光束扫描式显示装置、显示方法以及汽车的制作方法

专利名称：光束扫描式显示装置、显示方法以及汽车的制作方法
技术领域：
本发明涉及头戴式显示器(HMD)等显示装置。
技术背景在以往的丽D (头戴式显示器)等显示装置中采用的方式是，使激光进 行二维扫描，并直接描绘到眼睛的视网膜(以下称为激光扫描方式)(例如，参照专利文献i )。激光扫描方式的显示装置也被称为视网膜扫描显示器(Retinal Scanning Display :RSD)、视网膜照射显示器、视网膜直接描绘 显示器、激光扫描显示器、直观式显示装置、虚拟视网膜显示器(Virtual Retinal Display:VRD)等。并且，激光扫描方式还提出了眼镜式的HMD的方式(例如，参照专利文 献2)。并且，还提出了与HMD方式和激光扫描方式均不相同的方式，即，像 隐形眼镜那样，将显示装置安装在眼睛上(例如，参照专利文献3)。并且，作为视线检测方法还提出了，使红外光照射到眼睛，从而利用 其反射光来进行视线检测的方式(例如，专利文献4)以及利用从眼睛反射 的被扫描到眼睛的激光的反射光来进行视线检测的方式(例如专利文献5)。专利文献1日本特许第2932636号公报专利文献2日本特开2005-70671号公报专利文献3 日本特开2005-311823号公报专利文献4日本特许第2995876号公报专利文献5日本特许第3425818号公报对于不喜欢眼镜而使用隐形眼镜的用户等不常用眼镜的用户而言，眼 镜式HMD就会在佩戴方面发生问题。这些问题例如有不喜欢戴眼镜的姿容、当摘下眼镜时在鼻子等上留下的戴眼镜时的痕迹、因戴眼镜而使与鼻 子接触的部分的化妆品脱落等。像这些有关眼镜的佩戴方面的问题，在眼镜式HMD也同样存在。并且，在上述的专利文献3中，提出了隐形眼镜式显示装置，以此来 回避眼镜在佩戴方面的问题。然而，在专利文献3的方式中所采用的方式 是，在隐形眼镜部包括二维排列的光源、光波导管以及传播光放出部，因 此，在实现小型化、确保透过性以及提供电源方面会出现很多的问题。发明内容本发明为了解决上述的问题，目的在于实现一种激光扫描式的显示器， 是能够解决佩戴问题的激光扫描式显示装置。为了解决上述以往的问题，本发明的光束扫描式显示装置，将光束扫描到用户的视网膜以显示图像，包括壳体，存放光源和扫描部，所述光 源输出光束，该光束用于描绘构成图像的各个像素，所述扫描部在二维方向上扫描由所述光源输出的光束；以及隐形眼镜，该隐形眼镜与所述壳体不为一体，且具有偏转部，该偏转部使在所述扫描部扫描的光束向戴有所 述壳体的用户的眼睛的视网膜方向偏转。如本构成所示，由于壳体和隐形眼镜是不为一体的，因此，能够解决有关眼镜式HMD的穿戴上的问题，并 能够避开因戴眼镜而改变姿容的问题。并且，也可以是，所述偏转部是被形成在所述隐形眼镜的表面的全息 图。通过本构成，由于能够使偏转部变薄，因此更容易佩戴隐形眼镜。并 且，由于能够活用衍射角度的选择性，因此，改变了扫描部和偏转部的相 对位置关系，即使向偏转部的光束的入射角发生了变化，也能够将映像显 示在视网膜上。并且，由于能够活用衍射频率的选择性，因此，能够使激 光色彩和其他色彩的衍射角度不同，从而实现了既能够看到显示又能够看 到外部景观的透过式(透明式)显示装置。并且，也可以是，所述全息图具有第一干涉条纹，使从第一方向入射的光束向所述视网膜方向偏转；以及第二干涉条纹，使从与所述第一方向不同的第二方向入射的光束向所述视网膜方向偏转。作为一个实施例，所述第一方向以及第二方向是指，在所述隐形眼镜 沿着眼球的表面自转了规定的角度之前与之后，所述扫描部朝向所述全息 图的方向。通过本构成，即使戴在眼睛上的隐形眼镜回转，来自扫描部的 光束也能够向视网膜方向偏转，因此能够缓解看不到映像的状况。作为另一个实施例，所述第一以及第二方向是指，在所述隐形眼镜以 眼球的中心为中心公转规定的角度之前与之后，所述扫描部朝向所述全息 图的方向。通过本构成，即使隐形眼镜在伴随着眼球回转移动了的情况下， 偏转部也能够将来自扫描部的光束向视网膜方向偏转，从而能够看到映像。并且，也可以是，所述隐形眼镜具有自转抑制部，抑制该隐形眼镜沿 着眼球表面的自转。通过本构成，由于被戴在眼睛上的隐形眼镜不容易回 转，因此，能够缓解因回转而造成的看不到映像的状况。并且，也可以是，所述自转抑制部是所述隐形眼镜的一部分，且与该 隐形眼镜的其他部分的密度不同。通过本构成，由于可以非常容易地使隐 形眼镜具有回转抑制特性，因此能够在不花费成本且高效率地缓解因回转 而造成的看不到映像的状况。并且，本发明的光束扫描式显示装置进一步包括光检测部，检测由所述光源输出的光束在所述隐形眼镜反射出来的反射光；相对位置检测部，根据所述光检测部的检测结果，检测所述扫描部和所述偏转部的相对位置的变化；以及扫描角控制部，根据所述相对位置检测部的检测结果，控制 所述扫描部的扫描角，以使入射到所述偏转部的光束向视网膜方向入射。 通过本构成，能够利用来自隐形眼镜的反射光容易地检测出与隐形眼镜的 位置，从而能够缓解因位置发生变化而造成的显示映像的画质、位置偏离 等问题。并且，也可以是，所述隐形眼镜具有特征点，该特征点的反射特性与 该隐形眼镜的其他的部分不同；所述光检测部检测来自所述特征点的反射 光；所述相对位置检测部，根据预先规定的所述特征点的标准位置和由所 述光检测部检测出的所述特征点的位置的差，来检测所述扫描部和所述偏转部的相对位置的变化。通过本构成，能够容易地检测出扫描部和隐形眼 镜的位置关系，从而能够缓解因位置发生变化而造成的显示映像的画质、 位置偏离等问题。并且，也可以是，所述特征点被设置在比所述隐形眼镜的最上部更接 近于所述扫描部的位置。据此，光检测部能够确实地检测出特征点的位置。并且，也可以是，对于用户而言，所述扫描部被设置在比所述偏转部 更靠前的位置。