JP2008250254A - 光学フィルタ、合波器、光源装置及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源の波長が変化しても、視認される明るさを一定にする光学フィルタを提供する。
【解決手段】光学フィルタは、所定の波長帯域において、比視感度特性に反比例する分光特性を有している。この光学フィルタを半導体レーザなどの光源と利用者の目との間に配置することによって、光源から射出する光の波長が変化しても、視認する明るさを一定にすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学フィルタ及びそれを含む合波器、光源装置及び画像表示装置に関する。

従来より、レーザ光源などの発光素子を用いて画像を表示する画像表示装置が知られている。例えば、特許文献１には、３原色（赤色、緑色、青色）のレーザ光源を備え、これらのレーザ光源から画像信号に応じて変調されて射出される各色の光束を一つの光束に合波した後、水平方向及び垂直方向に走査し、利用者の網膜上に投射することで、利用者に虚像を視認させる網膜走査型画像表示装置が開示されている。

特開２００５−０８４３４８号公報

しかし、レーザ光源などの発光素子は、その個体差や環境温度によって、射出する光束の波長が変わってしまうことがある。このような波長の変動は、画像表示装置の利用者にとっては、明るさの変動として視認されることになり、画像表示装置における画像表示品質のばらつきとなって現れる。

この問題を解決するために、このような波長変動に応じて発光素子から射出する光の強度を変動させるように制御して、利用者の視認する明るさを一定にすることも考えられるが、その制御が複雑となり現実的ではない。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、発光素子が射出する光束の波長が変化した場合にでも、利用者の視認する明るさを一定にすることができる光学フィルタおよびそれを含む合波器、光源装置および画像表示装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、少なくとも所定の波長帯域において分光特性を有する光学フィルタにおいて、前記所定の波長帯域において比視感度特性に反比例する分光特性を有する光学フィルタを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光学フィルタであって、当該光学フィルタを反射型光学フィルタ又は透過型光学フィルタとしたことを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光学フィルタにおいて、前記所定の波長帯域における最大分光透過率又は最大分光反射率を０．９〜１としたことを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学フィルタにおいて、前記所定の波長帯域は、３原色の波長帯域のうちいずれか一色の波長帯域であることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、合波器であって、請求項４に記載の光学フィルタを含み、３原色の各色の波長帯域の光束を射出する発光素子から射出された各色の波長帯域の光束を波長選択的に反射または透過して、一つの光束に合波することを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、光源装置であって、請求項４に記載の光学フィルタにおいて、３原色の波長帯域のうちいずれか一色の波長帯域の光束を射出する発光素子と、前記発光素子が射出する光束の波長帯域を前記所定の波長帯域とする請求項４に記載の光学フィルタと、を有することを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の光源装置において、前記発光素子は、発光ダイオード又はレーザ素子であることを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、画像表示装置であって、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学フィルタを含み、画像信号に応じて変調された光束を前記光学フィルタを経由して光走査装置によって走査することで画像を表示することを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、請求項５に記載の合波器を含み、画像信号に応じて変調された光束を前記合波器を経由して光走査装置によって走査することで画像を表示することを特徴とする。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項６又は請求項７に記載の光源装置を含み、前記光源装置から射出する光束を光走査装置によって走査することで画像を表示することを特徴とする。

また、請求項１１に記載の発明は、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の画像表示装置は、前記光走査装置によって走査することで眼の網膜上に画像を投影表示する網膜走査型画像表示装置であることを特徴とする。

請求項１に記載の発明にあっては、本発明の光学フィルタは、所定の波長帯域において、比視感度特性に反比例する分光特性を有している。従って、例えば、半導体レーザなどの発光素子から射出する光束を、当該光学フィルタを用いて透過または反射させることにより、その波長が変化しても、視認される明るさを一定にすることができる。

また、請求項２に記載の発明にあっては、前記光学フィルタを反射型光学フィルタ又は透過型光学フィルタとしている。従って、例えば、画像表示装置の光学系内に配置された反射ミラーに代えてこの反射型光学フィルタを用いることにより、小型化を妨げることなく、画像表示装置の利用者が視認する明るさを一定にすることができる。また、例えば、画像光が射出する箇所に透過型光学フィルタを配置するだけで容易に、画像表示装置の利用者が視認する明るさを一定にすることができる。

