JP2024009633A - 光源装置及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学フィルタのような追加部品を用いることなく光源の光量過剰に対応できる光源装置を提供すること。【解決手段】本技術に係る光源装置は、少なくとも１つの光源（ＬＤ）と、前記光源（ＬＤ）からの光の光路上に配置された、レンズを含む光学系と、を備え、前記レンズの開口数が０．１６以下であり、且つ、前記光源（ＬＤ）の、互いに直交する２つ方向の各々に関する放射角の和である放射角和が１４°以上である、光源装置である。【選択図】図１４

Description

本開示に係る技術（以下「本技術」とも呼ぶ）は、光源装置及び画像表示装置に関する。

従来、光源からの光をレンズを含む光学系を介して出射する光源装置が知られている。

従来の光源装置には、光源の光量不足を補うためにレンズの開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）を大きくしたものがある（例えば特許文献１参照）。このように高効率化のアプローチとしてレンズの開口数（ＮＡ）を大きくすることが通常の光学設計として広く知られている。

一方、従来の光源装置には、光源からの光の光量を調整する（減光する）光学フィルタを有するものがある（例えば特許文献２参照）。

特開２０１７－３９２２号公報 特開平５－１２０７２４号公報

例えば特許文献１には、光源の光量過剰に対応する手法については何ら言及されていない。例えば特許文献２では、光源の光量過剰に対応するために光学フィルタのような追加部品を用いている。

そこで、本技術は、光学フィルタのような追加部品を用いることなく光源の光量過剰に対応できる光源装置を提供することを主目的とする。

本技術は、少なくとも１つの光源と、
前記光源からの光の光路上に配置された、レンズを含む光学系と、
を備え、
前記レンズの開口数が０．１６以下であり、且つ、前記光源の、互いに直交する２つ方向の各々に関する放射角の和である放射角和が１４°以上である、光源装置を提供する。
前記開口数が０．０９以下であり、且つ、前記放射角和が１４°以上であってもよい。
前記開口数が０．１６以下であり、且つ、前記放射角和が２３°以上であってもよい。
前記開口数が０．０９以下であり、且つ、前記放射角和が２３°以上であってもよい。
前記レンズは、球面レンズ又は非球面レンズであってもよい。
前記光源は、半導体レーザーであってもよい。
本技術は、前記光源装置と、
前記光源装置からの光により画像を形成する画像形成部と、
前記画像を形成した光を投射する投射光学系と、
を備える、画像表示装置も提供する。
前記画像形成部は、光偏向器を有していてもよい。
前記画像形成部は、デジタルミラーデバイスを有していてもよい。
前記画像形成部は、液晶素子を有していてもよい。
前記少なくとも１つの光源は、発光波長が異なる複数の光源であり、前記レンズが前記複数の光源に対応して複数設けられ、前記光源装置の光学系は、前記複数の光源の各々から出射され対応する前記レンズを介した光を合成してもよい。
前記少なくとも１つの光源は、発光波長が異なる複数の光源であり、前記レンズは、前記複数の光源に対応して複数設けられ、前記液晶素子が複数の前記レンズに対応して複数設けられ、前記画像形成部は、前記複数のレンズの各々を介した光を該レンズに対応する前記液晶素子に入射させ、該液晶素子を介した光を合成してもよい。
前記投射光学系を介した光をユーザの眼球に導く光学素子を更に備えていてもよい。
前記光源装置と前記画像形成部との間の前記光の光路上に配置された集光光学素子を更に備えていてもよい。
前記画像形成部は、デジタルミラーデバイスを有し、前記集光光学素子は、前記光を前記光源装置と前記デジタルミラーデバイスとの間の前記光の光路上で集光させてもよい。
前記画像形成部は、光偏向器を有し、前記集光光学素子は、前記光を前記光偏向器に集光させてもよい。
前記投射光学系は、集光光学素子を含んでいてもよい。
前記投射光学系は、投射光学素子を含み、前記集光光学素子は、前記画像形成部と前記投射光学素子との間に配置されてもよい。
前記投射光学系を介した光をユーザの眼球に導く光学素子を更に備え、前記投射光学系は、投射光学素子を含み、前記集光光学素子は、前記投射光学素子と前記光学素子との間の前記光の光路上に配置されてもよい。
少なくとも前記光学素子が前記ユーザの頭部に装着されてもよい。

比較例１に係る画像表示装置について説明するための図である。 比較例２に係る画像表示装置について説明するための図である。 レーザーの放射角の定義について説明するための図である。 レーザーの放射角の測定方法を説明するための図（その１）である。 レーザーの放射角の測定方法を説明するための図（その２）である。 レンズの開口数について説明するための図である。 レンズの開口数の測定方法について説明するための図（その１）である。 レンズの開口数の測定方法について説明するための図（その２）である。 比較例３に係る画像表示装置について説明するための図である。 効率の求め方を説明するための図（その１）である。 効率の求め方を説明するための図（その２）である。 開口数が小さいレンズの効率の求め方を説明するための図である。 レンズの開口数を小さくする方法を説明するための図である。 図１４Ａは、比較例４に係る光源装置を示す図である。図１４Ｂは、本技術に係る光源装置の構成例１を示す図である。 図１５Ａは、比較例５に係る画像表示装置を示す図である。図１５Ｂは、比較例６に係る画像表示装置を示す図である。図１５Ｃは、本技術に係る画像表示装置の構成例１を示す図である。 図１６Ａは、比較例７に係る画像表示装置を示す図である。図１６Ｂは、比較例８に係る画像表示装置を示す図である。図１６Ｃは、本技術に係る画像表示装置の構成例２を示す図である。 比較例９に係る画像表示装置を示す図である。 図１８Ａ及び図１８Ｂは、高解像度化の原理について説明するための図である。 放射角和と開口数と効率との関係を示す図（その１）である。 図２０Ａは、開口数と、周辺光量比及び投射光量との関係を示す図である。図２０Ｂは、開口数と体積倍率との関係を示す図である。 図２１Ａは、開口数と、調整感度及び投射光量との関係を示す図である。図２１Ｂは、開口数と、調整による光量変化及び投射光量との関係を示す図である。 放射角和と開口数と効率との関係を示す図（その２）である。 開口数と光強度分布の関係を示す図である。 放射角和と開口数と効率との関係を示す図（その３）である。 従来技術の光源装置及び本技術の光源装置の、光源及びレンズの位置関係を示す図である。 従来技術の光源装置の調整感度（位置ずれ及び角度ずれが小の場合）について説明するための図である。 本技術の光源装置の調整感度（位置ずれ及び角度ずれが小の場合）について説明するための図である。 従来技術の光源装置の調整感度（位置ずれ及び角度ずれが大の場合）について説明するための図である。 本技術の光源装置の調整感度（位置ずれ及び角度ずれが大の場合）について説明するための図である。 本技術に係る画像表示装置の構成例３を示す図である。 本技術に係る画像表示装置の構成例３の機能を示すブロック図である。 本技術に係る画像表示装置の構成例４を示す図である。 本技術に係る画像表示装置の構成例５を示す図である。 従来技術及び本技術の光源装置の容積を比較するための図である。 本技術の第１実施形態に係る画像表示装置を示す図である。 本技術の第２実施形態に係る画像表示装置を示す図である。 本技術の第３実施形態に係る画像表示装置を示す図である。 本技術の第４実施形態に係る画像表示装置を示す図である。 本技術の第５実施形態に係る画像表示装置を示す図である。 本技術の第６実施形態に係る画像表示装置を示す図である。 本技術の第７実施形態に係る画像表示装置を示す図である。 本技術の第８実施形態に係る画像表示装置を示す図である。 本技術の第９実施形態に係る画像表示装置を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本技術の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。本明細書において、本技術に係る光源装置及び画像表示装置の各々が複数の効果を奏することが記載される場合でも、本技術に係る光源装置及び画像表示装置の各々は、少なくとも１つの効果を奏すればよい。本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。

また、以下の順序で説明を行う。
０．導入
１．本技術のベースとなる基本概念
２．本技術に係る光源装置の構成例１
３．本技術に係る画像表示装置の構成例１、２
４．本技術の特徴１
５．本技術の特徴２
６．本技術の特徴３
７．調整感度
８．本技術に係る画像表示装置の構成例３～５
９．本技術に係る光源装置と従来の光源装置の体積
１０．本技術の第１～第９実施形態に係る画像表示装置
１１．本技術の変形例

＜０．導入＞
従来、例えばレーザーを光源とするプロジェクタ等の画像表示装置では、光源の光量不足を補う目的で光学系の高効率化のアプローチが取られてきた。具体的には、結像効率を上げるために、結像させるレンズのＮＡを大きくしていた。

