特許 6368579 映像投射装置及びこれを用いたヘッドマウントディスプレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6368579

(24)【登録日】2018年7月13日

(45)【発行日】2018年8月1日

(54)【発明の名称】映像投射装置及びこれを用いたヘッドマウントディスプレイ

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20180723BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20180723BHJP

   G03B 21/14 20060101ALI20180723BHJP

   G03B 21/16 20060101ALI20180723BHJP

   H04N 5/64 20060101ALI20180723BHJP

【ＦＩ】

   G02B27/02 Z

   G03B21/00 E

   G03B21/14 Z

   G03B21/16

   H04N5/64 511A

【請求項の数】6

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2014-159463(P2014-159463)

(22)【出願日】2014年8月5日

(65)【公開番号】特開2016-38400(P2016-38400A)

(43)【公開日】2016年3月22日

【審査請求日】2017年3月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】501009849

【氏名又は名称】株式会社日立エルジーデータストレージ

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】川村 友人

(72)【発明者】

【氏名】中村 俊輝

(72)【発明者】

【氏名】瀬尾 欣穂

(72)【発明者】

【氏名】大内 敏

(72)【発明者】

【氏名】斎藤 英直

(72)【発明者】

【氏名】岡本 吉雄

(72)【発明者】

【氏名】木谷 健治

【審査官】 堀部 修平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１６３６６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２００５５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０３９０８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１２６６４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１４０７６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−０４２１５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１２７７８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３２２７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２１０６９４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２７／０１− ２７／０２

Ｇ０３Ｂ ２１／００

Ｇ０３Ｂ ２１／１４

Ｇ０３Ｂ ２１／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ユーザの眼に映像を投射する映像投射装置において、
映像を生成する表示素子と該表示素子を照明する照明光学系とを有する映像生成部と、
該映像生成部で生成された映像を接眼部を介してユーザの眼に投射する投射部と、
前記映像生成部と前記投射部とを筐体部で繋ぐ支持部とを備え、
該支持部は、前記映像生成部と前記投射部の間に、前記筐体部に囲まれ、前記投射部からの映像の投射方向と平行な方向に透過する少なくとも１個の透明領域を有するとともに、
前記支持部の前記筐体部は、前記透明領域を通過し前記表示素子へ入射する外光を遮断するよう配置し、
前記透明領域の前記映像生成部から前記投射部へ向かう方向の開口幅は、前記接眼部に近い側での開口幅を、前記接眼部から遠い側での開口幅よりも大きくしたことを特徴とする映像投射装置。

【請求項2】

請求項１記載の映像投射装置であって、
前記映像生成部における前記照明光学系は、
複数の波長帯の光を出射する光源と、
該光源から出射する光を内面反射させて光強度を積分し均一な光とする四角柱状の光積分器と、
該光積分器から出射された光を略平行な光に変換するレンズ部と、を備え、
前記光積分器の前記レンズ部側の出射面は、光を拡散させる拡散機能を有することを特徴とする映像投射装置。

【請求項3】

請求項２記載の映像投射装置であって、
前記光源は赤、緑、青の波長帯の光の出射する３個の光源体を有し、
前記各光源体の中心点は、１つの角度が９０度以下の三角形の頂点位置となるように配置することを特徴とする映像投射装置。

【請求項4】

請求項３記載の映像投射装置であって、
前記光積分器の入射面に、前記光源から入射した赤、緑、青の波長帯の光が各々前記光積分器の出射面の中心に向かって進行させるように角度変換面を設けたことを特徴とする映像投射装置。

【請求項5】

請求項３記載の映像投射装置であって、
前記光積分器の入射面に、前記光源から入射した赤、緑、青の波長帯の光が各々前記光積分器の出射面の中心に向かって進行させるように凹レンズを設けたことを特徴とする映像投射装置。

【請求項6】

ユーザの眼に映像を投射する映像投射装置を搭載したヘッドマウントディスプレイにおいて、
前記映像投射装置は、
映像を生成する表示素子と、該表示素子を照明するために赤色の波長帯の光を含む複数の波長帯の光を出射する光源からなる照明光学系とを有する映像生成部と、
前記光源の赤色の波長帯の光量を検知する赤色光量検知部と、
前記映像生成部で生成された映像を接眼部を介してユーザの眼に投射する投射部と、
前記映像生成部と前記投射部とを筐体部で繋ぐ支持部とを備え、
前記支持部は、前記映像生成部と前記投射部の間に、前記筐体部に囲まれ、前記投射部からの映像の投射方向と平行な方向に透過する少なくとも１個の透明領域を有するとともに、
前記映像投射装置における前記光源の赤色の波長帯の光量の初期設定値と、各波長帯の出射光量の温度依存性データを格納するデータテーブルと、
前記データテーブルを参照して前記映像投射装置から投射する映像を制御するコントローラを備え、
前記コントローラは、
前記赤色光量検知部で検知した赤色の波長帯の光量と前記データテーブルに格納した赤色の波長帯の光量の初期設定値とを比較し、その差分量から前記光源の赤色の波長帯の出力を制御するとともに、
前記データテーブルに格納した赤色の波長帯の出射光量の温度依存性データを参照して前記光源の温度変化を求め、前記データテーブルに格納した赤色以外の各波長帯の出射光量の温度依存性データを参照し、前記温度変化に応じて前記光源の赤色以外の各波長帯の出力を制御することを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、眼に映像を投射する映像投射装置とこれを用いたヘッドマウントディスプレイに関するものである。

【背景技術】

【0002】

ウエアラブルデバイスとしてのヘッドマウントディスプレイは、視界の一部にインターネット上のネットワーク情報等が常に得られる点で様々なアプリケーションの展開が可能となる。ヘッドマウントディスプレイでは、視界の一部に常に映像が表示されるため、映像以外の外界情報も得やすくすること、すなわちシースルー機能が必要である。

【0003】

例えば特許文献１には、接眼窓保持部を構成する部材は、接眼窓から根元に向かって１０ｍｍ以上の範囲にて、一部の突起を除き、使用者の視軸方向への投影断面の幅が４ｍｍ以下としてシーアラウンド機能を有し、また、接眼窓を構成する部材は、使用者の視軸方向への投影断面の幅が４ｍｍ以下としてシースルー機能を有する表示装置が開示されている。

【0004】

また、照明光学系の輝度分布を均一化し光利用効率を向上させるため、例えば特許文献２では、ライトパイプの側壁面の入射口側の領域に回折部を設けた構造が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６−３８７９号公報

【特許文献2】特開２００９−２４４３６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ヘッドマウントディスプレイでは、映像以外の外界情報を得やすいこと（シースルー機能）と、小型、省電力であることが要求される。

【0007】

しかしながら特許文献１の構成では、接眼窓保持部で遮られた領域は、透過率が悪く外界像が遮られ、シースルー機能の妨げになっている。また、光軸を使用者の眼の方向に屈曲するために全反射の光学素子を用いているが、表示素子より光源の面積が大きいため、照明光学系の光利用効率が低下してしまう。

