JP2021081509A - 画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高解像度の画像を投影すること。【解決手段】複数の光源と、前記複数の光源それぞれからそれぞれ出射された複数の光線を二次元に走査する走査部を含み、走査された前記複数の光線を被照射面に照射して前記被照射面に画像を投影する光学系と、を備え、前記光学系は、前記複数の光源から同じタイミングで出射された前記複数の光線を前記画像の水平方向及び垂直方向で並ぶように前記被照射面に照射する、画像投影装置。【選択図】図４

Description

本発明は、画像投影装置に関する。

光線を二次元に走査して画像を投影する画像投影装置が知られている。例えば、複数の光源を備え、１画面に対応する範囲内で２つ以上の走査領域に対して互いに異なる光源からの光線を二次元に走査する画像投影装置が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００７−１２１５８１号公報

走査部によって光線を二次元に走査して例えば人の眼の水晶体を通して網膜に画像を投影する場合、高解像度の画像を投影しようとすると、高い周波数で走査部を駆動させることになる。しかしながら、高い周波数で駆動させるにはミラー面の小さな走査部を用いることになり、眼に入射する際の光線の直径が小さくなる。水晶体での光線の直径が小さいと水晶体で光線が収束する際、光の回折限界の特性上、網膜で収束する光線の直径が大きくなり、高解像度の画像を投影することが難しい。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、高解像度の画像を投影することを目的とする。

本発明は、複数の光源と、前記複数の光源それぞれからそれぞれ出射された複数の光線を二次元に走査する走査部を含み、走査された前記複数の光線を被照射面に照射して前記被照射面に画像を投影する光学系と、を備え、前記光学系は、前記複数の光源から同じタイミングで出射された前記複数の光線を前記画像の水平方向及び垂直方向で並ぶように前記被照射面に照射する、画像投影装置である。

上記構成において、前記光学系は、前記複数の光源から同じタイミングで出射された前記複数の光線を前記画像の水平方向及び垂直方向で隣接する画素に対応する位置で前記被照射面に照射する構成とすることができる。

上記構成において、前記走査部は前記複数の光線を二次元に走査するミラー面を有し、前記走査部の前記ミラー面は前記画像の水平方向の走査線を１本ずつ走査すると仮想した場合における使用可能なミラー面よりも大きい構成とすることができる。

上記構成において、入力された画像データの複数の画素を前記画像の水平方向及び垂直方向で隣接する４個の画素を少なくとも含むｎ個の画素を１組とするｍ個の組に分け、前記ｍ個の組における前記ｎ個の画素のうち対応する位置にある画素を抽出して各々ｍ個の画素を有するｎ個の分割画像データを生成する画像生成部と、前記ｎ個の分割画像データの前記ｍ個の画素のうち前記ｍ個の組で同じ組に属する前記ｎ個の画素を形成するｎ個の光線それぞれを前記複数の光源であるｎ個の光源それぞれから同じタイミングで出射させる駆動制御部と、を備える構成とすることができる。

上記構成において、前記複数の光源から同じタイミングで出射された前記複数の光線は、各々の光軸が互いに傾いて前記走査部に入射する構成とすることができる。

上記構成において、前記光学系は、前記複数の光線が入射されて、入射された前記複数の光線を略平行光とするコリメータレンズを備え、前記複数の光線は前記コリメータレンズを透過した後に前記走査部に入射し、前記複数の光線は、各々の光軸が互いに傾いて前記コリメータレンズに入射する構成とすることができる。

上記構成において、前記複数の光源から同じタイミングで出射された前記複数の光線は、各々の光軸が互いに略平行となって前記走査部の異なる位置に入射する構成とすることができる。

上記構成において、前記光学系は、前記複数の光線それぞれがそれぞれに入射されて、入射された光線を略平行光とする複数のコリメータレンズを備え、前記複数の光線は前記複数のコリメータレンズを透過した後に前記走査部に入射する構成とすることができる。

上記構成において、前記複数の光線それぞれは、赤色光、緑色光、及び青色光を含む構成とすることができる。

上記構成において、前記被照射面は人の網膜である構成とすることができる。

本発明によれば、高解像度の画像を投影することができる。

図１は、実施例１に係る画像投影装置のブロック図である。 図２（ａ）から図２（ｅ）は、実施例１における分割画像データの生成について説明する図である。 図３（ａ）は、実施例１に係る画像投影装置の光学系を示す図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ間での複数の光線の位置関係を示す図、図３（ｃ）は、走査部での複数の光線の位置関係を示す図である。 図４は、実施例１における光線の走査を説明する図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、実施例１における投影光学系を示す図である。 図６は、実施例１における画像投影処理の一例を示すフローチャートである。 図７は、実施例１における光線の出射を示すタイミングチャートである。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は、光線の網膜でのスポット径を説明する図である。 図９は、実施例２に係る画像投影装置のブロック図である。 図１０（ａ）は、実施例２に係る画像投影装置の光学系を示す図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ間での複数の光線の位置関係を示す図、図１０（ｃ）は、走査部での複数の光線の位置関係を示す図である。

