(57)【要約】【課題】ユーザに良好な画像を提供すること。【解決手段】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、画像データに基づいた光線を生成して光線の出射を制御する制御部と、出射された光線を略平行光とするレンズと、レンズを通過した光線を走査する走査部と、走査された光線を反射又は透過させる光学部品と、反射又は透過された光線を網膜に照射して画像を投影する投影ミラーと、走査部の走査面を含んで走査部とレンズの間の光路上に設けられ、光線の一部を遮閉し且つ残りを通過させる開口を有する光線遮閉部と、を備え、投影ミラーは第１領域と第１領域より集光パワーの大きい第２領域を有し、光学部品は走査された光線のうち第１領域に照射する光線を反射又は通過させる第３領域における集光パワーが、走査された光線のうち第２領域に照射される光線を反射又は通過させる第４領域における集光パワーより大きい画像投影装置。【選択図】図１
2018063365.tif 000002
【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略平行光とするレンズと、
前記レンズを通過し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反射又は透過させる光学部品と、
前記光学部品が反射又は透過させ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ミラーと、
前記走査部の走査面を含んで前記走査部と前記レンズとの間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の一部を遮閉すると共に残りを通過させる開口を有する光線遮閉部と、を備え、
前記投影ミラーは、第１領域と前記第１領域よりも集光パワーの大きい第２領域とを有し、
前記光学部品は、前記走査部が走査した前記画像光線のうち前記第１領域に照射する第１光線を反射又は通過させる第３領域における集光パワーが、前記走査部が走査した前記画像光線のうち前記第２領域に照射される第２光線を反射又は通過させる第４領域における集光パワーよりも大きい、画像投影装置。
【請求項２】
前記光学部品は、反射ミラーであり、
前記第３領域における前記反射ミラーの曲率は、前記第４領域における前記反射ミラーの曲率より大きい、請求項１記載の画像投影装置。
【請求項３】
前記光学部品は、回折格子であり、
前記第３領域における前記回折格子のピッチは、前記第４領域における前記回折格子のピッチより大きい、請求項１記載の画像投影装置。
【請求項４】
前記第１領域及び前記第２領域は、前記投影ミラー内の前記画像の中心に対応する位置に対して前記画像光線の入射する方向における両側に位置し、
前記第１領域は、前記第２領域よりも前記画像光線の入射する方向に位置している、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略平行光とするレンズと、
前記レンズを通過し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反射する反射ミラーと、
前記反射ミラーで反射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ミラーと、
前記走査部の走査面を含んで前記走査部と前記レンズとの間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の一部を遮閉すると共に残りを通過させる開口を有する光線遮閉部と、を備え、
前記投影ミラーの表面は自由曲面を有し、前記反射ミラーの表面は前記投影ミラーの自由曲面の曲率変化に対応した自由曲面を有する、画像投影装置。
【請求項６】
前記反射ミラーの自由曲面は、凹曲面と凸曲面を含む、請求項５記載の画像投影装置。
【請求項７】
前記投影ミラーの自由曲面は、曲率の異なる領域を有し、
前記反射ミラーの凹曲面及び凸曲面で反射した前記画像光線は、前記投影ミラーの異なる領域にそれぞれ照射され、
前記凹曲面で反射された前記画像光線は、前記凸曲面で反射された前記画像光線が照射される前記投影ミラーの領域の曲率よりも曲率の小さな前記投影ミラーの領域に照射されるように、前記反射ミラーの凹曲面及び凸曲面が設定されている、請求項６記載の画像投影装置。
【請求項８】
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略平行光とするレンズと、
前記レンズを通過し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反射する反射ミラーと、
前記反射ミラーで反射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ミラーと、
前記走査部の走査面を含んで前記走査部と前記レンズとの間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の一部を遮閉すると共に残りを通過させる開口を有する光線遮閉部と、を備え、
前記投影ミラーの表面は自由曲面を有し、前記反射ミラーは前記投影ミラーの自由曲面の曲率変化に対応した反射型回折素子を含む、画像投影装置。
【請求項９】
前記反射型回折素子は、位相ピッチの異なる位相分布を有する、請求項８記載の画像投影装置。
【請求項１０】
前記投影ミラーの自由曲面は、曲率の異なる領域を有し、
前記反射型回折素子の位相ピッチの広い領域と位相ピッチの狭い領域とで反射した前記画像光線は、前記投影ミラーの曲率の異なる領域にそれぞれ照射され、
前記位相ピッチの広い領域で反射された前記画像光線は、前記位相ピッチの狭い領域で反射された前記画像光線が照射される前記投影ミラーの領域の曲率よりも曲率の小さな前記投影ミラーの領域に照射されるように、前記反射型回折素子の位相ピッチが設定されている、請求項９記載の画像投影装置。
【請求項１１】
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略平行光とするレンズと、
前記レンズを通過し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透過する透過ミラーと、
前記透過ミラーで透過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ミラーと、
前記走査部の走査面を含んで前記走査部と前記レンズとの間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の一部を遮閉すると共に残りを通過させる開口を有する光線遮閉部と、を備え、
前記投影ミラーの表面は自由曲面を有し、前記透過ミラーは前記投影ミラーの自由曲面の曲率変化に対応した透過型回折素子を含む、画像投影装置。
【請求項１２】
前記透過型回折素子は、位相ピッチの異なる位相分布を有する、請求項１１記載の画像投影装置。
【請求項１３】
前記投影ミラーの自由曲面は、曲率の異なる領域を有し、
前記透過型回折素子の位相ピッチの広い領域と位相ピッチの狭い領域とで透過した前記画像光線は、前記投影ミラーの曲率の異なる領域にそれぞれ照射され、
前記位相ピッチの広い領域で透過された前記画像光線は、前記位相ピッチの狭い領域で透過された前記画像光線が照射される前記投影ミラーの領域の曲率よりも曲率の小さな前記投影ミラーの領域に照射されるように、前記透過型回折素子の位相ピッチが設定されている、請求項１２記載の画像投影装置。
【請求項１４】
前記光源と前記眼球との間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の強度を下げる減光フィルタを備える、請求項１から１３のいずれか一項記載の画像投影装置。