【0008】

また、特許文献２に記載されるライトパイプは、光源からの光利用効率を向上させることができるが、サイズの小型化が難しい。すなわち、従来のプロジェクターなどの大型装置には適用可能であるが、ヘッドマウントディスプレイのような小型装置に適用するのは困難である。

【0009】

本発明の目的は、シースルー機能と、照明光学系の光利用効率向上を小スペースで実現できる映像投射装置及びヘッドマウントディスプレイを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の映像投射装置は、映像を生成する表示素子と表示素子を照明する照明光学系とを有する映像生成部と、映像生成部で生成された映像を接眼部を介してユーザの眼に投射する投射部と、映像生成部と投射部とを筐体部で繋ぐ支持部とを備え、支持部は、映像生成部と投射部の間に、筐体部に囲まれ、投射部からの映像の投射方向と平行な方向に透過する少なくとも１個の透明領域を有する構成とした。

【0011】

また本発明のヘッドマウントディスプレイは、前記映像投射装置を搭載したものであって、照明光学系は、複数の波長帯の光を出射する光源を有し、前記映像投射装置から投射する映像を制御するとともに、光源の出力を制御するコントローラを備える構成とした。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、視認しやすいシースルー機能を有し、小型で省電力の映像投射装置及びヘッドマウントディスプレイを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施例１に係る映像投射装置の構成を示す図。

【図2】外光を遮断する構造を説明する図。

【図3】外光の到来する方向を示す図。

【図4】前方にある物体から眼に到達する光線を示す断面図。

【図5】遮断物の高さと眼に届く光線の通過領域比率の関係を示す図。

【図6】実施例２に係る映像投射装置の構成を示す図。

【図7】外光を遮断する構造を説明する図。

【図8】光源の出射面の構成を示す図。

【図9】光学系の物点と結像点を示す図。

【図10】光積分器の構成を示す図。

【図11】光積分器の長さＬと拡散角θｄの関係を示す図。

【図12】光積分器の第１の変形例を示す図。（実施例３）

【図13】光積分器の第２の変形例を示す図。

【図14】光源の第１の変形例を示す図。

【図15】光源の第２の変形例を示す図。

【図16】ヘッドマウントディスプレイの装着状態を示す図。（実施例４）

【図17】ヘッドマウントディスプレイの機能構成を示すブロック図。

【図18】光源の出力制御を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。

【実施例1】

【0015】

図１は、実施例１に係る映像投射装置００１の構成を示す図であり、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は眼の上方（ｙ方向）から見た上面図（断面図）、（ｃ）は眼側（ｚ方向）から見た側面図である。なお、図中には、方向を説明するためにｘ、ｙ、ｚ軸を記述している。

【0016】

映像投射装置００１は、映像を生成する映像生成部０４１、映像を眼に投射する投射部０４３と、映像生成部０４１と投射部０４３を繋ぐ支持部０４２で構成され、ユーザ（装着者）は、投射部０４３の出射部（接眼部）０１５から映像を見ることができる。各部の構造を説明する。

【0017】

映像生成部０４１には、光源００２と映像を生成する表示素子００３及び保護板０４４がある。光源００２は、例えば白色バックライトＬＥＤを用いる。表示素子００３は、例えば、画素毎に赤、緑、青のカラーフィルタを持つ液晶素子であり、表示素子００３の領域００４は、映像が表示される領域（映像表示領域）を示している。ここで光源００２の発光面は、映像表示領域００４よりも大きいサイズとする。表示素子００３に照明光を照射する光源００２を照明光学系と呼ぶ。

【0018】

保護板０４４は、光学的に透明な平板であり、外部から埃や水滴などが入ることを防止する。さらに保護板０４４には、赤から青の帯域（波長４３０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲）での反射防止膜を形成することで、光効率の損失を低減することができる。

【0019】

映像生成部０４１は、光源００２で発した光が映像表示領域００４を通過することで映像を生成する。映像生成部０４１で生成された映像は、保護板０４４から出射され、支持部０４２内の空間を通過し、投射部０４３に伝搬される。

【0020】

投射部０４３は、レンズユニット００５を備え、レンズユニット００５は、レンズ部０１３、反射部０１４、出射部（接眼部）０１５を有する。レンズ部０１３は焦点距離Ｆを持つレンズである。表示素子００３の映像表示領域００４からレンズ部０１３までの光学換算距離Ａを焦点距離Ｆよりも近く設定することで（Ａ＜Ｆ）、眼０２０に投射される映像が虚像になる。眼０２０からレンズ部０１３までの距離Ｌｉは、焦点距離Ｆと距離Ａを用いて、一般的なレンズの式（１）で算出できる。
１／Ｌｉ＝１／Ｆ−１／Ａ （１）
なお、距離Ｌｉは、虚像であるため、符号が負である。

【0021】

反射部０１４は、レンズ部０１３から進行してきた映像の進行方向を曲げて眼０２０へ投射させるミラーである。なお、破線００６は映像光の進行を示し、破線０７５，０７６は映像光の伝搬範囲である。出射部０１５は平面であり、眼０２０に出射する最後の光学面となる。なお、レンズ部０１３、出射部０１５、保護板０４４は、埃、水滴、手油が付着し定着しないようにハードコートを施すことが望ましい。

【0022】

支持部０４２は、映像生成部０４１と投射部０４３を繋ぐ機構であり、映像生成部０４１から投射部０４３へ映像が伝搬する空間（破線０７５、０７６で囲われた領域）を回避するよう構成されている。

【0023】

図１（ａ）、（ｃ）に示すように、映像投射装置００１の上面と下面（ｙ方向）は、筐体部０１６と筐体部０１７で覆われている。この筐体部０１６、０１７は、映像生成部０４１と投射部０４３を連結し支持するとともに、映像投射装置００１の上下方向から装置内部（表示素子００３など）に侵入する外光を遮断する機能を有している。

【0024】

また図１（ｂ）に示すように、映像投射装置００１の側面は、筐体部００７、００８、００９、０１０から構成されている。このうち筐体部００７、００８は、主に映像生成部０４１を形成する機構であり、筐体部００９、０１０は、主に投射部０４３を形成する機構である。そして（ａ）、（ｃ）に示すように、眼の側（ｚ方向）から見ると、筐体部００７、００８と筐体部００９、０１０の間には、ｚ方向に透過する透明領域０１１が形成されている。この透明領域０１１を形成することで、シースルー機能を向上させている。ここでは、透明領域０１１は空間としているが、樹脂またはガラス等の保護用透明板や透明フィルムを設けても何ら構わない。このような場合は、透明板や透明フィルムをハードコートして汚れに対する耐性を向上させることが望ましい。

