WO2014192479A1 - 画像投影装置及び投射装置 - Google Patents

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WO2014192479A1
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light
scanning
laser light
image
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荒川泰彦
菅原充
鈴木誠
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株式会社Ｑｄレーザ
国立大学法人東京大学
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Definitions

  • the present invention relates to an image projection device and a projection device, for example, an image projection device that projects an image on a user's retina, and a projection device that projects a laser beam onto a user's eyeball, for example.
  • An image projection apparatus is known in which an afterimage of a laser beam scanned on a retina is recognized by the user as an image by projecting the laser beam on the user's retina while scanning the laser beam.
  • an image projection apparatus using a laser diode has been proposed.
  • an image projection apparatus using a low-power laser diode has been proposed (for example, Patent Document 1).
  • the scanned laser light is not projected onto the retina, and the user may not be able to recognize the image.
  • the beam spot size of the laser light projected onto the retina may increase, resulting in a defocused image.
  • both the function as the projection mirror and the function as the spectacle lens can be achieved. It can be difficult.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and is capable of providing both a function as a projection mirror that can provide a good image to a user or a function as a projection mirror and a function as a lens of glasses.
  • An object of the present invention is to provide a projection device that can be used.
  • the present invention provides a light source that emits laser light, a scanning unit that scans the laser light emitted from the light source in a two-dimensional direction, and scanning light that includes the laser light scanned by the scanning unit.
  • a projection mirror that projects onto the retina and projects an image onto the retina, and the laser light emitted from the light source is scanned using a part of a range driven by the scanning unit.
  • the laser light emitted from the light source may be scanned at different positions in the range driven by the scanning unit according to the movement of the user's eyeball.
  • the image processing apparatus includes a control unit that creates the corrected image data in which the input image data is gradually changed in height from one vertical side to the other vertical side and the curvature of the image is gradually changed.
  • the laser light can be emitted from the light source based on the corrected image data.
  • the image processing apparatus includes a control unit that creates the corrected image data in which the input image data is rotated and the curvature of the image is gradually changed from one vertical side to the other vertical side, and the horizontal scanning amplitude is vertical.
  • the scanning unit that gradually changes in direction can be rotated and used, and the laser light can be emitted from the light source based on the corrected image data.
  • the scanning light may be configured to converge on the retina side with respect to the pupil of the user's eyeball by the projection mirror.
  • the projection mirror may have a free-form surface or a composite structure of a free-form surface and a diffraction surface.
  • an optical unit that causes the laser light in the scanning light to enter the projection mirror with divergent light may be provided.
  • the laser light in the scanning light projected by the projection mirror is configured to be incident on the eyeball with a light beam condensed near the retina of the eyeball by the crystalline lens of the user's eyeball. it can.
  • the present invention provides a light source that emits laser light, a scanning unit that scans the laser light emitted from the light source in a two-dimensional direction, and scanning light that includes the laser light scanned by the scanning unit. And a projection mirror that projects the image on the retina of the user's eye after being converged in the vicinity of the pupil of the user, and an optical means that causes the laser light in the scanning light to enter the projection mirror with divergent light And an image projection apparatus. According to the present invention, it is possible to provide a good image to the user.
  • the laser light in the scanning light projected by the projection mirror is configured to be incident on the eyeball with a light beam condensed near the retina of the eyeball by the crystalline lens of the user's eyeball. it can.
  • the said structure WHEREIN contains the lens of the glasses arrange
  • the present invention includes: a light source that emits laser light; and a projection mirror that includes a lens of eyeglasses disposed in front of the user's eyeball, and that projects the laser light onto the user's eyeball.
  • a first lens unit and a second lens unit disposed in order from the user's eyeball side, and a diffraction element provided between the first lens unit and the second lens unit, the laser beam, After being incident on the first lens unit from the user's eyeball side, the second lens unit is reflected on a surface opposite to the user's eyeball and projected onto the user's eyeball.
  • Projection device According to the present invention, the function as a projection mirror and the function as a lens of glasses can be made compatible.
  • a good image can be provided to the user.
  • the function as a projection mirror and the function as a lens of glasses can be made compatible.
  • FIG. 1A is a view of the image projection apparatus according to the first embodiment as viewed from above
  • FIG. 1B is a view of the image projection apparatus as viewed from the side.
  • FIG. 2 is a diagram showing projection of red, green, and blue laser light by a projection mirror that uses a single-layer half mirror having a combined structure of a free-form surface and a diffractive surface.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the projection of red, green, and blue laser light by a projection mirror that uses a laminated half mirror having a combined structure of a free-form surface and a diffractive surface.
  • FIGS. 4C are diagrams showing projection of the laser light on the retina with respect to the movement of the eyeball when the laser light is converged in the vicinity of the pupil.
  • FIGS. 5 (a) to 5 (c) show lasers for movement of the eyeball when the laser beam is converged on the retina side of the pupil and the horizontal incident angle ⁇ incident on the eyeball is 90 ° or more. It is a figure which shows the projection to the retina of light.
  • FIGS. 6A to 6C are diagrams showing projection of the laser light onto the retina with respect to the movement of the eyeball when the position of the scanning range of the laser light is changed within the driving range of the scanning mirror. is there.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a scanning locus of laser light in a raster scan by a scanning mirror.
  • FIGS. 8A to 8C show simulation results obtained by calculating the scanning trajectory of the laser light projected on the retina.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the corrected image data.
  • FIGS. 10A and 10B are diagrams illustrating scanning trajectories of laser light in a raster scan by the scanning mirror according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating corrected image data.
  • FIG. 12 is a diagram of the image projection apparatus according to the fourth embodiment as viewed from above.
  • FIG. 13A is a diagram showing projection onto the retina when the laser light is incident on the projection mirror in a parallel light state
  • FIG. 13B is a diagram when the laser light is incident in a divergent light state. It is a figure which shows the projection to a retina.
  • FIG. 13A is a diagram showing projection onto the retina when the laser light is incident on the projection mirror in a parallel light state
  • FIG. 13B is a diagram when the laser light is incident in a divergent light state. It is a figure which
  • FIG. 14 is a diagram of the image projection apparatus according to the first modification of the fourth embodiment as viewed from above.
  • FIG. 15A is a top view illustrating a part of the image projection apparatus according to the fifth embodiment
  • FIG. 15B is a top view in which the range A of FIG. 15A is enlarged.
  • (C) is an enlarged top view of a range B in FIG.
  • FIG. 16 is an enlarged cross-sectional view of a range C in FIG.
  • FIG. 1A is a view of the image projection apparatus according to the first embodiment as viewed from above
  • FIG. 1B is a view of the image projection apparatus as viewed from the side.
  • part of the laser beam 34 is not shown for the sake of clarity.
  • a light source 12 that emits laser light 34 on a temple 10 of glasses, and a scanning unit that scans the laser light 34 emitted from the light source 12 in a two-dimensional direction
  • a scanning mirror 14 is provided.
  • the light source 12 emits laser light having a single wavelength or a plurality of wavelengths, for example.
  • a lens and a mirror are used, these lenses and a mirror are abbreviate
  • the control unit 16 controls the emission of the laser beam 34 from the light source 12 based on the input image data. That is, the image signal is converted into laser light by the light source 12.
  • the control unit 16 may be provided in an external device without being provided in the glasses, or may be provided in the temple 10 of the glasses.
  • the case where the control unit 16 is provided in an external device will be described as an example.
  • the scanning mirror 14 scans the laser light 34 emitted from the light source 12 to generate projection light for projecting an image on the retina 26 of the user's eyeball 22.
  • the scanning mirror 14 is a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror, for example, and scans the laser light in the horizontal and vertical directions.
  • the laser light 34 (scanning light) scanned by the scanning mirror 14 is reflected by the mirror 18 toward the lens 20 of the glasses.
  • a projection mirror 24 is provided on the surface of the lens 20 on the user's eyeball 22 side.
  • the projection mirror 24 projects laser light 34 (scanning light) scanned by the scanning mirror 14 onto the retina 26 of the eyeball 22 and projects an image on the retina 26. That is, the user can recognize the image by the afterimage effect of the laser light projected on the retina 26.
  • the projection mirror 24 is designed so that the convergence position of the laser light 34 (scanning light) scanned by the scanning mirror 14 is closer to the retina 26 side than the pupil 28 of the eyeball 22.
  • the projection mirror 24 can be a single-layer half mirror having a free-form surface or a combined structure of a free-form surface and a diffractive surface.
  • the projection mirror 24 By making the projection mirror 24 a free-form surface, even when the scanning mirror 14 provided on the eyeglass temple 10 and the eyeball 22 are displaced in the height direction, the laser light 34 scanned by the scanning mirror 14 is emitted from the eyeball 22. It can be projected onto the retina 26.
  • the projection mirror 24 have a combined structure of a free-form surface and a diffractive surface, the laser beam 34 scanned by the scanning mirror 14 can be reflected at a steeper angle.
  • the single layer half mirror having a combined structure of a free-form surface and a diffractive surface is good for the user.
  • the result is that the correct image cannot be recognized. This is because, for example, since the diffraction angles change for each wavelength, the convergence positions of red, green, and blue laser beams are greatly shifted from each other, and as a result, the projection positions on the retina 26 are shifted from each other.
  • the wavelengths of the red, green, and blue laser beams are, for example, in the range of 610 nm to 660 nm, 515 nm to 540 nm, and 440 nm to 460 nm.
  • Examples of the light source that emits red, green, and blue laser light include a light source in which an RGB (red / green / blue) laser diode chip, a three-color multiplexing device, and a microcollimator lens are integrated.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the projection of red, green, and blue laser light by the projection mirror 24 using a single-layer half mirror having a combined structure of a free-form surface and a diffractive surface.
  • the red laser light is indicated by a solid line
  • the green laser light is indicated by a broken line
  • the blue laser light is indicated by a one-dot chain line.
  • the projection mirror 24 is designed by adjusting at the convergence position of the green laser beam (dashed line), the convergence position of the red laser beam (solid line) and the blue laser beam (dashed line) is relative to the green laser beam (dashed line). Will shift greatly. For this reason, the projection positions of the red, green, and blue laser beams on the retina 26 are shifted from each other, and the user cannot recognize a good image.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the projection of red, green, and blue laser light by the projection mirror 24 that uses a laminated half mirror having a combined structure of a free-form surface and a diffractive surface. Also in FIG. 3, the red laser light is indicated by a solid line, the green laser light is indicated by a broken line, and the blue laser light is indicated by a one-dot chain line. As shown in FIG.
