JP2011039490A - 画像表示装置、頭部装着型ディスプレイ及び光ビーム伸長装置 - Google Patents

Abstract

【課題】全体としての小型化、軽量化を容易に図り得る画像表示装置を提供する。
【解決手段】画像表示装置は、光源１１及び走査手段を備えており、走査手段は、（ａ）光源１１から出射された光ビームが入射される第１ミラー２０、（ｂ）第１ミラー２０から出射された光ビームが入射され、第１ミラー２０の回動に伴う光ビームの第１入射角に依存して第１出射角を成した平行光を出射する第１光偏光手段３０、（ｃ）第１光偏光手段３０から出射された平行光が入射される第２ミラー４０、及び、（ｄ）第２ミラー４０から出射された平行光が入射され、第２ミラー４０の回動に伴う平行光の第２入射角に依存して第２出射角を成した平行光を出射する第２光偏光手段５０を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像表示装置、頭部装着型ディスプレイ及び光ビーム伸長装置に関する。

画像形成装置によって形成された２次元画像を虚像光学系により拡大虚像として観察者に観察させるための虚像表示装置（画像表示装置）が、例えば、特表２００５−５２１０９９や特開２００６−１６２７６７から周知である。

概念図を図１４に示すように、この画像表示装置２００は、２次元マトリクス状に配列された複数の画素を備えた画像形成装置２０１、画像形成装置２０１の画素から出射された光を平行光とするコリメート光学系２０２、及び、コリメート光学系２０２にて平行光とされた光が入射され、導光され、出射される導光手段２０３を備えている。導光手段２０３は、入射された光が内部を全反射により伝播した後、出射される導光板２０４、導光板２０４に入射された光が導光板２０４の内部で全反射されるように、導光板２０４に入射された光を反射させる第１偏向手段２０５（例えば、１層の光反射膜から成る）、及び、導光板２０４の内部を全反射により伝播した光を導光板２０４から出射させる第２偏向手段２０６（例えば、多層積層構造を有する光反射多層膜から成る）から構成されている。そして、このような画像表示装置２００によって、例えば、ＨＭＤ（Head Mounted Display）を構成すれば、装置の軽量化、小型化を図ることができる。

特表２００５−５２１０９９ 特開２００６−１６２７６７

ところで、従来の画像表示装置２００において、画像形成装置２０１は２次元マトリクス状に配列された複数の画素を備えた構造を有しており、例えば、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）等の透過型あるいは反射型の液晶表示装置から構成されている。従って、画像形成装置２０１の小型化を図ることが困難である。また、従来の画像表示装置２００にあっては、画像形成装置２０１及びコリメート光学系２０２が必要であるため、画像表示装置全体としての小型化、軽量化も困難である。

従って、本発明の目的は、画像表示装置全体としての小型化、軽量化を容易に図り得る画像表示装置、係る画像表示装置を適用した頭部装着型ディスプレイ、及び、係る画像表示装置への適用に適した光ビーム伸長装置を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の画像表示装置は、光源、及び、光源から出射された光ビームを走査する走査手段を備えており、
走査手段は、
（ａ）第１方向に延びる第１軸を回動軸として回動可能であり、光源から出射された光ビームが入射される第１ミラー、
（ｂ）第１方向とは異なる第２方向に沿って軸線が延びており、第１ミラーから出射された光ビームが第１入射角にて入射され、第１ミラーの回動に伴う光ビームの第１入射角に依存して第２方向と所定の第１出射角を成した平行光を出射する第１光偏向手段、
（ｃ）第３方向に延びる第２軸を回動軸として回動可能であり、第１光偏向手段から出射された平行光が入射される第２ミラー、及び、
（ｄ）第３方向とは異なる第４方向に沿って軸線が延びており、第２ミラーから出射された平行光が第２入射角にて入射され、第２ミラーの回動に伴う平行光の第２入射角に依存して第４方向と所定の第２出射角を成した平行光を出射する第２光偏向手段、
を備えている。

上記の目的を達成するための本発明の頭部装着型ディスプレイ（ＨＭＤ，Head Mounted Display）は、
（Ａ）観察者の頭部に装着される眼鏡型のフレーム、及び、
（Ｂ）フレームに取り付けられた画像表示装置、
を備えている。そして、この画像表示装置は、上記の本発明の画像表示装置から構成されている。

上記の目的を達成するための本発明の光ビーム伸長装置は、光源から出射された光ビームを第２方向及び第４方向に２次元的に伸長し、平行光として出射する装置である。そして、この光ビーム伸長装置は、上記の本発明の画像表示装置における走査手段と同じ構成を有する。

本発明の画像表示装置、頭部装着型ディスプレイあるいは光ビーム伸長装置は、第１ミラー、第１光偏向手段、第２ミラー、第２光偏向手段を備えており、光源から出射された光ビームを平行光にして出射する。従って、例えば液晶表示装置から構成された画像形成装置、それ自体が不要である。しかも、走査手段や光ビーム伸長装置の内部で、例えば、２次元画像を、一旦、あたかも中間像として作成する必要が無い。即ち、結像光学系が不要である。それ故、光源や走査手段の小型化、更には、画像表示装置全体としての小型化、軽量化を図ることができる。本発明の画像表示装置あるいは頭部装着型ディスプレイにあっては、光源から光ビームとして出射され、最終的に第２光偏向手段から出射された平行光は、観察者の眼球に入射する。そして、眼球において瞳孔（通常、直径２乃至６ｍｍ程度）を通過し、網膜にて結像され、１つの画素として認識される。これは、第２光偏向手段から出射される光が平行光であるが故である。そして、このような操作を複数回、繰り返すことによって、２次元画像を認識することができる。

図１の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１の画像表示装置及び光ビーム伸長装置の概念図であり、図１の（Ｃ）は、入射角、出射角を説明するための概念図である。 図２の（Ａ）及び（Ｂ）は、観察者が画像を眺めたときに、画像の左下隅の画素が網膜上の右上に結像するときの光ビーム、平行光の状態を模式的に示す図である。 図３の（Ａ）及び（Ｂ）は、観察者が画像を眺めたときに、画像の右下隅の画素が網膜上の左上に結像するときの光ビーム、平行光の状態を模式的に示す図である。 図４の（Ａ）及び（Ｂ）は、観察者が画像を眺めたときに、画像の左上隅の画素が網膜上の右下に結像するときの光ビーム、平行光の状態を模式的に示す図である。 図５の（Ａ）及び（Ｂ）は、観察者が画像を眺めたときに、画像の右上隅の画素が網膜上の左下に結像するときの光ビーム、平行光の状態を模式的に示す図である。 図６は、光ビームの直径を１．０ｍｍとし、瞳孔径を２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍとし、光ビームの配列ピッチを光ビームの直径の１．０倍、１．１倍、１．２倍、１．５倍としたときの瞳孔内における光強度変動をシミュレーションして得られた結果に基づき求められた光強度変動比を示すグラフ、及び、そのときの光ビームの光強度分布を示すグラフである。 図７は、光ビームの直径を１．０ｍｍとし、瞳孔径を２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍとし、光ビームの配列ピッチを光ビームの直径の１．０倍、１．１倍、１．２倍、１．５倍としたときの瞳孔内における光強度変動をシミュレーションして得られた結果に基づき求められた光強度変動比を示すグラフ、及び、そのときの光ビームの光強度分布を示すグラフである。 図８は、光ビームの直径を１．０ｍｍとし、瞳孔径を２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍとし、光ビームの配列ピッチを光ビームの直径の１．０倍、１．１倍、１．２倍、１．５倍としたときの瞳孔内における光強度変動をシミュレーションして得られた結果に基づき求められた光強度変動比を示すグラフ、及び、そのときの光ビームの光強度分布を示すグラフである。 図９の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、第１ミラーから第１光偏向手段に入射した光ビームが第１光偏向手段の平行光出射面にて全反射したときの状態を模式的に示す図、及び、第２光偏向手段の平行光出射面と対向する面から第２光偏向手段へと入射した外光が、光反射／透過膜に衝突する結果、ゴーストが発生する状態を模式的に示す図である。 図１０の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例２及び実施例３における第１光偏向手段の模式的な一部断面図である。 図１１は、実施例４の頭部装着型ディスプレイを正面から眺めた模式図である。 図１２は、実施例４の頭部装着型ディスプレイを上方から眺めた模式図である。 図１３は、実施例１の画像表示装置及び光ビーム伸長装置の変形例の概念図である。 図１４は、従来の画像表示装置の概念図である。 図１５は、光ビームの干渉によって、画像に筋状の斑が生じている状態を示す図である。 図１６は、光ビームの干渉によって、画像にドット状の斑が生じている状態を示す図である。 図１７の（Ａ）及び（Ｂ）は、光ビームの干渉によって画像に筋状の斑が生じる状態を回避し得る方法の１つを説明する図である。

