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明細書 :映像生成装置及び映像生成方法

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 再公表特許(A1)
発行日 令和2年2月13日(2020.2.13)
発明の名称または考案の名称 映像生成装置及び映像生成方法
国際特許分類 G02B  27/02        (2006.01)
G09G   3/02        (2006.01)
H04N   5/64        (2006.01)
FI G02B 27/02 Z
G09G 3/02 A
H04N 5/64 511A
国際予備審査の請求 未請求
全頁数 34
出願番号 特願2019-511090 (P2019-511090)
国際出願番号 PCT/JP2018/006693
国際公開番号 WO2018/186046
国際出願日 平成30年2月23日(2018.2.23)
国際公開日 平成30年10月11日(2018.10.11)
優先権出願番号 2017074819
優先日 平成29年4月4日(2017.4.4)
優先権主張国 日本国(JP)
指定国 AP(BW , GH , GM , KE , LR , LS , MW , MZ , NA , RW , SD , SL , ST , SZ , TZ , UG , ZM , ZW) , EA(AM , AZ , BY , KG , KZ , RU , TJ , TM) , EP(AL , AT , BE , BG , CH , CY , CZ , DE , DK , EE , ES , FI , FR , GB , GR , HR , HU , IE , IS , IT , LT , LU , LV , MC , MK , MT , NL , NO , PL , PT , RO , RS , SE , SI , SK , SM , TR) , OA(BF , BJ , CF , CG , CI , CM , GA , GN , GQ , GW , KM , ML , MR , NE , SN , TD , TG) , AE , AG , AL , AM , AO , AT , AU , AZ , BA , BB , BG , BH , BN , BR , BW , BY , BZ , CA , CH , CL , CN , CO , CR , CU , CZ , DE , DJ , DK , DM , DO , DZ , EC , EE , EG , ES , FI , GB , GD , GE , GH , GM , GT , HN , HR , HU , ID , IL , IN , IR , IS , JO , JP , KE , KG , KH , KN , KP , KR , KW , KZ , LA , LC , LK , LR , LS , LU , LY , MA , MD , ME , MG , MK , MN , MW , MX , MY , MZ , NA , NG , NI , NO , NZ , OM , PA , PE , PG , PH , PL , PT , QA , RO , RS , RU , RW , SA , SC , SD , SE , SG , SK , SL , SM , ST , SV , SY , TH , TJ , TM , TN , TR , TT
発明者または考案者 【氏名】勝山 俊夫
【氏名】山田 祥治
出願人 【識別番号】504145320
【氏名又は名称】国立大学法人福井大学
個別代理人の代理人 【識別番号】100094525、【弁理士】、【氏名又は名称】土井 健二
【識別番号】100094514、【弁理士】、【氏名又は名称】林 恒徳
【識別番号】100105337、【弁理士】、【氏名又は名称】眞鍋 潔
審査請求 未請求
テーマコード 2H199
5C080
Fターム 2H199CA04
2H199CA06
2H199CA29
2H199CA32
2H199CA34
2H199CA45
2H199CA48
2H199CA53
2H199CA54
2H199CA66
2H199CA68
2H199CA69
2H199CA96
5C080AA18
5C080CC02
5C080FF14
5C080GG01
5C080JJ02
5C080JJ04
5C080JJ06
要約 より簡便に瞳孔位置を検出して映像生成する際に、瞳孔位置に対応したビームスポット位置に映像用ビームを照射することを可能にする。光源と、前記光源からの光を走査する光走査ミラーと、前記光走査ミラーにより走査された光ビームを少なくとも瞳孔の表面を走査して眼球からの反射光強度の時間変化を測定する測定機構と、前記測定した前記反射光強度の時間変化から前記瞳孔からの反射光強度を抽出する抽出機構と、前記抽出した瞳孔からの反射光強度と前記眼球の表面を走査する走査時間と同期することによって前記瞳孔のサイズと位置を検出する機構とを備えた瞳孔位置検出装置と、検出した位置の前記瞳孔に映像生成用光ビームを走査しながら投射して映像を前記眼球の網膜上に形成する映像生成機構とを設ける。
特許請求の範囲 【請求項1】
光源と、
前記光源からの光を走査する光走査ミラーと、
前記光走査ミラーにより走査された光ビームにより少なくとも瞳孔の表面を走査して前記眼球からの反射光強度の時間変化を測定する測定機構と、
前記測定した前記反射光強度の時間変化から前記瞳孔からの反射光強度を抽出する抽出機構と、
前記抽出した瞳孔からの反射光強度と前記眼球の表面を走査する走査時間と同期することによって前記瞳孔のサイズと位置を検出する機構と
を備えた瞳孔位置検出機構と、
検出した位置の前記瞳孔に映像生成用光ビームを走査しながら投射して映像を前記眼球の網膜上に形成する映像生成機構と
を備えた映像生成装置。
【請求項2】
前記瞳孔位置検出機構が、前記光走査ミラーにより走査された光ビームを少なくとも前記瞳孔に対して反射する反射部材を有する請求項1に記載の映像生成装置。
【請求項3】
前記光走査ミラーにより走査された光ビームが、前記瞳孔及び虹彩を含む眼球の表面を走査する請求項1または請求項2に記載の映像生成装置。
【請求項4】
前記映像生成機構の映像生成用光ビームの光源、光走査ミラー及び反射部材が、前記瞳孔位置検出機構の光源、光走査ミラー及び反射部材を兼ねる請求項2に記載の映像生成装置。
【請求項5】
前記反射部材が、ホログラフィック反射板である請求項3または請求項4に記載の映像生成装置。
【請求項6】
前記ホログラフィック反射板が、メガネのリムまたはメガネのレンズの少なくとも一方に設けられている請求項5に記載の映像生成装置。
【請求項7】
前記眼球の表面を走査する光ビームは、前記ホログラフィック反射板に直接照射される請求項5または請求項6に記載の映像生成装置。
【請求項8】
前記眼球の表面を走査する光ビームは、前記メガネのリム或いはメガネのレンズの内部を伝搬して、前記メガネのリム或いはメガネのレンズの前記眼球の反対側の表面に設けられた前記ホログラフィック反射板により反射される請求項5に記載の映像生成装置。
【請求項9】
前記映像生成機構の光走査ミラーが、前記映像生成機構の光源からの光ビームの光軸方向に移動可能な移動機構を備えている請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の映像生成装置。
【請求項10】
前記光源が、青色半導体レーザチップ、緑色半導体レーザチップ、赤色半導体レーザチップ、黄色半導体レーザチップ、赤外線半導体レーザチップ及び紫外線半導体レーザチップの内の1種類以上の半導体レーザチップを含む請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の映像生成装置。
【請求項11】
少なくとも瞳孔の表面を光ビームで走査し、
前記瞳孔からの反射光強度の時間変化を測定し、
前記測定した前記反射光強度の時間変化から前記瞳孔からの反射光強度を抽出し、
前記抽出した瞳孔からの反射光強度と前記眼球の表面を走査する走査時間と同期することによって前記瞳孔のサイズと位置を検出したのち、
検出した前記瞳孔の位置の前記瞳孔に対して映像生成用光ビームを走査しながら投射して映像を前記眼球の網膜上に形成する映像生成方法。
【請求項12】
前記少なくとも瞳孔の表面を光ビームで走査する際に、反射部材を用いて光走査ミラーにより走査された光ビームを少なくとも前記瞳孔に対して反射する請求項11に記載の映像生成方法。
【請求項13】
前記光走査ミラーにより走査された光ビームが、前記瞳孔及び虹彩を含む眼球の表面を走査する請求項11に記載の映像生成方法。
【請求項14】
前記瞳孔のサイズと位置を検出する工程において、
前記眼球に対して、映像生成用光ビームを照射する予め複数のビームスポットを設定して走査用の前記光ビームを照射し、前記瞳孔の中心位置近傍であると検出した前記複数のビームスポットのうちの一つに前記映像生成用光ビームを走査しながら投射する請求項13に記載の映像生成方法。
【請求項15】
前記複数のビームスポットの各ビームスポット対して、前記映像生成用光ビームを走査する光走査ミラーから光ビームの走査角度を変えて前記映像生成用光ビームを走査しながら投射する請求項14に記載の映像生成方法。
【請求項16】
前記複数のビームスポットの各ビームスポット対して、前記映像生成用光ビームを走査する光走査ミラーを前記光源からの光ビームの光軸方向に移動させながら前記映像生成用光ビームを走査しながら投射する請求項14に記載の映像生成方法。
【請求項17】
前記瞳孔の中心位置であると検出したビームスポットを中心位置として前記映像生成用光ビームを照射する位置を連続的に変化させて走査しながら投射する請求項11に記載の映像生成方法。
【請求項18】
前記照射した光ビームが、前記光ビームが前記瞳孔を通過し、前記眼球の内部でビームスポット位置を形成する請求項17に記載の映像生成方法。
【請求項19】
前記各ビームスポットに対して、予め定めたビーム走査角範囲内で走査動作を行い、前記予め定めたビーム走査角範囲内で前記映像生成用光ビームを走査しながら投射する請求項14乃至請求項18のいずれか1項に記載の映像生成方法。
【請求項20】
前記各ビームスポットに対して、予め定めたビーム走査角範囲を超えた範囲で走査動作を行いながら、前記予め定めたビーム走査角範囲内で前記映像生成用光ビームを走査しながら投射する請求項14乃至請求項18のいずれか1項に記載の映像生成方法。
【請求項21】
前記各ビームスポットに対して、前記予め定めたビーム走査角範囲を超えた範囲で前記映像生成用光ビームを走査しながら投射する請求項14乃至請求項18のいずれか1項に記載の映像生成方法。
発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
本発明は、映像生成装置及び映像生成方法に関し、例えば、眼鏡型網膜走査ディスプレイにおける走査光ビームを位置変化する瞳孔へ導くための構成に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、レーザビーム等の光ビームを走査投影する装置として、様々な形の光ビーム投影装置が知られている。その中で、半導体レーザと光導波路型合波器を組み合わせた3原色光ビーム投影装置は、装置を小型化、低電力化できる特長があり、レーザビーム走査型カラー画像投影装置へ応用されている(例えば、特許文献1、特許文献2及び特許文献3参照)。
【0003】
この時、レーザビームを走査する場合に、瞳孔の位置が問題になるため、瞳孔追従方法が提案されている(例えば、特許文献4参照)。この提案においては、画像投影装置を小型化するために、光源から出射された画像用光線を眼の第1表面領域に投射してユーザの網膜に投射し、光源から出射された検査用光線をユーザの眼の第1表面領域から離れた第2表面領域に投射し、検査用光線がユーザの眼で反射した反射光を検出し、検出した反射光に基づき、光源及び光学系の少なくとも一方を制御することが提案されている。
【0004】
また、引用文献4の構成において、画像品質の劣化と装置の大型化とを抑制するために、主走査方向に振動する第1ミラーの振れ角に基づいて画像用光線の出射を開始し、その後の画像用光線と検出用光線を予め定められた一定のタイミングで光源から出射することが提案されている(例えば、特許文献5参照)。
【0005】
即ち、第1ミラーの主走査方向の振れ角を基準にして、画像範囲で最初に走査される画像用光線の出射開始タイミングが決定される。 第1ミラーの振れ角を基準に決定されたタイミングで出射が開始された画像用光線の出射が終了した後、第1ミラーの往復振動の復路における画像用光線と往路における画像用光線とが繰り返し出射される。これら画像用光線の繰り返しの出射は、第1ミラーの振れ角を基準にして出射が開始された画像用光線の出射開始からの経過時間に基づいて行われる。
【0006】
一方、精神活動は正常でも、筋萎縮性側索硬化症等のような,全身筋肉を自由に動かすことができない人にも,眼球運動は正常に行うことができる人が多いため、そのような人たちとのコミュニケーションを円滑に行うための身障者介助システムに利用するため視線を検出することにより注視しているところを検出する研究がおこなわれている。
【0007】
また、運転中のドライバの意識や注意をモニタリングするために、ドライバの顔画像を撮像することが提案されている。
【0008】
このような、従来の瞳孔位置検出においては、一般的には赤外線LEDでユーザの顔を照らして、赤外線を撮影することができるカメラでユーザの目を写し、赤外線の反射光の角膜上の位置(角膜反射)を基準点とし、角膜反射の位置に対する瞳孔の位置に基づいて、視線を検出することが行われている。
【先行技術文献】
【0009】

