JP7437048B2 - 画像投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像投影装置に関する。

光源から出射される光線を用い、ユーザの網膜に画像を直接投影する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、マクスウェル視といわれる方法が用いられる。マクスウェル視では、画像を形成する画像光線をユーザの眼内で収束させた後に網膜に投射することで網膜に画像を投影する。例えば、走査部により走査されることで異なる方向に走査部から出射された複数の画像光線をユーザの眼内の第１収束点に収束させた後に網膜に投射する投射部と、走査部から出射された複数の画像光線を投射部の手前の第２収束点に収束させる反射部と、第２収束点に設けられ、複数の画像光線各々を集束光に変換して投射部に拡散光で入射させる光学部材と、を備える画像投影装置が提案されている（例えば特許文献１）。

また、走査部から出射された複数の画像光線の光路上に可動ミラーを設け、ユーザの瞳孔の動きに応じて可動ミラーの姿勢を制御することで、瞳孔が動いた場合でも瞳孔に画像光線を入射させることが提案されている（例えば特許文献２）。

国際公開第２０１９／０６５２４５号 特開２００９－１２２５５０号公報

特許文献１に記載のような、走査部とユーザの眼の間に投射部と反射部と光学部材とを備えた画像投影装置において、ユーザの瞳孔が動いた場合でも、画像光線が瞳孔に入射することを簡易な方法によって実現することが望まれている。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ユーザの瞳孔が動いた場合でも、画像光線を瞳孔に入射させることを目的とする。

本発明は、光源と、前記光源から出射される画像光線を走査する走査部と、ユーザの眼の前方に配置され、前記画像光線が前記走査部により走査されることで前記走査部から異なる方向に出射される複数の画像光線を前記ユーザの眼内の第１収束点に収束させた後に網膜に投射して前記網膜に画像を投影する投射部と、前記走査部から異なる方向に出射される前記複数の画像光線を前記投射部の手前の第２収束点に収束させる反射部と、前記投射部と前記反射部の間に設けられ、前記複数の画像光線各々を集束光に変換して前記投射部の手前の集光点で集光させた後に拡散光として前記投射部に入射させる光学部材と、前記反射部を動かす駆動部と、前記ユーザの瞳孔が動いた方向を検出する検出部と、前記検出部で検出される前記瞳孔が動いた方向に応じて前記複数の画像光線が前記光学部材に入射する位置が変わるように、前記駆動部を制御して前記反射部を動かす駆動制御部と、を備え、前記瞳孔が前記ユーザの顔に対して正面を向いた方向から他の方向に動いた場合、前記駆動制御部が、前記複数の画像光線の前記光学部材への入射位置を前記光学部材の中央部から前記複数の画像光線が前記光学部材を透過する方向に対して前記瞳孔が動いた方向に相当する方向とは反対側の領域へ移動させるように前記駆動部を制御して前記反射部を動かすことで、前記光学部材が、前記光学部材に入射した前記複数の画像光線を前記瞳孔が動いた方向に相当する方向側に屈折させる、画像投影装置である。

本発明は、光源と、前記光源から出射される画像光線を走査する走査部と、ユーザの眼の前方に配置され、前記画像光線が前記走査部により走査されることで前記走査部から異なる方向に出射される複数の画像光線を前記ユーザの眼内の第１収束点に収束させた後に網膜に投射して前記網膜に画像を投影する投射部と、前記走査部から異なる方向に出射される前記複数の画像光線を前記投射部の手前の第２収束点に収束させる反射部と、前記投射部と前記反射部の間に設けられ、前記複数の画像光線各々を集束光に変換して前記投射部の手前の集光点で集光させた後に拡散光として前記投射部に入射させる光学部材と、前記反射部を動かす駆動部と、前記ユーザの瞳孔が動いた方向を検出する検出部と、前記検出部で検出される前記瞳孔が動いた方向に応じて前記複数の画像光線が前記光学部材に入射する位置が変わるように、前記駆動部を制御して前記反射部を動かす駆動制御部と、を備え、前記瞳孔が前記ユーザの顔に対して正面を向いた方向から他の方向に動いた場合、前記駆動制御部が、前記複数の画像光線のうち少なくとも前記画像の中心に対応する画像光線を、動いた後の前記瞳孔が向いている方向を基準として前記瞳孔が動いた方向とは反対側から前記瞳孔に入射させかつ前記網膜のうち前記瞳孔が動いた方向側の領域に投射させるように前記駆動部を制御して前記反射部を動かす、画像投影装置である。

上記構成において、前記画像光線の投射を制御する投射制御部を備え、前記駆動部は、前記反射部の中央部近傍の揺動中心点を中心にして揺動するように前記反射部を動かし、前記投射制御部は、前記複数の画像光線のうち前記画像の略中心に対応する画像光線を前記揺動中心点に投射する構成とすることができる。

本発明は、光源と、前記光源から出射される画像光線を走査する走査部と、ユーザの眼の前方に配置され、前記画像光線が前記走査部により走査されることで前記走査部から異なる方向に出射される複数の画像光線を前記ユーザの眼内の第１収束点に収束させた後に網膜に投射して前記網膜に画像を投影する投射部と、前記走査部から異なる方向に出射される前記複数の画像光線を前記投射部の手前の第２収束点に収束させる反射部と、前記投射部と前記反射部の間に設けられ、前記複数の画像光線各々を集束光に変換して前記投射部の手前の集光点で集光させた後に拡散光として前記投射部に入射させる光学部材と、前記反射部を動かす駆動部と、前記ユーザの瞳孔が動いた方向を検出する検出部と、前記検出部で検出される前記瞳孔が動いた方向に応じて前記複数の画像光線が前記光学部材に入射する位置が変わるように、前記駆動部を制御して前記反射部を動かす駆動制御部と、を備え、前記光学部材は、前記反射部が動くことによって前記複数の画像光線の入射する領域が変化した場合でも、前記画像光線の前記光学部材と前記集光点との間の距離が略一定となる像高特性を有する、画像投影装置である。

上記構成において、前記走査部と前記反射部の間の前記画像光線の光路長に対する前記反射部と前記第２収束点の間の前記画像光線の光路長の比と、前記投射部と前記第１収束点の間の前記画像光線の光路長に対する前記第２収束点と前記投射部の間の前記画像光線の光路長の比とは、前記反射部が動いた場合でも略同じ大きさである構成とすることができる。

上記構成において、前記複数の画像光線が前記第１収束点に収束する収束角度は、前記反射部が動いた場合でも略一定である構成とすることができる。

上記構成において、前記投射部を有し、前記複数の画像光線が内部を透過する硝材により形成され、前記複数の画像光線を複数の反射面で反射して前記投射部に導く導光部材を備え、前記光学部材は、前記導光部材と前記反射部の間に設けられる構成とすることができる。

上記構成において、前記投射部および前記反射部は凹面ミラーであり、前記光学部材は凸レンズである構成とすることができる。

本発明によれば、ユーザの瞳孔が動いた場合でも、画像光線を瞳孔に入射させることができる。

図１は、実施例に係る画像投影装置を示す図である。 図２は、図１における投射ミラー近傍を示す図である。 図３（ａ）は、ラスタースキャンについて説明する図、図３（ｂ）は、画像光線と検出光線の出射タイミングを示すタイミングチャートである。 図４は、画像光線と検出光線のユーザの眼への投射について説明する図である。 図５は、光検出器が反射光を検出する検出タイミングを示すタイミングチャートである。 図６（ａ）および図６（ｂ）は、光検出器による反射光の検出について説明する図である。 図７は、実施例における光学系を示す図である。 図８は、画像光線の光路長について説明するための図である。 図９は、実施例における制御部による制御の一例を示すフローチャートである。 図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、実施例における制御部による制御を説明するための図である。 図１１（ａ）から図１１（ｃ）は、瞳孔の動きと網膜に投射される画像光線とについて説明する図である。 図１２（ａ）から図１２（ｃ）は、網膜に投影された画像に対するユーザの見え方を評価したシミュレーション結果である。 図１３は、反射ミラー近傍を拡大した図である。 図１４は、実施例の変形例における光学系を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