また、請求項３に記載の発明にあっては、前記反射型光学フィルタは、その最大分光透過率を０．９〜１とした。また、前記透過型光学フィルタは、その最大分光透過率を０．９〜１とした。このように最大分光透過率や最大分光透過率を設定することによって、光学フィルタによる光束のロスを可及的に抑制することができる。なお、より好ましくは最大分光透過率や最大分光透過率を０．９５〜１の範囲にするのがよい。

また、請求項４に記載の発明にあっては、前記所定の波長帯域は、３原色の波長帯域のうちいずれか一色の波長帯域である。すなわち、本実施形態における光学フィルタは、赤色、緑色、青色のうちいずれか一色の波長帯域において、比視感度特性に反比例する分光特性を有することができ、従って、３原色の発光素子を用いた場合に各発光素子に対応させて配置できる。

また、請求項５に記載の発明にあっては、例えば、前記分光特性を持たせた複数個のダイクロイックミラーを用いて、発光素子から射出された各色の波長帯域の光束を波長選択的に反射または透過させて、一つの光束に合波する合波器とすることができる。よって、別途光学フィルタを設ける必要がない。

また、請求項６または請求項７に記載の発明にあっては、光源装置は、いずれか一色の波長帯域の光束を射出する発光素子（発光ダイオードまたは半導体レーザ）から射出する光束を、前記分光特性を有する光学フィルタを用いて透過または反射させる。これにより、発光素子から射出する光束の波長が変化しても、視認される明るさを一定にする光源装置を提供することができる。

また、請求項８に記載の発明にあっては、前記分光特性を有する光学フィルタを含ませて、画像信号に応じて変調された光束を前記光学フィルタを経由して光走査装置によって走査することで、光束の波長変化にかかわらず画像表示品質を安定させた画像表示装置を提供することができる。

また、請求項９に記載の発明にあっては、前記合波器を含ませて、画像信号に応じて変調された光束を前記合波器を経由して光走査装置によって走査することで、別途光学フィルタを設けることなく、光束の波長変化にかかわらず画像表示品質を安定させた画像表示装置を提供することができる。

また、請求項１０に記載の発明にあっては、前記請求項６又は請求項７に記載の光源装置を含ませることにより、発光素子の波長変化にかかわらず画像表示品質を安定させた画像表示装置を提供することができる。

また、請求項１１に記載の発明にあっては、発光素子の波長変化にかかわらず画像表示品質を安定させた網膜走査型画像表示装置を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら、その特徴部分である光学フィルタの分光特性を説明し、その後この光学フィルタを画像表示装置に適用したいくつかの例を説明する。

［１．光学フィルタの分光特性］
まず、光の波長と人間の視認する明るさとの関係を説明する。

光に対する目の感度を一般に視感度と呼ぶが、この視感度は、図１に示すように、光の波長によって異なる。この図１には５５５（ｎｍ）の波長を基準としたときの各波長の光の相対的な明るさ（相対強度）が示されており、５５５（ｎｍ）の波長の光で相対強度が最も強くなり、人間には最も明るく視認される。このように５５５（ｎｍ）の波長の光を基準に、相対的に表された視感度が比視感度である。本実施形態においては、この図１を含む図面において、青色、緑色、赤色の範囲を矢印で指し示しているがこれは簡易的な記載（実際には、シアン、マゼンダ、イエローなどが含まれる）であり、より厳密には、青色の波長帯域は４５０〜４８５ｎｍあたり、緑色の波長帯域は５００〜５６５ｎｍあたり、赤色の波長帯域は６２５〜７４０ｎｍあたりとなる。

物理量に対して、明るさの感覚を元に評価する諸量を測光量という。物理量である光パワー[W]に対応する量が光束[lumen]である。光束と光パワーの関係は以下の式で表される。
光束[lumen]=６８３[lumen/W]×光パワー[Ｗ]×比視感度Ｖ(λ) ・・・（１）

なお、この（１）式において６８３[lumen/W]は最大視感度であり、波長５５５nmの光の光パワーと光束の変換係数である。また、比視感度Ｖ（λ）は、図１に従った係数であり、例えば、光の波長が５５５ｎｍのときでは１となり、光の波長が５２０ｎｍのときでは０．７１となる。

ところで、３原色の各色の光源を用いて画像を表示する画像表示装置においては、各光源の個体差や環境温度によって、光源が射出する光束の波長が変わってしまうことがある。このような波長の変動は、上述のように視感度に影響することから、画像表示装置の利用者にとっては、明るさの変動として視認されることになり、画像表示装置における画像表示品質がばらつくことになる。