以下、図面を参照し、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のブロック図である。図１を参照して、画像投影装置１００は、投影部１０と制御部５０を備える。投影部１０は、第１光源１１、第２光源１２、第３光源１３、第４光源１４、調整光学系１５、走査部１６、投影光学系４０、第１光源駆動回路２１、第２光源駆動回路２２、第３光源駆動回路２３、第４光源駆動回路２４、及び走査駆動回路２５を備える。制御部５０は、画像生成部５１及び駆動制御部５２を備える。投影部１０は、例えば眼鏡型フレームに装着されている。制御部５０は、例えばスマートフォン等の携帯情報端末に設けられている。

画像生成部５１は、入力される画像データからｎ個の分割画像データを生成する。入力される画像データは、例えば画像投影装置１００内又は外のカメラ及び／又は録画機器等からの画像データである。実施例１では、画像生成部５１は、入力される画像データから４個の分割画像データを生成する場合を例に説明する。図２（ａ）から図２（ｅ）は、実施例１における分割画像データの生成について説明する図である。図２（ａ）は、入力される画像データ８０を示している。図２（ｂ）から図２（ｅ）は、生成する第１から第４分割画像データ８５〜８８を示している。図２（ａ）から図２（ｅ）は、１つのフレームの画像データである。

図２（ａ）を参照して、入力される画像データ８０は複数の画素８１を有する。画像生成部５１は、画像データ８０の複数の画素８１を画像の水平方向及び垂直方向で隣接する４個の画素８１を１組とするｍ個の組８２に分ける。例えば、画像データ８０の複数の画素８１は、縦横で隣接する４個の画素８１で各々構成されるＡ１組からＤ６組までの２４個の組８２に分けられる。

図２（ｂ）から図２（ｅ）を参照して、画像生成部５１は、２４個の組８２で対応する位置にある画素８１を抽出することで第１から第４分割画像データ８５〜８８を生成する。すなわち、Ａ１組からＤ６組それぞれに属する４個の画素８１のうちの左上の画素８１を抽出することで、２４個の画素８１ａの画素セット８３ａで形成される第１分割画像データ８５を生成する。右上の画素８１を抽出することで、２４個の画素８１ｂの画素セット８３ｂで形成される第２分割画像データ８６を生成する。左下の画素８１を抽出することで、２４個の画素８１ｃの画素セット８３ｃで形成される第３分割画像データ８７を生成する。右下の画素８１を抽出することで、２４個の画素８１ｄの画素セット８３ｄで形成される第４分割画像データ８８を生成する。このように、画像生成部５１は、ｍ個の組８２における４個の画素８１のうち対応する位置にある画素８１を抽出して各々ｍ個の画素８１ａ〜８１ｄを有する第１から第４分割画像データ８５〜８８を生成する。例えば、入力される画像データ８０の画素が横×縦で２５６０×１４４０ピクセルである場合、第１から第４分割画像データ８５〜８８の画素は横×縦で１２８０×７２０ピクセルとなる。

図１を参照して、第１光源駆動回路２１には、駆動制御部５２から第１分割画像データ８５に基づく画像信号が入力する。第１光源駆動回路２１は、取得した画像信号と駆動制御部５２の制御信号とに基づき第１光源１１を駆動する。第２光源駆動回路２２には、駆動制御部５２から第２分割画像データ８６に基づく画像信号が入力する。第２光源駆動回路２２は、取得した画像信号と駆動制御部５２の制御信号に基づき第２光源１２を駆動する。第３光源駆動回路２３には、駆動制御部５２から第３分割画像データ８７に基づく画像信号が入力する。第３光源駆動回路２３は、取得した画像信号と駆動制御部５２の制御信号とに基づき第３光源１３を駆動する。第４光源駆動回路２４には、駆動制御部５２から第４分割画像データ８８に基づく画像信号が入力する。第４光源駆動回路２４は、取得した画像信号と駆動制御部５２の制御信号に基づき第４光源１４を駆動する。走査駆動回路２５は、駆動制御部５２の制御信号に基づき走査部１６を駆動する。第１光源駆動回路２１、第２光源駆動回路２２、第３光源駆動回路２３、第４光源駆動回路２４、及び走査駆動回路２５は、互いに同期して第１光源１１、第２光源１２、第３光源１３、第４光源１４、及び走査部１６を駆動する。

制御部５０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサがプログラムと協働して処理を行ってもよい。制御部５０は、専用に設計された回路でもよい。画像生成部５１及び駆動制御部５２は、１つの回路でもよいし、異なる回路でもよい。

第１光源１１から第４光源１４はそれぞれ、赤色レーザ光（波長：６１０ｎｍ〜６６０ｎｍ程度）、緑色レーザ光（波長：５１５ｎｍ〜５４０ｎｍ程度）、及び青色レーザ光（波長：４４０ｎｍ〜４８０ｎｍ程度）の可視光線を出射する。第１光源１１から第４光源１４は、例えば１つのモジュール内に赤色レーザ光、緑色レーザ光、及び青色レーザ光それぞれのレーザダイオードチップを有する。なお、第１光源１１から第４光源１４は、可視光線として単一の波長のレーザ光を出射してもよい。

調整光学系１５は、コリメータレンズ、トーリックレンズ、及び／又はアパーチャ等を備えており、第１光源１１が出射する光線６１、第２光源１２が出射する光線６２、第３光源１３が出射する光線６３、及び第４光源１４が出射する光線６４を成型する。例えば、調整光学系１５はコリメータレンズを備えていて光線６１〜６４を拡散光から略平行光に変換する。光線６１〜６４は、赤色レーザ光、緑色レーザ光、及び青色レーザ光が合成された光線であり、各色のレーザ光の光軸が一致している。

