JP2008083248A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】どのようなユーザに対しても適した出射光を提供することができる画像表示装置を提供する。
【解決手段】網膜走査型ディスプレイは、光源からの光の光路上に配置され、その光源からの光を、出射光として外部に出射する出射口に対して分散させる光学分散性能を有する回折格子を備える。回折格子は、光源から出射口への光の光路上に変位可能に配置されており、光路上に配置されている回折格子を変位させることで、出射口に対する光学分散性能を変更させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、画像表示装置に関するものであり、特に、光源部からの光の光路上に配置され、その光源部からの光を、外部に出射する出射口に対して分散させる分散光学素子を備えた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、画像信号に応じて変調された光源部からの光を出射光として外部に出射することによって、視認可能に画像が表示される装置が存在する。また、このように外部に出射される光が、ユーザの眼に入射され、その眼の網膜に画像を投影し、画像を表示する網膜走査型画像表示装置も存在する。

このような画像表示装置においては、例えば、特許文献１に示すように、光源部からの光を出射口に対して回折格子などで分散させる光学分散性能を有する分散光学素子が、光路上に配置されている。このような分散光学素子が光路上に配置されることによって、出射光を分散させることができ、ユーザの瞳に対して出射光が入り易くすることができる。尚、分散とは、単に光を散らばらせることであり、屈折率が波長に依存する性質というような意味合いの文言とは異なる。
米国特許第５７０１１３２号明細書

しかしながら、上述したような画像表示装置では、できるだけ瞳に出射光が入射するように分散させているが、瞳の大きさにはユーザ毎に個人差があるため、ユーザによっては適さないおそれがあった。一方、どのようなユーザの瞳に対しても出射光が入り易くなるように広い範囲に分散させて出射光を出射させることもできるが、出射光を分散させ過ぎてしまうとその出射光の光量不足を招くおそれがあるため、ユーザの各々の瞳の大きさに合うように出射光を分散させることが望まれている。

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、どのようなユーザに対しても適した出射光を提供することができる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、画像に関する画像信号に応じて変調された光を発する光源部と、前記光源部からの光を出射光として外部に出射する出射口が形成された筐体と、前記光源部からの光の光路上に配置され、当該光源部からの光を前記出射口に対して分散させる光学分散性能を有する分散光学素子と、を備え、前記出射口から出射した光によって画像が表示される画像表示装置において、前記分散光学素子は、前記光源部から前記出射口への光の光路上に変位可能に配置されており、前記光路上に配置されている分散光学素子を変位させることで、前記出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成としたことを特徴とするものである。

また、請求項２記載の本発明では、請求項１に記載の発明において、前記光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、光学分散性能が異なる別の分散光学素子に交換することによって、前記出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成としたことを特徴とするものである。

また、請求項３記載の本発明では、請求項１又は２に記載の発明において、前記筐体には、前記分散光学素子が挿脱可能な開口が形成され、前記筐体の開口から、前記光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、光学分散性能が異なる別の分散光学素子に取換えることによって、前記出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成としたことを特徴とするものである。

また、請求項４記載の本発明では、請求項１又は２に記載の発明において、前記筐体には、前記光源部からの光の光路上に配置可能な複数種類の分散光学素子が内蔵されており、前記光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、前記複数種類の分散光学素子のうちの光学分散性能が異なる別の分散光学素子に切換えることによって、前記出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成としたことを特徴とするものである。

また、請求項５記載の本発明では、請求項４に記載の発明において、前記筐体に内蔵され、前記光源部からの光の光路に対して垂直な垂直面に沿って、前記光源部からの光の光路上に回転可能に配置される回転体を備え、前記複数種類の分散光学素子は、前記垂直面に沿って前記回転体に固定されており、前記回転体が回転することによって、前記光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、前記複数種類の分散光学素子のうちの光学分散性能が異なる別の分散光学素子に切換えることによって、前記出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成としたことを特徴とするものである。

また、請求項６記載の本発明では、請求項４に記載の発明において、前記筐体に内蔵され、前記光源部からの光の光路に対して垂直な垂直面に沿って、前記光源部からの光の光路上にスライド可能に配置されるスライド体を備え、前記複数種類の分散光学素子は、前記垂直面に沿って前記スライド体に固定されており、前記スライド体がスライドすることによって、前記光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、前記複数種類の分散光学素子のうちの光学分散性能が異なる別の分散光学素子に切換えることによって、前記出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成としたことを特徴とするものである。

