映像表示装置
【課題】両眼タイプのＨＭＤにおいて個々人の眼幅を調整する際、あるいは輻輳距離や視距離を一致させるよう各種調整する際、特別なレンズ系や収差補正や歪み補正等の光学系構成を不要とすること。
【解決手段】揺動ミラー６，７は、光源１０からのビーム光を反射ミラーによって２次元的に偏向する。接眼光学系１５〜１７は、揺動ミラーからのビーム光を分離しそれぞれ左／右眼１８に導く。ミラー駆動部５は、接眼光学系の眼幅Δｄにより生じる光路長差に応じて、左／右眼用映像信号に対する揺動ミラーの揺動角度を異ならせる。あるいは画像処理部８は、眼幅Δｄにより生じる光路長差に応じて、左／右眼用映像信号の表示期間の長さを異ならせる。
【解決手段】揺動ミラー６，７は、光源１０からのビーム光を反射ミラーによって２次元的に偏向する。接眼光学系１５〜１７は、揺動ミラーからのビーム光を分離しそれぞれ左／右眼１８に導く。ミラー駆動部５は、接眼光学系の眼幅Δｄにより生じる光路長差に応じて、左／右眼用映像信号に対する揺動ミラーの揺動角度を異ならせる。あるいは画像処理部８は、眼幅Δｄにより生じる光路長差に応じて、左／右眼用映像信号の表示期間の長さを異ならせる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揺動回転する反射ミラーに光ビームを当て、得られる反射光を表示面に投射走査して映像を表示する映像表示装置に係り、特にヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）に好適な映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）は利便性や携帯性に優れ、表示デバイス技術や視認性技術の向上により、様々な実現形態が提案されている。ＨＭＤの主なタイプとしては、１対の液晶パネルを用いた両眼タイプのゴーグル型やヘッドホン型、１枚の液晶パネルを用いてコンパクトで軽量な単眼タイプの眼鏡型などが知られている。両眼タイプのＨＭＤを使用する場合、個々人で眼幅等が異なるため、個々人の眼幅に合うようにＨＭＤ側に何らかの調整機能を付加し視認性を確保する必要がある。
【０００３】
例えば特許文献１には、眼幅調整を行ってもピントのずれが発生しない光学系を提供するために、１つのオリジナル像からの光束を２つの光束に分割する光路分割手段と、オリジナル像の２次像を結像させるためのリレーレンズ系を備え、リレーレンズ系はオリジナル像の位置に前側焦点が位置する第１リレー系と、２次像の位置に後側焦点が位置する第２リレー系とから成り、光路分割手段は第１リレー系と第２リレー系との間で光路の分割を行う構成としている。
【０００４】
また特許文献２では、立体感を保ちながら視距離と輻輳距離とを一致させ、自然な立体視が可能でメカ機構を不要とするために、立体画像を構成する左右の映像を表示面に表示する表示手段と、輻輳距離が時間的にほぼ固定となるように表示手段で表示される左右の映像の少なくとも一方を水平方向にシフトする映像シフト手段とを備える構成としている。
【０００５】
一方新しい映像表示方式として、光源から発せられた光ビームを反射ミラーなどの偏向手段によって２次元的に偏向することでスクリーン上を走査させ、その残像効果によってスクリーン上に２次元画像を表示する走査型映像表示装置が提案されている。そして、この走査型映像表示装置を上記したＨＭＤへ適用することも可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２８７１８８号公報
【特許文献２】特開平９−３２２１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献１，２に開示される構成は、単一の表示素子を用いた両眼タイプのＨＭＤにおいて、個々人の眼幅を調整する際、あるいは輻輳距離や視距離を一致させるよう各種調整する際、レンズ系や収差補正や歪み補正等の光学系構成が複雑となり、装置のサイズや重量の増大につながり、ＨＭＤ本来の利便性や携帯性を損なう恐れがある。
【０００８】
また、単一の表示素子を用いて、左右異なる映像を表示して立体視する場合、シャッター式メガネで映像を時分割する方法や、偏光メガネにより映像を時分割、あるいは領域分割して実現する手法が一般的である。外景を同時に見るタイプのＨＭＤの場合、時分割あるいは偏光分離される分、視認する外景の偏光成分が遮蔽され、明るさが低減する恐れがある。また、視界内に調整機構が入ることで、視界の閉塞感を助長する恐れがある。
【０００９】
本発明の目的は、両眼タイプのＨＭＤにおいて個々人の眼幅を調整する際、あるいは輻輳距離や視距離を一致させるよう各種調整する際、特別なレンズ系や収差補正や歪み補正等の光学系構成を不要とする映像表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ビーム光を２次元的に偏向し両眼タイプの表示面にそれぞれ映像を表示する映像表示装置において、ビーム光を出射する光源と、入力する映像信号を処理し両眼タイプの表示面に表示する左／右眼用映像信号を出力する画像処理部と、左／右眼用映像信号に応じて光源を駆動しビーム光を出射させる光源駆動部と、ビーム光を反射ミラーによって２次元的に偏向する揺動ミラーと、揺動ミラーを左／右眼用映像信号に同期して所定の角度で揺動回転させるミラー駆動部と、揺動ミラーからのビーム光を左／右眼用のビームに分離し、それぞれ左／右眼用の表示面に導く接眼光学系と、を備える。ここに接眼光学系は、左／右眼用の表示面の間隔である眼幅を調整可能であり、ミラー駆動部は、接眼光学系の眼幅の調整により生じる揺動ミラーから左／右眼用の表示面までの光路長の差に応じて、左／右眼用映像信号に対する揺動ミラーの揺動回転角度を異ならせて駆動する。
【００１１】
あるいは前記映像表示装置において、前記接眼光学系は、左／右眼用の表示面の間隔である眼幅を調整可能であり、前記画像処理部は、接眼光学系の眼幅の調整により生じる揺動ミラーから左／右眼用の表示面までの光路長の差に応じて、左／右眼用映像信号の表示期間の長さを異ならせて出力する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の映像表示装置では、両眼タイプのＨＭＤにおいて個々人の眼幅を調整する際、あるいは輻輳距離や視距離を一致させるよう各種調整する際、特別なレンズ系や収差補正や歪み補正等の光学系構成が不要であり、装置のサイズや重量の低減につながり、ＨＭＤ本来の利便性や携帯性を活かすことができる。
【００１３】
また、単一の表示素子を用いて左右同一あるいは異なる映像を表示して立体視する場合で、かつ外景を同時に見るタイプのＨＭＤにおいて、視認する外景の明るさを維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施例による映像表示装置を示す構成図である（実施例１）。
【図２】実施例１における左眼と右眼の映像表示のタイミング信号を示す図である。
【図３】第２の実施例による映像表示装置を示す構成図である（実施例２）。
【図４】実施例２における左眼と右眼の映像表示のタイミング信号を示す図である。
【図５】実施例１における左眼と右眼の走査領域と映像表示領域を示す図である。
【図６】実施例２における左眼と右眼の走査領域と映像表示領域を示す図である。
【図７】第３の実施例による映像表示装置を示す構成図である（実施例３）。
【図８】第４の実施例による映像表示装置を示す構成図である（実施例４）。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施例による映像表示装置を示す構成図である。本実施例は、単一の表示素子を用いて、時分割で左右同一あるいは異なる映像を表示して立体視するタイプであり、かつ外景を同時に見るタイプのＨＭＤの場合である。表示方式は、光源から発せられた光ビームを揺動ミラーで反射し、左右の表示面に投射し２次元的に走査させて映像を表示する方式である。映像表示装置を光学系と制御系に分けて説明する。
【００１７】