  • a diffractive surface that reflects red, green, and blue laser light in an appropriate direction is used for each layer by using a laminated half mirror in which three layers of wavelength-selective films having a free-form surface are laminated on the projection mirror 24.
  • the projection positions of the red, green, and blue laser lights on the retina 26 can be adjusted. Thereby, the user can recognize a favorable color image.
  • FIG. 4A to FIG. 4C are diagrams showing projection of the laser light 34 on the retina 26 with respect to the movement of the eyeball 22 when the laser light 34 is converged in the vicinity of the pupil 28.
  • 4A shows a case where the eyeball 22 faces the front
  • FIG. 4B shows a case where the eyeball 22 faces the left side from the front
  • FIG. It shows the case of facing the left side.
  • the laser beam 34 is converged near the center of the pupil 28 and projected onto the retina 26.
  • the laser beam 34 converges near the end of the pupil 28 and is projected onto the retina 26.
  • FIG. 4C when the eyeball 22 faces further to the left, the laser beam 34 does not enter the pupil 28 and is not projected onto the retina 26.
  • the laser beam 34 may not be projected onto the retina 26, and the user may not be able to recognize the image.
  • the convergence position of the laser beam 34 by the projection mirror 24 is set to the retina 26 side of the pupil 28. Further, from the viewpoint of suppressing image loss, the range in which the scanning mirror 14 is driven is increased, and the horizontal and vertical incident angles of the laser light 34 incident on the eyeball 22 are increased, for example, 90 ° or more.
  • FIGS. 5A to 5C show the case where the laser beam 34 is converged on the retina 26 side of the pupil 28 and the incident angle of the laser beam 34 incident on the eyeball 22 is 90 ° or more.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating projection of a laser beam 34 onto the retina 26 with respect to the movement of the eyeball 22.
  • FIG. 5A shows a case where the eyeball 22 faces the front
  • FIG. 5B shows a case where the eyeball 22 faces the left side from the front
  • FIG. It shows the case of facing the left side.
  • the laser beam 34 converges at a portion located on the retina 26 side from the vicinity of the center of the pupil 28, and the horizontal incident angle ⁇ is set on the eyeball 22. Assume that the light is incident at 90 ° or more and is projected onto the retina 26. In this case, as shown in FIG. 5B and FIG. 5C, even when the eyeball 22 is directed to the left side, a part of the laser light 34 is projected onto the retina 26, and the behavior of image loss becomes gentle. I understand that. The same applies to the vertical movement of the eyeball 22.
  • the laser light 34 (scanning light) scanned by the scanning mirror 14 is converged on the side of the retina 26 with respect to the pupil 28, and the incident angle of the laser light 34 incident on the eyeball 22 is increased, whereby the eyeball 22.
  • the behavior of missing images with respect to the movement of the image can be moderated. However, with this alone, a part of the image may be lost.
  • the inventor sets the laser beam 34 in a part of the driving range of the scanning mirror 14 in a state where the incident angle of the laser beam 34 incident on the eyeball 22 is large (for example, 90 ° or more).
  • the present inventors have found a method for suppressing image loss by scanning. That is, the scanning mirror 14 driven vertically and horizontally does not scan the laser beam 34 using the entire vertical and horizontal driving range, but scans the laser beam 34 using a part of the vertical and horizontal driving range. I found a way. That is, the control unit 16 controls the scanning mirror 14 that is driven vertically and horizontally within the driving range to emit the laser beam 34 from the light source 12 only in a part of the driving range.
  • the position of the laser beam 34 projected onto the retina 26 is also changed by changing the scanning range of the laser beam 34 within the driving range of the scanning mirror 14. Therefore, by changing the position of the scanning range of the laser light 34 with respect to the movement of the eyeball 22, even when the eyeball 22 moves, all of the scanned laser light 34 (scanning light) is projected onto the retina 26. Is possible.
  • FIGS. 6A to 6C show the laser beam 34 applied to the retina 26 with respect to the movement of the eyeball 22 when the position of the scanning range of the laser beam 34 is changed within the driving range of the scanning mirror 14. It is a figure which shows projection.
  • FIG. 6A shows a case where the eyeball 22 faces the front
  • FIG. 6B shows a case where the eyeball 22 faces the left side from the front
  • the laser beam 34 is scanned near the center of the driving range of the scanning mirror 14, and the laser beam 34 is projected near the center of the retina 26.
  • the laser beam 34 is scanned in a region shifted from the vicinity of the center of the driving range of the scanning mirror 14 in the direction corresponding to the movement of the eyeball 22.
  • the laser beam 34 can be projected onto the retina 26.
  • FIG. 6C when the eyeball 22 faces further leftward, the laser light 34 is scanned in a region further shifted from the vicinity of the center of the driving range of the scanning mirror 14, so that the laser light 34 is retina 26. Can be projected.
  • the laser light 34 emitted from the light source 12 is scanned at different positions within the range driven by the scanning mirror 14 according to the movement of the user's eyeball 22, thereby suppressing the loss of the image projected on the retina 26. Can do.
  • Scanning the laser beam 34 at a position where the driving range of the scanning mirror 14 is different by the movement of the user's eyeball 22 is, for example, that the user operates a portable terminal including the control unit 16, and based on this operation, the control unit 16 can be realized by controlling the emission of the laser beam 34 from the light source 12.
  • a known device that detects the movement of the eyeball 22 is provided, and the control unit 16 controls the emission of the laser light 34 from the light source 12 based on feedback from the device.
  • the incident angle is preferably large.
  • the horizontal incident angle to the eyeball 22 is preferably 70 ° or more, more preferably 80 ° or more, still more preferably 90 ° or more, and still more preferably 100 ° or more.
  • the incident angle in the vertical direction to the eyeball 22 is preferably 60 ° or more, more preferably 70 ° or more, still more preferably 90 ° or more, and still more preferably 100 ° or more.
  • FIG. 7 is a diagram showing a scanning trajectory of laser light in a raster scan by the scanning mirror 14. As shown in FIG. 7, in raster scanning, an image is displayed by scanning laser light at high speed from the upper left to the lower right of the image. Therefore, a simulation was performed to determine what kind of laser beam scanning trajectory is projected on the retina 26 by the laser beam scanning by the raster scan.
  • FIG. 8 (a) to 8 (c) show simulation results obtained by calculating the scanning trajectory of the laser beam 34 projected onto the retina 26.
  • FIG. FIG. 8A to FIG. 8C are simulation results when the eyeball 22 is facing the front, and the horizontal and vertical axes represent the horizontal and vertical directions from the center of the retina 26, respectively. The distance is [mm].
  • FIG. 8A shows a simulation result of the scanning trajectory when the laser beam is scanned only in the horizontal direction with respect to five levels in the vertical direction.
  • FIG. 8B shows a simulation result of the scanning locus when the laser beam is scanned only in the vertical direction with respect to the seven levels in the horizontal direction.
  • FIG. 8C is a diagram in which FIG. 8A and FIG. 8B are overlapped.
  • an image in which the trapezoid projected on the retina 26 is tilted may be an image in which the curvature gradually increases from the short side to the long side of the vertical side. I understand.
  • the control unit 16 gradually changes the height of the input image data from one vertical side to the other vertical side as shown in FIG.
  • the corrected image data 40 in which the curvature of the image is changed is created.
  • the control unit 16 causes the laser light 34 to be emitted from the light source 12 based on the corrected image data 40.
  • a good image in which distortion is suppressed can be projected onto the retina 26, and a good image can be provided to the user.
  • the control unit 16 when the scanning mirror 14 is provided on the left side of the eyeball 22, the control unit 16 has a rectangular shape in which the left vertical side is longer than the right vertical side as shown in FIG. It is preferable to create corrected image data in which the curvature in the long side direction is gradually increased from the long side to the short side.
  • the control unit 16 when the scanning mirror 14 is provided on the right side of the eyeball 22, the control unit 16 is a quadrilateral whose right side is longer than the left side, and from the long side to the short side. It is preferable to create corrected image data that gradually increases the curvature in the long side direction.
  • Example 3 is another example in which a good image in which distortion is suppressed can be projected onto the retina 26.
  • the third embodiment differs from the first and second embodiments in the scanning mirror 14 and uses a scanning mirror 14 described below.
  • FIG. 10A and FIG. 10B are diagrams showing the scanning trajectory of the laser beam in the raster scan by the scanning mirror 14 of the third embodiment.
  • the scanning mirror 14 is used in which the horizontal scanning amplitude is not constant in the vertical direction and gradually decreases from one to the other. Such modulation of the horizontal scanning amplitude can be realized by changing the voltage applied to the scanning mirror 14.
  • Such a scanning mirror 14 is attached to the scanning mirror 14 of the first embodiment and the second embodiment, for example, rotated by 90 °.
  • a scanning mirror 14 is obtained in which the scanning amplitude in the vertical direction gradually decreases from one to the other in the horizontal direction.
  • the attachment of the scanning mirror 14 is not limited to 90 ° rotation, but may be performed at an angle close to 90 °. For example, it may be rotated between 85 ° and 95 °, or may be rotated between 80 ° and 100 °.
  • Other configurations of the third embodiment are the same as those of the first embodiment shown in FIG.
  • the retina 26 is described in FIG. 8A. It is possible to suppress the projection of an image that looks like a trapezoid. However, this alone cannot suppress the curvature of the image as described with reference to FIG.
  • the control unit 16 rotates the input image data and creates corrected image data 50 in which the curvature of the image is gradually changed from one vertical side to the other vertical side as shown in FIG. To do. Then, the control unit 16 causes the laser light 34 to be emitted from the light source 12 based on the corrected image data 50. Thereby, a good image in which distortion is suppressed can be projected onto the retina 26, and a good image can be provided to the user.
  • the rotation of the scanning mirror 14 and the rotation of the input image data have the same direction and the same angle.
  • the input image data is preferably rotated by 90 ° in the same direction as the rotation direction of the scanning mirror 14.
  • the control unit 16 when the scanning mirror 14 is provided on the left side of the eyeball 22, the control unit 16 gradually moves the left side from the left vertical side to the right vertical side. It is preferable to create corrected image data in which the curvature in the vertical side direction is increased.
