JP2012118291A

JP2012118291A - Image display device

Info

Publication number: JP2012118291A
Application number: JP2010267814A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Oka; 英範岡
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2012-06-21

Abstract

【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５Provided is an image display device in which a user can easily focus on an optimal position when a pupil enlargement element is provided on an optical path of image light to enlarge an exit pupil.
A head mounted display includes a laser group, a drive signal control unit, a vertical scanning system, a horizontal scanning system, an emission unit, a diffraction grating 60, a focus target 70, and an illumination unit. The laser group outputs light including image light for displaying an image. The drive signal control unit controls light output from the laser group. The vertical scanning system and the horizontal scanning system two-dimensionally scan the light output from the laser group. The emitting unit emits the two-dimensionally scanned light to the user's eye. A diffraction grating 60, which is a pupil enlarging element, is provided in the vicinity of the intermediate image plane and expands the exit pupil. The focus target 70 is a mark formed in the invalid scanning region 64 of the diffraction grating 60. The illumination unit illuminates the focus target 70.
[Selection] Figure 5

Description

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。 The present invention relates to an image display device that causes image light formed in accordance with an image signal to enter a user's eyes and allow the user to visually recognize an image.

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。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an image display device that allows a user to visually recognize an image by causing image light to enter the user's eye and project the image light onto the retina. The image display device two-dimensionally scans the image light output from the light source according to the image signal. Two-dimensionally scanned image light is emitted to the user's eyes. When the user appropriately adjusts the position of the pupil, the image light is projected onto the retina. As a result, the user can visually recognize the image.

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。 A technique for allowing a user to easily view an image is disclosed. For example, an image display device disclosed in Patent Document 1 includes a target display unit at a position that substantially matches an intermediate image plane formed between a light source and a user's retina. The target display unit displays the target at the center of the planned display position of the image. The user can easily grasp the scheduled display position of the image by adjusting the position of the pupil so as to see the displayed target.

特開２００７−７２３４０号公報JP 2007-72340 A

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。 In some cases, the image display apparatus enlarges the exit pupil by providing a pupil enlarging element such as a diffraction grating on the optical path of the image light, thereby enlarging the size of the image visually recognized by the user. When a pupil magnifying element is provided, if the focus of the eye does not match the position of the pupil magnifying element, the user cannot see the image clearly, and multiple images appear to overlap (appear multiple images) There is also. According to the image display device described in Patent Document 1, the user can adjust the position of the pupil with the displayed target, but it is difficult to adjust the focus to the optimum position with the target.

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。 An object of the present invention is to provide an image display device that allows a user to easily focus on an optimal position when a pupil enlarging element is provided on an optical path of image light to enlarge an exit pupil.

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。 An image display apparatus according to the present invention includes an image light source that outputs light including image light for displaying an image, a control unit that controls output of the light from the image light source, and an output from the image light source. A scanning unit that two-dimensionally scans the emitted light, an emission unit that emits the light two-dimensionally scanned by the scanning unit to a user's eye, and an intermediate formed by the light that is two-dimensionally scanned by the scanning unit A pupil enlarging element that is provided in the vicinity of an image plane and that expands an exit pupil by the light, and an effective scanning area in which the image light included in the light is incident after being scanned two-dimensionally by the scanning unit in the pupil enlarging element A focus target that is a mark formed outside the area, and an illumination unit that outputs illumination light that illuminates the focus target.

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。 According to the image display device of the present invention, the user can easily adjust the focus position to the pupil enlargement element by looking at the focus target formed on the pupil enlargement element. Therefore, the user can easily visually recognize a clear image, and the possibility that a multiple image can be seen decreases.

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。 The intermediate image plane may be a curved surface. The pupil enlarging element surface of the pupil enlarging element may be a plane. An optical system for flattening the intermediate image plane is expensive. In addition, it is difficult to manufacture a pupil enlarging element so that the curved shape of the curved intermediate image plane matches the shape of the pupil enlarging element surface. Therefore, in order to manufacture an image display device inexpensively and easily, it is necessary to use an optical system having a curved intermediate image plane and a pupil enlarging element having a flat pupil enlarging element surface. When the intermediate image plane and the pupil enlarging element plane do not match, when the user's focus is located on the intermediate image plane, the sharpness (resolution) of the image visually recognized by the user is when the focus is located on the pupil enlarging element plane Compared to However, the image display apparatus includes the planar pupil magnifying element having the focus target, so that the user's focus can be positioned not on the intermediate image plane but on the pupil magnifying element. Therefore, the image display device can be easily manufactured at low cost, and the user can visually recognize a clear image.

