(57)【要約】光源から出射された光線を２次元方向に走査する走査部と、前記走査部が走査した光線を反射または透過させる光学部品と、ユーザの眼球の前に配置され、横方向から入射する前記光学部品が反射または透過させた光線を反射し前記眼球の網膜に照射することにより、画像を前記網膜に投影する第１ミラー２４と、を具備し、前記第１ミラーは、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２を有し、前記第１ミラーにおいて前記第１領域は前記第２領域より前記光線の入射する方向に位置し、前記光学部品は、前記走査部が走査した前記光線のうち前記第１領域に照射する第１光線Ｌ１を反射または通過させる第３領域Ｓ１における集光パワーを、前記走査部が走査した前記光線のうち前記第２領域に照射される第２光線Ｌ２を反射または通過させる第４領域Ｓ２における集光パワーより大きくする画像投影装置。
2017056802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射された光線を２次元方向に走査する走査部と、
前記走査部が走査した光線を反射または透過させる光学部品と、
ユーザの眼球の前に配置され、前記光学部品が反射または透過させた光線を反射し前記眼球の網膜に照射することにより、画像を前記網膜に投影する第１ミラーと、
を具備し、
前記第１ミラーは、第１領域および第２領域を有し、前記第１ミラーにおいて前記第１領域は前記第２領域より前記光線の入射する方向に位置し、
前記光学部品は、前記走査部が走査した前記光線のうち前記第１領域に照射する第１光線を反射または通過させる第３領域における集光パワーを、前記走査部が走査した前記光線のうち前記第２領域に照射される第２光線を反射または通過させる第４領域における集光パワーより大きくすることを特徴とする画像投影装置。
【請求項２】
前記第１光線が合焦する第１位置と前記網膜との第１距離と、前記第２光線が合焦する第２位置と前記網膜との第２距離と、は、
それぞれ、前記第３領域および前記第４領域における集光パワーが同じと仮定したときの前記第１距離および前記第２距離より小さいことを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
【請求項３】
前記光学部品は第２ミラーであり、
前記第３領域における前記第２ミラーの曲率は前記第４領域における前記第２ミラーの曲率より大きいことを特徴とする請求項１または２記載の画像投影装置。
【請求項４】
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ことを特徴とする請求項１または２記載の画像投影装置。
【請求項５】
前記第１領域における前記第１ミラーの集光パワーは前記第２領域における前記第１ミラーの集光パワーより小さいことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の画像投影装置。
【請求項６】
前記第１領域および前記第２領域は、前記第１ミラー内の前記画像の中心に対応する位置に対し、前記光線の入射する方向における両側に位置していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の画像投影装置。
【請求項７】
前記第１ミラーにおける前記第１領域と前記第２領域との距離は、前記光学部品における前記第３領域と前記第４領域との距離より大きいことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の画像投影装置。
【請求項８】
前記第１ミラー内の前記画像の中心に対応する位置を通り前記光線の入射する方向に延伸する線に対し対称関係にある前記第１ミラー内の一対の位置に対応する前記光学部品内の一対の位置における集光パワーは実質的に等しいことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の画像投影装置。
【請求項９】
光線を出射する光源部と、
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、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、
前記画像光線を走査する走査ミラーと、
前記走査ミラーで走査された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画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、
を具備し、
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１０】
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９記載の画像投影装置。
【請求項１１】
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および凸曲面で反射した画像光線が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画像光線は、前記凸曲面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、前記反射ミラーの凹曲面及び凸曲面が設定されている請求項１０記載の画像投影装置。
【請求項１２】
光線を出射する光源部と、
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、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、
前記画像光線を走査する走査ミラーと、
前記走査ミラーで走査された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画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、
を具備し、
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１３】
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１２記載の画像投影装置。
【請求項１４】
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画像光線が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画像光線は、前記位相ピッチの狭い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請求項１３記載の画像投影装置。
【請求項１５】
光線を出射する光源部と、
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、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、
前記画像光線を走査する走査ミラーと、
前記走査ミラーで走査された画像光線を反射する透過ミラーと、
前記透過ミラーで反射された画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、
を具備し、
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１６】
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１５記載の画像投影装置。