図１は、実施例に係る画像投影装置１００を示す図である。図２は、図１における投射ミラー２０近傍を示す図である。図１では、電気的な接続を破線で図示している。画像投影装置１００は、ユーザに画像を視認させるための画像光線（レーザ光）がユーザの網膜６２に直接投射される、マクスウェル視を利用した網膜投影型ヘッドマウントディスプレイである。

画像投影装置１００は、図１に示すように、投影部１０、光検出器４０、および制御部５０を備える。投影部１０は、光源１２、レンズ１４、走査部１６、反射ミラー１８、投射ミラー２０、レンズ２２、および駆動部２４を備える。投影部１０の構成部品は、例えばメガネ型フレーム４２に固定されている。制御部５０は、検出部５２と、駆動制御部５４と、投射制御部５６と、を有する。

光源１２は、投射制御部５６の指示に基づき、例えば単一または複数の波長の光線２６（レーザ光）を出射する。光線２６には、ユーザの眼６０の網膜６２に画像を投影するための画像光線と、ユーザの眼６０の瞳孔６４の動きを検出するための検出光線と、が含まれる。検出光線は、画像光線と同じ光源１２から出射されることから、画像光線と同じく可視光である。なお、検出光線は、画像光線とは異なる光源から出射される不可視光であってもよい。投射制御部５６は、図示しないカメラおよび／または録画機器などから画像データが入力される。投射制御部５６は、入力された画像データに基づいて、光源１２からの画像光線の出射を制御する。また、投射制御部５６は、走査部１６の駆動も制御する。投射制御部５６は、光源１２と走査部１６を制御して、画像光線の網膜６２への投射を制御する。

光源１２は、投射制御部５６の制御の下、例えば赤色レーザ光（波長：６１０ｎｍ～６６０ｎｍ程度）、緑色レーザ光（波長：５１５ｎｍ～５４０ｎｍ程度）、および青色レーザ光（波長：４４０ｎｍ～４８０ｎｍ程度）の可視光である光線２６を出射する。赤色、緑色、および青色のレーザ光を出射する光源１２として、例えばＲＧＢ（赤・緑・青）それぞれ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。なお、光源１２は、単一の波長の光線２６を出射してもよい。

制御部５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサである。カメラをユーザの視線方向に向けて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に投影することができる。また、録画機器などから入力された画像を投影したり、カメラ画像と録画機器などからの画像とを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）画像を投影することもできる。検出部５２、駆動制御部５４、および投射制御部５６は、同じプロセッサにより機能してもよいし、異なるプロセッサにより機能してもよい。

光源１２が出射する光線２６は、レンズ１４を透過する。レンズ１４は、光線２６を拡散光から集束光に変換する集光レンズである。レンズ１４を透過した光線２６は、走査部１６に入射する。走査部１６（スキャナ）は、光線２６を水平方向および垂直方向の二次元方向に走査する。走査部１６は、本実施例では、ＭＥＭＳ（Micro Electric Mechanical System）ミラーである。なお、走査部１６は、ＭＥＭＳミラー以外の走査ミラーの場合でもよく、またタンタル酸ニオブ酸カリウム（ＫＴＮ）などの場合でもよい。

走査部１６により二次元方向に走査され、走査部１６から異なる時間において異なる方向に出射された複数の光線２６は、反射ミラー１８に入射する。反射ミラー１８は、自由曲面などの曲面からなる反射面を有する凹面ミラーであり、正の集光パワーを有する。反射ミラー１８で反射した複数の光線２６は、投射ミラー２０の手前の収束点４４で収束する。レンズ２２が、投射ミラー２０と反射ミラー１８の間、例えば収束点４４に設けられている。レンズ２２は、例えば両凸レンズである。複数の光線２６は、レンズ２２を透過して投射ミラー２０に入射する。投射ミラー２０は、ユーザの眼６０の前方に配置され、ユーザの眼６０に対する位置が移動しないようにメガネ型フレーム４２に固定されている。投射ミラー２０は、複数の光線２６をユーザの眼６０に向けて反射する。

ここで、光線２６に含まれる画像光線と検出光線について説明する。走査部１６によって画像光線を走査してユーザの網膜６２に画像を投影する方法として、画像の左上から右下まで画像光線を高速に走査することで画像を表示する方法（例えばラスタースキャン）がある。図３（ａ）は、ラスタースキャンについて説明する図である。図３（ａ）において、ラスタースキャンのための走査部１６の振動を符号７０で表している。図３（ａ）に示すように、走査部１６は、画像光線２６ａ（図３（ａ）において太実線で図示）を走査するために、ユーザの網膜６２に投影する画像の範囲（図３（ａ）における破線範囲）より大きく、水平方向と垂直方向に振動する。

走査部１６が大きく振れた箇所において画像光線２６ａを反射して網膜６２に画像を投影すると、網膜６２に投影される画像の歪みが大きくなる。このため、画像光線２６ａは、走査部１６の振れが小さい箇所で走査される。一方、検出光線２６ｂは、走査部１６の振動において画像光線２６ａが走査されないタイミングで走査部１６に入射する。言い換えると、光源１２は、走査部１６の振動において、網膜６２に投影する画像の範囲に相当する期間では画像光線２６ａを出射し、画像の範囲外の時間において検出光線２６ｂを出射する。

図３（ｂ）は、画像光線２６ａと検出光線２６ｂの出射タイミングを示すタイミングチャートである。図３（ｂ）では、走査部１６が図３（ａ）の点Ａから点Ｂまで振動した場合における画像光線２６ａと検出光線２６ｂの出射タイミングを示している。画像光線２６ａの光強度は、簡略化のため一定として図示しているが、画像データに基づき適宜適切に変化する（後述の図５においても同じ）。検出光線２６ｂの光強度は、例えば直前または直後の画像光線２６ａの光強度と同じでもよいし、異なっていてもよい。検出光線２６ｂが可視光である場合、検出光線２６ｂが網膜６２に投射される場合を考慮すると、検出光線２６ｂの光強度は画像光線２６ａの光強度より小さい場合が好ましい。また、検出光線２６ｂが可視光である場合、検出光線２６ｂの色相は、直前または直後の画像光線２６ａの色相と同じである場合が好ましい。

図３（ａ）に示すように、走査部１６には、１または複数の検出光線２６ｂが入射される。本実施例では、走査部１６に６本の検出光線２６ｂが入射されるとする。検出光線２６ｂは、単一波長の光線でもよく、網膜６２に投影される画像の１画素または数画素相当の光線でもよい。

図２に示すように、画像光線２６ａおよび検出光線２６ｂは投射ミラー２０に入射する。投射ミラー２０は、画像光線２６ａが入射される領域２０ａでは、例えば自由曲面などの曲面からなる反射面を有する凹面ハーフミラーとなっている。このため、投射ミラー２０で反射された画像光線２６ａは、ユーザの瞳孔６４を通過して水晶体６８または水晶体６８近傍の収束点４６で収束した後に網膜６２に投射される。これにより、ユーザは、画像光線２６ａが形成する画像を視認することができる。一方、投射ミラー２０は、検出光線２６ｂが入射される領域２０ｂでは、例えば自由曲面などの曲面からなる反射面を有する凹面ハーフミラーであるが、領域２０ａと光学的に不連続な形状をしている。このため、検出光線２６ｂは、画像光線２６ａが瞳孔６４を通過して網膜６２に投射される場合に、虹彩６６に投射されるようになっている。投射ミラー２０の領域２０ａ、２０ｂがハーフミラーであるため、ユーザは外界像をシースルーで視認することができる。