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。 The illumination unit may be the image light source. The illuminating unit may irradiate the focus target with the light incident on the invalid scanning region that is an area outside the effective scanning region as the illumination light. The focus target is illuminated by light that is not used for image display out of light output from the image light source. Therefore, the image display device can make the user easily recognize the focus target using the image light source.

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。 The control unit may cause the image light source to output the light that forms a frame image of a predetermined color at an outer edge portion of the effective scanning region. The focus target formed outside the effective scanning area is illuminated by a frame image formed at the outer edge portion of the effective scanning area. Therefore, the image display device can make the user easily recognize the focus target using the image light source.

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。 The illumination unit may include an auxiliary light source that is a light source provided outside the effective scanning region. The image display apparatus can reliably illuminate the focus target with the auxiliary light source. Also, the user can visually recognize the focus target without outputting light from the image light source.

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。 The focus target may be located at at least four corners around the effective scanning area. In this case, the user can easily grasp the positions of the four corners of the rectangular effective scanning region. Therefore, the user can easily move the position of the pupil in an appropriate direction together with the focus.

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。 It is desirable that the illumination unit illuminates the focus target at least when the image display device is activated. The user can focus on an appropriate position at the time of the starting operation before the image display is started. Therefore, the user can visually recognize a clear image immediately after the display of the image is started.

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。1 is a diagram showing an external configuration of a head mounted display 1. FIG. 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。2 is a block diagram showing an electrical configuration of the head mounted display 1. FIG. 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。It is explanatory drawing explaining the process in which the display part emits the emitted light. 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。It is explanatory drawing explaining the position of the intermediate image surface 59 and the diffraction grating 60. FIG. 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。It is the perspective view which looked at the diffraction grating 60 from the emission part 30 side diagonally upper left. ＣＰＵ１１１が実行する駆動処理のフローチャートである。It is a flowchart of the drive process which CPU111 performs. ユーザが視認する画像の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the image which a user visually recognizes. 変形例に係る回折格子１６０の斜視図である。It is a perspective view of the diffraction grating 160 which concerns on a modification. 変形例に係る回折格子２６０の斜視図である。It is a perspective view of the diffraction grating 260 which concerns on a modification.

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。 Hereinafter, a head mounted display 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The drawings to be referred to are used for explaining technical features that can be adopted by the present invention. The configuration of the apparatus, the flowcharts of various processes, and the like described in the drawings are not intended to be limited to these, but are merely illustrative examples. The head mounted display 1 according to the present embodiment scans a laser beam modulated according to an image signal, emits it as image light, and directly projects an image onto the retina of at least one eye of a user. It is a display.

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。 A schematic configuration of the head mounted display 1 will be described with reference to FIG. The head mounted display 1 includes at least an injection device 2, an eyepiece unit 3, and a head mounting unit 4. The emission device 2 emits emission light 5 (see FIG. 3) including image light generated according to the image signal to the eyepiece 3. The position of the eyepiece 3 with respect to the injection device 2 is fixed. The eyepiece unit 3 includes a half mirror 38 (see FIG. 3). The eyepiece 3 transmits the external light 6 from the outside by the half mirror 38 and reflects the emitted light 5 emitted from the emission device 2 toward the user's eyes. That is, the eyepiece unit 3 causes both the emitted light 5 incident from the side of the user and the external light 6 incident from the outside to enter the user's eyes. As a result, the user can visually recognize an image based on the emitted light 5 emitted from the emission device 2 in addition to the actual field of view.

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。 The electrical configuration of the head mounted display 1 will be described with reference to FIG. The head mounted display 1 includes a display unit 10, an input unit 40, a communication unit 43, an overall control unit 50, a video RAM 53, a flash memory 54, and a power supply unit 55.