光学系の構成は、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）色のレーザ光源１０ｒ／ｇ／ｂ、コリメートレンズ１１、ミラーとダイクロイックプリズムで構成し各色のレーザ光を合成する光合波部１２、時分割で透過と偏光変換を繰り返す偏光変換部１４、ビーム光を２次元的に偏向する２軸揺動ミラー６，７、接眼光学系として偏光ビームスプリッタ１５、ミラー１６、左右の接眼部１７Ｌ／Ｒを有し、表示面である使用者の左／右眼１８Ｌ／Ｒに右眼側から映像を投射する構成である。各レーザ光源１０からは、映像信号で変調された同一の偏光状態（本実施例ではＰ偏光）のビーム光が出射され、光合波部１２にて同軸上に揃ったビーム光１３となる。ビーム光は偏光変換部１４にて、時分割でＰ偏光とＳ偏光とに交互に切り替えられ、２軸揺動ミラー６，７は所定の角度で反射ミラーを水平及び垂直方向に揺動回転することで、ビーム光を２次元的に偏向する。偏光ビームスプリッタ１５では、偏向されたビーム光がＳ偏光のときは反射され右眼用の接眼部１７Ｒへ進み、Ｐ偏光のときは透過してミラー１６を介し左眼用の接眼部１７Ｌへ進み、それぞれ表示面である使用者の右眼１８Ｒと左眼１８Ｌに導かれて映像を表示する。
【００１８】
制御系の構成は、タイミング信号を生成するタイミング生成部３、揺動ミラー６，７の揺動条件を設定するミラー制御部４、揺動ミラー６，７を駆動するミラー駆動部５、入力映像信号を処理して表示用映像信号を生成する画像処理部８、レーザ光源１０を駆動する光源駆動部９を有する。入力した映像信号２は画像処理部８にて左眼用と右眼用の映像信号に分離され、光源駆動部９はそれぞれの映像信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に応じてレーザ光源１０に駆動信号を供給する。タイミング生成部３は、揺動ミラー６，７の揺動タイミングに合わせて、左眼用と右眼用の映像信号の表示タイミングを決定し、また偏光変換部１４のＰ偏光／Ｓ偏光切り替えを制御する。また、使用者の左／右眼１８Ｌ／Ｒの間隔（眼幅Δｄ）を示す眼幅信号１は、タイミング生成部３に入力してミラー制御部４に送られる。ミラー制御部４では、眼幅Δｄに応じて左眼表示と右眼表示の揺動ミラー６，７の揺動角を設定し、ミラー駆動部５は揺動ミラー６，７に対し揺動角に応じた駆動信号を供給する。
【００１９】
以下、各部の構成を説明する。本実施例の光源には、ビーム光の光量を高速で容易に変調できるレーザ光源１０を用いる。もちろん、レーザ光源の代わりに、ＬＥＤ光源をビーム集光用の光学部品や光量の変調部品とともに用いても良い。光ビームのスポット径（ビーム径）は、その放射強度がピーク値または光軸上の値の１／ｅ２（１３．５％）となる所をスポット径とする定義にてφ１ｍｍ以下の大きさとし、表示する映像が所望の解像度を満足するようにしている。各レーザ光源１０ｒ，１０ｇ，１０ｂの波長は、λｒ＝６４０ｎｍ、λｇ＝５３０ｎｍ、λｂ＝４５０ｎｍの可視光とする。
【００２０】
偏光変換部１４では、タイミング生成部３からの左眼映像と右眼映像の切替信号（ＬＲ＿ＳＷ）を基準に、左眼／右眼の表示期間に合わせ、時分割でそれぞれ透過（Ｐ偏光出力）と偏光変換（Ｓ偏光出力）とを繰り返す。
【００２１】
２軸の揺動ミラー６，７は、反射ミラーを２次元的に揺動するものであり、その駆動方式は電磁誘導、圧電駆動、静電駆動等いずれでも良い。また、揺動ミラー６，７の具体例を示せば、表示画面を水平方向走査（Ｈ＿ｓｃａｎ）する揺動ミラー６はφＬ＝１．５ｍｍの大きさで、揺動周期は２５ｋＨｚである。一方表示画面を垂直方向走査（Ｖ＿ｓｃａｎ）する揺動ミラー７は、６０Ｈｚの周期で揺動する。ミラー駆動部５は揺動ミラー６，７に対して、２５ｋＨｚの水平駆動信号（Ｈ＿ｄｒｉｖｅ）と、６０Ｈｚの垂直駆動信号（Ｖ＿ｄｒｉｖｅ）とを供給する。また、水平／垂直駆動信号の振幅を変えることで、揺動ミラー６，７の水平／垂直方向の揺動角（回転角）を調整する。なお、垂直駆動では画面内を一方向（例えば上から下方向）に走査するが、水平駆動では画面内を２方向（左から右方向と、右から左方向）に往復して走査する。
【００２２】
接眼部１７Ｌ／Ｒでは眼幅調整を行う。揺動ミラー６から右眼１８Ｒまでの固定の光路長をｄ、使用者の眼幅をΔｄとすると、揺動ミラー６から左眼１８Ｌまでの光路長はｄ＋Δｄとなる。目幅調整では、接眼部１７Ｒの位置を使用者の右眼１８Ｒに合わせた後、図示しない調整機構を用いて、接眼部１７Ｌの位置を移動させ使用者の左眼１８Ｌに合致させる。この調整はＨＭＤ装着時だけでなく、映像表示中であっても良い。
【００２３】
ミラー制御部４とミラー駆動部５は、接眼部１７Ｌ／Ｒから固定の光路長ｄと調整後の眼幅Δｄの情報を取得すると、左眼と右眼においてそれぞれ所望の走査範囲となるよう、揺動ミラー６，７の揺動条件を設定して駆動する。また画像処理部８は、左眼と右眼においてそれぞれが所望の映像表示サイズとなるよう、画像処理条件を設定して処理する。
【００２４】
このように本実施例では、使用者の眼幅Δｄにより生じる揺動ミラー６，７からの光路長の差に応じて揺動ミラー６，７の揺動角を設定し、左眼映像表示と右眼映像表示の際、揺動ミラー６，７の揺動角を切り替えることに特徴がある。
【００２５】
図２は、左眼と右眼の映像表示のタイミング信号を示す図である。図面上側は画面垂直方向のタイミング信号、下側は画面水平方向のタイミング信号を示す。
【００２６】
タイミング生成部３は、ミラー駆動部５で検出した揺動ミラー６，７の揺動位置信号（Ｖ＿ｐｏｓｉｔｉｏｎ、Ｈ＿ｐｏｓｉｔｉｏｎ）から垂直／水平開始基準信号（Ｖ＿ｓｔａｒｔ、Ｈ＿ｓｔａｒｔ）を生成し、これを基に映像信号のフレーム開始信号（Ｖ＿ｓｙｎｃ）とライン開始信号（Ｈ＿ｓｙｎｃ）を生成する。さらにタイミング生成部３は、左眼（Ｌ−ｃｈ）と右眼（Ｒ−ｃｈ）の時分割表示を実現するため、左眼と右眼とでミラー駆動信号（Ｖ＿ｄｒｉｖｅ、Ｈ＿ｄｒｉｖｅ）を切り替える切替信号（ＬＲ＿ＳＷ＿Ｍ）と、左眼と右眼とで映像表示期間（Ｖ＿ｄｉｓｐ、Ｈ＿ｄｉｓｐ）を切り替える切替信号（ＬＲ＿ＳＷ）を生成する。
【００２７】
揺動角の調整では、揺動ミラー６から右眼までの光路長ｄ、左眼までの光路長ｄ＋Δｄに対し、左右の接眼部１７Ｌ／Ｒでの水平／垂直走査量（ラスタスキャン量）ＲＳｈ／ＲＳｖが一致するように、ミラー６，７の左／右眼の揺動角θＬ／Ｒを定める。例えば、右眼までの光路長ｄ＝５０ｍｍ、目幅Δｄ＝８０ｍｍの場合、水平ラスタスキャン量ＲＳｈ＝１０ｍｍとするには、水平揺動ミラー６の左眼用揺動角θＬ＝ａｔａｎ（ＲＳｈ／２／（ｄ＋Δｄ））＝±２．２°、右眼用揺動角θＲ＝ａｔａｎ（ＲＳｈ／２／ｄ）＝±５．７°の関係となる。垂直揺動ミラー７についても垂直ラスタスキャン量ＲＳｖに応じて同様に決定する。
【００２８】
ミラー駆動部５は揺動ミラー６，７に対し、上記の揺動角θＬ／Ｒで揺動するように駆動信号（Ｈ＿ｄｒｉｖｅ、Ｖ＿ｄｒｉｖｅ）を与える。揺動角が駆動電圧に比例すると仮定すれば、図２で示すように、右眼用駆動期間の駆動信号の振幅を５．７（相対値）、左眼用駆動期間の駆動信号の振幅を２．２（相対値）に設定することで、左／右眼での水平／垂直ラスタスキャン量ＲＳｈ／ＲＳｖを一致させることができる。
【００２９】
さらにタイミング生成部３では、上記揺動ミラー６，７の揺動条件に合わせて、左右の接眼部１７Ｌ／Ｒでの映像表示領域と解像度が合致するように映像表示領域（期間）信号（Ｖ＿ｄｉｓｐ、Ｈ＿ｄｉｓｐ）、並びに左／右眼用の画素クロック（ｃｌｋ＿ｌ、ｃｌｋ＿ｒ）を生成する。画像処理部８では、入力した左／右眼用の映像信号Ｖｉｄｅｏに対し、上記映像表示領域信号（Ｖ＿ｄｉｓｐ、Ｈ＿ｄｉｓｐ）と画素クロック（ｃｌｋ＿ｌ、ｃｌｋ＿ｒ）に同期するよう、フレームレート変換、スケーリングや解像度変換等を施して光源駆動部９に出力する。
【００３０】
垂直方向の映像表示領域信号（Ｖ＿ｄｉｓｐ）は、垂直同期信号（Ｖ＿ｓｙｎｃ）を基準に、右眼表示開始時間ｔ１、右眼表示領域時間ｔ２、左眼表示開始時間ｔ３、左眼表示領域時間ｔ４を定める信号である。また水平方向の映像表示領域信号（Ｈ＿ｄｉｓｐ）は、上記右眼表示領域時間ｔ２と左眼表示領域時間ｔ４の期間内に、水平同期信号（Ｈ＿ｓｙｎｃ）を基準に、走査方向を順方向（左から右方向）と逆方向（右から左方向）に区別して定める。右眼については、順方向表示開始時間ｔ２１、順方向表示領域時間ｔ２２、逆方向表示開始時間ｔ２３、逆方向表示領域時間ｔ２４を定め、左眼については、順方向表示開始時間ｔ４１、順方向表示領域時間ｔ４２、逆方向表示開始時間ｔ４３、逆方向表示領域時間ｔ４４を定める。