以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本発明の画像表示装置、頭部装着型ディスプレイ及び光ビーム伸長装置、全般に関する説明
２．実施例１（画像表示装置及び光ビーム伸長装置）
３．実施例２（実施例１の変形）
４．実施例３（実施例１の別の変形）
５．実施例４（頭部装着型ディスプレイ）、その他

［本発明の画像表示装置、頭部装着型ディスプレイ及び光ビーム伸長装置、全般に関する説明］
本発明の頭部装着型ディスプレイにおいて、
フレームは、観察者の正面に配置されるフロント部と、フロント部の両端に蝶番を介して回動自在に取り付けられた２つのテンプル部と、各テンプル部の先端部に取り付けられたモダン部から成り、
テンプル部あるいはフロント部の上部に、光源が配置されており、
フロント部の上部に、第１ミラー、第１光偏向手段及び第２ミラーが配置されており、
第２光偏向手段は、観察者の瞳と対向して配置されている（即ち、通常の眼鏡のフレームにおけるレンズ取り付け位置に相当する位置に配置されている）構成とすることができる。以上の配置は、観察者が裸眼にて十分な視力がある場合、若しくは、コンタクトレンズ等を使用している場合の配置であるが、通常の眼鏡にて視力矯正をしている観察者の場合、眼鏡のレンズの外側に第２光偏向手段を配置することもできる。

あるいは又、フロント部の上部に、第１ミラー、第１光偏向手段、第２ミラー及び第２光偏向手段が配置されている構成とすることもできる。

本発明の画像表示装置、上記の好ましい構成を含む本発明の頭部装着型ディスプレイを構成する走査手段、あるいは、本発明の光ビーム伸長装置（以下、これらを総称して、『本発明における走査手段等』と呼ぶ）において、第１ミラーから離れる方向に向かって第１光偏向手段から出射される平行光の第１出射角θ_O-1を正の値の出射角とするとき、第１光偏向手段への光ビームの第１入射角θ_I-1が大きくなるに従い、第１出射角θ_O-1は負の値から正の値の方向へと変化する形態とすることができる。そして、この場合、更には、第２ミラーから離れる方向に向かって第２光偏向手段から出射される平行光の第２出射角θ_O-2を正の値の出射角とするとき、第２光偏向手段への平行光の第２入射角θ_I-2が大きくなるに従い、第２出射角θ_O-2は負の値から正の値の方向へと変化する形態とすることができる。尚、第１入射角θ_I-1とは、第１光偏向手段に入射した光ビームと第２方向との成す角度と定義する。一方、第１出射角θ_O-1とは、第１光偏向手段から出射した平行光と、第１光偏向手段の平行光出射面の法線との成す角度と定義する。同様に、第２入射角θ_I-2とは、第２光偏向手段に入射した平行光と第４方向との成す角度と定義する。一方、第２出射角θ_O-2とは、第２光偏向手段から出射した平行光と、第２光偏向手段の平行光出射面の法線との成す角度と定義する。また、第１光偏向手段の内部を伝播する光ビームであって第１光偏向手段の平行光出射面に向かう光ビームと第２方向との成す第１入射角θ_I-1を正の値とする。同様に、第２光偏向手段の内部を伝播する平行光であって第２光偏向手段の平行光出射面に向かう平行光と第４方向との成す第２入射角θ_I-2を正の値とする。

以上に説明した好ましい形態を含む本発明における走査手段等において、第１光偏向手段に入射した光ビームは第１光偏向手段によって第２方向に伸長され、第２光偏向手段に入射した平行光は第２光偏向手段によって第４方向に伸長される構成とすることができる。これによって、最終的に得られる平行光は、第２方向及び第４方向に２次元的に伸長されたものとなる。

更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の画像表示装置あるいは頭部装着型ディスプレイにおいて、画像は、第２方向に沿ってＰ個、第４方向に沿ってＱ個の、合計Ｐ×Ｑ個の画素が配列されて成り、第２方向に沿ったＰ個の画素の位置に応じて第１入射角θ_I-1が規定され、第４方向に沿ったＱ個の画素の位置に応じて第２入射角θ_I-2が規定される構成とすることができる。光源から１回の光ビームの出射によって、最終的に表示画像における１画素が得られる。従って、Ｐ×Ｑ個の画素を表示するためには、Ｐ×Ｑ回の光ビームの出射が必要とされる。第１ミラー及び第２ミラーは、画素の位置情報を、一種の角度情報に変換する機能を有する。第２方向と第４方向とは直交する関係にあることが望ましい。

また、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の画像表示装置あるいは頭部装着型ディスプレイにおいて、第１ミラーの単位時間当たりの回動数（振動周波数）は、第２ミラーの単位時間当たりの回動数（振動周波数）よりも高い構成とすることが望ましいが、第２ミラーの回動数の方が高い構成としてもよい。第１ミラーや第２ミラーの回動のためには、第１ミラーや第２ミラーに備えられた回動手段に、例えば、正弦波信号や矩形波信号、鋸波信号を入力すればよい。第１ミラーを駆動するための信号の周波数は、第２方向に沿った画素数、第２ミラーのデューティ、フレームレート等から決定され、例えば、数キロヘルツ乃至数百キロヘルツ程度である。また、第２ミラーを駆動するための信号の周波数は、フレームレート等から決定され、例えば、１５ヘルツ、３０ヘルツ、６０ヘルツ、１２０ヘルツ、１８０ヘルツ、２４０ヘルツ等である。第１ミラーや第２ミラーを、１軸の周りに回動可能なマイクロミラーを有するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）から構成する場合、例えば、高速での第１ミラーの回動を共振に基づき行い、低速での第２ミラーの回動を非共振に基づき行うことができる。

更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の画像表示装置あるいは頭部装着型ディスプレイにおいて、第１方向と第４方向とは一致しており（平行であり）、第２方向と第３方向とは一致しており（平行であり）、第１方向及び第４方向は第２方向及び第３方向と直交する関係にある形態とすることができ、この場合、更には、画像観察位置は、第２光偏向手段に対して第５方向に位置し、第５方向は、第１方向及び第４方向と直交し、且つ、第２方向及び第３方向と直交する関係にある形態とすることができる。但し、必ずしも各方向が平行あるいは直交した関係に無くともよい。

以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の画像表示装置、頭部装着型ディスプレイあるいは光ビーム伸長装置にあっては、第１光偏向手段の内部には複数の半透過鏡（ハーフミラー）が設けられており、第２光偏向手段の内部には複数の半透過鏡（ハーフミラー）が設けられている構成とすることができるが、これに限定するものではなく、半透過鏡の替わりに、偏光ビームスプリッターから構成することもできる。半透過鏡は、合金を含む金属から成る金属膜から構成することもできるし、誘電体積層膜が多数積層された多層積層構造体から構成することもできる。誘電体積層膜は、例えば、高誘電率材料としてのＴｉＯ₂膜、及び、低誘電率材料としてのＳｉＯ₂膜から構成されている。尚、以下の説明において、光の一部を反射し、一部を透過（通過）する金属膜、多層積層構造体、偏光ビームスプリッター等を、総称して、便宜上、『光反射／透過膜』と呼ぶ。光反射／透過膜の形成は、使用する材料に依存して、真空蒸着法やスパッタリング法を含む各種の物理的気相成長法（ＰＶＤ法）、各種の化学的気相成長法（ＣＶＤ法）にて行うことができる。

