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JP7052577B2 - Optical equipment, video display equipment, and optometry equipment - Google Patents
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JP7052577B2 - Optical equipment, video display equipment, and optometry equipment - Google Patents

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Description

本発明は、光学装置、映像表示装置、及び検眼装置に関する。 The present invention relates to an optical device, an image display device, and an optometry device.

近年、仮想現実(VR)、拡張現実(AR)に関わる技術・製品が注目されている。特にAR技術は、付加価値となるデジタル情報を現実空間に表示する手段として、産業分野への応用が期待され、行動(作業)環境下で利用可能なグラス型映像表示装置が開発されている。 In recent years, technologies and products related to virtual reality (VR) and augmented reality (AR) have been attracting attention. In particular, AR technology is expected to be applied to the industrial field as a means for displaying digital information as an added value in a real space, and a glass-type image display device that can be used in an action (work) environment has been developed.

グラス型映像表示装置では、現実空間とデジタル映像を同時に視認するために、透過型(シースルー)が主流となっている。部分反射膜やイメージガイド構造を介して眼前に虚像映像を表示する映像表示装置や、部分反射膜などを介して網膜上に直接映像を描画する網膜描画方式の映像表示装置が市場に出始めている。 In the glass type image display device, the transmission type (see-through) is the mainstream in order to visually recognize the real space and the digital image at the same time. An image display device that displays a virtual image image in front of the eye via a partial reflection film or an image guide structure, and a retinal drawing type image display device that draws an image directly on the retina via a partial reflection film or the like are beginning to appear on the market. ..

網膜描画方式の映像表示装置では、マクスウェル視を利用して、レーザ光線による映像を瞳孔に一度収束させてから網膜上に投射する装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。瞳孔中心付近を通る光は水晶体の焦点調節に関係なく網膜に達するため、装着者の視力を選ばないフォーカスフリーな状態が得られ、現実空間のどの位置に焦点を合わせてもデジタル情報を鮮明に視認することが可能となる。 In the retina drawing type image display device, a device is disclosed in which an image generated by a laser beam is once converged in the pupil and then projected onto the retina by using Maxwell vision (see, for example, Patent Document 1). Since the light passing near the center of the pupil reaches the retina regardless of the accommodation of the crystalline lens, a focus-free state can be obtained regardless of the wearer's eyesight, and digital information becomes clear no matter where the focus is in the real space. It becomes possible to visually recognize.

レーザ光線を用いた網膜描画方式の映像表示装置等における光学装置では、映像を描画する映像光線の収束位置を瞳孔内に位置させてはじめて映像の視認が可能となる。 In an optical device such as a retinal drawing type image display device using a laser beam, the image can be visually recognized only when the convergence position of the image ray for drawing the image is positioned in the pupil.

しかし特許文献1の装置では、レーザ光線等の光線の収束位置を調整できないため、ユーザは、ユーザ毎に異なる好適位置で映像を視認できなくなる場合があった。 However, in the apparatus of Patent Document 1, since the convergence position of a light beam such as a laser beam cannot be adjusted, the user may not be able to visually recognize the image at a suitable position different for each user.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、映像光線の収束位置や映像の投射方向を調整可能にすることを課題とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to make it possible to adjust the convergence position of an image ray and the projection direction of an image.

開示の技術の一態様に係る光学装置は、光を第1の方向に走査する走査部と、前記走査部で走査された前記光を、被投射面に導く光学部と、前記光学部に対する前記走査部の位置又は向きの少なくとも一方を変化させる姿勢可変部と、を備え、前記走査部は、前記光を前記第1の方向に走査する回動ミラーを有し、前記姿勢可変部は、前記第1の方向に前記走査部を回動させる回動機構と、前記走査部を並進させる並進機構と、を有し、前記回動機構は、前記回動ミラーの回動軸を中心に、前記走査部を回動させ、前記並進機構は、前記回動機構に対して前記走査部と反対側に配置され、前記走査部に入射する前記光の入射方向に沿って、前記走査部を並進させることを特徴とする。 The optical device according to one aspect of the disclosed technique includes a scanning unit that scans light in a first direction, an optical unit that guides the light scanned by the scanning unit to a surface to be projected, and the optical unit with respect to the optical unit. The scanning unit comprises a stance variable section that changes at least one of the positions or orientations of the scanning section, the scanning section has a rotating mirror that scans the light in the first direction, and the stance variable section is described. It has a rotation mechanism for rotating the scanning portion in a first direction and a translation mechanism for translating the scanning portion, and the rotation mechanism is centered on a rotation axis of the rotation mirror. The scanning unit is rotated, and the translation mechanism is arranged on the side opposite to the scanning unit with respect to the rotating mechanism, and translates the scanning unit along the incident direction of the light incident on the scanning unit. It is characterized by that.

本発明の実施形態によれば、映像光線の収束位置や映像の投射方向を調整することができる。 According to the embodiment of the present invention, the convergence position of the image light beam and the projection direction of the image can be adjusted.

第1の実施形態に係る映像表示装置の構成の一例について説明する図である。It is a figure explaining an example of the structure of the image display device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る走査ミラーの構成の一例について説明する図である。It is a figure explaining an example of the structure of the scanning mirror which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る制御部のハードウェア構成の一例について説明する図である。It is a figure explaining an example of the hardware composition of the control part which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る制御部の構成要素の一例を機能ブロックで示す図である。It is a figure which shows an example of the component of the control part which concerns on 1st Embodiment by a functional block. 第1の実施形態に係る姿勢可変部の動作の一例について説明する図である。It is a figure explaining an example of the operation of the posture variable part which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る姿勢可変部の回動の作用の一例について説明する図である。It is a figure explaining an example of the action of rotation of the posture variable part which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る姿勢可変部の並進と回動の作用の一例について説明する図である。It is a figure explaining an example of the action of translation and rotation of the posture variable part which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る映像表示装置の構成の一例について説明する図である。It is a figure explaining an example of the structure of the image display device which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る走査ミラーの構成の一例について説明する図である。It is a figure explaining an example of the structure of the scanning mirror which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る走査ミラーの動作の一例について説明する図である。It is a figure explaining an example of the operation of the scanning mirror which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る映像表示装置の構成の一例について説明する図である。It is a figure explaining an example of the structure of the image display device which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る制御部のハードウェア構成の一例について説明する図である。It is a figure explaining an example of the hardware composition of the control part which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る制御部の構成要素の一例を機能ブロックで示す図である。It is a figure which shows an example of the component of the control part which concerns on 3rd Embodiment by a functional block.

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components may be designated by the same reference numerals and duplicate explanations may be omitted.

実施形態では、光学装置を備えた映像表示装置を例に説明する。実施形態の映像表示装置では、ウェアラブル端末であって、マクスウェル視を利用してユーザの網膜上に直接映像を描画する網膜描画方式のヘッドマウントディスプレイ(HMD;Head Mounted Display)を例に説明する。 In the embodiment, a video display device including an optical device will be described as an example. The image display device of the embodiment will be described by taking as an example a retinal drawing type head-mounted display (HMD), which is a wearable terminal and draws an image directly on the user's retina using Maxwell vision.

実施形態では、「人」の左目の眼球に対する映像表示装置を例に説明するが、右目の眼球に対しても同様である。また映像表示装置を2つ備え、両目の眼球に対して適用することも可能である。 In the embodiment, the image display device for the left eyeball of the “human” will be described as an example, but the same applies to the right eyeball. It is also possible to provide two video display devices and apply them to the eyeballs of both eyes.

実施形態では、画像は静止画と同義であり、映像は動画と同義である。またレーザ光線と、レーザビームは同義である。レーザ光線は、特許請求の範囲に記載の「光」の一例である。 In embodiments, images are synonymous with still images and video is synonymous with moving images. Further, a laser beam and a laser beam are synonymous. The laser beam is an example of the "light" described in the claims.

[第1の実施形態]
図1は、本実施形態の映像表示装置の構成の一例を示す図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of the video display device of the present embodiment.

図1に示されているように、映像表示装置100は、レーザ光源1と、レンズ2と、開口部材3と、減光素子4と、第1走査ミラー5と、第2走査ミラー6と、投射ミラー7とを有する。また映像表示装置100は、姿勢可変部8と、メガネフレーム9と、制御部20と、操作部21とを有する。メガネフレーム9には、ツル9aと、保持部9bとが含まれる。 As shown in FIG. 1, the image display device 100 includes a laser light source 1, a lens 2, an aperture member 3, a dimming element 4, a first scanning mirror 5, a second scanning mirror 6, and the like. It has a projection mirror 7. Further, the image display device 100 includes a posture variable unit 8, an eyeglass frame 9, a control unit 20, and an operation unit 21. The eyeglass frame 9 includes a vine 9a and a holding portion 9b.

尚、映像表示装置100は、特許請求の範囲に記載の「映像表示装置」の一例である。また第1走査ミラー5と、第2走査ミラー6と、投射ミラー7と、姿勢可変部8とを有する構成は、特許請求の範囲に記載の「光学装置」の一例である。 The video display device 100 is an example of the "video display device" described in the claims. Further, the configuration including the first scanning mirror 5, the second scanning mirror 6, the projection mirror 7, and the posture variable portion 8 is an example of the “optical device” described in the claims.

レンズ2、開口部材3、減光素子4、第1走査ミラー5、第2走査ミラー6、及び姿勢可変部8は、ツル9aの内部に配設される。投射ミラー7は、保持部9bに配設される。レーザ光源1、及び減光素子4は、図1のようにツル9aの内部に配設してもよいし、これらを外部に設け、レーザ光源1が出射するレーザ光線のみをツル9aの内部に導光して用いてもよい。また制御部20、及び操作部21は、ツル9aの内部に配設してもよいし、これらを外部に設け、駆動信号のみをツル9aの内部に供給してもよい。 The lens 2, the opening member 3, the dimming element 4, the first scanning mirror 5, the second scanning mirror 6, and the posture variable portion 8 are arranged inside the vine 9a. The projection mirror 7 is arranged on the holding portion 9b. The laser light source 1 and the dimming element 4 may be arranged inside the vine 9a as shown in FIG. 1, or they may be provided outside so that only the laser beam emitted by the laser light source 1 is inside the vine 9a. It may be used as a light source. Further, the control unit 20 and the operation unit 21 may be arranged inside the vine 9a, or they may be provided outside and only the drive signal may be supplied to the inside of the vine 9a.

レーザ光源1から出射された発散光は、レンズ2により平行化される。平行光は、開口部材3と減光素子4を通過して第1走査ミラー5に入射する。第1走査ミラー5に入射した光は、第1走査ミラー5で反射され、第2走査ミラー6、及び投射ミラー7でそれぞれ反射されて、眼球50の内部に入射する。眼球50の内部に入射した光線は、瞳孔52の近傍で一旦収束した後、眼球50の奥の網膜53で結像する。尚、レーザ光源1は、特許請求の範囲に記載の「光源」の一例であり、レンズ2は、特許請求の範囲に記載の「光学系」の一例である。 The divergent light emitted from the laser light source 1 is parallelized by the lens 2. The parallel light passes through the aperture member 3 and the dimming element 4 and is incident on the first scanning mirror 5. The light incident on the first scanning mirror 5 is reflected by the first scanning mirror 5, reflected by the second scanning mirror 6 and the projection mirror 7, respectively, and incident on the inside of the eyeball 50. The light rays incident on the inside of the eyeball 50 once converge in the vicinity of the pupil 52, and then are imaged on the retina 53 at the back of the eyeball 50. The laser light source 1 is an example of the "light source" described in the claims, and the lens 2 is an example of the "optical system" described in the claims.

レーザ光源1は、単一、又は複数の波長のレーザ光線を出射する、例えば半導体レーザである。レーザ光源1は、制御部20からの駆動信号に従い、レーザ光線を時間変調して出射する。単一波長のレーザ光線によればモノクロの映像が描画され、複数の波長のレーザ光線によればカラーの映像が描画される。映像表示装置100は、カラー映像を描画するために、複数の波長のレーザ光線を出射するレーザ光源を備えてもよいし、相互に波長の異なる複数のレーザ光源を備えてもよい。レーザ光源1が出射するレーザ光線は、映像を描画する映像光線の一例である。 The laser light source 1 is, for example, a semiconductor laser that emits a laser beam having a single wavelength or a plurality of wavelengths. The laser light source 1 time-modulates and emits a laser beam according to a drive signal from the control unit 20. A monochrome image is drawn by a single wavelength laser beam, and a color image is drawn by a plurality of wavelength laser beams. The image display device 100 may include a laser light source that emits a laser beam having a plurality of wavelengths in order to draw a color image, or may include a plurality of laser light sources having different wavelengths from each other. The laser beam emitted by the laser light source 1 is an example of an image beam for drawing an image.

開口部材3は開口を備える。開口部材3は、開口に入射するレーザ光線の一部を遮蔽し、残りを通過させることで、レーザ光線を所望の断面形状、又は直径に整形する。開口部材3の開口の直径は、レンズ2で平行化されたレーザ光線の1/eの光強度における直径と等しいか、又はそれ以下である。尚、「e」は自然対数の底である。 The opening member 3 includes an opening. The opening member 3 shields a part of the laser beam incident on the opening and passes the rest thereof to shape the laser beam into a desired cross-sectional shape or diameter. The diameter of the aperture of the aperture member 3 is equal to or less than the diameter at the light intensity of 1 / e2 of the laser beam parallelized by the lens 2 . Note that "e" is the base of the natural logarithm.

開口部材3は、開口部材3を通過し、第1走査ミラーに入射するレーザ光線の直径を、第1走査ミラーの有効径よりも小さくする。本実施形態では、開口の一例として円形開口を想定するが、一部に歪みをもたせた形状や楕円形状を有する開口であってもよい。開口部材3により、断面光強度分布を均一化する等、レーザ光線を所望の状態にすることができ、映像光線、及び映像の品質を向上させることができる。 The opening member 3 passes through the opening member 3 and makes the diameter of the laser beam incident on the first scanning mirror smaller than the effective diameter of the first scanning mirror. In the present embodiment, a circular opening is assumed as an example of the opening, but the opening may have a partially distorted shape or an elliptical shape. With the opening member 3, the laser beam can be brought into a desired state, such as by making the cross-sectional light intensity distribution uniform, and the quality of the image beam and the image can be improved.

減光素子4は、「人」の眼の安全性を考慮した適切な光強度になるように、通過するレーザ光線の光強度を低下させる。減光素子4は、例えば、樹脂を材質とする板状部材に、所定の透過率を有する光学薄膜が形成されたND(Neutral Density)フィルタである。 The dimming element 4 reduces the light intensity of the passing laser beam so as to have an appropriate light intensity in consideration of the safety of the "human" eye. The dimming element 4 is, for example, an ND (Neutral Density) filter in which an optical thin film having a predetermined transmittance is formed on a plate-shaped member made of a resin.