【0025】

ここで、外光の影響とこれを遮断する理由について説明する。
図３は、外光の到来する方向を示す図である。外光とは、太陽光や室内の蛍光灯などのことであり、ヘッドマウントディスプレイ０５５を装着したユーザ０５２に対して、矢印０５１で示すあらゆる方向から到来する。

【0026】

このような外光０５１が、ヘッドマウントディスプレイ０５５の先端に搭載された映像投射装置００１の内部、特に透明領域０１１から入射する場合がある。そして、映像生成部０４１の表示素子００３（映像表示領域００４）に外光が侵入すると、映像表示領域００４が明るく輝いて本来の映像が見えにくくなる問題を生じる。さらには、外光が映像表示領域００４に入射することで、表示している映像が本来の伝搬方向以外の方向に出射し、装着者０５２以外の人にその映像が見られる場合もある。よって、ユーザの見ている映像の秘匿性を保つことができないことになる。

【0027】

本実施例では、眼の前方から到来する外光を遮断するとともに、映像の秘匿性を確保するため、以下のように構成している。

【0028】

図２は、映像投射装置００１における外光を遮断する構造を説明する図である。図１（ｂ）の上面図（断面図）に外光の線などを加えたものである。

【0029】

外光は、線０２２と線０２４の間の範囲から到来するものを問題にする。それ以外の、線０２２よりも紙面右側（＋ｘ方向）から到来する光は、筐体部００７で遮断されるので問題にしなくとも良い。また、線０２４よりも紙面下側（−ｚ方向）から到来する光も、装着者の顔で遮断されるので、問題にしなくとも良い。

【0030】

本実施例の映像投射装置００１では、各筐体部００７〜０１０の端部位置０４５〜０５０を、外光が映像表示領域００４に入射しないように設定する。これらの端部位置の設定方法について説明する。

【0031】

まず、装着者の前方（＋ｚ方向）から到来する外光（矢印０２５）について述べる。眼０２０から筐体部００７，００９の透明領域０１１側に接線０３０，０３１を引き、接点を０４５，０４７とする。この接点０４５，０４７を結んだ線０２３が、映像表示領域００４と交差しないように筐体部００７，００９の端部位置０４５，０４７を設定する。また筐体部００８の端部位置０５０は、接線０３０よりも光源００２側（紙面右側）に設定する。このように設定すると、線０２２と線０２３の範囲の外光（矢印０２５）が映像表示領域００４に入射することを回避できる。

【0032】

次に、装着者の左側（−ｘ方向）から到来する外光（矢印０２６）について述べる。装着者の顔で遮断されない外光の最大角度を設定し、その設定した限界角度で筐体部００８の端部位置０５０に接する接線０２４を引く。この接線０２４に接するように、筐体部０１０の端部位置０４９を設定する。このように設定すると、線０２３と線０２４の範囲の外光（矢印０２６）が映像表示領域００４に入射することを回避できる。

【0033】

以上のように筐体部００７〜０１０を設定することで、映像投射装置００１は、線０２２と線０２４で示す範囲の外光（矢印０２５，０２６）を完全に遮断することができる。また、この条件を満足するときの透明領域０１１は、図２の線０３１と線０２２に挟まれた形状となり、出射部（接眼部）０１５に近い側でのｘ方向の開口幅（端部位置０４９から０５０までの距離）は、出射部（接眼部）０１５から遠い側でのｘ方向の開口幅（端部位置０４７から０４５までの距離）よりも大きくなる。

【0034】

次に、本実施例の映像投射装置００１におけるシースルー機能について説明する。
図４は、映像投射装置００１の前方（ｚ方向）にある物体０６０から眼０２０に到達する光線を示す断面図である。（ａ）は、映像投射装置００１の投射部０４３での断面を、（ｂ）は映像投射装置００１の支持部０４２での断面を示す。映像投射装置００１は眼０２０から所定の距離を開けて配置され、物体０６０からの光線は映像投射装置００１で一部が遮られて眼０２０に到達する。光線０６５は、物体０６０から眼０２０に入射可能な最大角度の範囲である。破線０６１は、眼０２０の法線方向を示している。

【0035】

（ａ）において、映像投射装置００１の投射部０４３により、物体０６０の光線が遮断される領域０６３が発生する。投射部０４３には透明領域は存在しない。しかし、投射部０４３の高さ（ｙ方向）を人間の眼０２０の瞳（４ｍｍ程度）より小さく設定することで、投射部０４３の上下（ｙ方向）を通過した光線０６２が眼０２０に到達する。このため、装着者は、物体０６０の全体を視認することができる。このように、投射部０４３の高さを、物体０６０と眼０２０で成す最大角度の線０６５よりも小さく設定することで、シースルー機能を確保できる。

【0036】

（ｂ）において、映像投射装置００１の支持部０４２には透明領域０１１が存在する。物体０６０の光線は支持部０４２で遮断される領域０６４が発生するが、支持部０４２の上下を通過した光線０６２と、透明領域０１１を通過した光線０６６が眼０２０に到達する。よって（ａ）の遮断領域０６３に比べて、（ｂ）の遮断領域０６４は小さくなる。
このように、支持部０４２に透明領域０１１を形成したことにより、物体０６０をより視認しやすくなる効果が得られる。

【0037】

図５は、遮断物の高さと眼に届く光線の通過領域比率の関係を示す図である。図４（ａ）の場合を想定し、眼（瞳）０２０の大きさは一般的な値である４ｍｍ、眼から遮断物（投射部０４３）までの距離を５０ｍｍとした場合、物体０６０からの光線が遮断物（投射部０４３）の高さＨｄで遮られることなく眼に届く光線の通過領域比率を計算したものである。図では、横軸が幅Ｈｄで、縦軸が眼に届く光線の比率を示す。光線の比率は、物体０６０を点として、投射部０４３が無い場合に眼に届く光線を基準（１００％）としたときに、遮蔽されず届いた光線を通過領域比率として示している。通過領域比率は、高い方が視認し易いものとなる。

【0038】

遮断物の高さＨｄが大きくなるほど、通過領域比率が低くなり、高さＨｄが３．７６ｍｍより大きくなると、通過領域比率が零となり視認できなくなる。このため、遮断物（投射部０４３）の高さは、３．７６ｍｍよりできるだけ小さくすることが望ましい。

【0039】

この結果を踏まえると、図４（ｂ）の場合には、支持部０４２の透明領域０１１の高さをできるだけ大きくすることが望ましい。例えば、支持部０４２の高さを投射部０４３よりも大きくして、透明領域０１１の高さを拡大させることがより望ましい。

【0040】

映像投射装置００１の投射部０４３は、映像を眼に伝達させるため高さの制約があり、小さくするには限界がある。一方支持部０４２については、透明領域０１１を拡大して設けることで視認性（シースルー機能）を向上させることができる。

