JP5919885B2 - 虚像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、頭部に装着して使用するヘッドマウントディスプレイ等の虚像表示装置に関する。

近年、ヘッドマウントディスプレイのよう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、画像光を走査させて眼の網膜に画像を投影するものが種々提案されており（特許文献１〜３参照）、特に、画像光と外界光とを重畳させるために、シースルーにしたものが提案されている（例えば特許文献１参照）。ここで、特許文献１や特許文献２のヘッドマウントディスプレイでは、虚像を形成する装置が観察者となるべき装着者の眼よりも耳側に配置されており、特許文献３のヘッドマウントディスプレイでは、虚像を形成する装置が装着者の眼の前方側に配置されている。

しかし、特許文献１や特許文献２のように、虚像を形成させるための装置が装着者の眼よりも耳側に配置されていたり、特許文献３のように、虚像を形成させるための装置が装着者の眼の前方側に配置されていたりすると、装置が、装着者の顔に対して側方側や前方側に張り出した状態となり、重心が装着者から離れて重量感が増すとともに、外観のデザインが制限されるものとなる。

特開２００７−１７８９４１号公報 再表ＷＯ２００９／０４１０５５号公報 特表２００７−５３７４６５号公報

本発明は、装置の重量感の増大を抑制して装用の負担を軽減し、かつ、デザインの自由度を高めることのできる虚像表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の虚像表示装置は、（ａ）画像に対応して変調された信号光を射出する信号光変調部と、（ｂ）信号光変調部から入射した信号光を走査させることにより、走査光として射出させる走査光学系と、（ｃ）走査光学系からの走査光の照射を受けて虚像を形成する虚像形成部材と、を備え、（ｄ）走査光学系が、装着時に装着者の眼よりも鼻側に位置し、（ｅ）虚像形成部材が、装着時に装着者の眼前であって走査光学系よりも装着者に対して遠方側に位置するように配置される。

上記虚像表示装置では、走査光学系が装着者の眼よりも鼻側に位置するように配置されているので、虚像を形成する装置が装着者の顔の側方側に張り出すことが防止される。また、虚像形成部材が装着者にとって走査光学系よりも遠い側にある眼前に位置するように配置され、走査光学系が装着者側から当該虚像形成部材に向けて走査光を照射させるものとなっているので、虚像を形成する装置が装着者の顔の前方側に張り出すことも防止される。従って、眼前に装着した状態での光学部品の側方側や前方側への過度の張出しを抑制して、装置の重心の偏りによる重量感の増大を抑制し、かつ、デザインの自由度を高めることができる。

本発明の具体的な側面では、虚像形成部材が、装着時において装着者の鼻側から耳側に向かう方向に傾斜した状態で配置される。この場合、虚像形成部材を人間の顔に沿った状態とすることで、小型化が図られるとともに、デザイン性を高めることが可能になる。

本発明の別の側面では、虚像形成部材が、走査光学系から照射された走査光を反射させて虚像を形成するとともに、外界光を通過させて、走査光による虚像の観察と外界光の観察とを可能にする半透過反射膜を有する。この場合、半透過反射膜を用いることで、虚像のみならず、外界像も認識できるシースルーの構成とすることができる。

本発明のさらに別の側面では、虚像形成部材が、走査光学系から照射された走査光によって虚像を形成する回折格子を配置するとともに外界光を通過させる透明基材である。この場合、回折格子を用いることで、膜状の部材で機能を達成できるため、デザインの自由度を確保しつつ画像光を形成することが可能となり、また、虚像形成部材が、例えば透明基板に回折格子を支持させた透明基材であることで、虚像のみならず、外界像も認識できるシースルーの構成とすることができる。

本発明のさらに別の側面では、虚像表示装置が、装着時に装着者の鼻において装置を装着するための鼻パッド部をさらに備え、走査光学系が、鼻パッド部と一体化している。この場合、部品を共通化することで、装置の小型化・軽量化が図れる。

本発明のさらに別の側面では、虚像表示装置が、装着者の眼幅に応じて、装着時における装着者の眼の位置に対して走査光学系及び虚像形成部材を一体として可動にする眼幅調整部をさらに有する。この場合、眼幅の個人差に対応して、虚像形成部材と視度調整部材との相対的な位置関係を一定に保ちつつ、眼幅の位置合わせをすることができる。

