WO2018225322A1 - 画像投影装置 - Google Patents

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WO2018225322A1
WO2018225322A1 PCT/JP2018/009941 JP2018009941W WO2018225322A1 WO 2018225322 A1 WO2018225322 A1 WO 2018225322A1 JP 2018009941 W JP2018009941 W JP 2018009941W WO 2018225322 A1 WO2018225322 A1 WO 2018225322A1
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reflecting mirror
image
scanning
light
curved
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PCT/JP2018/009941
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鈴木誠
山本恵
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株式会社Ｑｄレーザ
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Definitions

  • the present invention relates to an image projection apparatus.
  • An image projection apparatus such as a head mounted display that projects an image directly onto a user's retina using a light beam emitted from a light source is known.
  • a method called Maxwell vision is used.
  • Maxwell vision scanning light forming an image is converged near the pupil to project the image on the retina.
  • image projectors described in Patent Document 1 and Patent Document 2 are known.
  • An image projection apparatus which has a configuration in which scanning light forming an image is made incident on a reflection mirror disposed in front of the user's face from the side of the user's face, and the reflection mirror reflects the scanning light toward the user's retina. It is done.
  • an image projection apparatus leaves room for improvement in projecting a good image on the user's retina.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a user with a good image.
  • the present invention comprises a light source for emitting a light beam, a control unit for generating an image light beam based on input image data to control emission of the image light beam from the light source, and the image emitted from the light source
  • a scanning unit configured to scan a light beam as scanning light
  • a projection unit configured to project the image onto the retina of the user's eye by irradiating the scanning light onto the retina of the user's eye, the projection unit emitting light from the scanning unit
  • a second optical system which converges the second virtual surface located in the vicinity of the pupil inside the eye of the user at substantially the same angle as the emission angle from the first virtual surface.
  • the scanning unit and the first virtual surface are in substantially conjugate conjugate relation via the first optical system, and the first virtual surface and the second virtual surface are It can be set as the structure which has a conjugate relationship of substantially equal magnification via the said 2nd optical system.
  • the first optical system includes a first curved reflecting mirror, and a second curved reflecting mirror positioned downstream of the first curved reflecting mirror and reflecting the scanning light to the first virtual surface.
  • the second optical system includes a third curved reflecting mirror and a fourth curved reflecting mirror positioned downstream of the third curved reflecting mirror and reflecting the scanning light to the second virtual surface, and
  • the bending angle at which the image light ray corresponding to the center of the image is reflected by the first curved reflecting mirror, the second curved reflecting mirror, the third curved reflecting mirror, and the fourth curved reflecting mirror is substantially the same. It can be the same configuration.
  • the first curved reflecting mirror and the fourth curved reflecting mirror are disposed at point symmetrical positions with the point on the first virtual surface as a symmetrical point, and the second curved reflecting mirror and the third curved surface
  • the reflecting mirror may be arranged at point-symmetrical positions with the point on the first virtual surface as a point of symmetry.
  • At least one of the first optical system and the second optical system can be configured to include a plane reflection mirror.
  • the first curved surface reflection mirror and the fourth curved surface reflection mirror can be made of the same component, and the second curved surface reflection mirror and the third curved surface reflection mirror can be made of the same component.
  • the image light beam when entering the first optical system from the scanning unit is substantially parallel light
  • the image light beam when entering the second virtual surface from the second optical system is substantially parallel It can be configured to be light
  • the present invention comprises a light source for emitting a light beam, a control unit for generating an image light beam based on input image data to control emission of the image light beam from the light source, and the image emitted from the light source
  • a scanning unit configured to scan a light beam as scanning light
  • a projection unit configured to project the image onto the retina of the user's eye by irradiating the scanning light onto the retina of the user's eye, the projection unit emitting light from the scanning unit
  • a second optical system for converging on a second virtual surface located, wherein the first optical system and the second optical system are respectively constituted by a plurality of curved reflecting mirrors, and are reflected by the plurality of curved reflecting mirrors.
  • the size of the bending angle of the scanning light is substantially the same, An image projection device.
  • the first optical system may be a second curved reflecting mirror that is positioned after the first curved reflecting mirror and the first curved reflecting mirror and reflects the scanning light to the first virtual surface.
  • the second optical system is provided with a third curved reflecting mirror and a third curved reflecting mirror as the plurality of curved reflecting mirrors, and the scanning light is placed on the second virtual surface.
  • a fourth curved reflecting mirror for reflecting wherein the first curved reflecting mirror and the fourth curved reflecting mirror are disposed at point symmetrical positions with respect to a point on the first virtual surface as a point of symmetry.
  • the curved reflecting mirror and the third curved reflecting mirror may be arranged at point-symmetrical positions with the point on the first virtual surface as a symmetrical point.
  • the first curved surface reflection mirror and the fourth curved surface reflection mirror can be made of the same component, and the second curved surface reflection mirror and the third curved surface reflection mirror can be made of the same component.
  • the first optical system causes the scanning light emitted from the scanning unit to converge on the first virtual surface at substantially the same angle as the scanning angle of the scanning unit
  • the second optical system is configured to The scanning light having passed through the first virtual surface may be converged on the second virtual surface at substantially the same angle as the emission angle from the first virtual surface.
  • the scanning unit and the first virtual surface are in substantially conjugate conjugate relation via the first optical system, and the first virtual surface and the second virtual surface are It can be set as the structure which has a conjugate relationship of substantially equal magnification via the said 2nd optical system.
  • At least one of the first optical system and the second optical system can be configured to include a plane reflection mirror.
  • the image light beam when entering the first optical system from the scanning unit is substantially parallel light
  • the image light beam when entering the second virtual surface from the second optical system is substantially parallel It can be configured to be light
  • FIG. 1 is a top view of an image projection apparatus according to a first embodiment.
  • FIGS. 2A and 2B are enlarged views of the projection unit of FIG.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the state of the laser beam propagating through the projection unit.
  • FIG. 4 is a view of an image projection apparatus according to Comparative Example 1 as viewed from above.
  • FIG. 5 is a diagram showing the results of experiments conducted by the inventor.
  • FIG. 6 is a top view of the image projector according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a top view of an image projection apparatus 100 according to a first embodiment.
  • 2 (a) and 2 (b) are enlarged views of the projection unit 16 of FIG.
  • the image projector 100 according to the first embodiment includes a light source 10, a collimator lens 12, a scanning mirror 14, a projector 16, an image input unit 30, and a controller 32.
  • the image projection apparatus 100 of the first embodiment is, for example, a glasses type.
  • the light source 10 and the collimating lens 12 are disposed on the temple side of the glasses.
  • the scanning mirror 14 and the projection unit 16 are installed on the lens side of the glasses.
  • the image input unit 30 and the control unit 32 may be provided, for example, in an external device (for example, a portable terminal) without being provided in glasses, or may be provided in a temple of glasses.
  • the image input unit 30 receives image data from a camera and / or a recording device (not shown).
  • the control unit 32 controls the emission of the laser beam 40 from the light source 10 based on the input image data.
  • the light source 10 emits, for example, laser light 40 of a single or a plurality of wavelengths under the control of the control unit 32.
  • Examples of the light source 10 include a light source in which laser diode chips of RGB (red / green / blue) and a three-color combining device are integrated.