一方、例えば網膜直描用の画像表示装置では、網膜に対する安全性を確保するために、光源からの光の光量を光学フィルタ（例えばＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタ）等の追加部品を用いて下げる必要があった。このため、部品追加によるコストアップと追加部品を設置するためのスペースが必要となってしまう問題が発生していた。

そこで、発明者は、鋭意検討の末、光学フィルタのような追加部品を用いることなく光源の光量過剰に対応できる光源装置として、本技術に係る光源装置を開発した。

ところで、レーザー走査型のプロジェクタでは、１画素に相当するレーザー光束はほぼ平行状態で出射される。レーザービームがビームウェストまで緩やかに収束して、ビームウェストで最もビーム径が小さくなり、ビームウェスト以降では緩やかに発散していく。図１に示す比較例１の画像表示装置において光学系を高解像度化するためには、レンズＬ１のＮＡを高くしてビームを小さく絞り込む必要がある。これは最も投影面に近いレンズ上で投影面までの距離に比例した大きな光束径が必要であることを意味する。比較例１において、レンズＬ１を高ＮＡ化しようとすると、走査ミラーＭＭのサイズが律速となって光束径が制限される。その制限から外れるためには走査ミラーＭＭのサイズを大きくする必要があるが、この場合には、応答特性の悪化や、装置の大型化、高コスト化が生じてしまう。

図２に示す比較例２の画像表示装置では、高解像度化のために光学系に中間結像点を設けることにより解像度向上を狙っているが、レンズＬ１の他に中間結像点を生成するレンズＬ２、Ｌ３を追加する必要があり、高コスト化を招く。

そこで、発明者は、さらに検討を進め、応答特性の悪化や、装置の大型化、高コスト化を抑制しつつ光学系を高解像度化できる画像表示装置として、本技術に係る光源装置を備える画像表示装置を開発した。

＜１．本技術のベースとなる基本概念＞
レーザー光源（例えばＬＤ：レーザーダイオード）は、図３に示すように、所定の放射角（広がり角）でレーザー光を放射する。ＬＤの放射角には、レーザーダイオードチップ（ＬＤチップ）の積層方向であるＹ方向の放射角θ⊥及び積層方向に垂直な方向であるＸ方向の放射角θ//がある。各放射角は、レーザー光の強度分布であるガウス分布のピーク強度に対して正規化を行い半値となる角度と定義することができる。本明細書中、θ⊥及びθ//の和を「放射角和」と呼ぶ。該レーザーダイオードチップは、一例として、第１クラッド層、活性層及び第２クラッド層がＹ方向にこの順に積層されたダブルヘテロ構造を有する。なお、レーザーダイオードは、「端面発光レーザー」とも呼ばれる。

放射角は、図４に示す、パワーメータを含む測定装置により測定が可能である。この測定は、光源が設置された位置から所定距離だけ離れた位置にパワーメータを設置して行われる。光源を中心にパワーメータを回転させて光強度を測定する。パワーメータの角度位置により該パワーメータの測定値が図５に示すように変化する。その測定値を基に図３に示す方法で放射角を計算することが可能である。

レンズの開口数（ＮＡ）は、図６に示すように、該レンズに入射する光線の光軸に対する最大角度θ、及び光源とレンズとの間の媒質の屈折率ｎ１を用いて、次の（１）式で表される。
ＮＡ＝ｎ１×sinθ・・・（１）

通常、光源装置において光源とレンズとの間の媒質は空気であり、ｎ１＝１．０となる。ＮＡは、図７に示す干渉計を利用して測定が可能である。図７の干渉計は、一般的に使用されている干渉計である。この干渉計では、ＬＤからの光が、第１設備レンズを透過してハーフミラーに入射され、該ハーフミラーで反射光と透過光とに分岐される。ハーフミラーで分岐された反射光は、測定レンズ（測定対象のレンズ）を透過し参照球面（凹面鏡）で反射され測定レンズを再び透過し、ハーフミラー及び第２設備レンズを介してＣＣＤに入射される。ハーフミラーで分岐された透過光は、ＲｅｆＦｌａｔ（平面鏡）で反射されハーフミラーで反射され第２設備レンズを介してＣＣＤに入射される。このとき、ＣＣＤで、図８に示すような、ハーフミラーで分岐された透過光及び反射光が合流して干渉することにより発生した干渉縞が撮影される。そこで、撮影された干渉範囲を測定して測定レンズの有効径Ｒを計算する。また、間隔計測器具により参照球面と測定レンズとの間隔を測定し、その測定値と測定レンズの厚さとにより測定レンズの焦点距離Ｆを算出することが可能である。

測定レンズのＮＡを有効径Ｒ、焦点距離Ｆを用いて、次の（２）式～（４）式から求めることができる。

図９に示す比較例３の画像表示装置は、プロジェクタであり、赤色光（赤色成分のレーザー光）を発する第１レーザーダイオードと、緑色光（緑色成分のレーザー光）を発する第２レーザーダイオードと、青色光（青色成分のレーザー光）を発する第３レーザーダイオードと、第１～第３レーザーダイオードからのレーザー光がそれぞれ入射される第１～第３レンズと、第１～第３レンズの各々を介したレーザー光を合成する、第１～３ミラーを含む合成部とを備えている。第１～第３レンズは、それぞれ、第１～第３レーザーダイオードの各々からのレーザー光を発散光から略平行光に変換するコリメータレンズである。合成部で合成されたレーザー光（合成光）は、反射ミラーを介してＭＥＭＳミラーに入射され偏向・走査されて、表示面（例えばスクリーン面、壁面等）上に画像が形成される。

各レーザーダイオードから出射された光は、対応するレンズを透過した光のみが結像することができ、効率ｖを次の（５）～（７）式から求めることができる。

レンズがある場合の結像効率ｖ_１は、次の（５）式で表される（図１０参照）。

レンズがない場合の結像効率ｖ_０は、次の（６）式で表される（図１１参照）。

レンズを透過した光の効率ｖは、上記（５）及び（６）式、並びに次の（７）式から求めることができる。

ＮＡが小さいレンズの結像効率ｖ_２は、次の（８）式で表される（図１２参照）。

レンズのＮＡが小さい場合には、光源から出射された光を該レンズにより取り込む光量が減るため、次の（９）式が成立する。

また、ＮＡを小さくする方法としてレンズの焦点距離を長くすることも可能である（図１３参照）。この場合のレンズの結像効率ｖ_３は、次の（１０）式で表され、ｖ_３とｖ_２とに（１１）式が成立する。

＜２．本技術に係る光源装置の構成例１＞
以下、本技術に係る光源装置の構成例１について、比較例と対比しつつ説明する。

（光源装置の構成例１）
図１４Ａは、比較例４に係る光源装置を示す図である。図１４Ｂは、本技術に係る光源装置の構成例１を示す図である。

比較例４に係る光源装置では、図１４Ａに示すように、ＬＤからの放射光の光路上にＮＡが大きい（例えばＮＡ＞０．１６）レンズが配置されている。これにより、ＬＤから放射されレンズを介した放射光の強度分布が急峻なガウス分布となる。この場合、ピーク強度Ｐに対するレンズ開口位置での強度Ａの比率である周辺光量比Ａ／Ｐ（Ａ：レンズ開口位置での強度、Ｐ：ピーク強度）が大きくなり、該レンズを透過した光の光量の積分値である積分光量も大きくなる。すなわち、比較例４に係る光源装置は、光源の光量不足に適し（高効率化に寄与し）、且つ、ＬＤ及びレンズのみの非常に簡素な構成を有している。該レンズは、例えばコリメータレンズ（コリメートレンズとも呼ばれる）である。

本技術に係る光源装置の構成例１では、図１４Ｂに示すように、ＬＤからの放射光の光路上にＮＡが小さい（例えばＮＡ≦０．１６）レンズ（例えば球面レンズ又は非球面レンズ）が配置されている。これにより、ＬＤから放射されレンズを介した放射光の強度分布が緩やかなガウス分布となり、ピーク強度Ｐに対するレンズ開口位置での強度Ａの比率である周辺光量比Ａ／Ｐ（Ａ：レンズ開口位置での強度、Ｐ：ピーク強度）が小さくなり、該レンズを透過した光の光量の積分値である積分光量も小さくなる。すなわち、光源装置の構成例１は、光源の光量過剰に適し（低効率化に寄与し）、且つ、ＬＤ及びレンズのみの非常に簡素な構成を有している。該レンズは、例えばコリメータレンズ（コリメートレンズとも呼ばれる）である。

なお、光源装置の構成例１において、光源にＬＤに代えてＶＣＳＥＬ（垂直共振器型面発光レーザー）等の他の半導体レーザーを用いてもよい。

＜３．本技術に係る画像表示装置の構成例１、２＞
以下、本技術に係る画像表示装置の構成例１、２について、比較例と対比しつつ説明する。

図１５Ａは、比較例５に係る画像表示装置を示す図である。図１５Ｂは、比較例６に係る画像表示装置を示す図である。図１５Ｃは、本技術に係る画像表示装置の構成例１を示す図である。

