JP6111842B2 - 画像表示装置及び画像表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置及び画像表示方法に関する。

従来、画像表示装置の一つとしてＨＭＤ（Head Mounted Display）が知られている。ＨＭＤは、使用者が装着して、単眼又は両眼で表示画面を見ることができる。使用者は、ＨＭＤに表示された各種情報を見ながら両手を自由に使用することができる。ＨＭＤ用の画像表示装置の投影方式としては、例えば、ハーフミラー等を用いて虚像を形成する虚像投影方式と、網膜上に直接映像を投影する網膜投影方式とが提案されている。網膜投影方式では、眼の網膜上にレーザ光を走査することで、使用者に画像を認識させる画像表示装置が提案されている。レーザ光を用いる網膜投影方式は、走査したレーザ光を、一旦、瞳孔に集光させて網膜に投射するマックスウェル視を用いることで、使用者に大きな映像を視認させることができる。また、レーザ光を用いる網膜投影方式は、近視、遠視及び老眼等の水晶体で焦点を合わせることができない人に対しても、鮮明な映像を提供できる。

特開２００５−２９２２５５号公報 国際公開第２００６／０３８６６２号

しかしながら、画像表示装置に用いるレーザ光は、例えば、レーザダイオード（以下、ＬＤ（Laser Diode）ともいう）から出射されるため、完全なコリメート光とすることが難しく、レーザ光は光路上のいずれかで焦点を結ぶことがある。レーザ光は、高エネルギーであり、焦点では照射面積が極小となって単位面積あたりのエネルギーが増大するため、繊細な器官である眼球に照射すると眼球に負担がかかる。従来、低出力なレーザ光を利用することも提案されているが、低出力なレーザ光が同一点で長時間にわたり焦点を結び続けることは考慮されていない。このため、低出力なレーザ光が同一点で長時間にわたり焦点を結び続けることによって、眼球に対して負担がかかる。

１つの側面では、本発明は、眼球に対する負担を低減できる画像表示装置及び画像表示方法を提供することにある。

１つの実施態様では、画像表示装置は、レーザ光を出力する出力部と、前記出力部により前記レーザ光が前記出力部の出力端から出力されて眼球に入射するまでの光路上に、前記レーザ光の焦点を位置させる調整部とを有する。また、前記レーザ光の光路を変化させて画像を走査する走査部と、前記走査部により走査された前記レーザ光を前記眼球に集光させる集光部とを有する。

眼球に対する負担を低減できる。

図１は、レーザ光の焦点が網膜上に位置する場合を示す説明図である。 図２は、レーザ光の断面の一例を示す説明図である。 図３は、実施例１の画像表示装置の構成の一例を示すブロック図である。 図４は、実施例１の画像表示装置の外観の一例を示す説明図である。 図５は、光路長の一例を示す説明図である。 図６は、光路長の詳細な一例を示す説明図である。 図７は、ストッパ部の一例を示す説明図である。 図８は、ストッパ部の詳細な一例を示す説明図である。 図９は、実施例２の画像表示装置の構成の一例を示すブロック図である。 図１０は、実施例３の画像表示装置の構成の一例を示すブロック図である。 図１１は、実施例３の光路長の詳細な一例を示す説明図である。

以下、図面に基づいて、本願の開示する画像表示装置及び画像表示方法の実施例を詳細に説明する。なお、本実施例により、開示技術が限定されるものではない。また、以下の実施例は、矛盾しない範囲で適宜組みあわせてもよい。

まず、レーザ光の焦点について説明する。図１は、レーザ光の焦点が網膜上に位置する場合を示す説明図である。図１の例では、レーザ光は、光源部１０１から出射され走査部１０２で走査される。また、走査されたレーザ光は、集光部１０３の凸レンズ１０４で集光されて眼球に投射される。ここで、光源部１０１は、レーザ光の光源としてレーザダイオードを用いることができる。レーザダイオードから出射するレーザ光は、コリメートレンズを用いることでコリメート光としている。

しかしながら、レーザダイオードから出射するレーザ光は、コリメートレンズを用いても完全なコリメート光とすることは難しい。すなわち、レーザ光は、焦点距離を無限遠とすることは難しく、ある程度の距離で焦点を結ぶ光線となることがある。図１の例では、眼球内の網膜上に焦点を結んだ状態であり、レーザ光の焦点距離が光源部１０１から網膜までの光路長と同一の距離となる場合である。

