TWI794590B

TWI794590B - 圖像檢查裝置

Info

Publication number: TWI794590B
Application number: TW109106330A
Authority: TW
Inventors: 鈴木誠; 齋藤一孝; 金子千鶴; 足利英昭
Original assignee: 日商Ｑｄ雷射股份有限公司
Priority date: 2019-04-04
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2023-03-01
Also published as: WO2020202877A1; JP2020170118A; CN113383220A; JP7123403B2; TW202037893A

Abstract

[課題]良好地檢查圖像。 [解決手段]一種圖像檢査裝置，具備：搭載部，搭載將圖像直接投影至網膜之圖像投影裝置；拍攝元件，具有平面形狀之拍攝面，拍攝從圖像投影裝置投影至拍攝面之圖像；光學系統，設在以圖像投影裝置在不同之時間出射之複數個第1光線收斂之位置，令從圖像投影裝置照射之複數個第1光線對焦於拍攝面或其附近；及檢査部，檢查拍攝元件所拍攝之圖像；假設在拍攝面之搭載部方向有網膜時，以將第3光線垂直投影至拍攝面之位置作為第1位置，第3光線是以圖像投影裝置在不同之時間出射而照射至網膜之複數個第2光線中之在圖像之邊緣附近的光線，並且以將網膜平面展開而令網膜表面與拍攝面一致時之在拍攝面的第3光線之位置作為第2位置，在此情況下，光學系統令第3位置比第1位置還要靠近第2位置，第3位置是複數個第1光線中之與第3光線對應之第4光線照射至拍攝面的位置。

Description

圖像檢查裝置

發明領域

本發明是涉及圖像檢査裝置。

發明背景

將在二維方向掃描之掃描光照射至使用者之網膜表面而令圖像直接投影至網膜之圖像投影裝置是已為人知(例如，專利文獻1)。又，為了檢查拍攝用透鏡之特性值，將透過拍攝用透鏡而射出之圖像光以拍攝元件檢測出且進行圖像處理，藉此算出拍攝用透鏡之特性值是已為人知(例如，專利文獻2)。先行技術文獻專利文獻

專利文獻1：日本特開2015-111231號公報專利文獻2：日本特開2003-279446號公報

發明概要發明欲解決之課題

關於檢查由圖像投影裝置直接投影至網膜之圖像之方法，可想到如下之方法：讓使用者觀看投影到網膜之圖像，藉此來檢查圖像。然而，此方法會因為由使用者之個人差異造成之不一致及由使用者之疲勞度等造成之不一致等，而令評價不一致。

本發明是鑑於上述課題而建構，目的是提供如下之圖像檢査裝置：可良好地檢查藉由將圖像直接投影至網膜之圖像投影裝置而投影之圖像。用以解決課題之手段

本發明是一種圖像檢査裝置，具備：搭載部，搭載將圖像直接投影至使用者之網膜之圖像投影裝置；拍攝元件，具有平面形狀之拍攝面，拍攝從前述搭載部所搭載之前述圖像投影裝置投影至前述拍攝面之圖像；光學系統，設在由前述圖像投影裝置在不同之時間出射之複數個第1光線收斂之位置，令從前述圖像投影裝置照射至前述拍攝面之前述複數個第1光線分別對焦於前述拍攝面或前述拍攝面之附近；及檢査部，檢查前述拍攝元件所拍攝之圖像；假設在前述拍攝面之前述搭載部方向有前述網膜時，以將第3光線垂直投影至前述拍攝面時之位置作為第1位置，前述第3光線是由前述圖像投影裝置在不同之時間出射而照射至前述網膜的複數個第2光線中之在前述圖像之邊緣附近的光線，並且以將前述網膜平面展開而令前述網膜之表面與前述拍攝面一致時之在前述拍攝面的前述第3光線之位置作為第2位置，在此情況下，前述光學系統令第3位置比前述第1位置還要靠近前述第2位置，前述第3位置是前述複數個第1光線中之與前述第3光線對應之第4光線照射至前述拍攝面的位置。

可在上述構成中採用如下之構成：前述光學系統令前述第3位置與前述第2位置大略一致。

可在上述構成中採用如下之構成：前述光學系統令前述複數個第1光線照射至前述拍攝面之複數個位置的全部，與將前述網膜平面展開而令前述網膜之表面與前述拍攝面一致時之在前述拍攝面的前述複數個第2光線之複數個位置中之對應的位置大略一致。

可在上述構成中採用如下之構成：前述光學系統令以前述拍攝元件拍攝之圖像之中央部之史特瑞比(Strehl ratio)高於端部之史特瑞比。

可在上述構成中採用如下之構成：前述複數個第1光線之各光線及前述複數個第2光線之各光線包含紅色光、綠色光、及藍色光，前述光學系統是令由前述綠色光所構成之前述複數個第1光線照射至前述拍攝面時之史特瑞比與由前述綠色光所構成之前述複數個第2光線照射至前述網膜時之史特瑞比的差異，小於由前述紅色光所構成之前述複數個第1光線照射至前述拍攝面時之史特瑞比與由前述紅色光所構成之前述複數個第2光線照射至前述網膜時之史特瑞比的差異、及由前述藍色光所構成之前述複數個第1光線照射至前述拍攝面時之史特瑞比與由前述藍色光所構成之前述複數個第2光線照射至前述網膜時之史特瑞比的差異。

可在上述構成中採用如下之構成：前述複數個第1光線之各光線及前述複數個第2光線之各光線包含紅色光、綠色光、及藍色光，前述光學系統令前述複數個第1光線照射至前述拍攝面時之前述紅色光及前述藍色光相對於前述綠色光的位置偏移方向，相同於前述複數個第2光線照射至前述網膜時之前述紅色光及前述藍色光相對於前述綠色光的位置偏移方向。