【請求項１５】
前記減光フィルタは、前記レンズと前記走査部との間に設けられている、請求項１４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、マックスウエル視といわれる方法が用いられる。マックスウエル視では、画像を形成する光線を瞳孔近傍で集束させ、網膜に画像を投影する。
【０００３】
光線が網膜で合焦するように、角膜で反射した光を検出し、合焦位置を調整する画像投影装置が知られている（例えば、特許文献１）。また、光源から出射された光を、面内で曲率の異なる２つのミラーで反射させ、ユーザの網膜に照射する画像投影装置が知られている（例えば、特許文献２、３）。また、瞳孔に入射する光の光路上に、光を部分的に遮断する遮光部と光を複数の部分光に分割する複数の透光部とを有する絞りが設けられた画像投影装置が知られている（例えば、特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２５８６８６号公報
【特許文献２】特開２００８−４６２５３号公報
【特許文献３】国際公開第２００４／０２９６９３号
【特許文献４】特開２０１１−２１５１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マックスウエル視のために、ミラーを用いて画像光線を瞳孔近傍で集束させると、画像内において合焦位置が網膜から大きく外れる領域が発生してしまい、ユーザに良好な画像を提供することが難しい。例えば、特許文献１のような方法で合焦位置を調整しようとすると、画像を形成するために走査する光線に同期して合焦位置を調整することになるが、焦点調整を高速に行うことが難しい。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ユーザに良好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略平行光とするレンズと、前記レンズを通過し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反射又は透過させる光学部品と、前記光学部品が反射又は透過させ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ミラーと、前記走査部の走査面を含んで前記走査部と前記レンズとの間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の一部を遮閉すると共に残りを通過させる開口を有する光線遮閉部と、を備え、前記投影ミラーは、第１領域と前記第１領域よりも集光パワーの大きい第２領域とを有し、前記光学部品は、前記走査部が走査した前記画像光線のうち前記第１領域に照射する第１光線を反射又は通過させる第３領域における集光パワーが、前記走査部が走査した前記画像光線のうち前記第２領域に照射される第２光線を反射又は通過させる第４領域における集光パワーよりも大きい、画像投影装置である。
【０００８】
上記構成において、前記光学部品は、反射ミラーであり、前記第３領域における前記反射ミラーの曲率は、前記第４領域における前記反射ミラーの曲率より大きい構成とすることができる。
【０００９】
上記構成において、前記光学部品は、回折格子であり、前記第３領域における前記回折格子のピッチは、前記第４領域における前記回折格子のピッチより大きい構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記第１領域及び前記第２領域は、前記投影ミラー内の前記画像の中心に対応する位置に対して前記画像光線の入射する方向における両側に位置し、前記第１領域は、前記第２領域よりも前記画像光線の入射する方向に位置してい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略平行光とするレンズと、前記レンズを通過し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反射する反射ミラーと、前記反射ミラーで反射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ミラーと、前記走査部の走査面を含んで前記走査部と前記レンズとの間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の一部を遮閉すると共に残りを通過させる開口を有する光線遮閉部と、を備え、前記投影ミラーの表面は自由曲面を有し、前記反射ミラーの表面は前記投影ミラーの自由曲面の曲率変化に対応した自由曲面を有する、画像投影装置である。
【００１２】
上記構成において、前記反射ミラーの自由曲面は、凹曲面と凸曲面を含む構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記投影ミラーの自由曲面は、曲率の異なる領域を有し、前記反射ミラーの凹曲面及び凸曲面で反射した前記画像光線は、前記投影ミラーの異なる領域にそれぞれ照射され、前記凹曲面で反射された前記画像光線は、前記凸曲面で反射された前記画像光線が照射される前記投影ミラーの領域の曲率よりも曲率の小さな前記投影ミラーの領域に照射されるように、前記反射ミラーの凹曲面及び凸曲面が設定されている構成とすることができる。
【００１４】
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略平行光とするレンズと、前記レンズを通過し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反射する反射ミラーと、前記反射ミラーで反射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ミラーと、前記走査部の走査面を含んで前記走査部と前記レンズとの間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の一部を遮閉すると共に残りを通過させる開口を有する光線遮閉部と、を備え、前記投影ミラーの表面は自由曲面を有し、前記反射ミラーは前記投影ミラーの自由曲面の曲率変化に対応した反射型回折素子を含む、画像投影装置である。
【００１５】
上記構成において、前記反射型回折素子は、位相ピッチの異なる位相分布を有する構成とすることができる。
【００１６】
上記構成において、前記投影ミラーの自由曲面は、曲率の異なる領域を有し、前記反射型回折素子の位相ピッチの広い領域と位相ピッチの狭い領域とで反射した前記画像光線は、前記投影ミラーの曲率の異なる領域にそれぞれ照射され、前記位相ピッチの広い領域で反射された前記画像光線は、前記位相ピッチの狭い領域で反射された前記画像光線が照射される前記投影ミラーの領域の曲率よりも曲率の小さな前記投影ミラーの領域に照射されるように、前記反射型回折素子の位相ピッチが設定されている構成とすることができる。
【００１７】
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略平行光とするレンズと、前記レンズを通過し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透過する透過ミラーと、前記透過ミラーで透過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ミラーと、前記走査部の走査面を含んで前記走査部と前記レンズとの間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の一部を遮閉すると共に残りを通過させる開口を有する光線遮閉部と、を備え、前記投影ミラーの表面は自由曲面を有し、前記透過ミラーは前記投影ミラーの自由曲面の曲率変化に対応した透過型回折素子を含む、画像投影装置である。