【特許文献1】特許第5294283号公報
【特許文献2】特許第5817022号公報
【特許文献3】国際公開第2015/170505号
【特許文献4】特開2017-009986号公報
【特許文献5】特開2017-009992号公報
【0010】

【非特許文献1】映像情報メディア学会誌,Vol. 65, No. 6, pp. 758-763 (2011)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかし、特許文献4の場合には、ラスタースキャンしながら所定のタイミングで瞳孔位置を検出し、それに応じて所定のタイミングで映像生成用光ビームを照射しているので、光ビームの照射操作が複雑になるとともに位置検出精度が低くなるという問題がある。即ち、特許文献4においては、1つの光源から出射された画像用光線をユーザの眼の第1表面領域(瞳孔)に投射してユーザの網膜に投射し、同じ光源から出射された可視光の検査用光線が瞳孔に投射されないようにユーザの眼の第1表面領域から離れた第2表面領域(虹彩)の所定の位置に投射している。
【0012】
また、特許文献5の場合には、画像用光線と検出用光線の出射タイミングの制御が複雑になるという問題がある。
【0013】
また、従来の瞳孔位置検出方法においては、ユーザの目を撮像するための撮像装置を必須としており、装置が大型化するという問題がある。
【0014】
したがって、本発明は、より簡便に瞳孔位置を検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0015】
一つの態様では、映像生成装置は、光源と、前記光源からの光を走査する光走査ミラーと、前記光走査ミラーにより走査された光ビームを少なくとも瞳孔の表面を走査して前記眼球からの反射光強度の時間変化を測定する測定機構と、前記測定した前記反射光強度の時間変化から前記瞳孔からの反射光強度を抽出する抽出機構と、前記抽出した瞳孔からの反射光強度と前記眼球の表面を走査する走査時間と同期することによって前記瞳孔のサイズと位置を検出する機構とを備えた瞳孔位置検出装置と、検出した位置の前記瞳孔に映像生成用光ビームを走査しながら投射して映像を前記眼球の網膜上に形成する映像生成機構とを備えている。
【0016】
また、他の態様では、映像生成方法は、少なくとも瞳孔の表面を光ビームで走査し、前記瞳孔からの反射光強度の時間変化を測定し、前記測定した前記反射光強度の時間変化から前記瞳孔からの反射光強度を抽出し、前記抽出した瞳孔からの反射光強度と前記眼球の表面を走査する走査時間と同期することによって前記瞳孔のサイズと位置を検出したのち、検出した前記瞳孔の位置の前記瞳孔に対して映像生成用光ビームを走査しながら投射して映像を前記眼球の網膜上に形成する。
【発明の効果】
【0017】
一つの側面として、より簡便に瞳孔位置を検出することが可能になる。それによって、映像生成する際に、瞳孔位置に正確に映像用ビームを照射することができ、その結果確実に網膜上に画像を投影でき、正確な像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の実施の形態の映像生成装置の概念的構成図である。
【図2】本発明の実施の形態の映像生成方法の説明図である。
【図3】本発明の実施例1の映像生成装置の要部構成図である。
【図4】本発明の実施例1の映像生成装置に用いる光学エンジンの概略的斜視図である。
【図5】ホログラフィック反射板の形成方法の説明図である。
【図6】本発明の実施例1における走査光ビームの照射状況の説明図である。
【図7】本発明の実施例1の映像生成装置を用いた映像生成方法の説明図である。
【図8】本発明の実施例2の映像生成装置の要部構成図である。
【図9】本発明の実施例3の映像生成装置の要部構成図である。
【図10】本発明の実施例3における走査光ビームの照射状況の説明図である。
【図11】本発明の実施例4の映像生成装置の要部構成図である。
【図12】本発明の実施例5の複数ビームスポット方式による映像生成方法の説明図である。
【図13】本発明の実施例6の複数ビームスポット方式による映像生成方法の説明図である。
【図14】本発明の実施例7の複数ビームスポット方式による映像生成方法の説明図である。
【図15】本発明の実施例7の複数ビームスポット方式による映像生成方法に用いる光学エンジンの概略的斜視図である。
【図16】本発明の実施例8のビームスポット連続移動方式による映像生成方法の説明図である。
【図17】本発明の実施例9の瞳孔位置検出装置の要部構成図である。
【図18】本発明の実施例9における走査光ビームの照射状況の説明図である。
【図19】本発明の実施例9の瞳孔位置検出装置を用いた瞳孔位置検出方法の説明図である。
【図20】本発明の実施例10の瞳孔位置検出装置の要部構成図である。
【図21】本発明の実施例11の瞳孔位置検出装置の要部構成図である。
【図22】本発明の実施例12の瞳孔位置検出装置の要部構成図である。
【図23】本発明の実施例13における走査光ビームの照射状況の説明図である。
【図24】本発明の実施例13の映像生成装置を用いた映像生成方法の説明図である。
【図25】本発明の実施例14の複数ビームスポット方式による映像生成方法の説明図である。
【図26】本発明の実施15の複数ビームスポット方式による映像生成方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
ここで、図1及び図2を参照して、本発明の実施の形態の映像生成装置及び映像生成方法を説明する。図1は、本発明の実施の形態の映像生成装置の概念的構成図であり、瞳孔位置検出機構と映像生成機構とを備えている。瞳孔位置検出機構は、光源2と、光源2からの光を走査する光走査ミラー3と、光走査ミラー3により走査された光ビーム4を瞳孔8及び虹彩9を含む眼球7に対して反射する反射部材6と、反射部材6で反射された光ビーム4により眼球7の表面を走査して眼球7からの反射光強度の時間変化を測定する測定機構11と、測定した反射光強度の時間変化から瞳孔8からの反射光強度を抽出する抽出機構(図示は省略)と、抽出した瞳孔8からの反射光強度と眼球7の表面を走査する走査時間と同期することによって瞳孔8のサイズと位置を検出する機構(図示は省略)とを備えている。なお、図における符号10は網膜である。

【0020】
この瞳孔位置検出機構を、検出した位置の瞳孔8に映像生成用光ビームを走査しながら投射して映像を眼球7の網膜10上に形成する映像生成機構と組み合わせることによってウエアラブルな映像生成装置を構成することができる。この場合、映像生成機構の映像生成用光ビーム13の光源、光走査ミラー及び反射部材を、瞳孔位置検出装置の光源2、光走査ミラー3及び反射部材6を兼ねるように構成することによって小型化が可能になる。 なお、ここでは、瞳孔8及び虹彩9を含む眼球7の表面を走査しているが、瞳孔8の一部でも良く、瞳孔8の一部でも走査できれば、瞳孔8の位置とサイズを推定するとは可能である。

【0021】
この場合、光源2と光走査ミラー3を一体化して光学エンジン1を構成しても良い。また、反射部材6としては、例えば、ホログラフィック反射板を用い、ホログラフィック反射板はメガネのツルやメガネのレンズ等の支持部材5に固定されている。また、この抽出機構や瞳孔8のサイズと位置を検出する機構等は、測定機構11からの出力の後段に設けたCPU等の内部に設けた処理回路で構成する。或いは、瞳孔位置検出用走査と映像生成用走査とを時間分割で行う場合、光走査ミラー3の出力側にプリズム・ミラー、全反射/透過素子、或いは、電気光学素子等の光路切り替え素子を設けても良い。光路切り替え素子を設けることによって、広走査角度の光走査ミラー3を必要とせず、走査角度範囲を有効に利用することができる。

【0022】
測定機構11を配置する位置は反射光が得られる場所であれば特に制限されない。眼鏡フレーム、眼鏡ガラスに設けても良いし、さらには測定機構11を光学エンジン1そのものに搭載しても良い。また、眼球7からの反射光を光学エンジン1への戻り光として検出しても良い。この場合、戻り光は、新たな測定機構11を搭載するのではなく、三原色光の映像生成用光ビーム13の戻り光による電流・電圧の変化として検出しても良い。さらには測定機構11との間に導波器を設けても良い。例えば、反射光を光学エンジン1まで戻したのちに検出器を配置するような光学系としても良い。

