(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】レーザ光４０を出射する光源１０と、入力された画像データに基づいたレーザ光４０を生成して、光源１０からのレーザ光４０の出射を制御する制御部３２と、光源１０から出射されたレーザ光４０を走査して走査光４２とする走査ミラー１４と、走査光４２をユーザの眼５０の網膜５２に照射して網膜５２に画像を投影する投影部１６と、を備え、投影部１６は、走査ミラー１４から出射される走査光４２をユーザの眼５０の外側に位置する仮想面６２に走査ミラー１４の走査角度と略同じ角度で収束させる光学系１８と、仮想面６２を通過した走査光４２をユーザの眼５０の内側で瞳孔５４近傍に位置する仮想面６４に仮想面６２からの出射角度と略同じ角度で収束させる光学系２４と、を備える画像投影装置。【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、
入力された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して走査光とする走査部と、
前記走査光をユーザの眼の網膜に照射して前記網膜に画像を投影する投影部と、を備え、
前記投影部は、前記走査部から出射される前記走査光を前記ユーザの眼の外側に位置する第１仮想面に前記走査部の走査角度と略同じ角度で収束させる第１光学系と、前記第１仮想面を通過した前記走査光を前記ユーザの眼の内側で瞳孔近傍に位置する第２仮想面に前記第１仮想面からの出射角度と略同じ角度で収束させる第２光学系と、を備える画像投影装置。
【請求項２】
前記走査光において、前記走査部と前記第１仮想面は前記第１光学系を介して略等倍の共役関係となっていて、前記第１仮想面と前記第２仮想面は前記第２光学系を介して略等倍の共役関係となっている、請求項１記載の画像投影装置。
【請求項３】
前記第１光学系は、第１曲面反射ミラーと前記第１曲面反射ミラーの後段に位置し前記走査光を前記第１仮想面に反射させる第２曲面反射ミラーとを備え、
前記第２光学系は、第３曲面反射ミラーと前記第３曲面反射ミラーの後段に位置し前記走査光を前記第２仮想面に反射させる第４曲面反射ミラーとを備え、
前記走査光のうちの前記画像の中央に対応する前記画像光線が前記第１曲面反射ミラー、前記第２曲面反射ミラー、前記第３曲面反射ミラー、及び前記第４曲面反射ミラーで反射する屈曲角の大きさは全て略同じである、請求項１または２記載の画像投影装置。
【請求項４】
前記第１曲面反射ミラーと前記第４曲面反射ミラーは前記第１仮想面上の点を対称点とした点対称な位置に配置され、前記第２曲面反射ミラーと前記第３曲面反射ミラーは前記第１仮想面上の前記点を対称点とした点対称な位置に配置されている、請求項３記載の画像投影装置。
【請求項５】
前記第１光学系及び前記第２光学系の少なくとも一方は平面反射ミラーを備える、請求項３記載の画像投影装置。
【請求項６】
前記第１曲面反射ミラーと前記第４曲面反射ミラーは同一部品からなり、前記第２曲面反射ミラーと前記第３曲面反射ミラーは同一部品からなる、請求項３から５のいずれか一項記載の画像投影装置。
【請求項７】
前記走査部から前記第１光学系に入射するときの前記画像光線は略平行光であり、前記第２光学系から前記第２仮想面に入射するときの前記画像光線は略平行光である、請求項１から６のいずれか一項記載の画像投影装置。
【請求項８】
光線を出射する光源と、
入力された画像データに基づいた画像光線を生成して、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して走査光とする走査部と、
前記走査光をユーザの眼の網膜に照射して前記網膜に画像を投影する投影部と、を備え、
前記投影部は、前記走査部から出射される前記走査光を前記ユーザの眼の外側に位置する第１仮想面に収束させる第１光学系と、前記第１仮想面を通過した前記走査光を前記ユーザの眼の内側で瞳孔近傍に位置する第２仮想面に収束させる第２光学系と、を備え、
前記第１光学系と前記第２光学系はそれぞれ複数の曲面反射ミラーで構成され、
前記複数の曲面反射ミラーで反射する前記走査光の屈曲角の大きさは略同じである、画像投影装置。
【請求項９】
前記第１光学系は、前記複数の曲面反射ミラーとして、第１曲面反射ミラーと前記第１曲面反射ミラーの後段に位置し前記走査光を前記第１仮想面に反射させる第２曲面反射ミラーとを有し、
前記第２光学系は、前記複数の曲面反射ミラーとして、第３曲面反射ミラーと前記第３曲面反射ミラーの後段に位置し前記走査光を前記第２仮想面に反射させる第４曲面反射ミラーとを有し、
前記第１曲面反射ミラーと前記第４曲面反射ミラーは前記第１仮想面上の点を対称点とした点対称な位置に配置され、前記第２曲面反射ミラーと前記第３曲面反射ミラーは前記第１仮想面上の前記点を対称点とした点対称な位置に配置されている、請求項８記載の画像投影装置。