【0041】

問題なく視認できるレベルである通過領域比率５０％を確保するには、透明領域０１１の上下の筐体部０１６，０１７の高さを合計１．８ｍｍより小さくすれば良い。

【0042】

上記のように本実施例の映像投射装置００１は、支持部０４２に透明領域０１１を設けることで、シースルー機能の視認し易さを向上させることができる。さらに、透明領域０１１の配置（筐体部の端部位置）を適切に設定することで、透明領域０１１から入射する外光を遮断するとともに、装着者の見ている映像情報が他人に見られないよう秘匿性を確保することができる。

【実施例2】

【0043】

実施例２では、シースルー機能の向上と照明光学系の光利用効率の向上を図った映像投射装置について説明する。

【0044】

図６は、実施例２に係る映像投射装置１０１の構成を示す図であり、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は眼の上方（ｙ方向）から見た上面図（断面図）、（ｃ）は眼側（ｚ方向）から見た側面図である。

【0045】

映像投射装置１０１は、映像を生成する映像生成部１９１、映像を眼に投射する投射部１９３と、映像生成部１９１と投射部１９３を繋ぐ支持部１９２で構成され、ユーザ（装着者）は、投射部１９３の出射部（接眼部）１１５から映像を見ることができる。各部の構造を説明する。

【0046】

映像生成部１９１には、光源１０２、光積分器１０３、レンズ１０５、偏光素子１０６、偏光素子１９５、偏光プリズム素子１０７、波長板１０８、反射素子１０９、表示素子１１０、保護板１９４、温度検知部４７１、光量検知部４７２がある。

【0047】

光源１０２は、赤、緑、青の波長帯の光を出射する光源であり、光を出射する領域が出射面０９９である。光源１０２から出射した赤、緑、青色の光は、光積分器１０３でその強度が積分され均一な光となる。光源１０２と光積分器１０３の構成は後述する。

【0048】

光積分器１０３を出射した光は、レンズ１０５でｘ軸に略平行な光に変換され、偏光素子１０６で垂直偏光（紙面と垂直なｙ方向の偏光）の光に選択されて、偏光プリズム素子１０７に入射する。

【0049】

偏光プリズム素子１０７では、垂直偏光光を反射させ波長板１０８に入射させ、また、水平偏光光（紙面と平行なｚ方向の偏光）を透過させる。波長板１０８では、垂直偏光光は円偏光に変換され反射素子１０９に進行する。反射素子１０９で光は反射し、波長板１０８へ進行する。波長板１０８に再度入射した円偏光の光は、水平偏光の光に変換され、再度偏光プリズム素子１０７へ進行する。ここで用いる波長板１０８は、いわゆる１／４波長板の機能を有する。また、赤、緑、青の波長帯の光が進行するため、どの波長でも１／４波長板の機能を有する広帯域１／４波長板であることが望ましい。

【0050】

再度偏光プリズム素子１０７へ進行した水平偏光光は、偏光プリズム素子１０７を透過して表示素子１１０への照明光として照射される。なお、光源１０２から出射される光を表示素子１１０に照射するまでの光学系が照明光学系である。

【0051】

ここでの表示素子１１０には、例えばカラーフィルタの無い反射型の液晶素子を用いる。このため、カラーフィルタの有る液晶素子と比べ画素サイズを１／３にできるため、高い解像度の映像が実現できる。表示素子１１０の領域１１１は映像が表示される映像表示領域を示している。なお、カラー映像は、光源１０２から赤、緑、青色の光を眼が追従できない速度で順に発光させることで生成できる。

【0052】

映像表示領域１１１は、画素毎に入射した水平偏光を、垂直偏光か水平偏光に変換する機能を有している。映像として有効にする場合は、垂直偏光に、無効にする場合は水平偏光に変換する。映像表示領域１１１で映像となった垂直偏光の光と、無効となり映像として作用しない水平偏光の光は、共に偏光プリズム素子１０７へ入射する。

【0053】

偏光プリズム素子１０７では、垂直偏光の光を反射して偏光素子１９５へ進行させ、水平偏光の光を透過する。この偏光プリズム素子１０７により、映像情報を持つ光と無効の光を分離する。偏光素子１９５においても、垂直偏光だけが選択される。偏光プリズム素子１０７は、水平と垂直偏光に分離する機能を有するが、完全に分離することができず、わずかに水平偏光の光を反射させてしまう。このため、偏光素子１９５を用いることで、映像として無効の水平偏光の光を大幅に除去できるため、高いコントラストを実現できる。なお、偏光素子１０６、１９５は、偏光プリズム素子１０７に貼り付けて一体化することで、搭載する部品点数を削減し、部品保持部を少なくできて装置を小型化しやすくなる。

【0054】

映像として有効な光である垂直偏光の光は、保護板１９４へ進行する。保護板１９４は、外部から埃や水滴などが入ることを防止する機能を有する光学的に透明な平板であり、赤から青の帯域での反射防止膜を形成することで、光効率の損失を低減する。保護板１９４を通過した映像光は、支持部１９２内の空間を通過し、投射部１９３に伝搬される。

【0055】

投射部１９３は、レンズユニット１１２を備え、レンズユニット１１２は、レンズ部１１３、反射部１１４、出射部（接眼部）１１５を有する。レンズ部１１３は焦点距離Ｆを持つレンズである。表示素子１１０の映像表示領域１１１からレンズ部１１３までの光学換算距離Ａを焦点距離Ｆよりも近く設定することで、眼０２０に投射される映像が虚像になる。

【0056】

反射部１１４は、レンズ部１１３から進行してきた映像の進行方向を曲げて眼０２０へ投射させるミラーである。なお、破線１０４は映像光の進行を示したものである。出射部１１５は、平面であり眼０２０に出射する最後の光学面である。なお、レンズ部１１３、出射部１１５、保護板１９４は、埃、水滴、手油が付着し定着しないようにハードコートを施すことが望ましい。

【0057】

支持部１９２は、映像生成部１９１と投射部１９３を繋ぐ機構であり、映像生成部１９１から投射部１９３へ映像が伝搬する空間を回避するよう構成されている。

【0058】

図６（ａ）、（ｃ）に示すように、映像投射装置１０１の上面と下面は、筐体部１１６と筐体部１１７で覆われている。この筐体部１１６、１１７は、映像生成部１９１と投射部１９３を連結し支持するとともに、映像投射装置１０１の上下方向から装置内部（表示素子１１０など）に侵入する外光を遮断する機能を有している。

【0059】

また図６（ｂ）に示すように、映像投射装置１０１の側面は、筐体部１２０〜１２６から構成されている。このうち筐体部１２０、１２１、１２６は、主に映像生成部１９１を形成する機構であり、筐体部１２３、１２４は、主に投射部０４３を形成する機構であり、筐体部１２２、１２５は、主に支持部１９２を形成する機構である。そして（ａ）、（ｃ）に示すように眼の側から見ると、筐体部１２３（１２４）と筐体部１２５の間には透明領域１３０が、筐体部１２２と筐体部１２５の間には透明領域１３１が、筐体部１２２と筐体部１２１（１２０）の間には透明領域１３２が、それぞれｚ方向に透過するよう形成されている。このように透明領域１３０，１３１，１３２を増加して形成することで、シースルー機能をより向上させている。

