(57)【要約】【課題】ユーザに良質な画像を提供すること。【解決手段】光線を出射する光源２０と、画像データを入力する画像入力部３２と、入力された画像データに基づいた画像光線を生成して、光源２０からの画像光線の出射を制御する制御部３４と、光源２０から出射された画像光線を走査する走査ミラー２８と、走査ミラー２８で走査された画像光線をユーザの眼球６０の網膜６２に照射して網膜６２に画像を投影する投影ミラー３０と、を備え、眼球６０の角膜６８に入射する際の画像光線の直径は３１０μｍ以上且つ７００μｍ以下である、画像投影装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線を出射する光源と、
画像データを入力する画像入力部と、
入力された前記画像データに基づいた画像光線を生成して、前記光源からの前記画像光線の出射を制御する制御部と、
前記光源から出射された前記画像光線を走査する走査部と、
前記走査部で走査された前記画像光線をユーザの眼球の網膜に照射して前記網膜に画像を投影する投影光学部材と、を備え、
前記眼球の角膜に入射する際の前記画像光線の直径は３１０μｍ以上且つ７００μｍ以下である、画像投影装置。
【請求項２】
前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の一部を遮閉すると共に残りを通過させる開口を有し、前記角膜に入射する際の前記画像光線の直径を調整する直径調整部を備える、請求項１記載の画像投影装置。
【請求項３】
前記光源と前記走査部との間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線を略平行光とするコリメータを備え、
前記直径調整部は、前記コリメータと前記走査部との間の前記画像光線の光路上に設けられている、請求項２記載の画像投影装置。
【請求項４】
前記角膜に入射する際の前記画像光線は略平行光である、請求項１から３のいずれか一項記載の画像投影装置。
【請求項５】
光線を出射する光源と、
画像データを入力する画像入力部と、
入力された前記画像データに基づいた画像光線を生成して、前記光源からの前記画像光線の出射を制御する制御部と、
前記光源から出射された前記画像光線を走査する走査部と、
前記走査部で走査された前記画像光線をユーザの眼球の網膜に照射して前記網膜に画像を投影する投影光学部材と、
前記眼球の角膜に入射する際の前記画像光線の開口数を調整する調整部と、を備える画像投影装置。
【請求項６】
前記光源と前記走査部との間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線を略平行光とするコリメータを備え、
前記調整部は、前記コリメータを通過する際の前記画像光線の進行方向に沿った方向に前記コリメータの位置を移動させることで前記角膜に入射する際の前記画像光線の開口数を調整する、請求項５記載の画像投影装置。
【請求項７】
前記調整部は、前記光源の位置を前記画像光線の進行方向に沿った方向に移動させることで前記角膜に入射する際の前記画像光線の開口数を調整する、請求項５または６記載の画像投影装置。
【請求項８】
前記光源と前記走査部との間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線を略平行光とするコリメータを備え、
前記制御部は、前記ユーザからの指示に応じて前記調整部を制御して前記光源と前記コリメータとの距離を変更させる、請求項６または７記載の画像投影装置。
【請求項９】
前記角膜に入射する際の前記画像光線は発散光である、請求項５から８のいずれか一項記載の画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源から出射された光線を用い、ユーザの網膜に画像を直接投影するヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）などの画像投影装置が知られている。このような画像投影装置では、マクスウエル視といわれる方法が用いられる。マクスウエル視では、画像を形成する光線を瞳孔近傍で収束させ、網膜に画像を投影する。このため、マクスウエル視を利用したＨＭＤは、フォーカスフリーの特性を得られることが期待されている。
【０００３】
外界の実像と投影像による虚像とを重畳して見ることができるシースルー型ＨＭＤにおいて、距離の異なる実像を見る場合でも投影像が鮮明に見えるように、レンズの位置を移動させて投影像の焦点距離を変更することが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１３９５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マクスウエル視を利用したＨＭＤにおいて、フォーカスフリー特性が得られ難い又は投影された画像に対してユーザが感じる解像感が低いことがある。このため、ユーザが良質な画像を視認できないことがある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ユーザに良質な画像を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、光線を出射する光源と、画像データを入力する画像入力部と、入力された前記画像データに基づいた画像光線を生成して、前記光源からの前記画像光線の出射を制御する制御部と、前記光源から出射された前記画像光線を走査する走査部と、前記走査部で走査された前記画像光線をユーザの眼球の網膜に照射して前記網膜に画像を投影する投影光学部材と、を備え、前記眼球の角膜に入射する際の前記画像光線の直径は３１０μｍ以上且つ７００μｍ以下である、画像投影装置である。
