CN118265941A - 图像投影装置 - Google Patents

Abstract

一种图像投影装置，其具备：光源(12)；扫描部(16)，其对从光源射出的图像光线进行扫描；投射镜(20)，其配置在用户的眼睛的前方，使由扫描部扫描而向不同方向射出的多个图像光线收敛到用户的眼睛内的收敛点(46)后投射到视网膜上；反射镜(18)，其使多个图像光线收敛到投射镜跟前的收敛点(44)；透镜(22)，其将多个图像光线分别转换成会聚光，在投射镜跟前的聚光点会聚后作为扩散光入射到投射镜；驱动部(24)，其移动反射镜；检测部(52)，其检测用户的瞳孔移动的方向；以及驱动控制部(54)，其控制驱动部以移动反射镜，使得多个图像光线入射到透镜的位置根据由检测部检测出的瞳孔移动的方向而变化。

Description

图像投影装置

技术领域

本发明涉及图像投影设备。

背景技术

已知有使用从光源射出的光线将图像直接投影到用户的视网膜上的图像投影装置。在这样的图像投影装置中，使用被称为麦克斯韦(Maxwell)视图的方法。在麦克斯韦(Maxwell)视图中，将形成图像的图像光线收敛在用户的眼睛内，然后投射到视网膜上，从而将图像投影到视网膜上。例如，提出了一种图像投射装置，其包括：投射部，其将通过扫描部进行扫描而向不同方向从扫描部射出的多个图像光线收敛到用户的眼睛内的第一收敛点，然后将所述多个图像光线投射到视网膜上；反射部，其将从扫描部射出的多个图像光线收敛到投射部之前的第二收敛点；以及光学部件，其设置在第二收敛点上，将所述多个图像光线中的每一个转换成会聚光，使所述会聚光作为扩散光入射到投射部(例如专利文献1)。

另外，提出了如下方案：在从扫描部射出的多个图像光线的光路上设置可动反射镜，根据用户的瞳孔的移动来控制可动反射镜的姿势，从而即使在瞳孔移动的情况下也使图像光线入射到瞳孔(例如专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第二019/065245号

专利文献2：日本特开2009－122550号公报

发明内容

本发明要解决的课题

如专利文献1所记载的那样，在扫描部与用户的眼睛之间具备投射部、反射部和光学部件的图像投影装置中，希望通过简单方法实现即使在用户的瞳孔移动的情况下，也使图像光线入射到瞳孔。

本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，即使在用户的瞳孔移动的情况下，也使图像光线入射到瞳孔。

用于解决课题的手段

本发明是一种图像投影装置，其包括：光源；扫描部，其对从所述光源射出的图像光线进行扫描；投射部，其被配置在用户的眼睛的前方，将由所述扫描部进行扫而从所述扫描部向不同方向射出的多个所述图像光线收敛到所述用户的眼睛内的第一收敛点后投射到视网膜上，将图像投影到所述视网膜上；使从上述扫描部向不同方向射出的所述多个图像光线收敛到所述投射部跟前的第二收敛点的反射部；设置在所述投射部与所述反射部之间，将所述多个图像光线分别转换成会聚光而在所述投射部跟前的聚光点会聚后作为扩散光入射到所述投射部的光学部件；驱动部，其移动所述反射部；检测部，其检测所述用户的瞳孔移动的方向；以及驱动控制部，其控制所述驱动部以移动所述反射部，使得所述多个图像光线入射到所述光学部件的位置根据由所述检测部检测到的所述瞳孔移动的方向而变化。

在上述结构中，在所述瞳孔从相对于所述用户的面部朝向正面的方向向其他方向移动的情况下，所述驱动控制部控制所述驱动部以移动所述反射部，使得所述多个图像光线向所述光学部件的入射位置从所述光学部件的中央部向如下方向的相反侧的区域移动，该方向相当于所述瞳孔相对于所述多个图像光线透过所述光学部件的方向移动的方向，由此，所述光学部件构成为，入射到所述光学部件的所述多个图像光线向相当于所述瞳孔所移向的方向侧折射。

在上述结构中，在所述瞳孔从相对于所述用户的面部朝向正面的方向向其他方向移动的情况下，所述驱动控制部控制所述驱动部以移动所述反射部，使得所述多个图像光线中的至少与所述图像的中心对应的图像光线从如下方向的相反侧入射到所述瞳孔，并且投射到所述视网膜中的所述瞳孔移动的方向侧的区域，该方向为以移动后的所述瞳孔所朝向的方向为基准所述瞳孔移动的方向。

在上述结构中，具有控制所述图像光线的投射的投射控制部，所述驱动部按照以所述反射部的中央部附近的摆动中心点为中心摆动的方式移动所述反射部，所述投射控制部将所述多个图像光线中的与所述图像的大致中心对应的图像光线投射到所述摆动中心点。

在上述结构中，所述光学部件具有如下的像高特性：即使在所述多个图像光线入射的区域因所述反射部移动而发生变化的情况下，所述图像光线在所述光学部件与所述聚光点之间的距离也大致恒定。

在上述结构中，所述反射部与所述第二收敛点之间的所述图像光线的光路长度相对于所述扫描部与所述反射部之间的所述图像光线的光路长度之比和所述第二收敛点与所述投射部之间的所述图像光线的光路长度相对于所述投射部与所述第一收敛点之间的所述图像光线的光路长度之比，即使在所述反射部移动的情况下也是大致相同的大小。

在上述结构中，所述多个图像光线收敛到所述第一收敛点的收敛角度即使在所述反射部移动的情况下也大致恒定。

在上述结构中，具备导光部件，该导光部件具有所述投射部，且由在内部透过所述多个图像光线的硝材形成，将所述多个图像光线通过多个反射面反射而引导到所述投射部，所述光学部件设置在所述导光部件与所述反射部之间。

