CN113721368A - 影像生成装置 - Google Patents

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胜山俊夫
山田祥治
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University of Fukui NUC
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Abstract

提供影像生成装置。影像生成装置设置有瞳孔位置检测装置和影像生成机构，该瞳孔位置检测装置具有：光源；光扫描镜，其用来自所述光源的光进行扫描；测定机构，其利用被所述光扫描镜用来进行扫描的光束至少对瞳孔的表面进行扫描，并测定来自眼球的反射光强度的时间变化；提取机构，其从测定出的所述反射光强度的所述时间变化中提取从所述瞳孔反射的反射光强度；以及通过将所述提取出的从瞳孔反射的所述反射光强度与对所述眼球的表面进行扫描的扫描时间同步来检测所述瞳孔的尺寸和位置的机构，该影像生成机构用影像生成用光束进行扫描并投射至处于检测到的位置的所述瞳孔，从而将影像形成在所述眼球的视网膜上。

Description

影像生成装置
本申请是基于发明名称为“影像生成装置和影像生成方法”，申请日为2018年2月23日，申请号为201880023356.3(国际申请号为PCT/JP2018/006693)的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及影像生成装置和影像生成方法，例如涉及用于将眼镜型视网膜扫描显示器中的扫描光束向位置发生变化的瞳孔进行引导的结构。
背景技术
以往，作为针对激光束等光束进行扫描投射的装置，已知有各种形状的光束投影装置。其中，将半导体激光器与光波导路型合波器组合而成的3原色光束投影装置的特点在于能够使装置小型化和低功率化，应用于激光束扫描型彩色图像投影装置(例如，参照专利文献1、专利文献2和专利文献3)。
这时，由于在扫描激光束的情况下，瞳孔的位置成为问题，因此提出有瞳孔追踪方法(例如，参照专利文献4)。在该提案中，为了使图像投影装置小型化，提出了将从光源射出的图像用光线投射至眼睛的第1表面区域并投射至用户的视网膜，将从光源射出的检查用光线投射至用户的眼睛的从第1表面区域离开的第2表面区域，对检查用光线被用户的眼睛反射后的反射光进行检测，根据检测出的反射光来控制光源和光学***中的至少一个。
此外，在引用文献4的结构中，为了抑制图像质量的劣化和装置的大型化，提出了基于在主扫描方向上振动的第1反射镜的偏转角而开始使图像用光线射出，将之后的图像用光线和检测用光线在预先确定的固定的时刻从光源射出(例如，参照专利文献5)。
即，以第1反射镜的主扫描方向上的偏转角为基准决定在图像范围内最先被扫描的图像用光线的射出开始时刻。在以第1反射镜的偏转角为基准而决定的时刻开始进行射出的图像用光线的射出结束之后，反复射出第1反射镜的往返振动的返程中的图像用光线和去程中的图像用光线。根据自以第1反射镜的偏转角为基准而开始射出的图像用光线的射出开始起的经过时间来进行这些图像用光线的反复的射出。
另一方面，由于在虽然精神活动正常但是如肌萎缩侧索硬化症等的无法使全身肌肉自由活动的人中存在较多能够正常地进行眼球运动的人，因此为了在用于顺利地进行与这样的人们之间的交流的残疾人援助***中使用，进行了通过检测视线来检测注视着的部位的研究。
此外，提出了为了对正在进行驾驶的驾驶员的意识或注意力进行监视而拍摄驾驶员的脸部图像。
在这样的现有瞳孔位置检测中，一般是以如下方式进行检测的：使用红外线LED照亮用户的脸部，使用能够拍摄红外线的照相机拍摄用户的眼睛，以红外线的反射光在角膜上的位置(角膜反射)为基准点，根据相对于角膜反射的位置的、瞳孔的位置来检测视线。
现有技术文件
专利文献
专利文献1：日本特许5294283号公报
专利文献2：日本特许5817022号公报
专利文献3：国际公开第2015/170505号
专利文献4：日本特开2017-009986号公报
专利文献5：日本特开2017-009992号公报
非专利文献
非专利文献1：映像情報メディア学会誌、Vol.65，No.6，pp.758-763(2011)
发明内容
发明要解决的课题
但是，在专利文献4的情况下，存在如下问题，由于要一边进行光栅扫描一边在规定的时刻检测瞳孔位置，并与此相应地在规定的时刻照射影像生成用光束，因此光束的照射操作变得复杂，并且位置检测精度会下降。即，在专利文献4中，将从1个光源射出的图像用光线投射至用户的眼睛的第1表面区域(瞳孔)并投射至用户的视网膜，将从相同的光源射出的可见光的检查用光线以不投射至瞳孔的方式投射至用户的眼睛的从第1表面区域远离的第2表面区域(虹膜)的规定位置。
此外，在专利文献5的情况下，存在图像用光线和检测用光线的射出时刻的控制变得复杂的问题。
此外，在现有的瞳孔位置检测方法中，存在如下问题：用来对用户的眼睛进行拍摄的拍摄装置是必需的，装置会大型化。
因此，本发明的目的在于更加简便地检测瞳孔位置。
用于解决课题的手段
在一个方式中，影像生成装置具有瞳孔位置检测装置和影像生成机构，该瞳孔位置检测装置具有：光源；光扫描镜，其对来自所述光源的光进行扫描；测定机构，其利用由所述光扫描镜扫描出的光束对至少瞳孔的表面进行扫描，并测定从所述眼球反射的反射光强度的时间变化；提取机构，其从所述测定出的所述反射光强度的时间变化中提取从所述瞳孔反射的反射光强度；以及通过将所述提取出的来自瞳孔的反射光强度与对所述眼球的表面进行扫描的扫描时间同步来检测所述瞳孔的尺寸和位置的机构，该影像生成机构对影像生成用光束进行扫描并投射至检测出的位置的所述瞳孔，从而将影像形成在所述眼球的视网膜上。
此外，在其他方式中，在影像生成方法中，使用光束对至少瞳孔的表面进行扫描，并测定从所述瞳孔反射的反射光强度的时间变化，从所述测定出的所述反射光强度的时间变化中提取从所述瞳孔反射的反射光强度，在通过将所述提取出的来自瞳孔的反射光强度与对所述眼球的表面进行扫描的扫描时间同步而检测出所述瞳孔的尺寸和位置之后，对影像生成用光束进行扫描并投射至检测出的所述瞳孔的位置的所述瞳孔，从而将影像形成在所述眼球的视网膜上。
发明效果
作为一个侧面，能够更加简便地检测瞳孔位置。由此，能够在生成影像时，准确地对瞳孔位置照射影像用光束，其结果，能够可靠地将图像投射至视网膜上，能够获得准确的像。
附图说明
图1是本发明的实施方式的影像生成装置的示意性结构图。
图2是本发明的实施方式的影像生成方法的说明图。
图3是本发明的实施例1的影像生成装置的主要部分结构图。
图4是用于本发明的实施例1的影像生成装置的光学引擎的概略性立体图。
图5是全息反射板的形成方法的说明图。
图6是本发明的实施例1中的扫描光束的照射状况的说明图。
图7是使用本发明的实施例1的影像生成装置的影像生成方法的说明图。
图8是本发明的实施例2的影像生成装置的主要部分结构图。
图9是本发明的实施例3的影像生成装置的主要部分结构图。
图10是本发明的实施例3中的扫描光束的照射状况的说明图。
图11是本发明的实施例4的影像生成装置的主要部分结构图。
图12是基于本发明的实施例5的多个光束点方式的影像生成方法的说明图。
图13是基于本发明的实施例6的多个光束点方式的影像生成方法的说明图。
图14是基于本发明的实施例7的多个光束点方式的影像生成方法的说明图。
图15是用于基于本发明的实施例7的多个光束点方式的影像生成方法的光学引擎的概略性立体图。
图16是基于本发明的实施例8的光束点连续移动方式的影像生成方法的说明图。
图17是本发明的实施例9的瞳孔位置检测装置的主要部分结构图。
图18是本发明的实施例9中的扫描光束的照射状况的说明图。
图19是使用本发明的实施例9的瞳孔位置检测装置的瞳孔位置检测方法的说明图。
图20是本发明的实施例10的瞳孔位置检测装置的主要部分结构图。
图21是本发明的实施例11的瞳孔位置检测装置的主要部分结构图。
