WO2020196637A1 - 画像中継装置及び画像投影システム - Google Patents

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WO2020196637A1
WO2020196637A1 PCT/JP2020/013371 JP2020013371W WO2020196637A1 WO 2020196637 A1 WO2020196637 A1 WO 2020196637A1 JP 2020013371 W JP2020013371 W JP 2020013371W WO 2020196637 A1 WO2020196637 A1 WO 2020196637A1
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WO
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image
light
relay device
optical member
image relay
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/013371
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English (en)
French (fr)
Inventor
鈴木　誠
賢治 安井
齋藤　一孝
Original Assignee
株式会社Ｑｄレーザ
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Publication date
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Priority to US17/593,575 priority patent/US20220196961A1/en
Priority to JP2020542360A priority patent/JP6860258B2/ja
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    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
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    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/2006—Lamp housings characterised by the light source
    • G03B21/2033—LED or laser light sources

Definitions

  • the present invention relates to an image relay device and an image projection system.
  • Smartphones 50 and tablet terminals have become widespread as means for acquiring and displaying various types of information as shown in FIG. 10A.
  • the screen can be used to some extent. If you look at it at a distance of, you can see the entire screen.
  • FIG. 10B there is a projection device (projector) 1 that projects an image on the screen 1A or a wall instead of the screen of the terminal, and this enlarges the display by increasing the distance to the screen 1A.
  • a projection device projector 1 that projects an image on the screen 1A or a wall instead of the screen of the terminal, and this enlarges the display by increasing the distance to the screen 1A.
  • the apparatus includes a light source that emits a laser beam, a scanner that scans the laser beam emitted from the light source, and a projection optical component that projects the laser beam scanned by the scanner onto the retina.
  • This device is connected to the remote module via a cable and projects a laser beam corresponding to an image output from the remote module onto the retina (see, for example, Patent Document 2).
  • the conventional projection device disclosed in Patent Document 1 includes a light source and a scanner, and projects an image from the main body of the device, and it is difficult for a person with low eyesight to focus and visually recognize the entire screen. there were.
  • Patent Document 2 emits a laser beam corresponding to an image input from a remote module to project an image on the retina, and represents an image emitted from the projection device. It does not project a laser beam onto the retina.
  • an image relay device capable of visually recognizing the entire in-focus image even by a person with low visual acuity.
  • the image relay device emits image light which is parallel light incident from a projection device having a light source for irradiating laser light and a scanning unit for scanning the laser light based on image data.
  • a first optical member that converts each of the scanned rays so that the optical axes are parallel and each ray becomes a convergent light, and a second optical member that converts each ray output from the first optical member into parallel light. And include.
  • FIG. It is a figure which shows the use example of the image relay apparatus 100 of Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the image relay device 100 of Embodiment 1.
  • FIG. It is a side view which shows the image relay device 100.
  • It is a figure which shows the laser irradiation part 60.
  • It is a figure which shows the cross section of AA of FIG.
  • It is a figure which shows the BB arrow cross section of FIG.
  • It is a perspective view of the image relay device 100 of the second embodiment.
  • FIG. 1A is a diagram showing a usage example of the image relay device 100 of the first embodiment.
  • the smartphone 50 is, for example, a smartphone having a projector function of scanning and projecting an image, and is an example of a projection device.
  • An image relay device 100 is installed at a portion where an image is projected from the smartphone 50.
  • the image relay device 100 projects a projected image onto the user's retina by Maxwell vision.
  • FIG. 1B is a diagram showing an image relay device 100.
  • the image relay device 100 is attached to a smartphone 50 including a laser irradiation unit 60.
  • description will be made with reference to FIGS. 2 to 7 in addition to FIGS. 1A and 1B. Further, in the following, the description will be made using the XYZ Cartesian coordinate system.
  • FIG. 2 is a side view showing the image relay device 100.
  • FIG. 3 is a diagram showing a laser irradiation unit 60.
  • FIG. 4 is a diagram showing a cross section taken along the line AA of FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing a cross section taken along the line BB of FIG.
  • the smartphone 50 includes a housing 51, a display 52, a home button 53, and a laser irradiation unit 60.
  • the housing 51 exists on a portion of the outer surface of the smartphone 50 other than the display 52.
  • the display 52 is provided on the + Z side surface parallel to the XY plane in a state of being superposed on the touch panel.
  • the home button 53 is provided at the end of the display 52 on the ⁇ Y direction side and in the center of the X direction.
  • the surface excluding the surface parallel to the XY plane on the + Z direction side where the display 52 is located and the surface parallel to the XY plane on the ⁇ Z direction side opposite to the display 52 Is referred to as the side surface of the smartphone 50.
  • the laser irradiation unit 60 emits laser light in the + Y direction from an opening 54 (see FIG. 5) provided on the side surface of the housing 51 of the smartphone 50 on the + Y direction side.
  • the laser beam emitted by the laser irradiation unit 60 is a laser beam capable of projecting an image.
  • the laser irradiation unit 60 is built in the smartphone 50 as an irradiation unit of a projector (pico projector), and emits laser light from the laser irradiation unit 60 with the + Y direction side surface of the smartphone 50 facing the screen or the like to emit laser light to the screen. Project the image on the screen.
  • a projector pico projector
  • the laser irradiation unit 60 includes a light source 61, an adjustment unit 62, a plane mirror 63, and a scanning unit 64.
  • the light source 61 is a light source that emits visible laser light such as red laser light, green laser light, and blue laser light.
  • the adjusting unit 62 is an adjusting unit of an optical system that adjusts the numerical aperture (NA) and / or the beam diameter.
  • the scanning unit 64 is, for example, a two-axis MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror.
  • the plane mirror 63 is a total reflection mirror.
  • the laser light emitted by the light source 61 is reflected by the plane mirror 63 after the numerical aperture (NA) and / or the beam diameter is adjusted in the adjustment unit 62, and is reflected by the scanning unit 64. Therefore, it is scanned two-dimensionally.
  • the scanned laser beam is emitted from the opening 54 in the + Y direction of the smartphone 50.
  • the scanning unit 64 vibrates at a relatively high frequency such as 28 kHz such that an image of 60 frames is projected per second.
  • the smartphone 50 is attached with a case 80 that covers a portion other than the display 52.
  • the case 80 is a so-called jacket, and is made of resin as an example.
  • a holder 150 is provided at the end of the case 80 on the + Y direction side.
  • the case 80 has notches 81, 82, 83.
  • the notch 81 is provided in a portion corresponding to the side surface of the smartphone 50 on the + Y direction side.
  • the notch 81 is a portion cut out so that the case 80 does not cover the side surface of the smartphone 50 on the + Y direction side, and is a portion that does not cover the opening 54 of the smartphone 50.
  • the holder 150 is integrally molded with the case 80, and extends so as to rise from the edge of the notch 81 in the + Y direction.
  • the notch 82 is a notch so as not to cover the display 52, and communicates with the notch 81. Further, the notch 83 is provided in a portion corresponding to the side surface of the smartphone 50 on the ⁇ Y direction side, and communicates with the notch 82.
  • the image relay device 100 includes lenses 110 and 120, a lens barrel 130, and a housing 140.
  • a holder 150 is attached to the case 80.
  • the lenses 110 and 120 are fixed by the housing 140 and the lens barrel 130, and are held by the holder 150 via the housing 140 and the lens barrel 130.
  • the holder 150 holds the housing 140 and the lens barrel 130 for fixing the lenses 110 and 120.
  • the holder 150 is an example of a holding portion.
  • the holder 150 may be a component included in the image relay device 100.
  • the holder 150 is arranged at a position away from the display 52 so that the lenses 110, 120, the housing 140, and the lens barrel 130 do not overlap the display 52, and the lenses 110, 120, the housing 140, and the lens mirror are arranged. Holds the cylinder 130. This is to prevent the display 52 from being obstructed when a person who has no visual abnormality looks at the display 52.
  • the holder 150 includes a base portion 151 that rises in the + Y direction from the edge of the notch 81, an extending portion 152 that extends in the + Z direction from the end portion of the base portion 151 in the + Y direction, and a base portion. It has a mirror 153 provided on 151.
  • the base portion 151 and the extending portion 152 are made of resin and integrally molded.
  • the mirror 153 is a total internal reflection mirror having a reflection surface parallel to the plane in which the XY plane is rotated 45 degrees counterclockwise when viewed in FIG. 2 on the + Z direction side of the base 151.
  • the mirror 153 reflects the laser beam emitted in the + Y direction from the opening 54 (see FIG. 3) of the smartphone 50 in the + Z direction and causes it to enter the lens 110.
  • the holder 150 is integrally molded with the case 80 and the holder 150 is fixed to the smartphone 50 via the case 80. It may be fixed to the case 80, or may be fixed to the housing 51 or the like of the smartphone 50 without going through the case 80.
  • the lens 110 is an example of the first optical member, and is fixed to the lens barrel portion 131 of the lens barrel 130 (see particularly FIGS. 4 and 5).
  • the lens barrel portion 131 for fixing the lens 110 is fixed to the housing 140.
  • image lights 21, 22, and 23, which are parallel lights emitted from the laser irradiation unit 60 and reflected by the mirror 153, are incident on the lens 110.
  • the image lights 21, 22, and 23 are light rays of the scanned image light at different times.
  • the lens 110 is an optical member that converts light rays scanned by the scanning unit 64 of the laser irradiation unit 60 so that the optical axes of the light rays are parallel and each light ray becomes convergent light.
  • the lens 120 is an example of the second optical member, and is fixed to the lens barrel portion 132 of the lens barrel 130 (see particularly FIGS. 4 and 5).
  • An annular screw portion 141 is attached to the outer peripheral portion of the lens 120.
  • the screw portion 141 is an annular member in which a screw is cut on the outer peripheral surface, and is adhered with the lens 120 fitted on the inner peripheral side.
  • the position of the lens 120 is adjustable in the housing 140 by the screw portion 141.
  • the light rays of the image lights 21, 22, and 23 emitted from the lens 110 are incident on the lens 120.
  • the lens 120 converts each light beam emitted from the lens 110 into parallel light, refracts each light ray of the image light 21, 22, and 23 so as to converge near the center of the pupil 11, and emits the light beam.
  • the lens 120 is a lens that emits a laser beam to the eyeball and is an eyepiece.
  • the lens barrel 130 has lens barrel portions 131 and 132.
  • the lens barrel portions 131 and 132 are cylindrical members on which the lenses 110 and 120 are installed, respectively, and are nested and fixed to each other as shown in FIG.
  • the lens 110 is fixed in a state of being fitted inside the lens barrel portion 131 at the end portion of the lens barrel portion 131 on the ⁇ Z direction side.
  • the lens 110 may be adhered to the lens barrel portion 131.
  • the screw portion 141 is an annular member with a thread on the outer peripheral surface, and is adhered to the outer peripheral portion of the lens 120.
  • the screw portion 141 fixes the lens 220 and rotates the screw portion 141 to move the lens 220 back and forth in the optical axis direction (+ Z direction).
  • the beam diameter of the image light (laser beam) emitted from the smartphone 50 connected to the image relay device 100 may differ depending on the type of smartphone. If the beam diameter of the laser beam is different, the focus due to Maxwell vision may shift slightly.
  • the same visual acuity can be obtained regardless of the user's naked eye vision, which is called focus-free, but when the beam diameter of the laser beam increases, the user's visual acuity (refraction of the crystalline lens) Depending on the rate), the visual acuity acquired by Maxwell's vision may change.
  • a screw portion 141 is provided, and the distance between the lens 110 and the lens 120 is changed by moving the lens 120 back and forth in the optical axis direction (+ Z direction), so that the smartphone 50 emits light. Focus-free can be realized with higher accuracy according to the beam diameter of the laser beam.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the FOV (viewing angle) and the resolution in the image relay device 100.
  • FIG. 6 shows the scanning unit 64, the lenses 110 and 120, the pupil 11, and the retina 12.
  • the NA number of 120
  • the magnification By changing the NA (numerical aperture) of 120 and changing the magnification, the viewing angle of the image projected on the retina 12 can be enlarged or reduced. Increasing the NA increases the viewing angle, and decreasing the NA decreases the viewing angle.
  • the diameter of the MEMS mirror used as the scanning unit 64 is 1.0 mm and the horizontal viewing angle is about 40 degrees.
  • the magnification of the pair of lenses 110 and 120 is changed so that the viewing angle is twice the horizontal viewing angle of the MEMS mirror, the viewing angle is doubled to 80 degrees and the beam diameter is halved. That is, the beam diameter on the retina 12 is doubled.
  • the viewing angle and resolution of the image projected on the retina 12 can be adjusted by changing the NA (numerical aperture) of the lenses 110 and 120 to change the magnification.
  • the light rays of the image lights 21, 22, and 23 emitted from the laser irradiation unit 60 of the smartphone 50 are the light rays scanned by the scanning unit 64 of the laser irradiation unit 60, and are the rays of the scanned image light at different times. is there.
  • the straight line at the center indicates the optical axis of the light ray
  • the straight lines on both sides indicate the ends of the light ray
  • the distance between the straight lines on both sides corresponds to the diameter of the light ray.
  • each light beam emitted from the laser irradiation unit 60 is diffused, and each light beam is substantially parallel light.
  • Each of these rays is reflected by the mirror 153 and guided to the lens 110, and is converted by the lens 110 so that the optical axes of each ray are parallel and each ray becomes convergent light.
  • Each light ray converted into convergent light by the lens 110 propagates inside the lens barrel 130 and enters the lens 120. At this time, each light beam is focused at the substantially center of the lens 110 and the lens 120.
  • the lens 120 converts each ray into parallel light, and refracts each ray so as to converge near the center of the pupil 11 of the user's eyeball 10 on the outside (+ Z direction side) of the lens 120, so that the pupil. It is incident on 11.
  • the lens 120 converts each ray into parallel light so that each ray incident on the pupil 11 is focused and imaged on the retina 12 according to the characteristics in the user's eyeball.
  • the optical system including the lenses 110 and 120 may have a conjugated relationship between the scanning origin of the scanning unit 64, which is a MEMS mirror, and the center of the iris (the center of the pupil 11). Further, the optical system including the lenses 110 and 120 may have a conjugated relationship between the light source 61 and the retina 12. By having such a relationship, the laser beam emitted by the light source 61 and scanned by the scanning unit 64 according to the image data is imaged on the retina 12.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing the configuration of the image relay device 100A.
  • the image relay device 100A has a configuration in which an ND (Neutral Density) filter 160A, a liquid crystal shutter 160B, a half mirror 170A, a PD (PhotoDetector) 170B, and a light shielding control unit 180 are added to the image relay device 100.
  • ND Neutral Density
  • PD PhotoDetector
  • the ND filter 160A and the liquid crystal shutter 160B are arranged in this order on the optical path between the laser irradiation unit 60 and the lens 110.
  • the ND filter 160A is a filter that reduces the amount of laser light incident from the laser irradiation unit 60.