例えば、緑色の光束を射出する光源において、射出光束の波長の設計値を５５５ｎｍとしたものであっても、個体差や温度変化によってその波長が５４０ｎｍとなったり、５７０ｎｍになったりすることがある。従って、例えば、波長が５４０ｎｍとなったときには比視感度が０．９５４となることから明るさが４．６％減少し、波長が５７０ｎｍとなったときには比視感度が０．９５２となることから明るさが４．８％減少することになる。

本実施形態における光学フィルタは、このように光源の射出光束の波長が変化したときにでも、視認される光束の明るさを変動させないようにするものであり、比視感度特性に反比例する分光特性を有している。この分光特性は、例えば、干渉膜フィルタなどを用いることによって形成することができる。

例えば、緑の波長帯域のうち、５２０〜５７０ｎｍの波長帯域において、比視感度特性に反比例する分光特性を有する光学フィルタでは、図２に示す分光特性を有することになる。ここで、分光特性とは、反射型タイプの場合には分光反射特性（入射される光が所定方向に反射される割合）を意味し、透過型タイプの場合には分光透過特性（入射される光が所定方向に透過される割合）を意味する。

光学フィルタが反射型タイプである場合、図２に示す相対強度は分光反射特性を指し、５２０ｎｍの波長のときに入射した光は所定方向にほぼすべて反射されて分光反射率が略１となる。すなわち、５２０〜５７０ｎｍの波長帯域において、この５２０ｎｍの波長に対する分光反射率が最大（最大分光反射率）となる。この５２０ｎｍから波長が長くなるに従い、分光反射率が小さくなっていき、５５５ｎｍで最低分光反射率の０．７１となり、５５５ｎｍから５７０ｎｍにかけて分光反射率が大きくなっていく。なお、この図２に示す分光反射特性を有する光学フィルタでは、５２０〜５７０ｎｍ以外の波長帯域では、分光反射率が略１となる。従って、青色の波長帯域や赤色の波長帯域の光束が入射したときには、所定方向にほぼ全て反射する。

また、光学フィルタが透過型タイプである場合、図３に示す相対強度は分光透過特性を指し、５２０ｎｍの波長のときに入射した光は所定方向にほぼすべて透過されて分光透過率が略１となる。すなわち、５２０〜５７０ｎｍの波長帯域において、この５２０ｎｍの波長に対する分光透過率が最大（最大分光透過率）となる。この５２０ｎｍから波長が長くなるに従い、分光透過率が小さくなっていき、５５５ｎｍで最低分光透過率の０．７１となり、５５５ｎｍから５７０ｎｍにかけて分光透過率が大きくなっていく。なお、この図２に示す分光透過特性を有する光学フィルタでは、５２０〜５７０ｎｍ以外の波長帯域では、分光透過率が略１となる。従って、青色の波長帯域や赤色の波長帯域の光束が入射したときには、所定方向にほぼ全て透過する。

このように本実施形態における光学フィルタでは、比視感度に反比例する分光特性（分光反射特性や分光透過特性）を有していることから、図３に示すように、光源１３と人間の眼１０の瞳孔１２との間にこの光学フィルタ１１を設けることにより、光源１３から射出する光束の波長が変化しても、視認される明るさを一定にすることができる。

例えば、光学フィルタ１１は図２に示す光学特性を有するものとし、光源１３は緑色の光束を射出する光源であってその射出光束の波長の設計値を５４０ｎｍとした光源としたときに、光源１３から設計値どおりの５４０ｎｍの波長の光束が１００の明るさ（光束量）で射出されたとすると、光学フィルタ１１の５４０ｎｍでの相対強度が０．７４４（図２参照）であるため、この光学フィルタ１１を通過（経由）することによってその明るさが７４．４になって、人間の目に入射されることになる。このとき、個体差や温度変化によってその波長が５５０ｎｍとなると、５５０ｎｍの波長の比視感度が０．９９５（５４０ｎｍの波長の比視感度は０．９５４。図１参照）であるため、光源１３から射出される光束の明るさは１０４．３となるが、光学フィルタ１１の５５０ｎｍでの相対強度が０．７１３（図２参照）であるため、この光学フィルタ１１を通過することによってその明るさ７７．４になる。また、個体差や温度変化によってその波長が５３０ｎｍとなったとき、５３０ｎｍの比視感度が０．８６２（図１参照）であるため、光源１３から射出される光束の明るさは９０．４となるが、光学フィルタ１１の５３０ｎｍでの相対強度が０．８２３（図２参照）であるため、この光学フィルタ１１を通過することによってその明るさが７７．４になる。このように、光学フィルタ１１を通過させることによって、光源１３から射出する光束の波長が変化しても、視認される明るさを一定にすることができる。