本発明のさらに別の側面では、信号光変調部が、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光を合成した合成光を信号光として形成する合成光形成部と、合成光形成部で形成された信号光を走査光学系に伝搬させる光ファイバーとを有する。この場合、装置全体としての重量を分散させることができ、装着時の重心を調整することで装着中の重量感を軽減し、より快適に視聴を行うことができる。また、光ファイバーを適宜調整することで、装置全体としてのデザインの自由度を高めることができる。

本発明のさらに別の側面では、信号光変調部において、合成光形成部が、耳側に対応する位置に配置され、光ファイバーが、装着時において装着者の顔面形状に沿って耳の周辺から眼の周辺を経由して鼻の周辺に向かう経路に沿って延びることで合成光形成部から走査光学系へ変調された信号光を伝搬させる。この場合、合成光形成部等が側方側や前方側への張り出すことを抑制しつつ、装置全体としてのデザインの自由度を高めることができる。

本発明のさらに別の側面では、走査光学系が、光束の状態を調整された信号光を走査光として虚像形成部材に向けて照射させるＭＥＭＳスキャナーを有する。この場合、虚像形成部材上における必須の被照射領域に確実に光を走査させることができる。

第１実施形態に係る虚像表示装置を示す図である。 （Ａ）は、光射出装置の構造の一例について説明するための図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す光射出装置を別方向から見た図である。 虚像表示装置を装着した状態を模式的に示す正面図である。 （Ａ）は、光射出装置の構造の他の一例について説明するための図であり、（Ｂ）は、さらに他の一例について説明するための図である。 第２実施形態に係る虚像表示装置を示す図である。 第３実施形態に係る虚像表示装置を示す図である。 第４実施形態に係る虚像表示装置を示す図である。 第５実施形態に係る虚像表示装置を示す図である。 第６実施形態に係る虚像表示装置を示す図である。 光射出装置の構造の一例について説明するための模式的な図である。

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る虚像表示装置について詳細に説明する。

図１に示す実施形態の虚像表示装置１００は、眼鏡のような外観を有するヘッドマウントディスプレイであり、この虚像表示装置１００を装着した観察者となるべき装着者に対して虚像による画像光を認識させることができるとともに、装着者に外界像をシースルーで観察させることができる。図１では、装着者が虚像表示装置１００を装着した状態を一部拡大して示しており、虚像表示装置１００は一部省略したものとなっている。具体的には、第１表示装置１００Ａは、虚像表示装置１００のうち右眼用の虚像を形成する部分である。虚像表示装置１００は、右眼用の第１表示装置１００Ａと左眼用の第２表示装置とを一対とするものであるが、第２表示装置は、第１表示装置１００Ａと同様の構造を有し左右を反転させただけであるので、図示を省略している。なお、第１表示装置１００Ａは、単独でも虚像表示装置として機能する。

ここで、図において、装着者にとって真正面の方向が光軸ＯＡの方向であり、光軸ＯＡが虚像表示装置１００側から装着者側に向かう方向を＋Ｘ方向とし、装着者にとっての上下方向を±Ｙ方向とし、左右方向を±Ｚ方向とする。

以下、第１表示装置１００Ａの構造の一例について説明することで、虚像表示装置１００の構造の一例を説明する。第１表示装置１００Ａは、信号光を形成するとともに当該信号光を走査光ＳＬとして射出するための光射出装置１０と、光射出装置１０からの走査光ＳＬを受けて画像光ＰＬを形成する被照射部材である虚像形成部材２０とを備える。図１に示すように、光射出装置１０は、装着者の鼻ＮＳ周辺に配置され、虚像形成部材２０は、光射出装置１０の前方側（−Ｘ側）において装着者の眼ＥＹの前方を覆うように配置されている。このうち、光射出装置１０は、図２（Ａ）及び２（Ｂ）に示すように、信号光形成部である信号光変調部１１と、走査光学系１２と、駆動制御回路１３とを有する。なお、図１に示すように、虚像表示装置１００に送られる画像や音声に関する各種信号は、虚像表示装置１００のフレームＦＬ中に収納されているケーブル（不図示）によって駆動制御回路１３に伝達される。

図２（Ａ）に示すように、信号光変調部１１は、合成光形成部１１ａと、リレーレンズＭＬとを有する。合成光形成部１１ａは、画像光ＰＬ（図１参照）となるべき信号光ＧＬである合成光を形成する。このため、合成光形成部１１ａは、赤（Ｒ光）、緑（Ｇ光）、及び青（Ｂ光）の各色光を発生させる色光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂと、色光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂを経た各色光を合成するための第１及び第２ダイクロイックミラーＤＭ１，ＤＭ２とを有する。リレーレンズＭＬは、合成光形成部１１ａから射出された合成光である信号光ＧＬの光束状態を調整することで変調して走査光学系１２に向けて射出するレンズであり、例えば信号光ＧＬを略平行化させる。また、走査光学系１２は、リレーレンズＭＬを経た信号光ＧＬを虚像形成部材２０において２次元走査させるスキャン部であるＭＥＭＳミラー部１２ｂを有する。

