JP2007058072A

JP2007058072A - 光走査装置、画像表示装置及び網膜走査型画像表示装置

Info

Publication number: JP2007058072A
Application number: JP2005246119A
Authority: JP
Inventors: Mitsugi Tanaka; 貢田中
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2005-08-26
Publication date: 2007-03-08

Abstract

【課題】更なる装置の小型化できる光走査装置、画像表示装置及び網膜走査型画像表示装置を提供する。
【解決手段】光走査装置は、入射される光束を１次方向に走査させる垂直走査系と、その１次方向に走査された光束を、その１次方向と交差する２次方向に走査させる水平走査系とを備えた。光走査装置は、垂直走査系におけるガルバノミラーと水平走査系におけるガルバノミラーとの間に設けられ、垂直走査系におけるガルバノミラーによって１次方向に走査させた光束を、水平走査系におけるガルバノミラーに導く集光ミラーを少なくとも含む中継光学系を備えた。
【選択図】図３

Description

本発明は、光走査装置、画像表示装置及び網膜走査型画像表示装置に関するものであり、特に、光束を１次方向に走査させる１次走査手段と、当該１次方向に走査された光束を、当該１次方向と交差する２次方向に走査させる２次走査手段とを備えた光走査装置、画像表示装置及び網膜走査型画像表示装置に関する。

従来、画像を表示するための画像表示装置には、光束を走査させるための光走査装置などが含まれている。また、このような光走査装置には、光束を反射させる反射ミラーを揺動させる制御など、各種の制御を行うことによって、その光束を走査させ、画像を表示させる。

特に、光走査装置は、水平方向に光束を走査させるための水平走査手段や、垂直方向に光束を走査させるための垂直走査手段などを備えている。このような構成においては、例えば、光束が、水平走査手段に入射され、水平走査手段によって水平方向に走査される。そして、水平方向に走査された光束は、垂直走査手段に向かって入射され、その垂直走査手段によって垂直方向に走査される。このように垂直方向に走査された光束は、眼の網膜に投影され、画像が表示されることとなる。

また、このような光走査装置は、例えば、特許文献１に示すように、水平走査手段によって水平方向に走査された光束が拡散されるため、その拡散する光束を平行光束とする凸面レンズや、その平行光束を集光させる凸面レンズなどを用いたリレー光学系が、水平走査手段と垂直走査手段との間に配設されており、水平走査手段によって走査された光束を垂直走査手段に導くこととなる。
特開２００３−２９５１０８号公報

しかしながら、上述したような光走査装置では、水平走査手段と垂直走査手段とによって１次方向及び２次方向に光束が走査されるが、水平走査手段と垂直走査手段との間に設けられたリレー光学系などを省スペース化することによって、更なる装置の小型化が望まれている。

本発明は、上述したような課題に鑑みてなされたものであり、更なる装置の小型化できる光走査装置、画像表示装置及び網膜走査型画像表示装置を提供することを目的とする。

以上のような目的を達成するために、本発明は、以下のようなものを提供する。

すなわち、請求項１記載の本発明では、入射される光束を１次方向に走査させる１次走査手段と、当該１次方向に走査された光束を、当該１次方向と交差する２次方向に走査させる２次走査手段とを備えた光走査装置において、前記１次走査手段と前記２次走査手段との間に設けられ、前記１次走査手段によって１次方向に走査させた光束を前記２次走査手段に導く集光ミラーを少なくとも含む中継光学系を備えたことを特徴とする光走査装置。

また、請求項２記載の本発明では、前記入射される光束を、前記１次走査手段によって走査される光束を含む１次走査面に対して交差する方向から入射させることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。

また、請求項３記載の本発明では、前記１次走査手段によって走査される光束の走査中心線が、前記１次走査手段によって走査される光束を含む１次走査面に対して交差するように前記中継光学系が配置されたことを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。

また、請求項４記載の本発明では、前記１次走査手段によって１次方向に走査される１次走査角度は、前記２次走査手段によって２次方向に走査される２次走査角度よりも小さいことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光走査装置。

また、請求項５記載の本発明では、前記１次走査手段と前記集光ミラーとの間にハーフミラーが設けられたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光走査装置。

また、請求項６記載の本発明では、前記集光ミラーは、凹面ミラーであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光走査装置。

また、請求項７記載の本発明では、前記１次走査手段及び前記２次走査手段は、前記凹面ミラーから当該凹面ミラーの曲率半径と同等の光路距離となる位置に設けられたことを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。

また、請求項８記載の本発明では、請求項１から７のいずれかに記載の光走査装置を備え、画像に関する画像信号に応じて変調された光束を、前記光走査装置によって前記１次方向及び前記２次方法に走査することで画像を表示することを特徴とする画像表示装置。