【0023】
眼球7の表面を走査する光ビーム4は、ホログラフィック反射板に直接照射されるようにしても良い。或いは、眼球7の表面を走査する光ビーム4が、メガネのリム或いはメガネのレンズの内部を伝搬して、メガネのリム或いはメガネのレンズの眼球8の反対側の表面に設けられたホログラフィック反射板により反射されるようにしても良い。

【0024】
光源2としては、青色半導体レーザチップ、緑色半導体レーザチップ、赤色半導体レーザチップ、黄色半導体レーザチップ、赤外線半導体レーザチップ及び紫外線半導体レーザチップの内の一種類以上の半導体レーザチップを用いることができるが、半導体レーザの代わりにLED(発光ダイオード)を用いても良い。なお、赤外光は、人間の目に感じないので、三原色光ビームによる映像に影響を及ぼすことが無いので瞳孔位置検出用の光源として望ましい。

【0025】
図2は、本発明の実施の形態の映像生成方法の説明図であり、図2(a)は、光ビームの走査状態の説明図であり、図2(b)は、反射光強度、抽出信号及び瞳孔位置検出信号の説明図である。図2(a)に示すように、瞳孔8及び虹彩9を含む眼球7の表面を光ビーム4で走査し、眼球7からの反射光強度の時間変化を測定し、測定した反射光強度の時間変化から瞳孔8からの反射光強度を抽出し、抽出した瞳孔8からの反射光強度と眼球7の表面を走査する走査時間と同期することによって瞳孔8のサイズと位置を検出する。なお、図2の場合には、瞳孔位置検出用走査と映像生成用走査とを時間的に分離して行っているが、瞳孔位置検出用走査と映像生成用走査とを一連の走査により同時に行っても良い。

【0026】
この場合、瞳孔追従のための瞳孔位置検出のための光ビーム4は、瞳孔8、虹彩9、及びその周りの白目12の部分をまたいで走査しながら照射されるように光学系が調整されている。また、反射光は光検出器等の測定機構(11)で検出され、その光量が電気信号として検出される。図2(a)においては、簡便のため、T1から始まり、T7に至るまでを例示している。

【0027】
図2(b)の上段図は、このようにして得られる電気信号の時間変化を示したもので、横軸は時間軸で、T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7は、それぞれ図2(a)に示した走査の折り返し点に対応する時間である。上図の信号において、反射光強度P1、P2、P3は、それぞれ白目12の部分からの信号、虹彩9からの信号、瞳孔8からの信号である。このように、白目12からの反射光がもっとも強く、次に虹彩9からの反射光が強く、瞳孔8からの反射が最も弱いことが分かった。瞳孔8からの反射が最も弱いのは、眼球7内に光ビーム4が入るので反射が起こらないためと考えられる。

【0028】
図2(b)の中段図は、これらの信号のうち、瞳孔8からの反射に対応するP3の信号が得られる時間域を抽出した信号を示したものである。この抽出は、信号強度が最も小さい時間域だけ認識し、抽出する信号レベル・セレクター回路等を用いて行えば良い。P3の信号が得られる時間域は、t1とt2の間、t3とt4の間、t5とt6の間、t7とt8の間である。これらの時間の間のみ光ビーム4が瞳孔8を照射していることが分かる。

【0029】
これらの信号から、瞳孔8の位置を検出するには、図2(b)の下段図に示すtrのように、走査の折り返しの各点に相当する各時間に、短い信号をトリガtrとして発生させ、そのトリガとの時間差を計測し、その時間差から逆算して、瞳孔8の位置を決定する。また、t1とt2の間隔、t3とt4の間隔、t5とt6の間隔、t7とt8の間隔を比較することによって、図における瞳孔8の上下方向の位置を検出することができる。なお、ここでは、瞳孔位置検出のための光ビーム4を、瞳孔8、虹彩9、及びその周りの白目12の部分をまたいで走査しながら照射しているが、少なくとも瞳孔8の一部を走査すれば良く、それによって、瞳孔8の位置とサイズを推定することが可能になる。

【0030】
したがって、瞳孔位置に正確に映像用ビームを照射することができ、その結果確実に網膜上に画像を投影でき、正確な像を得ることができる。また、単に、瞳孔位置検出システムとして利用した場合には、身障者介助システムに利用するため視線の検出や運転中のドライバの意識や注意をモニタリングする際の視線の検出を撮像装置等を用いることなく簡便に検出することができる。即ち、本発明の実施の形態においては、上記の特許文献4等の従来技術常識に反して、瞳孔位置検出のための可視光の光ビーム4を瞳孔8にも入射するように、瞳孔8、虹彩9、及びその周りの白目12の部分をまたいで走査しているので、特許文献4等に比べて瞳孔位置に正確に映像用ビームを照射することが可能になる。なお、瞳孔位置検出のための可視光の光ビーム4が瞳孔8に入射することは本来的には望ましくないので、光ビーム4の出力を極力低出力にする。

【0031】
映像生成用光ビームを照射する際には、上述の瞳孔位置検出方法により瞳孔8のサイズと位置を検出したのち、検出した瞳孔位置の瞳孔8に対して映像生成用光ビームを走査しながら投射して映像を眼球8の網膜10上に形成すれば良い。なお、瞳孔位置検出用走査と映像生成用走査とを一連の走査により同時に行う場合には、瞳孔位置が検出された後のT4,T6のタイミングの走査時に映像生成用光ビームを検出した瞳孔8の位置に照射する。なお、T2の時点では瞳孔位置が検出されていないので、映像生成用光ビームは照射しない。

【0032】
この時、瞳孔8のサイズと位置を検出する工程において、眼球8に対して、映像生成用光ビームを照射する予め複数のビームスポットを設定して走査用の光ビーム4を照射し、瞳孔8の中心位置近傍であると検出した複数のビームスポットのうちの一つに映像生成用光ビームを走査しながら投射するようにしても良い。なお、ビームスポットとは、走査した光ビームが、走査ごとにほぼ通過する同一地点を意味する。

【0033】
具体的には、複数のビームスポットの各ビームスポット対して、映像生成機構の光走査ミラー3からビームの走査角度を変えて、映像生成用光ビーム13を照射するようにしても良い。

【0034】
或いは、複数のビームスポットの各ビームスポット対して、映像生成機構の光走査ミラーを光源からの光ビームの光軸方向に移動させることによって映像生成用光ビーム13を照射するようにしても良い。この場合には、映像生成機構の光走査ミラーに、映像生成機構の光源からの光ビームの光軸方向に移動可能な移動機構を設ければ良い。

【0035】
或いは、複数のビームスポットを設定する代わりに、映像生成用光ビーム13を走査する工程において、眼球7に対して、映像生成用光ビーム13を照射する位置を連続的に変化させながら映像生成用光ビーム13を照射し、瞳孔8の中心位置であると検出したビームスポットを中心位置として映像生成用光ビーム13を走査しながら投射するようにしても良い。この場合、照射した映像生成用光ビーム13が収束するビームスポット位置は、映像生成用光ビーム13が瞳孔8を通過し、眼球7の内部となる。

【0036】
いずれも場合にも、各ビームスポットに対して、予め定めたビーム走査角範囲内で走査動作を行い、予め定めたビーム走査角範囲内で映像生成用光ビームを走査しながら投射すれば良い。その結果、瞳孔位置に正確に映像用ビームを照射することができ、その結果確実に網膜上に画像を投影でき、正確な像を得ることができる。また、スキャンする光学系を制御すると機械的な制御機構による光学系のブレや光学系制御のための駆動エネルギーが消費されるが、画像投影用光ビームの照射タイミングを制御しているのでそれらの虞を低減することができる。

【0037】
或いは、各ビームスポットに対して、予め定めたビーム走査角範囲を超えた範囲で走査動作を行い、予め定めたビーム走査角範囲内で前記映像生成用光ビームを走査しながら投射するようにしても良い。