【００３１】
本実施例の構成では、上記したように左／右眼で走査領域（ラスタスキャン量）を一致させているので、映像表示領域信号（Ｖ＿ｄｉｓｐ、Ｈ＿ｄｉｓｐ）と画素クロック（ｃｌｋ＿ｌ、ｃｌｋ＿ｒ）は、左眼と右眼で同じ条件とする。
【００３２】
図５は、左眼と右眼の走査領域と映像表示領域を示す図である。接眼部１７Ｌ／Ｒにおける走査領域２０Ｌ／Ｒと映像表示領域２１Ｌ／Ｒは、上記したように左右両眼で同一条件で駆動されている。しかしながら、使用者の個人差やＨＭＤの使用状況により立体映像を違和感なく視認するためには、左右両眼での輻輳距離や視距離を一致させる必要があり、そのために映像表示位置の微調整を行う。表示位置のシフト調整は、図２における映像表示領域信号（Ｖ＿ｄｉｓｐ、Ｈ＿ｄｉｓｐ）の中で、垂直方向表示開始時間ｔ１、ｔ３と、水平方向表示開始時間ｔ２１、ｔ２３、ｔ４１、ｔ４３を調整する。これにより、図５に示す走査領域２０Ｌ／Ｒ中の映像表示領域２１Ｌ／Ｒを上下左右にシフトさせ、使用者は立体映像を違和感なく視認することができる。
【００３３】
以上のように本実施例では、単一の表示素子を用いた両眼タイプのＨＭＤにおいて、個々人の眼幅を調整する際、あるいは輻輳距離や視距離を一致させるよう各種調整する際、タイミング信号をもとに電気的に調整する構成としたので、特別なレンズ系や収差補正や歪み補正等の光学系構成が不要となる。よって、装置のサイズや重量の低減につながり、ＨＭＤ本来の利便性や携帯性を損なわずに実現できる。
【００３４】
また、単一の表示素子を用いて、左右同一あるいは異なる映像を表示して立体視する場合でかつ外景を同時に見るタイプのＨＭＤにおいて、視認する外景の明るさを維持することができる。
また、同一素子を時分割で利用する装置で特有の映像の色割れ感や左右映像のクロストーク（混合）等の視認性劣化を低減できる。
【００３５】
さらに、視野内の外景に点滅体が存在する際であっても、外光を遮る期間がないため、点滅体の点滅周期と表示素子の動作周期との関係によるフリッカ（点滅）も発生しない。
また、偏光メガネや偏光シャッター眼鏡を介さない構成であるため、外光の偏光成分を保存して視認できることから、外景の明るさ低減も抑えることができる。
【００３６】
なお、本実施例において次のような変形や置き換えが可能である。
本実施例では左眼と右眼の映像切り替えにＰ／Ｓ偏光の切り替えとしたが、右円／左円偏光としても良い。
光源がＬＥＤ素子や蛍光体励起光などのように無偏光な光源の場合、Ｐ／Ｓ偏光のいずれかの偏光成分に揃えても良く、あるいは偏光変換部１４がＰ偏光あるいはＳ偏光成分を時分割で選択するものであっても良い。
【００３７】
揺動ミラー６，７はミラー面を機械的に揺動させる構成としたが、電気的に光の回折・屈折量を制御する電気偏向素子で構成しても良い。
揺動ミラー６から接眼部１７Ｌ／Ｒまでの光路は、図１の構成に限定されるものではなく、左／右眼で偏光成分が異る構成であれば左眼側から入射する構成でも良い。
【００３８】
ラスタスキャン量は、直接描画を前提とした光学系で説明したが、ビーム径に見合った拡大・縮小光学系を例えば接眼部１７Ｌ／Ｒに配してラスタスキャン量を調整する構成でも良い。
接眼部１７Ｌ／Ｒに左眼／右眼の注視点を検出する検出器を付加し、注視点情報に基づき映像表示領域をシフトさせる構成としても良い。
【実施例２】
【００３９】
図３は、本発明の第２の実施例による映像表示装置を示す構成図である。本実施例は、第１の実施例（図１）の構成において、左／右眼用の駆動期間で水平方向の揺動ミラー６の揺動条件（Ｈ＿ｄｒｉｖｅ）を同一とし、画像処理部８から出力される左／右眼用の映像信号の水平方向の表示期間の長さを異なるように構成したものである。以下、表示期間の変更を「スケーリング処理」と呼ぶことにする。この方式は、揺動ミラー６の共振周波数特性の影響で、揺動ミラー６の揺動角（振幅）を左／右眼用の駆動期間で高速（例えば２５ｋＨｚ）に切り替えるのが困難な場合に有効となる。
【００４０】
本実施例では水平方向の左／右眼の揺動角を同一（θＬ＝θＲ）としているため、左／右眼の水平ラスタスキャン量ＲＳｈはそれぞれの光路長に比例し、眼幅Δｄに相当する分だけ差が生じる。実施例１での数値条件においては、左眼の水平ラスタスキャン量ＲＳｈは右眼の１３０／５０＝２．６倍に拡大するので、左眼用の映像表示期間を１／２．６倍に縮小（スケーリング処理）して左／右眼での表示サイズを一致させる。一方、垂直方向のラスタスキャン量ＲＳｖは左／右眼で同一であるので、スケーリング処理は行わない。
【００４１】
図４は、左眼と右眼の映像表示のタイミング信号を示す図である。図面上側は画面垂直方向のタイミング信号を、下側は画面水平方向のタイミング信号を示す。揺動ミラー７に対する垂直駆動信号（Ｖ＿ｄｒｉｖｅ）は、実施例１（図２）と同様に左眼と右眼で異なる振幅を与えるが、水平駆動信号（Ｈ＿ｄｒｉｖｅ）は左眼と右眼で同一の振幅を与える。
【００４２】
垂直方向の映像表示領域信号（Ｖ＿ｄｉｓｐ）については、左眼と右眼は同じ条件で良い。水平方向の映像表示領域信号（Ｈ＿ｄｉｓｐ）については、左眼と右眼で同一の映像表示領域となるようにスケーリング処理を行い、左眼の表示領域時間をｔ４２’，ｔ４４’に短縮し、左眼の表示開始時間をｔ４１’，ｔ４３’に変更する。また、表示領域時間を短縮した分、左眼の表示映像の解像度を維持するため、画素クロック（ｃｌｋ＿ｌ）の周波数（変調速度）を上げる。さらに、画素当りの発光時間に応じて所望の輝度が得られるようにレーザ光源１０ｒ／ｇ／ｂの増幅度を調整して駆動する。
【００４３】
図６は、左眼と右眼の走査領域と映像表示領域を示す図である。走査領域２０Ｌ／Ｒは左右で異なるものの、映像表示領域２１Ｌ／Ｒは左右で同一とすることができる。さらに、左右両眼での輻輳距離や視距離を一致させるための表示領域のシフト調整は、実施例１と同様に、図４における垂直方向表示開始時間ｔ１、ｔ３と、水平方向表示開始時間ｔ２１、ｔ２３、ｔ４１’、ｔ４３’を調整する。
【００４４】
本実施例では、揺動ミラーの高周波数特性が制限される場合でも、左右の表示領域が同一となるよう電気的に処理することができる。また、個々人の眼幅を調整する際、あるいは輻輳距離や視距離を一致させるよう各種調整する際、タイミング信号をもとに電気的に調整する構成としたので、特別なレンズ系や収差補正や歪み補正等の光学系構成が不要となる。
【００４５】
なお、上記実施例では水平方向の揺動ミラー６の揺動条件（Ｈ＿ｄｒｉｖｅ）を左／右眼で同一としたが、さらに、垂直方向の揺動ミラー７の揺動条件（Ｖ＿ｄｒｉｖｅ）を左／右眼で同一とすることも可能である。その場合には、左／右眼用の映像信号の垂直方向の表示期間についてもスケーリング処理を施してやれば良い。
【実施例３】
【００４６】
図７は、本発明の第３の実施例による映像表示装置を示す構成図である。本実施例は、第１の実施例（図１）の構成において、偏光変換部１４をなくし、レーザ光源１０ｒ／ｇ／ｂとして各波長毎に偏光方向が異なる２素子の光源を用いた構成である。ここでは偏光状態がＰ偏光とＳ偏光の２素子を配置し、計６本のビーム光を出射する。光合波部１２はこれらを合成して同一軸上に揃え１本のビーム光１３’に合成する。
【００４７】
本実施例において光源駆動部９’は、実施例１で示した切替信号（ＬＲ＿ＳＷ）のタイミングで、レーザ光源１０ｒ／ｇ／ｂのそれぞれ２素子（Ｐ偏光とＳ偏光用）の駆動／停止を切り替える。そして実施例１で述べたように、揺動ミラー６，７の揺動角を左眼と右眼で切り替えることで、図５に示したように接眼部１７Ｌ／Ｒにおける左右の映像表示領域２１Ｌ／Ｒを同一にする。
【００４８】
あるいは他の方式として、光源駆動部９’はレーザ光源１０ｒ／ｇ／ｂからＰ偏光とＳ偏光を同時に出射させ、接眼部１７Ｌ／Ｒへは左眼用の映像と右眼用の映像を同時に表示することもできる。この場合、合成したビーム光１３’には、左眼用のＰ偏光と右眼用のＳ偏光が重畳されているので、揺動ミラー６，７は単一の揺動条件で駆動させる。その際、実施例２で述べた画像処理（水平方向と垂直方向のスケーリング処理）を左眼用（Ｐ偏光）の映像信号に施すことで、図６に示したように接眼部１７Ｌ／Ｒにおける左右の映像表示領域２１Ｌ／Ｒを同一にすることができる。