  • the liquid crystal shutter 160B is an optical device in which opening / closing control is performed by the light blocking control unit 180, and the amount of transmitted light is adjusted by adjusting the opening time.
  • such an ND filter 160A and a liquid crystal shutter 160B may be held by the holder 150 and provided in front of the mirror 153, or may be held by the housing 140 and provided in front of the lens 110.
  • the liquid crystal shutter 160B may not be installed in order to simplify the device configuration, and the position where the ND filter 160A is installed is an image of the laser beam. It can be installed at an arbitrary position on the optical path until it enters the relay device 100 and is emitted to the eyeball 10.
  • the half mirror 170A is provided on the optical path between the lenses 110 and 120, transmits a part of the light, and reflects the remaining light toward the PD170B.
  • the amount of light reflected toward the PD170B may be a small part of the incident light.
  • the PD170B detects the amount of laser light reflected by the half mirror 170A and outputs a signal indicating the amount of light to the shading control unit 180.
  • the PD170B is an element that converts light into an electric signal by utilizing photoelectric conversion.
  • the shading control unit 180 controls the opening and closing of the liquid crystal shutter 160B based on the signal representing the amount of light input from the PD 170B.
  • the light-shielding control unit 180 detects that the amount of laser light transmitted through the liquid crystal shutter 160B exceeds a level (for example, about 0.39 ⁇ W) that does not cause a problem even if it is directly incident on the human retina, the liquid crystal shutter Close 160B.
  • a microcomputer can be used as the shading control unit 180, for example.
  • a battery may be included as a power source for supplying electric power to the microcomputer, and the electric power may be supplied from the smartphone 50.
  • the microcomputer may be held by, for example, a holder 150. If there is a battery, the battery may also be held by, for example, the holder 150.
  • the laser light emitted from the laser irradiation unit 60 is reflected by the mirror 153, the amount of light is adjusted by the ND filter 160A and the liquid crystal shutter 160B, and passes through the lenses 110 and 120. It enters the pupil 11 of the user's eyeball 10 and forms an image on the retina 12.
  • a general-purpose projection device such as the smartphone 50 provides an image relay device 100 that projects a laser beam representing an image emitted from the projection device onto the retina 12 in a focus-free manner by Maxwell vision. be able to.
  • a person with visual impairment is obliged to bring the eyeball extremely close to the display 52 and partially view the image.
  • a RID (Retinal Imaging Display) device that includes a laser light source and performs retinal projection
  • the visibility of the image obtained by the retina 12 is improved, but for example, the image data of the smartphone 50 is RIDed via an HDMI (registered trademark) cable. It is complicated because it is connected to the device and the RID device scans the laser beam based on the image data, and it is troublesome to connect the RID device and the smartphone 50 with an HDMI cable.
  • HMD Head Mount Display
  • the image relay device 100 does not need to use an HDMI cable and does not require work such as fitting to the head.
  • the image relay device 100 By relaying the laser light emitted from the smartphone 50 including the laser irradiation unit 60 by the image relay device 100, the image of the smartphone 50 can be easily and easily projected onto the retina 12.
  • the user of the image relay device 100 can directly view the image by the laser beam output from the smartphone 50 via the image relay device 100, and can see the full screen with high image quality.
  • the image relay device 100 includes two lenses 110 and 120 has been described, but in consideration of the miniaturization and design of the device, image inversion, etc., a plurality of pairs of conjugated lenses are provided. May be good. Further, as described with reference to FIG. 6, the viewing angle and the resolution may be adjusted by changing the magnification.
  • the projection device is not limited to the smartphone 50 and is a tablet computer including the laser irradiation unit 60.
  • a small projector or the like including the laser irradiation unit 60 may be used.
  • FIG. 8 is a diagram showing the image relay device 200 and its configuration and operation according to the second embodiment of the present invention.
  • the smartphone 50 is a projection device having a projector function as in the first embodiment.
  • the image relay device 200 includes a lens 210, a lens 220, a mirror 253, a storage portion 242, and a screw portion 241.
  • the lens 210 is an example of the first optical member, and is fixed to a lens barrel (not shown) in the storage portion 242, and the optical axes of each ray of the image light projected from the smartphone 50 are parallel and each ray. Is an optical member that converts light into convergent light.
  • the mirror 253 reflects the image light emitted from the lens 210 so as to bend the optical path. In FIG. 8, the reflection is performed at a substantially right angle.
  • the lens 220 is an example of a second optical member, which is fixed to a lens barrel (not shown) in the storage portion 242, converts the image light reflected by the mirror 253 into parallel light, and converts the image light reflected by the mirror 253 into the pupil 11 of the eyeball 10. Each ray of the image light is refracted and emitted so as to converge near the center of the lens.
  • the screw portion 241 fixes the lens 220 and moves the lens 220 back and forth in the optical axis direction (+ Z direction).
  • the holder 250 connects the smartphone 50 and the image relay device 200, and is attached to the case 80 in the same manner as the holder 150 of the first embodiment.
  • the image light emitted from the smartphone 50 and projected onto the eyeball 10 (represented by three in the figure) is the light rays of the scanned image lights 21, 22, and 23 at different times.
  • the light rays of the image lights 21, 22, and 23 emitted from the smartphone 50 are the light rays scanned in the same manner as in the first embodiment, and are emitted from the smartphone 50 which are the light rays of the scanned image lights at different times.
  • the optical axis of each ray is diffused, and each ray is substantially parallel light.
  • Each of the image lights 21, 22, and 23 is incident on the lens 210, and is converted by the lens 210 so that the optical axes of the light rays are parallel and each light ray becomes a convergent light.
  • Each light ray converted into convergent light by the lens 210 is reflected by the mirror 253 in a direction substantially perpendicular to the lens 210, and is incident on the lens 220 arranged at a substantially right angle to the lens 210.
  • the lens 220 converts each ray into parallel light and refracts each ray so as to converge near the center of the pupil 11 of the user's eyeball 10 on the outside (+ Z direction side) of the lens 220, so that the pupil. It is incident on 11.
  • the lens 220 converts each ray into parallel light so that each ray incident on the pupil 11 is focused and imaged on the retina 12 according to the characteristics in the user's eyeball.
  • the screw portion 241 moves the lens 220 back and forth in the optical axis direction to change the distance from the lens 210, so that the screw portion 241 corresponds to the beam diameter of the laser beam emitted from the smartphone 50. It is provided to realize more accurate focus-free.
  • the lens 220 is arranged in a direction substantially perpendicular to the lens 210 by providing a mirror 253 between the lens 210 and the lens 220 which reflects light rays at a substantially right angle and is bent.
  • the distance between the two lenses is shortened as compared with the configuration shown in the first embodiment, so that the size can be reduced.
  • the lens 220 is substantially perpendicular to the lens 210, but the angle of the lens 220 with respect to the lens 210 depends on the usage state of the user, the size of the lens, and the arrangement relationship. May be set to a value other than a substantially right angle, and the arrangement of the mirror 253 and the arrangement of the lens 220 may be freely variable.
  • 9A and 9B are a perspective view and a side view of the image relay device 200 of the second embodiment. These figures are views when the image relay device 200 is installed at an angle of about 5 ° above (+ Y direction) with respect to the smartphone 50. As shown in these figures, it can be seen that in the second embodiment, the protrusion of the image relay device 200 is smaller than that of the first embodiment with respect to the smartphone 50.
  • the laser light emitted from the laser irradiation unit 60 is reflected by the mirror 253 and passes through the lenses 210 and 220. It enters the pupil 11 of the user's eyeball 10 and forms an image on the retina 12.
  • a general-purpose projection device such as the smartphone 50 provides an image relay device 200 that projects a laser beam representing an image emitted from the projection device onto the retina 12 in a focus-free manner by Maxwell vision. be able to.
  • the image relay device 200 can be provided which does not interfere with the display 52 and is more convenient for the sighted person.
  • FIG. 11 is a diagram showing the image relay device 300 of the third embodiment.
  • FIG. 11 shows a cross-sectional structure corresponding to the cross section taken along the line BB of FIG.
  • the same components as those in the first and second embodiments are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the image relay device 300 is attached to the pico projector 50A including the laser irradiation unit 60.
  • the pico projector 50A has a laser irradiation unit 60A.
  • the laser irradiation unit 60A is the same as the laser irradiation unit 60 of the smartphone 50 shown in FIG. 1A and the like.
  • the image relay device 300 includes a lens 110, a lens 120, a mirror 253, an ND filter 360A, 360B, 360C, a lens holder 355A, and a lens cover 355B.
  • the lens 110, the mirror 253, and the ND filters 360A, 360B, and 360C are arranged inside the same holder as the holder 150 of the image relay device 100 of the first embodiment, but the holder is omitted here.
  • the optical path is bent at a substantially right angle by the mirror 253 arranged between the lens 110 and the lens 120. Further, the lens 120 is held by the lens holder 355A. A lens cover 355B is attached to the + Z direction side of the lens holder 355A. The lens holder 355A and the lens cover 355B are a part of a holder (not shown) of the image relay device 300.
  • the angle of bending is not limited to such an angle, and may be tilted in the Y direction as shown in FIG. 9B, for example.
  • the three ND filters 360A, 360B, and 360C are arranged in series in this order from the mirror 253 side to the lens 120 side in the optical path between the mirror 253 and the lens 120.
  • ND filters 360A, 360B, and 360C are simply referred to as ND filters 360.
  • the user of the image relay device 300 looks into the lens cover 355B to visually recognize the image, but the output of the laser beam output by the laser irradiation unit 60A is, for example, several tens of mW, and the user directly visually recognizes the image. Too big for.
  • the image relay device 300 inserts three ND filters 360 in series in the optical path between the lens 110 and the lens 120.
  • any two ND filters out of the three ND filters 360 have a dimming rate suitable for class 1 (hereinafter referred to as class 1) of IEC60825, which is a laser product safety standard.
  • class 1 class 1
  • Any two of the three ND filters 360 have a dimming rate suitable for class 1 by any one of the three ND filters 360A, 360B, and 360C. This is to ensure the safety of class 1 with the remaining two sheets even if the sheets are damaged.
  • the ND filter 360 may be two or more. That is, when N is an integer of 2 or more, the image relay device 300 includes N ND filters 360, and class 1 dimming with arbitrary N-1 ND filters 360 arranged in series. The rate is obtained.
  • a laser that can be incident on the human retina as an HMD (Head Mount Display) and has no problem.
  • the upper limit of the light output is 0.39 ⁇ W.
  • the dimming rate by the plurality of ND filters 360 is about 1 / 100,000. ..
  • ND filters 360 Since we want to ensure safety even if one is damaged, we will use two or more ND filters 360, but in order to achieve a dimming rate of 1 / 100,000 with two ND filters 360, one ND filter 360 needs to have a dimming rate on the order of 0.01%, and it is not easy to manufacture, especially when considering mass production.
  • the dimming rate per filter is on the order of several percent, which is a realistic value.
  • the manufacturing cost of the image relay device 300 increases when the number of ND filters 360 is four or more.
  • the number of ND filters 360 is best at three, and in the third embodiment, the image relay device 300 includes three ND filters 360.
  • the upper limit of the output of the laser beam that is incident on the human retina and has no problem is set to 0 when the FOVH, which is the horizontal viewing angle of the image projected on the retina including the margin, is 26 degrees.
  • the FOVH which is the horizontal viewing angle of the image projected on the retina including the margin
  • 31 ⁇ W is used and this value is converted into the area of the visual field range when the FOVH is 40 degrees and 60 degrees, it is about 0.639 ⁇ W at 40 degrees and about 1.34 ⁇ W at 60 degrees.
  • the FOVH is assumed to be 40 degrees or 60 degrees.
  • the laser beam emitted by the laser irradiation unit 60A includes an RGB laser beam.
  • R Red
  • G Green
  • B Blue
  • the ratio of RGB is 2: 1: 0.7 as an example.
  • the color that requires the most attention among RGB is B, and if the safety of class 1 in B is ensured, the safety of class 1 can be ensured in R and G as well.
  • the output of the laser beam of B when the FOVH is 60 degrees is 0.25 ⁇ W out of 1.3 ⁇ W in the three colors of RGB. That is, when the FOVH is 60 degrees, the output of the laser beam of B may be 0.25 ⁇ W by dimming with three ND filters 360.
  • the output of the laser beam that can be projected onto the human retina is 77 ⁇ W at B (wavelength 465 ⁇ m), 390 ⁇ W at G (wavelength 515 ⁇ m), and 390 ⁇ W at R (wavelength 640 ⁇ m).
  • the image relay device 300 can ensure class 1 safety even if one of the three ND filters 360 is damaged.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between FOVH, light transmittance, and light amount.
  • FOVH when the FOVH is 40 degrees and 60 degrees, even if one of the three ND filters 360 is damaged, the output of the laser beam dimmed by the remaining two is class 1 safety.
  • the combination of light transmittance that can secure the above is shown.
  • the light transmittance is synonymous with the dimming rate.
  • the FOVH is 40 degrees
  • the light transmittances of the ND filters 360A, 360B, and 360C are all set to 2.2%, the amount of light becomes about 0.639 ⁇ W.
  • the FOVH is 60 degrees
  • the light transmittance of the ND filters 360A, 360B, and 360C is set to 2.2%, 2.2%, and 4.6%, respectively, the amount of light becomes about 1.34 ⁇ W. ..
  • the number of irradiations by the laser irradiation unit 60A by providing three ND filters 360A, 360B, and 360C in series in the optical path between the lens 110 and the lens 120.
  • the laser light of 10 mW can be dimmed to about several tens of ⁇ W. If the laser beam is several tens of ⁇ , safety can be ensured even if it is incident on the retina of the user. This is because it is below the upper limit level of class 1.
  • an image relay device 300 that projects a laser beam representing an image emitted from the pico projector 50A onto the retina.
  • FIG. 13 is a diagram showing an image relay device 300A of the first modification of the third embodiment.
  • FIG. 13 shows a cross-sectional structure corresponding to the cross section taken along the line BB of FIG.
  • the same components as those of the image relay devices 100 and 200 of the first and second embodiments and the image relay device 300 of the third embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the image relay device 300A includes a lens 110, a lens 120, a mirror 253, an ND filter 360, a polarizing plate 370A and 370B, a lens holder 355A, and a lens cover 355B.
  • the image relay device 300A is attached to a pico projector 50A including a laser irradiation unit 60.
  • the image relay device 300A includes one ND filter 360.
  • the dimming rate of one ND filter 360 is not at a level that can achieve class 1.
  • the two polarizing plates 370A and 370B are examples of the first polarizing plate and the second polarizing plate, respectively.
  • the polarizing plate 370A is rotatable with respect to the polarizing plate 370B, and by rotating the polarizing plate 370A, the angle of the polarizing axis of the polarizing plate 370B with respect to the polarization axis of the polarizing plate 370A changes, so that the polarizing plate 370A and the polarizing plate 370A The transmittance of the light passing through the polarizing plate 370B can be changed.
