JPWO2017056802A1 - Image projection device - Google Patents
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Abstract
光源から出射された光線を2次元方向に走査する走査部と、前記走査部が走査した光線を反射または透過させる光学部品と、ユーザの眼球の前に配置され、横方向から入射する前記光学部品が反射または透過させた光線を反射し前記眼球の網膜に照射することにより、画像を前記網膜に投影する第1ミラー24と、を具備し、前記第1ミラーは、第1領域R1および第2領域R2を有し、前記第1ミラーにおいて前記第1領域は前記第2領域より前記光線の入射する方向に位置し、前記光学部品は、前記走査部が走査した前記光線のうち前記第1領域に照射する第1光線L1を反射または通過させる第3領域S1における集光パワーを、前記走査部が走査した前記光線のうち前記第2領域に照射される第2光線L2を反射または通過させる第4領域S2における集光パワーより大きくする画像投影装置。A scanning unit that scans a light beam emitted from a light source in a two-dimensional direction, an optical component that reflects or transmits the light beam scanned by the scanning unit, and the optical component that is disposed in front of a user's eyeball and is incident from a lateral direction And a first mirror 24 that projects an image on the retina by reflecting the reflected or transmitted light beam and irradiating the retina of the eyeball, and the first mirror includes the first region R1 and the second region. The first mirror of the first mirror is located in a direction in which the light beam is incident from the second region, and the optical component is the first region of the light beam scanned by the scanning unit. The condensing power in the third region S1 that reflects or passes the first light beam L1 applied to the second light beam L2 that reflects or passes the second light beam L2 applied to the second region among the light beams scanned by the scanning unit. Image projection apparatus to be larger than the condensing power in the region S2.
Description
本発明は、画像投影装置に関し、例えばユーザの網膜に画像を直接投影する画像投影装置に関する。 The present invention relates to an image projecting apparatus, and more particularly to an image projecting apparatus that projects an image directly onto a user's retina.
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(HMD)等の画像投影装置が知られている(特許文献1)。このような画像投影装置では、マックスウエル視といわれる方法が用いられる。マックスウエル視では、画像を形成する光線を瞳孔近傍で集束させ、網膜に画像を投影する。 An image projection apparatus such as a head-mounted display (HMD) that directly projects an image onto a user's retina using light emitted from a light source is known (Patent Document 1). In such an image projection apparatus, a method called Maxwell's view is used. In Maxwell's view, light rays that form an image are focused near the pupil, and the image is projected onto the retina.
光線が網膜で合焦するように、角膜で反射した光を検出し、合焦位置を調整する画像投影装置が知られている(特許文献2)。また、光源から出射された光を、面内で曲率の異なる2つのミラーで反射させ、ユーザの網膜に照射する画像投影装置が知られている(特許文献3、4)。 An image projection apparatus that detects light reflected by the cornea so that the light beam is focused on the retina and adjusts the focus position is known (Patent Document 2). In addition, there is known an image projection apparatus in which light emitted from a light source is reflected by two mirrors having different curvatures in a plane and irradiated to a user's retina (Patent Documents 3 and 4).
ユーザの眼球の前にミラーを配置し、マックスウエル視のため画像を形成する光線を瞳孔近傍で集束させると、画像内において合焦位置が網膜から大きく外れる領域が発生する。例えば、特許文献2のような方法で合焦位置を調整しようとすると、画像を形成するため走査する光線に同期して合焦位置を調整することになるが、焦点調整を高速に行なうことが難しい。
When a mirror is disposed in front of the user's eye and the light beam forming the image for Maxwell's viewing is focused near the pupil, a region in which the in-focus position greatly deviates from the retina occurs in the image. For example, when trying to adjust the in-focus position by a method as in
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、合焦位置を適切な位置とすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to set an in-focus position to an appropriate position.
本発明は、光源から出射された光線を2次元方向に走査する走査部と、前記走査部が走査した光線を反射または透過させる光学部品と、ユーザの眼球の前に配置され、前記光学部品が反射または透過させた光線を反射し前記眼球の網膜に照射することにより、画像を前記網膜に投影する第1ミラーと、を具備し、前記第1ミラーは、第1領域および第2領域を有し、前記第1ミラーにおいて前記第1領域は前記第2領域より前記光線の入射する方向に位置し、前記光学部品は、前記走査部が走査した前記光線のうち前記第1領域に照射する第1光線を反射または通過させる第3領域における集光パワーを、前記走査部が走査した前記光線のうち前記第2領域に照射される第2光線を反射または通過させる第4領域における集光パワーより大きくすることを特徴とする画像投影装置である。 The present invention includes a scanning unit that scans a light beam emitted from a light source in a two-dimensional direction, an optical component that reflects or transmits the light beam scanned by the scanning unit, and an optical component that is disposed in front of a user's eyeball. A first mirror for projecting an image on the retina by reflecting the reflected or transmitted light beam and irradiating the retina of the eyeball, and the first mirror has a first region and a second region. In the first mirror, the first region is positioned in a direction in which the light beam is incident from the second region, and the optical component irradiates the first region of the light beam scanned by the scanning unit. The condensing power in the third region that reflects or passes one light beam is greater than the condensing power in the fourth region that reflects or passes the second light beam irradiated to the second region among the light beams scanned by the scanning unit. big An image projection apparatus characterized by.
上記構成において、前記第1光線が合焦する第1位置と前記網膜との第1距離と、前記第2光線が合焦する第2位置と前記網膜との第2距離と、は、それぞれ、前記第3領域および前記第4領域における集光パワーが同じと仮定したときの前記第1距離および前記第2距離より小さい構成とすることができる。 In the above configuration, the first distance between the first position where the first light beam is focused and the retina, and the second distance between the second position where the second light beam is focused and the retina are respectively: It can be set as the structure smaller than the said 1st distance and the said 2nd distance when it is assumed that the condensing power in the said 3rd area | region and the said 4th area | region is the same.
上記構成において、前記光学部品は第2ミラーであり、前記第3領域における前記第2ミラーの曲率は前記第4領域における前記第2ミラーの曲率より大きい構成とすることができる。 In the above configuration, the optical component may be a second mirror, and the curvature of the second mirror in the third region may be larger than the curvature of the second mirror in the fourth region.
上記構成において、前記光学部品は回折格子であり、前記第3領域における前記回折格子のピッチは前記第4領域における前記回折格子のピッチより大きい構成とすることができる。 In the above configuration, the optical component may be a diffraction grating, and the pitch of the diffraction grating in the third region may be larger than the pitch of the diffraction grating in the fourth region.
上記構成において、前記第1領域における前記第1ミラーの集光パワーは前記第2領域における前記第1ミラーの集光パワーより小さい構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: The condensing power of the said 1st mirror in the said 1st area | region can be set as the structure smaller than the condensing power of the said 1st mirror in the said 2nd area | region.
上記構成において、前記第1領域および前記第2領域は、前記第1ミラー内の前記画像の中心に対応する位置に対し、前記光線の入射する方向における両側に位置している構成とすることができる。 In the above-described configuration, the first region and the second region may be positioned on both sides in the light incident direction with respect to a position corresponding to the center of the image in the first mirror. it can.