【0038】
さらには、各ビームスポットに対して、予め定めたビーム走査角範囲を超えた範囲で前記映像生成用光ビームを走査しながら投射するようにしても良い。
【実施例1】
【0039】
次に、図3乃至図7を参照して、本発明の実施例1の映像生成装置を説明する。本発明の実施例1においては、瞳孔位置検出用走査と映像生成用走査とを時間的に分離して行う。図3は、本発明の実施例1の映像生成装置の要部構成図である。眼鏡20はツル21、眼鏡レンズ22及びブリッジ23で構成されており、眼鏡レンズ22はリム(図示は省略)によってその外周部が保持されている場合もある。この眼鏡20のツル21の内部に光源及び光走査ミラーからなる光学エンジン30を格納するとともに、その近傍に光検出器51を取り付ける。眼鏡レンズ22の一部にホログラフィック反射板70を貼り付ける。
【実施例1】
【0040】
光学エンジン30から出射される走査光ビーム52は、ホログラフィック反射板70により反射されて、瞳孔61を含む眼球60の表面を走査し、その反射光53が再びホログラフィック反射板70で反射されて光検出器51によって検出される。なお、光検出器51の前に、走査光ビーム52で用いる波長を透過する光学フィルターを設けることが望ましく、他からの迷光を遮断できる。
【実施例1】
【0041】
図4は、本発明の実施例1の映像生成装置に用いる光学エンジンの概略的斜視図である。まず、厚さが500μmのSi基板31上に火炎加水分解法を用いて、厚さが15μmのSiO膜32を形成する。次いで、SiO膜32上に同じく火炎加水分解法で、厚さ2μmのSiO-GeO層(屈折率差Δn=0.5%、Δn=(n-n)/nで定義。n:コアの屈折率、n:クラッドの屈折率)を成膜する。この上に、コンタクトマスクを用いた光露光法で導波路幅が2μmの光導波路パターン34~36を形成して光合波器33とする。
【実施例1】
【0042】
次いで、光導波路パターン34~36上に、全体を覆うカバー層として、厚さが20μmのSiO膜(図示は省略)を上部クラッド層として、同じく火炎加水分解法で成膜する。なお、赤色用の光導波路パターン34及び青色用の光導波路パターン36は光入射部を直角に曲げる必要があるので、曲げる部分にGaを用いた収束イオンビーム法を用いたエッチングにより、深さ30μmの深掘りトレンチを形成し、導波した光が、トレンチ側壁で全反射するようにする。次いで、光合波器33の領域のみ残して、他の部分のSiO膜を全てエッチングにより取り除き、Si基板31をむき出しの状態にする。
【実施例1】
【0043】
次いで、それぞれ一対のヒンジに支えられた回転外枠及び非回転外枠の2重枠構造を有する2次元光走査ミラー部38を形成する。なお、この製造プロセスの基本は、2次元光走査ミラー部38を構成する磁性薄膜の永久磁石特性が消えないように、着磁後の全てのプロセスの温度を200℃以下で行う。なお、図における符号37はSiO膜である。
【実施例1】
【0044】
次いで、赤色半導体レーザチップ39、緑色半導体レーザチップ40及び青色半導体レーザチップ41を、それぞれ光導波路パターン34~36に光が入射するように、Si基板31上にボンディングする。この時、赤色半導体レーザチップ39、緑色半導体レーザチップ40及び青色半導体レーザチップ31のレーザ出射端と光導波路パターン34~36の位置が整合するようにSi基板31を所定の深さまでエッチングする。
【実施例1】
【0045】
次いで、2次元光走査ミラー装置38の反射部を駆動するソレノイド・コイル42をSi基板31の下側に配置し、接着剤を用いて、Si基板31に固定する。この時、ソレノイド・コイル42に光走査信号を印加しない状態で、反射部のミラー面がSi基板31の主面にほぼ平行な光ビームに対して45°傾くようにする。
【実施例1】
【0046】
図5は、ホログラフィック反射板の形成方法の説明図である。まず、図5(a)に示すように、厚さが0.5mm~10mm程度のSiO系ガラス等からなる基板71上に、透明なプラスチック膜72を塗布等の方法で形成する。次いで、図5(b)に示すように、形成したプラスチック膜72の上からモールド73を加圧し、かつプラスチックの軟化温度付近にプラスチック膜72の温度を上昇させる。モールド53には、光ビームを設定した角度に反射するための回折格子間隔のパターンを作製しているので、この回折格子74がプラスチック膜72に転写される。
【実施例1】
【0047】
次いで、図5(c)に示すように、回折格子74が転写されたプラスチック膜72を基板71から剥離し、ホログラフィック反射板70とし、このホログラフィック反射板70を眼鏡レンズ22の内側の面の所定箇所に貼り付ける。なお、ホログラフィック反射板70は、図示していないリムに貼り付けても良い。なお、ここでは、プラスチック膜72として、軟化温度が145℃のポリカーボネート樹脂を用い、加熱温度を140℃とし、加圧量を2.0MPaとする。なお、基板として眼鏡ガラスを用いて、眼鏡ガラスの透明なプラスチック膜を設けてこのプラスチック膜に回折格子を転写しても良く、この場合には、基板からの剥離工程は不要になる。
【実施例1】
【0048】
図6は、本発明の実施例1における走査光ビームの照射状況の説明図であり、走査は2次元的に行われるが、ここでは簡便のため平面的に描画している。光学エンジン30から出射される走査光ビーム52は、ホログラフィック反射板70により反射されて、瞳孔61を含む眼球60の表面を走査し、その反射光が再びホログラフィック反射板70で反射されて眼鏡のツルに取り付けた光検出器(51)によって検出され、瞳孔61の位置を検出する。映像は、同じ光学エンジン30から出射した三原色光ビーム54を走査し、眼鏡ガラス22の瞳孔位置検出用の走査光ビーム52のための反射板範囲以外に形成されたホログラフィック反射板(図示を省略)により、瞳孔61を通して眼球70の網膜64上に生成させる。
【実施例1】
【0049】
瞳孔追従検出用ビーム走査は、走査角度範囲を大きくして、映像生成用ビーム走査と同じタイミングで行っている。この場合、実際に検出に用いる瞳孔追従検出用の走査光ビーム52は、映像生成用の三原色光ビーム54の全走査の中から間引いた光ビーム走査を用いることができ、位置解析のためのプログラム実行時間と消費電力を少なくすることができる。具体的には、瞳孔追従検出用ビーム走査は、映像生成用ビーム走査を、横(左右)方向走査が30kHz、縦(上下)方向走査が60Hzとした場合、横方向走査、縦方向走査とも1Hz~100Hzにしても良い。なお、瞳孔追従検出用ビーム走査に用いる可視光が瞳孔61に入射することは本来的には望ましくないので、瞳孔追従検出用ビーム走査時には、走査光ビーム52の出力を極力低出力にする。
【実施例1】
【0050】
図7は、本発明の実施例1の映像生成装置を用いた映像生成方法の説明図であり、図7(a)は瞳孔位置検出方法の説明図であり、図7(b)は映像生成方法を示す説明図である。図7(a)に示すように、光ビーム53は、瞳孔61、虹彩62、及びその周りの白目63の部分をまたいで走査しながら照射する。ここでは、瞳孔サイズを2.5mmφ~4mmφ程度として、走査光ビームの左右方向の走査幅を±20mm程度とし、上下方向の走査幅を±12mm程度とする。このように走査幅を設定することによって、瞳孔61の位置が左右方向に±10mm程度、上下方向に±5mm程度に変動したとして、正確に瞳孔61の位置を検出することができる。
【実施例1】
【0051】
図7(b)の上段図に示すように、光検出器51で検出された反射光強度は、白目63からの反射光P1がもっとも強く、次に虹彩62からの反射光P2が強く、瞳孔61からの反射光P3が最も弱い。図7(b)の中段図は、信号レベル・セレクター回路を用いて抽出したP3の信号が得られる時間域の信号である。P3の信号が得られる時間域は、t1とt2の間、t3とt4の間、t5とt6の間、t7とt8の間である。これらの時間の間のみ走査光ビーム52が瞳孔61を照射している。
【実施例1】
【0052】
これらの信号から、瞳孔61の位置を検出するには、図7(b)の下段に示すtrのように、走査の折り返しの各点に相当する各時間に、短い信号をトリガとして発生させ、そのトリガとの時間差を計測し、その時間差から逆算して、瞳孔61の位置を決定する。例えば、T2とT3間のビーム走査では、T2からt1間の時間に相当する位置変化量から瞳孔61が始まり、t1からt2の時間に相当する位置変化量が瞳孔61の幅になる。
【実施例1】
【0053】
正確に瞳孔61の位置を検出したのち、映像生成用光ビームを検出した瞳孔61の位置に照射する。ここでも映像生成用ビームスポットサイズを<4mmφ程度とする。
【実施例1】
【0054】
本発明の実施例1においては、瞳孔位置検出のために走査光ビームを用いているので、簡便な機構・方法で瞳孔の61の位置をほぼリアルタイムに精度良く検出することができる。
【実施例2】
【0055】
次に、図8を参照して、本発明の実施例2の映像生成装置を説明する。図8は、本発明の実施例2の映像生成装置の要部構成図である。眼鏡20はツル21、眼鏡レンズ22及びブリッジ23で構成されており、眼鏡レンズ22はリム(図示は省略)によってその外周部が保持されている場合もある。この眼鏡20のツル21の先端部の内部に光源及び光走査ミラーからなる光学エンジン30を格納する。また、実施例2においては、光検出器51を眼鏡レンズ22の端部に取り付ける。また、眼鏡レンズ22の眼球60に対向する面と反対側の面の一部にホログラフィック反射板70を貼り付ける。
【実施例2】
【0056】
光学エンジン30から出射される走査光ビーム52は、眼鏡レンズ22内を全反射を繰り返しながら伝搬してホログラフィック反射板70により反射されて、瞳孔61を含む眼球60の表面を走査する。その反射光が再びホログラフィック反射板70で反射されて眼鏡レンズ22内を反対方向に伝搬して光検出器51によって検出される。なお、この場合も光検出器51の前に、走査光ビーム52で用いる波長を透過する光学フィルターを設けることが望ましく、他からの迷光を遮断できる。なお、映像生成方法は、実施例1の場合と同様である。
【実施例3】
【0057】
次に、図9及び図10を参照して、本発明の実施例3の映像生成装置を説明する。図9は、本発明の実施例3の映像生成装置の要部構成図である。眼鏡20はツル21、眼鏡レンズ22及びブリッジ23で構成されており、眼鏡レンズ22はリム(図示は省略)によってその外周部が保持されている場合もある。この眼鏡20のツル21の先端部の内部に光源及び光走査ミラーからなる光学エンジン30を格納する。また、実施例3においては、光検出器51を眼鏡のツル21の端部に取り付ける。また、眼鏡レンズ22の一部にホログラフィック反射板70を貼り付けるとともに、瞳孔位置検出用の光学エンジン55を別途眼鏡20のツル21に取り付ける。なお、この光学エンジン55は、瞳孔61の位置を検出するだけであるので、単一光源の光学エンジン55、例えば、光源として赤外線半導体レーザを用いれば良い。
