JP2017026885A - 画像表示装置および画像表示装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】広い範囲に光を照射することのできる画像表示装置および画像表示装置の駆動方法を提供する。【解決手段】画像表示装置１００は、変調光生成部４００と、変調光生成部４００から出射される変調光Ｌを走査する走査部５００と、走査部５００で走査された変調光Ｌを観察者の眼に向けて偏向する偏向部６００と、走査部５００を偏向部６００から離間する方向に移動させる駆動部７００と、観察者の眼ＥＹを撮像する撮像部８００と、を有する。また、駆動部７００は、走査部５００が走査した変調光Ｌの光軸Ｌｏａに沿う方向に走査部５００を移動する。【選択図】図２

Description

本発明は、画像表示装置および画像表示装置の駆動方法に関するものである。

ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）の映像表示技術の１つとして、眼の網膜に直接レーザーを照射し、使用者に画像を視認させる表示装置が近年注目を集めている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に示す構成では、レーザー光源と、レーザー光源から出射されたレーザー光を走査する走査部（音響光学偏向器およびガルバノメトリックミラー）と、走査部で走査した光を網膜上で結像させるレンズ系と、を有している。

特開平４−１０００８８号公報

しかしながら、このような構成のヘッドマウントディスプレイでは、瞳孔の狭い範囲にしか光を照射することができないので、画像を表示する以外に、他の機能を備えておらず、利便性が悪という問題がある。

本発明の目的は、広い範囲に光を照射することのできる画像表示装置および画像表示装置の駆動方法を提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の画像表示装置は、観察者に装着して使用される画像表示装置であって、
光源から出射される光を走査する走査部と、
前記光源から出射され、前記走査部で走査された光を前記観察者の眼球に向けて偏向する偏向部と、
前記走査部を前記偏向部から離間する方向に移動させる駆動部と、を有することを特徴とする。
これにより、偏向部で偏向された光の集光点を移動させることができるため、眼に対して狭い範囲に光を照射したり、広い範囲に光を照射したりすることができるので、画像表示機能以外にも、照明機能を発揮することができ、利便性が高い。

本発明の画像表示装置では、前記駆動部は、前記走査部を平行移動することが好ましい。
これにより、走査部が走査した光（走査光）の走査角度が一定に保たれるため、走査部の位置によらず、眼に対して光を照射することができる。

本発明の画像表示装置では、前記駆動部は、前記走査部が走査した前記光の光軸に沿う方向に前記走査部を移動することが好ましい。
これにより、走査部が走査した光（走査光）の光軸が一定に保たれるため、走査部の位置によらず、眼に対して光を照射することができる。

本発明の画像表示装置では、前記駆動部によって前記走査部を前記偏向部から離間する方向に移動すると、前記走査部で走査され前記偏向部で偏向された光の集光点と前記偏向部との距離が近くなることが好ましい。
これにより、走査部を偏向部から離間させることで、眼球に対して広い範囲に光を照射することができる。

本発明の画像表示装置では、前記光源を有し、
前記走査部と前記光源との相対的な位置関係が固定されていることが好ましい。
これにより、走査部の位置によらず、確実に、光源から出射された光を走査部に入射させることができる。

本発明の画像表示装置では、前記走査部は、前記光源から出射される光を反射する反射面を有し、
前記走査部に入射する前記光の径は、前記反射面の径よりも大きいことが好ましい。

これにより、走査部が光軸方向に移動しても、光源から出射された光が反射面から外れることがなく、走査部によって光源から出射された光を走査することができる。

本発明の画像表示装置では、前記眼球を撮像する撮像部を有し、
前記走査部を前記偏向部から離間する方向に移動し、前記撮像部により前記眼球を撮像することが好ましい。
これにより、眼球を観察して、例えば、虹彩認証、充血度測定、眼病検査等を行うことができる。

本発明の画像表示装置では、前記撮像部によって前記眼球を撮像する場合に、前記駆動部によって前記走査部を前記偏向部から離間する方向に移動させることが好ましい。
これにより、眼球に対して広い範囲に光を照射することができ、この光を撮像部で眼球を撮像する際の照明として利用することができる。