  • RGB red / green / blue
  • the control unit 32 is a processor such as a CPU (Central Processing Unit), for example. If the camera is placed at an appropriate position of the image projection apparatus 100 with the camera directed to the direction of the line of sight of the user's eye 50, an image in the direction of the line of sight taken by this camera can be projected onto the retina 52. In addition, an image input from a recording device or the like is projected, or a camera image and an image from the recording device or the like are superimposed on the control unit 32 to project a so-called virtual reality (AR: Augmented Reality) image. You can also
  • the collimator lens 12 makes the laser beam 40 emitted from the light source 10 substantially parallel light.
  • the substantially parallel light is not limited to the case of perfect parallel light, but includes, for example, light slightly converged or diverged.
  • the scanning mirror 14 scans the laser beam 40 having passed through the collimating lens 12 in a two-dimensional direction and emits a scanning beam 42.
  • the scanning mirror 14 is, for example, a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror, and scans the laser light 40 in two dimensions in the horizontal direction and the vertical direction.
  • the scanning light 42 emitted from the scanning mirror 14 enters the projection unit 16.
  • the projection unit 16 projects an image on the retina 52 by irradiating the retina 52 of the eye 50 of the user with the scanning light 42 emitted from the scanning mirror 14.
  • the user recognizes an image by the afterimage effect of the scanning light 42 irradiated to the retina 52.
  • the projection unit 16 is an optical system including an optical system 18 and an optical system 24.
  • the optical system 18 includes a curved reflecting mirror 20 and a curved reflecting mirror 22.
  • the reflecting surfaces of the curved reflecting mirror 20 and the curved reflecting mirror 22 are curved surfaces such as free curved surfaces.
  • the curved reflecting mirror 20 and the curved reflecting mirror 22 are, for example, reflecting mirrors having the same focal length (the same radius of curvature).
  • the outer shape of the curved reflection mirror 20 is larger than that of the curved reflection mirror 22.
  • the optical system 24 includes a curved reflecting mirror 26 and a curved reflecting mirror 28.
  • the reflecting surfaces of the curved reflecting mirror 26 and the curved reflecting mirror 28 are curved surfaces such as free curved surfaces.
  • the curved reflecting mirror 26 and the curved reflecting mirror 28 are, for example, reflecting mirrors having the same focal length (the same radius of curvature).
  • the outer shape of the curved reflecting mirror 28 is larger than that of the curved reflecting mirror 26.
  • the focal lengths of the curved reflecting mirror 20 and the curved reflecting mirror 22 and the focal distances of the curved reflecting mirror 26 and the curved reflecting mirror 28 are not limited to the case where they are completely the same. It may be substantially the same to such an extent that the quality of the image projected onto the retina 52 is not affected.
  • the curved reflecting mirror 20 and the curved reflecting mirror 28 have, for example, the same shape and consist of the same parts.
  • the curved reflecting mirror 22 and the curved reflecting mirror 26 have, for example, the same shape and are made of the same parts. Therefore, the curved reflecting mirror 20, the curved reflecting mirror 22, the curved reflecting mirror 26, and the curved reflecting mirror 28 have, for example, the same focal length (the same radius of curvature).
  • the curved reflecting mirror 20 and the curved reflecting mirror 28 are disposed at point-symmetrical positions about the point 60.
  • the curved reflecting mirror 22 and the curved reflecting mirror 26 are disposed at point-symmetrical positions about the point 60.
  • the scanning light 42 emitted from the scanning mirror 14 is reflected in order of the curved reflecting mirror 20 and the curved reflecting mirror 22. , Converges on the virtual surface 62.
  • the scanning angle ⁇ 1 of the scanning mirror 14 and the convergence angle ⁇ 2 at which the scanning light 42 converges on the virtual surface 62 are the same. That is, in the scanning light 42, the scanning mirror 14 and the virtual surface 62 are in an equimolar conjugate relationship via the optical system 18.
  • the scanning light 42 that has passed through the virtual surface 62 is virtual after being reflected in order of the curved reflecting mirror 26 and the curved reflecting mirror 28. It converges to the surface 64.
  • the scanning angle ⁇ 1 and the convergence angle ⁇ 2 and the emission angle ⁇ 3 and the convergence angle ⁇ 4 are not limited to the case of completely the same angle, but substantially the same angle to the extent that the quality of the image projected onto the retina 52 is not affected.
  • the scanning mirror 14 and the virtual surface 62 may have a conjugate relationship of approximately equal magnification via the optical system 18, and the virtual surface 62 and the virtual surface 64 may have approximately equal magnification via the optical system 24. It may be a conjugate relationship of
  • the laser beam 40a corresponding to the center of the image projected onto the retina 52 in the scanning light 42 has a bending angle ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3 by the curved reflecting mirrors 20, 22, 26, 28. , 4 4 are all the same size.
  • the bending angle is the sum of the incident angle and the reflection angle.
  • the sum of the optical path length L1 from the scanning mirror 14 to the curved reflection mirror 20 and the optical path length L3 from the curved reflection mirror 22 to the virtual surface 62 is a curved reflection mirror.
  • the optical path length L2 from 20 to the curved reflecting mirror 22 is the same.
  • the sum of the optical path length L4 from the virtual surface 62 to the curved reflecting mirror 26 and the optical path length L6 from the curved reflecting mirror 28 to the virtual surface 64 is the same as the optical path length L5 from the curved reflecting mirror 26 to the curved reflecting mirror 28. It has become.
  • the bending angles ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3 and ⁇ 4 are not limited to the case of completely the same size, but may be the case of approximately the same size to the extent that the quality of the image projected onto the retina 52 is not affected.
  • the sum of the optical path length L1 and the optical path length L3 may be substantially the same as the optical path length L2, or the sum of the optical path length L4 and the optical path length L6 may be substantially the same as the optical path length L5.
  • FIG. 3 is a view for explaining the state of the laser beam 40 propagating through the projection unit 16.
  • the laser beam 40 constituting the scanning light 42 emitted from the scanning mirror 14 is incident on the curved reflecting mirror 20 as substantially parallel light.
  • the laser beam 40 is reflected by the curved reflecting mirror 20 to become convergent light, and after being condensed before reaching the curved reflecting mirror 22, it becomes diverging light and enters the curved reflecting mirror 22.
  • the laser beam 40 is reflected by the curved reflecting mirror 22 to become substantially parallel light, and is incident on the virtual surface 62.
  • the laser beam 40 having passed through the virtual surface 62 enters the curved reflecting mirror 26 as substantially parallel light.
  • the laser beam 40 is reflected by the curved reflecting mirror 26 to become convergent light, and after being condensed before reaching the curved reflecting mirror 28, it becomes diverging light and enters the curved reflecting mirror 28.
  • the laser beam 40 is reflected by the curved reflecting mirror 28 to become substantially parallel light, and is incident on the virtual surface 64.
  • the laser beam 40 is focused near the retina 52 by the lens 56 of the user's eye 50.
  • FIG. 4 is a view of an image projection apparatus 500 according to Comparative Example 1 as viewed from above.
  • the projection unit is composed of one curved reflecting mirror 70 disposed in front of the user's eye 50.