可在上述構成中採用如下之構成：前述光學系統包含從前述複數個第1光線入射側依序排列之第1凸透鏡、凹透鏡、及第2凸透鏡。

可在上述構成中採用如下之構成：前述拍攝元件之解析度為由前述圖像投影裝置投影至前述拍攝面之圖像之解析度以上。

可在上述構成中採用如下之構成：前述拍攝元件之拍攝區域大於由前述圖像投影裝置投影至前述拍攝面之圖像之投影區域。

可在上述構成中採用如下之構成：前述拍攝元件對由前述圖像投影裝置投影至前述拍攝面之圖像進行拍攝之1次的曝光時間，比由前述圖像投影裝置投影至前述拍攝面之圖像之幀率的倒數還長。

可在上述構成中採用如下之構成：前述光學系統及前述拍攝元件能以前述複數個第1光線收斂之位置為中心來相對於前述圖像投影裝置而旋動。發明效果

根據本發明，可良好地檢查藉由將圖像直接投影至網膜之圖像投影裝置而投影之圖像。

用以實施發明之形態

以下，一面參考附件之圖面、一面說明本發明之實施例。

[實施例1] 圖1是顯示與實施例1相關之圖像檢査裝置100的圖。如圖1，圖像檢査裝置100具有搭載部1、光學系統10、拍攝部(拍攝相機)20、及控制部30。拍攝部20具有設在殼體22內之拍攝元件24。拍攝元件24是例如CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補式金氧半導體)影像感測器，但亦可以是CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合裝置)影像感測器等其他之情況。光學系統10包含凸透鏡12、凹透鏡14、及凸透鏡16。凸透鏡12、凹透鏡14、及凸透鏡16是藉由支持器18而保持。支持器18是藉由固定構件40而固定在拍攝部20。

搭載部1是以可裝卸的方式而搭載身為圖像檢査裝置100之檢査對象之圖像投影裝置50。圖像投影裝置50是將圖像直接投影至使用者之眼球之網膜之圖像投影裝置，以讓出射之光線70入射光學系統10的方式而設置在搭載部1。光學系統10是將從圖像投影裝置50照射之光線70對焦於拍攝元件24之平面形狀之拍攝面24a或拍攝面24a附近。控制部30是例如CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)等之處理器。控制部30亦可以是經設計之專用電路。控制部30是藉由令CPU等之處理器與程式合作而對拍攝部20所拍攝之圖像資料進行處理，發揮進行圖像之扭曲、解析度、亮度、圖樣形狀、伽瑪特性、對比率、縱橫比、及色彩等之圖像檢査之檢査部32的功能。該等檢査可以是使用一般已知之方法。又，控制部30亦可以將拍攝部20所拍攝之圖像資料及/或以檢査部32檢査之檢査資料顯示在未圖示之顯示部(例如液晶顯示器)。

在此，使用圖2而說明圖像投影裝置50之一例。圖2是圖像投影裝置50的俯視圖。圖像投影裝置50是利用馬克士威觀點、亦即將用於讓使用者看見圖像之光線直接照射至使用者之網膜的網膜投影型頭戴式顯示器。馬克士威觀點是令使形成圖像之光線在二維方向掃描之掃描光收斂於瞳孔附近，而將圖像投影至網膜。

如圖2，圖像投影裝置50具有光源52、鏡54、鏡56、掃描部(掃描器)58、鏡60、投射部62、控制部64、及圖像輸入部66。光源52及掃描部58是例如配置在眼鏡型框架之鏡腳42。投射部62是例如配置在眼鏡型框架之透鏡44。控制部64及圖像輸入部66可以是設在眼鏡型框架之鏡腳42，亦可以是不設在眼鏡型框架而設在外部裝置(例如行動終端)。

圖像輸入部66是從未圖示之相機、錄影機器、及/或圖像檢査裝置100等將圖像資料輸入。控制部64是基於輸入之圖像資料而控制從光源52之光線70之出射，並控制掃描部58之掃描。光源52是在控制部64之控制下，令單一或複數波長之光線70出射。光源52是例如令紅色雷射光(波長：610nm~660nm程度)、綠色雷射光(波長：515nm~540nm程度)、及藍色雷射光(波長：440nm~480nm程度)之可視光線出射。關於令紅色、綠色、及藍色雷射光出射之光源52，例如是將RGB(紅・綠・藍)各自之雷射二極體晶片與3色合成裝置積體化之光源。

控制部64是例如CPU(Central Processing Unit)等之處理器。若將相機朝向使用者之視線方向而設置在圖像投影裝置50之適切之位置，則可將此相機所拍攝之視線方向之圖像投影至使用者之眼球80之網膜82。又，亦可以將從錄影機器等輸入之圖像投影，或以控制部64將相機圖像與來自錄影機器等之圖像疊映，而投影所謂虛擬實境(AR：Augmented Reality，擴增實境)圖像。

掃描部58是令從光源52於不同之時間出射之光線70在水平方向及垂直方向之二維方向掃描。掃描部58是例如MEMS(Micro Electro Mechanical System，微機電系統)鏡，但亦可以是身為電化學材料之鉭鈮酸鋰(KTN)結晶等其他之零件。從光源52出射之光線70是在鏡54及56反射而入射掃描部58。

由以掃描部58掃描之光線70所構成之掃描光72是因為鏡60而往眼鏡型框架之透鏡44反射。投射部62是配置在眼鏡型框架之透鏡44之眼球80側枝面。因此，掃描光72是入射投射部62。投射部62是自由曲面、或自由曲面與繞射面之合成構造的半鏡。在投射部62反射之掃描光72是在眼球80之瞳孔86附近收斂後照射至網膜82之表面。使用者藉由照射到網膜82之掃描光72之殘像效果而可認識圖像，並藉由穿透而可看到外界像。

圖3是說明從圖像投影裝置50照射至拍攝元件24之光線70的圖。另，在圖3，將光線70之有限之光束徑圖示，其中心部分是以虛線圖示。如圖3，包含於掃描光72、在不同之時間出射之複數個光線70是經由包含凸透鏡12、凹透鏡14、及凸透鏡16之光學系統10而照射至拍攝元件24之拍攝面24a。複數個光線70是因為光學系統10而對焦於拍攝元件24之平面形狀之拍攝面24a或拍攝面24a之附近。例如，光線70是在凸透鏡12從略平行光轉換成會聚光，在凹透鏡14從會聚光轉換成發散光，在凸透鏡16從發散光再次轉換成會聚光，而對焦於拍攝面24a或拍攝面24a之附近。

