JP6231591B2 - 画像投影装置 - Google Patents

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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。
光源から出射された光線を走査ミラーで主走査方向および副走査方向に走査することで画像を投影する画像投影装置が知られている。このような画像投影装置では、走査ミラーの振動と光源からの光線の出射タイミングとがずれてしまうと画像品質が劣化してしまうことから、光源からの光線の出射タイミングを補正する方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
また、ユーザの網膜に画像を直接投影する画像投影装置が知られている。特許文献１は、光源から出射された光線を走査ミラーで走査し、走査光をユーザの網膜に投射することで、網膜に画像を直接投影している。特許文献１では、走査ミラーの後段に設けたハーフミラーなどによって取り出した光線を光検出器で検出し、この検出結果に基づいて光源からの光線の出射タイミングを補正することで、画像品質の劣化を抑制している。
特開２０１１−２１５３９７号公報 特開２０１４−１０４０９号公報
ユーザの網膜に画像を直接投影する画像投影装置は、例えばユーザの身体（顔）に装着されることから、小型であることが望ましい。しかしながら、特許文献１では、走査ミラーの後段にハーフミラーなどを設けているため、装置が大型化してしまう。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、画像品質の劣化と装置の大型化とが抑制された画像投影装置を提供することを目的とする。
本発明は、ユーザの網膜に投影する画像を形成する画像用光線を走査させるため振動する第１ミラーと、前記画像用光線を前記第１ミラーに出射し、前記画像用光線と異なるタイミングで検出用光線を前記第１ミラーに出射する光源と、前記第１ミラーが反射した前記画像用光線を前記ユーザの網膜に反射させる第１領域と前記第１ミラーが反射した前記検出用光線を前記画像用光線とは異なる方向に反射させる第２領域とを有し、前記第１ミラーが反射した前記画像用光線及び前記検出用光線を走査しない第２ミラーと、前記第２ミラーの前記第２領域で反射した前記検出用光線を検出する光検出器と、前記光検出器の検出結果に基づいて、前記第１ミラーの振動と前記光源からの前記画像用光線の出射タイミングとを調整する制御部と、を備えることを特徴とする画像投影装置である。
本発明は、ユーザの網膜に投影する画像を形成する画像用光線を走査させるため振動する第１ミラーと、前記画像用光線を前記第１ミラーに出射し、前記画像用光線と異なるタイミングで検出用光線を前記第１ミラーに出射する光源と、前記第１ミラーが反射した前記画像用光線を前記ユーザの網膜に反射し、前記第１ミラーが反射した前記検出用光線を前記画像用光線とは異なる方向に反射させる又は前記検出用光線を透過させる第２ミラーと、前記第２ミラーで反射した又は前記第２ミラーを透過した前記検出用光線を検出する光検出器と、前記光検出器で検出される前記検出用光線の光強度が大きくなるようにすることで、前記第１ミラーの振動と前記光源からの前記画像用光線の出射タイミングとを調整する制御部と、を備えることを特徴とする画像投影装置である。
本発明は、ユーザの網膜に投影する画像を形成する画像用光線を主走査方向に走査させるため、前記画像の範囲より大きく前記主走査方向に振動する第１ミラーと、前記第１ミラーの前記主走査方向の往復振動において、前記画像の範囲に相当する期間に前記画像用光線を前記第１ミラーに出射し、前記画像の範囲より外側に相当する時間に検出用光線を前記第１ミラーに出射する光源と、前記第１ミラーが反射した前記画像用光線を前記ユーザの網膜に反射させ、且つ前記第１ミラーが反射した前記検出用光線を前記画像用光線とは異なる方向に反射させる又は前記検出用光線を透過させる第２ミラーと、前記第２ミラーで反射した又は前記第２ミラーを透過した前記検出用光線を検出する光検出器と、前記光検出器で検出される前記検出用光線の光強度が大きくなるようにすることで、前記第１ミラーの振動と前記光源からの前記画像用光線の出射タイミングとを調整する制御部と、を備えることを特徴とする画像投影装置である。
本発明は、ユーザの網膜に投影する画像を形成する画像用光線を主走査方向に走査させるため、前記画像の範囲より大きく前記主走査方向に振動する第１ミラーと、前記第１ミラーの前記主走査方向の往復振動において、前記画像の範囲に相当する期間に前記画像用光線を前記第１ミラーに出射し、前記画像の範囲より外側に相当する時間に前記往復振動の往路と復路のそれぞれで時間的に連続させずに検出用光線を前記第１ミラーに出射する光源と、前記第１ミラーが反射した前記画像用光線を前記ユーザの網膜に反射させ、且つ前記第１ミラーが反射した前記検出用光線を前記画像用光線とは異なる方向に反射させる又は前記検出用光線を透過させる第２ミラーと、前記第２ミラーで反射した又は前記第２ミラーを透過した前記検出用光線を検出する光検出器と、前記往路で出射された前記検出用光線の前記光検出器での検出結果と前記復路で出射された前記検出用光線の前記光検出器での検出結果とに基づいて、前記第１ミラーの振動と前記光源からの前記画像用光線の出射タイミングとを調整する制御部と、を備えることを特徴とする画像投影装置である。
本発明は、ユーザの網膜に投影する画像を形成する画像用光線を主走査方向に走査させるため、前記画像の範囲より大きく前記主走査方向に振動する第１ミラーと、前記第１ミラーの前記主走査方向の往復振動において、前記画像の範囲に相当する期間に前記画像用光線を前記第１ミラーに出射し、前記画像の範囲より外側に相当する時間に検出用光線を前記第１ミラーに出射する光源と、前記第１ミラーが反射した前記画像用光線を前記ユーザの網膜に反射させる第１領域と、前記第１ミラーが反射した前記検出用光線を前記画像用光線とは異なる方向に反射させる第２領域と、を有する第２ミラーと、前記第２ミラーで反射した前記検出用光線を検出する光検出器と、前記光検出器の検出結果に基づいて、前記第１ミラーの振動と前記光源からの前記画像用光線の出射タイミングとを調整する制御部と、を備え、前記第２ミラーにおいて、前記第２領域は、前記主走査方向に相当する方向で前記第１領域に並んで設けられ、前記第１領域に対して突出または凹んでいることを特徴とする画像投影装置である。
