JP2019211705A - 光学装置、映像表示装置、及び検眼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】映像光線の収束位置や映像の投射方向を調整可能にすることを課題とする。【解決手段】開示の技術の一態様に係る光学装置は、光を第１の方向に走査する走査部と、前記走査部で走査された前記光を、被投射面に導く光学部と、前記光学部に対する前記走査部の位置又は向きの少なくとも一方を変化させる可変部と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、光学装置、映像表示装置、及び検眼装置に関する。

近年、仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）に関わる技術・製品が注目されている。特にＡＲ技術は、付加価値となるデジタル情報を現実空間に表示する手段として、産業分野への応用が期待され、行動（作業）環境下で利用可能なグラス型映像表示装置が開発されている。

グラス型映像表示装置では、現実空間とデジタル映像を同時に視認するために、透過型（シースルー）が主流となっている。部分反射膜やイメージガイド構造を介して眼前に虚像映像を表示する映像表示装置や、部分反射膜などを介して網膜上に直接映像を描画する網膜描画方式の映像表示装置が市場に出始めている。

網膜描画方式の映像表示装置では、マクスウェル視を利用して、レーザ光線による映像を瞳孔に一度収束させてから網膜上に投射する装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。瞳孔中心付近を通る光は水晶体の焦点調節に関係なく網膜に達するため、装着者の視力を選ばないフォーカスフリーな状態が得られ、現実空間のどの位置に焦点を合わせてもデジタル情報を鮮明に視認することが可能となる。

レーザ光線を用いた網膜描画方式の映像表示装置等における光学装置では、映像を描画する映像光線の収束位置を瞳孔内に位置させてはじめて映像の視認が可能となる。

しかし特許文献１の装置では、レーザ光線等の光線の収束位置を調整できないため、ユーザは、ユーザ毎に異なる好適位置で映像を視認できなくなる場合があった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、映像光線の収束位置や映像の投射方向を調整可能にすることを課題とする。

開示の技術の一態様に係る光学装置は、光を第１の方向に走査する走査部と、前記走査部で走査された前記光を、被投射面に導く光学部と、前記光学部に対する前記走査部の位置又は向きの少なくとも一方を変化させる可変部と、を備えることを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、映像光線の収束位置や映像の投射方向を調整することができる。

第１の実施形態に係る映像表示装置の構成の一例について説明する図である。 第１の実施形態に係る走査ミラーの構成の一例について説明する図である。 第１の実施形態に係る制御部のハードウェア構成の一例について説明する図である。 第１の実施形態に係る制御部の構成要素の一例を機能ブロックで示す図である。 第１の実施形態に係る姿勢可変部の動作の一例について説明する図である。 第１の実施形態に係る姿勢可変部の回動の作用の一例について説明する図である。 第１の実施形態に係る姿勢可変部の並進と回動の作用の一例について説明する図である。 第２の実施形態に係る映像表示装置の構成の一例について説明する図である。 第２の実施形態に係る走査ミラーの構成の一例について説明する図である。 第２の実施形態に係る走査ミラーの動作の一例について説明する図である。 第３の実施形態に係る映像表示装置の構成の一例について説明する図である。 第３の実施形態に係る制御部のハードウェア構成の一例について説明する図である。 第３の実施形態に係る制御部の構成要素の一例を機能ブロックで示す図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

実施形態では、光学装置を備えた映像表示装置を例に説明する。実施形態の映像表示装置では、ウェアラブル端末であって、マクスウェル視を利用してユーザの網膜上に直接映像を描画する網膜描画方式のヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ；Head Mounted Display）を例に説明する。

実施形態では、「人」の左目の眼球に対する映像表示装置を例に説明するが、右目の眼球に対しても同様である。また映像表示装置を２つ備え、両目の眼球に対して適用することも可能である。

実施形態では、画像は静止画と同義であり、映像は動画と同義である。またレーザ光線と、レーザビームは同義である。レーザ光線は、特許請求の範囲に記載の「光」の一例である。

［第１の実施形態］
図１は、本実施形態の映像表示装置の構成の一例を示す図である。

図１に示されているように、映像表示装置１００は、レーザ光源１と、レンズ２と、開口部材３と、減光素子４と、第１走査ミラー５と、第２走査ミラー６と、投射ミラー７とを有する。また映像表示装置１００は、姿勢可変部８と、メガネフレーム９と、制御部２０と、操作部２１とを有する。メガネフレーム９には、ツル９ａと、保持部９ｂとが含まれる。

尚、映像表示装置１００は、特許請求の範囲に記載の「映像表示装置」の一例である。また第１走査ミラー５と、第２走査ミラー６と、投射ミラー７と、姿勢可変部８とを有する構成は、特許請求の範囲に記載の「光学装置」の一例である。

レンズ２、開口部材３、減光素子４、第１走査ミラー５、第２走査ミラー６、及び姿勢可変部８は、ツル９ａの内部に配設される。投射ミラー７は、保持部９ｂに配設される。レーザ光源１、及び減光素子４は、図１のようにツル９ａの内部に配設してもよいし、これらを外部に設け、レーザ光源１が出射するレーザ光線のみをツル９ａの内部に導光して用いてもよい。また制御部２０、及び操作部２１は、ツル９ａの内部に配設してもよいし、これらを外部に設け、駆動信号のみをツル９ａの内部に供給してもよい。

レーザ光源１から出射された発散光は、レンズ２により平行化される。平行光は、開口部材３と減光素子４を通過して第１走査ミラー５に入射する。第１走査ミラー５に入射した光は、第１走査ミラー５で反射され、第２走査ミラー６、及び投射ミラー７でそれぞれ反射されて、眼球５０の内部に入射する。眼球５０の内部に入射した光線は、瞳孔５２の近傍で一旦収束した後、眼球５０の奥の網膜５３で結像する。尚、レーザ光源１は、特許請求の範囲に記載の「光源」の一例であり、レンズ２は、特許請求の範囲に記載の「光学系」の一例である。

レーザ光源１は、単一、又は複数の波長のレーザ光線を出射する、例えば半導体レーザである。レーザ光源１は、制御部２０からの駆動信号に従い、レーザ光線を時間変調して出射する。単一波長のレーザ光線によればモノクロの映像が描画され、複数の波長のレーザ光線によればカラーの映像が描画される。映像表示装置１００は、カラー映像を描画するために、複数の波長のレーザ光線を出射するレーザ光源を備えてもよいし、相互に波長の異なる複数のレーザ光源を備えてもよい。レーザ光源１が出射するレーザ光線は、映像を描画する映像光線の一例である。

開口部材３は開口を備える。開口部材３は、開口に入射するレーザ光線の一部を遮蔽し、残りを通過させることで、レーザ光線を所望の断面形状、又は直径に整形する。開口部材３の開口の直径は、レンズ２で平行化されたレーザ光線の１／ｅ^２の光強度における直径と等しいか、又はそれ以下である。尚、「ｅ」は自然対数の底である。

開口部材３は、開口部材３を通過し、第１走査ミラーに入射するレーザ光線の直径を、第１走査ミラーの有効径よりも小さくする。本実施形態では、開口の一例として円形開口を想定するが、一部に歪みをもたせた形状や楕円形状を有する開口であってもよい。開口部材３により、断面光強度分布を均一化する等、レーザ光線を所望の状態にすることができ、映像光線、及び映像の品質を向上させることができる。

減光素子４は、「人」の眼の安全性を考慮した適切な光強度になるように、通過するレーザ光線の光強度を低下させる。減光素子４は、例えば、樹脂を材質とする板状部材に、所定の透過率を有する光学薄膜が形成されたＮＤ（Neutral Density）フィルタである。

「人」の眼の安全性を考慮した適切な光強度は、例えばレーザ光の安全性に関する国際規格であるＩＥＣ（国際電気標準会議；International Electro-technical Commission）６０８２５−１で定めるクラス１を下回る光強度である。減光素子４によりレーザ光線を所望の光強度にすることで、安全なレーザ光線を網膜に投射することができ、「人」の眼の安全性を確保することができる。

