JP6304589B2 - 網膜投影システム、および眼鏡型ディスプレイ - Google Patents

Description

この発明は、眼球内の網膜に画像を投影する網膜投影システム、および前記システムを用いた眼鏡型ディスプレイであって、例えば、肉眼で普通に見える画像と、この網膜投影システムにより人工的に映される画像とを重ねて、これらを同時に見ることができるものである。

近年、情報端末は、使用者が手で持つものではなく、使用者がベルトやアタッチメントで体に着けるものとして、ウェアラブルデバイス化が進んでいる。
その中でも目から取り入れる情報を常時身に着ける態様として、ヘッドマウントディスプレイや眼鏡型ディスプレイを例示することができ、これらディスプレイの投影方式として、虚像投影方式と網膜投影方式を例示することができる。

現在、ヘッドマウントディスプレイは、虚像投影方式が製品の主流である。この虚像投影方式は、小型表示デバイスからの仮想映像と外界からの現実映像とをハーフミラー等のコンバイナによって重畳するものである。この方式は、視野が暗く、仮想映像までの距離が固定されるという問題がある。

このような問題を解決するために、網膜投影方式を利用したシステムが考えられている。
網膜投影方式として、マックスウェル視による網膜投影を例示することができる。
マクスウェル視は、「光が、眼球の水晶体（光学系レンズ）の中心を通るようにすると、レンズがどのような度数であっても、スクリーンとなる網膜に明確な像を投影することができる」すなわち、「水晶体の中心を光の進行目標点として設定し収束させ像を投影する」という原理である。その結果、従来の網膜投影方式は、像の光の進行目標点を少なくとも瞳孔内に配置する必要があるので、像の見える位置から眼球を少しでも動かすと、像が見えなくなる（網膜に像が発生しない）ものであり、実用性が乏しいものであった。

したがって、マックスウェル視の原理に基づく電子眼鏡においては、眼球水晶体の中心部に光を通過させる為、複数のセンサを搭載し、眼球水晶体の中心を正確に捉え移動する必要があった（例えば、特許文献１）。
そして、マックスウェル視を利用した網膜投影システムには、瞳孔の位置を精密に検出し、瞳孔に合わせた位置移動を行う装置を必要とするものであった（例えば、特許文献２）。

特開２００７−２７１６４３号公報

特開２００９−１２２５５０号公報

本件発明は、マックスウェル視の原理にとらわれることなく、瞳孔に対して精密な収束点の一致を必要としない（眼球を動かしても網膜に像が発生する）網膜投影システムと前記網膜投影システムを用いた眼鏡型ディスプレイを提供することを課題とする。

上述の課題を解決するための手段を、以下に述べる。
（請求項１記載の発明）
請求項１記載の発明は、像を眼球内の網膜へ投影する網膜投影システムであって、前記像は、情報処理手段よって作成され、情報表示手段によって表示され、収束領域を通過して網膜に投影されるものであり、前記収束領域は、眼球の硝子体内に設定されており、前記収束領域は、水晶体と硝子体の境界面と、眼球回旋点との間に設定されており、前記収束領域は、収束点を拡張したものであり、前記網膜に像が映る視野角は、

であり、視野角（θｅ）の範囲を、１２．３°〜４８．９°に設定したことを特徴とする。

（請求項２記載の発明）
請求項２記載の発明は、請求項１記載の網膜投影システムであって、情報表示手段によって表示されることにより生じた光が、干渉部で反射または干渉部を通過することにより、収束点が収束領域となることを特徴とする。
（請求項３記載の発明）
請求項３記載の発明は、請求項２記載の網膜投影システムであって、前記干渉部には回折光学子が用いられていることにより、前記収束領域が１ｍｍ〜３ｍｍの長さをもつことを特徴とする。
（請求項４記載の発明）
請求項４記載の発明は、請求項３記載の網膜投影システムであって、前記干渉部からの光の進行目標点は、眼球回旋点に一致することを特徴とする。