【０００８】
上記構成において、前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の一部を遮閉すると共に残りを通過させる開口を有し、前記角膜に入射する際の前記画像光線の直径を調整する直径調整部を備える構成とすることができる。
【０００９】
上記構成において、前記光源と前記走査部との間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線を略平行光とするコリメータを備え、前記直径調整部は、前記コリメータと前記走査部との間の前記画像光線の光路上に設けられている構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記角膜に入射する際の前記画像光線は略平行光である構成とすることができる。
【００１１】
本発明は、光線を出射する光源と、画像データを入力する画像入力部と、入力された前記画像データに基づいた画像光線を生成して、前記光源からの前記画像光線の出射を制御する制御部と、前記光源から出射された前記画像光線を走査する走査部と、前記走査部で走査された前記画像光線をユーザの眼球の網膜に照射して前記網膜に画像を投影する投影光学部材と、前記眼球の角膜に入射する際の前記画像光線の開口数を調整する調整部と、を備える画像投影装置である。
【００１２】
上記構成において、前記光源と前記走査部との間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線を略平行光とするコリメータを備え、前記調整部は、前記コリメータを通過する際の前記画像光線の進行方向に沿った方向に前記コリメータの位置を移動させることで前記角膜に入射する際の前記画像光線の開口数を調整する構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記調整部は、前記光源の位置を前記画像光線の進行方向に沿った方向に移動させることで前記角膜に入射する際の前記画像光線の開口数を調整する構成とすることができる。
【００１４】
上記構成において、前記光源と前記走査部との間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線を略平行光とするコリメータを備え、前記制御部は、前記ユーザからの指示に応じて前記調整部を制御して前記光源と前記コリメータとの距離を変更させる構成とすることができる。
【００１５】
上記構成において、前記角膜に入射する際の前記画像光線は発散光である構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ユーザに良質な画像を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施例１に係る画像投影装置を上方から見た図である。
【図２】図２は、実施例１に係る画像投影装置の一部を拡大して上方から見た図である。
【図３】図３は、フォーカスフリー特性の実験結果を示す図である。
【図４】図４は、シミュレーションに用いた眼球モデルを示す図である。
【図５】図５は、フォーカスフリー特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】図６は、実施例２に係る画像投影装置を上方から見た図である。
【図７】図７は、角膜に入射する際のレーザ光の開口数を変化させた場合における、原視力と獲得視力との関係を調査した実験結果を示す図である。
【図８】図８（ａ）から図８（ｃ）は、角膜に入射する際のレーザ光の開口数を変化させた場合における、原視力と獲得視力との関係を調査したシミュレーション結果を示す図である。
【図９】図９は、制御部によるコリメートレンズの位置制御のフローチャートの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、実施例１に係る画像投影装置を上方から見た図である。図２は、実施例１に係る画像投影装置の一部を拡大して上方から見た図である。図１及び図２のように、実施例１の画像投影装置１００は、光源２０、コリメートレンズ２２、直径調整部２４、ミラー２６、走査ミラー２８、投影ミラー３０、画像入力部３２、及び制御部３４を備える。
【００２０】
実施例１の画像投影装置１００はメガネ型である。メガネはツル１０とレンズ１２を有する。メガネのツル１０に、光源２０、コリメートレンズ２２、直径調整部２４、ミラー２６、及び走査ミラー２８が設けられている。メガネのレンズ１２に、投影ミラー３０が設けられている。画像入力部３２及び制御部３４は、例えばメガネに設けられずに外部装置（例えば携帯端末）に設けられてもよいし、メガネのツル１０に設けられてもよい。
【００２１】
画像入力部３２には、図示しないカメラ及び／又は録画機器などから画像データが入力される。制御部３４は、入力された画像データに基づいて、光源２０からのレーザ光５０の出射を制御する。光源２０は、制御部３４の制御の下、例えば単一又は複数の波長のレーザ光５０を出射する。光源２０として、例えばＲＧＢ（赤・緑・青）のレーザダイオードチップと３色合成デバイスとが集積された光源が挙げられる。このように、画像データは、光源２０によって画像光線であるレーザ光５０に変換される。