  • the control unit 16 when the scanning mirror 14 is provided on the right side of the eyeball 22, the control unit 16 corrects the corrected image in which the curvature in the right vertical direction gradually increases from the right vertical side to the left vertical side. It is preferable to create data.
  • FIG. 12 is a diagram of the image projection apparatus according to the fourth embodiment as viewed from above.
  • one laser beam laser beam
  • the light source 12 is not attached to the eyeglass temple 10 and is provided separately.
  • the laser light 34 emitted from the light source 12 passes through the optical fiber 60. And is incident on the scanning mirror 14.
  • a condensing lens 62 is provided on the eyeglass temple 10 as an optical path of the laser beam 34 between the optical fiber 60 and the scanning mirror 14.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 1A and 1B, and the description thereof is omitted.
  • FIG. 13A is a diagram showing projection onto the retina 26 when the laser beam 34 is incident on the projection mirror 24 in the state of parallel light
  • FIG. 13B is incident in the state of diverging light. It is a figure which shows the projection to the retina 26 in a case.
  • the scanning light composed of the laser light 34 scanned by the scanning mirror 14 passes through the pupil 28 as described in FIGS. 6A to 6C and the like. Therefore, the projection mirror 24 converges in the vicinity of the pupil 28.
  • the convergence range of the scanning light near the pupil 28 is preferably set to a range of about 2 mm in diameter, for example.
  • the laser light 34 in the scanning light is incident on the projection mirror 24 in the state of parallel light, the laser light 34 is also condensed near the pupil 28 by the projection mirror 24 having such condensing power. .
  • the laser beam 34 is condensed in the vicinity of the pupil 28 and projected onto the retina 26 as divergent light. As a result, the beam spot size of the laser light 34 projected onto the retina 26 increases, and a defocused image may be projected onto the retina 26.
  • the laser light 34 is condensed in front of the projection mirror 24 and is incident on the projection mirror 24 in a divergent light state, so that the eyeball is caused by the condensing power of the projection mirror 24.
  • the light can be incident on the parallel light 22.
  • the laser light 34 incident on the eyeball 22 with parallel light is condensed near the retina 26 by the crystalline lens 64.
  • the beam spot size of the laser beam 34 projected on the retina 26 can be set to an appropriate size.
  • the size of the laser beam 34 when entering the projection mirror 24 is preferably small so that the diameter when entering the eyeball 22 is narrower than the pupil 28.
  • the image projection apparatus is provided with a condenser lens 62 that condenses the laser light 34 emitted from the optical fiber 60. For this reason, the laser light 34 emitted from the optical fiber 60 is converted into convergent light by the condenser lens 62.
  • a lens is selected as the condensing lens 62 so that the laser beam 34 becomes a subtle convergent light that is condensed between the scanning mirror 14 and the projection mirror 24. Thereby, the laser beam 34 in the scanning light is incident on the projection mirror 24 in a divergent light state. Therefore, as described with reference to FIG. 13B, the beam spot size of the laser beam 34 projected onto the retina 26 can be set to an appropriate size.
  • the condensing lens 62 (optical means) that causes the laser light 34 in the scanning light to enter the projection mirror 24 with the divergent light is provided.
  • the laser light 34 can be incident on the eyeball 22 with a light beam (for example, parallel light) collected near the retina 26 by the crystalline lens 64 of the user's eyeball 22. it can. Therefore, the beam spot size of the laser beam 34 projected onto the retina 26 can be set to an appropriate size, and a good image can be provided to the user.
  • the condensing lens 62 is provided as an optical unit is shown as an example.
  • a diverging lens that enters the projection mirror 24 may be used.
  • FIG. 14 is a diagram of the image projection apparatus according to the first modification of the fourth embodiment as viewed from above.
  • one laser beam (laser beam) is shown enlarged.
  • a collimating lens 66 is provided in the eyeglass temple 10 instead of the condenser lens, and a concave surface is formed in the optical path of the scanning light between the scanning mirror 14 and the projection mirror 24.
  • the fourth embodiment is different from the fourth embodiment in that a mirror 68 is provided.
  • the laser light 34 emitted from the optical fiber 60 is converted into parallel light by the collimator lens 66 and is incident on the scanning mirror 14.
  • Scanning light composed of laser light 34 scanned by the scanning mirror 14 is incident on the concave mirror 68.
  • the laser light 34 in the scanning light becomes convergent light collected before the projection mirror 24 by the concave mirror 68 and enters the projection mirror 24 as divergent light.
  • the concave mirror 68 is selected such that the laser light 34 in the scanning light is condensed before the projection mirror 24.
  • the laser light 34 in the scanning light is incident on the eyeball 22 with a light beam (for example, parallel light) collected near the retina 26 by the crystalline lens 64 of the user's eyeball 22. it can. Therefore, the beam spot size of the laser beam 34 projected onto the retina 26 can be set to an appropriate size, and a good image can be provided to the user.
  • a light beam for example, parallel light
  • the concave mirror 68 is provided as the optical means has been described as an example.
  • a convex mirror that is incident on the surface may be used.
  • the optical means that causes the laser light 34 in the scanning light to enter the projection mirror 24 with diverging light is in the optical path of the laser light 34 before reaching the scanning mirror 14. It may be provided, or may be provided in the optical path of the scanning light composed of the laser light 34 scanned by the scanning mirror 14. Note that the laser light 34 incident on the eyeball 22 described above is not limited to perfect parallel light, but includes parallel light that can be condensed on the retina 26 by the crystalline lens 64.
  • a synthetic structure of a free curved surface and a diffractive surface (a structure in which a reflective diffractive surface is provided on the curved surface) is provided on the eyeball 22 side surface of the lens 20 of the glasses.
  • the case where the projection mirror 24 made of a half mirror is provided is shown as an example.
  • the pitch interval is not constant. For this reason, unequal pitch and non-axisymmetric diffraction elements are drawn and processed on the curved surface. In addition, at a location where the diffraction angle is large, the pitch interval of the diffraction elements is narrowed to about the wavelength. For this reason, the manufacture of the projection mirror 24 becomes difficult. Therefore, in the fifth embodiment, an example in which a function as a projection mirror and a function as a lens of glasses can be made compatible will be described.
  • FIG. 15A is a top view illustrating a part of the image projection apparatus according to the fifth embodiment
  • FIG. 15B is a top view in which the range A of FIG. 15A is enlarged
  • (C) is an enlarged top view of a range B in FIG.
  • FIG. 16 is an enlarged cross-sectional view of a range C in FIG. 15A to 15C show an enlarged view of one laser beam (laser beam) having a finite beam diameter, as in FIG. 12 of the fourth embodiment.
  • the lens 20 a of the glasses includes a first lens unit 70 and a second lens unit 72 in order from the eyeball 22 side, and the first lens unit 70 and the second lens unit 72.
  • a transmissive diffractive element 74 is provided therebetween.
  • the first lens unit 70 and the second lens unit 72 may be made of the same glass material or different glass materials, and can be appropriately selected in consideration of the performance of the spectacle lens, the performance of the diffraction element, and the like.
  • the first lens unit 70 and the second lens unit 72 may be in close contact with the diffraction element 74 interposed therebetween, but when the air layer 76 is interposed on one side of the diffraction element 74 as shown in FIG. But you can.
  • FIG. 16 shows an example in which the upper surface of the first lens unit 70 is a flat surface and irregularities are formed on the lower surface of the second lens unit 72.
  • the opposite case may of course be used.
  • the diffraction element 74 extends linearly in a direction parallel to the pupil 28 in a state where the eyeball 22 faces the front, for example.
  • the diffractive element 74 may be inclined and extend with respect to the pupil 28 in a state where the eyeball 22 faces the front.
  • the side on which the laser beam 34 is incident (the left side in FIG. 15A) is close to the surface opposite to the eyeball 22 of the lens 20a, and is opposite to the side on which the laser beam 34 is incident.
  • the diffraction element 74 On the right side in FIG. 15A, the diffraction element 74 may be inclined and extended so as to be close to the surface of the lens 20a on the eyeball 22 side.
  • the diffraction element 74 may be provided over the entire lens 20a, but may be provided within a range of about 20 mm ⁇ 20 mm, for example.
  • the surface of the second lens portion 72 opposite to the eyeball 22 is coated with a reflective film 78, for example.
  • the lens 20 a and the reflection film 78 serve as a projection mirror 24 a that projects laser light 34 (scanning light) scanned by the scanning mirror onto the retina 26 of the eyeball 22 and projects an image onto the retina 26.
  • the half mirror is not provided on the surface of the first lens unit 70 on the eyeball 22 side.
  • Other configurations are the same as those of the fourth embodiment shown in FIG.
  • the laser light 34 emitted from the light source 12 and introduced through the optical fiber 60 is converted into convergent light by the condenser lens 62 and then scanned by the scanning mirror 14.
  • the condensing lens 62 is selected such that the laser beam 34 becomes a subtle convergent light that condenses between the scanning mirror 14 and the lens 20a.
  • the laser beam 34 in the scanning light is incident on the lens 20a in a divergent light state.
  • the laser beam 34 in the scanning light is incident on the first lens unit 70 disposed on the eyeball 22 side of the lens 20a from the eyeball 22 side.
  • the laser beam 34 is refracted, for example, in the thickness direction of the first lens unit 70 when entering the first lens unit 70.
  • the laser beam 34 incident on the first lens unit 70 passes through the diffraction element 74 and enters the second lens unit 72.
  • the laser beam 34 is refracted, for example, in the thickness direction of the second lens unit 72 when entering the second lens unit 72.
  • the reflective film 78 provided on the surface of the second lens portion 72 opposite to the eyeball 22 has a property of selectively reflecting light having the wavelength of the laser light 34, for example, a large part of the laser light 34 (for example, 95%) is transmitted, but a part (for example, about 5%) is reflected. Accordingly, a part of the laser beam 34 incident on the second lens unit 72 is reflected on the surface of the second lens unit 72 opposite to the eyeball 22. The reflected laser beam 34 passes through the diffraction element 74 and the first lens unit 70 and is emitted from the first lens unit 70. The laser beam 34 emitted from the first lens unit 70 passes through the pupil 28 and the crystalline lens 64 of the eyeball 22 and is projected onto the retina 26.
  • the lens 20a included in the projection mirror 24a includes the first lens unit 70 and the second lens unit provided in order from the user's eyeball 22 side.