凸透鏡12是例如光線70(掃描光72)之入射側之面為凸面、出射側之面為平面的平凸透鏡。凹透鏡14是例如光線70之入射側及出射側之雙面為凹面的雙凹透鏡。凸透鏡16是例如光線70之入射側之面為平面、出射側之面為凸面的平凸透鏡。凸透鏡12與凹透鏡14是例如相接而配置。凹透鏡14與凸透鏡16是例如相離而配置。另，凸透鏡12與凹透鏡14亦可以是以比凹透鏡14與凸透鏡16之間隔還要窄之間隔而相離配置。掃描光72是在凸透鏡12之光線70入射之凸面之中心部收斂。入射凸透鏡12之凸面時之光線70之直徑是例如0.5mm~1mm程度。

從凸透鏡12之凸面至拍攝元件24之拍攝面24a為止的長度尺寸L是相當於將從人之眼球之水晶體之表面至網膜82之表面為止的長度尺寸考量眼球之折射率來予以修正後之距離，是例如16mm~17mm程度。另，凸透鏡12、16亦可以是光線70之入射側及出射側之雙面為凸面的雙凸透鏡。凹透鏡14亦可以是光線70之入射側及出射側之其中一面為凹面、另一面為平面的平凹透鏡。

在此，說明與比較例相關之圖像檢査裝置500。圖4是顯示與比較例相關之圖像檢査裝置500的圖。如圖4，比較例之圖像檢査裝置500是具有聚光透鏡90、被投影部92、拍攝部(拍攝相機)94。聚光透鏡90是在被圖像投影裝置50之投射部62反射之光線70通過之光路上，且設在掃描光72收斂之位置。被投影部92是配置在由聚光透鏡90造成之光線70之對焦位置附近。被投影部92是呈現令聚光透鏡90側開口之半球面形狀，以對光線70半透明之材料形成。由於被投影部92對光線70是半透明，故將由掃描光72投影之圖像予以顯示、並讓圖像穿過。

藉由如此之構成，將光線70聚光之聚光透鏡90可視為眼球之水晶體。半球面狀之被投影部92可視為眼球之網膜。亦即，以相當於水晶體之聚光透鏡90與相當於網膜之被投影部92而構成擬似之眼(假眼)。所以，被投影部92之直徑是眼球之一般大小(例如24mm程度)。

拍攝部94具有拍攝元件96。拍攝元件96是例如CMOS影像感測器。拍攝部94是設在對被投影部92而言與聚光透鏡90位於相反側之位置。拍攝部94是拍攝投影至被投影部92之圖像。

圖5(a)及圖5(b)是說明在與比較例相關之圖像檢査裝置500發生之課題的圖。圖5(b)是使用以由圖像投影裝置50投影之圖像之中心作為原點之位置座標來表示。座標所示之數值之單位是mm。如圖5(a)，當以拍攝部94對投影至被投影部92之圖像進行拍攝的情況下，關於照射至被投影部92之光線70，拍攝部94是在從光線70之照射位置朝拍攝元件96之拍攝面96a垂直投影之位置、亦即垂直投影位置97檢測出。然而，人認識的是將略球面狀之網膜表面予以平面展開而投影到網膜之圖像。因此，當照射至被投影部92之光線70是在垂直投影到拍攝元件96之拍攝面96a之垂直投影位置97檢測出的情況下，難以說是良好地檢查由圖像投影裝置50投影之圖像。換句話說，若不是在將被投影部92平面展開時之光線70之位置、亦即平面展開位置98檢測出光線70，則難以良好地檢查由圖像投影裝置50投影之圖像。

因為與網膜對應之被投影部92是半球面狀，故如圖5(b)，與將照射到被投影部92之光線70朝拍攝元件96之拍攝面96a垂直投影之位置、亦即垂直投影座標(三角符號)相比，將被投影部92平面展開時之光線70之位置、亦即平面展開座標(圓符號)是朝外側擴張。例如，當由圖像投影裝置50投影左右方向之視角為全角40°以上之圖像76的情況下，在圖像76之左右方向之邊緣附近，平面展開座標與垂直投影座標的差變大。另，就上下方向之視角大之圖像而言，在圖像之上下方向之邊緣附近，平面展開座標與垂直投影座標的差變大。如此，比較例之圖像檢査裝置500是難以良好地檢查由圖像投影裝置50投影至使用者之網膜之圖像。

圖6(a)及圖6(b)是說明與實施例1相關之圖像檢査裝置100之效果的圖。如圖6(a)，假設在拍攝元件24之拍攝面24a之搭載部1方向(換句話說是拍攝面24a之前方)有網膜82時，以由圖像投影裝置50在不同之時間出射而照射至網膜82之光線作為光線71。以複數個光線71中之在圖像76之邊緣附近之1光線作為光線71a，以相對於圖像76之中心而言與光線71a對稱之光線作為光線71b。以將照射到網膜82之光線71a垂直投影至拍攝面24a之位置作為垂直投影位置73a，以將照射到網膜82之光線71b垂直投影至拍攝面24a之位置作為垂直投影位置75a。以將網膜82平面展開而令網膜82之表面與拍攝面24a一致時之在拍攝面24a的光線71a之位置作為平面展開位置73b、光線71b之位置作為平面展開位置75b。

如圖6(b)，以透過光學系統10而照射至拍攝元件24之拍攝面24a之複數個光線70中之與圖6(a)之光線71a對應之光線70a在拍攝面24a的位置作為照射位置78a，以與光線71b對應之光線70b在拍攝面24a的位置作為照射位置78b。此時，藉由將構成光學系統10之各透鏡之曲率等之光學特性及各透鏡間之距離等適切地設計，而令照射位置78a比垂直投影位置73a更接近平面展開位置73b，令照射位置78b比垂直投影位置75a更接近平面展開位置75b。

如此，在實施例1，光學系統10具有如下之光學特性：令複數個光線70中之與光線71a對應之光線70a照射至拍攝面24a之照射位置78a，比將光線71a從網膜82垂直投影到拍攝面24a之垂直投影位置73a還要接近將網膜82平面展開時之平面展開位置73b。藉此，可良好地檢查由圖像投影裝置50投影之圖像。