【請求項１０】
前記第１曲面反射ミラーと前記第４曲面反射ミラーは同一部品からなり、前記第２曲面反射ミラーと前記第３曲面反射ミラーは同一部品からなる、請求項９記載の画像投影装置。
【請求項１１】
前記第１光学系は、前記走査部から出射される前記走査光を前記第１仮想面に前記走査部の走査角度と略同じ角度で収束させ、
前記第２光学系は、前記第１仮想面を通過した前記走査光を前記第２仮想面に前記第１仮想面からの出射角度と略同じ角度で収束させる、請求項８から１０のいずれか一項記載の画像投影装置。
【請求項１２】
前記走査光において、前記走査部と前記第１仮想面は前記第１光学系を介して略等倍の共役関係となっていて、前記第１仮想面と前記第２仮想面は前記第２光学系を介して略等倍の共役関係となっている、請求項８から１１のいずれか一項記載の画像投影装置。
【請求項１３】
前記第１光学系及び前記第２光学系の少なくとも一方は平面反射ミラーを備える、請求項８から１２のいずれか一項記載の画像投影装置。
【請求項１４】
前記走査部から前記第１光学系に入射するときの前記画像光線は略平行光であり、前記第２光学系から前記第２仮想面に入射するときの前記画像光線は略平行光である、請求項８から１３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、画像を形成する走査光を瞳孔近傍で収束させて網膜に画像を投影する。網膜に画像を直接投影する画像投影装置として、例えば特許文献１及び特許文献２に記載の画像投影装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５８６８６号公報
【特許文献２】特開２００８−４６２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
画像を形成する走査光をユーザの顔の側方からユーザの顔の前方に配置された反射ミラーに入射させ、反射ミラーで走査光をユーザの網膜に向かって反射させる構成の画像投影装置が知られている。しかしながら、このような画像投影装置では、ユーザの網膜に良好な画像を投影する点で改善の余地が残されている。
【０００５】
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】
【０００６】
本発明は、光線を出射する光源と、入力された画像データに基づいた画像光線を生成して、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して走査光とする走査部と、前記走査光をユーザの眼の網膜に照射して前記網膜に画像を投影する投影部と、を備え、前記投影部は、前記走査部から出射される前記走査光を前記ユーザの眼の外側に位置する第１仮想面に前記走査部の走査角度と略同じ角度で収束させる第１光学系と、前記第１仮想面を通過した前記走査光を前記ユーザの眼の内側で瞳孔近傍に位置する第２仮想面に前記第１仮想面からの出射角度と略同じ角度で収束させる第２光学系と、を備える画像投影装置である。
【０００７】
上記構成において、前記走査光において、前記走査部と前記第１仮想面は前記第１光学系を介して略等倍の共役関係となっていて、前記第１仮想面と前記第２仮想面は前記第２光学系を介して略等倍の共役関係となっている構成とすることができる。
【０００８】
上記構成において、前記第１光学系は、第１曲面反射ミラーと前記第１曲面反射ミラーの後段に位置し前記走査光を前記第１仮想面に反射させる第２曲面反射ミラーとを備え、前記第２光学系は、第３曲面反射ミラーと前記第３曲面反射ミラーの後段に位置し前記走査光を前記第２仮想面に反射させる第４曲面反射ミラーとを備え、前記走査光のうちの前記画像の中央に対応する前記画像光線が前記第１曲面反射ミラー、前記第２曲面反射ミラー、前記第３曲面反射ミラー、及び前記第４曲面反射ミラーで反射する屈曲角の大きさは全て略同じである構成とすることができる。
【０００９】
上記構成において、前記第１曲面反射ミラーと前記第４曲面反射ミラーは前記第１仮想面上の点を対称点とした点対称な位置に配置され、前記第２曲面反射ミラーと前記第３曲面反射ミラーは前記第１仮想面上の前記点を対称点とした点対称な位置に配置されている構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記第１光学系及び前記第２光学系の少なくとも一方は平面反射ミラーを備える構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において、前記第１曲面反射ミラーと前記第４曲面反射ミラーは同一部品からなり、前記第２曲面反射ミラーと前記第３曲面反射ミラーは同一部品からなる構成とすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記走査部から前記第１光学系に入射するときの前記画像光線は略平行光であり、前記第２光学系から前記第２仮想面に入射するとき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。