【請求項１７】
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画像光線が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画像光線は、前記位相ピッチの狭い領域で透過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、前記透過型回折素子の位相ピッチが設定されている請求項１６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、画像投影装置に関し、例えばユーザの網膜に画像を直接投影する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）等の画像投影装置が知られている（特許文献１）。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（特許文献２）。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（特許文献３、４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１９２４７９号
【特許文献２】特開２００９−２５８６８６号公報
【特許文献３】特開２００８−４６２５３号公報
【特許文献４】国際公開第２００４／０２９６９３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ユーザの眼球の前にミラーを配置し、マックスウエル視のため画像を形成する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する。例えば、特許文献２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なうことが難しい。【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、合焦位置を適切な位置と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、光源から出射された光線を２次元方向に走査する走査部と、前記走査部が走査した光線を反射または透過させる光学部品と、ユーザの眼球の前に配置され、前記光学部品が反射または透過させた光線を反射し前記眼球の網膜に照射することにより、画像を前記網膜に投影する第１ミラーと、を具備し、前記第１ミラーは、第１領域および第２領域を有し、前記第１ミラーにおいて前記第１領域は前記第２領域より前記光線の入射する方向に位置し、前記光学部品は、前記走査部が走査した前記光線のうち前記第１領域に照射する第１光線を反射または通過させる第３領域における集光パワーを、前記走査部が走査した前記光線のうち前記第２領域に照射される第２光線を反射または通過させる第４領域における集光パワーより大きくすることを特徴とする画像投影装置である。【０００８】
上記構成において、前記第１光線が合焦する第１位置と前記網膜との第１距離と、前記第２光線が合焦する第２位置と前記網膜との第２距離と、は、それぞれ、前記第３領域および前記第４領域における集光パワーが同じと仮定したときの前記第１距離および前記第２距離より小さい構成とすることができる。【０００９】
上記構成において、前記光学部品は第２ミラーであり、前記第３領域における前記第２ミラーの曲率は前記第４領域における前記第２ミラーの曲率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。【００１１】
上記構成において、前記第１領域における前記第１ミラーの集光パワーは前記第２領域における前記第１ミラーの集光パワーより小さい構成とすることができる。【００１２】
上記構成において、前記第１領域および前記第２領域は、前記第１ミラー内の前記画像の中心に対応する位置に対し、前記光線の入射する方向における両側に位置している構成とすることができる。【００１３】
上記構成において、前記第１ミラーにおける前記第１領域と前記第２領域との距離は、前記光学部品における前記第３領域と前記第４領域との距離より大きい構成とすることができる。【００１４】
上記構成において、前記第１ミラー内の前記画像の中心に対応する位置を通り前記光線の入射する方向に延伸する線に対し対称関係にある前記第１ミラー内の一対の位置に対応する前記光学部品内の一対の位置における集光パワーは実質的に等しい構成とすることができる。【００１５】
本発明は、光線を出射する光源部と、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、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、前記画像光線を走査する走査ミラーと、前記走査ミラーで走査された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画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、を具備し、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。【００１６】
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。【００１７】
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および凸曲面で反射した画像光線が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画像光線は、前記凸曲面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。【００１８】
本発明は、光線を出射する光源部と、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、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、前記画像光線を走査する走査ミラーと、前記走査ミラーで走査された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画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、を具備し、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。【００１９】
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。【００２０】
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画像光線が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画像光線は、前記位相ピッチの狭い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構成とすることができる。【００２１】
本発明は、光線を出射する光源部と、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、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、前記画像光線を走査する走査ミラーと、前記走査ミラーで走査された画像光線を反射する透過ミラーと、前記透過ミラーで反射された画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、を具備し、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。【００２２】