また、請求項９記載の本発明では、請求項１から７のいずれかに記載の光走査装置を備え、画像に関する画像信号に応じて変調された光束を、前記光走査装置によって前記１次方向及び前記２次方法に走査することで、眼の網膜に画像を投影し、画像を表示することを特徴とする網膜走査型画像表示装置。

請求項１、６、８又は９記載の発明によれば、光束を１次方向に走査させる１次走査手段とその光束を２次方向に走査させる２次走査手段との間に設けられ、１次走査手段によって１次方向に走査させた光束を２次走査手段に導く集光ミラーを少なくとも含む中継光学系を備えた。従って、集光ミラーを含まずに、例えば、拡散する光束を平行な光束とする第１の凸面レンズや、その平行な光束を集光させる第２の凸面レンズなどを用いた従来の構成と比べて、これらのような凸面レンズなどを用いる必要もないため、装置の小型化が可能である。また、色収差などを考慮する必要もなく設計可能である。

また、請求項２記載の発明によれば、前記入射される光束を、１次走査手段によって走査される光束を含む１次走査面に対して交差する方向から入射させる。従って、例えば、１次走査手段に入射させる光学系や、１次走査手段と２次走査手段との間の中継光学系、２次走査手段、２次走査手段から眼の網膜まで光束を導く光学系など、各種の光学系や走査手段を設ける場合に、それらが１次走査面と干渉することなく、光束の光路を確保するためのスペースを設けやすく、より一層、装置の小型化が可能である。

また、請求項３記載の発明によれば、１次走査手段によって走査される光束の走査中心線が、その１次走査手段によって走査される光束を含む１次走査面に対して交差するように中継光学系が配置された。従って、例えば、走査中心線と１次走査面とが交差することによって、１次走査手段に入射させる光学系や、１次走査手段と２次走査手段との間の中継光学系、２次走査手段など、各種の光学系や走査手段を設ける場合に、光束の光路を確保するためのスペースを設けやすく、より一層、装置の小型化が可能である。

また、請求項４記載の発明によれば、１次方向に走査される１次走査角度は、２次走査手段によって２次方向に走査される２次走査角度よりも小さい。従って、１次方向に走査する光束の走査幅を、２次方向に走査する光束の走査幅より小さくすることができるため、走査される光束の光路を考慮すると、１次走査手段に向かう光束を導く光学系、１次走査手段、１次走査手段から２次走査手段に向かう光束を導く光学系などが設けられるスペースを小さくすることができ、より一層、装置の小型化が可能である。

また、請求項５記載の発明によれば、１次走査手段と集光ミラーとの間にハーフミラーが設けられた。従って、１次走査手段と集光ミラーとの間にハーフミラーを用いることによって、光路を折りたたむことができるため省スペース化を効率よく実現することができ、より一層、装置の小型化が可能である。

また、請求項７記載の発明によれば、１次走査手段及び２次走査手段は、凹面ミラーからその曲率半径と同等の光路距離となる位置に設けられた。従って、１次走査手段と２次走査手段とが容易に共役として調整することができ、安定して光束を走査することができるとともに、装置の小型化が可能である。

以下に、本発明に好適な実施形態について図面に基づいて説明する。

［画像表示装置の構成］
以下、本発明に係る画像表示装置の一実施の形態について図面を用いて説明する。まず、本発明に係る画像表示装置の一例である網膜走査型ディスプレイ１の構成について図１を用いて説明する。

図１に示すように、網膜走査型ディスプレイ１には、外部から供給される映像信号を処理するための光源ユニット部２が設けられている。光源ユニット部２には、外部からの映像信号が入力され、それに基づいて映像を合成するための要素となる各信号を発生する映像信号供給回路３が設けられ、この映像信号供給回路３から映像信号４、垂直同期信号５、及び、水平同期信号６が出力される。また、光源ユニット部２には、映像信号供給回路３から映像信号４として伝達される赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各映像信号をもとにそれぞれ強度変調されたレーザ光を出射するように、Ｒレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１を、それぞれ駆動するためのＲレーザドライバ１０，Ｇレーザドライバ９，Ｂレーザドライバ８が設けられている。さらに、各レーザより出射されたレーザ光を平行光にコリメートするように設けられたコリメート光学系１４と、それぞれコリメートされたレーザ光を合波するダイクロイックミラー１５と、合波されたレーザ光を光ファイバ１７に導く結合光学系１６とが設けられている。尚、Ｒレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１として、レーザダイオード等の半導体レーザや固体レーザを利用してもよい。尚、本実施形態における光源ユニット部２は、少なくとも１つの光源と、当該光源から出射される光束を画像信号に応じて強度変調する変調手段の一例に相当する。