ここで、レーザ光の照射範囲の直径、つまり、レーザ径の一例について図２に示す。図２は、レーザ光の断面の一例を示す説明図である。図２の例では、光源部１０１から出射したレーザ光のレーザ径は楕円形状であり、例えば、長軸（θ_//）の半値全幅は１．４μｍ、短軸（θ_⊥）の半値全幅は０．５μｍである。光源部１０１から出射したレーザ光は、焦点に近づくにつれてレーザ径が小さくなってゆき、焦点ではレーザ径が極小となって単位面積あたりのエネルギーが増大する。このため、レーザ光が眼球内で焦点を結ばない状態とすることが、眼への負担を軽減することになる。

続いて、実施例１の画像表示装置の構成について説明する。図３は、実施例１の画像表示装置の構成の一例を示すブロック図である。図３に示す画像表示装置１０は、網膜走査型の画像表示装置である。画像表示装置１０は、制御部１１と、光源部１２と、走査部１３と、集光部１４とを有する。また、光源部１２は、発光制御部１５と、発光部１６とを有する。

画像表示装置１０は、例えば、メガネに取り付け可能な画像表示装置である。図４は、実施例１の画像表示装置の外観の一例を示す説明図である。図４の（ａ）は、メガネ５０に画像表示装置１０を取り付けた状態の上面図である。図４の（ｂ）は、メガネ５０に画像表示装置１０を取り付けた状態の正面図である。図４の（ｃ）は、メガネ５０に画像表示装置１０を取り付けた状態の右側面図である。図４の（ａ）〜（ｃ）に示す画像表示装置１０は、メガネ５０の左目側に取り付けられ、メガネ５０を装着した使用者がハーフミラー３０を介して、左目で映像を見ることができるシースルー型の画像表示装置である。

図３の説明に戻って、制御部１１は、画像表示装置１０全体を制御する。また、制御部１１は、外部から入力された映像信号を、光源部１２を駆動可能な映像信号に変換する。制御部１１は、光源部１２に対して変換した映像信号を出力する。また、制御部１１は、例えば、走査部１３が映像信号に応じて走査範囲を変更可能であれば、走査部１３に対して走査範囲を指示する。

光源部１２は、発光制御部１５と、発光部１６とを有する。発光制御部１５は、制御部１１から入力された映像信号に基づいて、発光部１６の各レーザダイオードを駆動する。発光制御部１５は、例えば、映像信号のＲＧＢの各輝度信号に応じて、対応する色のレーザダイオードの輝度を変更する。発光制御部１５は、発光部１６に対して各レーザダイオードを駆動する駆動信号を出力する。

発光部１６は、発光制御部１５から駆動信号が入力される。発光部１６は、レーザダイオード（ＬＤ）１７と、コリメートレンズ１８と、ミラー１９と、ハーフミラー２０とを有する。ＬＤ１７は、出力部を構成し、ＲＧＢ（赤、緑、青）にそれぞれ対応した、ＬＤ１７Ｒと、ＬＤ１７Ｇと、ＬＤ１７Ｂとを有する。各ＬＤ１７は、出射端にコリメートレンズ１８が接続される。各ＬＤ１７は、駆動信号に基づいてレーザ光を出射する。

コリメートレンズ１８は、各ＬＤ１７から出射されたレーザ光を、コリメート光に近い光線にする。また、コリメートレンズ１８は、調整部を構成し、各ＬＤ１７から出射されたレーザ光の焦点距離を調整する。コリメートレンズ１８は、各ＬＤ１７に対する距離を変化させることで焦点距離を調整したレーザ光を出力端から出射する。また、コリメートレンズ１８は、レーザ光の焦点距離を調整した後に、各ＬＤ１７に対する距離を固定する。なお、レーザ光の焦点距離を可変とする場合には、各ＬＤ１７に対するコリメートレンズ１８の距離を固定せずに焦点距離を可変可能とする。