  • the lens part 72 and the diffraction element 74 provided between the 1st lens part 70 and the 2nd lens part 72 are included. Then, the scanning light composed of the laser light 34 is incident on the first lens unit 70 from the user's eyeball 22 side, and then is reflected by the surface of the second lens unit 72 opposite to the user's eyeball 22, Projected onto the retina 26 of the eyeball 22.
  • a function as a projection mirror that projects the scanning light composed of the laser light 34 onto the retina 26 of the eyeball 22 and a function as a lens of glasses that sees the object through the lens 20a. Can be made compatible.
  • a projection mirror image projection device
  • the function as a component for the eyeglass) and the function as a lens of glasses can be made compatible.
  • the diffractive element 74 has a diffractive surface on a plane between the first lens unit 70 and the second lens unit 72. Thereby, the manufacturability of the diffraction element 74 can be improved. Further, in the structure in which the projection mirror 24 is provided on the surface of the lens 20 on the eyeball 22 side as in the first embodiment, as described above, the pitch interval of the diffractive elements becomes narrow at the location where the diffraction angle is large. On the other hand, in Example 5, it can suppress that the pitch space
  • the first reason is that the laser beam 34 is refracted in the thickness direction of the first lens unit 70 and enters the first lens unit 70, so that the incident angle to the diffraction element 74 becomes small. This is because the diffraction power of the diffraction element 74 can be suppressed.
  • the second reason is that, for example, in the glasses such as myopia glasses, far-sight glasses, and reading glasses, the second lens portion 72 usually has a convex shape on the opposite side of the eyeball 22, and the second lens portion 72 The surface opposite to the eyeball 22 is concave with respect to the laser beam 34.
  • action which makes the laser beam 34 convergent light works, and it is because the diffraction power of the diffraction element 74 can also be suppressed by this.
  • the third reason is that since the laser beam 34 passes through the diffraction element 74 twice, the diffraction power of the diffraction element 74 can also be suppressed by this. Since it can suppress that the pitch space
  • FIG. 15A to FIG. 15C a case where the reflective film 78 is provided on the surface of the second lens portion 72 opposite to the eyeball 22 and the laser beam 34 is reflected by the reflective film 78 is taken as an example. Although shown, it is not limited to this case. If the laser beam 34 is reflected on the surface of the second lens portion 72 opposite to the eyeball 22, the reflective film 78 is not provided on the surface of the second lens portion 72 opposite to the eyeball 22. But you can.
  • a single diffraction element 74 may be provided as shown in FIGS. 15A to 16, but laser light having a plurality of wavelengths (for example, In the case of emitting red, green, and blue laser light), as described above, the diffraction angle changes for each wavelength, so this cannot be handled.
  • the lens 20a may have a structure in which a plurality of layers of diffraction elements 74 suitable for laser beams having a plurality of wavelengths are provided.
  • the scanning light composed of the laser light 34 scanned by the scanning mirror 14 is projected onto the retina 26 of the eyeball 22 by the projection mirror 24a including the lens 20a, and the image projection apparatus projects an image onto the retina 26.
  • the case is shown as an example.
  • the present invention is not limited to this case, and any laser device emitted from the light source may be used in the case of a projection apparatus that projects onto the eyeball 22 by the projection mirror 24a including the lens 20a.
  • the present invention can also be applied to a case where laser light is projected onto the retina or iris of the eyeball for eye examination / treatment.
  • the case where the light source 12 and the scanning mirror 14 are provided outside the temple 10 of the glasses has been described as an example. It may be provided inside. Further, in the first to third embodiments, the case where the light source 12 is provided in the eyeglass temple 10 is shown as an example. However, as in the fourth and fifth embodiments, the light source 12 is provided separately from the eyeglasses. It may be the case. Moreover, also in Example 4 and Example 5, the case where the light source 12 is provided in the spectacles temple 10 like Example 1 to Example 3 may be sufficient.
  • the scanning mirror 14 for example, a MEMS mirror
  • the scanning unit that scans the laser beam in the two-dimensional direction
  • the scanning can be performed in the two-dimensional direction.
  • other components such as a potassium tantalate niobate (KTN) crystal, which is an electro-optic material, may be used.
  • KTN potassium tantalate niobate
  • the present invention is also applied to the case where an image is projected onto the retina 26 of both eyeballs 22. can do.

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Abstract