【0060】

温度検知部４７１は、光源１０２の近傍の温度を検知するサーミスタであり、光量検知部４７２は、光源１０２の出力している光量を検知する光検出器である。赤、緑、青の波長帯の光をＬＥＤで実現する場合、赤の波長帯の光を出力するためには、緑、青とは異なる材料を用いるため、出力する光量の温度特性が異なる。このため、温度検知部４７１で温度を検知し、光量検知部４７２で光量を検知することで、光源１０２から出力される光量や赤、緑、青で合成される色の制御を行う。

【0061】

次に、外光の遮断と秘匿性の確保について説明する。
図７は、映像投射装置１０１における外光を遮断する構造を説明する図である。図６（ｂ）の上面図（断面図）に外光の線などを加えたものである。

【0062】

外光は、線１５０と線１５５の間の範囲から到来してくるものを問題にする。それ以外の、線１５０よりも紙面右側（＋ｘ方向）から進行する光は、筐体部１２０で遮断されるので、問題しなくとも良い。また、線１５５よりも紙面下側（−ｚ方向）から到来する光も、装着者の顔で遮断されるので、問題にしなくとも良い。

【0063】

本実施例の映像投射装置１０１では、各筐体部１２０〜１２５の端部位置１６０〜１６６を、外光が映像表示領域１１１に入射しないように設定する。これらの端部位置の設定方法について説明する。

【0064】

まず、装着者の前方（＋ｚ方向）から到来する外光（矢印１５６，１５７）について述べる。眼０２０から各筐体部１２０〜１２５の透明領域１３０，１３１，１３２側に接線１４０〜１４３を引き、筐体部１２０との接点を１６４、筐体部１２２との接点を１６６、１６３、筐体部１２５との接点を１６２、筐体部１２４との接点を１６１、筐体部１２３との接点を１６０とする。

【0065】

接点１６４、１６６を結んだ線１５１が、映像表示領域１１１と交差しないように端部位置１６４、１６６を設定する。また筐体部１２１の端部位置１６５は、接線１４０より光源１０２側（紙面右側）に設定する。このように設定すると、線１５０と線１５１の範囲の外光（矢印１５６）が映像表示領域１１１に入射することを回避できる。また、接点１６０、１６３を結んだ線１５３が、映像表示領域１１１と交差しないように端部位置１６０、１６３を設定する。このように設定すると、線１５２と線１５３の範囲の外光（矢印１５７）が映像表示領域１１１に入射することを回避できる。

【0066】

次に、装着者の左側（−ｘ方向）から到来する外光（矢印１５８）について述べる。装着者の顔で遮断されない外光の最大角度を設定し、その設定した限界角度で筐体部１２５の端部位置１６２に接するように接線１５５を引く。筐体部１２４，１２５の端部位置１６１、１６２は、各々を結んだ接線１５４が偏光プリズム素子１０７での反射を考慮しても映像表示領域１１１と交差しないように設定する。このように設定すると、線１５４と線１５５の範囲の外光（矢印１５８）が映像表示領域１１１に入射することを回避できる。なお、筐体部１２１に設ける開口部１６７は、外光が映像表示領域１１１に入射しないように配置することが望ましい。

【0067】

以上のように筐体部１２０〜１２６を設定することで、映像投射装置１０１は、線１５０と線１５５で示す範囲の外光（矢印１５６、１５７、１５８）を完全に遮断することができる。また、この条件を満足するときの透明領域１３０〜１３２は、図７の線１４３と線１５０に挟まれた形状となり、出射部（接眼部）１１５に近い側でのｘ方向の開口幅（端部位置１６１から１６５までの距離）は、出射部（接眼部）１１５から遠い側でのｘ方向の開口幅（端部位置１６０から１６４までの距離）よりも大きくなる。

【0068】

本実施例の映像投射装置１０１は、筐体部１２２、１２５を追加したことで、装置の奥行方向（ｚ方向）のサイズが小さくなる。すなわち、眼０２０から遠い側の筐体部１２０のｚ方向への突き出し量１７１は、実施例１（図２）における筐体部００７の突き出し量０７０と比べて小さくすることができ、装置小型化の効果が得られる。

【0069】

また、筐体部１２０〜１２５の他の端部位置は、接線１４０〜１４１、１４２〜１４３の領域に食み出さないように設定する。このように設定することで、接線１４０〜１４１、接線１４２〜１４３の各範囲の角度の視界が確保できる。また、外光が映像表示領域１１１に入射しないことにより、外から映像表示領域１１１の映像情報を見られることがなくなるため、秘匿性も確保される。

【0070】

次に、照明光学系における光源１０２の構成と色ずれ補正について説明する。
図８は、光源の出射面の構成を示す図である。光源１０２の出射面０９９には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の波長帯の光を出射する光源体１８０、１８１、１８２を配置する。各々は、例えばＬＥＤ発光素子を使用する。各光源体１８０〜１８２を囲む矩形領域を発光面１８５とする。

【0071】

各光源体１８０〜１８２の位置は、それらの中心を結ぶと１角が９０度以下の三角形（この場合は略正三角形）が形成されるようにする。なぜなら、発光面１８５の面積と発光の立体角の２乗との積はエネルギー保存されるので、発光面積は小さい方が望ましい。また、赤、緑、青色で発光位置が異なるため、発光面積が同じでも、表示素子に均一な輝度で照明するには、一辺の長さが小さいことが望ましいからである。このため、光源体の配置を１角が９０度以下の三角形になるようにして、発光面１８５の幅Ｓｘと高さＳｙが略等しくなるように設定した。

【0072】

図９は、光学系の物点と結像点を示す図であり、これを用いて色ずれ発生について説明する。光源体２０１、２０２から出射した光は、照明用レンズ２０３で略並行になり、表示素子に相当する物点２０４に入射する。物点像は投射用レンズ２０５で投射され、眼の水晶体に相当するレンズ２０６を経て、網膜に相当する像点２０７に結像する。像点２１２は虚像の結像点を、軸２０９は眼の法線を示す。光量２１３は、光源体２０１から像点２０７に到達した光量、光量２１４は、光源体２０２から像点２０７に到達した光量を示す。光源体２０１、２０２は、軸２０９に対して対称位置に配置するものとする。