【実施例４】
【００４９】
図８は、本発明の第４の実施例による映像表示装置を示す構成図である。本実施例は、第１の実施例（図１）の構成において、ＣＤ／ＤＶＤ等のピックアップ装置等で用いられる可動型のフォーカスレンズ機構１９を、偏光変換部１４と揺動ミラー６，７の間のビーム光路上に配置したものである。そして、前述の左眼映像と右眼映像の切替信号（ＬＲ＿ＳＷ）によりフォーカス位置を切り替え、接眼部１７Ｌ／Ｒにおいて左右映像とも同一のビーム径となるように制御する。ビーム径を調整することで、左右映像の光路長が異なってもいずれも所望の解像度を得ることができる。フォーカス位置は眼球の網膜上であっても良い。
【００５０】
本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成で置き換えたり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えたりすることも可能である。
【００５１】
また上記した各実施例では、ＨＭＤに好適な映像表示装置を説明したが、眼球への直接描画に限らず、投射領域を異ならしめた少なくとも２つの映像（同一画角あるいは異なる画角）を表示するようにした投射表示装置にも適用可能であり、同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００５２】
１…眼幅信号（Δｄ）、２…映像信号、３…タイミング生成部、４…ミラー制御部、５…ミラー駆動部、６，７…２軸揺動ミラー、８…画像処理部、９，９’…光源駆動部、１０ｒ／ｇ／ｂ…光源、１１…コリメートレンズ、１２…光合波部、１３，１３’…ビーム光、１４…偏光変換部、１５…偏光ビームスプリッタ、１６…ミラー，１７Ｌ／Ｒ…接眼部、１８Ｌ／Ｒ…左／右眼、１９…フォーカスレンズ機構、２０Ｌ／Ｒ…走査領域、２１Ｌ／Ｒ…映像表示領域、Ｖ＿ｄｒｉｖｅ，Ｈ＿ｄｒｉｖｅ…ミラー駆動信号、Ｖ＿ｄｉｓｐ，Ｈ＿ｄｉｓｐ…映像表示領域信号。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揺動回転する反射ミラーに光ビームを当て、得られる反射光を表示面に投射走査して映像を表示する映像表示装置に係り、特にヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）に好適な映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）は利便性や携帯性に優れ、表示デバイス技術や視認性技術の向上により、様々な実現形態が提案されている。ＨＭＤの主なタイプとしては、１対の液晶パネルを用いた両眼タイプのゴーグル型やヘッドホン型、１枚の液晶パネルを用いてコンパクトで軽量な単眼タイプの眼鏡型などが知られている。両眼タイプのＨＭＤを使用する場合、個々人で眼幅等が異なるため、個々人の眼幅に合うようにＨＭＤ側に何らかの調整機能を付加し視認性を確保する必要がある。
【０００３】
例えば特許文献１には、眼幅調整を行ってもピントのずれが発生しない光学系を提供するために、１つのオリジナル像からの光束を２つの光束に分割する光路分割手段と、オリジナル像の２次像を結像させるためのリレーレンズ系を備え、リレーレンズ系はオリジナル像の位置に前側焦点が位置する第１リレー系と、２次像の位置に後側焦点が位置する第２リレー系とから成り、光路分割手段は第１リレー系と第２リレー系との間で光路の分割を行う構成としている。
【０００４】
また特許文献２では、立体感を保ちながら視距離と輻輳距離とを一致させ、自然な立体視が可能でメカ機構を不要とするために、立体画像を構成する左右の映像を表示面に表示する表示手段と、輻輳距離が時間的にほぼ固定となるように表示手段で表示される左右の映像の少なくとも一方を水平方向にシフトする映像シフト手段とを備える構成としている。
【０００５】
一方新しい映像表示方式として、光源から発せられた光ビームを反射ミラーなどの偏向手段によって２次元的に偏向することでスクリーン上を走査させ、その残像効果によってスクリーン上に２次元画像を表示する走査型映像表示装置が提案されている。そして、この走査型映像表示装置を上記したＨＭＤへ適用することも可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２８７１８８号公報
【特許文献２】特開平９−３２２１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献１，２に開示される構成は、単一の表示素子を用いた両眼タイプのＨＭＤにおいて、個々人の眼幅を調整する際、あるいは輻輳距離や視距離を一致させるよう各種調整する際、レンズ系や収差補正や歪み補正等の光学系構成が複雑となり、装置のサイズや重量の増大につながり、ＨＭＤ本来の利便性や携帯性を損なう恐れがある。
【０００８】
また、単一の表示素子を用いて、左右異なる映像を表示して立体視する場合、シャッター式メガネで映像を時分割する方法や、偏光メガネにより映像を時分割、あるいは領域分割して実現する手法が一般的である。外景を同時に見るタイプのＨＭＤの場合、時分割あるいは偏光分離される分、視認する外景の偏光成分が遮蔽され、明るさが低減する恐れがある。また、視界内に調整機構が入ることで、視界の閉塞感を助長する恐れがある。
【０００９】
本発明の目的は、両眼タイプのＨＭＤにおいて個々人の眼幅を調整する際、あるいは輻輳距離や視距離を一致させるよう各種調整する際、特別なレンズ系や収差補正や歪み補正等の光学系構成を不要とする映像表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ビーム光を２次元的に偏向し両眼タイプの表示面にそれぞれ映像を表示する映像表示装置において、ビーム光を出射する光源と、入力する映像信号を処理し両眼タイプの表示面に表示する左／右眼用映像信号を出力する画像処理部と、左／右眼用映像信号に応じて光源を駆動しビーム光を出射させる光源駆動部と、ビーム光を反射ミラーによって２次元的に偏向する揺動ミラーと、揺動ミラーを左／右眼用映像信号に同期して所定の角度で揺動回転させるミラー駆動部と、揺動ミラーからのビーム光を左／右眼用のビームに分離し、それぞれ左／右眼用の表示面に導く接眼光学系と、を備える。ここに接眼光学系は、左／右眼用の表示面の間隔である眼幅を調整可能であり、ミラー駆動部は、接眼光学系の眼幅の調整により生じる揺動ミラーから左／右眼用の表示面までの光路長の差に応じて、左／右眼用映像信号に対する揺動ミラーの揺動回転角度を異ならせて駆動する。
【００１１】
あるいは前記映像表示装置において、前記接眼光学系は、左／右眼用の表示面の間隔である眼幅を調整可能であり、前記画像処理部は、接眼光学系の眼幅の調整により生じる揺動ミラーから左／右眼用の表示面までの光路長の差に応じて、左／右眼用映像信号の表示期間の長さを異ならせて出力する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の映像表示装置では、両眼タイプのＨＭＤにおいて個々人の眼幅を調整する際、あるいは輻輳距離や視距離を一致させるよう各種調整する際、特別なレンズ系や収差補正や歪み補正等の光学系構成が不要であり、装置のサイズや重量の低減につながり、ＨＭＤ本来の利便性や携帯性を活かすことができる。
【００１３】
また、単一の表示素子を用いて左右同一あるいは異なる映像を表示して立体視する場合で、かつ外景を同時に見るタイプのＨＭＤにおいて、視認する外景の明るさを維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施例による映像表示装置を示す構成図である（実施例１）。
【図２】実施例１における左眼と右眼の映像表示のタイミング信号を示す図である。
【図３】第２の実施例による映像表示装置を示す構成図である（実施例２）。
【図４】実施例２における左眼と右眼の映像表示のタイミング信号を示す図である。
【図５】実施例１における左眼と右眼の走査領域と映像表示領域を示す図である。
【図６】実施例２における左眼と右眼の走査領域と映像表示領域を示す図である。
【図７】第３の実施例による映像表示装置を示す構成図である（実施例３）。