【００１３】
本発明は、光線を出射する光源と、入力された画像データに基づいた画像光線を生成して、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して走査光とする走査部と、前記走査光をユーザの眼の網膜に照射して前記網膜に画像を投影する投影部と、を備え、前記投影部は、前記走査部から出射される前記走査光を前記ユーザの眼の外側に位置する第１仮想面に収束させる第１光学系と、前記第１仮想面を通過した前記走査光を前記ユーザの眼の内側で瞳孔近傍に位置する第２仮想面に収束させる第２光学系と、を備え、前記第１光学系と前記第２光学系はそれぞれ複数の曲面反射ミラーで構成され、前記複数の曲面反射ミラーで反射する前記走査光の屈曲角の大きさは略同じである、画像投影装置である。
【００１４】
上記構成において、前記第１光学系は、前記複数の曲面反射ミラーとして、第１曲面反射ミラーと前記第１曲面反射ミラーの後段に位置し前記走査光を前記第１仮想面に反射させる第２曲面反射ミラーとを有し、前記第２光学系は、前記複数の曲面反射ミラーとして、第３曲面反射ミラーと前記第３曲面反射ミラーの後段に位置し前記走査光を前記第２仮想面に反射させる第４曲面反射ミラーとを有し、前記第１曲面反射ミラーと前記第４曲面反射ミラーは前記第１仮想面上の点を対称点とした点対称な位置に配置され、前記第２曲面反射ミラーと前記第３曲面反射ミラーは前記第１仮想面上の前記点を対称点とした点対称な位置に配置されている構成とすることができる。
【００１５】
上記構成において、前記第１曲面反射ミラーと前記第４曲面反射ミラーは同一部品からなり、前記第２曲面反射ミラーと前記第３曲面反射ミラーは同一部品からなる構成とすることができる。
【００１６】
上記構成において、前記第１光学系は、前記走査部から出射される前記走査光を前記第１仮想面に前記走査部の走査角度と略同じ角度で収束させ、前記第２光学系は、前記第１仮想面を通過した前記走査光を前記第２仮想面に前記第１仮想面からの出射角度と略同じ角度で収束させる構成とすることができる。
【００１７】
上記構成において、前記走査光において、前記走査部と前記第１仮想面は前記第１光学系を介して略等倍の共役関係となっていて、前記第１仮想面と前記第２仮想面は前記第２光学系を介して略等倍の共役関係となっている構成とすることができる。
【００１８】
上記構成において、前記第１光学系及び前記第２光学系の少なくとも一方は平面反射ミラーを備える構成とすることができる。
【００１９】
上記構成において、前記走査部から前記第１光学系に入射するときの前記画像光線は略平行光であり、前記第２光学系から前記第２仮想面に入射するとき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。
【発明の効果】
【００２０】
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】
【００２１】
【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（ａ）及び図２（ｂ）は、図１の投影部を拡大した図である。
【図３】図３は、投影部を伝搬するレーザ光の状態を説明する図である。
【図４】図４は、比較例１に係る画像投影装置を上方から見た図である。
【図５】図５は、発明者が行った実験の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。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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】
【００２３】
図１は、実施例１に係る画像投影装置１００を上方から見た図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、図１の投影部１６を拡大した図である。図１のように、実施例１の画像投影装置１００は、光源１０、コリメートレンズ１２、走査ミラー１４、投影部１６、画像入力部３０、及び制御部３２を備える。実施例１の画像投影装置１００は、例えばメガネ型である。光源１０及びコリメートレンズ１２はメガネのツル側に設置されている。走査ミラー１４及び投影部１６はメガネのレンズ側に設置されている。画像入力部３０及び制御部３２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）に設けられていてもよいし、メガネのツルに設けられていてもよい。