【実施例3】
【0058】
図10は、本発明の実施例3における走査光ビームの照射状況の説明図である。光学エンジン55から出射される走査光ビーム52は、瞳孔61を含む眼球60の表面を走査する。その反射光がホログラフィック反射板70等で反射されて光検出器(51)によって検出される。なお、この場合も光検出器51の前に、走査光ビーム52で用いる波長を透過する光学フィルターを設けることが望ましく、他からの迷光を遮断できる。なお、映像生成方法は、実施例1の場合と同様である。
【実施例4】
【0059】
次に、図11を参照して、本発明の実施例4の映像生成装置を説明する。図11は、本発明の実施例4の映像生成装置の要部構成図である。眼鏡20はツル21、眼鏡レンズ22及びブリッジ23で構成されており、眼鏡レンズ22はリム(図示は省略)によってその外周部が保持されている場合もある。この眼鏡20のツル21の先端部の内部に光源及び光走査ミラーからなる光学エンジン30を格納する。また、眼鏡レンズ22の一部にホログラフィック反射板70を貼り付ける。
【実施例4】
【0060】
光学エンジン30から出射される走査光ビーム52は、瞳孔61を含む眼球60の表面を走査する。その反射光がホログラフィック反射板70等で反射されて光学エンジン30に入射する。この時、光学エンジン30の光源を構成する各半導体レーザの電流・電圧特性が変化するので、この変化を光学エンジン30のドライバ回路に設けた電流・電圧変動検知回路で検出する。なお、映像生成方法においては、反射光強度の変動ではなく、電流・電圧変動により映像生成用光ビームを照射するビームスポット位置の制御を行う。
【実施例5】
【0061】
次に、図12を参照して、本発明の実施例5の複数ビームスポット方式による映像生成方法を説明する。図12は、本発明の実施例5の複数ビームスポット方式による映像生成方法の説明図である。瞳孔61の位置が変化した場合(瞳を動かした場合)に、映像が欠けることなく、正常な映像を網膜上に投影するために必要な映像生成用ビームの瞳孔上のスポットサイズと位置を示したものである。瞳孔61の位置が変化した場合の対応方法として、映像生成用ビームスポットを複数個用意する方法が開示されている(例えば、非特許文献1参照)。
【実施例5】
【0062】
図12に示すように、瞳が前方を真直ぐ見ている場合の瞳孔61の中心に、映像生成用ビームスポット66を設定し、その左右、上下に瞳が動いた場合に対応するための映像生成用ビームスポット66~66を設定する。図では、左右、上下に各1個のみ設定しているが、もちろん左右、上下に複数個づつ設定して、より広い範囲をカバーしても良い。
【実施例5】
【0063】
この時の映像生成方法は、以下の2つの方法がある。第1の方法は、瞳孔内にほぼ収まる映像生成用ビームスポットを一つ選び、その映像生成用ビームスポットの位置とサイズで実際に三原色光ビームを走査して、網膜上に映像を生成する。実際の三原色光ビームは、これらの設定された映像生成用ビームスポット66~66のいずれか一つのみの位置に照射される。どの映像生成用ビームスポット位置に実際のビームを照射し走査するかは、瞳孔61の位置を検出して実行する。
【実施例5】
【0064】
第2の方法は、設定した全ての映像生成用ビームスポット66~66の位置とサイズで実際に三原色光ビームを走査して、網膜上に映像を生成する。ただし、網膜上で映像がズレないように、それぞれの映像生成用ビームスポットを生成する三原色光ビームの信号を互いに修正する。なお、ここでは、瞳孔サイズを2.5mmφ~4mmφ程度、瞳孔位置変化量を左右方向±10mm程度、上下方向±5mm程度とし、映像生成用ビームスポットサイズを<4mmφ程度とする。なお、映像生成用ビームスポット位置間隔:左右上下方向とも2.5mm~4mm程度とする。図では左右上下に1個づつとしているが、左右方向6個程度、上下方向3個程度としても良い。
【実施例6】
【0065】
次に、図13を参照して、本発明の実施例6の複数ビームスポット方式による映像生成方法を説明する。図13は、本発明の実施例6の複数ビームスポット方式による映像生成方法の説明図である。瞳孔61の位置が変化した場合(瞳を動かした場合)に、映像が欠けることなく、正常な映像を網膜上に投影するために必要な映像生成用ビームの瞳孔上のスポットサイズと位置を示したものである。
【実施例6】
【0066】
光学エンジン30から射出された三原色光ビーム54は、設定されたビーム走査角度範囲で走査されて、ホログラフィック反射板70によって瞳孔61上にスポット形状に収束され、網膜64上に映像を生成する。瞳孔61の位置が移動した場合(実線から破線さらに一点鎖線に示した瞳孔位置の変化)、光学エンジン30から射出された三原色光ビーム54(移動した瞳孔の線種に対応した線種で表示)を、ホログラフィック反射板70の別の領域で反射させ、それぞれ移動した瞳孔61に収まるスポット位置に三原色光ビーム54を導き、移動した瞳孔61の線種に対応した線種で表示した網膜64上の生成映像範囲に映像を生成する。
【実施例6】
【0067】
ここで、光学エンジン30から射出された三原色光ビーム54の走査は、以下のように行う。
(1)図中に示された実線、一点鎖線、破線で示されたそれぞれのビーム走査角度範囲のみで行う。或いは、
(2)図中に示された実線、一点鎖線、破線で示されたそれぞれのビーム走査角度範囲をすべて含む広いビーム走査角度で行い、実線、一点鎖線、破線で示されたそれぞれのビーム走査角度範囲のみで、映像用信号を出す。或いは、
(3)図中に示された実線、一点鎖線、破線で示されたそれぞれのビーム走査角度範囲をすべて含む広いビーム走査角度で行い、広いビーム走査角度全体で映像用信号を出す。ただし、網膜上で映像がズレないように、実線、一点鎖線、破線で示されたそれぞれのビーム走査角度範囲で出す信号を修正する。これらの中で、(1)及び(2)の方法は、映像信号を出している時間が少なく、映像生成用の電力の消費が少ないという長所がある。なお、瞳孔位置検出用の走査光ビームは、図6と同様に、ホログラフィック反射板の映像生成用ビーム走査のための反射板範囲以外の領域を瞳孔位置検出用ビーム走査のための反射板範囲として走査光ビームの走査により瞳孔61の位置とそのサイズを予め検出する。
【実施例7】
【0068】
次に、図14及び図15を参照して、本発明の実施例7の複数ビームスポット方式による映像生成方法を説明する。図14は、本発明の実施例7の複数ビームスポット方式による映像生成方法の説明図である。瞳孔61の位置が変化した場合(瞳を動かした場合)に、映像が欠けることなく、正常な映像を網膜上に投影するために必要な映像生成用ビームの瞳孔上のスポットサイズと位置を示したものである。
【実施例7】
【0069】
光学エンジン80から射出された三原色光ビーム54は、設定された異なるビーム出射位置から出射され、設定されたビーム走査角度範囲で走査される。次に、ホログラフィック反射板70によって瞳孔61上にスポット形状に収束され、網膜64上に映像を生成する。瞳孔61の位置が移動した場合(実線から破線さらに一点鎖線に示した瞳孔位置の変化)、光学エンジン80から射出された三原色光ビーム(移動した瞳孔の線種に対応した線種で表示)を、ホログラフィック反射板70の別の領域で反射させ、それぞれ移動した瞳孔61に収まるスポット位置に三原色光ビーム54を導き、移動した瞳孔61の線種に対応した線種で表示した網膜64上の生成映像範囲に映像を生成する。ここで、光学エンジン80から射出された三原色光ビーム54の走査は、以下のように行う。
【実施例7】
【0070】
(1)図中に示された実線、一点鎖線、破線で示されたそれぞれのビーム出射位置から出射したビームの走査角度範囲のみで行う。或いは、
(2)図中に示された実線、一点鎖線、破線で示されたそれぞれのビーム出射位置から出射したビームの走査角度範囲をすべて含む広いビーム走査角度で行い、実線、一点鎖線、破線で示されたそれぞれのビーム出射位置から出射したビームの走査角度範囲のみで、映像用信号を出す。或いは、
(3)図中に示された実線、一点鎖線、破線で示されたそれぞれのビーム出射位置から出射したビームの走査角度範囲をすべて含む広い範囲で行い、広い範囲全体で映像用信号を出す。ただし、網膜上で映像がズレないように、実線、一点鎖線、破線で示されたそれぞれのビーム出射位置から出射したビームの信号を修正する。これらの中で、(1)及び(2)の方法は、映像信号を出している時間が少なく、映像生成用の電力の消費が少ないという長所がある。なお、瞳孔位置検出用の走査光ビームは、図6と同様に、ホログラフィック反射板の映像生成用ビーム走査のための反射板範囲以外の領域を瞳孔位置検出用ビーム走査のための反射板範囲として走査光ビームの走査により瞳孔61の位置とそのサイズを予め検出する。
【実施例7】
【0071】
図15は、本発明の実施例7の複数ビームスポット方式による映像生成方法に用いる光学エンジンの概略的斜視図である。光源部は、図4と同様に、Si基板31上にSiO膜32を形成する。次いで、SiO膜32上にSiO-GeO層を成膜したのち、コンタクトマスクを用いた光露光法で導波路幅が光導波路パターン34~36を形成して光合波器33とする。次いで、光導波路パターン34~36上に、全体を覆うカバー層として、厚さが20μmのSiO膜(図示は省略)を上部クラッド層として成膜する。
【実施例7】
【0072】
一方、Si基板31とは別のSi基板43に、図4の場合と同様に、それぞれ一対のヒンジに支えられた回転外枠及び非回転外枠の2重枠構造を有する2次元光走査ミラー部44を形成する。
【実施例7】
【0073】
この光源部を形成したSi基板31と2次元光走査ミラー部44を形成したSi基板41を移動用ガイド82を設けた共通基板81上に載置し、2次元光走査ミラー部44の下部にソレノイド・コイル42を配置する。この時、2次元光走査ミラー部44を形成したSi基板41に移動用バー84を介して移動機構用モジュール83を接続し、共通基板81上で、移動用ガイド82に沿ってスライドできるようにする。移動機構用モジュール83が、移動用バー84を前後に延ばしたり、引き込んだりすることによって、2次元光走査ミラー部44を移動させることができる。このことにより、光学エンジン80から出射する三原色光ビームの位置を移動させることができる。
【実施例7】
【0074】