在上述构成中，可以构成为：所述投射部及所述反射部为凹面镜，所述光学构件为凸透镜。

发明效果

根据本发明，即使在用户的瞳孔移动的情况下，也能够使图像光线入射到瞳孔。

附图说明

图1是表示实施例的图像投影装置的图。

图2是表示图1中的投射镜附近的图。

图3的(a)是说明光栅扫描的图，图3的(b)是表示图像光线和检测光线的射出时机的时序图。

图4是说明向用户的眼睛投射图像光线和检测光线的图。

图5是表示光检测器检测反射光的检测时机的时序图。

图6的(a)和图6的(b)是说明光检测器对反射光的检测的图。

图7是表示实施例的光学***的图。

图8是用于说明图像光线的光路长度的图。

图9是表示实施例中的控制部的控制的一例的流程图。

图10的(a)和图10的(b)是用于说明实施例中的控制部的控制的图。

图11的(a)至图11的(c)是说明瞳孔的移动和投射到视网膜上的图像光线的图。

图12的(a)至图12的(c)是评价用户对投影到视网膜上的图像的观察方式的模拟结果。

图13是反射镜附近的放大图。

图14是表示实施例的变形例的光学***的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。

实施例

图1是表示实施例的图像投影装置100的图。图2是表示图1中的投射镜20附近的图。在图1中，用虚线表示电连接。图像投影设备100是利用麦克斯韦(Maxwell)视图的视网膜投影型头戴式显示器，其中，用于使用户视觉辨认图像的图像光线(激光)被直接投射到用户的视网膜62上。

如图1所示，图像投影设备100包括投影部10、光检测器40和控制部50。投影部10具备光源12、透镜14、扫描部16、反射镜18、投射镜20、透镜22以及驱动部24。投影部10的构成部件例如固定在眼镜型框架42上。控制部50具有检测部52、驱动控制部54和投射控制部56。

光源12根据投射控制部56的指示，射出例如一个或多个波长的光线26(激光)。光线26包括用于将图像投影到用户的眼睛60的视网膜62上的图像光线和用于检测用户的眼睛60的瞳孔64的移动的检测光线。检测光线因从与图像光线相同的光源12射出而与图像光线相同地是可见光。另外，检测光线也可以是从与图像光线不同的光源射出的不可见光。投射控制部56从未图示的摄像机和/或录像设备等输入图像数据。投射控制部56基于输入的图像数据，控制来自光源12的图像光线的射出。另外，投射控制部56还控制扫描部16的驱动。投射控制部56控制光源12和扫描部16，以控制图像光线向视网膜62的投射。

光源12在投射控制部56的控制下，例如射出红色激光(波长：610nm～660nm左右)、绿色激光(波长：515nm～540nm左右)和蓝色激光(波长：440nm～480nm左右)的可见光即光线26。作为射出红色、绿色以及蓝色的激光的光源12，例如可以举出集成了RGB(红、绿、蓝)各自的激光二极管芯片和3色合成设备的光源。另外，光源12也可以射出一个波长的光线26。

控制部50是CPU(Central Processing Unit)等处理器。如果将摄像机朝向用户的视线方向设置在适当的位置，则能够将由该摄像机拍摄的视线方向的图像投影到视网膜62上。另外，投影从录像设备等输入的图像，或叠加摄像机图像和来自录像设备等的图像，实现所谓的虚拟现实(AR：Augmented Reality)图像。检测部52、驱动控制部54以及投射控制部56可以通过相同的处理器发挥功能，也可以通过不同的处理器发挥功能。

光源12射出的光线26透过透镜14。透镜14是将光线26从扩散光转换成会聚光的聚光透镜。透过透镜14的光线26入射到扫描部16。扫描部16(扫描器)在水平方向和垂直方向的二维方向上扫描光线26。扫描部16在本实施例中是MEMS(Micro Electric MechanicalSystem，微机电***)反射镜。另外，扫描部16可以是MEMS镜以外的扫描镜，也可以是钽铌酸钾(KTN)等。

由扫描部16在二维方向上扫描，从扫描部16在不同的时间内向不同的方向射出的多个光线26入射到反射镜18。反射镜18是具有由自由曲面等曲面构成的反射面的凹面镜，具有正的聚光力。由反射镜18反射的多个光线26在投射镜20跟前的收敛点44收敛。透镜22设置在投射镜20与反射镜18之间，例如收敛点44。透镜22例如是双凸透镜。多个光线26透过透镜22入射到投射镜20。投射镜20配置在用户的眼睛60的前方，以相对于用户的眼睛60的位置不移动的方式固定在眼镜型框架42上。投射镜20向用户的眼睛60反射多个光线26。

这里，对光线26中包含的图像光线和检测光线进行说明。作为通过扫描部16扫描图像光线并将图像投影到用户的视网膜62上的方法，有通过从图像的左上到右下高速扫描图像光线来显示图像的方法(例如光栅扫描)。图3的(a)是说明光栅扫描的图。在图3的(a)中，用符号70表示用于光栅扫描的扫描部16的振动。如图3的(a)所示，扫描部16为了扫描图像光线26a(在图3的(a)中用粗实线图示)，比投影到用户的视网膜62上的图像的范围(图3的(a)中的虚线范围)大，在水平方向和垂直方向上振动。

当在扫描部16大幅振动的部位反射图像光线26a而将图像投影到视网膜62上时，投影到视网膜62上的图像的失真变大。因此，图像光线26a在扫描部16的振动小的部位进行扫描。另一方面，检测光线26b在扫描部16的振动中图像光线26a不被扫描的时机入射到扫描部16。换言之，光源12在扫描部16的振动中，在与投影到视网膜62上的图像的范围相当的期间***出图像光线26a，在图像的范围外的时间***出检测光线26b。

图3的(b)是表示图像光线26a和检测光线26b的射出时机的时序图。图3的(b)示出了当扫描部16从图3的(a)中的点A振动到点B时图像光线26a和检测光线26b的射出时机。图像光线26a的光强为了简化而图示为恒定，但根据图像数据适当地发生变化(在后述的图5中也相同)。检测光线26b的光强例如可以与紧前或紧后的图像光线26a的光强相同，也可以不同。在检测光线26b为可见光的情况下，若考虑检测光线26b被投射到视网膜62的情况，则优选检测光线26b的光强比图像光线26a的光强小的情况。另外，在检测光线26b为可见光的情况下，优选检测光线26b的色相与紧前或紧后的图像光线26a的色相相同的情况。