信号光変調部１１において、各色光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂは、ダイオードレーザ光源又はＬＥＤ光源であり、赤色光源１１ｒは、赤色光を発生させる特定波長帯域の光を射出し、緑色光源１１ｇは、緑色光を発生させる特定波長帯域の光を射出し、青色光源１１ｂは、青色光を発生させる特定波長帯域の光を射出する。なお、各色光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂは、例えば各色のＬＥＤ発光素子で構成されている。各色光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂは、第１ダイクロイックミラーＤＭ１又は第２ダイクロイックミラーＤＭ２の方向に向かうように光束の方向を調整して各色光を射出する。

第１ダイクロイックミラーＤＭ１は、赤色光を発生させる特定波長帯域にある光を透過させるとともに他の特定波長帯域にある光を反射し、第２ダイクロイックミラーＤＭ２は、赤色光及び緑色光を発生させる特定波長帯域にある光を透過させるとともに他の特定波長帯域にある光を反射する。これにより、赤色光、緑色光、及び青色光の３色の色光を合成した合成光がカラー画像を構成する信号光ＧＬとして形成される。なお、図示の場合、各色光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの位置をそれぞれ調整して、合成される３色の色光の光路長が等しくなるようにしている。すなわち各色光は、等価な位置となっている。また、光束の形状に応じて第１ダイクロイックミラーＤＭ１に対する第２ダイクロイックミラーＤＭ２の大きさも調整されている。

以上のような構成の合成光形成部１１ａで合成光形成を行う場合、赤（Ｒ光）、緑（Ｇ光）、及び青（Ｂ光）の色ごとに対応した色光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂを用いるので、光の利用効率を高いものとなる。

リレーレンズＭＬは、合成光形成部１１ａで形成された合成光である信号光ＧＬの発散角を調整し、走査光学系１２のうちスキャン部であるＭＥＭＳミラー部１２ｂに向けて射出する。リレーレンズＭＬでの発散状態の調整によって、例えば信号光ＧＬを略平行化させた状態でＭＥＭＳミラー部１２ｂに入射させることができる。

図２（Ｂ）に示すように、走査光学系１２は、ＭＥＭＳミラー部１２ｂと、周辺部材１２ｃとを有する。ＭＥＭＳミラー部１２ｂは、リレーレンズＭＬを経た信号光ＧＬを走査光ＳＬとして用いることで被照射部材である虚像形成部材２０（図１参照）の被照射領域上に画像を形成可能にする。つまり、ＭＥＭＳミラー部１２ｂは、走査光学系１２の中核部分である。周辺部材１２ｃは、ＭＥＭＳミラー部１２ｂを周辺から取り囲んでＭＥＭＳミラー部１２ｂを収納する孔ＨＬを形成する。言い換えると、ＭＥＭＳミラー部１２ｂは、走査光学系１２の中央部に設けた矩形の孔ＨＬに収められている。ＭＥＭＳミラー部１２ｂは、任意の方向に傾斜可能となっている。

以下、ＭＥＭＳミラー部１２ｂについて詳しく説明する。ＭＥＭＳミラー部１２ｂは、信号光変調部１１で形成された合成光である信号光ＧＬを虚像形成部材２０（図１参照）において２次元走査させて虚像形成部材２０（図１参照）を照射する走査光ＳＬとして射出するスキャン部である。ＭＥＭＳミラー部１２ｂは、２次元走査を可能とするために、一軸方向について回転可能なＭＥＭＳミラー本体部１２ｘと、ＭＥＭＳミラー本体部１２ｘを囲む枠であるとともに当該一軸方向に垂直な軸方向について回転可能なミラー枠体１２ｙとで構成されている。まず、ＭＥＭＳミラー本体部１２ｘは、ミラー枠体１２ｙに接続する一対の第１軸ＳＨ１を有し、第１軸ＳＨ１のまわりに回転可能となっている。また、ミラー枠体１２ｙは、ＭＥＭＳミラー部１２ｂの周辺部材１２ｃに接続する一対の第２軸ＳＨ２を有し、第２軸ＳＨ２のまわりに回転可能となっている。第１軸ＳＨ１の軸方向と第２軸ＳＨ２の軸方向とが互いに垂直であることにより、ＭＥＭＳミラー部１２ｂは、ＭＥＭＳミラー本体部１２ｘを互いに垂直な２軸方向について回転可能としている。以上により、ＭＥＭＳミラー部１２ｂは、任意の方向に傾斜可能であり、射出するビームである走査光ＳＬの２次元走査を可能にしている。つまり、ＭＥＭＳミラー部１２ｂは、走査光ＳＬを虚像形成部材２０に向けて照射させるＭＥＭＳスキャナーである。