【００２２】
制御部３４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサである。カメラを眼球６０の視線方向に向けて画像投影装置１００の適切な位置に設置すれば、このカメラで撮像した視線方向の画像を網膜６２に投影させることができる。また、録画機器などから入力された画像を投影させたり、カメラ画像と録画機器などからの画像を制御部３４でスーパーインポーズさせたりして、いわゆる仮想現実（ＡＲ：Augmented Reality）画像を投影させることもできる。
【００２３】
コリメートレンズ２２は、光源２０から出射されたレーザ光５０を略平行光なレーザ光５０とする。なお、略平行光とは、完全な平行光だけではなく、例えば僅かに集光している場合などを含むものである。
【００２４】
直径調整部２４は、コリメートレンズ２２と走査ミラー２８との間のレーザ光５０の光路上に配置されている。直径調整部２４には、コリメートレンズ２２で略平行光とされたレーザ光５０が入射する。直径調整部２４は、レーザ光５０の一部を遮閉すると共に残りを通過させる開口３６を有する。開口３６は、例えば略円形形状をしている。略円形形状とは、完全な円形の場合に限られずに、外周の一部が僅かに歪んだ場合や、楕円の場合も含むものである。開口３６の中心とレーザ光５０の光軸とはほぼ一致している。開口３６の直径は、レーザ光５０がユーザの眼球６０の角膜６８に入射する際の直径が３５０μｍ以上且つ７００μｍ以下の範囲に収まるように設定されている。直径調整部２４の開口３６は、一定の大きさに固定されていてもよいし、大きさが変えられるようになっていてもよい。例えば、制御部３４によって直径調整部２４の開口３６の大きさが変えられるようになっていてもよい。
【００２５】
ミラー２６は、直径調整部２４を通過したレーザ光５０を走査ミラー２８に向かって反射させる。走査ミラー２８は、レーザ光５０を２次元方向に走査して、ユーザの眼球６０の網膜６２に画像を投影するための投影光とする。走査ミラー２８は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーであり、水平方向及び垂直方向の２次元にレーザ光５０を走査する。走査ミラー２８で走査されたレーザ光５０は、メガネのレンズ１２のユーザの眼球６０側の面に設けられた投影ミラー３０に入射する。
【００２６】
投影ミラー３０は、走査ミラー２８で走査されたレーザ光５０をユーザの眼球６０の網膜６２に照射することにより、網膜６２に画像を投影する。ユーザは、網膜６２に投影されたレーザ光５０の残像効果によって画像を認識する。投影ミラー３０は、走査ミラー２８で走査されたレーザ光５０の収束位置が瞳孔６４近傍となるように設計されている。投影ミラー３０は、メガネのレンズ１２と接している必要はなく、レーザ光５０が瞳孔６４を通って網膜６２に照射できる位置であればよい。また、用途によっては、投影ミラー３０のみでレンズ１２が設置されていなくてもよい。
【００２７】
走査ミラー２８で走査されたレーザ光５０は、投影ミラー３０の手前で集光し、発散光となって投影ミラー３０に入射してもよい。この場合、レーザ光５０は、投影ミラー３０の集光パワーによって、角膜６８に略平行光で入射する。レーザ光５０は、水晶体６６によって網膜６２の近傍に集光される。
【００２８】
走査ミラー２８で走査されたレーザ光５０は、瞳孔６４近傍で収束するため、水晶体６６の中心近傍を通過する。このため、水晶体６６によるレンズ機能（すなわち視力）の影響を受け難く、フォーカスフリー特性が得られることが期待されている。しかしながら、水晶体６６を通過するレーザ光５０の直径は有限な値であるため、多少なりとも水晶体６６によるレンズ機能の影響を受ける。このため、レーザ光５０の直径の大きさによっては、フォーカスフリー特性が得られ難いことが考えられる。
【００２９】
フォーカスフリー特性について行った実験について説明する。実験は、視力が０．０４、０．５、０．９、及び１．２と異なる複数のユーザに対して、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の直径を異ならせた場合に、網膜６２に投影された画像をユーザがどの程度視認できるかを測定することで行った。網膜６２に投影した画像は、水平視野角２０°、画面アスペクト比１６：９、有効垂直解像度７２０本の画像とした。例えば眼軸長が２４ｍｍであれば、網膜６２に投影される画像の大きさは、横５７００μｍ×縦３２００μｍとなる。
【００３０】
図３は、フォーカスフリー特性の実験結果を示す図である。図３の横軸は原視力、縦軸は獲得視力である。原視力とは、一般的な視力検査によって測定される上述の視力のことである。獲得視力とは、画像投影装置１００によってユーザの網膜６２に投影された画像に対する視力のことである。図３において、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の直径が３１０μｍである場合の結果を実線で、４７０μｍである場合の結果を点線で、８２０μｍである場合の結果を一点鎖線で、１３６０μｍである場合の結果を破線で示している。なお、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）は−０．００１〜０であり、レーザ光５０は略平行光で角膜６８に入射している。
【００３１】