図４は、画像光線２６ａと検出光線２６ｂのユーザの眼６０への投射について説明する図である。図４に示すように、複数の検出光線２６ｂは、画像光線２６ａが瞳孔６４の中心近傍を通過する場合に、虹彩６６に投射される。上述したように、投射ミラー２０の領域２０ｂが領域２０ａに光学的に不連続となっているため、画像光線２６ａが瞳孔６４を通過しつつ、複数の検出光線２６ｂが虹彩６６に投射されるようにすることができる。

画像光線２６ａと検出光線２６ｂは、走査部１６の振動に対して所定のタイミングで光源１２から出射される。すなわち、画像光線２６ａと検出光線２６ｂとの相対的な出射タイミングは固定されている。このため、画像光線２６ａと検出光線２６ｂとは、相対的な位置関係が固定されて眼６０に投射される。また、図３（ａ）のように、複数の検出光線２６ｂは走査部１６の振動の異なる位置で反射されることから、虹彩６６の異なる位置に異なるタイミングで投射される。すなわち、複数の検出光線２６ｂは、虹彩６６の異なる位置に順々に投射される。

図１および図２に示すように、光検出器４０が、ユーザの眼６０の前方に位置してメガネ型フレーム４２に設けられている。光検出器４０は、例えばフォトディテクタである。光検出器４０は、検出光線２６ｂが虹彩６６で反射した反射光２８を検出する。

図５は、光検出器４０が反射光２８を検出する検出タイミングを示すタイミングチャートである。図５に示すように、検出部５２は、光源１２が検出光線２６ｂを出射するタイミングで、光検出器４０を用いて反射光２８の検出を行う。これにより、複数の検出光線２６ｂのうちのどの検出光線２６ｂの反射光２８が検出されていないかが分かる。光源１２が検出光線２６ｂを出射するタイミングは投射制御部５６により制御され、光検出器４０が反射光２８を検出するタイミングは検出部５２により制御される。なお、光検出器４０の性能を考慮して、反射光２８の検出時間に幅を持たせてもよい。

なお、図１および図２では、光検出器４０がユーザの眼６０の略正面に設けられている場合を例に示したが、反射光２８を検出できる場所であればよく、例えばメガネ型フレーム４２のつる近傍や鼻パッド近傍などに設けられる場合でもよい。なお、複数の検出光線２６ｂが虹彩６６に投射される場合であっても、上述したように、複数の検出光線２６ｂは順々に虹彩６６に投射されることから、１つの光検出器４０により複数の検出光線２６ｂの反射光２８を検出することができる。

図６（ａ）および図６（ｂ）は、光検出器４０による反射光２８の検出について説明する図である。図６（ａ）は、ユーザが正面を見ている状態を示し、図６（ｂ）は、眼６０を動かして右側を見た状態を示している。図６（ａ）に示すように、ユーザが正面を見ている場合、画像光線２６ａは瞳孔６４を通過して網膜６２に投射され、複数の検出光線２６ｂは全て虹彩６６に投射される。検出光線２６ｂが虹彩６６に投射される場合では、比較的大きな反射光２８が生じる。一方、図６（ｂ）に示すように、ユーザが右側を見ようとして眼６０を回転させた場合、複数の検出光線２６ｂのうちの一部の検出光線２６ｂが瞳孔６４を通過して網膜６２に投射されるようになる。検出光線２６ｂが網膜６２に投射される場合では、反射光２８が生じ難い。したがって、図６（ａ）のようにユーザが正面を見ている場合では、光検出器４０は複数の検出光線２６ｂの全てにおいて比較的大きな反射光２８を検出する。これに対し、図６（ｂ）のようにユーザが眼６０を回転させた場合では、光検出器４０は複数の検出光線２６ｂのうちの一部の検出光線２６ｂにおいて反射光２８をほとんど検出しなくなる。

画像光線２６ａが眼６０に投射される位置を基準にし、反射光２８がほとんど検出されなくなった検出光線２６ｂの方向は、瞳孔６４が動いた方向に相当する。そこで、検出部５２は、光検出器４０による反射光２８の検出結果に基づいて反射光２８がほとんど検出されなくなった検出光線２６ｂを特定し、特定した検出光線２６ｂからユーザの顔に対して瞳孔６４が動いた方向を検出する。すなわち、瞳孔６４が向いている方向（視線方向）を検出する。光検出器４０が反射光２８をほとんど検出しないとは、所定値以上の強度の反射光２８を検出しないことをいう。したがって、検出部５２は、光検出器４０が検出する反射光２８において所定値未満の強度の反射光２８があった場合に、その反射光２８に対応する検出光線２６ｂを特定し、特定した検出光線２６ｂの方向を瞳孔６４が動いた方向として検出する。

図１に示すように、反射ミラー１８を動かす駆動部２４が設けられている。駆動部２４は、例えばアクチュエータであり、駆動制御部５４の指示に基づき、反射ミラー１８を動かす。駆動制御部５４は、検出部５２で検出される瞳孔６４が動いた方向に応じて、駆動部２４を制御して反射ミラー１８を動かす。反射ミラー１８は、上述したように凹面ミラーである。反射ミラー１８は、略中央部に凹曲面の頂点がある場合、その頂点付近を中心に揺動するように動く。複数の画像光線２６ａのうち網膜６２に投影される画像の略中心に対応する画像光線は、反射ミラー１８の揺動中心に入射する。

図７は、実施例における光学系を示す図である。なお、図７では、画像光線２６ａのみを図示し、検出光線２６ｂの図示を省略している。図７に示すように、光源１２が出射する画像光線２６ａは、レンズ１４を透過する。レンズ１４は、画像光線２６ａを拡散光から集束光に変換する集光レンズである。レンズ１４を透過した画像光線２６ａは、集束光の状態で走査部１６に入射する。レンズ１４は、反射ミラー１８で反射した画像光線２６ａを略平行光とするために、光源１２と走査部１６の間に設けられている。

走査部１６により二次元方向に走査され、走査部１６から異なる時間において異なる方向に出射された複数の画像光線２６ａは、反射ミラー１８に入射する。複数の画像光線２６ａ各々は、反射ミラー１８の手前で集光した後に拡散光となって反射ミラー１８に入射する。反射ミラー１８は正の集光パワーを有するため、複数の画像光線２６ａ各々は、反射ミラー１８で反射されることで、拡散光から略平行光に変換される。

反射ミラー１８で反射した複数の画像光線２６ａは、投射ミラー２０の手前の収束点４４で収束する。収束点４４にはレンズ２２が設けられている。レンズ２２は、複数の画像光線２６ａ各々を略平行光から集束光に変換する集光レンズである。レンズ２２は、投射ミラー２０で反射した複数の画像光線２６ａ各々を略平行光にするために収束点４４に設けられている。レンズ２２を透過した複数の画像光線２６ａ各々は、投射ミラー２０の手前の集光点３０で集光した後に拡散光となって投射ミラー２０に入射する。