【００１８】
上記構成において、前記透過型回折素子は、位相ピッチの異なる位相分布を有する構成とすることができる。
【００１９】
上記構成において、前記投影ミラーの自由曲面は、曲率の異なる領域を有し、前記透過型回折素子の位相ピッチの広い領域と位相ピッチの狭い領域とで透過した前記画像光線は、前記投影ミラーの曲率の異なる領域にそれぞれ照射され、前記位相ピッチの広い領域で透過された前記画像光線は、前記位相ピッチの狭い領域で透過された前記画像光線が照射される前記投影ミラーの領域の曲率よりも曲率の小さな前記投影ミラーの領域に照射されるように、前記透過型回折素子の位相ピッチが設定されている構成とすることができる。
【００２０】
上記構成において、前記光源と前記眼球との間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の強度を下げる減光フィルタを備える構成とすることができる。
【００２１】
上記構成において、前記減光フィルタは、前記レンズと前記走査部との間に設けられている構成とすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ユーザに良好な画像を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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（ａ）は実施例１に係る画像投影装置に備わる反射ミラーの表面を示す斜視図、図３（ｂ）は反射ミラーのＸ方向における高さＺを示す図である。
【図４】図４は実施例１に係る画像投影装置に備わる反射ミラーの等高線を示す図である。
【図５】図５は比較例に係る画像投影装置におけるレーザ光の光路を示す図である。
【図６】図６（ａ）は実施例１に係る画像投影装置におけるレーザ光の光路を示す図、図６（ｂ）は図６（ａ）の反射ミラー近傍の拡大図である。
【図７】図７は、光線遮閉部の他の例を示す図である。
【図８】図８（ａ）は実施例２に係る画像投影装置におけるレーザ光の光路を示す図、図８（ｂ）は図８（ａ）の反射型回折格子近傍の拡大図である。
【図９】図９は実施例２に係る画像投影装置に備わる反射型回折格子の等位相線を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）は実施例３に係る画像投影装置におけるレーザ光の光路を示す図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の透過型回折格子近傍の拡大図である。
【図１１】図１１は実施例３に係る画像投影装置に備わる透過型回折格子の等位相線を示す図である。
【図１２】図１２は実施例４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。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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】
【００２５】
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。なお、投影ミラー３０に入射した光線の投影ミラー３０内の進行方向をＸ方向、投影ミラー３０におけるＸ方向に直交する方向をＹ方向とする。以下の例では、Ｘ方向を水平方向としている。
【００２６】
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、レンズ２２、光線遮閉部２４、走査ミラー２６、反射ミラー２８、投影ミラー３０、画像入力部３２、及び制御部３４を備える。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とを有する。メガネのツル１０に、光源２０、レンズ２２、光線遮閉部２４、走査ミラー２６、及び反射ミラー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。
【００２７】
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。つまり、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。制御部３４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサである。カメラは、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。
【００２８】
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とするコリメートレンズである。
【００２９】
光線遮閉部２４は、レンズ２２と走査ミラー２６との間のレーザ光５０の光路上に設けられている。光線遮閉部２４には、レンズ２２で略平行光とされたレーザ光５０が入射する。光線遮閉部２４に入射したレーザ光５０のうちの一部は光線遮閉部２４で遮られ、残りは光線遮閉部２４に設けられた開口３６を通過する。すなわち、光線遮閉部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。光線遮閉部２４の開口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、光線遮閉部２４を通過したレーザ光５０が走査ミラー２６に入射する際の径が走査ミラー２６の有効径よりも小さくなるように設定されている。例えば、開口３６の直径は、レンズ２２で略平行光となったレーザ光５０の１／ｅ２の強度での直径と同じか又はより小さくなっている。
【００３０】
走査ミラー２６は、光線遮閉部２４を通過したレーザ光５０を２次元方向に走査して、ユーザ（利用者）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２６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。以下の例では、レーザ光５０を走査する方向をＸ方向及びＹ方向としているが、Ｘ方向及びＹ方向以外の方向にレーザ光５０を走査してもよい。
【００３１】
反射ミラー２８は、走査ミラー２６で走査されたレーザ光５０をメガネのレンズ１２に向かって反射させる。メガネのレンズ１２のユーザの眼球６０側の面に、投影ミラー３０が設けられている。投影ミラー３０は、走査ミラー２６で走査され、反射ミラー２８で反射されたレーザ光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。つまり、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２６で走査されたレーザ光５０の集束位置が、眼球６０の瞳孔６４近傍となるように設計されている。レーザ光５０は、投影ミラー３０にほぼ真横（すなわち、ほぼ−Ｘ方向）から入射する。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、眼球６０の瞳孔６４を通して網膜６２へレーザ光５０を照射することが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のみでメガネのレンズ１２は設置されなくてもよい。
【００３２】