本発明の画像表示装置の駆動方法は、観察者に装着して使用される画像表示装置の駆動方法であって、
光源から出射される光を走査する走査部を備え、
前記観察者に対し画像を表示する状態と、前記観察者に前記画像を表示する状態より広い範囲で前記観察者の眼球を照明する状態と、を切替えることを特徴とする。
これにより、偏向部で偏向された光の集光点を移動させることができるため、眼に対して狭い範囲に光を照射したり、広い範囲に光を照射したりすることができる。

本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の概略構成を示す図である。 図１に示す画像表示装置の表示ユニットの概略構成図である。 図１に示す画像表示装置の表示ユニットの概略構成図である。 図１に示す画像表示装置の斜視図である。 表示ユニットが備える変調光生成部を示す図である。 表示ユニットが備える走査部を示す平面図である。 表示ユニットが備える駆動部を示す平面図である。 表示ユニットが備える駆動部を示す平面図である。 駆動部による走査部の移動によって変化する集光点を示す平面図である。 駆動部による走査部の移動によって変化する集光点を示す平面図である。 画素を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る画像表示装置が有する駆動部を示す平面図である。 本発明の第３実施形態に係る画像表示装置の変調光とミラーの大きさの関係を示す平面図である。

以下、本発明の画像表示装置の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の概略構成を示す図である。図２および図３は、それぞれ、図１に示す画像表示装置の表示ユニットの概略構成図である。図４は、図１に示す画像表示装置の斜視図である。図５は、表示ユニットが備える変調光生成部を示す図である。図６は、表示ユニットが備える走査部を示す平面図である。図７および図８は、それぞれ、表示ユニットが備える駆動部を示す平面図である。図９および図１０は、それぞれ、駆動部による走査部の移動によって変化する集光点を示す平面図である。図１１は、画素を示す図である。なお、以下では、説明の便宜上、観察者にとっての右側を「右」とも言い、左側を「左」とも言い、前方（前側）を「前」とも言い、後方（後側）を「後」とも言う。また、図１において、右側を「Ｒ」、左側を「Ｌ」、前方を「Ｆ」、後方を「ＲＥ」として図示している。

図１に示す画像表示装置１００は、網膜走査型のヘッドマウントディスプレイ（頭部装着型画像表示装置）である。このような画像表示装置１００は、眼鏡のような外観をなし、観察者の頭部Ｈに装着して使用され、観察者に虚像による画像を外界像と重畳した状態で視認させる。

画像表示装置１００は、図１に示すように、フレーム２００と、フレーム２００に支持された表示ユニット３００と、を有している。また、表示ユニット３００は、観察者の右眼用に設けられた表示ユニット３００Ａと、観察者の左眼用に設けられた表示ユニット３００Ｂと、を有している。

表示ユニット３００Ａ、３００Ｂは、同様の構成をなしており、それぞれ、図２および図３に示すように、変調光生成部４００と、走査部５００と、偏向部６００と、駆動部７００と、撮像部８００と、制御部９００と、を有している。このような表示ユニット３００Ａ、３００Ｂは、それぞれ、制御部９００からの映像信号に基づいて変調光生成部４００が変調光Ｌを生成し、走査部５００が変調光Ｌを２次元的に走査し、偏向部６００が走査部５００で走査された変調光Ｌを観察者の眼（眼球）ＥＹに向けて偏向するように構成され、さらに、駆動部７００で走査部５００を移動させることで、偏向部６００で偏向された変調光Ｌの集光点をずらすことができるようになっている。

このような表示ユニット３００を有することで、映像信号に応じた画像（虚像）を観察者に視認させることができる。なお、本実施形態の画像表示装置１００は、両眼型のヘッドマウントディスプレイであるが、画像表示装置１００は、単眼型のヘッドマウントディスプレイであってもよい。すなわち、表示ユニット３００Ａ、３００Ｂの一方を省略した構成であってもよい。

以下、画像表示装置１００の各構成要素について順次詳細に説明する。
（フレーム）
図４に示すように、フレーム２００は、眼鏡フレームのような形状をなしており、表示ユニット３００Ａ、３００Ｂを支持している。また、フレーム２００は、観察者の眼ＥＹの前方に位置するフロント部２１０と、フロント部２１０の左右両端から延出した一対のテンプル部２２０、２３０と、を有している。