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。 The display unit 10 is a part that allows the user to visually recognize an image. The display unit 10 includes a drive signal control unit 11, a laser group 13, and a laser driver group 12. The drive signal control unit 11 includes a CPU 111, a ROM 112, and a RAM 113. In the drive signal control unit 11, various processes for driving the display unit 10 are performed by the CPU 111 reading out the program stored in the ROM 112. Specifically, the drive signal control unit 11 receives an image signal from the overall control unit 50 and outputs a drive signal (luminance signal) to the laser driver group 12 in accordance with the input signal. Further, the drive signal control unit 11 determines conditions for swinging a vertical scanning mirror 21 and a horizontal scanning mirror 26 described later, and outputs drive signals to the vertical scanning driving unit 23 and the horizontal scanning driving unit 28. The laser group 13 includes a blue output laser (B laser) 131, a green output laser (G laser) 132, and a red output laser (R laser) 133. The laser group 13 outputs blue, green, and red laser beams. The laser driver group 12 controls the laser group 13 according to the drive signal received from the drive signal control unit 11 and causes the laser group 13 to output laser light.

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。 The display unit 10 includes a vertical scanning mirror 21, a vertical scanning driving unit 23, a horizontal scanning mirror 26, and a horizontal scanning driving unit 28. The vertical scanning mirror 21 scans the laser beam output from the laser group 13 in the vertical direction (main scanning direction in the present embodiment) by swinging around the swing axis. The vertical scanning drive unit 23 causes the vertical scanning mirror 21 to resonate at high speed according to the drive signal received from the drive signal control unit 11. The horizontal scanning mirror 26 further scans the laser light that has been two-dimensionally scanned in the vertical direction by the vertical scanning mirror 21 in the horizontal direction (sub-scanning direction of the present embodiment). The horizontal scanning drive unit 28 swings the horizontal scanning mirror 26 at a low speed in accordance with the drive signal received from the drive signal control unit 11.

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。 The display unit 10 includes a BD (beam detect) sensor 31 and a BD signal detection circuit 32. The BD sensor 31 detects the laser beam reflected by the vertical scanning mirror 21 (laser beam scanned in the main scanning direction). That is, the BD sensor 31 is provided for detecting a reference position (reference timing) in the main scanning direction of the laser light. The BD signal detection circuit 32 outputs a BD signal to the drive signal control unit 11 when the BD sensor 31 detects that the laser beam has reached a predetermined position. The drive signal control unit 11 determines the timing for outputting the laser beam from the laser group 13 based on the input result of the BD signal.

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。 The display unit 10 includes an auxiliary light source 33. The auxiliary light source 33 is provided to illuminate a focus target 70 formed on a diffraction grating 60 (see FIG. 5 and the like) described later. The drive signal control unit 11 is electrically connected to the auxiliary light source 33 and controls the light emission of the auxiliary light source 33.

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。 The input unit 40 is a part that receives input of various operation instructions from the user. The input unit 40 includes an operation button group 41 and an input control circuit 42. The input control circuit 42 detects that the button of the operation button group 41 has been operated. The input control circuit 42 is electrically connected to the overall control unit 50 and outputs information related to button operations to the overall control unit 50.

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。 The communication unit 43 is a part that transmits and receives image information and the like. The communication unit 43 includes a communication module 44 and a communication control circuit 45. The communication module 44 transmits and receives image information and the like by wireless communication or wired communication with an external device. The communication control circuit 45 controls the operation of the communication module 44. The communication control circuit 45 is electrically connected to the overall control unit 50 and causes the overall control unit 50 to acquire image information.

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。 The overall control unit 50 controls the entire head mounted display 1. The overall control unit 50 includes a CPU, a ROM, and a RAM (not shown). In the overall control unit 50, various processes for controlling the operation of the head mounted display 1 are performed by reading out the program stored in the ROM by the CPU. In the video RAM 53, image data included in the image information is developed. The flash memory 54 stores various setting values of functions used in the head mounted display 1.

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。 The power supply unit 55 includes a battery 56 and a charge control circuit 57. The battery 56 is a rechargeable battery serving as a power source for driving the head mounted display 1. The charge control circuit 57 controls power supply from the battery 56 to the head mounted display 1 and controls charging of the battery 56 from a charging adapter (not shown).

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。 With reference to FIG. 3, the outline | summary of the process in which the display part 10 inject | emits the emitted light 5 is demonstrated. The display unit 10 includes a light source unit 18, a collimating optical system 19, a vertical scanning system 20, a first relay optical system 24, a horizontal scanning system 25, and a second relay optical system 29.