また、請求項７記載の本発明では、請求項４に記載の発明において、前記筐体に内蔵され、前記光源部からの光の光路に対して垂直な方向に軸着され、回動可能な回動体と、前記複数種類の分散光学素子のうちのいずれかは、前記回動体に固定されており、前記回動体の回動により、前記回動体に固定された分散光学素子の配置を、前記光源部からの光の光路上とするか、前記光源部からの光の光路外とするかを切換えることによって、前記出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成としたことを特徴とするものである。

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発明において、前記分散光学素子は、回折格子であり、前記光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、回折格子の格子ピッチが異なる別の分散光学素子に交換することによって、前記出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成としたことを特徴とするものである。

また、請求項９記載の本発明では、請求項１から８のいずれかに記載の発明において、前記分散光学素子は、回折格子であり、前記光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、回折格子の周期配列方向が異なる別の分散光学素子に交換することによって、前記出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成としたことを特徴とするものである。

また、請求項１０記載の本発明では、請求項９に記載の発明において、前記光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、１次元の分散光学素子と、２次元の分散光学素子とで交換することによって、前記出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成としたことを特徴とするものである。

また、請求項１１記載の本発明では、請求項１から１０のいずれかに記載の発明において、前記光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、分散させる光の分布パターンが異なる別の分散光学素子に交換することによって、前記出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成としたことを特徴とするものである。

また、請求項１２記載の本発明では、請求項３に記載の発明において、前記分散光学素子には、前記分散光学素子を取換える場合に把持可能な把持部が形成されたことを特徴とするものである。

また、請求項１３記載の本発明では、請求項３又は１２に記載の本発明では、前記分散光学素子は、前記筐体に装着されている場合には、前記筐体に前記開口側から装着される位置決め部材と当接することによって、前記筐体に固定されることを特徴とするものである。

また、請求項１４記載の本発明では、請求項１から１３のいずれかに記載の発明において、前記出射口における出射光の分散度合いに応じて、前記光源部から発せられる光の光量を制御する光量制御部を備えたことを特徴とするものである。

また、請求項１５記載の本発明では、請求項１４に記載の発明において、前記光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子の種類を検知する素子種類検知センサを備え、前記光量制御部は、前記素子種類検知センサによって検知された分散光学素子の種類に応じて、前記光源部から発せられる光の光量を制御する機能を有することを特徴とするものである。

また、請求項１６記載の本発明では、請求項１から１５のいずれかに記載の発明において、前記筐体における前記光源部からの光の光路上において、前記出射口よりも前記光源部側で前記光源部からの光による中間像が結ばれる中間像面に前記分散光学素子が配置されていることを特徴とするものである。

また、請求項１７記載の本発明では、請求項１から１６のいずれかに記載の発明において、画像に関する画像信号に応じて変調された光を走査させて出射させることで、画像を形成し投影表示することを特徴とするものである。

また、請求項１８記載の本発明では、請求項１から１７のいずれかに記載の発明において、画像に関する画像信号に応じて変調された光を走査させて出射させることで、ユーザの少なくとも一方の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ものである。

また、請求項１９記載の本発明では、請求項１８に記載の発明において、前記光源部からの光を走査する走査部を備え、前記筐体における前記光源部からの光の光路上において、前記走査部と前記出射口との間で前記光源部からの光による中間像が結ばれる中間像面に前記分散光学素子が配置されていることを特徴とするものである。

請求項１、１７から１９に記載の発明によれば、光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を変位させることで、出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成とした。従って、光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、例えば光路外などに変位させることによって、出射口に対する光学分散性能を変更させることができるため、ユーザに適した光学分散性能に設定することによって、どのようなユーザに対しても適した出射光を提供することが容易となる。

請求項２に記載の発明によれば、光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、光学分散性能が異なる別の分散光学素子に交換することによって、出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成とした。従って、光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、光学分散性能が異なる別の分散光学素子に交換することによって、出射口に対する光学分散性能を変更させることができるため、ユーザに適した光学分散性能に設定することによって、どのようなユーザに対しても適した出射光を提供することができる。