尚、本実施形態では、開口部材３と第１走査ミラー５の間に減光素子４を配置した例を示すが、減光素子４を開口部材３とレンズ２の間に配置してもよいし、複数の箇所に配置してもよい。減光素子４の配置を適正化することで、映像表示装置１００の小型化等を図ることができる。

第１走査ミラー５は、減光素子４を通過したレーザ光線を反射し、反射角度を変化させてレーザ光線を図のＸ方向（水平方向）に走査する。第２走査ミラー６は、第１走査ミラー５によりＸ方向に走査されたレーザ光線を、図のＹ方向（垂直方向）に走査する。レーザ光線を同期させてＸ、及びＹ方向に走査することで、画像、又は映像が描画される。図示は省略するが、Ｘ、及びＹ方向へのレーザ光線の走査を同期させるために、映像表示装置１００は、公知の同期検知光学系等を備えることができる。

Ｘ方向は、時間的に連続して画素が描画され、一連の画素群が形成される主走査方向である。Ｙ方向は、一連の画素群を並べる副走査方向である。主走査方向と副走査方向は交差する。第２走査ミラー６による副走査方向への走査速度に対して、第１走査ミラー５による主走査方向への走査速度は、高速に設定される。

尚、Ｘ方向は、特許請求の範囲に記載の「第１の方向」の一例であり、Ｙ方向は、特許請求の範囲に記載の「第２の方向」の一例である。

第１走査ミラー５、及び第２走査ミラー６は、例えば、それぞれ１軸のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーである。第１走査ミラー５、及び第２走査ミラー６は、それぞれの備える可動部を所定の軸回りに回動させることで、レーザ光線を走査する。尚、第１走査ミラー５、及び第２走査ミラー６の構成の詳細は、図２を用いて別途説明する。

第１走査ミラー５、及び第２走査ミラー６は、ＭＥＭＳミラーに限定されず、ポリゴンミラー、ガルバノミラー等、光を走査する反射部を有する可動物であればよい。ＭＥＭＳミラーによれば、小型化・軽量化の点で有利となる。ＭＥＭＳミラーの駆動方式は、静電式、圧電式、電磁式などいずれであってもよい。

第１走査ミラー５は、特許請求の範囲に記載の「走査部」の一例であり、「第１走査ミラー」の一例であり、また「回動ミラー」の一例である。

姿勢可変部８は、第１走査ミラー５を並進させて第１走査ミラー５の位置を変化させる。並進には並進機構が用いられる。並進機構は、接続されたモータの回転を駆動源にして、操作部２１からの駆動信号に従って第１走査ミラー５を並進させる。

また姿勢可変部８は、第１走査ミラー５を回動させて第１走査ミラー５の向きを変化させる。回動には回動機構が用いられる。回動機構は、接続されたモータの回転を駆動源にして、操作部２１からの駆動信号に従って第１走査ミラー５を回動させる。

姿勢可変部８の駆動源は、モータに限定されず、例えばピエゾアクチュエータ等としてもよい。ピエゾアクチュエータを用いることで、モータと比較して駆動源の小型化が可能になる。また上記の電動による駆動に限定されず、手動で駆動してもよい。姿勢可変部８が第１走査ミラー５を並進、及び回動させる例を示したが、回動のみをさせる構成にしてもよい。回動のみの構成にすることで、映像の投射方向を変化させる機能を確保しつつ、映像表示装置１００の構成を簡略化させることが可能になる。

尚、姿勢可変部８の動作、及び作用の詳細は、図３〜５を用いて、別途説明する。

ところで、レーザ光線は第１走査ミラー５で反射された後に、第２走査ミラー６で反射される。姿勢可変部８による第１走査ミラー５の並進量、及び／又は回動量が大きいと、第１走査ミラー５で反射されたレーザ光線が、第２走査ミラー６の反射面に入射できない場合が生じる。そのため本実施形態では、第２走査ミラー６の反射面の面積を、第１走査ミラー５の反射面の面積より大きくしている。このようにすることで、第１走査ミラー５の並進量、及び／又は回動量を大きくしても、第１走査ミラー５で反射されたレーザ光線を第２走査ミラー６の反射面に入射させることができ、第１走査ミラー５の並進、及び／又は回動の範囲を広げることができる。

図１に戻り、投射ミラー７は凹面の反射面を有するミラーである。投射ミラー７は、第１走査ミラー５、及び第２走査ミラー６により走査されたレーザ光線を反射し、瞳孔近傍に一旦収束させてから網膜で結像させる。走査されたレーザ光線で描画される画像、又は映像は、投射ミラー７を介し、映像表示装置１００を装着するユーザの網膜に直接投射される。瞳孔中心付近を通る光は水晶体の焦点調節に関係なく網膜に達する。そのためユーザは、現実空間のどの位置に眼の焦点を合わせても、投射された画像、又は映像を焦点の合った状態で鮮明に視認することができる。このような状態は、所謂フォーカスフリーの状態である。尚、ユーザの眼は、「被投射面」の一例である。

投射ミラー７は、例えば、樹脂、又はガラス等を基材にして加工された凹面にアルミニウム等の金属反射膜を蒸着し、ミラー面とすることで形成される。但し、金属反射膜を設けずに樹脂、又はガラス等の基材を鏡面加工してもよい。凹面の形状は球面であってもよいし、非球面であってもよい。非球面を用いると、凹面ミラーによる結像の光学収差をより高品質に補正することができる。

また凹面に形成されるミラーは、ハーフミラーであってもよい。ハーフミラーは、入射光線のうちの一部の光強度の光を反射し、残りの光強度の光を透過する。ハーフミラーを用いると、現実空間とデジタル映像を同時に視認可能なシースルー型の映像表示装置を実現できる。

例えば映像表示装置１００がシースルー型である場合、図１で、映像表示装置１００の外部から負のＺ方向に、眼球５０に向かって伝搬する光のうち、投射ミラー７を透過する光により、現実空間が視認される。一方、レーザ光源１から出射され、投射ミラー７で反射されたレーザ光線により、デジタル映像が視認される。尚、ハーフミラーによる反射光強度と透過光強度は、必ずしも１対１にならなくてもよい。投射ミラー７は、「光学部」の一例である。

制御部２０は、描画する映像の元となる映像データを入力し、入力した映像データに基づき、レーザ光源１によるレーザ光の出射を制御する。また制御部２０は、第１走査ミラー、及び第２走査ミラーの駆動を制御することで、第１走査ミラー、及び第２走査ミラーによる光の走査を制御する。制御部２０のハードウェア構成の詳細は、図３を用いて別途説明する。また制御部２０の機能構成の詳細は、図４を用いて別途説明する。

操作部２１は、姿勢可変部８が備える並進機構８ｃ、及び回動機構８ｂをそれぞれ駆動するための駆動信号を供給する。操作部２１は、例えばツル９ａに設けられたダイヤルや押しボタン等のインターフェースである。ユーザは操作部２１を介して、並進機構８ｃに対して並進方向、及び並進量を指示し、或いは回動機構８ｂに回動方向、及び回動量を指示することができる。尚、操作部２１をマイクロメータヘッド等の機構部で構成し、手動で機構部を操作することで、並進機構８ｃを並進させ、又は回動機構８ｂを回動させてもよい。尚、並進機構による並進には、平行移動も含まれる。

図１の例では、開口部材３と、減光素子４とを有する構成を示したが、ユーザの網膜に投射される光の強度の安全性が確保されるのであれば、減光素子４等を必ずしも設けなくてもよい。

ところで、映像表示装置１００は、レーザ光源１に印加する電流、又は電圧を変化させ、出射するレーザ光線の光強度を変化させることができる。これにより映像表示装置１００を使用する周辺環境の明るさに応じて、画像、又は映像の明るさを調整可能である。減光素子４は、例えば、レーザ光源１が出射するレーザ光線の光強度が最大となる場合において、「人」の眼の安全性を考慮した適切な光強度になるように、通過するレーザ光線の光強度を低下させる。