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。 The light source unit 18 includes a drive signal controller 11, a laser driver group 12, a laser group 13, a collimating optical system 14, a dichroic mirror group 15, a coupling optical system 16, and a BD signal detection circuit 32. For example, the drive signal control unit 11 reads out the image signal of the image data developed in the video RAM 53 by the overall control unit 50 (see FIG. 2) for each pixel constituting the image to be displayed, and the luminance that is the drive signal. A signal 35 is generated, and a vertical drive signal 36 and a horizontal drive signal 37 are generated. The drive signal control unit 11 converts the generated luminance signal 35 (B luminance signal 351, G luminance signal 352, and R luminance signal 353) into the laser driver group 12 (B laser driver 121, G laser driver 122, and R laser driver 123). ). Further, the vertical drive signal 36 is output to the vertical scan drive unit 23, and the horizontal drive signal 37 is output to the horizontal scan drive unit 28. However, the drive signal control unit 11 controls the vertical drive signal 36 and the horizontal drive signal 37 based on the timing at which the BD signal is input from the BD signal detection circuit 32 (the timing at which the laser beam reaches a predetermined position). In addition, the timing for outputting the luminance signal 35 to the laser driver group 12 is determined.

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。 The laser driver group 12 causes the laser group 13 to output intensity-modulated laser light based on the input luminance signal 35. The laser light output from the laser group 13 enters the collimating optical system 14. The three collimating lenses 141 to 143 of the collimating optical system 14 collimate each of the three colors (blue, green, and red) of laser light output from the laser group 13 into parallel light. The laser light collimated by the collimating optical system 14 enters the dichroic mirror group 15. The three dichroic mirrors 151 to 153 of the dichroic mirror group 15 combine the collimated laser beams of three colors into one laser beam. The combined laser light is guided to the optical fiber 17 by the coupling optical system 16.

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。 The laser light transmitted through the optical fiber 17 is collimated into parallel light by the collimating optical system 19 and enters the vertical scanning system 20. The vertical scanning system 20 of the present embodiment scans laser light in the vertical direction (main scanning direction) for each scanning line of an image to be displayed. The vertical scanning system 20 is designed to scan a laser beam at a higher speed (that is, at a higher frequency) than the horizontal scanning system 25. The laser light incident on the vertical scanning system 20 is applied to the deflection surface 22 of the vertical scanning mirror 21. The vertical scanning drive unit 23 causes the vertical scanning mirror 21 to resonate and oscillate in accordance with the vertical drive signal 36 input from the drive signal control unit 11. The laser light applied to the deflecting surface 22 is scanned at high speed in the vertical direction by the resonance oscillation of the vertical scanning mirror 21. As described above, the BD sensor 31 detects the reference position (reference timing) of the laser light in the main scanning direction by detecting the laser light vertically scanned by the vertical scanning mirror 21.

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。 The vertically scanned laser light is incident on the horizontal scanning system 25 via the first relay optical system 24. The horizontal scanning system 25 of the present embodiment scans the laser beam in the horizontal direction (sub-scanning direction) from the first scanning line to the last scanning line for each frame of the image to be displayed. The laser light incident on the horizontal scanning system 25 is applied to the deflection surface 27 of the horizontal scanning mirror 26. The horizontal scanning drive unit 28 swings the horizontal scanning mirror 26 in accordance with the horizontal drive signal 37 input from the drive signal control unit 11. As a result, the laser light applied to the deflection surface 27 is scanned in the horizontal direction.

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。 The laser light that is two-dimensionally scanned by the vertical scanning system 20 and the horizontal scanning system 25 includes light (image light) for visually recognizing an image and light scanned around the scanning region of the image light. Of the area scanned with laser light, the area scanned with image light is called an effective scanning area 63 (see FIG. 5), and the area other than the effective scanning area 63 is called an invalid scanning area 64 (see FIG. 5). The head mounted display 1 synchronizes the output timing of the laser beam and the scanning timing by detecting the light scanned in the invalid scanning area 64. Furthermore, the head mounted display 1 illuminates a focus target 70 described later using light incident on the invalid scanning region 64.

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。 The two-dimensionally scanned laser light is incident on the second relay optical system 29. The second relay optical system 29 includes a diffraction grating 60 that is one of the pupil enlarging elements, and the laser light is incident on the diffraction grating 60. The diffraction grating 60 enlarges the exit pupil by the incident laser light. Accordingly, the second relay optical system 29 can relay the two-dimensionally scanned laser light and enlarge the size of the image visually recognized by the user.