なお、ＭＥＭＳミラー部１２ｂの光射出側において、光束の発散角を調整するためのリレーレンズを配置することが可能である。

駆動制御回路１３は、フレームＦＬ中に収められたケーブル（不図示）を通じて送信される画像信号や駆動信号に応じて、光射出装置１０の駆動制御を行う。すなわち、各種信号に従って、信号光変調部１１と走査光学系１２とを同期して駆動させるための制御回路である。

図１に戻って、虚像形成部材２０は、樹脂製の透明基板上に半透過反射膜を有して構成される透明基材である。つまり、虚像形成部材２０は、ハーフミラーである。虚像形成部材２０は、フレームＦＬに組み付けられており、装着者の眼ＥＹの前方であって光射出装置１０よりも装着者に対して遠方側に位置するように配置されている。言い換えると、光軸ＯＡに沿った方向に関して装着者の眼ＥＹと虚像形成部材２０との間に光射出装置１０が配置されている。虚像形成部材２０は、装着者の眼ＥＹを前方から覆うのに十分な大きさを有しており、光射出装置１０の走査光学系１２から−Ｘ方向に傾いて照射された走査光ＳＬを受け、これを反射することで虚像を形成し、装着者に認識させるものとなっている。この際、虚像形成部材２０は、虚像表示装置１００の外観に応じたものとなっており、図１の例では、フレームＦＬに合わせて曲がった形状を有している。

また、ハーフミラーである虚像形成部材２０は、厚さの略均一な板状の部材であり、上記のようにして虚像を形成するだけでなく、外界光ＯＬを通過させるものとなっている。つまり、装着者の眼ＥＹには、虚像のみならず、外界からの光も入ることになり、虚像表示装置１００は、シースルーの構成となっている。

ここで、虚像表示装置１００のうち光射出装置１０は、光軸ＯＡに垂直な横方向に関して装着時に装着者の眼ＥＹよりも鼻ＮＳ側に位置するような配置となっている。この場合、光射出装置１０は、装着者の側方側すなわちＺ方向について出っ張ることのない構成となる。また、既述のように、光射出装置１０は、装着者の眼ＥＹと虚像形成部材２０との間に配置されている。この場合、光射出装置１０は虚像形成部材２０よりも前方側には配置されないことになる。

なお、図３は、以上のような虚像表示装置１００を装着した状態を、正面から見た様子を模式的に示すものである。図示の例では、光射出装置１０は、フレームＦＬから延びる支持体ＳＳによって支持されることで、上述したような鼻ＮＳ周辺であって虚像形成部材２０よりも＋Ｘ側の位置に配置されている。なお、図示の例では、フレームＦＬの中央部から延びて虚像形成部材２０を側方から支持する支柱部ＰＰを有し、支柱部ＰＰの先端側には、装着時に虚像表示装置１００を鼻ＮＳで支持可能にするための鼻パッド部ＮＰを有している。

以下、図２（Ａ）等を参照して、光射出装置１０の動作について説明する。まず、光射出装置１０のうち、信号光変調部１１は、赤（Ｒ光）、緑（Ｇ光）、及び青（Ｂ光）の色光を合成した合成光である信号光ＧＬを形成し、射出する。射出された信号光ＧＬは、走査光学系１２のうちリレーレンズＭＬに入射し、光束の発散状態が調整される。リレーレンズＭＬを経た信号光ＧＬは、スキャン部であるＭＥＭＳミラー部１２ｂに入射する。ＭＥＭＳミラー部１２ｂは、信号光ＧＬを、虚像形成部材２０のうち被照射領域上を走査させる走査光ＳＬとして射出する。虚像形成部材２０において、ＭＥＭＳミラー部１２ｂにより走査光ＳＬを走査させて入射させることで、図１に示す画像光ＰＬによって虚像が形成され、この虚像を装着者が眼ＥＹで捉えることで、画像が認識される。