ミラー１９は、ＬＤ１７Ｒから出射しコリメートレンズ１８を透過した赤色レーザ光を反射して導光する。ＬＤ１７Ｇに対応するハーフミラー２０は、ＬＤ１７Ｇから出射しコリメートレンズ１８を透過した緑色レーザ光を反射して導光する。また、ＬＤ１７Ｇに対応するハーフミラー２０は、ミラー１９で反射した赤色レーザ光を透過させる。ＬＤ１７Ｂに対応するハーフミラー２０は、ＬＤ１７Ｂから出射しコリメートレンズ１８を透過した青色レーザ光を透過させる。また、ＬＤ１７Ｂに対応するハーフミラー２０は、ミラー１９によって導光された赤色レーザ光、及び、ＬＤ１７Ｇに対応するハーフミラー２０によって導光された緑色レーザ光を反射して導光する。すなわち、光源部１２は、ＬＤ１７Ｂに対応するハーフミラー２０による透過及び導光により、赤色レーザ光、緑色レーザ光、及び、青色レーザ光を走査部１３へ出力する。

走査部１３は、光源部１２から出力されたレーザ光を受光し、レーザ光を集光部１４に向けて反射する。走査部１３は、反射面の角度を変化させることで、反射するレーザ光を２次元に走査させる。走査部１３は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを用いることができる。走査部１３は、例えば、レーザ光を水平走査周波数４５ｋＨｚ、垂直走査周波数６０Ｈｚで走査して、１２８０×７２０ドットの画像を、集光部１４を介して網膜上に投射することができる。

集光部１４は、走査部１３で反射されたレーザ光が入射される。集光部１４は、レーザ光が屈折し、眼球内で集光して網膜上に結像するようにレーザ光を出射する。集光部１４は、使用者の眼球内でレーザ光を集光できればよく、例えば、凸レンズ又はメニスカスレンズを用いることができる。または、集光部１４は、凸レンズ、凹レンズ、および、メニスカスレンズを、それぞれ組み合わせてもよい。また、集光部１４は、色収差の影響を少なくするために、アクロマートレンズを用いてもよい。

次に、実施例１の画像表示装置１０の動作について説明する。図５は、光路長の一例を示す説明図である。レーザ光の光路は、発光部１６の各コリメートレンズ１８の出力端から、走査部１３及び集光部１４を経由して眼球の瞳孔までとなる。画像表示装置１０は、レーザ光の焦点位置Ｆｌを、コリメートレンズ１８の出力端から眼球までの光路上に設定することで、レーザ光が眼球内で焦点を結ぶことを防止する。つまり、画像表示装置１０は、レーザ光の焦点距離を、光路上の眼球の瞳孔までの距離よりも短くすることで、レーザ光が眼球内で焦点を結ぶことを防止する。

レーザ光の焦点距離は、レーザ光の光路のうち、最短の光路よりも短く設定する。図５の例で説明すると、発光部１６と走査部１３との最短光路長は、ＬＤ１７Ｂに対応するコリメートレンズ１８Ｂの出力端から走査部１３内のミラーとの距離Ｌ１となる。また、走査部１３と眼球との最短光路長は、走査部１３内のミラーと眼球の瞳孔とを直線で結んだ光路の距離Ｌ２となる。ここで、距離Ｌ２は、集光部１４内のレンズの中心を通る光路となる。従って、各ＬＤ１７に対応するコリメートレンズ１８で設定する焦点距離は、Ｌ１＋Ｌ２未満の焦点距離とする。これにより、各ＬＤ１７から出射されるレーザ光は、眼球の手前の光路上で焦点を結び、その後は発散するので、眼球内でレーザ光が焦点を結ぶことを防止することができる。

ここで、具体例として、集光部１４を凸レンズ２枚で構成した場合におけるレーザ径と光路長を、図６を用いて説明する。図６は、光路長の詳細な一例を示す説明図である。図６では、３色のレーザ光のうち、レーザ光としてＬＤ１７Ｂから出射される青色レーザ光について説明する。なお、本実施例１では、赤色及び緑色レーザ光は、発光部１６内の光路長が青色レーザ光よりも長くなる。青色レーザ光は、ＬＤ１７Ｂからコリメートレンズ１８Ｂを透過し、例えば、レーザ径φ２．２ｍｍ、絞り角θ＝０．１ｄｅｇ、焦点距離１４９．３ｍｍで出射される。なお、説明のために、レーザ径は大きく設定している。また、集光部１４の２枚の凸レンズの焦点距離をｆ、２枚の凸レンズ間の距離をｄとする。ここで、焦点距離ｆは、例えば、５０ｍｍとし、２枚の凸レンズ間の距離ｄは、例えば、１０ｍｍとする。