又，光學系統10具有如下之光學特性：令照射位置78a比垂直投影位置73a還要接近平面展開位置73b，且，令複數個光線70中之與光線71b對應之光線70b照射至拍攝面24a之照射位置78b，比將光線71b從網膜82垂直投影到拍攝面24a之垂直投影位置75a還要接近將網膜82平面展開時之平面展開位置75b。藉此，可良好地檢查由圖像投影裝置50投影之圖像。

雖然在圖6(b)是以照射位置78a位於垂直投影位置73a與平面展開位置73b之間的情況為例而顯示，以照射位置78b位於垂直投影位置75a與平面展開位置75b之間的情況為例而顯示，但並非限定於此情況。照射位置78a亦可以是在對平面展開位置73b而言與垂直投影位置73a位於相反側之位置，照射位置78b亦可以是在對平面展開位置75b而言與垂直投影位置75a位於相反側之位置。

從良好地檢查圖像這點而言，照射位置78a與平面展開位置73b之中心間隔宜為垂直投影位置73a與平面展開位置73b之中心間隔的1/2以下，更宜為1/3以下，更加宜為1/4以下。同樣地，照射位置78b與平面展開位置75b之中心間隔宜為垂直投影位置75a與平面展開位置75b之中心間隔之1/2以下，更宜為1/3以下，更加宜為1/4以下。

圖7是顯示照射至拍攝元件24之拍攝面24a之光線70之位置、及、將網膜82平面展開時之在拍攝面24a之光線71之位置的計算結果的圖。圖7是使用以由圖像投影裝置50投影之圖像之中心作為原點之位置座標來表示。座標所示之數值之單位是mm。又，圖7是使用表1之規格之凸透鏡12、凹透鏡14、及凸透鏡16之情況下的計算結果(另，以下顯示之圖8~圖12是使用同規格之透鏡的計算結果)。 [表1]

	入射面曲率半徑 (mm)	入射面曲率半徑 (mm)	中心厚度 (mm)	硝材	折射率 Nd	阿貝數 νd
凸透鏡12	7.73	∞	1.6	S-LAL8	1.713	53.87
凹透鏡14	-12.08	11.21	1.0	S-TIH10	1.728	28.46
凸透鏡16	∞	-8.43	1.4	S-LAM61	1.720	46.02

如表1，關於凸透鏡12，入射面之曲率半徑為7.73mm，出射面之曲率半徑為無限大，中心之厚度為1.6mm，硝材為小原公司製之S-LAL8，折射率為1.713，阿貝數為53.87。關於凹透鏡14，入射面之曲率半徑為-12.08mm，出射面之曲率半徑為11.21mm，中心之厚度為1.0mm，硝材為小原公司製之S-TIH10，折射率為1.728，阿貝數為28.46。關於凸透鏡16，入射面之曲率半徑為無限大，出射面之曲率半徑為-8.43mm，中心之厚度為1.4mm，硝材為小原公司製之S-LAM61，折射率為1.720，阿貝數為46.02。又，凸透鏡12與凹透鏡14之中心的間隔為0.39mm，凹透鏡14與凸透鏡16之中心的間隔為2.76mm，凸透鏡16之中心與拍攝面24a之間隔為14.79mm。

如圖7，藉由將構成光學系統10之各透鏡之曲率等之光學特性及各透鏡間之距離適切地設計，可遍及由圖像投影裝置50投影之圖像76之整體，而令光線70照射至拍攝面24a之位置、亦即照射位置座標(菱形符號)、及、將網膜82平面展開時之在拍攝面24a之光線71之位置、亦即平面展開座標(圓符號)是大略一致。另，大略一致是指如下的情況：光線70之在拍攝面24a之點綴區域中之50%以上之區域是與將網膜82平面展開時之在拍攝面24a之光線71之點綴區域重疊。

如此，光學系統10宜具有如下之光學特性：令光線70a照射至拍攝面24a之照射位置78a、及、當將網膜82平面展開而令網膜82之表面與拍攝面24a一致時之在拍攝面24a之光線71a之平面展開位置73b大略一致。又，光學系統10宜具有如下之光學特性：令光線70b照射至拍攝面24a之照射位置78b、及、當將網膜82平面展開而令網膜82之表面與拍攝面24a一致時之在拍攝面24a之光線71b之平面展開位置75b大略一致。藉此，可更良好地檢查由圖像投影裝置50投影之圖像。

又，光學系統10宜具有如下之光學特性：令複數個光線70照射至拍攝面24a之複數個照射位置的全部，與將網膜82平面展開而令網膜82之表面與拍攝面24a一致時之在拍攝面24a的複數個光線71之複數個平面展開位置中之對應的平面展開位置大略一致。藉此，可更加良好地檢查由圖像投影裝置50投影之圖像。另，亦可以是如下之情況：複數個光線70照射至拍攝面24a之複數個照射位置之80%以上是與當將網膜82平面展開時之在拍攝面24a之複數個光線71之複數個平面展開位置中之對應之平面展開位置大略一致。亦可以是如下之情況：複數個光線70照射至拍攝面24a之複數個照射位置之90%以上是與當將網膜82平面展開時之在拍攝面24a之複數個光線71之複數個平面展開位置中之對應之平面展開位置大略一致。

從良好地檢查圖像這點而言，宜令複數個光線70之拍攝面24a之點綴區域中之70%以上之區域是與當將網膜82平面展開時之在拍攝面24a之光線71之點綴區域重疊，更宜令80%以上之區域是重疊，更加宜令90%以上之區域是重疊。