【００２４】
画像入力部３０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３２は、入力された画像データに基づいて、光源１０からのレーザ光４０の出射を制御する。光源１０は、制御部３２の制御の下、例えば単一又は複数の波長のレーザ光４０を出射する。光源１０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１０によって画像光線であるレーザ光４０に変換される。
【００２５】
制御部３２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサである。カメラをユーザの眼５０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５２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とを制御部３２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。
【００２６】
コリメートレンズ１２は、光源１０から出射されたレーザ光４０を略平行光とする。略平行光とは、完全な平行光の場合に限られず、例えば僅かに収束又は発散している光を含むものである。
【００２７】
走査ミラー１４は、コリメートレンズ１２を通過したレーザ光４０を２次元方向に走査して走査光４２を出射する。走査ミラー１４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４０を走査する。走査ミラー１４から出射された走査光４２は投影部１６に入射する。
【００２８】
投影部１６は、走査ミラー１４から出射された走査光４２をユーザの眼５０の網膜５２に照射することにより、網膜５２に画像を投影する。ユーザは、網膜５２に照射された走査光４２の残像効果によって画像を認識する。
【００２９】
図１から図２（ｂ）のように、投影部１６は、光学系１８と光学系２４を含む光学系である。光学系１８は、曲面反射ミラー２０と曲面反射ミラー２２を含む。曲面反射ミラー２０及び曲面反射ミラー２２の反射面は、自由曲面などの曲面となっている。曲面反射ミラー２０と曲面反射ミラー２２は、例えば同じ焦点距離（同じ曲率半径）を有する反射ミラーである。曲面反射ミラー２０の外形は曲面反射ミラー２２よりも大きくなっている。
【００３０】
光学系２４は、曲面反射ミラー２６と曲面反射ミラー２８を含む。曲面反射ミラー２６及び曲面反射ミラー２８の反射面は、自由曲面などの曲面となっている。曲面反射ミラー２６と曲面反射ミラー２８は、例えば同じ焦点距離（同じ曲率半径）を有する反射ミラーである。曲面反射ミラー２８の外形は曲面反射ミラー２６よりも大きくなっている。なお、曲面反射ミラー２０と曲面反射ミラー２２の焦点距離、及び、曲面反射ミラー２６と曲面反射ミラー２８の焦点距離は、完全に同じである場合に限らず、走査光４２が網膜５２に照射されることで網膜５２に投影される画像の品質に影響を及ぼさない程度に略同じである場合でもよい。
【００３１】
曲面反射ミラー２０と曲面反射ミラー２８は、例えば同じ形をしていて同一の部品からなっている。曲面反射ミラー２２と曲面反射ミラー２６は、例えば同じ形をしていて同一の部品からなっている。したがって、曲面反射ミラー２０、曲面反射ミラー２２、曲面反射ミラー２６、及び曲面反射ミラー２８は、例えば同じ焦点距離（同じ曲率半径）を有する。
【００３２】
曲面反射ミラー２０と曲面反射ミラー２８は、点６０を中心とした点対称の位置に配置されている。曲面反射ミラー２２と曲面反射ミラー２６は、点６０を中心とした点対称の位置に配置されている。
【００３３】
ユーザの眼５０の外側に位置し、点６０を通る面を仮想面６２とした場合に、走査ミラー１４から出射された走査光４２は、曲面反射ミラー２０、曲面反射ミラー２２の順に反射した後に、仮想面６２に収束する。走査ミラー１４の走査角度θ１と走査光４２が仮想面６２に収束する収束角度θ２は同じ角度になっている。すなわち、走査光４２において、走査ミラー１４と仮想面６２は光学系１８を介して等倍の共役関係となっている。
【００３４】
ユーザの眼５０の内側で瞳孔５４近傍に位置する面を仮想面６４とした場合に、仮想面６２を通過した走査光４２は、曲面反射ミラー２６、曲面反射ミラー２８の順に反射した後に、仮想面６４に収束する。走査光４２が仮想面６２から出射する出射角度θ３（出射角度θ３＝収束角度θ２）と走査光４２が仮想面６４に収束する収束角度θ４は同じ角度になっている。すなわち、走査光４２において、仮想面６２と仮想面６４は光学系２４を介して等倍の共役関係となっている。
【００３５】