光学フィルタに上述した分光特性を持たせるには、光学フィルタの基板表面に多層膜を形成し、それによる光の干渉を利用した干渉膜フィルタが使用される。

ここで、上述では、所定の波長帯域における最大分光反射率及び最大分光透過率を略１として説明したが、これらの最大分光反射率及び最大分光透過率は０．９〜１とすることが好ましく、より好ましくは、０．９５〜１である。すなわち、最大分光透過率又は最大分光反射率を０．９〜１とすることにより、光学フィルタ１１を通過させることによる光束のロスを可及的に抑えることができる。

［２．網膜走査型画像表示装置の概要］
［２．１．網膜走査型画像表示装置の全体概要］
次に、本実施形態における画像表示装置の一例として網膜走査型画像表示装置１６を例に挙げて、その概略構成を説明する。図４に本発明の実施形態における網膜走査型画像表示装置１６の全体構成を示す。この網膜走査型画像表示装置１６は、その利用者である観察者の瞳孔１２に光束を入射させて網膜１４上に画像を投影することによって、観察者の眼１０の瞳孔１２の前方において虚像を視認させるための装置である。

網膜走査型画像表示装置１６は、外部から供給される画像信号Ｓを読み出し、読み出した画像信号に応じて強度変調された光束を生成して射出する光束生成器２０を備え、さらに、その光束生成器２０と観察者の眼１０との間には、光束生成器２０で生成され、光ファイバ１００を介して射出される光束(レーザー光)を平行光化するコリメート光学系６１と、このコリメート光学系６１で平行光化された光束を画像表示のために水平方向（１次方向）に走査する水平走査部７０で水平方向に走査された光束を垂直方向（２次方向）に走査する垂直走査部８０と、水平走査部７０と垂直走査部８０との間に設けられたリレー光学系７５と、このように水平方向と垂直方向に走査された光束（以下、「走査光束」とする。）を瞳孔１２に射出するためのリレー光学系９０を備えている。

図４に示すように、光束生成器２０には、外部から供給される画像信号Ｓが入力され、それに基づいて画像を合成するための要素となる各信号等を発生する信号処理回路２１が設けられ、この信号処理回路２１において、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の各画像信号２２ａ〜２２ｃが生成され、出力される。また、信号処理回路２１は、水平走査部７０で使用される水平同期信号２３と、垂直走査部８０で使用される垂直同期信号２４とをそれぞれ出力する。

さらに、光束生成器２０は、３つの画像信号（Ｂ，Ｒ，Ｇ）２２ａ〜２２ｃをそれぞれ光束にする光源装置３０と、これらの３つの光束を１つの光束に結合して任意の光束を生成するための光合成部４０とを備えている。

光源装置３０は、青色の光束を発生させるＢレーザ３４及びＢレーザ３４を駆動するＢレーザドライバ３１と、緑色の光束を発生させるＧレーザ３５及びＧレーザ３５を駆動するＧレーザドライバ３２と、赤色の光束を発生させるＲレーザ３６及びＲレーザ３６を駆動するＲレーザドライバ３３とを備えている。

光合成部４０は、光源装置３０から入射する光束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４１、４２、４３と、このコリメートされた光束を合成するための合波器１１０（第１のダイクロイックミラー４４、第２のダイクロイックミラー４５、第３のダイクロイックミラー４６）と、合成された光束を光ファイバ１００に導く結合光学系４７とを備えている。

各レーザ３４、３５、３６から射出したレーザ光は、コリメート光学系４１、４２、４３によってそれぞれ平行化された後に、ダイクロイックミラー４４、４５、４６に入射される。その後、これらのダイクロイックミラー４４、４５、４６により、各光束が波長に関して選択的に反射・透過される。具体的には、Ｂレーザ３４から射出した青色光束は、コリメート光学系４１によって平行光化された後に、ダイクロイックミラー４４に入射される。Ｇレーザ３５から射出した緑色光束は、コリメート光学系４２を経て第２のダイクロイックミラー４５に入射される。Ｒレーザ３６から射出した赤色光束は、コリメート光学系４３を経て第３のダイクロイックミラー４６に入射される。それら３つのダイクロイックミラー４４、４５、４６にそれぞれ入射された３原色の光束は、波長選択的に反射または透過して結合光学系４７に達し、集光され光ファイバ１００に入射される。