如图3的(a)所示，在扫描部16入射一个或多个检测光束26b。在本实施例中，6条检测光线26b入射到扫描部16。检测光线26b可以是一个波长的光线，也可以是与投影到视网膜62上的图像的一个像素或几个像素相当的光线。

如图2所示，图像光线26a和检测光线26b入射到投射镜20。投射镜20在图像光线26a入射的区域20a中，成为具有由例如自由曲面等曲面构成的反射面的凹面半透半反镜。因此，由投射镜20反射的图像光线26a通过用户的瞳孔64，在晶状体68或晶状体68附近的收敛点46收敛后，投射到视网膜62上。由此，用户能够视觉辨认图像光线26a形成的图像。另一方面，投射镜20在检测光线26b入射的区域20b中，例如是具有由自由曲面等曲面构成的反射面的凹面半透半反镜，但形成为与区域20a光学上不连续的形状。因此，在图像光线26a通过瞳孔64而投射到视网膜62上的情况下，检测光线26b投射到虹膜66上。由于投射镜20的区域20a、20b是半透半反镜，所以用户能够透视地视觉辨认外界像。

图4是说明向用户的眼睛60投射图像光线26a和检测光线26b的图。如图4所示，在图像光线26a通过瞳孔64的中心附近的情况下，多个检测光线26b被投射到虹膜66上。如上所述，由于投射镜20的区域20b与区域20a在光学上不连续，因此能够在图像光线26a通过瞳孔64的同时，将多个检测光线26b投射到虹膜66上。

图像光线26a和检测光线26b对于扫描部16的振动以规定的时机从光源12射出。即，图像光线26a和检测光线26b的相对射出时机被固定。因此，图像光线26a和检测光线26b在相对位置关系固定的状态下投射到眼睛60上。另外，如图3的(a)所示，由于多个检测光线26b在扫描部16的振动不同的位置处被反射，因此在不同的时机投射到虹膜66的不同位置。即，多个检测光线26b依次投射到虹膜66的不同位置。

如图1和图2所示，光检测器40位于用户的眼睛60的前方，设置在眼镜型框架42上。光检测器40例如是Photo detector。光检测器40检测检测光线26b被虹膜66反射后的反射光28。

图5是表示光检测器40检测反射光28的检测时机的时序图。如图5所示，检测部52在光源12射出检测光线26b的时机，使用光检测器40进行反射光28的检测。由此，获知多个检测光线26b中的哪个检测光线26b的反射光28未被检测到。光源12射出检测光线26b的时机由投射控制部56控制，光检测器40检测反射光28的时机由检测部52控制。另外，考虑光检测器40的性能，也可以使反射光28的检测时间具有幅度。

另外，在图1和图2中，例示了光检测器40设置在用户的眼睛60的大致正面的情况，但只要是能够检测反射光28的场所即可，例如也可以设置在眼镜型框架42的眼镜腿附近或鼻托附近等。另外，即使在多个检测光线26b投射到虹膜66上的情况下，如上所述，由于多个检测光线26b依次投射到虹膜66上，所以能够通过一个光检测器40检测多个检测光线26b的反射光28。

图6的(a)及图6的(b)是说明由光检测器40进行的反射光28的检测的图。图6的(a)表示用户看正面的状态，图6的(b)表示移动眼睛60而看右侧的状态。如图6的(a)所示，在用户观看正面的情况下，图像光线26a通过瞳孔64投射到视网膜62，多个检测光线26b全部投射到虹膜66。在检测光线26b投射到虹膜66上的情况下，产生比较大的反射光28。另一方面，如图6的(b)所示，在用户要看右侧而使眼睛60旋转的情况下，多个检测光线26b中的一部分检测光线26b通过瞳孔64而投射到视网膜62上。在检测光线26b投射到视网膜62的情况下，难以产生反射光28。因此，如图6的(a)所示，在用户看正面的情况下，光检测器40在多个检测光线26b的全部中检测比较大的反射光28。与此相对，如图6的(b)所示，在用户使眼睛60旋转的情况下，光检测器40在多个检测光线26b中的一部分检测光线26b中几乎检测不到反射光28。

以图像光线26a向眼睛60投射的位置为基准，几乎检测不到反射光28的检测光线26b的方向相当于瞳孔64移动的方向。因此，检测部52根据光检测器40对反射光28的检测结果，确定几乎检测不到反射光28的检测光线26b，根据所确定的检测光线26b，检测瞳孔64相对于用户的面部移动的方向。即，检测瞳孔64朝向的方向(视线方向)。光检测器40几乎不检测反射光28是指不检测规定值以上的强度的反射光28。因此，在光检测器40检测的反射光28中存在小于规定值的强度的反射光28的情况下，检测部52确定与该反射光28对应的检测光线26b，将所确定的检测光线26b的方向检测为瞳孔64移动的方向。

如图1所示，设置有使反射镜18移动的驱动部24。驱动部24例如是致动器，基于驱动控制部54的指示，使反射镜18动作。驱动控制部54根据由检测部52检测出的瞳孔64移动的方向，控制驱动部24而移动反射镜18。反射镜18如上所述是凹面镜。反射镜18在大致中央部具有凹曲面的顶点的情况下，以该顶点附近为中心摆动地运动。多个图像光线26a中的与投影到视网膜62上的图像的大致中心对应的图像光线入射到反射镜18的摆动中心。

图7是表示实施例中的光学***的图。另外，在图7中，仅图示了图像光线26a，省略了检测光线26b的图示。如图7所示，光源12射出的图像光线26a透过透镜14。透镜14是将图像光线26a从扩散光转换为会聚光的聚光透镜。透过透镜14的图像光线26a以会聚光的状态入射到扫描部16。为了使由反射镜18反射的图像光线26a成为大致平行光，透镜14设置在光源12和扫描部16之间。