通过本构成，能够减小向偏转部入射的光束入射角，从而 能够提高全息图的折射效率，以更高的画质和大画面来显示。并且，能够 缓解光束被皮肤等遮挡住的情况，从而缓解了看不到映像的状况。并且，对于用户而言，所述扫描部被设置在比所述偏转部更靠下的位 置。通过本构成，能够缓解因上眼睑将光束遮住的状况，从而缓解了看不 到映像的状况。并且，在看与眼睛处于同等位置的物体时，能够缓解扫描 部将视线遮住的情况，从而，在用户看其他的人的脸部以及眼睛时，能够 避开显示装置将视线遮住的情况。同样，在其他的人看用户的脸部时，也 不会被显示装置遮住，能够看到用户的眼睛。并且，所述扫描部被设置成，在用户头部的左右方向上，位于耳朵和 所述偏转部之间。通过本构成，通过将左眼用扫描部设置在左眼的左侧， 从而在用户朝向正面时，能够缓解用户的中心视野被遮住的情况。在将右 眼用扫描部设置在右眼的右侧的情况下，也能够的到同样的效果。并且， 通过将左眼用扫描部设置在左耳的右侧，从而缩短了扫描部和偏转部之间 的距离，由于能够縮小在扫描部所需要的光束的直径，因此能够使扫描部 的扫描镜小型化。并且，在扫描镜大小相同的情况下，若能够縮短距离， 则能够扫描直径更大的光束，这样，能够缩小被聚在视网膜上的光束的大 小，从而能够以高清晰度来进行显示。在将右眼用扫描部设置在右耳左侧 的情况下也能够得到同样的效果。并且，也可以是，所述壳体仅由用户的侧头部支承。通过本构成，由于显示装置不是眼镜式，因此，能够解决眼镜式HMD的穿戴性的问题，并 且能够回避因戴眼镜而改变姿容、使与鼻子等的接触部分留下痕迹、以及与鼻子等接触部分的化妆品脱落等问题。并且，也可以是，所述壳体由第一部分和第二部分构成，所述第一部分位于该壳体与用户的侧头部的接触位置的前方；所述第二部分位于所述 接触位置的后方，且其对所述接触位置的力矩与所述第一部分对所述接触 位置的力矩实质上平衡。通过本构成，由于壳体的重心位置位于耳朵附近 的侧头部的接触位置附近，因此，能够减少佩戴偏离，从而能够防止因佩 戴偏离而造成的画质降低。并且，由于重心位于接触部附近，因此能够减 轻用户所感到的重量。并且，所述接触位置为用户的耳根；所述第二部分被设置有电池，该 电池驱动该光束扫描式显示装置。通过本构成，由于包括电池的壳体的重 心位置在耳朵附近的侧头部接触位置附近，因此，能够减少佩戴偏离，从 而能够防止因佩戴偏离而造成的画质降低。并且，由于重心在接触部附近， 因此能够减轻用户所感到的重量。本发明所涉及的显示方法，使图像显示在光束扫描式显示装置上，该 光束扫描式显示装置包括壳体和隐形眼镜，该壳体具有光源和扫描部，该 隐形眼镜具有偏转部，且与所述壳体不为一体，所述显示方法包括光束 输出步骤，从所述光源输出光束，该光束描绘构成图像的各个像素；扫描 步骤，使在所述光束输出步骤输出的光束在二维方向上扫描；偏转步骤， 使在所述扫描步骤扫描的光束，由所述偏转部偏转向用户的眼睛的视网膜 方向；光检测步骤，检测在所述光束输出步骤输出的光束在所述隐形眼镜 反射出来的反射光；相对位置检测步骤，根据在所述光检测步骤的检测结 果，检测所述扫描部和所述偏转部的相对位置的变化；以及扫描角控制步 骤，根据在所述相对位置检测步骤的检测结果，控制所述扫描部的扫描角， 以使入射到所述偏转部的光束向视网膜方向入射。并且，本发明不仅可以作为光束扫描式显示装置来实现，而且可以作 为实现光束扫描式显示装置的功能的集成电路来实现，并且还可以作为使 计算机执行这些功能的程序来实现。并且，这样的程序可以通过CD-R0M等 记录介质或互联网等传输介质来分发。并且，本发明也能够作为实现这些显示装置的功能的集成电路来实现。本发明所涉及的车辆搭载有权利要求1所述的光束扫描式显示装置， 具体而言，该车辆具备驾驶席，是戴着所述隐形眼镜的驾驶员所坐的驾驶 席；以及壳体保持部，将所述壳体保持在光束能够扫描到驾驶员戴着的所 述隐形眼镜的位置上。通过本发明，由于收纳了光源等的壳体和具有偏转部的隐形眼镜不为 一体，因此，能够得到便于佩戴的激光扫描式显示装置。


图1示出了本发明的实施例1所涉及的光束扫描式显示装置的平面图。 图2示出了本发明的实施例1所涉及的光束扫描式显示装置的侧面图。 图3示出了本发明的实施例l所涉及的光束扫描式显示装置的详细构 成图。图4示出了本发明的实施例l所涉及的光束扫描式显示装置的控制部 的构成图。图5示出了本发明的实施例l所涉及的扫描部和偏转部的位置关系的 一个例子。图6示出了本发明的实施例l所涉及的扫描部和偏转部的位置关系的 其他的例子。图7示出了本发明的实施例1所涉及的偏转部的一个例子。 图8示出了本发明的实施例1所涉及的偏转部的其他的例子。 图9示出了本发明的实施例l所涉及的光束扫描式显示装置的工作流 程图。图10示出了本发明的实施例2所涉及的光束扫描式显示装置的构成图。图11示出了本发明的实施例3所涉及的光束扫描式显示装置的构成图。符号说明10光束扫描式显示装置11壳体12隐形眼镜 101 光源102波阵面形状变更部103、 103A、 103B、 103C 扫描部104偏转部105控制部106耳机部106A扬声器106B 电池组201焦距水平分量变更部202焦距垂直分量变更部211 红色激光光源212蓝色激光光源213绿色激光光源214光检测部401自转抑制部501 中央处理部501 a 相对位置检测部501b 扫描角控制部502存储部503输入输出控制部510光源输入输出控制部511波阵面形状变更输入输出控制部512扫描输入输出控制部513偏转输入输出控制部514耳机输入输出控制部515电源输入输出控制部516通信输入输出控制部520通信部601A、 601B 特征点1000 汽车1001驾驶座1002壳体保持部具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施例进行说明。 (实施例1 )参照图1 4对本发明的实施例1所涉及的光束扫描式显示装置10进 行说明。并且，图1是光束扫描式显示装置10的平面图，图2是光束扫描 式显示装置10的侧面图，图3是图1的一部分的详细构成图，图4是光束 扫描式显示装置10的功能方框图。首先，如图1以及图2所示，光束扫描式显示装置10包括被固定在 用户的侧头部的壳体11和被戴在用户的眼睛上的隐形眼镜12，该光束扫描 式显示装置IO将光束扫描到用户的视网膜上，并显示图像。另外，从图l 和图2可以得知，壳体11和隐形眼镜12是分别独立的元件(不为一体)。壳体11包括光源11、波阵面形状变更部102、扫描部103、控制部 105、以及耳机部106。并且，在该实施例中的耳机部106如图2所示那样， 包括用于输出声音的扬声器106A和用于驱动光束扫描式显示装置10的电 池组106B。另外，隐形眼镜12的表面被设置有偏转部104。光源101输出用于描绘各个像素的光束，所述各个像素构成图像。如 图3所示，输出光束为对从红色激光光源211、蓝色激光光源212、绿色激 光光源213输出的各个激光进行合波而得到的激光，通过对来自各个色彩 的激光光源211、 212、 213的输出进行适当地调制，从而能够输出任意的 色彩的激光。并且，可以通过与后述的波阵面形状变更部102以及扫描部103连动调制，从而能够将图像显示在用户的眼睛的视网膜上。并且，在图3中，红色激光光源211是输出红色激光的半导体激光光 源，蓝色激光光源212为输出蓝色激光的半导体激光光源。另外，绿色激 光光源213是由红外线的半导体激光光源和将红外线变换为绿色的 SHG (Second-Harmonic Generation: 二次谐波振荡)元件组合而构成的。然 而，并非受此所限，可以将绿色激光光源213作为输出绿色激光的半导体 激光光源，也可以将各个光源作为固体激光器、液体激光器、气体激光器、 以及发光二极管。并且，在图3中是对各个色彩的激光光源211、 212、 213的激光进行 调制的，不过也可以通过将强度调制部与激光光源211、 212、 213组合起 来利用，从而对激光进行调制，所述强度调制部调制从激光光源211、 212、 213输出的光。这样，即使是以一定强度输出的激光光源211、 212、 213，也可以与强度调制部组合，来适用于本发明。并且，光源101还可以包括光检测部214。光检测部214通过检测来自 隐形眼镜12的反射光的强度以及来自用户的眼睛的角膜的反射光的强度， 从而能够检测隐形眼镜12的位置以及用户的视线方向。由偏转部104而被 偏转向眼睛的光束的大多数是以斜方向入射到角膜表面的，然而从正面入 ^f到眼球的光束是垂直入射到角膜表面的，因此，光束的反射率比较高。 因此，通过检测反射光的强度从而能够检测视线方向。对于隐形眼镜12以 及视线方向的检测工作待以后进行说明。波阵面形状变更部102使来自光源101的光束的波阵面形状发生变化， 从而使在偏转部104被偏转了的光束的光点大小在规定的范围内。并且， 光束的"光点大小"作为以后将要说明的用户的眼睛中的视网膜上的光点 大小，可以是瞳孔上的光点大小、角膜上的光点大小、以及偏转部104上 的光点大小。视网膜上的光点大小与显示的像素大小相同。并且，"波面形 状"是指光束波面的三维形状，包括平面、球面、以及非球面的形状。图3所示的波阵面形状变更部102中的焦距水平分量变更部201和焦 距垂直分量变更部202在光路上被串联配置。据此，光束的水平方向的曲率和垂直方向的曲率能够被单独变更。焦距水平分量变更部201通过变更 柱面透镜和反射镜的距离，来变更水平方向的曲率。焦距垂直分量变更部
202通过采用针对焦距水平分量变更部201的柱面透镜垂直设置柱面透镜， 来变更垂直方向上的曲率。并且，焦距水平分量变更部201和焦距垂直分 量变更部202都随曲率半径的变更，而光束的直径发生变化。
并且，若将水平方向的曲率的变化大于垂直方向的变化，则可以通过 水平方向的变化来使对应的范围扩大，从而，在需要使画面的水平视角大 于垂直视角的情况、以及如在侧头部设置扫描部103等情况，从扫描部103 到偏向部104的光束的水平入射角比垂直入射角大的情况下尤其见效。
并且，在图3中，在表示波阵面形状的项目中，变更的是诸如水平方 向的曲率和垂直方向的曲率以及各自的光束的直径的波面形状的一部分， 不过也可以变更其他的项目，例如可以变更波阵面内的曲率的分布以及波 阵面端部的形状以及大小等。据此，能够得到校正到达视网膜的光束的象 差以及变化光束形状的效果。
而且，在图3的波阵面形状变更部102，虽然是利用柱面透镜和反射镜 来变更波面形状的，不过，也可以利用其他的方法，例如利用液晶透镜、 液体透镜等可变形状的透镜、以及衍射元件、EO元件(电一光转换元件) 等。
扫描部103使从波阵面形状变更部102输出的光束二维扫描。扫描部 103是能够使角度在二维上发生变更的小型单片反射镜，是 MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System :微机电系统)反射镜。
并且，扫描部103也可以由水平扫描用和垂直扫描用的两种以上的扫 描部来构成。通过使水平扫描部和垂直扫描部分开，从而一方的振动不会 对另一方产生大的影响，扫描部的构成能够变得简单。
并且，扫描部103不仅限于在物理上使反射镜倾斜的方法，也可以采 用使透镜移动、衍射元件旋转的方法，以及可以采用液晶透镜、可变形透 镜、AO元件(声光学元件)和EO元件(电一光转换元件)等偏转元件的方 法。偏向部104使扫描部103扫描的光束的方向偏转向用户的眼睛的方向。 偏转部104被制造成，例如在隐形眼镜12的表面，形成光聚合物层，并在 光聚合物层形成李普曼全息图，据此，来自扫描部103的光束被衍射向用 户的眼睛的方向。