水平走査部７０及び垂直走査部８０は、光ファイバ１００から入射された光束を画像として投影可能な状態にするために、水平方向と垂直方向に走査して走査光束とするものである。水平走査部７０は、光束を水平方向に走査するため偏向面を有する偏向素子７１と、この偏向素子７１を共振させ、偏向素子７１の偏向面（走査面）を揺動させる駆動信号を発生する水平走査制御回路７２とを有している。また、垂直走査部８０は、光束を垂直方向に走査するための偏向素子８１と、この偏向素子８１を駆動させる垂直走査制御回路８２とを備えている。この水平走査制御回路７２と垂直走査制御回路８２は、信号処理回路２１から出力される水平同期信号２３と垂直同期信号２４に基づいてそれぞれ駆動する。なお、この水平走査部７０、垂直走査部８０及びリレー光学系７５により光走査装置が形成される。

また、水平走査部７０と垂直走査部８０との間での光束を中継するリレー光学系７５を備えており、偏向素子７１によって水平方向に走査された光は、リレー光学系７５を通って、偏向素子８１によって垂直方向に走査されて、走査光束として、リレー光学系９０へ射出される。

［２．２．合波器について］
次に、上述の第１〜第３のダイクロイックミラー４４〜４６を備えた合波器１１０について説明する。図５は、上述の第１〜第３のダイクロイックミラー４４〜４６を備えた合波器１１０の構成を説明するための図である。各ダイクロイックミラー４４，４５，４６は、比視感度特性に反比例する分光特性を有する光学フィルタである。

この合波器１１０には、Ｂレーザ３４、Ｇレーザ３５、Ｒレーザ３６から射出され、平行光化された各光束を、その本体の内部に入射させる入光部１２１，１２２，１２３が所定間隔を有して離間してそれぞれ設けられている。そして、この合波器１１０の内部には、第１のダイクロイックミラー４４，第２のダイクロイックミラー４５，第３のダイクロイックミラー４６が配設されている。

第１のダイクロイックミラー４４は、入光部１２１から入射した青色の光束を図６に示す分光反射特性で反射させるものである。この第１のダイクロイックミラー４４は、その表面（反射面）に、青色の波長帯域のうち４４０ｎｍ±２０ｎｍの範囲の波長帯域において、図６に示すように比視感度特性に反比例する分光反射特性（図６において「Ｒ」を示す実線）を有しており、その他の波長帯域では分光反射率を略１としている。

また、第２のダイクロイックミラー４５は、入光部１２２から入射した緑色の光束を図７に示す分光反射特性で反射させるものである。この第２のダイクロイックミラー４５は、その表面（反射面）に、緑色の波長帯域のうち５４０ｎｍ±２０ｎｍの範囲の波長帯域において、図７に示すように比視感度特性に反比例する分光反射特性（図７において「Ｒ」を示す実線）を有しており、また、４４０ｎｍ±２０ｎｍの範囲の波長帯域において、分光透過率を略１としている。

また、第３のダイクロイックミラー４６は、入光部１２３から入射した赤色の光束を図８に示す分光透過特性で裏面から表面に透過させるものである。この第３のダイクロイックミラー４６は、赤色の波長帯域のうち６５０ｎｍ±２０ｎｍの範囲の波長帯域において、図８に示すように比視感度特性に反比例する分光透過特性（図８において「Ｔ」を示す破線）を有している。

合波器１１０は、以上のように構成されていることから、光源であるＢレーザ３４、Ｇレーザ３５、Ｒレーザ３６からの各色の光束の波長が変動したときでも、Ｂレーザ３４の射出光束の波長が４４０ｎｍ±２０ｎｍの範囲、Ｇレーザ３５の射出光束の波長が５４０ｎｍ±２０ｎｍの範囲、Ｒレーザ３６の射出光束の波長が６５０ｎｍ±２０ｎｍの範囲であるときには、利用者に視認される画像を構成する各色の明るさを一定に保つことができ、従って画像表示品質を安定させることができる。