なお、走査角度θ１と収束角度θ２、及び、出射角度θ３と収束角度θ４は、完全に同じ角度の場合に限られず、網膜５２に投影される画像の品質に影響を及ぼさない程度に略同じ角度の場合でもよい。すなわち、走査光４２において、走査ミラー１４と仮想面６２は光学系１８を介して略等倍の共役関係であってもよく、仮想面６２と仮想面６４は光学系２４を介して略等倍の共役関係であってもよい。
【００３６】
図２（ａ）のように、走査光４２のうちの網膜５２に投影される画像の中央に対応するレーザ光４０ａは、曲面反射ミラー２０、２２、２６、２８による屈曲角φ１、φ２、φ３、φ４が全て同じ大きさになっている。なお、屈曲角は入射角と反射角の和である。また、図２（ｂ）のように、レーザ光４０ａにおいて、走査ミラー１４から曲面反射ミラー２０までの光路長Ｌ１と曲面反射ミラー２２から仮想面６２までの光路長Ｌ３との和は曲面反射ミラー２０から曲面反射ミラー２２までの光路長Ｌ２と同じになっている。同様に、仮想面６２から曲面反射ミラー２６までの光路長Ｌ４と曲面反射ミラー２８から仮想面６４までの光路長Ｌ６との和は曲面反射ミラー２６から曲面反射ミラー２８までの光路長Ｌ５と同じになっている。
【００３７】
なお、屈曲角φ１、φ２、φ３、φ４は、完全に同じ大きさである場合に限られず、網膜５２に投影される画像の品質に影響を及ぼさない程度に略同じ大きさの場合でもよい。また、光路長Ｌ１と光路長Ｌ３の和は光路長Ｌ２と略同じである場合でもよいし、光路長Ｌ４と光路長Ｌ６の和は光路長Ｌ５と略同じである場合でもよい。
【００３８】
図３は、投影部１６を伝搬するレーザ光４０の状態を説明する図である。図３のように、走査ミラー１４が出射する走査光４２を構成するレーザ光４０は、略平行光で曲面反射ミラー２０に入射する。レーザ光４０は、曲面反射ミラー２０で反射されて収束光となり、曲面反射ミラー２２に到達する前に集光した後に、発散光となって曲面反射ミラー２２に入射する。レーザ光４０は、曲面反射ミラー２２で反射されて略平行光となり、仮想面６２に入射する。
【００３９】
仮想面６２を通過したレーザ光４０は、略平行光で曲面反射ミラー２６に入射する。レーザ光４０は、曲面反射ミラー２６で反射されて収束光となり、曲面反射ミラー２８に到達する前に集光した後に、発散光となって曲面反射ミラー２８に入射する。レーザ光４０は、曲面反射ミラー２８で反射されて略平行光となり、仮想面６４に入射する。レーザ光４０は、ユーザの眼５０の水晶体５６によって網膜５２の近傍に集光される。
【００４０】
図４は、比較例１に係る画像投影装置５００を上方から見た図である。図４のように、比較例１の画像投影装置５００では、投影部はユーザの眼５０の前方に配置された１枚の曲面反射ミラー７０からなる。光源１０から出射されたレーザ光４０は反射ミラー３４で反射されて走査ミラー１４に入射する。走査ミラー１４で走査された走査光４２は、曲面反射ミラー７０で反射されて網膜５２に照射される。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。
【００４１】
比較例１のような、走査ミラー１４で走査された走査光４２を１枚の曲面反射ミラー７０で反射させて網膜５２に照射する構成では、眼５０の角膜５８に入射する際のレーザ光４０の直径が走査ミラー１４で走査された際のレーザ光４０の直径よりも小さくなることが生じる。角膜５８に入射する際のレーザ光４０の直径が小さくなると、高解像度の画像を網膜５２に投影することが難しくなる。このことについて、発明者が行った実験を用いて説明する。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５８に入射する際のレーザ光４０の直径を異ならせた場合に、網膜５２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５２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５２に投影される画像の大きさは、横５７００μｍ×縦３２００μｍとなる。
【００４２】
図５は、発明者が行った実験の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。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、走査光が照射されることで網膜５２に直接投影された画像に対する視力のことである。図５において、角膜５８に入射する際のレーザ光４０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、レーザ光４０は略平行光で角膜５８に入射する。
【００４３】