  • the direction of linear polarization of the laser beam reflected by the mirror 253 and transmitted through the ND filter 360 is the Y direction (the laser beam travels in the + Z direction while being polarized in the YZ plane).
  • the polarizing plate 370B to be fixed has a polarization characteristic of transmitting all the linearly polarized laser light.
  • the polarizing plate 370A has the same polarization characteristics as the polarizing plate 370B, and is configured to be rotatable around the optical axis of the laser beam in the XY plane.
  • the transmittance of the laser light transmitted through the polarizing plate 370A can be adjusted by adjusting the rotation angle of the polarizing plate 370A with respect to the polarizing plate 370B.
  • the polarizing plates 370A and 370B transmit all the laser light transmitted through the ND filter 360.
  • the polarizing plate 370A is rotated 90 degrees in the XY plane, the relative angle between the two polarizing axes becomes 90 degrees, and theoretically, the transmittance of the polarizing plate 370A becomes zero.
  • the rotation position of the polarizing plate 370A it is possible to set the transmittance (dimming rate) of the light transmitted through the polarizing plate 370B with respect to the laser light incident on the ND filter 360.
  • the laser The laser beam of several tens of mW irradiated by the irradiation unit 60A can be dimmed to about several tens of ⁇ W. In this way, the output of the B component of the light transmitted through the polarizing plate 370B can satisfy Class 1.
  • an image relay device 300A that projects a laser beam representing an image emitted from the pico projector 50A onto the retina.
  • FIG. 14 is a diagram showing an image relay device 300B of the second modification of the third embodiment.
  • FIG. 14 shows a cross-sectional structure corresponding to the cross section taken along the line BB of FIG.
  • the same components as those of the image relay devices 100 and 200 of the first and second embodiments and the image relay device 300 of the third embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the image relay device 300B includes a lens 110, a lens 120, a mirror 253B, an ND filter 360A, 360B, 360C, a lens holder 355A, and a lens cover 355B.
  • the image relay device 300B includes a mirror 253B having a blast processing layer 253B1 on the back surface side instead of the mirror 253 of the image relay device 300 shown in FIG.
  • the back surface of the mirror 253B is a surface opposite to the surface on which the mirror 253B is irradiated with the laser beam.
  • the mirror 253B is not a total reflection mirror but a partial reflection mirror.
  • the mirror 253B composed of a partially reflective mirror the reflectance on the front surface is suppressed to a low level, and a constant amount of light is transmitted toward the back surface, whereby a dimming effect can be obtained in the same manner as the ND filter 360.
  • mirrors are mainly reflected on the front surface, but reflection on the back surface also occurs.
  • the reflection on the back side is much weaker than the reflection on the front side, but the optical path shifts by the thickness of the mirror. Therefore, the reflected light on the front surface of the mirror and the reflected light on the back surface of the mirror do not form an image at the same position on the user's retina, and image bleeding or image overlap (ghost) may occur. ..
  • the blasting layer 253B1 provided on the back surface side of the mirror 253B can be produced by performing a blasting process on the back surface of the mirror 253B.
  • a blasting treatment layer 253B1 can be realized by sandblasting or the like as an example.
  • the image relay device 300B three ND filters 360A, 360B, and 360C are provided in series in the optical path between the lens 110 and the lens 120, and a blast processing layer 253B1 is provided on the back surface of the mirror 253B.
  • the laser light emitted from the laser irradiation unit 60A, dimmed and reflected on the surface of the mirror 253B, and transmitted through the ND filters 360A, 360B, and 360C can be dimmed to about several tens of ⁇ W. If the laser beam is several tens of ⁇ , safety can be ensured even if it is incident on the retina of the user. This is because it is below the upper limit level of class 1.
  • the laser beam indicated by the broken arrow that reaches the back surface without being reflected by the front surface of the mirror 253B is diffused or absorbed by the blasting layer 253B1 and therefore does not enter the ND filters 360A, 360B, and 360C.
  • an image relay device 300B that can project a laser beam representing an image emitted from the pico projector 50A onto the retina and suppress image bleeding and overlap (ghost).
  • FIG. 15 is a diagram showing an image relay device 300C of a third modification of the third embodiment.
  • FIG. 15 shows a cross-sectional structure corresponding to the cross section taken along the line BB of FIG.
  • the same components as those of the image relay devices 100 and 200 of the first and second embodiments and the image relay device 300 of the third embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the image relay device 300C includes a lens 110, a lens 120, a mirror 253C, an ND filter 360A, 360B, 360C, a lens holder 355A, and a lens cover 355B.
  • the image relay device 300C includes a mirror 253C instead of the mirror 253B of the image relay device 300B shown in FIG.
  • the mirror 253C is a mirror in which the front surface and the back surface are not parallel and the back surface is inclined with respect to the front surface. In other words, the mirror 253C is a mirror having a trapezoidal side shape.
  • the mirror mainly reflects on the front surface, but also reflects on the back surface side.
  • the reflection on the back side is much weaker than the reflection on the front side, but the optical path shifts by the thickness of the mirror. Therefore, the reflected light on the front surface of the mirror and the reflected light on the back surface of the mirror are not imaged on the retina of the user, and image bleeding or image overlap (ghost) may occur.
  • the laser beam that has reached the back surface of the mirror 253C as shown by the broken line arrow without being reflected by the front surface of the mirror 253C is shown by the solid line arrow. It can be reflected at a different angle than the laser beam reflected on the surface of the mirror 253C so that it does not enter the user's pupil or even if it enters the user's pupil, it does not reach the retina. ..
  • the laser light emitted from the laser irradiation unit 60A, dimmed and reflected on the surface of the mirror 253C, and transmitted through the ND filters 360A, 360B, and 360C can be dimmed to about several tens of ⁇ W. If the laser beam is several tens of ⁇ , safety can be ensured even if it is incident on the retina of the user. This is because it is below the upper limit level of class 1.
  • the laser beam that reaches the back surface without being reflected by the front surface of the mirror 253C is reflected at an angle different from the laser beam reflected by the front surface of the mirror 253C and does not enter the pupil of the user or is used. Even if it enters the pupil of a person, it does not reach the retina.
  • an image relay device 300C that can project a laser beam representing an image emitted from the pico projector 50A onto the retina and suppress image bleeding and overlap (ghost).
  • FIG. 16 is a diagram showing an image relay device 300D of a fourth modification of the third embodiment.
  • the image relay device 300D includes a mirror 253D having a convexly curved back surface in place of the mirror 253C of the image relay device 300C shown in FIG.
  • the laser beam that reaches the back surface without being reflected by the front surface of the mirror 253D is reflected at a different angle from the laser beam reflected by the front surface of the mirror 253D and is reflected in the pupil of the user. Can be prevented from reaching the retina even if it does not enter or enters the user's pupil.
  • the back surface of the mirror 253D may be curved in a concave shape.
  • FIG. 17 is a diagram showing the image relay device 400 of the fourth embodiment.
  • the image relay device 400 is attached to the pico projector 50A.
  • FIG. 18 shows the appearance of the image relay device 400.
  • the image relay device 400 has a holder 450.
  • the image relay device 400 includes a lens 110, a lens 120, a mirror 253, an ND filter 360A, 360B, and 360C, similarly to the image relay device 300 of the third embodiment.
  • the lens 120 is exposed from the central opening of the lens cover 455 of the holder 450, and the lens 110, the lens 120, the mirror 253, the ND filter 360A, 360B, and 360C are built in the holder 450. ..
  • the holder 450 has a base portion 451 and a mounting portion 452, a screw 453, a lens holder 455A, and a lens cover 455B.
  • FIG. 18 is a diagram showing a state in which the mounting portion 452 and the screw 453 are removed from the image relay device 400.
  • FIG. 19 is a diagram showing a mounting portion 452 and a screw 453.
  • the base portion 451 is a housing having a configuration in which an end portion of the pico projector 50A on the + Y direction side is fitted inside.
  • the size of the internal space communicating with the opening 451D of the base 451 is matched to the size of the pico projector 50A.
  • the base portion 451 has a pair of engaging holes 451A1, 451A2, and 451A3 on the ⁇ Y direction side of the surface on the + Z direction side.
  • the pair of engaging holes 451A1, 451A2, and 451A3 are provided along the X direction, respectively. Further, the pair of engaging holes 451A1, 451A2, and 451A3 are arranged in this order from the + Y direction side to the ⁇ Y direction side.
  • the pair of engaging holes 451A1, 451A2, and 451A3 penetrate the wall portion on the + Z direction side of the base portion 451.
  • the engaging holes 451A1 and the engaging holes 451A3 are oriented in the longitudinal direction in the X direction in a plan view. It is a rectangular hole portion having, and the engaging hole 451A2 is an L-shaped hole portion. The position of the end portion of the L-shaped hole portion of the engaging hole 451A2 on the ⁇ X direction side is aligned with the positions of the engaging hole 451A1 and the engaging hole 451A3 in the X direction.
  • the mounting portion 452 has a base portion 452A, a pair of engaging portions 452B, a fixing portion 452C, and a through hole 452D.
  • the base portion 452A is a rectangular plate-shaped portion in a plan view, and a pair of engaging portions 452B are provided on the back surface side (pico projector 50A side).
  • FIG. 19 shows one of the pair of engaging portions 452B, but the pair of engaging portions 452B are arranged at intervals in the X direction.
  • the distance between the pair of engaging portions 452B in the X direction is equal to the distance between the pair of engaging holes 451A1 and 451A3 in the X direction. Further, the length of each engaging portion 452B in the X direction is adjusted to the length of the engaging holes 451A1 and 451A3 in the X direction.
  • the engaging portion 452B protrudes in the ⁇ Z direction from the back surface side of the base portion 452A and is bent in the ⁇ Y direction. Such an engaging portion 452B can be inserted into the engaging holes 451A1, 451A2, and 451A3. By inserting the pair of engaging portions 452B into the pair of engaging holes 451A1 or 451A3 and sliding them in the ⁇ Y direction, the pair of engaging portions 452B can be engaged with the pair of engaging holes 451A1 or 451A3. Further, if the pair of engaging portions 452B are inserted into the pair of engaging holes 451A2 and slid in the ⁇ Y direction to engage and then slid in the ⁇ X direction, they are engaged with the engaging holes 451A1 or 451A3. It can be engaged with the pair of engagement holes 451A2 at the same position in the X direction as in the case of the case.
  • the fixed portion 452C is a portion of the base portion 452A that is continuous in the ⁇ Y direction, and is connected to the base portion 452A via an arch-shaped bent portion 452C1, so that the fixed portion 452C can be bent in the ⁇ Z direction with respect to the base portion 452A. ..
  • the fixed portion 452C has a substantially triangular shape in a plan view, and the portion on the apex side on the ⁇ Y direction side is curved over the X direction. Since the fixed portion 452C abuts on the surface of the pico projector 50A on the + Z direction side, the portion on the ⁇ Y direction side of the bent portion 452C1 projects in the ⁇ Z direction and is thicker.
  • the through hole 452D is provided at substantially the center of the width in the X direction on the ⁇ Y direction side of the fixing portion 452C.
  • a screw 453 is inserted into the through hole 452D.
  • the screw 453 has a screw tip 453A (see FIG. 19) inserted into the through hole 452D of the fixing portion 452C, and as an example, the screw hole 50A1 provided on the surface of the pico projector 50A on the + Z direction side (see FIG. 18). Screwed into.
  • the diameter of the screw hole 50A1 provided on the surface of the pico projector 50A on the + Z direction side is such that in a general pico projector, a 1/4 inch screw (6.35 mm screw) for fixing to a tripod is used. Therefore, if the screw tip 453A is set to a 1/4 inch screw, the versatility is increased and it is possible to cope with the use of different pico projectors.
  • the screw tip 453A of the screw 453 is engaged with the screw hole 50A1 of the pico projector 50A in a state where the pair of engaging portions 452B are engaged with any of the pair of engaging holes 451A1, 451A2, and 451A3.
  • the holder 450 can be attached to the pico projector 50A.
  • Whether to engage the pair of engaging portions 452B with any of the pair of engaging holes 451A1, 451A2, 451A3 depends on the size of the pico projector 50A in the Y direction and the screw holes from the end of the pico projector 50A on the + Y direction side. It may be selected according to the distance to 50A1.
  • the positions of the pair of engaging holes 451A1, 451A2, and 451A3 are different in the Y direction, and three types are provided so as to be compatible with various types of pico projectors 50A.
  • the lens holder 455A is the same as the lens holder 355A of the third embodiment, and holds the lens 120.
  • the lens holder 455A is attached to the + Z direction side of the end portion of the base portion 451 on the + Y direction side.
  • a lens cover 455B similar to the lens cover 355B of the third embodiment is attached to the lens holder 455A.
  • FIG. 20 is a diagram showing a state in which the image relay device 400 is attached to pico projectors 50A of various sizes.
  • (A), (B), and (C) of FIG. 20 show three pico projectors 50A in which the positions of the screw holes 50A1 are different.
  • the engaging portion 452B of the mounting portion 452 is omitted, and the engaging holes 451A1, 451A2, and 451A3 are shown.
  • the engaging portion 452B is fixed to the engaging hole 451A1.
  • the engaging portion 452B is fixed to the engaging hole 451A3.
  • the engaging portion 452B is fixed to the engaging hole 451A2.
  • the holder 450 of the image relay device 400 can be attached to pico projectors 50A of various sizes in which the positions of the screw holes 50A1 are different depending on which of the engaging holes 451A1, 451A2, and 451A3 is attached to the attachment portion 452. is there.
  • the number of engaging holes may be any number. Good.
  • the image relay device 400A includes a holder 450, which has a base 451, a lens holder 455A, and a lens cover 455B.
  • the mounting portion 452 and the screw 453 of the holder 450 are omitted.
  • the lens holder 455A holding the lens 120 shown in FIG. 21 is screwed to the base portion 451 and can be replaced with the lens holder 455A1 holding the lens 120A shown in FIG. 22.
  • the lens 120 is, for example, a lens having a FOVH of 40 degrees
  • the lens 120A is, for example, a lens having a FOVH of 60 degrees.
  • the lens 120A is thicker than the lens 120 and has a shorter focal length. Therefore, the lens holder 455A1 is shorter than the lens holder 455A.
  • the lens 110 is, for example, a lens having a FOVH of 40 degrees.
  • the distances from the lenses 110 and 120 to the point P where the laser beam converges between the lens 110 and the lens 120 are both equal at L1.
  • the WD (Working Distance) of the lens 120 is L3.
  • the distances from the lenses 110 and 120A to the point P where the laser beam converges between the lens 110 and the lens 120A are L1 and L2 (L1>, respectively. It becomes L2). This is because the lens 120A has a larger FOVH.
  • the WD of the lens 120A is L4 (L4 ⁇ L3).