图22是本发明的实施例12的瞳孔位置检测装置的主要部分结构图。
图23是本发明的实施例13中的扫描光束的照射状况的说明图。
图24是使用本发明的实施例13的影像生成装置的影像生成方法的说明图。
图25是基于本发明的实施例14的多个光束点方式的影像生成方法的说明图。
图26是基于本发明的实施15的多个光束点方式的影像生成方法的说明图。
具体实施方式
这里，参照图1和图2来说明本发明的实施方式的影像生成装置和影像生成方法。图1是本发明的实施方式的影像生成装置的示意性结构图，具有瞳孔位置检测机构和影像生成机构。瞳孔位置检测机构具有：光源2；光扫描镜3，其用来自光源2的光进行扫描；反射部件6，其将被光扫描镜3用来扫描的光束4反射至包含瞳孔8和虹膜9的眼球7；测定机构11，其利用由反射部件6反射的光束4对眼球7的表面进行扫描，并测定来自眼球7的反射光强度的时间变化；提取机构(省略图示)，其从测定出的反射光强度的时间变化中提取从瞳孔8反射的反射光强度；以及通过将提取出的从瞳孔8反射的反射光强度与对眼球7的表面进行扫描的扫描时间同步来检测瞳孔8的尺寸和位置的机构(省略图示)。另外，图中的标号10为视网膜。
通过将该瞳孔位置检测机构与影像生成机构组合来构成可佩带的影像生成装置，该影像生成机构利用影像生成用光束对检测出的位置的瞳孔8进行扫描并投射，从而将影像形成在眼球7的视网膜10上。该情况下，通过采用将影像生成机构的影像生成用光束13的光源、光扫描镜和反射部件兼用作瞳孔位置检测装置的光源2、光扫描镜3和反射部件6的结构能够实现小型化。另外，这里，对包含瞳孔8和虹膜9的眼球7的表面进行了扫描，但是，也可以扫描瞳孔8的一部分，只要能够扫描瞳孔8的一部分，就能够估计瞳孔8的位置和尺寸。
该情况下，也可以使光源2与光扫描镜3成为一体来构成光学引擎1。此外，作为反射部件6，例如，使用全息反射板，全息反射板被固定在眼镜的镜腿或眼镜的镜片等支承部件5上。此外，该提取机构或检测瞳孔8的尺寸和位置的机构等由来自测定机构11的输出的后级所设置的CPU等设置于内部的处理电路构成。或者，在以时分的方式进行瞳孔位置检测用扫描和影像生成用扫描的情况下，也可以在光扫描镜3的输出侧设置棱镜/反射镜、全反射/透射元件或者光电元件等光路切换元件。通过设置光路切换元件，无需大扫描角度的光扫描镜3，能够有效地利用扫描角度范围。
供测定机构11配置的位置只要是能够获得反射光的部位即可，没有特别限制。也可以设置在眼镜架、眼镜镜片上，还可以将测定机构11搭载于光学引擎1本身上。此外，也可以将来自眼球7的反射光作为向光学引擎1返回的返回光来检测。该情况下，针对返回光，可以不另外搭载新的测定机构11，而是通过检测因三原色光的影像生成用光束13的返回光所引起的电流/电压的变化来检测。也可以在与测定机构11之间另外设置波导器。例如，也可以采用如在使反射光返回至光学引擎1之后进行检测的光学***。
对眼球7的表面进行扫描的光束4可以直接照射至全息反射板。或者，对眼球7的表面进行扫描的光束4也可以在眼镜的圈或眼镜的镜片的内部传播，并由全息反射板反射，该全息反射板设置在眼镜的前圈或眼镜的镜片的与眼球8相反一侧的表面上。
作为光源2，可以使用蓝色半导体激光器芯片、绿色半导体激光器芯片、红色半导体激光器芯片、黄色半导体激光器芯片、红外线半导体激光器芯片和紫外线半导体激光器芯片中的一种以上的半导体激光器芯片，但是，也可以替代半导体激光器，使用LED(发光二极管)。另外，由于人的眼睛感觉不到红外光，因此不会对由三原色光束形成的影像带来影响，因此，优选将红外光作为瞳孔位置检测用的光源。
图2是本发明的实施方式的影像生成方法的说明图，图2的(a)是光束的扫描状态的说明图，图2的(b)是反射光强度、提取信号和瞳孔位置检测信号的说明图。如图2的(a)所示，使用光束4对包含瞳孔8和虹膜9的眼球7的表面进行扫描，并测定来自眼球7的反射光强度的时间变化，从测定出的反射光强度的时间变化中提取从瞳孔8反射的反射光强度，通过使所提取的从瞳孔8反射的反射光强度与对眼球7的表面进行扫描的扫描时间同步来检测瞳孔8的尺寸和位置。另外，在图2的情况下，在时间上，瞳孔位置检测用扫描和影像生成用扫描是分别进行的，但是，也可以通过一系列的扫描同时进行瞳孔位置检测用扫描和影像生成用扫描。
该情况下，将光学***调整成，使用于瞳孔追踪的瞳孔位置检测用的光束4以遍及瞳孔8、虹膜9及其周围的白眼珠12的部分的方式进行扫描和照射。此外，反射光由光检测器等测定机构(11)检测，该反射光的光量被作为电信号检测。在图2的(a)中，为了简便，例示了T1至T7。
图2的(b)的上边的图示出了以这样的方式获得的电信号的时间变化，横轴为时间轴，T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7分别为与图2的(a)所示的扫描的转折点对应的时间。在上图的信号中，反射光强度P1、P2、P3分别为来自白眼珠12的部分的信号、来自虹膜9的信号和来自瞳孔8的信号。这样可知，来自白眼珠12的反射光最强，来自虹膜9的反射光次强，来自瞳孔8的反射最弱。对于来自瞳孔8的反射最弱，考虑是因为光束4进入眼球7内，因此不发生反射。
图2的(b)的中间的图示出提取如下时区得到的信号，该时区是，获得上述信号中的、与来自瞳孔8的反射对应的P3的信号的时区。对于该提取，只要识别信号强度最小的时区，并使用进行提取的信号电平/选择器电路等来进行即可。能够获得P3的信号的时区为t1与t2之间、t3与t4之间、t5与t6之间、t7与t8之间。可知仅在这些时间的期间内，光束4照射瞳孔8。
为了根据这些信号来检测瞳孔8的位置，如图2的(b)的下段图所示的tr那样，在相当于扫描的转折的各个点的各时间，产生短信号来作为触发信号tr，并计测与该触发信号之间的时间差，从该时间差进行反向运算，从而确定瞳孔8的位置。此外，通过对t1与t2的间隔、t3与t4的间隔、t5与t6的间隔、t7与t8的间隔进行比较，能够检测附图中的瞳孔8在上下方向上的位置。另外，虽然这里是以遍及瞳孔8、虹膜9及其周围的白眼珠12的部分进行来使瞳孔位置检测用的光束4进行扫描并照射的，但是，只要对至少瞳孔8的一部分进行扫描即可，由此，能够估计瞳孔8的位置和尺寸。
因此，能够准确地对瞳孔位置照射影像用光束，其结果，能够可靠地将图像投射至视网膜上，能够获得准确的像。此外，在仅用作瞳孔位置检测***的情况下，能够在不使用拍摄装置等的情况下简便地进行用于残疾人援助***的视线的检测或用于对运转中的驾驶员的意识或集中力进行监视时的视线的检测。即，在本发明的实施方式中，与上述的专利文献4等的现有技术常识不同，是以遍及瞳孔8、虹膜9及其周围的白眼珠12的部分的方式进行扫描的，使得瞳孔位置检测用的可见光的光束4还射入到了瞳孔8中，因此，与专利文献4等相比，能够准确地对瞳孔位置照射影像用光束。另外，由于原本是不希望将瞳孔位置检测用的可见光的光束4入射至瞳孔8的，因此，尽可能使光束4的输出成为低输出。
在照射影像生成用光束时，在通过上述的瞳孔位置检测方法检测出瞳孔8的尺寸和位置之后，只要用影像生成用光束对检测到的瞳孔位置的瞳孔8进行扫描并进行投射，从而将影像形成在眼球8的视网膜10上即可。另外，在通过一系列的扫描而同时进行瞳孔位置检测用扫描和影像生成用扫描的情况下，在检测出瞳孔位置之后的T4、T6的时刻的扫描时，将影像生成用光束照射至所检测出的瞳孔8的位置。另外，由于在T2的时刻还没有检测出瞳孔位置，因此不照射影像生成用光束。
这时，在检测瞳孔8的尺寸和位置的工序中，也可以预先针对眼球8设定供影像生成用光束照射的多个光束点，然后对眼球8照射扫描用的光束4，在用影像生成用光束进行扫描的同时，将该影像生成用光束投射至多个光束点中的被检测出处于瞳孔8的中心位置附近的一个。另外，光束点表示几乎在每次扫描时，进行扫描的光束都会通过的相同部位。
具体而言，也可以从影像生成机构的光扫描镜3改变光束的扫描角度，对多个光束点的各光束点照射影像生成用光束13。