由扫描部16在二维方向上扫描，从扫描部16在不同的时间内向不同的方向射出的多个图像光线26a入射到反射镜18。多个图像光线26a分别在反射镜18的跟前会聚后成为扩散光而入射到反射镜18。由于反射镜18具有正的聚光力，所以多个图像光线26a分别被反射镜18反射，从而从扩散光转换为大致平行光。

由反射镜18反射的多个图像光线26a在投射镜20跟前的收敛点44收敛。在收敛点44设置有透镜22。透镜22是将多个图像光线26a分别从大致平行光转换为会聚光的聚光透镜。透镜22为了使由投射镜20反射的多个图像光线26a分别成为大致平行光而设置于收敛点44。透过透镜22的多个图像光线26a分别在投射镜20跟前的聚光点30会聚后成为扩散光，入射到投射镜20。

由于投射镜20具有正的聚光力，所以多个图像光线26a分别被投射镜20反射，从而从扩散光转换为大致平行光。多个图像光线26a在用户的眼睛60内的收敛点46处收敛。收敛点46例如位于晶状体68或晶状体68附近。图像光线26a通过晶状体68从大致平行光转换为会聚光，在视网膜62附近对焦。由此，用户能够视觉辨认图像。

另外，虽然在图7中省略了图示，但检测光线26b也通过反射镜18、透镜22以及投射镜20而与图像光线26a同样地被转换而入射到眼睛60。

图8是用于说明图像光线26a的光路长度的图。在图8中，以多个图像光线26a中的与投影到视网膜62上的图像的中心对应的图像光线26aa为例进行说明。如图8所示，扫描部16与反射镜18之间的图像光线26aa的光路长度L1的长度不同于与投射镜20与收敛点46之间的图像光线26aa的光路长度L4的长度。反射镜18与收敛点44之间的图像光线26aa的光路长度L2的长度不同于与收敛点44与投射镜20之间的图像光线26aa的光路长度L3的长度。另一方面，光路长度L2与光路长度L1之比(L2/L1)和光路长度L3与光路长度L4之比(L3/L4)大致相同。因此，成为大致等倍的相似形的布局，扫描部16的图像光线26a的扫描角度θ1和多个图像光线26a收敛于收敛点46的收敛角度θ2大致相同。相似的比率也可以由投射镜20与用户的眼睛60之间的距离、用户的面部的形状和/或用户的面部侧面的空间等来决定。

图9是表示实施例中的控制部50的控制的一例的流程图。图10的(a)和图10的(b)是用于说明实施例中的控制部50的控制的图。另外，在图10的(a)及图10的(b)中，用虚线图示图7时的反射镜18。如图9所示，在投射控制部56开始向用户的视网膜62投影图像(步骤S10)之后，检测部52基于光检测器40的检测结果，检测瞳孔64相对于用户的面部移动的方向(步骤S12)。接着，驱动控制部54根据由检测部52检测出的瞳孔64移动的方向，控制驱动部24以移动反射镜18(步骤S14)。例如，在反射镜18为凹面镜，在其大致中央部具有凹曲面的顶点的情况下，反射镜18以其顶点附近为中心摆动的方式动作。投射控制部56控制光源12和扫描部16，使得与投影到视网膜62上的图像的大致中心对应的图像光线26aa入射到反射镜18的摆动中心附近。反射镜18的摆动角根据瞳孔64相对于用户的脸的正面方向倾斜的角度而预先确定。检测部52和驱动控制部54在图像投影结束之前(步骤S16：否)，重复步骤S12至S16，当图像投影结束时(步骤S16：是)，结束本处理。

在用户观察正面，瞳孔64相对于用户的面部朝向正面方向时，例如成为图7的状态，多个图像光线26a入射到瞳孔64而将图像投影到视网膜62。多个图像光线26a中与投影到视网膜62上的图像的中心对应的图像光线26aa从与瞳孔64所朝向的方向大致相同的方向入射到眼睛60。此时，由反射镜18反射的多个图像光线26a收敛的收敛点44位于透镜22的中央部，多个图像光线26a透过透镜22的中央部入射到投射镜20。多个图像光线26a由于透过透镜22的中央部，所以几乎不被透镜22折射而透过。图像光线26aa在扫描部16和收敛点46成为共轭的关系。

如图10的(a)所示，在用户要观察图像的右侧而将视线朝向右方的情况下，瞳孔64成为相对于用户的面部向右方移动的状态。驱动控制部54即使在瞳孔64向右方向移动的情况下，为了使多个图像光线26a入射到瞳孔64，也控制驱动部24而使反射镜18移动，以改变多个图像光线26a入射到透镜22的位置。例如，驱动部24以凹面镜即反射镜18的凹曲面的顶点附近的摆动中心点32为中心摆动的方式移动反射镜18。投射控制部56控制光源12及扫描部16，以使图像光线26aa入射到反射镜18的摆动中心点32附近。

多个图像光线26a入射的透镜22的位置改变，多个图像光线26a收敛的收敛点44位于透镜22中相对于图像光线26a的行进方向的左侧区域。多个图像光线26a由于透过透镜22的左侧区域，所以通过透镜22向行进方向右侧折射，然后入射到投射镜20。由此，多个图像光线26a入射到投射镜20的位置及入射角度从图7的状态发生变化。因此，即使在瞳孔64向右方向移动的情况下，多个图像光线26a也入射到瞳孔64。另外，多个图像光线26a中的至少图像光线26aa在瞳孔64移动后，以瞳孔64朝向的方向T(即视线方向)为基准，从与瞳孔64移动的方向(右方向)相反的左侧入射到瞳孔64，投射到视网膜62中的瞳孔64移动的方向即右侧区域。即使在反射镜18这样移动的情况下，图像光线26aa在扫描部16和收敛点46也维持共轭的关系。另外，在本实施例中，图像光线26aa入射到反射镜18的点与反射镜18的摆动中心点32(例如自由曲面的顶点)大致一致。

如图10的(b)所示，在用户要观察图像的左侧而将视线朝向左方向的情况下，瞳孔64成为相对于用户的面部向左方向移动的状态。驱动控制部54即使在瞳孔64向左方向移动的情况下，为了使多个图像光线26a入射到瞳孔64，也控制驱动部24而使反射镜18移动，以改变多个图像光线26a入射到透镜22的位置。例如，驱动部24以凹面镜即反射镜18的凹曲面的顶点附近的摆动中心点32为中心摆动的方式移动反射镜18。投射控制部56控制光源12及扫描部16，以使图像光线26aa入射到反射镜18的摆动中心点32附近。