図３のように、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の直径が３１０μｍの場合は原視力が異なる場合でも獲得視力は０．４程度でほぼ一定になり、直径が４７０μｍの場合は原視力が異なる場合でも獲得視力は０．５程度でほぼ一定になっている。一方、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の直径が８２０μｍ、１３６０μｍのように大きくなると、原視力が変化すると獲得視力も変化している。これらのことから、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の直径が３１０μｍ以上且つ４７０μｍ以下の場合では、フォーカスフリー特性が得られることが分かる。なお、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の直径が８２０μｍの場合では、厳密にはフォーカスフリー特性が得られていないが、原視力が低い場合では獲得視力の変化はほとんど見られなかった。
【００３２】
次に、フォーカスフリー特性について行ったシミュレーションについて説明する。図４は、シミュレーションに用いた眼球モデルを示す図である。図４のように、シミュレーションに用いた眼球モデル８０は、角膜６８、前房７０、水晶体６６、硝子体７２、及び網膜６２を備え、眼軸長は２４ｍｍであるとした。レーザ光５０は、角膜６８に平行光で入射し、角膜６８、前房７０、水晶体６６、及び硝子体７２を通過して、網膜６２に照射されるとした。角膜６８、前房７０、水晶体６６、及び硝子体７２の屈折率は、それぞれ適切な値に設定した。
【００３３】
シミュレーションにおいて、原視力については、水晶体６６の形状（曲率）を変えて焦点距離を変えることで原視力を設定した。獲得視力については、図３に示した角膜６８に入射する際のレーザ光５０の直径が４７０μｍのときの実測値を基準にして獲得視力を算出した。すなわち、角膜６８に入射する際の直径が４７０μｍのレーザ光５０を眼球モデル８０に入射したときの網膜６２上でのレーザ光５０の直径を算出し、当該直径と図３におけるレーザ光５０の直径が４７０μｍのときの獲得視力が得られるために必要な分解能との比率を算出した。そして、この比率を用いて角膜６８に入射する際のレーザ光５０の直径を変えることで網膜６２上でのレーザ光５０の直径が変わった場合での獲得視力を算出した。
【００３４】
図５は、フォーカスフリー特性のシミュレーション結果を示す図である。図５の横軸は原視力、縦軸は獲得視力である。図５において、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の直径が３５０μｍである場合の結果を太い一点鎖線で、４７０μｍである場合の結果を太い破線で、６００μｍである場合の結果を太い点線で、７００μｍである場合の結果を太い実線で示している。８００μｍである場合の結果を細い三点鎖線で、１２５０μｍである場合の結果を細い破線で、１３４０μｍである場合の結果を細い一点鎖線で、１５００μｍである場合の結果を細い実線で、３０００μｍである場合の結果を細い点線で、５０００μｍである場合の結果を細い二点鎖線で示している。
【００３５】
図５のように、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の直径が３５０μｍ以上且つ７００μｍ以下の場合では、原視力が異なる場合でもほぼ一定の獲得視力となり、フォーカスフリー特性が得られる結果となった。また、獲得視力自体も０．５程度以上の大きさが得られる結果となった。一方、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の直径が８００μｍになると、原視力が０．３程度以下において獲得視力が低下してフォーカスフリー特性が崩れ始め、１２５０μｍ以上になると、原視力が低くなるに従い獲得視力も低くなって、フォーカスフリー特性は得られない結果となった。
【００３６】
したがって、実施例１では、コリメートレンズ２２と走査ミラー２８との間のレーザ光５０の光路上に直径調整部２４を配置し、直径調整部２４によって角膜６８に入射する際のレーザ光５０の直径が３１０μｍ以上且つ７００μｍ以下となるようにする。図３を用いて説明した実測値結果、及び、図５を用いて説明したシミュレーション結果から、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の直径を３１０μｍ以上且つ７００μｍ以下にすることで、獲得視力が０．４以上で且つフォーカスフリー特性を得ることができる。よって、原視力が異なる様々なユーザに対して良質な画像を提供することができる。
【００３７】
フォーカスフリー特性を得た上で、獲得視力は高いことが好ましい。図５のように、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の直径が大きくなるほど、獲得視力は高くなる。したがって、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の直径は４００μｍ以上且つ７００μｍ以下の場合が好ましく、５００μｍ以上且つ７００μｍ以下の場合がより好ましく、６００μｍ以上且つ７００μｍ以下の場合がさらに好ましい。
【００３８】