上記構成において、前記第２ミラーの前記第２領域は、前記主走査方向に相当する方向において、前記検出用光線の幅以下の大きさの反射面を有する構成とすることができる。
本発明は、ユーザの網膜に投影する画像を形成する画像用光線を主走査方向に走査させるため、前記画像の範囲より大きく前記主走査方向に振動する第１ミラーと、前記第１ミラーの前記主走査方向の往復振動において、前記画像の範囲に相当する期間に前記画像用光線を前記第１ミラーに出射し、前記画像の範囲より外側に相当する時間に検出用光線を前記第１ミラーに出射する光源と、前記第１ミラーが反射した前記画像用光線を前記ユーザの網膜に反射させ、且つ前記第１ミラーが反射した前記検出用光線を前記画像用光線とは異なる方向に反射させる又は前記検出用光線を透過させる第２ミラーと、前記第２ミラーで反射した又は前記第２ミラーを透過した前記検出用光線を検出する光検出器と、前記光検出器の検出結果に基づいて、前記第１ミラーの振動と前記光源からの前記画像用光線の出射タイミングとを調整する制御部と、を備え、前記第１ミラーと前記第２ミラーは、メガネ型フレームに設けられ、前記光検出器は、前記メガネ型フレームとは異なる外部機器に設けられていることを特徴とする画像投影装置である。
上記構成において、前記光検出器は、前記第２ミラーを透過した前記検出用光線を検出し、前記検出用光線の幅以下の受光領域を有する構成とすることができる。
上記構成において、前記光源は、前記画像用光線とは時間的に連続させずに、前記第１ミラーの前記主走査方向の振動の前記画像の範囲の終わりから折り返しまでの期間よりも短い時間で、前記検出用光線を出射する構成とすることができる。また、上記構成において、前記光源は、前記画像の範囲の両外側それぞれで前記検出用光線を出射し、前記制御部は、前記画像の範囲の両外側それぞれで出射された前記検出用光線の検出結果に基づいて、前記第１ミラーの振動と前記画像用光線の出射タイミングとを調整する構成とすることができる。
上記構成において、前記第１ミラーと前記第２ミラーと前記光検出器は、メガネ型フレームに設けられている構成とすることができる。
本発明によれば、画像品質の劣化を抑制しつつ、装置の大型化を抑制することができる。
図１は、実施例１に係る画像投影装置を上方から見た図である。 図２は、第１ミラーの振動に対する画像用光線と検出用光線の出射タイミングを説明する図である。 図３は、第１ミラーの振動に対する画像用光線と検出用光線の出射タイミングを示すタイミングチャートである。 図４（ａ）および図４（ｂ）は、網膜に投影される画像の例である。 図５は、実施例１に係る画像投影装置の制御部の処理の一例を示すフローチャート（その１）である。 図６は、実施例１に係る画像投影装置の制御部の処理の一例を示すフローチャート（その２）である。 図７（ａ）および図７（ｂ）は、光検出器による検出用光線の検出を説明する図である。 図８は、第１ミラーの振動に対する画像用光線と検出用光線の調整前の出射タイミングと調整後の出射タイミングとを示すタイミングチャートである。 図９（ａ）は、調整前における第１ミラーの振動に対する画像用光線と検出用光線の出射タイミングを説明する図、図９（ｂ）は、調整後における第１ミラーの振動に対する画像用光線と検出用光線の出射タイミングを説明する図である。 図１０は、実施例１の変形例１に係る画像投影装置を上方から見た図である。 図１１は、実施例２に係る画像投影装置を上方から見た図である。 図１２は、実施例２における第１ミラーの振動に対する画像用光線と検出用光線の出射タイミングを説明する図である。 図１３は、実施例３に係る画像投影装置を上方から見た図である。 図１４は、実施例４に係る画像投影装置を上方から見た図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施例について説明する。
図１は、実施例１に係る画像投影装置１００を上方から見た図である。なお、図１では、光線５０（画像用光線５２と検出用光線５４を含む）は、有限の光束径を有する光線の中心部分を図示している。実施例１の画像投影装置１００は、ユーザに画像を視認させるための画像用光線が、ユーザの眼球７０の網膜７２に直接投射される、マクスウェル視を利用した網膜投影型ヘッドマウントディスプレイである。実施例１の画像投影装置１００は、図１のように、光源１２、第１ミラー１４、第２ミラー１６、光検出器１８、および制御部２０を備える。第１ミラー１４および第２ミラー１６は、メガネ型フレーム３０に設けられている。光源１２、光検出器１８、および制御部２０は、例えば携帯端末などの外部機器４０に設けられている。
光源１２は、制御部２０の指示の下、例えば単一または複数の波長の光線５０を出射する。この光線５０には、ユーザの網膜７２に画像を投影するための画像用光線５２と、第１ミラー１４の振動に対する画像用光線５２の出射タイミングを検出するための検出用光線５４と、が含まれる。すなわち、制御部２０は、入力された画像データに基づく画像用光線５２を光源１２から出射させると共に、第１ミラー１４の振動に対する画像用光線５２の出射タイミングを検出するための検出用光線５４を光源１２から出射させる。
光源１２は、例えば赤色レーザ光（波長：６１０ｎｍ〜６６０ｎｍ程度）、緑色レーザ光（波長：５１５ｎｍ〜５４０ｎｍ程度）、および青色レーザ光（波長：４４０ｎｍ〜４８０ｎｍ程度）を出射する。赤色、緑色、および青色レーザ光を出射する光源１２として、例えばＲＧＢ（赤・緑・青）それぞれのレーザダイオードチップと３色合成デバイスとマイクロコリメートレンズとが集積された光源が挙げられる。