次に図２は、第１走査ミラー５の構成の一例を説明する図である。図２では、矢印で示される方向をそれぞれα方向、β方向、及びγ方向とする。第１走査ミラー５は、支持基板４１と、可動部４２と、蛇行状梁部４３と、蛇行状梁部４４とを備える。

蛇行状梁部４３は、複数の折り返し部を有して蛇行して形成され、一端が支持基板４１に連結し、他端が可動部４２に連結する。蛇行状梁部４３は、３つの梁を含む梁部４３ａと、３つの梁を含む梁部４３ｂとを備える。梁部４３ａの梁と梁部４３ｂの梁は１つおきに交互に形成される。梁部４３ａと梁部４３ｂに含まれる各梁は、それぞれが独立に圧電部材を備えている。

同様に、蛇行状梁部４４は、複数の折り返し部を有して蛇行して形成され、一端が支持基板４１に連結し、他端が可動部４２に連結する。蛇行状梁部４４は、３つの梁を含む梁部４４ａと、３つの梁を含む梁部４４ｂとを備える。梁部４４ａの梁と梁部４４ｂの梁は１つおきに交互に形成される。梁部４４ａと梁部４４ｂに含まれる各梁は、それぞれが独立に圧電部材を備えている。

尚、梁部４３ａ、及び４３ｂにおける梁の数は３つに限定されることなく任意でよい。

梁部４３ａ、４３ｂ、４４ａ、及び４４ｂが備える圧電部材は、図２では図示が省略されているが、例えば多層構造で形成された各梁の層の一部に、圧電層として備えられる。以下では、梁部４３ａ、及び４４ａが備える圧電部材を圧電部材４５ａと総称し、梁部４３ｂ、及び４４ｂが備える圧電部材を圧電部材４５ｂと総称する場合がある。

圧電部材４５ａと圧電部材４５ｂに、逆位相となる電圧を印加し、蛇行状梁部４４に反りを生じさせると、隣接する梁部が異なる方向に撓む。この撓みが累積され、図２のＡ軸回りに、反射ミラー４２ａを往復回動させるための回動力が発生する。

可動部４２は、β方向において、蛇行状梁部４３と蛇行状梁部４４との間に挟まれるようにして形成される。可動部４２は、中央部分に反射ミラー４２ａを備え、蛇行状梁部４３と蛇行状梁部４４の回動力により、反射ミラー４２ａをＡ軸回りに回動させる。この回動により、反射ミラー４２ａに入射し、反射されたレーザ光線は、α方向に走査される。

支持基板４１は、可動部４２と、蛇行状梁部４３と、蛇行状梁部４４とを囲むように形成される。支持基板４１は、蛇行状梁部４３、及び蛇行状梁部４４に連結し、これらを支持する。また支持基板４１は、蛇行状梁部４３、及び蛇行状梁部４４に連結された可動部４２を間接的に支持する。

第１走査ミラー５を構成するＭＥＭＳミラーは、例えばマイクロマシニング技術を用い、シリコンやガラスを微細加工して形成される。マイクロマシニング技術により、高精度で微小な可動ミラーを、蛇行状梁部等の駆動部と一体にして基板上に形成することができる。

具体的には、例えば、１枚のＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板をエッチング処理等により成形する。成形した基板上に、反射ミラー４２ａ、蛇行状梁部４３〜４４、圧電部材４５ａ〜４５ｂ、電極接続部等が一体的に形成され、ＭＥＭＳミラーが形成される。尚、反射ミラー４２ａ等の形成は、ＳＯＩ基板の成形後に行ってもよいし、ＳＯＩ基板の成形中に行ってもよい。

ＳＯＩ基板は、単結晶シリコン（Ｓｉ）からなるシリコン支持層の上に酸化シリコン層が設けられ、酸化シリコン層の上にさらに単結晶シリコンからなるシリコン活性層が設けられた基板である。シリコン活性層は、α方向、又はβ方向に対してγ方向の厚みが薄いため、シリコン活性層のみで構成された部材は、弾性を有する弾性部としての機能を備える。

ＳＯＩ基板は、必ずしも平面状である必要はなく、曲率等を有していてもよい。また、エッチング処理等により一体的に成形でき、部分的に弾性を持たせることができる基板であれば、ＭＥＭＳミラーの形成に用いられる部材はＳＯＩ基板に限られない。

第２走査ミラー６の構成も、第１走査ミラー５と同様である。但し、第１走査ミラー５が反射ミラー４２ａに入射するレーザ光線を主走査方向に走査するように、映像表示装置１００に設置されるのに対し、第２走査ミラー６は、レーザ光線を副走査方向に走査するように、映像表示装置１００に設置される。

主走査方向への走査の場合、制御部２０からの駆動信号として、正弦波波形の電圧が逆位相で第１走査ミラー５の備える圧電部材４５ａ、及び４５ｂに印加される。正弦波波形の電圧の周波数は、Ａ軸回りの可動部４２の共振モードに応じた周波数である。正弦波波形の電圧の印加により、第１走査ミラー５は、低電圧で且つ非常に大きな回動角度で往復回動する。

一方、副走査方向への走査の場合、制御部２０からの駆動信号として、ノコギリ波波形の電圧が逆位相で第２走査ミラー６の備える圧電部材４５ａ、及び４５ｂに印加される。これにより第２走査ミラー６は、所望の駆動周波数で往復回動する。

尚、上記のノコギリ波波形は、正弦波波形の重ね合わせによって生成することができる。また本実施形態では、副走査方向に走査する場合に、第２走査ミラー６をノコギリ波波形の電圧により駆動する例を示したが、これに限定されない。例えばノコギリ波波形の頂点を丸くした波形や、ノコギリ波波形の直線領域を曲線とした波形等を用いてもよい。また第２走査ミラー６のデバイス特性に応じた固有の波形形状にしてもよい。

図３は、本実施形態の制御部２０のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。制御部２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２２と、ＲＯＭ(Read Only Memory)２３と、ＲＡＭ(Random Access Memory)２４と、光源駆動回路２５と、走査ミラー駆動回路２６とを有する。これらはシステムバス２７を介して相互に電気的に接続されている。

ＣＰＵ２２は、制御部２０の動作を統括的に制御する。ＣＰＵ２２は、ＲＡＭ２４をワークエリア（作業領域）として、ＲＯＭ２３に格納されたプログラムを実行することで、制御部２０全体の動作を制御し、後述する各種機能を実現する。

光源駆動回路２５は、レーザ光源１と電気的に接続し、レーザ光源１に電流、又は電圧を印加して、レーザ光源１を駆動する電気回路である。レーザ光源１は、光源駆動回路２５の出力する駆動信号により、レーザ光線の出射をＯＮ、又はＯＦＦし、また出射するレーザ光線の光強度を変化させる。

走査ミラー駆動回路２６は、例えば電気回路である。走査ミラー駆動回路２６は、第１走査ミラー５と電気的に接続し、第１走査ミラー５に電圧を印加して、第１走査ミラー５を駆動する。第１走査ミラー５は、走査ミラー駆動回路２６の出力する駆動信号により、可動部４２が備える反射ミラー４２ａの回動の角度を変化させる。

また、走査ミラー駆動回路２６は、第２走査ミラー６と電気的に接続し、第２走査ミラー６に電圧を印加して、第２走査ミラー６を駆動する。第２走査ミラー６は、走査ミラー駆動回路２６の出力する駆動信号により、反射ミラーの回動の角度を変化させる。

制御部２０は、図３に示されているハードウェア構成によって、次に説明する機能構成を実現することができる。

図４は、本実施形態の制御部２０の構成要素の一例を機能ブロックで示す図である。尚、図４に図示される制御部２０の各機能ブロックは概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。各機能ブロックの全部又は一部を、任意の単位で機能的又は物理的に分散・結合して構成することが可能である。制御部２０の各機能ブロックにて行われる各処理機能は、その全部又は任意の一部が、上述のＣＰＵ２２にて実行されるプログラムにて実現され、或いはワイヤードロジックによるハードウェアとして実現されうる。