また、網膜走査型ディスプレイ１には、光源ユニット部２から伝搬されたレーザ光を垂直走査系１９に導く第１リレー光学系１８と、コリメートされたレーザ光を、ガルバノミラー１９ａを利用して垂直方向に走査する垂直走査系１９と、垂直走査系１９によって走査されたレーザ光を水平走査系２１に導く第２リレー光学系２０と、垂直走査系１９に走査され、第２リレー光学系２０を介して入射されたレーザ光を、ガルバノミラー２１ａを利用して水平方向に走査する水平走査系２１と、水平走査系２１に走査されたレーザ光を観察者の瞳孔２４に入射するように第３リレー光学系２２とが設けられている。第２リレー光学系２０は、垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａと、水平走査系２１のガルバノミラー２１ａとが共役となるように、また、第３リレー光学系２２は、ガルバノミラー２１ａと、観察者の瞳孔２４とが共役となるように、各々設けられている。

尚、具体的な一例としては、垂直走査系１９は、表示すべき画像の１走査線ごとに、レーザビームを垂直方向に垂直走査する垂直走査（１次走査の一例）を行う光学系である。また、垂直走査系１９は、レーザビームを垂直方向に走査するガルバノミラー１９ａと、そのガルバノミラー１９ａの駆動制御を行う垂直走査制御回路１９ｃとを備えている。

これに対し、水平走査系２１は、表示すべき画像の１フレームごとに、レーザビームを最初の走査線から最後の走査線に向かって水平に走査する水平走査（２次走査の一例）を行う光学系である。また、水平走査系２１は、水平走査するガルバノミラー２１ａと、そのガルバノミラー２１ａの駆動制御を行う水平走査制御回路２１ｃとを備えている。

垂直走査系１９は、水平走査系２１より高速にすなわち高周波数でレーザビームを走査するように設計されている。また、垂直走査系１９は、ビーム光（光束）を垂直走査角度で走査させ、水平走査系２１は、ビーム光を水平走査角度で走査させるが、本実施形態においては、垂直走査角度が、水平走査角度よりも小さく設定されている。これは、図２（ａ）に示すように、画像の表示範囲１５２が、水平方向Ｘよりも垂直方向Ｙのほうが短いため、ビーム光の走査軌跡ｓも、水平方向Ｘよりも垂直方向Ｙのほうが短くなり、垂直方向への垂直走査角度が、水平方向への水平走査角度よりも小さくなる。このため、先に走査角度を大きくしなければならない水平方向に走査させた後に、走査角度が小さくて済む垂直方向に走査させ、図２（ｂ）に示すようにビーム光を走査させる構成と比べて、図２（ａ）に示すように、先に走査角度が小さくて済む垂直方向に走査させた後に、走査角度を大きくしなければならない水平方向に走査させたほうが、省スペース化を図ることができる。

尚、本実施形態においては、ビーム光を高速で走査させる走査系（高速走査系）として、走査角度が小さい垂直走査系１９を、ビーム光を低速で走査させる走査系（低速走査系）として、走査角度が大きい水平走査系２１を採用したが、例えばＮＴＳＣ（ＮａｔｉｏｎａｌＴｅｌｅｖｉｓｉｏｎＳｔａｎｄａｒｄｓＣｏｍｍｉｔｔｅｅ）などの通常の映像信号は水平走査が高速走査に該当するため、図示はしないが、映像信号供給回路３で水平走査が低速走査に、垂直走査が高速走査になるように映像信号をデジタルデータ化しデータ変換している。もちろん、映像信号供給回路３に入力される映像信号が、垂直走査系１９が高速走査であるような信号形式であると想定すれば、上述した変換処理は特に必要とせず実施可能である。

尚、本実施形態においては、ビーム光を高速で走査させる走査系（高速走査系）として、走査角度が小さい垂直走査系１９を、ビーム光を低速で走査させる走査系（低速走査系）として、走査角度が大きい水平走査系２１を採用したが、これに限らず、例えば、ビーム光を高速で走査させる走査系（高速走査系）として、走査角度が大きい水平走査系２１を、ビーム光を低速で走査させる走査系（低速走査系）として、走査角度が小さい垂直走査系１９を採用してもよい。