ＬＤ１７Ｂ、コリメートレンズ１８Ｂ、走査部１３、集光部１４及び眼球は、図６に示すように、それぞれ配置される。コリメートレンズ１８Ｂと走査部１３との距離は、コリメートレンズ１８Ｂの出力端から走査部１３のミラーの中心線までの距離とし、距離Ｌ１とする。距離Ｌ１は、例えば、Ｌ１＝５３．７ｍｍとする。

走査部１３と集光部１４との距離は、走査部１３のミラーの中心線から集光部１４の走査部１３側の凸レンズの中心までの距離とし、距離ｌ１とする。距離ｌ１は、例えば、走査部１３側の凸レンズの焦点距離と同じ５０ｍｍとする。

集光部１４と眼球との距離は、集光部１４の眼球側の凸レンズの中心から眼球の表面（瞳孔の表面）までの距離とし、距離ｌ２とする。距離ｌ２は、例えば、眼球側の凸レンズの焦点距離と同じ５０ｍｍとする。

このとき、走査部１３から眼球までの距離Ｌ２は、式（１）により算出でき、前述の具体的な数値を当てはめると式（２）となる。また、コリメートレンズ１８Ｂと眼球との間の最短光路長Ｌｓは、式（３）により算出でき、前述の具体的な数値を当てはめると式（４）となる。

最短光路長Ｌｓとレーザ光の焦点距離とを比較すると、１６３．７ｍｍ＞１４９．３ｍｍとなる。従って、レーザ光の焦点位置Ｆｌは、集光部１４の眼球側の凸レンズの中心から眼球の表面までの間に位置する。また、レーザ光の焦点位置Ｆｌは、集光部１４の眼球側の凸レンズの焦点距離内に位置する。これにより、レーザ光を網膜上に走査したときに、各ピクセルを表すレーザ光の照射範囲が重なることによって画像のピクセルが重なって画像が不鮮明になることを防止することができる。なお、レーザ径は、集光部１４の凸レンズによって小さくなる。このため、実際のレーザ光の焦点距離は、集光部１４の凸レンズによる影響を考慮して設定する。

また、上記具体例から判るように、レーザ光の焦点距離は、最短光路長Ｌｓに基づいて決定することができる。すなわち、各ＬＤ１７から出射されるレーザ光の焦点距離は、最短光路長Ｌｓ未満となるように、各ＬＤ１７に対応する各コリメートレンズ１８を調整して決定できる。

このように、画像表示装置１０は、出力部からレーザ光を出力し、出力部によりレーザ光が出力部の出力端から出力されて眼球に入射するまでの光路上に、レーザ光の焦点を位置させる。また、画像表示装置１０は、レーザ光の光路を変化させて画像を走査し、走査されたレーザ光を眼球に集光させる。その結果、眼球に対する負担を低減できる。

また、画像表示装置１０は、調整部であるコリメートレンズ１８は、光路上において、集光部の出力端側に焦点を位置させる。その結果、レーザ光の焦点距離をコリメートレンズ１８の出力端から眼球までの光路長未満とすることができる。

また、画像表示装置１０は、調整部であるコリメートレンズ１８は、光路上の集光部１４の焦点距離内に、焦点を位置させる。その結果、画像が不鮮明になることを防止することができる。

ところで、レーザ光の焦点距離を、集光部１４の眼球側の凸レンズの中心から眼球の表面までの間に位置するように決定すると、眼球が集光部１４に近付いた場合に、レーザ光の焦点が眼球内に位置する可能性がある。そこで、画像表示装置１０と使用者の眼球との間の距離を確保するために、画像表示装置１０にストッパ部３１を設けることができる。

図７は、ストッパ部３１の一例を示す説明図である。図７は、画像表示装置１０と使用者とを側面から見た様子を示す。画像表示装置１０は、使用者に接する側にストッパ部３１を設ける。ストッパ部３１は、使用者の眼の上部及び下部の皮膚に接触可能に設けられ、使用者の顔面及び眼球が必要以上に画像表示装置１０の集光部１４に接近することを防止する。