又，圖像檢査裝置100是將構成光學系統10之各透鏡之曲率等之光學特性及各透鏡間之距離適切地設計，而令由圖像投影裝置50投影至拍攝元件24之拍攝面24a之圖像之像差接近由圖像投影裝置50投影至使用者之網膜82之圖像之像差。針對此進行說明。圖8(a)是顯示由綠色雷射光所構成之光線71從圖像投影裝置50照射至使用者之網膜82時之史特瑞比之計算結果的圖。圖8(b)是顯示由綠色雷射光所構成之光線70從圖像投影裝置50透過光學系統10照射至拍攝元件24之拍攝面24a時之史特瑞比之計算結果的圖。在此，史特瑞比是照射到之雷射光之強度分布之最大強度比，若以史特瑞比作為S、以波長作為λ、以波像差之RMS(均方根)值作為W，則藉由S=1-(2π/λ)² ×W² 而算出。圖8(c)是在圖8(a)及圖8(b)之點線的史特瑞比。在圖8(a)及圖8(b)，表示著以由圖像投影裝置50投影之圖像之中心作為原點之掃描部的掃描角度。座標軸是掃描角的角度(°)。

如圖8(a)至圖8(c)，將構成光學系統10之各透鏡之曲率等之光學特性及各透鏡間之距離適切地設計，而令綠色雷射光(波長：520nm)照射至拍攝元件24之拍攝面24a時之史特瑞比與綠色雷射光照射至網膜82時之史特瑞比大略一致。亦即，藉由適切地設計光學系統10，而將圖像之中央部之史特瑞比高、周邊部之史特瑞比低之傾向在拍攝元件24之拍攝面24a重現。

圖9(a)至圖9(c)是顯示由紅色、綠色、或藍色雷射光所構成之光線71從圖像投影裝置50照射至使用者之網膜82時之史特瑞比之計算結果的圖。圖9(d)至圖9(f)是顯示由紅色、綠色、或藍色雷射光所構成之光線70從圖像投影裝置50透過光學系統10而照射至拍攝元件24之拍攝面24a時之史特瑞比之計算結果的圖。在圖9(a)至圖9(f)，表示著以由圖像投影裝置50投影之圖像之中心作為原點之掃描部的掃描角度。座標軸是掃描角的角度(°)。

如圖9(b)及圖9(e)，將構成光學系統10之各透鏡之曲率等之光學特性及各透鏡間之距離適切地設計，而令綠色雷射光照射至拍攝元件24之拍攝面24a時之史特瑞比與綠色雷射光照射至網膜82時之史特瑞比大略一致。

藉由令綠色雷射光之史特瑞比在拍攝面24a與網膜82大略一致，如圖9(a)及圖9(d)，藍色雷射光(波長：450nm)照射至拍攝面24a時之史特瑞比是顯示與藍色雷射光照射至網膜82時之史特瑞比相同之傾向。亦即，將圖像之中央部之史特瑞比高、周邊部之史特瑞比低之傾向在拍攝面24a重現。同樣地，如圖9(c)及圖9(f)，紅色雷射光(波長：640nm)照射至拍攝面24a時之史特瑞比是顯示與紅色雷射光照射至網膜82時之史特瑞比相同之傾向。亦即，將圖像之中央部之史特瑞比高、周邊部之史特瑞比低之傾向在拍攝面24a重現。

如圖9(d)至圖9(f)，光學系統10宜具有如下之光學特性：令以拍攝元件24拍攝之圖像之中央部之史特瑞比高於端部之史特瑞比。藉此，可良好地檢查由圖像投影裝置50投影之圖像。

又，光學系統10宜具有如下之光學特性：令綠色雷射光照射至拍攝面24a時之史特瑞比與綠色雷射光照射至網膜82時之史特瑞比的差異，比藍色雷射光照射至拍攝面24a時之史特瑞比與藍色雷射光照射至網膜82時之史特瑞比的差異小。又，光學系統10宜具有如下之光學特性：令綠色雷射光照射至拍攝面24a時之史特瑞比與綠色雷射光照射至網膜82時之史特瑞比的差異，比紅色雷射光照射至拍攝面24a時之史特瑞比與紅色雷射光照射至網膜82時之史特瑞比的差異小。綠色雷射光之波長帶是位於藍色雷射光之波長帶與紅色雷射光之波長帶之間。所以，可藉由令綠色雷射光之在拍攝面24a之史特瑞比與在網膜82之史特瑞比的差異變小，而令藍色及紅色雷射光之在拍攝面24a之史特瑞比與網膜82之史特瑞比的差異變小。因此，可良好地檢查由圖像投影裝置50投影之圖像。

圖10(a)至圖10(c)是顯示由紅色、綠色、或藍色雷射光所構成之光線71從圖像投影裝置50照射至使用者之網膜82時之RMS波像差之計算結果的圖。圖10(d)至圖10(f)是顯示由紅色、綠色、或藍色雷射光所構成之光線70從圖像投影裝置50透過光學系統10而照射至拍攝元件24之拍攝面24a時之RMS波像差之計算結果的圖。在圖10(a)至圖10(f)，表示著以由圖像投影裝置50投影之圖像之中心作為原點之掃描部的掃描角度。座標軸是掃描角的角度(°)。

如圖10(b)及圖10(e)，藉由將構成光學系統10之各透鏡之曲率等之光學特性及各透鏡間之距離適切地設計，而令綠色雷射光(波長：520nm)照射至拍攝元件24之拍攝面24a時之RMS波像差與綠色雷射光照射至網膜82時之RMS波像差大略一致。亦即，將圖像之中央部之RMS值小、周邊部之RMS值大之傾向在拍攝元件24之拍攝面24a重現。

藉由令綠色雷射光之RMS波像差在拍攝面24a與網膜82大略一致，如圖10(a)及圖10(d)，藍色雷射光(波長：450nm)照射至拍攝面24a時之RMS值是顯示與藍色雷射光照射至網膜82時之RMS值相同之傾向。亦即，將圖像之中央部之RMS值小、周邊部之RMS值大之傾向在拍攝面24a重現。同樣地，如圖10(c)及圖10(f)，紅色雷射光(波長：640nm)照射至拍攝面24a時之RMS值是顯示與紅色雷射光照射至網膜82時之RMS值相同之傾向。亦即，將圖像之中央部之RMS值小、周邊部之RMS值大之傾向在拍攝面24a重現。