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。【００２３】
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画像光線が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画像光線は、前記位相ピッチの狭い領域で透過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。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、合焦位置を適切な位置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、比較例および実施例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、比較例に係る画像投影装置における光線の光路を示す図である。
【図３】図３（ａ）は、実施例１に係る画像投影装置における光線の光路を示す図、図３（ｂ）は、図３（ａ）の反射ミラー付近の拡大図である。
【図４】図４（ａ）は、実施例１における反射ミラー表面の凹凸を示す斜視図、図４（ｂ）は、反射ミラーのＸ方向におけるＺを示す図である。
【図５】図５は、実施例１の反射ミラーにおける等高線を示す図である。
【図６】図６（ａ）は、実施例２に係る画像投影装置における光線の光路を示す図、図６（ｂ）は、図６（ａ）の反射型回折素子付近の拡大図である。
【図７】図７は、実施例２の反射型回折素子における等位相線を示す図である。
【図８】図８（ａ）は、実施例３に係る画像投影装置における光線の光路を示す図、図８（ｂ）は、図８（ａ）の透過型回折素子付近の拡大図である。
【図９】図９は、実施例３の透過型回折素子における等位相線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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】
【００２７】
図１は、比較例および実施例１に係る画像投影装置を上方から見た図である。投影ミラー２４に入射した光線の投影ミラー２４内の進行方向をＸ方向、投影ミラー２４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。図１に示すように、画像投影装置は、メガネ型である。メガネはツル１０とレンズ２０を有する。メガネのツル１０に、光源１２、走査ミラー１４および反射ミラー１８が設けられている。光源１２は例えば単一または複数の波長のレーザ光３４を出射する。走査ミラー１４は、光源１２から出射されたレーザ光３４を２次元方向に走査する。反射ミラー１８は、走査されたレーザ光３４を反射する。【００２８】
画像入力部１５には、カメラおよび／または録画機器から画像データが入力される。制御部１６は、入力された画像データに基づいて、光源１２からのレーザ光３４の出射を制御する。つまり、画像信号は、光源１２（光源部）によって画像光線であるレーザ光に変換される。制御部１６は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサである。制御部１６は、例えばメガネには設けられずに、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１０に設けられていてもよい。【００２９】
走査ミラー１４は、光源１２から出射されたレーザ光３４を２次元に走査して、ユーザ（利用者）の眼球２２の網膜２６に画像を投影させるための投影光とする。走査ミラー１４は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーであり、水平方向及び垂直方向の２次元にレーザ光を走査する。以下の例では、レーザ光を走査する方向をＸ方向およびＹ方向としているが、Ｘ方向およびＹ方向以外の方向にレーザ光を走査してもよい。【００３０】
反射ミラー１８は、走査ミラー１４で走査されたレーザ光３４をレンズ２０に向かって反射させる。レンズ２０のユーザの眼球２２側の面には、投射ミラー２４が設けられている。投影ミラー２４は、走査ミラー１４で走査され、反射ミラー１８で反射されたレーザ光３４を眼球２２の網膜２６に照射することにより、網膜２６に画像を投影する。つまり、ユーザは、網膜２６に投射されたレーザ光の残像効果によって、画像を認識することができる。投射ミラー２４は、走査ミラー１４で走査されたレーザ光３４の集束位置が、眼球２２の瞳孔２８となるように設計されている。レーザ光３４は投影ミラー２４にほぼ真横（すなわちほぼ−Ｘ方向）から入射する。【００３１】
図２は、比較例に係る画像投影装置における光線の光路を示す図である。図２において、光線Ｌ０からＬ２は、走査ミラー１４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２４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、Ｌ２は画像の端に相当する光線である。光線Ｌ０からＬ２はそれぞれ投影ミラー２４の領域Ｒ０からＲ２で反射される。反射した光線Ｌ０からＬ２は、虹彩２９の中央部に位置する瞳孔２８において集束し、水晶体３０を透過し網膜２６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（光線Ｌ０からＬ２が入射される方向）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Ｌ２は瞳孔２８近傍で交差することになる。しかし、各光線Ｌ０からＬ２の合焦位置Ｆ０からＦ２は網膜２６からずれてしまう。【００３２】
図２では、投影ミラー２４で反射された光線Ｌ０はほぼ平行光として水晶体３０に入射し、網膜２６近傍で合焦する。投影ミラー２４で反射された光線Ｌ１は、拡散光として水晶体３０に入射する。このため、光線Ｌ１は網膜２６より遠くで合焦する。投影ミラー２４で反射された光線Ｌ２は、収束光として水晶体３０に入射する。このため、光線Ｌ２は網膜２６より近くで合焦する。このように、光線Ｌ０を網膜２６近傍で合焦させると、合焦位置Ｆ１は網膜２６より投影ミラー２４から遠い位置となる。合焦位置Ｆ１と網膜２６との距離Ｄ１となる。合焦位置Ｆ２は網膜２６より投影ミラー２４に近い位置となる。合焦位置Ｆ２と網膜２６との距離Ｄ２となる。【００３３】
このように合焦位置Ｆ０からＦ２が異なるのは、−Ｘ方向から投影ミラー２４に入射した光線Ｌ０からＬ２を瞳孔２８で集束させようとすると、投影ミラー２４の領域Ｒ０からＲ２の曲率がＸ方向で異なる、および／または光線Ｌ０からＬ２の光路差が生じるためである。例えば、領域Ｒ２はＲ１より曲率が大きい。すなわち、領域Ｒ２はＲ１より集光パワーが大きい。このため、合焦位置Ｆ２はＦ１より光源側となる。また、投影ミラー２４を顔に平行に配置しようとすると、光線Ｌ２の光路は光線Ｌ１より長くなる。これにより、合焦位置Ｆ２はＦ１よりさらに光源側となる。このように、比較例では、マックスウエル視のため光線Ｌ０からＬ２を瞳孔２８近傍で集束させると、画像内において合焦位置が網膜２６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にくい。【００３４】