或者，也可以通过使影像生成机构的光扫描镜在来自光源的光束的光轴方向上移动，对多个光束点中的各光束点照射影像生成用光束13。该情况下，在影像生成机构的光扫描镜中设置移动机构即可，该移动机构能够在从影像生成机构的光源发出的光束的光轴方向上移动。
或者，也可以不设定多个光束点，而是在用影像生成用光束13进行扫描的工序中，针对眼球7，在使影像生成用光束13照射的位置连续地发生变化的同时照射影像生成用光束13，并将作为瞳孔8的中心位置而被检测出的光束点作为中心位置来用影像生成用光束13进行扫描并投射。该情况下，所照射的影像生成用光束13会聚的光束点位置使得影像生成用光束13穿过瞳孔8而到达眼球7的内部。
在任何情况下，针对各光束点，都是在预先确定的光束扫描角范围内进行扫描动作的，只要在预先确定的光束扫描角范围内用影像生成用光束进行扫描并投射即可。其结果，能够准确地对瞳孔位置照射影像用光束，其结果，能够可靠地将图像投射至视网膜上，能够获得准确的像。此外，虽然当对进行扫描的光学***进行控制时，产生由于机械式控制机构引起的光学***的抖动，并会消耗用于光学***控制的驱动能量，但是，由于对图像投影用光束的照射时刻进行了控制，因此能够减少这些担忧。
或者，针对各光束点，也可以在越过预先确定的光束扫描角范围的范围内进行扫描动作，在预先确定的光束扫描角范围内用所述影像生成用光束进行扫描并投射。
并且，针对各光束点，也可以在越过预先确定的光束扫描角范围的范围内用所述影像生成用光束进行扫描并投射。
实施例1
接着，参照图3至图7来说明本发明的实施例1的影像生成装置。在本发明的实施例1中，在时间上使瞳孔位置检测用扫描和影像生成用扫描分开进行。图3是本发明的实施例1的影像生成装置的主要部分结构图。眼镜20由镜腿21、眼镜镜片22和鼻梁架23构成，存在用前圈(省略图示)来保持眼镜镜片22的外周部的情况。在该眼镜20的镜腿21的内部收纳由光源和光扫描镜构成的光学引擎30，并且在该光学引擎30的附近安装光检测器51。在眼镜镜片22的一部分上粘贴全息反射板70。
从光学引擎30射出的扫描光束52被全息反射板70反射，对包含瞳孔61的眼球60的表面进行扫描，然后该反射光53再次被全息反射板70反射并被光检测器51检测到。另外，优选在光检测器51的前方设置使得在扫描光束52中使用的波长透过的光学滤波器，能够过滤掉来自其他部分的散射光。
图4是用于本发明的实施例1的影像生成装置的光学引擎的概略性立体图。首先，在厚度为500μm的Si基板31上使用火焰水解法形成厚度为15μm的SiO2膜32。接着，同样通过火焰水解法在SiO2膜32上形成厚度为2μm的SiO2-GeO2层(用折射率差Δn＝0.5％、Δn＝(n1-n2)/n1定义。n1：芯部的折射率、n2：包覆层的折射率)。然后，通过使用接触掩膜的曝光法形成波导路宽度为2μm的光波导路图案34～36，以形成光合波器33。
接着，在光波导路图案34～36上，作为覆盖整体的保护层，同样通过火焰水解法成膜出厚度为20μm的SiO2膜(省略图示)作为上部包覆层。另外，红色用的光波导路图案34和蓝色用的光波导路图案36需要将光入射部弯曲成直角，因此，在弯曲的部分通过使用聚焦离子束法的蚀刻形成深度为30μm的深度沟槽，使得所引导的光在沟槽侧壁全反射，该聚焦离子束法使用Ga。接着，仅保留光合波器33的区域，通过蚀刻将其他部分的SiO2膜全部去除，使Si基板31成为裸露的状态。
接着，形成二维光扫描镜部38，该二维光扫描镜部38具有分别被一对铰链支撑的旋转外框和非旋转外框的双重框构造。另外，该制造工艺的基本之处在于，使磁化后的全部工艺以200℃以下的温度进行，使得构成二维光扫描镜部38的磁性薄膜的永磁铁特性不会消失。另外，图中的标号37是SiO2膜。
接着，将红色半导体激光器芯片39、绿色半导体激光器芯片40和蓝色半导体激光器芯片41接合在Si基板31上，以使光分别射入到光波导路图案34～36。这时，将Si基板31蚀刻至规定的深度，以使红色半导体激光器芯片39、绿色半导体激光器芯片40和蓝色半导体激光器芯片31的激光器射出端与光波导路图案34～36的位置匹配。
接着，将驱动二维光扫描镜装置38的反射部的电磁线圈42配置于Si基板31的下侧，使用粘接剂将电磁线圈42固定于Si基板31。这时，使得在不对电磁线圈42施加光扫描信号的状态下，反射部的镜面相对于与Si基板31的主面大致平行的光束倾斜45°。
图5是全息反射板的形成方法的说明图。首先，如图5的(a)所示，通过涂敷等方法在由厚度为0.5mm～10mm左右的SiO2类玻璃等构成的基板71上形成透明的塑料膜72。接着，如图5的(b)所示，对模具73从所形成的塑料膜72的上方进行加压，并且使塑料膜72的温度上升至塑料的软化温度附近。由于在模具53中制作有用于使光束以所设定的角度反射的衍射光栅间隔的图案，因此该衍射光栅74被转印至塑料膜72。
接着，如图5的(c)所示，将被转印有衍射光栅74的塑料膜72从基板71剥离，形成全息反射板70，将该全息反射板70粘贴于眼镜镜片22的内侧的面的规定部位。另外，全息反射板70也可以粘贴于未图示的前圈。另外，这里，作为塑料膜72，使用软化温度为145℃的聚碳酸酯树脂，设加热温度为140℃、加压量为2.0MPa。另外，也可以使用眼镜镜片作为基板，设置眼镜镜片的透明塑料膜并在该塑料膜上转印衍射光栅，在该情况下，无需从基板剥离的剥离工序。
图6是本发明的实施例1中的扫描光束的照射状况的说明图，虽然是以二维方式进行扫描的，但是这里为了简便，平面式地进行了描绘。从光学引擎30射出的扫描光束52被全息反射板70反射，对包含瞳孔61的眼球60的表面进行扫描，该反射光再次被全息反射板70反射，并被安装在眼镜的镜腿上的光检测器(51)检测到，从而检测瞳孔61的位置。对于影像而言，是用从相同的光学引擎30射出的三原色光束54进行扫描，并利用眼镜镜片22中的在瞳孔位置检测用的扫描光束52的反射板范围以外形成的全息反射板(省略图示)，使影像穿过瞳孔61而形成在眼球70的视网膜64上。
在瞳孔追踪检测用光束扫描中，使扫描角度范围增大，瞳孔追踪检测用光束扫描在与影像生成用光束扫描相同的时刻进行。该情况下，对于实际上用于检测的瞳孔追踪检测用的扫描光束52，能够使用从影像生成用的三原色光束54的全扫描中省略一部分后的光束扫描，能够减少用于位置分析的程序执行时间和消耗功率。具体而言，在影像生成用光束扫描的横(左右)方向扫描为30kHz、纵(上下)方向扫描为60Hz的情况下，可以将瞳孔追踪检测用光束扫描的横向扫描和纵向扫描均设为1Hz～100Hz。另外，由于原本是不期望将在瞳孔追踪检测用光束扫描中使用的可见光射入到瞳孔61中的，因此，在瞳孔追踪检测用光束扫描时，尽可能使扫描光束52的输出成为低输出。
图7是使用本发明的实施例1的影像生成装置的影像生成方法的说明图，图7的(a)是瞳孔位置检测方法的说明图，图7的(b)是示出影像生成方法的说明图。如图7的(a)所示，光束53以遍及瞳孔61、虹膜62及其周围的白眼珠63的部分的方式进行扫描并照射。这里，设瞳孔尺寸为2.5mmφ～4mmφ左右、扫描光束的左右方向上的扫描宽度为±20mm左右、上下方向上的扫描宽度为±12mm左右。通过以这样的方式设定扫描宽度，能够在瞳孔61的位置在左右方向上变动了±10mm左右，在上下方向上变动了±5mm左右的情况下，准确地检测瞳孔61的位置。
如图7的(b)的上边的图所示，对于由光检测器51检测出的反射光强度，来自白眼珠63的反射光P1最强，来自虹膜62的反射光P2次强，来自瞳孔61的反射光P3最弱。图7的(b)的中间的图是使用信号电平/选择器电路而提取出的能够获得P3的信号的时区的信号。能够获得P3的信号的时区为t1与t2之间、t3与t4之间、t5与t6之间、t7与t8之间。扫描光束52仅在这些时间的期间内照射瞳孔61。
为了根据这些信号检测瞳孔61的位置，如图7的(b)的下边的图所示的tr那样，在相当于扫描的转折的各个点的各时间，生成短信号作为触发信号，并计测与该触发之间的时间差，根据该时间差进行反向运算，从而决定瞳孔61的位置。例如，在T2与T3之间的光束扫描中，从经过了相当于T2至t1之间的时间的位置变化量后到达了瞳孔61，与t1至t2的时间相当的位置变化量成为瞳孔61的宽度。