制御部２０は、出射制御部３１と、光源駆動部３２と、走査制御部３３と、走査ミラー駆動部３４とを有する。

出射制御部３１は、描画する映像の元となる映像データを入力し、入力した映像データに基づいて、レーザ光源１を駆動制御するための制御信号を光源駆動部３２に出力する。

走査制御部３３は、描画する映像の元となる映像データを入力し、入力した映像データに基づいて、第１走査ミラー５、及び第２走査ミラー６を駆動制御するための制御信号を走査ミラー駆動部３４に出力する。

出射制御部３１、及び走査制御部３３は、例えばＣＰＵ２２等により実現される。

尚、出射制御部３１と走査制御部３３は、好適な位置で視認される映像が歪み等を有する場合に、歪み等を補正するように制御を行ってもよい。

光源駆動部３２は、出射制御部３１から入力した制御信号に基づき、レーザ光源１に電流、又は電圧を印加して、レーザ光源１を駆動する。光源駆動部３２は、例えば光源駆動回路２５等により実現される。

走査ミラー駆動部３４は、走査制御部３３から入力した制御信号に基づき、第１走査ミラー５に電圧を印加して、第１走査ミラー５を駆動する。また走査ミラー駆動部３４は、走査制御部３３から入力した制御信号に基づき、第２走査ミラー６に電圧を印加して、第２走査ミラー６を駆動する。走査ミラー駆動部３４は、例えば走査ミラー駆動回路２６等により実現される。

次に、図５は、本実施形態の姿勢可変部８の動作の一例を詳細に説明する図である。姿勢可変部８は、ベース部材８ａと、回動機構８ｂと、並進機構８ｃとを有する。

ベース部材８ａは金属等を材質とする板状の部材である。図５において、第１走査ミラー５は、ベース部材８ａの正のＹ方向側の面に固定される。この「固定」は、接着剤による固定であってもよいし、嵌合やネジ止めによる固定であってもよい。この点は、以下においても同様である。ベース部材８ａの負のＹ方向側には回動機構８ｂが配置され、ベース部材８ａは、回動機構８ｂに固定される。

図５では、回動機構８ｂ、及び並進機構８ｃにより、第１走査ミラー５が回動、及び並進する前の状態と、回動、及び並進した後の状態が示されている。

図５において、実線で示されている可動部５２ｂは、回動、及び並進する前の状態を示し、一点鎖線で示されている可動部５２ｃは、回動、及び並進した後の状態を示す。また実線で示されているレーザ光線８３は、回動、及び並進する前における第１走査ミラー５によるレーザ光線の中心走査光線を示す。尚、中心走査光線とは、レーザ光線の走査範囲で中心に位置するレーザ光線である。

一方、二点鎖線で示されているレーザ光線８４は、回動、及び並進した後における第１走査ミラー５によるレーザ光線の中心走査光線を示す。

レーザ光線８４はレーザ光線８３に対し、回動角度θだけ傾いている。またレーザ光線８４はレーザ光線８３に対し、レーザ光線の入射方向と平行な方向に並進量Ｓだけシフトしている。

回動機構８ｂは、ベース部材８ａ、及び第１走査ミラー５を一体にして矢印８１の方向に回動させる。この回動の回動軸は、例えば、第１走査ミラー５の可動部４２の回動軸（図２のＡ軸）に一致する。尚、この「一致」は完全な一致までを要求するものではなく、組立や加工の誤差と認められる程度の誤差は許容するものである。この点は、以下においても同様である。また以下では、「第１走査ミラー５の可動部４２の回動軸」を「第１走査ミラー５の回動軸」と称する場合がある。

また第１走査ミラー５の回動軸は、第１走査ミラー５におけるレーザ光線の入射位置に含まれることが望ましい。尚、入射するレーザ光線の断面積は、第１走査ミラー５の反射面の面積より小さい。

回動機構８ｂの負のＹ方向側には、並進機構８ｃが配置され、回動機構８ｂは、並進機構８ｃに固定される。並進機構８ｃは、回動機構８ｂ、ベース部材８ａ、及び第１走査ミラー５を一体にして矢印８２の方向に並進させる。並進の方向は、レーザ光源１から出射され、第１走査ミラー５に入射するレーザ光線の入射方向に沿った方向である。このような方向は、例えば、第１走査ミラー５に入射するレーザ光線の入射方向に平行な方向である。尚、この「平行」は完全な平行までを要求するものではなく、組立や加工の誤差と認められる程度の誤差は許容するものである。

回動機構８ｂ、ベース部材８ａ、及び第１走査ミラー５が並進機構８ｃにより並進する際にも、回動機構８ｂによる回動の回動軸は、第１走査ミラー５の回動軸に一致した状態で並進する。

本実施形態の姿勢可変部８の作用の一例を、図６〜７を参照して説明する。まず図６は、本実施形態の姿勢可変部８の回動の作用の一例を説明する図である。図６（ａ）は、姿勢可変部８の回動によるレーザ光線軌跡の変化を説明する図である。図６（ａ）においては、レーザ光線は第１走査ミラー５に入射し、反射される。反射されたレーザ光線は第２走査ミラー６、及び投射ミラー７で反射され、眼球５０に入射する。

図６（ａ）において、実線で示されているレーザ光線は、回動前の状態を示す。レーザ光線６１は、中心走査光線を示す。レーザ光線６２は、正のＸ方向の最大走査角に該当する走査光線を示す。レーザ光線６３は、負のＸ方向の最大走査角に該当する走査光線を示す。レーザ光線６１〜６３は瞳孔５２の中心付近で収束し、何れも瞳孔５２を通過して網膜で結像する。

一方、図６（ａ）において、破線で示されているレーザ光線は、回動後の状態を示す。例えば、第１走査ミラー５へのレーザ光線の入射角度が大きくなるように、姿勢可変部８により第１走査ミラー５を回動させた場合である。レーザ光線６４は、中心走査光線を示す。レーザ光線６５は、正のＸ方向の最大走査角に該当する走査光線を示す。レーザ光線６６は、負のＸ方向の最大走査角に該当する走査光線を示す。

レーザ光線６４〜６６の収束位置は、瞳孔５２の中心付近になり、これらのレーザ光線は何れも瞳孔５２を通過して網膜で結像する。図５で説明したように、姿勢可変部８の回動機構８ｂは、第１走査ミラー５の回動軸で回動し、また第１走査ミラー５の回動軸は、第１走査ミラー５に入射するレーザ光線の入射位置に含まれる。これにより姿勢可変部８の回動の前後で第１走査ミラー５におけるレーザ光線の反射位置は変化せず、投射ミラー７によるレーザ光線の収束位置は変化しない。そのためフォーカスフリーの状態が確保される。一方で、走査されるレーザ光線の投射ミラー７での反射位置は正のＸ方向にずれ、ユーザには正のＸ方向にずれた映像が視認される。

また図６（ａ）では図示が省略されているが、第１走査ミラー５へのレーザ光線の入射角度が小さくなるように、姿勢可変部８により第１走査ミラー５を回動させた場合は、走査されるレーザ光線の投射ミラー７での反射位置は負のＸ方向にずれ、ユーザには負のＸ方向にずれた映像が視認される。この場合においても、上記の作用により、姿勢可変部８の回動の前後で、レーザ光線の収束位置は変化せず、フォーカスフリーの状態は確保される。

このように姿勢可変部８により第１走査ミラー５を回動させることで、レーザ光線の収束位置を変化させず、フォーカスフリーの状態を確保しながら、ユーザによる映像の視認方向を変化させることができる。例えば、ユーザが映像表示装置１００を装着した際に、映像を視認しながら姿勢可変部８を操作することで、ユーザの映像視認好適位置に合わせて、ユーザは映像の視認方向を調整することができる。