つまり、垂直方向（１次方向の一例）に走査される垂直走査角度（１次走査角度の一例）は、水平方向（２次方向の一例）に走査される水平走査角度（２次走査角度の一例）よりも小さく設定されているので、垂直方向に走査するビーム光の走査幅を、水平方向に走査するビーム光の走査幅より小さくすることができるため、走査されるビーム光の光路を考慮すると、垂直走査系１９に向かうビーム光を導く第１リレー光学系１８、垂直走査系１９、垂直走査系１９から水平走査系２１に向かうビーム光を導く第２リレー光学系２０などが設けられるスペースを小さくすることができ、より一層、装置の小型化が可能である。

また、垂直走査系１９，水平走査系２１は、図１に示すように、各々映像信号供給回路３に接続され、映像信号供給回路３より出力される垂直同期信号５，水平同期信号６にそれぞれ同期してレーザ光を走査するように構成されている。

尚、本実施形態における垂直走査系１９及び水平走査系２１などは、入射した光束を、１次方向及びその１次方向に略垂直な２次方向に走査させることによって、フレームを形成する光走査装置の一例である。

尚、本実施形態における垂直走査系１９は、入射されるビーム光を垂直方向に走査させる１次走査手段の一例に相当し、本実施形態における水平走査系２１は、その垂直方向に走査されたビーム光を、水平方向に走査させる２次走査手段の一例に相当する。また、本実施形態における第２リレー光学系２０は、中継光学系（中継光学手段）の一例に相当する。

次に、本発明の一実施形態の網膜走査型ディスプレイ１が、外部からの映像信号を受けてから、観察者の網膜上に映像を投影するまでの過程について図１を用いて説明する。

図１に示すように、本実施形態の網膜走査型ディスプレイ１では、光源ユニット部２に設けられた映像信号供給回路３が外部からの映像信号の供給を受けると、映像信号供給回路３は、赤，緑，青の各色のレーザ光を出力させるためのＲ映像信号，Ｇ映像信号，Ｂ映像信号からなる映像信号４と、垂直同期信号５と、水平同期信号６とを出力する。Ｒレーザドライバ１０，Ｇレーザドライバ９，Ｂレーザドライバ８は各々入力されたＲ映像信号，Ｇ映像信号，Ｂ映像信号に基づいてＲレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１に対してそれぞれの駆動信号を出力する。この駆動信号に基づいて、Ｒレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１はそれぞれ強度変調されたレーザ光を発生し、各々をコリメート光学系１４に出力する。また、映像信号供給回路３は、後述するガルバノミラー１９ａの駆動状態を示すＢＤ信号（図示せず）に応じて、レーザ光を発生し、各々をコリメート光学系１４に出力するタイミングを制御する。つまり、このような網膜走査型ディスプレイ１（映像信号供給回路３）は、ガルバノミラー１９ａなどに光束を出射させるタイミングを制御することとなる。点光源から発生されるレーザ光は、このコリメート光学系１４によってそれぞれが平行光にコリメートされ、さらに、ダイクロイックミラー１５に入射されて１つの光束となるよう合成された後、結合光学系１６によって光ファイバ１７に入射されるよう導かれる。

光ファイバ１７によって伝搬されたレーザ光は、光ファイバ１７から第１リレー光学系１８によって導かれて垂直走査系１９に出射される。この出射されたレーザ光は、垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａの偏向面１９ｂに入射される。ガルバノミラー１９ａの偏向面１９ｂに入射したレーザ光は垂直方向に走査されて第２リレー光学系２０を介し、水平走査系２１のガルバノミラー２１ａの偏向面２１ｂに入射する。第２リレー光学系２０ではガルバノミラー１９ａの偏向面１９ｂとガルバノミラー２１ａの偏向面２１ｂとが共役の関係となるように調整され、また、ガルバノミラー１９ａの面倒れが補正されている。ガルバノミラー２１ａは、ガルバノミラー１９ａと同様に水平同期信号６に同期して、その偏向面２１ｂが入射光を水平方向に反射するように往復振動をしており、このガルバノミラー２１ａによってレーザ光は水平方向に走査される。垂直走査系１９及び水平走査系２１によって水平方向及び垂直方向に２次元に走査されたレーザ光は、ガルバノミラー２１ａの偏向面２１ｂと、観察者の瞳孔２４とが共役の関係となるように設けられた第３リレー光学系２２により観察者の瞳孔２４へ入射され、網膜上に投影される。観察者はこのように２次元走査されて網膜上に投影されたレーザ光による画像を認識することができる。尚、垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａと、水平走査系２１のガルバノミラー２１ａとは、名称を同じように説明したが、光を走査するように其の反射面が揺動（回転）させられるものであれば、共振タイプ、非共振タイプ等、圧電駆動、電磁駆動、静電駆動等いずれの駆動方式によるものであってもよいことは言うまでもない。