ところで、一般に画像表示装置において、光源から放射された光は、レンズにより略平行光又は収束光に変換され、画像形成部で画像を形成する光に変換された後、投射レンズにて所定のスポットサイズに集光される（結像される）。投射レンズにより集光された光のスポット径は、画像表示装置において解像度を決める要素となる。そのため、スポット径を小さくすることが求められる。

比較例５に係る画像表示装置では、図１５Ａに示すように、ＬＤからの放射光の光路上にＮＡが大きい（例えばＮＡ＞０．１６）レンズが配置され、該レンズを介した光の光路上にアパーチャ（開口部材）及び投射レンズがレンズ側からのこの順に配置されている。レンズと投射レンズとの間の光の光路上に該光により画像を形成する画像形成部（不図示）が配置されている。すなわち、比較例５に係る画像表示装置は、比較例４に係る光源装置（図１４Ａ参照）に画像形成部、アパーチャ及び投射レンズを加えた構成を有している。比較例５に係る画像表示装置では、ＬＤから放射されレンズを介した放射光の強度分布が急峻なガウス分布となって該放射光の光量の積分値である積分光量が大きくなり、画像形成部、アパーチャ及び投射レンズを介した光のメインローブのスポット径も大きくなる。よって、比較例５に係る画像表示装置では、高効率化を実現できるものの、高解像度化に関して改善の余地がある。

比較例６に係る画像表示装置では、図１５Ｂに示すように、ＬＤからの放射光の光路上にＮＡが大きい（例えばＮＡ＞０．１６）レンズが配置され、該レンズを介した光の光路上に減衰フィルタ（ＮＤフィルタ）が配置され、該減衰フィルタを介した光の光路上にアパーチャ（開口部材）及び投射レンズが減衰フィルタ側からこの順に配置されている。減衰フィルタと投射レンズとの間の光の光路上に該光により画像を形成する画像形成部（不図示）が配置されている。すなわち、比較例６に係る画像表示装置は、比較例４に係る光源装置（図１４Ａ参照）に減衰フィルタ、画像形成部、アパーチャ及び投射レンズを加えた構成を有している。比較例６に係る画像表示装置では、ＬＤから放射されレンズ、減衰フィルタをこの順に介した放射光の強度分布が緩やかなガウス分布となって該放射光の光量の積分値である積分光量が小さくなり、画像形成部、アパーチャ及び投射レンズを介した光のメインローブのスポット径も小さくなる。すなわち、比較例６に係る画像表示装置では、減衰フィルタにより光強度分布の中心光量を下げて周辺光量を上げることにより、スポット径を小さくすることができる。よって、比較例６に係る画像表示装置では、低効率化及び高解像度化を実現できるものの、追加部品としての減衰フィルタが必要となり高コスト化を招く。

本技術に係る画像表示装置の構成例１では、図１５Ｃに示すように、ＬＤ（光源）からの放射光の光路上にＮＡが小さい（例えばＮＡ≦０．１６）レンズ（例えば球面レンズ又は非球面レンズ）が配置され、該レンズを介した光の光路上にアパーチャ（開口部材）及び投射レンズ（投射光学系）がレンズ側からこの順に配置されている。レンズと投射レンズとの間の光の光路上に該光により画像を形成する画像形成部（不図示）が配置されている。すなわち、画像表示装置の構成例１は、光源装置の構成例１（図１４Ｂ参照）に画像形成部、アパーチャ及び投射レンズを加えた構成を有している。画像表示装置の構成例１では、ＬＤから放射されレンズを介した放射光の強度分布が緩やかなガウス分布となって該放射光の光量の積分値である積分光量が小さくなり、画像形成部、アパーチャ及び投射レンズを介した光のメインローブのスポット径も小さくなる。よって、画像表示装置の構成例１は、減衰フィルタ等の光学部品を用いることなく、低効率化及び高解像度化を実現できる。このように、ＮＡが小さいレンズを使用することにより、投射光量を下げ、且つ、画像表示に用いる光のスポット径を小さくすること（高解像度化）が可能である。

図１６Ａは、比較例７に係る画像表示装置を示す図である。図１６Ｂは、比較例８に係る画像表示装置を示す図である。図１６Ｃは、本技術に係る画像表示装置の構成例２を示す図である。

比較例７に係る画像表示装置では、図１６Ａに示すように、ＬＤからの放射光の光路上にＮＡが大きい（例えばＮＡ＞０．１６）レンズが配置され、該レンズを介した光の光路上にアパーチャ（開口部材）及び投射レンズがレンズ側からこの順に配置されている。レンズと投射レンズとの間の光の光路上に該光により画像を形成する画像形成部（不図示）が配置されている。すなわち、比較例５に係る画像表示装置は、比較例４に係る光源装置（図１４Ａ参照）に画像形成部、アパーチャ及び投射レンズを加えた構成を有している。比較例７に係る画像表示装置では、ＬＤから放射されレンズを介した放射光の強度分布が急峻なガウス分布となって該放射光の光量の積分値である積分光量が大きくなり、画像形成部、アパーチャ及び投射レンズを介した光のメインローブのスポット径も大きくなる。よって、比較例５に係る画像表示装置では、高効率化を実現できるものの、高解像度化に関して改善の余地がある。

比較例８に係る画像表示装置では、図１６Ｂに示すように、ＬＤからの放射光の光路上にＮＡが大きい（例えばＮＡ＞０．１６）大径のレンズが配置され、該レンズを介した光の光路上に大径のアパーチャ（開口部材）及び大径且つパワー（屈折力）の大きい投射レンズが配置されている。レンズと投射レンズとの間の光の光路上に該光により画像を形成する画像形成部（不図示）が配置されている。すなわち、比較例８に係る画像表示装置は、比較例４に係る光源装置（図１４Ａ参照）に画像形成部、アパーチャ及び大径且つパワーの大きい投射レンズを加えるとともにレンズを大径化した構成を有している。比較例８に係る画像表示装置では、ＬＤから放射され大径のレンズを介した放射光の強度分布が急峻なガウス分布となり周辺光量比が大きくなり、該放射光の光量の積分値である積分光量が非常に大きくなるが、画像形成部、アパーチャ及びパワーの大きい投射レンズを介した光のメインローブのスポット径は小さくなる。よって、比較例８に係る画像表示装置では、高効率化及び高解像度化を実現できるものの、レンズ、アパーチャ及び投射レンズの大型化を伴い高コスト化を招く。

本技術に係る画像表示装置の構成例２では、図１６Ｃに示すように、ＬＤ（光源）からの放射光の光路上にＮＡが小さく（例えばＮＡ≦０．１６）且つ焦点距離が長いレンズ（光学系）が配置され、該レンズを介した光の光路上にアパーチャ（開口部材）及び投射レンズ（投射光学系）が配置されている。レンズと投射レンズとの間の光の光路上に該光により画像を形成する画像形成部（不図示）が配置されている。すなわち、画像表示装置の構成例２は、光源装置の構成例１（図１４Ｂ参照）に画像形成部、アパーチャ及び投射レンズを加えるとともにレンズの焦点距離を長くした構成を有している。画像表示装置の構成例２では、ＬＤから放射されレンズを介した放射光の強度分布が緩やかなガウス分布となって該放射光の光量の積分値である積分光量が小さくなり、画像形成部、アパーチャ及び投射レンズを介した光のメインローブのスポット径も小さくなる。よって、画像表示装置の構成例２は、減衰フィルタ等の光学部品を用いることなく、低効率化及び高解像度化を実現できる。このように、ＮＡが小さく且つ焦点距離が長いレンズを使用することにより、投射光量を下げ、且つ、投射レンズを介した光のスポット径を小さくすること（高解像度化）が可能である。

図１７は、比較例９に係る画像表示装置を示す図である。比較例９に係る画像表示装置では、図１７に示すように、ＬＤからの放射光の光路上にＮＡが大きい（例えばＮＡ＞０．１６）レンズが配置され、該レンズを介した光の光路上に集光レンズ及び投射レンズがレンズ側からのこの順に配置されている。レンズと投射レンズとの間の光の光路上に該光により画像を形成する画像形成部（不図示）が配置されている。すなわち、比較例９に係る画像表示装置は、比較例４に係る光源装置（図１４Ａ参照）に画像形成部、集光レンズ及び投射レンズを加えた構成を有している。比較例９に係る画像表示装置では、ＬＤから放射されレンズを介した放射光の強度分布が急峻なガウス分布となり周辺光量比が大きくなり、該放射光の光量の積分値である積分光量が大きくなるが、集光レンズと投射レンズとの間の光路上で中間結像点が形成されるため、投射レンズを介した光のメインローブのスポット径は小さくなる。よって、比較例９に係る画像表示装置では、高効率化及び高解像度化を実現できるものの、追加部品としての集光レンズが必要となり、高コスト化を招く。