請求項３に記載の発明によれば、筐体には、分散光学素子が挿脱可能な開口が形成され、筐体の開口から、光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、光学分散性能が異なる別の分散光学素子に取換えることによって、出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成とした。従って、光路上に配置される分散光学素子を取換え可能としたため、ユーザに適した分散光学素子を光路上に配置することによって、どのようなユーザに対しても適した出射光を提供することができる。

請求項４に記載の発明によれば、筐体には、光源部からの光の光路上に配置可能な複数種類の分散光学素子が内蔵されており、光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、複数種類の分散光学素子のうちの光学分散性能が異なる別の分散光学素子に切換えることによって、出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成とした。従って、光路上に配置される分散光学素子を、複数種類の分散光学素子から切換え可能としたため、ユーザに適した分散光学素子を光路上に配置することによって、どのようなユーザに対しても適した出射光を提供することができる。

請求項５に記載の発明によれば、筐体に内蔵され、光源部からの光の光路に対して垂直な垂直面に沿って、光源部からの光の光路上に回転可能に配置される回転体を備え、複数種類の分散光学素子は、垂直面に沿って前記回転体に固定されており、回転体が回転することによって、光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、複数種類の分散光学素子のうちの光学分散性能が異なる別の分散光学素子に切換えることによって、出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成とした。従って、回転体が回転することによって、複数種類の分散光学素子から切換え可能としたため、ユーザに適した分散光学素子を光路上に配置することによって、どのようなユーザに対しても適した出射光を提供することができる。

請求項６に記載の発明によれば、筐体に内蔵され、光源部からの光の光路に対して垂直な垂直面に沿って、光源部からの光の光路上にスライド可能に配置されるスライド体を備え、複数種類の分散光学素子は、垂直面に沿ってスライド体に固定されており、スライド体がスライドすることによって、光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、複数種類の分散光学素子のうちの光学分散性能が異なる別の分散光学素子に切換えることによって、出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成とした。従って、スライド体がスライドすることによって、複数種類の分散光学素子から切換え可能としたため、ユーザに適した分散光学素子を光路上に配置することによって、どのようなユーザに対しても適した出射光を提供することができる。

請求項７に記載の発明によれば、筐体に内蔵され、光源部からの光の光路に対して垂直な方向に軸着され、回動可能な回動体と、複数種類の分散光学素子のうちのいずれかは、回動体に固定されており、回動体の回動により、回動体に固定された分散光学素子の配置を、光源部からの光の光路上とするか、光源部からの光の光路外とするかを切換えることによって、出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成とした。従って、回動体の回動により、分散光学素子を光路上に配置するか否かを切換え可能としたため、ユーザに適した分散光学素子を光路上に配置することによって、どのようなユーザに対しても適した出射光を提供することができる。

請求項８に記載の発明によれば、光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、回折格子の格子ピッチが異なる別の分散光学素子に交換可能とした。従って、回折格子の格子ピッチが異なることによって、複数種類の分散光学素子が異なる光学分散性能を有することとなる。

請求項９に記載の発明によれば、光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、回折格子の周期配列方向が異なる別の分散光学素子に交換可能とした。従って、回折格子の周期配列方向が異なることによって、複数種類の分散光学素子が異なる光学分散性能を有することとなる。

請求項１０に記載の発明によれば、光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、１次元の分散光学素子と２次元の分散光学素子とで交換することによって、出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成とした。従って、１次元の分散光学素子と２次元の分散光学素子とで交換することによって、複数種類の分散光学素子が異なる光学分散性能を有することとなる。

請求項１１に記載の発明によれば、光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、分散させる光の分布パターンが異なる別の分散光学素子に交換することによって、出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成とした。従って、分散させる光の分布パターンが異なることによって、複数種類の分散光学素子が異なる光学分散性能を有することとなる。

請求項１２に記載の発明によれば、分散光学素子には、分散光学素子を取換える場合に把持可能な把持部が形成された。従って、例えば、分散光学素子が小型であっても、取り扱いが容易となる。

請求項１３に記載の発明によれば、分散光学素子は、筐体に装着されている場合には、その筐体に開口側から装着される位置決め部材と当接することによって、筐体に固定される。従って、分散光学素子の配置を安定に精度良く行うことができる。