第１光偏向手段及び第２光偏向手段の内部には、多数の光反射／透過膜が形成されている。ここで、第１光偏向手段あるいは第２光偏向手段における光反射／透過膜の光反射率は、垂直入射において、３０％以下、好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下であることが望ましい。多数の光反射／透過膜の光反射率を、同じとしてもよいし、第１光偏向手段、第２光偏向手段の内部における配置位置に依存して変化させてもよい。後者の場合、具体的には、第１光偏向手段にあっては、第１ミラーから離れた位置に位置する光反射／透過膜の光反射率をより高くすることが望ましく、第２光偏向手段にあっては、第２ミラーから離れた位置に位置する光反射／透過膜の光反射率をより高くすることが望ましい。云い換えれば、第１光偏向手段にあっては、第１ミラーから離れた位置に位置する光反射／透過膜の光透過率をより低くすることが望ましく、第２光偏向手段にあっては、第２ミラーから離れた位置に位置する光反射／透過膜の光透過率をより低くすることが望ましい。光反射／透過膜の光透過率に対する光の入射角依存性（光反射／透過膜に入射する光の入射角が大きいほど、光反射率が高くなる関係）を利用してもよい。このように徐々に光反射率を増加させることで、第１ミラーから離れた位置に位置する第１光偏向手段の部分で反射される光の強度と、第１ミラーから近い位置に位置する第１光偏向手段の部分で反射される光の強度を近づけることができる。第２光偏向手段についても同様である。第１ミラーから入射された光ビームは、第１光偏向手段の内部に配設された複数の光反射／透過膜を透過（通過）し、光反射／透過膜で反射され、平行光となって第１光偏向手段から出射される。第２ミラーから入射された平行光は、第２光偏向手段の内部に配設された複数の光反射／透過膜を透過（通過）し、光反射／透過膜で反射され、平行光となって第２光偏向手段から出射される。第１光偏向手段における光反射／透過膜の第２方向に対する角度は、全ての光反射／透過膜において同じであり、３０度乃至７０度、好ましくは４０度乃至６０度、より好ましくは４５度乃至５５度を例示することができる。同様に、第２光偏向手段における光反射／透過膜の第４方向に対する角度は、全ての光反射／透過膜において同じであり、３０度乃至７０度、好ましくは４０度乃至６０度、より好ましくは４５度乃至５５度を例示することができる。光反射／透過膜の配列ピッチは、一定であってもよいし、変化させてもよい。第２光偏向手段をシースルー型（半透過型）とし、第２光偏向手段を通して外界を観察できることが好ましい。第１光偏向手段の長さ（第２方向に沿った長さ）として５ｍｍ以上、高さ（第４方向に沿った長さ）として０．５ｍｍ以上、厚さ（第５方向に沿った長さ）として０．５ｍｍ以上を例示することができる。また、第２光偏向手段の長さ（第２方向に沿った長さ）として５ｍｍ以上、高さ（第４方向に沿った長さ）として５ｍｍ以上、厚さ（第５方向に沿った長さ）として０．５ｍｍ以上を例示することができる。

第１光偏向手段あるいは第２光偏向手段の内部に設けられた半透過鏡あるいは光反射／透過膜（以下、これらを総称して、単に『半透過鏡等』と呼ぶ場合がある）において、１回反射され、第１光偏向手段あるいは第２光偏向手段から出射される光ビーム（便宜上、『主光ビーム』と呼ぶ）の光強度に対して、複数回反射され、第１光偏向手段あるいは第２光偏向手段から出射される光ビーム（便宜上、『分岐光ビーム』と呼ぶ）の光強度が無視できない程度に高いとき、主光ビームと分岐光ビームとの干渉に起因して、画像に筋状の斑（ムラ）が生じる場合がある（図１５参照）。このような現象の発生を防止するためには、分岐光ビームの数を少なくすることが有効であり、そのためには、半透過鏡等の数を少なくしたり、第１光偏向手段の厚さ（第２の方向と直交する仮想平面で第１光偏向手段を切断したときに第１光偏向手段の厚さ）あるいは第２光偏向手段の厚さ（第４の方向と直交する仮想平面で第２光偏向手段を切断したときに第２光偏向手段の厚さ）を薄くすることが効果的である。図１７の（Ａ）の模式図に示すよりも、図１７の（Ｂ）の模式図に示すように、光偏向手段の厚さを薄くすると、分岐光ビームの数を少なくすることができる。尚、図１７においては、図面の簡素化のために、１本の光ビームのみを表示している。しかしながら、このような対処は、第１光偏向手段あるいは第２光偏向手段の設計上、屡々、困難を伴う。

それ故、このような現象の発生を抑制するために、第１光偏向手段の内部に設けられた複数の半透過鏡（あるいは光反射／透過膜）の第２の方向に沿ったピッチのバラツキｂ₁は、光源の発光スペクトルのピーク波長をλ、スペクトル半値幅をΔλとしたとき、
ｂ₁≧λ²／（３πΔλ）
を満足することが好ましい。尚、この場合、第１光偏向手段の内部に設けられた半透過鏡（あるいは光反射／透過膜）の光反射率は、垂直入射において１０％以下、好ましくは５％以下であることが望ましい。

また、このような第１光偏向手段における好ましい構成を含む本発明の画像表示装置、頭部装着型ディスプレイあるいは光ビーム伸長装置において、第２光偏向手段の内部に複数の半透過鏡（あるいは光反射／透過膜）が設けられている場合、第２光偏向手段の内部に設けられた複数の半透過鏡（あるいは光反射／透過膜）の第４の方向に沿ったピッチのバラツキｂ₂は、光源の発光スペクトルのピーク波長をλ、スペクトル半値幅をΔλとしたとき、
ｂ₂≧λ²／（３πΔλ）
を満足することが好ましい。尚、この場合、第２光偏向手段の内部に設けられた半透過鏡（あるいは光反射／透過膜）の光反射率は、垂直入射において１０％以下、好ましくは５％以下であることが望ましい。

このように、複数の半透過鏡等のピッチにバラツキｂ₁，ｂ₂をもたせることで、光ビームに光路差が生じる結果、主光ビームと分岐光ビームとの干渉が生じ難くなり、画像における筋状の斑の発生を抑制することが可能となる。

あるいは又、第１光偏向手段あるいは第２光偏向手段の内部に設けられた半透過鏡等において、或る半透過鏡等で反射される光ビームと、例えばこの半透過鏡等に隣接した半透過鏡等で反射される光ビームとが干渉して、ドット状の斑が生じる場合がある（図１６参照）。これは、隣接した半透過鏡等で反射される光ビーム相互が重なり合うときに（あるいは又、概略、半透過鏡等が設けられたピッチよりも光ビームの直径が大きいときに）、生じ得る。

それ故、このような現象の発生を抑制するために、第１光偏向手段に入射される光ビームの直径をＤ₁、第１光偏向手段の内部に設けられた複数の半透過鏡（あるいは光反射／透過膜）の第２の方向に沿ったピッチをＢ₁、光源の発光スペクトルのピーク波長をλ、スペクトル半値幅をΔλとしたとき、
Ｄ₁＞Ｂ₁
であり、且つ、
Ｂ₁＞λ²／（２πΔλ）
を満足することが好ましい。尚、この場合、第１光偏向手段の内部に設けられた半透過鏡（あるいは光反射／透過膜）の光反射率は、垂直入射において１０％以下、好ましくは５％以下であることが望ましい。

また、このような第１光偏向手段における好ましい構成を含む本発明の画像表示装置、頭部装着型ディスプレイあるいは光ビーム伸長装置において、第２光偏向手段の内部に複数の半透過鏡（あるいは光反射／透過膜）が設けられている場合、第３光偏向手段に入射される光ビームの直径をＤ₂、第２光偏向手段の内部に設けられた複数の半透過鏡（あるいは光反射／透過膜）の第４の方向に沿ったピッチをＢ₂、光源の発光スペクトルのピーク波長をλ、スペクトル半値幅をΔλとしたとき、
Ｄ₂＞Ｂ₂
であり、且つ、
Ｂ₂＞λ²／（２πΔλ）
を満足することが好ましい。尚、この場合、第２光偏向手段の内部に設けられた半透過鏡（あるいは光反射／透過膜）の光反射率は、垂直入射において１０％以下、好ましくは５％以下であることが望ましい。

このように、複数の半透過鏡等のピッチＢ₁，Ｂ₂を規定することで、或る半透過鏡等で反射される光ビームと、例えばこの半透過鏡等に隣接した半透過鏡等で反射される光ビームとの間の干渉が生じ難くなる結果、画像におけるドット状の斑の発生を抑制することが可能となる。

更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の画像表示装置、頭部装着型ディスプレイあるいは光ビーム伸長装置において、第１光偏向手段の光ビーム入射面及び平行光出射面には反射防止膜が配設されている構成とすることが好ましい。また、第２光偏向手段の平行光入射面、平行光出射面、及び、この平行光出射面と対向する面のそれぞれには、反射防止膜が配設されている構成とすることが好ましい。ここで、反射防止膜（Anti Reflection Coaitng，ＡＲＣ）は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_X）、酸化タンタル（ＴａＯ_X）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_X）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ_X）、酸化クロム（ＣｒＯ_X）、酸化バナジウム（ＶＯ_X）、酸化チタン（ＴｉＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_X）、酸化ニオブ（ＮｂＯ_X）、酸化スカンジウム（ＳｃＯ_X）、酸化イットリウム（ＹＯ_X）、窒化シリコン（ＳｉＮ_Y）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯ_XＮ_Y）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ_X）、フッ化セリウム（ＣｅＦ_X）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_X）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ_X）、フッ化アルミニウム・ナトリウム（Ｎａ_YＡｌ_ZＦ_X）、フッ化ランタン（ＬａＦ_X）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_X）、フッ化イットリウム（ＹＦ_X）及び硫化亜鉛（ＺｎＳ_X）から成る群から選択された少なくとも１種類の材料から成る形態とすることができる。あるいは又、場合によっては、反射防止膜を、ＳｉＯ、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｙ₂Ｏ₃等の誘電体薄膜を少なくとも２層、積層した構造（例えば、高屈折率膜／低屈折率膜／高屈折率膜／低屈折率膜・・・といった積層構造）とすることもできる。反射防止膜の形成は、使用する材料に依存して、真空蒸着法やスパッタリング法を含む各種のＰＶＤ法、各種のＣＶＤ法にて行うことができる。

