを行った。主走査用の反射面及び副走査用の反射面を設けても良い。走査の制御を容易にすることができる。また、描画部２９は電磁石以外にも圧電素子や静電気を用いた駆動素子にて光反射面３７を駆動しても良い。
【０１３６】
（変形例１０）
前記第１の実施形態では、右側描画装置７ａと左側描画装置７ｂとの２つの描画装置７を備えてステレオ表示にしている。１つの描画装置７を備える単眼用の表示装置にしても良い。構成要素の数が減るのでヘッドマウントディスプレイ１を製造し易くすることができる。
【０１３７】
（変形例１１）
前記第８の実施形態では、ハーフミラー１２０の薄膜１２０ｂに凹面１２０ｃを形成して、凹面１２０ｃにホログラムシート２５を設置した。他にも、ホログラムシート２５を曲面状に形成して、枠部１２０ａに直接ホログラムシート２５を設置しても良い。ハーフミラー１２０の形状が簡易になるので、製造し易くすることができる。また、薄膜１２０ｂがないのでハーフミラー１２０を軽くすることができる。
【符号の説明】
【０１３８】
１，９１，９７，１０１，１０５，１０９，１１４，１１９…画像表示装置としてのヘッドマウントディスプレイ、３，９４，１１１，１２０…表示部としてのハーフミラー、３ａ…板としての板状部材、５ａ，９３ａ…窓部としての第１窓部、５ｂ，９３ｂ…窓部としての第２窓部、５，９３，１１０，１１５…保護部としてのミラー保護部、７…描画装置、９，９８，１０６，１１６…移動部としてのステージ、１０…視線検出部としての撮像装置、１５…制御部、１８…レーザー光、２２，１１７…移動部としての連結部、２５…ホログラムシート、２９…描画部、３６…光源部、３７…鏡としての光反射面、８１…視線検出部としての撮像制御部、８２…視線検出部としての画像演算部、１２０ａ…枠部。
【図１】
2016090689.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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【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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【図１８】
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【図１９】
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