  • the FOVH of the lens 120A is 60 degrees, which is larger than the FOVH (40 degrees) of the lens 120A, a wider laser beam is incident on the retina 12 of the user, and a larger image is provided. ..
  • 25 to 28 are views showing the image relay device 400B of the second modification of the fourth embodiment.
  • the image relay device 400B is different from the image relay device 400 of the fourth embodiment in that it has a holder 450B.
  • the holder 450B has a base portion 451B, a mounting portion 452, a lens holder 455A, and a lens cover 455B.
  • the holder 450B also has a screw 453 (see FIG. 17), but this is omitted here.
  • the base portion 451B is different from the base portion 451 of the holder 450 of the fourth embodiment in that the lens holder 455A is rotatably held in the XZ plane by 90 degrees. In addition, in FIG. 26 and FIG. 28, the base portion 451 is omitted.
  • the lens holder 455A and the lens cover 455B are oriented so that the lens 120 faces the + Z direction side.
  • a horizontally long image output from the laser irradiation unit 60A is displayed by the user. Is visually recognized as a horizontally long image.
  • the lens holder 455A and the lens cover 455B are rotated so that the lens 120 faces the ⁇ X direction side.
  • a horizontally long image output from the laser irradiation unit 60A is displayed.
  • the user visually recognizes it as a vertically long image.
  • the image relay device 400B capable of corresponding to the horizontally long image and the vertically long image output from the laser irradiation unit 60A can be obtained.
  • FIG. 29 is a diagram showing the image relay device 500 of the fifth embodiment.
  • the image relay device 500 has the same configuration as the image relay device 300 of the third embodiment.
  • FIG. 29 shows the lens 110, the lens 120, and the mirror 253 among the components of the image relay device 500.
  • the laser beam emitted from the scanning unit 64 of the laser irradiation unit 60 is incident on the lens 110.
  • the index 501 is arranged at the position P where the laser beam converges between the lens 110 and the lens 120.
  • the index 501 is, for example, an index for a visual acuity test, and a circle is drawn on a transparent film at the intersection of two straight lines extending in the horizontal direction and the vertical direction and intersecting each other.
  • an index can be used as a fixation index for a visual field test.
  • the index is arranged at the point P, an image of the index is formed on the retina 12, so that when the scanning unit 64 scans the laser beam to draw an image of an automobile or the like, the retina 12 has an image of the automobile or the like. An image in which the fixation index for the visual field test is superimposed is formed.
  • an image relay device 500 capable of forming an image of an image used as a fixation index of a visual field test on the retina 12.
  • a transparent film having various images may be arranged instead of the index 501.
  • FIG. 30 is a diagram showing an image relay device 500A of a modified example of the fifth embodiment.
  • the image relay device 500A has a configuration in which the mirror 253 of the image relay device 500 shown in FIG. 29 is replaced with a partial transmission mirror 553, and a lens 510 is added.
  • the distance between the lens 510 and the back surface of the partially transmissive mirror 553 is equal to the distance between the front surface of the partially transmissive mirror 553 and the position of the lens 110.
  • a tree 550 is arranged as a subject on the back surface side of the partially transparent mirror 553.
  • the image of the tree 550 passes through the partial transmission mirror 553, enters the pupil 11 through the lens 120, and forms an image on the retina 12.
  • the scanning unit 64 scans the laser beam and draws an image of an automobile or the like, an image in which the image of the tree 550 is superimposed on the image of the automobile or the like is formed on the retina 12.
  • the tree 550 is shown here, instead of the tree 550, images of various subjects can be superimposed on the image output from the laser irradiation unit 60. That is, an AR (Augmented Reality) image can be formed on the user's retina 12.
  • the image relay device 500 capable of forming an AR image on the retina 12.
  • Smartphone Projection device
  • a Pico Projector 52
  • Display 60
  • Laser Irradiation Unit 61
  • Light Source 64 Scanning Unit 100, 200
  • Lens Lens barrel 140 Housing 150, 250, Holder

Landscapes

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Abstract

投影装置から出射される画像を表すレーザ光を網膜に投影する画像中継装置を提供する。 画像中継装置は、レーザ光を照射する光源と、画像データに基づいて前記レーザ光を走査する走査部とを有する投影装置から入射される平行光である画像光を、走査された各光線の光軸が平行でかつ各光線が収束光になるように変換する第１光学部材と、前記第１光学部材から出力された各光線を平行光に変換する第２光学部材とを含む。

Description

画像中継装置及び画像投影システム
　本発明は、画像中継装置及び画像投影システムに関する。
　図１０Ａに示すような、各種情報を取得し、表示する手段として、スマートフォン５０やタブレット端末が普及している。これらが表示する画面を使用者が視認する場合、晴眼者（視覚に障害のない者で、視力が低くても眼鏡などの矯正手段である程度の視力が得られる人）であれば、画面からある程度の距離を置いて視認すれば、画面全体を視認できる。
　しかし、強度近視者や視覚に障害があって視力が低い者は、眼（顔）を近づけることによって画面にピントを合わせて視認することができたとしても、一部しかその視野に入らず、画面全体を一度に視認することができないことがある。
　また、図１０Ｂに示すように、端末の画面ではなく、スクリーン１Ａや壁に画像を投影する投影装置（プロジェクタ）１があり、これはスクリーン１Ａまでの距離を長くすることで、表示を拡大することができるが、これも、視力の低い者は、投影表示にピントを合わせて視認することが困難なことがある。
　このようなプロジェクタで、最近ではスマートフォンのような情報端末にプロジェクタ機能を搭載したもの（例えば、特許文献１参照）や、スマートフォン程度の大きさのプロジェクタ機器が販売されている。
　一方で、低減したおよび／または不均等な網膜機能を補償することによって、低減した機能性を有する網膜を有する視力障害をもった個人の視力を補助する装置がある。この装置は、レーザ光を出射する光源、光源から出射されるレーザ光を走査するスキャナ、及び、スキャナで走査されたレーザ光を網膜に投影する投影光学部品を含む。この装置は、リモートモジュールにケーブルを介して接続され、リモートモジュールから出力される画像に応じたレーザ光を網膜に投影している（例えば、特許文献２参照）。
特開２００６－３３０７２０号公報 特表２０１５－５２６１８７号公報
　ところで、特許文献１に開示されている従来の投影装置は、光源及びスキャナを含み、装置本体から画像を投影するもので視力の低い者がピントを合わせて、画面全体を視認することが困難であった。
　また、特許文献２に開示されている従来の装置は、リモートモジュールから入力される画像に応じたレーザ光を出射して網膜に画像を投影するものであり、投影装置から出射される画像を表すレーザ光を網膜に投影するものではない。
　そこで、画像を投影する投影装置から出射される画像を表すレーザ光を網膜に投影することによって、視力の低い者でも、ピントが合った画像全体を視認することができる画像中継装置を提供することを目的とする。
　本発明の実施の形態の画像中継装置は、レーザ光を照射する光源と、画像データに基づいて前記レーザ光を走査する走査部とを有する投影装置から入射される平行光である画像光を、走査された各光線の光軸が平行でかつ各光線が収束光になるように変換する第１光学部材と、前記第１光学部材から出力された各光線を平行光に変換する第２光学部材とを含む。
　投影装置から出射される画像を表すレーザ光を網膜に投影する画像中継装置を提供することができる。
実施の形態１の画像中継装置１００の使用例を示す図である。 実施の形態１の画像中継装置１００を示す図である。 画像中継装置１００の示す側面図である。 レーザ照射部６０を示す図である。 図１のＡ－Ａ矢視断面を示す図である。 図１のＢ－Ｂ矢視断面を示す図である。 画像中継装置１００におけるＦＯＶと解像度の関係を示す図である。 画像中継装置１００Ａの構成を概略的に示す図である。 実施の形態２を画像中継装置２００とその構成及び動作を示す図である。 実施の形態２の画像中継装置１００の斜視図である。 実施の形態２の画像中継装置１００の側面図である。 従来のスマートフォンの使用状態を示す図である。 スクリーンや壁に画像を投影する投影装置の使用状態を示す図である。 実施の形態３の画像中継装置３００を示す図である。 ＦＯＶＨ、光透過度、光量の関係を示す図である。 実施の形態３の第１変形例の画像中継装置３００Ａを示す図である。 実施の形態３の第２変形例の画像中継装置３００Ｂを示す図である。 実施の形態３の第３変形例の画像中継装置３００Ｃを示す図である。 実施の形態３の第４変形例の画像中継装置３００Ｄを示す図である。 実施の形態４の画像中継装置４００を示す図である。 画像中継装置４００から取付部４５２及びネジ４５３を取り外した状態を示す図である。 取付部４５２及びネジ４５３を示す図である。 画像中継装置４００を様々なサイズのピコプロジェクタ５０Ａに取り付けた状態を示す図である。 実施の形態４の第１変形例の画像中継装置４００Ａを示す図である。 実施の形態４の第１変形例の画像中継装置４００Ａを示す図である。 レンズ１２０、１２０Ａを用いた場合の光路を示す図である。 レンズ１２０、１２０Ａを用いた場合の光路を示す図である。 実施の形態４の第２変形例の画像中継装置４００Ｂを示す図である。 実施の形態４の第２変形例の画像中継装置４００Ｂを示す図である。 実施の形態４の第２変形例の画像中継装置４００Ｂを示す図である。 実施の形態４の第２変形例の画像中継装置４００Ｂを示す図である。 実施の形態５の画像中継装置５００を示す図である。 実施の形態５の変形例の画像中継装置５００Ａを示す図である。