なお、駆動制御回路１３は、走査光学系１２を用いた虚像形成部材２０上での走査光ＳＬの照射動作において、光射出装置１０と虚像形成部材２０との位置関係や虚像形成部材２０の被照射領域の形状を加味してＭＥＭＳミラー部１２ｂを制御している。上記のように、虚像形成部材２０は、上記のように、フレームＦＬに合わせて曲がった形状を有しており、これに対応して走査を行うことで、虚像の形成において歪み等が生じないようにしている。

ここで、虚像形成部材２０で反射された画像光ＰＬについて、反射位置によってそれぞれ装着者の眼ＥＹに対する入射角度が異なっており、かつ、それぞれの光束が平行化されている。従って、装着者は、入射角度の違いから、画像の各位置を把握することで、画像光ＰＬ全体から全体画像を捉えることができる。このように眼ＥＹに入射する画像光ＰＬ間において入射角度に差を設け、かつ、各画像光ＰＬの光束状態を平行化することは、スキャン部であるＭＥＭＳミラー部１２ｂが任意の角度で傾斜可能であることと、必要に応じてＭＥＭＳミラー部１２ｂの光射出側に光学系を設けて補正をすることとによって実現される。

以上のように、本実施形態に係る虚像表示装置１００では、実質的に画像を形成させる本体部分である光射出装置１０が、装着時において装着者の眼ＥＹよりも鼻ＮＳ側に位置するように配置されている。従って、虚像表示装置１００全体として、装着者の顔の側方側に過度に張り出すことが防止される。また、装着者の眼ＥＹと虚像形成部材２０との間に配置されている。従って、走査光学系１２を含む光射出装置１０は、虚像形成部材２０よりも前方側すなわち装着者の顔の前方側に過度に張り出すことも防止される。以上により、本実施形態に係る虚像表示装置１００は、側方側や前方側への張出しを抑制して、デザインの自由度を高めることができる。さらに、合成光形成部１１ａは、上述のように比較的簡易な構造であることから小型かつ軽量のものとすることができるので、装置全体としての重心が側方側や前方側へ偏ることを抑制でき、虚像表示装置１００の使用に際して装着者に与える重量感を軽減することが可能となる。

ここで、上述した図２（Ａ）等に示す信号光変調部１１の構造では、合成光形成部１１ａでの信号光ＧＬの形成において各色光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂからの光を合成するものとしているが、これは、本実施形態の信号光形成における一例であり、他の構成によって信号光ＧＬを形成することもできる。

以下、信号光変調部１１の構造を模式的に示した図４（Ａ）等を用いて、信号光変調部１１の変形例について説明する。まず、図４（Ａ）に示す例のように、信号光変調部１１において、合成光形成部１１ａが３つの色光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂを１つにユニット化した状態で有しているものとしてもよい。この場合、１つの合成光形成部１１ａでカラー画像の形成が可能となる。

また、図４（Ｂ）に示す例のように、各色光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂにおいて、色光をそれぞれ集光する集光レンズＣＬｒ，ＣＬｇ，ＣＬｂを光射出側に有していてもよい。なお、図４（Ａ）の例において、合成光形成部１１ａの光射出側に同様の集光レンズを有していてもよい。

集光レンズＣＬｒ，ＣＬｇ，ＣＬｂは、各色光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂから射出されるべき光を集光された状態にするとともに、第１ダイクロイックミラーＤＭ１又は第２ダイクロイックミラーＤＭ２の方向に正確に向かうように光束の方向を調整させるものとして機能する。

また、図４（Ａ）や図４（Ｂ）に示した構成以外であってもよい。例えば、白色光源とカラーホイールとによって信号光が構成される場合も考えらえる。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態に係る虚像表示装置１００の変形例であり、特に説明しない場合、第１実施形態の虚像表示装置１００と同様であるものとする。

図５に示すように、本実施形態に係る虚像表示装置２００を構成する第１表示装置２００Ａのうち虚像形成部材２２０は、装着時において、傾斜した状態で配置されている。より詳しく説明すると、光軸ＯＡに対して垂直な面すなわちＹＺ面に平行な面を基準面ＰＡとした場合に、虚像形成部材２２０は、基準面ＰＡに対して装着者の鼻ＮＳ側から耳ＥＡ側に向かう方向に傾斜している。ここでは、曲面である虚像形成部材２２０の面についての基準面ＰＡに対する平均の傾きによって、虚像形成部材２２０が傾斜しているか否かを定めるものとする。すなわち、平均の傾きが基準面ＰＡに対して装着者の鼻ＮＳ側から耳ＥＡ側に向かう方向に傾斜していれば、虚像形成部材２２０の面の一部に基準面ＰＡに対して平行な部分等がある場合であっても傾斜するものに含まれる。この場合、虚像形成部材２２０を人間の顔に沿った状態となるように虚像形成部材２２０の面が基準面ＰＡに対して傾斜することで、装置の小型化が図られるとともに、デザイン性を高めることが可能となる。また、例えば、眼鏡をかける装着者を想定した場合に、虚像形成部材２２０の傾斜を眼鏡の傾斜と一致させることで、虚像形成部材２２０と眼鏡とを同一部材で構成することができる。

〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態に係る虚像表示装置１００の変形例であり、特に説明しない場合、第１実施形態の虚像表示装置１００と同様であるものとする。

図６に示すように、本実施形態に係る虚像表示装置３００を構成する第１表示装置３００Ａのうち透明基材である虚像形成部材３２０は、透明基板ＴＰ上に回折格子の一例としてホログラム素子ＨＥが設けられた構成となっている。つまり、透明基板ＴＰに支持された膜状の部材であるホログラム素子ＨＥにおける回折を利用して特定の波長帯域にある画像光ＰＬによって虚像を形成するとともに、広範囲な波長帯域にある外界光ＯＬを透明基板ＴＰ及びホログラム素子ＨＥから通過可能とすることで、シースルーの構成にできる。この場合、膜状の部材であるホログラム素子ＨＥ側において光の射出方向を調整できるので、虚像形成部材３２０形状の自由度をさらに高めることができ、デザイン性に優れたものとすることができる。また、ホログラム素子ＨＥにレンズ効果をもたせることによって、画像光ＰＬの入射角度や光束状態を所望のものとなるように調整できる。

〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態に係る虚像表示装置１００の変形例であり、特に説明しない場合、第１実施形態の虚像表示装置１００と同様であるものとする。

図７に示すように、本実施形態に係る虚像表示装置４００を構成する第１表示装置４００Ａは、装着をするために、装着者の鼻ＮＳにおいて装置を支持する鼻パッド部ＮＰを備えており、走査光学系１２を含む光射出装置４１０は、この鼻パッド部ＮＰと一体化している。この場合、部品を共通化することで、装置の小型化・軽量化が図れ、また、眼幅の位置調整を、鼻パッド部ＮＰの位置調整と一体的に行うことができる。

〔第５実施形態〕
以下、第５実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態に係る虚像表示装置１００の変形例であり、特に説明しない場合、第１実施形態の虚像表示装置１００と同様であるものとする。

図８に示すように、本実施形態に係る虚像表示装置５００を構成する第１表示装置５００Ａは、装着者の眼幅（人間の両眼間の距離）に応じて、光射出装置５１０及び虚像形成部材５２０の位置を調整する眼幅調整部ＳＡを有している。人間の眼幅には、人種や性別あるは個体間等によって差がある。ここでは、眼幅に相当するものとして、鼻ＮＳから眼ＥＹまでの距離を眼幅調整部ＳＡによって調整可能とすることで、眼幅調整をしている。

眼幅調整部ＳＡは、不図示のスライド機構により、装着者にとっての横方向であるＺ方向について、走査光学系１２を含む光射出装置５１０及び虚像形成部材５２０の位置を一体的に動かすことができる。ここでは、図示のようにＺ方向について調整幅ＤＤの範囲で調整が可能となっている。調整幅ＤＤを一般的な人間の眼幅の差を包含する範囲とすることで、十分な位置調整ができる。なお、眼幅調整部ＳＡによる調整において、光射出装置５１０及び虚像形成部材５２０は一体的に移動するものとなっている。これにより、光射出装置５１０側から虚像形成部材５２０への投射状態は変化することなく一定に保たれる。

〔第６実施形態〕
以下、第６実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態に係る虚像表示装置１００の変形例であり、特に説明しない場合、第１実施形態の虚像表示装置１００と同様であるものとする。

図９に示すように、本実施形態に係る虚像表示装置６００は、光射出装置６１０と、虚像形成部材２０とを有する。このうち、光射出装置６１０は、光源部を含む信号光変調部６１１と、スキャン部を含む走査光学系６１２とを有する。信号光変調部６１１は、画像光となるべき合成光を形成するための合成光形成部６１１ａと、光ファイバーＦＢと、リレーレンズＭＬとを有している。光射出装置６１０において、合成光形成部６１１ａと走査光学系６１２とが切り離されており、その間を光ファイバーＦＢが繋ぐものとなっている。つまり、光射出装置６１０を構成する部材が分散して配置可能となっている。ここでは、一例として、光ファイバーＦＢは、装着者の顔面形状に沿って耳ＥＡ側から眼ＥＹ周辺を経由して鼻ＮＳ側に向かって延びていることで、耳ＥＡ側にある合成光形成部６１１ａと鼻ＮＳ周辺にある走査光学系６１２とを繋いでいるものとする。