在准确地检测出瞳孔61的位置之后，将影像生成用光束照射至检测出的瞳孔61的位置。在这里也设影像生成用光束点尺寸为<4mmφ的程度。
在本发明的实施例1中，由于为了进行瞳孔位置检测使用的是扫描光束，因此能够通过简便的机构和方法大致实时且高精度地检测瞳孔的61的位置。
实施例2
接着，参照图8来说明本发明的实施例2的影像生成装置。图8是本发明的实施例2的影像生成装置的主要部分结构图。眼镜20由镜腿21、眼镜镜片22和鼻梁架23构成，还存在眼镜镜片22的外周部由前圈(省略图示)保持的情况。在该眼镜20的镜腿21的末端部的内部收纳由光源和光扫描镜构成的光学引擎30。此外，在实施例2中，将光检测器51安装于眼镜镜片22的端部。此外，在眼镜镜片22的与眼球60对置的面的相反侧的面的一部分上粘贴全息反射板70。
从光学引擎30射出的扫描光束52在眼镜镜片22内反复进行全反射的同时传播，被全息反射板70反射，从而对包含瞳孔61的眼球60的表面进行扫描。该反射光再次被全息反射板70反射而在眼镜镜片22内沿相反方向传播，并被光检测器51检测到。另外，该情况下也优选在光检测器51的前方设置供扫描光束52所使用的波长透过的光学滤波器，能够过滤来自其他部分的散射光。另外，影像生成方法与实施例1的情况相同。
实施例3
接着，参照图9和图10来说明本发明的实施例3的影像生成装置。图9是本发明的实施例3的影像生成装置的主要部分结构图。眼镜20由镜腿21、眼镜镜片22和鼻梁架23构成，还存在眼镜镜片22的外周部由前圈(省略图示)保持的情况。在该眼镜20的镜腿21的末端部的内部收纳由光源和光扫描镜构成的光学引擎30。此外，在实施例3中，将光检测器51安装于眼镜的镜腿21的端部。此外，在眼镜镜片22的一部分上粘贴全息反射板70，并将瞳孔位置检测用的光学引擎55另行安装于眼镜20的镜腿21。另外，该光学引擎55仅检测瞳孔61的位置，因此，只要使用单个光源的光学引擎55即可，例如使用红外线半导体激光器来作为光源即可。
图10是本发明的实施例3中的扫描光束的照射状况的说明图。从光学引擎55射出的扫描光束52对包含瞳孔61的眼球60的表面进行扫描。该反射光被全息反射板70等反射并由光检测器(51)检测出。另外，该情况下也优选在光检测器51的前方设置供扫描光束52所使用的波长透过的光学滤波器，能够过滤掉来自其他部分的散射光。另外，影像生成方法与实施例1的情况相同。
实施例4
接着，参照图11来说明本发明的实施例4的影像生成装置。图11是本发明的实施例4的影像生成装置的主要部分结构图。眼镜20由镜腿21、眼镜镜片22和鼻梁架23构成，还存在眼镜镜片22的外周部由前圈(省略图示)保持的情况。在该眼镜20的镜腿21的末端部的内部收纳由光源和光扫描镜构成的光学引擎30。此外，在眼镜镜片22的一部分上粘贴全息反射板70。
从光学引擎30射出的扫描光束52对包含瞳孔61的眼球60的表面进行扫描。该反射光被全息反射板70等反射并射入到光学引擎30。这时，构成光学引擎30的光源的各半导体激光器的电流/电压特性发生变化，因此，使用设置于光学引擎30的驱动电路的电流/电压变动检测电路来检测该变化。另外，在影像生成方法中，不通过反射光强度的变动、而是通过电流/电压变动进行被影像生成用光束照射的光束点位置的控制。
实施例5
接着，参照图12来说明基于本发明的实施例5的多个光束点方式的影像生成方法。图12是基于本发明的实施例5的多个光束点方式的影像生成方法的说明图。示出了在瞳孔61的位置发生了变化的情况(使瞳孔移动的情况)下，在影像无缺陷的前提下将正常的影像投射至视网膜上所需的影像生成用光束在瞳孔上的点的尺寸和位置。作为瞳孔61的位置发生变化的情况下的对应方法，公开了准备多个影像生成用光束点的方法(例如，参照非专利文献1)。
如图12所示，在瞳孔笔直看向前方的情况下的瞳孔61的中心设定影像生成用光束点661，在其左右、上下设定用于对应瞳孔进行了移动的情况下的影像生成用光束点662～665。在附图中，在左右、上下仅设定各1个，但是，当然也可以在左右、上下各设定多个，从而覆盖更大的范围。
这时的影像生成方法存在以下的2个方法。第1方法是选择一个大致处于瞳孔内的影像生成用光束点，按照该影像生成用光束点的位置和尺寸在实际中用三原色光束进行扫描，在视网膜上生成影像。实际的三原色光束仅被照射到所设定的这些影像生成用光束点661～665中的任意一个的位置。通过检测瞳孔61的位置来决定对哪个影像生成用光束点位置照射并扫描实际的光束。
第2方法是，在实际中按照所设定的全部影像生成用光束点661～665的位置和尺寸用三原色光束进行扫描，在视网膜上生成影像。其中，对生成各个影像生成用光束点的三原色光束的信号进行相互修正，使得影像在视网膜上不发生偏移。另外，这里，设瞳孔尺寸为2.5mmφ～4mmφ左右、瞳孔位置变化量为左右方向±10mm左右、上下方向±5mm左右、影像生成用光束点尺寸为<4mmφ左右。另外，影像生成用光束点位置间隔：设左右上下方向均为2.5mm～4mm左右。在附图中在左右上下各设置1个，但是，也可以设为左右方向上6个左右、上下方向上3个左右。
实施例6
接着，参照图13来说明基于本发明的实施例6的多个光束点方式的影像生成方法。图13是基于本发明的实施例6的多个光束点方式的影像生成方法的说明图。示出了在瞳孔61的位置发生了变化的情况(使瞳孔移动的情况)下，在影像无缺陷的前提下将正常的影像投射至视网膜上所需的影像生成用光束在瞳孔上的点尺寸和位置。
从光学引擎30射出的三原色光束54在所设定的光束扫描角度范围内进行扫描，被全息反射板70呈点形状地会聚在瞳孔61上，在视网膜64上生成影像。在瞳孔61的位置进行了移动的情况(从实线到虚线再到单点划线所示的瞳孔位置的变化)下，使从光学引擎30射出的三原色光束(以与进行了移动的瞳孔的线种类对应的线种类来表示)被全息反射板70的另一个区域反射，从而三原色光束54分别被引导至位于进行了移动的瞳孔61的点的位置，在由与进行了移动的瞳孔61的线种类对应的线种类表示的视网膜64上的生成影像范围内生成影像。
这里，以如下方式进行从光学引擎30射出的三原色光束54的扫描。
(1)该扫描仅在由图中所示的实线、单点划线、虚线表示的各个光束扫描角度范围内进行。或者，
(2)该扫描以较大的光束扫描角度进行，该较大的光束扫描角度包含由图中所示的实线、单点划线、虚线表示的各个光束扫描角度范围的全部，仅在由实线、单点划线、虚线表示的各个光束扫描角度范围内发出影像用信号。或者，
(3)该扫描以较大的光束扫描角度进行，该较大的光束扫描角度包含由图中所示的实线、单点划线、虚线表示的各个光束扫描角度范围的全部，并在较大的光束扫描角度的全部范围发出影像用信号。其中，在用实线、单点划线、虚线表示的各个光束扫描角度范围内对发出的信号进行修正，使得影像在视网膜上不发生偏移。在这些方式中，(1)和(2)的方法的优点在于，发出影像信号的时间短，并且影像生成用的功率的消耗低。另外，与图6同样，瞳孔位置检测用的扫描光束将如下的反射板范围作为用于瞳孔位置检测用光束的扫描的反射板范围、而通过扫描光束的扫描预先检测瞳孔61的位置及其尺寸，该反射板范围是，全息反射板的用于影像生成用光束的扫描的反射板范围以外的区域。
实施例7
接着，参照图14和图15来说明基于本发明的实施例7的多个光束点方式的影像生成方法。图14是基于本发明的实施例7的多个光束点方式的影像生成方法的说明图。示出了在瞳孔61的位置发生了变化的情况(使瞳孔移动的情况)下，在影像无缺陷的前提下将正常的影像投射至视网膜上所需的影像生成用光束在瞳孔上的点的尺寸和位置。
从光学引擎80射出的三原色光束54从所设定的不同的光束射出位置射出，并在所设定的光束扫描角度范围内进行扫描。接着，被全息反射板70呈点形状地会聚在瞳孔61上，并在视网膜64上生成影像。在瞳孔61的位置进行了移动的情况(瞳孔从实线至虚线再到单点划线所示的位置的变化)下，使从光学引擎80射出的三原色光束(以与进行了移动的瞳孔的线种类对应的线种类表示)被全息反射板70的另一个区域反射，从而三原色光束被分别引导至位于进行了移动的瞳孔61的点位置，在以与进行了移动的瞳孔61的线种类对应的线种类表示的视网膜64上的生成影像范围内生成影像。这里，以如下方式进行从光学引擎80射出的三原色光束54的扫描。