［各種の光学系の構成］
上述したように、光ファイバ１７から出射されたビーム光を、２次元に走査しながら観察者の瞳孔２４へ導く各種の光学系の構成について図３から図５を用いて説明する。

各種の光学系には、図３から図５に示すように、第１全反射ミラー１０２、ガルバノミラー１９ａ、ハーフミラー１０４、凹面ミラー１０６、第２全反射ミラー１０８、ガルバノミラー２１ａなどが少なくとも含まれている。これら第１全反射ミラー１０２、ガルバノミラー１９ａ、ハーフミラー１０４、凹面ミラー１０６、第２全反射ミラー１０８、ガルバノミラー２１ａは、反射面が水平方向に向かう状態で、垂直方向に向かって立設されている。

第１全反射ミラー１０２は、光ファイバ１７から出射されたビーム光を、全反射させることによって、ガルバノミラー１９ａの偏光面１９ｂに導くとともに、ガルバノミラー１９ａの偏光面１９ｂで反射され、垂直方向に走査されたビーム光を、全反射させることによって、ハーフミラー１０４に導く機能を有する。尚、この第１全反射ミラー１０２は、上述した第１リレー光学系１８、第２リレー光学系２０に含まれている。

ガルバノミラー１９ａは、水平方向に延びる符号Ａ１を軸として、符号Ｂ１に示す方向に回動駆動することによって、第１全反射ミラー１０２によって反射されたビーム光を、偏光面１９ｂで反射させることによって、垂直方向に走査して、第１全反射ミラー１０２に導く。

ハーフミラー１０４は、第１全反射ミラー１０２によって反射されたビーム光を、透過することによって、凹面ミラー１０６に導くとともに、凹面ミラー１０６によって反射されたビーム光を反射することによって、第２全反射ミラー１０８に導く機能を有する。尚、このハーフミラー１０４は、上述した第２リレー光学系２０に含まれている。

凹面ミラー１０６は、拡散しているビーム光を集光させる集光ミラーであり、第１全反射ミラー１０２によって反射され、ハーフミラー１０４を透過したビーム光を、全反射させ、集光させてハーフミラー１０４に導く機能を有する。尚、この凹面ミラー１０６は、上述した第２リレー光学系２０に含まれている。

第２全反射ミラー１０８は、凹面ミラー１０６で集光され、ハーフミラー１０４で反射されたビーム光を、全反射させることによって、ガルバノミラー２１ａの偏光面２１ｂに導く機能を有する。尚、この第２全反射ミラー１０８は、上述した第２リレー光学系２０に含まれている。

ガルバノミラー２１ａは、垂直方向に延びる符号Ａ２を軸として、符号Ｂ２に示す方向に回動駆動することによって、第２全反射ミラー１０８によって反射されたビーム光を、偏光面２１ｂで反射させることによって、水平方向に走査して、第３リレー光学系２２（図１参照）に導くこととなる。

このような各種の光学系において、光ファイバ１７から出射されたビーム光は、集光され、第１全反射ミラー１０２に入射される。この第１全反射ミラー１０２に入射されたビーム光は、全反射されて、集光しながら、垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａに入射される。垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａに入射されたビーム光は、垂直方向に走査されながら、第１全反射ミラー１０２に入射される。このビーム光は、ガルバノミラー１９ａから第１全反射ミラー１０２に入射されるまでに、集光された後に、結像し、拡散されることとなる。そして、第１全反射ミラー１０２に入射されたビーム光は、全反射されて、拡散しながらハーフミラー１０４に入射される。尚、このガルバノミラー１９ａから入射されるビーム光と、上述した光ファイバ１７から出射されたビーム光とでは、第１全反射ミラー１０２でも異なる箇所で反射されることとなる。そして、第１全反射ミラー１０２からハーフミラー１０４に入射されたビーム光は、所定の割合でハーフミラー１０４において透過され、拡散しながら凹面ミラー１０６に入射される。凹面ミラー１０６に入射されたビーム光は、入射される前まで拡散されていたが、反射させることによって、集光しながらハーフミラー１０４に入射される。凹面ミラー１０６からハーフミラー１０４に入射されたビーム光は、定の割合でハーフミラー１０４において反射され、集光しながら第２全反射ミラー１０８に入射される。第２全反射ミラー１０８に入射されたビーム光は、全反射されて、集光しながら水平走査系２１のガルバノミラー２１ａに入射される。水平走査系２１のガルバノミラー２１ａに入射されたビーム光は、水平方向に走査され、集光しならが第３リレー光学系２２（図１参照）に入射されることとなる。このように、垂直光学系１９のガルバノミラー１９ａと、水平光学系２１のガルバノミラー２１ａとの間で、拡散したビーム光が、凹面ミラー１０６で集光されることとなる。