以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の画像表示装置あるいは頭部装着型ディスプレイにおいて、光源は、発光素子、具体的には、半導体レーザ素子（ＬＤ）や固体レーザ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセンスダイオード（ＳＬＤ）、有機ＥＬ発光素子、あるいは、無機ＥＬ発光素子から構成することが好ましい。また、広義の光源には、上記各種の光源を光ファイバに導入した場合の光ファイバ出射端も含まれる。ここで、光源は、赤色を発光する発光素子、緑色を発光する発光素子、及び、青色を発光する発光素子から構成され、これらの発光素子から出射された赤色の光ビーム、緑色の光ビーム、青色の光ビームを１本の光ビームに纏める合波手段（色合成手段）を備えていることが好ましい。合波手段として、例えば、ダイクロイック・プリズムやダイクロイック・ミラー、クロスプリズム、偏光ビームスプリッター、ハーフミラーを挙げることができる。光源から出射された光ビームを平行な光ビームとするための光ビーム整形手段（例えば、コリメートレンズ）を光源と第１ミラーとの間に配置してもよい。尚、このコリメートレンズは、１本あるいは複数本の光ビームを通過させるだけなので、従来の技術におけるコリメート光学系のように、実画像に相当する光線を通過させるための大きなレンズを必要としない。また、光ビームの断面形状を整形するために、また、不所望の散乱光や迷光を生じさせないために、アパーチャが備えられていてもよい。アパーチャは、光源と第１ミラーとの間、あるいは、第１ミラーと第１光偏向手段との間に配置すればよい。アパーチャの形状として、円形、正方形、長方形、正六角形、正八角形を例示することができる。アパーチャの面積として、８×１０^-5ｃｍ²（円形とした場合、直径０．１ｍｍに相当する）乃至０．８ｃｍ²（円形とした場合、直径１０ｍｍに相当する）を例示することができる。光源から出射される光ビームの強度は、表示すべき画像の明るさに依存するが、更には、表示すべき画像における画素の位置を加味して、光源から出射される光ビームの強度を決定してもよい。具体的には、例えば、第１入射角θ_I-1、第２入射角θ_I-2が小さい場合、光ビームや平行光が通過する光反射／透過膜の数が増加するので、光源から出射される光ビームの強度を増加させてもよい。

第１ミラーや第２ミラーとして、例えば、１軸の周りに回動可能なマイクロミラーを有するＭＥＭＳや、ガルバノ・ミラー、ポリゴン・ミラーを挙げることができる。また、必ずしもミラーを用いる必要はなく、電気光学スキャナ、音響光学スキャナ、コリメートレンズの可動、光源自体の回動といった任意のスキャン手段、スキャン方式を用いてもよい。即ち、第１ミラーの代わりに第１スキャン手段を用い、第２ミラーの代わりに第２スキャン手段を用いてもよい。

第１光偏向手段や第２光偏向手段は、入射する光に対して透明な材料から作製されている。ここで、第１光偏向手段や第２光偏向手段を構成する材料として、石英ガラスやＢＫ７等の光学ガラスを含むガラスや、プラスチック材料（例えば、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、非晶性のポリプロピレン系樹脂、ＡＳ樹脂を含むスチレン系樹脂）を挙げることができる。尚、ＢＫ７等通常の光学ガラスは、加工精度・信頼性が高く、好ましい材料である。また、屈折率が高い材料を用いることで、第１光偏向手段や第２光偏向手段の厚さを薄くでき、例えば、屈折率は１．６以上であることがより好ましい。

画素の数は、画像表示装置に要求される仕様に基づき決定すればよく、画素の数の具体的な値として、３２０×２４０、４３２×２４０、６４０×４８０、８５４×４８０、１０２４×７６８、１３６６×７６８、１９２０×１０８０を例示することができる。

本発明の画像表示装置によって、例えば、頭部装着型ディスプレイを構成することができ、装置の軽量化、小型化を図ることができる。頭部装着型ディスプレイにあっては、本発明の画像表示装置を、１つ備えていてもよいし（片眼型）、２つ備えていてもよい（両眼型）。

上述したとおり、フレームは、観察者の正面に配置されるフロント部と、フロント部の両端に蝶番を介して回動自在に取り付けられた２つのテンプル部と、各テンプル部の先端部に取り付けられたモダン部から成り、更には、ノーズパッドを備えている。頭部装着型ディスプレイの全体を眺めたとき、フレーム及びノーズパッドの組立体は、実質的に、通常の眼鏡と略同じ構造を有する。フレームを構成する材料は、金属や合金、プラスチック、これらの組合せといった、通常の眼鏡を構成する材料と同じ材料から構成することができる。ノーズパッドも周知の構成、構造とすることができる。

そして、頭部装着型ディスプレイのデザイン上、あるいは、頭部装着型ディスプレイの装着の容易性といった観点から、１あるいは２の画像表示装置からの配線（信号線や電源線等）が、テンプル部、及び、モダン部の内部を介して、モダン部の先端部から外部に延び、外部回路（制御回路）に接続されている形態とすることが望ましい。更には、画像表示装置はヘッドホン部を備えており、画像表示装置からのヘッドホン部用配線が、テンプル部、及び、モダン部の内部を介して、モダン部の先端部からヘッドホン部へと延びている形態とすることが一層望ましい。ヘッドホン部として、例えば、インナーイヤー型のヘッドホン部、カナル型のヘッドホン部を挙げることができる。ヘッドホン部用配線は、より具体的には、モダン部の先端部から、耳介（耳殻）の後ろ側を回り込むようにしてヘッドホン部へと延びている形態とすることが好ましい。

実施例１は、本発明の画像表示装置及び本発明の光ビーム伸長装置に関する。実施例１の画像表示装置及び光ビーム伸長装置の概念図を図１の（Ａ）及び（Ｂ）に示すが、図１の（Ａ）は、第２方向と第５方向とを含む仮想平面（ＸＺ平面）における画像表示装置及び光ビーム伸長装置の概念図であり、図１の（Ｂ）は、図１の（Ａ）の矢印Ｂ−Ｂに沿い、第４方向と第５方向とを含む仮想平面（ＹＺ平面）における画像表示装置及び光ビーム伸長装置の概念図である。また、図１の（Ｃ）に、入射角、出射角を説明するための概念図を示すが、図１の（Ｃ）においては光反射／透過膜の図示を省略している。尚、図１及び図２〜図５では、第１光偏向手段３０からＺ軸の正の方向に光が出射され、第２ミラー４０でＹ軸正の方向（即ち、下方に）に出射される配置となっているが、例えば、第１光偏向手段３０からＺ軸の負の方向に光が出射され、第２ミラー４０でＹ軸正の方向（即ち、下方に）に出射される配置とすることもできる。

実施例１の画像表示装置１０は、光源１１、及び、光源１１から出射された光ビームを走査する走査手段を備えている。そして、走査手段は、
（ａ）第１方向に延びる第１軸２１を回動軸として回動可能であり、光源１１から出射された光ビームが入射される第１ミラー２０、
（ｂ）第１方向とは異なる第２方向に沿って軸線が延びており、第１ミラー２０から出射された光ビームが第１入射角θ_I-1にて入射され、第１ミラー２０の回動に伴う光ビームの第１入射角θ_I-1に依存して第２方向と所定の第１出射角θ_O-1を成した平行光を出射する第１光偏向手段３０、
（ｃ）第３方向に延びる第２軸４１を回動軸として回動可能であり、第１光偏向手段３０から出射された平行光が入射される第２ミラー４０、及び、
（ｄ）第３方向とは異なる第４方向に沿って軸線が延びており、第２ミラー４０から出射された平行光が第２入射角θ_I-2にて入射され、第２ミラー４０の回動に伴う平行光の第２入射角θ_I-2に依存して第４方向と所定の第２出射角θ_O-2を成した平行光を出射する第２光偏向手段５０、
を備えている。

また、実施例１の光ビーム伸長装置は、光源１１から出射された光ビームを第２方向及び第４方向に２次元的に伸長し、平行光として出射する装置である。そして、この光ビーム伸長装置は、実施例１の画像表示装置１０における走査手段と同じ構成を有する。

ここで、図１の（Ｃ）及び図２〜図５に概念図を示すように、第１ミラー２０から離れる方向に向かって第１光偏向手段３０から出射される平行光の第１出射角θ_O-1を正の値の出射角とするとき、第１光偏向手段３０への光ビームの第１入射角θ_I-1が大きくなるに従い、第１出射角θ_O-1は負の値から正の値の方向へと変化する。更には、第２ミラー４０から離れる方向に向かって第２光偏向手段５０から出射される平行光の第２出射角θ_O-2を正の値の出射角とするとき、第２光偏向手段５０への平行光の第２入射角θ_I-2が大きくなるに従い、第２出射角θ_O-2は負の値から正の値の方向へと変化する。