図３（ａ）は、実施例１に係る画像投影装置に備わる反射ミラーの表面を示す斜視図、図３（ｂ）は、反射ミラーのＸ方向における高さＺを示す図である。Ｘ方向及びＹ方向は、投影ミラー３０におけるＸ方向及びＹ方向に対応する方向である。反射ミラー２８における高さがＺ方向である。図３（ａ）では、Ｚ方向は反射ミラー２８の表面の凹凸を拡大して示している。
【００３３】
図３（ａ）及び図３（ｂ）のように、反射ミラー２８は、領域Ｓ０では表面がほぼ平面、領域Ｓ１では表面が凹面、領域Ｓ２では表面が凸面となっている。これにより、集光パワーは、領域Ｓ０ではほぼ０であり、領域Ｓ１では正となり、領域Ｓ２では負となる。反射ミラー２８の表面のＺは次式で表され、反射ミラー２８の表面は自由曲面となっている。
Ｚ＝Σａｉｊ×Ｘｉ×Ｙｊ
原点（Ｘ＝０、Ｙ＝０）は画像中心に相当し、例えば領域Ｓ０付近に相当する。ａｉｊは係数である。Ｘ方向の集光パワーを異ならせるためには、ｉが奇数の項の係数ａｉｊの少なくとも１つを有限の値（０以外）とする。投影ミラー３０におけるＹ方向の集光パワーは、Ｘ軸に対し対称である。よって、ｊが奇数の項の係数ａｉｊを０とする。例えば、係数ａ３０及びａ１２を有限とする。これにより、図３（ａ）及び図３（ｂ）のような自由曲面を実現できる。反射ミラー２８の自由曲面をより調整するため、係数ａ１０及び／又はａ２０を有限の値としてもよい。さらに、高次の係数を有限の値としてもよい。
【００３４】
図４は、実施例１に係る画像投影装置に備わる反射ミラーの等高線を示す図である。図４において、中心（Ｘ、Ｙ）＝（０、０）のＺを０としている。等高線の間隔は１１．６μｍである。＋Ｘ方向に行くに従いＺは小さくなり、−Ｘ方向に行くに従いＺは大きくなる。図４は、網膜を基準にシミュレーションをしているため、円形である。図４の円形内の一部を四角形として切り出したものが図３（ａ）に相当する。
【００３５】
ここで、実施例１の画像投影装置１００の効果を説明するにあたり、まず、比較例の画像投影装置について説明する。比較例の画像投影装置は、反射ミラー２８の表面全面が平面となっている点以外は、実施例１の画像投影装置１００と同じである。図５は、比較例に係る画像投影装置におけるレーザ光の光路を示す図である。図５において、光線Ｌ０から光線Ｌ２は、走査ミラー２６により水平方向に走査された光線であり、−Ｘ方向から投影ミラー３０に照射される。光線Ｌ０は画像の中心に相当する光線、光線Ｌ１及び光線Ｌ２は画像の端に相当する光線である。光線Ｌ０から光線Ｌ２はそれぞれ投影ミラー３０の領域Ｒ０から領域Ｒ２で反射される。反射した光線Ｌ０から光線Ｌ２は、虹彩６６の中央部に位置する瞳孔６４近傍において集束し、水晶体６８を透過し網膜６２に至る。領域Ｒ０は画像の中心に相当する光線Ｌ０を反射する領域である。領域Ｒ１は領域Ｒ０より−Ｘ方向の領域である。領域Ｒ２は領域Ｒ０より＋Ｘ方向の領域である。マックスウエル視のためには、光線Ｌ０から光線Ｌ２は瞳孔６４近傍で交差することになる。
【００３６】
図５では、投影ミラー３０で反射された光線Ｌ０は、ほぼ平行光として水晶体６８に入射し、網膜６２近傍で合焦するとする。すなわち、光線Ｌ０の合焦位置Ｆ０は、網膜６２近傍であるとする。この場合、投影ミラー３０で反射された光線Ｌ１は、拡散光として水晶体６８に入射する。このため、光線Ｌ１は網膜６２よりも遠くで合焦する。投影ミラー３０で反射された光線Ｌ２は、収束光として水晶体６８に入射する。このため、光線Ｌ２は網膜６２よりも近くで合焦する。このように、光線Ｌ０を網膜６２近傍で合焦させると、光線Ｌ１の合焦位置Ｆ１は網膜６２より投影ミラー３０から遠い位置となり、合焦位置Ｆ１と網膜６２との距離はＤ１となる。光線Ｌ２の合焦位置Ｆ２は網膜６２より投影ミラー３０に近い位置となり、合焦位置Ｆ２と網膜６２との距離はＤ２となる。
【００３７】
このように合焦位置Ｆ０から合焦位置Ｆ２が異なるのは、−Ｘ方向から投影ミラー３０に入射した光線Ｌ０から光線Ｌ２を瞳孔６４近傍で集束させようとすると、投影ミラー３０の領域Ｒ０から領域Ｒ２の曲率がＸ方向で異なるため及び／又は光線Ｌ０から光線Ｌ２に光路差が生じるためである。例えば、領域Ｒ２は、領域Ｒ１よりも曲率が大きい。すなわち、領域Ｒ２は、領域Ｒ１よりも集光パワーが大きい。このため、合焦位置Ｆ２は、合焦位置Ｆ１よりも光源側になる。また、投影ミラー３０をユーザの顔に平行に配置しようとすると、光線Ｌ２の光路は、光線Ｌ１よりも長くなる。これにより、合焦位置Ｆ２は、合焦位置Ｆ１よりも光源側になる。このように、比較例では、マックスウエル視のために、光線Ｌ０から光線Ｌ２を瞳孔６４近傍で集束させると、画像内において合焦位置が網膜６２から大きく外れる領域が発生する。なお、Ｙ方向の光学系はＸ軸に対してほぼ対称であり、Ｙ方向ではＸ方向のような合焦位置のずれは生じ難い。
【００３８】
図６（ａ）は、実施例１に係る画像投影装置におけるレーザ光の光路を示す図、図６（ｂ）は、図６（ａ）の反射ミラー近傍の拡大図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）のように、投影ミラー３０の領域Ｒ０から領域Ｒ２に照射される光線Ｌ０から光線Ｌ２は、反射ミラー２８内の領域Ｓ０から領域Ｓ２で反射される。図３（ａ）から図４で説明したように、反射ミラー２８は、領域Ｓ０では表面がほぼ平面で集光パワーがほぼ０、領域Ｓ１では表面が凹面で集光パワーが正、領域Ｓ２では表面が凸面で集光パワーが負となっている。これにより、投影ミラー３０の曲率が大きい領域Ｒ２には集光パワーの小さい反射ミラー２８の領域Ｓ２で反射した光線Ｌ２が照射され、投影ミラー３０の曲率が小さい領域Ｒ１には集光パワーの大きい反射ミラー２８の領域Ｓ１で反射した光線Ｌ１が照射される。これにより、光線Ｌ０から光線Ｌ２の全てを、網膜６２近傍で合焦させることができる。
【００３９】
このように、実施例１によれば、反射ミラー２８の表面は、投影ミラー３０の自由曲面の曲率の変化に対応して、平面、凹面、及び凸面を有する自由曲面になっている。そして、反射ミラー２８の凹面（領域Ｓ１）で反射された光線Ｌ１は、凸面（領域Ｓ２）で反射された光線Ｌ２が照射される投影ミラー３０の領域Ｒ２よりも曲率の小さな投影ミラー３０の領域Ｒ１に照射されるように、反射ミラー２８の凹曲面及び凸曲面が設定されている。言い換えると、反射ミラー２８は、投影ミラー３０の領域Ｒ１に照射される光線Ｌ１を反射する領域Ｓ１における集光パワーが、投影ミラー３０の領域Ｒ１よりも集光パワーの大きい領域Ｒ２に照射される光線Ｌ２を反射する領域Ｓ２における集光パワーよりも大きくなっている。これにより、図６（ａ）のように、光線Ｌ０から光線Ｌ２を網膜６２近傍で合焦させることができる。また、図２のように、レンズ２２と走査ミラー２６との間のレーザ光５０の光路上に、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を有する光線遮閉部２４が設けられている。これにより、走査ミラー２６に入射するレーザ光５０の径を適切な大きさにすることができ、また、レーザ光５０の端部の光強度（瞳端強度）を上げることができる。これらのことから、ユーザに良好な画像を提供することができる。
【００４０】
また、光線遮閉部２４を通過した後に走査ミラー２６で走査されたレーザ光５０が反射ミラー２８に入射することで、反射ミラー２８に入射するレーザ光５０の径を適切な大きさに調整することができる。よって、反射ミラー２８によって適切な集光パワーをレーザ光５０に付与することができる。
【００４１】