「人」の眼の安全性を考慮した適切な光強度は、例えばレーザ光の安全性に関する国際規格であるIEC(国際電気標準会議;International Electro-technical Commission)60825-1で定めるクラス1を下回る光強度である。減光素子4によりレーザ光線を所望の光強度にすることで、安全なレーザ光線を網膜に投射することができ、「人」の眼の安全性を確保することができる。 Appropriate light intensity considering the safety of "human" eyes is lower than class 1 defined by, for example, IEC (International Electro-technical Commission) 6025-1, which is an international standard for laser light safety. Light intensity. By setting the laser beam to a desired light intensity by the dimming element 4, a safe laser beam can be projected onto the retina, and the safety of the "human" eye can be ensured.

尚、本実施形態では、開口部材3と第1走査ミラー5の間に減光素子4を配置した例を示すが、減光素子4を開口部材3とレンズ2の間に配置してもよいし、複数の箇所に配置してもよい。減光素子4の配置を適正化することで、映像表示装置100の小型化等を図ることができる。 Although the present embodiment shows an example in which the dimming element 4 is arranged between the opening member 3 and the first scanning mirror 5, the dimming element 4 may be arranged between the opening member 3 and the lens 2. However, it may be arranged in a plurality of places. By optimizing the arrangement of the dimming element 4, it is possible to reduce the size of the image display device 100 and the like.

第1走査ミラー5は、減光素子4を通過したレーザ光線を反射し、反射角度を変化させてレーザ光線を図のX方向(水平方向)に走査する。第2走査ミラー6は、第1走査ミラー5によりX方向に走査されたレーザ光線を、図のY方向(垂直方向)に走査する。レーザ光線を同期させてX、及びY方向に走査することで、画像、又は映像が描画される。図示は省略するが、X、及びY方向へのレーザ光線の走査を同期させるために、映像表示装置100は、公知の同期検知光学系等を備えることができる。 The first scanning mirror 5 reflects the laser beam that has passed through the dimming element 4, changes the reflection angle, and scans the laser beam in the X direction (horizontal direction) in the figure. The second scanning mirror 6 scans the laser beam scanned in the X direction by the first scanning mirror 5 in the Y direction (vertical direction) in the figure. An image or a moving image is drawn by synchronizing the laser beams and scanning in the X and Y directions. Although not shown, the image display device 100 may be provided with a known synchronization detection optical system or the like in order to synchronize the scanning of the laser beam in the X and Y directions.

X方向は、時間的に連続して画素が描画され、一連の画素群が形成される主走査方向である。Y方向は、一連の画素群を並べる副走査方向である。主走査方向と副走査方向は交差する。第2走査ミラー6による副走査方向への走査速度に対して、第1走査ミラー5による主走査方向への走査速度は、高速に設定される。 The X direction is the main scanning direction in which pixels are drawn continuously in time to form a series of pixel groups. The Y direction is a sub-scanning direction in which a series of pixel groups are arranged. The main scanning direction and the sub-scanning direction intersect. The scanning speed of the first scanning mirror 5 in the main scanning direction is set higher than the scanning speed of the second scanning mirror 6 in the sub-scanning direction.

尚、X方向は、特許請求の範囲に記載の「第1の方向」の一例であり、Y方向は、特許請求の範囲に記載の「第2の方向」の一例である。 The X direction is an example of the "first direction" described in the claims, and the Y direction is an example of the "second direction" described in the claims.

第1走査ミラー5、及び第2走査ミラー6は、例えば、それぞれ1軸のMEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラーである。第1走査ミラー5、及び第2走査ミラー6は、それぞれの備える可動部を所定の軸回りに回動させることで、レーザ光線を走査する。尚、第1走査ミラー5、及び第2走査ミラー6の構成の詳細は、図2を用いて別途説明する。 The first scanning mirror 5 and the second scanning mirror 6 are, for example, 1-axis MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirrors, respectively. The first scanning mirror 5 and the second scanning mirror 6 scan the laser beam by rotating their movable portions around a predetermined axis. The details of the configurations of the first scanning mirror 5 and the second scanning mirror 6 will be described separately with reference to FIG.

第1走査ミラー5、及び第2走査ミラー6は、MEMSミラーに限定されず、ポリゴンミラー、ガルバノミラー等、光を走査する反射部を有する可動物であればよい。MEMSミラーによれば、小型化・軽量化の点で有利となる。MEMSミラーの駆動方式は、静電式、圧電式、電磁式などいずれであってもよい。 The first scanning mirror 5 and the second scanning mirror 6 are not limited to the MEMS mirror, and may be any movable object having a reflecting portion for scanning light, such as a polygon mirror and a galvano mirror. According to the MEMS mirror, it is advantageous in terms of miniaturization and weight reduction. The drive method of the MEMS mirror may be any of electrostatic type, piezoelectric type, electromagnetic type and the like.

第1走査ミラー5は、特許請求の範囲に記載の「走査部」の一例であり、「第1走査ミラー」の一例であり、また「回動ミラー」の一例である。 The first scanning mirror 5 is an example of the "scanning unit" described in the claims, an example of the "first scanning mirror", and an example of the "rotating mirror".

姿勢可変部8は、第1走査ミラー5を並進させて第1走査ミラー5の位置を変化させる。並進には並進機構が用いられる。並進機構は、接続されたモータの回転を駆動源にして、操作部21からの駆動信号に従って第1走査ミラー5を並進させる。 The posture variable portion 8 translates the first scanning mirror 5 to change the position of the first scanning mirror 5. A translation mechanism is used for translation. The translation mechanism uses the rotation of the connected motor as a drive source to translate the first scanning mirror 5 according to the drive signal from the operation unit 21.

また姿勢可変部8は、第1走査ミラー5を回動させて第1走査ミラー5の向きを変化させる。回動には回動機構が用いられる。回動機構は、接続されたモータの回転を駆動源にして、操作部21からの駆動信号に従って第1走査ミラー5を回動させる。 Further, the posture variable portion 8 rotates the first scanning mirror 5 to change the direction of the first scanning mirror 5. A rotation mechanism is used for rotation. The rotation mechanism uses the rotation of the connected motor as a drive source to rotate the first scanning mirror 5 according to the drive signal from the operation unit 21.

姿勢可変部8の駆動源は、モータに限定されず、例えばピエゾアクチュエータ等としてもよい。ピエゾアクチュエータを用いることで、モータと比較して駆動源の小型化が可能になる。また上記の電動による駆動に限定されず、手動で駆動してもよい。姿勢可変部8が第1走査ミラー5を並進、及び回動させる例を示したが、回動のみをさせる構成にしてもよい。回動のみの構成にすることで、映像の投射方向を変化させる機能を確保しつつ、映像表示装置100の構成を簡略化させることが可能になる。 The drive source of the posture variable portion 8 is not limited to the motor, and may be, for example, a piezo actuator or the like. By using a piezo actuator, it is possible to reduce the size of the drive source compared to a motor. Further, the drive is not limited to the above-mentioned electric drive, and may be manually driven. Although the example in which the posture variable portion 8 translates and rotates the first scanning mirror 5 is shown, the configuration may be such that only the rotation is performed. By making only the rotation configuration, it is possible to simplify the configuration of the image display device 100 while ensuring the function of changing the projection direction of the image.

尚、姿勢可変部8の動作、及び作用の詳細は、図3~5を用いて、別途説明する。 The operation of the posture variable portion 8 and the details of the operation will be described separately with reference to FIGS. 3 to 5.

ところで、レーザ光線は第1走査ミラー5で反射された後に、第2走査ミラー6で反射される。姿勢可変部8による第1走査ミラー5の並進量、及び/又は回動量が大きいと、第1走査ミラー5で反射されたレーザ光線が、第2走査ミラー6の反射面に入射できない場合が生じる。そのため本実施形態では、第2走査ミラー6の反射面の面積を、第1走査ミラー5の反射面の面積より大きくしている。このようにすることで、第1走査ミラー5の並進量、及び/又は回動量を大きくしても、第1走査ミラー5で反射されたレーザ光線を第2走査ミラー6の反射面に入射させることができ、第1走査ミラー5の並進、及び/又は回動の範囲を広げることができる。 By the way, the laser beam is reflected by the first scanning mirror 5 and then reflected by the second scanning mirror 6. If the translational amount and / or the rotation amount of the first scanning mirror 5 by the attitude variable portion 8 is large, the laser beam reflected by the first scanning mirror 5 may not be incident on the reflecting surface of the second scanning mirror 6. .. Therefore, in the present embodiment, the area of the reflecting surface of the second scanning mirror 6 is made larger than the area of the reflecting surface of the first scanning mirror 5. By doing so, even if the translational amount and / or the rotation amount of the first scanning mirror 5 is increased, the laser beam reflected by the first scanning mirror 5 is incident on the reflecting surface of the second scanning mirror 6. The range of translation and / or rotation of the first scanning mirror 5 can be expanded.

図1に戻り、投射ミラー7は凹面の反射面を有するミラーである。投射ミラー7は、第1走査ミラー5、及び第2走査ミラー6により走査されたレーザ光線を反射し、瞳孔近傍に一旦収束させてから網膜で結像させる。走査されたレーザ光線で描画される画像、又は映像は、投射ミラー7を介し、映像表示装置100を装着するユーザの網膜に直接投射される。瞳孔中心付近を通る光は水晶体の焦点調節に関係なく網膜に達する。そのためユーザは、現実空間のどの位置に眼の焦点を合わせても、投射された画像、又は映像を焦点の合った状態で鮮明に視認することができる。このような状態は、所謂フォーカスフリーの状態である。尚、ユーザの眼は、「被投射面」の一例である。 Returning to FIG. 1, the projection mirror 7 is a mirror having a concave reflecting surface. The projection mirror 7 reflects the laser beam scanned by the first scanning mirror 5 and the second scanning mirror 6, converges once in the vicinity of the pupil, and then forms an image on the retina. The image or video drawn by the scanned laser beam is directly projected onto the retina of the user who wears the image display device 100 via the projection mirror 7. Light passing near the center of the pupil reaches the retina regardless of the focal adjustment of the crystalline lens. Therefore, the user can clearly see the projected image or the video in the focused state regardless of the position of the eye in the real space. Such a state is a so-called focus-free state. The user's eye is an example of the "projected surface".

投射ミラー7は、例えば、樹脂、又はガラス等を基材にして加工された凹面にアルミニウム等の金属反射膜を蒸着し、ミラー面とすることで形成される。但し、金属反射膜を設けずに樹脂、又はガラス等の基材を鏡面加工してもよい。凹面の形状は球面であってもよいし、非球面であってもよい。非球面を用いると、凹面ミラーによる結像の光学収差をより高品質に補正することができる。 The projection mirror 7 is formed by depositing a metal reflective film such as aluminum on a concave surface processed from, for example, resin or glass as a base material to form a mirror surface. However, a base material such as resin or glass may be mirror-processed without providing the metal reflective film. The shape of the concave surface may be spherical or aspherical. When an aspherical surface is used, the optical aberration of the image formed by the concave mirror can be corrected with higher quality.

また凹面に形成されるミラーは、ハーフミラーであってもよい。ハーフミラーは、入射光線のうちの一部の光強度の光を反射し、残りの光強度の光を透過する。ハーフミラーを用いると、現実空間とデジタル映像を同時に視認可能なシースルー型の映像表示装置を実現できる。 Further, the mirror formed on the concave surface may be a half mirror. The half mirror reflects light of some light intensities of the incident light and transmits light of the remaining light intensities. By using a half mirror, it is possible to realize a see-through type video display device that can simultaneously view real space and digital video.

例えば映像表示装置100がシースルー型である場合、図1で、映像表示装置100の外部から負のZ方向に、眼球50に向かって伝搬する光のうち、投射ミラー7を透過する光により、現実空間が視認される。一方、レーザ光源1から出射され、投射ミラー7で反射されたレーザ光線により、デジタル映像が視認される。尚、ハーフミラーによる反射光強度と透過光強度は、必ずしも1対1にならなくてもよい。投射ミラー7は、「光学部」の一例である。 For example, when the image display device 100 is a see-through type, in FIG. 1, among the light propagating from the outside of the image display device 100 in the negative Z direction toward the eyeball 50, the light transmitted through the projection mirror 7 is actually used. The space is visible. On the other hand, the digital image is visually recognized by the laser beam emitted from the laser light source 1 and reflected by the projection mirror 7. The intensity of the reflected light and the intensity of the transmitted light by the half mirror do not necessarily have to be one-to-one. The projection mirror 7 is an example of an “optical unit”.

制御部20は、描画する映像の元となる映像データを入力し、入力した映像データに基づき、レーザ光源1によるレーザ光の出射を制御する。また制御部20は、第1走査ミラー、及び第2走査ミラーの駆動を制御することで、第1走査ミラー、及び第2走査ミラーによる光の走査を制御する。制御部20のハードウェア構成の詳細は、図3を用いて別途説明する。また制御部20の機能構成の詳細は、図4を用いて別途説明する。 The control unit 20 inputs video data that is the source of the video to be drawn, and controls the emission of the laser light by the laser light source 1 based on the input video data. Further, the control unit 20 controls the scanning of light by the first scanning mirror and the second scanning mirror by controlling the driving of the first scanning mirror and the second scanning mirror. The details of the hardware configuration of the control unit 20 will be described separately with reference to FIG. The details of the functional configuration of the control unit 20 will be described separately with reference to FIG.

操作部21は、姿勢可変部8が備える並進機構8c、及び回動機構8bをそれぞれ駆動するための駆動信号を供給する。操作部21は、例えばツル9aに設けられたダイヤルや押しボタン等のインターフェースである。ユーザは操作部21を介して、並進機構8cに対して並進方向、及び並進量を指示し、或いは回動機構8bに回動方向、及び回動量を指示することができる。尚、操作部21をマイクロメータヘッド等の機構部で構成し、手動で機構部を操作することで、並進機構8cを並進させ、又は回動機構8bを回動させてもよい。尚、並進機構による並進には、平行移動も含まれる。 The operation unit 21 supplies drive signals for driving the translation mechanism 8c and the rotation mechanism 8b included in the posture variable unit 8. The operation unit 21 is, for example, an interface such as a dial or a push button provided on the vine 9a. The user can instruct the translation mechanism 8c of the translation direction and the translation amount, or instruct the rotation mechanism 8b of the rotation direction and the rotation amount via the operation unit 21. The operation unit 21 may be composed of a mechanism unit such as a micrometer head, and the translation mechanism 8c may be translated or the rotation mechanism 8b may be rotated by manually operating the mechanism unit. The translation by the translation mechanism includes translation.

図1の例では、開口部材3と、減光素子4とを有する構成を示したが、ユーザの網膜に投射される光の強度の安全性が確保されるのであれば、減光素子4等を必ずしも設けなくてもよい。 In the example of FIG. 1, a configuration having an opening member 3 and a dimming element 4 is shown, but if the safety of the intensity of the light projected on the user's retina is ensured, the dimming element 4 and the like are shown. It is not always necessary to provide.