実施例１は、光学部品として反射ミラー１８を用いる例である。図３（ａ）は、実施例１に係る画像投影装置における光線の光路を示す図、図３（ｂ）は、図３（ａ）の反射ミラー付近の拡大図である。図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、投影ミラー２４の領域Ｒ０からＲ２に照射される光線Ｌ０からＬ２は反射ミラー１８内のそれぞれ領域Ｓ０からＳ２において反射される。反射ミラー１８は自由曲面を有する。その他の構成は比較例１と同じであり説明を省略する。【００３５】
図４（ａ）は、実施例１における反射ミラー表面の凹凸を示す斜視図、図４（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方向およびＹ方向は、投影ミラー２４におけるＸ方向およびＹ方向に対応する方向である。反射ミラー１８における高さがＺ方向である。図４（ａ）では、Ｚ方向は、反射ミラー１８の表面の凹凸を拡大して示している。図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、領域Ｓ０では反射ミラー１８の表面はほぼ平面であり、領域Ｓ１では反射ミラー１８表面は凹面であり、領域Ｓ２では反射ミラー１８表面は凸面である。これにより、領域Ｓ０では集光パワーはほぼ０であり、領域Ｓ１では集光パワーが正となり、領域Ｓ２では集光パワーが負となる。よって、光線Ｌ０の合焦位置Ｆ０は比較例から変化しない。光線Ｌ１の合焦位置Ｆ１は比較例の図２に比べ光源に近づき、光線Ｌ２の合焦位置Ｆ２は図２に比べ光源から遠くなる。これにより、合焦位置Ｆ０からＦ２が網膜２６近傍となる。【００３６】
反射ミラー１８の表面のＺを次式で現される自由曲面とする。
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２４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およびａ１２を有限とする。これにより、図４のような自由曲面を実現できる。反射ミラー１８の自由曲面をより調整するため、係数ａ１０および／または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。【００３７】
レーザ光３４を網膜２６で合焦させるため、反射ミラー１８表面の等高線をシミュレーションした。図５は、実施例１の反射ミラーにおける等高線を示す図である。図５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５は網膜を基準にシミュレーションしているため、円形である。図５の円形内の一部を四角形として切り出したものが図４（ａ）に相当する。【００３８】
実施例１では、投影ミラー２４の自由曲面の曲率の変化に対応させて、反射ミラー１８の表面が平面、凹面または凸面などの自由曲面に設定されている。投影ミラー２４の曲率が大きい領域には集光パワーの大きい反射ミラー１８の凸面で反射した光線を照射させ、投影ミラー２４の曲率が小さい領域には集光パワーの小さい反射ミラー１８の凹面で反射した光線を照射させる。これにより、図３のように、光線Ｌ０からＬ２を網膜２６近傍で合焦させることができる。例えば、光線Ｌ０からＬ２の合焦位置Ｆ０からＦ２を考慮せずに反射ミラー１８を平面として投影ミラー２４を含む光学系の設計を行なう。その後、投影ミラー２４の設計を変更せずに、反射ミラー１８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Ｌ２の合焦位置Ｆ０からＦ２を調整する。反射ミラー１８が各光線Ｌ０からＬ２に付与する集光パワーは微弱なため、光線Ｌ０からＬ２の軌跡にほとんど影響することなく、合焦位置Ｆ０からＦ２を調整できる。よって、簡単に光学系を設計できる。
【実施例２】
【００３９】
図６（ａ）は、実施例２に係る画像投影装置における光線の光路を示す図、図６（ｂ）は、図６（ａ）の反射型回折素子付近の拡大図である。図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、光学部品として反射型回折素子１８ａを用いる。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。【００４０】
レーザ光３４を網膜２６で合焦させるため、回折素子１８ａにおける位相分布をシミュレーションした。図７は、実施例２の反射型回折素子における等位相線を示す図である。図７において、各線の間隔は５０×２πｒａｄである。等位相線の間隔は、回折素子１８ａのピッチに対応する。実施例２のように、反射型の回折素子１８ａ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】
【００４１】
図８（ａ）は、実施例３に係る画像投影装置における光線の光路を示す図、図８（ｂ）は、図８（ａ）の透過型回折素子付近の拡大図である。図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、光学部品として透過型回折素子１８ｂを用いる。走査ミラー１４が反射した光線Ｌ０からＬ２は回折素子１８ｂのそれぞれ領域Ｓ０からＳ２を透過する。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。【００４２】
レーザ光３４を網膜２６で合焦させるため、回折素子１８ｂにおける位相分布をシミュレーションした。図９は、実施例３の透過型回折素子における等位相線を示す図である。図９において、各線の間隔は７．５×２πｒａｄである。実施例３のように、透過型の回折素子１８ｂ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。【００４３】
図２のように比較例１では、投影ミラー２４（第１ミラー）は、ユーザの眼球２２の前に配置されている。投影ミラー２４は、−Ｘ方向から入射する光線を反射し眼球２２の網膜２６に照射することにより、画像を網膜２６に投影する。このような配置では、図２において説明したように、光線Ｌ０からＬ２の合焦位置Ｆ０からＦ２を網膜２６近傍とすることが難しい。【００４４】
そこで、実施例１から３によれば、図３、図６および図８のように、走査ミラー１４（走査部）が走査した光線を反射または透過させる光学部品（反射ミラー１８、反射型回折素子１８ａまたは透過型回折素子１８ｂ）を設ける。光学部品が反射または透過させた光線Ｌ０からＬ２を投影ミラー２４照射する。このように、光学部品を配置する。【００４５】
光学部品は、走査ミラー１４が走査した光線のうち領域Ｒ１（第１領域）に照射する光線Ｌ１を反射または通過させる領域Ｓ１（第３領域）における集光パワーを、領域Ｒ２（第２領域）に照射される光線Ｌ２（第２光線）を反射または通過させる領域Ｓ２（第４領域）における集光パワーより大きくする。【００４６】
これにより、光線Ｌ１の合焦位置Ｆ１は、投射ミラー２４に近づき、光線Ｌ２の合焦位置Ｆ２は投影ミラー２４から遠ざかる。よって、光線Ｌ０からＬ２の合焦位置Ｆ０からＦ２を網膜２６近傍とすることができる。よって、合焦位置Ｆ０からＦ２を適切な位置とすることができる。【００４７】
また、光線Ｌ１が合焦する位置Ｆ１（第１位置）と網膜２６との距離Ｄ１（第１距離）と、光線Ｌ２が合焦する位置Ｆ２（第２位置）と網膜２６との距離Ｄ２（第２距離）と、は、それぞれ、領域Ｓ１および領域Ｓ２における集光パワーが同じと仮定したときの距離Ｄ１および距離Ｄ２より小さい。これにより、光線Ｌ０からＬ２の合焦位置Ｆ０からＦ２を網膜２６近傍とすることができる。【００４８】