（請求項５記載の発明）
請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載の網膜投影システムを用いた眼鏡型ディスプレイであって、前記回折光学子は、眼鏡レンズ部に配置されていることを特徴とする。
（請求項６記載の発明）
請求項６記載の発明は、請求項５記載の眼鏡型ディスプレイであって、前記回折光学子は、眼鏡レンズ部に配置されていることを特徴とする。
（請求項７記載の発明）
請求項７記載の発明は、請求項５又は６記載の眼鏡型ディスプレイであって、使用者の視界において、使用頻度の少ない領域に情報表示することを特徴とする。
（請求項８記載の発明）
請求項８記載の発明は、請求項５乃至７のいずれかに記載の眼鏡型ディスプレイであって、前記情報表示手段は、ＬＥＤ表示、液晶表示又は有機ＥＬ表示であり、前記干渉部は、回折光学素子であることを特徴とする。

上述の手段を用いると、請求項それぞれに記載の発明は、以下のような効果を有するものである。
（請求項１記載の発明の効果）
請求項１記載の発明は、「光の進行目標点が水晶体の中心」というマックスウェル視の原理にとらわれず、進行目標点を眼球の硝子体内とし、収束領域を眼球の硝子体内としている。これにより、従来技術の「光線の進行目標点」と「水晶体の中心点」という点同士の関係ではなくなる。すなわち、請求項１記載の発明は「瞳孔の面」に対して「進行途中の光線の面」という面同士の関係で網膜に像を映すことができるものとなる。
したがって、少々眼球を動かしたとしても、使用者に表示している情報が視界から消えることのない網膜投影システムとなる。
（請求項２記載の発明の効果）
請求項２記載の発明とすると、マックスウェル視と同等の深い焦点深度を維持したままで収束領域を硝子体内に設定できる。
（請求項３記載の発明の効果）
請求項３記載の発明とすると、赤・黄・青と波長の異なる光線それぞれで屈折角にばらつきがあったとしても、収束点を拡張し収束領域としているので、重なる部分を得ることができる。これによりカラー画像であったとしても、網膜投影することができる。

（請求項４、５記載の発明の効果）
収束点を拡張して収束領域とするには、請求項４記載の発明のように、干渉部を設けるのが好ましい。干渉部には回折光学子を用いることができる。
（請求項６記載の発明の効果）
請求項６記載の発明とすると、角膜入射の屈折前の直線を延長すると眼球回旋点に交わる態様となり、ヘッドマウントディスプレイに採用可能な程度に視野角が広くなった網膜投影システムとなる。

（請求項７記載の発明の効果）
請求項７記載の眼鏡型ディスプレイとすると、回折光学子を備えたレンズ箇所に網膜投影システムの像を映すことができる。
（請求項８記載の発明の効果）
請求項７記載の眼鏡型ディスプレイとすると、レンズ全面に網膜投影システムの像を映すことができる。
（請求項９記載の発明の効果）
請求項９記載の発明とすると、使用者が適時に適切と判断する情報を比較的短時間に得ることができる。例えば、水泳ゴーグルであると、進行方向と関係のない位置に視線をずらすことによって、使用者は自分のペースやラップタイムを確認することができる。

人の眼球の断面図である。 マックスウェル視の説明図である。 この発明の原理の説明図である。 明るい環境におけるこの発明の説明図である。 薄暗い環境におけるこの発明の説明図である。 この発明の収束領域の説明図である。 この発明の収束領域の上面図と側面図である。 この発明の眼球回旋点と収束領域の説明図である。 明るい環境で近場を見た場合のこの発明の説明図である。 明るい環境で遠方を見た場合のこの発明の説明図である。 薄暗い環境で近場を見た場合のこの発明の説明図である。 薄暗い環境で遠方を見た場合のこの発明の説明図である。 実施例１における眼鏡型ディスプレイの全体斜視図である。 実施例１における眼鏡型ディスプレイの部分断面図である。

以下、この発明の網膜投影システムＡと眼鏡型ディスプレイ４を実施するための形態について、図面に基づき詳細に説明する。

網膜投影システムＡは、像Ｓを眼球１内の網膜１０へ投影する網膜投影システムＡであって、前記像Ｓは、情報処理手段２よって作成され、情報表示手段３によって表示され、表示された光が進行目標点Ｇに向かって進行し、角膜１６と水晶体１２によって屈折し、収束領域Ｆを通過して網膜１０に投影されるものであり、前記収束領域Ｆは、眼球１の硝子体１１内に設定されている。したがって、まずは眼球１の各部位について説明を行う。