尚、図２の（Ａ）、図３の（Ａ）、図４の（Ａ）及び図５の（Ａ）は、図１の（Ａ）と同様に、第２方向と第５方向とを含む仮想平面（ＸＺ平面）における画像表示装置及び光ビーム伸長装置の概念図であり、図２の（Ｂ）、図３の（Ｂ）、図４の（Ｂ）及び図５の（Ｂ）は、図１の（Ｂ）と同様に、第４方向と第５方向とを含む仮想平面（ＹＺ平面）における画像表示装置及び光ビーム伸長装置の概念図である。

画像は、第２方向に沿ってＰ個、第４方向に沿ってＱ個の、合計Ｐ×Ｑ個の画素が配列されて成る。具体的には、例えば、Ｐ＝６４０、Ｑ＝４８０、対角２８度である。そして、第２方向に沿ったＰ個の画素の位置に応じて第１入射角θ_I-1が規定され、第４方向に沿ったＱ個の画素の位置に応じて第２入射角θ_I-2が規定される。光源１１から１回の光ビームの出射によって、最終的に表示画像における１画素が得られる。従って、Ｐ×Ｑ個の画素を表示するためには、Ｐ×Ｑ回の光ビームの出射が必要とされる。そして、第２光偏向手段５０から出射された平行光は、観察者の眼球に入射し、眼球において瞳孔（通常、直径２乃至６ｍｍ程度）を通過し、網膜にて結像され、１つの画素として認識される。そして、このような操作の集合（光源１１からのＰ×Ｑ回の光ビームの出射）によって、Ｐ×Ｑ個の画素から構成された１フレーム分の２次元画像を認識することができる。

ここで、図２の（Ａ）及び（Ｂ）に示す状態（『状態−Ａ』）にあっては、観察者が画像を眺めたときに、画像の左下隅の画素が網膜上の右上に結像する。また、図３の（Ａ）及び（Ｂ）に示す状態（『状態−Ｂ』）にあっては、観察者が画像を眺めたときに、画像の右下隅の画素が網膜上の左上に結像する。更には、図４の（Ａ）及び（Ｂ）に示す状態（『状態−Ｃ』）にあっては、観察者が画像を眺めたときに、画像の左上隅の画素が網膜上の右下に結像する。また、図５の（Ａ）及び（Ｂ）に示す状態（『状態−Ｄ』）にあっては、観察者が画像を眺めたときに、画像の右上隅の画素が網膜上の左下に結像する。これらの状態における第１入射角θ_I-1、第１出射角θ_O-1、第２入射角θ_I-2、第２出射角θ_O-2の値を以下の表１に示す。

［表１］
状態−Ａ 状態−Ｂ 状態−Ｃ 状態−Ｄ
第１入射角θ_I-1 最小値 最大値 最小値 最大値
第１出射角θ_O-1 最小値 最大値 最小値 最大値
第２入射角θ_I-2 最小値 最小値 最大値 最大値
第２出射角θ_O-2 最小値 最小値 最大値 最大値

ここで、第１光偏向手段３０に入射した光ビームは第１光偏向手段３０によって第２方向に伸長され、第２光偏向手段５０に入射した平行光は第２光偏向手段５０によって第４方向に伸長される。そして、これによって、最終的に得られる平行光は、第２方向及び第４方向に２次元的に伸長されたものとなる。

第１ミラー２０及び第２ミラー４０は、例えば、１軸の周りに回動可能なマイクロミラーを有するＭＥＭＳから構成されている。尚、このようなＭＥＭＳから構成されたマイクロミラーは、周知の構成、構造を有するものとすることができるので、詳細な説明は省略する。ここで、第１ミラー２０の単位時間当たりの回動数（振動周波数）は、第２ミラー４０の単位時間当たりの回動数（振動周波数）よりも高い。具体的には、第１ミラー２０の単位時間当たりの回動数を２１ｋＨｚとし、第２ミラー４０の単位時間当たりの回動数をフレームレートと同じ６０Ｈｚとした。尚、高速での第１ミラー２０の回動を共振に基づき行い、低速での第２ミラー４０の回動を非共振に基づき行ったが、どちらの回動も共振駆動としてもよい。また、第２ミラー４０の面積は、光ビームが第１光偏向手段３０によって第２方向に伸長されるため、第１ミラー２０の面積より大きくなる。具体的には、第１ミラー２０のサイズは第１方向に２．０ｍｍ、第１方向に直交する方向に２．８ｍｍの長方形とし、第２ミラー４０のサイズは第３方向に３０ｍｍ、第３方向と直交する方向に２．８ｍｍの長方形とした。

実施例１にあっては、第１方向と第４方向とは一致しており（平行であり）、第２方向と第３方向とは一致しており（平行であり）、第１方向及び第４方向は第２方向及び第３方向と直交する関係にある。更には、画像観察位置は、第２光偏向手段５０に対して第５方向に位置し、第５方向は、第１方向及び第４方向と直交し、且つ、第２方向及び第３方向と直交する関係にある。より具体的には、第２方向及び第３方向をＸ方向、第１方向及び第４方向をＹ方向、第５方向をＺ方向としたが、これに限定するものではないし、各方向が平行あるいは直交した関係に無くともよい。

第１光偏向手段３０及び第２光偏向手段５０は、光学ガラス（ＢＫ７，屈折率：１．５１６８［波長５８７．６ｎｍ］）から作製されている。ここで、第１光偏向手段３０の長さ（第２方向に沿った長さ）を３０ｍｍ、高さ（第４方向に沿った長さ）を３．０ｍｍ、厚さ（第５方向に沿った長さ）を７．０ｍｍとした。また、第２光偏向手段５０の長さ（第２方向に沿った長さ）を３０ｍｍ、高さ（第４方向に沿った長さ）を３０ｍｍ、厚さ（第５方向に沿った長さ）を５．０ｍｍとした。第１光偏向手段３０の内部には複数の半透過鏡が設けられており、第２光偏向手段５０の内部にも複数の半透過鏡が設けられている。そして、実施例１にあっては、半透過鏡（光反射／透過膜３１，５１）は、誘電体多層膜から構成されている。ここで、光反射／透過膜３１，５１の光反射率は、垂直入射の場合、波長５３２ｎｍで約５％である。また、第１光偏向手段３０及び第２光偏向手段５０においては、多数の光反射／透過膜３１，５１が形成されているが、光反射／透過膜３１，５１の第２方向に沿ったピッチを０．７５ｍｍとした。光反射／透過膜３１，５１は等ピッチで形成されている。第１光偏向手段３０における光反射／透過膜３１の第２方向に対する角度（第２方向と成す角度）は、全ての光反射／透過膜３１において同じであり、４９度である。同様に、第２光偏向手段５０における光反射／透過膜５１の第４方向に対する角度（第４方向と成す角度）は、全ての光反射／透過膜５１において同じであり、４７．５度である。

第１光偏向手段３０及び第２光偏向手段５０は、所定の厚さを有する光学ガラスの表面に、光反射／透過膜３１，５１をＥＢ蒸着法に基づき形成し、こうして得られた材料を貼り合わせて積層し、光反射／透過膜３１，５１が第２方向あるいは第４方向と所望の角度となるように切断、研磨することで、作製することができる。

実施例１にあっては、光源１１を、半導体レーザ素子（ＬＤ）から構成した。具体的には、光源１１は、赤色を発光する発光素子（半導体レーザ素子）１１Ｒ、緑色を発光する発光素子（半導体レーザ素子）１１Ｇ、及び、青色を発光する発光素子（半導体レーザ素子）１１Ｂから構成されている。そして、これらの発光素子１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂから出射された赤色の光ビーム、緑色の光ビーム、青色の光ビームを１本の光ビームに纏める合波手段（色合成手段）を備えている。合波手段は、具体的には、ダイクロイックプリズム１３から構成されている。尚、参照番号１２及び参照番号１４は反射ミラーである。光源１１から出射された光ビームを平行な光ビームとするための光ビーム整形手段（コリメートレンズ）が光源１１と固定ミラー１４との間に配置しているが、このコリメートレンズの図示は省略した。また、光ビームの断面形状を整形するためのアパーチャ（図示せず）が、光源１１と固定ミラー１４との間に備えられている。アパーチャの形状を、直径１．０ｍｍの円形とした。従って、１本の光ビームが第１ミラー２０に入射するときの光ビームの断面積は、７．９×１０^-3ｃｍ²である。