以下、光射出装置６１０の構造を模式的に示した図１０を用いて、光射出装置６１０の各部の概要について説明する。まず、光射出装置６１０のうち、信号光変調部６１１は、合成光形成部６１１ａとして、赤、緑、及び青の光源部である３色の色光源６１１ｒ，６１１ｇ，６１１ｂと、各色光源６１１ｒ，６１１ｇ，６１１ｂから射出された色光をそれぞれ集光する集光レンズＣＬｒ，ＣＬｇ，ＣＬｂと、集光レンズＣＬｒ，ＣＬｇ，ＣＬｂを経た各色光を合成するための第１及び第２ダイクロイックミラーＤＭ１，ＤＭ２とを有する。また、信号光変調部６１１は、合成光形成部６１１ａで形成された信号光ＧＬである合成光を走査光学系６１２に伝搬させる光ファイバーＦＢを有する。さらに、信号光変調部６１１は、光ファイバーＦＢで伝搬された光の発散状態を調整するためのリレーレンズＭＬを有する。

光ファイバーＦＢは、信号光変調部６１１側に接続する第１ファイバー端ＥＧ１と、走査光学系６１２側に接続する第２ファイバー端ＥＧ２とを有する。合成光形成部６１１ａから射出された合成光である信号光ＧＬは、一方の端部である第１ファイバー端ＥＧ１から光ファイバーＦＢに取り込まれ、光ファイバーＦＢの内部を伝搬されて、他方の端部である第２ファイバー端ＥＧ２から走査光学系６１２側に配置されるリレーレンズＭＬに向けて射出される。

リレーレンズＭＬは、光ファイバーＦＢを経た信号光ＧＬを、光束の発散状態を調整（例えば平行光束化）して、走査光学系６１２に向けて射出する。

走査光学系６１２は、リレーレンズＭＬを経た信号光ＧＬを走査光ＳＬとして射出し、射出虚像形成部材２０において２次元走査させるスキャン部であるＭＥＭＳミラー部６１２ｂを有する。

以下、光射出装置６１０の動作について説明する。まず、各色光源６１１ｒ，６１１ｇ，６１１ｂから射出されたダイオードレーザ又はＬＥＤ光は、それぞれ対応する集光レンズＣＬｒ，ＣＬｇ，ＣＬｂにおいて集光され、ダイクロイックミラーＤＭ１，ＤＭ２で合成され、信号光ＧＬである合成光を形成する。合成光である信号光ＧＬは、光ファイバーＦＢの第１ファイバー端ＥＧ１に集光され、結合される。さらに、この信号光ＧＬは、光ファイバーＦＢ内を伝搬され、第２ファイバー端ＥＧ２から射出された後、リレーレンズＭＬに入射する。信号光ＧＬは、リレーレンズＭＬにおいて光束の発散状態を調整され、走査光学系６１２のスキャン部であるＭＥＭＳミラー部６１２ｂに入射する。ＭＥＭＳミラー部６１２ｂは、当該信号光ＧＬを走査光ＳＬとして、ハーフミラーである虚像形成部材２０上を走査させることで、虚像が形成され、当該虚像を認識させる画像光ＰＬが装着者の眼ＥＹに導かれる。

本実施形態の場合、実質的に画像光ＰＬを形成する装置である合成光形成部６１１ａを鼻ＮＳ側や眼ＥＹ側ではなく耳ＥＡ側に配置し、鼻ＮＳの周辺には走査光学系６１２のみを配置して、合成光形成部６１１ａから走査光学系６１２へ変調された信号光ＧＬを伝搬させる構成とすることで、装置全体としての重量を分散させ重心のバランスを調整することができる。これにより、装着者に掛かる装置の重量感を軽減し、より快適な視聴を可能にする。また、光ファイバーＦＢは、不図示のフレームに沿って配置することで、デザイン上目立たないようにできる。

また、上記では、合成光形成部６１１ａを耳ＥＡ側に配置するものとしているが、光ファイバーＦＢの長さや形状を適宜変更すれば、耳ＥＡ側以外の箇所に合成光形成部６１１ａを配置することも可能である。これにより、装置全体としてのデザインの自由度を高めることができる。