〔１．眼球の構造について〕
人の眼球１は、外界の光を受容する感覚器であり、図１は、その断面図である。外界の光は、角膜１６を通過し、瞳孔１５の直径に対応して受容され、水晶体１２を通過し、硝子体１１を通り、網膜１０に映され中枢神経系の働きによって視覚が生じるものである。
前記眼球１は、上直筋、下直筋、内側直筋、外側直筋、上斜筋、下斜筋などの外眼筋によって、上下左右に回旋移動するものである。この回旋移動における中心を眼球回旋点１３とした。そして、角膜１６から眼球回旋点１３までの距離をＸ_１（略半径）とし、角膜１６から中心窩１４までをＸ_２（略直径）とした。

中心窩１４は、網膜１０の中心部にある黄斑部の中心に位置し、眼球１が眼球回旋点１３を中心に回旋した場合、瞳孔１５と対向する位置関係で移動する。しかしながら、眼球１の形状には個人差があり、球形に近いものであるが、若干のゆがみが存在すると共に、大きさにも個人差がある。

〔２．眼球形状の個人差について〕
人の眼球１のＸ_２は、１５ｍｍ〜３０ｍｍの範囲であり、乳児の平均値が１７ｍｍ、成人の平均値が２４ｍｍである。これより、Ｘ_１を１３ｍｍ、Ｘ_２を２４ｍｍとして説明を行うが、これらＸ_１とＸ_２の数値は本件網膜投影システムＡの使用者の眼球の大きさやゆがみに合わせて変更することができる。

〔３．マックスウェル視について〕
従来の網膜投影方式として、マックスウェル視を例示することができ、図２は、マックスウェル視の説明図であり、右の眼球１Ｒを上方から見た図である。
このマックスウェル視は、「光が、眼球１の水晶体１２の中心と瞳孔１５を通るようにすると、レンズがどのような度数であっても、スクリーンとなる網膜１０に明確な像Ｓを投影することができる」すなわち、「光の進行目標点Ｇは、水晶体１２の中心に設定する」という原理である。

しかしながら、マックスウェル視の網膜投影は、瞳孔１５の径に対して光が一点を通過する必要があることから、センター位置である瞳孔１５Ｃの場合は像を見ることが可能であっても、右位置へ移動した瞳孔１５Ｒや、左位置へ移動した瞳孔１５Ｌでは像Ｓを見ることができないものであった。そして、像Ｓが見えなくなるまで右位置へ移動した瞳孔１５Ｒと、左位置へ移動した瞳孔１５Ｌとの距離は非常に短いものであった。

〔４．網膜投影システムＡについて〕
図３は、この発明の原理の説明図であり、右の眼球１Ｒを上方から見た図である。
上述のマックスウェル視とは異なり、この発明の網膜投影システムＡは、干渉部３０を用いたことにより、マックスウェル視の原理「光の進行目標点Ｇは、水晶体１２の中心に設定する」に捕らわれることなく、眼球１の水晶体１２よりも網膜側の硝子体１１内に光の進行目標点Ｇを設けている。前記光の進行目標点Ｇは、水晶体１２と硝子体１１の境界面と、眼球回旋点１３との間に設定されているのが好ましい。
このようにすると、瞳孔１５の径に対して面の光の通過を可能としている。
したがって、干渉部３０になされる網膜投影システムＡの表示は、像Ｓが見えなくなるまで右位置へ移動した瞳孔１５Ｒと左位置へ移動した瞳孔１５Ｌの距離を長くすることができた。

〔５．網膜投影システムＡの効果〕
右の眼球１Ｒの場合、正面水平方向を０°とすると、左側６０°、右側１００°、上側６０°、下側７０°といった、右の眼球１Ｒ可動可視範囲から、網膜投影の表示内容を視覚する使用者は映像が映る箇所を探す必要があった。マックスウェル視の場合、左右上下の可動可視範囲から何の目印もなく、一点を見つけるのは非常に困難であり、実用的ではなかった。