　本発明は、レーザ光（３４）を出射する光源（１２）と、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走査ミラー（１４）と、走査ミラー（１４）で走査されたレーザ光（３４）からなる走査光をユーザの眼球（２２）の網膜（２６）に投射して、網膜（２６）に画像を投影する投射ミラー（２４）と、を備え、光源（１２）から出射されたレーザ光（３４）は、走査ミラー（１４）が駆動する範囲の一部を用いて走査される画像投影装置である。

Description

画像投影装置及び投射装置
　本発明は、画像投影装置及び投射装置に関し、例えばユーザの網膜に画像を投影する画像投影装置及び例えばユーザの眼球にレーザ光を投射する投射装置に関する。
　レーザ光を走査しながらユーザの網膜に投射することで、網膜上に走査されたレーザ光の残像を画像としてユーザに認識させ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は、小型化の要望が強い。このため、例えば、レーザダイオードを用いて、小型且つ低消費電力を図った画像投影装置が提案されている。また、ユーザの目に対する安全性を考慮して、低出力のレーザダイオードを用いた画像投影装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開平１１－６４７８２号公報
　ユーザの眼球は動くため、走査されたレーザ光が網膜上に投射されなくなり、ユーザは画像を認識できなくなる場合がある。また、走査されたレーザ光の全てが網膜上に投射され、ユーザが画像の全てを認識できた場合でも、歪んだ画像を認識する場合がある。さらに、網膜上に投射されるレーザ光のビームスポットサイズが大きくなり、デフォーカスしたような画像となってしまう場合がある。
　または、メガネのレンズの眼球側の面に投射ミラーを設けて、この投射ミラーによってレーザ光をユーザの眼球に投射させる場合、投射ミラーとしての機能とメガネのレンズとしての機能とを両立させることが難しい場合がある。
　本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ユーザに良好な画像を提供することが可能な画像投影装置、または、投射ミラーとしての機能とメガネのレンズとしての機能とを両立させることが可能な投射装置、を提供することを目的とする。
　本発明は、レーザ光を出射する光源と、前記光源から出射された前記レーザ光を２次元方向に走査する走査部と、前記走査部で走査された前記レーザ光からなる走査光をユーザの眼球の網膜に投射して、前記網膜に画像を投影する投射ミラーと、を備え、前記光源から出射された前記レーザ光は、前記走査部が駆動する範囲の一部を用いて走査されることを特徴とする画像投影装置である。本発明によれば、ユーザに良好な画像を提供することができる。
　上記構成において、前記光源から出射された前記レーザ光は、前記ユーザの眼球の動きによって、前記走査部が駆動する範囲の異なる位置で走査される構成とすることができる。
　上記構成において、入力された画像データを、一方の縦辺から他方の縦辺にかけて徐々に画像の高さを変化させ且つ徐々に画像の湾曲を変化させた補正画像データを作成する制御部を備え、前記補正画像データに基づいて、前記光源から前記レーザ光が出射される構成とすることができる。
　上記構成において、入力された画像データを回転させ且つ一方の縦辺から他方の縦辺にかけて徐々に画像の湾曲を変化させた補正画像データを作成する制御部を備え、水平方向の走査振幅が垂直方向で徐々に変化する前記走査部を回転させて用い、前記補正画像データに基づいて、前記光源から前記レーザ光が出射される構成とすることができる。
　上記構成において、前記走査光は、前記投射ミラーによって前記ユーザの眼球の瞳孔よりも網膜側で収束する構成とすることができる。
　上記構成において、前記投射ミラーは、自由曲面または自由曲面と回折面との合成構造を有する構成とすることができる。
　上記構成において、前記走査光内のレーザ光を前記投射ミラーに発散光で入射させる光学手段を備える構成とすることができる。
　上記構成において、前記投射ミラーで投射された前記走査光内のレーザ光は、前記ユーザの眼球の水晶体によって前記眼球の網膜近傍に集光される光線で前記眼球に入射される構成とすることができる。
　本発明は、レーザ光を出射する光源と、前記光源から出射された前記レーザ光を２次元方向に走査する走査部と、前記走査部で走査された前記レーザ光からなる走査光をユーザの眼球の瞳孔近傍で収束させた後、前記ユーザの眼球の網膜に投射して、前記網膜に画像を投影する投射ミラーと、前記走査光内のレーザ光を前記投射ミラーに発散光で入射させる光学手段と、を備えることを特徴とする画像投影装置である。本発明によれば、ユーザに良好な画像を提供することができる。
　上記構成において、前記投射ミラーで投射された前記走査光内のレーザ光は、前記ユーザの眼球の水晶体によって前記眼球の網膜近傍に集光される光線で前記眼球に入射される構成とすることができる。
　上記構成において、前記投射ミラーは、前記ユーザの眼球の前方に配置されたメガネのレンズを含み、前記レンズは、前記ユーザの眼球側から順に配置された第１レンズ部及び第２レンズ部と、前記第１レンズ部と前記第２レンズ部との間に設けられた回折素子と、を含み、前記レーザ光からなる走査光は、前記ユーザの眼球側から前記第１レンズ部に入射した後、前記第２レンズ部の前記ユーザの眼球とは反対側の面で反射されて、前記ユーザの眼球の網膜に投射される構成とすることができる。
　本発明は、レーザ光を出射する光源と、ユーザの眼球の前方に配置されたメガネのレンズを含み、前記レーザ光を前記ユーザの眼球に投射する投射ミラーと、を備え、前記レンズは、前記ユーザの眼球側から順に配置された第１レンズ部及び第２レンズ部と、前記第１レンズ部と前記第２レンズ部との間に設けられた回折素子と、を含み、前記レーザ光は、前記ユーザの眼球側から前記第１レンズ部に入射した後、前記第２レンズ部の前記ユーザの眼球とは反対側の面で反射されて、前記ユーザの眼球に投射されることを特徴とする投射装置である。本発明によれば、投射ミラーとしての機能とメガネのレンズとしての機能とを両立させることができる。
　本発明によれば、ユーザに良好な画像を提供することができる。または、投射ミラーとしての機能とメガネのレンズとしての機能とを両立させることができる。
図１（ａ）は、実施例１に係る画像投影装置を上方から見た図であり、図１（ｂ）は、側方から見た図である。 図２は、自由曲面と回折面の合成構造をした単層ハーフミラーを用いた投射ミラーによる、赤色、緑色、及び青色レーザ光の投射を示す図である。 図３は、自由曲面と回折面の合成構造をした積層ハーフミラーを用いた投射ミラーによる、赤色、緑色、及び青色レーザ光の投射を示す図である。 図４（ａ）から図４（ｃ）は、瞳孔の近傍でレーザ光を収束させた場合での、眼球の動きに対するレーザ光の網膜への投射を示す図である。 図５（ａ）から図５（ｃ）は、レーザ光を瞳孔よりも網膜側で収束させ、且つ、眼球に入射する水平入射角度θを９０°以上とした場合での、眼球の動きに対するレーザ光の網膜への投射を示す図である。 図６（ａ）から図６（ｃ）は、走査ミラーの駆動範囲の中でレーザ光の走査範囲の位置を変えた場合での、眼球の動きに対するレーザ光の網膜への投射を示す図である。 図７は、走査ミラーによるラスタースキャンでのレーザ光の走査軌跡を示す図である。 図８（ａ）から図８（ｃ）は、網膜に投射されるレーザ光の走査軌跡を計算したシミュレーション結果である。 図９は、補正画像データを示す図である。 図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、実施例３の走査ミラーによるラスタースキャンでのレーザ光の走査軌跡を示す図である。 図１１は、補正画像データを示す図である。 図１２は、実施例４に係る画像投影装置を上方から見た図である。 図１３（ａ）は、レーザ光が投射ミラーに平行光の状態で入射される場合における網膜への投射を示す図であり、図１３（ｂ）は、発散光の状態で入射される場合における網膜への投射を示す図である。 図１４は、実施例４の変形例１に係る画像投影装置を上方から見た図である。 図１５（ａ）は、実施例５に係る画像投影装置の一部を示す上面図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の範囲Ａを拡大した上面図であり、図１５（ｃ）は、図１５（ｂ）の範囲Ｂを拡大した上面図である。 図１６は、図１５（ｃ）の範囲Ｃを拡大した断面図である。
　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。
　図１（ａ）は、実施例１に係る画像投影装置を上方から見た図であり、図１（ｂ）は、側方から見た図である。なお、図１（ｂ）においては、図の明瞭化のために、レーザ光３４の一部の図示を省略している。図１（ａ）及び図１（ｂ）のように、メガネのツル１０に、レーザ光３４を出射する光源１２と、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走査部となる走査ミラー１４と、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を出射する。なお、光源１２から出射されたレーザ光３４を走査ミラー１４に入射させるために、レンズ及びミラーを用いるが、これらレンズ及びミラーは図示を省略している。
　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によってレーザ光に変換される。制御部１６は、例えばメガネには設けられずに、外部装置に設けられている場合でもよいし、メガネのツル１０に設けられている場合でもよい。ここでは、制御部１６は、外部装置（例えば携帯端末）に設けられている場合を例に説明する。
　走査ミラー１４は、光源１２から出射されたレーザ光３４を走査して、ユーザの眼球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、水平及び垂直方向にレーザ光を走査する。
　走査ミラー１４で走査されたレーザ光３４（走査光）は、ミラー１８によって、メガネのレンズ２０に向かって反射される。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。投射ミラー２４は、走査ミラー１４で走査されたレーザ光３４（走査光）を眼球２２の網膜２６に投射して、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（走査光）の収束位置が、眼球２２の瞳孔２８よりも網膜２６側になるように設計されている。
　光源１２から単一の波長のレーザ光が出射される場合、投射ミラー２４は、自由曲面または自由曲面と回折面の合成構造をした単層のハーフミラーを用いることができる。投射ミラー２４を自由曲面とすることで、メガネのツル１０に設けた走査ミラー１４と眼球２２とが高さ方向でずれている場合でも、走査ミラー１４で走査されたレーザ光３４を眼球２２の網膜２６に投射させることができる。また、投射ミラー２４を自由曲面と回折面の合成構造とすることで、走査ミラー１４で走査されたレーザ光３４をより急峻な角度で反射させることができる。
　しかしながら、光源１２から複数の波長のレーザ光、例えば赤色レーザ光、緑色レーザ光、及び青色レーザ光が出射される場合、自由曲面と回折面の合成構造をした単層ハーフミラーでは、ユーザは良好な画像を認識できないことが生じてしまう。これは、波長毎に回折角が変わるため、例えば赤色、緑色、及び青色レーザ光の収束位置が互いに大きくずれてしまい、その結果、網膜２６への投射位置が互いにずれてしまうためである。赤色、緑色、及び青色レーザ光の波長は、例えば６１０ｎｍ～６６０ｎｍ、５１５ｎｍ～５４０ｎｍ、及び４４０ｎｍ～４６０ｎｍの範囲である。なお、赤色、緑色、及び青色レーザ光を出射する光源として、例えばＲＧＢ（赤・緑・青）のレーザダイオードチップと３色合波デバイスとマイクロコリメートレンズとが集積された光源が挙げられる。