投射ミラー２０は正の集光パワーを有するため、複数の画像光線２６ａ各々は、投射ミラー２０で反射されることで、拡散光から略平行光に変換される。複数の画像光線２６ａは、ユーザの眼６０内の収束点４６で収束する。収束点４６は、例えば水晶体６８または水晶体６８近傍に位置する。画像光線２６ａは水晶体６８により略平行光から集束光に変換されて網膜６２近傍で合焦する。これにより、ユーザは画像を視認することができる。

なお、図７では図示を省略しているが、検出光線２６ｂも反射ミラー１８、レンズ２２、および投射ミラー２０によって画像光線２６ａと同様に変換されて眼６０に入射する。

図８は、画像光線２６ａの光路長について説明するための図である。図８では、複数の画像光線２６ａのうちの網膜６２に投影される画像の中心に対応する画像光線２６ａａを例に説明する。図８に示すように、走査部１６と反射ミラー１８の間の画像光線２６ａａの光路長Ｌ１と、投射ミラー２０と収束点４６の間の画像光線２６ａａの光路長Ｌ４と、の長さは異なっている。反射ミラー１８と収束点４４の間の画像光線２６ａａの光路長Ｌ２と、収束点４４と投射ミラー２０の間の画像光線２６ａａの光路長Ｌ３と、の長さは異なっている。一方、光路長Ｌ１に対する光路長Ｌ２の比（Ｌ２／Ｌ１）と、光路長Ｌ４に対する光路長Ｌ３の比（Ｌ３／Ｌ４）と、は略同じになっている。したがって、略等倍の相似形のレイアウトとなっていて、走査部１６による画像光線２６ａの走査角度θ１と、複数の画像光線２６ａが収束点４６に収束する収束角度θ２と、は略同じになっている。相似の比率は、投射ミラー２０とユーザの眼６０との間の距離、ユーザの顔の形状、および／またはユーザの顔側面のスペースなどにより決定されてもよい。

図９は、実施例における制御部５０による制御の一例を示すフローチャートである。図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、実施例における制御部５０による制御を説明するための図である。なお、図１０（ａ）および図１０（ｂ）では、図７のときの反射ミラー１８を点線で図示している。図９に示すように、投射制御部５６がユーザの網膜６２に画像の投影を開始（ステップＳ１０）した後、検出部５２は、光検出器４０の検出結果に基づいて、ユーザの顔に対して瞳孔６４が動いた方向を検出する（ステップＳ１２）。次いで、駆動制御部５４は、検出部５２で検出された瞳孔６４が動いた方向に応じて、駆動部２４を制御して反射ミラー１８を動かす（ステップＳ１４）。例えば、反射ミラー１８が凹面ミラーであって、その略中央部に凹曲面の頂点がある場合、反射ミラー１８はその頂点付近を中心に揺動するように動く。投射制御部５６は、網膜６２に投影される画像の略中心に対応する画像光線２６ａａが反射ミラー１８の揺動中心近傍に入射するように光源１２および走査部１６を制御する。反射ミラー１８の揺動角は、瞳孔６４がユーザの顔の正面方向に対して傾いた角度に応じて予め定められている。検出部５２および駆動制御部５４は、画像投影が終了するまで（ステップＳ１６：Ｎｏ）、ステップＳ１２からＳ１６を繰り返し行い、画像投影が終了した場合に（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、本処理を終了する。

ユーザが正面を見ていて、瞳孔６４がユーザの顔に対して正面方向を向いているときは、例えば図７の状態となり、複数の画像光線２６ａは瞳孔６４に入射して網膜６２に画像が投影される。複数の画像光線２６ａのうち網膜６２に投影される画像の中心に対応する画像光線２６ａａは、瞳孔６４が向いている方向と略同じ方向から眼６０に入射する。このとき、反射ミラー１８で反射した複数の画像光線２６ａが収束する収束点４４はレンズ２２の中央部に位置し、複数の画像光線２６ａはレンズ２２の中央部を透過して投射ミラー２０に入射する。複数の画像光線２６ａは、レンズ２２の中央部を透過するため、レンズ２２でほとんど屈折せずに透過する。画像光線２６ａａは、走査部１６と収束点４６とにおいて共役の関係になっている。

図１０（ａ）に示すように、ユーザが画像の右側を見ようとして視線を右方向に向けた場合、瞳孔６４はユーザの顔に対して右方向に動いた状態となる。駆動制御部５４は、瞳孔６４が右方向に動いた場合でも、複数の画像光線２６ａを瞳孔６４に入射させるため、複数の画像光線２６ａのレンズ２２に入射する位置が変わるように、駆動部２４を制御して反射ミラー１８を動かす。例えば、駆動部２４は、凹面ミラーである反射ミラー１８の凹曲面の頂点付近の揺動中心点３２を中心として揺動するように反射ミラー１８を動かす。投射制御部５６は、画像光線２６ａａが反射ミラー１８の揺動中心点３２近傍に入射するように光源１２および走査部１６を制御する。

複数の画像光線２６ａが入射するレンズ２２の位置が変わり、複数の画像光線２６ａが収束する収束点４４は、レンズ２２のうち画像光線２６ａの進行方向に対して左側領域に位置するようになる。複数の画像光線２６ａは、レンズ２２の左側領域を透過するため、レンズ２２によって進行方向右側に屈折し、その後、投射ミラー２０に入射する。これにより、複数の画像光線２６ａが投射ミラー２０に入射する位置および入射角度が図７の状態から変化する。よって、瞳孔６４が右方向に動いた場合でも、複数の画像光線２６ａが瞳孔６４に入射するようになる。また、複数の画像光線２６ａのうち少なくとも画像光線２６ａａは、瞳孔６４が動いた後に瞳孔６４が向いている方向Ｔ（すなわち、視線方向）を基準として瞳孔６４が動いた方向（右方向）とは反対の左側から瞳孔６４に入射され、網膜６２のうち瞳孔６４が動いた方向である右側領域に投射されるようになる。反射ミラー１８がこのように動いた場合でも、画像光線２６ａａは、走査部１６と収束点４６とにおいて共役の関係が維持されている。なお、本実施例では、画像光線２６ａａが反射ミラー１８に入射する点は、反射ミラー１８の揺動中心点３２（例えば自由曲面の頂点）と略一致する。

図１０（ｂ）に示すように、ユーザが画像の左側を見ようと視線を左方向に向けた場合、瞳孔６４はユーザの顔に対して左方向に動いた状態となる。駆動制御部５４は、瞳孔６４が左方向に動いた場合でも、複数の画像光線２６ａを瞳孔６４に入射させるため、複数の画像光線２６ａのレンズ２２に入射する位置が変わるように、駆動部２４を制御して反射ミラー１８を動かす。例えば、駆動部２４は、凹面ミラーである反射ミラー１８の凹曲面の頂点付近の揺動中心点３２を中心として揺動するように反射ミラー１８を動かす。投射制御部５６は、画像光線２６ａａが反射ミラー１８の揺動中心点３２近傍に入射するように光源１２および走査部１６を制御する。

複数の画像光線２６ａが入射するレンズ２２の位置が変わり、複数の画像光線２６ａが収束する収束点４４は、レンズ２２のうち画像光線２６ａの進行方向に対して右側領域に位置するようになる。複数の画像光線２６ａは、レンズ２２の右側領域を透過するため、レンズ２２によって進行方向左側に屈折し、その後、投射ミラー２０に入射する。これにより、複数の画像光線２６ａが投射ミラー２０に入射する位置および入射角度が図７の状態から変化する。よって、瞳孔６４が左方向に動いた場合でも、複数の画像光線２６ａが瞳孔６４に入射するようになる。また、複数の画像光線２６ａのうち少なくとも画像光線２６ａａは、瞳孔６４が向いている方向Ｔを基準として瞳孔６４が動いた方向（左方向）とは反対の右側から瞳孔６４に入射され、網膜６２のうち瞳孔６４が動いた方向である左側領域に投射されるようになる。反射ミラー１８がこのように動いた場合でも、画像光線２６ａａは、走査部１６と収束点４６とにおいて共役の関係が維持されている。