ところで、映像表示装置100は、レーザ光源1に印加する電流、又は電圧を変化させ、出射するレーザ光線の光強度を変化させることができる。これにより映像表示装置100を使用する周辺環境の明るさに応じて、画像、又は映像の明るさを調整可能である。減光素子4は、例えば、レーザ光源1が出射するレーザ光線の光強度が最大となる場合において、「人」の眼の安全性を考慮した適切な光強度になるように、通過するレーザ光線の光強度を低下させる。 By the way, the image display device 100 can change the current or voltage applied to the laser light source 1 to change the light intensity of the emitted laser beam. As a result, the brightness of the image or the video can be adjusted according to the brightness of the surrounding environment in which the video display device 100 is used. For example, when the light intensity of the laser beam emitted by the laser light source 1 is maximized, the dimming element 4 passes the laser beam so as to have an appropriate light intensity in consideration of the safety of the "human" eye. Reduces the light intensity of.

次に図2は、第1走査ミラー5の構成の一例を説明する図である。図2では、矢印で示される方向をそれぞれα方向、β方向、及びγ方向とする。第1走査ミラー5は、支持基板41と、可動部42と、蛇行状梁部43と、蛇行状梁部44とを備える。 Next, FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the first scanning mirror 5. In FIG. 2, the directions indicated by the arrows are the α direction, the β direction, and the γ direction, respectively. The first scanning mirror 5 includes a support substrate 41, a movable portion 42, a meandering beam portion 43, and a meandering beam portion 44.

蛇行状梁部43は、複数の折り返し部を有して蛇行して形成され、一端が支持基板41に連結し、他端が可動部42に連結する。蛇行状梁部43は、3つの梁を含む梁部43aと、3つの梁を含む梁部43bとを備える。梁部43aの梁と梁部43bの梁は1つおきに交互に形成される。梁部43aと梁部43bに含まれる各梁は、それぞれが独立に圧電部材を備えている。 The meandering beam portion 43 has a plurality of folded portions and is formed in a meandering manner, one end of which is connected to the support substrate 41 and the other end of which is connected to the movable portion 42. The meandering beam portion 43 includes a beam portion 43a including three beams and a beam portion 43b including three beams. The beams of the beam portion 43a and the beams of the beam portion 43b are alternately formed every other beam. Each of the beams included in the beam portion 43a and the beam portion 43b is independently provided with a piezoelectric member.

同様に、蛇行状梁部44は、複数の折り返し部を有して蛇行して形成され、一端が支持基板41に連結し、他端が可動部42に連結する。蛇行状梁部44は、3つの梁を含む梁部44aと、3つの梁を含む梁部44bとを備える。梁部44aの梁と梁部44bの梁は1つおきに交互に形成される。梁部44aと梁部44bに含まれる各梁は、それぞれが独立に圧電部材を備えている。 Similarly, the meandering beam portion 44 has a plurality of folded portions and is formed in a meandering manner, one end of which is connected to the support substrate 41 and the other end of which is connected to the movable portion 42. The meandering beam portion 44 includes a beam portion 44a including three beams and a beam portion 44b including three beams. The beams of the beam portion 44a and the beams of the beam portion 44b are alternately formed every other beam. Each of the beams included in the beam portion 44a and the beam portion 44b is independently provided with a piezoelectric member.

尚、梁部43a、及び43bにおける梁の数は3つに限定されることなく任意でよい。 The number of beams in the beam portions 43a and 43b is not limited to three and may be arbitrary.

梁部43a、43b、44a、及び44bが備える圧電部材は、図2では図示が省略されているが、例えば多層構造で形成された各梁の層の一部に、圧電層として備えられる。以下では、梁部43a、及び44aが備える圧電部材を圧電部材45aと総称し、梁部43b、及び44bが備える圧電部材を圧電部材45bと総称する場合がある。 The piezoelectric members included in the beam portions 43a, 43b, 44a, and 44b are not shown in FIG. 2, but are provided as a piezoelectric layer in a part of each beam layer formed of, for example, a multilayer structure. In the following, the piezoelectric members included in the beam portions 43a and 44a may be collectively referred to as the piezoelectric member 45a, and the piezoelectric members included in the beam portions 43b and 44b may be collectively referred to as the piezoelectric member 45b.

圧電部材45aと圧電部材45bに、逆位相となる電圧を印加し、蛇行状梁部44に反りを生じさせると、隣接する梁部が異なる方向に撓む。この撓みが累積され、図2のA軸回りに、反射ミラー42aを往復回動させるための回動力が発生する。 When a voltage having opposite phases is applied to the piezoelectric member 45a and the piezoelectric member 45b to cause the meandering beam portion 44 to warp, the adjacent beam portions bend in different directions. This deflection is accumulated, and a rotational force for reciprocating the reflection mirror 42a is generated around the A axis in FIG.

可動部42は、β方向において、蛇行状梁部43と蛇行状梁部44との間に挟まれるようにして形成される。可動部42は、中央部分に反射ミラー42aを備え、蛇行状梁部43と蛇行状梁部44の回動力により、反射ミラー42aをA軸回りに回動させる。この回動により、反射ミラー42aに入射し、反射されたレーザ光線は、α方向に走査される。 The movable portion 42 is formed so as to be sandwiched between the meandering beam portion 43 and the meandering beam portion 44 in the β direction. The movable portion 42 is provided with a reflection mirror 42a in the central portion, and the reflection mirror 42a is rotated around the A axis by the rotational power of the meandering beam portion 43 and the meandering beam portion 44. Due to this rotation, the laser beam incident on the reflection mirror 42a and reflected is scanned in the α direction.

支持基板41は、可動部42と、蛇行状梁部43と、蛇行状梁部44とを囲むように形成される。支持基板41は、蛇行状梁部43、及び蛇行状梁部44に連結し、これらを支持する。また支持基板41は、蛇行状梁部43、及び蛇行状梁部44に連結された可動部42を間接的に支持する。 The support substrate 41 is formed so as to surround the movable portion 42, the meandering beam portion 43, and the meandering beam portion 44. The support substrate 41 is connected to and supports the meandering beam portion 43 and the meandering beam portion 44. Further, the support substrate 41 indirectly supports the meandering beam portion 43 and the movable portion 42 connected to the meandering beam portion 44.

第1走査ミラー5を構成するMEMSミラーは、例えばマイクロマシニング技術を用い、シリコンやガラスを微細加工して形成される。マイクロマシニング技術により、高精度で微小な可動ミラーを、蛇行状梁部等の駆動部と一体にして基板上に形成することができる。 The MEMS mirror constituting the first scanning mirror 5 is formed by microfabrication of silicon or glass using, for example, micromachining technology. By the micromachining technology, a highly accurate and minute movable mirror can be integrally formed on a substrate with a driving part such as a meandering beam part.

具体的には、例えば、1枚のSOI(Silicon On Insulator)基板をエッチング処理等により成形する。成形した基板上に、反射ミラー42a、蛇行状梁部43~44、圧電部材45a~45b、電極接続部等が一体的に形成され、MEMSミラーが形成される。尚、反射ミラー42a等の形成は、SOI基板の成形後に行ってもよいし、SOI基板の成形中に行ってもよい。 Specifically, for example, one SOI (Silicon On Insulator) substrate is molded by an etching process or the like. Reflective mirrors 42a, meandering beam portions 43 to 44, piezoelectric members 45a to 45b, electrode connecting portions and the like are integrally formed on the molded substrate to form a MEMS mirror. The reflection mirror 42a and the like may be formed after the SOI substrate is molded, or may be formed during the SOI substrate molding.

SOI基板は、単結晶シリコン(Si)からなるシリコン支持層の上に酸化シリコン層が設けられ、酸化シリコン層の上にさらに単結晶シリコンからなるシリコン活性層が設けられた基板である。シリコン活性層は、α方向、又はβ方向に対してγ方向の厚みが薄いため、シリコン活性層のみで構成された部材は、弾性を有する弾性部としての機能を備える。 The SOI substrate is a substrate in which a silicon oxide layer is provided on a silicon support layer made of single crystal silicon (Si), and a silicon active layer made of single crystal silicon is further provided on the silicon oxide layer. Since the silicon active layer is thin in the γ direction with respect to the α direction or the β direction, the member composed of only the silicon active layer has a function as an elastic portion having elasticity.

SOI基板は、必ずしも平面状である必要はなく、曲率等を有していてもよい。また、エッチング処理等により一体的に成形でき、部分的に弾性を持たせることができる基板であれば、MEMSミラーの形成に用いられる部材はSOI基板に限られない。 The SOI substrate does not necessarily have to be flat and may have a curvature or the like. Further, the member used for forming the MEMS mirror is not limited to the SOI substrate as long as the substrate can be integrally molded by etching treatment or the like and can be partially elastic.

第2走査ミラー6の構成も、第1走査ミラー5と同様である。但し、第1走査ミラー5が反射ミラー42aに入射するレーザ光線を主走査方向に走査するように、映像表示装置100に設置されるのに対し、第2走査ミラー6は、レーザ光線を副走査方向に走査するように、映像表示装置100に設置される。 The configuration of the second scanning mirror 6 is the same as that of the first scanning mirror 5. However, while the first scanning mirror 5 is installed in the image display device 100 so as to scan the laser beam incident on the reflection mirror 42a in the main scanning direction, the second scanning mirror 6 sub-scans the laser beam. It is installed in the image display device 100 so as to scan in the direction.

主走査方向への走査の場合、制御部20からの駆動信号として、正弦波波形の電圧が逆位相で第1走査ミラー5の備える圧電部材45a、及び45bに印加される。正弦波波形の電圧の周波数は、A軸回りの可動部42の共振モードに応じた周波数である。正弦波波形の電圧の印加により、第1走査ミラー5は、低電圧で且つ非常に大きな回動角度で往復回動する。 In the case of scanning in the main scanning direction, a voltage of a sinusoidal waveform is applied to the piezoelectric members 45a and 45b provided in the first scanning mirror 5 in opposite phase as a drive signal from the control unit 20. The frequency of the voltage of the sinusoidal waveform is a frequency corresponding to the resonance mode of the movable portion 42 around the A axis. By applying a voltage having a sinusoidal waveform, the first scanning mirror 5 reciprocates at a low voltage and at a very large rotation angle.

一方、副走査方向への走査の場合、制御部20からの駆動信号として、ノコギリ波波形の電圧が逆位相で第2走査ミラー6の備える圧電部材45a、及び45bに印加される。これにより第2走査ミラー6は、所望の駆動周波数で往復回動する。 On the other hand, in the case of scanning in the sub-scanning direction, the voltage of the sawtooth wave waveform is applied to the piezoelectric members 45a and 45b provided in the second scanning mirror 6 in opposite phase as the drive signal from the control unit 20. As a result, the second scanning mirror 6 reciprocates at a desired drive frequency.

尚、上記のノコギリ波波形は、正弦波波形の重ね合わせによって生成することができる。また本実施形態では、副走査方向に走査する場合に、第2走査ミラー6をノコギリ波波形の電圧により駆動する例を示したが、これに限定されない。例えばノコギリ波波形の頂点を丸くした波形や、ノコギリ波波形の直線領域を曲線とした波形等を用いてもよい。また第2走査ミラー6のデバイス特性に応じた固有の波形形状にしてもよい。 The sawtooth wave waveform can be generated by superimposing a sine wave waveform. Further, in the present embodiment, an example in which the second scanning mirror 6 is driven by the voltage of the sawtooth wave waveform when scanning in the sub-scanning direction is shown, but the present invention is not limited to this. For example, a waveform in which the apex of the sawtooth wave waveform is rounded, a waveform in which a linear region of the sawtooth wave waveform is a curve, or the like may be used. Further, it may have a unique waveform shape according to the device characteristics of the second scanning mirror 6.

図3は、本実施形態の制御部20のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。制御部20は、CPU(Central Processing Unit)22と、ROM(Read Only Memory)23と、RAM(Random Access Memory)24と、光源駆動回路25と、走査ミラー駆動回路26とを有する。これらはシステムバス27を介して相互に電気的に接続されている。 FIG. 3 is a block diagram showing an example of the hardware configuration of the control unit 20 of the present embodiment. The control unit 20 includes a CPU (Central Processing Unit) 22, a ROM (Read Only Memory) 23, a RAM (Random Access Memory) 24, a light source drive circuit 25, and a scanning mirror drive circuit 26. These are electrically connected to each other via the system bus 27.

CPU22は、制御部20の動作を統括的に制御する。CPU22は、RAM24をワークエリア(作業領域)として、ROM23に格納されたプログラムを実行することで、制御部20全体の動作を制御し、後述する各種機能を実現する。 The CPU 22 comprehensively controls the operation of the control unit 20. The CPU 22 controls the operation of the entire control unit 20 by executing a program stored in the ROM 23 using the RAM 24 as a work area (work area), and realizes various functions described later.

光源駆動回路25は、レーザ光源1と電気的に接続し、レーザ光源1に電流、又は電圧を印加して、レーザ光源1を駆動する電気回路である。レーザ光源1は、光源駆動回路25の出力する駆動信号により、レーザ光線の出射をON、又はOFFし、また出射するレーザ光線の光強度を変化させる。 The light source drive circuit 25 is an electric circuit that is electrically connected to the laser light source 1 and applies a current or a voltage to the laser light source 1 to drive the laser light source 1. The laser light source 1 turns on or off the emission of the laser beam by the drive signal output by the light source drive circuit 25, and changes the light intensity of the emitted laser beam.

走査ミラー駆動回路26は、例えば電気回路である。走査ミラー駆動回路26は、第1走査ミラー5と電気的に接続し、第1走査ミラー5に電圧を印加して、第1走査ミラー5を駆動する。第1走査ミラー5は、走査ミラー駆動回路26の出力する駆動信号により、可動部42が備える反射ミラー42aの回動の角度を変化させる。 The scanning mirror drive circuit 26 is, for example, an electric circuit. The scanning mirror drive circuit 26 is electrically connected to the first scanning mirror 5 and applies a voltage to the first scanning mirror 5 to drive the first scanning mirror 5. The first scanning mirror 5 changes the rotation angle of the reflection mirror 42a included in the movable portion 42 by the drive signal output from the scanning mirror drive circuit 26.

また、走査ミラー駆動回路26は、第2走査ミラー6と電気的に接続し、第2走査ミラー6に電圧を印加して、第2走査ミラー6を駆動する。第2走査ミラー6は、走査ミラー駆動回路26の出力する駆動信号により、反射ミラーの回動の角度を変化させる。 Further, the scanning mirror drive circuit 26 is electrically connected to the second scanning mirror 6 and applies a voltage to the second scanning mirror 6 to drive the second scanning mirror 6. The second scanning mirror 6 changes the rotation angle of the reflection mirror according to the drive signal output by the scanning mirror drive circuit 26.

制御部20は、図3に示されているハードウェア構成によって、次に説明する機能構成を実現することができる。 The control unit 20 can realize the functional configuration described below by the hardware configuration shown in FIG.