上記構成において、前記第1ミラーにおける前記第1領域と前記第2領域との距離は、前記光学部品における前記第3領域と前記第4領域との距離より大きい構成とすることができる。 In the above configuration, a distance between the first region and the second region in the first mirror may be larger than a distance between the third region and the fourth region in the optical component.
上記構成において、前記第1ミラー内の前記画像の中心に対応する位置を通り前記光線の入射する方向に延伸する線に対し対称関係にある前記第1ミラー内の一対の位置に対応する前記光学部品内の一対の位置における集光パワーは実質的に等しい構成とすることができる。 In the above configuration, the optical corresponding to a pair of positions in the first mirror that is symmetrical with respect to a line extending in a direction in which the light ray passes through a position corresponding to the center of the image in the first mirror. The condensing power at a pair of positions in the component may be substantially equal.
本発明は、光線を出射する光源部と、画像データを入力する画像入力部と、入力された前記画像データに基づいた画像光線を生成して、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、前記画像光線を走査する走査ミラーと、前記走査ミラーで走査された画像光線を反射する反射ミラーと、前記反射ミラーで反射された画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、を具備し、前記投影ミラーの表面は自由曲面を有し、前記反射ミラーの表面は前記投影ミラーの自由曲面の曲率変化に対応した自由曲面を有する画像投影装置である。 The present invention generates a light source unit that emits a light beam, an image input unit that inputs image data, and an image light beam based on the input image data, and performs emission control of the image light beam from the light source unit. A control unit that performs scanning, a scanning mirror that scans the image light beam, a reflection mirror that reflects the image light beam scanned by the scanning mirror, and the image light beam reflected by the reflection mirror is projected onto the retina of the user's eyeball A projection mirror, wherein the surface of the projection mirror has a free-form surface, and the surface of the reflection mirror has a free-form surface corresponding to a change in curvature of the free-form surface of the projection mirror.
上記構成において、前記反射ミラーの自由曲面は、凹曲面と凸曲面を含む構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: The free-form surface of the said reflective mirror can be set as the structure containing a concave curved surface and a convex curved surface.
上記構成において、前記投影ミラーの自由曲面は曲率の異なる領域を有し、前記反射ミラーの凹曲面および凸曲面で反射した画像光線が前記投影ミラーの異なる領域にそれぞれ照射され、前記凹曲面で反射された画像光線は、前記凸曲面で反射された画像光線が照射される前記投影ミラーの領域の曲率よりも曲率の小さな前記投影ミラーの領域に照射されるように、前記反射ミラーの凹曲面及び凸曲面が設定されている構成とすることができる。 In the above-described configuration, the free-form surface of the projection mirror has regions with different curvatures, and image light beams reflected by the concave and convex curved surfaces of the reflection mirror are respectively irradiated on the different regions of the projection mirror and reflected by the concave surface. The concave image of the reflecting mirror and the concave surface of the reflecting mirror are irradiated so that the projected image light beam is irradiated to the region of the projection mirror having a smaller curvature than the curvature of the region of the projection mirror irradiated with the image light beam reflected by the convex curved surface. It can be set as the structure by which the convex curved surface is set.
本発明は、光線を出射する光源部と、画像データを入力する画像入力部と、入力された前記画像データに基づいた画像光線を生成して、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、前記画像光線を走査する走査ミラーと、前記走査ミラーで走査された画像光線を反射する反射ミラーと、前記反射ミラーで反射された画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、を具備し、前記投影ミラーの表面は自由曲面を有し、前記反射ミラーは前記投影ミラーの自由曲面の曲率変化に対応した反射型回折素子を含む画像投影装置である。 The present invention generates a light source unit that emits a light beam, an image input unit that inputs image data, and an image light beam based on the input image data, and performs emission control of the image light beam from the light source unit. A control unit that performs scanning, a scanning mirror that scans the image light beam, a reflection mirror that reflects the image light beam scanned by the scanning mirror, and the image light beam reflected by the reflection mirror is projected onto the retina of the user's eyeball A projection mirror, wherein the surface of the projection mirror has a free-form surface, and the reflection mirror includes a reflective diffraction element corresponding to a change in curvature of the free-form surface of the projection mirror.
上記構成において、前記反射型回折素子は、位相ピッチの異なる位相分布を有する構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: The said reflection type diffraction element can be set as the structure which has phase distribution from which a phase pitch differs.
上記構成において、前記投影ミラーの自由曲面は曲率の異なる領域を有し、前記反射型回折素子の位相ピッチの広い領域と位相ピッチの狭い領域とで反射した画像光線が前記投影ミラーの曲率の異なる領域にそれぞれ照射され、前記位相ピッチの広い領域で反射された画像光線は、前記位相ピッチの狭い領域で反射された画像光線が照射される前記投影ミラーの領域の曲率よりも曲率の小さな前記投影ミラーの領域に照射されるように、前記反射型回折素子の位相ピッチが設定されている構成とすることができる。 In the above configuration, the free-form surface of the projection mirror has regions with different curvatures, and the image light beams reflected by the reflective diffraction element having a wide phase pitch region and a narrow phase pitch region have different curvatures of the projection mirror. The image light beam irradiated to each region and reflected by the region having a large phase pitch is projected with a smaller curvature than the curvature of the region of the projection mirror irradiated with the image light beam reflected by the region having a narrow phase pitch. The phase pitch of the reflective diffractive element can be set so as to irradiate the mirror region.
本発明は、光線を出射する光源部と、画像データを入力する画像入力部と、入力された前記画像データに基づいた画像光線を生成して、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、前記画像光線を走査する走査ミラーと、前記走査ミラーで走査された画像光線を反射する透過ミラーと、前記透過ミラーで反射された画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、を具備し、前記投影ミラーの表面は自由曲面を有し、前記透過ミラーは前記投影ミラーの自由曲面の曲率変化に対応した透過型回折素子を含む画像投影装置である。 The present invention generates a light source unit that emits a light beam, an image input unit that inputs image data, and an image light beam based on the input image data, and performs emission control of the image light beam from the light source unit. A control unit that performs scanning, a scanning mirror that scans the image beam, a transmission mirror that reflects the image beam scanned by the scanning mirror, and the image beam reflected by the transmission mirror is projected onto the retina of the user's eyeball A projection mirror, wherein the surface of the projection mirror has a free-form surface, and the transmission mirror includes a transmissive diffraction element corresponding to a change in curvature of the free-form surface of the projection mirror.
上記構成において、前記透過型回折素子は、位相ピッチの異なる位相分布を有する構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: The said transmission type diffraction element can be set as the structure which has phase distribution from which a phase pitch differs.