多个图像光线26a入射的透镜22的位置改变，多个图像光线26a收敛的收敛点44位于透镜22中相对于图像光线26a的行进方向的右侧区域。多个图像光线26a由于透过透镜22的右侧区域，所以通过透镜22向行进方向左侧折射，然后入射到投射镜20。由此，多个图像光线26a入射到投射镜20的位置及入射角度从图7的状态变化。因此，即使在瞳孔64向左方向移动的情况下，多个图像光线26a也入射到瞳孔64。另外，多个图像光线26a中的至少图像光线26aa以瞳孔64朝向的方向T为基准，从与瞳孔64移动的方向(左方向)相反的右侧入射到瞳孔64，投射到视网膜62中的瞳孔64移动的方向即左侧区域。即使在反射镜18这样移动的情况下，图像光线26aa在扫描部16和收敛点46也维持共轭的关系。

如图10的(a)及图10的(b)所示，即使在反射镜18摆动地移动的情况下，图像光线26aa的透镜22与聚光点30之间的距离L与图7时的距离L相比也几乎不变。这是因为，当聚光点30的位置由于跟随瞳孔64的移动的反射镜18的摆动而改变时，聚光点30以后的图像光线26aa为扩散光，因此，由投射镜20反射时的光斑直径不同，其结果是，投影到视网膜62上的图像光线26aa的光斑直径不同，成为焦点根据视觉辨认的位置而偏离的状态。这样，为了即使多个图像光线26a入射到透镜22的位置改变，也不改变透镜22与聚光点30之间的距离L，可以通过在透镜22中使用具有可适用于此的范围的像高特性的透镜来实现。另外，透镜22还需要具有足以覆盖反射镜18的摆动引起的图像光线26a的投影范围的有效直径。另外，即使在反射镜18摆动地运动的情况下，反射镜18与收敛点44之间的图像光线26aa的光路长度L2相对于扫描部16与反射镜18之间的图像光线26aa的光路长度L1的比(L2/L1)和收敛点44与投射镜20之间的图像光线26aa的光路长度L3相对于投射镜20与收敛点46之间的图像光线26aa的光路长度L4的比(L3/L4)也是大致相同的大小(L1～L4参照图8)。另外，即使在反射镜18摆动地移动的情况下，多个图像光线26a收敛于收敛点46的收敛角度θ2(参照图8)也几乎不变。

另外，在图10的(a)以及图10的(b)中，例示了瞳孔64向左右方向移动的情况(即，眼睛60向左右方向旋转的情况)，但不限于该情况。即使在瞳孔64向上下方向等其他方向移动的情况下，通过按照该移动的方向，以多个图像光线26a入射于透镜22的位置发生变化的方式使反射镜18移动，从而多个图像光线26a入射于瞳孔64。另外，多个图像光线26a中的至少图像光线26aa以瞳孔64朝向的方向T为基准，从与瞳孔64移动的方向相反的一侧入射到瞳孔64，并投射到视网膜62的瞳孔64移动的方向侧的区域。

图11的(a)至图11的(c)是说明瞳孔64的移动和投射到视网膜62上的图像光线26a的图。如图11的(a)所示，在瞳孔64相对于用户的面部朝向正面的情况下，多个图像光线26aa、26ab、26ac中的图像光线26aa从瞳孔64的大致正面入射。图像光线26aa、26ab、26ac通过瞳孔64的大致中心而投射到视网膜62上。与投影到视网膜62上的图像的中心处的像素P1相对应的图像光线26aa被投射到视网膜62的位置Q。在位置Q的左侧投射与像素P2对应的图像光线26ab，在位置Q的右侧投射与像素P3对应的图像光线26ac。另外，用户视觉辨认的图像是投影在视网膜62上的图像的反转的图像。因此，用户视觉辨认像素P1位于中心，像素P2位于右侧，像素P3位于左侧的图像。这样，用户视觉辨认的坐标系相当于用户观察到投射镜20的坐标系。

如图11的(b)所示，在用户想要观察投影到视网膜62上的图像的像素P2而使瞳孔64相对于用户的脸部向右方向移动的情况下，通过如上述那样移动反射镜18，至少图像光线26aa以及26ac从与瞳孔64所朝向的方向相反的左侧入射到瞳孔64。在该情况下，图像光线26aa、26ab、26ac也通过瞳孔64的大致中心。图像光线26aa以及26ac投射到视网膜62的右侧区域。将与投影到视网膜62上的图像的像素P2相对应的图像光线26ab投射到视网膜62的位置Q。因此，用户的视线相对于投影在视网膜62上的图像的位置为像素P2，用户可以观察到用户想要观察的像素P2位于中心的图像。

如图11的(c)所示，在用户想要观察投影到视网膜62上的图像的像素P3而使瞳孔64相对于用户的面部向左方向移动的情况下，通过如上述那样移动反射镜18，至少图像光线26aa以及26ab从与瞳孔64所朝向的方向相反的右侧入射到瞳孔64。在该情况下，图像光线26aa、26ab、26ac也通过瞳孔64的大致中心。图像光线26aa和26ab投射到视网膜62的左侧区域。向视网膜62的位置Q投射与投影到视网膜62的图像的像素P3对应的图像光线26ac。因此，用户的视线相对于投影在视网膜62上的图像的位置是像素P3，用户可以观察到用户想要观察到的像素P3位于中心的图像。