また、フロント部２１０は、リム部２１１と、リム部２１１に支持されたシェード部２１２およびノーズパッド２１３と、を有している。シェード部２１２は、外界光の透過を抑制する機能を有し、偏向部６００を支持している。そして、シェード部２１２の中央部にノーズパッド２１３が設けられている。ノーズパッド２１３は、観察者が画像表示装置１００を頭部Ｈに装着したとき、観察者の鼻ＮＳに当接して、画像表示装置１００を観察者の頭部Ｈに対して支持する。

テンプル部２２０、２３０は、フロント部２１０に接続されている。このようなテンプル部２２０、２３０は、観察者の耳ＥＡに掛けるための角度がほとんど付けられていないストレートテンプル部であり、観察者が画像表示装置１００を頭部Ｈに装着したとき、テンプル部２２０、２３０の一部が、観察者の耳ＥＡに当接するように構成されている。なお、テンプル部２２０、２３０は、フロント部２１０に対して折り畳み可能となっていてもよいし、折り畳みできないようになっていてもよい。

以上、フレーム２００について説明したが、フレーム２００の形状は、観察者の頭部Ｈに装着することができ、表示ユニット３００を支持することができるものであれば、図示のものに限定されない。

（変調光生成部）
表示ユニット３００Ａの変調光生成部４００は、テンプル部２２０に配置され、表示ユニット３００Ｂの変調光生成部４００は、テンプル部２３０に配置されている。このような変調光生成部４００は、図５に示すように、波長の異なる複数の光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂを有する光源部４１０と、光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂを駆動する駆動回路４２０Ｒ、４２０Ｇ、４２０Ｂと、光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂから出射された光を平行光化するコリメータレンズ４４０Ｒ、４４０Ｇ、４４０Ｂと、光合成部４３０と、集光レンズ４５０と、を有している。

光源４１０Ｒは、赤色のレーザー光を射出するレーザー光源であり、光源４１０Ｇは、緑色のレーザー光を射出するレーザー光源であり、光源４１０Ｂは、青色のレーザー光を射出するレーザー光源である。このような３色の光を用いることにより、フルカラーの画像を表示することができる。このように、光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂとしてレーザー光源を用いることで、より明るく鮮明な画像を表示することができる。なお、光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂとしては、特に限定されないが、例えば、レーザーダイオード、ＬＥＤ等を用いることができる。

駆動回路４２０Ｒは、光源４１０Ｒを駆動する機能を有し、駆動回路４２０Ｇは、光源４１０Ｇを駆動する機能を有し、駆動回路４２０Ｂは、光源４１０Ｂを駆動する機能を有する。また、駆動回路４２０Ｒ、４２０Ｇ、４２０Ｂは、制御部９００によって、独立して駆動が制御されている。このような駆動回路４２０Ｒ、４２０Ｇ、４２０Ｂにより駆動された光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂから射出された３つのレーザー光は、それぞれ、コリメータレンズ４４０Ｒ、４４０Ｇ、４４０Ｂによって平行光化されて光合成部４３０に入射する。

光合成部４３０は、光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂからのレーザー光を合成するものである。本実施形態では、光合成部４３０は、２つのダイクロイックミラー４３１、４３２を有する。ダイクロイックミラー４３１は、赤色光を透過させるとともに緑色光を反射する機能を有し、ダイクロイックミラー４３２は、赤色光および緑色光を透過させるとともに青色光を反射する機能を有する。このようなダイクロイックミラー４３１、４３２を用いることにより、光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂからの赤色光、緑色光および青色光の３色の光を合成する。この際、制御部９００により、光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂからのレーザー光の強度をそれぞれ独立して変調することで所定の色の変調光Ｌとなる。そして、生成された変調光Ｌは、集光レンズ４５０によって所望のＮＡ（開口数）に変更された後、走査部５００に導かれる。