　図２は、自由曲面と回折面の合成構造をした単層ハーフミラーを用いた投射ミラー２４による、赤色、緑色、及び青色レーザ光の投射を示す図である。図２では、赤色レーザ光を実線で、緑色レーザ光を破線で、青色レーザ光を一点鎖線で示している。図２のように、赤色、緑色、及び青色レーザ光の投射ミラー２４での回折角が異なるため、各レーザ光の収束位置が大きく異なってしまう。例えば、緑色レーザ光（破線）の収束位置で調整して投射ミラー２４を設計した場合、赤色レーザ光（実線）と青色レーザ光（一点鎖線）の収束位置は、緑色レーザ光（破線）に対して大きくずれてしまう。このため、赤色、緑色、及び青色レーザ光の網膜２６への投射位置が互いにずれてしまい、ユーザは良好な画像を認識することができなくなってしまう。
　このようなことを回避するには、投射ミラー２４に自由曲面を有する波長選択性の膜が複数積層された積層ハーフミラーを用い、各層に適切な回折面を設けることが好ましい。図３は、自由曲面と回折面の合成構造をした積層ハーフミラーを用いた投射ミラー２４による、赤色、緑色、及び青色レーザ光の投射を示す図である。図３でも、赤色レーザ光を実線で、緑色レーザ光を破線で、青色レーザ光を一点鎖線で示している。図３のように、投射ミラー２４に自由曲面を有する波長選択性の膜が３層積層された積層ハーフミラーを用い、各層に赤色、緑色、及び青色レーザ光を適切な方向に反射させる回折面を設けることで、赤色、緑色、及び青色レーザ光の網膜２６への投射位置を合わせることができる。これにより、ユーザは良好なカラー画像を認識することができる。
　ここで、図１（ａ）及び図１（ｂ）で説明したように、走査ミラー１４で走査されたレーザ光３４（走査光）の収束位置を、瞳孔２８よりも網膜２６側にすることの理由を説明する。図４（ａ）から図４（ｃ）は、瞳孔２８の近傍でレーザ光３４を収束させた場合での、眼球２２の動きに対するレーザ光３４の網膜２６への投射を示す図である。図４（ａ）は、眼球２２が正面を向いている場合を示し、図４（ｂ）は、眼球２２が正面から左側を向いた場合を示し、図４（ｃ）は、眼球２２がさらに左側を向いた場合を示している。
　図４（ａ）のように、眼球２２が正面を向いた場合に、レーザ光３４が瞳孔２８の中央近傍で収束して、網膜２６に投射されるとする。この場合、図４（ｂ）のように、眼球２２が左側を向くと、レーザ光３４は瞳孔２８の端近傍で収束して、網膜２６に投射されるようになる。図４（ｃ）のように、眼球２２がさらに左側を向くと、レーザ光３４が瞳孔２８に入らず、網膜２６に投射されなくなる。このように、眼球２２の回転角度によっては、レーザ光３４が網膜２６に投射されなくなり、ユーザが画像を認識できなくなることが生じてしまう。
　そこで、眼球２２の動きによる画像の欠落を抑えるために、投射ミラー２４によるレーザ光３４の収束位置を瞳孔２８よりも網膜２６側にする。また、画像の欠落を抑制する観点から、走査ミラー１４が駆動する範囲を大きくして、眼球２２に入射するレーザ光３４の水平及び垂直方向の入射角度を大きくし、例えば９０°以上にする。
　図５（ａ）から図５（ｃ）は、レーザ光３４を瞳孔２８よりも網膜２６側で収束させ、且つ、眼球２２に入射するレーザ光３４の入射角度を９０°以上とした場合での、眼球２２の動きに対するレーザ光３４の網膜２６への投射を示す図である。図５（ａ）は、眼球２２が正面を向いている場合を示し、図５（ｂ）は、眼球２２が正面から左側を向いた場合を示し、図５（ｃ）は、眼球２２がさらに左側を向いた場合を示している。
　図５（ａ）のように、眼球２２が正面を向いた場合に、レーザ光３４が瞳孔２８の中央近傍から網膜２６側に位置する部分で収束し、且つ、眼球２２に水平入射角度θが９０°以上で入射して、網膜２６に投射されるとする。この場合、図５（ｂ）及び図５（ｃ）のように、眼球２２が左側に向いた場合でも、レーザ光３４の一部が網膜２６に投射され、画像の欠落の挙動が緩やかになることが分かる。なお、眼球２２の縦方向の動きに対しても、同様のことが言える。このように、走査ミラー１４で走査されたレーザ光３４（走査光）を、瞳孔２８よりも網膜２６側で収束させ、眼球２２に入射するレーザ光３４の入射角度を大きくすることで、眼球２２の動きに対する画像の欠落の挙動を緩やかにできる。しかしながら、これだけでは、画像の一部が欠落することは生じてしまう。
　そこで、発明者は、走査ミラー１４の駆動範囲を眼球２２に入射するレーザ光３４の入射角度を大きく（例えば９０°以上）した状態で、レーザ光３４を走査ミラー１４の駆動範囲の一部で走査させることで、画像の欠落を抑制する方法を見出した。即ち、上下左右に駆動する走査ミラー１４に対し、上下左右の駆動範囲の全てを用いてレーザ光３４を走査させるのではなく、上下左右の駆動範囲の一部を用いてレーザ光３４を走査させる方法を見出した。つまり、制御部１６によって、駆動範囲で上下左右に駆動している走査ミラー１４に対し、駆動範囲の一部でのみ光源１２からレーザ光３４を出射させる制御を行う。
　レーザ光３４を走査する範囲を、走査ミラー１４の駆動範囲の中で変えることで、網膜２６に投射されるレーザ光３４の位置も変わることになる。したがって、眼球２２の動きに対して、レーザ光３４の走査範囲の位置を変えることで、眼球２２が動いた場合でも、走査されたレーザ光３４（走査光）の全てを網膜２６に投射させることが可能となる。このことについて、図６（ａ）から図６（ｃ）を用いて説明する。図６（ａ）から図６（ｃ）は、走査ミラー１４の駆動範囲の中でレーザ光３４の走査範囲の位置を変えた場合での、眼球２２の動きに対するレーザ光３４の網膜２６への投射を示す図である。図６（ａ）は、眼球２２が正面を向いている場合を示し、図６（ｂ）は、眼球２２が正面から左側を向いた場合を示し、図６（ｃ）は、眼球２２がさらに左側を向いた場合を示している。
　図６（ａ）のように、眼球２２が正面を向いている場合に、走査ミラー１４の駆動範囲の中央付近でレーザ光３４が走査されて、レーザ光３４が網膜２６の中心近傍に投射されているとする。図６（ｂ）のように、眼球２２が左側を向いた場合、走査ミラー１４の駆動範囲の中央付近から、眼球２２の動きに対応した方向にズレた領域でレーザ光３４を走査させることで、レーザ光３４を網膜２６に投射させることができる。図６（ｃ）のように、眼球２２が更に左側を向いた場合では、走査ミラー１４の駆動範囲の中央付近から更にズレた領域でレーザ光３４を走査させることで、レーザ光３４を網膜２６に投射させることができる。
　このように、光源１２から出射されたレーザ光３４を、走査ミラー１４が駆動する範囲の一部を用いて走査させることで、網膜２６に投影される画像の欠落を抑制することができ、ユーザに良好な画像を提供することができる。例えば、光源１２から出射されたレーザ光３４を、ユーザの眼球２２の動きによって、走査ミラー１４が駆動する範囲の異なる位置で走査させることで、網膜２６に投影される画像の欠落を抑制することができる。
　ユーザの眼球２２の動きによって、走査ミラー１４の駆動範囲の異なる位置でレーザ光３４を走査させることは、例えば、ユーザが制御部１６を含む携帯端末を操作し、この操作に基づいて、制御部１６が光源１２からのレーザ光３４の出射を制御することで実現できる。または、例えば、眼球２２の動きを検知する周知のデバイスを備え、このデバイスからのフィードバックに基づいて、制御部１６が光源１２からのレーザ光３４の出射を制御することで実現できる。
　眼球２２が大きく動いた場合でも、レーザ光３４を網膜２６に投射させることが可能となるために、走査ミラー１４が駆動する範囲で走査されるレーザ光３４の投射ミラー２４によるユーザの眼球２２への入射角度は大きいことが好ましい。例えば、眼球２２への水平方向の入射角度は７０°以上が好ましく、８０°以上がより好ましく、９０°以上がさらに好ましく、１００°以上がよりさらに好ましい。眼球２２への垂直方向の入射角度は６０°以上が好ましく、７０°以上がより好ましく、９０°以上がさらに好ましく、１００°以上がよりさらに好ましい。
　実施例２に係る画像投影装置の構成は、実施例１の図１と同じであるため説明を省略する。走査ミラー１４によってレーザ光３４を走査して、網膜２６に画像を投影するには、ラスタースキャンと呼ばれる方式が用いられる。図７は、走査ミラー１４によるラスタースキャンでのレーザ光の走査軌跡を示す図である。図７のように、ラスタースキャンでは、画像の左上から右下までレーザ光を高速に走査することによって、画像を表示する。そこで、ラスタースキャンによるレーザ光の走査が、網膜２６にはどのようなレーザ光の走査軌跡となって投射されるのかシミュレーションを行った。
　図８（ａ）から図８（ｃ）は、網膜２６に投射されるレーザ光３４の走査軌跡を計算したシミュレーション結果である。図８（ａ）から図８（ｃ）は、眼球２２が正面を向いているとした場合におけるシミュレーション結果であり、横軸及び縦軸は、網膜２６の中心からの横方向及び縦方向への距離[ｍｍ]である。図８（ａ）は、垂直方向は一定の５水準に対して水平方向にのみレーザ光を走査させた場合の走査軌跡のシミュレーション結果である。図８（ｂ）は、水平方向は一定の７水準に対して垂直方向にのみレーザ光を走査させた場合の走査軌跡のシミュレーション結果である。図８（ｃ）は、図８（ａ）と図８（ｂ）とを重ね合わせた図である。
　図８（ａ）及び図８（ｃ）から、例えば矩形の画像データに基づいて出射されたレーザ光３４を走査して網膜２６に画像を投影した場合、網膜２６に投影される画像は、矩形にはならずに、台形を倒したような画像となることが分かる。つまり、１組の縦辺の一方から他方にかけて徐々に高さが変化するような画像が網膜２６に投影されることが分かる。図８（ｂ）及び図８（ｃ）から、網膜２６に投影される台形を倒したような画像は、縦辺の短辺から長辺にかけて徐々に湾曲が大きくなるような画像となることが分かる。このことから、走査ミラー１４が駆動する範囲の一部を用いてレーザ光３４を走査させて、画像の欠落を抑制したとしても、ユーザは良好な画像を見ることが難しいことが分かる。そこで、実施例２では、網膜２６に良好な画像を投影することが可能な画像投影装置を説明する。
　上述したように、例えば矩形の画像データに基づいて出射されたレーザ光３４を走査して網膜２６に画像を投影させた場合、台形を倒したような形状で、縦辺の短辺から長辺にかけて徐々に湾曲が大きくなる画像が投影される。つまり、裏を返すと、図８（ｃ）から得られる画像に対して逆方向の補正を加えた画像データに基づいてレーザ光を出射させることで、網膜２６に湾曲が補正された矩形の画像を投影できることになる。つまり、図８（ｃ）から得られる台形を倒したような形状を１８０°回転させた形状で、且つ、図８（ｃ）から得られる湾曲を打ち消すような湾曲を加えた画像データに基づいてレーザ光を出射させることで、歪みが抑制された良好な画像が投影されることになる。
　そこで、実施例２では、制御部１６は、入力された画像データを、図９に示すように、一方の縦辺から他方の縦辺にかけて徐々に画像の高さを変化させ、且つ、徐々に画像の湾曲を変化させた補正画像データ４０を作成する。そして、制御部１６は、この補正画像データ４０に基づいて、光源１２からレーザ光３４を出射させる。これにより、網膜２６に歪みが抑制された良好な画像を投影させることができ、ユーザに良好な画像を提供することができる。
　図１のように、眼球２２の左側に走査ミラー１４が設けられている場合には、制御部１６は、図９のように、左側の縦辺が右側の縦辺よりも長い四角形で、縦辺の長辺側から短辺側にかけて徐々に長辺方向への湾曲を大きくした補正画像データを作成することが好ましい。反対に、眼球２２の右側に走査ミラー１４が設けられている場合には、制御部１６は、右側の縦辺が左側の縦辺よりも長い四角形で、縦辺の長辺側から短辺側にかけて徐々に長辺方向への湾曲を大きくした補正画像データを作成することが好ましい。