図１０（ａ）および図１０（ｂ）のように、反射ミラー１８が揺動するように動いた場合でも、画像光線２６ａａのレンズ２２と集光点３０との間の距離Ｌは、図７のときの距離Ｌとほぼ変わらないようにする。これは、瞳孔６４の動きに追従する反射ミラー１８の揺動によって集光点３０の位置が変わると、集光点３０以降の画像光線２６ａａは拡散光であるので、投射ミラー２０で反射するときのスポット径が異なることになり、その結果、網膜６２上に投影される画像光線２６ａａのスポット径が異なってしまい、視認する位置によってピントがずれた状態になるからである。このように、複数の画像光線２６ａのレンズ２２に入射する位置が変わっても、レンズ２２と集光点３０との間の距離Ｌを変わらないようにするためには、レンズ２２にこれに適用できる範囲の像高特性を持つレンズを使用することで実現できる。また、レンズ２２は、反射ミラー１８の揺動による画像光線２６ａの投影範囲を網羅するのに十分な有効径を有することも必要である。また、反射ミラー１８が揺動するように動いた場合でも、走査部１６と反射ミラー１８の間の画像光線２６ａａの光路長Ｌ１に対する反射ミラー１８と収束点４４の間の画像光線２６ａａの光路長Ｌ２の比（Ｌ２／Ｌ１）と、投射ミラー２０と収束点４６の間の画像光線２６ａａの光路長Ｌ４に対する収束点４４と投射ミラー２０の間の画像光線２６ａａの光路長Ｌ３の比（Ｌ３／Ｌ４）と、はほぼ同じ大きさである（Ｌ１～Ｌ４は図８参照）。また、反射ミラー１８が揺動するように動いた場合でも、複数の画像光線２６ａが収束点４６に収束する収束角度θ２（図８参照）はほとんど変わらない。

なお、図１０（ａ）および図１０（ｂ）では、瞳孔６４が左右方向に動いた場合（すなわち、眼６０が左右方向に回転した場合）を例に示したが、この場合に限られない。瞳孔６４が上下方向などの他の方向に動いた場合でも、その動いた方向に応じて、複数の画像光線２６ａがレンズ２２に入射する位置が変わるように反射ミラー１８を動かすことで、複数の画像光線２６ａが瞳孔６４に入射されるようになる。また、複数の画像光線２６ａのうち少なくとも画像光線２６ａａは、瞳孔６４が向いた方向Ｔを基準として瞳孔６４が動いた方向とは反対側から瞳孔６４に入射され、網膜６２の瞳孔６４が動いた方向側の領域に投射されるようになる。

図１１（ａ）から図１１（ｃ）は、瞳孔６４の動きと網膜６２に投射される画像光線２６ａとについて説明する図である。図１１（ａ）に示すように、ユーザの顔に対して瞳孔６４が正面を向いている場合、複数の画像光線２６ａａ、２６ａｂ、２６ａｃのうち画像光線２６ａａは瞳孔６４のほぼ正面から入射する。画像光線２６ａａ、２６ａｂ、２６ａｃは瞳孔６４のほぼ中心を通過して網膜６２に投射される。網膜６２の位置Ｑには、網膜６２に投影される画像の中心の画素Ｐ１に対応する画像光線２６ａａが投射される。位置Ｑの左側には画素Ｐ２に対応する画像光線２６ａｂが投射され、位置Ｑの右側には画素Ｐ３に対応する画像光線２６ａｃが投射される。なお、ユーザが視認する画像は網膜６２に投影された画像が反転した画像となる。よって、ユーザは、画素Ｐ１が中心に位置し、画素Ｐ２が右側に位置し、画素Ｐ３が左側に位置した画像を視認する。このように、ユーザが視認する座標系は、投射ミラー２０をユーザが見た座標系に相当する。

図１１（ｂ）に示すように、ユーザが網膜６２に投影された画像の画素Ｐ２を見ようとして瞳孔６４をユーザの顔に対して右方向に動かした場合、上述したように反射ミラー１８を動かすことで、少なくとも画像光線２６ａａおよび２６ａｃは瞳孔６４が向いた方向とは反対の左側から瞳孔６４に入射する。この場合でも、画像光線２６ａａ、２６ａｂ、２６ａｃは瞳孔６４のほぼ中心を通過する。画像光線２６ａａおよび２６ａｃは網膜６２の右側領域に投射される。網膜６２の位置Ｑには網膜６２に投影される画像の画素Ｐ２に対応する画像光線２６ａｂが投射される。よって、網膜６２に投影された画像に対するユーザの視線の位置は画素Ｐ２となり、ユーザは見たかった画素Ｐ２が中心に位置する画像を見ることができる。

図１１（ｃ）に示すように、ユーザが網膜６２に投影された画像の画素Ｐ３を見ようとして瞳孔６４をユーザの顔に対して左方向に動かした場合、上述したように反射ミラー１８を動かすことで、少なくとも画像光線２６ａａおよび２６ａｂは瞳孔６４が向いた方向とは反対の右側から瞳孔６４に入射する。この場合でも、画像光線２６ａａ、２６ａｂ、２６ａｃは瞳孔６４のほぼ中心を通過する。画像光線２６ａａおよび２６ａｂは網膜６２の左側領域に投射される。網膜６２の位置Ｑには網膜６２に投影される画像の画素Ｐ３に対応する画像光線２６ａｃが投射される。よって、網膜６２に投影された画像に対するユーザの視線の位置は画素Ｐ３となり、ユーザは見たかった画素Ｐ３が中心に位置する画像を見ることができる。

図１２（ａ）から図１２（ｃ）は、網膜６２に投影された画像に対するユーザの見え方を評価したシミュレーション結果である。図１２（ａ）から図１２（ｃ）では、網膜６２に視野角２６°の画像が投影された場合を想定している。図１２（ａ）は、図７のように、瞳孔６４が正面を向いている場合のシミュレーション結果である。図１２（ｂ）は、図１０（ａ）のように、眼６０が右側に１３°回転して瞳孔６４が右側を向き、反射ミラー１８の揺動角を５°とした場合のシミュレーション結果である。図１２（ｃ）は、図１０（ｂ）のように、眼６０が左側に１３°回転して瞳孔６４が左側を向き、反射ミラー１８の揺動角を５°とした場合のシミュレーション結果である。なお、図１２（ａ）では、中央に位置する画像光線２６ａが網膜６２の中心に投射され、図１２（ｂ）では、右列の真ん中に位置する画像光線２６ａが網膜６２の中心に投射され、図１２（ｃ）では、左列の真ん中に位置する画像光線２６ａが網膜６２の中心に投射される。

図１２（ａ）に示すように、瞳孔６４がユーザの顔に対して正面を向いている場合では、ユーザは略矩形状の画像を視認する。図１２（ｂ）に示すように、瞳孔６４がユーザの顔に対して右方向に動いた場合では、ユーザは右側領域が大きくなった画像を視認する。図１２（ｃ）に示すように、瞳孔６４がユーザの顔に対して左方向に動いた場合では、ユーザは左側領域が大きくなった画像を視認する。