光ビームの直径を１．０ｍｍとし、瞳孔径を２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍとし、光ビームの配列ピッチ（隣接する光ビームの中心間の距離）を光ビームの直径の１．０倍（図面では、「ピッチ１」で表す）、１．１倍（図面では、「ピッチ１．１」で表す）、１．２倍（図面では、「ピッチ１．２」で表す）、１．５倍（図面では、「ピッチ１．５」で表す）としたときの瞳孔内における光強度変動をシミュレーションして得られた結果に基づき求められた光強度変動比を、図６、図７及び図８に示す。また、そのときの光ビームの光強度分布を併せて図示する。第１ミラー２０に到達する光ビーム中心の光強度をＩ_max、光ビーム端の光強度をＩ_minとしたとき、図６に示す例にあっては、
Ｉ_min／Ｉ_max＝０．１３５
であり、図７に示す例にあっては、
Ｉ_min／Ｉ_max＝０．４１１
であり、図８に示す例にあっては、
Ｉ_min／Ｉ_max＝０．６０７
である。Ｉ_min／Ｉ_maxの値が大きくなるに従い、光強度変動比の変化が小さくなることが判る。即ち、例えば、観察者の瞳の位置が第２光偏向手段５０に対して移動したときであっても、観察者によって観察される画像の光強度に変化が生じ難くなる。従って、Ｉ_min／Ｉ_maxの値が大きくなるように、光源、コリメートレンズ、アパーチャの設計を行うことが好ましい。また、光強度変動をより小さくするため、光ビームの配列ピッチを光ビームの直径の１．０倍以下となるように光反射／透過膜の配列ピッチを設計してもよい。

実施例１の画像表示装置あるいは光ビーム伸長装置は、第１ミラー２０、第１光偏向手段３０、第２ミラー４０、第２光偏向手段５０を備えており、光源１１から出射された光ビームを平行光にして出射する。従って、走査手段や光ビーム伸長装置の内部で、例えば、２次元画像を、一旦、中間像として作成する必要が無い。また、例えば液晶表示装置から構成された画像形成装置、それ自体が不要である。それ故、光源や走査手段の小型化、更には、画像表示装置全体としての小型化、軽量化を図ることができる。また、例えば、第２光偏向手段への平行光の入射がＸ方向において非対称であるが故に、ゴーストが画像自体に重なり難い。

尚、第１光偏向手段３０の光ビーム入射面３２及び平行光出射面３３に反射防止膜を配設し、第２光偏向手段５０の平行光入射面５２、平行光出射面５３、及び、この平行光出射面５３と対向する面５４のそれぞれに反射防止膜を配設してもよい。ここで、反射防止膜（ＡＲＣ）は、例えば、ＭｇＦ_Xから構成すればよい。

また、第１光偏向手段３０の平行光出射面３３に、波長５３２ｎｍに合わせて設計した半波長板を取り付けてもよい。この半波長板により、第１光偏向手段３０の平行光出射面３３から出射した平行光の偏光は９０°回転し、第２光偏向手段５０の光反射／透過膜５１においても設計通りの反射率が得られる。

第１ミラー２０から第１光偏向手段３０に入射した光ビームが第１光偏向手段３０の平行光出射面３３にて全反射すると、場合によっては、図９の（Ａ）に模式的な断面図を示すように、全反射した光が光反射／透過膜３１によって反射され、第１光偏向手段３０から出射される結果、ゴーストが発生する虞がある。それ故、このようなゴーストの発生を抑制するために、第１光偏向手段３０におけるゴースト発生部分の光反射／透過膜３１の光透過率を最適化したり、発生したゴーストが観察者の瞳に入射しないように第１光偏向手段３０を設計すればよい。第２光偏向手段５０においても同様である。

また、図９の（Ｂ）に模式的な一部断面図を示すように、第２光偏向手段５０の平行光出射面５３と対向する面５４から入射した外光が、光反射／透過膜５１に衝突すると、一部が反射され、反射された外光が他の光反射／透過膜５１、平行光出射面５３、及び、平行光出射面５３と対向する面５４に衝突して反射、通過を繰り返し、その結果、ゴーストが発生する虞がある。このような場合、ゴーストが発生することを出来る限り抑制するためには、光反射／透過膜５１の光透過率を出来るだけ高くすればよい。また、その他の方法として、第２光偏向手段５０の平行光出射面５３と対向する面５４に偏光板を取り付けてもよい。この方法により、入射した外光が光反射／透過膜５１において反射することを抑制できるため、ゴーストの発生を防ぐことができる。

実施例２は、実施例１の変形である。前述したように、第１光偏向手段３０あるいは第２光偏向手段５０の内部に設けられた半透過鏡（光反射／透過膜３１，５１）において、１回反射され、第１光偏向手段３０あるいは第２光偏向手段５０から出射される主光ビームの光強度に対して、複数回反射され（例えば、３回反射され）、第１光偏向手段３０あるいは第２光偏向手段５０から出射される分岐光ビームの光強度が無視できない程度に高いとき、主光ビームと分岐光ビームとの干渉に起因して、画像に筋状の斑（ムラ）が生じる場合がある（図１５参照）。

実施例２にあっては、このような筋状の斑の発生を防止するために、第１光偏向手段３０の内部に設けられた複数の半透過鏡（光反射／透過膜３１）の第２の方向に沿ったピッチの設計値Ｂ_1dのバラツキｂ₁は、光源の発光スペクトルのピーク波長をλ、スペクトル半値幅をΔλとしたとき、
ｂ₁≧λ²／（３πΔλ） （２−１）
を満足する。云い換えれば、上記の式（２−１）を満足するように、複数の半透過鏡等の第２の方向に沿ったピッチをばらつかせる。

図１０の（Ａ）に第１光偏向手段３０の模式的な一部断面図を示すように、ピッチの設計値Ｂ_1dを０．７０ｍｍ、第１光偏向手段３０に入射される光ビームの直径Ｄ₁を１．５ｍｍ、半透過鏡（光反射／透過膜３１）の傾斜角（第２の方向と成す方向）ψを４９度とし、光反射／透過膜３１の数を３０とした。そして、第２の方向に沿ったピッチのバラツキｂ₁を、種々、変えて、多数のシミュレーションを行った。その結果、光路長のバラツキは、ピッチのバラツキｂ₁の最大、約３倍となった。尚、第１光偏向手段３０への光ビームの入射位置と第１光偏向手段３０の平行光出射面３３との間の距離（ａ₁）の値は、第１光偏向手段３０に入射される光ビームの直径Ｄ₁よりも大きい。同様に、第２光偏向手段５０への光ビームの入射位置と第２光偏向手段５０の平行光出射面５３との間の距離（ａ₁を参照）の値は、第２光偏向手段５０に入射される光ビームの直径（Ｄ₁を参照）よりも大きい。

一方、可干渉距離Ｌ_cは、
Ｌ_c＝λ²／（πΔλ） （２−２）
で表すことができる。

ここで、光路長のバラツキが可干渉距離Ｌ_c以上であれば、干渉の発生を抑制することができる。従って、
３ｂ₁≧λ²／（πΔλ） （２−３）
となり、以上から、式（２−１）を導くことができる。

複数の半透過鏡（光反射／透過膜３１）の第２の方向に沿ったピッチをばらつかせる方法として、例えば、所定の厚さを有する光学ガラスの表面に、光反射／透過膜３１をＥＢ蒸着法に基づき形成し、こうして得られた材料を貼り合わせて積層することで、第１光偏向手段３０を得るが、このときの光学ガラスの厚さを変化させる方法を挙げることができるし、材料を貼り合わせて積層するときに用いる接着剤の厚さを変え、あるいは、粒径の異なるフィラーを添加した接着剤を用いる方法を挙げることができる。

ｂ₁＝２０μｍのバラツキをピッチにもたせた半透過鏡（光反射／透過膜３１）にあっては、光路長のバラツキは最大約６０μｍであり、λ＝５３２ｎｍとすると、
Δλ＝１．５ｎｍ
となる。

第２光偏向手段５０の内部に複数の半透過鏡（光反射／透過膜３１）が設けられている場合にあっても、同様とすることができる。即ち、第２光偏向手段５０の内部に設けられた複数の半透過鏡等の第４の方向に沿ったピッチの設計値Ｂ_2dのバラツキｂ₂は、光源の発光スペクトルのピーク波長をλ、スペクトル半値幅をΔλとしたとき、
ｂ₂≧λ²／（３πΔλ） （２−４）
を満足する。

そして、これらの場合、第１光偏向手段３０、第２光偏向手段５０の内部に設けられた半透過鏡等の光反射率は、垂直入射において１０％以下、好ましくは５％以下であることが望ましい。

発光スペクトルのピーク波長λ＝５３２ｎｍ、スペクトル半値幅Δλ＝１．５ｎｍの光源を使用し、２０μｍのバラツキｂ₁，ｂ₂をピッチにもたせた半透過鏡（光反射／透過膜３１，５１）から成る第１光偏向手段３０、第２光偏向手段５０を用いた。その結果、光ビームに光路差が生じ、主光ビームと分岐光ビームとの干渉が生じ難くなり、画像における筋状の斑の発生を抑制することができた。