如圖10(d)至圖10(f)，光學系統10亦可以具有如下之特性：令以拍攝元件24拍攝之圖像之中央部之RMS波像差比端部之RMS波像差小。

接著，說明由圖像投影裝置50照射至拍攝元件24之拍攝面24a之複數個光線70之各自之色偏移。圖11(a)是顯示將使用者之網膜82平面展開時之光線71之色偏移之計算結果的圖，圖11(b)是顯示透過光學系統10而照射至拍攝元件24之拍攝面24a之光線70之色偏移之計算結果的圖。在圖11(a)及圖11(b)，表示著以由圖像投影裝置50投影之圖像之中心作為原點之掃描部的掃描角度。座標軸是掃描角的角度(°)。

如圖11(a)及圖11(b)，藉由將構成光學系統10之各透鏡之曲率等之光學特性及各透鏡間之距離適切地設計，而令從圖像投影裝置50照射至網膜82之複數個光線71、與從圖像投影裝置50照射至拍攝元件24之拍攝面24a之複數個光線70，是相對應之光線之紅色雷射光R、綠色雷射光G、及藍色雷射光B之位置偏移的傾向一致。亦即，照射至網膜82之複數個光線71是越遠離原點則紅色雷射光R之位置越相對於綠色雷射光G而朝外側偏移、藍色雷射光B之位置越相對於綠色雷射光G而朝內側偏移，此傾向在拍攝元件24之拍攝面24a重現。

圖12是顯示在圖11(a)及圖11(b)之X軸上之綠色雷射光與藍色雷射光之位置偏移量的圖。在圖12，照射至拍攝元件24之拍攝面24a之綠色雷射光G與藍色雷射光B之位置偏移量是以粗線顯示，照射至網膜82之綠色雷射光G與藍色雷射光B之位置偏移量是以細線顯示。又，將各自之位置偏移量的差以虛線顯示。另，綠色雷射光G與藍色雷射光B之位置偏移量是綠色雷射光G之中心位置與藍色雷射光B之中心位置的差。

如圖12，越遠離原點，則在拍攝元件24之拍攝面24a之綠色雷射光與藍色雷射光之位置偏移量、及、在網膜82之綠色雷射光與藍色雷射光之位置偏移量的差越大。在掃描角度為10°之位置，在拍攝元件24之拍攝面24a之綠色雷射光與藍色雷射光之位置偏移量、及、在網膜82之綠色雷射光與藍色雷射光之位置偏移量的差是6μm程度。

表2是顯示在圖11(a)及圖11(b)之點A至點E之照射至拍攝元件24之拍攝面24a之綠色雷射光與藍色雷射光之位置偏移量、及、照射至網膜82之綠色雷射光與藍色雷射光之位置偏移量的差。又，表2是顯示在圖11(a)及圖11(b)之點A至點E之照射至拍攝元件24之拍攝面24a之紅色雷射光與綠色雷射光之位置偏移量、及、照射至網膜82之紅色雷射光與綠色雷射光之位置偏移量的差。 [表2]

位置	綠色雷射光與藍色雷射光之位置偏移量的差[μm]	紅色雷射光與綠色雷射光之位置偏移量的差[μm]
A	0	0
B	-5.15	-7.89
C	6.24	8.35
D	6.12	6.12
E	12.32	12.32

如表2，在拍攝元件24之拍攝面24a之綠色雷射光與藍色雷射光之位置偏移量、及、在網膜82之綠色雷射光與藍色雷射光之位置偏移量的差是12.32μm以下，大致在13μm以下。同樣地，在拍攝元件24之拍攝面24a之紅色雷射光與綠色雷射光之位置偏移量、及、在網膜82之紅色雷射光與綠色雷射光之位置偏移量的差是12.32μm以下，大致在13μm以下。例如，當從圖像投影裝置50入射至使用者之眼球80之角膜時之光線之直徑為0.5mm程度的情況下，在網膜82之點直徑是40μm程度。因此，即便在投影圖像之周邊有13μm程度之位置偏移量的差，對檢察由圖像投影裝置50投影之圖像之品質而言是影響小。

如圖11(a)及圖11(b)，光學系統10宜具有如下之光學特性：令複數個光線70照射至拍攝元件24之拍攝面24a時之紅色雷射光及藍色雷射光相對於綠色雷射光的位置偏移方向、與複數個光線71照射至使用者之網膜82時之紅色雷射光及藍色雷射光相對於綠色雷射光的位置偏移方向相同。藉此，可良好地檢查由圖像投影裝置50投影之圖像。

雖然圖3顯示的例子是光學系統10包含從掃描光72入射側依序排列之凸透鏡12、凹透鏡14、及凸透鏡16的情況，但亦可以是其他情況。當光學系統10是由凸透鏡12、凹透鏡14、及凸透鏡16之3個透鏡構成的情況下，可令光學系統10之構成精簡化。雖然顯示的例子是掃描光72在凸透鏡12之凸面會聚的情況，但亦可以是其他情況。只要光學系統10是設在掃描光72之收斂位置即可。

拍攝元件24之解析度宜為由圖像投影裝置50投影之圖像之解析度以上。圖13(a)至圖13(d)是說明拍攝元件24之解析度宜為由圖像投影裝置50投影之圖像之解析度以上之理由的圖。圖13(a)是顯示由圖像投影裝置50投影至拍攝元件24之拍攝面24a之圖像的圖，圖13(b)至圖13(d)是顯示以拍攝元件24拍攝之圖像的圖。另，在圖13(a)至圖13(d)，由圖像投影裝置50投影之黑白圖像之彩度(濃淡)是藉由交叉影線之濃度而表示。

如圖13(a)，在圖像投影裝置50之圖像投影區域68內投影著黑圖樣46之圖像。在黑圖樣46之間是未被圖像投影裝置50照射光線70、未被投影圖樣之區域。如圖13(b)，當拍攝元件24之解析度比由圖像投影裝置50投影之圖像之解析度低的情況下，發生黑圖樣46之一部分未被周期性地拍攝之情形、及拍攝到黑圖樣46之彩度(濃淡)未被正確反映之黑圖樣46a之情形。如圖13(c)，當拍攝元件24之解析度是與由圖像投影裝置50投影之圖像之解析度同等的情況下，黑圖樣46之一部分未被拍攝之情形受到抑制。如圖13(d)，當拍攝元件24之解析度是由圖像投影裝置50投影之圖像之解析度之2倍的情況下，可更正確地反映黑圖樣46之彩度(濃淡)而拍攝。