図１２（ｂ）および図１２（ｃ）のように、瞳孔６４が動いた方向に応じて上述のように反射ミラー１８を動かした場合では、ユーザは、見に行った側の領域の画像が大きく見えることから、違和感が少ない状態で画像を視認することができる。なお、網膜６２に投影される画像自体は略台形状に歪んでいることから、この台形歪を解消する処理を実施してもよい。例えば、投影する画像自体に予め反対の台形歪を生じさせる処理をしておくことで、網膜６２に投影される画像の台形歪を抑制するようにしてもよい。

以上説明したように、実施例によれば、駆動制御部５４は、検出部５２で検出された瞳孔６４の動いた方向に応じて複数の画像光線２６ａがレンズ２２に入射する位置が変わるように、駆動部２４を制御して反射ミラー１８（反射部）を動かす。これにより、図１０（ａ）および図１０（ｂ）のように、収束点４４（第２収束点）に設けられたレンズ２２（光学部材）を透過して投射ミラー２０（投射部）に入射した複数の画像光線２６ａは、瞳孔６４が動いた場合でも、瞳孔６４に入射して眼６０内の収束点４６（第１収束点）に収束した後に網膜６２に投射される。よって、瞳孔６４が動いた場合でも、複数の画像光線２６ａを瞳孔６４に入射させて網膜６２に画像を投影することができる。

また、実施例では、図１０（ａ）および図１０（ｂ）のように、瞳孔６４が正面から他の方向に動いた場合、駆動制御部５４は、複数の画像光線２６ａのレンズ２２への入射位置をレンズ２２の中央部から複数の画像光線２６ａがレンズ２２を透過する方向に対して瞳孔６４が動いた方向に相当する方向とは反対側の領域へ移動するように駆動部２４を制御して反射ミラー１８を動かす。レンズ２２は、レンズ２２に入射した複数の画像光線２６ａを瞳孔６４が動いた方向に相当する方向側に屈折させる。これにより、瞳孔６４が動いた場合でも、複数の画像光線２６ａを瞳孔６４に入射させることができる。

また、実施例では、図１０（ａ）および図１０（ｂ）のように、瞳孔６４が正面から他の方向に動いた場合、駆動制御部５４は、複数の画像光線２６ａのうち少なくとも網膜６２に投影される画像の中心に対応する画像光線２６ａａを、動いた後の瞳孔６４が向いている方向Ｔを基準として瞳孔６４が動いた方向とは反対側から瞳孔６４に入射させかつ網膜６２のうち瞳孔６４が動いた方向側の領域に投射させるように駆動部２４を制御して反射ミラー１８を動かす。これにより、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）で説明したように、ユーザは網膜６２に投影される画像のうち視線を動かして見ようとした箇所を中心とした画像を視認することができる。

また、実施例では、図１０（ａ）および図１０（ｂ）のように、駆動部２４は、反射ミラー１８の中央部近傍の揺動中心点３２を中心にして揺動するように反射ミラー１８を動かす。投射制御部５６は、複数の画像光線２６ａのうち網膜６２に投影される画像の略中心に対応する画像光線を揺動中心点３２に投射する。これにより、瞳孔６４が動いた場合でも、複数の画像光線２６ａを瞳孔６４に入射させることを容易かつ確実に行うことができる。駆動部２４は、複数の画像光線２６ａのうち画像の略中心に対応する画像光線が反射ミラー１８に入射する点を中心にして揺動するように反射ミラー１８を動かしてもよい。画像の略中心とは、画像の中心から画像の大きさの１／５０倍の領域内のことである。

また、実施例では、図７、図１０（ａ）、及び図１０（ｂ）のように、画像光線２６ａのレンズ２２と集光点３０との間の距離Ｌは、反射ミラー１８が動いた場合でも略一定である。これにより、複数の画像光線２６ａがレンズ２２に対して斜めに入射した場合でも、複数の画像光線２６ａを網膜６２近傍で合焦させることができる。略一定とは、複数の画像光線２６ａが網膜６２近傍で合焦する程度に略一定であり、反射ミラー１８が動く前の距離Ｌと反射ミラー１８が動いた後の距離Ｌの差が、反射ミラー１８が動く前の距離Ｌに対して±５％以下の場合である。

また、実施例では、画像光線２６ａは、走査部１６と反射ミラー１８の間の光路長Ｌ１に対する反射ミラー１８と収束点４４の間の光路長Ｌ２の比（Ｌ２／Ｌ１）と、投射ミラー２０と収束点４６の間の光路長Ｌ４に対する収束点４４と投射ミラー２０の間の光路長Ｌ３の比（Ｌ３／Ｌ４）とは、反射ミラー１８が動いた場合でも略同じ大きさである。これにより、反射ミラー１８が動いた場合でも、投射ミラー２０が画像光線２６ａに与える光学的影響を反射ミラー１８によって低減することができる。略同じ大きさとは、投射ミラー２０による光学的影響を反射ミラー１８によって低減できる程度に略同じ大きさであり、光路長Ｌ１に対する光路長Ｌ２の比（Ｌ２／Ｌ１）と光路長Ｌ４に対する光路長Ｌ３の比（Ｌ３／Ｌ４）との差が、光路長Ｌ１に対する光路長Ｌ２の比（Ｌ２／Ｌ１）と光路長Ｌ４に対する光路長Ｌ３の比（Ｌ３／Ｌ４）との平均値に対して±５％以下の場合である。

また、実施例では、複数の画像光線２６ａが収束点４６に収束する収束角度θ２は、反射ミラー１８が動いた場合でも略一定である。これにより、反射ミラー１８が動いた場合でも、網膜６２には同程度の視野角の画像を投影することができる。略一定とは、網膜６２に投影される画像の視野角がほぼ同じである程度に略一定であり、反射ミラー１８が動く前の収束角度θ２と反射ミラー１８の動いた後の収束角度θ２の差が、反射ミラー１８が動く前の収束角度θ２に対して±１０％以下の場合である。

また、実施例では、反射ミラー１８の揺動中心点３２は、反射ミラー１８上でその中央部の凹面の頂点近傍にあることを前提に説明したが、駆動部２４による反射ミラー１８の揺動機構によっては、必ずしも反射ミラー１８上ではなく、オフセットがかかった位置になることがある。これについて図１３を用いて説明する。図１３は、反射ミラー１８近傍を拡大した図である。図１３に示すように、実施例では、揺動中心点３２は反射ミラー１８の凹面の頂点近傍にあり、反射ミラー１８は駆動部２４によって揺動中心点３２を中心に揺動される場合を例に示した。しかしながら、この場合に限られず、駆動部２４の駆動機構によっては、駆動部２４の方向（投射ミラー２０に対して反対方向）にオフセットがかかった位置に揺動中心点３２ａがあり、この揺動中心点３２ａを中心に反射ミラー１８が揺動する場合でもよい。揺動中心点３２と揺動中心点３２ａとの距離Ｄは、最大で５ｍｍ程度となってもよい。この距離Ｄは、本実施例のようにヘッドマウントディスプレイのメガネ型フレームの内側に、本実施例で使用される部品を配置する場合に発生する可能性がある距離である。距離Ｄが大きくなると、図１２に示すように、画像の歪としてユーザに視認されるが、５ｍｍ程度であればほとんど影響がない。揺動中心点３２は、この距離Ｄの範囲内で、反射ミラー１８の中央部近傍に位置している。

なお、実施例において、検出部５２は、検出光線２６ｂが虹彩６６で反射した反射光２８を検出する光検出器４０の検出結果に基づいて、瞳孔６４が動いた方向を検出する場合を例に示したが、その他の一般的に知られた方法によって瞳孔６４が動いた方向を検出してもよい。例えば、検出部５２は、カメラが撮像した眼６０の撮像画像から瞳孔６４が動いた方向を検出してもよい。