なお、変調光生成部４００は、表示ユニット３００Ａとは別の筐体に配置され、光ファイバー等で表示ユニット３００Ａに変調光Ｌを導光し、導光された変調光Ｌを走査部５００が２次元的に走査する構成とすることもできる。この場合、集光レンズ４５０は表示ユニット３００Ａに配置されることとなる。
以上、変調光生成部４００の構成について説明したが、変調光生成部４００の構成としては、変調光Ｌを生成することができれば、本実施形態の構成に限定されない。

（走査部）
表示ユニット３００Ａの走査部５００は、テンプル部２２０に配置され、表示ユニット３００Ｂの走査部５００は、テンプル部２３０に配置されている。このような走査部５００は、変調光生成部４００から出射された変調光Ｌを偏向部６００に向けて２次元的に走査する光スキャナーである。

走査部５００は、２軸まわりに揺動可能な光スキャナーであり、図６に示すように、ミラー５１１を有する可動部５１０と、可動部５１０を軸Ｊ１まわりに揺動（回動）可能に支持する軸部５２１、５２２と、軸部５２１、５２２を支持する駆動枠部５３０と、駆動枠部５３０を軸Ｊ１に直交する軸Ｊ２まわりに揺動（回動）可能に支持する軸部５４１、５４２と、軸部５４１、５４２を支持する枠状の支持部５５０と、駆動枠部５３０を支持部５５０に対して軸Ｊ２まわりに揺動させつつ、可動部５１０を駆動枠部５３０に対して軸Ｊ１まわりに揺動させる図示しない駆動手段と、を有している。このような構成によれば、可動部５１０が軸Ｊ１、Ｊ２の両軸まわりに揺動するため、ミラー５１１で反射した変調光Ｌを２次元的に走査することができる。なお、走査部５００では、軸Ｊ１まわりの揺動により、フレーム２００の左右方向（水平方向）に変調光Ｌを走査し、軸Ｊ２まわりの揺動により、フレーム２００の上下方向（垂直方向）に変調光Ｌを走査するようになっている。

このように、走査部５００として、２軸まわりに揺動可能な光スキャナーを用いることによって、走査部５００の構成や配置（特に、アライメント）が簡単なものになると共に、走査部５００の小型化を図ることができる。

なお、走査部５００の構成は、変調光Ｌを２次元的に走査することができれば、本実施形態の構成に限定されない。例えば、走査部５００は、変調光Ｌを１次元的に走査する光スキャナーを２つ備えた構成であってもよいし、光スキャナーに替えてポリゴンミラーやガルバノミラーを用いた構成であってもよい。

このような走査部５００は、変調光生成部４００よりも後方側に位置し（走査部５００と偏向部６００との離間距離は、変調光生成部４００と偏向部６００との離間距離より遠い）、変調光生成部４００から後方（テンプル部２２０、２３０の自由端側）へ向けて出射された変調光Ｌがミラー５１１に入射するようになっている。

また、走査部５００は、ミラー５１１を前方（偏向部６００）に向けて配置されている。このような配置とすることで、走査部５００の有効走査角（偏向部６００へ変調光Ｌを導くことのできる走査角度）を大きくすることができる。そのため、より鮮明な画像を生成することができる。

ただし、走査部５００の配置や向きは、変調光生成部４００から出射された変調光Ｌを走査することができれば、特に限定されない。また、本実施形態では、走査部５００で走査された変調光Ｌが直接、偏向部６００に入射するように構成されているが、例えば、走査部５００で走査した変調光Ｌを一旦ミラー等の反射部材で反射させてから偏向部６００に入射するように構成されていてもよい。この場合、例えば、前記反射部材に光学的特性を付加することで、より鮮明な画像を表示することができる。なお、この光学的特性としては、特に限定されないが、例えば、変調光Ｌの径（直径または半径）が偏向部６００の偏向面で等しくなるように変調光Ｌの光路長を補正するような特性が挙げられる。

（偏向部）
表示ユニット３００Ａの偏向部６００は、フロント部２１０に設けられており、使用時に観察者の右眼の前方に位置するように配置されている。一方、表示ユニット３００Ｂの偏向部６００は、フロント部２１０に設けられており、使用時に観察者の左眼の前方に位置するように配置されている。このような偏向部６００は、観察者の右眼および左眼を覆うのに十分な大きさを有し、走査部５００で走査された変調光Ｌを映像光として観察者の眼ＥＹに向けて入射させる機能を有する。