　実施例３は、網膜２６に歪みが抑制された良好な画像を投影させることが可能な他の実施例である。実施例３は、実施例１及び実施例２とは、走査ミラー１４が異なり、以下に説明する走査ミラー１４を用いる。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、実施例３の走査ミラー１４によるラスタースキャンでのレーザ光の走査軌跡を示す図である。図１０（ａ）のように、実施例３では、水平方向の走査振幅が、垂直方向に一定ではなく、一方から他方にかけて徐々に走査振幅が小さくなる走査ミラー１４を用いる。このような水平方向の走査振幅を変調させることは、走査ミラー１４に印加する電圧を変化させることで実現できる。
　このような走査ミラー１４を、実施例１及び実施例２の走査ミラー１４に対して、例えば９０°回転させて取り付ける。これにより、図１０（ｂ）のように、垂直方向の走査振幅が、水平方向の一方から他方にかけて徐々に小さくなる走査ミラー１４が得られる。なお、走査ミラー１４の取り付けは、９０°回転させる場合に限らず、９０°に近い角度で回転させる場合でもよい。例えば、８５°～９５°の間で回転させる場合でも良く、８０°～１００°の間で回転させる場合でもよい。実施例３のその他の構成は、実施例１の図１と同じであるため説明を省略する。
　図１０（ａ）及び図１０（ｂ）で説明した走査ミラー１４を用いることで、例えば矩形の画像データに基づいてレーザ光を出射させた場合でも、網膜２６に、図８（ａ）で説明したような台形を倒したような画像が投影されることを抑制できる。しかしながら、これだけでは、図８（ｂ）で説明したような画像の湾曲を抑制することはできない。
　そこで、実施例３では、水平方向の走査振幅が垂直方向に徐々に変化する走査ミラー１４を回転させて用いることに加え、以下のような補正画像データを作成し、この補正画像データに基づいて、光源１２からレーザ光３４を出射させる。即ち、制御部１６は、入力された画像データを回転させ、且つ、図１１に示すように、一方の縦辺から他方の縦辺にかけて徐々に画像の湾曲を変化させた補正画像データ５０を作成する。そして、制御部１６は、この補正画像データ５０に基づいて、光源１２からレーザ光３４を出射させる。これにより、網膜２６に歪みが抑制された良好な画像を投影させることができ、ユーザに良好な画像を提供することができる。なお、網膜２６に正しい画像を投影させるために、走査ミラー１４の回転と入力された画像データの回転とは、同じ方向で且つ同程度の角度とすることが好ましい。例えば、走査ミラー１４を９０°回転させた場合には、入力された画像データを、走査ミラー１４の回転方向と同じ方向に９０°回転させることが好ましい。
　実施例３においても、実施例２の場合と同様に、眼球２２の左側に走査ミラー１４が設けられている場合には、制御部１６は、左側の縦辺から右側の縦辺にかけて徐々に左側の縦辺方向への湾曲を大きくした補正画像データを作成することが好ましい。反対に、眼球２２の右側に走査ミラー１４が設けられている場合には、制御部１６は、右側の縦辺から左側の縦辺にかけて徐々に右側の縦辺方向への湾曲を大きくした補正画像データを作成することが好ましい。
　図１２は、実施例４に係る画像投影装置を上方から見た図である。なお、図１２においては、図１（ａ）と異なり、有限の光束径を有する１本のレーザ光（レーザビーム）を拡大して図示している。図１２のように、実施例４の画像投影装置は、光源１２がメガネのツル１０に装着されておらずに別に設けられており、光源１２から出射されるレーザ光３４は、光ファイバ６０を介して導入されて、走査ミラー１４に入射される。また、光ファイバ６０と走査ミラー１４との間のレーザ光３４の光路であって、メガネのツル１０に、集光レンズ６２が設けられている。その他の構成は、実施例１の図１（ａ）及び図１（ｂ）と同じであるため説明を省略する。
　ここで、走査光内のレーザ光３４が平行光の状態で投射ミラー２４に入射される場合と、発散光の状態で入射される場合とで、眼球２２の網膜２６に投射されるレーザ光３４にどのような違いが生じるかを説明する。図１３（ａ）は、レーザ光３４が投射ミラー２４に平行光の状態で入射される場合における網膜２６への投射を示す図であり、図１３（ｂ）は、発散光の状態で入射される場合における網膜２６への投射を示す図である。
　図１３（ａ）のように、走査ミラー１４で走査されたレーザ光３４からなる走査光は、上述の図６（ａ）から図６（ｃ）等で説明したように、瞳孔２８を通過するために、投射ミラー２４によって瞳孔２８の近傍に収束される。走査光の瞳孔２８の近傍での収束範囲は、例えば直径２ｍｍ程度の範囲とすることが好ましい。走査光内のレーザ光３４が平行光の状態で投射ミラー２４に入射する場合、このような集光パワーを有する投射ミラー２４によって、レーザ光３４も瞳孔２８の近傍で集光されることになる。レーザ光３４は、瞳孔２８の近傍で集光されることによって、網膜２６に発散光として投射される。これにより、網膜２６に投射されるレーザ光３４のビームスポットサイズが大きくなってしまい、網膜２６にデフォーカスしたような画像が投影されてしまうことが生じ得る。
　一方、図１３（ｂ）のように、レーザ光３４を、投射ミラー２４の手前で集光させ、発散光の状態で投射ミラー２４に入射させることで、投射ミラー２４の集光パワーによって、眼球２２に例えば平行光で入射させることができる。平行光で眼球２２に入射されたレーザ光３４は、水晶体６４によって網膜２６の近傍に集光される。これにより、網膜２６に投射されるレーザ光３４のビームスポットサイズを適切な大きさにすることができる。なお、投射ミラー２４に入射する際のレーザ光３４の大きさは、眼球２２に入射する際の径が瞳孔２８よりも細くなる程度に、小さい径であることが好ましい。
　実施例４の画像投影装置は、図１２のように、光ファイバ６０から出射されたレーザ光３４を集光させる集光レンズ６２が設けられている。このため、光ファイバ６０から出射されたレーザ光３４は、集光レンズ６２によって収束光とされる。ここで、集光レンズ６２に、レーザ光３４が走査ミラー１４と投射ミラー２４との間で集光する微妙な収束光となるようなレンズが選択される。これにより、走査光内のレーザ光３４は、発散光の状態で投射ミラー２４に入射される。よって、図１３（ｂ）で説明したように、網膜２６に投射されるレーザ光３４のビームスポットサイズを適切な大きさにすることができる。
　このように、実施例４によれば、走査光内のレーザ光３４を投射ミラー２４に発散光で入射させる集光レンズ６２（光学手段）が設けられている。これにより、図１３（ｂ）で説明したように、レーザ光３４を、ユーザの眼球２２の水晶体６４によって網膜２６の近傍に集光される光線（例えば平行光）で眼球２２に入射させることができる。よって、網膜２６に投射されるレーザ光３４のビームスポットサイズを適切な大きさにすることができ、ユーザに良好な画像を提供することができる。
　実施例４では、図１２のように、光学手段として集光レンズ６２を設けた場合を例に示したが、集光レンズ６２の代わりに、走査光内のレーザ光３４を小さい径の発散光として投射ミラー２４に入射させるような、発散レンズを用いてもよい。
　図１４は、実施例４の変形例１に係る画像投影装置を上方から見た図である。なお、図１４においても、図１２と同様に、１本のレーザ光（レーザビーム）を拡大して図示している。図１４のように、実施例４の変形例１は、メガネのツル１０に集光レンズの代わりにコリメートレンズ６６が設けられ、走査ミラー１４と投射ミラー２４との間の走査光の光路に凹面ミラー６８が設けられている点で実施例４と異なる。
　実施例４の変形例１の画像投影装置は、光ファイバ６０から出射されたレーザ光３４は、コリメートレンズ６６によって平行光となって、走査ミラー１４に入射する。走査ミラー１４で走査されたレーザ光３４からなる走査光は、凹面ミラー６８に入射する。これにより、走査光内のレーザ光３４は、凹面ミラー６８によって投射ミラー２４の手前で集光する収束光となり、投射ミラー２４に発散光となって入射する。このように、凹面ミラー６８には、走査光内のレーザ光３４が投射ミラー２４の手前で集光するようなミラーを選択する。これにより、実施例４と同様に、走査光内のレーザ光３４を、ユーザの眼球２２の水晶体６４によって網膜２６の近傍に集光される光線（例えば平行光）で眼球２２に入射させることができる。よって、網膜２６に投射されるレーザ光３４のビームスポットサイズを適切な大きさにすることができ、ユーザに良好な画像を提供することができる。
　実施例４の変形例１では、光学手段として凹面ミラー６８を設けた場合を例に示したが、凹面ミラー６８の代わりに、走査光内のレーザ光３４を小さい径の発散光として投射ミラー２４に入射させるような、凸面ミラーを用いてもよい。
　実施例４及び実施例４の変形例１のように、走査光内のレーザ光３４を発散光で投射ミラー２４に入射させる光学手段は、走査ミラー１４に到達する前のレーザ光３４の光路に設けてもよいし、走査ミラー１４で走査されたレーザ光３４からなる走査光の光路に設けてもよい。なお、上述の眼球２２に入射するレーザ光３４が平行光であるとは、完全な平行光の場合に限らず、水晶体６４によって網膜２６に集光できる程度の平行光を含むものである。
　実施例１では、図１から図３のように、メガネのレンズ２０の眼球２２側の面に、自由曲面と回折面の合成構造（曲面上に反射型の回折面が設けられた構造）をしたハーフミラーからなる投射ミラー２４が設けられた場合を例に示した。しかしながら、この場合、適切な設計が施された投射ミラー２４を、レンズ２０の眼球２２側の面に設けることが難しい場合がある。即ち、レンズ２０の眼球２２側の面に投射ミラー２４を設ける構造では、レーザ光３４を眼球２２の網膜２６に投射させるという投射ミラーとしての機能と、レンズ２０を介して対象物を見るというメガネのレンズとしての機能と、を両立させることが難しい場合がある。また、投射ミラー２４に設けられる回折素子は、レーザ光３４を網膜２６に投射させるために、ピッチ間隔が一定ではない。このため、曲面上に不等ピッチ且つ非軸対称の回折素子を描画・加工することになる。また、回折角の大きい箇所では回折素子のピッチ間隔を波長程度まで狭くすることになる。このようなため、投射ミラー２４の製造は難しいものとなってしまう。そこで、実施例５では、投射ミラーとしての機能とメガネのレンズとしての機能とを両立させることが可能な例について説明する。
　図１５（ａ）は、実施例５に係る画像投影装置の一部を示す上面図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の範囲Ａを拡大した上面図であり、図１５（ｃ）は、図１５（ｂ）の範囲Ｂを拡大した上面図である。図１６は、図１５（ｃ）の範囲Ｃを拡大した断面図である。なお、図１５（ａ）から図１５（ｃ）は、実施例４の図１２と同様に、有限の光束径を有する１本のレーザ光（レーザビーム）を拡大して図示している。
　図１５（ａ）から図１６のように、メガネのレンズ２０ａは、眼球２２側から順に第１レンズ部７０と第２レンズ部７２とが設けられ、第１レンズ部７０と第２レンズ部７２との間に透過型の回折素子７４が設けられている。第１レンズ部７０と第２レンズ部７２とは、同じ硝材からなる場合でも、異なる硝材からなる場合でもよく、メガネレンズの性能や回折素子の性能等を考慮して適宜選択することができる。第１レンズ部７０と第２レンズ部７２とは、回折素子７４を挟んで密着している場合でもよいが、図１６のように、回折素子７４の片側に空気層７６が介在している場合でもよい。これにより、回折素子７４の製法の自由度を向上させることができる。なお、図１６では、第１レンズ部７０の上面が平面で、第２レンズ部７２の下面に凹凸が形成されている場合を例に示しているが、反対の場合でも勿論よい。
　回折素子７４は、例えば眼球２２が正面を向いた状態における瞳孔２８に対して平行な方向に直線状に延在している。なお、回折素子７４は、眼球２２が正面を向いた状態における瞳孔２８に対して傾いて延在していてもよい。例えば、回折角の観点から、レーザ光３４が入射する側（図１５（ａ）では左側）ではレンズ２０ａの眼球２２とは反対側の面に近く、レーザ光３４が入射する側とは反対側（図１５（ａ）では右側）ではレンズ２０ａの眼球２２側の面に近くなるように、回折素子７４を傾けて延在させてもよい。回折素子７４は、レンズ２０ａ全体に亘って設けられていてもよいが、例えば２０ｍｍ×２０ｍｍ程度の範囲内に設けられていてもよい。