  • the laser beam 40 emitted from the light source 10 is reflected by the reflection mirror 34 and enters the scanning mirror 14.
  • the scanning light 42 scanned by the scanning mirror 14 is reflected by the curved reflecting mirror 70 and is applied to the retina 52.
  • the other configuration is the same as that of the first embodiment, and hence the description is omitted.
  • the laser light 40 when entering the cornea 58 of the eye 50 Is smaller than the diameter of the laser beam 40 when scanned by the scanning mirror 14.
  • the diameter of the laser beam 40 when entering the cornea 58 becomes smaller, it becomes difficult to project a high resolution image on the retina 52.
  • the experiment shows that the retina is different when the diameter of the laser beam 40 when entering the cornea 58 is different for a plurality of users whose visual acuity is different from 0.04, 0.5, 0.9, and 1.2. This was done by measuring how much the user can view the image projected on the 52.
  • Images projected onto the retina 52 were images with a horizontal viewing angle of 20 °, a screen aspect ratio of 16: 9, and an effective vertical resolution of 720.
  • the size of the image projected onto the retina 52 is 5700 ⁇ m wide ⁇ 3200 ⁇ m long.
  • FIG. 5 is a diagram showing the results of experiments conducted by the inventor.
  • the horizontal axis in FIG. 5 is the original visual acuity, and the vertical axis is the acquired visual acuity.
  • Raw visual acuity refers to the above mentioned visual acuity as measured by a common vision test.
  • Acquired visual acuity refers to visual acuity for an image directly projected on the retina 52 by being irradiated with scanning light.
  • the result when the diameter of the laser beam 40 when entering the cornea 58 is 310 ⁇ m is shown by a solid line
  • the result when it is 470 ⁇ m is shown by a dotted line
  • the result when it is 820 ⁇ m is shown by an alternate long and short dash line at 1360 ⁇ m.
  • the results for one case are shown in dashed lines.
  • the laser beam 40 enters the cornea 58 as substantially parallel light.
  • the acquired visual acuity is high. That is, a high resolution image can be projected onto the retina 52 when the diameter of the laser beam 40 when entering the cornea 58 is large, but a high resolution image when the diameter of the laser beam 40 when entering the cornea 58 is small It can be seen that it is difficult to project the light onto the retina 52.
  • the projection unit 16 is configured to virtually scan the scanning light 42 emitted from the scanning mirror 14 at a convergence angle ⁇ 2 of substantially the same size as the scanning angle ⁇ 1 of the scanning mirror 14
  • the optical system 18 which converges on the surface 62, and the optical system 24 which converges the scanning light 42, which has passed through the virtual surface 62, on the virtual surface 64 at a convergence angle ⁇ 4 substantially the same as the emission angle ⁇ 3 from the virtual surface 62 Prepare.
  • the scanning mirror 14 and the virtual surface 62 have a substantially equal magnification conjugate relationship through the optical system 18, and the virtual surface 62 and the virtual surface 64 have a substantially equal magnification conjugate relationship with the optical system 24. It has become. Thereby, the diameter of the laser beam 40 when entering the cornea 58 can be made substantially the same size as the diameter of the laser beam 40 when scanned by the scanning mirror 14. Thus, a high resolution image can be projected onto the retina 52, and a good image can be provided to the user.
  • the laser beam 40a corresponding to the center of the image enters the lens 56 as substantially parallel light and focuses in the vicinity of the retina 52 (that is, the focusing position Fa of the laser beam 40a is in the vicinity of the retina 52)
  • the laser beam 40b corresponding to one end of the image is incident on the lens 56 as diffused light and focused at a distance farther than the retina 52.
  • the laser beam 40c corresponding to the other end of the image is incident on the lens 56 as convergent light and is focused closer than the retina 52.
  • the focusing position Fb of the laser beam 40b is farther from the curved reflecting mirror 70 than the retina 52, and the focusing position Fc of the laser beam 40c is the retina This position is closer to the curved reflecting mirror 70 than 52.
  • the reason why the in-focus position Fc is different from the in-focus position Fa is because the curvature in the area where the laser beam 40a to the laser beam 40c enters the curved reflection mirror 70 is different and / or the optical path of the laser beam 40c from the laser beam 40a This is because there is a difference in length. If unfocused laser light 40 is generated near the retina 52, it will be difficult to provide a good image to the user. Further, in the image projection apparatus 500 of Comparative Example 1, when the laser light 40 is emitted from the light source 10 based on the rectangular image data, the image projected onto the retina 52 seems to be a trapezoid instead of being rectangular. Results in Therefore, also in this respect, it is difficult to provide a user with a good image.
  • the bending angles ⁇ 1 to ⁇ 4 of the laser light 40a corresponding to the center of the image of the scanning light 42 by the curved reflection mirrors 20, 22, 26, 28 are all the same. Therefore, the curved reflection mirror 20 and the curved reflection mirror 28 are disposed at point symmetry positions with the point 60 as a symmetry point, and the curved reflection mirror 22 and the curved reflection mirror 26 are disposed at point symmetry positions with the point 60 as a symmetry point. It is done.
  • the influence of the curvature of the curved reflection mirrors 20 and 22 of the optical system 18 on the laser light 40 can be offset by the influence of the curvature of the curved reflection mirrors 26 and 28 of the optical system 24 on the laser light 40.
  • the optical path length difference generated in the laser beam 40 by the curved surface reflecting mirrors 20 and 22 of the optical system 18 can be canceled by the optical path length difference generated in the laser beam 40 by the curved surface reflecting mirrors 26 and 28 of the optical system 24. Therefore, the generation of the laser light 40 which is not focused near the retina 52 can be suppressed, and a good image can be provided to the user.
  • the laser light 40 is emitted from the light source 10 based on rectangular image data, it is possible to project a rectangular image on the retina 52, and also in this respect, it is possible to provide a good image to the user. .
  • the curved reflecting mirror 28 for reflecting the scanning light 42 toward the eye 50 of the user is disposed in front of the eye 50.
  • the scanning light 42 irradiated to the eye 50 from the scanning mirror 14 via the optical system 18 and the optical system 24 irradiates the eye 50 in a state equivalent to the state where the scanning mirror 14 is disposed in front of the eye 50 Will be
  • the curved reflecting mirror 20 of the optical system 18 and the curved reflecting mirror 28 of the optical system 24 are made of the same component, and the curved reflecting mirror 22 of the optical system 18 and the curved reflecting mirror 26 of the optical system 24 are It consists of the same parts.
  • the types of curved reflecting mirrors can be reduced, and an increase in cost can be suppressed.
  • the curved reflecting mirrors 20 and 28 are made of the same component in terms of both suppressing the increase in cost and improving the freedom of arrangement of the curved reflecting mirrors 20, 22, 26, 28 It is preferable that the curved reflection mirrors 20 and 28 and the curved reflection mirrors 22 and 26 be different parts. For example, as shown in FIG. 1, it is preferable that the curved reflecting mirrors 22 and 26 have a smaller outer shape than the curved reflecting mirrors 20 and 28 in terms of layout so that the curved reflecting mirror does not cover the optical path of the scanning light 42.
  • the laser beam 40 when entering the optical system 18 from the scanning mirror 14 be substantially parallel light. Therefore, since the laser beam 40 when entering the virtual surface 64 from the optical system 24 becomes substantially parallel light, the laser beam 40 can be focused on the retina 52 by the lens 56.