このような偏向部６００は、例えば、回折格子の一つであるホログラム素子（ホログラムミラー）で構成されている。このホログラム素子は、特定波長帯域にある光については回折させ、それ以外の波長帯域にある光については透過する性質を有する半透過膜である。これにより、観察者は、外界像を視認しながら、映像光により形成された画像を視認することができる。すなわち、シースルー型のヘッドマウントディスプレイを実現することができる。なお、偏向部６００としては、ホログラム素子に限定されず、例えば、ハーフミラーを用いることもできる。

（撮像部）
表示ユニット３００Ａの撮像部８００は、フロント部２１０に設けられており、使用時に観察者の右眼を撮像可能に配置されている。一方、表示ユニット３００Ｂの撮像部８００は、フロント部２１０に設けられており、使用時に観察者の左眼を撮像可能に配置されている。このような撮像部８００によって観察者の眼を撮像することで、画像処理技術を用いて虹彩認証、充血度測定、眼病検査等を行うことができる。なお、撮像部８００としては、特に限定されず、例えば、ＣＣＤイメージセンサー、ＣＭＯＳイメージセンサー等を用いることができる。また、撮像部８００の用途としては、虹彩認証、充血度測定、眼病検査に限定されない。

（駆動部）
表示ユニット３００Ａの駆動部７００は、テンプル部２２０に設けられ、表示ユニット３００Ｂの駆動部７００は、テンプル部２３０に設けられている。このような駆動部７００は、走査部５００を偏向部６００から離間する方向に移動させる機能を有している。以下、駆動部７００について詳細に説明する。

駆動部７００は、図７に示すように、テンプル部２２０（フレーム２００）に固定された固定部７１０と、固定部７１０に配置された振動体７２０と、振動体７２０に固定された棒状の摩擦部材７３０と、摩擦部材７３０に配置された移動体７４０と、を有しており、移動体７４０に固定された載置台７５０に変調光生成部４００および走査部５００が固定されている。また、振動体７２０は、圧電素子であり、電圧印加によって摩擦部材７３０の軸方向に伸縮するようになっている。なお、圧電素子は、印加する電圧を制御することで、伸張および収縮のスピード（単位時間当たりの変化量）を変化させることができる。

このような駆動部７００では、振動体７２０を振動させることで、摩擦部材７３０に沿って移動体７４０を移動させることで、変調光生成部４００および走査部５００を一体的に移動させることができる。具体的には、振動体７２０に電圧を印加して比較的ゆっくり伸張させ、その後、振動体７２０に逆電圧を印加して急速に収縮させると、移動体７４０が摩擦部材７３０の先端側（振動体７２０から離間する側）に移動する。これは、伸張時には振動体７２０をゆっくり伸張させているため、その際に発生する移動体７４０の慣性が弱く、摩擦部材７３０と移動体７４０との間に働く摩擦抵抗によって摩擦部材７３０と移動体７４０とが一体的に移動するのに対して、収縮時には振動体７２０が急速に収縮させているため、移動体７４０に働く慣性が強く、移動体７４０はほぼそのままの位置を保ったまま、移動体７４０に対して滑るようにして摩擦部材７３０のみが基端側（振動体７２０に接近する側）に移動するためである。なお、これとは反対に、振動体７２０に電圧を印加して急速に伸張させ、その後、振動体７２０に逆電圧を印加してゆっくり収縮させると、移動体７４０が摩擦部材７３０の基端側に移動する。このような構成によれば、簡単な構成で変調光生成部４００および走査部５００を移動させることができる。

ここで、上述したように、駆動部７００によって、変調光生成部４００および走査部５００を一体的に移動させることで、すなわち、変調光生成部４００と走査部５００との相対的な位置が固定されていることで、走査部５００の位置によらず、変調光生成部４００から出射された変調光Ｌを走査部５００のミラー５１１へ入射させることができる。そのため、走査部５００の位置に影響させることなく、走査部５００での変調光Ｌの走査を行うことができる。

