JP2010085785A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回折素子などの光分岐素子により瞳拡大したときであっても、利用者の眼が焦点調節を正しく行うことができる画像表示装置を提供すること。
【解決手段】画像光を複数に分岐してＸ軸方向に射出瞳を拡大する第１分岐部と、画像光を複数に分岐してＸ軸方向と交差するＹ軸方向に射出瞳を拡大する第２分岐部とを有する光分岐素子を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向が共に画素配列の行方向及び列方向に対して０度より大きく４５度より小さい角度になるように設定する。
【選択図】図１６

Description

本発明は、画像表示装置に関し、更に詳細には、複数の画素を行列状に配列した２次元画像を形成する光（画像光）を生成する画像光生成部と、この画像光生成部で生成した画像光を投射対象に投射する投射部と、画像光生成部と投射部との間にある中間像面に配置される光分岐素子とを備えた画像表示装置に関する。

従来より、複数の画素を行列状に配列した２次元画像を形成する画像光を生成して利用者の網膜などに投射する画像表示装置が知られている。

この種の画像表示装置として、２次元画像の各画素に応じた光を３原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のレーザ光源から出射させ、走査部によって２次元走査して画像光を生成して利用者の眼の網膜に投射する、所謂網膜走査型画像表示装置がある。

このような網膜走査型画像表示装置においては、入射する画像光の指向性が高いことから射出瞳が小さく、利用者の眼球運動によって画像光が利用者の瞳孔になかなかうまく入射せず、利用者が画像を視認できないことがよくある。

そこで、特許文献１に示すように、回折格子を光路上に配置して画像光を回折して分岐させることにより射出瞳を拡大して利用者の眼の瞳孔に画像光を入り易くしている。
特開２００６−９８５７０号公報

利用者が画像表示装置の表示画像を観察する際に表示画像に対して利用者の眼の焦点が合っていないとき、利用者の眼は焦点が合うように水晶体を調節することになるが、画像表示装置の表示画像によっては利用者の眼が焦点調節を正しく行うことができないことがあった。

かかる問題は、画像表示装置の表示画像に横線や縦線がある場合に発生しており、利用者には１本の横線や縦線が複数本の横線や縦線として視認されることになっていた。

そこで、本発明は、回折素子などの光分岐素子により瞳拡大したときであっても、利用者の眼が焦点調節を正しく行う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。

そこで、上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数の画素を行列状に配列した２次元画像を形成する画像光を生成する画像光生成部と、前記画像光生成部で生成した画像光を投射対象に投射する投射部と、前記画像光生成部と前記投射部との間にある中間像面に配置される光分岐素子と、を備えた画像表示装置において、前記光分岐素子は、前記画像光を複数に分岐して第１方向に射出瞳を拡大する第１分岐部と、前記画像光を複数に分岐して前記第１方向と交差する第２方向に射出瞳を拡大する第２分岐部とから構成され、前記第１方向及び第２方向は共に前記画素配列の行方向及び列方向に対して０度より大きく４５度より小さい角度に設定されているものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像表示装置において、前記第１方向と前記行方向とがなす角度又は第１方向と前記列方向とがなす角度が１８〜１９度であるものである。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の画像表示装置において、前記第２方向と前記行方向とがなす角度又は第２方向と前記列方向とがなす角度が３３〜３４度であるものである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記第１分岐部及び前記第２分岐部は回折素子から構成されており、回折により前記画像光を複数に分岐するものである。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の画像表示装置において、前記第１分岐部及び前記第２分岐部は、回折により前記画像光を０次回折光と±１次回折光とに分岐するものである。

また、請求項６に記載の発明は、請求項４又は請求項５に記載の画像表示装置において、前記第１方向と前記第２方向とは略直交する関係であり、前記第１分岐部と前記第２分岐部とはそれぞれ回折方向が相互に略直交する回折素子から構成されるものである。

また、請求項７に記載の発明は、請求項４又は請求項５に記載の画像表示装置において、前記第１方向と前記第２方向とは略直交する関係であり、前記第１分岐部と前記第２分岐部とが回折方向が略直交する２次元回折素子で形成されるものである。

また、請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記画像光生成部は、前記２次元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第１走査方向及び当該第１走査方向と略直交する第２走査方向に走査することによって前記画像光を生成する走査部と、を備えたものである。