図4は、本実施形態の制御部20の構成要素の一例を機能ブロックで示す図である。尚、図4に図示される制御部20の各機能ブロックは概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。各機能ブロックの全部又は一部を、任意の単位で機能的又は物理的に分散・結合して構成することが可能である。制御部20の各機能ブロックにて行われる各処理機能は、その全部又は任意の一部が、上述のCPU22にて実行されるプログラムにて実現され、或いはワイヤードロジックによるハードウェアとして実現されうる。 FIG. 4 is a diagram showing an example of a component of the control unit 20 of the present embodiment as a functional block. It should be noted that each functional block of the control unit 20 shown in FIG. 4 is conceptual and does not necessarily have to be physically configured as shown in the figure. All or part of each functional block can be functionally or physically dispersed / combined in any unit. Each processing function performed in each function block of the control unit 20 may be realized by a program executed by the CPU 22 described above, or may be realized as hardware by wired logic.

制御部20は、出射制御部31と、光源駆動部32と、走査制御部33と、走査ミラー駆動部34とを有する。 The control unit 20 includes an emission control unit 31, a light source drive unit 32, a scan control unit 33, and a scan mirror drive unit 34.

出射制御部31は、描画する映像の元となる映像データを入力し、入力した映像データに基づいて、レーザ光源1を駆動制御するための制御信号を光源駆動部32に出力する。 The emission control unit 31 inputs video data that is the source of the video to be drawn, and outputs a control signal for driving and controlling the laser light source 1 to the light source driving unit 32 based on the input video data.

走査制御部33は、描画する映像の元となる映像データを入力し、入力した映像データに基づいて、第1走査ミラー5、及び第2走査ミラー6を駆動制御するための制御信号を走査ミラー駆動部34に出力する。 The scanning control unit 33 inputs video data that is the source of the video to be drawn, and based on the input video data, scan mirrors control signals for driving and controlling the first scanning mirror 5 and the second scanning mirror 6. Output to the drive unit 34.

出射制御部31、及び走査制御部33は、例えばCPU22等により実現される。 The emission control unit 31 and the scanning control unit 33 are realized by, for example, a CPU 22 or the like.

尚、出射制御部31と走査制御部33は、好適な位置で視認される映像が歪み等を有する場合に、歪み等を補正するように制御を行ってもよい。 When the image visually recognized at a suitable position has distortion or the like, the emission control unit 31 and the scanning control unit 33 may perform control so as to correct the distortion or the like.

光源駆動部32は、出射制御部31から入力した制御信号に基づき、レーザ光源1に電流、又は電圧を印加して、レーザ光源1を駆動する。光源駆動部32は、例えば光源駆動回路25等により実現される。 The light source driving unit 32 drives the laser light source 1 by applying a current or a voltage to the laser light source 1 based on the control signal input from the emission control unit 31. The light source driving unit 32 is realized by, for example, a light source driving circuit 25 or the like.

走査ミラー駆動部34は、走査制御部33から入力した制御信号に基づき、第1走査ミラー5に電圧を印加して、第1走査ミラー5を駆動する。また走査ミラー駆動部34は、走査制御部33から入力した制御信号に基づき、第2走査ミラー6に電圧を印加して、第2走査ミラー6を駆動する。走査ミラー駆動部34は、例えば走査ミラー駆動回路26等により実現される。 The scanning mirror driving unit 34 drives the first scanning mirror 5 by applying a voltage to the first scanning mirror 5 based on the control signal input from the scanning control unit 33. Further, the scanning mirror driving unit 34 drives the second scanning mirror 6 by applying a voltage to the second scanning mirror 6 based on the control signal input from the scanning control unit 33. The scanning mirror driving unit 34 is realized by, for example, a scanning mirror driving circuit 26 or the like.

次に、図5は、本実施形態の姿勢可変部8の動作の一例を詳細に説明する図である。姿勢可変部8は、ベース部材8aと、回動機構8bと、並進機構8cとを有する。 Next, FIG. 5 is a diagram for explaining in detail an example of the operation of the posture variable portion 8 of the present embodiment. The posture variable portion 8 has a base member 8a, a rotation mechanism 8b, and a translation mechanism 8c.

ベース部材8aは金属等を材質とする板状の部材である。図5において、第1走査ミラー5は、ベース部材8aの正のY方向側の面に固定される。この「固定」は、接着剤による固定であってもよいし、嵌合やネジ止めによる固定であってもよい。この点は、以下においても同様である。ベース部材8aの負のY方向側には回動機構8bが配置され、ベース部材8aは、回動機構8bに固定される。 The base member 8a is a plate-shaped member made of metal or the like. In FIG. 5, the first scanning mirror 5 is fixed to the surface of the base member 8a on the positive Y direction side. This "fixing" may be fixed by an adhesive, or may be fixed by fitting or screwing. This point is the same in the following. A rotation mechanism 8b is arranged on the negative Y direction side of the base member 8a, and the base member 8a is fixed to the rotation mechanism 8b.

図5では、回動機構8b、及び並進機構8cにより、第1走査ミラー5が回動、及び並進する前の状態と、回動、及び並進した後の状態が示されている。 FIG. 5 shows a state before the first scanning mirror 5 is rotated and translated by the rotation mechanism 8b and the translation mechanism 8c, and a state after the rotation and translation.

図5において、実線で示されている可動部52bは、回動、及び並進する前の状態を示し、一点鎖線で示されている可動部52cは、回動、及び並進した後の状態を示す。また実線で示されているレーザ光線83は、回動、及び並進する前における第1走査ミラー5によるレーザ光線の中心走査光線を示す。尚、中心走査光線とは、レーザ光線の走査範囲で中心に位置するレーザ光線である。 In FIG. 5, the movable portion 52b shown by the solid line shows the state before rotation and translation, and the movable portion 52c shown by the alternate long and short dash line shows the state after rotation and translation. .. Further, the laser beam 83 shown by the solid line indicates the central scanning ray of the laser beam by the first scanning mirror 5 before rotation and translation. The central scanning ray is a laser beam located at the center in the scanning range of the laser beam.

一方、二点鎖線で示されているレーザ光線84は、回動、及び並進した後における第1走査ミラー5によるレーザ光線の中心走査光線を示す。 On the other hand, the laser beam 84 shown by the alternate long and short dash line indicates the central scanning ray of the laser beam by the first scanning mirror 5 after being rotated and translated.

レーザ光線84はレーザ光線83に対し、回動角度θだけ傾いている。またレーザ光線84はレーザ光線83に対し、レーザ光線の入射方向と平行な方向に並進量Sだけシフトしている。 The laser beam 84 is tilted with respect to the laser beam 83 by a rotation angle θ. Further, the laser beam 84 is shifted with respect to the laser beam 83 by a translation amount S in a direction parallel to the incident direction of the laser beam.

回動機構8bは、ベース部材8a、及び第1走査ミラー5を一体にして矢印81の方向に回動させる。この回動の回動軸は、例えば、第1走査ミラー5の可動部42の回動軸(図2のA軸)に一致する。尚、この「一致」は完全な一致までを要求するものではなく、組立や加工の誤差と認められる程度の誤差は許容するものである。この点は、以下においても同様である。また以下では、「第1走査ミラー5の可動部42の回動軸」を「第1走査ミラー5の回動軸」と称する場合がある。 The rotation mechanism 8b integrally rotates the base member 8a and the first scanning mirror 5 in the direction of the arrow 81. The rotation axis of this rotation coincides with, for example, the rotation axis of the movable portion 42 of the first scanning mirror 5 (axis A in FIG. 2). It should be noted that this "match" does not require a perfect match, but allows an error to the extent that it is recognized as an error in assembly or processing. This point is the same in the following. Further, in the following, the “rotating shaft of the movable portion 42 of the first scanning mirror 5” may be referred to as the “rotating shaft of the first scanning mirror 5”.

また第1走査ミラー5の回動軸は、第1走査ミラー5におけるレーザ光線の入射位置に含まれることが望ましい。尚、入射するレーザ光線の断面積は、第1走査ミラー5の反射面の面積より小さい。 Further, it is desirable that the rotation axis of the first scanning mirror 5 is included in the incident position of the laser beam in the first scanning mirror 5. The cross-sectional area of the incident laser beam is smaller than the area of the reflecting surface of the first scanning mirror 5.

回動機構8bの負のY方向側には、並進機構8cが配置され、回動機構8bは、並進機構8cに固定される。並進機構8cは、回動機構8b、ベース部材8a、及び第1走査ミラー5を一体にして矢印82の方向に並進させる。並進の方向は、レーザ光源1から出射され、第1走査ミラー5に入射するレーザ光線の入射方向に沿った方向である。このような方向は、例えば、第1走査ミラー5に入射するレーザ光線の入射方向に平行な方向である。尚、この「平行」は完全な平行までを要求するものではなく、組立や加工の誤差と認められる程度の誤差は許容するものである。 A translation mechanism 8c is arranged on the negative Y direction side of the rotation mechanism 8b, and the rotation mechanism 8b is fixed to the translation mechanism 8c. The translation mechanism 8c integrates the rotation mechanism 8b, the base member 8a, and the first scanning mirror 5 and translates them in the direction of the arrow 82. The translational direction is a direction along the incident direction of the laser beam emitted from the laser light source 1 and incident on the first scanning mirror 5. Such a direction is, for example, a direction parallel to the incident direction of the laser beam incident on the first scanning mirror 5. It should be noted that this "parallel" does not require perfect parallelism, but allows an error to the extent that it is recognized as an error in assembly or processing.

回動機構8b、ベース部材8a、及び第1走査ミラー5が並進機構8cにより並進する際にも、回動機構8bによる回動の回動軸は、第1走査ミラー5の回動軸に一致した状態で並進する。 Even when the rotation mechanism 8b, the base member 8a, and the first scanning mirror 5 are translated by the translation mechanism 8c, the rotation axis of the rotation by the rotation mechanism 8b coincides with the rotation axis of the first scanning mirror 5. Translate in the same state.

本実施形態の姿勢可変部8の作用の一例を、図6~7を参照して説明する。まず図6は、本実施形態の姿勢可変部8の回動の作用の一例を説明する図である。図6(a)は、姿勢可変部8の回動によるレーザ光線軌跡の変化を説明する図である。図6(a)においては、レーザ光線は第1走査ミラー5に入射し、反射される。反射されたレーザ光線は第2走査ミラー6、及び投射ミラー7で反射され、眼球50に入射する。 An example of the operation of the posture variable portion 8 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 7. First, FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the action of rotation of the posture variable portion 8 of the present embodiment. FIG. 6A is a diagram illustrating a change in the laser beam trajectory due to the rotation of the posture variable portion 8. In FIG. 6A, the laser beam is incident on the first scanning mirror 5 and reflected. The reflected laser beam is reflected by the second scanning mirror 6 and the projection mirror 7 and is incident on the eyeball 50.

図6(a)において、実線で示されているレーザ光線は、回動前の状態を示す。レーザ光線61は、中心走査光線を示す。レーザ光線62は、正のX方向の最大走査角に該当する走査光線を示す。レーザ光線63は、負のX方向の最大走査角に該当する走査光線を示す。レーザ光線61~63は瞳孔52の中心付近で収束し、何れも瞳孔52を通過して網膜で結像する。 In FIG. 6A, the laser beam shown by the solid line shows the state before rotation. The laser beam 61 indicates a central scanning ray. The laser beam 62 indicates a scanning ray corresponding to the maximum scanning angle in the positive X direction. The laser beam 63 indicates a scanning ray corresponding to the maximum scanning angle in the negative X direction. The laser beams 61 to 63 converge near the center of the pupil 52, pass through the pupil 52, and form an image on the retina.

一方、図6(a)において、破線で示されているレーザ光線は、回動後の状態を示す。例えば、第1走査ミラー5へのレーザ光線の入射角度が大きくなるように、姿勢可変部8により第1走査ミラー5を回動させた場合である。レーザ光線64は、中心走査光線を示す。レーザ光線65は、正のX方向の最大走査角に該当する走査光線を示す。レーザ光線66は、負のX方向の最大走査角に該当する走査光線を示す。 On the other hand, in FIG. 6A, the laser beam shown by the broken line shows the state after rotation. For example, this is a case where the first scanning mirror 5 is rotated by the posture variable portion 8 so that the angle of incidence of the laser beam on the first scanning mirror 5 becomes large. The laser beam 64 indicates a central scanning ray. The laser beam 65 indicates a scanning ray corresponding to the maximum scanning angle in the positive X direction. The laser beam 66 indicates a scanning ray corresponding to the maximum scanning angle in the negative X direction.

レーザ光線64~66の収束位置は、瞳孔52の中心付近になり、これらのレーザ光線は何れも瞳孔52を通過して網膜で結像する。図5で説明したように、姿勢可変部8の回動機構8bは、第1走査ミラー5の回動軸で回動し、また第1走査ミラー5の回動軸は、第1走査ミラー5に入射するレーザ光線の入射位置に含まれる。これにより姿勢可変部8の回動の前後で第1走査ミラー5におけるレーザ光線の反射位置は変化せず、投射ミラー7によるレーザ光線の収束位置は変化しない。そのためフォーカスフリーの状態が確保される。一方で、走査されるレーザ光線の投射ミラー7での反射位置は正のX方向にずれ、ユーザには正のX方向にずれた映像が視認される。 The convergence position of the laser beams 64 to 66 is near the center of the pupil 52, and all of these laser beams pass through the pupil 52 and form an image on the retina. As described with reference to FIG. 5, the rotation mechanism 8b of the posture variable portion 8 rotates on the rotation axis of the first scanning mirror 5, and the rotation axis of the first scanning mirror 5 is the first scanning mirror 5. It is included in the incident position of the laser beam incident on. As a result, the reflection position of the laser beam on the first scanning mirror 5 does not change before and after the rotation of the posture variable portion 8, and the convergence position of the laser beam by the projection mirror 7 does not change. Therefore, the focus-free state is secured. On the other hand, the position of reflection of the scanned laser beam on the projection mirror 7 is shifted in the positive X direction, and the user can visually recognize the image shifted in the positive X direction.

また図6(a)では図示が省略されているが、第1走査ミラー5へのレーザ光線の入射角度が小さくなるように、姿勢可変部8により第1走査ミラー5を回動させた場合は、走査されるレーザ光線の投射ミラー7での反射位置は負のX方向にずれ、ユーザには負のX方向にずれた映像が視認される。この場合においても、上記の作用により、姿勢可変部8の回動の前後で、レーザ光線の収束位置は変化せず、フォーカスフリーの状態は確保される。 Further, although not shown in FIG. 6A, when the first scanning mirror 5 is rotated by the posture variable portion 8 so that the angle of incidence of the laser beam on the first scanning mirror 5 becomes smaller. The position of reflection of the scanned laser beam on the projection mirror 7 is shifted in the negative X direction, and the user can visually recognize the image shifted in the negative X direction. Even in this case, due to the above action, the convergence position of the laser beam does not change before and after the rotation of the posture variable portion 8, and the focus-free state is ensured.