以上説明した本技術の画像表示装置の構成例１、２によれば、レンズのＮＡを小さくすることにより、投射レンズ透過後の光の強度分布の広がりが小さくなる結果、メインローブのスポット径を小さくすることができる。すなわち、画像表示装置の構成例１、２によれば、レンズ等の大型化や光学部品の追加を行わずに画像表示に用いられる光のスポット径を小さくすること（高解像度化）が可能である。

なお、画像表示装置の構成例１、２において、光源にＬＤに代えてＶＣＳＥＬ（面発光レーザー）等の他のレーザーを用いてもよい。

（高解像度化の原理）
図１８Ａは、低い空間周波数（１／Ｔ_Ｌ）の波の濃淡を示す図である。図１８Ｂは、高い空間周波数（１／Ｔｓ）の波の濃淡を示す図である。放射光のスポット径を小さくすることにより高い空間周波数の波を生成することができ、解像度を向上することができる。

＜４．本技術の特徴１＞
（開口数の設定）
図１９は、放射角和と開口数と効率との関係を示す図（その１）である。図１９において、横軸が放射角和［ｄｅｇ］であり、縦軸が開口数（ＮＡ）であり、効率ｖが%表示されている。図１９に示すように、効率ｖ（ｖ_１／ｖ_０）は、放射角和が一定の条件下で、ＮＡが大きくなるほど高くなり、ＮＡが小さくなるほど低くなる。また、効率ｖは、ＮＡが一定の条件下で、放射角和が大きくなるほど低くなり、放射角和が小さくなるほど高くなる。従来のコリメータレンズやコンデンサーレンズは、用途によらず高効率が求められていたため、ＮＡが０．１７以上のものが使用されている。具体的には、従来の通信用の光源装置のコリメータレンズのＮＡは、０．１７～０．３０程度である。従来のＯＰＵ（光ピックアップ）用の光源装置のコリメータレンズのＮＡは、０．２２～０．３０程度である。従来のプロジェクタ用のコリメータレンズのＮＡは、０．２４～０．２６程度である。従来のプロジェクタ用コンデンサーレンズのＮＡは、０．４０～０．６０程度である。

そこで、本技術に係る光源装置（例えば光源装置の構成例１）及び画像表示装置（例えば画像表示装置の構成例１、２）では、レンズの開口数（ＮＡ）が０．１６以下に設定される。これにより、例えば光源装置及び画像表示装置が網膜直描用である場合に、ＮＤフィルタ等の光学フィルタを用いずに光量を下げることができ、網膜に対する安全性を確保することができる。また、例えば光源装置及び画像表示装置がプロジェクション用であって暗い環境下で用いられる場合に、ＮＤフィルタ等の光学フィルタを用いずに光量を下げることができ、不要な光量を予めカットしておきたいというニーズにも対応することができる。

図２０Ａは、開口数（ＮＡ）と、周辺光量比及び投射光量との関係を示す図である。特に網膜直描用途では、投射光量を極力下げ、且つ、周辺光量比を極力上げることが望ましいことから、ＮＡが０．１６以下であることが有効である（図２０Ａ参照）。

図２０Ｂは、開口数（ＮＡ）と体積倍率との関係を示す図である。図２０Ｂでは、ＮＡが０．２４での装置体積を１．０としたときの装置体積（体積倍率）とＮＡとの関係が示されている。レンズはＮＡが小さいほど焦点距離Ｆが長くなり、装置が大型化する傾向にある。そこで、体積倍率を小さくする観点から、ＮＡは、例えば０．０３以上であることが好ましい。これにより、体積倍率を４．０以下に抑えることができる。

図２１Ａは、開口数（ＮＡ）と、調整感度及び投射光量との関係を示す図である。図２１Ｂは、開口数と、調整（光源とレンズとの位置ずれや角度ずれ）による光量変化との関係を示す図である。特に網膜直描用途では、投射光量を下げる観点からはＮＡが小さいことが望ましいが、ＮＡが小さいほど調整感度が高くなってしまう（図２１Ａ参照）。調整感度が高くなると誤差（光源とレンズとの位置ずれ量や角度ずれ量）による光量変化が大きくなり（図２１Ｂ参照）、狙いの光量（目標光量）からの乖離が大きくなる。よって、ＮＡを、調整による光量変化が少ない値に設定することが好ましい。具体的には、ＮＡを、例えば０．０５以上に設定することが好ましい。これにより、調整による光量変化を１．０％以下に抑えることができる。調整感度の詳細については、後述する。

（放射角和の設定）
本技術に係る光源装置及び画像表示装置では、光源（例えばＬＤ）の放射角和が１４°以上に設定される。ＮＡが０．１６以下且つ放射角和が１４°以上の場合に、効率ｖを９５％以下に抑えることができる（図１９参照）。

効率ｖを下げる観点からは、放射角和が大きいほど好ましい。例えばＮＡが０．１６以下且つ放射角和が１８°以上の場合に、効率ｖを９０％以下に抑えることができる（図１９参照）。例えばＮＡが０．１６以下且つ放射角和が２２°以上の場合に、効率ｖを８０％以下に抑えることができる（図１９参照）。例えばＮＡが０．１６以下且つ放射角和が２６°以上の場合に、効率ｖを７０％以下に抑えることができる（図１９参照）。例えばＮＡが０．１６以下且つ放射角和が３１°以上の場合に、効率ｖを６０％以下に抑えることができる（図１９参照）。例えばＮＡが０．１６以下且つ放射角和が３７°以上の場合に、効率ｖを５０％以下に抑えることができる（図１９参照）。

図１９には、放射角和が４４°以下の範囲が示されているが、放射角和が４４°超であってもよい。この場合には、効率ｖを更に下げることが可能である。

＜５．本技術の特徴２＞
（開口数の設定）
図２２は、放射角和と開口数と効率との関係を示す図（その２）である。図２２において、横軸が放射角和［ｄｅｇ］であり、縦軸が開口数（ＮＡ）であり、効率ｖが%表示されている。図２２は、開口数の設定範囲が異なる点を除いて、図１９と同様の図である。

本技術に係る光源装置（例えば光源装置の構成例１）及び画像表示装置（例えば画像表示装置の構成例１、２）では、図２２に示すように、レンズの開口数（ＮＡ）が０．０６以下に設定されることが好ましい。この場合、放射角和が１４°以上の場合に効率ｖを６０％以下に抑えることができる。

図２３は、開口数と光強度分布の関係を示す図である。図２３に示すように、ＬＤから出射されたレーザー光において、開口数（ＮＡ）によらず、レンズ開口部の光強度分布（ニアフィールドパターン）は横長の楕円形であり、投射部の光強度分布（ファーフィールドパターン）は縦長の楕円形となる。図２３では、ＮＡが０．２４８、０．１２５、０．０８３の例を示す。図２３から、ＮＡが小さいほど、レンズ開口部及び投射部の双方における縦断面におけるスポット径を小さくできることがわかる。図２３から、ＮＡが小さいほど、レンズ開口部及び投射部の双方における横断面におけるスポット径を小さくできる（但し、ＮＡが０．１２５の場合と０．０８３の場合とで同等）ことがわかる。

（実施例）
本技術に係る光源装置（例えば光源装置の構成例１）及び画像表示装置（例えば画像表示装置の構成例１、２）の具体的な実施例としては、ＮＡが０．０６のレンズ及び放射角和が２９°のＬＤを使用した。この結果、効率ｖを８％まで下げることができた。すなわち、ＮＤフィルタを用いることなく網膜直描での画像鑑賞の安全性が確保でき、該画像鑑賞では投影画像の高解像度化の効果が得られた。本実施例において低ＮＡレンズを使用することによりレンズを透過しない不要な迷光が発生することが確認された。対応として使用する筐体の反射防止加工（表面粗さを加工するもしくは吸収材料を塗布）と、レンズ開口部に対応するアパーチャ（開口部材）を設置することにより不要な迷光が画像光に与える影響を低減させ、鑑賞体験価値を低下させることなく目的を達成しうる。

＜６．本技術の特徴３＞
（開口数の設定）
図２４は、放射角和と開口数と効率との関係を示す図（その３）である。図２４において、横軸が放射角和［ｄｅｇ］であり、縦軸が開口数（ＮＡ）である。図２４は、開口数の設定範囲が異なる点及び効率ｖが表示されていない点を除いて、図１９、図２２と同様の図である。

図２４において、黒い太線で囲まれた領域は、高い調整精度が必要な領域である。当該領域は、放射角和をｘ軸、ＮＡをｙ軸としたｘｙ座標（ｘ、ｙ）を設定すると、（１４°、０．００１）と（１４°、０．０９）と（２３°、０．００１）の３つの座標を頂点とする図形内の領域である。