また、実施例１によれば、図１及び図２のように、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の直径を調整する直径調整部２４を備えている。これにより、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の直径を３１０μｍ以上且つ７００μｍ以下の適切な大きさに容易に調整できる。直径調整部２４は、コリメートレンズ２２と走査ミラー２８との間のレーザ光５０の光路上に設けられていることが好ましい。これにより、直径調整部２４に略平行光のレーザ光５０が入射するため、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の直径の調整が容易となる。
【００３９】
なお、実施例１では、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の直径を、直径調整部２４の開口３６の大きさによって調整する場合を例に示したが、これに限られる訳ではない。例えば、直径調整部２４を略平行光でない部分に配置し、直径調整部２４をレーザ光５０に対して前後に移動させることで、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の直径を調整してもよい。
【実施例２】
【００４０】
実施例１の図５の結果から、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の直径を大きくすることで、獲得視力を高くできる可能性があることが分かる。例えば、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の直径を８００μｍ以上とすることで、１．０程度以上の獲得視力を得られる可能性があることが分かる。しかしながら、レーザ光５０の直径を大きくするとレーザ光５０の焦点深度が小さくなるため、原視力によっては獲得視力が高くならずに、ユーザに対して良質な画像を提供できないことが起こり得る。したがって、レーザ光５０の直径を大きくした場合には、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の開口数（ＮＡ：numerical aperture）を適切な大きさに調整することが望ましいと考えられる。
【００４１】
図６は、実施例２に係る画像投影装置を上方から見た図である。図６のように、実施例２の画像投影装置２００では、直径調整部２４が設けられてなく、代わりに、メガネのツル１０に調整部３８が設けられている。調整部３８は、コリメートレンズ２２を通過する際のレーザ光５０の進行方向に沿った方向にコリメートレンズ２２の位置を移動させることで、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の開口数を調整する。調整部３８は、例えばアクチュエータである。例えば、制御部３４が、ユーザからの指示に応じて調整部３８を制御してコリメートレンズ２２の位置を移動させる。その他の構成は、実施例１と同じであるため説明を省略する。
【００４２】
ここで、視力が異なる複数のユーザに対して、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の開口数を変えることで獲得視力がどのように変化するかを調査した実験について説明する。実験は、原視力が０．０４、０．５、０．９、及び１．２と異なる複数のユーザに対して角膜６８に直径１４９０μｍのレーザ光５０を入射させ、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の開口数を異ならせた場合に、網膜６２に投影された画像をユーザがどの程度視認できるかを測定することで行った。網膜６２に投影した画像は、実施例１と同じく、水平視野角２０°、画面アスペクト比１６：９、有効垂直解像度７２０本の画像とした。
【００４３】
図７は、角膜に入射する際のレーザ光の開口数を変化させた場合における、原視力と獲得視力との関係を調査した実験結果を示す図である。図７の横軸は原視力、縦軸は獲得視力である。角膜６８に入射する際のレーザ光５０の開口数を、原視力が０．０４のユーザに対して最適化したときの結果を実線で示し、原視力が０．５のユーザに対して最適化したときの結果を一点鎖線で示し、原視力が０．９のユーザに対して最適化したときの結果を点線で示し、原視力が１．２のユーザに対して最適化したときの結果を破線で示している。なお、実測評価では、画面解像度の関係で１．２以上の獲得視力は計測できない。
【００４４】
図７のように、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の開口数を原視力が０．０４のユーザに対して最適化した場合においては、開口数の最適値は−０．００４５であり、原視力が０．０４のユーザの獲得視力は１．０程度であった。原視力が０．０４よりも高くなると獲得視力は１．０よりも低くなった。角膜６８に入射する際のレーザ光５０の開口数を原視力が０．５のユーザに対して最適化した場合においては、開口数の最適値は−０．００２９であり、原視力が０．５のユーザの獲得視力は１．０程度であった。原視力が０．５よりも大きくなっても獲得視力は１．０程度であったが、原視力が０．５よりも低くなると獲得視力は１．０よりも低くなった。
【００４５】
角膜６８に入射する際のレーザ光５０の開口数を原視力が０．９のユーザに対して最適化した場合においては、開口数の最適値は−０．００１２であり、原視力が０．９のユーザの獲得視力は１．２程度であった。角膜６８に入射する際のレーザ光５０の開口数を原視力が１．２のユーザに対して最適化した場合においては、開口数の最適値は−０．０００７であり、原視力が１．２のユーザの獲得視力は１．２程度であった。原視力が０．９と１．２の場合においては、原視力に対する獲得視力のグラフはほぼ同一となり、原視力が０．９よりも低くなると獲得視力は１．２よりも低くなった。