　以下、本発明の画像中継装置を適用した実施の形態について説明する。
　＜実施の形態１＞
　図１Ａは、実施の形態１の画像中継装置１００の使用例を示す図である。スマートフォン５０は、例えば画像を走査して投影するプロジェクタ機能を備えたスマートフォンであり、投影装置の一例である。このスマートフォン５０から画像が投影される部位に画像中継装置１００を設置する。この画像中継装置１００により、投影画像をマックスウエル視によって使用者の網膜へ投影する。
　図１Ｂは画像中継装置１００を示す図である。画像中継装置１００は、一例として、レーザ照射部６０を含むスマートフォン５０に取り付けられている。以下では図１Ａ及び図１Ｂに加えて図２乃至図７を用いて説明する。また、以下ではＸＹＺ直交座標系を用いて説明する。
　図２は、画像中継装置１００を示す側面図である。図３は、レーザ照射部６０を示す図である。図４は、図１のＡ－Ａ矢視断面を示す図である。図５は、図１のＢ－Ｂ矢視断面を示す図である。
　図１Ｂ、図２に示すように、スマートフォン５０は、筐体５１、ディスプレイ５２、ホームボタン５３、及びレーザ照射部６０を含む。筐体５１は、スマートフォン５０の外表面のうちディスプレイ５２以外の部分に存在する。ディスプレイ５２は、ＸＹ平面に平行な＋Ｚ側の面にタッチパネルと重ね合わせた状態で設けられている。ホームボタン５３は、ディスプレイ５２の中の－Ｙ方向側の端部でＸ方向の中央に設けられている。
　以下では、スマートフォン５０の外表面のうち、ディスプレイ５２がある＋Ｚ方向側でＸＹ平面に平行な面と、ディスプレイ５２とは反対側の－Ｚ方向側でＸＹ平面に平行な面とを除いた面をスマートフォン５０の側面と称す。
　レーザ照射部６０は、スマートフォン５０の筐体５１の＋Ｙ方向側の側面に設けられた開口部５４（図５参照）から＋Ｙ方向にレーザ光を出射する。レーザ照射部６０が出射するレーザ光は、画像を投影可能なレーザ光である。
　レーザ照射部６０は、プロジェクタ（ピコプロジェクタ）の照射部としてスマートフォン５０に内蔵されており、スマートフォン５０の＋Ｙ方向の側面をスクリーン等に向けた状態でレーザ照射部６０からレーザ光を出射し、スクリーン等に画像を投影する。
　図３に示すように、レーザ照射部６０は、光源６１、調整部６２、平面ミラー６３、走査部６４を有する。光源６１は、赤色レーザ光、緑色レーザ光、及び青色レーザ光の可視レーザ光を出射する光源である。調整部６２は、開口数（ＮＡ）及び／又はビーム径を調整する光学系の調整部である。走査部６４は、例えば、２軸のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーである。平面ミラー６３は全反射ミラーである。
　図３に示すように、レーザ照射部６０において、光源６１が出射したレーザ光は、調整部６２において開口数（ＮＡ）及び／又はビーム径が調整され、平面ミラー６３で反射され、走査部６４よって２次元的に走査される。走査されたレーザ光は、開口部５４からスマートフォン５０の＋Ｙ方向に出射される。走査部６４は、例えば、１秒間に６０フレームの画像が投影されるような２８ｋＨｚ等の比較的高い周波数で振動する。
　図１Ｂ、図２に示すように、スマートフォン５０には、ディスプレイ５２以外の部分を覆うケース８０が取り付けられている。ケース８０は、所謂ジャケットであり、一例として樹脂製である。ケース８０の＋Ｙ方向側の端部には、ホルダ１５０が設けられている。
　図１Ｂに示すように、ケース８０は、切欠部８１、８２、８３を有する。切欠部８１は、スマートフォン５０の＋Ｙ方向側の側面に対応する部分に設けられている。切欠部８１は、ケース８０がスマートフォン５０の＋Ｙ方向側の側面を覆わないように切り欠かれた部分であり、スマートフォン５０の開口部５４を覆わないようにした部分である。ホルダ１５０は、一例としてケース８０と一体成型されており、切欠部８１の縁から＋Ｙ方向に立ち上がるように延在している。
　図１Ｂに示すように、切欠部８２は、ディスプレイ５２の上を覆わないように切り欠かれた部分であり、切欠部８１に連通している。また、切欠部８３は、スマートフォン５０の－Ｙ方向側の側面に対応する部分に設けられており、切欠部８２に連通している。
　図２、図４に示すように、画像中継装置１００は、レンズ１１０、１２０、レンズ鏡筒１３０、及び筐体１４０を含む。ケース８０にはホルダ１５０が取り付けられている。レンズ１１０、１２０は、筐体１４０及びレンズ鏡筒１３０によって固定され、筐体１４０及びレンズ鏡筒１３０を介してホルダ１５０によって保持されている。換言すれば、ホルダ１５０は、レンズ１１０、１２０を固定する筐体１４０及びレンズ鏡筒１３０を保持している。ホルダ１５０は、保持部の一例である。
　なお、ここではホルダ１５０が画像中継装置１００に含まれず、ケース８０と一体になっている構成について説明するが、ホルダ１５０は、画像中継装置１００に含まれる構成要素であってもよい。
　ホルダ１５０は、レンズ１１０、１２０、筐体１４０、レンズ鏡筒１３０がディスプレイ５２と重ならないように、ディスプレイ５２を避けた位置に配置されるように、レンズ１１０、１２０、筐体１４０、レンズ鏡筒１３０を保持する。視覚に異常がない者がディスプレイ５２を見る際に、ディスプレイ５２を遮らないようにするためである。
　図１Ｂ及び図２に示すように、ホルダ１５０は、切欠部８１の縁から＋Ｙ方向に立ち上がる基部１５１と、基部１５１の＋Ｙ方向の端部から＋Ｚ方向に延在する延在部１５２と、基部１５１に設けられたミラー１５３とを有する。
　基部１５１及び延在部１５２は樹脂製で一体的に成形されている。ミラー１５３は、基部１５１の＋Ｚ方向側において、ＸＹ平面をＸＺ平面側に図２で見て反時計回りに４５度回転させた平面に平行な反射面を有する全反射ミラーである。ミラー１５３は、スマートフォン５０の開口部５４（図３参照）から＋Ｙ方向に出射されるレーザ光を＋Ｚ方向に反射させて、レンズ１１０に入射させる。
　なお、ここでは、ホルダ１５０がケース８０と一体成型されていて、ホルダ１５０がケース８０を介してスマートフォン５０に固定される形態について説明するが、ホルダ１５０は、ケース８０とは別体であってケース８０に固定されてもよく、ケース８０を介さずにスマートフォン５０の筐体５１等に固定されてもよい。
　レンズ１１０は、第１光学部材の一例であり、レンズ鏡筒１３０のうちの鏡筒部１３１に固定されている（特に図４及び図５参照）。レンズ１１０を固定する鏡筒部１３１は、筐体１４０に固定される。
　図５に示すように、レンズ１１０には、レーザ照射部６０から出射され、ミラー１５３で反射された平行光である画像光２１、２２、２３が入射する。画像光２１、２２、２３は走査された画像光の異なる時間における光線である。レンズ１１０は、レーザ照射部６０の走査部６４で走査された各光線の光軸が平行でかつ各光線が収束光になるように変換する光学部材である。
　レンズ１２０は、第２光学部材の一例であり、レンズ鏡筒１３０のうちの鏡筒部１３２に固定されている（特に図４及び図５参照）。レンズ１２０の外周部には、円環状のネジ部１４１が取り付けられる。ネジ部１４１は、外周面にネジが切られた円環状の部材であり、内周側にレンズ１２０が嵌め込まれた状態で接着される。レンズ１２０は、ネジ部１４１によって筐体１４０にその位置を調整可能に設置される。
　レンズ１２０には、レンズ１１０から出射された画像光２１、２２、２３の光線が入射する。レンズ１２０は、レンズ１１０から出射された各光線を平行光に変換し、瞳孔１１の中心近傍で画像光２１、２２、２３の各光線が収束するように屈折させて出射する。レンズ１２０は、図４及び図５に示すように、眼球にレーザ光を出射するレンズであり、接眼レンズである。レンズ鏡筒１３０は、鏡筒部１３１及び１３２を有する。鏡筒部１３１及び１３２は、レンズ１１０及び１２０をそれぞれ設置する円筒状の部材であり、図５に示すように入れ子式に組み合わされて互いに固定される。
　レンズ１１０は、鏡筒部１３１の－Ｚ方向側の端部において、鏡筒部１３１の内部に嵌め込まれた状態で固定される。レンズ１１０は、鏡筒部１３１に対して接着されてもよい。
　図４、図５に示すように、ネジ部１４１は、外周面にネジが切られた円環状の部材であり、レンズ１２０の外周部に接着されている。ネジ部１４１は、レンズ２２０を固定するとともに、ネジ部１４１を回転させることによって、レンズ２２０を光軸方向（＋Ｚ方向）に前後移動させる。
　画像中継装置１００と接続するスマートフォン５０から出射される画像光（レーザ光）のビーム径は、スマートフォンの種類によって異なることがある。レーザ光のビーム径が異なると、マックスウエル視によるフォーカスが多少ずれることがある。
　マックスウエル視による投影では、使用者の裸眼視力によらずに、同等の視力を得ることができ、これをフォーカスフリーというが、レーザ光のビーム径が大きくなると、使用者の視力（水晶体の屈折率）によって、マックスウエル視のよって獲得される視力が変化することがある。
　これに対応するために、ネジ部１４１を備えており、レンズ１２０を光軸方向（＋Ｚ方向）に前後させることでレンズ１１０とレンズ１２０との距離を変化させることで、スマートフォン５０から出射されるレーザ光のビーム径に対応して、より精度高くフォーカスフリーを実現することができるようになる。
　図６は、画像中継装置１００におけるＦＯＶ（視野角）と解像度の関係を示す図である。図６には、走査部６４、レンズ１１０、１２０、瞳孔１１、及び網膜１２を示す。１２０のＮＡ（開口数）を変えて倍率を変更することで、網膜１２に投影する画像の視野角を拡大又は縮小することができる。ＮＡを大きくすれば視野角は大きくなり、ＮＡを小さくすれば視野角は小さくなる。
　走査部６４として用いるＭＥＭＳミラーの直径が１．０ｍｍ、水平視野角が４０度程度であるとする。例えばレンズ１１０、１２０の対による倍率を視野角がＭＥＭＳミラーの水平視野角の倍になるように変更すると、視野角は２倍の８０度になり、ビーム径は１／２になる。すなわち、網膜１２上のビーム径は２倍になる。このように、レンズ１１０、１２０のＮＡ（開口数）を変えて倍率を変更することで、網膜１２に投影する画像の視野角と解像度を調整することができる。
　次に、以上のような画像中継装置１００の光学的な動作について図５と図６を用いて説明する。
　スマートフォン５０のレーザ照射部６０から出射される画像光２１、２２、２３の各光線はレーザ照射部６０の走査部６４で走査された光線であって、走査された画像光の異なる時間における光線である。図６におけるこの各光線の直線は、中心の直線が光線の光軸を示し、両側の直線が光線の端を示しており、両側の直線の間隔が光線の径に相当する。
　レーザ照射部６０から出射された各光線の光軸は拡散し、かつ各光線は略平行光となっている。
　この各光線はそれぞれミラー１５３で反射してレンズ１１０へ導かれ、レンズ１１０で各光線の光軸が平行でかつ各光線が収束光になるように変換される。
　レンズ１１０で収束光に変換された各光線は、レンズ鏡筒１３０の内部を伝搬してレンズ１２０に入射する。このとき各光線は、レンズ１１０とレンズ１２０との略中央で集光している。
　そして、レンズ１２０で、各光線を平行光に変換するとともに、レンズ１２０の外側（＋Ｚ方向側）にある使用者の眼球１０の瞳孔１１の中心近傍で各光線が収束するように屈折させて瞳孔１１に入射させる。
　この瞳孔１１に入射した各光線が、使用者の眼球内の特性によって網膜１２上で集光して結像するように、レンズ１２０が各光線を平行光に変換する。
　これにより、スマートフォン５０などの投影装置から投影された投影画像光線を、マックスウエル視によってフォーカスフリーで網膜へ投影することが可能となる。
　ここで、レンズ１１０及び１２０を含む光学系は、ＭＥＭＳミラーである走査部６４の走査原点と、虹彩の中心（瞳孔１１の中心）とにおいて共役の関係を有すればよい。また、レンズ１１０及び１２０を含む光学系は、光源６１と網膜１２において共役の関係を有すればよい。このような関係を持たせることにより、光源６１で出射され、画像データに応じて走査部６４で走査されたレーザ光は、網膜１２上に結像する。
　また、スマートフォン５０のレーザ照射部６０が出射するレーザ光の出力を調整せずに網膜１２に入射させると、出力が大きすぎる場合がある。このような場合には、図７のような構成にすればよい。図７は、画像中継装置１００Ａの構成を概略的に示す図である。
　画像中継装置１００Ａは、画像中継装置１００にＮＤ(Neutral Density)フィルタ１６０Ａ、液晶シャッタ１６０Ｂ、ハーフミラー１７０Ａ、ＰＤ(Photo Detector)１７０Ｂ、遮光制御部１８０を追加した構成を有する。これら以外には、図７にはレンズ１１０、１２０とレーザ照射部６０のみを示し、他の構成要素は省略する。
　ＮＤフィルタ１６０Ａ及び液晶シャッタ１６０Ｂは、レーザ照射部６０とレンズ１１０との間の光路上にこの順に配置されている。ＮＤフィルタ１６０Ａは、レーザ照射部６０から入射するレーザ光の光量を低減するフィルタである。液晶シャッタ１６０Ｂは、遮光制御部１８０によって開閉制御が行われ、開放される時間を調節することによって透過する光の量を調節する光学デバイスである。このようなＮＤフィルタ１６０Ａ及び液晶シャッタ１６０Ｂは、一例として、ホルダ１５０によって保持されてミラー１５３の手前側に設けられるか、又は、筐体１４０によって保持されてレンズ１１０の手前に設けられればよい。なお、ＮＤフィルタ１６０Ａでの減光が充分である場合は、装置構成の簡略化のため、液晶シャッタ１６０Ｂを設置しない構成もとることができ、ＮＤフィルタ１６０Ａの設置する位置は、レーザ光が画像中継装置１００に入射して、眼球１０へ出射されるまでの光路上の任意の位置に設置することができる。
　ハーフミラー１７０Ａは、レンズ１１０と１２０との間の光路上に設けられ、一部の光を透過し、残りの光をＰＤ１７０Ｂに向けて反射する。ＰＤ１７０Ｂに向けて反射する光量は、入射光のごく一部でよい。
　ＰＤ１７０Ｂは、ハーフミラー１７０Ａで反射されたレーザ光の光量を検出し、光量を表す信号を遮光制御部１８０に出力する。ＰＤ１７０Ｂは、光電変換を利用して光を電気信号に変換する素子である。
　遮光制御部１８０は、ＰＤ１７０Ｂから入力される光量を表す信号に基づいて、液晶シャッタ１６０Ｂの開閉制御を行う。遮光制御部１８０は、液晶シャッタ１６０Ｂを透過するレーザ光の光量が、人間の網膜に直接入射しても問題のないレベル（例えば、0.39μＷ程度）を超えたことを検出したときに、液晶シャッタ１６０Ｂを閉じる。