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。 The laser light that has passed through the second relay optical system 29 is emitted from the emission unit 30 to the half mirror 38. The emitted light 5 that is the emitted laser light is totally reflected by the half mirror 38 and guided to the pupil 39 of the user. As a result, an image based on the image data developed in the video RAM 53 (see FIG. 2) is formed on the user's retina. The user can visually recognize an image by laser light that is two-dimensionally scanned and projected onto the retina. Further, since the half mirror 38 transmits the external light 6 (see FIG. 1) from the outside, both the image by the laser light and the outside can be visually recognized.

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。 With reference to FIG. 4, the position of the focus for the user to clearly see the image will be described. As described above, the laser beam output from the light source unit 18 (see FIG. 3) is scanned in the vertical direction (main scanning direction) by the vertical scanning system 20. The laser beam vertically scanned by the vertical scanning system is relayed to the horizontal scanning system 25 by the relay lens 46 and the relay lens 47 of the first relay optical system 24. Next, the laser beam is scanned in the horizontal direction (sub-scanning direction) by the horizontal scanning system 25 and is incident on the second relay optical system 29. That is, the laser beam is two-dimensionally scanned when it enters the second relay optical system 29.

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。 The laser light incident on the second relay optical system 29 is refracted by the relay lens 48 and condensed at a predetermined position. Of the image planes formed by condensing the two-dimensionally scanned laser beam, the image plane formed between the emitting unit 30 and the horizontal scanning system 25 is referred to as an intermediate image plane 59. The intermediate image surface 59 of the present embodiment is smoothly curved so that the center portion swells toward the emitting portion 30 side. In order to make the intermediate image plane 59 flat, it is necessary to increase the accuracy of the optical system such as the relay lens 48, which requires high cost.

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。 A diffraction grating 60 is installed at a position where the intermediate image plane 59 is formed. The diffraction grating 60 has an optical dispersion capability of dispersing the laser light, and enlarges the exit pupil by the incident laser light. The diffraction grating surface 61 of the diffraction grating 60 of the present embodiment is a flat surface. It is difficult to manufacture the diffraction grating 60 so that the curved shape of the curved intermediate image surface 59 matches the shape of the diffraction grating surface 61. That is, in the present embodiment, the head mounted display 1 can be easily and inexpensively used by using the optical system in which the intermediate image surface 59 is a curved surface and the diffraction grating 60 in which the diffraction grating surface 61 is a flat surface. Manufacture. The laser light that has passed through the diffraction grating 60 is emitted from the emitting unit 30 to the pupil 39 of the user's eye via the relay lens 49.

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。 If the diffraction grating 60 is not provided, it is preferable to focus on the intermediate image plane 59 on which the laser beam is focused so that the user can clearly see the image. On the other hand, when the diffraction grating 60 is provided, it is necessary for the user to focus on the diffraction grating 60 instead of the intermediate image plane 59 in order to view the image clearly. Here, as described above, it is difficult to match the shape of the intermediate image plane 59 with the shape of the diffraction grating surface 61 of the diffraction grating 60, which requires high costs. When the intermediate image plane 59 and the diffraction grating surface 61 do not match and the user's focus is located on the intermediate image plane 59, the sharpness (resolution) of the image visually recognized by the user is the focus on the diffraction grating 60. It will be lower than if you do. The head mounted display 1 according to the present embodiment has a configuration for easily aligning the user's focus position with the diffraction grating 60. Note that the optical configurations of the relay lens 48, the relay lens 49, the emission unit 30, and the like can be changed as appropriate. Accordingly, the position, the degree of curvature, and the like of the intermediate image surface 59 formed by condensing the two-dimensionally scanned laser light may vary depending on the optical configuration. However, even if the position and the degree of curvature of the intermediate image plane 59 are different from the example shown in FIG. 4, the diffraction grating 60 is provided at the position of the formed intermediate image plane 59.

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。 The diffraction grating 60 will be described in detail with reference to FIG. The outer shape of the diffraction grating 60 is a rectangular plate. The drive signal control unit 11 (see FIGS. 2 and 3) outputs and scans the laser beam so that the rectangular effective scanning region 63 is positioned at the central portion of the diffraction grating 60. Image light for allowing the user to visually recognize an image enters the effective scanning region 63. Of the maximum region (maximum scanning region) on which the scanned laser beam is incident, the region other than the effective scanning region 63 (the region around the effective scanning region 63) becomes the invalid scanning region 64. Therefore, the head mounted display 1 can illuminate not only the effective scanning area 63 for allowing the user to visually recognize the image but also the invalid scanning area 64 around the effective scanning area 63.