ここで、走査部５００が走査した変調光Ｌの光軸を光軸Ｌｏａとすると、駆動部７００は、図８に示すように、走査部５００を、光軸Ｌｏａ（走査部５００の静止状態における光軸Ｌｏａが好ましい）に沿う方向Ａに沿って、かつ、偏向部６００から接近または離間するように移動させる。これにより、光軸Ｌｏａを一定に保ったまま、偏向部６００と走査部５００の離間距離を変化させることができる。そのため、走査部５００の移動による画像位置（照射位置）の変化（外界像に対する画像のずれ）を抑制することができ、優れた表示特性を発揮することができる。

なお、走査部５００の移動方向は光軸Ｌｏａ方向に限らず、走査部５００を偏向部６００から離間させかつ平行移動させる移動方向とすることもできる。平行移動とは、走査部５００が静止状態であるとした場合、ミラー５１１の面が平行移動されることを言う。また、走査部５００が駆動状態（走査角が一定であると仮定する）である場合、走査角を２等分する角での光軸が平行移動されることを言う。

なお、図９に示すように、画像を表示する際は、偏向部６００と走査部５００との離間距離をＤａとし、偏向部６００で偏向した変調光Ｌの集光点Ｐａを瞳孔に位置させる（以下、この状態を「表示モード（表示状態）」とも言う）。そのため、表示モードでは、眼ＥＹに変調光Ｌが直接走査され、観察者に画像を認識させることができる。これに対して、図１０に示すように、偏向部６００と走査部５００との離間距離をＤａよりも大きいＤｂとすると、偏向部６００で偏向した変調光Ｌの集光点Ｐｂが集光点Ｐａ（瞳孔）よりも前方（偏向部６００側）に移動し、集光点Ｐｂを超えて拡がった変調光Ｌが眼ＥＹの全体（瞳孔よりも広い範囲であり、眼底、虹彩等を含む）に走査される（以下、この状態を「照明モード（照明状態）」とも言う）。言い換えると、偏向部６００と走査部５００との離間距離をＤａよりも大きいＤｂとすると、偏向部６００で偏向した変調光Ｌの集光点Ｐｂが集光点Ｐａ（瞳孔）より偏向部６００に近くなる。

そのため、照明モードでは、変調光Ｌを撮像部８００で眼ＥＹを撮像する際の照明光として利用することができる。なお、照明光の色としては、用途によって選択すればよく、例えば、白色でもいいし、赤色、緑色、青色のいずれかであってもよい。

以上、画像表示装置１００について説明した。このような画像表示装置１００によれば、画像表示用の表示ユニット３００Ａを眼ＥＹを観察する観察ユニットとしても用いることができるため、装置構成の追加を最小限（駆動部７００および撮像部８００）としつつ、新たな機能を付加することができる。また、照明モードによれば、瞳孔よりも広い範囲に変調光Ｌを走査することができるため、瞳孔の位置によらず、画像を観察者に視認させることができる。

次に、上述のような画像表示装置１００の使用例について、１つの例を挙げて説明する。なお、以下では、画像表示装置１００の使用例として、充血度を測定する例を説明するが、画像表示装置１００の使用方法としては、これに限定されず、虹彩認証、眼病診断等にも適用することができる。

まず、表示ユニット３００が照明モードとなる。次に、表示ユニット３００が白色の変調光Ｌを眼ＥＹに走査して、変調光Ｌで眼ＥＹを照らす。そして、変調光Ｌで眼ＥＹを照らしている状態で撮像部８００が眼ＥＹを撮像する。次に、制御部９００が撮像データを解析する。具体的には、まず、眼（白目の部分）にあたる各画素でＲＢＧ（赤青緑）強度判定を行い、強度がＲ＞ＢまたはＲ＞Ｇであれば「赤」と仮に判定し、それ以外であれば「白」と仮に判定する（以下、この判定を「仮判定」とも言う）。次に、図１１に示すように、注目する１つの画素Ｐｘ１に隣接する８つの画素Ｐｘ２のうちの５つ以上が「赤」の場合には、注目した画素Ｐｘ１を「赤」と判定し、それ以外を「白」と判定する。この判定を領域内の全ての画素について行う（以下、この判定を「再判定」とも言う）。次に、注目する１つの画素Ｐｘ１に隣接する８つの画素Ｐｘ２のうちの６つ以上が「白」の場合には、注目した画素Ｐｘ１を「白」と判定し、それ以外を「赤」と判定する。この判定を領域内の全ての画素について行う（以下、この判定を「最終判定」とも言う）。次に、この最終判定の結果から、領域内（白目の部分）の全画素に対する「赤」と判定された画素の割合（充血度）を求める。