共通基板81及び移動用ガイド82としては、磁性薄膜を設けている2次元光走査ミラー部44の動作に影響を与えないようにAlやCu等の非磁性金属を用いるが、ここでは、Alを用いる。移動機構用モジュール83としては、円筒型マイクロコイルを用いた電磁駆動型アクチュエータを用いる。
【実施例8】
【0075】
次に、図16を参照して、本発明の実施例8のビームスポット連続移動方式による映像生成方法を説明する。図16は、本発明の実施例8のビームスポット連続移動方式による映像生成方法の説明図である。瞳孔61の位置が変化した場合(瞳を動かした場合)に、映像が欠けることなく、正常な映像を網膜上に投影するために必要な映像生成用ビームの瞳孔上のスポットサイズと位置を示したものである。
【実施例8】
【0076】
光学エンジン30から射出された三原色光ビーム54は、設定されたビーム走査角度範囲で走査されて、ホログラフィック反射板70によって瞳孔61内に導かれ、網膜64上に映像を生成する。瞳孔61の位置が移動した場合(実線から破線さらに一点鎖線に示した瞳孔位置の変化)、光学エンジン30から射出された三原色光ビーム54(移動した瞳孔の線種に対応した線種で表示)を、ホログラフィック反射板70の別の領域で反射させ、それぞれ移動した瞳孔内に三原色光ビームを導き、移動した瞳孔61の線種に対応した線種で表示した網膜61上の生成映像範囲に映像を生成する。
【実施例8】
【0077】
この時、図に示したように、走査した三原色光ビーム54が収束するスポットは、瞳孔61の上でなく、眼球60の内部に設定する。また、この位置は、光学エンジン30から出射した三原色光ビーム54の全てが、ほぼこのスポット位置に収束するように設定する。このようにすることによって、移動した瞳孔61の線種に対応した線種で表示されるそれぞれの三原色光ビーム54の走査範囲が重複する場合でも、網膜64上に映像を正しく生成することができる。
【実施例8】
【0078】
ここで、光学エンジン30から射出された三原色光ビーム54の走査は、以下のように行う。
(1)図中に示された実線、一点鎖線、破線で示されたそれぞれのビーム走査角度範囲のみで行う。或いは、
(2)図中に示された実線、一点鎖線、破線で示されたそれぞれのビーム走査角度範囲をすべて含む広いビーム走査角度で行い、実線、一点鎖線、破線で示されたそれぞれのビーム走査角度範囲のみで、映像用信号を出す。或いは、
(3)図中に示された実線、一点鎖線、破線で示されたそれぞれのビーム走査角度範囲をすべて含む広いビーム走査角度で行い、広いビーム走査角度全体で映像用信号を出す。ただし、網膜上で映像がズレないように、実線、一点鎖線、破線で示されたそれぞれのビーム走査角度範囲で出す信号を修正する。これらの中で、(1)及び(2)の方法は、映像信号を出している時間が少なく、映像生成用の電力の消費が少ないという長所がある。なお、瞳孔位置検出用の走査光ビームは、図6と同様に、ホログラフィック反射板の映像生成用ビーム走査のための反射板範囲以外の領域を瞳孔位置検出用ビーム走査のための反射板範囲として走査光ビームの走査により瞳孔61の位置とそのサイズを予め検出する。
【実施例9】
【0079】
次に、図17乃至図19を参照して、本発明の実施例9の瞳孔位置検出装置を説明する。図17は、本発明の実施例9の瞳孔位置検出装置の要部構成図である。眼鏡20はツル21、眼鏡レンズ22及びブリッジ23で構成されており、眼鏡レンズ22はリム(図示は省略)によってその外周部が保持されている場合もある。この眼鏡20のツル21の内部に光源及び光走査ミラーからなる光学エンジン90を格納するとともに、その近傍に光検出器51を取り付ける。眼鏡レンズ22の一部にホログラフィック反射板70を貼り付ける。
【実施例9】
【0080】
光学エンジン90から出射される走査光ビーム52は、ホログラフィック反射板70により反射されて、瞳孔61を含む眼球60の表面を走査し、その反射光が再びホログラフィック反射板70で反射されて光検出器51によって検出される。なお、光検出器51の前に、走査光ビーム52で用いる波長を透過する光学フィルターを設けることが望ましく、他からの迷光を遮断できる。
【実施例9】
【0081】
光学エンジン90の基本構造は図4に示した光学エンジン30と基本的には同じであるが、光源は瞳孔追跡用光源のみで良いので、単一の半導体レーザ或いはコリメートされたLEDで良く、例えば、赤外線半導体レーザを用いる。光導波路パターンも一本の直線状の光導波路パターンのみで良いが、光導波路パターンは必須ではなく、例えば、半導体レーザからの走査光ビームを2次元光走査ミラーに直接照射するようにしても良い。
【実施例9】
【0082】
図18は、本発明の実施例9における走査光ビームの照射状況の説明図であり、走査は2次元的に行われるが、ここでは簡便のため平面的に描画している。光学エンジン90から出射される走査光ビーム52は、ホログラフィック反射板70により反射されて、瞳孔61を含む眼球60の表面を走査し、その反射光が再びホログラフィック反射板70で反射されて眼鏡のツルに取り付けた光検出器(51)によって検出され、瞳孔61の位置を検出する。
【実施例9】
【0083】
図19は、本発明の実施例9の瞳孔位置検出装置を用いた瞳孔位置検出方法の説明図であり、図19(a)は光ビームの走査状態の説明図であり、図19(b)は、反射光強度及び抽出信号の説明図である。図19(a)に示すように、光ビーム53は、瞳孔61、虹彩62、及びその周りの白目63の部分をまたいで走査しながら照射する。ここでは、瞳孔サイズを2.5mmφ~4mmφ程度として、走査光ビームの左右方向の走査幅を±20mm程度とし、上下方向の走査幅を±12mm程度とする。このように走査幅を設定することによって、瞳孔61の位置が左右方向に±10mm程度、上下方向に±5mm程度に変動したとして、正確に瞳孔61の位置を検出することができる。
【実施例9】
【0084】
図19(b)の上段図に示すように、光検出器51で検出された反射光強度は、白目63からの反射光P1がもっとも強く、次に虹彩62からの反射光P2が強く、瞳孔61からの反射光P3が最も弱い。図19(b)の下段図は、信号レベル・セレクター回路を用いて抽出したP3の信号が得られる時間域の信号である。P3の信号が得られる時間域は、t1とt2の間、t3とt4の間、t5とt6の間、t7とt8の間である。これらの時間の間のみ走査光ビーム52が瞳孔61を照射している。
【実施例9】
【0085】
これらの信号から、瞳孔61の位置を検出するには、図19(b)の下段に示すtrのように、走査の折り返しの各点に相当する各時間に、短い信号をトリガとして発生させ、そのトリガとの時間差を計測し、その時間差から逆算して、瞳孔61の位置を決定する。例えば、T2とT3間のビーム走査では、T2からt1間の時間に相当する位置変化量から瞳孔61が始まり、t1からt2の時間に相当する位置変化量が瞳孔61の幅になる。また、t1とt2の間隔、t3とt4の間隔、t5とt6の間隔、t7とt8の間隔を比較することによって、図における瞳孔8の上下方向の位置を検出することができる。
【実施例9】
【0086】
したがって、身障者介助システムに利用するため視線の検出や運転中のドライバの意識や注意をモニタリングする際の視線の検出を撮像装置等を用いることなく簡便に検出することができる。なお、この実施例7の場合にも、上記の実施例2と同様に、走査光ビームが眼鏡レンズ内を伝搬するようにしても良い。
【実施例10】
【0087】
次に、図20を参照して、本発明の実施例10の瞳孔位置検出装置を説明する。図20は、本発明の実施例10の瞳孔位置検出装置の要部構成図である。眼鏡20はツル21、眼鏡レンズ22及びブリッジ23で構成されており、眼鏡レンズ22はリム(図示は省略)によってその外周部が保持されている場合もある。光学エンジン90及び光検出器51を眼鏡のツル21の端部に取り付ける。また、眼鏡レンズ22の一部にホログラフィック反射板70を貼り付ける。なお、この光学エンジン90は、瞳孔61の位置を検出するだけであるので、単一光源の光学エンジン90、例えば、光源として赤外線半導体レーザを用いれば良い。
【実施例10】
【0088】
実施例10においては、光学エンジン90から出射される走査光ビーム52は、瞳孔61を含む眼球60の表面を走査する。その反射光53がホログラフィック反射板70等で反射されて光検出器51によって検出される。なお、この場合も光検出器51の前に、走査光ビーム52で用いる波長を透過する光学フィルターを設けることが望ましく、他からの迷光を遮断できる。
【実施例11】
【0089】
次に、図21を参照して、本発明の実施例11の瞳孔位置検出装置を説明する。図21は、本発明の実施例11の瞳孔位置検出装置の要部構成図である。眼鏡20はツル21、眼鏡レンズ22及びブリッジ23で構成されており、眼鏡レンズ22はリム(図示は省略)によってその外周部が保持されている場合もある。光学エンジン90を眼鏡のツル21の端部に取り付ける。また、眼鏡レンズ22の一部にホログラフィック反射板70を貼り付ける。なお、この光学エンジン90は、瞳孔61の位置を検出するだけであるので、単一光源の光学エンジン90、例えば、光源として赤外線半導体レーザを用いれば良い。
【実施例11】
【0090】
実施例11においては、光学エンジン90から出射される走査光ビーム52は、瞳孔61を含む眼球60の表面を走査する。その反射光53がホログラフィック反射板70等で反射されて光学エンジン90に入射する。この時、光学エンジン90の光源を構成する各半導体レーザの電流・電圧特性が変化するので、この変化を光学エンジン90のドライバ回路に設けた電流・電圧変動検知回路で検出する。なお、この場合も実施例4と同様に、光学エンジン90は眼鏡のツル21の内部に格納しても良い。
【実施例12】
【0091】
次に、図22を参照して、本発明の実施例12の映像生成装置を説明する。本発明の実施例12においては、上記の実施例1と同様に、瞳孔位置検出用走査と映像生成用走査とを時間的に分離して行う。図22は、本発明の実施例12の映像生成装置の要部構成図である。眼鏡20はツル21、眼鏡レンズ22及びブリッジ23で構成されており、眼鏡レンズ22はリム(図示は省略)によってその外周部が保持されている場合もある。この眼鏡20のツル21の内部に光源及び光走査ミラーからなる光学エンジン30を格納するとともに、その近傍に光検出器51を取り付ける。眼鏡レンズ22の一部にホログラフィック反射板70を貼り付ける。この実施例12においては、ツル21の光学エンジン30からの走査光ビーム52の出力部に光路切り替え素子55を設けている以外は、上記の実施例1と同様である。ここでは、光路切り替え素子55として、プリズム・ミラーを用いるが、プリズム・ミラーの代わりに全反射/透過素子或いは電気光学素子を用いても良い。