また、請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記投射部は、前記画像光生成部で生成した画像光を利用者の眼に投射するものである。

本発明によれば、画像光を複数に分岐して第１方向に射出瞳を拡大する第１分岐部と、画像光を複数に分岐して第１方向と交差する第２方向に射出瞳を拡大する第２分岐部とを有する光分岐素子を、第１方向及び第２方向が共に画素配列の行方向及び列方向に対して０度より大きく４５度より小さい角度になるように設定するので、光分岐素子により瞳拡大したときであっても、利用者の眼が焦点調節を正しく行うことができる画像表示装置を提供することができる。

以下に、本発明の画像表示装置について好適な実施形態について説明する。ここでは、画像表示装置の一例として、走査した画像光を利用者の少なくとも一方の眼の網膜に投射して利用者に画像を視認させる網膜走査型画像表示装置について説明する。

〔１．網膜走査型画像表示装置の全体構成〕
以下、本実施形態における網膜走査型画像表示装置について図面を参照して説明する。図１は本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。

図１に示すように、網膜走査型画像表示装置１には、複数の画素を行列状に配列した２次元画像を形成する画像光を生成する画像光生成部２、投射光学系５０が設けられる。画像光生成部２は、制御部１０、光源部２０、光ファイバ３０、光走査部４０などから構成される。そして、光源部２０から出射された光を光走査部４０で走査し、投射光学系５０を介して走査して２次元画像を形成する画像光を利用者の少なくとも一方の眼６０を投射対象として投射して利用者に画像を視認させる。

制御部１０には、外部からの画像信号Ｓが入力される。この画像信号Ｓには、複数の画素を行列状に配列した２次元画像を生成するための各画素の情報（輝度、色彩などの情報）が含まれる。制御部１０には、画像信号Ｓに基づいて画像を合成するための要素となる各信号を発生する画像信号供給回路１１と、Ｒレーザドライバ１５，Ｇレーザドライバ１６，Ｂレーザドライバ１７とが設けられる。画像信号供給回路１１は、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各画像信号１３ｒ，１３ｇ，１３ｂ、水平駆動信号１８、垂直駆動信号１９などを出力して、光源部２０や光走査部４０を制御している。この画像信号１３ｒ，１３ｇ，１３ｂは各画素の輝度や色彩に応じて各画素毎に画像信号供給回路１１から出力される。また、画像信号供給回路１１から出力される各画像信号１３ｒ，１３ｇ，１３ｂに基づいてＲレーザドライバ１５，Ｇレーザドライバ１６，Ｂレーザドライバ１７により光源部２０のレーザを駆動する。

光源部２０は、Ｒレーザ２１，Ｇレーザ２２，Ｂレーザ２３を有しており、画像信号１３ｒ，１３ｇ，１３ｂに応じたレーザ光を出射する。すなわち、Ｒレーザ２１，Ｇレーザ２２，Ｂレーザ２３は、Ｒレーザドライバ１５，Ｇレーザドライバ１６，Ｂレーザドライバ１７から出力される駆動信号により画像信号１３ｒ，１３ｇ，１３ｂに応じて強度変調されたレーザ光を出射する。さらに、光源部２０には、各レーザ２１〜２３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２４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２５と、合波されたレーザ光を光ファイバ３０に導く結合光学系２６とが設けられている。

光源部２０から光ファイバ３０に導かれたレーザ光は光走査部４０に入射される。この光走査部４０には、光ファイバ３０から出射されたレーザ光をコリメートするコリメート光学系４１、このコリメートされたレーザ光を水平（Ｈ）方向（第１走査方向）に走査する水平走査部４２と、この水平方向に走査されたレーザ光を後述の垂直走査部４４に導くリレー光学系４３と、リレー光学系４３を介して入射されたレーザ光を水平方向と略垂直に交差する垂直（Ｖ）方向（第２走査方向）に走査する垂直走査部４４とを有している。そして、このように光走査部４０で走査されたレーザ光は２次元画像を形成する画像光として、リレー光学系を構成するレンズ５１ａ，５１ｂを有する投射光学系５０を介して利用者の眼６０の瞳孔６１に入射され、画像光により形成される２次元画像が利用者の眼６０の網膜６２上に投影される。このように、利用者に視認させる画像の画素のうち、行方向の画素に応じたレーザ光を水平方向に走査し、列方向の画素に応じたレーザ光を垂直方向に走査するようにしている。