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。 The head mounted display 1 includes a sensor (not shown) that detects light incident on the invalid scanning region 64. The head mounted display 1 synchronizes the output timing of the laser beam and the scanning timing by detecting the light scanned in the invalid scanning area 64. Further, although not shown, near the left and right ends of the back side of the diffraction grating 60 (the back side in FIG. 5), a control light source for outputting light used for controlling the scanning timing is provided.

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。 A rectangular shading mask 65 is provided on the outer peripheral edge of the diffraction grating surface 61 of the diffraction grating 60 (the front surface in FIG. 5). The light shielding mask 65 prevents unnecessary light from entering the user's eyes. Specifically, the light shielding mask 65 blocks light for scanning timing control output from the control light source and unnecessary light that enters the vicinity of the outer peripheral edge of the invalid scanning area 64.

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。 A focus target 70 is formed in the invalid scanning region 64 of the diffraction grating 60. The focus target 70 is a mark that is a target for the user to focus on an appropriate position. The focus target 70 of the present embodiment is formed at the same time as the diffraction grating 60 is formed. Therefore, unlike the case where the focus target 70 is formed using a paint or the like after the diffraction grating 60 is formed, the paint or the like does not enter the optical path of the laser light as dust. When dust enters the optical path of the laser beam, the quality of the image visually recognized by the user is greatly reduced even when the dust is very small. Therefore, by simultaneously forming the focus target 70 when the diffraction grating 60 is formed, it is possible to prevent the image quality from being deteriorated. The focus target 70 according to the present embodiment is formed by recessing or projecting a predetermined position of the diffraction grating surface 61 when the diffraction grating 60 is formed. The focus target 70 is formed in four curly brackets (L-shape) located outside the four corners of the effective scanning region 63 in the invalid scanning region 64.

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。 A hole 72 is formed in the upper left side of the diffraction grating 60, and the auxiliary light source 33 is installed in the formed hole 72. The auxiliary light source 33 irradiates the diffraction grating surface 61 from the end of the diffraction grating 60. Therefore, the head mounted display 1 can reliably illuminate the focus target 70 with the auxiliary light source 33 and the laser light incident on the invalid scanning region 64. The head mounted display 1 can also irradiate the focus target 70 only with the auxiliary light source 33 without using laser light. The installation position of the auxiliary light source 33 may be outside the effective scanning area 63. The number of auxiliary light sources 33 to be installed can be changed as appropriate.

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。 With reference to FIG. 6, the drive process which CPU111 of the drive signal control part 11 performs is demonstrated. When the CPU 111 of the drive signal control unit 11 inputs an instruction to start displaying an image from the overall control unit 50, the drive process shown in FIG. 6 is started according to the program stored in the ROM 112.

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）。 As shown in FIG. 6, when the driving process is started, a starting process for starting the swing operation of the vertical scanning mirror 21 and the horizontal scanning mirror 26 is started (S1). In the start-up process, appropriate drive frequencies and deflection angles of the vertical scanning mirror 21 and the horizontal scanning mirror 26 are mainly set, and the vertical scanning mirror 21 and the horizontal scanning mirror 26 are synchronized. The head mounted display 1 outputs the image light according to the image signal after the start-up process is completed. The CPU 111 starts outputting laser light to the invalid scanning area 64 during execution of the startup process (S2), and turns on the auxiliary light source 33 (S3). Further, the CPU 111 starts displaying the frame image 75 of a predetermined color (S4).

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。 As shown in FIG. 7, the frame image 75 is a rectangular frame displayed on a portion of the invalid scanning area 64 that is in contact with the outer edge of the valid scanning area 63. The color of the frame image 75 is white, which is an achromatic color, and the luminance is 100%. By displaying the frame image 75, the focus targets 70 positioned at the four corners of the effective scanning region 63 are illuminated by the frame image 75. Further, the focus target 70 is illuminated by light incident on the invalid scanning region 64 from the laser group 13 (see FIGS. 2 and 3) and light output from the auxiliary light source 33.