(1)该扫描仅在由图中所示的实线、单点划线、虚线表示的从各个光束射出位置射出的光束的扫描角度范围内进行。或者，
(2)该扫描以如下的较大的光束扫描角度进行，该较大的光束扫描角度包含由图中所示的实线、单点划线、虚线表示的从各个光束射出位置射出的光束的扫描角度范围的全部，并且仅在由实线、单点划线、虚线表示的从各个光束射出位置射出的光束的扫描角度范围内，发出影像用信号。或者，
(3)该扫描在如下的较大的范围内进行，该较大的范围包含由图中所示的实线、单点划线、虚线表示的从各个光束射出位置射出的光束的扫描角度范围的全部，在该较大的范围全部发出影像用信号。其中，对由实线、单点划线、虚线表示的从各个光束射出位置射出的光束的信号进行修正，使得影像在视网膜上不发生偏移。在这些方式中，(1)和(2)的方法的优点在于，发出影像信号的时间短，并且影像生成用的功率的消耗低。另外，与图6同样，瞳孔位置检测用的扫描光束将如下区域作为用于瞳孔位置检测用光束的扫描的反射板范围，通过扫描光束的扫描预先检测瞳孔61的位置及其尺寸，该区域是，全息反射板的用于影像生成用光束的扫描的反射板范围以外的区域。
图15是用于基于本发明的实施例7的多个光束点方式的影像生成方法的光学引擎的概略性立体图。与图4同样，在光源部中，在Si基板31上形成SiO2膜32。接着，在SiO2膜32上成膜出SiO2-GeO2层之后，通过使用了接触掩膜的曝光法形成波导路宽度的光波导路图案34～36，以形成光合波器33。接着，在光波导路图案34～36上，作为覆盖整体的保护层，成膜出厚度为20μm的SiO2膜(省略图示)作为上部包覆层。
另一方面，与图4的情况同样，在与Si基板31不同的Si基板43上形成二维光扫描镜部44，该二维光扫描镜部44具有分别被一对铰链支撑的旋转外框和非旋转外框的双重框构造。
将该形成有光源部的Si基板31和形成有二维光扫描镜部44的Si基板41载置在设置有移动用引导件82的共用基板81上，在二维光扫描镜部44的下部配置电磁线圈42。这时，经由移动用杆84而将移动机构用模块83与形成有二维光扫描镜部44的Si基板41连接，使得能够在共用基板81上，使二维光扫描镜部44沿着移动用引导件82滑动。移动机构用模块83能够通过使移动用杆84沿前后延伸或者拉入来使二维光扫描镜部44移动。由此，能够使从光学引擎80射出的三原色光束的位置移动。
作为共用基板81和移动用引导件82，使用Al或Cu等非磁性金属，以使得不对设置有磁性薄膜的二维光扫描镜部44的动作带来影响，但是，这里使用Al。作为移动机构用模块83，使用电磁驱动型致动器，该电磁驱动型致动器使用圆筒型微线圈。
实施例8
接着，参照图16来说明基于本发明的实施例8的光束点连续移动方式的影像生成方法。图16是基于本发明的实施例8的光束点连续移动方式的影像生成方法的说明图。示出了在瞳孔61的位置发生了变化的情况(使瞳孔移动的情况)下，在影像无缺陷的前提下将正常的影像投射至视网膜上所需的影像生成用光束在瞳孔上的点的尺寸和位置。
从光学引擎30射出的三原色光束54在所设定的光束扫描角度范围内进行扫描，被全息反射板70引导至瞳孔61内，在视网膜64上生成影像。在瞳孔61的位置发生了移动的情况(从实线至虚线再到单点划线所示的瞳孔位置的变化)下，使从光学引擎30射出的三原色光束54(由与进行了移动的瞳孔的线种类对应的线种类表示)被全息反射板70的另一个区域反射，将三原色光束分别引导至发生了移动的瞳孔内，在由与进行了移动的瞳孔61的线种类对应的线种类表示的视网膜61上的生成影像范围内生成影像。
这时，如图所示，所扫描的三原色光束54会聚的点不在瞳孔61上，而设定于眼球60的内部。此外，该位置设定成使从光学引擎30射出的三原色光束54全部大致会聚至该点位置。由此，即使在由与进行了移动的瞳孔61的线种类对应的线种类表示的各个三原色光束54的扫描范围重复的情况下，也能够在视网膜64上准确地生成影像。
这里，以如下方式进行从光学引擎30射出的三原色光束54的扫描。
(1)该扫描仅在由图中所示的实线、单点划线、虚线表示的各个光束扫描角度范围内进行。或者，
(2)该扫描以如下的较大的光束扫描角度进行，该较大的光束扫描角度包含由图中所示的实线、单点划线、虚线表示的各个光束扫描角度范围的全部，并且，仅在由实线、单点划线、虚线表示的各个光束扫描角度范围内发出影像用信号。或者，
(3)该扫描以如下的较大的光束扫描角度进行，该较大的光束扫描角度包含由图中所示的实线、单点划线、虚线表示的各个光束扫描角度范围的全部，在较大的光束扫描角度的全部中发出影像用信号。其中，对在用实线、单点划线、虚线表示的各个光束扫描角度范围内发出的信号进行修正，使得影像在视网膜上不发生偏移。在这些方法中，(1)和(2)的方法的优点在于，发出影像信号的时间短，并且影像生成用的功率的消耗低。另外，与图6同样，瞳孔位置检测用的扫描光束将全息反射板的如下区域作为用于瞳孔位置检测用光束的扫描的反射板范围，通过扫描光束的扫描预先检测瞳孔61的位置及其尺寸，该区域是，全息反射板的用于影像生成用光束的扫描的反射板范围以外的区域。
实施例9
接着，参照图17至图19来说明本发明的实施例9的瞳孔位置检测装置。图17是本发明的实施例9的瞳孔位置检测装置的主要部分结构图。眼镜20由镜腿21、眼镜镜片22和鼻梁架23构成，存在眼镜镜片22的外周部由前圈(省略图示)保持的情况。在该眼镜20的镜腿21的内部收纳由光源和光扫描镜构成的光学引擎90，并且在该光学引擎30的附近安装光检测器51。在眼镜镜片22的一部分上粘贴全息反射板70。
从光学引擎90射出的扫描光束52被全息反射板70反射，对包含瞳孔61的眼球60的表面进行扫描，然后该反射光再次被全息反射板70反射并被光检测器51检测到。另外，优选在光检测器51的前方设置供扫描光束52所使用的波长透过的光学滤波器，能够过滤掉来自其他部分的散射光。
光学引擎90的基本构造与图4所示的光学引擎30基本相同，但是由于光源仅仅是瞳孔追跡用光源即可，因此，也可以是单个半导体激光器或准直的LED，例如，使用红外线半导体激光器。光波导路图案也可以仅是一根直线状的光波导路图案，但是，光波导路图案不是必需的，例如，也可以将来自半导体激光器的扫描光束直接照射至二维光扫描镜。
图18是本发明的实施例9中的扫描光束的照射状况的说明图，扫描是以二维方式进行的，但是，这里为了简便，平面地进行了描绘。从光学引擎90射出的扫描光束52被全息反射板70反射，对包含瞳孔61的眼球60的表面进行扫描，该反射光再次被全息反射板70反射，并被安装在眼镜的镜腿上的光检测器(51)检测到，从而检测瞳孔61的位置。
图19是使用本发明的实施例9的瞳孔位置检测装置的瞳孔位置检测方法的说明图，图19的(a)是光束的扫描状态的说明图，图19的(b)是反射光强度和提取信号的说明图。如图19的(a)所示，光束53以遍及瞳孔61、虹膜62及其周围的白眼珠63的部分进行扫描并照射。这里，设瞳孔尺寸为2.5mmφ～4mmφ左右、扫描光束的左右方向上的扫描宽度为±20mm左右、上下方向上的扫描宽度为±12mm左右。通过以这样的方式设定扫描宽度，能够在瞳孔61的位置在左右方向上变动了±10mm左右，在上下方向上变动了±5mm左右的情况下，准确地检测瞳孔61的位置。
如图19的(b)的上边的图所示，对于由光检测器51检测出的反射光强度，来自白眼珠63的反射光P1最强，来自虹膜62的反射光P2次强，来自瞳孔61的反射光P3最弱。图19的(b)的下边的图是使用信号电平/选择器电路而提取出的能够获得P3的信号的时区的信号。能够获得P3的信号的时区为t1与t2之间、t3与t4之间、t5与t6之间、t7与t8之间。扫描光束52仅在这些时间的期间内照射瞳孔61。