【００４６】
図７の実験結果から、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の開口数の最適値は原視力によって異なることが分かる。
【００４７】
次に、角膜に入射する際のレーザ光の開口を変化させた場合における、原視力と獲得視力との関係を調査したシミュレーションについて説明する。シミュレーションは、実施例１の図４で説明した眼球モデル８０を用いて行い、原視力及び獲得視力については実施例１で説明した方法によって設定及び算出した。
【００４８】
図８（ａ）から図８（ｃ）は、角膜に入射する際のレーザ光の開口数を変化させた場合における、原視力と獲得視力との関係を調査したシミュレーション結果を示す図である。図８（ａ）は、原視力が０．０８で開口数を最適化したときのシミュレーション結果である。図８（ｂ）は、原視力が０．１６で開口数を最適化したときのシミュレーション結果である。図８（ｃ）は、原視力が０．３７で開口数を最適化したときのシミュレーション結果である。図８（ａ）から図８（ｃ）において、横軸は原視力、縦軸は獲得視力であり、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の直径が１４５０μｍである場合の結果を実線で、９５０μｍである場合の結果を点線で示している。
【００４９】
図８（ａ）のように、原視力が０．０８で開口数を最適値に調整した場合においては、レーザ光５０の直径が１４５０μｍのときでは、開口数の最適値は−０．００２であり、獲得視力は１．８程度であった。レーザ光５０の直径が９５０μｍのときでは、開口数の最適値−０．００１２であり、獲得視力は１．４５程度であった。レーザ光５０の直径が１４５０μｍのときでは、原視力が０．０８よりも低い場合では獲得視力は１．８よりも高くなったが、原視力が０．０８よりも高くなると獲得視力は１．８よりも低くなった。レーザ光５０の直径が９５０μｍのときでは、原視力が０．０５〜０．２までは１．４５程度の獲得視力が得られたが、原視力が０．２より高くなると獲得視力は１．４５よりも低くなった。
【００５０】
図８（ｂ）のように、原視力が０．１６で開口数を最適値に調整した場合においては、レーザ光５０の直径が１４５０μｍのときでは、開口数の最適値は−０．００１であり、獲得視力は２．２程度であった。レーザ光５０の直径が９５０μｍのときでは、開口数の最適値は−０．００４８であり、獲得視力は１．４５程度であった。レーザ光５０の直径が１４５０μｍのときでは、原視力が０．１４〜０．４３において２．０以上の獲得視力が得られたが、原視力が０．１４より低く又は０．４３より高くなると獲得視力は２．０よりも低くなった。レーザ光５０の直径が９５０μｍのときでは、原視力が０．０５〜０．６８において１．４５程度の獲得視力が得られた。
【００５１】
図８（ｃ）のように、原視力が０．３７で開口数を最適値に調整した場合において、レーザ光５０の直径が１４５０μｍのときでは、開口数の最適値は−０．００００６であり、獲得視力は２．２程度であった。レーザ光５０の直径が９５０μｍのときでは、開口数の最適値は−０．００００３であり、獲得視力は１．４５程度であった。レーザ光５０の直径が１４５０μｍのときでは、原視力が０．３６〜０．６８においては２．０以上の獲得視力が得られたが、原視力が０．３６より低くなると獲得視力は２．０よりも低くなった。レーザ光５０の直径が９５０μｍのときでは、原視力が０．１７〜０．６８においては１．４５程度の獲得視力が得られたが、原視力が０．１７より低くなると獲得視力は１．４５よりも低くなった。
【００５２】
したがって、図８（ａ）から図８（ｃ）のシミュレーション結果からも、原視力によって角膜６８に入射する際のレーザ光５０の開口数の最適値が異なることが分かる。
【００５３】
そこで、実施例２では、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の開口数を調整する調整部３８を備える。これにより、ユーザは網膜６２に投影された画像に対して高い獲得視力（すなわち、高い解像感）を得ることができる。よって、ユーザに対して良質な画像を提供することができる。なお、図７〜図８（ｃ）の結果から、角膜６８に入射する際のレーザ光５０は発散光であることが好ましいことが分かる。
【００５４】
また、実施例１によれば、調整部３８は、コリメートレンズ２２を通過する際のレーザ光５０の進行方向に沿った方向にコリメートレンズ２２の位置を移動させて光源２０とコリメートレンズ２２との距離を変えることで、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の開口数を調整している。これにより、レーザ光５０の開口数を容易に調整することができる。なお、調整部３８は、他の方法によって、角膜６８に入射する際のレーザ光５０の開口数を調整してもよい。例えば、調整部３８は、光源２０の位置をレーザ光５０の進行方向に沿った方向に移動させて光源２０とコリメートレンズ２２の距離を変えることで、レーザ光５０の開口数を調整してもよいし、コリメートレンズ２２と光源２０の両方を移動させることでレーザ光５０の開口数を調整してもよい。
【００５５】