一方、図６（ｂ）は、眼球の動きによるレーザ光線軌跡の変化を説明する図である。図６（ａ）と同様に、実線で示されているレーザ光線は、回動前の状態を示し、破線で示されているレーザ光線は、回動後の状態を示す。例えば、第１走査ミラー５へのレーザ光線の入射角度が大きくなるように、姿勢可変部８により第１走査ミラー５を回動させた場合である。

図６（ｂ）において、レーザ光線は、眼球５０に入射し、瞳孔５２で一旦収束した後、瞳孔５２を通過して網膜５３で結像する。図６（ｂ）の左側に示されている図は眼球５０が正面を向いている場合である。中央に示されている図は眼球５０が正のＸ方向（図の右方向）を向いた場合であり、右側に示されている図は眼球５０がさらに正のＸ方向を向いた場合である。

図６（ｂ）の中央の図に示されているように、眼球５０が正のＸ方向を向くと、瞳孔５２の中心が正のＸ方向にずれる。そして図６（ｂ）の右側の図に示されているように、眼球５０がさらに正のＸ方向を向くと、瞳孔５２の中心位置はさらに正のＸ方向にずれ、その結果、レーザ光線は、収束位置で瞳孔５２にケラレてしまい、網膜５３に到達しなくなる。

このように姿勢可変部８で回動のみをさせると、眼球５０の動き量によっては、ユーザは映像を視認できなくなる場合がある。

次に、図７は、本実施形態の姿勢可変部８の並進と回動の作用の一例を説明する図である。図７（ａ）は、姿勢可変部８の並進、及び回動によるレーザ光線軌跡の変化を説明する図である。図６（ａ）と同様に、図７（ａ）では、第１走査ミラー５にレーザ光線が入射し、反射される。反射されたレーザ光線は第２走査ミラー６、及び投射ミラー７で反射されて、眼球５０に入射する。

図７（ａ）において、実線で示されているレーザ光線は、並進、及び回動前の状態を示す。図６（ａ）と同様に、レーザ光線６１は、中心走査光線を示す。レーザ光線６２は、正のＸ方向の最大走査角に該当する走査光線を示す。レーザ光線６３は、負のＸ方向の最大走査角に該当する走査光線を示す。レーザ光線６１〜６３は瞳孔５２の中心付近で収束し、何れも瞳孔５２を通過して網膜で結像する。

一方、図７（ａ）において、破線で示されているレーザ光線は、並進、及び回動後の状態を示す。例えば、姿勢可変部８により、第１走査ミラー５へのレーザ光線の入射角度が大きくなるように第１走査ミラー５を回動させ、且つ第１走査ミラー５を第１走査ミラー５へのレーザ光線の入射方向において前進させた場合である。レーザ光線６７は、中心走査光線を示す。レーザ光線６８は、正のＸ方向の最大走査角に該当する走査光線を示す。レーザ光線６９は、負のＸ方向の最大走査角に該当する走査光線を示す。レーザ光線６７〜６９の収束位置は、瞳孔５２の中心付近から正のＸ方向（図の右方向）にずれている。

また図７（ａ）では図示が省略されているが、姿勢可変部８により、第１走査ミラー５へのレーザ光線の入射角度が大きくなるように第１走査ミラー５を回動させ、且つ第１走査ミラー５を第１走査ミラー５へのレーザ光線の入射方向において後退させた場合は、レーザ光線６７〜６９の収束位置は、瞳孔５２の中心付近から負のＸ方向（図の左方向）にずれる。

一方、図７（ｂ）は、眼球の動きによるレーザ光線軌跡の変化を説明する図である。図７（ａ）と同様に、実線で示されているレーザ光線は、並進、及び回動前の状態を示す。破線で示されているレーザ光線は、並進、及び回動後の状態を示す。例えば、第１走査ミラー５へのレーザ光線の入射角度が大きくなるように、姿勢可変部８により第１走査ミラー５を回動させ、且つ姿勢可変部８により第１走査ミラー５を、第１走査ミラー５に入射するレーザ光線の入射方向に前進させた場合である。

図７（ｂ）では、レーザ光線が眼球５０に入射し、瞳孔５２で一旦収束した後、瞳孔５２を通過し、網膜５３で結像する。図７（ｂ）の左側に示されている図は眼球５０が正面を向いている場合である。中央に示されている図は眼球５０が正のＸ方向（図の右方向）を向いた場合であり、右側に示されている図は眼球５０がさらに正のＸ方向を向いた場合である。

図７（ｂ）の中央、及び右側の図に示されているように、眼球５０が正のＸ方向を向いていくと、瞳孔５２の中心は正のＸ方向にずれていく。しかし、図６の場合とは異なり、姿勢可変部８による第１走査ミラー５の前進により、レーザ光線６７〜６９の収束位置は正のＸ方向にずらされている。そのためレーザ光線６７〜６９は、瞳孔５２にケラレることなく、網膜５３に到達している。

このように、姿勢可変部８で第１走査ミラーを回動させることで、フォーカスフリーの状態を確保しながら、ユーザによる映像の視認方向を変化させることができる。また姿勢可変部８で第１走査ミラーを並進させることで、レーザ光線６７〜６９の収束位置をずらすことができる。これにより眼球５０が動いたとしても、レーザ光線６７〜６９の瞳孔５２でのケラレ等を防止することができる。

以上説明してきたように、本実施形態の映像表示装置１００は、レーザ光線を走査する第１走査ミラー５、及び第２走査ミラー６等の走査部と、走査部の位置、又は向きを変化させる姿勢可変部８と、走査されたレーザ光線をユーザの網膜に投射する投射ミラー７とを備える。姿勢可変部８により、第１走査ミラー５を並進、及び／又は回動させることで、映像光線の収束位置、及び映像の投射方向を任意のタイミングで調整可能な映像表示装置を提供することができる。

瞳孔間間隔（眼球の間隔）等はユーザ毎に異なるため、映像表示装置１００を装着した際に、映像が視認される位置はユーザ毎に異なり、好適でない位置に映像が視認される場合がある。また、ユーザ毎で視認の好適位置が異なるため、これにより好適でない位置に映像が視認される場合がある。

本実施形態によれば、映像を視認しながら姿勢可変部８を操作することで、ユーザの映像視認好適位置に合わせて、ユーザは映像の投射方向を調整することができる。これによりユーザは好適位置で映像を視認することができる。また映像を視認しながら姿勢可変部８を操作することで、映像光線の収束位置を調整し、瞳孔５２でのレーザ光線のケラレにより映像を視認できなくなる等の状態を回避できる。また機構部を用いて調整を行うため、振動等により調整後の状態が変動することなく、好適な状態が安定的に維持される。

さらに、本実施形態によれば、マクスウェル視を利用してユーザの網膜に直接映像を描画するため、現実空間のどの位置に焦点を合わせても画像を鮮明に視認することができる。

これらの効果は、第１走査ミラー５と、第２走査ミラー６と、投射ミラー７と、姿勢可変部８とを備える光学装置においても同様である。

尚、本実施形態では、グラス型のＨＭＤを映像表示装置の例として説明したが、ＨＭＤ等の映像表示装置は、「人」の頭部に直接装着させるだけでなく、固定部等の部材を介して間接的に「人」の頭部に装着させるものであってもよい。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態の映像表示装置を、図８〜１０を参照して説明する。尚、第２の実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部分についての説明は省略する場合がある。

本実施形態では、レーザ光線を走査する走査部として、固定ミラー、及び２軸走査ミラーを用いる。２軸走査ミラーは、レーザ光線を２軸方向に走査する。

図８は、本実施形態の映像表示装置１００ａの構成の一例を示す図である。映像表示装置１００ａは、固定ミラー１０と、２軸走査ミラー１１と、姿勢可変部８Ａとを有する。

固定ミラー１０は、減光素子４を通過したレーザ光線を２軸走査ミラー１１に向けて反射するミラーである。固定ミラー１０は、メガネフレーム９のツル９ａに固定される。固定ミラー１０の表面は、平面に限らず、凹面や凸面等の任意の形状としてよい。