領域Ｓ１およびＳ２における集光パワーを設定する方法として、実施例１のように、光学部品を反射ミラー１８（第２ミラー）とする。領域Ｓ１における反射ミラー１８の曲率を領域Ｓ２における反射ミラー１８の曲率より大きくする。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大きくできる。なお、曲率は、図４（ａ）および図４（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、光学部品として反射ミラー１８を用いることにより、光線Ｌ０から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Ｌ２の集光パワーを設定できる。【００４９】
すなわち、実施例１によれば、図３（ａ）から図５のように、反射ミラー１８の自由曲面は、凹曲面と凸曲面を含み、投影ミラー２４の自由曲面は曲率の異なる領域を有している。反射ミラー１８の凹曲面および凸曲面で反射した画像光線が投影ミラー２４の異なる領域にそれぞれ照射される。凹曲面（領域Ｓ１）で反射された画像光線は、凸曲面（領域Ｓ２）で反射された画像光線が照射される投影ミラー２４の領域Ｒ２の曲率よりも曲率の小さな投影ミラー２４の領域Ｒ１に照射されるように、反射ミラー１８の凹曲面および凸曲面が設定されている。これにより、合焦位置Ｆ０からＦ２を適切な位置とすることができる。【００５０】
実施例２および３のように、光学部品は回折素子１８ａおよび１８ｂでもよい。領域Ｓ１における回折素子１８ａおよび１８ｂのピッチを領域Ｓ２における回折素子１８ａおよび１８ｂのピッチより大きくする。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大きくできる。光学部品として、回折素子１８ａおよび１８ｂを用いることにより、集光パワーをより精度よく設定できる。回折素子１８ａおよび１８ｂの集光パワーは波長依存性がある。このため、光線Ｌ０からＬ２は単一の波長の光であることが好ましい、光線Ｌ０からＬ２が複数の波長の光を含む場合、各波長に対応した回折素子を積層することが好ましい。【００５１】
すなわち、実施例２によれば、図６（ａ）から図７のように、反射ミラーは投影ミラー２４の自由曲面の曲率変化に対応した反射型回折素子１８ａを含む。反射型回折素子１８ａ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１８ａの位相ピッチの広い領域Ｓ２と位相ピッチの狭い領域Ｓ１とで反射した画像光線が投影ミラー２４の曲率の異なる領域Ｒ２およびＲ１にそれぞれ照射される。領域Ｓ２で反射された画像光線は、領域Ｓ１で反射された画像光線が照射される領域Ｒ１の曲率よりも曲率の小さな領域Ｒ２に照射されるように、反射型回折素子１８ａの位相ピッチが設定されている。これにより、合焦位置Ｆ０からＦ２を適切な位置とすることができる。【００５２】
また、実施例３によれば、図８（ａ）から図９のように、透過ミラーは投影ミラー２４の自由曲面の曲率変化に対応した透過型回折素子１８ｂを含む。透過型回折素子１８ｂ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１８ｂの位相ピッチの広い領域Ｓ２と位相ピッチの狭い領域Ｓ１とで透過した画像光線が投影ミラー２４の曲率の異なる領域Ｒ２およびＲ１にそれぞれ照射される。領域Ｓ２で透過された画像光線は、領域Ｓ１で透過された画像光線が照射される投影ミラー２４の領域Ｒ１の曲率よりも曲率の小さな領域Ｒ２に照射されるように、透過型回折素子１８ｂの位相ピッチが設定されている。これにより、合焦位置Ｆ０からＦ２を適切な位置とすることができる。【００５３】
投影ミラー２４の曲率がＸ方向で異なる例を説明したが、投影ミラー２４は回折素子でもよい。光線Ｌ０からＬ２を瞳孔２８を通過させるため、領域Ｒ１における投影ミラー２４の集光パワーは領域Ｒ２における投影ミラー２４の集光パワーより小さいことが好ましい。投影ミラー２４はレンズ２０に設けられたハーフミラーの例を説明したが、投影ミラー２４は全反射ミラーでもよい。【００５４】
領域Ｒ１および領域Ｒ２は、投影ミラー２４内の画像の中心に対応する位置（領域Ｒ０）に対し、光線Ｌ０からＬ２の入射する方向における両側に位置している。このように領域Ｒ０からＲ２が位置する場合、比較例１では、合焦位置Ｆ０からＦ２の網膜２６からのずれが大きくなる。よって、領域Ｓ０からＳ２の集光パワーを異ならせることが好ましい。【００５５】
さらに、投影ミラー２４における領域Ｒ１と領域Ｒ２との距離は、光学部品における領域Ｓ１と領域Ｓ２との距離より大きい。このように領域Ｒ１とＲ２との距離が大きな光学系では、光線Ｌ０からＬ２を瞳孔２８近傍で集束させようとすると、領域Ｒ１および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Ｌ２の光路が大きく異なる。これにより、図２のように合焦位置Ｆ１およびＦ２が網膜２６から大きくずれる。よって、このような光学系において、領域Ｓ１とＳ２において集光パワーの異なる光学部品を用いることが好ましい。【００５６】
光線Ｌ０から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２４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２４内の一対の位置に対応する光学部品内の一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５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７および図９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。【００５７】
画像投影装置としてめがね型のＨＭＤを例に説明したが、ＨＭＤ以外の画像投影装置でもよい。片方の眼球２２の網膜２６に画像を投影させる例を示したが、両方の眼球２２の網膜２６に画像を投影させてもよい。走査部として走査ミラー１４を例に説明したが、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カリウム（ＫＴＮ）結晶等、その他の部品を用いてもよい。光線としてレーザ光を例に説明したが、レーザ光以外の光でもよい。光学部品の領域Ｓ１およびＳ２における集光パワーはいずれも正でもよく、いずれも負でもよい。投影ミラー２４への光線Ｌ０からＬ２の入射する方向を水平方向を例に説明したが、光線Ｌ０からＬ２は垂直方向または斜め方向から入射されてもよい。【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  光源
１４  走査ミラー
１６  制御部
１８  反射ミラー
１８ａ、１８ｂ  回折素子
２０  レンズ
２２  眼球
２４  投影ミラー
２６  網膜
２８  瞳孔
２９  虹彩
３０  水晶体
３４  レーザ光
【図１】
2017056802.tif 000003
【図２】
2017056802.tif 000004
【図３】
2017056802.tif 000005
【図４】
2017056802.tif 000006
【図５】
2017056802.tif 000007
【図６】
2017056802.tif 000008
【図７】
2017056802.tif 000009
【図８】
2017056802.tif 000010
【図９】
2017056802.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月2日(2017.3.2)