　なお、遮光制御部１８０としては例えばマイクロコンピュータを用いることができる。マイクロコンピュータに電力供給をする電源としてバッテリを含んでもよく、スマートフォン５０から電力が供給される構成であってもよい。マイクロコンピュータは、例えばホルダ１５０によって保持されていればよい。バッテリがある場合は、バッテリも例えばホルダ１５０によって保持されていればよい。
　以上のように、画像中継装置１００では、レーザ照射部６０から出射されるレーザ光は、ミラー１５３で反射され、ＮＤフィルタ１６０Ａ及び液晶シャッタ１６０Ｂで光量が調整され、レンズ１１０及び１２０を通過して使用者の眼球１０の瞳孔１１に入射し、網膜１２上に結像する。
　したがって、スマートフォン５０のような汎用的な投影装置であっても、その投影装置から出射される画像を表すレーザ光をマックスウエル視によって、フォーカスフリーで網膜１２に投影する画像中継装置１００を提供することができる。
　視力障害を有する人は、スマートフォン５０の画像を見る際に、ディスプレイ５２に眼球を極端に近づけて、部分的に視認することを余儀なくされる。レーザ光源を含み網膜投影を行うＲＩＤ(Retinal Imaging Display)機器を用いれば、網膜１２で得られる画像の視認性は向上するが、例えばスマートフォン５０の画像データをＨＤＭＩ（登録商標）ケーブルを介してＲＩＤ機器に接続し、ＲＩＤ機器がレーザ光を画像データに基づいて走査することになり、ＨＤＭＩケーブルでＲＩＤ機器とスマートフォン５０を接続する手間がかかり煩雑である。
　また、ＨＭＤ(Head Mount Display)型のＲＩＤ機器を用いる場合には、頭部へのフィッティングのような作業が必要になる。
　これに対して、画像中継装置１００は、ＨＤＭＩケーブルを用いる必要がなく、また頭部へのフィッティングのような作業も必要としない。レーザ照射部６０を含むスマートフォン５０から出射されるレーザ光を画像中継装置１００で中継することにより、容易かつ手軽にスマートフォン５０の画像を網膜１２に投影することができる。画像中継装置１００の使用者は、スマートフォン５０から出力されるレーザ光による画像を、画像中継装置１００を介してダイレクトに見ることができ、高画質な全画面を見ることができるようになる。
　なお、以上では、画像中継装置１００が２つのレンズ１１０、１２０を含む形態について説明したが、装置の小型化やデザイン、画像の反転等を考慮して、共役となるレンズ対を複数組設けてもよい。また、図６を用いて説明したように、倍率を変えて視野角や解像度を調整してもよい。
　また、以上では、画像中継装置１００がレーザ照射部６０を含むスマートフォン５０（投影装置）に取り付けられている形態について説明したが、投影装置はスマートフォン５０に限られず、レーザ照射部６０を含むタブレットコンピュータ、レーザ照射部６０を含む小型のプロジェクタ等であってもよい。
　＜実施の形態２＞
　図８は、本発明の実施の形態２を画像中継装置２００とその構成及び動作を示す図である。
　図８において、スマートフォン５０は、実施の形態１と同様にプロジェクタ機能を備えた投影装置である。
　画像中継装置２００は、レンズ２１０、レンズ２２０、ミラー２５３、収納部２４２、及びネジ部２４１を含む。
　レンズ２１０は、第１光学部材の一例であり、収納部２４２内のレンズ鏡筒（図示せず）に固定され、スマートフォン５０から投影された画像光の各光線の光軸を平行でかつ各光線が収束光になるように変換する光学部材である。
　ミラー２５３は、レンズ２１０から出射された画像光の光路を屈曲させるように反射する。図８では、略直角に反射させている。
　レンズ２２０は、第２光学部材の一例であり、収納部２４２内のレンズ鏡筒（図示せず）に固定され、ミラー２５３で反射された画像光を平行光に変換し、眼球１０の瞳孔１１の中心近傍で画像光の各光線が収束するように屈折させて出射する。
　ネジ部２４１は、レンズ２２０を固定するとともに、レンズ２２０を光軸方向（＋Ｚ方向）に前後移動させる。
　ホルダ２５０は、スマートフォン５０と画像中継装置２００とを接続しており、実施の形態１のホルダ１５０と同様にケース８０に取り付けられている。
　次に、実施の形態２の画像中継装置２００の動作について図８を用いて説明する。
　スマートフォン５０から出射して、眼球１０に投影される画像光（図では３本で表現している）は走査された画像光２１、２２、２３の異なる時間における光線である。
　スマートフォン５０から出射される画像光２１、２２、２３の各光線は、実施の形態１と同様に走査された光線であって、走査された画像光の異なる時間における光線である
　スマートフォン５０から出射された各光線の光軸は拡散し、かつ各光線は略平行光となっている。
　画像光２１、２２、２３の各々はレンズ２１０へ入射し、レンズ２１０で各光線の光軸が平行でかつ各光線が収束光になるように変換される。
　レンズ２１０で収束光に変換された各光線は、ミラー２５３で、略直角方向に向けて反射し、レンズ２１０に対して略直角に配置されたレンズ２２０に入射する。
　そして、レンズ２２０で、各光線を平行光に変換するとともに、レンズ２２０の外側（＋Ｚ方向側）にある使用者の眼球１０の瞳孔１１の中心近傍で各光線が収束するように屈折させて瞳孔１１に入射させる。
　この瞳孔１１に入射した各光線が、使用者の眼球内の特性によって網膜１２上で集光して結像するように、レンズ２２０が各光線を平行光に変換する。
　これにより、スマートフォン５０などの投影装置から投影された投影画像光線を、マックスウエル視によってフォーカスフリーで網膜へ投影することが可能となる。
　ネジ部２４１は、実施の形態１と同様に、レンズ２２０を光軸方向に前後させてレンズ２１０との距離を変化させることで、スマートフォン５０から出射されるレーザ光のビーム径に対応して、より精度高くフォーカスフリーを実現するために設けられている。
　実施の形態２の構成では、レンズ２１０とレンズ２２０との間に光線を略直角に反射して屈曲されるミラー２５３を備えることで、レンズ２１０に対して、レンズ２２０が略直角方向に配置することによって、実施の形態１に示す構成と比較して、２つのレンズ間の距離を短くなるので、小型化を図ることができる。
　また、実施の形態２では、レンズ２１０に対してレンズ２２０が略直角である構成を示したが、使用者の使用状態や、レンズの大きさ、配置関係により、このレンズ２１０に対するレンズ２２０の角度を略直角以外に設定してもよく、ミラー２５３の配置と、レンズ２２０の配置を自由に可変できるような構成としてもよい。
　図９Ａ、図９Ｂは、実施の形態２の画像中継装置２００の斜視図と側面図である。これらの図は、画像中継装置２００がスマートフォン５０に対して５°程度上（＋Ｙ方向）に傾けて設置した場合の図である。これらの図に示す通り、実施の形態２では、実施の形態１よりも、スマートフォン５０に対して、画像中継装置２００の突出が小さいことが分かる。
　以上のように、画像中継装置２００では、実施の形態１の画像中継装置１００と同様に、レーザ照射部６０から出射されるレーザ光は、ミラー２５３で反射され、レンズ２１０及び２２０を通過して使用者の眼球１０の瞳孔１１に入射し、網膜１２上に結像する。
　したがって、スマートフォン５０のような汎用的な投影装置であっても、その投影装置から出射される画像を表すレーザ光をマックスウエル視によって、フォーカスフリーで網膜１２に投影する画像中継装置２００を提供することができる。
　また、スマートフォン５０に対する画像中継装置２００の突出がより小さいため、ディスプレイ５２の邪魔にならず、晴眼者にとってもより使い勝手の良い画像中継装置２００を提供することができる。
　＜実施の形態３＞
　図１１は、実施の形態３の画像中継装置３００を示す図である。図１１には、図１のＢ－Ｂ矢視断面に相当する断面構造を示す。なお、実施の形態１、２と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
　画像中継装置３００は、レーザ照射部６０を含むピコプロジェクタ５０Ａに取り付けられている。ピコプロジェクタ５０Ａは、レーザ照射部６０Ａを有する。レーザ照射部６０Ａは、図１Ａ等に示すスマートフォン５０のレーザ照射部６０と同様である。
　画像中継装置３００は、レンズ１１０、レンズ１２０、ミラー２５３、ＮＤフィルタ３６０Ａ、３６０Ｂ、３６０Ｃ、レンズホルダ３５５Ａ、及びレンズカバー３５５Ｂを含む。これらのうち、レンズ１１０、ミラー２５３、ＮＤフィルタ３６０Ａ、３６０Ｂ、３６０Ｃは、実施の形態１の画像中継装置１００のホルダ１５０と同様のホルダの内部に配置されるが、ここではホルダを省略する。
　レンズ１１０とレンズ１２０との間に配置されるミラー２５３によって、光路は略直角に屈曲している。また、レンズ１２０は、レンズホルダ３５５Ａに保持されている。レンズホルダ３５５Ａの＋Ｚ方向側には、レンズカバー３５５Ｂが取り付けられている。レンズホルダ３５５Ａ及びレンズカバー３５５Ｂは、画像中継装置３００の図示しないホルダの一部である。なお、屈曲される角度は、このような角度には限られず、例えば図９Ｂに示すようにY方向に傾けてもよい。
　３枚のＮＤフィルタ３６０Ａ、３６０Ｂ、３６０Ｃは、ミラー２５３とレンズ１２０との間の光路において、ミラー２５３側からレンズ１２０側にかけて、この順番で直列に配置されている。以下において、ＮＤフィルタ３６０Ａ、３６０Ｂ、３６０Ｃを特に区別しない場合には、単にＮＤフィルタ３６０と称す。
　画像中継装置３００の使用者は、レンズカバー３５５Ｂを覗き込んで画像を視認するが、レーザ照射部６０Ａが出力するレーザ光の出力は、一例として、数１０ｍＷあり、使用者が直接画像を視認するには大きすぎる。使用者の安全性を確保するために、画像中継装置３００は、レンズ１１０とレンズ１２０の間の光路に３枚のＮＤフィルタ３６０を直列に挿入している。
　ここでは、３枚のＮＤフィルタ３６０のうちの任意の２枚のＮＤフィルタで、レーザ製品安全規格であるＩＥＣ６０８２５のクラス１（以下、クラス１と称す）に適合可能な減光率を有する。３枚のＮＤフィルタ３６０のうちの任意の２枚でクラス１に適合可能な減光率を有する構成にしたのは、万一、３枚のＮＤフィルタ３６０Ａ、３６０Ｂ、３６０Ｃのうちのいずれか１枚が破損したとしても、残りの２枚でクラス１の安全性を担保するためである。
　また、ここでは、ＮＤフィルタ３６０が３枚ある形態について説明するが、ＮＤフィルタ３６０は、２枚以上あればよい。すなわち、Ｎが２以上の整数である場合に、画像中継装置３００は、Ｎ枚のＮＤフィルタ３６０を含み、任意のＮ－１枚のＮＤフィルタ３６０を直列に配置した状態でクラス１の減光率が得られるものである。
　ここで、米国のアメリカ食品医薬品局（Food and Drug Administration: FDA）の網膜投影機器の安全性で決められた規格では、ＨＭＤ(Head Mount Display)として、人間の網膜に入射させて問題のないレーザ光の出力の上限は、０．３９μＷである。
　レーザ照射部６０Ａから照射される数１０ｍＷのレーザ光を複数枚のＮＤフィルタ３６０で０．３９μＷに減光するには、複数枚のＮＤフィルタ３６０による減光率は、１０万分の１程度になる。
　１枚が破損したときでも安全性を確保したいため、ＮＤフィルタ３６０を２枚以上用いることになるが、２枚のＮＤフィルタ３６０で１０万分の１の減光率を実現するには、１枚のＮＤフィルタ３６０が０．０１％オーダーの減光率を有する必要があり、特に、量産を視野に入れると製造は容易ではない。
　また、ＮＤフィルタ３６０を３枚にすると、１枚あたりの減光率は、数％オーダーになるため、現実的な値になる。一方、ＮＤフィルタ３６０は比較的高価であるため、４枚以上になると、画像中継装置３００の製造コストが増大する。
　そこで、ＮＤフィルタ３６０の数は、一例として、３枚がベストであり、実施の形態３では、画像中継装置３００は、３枚のＮＤフィルタ３６０を含む。
　また、人間の網膜に入射させて問題のないレーザ光の出力の上限を、マージンを含めて網膜に投影される画像の水平方向の視野角であるＦＯＶＨが一般的な２６度の場合で０．３１μＷとし、この値をＦＯＶＨが４０度と６０度の場合に視野範囲の面積で換算すると、４０度で約０．６３９μＷ、６０度で約１．３４μＷである。画像中継装置３００では、一例として、ＦＯＶＨが４０度又は６０度を想定している。
　ここで、レーザ照射部６０Ａが照射するレーザ光は、ＲＧＢのレーザ光を含む。光のＲ(Red)、Ｇ(Green)、Ｂ(Blue)のうち、Ｂが最も波長が短くエネルギが強いため、ＲＧＢの比率は、一例として、２：１：０．７である。
　ＲＧＢのうちで最も注意が必要な色は、Ｂであり、Ｂにおけるクラス１の安全性を確保すれば、ＲとＧでもクラス１の安全性を確保できることになる。
　ＦＯＶＨが６０度の場合のＢのレーザ光の出力は、ＲＧＢの三色での１．３μＷのうちの０．２５μＷである。すなわち、ＦＯＶＨが６０度の場合に、３枚のＮＤフィルタ３６０で減光してＢのレーザ光の出力が０．２５μＷになればよい。
　ここで、３枚のＮＤフィルタ３６０で０．２５μＷの場合に、１枚破損した場合について検討する。１枚のＮＤフィルタ３６０の減光率が２．２％だとすると、０．２５μＷ×（１００％／２．２％）＝１１．３６μＷとなる。
　また、クラス１では、人間の網膜に投影可能なレーザ光の出力は、Ｂ（波長４６５μｍ）で７７μＷ、Ｇ（波長５１５μｍ）で３９０μＷ、Ｒ（波長６４０μｍ）で３９０μＷである。
　すなわち、ＦＯＶＨが６０度の場合に、３枚のＮＤフィルタ３６０で減光したＢのレーザが０．２５μＷであり、１枚のＮＤフィルタ３６０の減光率が２．２％の場合に１枚破損すると、残りの２枚で減光したレーザ光のうちのＢのレーザ光の出力である１１．３６μＷは、クラス１におけるＢのレーザ光の出力の上限である７７μＷよりも十分に低い。このため、画像中継装置３００は、３枚のＮＤフィルタ３６０のうちの１枚が破損してもクラス１の安全性を確保できることになる。
　図１２は、ＦＯＶＨ、光透過度、光量の関係を示す図である。図１２には、ＦＯＶＨが４０度と６０度の場合に、３枚のＮＤフィルタ３６０のうちの１枚が破損しても残りの２枚で減光したレーザ光の出力がクラス１の安全性を確保できる光透過度の組み合わせを示す。なお、光透過度は、減光率と同義である。
　ＦＯＶＨが４０度の場合には、ＮＤフィルタ３６０Ａ、３６０Ｂ、３６０Ｃの光透過度をすべて２．２％に設定すると、光量は約０．６３９μＷになる。ＦＯＶＨが６０度の場合には、ＮＤフィルタ３６０Ａ、３６０Ｂ、３６０Ｃの光透過度を、それぞれ、２．２％、２．２％、４．６％に設定すると、光量は約１．３４μＷになる。
　以上のように、実施の形態３によれば、レンズ１１０とレンズ１２０との間の光路に３枚のＮＤフィルタ３６０Ａ、３６０Ｂ、３６０Ｃを直列に設けたことにより、レーザ照射部６０Ａが照射する数１０ｍＷのレーザ光を数１０μＷ程度まで減光することができる。数１０μのレーザ光であれば、使用者の網膜に入射させても安全性を確保できる。クラス１の上限レベル以下だからである。
　したがって、ピコプロジェクタ５０Ａから出射される画像を表すレーザ光を網膜に投影する画像中継装置３００を提供することができる。
　また、１枚のＮＤフィルタ３６０が破損しても、残りの２枚のＮＤフィルタ３６０でクラス１の安全性を確保できる。このため、破損時における安全性を確保した画像中継装置３００を提供することができる。
　図１３は、実施の形態３の第１変形例の画像中継装置３００Ａを示す図である。図１３には、図１のＢ－Ｂ矢視断面に相当する断面構造を示す。なお、実施の形態１、２の画像中継装置１００、２００、及び、実施の形態３の画像中継装置３００と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