在光聚合物层可以形成多层分别反射来自红色、绿色、蓝色光源的光 的三个全息图，也可以层叠与各个颜色的光相对应的三层全息图。并且， 通过使光聚合物层成为，利用全息图的波长选择性，仅使光源波长的光衍 射，不使几乎来自外界的所有的光，也就是说光源波长以外的波长的光衍 射，从而可以作为透过型的显示器。通过全息图的衍射而使光束偏转，从 而能够使偏转部104变薄，并能够解消隐形眼镜12在佩戴时的不和谐感。
并且，隐形眼镜12的度数也可以为0。并且，偏转部104可以不必被 限定为由全息图等衍射元件来偏转，可以是凹面的反射镜，也可以是凸透 镜等。
控制部105具备控制HMD各个部的集成电路。如图4所示，控制部105 可以包括中央处理部501、存储部502、输入输出控制部503、以及通信 部520。
中央处理部501包括相对位置检测部501a以及扫描角控制部501b， 该相对位置检测部501a根据光检测部214检测出的反射光，检测扫描部103 和偏转部104的相对位置的变化，该扫描角控制部501b根据相对位置检测 部501a的检测结果，控制扫描部103的扫描角，以使入射到偏转部104的 光束向视网膜的方向入射。
存储部502存储在控制部105使用的数据。
输入输出控制部503控制向成为控制部105的控制对象的光源101、波 阵面形状变更部102、扫描部103、偏转部104、耳机部106、电池组106B 以及通信部520等输出控制信号以及控制来自控制对象的信号输入。具体 而言，输入输出控制部503也可以包括按照每个控制对象类别的光源输 入输出控制部510、波阵面形状变更输入输出控制部511、扫描输入输出控 制部512、偏转输入输出控制部513、耳机输入输出控制部514、电源输入输出控制部515、以及通信输入输出控制部516。通过在输入输出控制部503 执行有关输入输出的处理，从而能够降低中央处理部501的负荷。中央处 理部501与存储部502和输入输出控制部503进行信号的交接，并执行信 息处理。具体的控制方法将在以后说明。
通信部520与移动电话等周边设备无线连接，接收影像声音信号。这 样，HMD和周边设备的连接成为无线连接，从而能够便于佩戴HMD。
并且，如图1所示，扫描部103可以被设置在对于用户而言比偏转部 104更靠前的位置。据此，能够减少入射向偏转部104的光束的入射角，这 样，既能够提高全息图的衍射效率，又能够以高画质大画面来进行显示。 并且，能够减轻光束因皮肤等被遮挡的状况，从而减少了影像不能够被看 到的状况。
并且，如图2所示，扫描部103也可以被设置在对于用户而言比偏转 部104更靠下的位置。据此，能够减少因上眼睑光束被遮住的情况，这样 减少了影像不能够被看到的状况。并且，在看与眼睛同等位置上的物体时， 能够减轻扫描部103遮挡视线的状况，这样，在用户看其他的人的脸部以 及眼睛时，能够避开光束扫描式显示装置10遮住视线的情况。同样，其他 的人在看用户的脸时，也不会被光束扫描式显示装置10遮挡，能够看到用 户的眼睛。
并且，如图1所示，扫描部103也可以被设置在用户头部的左右方向 上的耳朵与偏转部104之间的位置。通过将左眼用扫描部103设置在比左 眼靠左的位置，从而在用户朝向正面时，能够减轻用户的中心视野被遮住 的状况。在将右眼用扫描部设置在比右眼靠右的位置时，也可以得到同样 的效果。并且，通过将左眼用扫描部103设置在比左耳靠右的位置，从而 能够縮短扫描部103和偏转部104之间的距离，这样，就能够縮小在扫描 部103所需要的光束直径，从而能够使扫描部103的扫描镜小型化。并且， 在扫描镜的大小相同的情况下，若縮短距离则能够以较粗的光束直径来扫 描，这样，能够縮小光束聚光在视网膜上的大小，从而能够以更高的清晰 度来显示。在将右眼用扫描部设置在比右耳靠左的位置时也可以得到同样的效果。
并且，如图1所示，壳体ll可以仅由用户的侧头部来固定。具体而言， 可以以耳根部来支承壳体ll，而不使壳体11接触用户的鼻子和额头。据此， 光束扫描式显示装置IO可以不仅为眼镜式，因此能够解决在戴眼镜时发生 的问题，在摘掉眼镜时，在鼻子等上不会留下戴眼镜时的痕迹，并且，也 不会因戴眼镜而使与鼻子接触部分的化妆品脱落。
并且，如图2所示，壳体ll的结构为，在侧头部接触位置之前的壳体 前部(第一部分)和在侧头部接触位置之后的壳体后部(第二部分)，对侧 头部接触位置的力矩实际上是平衡的。在图2中是耳朵上方的侧头部与壳 体11的接触位置。据此，由于壳体11的中心位置在耳朵附近的侧头部接 触位置的周边位置，因此能够缓解戴上时的偏离，从而能够防止因戴上时 的偏离而造成的画质降低。并且，由于重心在接触部附近，因此，能够使 用户感到重量变轻。
在此，从图2可以明确知道，从侧头部接触位置到壳体前部的前端的
距离，比从侧头部接触位置到壳体后部的后端距离长，因此，为了使两者 的力矩平衡，就需要使壳体的后部比壳体的前部重。因此，可以将构成要
素中最重的电池组106B设置在壳体后部。
并且，包括扫描部103的壳体11可以是图1所示的与头部接触的形式， 也可以被固定在用户周边的墙壁、支柱、桌子、椅子、台灯等，也可以被 设置在移动电话终端等可携带的终端上。
并且，除图l、图2、图3中的偏转部104以外的各个单元和各个部可 以被包括在一个壳体11中，也可以被包括在多个壳体中。例如，光源IOI 可以和扫描部103分别被包括在不同的壳体，也可以没有耳机部106。并且， 各个部可以分散设置。例如，控制部105可以被包括在扫描部103以及波 阵面形状变更部102的一部分中。并且，各个部可以存在多个。例如，左 眼用和右眼用的扫描部103可以有两个。并且，可以从用户所戴的壳体ll 上的扫描部103和在公共空间中设置的扫描部103向同一偏转部104扫描 光束。并且，也可以从一个扫描部103向左眼用偏转部104和右眼用偏转部104双方扫描光束。也可以在多个设备中共享各个部。例如，使两个显 示装置共享光源101。