（ｘ、ｙ）が当該領域内にあると、調整感度が非常に高くなり、光源とレンズとの間の位置ずれや角度ずれに対する光量変化が非常に大きくなる。そこで、低効率化及び高解像度化を実現しつつ調整感度を低減するために、（ｘ、ｙ）をｙの値（ＮＡ）を小さくしつつ当該領域から外れる組み合わせとすることが望ましい。

例えば、ｙ（開口数）が０．０９以下であり、且つ、ｘ（放射角和）が１４°以上であることが好ましい。この場合、当該領域外の好適な（ｘ、ｙ）を選択することができる。

例えば、開口数が０．１６以下であり、且つ、放射角和が２３°以上であってもよい。この場合も、当該領域外のより好適な（ｘ、ｙ）を選択することができる。

例えば、開口数が０．０９以下であり、且つ、放射角和が２３°以上であってもよい。この場合も、当該領域外のより一層好適な（ｘ、ｙ）を選択することができる。

＜７．調整感度＞
図２５は、従来技術の光源装置及び本技術の光源装置の、光源（ＬＤ）及びレンズの位置関係を示す図である。図２５に示すように、本技術では、従来技術に比べて、レンズの開口数が小さく（ＮＡ＜ＮＡ’）焦点距離が長い(Ｆ＜Ｆ’)ため、ＬＤとレンズの調整ストロークが大きくなる（Ｆ×ｔａｎθ＜Ｆ’×ｔａｎθ）。すなわち、本技術は、従来技術に比べて、ＬＤからの光の全体がレンズに収まる、ＬＤとレンズとの位置ずれの許容範囲である位置ずれ許容範囲が広く、ロバスト性が高い。なお、ＬＤとレンズとの位置ずれが位置ずれ許容範囲を超える場合には、例えばあおり調整（角度調整）を行って補正することができる。

図２６は、従来技術の光源装置の調整感度（位置ずれ及び角度ずれが小の場合）について説明するための図である。図２６の左図は、ＬＤの光軸とレンズ（ＮＡが大きいレンズ）の光軸とが一致した（位置ずれ及び角度ずれがない）理想的な状態を示す。図２６の右図は、ＬＤの光軸とレンズ（ＮＡが大きいレンズ）の光軸とに上記許容範囲を超える小さな位置ずれＤが生じ、ＬＤの光軸をレンズの中心を通るように小角度だけ傾けた状態（あおり調整した状態）を示す。図２６の左図及び右図を比較すると、レンズを透過した光の積分光量の差が小さいことがわかる。すなわち、従来技術の光源装置は、小さな位置ずれＤ及び角度ずれに対する光量変化が少ない。

図２７は、本技術の光源装置の調整感度（位置ずれ及び角度ずれが小の場合）について説明するための図である。図２７の左図は、ＬＤの光軸とレンズ（ＮＡが小さいレンズ）の光軸とが一致した理想的な状態を示す。図２７の右図は、ＬＤの光軸とレンズ（ＮＡが小さいレンズ）の光軸とに小さな位置ずれＤが生じ、ＬＤの光軸をレンズの中心を通るように小角度だけ傾けた状態（あおり調整した状態）を示す。図２７の左図及び右図を比較すると、レンズを透過した光の積分光量の差が大きいことがわかる。すなわち、本技術の光源装置は、小さな位置ずれＤ及び角度ずれに対する光量変化が多い。

図２８は、従来技術の光源装置の調整感度（位置ずれ及び角度ずれが大の場合）について説明するための図である。図２８の左図は、ＬＤの光軸とレンズ（ＮＡが大きいレンズ）の光軸とが一致した（位置ずれ及び角度ずれがない）理想的な状態を示す。図２８の右図は、ＬＤの光軸とレンズ（ＮＡが大きいレンズ）の光軸とに大きな位置ずれＤが生じ、ＬＤの光軸をレンズの中心を通るように大角度だけ傾けた状態（あおり調整した状態）を示す。図２８の左図及び右図を比較すると、レンズを透過した光の積分光量の差が小さいことがわかる。すなわち、従来技術の光源装置は、大きな位置ずれ及び角度ずれに対する光量変化が少ない。

図２９は、本技術の光源装置の調整感度（位置ずれ及び角度ずれが小の場合）について説明するための図である。図２９の左図は、ＬＤの光軸とレンズ（ＮＡが小さいレンズ）の光軸とが一致した理想的な状態を示す。図２９の右図は、ＬＤの光軸とレンズ（ＮＡが小さいレンズ）の光軸とに大きな位置ずれＤが生じ、ＬＤの光軸をレンズの中心を通るように大角度だけ傾けた状態（あおり調整した状態）を示す。図２９の左図及び右図を比較すると、レンズを透過した光の積分光量の差が大きいことがわかる。すなわち、本技術の光源装置は、大きな位置ずれ及び角度ずれに対する光量変化が多い。

以上の説明から分かるように、例えばＬＤとレンズとの位置ずれが位置ずれ許容範囲を超える場合であってあおり調整する場合に、ＮＡが小さいレンズを用いる本技術は、ＮＡが大きいレンズを用いる従来技術に比べて、ＬＤとレンズとの角度ずれによる光量変化が大きい。この光量変化は、ＮＡが小さいほど、放射角和が小さいほど大きくなると考えられる。特に図２４の黒い太線で囲まれた領域内では、この光量変化が非常に大きくなるため、ＮＡと放射角和の組み合わせが当該領域内に入らないようにＮＡと放射角和を設定することが非常に有効となる。

＜８．本技術に係る画像表示装置の構成例３～５＞
（画像表示装置の構成例３）
図３０は、本技術に係る画像表示装置の構成例３を示す図である。図３１は、図３０の画像表示装置の機能を示すブロック図である。画像表示装置の構成例３は、網膜直描用の画像表示装置である。画像表示装置の構成例３は、図３０及び図３１に示すように、光源装置と、画像形成部としてのＭＥＭＳミラー（光偏向器）と、投射光学系としての投射レンズと、接眼光学素子としての接眼レンズと、制御部とを備える。画像表示装置の構成例３のうち少なくとも接眼光学素子が、ユーザの頭部（顔の一部を含む）に装着される支持構造体（例えば眼鏡フレーム）に一体的に支持される。光源装置、ＭＥＭＳミラー及び投射レンズを含む系は、当該支持構造体に一体的に支持されても良いし、当該支持構造体とは別体に（例えば据え置き型の筐体）に設けられてもよい。

画像表示装置の構成例３は、発光波長が異なる複数（例えば３つ）の光源を有し、レンズが複数の光源に対応して複数設けられ、光源装置の光学系は、複数の光源の各々から出射され対応するレンズを介した光を合成する、第１～第３ミラーを含む合成部を有している。

（光源装置）
構成例３の光源装置は、第１ＬＤ～第３ＬＤと、第１～第３レンズと、第１～第４ミラーと、モニタＰＤと、ＬＤドライバと、これらを収容する筐体とを含む。

第１ＬＤ～第３ＬＤは、それぞれＲ（赤）、Ｇ（青）、Ｂ（緑）の光を出射するＬＤである。各ＬＤの放射角和は、１４°以上である。各レンズは、ＮＡが０．１６以下のレンズ（例えば球面レンズ又は非球面レンズ）である。各レンズは、例えばコリメータレンズ（コリメートレンズとも呼ばれる）である。

第１レンズは、第１ＬＤから出射された赤色光の光路上に配置されている。第１ミラーは、赤色光を反射するダイクロイックミラーである。第１ミラーは、第１ＬＤから出射され第１レンズを透過した赤色光の光路上に配置されている。

第２レンズは、第２ＬＤから出射された緑色光の光路上に配置されている。第２ミラーは、赤色光を透過させ緑色光を反射させるダイクロイックミラーである。第２ミラーは、第１ミラーで反射された赤色光の光路と第２ＬＤから出射され第２レンズを透過した緑色光の光路との交差点に配置されている。

第３レンズは、第３ＬＤから出射された光の光路上に配置されている。第３ミラーは、赤色光及び緑色光を透過させ青色光を反射させるダイクロイックミラーである。第３ミラーは、第２ミラーを介した赤色光及び緑色光の合成光の光路と、第３ＬＤから出射され第３レンズを透過した青色光の光路との交差点に配置されている。

第３ミラーを介した赤色光、緑色光及び青色光の合成光が第４ミラーに入射される。第４ミラーは、入射光の一部を透過させ他部を反射させるハーフミラーである。モニタＰＤは、第４ミラーを透過した光の光路上に配置されている。モニタＰＤは、例えばＰＤ（フォトダイオード）等を含んで構成されている。