【図８】第４の実施例による映像表示装置を示す構成図である（実施例４）。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施例による映像表示装置を示す構成図である。本実施例は、単一の表示素子を用いて、時分割で左右同一あるいは異なる映像を表示して立体視するタイプであり、かつ外景を同時に見るタイプのＨＭＤの場合である。表示方式は、光源から発せられた光ビームを揺動ミラーで反射し、左右の表示面に投射し２次元的に走査させて映像を表示する方式である。映像表示装置を光学系と制御系に分けて説明する。
【００１７】
光学系の構成は、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）色のレーザ光源１０ｒ／ｇ／ｂ、コリメートレンズ１１、ミラーとダイクロイックプリズムで構成し各色のレーザ光を合成する光合波部１２、時分割で透過と偏光変換を繰り返す偏光変換部１４、ビーム光を２次元的に偏向する２軸揺動ミラー６，７、接眼光学系として偏光ビームスプリッタ１５、ミラー１６、左右の接眼部１７Ｌ／Ｒを有し、表示面である使用者の左／右眼１８Ｌ／Ｒに右眼側から映像を投射する構成である。各レーザ光源１０からは、映像信号で変調された同一の偏光状態（本実施例ではＰ偏光）のビーム光が出射され、光合波部１２にて同軸上に揃ったビーム光１３となる。ビーム光は偏光変換部１４にて、時分割でＰ偏光とＳ偏光とに交互に切り替えられ、２軸揺動ミラー６，７は所定の角度で反射ミラーを水平及び垂直方向に揺動回転することで、ビーム光を２次元的に偏向する。偏光ビームスプリッタ１５では、偏向されたビーム光がＳ偏光のときは反射され右眼用の接眼部１７Ｒへ進み、Ｐ偏光のときは透過してミラー１６を介し左眼用の接眼部１７Ｌへ進み、それぞれ表示面である使用者の右眼１８Ｒと左眼１８Ｌに導かれて映像を表示する。
【００１８】
制御系の構成は、タイミング信号を生成するタイミング生成部３、揺動ミラー６，７の揺動条件を設定するミラー制御部４、揺動ミラー６，７を駆動するミラー駆動部５、入力映像信号を処理して表示用映像信号を生成する画像処理部８、レーザ光源１０を駆動する光源駆動部９を有する。入力した映像信号２は画像処理部８にて左眼用と右眼用の映像信号に分離され、光源駆動部９はそれぞれの映像信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に応じてレーザ光源１０に駆動信号を供給する。タイミング生成部３は、揺動ミラー６，７の揺動タイミングに合わせて、左眼用と右眼用の映像信号の表示タイミングを決定し、また偏光変換部１４のＰ偏光／Ｓ偏光切り替えを制御する。また、使用者の左／右眼１８Ｌ／Ｒの間隔（眼幅Δｄ）を示す眼幅信号１は、タイミング生成部３に入力してミラー制御部４に送られる。ミラー制御部４では、眼幅Δｄに応じて左眼表示と右眼表示の揺動ミラー６，７の揺動角を設定し、ミラー駆動部５は揺動ミラー６，７に対し揺動角に応じた駆動信号を供給する。
【００１９】
以下、各部の構成を説明する。本実施例の光源には、ビーム光の光量を高速で容易に変調できるレーザ光源１０を用いる。もちろん、レーザ光源の代わりに、ＬＥＤ光源をビーム集光用の光学部品や光量の変調部品とともに用いても良い。光ビームのスポット径（ビーム径）は、その放射強度がピーク値または光軸上の値の１／ｅ２（１３．５％）となる所をスポット径とする定義にてφ１ｍｍ以下の大きさとし、表示する映像が所望の解像度を満足するようにしている。各レーザ光源１０ｒ，１０ｇ，１０ｂの波長は、λｒ＝６４０ｎｍ、λｇ＝５３０ｎｍ、λｂ＝４５０ｎｍの可視光とする。
【００２０】
偏光変換部１４では、タイミング生成部３からの左眼映像と右眼映像の切替信号（ＬＲ＿ＳＷ）を基準に、左眼／右眼の表示期間に合わせ、時分割でそれぞれ透過（Ｐ偏光出力）と偏光変換（Ｓ偏光出力）とを繰り返す。
【００２１】
２軸の揺動ミラー６，７は、反射ミラーを２次元的に揺動するものであり、その駆動方式は電磁誘導、圧電駆動、静電駆動等いずれでも良い。また、揺動ミラー６，７の具体例を示せば、表示画面を水平方向走査（Ｈ＿ｓｃａｎ）する揺動ミラー６はφＬ＝１．５ｍｍの大きさで、揺動周期は２５ｋＨｚである。一方表示画面を垂直方向走査（Ｖ＿ｓｃａｎ）する揺動ミラー７は、６０Ｈｚの周期で揺動する。ミラー駆動部５は揺動ミラー６，７に対して、２５ｋＨｚの水平駆動信号（Ｈ＿ｄｒｉｖｅ）と、６０Ｈｚの垂直駆動信号（Ｖ＿ｄｒｉｖｅ）とを供給する。また、水平／垂直駆動信号の振幅を変えることで、揺動ミラー６，７の水平／垂直方向の揺動角（回転角）を調整する。なお、垂直駆動では画面内を一方向（例えば上から下方向）に走査するが、水平駆動では画面内を２方向（左から右方向と、右から左方向）に往復して走査する。
【００２２】
接眼部１７Ｌ／Ｒでは眼幅調整を行う。揺動ミラー６から右眼１８Ｒまでの固定の光路長をｄ、使用者の眼幅をΔｄとすると、揺動ミラー６から左眼１８Ｌまでの光路長はｄ＋Δｄとなる。目幅調整では、接眼部１７Ｒの位置を使用者の右眼１８Ｒに合わせた後、図示しない調整機構を用いて、接眼部１７Ｌの位置を移動させ使用者の左眼１８Ｌに合致させる。この調整はＨＭＤ装着時だけでなく、映像表示中であっても良い。
【００２３】
ミラー制御部４とミラー駆動部５は、接眼部１７Ｌ／Ｒから固定の光路長ｄと調整後の眼幅Δｄの情報を取得すると、左眼と右眼においてそれぞれ所望の走査範囲となるよう、揺動ミラー６，７の揺動条件を設定して駆動する。また画像処理部８は、左眼と右眼においてそれぞれが所望の映像表示サイズとなるよう、画像処理条件を設定して処理する。
【００２４】
このように本実施例では、使用者の眼幅Δｄにより生じる揺動ミラー６，７からの光路長の差に応じて揺動ミラー６，７の揺動角を設定し、左眼映像表示と右眼映像表示の際、揺動ミラー６，７の揺動角を切り替えることに特徴がある。
【００２５】
図２は、左眼と右眼の映像表示のタイミング信号を示す図である。図面上側は画面垂直方向のタイミング信号、下側は画面水平方向のタイミング信号を示す。
【００２６】
タイミング生成部３は、ミラー駆動部５で検出した揺動ミラー６，７の揺動位置信号（Ｖ＿ｐｏｓｉｔｉｏｎ、Ｈ＿ｐｏｓｉｔｉｏｎ）から垂直／水平開始基準信号（Ｖ＿ｓｔａｒｔ、Ｈ＿ｓｔａｒｔ）を生成し、これを基に映像信号のフレーム開始信号（Ｖ＿ｓｙｎｃ）とライン開始信号（Ｈ＿ｓｙｎｃ）を生成する。さらにタイミング生成部３は、左眼（Ｌ−ｃｈ）と右眼（Ｒ−ｃｈ）の時分割表示を実現するため、左眼と右眼とでミラー駆動信号（Ｖ＿ｄｒｉｖｅ、Ｈ＿ｄｒｉｖｅ）を切り替える切替信号（ＬＲ＿ＳＷ＿Ｍ）と、左眼と右眼とで映像表示期間（Ｖ＿ｄｉｓｐ、Ｈ＿ｄｉｓｐ）を切り替える切替信号（ＬＲ＿ＳＷ）を生成する。
【００２７】
揺動角の調整では、揺動ミラー６から右眼までの光路長ｄ、左眼までの光路長ｄ＋Δｄに対し、左右の接眼部１７Ｌ／Ｒでの水平／垂直走査量（ラスタスキャン量）ＲＳｈ／ＲＳｖが一致するように、ミラー６，７の左／右眼の揺動角θＬ／Ｒを定める。例えば、右眼までの光路長ｄ＝５０ｍｍ、目幅Δｄ＝８０ｍｍの場合、水平ラスタスキャン量ＲＳｈ＝１０ｍｍとするには、水平揺動ミラー６の左眼用揺動角θＬ＝ａｔａｎ（ＲＳｈ／２／（ｄ＋Δｄ））＝±２．２°、右眼用揺動角θＲ＝ａｔａｎ（ＲＳｈ／２／ｄ）＝±５．７°の関係となる。垂直揺動ミラー７についても垂直ラスタスキャン量ＲＳｖに応じて同様に決定する。
【００２８】
ミラー駆動部５は揺動ミラー６，７に対し、上記の揺動角θＬ／Ｒで揺動するように駆動信号（Ｈ＿ｄｒｉｖｅ、Ｖ＿ｄｒｉｖｅ）を与える。揺動角が駆動電圧に比例すると仮定すれば、図２で示すように、右眼用駆動期間の駆動信号の振幅を５．７（相対値）、左眼用駆動期間の駆動信号の振幅を２．２（相対値）に設定することで、左／右眼での水平／垂直ラスタスキャン量ＲＳｈ／ＲＳｖを一致させることができる。
【００２９】
さらにタイミング生成部３では、上記揺動ミラー６，７の揺動条件に合わせて、左右の接眼部１７Ｌ／Ｒでの映像表示領域と解像度が合致するように映像表示領域（期間）信号（Ｖ＿ｄｉｓｐ、Ｈ＿ｄｉｓｐ）、並びに左／右眼用の画素クロック（ｃｌｋ＿ｌ、ｃｌｋ＿ｒ）を生成する。画像処理部８では、入力した左／右眼用の映像信号Ｖｉｄｅｏに対し、上記映像表示領域信号（Ｖ＿ｄｉｓｐ、Ｈ＿ｄｉｓｐ）と画素クロック（ｃｌｋ＿ｌ、ｃｌｋ＿ｒ）に同期するよう、フレームレート変換、スケーリングや解像度変換等を施して光源駆動部９に出力する。