【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】
光源から出射された光線を２次元方向に走査する走査部と、
前記走査部が走査した光線を反射または透過させる光学部品と、
ユーザの眼球の前に配置され、前記光学部品が反射または透過させた光線を反射し前記眼球の網膜に照射することにより、画像を前記網膜に投影する第１ミラーと、
を具備し、
前記第１ミラーは、第１領域および第２領域を有し、前記第１ミラーにおいて前記第１領域は前記第２領域より前記光線の入射する方向に位置し、
前記光学部品は、前記走査部が走査した前記光線のうち前記第１領域に照射する第１光線を反射または通過させる第３領域における集光パワーを、前記走査部が走査した前記光線のうち前記第２領域に照射される第２光線を反射または通過させる第４領域における集光パワーより大きくするように設定されていることを特徴とする画像投影装置。
【請求項２】
前記第１光線が合焦する第１位置と前記網膜との第１距離と、前記第２光線が合焦する第２位置と前記網膜との第２距離と、は、
それぞれ、前記第３領域および前記第４領域における集光パワーが同じと仮定したときの前記第１距離および前記第２距離より小さいことを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
【請求項３】
前記光学部品は第２ミラーであり、
前記第３領域における前記第２ミラーの曲率は前記第４領域における前記第２ミラーの曲率より大きいことを特徴とする請求項１または２記載の画像投影装置。
【請求項４】
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ことを特徴とする請求項１または２記載の画像投影装置。
【請求項５】
前記第１領域における前記第１ミラーの集光パワーは前記第２領域における前記第１ミラーの集光パワーより小さいことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の画像投影装置。
【請求項６】
前記第１領域および前記第２領域は、前記第１ミラー内の前記画像の中心に対応する位置に対し、前記光線の入射する方向における両側に位置していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の画像投影装置。
【請求項７】
前記第１ミラーにおける前記第１領域と前記第２領域との距離は、前記光学部品における前記第３領域と前記第４領域との距離より大きいことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の画像投影装置。
【請求項８】
前記第１ミラー内の前記画像の中心に対応する位置を通り前記光線の入射する方向に延伸する線に対し対称関係にある前記第１ミラー内の一対の位置に対応する前記光学部品内の一対の位置における集光パワーは実質的に等しいことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の画像投影装置。
【請求項９】
光線を出射する光源部と、
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、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、
前記画像光線を走査する走査ミラーと、
前記走査ミラーで走査された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画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、
を具備し、
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１０】
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９記載の画像投影装置。
【請求項１１】
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および凸曲面で反射した画像光線が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画像光線は、前記凸曲面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、前記反射ミラーの凹曲面及び凸曲面が設定されている請求項１０記載の画像投影装置。
【請求項１２】
光線を出射する光源部と、
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、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、
前記画像光線を走査する走査ミラーと、
前記走査ミラーで走査された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画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、
を具備し、
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１３】
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１２記載の画像投影装置。
【請求項１４】
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画像光線が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画像光線は、前記位相ピッチの狭い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請求項１３記載の画像投影装置。
【請求項１５】
光線を出射する光源部と、
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、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、
前記画像光線を走査する走査ミラーと、
前記走査ミラーで走査された画像光線を反射する透過ミラーと、
前記透過ミラーで反射された画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、
を具備し、
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１６】
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１５記載の画像投影装置。
【請求項１７】
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画像光線が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画像光線は、前記位相ピッチの狭い領域で透過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、前記透過型回折素子の位相ピッチが設定されている請求項１６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、光源から出射された光線を２次元方向に走査する走査部と、前記走査部が走査した光線を反射または透過させる光学部品と、ユーザの眼球の前に配置され、前記光学部品が反射または透過させた光線を反射し前記眼球の網膜に照射することにより、画像を前記網膜に投影する第１ミラーと、を具備し、前記第１ミラーは、第１領域および第２領域を有し、前記第１ミラーにおいて前記第１領域は前記第２領域より前記光線の入射する方向に位置し、前記光学部品は、前記走査部が走査した前記光線のうち前記第１領域に照射する第１光線を反射または通過させる第３領域における集光パワーを、前記走査部が走査した前記光線のうち前記第２領域に照射される第２光線を反射または通過させる第４領域における集光パワーより大きくするように設定されていることを特徴とする画像投影装置である。