上記構成において、前記投影ミラーの自由曲面は曲率の異なる領域を有し、前記透過型回折素子の位相ピッチの広い領域と位相ピッチの狭い領域とで透過した画像光線が前記投影ミラーの曲率の異なる領域にそれぞれ照射され、前記位相ピッチの広い領域で透過された画像光線は、前記位相ピッチの狭い領域で透過された画像光線が照射される前記投影ミラーの領域の曲率よりも曲率の小さな前記投影ミラーの領域に照射されるように、前記透過型回折素子の位相ピッチが設定されている構成とすることができる。 In the above-described configuration, the free-form surface of the projection mirror has regions having different curvatures, and image light beams transmitted through a region having a wide phase pitch and a region having a narrow phase pitch of the transmission diffraction element have different curvatures of the projection mirror. The image light beam irradiated to each region and transmitted through the region having a large phase pitch is projected with a smaller curvature than the curvature of the projection mirror region irradiated with the image light beam transmitted through the region having a narrow phase pitch. The phase pitch of the transmission type diffractive element may be set so as to irradiate the mirror region.
本発明によれば、合焦位置を適切な位置とすることができる。 According to the present invention, the in-focus position can be set to an appropriate position.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、比較例および実施例1に係る画像投影装置を上方から見た図である。投影ミラー24に入射した光線の投影ミラー24内の進行方向をX方向、投影ミラー24におけるX方向に直交する方向をY方向とする。以下の例では、X方向を水平方向としている。図1に示すように、画像投影装置は、メガネ型である。メガネはツル10とレンズ20を有する。メガネのツル10に、光源12、走査ミラー14および反射ミラー18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34を出射する。走査ミラー14は、光源12から出射されたレーザ光34を2次元方向に走査する。反射ミラー18は、走査されたレーザ光34を反射する。
FIG. 1 is a diagram of an image projection apparatus according to a comparative example and Example 1 as viewed from above. The traveling direction of the light ray incident on the
画像入力部15には、カメラおよび/または録画機器から画像データが入力される。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(光源部)によって画像光線であるレーザ光に変換される。制御部16は、例えばCPU(Central Processing Unit)等のプロセッサである。制御部16は、例えばメガネには設けられずに、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10に設けられていてもよい。
Image data is input to the
走査ミラー14は、光源12から出射されたレーザ光34を2次元に走査して、ユーザ(利用者)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、水平方向及び垂直方向の2次元にレーザ光を走査する。以下の例では、レーザ光を走査する方向をX方向およびY方向としているが、X方向およびY方向以外の方向にレーザ光を走査してもよい。
The
反射ミラー18は、走査ミラー14で走査されたレーザ光34をレンズ20に向かって反射させる。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。投影ミラー24は、走査ミラー14で走査され、反射ミラー18で反射されたレーザ光34を眼球22の網膜26に照射することにより、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の集束位置が、眼球22の瞳孔28となるように設計されている。レーザ光34は投影ミラー24にほぼ真横(すなわちほぼ−X方向)から入射する。
The
図2は、比較例に係る画像投影装置における光線の光路を示す図である。図2において、光線L0からL2は、走査ミラー14により水平方向に走査された光線であり、−X方向から投影ミラー24に照射される。光線L0は画像の中心に相当する光線、光線L1、L2は画像の端に相当する光線である。光線L0からL2はそれぞれ投影ミラー24の領域R0からR2で反射される。反射した光線L0からL2は、虹彩29の中央部に位置する瞳孔28において集束し、水晶体30を透過し網膜26に至る。領域R0は画像の中心に相当する光線L0を反射する領域である。領域R1は領域R0より−X方向(光線L0からL2が入射される方向)の領域である。領域R2は領域R0より+X方向の領域である。マックスウエル視のためには光線L0からL2は瞳孔28近傍で交差することになる。しかし、各光線L0からL2の合焦位置F0からF2は網膜26からずれてしまう。
FIG. 2 is a diagram illustrating an optical path of a light beam in the image projection apparatus according to the comparative example. In FIG. 2, light beams L0 to L2 are light beams scanned in the horizontal direction by the
図2では、投影ミラー24で反射された光線L0はほぼ平行光として水晶体30に入射し、網膜26近傍で合焦する。投影ミラー24で反射された光線L1は、拡散光として水晶体30に入射する。このため、光線L1は網膜26より遠くで合焦する。投影ミラー24で反射された光線L2は、収束光として水晶体30に入射する。このため、光線L2は網膜26より近くで合焦する。このように、光線L0を網膜26近傍で合焦させると、合焦位置F1は網膜26より投影ミラー24から遠い位置となる。合焦位置F1と網膜26との距離D1となる。合焦位置F2は網膜26より投影ミラー24に近い位置となる。合焦位置F2と網膜26との距離D2となる。
In FIG. 2, the light ray L0 reflected by the
このように合焦位置F0からF2が異なるのは、−X方向から投影ミラー24に入射した光線L0からL2を瞳孔28で集束させようとすると、投影ミラー24の領域R0からR2の曲率がX方向で異なる、および/または光線L0からL2の光路差が生じるためである。例えば、領域R2はR1より曲率が大きい。すなわち、領域R2はR1より集光パワーが大きい。このため、合焦位置F2はF1より光源側となる。また、投影ミラー24を顔に平行に配置しようとすると、光線L2の光路は光線L1より長くなる。これにより、合焦位置F2はF1よりさらに光源側となる。このように、比較例では、マックスウエル視のため光線L0からL2を瞳孔28近傍で集束させると、画像内において合焦位置が網膜26から大きく外れる領域が発生する。なお、Y方向の光学系は、X軸に対しほぼ対称であり、Y方向ではX方向のような合焦位置のずれは生じにくい。
Thus, the in-focus positions F0 to F2 are different when the light rays L0 to L2 incident on the
実施例1は、光学部品として反射ミラー18を用いる例である。図3(a)は、実施例1に係る画像投影装置における光線の光路を示す図、図3(b)は、図3(a)の反射ミラー付近の拡大図である。図3(a)および図3(b)に示すように、投影ミラー24の領域R0からR2に照射される光線L0からL2は反射ミラー18内のそれぞれ領域S0からS2において反射される。反射ミラー18は自由曲面を有する。その他の構成は比較例1と同じであり説明を省略する。
Example 1 is an example in which a
図4(a)は、実施例1における反射ミラー表面の凹凸を示す斜視図、図4(b)は、反射ミラーのX方向における高さZを示す図である。X方向およびY方向は、投影ミラー24におけるX方向およびY方向に対応する方向である。反射ミラー18における高さがZ方向である。図4(a)では、Z方向は、反射ミラー18の表面の凹凸を拡大して示している。図4(a)および図4(b)に示すように、領域S0では反射ミラー18の表面はほぼ平面であり、領域S1では反射ミラー18表面は凹面であり、領域S2では反射ミラー18表面は凸面である。これにより、領域S0では集光パワーはほぼ0であり、領域S1では集光パワーが正となり、領域S2では集光パワーが負となる。よって、光線L0の合焦位置F0は比較例から変化しない。光線L1の合焦位置F1は比較例の図2に比べ光源に近づき、光線L2の合焦位置F2は図2に比べ光源から遠くなる。これにより、合焦位置F0からF2が網膜26近傍となる。
4A is a perspective view showing irregularities on the surface of the reflecting mirror in Example 1, and FIG. 4B is a diagram showing the height Z of the reflecting mirror in the X direction. The X direction and the Y direction are directions corresponding to the X direction and the Y direction in the
反射ミラー18の表面のZを次式で現される自由曲面とする。
Z=Σaij×Xi×Yj