【００３０】
垂直方向の映像表示領域信号（Ｖ＿ｄｉｓｐ）は、垂直同期信号（Ｖ＿ｓｙｎｃ）を基準に、右眼表示開始時間ｔ１、右眼表示領域時間ｔ２、左眼表示開始時間ｔ３、左眼表示領域時間ｔ４を定める信号である。また水平方向の映像表示領域信号（Ｈ＿ｄｉｓｐ）は、上記右眼表示領域時間ｔ２と左眼表示領域時間ｔ４の期間内に、水平同期信号（Ｈ＿ｓｙｎｃ）を基準に、走査方向を順方向（左から右方向）と逆方向（右から左方向）に区別して定める。右眼については、順方向表示開始時間ｔ２１、順方向表示領域時間ｔ２２、逆方向表示開始時間ｔ２３、逆方向表示領域時間ｔ２４を定め、左眼については、順方向表示開始時間ｔ４１、順方向表示領域時間ｔ４２、逆方向表示開始時間ｔ４３、逆方向表示領域時間ｔ４４を定める。
【００３１】
本実施例の構成では、上記したように左／右眼で走査領域（ラスタスキャン量）を一致させているので、映像表示領域信号（Ｖ＿ｄｉｓｐ、Ｈ＿ｄｉｓｐ）と画素クロック（ｃｌｋ＿ｌ、ｃｌｋ＿ｒ）は、左眼と右眼で同じ条件とする。
【００３２】
図５は、左眼と右眼の走査領域と映像表示領域を示す図である。接眼部１７Ｌ／Ｒにおける走査領域２０Ｌ／Ｒと映像表示領域２１Ｌ／Ｒは、上記したように左右両眼で同一条件で駆動されている。しかしながら、使用者の個人差やＨＭＤの使用状況により立体映像を違和感なく視認するためには、左右両眼での輻輳距離や視距離を一致させる必要があり、そのために映像表示位置の微調整を行う。表示位置のシフト調整は、図２における映像表示領域信号（Ｖ＿ｄｉｓｐ、Ｈ＿ｄｉｓｐ）の中で、垂直方向表示開始時間ｔ１、ｔ３と、水平方向表示開始時間ｔ２１、ｔ２３、ｔ４１、ｔ４３を調整する。これにより、図５に示す走査領域２０Ｌ／Ｒ中の映像表示領域２１Ｌ／Ｒを上下左右にシフトさせ、使用者は立体映像を違和感なく視認することができる。
【００３３】
以上のように本実施例では、単一の表示素子を用いた両眼タイプのＨＭＤにおいて、個々人の眼幅を調整する際、あるいは輻輳距離や視距離を一致させるよう各種調整する際、タイミング信号をもとに電気的に調整する構成としたので、特別なレンズ系や収差補正や歪み補正等の光学系構成が不要となる。よって、装置のサイズや重量の低減につながり、ＨＭＤ本来の利便性や携帯性を損なわずに実現できる。
【００３４】
また、単一の表示素子を用いて、左右同一あるいは異なる映像を表示して立体視する場合でかつ外景を同時に見るタイプのＨＭＤにおいて、視認する外景の明るさを維持することができる。
また、同一素子を時分割で利用する装置で特有の映像の色割れ感や左右映像のクロストーク（混合）等の視認性劣化を低減できる。
【００３５】
さらに、視野内の外景に点滅体が存在する際であっても、外光を遮る期間がないため、点滅体の点滅周期と表示素子の動作周期との関係によるフリッカ（点滅）も発生しない。
また、偏光メガネや偏光シャッター眼鏡を介さない構成であるため、外光の偏光成分を保存して視認できることから、外景の明るさ低減も抑えることができる。
【００３６】
なお、本実施例において次のような変形や置き換えが可能である。
本実施例では左眼と右眼の映像切り替えにＰ／Ｓ偏光の切り替えとしたが、右円／左円偏光としても良い。
光源がＬＥＤ素子や蛍光体励起光などのように無偏光な光源の場合、Ｐ／Ｓ偏光のいずれかの偏光成分に揃えても良く、あるいは偏光変換部１４がＰ偏光あるいはＳ偏光成分を時分割で選択するものであっても良い。
【００３７】
揺動ミラー６，７はミラー面を機械的に揺動させる構成としたが、電気的に光の回折・屈折量を制御する電気偏向素子で構成しても良い。
揺動ミラー６から接眼部１７Ｌ／Ｒまでの光路は、図１の構成に限定されるものではなく、左／右眼で偏光成分が異る構成であれば左眼側から入射する構成でも良い。
【００３８】
ラスタスキャン量は、直接描画を前提とした光学系で説明したが、ビーム径に見合った拡大・縮小光学系を例えば接眼部１７Ｌ／Ｒに配してラスタスキャン量を調整する構成でも良い。
接眼部１７Ｌ／Ｒに左眼／右眼の注視点を検出する検出器を付加し、注視点情報に基づき映像表示領域をシフトさせる構成としても良い。
【実施例２】
【００３９】
図３は、本発明の第２の実施例による映像表示装置を示す構成図である。本実施例は、第１の実施例（図１）の構成において、左／右眼用の駆動期間で水平方向の揺動ミラー６の揺動条件（Ｈ＿ｄｒｉｖｅ）を同一とし、画像処理部８から出力される左／右眼用の映像信号の水平方向の表示期間の長さを異なるように構成したものである。以下、表示期間の変更を「スケーリング処理」と呼ぶことにする。この方式は、揺動ミラー６の共振周波数特性の影響で、揺動ミラー６の揺動角（振幅）を左／右眼用の駆動期間で高速（例えば２５ｋＨｚ）に切り替えるのが困難な場合に有効となる。
【００４０】
本実施例では水平方向の左／右眼の揺動角を同一（θＬ＝θＲ）としているため、左／右眼の水平ラスタスキャン量ＲＳｈはそれぞれの光路長に比例し、眼幅Δｄに相当する分だけ差が生じる。実施例１での数値条件においては、左眼の水平ラスタスキャン量ＲＳｈは右眼の１３０／５０＝２．６倍に拡大するので、左眼用の映像表示期間を１／２．６倍に縮小（スケーリング処理）して左／右眼での表示サイズを一致させる。一方、垂直方向のラスタスキャン量ＲＳｖは左／右眼で同一であるので、スケーリング処理は行わない。
【００４１】
図４は、左眼と右眼の映像表示のタイミング信号を示す図である。図面上側は画面垂直方向のタイミング信号を、下側は画面水平方向のタイミング信号を示す。揺動ミラー７に対する垂直駆動信号（Ｖ＿ｄｒｉｖｅ）は、実施例１（図２）と同様に左眼と右眼で異なる振幅を与えるが、水平駆動信号（Ｈ＿ｄｒｉｖｅ）は左眼と右眼で同一の振幅を与える。
【００４２】
垂直方向の映像表示領域信号（Ｖ＿ｄｉｓｐ）については、左眼と右眼は同じ条件で良い。水平方向の映像表示領域信号（Ｈ＿ｄｉｓｐ）については、左眼と右眼で同一の映像表示領域となるようにスケーリング処理を行い、左眼の表示領域時間をｔ４２’，ｔ４４’に短縮し、左眼の表示開始時間をｔ４１’，ｔ４３’に変更する。また、表示領域時間を短縮した分、左眼の表示映像の解像度を維持するため、画素クロック（ｃｌｋ＿ｌ）の周波数（変調速度）を上げる。さらに、画素当りの発光時間に応じて所望の輝度が得られるようにレーザ光源１０ｒ／ｇ／ｂの増幅度を調整して駆動する。
【００４３】
図６は、左眼と右眼の走査領域と映像表示領域を示す図である。走査領域２０Ｌ／Ｒは左右で異なるものの、映像表示領域２１Ｌ／Ｒは左右で同一とすることができる。さらに、左右両眼での輻輳距離や視距離を一致させるための表示領域のシフト調整は、実施例１と同様に、図４における垂直方向表示開始時間ｔ１、ｔ３と、水平方向表示開始時間ｔ２１、ｔ２３、ｔ４１’、ｔ４３’を調整する。
【００４４】
本実施例では、揺動ミラーの高周波数特性が制限される場合でも、左右の表示領域が同一となるよう電気的に処理することができる。また、個々人の眼幅を調整する際、あるいは輻輳距離や視距離を一致させるよう各種調整する際、タイミング信号をもとに電気的に調整する構成としたので、特別なレンズ系や収差補正や歪み補正等の光学系構成が不要となる。
【００４５】
なお、上記実施例では水平方向の揺動ミラー６の揺動条件（Ｈ＿ｄｒｉｖｅ）を左／右眼で同一としたが、さらに、垂直方向の揺動ミラー７の揺動条件（Ｖ＿ｄｒｉｖｅ）を左／右眼で同一とすることも可能である。その場合には、左／右眼用の映像信号の垂直方向の表示期間についてもスケーリング処理を施してやれば良い。
【実施例３】
【００４６】
図７は、本発明の第３の実施例による映像表示装置を示す構成図である。本実施例は、第１の実施例（図１）の構成において、偏光変換部１４をなくし、レーザ光源１０ｒ／ｇ／ｂとして各波長毎に偏光方向が異なる２素子の光源を用いた構成である。ここでは偏光状態がＰ偏光とＳ偏光の２素子を配置し、計６本のビーム光を出射する。光合波部１２はこれらを合成して同一軸上に揃え１本のビーム光１３’に合成する。
【００４７】