　画像中継装置３００Ａは、レンズ１１０、レンズ１２０、ミラー２５３、ＮＤフィルタ３６０、偏光板３７０Ａ、３７０Ｂ、レンズホルダ３５５Ａ、及びレンズカバー３５５Ｂを含む。画像中継装置３００Ａは、レーザ照射部６０を含むピコプロジェクタ５０Ａに取り付けられている。
　画像中継装置３００Ａは、１枚のＮＤフィルタ３６０を含む。１枚のＮＤフィルタ３６０の減光率は、クラス１を達成できるレベルではない。
　２枚の偏光板３７０Ａ、３７０Ｂは、それぞれ、第１偏光板、第２偏光板の一例である。偏光板３７０Ａは、偏光板３７０Ｂに対して回転可能であり、偏光板３７０Ａを回転させることにより、偏光板３７０Ａの偏光軸に対する偏光板３７０Ｂの偏光軸の角度が変化することで、偏光板３７０Ａと偏光板３７０Ｂとを透過する光線の透過率を変更可能な構成になっている。
　より具体的には、一例として、ミラー２５３で反射されてＮＤフィルタ３６０を透過するレーザ光の直線偏光の方向がＹ方向である（レーザ光がＹＺ平面内で偏光しながら＋Ｚ方向に進行する）場合に、固定される偏光板３７０Ｂは、この直線偏光のレーザ光をすべて透過する偏光特性を有することとする。
　また、偏光板３７０Ａは、偏光板３７０Ｂと同一の偏光特性を有し、ＸＹ平面内でレーザ光の光軸を中心に回転可能に構成されている。
　このような偏光板３７０Ａ、３７０Ｂを用いると、偏光板３７０Ｂに対する偏光板３７０Ａの回転角度を調節することによって、偏光板３７０Ａを透過するレーザ光の透過率を調整することができる。
　偏光板３７０Ａの偏光軸と偏光板３７０Ｂの偏光軸の向きが同じで、等しい偏光特性を有する回転位置に設定されているときには、偏光板３７０Ａ、３７０Ｂは、ＮＤフィルタ３６０を透過したレーザ光をすべて透過するが、偏光板３７０ＡがＸＹ平面内で９０度回転されると、2つの偏光軸の相対角度が９０度になり、理論的には偏光板３７０Ａの透過率はゼロになる。
　このため、偏光板３７０Ａの回転位置を調整することにより、ＮＤフィルタ３６０に入射するレーザ光に対する、偏光板３７０Ｂを透過する光の透過率（減光率）を設定することができ、例えば、レーザ照射部６０Ａが照射する数１０ｍＷのレーザ光を数１０μＷ程度まで減光することができる。このように、偏光板３７０Ｂを透過する光のＢ成分の出力がクラス１を満たすようにできる。
　したがって、ピコプロジェクタ５０Ａから出射される画像を表すレーザ光を網膜に投影する画像中継装置３００Ａを提供することができる。
　図１４は、実施の形態３の第２変形例の画像中継装置３００Ｂを示す図である。図１４には、図１のＢ－Ｂ矢視断面に相当する断面構造を示す。なお、実施の形態１、２の画像中継装置１００、２００、及び、実施の形態３の画像中継装置３００と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
　画像中継装置３００Ｂは、レンズ１１０、レンズ１２０、ミラー２５３Ｂ、ＮＤフィルタ３６０Ａ、３６０Ｂ、３６０Ｃ、レンズホルダ３５５Ａ、及びレンズカバー３５５Ｂを含む。画像中継装置３００Ｂは、図１１に示す画像中継装置３００のミラー２５３の代わりに、裏面側にブラスト処理層２５３Ｂ１を有するミラー２５３Ｂを含む。ミラー２５３Ｂの裏面とは、ミラー２５３Ｂにレーザ光が照射される表面とは反対側の面である。
　また、ミラー２５３Ｂは、全反射ミラーではなく、部分反射ミラーである。部分反射ミラーで構成されるミラー２５３Ｂを用いることにより、表面での反射率を低く抑え、一定の光量を裏面に向けて透過させることで、ＮＤフィルタ３６０と同様に減光効果が得られる。
　一般的に、ミラーは、表面での反射が主体的であるが、裏面側での反射も生じる。裏面側での反射は表面での反射に比べると非常に弱いが、ミラーの厚さの分だけ光路がずれる。このため、ミラーの表面の反射光と、ミラーの裏面の反射光とは、使用者の網膜では同じ位置に結像せず、像のにじみ、又は、像の重なり（ゴースト）が生じる場合がある。
　ミラー２５３Ｂの裏面側に設けられたブラスト処理層２５３Ｂ１は、ミラー２５３Ｂの裏面にブラスト加工処理を行うことによって作製できる。このようなブラスト処理層２５３Ｂ１は、一例として、サンドブラスト処理等によって実現できる。
　画像中継装置３００Ｂでは、レンズ１１０とレンズ１２０との間の光路に３枚のＮＤフィルタ３６０Ａ、３６０Ｂ、３６０Ｃを直列に設けるとともに、ミラー２５３Ｂの裏面にブラスト処理層２５３Ｂ１を設けている。これにより、レーザ照射部６０Ａから照射され、ミラー２５３Ｂの表面で減光・反射されてＮＤフィルタ３６０Ａ、３６０Ｂ、３６０Ｃを透過するレーザ光を数１０μＷ程度まで減光することができる。数１０μのレーザ光であれば、使用者の網膜に入射させても安全性を確保できる。クラス１の上限レベル以下だからである。
　また、ミラー２５３Ｂの表面で反射されずに裏面まで到達した破線矢印で示すレーザ光は、ブラスト処理層２５３Ｂ１で拡散又は吸収されるため、ＮＤフィルタ３６０Ａ、３６０Ｂ、３６０Ｃには入射しない。
　したがって、ピコプロジェクタ５０Ａから出射される画像を表すレーザ光を網膜に投影することができるとともに、画像のにじみや重なり（ゴースト）を抑制した画像中継装置３００Ｂを提供することができる。
　また、１枚のＮＤフィルタ３６０が破損しても、残りの２枚のＮＤフィルタ３６０でクラス１の安全性を確保できる。このため、破損時における安全性を確保するとともに、画像のにじみや重なり（ゴースト）を抑制した画像中継装置３００Ｂを提供することができる。
　図１５は、実施の形態３の第３変形例の画像中継装置３００Ｃを示す図である。図１５には、図１のＢ－Ｂ矢視断面に相当する断面構造を示す。なお、実施の形態１、２の画像中継装置１００、２００、及び、実施の形態３の画像中継装置３００と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
　画像中継装置３００Ｃは、レンズ１１０、レンズ１２０、ミラー２５３Ｃ、ＮＤフィルタ３６０Ａ、３６０Ｂ、３６０Ｃ、レンズホルダ３５５Ａ、及びレンズカバー３５５Ｂを含む。画像中継装置３００Ｃは、図１４に示す画像中継装置３００Ｂのミラー２５３Ｂの代わりに、ミラー２５３Ｃを含む。ミラー２５３Ｃは、表面と裏面が平行ではなく、表面に対して裏面が傾斜しているミラーである。換言すれば、ミラー２５３Ｃは、側面形状が台形のミラーである。
　実施の形態３の第２変形例で説明したように、一般的に、ミラーは、表面での反射が主体的であるが、裏面側での反射も生じる。裏面側での反射は表面での反射に比べると非常に弱いが、ミラーの厚さの分だけ光路がずれる。このため、ミラーの表面の反射光と、ミラーの裏面の反射光とは、使用者の網膜では結像せず、像のにじみ、又は、像の重なり（ゴースト）が生じる場合がある。
　ミラー２５３Ｃの裏面は表面に対して傾斜しているので、ミラー２５３Ｃの表面で反射せずに、破線の矢印で示すようにミラー２５３Ｃの裏面まで到達したレーザ光は、実線の矢印で示すようにミラー２５３Ｃの表面で反射されたレーザ光とは異なる角度で反射され、使用者の瞳孔には入射せず、又は、使用者の瞳孔に入射しても網膜には到達しないようにすることができる。
　画像中継装置３００Ｃでは、レーザ照射部６０Ａから照射され、ミラー２５３Ｃの表面で減光・反射されてＮＤフィルタ３６０Ａ、３６０Ｂ、３６０Ｃを透過するレーザ光を数１０μＷ程度まで減光することができる。数１０μのレーザ光であれば、使用者の網膜に入射させても安全性を確保できる。クラス１の上限レベル以下だからである。
　また、ミラー２５３Ｃの表面で反射されずに裏面まで到達したレーザ光は、ミラー２５３Ｃの表面で反射されたレーザ光とは異なる角度で反射され、使用者の瞳孔には入射せず、又は、使用者の瞳孔に入射しても網膜には到達しない。
　したがって、ピコプロジェクタ５０Ａから出射される画像を表すレーザ光を網膜に投影することができるとともに、画像のにじみや重なり（ゴースト）を抑制した画像中継装置３００Ｃを提供することができる。
　また、１枚のＮＤフィルタ３６０が破損しても、残りの２枚のＮＤフィルタ３６０でクラス１の安全性を確保できる。このため、破損時における安全性を確保するとともに、画像のにじみや重なり（ゴースト）を抑制した画像中継装置３００Ｃを提供することができる。
　なお、図１５に示す画像中継装置３００Ｃの代わりに、図１６に示す画像中継装置３００Ｄのような構成にしてもよい。図１６は、実施の形態３の第４変形例の画像中継装置３００Ｄを示す図である。画像中継装置３００Ｄは、図１５に示す画像中継装置３００Ｃのミラー２５３Ｃの代わりに、裏面が凸状に湾曲したミラー２５３Ｄを含む。
　裏面が湾曲したミラー２５３Ｄを用いれば、ミラー２５３Ｄの表面で反射されずに裏面まで到達したレーザ光は、ミラー２５３Ｄの表面で反射されたレーザ光とは異なる角度で反射され、使用者の瞳孔には入射せず、又は、使用者の瞳孔に入射しても網膜には到達しないようにすることができる。なお、ミラー２５３Ｄの裏面は、凹状に湾曲していてもよい。
　＜実施の形態４＞
　図１７は、実施の形態４の画像中継装置４００を示す図である。画像中継装置４００は、ピコプロジェクタ５０Ａに取り付けられている。図１８には、画像中継装置４００の外観を示す。
　画像中継装置４００は、ホルダ４５０を有する。画像中継装置４００は、実施の形態３の画像中継装置３００と同様に、レンズ１１０、レンズ１２０、ミラー２５３、ＮＤフィルタ３６０Ａ、３６０Ｂ、３６０Ｃを含む。これらのうち、レンズ１２０は、ホルダ４５０のレンズカバー４５５の中央の開口部から表出しており、レンズ１１０、レンズ１２０、ミラー２５３、ＮＤフィルタ３６０Ａ、３６０Ｂ、３６０Ｃは、ホルダ４５０に内蔵されている。
　ホルダ４５０は、基部４５１、取付部４５２、ネジ４５３、レンズホルダ４５５Ａ、及びレンズカバー４５５Ｂを有する。ここでは、図１７に加えて、図１８及び図１９を用いて説明する。図１８は、画像中継装置４００から取付部４５２及びネジ４５３を取り外した状態を示す図である。図１９は、取付部４５２及びネジ４５３を示す図である。
　基部４５１は、ピコプロジェクタ５０Ａの＋Ｙ方向側の端部が内部に嵌め込まれる構成を有する筐体である。基部４５１の開口部４５１Ｄに連通する内部空間のサイズは、ピコプロジェクタ５０Ａのサイズに合わせられている。
　基部４５１は、＋Ｚ方向側の表面の－Ｙ方向側に、一対の係合孔４５１Ａ１、４５１Ａ２、４５１Ａ３を有する。一対の係合孔４５１Ａ１、４５１Ａ２、４５１Ａ３は、それぞれ、Ｘ方向に沿って設けられている。また、一対の係合孔４５１Ａ１、４５１Ａ２、４５１Ａ３は、＋Ｙ方向側から－Ｙ方向側にかけて、この順番に配置されている。
　一対の係合孔４５１Ａ１、４５１Ａ２、４５１Ａ３は、基部４５１の＋Ｚ方向側の壁部を貫通しており、一例として、係合孔４５１Ａ１、係合孔４５１Ａ３は、平面視でＸ方向に長手方向を有する矩形状の孔部であり、係合孔４５１Ａ２は、Ｌ字型の孔部である。係合孔４５１Ａ２のＬ字型の孔部の－Ｘ方向側の端部の位置は、Ｘ方向において、係合孔４５１Ａ１及び係合孔４５１Ａ３の位置と合わせられている。
　取付部４５２は、基部４５２Ａ、一対の係合部４５２Ｂ、固定部４５２Ｃ、及び貫通孔４５２Ｄを有する。基部４５２Ａは平面視で矩形状の板状の部分であり、裏面側（ピコプロジェクタ５０Ａ側）には一対の係合部４５２Ｂが設けられている。
　図１９には一対の係合部４５２Ｂのうちの１つを示すが、一対の係合部４５２Ｂは、Ｘ方向に間隔をおいて配置されている。一対の係合部４５２ＢのＸ方向の間隔は、一対の係合孔４５１Ａ１、４５１Ａ３のＸ方向の間隔に等しい。また、各係合部４５２ＢのＸ方向の長さは、係合孔４５１Ａ１、４５１Ａ３のＸ方向の長さに合わせられている。
　係合部４５２Ｂは、基部４５２Ａの裏面側から－Ｚ方向に突出し、－Ｙ方向に屈曲している。このような係合部４５２Ｂは、係合孔４５１Ａ１、４５１Ａ２、４５１Ａ３に差し込むことができる。一対の係合部４５２Ｂを一対の係合孔４５１Ａ１又は４５１Ａ３に差し込み、－Ｙ方向にスライドさせれば、一対の係合部４５２Ｂを一対の係合孔４５１Ａ１又は４５１Ａ３に係合させることができる。また、一対の係合部４５２Ｂを一対の係合孔４５１Ａ２に差し込み、－Ｙ方向にスライドさせて係合させて－Ｘ方向にスライドさせれば、係合孔４５１Ａ１又は４５１Ａ３に対して係合させた場合とＸ方向における等しい位置において、一対の係合孔４５１Ａ２に対して係合させることができる。
　固定部４５２Ｃは、基部４５２Ａの－Ｙ方向側に連続する部分であり、アーチ状の折曲部４５２Ｃ１を介して基部４５２Ａに接続されてため、基部４５２Ａに対して±Ｚ方向に折り曲げることができる。固定部４５２Ｃは、平面視で略三角形状であり、－Ｙ方向側の頂点側の部分がＸ方向にわたって湾曲されている。固定部４５２Ｃは、ピコプロジェクタ５０Ａの＋Ｚ方向側の表面に当接するため、折曲部４５２Ｃ１よりも－Ｙ方向側の部分は、－Ｚ方向に突出していて厚さが厚くなっている。
　貫通孔４５２Ｄは、固定部４５２Ｃの－Ｙ方向側において、Ｘ方向の幅の略中心に設けられている。貫通孔４５２Ｄには、ネジ４５３が挿通される。
　ネジ４５３は、ネジ先４５３Ａ（図１９参照）が固定部４５２Ｃの貫通孔４５２Ｄに挿通された状態で、一例として、ピコプロジェクタ５０Ａの＋Ｚ方向側の表面に設けられるネジ穴５０Ａ１（図１８参照）にねじ込まれる。ピコプロジェクタ５０Ａの＋Ｚ方向側の表面に設けられるネジ穴５０Ａ１の径は、一般的なピコプロジェクタでは、三脚に固定して設置するための１／４インチネジ（６．３５ｍｍのネジ）を使用していることが多いので、ネジ先４５３Ａを１／４インチネジにしておけば、汎用性が高まり、異なるピコプロジェクタを使用するときも対応することができる。
　このような取付部４５２は、一対の係合部４５２Ｂを一対の係合孔４５１Ａ１、４５１Ａ２、４５１Ａ３のいずれかに係合させた状態で、ネジ４５３のネジ先４５３Ａをピコプロジェクタ５０Ａのネジ穴５０Ａ１にねじ込むことによって、ピコプロジェクタ５０Ａに固定される。このようにして、ホルダ４５０をピコプロジェクタ５０Ａに取り付けることができる。
　一対の係合部４５２Ｂを一対の係合孔４５１Ａ１、４５１Ａ２、４５１Ａ３のいずれかに係合させるかは、ピコプロジェクタ５０ＡのＹ方向のサイズや、ピコプロジェクタ５０Ａの＋Ｙ方向側の端部からネジ穴５０Ａ１までの距離に応じて選択すればよい。一対の係合孔４５１Ａ１、４５１Ａ２、４５１Ａ３の位置は、Ｙ方向において異なり、様々な種類のピコプロジェクタ５０Ａに対応可能なように３種類設けられている。
　レンズホルダ４５５Ａは、実施の形態３のレンズホルダ３５５Ａと同様であり、レンズ１２０を保持する。レンズホルダ４５５Ａは、基部４５１の＋Ｙ方向側の端部の＋Ｚ方向側に取り付けられている。レンズホルダ４５５Ａには、実施の形態３のレンズカバー３５５Ｂと同様のレンズカバー４５５Ｂが取り付けられている。
　図２０は、画像中継装置４００を様々なサイズのピコプロジェクタ５０Ａに取り付けた状態を示す図である。図２０の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）には、ネジ穴５０Ａ１の位置が異なる３つのピコプロジェクタ５０Ａを示す。なお、図２０の（Ａ）～（Ｃ）では、取付部４５２の係合部４５２Ｂを省略し、係合孔４５１Ａ１、４５１Ａ２、４５１Ａ３を示す。