図８は、ストッパ部の詳細な一例を示す説明図である。人の片目の視野は、上側約６０ｄｅｇ、下側約７０ｄｅｇ、鼻側約６０ｄｅｇ、及び、耳側約１００ｄｅｇとされている。ストッパ部３１は、視野にかからない形状とする。また、ストッパ部３１は、容易に変形せず、顔面に接触して不快でない材質とするのが好ましい。ストッパ部３１は、例えば、ポリウレタン等の合成樹脂又はゴム等で作製することができる。また、ストッパ部３１は、メガネと同様に、耳と鼻で固定するようにしてもよい。

このように、画像表示装置１０は、集光部１４の出力端に、集光部１４と眼球との距離を保持するストッパ部３１を有する。その結果、レーザ光の焦点を集光部１４と眼球との間に設定したときに、焦点が眼球内に位置することを防止することができる。

また、上記実施例１では、レーザ光の焦点距離を固定としたが、走査部１３で走査する位置ごとにレーザ光の焦点距離を算出し、コリメートレンズ１８は、算出した焦点距離に応じて、レーザ光の焦点距離を調整するようにしてもよい。

そこで、このようにレーザ光の焦点距離を調整する実施の形態につき、実施例２として以下に説明する。なお、上記実施例１の画像表示装置１０と同一の構成には、同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。実施例２の画像表示装置７０が実施例１の画像表示装置１０と異なるところは、走査部１３で走査する位置ごとにレーザ光の焦点距離を算出し、算出した焦点距離に応じて、レーザ光の焦点距離を調整する点にある。

図９は、実施例２の画像表示装置の構成の一例を示すブロック図である。実施例２の画像表示装置７０は、実施例１の画像表示装置１０と比べ、制御部１１に焦点制御部２２を有し、コリメートレンズ１８の焦点距離を変化させるアクチュエータ２１を有する。

アクチュエータ２１は、コリメートレンズ１８ごとに設けられ、各コリメートレンズ１８に接続される。アクチュエータ２１は、焦点制御部２２から入力された焦点制御信号に応じて、接続されたコリメートレンズ１８の焦点距離を変化させる。アクチュエータ２１は、ネジにより螺合した２分割可能なコリメートレンズ１８の鏡筒の片側を回転させて、鏡筒を伸縮することでレーザ光の焦点距離を変化させる。また、アクチュエータ２１は、コリメートレンズ１８を当該レンズの光軸方向に変位させることで、レーザ光の焦点距離を調整するようにしてもよい。

焦点制御部２２は、算出部を構成し、入力された映像信号に応じて各アクチュエータ２１を制御する。焦点制御部２２は、入力された映像信号に応じて、走査部１３で走査する位置ごとのレーザ光の光路長を算出する。焦点制御部２２は、走査する全ての位置におけるレーザ光の焦点位置Ｆｌから眼球までの光路長が同一となるように、走査する位置ごとのレーザ光の光路長に基づいて、レーザ光の焦点距離を算出する。焦点制御部２２は、算出したレーザ光の焦点距離に基づいて、各アクチュエータ２１に対して焦点制御信号を出力する。

次に、実施例２の画像表示装置７０の動作について説明する。画像表示装置７０の焦点制御部２２は、入力された映像信号に応じて、走査部１３で走査する位置ごとのレーザ光の光路長を算出する。レーザ光の光路長は、例えば、レーザ光が、集光部１４の凸レンズの端部を通る場合と、凸レンズの中央部を通る場合とで異なる。つまり、レーザ光の焦点位置Ｆｌは、レーザ光の焦点距離が固定されていると、走査部１３のミラーの出射角度によって変化する。すると、レーザ光の照射範囲、すなわち、網膜上のレーザ径は、レーザ光の光路長が長くなる画像の端部では中央部分に比べて広くなる。従って、使用者が見る画像は、端部が中央部に比べて不鮮明になる可能性がある。これに対し、走査する全ての位置におけるレーザ光の焦点位置Ｆｌから眼球までの光路長が同一となるようにすれば、画像のいずれの場所でも網膜上のレーザ径が同一となる。

ここで、走査部１３のミラーの出射角度と光路長の関係について説明する。走査部１３から集光部１４までの光路長Ｌ’は、式（５）により算出できる。ここで、走査部１３から集光部１４までの距離は、走査部１３のミラーの中心線から集光部１４の走査部１３側の凸レンズの中心までの距離とし、距離ｌ１とする。また、走査部１３による縦方向の出射角度をθｈ、横方向の出射角度をθｗとする。