【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】
光源から出射された光線を２次元方向に走査する走査部と、
前記走査部が走査した光線を反射または透過させる光学部品と、
ユーザの眼球の前に配置され、前記光学部品が反射または透過させた光線を反射し前記眼球の網膜に照射することにより、画像を前記網膜に投影する第１ミラーと、
を具備し、
前記第１ミラーは、第１領域および第２領域を有し、前記第１ミラーにおいて前記第１領域は前記第２領域より前記光線の入射する方向に位置し、
前記光学部品は、前記走査部が走査した前記光線のうち前記第１領域に照射する第１光線を反射または通過させる第３領域における集光パワーを、前記走査部が走査した前記光線のうち前記第２領域に照射される第２光線を反射または通過させる第４領域における集光パワーより大きくするように設定されていることを特徴とする画像投影装置。
【請求項２】
前記第１光線が合焦する第１位置と前記網膜との第１距離と、前記第２光線が合焦する第２位置と前記網膜との第２距離と、は、
それぞれ、前記第３領域および前記第４領域における集光パワーが同じと仮定したときの前記第１距離および前記第２距離より小さいことを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
【請求項３】
前記光学部品は第２ミラーであり、
前記第３領域における前記第２ミラーの曲率は前記第４領域における前記第２ミラーの曲率より大きいことを特徴とする請求項１または２記載の画像投影装置。
【請求項４】
前記光学部品は回折格子であることを特徴とする請求項１または２記載の画像投影装置。
【請求項５】
前記第１領域における前記第１ミラーの集光パワーは前記第２領域における前記第１ミラーの集光パワーより小さいことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の画像投影装置。
【請求項６】
前記第１領域および前記第２領域は、前記第１ミラー内の前記画像の中心に対応する位置に対し、前記光線の入射する方向における両側に位置していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の画像投影装置。
【請求項７】
前記第１ミラーにおける前記第１領域と前記第２領域との距離は、前記光学部品における前記第３領域と前記第４領域との距離より大きいことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の画像投影装置。
【請求項８】
前記第１ミラー内の前記画像の中心に対応する位置を通り前記光線の入射する方向に延伸する線に対し対称関係にある前記第１ミラー内の一対の位置に対応する前記光学部品内の一対の位置における集光パワーは実質的に等しいことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の画像投影装置。
【請求項９】
光線を出射する光源部と、
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、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、
前記画像光線を走査する走査ミラーと、
前記走査ミラーで走査された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画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、
を具備し、
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１０】
光線を出射する光源部と、
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、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、
前記画像光線を走査する走査ミラーと、
前記走査ミラーで走査された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画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、
を具備し、
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画像光線は、前記凸曲面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１１】
光線を出射する光源部と、
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、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、
前記画像光線を走査する走査ミラーと、
前記走査ミラーで走査された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画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、
を具備し、
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１２】
光線を出射する光源部と、
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、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、
前記画像光線を走査する走査ミラーと、
前記走査ミラーで走査された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画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、
を具備し、
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１３】
光線を出射する光源部と、
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、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、
前記画像光線を走査する走査ミラーと、
前記走査ミラーで走査された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画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、
を具備し、
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１４】
光線を出射する光源部と、
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、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、