  • FIG. 6 is a view of the image projection apparatus 200 according to the second embodiment as viewed from above.
  • the optical system 18 is provided with a flat reflecting mirror 36 having a flat reflecting surface.
  • the flat reflecting mirror 36 is disposed on the light path between the curved reflecting mirror 20 and the curved reflecting mirror 22. Therefore, the scanning light 42 emitted from the scanning mirror 14 is reflected by the curved reflecting mirror 20, and then reflected by the plane reflecting mirror 36 and enters the curved reflecting mirror 22.
  • the plane reflection mirror 36 may be disposed at another position.
  • the other configuration is the same as that of the first embodiment, and hence the description is omitted.
  • the optical system 18 includes the plane reflection mirror 36 in addition to the curved reflection mirror 20 and the curved reflection mirror 22.
  • the present invention is not limited to the case where the optical system 18 is provided with the plane reflection mirror 36, and at least one of the optical system 18 and the optical system 24 may be provided with the plane reflection mirror 36.
  • the number of flat reflecting mirrors 36 provided in the optical system 18 and / or the optical system 24 is not limited to one, and may be two or more.
  • the focal distances of the curved reflecting mirror 20 and the curved reflecting mirror 22 are the same, they may be different.
  • the focal distances of the curved reflecting mirror 26 and the curved reflecting mirror 28 are the same is shown as an example, they may be different.
  • the focal distances of the curved reflecting mirror 20 and the curved reflecting mirror 28 are the same, and the focal distances of the curved reflecting mirror 22 and the curved reflecting mirror 26 are equal, in order to offset the influence of the curvature and the optical path length difference on the laser light 40. The same case is preferred.
  • the optical system 18 and the optical system 24 may be configured to include a lens other than the reflection mirror or may be configured only by a lens, but in consideration of effects such as chromatic aberration, etc. Then, the case where it comprises only a reflective mirror is preferable.
  • the curved reflecting mirrors 20, 22, 26, 28 may have a diffractive element. Further, it is preferable that the curved reflecting mirrors 20, 22, 26 be total reflection mirrors that do not transmit light.
  • the curved reflecting mirror 28 may be a half mirror capable of transmitting light in the direction of the line of sight of the user's eye 50 or may be a total reflection mirror not transmitting light. If the curved reflection mirror 28 is a half mirror, it can transmit an actual image in the direction of sight and can be viewed together with the image by the laser beam 40. If it is a total reflection mirror, only the image by the laser beam 40 is viewed can do.
  • the collimator lens 12 is not limited to a lens, but may be a mirror as long as it has optical characteristics as a collimator that makes the laser beam 40 substantially parallel light. It may be a diffractive element. Also in this case, an appropriate arrangement can be taken according to the optical path of the laser beam 40.
  • the image is projected onto the retina 52 of one eye 50 by way of example.
  • the image may be projected onto the retina 52 of both eyes 50.
  • the scanning mirror 14 is shown as an example of the scanning unit, the scanning unit may be capable of scanning a light beam.