図５のように、角膜５８に入射する際のレーザ光４０の直径が８２０μｍ、１３６０μｍと大きい場合には獲得視力が高くなっている。つまり、角膜５８に入射する際のレーザ光４０の直径が大きい場合は高解像度の画像を網膜５２に投影できるが、角膜５８に入射する際のレーザ光４０の直径が小さい場合は高解像度の画像を網膜５２に投影することが難しいことが分かる。
【００４４】
そこで、実施例１では、図２（ａ）のように、投影部１６は、走査ミラー１４から出射される走査光４２を走査ミラー１４の走査角度θ１と略同じ大きさの収束角度θ２で仮想面６２に収束させる光学系１８と、仮想面６２を通過した走査光４２を仮想面６２からの出射角度θ３と略同じ大きさの収束角度θ４で仮想面６４に収束させる光学系２４と、を備える。すなわち、走査光４２において、走査ミラー１４と仮想面６２は光学系１８を介して略等倍の共役関係となり、仮想面６２と仮想面６４は光学系２４を介して略等倍の共役関係となっている。これにより、角膜５８に入射する際のレーザ光４０の直径を走査ミラー１４で走査された際のレーザ光４０の直径と略同じ大きさにすることができる。よって、高解像度の画像を網膜５２に投影することができ、ユーザに良好な画像を提供することができる。
【００４５】
また、比較例１では、画像の中央に対応するレーザ光４０ａが略平行光で水晶体５６に入射して網膜５２近傍で合焦する（すなわちレーザ光４０ａの合焦位置Ｆａは網膜５２近傍である）場合、画像の一端に対応するレーザ光４０ｂは拡散光として水晶体５６に入射して網膜５２よりも遠くで合焦する。画像の他端に対応するレーザ光４０ｃは収束光として水晶体５６に入射して網膜５２よりも近くで合焦する。このように、レーザ光４０ａを網膜５２近傍で合焦させると、レーザ光４０ｂの合焦位置Ｆｂは網膜５２よりも曲面反射ミラー７０から遠い位置になり、レーザ光４０ｃの合焦位置Ｆｃは網膜５２よりも曲面反射ミラー７０に近い位置となる。
【００４６】
このように合焦位置Ｆａから合焦位置Ｆｃが異なるのは、レーザ光４０ａからレーザ光４０ｃが曲面反射ミラー７０に入射する領域における曲率が異なるため及び／又はレーザ光４０ａからレーザ光４０ｃの光路長に差が生じるためである。網膜５２近傍で合焦しないレーザ光４０が発生してしまうと、ユーザに良好な画像を提供することが難しくなる。また、比較例１の画像投影装置５００では、矩形の画像データに基づいて光源１０からレーザ光４０を出射させた場合に、網膜５２に投影される画像は矩形にならずに台形を倒したような画像となってしまう。したがって、この点においても、ユーザに良好な画像を提供することが難しい。
【００４７】
一方、実施例１では、図２（ａ）のように、走査光４２のうちの画像の中央に対応するレーザ光４０ａの曲面反射ミラー２０、２２、２６、２８による屈曲角φ１〜φ４の大きさは全て略同じである。したがって、曲面反射ミラー２０と曲面反射ミラー２８は点６０を対称点とした点対称な位置に配置され、曲面反射ミラー２２と曲面反射ミラー２６は点６０を対称点とした点対称な位置に配置されている。これにより、光学系１８の曲面反射ミラー２０、２２の曲率がレーザ光４０に及ぼす影響を、光学系２４の曲面反射ミラー２６、２８の曲率がレーザ光４０に及ぼす影響によって相殺することができる。また、光学系１８の曲面反射ミラー２０、２２によってレーザ光４０に生じる光路長差を、光学系２４の曲面反射ミラー２６、２８によってレーザ光４０に生じる光路長差によって相殺することができる。よって、網膜５２近傍で合焦しないレーザ光４０の発生を抑制でき、ユーザに良好な画像を提供することができる。また、矩形の画像データに基づいて光源１０からレーザ光４０を出射させた場合に、網膜５２に矩形の画像を投影させることができ、この点においてもユーザに良好な画像を提供することができる。
【００４８】
実施例１によれば、図１のように、走査光４２をユーザの眼５０に向かって反射させる曲面反射ミラー２８は眼５０の正面に配置されている。これにより、走査ミラー１４から光学系１８及び光学系２４を介して眼５０に照射される走査光４２が、走査ミラー１４が眼５０の正面に配置された状態と同等の状態で眼５０に照射されるようになる。
【００４９】
また、実施例１によれば、光学系１８の曲面反射ミラー２０と光学系２４の曲面反射ミラー２８は同一部品からなり、光学系１８の曲面反射ミラー２２と光学系２４の曲面反射ミラー２６は同一部品からなる。これにより、曲面反射ミラーの種類を低減することができ、コストの増大を抑制できる。なお、コストの増大を抑制する点においては、曲面反射ミラー２０、２２、２６、２８の全てが同一部品からなることが好ましい。一方、コストの増大の抑制と、曲面反射ミラー２０、２２、２６、２８の配置の自由度の向上と、を両立させる点においては、曲面反射ミラー２０、２８が同一部品からなり、曲面反射ミラー２２、２６が同一部品からなり、曲面反射ミラー２０、２８と曲面反射ミラー２２、２６とは異なる部品からなる場合が好ましい。例えば、図１のように、走査光４２の光路に曲面反射ミラーがかからないようにレイアウトをする点から、曲面反射ミラー２２、２６は曲面反射ミラー２０、２８よりも外形が小さい場合が好ましい。