ＬＤドライバは、例えばコンデンサ、トランジスタ等の回路素子を含んで構成されている。

（画像形成部）
画像形成部としてのＭＥＭＳミラーは、第４ミラーで反射された合成光の光路上に配置され、該光により画像を形成する。ＭＥＭＳミラーは、異なる２軸周りに回動可能なミラー部を含む。ＭＥＭＳミラーは、制御部により、ＬＤと同期して制御される。なお、筐体には、第４ミラーで反射された合成光をＭＥＭＳミラーに向けて透過させる透過窓が設けられている。

制御部は、入力された画像情報に基づいて各ＬＤを発光させるための発光制御信号を生成し、ＬＤドライバに出力する。ＬＤドライバは、発光制御信号に基づいて各ＬＤを駆動する駆動信号を生成し、該ＬＤに印加する。制御部は、モニタＰＤの出力信号に基づいてＬＤの発光光量を制御する（ＡＰＣ：オートパワーコントロール）。制御部は、例えばＣＰＵ、ＦＰＧＡ、チップセット等を含んで構成される。

(投射光学系)
投射光学系としての投射レンズは、ＭＥＭＳミラーからの画像を形成した光を投射する。詳述すると、投射レンズは、ＭＥＭＳミラーで偏向された光の光路上に配置され、該光を略平行光に変換する。

（接眼光学素子）
接眼光学素子は、投射レンズで略平行光に変換された光の光路上に配置され、投射光学系を介した光をユーザの眼球に導く。接眼光学素子として、例えば接眼レンズが用いられる。

以上説明した画像表示装置の構成例３では、上記画像表示装置の構成例１、２と同様の効果を奏する、フルカラーの画像表示装置を提供できる。

（画像表示装置の構成例４）
図３２は、本技術に係る画像表示装置の構成例４を示す図である。画像表示装置の構成例４は、網膜直描用の画像表示装置である。画像表示装置の構成例４は、図３２に示すように、画像形成部がＭＥＭＳミラーに代えてＤＭＤ（マイクロミラーデバイス）を含む点を除いて、画像表示装置の構成例３と同様の構成を有する。画像表示装置の構成例４は、上記画像表示装置の構成例３と同様の効果を奏する。

（画像表示装置の構成例５）
図３３は、本技術に係る画像表示装置の構成例５を示す図である。画像表示装置の構成例５は、網膜直描用の画像表示装置である。画像表示装置の構成例５は、図３３に示すように、液晶素子としてのＬＣＤが複数（例えば３つ）のレンズに対応して複数設けられ、画像形成部が複数のレンズの各々を介した光を該レンズに対応する液晶素子に入射させ、該液晶素子を介した光を合成する点を除いて、画像表示装置の構成例３と同様の構成を有する。

画像表示装置の構成例５では、光源装置が、第１～第３ＬＤと、第１～第３レンズとを有し、画像形成部が、第１～第４ＤＰ（ダイクロイックプリズム）と、第１～第３ＬＣＤ（リキッドクリスタルディスプレイ）と、第１及び第２ミラーとを有する。

第１ＬＤから出射され第１レンズを介した赤色光の光路上に該赤色光を反射させる第１ＤＰ（第１ダイクロイックプリズム）が配置されている。第１ＤＰで反射された赤色光の光路上に第１ＬＣＤ（第１リキッドクリスタルディスプレイ）が配置されている。第１ＬＣＤは、反射型液晶素子であり、入射された赤色光により画像を形成する。第１ＬＣＤで反射され画像を形成した赤色光は、第１ＤＰを透過し第１ミラーで反射され第４ＤＰ（クロスダイクロイックプリズム）に入射される。

第２ＬＤから出射され第２レンズを介した緑色光の光路上に該緑色光を反射させる第２ＤＰ（第２ダイクロイックプリズム）が配置されている。第２ＤＰで反射された緑色光の光路上に第２ＬＣＤ（第２リキッドクリスタルディスプレイ）が配置されている。第２ＬＣＤは、反射型液晶素子であり、入射された緑色光により画像を形成する。第２ＬＣＤで反射され画像を形成した緑色光は、第２ＤＰを透過して第４ＤＰに入射される。

第３ＬＤから出射され第３レンズを介した青色光の光路上に該青色光を反射させる第３ＤＰ（第３ダイクロイックプリズム）が配置されている。第３ＤＰで反射された青色光の光路上に第３ＬＣＤ（第３リキッドクリスタルディスプレイ）が配置されている。第３ＬＣＤは、反射型液晶素子であり、入射された青色光により画像を形成する。第３ＬＣＤで反射され画像を形成した青色光は、第３ＤＰを透過し第２ミラーで反射され第４ＤＰに入射される。

第４ＤＰとしてのクロスダイクロイックプリズムは、第１ミラーを介した赤色光、第２ＤＰを介した緑色光及び第２ミラーを介した青色光を合成して、その合成光を出射する。

第４ＤＰからの合成光の光路上に投射光学素子としての投射レンズが配置されている。投射レンズを介した合成光の光路上に接眼光学素子としての接眼レンズが配置されている。

以上説明した画像表示装置の構成例５は、上記画像表示装置の構成例３と同様の効果を奏する。

＜９．本技術に係る光源装置と従来の光源装置の体積＞
図３４は、従来技術及び本技術の光源装置の容積を比較するための図である。図３４の右図に示す本技術の光源装置は、画像表示装置の構成例３、４の光源装置と同様の構成（第１～第３レンズのＮＡが０．１６以下である構成）を有する。図３４の左図に示す従来技術の光源装置は、第１～第３レンズのＮＡが０．１６超である点を除いて、画像表示装置の構成例３、４の光源装置と概ね同様の構成を有する。光源装置の装置体積は、図３４中の寸法Ａ、Ｂ、紙面垂直方向の寸法Ｃ、各レンズの焦点距離Ｆを用いて、Ｖ＝Ｃ×Ｂ×（Ａ＋Ｆ）と表せる。よって、本技術の光源装置の各レンズの焦点距離は、従来技術の光源装置の各レンズの焦点距離よりも長く、その分、装置体積が大きくなる。そこで、前述したように、焦点距離を抑えるためにＮＡを例えば０．０３以上に設定することが好ましい。

＜１０．本技術の第１～第９実施形態に係る画像表示装置＞
以下、本技術の第１～第９実施形態に係る画像表示装置について説明する。
（第１実施形態に係る画像表示装置）
図３５は、本技術の第１実施形態に係る画像表示装置１０を示す図である。画像表示装置１０は、プロジェクタである。画像表示装置１０は、図３５に示すように、接眼レンズ及びモニタＰＤを有していない点を除いて、画像表示装置の構成例３（図３０参照）と概ね同様の構成を有する。画像表示装置１０は、光源装置１００とＭＥＭＳミラー２０１と投射レンズ３０１とを備える。光源装置１００は、第１～第３ＬＤ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃと、第１～第３レンズ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃと、第１～第４ミラー１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０４と、これらを収容する筐体１００ａとを含む。光源装置１００から出射されＭＥＭＳミラー２０１及び投射レンズ３０１をこの順に介した光は、所定の表示面（例えばスクリーン面、建物の壁面や天井面）上に結像される。なお、画像表示装置１０は、モニタＰＤ（図３０参照）を有していてもよい。画像表示装置１０によれば、ＬＤの光量過剰に対応でき（特に暗い環境下での使用に適し）且つ高解像度表示が可能なプロジェクタを提供できる。

（第２実施形態に係る画像表示装置）
図３６は、本技術の第２実施形態に係る画像表示装置２０を示す図である。画像表示装置２０は、プロジェクタである。画像表示装置２０は、図３６に示すように、接眼レンズ及びモニタＰＤを有していない点を除いて、画像表示装置の構成例４（図３２参照）と概ね同様の構成を有する。画像表示装置２０は、光源装置１００と、ＤＭＤ２０２（デジタルミラーデバイス）と、投射レンズ３０１とを備える。光源装置１００から出射されＤＭＤ２０２及び投射レンズ３０１をこの順に介した光は、所定の表示面（例えばスクリーン面、建物の壁面や天井面）上に結像される。なお、画像表示装置２０は、モニタＰＤ（図３２参照）を有していてもよい。画像表示装置２０によれば、ＬＤの光量過剰に対応でき（特に暗い環境下での使用に適し）且つ高解像度表示が可能なプロジェクタを提供できる。

（第３実施形態に係る画像表示装置）
図３７は、本技術の第３実施形態に係る画像表示装置３０を示す図である。画像表示装置３０は、プロジェクタである。画像表示装置３０は、図３７に示すように、接眼レンズを有していない点及び５つのダイクロイックプリズムを有している点を除いて、画像表示装置の構成例５（図３３参照）と概ね同様の構成を有する。画像表示装置３０の光源装置は、第１～第３ＬＤ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃと、第１～第３レンズ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃとを含む。画像表示装置３０の画像形成部は、第１～第５ダイクロイックプリズム１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、１０５ｅと、第１～第３ＬＣＤ１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃと、第１及び第２ミラー１０７、１０８とを含む。画像表示装置３０の投射光学系は、投射レンズ３０１を含む。