集光部１４から眼球までの光路長Ｌ”は、式（６）により算出できる。ここで、集光部１４と眼球との距離は、集光部１４の眼球側の凸レンズの中心から眼球の表面までの距離とし、距離ｌ２とする。

走査部１３から眼球までの距離Ｌ２’は、集光部１４が２枚の凸レンズで構成され、凸レンズ間の距離をｄとすると、式（７）により算出できる。

コリメートレンズ１８の出力端と眼球との間の光路長Ｌは、コリメートレンズ１８の出力端と走査部１３との距離を、距離Ｌ１とすると、式（８）により算出できる。ここで、距離Ｌ１は、コリメートレンズ１８の出力端から走査部１３のミラーの中心線までの距離である。

焦点制御部２２は、走査する全ての位置におけるレーザ光の焦点位置Ｆｌから眼球までの光路長が同一となるレーザ光の焦点距離を算出する。算出するレーザ光の焦点距離を、第１の焦点距離とする。焦点制御部２２は、例えば、出射角度θｈ及びθｗが０、つまり、集光部１４のレンズの中心を通る最短の光路長Ｌｓにおけるレーザ光の焦点位置Ｆｌとなる、レーザ光の焦点距離を初期値とする。初期値のレーザ光の焦点距離を、第２の焦点距離とする。レーザ光を走査する位置ごとに、前回の第１の焦点距離を、今回の第２の焦点距離とする。なお、レーザ光の焦点位置Ｆｌは、集光部１４の眼球側の凸レンズにおける眼球側の焦点距離内とするのが好ましい。これは、レーザ光の焦点位置Ｆｌを、当該凸レンズにおける眼球側の焦点距離よりもコリメートレンズ１８側の光路上に設定すると、凸レンズによって新たな焦点が生ずる可能性があるからである。

焦点制御部２２は、レーザ光を走査する位置ごとの光路長Ｌと、最短の光路長Ｌｓとの差分を算出する。焦点制御部２２は、初期値として設定したレーザ光の第２の焦点距離に、算出した光路長Ｌと光路長Ｌｓとの差分を足すことで、レーザ光を走査する位置ごとのレーザ光の第１の焦点距離を算出する。なお、第２の焦点距離は、走査に応じて、前回の第１の焦点距離となり、光路長の差分は、走査に応じて、今回の光路長Ｌと前回の光路長Ｌとの差分となる。つまり、走査する位置ごとのレーザ光の第１の焦点距離は、前回の第１の焦点距離に、今回の光路長Ｌと前回の光路長Ｌとの差分を足したものとなる。焦点制御部２２は、算出した走査する位置ごとのレーザ光の第１の焦点距離に基づいて、各アクチュエータ２１に対して焦点制御信号を出力する。

各アクチュエータ２１は、焦点制御部２２から入力された焦点制御信号に応じて、接続されたコリメートレンズ１８の焦点距離を、第２の焦点距離から第１の焦点距離に調整する。これにより、走査する全ての位置におけるレーザ光の焦点位置Ｆｌから眼球までの光路長が同一となるので、画像のいずれの場所でも網膜上のレーザ径が同一となる。その結果、画像の端部でも中央部と同等の鮮明さとすることができる。

このように、画像表示装置７０は、走査部１３によるレーザ光の走査位置ごとに、レーザ光の第１の焦点距離を算出し、調整部であるコリメートレンズ１８は、算出された第１の焦点距離を調整する。その結果、画像の端部でも中央部と同等の鮮明さとすることができる。

また、上記各実施例では、レーザ光の焦点位置Ｆｌは、集光部１４の眼球側の凸レンズにおける眼球側の焦点距離内としたが、これに限定されない。例えば、集光部１４の眼球側の凸レンズに使用者の眼球が接触したとしても、レーザ光の焦点位置Ｆｌが眼球内とならないようにすることもできる。ただし、この場合には、集光部１４の凸レンズによって新たな焦点が生じないように、光学系を設計する必要がある。なお、レーザ光の焦点位置Ｆｌは、眼球よりも遠方に設定すると、使用者が画像表示装置を外すとき等に、レーザ光の焦点が眼球内になる可能性がある。