すなわち、Ｂレーザ３４からの射出光束は、第１のダイクロイックミラー４４で反射され、次に、第２のダイクロイックミラー４５を透過し、さらに第３のダイクロイックミラー４６で反射されて結合光学系４７へ入射されるが、第１のダイクロイックミラー４４が４４０ｎｍ±２０ｎｍの範囲の波長帯域において、図６に示すように、比視感度特性と反比例する分光反射特性を有しているため、Ｂレーザ３４の射出光束の波長が４４０ｎｍ±２０ｎｍの範囲で変動しても、第１のダイクロイックミラー４４で補正されて、青色の明るさは一定に保たれる。その後、第２のダイクロイックミラー４５を透過した光束は、第３のダイクロイックミラー４６で反射されて結合光学系４７へ入射されるが、第２のダイクロイックミラー４５は、図７に示すように、４４０ｎｍ±２０ｎｍの範囲の波長帯域において、分光透過効率が略１となっており、第３のダイクロイックミラー４６は、図８に示すように、４４０ｎｍ±２０ｎｍの範囲の波長帯域において、分光反射効率が略１となっていることから、第１のダイクロイックミラー４４で反射された青色の光束は、第２のダイクロイックミラー４５をほぼすべて透過し、第３のダイクロイックミラー４６でほぼ全て反射されて、結合光学系４７へ入射される。

また、Ｇレーザ３５からの射出光束は、第２のダイクロイックミラー４５で反射され、さらに、第３のダイクロイックミラー４６で反射されて結合光学系４７へ入射されるが、第２のダイクロイックミラー４５が５４０ｎｍ±２０ｎｍの範囲の波長帯域において、図７に示すように、比視感度特性と反比例する分光反射特性を有しているため、Ｇレーザ３５の射出光束の波長が５４０ｎｍ±２０ｎｍの範囲で変動しても、第２のダイクロイックミラー４５で補正されて、緑色の明るさは一定に保たれる。その後、第２のダイクロイックミラー４５で反射された光束は、第３のダイクロイックミラー４６で反射されて結合光学系４７へ入射されるが、第３のダイクロイックミラー４６は、５４０ｎｍ±２０ｎｍの範囲の波長帯域において、分光反射効率が略１となっていることから、第２のダイクロイックミラー４５で反射された光束は、第３のダイクロイックミラー４６でほぼ全て反射されて、結合光学系４７へ入射される。

また、Ｒレーザ３６からの射出光束は、第３のダイクロイックミラー４４を透過して結合光学系４７へ入射されるが、第３のダイクロイックミラー４６が６５０ｎｍ±２０ｎｍの範囲の波長帯域において、図８に示すように、比視感度特性と反比例する分光透過特性を有しているため、Ｒレーザ３６の射出光束の波長が６５０ｎｍ±２０ｎｍの範囲で変動しても、第３のダイクロイックミラー４６で補正されて、赤色の明るさは一定に保たれる。

以上のように、本実施形態における合波器１１０にあっては、各ダイクロイックミラー４４、４５、４６は、各色の波長帯域においてそれぞれ比視感度特性に反比例する分光特性を備えている。これにより、各レーザ３４、３５、３６が射出する光束の波長変動が発生しても、視認される光の明るさを一定にすることができる。

［２．３．光学フィルタを適用した他の合波器について］
次に、光学フィルタを適用した他の合波器１２０について説明する。上述の合波器１１０の各ダイクロイックミラー４４，４５，４６は、それぞれ各色の波長帯域において比視感度特性に反比例する分光特性を有するものであったが、この合波器１２０は、図９に示すように、ダイクロイックミラーが二つであり、一つのダイクロイックミラーは二色の波長帯域において比視感度特性に反比例する分光特性を有し、もう一つのダイクロイックミラーは一色の波長帯域において比視感度特性に反比例する分光特性を有している。

すなわち、この合波器１２０には、Ｂレーザ３４、Ｇレーザ３５、Ｒレーザ３６から射出され、平行光化された各光束を、その本体１１６の内部に入射させる入光部１２１，１２２，１２３を有し、本体１１６の内部には、第４のダイクロイックミラー１１４および第５のダイクロイックミラー１１５が所定間隔を有して離間して設けられている。この２つのダイクロイックミラー１１４、１１５は、Ｒレーザ３６及びＢレーザ３４の光路に対して所定角度（４５度）を有して配設されている。また、Ｇレーザ３５の光路がＢレーザ３４およびＲレーザ３６の光路に対して直角になるように入光部１２２が配置される。

第４のダイクロイックミラー１１４は、その表面（反射面）に赤色の波長帯域のうち６５０ｎｍ±２０ｎｍの範囲の波長帯域において、図１０に示すような比視感度特性に反比例する分光反射特性（Ｒを示す実線）を有しており、入光部１２３から入射した赤色の光束をその表面で反射する。さらに、この第４のダイクロイックミラー１１４は、緑色の波長帯域のうち５４０ｎｍ±２０ｎｍの範囲の波長帯域において、図１０に示すような比視感度特性に反比例する分光透過特性（Ｔを示す破線）を有しており、入光部１２３から入射した緑色の光束を裏面から表面に透過させる。