請求項１４に記載の発明によれば、出射口における出射光の分散度合いに応じて、光源部から発せられる光の光量を制御する。従って、出射口における出射光の分散度合いに応じた光量に制御でき、より適切に、出射光の光量不足を防止することができる。

請求項１５に記載の発明によれば、素子種類検知センサによって検知された分散光学素子の種類に応じて、光源部から発せられる光の光量を制御する。従って、分散光学素子の種類に応じた光量に制御でき、より適切に、出射光の光量不足を防止することができる。

請求項１６に記載の発明によれば、筐体における光源部からの光の光路上において、出射口よりも光源部側で光源部に形成され、光による中間像が結ばれる中間像面に分散光学素子が配置されている。従って、光源部からの光を分散させることによる画像の劣化を防止することができる。

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。

［画像表示装置の電気的構成］
本実施形態における網膜走査型ディスプレイ１の電気的構成などについて図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、水平同期信号５、及び、垂直同期信号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（光を発する光源の一例）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水平走査系１９に導くコリメート光学系１８と、コリメートされたレーザ光を、ガルバノミラー１９ａを利用して水平方向に走査する水平走査系１９と、水平走査系１９によって走査されたレーザ光を垂直走査系２１に導く第１リレー光学系２０と、水平走査系１９に走査され、第１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を利用して垂直方向に走査する垂直走査系２１と、垂直走査系２１に走査されたレーザ光をユーザの瞳孔２４に入射し易くするための回折格子１００と、垂直走査系２１に走査されたレーザ光をユーザの瞳孔２４に入射するように第２リレー光学系２２とが設けられている。また、本実施形態においては、詳しく後述する回折格子１００は、レーザ光を分散させる光学分散性能を有する分散光学素子の一例である。尚、この光学分散性能とは、入射したレーザ光を、一本から複数本に分割又は分散（散乱）させる性能であり、本実施形態においては、回折格子１００の格子ピッチや周期配列方向によって決定される。

尚、具体的な一例としては、水平走査系１９は、表示すべき画像の１走査線ごとに、レーザ光を水平方向に水平走査（１次走査の一例）する光学系である。また、水平走査系１９は、レーザ光を水平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の駆動制御を行う水平走査制御回路１９ｃとを備えている。

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

水平走査系１９は、垂直走査系２１より高速にすなわち高周波数でレーザ光を走査するように設計されている。また、水平走査系１９，垂直走査系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より出力される水平同期信号５，垂直同期信号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水平走査系１９及び垂直走査系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。また、本実施形態における水平走査系１９は、入射される光束を水平方向に走査させる１次走査手段の一例に相当し、本実施形態における垂直走査系２１は、その水平方向に走査された光束を、垂直方向に走査させる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水平走査系１９、垂直走査系２１は、光源からの光を所定方向に走査する走査部の一例に相当する。

また、第２リレー光学系２２とユーザの瞳孔２４の間における筐体１１０には、光源からの光を出射光として出射する出射口１１１が形成されており、その出射口１１１から出射した光によって画像が形成されることとなる。また、上述した回折格子１００は、この出射口１１１付近に形成される射出瞳の径を拡大する性能を有しており、その回折格子１００を交換することによって、上記の射出瞳径拡大性能が変更されることとなる。

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、ユーザ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、水平同期信号５と、垂直同期信号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において、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からコリメート光学系１８によって平行光にコリメートされて水平走査系１９に出射される。この出射されたレーザ光は、水平走査系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水平同期信号に同期して水平方向に走査されて第１リレー光学系２０を介し、垂直走査系２１のガルバノミラー２１ａの偏向面２１ｂに入射する。ガルバノミラー２１ａは、ガルバノミラー１９ａが水平同期信号に同期することと同様に垂直同期信号６に同期して、その偏向面２１ｂが入射光を垂直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垂直方向に走査される。ガルバノミラー２１ａによって走査されたレーザ光は、回折格子１００によって所定方向に分散された後に、第２リレー光学系２２、筐体１１０の出射口１１１を介して、ユーザの瞳孔２４に入射する。これによって、ユーザはこのように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。つまり、この網膜走査型ディスプレイ１は、画像に関する画像信号に応じて変調された光を走査して出射することで、ユーザの少なくとも一方の眼の網膜に画像を投影し、画像を表示する網膜走査型画像表示装置の一例に相当する。尚、水平走査系１９のガルバノミラー１９ａと、垂直走査系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法、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。