第１ミラー１４は、メガネ型フレーム３０のつる３２に設けられている。第１ミラー１４には、光源１２から出射され、ハーフミラー６０や光ファイバ６２、不図示のレンズおよびミラーなどを経由した光線５０が入射する。第１ミラー１４は、光源１２から出射された画像用光線５２を反射して、主走査方向および副走査方向に走査する。第１ミラー１４は、例えば画像用光線５２を主走査方向に往復走査し、副走査方向に片側走査する。主走査方向と副走査方向とは、互いに直交する方向であり、主走査方向は水平方向で、副走査方向は垂直方向である。また、第１ミラー１４は、光源１２から出射された検出用光線５４を反射する。第１ミラー１４は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーである。
第１ミラー１４で反射された画像用光線５２および検出用光線５４は、ミラー６４によって、メガネ型フレーム３０のレンズ３４に向かって反射される。第２ミラー１６が、メガネ型フレーム３０のレンズ３４の眼球７０側の面に配置されている。このため、ミラー６４で反射された画像用光線５２および検出用光線５４は、第２ミラー１６に入射する。第２ミラー１６は、画像用光線５２が入射される第１領域１６ａでは、自由曲面または自由曲面と回折面の合成構造をしたハーフミラーとなっている。このため、第２ミラー１６に入射された画像用光線５２は、ユーザの眼球７０の瞳孔７４近傍で収束した後に網膜７２に投射される。これにより、ユーザは、画像用光線５２による画像を認識することができると共に、外界像をシースルーで視認することができる。
一方、第２ミラー１６は、検出用光線５４が入射される第２領域１６ｂでは、第１領域１６ａに対して突出した形状のハーフミラーとなっている。このため、第２ミラー１６に入射された検出用光線５４は、画像用光線５２とは異なる方向に反射される。例えば、検出用光線５４は、第２ミラー１６に向かって進んできた光路と同じ光路を戻るように、第２ミラー１６で反射される。なお、第２領域１６ｂの突起形状は微細であることから、ユーザの視界にはほとんど影響を及ぼさない。
第２ミラー１６で反射された検出用光線５４は、ミラー６４や第１ミラー１４などで反射された後、光ファイバ６２を経由し、ハーフミラー６０で分岐される。分岐された検出用光線５４は、光検出器１８に入射する。これにより、光検出器１８は、第２ミラー１６で反射された検出用光線５４を検出することができる。光検出器１８による検出結果は、制御部２０に出力される。光検出器１８は、例えばフォトディテクタである。なお、光検出器１８は、例えば第１ミラー１４の主走査方向の往復振動の周期以上の時定数で検出用光線５４を検出する。
第２ミラー１６において、第２領域１６ｂは、主走査方向に相当する方向において、第１領域１６ａに並んで設けられている。また、第２領域１６ｂは、主走査方向に相当する方向において、第２領域１６ｂに入射する際の検出用光線５４の幅より狭い反射面を有するように狭く形成されている。例えば、第２領域１６ｂは、主走査方向に相当する方向において、網膜７２に投影される画像の１画素または数画素程度の大きさの反射面を有するように形成されている。
ここで、画像用光線５２および検出用光線５４について詳しく説明する。図２は、第１ミラー１４の振動に対する画像用光線５２と検出用光線５４の出射タイミングを説明する図である。なお、図２では、第１ミラー１４の振動を符号８０で示している。図２のように、第１ミラー１４は、網膜７２に投影する画像範囲８２よりも大きく主走査方向および副走査方向に振動する。第１ミラー１４の主走査方向の往復振動の往路と復路との両方において、第１ミラー１４の振動が画像範囲８２にある期間、光源１２から画像用光線５２が出射される。これにより、画像用光線５２は、第１ミラー１４によって走査される。なお、第１ミラー１４の振れ角の小さい範囲で画像用光線５２を走査するのは、第１ミラー１４の振れ角の大きい範囲で画像用光線５２を走査して網膜７２に画像を投影すると、投影される画像の歪みが大きくなるためである。なお、画像用光線５２は矩形状に走査される場合に限られず、台形状に走査される場合など、その他の場合でもよい。
第１ミラー１４の主走査方向の往復振動において、第１ミラー１４の振動が画像範囲８２よりも外側にある時間（タイミング）で、光源１２から所定の大きさの光強度を有する検出用光線５４が出射される。検出用光線５４は、第１ミラー１４の往復振動の往路と復路とのそれぞれで、光源１２から出射される。検出用光線５４は、単一波長の光線でよい。検出用光線５４の光強度は、光検出器１８で検出できる程度の大きさであればよく、一定の大きさでよい。
図３は、第１ミラー１４の振動に対する画像用光線５２と検出用光線５４の出射タイミングを示すタイミングチャートである。図３のように、第１ミラー１４の主走査方向の振れ角を基準にして、画像範囲８２で最初に走査される画像用光線５２（ここでは、第１ミラー１４の往復振動の往路における画像用光線５２ａ）の出射開始タイミングが決定される。第１ミラー１４の主走査方向の振れ角は、不図示のセンサによって検知することができる。
第１ミラー１４の振れ角を基準に決定されたタイミングで出射が開始された画像用光線５２ａの出射が終了した後、第１ミラー１４の往復振動の復路における画像用光線５２ｂと往路における画像用光線５２ａとが繰り返し出射される。これら画像用光線５２ａ、５２ｂの繰り返しの出射は、第１ミラー１４の振れ角を基準にして出射が開始された画像用光線５２ａの出射開始からの経過時間に基づいて行われる。すなわち、第１ミラー１４の振れ角を基準にして出射が開始された画像用光線５２ａの出射開始から所定時間Ｔ１が経過した後、復路の画像用光線５２ｂの出射が開始され、さらに所定時間Ｔ１が経過した後、往路の画像用光線５２ａの出射が開始される。このようなことが、１フレームの画像を形成するまで繰り返される。例えば、往路の画像用光線５２ａの出射間隔２Ｔ１は３５μｓｅｃ程度である。