実施例３も、実施例１の変形である。前述したように、第１光偏向手段３０あるいは第２光偏向手段５０の内部に設けられた半透過鏡（光反射／透過膜３１，５１）において、或る半透過鏡等で反射される光ビームと、例えばこの半透過鏡等に隣接した半透過鏡等で反射される光ビームとが干渉して、ドット状の斑が生じる場合がある（図１６参照）。これは、隣接した半透過鏡等で反射される光ビーム相互が重なり合うときに（あるいは又、概略、半透過鏡等が設けられたピッチＢ₁，Ｂ₂よりも光ビームの直径Ｄ₁，Ｄ₂が大きいときに）、生じ得る。

図１０の（Ｂ）に第１光偏向手段３０の模式的な一部断面図を示すように、或る半透過鏡で反射される光ビーム「Ｅ」と、例えばこの半透過鏡に隣接した半透過鏡で反射される光ビーム「Ｆ」との間の光路差は、線分ＧＨと線分ＨＪの長さの合計となるが、最大でもピッチＢ₁の２倍である。そして、光ビーム「Ｅ」と光ビーム「Ｆ」に干渉が生じる結果、画像に斑が生じる。尚、隣接していない半透過鏡で反射される光ビームにおいても干渉は生じ得る。第１光偏向手段３０において、水平画角が２０度の場合、５００個前後の明暗ドットが生じる。同様に、第２光偏向手段５０においても明暗ドットが生じる。そして、その結果、画像においてはドット状の斑が生じる。また、このようなドット状の斑と画像とが重なり合い、モアレが生じる場合もある。

ドット状の斑の発生を防止するためには、光ビーム「Ｅ」と光ビーム「Ｆ」の干渉を抑制すればよい。そのためには、光路差（線分ＧＨと線分ＨＪの長さの合計）を可干渉距離Ｌ_cよりも長くすればよい。ここで、可干渉距離Ｌ_cは式（２−２）から求められる。一方、光路差（線分ＧＨと線分ＨＪの長さの合計）の最大値は２Ｂ₁である。従って、光路差を近似的に２Ｂ₁としたとき、以下の式（３−１）を満足すれば、光ビーム「Ｅ」と光ビーム「Ｆ」の干渉を抑制することができる。

Ｂ₁＞λ²／（２πΔλ） （３−１）
但し、
Ｄ₁＞Ｂ₁ （３−２）
である。

同様に、第２光偏向手段５０にあっては、以下の式（３−３）を満足すれば、光ビーム「Ｅ」と光ビーム「Ｆ」の干渉を抑制することができる。

Ｂ₂＞λ²／（２πΔλ） （３−３）
但し、
Ｄ₂＞Ｂ₂ （３−４）
である。

尚、これらの場合、第１光偏向手段３０、第２光偏向手段５０の内部に設けられた半透過鏡の光反射率は、垂直入射において１０％以下、好ましくは５％以下であることが望ましい。

ここで、λ＝５３２ｎｍとし、実施例２と同様に、Ｂ₁＝Ｂ₂＝０．７０ｍｍすると、
Δλ＝０．０６４ｎｍ
となる。

発光スペクトルのピーク波長λ＝５３２ｎｍ、スペクトル半値幅Δλ＝１．５ｎｍの光源を使用し、ピッチＢ₁，Ｂ₂＝０．７０ｍｍの半透過鏡から成る第１光偏向手段３０、第２光偏向手段５０を用いた。その結果、光ビームに光路差が生じ、隣接する半透過鏡によって反射される光ビームの間での干渉が生じ難くなり、画像におけるドット状の斑の発生を抑制することができた。また、この条件は、実施例２において説明した条件と同じである。それ故、この条件に基づくことで、画像における筋状の斑及びドット状の斑の発生を抑制することができる。

実施例４は、本発明の画像表示装置、具体的には、実施例１にて説明した画像表示装置１０を組み込んだ頭部装着型ディスプレイ（ＨＭＤ）に関する。実施例４の頭部装着型ディスプレイを正面から眺めた模式図を図１１に示す。また、実施例４の頭部装着型ディスプレイを上方から眺めた模式図を図１２に示す。

実施例４の頭部装着型ディスプレイは、
（Ａ）観察者７０の頭部に装着される眼鏡型のフレーム１１０、及び、
（Ｂ）画像表示装置１０、
を備えている。尚、実施例４における頭部装着型ディスプレイにあっては、画像表示装置１０を２つ備えた両眼型とした。

そして、実施例４の頭部装着型ディスプレイにおいて、フレーム１１０は、観察者７０の正面に配置されるフロント部１１０Ａと、フロント部１１０Ａの両端に蝶番１１１を介して回動自在に取り付けられた２つのテンプル部１１２と、各テンプル部１１２の先端部に取り付けられたモダン部（先セル、耳あて、イヤーパッドとも呼ばれる）１１３から成る。そして、フロント部１１０Ａの上部に、光源１１、第１ミラー２０、第１光偏向手段３０及び第２ミラー４０が配置されており、第２光偏向手段５０は、観察者７０の瞳７１と対向して配置されている。即ち、通常の眼鏡のフレームにおけるレンズ取り付け位置に相当する位置に配置された透明なガラス板から成る取付部材１１０Ｃに、第２光偏向手段５０が取り付けられている。尚、光源１１、第１ミラー２０、第１光偏向手段３０及び第２ミラー４０は、筐体６０内に納められており、図１１及び図１２には図示していない。また、フロント部１１０Ａにはノーズパッド１１４が取り付けられている。尚、図１２においては、ノーズパッド１１４の図示を省略している。フレーム１１０は金属又はプラスチックから作製されている。

更には、画像表示装置１０から延びる配線（信号線や電源線等）１１５が、テンプル部１１２、及び、モダン部１１３の内部を介して、モダン部１１３の先端部から外部に延びており、図示しない外部回路に接続されている。更には、各画像表示装置１０はヘッドホン部１１６を備えており、各画像表示装置１０から延びるヘッドホン部用配線１１７が、テンプル部１１２、及び、モダン部１１３の内部を介して、モダン部１１３の先端部からヘッドホン部１１６へと延びている。ヘッドホン部用配線１１７は、より具体的には、モダン部１１３の先端部から、耳介（耳殻）の後ろ側を回り込むようにしてヘッドホン部１１６へと延びている。このような構成にすることで、ヘッドホン部１１６やヘッドホン部用配線１１７が乱雑に配置されているといった印象を与えることがなく、すっきりとした頭部装着型ディスプレイとすることができる。

以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定するものではない。実施例において説明した画像表示装置、光ビーム伸長装置、頭部装着型ディスプレイの構成、構造は例示であり、適宜変更することができる。実施例にあっては、専ら、画像表示装置を２つ備えた両眼型としたが、画像表示装置を１つ備えた片眼型としてもよい。また、テンプル部に光源が配置されている構成とすることもできるし、フロント部の上部に、第１ミラー、第１光偏向手段、第２ミラー及び第２光偏向手段が配置されている構成とすることもできる。実施例にあっては、多数の光反射／透過膜の光透過率を同じとしたが、第１光偏向手段、第２光偏向手段の内部における配置位置に依存して変化させてもよい。具体的には、第１光偏向手段にあっては、第１ミラーから離れた位置に位置する光反射／透過膜の光反射率をより高くし、第２光偏向手段にあっては、第２ミラーから離れた位置に位置する光反射／透過膜の光反射率をより高くする。云い換えれば、第１光偏向手段にあっては、第１ミラーから離れた位置に位置する光反射／透過膜の光透過率をより低くし、第２光偏向手段にあっては、第２ミラーから離れた位置に位置する光反射／透過膜の光透過率をより低くする。より具体的には、例えば、第１ミラーや第２ミラーから最も離れた位置に位置する光反射／透過膜の光反射率の値を、第１ミラーや第２ミラーに隣接して位置に位置する光反射／透過膜の光反射率の値の１．１倍乃至５倍とすればよい。実施例においては、第１光偏向手段３０からＺ軸の正の方向に光が出射され、第２ミラー４０でＹ軸正の方向（即ち、下方に）に出射される配置を例にとり説明したが、このような配置に限定するものではなく、図１の（Ｂ）と同様の概念図を図１３に示すように、例えば、第１光偏向手段３０からＺ軸の負の方向に光が出射され、第２ミラー４０でＹ軸正の方向（即ち、下方に）に出射される配置とすることもできる。