つまり、第２リレー光学系２０は、垂直走査系１９と水平走査系２１との間の光路に設けられ、垂直走査系１９によって１次方向に走査させた光束を水平走査系２１に導く凹面ミラー１０６を少なくとも含んでいる。従って、詳しく後述するが、凹面ミラーを含まずに、例えば、拡散する光束を平行な光束とする第１の凸面レンズや、その平行な光束を集光させる第２の凸面レンズなどを用いた従来の構成と比べて、これらのような凸面レンズなどを用いる必要もないため、装置の小型化が可能である。また、色収差などを考慮する必要もなく設計可能である。

また、垂直走査系１９におけるガルバノミラー１９ａと後述する凹面ミラー１０６との間にハーフミラー１０４が設けられている。従って、１次走査手段と集光ミラーとの間にハーフミラーを用いることによって、光路を折りたたむことができるため省スペース化を効率よく実現することができ、より一層、装置の小型化が可能である。

特に、垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａは、第１全反射ミラー１０２との間において、図６（ａ）に示すように、符号Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３に示すように、ビーム光を垂直方向に走査し、図６（ｂ）に示すように、垂直走査系１９によって走査されるビーム光を含む符号Ｄに示す面が、垂直走査面となる。また、具体的には、図６（ｃ）に示すように、垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａから第１全反射ミラー１０２に向かう垂直方向の面が、垂直走査系１９によって走査されるビーム光を含む垂直走査面Ｄとなり、垂直走査面中の略中心線を走査中心線Ｆとする。尚、本実施形態における垂直走査面とは、垂直走査されてから水平走査されるまでの光束を含む走査面であり、垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａから水平走査系２１のガルバノミラー２１ａまでの光路の走査面である。

また、垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａに対して入射するビーム光の入射方向は、図６（ｃ）に示すように、符号Ｅで示す方向である。つまり、垂直走査面Ｄに対して交差する方向からビーム光を入射させることとなる。従って、例えば、１次走査手段に入射させる光学系や、１次走査手段と２次走査手段との間の中継光学系、２次走査手段、２次走査手段から眼の網膜まで光束を導く光学系など、各種の光学系や走査手段を設ける場合に、それらが１次走査面と干渉することなく、光束の光路を確保するためのスペースを設けやすく、より一層、装置の小型化が可能である。

また、第１全反射ミラー１０２、ハーフミラー１０４、凹面ミラー１０６、第２全反射ミラー１０８などを含む第２リレー光学系２０は、図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示すように、走査中心線Ｆが垂直走査面Ｄに対して交差するように設けられている。従って、例えば、走査中心線と１次走査面とが交差することによって、集光されていた光束が拡散され、その拡散された光束が集光ミラーによって集光され、１次走査手段に入射させる光学系や、１次走査手段と２次走査手段との間の中継光学系など、各種の光学系や走査手段を設ける場合に、光束の光路を確保するためのスペースを設けやすく、より一層、装置の小型化が可能である。

また、発明の理解を容易とするためにも、上述した実施形態とは異なる第２の実施形態について図７を用いて以下に説明する。尚、図７（ａ）は、本実施形態における各種の光学系の構成を示し、図７（ｂ）は、従来における各種の光学系の構成を示す。また、図７（ｃ）は、凹面ミラー１０６の曲率半径を示し、図７（ｄ）は、垂直走査系１９から凹面ミラー１０６への光路を示し、図７（ｅ）は、凹面ミラー１０６から水平走査系２１への光路を示す。

本実施形態においては、図７（ａ）に示すように、凸面レンズ１２２、反射ミラー１２４、ハーフミラー１２６、垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａ、ハーフミラー１２８、凹面ミラー１０６、ハーフミラー１３０、水平走査系２１のガルバノミラー２１ａ、ハーフミラー１３２、凹面ミラー１３４を含んだ構成であり、入射してきたビーム光が瞳孔２４に走査されて導かれる構成である。

垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａには、上述したような光ファイバ１７から出射されたビーム光が、凸面レンズ１２２、反射ミラー１２４、ハーフミラー１２６を介して入射される。垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａは、入射されたビーム光を垂直方向に走査して、ハーフミラー１２６に導く。

このように走査されたビーム光は、拡散しながら、ハーフミラー１２６で反射され、ハーフミラー１２８を透過して、凹面ミラー１０６に入射する。凹面ミラー１０６に入射されたビーム光は、反射されて、集光しならが、ハーフミラー１２８に導かれ、ハーフミラー１２８によって反射されたビーム光は、集光しながら、ハーフミラー１３０を透過し、水平走査系２１のガルバノミラー２１ａに入射する。