　第２レンズ部７２の眼球２２とは反対側の面には、例えば反射膜７８がコーティングされている。詳しくは後述するが、レンズ２０ａと反射膜７８とは、走査ミラーで走査されたレーザ光３４（走査光）を眼球２２の網膜２６に投射して、網膜２６に画像を投影する投射ミラー２４ａとして機能する。つまり、実施例５では、実施例１から４とは異なり、第１レンズ部７０の眼球２２側の面にハーフミラーは設けられていない。その他の構成は、実施例４の図１２と同じであるため説明を省略する。
　次に、光源１２から出射されたレーザ光３４が眼球２２の網膜２６に到達するまでの光路について、図１２と図１５（ａ）から図１５（ｃ）とを用いて説明する。実施例４の図１２で説明したように、光源１２から出射され、光ファイバ６０を介して導入されたレーザ光３４は、集光レンズ６２によって収束光とされた後、走査ミラー１４で走査される。集光レンズ６２は、レーザ光３４が走査ミラー１４とレンズ２０ａとの間で集光する微妙な収束光となるようなレンズが選択されている。これにより、走査光内のレーザ光３４は、発散光の状態でレンズ２０ａに入射する。
　走査光内のレーザ光３４は、レンズ２０ａのうちの眼球２２側に配置された第１レンズ部７０に、眼球２２側から入射する。レーザ光３４は、第１レンズ部７０に入射する際、例えば第１レンズ部７０の厚さ方向に屈折する。第１レンズ部７０に入射されたレーザ光３４は、回折素子７４を通過して、第２レンズ部７２に入射する。レーザ光３４は、第２レンズ部７２に入射する際、例えば第２レンズ部７２の厚さ方向に屈折する。第２レンズ部７２の眼球２２とは反対側の面に設けられた反射膜７８は、レーザ光３４の波長の光を選択的に反射させる性質を有し、例えばレーザ光３４の大部分（例えば９５％程度）を透過させるが、一部（例えば５％程度）を反射させる性質を有する。したがって、第２レンズ部７２に入射されたレーザ光３４の一部は、第２レンズ部７２の眼球２２とは反対側の面で反射する。反射されたレーザ光３４は、回折素子７４と第１レンズ部７０を通過して、第１レンズ部７０から出射する。第１レンズ部７０から出射されたレーザ光３４は、眼球２２の瞳孔２８及び水晶体６４を通過して、網膜２６に投射される。
　実施例５によれば、図１５（ａ）から図１５（ｃ）のように、投射ミラー２４ａに含まれるレンズ２０ａは、ユーザの眼球２２側から順に設けられた第１レンズ部７０及び第２レンズ部７２と、第１レンズ部７０と第２レンズ部７２との間に設けられた回折素子７４と、を含む。そして、レーザ光３４からなる走査光は、ユーザの眼球２２側から第１レンズ部７０に入射した後、第２レンズ部７２のユーザの眼球２２とは反対側の面で反射されて、ユーザの眼球２２の網膜２６に投射される。このような構成とすることで、レーザ光３４からなる走査光を眼球２２の網膜２６に投射させるという投射ミラーとしての機能と、レンズ２０ａを介して対象物を見るというメガネのレンズとしての機能と、を両立させることができる。例えば、第２レンズ部７２の眼球２２とは反対側の面の透過率と反射率とを適切に設定すること及び回折素子７４の回折効率を適切に設定することで、投射ミラー（画像投影装置用の部品）としての機能とメガネのレンズとしての機能とを両立させることができる。
　図１６等のように、回折素子７４は、第１レンズ部７０と第２レンズ部７２との間で回折面が平面上に設けられていることが好ましい。これにより、回折素子７４の製造容易性を向上させることができる。また、実施例１のようにレンズ２０の眼球２２側の面に投射ミラー２４を設ける構造では、上述したように、回折角の大きい箇所では回折素子のピッチ間隔が狭くなる。一方、実施例５では、以下の理由によって、回折素子７４のピッチ間隔が狭くなるのを抑制できる。１つ目の理由は、レーザ光３４は、第１レンズ部７０の厚さ方向に屈折して第１レンズ部７０に入射するため、回折素子７４への入射角度が小さくなる。このため、回折素子７４の回折パワーを抑えることができるためである。２つ目の理由は、例えば近視用メガネ、遠視用メガネ、及び老眼鏡等のメガネにおいて、第２レンズ部７２は眼球２２の反対側に凸の形状を通常しており、第２レンズ部７２の眼球２２に反対側の面はレーザ光３４に対して凹面となる。このため、レーザ光３４を収束光とする作用が働き、これによっても回折素子７４の回折パワーを抑えることができるためである。３つ目の理由は、レーザ光３４は回折素子７４を２回通過するため、これによっても回折素子７４の回折パワーを抑えることができるためである。回折素子７４のピッチ間隔が狭くなるのを抑制できるため、この点においても、製造容易性を向上させることができる。
　図１５（ａ）から図１５（ｃ）では、第２レンズ部７２の眼球２２とは反対側の面に反射膜７８が設けられ、レーザ光３４は反射膜７８で反射される場合を例に示したが、この場合に限られる訳ではない。レーザ光３４が第２レンズ部７２の眼球２２とは反対側の面で反射されるのであれば、第２レンズ部７２の眼球２２とは反対側の面に反射膜７８が設けられていない場合でもよい。
　光源１２から単一の波長のレーザ光が出射される場合は、図１５（ａ）から図１６のように、回折素子７４を１層設ければよいが、複数の波長のレーザ光（例えば、赤、緑、青色のレーザ光）が出射される場合は、上述したように、波長毎に回折角が変わるため、これでは対応できない。この場合は、レンズ２０ａ内に、複数の波長のレーザ光それぞれに適した回折素子７４を複数層設ける構造とすればよい。
　実施例５では、走査ミラー１４で走査されたレーザ光３４からなる走査光が、レンズ２０ａを含む投射ミラー２４ａによって眼球２２の網膜２６に投射されて、網膜２６に画像を投影する画像投影装置の場合を例に示した。しかしながら、この場合に限られず、光源から出射されたレーザ光が、レンズ２０ａを含む投射ミラー２４ａによって眼球２２に投射される態様の投射装置の場合であればよい。例えば、眼の検査・治療のためにレーザ光を眼球の網膜や虹彩等に投射する場合等にも適用することができる。
　実施例１から実施例３では、光源１２と走査ミラー１４とが、メガネのツル１０の外側に設けられている場合を例に示したが、メガネのツル１０の幅を広げて、ツル１０の内側に設けられる場合でもよい。また、実施例１から実施例３では、光源１２がメガネのツル１０に設けられている場合を例に示したが、実施例４及び実施例５のように、光源１２がメガネとは別に設けられている場合でもよい。また、実施例４及び実施例５においても、実施例１から実施例３のように、光源１２がメガネのツル１０に設けられている場合でもよい。
　実施例１から実施例５では、レーザ光を２次元方向に走査する走査部として走査ミラー１４（例えばＭＥＭＳミラー）を用いた場合を例に示したが、２次元方向に走査することが可能であれば、例えば、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。また、実施例１から実施例５では、片方の眼球２２の網膜２６に画像を投影させる場合を例に示したが、両方の眼球２２の網膜２６に画像を投影させる場合にも本発明を適用することができる。
　以上、発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係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。

Claims (12)

  1. 　レーザ光を出射する光源と、
    　前記光源から出射された前記レーザ光を２次元方向に走査する走査部と、
    　前記走査部で走査された前記レーザ光からなる走査光をユーザの眼球の網膜に投射して、前記網膜に画像を投影する投射ミラーと、を備え、
    　前記光源から出射された前記レーザ光は、前記走査部が駆動する範囲の一部を用いて走査されることを特徴とする画像投影装置。
  2. 　前記光源から出射された前記レーザ光は、前記ユーザの眼球の動きによって、前記走査部が駆動する範囲の異なる位置で走査されることを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
  3. 　入力された画像データを、一方の縦辺から他方の縦辺にかけて徐々に画像の高さを変化させ且つ徐々に画像の湾曲を変化させた補正画像データを作成する制御部を備え、
    　前記補正画像データに基づいて、前記光源から前記レーザ光が出射され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。
  4. 　入力された画像データを回転させ且つ一方の縦辺から他方の縦辺にかけて徐々に画像の湾曲を変化させた補正画像データを作成する制御部を備え、
    　水平方向の走査振幅が垂直方向で徐々に変化する前記走査部を回転させて用い、
    　前記補正画像データに基づいて、前記光源から前記レーザ光が出射され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。
  5. 　前記走査光は、前記投射ミラーによって前記ユーザの眼球の瞳孔よりも網膜側に収束する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。
  6. 　前記投射ミラーは、自由曲面または自由曲面と回折面との合成構造を有す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。
  7. 　前記走査光内のレーザ光を前記投射ミラーに発散光で入射させる光学手段を備える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。
  8. 　前記投射ミラーで投射された前記走査光内のレーザ光は、前記ユーザの眼球の水晶体によって前記眼球の網膜近傍に集光される光線で前記眼球に入射されることを特徴とする請求項７記載の画像投影装置。
  9. 　レーザ光を出射する光源と、
    　前記光源から出射された前記レーザ光を２次元方向に走査する走査部と、
    　前記走査部で走査された前記レーザ光からなる走査光をユーザの眼球の瞳孔近傍に収束させた後、前記ユーザの眼球の網膜に投射して、前記網膜に画像を投影する投射ミラーと、
    　前記走査光内のレーザ光を前記投射ミラーに発散光で入射させる光学手段と、を備えることを特徴とする画像投影装置。
  10. 　前記投射ミラーで投射された前記走査光内のレーザ光は、前記ユーザの眼球の水晶体によって前記眼球の網膜近傍に集光される光線で前記眼球に入射されることを特徴とする請求項９記載の画像投影装置。
  11. 　前記投射ミラーは、前記ユーザの眼球の前方に配置されたメガネのレンズを含み、
    　前記レンズは、前記ユーザの眼球側から順に配置された第１レンズ部及び第２レンズ部と、前記第１レンズ部と前記第２レンズ部との間に設けられた回折素子と、を含み、
    　前記レーザ光からなる走査光は、前記ユーザの眼球側から前記第１レンズ部に入射した後、前記第２レンズ部の前記ユーザの眼球とは反対側の面で反射されて、前記ユーザの眼球の網膜に投射されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項記載の画像投影装置。
  12. 　レーザ光を出射する光源と、
    　ユーザの眼球の前方に配置されたメガネのレンズを含み、前記レーザ光を前記ユーザの眼球に投射する投射ミラーと、を備え、
    　前記レンズは、前記ユーザの眼球側から順に配置された第１レンズ部及び第２レンズ部と、前記第１レンズ部と前記第２レンズ部との間に設けられた回折素子と、を含み、
    　前記レーザ光は、前記ユーザの眼球側から前記第１レンズ部に入射した後、前記第２レンズ部の前記ユーザの眼球とは反対側の面で反射されて、前記ユーザの眼球に投射されることを特徴とする投射装置。
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