ここで、制御部９００は、予め、上述と同じ方法によって観察者の眼ＥＹが正常時での充血度を測定し、その測定結果（基準値）を記憶している。そして、制御部９００は、上記で求めた充血度を記憶した基準値と比較して、充血度が基準値に対して所定値以上高ければ「充血している」と判定し、それ以外を「正常（充血していない）」と判定する。なお、「充血している」と「正常」の２段階の判定ではなく、充血の度合いを複数段階に分けて判定してもよい。

制御部９００が「充血している」と判定した場合、表示ユニット３００は、表示モードとなり、「眼が充血しています。休憩しませんか。」等の画像を表示し、観察者に注意を促す。なお、制御部９００は、注意を促すばかりでなく、注意を促した後、一定時間画像を描画しない等の制御を行ってもよい。一方、制御部９００が「正常」と判定した場合、表示ユニット３００は、表示モードとなり、画像の表示を開始（または再開）する。

なお、充血度の測定タイミングとしては、特に限定されないが、例えば、画像表示装置１００の電源を投入した直後に一度充血度を測定し、この値を「基準値」として記憶しておく。そして、画像表示を開始してから所定時間間隔（例えば、１時間間隔）で充血度を測定し、測定した充血度と先に記憶した基準値とを比較して「充血している」または「正常」を判定すればよい。

＜第２実施形態＞
図１２は、本発明の第２実施形態に係る画像表示装置が有する駆動部を示す平面図である。

以下、第２実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第２実施形態は、表示ユニット（駆動部）の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態とほぼ同様である。なお、図１２では、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。

本実施形態の駆動部７００は、図１２に示すように、載置台７５０の下面に設けられたラックギア７６０と、ラックギア７６０に噛合し、フレーム２００に軸受されたピニオンギア７７０と、ピニオンギア７７０を回転させるモーター（駆動源）７８０と、を有している。このような構成では、モーター７８０を駆動することで、ラックギア７６０の延在方向に沿って、変調光生成部４００および走査部５００を一体的に移動させることができる。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
図１３は、本発明の第３実施形態に係る画像表示装置の変調光とミラーの大きさの関係を示す平面図である。

以下、第３実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第３実施形態は、表示ユニットの構成が異なること以外は、前述した第１実施形態とほぼ同様である。なお、図１３では、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。

本実施形態の表示ユニット３００では、変調光生成部４００は、フレーム２００に固定されており、図１３に示すように、駆動部７００によって走査部５００だけが光軸Ｌｏａ方向に移動する。すなわち、駆動部７００によって走査部５００が移動することで、走査部５００と変調光生成部４００の相対的な位置が変化する。また、表示ユニット３００では、変調光生成部４００から出射され、走査部５００（ミラー５１１）に入射する変調光Ｌの径Ｒ（円の場合は直径であり、その他の形状（楕円形、多角形等）であれば最大の幅）が、ミラー５１１の反射面５１１ａの幅（変調光Ｌの入射方向から見た反射面の幅であり、好ましくは反射面５１１ａの最大幅（反射面５１１ａの形状は問わない））Ｗよりも大きくなっている。そのため、走査部５００が光軸Ｌｏａ方向に移動しても、変調光Ｌからミラー５１１が外れることがなく、走査部５００によって変調光Ｌを走査することができる。

このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

以上、本発明の画像表示装置および画像表示装置の駆動方法について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の画像表示装置では、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができ、また、他の任意の構成を付加することもできる。