右位置へ移動した瞳孔１５Ｒと左位置へ移動した瞳孔１５Ｌの距離を比較すると、図２に記載のマックスウェル視よりも、図３に記載の網膜投影システムＡの方が長いものとなる。この距離が長くなると、瞳孔１５に対応する面積が大きいものとなる。すなわち、使用者は、右の眼球１Ｒを動かしたとき像Ｓの端部を見つけやすくなり、像Ｓの端部を見つけたら像Ｓの中心に眼球１Ｒ位置を合わせることができる。

〔６．マックスウェル視と異なる点について〕
また、この網膜投影システムＡがマックスウェル視と全く異なるのは、外環境の光の明るさによって、見える範囲が変化する点である。以下に、薄暗い環境と明るい環境を例とし、この網膜投影システムＡは、使用者からどのように視覚されるかを説明する。

〔６−１．明るい環境下において〕
図４は、明るい環境におけるこの発明の説明図である。明るい環境とは、１００００〜１０００００ルクス程度を想定している。
明るい環境であると、瞳孔１５は、網膜１０を傷めないように、閉じた態様（瞳孔１５の直径が１．５ｍｍ〜２．５ｍｍ）となる。その結果、この網膜投影システムＡにおいては、見える範囲が狭くなる。
図４において、網膜投影システムＡの干渉部３０Ｒの範囲が像ＳＲとして使用者が見る態様となり、眼球１Ｒを回転させ、瞳孔を１５Ｒから１５Ｌに移動させると、網膜投影システムＡに表示されている内容を徐々に移動させながら、網膜投影システムＡの干渉部３０Ｌの範囲を像ＳＬとして見ることができる。この場合、可視範囲が狭い態様となるので、瞳孔１５の移動で補う必要がある。

〔６−２．薄暗い環境下について〕
図５は、薄暗い環境におけるこの発明の説明図である。薄暗い環境とは、１０〜３００ルクス程度を想定している。
薄暗い環境であると、瞳孔１５は沢山の光を取り込む為に、開いた態様となる（瞳孔１５の直径が７．５ｍｍ〜８．５ｍｍ）。その結果、この網膜投影システムＡにおいては、見える範囲が大きくなる。図５においても同様に、網膜投影システムＡの干渉部３０Ｒの範囲が像ＳＲとして使用者が見る態様となり、眼球１Ｒを回転させ、瞳孔を１５Ｒから１５Ｌに移動させると、網膜投影システムＡに表示されている内容を徐々に移動させながら、網膜投影システムＡの干渉部３０Ｌの範囲を像ＳＬとして見ることができる。この場合、可視範囲が広い態様となるので、瞳孔１５の移動はあまり行う必要はない、しかしながら表示内容の移動速度に対応する眼球１の移動速度は、明るい環境下と同様である。

〔６−３．マックスウェル視との違い〕
マックスウェル視は、水晶体１２および瞳孔１５の中心に光を通す為、このような現象が起きない前提で設計されている。したがって、この発明の網膜投影システムＡと、マックスウェル視は、全く異なるものである。
マックスウェル視の場合、進行目標点Ｇは収束点Ｆ２と一致するが、この発明では、角膜１６と水晶体１２によって光が屈折し、進行目標点Ｇは収束点Ｆ２と一致しない。
したがって、図３〜図５に記載された像Ｓは小さいものであり、図９〜図１２に記載された像Ｓの大きさが正しい。図３〜図５は、マックスウェル視との比較のための図面であり、水晶体１２と角膜１６の屈折を考慮したものではない。