本実施例において光源駆動部９’は、実施例１で示した切替信号（ＬＲ＿ＳＷ）のタイミングで、レーザ光源１０ｒ／ｇ／ｂのそれぞれ２素子（Ｐ偏光とＳ偏光用）の駆動／停止を切り替える。そして実施例１で述べたように、揺動ミラー６，７の揺動角を左眼と右眼で切り替えることで、図５に示したように接眼部１７Ｌ／Ｒにおける左右の映像表示領域２１Ｌ／Ｒを同一にする。
【００４８】
あるいは他の方式として、光源駆動部９’はレーザ光源１０ｒ／ｇ／ｂからＰ偏光とＳ偏光を同時に出射させ、接眼部１７Ｌ／Ｒへは左眼用の映像と右眼用の映像を同時に表示することもできる。この場合、合成したビーム光１３’には、左眼用のＰ偏光と右眼用のＳ偏光が重畳されているので、揺動ミラー６，７は単一の揺動条件で駆動させる。その際、実施例２で述べた画像処理（水平方向と垂直方向のスケーリング処理）を左眼用（Ｐ偏光）の映像信号に施すことで、図６に示したように接眼部１７Ｌ／Ｒにおける左右の映像表示領域２１Ｌ／Ｒを同一にすることができる。
【実施例４】
【００４９】
図８は、本発明の第４の実施例による映像表示装置を示す構成図である。本実施例は、第１の実施例（図１）の構成において、ＣＤ／ＤＶＤ等のピックアップ装置等で用いられる可動型のフォーカスレンズ機構１９を、偏光変換部１４と揺動ミラー６，７の間のビーム光路上に配置したものである。そして、前述の左眼映像と右眼映像の切替信号（ＬＲ＿ＳＷ）によりフォーカス位置を切り替え、接眼部１７Ｌ／Ｒにおいて左右映像とも同一のビーム径となるように制御する。ビーム径を調整することで、左右映像の光路長が異なってもいずれも所望の解像度を得ることができる。フォーカス位置は眼球の網膜上であっても良い。
【００５０】
本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成で置き換えたり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えたりすることも可能である。
【００５１】
また上記した各実施例では、ＨＭＤに好適な映像表示装置を説明したが、眼球への直接描画に限らず、投射領域を異ならしめた少なくとも２つの映像（同一画角あるいは異なる画角）を表示するようにした投射表示装置にも適用可能であり、同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００５２】
１…眼幅信号（Δｄ）、２…映像信号、３…タイミング生成部、４…ミラー制御部、５…ミラー駆動部、６，７…２軸揺動ミラー、８…画像処理部、９，９’…光源駆動部、１０ｒ／ｇ／ｂ…光源、１１…コリメートレンズ、１２…光合波部、１３，１３’…ビーム光、１４…偏光変換部、１５…偏光ビームスプリッタ、１６…ミラー，１７Ｌ／Ｒ…接眼部、１８Ｌ／Ｒ…左／右眼、１９…フォーカスレンズ機構、２０Ｌ／Ｒ…走査領域、２１Ｌ／Ｒ…映像表示領域、Ｖ＿ｄｒｉｖｅ，Ｈ＿ｄｒｉｖｅ…ミラー駆動信号、Ｖ＿ｄｉｓｐ，Ｈ＿ｄｉｓｐ…映像表示領域信号。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム光を２次元的に偏向し両眼タイプの表示面にそれぞれ映像を表示する映像表示装置において、
ビーム光を出射する光源と、
入力する映像信号を処理し前記両眼タイプの表示面に表示する左／右眼用映像信号を出力する画像処理部と、
該左／右眼用映像信号に応じて前記光源を駆動しビーム光を出射させる光源駆動部と、
前記ビーム光を反射ミラーによって２次元的に偏向する揺動ミラーと、
該揺動ミラーを前記左／右眼用映像信号に同期して所定の角度で揺動回転させるミラー駆動部と、
前記揺動ミラーからのビーム光を左／右眼用のビームに分離し、それぞれ左／右眼用の表示面に導く接眼光学系と、を備え、
該接眼光学系は、前記左／右眼用の表示面の間隔である眼幅を調整可能であり、
前記ミラー駆動部は、該接眼光学系の眼幅の調整により生じる前記揺動ミラーから前記左／右眼用の表示面までの光路長の差に応じて、前記左／右眼用映像信号に対する前記揺動ミラーの揺動回転角度を異ならせて駆動することを特徴とする映像表示装置。
【請求項２】
ビーム光を２次元的に偏向し両眼タイプの表示面にそれぞれ映像を表示する映像表示装置において、
ビーム光を出射する光源と、
入力する映像信号を処理し前記両眼タイプの表示面に表示する左／右眼用映像信号を生成する画像処理部と、
該左／右眼用映像信号に応じて前記光源を駆動しビーム光を出射させる光源駆動部と、
前記ビーム光を反射ミラーによって２次元的に偏向する揺動ミラーと、
該揺動ミラーを前記左／右眼用映像信号に同期して所定の角度で揺動回転させるミラー駆動部と、
前記揺動ミラーからのビーム光を左／右眼用のビームに分離し、それぞれ左／右眼用の表示面に導く接眼光学系と、を備え、
該接眼光学系は、前記左／右眼用の表示面の間隔である眼幅を調整可能であり、
前記画像処理部は、該接眼光学系の眼幅の調整により生じる前記揺動ミラーから前記左／右眼用の表示面までの光路長の差に応じて、前記左／右眼用映像信号の表示期間の長さを異ならせて出力することを特徴とする映像表示装置。
【請求項３】
ビーム光を２次元的に偏向し両眼タイプの表示面にそれぞれ映像を表示する映像表示装置において、
ビーム光を出射する光源と、
入力する映像信号を処理し前記両眼タイプの表示面に表示する左／右眼用映像信号を生成する画像処理部と、
該左／右眼用映像信号に応じて前記光源を駆動しビーム光を出射させる光源駆動部と、
前記ビーム光を反射ミラーによって２次元的に偏向する揺動ミラーと、
該揺動ミラーを前記左／右眼用映像信号に同期して所定の角度で揺動回転させるミラー駆動部と、
前記揺動ミラーからのビーム光を左／右眼用のビームに分離し、それぞれ左／右眼用の表示面に導く接眼光学系と、を備え、
該接眼光学系は、前記左／右眼用の表示面の間隔である眼幅を調整可能であり、
前記ミラー駆動部は、該接眼光学系の眼幅の調整により生じる前記揺動ミラーから前記左／右眼用の表示面までの光路長の差に応じて、前記左／右眼用映像信号に対する前記揺動ミラーの画面垂直方向の揺動回転角度を異ならせて駆動するとともに、
前記画像処理部は、前記接眼光学系の眼幅の調整により生じる前記揺動ミラーから前記左／右眼用の表示面までの光路長の差に応じて、前記左／右眼用映像信号の画面水平方向の表示期間の長さを異ならせて出力することを特徴とする映像表示装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の映像表示装置において、
前記画像処理部は、前記接眼光学系における左／右眼での輻輳距離または視距離を一致させるため、前記左／右眼用映像信号の表示位置をシフトさせて出力することを特徴とする映像表示装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の映像表示装置において、
前記光源は第１の偏光状態のビーム光を出射するものであり、
前記揺動ミラーの前に、前記ビーム光の偏光状態を前記第１の偏光状態からこれと異なる第２の偏光状態に変換する偏光変換部を有し、
前記揺動ミラーの後に、前記第１の偏光状態のビーム光と前記第２の偏光状態のビーム光を分離する偏光ビームスプリッタを有し、
前記偏光変換部は、前記光源から出射されたビーム光を前記左／右眼用映像信号の切り替えに同期して偏光変換し、前記第１の偏光状態と前記第２の偏光状態のビーム光を交互に出力し、
前記接眼光学系は、前記偏光ビームスプリッタにより分離した前記第１の偏光状態のビーム光と前記第２の偏光状態のビーム光を、前記左／右眼用の表示面に導くことを特徴とする映像表示装置。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の映像表示装置において、
前記光源は、第１の偏光状態のビーム光とこれと異なる第２の偏光状態のビーム光を出射可能であり、
前記光源駆動部は、前記左／右眼用映像信号の切り替えに同期して、前記光源から前記第１の偏光状態と前記第２の偏光状態のビーム光を交互に出力させ、
前記揺動ミラーの後に、前記第１の偏光状態のビーム光と前記第２の偏光状態のビーム光を分離する偏光ビームスプリッタとを有し、
前記接眼光学系は、該偏光ビームスプリッタにより分離した前記第１の偏光状態のビーム光と前記第２の偏光状態のビーム光を、前記左／右眼用の表示面に導くことを特徴とする映像表示装置。
【請求項７】