【0073】

一般に、光源体２０１，２０２から出射し物点２０４を通って到達する光量２１３，２１４は、光源体の位置が物点に近い場合に大きくなり、物点から遠ざかると小さくなる。
（ａ）は、軸２０９上に存在する物点２０４１の場合で、光源体２０１，２０２から物点までの距離が等しいので、像点２０７での光量２１３、２１４は等しい。
（ｂ）は、軸２０９より紙面上側にある物点２０４２の場合で、光源体２０１の方が物点２０４２に近いため、像点２０７では光量２１３が光量２１４より大きくなる。
（ｃ）は、軸２０９より紙面下側にある物点２０４３の場合で、光源体２０２の方が物点２０４３に近いため、像点２０７では光量２１４が光量２１３より大きくなる。

【0074】

すなわち、光源体２０１、２０２が異なる波長の光を発光する場合、眼では、軸２０９から紙面上下方向にずれた物点２０４２、２０４３は、異なる色に見えることになる。このような現象を「色ずれ」と呼ぶ。
この色ずれを補正するために、本実施例では、光源１０２の出射側に光積分器１０３を配置させている。

【0075】

図１０は、光積分器１０３の構成を示す図である。光積分器１０３は、長さＬ、高さＨ、幅Ｗの四角柱状の樹脂体であり、６つの面２２１〜２２６を有する。このうち面２２１は、光の拡散機能を有する面であり、その他の面２２２〜２２６は、散乱が起こらない平坦な面である。符号２２８は、樹脂成型時のゲートを示している。

【0076】

面２２１は光積分器１０３の出射面であり、レンズ１０５側に配置する。面２２６は光積分器１０３の入射面であり、光源１０２側に配置する。ゲート２２８は面２２２に配置し、可能な限り小さくすることで後述する積分機能への影響を少なくし、光の損失を最小とする。

【0077】

光源１０２から出射した光は、入射面２２６から光積分器１０３に入光して、面２２２ないし面２２５で内面反射を繰り返し出射面２２１に到達する。出射面２２１に達した光線は、その拡散機能により角度が変換されてレンズ１０５へ出射する。

【0078】

ここで、光積分器１０３から出射する光の光積分器内での反射回数（積分回数）を見積もる。出射面２２１の拡散機能を表す拡散角（半値半角）θｄ、出射面２２１から出射したときに眼まで到達する光の角度θ、光積分器１０３の屈折率Ｎとすると、光積分器１０３内での積分回数Ｉｐは、式（２）で示すことができる。
Ｉｐ＝（π・Ｌ^２／（Ｗ・Ｈ））・ｔａｎ^２（θ／Ｎ＋θｄ） （２）
すなわち積分回数Ｉｐは、出射するときの光の角度θと拡散時の半値半角θｄで形成される角度（θ／Ｎ＋θｄ）で距離Ｌだけ進行したときの面積を、光積分器２２１の断面積（Ｗ・Ｈ）で割ることで算出される。なお、出射時の光の角度θは、光積分器１０３内部に入射するときに屈折により角度が変換されるため、分母に屈折率Ｎがついている。

【0079】

前述したように、発光面積と発光の立体角の２乗との積はエネルギー保存される。例えば、映像投射装置１０１から眼に到達する光の半値半角θｄを３度、表示素子１１０の大きさを３×３ｍｍとする。光源としてのＬＥＤでは、発光面サイズが１ｍｍ以下程度であれば容易に入手できるので、出射面を１×１ｍｍとすると、光積分器１０３から出射される光の角度θは約９度ということになる。積分回数Ｉｐは、概ね２０回以上積分することで、光は十分に均一化されると見なせる。すなわち、光源からの各波長の光は、光積分器１０３の中でその光路長が均一化されるため、図９で述べた色ずれの問題が解消される。

【0080】

図１１は、積分回数Ｉｐ＝２０とするための光積分器１０３の長さＬと拡散角（半値半角）θｄの関係を示す図である。

【0081】

光積分器１０３の必要な長さＬは、出射面２２１の拡散角θｄが大きくほど、短くなることが分かる。出射面２２１に拡散機能を付与しない場合（θｄ＝０）には、長さＬは２５ｍｍ以上必要になる。この２５ｍｍを超える長さは、ヘッドマウントディスプレイの映像投射装置として外形上許容できない大きさである。出射面２２１に拡散機能を付与することで、必要な長さＬを短くすることができる。完全拡散であるθｄ＝６０度とした場合でも、長さＬは、３．１ｍｍ以上必要となる。これは、光積分器１０３を配置せずに完全拡散板だけを配置しても、積分機能がないため色ずれは改善できないことを示している。内面反射による積分機能と拡散機能との両方を付与することで、小さなスペースで均一化された光を所定の角度で出射する照明光学系を実現できる。

【0082】

臨界角度を越える角度の光は、光積分器１０３で内面反射できなくなる。このため、θｄが４０度を超えると光積分器１０３の必要な長さが３．１ｍｍ程度に飽和する。これより、光積分器１０３の好ましい条件は、長さＬ＝３．１ｍｍで拡散角θｄ＝４０度である。

【0083】

なお、光積分器１０３を樹脂成型で製造する場合、ゲート２２８が必要となる。このようなゲート２２８は、成型後に研磨処理をかけないと内面反射が行われないため、上記の計算通りの効果が得られない。このため、未処理のゲート２２８のサイズを例えば０．９ｍｍ角程度とすれば、光積分器１０３の長さはゲート分を加算して最低でも約４．０ｍｍとなる。もちろん、成型でなく研磨だけで製造することも可能であり、その場合には、ゲートが不要なため、上記の通り３．１ｍｍの長さで良い。

【0084】

照明光の光利用効率は、光源から出射した光のうち使用できる角度の２乗で決まる。前記実施例１の映像投射装置００１では、光源００２からの光を集光するレンズがないため、上記した半角３度までの光しか使用できない。これに対して実施例２の映像投射装置１０１では、半角９度の光まで使用できるので、実施例１と比較して約９倍効率の高い光学系が実現できる。

【0085】

上述したように、実施例２の映像投射装置１０１は、支持部１９２に複数の透明領域１３０〜１３２を設けているので、シースルー機能の視認し易さをより向上させることができる。また、透明領域１３０〜１３２の配置を適切に設定することで、透明領域から入射する外光を遮断するとともに、装着者が見ている映像情報が他人に見られないよう秘匿性を確保することができる。

【0086】

さらに実施例２では、内面反射による積分機能と拡散機能との両方を有する光積分器１０３を設けることで、小型で高性能の光積分器を実現し、照明光学系の光利用効率を向上させることができる。

【実施例3】

【0087】

実施例３では、実施例２の映像投射装置１０１における光積分器１０３と光源１０２の変形例について説明する。

【0088】

図１２は、光積分器の第１の変形例を示す図である。光積分器３００は入射面３０１と出射面３０２を有し、出射面３０２に拡散機能を持たせるとともに、入射面３０１には入射光線の角度を曲げる角度変換面３０３〜３０５を設けている。光源１０２からの入射光３１３〜３１５（図８の各光源体１８０〜１８２からの出射光に相当）は、角度変換面３０３〜３０５により、それぞれ出射面３０２の中心に向けて進行する。これにより、光源体位置ずれに伴う角度誤差が補完され、光がより積分されやすくなる（積分回数を減らすことができる）。よって、ゲート３０６を考慮しても光積分器３００の長さＬは４ｍｍより短くすることができる。