〔７．収束領域Ｆについて〕
図６は、この発明の収束領域Ｆの説明図である。
収束領域Ｆは、収束点Ｆ２が拡張されたものである。前記拡張は、情報表示手段３によって表示されることにより生じた光が、干渉部３０で反射または干渉部３０を通過することによりなされるものである。前記干渉部３０には回折光学子が用いられていることにより、前記収束点Ｆ２が１ｍｍ〜３ｍｍ拡張され収束領域Ｆとなる。
図６に示した収束領域Ｆは、中央（収束点）Ｆ２から水晶体側Ｆ１、中央（収束点）Ｆ２から網膜側Ｆ３、という態様で拡張されて収束領域Ｆとなったものである。この収束領域Ｆは、波長の長さが異なることにより屈折率が異なる３原色（青：Ｂｌｕｅ、緑：Ｇｒｅｅｎ、赤：Ｒｅｄ）の各色収束位置それぞれをＦ１〜Ｆ３の範囲内に重ねることができる。これにより回折光学子にカラー表示用ホログラフィック光学素子を用いたとしても、３原色に対応した網膜投影が可能となる。

〔８．ホログラフィック光学素子の設定について〕
図７は、この発明の収束領域Ｆの上面図と側面図である。
干渉部３０に用いるホログラフィック光学素子の収束領域関係は、「Ｗ：Ｆ１からＦ３までの距離」「Ｄ：瞳孔１５の直径」「θｈ：ホログラフィック光学素子の収束角度」とすると下記の数１が成り立つ。

そして、θｈを５３．１°とすると、Ｄ＝Ｗとなる。前述の明るい環境下において、通常Ｄ＝２ｍｍ前後となるので、このように瞳孔１５の直径値から収束点Ｆ２の前後拡張距離（Ｆ１からＦ２＋Ｆ２からＦ３）を定義づけることができる。
そして、θｈを５３．１°というのは、眼球１を動かして見える全体像の角度である。明るい環境下においては、眼球１の視野角θｅ（後述する）を動かして全体を把握する必要がある。

〔９．眼球回旋点１３と進行目標点Ｇと収束領域Ｆの関係について〕
図８は、この発明の眼球回旋点１３と収束領域Ｆの説明図である。図９は、明るい環境で近場を見た場合のこの発明の説明図である。図１０は、明るい環境で遠方を見た場合のこの発明の説明図である。図１１は、薄暗い環境で近場を見た場合のこの発明の説明図である。図１２は、薄暗い環境で遠方を見た場合のこの発明の説明図である。
この発明において、情報表示手段３のホログラフィック光学素子によって表示されることにより生じる光の発光方向は、眼球回旋点１３に向けて、設定されていることが好ましい。すなわち、情報表示手段３によって表示されることにより生じる光の進行目標点Ｇは、眼球回旋点１３に一致するのが好ましい。
そして、光は、大気中または水中を進行目標点Ｇに向かって進んだ後、水晶体１２によって内側へ屈折し収束領域Ｆを通過する。（図８〜図１２を参照）
まずは、図１と図８と以下の表１に基づいて、角膜１６と水晶体１２による網膜１０への像Ｓの投影について説明する。

そして、眼球回旋点１３に表１のｕを一致させたものとして、一般的な数値を例示して以下の説明を行う。
まずは、
ｕ＝１３［ｍｍ］、ｎ＝１．３３６、Ｄ_１＝４３．０８［Ｄ］、Ｌ_３＝２４［ｍｍ］ とする。
遠方を見た場合などの水晶体調節休止時（水晶体１２が最も薄い時）の値を、
Ｄ_２＝２０．５３［Ｄ］、Ｌ_１＝３．６［ｍｍ］、Ｌ_２＝５．８５［ｍｍ］ とする。
近場を見た場合などの水晶体最大調節時（水晶体１２が最も厚い時）の値を、
Ｄ_２＝３３．０［Ｄ］、 Ｌ_１＝３．２［ｍｍ］、Ｌ_２＝５．２０［ｍｍ］ とする。

図８と表１とに基づき関係式を考慮すると、以下の数２〜数６を導くことができる。

ｈ_４は瞳孔１５の直径の半分になるので、瞳孔１５の直径をＰとすると、網膜１０に像Ｓが映る視野角θ_ｅは、下記数７となる。

そして網膜上の像Ｓの大きさは２×ｈ_３であり、角膜１６から収束点Ｆ２までの距離は、ｖ＋Ｌ_２で表すことができる。（２×ｈ_３とｖ＋Ｌ_２は、変形してＰの関数として簡単に表すことができないものであるから、そのままの記載とした。）