第１ＬＤ１０１aから出射され第１レンズ１０２ａを透過した赤色光は、第１ダイクロイックプリズム１０５ａで第１ＬＣＤ１０６ａに向けて反射される。第１ＬＣＤ１０６ａで反射され画像を形成した赤色光は、第１ミラー１０７で反射され第５ダイクロイックプリズム１０５ｅに入射される。

第２ＬＤ１０１ｂから出射され第２レンズ１０２ｂを透過した緑色光は、第２ダイクロイックプリズム１０５ｂで第２ＬＣＤ１０６ｂに向けて反射される。第２ＬＣＤ１０６ｂで反射され画像を形成した緑色光は、第４ダイクロイックプリズム１０５ｄを透過して第５ダイクロイックプリズム１０５ｅに入射される。

第３ＬＤ１０１ｃから出射され第３レンズ１０２ｃを透過した青色光は、第３ダイクロイックプリズム１０５ｃで第３ＬＣＤ１０６ｃに向けて反射される。第３ＬＣＤ１０６ｃで反射され画像を形成した青色光は、第２ミラー１０８で反射され第４ダイクロイックプリズム１０５ｄで反射され第５ダイクロイックプリズム１０５ｅに入射される。

第５ダイクロイックプリズム１０５ｅに入射された赤色光、緑色光及び青色光は、第５ダイクロイックプリズム１０５ｅで合成され、投射レンズ３０１を介して所定の表示面（例えばスクリーン面、建物の壁面や天井面）上に結像される。

以上説明した画像表示装置３０によれば、ＬＤの光量過剰に対応でき（特に暗い環境下での使用に適し）且つ高解像度表示が可能なプロジェクタを提供できる。

（第４実施形態に係る画像表示装置）
図３８は、本技術の第４実施形態に係る画像表示装置４０を示す図である。画像表示装置４０は、網膜直描用の画像表示装置である。画像表示装置４０は、図３８に示すように、接眼レンズ４０１を有する点を除いて、第１実施形態に係る画像表示装置１０（図３５参照）と概ね同様の構成を有する。

画像表示装置４０では、投射レンズ３０１を介した光は、投射レンズ３０１と接眼レンズ４０１との間の光路上で中間結像点を形成する。接眼レンズ４０１を介した光は、眼球ＥＢの網膜上に結像する。

画像表示装置４０によれば、ＬＤの光量過剰に対応でき（特にアイセーフに寄与する）且つ高解像度表示が可能な網膜直描用の画像表示装置を提供できる。

（第５実施形態に係る画像表示装置）
図３９は、本技術の第５実施形態に係る画像表示装置５０を示す図である。画像表示装置５０は、網膜直描用の画像表示装置である。画像表示装置５０は、図３９に示すように、接眼レンズ４０１を有する点を除いて、第２実施形態に係る画像表示装置２０（図３６参照）と概ね同様の構成を有する。

画像表示装置５０では、投射レンズ３０１を介した光は、投射レンズ３０１と接眼レンズ４０１との間の光路上で中間結像点を形成する。接眼レンズ４０１を介した光は、眼球ＥＢの網膜上に結像する。

画像表示装置５０によれば、ＬＤの光量過剰に対応でき（特にアイセーフに寄与する）且つ高解像度表示が可能な網膜直描用の画像表示装置を提供できる。

（第６実施形態に係る画像表示装置）
図４０は、本技術の第６実施形態に係る画像表示装置６０を示す図である。画像表示装置６０は、網膜直描用の画像表示装置である。画像表示装置６０は、図４０に示すように、接眼光学素子として接眼レンズ４０１を有する点を除いて、第３実施形態に係る画像表示装置３０（図３７参照）と概ね同様の構成を有する。画像表示装置６０では、投射光学系としての投射レンズ３０１を介した光は、接眼レンズ４０１により眼球ＥＢの網膜上に結像される。

画像表示装置６０によれば、ＬＤの光量過剰に対応でき（特にアイセーフに寄与する）且つ高解像度表示が可能な網膜直描用の画像表示装置を提供できる。

（第７実施形態に係る画像表示装置）
図４１は、本技術の第７実施形態に係る画像表示装置７０を示す図である。画像表示装置７０は、網膜直描用の画像表示装置である。画像表示装置７０は、図４１に示すように、光源装置１００と画像形成部としてのＭＥＭＳミラー２０１との間の光の光路上に配置された集光光学素子５０１を更に備える点を除いて、第４実施形態に係る画像表示装置４０（図３８参照）と概ね同様の構成を有する。

集光光学素子５０１は、光源装置１００からの光をＭＥＭＳミラー２０１上に集光（結像）させる。これにより、眼球ＥＢの網膜上に形成される画像の更なる高解像度化を図ることが可能である。また、ＭＥＭＳミラー２０１に小型のものを用いることができる。集光光学素子５０１として、例えば集光レンズの他、集光ミラーを用いることができる。

画像表示装置７０によれば、ＬＤの光量過剰に対応でき（特にアイセーフに寄与する）且つ更なる高解像度表示が可能な網膜直描用の画像表示装置を提供できる。

（第８実施形態に係る画像表示装置）
図４２は、本技術の第８実施形態に係る画像表示装置８０を示す図である。画像表示装置８０は、網膜直描用の画像表示装置である。画像表示装置８０は、図４２に示すように、光源装置１００と画像形成部としてのＤＭＤ２０２との間の光の光路上に配置された集光光学素子５０２を更に備える点を除いて、第５実施形態に係る画像表示装置５０（図３９参照）と概ね同様の構成を有する。

集光光学素子５０２は、光源装置１００からの光を集光光学素子５０２とＤＭＤ２０２との間の光の光路上で集光させ（結像させ）、拡散光としてＤＭＤ２０２に入射させる。これにより、眼球ＥＢの網膜上に形成される画像の更なる高解像度化を図ることが可能である。集光光学素子５０１として、例えば集光レンズの他、集光ミラーを用いることができる。

画像表示装置７０によれば、ＬＤの光量過剰に対応でき（特にアイセーフに寄与する）且つ更なる高解像度表示が可能な網膜直描用の画像表示装置を提供できる。

（第９実施形態に係る画像表示装置）
図４３は、本技術の第９実施形態に係る画像表示装置９０を示す図である。画像表示装置９０は、網膜直描用の画像表示装置である。画像表示装置９０は、図４３に示すように、投射光学系３００が投射レンズ３０１に加えて集光光学素子３０２を含む点を除いて、第６実施形態に係る画像表示装置６０（図４０参照）と概ね同様の構成を有する。

画像表示装置９０では、集光光学素子３０２は、画像形成部と投射レンズ３０１との間に配置される。集光光学素子３０２は、画像形成部からの画像を形成した光を集光光学素子３０２と投射レンズ３０１との間の光路上に集光させて（結像させて）中間結像点を形成する。該中間結像点からの拡散光は、投射レンズ３０１で略平行光に変換され、接眼レンズ４０１により眼球ＥＢの網膜上に結像される。集光光学素子３０２としては、例えば集光レンズ、集光ミラー等が挙げられる。

画像表示装置９０では、投射光学系３００内で中間結像点が形成されるので、眼球ＥＢの網膜上に投影される画像の更なる高解像度化を図ることが可能である。集光光学素子３０２として、例えば集光レンズの他、集光ミラーを用いることができる。

画像表示装置９０によれば、ＬＤの光量過剰に対応でき（特にアイセーフに寄与する）且つ更なる高解像度表示が可能な網膜直描用の画像表示装置を提供できる。

なお、画像表示装置９０において、集光光学素子３０２は、投射レンズ３０１と接眼レンズ４０１との間の光の光路上に配置されてもよい。

＜１１．本技術の変形例＞
上記光源装置の構成例１、上記画像表示装置の各構成例、各実施形態に係る画像表示装置は、適宜変更可能である。

例えば画像表示装置の構成例５、第３実施形態に係る画像表示装置３０、第６実施形態に係る画像表示装置６０及び第９実施形態に係る画像表示装置９０では、画像形成部が、各液晶素子として反射型ＬＣＤを用いているが、少なくとも１つの液晶素子として透過型ＬＣＤを用いることもできる。

例えば網膜直描用の画像表示装置において、接眼光学素子（例えば接眼レンズ）に代えて又は加えて、眼球ＥＢに装着される、コンタクトレンズ型光学素子を用いてもよい。この場合に、コンタクトレンズ型光学素子は、画像表示装置の構成要素であってもよいし、画像表示装置の構成要素でなくてもよい。コンタクトレンズ型光学素子として、例えばＤＯＥ（回折光学素子）、ＨＯＥ（ホログラム光学素子）等を用いることができる。