本実施形態における網膜走査型画像表示装置１では、投射光学系５０におけるレンズ５１ａ，５１ｂにより形成される中間像面の位置に光分岐素子５２が配置され、この光分岐素子５２により射出瞳の拡大を図っている。なお、レンズ５１ｂは投射部（接眼光学系）として画像光を投射対象である眼６０の瞳孔６１に投射する。

ここで、水平走査部４２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する光学系である。そして、この水平走査部４２には、ガルバノミラーなどの反射ミラー４２ｂを有する光走査素子４２ａと、この光走査素子４２ａを駆動する水平駆動回路４２ｃとを備えている。

また、垂直走査部４４は、表示すべき画像の１フレームごとに、レーザ光を最初の水平走査線から最後の水平走査線に向かって垂直に垂直走査する光学系である。そして、この垂直走査部４４には、ガルバノミラーなどの反射ミラー４４ｂを有する光走査素子４４ａと、この光走査素子４４ａを駆動する垂直駆動回路４４ｃとを備えている。

図２には、水平走査部４２及び垂直走査部４４の光走査素子４２ａ，４４ａによる最大走査可能範囲Ｗ（水平走査可能範囲Ｈａ及び垂直走査可能範囲Ｖａにより形成される範囲）と有効走査範囲Ｚ（水平有効走査範囲Ｈ１及び垂直有効走査範囲Ｖ１により形成される範囲）との関係が示されている。ここで、「最大走査可能範囲」とは、水平走査部４２の光走査素子４２ａ及び垂直走査部４４の光走査素子４４ａによりレーザ光を走査できる最大の範囲を意味する。

水平駆動回路４２ｃは、制御部１０から出力される水平駆動信号１８を増幅して、光走査素子４２ａに印加し、光走査素子４２ａの反射ミラー４２ｂを駆動する。光走査素子４２ａは共振型光走査素子とし、制御部１０から出力される水平駆動信号１８は正弦波状の信号としており、水平駆動回路４２ｃは反射ミラー４２ｂを共振状態で駆動して、反射ミラー４２ｂを水平走査可能範囲Ｈａ（図２参照）で揺動させる。

垂直駆動回路４４ｃは、制御部１０から出力される垂直駆動信号１９を増幅して、光走査素子４４ａに印加し、光走査素子４４ａの反射ミラー４４ｂを駆動する。制御部１０から出力される垂直駆動信号１９は鋸歯状の信号としており、垂直駆動回路４４ｃは反射ミラー４４ｂを非共振状態で駆動して、反射ミラー４４ｂを垂直走査可能範囲Ｖａ（図２参照）で揺動させる。

そして、光走査素子４２ａ及び光走査素子４４ａの最大走査可能範囲Ｗのうち、有効走査範囲Ｚに光走査素子４２ａ及び光走査素子４４ａの走査位置があるタイミングで光源部２０から画像信号Ｓに応じて強度変調されたレーザ光が出射される。

これにより、光走査素子４２ａ及び光走査素子４４ａによってレーザ光が有効走査範囲Ｚで走査され、１フレーム分のレーザ光が有効走査範囲Ｚ内で走査される。この走査が１フレームの画像ごとに繰り返される。これにより複数の画素が行列状に配列した２次元画像が形成する画像光が生成されることになる。

なお、図２には、光源部２０からレーザ光が常時出射されたと仮定したときに光走査素子４２ａ及び光走査素子４４ａによって走査されるレーザ光の軌跡γが仮想的に示されている。ただし、光走査素子４２ａによる水平方向の走査数は、１フレームあたり数百又は千程度あり、図２ではレーザ光の軌跡γを簡略して記載している。