例えば、光線Ｌ０から光線Ｌ２の合焦位置Ｆ０から合焦位置Ｆ２を考慮せずに反射ミラー２８が平面であるとして投影ミラー３０を含む光学系の設計を行う。その後、投影ミラー３０の設計を変更せずに、反射ミラー２８の表面を自由曲面として設計する。これにより、光線Ｌ０から光線Ｌ２の合焦位置Ｆ０から合焦位置Ｆ２を調整する。反射ミラー２８が光線Ｌ０から光線Ｌ２に付与する集光パワーは微弱であるため、光線Ｌ０から光線Ｌ２の軌跡にほとんど影響することなく、合焦位置Ｆ０から合焦位置Ｆ２を調整できる。よって、簡単に光学系を設計できる。
【００４２】
図７は、光線遮閉部の他の例を示す図である。図７のように、走査ミラー２６の走査面４２のうちの有効径４４以外の領域がレーザ光５０を反射せずに吸収する材料で形成された吸収部４６となっていて、走査面４２が光線遮閉部として機能する場合でもよい。このように、光線遮閉部は、走査ミラー２６の走査面４２を含んで走査ミラー２６とレンズ２２との間のレーザ光５０の光路上に設けられていればよい。
【００４３】
投影ミラー３０の領域Ｒ１及び領域Ｒ２は、投影ミラー３０内の画像の中心に対応する位置（領域Ｒ０）に対して光線Ｌ０から光線Ｌ２の入射する方向における両側に位置している。領域Ｒ１は領域Ｒ２よりも光線Ｌ０から光線Ｌ２の入射する方向に位置している。領域Ｒ０から領域Ｒ２がこのように位置する場合、比較例では、図５のように、合焦位置Ｆ０から合焦位置Ｆ２の網膜６２からのずれが大きくなる。したがって、反射ミラー２８の領域Ｓ０から領域Ｓ２の集光パワーを異ならせることが好ましい。
【００４４】
さらに、投影ミラー３０における領域Ｒ１と領域Ｒ２との距離は、反射ミラー２８における領域Ｓ１と領域Ｓ２との距離よりも大きい。領域Ｒ１と領域Ｒ２との距離が大きい光学系では、光線Ｌ０から光線Ｌ２を瞳孔６４近傍で集束させようとすると、領域Ｒ１及び領域Ｒ２の集光パワーを大きく異ならせることになる。また、光線Ｌ０から光線Ｌ２の光路が大きく異なる。これにより、合焦位置Ｆ１及び合焦位置Ｆ２が網膜６２から大きくずれてしまう。よって、このような光学系において、反射ミラー２８の領域Ｓ１と領域Ｓ２において集光パワーを異ならせることが好ましい。
【００４５】
また、光線Ｌ１が合焦する合焦位置Ｆ１と網膜６２との距離Ｄ１と、光線Ｌ２が合焦する合焦位置Ｆ２と網膜６２との距離Ｄ２とは、それぞれ、反射ミラー２８の領域Ｓ１及び領域Ｓ２における集光パワーが同じと仮定したときの距離Ｄ１及びＤ２よりも小さい。これにより、光線Ｌ０から光線Ｌ２の合焦位置Ｆ０から合焦位置Ｆ２を網膜６２近傍とすることができる。
【００４６】
また、実施例１によれば、反射ミラー２８を用い、領域Ｓ１における曲率を領域Ｓ２における曲率よりも大きくすることで、領域Ｓ１及び領域Ｓ２の集光パワーを設定する。これにより、領域Ｓ１における集光パワーを領域Ｓ２における集光パワーよりも大きくできる。なお、曲率は、図３（ａ）及び図３（ｂ）の領域Ｓ１のように凹面を正、領域Ｓ２のように凸面を負とする。また、反射ミラー２８を用いることにより、光線Ｌ０から光線Ｌ２が複数の波長を含む場合においても単一の曲面で各波長の光線Ｌ０から光線Ｌ２の集光パワーを設定できる。
【実施例２】
【００４７】
実施例２の画像投影装置は、反射ミラー２８の代わりに反射型回折格子３８を用いる点以外は、実施例１の画像投影装置１００と同じである。図８（ａ）は、実施例２に係る画像投影装置におけるレーザ光の光路を示す図、図８（ｂ）は、図８（ａ）の反射型回折格子近傍の拡大図である。図８（ａ）及び図８（ｂ）のように、実施例２の画像投影装置は、反射ミラー２８の代わりに反射型回折格子３８が用いられ、走査ミラー２６が走査した光線Ｌ０から光線Ｌ２は反射型回折格子３８の領域Ｓ０から領域Ｓ２で反射されて投影ミラー３０に入射する。
【００４８】
図９は、実施例２に係る画像投影装置に備わる反射型回折格子の等位相線を示す図である。図９において、各線の間隔は５０×２πｒａｄである。等位相線の間隔は、反射型回折格子３８のピッチに対応する。反射型回折格子３８を用いても、領域Ｓ０の集光パワーをほぼ０とし、領域Ｓ１の集光パワーを正とし、領域Ｓ２の集光パワーを負とすることができる。
【実施例３】
【００４９】
実施例３の画像投影装置は、反射ミラー２８の代わりに透過型回折格子４０を用いる点以外は、実施例１の画像投影装置１００と同じである。図１０（ａ）は、実施例３に係る画像投影装置におけるレーザ光の光路を示す図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の透過型回折格子近傍の拡大図である。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）のように、実施例３の画像投影装置は、反射ミラー２８の代わりに透過型回折格子４０が用いられ、走査ミラー２６が走査した光線Ｌ０から光線Ｌ２は透過型回折格子４０の領域Ｓ０から領域Ｓ２を透過して投影ミラー３０に入射する。
【００５０】
図１１は、実施例３に係る画像投影装置に備わる透過型回折格子の等位相線を示す図である。図１１において、各線の間隔は７．５×２πｒａｄである。等位相線の間隔は、透過型回折格子４０のピッチに対応する。透過型回折格子４０を用いても、領域Ｓ０の集光パワーをほぼ０とし、領域Ｓ１の集光パワーを正とし、領域Ｓ２の集光パワーを負とすることができる。
【００５１】
実施例１から実施例３のように、走査ミラー２６で走査された光線Ｌ０から光線Ｌ２を反射又は透過させる光学部品は、反射ミラー２８でもよいし、反射型回折格子３８でもよいし、透過型回折格子４０でもよい。光学部品が反射型回折格子３８又は透過型回折格子４０である場合、領域Ｓ１におけるピッチを領域Ｓ２におけるピッチよりも大きくする。これにより、領域Ｓ１における集光パワーを領域Ｓ２における集光パワーよりも大きくできる。また、光学部品として反射型回折格子３８又は透過型回折格子４０を用いることにより、集光パワーをより精度良く設定できる。反射型回折格子３８及び透過型回折格子４０の集光パワーは波長依存性がある。このため、光線Ｌ０から光線Ｌ２は単一の波長の光であることが好ましく、光線Ｌ０から光線Ｌ２が複数の波長の光を含む場合は各波長に対応した回折素子を積層することが好ましい。
【００５２】
すなわち、実施例２によれば、反射型回折格子３８は、投影ミラー３０の自由曲面の曲率変化に対応して、位相ピッチの異なる位相分布を有する。そして、反射型回折格子３８の位相ピッチの広い領域Ｓ１で反射された光線Ｌ１は、位相ピッチの狭い領域Ｓ２で反射された光線Ｌ２が照射される投影ミラー３０の領域Ｒ２の曲率よりも曲率の小さな投影ミラー３０の領域Ｒ１に照射されるように、反射型回折格子３８の位相ピッチが設定されている。これにより、図８（ａ）のように、光線Ｌ０から光線Ｌ２を網膜６２近傍で合焦させることができる。また、実施例１で説明したように、レンズ２２と走査ミラー２６との間に光線遮閉部２４が設けられていることから、走査ミラー２６に入射するレーザ光５０の径を適切な大きさにすることができ、また、レーザ光５０の端部の光強度（瞳端強度）を上げることができる。したがって、ユーザに良好な画像を提供することができる。
【００５３】
また、実施例３によれば、透過型回折格子４０は、投影ミラー３０の自由曲面の曲率変化に対応し、位相ピッチの異なる位相分布を有する。そして、透過型回折格子４０の位相ピッチの広い領域Ｓ１で透過された光線Ｌ１は、位相ピッチの狭い領域Ｓ２で透過された光線Ｌ２が照射される投影ミラー３０の領域Ｒ２の曲率よりも曲率の小さな投影ミラー３０の領域Ｒ１に照射されるように、透過型回折格子４０の位相ピッチが設定されている。これにより、図１０（ａ）のように、光線Ｌ０から光線Ｌ２を網膜６２近傍で合焦させることができる。また、実施例１で説明したように、レンズ２２と走査ミラー２６との間に光線遮閉部２４が設けられていることから、走査ミラー２６に入射するレーザ光５０の径を適切な大きさにすることができ、また、レーザ光５０の端部の光強度（瞳端強度）を上げることができる。したがって、ユーザに良好な画像を提供することができる。