走査部１６は、光線６１〜６４を二次元に走査するスキャナである。走査部１６は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラー等の走査ミラーである。

投影光学系４０は、走査部１６で走査された光線６１〜６４をユーザの眼７０に照射する。

図３（ａ）は、実施例１に係る画像投影装置の光学系を示す図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ間での複数の光線の位置関係を示す図、図３（ｃ）は、走査部での複数の光線の位置関係を示す図である。図３（ａ）では、光線６１〜６４は各々の光軸を図示している。図３（ａ）を参照して、画像投影装置１００は、マクスウェル視を利用して、ユーザの網膜７１に光線６１〜６４を照射する。これにより、ユーザは自身の視力によらずにフォーカスフリーで画像を認識できる。第１光源１１には光ファイバ３０ａを介してフェルール３１ａが接続され、第１光源１１が出射する光線６１はフェルール３１ａから外部に出射される。第２光源１２には光ファイバ３０ｂを介してフェルール３１ｂが接続され、第２光源１２が出射する光線６２はフェルール３１ｂから外部に出射される。第３光源１３には光ファイバ３０ｃを介してフェルール３１ｃが接続され、第３光源１３が出射する光線６３はフェルール３１ｃから外部に出射される。第４光源１４には光ファイバ３０ｄを介してフェルール３１ｄが接続され、第４光源１４が出射する光線６４はフェルール３１ｄから外部に出射される。

第１光源１１から出射された光線６１は、ハーフミラー２６〜２８を透過した後にコリメータレンズ１７に入射する。第２光源１２から出射された光線６２は、ハーフミラー２６で反射してハーフミラー２７、２８を透過した後にコリメータレンズ１７に入射する。第３光源１３から出射された光線６３は、ハーフミラー２７で反射してハーフミラー２８を透過した後にコリメータレンズ１７に入射する。第４光源１４から出射された光線６４は、ハーフミラー２８を反射した後にコリメータレンズ１７に入射する。

ハーフミラー２８よりも走査部１６側では、図３（ｂ）のように、光線６１と６２は横方向に並び、光線６３と６４は横方向に並んでいる。光線６１と光線６３は縦方向に並び、光線６２と６４は縦方向に並んでいる。コリメータレンズ１７は、凸レンズであり、光線６１〜６４を拡散光から略平行光に変換する。コリメータレンズ１７を透過した光線６１〜６４は、アパーチャ１８の開口１９を通過した後に、反射面が略平面である平面ミラー２９で反射されて走査部１６に入射する。光線６１〜６４がアパーチャ１８の開口１９を通過することで、光線６１〜６４のビーム径を適切な大きさにすることができる。コリメータレンズ１７及びアパーチャ１８は図１における調整光学系１５を構成する光学部品である。

図３（ｃ）のように、光線６１〜６４は、走査部１６のミラー面１６ａで略一致するようにしてミラー面１６ａに入射される。略一致とは、光線６１〜６４が完全に一致する場合に限らず、光線６１〜６４の半分以上が一致する場合も含む。なお、光線６１と６２が横方向に並んで走査部１６のミラー面１６ａに入射し、光線６３と６４が横方向に並んで走査部１６のミラー面１６ａに入射してもよい。光線６１と６３が縦方向に並んで走査部１６のミラー面１６ａに入射し、光線６２と６４が縦方向に並んで走査部１６のミラー面１６ａには入射してもよい。

光線６１と６２は、各々の光軸がコリメータレンズ１７の光軸に対して互いに異なる角度でコリメータレンズ１７に入射する。光線６３と６４は、各々の光軸がコリメータレンズ１７の光軸に対して互いに異なる角度でコリメータレンズ１７に入射する。光線６１と６３は、各々の光軸がコリメータレンズ１７の光軸に対して互いに異なる角度でコリメータレンズ１７に入射する。光線６２と６４は、各々の光軸がコリメータレンズ１７の光軸に対して互いに異なる角度でコリメータレンズ１７に入射する。すなわち、光線６１〜６４は、各々の光軸が互いに傾いてコリメータレンズ１７に入射する。光線６１〜６４は、各々の光軸がコリメータレンズ１７の中心を通過して、各々の光軸が互いに傾いてコリメータレンズ１７に入射してもよい。これにより、光線６１〜６４は、各々の光軸が互いに傾いて走査部１６に入射する。

走査部１６で二次元に走査された光線６１〜６４は、投影光学系４０に入射した後に、ユーザの眼７０内（例えば水晶体７２内又は水晶体７２近傍）で収束し、硝子体７３を通過して網膜７１に照射される。これにより、網膜７１に画像が投影される。ハーフミラー２６〜２８、コリメータレンズ１７、アパーチャ１８、平面ミラー２９、走査部１６、及び投影光学系４０は、第１光源１１から第４光源１４が出射する光線６１〜６４を二次元に走査し、走査された光線６１〜６４を網膜７１（被照射面）に照射して網膜７１に画像を投影する光学系２０を構成する。