为了根据这些信号检测瞳孔61的位置，如图19的(b)的下边的图所示的tr那样，在与扫描的转折的各个点相当的各时间产生短信号作为触发信号，并计测与该触发之间的时间差，根据该时间差进行反向运算，从而确定瞳孔61的位置。例如，在T2与T3之间的光束扫描中，在经过了相当于T2至t1之间的时间的位置变化量后到达瞳孔61，相当于t1至t2的时间的位置变化量成为瞳孔61的宽度。此外，通过对t1与t2的间隔、t3与t4的间隔、t5与t6的间隔、t7与t8的间隔进行比较，能够检测附图中的瞳孔8在上下方向上的位置。
因此，能够在不使用拍摄装置等的情况下简便地进行用于残疾人援助***的视线的检测、或能够用于对正在进行驾驶的驾驶员的意识或注意力进行监视时的视线的检测。另外，在该实施例7的情况下，也与上述的实施例2同样，也可以使扫描光束在眼镜镜片内传播。
实施例10
接着，参照图20来说明本发明的实施例10的瞳孔位置检测装置。图20是本发明的实施例10的瞳孔位置检测装置的主要部分结构图。眼镜20由镜腿21、眼镜镜片22和鼻梁架23构成，存在眼镜镜片22的外周部由前圈(省略图示)保持的情况。将光学引擎90和光检测器51安装于眼镜的镜腿21的端部。此外，在眼镜镜片22的一部分上粘贴全息反射板70。另外，该光学引擎90仅检测瞳孔61的位置，因此，只要使用单个光源的光学引擎90即可，例如使用红外线半导体激光器来作为光源即可。
在实施例10中，从光学引擎90射出的扫描光束52对包含瞳孔61的眼球60的表面进行扫描。该反射光53被全息反射板70等反射并被光检测器51检测到。另外，该情况下也优选在光检测器51的前方设置供扫描光束52所使用的波长透过的光学滤波器，能够将来自其他部分的散射光过滤掉。
实施例11
接着，参照图21来说明本发明的实施例11的瞳孔位置检测装置。图21是本发明的实施例11的瞳孔位置检测装置的主要部分结构图。眼镜20由镜腿21、眼镜镜片22和鼻梁架23构成，存在眼镜镜片22的外周部由前圈(省略图示)保持的情况。将光学引擎90安装于眼镜的镜腿21的端部。此外，在眼镜镜片22的一部分上粘贴全息反射板70。另外，该光学引擎90仅检测瞳孔61的位置，因此只要使用单个光源的光学引擎90、例如只要使用红外线半导体激光器来作为光源即可。
在实施例11中，从光学引擎90射出的扫描光束52对包含瞳孔61的眼球60的表面进行扫描。该反射光53被全息反射板70等反射并入射到光学引擎90。这时，构成光学引擎90的光源的各半导体激光器的电流/电压特性发生变化，因此，使用设置于光学引擎90的驱动电路的电流/电压变动检测电路来检测该变化。另外，该情况下也与实施例4同样，光学引擎90可以收纳于眼镜的镜腿21的内部。
实施例12
接着，参照图22来说明本发明的实施例12的影像生成装置。在本发明的实施例12中，与上述的实施例1同样，在时间上使瞳孔位置检测用扫描和影像生成用扫描分开进行。图22是本发明的实施例12的影像生成装置的主要部分结构图。眼镜20由镜腿21、眼镜镜片22和鼻梁架23构成，存在眼镜镜片22的外周部由前圈(省略图示)保持的情况。在该眼镜20的镜腿21的内部收纳由光源和光扫描镜构成的光学引擎30，并且在该光学引擎30的附近安装光检测器51。在眼镜镜片22的一部分上粘贴全息反射板70。在该实施例12中，除了在来自镜腿21的光学引擎30的扫描光束52的输出部上设置光路切换元件55这一点以外，都与上述的实施例1相同。这里，作为光路切换元件55，使用棱镜/反射镜，但是，也可以替代棱镜/反射镜，使用全反射/透过元件或光电元件。
该情况下，在瞳孔位置检测用扫描和影像生成用扫描中，从光学引擎30射出的扫描光束52的光路被光路切换元件55切换。即，在瞳孔位置检测用扫描中，使光路切换元件55为断开状态，并进行扫描，在检测了瞳孔位置之后的影像生成用扫描中，使光路切换元件55接通而对光路切换，并进行扫描。在本发明的实施例12中，设置有光路切换元件55，因此，无需在光学引擎30中使用大扫描角度的光扫描镜，能够有效地利用扫描角度范围。
实施例13
接着，参照图23和图24来说明本发明的实施例13的影像生成装置，但是，由于装置结构与上述的实施例1相同，因此仅说明使用影像生成装置的影像生成方法。在本发明的实施例13中，瞳孔位置检测用扫描和影像生成用扫描在一系列的扫描中、在相同的时刻进行。
图23是本发明的实施例13中的扫描光束的照射状况的说明图，与图6所示的实施例1的光扫描光束的照射状况相同。从光学引擎30射出的扫描光束52被全息反射板70反射，对包含瞳孔61的眼球60的表面进行扫描，该反射光再次被全息反射板70反射，并被安装在眼镜的镜腿上的光检测器(51)检测到，从而检测瞳孔61的位置。影像以如下方式生成：用从相同的光学引擎30射出的三原色光束54进行扫描，并通过眼镜镜片22上的在瞳孔位置检测用的扫描光束52的反射板范围以外形成的全息反射板(省略图示)使三原色光束54穿过瞳孔61而生成在眼球70的视网膜64上。
在瞳孔追踪检测用光束扫描中，使扫描角度范围增大，并且瞳孔追踪检测用光束扫描在与影像生成用光束扫描相同的时刻进行。该情况下，对于实际上用于检测的瞳孔追踪检测用的扫描光束52，能够使用从影像生成用的三原色光束54的全部扫描中省略了一部分的光束扫描，能够减少用于位置分析的程序执行时间和消耗功率。具体而言，对于影像生成用光束扫描，在设横(左右)方向扫描为30kHz、纵(上下)方向扫描为60Hz的情况下，瞳孔追踪检测用光束扫描的横向扫描、纵向扫描均为1Hz～100Hz。另外，用于瞳孔追踪检测用光束扫描的可见光入射到瞳孔61中原本是不期望的，因此，在瞳孔追踪检测用光束扫描时，尽可能使扫描光束52的输出成为低输出。
图24是使用本发明的实施例13的影像生成装置的影像生成方法的说明图，图24的(a)是瞳孔位置检测方法的说明图，图24的(b)是示出影像生成方法的说明图。如图24的(a)所示，光束53以遍及瞳孔61、虹膜62及其周围的白眼珠63的部分的方式扫描并照射。这里，设瞳孔尺寸为2.5mmφ～4mmφ左右、扫描光束的左右方向上的扫描宽度为±20mm左右、上下方向上的扫描宽度为±12mm左右。通过以这样的方式设定扫描宽度，能够在瞳孔61的位置在左右方向上变动了±10mm左右，在上下方向上变动了±5mm左右的情况下，准确地检测瞳孔61的位置。
如图24的(b)的上边的图所示，对于由光检测器51检测出的反射光强度，来自白眼珠63的反射光P1最强，来自虹膜62的反射光P2次强，来自瞳孔61的反射光P3最弱。图24的(b)的中间的图是使用信号电平/选择器电路而提取出的能够获得P3的信号的时区的信号。能够获得P3的信号的时区为t1与t2之间、t3与t4之间、t5与t6之间、t7与t8之间。扫描光束52仅在这些时间的期间内照射瞳孔61。
为了根据这些信号检测瞳孔61的位置，如图24的(b)的下边的图所示的tr那样，在与扫描的转折的各个点相当的各时间，产生短信号作为触发信号，并计测与该触发辛哈之间的时间差，根据该时间差进行反向运算，从而确定瞳孔61的位置。例如，在T2与t3之间的光束扫描中，在经过了与T2至t1之间的时间相当的位置变化量之后到达瞳孔61，与t1至t2的时间相当的位置变化量成为瞳孔61的宽度。
因此，在瞳孔位置窗口之间即t3与t4之间、t7与t8之间、即、在检测出瞳孔位置之后的T4、T6的时刻的扫描时，将影像生成用光束照射至所检测出的瞳孔61的位置。另外，由于在T2的时刻还没有检测出瞳孔位置，因此不照射影像生成用光束。这里，设影像生成用光束点尺寸为<4mmφ左右。
在本发明的实施例13中，由于为了进行瞳孔位置检测而使用了扫描光束，因此能够通过简便的机构和方法大致实时地检测瞳孔的61的位置。此外，由于在瞳孔位置窗口之间用影像生成用的三原色光束54进行了扫描，因此能够减少光学***的抖动或用于光学***控制的驱动能量的消耗。
实施例14
接着，参照图25来说明基于本发明的实施例14的多个光束点方式的影像生成方法。图25是基于本发明的实施14的多个光束点方式的影像生成方法的说明图。示出了在瞳孔61的位置发生了变化的情况(使瞳孔移动的情况)下，在影像无缺陷的前提下将正常的影像投射至视网膜上所需的影像生成用光束在瞳孔上的点尺寸和位置。这里，示出了对3个位置进行光束点照射的例子，但是，光束点的数量是任意的。