原点(X=0、Y=0)は画像中心に相当し、例えば領域S0付近に相当する。aijは係数である。X方向の集光パワーを異ならせるためには、iが奇数の項の係数aijの少なくとも1つを有限の値(0以外)とする。投影ミラー24におけるY方向の集光パワーは、X軸に対し対称である。よって、jが奇数の項の係数aijを0とする。例えば、係数a30およびa12を有限とする。これにより、図4のような自由曲面を実現できる。反射ミラー18の自由曲面をより調整するため、係数a10および/またはa20を有限の値としてもよい。さらに、高次の係数を有限の値としてもよい。Let Z on the surface of the reflecting
Z = Σa ij × X i × Y j
The origin (X = 0, Y = 0) corresponds to the center of the image, for example, near the region S0. a ij is a coefficient. In order to vary the condensing power in the X direction, at least one of the coefficients a ij of the odd-numbered terms is set to a finite value (other than 0). The condensing power in the Y direction in the
レーザ光34を網膜26で合焦させるため、反射ミラー18表面の等高線をシミュレーションした。図5は、実施例1の反射ミラーにおける等高線を示す図である。図5において、中心(X,Y)=(0,0)のZを0としている。等高線の間隔は11.6μmである。+X方向に行くに従いZは小さくなり、−X方向に行くに従いZは大きくなる。図5は網膜を基準にシミュレーションしているため、円形である。図5の円形内の一部を四角形として切り出したものが図4(a)に相当する。
In order to focus the
実施例1では、投影ミラー24の自由曲面の曲率の変化に対応させて、反射ミラー18の表面が平面、凹面または凸面などの自由曲面に設定されている。投影ミラー24の曲率が大きい領域には集光パワーの大きい反射ミラー18の凸面で反射した光線を照射させ、投影ミラー24の曲率が小さい領域には集光パワーの小さい反射ミラー18の凹面で反射した光線を照射させる。これにより、図3のように、光線L0からL2を網膜26近傍で合焦させることができる。例えば、光線L0からL2の合焦位置F0からF2を考慮せずに反射ミラー18を平面として投影ミラー24を含む光学系の設計を行なう。その後、投影ミラー24の設計を変更せずに、反射ミラー18の表面を自由曲面として設計する。これにより、光線L0からL2の合焦位置F0からF2を調整する。反射ミラー18が各光線L0からL2に付与する集光パワーは微弱なため、光線L0からL2の軌跡にほとんど影響することなく、合焦位置F0からF2を調整できる。よって、簡単に光学系を設計できる。
In the first embodiment, the surface of the
図6(a)は、実施例2に係る画像投影装置における光線の光路を示す図、図6(b)は、図6(a)の反射型回折素子付近の拡大図である。図6(a)および図6(b)に示すように、光学部品として反射型回折素子18aを用いる。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
FIG. 6A is a diagram illustrating an optical path of a light beam in the image projection apparatus according to the second embodiment, and FIG. 6B is an enlarged view of the vicinity of the reflective diffraction element in FIG. As shown in FIGS. 6A and 6B, a
レーザ光34を網膜26で合焦させるため、回折素子18aにおける位相分布をシミュレーションした。図7は、実施例2の反射型回折素子における等位相線を示す図である。図7において、各線の間隔は50×2πradである。等位相線の間隔は、回折素子18aのピッチに対応する。実施例2のように、反射型の回折素子18aを用いても領域S0の集光パワーをほぼ0とし、領域S1の集光パワーを正とし、領域S2の集光パワーを負とすることができる。
In order to focus the
図8(a)は、実施例3に係る画像投影装置における光線の光路を示す図、図8(b)は、図8(a)の透過型回折素子付近の拡大図である。図8(a)および図8(b)に示すように、光学部品として透過型回折素子18bを用いる。走査ミラー14が反射した光線L0からL2は回折素子18bのそれぞれ領域S0からS2を透過する。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
FIG. 8A is a diagram illustrating an optical path of a light beam in the image projection apparatus according to the third embodiment, and FIG. 8B is an enlarged view of the vicinity of the transmissive diffraction element in FIG. As shown in FIGS. 8A and 8B, a
レーザ光34を網膜26で合焦させるため、回折素子18bにおける位相分布をシミュレーションした。図9は、実施例3の透過型回折素子における等位相線を示す図である。図9において、各線の間隔は7.5×2πradである。実施例3のように、透過型の回折素子18bを用いても領域S0の集光パワーをほぼ0とし、領域S1の集光パワーを正とし、領域S2の集光パワーを負とすることができる。
In order to focus the
図2のように比較例1では、投影ミラー24(第1ミラー)は、ユーザの眼球22の前に配置されている。投影ミラー24は、−X方向から入射する光線を反射し眼球22の網膜26に照射することにより、画像を網膜26に投影する。このような配置では、図2において説明したように、光線L0からL2の合焦位置F0からF2を網膜26近傍とすることが難しい。
As shown in FIG. 2, in Comparative Example 1, the projection mirror 24 (first mirror) is arranged in front of the user's
そこで、実施例1から3によれば、図3、図6および図8のように、走査ミラー14(走査部)が走査した光線を反射または透過させる光学部品(反射ミラー18、反射型回折素子18aまたは透過型回折素子18b)を設ける。光学部品が反射または透過させた光線L0からL2を投影ミラー24照射する。このように、光学部品を配置する。
Therefore, according to the first to third embodiments, as shown in FIGS. 3, 6, and 8, optical components (
光学部品は、走査ミラー14が走査した光線のうち領域R1(第1領域)に照射する光線L1を反射または通過させる領域S1(第3領域)における集光パワーを、領域R2(第2領域)に照射される光線L2(第2光線)を反射または通過させる領域S2(第4領域)における集光パワーより大きくする。
The optical component reflects the light condensing power in the region S1 (third region) that reflects or passes the light beam L1 irradiated to the region R1 (first region) among the light beams scanned by the
これにより、光線L1の合焦位置F1は、投射ミラー24に近づき、光線L2の合焦位置F2は投影ミラー24から遠ざかる。よって、光線L0からL2の合焦位置F0からF2を網膜26近傍とすることができる。よって、合焦位置F0からF2を適切な位置とすることができる。
Thereby, the focus position F1 of the light beam L1 approaches the
また、光線L1が合焦する位置F1(第1位置)と網膜26との距離D1(第1距離)と、光線L2が合焦する位置F2(第2位置)と網膜26との距離D2(第2距離)と、は、それぞれ、領域S1および領域S2における集光パワーが同じと仮定したときの距離D1および距離D2より小さい。これにより、光線L0からL2の合焦位置F0からF2を網膜26近傍とすることができる。
Further, a distance D1 (first distance) between the position F1 (first position) where the light beam L1 is focused and the
領域S1およびS2における集光パワーを設定する方法として、実施例1のように、光学部品を反射ミラー18(第2ミラー)とする。領域S1における反射ミラー18の曲率を領域S2における反射ミラー18の曲率より大きくする。これにより、領域S1における集光パワーを領域S2における集光パワーより大きくできる。なお、曲率は、図4(a)および図4(b)の領域S1のように凹面を正、領域S2のように凸面を負とする。また、光学部品として反射ミラー18を用いることにより、光線L0からL2が複数の波長を含む場合においても単一の曲面で各波長の光線L0からL2の集光パワーを設定できる。
As a method for setting the condensing power in the regions S1 and S2, the optical component is a reflecting mirror 18 (second mirror) as in the first embodiment. The curvature of the
すなわち、実施例1によれば、図3(a)から図5のように、反射ミラー18の自由曲面は、凹曲面と凸曲面を含み、投影ミラー24の自由曲面は曲率の異なる領域を有している。反射ミラー18の凹曲面および凸曲面で反射した画像光線が投影ミラー24の異なる領域にそれぞれ照射される。凹曲面(領域S1)で反射された画像光線は、凸曲面(領域S2)で反射された画像光線が照射される投影ミラー24の領域R2の曲率よりも曲率の小さな投影ミラー24の領域R1に照射されるように、反射ミラー18の凹曲面および凸曲面が設定されている。これにより、合焦位置F0からF2を適切な位置とすることができる。