このように姿勢可変部8により第1走査ミラー5を回動させることで、レーザ光線の収束位置を変化させず、フォーカスフリーの状態を確保しながら、ユーザによる映像の視認方向を変化させることができる。例えば、ユーザが映像表示装置100を装着した際に、映像を視認しながら姿勢可変部8を操作することで、ユーザの映像視認好適位置に合わせて、ユーザは映像の視認方向を調整することができる。 By rotating the first scanning mirror 5 by the posture variable portion 8 in this way, it is possible to change the viewing direction of the image by the user while ensuring the focus-free state without changing the convergence position of the laser beam. can. For example, when the user wears the image display device 100, by operating the posture variable unit 8 while visually recognizing the image, the user can adjust the viewing direction of the image according to the user's suitable position for viewing the image. can.

一方、図6(b)は、眼球の動きによるレーザ光線軌跡の変化を説明する図である。図6(a)と同様に、実線で示されているレーザ光線は、回動前の状態を示し、破線で示されているレーザ光線は、回動後の状態を示す。例えば、第1走査ミラー5へのレーザ光線の入射角度が大きくなるように、姿勢可変部8により第1走査ミラー5を回動させた場合である。 On the other hand, FIG. 6B is a diagram illustrating a change in the laser beam trajectory due to the movement of the eyeball. Similar to FIG. 6A, the laser beam shown by the solid line indicates the state before rotation, and the laser beam shown by the broken line indicates the state after rotation. For example, this is a case where the first scanning mirror 5 is rotated by the posture variable portion 8 so that the angle of incidence of the laser beam on the first scanning mirror 5 becomes large.

図6(b)において、レーザ光線は、眼球50に入射し、瞳孔52で一旦収束した後、瞳孔52を通過して網膜53で結像する。図6(b)の左側に示されている図は眼球50が正面を向いている場合である。中央に示されている図は眼球50が正のX方向(図の右方向)を向いた場合であり、右側に示されている図は眼球50がさらに正のX方向を向いた場合である。 In FIG. 6B, the laser beam enters the eyeball 50, converges once in the pupil 52, passes through the pupil 52, and forms an image in the retina 53. The figure shown on the left side of FIG. 6B is a case where the eyeball 50 is facing the front. The figure shown in the center is the case where the eyeball 50 is oriented in the positive X direction (right direction in the figure), and the figure shown on the right side is the case where the eyeball 50 is further oriented in the positive X direction. ..

図6(b)の中央の図に示されているように、眼球50が正のX方向を向くと、瞳孔52の中心が正のX方向にずれる。そして図6(b)の右側の図に示されているように、眼球50がさらに正のX方向を向くと、瞳孔52の中心位置はさらに正のX方向にずれ、その結果、レーザ光線は、収束位置で瞳孔52にケラレてしまい、網膜53に到達しなくなる。 As shown in the central figure of FIG. 6B, when the eyeball 50 faces the positive X direction, the center of the pupil 52 shifts in the positive X direction. Then, as shown in the figure on the right side of FIG. 6B, when the eyeball 50 faces the positive X direction, the center position of the pupil 52 shifts further in the positive X direction, and as a result, the laser beam is emitted. At the convergent position, the pupil 52 is vignetted and does not reach the retina 53.

このように姿勢可変部8で回動のみをさせると、眼球50の動き量によっては、ユーザは映像を視認できなくなる場合がある。 If only the posture variable portion 8 is rotated in this way, the user may not be able to visually recognize the image depending on the amount of movement of the eyeball 50.

次に、図7は、本実施形態の姿勢可変部8の並進と回動の作用の一例を説明する図である。図7(a)は、姿勢可変部8の並進、及び回動によるレーザ光線軌跡の変化を説明する図である。図6(a)と同様に、図7(a)では、第1走査ミラー5にレーザ光線が入射し、反射される。反射されたレーザ光線は第2走査ミラー6、及び投射ミラー7で反射されて、眼球50に入射する。 Next, FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the translational and rotational actions of the posture variable portion 8 of the present embodiment. FIG. 7A is a diagram illustrating changes in the laser beam trajectory due to translation and rotation of the posture variable portion 8. Similar to FIG. 6A, in FIG. 7A, a laser beam is incident on and reflected by the first scanning mirror 5. The reflected laser beam is reflected by the second scanning mirror 6 and the projection mirror 7 and is incident on the eyeball 50.

図7(a)において、実線で示されているレーザ光線は、並進、及び回動前の状態を示す。図6(a)と同様に、レーザ光線61は、中心走査光線を示す。レーザ光線62は、正のX方向の最大走査角に該当する走査光線を示す。レーザ光線63は、負のX方向の最大走査角に該当する走査光線を示す。レーザ光線61~63は瞳孔52の中心付近で収束し、何れも瞳孔52を通過して網膜で結像する。 In FIG. 7A, the laser beam shown by the solid line shows the state before translation and rotation. Similar to FIG. 6A, the laser beam 61 indicates a central scanning ray. The laser beam 62 indicates a scanning ray corresponding to the maximum scanning angle in the positive X direction. The laser beam 63 indicates a scanning ray corresponding to the maximum scanning angle in the negative X direction. The laser beams 61 to 63 converge near the center of the pupil 52, pass through the pupil 52, and form an image on the retina.

一方、図7(a)において、破線で示されているレーザ光線は、並進、及び回動後の状態を示す。例えば、姿勢可変部8により、第1走査ミラー5へのレーザ光線の入射角度が大きくなるように第1走査ミラー5を回動させ、且つ第1走査ミラー5を第1走査ミラー5へのレーザ光線の入射方向において前進させた場合である。レーザ光線67は、中心走査光線を示す。レーザ光線68は、正のX方向の最大走査角に該当する走査光線を示す。レーザ光線69は、負のX方向の最大走査角に該当する走査光線を示す。レーザ光線67~69の収束位置は、瞳孔52の中心付近から正のX方向(図の右方向)にずれている。 On the other hand, in FIG. 7A, the laser beam shown by the broken line shows the state after translation and rotation. For example, the attitude variable portion 8 rotates the first scanning mirror 5 so that the angle of incidence of the laser beam on the first scanning mirror 5 is large, and the first scanning mirror 5 is lasered on the first scanning mirror 5. This is the case when the light beam is advanced in the incident direction. The laser beam 67 indicates a central scanning ray. The laser beam 68 indicates a scanning ray corresponding to the maximum scanning angle in the positive X direction. The laser beam 69 indicates a scanning ray corresponding to the maximum scanning angle in the negative X direction. The convergence positions of the laser beams 67 to 69 are deviated from the vicinity of the center of the pupil 52 in the positive X direction (to the right in the figure).

また図7(a)では図示が省略されているが、姿勢可変部8により、第1走査ミラー5へのレーザ光線の入射角度が大きくなるように第1走査ミラー5を回動させ、且つ第1走査ミラー5を第1走査ミラー5へのレーザ光線の入射方向において後退させた場合は、レーザ光線67~69の収束位置は、瞳孔52の中心付近から負のX方向(図の左方向)にずれる。 Further, although not shown in FIG. 7A, the posture variable portion 8 rotates the first scanning mirror 5 so that the incident angle of the laser beam on the first scanning mirror 5 becomes large, and the first scanning mirror 5 is rotated. When the 1-scan mirror 5 is retracted in the incident direction of the laser beam to the 1-scan mirror 5, the convergence position of the laser beams 67 to 69 is in the negative X direction from the vicinity of the center of the pupil 52 (left direction in the figure). It shifts.

一方、図7(b)は、眼球の動きによるレーザ光線軌跡の変化を説明する図である。図7(a)と同様に、実線で示されているレーザ光線は、並進、及び回動前の状態を示す。破線で示されているレーザ光線は、並進、及び回動後の状態を示す。例えば、第1走査ミラー5へのレーザ光線の入射角度が大きくなるように、姿勢可変部8により第1走査ミラー5を回動させ、且つ姿勢可変部8により第1走査ミラー5を、第1走査ミラー5に入射するレーザ光線の入射方向に前進させた場合である。 On the other hand, FIG. 7B is a diagram illustrating a change in the laser beam trajectory due to the movement of the eyeball. Similar to FIG. 7A, the laser beam shown by the solid line shows the state before translation and rotation. The laser beam shown by the broken line indicates the state after translation and rotation. For example, the first scanning mirror 5 is rotated by the attitude variable portion 8 so that the incident angle of the laser beam on the first scanning mirror 5 becomes large, and the first scanning mirror 5 is rotated by the attitude variable portion 8. This is a case where the laser beam incident on the scanning mirror 5 is advanced in the incident direction.

図7(b)では、レーザ光線が眼球50に入射し、瞳孔52で一旦収束した後、瞳孔52を通過し、網膜53で結像する。図7(b)の左側に示されている図は眼球50が正面を向いている場合である。中央に示されている図は眼球50が正のX方向(図の右方向)を向いた場合であり、右側に示されている図は眼球50がさらに正のX方向を向いた場合である。 In FIG. 7B, a laser beam is incident on the eyeball 50, converges once in the pupil 52, passes through the pupil 52, and is imaged in the retina 53. The figure shown on the left side of FIG. 7B is a case where the eyeball 50 is facing the front. The figure shown in the center is the case where the eyeball 50 is oriented in the positive X direction (right direction in the figure), and the figure shown on the right side is the case where the eyeball 50 is further oriented in the positive X direction. ..

図7(b)の中央、及び右側の図に示されているように、眼球50が正のX方向を向いていくと、瞳孔52の中心は正のX方向にずれていく。しかし、図6の場合とは異なり、姿勢可変部8による第1走査ミラー5の前進により、レーザ光線67~69の収束位置は正のX方向にずらされている。そのためレーザ光線67~69は、瞳孔52にケラレることなく、網膜53に到達している。 As shown in the center of FIG. 7B and the figure on the right side, when the eyeball 50 faces the positive X direction, the center of the pupil 52 shifts in the positive X direction. However, unlike the case of FIG. 6, the convergence position of the laser beams 67 to 69 is shifted in the positive X direction due to the advancement of the first scanning mirror 5 by the attitude variable portion 8. Therefore, the laser beams 67 to 69 reach the retina 53 without vignetting in the pupil 52.

このように、姿勢可変部8で第1走査ミラーを回動させることで、フォーカスフリーの状態を確保しながら、ユーザによる映像の視認方向を変化させることができる。また姿勢可変部8で第1走査ミラーを並進させることで、レーザ光線67~69の収束位置をずらすことができる。これにより眼球50が動いたとしても、レーザ光線67~69の瞳孔52でのケラレ等を防止することができる。 In this way, by rotating the first scanning mirror in the posture variable portion 8, it is possible to change the viewing direction of the image by the user while ensuring the focus-free state. Further, by translating the first scanning mirror by the posture variable portion 8, the convergence position of the laser beams 67 to 69 can be shifted. As a result, even if the eyeball 50 moves, vignetting or the like in the pupil 52 of the laser beams 67 to 69 can be prevented.

以上説明してきたように、本実施形態の映像表示装置100は、レーザ光線を走査する第1走査ミラー5、及び第2走査ミラー6等の走査部と、走査部の位置、又は向きを変化させる姿勢可変部8と、走査されたレーザ光線をユーザの網膜に投射する投射ミラー7とを備える。姿勢可変部8により、第1走査ミラー5を並進、及び/又は回動させることで、映像光線の収束位置、及び映像の投射方向を任意のタイミングで調整可能な映像表示装置を提供することができる。 As described above, the image display device 100 of the present embodiment changes the positions or orientations of the scanning portions such as the first scanning mirror 5 and the second scanning mirror 6 that scan the laser beam and the scanning portions. It includes a posture variable portion 8 and a projection mirror 7 that projects a scanned laser beam onto the user's retina. By translating and / or rotating the first scanning mirror 5 by the posture variable unit 8, it is possible to provide an image display device capable of adjusting the convergence position of an image ray and the projection direction of an image at an arbitrary timing. can.

瞳孔間間隔(眼球の間隔)等はユーザ毎に異なるため、映像表示装置100を装着した際に、映像が視認される位置はユーザ毎に異なり、好適でない位置に映像が視認される場合がある。また、ユーザ毎で視認の好適位置が異なるため、これにより好適でない位置に映像が視認される場合がある。 Since the distance between the pupils (distance between the eyeballs) and the like are different for each user, the position where the image is visually recognized differs for each user when the image display device 100 is attached, and the image may be visually recognized at an unsuitable position. .. In addition, since the suitable position for visual recognition differs for each user, the image may be visually recognized at an unsuitable position.

本実施形態によれば、映像を視認しながら姿勢可変部8を操作することで、ユーザの映像視認好適位置に合わせて、ユーザは映像の投射方向を調整することができる。これによりユーザは好適位置で映像を視認することができる。また映像を視認しながら姿勢可変部8を操作することで、映像光線の収束位置を調整し、瞳孔52でのレーザ光線のケラレにより映像を視認できなくなる等の状態を回避できる。また機構部を用いて調整を行うため、振動等により調整後の状態が変動することなく、好適な状態が安定的に維持される。 According to the present embodiment, by operating the posture variable unit 8 while visually recognizing the image, the user can adjust the projection direction of the image according to the position suitable for viewing the image of the user. This allows the user to visually recognize the image at a suitable position. Further, by operating the posture variable unit 8 while visually recognizing the image, it is possible to adjust the convergence position of the image light beam and avoid a state in which the image cannot be visually recognized due to vignetting of the laser beam in the pupil 52. Further, since the adjustment is performed using the mechanical portion, the adjusted state does not change due to vibration or the like, and the suitable state is stably maintained.

さらに、本実施形態によれば、マクスウェル視を利用してユーザの網膜に直接映像を描画するため、現実空間のどの位置に焦点を合わせても画像を鮮明に視認することができる。 Further, according to the present embodiment, since the image is drawn directly on the user's retina using Maxwell vision, the image can be clearly visually recognized regardless of the position in the real space.

これらの効果は、第1走査ミラー5と、第2走査ミラー6と、投射ミラー7と、姿勢可変部8とを備える光学装置においても同様である。 These effects are the same in the optical device including the first scanning mirror 5, the second scanning mirror 6, the projection mirror 7, and the posture variable portion 8.

尚、本実施形態では、グラス型のHMDを映像表示装置の例として説明したが、HMD等の映像表示装置は、「人」の頭部に直接装着させるだけでなく、固定部等の部材を介して間接的に「人」の頭部に装着させるものであってもよい。 In the present embodiment, the glass-type HMD has been described as an example of the image display device, but the image display device such as the HMD is not only directly attached to the head of a "human" but also has a member such as a fixed portion. It may be indirectly attached to the head of a "human" through the device.

[第2の実施形態]
次に、第2の実施形態の映像表示装置を、図8~10を参照して説明する。尚、第2の実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部分についての説明は省略する場合がある。
[Second Embodiment]
Next, the video display device of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 10. In the second embodiment, the description of the same components as those of the above-described embodiment may be omitted.

本実施形態では、レーザ光線を走査する走査部として、固定ミラー、及び2軸走査ミラーを用いる。2軸走査ミラーは、レーザ光線を2軸方向に走査する。 In this embodiment, a fixed mirror and a biaxial scanning mirror are used as a scanning unit for scanning a laser beam. The biaxial scanning mirror scans the laser beam in the biaxial direction.