　図２０の（Ａ）では、係合部４５２Ｂは係合孔４５１Ａ１に固定されている。図２０の（Ｂ）では、係合部４５２Ｂは係合孔４５１Ａ３に固定されている。図２０の（Ｃ）では、係合部４５２Ｂは係合孔４５１Ａ２に固定されている。
　このように、画像中継装置４００のホルダ４５０は、取付部４５２を係合孔４５１Ａ１、４５１Ａ２、４５１Ａ３のいずれに取り付けるかによって、ネジ穴５０Ａ１の位置が異なる様々なサイズのピコプロジェクタ５０Ａに取り付け可能である。
　なお、ここではＹ方向の位置が異なる３種類の係合孔４５１Ａ１、４５１Ａ２、４５１Ａ３を有するホルダ４５０を画像中継装置４００が含む形態について説明したが、係合孔の数は、幾つであってもよい。
　図２１及び図２２は、実施の形態４の第１変形例の画像中継装置４００Ａを示す図である。画像中継装置４００Ａは、ホルダ４５０を含み、ホルダ４５０は、基部４５１、レンズホルダ４５５Ａ、及びレンズカバー４５５Ｂを有する。ここでは、ホルダ４５０の取付部４５２及びネジ４５３を省略する。
　図２１に示すレンズ１２０を保持するレンズホルダ４５５Ａは、基部４５１にネジ留めされており、図２２に示すレンズ１２０Ａを保持するレンズホルダ４５５Ａ１に交換可能である。
　レンズ１２０は、一例としてＦＯＶＨが４０度のレンズであり、レンズ１２０Ａは、一例としてＦＯＶＨが６０度のレンズである。レンズ１２０Ａは、レンズ１２０よりも厚く、焦点距離が短い。このため、レンズホルダ４５５Ａ１は、レンズホルダ４５５Ａよりも短い。
　図２３及び図２４は、レンズ１２０、１２０Ａを用いた場合の光路を示す図である。なお、レンズ１１０は、一例としてＦＯＶＨが４０度のレンズである。
　図２３に示すように、レンズ１２０を用いた場合は、レンズ１１０とレンズ１２０との間でレーザ光が収束する点Ｐまでのレンズ１１０、１２０からの距離は、ともにＬ１で等しい。また、レンズ１２０のＷＤ（Working Distance）はＬ３である。
　図２４に示すように、レンズ１２０Ａを用いた場合は、レンズ１１０とレンズ１２０Ａとの間でレーザ光が収束する点Ｐまでのレンズ１１０、１２０Ａからの距離は、それぞれ、Ｌ１、Ｌ２（Ｌ１＞Ｌ２）になる。レンズ１２０Ａの方がＦＯＶＨが大きいからである。また、レンズ１２０ＡのＷＤはＬ４（Ｌ４＜Ｌ３）である。
　レンズ１２０ＡのＦＯＶＨは６０度であり、レンズ１２０ＡのＦＯＶＨ（４０度）よりも大きいため、使用者の網膜１２には、より広がったレーザ光が入射することになり、より大きな画像が提供される。
　図２５乃至図２８は、実施の形態４の第２変形例の画像中継装置４００Ｂを示す図である。画像中継装置４００Ｂは、ホルダ４５０Ｂを有する点が実施の形態４の画像中継装置４００と異なる。
　ホルダ４５０Ｂは、基部４５１Ｂ、取付部４５２、レンズホルダ４５５Ａ、レンズカバー４５５Ｂを有する。なお、ホルダ４５０Ｂは、ネジ４５３（図１７参照）も有するが、ここでは省略する。
　基部４５１Ｂは、ＸＺ平面内でレンズホルダ４５５Ａを９０度回転可能に保持する点が実施の形態４のホルダ４５０の基部４５１と異なる。なお、図２６及び図２８では、基部４５１を省略する。
　図２５及び図２６では、レンズ１２０が＋Ｚ方向側を向くようにレンズホルダ４５５Ａ及びレンズカバー４５５Ｂが向けられており、この場合には、レーザ照射部６０Ａから出力される横長の画像を、使用者は横長の画像として視認する。
　また、図２７及び図２８では、レンズ１２０が－Ｘ方向側を向くようにレンズホルダ４５５Ａ及びレンズカバー４５５Ｂが回転されており、この場合には、レーザ照射部６０Ａから出力される横長の画像を、使用者は縦長の画像として視認する。
　これについて説明する。レーザ照射部６０Ａから出力される画像が、横長画像である場合に、ホルダ４５０Ｂが図２５、図２６の方向に設置されているときは、ミラー２５３で反射する投影画像は横長画像である。
　ここで、ホルダ４５０Ｂを図２７、図２８に示すように９０度回転させると、レーザ照射部６０Ａから出力される画像は横長画像のままであるが、ミラー２５３に投影される画像は縦長画像となる。これは、横長画像をミラー反射させているときは、長手方向が水平方向、短手方向が垂直方向で視認されるが、ミラー２５３を右方向に９０度回転させると、横長画像の右側の短手方向が下部になる縦方向の画像として視認されることによる。つまり、横長の画像を、鏡を使って横から見ると縦長に見える、ということである。
　このように、実施の形態の第２変形例によれば、レーザ照射部６０Ａから出力される横長の画像と縦長の画像とに対応可能な画像中継装置４００Ｂが得られる。
　＜実施の形態５＞
　図２９は、実施の形態５の画像中継装置５００を示す図である。画像中継装置５００は、実施の形態３の画像中継装置３００と同様の構成を有する。図２９には、画像中継装置５００の構成要素のうちのレンズ１１０、レンズ１２０、ミラー２５３を示す。レンズ１１０には、レーザ照射部６０の走査部６４から照射されるレーザ光が入射する。
　レンズ１１０とレンズ１２０との間でレーザ光が収束する位置Ｐには、指標５０１が配置されている。指標５０１は、一例として、視力検査用の指標であり、透明なフィルムに、水平方向と垂直方向に延在して交差する２つの直線の交点に円が描かれている。このような指標は、一例として、視野検査の固視指標として用いることができる。
　指標を点Ｐに配置すれば、網膜１２には指標の画像が結像するため、走査部６４でレーザ光を走査して自動車等の画像を描画すると、網膜１２には、自動車等の画像に視野検査用の固視指標が重ねられた画像が結像することになる。
　したがって、実施の形態５によれば、網膜１２に視野検査の固視指標などに用いられる画像を結像させることができる画像中継装置５００を提供することができる。
　なお、指標５０１の代わりに様々な画像を有する透明フィルムを配置してもよい。
　図３０は、実施の形態５の変形例の画像中継装置５００Ａを示す図である。画像中継装置５００Ａは、図２９に示す画像中継装置５００のミラー２５３を部分透過ミラー５５３に交換し、レンズ５１０を追加した構成を有する。レンズ５１０と部分透過ミラー５５３の裏面との間の距離は、部分透過ミラー５５３の表面とレンズ１１０の位置との間の距離に等しい。
　部分透過ミラー５５３の裏面側には被写体として木５５０が配置されている。木５５０の画像は、部分透過ミラー５５３を透過し、レンズ１２０を経て瞳孔１１内に入射し、網膜１２に結像する。
　このため、走査部６４でレーザ光を走査して自動車等の画像を描画すると、網膜１２には、自動車等の画像に木５５０の画像が重ねられた画像が結像することになる。ここでは木５５０を示すが、木５５０の代わりに様々なあらゆる被写体の画像をレーザ照射部６０から出力される画像に重ねることができる。すなわち、使用者の網膜１２にＡＲ(Augmented Reality(拡張現実))画像を結像させることができる。
　したがって、実施の形態５の変形例によれば、網膜１２にＡＲ画像を結像させることができる画像中継装置５００を提供することができる。
　以上、本発明の例示的な実施の形態の画像中継装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
　なお、本国際出願は、２０１９年３月２８日に出願した日本国特許出願２０１９－０６３７２２と、２０２０年３月９日に出願した日本国特許出願２０２０－０４０１９４とに基づく優先権を主張するものであり、その全内容は本国際出願にここでの参照により援用されるものとする。
　５０　スマートフォン（投影装置）
　５０Ａ　ピコプロジェクタ
　５２　ディスプレイ
　６０　レーザ照射部
　６１　光源
　６４　走査部
　１００、２００　画像中継装置
　１１０、１２０、２１０、２２０、５１０　レンズ
　１３０　レンズ鏡筒
　１４０　筐体
　１５０、２５０、　ホルダ

Claims (25)

  1. 　レーザ光を照射する光源と、画像データに基づいて前記レーザ光を走査する走査部とを有する投影装置から入射される平行光である画像光を、走査された各光線の光軸が平行でかつ各光線が収束光になるように変換する第１光学部材と、
    　前記第１光学部材から出力された各光線を平行光に変換する第２光学部材と
    　を含む、画像中継装置。
  2. 　前記第２光学部材は、使用者の使用状態において接眼され、
    　前記第１光学部材及び前記第２光学部材は、前記走査部の走査原点と瞳孔中心とで共役になる光学系を構築する、請求項１に記載の画像中継装置。
  3. 　前記第２光学部材は、前記平行光に変換した各光線を、使用者の瞳孔近傍で収束させ、前記投影装置から入射された画像光を前記使用者の網膜に投影する請求項１又は２に記載の画像中継装置。
  4. 　前記投影装置から入射された画像光を減光する減光フィルタをさらに含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像中継装置。
  5. 　前記投影装置から入射された画像光の光量を検出する光量検出部と、
    　前記入射された画像光を遮光する遮光手段と、
    　前記光量検出部と遮光手段とを制御する遮光制御部と
    　を含み、
    　前記遮光制御部は、前記光量検出部で検出された光量の情報に基づいて、前記遮光手段を制御する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の画像中継装置。
  6. 　前記第２光学部材の位置を調節する位置調節部をさらに含み、
    　前記位置調節部によって前記第２光学部材と前記第１光学部材との距離を変化させる、請求項１乃至５のいずれか一項記載の画像中継装置。
  7. 　前記画像光を反射させて屈曲させるミラーをさらに含み、
    　前記ミラーは前記投影装置と前記第１光学部材との間に設置される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の画像中継装置。
  8. 　前記画像光を反射させて屈曲させるミラーをさらに含み、
    　前記ミラーは前記第１光学部材と前記第２光学部材との間に設置される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の画像中継装置。
  9. 　前記第１光学部材及び前記第２光学部材を前記投影装置に対して保持する保持部をさらに含む、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の画像中継装置。
  10. 　前記保持部は、前記投影装置のディスプレイを避けた位置で前記第１光学部材及び前記第２光学部材を前記投影装置に対して保持する、請求項９に記載の画像中継装置。
  11. 　前記保持部を前記投影装置の筐体に固定する固定部であって、前記投影装置の１／４インチ（６．３５ｍｍ）サイズのネジ穴にネジ留めされる固定部をさらに含む、請求項９又は１０に記載の画像中継装置。
  12. 　前記固定部は、前記投影装置の前記ネジ穴の位置に応じて前記保持部に対する位置を調整可能である、請求項１１に記載の画像中継装置。
  13. 　前記保持部は、
    　前記第１光学部材を前記投影装置に対して保持する第１保持部と、
    　前記第２光学部材を前記第１保持部を介して前記投影装置に対して保持し、前記第１保持部に対して着脱自在な第２保持部とを有し、
    　前記第２保持部は、前記第２光学部材とは視野角及び画角の異なる他の第２光学部材を保持する第２保持部に交換可能である、請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の画像中継装置。
  14. 　前記保持部は、前記投影装置から入射される平行光の光軸に対して回転可能な回転機構を有し、
    　前記回転機構を回転させることにより、前記第２光学部材を介して使用者が視認する画像を横長の画像と縦長の画像とを切替可能である、請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の画像中継装置。
  15. 　前記第１光学部材と前記第２光学部材との間で前記各光線の光軸上に直列に配置され、前記投影装置から入射された画像光を減光するＮ（Ｎは２以上の整数）枚の減光フィルタであって、Ｎ－１枚でレーザ製品安全規格であるＩＥＣ６０８２５のクラス１に適合可能な減光率を有する、Ｎ枚の減光フィルタをさらに含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像中継装置。
  16. 　前記第１光学部材と前記第２光学部材との間で前記各光線の光軸上に直列に配置され、前記各光線を透過可能な第１の偏光板と第２の偏光板とをさらに含み、
    　前記第１の偏光板は前記第２の偏光板に対して回転可能であり、前記第１の偏光板の回転により、前記第１の偏光板の偏光軸に対する前記第２の偏光板の偏光軸の角度が変化することで前記第１の偏光板と第２の偏光板とを透過する前記光線の透過率を変更可能な、請求項１乃至３のいずれか一項記載の画像中継装置。
  17. 　前記第１光学部材と前記第２光学部材との間で前記各光線の光軸上に配置され、前記投影装置から入射された画像光を減光する減光フィルタをさらに含む、請求項１６に記載の画像中継装置。
  18. 　前記ミラーは部分透過ミラーであり、
    　前記部分透過ミラーの反射面の反対側の裏面には、減光処理が施される、請求項８記載の画像中継装置。
  19. 　前記ミラーは部分透過ミラーであり、
    　前記部分透過ミラーの反射面の反対側の裏面は、前記反射面に対して角度を有し平行ではない、請求項８記載の画像中継装置。
  20. 　前記ミラーの反射面の反対側の裏面は、湾曲面である、請求項８記載の画像中継装置。
  21. 　前記ミラーは部分透過ミラーであり、
    　前記部分透過ミラーと前記第２光学部材との間の光路の延長線上において、前記部分透過ミラーの反射面とは反対の裏面側に設けられ、被写体の反射光の各光線の光軸が平行でかつ各光線が収束光になるように変換する第３光学部材と
    をさらに含む、請求項８記載の画像中継装置。
  22. 　前記第１光学部材と前記第２光学部材との間で前記各光線が収束する収束位置に設けられ、前記各光線を透過し、所定の画像が描かれた透明部材を装着可能な、請求項１乃至２１のいずれか一項に記載の画像中継装置。
  23. 　前記所定の画像は、視力検査用の指標を表す、請求項２２に記載の画像中継装置。
  24. 　レーザ光を照射する光源と、画像データに基づいて前記レーザ光を走査する走査部とを有し、前記走査されたレーザ光を画像光として出力する投影装置と、
    　前記投影装置から入射される平行光である画像光を、走査された各光線の光軸が平行でかつ各光線が収束光になるように変換する第１光学部材と、
    　前記第１光学部材から出力された各光線を平行光に変換する第２光学部材と、を有する画像中継装置と、
    　前記画像中継装置を前記投影装置に対して保持する保持部と、
    　を含む、画像投影システム。
  25. 　前記画像中継装置は、使用者の使用状態において前記第２光学部材が使用者に接眼され、
    　前記第２光学部材が前記平行光に変換した各光線を、前記使用者の瞳孔近傍で収束させ、前記投影装置から出力された前記画像光を使用者の網膜に投影する、請求項２４に記載の画像投影システム。
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