この発明は、上記の各実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

上記では、光源として、ダイオードレーザ光源又はＬＥＤ光源を用いるものとしているが、光源は、例えば有機ＥＬ等の上記以外のものであってもよい。

また、上記各実施形態の虚像表示装置１００等では、右眼及び左眼の双方に対応して設ける構成としているが、右眼又は左眼のいずれか一方に対してのみ光射出装置１０等を設け画像を片眼視する構成にしてもよい。

１０，４１０，５１０，６１０…光射出装置、 １１，６１１…信号光変調部、 １１ａ，６１１ａ…合成光形成部、 １１ｒ，１１ｇ，１１ｂ，６１１ｒ，６１１ｇ，６１１ｂ…色光源、 ＣＬｒ，ＣＬｇ，ＣＬｂ…集光レンズ、 ＤＭ１，ＤＭ２…ダイクロイックミラー、 １２，６１２…走査光学系、 ＭＬ…リレーレンズ、 １２ｂ，６１２ｂ…ＭＥＭＳミラー、 ２０，２２０，３２０，５２０…虚像形成部材、 １００，２００，３００，４００，５００，６００…虚像表示装置、 １００Ａ，２００Ａ，３００Ａ，４００Ａ，５００Ａ，６００Ａ…表示装置、 ＨＥ…ホログラム素子（回折格子）、 ＯＡ…光軸、 ＴＰ…透明基板、 ＮＰ…鼻パッド、 ＳＡ…眼幅調整部、 ＦＢ…光ファイバー、 ＮＳ…鼻、 ＥＹ…眼、 ＥＡ…耳、 ＧＬ…信号光、 ＳＬ…走査光、 ＰＬ…画像光

Claims (9)

1. 画像に対応して変調された信号光を射出する信号光変調部と、
   前記信号光変調部から入射した信号光を走査させることにより、走査光として射出させる走査光学系と、
   前記走査光学系からの前記走査光の照射を受けて虚像を形成する虚像形成部材と、
   を備え、
   前記走査光学系は、装着時に装着者の眼よりも鼻側に位置し、
   前記虚像形成部材は、装着時に前記装着者の眼前であって前記走査光学系よりも装着者に対して遠方側に位置するように配置され、
   装着時に前記装着者の鼻において装置を装着するための鼻パッド部をさらに備え、
   前記走査光学系は、前記鼻パッド部と一体化している、虚像表示装置。
2. 前記装着者の眼幅に応じて、装着時における前記装着者の眼の位置に対して前記走査光学系及び前記虚像形成部材を一体として可動にする眼幅調整部をさらに有する、請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 画像に対応して変調された信号光を射出する信号光変調部と、
   前記信号光変調部から入射した信号光を走査させることにより、走査光として射出させる走査光学系と、
   前記走査光学系からの前記走査光の照射を受けて虚像を形成する虚像形成部材と、
   を備え、
   前記走査光学系は、装着時に装着者の眼よりも鼻側に位置し、
   前記虚像形成部材は、装着時に前記装着者の眼前であって前記走査光学系よりも装着者に対して遠方側に位置するように配置され、
   前記装着者の眼幅に応じて、装着時における前記装着者の眼の位置に対して前記走査光学系及び前記虚像形成部材を一体として可動にする眼幅調整部をさらに有する、虚像表示装置。
4. 前記虚像形成部材は、装着時において前記装着者の鼻側から耳側に向かう方向に傾斜した状態で配置される、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
5. 前記虚像形成部材は、前記走査光学系から照射された前記走査光を反射させて前記虚像を形成するとともに、外界光を通過させて、前記走査光による前記虚像の観察と前記外界光の観察とを可能にする半透過反射膜を有する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
6. 前記虚像形成部材は、前記走査光学系から照射された前記走査光によって前記虚像を形成する回折格子を配置するとともに外界光を通過させる透明基材である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
7. 前記信号光変調部は、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光を合成した合成光を前記信号光として形成する合成光形成部と、前記合成光形成部で形成された前記信号光を前記走査光学系に伝搬させる光ファイバーとを有する、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
8. 前記信号光変調部において、前記合成光形成部は、耳側に対応する位置に配置され、前記光ファイバーは、装着時において前記装着者の顔面形状に沿って耳の周辺から眼の周辺を経由して鼻の周辺に向かう経路に沿って延びることで前記合成光形成部から前記走査光学系へ変調された前記信号光を伝搬させる、請求項７に記載の虚像表示装置。
9. 前記走査光学系は、光束の状態を調整された前記信号光を前記走査光として前記虚像形成部材に向けて照射させるＭＥＭＳスキャナーを有する、請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。

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