如此，藉由令拍攝元件24之解析度是由圖像投影裝置50投影之圖像之解析度以上，可抑制由圖像投影裝置50投影之圖像之一部分無法以拍攝元件24拍攝之情形。從更正確地反映由圖像投影裝置50投影之圖像之濃淡而拍攝之觀點，拍攝元件24之解析度宜為由圖像投影裝置50投影之圖像之解析度之2倍以上，更宜為3倍以上，更加宜為4倍以上。

圖14是說明圖像投影裝置50之圖像投影區域68與拍攝元件24之拍攝區域26的圖。如圖14，為了以拍攝元件24拍攝由圖像投影裝置50投影之圖像，拍攝元件24之拍攝區域26宜比圖像投影裝置50之圖像投影區域68大。例如，拍攝區域26之縱邊之長度宜為圖像投影區域68之縱邊之長度的1.2倍以上，更宜為1.5倍以上，更加宜為1.8倍以上。同樣地，拍攝區域26之橫邊之長度宜為圖像投影區域68之橫邊之長度的1.2倍以上，更宜為1.5倍以上，更加宜為1.8倍以上。

拍攝元件24是以1次或複數次之連續的曝光時間來拍攝由圖像投影裝置50投影之圖像，1次之連續的曝光時間宜比由圖像投影裝置50投影之圖像之幀率的倒數還長。例如，當由圖像投影裝置50投影之圖像之幀率為60fps的情況下，拍攝元件24之1次之連續的曝光時間宜比1/60秒還長，當圖像之幀率為30fps的情況下，宜比1/30秒還長。

圖15是說明拍攝元件24之1次的曝光時間宜比由圖像投影裝置50投影之圖像之幀率的倒數還長之理由的圖。如圖15，當拍攝元件24之1次的曝光時間A比以圖像投影裝置50投影之圖像之幀率的倒數短的情況下，發生無法拍攝整個圖像之情形。另一方面，藉由令拍攝元件24之1次的曝光時間B比以圖像投影裝置50投影之圖像之幀率的倒數還長，可抑制從投影之圖像之中途開始拍攝且在中途結束拍攝而未拍攝整個圖像之情形。從拍攝以圖像投影裝置50投影之整個圖像之觀點，拍攝元件24之1次的曝光時間宜為以圖像投影裝置50投影之圖像之幀率的倒數之2倍以上，更宜為盡可能地長。

另，亦可以藉由有線、無線之通訊手段等而連接圖像投影裝置50與圖像檢査裝置100之控制部30，藉此，令圖像投影裝置50之圖像之投影時間點與拍攝元件24之拍攝時間點(水平同步、垂直同步等)同步，而以拍攝元件24拍攝以圖像投影裝置50投影之圖像。此情況下，因為令圖像投影時間點與拍攝時間點同步，故可由拍攝元件24拍攝1幀分量、或複數幀之圖像。

圖16是說明光學系統10及拍攝部20相對於圖像投影裝置50之旋動的圖。如圖16，亦可以令光學系統10及拍攝部20能以從圖像投影裝置50之投射部62投射之掃描光72之收斂點74(在實施例1是凸透鏡12之光線70入射之凸面部分)為中心來相對於圖像投影裝置50而旋動。光學系統10及拍攝部20相對於圖像投影裝置50之旋動可以是左右方向之旋動、上下方向之旋動、或上下左右方向之旋動。使用者要觀看由圖像投影裝置50投影至網膜之圖像之周邊部分時，是將視線移動而觀看圖像之周邊部分。所以，為了良好地檢查使用者之視線移動時之圖像，光學系統10及拍攝部20宜能以從圖像投影裝置50照射之掃描光72收斂之位置為中心來相對於圖像投影裝置50而旋動。

光學系統10及拍攝部20之對圖像投影裝置50之相對旋動可以是藉由將光學系統10及拍攝部20承載於平臺48上、使此平臺48旋轉而進行，亦可以是藉由其他方法而進行。光學系統10及拍攝部20之旋動可以是藉由檢査者以手動令平臺48動之行為而進行，亦可以是藉由檢査者對控制部30下指示、由控制部30令平臺48動之行為而進行。

雖然以上是詳細敘述本發明之實施例，但本發明並非限定於關聯之特定之實施例，可在申請專利範圍所記載之本發明之要旨之範圍內進行各式各樣之變形、變更。

1:搭載部 10:光學系統 12,16:凸透鏡 14:凹透鏡 18:支持器 20,94:拍攝部 22:殼體 24,96:拍攝元件 24a,96a:拍攝面 26:拍攝區域 30:控制部 32:檢査部 40:固定構件 42:鏡腳 44:透鏡 46,46a:黑圖樣 48:平臺 50:圖像投影裝置 52:光源 54,56,60:鏡 58:掃描部 62:投射部 64:控制部 66:圖像輸入部 68:圖像投影區域 70,70a,70b,71,71a,71b:光線 72:掃描光 73a,75a,97:垂直投影位置 73b,75b,98:平面展開位置 74:收斂點 76:圖像 78a,78b:照射位置 80:眼球 82:網膜 86:瞳孔 90:聚光透鏡 92:被投影部 100,500:圖像檢査裝置 B:藍色雷射光 G:綠色雷射光 L:長度尺寸 R:紅色雷射光