また、網膜走査型ディスプレイ１には、上述した光路上に配置された回折格子１００の種類を検知する検知センサ３２が設けられている。素子種類検知センサとしての検知センサ３２は、回折格子１００の枠体１０４（図４参照）に形成された識別情報（図示せず）によって、回折格子１００の種類を検知する。そして、映像信号供給回路３は、検知センサ３２によって検知された回折格子１００の光学分散性能に応じて、レーザの光量を変更させる制御を行う。つまり、映像信号供給回路３は、その光源となるレーザの光量を制御するための光量制御部に相当する。このように、回折格子１００の種類（レーザ光の分散度合い）に応じた光量に制御でき、より適切に、出射光の光量不足を防止することができる。

ここで、回折格子１００について図２から図５を用いて以下に説明する。

回折格子１００は、光源からの光を分散させる光学分散性能を有するものである。この回折格子１００は、図２に示すように、垂直走査系２１と、第２リレー光学系２２との間において、垂直走査系２１によって走査された光束が集光される中間像面に配置されている。つまり、言い換えると、回折格子１００は、筐体１１０における光源からの光の光路上において、出射口１１１よりも光源側で、垂直走査系２１を含む走査部と出射口１１１との間で光源からの光による中間像が結ばれる中間像面に配置されている。従って、光源からの光を分散させることによる画像の劣化を防止することができる。

尚、本実施形態においては、回折格子１００を、光源からの光が走査部によって走査され、中間像が結ばれる中間像面に配置したが、完全に中間像面と一致していなくても、中間像面の近傍で多少ずれた場所に配置しても、ずれにより発生する画像劣化を、ユーザが視認できない、あるいは、視認できてもさほど気にならないような許容範囲があるため、そのような場所に設置しても良い。また、中間像面とは異なる位置にできる中間像面に設置しても良い。例えば、第１リレー光学系２０の前段に中間像面が生成されるように光学系を設計し、そこに回折格子１００を設置して所望の効果を得ることもできる。この場合においても、前述の通り、中間像面近傍に配置しても一定の効果を得ることができる。

また、図３に示すように、筐体１１０の一部には、回折格子１００が挿脱可能な開口１１２が形成されている。この開口１１２から、光源からの光の光路上に配置されている回折格子１００を、光学分散性能が異なる別の回折格子１００に取換えることによって、出射口１１１に対する光学分散性能を変更させることとなる。従って、光路上に配置される回折格子１００を取換え可能としたため、ユーザに適した回折格子１００を光路上に配置することによって、どのようなユーザに対しても適した出射光を提供することができる。

また、図４に示すように、筐体１１０の開口１１２の内部においては、回折格子１００を受ける受け部１１４が形成されている。また、回折格子１００は、回折格子本体１０２と枠体１０４で構成されている。この回折格子１００には、枠体１０４の一部が、図５に示すように、把持部１２０となっている。つまり、回折格子１００には、を取換える場合にユーザ（装着者）により把持可能な把持部１２０が形成されている。従って、例えば、回折格子１００が小型であっても、取り扱いが容易となる。また、回折格子１００には、凸部１２２が形成されており、受け部１１４に形成された凹部１１６に当接することによって、回折格子１００が固定されることとなる。つまり、このような回折格子１００は、筐体１１０に装着されている場合には、その装着時における凸部１２２（位置決め部材の一例）と当接することによって、筐体１１０に固定されることとなる。また例えば、凹部１１６を押さえバネ構造にし、受け部１１４の対向する箇所に対して、回折格子１００を付勢する構成をとることもできる。こうすることで、突き当てで回折格子の光軸方向の位置が決まるので、より位置精度良く設置することができる。

このように、回折格子１００が、光源から出射口１１１への光の光路上に変位可能に配置されており、光路上に配置されている回折格子１００を変位させ、格子ピッチや周期配列方向が異なる回折格子１００など、光学分散性能が異なる別の回折格子１００に交換することによって、出射口１１１に対する光学分散性能を変更させることとなる。従って、光源からの光の光路上に配置されている回折格子１００を、例えば光路外などに変位させることによって、出射口１１１に対する光学分散性能を変更させることができるため、ユーザに適した光学分散性能に設定することによって、どのようなユーザに対しても適した出射光を提供することが容易となる。また、光源からの光の光路上に配置されている回折格子１００を、光学分散性能が異なる別の回折格子１００に交換することによって、出射口１１１に対する光学分散性能を変更させることができるため、ユーザに適した光学分散性能に設定することによって、どのようなユーザに対しても適した出射光を提供することができる。また、適した強度の出射光を入射させることによって、出射光の光量不足を防止することができる。