【実施例12】
【0092】
この場合、光学エンジン30から出射される走査光ビーム52は、瞳孔位置検出用走査と映像生成用走査とで光路切り替え素子55で光路を切替える。即ち、瞳孔位置検出用走査においては光路切り替え素子55をオフ状態で走査し、瞳孔位置を検出したのちの映像生成用走査においては、光路切り替え素子55をオンにして光路を切り替えて走査する。本発明の実施例12においては、光路切り替え素子55を設けているので、光学エンジン30に広走査角度の光走査ミラーを用いる必要はなく、走査角度範囲を有効に利用することができる。
【実施例13】
【0093】
次に、図23及び図24を参照して、本発明の実施例13の映像生成装置を説明するが、装置構成は上記の実施例1と同様であるので、映像生成装置を用いた映像生成方法のみを説明する。本発明の実施例13においては、瞳孔位置検出用走査と映像生成用走査とを一連の走査において同じタイミングで行う。
【実施例13】
【0094】
図23は、本発明の実施例13における走査光ビームの照射状況の説明図であり、図6に示した実施例1の光走査ビームの照射状況と同様である。光学エンジン30から出射される走査光ビーム52は、ホログラフィック反射板70により反射されて、瞳孔61を含む眼球60の表面を走査し、その反射光が再びホログラフィック反射板70で反射されて眼鏡のツルに取り付けた光検出器(51)によって検出され、瞳孔61の位置を検出する。映像は、同じ光学エンジン30から出射した三原色光ビーム54を走査し、眼鏡ガラス22の瞳孔位置検出用の走査光ビーム52のための反射板範囲以外に形成されたホログラフィック反射板(図示を省略)により、瞳孔61を通して眼球70の網膜64上に生成させる。
【実施例13】
【0095】
瞳孔追従検出用ビーム走査は、走査角度範囲を大きくして、映像生成用ビーム走査と同じタイミングで行っている。この場合、実際に検出に用いる瞳孔追従検出用の走査光ビーム52は、映像生成用の三原色光ビーム54の全走査の中から間引いた光ビーム走査を用いることができ、位置解析のためのプログラム実行時間と消費電力を少なくすることができる。具体的には、瞳孔追従検出用ビーム走査は、映像生成用ビーム走査を、横(左右)方向走査が30kHz、縦(上下)方向走査が60Hzとした場合、横方向走査、縦方向走査とも1Hz~100Hzにしても良い。なお、瞳孔追従検出用ビーム走査に用いる可視光が瞳孔61に入射することは本来的には望ましくないので、瞳孔追従検出用ビーム走査時には、走査光ビーム52の出力を極力低出力にする。
【実施例13】
【0096】
図24は、本発明の実施例13の映像生成装置を用いた映像生成方法の説明図であり、図24(a)は瞳孔位置検出方法の説明図であり、図24(b)は映像生成方法を示す説明図である。図24(a)に示すように、光ビーム53は、瞳孔61、虹彩62、およびその周りの白目63の部分をまたいで走査しながら照射する。ここでは、瞳孔サイズを2.5mmφ~4mmφ程度として、走査光ビームの左右方向の走査幅を±20mm程度とし、上下方向の走査幅を±12mm程度とする。このように走査幅を設定することによって、瞳孔61の位置が左右方向に±10mm程度、上下方向に±5mm程度に変動したとして、正確に瞳孔61の位置を検出することができる。
【実施例13】
【0097】
図24(b)の上段図に示すように、光検出器51で検出された反射光強度は、白目63からの反射光P1がもっとも強く、次に虹彩62からの反射光P2が強く、瞳孔61からの反射光P3が最も弱い。図24(b)の中段図は、信号レベル・セレクター回路を用いて抽出したP3の信号が得られる時間域の信号である。P3の信号が得られる時間域は、t1とt2の間、t3とt4の間、t5とt6の間、t7とt8の間である。これらの時間の間のみ走査光ビーム52が瞳孔61を照射している。
【実施例13】
【0098】
これらの信号から、瞳孔61の位置を検出するには、図24(b)の下段に示すtrのように、走査の折り返しの各点に相当する各時間に、短い信号をトリガとして発生させ、そのトリガとの時間差を計測し、その時間差から逆算して、瞳孔61の位置を決定する。例えば、T2とT3間のビーム走査では、T2からt1間の時間に相当する位置変化量から瞳孔61が始まり、t1からt2の時間に相当する位置変化量が瞳孔61の幅になる。
【実施例13】
【0099】
したがって、瞳孔位置ウィンドウ間であるt3とt4の間、t7とt8の間に、即ち、瞳孔位置が検出された後のT4,T6のタイミングの走査時に映像生成用光ビームを検出した瞳孔61の位置に照射する。なお、T2の時点では瞳孔位置が検出されていないので、映像生成用光ビームは照射しない。ここでは、映像生成用ビームスポットサイズを<4mmφ程度とする。
【実施例13】
【0100】
本発明の実施例13においては、瞳孔位置検出のために走査光ビームを用いているので、簡便な機構・方法で瞳孔の61の位置をほぼリアルタイムに検出することができる。また、瞳孔位置ウィンドウ間に映像生成用の三原色光ビーム54を走査しているので、光学系のブレや光学系制御のための駆動エネルギーが消費を低減することが可能になる。
【実施例14】
【0101】
次に、図25を参照して、本発明の実施例14の複数ビームスポット方式による映像生成方法を説明する。図25は、本発明の実施14の複数ビームスポット方式による映像生成方法の説明図である。瞳孔61の位置が変化した場合(瞳を動かした場合)に、映像が欠けることなく、正常な映像を網膜上に投影するために必要な映像生成用ビームの瞳孔上のスポットサイズと位置を示したものである。ここでは、3つの位置にビームスポット照射する例を示しているが、ビームスポットの数は任意である。
【実施例14】
【0102】
本発明の実施例14においては、ホログラフィック反射板70を3つの領域70,70,70に分割し、反射光が予め設定した瞳孔61の位置に照射されるように各領域における回折格子のピッチを個別に設定する。
【実施例14】
【0103】
光学エンジン80から射出された三原色光ビーム54は、設定された領域、例えば、領域70に対応したビーム走査角度範囲で走査される。次に、ホログラフィック反射板70によって瞳孔61上にスポット形状に収束され、網膜64上に映像を生成する。瞳孔61の位置が移動した場合(実線から破線さらに一点鎖線に示した瞳孔位置の変化)、光学エンジン80から射出された三原色光ビーム(移動した瞳孔の線種に対応した線種で表示)を、ホログラフィック反射板70の別の領域70,70で反射させ、それぞれ移動した瞳孔61に収まるスポット位置に三原色光ビーム54を導き、移動した瞳孔61の線種に対応した線種で表示した網膜64上の生成映像範囲に映像を生成する。ここで、光学エンジン80から射出された三原色光ビーム54の走査は、以下のように行う。
【実施例14】
【0104】
(1)図中に示された実線、一点鎖線、破線で示されたそれぞれのビーム出射位置から出射したビームを3つの領域70,70,70に対応した走査角度範囲のみで走査する或いは、
(2)図中に示された実線、一点鎖線、破線で示されたそれぞれのビーム出射位置から出射したビームの走査角度範囲をすべて含む広いビーム走査角度で行い、実線、一点鎖線、破線で示されたそれぞれのビーム出射位置から出射したビームを3つの領域70,70,70に対応した走査角度範囲のみで、映像用信号を出す。或いは、
(3)図中に示された実線、一点鎖線、破線で示されたそれぞれのビーム出射位置から出射したビームを3つの領域70,70,70に対応した走査角度範囲をすべて含む広い範囲で行い、広い範囲全体で映像用信号を出す。ただし、網膜上で映像がズレないように、実線、一点鎖線、破線で示されたそれぞれのビーム出射位置から出射したビームの信号を修正する。これらの中で、(1)及び(2)の方法は、映像信号を出している時間が少なく、映像生成用の電力の消費が少ないという長所がある。なお、瞳孔位置検出用の走査光ビームは、図6と同様に、ホログラフィック反射板の映像生成用ビーム走査のための反射板範囲以外の領域を瞳孔位置検出用ビーム走査のための反射板範囲として走査光ビームの走査により瞳孔61の位置とそのサイズを予め検出する。
【実施例15】
【0105】
次に、図26を参照して、本発明の実施例15の複数ビームスポット方式による映像生成方法を説明する。図26は、本発明の実施15の複数ビームスポット方式による映像生成方法の説明図である。瞳孔61の位置が変化した場合(瞳を動かした場合)に、映像が欠けることなく、正常な映像を網膜上に投影するために必要な映像生成用ビームの瞳孔上のスポットサイズと位置を示したものであり、ここでは、3つの位置にビームスポット照射する例を示しているが、ビームスポットの数は任意である。なお、本発明の実施例15の複数ビームスポット方式による映像生成方法に用いる光学エンジンは、上記の実施例7と同様であり、移動機構用モジュール(83)による移動を3段階で行うものである。
【実施例15】
【0106】
本発明の実施例15においても、ホログラフィック反射板70を3つの領域70,70,70に分割し、反射光が予め設定した瞳孔61の位置に照射されるように各領域における回折格子のピッチを個別に設定する。
【実施例15】
【0107】
光学エンジン80から射出された三原色光ビーム54は、設定された3か所のビーム出射位置から出射され、設定された領域、例えば、領域70に対応したビーム走査角度範囲で走査される。次に、ホログラフィック反射板70によって瞳孔61上にスポット形状に収束され、網膜64上に映像を生成する。瞳孔61の位置が移動した場合(実線から破線さらに一点鎖線に示した瞳孔位置の変化)、光学エンジン80から射出された三原色光ビーム(移動した瞳孔の線種に対応した線種で表示)を、ホログラフィック反射板70の別の領域70,70で反射させ、それぞれ移動した瞳孔61に収まるスポット位置に三原色光ビーム54を導き、移動した瞳孔61の線種に対応した線種で表示した網膜64上の生成映像範囲に映像を生成する。ここで、光学エンジン80から射出された三原色光ビーム54の走査は、以下のように行う。
【実施例15】
【0108】
(1)図中に示された実線、一点鎖線、破線で示されたそれぞれのビーム出射位置から出射したビームを3つの領域70,70,70に対応した走査角度範囲のみで走査する或いは、
(2)図中に示された実線、一点鎖線、破線で示されたそれぞれのビーム出射位置から出射したビームの走査角度範囲をすべて含む広いビーム走査角度で行い、実線、一点鎖線、破線で示されたそれぞれのビーム出射位置から出射したビームを3つの領域70,70,70に対応した走査角度範囲のみで、映像用信号を出す。或いは、