なお、実施例において、反射ミラー１８および投射ミラー２０は、凹面ミラーの場合に限られず、正の集光パワーを有していれば、曲面ミラー以外に、レンズやミラーを組み合わせる、回折素子を用いる、などの他の光学部品であってもよい。レンズ２２は、凸レンズの場合に限られず、投射ミラー２０に画像光線２６ａを拡散光で入射させることが可能であれば、ミラーや回折素子などの他の光学部材であってもよい。レンズ２２は色収差を抑える機能を有していてもよい。

［変形例］
図１４は、実施例の変形例における光学系を示す図である。なお、実施例の変形例は、図１４に示す光学系以外については、実施例に係る画像投影装置１００と同じである。図１４では、図の明瞭化のために、光線２６のうち画像光線２６ａのみを図示し、検出光線２６ｂの図示は省略しているが、検出光線２６ｂも画像光線２６ａと同様にして眼６０に投射される。図１４に示すように、実施例の変形例では、レンズ１４を透過した画像光線２６ａは、反射ミラー３４により反射して走査部１６に入射する。反射ミラー３４は平面ミラーである。

反射ミラー１８で反射してレンズ２２を透過した画像光線２６ａは、導光部材８０に入射する。導光部材８０は、複数の画像光線２６ａが瞳孔６４に入射するために反射面８２、８４と投射面８６とで反射しながら進む本体部８８と、反射面８２と投射面８６を外側から覆うように本体部８８に貼り付けられたカバー部８９と、を有する。本体部８８とカバー部８９は、屈折率が略同じ大きさの材質の硝材で形成されていて、例えば同じ材質の硝材で形成されている。本体部８８およびカバー部８９は、例えばシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）樹脂や、アクリル樹脂などの硝材により形成される。なお、導光部材８０は、カバー部８９を備えずに、本体部８８のみからなる場合でもよい。

画像光線２６ａは、本体部８８の内部を透過する。本体部８８は、複数の反射面８２、８４と投射面８６を有する。反射面８２、８４と投射面８６は、例えば硝材に反射材を蒸着することにより形成される。画像光線２６ａは、本体部８８内を、反射面８２、反射面８４、投射面８６の順に反射して、本体部８８から外部に出射される。反射面８２、８４は、略平坦面であり、互いに略平行に設けられている。

本体部８８に入射した複数の画像光線２６ａ各々は、収束しながら反射面８２に向かって進行する。複数の画像光線２６ａ各々は反射面８２近傍で集光する。反射面８２で反射した複数の画像光線２６ａ各々は、反射面８４に向かって進行する。例えば、複数の画像光線２６ａは全て、反射面８４の手前で集光した後に拡散光となって反射面８４に入射する。反射面８４で反射した複数の画像光線２６ａ各々は、拡散光の状態で投射面８６に入射する。

投射面８６は、凹面ミラーであり、正の集光パワーを有する。このため、投射面８６で反射した複数の画像光線２６ａ各々は拡散光から略平行光に変換され、かつ、複数の画像光線２６ａはユーザの眼６０内の収束点４６で収束する。画像光線２６ａは水晶体６８により略平行光から集束光に変換されて網膜６２近傍で合焦する。このように、投射面８６は、走査部１６により走査されることで走査部１６から異なる方向に出射された複数の画像光線２６ａを眼６０内の収束点４６に収束させた後に網膜６２に投射して網膜６２に画像を投影する投射部に相当する。

投射面８６の曲率を適切に設定して、複数の画像光線２６ａが収束点４６に収束する収束角度θ２を、走査部１６の走査角度θ１に比べて大きくなるようにしてもよい。これにより、網膜６２に投影される画像の視野角が大きくなる。

反射面８４は、反射面８２で反射した画像光線２６ａを投射面８６に向けて反射する領域８４ａと、投射面８６で反射した画像光線２６ａを透過させる領域８４ｂと、を有し、領域８４ａと８４ｂは一部で重なっている。この重なった領域８４ｃでは、画像光線２６ａを反射させる機能と透過させる機能との両方が必要となる。反射面８２で反射した画像光線２６ａが反射面８４に入射する入射角は、投射面８６で反射した画像光線２６ａが反射面８４に入射する入射角よりも大きい。したがって、反射面８４の少なくとも領域８４ｃにおいて、入射角が大きい画像光線２６ａは主に反射し、入射角が小さい画像光線２６ａは主に透過するような角度依存性を持たせることで、反射面８２で反射した画像光線２６ａを反射しかつ投射面８６で反射した画像光線２６ａを透過させることを両立できる。また、投射面８６で反射した画像光線２６ａが網膜６２に投射されればよく、反射面８２で反射した画像光線２６ａが反射面８４を透過しても、実質的に影響を与えないので、反射面８４にハーフミラーを用いることで、反射面８２で反射した画像光線２６ａを反射しかつ投射面８６で反射した画像光線２６ａを透過させることの両立もできる。

投射面８６で反射した複数の画像光線２６ａが本体部８８から出射する出射面８１は、投射面８６よりも平坦となっている。カバー部８９の投射面８６に対して本体部８８の出射面８１とは反対側の面８９ａは、投射面８６よりも平坦となっている。カバー部８９の面８９ａと本体部８８の出射面８１は、例えば互いに略平行でかつ略平坦な面となっている。また、反射面８２、８４と投射面８６は全てハーフミラーとなっている。

実施例の変形例によれば、走査部１６により走査された複数の画像光線２６ａは、反射ミラー１８によって導光部材８０の手前の収束点４４で収束した後に導光部材８０に入射する。導光部材８０は、複数の画像光線２６ａが内部を透過する硝材により形成され、複数の画像光線２６ａを反射面８２、８４で反射して投射面８６（投射部）に導く。この場合でも、瞳孔６４の動いた方向に応じて複数の画像光線２６ａがレンズ２２に入射する位置が変わるように反射ミラー１８を動かすことで、瞳孔６４が動いた場合でも複数の画像光線２６ａを瞳孔６４に入射させることができる。また、画像光線２６ａは導光部材８０の内部をメガネ型フレーム４２のつる側から眼６０側に向かって進むようになり、走査部１６などの投影部１０の各構成部品をユーザの顔の輪郭に沿って配置することができる。よって、画像投影装置とユーザの顔との間に十分なクリアランスを確保することができる。

また、実施例の変形例によれば、導光部材８０は、複数の反射面８２、８４と投射面８６での反射を繰り返して網膜６２に投射される複数の画像光線２６ａが透過する本体部８８と、投射面８６を覆い、本体部８８と略同じ大きさの屈折率を有するカバー部８９と、を備える。投射面８６はハーフミラーである。カバー部８９の面８９ａ及び本体部８８の出射面８１は投射面８６よりも平坦となっている。これにより、ユーザは違和感を抑えて外界を視認することができる。よって、実在する風景にバーチャルな視覚情報を重ねて表示する拡張現実（ＡＲ：Augmented Reality）に対応できる。本体部８８とカバー部８９の屈折率が略同じ大きさとは、ユーザが違和感を抑えて外界を視認可能な程度に同じ大きさであることをいい、屈折率の差が０．０５以下である。