  • other components such as a lithium tantalate niobate (KTN) crystal which is an electro-optical material may be used as a scanning unit.
  • KTN lithium tantalate niobate
  • laser light is shown as an example of the light beam, light other than laser light may be used.

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Abstract

本発明はユーザに良好な画像を提供することを目的とする。本発明の画像投影装置は、レーザ光（４０）を出射する光源（１０）と、入力された画像データに基づいたレーザ光（４０）を生成して、光源（１０）からのレーザ光（４０）の出射を制御する制御部（３２）と、光源（１０）から出射されたレーザ光（４０）を走査して走査光（４２）とする走査ミラー（１４）と、走査光（４２）をユーザの眼（５０）の網膜（５２）に照射して網膜（５２）に画像を投影する投影部（１６）と、を備え、投影部（１６）は、走査ミラー（１４）から出射される走査光（４２）をユーザの眼（５０）の外側に位置する仮想面（６２）に走査ミラー（１４）の走査角度（θ１）と略同じ角度（θ２）で収束させる光学系（１８）と、仮想面（６２）を通過した走査光（４２）をユーザの眼（５０）の内側で瞳孔（５４）近傍に位置する仮想面（６４）に仮想面（６２）からの出射角度（θ３）と略同じ角度（θ４）で収束させる光学系２４と、を備える。

Description

画像投影装置
　本発明は、画像投影装置に関する。
　光源から出射された光線を用い、ユーザの網膜に画像を直接投影するヘッドマウントディスプレイなどの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、マクスウエル視といわれる方法が用いられる。マクスウエル視では、画像を形成する走査光を瞳孔近傍で収束させて網膜に画像を投影する。網膜に画像を直接投影する画像投影装置として、例えば特許文献１及び特許文献２に記載の画像投影装置が知られている。
特開２００９－２５８６８６号公報 特開２００８－４６２５３号公報
　画像を形成する走査光をユーザの顔の側方からユーザの顔の前方に配置された反射ミラーに入射させ、反射ミラーで走査光をユーザの網膜に向かって反射させる構成の画像投影装置が知られている。しかしながら、このような画像投影装置では、ユーザの網膜に良好な画像を投影する点で改善の余地が残されている。
　本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ユーザに良好な画像を提供することを目的とする。
　本発明は、光線を出射する光源と、入力された画像データに基づいた画像光線を生成して、前記光源からの前記画像光線の出射を制御する制御部と、前記光源から出射された前記画像光線を走査して走査光とする走査部と、前記走査光をユーザの眼の網膜に照射して前記網膜に画像を投影する投影部と、を備え、前記投影部は、前記走査部から出射される前記走査光を前記ユーザの眼の外側に位置する第１仮想面に前記走査部の走査角度と略同じ角度で収束させる第１光学系と、前記第１仮想面を通過した前記走査光を前記ユーザの眼の内側で瞳孔近傍に位置する第２仮想面に前記第１仮想面からの出射角度と略同じ角度で収束させる第２光学系と、を備える画像投影装置である。
　上記構成において、前記走査光において、前記走査部と前記第１仮想面は前記第１光学系を介して略等倍の共役関係となっていて、前記第１仮想面と前記第２仮想面は前記第２光学系を介して略等倍の共役関係となっている構成とすることができる。
　上記構成において、前記第１光学系は、第１曲面反射ミラーと前記第１曲面反射ミラーの後段に位置し前記走査光を前記第１仮想面に反射させる第２曲面反射ミラーとを備え、前記第２光学系は、第３曲面反射ミラーと前記第３曲面反射ミラーの後段に位置し前記走査光を前記第２仮想面に反射させる第４曲面反射ミラーとを備え、前記走査光のうちの前記画像の中央に対応する前記画像光線が前記第１曲面反射ミラー、前記第２曲面反射ミラー、前記第３曲面反射ミラー、及び前記第４曲面反射ミラーで反射する屈曲角の大きさは全て略同じである構成とすることができる。
　上記構成において、前記第１曲面反射ミラーと前記第４曲面反射ミラーは前記第１仮想面上の点を対称点とした点対称な位置に配置され、前記第２曲面反射ミラーと前記第３曲面反射ミラーは前記第１仮想面上の前記点を対称点とした点対称な位置に配置されている構成とすることができる。
　上記構成において、前記第１光学系及び前記第２光学系の少なくとも一方は平面反射ミラーを備える構成とすることができる。
　上記構成において、前記第１曲面反射ミラーと前記第４曲面反射ミラーは同一部品からなり、前記第２曲面反射ミラーと前記第３曲面反射ミラーは同一部品からなる構成とすることができる。
　上記構成において、前記走査部から前記第１光学系に入射するときの前記画像光線は略平行光であり、前記第２光学系から前記第２仮想面に入射するときの前記画像光線は略平行光である構成とすることができる。
　本発明は、光線を出射する光源と、入力された画像データに基づいた画像光線を生成して、前記光源からの前記画像光線の出射を制御する制御部と、前記光源から出射された前記画像光線を走査して走査光とする走査部と、前記走査光をユーザの眼の網膜に照射して前記網膜に画像を投影する投影部と、を備え、前記投影部は、前記走査部から出射される前記走査光を前記ユーザの眼の外側に位置する第１仮想面に収束させる第１光学系と、前記第１仮想面を通過した前記走査光を前記ユーザの眼の内側で瞳孔近傍に位置する第２仮想面に収束させる第２光学系と、を備え、前記第１光学系と前記第２光学系はそれぞれ複数の曲面反射ミラーで構成され、前記複数の曲面反射ミラーで反射する前記走査光の屈曲角の大きさは略同じである、画像投影装置である。
　上記構成において、前記第１光学系は、前記複数の曲面反射ミラーとして、第１曲面反射ミラーと前記第１曲面反射ミラーの後段に位置し前記走査光を前記第１仮想面に反射させる第２曲面反射ミラーとを有し、前記第２光学系は、前記複数の曲面反射ミラーとして、第３曲面反射ミラーと前記第３曲面反射ミラーの後段に位置し前記走査光を前記第２仮想面に反射させる第４曲面反射ミラーとを有し、前記第１曲面反射ミラーと前記第４曲面反射ミラーは前記第１仮想面上の点を対称点とした点対称な位置に配置され、前記第２曲面反射ミラーと前記第３曲面反射ミラーは前記第１仮想面上の前記点を対称点とした点対称な位置に配置されている構成とすることができる。
　上記構成において、前記第１曲面反射ミラーと前記第４曲面反射ミラーは同一部品からなり、前記第２曲面反射ミラーと前記第３曲面反射ミラーは同一部品からなる構成とすることができる。
　上記構成において、前記第１光学系は、前記走査部から出射される前記走査光を前記第１仮想面に前記走査部の走査角度と略同じ角度で収束させ、前記第２光学系は、前記第１仮想面を通過した前記走査光を前記第２仮想面に前記第１仮想面からの出射角度と略同じ角度で収束させる構成とすることができる。
　上記構成において、前記走査光において、前記走査部と前記第１仮想面は前記第１光学系を介して略等倍の共役関係となっていて、前記第１仮想面と前記第２仮想面は前記第２光学系を介して略等倍の共役関係となっている構成とすることができる。
　上記構成において、前記第１光学系及び前記第２光学系の少なくとも一方は平面反射ミラーを備える構成とすることができる。
　上記構成において、前記走査部から前記第１光学系に入射するときの前記画像光線は略平行光であり、前記第２光学系から前記第２仮想面に入射するときの前記画像光線は略平行光である構成とすることができる。
　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。
図１は、実施例１に係る画像投影装置を上方から見た図である。 図２（ａ）及び図２（ｂ）は、図１の投影部を拡大した図である。 図３は、投影部を伝搬するレーザ光の状態を説明する図である。 図４は、比較例１に係る画像投影装置を上方から見た図である。 図５は、発明者が行った実験の結果を示す図である。 図６は、実施例２に係る画像投影装置を上方から見た図である。