水平走査系２１のガルバノミラー２１ａは、入射されたビーム光を水平方向に走査して、ハーフミラー１３０に導く。ハーフミラー１３０で反射されたビーム光は、拡散しながら、ハーフミラー１３２を透過して、凹面ミラー１３４に入射する。凹面ミラー１３４に入射されたビーム光は、反射されて、集光しならが、ハーフミラー１３２に導かれ、ハーフミラー１３２によって反射されたビーム光は、集光しながら、瞳孔２４に入射する。

従来においては、図７（ｂ）に示すように、凸面レンズ１２２、反射ミラー１２４、ハーフミラー１２６、垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａ、凸面レンズ２０２、凸面レンズ２０４、反射ミラー１４２、ハーフミラー１４４、水平走査系２１のガルバノミラー２１ａ、ハーフミラー１３２、凹面ミラー１３４を含んだ構成であり、入射してきたビーム光が瞳孔２４に走査されて導かれる構成であった。

このような従来の構成においては、垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａによって垂直方向に走査されたビーム光は、拡散しながら、ハーフミラー１２６で反射され、凸面レンズ２０２で平行なビーム光とした後に、凸面レンズ２０４でビーム光を集光した。

このように、本実施形態においては、垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａと、水平走査系２１のガルバノミラー２１ａとの間の光路に、凹面ミラー１０６を含むリレー光学系を配設することによって、凹面ミラー１０６を含まずに、例えば、拡散するビーム光を平行なビーム光とする凸面レンズ２０２や、その平行なビーム光を集光させる凸面レンズ２０４などを用いた従来の構成と比べて、これらのような凸面レンズ２０２，２０４などを用いる必要もないため、装置の小型化が可能である。また、色収差などを考慮する必要もなく設計可能である。

また、このような凹面ミラー１０６の曲率半径は、図７（ｃ）に示すように、符号Ｒ_１となる。また、垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａから凹面ミラー１０６への光路は、図７（ｄ）に示すように、符号Ｒ_２となる。また、凹面ミラー１０６から垂直走査系２１のガルバノミラー２１ａへの光路は、図７（ｅ）に示すように、符号Ｒ_３となる。

この場合において、Ｒ_１＝Ｒ_２＝Ｒ_３が成立する距離に、垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａ、垂直走査系２１のガルバノミラー２１ａが配設されている。このように、垂直走査系１９におけるガルバノミラー１９ａや、水平走査系２１におけるガルバノミラー２１ａは、凹面ミラー１０６からその曲率半径と同等の光路距離となる位置に設けられている。従って、１次走査手段と２次走査手段とが容易に共役として調整することができ、安定して光束を走査することができるとともに、装置の小型化が可能である。

尚、上述した実施形態においては、垂直走査系１９及び水平走査系２１は、凹面ミラー１０６からその凹面ミラー１０６の曲率半径と同等の光路距離となる位置に設けられたが、これに限らない。

更にまた、上述した実施形態においては、図７（ａ）に示すように、凹面ミラーなどの集光ミラーを、垂直走査系１９と水平走査系２１との間、水平走査系２１と瞳孔２４との間にそれぞれ設けられたが、これに限らず、例えば、水平走査系２１と瞳孔２４との間に集光ミラーを設けなくても、少なくとも、垂直走査系１９と水平走査系２１との間に集光ミラーを設ければよい。

更にまた、上述した実施形態においては、中継光学系の一例として、上述したような第２リレー光学系２０を採用したが、これに限らず、例えば、図８に示すように、第２全反射ミラー１０８を備えない構成など、上述した実施形態以外の構成であってもよい。また、例えば、垂直走査系１９と凹面ミラー１０６との間にハーフミラー１０４が設けられたが、これに限らず、例えば、垂直走査系１９と凹面ミラー１０６との間にハーフミラー１０４が設けられなくてもよい。また、例えば、凹面ミラー１０６と水平走査系２１との間など、他の位置にハーフミラー１０４が設けられていてもよい。

更にまた、上述した実施形態においては、垂直走査系１９によって垂直方向に走査されるビーム光を含む垂直走査面に対して交差する同一平面上に、第１全反射ミラー１０２、ハーフミラー１０４、凹面ミラー１０６、第２全反射ミラー１０８などの中継光学系が設けられたが、これに限らず、例えば、これらのような中継光学系のうちの一部又は全部が、垂直走査系によって垂直方向に走査されるビーム光を含む垂直走査面に対して交差する同一平面上に設けられなくてもよい。また、本実施形態においては、１次走査面に対して交差する方向から光束を入射させたが、これに限らず、例えば、１次走査面に対して交差する方向から光束を入射させなくてもよい。