第１ミラー１４の往復振動の往路における検出用光線５４ａと復路における検出用光線５４ｂとは、画像用光線５２ａ、５２ｂの出射の合間に、それぞれ光源１２から単発で出射される。往路における検出用光線５４ａは、第１ミラー１４の振れ角を基準にして出射が開始された画像用光線５２ａの出射開始から所定時間Ｔ２が経過した後に単発で出射される。復路における検出用光線５４ｂは、第１ミラー１４の振れ角を基準にして出射が開始された画像用光線５２ａの出射開始から所定時間Ｔ３が経過した後に単発で出射される。つまり、光源１２は、画像用光線５２ａ、５２ｂとは時間的に連続させずに、第１ミラー１４の主走査方向の振動の画像範囲８２の終わりから折り返しまでの期間よりも短い時間で、検出用光線５４ａ、５４ｂを出射する。また、光源１２は、往路における検出用光線５４ａと復路における検出用光線５４ｂとを時間的に連続させずに出射する。画像用光線５２ａと検出用光線５４ａとの時間間隔Ｔ４と、画像用光線５２ｂと検出用光線５４ｂとの時間間隔Ｔ５とは、同じ間隔になるように設定されている。このため、検出用光線５４は、図２のように、副走査方向で同一線上に位置するように設定されている。時間間隔Ｔ４、Ｔ５は、例えば１μｓｅｃ程度である。
このように、第１ミラー１４の振れ角に基づいて画像用光線５２の出射が開始され、その後の画像用光線５２と検出用光線５４は、予め定められた一定のタイミングで、光源１２から出射される。
ここで、主走査方向における往復走査において、往路の画像用光線５２ａと復路の画像用光線５２ｂとの相対的な投射位置のずれが生じていない場合は、図４（ａ）のように、網膜７２には良好な画質の画像が投影される。しかしながら、光源１２や第１ミラー１４、電気回路などの物理特性が温度や経時により変化することがある。この場合、往路の画像用光線５２ａと復路の画像用光線５２ｂとの相対的な投射位置がずれて、図４（ｂ）のように、網膜７２に投影される画像が二重に見えてしまうことがある。
そこで、このような画像品質の劣化を抑制するため、実施例１では、第２ミラー１６で反射された検出用光線５４を光検出器１８で検出し、制御部２０は、光検出器１８の検出結果に基づいて、画像用光線５２の出射タイミングを調整する制御を行う。ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ並びにＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリは、制御部２０として機能する。プロセッサは、メモリに記憶されたプログラムに従って、制御部２０として機能する。
図５および図６は、実施例１に係る画像投影装置１００の制御部２０の処理の一例を示すフローチャートである。図５のように、制御部２０は、ステップＳ１０において、第１ミラー１４の主走査方向の振れ角に基づいて、光源１２から往路の画像用光線５２ａの出射を開始させる。次いで、ステップＳ１２において、制御部２０は、予め定められた出射時間が経過した後、画像用光線５２ａの出射を終了させる。
次いで、ステップＳ１４において、制御部２０は、第１ミラー１４の振れ角に基づいて出射が開始された画像用光線５２ａの出射開始タイミングから所定時間（Ｔ２）が経過した後、光源１２から往路の検出用光線５４ａを出射させる。次いで、ステップＳ１６において、制御部２０は、第１ミラー１４の振れ角に基づいて出射が開始された画像用光線５２ａの出射開始タイミングから所定時間（Ｔ３）が経過した後、光源１２から復路の検出用光線５４ｂを出射させる。
次いで、ステップＳ１８において、制御部２０は、第１ミラー１４の振れ角に基づいて出射が開始された画像用光線５２ａの出射開始タイミングから所定時間（Ｔ１）が経過した後、光源１２から復路の画像用光線５２ｂの出射を開始させる。次いで、ステップＳ２０において、制御部２０は、予め定められた出射時間が経過した後、画像用光線５２ｂの出射を終了させる。
次いで、図６のステップＳ２２に移行し、制御部２０は、第２ミラー１６で反射された検出用光線５４ａ、５４ｂの光検出器１８による検出結果を取得する。例えば、制御部２０は、所定期間（例えば第１ミラーの主走査方向の往復振動の周期以上の期間）で光検出器１８が検出した検出用光線５４ａ、５４ｂの光強度を取得する。この場合、制御部２０は、例えば図５のステップＳ１０より前に光検出器１８による検出を開始し、ステップＳ２０の後に光検出器１８による検出を終了することができる。制御部２０は、所定期間で光検出器１８が検出した検出用光線５４ａ、５４ｂの光強度を取得することで、所定期間における検出用光線５４ａ、５４ｂの光強度の積分値の合計を取得できる。制御部２０は、取得した光強度の積分値の合計を不図示の記憶部に記憶する。
次いで、ステップＳ２４において、制御部２０は、光検出器１８による検出用光線５４ａ、５４ｂの検出結果に基づいて、第１ミラー１４の主走査方向における振動と画像用光線５２ａ、５２ｂの出射タイミングとに許容範囲を超えるずれが生じているか否かを判断する。
ここで、図７（ａ）および図７（ｂ）を用いて、第１ミラー１４の振動と画像用光線５２ａ、５２ｂの出射タイミングとのずれの判断について説明する。図７（ａ）および図７（ｂ）は、光検出器１８による検出用光線５４ａ、５４ｂの検出を説明する図である。図７（ａ）および図７（ｂ）の横軸は、主走査方向に相当する方向における第２ミラー１６内の位置を示し、縦軸は、検出用光線５４ａ、５４ｂの光強度を示している。また、図７（ａ）は、第１ミラー１４の振動と画像用光線５２ａ、５２ｂの出射タイミングとのずれが小さい場合を示し、図７（ｂ）は、大きい場合を示している。
図１で説明したように、第２ミラー１６の第２領域１６ｂは、主走査方向に相当する方向において、検出用光線５４の幅より狭い幅の反射面を有するように形成されている。このため、第２ミラー１６の第２領域１６ｂで反射される検出用光線５４の範囲は限られ、図７（ａ）および図７（ｂ）のように、光検出器１８が検出できる検出用光線５４の範囲（検出可能範囲１８ａ）は、主走査方向に相当する方向で狭くなる。この場合において、第１ミラー１４の振動と画像用光線５２ａ、５２ｂの出射タイミングとのずれが小さい場合は、図２のように検出用光線５４は副走査方向で同一線上に位置するように設定されていることから、図７（ａ）のように、検出可能範囲１８ａにおける検出用光線５４ａ、５４ｂの光強度は比較的大きくなる。したがって、所定期間で光検出器１８が検出する検出用光線５４ａ、５４ｂの光強度の積分値の合計は比較的大きくなる。この場合、図４（ａ）に示したように、網膜７２に良好な画質の画像が投影される。