〔２．光分岐素子５２〕
次に、光分岐素子５２について説明する。図３は光分岐素子５２の構成を説明するための図、図４は光分岐素子５２の特性を説明するための図、図５は光分岐素子５２により分岐された９つの画像光の説明図、図６は投射光学系５０に入射した光が光分岐素子５２により分岐して利用者の眼６０に入射する様子を示す図、図７は分岐された画像光の射出瞳位置における配列を示す図、図８は光分岐素子５２による射出瞳の拡大を説明するための図、図９は画像光が網膜６２上で合焦していないときの状態を説明するための図、図１０〜図１２は画像光の走査方向と分岐方向とが一致するときの利用者の眼６０の焦点調節を説明するための図、図１３〜図１５は画像光の走査方向と分岐方向とが４５度ずれているときの利用者の眼６０の焦点調節を説明するための図、図１６〜図１８は画像光の走査方向と分岐方向とが０度より大きく４５度より小さい角度のときの利用者の眼６０の焦点調節を説明するための図である。

（光分岐素子５２の構成）
図３に示すように、光分岐素子５２は、透明樹脂板にＸ軸方向に沿った複数の溝５２ａを形成することで透過型回折格子を形成した第１分岐部５２Ａと、透明樹脂板にＹ軸方向に沿った複数の溝５２ｂを形成することで透過型回折格子を形成した第２分岐部５２Ｂとから構成される。

第１分岐部５２Ａは、図４（ａ）に示すように、入射した光Ｌbを、０次光Lbx(0)と−１次光Lbx(-1)と、＋１次光Lbx(+1)とに分岐させる回折特性を有するように溝５２ａが形成される。また、第２分岐部５２Ｂは、図４（ｂ）に示すように、入射する光を第１分岐部５２Ａの０次光Lbx(0)とすると、０次光Ｌbx(0)y(0)と−１次光Ｌbx(0)y(-1)と、＋１次光Ｌbx(0)y(+1)とに分岐させる回折特性を有するように溝５２ｂが形成される。

光分岐素子５２はこのような特性を持つ第１分岐部５２Ａ及び第２分岐部５２Ｂを有しており、入射する光Ｌbは、第１分岐部５２Ａ及び第２分岐部５２Ｂにより、９つの光に分岐される。すなわち、入射する光Ｌbは、図５に示すように、光Ｌbx(0)y(0)、光Ｌbx(0)y(-1)、光Ｌbx(0)y(+1)、光Ｌbx(-1)y(0)、光Ｌbx(-1)y(-1)、光Ｌbx(-1)y(+1)、光Ｌbx(+1)y(0)、光Ｌbx(+1)y(-1)、光Ｌbx(+1)y(+1)に分岐する。なお、x(α)は第１分岐部５２Ａのα次光であり、ｙ(β)は第１分岐部５２Ａのβ次光であることを意味する。例えば、光Ｌbx(-1)y(+1)は、第１分岐部５２Ａの−１次光かつ第２分岐部５２Ｂの＋１次光である。

このように、光分岐素子５２は、入射した光を９つの光に分岐するものであり、これにより、画像光の実効的径を拡大して、射出瞳をＸ軸方向及びＹ軸方向に拡大する。図６は、Ｘ方向から視たときに画像光がＹ軸方向に３つに分岐されて利用者の眼６０に入射して、Ｙ軸方向に射出瞳が拡大している様子を示している。また、図示しないが同様に、Ｙ方向から視たときには画像光がＸ軸方向に３つに分岐されて利用者の眼６０に入射して、Ｙ軸方向に射出瞳が拡大している。

（光分岐素子５２の配置）
次に、光分岐素子５２の配置について説明する。

図６に示すように、画像信号Ｓに含まれる２次元画像の各画素毎に強度変調され、走査された画像光は光分岐素子５２に入射され、この光分岐素子５２により画像光が９つに分岐される。このように９つに分岐した画像光は利用者の眼６０に向い、射出瞳位置で図７に示すように射出瞳が拡大する。すなわち、光分岐素子５２を配置していないときの射出瞳は、図７に示すLbx(0)y(0)の範囲であり、図８（ａ）に示すように、眼６０を動かしてこの範囲内に瞳孔６１が位置しなくなったときには、利用者は画像を視認できない。一方、光分岐素子５２を配置したときの射出瞳は、図７に示す「Ｇ」の範囲となり、眼６０を動かしてもこの範囲内に瞳孔６１が位置している限り、図８（ｂ）に示すように利用者は画像を視認できる。このように網膜走査型画像表示装置１では、光分岐素子５２を配置して射出瞳の拡大を図っている。