图12的(a)至图12的(c)是评价用户对投影到视网膜62上的图像的观察方式的模拟结果。在图12的(a)至图12的(c)中，假设在视网膜62上投影了视场角26°的图像的情况。图12的(a)是如图7那样瞳孔64朝向正面时的模拟结果。图12(b)是如图10的(a)所示，眼睛60向右侧旋转13°，瞳孔64朝向右侧，反射镜18的摆动角为5°时的模拟结果。图12的(c)是如图10的(b)所示，眼睛60向左侧旋转13°，瞳孔64朝向左侧，反射镜18的摆动角为5°时的模拟结果。另外，在图12的(a)中，位于中央的图像光线26a被投射到视网膜62的中心，在图12的(b)中，位于右列的正中间的图像光线26a被投射到视网膜62的中心，在图12的(c)中，位于左列的正中间的图像光线26a被投射到视网膜62的中心。

如图12的(a)所示，在瞳孔64相对于用户的面部朝向正面的情况下，用户视觉辨认大致矩形状的图像。如图12的(b)所示，在瞳孔64相对于用户的面部向右方向移动的情况下，用户视觉辨认右侧区域变大的图像。如图12的(c)所示，在瞳孔64相对于用户的面部向左方向移动的情况下，用户视觉辨认左侧区域变大的图像。

如图12的(b)以及图12的(c)所示，在根据瞳孔64移动的方向如上述那样移动反射镜18的情况下，用户看到观察侧的区域的图像较大，所以能够以不协调感少的状态视觉辨认图像。另外，由于投影到视网膜62上的图像本身失真为大致梯形形状，所以也可以实施消除该梯形失真的处理。例如，也可以通过预先进行使投影的图像本身产生相反的梯形失真的处理，来抑制投影到视网膜62的图像的梯形失真。

如以上说明的那样，根据实施例，驱动控制部54控制驱动部24以移动反射镜18(反射部)，使得多个图像光线26a入射到透镜22的位置根据由检测部52检测出的瞳孔64的移动方向而改变。由此，如图10的(a)及图10的(b)所示，透过设置于收敛点44(第二收敛点)的透镜22(光学部件)而入射到投射镜20(投射部)的多个图像光线26a，即使在瞳孔64移动的情况下，也入射到瞳孔64而收敛到眼睛60内的收敛点46(第一收敛点)之后，投射到视网膜62。因此，即使在瞳孔64移动的情况下，也能够使多个图像光线26a入射到瞳孔64而将图像投影到视网膜62。

另外，在实施例中，如图10的(a)及图10的(b)所示，在瞳孔64从正面向其他方向移动的情况下，驱动控制部54控制驱动部24以移动反射镜18，使得多个图像光线26a向透镜22的入射位置从透镜22的中央部向如下方向的相反侧的区域移动，该方向相当于瞳孔64相对于多个图像光线26a透过透镜22的方向移动的方向。透镜22使入射到透镜22的多个图像光线26a向相当于瞳孔64所移向的方向侧折射。由此，即使在瞳孔64移动的情况下，也能够使多个图像光线26a入射到瞳孔64。

另外，在实施例中，如图10的(a)及图10的(b)所示，在瞳孔64从正面向其他方向移动的情况下，驱动控制部54控制驱动部24以移动反射镜18，使得多个图像光线26a中的至少与投影到视网膜62上的图像的中心对应的图像光线26aa以移动后的瞳孔64朝向的方向T为基准，从瞳孔64移动的方向的相反侧入射到瞳孔64，并且投射到视网膜62中的瞳孔64移动的方向侧的区域。由此，如在图11的(b)以及图11的(c)中说明的那样，用户能够视觉辨认投影到视网膜62上的图像中的以移动视线而要观察的部位为中心的图像。

另外，在实施例中，如图10的(a)及图10的(b)所示，驱动部24以反射镜18的中央部附近的摆动中心点32为中心摆动的方式移动反射镜18。投射控制部56将多个图像光线26a中与投影到视网膜62上的图像的大致中心对应的图像光线投射到摆动中心点32上。由此，即使在瞳孔64移动的情况下，也能够容易且可靠地使多个图像光线26a入射到瞳孔64。驱动部24也可以以多个图像光线26a中与图像的大致中心对应的图像光线入射到反射镜18的点为中心摆动的方式移动反射镜18。图像的大致中心是指距图像的中心为图像大小的1/50倍的区域内。

另外，在实施例中，如图7，图10的(a)及图10的(b)所示，图像光线26a的透镜22与聚光点30之间的距离L即使在反射镜18移动的情况下也大致恒定。由此，即使在多个图像光线26a相对于透镜22倾斜入射的情况下，也能够使多个图像光线26a在视网膜62附近对焦。所谓大致恒定是指多个图像光线26a在视网膜62附近对焦的程度大致恒定，反射镜18移动前的距离L与反射镜18移动后的距离L之差相对于反射镜18移动前的距离L为±5％以下的情况。

另外，在实施例中，图像光线26a中，反射镜18与收敛点44之间的光路长度L2相对于扫描部16与反射镜18之间的光路长度L1的比(L2/L1)，和收敛点44与投射镜20之间的光路长度L3相对于投射镜20与收敛点46之间的光路长度L4的比(L3/L4)，即使在反射镜18移动的情况下也是大致相同的大小。由此，即使在反射镜18移动的情况下，也能够通过反射镜18降低投射镜20对图像光线26a造成的光学影响。所谓大致相同的大小是在能够通过反射镜18降低由投射镜20产生的光学影响的程度上大致相同的大小，是光路长度L2对光路长度L1的比(L2/L1)与光路长度L3对光路长度L4的比(L3/L4)之差相对于光路长度L2对光路长度L1的比(L2/L1)与光路长度L3对光路长度L4的比(L3/L4)的平均值为±5％以下的情况。

另外，在实施例中，多个图像光线26a收敛于收敛点46的收敛角度θ2即使在反射镜18移动的情况下也大致恒定。由此，即使在反射镜18移动的情况下，也能够向视网膜62投影相同程度的视场角的图像。所谓大致恒定是指投影到视网膜62上的图像的视场角大致恒定为大致相同的程度，反射镜18移动前的收敛角度θ2与反射镜18移动后的收敛角度θ2之差相对于反射镜18移动前的收敛角度θ2为±10％以下的情况。