〔９−１．瞳孔１５の直径が２ｍｍの場合〕
図９と図１０に記載されているのは、明るい雰囲気中において、瞳孔１５の直径が２ｍｍとなる場合での、網膜投影である。
瞳孔１５の直径を２ｍｍとすると、ｈ_４の最大値が１ｍｍとなるため、水晶体１２の調節休止時はｈ_１＝１．４８ｍｍ、水晶体１２の最大調節時はｈ_１＝１．４０ｍｍとなる。したがって、水晶体１２の調節休止時の視野角θｅは１３．０°、水晶体１２の最大調節時の視野角θｅは１２．３°となる。
次に、網膜上の像Ｓの大きさは、水晶体１２の調節休止時において３．８１ｍｍ、水晶体１２の最大調節時において３．９４ｍｍとなる。また、角膜１６から収束点Ｆ２までの距離は、水晶体１２の調節休止時において１０．７４ｍｍ、水晶体１２の最大調節時において１０．３７ｍｍとなる。

〔９−２．瞳孔１５の直径が８ｍｍの場合〕
図１１と図１２に記載されているのは、薄暗い雰囲気中において、瞳孔１５の直径が８ｍｍとなる場合での、網膜投影である。
瞳孔１５の直径を８ｍｍとすると、ｈ_４の最大値４ｍｍとなるため、水晶体１２の調節休止時はｈ_１＝５．９ｍｍ、水晶体１２の最大調節時はｈ_１＝５．６１ｍｍとなる。したがって、水晶体１２の調節休止時の視野角θｅは４８．９°、水晶体１２の最大調節時の視野角θｅは４６．７°となる。
次に、網膜上の像Ｓの大きさは、水晶体１２の調節休止時において１５．２ｍｍ、水晶体１２の最大調節時において１５．８ｍｍとなる。また、角膜１６から収束点Ｆ２までの距離は、水晶体１２の調節休止時において１０．７４ｍｍ、水晶体１２の最大調節時において１０．３７ｍｍとなる。

〔９−３．最適な範囲について〕
眼球回旋点１３と進行目標点Ｇを一致させて光線を入射させた場合，水晶体１２の調節状態によって網膜１０上に投影される像Ｓの大きさが変化するが、瞳孔１５の直径が一定の場合はその差はわずかであり、また観察される像Ｓは鮮明である（ピントが合っている）。そして、ピントは瞳孔１５の直径に依存しない。
瞳孔１５の直径が２ｍｍから８ｍｍの間で変化するのに従って、視野角θｅが１２．３°から４８．９°まで変化する。情報表示手段３と共に設定される干渉部３０は、最も小さい視野角θｅの１２．３°に合わせて設計すると、表示される像Ｓが欠けないものとなり、好ましい。すなわち、明るい環境下における瞳孔１５の直径の視野角θｅに合わせると、薄暗い環境下においても同様に扱うことができる。
ただし、赤外線を用いて障害物などを認識するための暗視ゴーグルなどの特別な用途に用いる場合、視野角θｅを４８．９°側に設定することもできる。
次に、進行目標点Ｇは、水晶体１２と硝子体１１の境界面から中心窩１４に向かって、０ｍｍから１３ｍｍの間で設定することができる。そして、角膜１５〜進行目標点Ｇまでの距離ｕは小さくなるほど、網膜上の像Ｓと視野角θｅが大きくなるため、観察される像Ｓは実用上問題ない。
次に、０≦ｕ≦Ｌ_２のとき、マックスウェル視となり、瞳孔１５を点に合わせる必要がある為、用いにくいものとなるので、Ｌ_２≦ｕ≦角膜１５から眼球回旋点１３までの距離という範囲で、アプリケーションに合わせて決めるとよい。言い換えると、２４ｍｍ直径の眼球１の場合、ｕは１０ｍｍ〜１３ｍｍの間とするのが好ましく、角膜１６から進行目標点Ｇまでの距離は、眼球直径長さの４０％〜５５％の範囲内で設定するのが好ましい。