図６に示すように網膜走査型画像表示装置１から投射される画像光が網膜６２上で合焦したときには利用者は画像光で形成される画像をボケない状態で視認できるが、網膜６２上で合焦しないときには画像光で形成される画像がボケた状態で視認されることになる。

利用者は、網膜走査型画像表示装置１によって形成される虚像を視認しようとするときに、網膜走査型画像表示装置１から投射される画像光が網膜上で合焦するように水晶体を調整する。

ところが、画像光の走査方向と分岐方向とが一致するとき、図９（ａ），（ｂ）に示す状態で水晶体の調節が終了してしまうことがある。このような状態で水晶体の調節が終了してしまうと、画像光で形成される画像がボケた状態で視認されることになる。なお、画像光の走査方向と分岐方向とが一致するとは、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、光走査部４０の走査方向（水平方向又は垂直方向）と、光分岐素子５２の分岐方向のうちＸ軸方向又はＹ軸方向が一致することを意味する。

画像光の走査方向と分岐方向とが一致するとき、図９（ａ），（ｂ）に示す状態では、９つに分岐した画像光は利用者の網膜６２上に図１１に示すように、１つの点としてではなく９つの点として入射している。このとき、これらの９つの画像光の網膜上の強度を画像の水平方向及び垂直方向に積分すると、画像の水平方向及び垂直方向でそれぞれ３つの離散した強度分布となる。

そのため、利用者に視認させる画像に水平方向及び垂直方向に線があるとき、利用者にはその線を３つの線として視認することになる。例えば、利用者に視認させる画像に水平方向及び垂直方向に線が１つずつあるとき、図１２に示すように、利用者にはこれらの線を画像の垂直方向及び水平方向のそれぞれ３つの線として視認することになる。このとき、利用者の眼球は、画像の水平方向及び垂直方向にそれぞれ３つの線に合焦しているものと勘違いして、その後の水晶体の調節を終了してしまう。

また、画像光の走査方向と分岐方向とが一致しないときであっても、図１３（ａ），（ｂ）に示すように、画像光の走査方向と分岐方向と４５度ずれているときには、図９（ａ），（ｂ）に示す状態で水晶体の調節が終了してしまうことがある。これは、正しい合焦位置では、1本の線となるべきところを、３つの線がそれぞれに合焦していると脳が判断してしまうためである。

画像光の走査方向と分岐方向とが４５度ずれているとき、図９（ａ），（ｂ）に示す状態では、９つに分岐した画像光は利用者の網膜６２上に図１４に示すように、１つの点としてではなく９つの点として入射している。このとき、これらの９つの画像光の網膜上の強度を画像の水平方向及び垂直方向に積分すると、画像の水平方向及び垂直方向でそれぞれ５つの離散した強度分布となる。

そのため、利用者に視認させる画像に水平方向及び垂直方向に線があるとき、利用者にはその線を５つの線として視認することになる。例えば、利用者に視認させる画像に水平方向及び垂直方向に線が１つずつあるとき、図１５に示すように、利用者にはこれらの線を画像の垂直方向及び水平方向のそれぞれ５つの線として視認することになる。このとき、利用者の眼球は、画像の水平方向及び垂直方向にそれぞれ５つの線に合焦しているものと勘違いして、その後の水晶体の調節を終了してしまう。なお、中央の線が太く、周辺の線ほど線が細くなって見える。

このように、利用者に視認させる画像に水平方向や垂直方向に線があるとき、投射される画像光により形成される画像に眼６０の焦点が合っていないと、水平方向や垂直方向の線が複数の線として視認されてしまう。そして、このときの利用者の眼６０は網膜６２に入射する画像の空間周波数が高いためピンボケしている状態であると知覚することができず、利用者の眼６０は焦点調節を正しく行うことができない。

そこで、網膜走査型画像表示装置１では、画像光の走査方向と分岐方向とを０度より大きく４５度より小さい角度に設定することにより、利用者に視認させる画像に水平方向及び垂直方向に線があるときであっても、焦点を網膜上に形成するようにしている。