另外，在实施例中，以反射镜18的摆动中心点32在反射镜18上位于其中央部的凹面的顶点附近为前提进行了说明，但根据基于驱动部24的反射镜18的摆动机构的不同，有时不一定在反射镜18上，而位于施加了偏移的位置。使用图13对此进行说明。图13是反射镜18附近的放大图。如图13所示，在实施例中，例示了摆动中心点32位于反射镜18的凹面的顶点附近，反射镜18通过驱动部24以摆动中心点32为中心摆动的情况。但是，不限于该情况，也可以是根据驱动部24的驱动机构，在向驱动部24的方向(相对于投射镜20相反的方向)施加了偏移的位置存在摆动中心点32a，反射镜18以该摆动中心点32a为中心摆动的情况。摆动中心点32与摆动中心点32a之间的距离D最大也可以为5mm左右。该距离D是如本实施例那样在头戴式显示器的眼镜型框架的内侧配置本实施例中使用的部件时可能产生的距离。如果距离D变大，则如图12所示，作为图像的失真被用户视觉辨认，但如果是5mm左右，则几乎没有影响。摆动中心点32在该距离D的范围内位于反射镜18的中央部附近。

另外，在实施例中，例示了检测部52根据对检测光线26b被虹膜66反射后的反射光28进行检测的光检测器40的检测结果，来检测瞳孔64移动的方向的情况，但也可以通过其他一般公知的方法来检测瞳孔64移动的方向。例如，检测部52可以从由摄像机拍摄的眼睛60的拍摄图像中检测瞳孔64移动的方向。

还有，在实施例中，反射镜18及投射镜20并不限于凹面镜的情况，只要具有正的聚光力，除了曲面镜以外，也可以是组合透镜、反射镜的采用衍射元件等的其他的光学部件。透镜22不限于凸透镜的情况，只要能够使图像光线26a以扩散光入射到投射镜20，也可以是反射镜或衍射元件等其他光学部件。透镜22也可以具有抑制色差的功能。

[变形例]

图14是表示实施例的变形例中的光学***的图。除了图14所示的光学***之外，实施例的变形例与实施例的图像投影装置100相同。在图14中，为了使图清晰，仅图示了光线26中的图像光线26a，省略了检测光线26b的图示，但检测光线26b也与图像光线26a同样地投射到眼睛60上。如图14所示，在实施例的变形例中，透过透镜14的图像光线26a被反射镜34反射而入射到扫描部16。反射镜34是平面镜。

由反射镜18反射并透过透镜22的图像光线26a入射到导光部件80。导光部件80具有：主体部88，其为了使多个图像光线26a入射到瞳孔64，使其一边由反射面82、84和投射面86反射而一边行进；以及罩部89，其以从外侧覆盖反射面82和投射面86的方式粘贴在主体部88上。主体部88和罩部89由折射率大致相同大小的材质的硝材形成，例如由相同材质的硝材形成。主体部88及罩部89例如由环烯烃聚合物(COP)树脂、丙烯酸树脂等硝材形成。另外，导光部件80也可以是不具备罩部89而仅由主体部88构成的情况。

图像光线26a透过主体部88的内部。主体部88具有多个反射面82、84和投射面86。反射面82、84和投射面86例如通过在硝材上蒸镀反射材料而形成。图像光线26a在主体部88内按照反射面82、反射面84、投射面86的顺序反射，从主体部88向外部射出。反射面82、84是大致平坦面，相互大致平行地设置。

入射到主体部88的多个图像光线26a分别一边收敛一边向反射面82行进。多个图像光线26a分别在反射面82附近会聚。由反射面82反射的多个图像光线26a分别朝向反射面84行进。例如，多个图像光线26a全部在反射面84的跟前会聚后成为扩散光而入射到反射面84。由反射面84反射的多个图像光线26a分别以扩散光的状态入射到投射面86。

投射面86是凹面镜，具有正的聚光力。因此，由投射面86反射的多个图像光线26a分别从扩散光转换为大致平行光，并且多个图像光线26a在用户的眼睛60内的收敛点46收敛。图像光线26a通过晶状体68从大致平行光转换为会聚光，在视网膜62附近对焦。这样，投射面86相当于如下的投射部：通过由扫描部16进行扫描，使从扫描部16向不同方向射出的多个图像光线26a收敛到眼睛60内的收敛点46后，投射到视网膜62上，将图像投影到视网膜62上。

也可以适当地设定投射面86的曲率，使多个图像光线26a收敛于收敛点46的收敛角度θ2比扫描部16的扫描角度θ1大。由此，投影到视网膜62上的图像的视场角变大。

反射面84具有将由反射面82反射的图像光线26a向投射面86反射的区域84a和使由投射面86反射的图像光线26a透过的区域84b，区域84a和84b的一部分重叠。在该重叠的区域84c中，需要使图像光线26a反射的功能和使图像光线26a透过的功能这两者。由反射面82反射的图像光线26a入射到反射面84的入射角大于由投射面86反射的图像光线26a入射到反射面84的入射角。因此，在反射面84的至少区域84c中，具有入射角大的图像光线26a主要被反射，入射角小的图像光线26a主要透过的角度依赖性，由此能够同时实现使由反射面82反射的图像光线26a反射且使由投射面86反射的图像光线26a透过。另外，只要由投射面86反射的图像光线26a投射到视网膜62上即可，即使由反射面82反射的图像光线26a透过反射面84，实质上也不会产生影响，因此通过在反射面84上使用半透半反镜，能够同时实现对由反射面82反射的图像光线26a进行反射且使由投射面86反射的图像光线26a透过。

由投射面86反射的多个图像光线26a从主体部88射出的射出面81比投射面86平坦。相对于盖部89的投射面86与主体部88的射出面81相反侧的面89a比投射面86平坦。盖部89的面89a和主体部88的射出面81例如为相互大致平行且大致平坦的面。另外，反射面82、84和投射面86全部为半透半反镜。