図8は、本実施形態の映像表示装置100aの構成の一例を示す図である。映像表示装置100aは、固定ミラー10と、2軸走査ミラー11と、姿勢可変部8Aとを有する。 FIG. 8 is a diagram showing an example of the configuration of the video display device 100a of the present embodiment. The image display device 100a includes a fixed mirror 10, a two-axis scanning mirror 11, and a posture variable portion 8A.

固定ミラー10は、減光素子4を通過したレーザ光線を2軸走査ミラー11に向けて反射するミラーである。固定ミラー10は、メガネフレーム9のツル9aに固定される。固定ミラー10の表面は、平面に限らず、凹面や凸面等の任意の形状としてよい。 The fixed mirror 10 is a mirror that reflects a laser beam that has passed through the dimming element 4 toward the biaxial scanning mirror 11. The fixed mirror 10 is fixed to the vine 9a of the eyeglass frame 9. The surface of the fixed mirror 10 is not limited to a flat surface, and may have an arbitrary shape such as a concave surface or a convex surface.

2軸走査ミラー11は、固定ミラー10で反射されたレーザ光線を投射ミラー7に向けて反射し、反射角度を変化させることで、レーザ光線をX方向(水平方向)、及びY方向(垂直方向)の2軸方向に走査する。レーザ光線を同期させてX、及びY方向に走査することで、画像、又は映像が描画される。図示は省略するが、X、及びY方向へのレーザ光線の走査を同期させるために、映像表示装置100aは、公知の同期検知光学系等を備えることができる。 The 2-axis scanning mirror 11 reflects the laser beam reflected by the fixed mirror 10 toward the projection mirror 7 and changes the reflection angle to direct the laser beam in the X direction (horizontal direction) and the Y direction (vertical direction). ) Is scanned in the biaxial direction. An image or a moving image is drawn by synchronizing the laser beams and scanning in the X and Y directions. Although not shown, the image display device 100a may be provided with a known synchronization detection optical system or the like in order to synchronize the scanning of the laser beam in the X and Y directions.

2軸走査ミラー11は、例えば2軸のMEMSミラーである。2軸走査ミラー11の構成の詳細は、図9を用いて別途説明する。 The 2-axis scanning mirror 11 is, for example, a 2-axis MEMS mirror. Details of the configuration of the 2-axis scanning mirror 11 will be described separately with reference to FIG.

2軸走査ミラー11は、MEMSミラーに限定されず、ポリゴンミラー、ガルバノミラー等、光を走査する反射部を有するものを組み合わせて構成してもよい。MEMSミラーによれば、小型化・軽量化の点で有利となる。MEMSミラーの駆動方式は、静電式、圧電式、電磁式などいずれであってもよい。 The 2-axis scanning mirror 11 is not limited to the MEMS mirror, and may be configured by combining a polygon mirror, a galvano mirror, or the like having a reflecting portion for scanning light. According to the MEMS mirror, it is advantageous in terms of miniaturization and weight reduction. The drive method of the MEMS mirror may be any of electrostatic type, piezoelectric type, electromagnetic type and the like.

2軸走査ミラー11は、特許請求の範囲に記載の「走査部」の一例であり、「回動ミラー」の一例である。 The 2-axis scanning mirror 11 is an example of the "scanning unit" described in the claims, and is an example of a "rotating mirror".

姿勢可変部8Aは、2軸走査ミラー11を回動させて、2軸走査ミラー11の向きを変化させる。姿勢可変部8Aは、例えば、2軸走査ミラー11の水平方向(X方向)への回動軸を中心にして、2軸走査ミラー11を回動させる。2軸走査ミラー11の水平方向(X方向)への回動軸は、2軸走査ミラー11に入射するレーザ光線の入射位置にあることが望ましい。回動には回動機構が用いられる。回動機構は、接続されたモータの回転を駆動源にして、操作部21からの駆動信号に従って2軸走査ミラー11を回動させる。 The posture variable portion 8A rotates the biaxial scanning mirror 11 to change the direction of the biaxial scanning mirror 11. The posture variable portion 8A rotates the biaxial scanning mirror 11, for example, about the axis of rotation of the biaxial scanning mirror 11 in the horizontal direction (X direction). It is desirable that the axis of rotation of the biaxial scanning mirror 11 in the horizontal direction (X direction) is at the incident position of the laser beam incident on the biaxial scanning mirror 11. A rotation mechanism is used for rotation. The rotation mechanism uses the rotation of the connected motor as a drive source to rotate the two-axis scanning mirror 11 according to the drive signal from the operation unit 21.

また姿勢可変部8Aは、2軸走査ミラー11を並進させて、2軸走査ミラー11の位置を変化させる。姿勢可変部8Aは、例えば、2軸走査ミラー11へのレーザ光線の入射方向に沿った方向に、2軸走査ミラー11を並進させる。2軸走査ミラー11へのレーザ光線の入射方向に沿った方向は、例えば2軸走査ミラー11へのレーザ光線の入射方向と平行な方向である。並進には並進機構が用いられる。並進機構は、接続されたモータの回転を駆動源にして、操作部21からの駆動信号に従って2軸走査ミラー11を並進させる。 Further, the posture variable portion 8A translates the biaxial scanning mirror 11 to change the position of the biaxial scanning mirror 11. The posture variable portion 8A translates the biaxial scanning mirror 11 in a direction along the direction of incidence of the laser beam on the biaxial scanning mirror 11, for example. The direction along the incident direction of the laser beam on the biaxial scanning mirror 11 is, for example, a direction parallel to the incident direction of the laser beam on the biaxial scanning mirror 11. A translation mechanism is used for translation. The translation mechanism uses the rotation of the connected motor as a drive source to translate the two-axis scanning mirror 11 according to the drive signal from the operation unit 21.

姿勢可変部8Aの構成は、姿勢可変部8と同様である。また姿勢可変部8Aの作用の詳細は、図10を用いて、別途説明する。 The configuration of the posture variable portion 8A is the same as that of the posture variable portion 8. The details of the action of the posture variable portion 8A will be described separately with reference to FIG.

画像、又は映像は、2軸走査ミラー11により走査されたレーザ光線で描画され、映像表示装置100aを装着するユーザの網膜に直接投射される。瞳孔中心付近を通るレーザ光線は、水晶体の焦点調節に関係なく網膜に達するため、ユーザは、現実空間のどの位置に眼の焦点を合わせても、投射された画像、又は映像を、焦点の合った状態で鮮明に視認することができる。 The image or video is drawn by a laser beam scanned by the biaxial scanning mirror 11 and directly projected onto the retina of the user who wears the image display device 100a. Since the laser beam passing near the center of the pupil reaches the retina regardless of the accommodation of the crystalline lens, the user can focus the projected image or video regardless of the position of the eye in the real space. It can be clearly seen in the state of being in the state.

次に図9は、2軸走査ミラー11の構成の一例を説明する図である。図9では、矢印で示される方向を、それぞれα方向、β方向、及びγ方向とする。2軸走査ミラー11は、支持基板91と、可動部92と、蛇行状梁部93と、蛇行状梁部94と、電極接続部95とを備える。 Next, FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the configuration of the two-axis scanning mirror 11. In FIG. 9, the directions indicated by the arrows are the α direction, the β direction, and the γ direction, respectively. The biaxial scanning mirror 11 includes a support substrate 91, a movable portion 92, a meandering beam portion 93, a meandering beam portion 94, and an electrode connecting portion 95.

蛇行状梁部93は、複数の折り返し部を有して蛇行して形成され、一端が支持基板91に連結し、他端が可動部92に連結する。蛇行状梁部93は、3つの梁を含む梁部93aと、3つの梁を含む梁部93bとを備える。梁部93aの梁と梁部93bの梁は1つおきに交互に形成される。梁部93aと梁部93bに含まれる各梁は、それぞれが独立に圧電部材を備えている。 The meandering beam portion 93 has a plurality of folded portions and is formed in a meandering manner, one end of which is connected to the support substrate 91 and the other end of which is connected to the movable portion 92. The meandering beam portion 93 includes a beam portion 93a including three beams and a beam portion 93b including three beams. The beams of the beam portion 93a and the beams of the beam portion 93b are alternately formed every other beam. Each of the beams included in the beam portion 93a and the beam portion 93b is independently provided with a piezoelectric member.

同様に、蛇行状梁部94は、複数の折り返し部を有して蛇行して形成され、一端が支持基板91に連結し、他端が可動部92に連結する。蛇行状梁部94は、3つの梁を含む梁部94aと、3つの梁を含む梁部94bとを備える。梁部94aの梁と梁部94bの梁は1つおきに交互に形成される。梁部94aと梁部94bに含まれる各梁は、それぞれが独立に圧電部材を備えている。 Similarly, the meandering beam portion 94 has a plurality of folded portions and is formed in a meandering manner, one end of which is connected to the support substrate 91 and the other end of which is connected to the movable portion 92. The meandering beam portion 94 includes a beam portion 94a including three beams and a beam portion 94b including three beams. The beams of the beam portion 94a and the beams of the beam portion 94b are alternately formed every other beam. Each of the beams included in the beam portion 94a and the beam portion 94b is independently provided with a piezoelectric member.

尚、梁部93a、及び93bにおける梁の数は3つに限定されることなく任意でよい。 The number of beams in the beam portions 93a and 93b is not limited to three and may be arbitrary.

梁部93a、93b、94a、及び94bが備える圧電部材は、図9では図示が省略されているが、例えば多層構造で形成された各梁の層の一部に、圧電層として備えられる。以下では、梁部93a、及び94aが備える圧電部材を圧電部材95aと総称し、梁部93b、及び94bが備える圧電部材を圧電部材95bと総称する場合がある。 The piezoelectric members included in the beam portions 93a, 93b, 94a, and 94b are not shown in FIG. 9, but are provided as a piezoelectric layer in a part of each beam layer formed of, for example, a multilayer structure. In the following, the piezoelectric members included in the beam portions 93a and 94a may be collectively referred to as the piezoelectric member 95a, and the piezoelectric members included in the beam portions 93b and 94b may be collectively referred to as the piezoelectric member 95b.

圧電部材95aと圧電部材95bに、逆位相となる電圧信号を印加し、蛇行状梁部94に反りを生じさせると、隣接する梁部が異なる方向に撓む。この撓みが累積され、図9のA軸回りに、反射ミラー92aを往復回動させるための回動力が発生する。 When a voltage signal having opposite phases is applied to the piezoelectric member 95a and the piezoelectric member 95b to cause the meandering beam portion 94 to warp, the adjacent beam portions bend in different directions. This deflection is accumulated, and a rotational force for reciprocating the reflection mirror 92a is generated around the A axis in FIG.

可動部92は、β方向において、蛇行状梁部93と蛇行状梁部94との間に挟まれるようにして形成される。可動部92は、反射ミラー92aと、トーションバー92bと、圧電部材92cと、支持部92dとを備える。 The movable portion 92 is formed so as to be sandwiched between the meandering beam portion 93 and the meandering beam portion 94 in the β direction. The movable portion 92 includes a reflection mirror 92a, a torsion bar 92b, a piezoelectric member 92c, and a support portion 92d.

反射ミラー92aは、例えば、基材上にアルミニウム、金、銀等を含む金属薄膜が蒸着されて形成される。トーションバー92bは、反射ミラー92aに一端が連結し、正、及び負のα方向に伸びて反射ミラー92aを回動可能に支持する。 The reflection mirror 92a is formed by, for example, depositing a metal thin film containing aluminum, gold, silver, etc. on a base material. One end of the torsion bar 92b is connected to the reflection mirror 92a and extends in the positive and negative α directions to rotatably support the reflection mirror 92a.

圧電部材92cは、一端がトーションバー92bに連結し、他端が支持部92dに連結する。圧電部材92cに電圧を印加すると、圧電部材92cは屈曲変形してトーションバー92bにねじれを生じさせる。トーションバー92bのねじれが回動力となり、反射ミラー92aはB軸回りに回動する。 One end of the piezoelectric member 92c is connected to the torsion bar 92b, and the other end is connected to the support portion 92d. When a voltage is applied to the piezoelectric member 92c, the piezoelectric member 92c bends and deforms, causing the torsion bar 92b to twist. The twist of the torsion bar 92b becomes the rotational power, and the reflection mirror 92a rotates around the B axis.

反射ミラー92aのA軸回りの回動により、反射ミラー92aに入射するレーザ光線はα方向に走査される。反射ミラー92aのB軸回りの回動により、反射ミラー92aに入射するレーザ光線はβ方向に走査される。 Due to the rotation of the reflection mirror 92a around the A axis, the laser beam incident on the reflection mirror 92a is scanned in the α direction. Due to the rotation of the reflection mirror 92a around the B axis, the laser beam incident on the reflection mirror 92a is scanned in the β direction.

支持部92dは、反射ミラー92aと、トーションバー92bと、圧電部材92cとを囲むように形成される。支持部92dは圧電部材92cと連結し、圧電部材92cを支持する。また支持部92dは、圧電部材92cに連結されたトーションバー92b、及び反射ミラー92aを間接的に支持する。 The support portion 92d is formed so as to surround the reflection mirror 92a, the torsion bar 92b, and the piezoelectric member 92c. The support portion 92d is connected to the piezoelectric member 92c to support the piezoelectric member 92c. Further, the support portion 92d indirectly supports the torsion bar 92b connected to the piezoelectric member 92c and the reflection mirror 92a.

支持基板91は、可動部92と、蛇行状梁部93と、蛇行状梁部94とを囲むように形成される。支持基板91は、蛇行状梁部93、及び蛇行状梁部94に連結し、これらを支持する。また支持基板91は、蛇行状梁部93、及び蛇行状梁部94に連結された可動部92を間接的に支持する。 The support substrate 91 is formed so as to surround the movable portion 92, the meandering beam portion 93, and the meandering beam portion 94. The support substrate 91 is connected to and supports the meandering beam portion 93 and the meandering beam portion 94. Further, the support substrate 91 indirectly supports the meandering beam portion 93 and the movable portion 92 connected to the meandering beam portion 94.

2軸走査ミラー11の製造方法は、第1の実施形態で説明した第1走査ミラー5の製造方法と同様である。また駆動方法は、第1の実施形態の第1走査ミラー5、及び第2走査ミラー6の駆動方法と同様である。 The manufacturing method of the 2-axis scanning mirror 11 is the same as the manufacturing method of the first scanning mirror 5 described in the first embodiment. The driving method is the same as the driving method of the first scanning mirror 5 and the second scanning mirror 6 of the first embodiment.

次に、図10は、本実施形態の姿勢可変部8Aの並進と回動の作用の一例を説明する図である。図10は、姿勢可変部8Aの並進、及び回動によるレーザ光線軌跡の変化を示している。図10において、レーザ光線は、固定ミラー10に入射し、2軸走査ミラー11に向けて反射される。反射されたレーザ光線は2軸走査ミラー11、及び投射ミラー7で反射されて、眼球50に入射する。 Next, FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the translational and rotational actions of the posture variable portion 8A of the present embodiment. FIG. 10 shows the change of the laser beam trajectory due to the translation and rotation of the attitude variable portion 8A. In FIG. 10, the laser beam is incident on the fixed mirror 10 and reflected toward the biaxial scanning mirror 11. The reflected laser beam is reflected by the biaxial scanning mirror 11 and the projection mirror 7 and is incident on the eyeball 50.