【００５０】
図３のように、走査ミラー１４から光学系１８に入射するときのレーザ光４０は略平行光であることが好ましい。これにより、光学系２４から仮想面６４に入射するときのレーザ光４０が略平行光となるため、レーザ光４０を水晶体５６によって網膜５２に合焦させることができる。
【実施例２】
【００５１】
図６は、実施例２に係る画像投影装置２００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、光学系１８に平坦面の反射面を有する平面反射ミラー３６が備わっている。平面反射ミラー３６は、曲面反射ミラー２０と曲面反射ミラー２２の間の光路上に配置されている。したがって、走査ミラー１４から出射される走査光４２は、曲面反射ミラー２０で反射した後、平面反射ミラー３６で反射されて曲面反射ミラー２２に入射する。なお、平面反射ミラー３６はその他の位置に配置されていてもよい。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。
【００５２】
実施例２によれば、光学系１８は曲面反射ミラー２０と曲面反射ミラー２２の他に平面反射ミラー３６を備える。これにより、メガネ型の画像投影装置２００の外観形状に即したレイアウトにするなど、レイアウトの自由度を上げることができる。なお、光学系１８に平面反射ミラー３６が備わる場合に限られず、光学系１８及び光学系２４の少なくとも一方に平面反射ミラー３６が備わる場合でもよい。また、光学系１８及び／又は光学系２４に備わる平面反射ミラー３６の個数は１個の場合に限られず、２個以上の複数個の場合でもよい。
【００５３】
なお、実施例１及び実施例２では、曲面反射ミラー２０と曲面反射ミラー２２の焦点距離が同じである場合を例に示したが、異なる場合でもよい。同様に、曲面反射ミラー２６と曲面反射ミラー２８の焦点距離が同じである場合を例に示したが、異なる場合でもよい。この場合、レーザ光４０に及ぼす曲率や光路長差の影響を相殺する点から、曲面反射ミラー２０と曲面反射ミラー２８の焦点距離が同じで、曲面反射ミラー２２と曲面反射ミラー２６の焦点距離が同じである場合が好ましい。
【００５４】
実施例１及び実施例２において、光学系１８及び光学系２４は、反射ミラーの他にレンズを含んで構成されている又はレンズのみで構成されている場合でもよいが、色収差などの影響を考慮すると、反射ミラーのみで構成されている場合が好ましい。
【００５５】
実施例１及び実施例２において、曲面反射ミラー２０、２２、２６、２８は、回折素子を有する場合でもよい。また、曲面反射ミラー２０、２２、２６は、光が透過しない全反射ミラーである場合が好ましい。曲面反射ミラー２８は、ユーザの眼５０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。曲面反射ミラー２８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４０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４０による画像のみを視認することができる。
【００５６】
実施例１及び実施例２において、コリメートレンズ１２は、レンズに限定されるものではなく、レーザ光４０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４０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、片方の眼５０の網膜５２に画像を投影する場合を例に示したが、両方の眼５０の網膜５２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１４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  光源
１２  コリメートレンズ
１４  走査ミラー
１６  投影部
１８  光学系
２０  曲面反射ミラー
２２  曲面反射ミラー
２４  光学系
２６  曲面反射ミラー
２８  曲面反射ミラー
３０  画像入力部
３２  制御部
３４  反射ミラー
３６  平面反射ミラー
４０〜４０ｃ  レーザ光
４２  走査光
５０  眼
５２  網膜
５４  瞳孔
５６  水晶体
５８  角膜
６０  点
６２  仮想面
６４  仮想面
７０  曲面反射ミラー
１００、２００  画像投影装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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