更にまた、上述した実施形態においては、垂直走査系１９によって垂直方向に走査される垂直走査角度は、水平走査形２１によって水平方向に走査される水平走査角度よりも小さく設定されていたが、これに限らず、例えば、垂直走査角度が、水平走査角度よりも大きく又は同じように設定されていてもよい。

更にまた、上述した実施形態においては、ビーム光を先に垂直方向に垂直走査系１９によって走査され、その後に、ビーム光を先に水平方向に水平走査系２１によって走査される構成であったが、これに限らず、例えば、ビーム光を先に水平方向に水平走査系によって走査され、その後に、ビーム光を先に垂直方向に垂直走査系２１によって走査される構成であってもよい。

更にまた、上述した実施形態においては、入射されるビーム光を垂直方向と水平方向とに走査させるように構成したが、これに限らず、例えば、入射されるビーム光を、１次方向に走査させるとともに、その１次方向と交差する２次方向に走査させるように構成してもよい。また、本実施形態においては、凹面ミラーを集光ミラーの一例に採用したが、これに限らない。

更にまた、上述した実施形態においては、上述したような光走査装置を備え、画像信号に応じて変調された光束を、その光走査装置によって１次方向及び２次方法に走査することで、眼の網膜に画像を投影し、画像を表示する網膜走査型ディスプレイ１（網膜走査型画像表示装置の一例）について説明したが、これに限らず、例えば、眼の網膜に画像を直接的に投影しなくても、上述したような光走査装置を備え、画像信号に応じて変調された光束を、その光走査装置によって１次方向及び２次方法に走査することで画像をスクリーンなどに投影表示するディスプレイ（画像表示装置の一例）に本発明を採用してもよい。

以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、発明の開示の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。例えば、本発明を適用した光走査装置は、レーザプリンタ内でレーザビームを走査する光走査装置にも応用できることはいうまでもない。

本実施形態における網膜走査型ディスプレイ１を示す説明図である。本実施形態におけるビーム光の走査態様を示す説明図である。本実施形態における光学系とレーザ光の光路とを示す説明図である。本実施形態における光学系とレーザ光の光路とを示す説明図である。本実施形態における光学系とレーザ光の光路とを示す説明図である。本実施形態における光学系とレーザ光の光路とを示す説明図である。本実施形態における光学系とレーザ光の光路とを示す説明図である。本実施形態における光学系とレーザ光の光路とを示す説明図である。

符号の説明

１網膜走査型ディスプレイ
１８第１リレー光学系
１９垂直走査系
２０第２リレー光学系
２１水平走査系
２２第３リレー光学系
２４瞳孔
１０２第１全反射ミラー
１０４ハーフミラー
１０６凹面ミラー
１０８第２全反射ミラー

Claims

入射される光束を１次方向に走査させる１次走査手段と、当該１次方向に走査された光束を、当該１次方向と交差する２次方向に走査させる２次走査手段とを備えた光走査装置において、
前記１次走査手段と前記２次走査手段との間に設けられ、前記１次走査手段によって１次方向に走査させた光束を前記２次走査手段に導く集光ミラーを少なくとも含む中継光学系を備えたことを特徴とする光走査装置。
前記入射される光束を、前記１次走査手段によって走査される光束を含む１次走査面に対して交差する方向から入射させることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
前記１次走査手段によって走査される光束の走査中心線が、前記１次走査手段によって走査される光束を含む１次走査面に対して交差するように前記中継光学系が配置されたことを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
前記１次走査手段によって１次方向に走査される１次走査角度は、前記２次走査手段によって２次方向に走査される２次走査角度よりも小さいことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光走査装置。
前記１次走査手段と前記集光ミラーとの間にハーフミラーが設けられたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光走査装置。
前記集光ミラーは、凹面ミラーであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光走査装置。
前記１次走査手段及び前記２次走査手段は、前記凹面ミラーから当該凹面ミラーの曲率半径と同等の光路距離となる位置に設けられたことを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
請求項１から７のいずれかに記載の光走査装置を備え、画像に関する画像信号に応じて変調された光束を、前記光走査装置によって前記１次方向及び前記２次方法に走査することで画像を表示することを特徴とする画像表示装置。
請求項１から７のいずれかに記載の光走査装置を備え、画像に関する画像信号に応じて変調された光束を、前記光走査装置によって前記１次方向及び前記２次方法に走査することで、眼の網膜に画像を投影し、画像を表示することを特徴とする網膜走査型画像表示装置。