図10に実線で示されているレーザ光線は、並進、及び回動前の状態を示す。レーザ光線71は、中心走査光線を示す。レーザ光線72は、正のX方向の最大角度となる走査光線を示す。レーザ光線73は、負のX方向の最大角度となる走査光線を示す。レーザ光線71~73は、瞳孔52の中心付近で収束し、何れも瞳孔52を通過して網膜で結像する。 The laser beam shown by the solid line in FIG. 10 shows the state before translation and rotation. The laser beam 71 indicates a central scanning ray. The laser beam 72 indicates a scanning ray having a maximum angle in the positive X direction. The laser beam 73 indicates a scanning ray having a maximum angle in the negative X direction. The laser beams 71 to 73 converge near the center of the pupil 52, pass through the pupil 52, and form an image on the retina.

一方、図10に破線で示されているレーザ光線は、並進、及び回動後の状態を示す。例えば、姿勢可変部8Aにより、2軸走査ミラー11へのレーザ光線の入射角度が小さくなるように2軸走査ミラー11を回動させ、且つ2軸走査ミラー11を、2軸走査ミラー11へのレーザ光線の入射方向に後退(固定ミラー10から遠ざける)させた場合である。レーザ光線74は、中心走査光線を示す。レーザ光線75は、正のX方向の最大角度となる走査光線を示す。レーザ光線76は、負のX方向の最大角度を示す走査光線を示す。レーザ光線74~76の収束位置は、瞳孔52の中心付近から負のX方向にずれている。 On the other hand, the laser beam shown by the broken line in FIG. 10 shows the state after translation and rotation. For example, the posture variable portion 8A rotates the biaxial scanning mirror 11 so that the angle of incidence of the laser beam on the biaxial scanning mirror 11 becomes small, and the biaxial scanning mirror 11 is moved to the biaxial scanning mirror 11. This is a case where the laser beam is retracted (away from the fixed mirror 10) in the incident direction. The laser beam 74 indicates a central scanning ray. The laser beam 75 indicates a scanning ray having a maximum angle in the positive X direction. The laser beam 76 indicates a scanning ray indicating the maximum angle in the negative X direction. The convergence positions of the laser beams 74 to 76 are deviated from the vicinity of the center of the pupil 52 in the negative X direction.

逆に、図10では図示が省略されているが、姿勢可変部8Aにより、2軸走査ミラー11へのレーザ光線の入射角度が小さくなるように2軸走査ミラー11を回動させ、また2軸走査ミラー11へのレーザ光線の入射方向に2軸走査ミラー11を前進(固定ミラー10に近づける)させた場合は、レーザ光線74~76の収束位置は、瞳孔52の中心付近から正のX方向にずれる。 On the contrary, although not shown in FIG. 10, the posture variable portion 8A rotates the two-axis scanning mirror 11 so that the angle of incidence of the laser beam on the two-axis scanning mirror 11 is small, and the two-axis scanning mirror 11 is rotated. When the biaxial scanning mirror 11 is advanced (closer to the fixed mirror 10) in the direction of incidence of the laser beam on the scanning mirror 11, the convergence position of the laser beams 74 to 76 is in the positive X direction from the vicinity of the center of the pupil 52. It shifts.

姿勢可変部8Aによる並進移動量、及び回動角度をさらに大きくすれば、レーザ光線の収束位置のずれと共に眼球50へのレーザ光線の入射方向、すなわち映像の投射方向も大きく変化する。 If the translational movement amount and the rotation angle by the posture variable portion 8A are further increased, the incident direction of the laser beam to the eyeball 50, that is, the projection direction of the image is greatly changed along with the deviation of the convergence position of the laser beam.

また、姿勢可変部8Aにより、レーザ光線の入射角度が小さくなるように2軸走査ミラー11を回動させた場合には、レーザ光線の収束位置は変化することなく、映像の投射方向が負のX方向に変化する。 Further, when the biaxial scanning mirror 11 is rotated by the posture variable portion 8A so that the incident angle of the laser beam becomes small, the convergence position of the laser beam does not change and the projection direction of the image is negative. It changes in the X direction.

このように、本実施形態によれば、姿勢可変部8Aで2軸走査ミラー11を並進、及び/又は回動させることにより、映像光線の収束位置や映像の投射方向を変化させることができる。また本実施形態によれば、固定ミラー10と、2軸走査ミラー11と、投射ミラー7と、姿勢可変部8Aとを備える光学装置を小型化できる。さらに光学装置を備えた映像表示装置を小型化することができる。 As described above, according to the present embodiment, the convergence position of the image light beam and the projection direction of the image can be changed by translating and / or rotating the two-axis scanning mirror 11 in the posture variable portion 8A. Further, according to the present embodiment, the optical device including the fixed mirror 10, the two-axis scanning mirror 11, the projection mirror 7, and the posture variable portion 8A can be miniaturized. Further, the image display device provided with the optical device can be miniaturized.

本実施形態によれば、2軸走査ミラー11を、固定ミラー10と眼球50との間の光路に配設することで、光学装置、及び光学装置を備えた映像表示装置を、さらに小型化することができる。 According to the present embodiment, by disposing the biaxial scanning mirror 11 in the optical path between the fixed mirror 10 and the eyeball 50, the optical device and the image display device provided with the optical device are further miniaturized. be able to.

尚、これ以外の効果は、第1の実施形態で説明したものと同様である。 The other effects are the same as those described in the first embodiment.

[第3の実施形態]
次に、第3の実施形態の映像表示装置を、図11~12を参照して説明する。尚、第3の実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部分についての説明は省略する場合がある。
[Third Embodiment]
Next, the video display device of the third embodiment will be described with reference to FIGS. 11 to 12. In the third embodiment, the description of the same components as those of the above-described embodiment may be omitted.

本実施形態の映像表示装置は、瞳孔位置を検出する構成を備え、眼球の動きに伴う瞳孔位置の変化に応じて、姿勢可変部が第1走査ミラーを並進、及び/又は回動させる。これにより、映像光線の収束位置や映像の投射方向を、眼球の動きに追従させて自動調整する。 The image display device of the present embodiment has a configuration for detecting the pupil position, and the posture variable portion translates and / or rotates the first scanning mirror according to the change in the pupil position with the movement of the eyeball. As a result, the convergence position of the image light beam and the projection direction of the image are automatically adjusted by following the movement of the eyeball.

図11は、本実施形態の映像表示装置100bの構成の一例を示す図である。映像表示装置100bは、検出用レーザ光源12と、光位置検出素子13と、制御部20bとを有する。 FIG. 11 is a diagram showing an example of the configuration of the video display device 100b of the present embodiment. The image display device 100b includes a detection laser light source 12, an optical position detection element 13, and a control unit 20b.

検出用レーザ光源12は、眼球50の瞳孔52に向けてレーザ光線を照射する。検出用レーザ光源12は、指向性を有するレーザ光線を出射する。検出用レーザ光源12は、例えば半導体レーザである。 The detection laser light source 12 irradiates the laser beam toward the pupil 52 of the eyeball 50. The detection laser light source 12 emits a laser beam having directivity. The detection laser light source 12 is, for example, a semiconductor laser.

検出用レーザ光源12から出射される光の波長は、瞳孔位置を検知される「人」の視認が阻害されないように、非可視光である近赤外光の波長であることが好ましい。但し、これに限定はされず、可視光であっても構わない。 The wavelength of the light emitted from the detection laser light source 12 is preferably the wavelength of near-infrared light, which is invisible light, so as not to obstruct the visual recognition of the "human" whose pupil position is detected. However, the present invention is not limited to this, and visible light may be used.

光位置検出素子13は、検出用レーザ光源12から照射され、眼球50で反射されたレーザ光線を受光し、レーザ光線の位置を検出する。 The light position detecting element 13 receives the laser beam emitted from the detection laser light source 12 and reflected by the eyeball 50, and detects the position of the laser beam.

角膜表面は水分を含む透明体であり、約2~4%の反射率を有するのが一般的である。瞳孔52付近に入射したレーザ光線は眼球50の角膜表面の反射点Pで反射され、光位置検出素子13に入射する。光位置検出素子13は、光位置検出素子13へのレーザ光線の入射位置を検出する。 The surface of the cornea is a transparent body containing water and generally has a reflectance of about 2 to 4%. The laser beam incident on the vicinity of the pupil 52 is reflected by the reflection point P on the corneal surface of the eyeball 50 and is incident on the light position detecting element 13. The optical position detecting element 13 detects the incident position of the laser beam on the optical position detecting element 13.

光位置検出素子13は、例えば2次元PSD(Position Sensitive Detector)である。2次元PSDは、受光面への入射光の位置から、受光面内で直交する2方向において、電極までの距離に応じた電流値を検出し、2方向の電流値の比から入射光の位置を算出して出力する。2次元PSDは、入射光の光強度に依存せずに、入射光の位置を検出することができる。そのため、眼球50における反射位置等に起因して反射光量に差が生じたとしても、反射光量の差の影響を受けずに高感度の位置検出が可能である。 The optical position detection element 13 is, for example, a two-dimensional PSD (Position Sensitive Detector). The two-dimensional PSD detects the current value according to the distance to the electrode in two directions orthogonal to each other from the position of the incident light on the light receiving surface, and the position of the incident light from the ratio of the current values in the two directions. Is calculated and output. The two-dimensional PSD can detect the position of the incident light independently of the light intensity of the incident light. Therefore, even if there is a difference in the amount of reflected light due to the reflected position in the eyeball 50 or the like, highly sensitive position detection is possible without being affected by the difference in the amount of reflected light.

但し、光位置検出素子13は2次元PSDに限定はされない。X方向における入射光の位置を検出可能な1次元PSDをY方向に配列させたり、Y方向における入射光の位置を検出可能な1次元PSDをX方向に配列させたりして、入射光のXY平面内での位置を検出してもよい。この場合は、1次元PSDは2次元PSD等と比較して安価であることから、光位置検出素子13のコストを抑制できる等の効果が得られる。 However, the optical position detecting element 13 is not limited to the two-dimensional PSD. One-dimensional PSDs that can detect the position of the incident light in the X direction are arranged in the Y direction, and one-dimensional PSDs that can detect the position of the incident light in the Y direction are arranged in the X direction to XY of the incident light. The position in the plane may be detected. In this case, since the one-dimensional PSD is cheaper than the two-dimensional PSD or the like, the effect that the cost of the optical position detecting element 13 can be suppressed can be obtained.

また、光位置検出素子13としてCCDやCMOS等の撮像素子を用い、撮像面に入射した光の空間強度分布に基づく画像処理により、光の位置の検出、又は推定を行っても構わない。 Further, an image pickup device such as a CCD or CMOS may be used as the light position detection element 13, and the position of the light may be detected or estimated by image processing based on the spatial intensity distribution of the light incident on the image pickup surface.

検出用レーザ光源12に、VCSEL(垂直共振器面発光レーザ;Vertical Cavity Surface Emitting LASER)やLDA(Laser Diode Array)等のアレイ光源を用いてもよい。アレイ光源を用いると、眼球50の動きに応じて発光部を切り替え、眼球50へのレーザ光線の入射角度を変化させることで、眼球50で反射されたレーザ光線が光位置検出素子13の受光面から外れることを防止、或いは低減できる。 An array light source such as a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting LASER) or an LDA (Laser Diode Array) may be used as the detection laser light source 12. When an array light source is used, the light emitting portion is switched according to the movement of the eyeball 50, and the angle of incidence of the laser beam on the eyeball 50 is changed, so that the laser beam reflected by the eyeball 50 is the light receiving surface of the light position detection element 13. It is possible to prevent or reduce the deviation from the above.

検出用レーザ光源12と、光位置検出素子13とを有し、瞳孔位置を検出する構成は、特許請求の範囲に記載の「検知部」の一例である。 A configuration having a detection laser light source 12 and an optical position detecting element 13 and detecting a pupil position is an example of the “detection unit” described in the claims.

光位置検出素子13による検出信号は、制御部20bに入力される。入力された検出信号に基づいて、姿勢可変部8により第1走査ミラー5の並進、及び/又は回動が制御される。 The detection signal by the optical position detection element 13 is input to the control unit 20b. The translation and / or rotation of the first scanning mirror 5 is controlled by the attitude variable unit 8 based on the input detection signal.

図12は、本実施形態の制御部20bのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。制御部20bは、ステージ駆動回路28を有する。ステージ駆動回路28は、姿勢可変部8が備えるモータに電気的に接続し、電圧を印加することでモータを駆動する電気回路である。モータは、姿勢可変部8が備える並進機構8c、及び回動機構8bにそれぞれ設けられる。並進機構8cはモータを駆動源に並進し、回動機構8bはモータを駆動源に回動する。 FIG. 12 is a block diagram showing an example of the hardware configuration of the control unit 20b of the present embodiment. The control unit 20b has a stage drive circuit 28. The stage drive circuit 28 is an electric circuit that is electrically connected to the motor included in the attitude variable portion 8 and drives the motor by applying a voltage. The motor is provided in each of the translation mechanism 8c and the rotation mechanism 8b provided in the posture variable portion 8. The translation mechanism 8c translates with the motor as the drive source, and the rotation mechanism 8b rotates with the motor as the drive source.

図13は、本実施形態の制御部20bの構成要素の一例を機能ブロックで示す図である。制御部20bは、瞳孔位置推定部35と、姿勢制御部36と、ステージ駆動部37とを有する。 FIG. 13 is a diagram showing an example of a component of the control unit 20b of the present embodiment as a functional block. The control unit 20b includes a pupil position estimation unit 35, an attitude control unit 36, and a stage drive unit 37.

瞳孔位置推定部35は、受信した光位置検出素子13の検出信号に基づき、瞳孔52の中心位置を推定する。光位置検出素子13による検出信号は、眼球50における反射点Pの法線ベクトルの向き、すなわち3次元形状に該当する。この3次元形状と眼球モデルとの対応関係に基づき、瞳孔中心位置が推定される。 The pupil position estimation unit 35 estimates the center position of the pupil 52 based on the received detection signal of the optical position detection element 13. The detection signal by the optical position detection element 13 corresponds to the direction of the normal vector of the reflection point P in the eyeball 50, that is, the three-dimensional shape. The pupil center position is estimated based on the correspondence between the three-dimensional shape and the eyeball model.

より詳しくは、瞳孔位置推定部35は、入力された検出信号(位置データ)を、眼球50の回旋角度を推定する逆演算式に代入し、眼球回旋角度を算出する。瞳孔位置推定部35は、算出された眼球回旋角度に基づき、眼球表面形状のモデルを用いて、瞳孔中心位置を算出する。 More specifically, the pupil position estimation unit 35 substitutes the input detection signal (position data) into an inverse calculation formula for estimating the rotation angle of the eyeball 50, and calculates the eyeball rotation angle. The pupil position estimation unit 35 calculates the pupil center position using the model of the eyeball surface shape based on the calculated eyeball rotation angle.