図４は、実施例１における光線の走査を説明する図である。前述したように、光線６１〜６４は、各々の光軸が互いに傾いて走査部１６に入射する。これにより、図４のように、第１光源１１から第４光源１４が同じタイミングで出射した光線６１〜６４は、網膜７１において縦横に並んで照射されるようになる。走査部１６は、光線６１〜６４を矢印６６のように左上から右下までラスタスキャンする。走査された光線６１〜６４によって網膜７１に画像６５が投影される。光線６１〜６４が走査部１６に入射する角度を適切に調整することで、光線６１〜６４が画像６５の水平方向及び垂直方向で隣接する画素分ずれた位置で網膜７１に照射されるようにすることができる。

走査部１６が振動しても第１光源１１から第４光源１４が光線６１〜６４を出射しないと、光線６１〜６４は網膜７１に照射されない。図４の点線の矢印６６では光線６１〜６４は出射されない。第１光源駆動回路２１、第２光源駆動回路２２、第３光源駆動回路２３、第４光源駆動回路２４、及び走査駆動回路２５は、第１光源１１からの光線６１の出射と第２光源１２からの光線６２の出射と第３光源１３からの光線６３の出射と第４光源１４からの光線６４の出射と走査部１６の振動とを同期させる。これにより、第１光源１１から第４光源１４は、実線の矢印６６において光線６１〜６４を出射する。光線６１〜６４が出射されることで画像６５が投影される。

図５（ａ）及び図５（ｂ）は、実施例１における投影光学系を示す図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の拡大図である。なお、図５（ａ）及び図５（ｂ）では、光線６１について図示し、光線６２〜６４の図示は省略するが、光線６２〜６４も光線６１と同様にして網膜７１に照射される。図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照して、投影光学系４０は、第１投影光学系４１と第２投影光学系４５を含む。第１投影光学系４１は、曲面ミラー４２、４４及び平面ミラー４３を含む。曲面ミラー４２及び４４の反射面は、凹面であって自由曲面等の曲面である。曲面ミラー４２は曲面ミラー４４よりも大きい。平面ミラー４３の反射面は略平面である。第２投影光学系４５は、曲面ミラー４６と曲面ミラー４７を含む。曲面ミラー４６及び４７の反射面は、凹面であって自由曲面等の曲面である。曲面ミラー４７は曲面ミラー４６よりも大きい。曲面ミラー４２と４７は、例えば同じ曲面形状をしている。曲面ミラー４４と４６は、例えば同じ曲面形状をしている。これにより、曲面ミラー４２と４７、及び、４４と４６は、それぞれ略同じ焦点距離を有する。

走査部１６には、コリメータレンズ１７から出射された略平行光の光線６１が入射する。走査部１６で走査された複数の光線６１ａ、６１ｂ及び６１ｃは略平行光である。曲面ミラー４２で反射された複数の光線６１ａ、６１ｂ及び６１ｃ各々の光軸は互いに略平行であり且つ各々は収束光である。複数の光線６１ａ、６１ｂ及び６１ｃを曲面ミラー４４に導くために、光路を屈曲させる目的で平面ミラー４３が設けられている。曲面ミラー４２で反射された複数の光線６１ａ、６１ｂ及び６１ｃは焦点４８で合焦する。焦点４８は平面ミラー４３上であってもよい。

曲面ミラー４４で反射された複数の光線６１ａ、６１ｂ及び６１ｃ各々の光軸は互いに収束し且つ各々は略平行光である。曲面ミラー４４で反射された複数の光線６１ａ、６１ｂ及び６１ｃ各々の光軸は収束面５４において収束する。曲面ミラー４６で反射された複数の光線６１ａ、６１ｂ及び６１ｃ各々の光軸は互いに略平行であり且つ各々は収束光である。曲面ミラー４６で反射された複数の光線６１ａ、６１ｂ及び６１ｃは焦点４９において合焦する。曲面ミラー４７で反射された複数の光線６１ａ、６１ｂ及び６１ｃ各々の光軸は互いに収束し且つ各々は略平行光である。曲面ミラー４７で反射された複数の光線６１ａ、６１ｂ及び６１ｃ各々の光軸は眼７０内の収束面５５において収束し且つ各々はほぼ網膜７１において合焦する。走査部１６と収束面５４は第１投影光学系４１を介し等倍の共役関係にあり、収束面５４と収束面５５は第２投影光学系４５を介し等倍の共役関係にあるため、走査部１６と収束面５５とは等倍の共役関係にある。

図６は、実施例１における画像投影処理の一例を示すフローチャートである。図６を参照して、画像生成部５１は、図２（ａ）から図２（ｅ）で説明したように、入力された画像データ８０から第１分割画像データ８５、第２分割画像データ８６、第３分割画像データ８７、及び第４分割画像データ８８を生成する（ステップＳ１０）。