圖1是顯示與實施例1相關之圖像檢査裝置的圖。圖2是圖像投影裝置的俯視圖。圖3是說明從圖像投影裝置照射至拍攝元件之光線的圖。圖4是顯示與比較例相關之圖像檢査裝置的圖。圖5(a)及圖5(b)是說明在與比較例相關之圖像檢査裝置發生之課題的圖。圖6(a)及圖6(b)是說明與實施例1相關之圖像檢査裝置之效果的圖。圖7是顯示照射至拍攝元件之拍攝面之光線之位置、及、將網膜平面展開時之在拍攝面之光線之位置的計算結果的圖。圖8(a)是顯示由綠色雷射光所構成之光線從圖像投影裝置照射至使用者之網膜時之史特瑞比之計算結果的圖，圖8(b)是顯示透過光學系統而照射至拍攝元件之拍攝面時之史特瑞比之計算結果的圖，圖8(c)是在圖8(a)及圖8(b)之點線的史特瑞比。圖9(a)至圖9(c)是顯示由紅色、綠色、或藍色雷射光所構成之光線從圖像投影裝置照射至使用者之網膜時之史特瑞比之計算結果的圖，圖9(d)至圖9(f)是顯示透過光學系統而照射至拍攝元件之拍攝面時之史特瑞比之計算結果的圖。圖10(a)至圖10(c)是顯示由紅色、綠色、或藍色雷射光所構成之光線從圖像投影裝置照射至使用者之網膜時之RMS波像差之計算結果的圖，圖10(d)至圖10(f)是顯示透過光學系統而照射至拍攝元件之拍攝面時之RMS波像差之計算結果的圖。圖11(a)是顯示將使用者之網膜平面展開時之光線之色偏移之計算結果的圖，圖11(b)是顯示透過光學系統而照射至拍攝元件之拍攝面之光線之色偏移之計算結果的圖。圖12是顯示在圖11(a)及圖11(b)之X軸上之綠色雷射光與藍色雷射光之位置偏移量的圖。圖13(a)至圖13(d)是說明拍攝元件之解析度宜為由圖像投影裝置投影之圖像之解析度以上之理由的圖。圖14說明圖像投影裝置之圖像投影區域與拍攝元件之拍攝區域的圖。圖15是說明拍攝元件之1次的曝光時間宜比由圖像投影裝置投影之圖像之幀率的倒數還長之理由的圖。圖16是說明光學系統及拍攝部相對於圖像投影裝置之旋動的圖。

1:搭載部

10:光學系統

12,16:凸透鏡

14:凹透鏡

18:支持器

20:拍攝部

22:殼體

24:拍攝元件

24a:拍攝面

30:控制部

32:檢査部

40:固定構件

50:圖像投影裝置

70:光線

100:圖像檢査裝置

Claims

一種圖像檢査裝置，具備：搭載部，搭載將圖像直接投影至使用者之網膜之圖像投影裝置；拍攝元件，具有平面形狀之拍攝面，拍攝從前述搭載部所搭載之前述圖像投影裝置投影至前述拍攝面之圖像；光學系統，設在由前述圖像投影裝置在不同之時間出射之複數個第1光線收斂之位置，令從前述圖像投影裝置照射至前述拍攝面之前述複數個第1光線分別對焦於前述拍攝面或前述拍攝面之附近；及檢査部，檢查前述拍攝元件所拍攝之圖像；假設在前述拍攝面之前述搭載部方向有前述網膜時，以由前述圖像投影裝置在不同之時間出射而照射至前述網膜的光線作為複數個第2光線，前述複數個第1光線之各光線及前述複數個第2光線之各光線包含紅色光、綠色光、及藍色光，前述光學系統令以前述拍攝元件拍攝之圖像之中央部之史特瑞比高於端部之史特瑞比，令由前述綠色光所構成之前述複數個第1光線照射至前述拍攝面時之史特瑞比與由前述綠色光所構成之前述複數個第2光線照射至前述網膜時之史特瑞比的差異，小於由前述紅色光所構成之前述複數個第1光線照射至前述拍攝面時之史特瑞比與由前述紅色光所構成之前述複數個第2光線照射至前述網膜時之史特瑞比的差異、及由前述藍色光所構成之前述複數個第1光線照射至前述拍攝面時之史特瑞比與由前述藍色光所構成之前述複數個第2光線照射至前述網膜時之史特瑞比的差異。
如請求項1之圖像檢査裝置，其中以將第3光線垂直投影至前述拍攝面時之位置作為第1位置，前述第3光線是前述複數個第2光線中之在前述圖像之邊緣附近的光線，並且以將前述網膜平面展開而令前述網膜之表面與前述拍攝面一致時之在前述拍攝面的前述第3光線之位置作為第2位置，在此情況下，前述光學系統令第3位置比前述第1位置還要靠近前述第2位置，前述第3位置是前述複數個第1光線中之與前述第3光線對應之第4光線照射至前述拍攝面的位置。
如請求項2之圖像檢査裝置，其中前述光學系統令前述第3位置與前述第2位置一致。
如請求項1或2之圖像檢査裝置，其中前述光學系統令前述複數個第1光線照射至前述拍攝面之複數個位置的全部，與將前述網膜平面展開而令前述網膜之表面與前述拍攝面一致時之在前述拍攝面的前述複數個第2光線之複數個位置中之對應的位置一致。
如請求項1或2之圖像檢査裝置，其中前述光學系統令前述複數個第1光線照射至前述拍攝面時之前述紅色光及前述藍色光相對於前述綠色光的位置偏移方向，相同於前述複數個第2光線照射至前述網膜時之前述紅色光及前述藍色光相對於前述綠色光的位置偏移方向。
如請求項1或2之圖像檢査裝置，其中前述光學系統包含從前述複數個第1光線入射側依序排列之第1凸透鏡、凹透鏡、及第2凸透鏡。
如請求項1或2之圖像檢査裝置，其中前述拍攝元件之解析度為由前述圖像投影裝置投影至前述拍攝面之圖像之解析度以上。
如請求項1或2之圖像檢査裝置，其中前述拍攝元件之拍攝區域大於由前述圖像投影裝置投影至前述拍攝面之圖像之投影區域。
如請求項1或2之圖像檢査裝置，其中前述拍攝元件對由前述圖像投影裝置投影至前述拍攝面之圖像進行拍攝之1次的曝光時間，比由前述圖像投影裝置投影至前述拍攝面之圖像之幀率的倒數還長。
如請求項1或2之圖像檢査裝置，其中前述光學系統及前述拍攝元件能以前述複數個第1光線收斂之位置為中心來相對於前述圖像投影裝置而旋動。