　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は、実施例１に係る画像投影装置１００を上方から見た図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、図１の投影部１６を拡大した図である。図１のように、実施例１の画像投影装置１００は、光源１０、コリメートレンズ１２、走査ミラー１４、投影部１６、画像入力部３０、及び制御部３２を備える。実施例１の画像投影装置１００は、例えばメガネ型である。光源１０及びコリメートレンズ１２はメガネのツル側に設置されている。走査ミラー１４及び投影部１６はメガネのレンズ側に設置されている。画像入力部３０及び制御部３２は、例えばメガネに設けられずに外部装置（例えば携帯端末）に設けられていてもよいし、メガネのツルに設けられていてもよい。
　画像入力部３０は、図示しないカメラ及び／又は録画機器などから画像データが入力される。制御部３２は、入力された画像データに基づいて、光源１０からのレーザ光４０の出射を制御する。光源１０は、制御部３２の制御の下、例えば単一又は複数の波長のレーザ光４０を出射する。光源１０として、例えばＲＧＢ（赤・緑・青）のレーザダイオードチップと３色合成デバイスとが集積された光源が挙げられる。このように、画像データは、光源１０によって画像光線であるレーザ光４０に変換される。
　制御部３２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサである。カメラをユーザの眼５０の視線方向に向けて画像投影装置１００の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５２に投影させることができる。また、録画機器などから入力された画像を投影させたり、カメラ画像と録画機器などからの画像とを制御部３２で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）画像を投影させることもできる。
　コリメートレンズ１２は、光源１０から出射されたレーザ光４０を略平行光とする。略平行光とは、完全な平行光の場合に限られず、例えば僅かに収束又は発散している光を含むものである。
　走査ミラー１４は、コリメートレンズ１２を通過したレーザ光４０を２次元方向に走査して走査光４２を出射する。走査ミラー１４は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーであり、水平方向及び垂直方向の２次元にレーザ光４０を走査する。走査ミラー１４から出射された走査光４２は投影部１６に入射する。
　投影部１６は、走査ミラー１４から出射された走査光４２をユーザの眼５０の網膜５２に照射することにより、網膜５２に画像を投影する。ユーザは、網膜５２に照射された走査光４２の残像効果によって画像を認識する。
　図１から図２（ｂ）のように、投影部１６は、光学系１８と光学系２４を含む光学系である。光学系１８は、曲面反射ミラー２０と曲面反射ミラー２２を含む。曲面反射ミラー２０及び曲面反射ミラー２２の反射面は、自由曲面などの曲面となっている。曲面反射ミラー２０と曲面反射ミラー２２は、例えば同じ焦点距離（同じ曲率半径）を有する反射ミラーである。曲面反射ミラー２０の外形は曲面反射ミラー２２よりも大きくなっている。
　光学系２４は、曲面反射ミラー２６と曲面反射ミラー２８を含む。曲面反射ミラー２６及び曲面反射ミラー２８の反射面は、自由曲面などの曲面となっている。曲面反射ミラー２６と曲面反射ミラー２８は、例えば同じ焦点距離（同じ曲率半径）を有する反射ミラーである。曲面反射ミラー２８の外形は曲面反射ミラー２６よりも大きくなっている。なお、曲面反射ミラー２０と曲面反射ミラー２２の焦点距離、及び、曲面反射ミラー２６と曲面反射ミラー２８の焦点距離は、完全に同じである場合に限らず、走査光４２が網膜５２に照射されることで網膜５２に投影される画像の品質に影響を及ぼさない程度に略同じである場合でもよい。
　曲面反射ミラー２０と曲面反射ミラー２８は、例えば同じ形をしていて同一の部品からなっている。曲面反射ミラー２２と曲面反射ミラー２６は、例えば同じ形をしていて同一の部品からなっている。したがって、曲面反射ミラー２０、曲面反射ミラー２２、曲面反射ミラー２６、及び曲面反射ミラー２８は、例えば同じ焦点距離（同じ曲率半径）を有する。
　曲面反射ミラー２０と曲面反射ミラー２８は、点６０を中心とした点対称の位置に配置されている。曲面反射ミラー２２と曲面反射ミラー２６は、点６０を中心とした点対称の位置に配置されている。
　ユーザの眼５０の外側に位置し、点６０を通る面を仮想面６２とした場合に、走査ミラー１４から出射された走査光４２は、曲面反射ミラー２０、曲面反射ミラー２２の順に反射した後に、仮想面６２に収束する。走査ミラー１４の走査角度θ１と走査光４２が仮想面６２に収束する収束角度θ２は同じ角度になっている。すなわち、走査光４２において、走査ミラー１４と仮想面６２は光学系１８を介して等倍の共役関係となっている。
　ユーザの眼５０の内側で瞳孔５４近傍に位置する面を仮想面６４とした場合に、仮想面６２を通過した走査光４２は、曲面反射ミラー２６、曲面反射ミラー２８の順に反射した後に、仮想面６４に収束する。走査光４２が仮想面６２から出射する出射角度θ３（出射角度θ３＝収束角度θ２）と走査光４２が仮想面６４に収束する収束角度θ４は同じ角度になっている。すなわち、走査光４２において、仮想面６２と仮想面６４は光学系２４を介して等倍の共役関係となっている。
　なお、走査角度θ１と収束角度θ２、及び、出射角度θ３と収束角度θ４は、完全に同じ角度の場合に限られず、網膜５２に投影される画像の品質に影響を及ぼさない程度に略同じ角度の場合でもよい。すなわち、走査光４２において、走査ミラー１４と仮想面６２は光学系１８を介して略等倍の共役関係であってもよく、仮想面６２と仮想面６４は光学系２４を介して略等倍の共役関係であってもよい。
　図２（ａ）のように、走査光４２のうちの網膜５２に投影される画像の中央に対応するレーザ光４０ａは、曲面反射ミラー２０、２２、２６、２８による屈曲角φ１、φ２、φ３、φ４が全て同じ大きさになっている。なお、屈曲角は入射角と反射角の和である。また、図２（ｂ）のように、レーザ光４０ａにおいて、走査ミラー１４から曲面反射ミラー２０までの光路長Ｌ１と曲面反射ミラー２２から仮想面６２までの光路長Ｌ３との和は曲面反射ミラー２０から曲面反射ミラー２２までの光路長Ｌ２と同じになっている。同様に、仮想面６２から曲面反射ミラー２６までの光路長Ｌ４と曲面反射ミラー２８から仮想面６４までの光路長Ｌ６との和は曲面反射ミラー２６から曲面反射ミラー２８までの光路長Ｌ５と同じになっている。
　なお、屈曲角φ１、φ２、φ３、φ４は、完全に同じ大きさである場合に限られず、網膜５２に投影される画像の品質に影響を及ぼさない程度に略同じ大きさの場合でもよい。また、光路長Ｌ１と光路長Ｌ３の和は光路長Ｌ２と略同じである場合でもよいし、光路長Ｌ４と光路長Ｌ６の和は光路長Ｌ５と略同じである場合でもよい。
　図３は、投影部１６を伝搬するレーザ光４０の状態を説明する図である。図３のように、走査ミラー１４が出射する走査光４２を構成するレーザ光４０は、略平行光で曲面反射ミラー２０に入射する。レーザ光４０は、曲面反射ミラー２０で反射されて収束光となり、曲面反射ミラー２２に到達する前に集光した後に、発散光となって曲面反射ミラー２２に入射する。レーザ光４０は、曲面反射ミラー２２で反射されて略平行光となり、仮想面６２に入射する。
　仮想面６２を通過したレーザ光４０は、略平行光で曲面反射ミラー２６に入射する。レーザ光４０は、曲面反射ミラー２６で反射されて収束光となり、曲面反射ミラー２８に到達する前に集光した後に、発散光となって曲面反射ミラー２８に入射する。レーザ光４０は、曲面反射ミラー２８で反射されて略平行光となり、仮想面６４に入射する。レーザ光４０は、ユーザの眼５０の水晶体５６によって網膜５２の近傍に集光される。