次いで、駆動制御部５２は、第１分割画像データ８５に基づく画像信号及び制御信号を第１光源駆動回路２１に出力して第１光源１１から光線６１を出射させ、第２分割画像データ８６に基づく画像信号及び制御信号を第２光源駆動回路２２に出力して第２光源１２から光線６２を出射させる。第３分割画像データ８７に基づく画像信号及び制御信号を第３光源駆動回路２３に出力して第３光源１３から光線６３を出射させ、第４分割画像データ８８に基づく画像信号及び制御信号を第４光源駆動回路２４に出力して第４光源１４から光線６４を出射させる（ステップＳ１２）。このときに、駆動制御部５２は、第１から第４分割画像データ８５〜８８のｍ個の画素８１ａ〜８１ｄのうち画像データ８０の画素８１をｍ個の組８２に分けた際に同じ組８２に属する画素８１ａ〜８１ｄを形成する光線６１〜６４それぞれを第１光源１１から第４光源１４それぞれから同じタイミングで出射させる。すなわち、駆動制御部５２は、図２（ｂ）から図２（ｅ）のＡ１組、Ａ２組等の同じ組に属する画素８１ａ〜８１ｄを形成する光線６１〜６４それぞれを第１光源１１から第４光源１４それぞれから同じタイミングで出射させる。

第１光源１１から第４光源１４で同じタイミングで出射された光線６１〜６４は、図４で説明したように、画像６５の水平方向及び垂直方向で並んだ４つの画素に対応した位置で網膜７１に照射される。走査部１６は光線６１〜６４をラスタスキャンする。すなわち、Ａ１組、Ａ２組、・・・Ａ６組の順に画素８１を形成する光線６１〜６４が出射され、次に、Ｂ６組、Ｂ５組、・・・Ｂ１組の順に画素８１を形成する光線６１〜６４が出射され、これが最後のＤ１組まで行われる。

図７は、実施例１における光線の出射を示すタイミングチャートである。図７では、Ａ１組からＡ６組での光線の出射を例に示すが、その他についても同様である。図７を参照して、駆動制御部５２は、Ａ１組に属する画素８１を形成するための光線６１〜６４それぞれを第１光源１１から第４光源１４それぞれから同じタイミングで出射させる。続いて、駆動制御部５２は、Ａ２組に属する画素８１を形成するための光線６１〜６４それぞれを第１光線１１から第４光源１４それぞれから同じタイミングで出射させる。このようなことを、以降の組においても行う。

これにより、ユーザの網膜７１には、第１分割画像データ８５に基づいて第１光源１１から出射された光線６１による第１画像と、第２分割画像データ８６に基づいて第２光源１２から出射された光線６２による第２画像と、第３分割画像データ８７に基づいて第３光源１３から出射された光線６３による第３画像と、第４分割画像データ８８に基づいて第４光源１４から出射された光線６４による第４画像と、が投影される。第１画像から第４画像が網膜７１に投影されることで、ユーザは第１画像から第４画像が合成された画像を認識する。この画像は画像投影装置１００に入力された画像データ８０の画像であるため、ユーザは画像データ８０の画像を視認することができる。

図８（ａ）及び図８（ｂ）は、光線の網膜でのスポット径を説明する図である。なお、図８（ａ）及び図８（ｂ）では、光線６１を例に説明するが、光線６２〜６４についても同じである。図８（ａ）及び図８（ｂ）を参照して、フェルール３１ａから出射された光線６１は、コリメータレンズ１７によって略平行光に変換された後、アパーチャ１８の開口１９を通過して走査部１６に入射する。走査部１６で走査された光線６１は、ほぼ網膜７１において合焦する。このときに、図８（ａ）のように、アパーチャ１８の開口１９が小さくて眼７０の水晶体７２に入射する光線６１の直径が小さい場合では、水晶体７２で光線６１が収束する際、光の回折限界の特性上、光線６１の網膜７１で収束し難くなって光線６１の直径が大きくなる。一方、図８（ｂ）のように、アパーチャ１８の開口１９が大きくて眼７０の水晶体７２に入射する光線６１の直径が大きい場合では、水晶体７２で光線６１が収束する際、光の回折限界の特性上、光線６１の網膜７１で収束して直径が小さくなる。例えば、図８（ａ）におけるミラー面１６ａの直径が１ｍｍで光線６１の直径が０．８ｍｍであり、図８（ｂ）におけるミラー面１６ａの直径が１．８ｍｍで光線６１の直径が１．６ｍｍであるとすると、図８（ｂ）の場合は図８（ａ）の場合に比べて、光線６１の網膜７１での直径が１／２程度となる。

光線６１の直径は、走査部１６のミラー面１６ａよりも小さくなるように設計される。このため、走査部１６に入射する光線６１の直径は、ミラー面１６ａが大きくなるほど、大きくすることができる。走査部１６のミラー面１６ａが大きい場合、高い周波数で駆動させるとミラー面１６ａが変形等してしまうことから、走査部１６の駆動周波数を高くすることが難しい。例えば、比較例として光源を１つだけ備える場合を想定する。この場合、高解像度の画像を投影しようとすると、走査部１６のミラー面１６ａを高い周波数で駆動させることになる。このため、図８（ａ）のように、ミラー面１６ａの小さい走査部１６を用いることになるが、この場合、光線６１の網膜７１でのスポット径が大きくなり、高解像度の画像を投影することが難しくなってしまう。