That is, according to the first embodiment, as shown in FIGS. 3A to 5, the free curved surface of the
実施例2および3のように、光学部品は回折素子18aおよび18bでもよい。領域S1における回折素子18aおよび18bのピッチを領域S2における回折素子18aおよび18bのピッチより大きくする。これにより、領域S1における集光パワーを領域S2における集光パワーより大きくできる。光学部品として、回折素子18aおよび18bを用いることにより、集光パワーをより精度よく設定できる。回折素子18aおよび18bの集光パワーは波長依存性がある。このため、光線L0からL2は単一の波長の光であることが好ましい、光線L0からL2が複数の波長の光を含む場合、各波長に対応した回折素子を積層することが好ましい。
As in the second and third embodiments, the optical component may be
すなわち、実施例2によれば、図6(a)から図7のように、反射ミラーは投影ミラー24の自由曲面の曲率変化に対応した反射型回折素子18aを含む。反射型回折素子18aは、位相ピッチの異なる位相分布を有する。反射型回折素子18aの位相ピッチの広い領域S2と位相ピッチの狭い領域S1とで反射した画像光線が投影ミラー24の曲率の異なる領域R2およびR1にそれぞれ照射される。領域S2で反射された画像光線は、領域S1で反射された画像光線が照射される領域R1の曲率よりも曲率の小さな領域R2に照射されるように、反射型回折素子18aの位相ピッチが設定されている。これにより、合焦位置F0からF2を適切な位置とすることができる。
That is, according to the second embodiment, as shown in FIGS. 6A to 7, the reflection mirror includes the reflection
また、実施例3によれば、図8(a)から図9のように、透過ミラーは投影ミラー24の自由曲面の曲率変化に対応した透過型回折素子18bを含む。透過型回折素子18bは、位相ピッチの異なる位相分布を有する。透過型回折素子18bの位相ピッチの広い領域S2と位相ピッチの狭い領域S1とで透過した画像光線が投影ミラー24の曲率の異なる領域R2およびR1にそれぞれ照射される。領域S2で透過された画像光線は、領域S1で透過された画像光線が照射される投影ミラー24の領域R1の曲率よりも曲率の小さな領域R2に照射されるように、透過型回折素子18bの位相ピッチが設定されている。これにより、合焦位置F0からF2を適切な位置とすることができる。
Further, according to the third embodiment, as shown in FIGS. 8A to 9, the transmission mirror includes the transmission
投影ミラー24の曲率がX方向で異なる例を説明したが、投影ミラー24は回折素子でもよい。光線L0からL2を瞳孔28を通過させるため、領域R1における投影ミラー24の集光パワーは領域R2における投影ミラー24の集光パワーより小さいことが好ましい。投影ミラー24はレンズ20に設けられたハーフミラーの例を説明したが、投影ミラー24は全反射ミラーでもよい。
Although the example in which the curvature of the
領域R1および領域R2は、投影ミラー24内の画像の中心に対応する位置(領域R0)に対し、光線L0からL2の入射する方向における両側に位置している。このように領域R0からR2が位置する場合、比較例1では、合焦位置F0からF2の網膜26からのずれが大きくなる。よって、領域S0からS2の集光パワーを異ならせることが好ましい。
The region R1 and the region R2 are located on both sides in the incident direction of the light rays L0 to L2 with respect to the position (region R0) corresponding to the center of the image in the
さらに、投影ミラー24における領域R1と領域R2との距離は、光学部品における領域S1と領域S2との距離より大きい。このように領域R1とR2との距離が大きな光学系では、光線L0からL2を瞳孔28近傍で集束させようとすると、領域R1およびR2の集光パワーを大きく異ならせることになる。また、光線L0からL2の光路が大きく異なる。これにより、図2のように合焦位置F1およびF2が網膜26から大きくずれる。よって、このような光学系において、領域S1とS2において集光パワーの異なる光学部品を用いることが好ましい。
Further, the distance between the region R1 and the region R2 in the
光線L0からL2の光学系はY軸方向に対してほぼ対称である。よって、投影ミラー24内の画像の中心に対応する位置を通りX方向に延伸する線に対し対称な投影ミラー24内の一対の位置に対応する光学部品内の一対の位置における集光パワーは実質的に等しいことが好ましい。例えば図5において、Y=0の直線(X軸)に対称な位置の曲率は同じである。図7および図9において、Y=0の直線に対称な回折素子のピッチは同じである。
The optical system of the light beams L0 to L2 is substantially symmetric with respect to the Y-axis direction. Therefore, the condensing power at the pair of positions in the optical component corresponding to the pair of positions in the
画像投影装置としてめがね型のHMDを例に説明したが、HMD以外の画像投影装置でもよい。片方の眼球22の網膜26に画像を投影させる例を示したが、両方の眼球22の網膜26に画像を投影させてもよい。走査部として走査ミラー14を例に説明したが、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カリウム(KTN)結晶等、その他の部品を用いてもよい。光線としてレーザ光を例に説明したが、レーザ光以外の光でもよい。光学部品の領域S1およびS2における集光パワーはいずれも正でもよく、いずれも負でもよい。投影ミラー24への光線L0からL2の入射する方向を水平方向を例に説明したが、光線L0からL2は垂直方向または斜め方向から入射されてもよい。
Although the eyeglass-type HMD has been described as an example of the image projection apparatus, an image projection apparatus other than the HMD may be used. Although an example in which an image is projected onto the
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。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
10 ツル
12 光源
14 走査ミラー
16 制御部
18 反射ミラー
18a、18b 回折素子
20 レンズ
22 眼球
24 投影ミラー
26 網膜
28 瞳孔
29 虹彩
30 水晶体
34 レーザ光DESCRIPTION OF
本発明は、光源から出射された光線を2次元方向に走査する走査部と、前記走査部が走査した光線を反射または透過させる光学部品と、ユーザの眼球の前に配置され、前記光学部品が反射または透過させた光線を反射し前記眼球の網膜に照射することにより、画像を前記網膜に投影する第1ミラーと、を具備し、前記第1ミラーは、第1領域および第2領域を有し、前記第1ミラーにおいて前記第1領域は前記第2領域より前記光線の入射する方向に位置し、前記光学部品は、前記走査部が走査した前記光線のうち前記第1領域に照射する第1光線を反射または通過させる第3領域における集光パワーを、前記走査部が走査した前記光線のうち前記第2領域に照射される第2光線を反射または通過させる第4領域における集光パワーより大きくするように設定されていることを特徴とする画像投影装置である。 The present invention includes a scanning unit that scans a light beam emitted from a light source in a two-dimensional direction, an optical component that reflects or transmits the light beam scanned by the scanning unit, and an optical component that is disposed in front of a user's eyeball. A first mirror for projecting an image on the retina by reflecting the reflected or transmitted light beam and irradiating the retina of the eyeball, and the first mirror has a first region and a second region. In the first mirror, the first region is positioned in a direction in which the light beam is incident from the second region, and the optical component irradiates the first region of the light beam scanned by the scanning unit. The condensing power in the third region that reflects or passes one light beam is greater than the condensing power in the fourth region that reflects or passes the second light beam irradiated to the second region among the light beams scanned by the scanning unit. big That it is set to an image projection apparatus according to claim.