尚、本実施形態においては、図５に示すように、凸部１２２が受け部１１４の内部に形成された凹部１１６と当接することによって、回折格子１００を固定させたが、これに限らず、例えば、図６に示すように、回折格子１００が筐体１１０に装着されている場合には、筐体１１０に形成された凹部１１８と、その筐体１１０に開口１１２側から装着される位置決め部材１０８とが当接することによって、筐体１１０に固定されてもよい。これによって、回折格子の配置を安定に精度良く行うことができる。

このような構成の網膜走査型ディスプレイ１において実行される処理について図７を用いて以下に説明する。

光源ユニット部２において、映像信号供給回路３は、所定のタイミングで（所定の周期で）図７に示すような処理を実行する。

最初に、図７に示すように、映像信号供給回路３は、種類検知タイミングであるか否かを判定する（ステップＳ１１）。映像信号供給回路３は、内蔵されているタイマによって、所定のタイミング（所定の周期）であるか否かを判定する。映像信号供給回路３は、種類検知タイミングであると判定した場合には、回折格子種類検知処理を実行する（ステップＳ１２）。この処理において、映像信号供給回路３は、検知センサ３２からの信号に基づいて、光路上に配置されている回折格子１００の種類を検知する。そして、映像信号供給回路３は、種類に応じた光源の光量を決定し（ステップＳ１３）、その決定された光量の光束を発射するように制御する（ステップＳ１４）。つまり、このような映像信号供給回路３（光量制御部の一例）は、出射口１１１における出射光の分散度合いに応じて、光源から発せられる光の光量を制御することとなる。言い換えると、映像信号供給回路３は、検知センサ３２によって検知された光路上に配置された回折格子１００の種類に応じて、光源から発せられる光の光量を制御することとなる。このように、出射口１１１における出射光の分散度合いに応じた光量に制御でき、より適切に、出射光の光量不足を防止することができる。この処理が終了した場合には、本サブルーチンを終了する。一方、ステップＳ１１において、映像信号供給回路３は、種類検知タイミングではないと判定した場合には、ステップＳ１２からステップＳ１４を実行することなく、本サブルーチンを終了する。

尚、本実施形態においては、光路上に配置されている回折格子１００を筐体１１０外部に取り出し、光学分散性能が異なる別の回折格子１００に取換えることによって、出射口１１１に対する光学分散性能を変更させたが、これに限らず、例えば、複数種類の回折格子１００が筐体１１０に内蔵されており、それらのいずれかを光路上に配置するような構成であってもよい。

具体的な一例としては、筐体１１０内部には、図８に示すように、回転体１３２が回転自在に配置されており、この回転体１３２には、複数種類の回折格子１３０ａ〜１３０ｆが固定されている。回転体１３２が回転することによって、光路Ａ上に配置されている回折格子１３０ａを、複数種類の回折格子１３０ａ〜１３０ｆのうちの光学分散性能が異なる別の回折格子１３０ｂ〜１３０ｆに切換えることによって、出射口１１１に対する光学分散性能を変更させることとなる。

これによって、回転体１３２が回転することによって、複数種類の回折格子１３０ａ〜１３０ｆから切換え可能としたため、ユーザに適した回折格子１３０ａ〜１３０ｆを光路上に配置することによって、どのようなユーザに対しても適した出射光を提供することができる。

また、他の具体例としては、筐体１１０内部に、図９及び図１０に示すように、スライド体１３６がスライド自在に配置されており、このスライド体１３６には、複数種類の回折格子１３４ａ〜１３４ｄが固定されている。スライド体１３６がスライドすることによって、光路Ａ上に配置されている回折格子１３４ａを、複数種類の回折格子１３４ａ〜１３４ｄのうちの光学分散性能が異なる別の回折格子１３４ｂ〜１３４ｄに切換えることによって、出射口１１１に対する光学分散性能を変更させることとなる。