〔９−４．進行目標点Ｇが網膜１０側に移動した場合〕
進行目標点Ｇが、眼球回旋点１３よりも網膜側に位置する場合を考察する。例えば、図８において、角膜１６から収束点Ｆ２までの距離は、ｖ＋Ｌ_２で表されるため、ｖ＋Ｌ_２＝１３ｍｍとなるように設定することが可能である。つまり、収束点Ｆ２を眼球回旋点１３に一致させる場合などである。
瞳孔１５の直径を２ｍｍとした場合、水晶体１２の調節休止時の視野角θｅは８．２１°、水晶体１２の最大調節時の視野角θｅは６．８３°となる。網膜１０上の像Ｓの大きさは、水晶体１２の調節休止時において２．４０ｍｍ、水晶体１２の最大調節時において２．３４ｍｍとなる。
また、瞳孔１５の直径を８ｍｍとした場合、水晶体１２の調節休止時の視野角θｅは３２．０°、水晶体１２の最大調節時の視野角θｅは２６．８°となる。網膜上の像Ｓの大きさは、水晶体１２の調節休止時は９．６１ｍｍ、水晶体１２の最大調節時は９．３５ｍｍとなる。

これらの結果からわかるように、進行目標点Ｇを眼球回旋点１３よりも網膜１０側に移動させた態様は、進行目標点Ｇを眼球回旋点１３に一致させた態様と比べて、画角が非常に小さくなり、観察できる視野が狭くなるため、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）には適していない。つまり、進行目標点Ｇは眼球回旋点１３に一致（ｕを眼球回旋点１３に一致）させるのが好ましい。
また、各変数の値として一般的な値を用いているが、水晶体１２の焦点調節や個人差を考慮し、変更することができる。

〔１０．網膜投影システムＡの用途ついて〕
網膜投影システムＡは、目の焦点調節に関係なく、外界の風景とディスプレイの表示映像の両者を常に鮮明に視認することができ、表示内容へ瞳孔１５を簡単に合わせることができるディスプレイを提供可能とする。
具体的には、シースルー型の眼鏡型ディスプレイなどに用いることができ、モバイル機器用ディスプレイ、作業時の情報提示（マニュアル等）、スポーツ選手への情報表示（時刻、生体情報など）、車やバイク使用者の運転時の情報提示（ＩＴＳ：高速道路交通システム用ディスプレイ）、医療従事者の手術ナビゲーション、音楽演奏家への楽譜表示などを例示することができる。

前述の網膜投影システムＡを用いた眼鏡型ディスプレイ４について、より具体的に述べる。
図１３は、実施例１における眼鏡型ディスプレイの全体斜視図である。図１４は、実施例１における眼鏡型ディスプレイの部分断面図である。

〔１１．眼鏡型ディスプレイ４の全体的な構成について〕
眼鏡型ディスプレイ４は、図１３に示すように、情報処理手段２と、情報表示手段３と、干渉部３０と、眼鏡レンズ部４０とテンプル４１とを備え、使用者の顔面に装着し、眼鏡レンズ４０が使用者の目の正面に位置するものである。
そして網膜投影システムＡを用いた眼鏡型ディスプレイ４は、眼鏡レンズ部４０の少なくとも一部分に干渉部３０を備え、干渉部３０には回折光学子を用いている。
眼鏡レンズ部４０の全面に回折光学子を取り付けてもよいし、使用者の視界において眼鏡レンズ部の使用頻度の少ない領域に回折光学子を取り付けてもよい。使用者の通常の視界の邪魔にならない箇所に情報表示をするのが好ましい。図１３に示すような、眼鏡レンズ部４０の鼻側は、スポーツゴーグルなど遠距離を見ることが多い態様において、視界の邪魔にならない箇所となる。また、近距離を見ることが多いＰＣ用眼鏡などの場合においては、眼鏡レンズ部４０の耳側が視界の邪魔にならない箇所となる。