【0089】

図１３は、光積分器の第２の変形例を示す図である。光積分器３５０は入射面３５１と出射面３５２を有し、出射面３５２に拡散機能を持たせるとともに、入射面３５１には入射光線の角度を曲げる凹レンズ３５３〜３５５を配置している。光源１０２からの入射光３１３〜３１５の各中心に対し凹レンズ３５３〜３５５の各中心をずらすことで、レンズの偏芯を利用して、入射光の角度を変換させ出射面３５２の中心に進行させることができる。これにより、光源体位置ずれに伴う角度誤差を補完する。また、凹レンズによる光の角度を発散させる機能を利用すれば、図１２の光積分器３００より短い距離で積分効果が得られるので、光積分器３５０の長さＬをさらに短くすることができる。このような複雑な構成は、シミュレーションにより効果が確認できる。

【0090】

図１４は、光源の第１の変形例を示す図である。光源１０２の出射面５００は、図８の出射面０９９における光源体１８０の位置をずらし、各光源体１８０、１８１，１８２をＬ型に配置している。各光源体の中心を結ぶと直角三角形になり、１角が９０度以下の三角形になるのは変わらない。出射面５００と出射面０９９の発光面１８５の大きさは、幅Ｓｘ、高さＳｙ共に変わらない。すなわち、発光面積と発光の立体角の２乗との積で表されるエネルギーも保存されるので、出射面５００の光源体の配置は、出射面０９９と同程度の光効率となる。

【0091】

図１５は、光源の第２の変形例を示す図である。光源１０２の出射面５５０は、図１４の出射面５００に対して、光源体１８３を追加したものである。各光源体１８０、１８１，１８２、１８３を四角型に配置しているが、発光面１８５の大きさは、幅Ｓｘ、高さＳｙ共に変わらない。この場合、光効率は同程度ながら照明光をより明るくできる。なお、光源体１８３として例えば白色の波長帯の光を出射すると、最も明るくできる。また、光源体１８３として例えば黄色の波長帯の光を出射すると、色再現範囲を拡大できる。

【実施例4】

【0092】

実施例４では、映像投射装置１０１を搭載したヘッドマウントディスプレイ４５０について説明する。

【0093】

図１６は、ヘッドマウントディスプレイ４５０の装着状態を示す図で、ユーザが装着している状態を頭上から見たものである。また図１７は、ヘッドマウントディスプレイ４５０の機能構成を示すブロック図である。

【0094】

ヘッドマウントディスプレイ４５０には、映像投射装置１０１の他に、外部情報４７９を取得する撮像手段４４９、電力供給手段４３５、外部サーバ４７８と通信する通信手段４３３、音センシング素子４３９やタッチセンシング素子４５８などの操作入力手段４７５、コントローラ４４０、加速度センシング素子４４５、位置センシング素子４４６などの外部情報４７９を取得するセンシング手段４９０、データテーブル４７６などが具備されている。

【0095】

電力供給手段４３５は、バッテリーのような充電可能な電源である。電源供給手段４３５は、コントローラ４４０を介し装置に必要な電力を供給する。このときコントローラ４４０は、状況に応じて、必要な装置に電力を供給する選択機能も有している。通信手段４３３は、インターネット上の情報や装着者（ユーザ）４３０が持っている電子機器などの外部サーバ４７８とアクセスできる通信装置である。タッチセンシング素子４５８は、タッチパネルのようなセンシング素子であり、音センシング素子４３９は、マイクなど装着者４３０の音声を検出する素子である。

【0096】

操作入力手段４７５は、音センシング素子４３９を用いた音声認識やタッチセンシング素子４５８を用いた指の位置情報などで、装着者４３０がヘッドマウントディスプレイ４５０を操作するための入力を行う。加速度センシング素子４４５は、圧電素子や静電容量などの原理を用い、加速度を検知する。位置センシング素子４４６は、ＧＰＳのような位置を検出する素子である。コントローラ４４０は、上記の各装置、各手段を制御するメインチップである。

【0097】

ヘッドマウントディスプレイ４５０は、装着者４３０の視界４３７の中に映像投射装置１０１から投射された映像４５９が見ることができる。映像４５９が視界４３７の中で見られるように、映像投射装置１０１の投射方向を調整する角度調整機構４３２が具備されている。これにより装着者４３０は、映像４５９の位置を好みの位置に調整できる。なお、角度調整機構４３２は、例えば蝶番などで容易に実現できる。

【0098】

図１６では、映像投射装置１０１を右目４４１側に装着した状態を示すが、左目４４２側でも同様に装着できる。このためコントローラ４４０は、加速度センシング素子４４５で得られた情報を元に、映像の上下左右を反転させて装着者４３０に常に正しい映像を表示する機能を有している。ヘッドマウントディスプレイ４５０は、耳４４３、４４４や、固定部４５１〜４５３などで、頭部に固定して使用するため、両手がフリーになる。

【0099】

次に、ヘッドマウントディスプレイ４５０のいくつかの使用例について説明する。
（１）装着者４３０が歩行している際に前方の通路に段差などがある場合を想定する。コントローラ４４０は、撮像手段４４９で取得した映像情報（４３８で示す範囲）を処理し、通路に段差があることを認識して、映像投射装置１０１を用いて「段差有り注意」といったメッセージを映像４５９に表示し、装着者４３０に知らせることができる。このときコントローラ４４０は、光源１０２を発光させ、表示素子１１０に所定のメッセージの映像信号を送る。

【0100】

（２）装着者４３０にかかわる外部情報４７９であるソーシャルネットワーク情報として、例えば、通勤に使用している電車が事故で止まったなどの情報が発生した場合を想定する。通信手段４３３からコントローラ４４０に外部情報が伝達され、映像投射装置１０１により、「通勤電車事故で遅延」といったメッセージを装着者４３０に知らせることができる。このときコントローラ４４０は、装着者４３０の要望に応じてインターネット上の情報を常時監視する機能を有している。

【0101】

（３）装着者４３０が撮像手段４４９を利用して写真を取りたい場合、コントローラ４４０は、音センシング素子４３９を用いた音声認識か、タッチセンシング素子４５８を用いた指の位置情報などの操作入力手段４７５から装着者４３０の要望を検知し、撮像手段４４９を駆動し、写真を撮影することができる。この場合、撮影した写真情報は、通信手段４３３を用いてインターネット上の装着者４３０が持っているクラウドネットワーク上に送信することができる。もちろん映像４５９に撮影した映像を投射することもできる。この場合、コントローラ４４０は、操作入力手段４７５からの入力信号を常に優先させて処理することが望ましい。