上記構成において、前記光学部品は回折格子である構成とすることができる。
In the above configuration, the optical component may be a Ah Ru configuration in the diffraction grating.
本発明は、光線を出射する光源部と、画像データを入力する画像入力部と、入力された前記画像データに基づいた画像光線を生成して、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、前記画像光線を走査する走査ミラーと、前記走査ミラーで走査された画像光線を反射する反射ミラーと、前記反射ミラーで反射された画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、を具備し、前記投影ミラーの表面は曲率の異なる領域を有する自由曲面を有し、前記反射ミラーの表面は凹曲面と凸曲面とを含む自由曲面を有し、前記投影ミラーにおいて、前記凹曲面で反射された画像光線が反射する領域は、前記凸曲面で反射された画像光線が反射する領域より前記画像光線の入射側に位置する画像投影装置である。
The present invention generates a light source unit that emits a light beam, an image input unit that inputs image data, and an image light beam based on the input image data, and performs emission control of the image light beam from the light source unit. A control unit that performs scanning, a scanning mirror that scans the image light beam, a reflection mirror that reflects the image light beam scanned by the scanning mirror, and the image light beam reflected by the reflection mirror is projected onto the retina of the user's eyeball comprising a projection mirror, the said surface of the projection mirror has a free curved surface having a region of different curvature, the surface of the reflecting mirror have a free curved surface which includes a concave surface and a convex surface, in the projection mirror The region where the image light beam reflected by the concave curved surface is reflected is an image projection device located on the incident side of the image light beam from the region where the image light beam reflected by the convex curved surface is reflected .
本発明は、光線を出射する光源部と、画像データを入力する画像入力部と、入力された前記画像データに基づいた画像光線を生成して、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、前記画像光線を走査する走査ミラーと、前記走査ミラーで走査された画像光線を反射する反射ミラーと、前記反射ミラーで反射された画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、を具備し、前記投影ミラーの表面は曲率の異なる領域を有する自由曲面を有し、前記反射ミラーの表面は凹曲面と凸曲面とを含む自由曲面を有し、前記凹曲面で反射された画像光線は、前記凸曲面で反射された画像光線が照射される前記投影ミラーの領域の曲率よりも曲率の小さな前記投影ミラーの領域に照射されるように、前記反射ミラーの凹曲面及び凸曲面が設定されている画像投影装置である。
The present invention generates a light source unit that emits a light beam, an image input unit that inputs image data, and an image light beam based on the input image data, and performs emission control of the image light beam from the light source unit. A control unit that performs scanning, a scanning mirror that scans the image light beam, a reflection mirror that reflects the image light beam scanned by the scanning mirror, and the image light beam reflected by the reflection mirror is projected onto the retina of the user's eyeball A projection mirror, wherein the surface of the projection mirror has a free curved surface having regions with different curvatures, and the surface of the reflection mirror has a free curved surface including a concave curved surface and a convex curved surface, The concave curved surface of the reflection mirror is irradiated so that the reflected image light beam is irradiated on the region of the projection mirror having a smaller curvature than the curvature of the region of the projection mirror irradiated with the image light beam reflected on the convex curved surface. as well as Curved is an image projection apparatus is set.
本発明は、光線を出射する光源部と、画像データを入力する画像入力部と、入力された前記画像データに基づいた画像光線を生成して、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、前記画像光線を走査する走査ミラーと、前記走査ミラーで走査された画像光線を反射する反射ミラーと、前記反射ミラーで反射された画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、を具備し、前記投影ミラーの表面は曲率の異なる領域を有する自由曲面を有し、前記反射ミラーは位相ピッチの異なる位相分布を有する反射型回折素子を含み、前記投影ミラーにおいて、前記反射型回折素子における集光パワーの大きい位相分布を有する領域で反射された画像光線が反射する領域は前記反射型回折素子における集光パワー小さい位相分布を有する領域で反射された画像光線が反射する領域より前記画像光線の入射側に位置する画像投影装置である。
The present invention generates a light source unit that emits a light beam, an image input unit that inputs image data, and an image light beam based on the input image data, and performs emission control of the image light beam from the light source unit. A control unit that performs scanning, a scanning mirror that scans the image light beam, a reflection mirror that reflects the image light beam scanned by the scanning mirror, and the image light beam reflected by the reflection mirror is projected onto the retina of the user's eyeball comprising a projection mirror, and has a free-form surface surface of the projection mirror having regions with different curvatures, wherein the reflecting mirror is viewed including the reflection type diffraction element having different phase distributions in phase pitch, in the projection mirror The region where the image light beam reflected by the region having a phase distribution with a large condensing power in the reflection type diffraction element is reflected is a phase distribution with a small condensing power in the reflection type diffraction element. Image rays reflected by the region with is an image projection device located on the incident side of the image light from the area to be reflected.