すなわち、光分岐素子５２は、第１分岐部５２Ａにより画像光を複数に分岐してＸ軸方向（第１方向）に射出瞳を拡大し、第２分岐部５２Ｂにより前記画像光を複数に分岐してＸ軸方向と略直交するＹ軸方向（第２方向）に射出瞳を拡大するように構成し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は共に形成する画像の画素配列の行方向（水平方向）及び列方向（垂直方向）に対して０度より大きく４５度より小さい角度に設定するようにしている。

図１６には、瞳拡大を行うＹ軸方向に対して、画像の垂直方向を３３〜３４度程度の角度となるようにしたとき、９つに分岐した画像光の網膜上の強度を画像の水平方向及び垂直方向に積分すると、画像の水平方向及び垂直方向でそれぞれ離散しない強度分布となる。

そのため、利用者に視認させる画像に水平方向及び垂直方向に線があるとき、図１７に示すように、利用者はその線を１つの線として視認することになり、水晶体の弛緩や緊張を行ってこの１つの線が一番細くなる位置で水晶体の調節を終了することになり、焦点が網膜上に形成される。

また、図１８には、瞳拡大を行うＹ軸方向に対して、画像の垂直方向を１８〜１９度程度の角度となるようにしたとき、９つに分岐した画像光の網膜上の強度を画像の水平方向及び垂直方向に積分すると、画像の水平方向及び垂直方向でそれぞれ離散しない強度分布となる。

そのため、利用者に視認させる画像に水平方向及び垂直方向に線があるとき、図１７に示すように、利用者はその線を１つの線として視認することになり、水晶体の弛緩や緊張を行ってこの１つの線が一番細くなる位置で水晶体の調節を終了することになり、焦点が網膜６２上に形成される。

このように本実施形態における網膜走査型画像表示装置１では、画像光を複数に分岐してＸ軸方向（第１方向）に射出瞳を拡大する第１分岐部５２Ａと、画像光を複数に分岐してＸ軸方向と交差するＹ軸方向（第２方向）に射出瞳を拡大する第２分岐部５２Ｂとを有する光分岐素子５２を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向が共に画素配列の行方向（水平（Ｈ）方向）及び列方向（垂直（Ｈ）方向）に対して０度より大きく４５度より小さい角度になるように設定することで、光分岐素子５２により瞳拡大したときであっても、利用者の眼６０が水晶体を正しく調節することができ、これにより焦点調節を正しく行うことができる。

特に、Ｘ軸方向（第１方向）又はＹ軸方向（第２方向）と水平方向（画像の行方向）とがなす角度又は、Ｘ軸方向（第１方向）又はＹ軸方向（第２方向）と垂直方向（画像の列方向）とがなす角度が１８〜１９度又は３３〜３４度であることきには、分岐された画像光のビーム径と分岐された画像光の間隔との関係を考慮しなくても、利用者の眼６０が焦点調節を正しく行うことができる。

なお、上述においては、第１分岐部５２Ａ及び第２分岐部５２Ｂは回折素子から構成されており、回折により画像光を複数に空間的に分岐するようにしたが、光を分岐することができれば、これに限られない。例えば、音響光学偏向器などによりＸ軸方向及びＹ軸方向に走査して、動的に時間的に分岐するようにしてもよい。

また、上述においては、第１分岐部５２Ａ及び第２分岐部５２Ｂは、回折により画像光を０次回折光と±１次回折光とに分岐することとして説明したが、これに限られない。例えば、さらに０次回折光、±１次回折光、±２次回折光に画像光を分岐するようにしてもよい。なお、各回折光は、互いに同様のビーム強度及びビーム径であることが望ましい。

また、上述の光分岐素子５２は、第１分岐部５２Ａの透明樹脂板と第２分岐部５２Ｂの透明樹脂板とを別部材で構成したが、同一の透明樹脂板にＸ軸方向に沿った複数の溝５２ａとＹ軸方向に沿った複数の溝５２ｂとを形成するようにして２次元回折素子としてもよい。このように第１分岐部５２Ａと第２分岐部５２Ｂとは回折方向が略直交する２次元回折素子で形成することで、光分岐素子５２の製造を容易にすることができる。