【0102】

（４）装着者４３０が電車の中で居眠りをしている場合、コントローラ４４０は、頭の揺れを加速度センシング素子４４５から検知し、また電車の中にいることを撮像手段４４９から検知して、映像投射装置１０１の電源を切り節電することもできる。

【0103】

（５）装着者４３０が通常と異なる地域にいる場合、コントローラ４４０は、センシング手段４９０の位置情報からいつもと異なる位置にいることを検知する。そして、撮像手段４４９の情報から旅行なのか出張なのかを判別し、旅行のガイドや、付近の食べ物情報などを通信手段４３３から得て、装着者４３０へ知らせることができる。
上記のようにコントローラ４４０は、ユーザの状況を判断し、外部から取得した情報を映像投射装置１０１から映像情報としてユーザに提供する機能を有する。

【0104】

また、コントローラ４４０は、映像投射装置１０１内にある温度検知部４７１からの温度情報と、光量検知部４７２からの光量情報をモニタし、光源１０２の出力を最適に制御する機能もある。

【0105】

図１８は、光源１０２の出力制御を示すフローチャートである。ここではカラー映像表示のため、光源１０２は表示素子１１０と同期させて赤、緑、青の波長帯の光を発光するフィールドシーケンシャルカラー（ＦＳＣ）方式を想定する。以下、赤、緑、青色の各光量を調整するため、（ａ）〜（ｃ）の３つの制御方法を説明する。

【0106】

（ａ）の方法は、赤、緑、青色の各光量をそれぞれ測定する場合である。Ｓ６００の初期設定では、所定の色の照明光になるよう、光源１０２から出射する赤、緑、青色の光量の初期値Ｉ０（Ｒ）、Ｉ０（Ｇ）、Ｉ０（Ｂ）を設定し、データテーブル４７６に格納しておく。

【0107】

Ｓ６０１では、光量検知部４７２として波長依存のない光検出器を用いて、ＦＳＣ方式により赤、緑、青が順次発光するタイミングと同期して各色光の光量を順次測定する。測定した光量をＩａ（Ｒ）、Ｉａ（Ｇ）、Ｉａ（Ｂ）とする。温度変化等により光量が変化した場合、Ｓ６０２では、初期値Ｉ０（Ｒ）、Ｉ０（Ｇ）、Ｉ０（Ｂ）との差分量ΔＩ（Ｒ）、ΔＩ（Ｇ）、ΔＩ（Ｂ）を求める。Ｓ６０３では、差分量に応じて、光量初期値と等しくなるように各色の光源１０３の出力をそれぞれ調整する。

【0108】

なお、光量検知部４７２が波長帯毎に光量を検出できるカラー光検出器の場合は、各光量Ｉａ（Ｒ）、Ｉａ（Ｇ）、Ｉａ（Ｂ）を同時に測定することで、制御の精度がより向上する。

【0109】

（ｂ）の方法は、赤色のみの光量を測定する場合である。これは、光源１０２のうち特に赤色の光量は発光材料の影響で温度依存性が大きいので、代表として赤色光量を測定するものである。Ｓ６１０の初期設定では、赤色の光量の初期値Ｉ０（Ｒ）と、赤、緑、青色の光量の温度依存性データＩ（Ｒ）−Ｔ、Ｉ（Ｇ）−Ｔ、Ｉ（Ｂ）−Ｔをデータテーブル４７６に格納しておく。

【0110】

Ｓ６１１では、光量検知部４７２にて赤色の光量Ｉａ（Ｒ）のみを測定し、Ｓ６１２では、初期値Ｉ０（Ｒ）との差分量ΔＩ（Ｒ）を求める。Ｓ６１３では、差分量に応じて赤色の初期値と等しくなるように赤色光の出力を調整する。

【0111】

Ｓ６１４では、赤の温度依存性データＩ（Ｒ）−Ｔを参照し、Ｓ６１２で求めた差分量ΔＩ（Ｒ）から温度変化ΔＴを求める。Ｓ６１５では、緑色の温度依存性データＩ（Ｇ）−Ｔ及び青の温度依存性データＩ（Ｂ）−Ｔを参照し、Ｓ６１４で求めた温度変化ΔＴから、緑色光及び青色光の出力を調整する。
この方法では、赤色光のみの光量を測定すればよいので、簡単な構成となる。なお、測定光の色は、温度依存性を有していれば、赤色光以外でもよい。

【0112】

（ｃ）の方法は、光量の代わりに温度変化のみを測定する場合である。Ｓ６２０の初期設定では、光源１０２の近傍温度の初期値Ｔ０と、赤、緑、青色の光量の温度依存性データＩ（Ｒ）−Ｔ、Ｉ（Ｇ）−Ｔ、Ｉ（Ｂ）−Ｔをデータテーブル４７６に格納しておく。

【0113】

Ｓ６２１では、温度検知部４７１により光源１０２近傍の温度Ｔａを測定する。Ｓ６２２では、初期値Ｔ０からの温度変化ΔＴを求める。Ｓ６２３では、各色の温度依存性データＩ（Ｒ）−Ｔ、Ｉ（Ｇ）−Ｔ、Ｉ（Ｂ）−Ｔを参照し、Ｓ６２２で求めた温度変化ΔＴから、各色の光源１０３の出力をそれぞれ調整する。
この方法は、温度測定のみよいので、光量測定と比較して簡便な構成となる。

【0114】

上記のようにコントローラ４４０により、映像投射装置１０１の光源１０２の出力を最適に制御し、表示する映像の色変動を抑える効果を有している。

【0115】

実施例４のヘッドマウントディスプレイ４５０によれば、映像投射装置１０１により装着者の視界の一部に様々な映像情報を提供することができる。その際、シースルー機能により視認性を向上し、また装着者が見ている映像情報の秘匿性を確保することができるので、安全で使い勝手が優れるものとなる。

【符号の説明】

【0116】

００１，１０１：映像投射装置、
００２，１０２：光源、
００３，１１０：表示素子、
００５，１１２：レンズユニット、
００７〜０１０，１２０〜１２６：筐体部、
０１１，１３０，１３１，１３２：透明領域、
０１５，１１５：出射部（接眼部）、
０４０，１９４：保護板、
０４１，１９１：映像生成部、
０４２，１９２：支持部、
０４３，１９３：投射部、
１０３、３００，３５０：光積分器、
１０５：レンズ、
１０７：偏光プリズム素子、
１８０，１８１，１８２，１８３：光源体、
２２１，３０２，３５２：出射面（拡散機能）、
３０３，３０４，３０５：角度変換面、
３５３，３５４，３５５：凹レンズ、
４３０：装着者（ユーザ）、
４４０：コントローラ、
４５０：ヘッドマウントディスプレイ、
４７１：温度検知部、
４７２：光量検知部、
４７６：データテーブル。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】