〔１２．より具体的な構成について〕
眼鏡型ディスプレイ４は、図１４に示すような構成によって、網膜投影システムＡを実現している。左右いずれかのテンプル４１（図１４においては右テンプル）に情報処理手段２を取り付け、情報処理手段２によって作成された情報内容を、情報表示手段３と干渉部３０で網膜内に投影している。
情報表示手段２には、映像入出力装置を例示することができ、無線ＬＡＮやブルートゥースを用いることができる。
この実施例において干渉部３０は、情報表示手段３からの光を反射する態様で網膜内に投影する。情報表示手段３としてＬＥＤ表示、液晶表示、有機ＥＬ表示などを例示することができる。干渉部３０には、ホログラフィック光学素子、計算機合成ホログラムなどの回折光学素子を用いることができる。

この発明の網膜投影システムＡは、実施例１の眼鏡型ディスプレイ４の構造にとらわれず、水中ゴーグル、防塵ゴーグル、スキー用ゴーグル、サングラス、ＰＣ用眼鏡、オペレーショングラス、アイシールド、ヘッドマウントディスプレイなど使用者の眼前に取り付ける装置に用いることができる。
また、実施例１において、干渉部３０は反射することにより網膜投影の収束点Ｆ２を拡張して収束領域Ｆとするものであるが、透過することにより収束点Ｆ２を拡張して収束領域Ｆとするものとしてもよい。

Ａ 網膜投影システム
Ｆ 収束領域
Ｆ２ 収束点
Ｇ 進行目標点
Ｓ 像
１ 眼球
１０ 網膜
１１ 硝子体
１２ 水晶体
１３ 眼球回旋点
１４ 中心窩
１５ 瞳孔
１６ 角膜
２ 情報処理手段
３ 情報表示手段
３０ 干渉部
４ 眼鏡型ディスプレイ
４０ 眼鏡レンズ部
４１ テンプル

Claims (8)

1. 像（Ｓ）を眼球（１）内の網膜（１０）へ投影する網膜投影システム（Ａ）であって、
   前記像（Ｓ）は、情報処理手段（２）よって作成され、情報表示手段（３）によって表示され、収束領域（Ｆ）を通過して網膜（１０）に投影されるものであり、
   前記収束領域（Ｆ）は、眼球（１）の硝子体（１１）内に設定されており、
   前記収束領域（Ｆ）は、
   水晶体（１２）と硝子体（１１）の境界面と、眼球回旋点（１３）との間に
   設定されており、
   前記収束領域（Ｆ）は、収束点（Ｆ２）を拡張したものであり、
   前記網膜（１０）に像（Ｓ）が映る視野角（θｅ）は、
   

   

   であり、
   視野角（θｅ）の範囲を、１２．３°〜４８．９°に設定したことを特徴とする
   網膜投影システム。
2. 情報表示手段（３）によって表示されることにより生じた光が、
   干渉部（３０）で反射または干渉部（３０）を通過することにより、
   収束点（Ｆ２）が収束領域（Ｆ）となること
   を特徴とする請求項１記載の網膜投影システム。
3. 前記干渉部（３０）には回折光学子が用いられていることにより、
   前記収束領域（Ｆ）が１ｍｍ〜３ｍｍの長さをもつこと
   を特徴とする請求項２記載の網膜投影システム。
4. 前記干渉部（３０）からの光の進行目標点（Ｇ）は、
   眼球回旋点（１３）に一致すること
   を特徴とする請求項３記載の網膜投影システム。
5. 請求項３又は４記載の網膜投影システム（Ａ）を用いた眼鏡型ディスプレイ（４）であって、前記回折光学子は、眼鏡レンズ部（４０）に配置されていること
   を特徴とする眼鏡型ディスプレイ。
6. 前記回折光学子は、眼鏡レンズ部（４０）の全面に配置されていること
   を特徴とする請求項５記載の眼鏡型ディスプレイ。
7. 使用者の視界において、使用頻度の少ない領域に情報表示すること
   を特徴とする請求項５又は６記載の眼鏡型ディスプレイ。
8. 前記情報表示手段（３）は、ＬＥＤ表示、液晶表示又は有機ＥＬ表示であり、
   前記干渉部（３０）は、回折光学素子である
   ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の眼鏡型ディスプレイ。

Images