【００５４】
実施例１から実施例３では、投影ミラー３０の曲率がＸ方向で異なる場合を例に示したが、投影ミラー３０は回折素子でもよい。光線Ｌ０から光線Ｌ２が瞳孔６４を通過するために、領域Ｒ１における投影ミラー３０の集光パワーは領域Ｒ２における投影ミラー３０の集光パワーよりも小さいことが好ましい。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。
【００５５】
光線Ｌ０から光線Ｌ２の光学系は、Ｙ軸方向に対してほぼ対称である。よって、投影ミラー３０内の画像の中心に対応する位置を通りＸ方向に延伸する線に対し対称な投影ミラー３０内の１対の位置に対応する光学部品内の１対の位置における集光パワーは実質的に等しいことが好ましい。例えば、図４において、Ｙ＝０の直線（Ｘ軸）に対称な位置の曲率は同じである。図９及び図１１において、Ｙ＝０の直線に対称な回折素子のピッチは同じである。
【実施例４】
【００５６】
図１２は、実施例４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１２のように、実施例４の画像投影装置４００は、レンズ２２と走査ミラー２６との間のレーザ光５０の光路上に、光線遮閉部２４に加えて、レーザ光５０の強度を下げる減光フィルタ７０が設けられている。減光フィルタ７０は、例えば樹脂に光学コーティングした部材が用いられる。その他の構成は、実施例１の画像投影装置１００と同じである。
【００５７】
実施例４によれば、光源２０と眼球６０との間のレーザ光５０の光路上に減光フィルタ７０が設けられている。光源２０に対する電気的な制御によるレーザ光５０の強度調整には限界があるが、レーザ光５０の光路に減光フィルタ７０を設けることで、網膜６２に適切な強度のレーザ光５０を照射させることができる。これにより、ユーザに適切な明るさの画像を提供することができる。
【００５８】
なお、実施例４では、光線遮閉部２４よりもレーザ光５０の後段側に減光フィルタ７０を設けているが、光線遮閉部２４よりも前段側に減光フィルタ７０を設けてもよい。また、光源２０と走査ミラー２６との間に減光フィルタ７０を設けているが、光源２０と眼球６０との間のレーザ光５０の光路上であれば、どの場所に設けてもよい。例えば、走査ミラー２６と反射ミラー２８との間でもよいし、反射ミラー２８と投影ミラー３０との間でもよいし、投影ミラー３０と眼球６０との間でもよいし、走査ミラー２６の走査面でもよいし、反射ミラー２８の反射面でもよいし、投影ミラー３０の反射面でもよいし、これらの複数の箇所にあってもよい。しかしながら、実施例４のように、レンズ２２と走査ミラー２６との間に減光フィルタ７０を設けることが好ましい。これは、レンズ２２によって略平行光とされ、径が比較的大きいレーザ光５０が減光フィルタ７０を通過するため、減光フィルタ７０に面内分布がある場合でもその影響を低減できるためである。また、例えば走査ミラー２６よりもレーザ光５０の後段側に減光フィルタ７０が設けられている場合、減光フィルタ７０の広範囲にわたって走査ミラー２６で走査されたレーザ光５０が入射するため、減光フィルタ７０の面内分布の影響が大きい。しかしながら、減光フィルタ７０がレンズ２２と走査ミラー２６との間に設けられていることで、レーザ光５０は減光フィルタ７０のある範囲内にのみ入射するため、面内分布の影響を低減できる。
【００５９】
実施例１から実施例４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２６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。また、光学部品の領域Ｓ１及び領域Ｓ２における集光パワーは、いずれとも正又は負の場合でもよい。また、投影ミラー３０への光線Ｌ０から光線Ｌ２の入射する方向が水平方向である場合を示したが、光線Ｌ０から光線Ｌ２は垂直方向又は斜め方向から入射されてもよい。
【００６０】
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】
【００６１】
１０  メガネのツル
１２  メガネのレンズ
２０  光源
２２  レンズ
２４  光線遮閉部
２６  走査ミラー
２８  反射ミラー
３０  投影ミラー
３２  画像入力部
３４  制御部
３６  開口
３８  反射型回折格子
４０  透過型回折格子
４２  走査面
４４  有効径
４６  吸収部
５０  レーザ光
６０  眼球
６２  網膜
６４  瞳孔
６６  虹彩
６８  水晶体
７０  減光フィルタ
１００、４００  画像投影装置
【図１】
2018063365.tif 000003
【図２】
2018063365.tif 000004
【図３】
2018063365.tif 000005
【図４】
2018063365.tif 000006
【図５】
2018063365.tif 000007
【図６】
2018063365.tif 000008
【図７】
2018063365.tif 000009
【図８】
2018063365.tif 000010
【図９】
2018063365.tif 000011
【図１０】
2018063365.tif 000012
【図１１】
2018063365.tif 000013
【図１２】
2018063365.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成29年8月18日(2017.8.18)
【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】
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略平行光とするレンズと、
前記レンズを通過し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反射又は透過させる光学部品と、
前記光学部品が反射又は透過させ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ミラーと、
前記走査部の走査面を含んで前記走査部と前記レンズとの間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の一部を遮閉すると共に残りを通過させる開口を有する光線遮閉部と、を備え、
前記投影ミラーは、第１領域と前記第１領域よりも集光パワーの大きい第２領域とを有し、
前記光学部品は、前記走査部が走査した前記画像光線のうち前記第１領域に照射する第１光線を反射又は通過させる第３領域における集光パワーが、前記走査部が走査した前記画像光線のうち前記第２領域に照射される第２光線を反射又は通過させる第４領域における集光パワーよりも大きい、画像投影装置。
【請求項２】
前記光学部品は、反射ミラーであり、
前記第３領域における前記反射ミラーの曲率は、前記第４領域における前記反射ミラーの曲率より大きい、請求項１記載の画像投影装置。
【請求項３】
前記光学部品は、回折格子である、請求項１記載の画像投影装置。
【請求項４】
前記第１領域及び前記第２領域は、前記投影ミラー内の前記画像の中心に対応する位置に対して前記画像光線の入射する方向における両側に位置し、
前記第１領域は、前記第２領域よりも前記画像光線の入射する方向に位置している、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略平行光とするレンズと、
前記レンズを通過し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反射する反射ミラーと、