２軸走査ミラー１１は、固定ミラー１０で反射されたレーザ光線を投射ミラー７に向けて反射し、反射角度を変化させることで、レーザ光線をＸ方向（水平方向）、及びＹ方向（垂直方向）の２軸方向に走査する。レーザ光線を同期させてＸ、及びＹ方向に走査することで、画像、又は映像が描画される。図示は省略するが、Ｘ、及びＹ方向へのレーザ光線の走査を同期させるために、映像表示装置１００ａは、公知の同期検知光学系等を備えることができる。

２軸走査ミラー１１は、例えば２軸のＭＥＭＳミラーである。２軸走査ミラー１１の構成の詳細は、図９を用いて別途説明する。

２軸走査ミラー１１は、ＭＥＭＳミラーに限定されず、ポリゴンミラー、ガルバノミラー等、光を走査する反射部を有するものを組み合わせて構成してもよい。ＭＥＭＳミラーによれば、小型化・軽量化の点で有利となる。ＭＥＭＳミラーの駆動方式は、静電式、圧電式、電磁式などいずれであってもよい。

２軸走査ミラー１１は、特許請求の範囲に記載の「走査部」の一例であり、「回動ミラー」の一例である。

姿勢可変部８Ａは、２軸走査ミラー１１を回動させて、２軸走査ミラー１１の向きを変化させる。姿勢可変部８Ａは、例えば、２軸走査ミラー１１の水平方向（Ｘ方向）への回動軸を中心にして、２軸走査ミラー１１を回動させる。２軸走査ミラー１１の水平方向（Ｘ方向）への回動軸は、２軸走査ミラー１１に入射するレーザ光線の入射位置にあることが望ましい。回動には回動機構が用いられる。回動機構は、接続されたモータの回転を駆動源にして、操作部２１からの駆動信号に従って２軸走査ミラー１１を回動させる。

また姿勢可変部８Ａは、２軸走査ミラー１１を並進させて、２軸走査ミラー１１の位置を変化させる。姿勢可変部８Ａは、例えば、２軸走査ミラー１１へのレーザ光線の入射方向に沿った方向に、２軸走査ミラー１１を並進させる。２軸走査ミラー１１へのレーザ光線の入射方向に沿った方向は、例えば２軸走査ミラー１１へのレーザ光線の入射方向と平行な方向である。並進には並進機構が用いられる。並進機構は、接続されたモータの回転を駆動源にして、操作部２１からの駆動信号に従って２軸走査ミラー１１を並進させる。

姿勢可変部８Ａの構成は、姿勢可変部８と同様である。また姿勢可変部８Ａの作用の詳細は、図１０を用いて、別途説明する。

画像、又は映像は、２軸走査ミラー１１により走査されたレーザ光線で描画され、映像表示装置１００ａを装着するユーザの網膜に直接投射される。瞳孔中心付近を通るレーザ光線は、水晶体の焦点調節に関係なく網膜に達するため、ユーザは、現実空間のどの位置に眼の焦点を合わせても、投射された画像、又は映像を、焦点の合った状態で鮮明に視認することができる。

次に図９は、２軸走査ミラー１１の構成の一例を説明する図である。図９では、矢印で示される方向を、それぞれα方向、β方向、及びγ方向とする。２軸走査ミラー１１は、支持基板９１と、可動部９２と、蛇行状梁部９３と、蛇行状梁部９４と、電極接続部９５とを備える。

蛇行状梁部９３は、複数の折り返し部を有して蛇行して形成され、一端が支持基板９１に連結し、他端が可動部９２に連結する。蛇行状梁部９３は、３つの梁を含む梁部９３ａと、３つの梁を含む梁部９３ｂとを備える。梁部９３ａの梁と梁部９３ｂの梁は１つおきに交互に形成される。梁部９３ａと梁部９３ｂに含まれる各梁は、それぞれが独立に圧電部材を備えている。

同様に、蛇行状梁部９４は、複数の折り返し部を有して蛇行して形成され、一端が支持基板９１に連結し、他端が可動部９２に連結する。蛇行状梁部９４は、３つの梁を含む梁部９４ａと、３つの梁を含む梁部９４ｂとを備える。梁部９４ａの梁と梁部９４ｂの梁は１つおきに交互に形成される。梁部９４ａと梁部９４ｂに含まれる各梁は、それぞれが独立に圧電部材を備えている。

尚、梁部９３ａ、及び９３ｂにおける梁の数は３つに限定されることなく任意でよい。

梁部９３ａ、９３ｂ、９４ａ、及び９４ｂが備える圧電部材は、図９では図示が省略されているが、例えば多層構造で形成された各梁の層の一部に、圧電層として備えられる。以下では、梁部９３ａ、及び９４ａが備える圧電部材を圧電部材９５ａと総称し、梁部９３ｂ、及び９４ｂが備える圧電部材を圧電部材９５ｂと総称する場合がある。

圧電部材９５ａと圧電部材９５ｂに、逆位相となる電圧信号を印加し、蛇行状梁部９４に反りを生じさせると、隣接する梁部が異なる方向に撓む。この撓みが累積され、図９のＡ軸回りに、反射ミラー９２ａを往復回動させるための回動力が発生する。

可動部９２は、β方向において、蛇行状梁部９３と蛇行状梁部９４との間に挟まれるようにして形成される。可動部９２は、反射ミラー９２ａと、トーションバー９２ｂと、圧電部材９２ｃと、支持部９２ｄとを備える。

反射ミラー９２ａは、例えば、基材上にアルミニウム、金、銀等を含む金属薄膜が蒸着されて形成される。トーションバー９２ｂは、反射ミラー９２ａに一端が連結し、正、及び負のα方向に伸びて反射ミラー９２ａを回動可能に支持する。

圧電部材９２ｃは、一端がトーションバー９２ｂに連結し、他端が支持部９２ｄに連結する。圧電部材９２ｃに電圧を印加すると、圧電部材９２ｃは屈曲変形してトーションバー９２ｂにねじれを生じさせる。トーションバー９２ｂのねじれが回動力となり、反射ミラー９２ａはＢ軸回りに回動する。

反射ミラー９２ａのＡ軸回りの回動により、反射ミラー９２ａに入射するレーザ光線はα方向に走査される。反射ミラー９２ａのＢ軸回りの回動により、反射ミラー９２ａに入射するレーザ光線はβ方向に走査される。

支持部９２ｄは、反射ミラー９２ａと、トーションバー９２ｂと、圧電部材９２ｃとを囲むように形成される。支持部９２ｄは圧電部材９２ｃと連結し、圧電部材９２ｃを支持する。また支持部９２ｄは、圧電部材９２ｃに連結されたトーションバー９２ｂ、及び反射ミラー９２ａを間接的に支持する。

支持基板９１は、可動部９２と、蛇行状梁部９３と、蛇行状梁部９４とを囲むように形成される。支持基板９１は、蛇行状梁部９３、及び蛇行状梁部９４に連結し、これらを支持する。また支持基板９１は、蛇行状梁部９３、及び蛇行状梁部９４に連結された可動部９２を間接的に支持する。

２軸走査ミラー１１の製造方法は、第１の実施形態で説明した第１走査ミラー５の製造方法と同様である。また駆動方法は、第１の実施形態の第１走査ミラー５、及び第２走査ミラー６の駆動方法と同様である。

次に、図１０は、本実施形態の姿勢可変部８Ａの並進と回動の作用の一例を説明する図である。図１０は、姿勢可変部８Ａの並進、及び回動によるレーザ光線軌跡の変化を示している。図１０において、レーザ光線は、固定ミラー１０に入射し、２軸走査ミラー１１に向けて反射される。反射されたレーザ光線は２軸走査ミラー１１、及び投射ミラー７で反射されて、眼球５０に入射する。

図１０に実線で示されているレーザ光線は、並進、及び回動前の状態を示す。レーザ光線７１は、中心走査光線を示す。レーザ光線７２は、正のＸ方向の最大角度となる走査光線を示す。レーザ光線７３は、負のＸ方向の最大角度となる走査光線を示す。レーザ光線７１〜７３は、瞳孔５２の中心付近で収束し、何れも瞳孔５２を通過して網膜で結像する。