そこで、このようにレーザ光の焦点距離を設定する実施の形態につき、実施例３として以下に説明する。なお、上記実施例１の画像表示装置１０と同一の構成には、同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。実施例３の画像表示装置８０が実施例１の画像表示装置１０と異なるところは、集光部１４内の２枚の凸レンズの間隔を広げ、当該凸レンズ間の光路上にレーザ光の焦点位置Ｆｌを設定した点にある。

図１０は、実施例３の画像表示装置の構成の一例を示すブロック図である。実施例３の画像表示装置８０は、集光部１４の代わりに、集光部１４内の２枚の凸レンズの間隔を広げた集光部２４を有する点を除き、画像表示装置１０と同一の構成である。

次に、実施例３の画像表示装置８０の動作について、具体例として図１１を用いて説明する。図１１は、実施例３の光路長の詳細な一例を示す説明図である。図１１では、３色のレーザ光のうち、レーザ光としてＬＤ１７Ｂから出射される青色レーザ光について説明する。青色レーザ光は、ＬＤ１７Ｂからコリメートレンズ１８Ｂを透過し、例えば、レーザ径φ２．２ｍｍ、絞り角θ＝０．１ｄｅｇ、焦点距離１４９．３ｍｍで出射される。なお、説明のために、レーザ径は大きく設定している。また、集光部２４の２枚の凸レンズの焦点距離をｆ、２枚の凸レンズ間の距離をｄ２とする。ここで、焦点距離ｆは、例えば、５０ｍｍとし、２枚の凸レンズ間の距離ｄ２は、例えば、６７．５ｍｍとする。

ＬＤ１７Ｂ、コリメートレンズ１８Ｂ、走査部１３、集光部２４及び眼球は、図１１に示すように、それぞれ配置される。コリメートレンズ１８Ｂと走査部１３との距離は、コリメートレンズ１８Ｂの出力端から走査部１３のミラーの中心線までの距離とし、距離Ｌ１とする。距離Ｌ１は、例えば、Ｌ１＝５３．７ｍｍとする。

走査部１３と集光部２４との距離は、走査部１３のミラーの中心線から集光部２４の走査部１３側の凸レンズの中心までの距離とし、距離ｌ１とする。距離ｌ１は、例えば、走査部１３側の凸レンズの焦点距離と同じ５０ｍｍとする。

集光部２４と眼球との距離は、集光部２４の眼球側の凸レンズの中心から眼球の表面までの距離とし、距離ｌ２とする。距離ｌ２は、例えば、眼球側の凸レンズの焦点距離と同じ５０ｍｍとする。

走査部１３から眼球までの距離Ｌ２は、式（１）のｄに代えてｄ２を代入し、１６７．５ｍｍとなる。また、コリメートレンズ１８Ｂと眼球との間の最短光路長Ｌｓは、式（３）より、２２１．２ｍｍとなる。最短光路長Ｌｓとレーザ光の焦点距離とを比較すると、２２１．２ｍｍ＞１４９．３ｍｍとなる。ここで、集光部２４の走査部１３側の凸レンズの焦点位置Ｆｉは、コリメートレンズ１８Ｂの出力端を基準として、式（９）で算出でき、前述の具体的な数値を当てはめると式（１０）となる。

また、コリメートレンズ１８Ｂの出力端から、集光部２４の走査部１３側の凸レンズの中心までは、式（９）の「−ｌ２」の項を除くと算出でき、１７１．２ｍｍである。従って、レーザ光の焦点位置Ｆｌは、１７１．２ｍｍ＞１４９．３ｍｍ＞１２１．２ｍｍという関係が成り立ち、集光部２４の走査部１３側の凸レンズの焦点距離内に位置する。これにより、集光部２４の眼球側の凸レンズに、使用者の眼球が接触したとしても、レーザ光の焦点が眼球内に位置することを防止することができる。

このように、画像表示装置８０は、調整部であるコリメートレンズ１８が、光路上の集光部２４の走査部１３側の焦点距離内に、レーザ光の焦点を位置させる。その結果、集光部２４の眼球側の凸レンズに、使用者の眼球が接触したとしても、レーザ光の焦点が眼球内に位置することを防止することができる。