第５のダイクロイックミラー１１５は、その表面（反射面）に、青色の波長帯域のうち４４０ｎｍ±２０ｎｍの範囲の波長帯域において、図１１に示すような比視感度特性に反比例する分光反射特性（Ｒを示す実線）を有している。また、５４０ｎｍ±２０ｎｍの範囲及び６５０ｎｍ±２０ｎｍの範囲において、図１１に示すような分光透過率が略１の分光透過特性（Ｔを示す破線）を有している。

合波器１２０は、以上のように構成されていることから、光源であるＢレーザ３４、Ｇレーザ３５、Ｒレーザ３６からの各色の光束の波長が変動したときでも、Ｂレーザ３４の射出光束の波長が４４０ｎｍ±２０ｎｍの範囲、Ｇレーザ３５の射出光束の波長が５４０ｎｍ±２０ｎｍの範囲、Ｒレーザ３６の射出光束の波長が６５０ｎｍ±２０ｎｍであるときには、利用者に視認される画像を構成する各色の明るさを一定に保つことができることから、画像表示品質を安定させることができる。

すなわち、Ｂレーザ３４からの射出光束は、第５のダイクロイックミラー１１５によって反射（経由）されて、結合光学系４７へ入射される。この第５のダイクロイックミラー１１５は、４４０ｎｍ±２０ｎｍの範囲の波長帯域において、比視感度特性と反比例する分光反射特性を有していることから、利用者に視認される青色の明るさを一定に保つことができる。

また、Ｒレーザ３６からの射出光束は、第４のダイクロイックミラー１１４によって反射され、第５のダイクロイックミラー１１５を透過（経由）して、結合光学系４７へ入射される。６５０ｎｍ±２０ｎｍの範囲の波長帯域において、第４のダイクロイックミラー１１４は比視感度特性と反比例する分光反射特性を、第５のダイクロイックミラー１１５は分光透過率を略１とした分光透過特性を有していることから、第４のダイクロイックミラー１１４によって利用者に視認される赤色の明るさを一定に保つことができる。

また、Ｇレーザ３５からの射出光束は、第４のダイクロイックミラー１１４及び第５のダイクロイックミラー１１５を透過して、結合光学系４７へ入射される。５４０ｎｍ±２０ｎｍの範囲の波長帯域において、第４のダイクロイックミラー１１４は比視感度特性と反比例する分光透過特性を、第５のダイクロイックミラー１１５は分光透過率を略１とした分光透過特性をそれぞれ有していることから、第４のダイクロイックミラー１１４によって利用者に視認される緑色の明るさを一定に保つことができる。

以上のように、本実施形態における合波器１２０にあっては、第５のダイクロイックミラー１１５は、青色の波長帯域において比視感度特性に反比例する分光特性を備え、第４のダイクロイックミラー１１４は、赤色及び緑色の波長帯域において比視感度特性に反比例する分光特性を備えていることから、各レーザ３４、３５、３６が射出する光束の波長変動が発生しても、視認される光の明るさを一定にすることができる。

［２．４．透過型の光学フィルタを用いた光源装置の適用例］
上述の実施形態の画像表示装置では、各レーザ３４、３５、３６（光源装置の一例に相当）が射出する光束の波長変動が発生した場合にでも、視認される光の明るさを一定にするために、合波器１１０，１２０を用いたが、合波器１１０，１２０に比視感度特性に反比例する分光特性を設ける代わりに、レーザ３４、３５、３６に比視感度特性に反比例する分光特性を持たせるようにしてもよい。

ここで、透過型の光学フィルタ１１を用いたレーザ３４、３５、３６の構成を図１２に示す。ここでレーザ３４、３５、３６の発光素子として、半導体レーザまたは発光ダイオードが用いられる。以下、半導体レーザを用いた場合を例に挙げて説明する。

図１２に示すように、各レーザ３４、３５、３６は、支持部材１１９に半導体レーザ１１８が配設されており、この半導体レーザ１１８は透過性カバー１８により覆われている。

また、透過性カバー１８内において、半導体レーザ１１８の射出面と対向した位置には、比視感度特性に反比例する分光特性を備えた透過型光学フィルタ１１が配設されている。

このように、半導体レーザ１１８が発する光束は、透過型光学フィルタ１１を介して射出されるようにしており、これによって半導体レーザ１１８の発する光束の波長が変動しても、透過型光学フィルタ１１を介して、瞳孔１２に入ってくる光の明るさを一定にすることができる。