在本发明的实施例14中，将全息反射板70分割为3个区域701、702、703，单独地设定各区域中的衍射光栅的间距，使得将反射光照射至预先设定的瞳孔61的位置。
从光学引擎80射出的三原色光束54在与所设定的区域、例如在与区域701对应的光束扫描角度范围内进行扫描。接着，由全息反射板70呈点形状地会聚在瞳孔61上，并在视网膜64上生成影像。在瞳孔61的位置发生了移动的情况(从实线至虚线再到单点划线所示的瞳孔位置的变化)下，使从光学引擎80射出的三原色光束(以与进行了移动的瞳孔的线种类对应的线种类表示)被全息反射板70的另外的区域702、703反射，将三原色光束54分别引导至位于进行了移动的瞳孔61的点位置，在以与进行了移动的瞳孔61的线种类对应的线种类表示的视网膜64上的生成影像范围内生成影像。这里，以如下方式进行从光学引擎80射出的三原色光束54的扫描。
(1)由图中所示的实线、单点划线、虚线表示的从各个光束射出位置射出的光束仅在与3个区域701、702、703对应的扫描角度范围内进行扫描。或者，
(2)该扫描以如下的较大的光束扫描角度进行，该较大的光束扫描角度包含由图中所示的实线、单点划线、虚线表示的从各个光束射出位置射出的光束的扫描角度范围的全部，并且，对于由实线、单点划线、虚线表示的从各个光束射出位置射出的光束，仅在与3个区域701、702、703对应的扫描角度范围内发出影像用信号。或者，
(3)该扫描由图中所示的实线、单点划线、虚线表示的从各个光束射出位置射出的光束在与3个区域701、702、703对应的扫描角度范围的全部进行，在较大的范围的全部发出影像用信号。其中，对由实线、单点划线、虚线表示的从各个光束射出位置射出的光束的信号进行修正，使得影像在视网膜上不发生偏移。在这些方法中，(1)和(2)的方法的优点在于，发出影像信号的时间较短，并且影像生成用的功率的消耗较低。另外，与图6同样，瞳孔位置检测用的扫描光束将如下区域作为用于瞳孔位置检测用光束的扫描的反射板范围，通过扫描光束的扫描预先检测瞳孔61的位置及其尺寸，该区域是，全息反射板的用于影像生成用光束的扫描的反射板范围以外的区域。
实施例15
接着，参照图26来说明基于本发明的实施例15的多个光束点方式的影像生成方法。图26是基于本发明的实施15的多个光束点方式的影像生成方法的说明图。示出了在瞳孔61的位置发生了变化的情况(使瞳孔移动的情况)下，在影像无缺陷的前提下将正常的影像投射至视网膜上所需的影像生成用光束在瞳孔上的点尺寸和位置，这里，示出了对3个位置进行光束点照射的例子，但是，光束点的数量是任意的。另外，用于基于本发明的实施例15的多个光束点方式的影像生成方法的光学引擎与上述的实施例7相同，以3个阶段进行移动机构用模块(83)的移动。
在本发明的实施例15中，也将全息反射板70分割为3个区域701、702、703，单独地设定各区域中的衍射光栅的间距，使得将反射光照射至预先设定的瞳孔61的位置。
从光学引擎80射出的三原色光束54从所设定的3个部位的光束射出位置射出，在与所设定的区域、例如在与区域701对应的光束扫描角度范围内进行扫描。接着，被全息反射板70呈点形状地会聚在瞳孔61上，并在视网膜64上生成影像。在瞳孔61的位置发生了移动的情况(实线至虚线再到单点划线所示的瞳孔位置的变化)下，使从光学引擎80射出的三原色光束(以与进行了移动的瞳孔的线种类对应的线种类表示)被全息反射板70的另外的区域702、703反射，将三原色光束54分别引导至位于进行了移动的瞳孔61的点位置，在以与进行了移动的瞳孔61的线种类对应的线种类表示的视网膜64上的生成影像范围内生成影像。这里，以如下方式进行从光学引擎80射出的三原色光束54的扫描。
(1)由图中所示的实线、单点划线、虚线表示的从各个光束射出位置射出的光束仅在与3个区域701、702、703对应的扫描角度范围内进行扫描。或者，
(2)该扫描以如下的较大的光束扫描角度进行，该较大的光束扫描角度包含由图中所示的实线、单点划线、虚线表示的从各个光束射出位置射出的光束的扫描角度范围的全部，并且，对于由实线、单点划线、虚线表示的从各个光束射出位置射出的光束，仅在与3个区域701、702、703对应的扫描角度范围内发出影像用信号。或者，
(3)由图中所示的实线、单点划线、虚线表示的从各个光束射出位置射出的光束在包含与3个区域701、702、703对应的扫描角度范围的全部的较大的范围内进行扫描，在较大的范围的全部发出影像用信号。其中，对由实线、单点划线、虚线表示的从各个光束射出位置射出的光束的信号进行修正，使得影像在视网膜上不发生偏移。在这些方法中，(1)和(2)的方法的优点在于，发出影像信号的时间短，并且影像生成用的功率的消耗低。另外，与图6同样，瞳孔位置检测用的扫描光束将如下区域作为用于瞳孔位置检测用光束的扫描的反射板范围，通过扫描光束的扫描预先检测瞳孔61的位置及其尺寸，该区域是，全息反射板的用于影像生成用光束的扫描的反射板范围以外的区域。
这里，关于包含实施例1至实施例15的本发明的实施方式，附加以下的附录。
(附录1)一种影像生成装置，其中，
该影像生成装置具有瞳孔位置检测机构和影像生成机构，该瞳孔位置检测机构具有：光源；光扫描镜，其用来自所述光源的光进行扫描；测定机构，其利用被所述光扫描镜用来进行扫描的光束至少对瞳孔的表面进行扫描，并测定来自眼球的反射光强度的时间变化；提取机构，其从测定出的所述反射光强度的所述时间变化中提取从所述瞳孔反射的反射光强度；以及通过将提取出的从瞳孔反射的所述反射光强度与对所述眼球的表面进行扫描的扫描时间同步来检测所述瞳孔的尺寸和位置的机构，该影像生成机构在用影像生成用光束扫描处于检测到的位置的所述瞳孔的同时对该瞳孔进行投射，将影像形成在所述眼球的视网膜上。
(附录2)根据附录1所述的影像生成装置，其中，
在所述光扫描镜的输出侧具有光路切换元件，该光路切换元件在瞳孔位置检测扫描时和所述影像生成用光束的扫描时对所述光扫描镜用来进行扫描的光束的光路进行切换。
(附录3)根据附录1或附录2所述的影像生成装置，其中，
所述瞳孔位置检测机构具有反射部件，该反射部件将所述光扫描镜用来进行扫描的光束至少反射到所述瞳孔。
(附录4)根据附录1至附录3中的任意一个所述的影像生成装置，其中，
被所述光扫描镜用来进行扫描的光束对包含所述瞳孔和虹膜的眼球的表面进行扫描。
(附录5)根据附录3所述的影像生成装置，其中，
所述影像生成机构的影像生成用光束的光源、光扫描镜和反射部件兼用作所述瞳孔位置检测机构的光源、光扫描镜和反射部件。
(附录6)根据附录4或附录5所述的影像生成装置，其中，
所述反射部件为全息反射板。
(附录7)根据附录6所述的影像生成装置，其中，
所述全息反射板设置于眼镜的前圈或眼镜镜片中的至少一方。
(附录8)根据附录6或附录7所述的影像生成装置，其中，
对所述眼球的表面进行扫描的光束直接照射至所述全息反射板。
(附录9)根据附录6所述的影像生成装置，其中，
对所述眼球的表面进行扫描的光束在眼镜的前圈或眼镜的镜片的内部传播，被设置在所述眼镜的前圈或眼镜的镜片的与所述眼球的相反侧的表面上的所述全息反射板反射。
(附录10)根据附录1至附录9中的任意一个所述的影像生成装置，其中，
所述影像生成机构的光扫描镜具有移动机构，该移动机构能够在来自所述影像生成机构的光源的光束的光轴方向上移动。
(附录11)根据附录1至附录10中的任意一个所述的影像生成装置，其中，
所述光源包含蓝色半导体激光器芯片、绿色半导体激光器芯片、红色半导体激光器芯片、黄色半导体激光器芯片、红外线半导体激光器芯片和紫外线半导体激光器芯片中的一种以上的半导体激光器芯片。
(附录12)一种影像生成方法，其中，
使用光束至少对瞳孔的表面进行扫描，并测定从所述瞳孔反射的反射光强度的时间变化，从测定出的所述反射光强度的所述时间变化中提取从所述瞳孔反射的反射光强度，在通过将所述提取出的来自瞳孔的反射光强度与对眼球的表面进行扫描的扫描时间同步而检测出所述瞳孔的尺寸和位置之后，用影像生成用光束在进行扫描的同时对处于检测出的所述瞳孔的位置的所述瞳孔进行投射，从而将影像形成在所述眼球的视网膜上。