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。 Returning to the description of FIG. The CPU 111 determines whether the activation process is completed (S7). Until the activation process is completed (S7: NO), the determination of S7 is repeated. When the activation process is completed (S7: YES), an image display process is performed (S8). In the image display process, an image is displayed in the effective scanning area 63 in accordance with an image signal input from the overall control unit 50. It is determined whether or not an instruction to stop driving is input to the input unit 40 (see FIG. 2) (S9). If not input (S9: NO), the image display is continued. When a drive stop instruction is input (S9: YES), the drive process ends.

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。 As described above, the head mounted display 1 according to the present embodiment includes the diffraction grating 60 in the vicinity of the intermediate image plane 59. The diffraction grating 60 includes a focus target 70 in the invalid scanning region 64. The focus target 70 is illuminated by laser light and light from the auxiliary light source 33. The user can easily adjust the focus position to the diffraction grating 60 by looking at the focus target 70. Therefore, the user can easily visually recognize a clear image, and the possibility that a multiple image can be seen decreases.

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。 The head mounted display 1 according to the present embodiment can visually recognize both the actual field of view visually recognized by the external light 6 (see FIG. 1) and the display image based on the emitted light 5 (see FIG. 1). That is, the head mounted display 1 of the present embodiment is a so-called see-through type head mounted display. In the see-through type head mounted display, the user often changes the focus position between an actual field of view and a display image. Therefore, when the focus is changed from the actual field of view to the display image, the focus is often located on the intermediate image plane 59 instead of the diffraction grating 60. However, according to the head mounted display 1 of the present embodiment, the user can easily focus on an appropriate position by the focus target 70. Therefore, the user can visually recognize both the actual view and the display image clearly.

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。 In particular, in the head mounted display 1 of the present embodiment, the intermediate image surface 59 is a curved surface, and the diffraction grating surface 61 of the diffraction grating 60 is a flat surface. Therefore, the head mounted display 1 can be manufactured cheaply and easily as compared with the case where the intermediate image surface 59 and the diffraction grating surface 61 are matched. Here, when the user's focus is located on the intermediate image plane 59, the sharpness (resolution) of the image visually recognized by the user decreases. The head mounted display 1 includes the flat diffraction grating 60 having the focus target 70, so that the user's focus can be positioned on the diffraction grating 60 instead of the intermediate image plane 59. Therefore, the head mounted display 1 can be easily manufactured at low cost, and the user can visually recognize a clear image.

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。 The head mounted display 1 can illuminate the focus target 70 with light that is not used for image display (light that enters the invalid scanning region 64) among the light output from the laser group 13. Further, the head mounted display 1 forms a frame image 75 at the outer edge portion of the effective scanning area 63. The focus target 70 is illuminated by the frame image 75. Therefore, the head mounted display 1 can easily make the user visually recognize the focus target 70 using the light output from the laser group 13. Further, the head mounted display 1 includes an auxiliary light source 33 outside the effective scanning area 63. The auxiliary light source 33 illuminates the focus target 70. Therefore, the head mounted display 1 can surely make the user visually recognize the focus target 70 by the auxiliary light source 33.

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。 The focus targets 70 are located at the four corners of the effective scanning area 63. Therefore, the user can easily grasp the position and size of the rectangular effective scanning region 63 by looking at the focus target 70. In other words, the user can not only easily adjust the focus position by looking at the focus target 70 but also move the position of the pupil 39 in an appropriate direction.

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。 The head mounted display 1 starts illumination of the focus target 70 at the stage of performing the startup process before displaying an image. The user can focus on an appropriate position when the activation process is being performed. Therefore, the user can visually recognize a clear image immediately after the display of the image is started.

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。 In the present embodiment, the head mounted display 1 corresponds to the “image display device” of the present invention. The laser group 13 corresponds to the “image light source” of the present invention. The drive signal control unit 11 corresponds to the “control unit” of the present invention. The vertical scanning system 20 and the horizontal scanning system 25 correspond to the “scanning unit” of the present invention. The diffraction grating 60 corresponds to the “pupil enlarging element” of the present invention. The laser group 13 and the auxiliary light source 33 correspond to the “illumination unit” of the present invention. The diffraction grating surface 61 corresponds to the “pupil enlarging element surface” of the present invention.

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。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible. For example, the position and shape of the focus target 70 can be changed as appropriate. A modification of the position and shape of the focus target 70 will be described with reference to FIGS. 8 and 9, the same components as those in the above embodiment are given the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

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。 A diffraction grating 160 shown in FIG. 8 includes a rectangular focus target 170 that covers the entire outer periphery of the effective scanning region 63. As described above, if the focus target is positioned at at least the four corners of the effective scanning region 63, it is possible to facilitate both the focus alignment and the pupil 39 alignment, and it is not necessary to be positioned only at the four corners. Further, the shape of the focus target may be circular, elliptical, or the like. The focus target may be decorated.