一方、第１ミラー１４の振動と画像用光線５２ａ、５２ｂの出射タイミングとのずれが大きい場合は、検出用光線５４が副走査方向で同一線上に位置しないようになることから、図７（ｂ）のように、検出可能範囲１８ａにおける検出用光線５４ａ、５４ｂの光強度は比較的小さくなる。したがって、所定期間で光検出器１８が検出する検出用光線５４ａ、５４ｂの光強度の積分値の合計は比較的小さくなる。この場合、図４（ｂ）に示したように、網膜７２に投影される画像の品質が劣化する。
このことから、所定期間で光検出器１８が検出する検出用光線５４ａ、５４ｂの光強度の積分値の合計が所定値以上であれば、第１ミラー１４の振動と画像用光線５２ａ、５２ｂの出射タイミングとのずれが許容範囲内にあると判断できることが分かる。なお、所定値とは、網膜７２に投影される画像の画質が良好か否かの境となる閾値であり、不図示の記憶部に予め記憶されている。例えば、所定値として、所定期間で光検出器１８が検出し得る検出用光線５４ａ、５４ｂの光強度の積分値の合計の最大値や、当該最大値から５％程度小さい値の間の値、当該最大値から１０％程度小さい値の間の値などを用いることができる。
図６に戻り、第１ミラー１４の振動と画像用光線５２ａ、５２ｂの出射タイミングとに許容範囲を超えるずれが生じている場合（ステップＳ２４：Ｎｏ）、ステップＳ２６に移行して、制御部２０は、第１ミラー１４の振動と画像用光線５２ａ、５２ｂの出射タイミングとの調整を行う。
ここで、図８を用いて、第１ミラー１４の振動と画像用光線５２ａ、５２ｂの出射タイミングとの調整について説明する。図８は、第１ミラー１４の振動に対する画像用光線５２ａ、５２ｂと検出用光線５４ａ、５４ｂの調整前の出射タイミングと調整後の出射タイミングとを示すタイミングチャートである。なお、図８では、調整前の出射タイミングを破線で示し、調整後を実線で示している。
図８のように、制御部２０は、所定期間における検出用光線５４ａ、５４ｂの光強度の積分値の合計が所定値以上となるように、第１ミラー１４の主走査方向の振動に対して画像用光線５２ａ、５２ｂおよび検出用光線５４ａ、５４ｂ全体の出射タイミングをシフトさせる。例えば、制御部２０は、画像用光線５２ａ、５２ｂおよび検出用光線５４ａ、５４ｂ全体の出射タイミングを１画素単位でシフトさせる。また、制御部２０は、画像用光線５２ａ、５２ｂおよび検出用光線５４ａ、５４ｂ全体の出射タイミングのシフト量を不図示の記憶部に記憶する。なお、検出用光線５４ａ、５４ｂの光強度の積分値の合計と所定値との差と、出射タイミングのシフト量と、を関連付けたテーブルなどを不図示の記憶部に予め記憶しておき、制御部２０は、このテーブルを用いて出射タイミングのシフト量を決定してもよい。
第１ミラー１４の振動と画像用光線５２ａ、５２ｂの出射タイミングとの調整をした後、制御部２０は、ステップＳ２８に移行する。また、ステップＳ２４において、第１ミラー１４の振動と画像用光線５２ａ、５２ｂの出射タイミングとのずれが許容範囲内である場合も、制御部２０は、ステップＳ２８に移行する。
ステップＳ２８において、制御部２０は、１フレーム分の画像の投影が終了するまで、往路の画像用光線５２ａと復路の画像用光線５２ｂの出射を繰り返し行う。
１フレーム分の画像の投影が終了した後、次のフレームがある場合は（ステップＳ３０：Ｙｅｓ）、図５のステップＳ１０に戻り、制御部２０は、第１ミラー１４の振れ角と記憶部に記憶した出射タイミングのシフト量とに基づいて、次のフレームにおける画像用光線５２ａの出射を開始させる。その後、ステップＳ１２からステップＳ２８を行う。一方、次のフレームがない場合は（ステップＳ３０：Ｎｏ）、図５および図６の処理を終了する。
なお、制御部２０は、次のフレームのステップＳ２４で取得した検出用光線５４ａ、５４ｂの光強度の積分値の合計が、記憶部に記憶した積分値の合計よりも小さい場合には、ステップＳ２６において、画像用光線５２ａ、５２ｂおよび検出用光線５４ａ、５４ｂ全体の出射タイミングを前回とは反対方向にシフトさせるようにする。
図９（ａ）は、調整前における第１ミラー１４の振動に対する画像用光線５２と検出用光線５４の出射タイミングを説明する図、図９（ｂ）は、調整後における第１ミラー１４の振動に対する画像用光線５２と検出用光線５４の出射タイミングを説明する図である。図５および図６の制御を繰り返し行うことによって、図９（ａ）のように、第１ミラー１４の振動に対する画像用光線５２の出射タイミングがずれていたものが、図９（ｂ）のように、第１ミラー１４の振動に対する画像用光線５２の出射タイミングのずれを小さくすることができる。これにより、図４（ａ）に示すような良好な画質の画像を投影することができる。
以上説明してきたように、実施例１によれば、第１ミラー１４の主走査方向の往復振動において、画像範囲８２よりも外側に相当する時間に、検出用光線５４が第１ミラー１４に入射する。制御部２０は、光検出器１８による検出用光線５４の検査結果に基づき、第１ミラー１４と画像用光線５２の出射タイミングとを調整する。これにより、図８から図９（ｂ）で説明したように、第１ミラー１４の振動と画像用光線５２の出射タイミングとのずれを小さくすることができ、網膜７２に投影される画像の品質劣化を抑制できる。また、第２ミラー１６に、画像用光線５２を網膜７２に反射する第１領域１６ａに加えて、検出用光線５４を画像用光線５２とは異なる方向に反射する第２領域１６ｂを設け、第２領域１６ｂで反射した検出用光線５４を光検出器１８で検出する構成としている。これにより、部品点数の増加が抑えられるため、装置の大型化を抑制できる。