また、上述においては、光分岐素子５２を、光走査部４０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、利用者が視認できない、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、上述においては、レーザ光源を用いた網膜走査型画像表示装置について説明したが、画像光が高指向性の光であれば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）を用いたヘッドマウントディスプレイなどにも適用することができる。

なお、上述においては、水平方向を画像の行方向とし、垂直方向を画像の列方向としたが、水平方向を画像の列方向とし、垂直方向を画像の行列方向としてもよい。

以上、本発明の実施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、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。 光走査部による最大走査可能範囲と有効走査範囲との関係を示す図である。 光分岐素子の構成を説明するための図である。 光分岐素子の特性を説明するための図である。 光分岐素子により分岐された９つの画像光の説明図である。 投射光学系に入射した光が光分岐素子により分岐して利用者の眼に入射する様子を示す図である。 分岐された画像光の射出瞳位置における配列を示す図である。 光分岐素子による射出瞳の拡大を説明するための図である。 画像光が網膜上で合焦していないときの状態を説明するための図である。 画像光の走査方向と分岐方向とが一致するときの利用者の眼の焦点調節を説明するための図である。 画像光の走査方向と分岐方向とが一致するときの利用者の眼の焦点調節を説明するための図である。 画像光の走査方向と分岐方向とが一致するときの利用者の眼の焦点調節を説明するための図である。 画像光の走査方向と分岐方向とが４５度ずれているときの利用者の眼の焦点調節を説明するための図である。 画像光の走査方向と分岐方向とが４５度ずれているときの利用者の眼の焦点調節を説明するための図である。 画像光の走査方向と分岐方向とが４５度ずれているときの利用者の眼の焦点調節を説明するための図である。 画像光の走査方向と分岐方向とが０度より大きく４５度より小さい角度のときの利用者の眼の焦点調節を説明するための図である。 画像光の走査方向と分岐方向とが０度より大きく４５度より小さい角度のときの利用者の眼の焦点調節を説明するための図である。 画像光の走査方向と分岐方向とが０度より大きく４５度より小さい角度のときの利用者の眼の焦点調節を説明するための図である。

符号の説明

１ 網膜走査型画像表示装置
２ 画像光生成部
１０ 制御部
２０ 光源部
３０ 光ファイバ
４０ 光走査部
５０ 投射光学系
５１ｂ レンズ（投射部）
５２ 光分岐素子
５２Ａ 第１分岐部
５２Ｂ 第２分岐部

Claims (9)

1. 複数の画素を行列状に配列した２次元画像を形成する画像光を生成する画像光生成部と、前記画像光生成部で生成した画像光を投射対象に投射する投射部と、前記画像光生成部と前記投射部との間にある中間像面に配置される光分岐素子と、を備えた画像表示装置において、
   前記光分岐素子は、前記画像光を複数に分岐して第１方向に射出瞳を拡大する第１分岐部と、前記画像光を複数に分岐して前記第１方向と交差する第２方向に射出瞳を拡大する第２分岐部とから構成され、前記第１方向及び第２方向は共に前記画素配列の行方向及び列方向に対して０度より大きく４５度より小さい角度に設定されていることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記第１方向と前記行方向とがなす角度又は第１方向と前記列方向とがなす角度が１８〜１９度であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記第２方向と前記行方向とがなす角度又は第２方向と前記列方向とがなす角度が３３〜３４度であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 前記第１分岐部及び前記第２分岐部は回折素子から構成されており、回折により前記画像光を複数に分岐することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
5. 前記第１分岐部及び前記第２分岐部は、回折により前記画像光を０次回折光と±１次回折光とに分岐することを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
6. 前記第１方向と前記第２方向とは略直交する関係であり、
   前記第１分岐部と前記第２分岐部とはそれぞれ回折方向が相互に略直交する回折素子から構成されることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の画像表示装置。
7. 前記第１方向と前記第２方向とは略直交する関係であり、
   前記第１分岐部と前記第２分岐部とが回折方向が略直交する２次元回折素子で形成されることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の画像表示装置。
8. 前記画像光生成部は、
   前記２次元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第１走査方向及び当該第１走査方向と略直交する第２走査方向に走査することによって前記画像光を生成する走査部と、を備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
9. 前記投射部は、前記画像光生成部で生成した画像光を利用者の眼に投射することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像表示装置。