瞳孔位置推定部35は、例えばCPU22により実現される。 The pupil position estimation unit 35 is realized by, for example, the CPU 22.

姿勢制御部36は、瞳孔位置推定部35により推定された瞳孔中心位置に基づき、姿勢可変部8を並進、及び回動させるための制御信号をステージ駆動部37に出力する。これにより、映像光線の収束位置、又は映像の投射方向が、眼球50の動きに応じて自動調整される。 The attitude control unit 36 outputs a control signal for translating and rotating the attitude variable unit 8 to the stage drive unit 37 based on the pupil center position estimated by the pupil position estimation unit 35. As a result, the convergence position of the image light beam or the projection direction of the image is automatically adjusted according to the movement of the eyeball 50.

より詳しくは、例えば、好適な位置で映像を視認するための映像光線の収束位置、又は映像の投射方向と、瞳孔中心位置と、姿勢可変部8の並進量、及び回動量との関係は、予め実験やシミュレーション等で求められ、ROM23やRAM24等のメモリに記憶される。姿勢制御部36は、推定された瞳孔中心位置に基づき、メモリを参照することで、好適な位置で映像を視認するための姿勢可変部8の並進量、及び回動量を取得する。姿勢制御部36は、取得した並進量、及び回動量を示す制御信号をステージ駆動部37に出力する。 More specifically, for example, the relationship between the convergence position of the image beam for visually recognizing the image at a suitable position, the projection direction of the image, the center position of the pupil, the translational amount of the posture variable portion 8, and the rotation amount is determined. It is obtained in advance by experiments, simulations, etc., and is stored in a memory such as ROM 23 or RAM 24. The posture control unit 36 acquires the translational amount and the rotation amount of the posture variable unit 8 for visually recognizing the image at a suitable position by referring to the memory based on the estimated pupil center position. The attitude control unit 36 outputs a control signal indicating the acquired translation amount and rotation amount to the stage drive unit 37.

姿勢制御部36は、例えばCPU22により実現される。 The attitude control unit 36 is realized by, for example, the CPU 22.

ステージ駆動部37は、姿勢制御部36から入力した制御信号に基づき、姿勢可変部8の備えるモータに電圧を印加して、並進機構8c、及び回動機構8bを駆動する。ステージ駆動部37は、例えばステージ駆動回路28等により実現される。 The stage drive unit 37 applies a voltage to the motor included in the attitude variable unit 8 based on the control signal input from the attitude control unit 36 to drive the translation mechanism 8c and the rotation mechanism 8b. The stage drive unit 37 is realized by, for example, a stage drive circuit 28 or the like.

尚、出射制御部31と走査制御部33は、好適な位置での映像が歪み等を有する場合は、歪み等を補正するように制御を行ってもよい。 If the image at a suitable position has distortion or the like, the emission control unit 31 and the scanning control unit 33 may perform control so as to correct the distortion or the like.

以上説明してきたように、本実施形態によれば、眼球の動きに伴う瞳孔位置の変化に応じて姿勢可変部を制御することにより、網膜に投射される映像の瞳孔でのケラレ等が抑制され、瞳孔位置の変化に追従した映像を網膜に形成することが可能となる。ユーザは眼球の動きに左右されることなく、常に良好な映像を視認することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, by controlling the posture variable portion according to the change in the pupil position due to the movement of the eyeball, vignetting or the like in the pupil of the image projected on the retina is suppressed. , It becomes possible to form an image on the retina that follows the change in the pupil position. The user can always see a good image without being influenced by the movement of the eyeball.

尚、本実施形態では、「眼球の位置を検知する検知部」の一例として、瞳孔位置を検出する構成を示したが、これに限定されない。「眼球の位置を検知する検知部」は、眼球の瞳孔の位置(瞳孔付近の角膜の位置)、眼球の傾き位置、眼球の回旋位置、眼球の回旋角(回旋角度)、視線の傾き位置等を検知してもよい。 In the present embodiment, as an example of the "detection unit for detecting the position of the eyeball", a configuration for detecting the position of the pupil is shown, but the present invention is not limited to this. The "detector that detects the position of the eyeball" includes the position of the pupil of the eyeball (the position of the cornea near the pupil), the tilted position of the eyeball, the rotation position of the eyeball, the rotation angle of the eyeball (rotation angle), the tilted position of the line of sight, etc. May be detected.

尚、これ以外の効果は、第1~2の実施形態で説明したものと同様である。 The other effects are the same as those described in the first and second embodiments.

[第4の実施形態]
次に、第4の実施形態の検眼装置を説明する。尚、第4の実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部分についての説明は省略する場合がある。
[Fourth Embodiment]
Next, the optometry device of the fourth embodiment will be described. In the fourth embodiment, the description of the same components as those of the above-described embodiment may be omitted.

例えば、本発明の光学装置および映像表示装置は検眼装置にも採用する事ができる。検眼装置とは、視力検査、眼屈折力検査、眼圧検査、眼軸長検査など種々の検査を行う事が出来る装置を指す。検眼装置は、眼球に非接触で検査可能な装置であって、被験者の顔を支持する支持部と、検眼窓と、検眼に際し被検者の眼球に検査用情報を投影する表示部と、制御部と、測定部とを有している。被検者は支持部に顔を固定し、検眼窓から表示部により投影される検査用情報を凝視する。このとき、被験者毎に眼球位置や視認しやすい投影方向は異なるため、表示部として本実施形態の光学装置が利用可能である。また、本実施形態の映像表示装置を利用すれば、グラス形態の検眼装置の実現が可能となる。それにより、検査に必要な空間や大型の検眼装置が不要となり、簡便な構成で場所に左右されることなく検査が可能となる。 For example, the optical device and the image display device of the present invention can also be adopted as an optometry device. The optometry device refers to a device capable of performing various tests such as a visual acuity test, an optical power test, an intraocular pressure test, and an axial length test. The optometry device is a device that can perform an examination without contacting the eyeball, and controls a support portion that supports the subject's face, an optometry window, and a display unit that projects examination information onto the subject's eyeball during the optometry. It has a unit and a measurement unit. The subject fixes his face on the support and stares at the examination information projected by the display from the optometry window. At this time, since the eyeball position and the easy-to-see projection direction are different for each subject, the optical device of the present embodiment can be used as the display unit. Further, by using the image display device of the present embodiment, it is possible to realize a glass-type optometry device. As a result, the space required for the examination and a large optometry device are not required, and the examination can be performed with a simple configuration regardless of the location.

また、測定部の測定精度を上げるために眼球(視線)を動かさず一点を見つめる事が求められる場合は、本実施形態の瞳孔位置検出手段を備える映像表示装置が利用可能であり、瞳孔位置検出手段により得られた瞳孔位置(視線)情報を制御部にフィードバックする事により、眼球の瞳孔位置情報に応じた測定をする事が可能となる。 Further, when it is required to look at one point without moving the eyeball (line of sight) in order to improve the measurement accuracy of the measuring unit, a video display device provided with the pupil position detecting means of the present embodiment can be used, and the pupil position detection can be used. By feeding back the pupil position (line of sight) information obtained by the means to the control unit, it is possible to perform measurement according to the pupil position information of the eyeball.

以上、実施形態に係る光学装置、映像表示装置、及び検眼装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。 Although the optical device, the image display device, and the optometry device according to the embodiment have been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications and improvements can be made within the scope of the present invention. ..

1 レーザ光源
2 レンズ(光学系の一例)
3 開口部材
4 減光素子
5 第1走査ミラー(走査部の一例、第1走査ミラーの一例、回動ミラーの一例)
6 第2走査ミラー
7 投射ミラー
8、8A 姿勢可変部
8a ベース部材
8b 回動機構
8c 並進機構
9 メガネフレーム
9a ツル
9b 保持部
10 固定ミラー
11 2軸走査ミラー(走査部の一例、回動ミラーの一例)
12 検出用レーザ光源
13 光位置検出素子
20、20b 制御部
21 操作部
22 CPU
23 ROM
24 RAM
25 光源駆動回路
26 走査ミラー駆動回路
27 システムバス
28 ステージ駆動回路
31 出射制御部
32 光源駆動部
33 走査制御部
34 走査ミラー駆動部
35 瞳孔位置推定部
36 姿勢制御部
37 ステージ駆動部
41、91 支持基板
42、92 可動部
43、93 蛇行状梁部
44、94 蛇行状梁部
50 眼球
52 瞳孔
53 網膜
100、100a、100b 映像表示装置
P 反射点
1 Laser light source 2 Lens (an example of optical system)
3 Aperture member 4 Dimming element 5 First scanning mirror (example of scanning unit, example of first scanning mirror, example of rotating mirror)
6 Second scanning mirror 7 Projection mirror 8, 8A Posture variable part 8a Base member 8b Rotating mechanism 8c Translation mechanism 9 Glasses frame 9a Crane 9b Holding part 10 Fixed mirror 11 2-axis scanning mirror (an example of scanning part, rotating mirror One case)
12 Laser light source for detection 13 Optical position detection element 20, 20b Control unit 21 Operation unit 22 CPU
23 ROM
24 RAM
25 Light source drive circuit 26 Scanning mirror drive circuit 27 System bus 28 Stage drive circuit 31 Emission control unit 32 Light source drive unit 33 Scan control unit 34 Scanning mirror drive unit 35 Pupil position estimation unit 36 Attitude control unit 37 Stage drive unit 41, 91 Support Substrate 42, 92 Movable part 43, 93 Serpentine beam part 44, 94 Serpentine beam part 50 Eyeball 52 Pupil 53 Retina 100, 100a, 100b Image display device P Reflection point

特許6209456号公報Japanese Patent No. 6209456

Claims (11)

光を第1の方向に走査する走査部と、
前記走査部で走査された前記光を、被投射面に導く光学部と、
前記光学部に対する前記走査部の位置又は向きの少なくとも一方を変化させる姿勢可変部と、
を備え
前記走査部は、前記光を前記第1の方向に走査する回動ミラーを有し、
前記姿勢可変部は、前記第1の方向に前記走査部を回動させる回動機構と、
前記走査部を並進させる並進機構と、を有し、
前記回動機構は、前記回動ミラーの回動軸を中心に、前記走査部を回動させ、
前記並進機構は、前記回動機構に対して前記走査部と反対側に配置され、前記走査部に入射する前記光の入射方向に沿って、前記走査部を並進させることを特徴とする光学装置。
A scanning unit that scans light in the first direction,
An optical unit that guides the light scanned by the scanning unit to the projected surface, and
A posture variable portion that changes at least one of the positions or orientations of the scanning portion with respect to the optical portion, and
Equipped with
The scanning unit has a rotating mirror that scans the light in the first direction.
The posture variable portion includes a rotation mechanism that rotates the scanning portion in the first direction, and a rotation mechanism.
It has a translation mechanism that translates the scanning unit, and has a translation mechanism.
The rotation mechanism rotates the scanning portion around the rotation axis of the rotation mirror.
The translation mechanism is an optical device that is arranged on the side opposite to the scanning unit with respect to the rotation mechanism and translates the scanning unit along the incident direction of the light incident on the scanning unit. ..
前記走査部は、
前記第1の方向に走査する第1走査ミラーと、
前記第1の方向とは異なる第2の方向に走査する第2走査ミラーと、を備え、
前記姿勢可変部は、前記第1走査ミラーの位置、又は向きの少なくとも一方を変化させることを特徴とする請求項1記載の光学装置。
The scanning unit is
The first scanning mirror that scans in the first direction and
A second scanning mirror that scans in a second direction different from the first direction is provided.
The optical device according to claim 1 , wherein the posture variable portion changes at least one of the position and the direction of the first scanning mirror.
前記第1走査ミラーで反射された光は、前記第2走査ミラーに入射し、
前記第2走査ミラーの反射面の面積は、前記第1走査ミラーの反射面の面積よりも大きい
ことを特徴とする請求項2に記載の光学装置。
The light reflected by the first scanning mirror is incident on the second scanning mirror.
The optical device according to claim 2 , wherein the area of the reflecting surface of the second scanning mirror is larger than the area of the reflecting surface of the first scanning mirror.
前記走査部は、
固定ミラーと、
異なる2つの軸方向に回動する2軸走査ミラーと、を備え、
前記姿勢可変部は、前記2軸走査ミラーの位置、又は向きを変化させる
ことを特徴とする請求項1乃至の何れか1項に記載の光学装置。
The scanning unit is
With a fixed mirror,
A two-axis scanning mirror that rotates in two different axial directions,
The optical device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the posture variable portion changes the position or orientation of the two-axis scanning mirror.
前記2軸走査ミラーは、前記固定ミラーと前記被投射面との間に配設されていることを特徴とする請求項に記載の光学装置。 The optical device according to claim 4 , wherein the two-axis scanning mirror is arranged between the fixed mirror and the projected surface. 光源と、
前記光源から出射された光を走査し、映像を形成する請求項1乃至の何れか1項に記載の光学装置と、
前記光源による前記光の出射、及び前記光学装置による前記光の走査を制御する制御部と、を備える
ことを特徴とする映像表示装置。
Light source and
The optical device according to any one of claims 1 to 5 , which scans the light emitted from the light source to form an image.
An image display device comprising: a control unit for controlling the emission of the light by the light source and scanning of the light by the optical device.
前記光源から出射された前記光を平行化する光学系を備える
ことを特徴とする請求項に記載の映像表示装置。
The image display device according to claim 6 , further comprising an optical system for parallelizing the light emitted from the light source.
前記光学系と前記光学装置との間の光路に設けられ、前記光の通過を規制する開口部材を備える
ことを特徴とする請求項に記載の映像表示装置。
The image display device according to claim 7 , further comprising an opening member provided in an optical path between the optical system and the optical device and restricting the passage of the light.
前記光源と前記光学装置との間の光路に設けられ、前記光の光強度を低下させる減光素子を備える
ことを特徴とする請求項乃至の何れか1項に記載の映像表示装置。
The image display device according to any one of claims 6 to 8 , further comprising a dimming element provided in an optical path between the light source and the optical device and reducing the light intensity of the light.
前記映像表示装置は、人の眼球に映像を表示する装置であって、
前記眼球の位置を検知する検知部を備え、
前記制御部は、前記眼球の位置に応じて、前記姿勢可変部による前記走査部の位置、又は向きの変化を制御する姿勢制御部と、を備える
ことを特徴とする請求項乃至の何れか1項に記載の映像表示装置。
The image display device is a device that displays an image on a human eyeball.
It is equipped with a detection unit that detects the position of the eyeball.
6 . _ The image display device according to item 1.
請求項1乃至の何れか1項に記載の光学装置、又は請求項乃至10の何れか1項に記載の映像表示装置を備える
ことを特徴とする検眼装置。
An optometry device comprising the optical device according to any one of claims 1 to 5 or the image display device according to any one of claims 6 to 10 .
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