(附录13)根据附录12所述的影像生成方法，其中，
在时间上使对所述瞳孔的尺寸和位置进行检测的工序、与用所述影像生成用光束进行扫描的工序分开进行。
(附录14)根据附录12所述的影像生成方法，其中，
在连续的扫描工序中进行检测所述瞳孔的尺寸和位置的工序和用所述影像生成用光束进行扫描的工序。
(附录15)根据附录13或附录14所述的影像生成方法，其中，
在利用光束至少对所述瞳孔的表面进行扫描时，使用反射部件将光扫描镜用来进行扫描的光束至少反射至所述瞳孔。
(附录16)根据附录13或附录14所述的影像生成方法，其中，
被所述光扫描镜用来进行扫描的光束对包含所述瞳孔和虹膜的眼球的表面进行扫描。
(附录17)根据附录16所述的影像生成方法，其中，
在检测所述瞳孔的尺寸和位置的工序中，针对所述眼球预先设定供影像生成用光束照射的多个光束点并照射扫描用的所述光束，使所述影像生成用光束在进行扫描的同时投射至所述多个光束点中的被检测出处于所述瞳孔的中心位置附近的一个。
(附录18)根据附录17所述的影像生成方法，其中，
从用所述影像生成用光束进行扫描的光扫描镜以改变光束的扫描角度的方式使所述影像生成用光束在进行扫描的同时投射至所述多个光束点的各光束点。
(附录19)根据附录17所述的影像生成方法，其中，
在使利用所述影像生成用光束进行扫描的光扫描镜在来自所述光源的光束的光轴方向上移动的同时，用所述影像生成用光束一边进行扫描一边对所述多个光束点的各光束点进行投射。
(附录20)根据附录12所述的影像生成方法，其中，
以被检测出处于所述瞳孔的中心位置的光束点为中心位置，以使所述影像生成用光束照射的位置连续地变化的方式进行扫描并同时进行投射。
(附录21)根据附录20所述的影像生成方法，其中，
照射出来的所述光束使所述光束穿过所述瞳孔并在所述眼球的内部形成光束点位置。
(附录22)根据附录17至附录21中的任意一个所述的影像生成方法，其中，
针对所述各光束点在预先确定的光束扫描角范围内进行扫描动作，在所述预先确定的光束扫描角范围内，所述影像生成用光束在进行扫描的同时对所述各光束点进行投射。
(附录23)根据附录17至附录21中的任意一个所述的影像生成方法，其中，
针对所述各光束点在超过预先确定的光束扫描角范围的范围内进行扫描动作，并且使所述影像生成用光束在所述预先确定的光束扫描角范围内进行扫描的同时，对所述各光束点进行投射。
(附录24)根据附录17至附录21中的任意一个所述的影像生成方法，其中，
针对所述各光束点在超过所述预先确定的光束扫描角范围的范围内，在用所述影像生成用光束进行扫描的同时进行投射。
(附录25)一种瞳孔位置检测装置，其中，
该瞳孔位置检测装置具有：光源；光扫描镜，其用来自所述光源的光进行扫描；测定机构，其利用被所述光扫描镜用来进行扫描的光束至少对瞳孔的表面进行扫描，并测定来自眼球的反射光强度的时间变化；提取机构，其从测定出的所述反射光强度的所述时间变化中提取从所述瞳孔反射的反射光强度；以及通过将提取出的从瞳孔反射的所述反射光强度与对所述眼球的表面进行扫描的扫描时间同步来检测所述瞳孔的尺寸和位置的机构。
(附录26)根据附录25所述的瞳孔位置检测装置，其中，
所述瞳孔位置检测机构还具有反射部件，该反射部件将被所述光扫描镜用来进行扫描的光束至少反射到所述瞳孔。
(附录27)根据附录25或附录26所述的瞳孔位置检测装置，其中，
被所述光扫描镜用来进行扫描的光束对包含所述瞳孔和虹膜的眼球的表面进行扫描。
(附录28)一种瞳孔位置检测方法，其中，
使用光束至少对瞳孔的表面进行扫描，并测定从所述瞳孔反射的反射光强度的时间变化，从所述测定出的所述反射光强度的时间变化中提取从所述瞳孔反射的反射光强度，通过将提取出的从瞳孔反射的所述反射光强度与对眼球的表面进行扫描的扫描时间同步来检测所述瞳孔的尺寸和位置。
(附录29)根据附录28所述的瞳孔位置检测方法，其中，
在使用光束至少对所述瞳孔的表面进行扫描时，使用反射部件来将被光扫描镜用来进行扫描的光束至少反射至所述瞳孔。
(附录30)根据附录28所述的瞳孔位置检测方法，其中，
被所述光扫描镜用来进行扫描的光束对包含所述瞳孔和虹膜的眼球的表面进行扫描。
标号说明
1：光学引擎；2：光源；3：光扫描镜；4：光束；5：支承部件；6：反射部件；7：眼球；8：瞳孔；9：虹膜；10：视网膜；11：测定机构；12：白眼珠；13：影像生成用光束；20：眼镜；21：镜腿；22：眼镜镜片；23：镜架；30、55、80、90：光学引擎；31、43：Si基板；32、37：SiO2膜；33：光合波器；34～36：光波导路图案；38、44：二维光扫描镜部；39：红色半导体激光器芯片；40：绿色半导体激光器芯片；41：蓝色半导体激光器芯片；42：电磁线圈；51：光检测器；52：扫描光束；53：反射光；54：三原色光束；55：光路切换元件；60：眼球；61：瞳孔；62：虹膜；63：白眼珠；64：视网膜；661～665：影像生成用光束点；70：全息反射板；701、702、703：区域；71：基板；72：塑料膜；73：模具；74：衍射光栅；81：共用基板；82：移动用引导件；83：移动机构用模块；84：移动用杆。

Claims (10)

1.一种影像生成装置，其中，
该影像生成装置具有瞳孔位置检测机构和影像生成机构，
该瞳孔位置检测机构具有：
光源；
二维光扫描镜，其具有被一对铰链支撑的旋转外框和非旋转外框的双重框构造，用来自所述光源的光进行扫描；
测定机构，其利用被所述光扫描镜扫描出的光束至少对瞳孔的表面进行扫描，并测定来自眼球的反射光强度的时间变化；
提取机构，其从测定出的所述反射光强度的所述时间变化中提取从所述瞳孔反射的反射光强度；以及
通过将提取出的从所述瞳孔反射的反射光强度与对所述眼球的表面进行扫描的扫描时间同步来检测所述瞳孔的尺寸和位置的机构，
该影像生成机构使影像生成用光束扫描并投射至检测到的位置的所述瞳孔，将影像形成在所述眼球的视网膜上，
并且，所述瞳孔位置检测机构具有反射部件，该反射部件将从所述二维光扫描镜射出的光束至少反射到所述瞳孔。
2.根据权利要求1所述的影像生成装置，其中，
所述光源与所述二维光扫描镜形成为一体而构成光学引擎部。
3.根据权利要求1或2所述的影像生成装置，其中，
从所述光扫描镜射出的光束对包含所述瞳孔和虹膜的眼球的表面进行扫描。
4.根据权利要求1所述的影像生成装置，其中，
所述影像生成机构的影像生成用光束的光源、二维光扫描镜和反射部件兼用作所述瞳孔位置检测机构的光源、二维光扫描镜和反射部件。
5.根据权利要求3或4所述的影像生成装置，其中，
所述反射部件为全息反射板。
6.根据权利要求5所述的影像生成装置，其中，
所述全息反射板设置于眼镜的前圈或眼镜镜片中的至少一方。
7.根据权利要求5或6所述的影像生成装置，其中，
对所述眼球的表面进行扫描的光束直接照射至所述全息反射板。
8.根据权利要求5所述的影像生成装置，其中，
对所述眼球的表面进行扫描的光束在所述眼镜的前圈或眼镜的镜片的内部传播，被设置在所述眼镜的前圈或眼镜镜片的位于所述眼球的相反侧的表面上的所述全息反射板反射。
9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的影像生成装置，其中，
所述影像生成机构的二维光扫描镜具有移动机构，该移动机构能够在来自所述影像生成机构的光源的光束的光轴方向上移动。
10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的影像生成装置，其中，
所述光源包含蓝色半导体激光器芯片、绿色半导体激光器芯片、红色半导体激光器芯片、黄色半导体激光器芯片、红外线半导体激光器芯片和紫外线半导体激光器芯片中的一种以上的半导体激光器芯片。
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