なお、実施例の変形例において、カバー部８９の面８９ａは、ユーザの視力を矯正するために、矯正度数に即した凹曲面または凸曲面となっていてもよい。したがって、カバー部８９の面８９ａが略平坦面であるとは、視力矯正程度で曲面になっている場合を含み、ユーザが違和感を抑えて外界を視認可能な程度で平坦面であることをいう。カバー部８９の面８９ａと本体部８８の出射面８１が略平行とは、カバー部８９の面８９ａが視力矯正程度の曲面となっている場合でも、ユーザが違和感を抑えて外界を視認可能な程度で平行であることをいう。

なお、実施例およびその変形例において、複数の画像光線２６ａが収束点４６に収束する収束角度θ２は、反射ミラー１８が動く前と後のいずれの場合でも、走査部１６の走査角度θ１以上である場合が好ましい。これにより、網膜６２に投影される画像の視野角を大きく保つことができる。

なお、実施例およびその変形例において、画像投影装置はメガネ型フレーム４２に取り付けられる場合を例に説明したが、このフレームはユーザの顔に装着可能で、画像投影装置をユーザの眼の前に設置可能であれば、メガネ型に限らず、ゴーグル型、アイパッチ型、耳掛型、およびヘルメット装着型などのその他の場合であってもよい。

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。

１０ 投影部
１２ 光源
１４ レンズ
１６ 走査部
１８ 反射ミラー（反射部）
２０ 投射ミラー（投射部）
２２ レンズ（光学部材）
２４ 駆動部
２６ 光線
２６ａ、２６ａａ、２６ａｂ、２６ａｃ 画像光線
２６ｂ 検出光線
２８ 反射光
３０ 集光点
３２、３２ａ 揺動中心点
４０ 光検出器
４４ 収束点（第２収束点）
４６ 収束点（第１収束点）
５０ 制御部
５２ 検出部
５４ 駆動制御部
５６ 投射制御部
６０ 眼
６２ 網膜
６４ 瞳孔
６６ 虹彩
６８ 水晶体
８０ 導光部材
８２、８４ 反射面
８６ 投射面（投射部）
８８ 本体部
８９ カバー部
１００ 画像投影装置

Claims (8)

1. 光源と、
   前記光源から出射される画像光線を走査する走査部と、
   ユーザの眼の前方に配置され、前記画像光線が前記走査部により走査されることで前記走査部から異なる方向に出射される複数の画像光線を前記ユーザの眼内の第１収束点に収束させた後に網膜に投射して前記網膜に画像を投影する投射部と、
   前記走査部から異なる方向に出射される前記複数の画像光線を前記投射部の手前の第２収束点に収束させる反射部と、
   前記投射部と前記反射部の間に設けられ、前記複数の画像光線各々を集束光に変換して前記投射部の手前の集光点で集光させた後に拡散光として前記投射部に入射させる光学部材と、
   前記反射部を動かす駆動部と、
   前記ユーザの瞳孔が動いた方向を検出する検出部と、
   前記検出部で検出される前記瞳孔が動いた方向に応じて前記複数の画像光線が前記光学部材に入射する位置が変わるように、前記駆動部を制御して前記反射部を動かす駆動制御部と、を備え、
   前記瞳孔が前記ユーザの顔に対して正面を向いた方向から他の方向に動いた場合、前記駆動制御部が、前記複数の画像光線の前記光学部材への入射位置を前記光学部材の中央部から前記複数の画像光線が前記光学部材を透過する方向に対して前記瞳孔が動いた方向に相当する方向とは反対側の領域へ移動させるように前記駆動部を制御して前記反射部を動かすことで、前記光学部材が、前記光学部材に入射した前記複数の画像光線を前記瞳孔が動いた方向に相当する方向側に屈折させる、画像投影装置。
2. 光源と、
   前記光源から出射される画像光線を走査する走査部と、
   ユーザの眼の前方に配置され、前記画像光線が前記走査部により走査されることで前記走査部から異なる方向に出射される複数の画像光線を前記ユーザの眼内の第１収束点に収束させた後に網膜に投射して前記網膜に画像を投影する投射部と、
   前記走査部から異なる方向に出射される前記複数の画像光線を前記投射部の手前の第２収束点に収束させる反射部と、
   前記投射部と前記反射部の間に設けられ、前記複数の画像光線各々を集束光に変換して前記投射部の手前の集光点で集光させた後に拡散光として前記投射部に入射させる光学部材と、
   前記反射部を動かす駆動部と、
   前記ユーザの瞳孔が動いた方向を検出する検出部と、
   前記検出部で検出される前記瞳孔が動いた方向に応じて前記複数の画像光線が前記光学部材に入射する位置が変わるように、前記駆動部を制御して前記反射部を動かす駆動制御部と、を備え、
   前記瞳孔が前記ユーザの顔に対して正面を向いた方向から他の方向に動いた場合、前記駆動制御部が、前記複数の画像光線のうち少なくとも前記画像の中心に対応する画像光線を、動いた後の前記瞳孔が向いている方向を基準として前記瞳孔が動いた方向とは反対側から前記瞳孔に入射させかつ前記網膜のうち前記瞳孔が動いた方向側の領域に投射させるように前記駆動部を制御して前記反射部を動かす、画像投影装置。
3. 前記画像光線の投射を制御する投射制御部を備え、
   前記駆動部は、前記反射部の中央部近傍の揺動中心点を中心にして揺動するように前記反射部を動かし、
   前記投射制御部は、前記複数の画像光線のうち前記画像の略中心に対応する画像光線を前記揺動中心点に投射する、請求項１に記載の画像投影装置。
4. 光源と、
   前記光源から出射される画像光線を走査する走査部と、
   ユーザの眼の前方に配置され、前記画像光線が前記走査部により走査されることで前記走査部から異なる方向に出射される複数の画像光線を前記ユーザの眼内の第１収束点に収束させた後に網膜に投射して前記網膜に画像を投影する投射部と、
   前記走査部から異なる方向に出射される前記複数の画像光線を前記投射部の手前の第２収束点に収束させる反射部と、
   前記投射部と前記反射部の間に設けられ、前記複数の画像光線各々を集束光に変換して前記投射部の手前の集光点で集光させた後に拡散光として前記投射部に入射させる光学部材と、
   前記反射部を動かす駆動部と、
   前記ユーザの瞳孔が動いた方向を検出する検出部と、
   前記検出部で検出される前記瞳孔が動いた方向に応じて前記複数の画像光線が前記光学部材に入射する位置が変わるように、前記駆動部を制御して前記反射部を動かす駆動制御部と、を備え、
   前記光学部材は、前記反射部が動くことによって前記複数の画像光線の入射する領域が変化した場合でも、前記画像光線の前記光学部材と前記集光点との間の距離が略一定となる像高特性を有する、画像投影装置。
5. 前記走査部と前記反射部の間の前記画像光線の光路長に対する前記反射部と前記第２収束点の間の前記画像光線の光路長の比と、前記投射部と前記第１収束点の間の前記画像光線の光路長に対する前記第２収束点と前記投射部の間の前記画像光線の光路長の比とは、前記反射部が動いた場合でも略同じ大きさである、請求項１から４のいずれか一項に記載の画像投影装置。
6. 前記複数の画像光線が前記第１収束点に収束する収束角度は、前記反射部が動いた場合でも略一定である、請求項１から４のいずれか一項に記載の画像投影装置。
7. 前記投射部を有し、前記複数の画像光線が内部を透過する硝材により形成され、前記複数の画像光線を複数の反射面で反射して前記投射部に導く導光部材を備え、
   前記光学部材は、前記導光部材と前記反射部の間に設けられる、請求項１から４のいずれか一項に記載の画像投影装置。
8. 前記投射部および前記反射部は凹面ミラーであり、
   前記光学部材は凸レンズである、請求項１から４のいずれか一項に記載の画像投影装置。

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