なお、ユーザが調整部３８に直接触れてコリメートレンズ２２の位置を移動させてもよいが、微妙な位置調整を行うことから、制御部３４がユーザからの指示に応じて調整部３８を制御してコリメートレンズ２２の位置を移動させることが好ましい。図９は、制御部によるコリメートレンズの位置制御のフローチャートの一例である。図９のように、制御部３４は、コリメートレンズ２２の位置を移動させることについて、ユーザからの指示があるまで待機する（ステップＳ１０：Ｎｏ）。ユーザは、例えば制御部３４を備える外部装置（例えば携帯端末）を操作することで、コリメートレンズ２２の位置を移動させることについて制御部３４に指示する。制御部３４は、ユーザからの指示を受けると（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、ユーザからの指示に基づいて、調整部３８を制御してコリメートレンズ２２の位置を移動させることで光源２０とコリメートレンズ２２との距離を変更させる（ステップＳ１２）。次いで、制御部３４は、ユーザからの指示が終了したか否かを判断する（ステップＳ１４）。ユーザからの指示が終了していない場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、制御部３４はステップＳ１２を引き続き実行する。ユーザからの指示が終了した場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、制御部３４は処理を終了する。
【００５６】
実施例１及び実施例２において、投影ミラー３０は、自由曲面を有する場合でもよいし、回折素子の場合でもよい。また、投影ミラー３０は、眼球６０の視線方向の光を透過させることができるハーフミラーであってもよいし、光が透過しない全反射ミラーであってもよい。投影ミラー３０がハーフミラーであれば、視線方向の実画像を透過させて、レーザ光５０による画像と合わせて視認することができ、全反射ミラーであれば、レーザ光５０による画像のみを視認することができる。また、投影ミラー３０の機能を持つものとしては、角膜６８に向かってレーザ光５０を集光させて網膜６２へ投影することができる光学的な機能があれば、ミラーに限られずレンズでもよい。レンズを用いる場合は、投影ミラー３０の位置に集光しないミラーを配置し、そのミラーの眼球６０側にレンズを配置することで実現でき、また、光源２０、走査ミラー２８などの光学系の配置の仕方により、レンズのみで網膜６２へ投影する構成をとることも可能である。同様に、コリメートレンズ２２も、レンズに限定されるものではなく、レーザ光５０を略平行光にするコリメータとしての光学特性を有するものであれば、ミラーであっても、回折素子であってもよい。この場合もレーザ光５０の光路に応じて適切な配置をとることが可能である。
【００５７】
実施例１及び実施例２では、画像投影装置としてメガネ型のＨＭＤの場合を例に示したが、ＨＭＤ以外の画像投影装置の場合でもよい。また、片方の眼球６０の網膜６２に画像を投影する場合を例に示したが、両方の眼球６０の網膜６２に画像を投影する場合でもよい。また、走査部として走査ミラー２８の場合を例に示したが、走査部は光線を走査可能であればよい。例えば、走査部として、電気光学材料であるタンタル酸ニオブ酸リチウム（ＫＴＮ）結晶など、その他の部品を用いてもよい。光線としてレーザ光の場合を例に示したが、レーザ光以外の光でもよい。
【００５８】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１０  ツル
１２  レンズ
２０  光源
２２  コリメートレンズ
２４  直径調整部
２６  ミラー
２８  走査ミラー
３０  投影ミラー
３２  画像入力部
３４  制御部
３６  開口
３８  調整部
５０  レーザ光
６０  眼球
６２  網膜
６４  瞳孔
６６  水晶体
６８  角膜
７０  前房
７２  硝子体
８０  眼球モデル
１００、２００  画像投影装置
【図１】
2018116219.tif 000003
【図２】
2018116219.tif 000004
【図３】
2018116219.tif 000005
【図４】
2018116219.tif 000006
【図５】
2018116219.tif 000007
【図６】
2018116219.tif 000008
【図７】
2018116219.tif 000009
【図８】
2018116219.tif 000010
【図９】
2018116219.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成29年8月25日(2017.8.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの眼球の網膜に画像を投影する画像投影装置であって、
光線を出射する光源と、
カメラで撮像された前記ユーザの視線方向の画像データを入力する画像入力部と、
入力された前記画像データに基づいた画像光線を生成して、前記光源からの前記画像光線の出射を制御する制御部と、
前記光源から出射された前記画像光線を走査する走査部と、
前記走査部で走査された前記画像光線を前記ユーザの眼球の網膜に照射して前記網膜に画像を投影する投影光学部材と、を備え、
前記眼球の角膜に入射する際の前記画像光線の直径は３１０μｍ以上且つ８００μｍ以下であり、
原視力が０．０４以上１．２以下の範囲のユーザに対して前記網膜に投影された前記画像データに基づく前記画像に対する前記範囲のユーザの視力である獲得視力が０．４以上となる、画像投影装置。