例えば、半導体レーザ１１８が緑色の波長領域のうち５４０ｎｍ±２０ｎｍの範囲で射出する波長がばらつく場合、５４０ｎｍ±２０ｎｍの範囲で図２の一点鎖線（透過率Ｔ）で示すような比視感度特性に反比例する分光透過特性を持った光学フィルタ１１を介して、緑色の光束を射出する。これにより、半導体レーザ１１８の波長が温度変化等によって変動しても、Ｇレーザ３５が射出する光束の明るさを一定にすることができる。

なお、すべてのレーザ３４、３５、３６に比視感度特性に反比例する分光透過特性を持った光学フィルタを配設しても、一色のレーザのみ（例えば、Ｇレーザ３５のみ）にこの光学フィルタを適用してもよい。

以上のように、本実施形態における光学フィルタは、半導体レーザなどの発光素子から射出する光束の波長が変化しても、利用者の視認する明るさを一定にすることができる光学フィルタ、合波器、光源装置並びにこれらを含む画像表示装置及び網膜走査型表示装置を提供することができる。

本発明の実施の形態のうち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、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、レーザとダイクロイックミラーとによって、各色の明るさを一定にするようにしてもよい。具体的には、青色の波長帯域については、レーザに上述の光学フィルタを適用し、赤色及び緑色の波長帯域については、合波器に上述の光学フィルタを適用する。また、各色の波長帯域についてレーザとダイクロイックミラーの組み合わせで一つの上述した光学フィルタの特性を持たせるようにしてもよい。

一般的な比視感度特性を示すグラフである。 本発明の一実施形態における光学フィルタの比視感度特性に反比例した特性を示すグラフである。 本発明の一実施形態における光学フィルタの構成を説明する説明図である。 本発明の一実施形態における網膜走査型画像表示装置の構成を示す説明図である。 本発明の一実施形態における合波器の構成を示す説明図である。 第１のダイクロイックミラーにおける分光特性を示すグラフである。 第２のダイクロイックミラーにおける分光特性を示すグラフである。 第３のダイクロイックミラーにおける分光特性を示すグラフである。 図５とは別の合波器の構成を示す説明図である。 第４のダイクロイックミラーにおける分光特性を示すグラフである。 第５のダイクロイックミラーにおける分光特性を示すグラフである。 本発明の一実施形態における透過型の光源装置の構成を示す説明図である。

符号の説明

１１ 光学フィルタ
３０ 光源装置
１６ 網膜走査型画像表示装置
１８ 発光ダイオード
１１０ １２０ 合波器
４４ ４５ ４６ ダイクロイックミラー

Claims (11)

1. 少なくとも所定の波長帯域において分光特性を有する光学フィルタにおいて、
   前記所定の波長帯域において比視感度特性に反比例する分光特性を有する光学フィルタ。
2. 反射型光学フィルタ又は透過型光学フィルタであることを特徴とする請求項１に記載の光学フィルタ。
3. 前記所定の波長帯域における最大分光透過率又は最大分光反射率を０．９〜１としたことを特徴とする請求項２に記載の光学フィルタ。
4. 前記所定の波長帯域は、３原色の波長帯域のうちいずれか一色の波長帯域であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
5. 請求項４に記載の光学フィルタを含み、３原色の各色の波長帯域の光束を射出する発光素子から射出された各色の波長帯域の光束を波長選択的に反射または透過して、一つの光束に合波することを特徴とする合波器。
6. ３原色の波長帯域のうちいずれか一色の波長帯域の光束を射出する発光素子と、
   前記発光素子が射出する光束の波長帯域を前記所定の波長帯域とする請求項４に記載の光学フィルタと、を有することを特徴とする光源装置。
7. 前記発光素子は、発光ダイオード又はレーザ素子であることを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
8. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学フィルタを含み、画像信号に応じて変調された光束を前記光学フィルタを経由して光走査装置によって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。
9. 請求項５に記載の合波器を含み、画像信号に応じて変調された光束を前記合波器を経由して光走査装置によって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。
10. 請求項６又は請求項７に記載の光源装置を含み、前記光源装置から射出する光束を光走査装置によって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。
11. 請求項８〜１０のいずれか一項に記載の画像表示装置は、前記光走査装置によって走査することで眼の網膜上に画像を投影表示する網膜走査型画像表示装置であることを特徴とする画像表示装置。

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