実施例１によれば、図３のように、第１光源１１から第４光源１４と、第１光源１１から第４光源１４が出射する光線６１〜６４を二次元に走査する走査部１６を含み、走査された光線６１〜６４を網膜７１（被照射面）に照射して網膜７１に画像を投影する光学系２０と、を備える。光学系２０は、図４のように、第１光源１１から第４光源１４から同じタイミングで出射された光線６１〜６４を画像６５の水平方向及び垂直方向で並ぶように網膜７１に照射する。これにより、光源を１つだけ備える比較例と比べて、画像データ８０の画像６５を投影するときにおける走査部１６の駆動周波数を低くできる。これは、実施例１では、同じタイミングで出射された光線６１と６３及び光線６２と６４が画像６５の垂直方向で並んで網膜７１に照射されるため、走査部１６の一度の主走査（画像６５の水平方向の走査）で形成できる走査線の数が増えるためである。例えば、走査線の数がｍの画像において、画像の最初から最後までの走査にかかる走査時間をｔとする。比較例では、走査部が走査線を１本ずつ走査することになるが、この場合、走査部の主走査の１回当たりの時間はｔ／ｍとなる。一方、実施例１では、走査部１６が走査線を２本ずつ同時に走査するため、走査部１６の主走査の１回当たりの時間は２ｔ／ｍとなり、主走査の走査速度が遅くなる。このため、実施例１では走査部１６の駆動周波数を低く抑えることができる。よって、実施例１では、図８（ｂ）のように、ミラー面１６ａの大きな走査部１６を用いることができるため、光線６１〜６４の網膜７１でのスポット径を小さくできる。よって、高解像度の画像を投影できる。また、実施例１では、同じタイミングで出射された光線６１と６２及び光線６３と６４が画像６５の水平方向で並んで網膜７１に照射される。これにより、光源を１つだけ備える比較例と比べて、第１光源１１から第４光源１４それぞれが出射する光線の出射間隔を２倍に長くすることができる。

光学系２０は、第１光源１１から第４光源１４が同じタイミングで出射した光線６１〜６４を画像６５の水平方向及び垂直方向で隣接する画素８１に対応する位置で網膜７１に照射する。これにより、光線６１〜６４それぞれにおいてコリメータレンズ１７等によって受ける収差等の影響の差を小さく抑えることができ、高解像度の画像を投影することができる。

走査部１６のミラー面１６ａは、画像６５の水平方向の走査線を１本ずつ走査すると仮想した場合における使用可能な最大のミラー面よりも大きい。画像６５の走査線を１本ずつ走査する場合は主走査方向の走査速度が速くなる。このため、変形が起きない程度に小さなミラー面を用いることになり、高解像度の画像を投影することが難しい。しかしながら、実施例１では、走査部１６の主走査方向の走査速度が遅くなるため、このような小さなミラー面よりも大きなミラー面１６ａを用いることが可能となり、高解像度の画像６５を投影することができる。

前述したように、比較例では、入力された画像データ８０の画像６５が高解像度である場合に、高い周波数で駆動させようとしてミラー面１６ａの小さい走査部１６を用いると高解像度の画像を投影することが難しい。また、網膜７１での光線のスポット径を小さくしようとしてミラー面１６ａの大きな走査部１６を用いると、高い周波数で駆動させることでミラー面１６ａが変形等してしまう。これに対し、実施例１では、図２（ａ）から図２（ｅ）のように、画像生成部５１は、入力された画像データ８０の複数の画素８１を画像６５の水平方向及び垂直方向で隣接する４個の画素８１を少なくとも含むｎ個（ｎは４以上の整数であり例えば４である）の画素８１を１組とするｍ個（ｍは２以上の整数であり例えば２４である）の組８２に分ける。そして、画像生成部５１は、ｍ個の組８２におけるｎ個の画素８１のうち対応する位置にある画素８１を抽出して各々ｍ個の画素８１ａ〜８１ｄを有する第１から第４分割画像データ８５〜８８を生成する。駆動制御部５２は、第１から第４分割画像データ８５〜８８のｍ個の画素８１ａ〜８１ｄのうちｍ個の組８２で同じ組に属するｎ個（例えば４個）の画素８１ａ〜８１ｄを形成するｎ個（例えば４個）の光線６１〜６４それぞれを第１光源１１から第４光源１４それぞれから同じタイミングで出射させる。これにより、画像６５の水平方向及び垂直方向で隣接する４個の画素８１を光線６１〜６４によって同時に形成することができる。よって、走査部１６の駆動周波数を低く抑えることができ、高解像度の画像６５を投影することができる。また、第１光源１１から第４光源１４それぞれが出射する光線の出射間隔を長くすることができる。

第１光源１１から第４光源１４が同じタイミングで出射した光線６１〜６４は、各々の光軸が互いに傾いて走査部１６に入射する。これにより、光線６１〜６４が画像６５の水平方向及び垂直方向で並ぶように網膜７１に照射させることができる。

光学系２０は、光線６１〜６４が入射されて、入射された光線６１〜６４を略平行光とするコリメータレンズ１７を備える。光線６１〜６４はコリメータレンズ１７を透過した後に走査部１６に入射する。光線６１〜６４は各々の光軸が互いに傾いてコリメータレンズ１７に入射する。これにより、光線６１〜６４を１つのコリメータレンズ１７で略平行光としつつ、光線６１〜６４を各々の光軸が互いに傾いて走査部１６に入射させて、光線６１〜６４を画像６５の水平方向及び垂直方向で並ぶように網膜７１に照射させることができる。光線を略平行とするとは、光線６１〜６４が網膜７１にほぼ合焦する程度に平行となればよい。