一方、図１０に破線で示されているレーザ光線は、並進、及び回動後の状態を示す。例えば、姿勢可変部８Ａにより、２軸走査ミラー１１へのレーザ光線の入射角度が小さくなるように２軸走査ミラー１１を回動させ、且つ２軸走査ミラー１１を、２軸走査ミラー１１へのレーザ光線の入射方向に後退（固定ミラー１０から遠ざける）させた場合である。レーザ光線７４は、中心走査光線を示す。レーザ光線７５は、正のＸ方向の最大角度となる走査光線を示す。レーザ光線７６は、負のＸ方向の最大角度を示す走査光線を示す。レーザ光線７４〜７６の収束位置は、瞳孔５２の中心付近から負のＸ方向にずれている。

逆に、図１０では図示が省略されているが、姿勢可変部８Ａにより、２軸走査ミラー１１へのレーザ光線の入射角度が小さくなるように２軸走査ミラー１１を回動させ、また２軸走査ミラー１１へのレーザ光線の入射方向に２軸走査ミラー１１を前進（固定ミラー１０に近づける）させた場合は、レーザ光線７４〜７６の収束位置は、瞳孔５２の中心付近から正のＸ方向にずれる。

姿勢可変部８Ａによる並進移動量、及び回動角度をさらに大きくすれば、レーザ光線の収束位置のずれと共に眼球５０へのレーザ光線の入射方向、すなわち映像の投射方向も大きく変化する。

また、姿勢可変部８Ａにより、レーザ光線の入射角度が小さくなるように２軸走査ミラー１１を回動させた場合には、レーザ光線の収束位置は変化することなく、映像の投射方向が負のＸ方向に変化する。

このように、本実施形態によれば、姿勢可変部８Ａで２軸走査ミラー１１を並進、及び／又は回動させることにより、映像光線の収束位置や映像の投射方向を変化させることができる。また本実施形態によれば、固定ミラー１０と、２軸走査ミラー１１と、投射ミラー７と、姿勢可変部８Ａとを備える光学装置を小型化できる。さらに光学装置を備えた映像表示装置を小型化することができる。

本実施形態によれば、２軸走査ミラー１１を、固定ミラー１０と眼球５０との間の光路に配設することで、光学装置、及び光学装置を備えた映像表示装置を、さらに小型化することができる。

尚、これ以外の効果は、第１の実施形態で説明したものと同様である。

［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態の映像表示装置を、図１１〜１２を参照して説明する。尚、第３の実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部分についての説明は省略する場合がある。

本実施形態の映像表示装置は、瞳孔位置を検出する構成を備え、眼球の動きに伴う瞳孔位置の変化に応じて、姿勢可変部が第１走査ミラーを並進、及び／又は回動させる。これにより、映像光線の収束位置や映像の投射方向を、眼球の動きに追従させて自動調整する。

図１１は、本実施形態の映像表示装置１００ｂの構成の一例を示す図である。映像表示装置１００ｂは、検出用レーザ光源１２と、光位置検出素子１３と、制御部２０ｂとを有する。

検出用レーザ光源１２は、眼球５０の瞳孔５２に向けてレーザ光線を照射する。検出用レーザ光源１２は、指向性を有するレーザ光線を出射する。検出用レーザ光源１２は、例えば半導体レーザである。

検出用レーザ光源１２から出射される光の波長は、瞳孔位置を検知される「人」の視認が阻害されないように、非可視光である近赤外光の波長であることが好ましい。但し、これに限定はされず、可視光であっても構わない。

光位置検出素子１３は、検出用レーザ光源１２から照射され、眼球５０で反射されたレーザ光線を受光し、レーザ光線の位置を検出する。

角膜表面は水分を含む透明体であり、約２〜４％の反射率を有するのが一般的である。瞳孔５２付近に入射したレーザ光線は眼球５０の角膜表面の反射点Ｐで反射され、光位置検出素子１３に入射する。光位置検出素子１３は、光位置検出素子１３へのレーザ光線の入射位置を検出する。

光位置検出素子１３は、例えば２次元ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）である。２次元ＰＳＤは、受光面への入射光の位置から、受光面内で直交する２方向において、電極までの距離に応じた電流値を検出し、２方向の電流値の比から入射光の位置を算出して出力する。２次元ＰＳＤは、入射光の光強度に依存せずに、入射光の位置を検出することができる。そのため、眼球５０における反射位置等に起因して反射光量に差が生じたとしても、反射光量の差の影響を受けずに高感度の位置検出が可能である。

但し、光位置検出素子１３は２次元ＰＳＤに限定はされない。Ｘ方向における入射光の位置を検出可能な１次元ＰＳＤをＹ方向に配列させたり、Ｙ方向における入射光の位置を検出可能な１次元ＰＳＤをＸ方向に配列させたりして、入射光のＸＹ平面内での位置を検出してもよい。この場合は、１次元ＰＳＤは２次元ＰＳＤ等と比較して安価であることから、光位置検出素子１３のコストを抑制できる等の効果が得られる。

また、光位置検出素子１３としてＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を用い、撮像面に入射した光の空間強度分布に基づく画像処理により、光の位置の検出、又は推定を行っても構わない。

検出用レーザ光源１２に、ＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザ；Vertical Cavity Surface Emitting LASER）やＬＤＡ（Laser Diode Array）等のアレイ光源を用いてもよい。アレイ光源を用いると、眼球５０の動きに応じて発光部を切り替え、眼球５０へのレーザ光線の入射角度を変化させることで、眼球５０で反射されたレーザ光線が光位置検出素子１３の受光面から外れることを防止、或いは低減できる。

検出用レーザ光源１２と、光位置検出素子１３とを有し、瞳孔位置を検出する構成は、特許請求の範囲に記載の「検知部」の一例である。

光位置検出素子１３による検出信号は、制御部２０ｂに入力される。入力された検出信号に基づいて、姿勢可変部８により第１走査ミラー５の並進、及び／又は回動が制御される。

図１２は、本実施形態の制御部２０ｂのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。制御部２０ｂは、ステージ駆動回路２８を有する。ステージ駆動回路２８は、姿勢可変部８が備えるモータに電気的に接続し、電圧を印加することでモータを駆動する電気回路である。モータは、姿勢可変部８が備える並進機構８ｃ、及び回動機構８ｂにそれぞれ設けられる。並進機構８ｃはモータを駆動源に並進し、回動機構８ｂはモータを駆動源に回動する。

図１３は、本実施形態の制御部２０ｂの構成要素の一例を機能ブロックで示す図である。制御部２０ｂは、瞳孔位置推定部３５と、姿勢制御部３６と、ステージ駆動部３７とを有する。

瞳孔位置推定部３５は、受信した光位置検出素子１３の検出信号に基づき、瞳孔５２の中心位置を推定する。光位置検出素子１３による検出信号は、眼球５０における反射点Pの法線ベクトルの向き、すなわち３次元形状に該当する。この３次元形状と眼球モデルとの対応関係に基づき、瞳孔中心位置が推定される。

より詳しくは、瞳孔位置推定部３５は、入力された検出信号（位置データ）を、眼球５０の回旋角度を推定する逆演算式に代入し、眼球回旋角度を算出する。瞳孔位置推定部３５は、算出された眼球回旋角度に基づき、眼球表面形状のモデルを用いて、瞳孔中心位置を算出する。

瞳孔位置推定部３５は、例えばＣＰＵ２２により実現される。

姿勢制御部３６は、瞳孔位置推定部３５により推定された瞳孔中心位置に基づき、姿勢可変部８を並進、及び回動させるための制御信号をステージ駆動部３７に出力する。これにより、映像光線の収束位置、又は映像の投射方向が、眼球５０の動きに応じて自動調整される。