本発明は、光線を出射する光源部と、画像データを入力する画像入力部と、入力された前記画像データに基づいた画像光線を生成して、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、前記画像光線を走査する走査ミラーと、前記走査ミラーで走査された画像光線を反射する反射ミラーと、前記反射ミラーで反射された画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、を具備し、前記投影ミラーの表面は曲率の異なる領域を有する自由曲面を有し、前記反射ミラーは位相ピッチの異なる位相分布を有する反射型回折素子を含み、前記反射型回折素子において集光パワーの大きい位相分布を有する領域で反射された画像光線は、前記反射型回折素子において集光パワーの小さい位相分布を有する領域で反射された画像光線が照射される前記投影ミラーの領域の曲率よりも曲率の小さな前記投影ミラーの領域に照射されるように、前記反射型回折素子の位相ピッチが設定されている画像投影装置である。
The present invention generates a light source unit that emits a light beam, an image input unit that inputs image data, and an image light beam based on the input image data, and performs emission control of the image light beam from the light source unit. A control unit that performs scanning, a scanning mirror that scans the image light beam, a reflection mirror that reflects the image light beam scanned by the scanning mirror, and the image light beam reflected by the reflection mirror is projected onto the retina of the user's eyeball A projection mirror, the surface of the projection mirror has a free-form surface having regions with different curvatures, and the reflection mirror includes a reflection type diffraction element having a phase distribution with a different phase pitch, and the reflection type diffraction element image rays reflected by the region having a large phase distribution of the light collecting power in the image light reflected by the region with a small phase distribution of light collecting power in a reflective diffractive element Wherein As is irradiated onto the region of small the projection mirror curvature than the curvature of the region of the projection mirrors Isa, an image projection apparatus in which the phase pitch of the reflection type diffraction element is set.
本発明は、光線を出射する光源部と、画像データを入力する画像入力部と、入力された前記画像データに基づいた画像光線を生成して、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、前記画像光線を走査する走査ミラーと、前記走査ミラーで走査された画像光線を透過させる光学部品と、前記光学部品を透過した画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、具備し、前記投影ミラーの表面は曲率の異なる領域を有する自由曲面を有し、前記光学部品は位相ピッチの異なる位相分布を有する透過型回折素子を含み、前記投影ミラーにおいて、前記透過型回折素子における集光パワーの大きい領域を透過した画像光線が反射する領域は前記透過型回折素子における集光パワーの小さい領域を透過した画像光線が反射する領域より前記画像光線の入射側に位置する画像投影装置である。
The present invention generates a light source unit that emits a light beam, an image input unit that inputs image data, and an image light beam based on the input image data, and performs emission control of the image light beam from the light source unit. A control unit that performs scanning, a scanning mirror that scans the image beam, an optical component that transmits the image beam scanned by the scanning mirror, and a projection that projects the image beam transmitted through the optical component onto the retina of the user's eyeball and the mirror, provided, having a free-form surface surface of the projection mirror having regions with different curvatures, wherein the optical component is observed including a transmission type diffraction element having different phase distributions in phase pitch, in the projection mirror, the The region where the image light beam transmitted through the region of the transmission type diffractive element having the high light collection power is reflected reflects the image light beam transmitted through the region of the transmission type diffractive element having the low light collection power. An image projection device located on the incident side of the image rays from frequency.
本発明は、光線を出射する光源部と、画像データを入力する画像入力部と、入力された前記画像データに基づいた画像光線を生成して、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、前記画像光線を走査する走査ミラーと、前記走査ミラーで走査された画像光線を透過させる光学部品と、前記光学部品を透過した画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、を具備し、前記投影ミラーの表面は曲率の異なる領域を有する自由曲面を有し、前記光学部品は位相ピッチの異なる位相分布を有する透過型回折素子を含み、前記透過型回折素子において集光パワーの大きい位相分布を有する領域を透過した画像光線は、前記透過型回折素子において集光パワーの小さい位相分布を有する領域を透過した画像光線が照射される前記投影ミラーの領域の曲率よりも曲率の小さな前記投影ミラーの領域に照射されるように、前記透過型回折素子の位相ピッチが設定されている画像投影装置である。
The present invention generates a light source unit that emits a light beam, an image input unit that inputs image data, and an image light beam based on the input image data, and performs emission control of the image light beam from the light source unit. A control unit that performs scanning, a scanning mirror that scans the image beam, an optical component that transmits the image beam scanned by the scanning mirror, and a projection that projects the image beam transmitted through the optical component onto the retina of the user's eyeball The projection mirror surface has a free-form surface having regions with different curvatures, and the optical component includes a transmissive diffractive element having a phase distribution with a different phase pitch, and in the transmissive diffractive element, large phase distribution image light transmitted through the region with the converging power, the image light transmitted are irradiated areas with small phase distribution of light collecting power in the transmission type diffraction element Serial so as to irradiate a region of small the projection mirror curvature than the curvature of the region of the projection mirror, an image projection apparatus in which the phase pitch of the transmission diffraction element is set.
実施例1では、投影ミラー24の自由曲面の曲率の変化に対応させて、反射ミラー18の表面が平面、凹面または凸面などの自由曲面に設定されている。投影ミラー24の曲率が大きい領域には集光パワーの小さい反射ミラー18の凸面で反射した光線を照射させ、投影ミラー24の曲率が小さい領域には集光パワーの大きい反射ミラー18の凹面で反射した光線を照射させる。これにより、図3のように、光線L0からL2を網膜26近傍で合焦させることができる。例えば、光線L0からL2の合焦位置F0からF2を考慮せずに反射ミラー18を平面として投影ミラー24を含む光学系の設計を行なう。その後、投影ミラー24の設計を変更せずに、反射ミラー18の表面を自由曲面として設計する。これにより、光線L0からL2の合焦位置F0からF2を調整する。反射ミラー18が各光線L0からL2に付与する集光パワーは微弱なため、光線L0からL2の軌跡にほとんど影響することなく、合焦位置F0からF2を調整できる。よって、簡単に光学系を設計できる。
In the first embodiment, the surface of the
Claims (17)
前記走査部が走査した光線を反射または透過させる光学部品と、
ユーザの眼球の前に配置され、前記光学部品が反射または透過させた光線を反射し前記眼球の網膜に照射することにより、画像を前記網膜に投影する第1ミラーと、
を具備し、
前記第1ミラーは、第1領域および第2領域を有し、前記第1ミラーにおいて前記第1領域は前記第2領域より前記光線の入射する方向に位置し、
前記光学部品は、前記走査部が走査した前記光線のうち前記第1領域に照射する第1光線を反射または通過させる第3領域における集光パワーを、前記走査部が走査した前記光線のうち前記第2領域に照射される第2光線を反射または通過させる第4領域における集光パワーより大きくすることを特徴とする画像投影装置。A scanning unit that scans light emitted from the light source in a two-dimensional direction;
An optical component that reflects or transmits the light beam scanned by the scanning unit;
A first mirror that is disposed in front of a user's eyeball, reflects a light beam reflected or transmitted by the optical component and irradiates the retina of the eyeball, thereby projecting an image on the retina;
Comprising
The first mirror has a first region and a second region, and in the first mirror, the first region is located in a direction in which the light beam enters from the second region,
The optical component has a condensing power in a third region that reflects or passes a first light beam that irradiates the first region out of the light beam scanned by the scanning unit, and the optical component of the light beam scanned by the scanning unit. An image projection apparatus characterized in that it is larger than the condensing power in the fourth region that reflects or passes the second light beam applied to the second region.