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、「ｆｏｃｕｓｐｏｉｎｔ」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。 The diffraction grating 260 shown in FIG. 9 includes a focus target 270 made up of the characters “focus point” in the ineffective scanning region 64 diagonally to the right of the effective scanning region 63. Thus, the focus target does not have to be a graphic, and may be a character, a symbol, or the like. Even if the focus target is not positioned at the four corners of the effective scanning area 63, the user can easily adjust the focus to an appropriate position.

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。 The above-described embodiment can be modified in other ways. In the above embodiment, the diffraction grating 60 is used as a pupil enlarging element. However, the diffraction grating 60 can be used as a pupil enlarging element. For example, an element having optical dispersion performance such as a microlens array or an optical scattering surface can be used in place of the diffraction grating 60.

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。 In the above embodiment, the focus target 70 is illuminated with the laser light incident on the invalid scanning region 64, the light output from the auxiliary light source 33, and the frame image 75. However, it goes without saying that the focus target 70 may be illuminated using only one or two of the above three methods.

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。 The head mounted display 1 according to the above embodiment uses a flat diffraction grating 60 provided with a focus target 70 and has an intermediate image surface 59 as a curved surface. Therefore, the head mounted display 1 can be easily manufactured at low cost, and the user can easily adjust the focus position. However, the present invention can also be applied to a head mounted display in which the diffraction grating surface 61 and the intermediate image surface 59 coincide. Even in this case, the user can easily adjust the focus position to an appropriate position by looking at the focus target 70.

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。 The head mounted display 1 of the above embodiment is a see-through type head mounted display. Therefore, the user can visually recognize both the actual field of view and the display image by the emitted light 5. However, it is needless to say that the present invention can be applied to a retinal scanning display other than the see-through type.

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。 In the above embodiment, the frame image 75 for illuminating the focus target 70 is white and the luminance is 100%. Thus, the brighter the frame image 75, the easier the user can visually recognize the focus target 70. However, it goes without saying that the color and brightness of the frame image 75 may be changed.

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
１１１ＣＰＵ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Head mounted display 5 Emitted light 11 Drive signal control part 13 Laser group 20 Vertical scanning system 21 Vertical scanning mirror 25 Horizontal scanning system 26 Horizontal scanning mirror 30 Emitting part 33 Auxiliary light source 39 Pupil 59 Intermediate image plane 60, 160, 260 Diffraction grating 61 Diffraction grating surface 63 Effective scanning area 64 Invalid scanning area 70, 170, 270 Focus target 75 Frame image 111 CPU

Claims

An image light source that is a light source that outputs light including image light for displaying an image;
A control unit for controlling the output of the light by the image light source;
A scanning unit that two-dimensionally scans the light output from the image light source;
An emission unit that emits the light that has been two-dimensionally scanned by the scanning unit to a user's eye;
A pupil enlarging element that is provided in the vicinity of an intermediate image plane formed by the light that is scanned two-dimensionally by the scanning unit, and that expands an exit pupil by the light;
In the pupil enlarging element, a focus target that is a mark formed outside the effective scanning region where the image light included in the light is incident by being two-dimensionally scanned by the scanning unit;
An image display device comprising: an illumination unit that outputs illumination light that illuminates the focus target.

The intermediate image plane is a curved surface;
The image display apparatus according to claim 1, wherein the pupil enlarging element surface of the pupil enlarging element is a flat surface.

The said illumination part is the said image light source, and irradiates the said target with the light which injects into the invalid scanning area | region which is an area | region outside the said effective scanning area | region as the said illumination light, The Claim 1 or 2 Image display device.

The image display apparatus according to claim 1, wherein the control unit causes the image light source to output the light that forms a frame image of a predetermined color at an outer edge portion of the effective scanning region.

The image display apparatus according to claim 1, wherein the illumination unit includes an auxiliary light source that is a light source provided outside the effective scanning region.

The image display apparatus according to claim 1, wherein the focus target is located at at least four corners around the effective scanning area.

The image display device according to claim 1, wherein the illumination unit illuminates the focus target at least when an activation process of the image display device is performed.