また、本発明の画像表示装置は、観察者が視認する画像として虚像を形成するものであれば、眼鏡型のヘッドマウントディスプレイに適用する場合に限定されず、例えば、ヘルメット型またはヘッドセット型のヘッドマウントディスプレイや、観察者の首や肩等の身体で支持される形態の画像表示装置等にも適用可能である。また、前述した実施形態では、画像表示装置全体が観察者の頭部に装着される場合を例に説明したが、画像表示装置は、観察者の頭部に装着される部分と、観察者の頭部以外の部分に装着または携帯される部分とを有していてもよい。

また、前述した実施形態では、両眼タイプの透過型ヘッドマウントディスプレイの構成について代表的に説明したが、例えば、観察者がヘッドマウントディスプレイを装着した状態において外景が遮断される非透過型ヘッドマウントディスプレイの構成であってもよい。また、本発明の画像表示装置は、スピーカーやヘッドフォン等の音声を出力させる装置等を有していてもよい。

１００……画像表示装置、２００……フレーム、２１０……フロント部、２１１……リム部、２１２……シェード部、２１３……ノーズパッド、２２０、２３０……テンプル部、３００、３００Ａ、３００Ｂ……表示ユニット、４００……変調光生成部、４１０……光源部、４１０Ｂ、４１０Ｇ、４１０Ｒ……光源、４２０Ｂ、４２０Ｇ、４２０Ｒ……駆動回路、４３０……光合成部、４３１、４３２……ダイクロイックミラー、４４０Ｂ、４４０Ｇ、４４０Ｒ……コリメータレンズ、４５０……集光レンズ、５００……走査部、５１０……可動部、５１１……ミラー、５１１ａ……反射面、５２１、５２２……軸部、５３０……駆動枠部、５４１、５４２……軸部、５５０……支持部、６００……偏向部、７００……駆動部、７１０……固定部、７２０……振動体、７３０……摩擦部材、７４０……移動体、７５０……載置台、７６０……ラックギア、７７０……ピニオンギア、７８０……モーター、８００……撮像部、９００……制御部、Ａ……方向、Ｄａ、Ｄｂ……離間距離、ＥＡ……耳、ＥＹ……眼、Ｈ……頭部、Ｊ１、Ｊ２……軸、Ｌ……変調光、Ｌｏａ……光軸、ＮＳ……鼻、Ｐａ、Ｐｂ……集光点、Ｐｘ１、Ｐｘ２……画素、Ｒ……径、Ｗ……幅

Claims (9)

1. 観察者に装着して使用される画像表示装置であって、
   光源から出射される光を走査する走査部と、
   前記光源から出射され、前記走査部で走査された光を前記観察者の眼球に向けて偏向する偏向部と、
   前記走査部を前記偏向部から離間する方向に移動させる駆動部と、を有することを特徴とする画像表示装置。
2. 前記駆動部は、前記走査部を平行移動する請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記駆動部は、前記走査部が走査した前記光の光軸に沿う方向に前記走査部を移動する請求項１または２に記載の画像表示装置。
4. 前記駆動部によって前記走査部を前記偏向部から離間する方向に移動すると、前記走査部で走査され前記偏向部で偏向された光の集光点と前記偏向部との距離が近くなる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
5. 前記光源を有し、
   前記走査部と前記光源との相対的な位置関係が固定されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
6. 前記走査部は、前記光源から出射される光を反射する反射面を有し、
   前記走査部に入射する前記光の径は、前記反射面の径よりも大きい請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
7. 前記眼球を撮像する撮像部を有し、
   前記走査部を前記偏向部から離間する方向に移動し、前記撮像部により前記眼球を撮像する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
8. 前記撮像部によって前記眼球を撮像する場合に、前記駆動部によって前記走査部を前記偏向部から離間する方向に移動させる請求項７に記載の画像表示装置。
9. 観察者に装着して使用される画像表示装置の駆動方法であって、
   光源から出射される光を走査する走査部を備え、
   前記観察者に対し画像を表示する状態と、前記観察者に前記画像を表示する状態より広い範囲で前記観察者の眼球を照明する状態と、を切替えることを特徴とする画像表示装置の駆動方法。

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