前記画像光線を走査する走査ミラーと、
前記走査ミラーで走査された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画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、
を具備し、
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。
【手続補正２】
【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】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明は、光線を出射する光源部と、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、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、前記画像光線を走査する走査ミラーと、前記走査ミラーで走査された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画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、を具備し、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】００１６
【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】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部と、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、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、前記画像光線を走査する走査ミラーと、前記走査ミラーで走査された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画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、を具備し、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画像光線は、前記凸曲面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】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明は、光線を出射する光源部と、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、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、前記画像光線を走査する走査ミラーと、前記走査ミラーで走査された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画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、を具備し、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】００１９
【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】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本発明は、光線を出射する光源部と、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、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、前記画像光線を走査する走査ミラーと、前記走査ミラーで走査された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画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、を具備し、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】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
本発明は、光線を出射する光源部と、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、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、前記画像光線を走査する走査ミラーと、前記走査ミラーで走査された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画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、具備し、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】００２２
【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】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
本発明は、光線を出射する光源部と、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、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、前記画像光線を走査する走査ミラーと、前記走査ミラーで走査された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画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、を具備し、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。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
実施例１では、投影ミラー２４の自由曲面の曲率の変化に対応させて、反射ミラー１８の表面が平面、凹面または凸面などの自由曲面に設定されている。投影ミラー２４の曲率が大きい領域には集光パワーの小さい反射ミラー１８の凸面で反射した光線を照射させ、投影ミラー２４の曲率が小さい領域には集光パワーの大きい反射ミラー１８の凹面で反射した光線を照射させる。これにより、図３のように、光線Ｌ０からＬ２を網膜２６近傍で合焦させることができる。例えば、光線Ｌ０からＬ２の合焦位置Ｆ０からＦ２を考慮せずに反射ミラー１８を平面として投影ミラー２４を含む光学系の設計を行なう。その後、投影ミラー２４の設計を変更せずに、反射ミラー１８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Ｌ２の合焦位置Ｆ０からＦ２を調整する。反射ミラー１８が各光線Ｌ０からＬ２に付与する集光パワーは微弱なため、光線Ｌ０からＬ２の軌跡にほとんど影響することなく、合焦位置Ｆ０からＦ２を調整できる。よって、簡単に光学系を設計できる。
【国際調査報告】
2017056802.tif 000012
2017056802.tif 000013
2017056802.tif 000014