光線６１〜６４それぞれは、赤色光、緑色光、及び青色光を含む。これにより、カラーの画像６５を網膜７１に投影することができる。

図９は、実施例２に係る画像投影装置のブロック図である。図９を参照して、画像投影装置２００では、第１光源１１が出射する光線６１は調整光学系１５ａで成型され、第２光源１２が出射する光線６２は調整光学系１５ｂで成型される。第３光源１３が出射する光線６３は調整光学系１５ｃで成型され、第４光源１４が出射する光線６４は調整光学系１５ｄで成型される。その他の構成は、実施例１の図１と同じであるため説明を省略する。

図１０（ａ）は、実施例２に係る画像投影装置の光学系を示す図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ間での複数の光線の位置関係を示す図、図１０（ｃ）は、走査部での複数の光線の位置関係を示す図である。図１０（ａ）では、光線６１〜６４は各々の光軸を図示している。図１０（ａ）を参照して、第１光源１１から出射された光線６１は、コリメータレンズ１７ａで拡散光から略平行光に変換された後、アパーチャ１８ａの開口１９ａを通過してハーフミラー２６に入射する。コリメータレンズ１７ａ及びアパーチャ１８ａは図９における調整光学系１５ａを構成する光学部品である。第２光源１２から出射された光線６２は、コリメータレンズ１７ｂで拡散光から略平行光に変換された後、アパーチャ１８ｂの開口１９ｂを通過してハーフミラー２６に入射する。コリメータレンズ１７ｂ及びアパーチャ１８ｂは図９における調整光学系１５ｂを構成する光学部品である。

第３光源１３から出射された光線６３は、コリメータレンズ１７ｃで拡散光から略平行光に変換された後、アパーチャ１８ｃの開口１９ｃを通過してハーフミラー２７に入射する。コリメータレンズ１７ｃ及びアパーチャ１８ｃは図９における調整光学系１５ｃを構成する光学部品である。第４光源１４から出射された光線６４は、コリメータレンズ１７ｄで拡散光から略平行光に変換された後、アパーチャ１８ｄの開口１９ｄを通過してハーフミラー２８に入射する。コリメータレンズ１７ｄ及びアパーチャ１８ｄは図９における調整光学系１５ｄを構成する光学部品である。

光線６１は、ハーフミラー２６〜２８を透過した後、平面ミラー２９で反射して走査部１６に入射する。光線６２は、ハーフミラー２６で反射し、ハーフミラー２７及び２８を透過した後、平面ミラー２９で反射して走査部１６に入射する。光線６３は、ハーフミラー２７で反射し、ハーフミラー２８を透過した後、平面ミラー２９で反射して走査部１６に入射する。光線６４は、ハーフミラー２８で反射した後、平面ミラー２９で反射して走査部１６に入射する。

ハーフミラー２８よりも走査部１６側では、図１０（ｂ）のように、光線６１と６２は互いに略平行となって横方向に並び、光線６３と６４は互いに略平行となって横方向に並んでいる。光線６１と６３は互いに略平行となって縦方向に並び、光線６２と６４は互いに略平行となって縦方向に並んでいる。すなわち、光線６１〜６４は、互いに略平行となって横方向及び縦方向に並んでいる。このため、図１０（ｃ）のように、光線６１〜６４は、走査部１６のミラー面１６ａの異なる位置に互いに略平行となって入射する。

走査部１６で二次元に走査された光線６１〜６４は、投影光学系４０に入射した後、ユーザの眼７０内（例えば水晶体７２内又は水晶体７２近傍）で収束し、硝子体７３を通過して網膜７１に照射される。これにより、網膜７１に画像が投影される。コリメータレンズ１７ａ〜１７ｄ、アパーチャ１８ａ〜１８ｄ、ハーフミラー２６〜２８、平面ミラー２９、走査部１６、及び投影光学系４０は、第１から第４光源１１〜１４が出射する光線６１〜６４を二次元に走査し、走査された光線６１〜６４を網膜７１（被照射面）に照射して網膜７１に画像を投影する光学系２０ａを構成する。

光線６１〜６４は走査部１６の異なる位置に互いに略平行となって入射する。このため、実施例１の図４と同じく、第１光源１１から第４光源１４が同じタイミングで出射した光線６１〜６４は、網膜７１において縦横に並んで照射される。光線６１〜６４が走査部１６に入射する位置を適切に調整することで、光線６１〜６４が画像６５の水平方向及び垂直方向で隣接する画素分ずれた位置で網膜７１に照射されるようにすることができる。

実施例２によれば、第１光源１１から第４光源１４が同じタイミングで出射した光線６１〜６４は、各々の光軸が互いに略平行となって走査部１６の異なる位置に入射する。これにより、光線６１〜６４を画像６５の水平方向及び垂直方向で並ぶように網膜７１に照射させることができる。略平行とは、光線６１〜６４が画像６５の水平方向及び垂直方向で並ぶように網膜７１に照射される程度に平行であればよい。