在此，上述构成的光束扫描式显示装置10的构成为，包括扫描部103 的壳体11和包括偏转部104的隐形眼镜12可以不为一体。这样，通过移 动隐形眼镜12，扫描部103和偏转部104的相对位置会发生变化。
因此，通过利用全息图来活用衍射的角度选择性，从而扫描部103和 偏转部104的相对位置关系发生变化，即使在入射向偏转部104的光束入 射角发生了变化，也能够使影像显示在视网膜上。
另外，关于全息图的形成，可以在隐形眼镜12的表面形成光聚合物层， 并通过使物体光和基准光束曝光来形成。此时，准备多种物体光和基准光 束的组合，通过在光聚合物层多次曝光，从而得到角度选择性。即，通过 多次曝光，从而形成第一千涉条纹和第二干涉条纹，从而能够将角度选择 性附加到全息图，所述第一干涉条纹将从第一方向入射的光束向视网膜方 向偏转，所述第二干涉条纹将从与第一方向不同的第二方向入射的光束向 视网膜方向偏转。
图5示出了，隐形眼镜12在沿着眼球的表面以规定的角度自转时，在 自转前与自转后的扫描部103和偏转部104的相对位置。并且，在图5中， 虽然扫描部103的位置发生了变更，实际上是因为偏转部104发生了自转 而使两者的相对位置发生了变化。
图5所示的扫描部103A表示，在用户戴上激光扫描式显示装置10之 时，与偏转部104的相度位置。此时，从左斜前方(第一方向)的扫描部 103A入射向偏转部104的光束，由第一干涉条纹被偏转向视网膜方向。
另外，扫描部103B表示，在隐形眼镜12以其最上部上的法线为回转 轴，沿着眼球的表面自转180°之时，扫描部103和偏转部104的相对位置。 此时，从右斜前方(第二方向)的扫描部103B入射向偏转部104的光束， 由第二干涉条纹被偏转向视网膜方向。
通过这种第一和第二干涉条纹的构成，隐形眼镜12即使在眼睛中回转， 也能够继续显示图像。并且，在上述的说明中，为了说明上的简单，以形成两种干涉条纹为例，通过形成更多的干涉条纹，从而能够与隐形眼镜12 的各种回转角度相对应。
接着，图6示出了，隐形眼镜12以眼球中心为中心，以规定的角度公 转时，在公转之前与公转之后，扫描部103和偏转部104的相对位置。在 图6中，虽然扫描部103的位置发生了变更，但实际上是因偏转部104公 转而使两者的相对位置发生了变化。
图6所示的扫描部103A表示，用户在戴上光束扫描式显示装置10之 时与偏转部104的相对位置。此时，从左斜前方的第一方向的扫描部103A 入射向偏转部104的光束，由第一干涉条纹被偏转向视网膜方向。
另外，扫描部103B表示，在隐形眼镜12随着眼球的回转，以眼球的 中心为中心以规定的角度公转时，扫描部103和偏转部104的相对位置。 此时，从比第一方向的入射角度大的第二方向的扫描部103C入射向偏转部 104的光束，由第二条纹被偏转向视网膜方向。
通过这种第一和第二干涉条纹的构成，隐形眼镜12即使在与眼球同时 回转的情况下，也能够继续显示图像。并且，在上述的说明中，为了说明 上的简单，以形成两种干涉条纹为例，通过形成更多的干涉条纹，从而能 够与隐形眼镜12的各种回转角度相对应。并且，通过组合图5以及图6所 说明的干涉条纹，隐形眼镜12能够对应各种变动。
以下，图7示出了本实施例1所涉及的隐形眼镜12的一个例子。
图7所示的隐形眼镜12被划分成形成偏转部104的中央区域和该中央 区域的外缘区域。并且，在隐形眼镜12的外缘区域被设置了自转抑制部401， 该自转抑制部401能够抑制隐形眼镜12沿着眼球的表面的自转。
该自转抑制部401具有比隐形眼镜12的平均密度大的密度。因此，用 户在戴隐形眼镜12时，会使隐形眼镜12在眼睛中回转，从而自转抑制部 401位于隐形眼镜12的下方。
据此，能够将隐形眼镜12的自转运动限制在较小的范围(角度)内。 并且，可以单独地适用自转抑制部401，也可以通过组合并适用在图5所说 明的多个干涉条纹，来期待更有利的效果。并且，在本实施例l中举例示出的是，使自转抑制部401的密度比隐
形眼镜12的平均密度大，不过，并非受此所限，也可以使密度变小，只要 是使隐形眼镜12的中心位置从顶部偏离的形态就可以。
并且，自转抑制部401的制作方法也没有特殊地限制，例如，可以贴 合密度不同的材料，也可以向隐形眼镜12的内部注入树脂等充填剂。
并且，偏转部104可以被形成在隐形眼镜12的一部分，也可以形成在 全部。若形成在一部分的情况下，偏转部104的面积可以制作得比较小， 这样可以达到降低制造成本的效果。若形成在全部，则可以得到更大画面 的光束扫描式显示装置10。在被形成在一部分时的位置，可以是隐形眼镜 12的中央部、外侧表面部、以及内侧表面部等。若形成在中央部，则可以 在中心视野识别显示，若形成在外侧表面部，则可以不使眼睛直接与偏转 部104接触，若形成在内侧表面部，则可以不使外部空气或眼睑直接与偏 转部104接触。
以下，参照图8以及图9，对解决以上所述的光束扫描式显示装置10 所特有的问题点的其他的方法进行说明。并且，图8示出了本实施例1所 涉及的隐形眼镜12的其他的例子，图9示出了光束扫描式显示装置10的 工作的流程图。
图8所示的隐形眼镜12能够被划分为形成有偏转部104的中央区域和 其外侧的外缘区域。并且，隐形眼镜12的外缘区域中被设置了反射特性与 其他的部分不同的特征点601A、 601B。