また、上記各実施例では、レーザ光の焦点距離を、コリメートレンズ１８で調整したが、これに限定されない。レーザ光の焦点距離は、例えば、ミラーを組み合わせて光路長を長くすることで、レーザ光の焦点距離を調節してもよい。

また、上記各実施例では、各ＬＤ１７のレーザ光の焦点距離を同一としたが、これに限定されない。レーザ光の焦点距離は、例えば、各ＬＤ１７の配置の違いによる光路長の差に応じて、コリメートレンズ１８を調整することで変化させることができる。具体例を上げると、例えば、ＬＤ１７ＲはＬＤ１７Ｂよりも光路長が４ｍｍ長く、ＬＤ１７ＧはＬＤ１７Ｂよりも光路長が２ｍｍ長いとする。このとき、ＬＤ１７Ｒのレーザ光の焦点距離は、ＬＤ１７Ｂのレーザ光の焦点距離よりも４ｍｍ長くし、ＬＤ１７Ｇのレーザ光の焦点距離は、ＬＤ１７Ｂのレーザ光の焦点距離よりも２ｍｍ長くする。これにより、各ＬＤ１７の焦点位置Ｆｌを同一とすることができ、使用者に、より鮮明な画像を視認させることができる。

また、図示した各部の各構成要素は、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。すなわち、各部の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、上記各実施例では、発光制御部１５は、光源部１２内に有するが制御部１１内に有する構成としてもよい。

さらに、制御部で行われる各種処理機能は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）（又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）等のマイクロ・コンピュータ）上で、その全部又は任意の一部を実行するようにしても良い。また、各種処理機能は、ＣＰＵ（又はＭＰＵ、ＭＣＵ等のマイクロ・コンピュータ）で解析実行されるプログラム上、又はワイヤードロジックによるハードウェア上で、その全部又は任意の一部を実行するようにしても良いことは言うまでもない。

１０、７０、８０ 画像表示装置
１１ 制御部
１２ 光源部
１３ 走査部
１４、２４ 集光部
１５ 発光制御部
１６ 発光部
１７ ＬＤ
１８ コリメートレンズ
１９ ミラー
２０ ハーフミラー
３０ ハーフミラー
３１ ストッパ部
５０ メガネ

Claims (6)

1. レーザ光を出力する出力部と、
   前記出力部により前記レーザ光が前記出力部の出力端から出力されて眼球に入射するまでの光路上に、前記レーザ光の焦点を位置させる調整部と、
   前記レーザ光の光路を変化させて画像を走査する走査部と、
   前記走査部により走査された前記レーザ光を前記眼球に集光させる集光部と、を有し、
   前記調整部は、前記光路上において、前記集光部の出力端側に前記焦点を位置させることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記調整部は、前記光路上の前記集光部の焦点距離内に、前記焦点を位置させることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. さらに、前記集光部の出力端に、前記集光部と前記眼球との距離を保持するストッパ部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
4. さらに、前記走査部による前記レーザ光の走査位置ごとに、前記レーザ光が焦点を結ぶ距離を算出する算出部を有し、
   前記調整部は、前記算出部により算出された前記レーザ光が焦点を結ぶ距離を調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像表示装置。
5. 画像表示装置が、
   出力部からレーザ光を出力し、
   前記出力部により前記レーザ光が前記出力部の出力端から出力されて眼球に入射するまでの光路上に、前記レーザ光の焦点を位置させるように調整し、
   集光部に対して前記レーザ光の光路を変化させて画像を走査して、前記走査した前記レーザ光を前記眼球に集光させる処理を実行し、
   前記調整する処理は、前記光路上において、前記集光部の出力端側に前記焦点を位置させるように調整することを特徴とする画像表示方法。
6. レーザ光を出力する出力部と、
   前記出力部により前記レーザ光が前記出力部の出力端から出力されて眼球に入射するまでの光路上に、前記レーザ光の焦点を位置させる調整部と、
   前記レーザ光の光路を変化させて画像を走査する走査部と、
   前記走査部により走査された前記レーザ光を前記眼球に集光させる集光部と、
   前記走査部による前記レーザ光の走査位置ごとに、前記レーザ光が焦点を結ぶ距離を算出する算出部と、を有し、
   前記調整部は、前記算出部により算出された前記レーザ光が焦点を結ぶ距離を調整することを特徴とする画像表示装置。

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