また、実施例１によれば、第２ミラー１６の第２領域１６ｂは、主走査方向に相当する方向で第１領域１６ａに並んで設けられ、第１領域１６ａに対して突出した形状をしている。これにより、第２ミラー１６は、第１ミラー１４などが設けられた側に検出用光線５４を反射させることができる。よって、検出用光線５４を検出する光検出器１８を、他の部品とまとめて配置することができる。例えば、第２ミラー１６が検出用光線５４を進んできた光路と同じ光路を戻るように反射させることで、光検出器１８を外部機器４０に設けることができる。なお、実施例１では、第２ミラー１６の第２領域１６ｂは第１領域１６ａに対して突出している場合を例に示したが、図１０の実施例１の変形例１に係る画像投影装置１５０のように、第２領域１６ｂが第１領域１６ａに対して凹んでいる場合でもよい。
また、実施例１によれば、検出用光線５４は、画像用光線５２とは時間的に連続せずに、第１ミラー１４の主走査方向の振動の画像範囲８２の終わりから折り返しまでの期間よりも短い時間で出射される。そして、第２ミラー１６の第２領域１６ｂは、主走査方向に相当する方向において、検出用光線５４の幅よりも狭い反射面を有している。これにより、第２ミラー１６の第２領域１６ｂで反射した検出用光線５４を光検出器１８で検出し、この検出結果に基づいて、第１ミラー１４の振動と画像用光線５２の出射タイミングとを調整することを容易に実現することができる。なお、実施例１では、第２ミラー１６の第２領域１６ｂは、主走査方向に相当する方向において、検出用光線５４の幅よりも狭い反射面を有する場合を例に示したがこれに限られず、検出用光線５４の幅以下の大きさの反射面を有する場合でもよい。
また、実施例１によれば、第１ミラー１４の主走査方向の往復振動の往路と復路のそれぞれで、往路における検出用光線５４ａと復路における検出用光線５４ｂとが時間的に連続しないように、検出用光線５４ａ、５４ｂが出射される。制御部２０は、往路で出射された検出用光線５４ａの検出結果と復路で出射された検出用光線５４ｂの検出結果とに基づいて、第１ミラー１４の振動と画像用光線５２の出射タイミングとを調整する。このように、往路と復路それぞれで出射された検出用光線５４ａ、５４ｂを用いることで、第１ミラー１４の振動と画像用光線５２の出射タイミングとをより正確に調整することができる。
また、実施例１によれば、第１ミラー１４と第２ミラー１６は、メガネ型フレーム３０に設けられ、光検出器１８は、外部機器４０に設けられている。これにより、メガネ型フレーム３０に備わる部品点数を低減でき、大型化を抑制できる。
なお、実施例１では、光検出器１８で検出される検出用光線５４の光強度が大きくなるように画像用光線５２の出射タイミングを補正することで、第１ミラー１４の振動と画像用光線５２の出射タイミングとを調整する場合を例に示したが、この場合に限られる訳ではない。例えば、光検出器１８で検出用光線５４を検出した時間に基づいて、第１ミラー１４の振動と画像用光線５２の出射タイミングとを調整してもよい。例えば、第１ミラー１４の主走査方向の振れ角の任意の点を原点時間とし、第１ミラー１４の振動と画像用光線５２の出射タイミングとにずれが生じていない場合に、この原点時間から光検出器１８で検出用光線５４が検出されるまでの時間を基準時間間隔として予め不図示の記憶部に記憶しておく。そして、上記原点時間から光検出器１８が実際に検出用光線５４を検出した時間までの時間間隔と上記基準時間間隔とを比較し、その差が小さくなるように画像用光線５２の出射タイミングを補正することで、第１ミラー１４の振動と画像用光線５２の出射タイミングとを調整してもよい。また、検出用光線５４の光強度の大きさに基づいて第１ミラー１４の振動と画像用光線５２の出射タイミングとを調整する場合は、所定期間における検出用光線５４の光強度の積分値の合計に基づいて行う場合に限られず、例えば検出用光線５４の光強度の最大値に基づいて行う場合などでもよい。
なお、実施例１において、第１ミラー１４の主走査方向の往復振動の往路と復路のいずれか一方でのみ検出用光線５４が第１ミラー１４に入射され、この検出用光線５４の検出結果に基づいて、第１ミラー１４の振動と画像用光線５２の出射タイミングとを調整する場合でもよい。
なお、実施例１において、検出用光線５４ａ、５４ｂを１組とする複数組の検出用光線５４ａ、５４ｂが第１ミラー１４に入射され、これら複数組の検出用光線５４ａ、５４ｂの検出結果に基づいて、第１ミラー１４の振動と画像用光線５２の出射タイミングとを調整する場合でもよい。この場合、複数組の検出用光線５４ａ、５４ｂの検出結果の平均に基づいて、第１ミラー１４の振動と画像用光線５２の出射タイミングとを調整してもよい。
なお、実施例１では、図６のステップＳ２４、Ｓ２６のように、１フレーム分の画像投影の途中で第１ミラー１４の振動と画像用光線５２の出射タイミングとを調整する場合を例に示したが、１フレーム分の画像投影が終了した後に、第１ミラー１４の振動と画像用光線５２の出射タイミングとを調整する場合でもよい。また、１フレームの画像投影毎に第１ミラー１４の振動と画像用光線５２の出射タイミングとを調整する場合に限られず、複数フレームの画像投影に対して第１ミラー１４の振動と画像用光線５２の出射タイミングとを１回調整する場合でもよい。
図１１は、実施例２に係る画像投影装置２００を上方から見た図である。実施例２の画像投影装置２００では、図１１のように、第２ミラー１６において、主走査方向に相当する方向において第１領域１６ａの両側に第２領域１６ｂが設けられている。２つの第２領域１６ｂの両方に、光源１２から出射された検出用光線５４が入射される。その他の構成は、実施例１と同一または同等であるため説明を省略する。
図１２は、第１ミラー１４の振動に対する画像用光線５２と検出用光線５４の出射タイミングを説明する図である。図１２のように、第１ミラー１４の主走査方向の往復振動において、第１ミラー１４の振動が画像範囲８２の一方の外側と他方の外側のそれぞれにある時間（タイミング）で、光源１２から検出用光線５４が出射される。その他の構成は、実施例１と同一または同等であるため説明を省略する。
実施例２の画像投影装置２００の制御部２０は、画像範囲８２の一方の外側と他方の外側のそれぞれで出射された検出用光線５４の検出結果に基づいて、第１ミラー１４の振動と画像用光線５２の出射タイミングとを調整する。調整方法は、実施例１で説明した方法と同一または同等であるため説明を省略する。