并且，使特征点601A、 601B的反射特性与其他的部分不同的方法可以 采用形成反射镜，并提高反射率的方法。这样，可以提高反射率，便于检 测。并且，反射光可以是用于显示的光束的反射光，也可以是红外线等用 于检测的照射光的反射光，也可以是来自用户周边的外部的光的反射光。 并且，也可以采用对光的散射进行加工等降低反射率的方法。据此，可以 使隐形眼镜12上的反射率不同的部分不会太显眼。并且，也可以采用使红 色、黑色、红外线等特定的波长以及这些组合起来的波长的反射率发生变 化的方法。据此，不仅能够容易地通过激光的反射来进行检测，而且还能够使可视光低反射不至于太显眼。
并且，特征点601A、 601B还可以被设置在比隐形眼镜12的中心更靠 近扫描部103 —侧。据此，来自反射特性不同的部分的反射光到达光检测 部214的光路可以縮短，并且，由于眼球表面的曲率，在伴随着眼球的回 转，反射特性不同的部分移动到了其他的部分所遮住的阴影的部分的情况 也得以减少，从而能够更容易地检测反射特性不同的部分。
对以下的工作进行说明。
图1中的光束扫描式显示装置10即使在伴随着眼球回转以及头部振动 而使扫描部103和偏转部104之间的相对位置发生了变化的情况下，也能 够追随这个变化进行光束扫描，在视网膜上描绘影像的流程将在图9中进 行说明。并且，以下的说明以用户戴上了图8所示的隐形眼镜12为前提。 (S01)光检测部214检测来自隐形眼镜12的特征点601A、 601B的反 射光，并移向S02。来自扫描部103的光束扫描包括偏转部104的隐形眼镜 12的区域，来自隐形眼镜12的光束反射光经由扫描部103到达光检测部 214。根据被检测出的反射光的强度变化和在扫描部103的扫描角度来判明 特征点601A、 601B (距离扫描部103的相对位置)。通过设置像图8所示的 特征点601A、 601B这种反射特性不同的区域，从而能够容易地检测反射率 的变化。而且，除在光检测部214的反射光的强度以外，还可以通过检测 反射光束直径以及光束的曲率半径、波阵面形状等来检测距离扫描103的 前后距离。
并且，除利用来自隐形眼镜12的反射光以外，还可以与来自角膜以及 晶状体、视网膜等眼睛的反射光一起利用。据此，能够减轻因隐形眼镜12 和眼球的偏离而造成的影响，通过增加处理反射光的种类，从而提高检测 的可靠性和精确度。
在本步骤的位置检测方法中，如本实施例所示，可以采用在扫描部103 扫描的光束的反射光的方法，也可以采用与来自扫描部103的光束不同的 其他光源的反射光的方法。例如，在专利文献4，从红外光发光二极管射出 并在眼睛反射的红外光，由图像传感器检测，从而实现视线检测。并且，在专利文献5，在扫描部扫描的光束在眼睛的反射光由图像传感器检测，从 而实现视线检测。
并且，反射光的强度可以以由光源101调制了的射出光的强度和在光
检测部214检测出的反射光的强度的比来表示。据此，能够减少因随着显 示影像的变化而对射出光的强度变化的影响。并且，也可以是，以一定的 强度边扫描红外线等眼睛所感觉不到的光，边检测其反射光。据此，能够 使显示影像的明暗以及色调的变化独立，来检测反射光。
(S02)控制部105的相对位置检测部501a利用在S01检测出的隐形 眼镜12的特征点601A、 601B的位置，来算出偏转部位置，并移向S03的 工作。偏转部位置是指，扫描部103的中心部和偏转部104的中心部的相 对位置。在具有偏转部104的隐形眼镜12在随着眼球回转而移动的情况下， 以及在具有扫描部103的壳体11振动或佩戴壳体11时发生偏离的情况下 等，使偏转部位置发生变化。
偏转部位置可以通过利用针对偏转部104的标准位置和现在位置的差 分的方法来算出。偏转部104的标准位置是指，用户在戴上光束扫描式显 示装置10的状态下，且视线朝向正面的状态下的偏转部104的位置。标准 位置可以作为在设计光束扫描式显示装置10时设定的值，也可以作为在用 户购买光束扫描式显示装置10时实际测量的值，还可以作为利用光检测部 214测量的值。若是设计时的设定值，则比较容易实现，若是购买时测量的 值，则能够对应用户每个人的具体情况，若是光检测部214的测量值，则 能够对应在使用时的变化。并且，与偏转部104的标准位置相同，隐形眼 镜12的特征点601A、 601B的标准位置也可以利用各个特征点601A、 601B 距离偏转部104的中心部的位置关系来求。
偏转部104的现在位置可以利用在S01检测出的隐形眼镜12的特征点 601A、 601B的位置和各个特征点601A、 601B的标准位置的差来求。在具有 图7所示的自转抑制部401的隐形眼镜12的情况下，可以将隐形眼镜12 的特征点601A、 601B的位置变化视为与偏转部104的位置变化相同。并且， 通过检测多个位置的特征点601A、 601B，从而可以在考虑偏转部104的回
23转的基础上来求位置变化。
并且，在不具有光检测部214的光束扫描式显示装置10的情况下，偏
转部位置可以是所述标准位置。
(503) 光源101根据在S02求出的偏转部位置来控制光束的输出，并 移向S04。
红色激光光源211和蓝色激光光源212以及绿色激光光源213通过对 输出的光束的强度分别进行适当地调制，来表现被显示在视网膜上的像素 的色相以及色度和亮度。并且，除上述的输出控制以外，扫描部103和偏 转部104等可以进行在考虑了从光源101到眼睛的光学系统的影响的基础 上的校正控制。例如，由于来自扫描部103的光束斜着入射到偏转部104， 因此显示区域呈梯形等向矩形外歪斜。并且，若偏转部104的位置发生变 化则歪斜的程度也发生变化。因此，也可以使激光的输出控制与扫描部103 连动，而成为为了使显示区域成为矩形而预先进行逆校正的形状的显示区 域。