【請求項２】
前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の一部を遮閉すると共に残りを通過させる開口を有し、前記角膜に入射する際の前記画像光線の直径を調整する直径調整部を備える、請求項１記載の画像投影装置。
【請求項３】
前記光源と前記走査部との間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線を略平行光とするコリメータを備え、
前記直径調整部は、前記コリメータと前記走査部との間の前記画像光線の光路上に設けられている、請求項２記載の画像投影装置。
【請求項４】
前記角膜に入射する際の前記画像光線は略平行光である、請求項１から３のいずれか一項記載の画像投影装置。
【請求項５】
前記範囲のユーザに対して前記獲得視力が略一定となる、請求項１から４のいずれか一項記載の画像投影装置。
【請求項６】
ユーザの眼球の網膜に画像を投影する画像投影装置であって、
光線を出射する光源と、
カメラで撮像された前記ユーザの視線方向の画像データを入力する画像入力部と、
入力された前記画像データに基づいた画像光線を生成して、前記光源からの前記画像光線の出射を制御する制御部と、
前記光源から出射された前記画像光線を走査する走査部と、
前記走査部で走査された前記画像光線をユーザの眼球の網膜に照射して前記網膜に画像を投影する投影光学部材と、
前記眼球の角膜に入射する際の前記画像光線の開口数を調整する調整部と、を備え、
前記眼球の角膜に入射する際の前記画像光線の直径は８００μｍ以上且つ３０００μｍ以下であり、
前記調整部で前記画像光線の開口数を調整することにより、原視力が０．０４以上１．２未満の範囲のユーザに対して前記網膜に投影された前記画像データに基づく前記画像に対する前記範囲のユーザの視力である獲得視力が前記範囲のユーザの原視力よりも高くなる、画像投影装置。
【請求項７】
前記光源と前記走査部との間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線を略平行光とするコリメータを備え、
前記調整部は、前記コリメータを通過する際の前記画像光線の進行方向に沿った方向に前記コリメータの位置を移動させることで前記角膜に入射する際の前記画像光線の開口数を調整する、請求項６記載の画像投影装置。
【請求項８】
前記調整部は、前記光源の位置を前記画像光線の進行方向に沿った方向に移動させることで前記角膜に入射する際の前記画像光線の開口数を調整する、請求項６または７記載の画像投影装置。
【請求項９】
前記光源と前記走査部との間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線を略平行光とするコリメータを備え、
前記制御部は、前記ユーザからの指示に応じて前記調整部を制御して前記光源と前記コリメータとの距離を変更させる、請求項７または８記載の画像投影装置。
【請求項１０】
前記角膜に入射する際の前記画像光線は発散光である、請求項６から９のいずれか一項記載の画像投影装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明は、ユーザの眼球の網膜に画像を投影する画像投影装置であって、光線を出射する光源と、カメラで撮像された前記ユーザの視線方向の画像データを入力する画像入力部と、入力された前記画像データに基づいた画像光線を生成して、前記光源からの前記画像光線の出射を制御する制御部と、前記光源から出射された前記画像光線を走査する走査部と、前記走査部で走査された前記画像光線を前記ユーザの眼球の網膜に照射して前記網膜に画像を投影する投影光学部材と、を備え、前記眼球の角膜に入射する際の前記画像光線の直径は３１０μｍ以上且つ８００μｍ以下であり、原視力が０．０４以上１．２以下の範囲のユーザに対して前記網膜に投影された前記画像データに基づく前記画像に対する前記範囲のユーザの視力である獲得視力が０．４以上となる、画像投影装置である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記構成において、前記角膜に入射する際の前記画像光線は略平行光である構成とすることができる。また、上記構成において、前記範囲のユーザに対して前記獲得視力が略一定となる構成とすることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明は、ユーザの眼球の網膜に画像を投影する画像投影装置であって、光線を出射する光源と、カメラで撮像された前記ユーザの視線方向の画像データを入力する画像入力部と、入力された前記画像データに基づいた画像光線を生成して、前記光源からの前記画像光線の出射を制御する制御部と、前記光源から出射された前記画像光線を走査する走査部と、前記走査部で走査された前記画像光線をユーザの眼球の網膜に照射して前記網膜に画像を投影する投影光学部材と、前記眼球の角膜に入射する際の前記画像光線の開口数を調整する調整部と、を備え、前記眼球の角膜に入射する際の前記画像光線の直径は８００μｍ以上且つ３０００μｍ以下であり、前記調整部で前記画像光線の開口数を調整することにより、原視力が０．０４以上１．２未満の範囲のユーザに対して前記網膜に投影された前記画像データに基づく前記画像に対する前記範囲のユーザの視力である獲得視力が前記範囲のユーザの原視力よりも高くなる、画像投影装置である。