(3)図中に示された実線、一点鎖線、破線で示されたそれぞれのビーム出射位置から出射したビームを3つの領域70,70,70に対応した走査角度範囲をすべて含む広い範囲で行い、広い範囲全体で映像用信号を出す。ただし、網膜上で映像がズレないように、実線、一点鎖線、破線で示されたそれぞれのビーム出射位置から出射したビームの信号を修正する。これらの中で、(1)及び(2)の方法は、映像信号を出している時間が少なく、映像生成用の電力の消費が少ないという長所がある。なお、瞳孔位置検出用の走査光ビームは、図6と同様に、ホログラフィック反射板の映像生成用ビーム走査のための反射板範囲以外の領域を瞳孔位置検出用ビーム走査のための反射板範囲として走査光ビームの走査により瞳孔61の位置とそのサイズを予め検出する。
【実施例15】
【0109】
ここで、実施例1乃至実施例15を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
(付記1)光源と、前記光源からの光を走査する光走査ミラーと、前記光走査ミラーにより走査された光ビームにより少なくとも瞳孔の表面を走査して眼球からの反射光強度の時間変化を測定する測定機構と、前記測定した前記反射光強度の時間変化から前記瞳孔からの反射光強度を抽出する抽出機構と、前記抽出した瞳孔からの反射光強度と前記眼球の表面を走査する走査時間と同期することによって前記瞳孔のサイズと位置を検出する機構とを備えた瞳孔位置検出機構と、検出した位置の前記瞳孔に映像生成用光ビームを走査しながら投射して映像を前記眼球の網膜上に形成する映像生成機構とを備えた映像生成装置。
(付記2)前記光走査ミラーの出力側に、前記光走査ミラーにより走査された光ビームを瞳孔位置検出走査時と前記映像生成用光ビームの走査時で光路を切り替える光路切り替え素子を有する付記1に記載の映像生成装置。
(付記3)前記瞳孔位置検出機構が、前記光走査ミラーにより走査された光ビームを少なくとも前記瞳孔に対して反射する反射部材を有する付記1または付記2に記載の映像生成装置。
(付記4)前記光走査ミラーにより走査された光ビームが、前記瞳孔及び虹彩を含む眼球の表面を走査する付記1乃至付記3のいずれか1に記載の映像生成装置。
(付記5)前記映像生成機構の映像生成用光ビームの光源、光走査ミラー及び反射部材が、前記瞳孔位置検出機構の光源、光走査ミラー及び反射部材を兼ねる付記3に記載の映像生成装置。
(付記6)前記反射部材が、ホログラフィック反射板である付記4または付記5に記載の映像生成装置。
(付記7)前記ホログラフィック反射板が、メガネのリムまたはメガネのレンズの少なくとも一方に設けられている付記6に記載の映像生成装置。
(付記8)前記眼球の表面を走査する光ビームは、前記ホログラフィック反射板に直接照射される付記6または付記7に記載の映像生成装置。
(付記9)前記眼球の表面を走査する光ビームは、メガネのリム或いはメガネのレンズの内部を伝搬して、前記メガネのリム或いはメガネのレンズの前記眼球の反対側の表面に設けられた前記ホログラフィック反射板により反射される付記6に記載の映像生成装置。
(付記10)前記映像生成機構の光走査ミラーが、前記映像生成機構の光源からの光ビームの光軸方向に移動可能な移動機構を備えている付記1乃至付記9のいずれか1に記載の映像生成装置。
(付記11)前記光源が、青色半導体レーザチップ、緑色半導体レーザチップ、赤色半導体レーザチップ、黄色半導体レーザチップ、赤外線半導体レーザチップ及び紫外線半導体レーザチップの内の1種類以上の半導体レーザチップを含む付記1乃至付記10のいずれか1に記載の映像生成装置。
(付記12)少なくとも瞳孔の表面を光ビームで走査し、前記瞳孔からの反射光強度の時間変化を測定し、前記測定した前記反射光強度の時間変化から前記瞳孔からの反射光強度を抽出し、前記抽出した瞳孔からの反射光強度と眼球の表面を走査する走査時間と同期することによって前記瞳孔のサイズと位置を検出したのち、検出した前記瞳孔の位置の前記瞳孔に対して映像生成用光ビームを走査しながら投射して映像を前記眼球の網膜上に形成する映像生成方法。
(付記13)前記瞳孔のサイズと位置を検出する工程と、前記映像生成用光ビームを走査する工程を時間的に分離して行う付記12に記載の映像生成方法。
(付記14)前記瞳孔のサイズと位置を検出する工程と、前記映像生成用光ビームを走査する工程を連続した走査工程で行う付記12に記載の映像生成方法。
(付記15)前記少なくとも瞳孔の表面を光ビームで走査する際に、反射部材を用いて光走査ミラーにより走査された光ビームを少なくとも前記瞳孔に対して反射する付記13または付記14に記載の映像生成方法。
(付記16)光走査ミラーにより走査された光ビームが、前記瞳孔及び虹彩を含む眼球の表面を走査する付記13または付記14に記載の映像生成方法。
(付記17)前記瞳孔のサイズと位置を検出する工程において、前記眼球に対して、映像生成用光ビームを照射する予め複数のビームスポットを設定して走査用の前記光ビームを照射し、前記瞳孔の中心位置近傍であると検出した前記複数のビームスポットのうちの一つに前記映像生成用光ビームを走査しながら投射する付記16に記載の映像生成方法。
(付記18)前記複数のビームスポットの各ビームスポット対して、前記映像生成用光ビームを走査する光走査ミラーから光ビームの走査角度を変えて前記映像生成用光ビームを走査しながら投射する付記17に記載の映像生成方法。
(付記19)
前記複数のビームスポットの各ビームスポット対して、前記映像生成用光ビームを走査する光走査ミラーを光源からの光ビームの光軸方向に移動させながら前記映像生成用光ビームを走査しながら投射する付記17に記載の映像生成方法。
(付記20)前記瞳孔の中心位置であると検出したビームスポットを中心位置として前記映像生成用光ビームを照射する位置を連続的に変化させて走査しながら投射する付記12に記載の映像生成方法。
(付記21)前記照射した光ビームが、前記光ビームが前記瞳孔を通過し、前記眼球の内部でビームスポット位置を形成する付記20に記載の映像生成方法。
(付記22)前記各ビームスポットに対して、予め定めたビーム走査角範囲内で走査動作を行い、前記予め定めたビーム走査角範囲内で前記映像生成用光ビームを走査しながら投射する付記17乃至付記21のいずれか1に記載の映像生成方法。
(付記23)前記各ビームスポットに対して、予め定めたビーム走査角範囲を超えた範囲で走査動作を行いながら、前記予め定めたビーム走査角範囲内で前記映像生成用光ビームを走査しながら投射する付記17乃至付記21のいずれか1に記載の映像生成方法。
(付記24)前記各ビームスポットに対して、前記予め定めたビーム走査角範囲を超えた範囲で前記映像生成用光ビームを走査しながら投射する付記17乃至付記21のいずれか1に記載の映像生成方法。
(付記25)光源と、前記光源からの光を走査する光走査ミラーと、前記光走査ミラーにより走査された光ビームにより少なくとも瞳孔の表面を走査して眼球からの反射光強度の時間変化を測定する測定機構と、前記測定した前記反射光強度の時間変化から前記瞳孔からの反射光強度を抽出する抽出機構と、前記抽出した瞳孔からの反射光強度と前記眼球の表面を走査する走査時間と同期することによって前記瞳孔のサイズと位置を検出する機構とを備えた瞳孔位置検出装置。
(付記26)前記光走査ミラーにより走査された光ビームを少なくとも前記瞳孔に対して反射する反射部材をさらに有する付記25に記載の瞳孔位置検出装置。
(付記27)前記光走査ミラーにより走査された光ビームが、前記瞳孔及び虹彩を含む眼球の表面を走査する付記25または付記26に記載の瞳孔位置検出装置。
(付記28)少なくとも瞳孔の表面を光ビームで走査し、前記瞳孔からの反射光強度の時間変化を測定し、前記測定した前記反射光強度の時間変化から前記瞳孔からの反射光強度を抽出し、前記抽出した瞳孔からの反射光強度と眼球の表面を走査する走査時間と同期することによって前記瞳孔のサイズと位置を検出する瞳孔位置検出方法。
(付記29)前記少なくとも瞳孔の表面を光ビームで走査する際に、反射部材を用いて光走査ミラーにより走査された光ビームを少なくとも前記瞳孔に対して反射する付記28に記載の瞳孔位置検出方法。
(付記30)前記光走査ミラーにより走査された光ビームが、前記瞳孔及び虹彩を含む眼球の表面を走査する付記28に記載の瞳孔位置検出方法。
【符号の説明】
【0110】
1 光学エンジン
2 光源
3 光走査ミラー
4 光ビーム
5 支持部材
6 反射部材
7 眼球
8 瞳孔
9 虹彩
10 網膜
11 測定機構
12 白目
13 映像生成用光ビーム
20 眼鏡
21 ツル
22 眼鏡レンズ
23 ブリッジ
30,55,80,90 光学エンジン
31,43 Si基板
32,37 SiO
33 光合波器
34~36 光導波路パターン
38,44 2次元光走査ミラー部
39 赤色半導体レーザチップ
40 緑色半導体レーザチップ
41 青色半導体レーザチップ
42 ソレノイド・コイル
51 光検出器
52 走査光ビーム
53 反射光
54 三原色光ビーム
55 光路切り替え素子
60 眼球
61 瞳孔
62 虹彩
63 白目
64 網膜
66~66 映像生成用ビームスポット
70 ホログラフィック反射板
70,70,70 領域
71 基板
72 プラスチック膜
73 モールド
74 回折格子
81 共通基板
82 移動用ガイド
83 移動機構用モジュール
84 移動用バー
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
4
【図6】
5
【図7】
6
【図8】
7
【図9】
8
【図10】
9
【図11】
10
【図12】
11
【図13】
12
【図14】
13
【図15】
14
【図16】
15
【図17】
16
【図18】
17
【図19】
18
【図20】
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【図21】
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【図22】
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【図23】
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【図24】
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【図25】
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【図26】
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