請求項２に記載の映像表示装置において、
前記光源は、第１の偏光状態のビーム光とこれと異なる第２の偏光状態のビーム光を同時に出射可能であり、
前記光源駆動部は、前記光源から、前記左眼用映像信号に応じた前記第１の偏光状態のビーム光と、前記右眼用映像信号に応じた前記第２の偏光状態のビーム光を同時に出力させ、
前記揺動ミラーの後に、前記第１の偏光状態のビーム光と前記第２の偏光状態のビーム光を分離する偏光ビームスプリッタを有し、
前記接眼光学系は、該偏光ビームスプリッタにより分離した前記第１の偏光状態のビーム光と前記第２の偏光状態のビーム光を、前記左／右眼用の表示面に同時に導くことを特徴とする映像表示装置。
【請求項８】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の映像表示装置において、
前記揺動ミラーの前に可動型のフォーカスレンズ機構を有し、
前記左／右眼用映像信号の切り替えに同期して該フォーカスレンズ機構のフォーカス位置を切り替えることを特徴とする映像表示装置。
【請求項１】
ビーム光を２次元的に偏向し両眼タイプの表示面にそれぞれ映像を表示する映像表示装置において、
ビーム光を出射する光源と、
入力する映像信号を処理し前記両眼タイプの表示面に表示する左／右眼用映像信号を出力する画像処理部と、
該左／右眼用映像信号に応じて前記光源を駆動しビーム光を出射させる光源駆動部と、
前記ビーム光を反射ミラーによって２次元的に偏向する揺動ミラーと、
該揺動ミラーを前記左／右眼用映像信号に同期して所定の角度で揺動回転させるミラー駆動部と、
前記揺動ミラーからのビーム光を左／右眼用のビームに分離し、それぞれ左／右眼用の表示面に導く接眼光学系と、を備え、
該接眼光学系は、前記左／右眼用の表示面の間隔である眼幅を調整可能であり、
前記ミラー駆動部は、該接眼光学系の眼幅の調整により生じる前記揺動ミラーから前記左／右眼用の表示面までの光路長の差に応じて、前記左／右眼用映像信号に対する前記揺動ミラーの揺動回転角度を異ならせて駆動することを特徴とする映像表示装置。
【請求項２】
ビーム光を２次元的に偏向し両眼タイプの表示面にそれぞれ映像を表示する映像表示装置において、
ビーム光を出射する光源と、
入力する映像信号を処理し前記両眼タイプの表示面に表示する左／右眼用映像信号を生成する画像処理部と、
該左／右眼用映像信号に応じて前記光源を駆動しビーム光を出射させる光源駆動部と、
前記ビーム光を反射ミラーによって２次元的に偏向する揺動ミラーと、
該揺動ミラーを前記左／右眼用映像信号に同期して所定の角度で揺動回転させるミラー駆動部と、
前記揺動ミラーからのビーム光を左／右眼用のビームに分離し、それぞれ左／右眼用の表示面に導く接眼光学系と、を備え、
該接眼光学系は、前記左／右眼用の表示面の間隔である眼幅を調整可能であり、
前記画像処理部は、該接眼光学系の眼幅の調整により生じる前記揺動ミラーから前記左／右眼用の表示面までの光路長の差に応じて、前記左／右眼用映像信号の表示期間の長さを異ならせて出力することを特徴とする映像表示装置。
【請求項３】
ビーム光を２次元的に偏向し両眼タイプの表示面にそれぞれ映像を表示する映像表示装置において、
ビーム光を出射する光源と、
入力する映像信号を処理し前記両眼タイプの表示面に表示する左／右眼用映像信号を生成する画像処理部と、
該左／右眼用映像信号に応じて前記光源を駆動しビーム光を出射させる光源駆動部と、
前記ビーム光を反射ミラーによって２次元的に偏向する揺動ミラーと、
該揺動ミラーを前記左／右眼用映像信号に同期して所定の角度で揺動回転させるミラー駆動部と、
前記揺動ミラーからのビーム光を左／右眼用のビームに分離し、それぞれ左／右眼用の表示面に導く接眼光学系と、を備え、
該接眼光学系は、前記左／右眼用の表示面の間隔である眼幅を調整可能であり、
前記ミラー駆動部は、該接眼光学系の眼幅の調整により生じる前記揺動ミラーから前記左／右眼用の表示面までの光路長の差に応じて、前記左／右眼用映像信号に対する前記揺動ミラーの画面垂直方向の揺動回転角度を異ならせて駆動するとともに、
前記画像処理部は、前記接眼光学系の眼幅の調整により生じる前記揺動ミラーから前記左／右眼用の表示面までの光路長の差に応じて、前記左／右眼用映像信号の画面水平方向の表示期間の長さを異ならせて出力することを特徴とする映像表示装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の映像表示装置において、
前記画像処理部は、前記接眼光学系における左／右眼での輻輳距離または視距離を一致させるため、前記左／右眼用映像信号の表示位置をシフトさせて出力することを特徴とする映像表示装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の映像表示装置において、
前記光源は第１の偏光状態のビーム光を出射するものであり、
前記揺動ミラーの前に、前記ビーム光の偏光状態を前記第１の偏光状態からこれと異なる第２の偏光状態に変換する偏光変換部を有し、
前記揺動ミラーの後に、前記第１の偏光状態のビーム光と前記第２の偏光状態のビーム光を分離する偏光ビームスプリッタを有し、
前記偏光変換部は、前記光源から出射されたビーム光を前記左／右眼用映像信号の切り替えに同期して偏光変換し、前記第１の偏光状態と前記第２の偏光状態のビーム光を交互に出力し、
前記接眼光学系は、前記偏光ビームスプリッタにより分離した前記第１の偏光状態のビーム光と前記第２の偏光状態のビーム光を、前記左／右眼用の表示面に導くことを特徴とする映像表示装置。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の映像表示装置において、
前記光源は、第１の偏光状態のビーム光とこれと異なる第２の偏光状態のビーム光を出射可能であり、
前記光源駆動部は、前記左／右眼用映像信号の切り替えに同期して、前記光源から前記第１の偏光状態と前記第２の偏光状態のビーム光を交互に出力させ、
前記揺動ミラーの後に、前記第１の偏光状態のビーム光と前記第２の偏光状態のビーム光を分離する偏光ビームスプリッタとを有し、
前記接眼光学系は、該偏光ビームスプリッタにより分離した前記第１の偏光状態のビーム光と前記第２の偏光状態のビーム光を、前記左／右眼用の表示面に導くことを特徴とする映像表示装置。
【請求項７】
請求項２に記載の映像表示装置において、
前記光源は、第１の偏光状態のビーム光とこれと異なる第２の偏光状態のビーム光を同時に出射可能であり、
前記光源駆動部は、前記光源から、前記左眼用映像信号に応じた前記第１の偏光状態のビーム光と、前記右眼用映像信号に応じた前記第２の偏光状態のビーム光を同時に出力させ、
前記揺動ミラーの後に、前記第１の偏光状態のビーム光と前記第２の偏光状態のビーム光を分離する偏光ビームスプリッタを有し、
前記接眼光学系は、該偏光ビームスプリッタにより分離した前記第１の偏光状態のビーム光と前記第２の偏光状態のビーム光を、前記左／右眼用の表示面に同時に導くことを特徴とする映像表示装置。
【請求項８】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の映像表示装置において、
前記揺動ミラーの前に可動型のフォーカスレンズ機構を有し、
前記左／右眼用映像信号の切り替えに同期して該フォーカスレンズ機構のフォーカス位置を切り替えることを特徴とする映像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−４４７７９（Ｐ２０１３−４４７７９Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８０３５６（Ｐ２０１１−１８０３５６）
【出願日】平成２３年８月２２日（２０１１．８．２２）
【出願人】（５０９１８９４４４）日立コンシューマエレクトロニクス株式会社 (998)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２２日（２０１１．８．２２）
【出願人】（５０９１８９４４４）日立コンシューマエレクトロニクス株式会社 (998)
【Ｆターム（参考）】
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