これによって、スライド体１３６がスライドさせることによって、複数種類の回折格子１３４ａ〜１３４ｄから切換え可能としたため、ユーザに適した回折格子１３４ａ〜１３４ｄを光路上に配置することによって、どのようなユーザに対しても適した出射光を提供することができる。

更に別の具体例としては、筐体１１０内部に、図１１（Ａ）に示すように、光路Ａに対して垂直な方向に軸着された回動体１４０が回動自在に配置されており、この回動体１４０には、回折格子１３８が固定されている。この回動体１４０が回動することによって、回動体１４０に固定された回折格子１３８の配置を、図１１（Ａ）に示すように光路Ａ上とするか、図１１（Ｂ）に示すように光路Ａ外とするかを切換えることによって、出射口１１１に対する光学分散性能を変更させることとなる。

これによって、回動体１４０の回動により、回折格子１３８を光路Ａ上に配置するか否かを切換え可能としたため、ユーザに適した回折格子１３８を光路上に配置することによって、どのようなユーザに対しても適した出射光を提供することができる。

更にこの方式によれば、回折格子を用いないときには回動体１４０は筐体に沿った形で光路外へ待避できるため、回転、スライド方式と比べ待避スペースを新たに必要としない。また、回折格子を用いるときは、回動軸と突き当てで位置が決まるため、位置精度良く回折格子を配置可能である。

また、本実施形態においては、格子ピッチや周期配列方向が異なる回折格子に変更することによって、出射口１１１に対する光学分散性能を変更させたが、これに限らず、例えば、１次元に光を分散させる１次元の分散光学素子と、２次元に光を分散させる２次元の分散光学素子とで交換することによって、出射口１１１に対する光学分散性能を変更させるようにしてもよく、１次元の分散光学素子と２次元の分散光学素子とで交換することによって、複数種類の分散光学素子が異なる光学分散性能を有することとなる。

また、本実施形態において、回折格子を光路上に配置する構成としたが、これに限らず、光を散乱させる素子、具体的には機械的散乱面などを光路上に配置する構成としてもよい。また、この場合において、分散させる光の分布パターンが異なる別の素子に交換することによって、出射口１１１に対する光学分散性能を変更させることとなる。従って、分散させる光の分布パターンが異なることによって、複数種類の分散光学素子が異なる光学分散性能を有することとなる。

尚、本実施形態には網膜走査型の画像表示装置を例にあげて説明したが、画像信号に応じて変調された光を、２次元方向に走査して画像を形成し、拡大投影が可能な投影レンズによってスクリーン面に投影表示されるような光走査型の画像表示装置（レーザーディスプレー）等にも容易に適用できることは、投影対象が異なるだけで基本構成がほぼ同じであることから明らかである。

また、本発明において、中間像面に相当する位置に液晶・有機ＥＬ等の表示素子を設置した場合においても、また、前記表示素子の像を光学系により該中間像面に形成した場合においても、本発明は有効である。

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。

本実施形態における網膜走査型ディスプレイの電気的構成を示す説明図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイにおける構成を示す説明図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイにおける構成を示す説明図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイにおける構成を示す説明図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイにおける構成を示す説明図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイにおける構成を示す説明図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイにおいて実行される制御処理を示すフローチャートである。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイにおける構成を示す説明図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイにおける構成を示す説明図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイにおける構成を示す説明図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイにおける構成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
１９ 水平走査系
２１ 垂直走査系
１００，１３０，１３４，１３８ 回折格子
１１０ 筐体
１１１ 出射口

Claims (19)