実施例２によれば、画像範囲８２の両外側それぞれで光源１２から検出用光線５４が第１ミラー１４に出射される。そして、制御部２０は、画像範囲８２の両外側それぞれで出射された検出用光線５４の検出結果に基づいて、第１ミラー１４の振動と画像用光線５２の出射タイミングとを調整する。このように、画像範囲８２の両外側それぞれで出射された検出用光線５４を用いることで、第１ミラー１４の振動と画像用光線５２の出射タイミングとをより正確に調整することができる。
なお、実施例２において、画像範囲８２の一方の外側で出射された検出用光線５４の検出結果と他方の外側で出射された検出用光線５４の検出結果の平均に基づいて、第１ミラー１４の振動と画像用光線５２の出射タイミングとを調整してもよい。
図１３は、実施例３に係る画像投影装置３００を上方から見た図である。実施例３の画像投影装置３００では、図１３のように、光源１２と光検出器１８が、メガネ型フレーム３０のつる３２に設けられている。検出用光線５４は、第２ミラー１６の第２領域１６ｂによって、メガネ型フレーム３０のつる３２に設けられた光検出器１８に向かって反射される。その他の構成は、実施例１と同一または同等であるため説明を省略する。
実施例３によれば、第１ミラー１４と第２ミラー１６と光検出器１８が、メガネ型フレーム３０に設けられている。これにより、第２ミラー１６で反射された検出用光線５４を光検出器１８で検出させる構成を容易に実現することができる。
なお、実施例３において、実施例１および実施例２と同様に、光源１２が外部機器４０に設けられている場合でもよい。また、実施例１および実施例２においては、実施例３と同様に、光源１２がメガネ型フレーム３０のつる３２に設けられている場合でもよい。
なお、実施例１から実施例３において、第２ミラー１６の第２領域１６ｂに入射する検出用光線５４が拡散光である場合、第２領域１６ｂは凹面形状の反射面を有する構造としてもよい。これにより、実施例１および実施例２では、光ファイバ６２に検出用光線５４を集光させることができ、実施例３では、光検出器１８に検出用光線５４を集光させることができる。
図１４は、実施例４に係る画像投影装置４００を上方から見た図である。実施例４の画像投影装置４００では、図１４のように、光源１２がメガネ型フレーム３０のつる３２に設けられている。光検出器１８が、メガネ型フレーム３０のレンズ３４の眼球７０とは反対側の面に設けられている。第２ミラー１６においては、検出用光線５４が入射される第２領域１６ｂは、画像用光線５２が入射される第１領域１６ａに対して平坦で、且つ第１領域１６ａとは光学的に不連続な形状となっている。これにより、検出用光線５４が画像用光線５２と共に眼球７０の網膜７２に投影させることが抑制される。また、第２ミラー１６はハーフミラーであることから、検出用光線５４の一部は第２ミラー１６を通過する。光検出器１８は、第２ミラー１６を通過した検出用光線５４を検出する。光検出器１８の受光領域は、検出用光線５４の幅以下の大きさとなっている。その他の構成は、実施例１と同一または同等であるため説明を省略する。
実施例４のように、光検出器１８はメガネ型フレーム３０のレンズ３４の眼球７０とは反対側の面に設けられていてもよい。第２ミラー１６はハーフミラーであることから、光検出器１８は第２ミラー１６を通過した検出用光線５４を検出できる。また、光検出器１８が検出用光線５４の幅以下の受光領域を有することで第１ミラー１４の振動と画像用光線５２の出射タイミングとを容易に調整できる。
なお、実施例４において、実施例１および実施例２と同様に、光源１２が外部機器４０に設けられている場合でもよい。
なお、実施例１から実施例４では、第１ミラー１４の主走査方向の往復振動の往路と復路とで画像用光線５２を走査する往復走査の場合を例に示したが、往路と復路のいずれか一方でのみ画像用光線５２を走査する片側走査の場合でもよい。また、実施例１から実施例４では、光源１２から出射される光線５０の一例として、効率面で有利であるレーザ光を用いているが、光線５０はレーザ光に限られるものではない。また、第２ミラー１６は、反射光と透過光の強さを１：１に分ける場合に限られない。
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。
１２ 光源
１４ 第１ミラー
１６ 第２ミラー
１６ａ 第１領域
１６ｂ 第２領域
１８ 光検出器
１８ａ 検出可能範囲
２０ 制御部
３０ メガネ型フレーム
３２ つる
３４ レンズ
４０ 外部機器
５０ 光線
５２、５２ａ、５２ｂ 画像用光線
５４、５４ａ、５４ｂ 検出用光線
６０ ハーフミラー
６２ 光ファイバ
７０ 眼球
７２ 網膜
７４ 瞳孔
８０ 第１ミラーの振動
８２ 画像範囲
１００、１５０、２００、３００ 画像投影装置

Claims (11)

  1. ユーザの網膜に投影する画像を形成する画像用光線を走査させるため振動する第１ミラーと、
    前記画像用光線を前記第１ミラーに出射し、前記画像用光線と異なるタイミングで検出用光線を前記第１ミラーに出射する光源と、
    前記第１ミラーが反射した前記画像用光線を前記ユーザの網膜に反射させる第１領域と前記第１ミラーが反射した前記検出用光線を前記画像用光線とは異なる方向に反射させる第２領域とを有し、前記第１ミラーが反射した前記画像用光線及び前記検出用光線を走査しない第２ミラーと、
    前記第２ミラーの前記第２領域で反射した前記検出用光線を検出する光検出器と、
    前記光検出器の検出結果に基づいて、前記第１ミラーの振動と前記光源からの前記画像用光線の出射タイミングとを調整する制御部と、を備えることを特徴とする画像投影装置。
  2. ユーザの網膜に投影する画像を形成する画像用光線を走査させるため振動する第１ミラーと、
    前記画像用光線を前記第１ミラーに出射し、前記画像用光線と異なるタイミングで検出用光線を前記第１ミラーに出射する光源と、
    前記第１ミラーが反射した前記画像用光線を前記ユーザの網膜に反射し、前記第１ミラーが反射した前記検出用光線を前記画像用光線とは異なる方向に反射させる又は前記検出用光線を透過させる第２ミラーと、