并且，通过偏转部104的移动，偏转部104的一部分被遮住，来自扫 描部103的光束不能到达的情况下，能够控制不输出与被遮住的部分相对 应的光束。例如，在左眼的隐形眼镜12具有偏转部104,在左眼的左前方 具有扫描部103的情况下，用户为了看右侧而使左眼向右回转时，由于眼 球的曲率的影响，偏转部104的右侧部分在从扫描部103来看时，则发生 其他的一部分被遮住的状况。在该状况下，可以控制光源101的输出，以 便仅使偏转部104的左侧部分接受光束。
(504) 波阵面形状变更部102根据在S02求出的偏转部位置，变更来 自光源101的光束的波阵面形状，以使视网膜上的光束光点大小在规定的 范围内，之后移向S05的工作。视网膜上的光束光点的大小会因扫描部103 和偏转部104以及视网膜之间的位置关系等发生变化，因此，按照扫描角 的变化、偏转部位置的变化，来使光束的波阵面形状发生变化。例如，在 想要变更波阵面形状的水平焦距的情况下，通过变更焦距水平分量变更部 201的柱面透镜和反射镜之间的距离，来变更水平焦距。同样，在想要变更垂直焦距的情况下，在焦距垂直分量变更部202变更。
(505) 扫描角控制部501b根据在S02求出的偏转部位置，来使扫描 部103的MEMS反射镜的倾斜发生变化，来变更扫描角，以使来自波阵面变 更部102的光束朝向偏转部104，并移向S06的工作。
即使在偏转部位置不发生变化的情况下，扫描部103也可以通过在规 定的范围内变更扫描角来扫描光束并显示影像。在偏转部位置发生了变化 的情况下，进一步变更扫描角的范围(扫描角的上限和下限)。并且，在入 射到偏转部104的入射角也发生变化的情况下，也可以使扫描角的范围宽 度(扫描角的上限和下限的差)发生变化。
(506) 偏转部104使来自扫描部103的光束偏转向用户的视网膜方向， 并移向S01的工作。由偏转部104的全息图的衍射效果而被偏转的光束通 过用户的眼睛的瞳孔，到达视网膜并作为影像由用户察觉。
并且，从S03至S06的一连串的处理，可以依次执行，也可以同时执 行，还可以改变顺序执行。通过降低了执行顺序的制约，从而可以通过多 流处理来减少合计处理时间。
并且，执行S01以及S02的处理频繁程度也可以与执行从S03至S06 的处理的频繁程度不同。在执行了 S06之后可以移向S03的工作。据此， 在S01以及S02所需要的时间较长的情况下，能够縮短从S03至S06的反 复多次工作的合计时间。
通过以上的工作，能够追随偏转部104的位置变化，来实现在用户的 眼睛的视网膜上描绘影像的工作。
通过以上的构成，本发明的光束扫描式显示装置10通过偏转部104被 形成在被戴在眼睛上的隐形眼镜12，从而能够解决眼镜式HMD在佩戴方面 的问题，并且能够回避因戴眼镜而改变姿容、使与鼻子等的接触部分留下 痕迹、以及与鼻子等接触部分的化妆品脱落等问题。
并且，从S01至S06的工作可以是伴随概率的处理工作。例如，可以 将偏转部位置的算出以概率来表现，例如，在向上方移动了l毫米的概率 设为20%，没有移动的概率设为80%。据此，即使在算出的值不确切的情况
25下，也能够比没有算出的情况下能够以高画质来显示。 (实施例2)
图IO是本发明的实施例2中车载式的HUD(Head-叩Display:平视显示 器)的构成图。本实施例2所涉及的车辆1000包括驾驶员所坐的驾驶席 1001和壳体保持部1002，该壳体保持部1002保持壳体11，以便光束能够 被扫描到驾驶员所戴的隐形眼镜12上。
光源101、波阵面形状变更部102、扫描部103、偏向部104、控制部 105、以及耳机部106的基本构成和工作与实施例1相同。
在本实施例中，向正在乘车的用户显示影像。与实施例l相同，通过 使偏转部104具有光束偏转特性和来自车外的可视光的透过特性，从而既 能够看到车外的风景又能够看到本发明所进行的显示。据此，在看车外的 风景的同时，还能够看到有关车速、注意事项或警告、路程向导等驾驶操 作和所在地的信息。
保持光源101、波阵面形状变更部102、扫描部103的壳体11被安装 在图IO所示的车辆1000的顶部(顶部相当于"壳体保持部1002")。据此， 得到的效果是透过车窗看到的视野不会被遮挡，并且通过配置在距离眼睛 近的地方，从而可以得到缩短光路提高显示精确度的效果。并且，也可以 将光源101配置在车身下部等与波面形状变更部102分开的地方，从光源 到波面形状变更部102以光导纤维来传输光束。这样，可以得到减少为了 在顶部设置光源101的区域的效果。
控制部105可以被设置在仪表板内。与本发明的显示装置IO不同的其 他的控制装置，例如车速管理装置或向导控制装置(车辆导航系统)等控 制装置也可以兼用于本发明的控制部105。这样，可以得到减少控制装置的 合计数量的效果。
耳机部106可以不必与用户的耳朵接触，可以在用户周围的车内空间 装备扬声器，例如在车门或前面的仪表板上装备扬声器。 (实施例3)
图11示出了本发明的实施例3中的椅子安装式的显示装置的构成图。光源IOI、波阵面形状变更部102、扫描部103、偏向部104、控制部 105、以及耳机部106的基本构成和工作与实施例1相同。 在本实施例中，向坐在椅子上的用户显示影像。
包括光源101、波阵面形状变更部102、以及扫描部103的壳体11可 以被设置在图11所示的从椅子的靠背到用户眼前的偏向部104的各个部分 (相当于"壳体保持部")。在图11中虽然被设置在了用户的头部的上方， 也可以配置在侧头部或头部的下方。
控制部105可以配置在椅子的下部。与本发明的光束扫描式显示装置 10不同的其他的控制装置，例如按摩控制装置等控制装置也可以兼用于本 控制部105。这样，可以得到减少控制装置的总数的效果。
耳机部106可以不与用户的耳朵接触，可以在头部的后方或侧面设置 扬声器。