前記反射ミラーで反射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ミラーと、
前記走査部の走査面を含んで前記走査部と前記レンズとの間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の一部を遮閉すると共に残りを通過させる開口を有する光線遮閉部と、を備え、
前記投影ミラーの表面は曲率の異なる領域を有する自由曲面を有し、前記反射ミラーの表面は凹曲面と凸曲面とを含む自由曲面を有し、
前記投影ミラーにおいて、前記凹曲面で反射された画像光線が反射する領域は、前記凸曲面で反射された画像光線が反射する領域より前記画像光線の入射側に位置する、画像投影装置。
【請求項６】
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略平行光とするレンズと、
前記レンズを通過し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反射する反射ミラーと、
前記反射ミラーで反射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ミラーと、
前記走査部の走査面を含んで前記走査部と前記レンズとの間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の一部を遮閉すると共に残りを通過させる開口を有する光線遮閉部と、を備え、
前記投影ミラーの表面は曲率の異なる領域を有する自由曲面を有し、前記反射ミラーの表面は凹曲面と凸曲面とを含む自由曲面を有し、
前記凹曲面で反射された前記画像光線は、前記凸曲面で反射された前記画像光線が照射される前記投影ミラーの領域の曲率よりも曲率の小さな前記投影ミラーの領域に照射されるように、前記反射ミラーの凹曲面及び凸曲面が設定されている、画像投影装置。
【請求項７】
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略平行光とするレンズと、
前記レンズを通過し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反射する反射ミラーと、
前記反射ミラーで反射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ミラーと、
前記走査部の走査面を含んで前記走査部と前記レンズとの間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の一部を遮閉すると共に残りを通過させる開口を有する光線遮閉部と、を備え、
前記投影ミラーの表面は曲率の異なる領域を有する自由曲面を有し、前記反射ミラーは位相ピッチの異なる位相分布を有する反射型回折素子を含み、
前記投影ミラーにおいて、前記反射型回折素子における集光パワーの大きい位相分布を有する領域で反射された画像光線が反射する領域は前記反射型回折素子における集光パワーの小さい位相分布を有する領域で反射された画像光線が反射する領域より前記画像光線の入射側に位置する、画像投影装置。
【請求項８】
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略平行光とするレンズと、
前記レンズを通過し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反射する反射ミラーと、
前記反射ミラーで反射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ミラーと、
前記走査部の走査面を含んで前記走査部と前記レンズとの間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の一部を遮閉すると共に残りを通過させる開口を有する光線遮閉部と、を備え、
前記投影ミラーの表面は曲率の異なる領域を有する自由曲面を有し、前記反射ミラーは位相ピッチの異なる位相分布を有する反射型回折素子を含み、
前記反射型回折素子において集光パワーの大きい位相分布を有する領域で反射された画像光線は、前記反射型回折素子において集光パワーの小さい位相分布を有する領域で反射された画像光線が照射される前記投影ミラーの領域の曲率よりも曲率の小さな前記投影ミラーの領域に照射されるように、前記反射型回折素子の位相ピッチが設定されている、画像投影装置。
【請求項９】
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略平行光とするレンズと、
前記レンズを通過し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透過させる光学部品と、
前記光学部品を透過し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ミラーと、
前記走査部の走査面を含んで前記走査部と前記レンズとの間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の一部を遮閉すると共に残りを通過させる開口を有する光線遮閉部と、を備え、
前記投影ミラーの表面は曲率の異なる領域を有する自由曲面を有し、前記光学部品は位相ピッチの異なる位相分布を有する透過型回折素子を含み、
前記投影ミラーにおいて、前記透過型回折素子における集光パワーの大きい領域を透過した画像光線が反射する領域は前記透過型回折素子における集光パワーの小さい領域を透過した画像光線が反射する領域より前記画像光線の入射側に位置する、画像投影装置。
【請求項１０】
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略平行光とするレンズと、
前記レンズを通過し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透過させる光学部品と、
前記光学部品を透過し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ミラーと、
前記走査部の走査面を含んで前記走査部と前記レンズとの間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の一部を遮閉すると共に残りを通過させる開口を有する光線遮閉部と、を備え、
前記投影ミラーの表面は曲率の異なる領域を有する自由曲面を有し、前記光学部品は位相ピッチの異なる位相分布を有する透過型回折素子を含み、
前記透過型回折素子において集光パワーの大きい位相分布を有する領域を透過した画像光線は、前記透過型回折素子において集光パワーの小さい位相分布を有する領域を透過した画像光線が照射される前記投影ミラーの領域の曲率よりも曲率の小さな前記投影ミラーの領域に照射されるように、前記透過型回折素子の位相ピッチが設定されている、画像投影装置。
【請求項１１】
前記光源と前記眼球との間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の強度を下げる減光フィルタを備える、請求項１から１０のいずれか一項記載の画像投影装置。
【請求項１２】
前記減光フィルタは、前記レンズと前記走査部との間に設けられている、請求項１１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】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記構成において、前記光学部品は、回折格子である構成とすることができる。
【手続補正３】