    前記第２ミラーで反射した又は前記第２ミラーを透過した前記検出用光線を検出する光検出器と、
    前記光検出器で検出される前記検出用光線の光強度が大きくなるようにすることで、前記第１ミラーの振動と前記光源からの前記画像用光線の出射タイミングとを調整する制御部と、を備えることを特徴とする画像投影装置。
  3. ユーザの網膜に投影する画像を形成する画像用光線を主走査方向に走査させるため、前記画像の範囲より大きく前記主走査方向に振動する第１ミラーと、
    前記第１ミラーの前記主走査方向の往復振動において、前記画像の範囲に相当する期間に前記画像用光線を前記第１ミラーに出射し、前記画像の範囲より外側に相当する時間に検出用光線を前記第１ミラーに出射する光源と、
    前記第１ミラーが反射した前記画像用光線を前記ユーザの網膜に反射させ、且つ前記第１ミラーが反射した前記検出用光線を前記画像用光線とは異なる方向に反射させる又は前記検出用光線を透過させる第２ミラーと、
    前記第２ミラーで反射した又は前記第２ミラーを透過した前記検出用光線を検出する光検出器と、
    前記光検出器で検出される前記検出用光線の光強度が大きくなるようにすることで、前記第１ミラーの振動と前記光源からの前記画像用光線の出射タイミングとを調整する制御部と、を備えることを特徴とする画像投影装置。
  4. ユーザの網膜に投影する画像を形成する画像用光線を主走査方向に走査させるため、前記画像の範囲より大きく前記主走査方向に振動する第１ミラーと、
    前記第１ミラーの前記主走査方向の往復振動において、前記画像の範囲に相当する期間に前記画像用光線を前記第１ミラーに出射し、前記画像の範囲より外側に相当する時間に前記往復振動の往路と復路のそれぞれで時間的に連続させずに検出用光線を前記第１ミラーに出射する光源と、
    前記第１ミラーが反射した前記画像用光線を前記ユーザの網膜に反射させ、且つ前記第１ミラーが反射した前記検出用光線を前記画像用光線とは異なる方向に反射させる又は前記検出用光線を透過させる第２ミラーと、
    前記第２ミラーで反射した又は前記第２ミラーを透過した前記検出用光線を検出する光検出器と、
    前記往路で出射された前記検出用光線の前記光検出器での検出結果と前記復路で出射された前記検出用光線の前記光検出器での検出結果とに基づいて、前記第１ミラーの振動と前記光源からの前記画像用光線の出射タイミングとを調整する制御部と、を備えることを特徴とする画像投影装置。
  5. ユーザの網膜に投影する画像を形成する画像用光線を主走査方向に走査させるため、前記画像の範囲より大きく前記主走査方向に振動する第１ミラーと、
    前記第１ミラーの前記主走査方向の往復振動において、前記画像の範囲に相当する期間に前記画像用光線を前記第１ミラーに出射し、前記画像の範囲より外側に相当する時間に検出用光線を前記第１ミラーに出射する光源と、
    前記第１ミラーが反射した前記画像用光線を前記ユーザの網膜に反射させる第１領域と、前記第１ミラーが反射した前記検出用光線を前記画像用光線とは異なる方向に反射させる第２領域と、を有する第２ミラーと、
    前記第２ミラーで反射した前記検出用光線を検出する光検出器と、
    前記光検出器の検出結果に基づいて、前記第１ミラーの振動と前記光源からの前記画像用光線の出射タイミングとを調整する制御部と、を備え、
    前記第２ミラーにおいて、前記第２領域は、前記主走査方向に相当する方向で前記第１領域に並んで設けられ、前記第１領域に対して突出または凹んでいることを特徴とする画像投影装置。
  6. 前記第２ミラーの前記第２領域は、前記主走査方向に相当する方向において、前記検出用光線の幅以下の大きさの反射面を有することを特徴とする請求項５記載の画像投影装置。
  7. ユーザの網膜に投影する画像を形成する画像用光線を主走査方向に走査させるため、前記画像の範囲より大きく前記主走査方向に振動する第１ミラーと、
    前記第１ミラーの前記主走査方向の往復振動において、前記画像の範囲に相当する期間に前記画像用光線を前記第１ミラーに出射し、前記画像の範囲より外側に相当する時間に検出用光線を前記第１ミラーに出射する光源と、
    前記第１ミラーが反射した前記画像用光線を前記ユーザの網膜に反射させ、且つ前記第１ミラーが反射した前記検出用光線を前記画像用光線とは異なる方向に反射させる又は前記検出用光線を透過させる第２ミラーと、
    前記第２ミラーで反射した又は前記第２ミラーを透過した前記検出用光線を検出する光検出器と、
    前記光検出器の検出結果に基づいて、前記第１ミラーの振動と前記光源からの前記画像用光線の出射タイミングとを調整する制御部と、を備え、
    前記第１ミラーと前記第２ミラーは、メガネ型フレームに設けられ、
    前記光検出器は、前記メガネ型フレームとは異なる外部機器に設けられていることを特徴とする画像投影装置。
  8. 前記光源は、前記画像用光線とは時間的に連続させずに、前記第１ミラーの前記主走査方向の振動の前記画像の範囲の終わりから折り返しまでの期間よりも短い時間で、前記検出用光線を出射することを特徴とする請求項３から７のいずれか一項記載の画像投影装置。
  9. 前記光源は、前記画像の範囲の両外側それぞれで前記検出用光線を出射し、
    前記制御部は、前記画像の範囲の両外側それぞれで出射された前記検出用光線の検出結果に基づいて、前記第１ミラーの振動と前記画像用光線の出射タイミングとを調整することを特徴とする請求項３から８のいずれか一項記載の画像投影装置。
  10. 前記光検出器は、前記第２ミラーを透過した前記検出用光線を検出し、前記検出用光線の幅以下の受光領域を有することを特徴とする請求項２、３、４、及び７のいずれか一項記載の画像投影装置。
  11. 前記第１ミラーと前記第２ミラーと前記光検出器は、メガネ型フレームに設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の画像投影装置。
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