より詳しくは、例えば、好適な位置で映像を視認するための映像光線の収束位置、又は映像の投射方向と、瞳孔中心位置と、姿勢可変部８の並進量、及び回動量との関係は、予め実験やシミュレーション等で求められ、ＲＯＭ２３やＲＡＭ２４等のメモリに記憶される。姿勢制御部３６は、推定された瞳孔中心位置に基づき、メモリを参照することで、好適な位置で映像を視認するための姿勢可変部８の並進量、及び回動量を取得する。姿勢制御部３６は、取得した並進量、及び回動量を示す制御信号をステージ駆動部３７に出力する。

姿勢制御部３６は、例えばＣＰＵ２２により実現される。

ステージ駆動部３７は、姿勢制御部３６から入力した制御信号に基づき、姿勢可変部８の備えるモータに電圧を印加して、並進機構８ｃ、及び回動機構８ｂを駆動する。ステージ駆動部３７は、例えばステージ駆動回路２８等により実現される。

尚、出射制御部３１と走査制御部３３は、好適な位置での映像が歪み等を有する場合は、歪み等を補正するように制御を行ってもよい。

以上説明してきたように、本実施形態によれば、眼球の動きに伴う瞳孔位置の変化に応じて姿勢可変部を制御することにより、網膜に投射される映像の瞳孔でのケラレ等が抑制され、瞳孔位置の変化に追従した映像を網膜に形成することが可能となる。ユーザは眼球の動きに左右されることなく、常に良好な映像を視認することが可能となる。

尚、本実施形態では、「眼球の位置を検知する検知部」の一例として、瞳孔位置を検出する構成を示したが、これに限定されない。「眼球の位置を検知する検知部」は、眼球の瞳孔の位置（瞳孔付近の角膜の位置）、眼球の傾き位置、眼球の回旋位置、眼球の回旋角（回旋角度）、視線の傾き位置等を検知してもよい。

尚、これ以外の効果は、第１〜２の実施形態で説明したものと同様である。

［第４の実施形態］
次に、第４の実施形態の検眼装置を説明する。尚、第４の実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部分についての説明は省略する場合がある。

例えば、本発明の光学装置および映像表示装置は検眼装置にも採用する事ができる。検眼装置とは、視力検査、眼屈折力検査、眼圧検査、眼軸長検査など種々の検査を行う事が出来る装置を指す。検眼装置は、眼球に非接触で検査可能な装置であって、被験者の顔を支持する支持部と、検眼窓と、検眼に際し被検者の眼球に検査用情報を投影する表示部と、制御部と、測定部とを有している。被検者は支持部に顔を固定し、検眼窓から表示部により投影される検査用情報を凝視する。このとき、被験者毎に眼球位置や視認しやすい投影方向は異なるため、表示部として本実施形態の光学装置が利用可能である。また、本実施形態の映像表示装置を利用すれば、グラス形態の検眼装置の実現が可能となる。それにより、検査に必要な空間や大型の検眼装置が不要となり、簡便な構成で場所に左右されることなく検査が可能となる。

また、測定部の測定精度を上げるために眼球（視線）を動かさず一点を見つめる事が求められる場合は、本実施形態の瞳孔位置検出手段を備える映像表示装置が利用可能であり、瞳孔位置検出手段により得られた瞳孔位置（視線）情報を制御部にフィードバックする事により、眼球の瞳孔位置情報に応じた測定をする事が可能となる。

以上、実施形態に係る光学装置、映像表示装置、及び検眼装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

１ レーザ光源
２ レンズ（光学系の一例）
３ 開口部材
４ 減光素子
５ 第１走査ミラー（走査部の一例、第１走査ミラーの一例、回動ミラーの一例）
６ 第２走査ミラー
７ 投射ミラー
８、８Ａ 姿勢可変部
８ａ ベース部材
８ｂ 回動機構
８ｃ 並進機構
９ メガネフレーム
９ａ ツル
９ｂ 保持部
１０ 固定ミラー
１１ ２軸走査ミラー（走査部の一例、回動ミラーの一例）
１２ 検出用レーザ光源
１３ 光位置検出素子
２０、２０ｂ 制御部
２１ 操作部
２２ ＣＰＵ
２３ ＲＯＭ
２４ ＲＡＭ
２５ 光源駆動回路
２６ 走査ミラー駆動回路
２７ システムバス
２８ ステージ駆動回路
３１ 出射制御部
３２ 光源駆動部
３３ 走査制御部
３４ 走査ミラー駆動部
３５ 瞳孔位置推定部
３６ 姿勢制御部
３７ ステージ駆動部
４１、９１ 支持基板
４２、９２ 可動部
４３、９３ 蛇行状梁部
４４、９４ 蛇行状梁部
５０ 眼球
５２ 瞳孔
５３ 網膜
１００、１００ａ、１００ｂ 映像表示装置
Ｐ 反射点

特許６２０９４５６号公報

Claims (15)

1. 光を第１の方向に走査する走査部と、
   前記走査部で走査された前記光を、被投射面に導く光学部と、
   前記光学部に対する前記走査部の位置又は向きの少なくとも一方を変化させる可変部と、
   を備えることを特徴とする光学装置。
2. 前記可変部は、前記第１の方向に前記走査部を回動させる回動機構を備える
   ことを特徴とする請求項１記載の光学装置。
3. 前記走査部は、前記光を前記第１の方向に走査する回動ミラーを備え、
   前記可変部は、前記回動ミラーの回動軸を中心に、前記走査部を回動させる
   ことを特徴とする請求項１、又は２に記載の光学装置。
4. 前記可変部は、前記走査部を並進させる並進機構を備える
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光学装置。
5. 前記可変部は、前記走査部に入射する前記光の入射方向に沿って、前記走査部を並進させる
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の光学装置。
6. 前記走査部は、
   前記第１の方向に走査する第１走査ミラーと、
   前記第１の方向とは異なる第２の方向に走査する第２走査ミラーと、を備え、
   前記可変部は、前記第１走査ミラーの位置、又は向きの少なくとも一方を変化させる
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光学装置。
7. 前記第１走査ミラーで反射された光は、前記第２走査ミラーに入射し、
   前記第２走査ミラーの反射面の面積は、前記第１走査ミラーの反射面の面積よりも大きい
   ことを特徴とする請求項６記載の光学装置。
8. 前記走査部は、
   固定ミラーと、
   異なる２つの軸方向に回動する２軸走査ミラーと、を備え、
   前記姿勢可変部は、前記２軸走査ミラーの位置、又は向きを変化させる
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光学装置。
9. 前記２軸走査ミラーは、前記固定ミラーと前記被投射面との間に配設されている
   ことを特徴とする請求項８に記載の光学装置。
10. 光源と、
    前記光源から出射された光を走査し、映像を形成する請求項１乃至９の何れか１項に記載の光学装置と、
    前記光源による前記光の出射、及び前記光学装置による前記光の走査を制御する制御部と、を備える
    ことを特徴とする映像表示装置。
11. 前記光源から出射された前記光を平行化する光学系を備える
    ことを特徴とする請求項１０に記載の映像表示装置。
12. 前記光学系と前記光学装置との間の光路に設けられ、前記光の通過を規制する開口部材を備える
    ことを特徴とする請求項１１に記載の映像表示装置。
13. 前記光源と前記光学装置との間の光路に設けられ、前記光の光強度を低下させる減光素子を備える
    ことを特徴とする請求項１０乃至１２の何れか１項に記載の映像表示装置。
14. 請求項１０乃至１３の何れか１項に記載の映像表示装置は、人の眼球に映像を表示する装置であって、
    前記眼球の位置を検知する検知部を備え、
    前記制御部は、前記傾き位置に応じて、前記姿勢可変部による前記走査部の位置、又は向きの変化を制御する姿勢制御部と、を備える
    ことを特徴とする請求項１０乃至１３の何れか１項に記載の映像表示装置。
15. 請求項１乃至９の何れか１項に記載の光学装置、又は請求項１０乃至１４の何れか１項に記載の映像表示装置を備える
    ことを特徴とする検眼装置。

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