それぞれ、前記第3領域および前記第4領域における集光パワーが同じと仮定したときの前記第1距離および前記第2距離より小さいことを特徴とする請求項1記載の画像投影装置。The first distance between the first position where the first light beam is focused and the retina, and the second distance between the second position where the second light beam is focused and the retina are:
2. The image projection apparatus according to claim 1, wherein each of the third regions and the fourth region is smaller than the first distance and the second distance when the condensing power is assumed to be the same.
前記第3領域における前記第2ミラーの曲率は前記第4領域における前記第2ミラーの曲率より大きい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。The optical component is a second mirror;
3. The image projector according to claim 1, wherein a curvature of the second mirror in the third region is larger than a curvature of the second mirror in the fourth region.
前記第3領域における前記回折格子のピッチは前記第4領域における前記回折格子のピッチより大きい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。The optical component is a diffraction grating;
The image projection apparatus according to claim 1, wherein a pitch of the diffraction grating in the third region is larger than a pitch of the diffraction grating in the fourth region.
画像データを入力する画像入力部と、
入力された前記画像データに基づいた画像光線を生成して、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、
前記画像光線を走査する走査ミラーと、
前記走査ミラーで走査された画像光線を反射する反射ミラーと、
前記反射ミラーで反射された画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、
を具備し、
前記投影ミラーの表面は自由曲面を有し、前記反射ミラーの表面は前記投影ミラーの自由曲面の曲率変化に対応した自由曲面を有する画像投影装置。A light source that emits light rays;
An image input unit for inputting image data;
A control unit that generates an image light beam based on the input image data and performs emission control of the image light beam from the light source unit;
A scanning mirror for scanning the image beam;
A reflection mirror that reflects the image light beam scanned by the scanning mirror;
A projection mirror that projects the image light beam reflected by the reflection mirror onto the retina of the user's eyeball;
Comprising
An image projection apparatus wherein the surface of the projection mirror has a free-form surface, and the surface of the reflection mirror has a free-form surface corresponding to a change in curvature of the free-form surface of the projection mirror.
前記反射ミラーの凹曲面および凸曲面で反射した画像光線が前記投影ミラーの異なる領域にそれぞれ照射され、
前記凹曲面で反射された画像光線は、前記凸曲面で反射された画像光線が照射される前記投影ミラーの領域の曲率よりも曲率の小さな前記投影ミラーの領域に照射されるように、前記反射ミラーの凹曲面及び凸曲面が設定されている請求項10記載の画像投影装置。The free-form surface of the projection mirror has regions with different curvatures,
Image rays reflected by the concave curved surface and the convex curved surface of the reflecting mirror are respectively irradiated to different areas of the projection mirror,
The reflection is performed so that the image light beam reflected by the concave curved surface is irradiated to the region of the projection mirror having a smaller curvature than the curvature of the region of the projection mirror irradiated with the image light beam reflected by the convex curved surface. The image projection apparatus according to claim 10, wherein a concave curved surface and a convex curved surface of the mirror are set.
画像データを入力する画像入力部と、
入力された前記画像データに基づいた画像光線を生成して、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、
前記画像光線を走査する走査ミラーと、
前記走査ミラーで走査された画像光線を反射する反射ミラーと、
前記反射ミラーで反射された画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、
を具備し、
前記投影ミラーの表面は自由曲面を有し、前記反射ミラーは前記投影ミラーの自由曲面の曲率変化に対応した反射型回折素子を含む画像投影装置。A light source that emits light rays;
An image input unit for inputting image data;
A control unit that generates an image light beam based on the input image data and performs emission control of the image light beam from the light source unit;
A scanning mirror for scanning the image beam;
A reflection mirror that reflects the image light beam scanned by the scanning mirror;
A projection mirror that projects the image light beam reflected by the reflection mirror onto the retina of the user's eyeball;
Comprising
The image projection apparatus includes: a projection mirror having a free-form surface; and the reflection mirror includes a reflective diffraction element corresponding to a change in curvature of the free-form surface of the projection mirror.
前記反射型回折素子の位相ピッチの広い領域と位相ピッチの狭い領域とで反射した画像光線が前記投影ミラーの曲率の異なる領域にそれぞれ照射され、
前記位相ピッチの広い領域で反射された画像光線は、前記位相ピッチの狭い領域で反射された画像光線が照射される前記投影ミラーの領域の曲率よりも曲率の小さな前記投影ミラーの領域に照射されるように、前記反射型回折素子の位相ピッチが設定されている請求項13記載の画像投影装置。The free-form surface of the projection mirror has regions with different curvatures,
The image light beams reflected by the region having a wide phase pitch and the region having a narrow phase pitch of the reflective diffractive element are respectively irradiated on regions having different curvatures of the projection mirror,
The image light beam reflected by the wide phase pitch region is irradiated to the projection mirror region having a smaller curvature than the projection mirror region irradiated with the image light beam reflected by the narrow phase pitch region. The image projection apparatus according to claim 13, wherein a phase pitch of the reflective diffraction element is set.
画像データを入力する画像入力部と、
入力された前記画像データに基づいた画像光線を生成して、前記光源部からの前記画像光線の出射制御を行う制御部と、
前記画像光線を走査する走査ミラーと、
前記走査ミラーで走査された画像光線を反射する透過ミラーと、
前記透過ミラーで反射された画像光線を利用者の眼球の網膜に投影する投影ミラーと、
を具備し、
前記投影ミラーの表面は自由曲面を有し、前記透過ミラーは前記投影ミラーの自由曲面の曲率変化に対応した透過型回折素子を含む画像投影装置。A light source that emits light rays;
An image input unit for inputting image data;
A control unit that generates an image light beam based on the input image data and performs emission control of the image light beam from the light source unit;
A scanning mirror for scanning the image beam;
A transmission mirror that reflects the image light beam scanned by the scanning mirror;
A projection mirror that projects the image light beam reflected by the transmission mirror onto the retina of the user's eyeball;
Comprising
An image projection apparatus, wherein the surface of the projection mirror has a free-form surface, and the transmission mirror includes a transmission type diffraction element corresponding to a change in curvature of the free-form surface of the projection mirror.
前記透過型回折素子の位相ピッチの広い領域と位相ピッチの狭い領域とで透過した画像光線が前記投影ミラーの曲率の異なる領域にそれぞれ照射され、
前記位相ピッチの広い領域で透過された画像光線は、前記位相ピッチの狭い領域で透過された画像光線が照射される前記投影ミラーの領域の曲率よりも曲率の小さな前記投影ミラーの領域に照射されるように、前記透過型回折素子の位相ピッチが設定されている請求項16記載の画像投影装置。The free-form surface of the projection mirror has regions with different curvatures,
The image light beams transmitted through the wide phase pitch region and the narrow phase pitch region of the transmissive diffraction element are respectively irradiated to different regions of the curvature of the projection mirror,
The image light beam transmitted through the region having a large phase pitch is irradiated to the region of the projection mirror having a smaller curvature than the curvature of the region of the projection mirror irradiated with the image light beam transmitted through the region having a narrow phase pitch. The image projection apparatus according to claim 16, wherein a phase pitch of the transmissive diffraction element is set.
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