光学系２０ａは、第１光源１１から第４光源１４が出射する光線６１〜６４それぞれがそれぞれに入射されて、入射された光線を略平行光とする複数のコリメータレンズ１７ａ〜１７ｄを備える。光線６１〜６４はコリメータレンズ１７ａ〜１７ｄを透過した後に走査部１６に入射する。これにより、光線６１〜６４を略平行光としつつ、光線６１〜６４を各々の光軸が互いに平行となって走査部１６の異なる位置に入射させて、光線６１〜６４を画像６５の水平方向及び垂直方向で並ぶように網膜７１に照射させることができる。光線を略平行とするとは、光線６１〜６４が網膜７１で合焦する程度に平行となればよい。

実施例１及び実施例２では、画像生成部５１は、画像データ８０の複数の画素８１を画像６５の水平方向及び垂直方向で隣接する４つの画素８１を１組とする複数の組８２に分けて第１から第４分割画像８５〜８８を生成する場合を例に示した。しかしながら、この場合に限られず、画像生成部５１は、画像データ８０の複数の画素８１を画像６５の水平方向及び垂直方向で隣接する４つの画素８１を少なくとも含むｎ個の画素を１組とする複数の組に分けてｎ個の分割画像データを生成する場合でもよい。

実施例１及び実施例２では、網膜走査型の画像投影装置を例に説明し、複数の光源から出射される複数の光線が照射される被照射面が網膜である場合を例に示したが、この場合に限られない。複数の光線が照射される被照射面は、スクリーン、壁、又は机等のような平面であってもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 投影部
１１ 第１光源
１２ 第２光源
１３ 第３光源
１４ 第４光源
１５〜１５ｄ 調整光学系
１６ 走査部
１６ａ ミラー面
１７〜１７ｄ コリメータレンズ
１８〜１８ｄ アパーチャ
２０、２０ａ 光学系
２１ 第１光源駆動回路
２２ 第２光源駆動回路
２３ 第３光源駆動回路
２４ 第４光源駆動回路
２５ 走査駆動回路
２６〜２８ ハーフミラー
２９ 平面ミラー
４０ 投影光学系
５０ 制御部
５１ 画像生成部
５２ 駆動制御部
６１〜６４ 光線
６５ 画像
７０ 眼
７１ 網膜
７２ 水晶体
７３ 硝子体
８０ 画像データ
８１〜８１ｄ 画素
８２ 組
８３ａ〜８３ｄ 画素セット
８５ 第１分割画像データ
８６ 第２分割画像データ
８７ 第３分割画像データ
８８ 第４分割画像データ
１００、２００ 画像投影装置

Claims (10)

1. 複数の光源と、
   前記複数の光源それぞれからそれぞれ出射された複数の光線を二次元に走査する走査部を含み、走査された前記複数の光線を被照射面に照射して前記被照射面に画像を投影する光学系と、を備え、
   前記光学系は、前記複数の光源から同じタイミングで出射された前記複数の光線を前記画像の水平方向及び垂直方向で並ぶように前記被照射面に照射する、画像投影装置。
2. 前記光学系は、前記複数の光源から同じタイミングで出射された前記複数の光線を前記画像の水平方向及び垂直方向で隣接する画素に対応する位置で前記被照射面に照射する、請求項１に記載の画像投影装置。
3. 前記走査部は前記複数の光線を二次元に走査するミラー面を有し、
   前記走査部の前記ミラー面は前記画像の水平方向の走査線を１本ずつ走査すると仮想した場合における使用可能なミラー面よりも大きい、請求項１または２に記載の画像投影装置。
4. 入力された画像データの複数の画素を前記画像の水平方向及び垂直方向で隣接する４個の画素を少なくとも含むｎ個の画素を１組とするｍ個の組に分け、前記ｍ個の組における前記ｎ個の画素のうち対応する位置にある画素を抽出して各々ｍ個の画素を有するｎ個の分割画像データを生成する画像生成部と、
   前記ｎ個の分割画像データの前記ｍ個の画素のうち前記ｍ個の組で同じ組に属する前記ｎ個の画素を形成するｎ個の光線それぞれを前記複数の光源であるｎ個の光源それぞれから同じタイミングで出射させる駆動制御部と、を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の画像投影装置。
5. 前記複数の光源から同じタイミングで出射された前記複数の光線は、各々の光軸が互いに傾いて前記走査部に入射する、請求項１から４のいずれか一項に記載の画像投影装置。
6. 前記光学系は、前記複数の光線が入射されて、入射された前記複数の光線を略平行光とするコリメータレンズを備え、
   前記複数の光線は前記コリメータレンズを透過した後に前記走査部に入射し、
   前記複数の光線は、各々の光軸が互いに傾いて前記コリメータレンズに入射する、請求項５に記載の画像投影装置。
7. 前記複数の光源から同じタイミングで出射された前記複数の光線は、各々の光軸が互いに略平行となって前記走査部の異なる位置に入射する、請求項１から４のいずれか一項に記載の画像投影装置。
8. 前記光学系は、前記複数の光線それぞれがそれぞれに入射されて、入射された光線を略平行光とする複数のコリメータレンズを備え、
   前記複数の光線は前記複数のコリメータレンズを透過した後に前記走査部に入射する、請求項７に記載の画像投影装置。
9. 前記複数の光線それぞれは、赤色光、緑色光、及び青色光を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の画像投影装置。
10. 前記被照射面は人の網膜である、請求項１から９のいずれか一項に記載の画像投影装置。

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