１０・・・画像表示装置、１１・・・光源、１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ・・・発光素子、１２，１４・・・反射ミラー、１３・・・ダイクロイックプリズム、２０・・・第１ミラー、２１・・・第１軸、３０・・・第１光偏向手段、３１，５１・・・光反射／透過膜、３２・・・光ビーム入射面、３３・・・平行光出射面、４０・・・第２ミラー、４１・・・第２軸、５０・・・第２光偏向手段、５２・・・平行光入射面、５３・・・平行光出射面、５４・・・平行光出射面と対向する面、６０・・・筐体、７０・・・観察者、７１・・・瞳、１１０・・・フレーム、１１０Ａ・・・フロント部、１１０Ｂ・・・フロント部の中央部分、１１０Ｃ・・・取付部材、１１１・・・蝶番、１１２・・・テンプル部、１１３・・・モダン部、１１４・・・ノーズパッド、１１５・・・配線（信号線や電源線等）、１１６・・・ヘッドホン部、１１７・・・ヘッドホン部用配線

Claims (20)

1. 光源、及び、光源から出射された光ビームを走査する走査手段を備えた画像表示装置であって、
   走査手段は、
   （ａ）第１方向に延びる第１軸を回動軸として回動可能であり、光源から出射された光ビームが入射される第１ミラー、
   （ｂ）第１方向とは異なる第２方向に沿って軸線が延びており、第１ミラーから出射された光ビームが第１入射角にて入射され、第１ミラーの回動に伴う光ビームの第１入射角に依存して第２方向と所定の第１出射角を成した平行光を出射する第１光偏向手段、
   （ｃ）第３方向に延びる第２軸を回動軸として回動可能であり、第１光偏向手段から出射された平行光が入射される第２ミラー、及び、
   （ｄ）第３方向とは異なる第４方向に沿って軸線が延びており、第２ミラーから出射された平行光が第２入射角にて入射され、第２ミラーの回動に伴う平行光の第２入射角に依存して第４方向と所定の第２出射角を成した平行光を出射する第２光偏向手段、
   を備えている画像表示装置。
2. 第１ミラーから離れる方向に向かって第１光偏向手段から出射される平行光の第１出射角を正の値の出射角とするとき、第１光偏向手段への光ビームの第１入射角が大きくなるに従い、第１出射角は負の値から正の値の方向へと変化する請求項１に記載の画像表示装置。
3. 第２ミラーから離れる方向に向かって第２光偏向手段から出射される平行光の第２出射角を正の値の出射角とするとき、第２光偏向手段への平行光の第２入射角が大きくなるに従い、第２出射角は負の値から正の値の方向へと変化する請求項２に記載の画像表示装置。
4. 第１光偏向手段に入射した光ビームは、第１光偏向手段によって第２方向に伸長され、第２光偏向手段に入射した平行光は、第２光偏向手段によって第４方向に伸長される請求項１に記載の画像表示装置。
5. 画像は、第２方向に沿ってＰ個、第４方向に沿ってＱ個の、合計Ｐ×Ｑ個の画素が配列されて成り、
   第２方向に沿ったＰ個の画素の位置に応じて第１入射角が規定され、第４方向に沿ったＱ個の画素の位置に応じて第２入射角が規定される請求項１に記載の画像表示装置。
6. 第１ミラーの単位時間当たりの回動数は、第２ミラーの単位時間当たりの回動数よりも高い請求項１に記載の画像表示装置。
7. 第１方向と第４方向とは一致しており、第２方向と第３方向とは一致しており、第１方向及び第４方向は第２方向及び第３方向と直交する関係にある請求項１に記載の画像表示装置。
8. 第１光偏向手段の内部には、複数の半透過鏡が設けられており、
   第２光偏向手段の内部には、複数の半透過鏡が設けられている請求項１に記載の画像表示装置。
9. 第１光偏向手段の内部に設けられた複数の半透過鏡の第２の方向に沿ったピッチのバラツキｂ₁は、光源の発光スペクトルのピーク波長をλ、スペクトル半値幅をΔλとしたとき、
   ｂ₁≧λ²／（３πΔλ）
   を満足する請求項８に記載の画像表示装置。
10. 第１光偏向手段の内部に設けられた半透過鏡の光反射率は、垂直入射において１０％以下である請求項９に記載の画像表示装置。
11. 第２光偏向手段の内部に設けられた複数の半透過鏡の第４の方向に沿ったピッチのバラツキｂ₂は、光源の発光スペクトルのピーク波長をλ、スペクトル半値幅をΔλとしたとき、
    ｂ₂≧λ²／（３πΔλ）
    を満足する請求項８に記載の画像表示装置。
12. 第２光偏向手段の内部に設けられた半透過鏡の光反射率は、垂直入射において１０％以下である請求項１１に記載の画像表示装置。
13. 第１光偏向手段に入射される光ビームの直径をＤ₁、第１光偏向手段の内部に設けられた複数の半透過鏡の第２の方向に沿ったピッチをＢ₁、光源の発光スペクトルのピーク波長をλ、スペクトル半値幅をΔλとしたとき、
    Ｄ₁＞Ｂ₁
    であり、且つ、
    Ｂ₁＞λ²／（２πΔλ）
    を満足する請求項８に記載の画像表示装置。
14. 第１光偏向手段の内部に設けられた半透過鏡の光反射率は、垂直入射において１０％以下である請求項１３に記載の画像表示装置。
15. 第３光偏向手段に入射される光ビームの直径をＤ₂、第２光偏向手段の内部に設けられた複数の半透過鏡の第４の方向に沿ったピッチをＢ₂、光源の発光スペクトルのピーク波長をλ、スペクトル半値幅をΔλとしたとき、
    Ｄ₂＞Ｂ₂
    であり、且つ、
    Ｂ₂＞λ²／（２πΔλ）
    を満足する請求項８に記載の画像表示装置。
16. 第２光偏向手段の内部に設けられた半透過鏡の光反射率は、垂直入射において１０％以下である請求項１５に記載の画像表示装置。
17. 第１光偏向手段の光ビーム入射面及び平行光出射面には反射防止膜が配設されており、
    第２光偏向手段の平行光入射面、平行光出射面、及び、該平行光出射面と対向する面のそれぞれには、反射防止膜が配設されている請求項１に記載の画像表示装置。
18. （Ａ）観察者の頭部に装着される眼鏡型のフレーム、及び、
    （Ｂ）フレームに取り付けられた画像表示装置、
    を備えた頭部装着型ディスプレイであって、
    画像表示装置は、光源、及び、光源から出射された光ビームを走査する走査手段を備えており、
    走査手段は、
    （ａ）第１方向に延びる第１軸を回動軸として回動可能であり、光源から出射された光ビームが入射される第１ミラー、
    （ｂ）第１方向とは異なる第２方向に沿って軸線が延びており、第１ミラーから出射された光ビームが第１入射角にて入射され、第１ミラーの回動に伴う光ビームの第１入射角に依存して第２方向と所定の第１出射角を成した平行光を出射する第１光偏向手段、
    （ｃ）第３方向に延びる第２軸を回動軸として回動可能であり、第１光偏向手段から出射された平行光が入射される第２ミラー、及び、
    （ｄ）第３方向とは異なる第４方向に沿って軸線が延びており、第２ミラーから出射された平行光が第２入射角にて入射され、第２ミラーの回動に伴う平行光の第２入射角に依存して第４方向と所定の第２出射角を成した平行光を出射する第２光偏向手段、
    を備えている頭部装着型ディスプレイ。
19. フレームは、観察者の正面に配置されるフロント部と、フロント部の両端に蝶番を介して回動自在に取り付けられた２つのテンプル部と、各テンプル部の先端部に取り付けられたモダン部から成り、
    テンプル部あるいはフロント部の上部に、光源が配置されており、
    フロント部の上部に、第１ミラー、第１光偏向手段及び第２ミラーが配置されており、
    第２光偏向手段は、観察者の瞳と対向して配置されている請求項１８に記載の頭部装着型ディスプレイ。
20. 光源から出射された光ビームを第２方向及び第４方向に２次元的に伸長し、平行光として出射する光ビーム伸長装置であって、
    （ａ）第１方向に延びる第１軸を回動軸として回動可能であり、光源から出射された光ビームが入射される第１ミラー、
    （ｂ）第１方向とは異なる第２方向に沿って軸線が延びており、第１ミラーから出射された光ビームが第１入射角にて入射され、第１ミラーの回動に伴う光ビームの第１入射角に依存して第２方向と所定の第１出射角を成した平行光を出射する第１光偏向手段、
    （ｃ）第３方向に延びる第２軸を回動軸として回動可能であり、第１光偏向手段から出射された平行光が入射される第２ミラー、及び、
    （ｄ）第３方向とは異なる第４方向に沿って軸線が延びており、第２ミラーから出射された平行光が第２入射角にて入射され、第２ミラーの回動に伴う平行光の第２入射角に依存して第４方向と所定の第２出射角を成した平行光を出射する第２光偏向手段、
    を備えている光ビーム伸長装置。