根据实施例的变形例，由扫描部16扫描的多个图像光线26a通过反射镜18在导光部件80的跟前的收敛点44收敛后入射到导光部件80。导光部件80由多个图像光线26a透过内部的硝材形成，由反射面82、84反射多个图像光线26a并将其导向投射面86(投射部)。即使在这种情况下，通过移动反射镜18使得多个图像光线26a入射到透镜22的位置根据瞳孔64的移动方向而改变，即使在瞳孔64移动的情况下，也能够使多个图像光线26a入射到瞳孔64。另外，图像光线26a在导光部件80的内部从眼镜型框架42的眼镜腿侧向眼60侧行进，能够向着用户的脸的轮廓配置扫描部16等投影部10的各构成部件。因此，可以在图像投影设备与用户的面部之间确保足够的间隙。

另外，根据实施例的变形例，导光部件80具备：主体部88，其使反复进行在多个反射面82、84和投射面86的反射而向视网膜62投射的多个图像光线26a透过；以及罩部89，其覆盖投射面86，具有与主体部88大致相同大小的折射率。投射面86是半透半反镜。罩部89的面89a及主体部88的射出面81比投射面86平坦。由此，用户能够抑制不协调感而视觉辨认外界。因此，在实际存在的风景上重叠显示虚拟视觉信息的增强现实(AR：AugmentedReality)。所谓主体部88和罩部89的折射率大致相同的大小是指用户能够抑制不协调感而视觉辨认外界的程度的相同大小，折射率之差为0.05以下。

另外，在实施例的变形例中，为了矫正用户的视力，罩部89的面89a也可以形成为符合矫正度数的凹曲面或凸曲面。因此，所谓罩部89的面89a为大致平坦面，包括在视力矫正程度下成为曲面的情况，是指在用户能够抑制不协调感而视觉辨认外界的程度下成为平坦面。所谓罩部89的面89a与主体部88的射出面81大致平行，是指即使在罩部89的面89a成为视力矫正程度的曲面的情况下，也能够以能够抑制不协调感而视觉辨认外界的程度平行。

另外，在实施例及其变形例中，多个图像光线26a收敛于收敛点46的收敛角度θ2在反射镜18移动之前和之后的任意情况下都优选为扫描部16的扫描角度θ1以上。由此，能够较大地保持投影到视网膜62上的图像的视场角。

另外，在实施例及其变形例中，以图像投影装置安装在眼镜型框架42上的情况为例进行了说明，但只要该框架能够佩戴在用户的面部，能够将图像投影装置设置在用户的眼睛前，则不限于眼镜型，也可以是风镜型、护目镜型、耳挂型以及头盔佩戴型等其他情况。

以上，对本发明的实施例进行了详述，但本发明并不限定于该特定的实施例，在权利要求书所记载的本发明的主旨的范围内，能够进行各种变形，变更。

Claims (9)

1.一种图像投影装置，其包括：

光源；

扫描部，其对从所述光源射出的图像光线进行扫描；

投射部，其被配置在用户的眼睛的前方，使通过由所述扫描部进行扫而从所述扫描部向不同方向射出的多个所述图像光线收敛到所述用户的眼睛内的第一收敛点后投射到视网膜上，将图像投影到所述视网膜上；

使从所述扫描部向不同方向射出的所述多个图像光线收敛到所述投射部跟前的第二收敛点的反射部；

光学部件，其设置在所述投射部与所述反射部之间，使所述多个图像光线分别转换成会聚光而在所述投射部跟前的聚光点会聚后作为扩散光入射到所述投射部；

驱动部，其移动所述反射部；

检测部，其检测所述用户的瞳孔移动的方向；以及

驱动控制部，其控制所述驱动部以移动所述反射部，使得所述多个图像光线入射到所述光学部件的位置根据由所述检测部检测到的所述瞳孔移动的方向而变化。

2.根据权利要求1所述的图像投影装置，其中，

在所述瞳孔从相对于所述用户的面部朝向正面的方向向其他方向移动的情况下，所述驱动控制部控制所述驱动部以移动所述反射部，使得所述多个图像光线向所述光学部件入射的入射位置从所述光学部件的中央部向如下方向的相反侧的区域移动，该方向相当于所述瞳孔相对于所述多个图像光线透过所述光学部件的方向移动的方向，由此，所述光学部件使入射到所述光学部件的所述多个图像光线向相当于所述瞳孔所移向的方向侧折射。

3.根据权利要求1或2所述的图像投影装置，其中，

在所述瞳孔从相对于所述用户的面部朝向正面的方向向其他方向移动的情况下，所述驱动控制部控制所述驱动部以移动所述反射部，使得所述多个图像光线中的至少与所述图像的中心对应的图像光线从如下方向的相反侧入射到所述瞳孔，并且投射到所述视网膜中的所述瞳孔移动的方向侧的区域，该方向为所述瞳孔以移动后的所述瞳孔所朝向的方向为基准而移动的方向。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的图像投影装置，其中，

该图像投影装置包括控制所述图像光线的投射的投射控制部，

所述驱动部按照以所述反射部的中央部附近的摆动中心点为中心摆动的方式移动所述反射部，

所述投射控制部将所述多个图像光线中的与所述图像的大致中心对应的图像光线投射到所述摆动中心点。

5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的图像投影装置，其中，

所述光学部件具有如下的像高特性：即使在所述多个图像光线入射的区域因所述反射部移动而发生变化的情况下，所述图像光线在所述光学部件与所述聚光点之间的距离也是大致恒定的。

6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的图像投影装置，其中，

所述反射部与所述第二收敛点之间的所述图像光线的光路长度相对于所述扫描部与所述反射部之间的所述图像光线的光路长度之比和所述第二收敛点与所述投射部之间的所述图像光线的光路长度相对于所述投射部与所述第一收敛点之间的所述图像光线的光路长度之比，即使在所述反射部移动的情况下也是大致相同的大小。

7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的图像投影装置，其中，

所述多个图像光线收敛到所述第一收敛点的收敛角度在所述反射部移动的情况下也大致恒定。

8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的图像投影装置，其中，

该图像投影装置包括导光部件，该导光部件具有所述投射部，且由在内部透过所述多个图像光线的硝材形成，通过多个反射面反射所述多个图像光线而引导到所述投射部，

所述光学部件设置在所述导光部件与所述反射部之间。

9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的图像投影装置，其中，

所述投射部及所述反射部为凹面镜，

所述光学构件为凸透镜。