　図４は、比較例１に係る画像投影装置５００を上方から見た図である。図４のように、比較例１の画像投影装置５００では、投影部はユーザの眼５０の前方に配置された１枚の曲面反射ミラー７０からなる。光源１０から出射されたレーザ光４０は反射ミラー３４で反射されて走査ミラー１４に入射する。走査ミラー１４で走査された走査光４２は、曲面反射ミラー７０で反射されて網膜５２に照射される。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。
　比較例１のような、走査ミラー１４で走査された走査光４２を１枚の曲面反射ミラー７０で反射させて網膜５２に照射する構成では、眼５０の角膜５８に入射する際のレーザ光４０の直径が走査ミラー１４で走査された際のレーザ光４０の直径よりも小さくなることが生じる。角膜５８に入射する際のレーザ光４０の直径が小さくなると、高解像度の画像を網膜５２に投影することが難しくなる。このことについて、発明者が行った実験を用いて説明する。実験は、視力が０．０４、０．５、０．９、及び１．２と異なる複数のユーザに対して、角膜５８に入射する際のレーザ光４０の直径を異ならせた場合に、網膜５２に投影された画像をユーザがどの程度視認できるかを測定することで行った。網膜５２に投影した画像は、水平視野角２０°、画面アスペクト比１６：９、有効垂直解像度７２０本の画像とした。例えば眼軸長が２４ｍｍであれば、網膜５２に投影される画像の大きさは、横５７００μｍ×縦３２００μｍとなる。
　図５は、発明者が行った実験の結果を示す図である。図５の横軸は原視力、縦軸は獲得視力である。原視力とは、一般的な視力検査によって測定される上述の視力のことである。獲得視力とは、走査光が照射されることで網膜５２に直接投影された画像に対する視力のことである。図５において、角膜５８に入射する際のレーザ光４０の直径が３１０μｍである場合の結果を実線で、４７０μｍである場合の結果を点線で、８２０μｍである場合の結果を一点鎖線で、１３６０μｍである場合の結果を破線で示している。なお、レーザ光４０は略平行光で角膜５８に入射する。
　図５のように、角膜５８に入射する際のレーザ光４０の直径が８２０μｍ、１３６０μｍと大きい場合には獲得視力が高くなっている。つまり、角膜５８に入射する際のレーザ光４０の直径が大きい場合は高解像度の画像を網膜５２に投影できるが、角膜５８に入射する際のレーザ光４０の直径が小さい場合は高解像度の画像を網膜５２に投影することが難しいことが分かる。
　そこで、実施例１では、図２（ａ）のように、投影部１６は、走査ミラー１４から出射される走査光４２を走査ミラー１４の走査角度θ１と略同じ大きさの収束角度θ２で仮想面６２に収束させる光学系１８と、仮想面６２を通過した走査光４２を仮想面６２からの出射角度θ３と略同じ大きさの収束角度θ４で仮想面６４に収束させる光学系２４と、を備える。すなわち、走査光４２において、走査ミラー１４と仮想面６２は光学系１８を介して略等倍の共役関係となり、仮想面６２と仮想面６４は光学系２４を介して略等倍の共役関係となっている。これにより、角膜５８に入射する際のレーザ光４０の直径を走査ミラー１４で走査された際のレーザ光４０の直径と略同じ大きさにすることができる。よって、高解像度の画像を網膜５２に投影することができ、ユーザに良好な画像を提供することができる。
　また、比較例１では、画像の中央に対応するレーザ光４０ａが略平行光で水晶体５６に入射して網膜５２近傍で合焦する（すなわちレーザ光４０ａの合焦位置Ｆａは網膜５２近傍である）場合、画像の一端に対応するレーザ光４０ｂは拡散光として水晶体５６に入射して網膜５２よりも遠くで合焦する。画像の他端に対応するレーザ光４０ｃは収束光として水晶体５６に入射して網膜５２よりも近くで合焦する。このように、レーザ光４０ａを網膜５２近傍で合焦させると、レーザ光４０ｂの合焦位置Ｆｂは網膜５２よりも曲面反射ミラー７０から遠い位置になり、レーザ光４０ｃの合焦位置Ｆｃは網膜５２よりも曲面反射ミラー７０に近い位置となる。
　このように合焦位置Ｆａから合焦位置Ｆｃが異なるのは、レーザ光４０ａからレーザ光４０ｃが曲面反射ミラー７０に入射する領域における曲率が異なるため及び／又はレーザ光４０ａからレーザ光４０ｃの光路長に差が生じるためである。網膜５２近傍で合焦しないレーザ光４０が発生してしまうと、ユーザに良好な画像を提供することが難しくなる。また、比較例１の画像投影装置５００では、矩形の画像データに基づいて光源１０からレーザ光４０を出射させた場合に、網膜５２に投影される画像は矩形にならずに台形を倒したような画像となってしまう。したがって、この点においても、ユーザに良好な画像を提供することが難しい。
　一方、実施例１では、図２（ａ）のように、走査光４２のうちの画像の中央に対応するレーザ光４０ａの曲面反射ミラー２０、２２、２６、２８による屈曲角φ１～φ４の大きさは全て略同じである。したがって、曲面反射ミラー２０と曲面反射ミラー２８は点６０を対称点とした点対称な位置に配置され、曲面反射ミラー２２と曲面反射ミラー２６は点６０を対称点とした点対称な位置に配置されている。これにより、光学系１８の曲面反射ミラー２０、２２の曲率がレーザ光４０に及ぼす影響を、光学系２４の曲面反射ミラー２６、２８の曲率がレーザ光４０に及ぼす影響によって相殺することができる。また、光学系１８の曲面反射ミラー２０、２２によってレーザ光４０に生じる光路長差を、光学系２４の曲面反射ミラー２６、２８によってレーザ光４０に生じる光路長差によって相殺することができる。よって、網膜５２近傍で合焦しないレーザ光４０の発生を抑制でき、ユーザに良好な画像を提供することができる。また、矩形の画像データに基づいて光源１０からレーザ光４０を出射させた場合に、網膜５２に矩形の画像を投影させることができ、この点においてもユーザに良好な画像を提供することができる。
　実施例１によれば、図１のように、走査光４２をユーザの眼５０に向かって反射させる曲面反射ミラー２８は眼５０の正面に配置されている。これにより、走査ミラー１４から光学系１８及び光学系２４を介して眼５０に照射される走査光４２が、走査ミラー１４が眼５０の正面に配置された状態と同等の状態で眼５０に照射されるようになる。
　また、実施例１によれば、光学系１８の曲面反射ミラー２０と光学系２４の曲面反射ミラー２８は同一部品からなり、光学系１８の曲面反射ミラー２２と光学系２４の曲面反射ミラー２６は同一部品からなる。これにより、曲面反射ミラーの種類を低減することができ、コストの増大を抑制できる。なお、コストの増大を抑制する点においては、曲面反射ミラー２０、２２、２６、２８の全てが同一部品からなることが好ましい。一方、コストの増大の抑制と、曲面反射ミラー２０、２２、２６、２８の配置の自由度の向上と、を両立させる点においては、曲面反射ミラー２０、２８が同一部品からなり、曲面反射ミラー２２、２６が同一部品からなり、曲面反射ミラー２０、２８と曲面反射ミラー２２、２６とは異なる部品からなる場合が好ましい。例えば、図１のように、走査光４２の光路に曲面反射ミラーがかからないようにレイアウトをする点から、曲面反射ミラー２２、２６は曲面反射ミラー２０、２８よりも外形が小さい場合が好ましい。
　図３のように、走査ミラー１４から光学系１８に入射するときのレーザ光４０は略平行光であることが好ましい。これにより、光学系２４から仮想面６４に入射するときのレーザ光４０が略平行光となるため、レーザ光４０を水晶体５６によって網膜５２に合焦させることができる。
　図６は、実施例２に係る画像投影装置２００を上方から見た図である。図６のように、実施例２の画像投影装置２００では、光学系１８に平坦面の反射面を有する平面反射ミラー３６が備わっている。平面反射ミラー３６は、曲面反射ミラー２０と曲面反射ミラー２２の間の光路上に配置されている。したがって、走査ミラー１４から出射される走査光４２は、曲面反射ミラー２０で反射した後、平面反射ミラー３６で反射されて曲面反射ミラー２２に入射する。なお、平面反射ミラー３６はその他の位置に配置されていてもよい。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。