【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、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略平行光とするレンズと、前記レンズを通過し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反射する反射ミラーと、前記反射ミラーで反射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ミラーと、前記走査部の走査面を含んで前記走査部と前記レンズとの間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の一部を遮閉すると共に残りを通過させる開口を有する光線遮閉部と、を備え、前記投影ミラーの表面は曲率の異なる領域を有する自由曲面を有し、前記反射ミラーの表面は凹曲面と凸曲面とを含む自由曲面を有し、前記投影ミラーにおいて、前記凹曲面で反射された画像光線が反射する領域は、前記凸曲面で反射された画像光線が反射する領域より前記画像光線の入射側に位置する、画像投影装置である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
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略平行光とするレンズと、前記レンズを通過し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反射する反射ミラーと、前記反射ミラーで反射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ミラーと、前記走査部の走査面を含んで前記走査部と前記レンズとの間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の一部を遮閉すると共に残りを通過させる開口を有する光線遮閉部と、を備え、前記投影ミラーの表面は曲率の異なる領域を有する自由曲面を有し、前記反射ミラーの表面は凹曲面と凸曲面とを含む自由曲面を有し、前記凹曲面で反射された前記画像光線は、前記凸曲面で反射された前記画像光線が照射される前記投影ミラーの領域の曲率よりも曲率の小さな前記投影ミラーの領域に照射されるように、前記反射ミラーの凹曲面及び凸曲面が設定されている、画像投影装置である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
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略平行光とするレンズと、前記レンズを通過し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反射する反射ミラーと、前記反射ミラーで反射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ミラーと、前記走査部の走査面を含んで前記走査部と前記レンズとの間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の一部を遮閉すると共に残りを通過させる開口を有する光線遮閉部と、を備え、前記投影ミラーの表面は曲率の異なる領域を有する自由曲面を有し、前記反射ミラーは位相ピッチの異なる位相分布を有する反射型回折素子を含み、前記投影ミラーにおいて、前記反射型回折素子における集光パワーの大きい位相分布を有する領域で反射された画像光線が反射する領域は前記反射型回折素子における集光パワーの小さい位相分布を有する領域で反射された画像光線が反射する領域より前記画像光線の入射側に位置する、画像投影装置である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
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略平行光とするレンズと、前記レンズを通過し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反射する反射ミラーと、前記反射ミラーで反射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ミラーと、前記走査部の走査面を含んで前記走査部と前記レンズとの間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の一部を遮閉すると共に残りを通過させる開口を有する光線遮閉部と、を備え、前記投影ミラーの表面は曲率の異なる領域を有する自由曲面を有し、前記反射ミラーは位相ピッチの異なる位相分布を有する反射型回折素子を含み、前記反射型回折素子において集光パワーの大きい位相分布を有する領域で反射された画像光線は、前記反射型回折素子において集光パワーの小さい位相分布を有する領域で反射された画像光線が照射される前記投影ミラーの領域の曲率よりも曲率の小さな前記投影ミラーの領域に照射されるように、前記反射型回折素子の位相ピッチが設定されている、画像投影装置である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
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略平行光とするレンズと、前記レンズを通過し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透過させる光学部品と、前記光学部品を透過し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ミラーと、前記走査部の走査面を含んで前記走査部と前記レンズとの間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の一部を遮閉すると共に残りを通過させる開口を有する光線遮閉部と、を備え、前記投影ミラーの表面は曲率の異なる領域を有する自由曲面を有し、前記光学部品は位相ピッチの異なる位相分布を有する透過型回折素子を含み、前記投影ミラーにおいて、前記透過型回折素子における集光パワーの大きい領域を透過した画像光線が反射する領域は前記透過型回折素子における集光パワーの小さい領域を透過した画像光線が反射する領域より前記画像光線の入射側に位置する、画像投影装置である。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
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略平行光とするレンズと、前記レンズを通過し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透過させる光学部品と、前記光学部品を透過し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ミラーと、前記走査部の走査面を含んで前記走査部と前記レンズとの間の前記画像光線の光路上に設けられ、前記画像光線の一部を遮閉すると共に残りを通過させる開口を有する光線遮閉部と、を備え、前記投影ミラーの表面は曲率の異なる領域を有する自由曲面を有し、前記光学部品は位相ピッチの異なる位相分布を有する透過型回折素子を含み、前記透過型回折素子において集光パワーの大きい位相分布を有する領域を透過した画像光線は、前記透過型回折素子において集光パワーの小さい位相分布を有する領域を透過した画像光線が照射される前記投影ミラーの領域の曲率よりも曲率の小さな前記投影ミラーの領域に照射されるように、前記透過型回折素子の位相ピッチが設定されている、画像投影装置である。