例えば光源装置や画像表示装置の光源は、半導体レーザーに限らず、例えば発光ダイオード、ハロゲンランプ、半導体レーザー以外のレーザー等の放射角を規定できる光源であれば如何なるものであってもよい。この場合も、放射角和は１４°以上であることが好ましい。

例えば画像形成部の光偏向器として、ＭＥＭＳミラーに代えて、ガルバノミラー等を用いてもよい。

例えば接眼光学素子として、接眼レンズに代えて、接眼ミラーを用いてもよい。

例えば投射光学系の投射光学素子として、投射レンズに代えて投射ミラーを用いてもよい。

例えば光源装置の構成例１、画像表示装置の各構成例、各実施形態に係る画像表示装置を矛盾しない範囲内で相互に組み合わせてもよい。

なお、本技術は、以下のような構成をとることもできる。
（１）少なくとも１つの光源と、
前記光源からの光の光路上に配置された、レンズを含む光学系と、
を備え、
前記レンズの開口数が０．１６以下であり、且つ、前記光源の、互いに直交する２つ方向の各々に関する放射角の和である放射角和が１４°以上である、光源装置。
（２）前記開口数が０．０９以下であり、且つ、前記放射角和が１４°以上である、（１）に記載の光源装置。
（３）前記開口数が０．１６以下であり、且つ、前記放射角和が２３°以上である、（１）又は（２）に記載の光源装置。
（４）前記開口数が０．０９以下であり、且つ、前記放射角和が２３°以上である、（１）～（３）のいずれか１つに記載の光源装置。
（５）前記レンズは、球面レンズ又は非球面レンズである、（１）～（４）のいずれか１つに記載の光源装置。
（６）前記光源は、半導体レーザーである、（１）～（５）のいずれか１つに記載の光源装置。
（７）（１）～（６）のいずれか１つに記載の光源装置と、前記光源装置からの光により画像を形成する画像形成部と、前記画像を形成した光を投射する投射光学系と、を備える、画像表示装置。
（８）前記画像形成部は、光偏向器を有する、（７）に記載の画像表示装置。
（９）前記画像形成部は、デジタルミラーデバイスを有する、（７）又は（８）に記載の画像表示装置。
（１０）前記画像形成部は、液晶素子を有する、（７）～（９）のいずれか１つに記載の画像表示装置。
（１１）前記少なくとも１つの光源は、発光波長が異なる複数の光源であり、前記レンズが前記複数の光源に対応して複数設けられ、前記光源装置の光学系は、前記複数の光源の各々から出射され対応する前記レンズを介した光を合成する、（７）～（１０）のいずれか１つに記載の画像表示装置。
（１２）前記少なくとも１つの光源は、発光波長が異なる複数の光源であり、前記レンズは、前記複数の光源に対応して複数設けられ、前記液晶素子が複数の前記レンズに対応して複数設けられ、前記画像形成部は、前記複数のレンズの各々を介した光を該レンズに対応する前記液晶素子に入射させ、該液晶素子を介した光を合成する、（１０）～（１１）のいずれか１つに記載の画像表示装置。
（１３）前記投射光学系を介した光をユーザの眼球に導く光学素子を更に備える、（７）～（１２）のいずれか１つに記載の画像表示装置。
（１４）前記光源装置と前記画像形成部との間の前記光の光路上に配置された集光光学素子を更に備える、（７）～（１３）のいずれか１つに記載の画像表示装置。
（１５）前記画像形成部は、デジタルミラーデバイスを有し、前記集光光学素子は、前記光を前記光源装置と前記デジタルミラーデバイスとの間の前記光の光路上で集光させる、（１４）に記載の画像表示装置。
（１６）前記画像形成部は、光偏向器を有し、前記集光光学素子は、前記光を前記光偏向器に集光させる、（１４）に記載の画像表示装置。
（１７）前記投射光学系は、集光光学素子を含む、（１０）に記載の画像表示装置。
（１８）前記投射光学系は、投射光学素子を含み、前記集光光学素子は、前記画像形成部と前記投射光学素子との間の前記光の光路上に配置される、（１７）に記載の画像表示装置。
（１９）前記投射光学系を介した光をユーザの眼球に導く光学素子を更に備え、前記投射光学系は、投射光学素子を含み、前記集光光学素子は、前記投射光学素子と前記光学素子との間の前記光の光路上に配置される、（１７）に記載の画像表示装置。
（２０）少なくとも前記光学素子が前記ユーザの頭部に装着される、（１３）に記載の画像表示装置。

１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０
１００：光源装置
１０１ａ：第１ＬＤ（光源）
１０１ｂ：第２ＬＤ（光源）
１０１ｃ：第３ＬＤ（光源）
１０２ａ：第１レンズ
１０２ｂ：第２レンズ
１０２ｃ：第３レンズ
１０６ａ；第１ＬＣＤ（液晶素子）
１０６ｂ：第２ＬＣＤ（液晶素子）
１０６ｃ：第３ＬＣＤ（液晶素子）
２０１：ＭＥＭＳミラー（画像形成部）
２０２：ＤＭＤ（画像形成部）
３０１：投射レンズ（投射光学系）
３０２：集光光学素子
４０１：接眼レンズ（接眼光学素子）
５０１、５０２：集光光学素子

Claims (20)

1. 少なくとも１つの光源と、
   前記光源からの光の光路上に配置された、レンズを含む光学系と、
   を備え、
   前記レンズの開口数が０．１６以下であり、且つ、前記光源の、互いに直交する２つ方向の各々に関する放射角の和である放射角和が１４°以上である、光源装置。
2. 前記開口数が０．０９以下であり、且つ、前記放射角和が１４°以上である、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記開口数が０．１６以下であり、且つ、前記放射角和が２３°以上である、請求項１に記載の光源装置。
4. 前記開口数が０．０９以下であり、且つ、前記放射角和が２３°以上である、請求項１に記載の光源装置。
5. 前記レンズは、球面レンズ又は非球面レンズである、請求項１に記載の光源装置。
6. 前記光源は、半導体レーザーである、請求項１に記載の光源装置。
7. 請求項１に記載の光源装置と、
   前記光源装置からの光により画像を形成する画像形成部と、
   前記画像を形成した光を投射する投射光学系と、
   を備える、画像表示装置。
8. 前記画像形成部は、光偏向器を有する、請求項７に記載の画像表示装置。
9. 前記画像形成部は、デジタルミラーデバイスを有する、請求項７に記載の画像表示装置。
10. 前記画像形成部は、液晶素子を有する、請求項７に記載の画像表示装置。
11. 前記少なくとも１つの光源は、発光波長が異なる複数の光源であり、
    前記レンズが前記複数の光源に対応して複数設けられ、
    前記光源装置の光学系は、前記複数の光源の各々から出射され対応する前記レンズを介した光を合成する、請求項７に記載の画像表示装置。
12. 前記少なくとも１つの光源は、発光波長が異なる複数の光源であり、
    前記レンズは、前記複数の光源に対応して複数設けられ、
    前記液晶素子が複数の前記レンズに対応して複数設けられ、
    前記画像形成部は、前記複数のレンズの各々を介した光を該レンズに対応する前記液晶素子に入射させ、該液晶素子を介した光を合成する、請求項１０に記載の画像表示装置。
13. 前記投射光学系を介した光をユーザの眼球に導く光学素子を更に備える、請求項７に記載の画像表示装置。
14. 前記光源装置と前記画像形成部との間の前記光の光路上に配置された集光光学素子を更に備える、請求項７に記載の画像表示装置。
15. 前記画像形成部は、デジタルミラーデバイスを有し、
    前記集光光学素子は、前記光を前記光源装置と前記デジタルミラーデバイスとの間の前記光の光路上で集光させる、請求項１４に記載の画像表示装置。
16. 前記画像形成部は、光偏向器を有し、
    前記集光光学素子は、前記光を前記光偏向器に集光させる、請求項１４に記載の画像表示装置。
17. 前記投射光学系は、集光光学素子を含む、請求項１０に記載の画像表示装置。
18. 前記投射光学系は、投射光学素子を含み、
    前記集光光学素子は、前記画像形成部と前記投射光学素子との間の前記光の光路上に配置される、請求項１７に記載の画像表示装置。
19. 前記投射光学系を介した光をユーザの眼球に導く光学素子を更に備え、
    前記投射光学系は、投射光学素子を含み、
    前記集光光学素子は、前記投射光学素子と前記光学素子との間の前記光の光路上に配置される、請求項１７に記載の画像表示装置。
20. 少なくとも前記光学素子が前記ユーザの頭部に装着される、請求項１３に記載の画像表示装置。