1. 画像に関する画像信号に応じて変調された光を発する光源部と、
   前記光源部からの光を出射光として外部に出射する出射口が形成された筐体と、
   前記光源部からの光の光路上に配置され、当該光源部からの光を前記出射口に対して分散させる光学分散性能を有する分散光学素子と、を備え、
   前記出射口から出射した光によって画像が表示される画像表示装置において、
   前記分散光学素子は、前記光源部から前記出射口への光の光路上に変位可能に配置されており、
   前記光路上に配置されている分散光学素子を変位させることで、前記出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成としたことを特徴とする画像表示装置。
2. 前記光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、光学分散性能が異なる別の分散光学素子に交換することによって、前記出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成としたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記筐体には、前記分散光学素子が挿脱可能な開口が形成され、
   前記筐体の開口から、前記光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、光学分散性能が異なる別の分散光学素子に取換えることによって、前記出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
4. 前記筐体には、前記光源部からの光の光路上に配置可能な複数種類の分散光学素子が内蔵されており、
   前記光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、前記複数種類の分散光学素子のうちの光学分散性能が異なる別の分散光学素子に切換えることによって、前記出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
5. 前記筐体に内蔵され、前記光源部からの光の光路に対して垂直な垂直面に沿って、前記光源部からの光の光路上に回転可能に配置される回転体を備え、
   前記複数種類の分散光学素子は、前記垂直面に沿って前記回転体に固定されており、
   前記回転体が回転することによって、前記光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、前記複数種類の分散光学素子のうちの光学分散性能が異なる別の分散光学素子に切換えることによって、前記出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成としたことを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
6. 前記筐体に内蔵され、前記光源部からの光の光路に対して垂直な垂直面に沿って、前記光源部からの光の光路上にスライド可能に配置されるスライド体を備え、
   前記複数種類の分散光学素子は、前記垂直面に沿って前記スライド体に固定されており、
   前記スライド体がスライドすることによって、前記光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、前記複数種類の分散光学素子のうちの光学分散性能が異なる別の分散光学素子に切換えることによって、前記出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成としたことを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
7. 前記筐体に内蔵され、前記光源部からの光の光路に対して垂直な方向に軸着され、回動可能な回動体と、
   前記複数種類の分散光学素子のうちのいずれかは、前記回動体に固定されており、
   前記回動体の回動により、前記回動体に固定された分散光学素子の配置を、前記光源部からの光の光路上とするか、前記光源部からの光の光路外とするかを切換えることによって、前記出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成としたことを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
8. 前記分散光学素子は、回折格子であり、
   前記光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、回折格子の格子ピッチが異なる別の分散光学素子に交換することによって、前記出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成としたことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の画像表示装置。
9. 前記分散光学素子は、回折格子であり、
   前記光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、回折格子の周期配列方向が異なる別の分散光学素子に交換することによって、前記出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成としたことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の画像表示装置。
10. 前記光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、１次元の分散光学素子と、２次元の分散光学素子とで交換することによって、前記出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成としたことを特徴とする請求項９に記載の画像表示装置。
11. 前記光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子を、分散させる光の分布パターンが異なる別の分散光学素子に交換することによって、前記出射口に対する光学分散性能を変更可能な構成としたことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の画像表示装置。
12. 前記分散光学素子には、前記分散光学素子を取換える場合に把持可能な把持部が形成されたことを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
13. 前記分散光学素子は、前記筐体に装着されている場合には、前記筐体に前記開口側から装着される位置決め部材と当接することによって、前記筐体に固定されることを特徴とする請求項３又は１２に記載の画像表示装置。
14. 前記出射口における出射光の分散度合いに応じて、前記光源部から発せられる光の光量を制御する光量制御部を備えたことを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の画像表示装置。
15. 前記光源部からの光の光路上に配置されている分散光学素子の種類を検知する素子種類検知センサを備え、
    前記光量制御部は、前記素子種類検知センサによって検知された分散光学素子の種類に応じて、前記光源部から発せられる光の光量を制御する機能を有することを特徴とする請求項１４に記載の画像表示装置。
16. 前記筐体における前記光源部からの光の光路上において、前記出射口よりも前記光源部側で前記光源部からの光による中間像が結ばれる中間像面に前記分散光学素子が配置されていることを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の画像表示装置。
17. 画像に関する画像信号に応じて変調された光を走査させて出射させることで、画像を形成し投影表示することを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の光走査型の画像表示装置。
18. 画像に関する画像信号に応じて変調された光を走査させて出射させることで、ユーザの少なくとも一方の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請求項１から１７のいずれかに記載の網膜走査型の画像表示装置。
19. 前記光源部からの光を走査する走査部を備え、
    前記筐体における前記光源部からの光の光路上において、前記走査部と前記出射口との間で前記光源部からの光による中間像が結ばれる中間像面に前記分散光学素子が配置されていることを特徴とする請求項１８に記載の網膜走査型の画像表示装置。

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