并且，对于在上述的各个实施例的控制处理，可以通过专用的H/W(电 子电路等)来实现，也可以通过使CPU解释执行规定的程序数据来实现， 该规定的程序数据能够执行被存储在记录装置(ROM、 RAM、硬盘等)的上 述的处理顺序。在这种情况下，程序数据可以通过记录介质被导入到记录 装置内，也可以在记录介质上直接执行。并且，记录介质是指ROM、 RAM、 闪存等半导体存储器，软盘以及硬盘等磁盘存储器，CD—ROM、 DVD、 BD等 光盘以及SD卡等存储卡等。并且，记录介质在概念上还可以包括电话线路 以及传输路径等通信介质。
并且，实施例在不超过本发明的主旨的范围内，是可以随时变更的。 本发明所涉及的光束扫描式显示装置中的偏转部被形成在隐形眼镜 上，且该光束扫描式显示装置能够应用于显示装置、显示系统、显示方法 等。
权利要求
1.一种光束扫描式显示装置，将光束扫描到用户的视网膜以显示图像，包括壳体，存放光源和扫描部，所述光源输出光束，该光束用于描绘构成图像的各个像素，所述扫描部在二维方向上扫描由所述光源输出的光束；以及隐形眼镜，该隐形眼镜与所述壳体不为一体，且具有偏转部，该偏转部使在所述扫描部扫描的光束向戴有所述壳体的用户的眼睛的视网膜方向偏转。
2. 如权利要求1所述的光束扫描式显示装置，所述偏转部是被形成在所述隐形眼镜的表面的全息图。
3. 如权利要求2所述的光束扫描式显示装置，所述全息图具有第一干涉条纹，使从第一方向入射的光束向所述视网膜方向偏转；以及第二干涉条纹，使从与所述第一方向不同的第二方向入射的光束向所述视网膜方向偏转。
4. 如权利要求3所述的光束扫描式显示装置，所述第一方向以及第二方向是指，在所述隐形眼镜沿着眼球的表面自转了规定的角度之前与之后，所述扫描部朝向所述全息图的方向。
5 .如权利要求3所述的光束扫描式显示装置，所述第一方向以及第二方向是指，在所述隐形眼镜以眼球的中心为中心公转规定的角度之前与之后，所述扫描部朝向所述全息图的方向。
6 .如权利要求1所述的光束扫描式显示装置，所述隐形眼镜具有自转抑制部，抑制该隐形眼镜沿着眼球表面的自转。
7.如权利要求6所述的光束扫描式显示装置，所述自转抑制部是所述隐形眼镜的一部分，且与该隐形眼镜的其他部分的密度不同。
8 .如权利要求1所述的光束扫描式显示装置，进一步包括光检测部，检测由所述光源输出的光束在所述隐形眼镜反射出来的反射光；相对位置检测部，根据所述光检测部的检测结果，检测所述扫描部和所述偏转部的相对位置的变化；以及扫描角控制部，根据所述相对位置检测部的检测结果，控制所述扫描部的扫描角，以使入射到所述偏转部的光束向视网膜方向入射。
9 .如权利要求8所述的光束扫描式显示装置，所述隐形眼镜具有特征点，该特征点的反射特性与该隐形眼镜的其他的部分不同；所述光检测部检测来自所述特征点的反射光；所述相对位置检测部，根据预先规定的所述特征点的标准位置和由所述光检测部检测出的所述特征点的位置的差，来检测所述扫描部和所述偏转部的相对位置的变化。
10.如权利要求9所述的光束扫描式显示装置，所述特征点被设置在比所述隐形眼镜的最上部更接近于所述扫描部的位置。
11.如权利要求l所述的光束扫描式显示装置，对于用户而言，所述扫描部被设置在比所述偏转部更靠前的位置。
12 .如权利要求1所述的光束扫描式显示装置，对于用户而言，所述扫描部被设置在比所述偏转部更靠下的位置。
13.如权利要求l所述的光束扫描式显示装置，所述扫描部被设置成，在用户头部的左右方向上，位于耳朵和所述偏转部之间。
14.如权利要求l所述的光束扫描式显示装置，所述壳体仅由用户的侧头部支承。
15.如权利要求l 4所述的光束扫描式显示装置，所述壳体由第一部分和第二部分构成，所述第一部分位于该壳体与用户的侧头部的接触位置的前方；所述第二部分位于所述接触位置的后方，且其对所述接触位置的力矩与所述第一部分对所述接触位置的力矩实质上平衡。
16.如权利要求l 5所述的光束扫描式显示装置，所述接触位置为用户的耳根；所述第二部分被设置有电池，该电池驱动该光束扫描式显示装置。
17 . —种显示方法，该显示方法使图像显示在光束扫描式显示装置上，该光束扫描式显示装置包括壳体和隐形眼镜，该壳体具有光源和扫描部，该隐形眼镜具有偏转部，且与所述壳体不为一体，该显示方法包括光束输出步骤，从所述光源输出光束，该光束描绘构成图像的各个像素；扫描步骤，使在所述光束输出步骤输出的光束在二维方向上扫描；偏转步骤，使在所述扫描步骤扫描的光束，由所述偏转部偏转向用户的眼睛的视网膜方向；光检测步骤，检测在所述光束输出步骤输出的光束在所述隐形眼镜反射出来的反射光；相对位置检测步骤，根据在所述光检测步骤的检测结果，检测所述扫描部和所述偏转部的相对位置的变化；以及扫描角控制步骤，根据在所述相对位置检测步骤的检测结果，控制所述扫描部的扫描角，以使入射到所述偏转部的光束向视网膜方向入射。
18. —种车辆，搭载了权利要求l所述的光束扫描式显示装置，包括驾驶席，是戴着所述隐形眼镜的驾驶员所坐的驾驶席；以及壳体保持部，将所述壳体保持在光束能够扫描到驾驶员戴着的所述隐形眼镜的位置上。
全文摘要
光束扫描式显示装置(10)将光束扫描到用户的视网膜以显示图像，包括壳体(11)，存放光源(101)和扫描部(103)，所述光源(101)输出光束，该光束用于描绘构成图像的各个像素，所述扫描部(103)在二维方向上扫描由所述光源输出的光束；以及隐形眼镜(12)，该隐形眼镜(12)与所述壳体(11)不为一体，且具有偏转部(104)，该偏转部(104)使在所述扫描部(103)扫描的光束向戴有所述壳体(11)的用户的眼睛的视网膜方向偏转。
文档编号G02F1/13GK101583898SQ20088000262
公开日2009年11月18日 申请日期2008年11月19日 优先权日2007年11月20日
发明者山本格也 申请人:松下电器产业株式会社