　実施例２によれば、光学系１８は曲面反射ミラー２０と曲面反射ミラー２２の他に平面反射ミラー３６を備える。これにより、メガネ型の画像投影装置２００の外観形状に即したレイアウトにするなど、レイアウトの自由度を上げることができる。なお、光学系１８に平面反射ミラー３６が備わる場合に限られず、光学系１８及び光学系２４の少なくとも一方に平面反射ミラー３６が備わる場合でもよい。また、光学系１８及び／又は光学系２４に備わる平面反射ミラー３６の個数は１個の場合に限られず、２個以上の複数個の場合でもよい。
　なお、実施例１及び実施例２では、曲面反射ミラー２０と曲面反射ミラー２２の焦点距離が同じである場合を例に示したが、異なる場合でもよい。同様に、曲面反射ミラー２６と曲面反射ミラー２８の焦点距離が同じである場合を例に示したが、異なる場合でもよい。この場合、レーザ光４０に及ぼす曲率や光路長差の影響を相殺する点から、曲面反射ミラー２０と曲面反射ミラー２８の焦点距離が同じで、曲面反射ミラー２２と曲面反射ミラー２６の焦点距離が同じである場合が好ましい。
　実施例１及び実施例２において、光学系１８及び光学系２４は、反射ミラーの他にレンズを含んで構成されている又はレンズのみで構成されている場合でもよいが、色収差などの影響を考慮すると、反射ミラーのみで構成されている場合が好ましい。
　実施例１及び実施例２において、曲面反射ミラー２０、２２、２６、２８は、回折素子を有する場合でもよい。また、曲面反射ミラー２０、２２、２６は、光が透過しない全反射ミラーである場合が好ましい。曲面反射ミラー２８は、ユーザの眼５０の視線方向の光を透過させることができるハーフミラーであってもよいし、光が透過しない全反射ミラーであってもよい。曲面反射ミラー２８がハーフミラーであれば、視線方向の実画像を透過させて、レーザ光４０による画像と合わせて視認することができ、全反射ミラーであれば、レーザ光４０による画像のみを視認することができる。
　実施例１及び実施例２において、コリメートレンズ１２は、レンズに限定されるものではなく、レーザ光４０を略平行光にするコリメータとしての光学特性を有するものであれば、ミラーであっても、回折素子であってもよい。この場合もレーザ光４０の光路に応じて適切な配置をとることが可能である。
　実施例１及び実施例２では、片方の眼５０の網膜５２に画像を投影する場合を例に示したが、両方の眼５０の網膜５２に画像を投影する場合でもよい。また、走査部として走査ミラー１４の場合を例に示したが、走査部は光線を走査可能であればよい。例えば、走査部として、電気光学材料であるタンタル酸ニオブ酸リチウム（ＫＴＮ）結晶など、その他の部品を用いてもよい。光線としてレーザ光の場合を例に示したが、レーザ光以外の光でもよい。
　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。

Claims (14)

  1. 　光線を出射する光源と、
    　入力された画像データに基づいた画像光線を生成して、前記光源からの前記画像光線の出射を制御する制御部と、
    　前記光源から出射された前記画像光線を走査して走査光とする走査部と、
    　前記走査光をユーザの眼の網膜に照射して前記網膜に画像を投影する投影部と、を備え、
    　前記投影部は、前記走査部から出射される前記走査光を前記ユーザの眼の外側に位置する第１仮想面に前記走査部の走査角度と略同じ角度で収束させる第１光学系と、前記第１仮想面を通過した前記走査光を前記ユーザの眼の内側で瞳孔近傍に位置する第２仮想面に前記第１仮想面からの出射角度と略同じ角度で収束させる第２光学系と、を備える画像投影装置。
  2. 　前記走査光において、前記走査部と前記第１仮想面は前記第１光学系を介して略等倍の共役関係となっていて、前記第１仮想面と前記第２仮想面は前記第２光学系を介して略等倍の共役関係となっている、請求項１記載の画像投影装置。
  3. 　前記第１光学系は、第１曲面反射ミラーと前記第１曲面反射ミラーの後段に位置し前記走査光を前記第１仮想面に反射させる第２曲面反射ミラーとを備え、
    　前記第２光学系は、第３曲面反射ミラーと前記第３曲面反射ミラーの後段に位置し前記走査光を前記第２仮想面に反射させる第４曲面反射ミラーとを備え、
    　前記走査光のうちの前記画像の中央に対応する前記画像光線が前記第１曲面反射ミラー、前記第２曲面反射ミラー、前記第３曲面反射ミラー、及び前記第４曲面反射ミラーで反射する屈曲角の大きさは全て略同じである、請求項１または２記載の画像投影装置。
  4. 　前記第１曲面反射ミラーと前記第４曲面反射ミラーは前記第１仮想面上の点を対称点とした点対称な位置に配置され、前記第２曲面反射ミラーと前記第３曲面反射ミラーは前記第１仮想面上の前記点を対称点とした点対称な位置に配置されている、請求項３記載の画像投影装置。
  5. 　前記第１光学系及び前記第２光学系の少なくとも一方は平面反射ミラーを備える、請求項３記載の画像投影装置。
  6. 　前記第１曲面反射ミラーと前記第４曲面反射ミラーは同一部品からなり、前記第２曲面反射ミラーと前記第３曲面反射ミラーは同一部品からなる、請求項３から５のいずれか一項記載の画像投影装置。
  7. 　前記走査部から前記第１光学系に入射するときの前記画像光線は略平行光であり、前記第２光学系から前記第２仮想面に入射するときの前記画像光線は略平行光である、請求項１から６のいずれか一項記載の画像投影装置。
  8. 　光線を出射する光源と、
    　入力された画像データに基づいた画像光線を生成して、前記光源からの前記画像光線の出射を制御する制御部と、
    　前記光源から出射された前記画像光線を走査して走査光とする走査部と、
    　前記走査光をユーザの眼の網膜に照射して前記網膜に画像を投影する投影部と、を備え、
    　前記投影部は、前記走査部から出射される前記走査光を前記ユーザの眼の外側に位置する第１仮想面に収束させる第１光学系と、前記第１仮想面を通過した前記走査光を前記ユーザの眼の内側で瞳孔近傍に位置する第２仮想面に収束させる第２光学系と、を備え、
    　前記第１光学系と前記第２光学系はそれぞれ複数の曲面反射ミラーで構成され、
    　前記複数の曲面反射ミラーで反射する前記走査光の屈曲角の大きさは略同じである、画像投影装置。
  9. 　前記第１光学系は、前記複数の曲面反射ミラーとして、第１曲面反射ミラーと前記第１曲面反射ミラーの後段に位置し前記走査光を前記第１仮想面に反射させる第２曲面反射ミラーとを有し、
    　前記第２光学系は、前記複数の曲面反射ミラーとして、第３曲面反射ミラーと前記第３曲面反射ミラーの後段に位置し前記走査光を前記第２仮想面に反射させる第４曲面反射ミラーとを有し、
    　前記第１曲面反射ミラーと前記第４曲面反射ミラーは前記第１仮想面上の点を対称点とした点対称な位置に配置され、前記第２曲面反射ミラーと前記第３曲面反射ミラーは前記第１仮想面上の前記点を対称点とした点対称な位置に配置されている、請求項８記載の画像投影装置。
  10. 　前記第１曲面反射ミラーと前記第４曲面反射ミラーは同一部品からなり、前記第２曲面反射ミラーと前記第３曲面反射ミラーは同一部品からなる、請求項９記載の画像投影装置。
  11. 　前記第１光学系は、前記走査部から出射される前記走査光を前記第１仮想面に前記走査部の走査角度と略同じ角度で収束させ、
    　前記第２光学系は、前記第１仮想面を通過した前記走査光を前記第２仮想面に前記第１仮想面からの出射角度と略同じ角度で収束させる、請求項８から１０のいずれか一項記載の画像投影装置。
  12. 　前記走査光において、前記走査部と前記第１仮想面は前記第１光学系を介して略等倍の共役関係となっていて、前記第１仮想面と前記第２仮想面は前記第２光学系を介して略等倍の共役関係となっている、請求項８から１１のいずれか一項記載の画像投影装置。
  13. 　前記第１光学系及び前記第２光学系の少なくとも一方は平面反射ミラーを備える、請求項８から１２のいずれか一項記載の画像投影装置。
  14. 　前記走査部から前記第１光学系に入射するときの前記画像光線は略平行光であり、前記第２光学系から前記第２仮想面に入射するときの前記画像光線は略平行光である、請求項８から１３のいずれか一項記載の画像投影装置。
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