JP5283976B2 - 光走査装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源からの光束を走査して画像を形成する光走査装置に関する。

上記のような光走査装置の１つとして、観察者の頭部に装着され、光源からの光束を走査ユニットにより２次元方向に走査して観察者の眼の網膜上に直接画像を形成する走査型表示装置がある。このような頭部装着タイプの走査型表示装置では、観察者が眼球を回転させて瞳孔が動いたときに、装置からの射出光束が瞳孔から外れて画像が欠けたり観察できなくなったりすることを防止する必要がある。このため、瞳孔径以上のサイズの射出瞳径を持つように接眼光学系が設計される。また、射出瞳径が原理上小さくなりやすい走査型表示装置では、レンズアレイや拡散板等の光学素子を用い、該光学素子を透過する光束の広がり角を拡大する方法も採用される（特許文献１参照）。

ただし、射出瞳径を大きくすると、実際に観察者の瞳孔に入射する光が減少し、この結果、観察される画像が暗くなってしまう。また、近視、遠視、乱視等の観察者は、裸眼での画像観察が難しくなり、眼鏡やコンタクトレンズを装着することが必要となる。

また、特許文献１にて開示された表示装置のように、中間像面に拡散板を配置すると、その拡散板のパターンが表示画像に重なって観察されてしまうおそれがある。

一方、射出瞳径を小さく設定し、マックスウェル視により画像を観察させる表示装置がある。マックスウェル視を可能とする光学系を用いると、人間の視力に関わらず、高解像度の画像が観察することができる。これは、瞳孔に入射する光束の径が細いため、近視、遠視、乱視等の影響を受けにくくなるためである。さらに、マックスウェル視を可能とする光学系を用いると、光源からの射出光の大部分を瞳孔に入射させることができ、明るい画像の観察を可能とする。

ただし、マックスウェル視では、眼球が回転したり、両眼視において観察者の眼幅と表示装置の両側の射出瞳間の距離が異なったりした場合に、瞳孔に光束が入射しなくなり、画像を観察できなくなる。

このため、特許文献２では、走査ユニットを移動させることで、その共役点である射出瞳の位置を移動させるようにした走査型表示装置が開示されている。

また、特許文献３には、複数の走査ユニットを平行に並べ、これらの走査ユニット群に径の大きなビームを照射することで、複数の射出瞳を形成するようにした走査型表示装置が開示されている。
米国特許５，７０１，１３２号明細書 米国特許６，３９６，４６１号明細書 米国特許６，２０４，８２９号明細書

しかしながら、特許文献２にて開示された走査型表示装置では、走査ユニットから射出される光束の角度も変化させるため、観察者が眼球を動かすたびに観察する画像の向きが変化してしまう。さらに、走査ユニットから射出される角度を変化させると、走査ユニットとともに光源を移動させるか、走査ユニットの移動として１軸移動と回転移動の２つが必要になり、装置の構成が複雑化する。

また、特許文献３にて開示された走査型表示装置では、走査ユニットが数多く必要となるとともに、全ての走査ユニットを完全に同期させてコントロールする必要があり、システムが複雑化する。

本発明は、簡単な構成で、射出瞳を移動させることができるようにした光走査装置を提供する。

本発明の一側面としての光走査装置は、光源と、該光源からの光束のうち一部領域内の部分光束を走査する走査ユニットと、該走査ユニットからの部分光束を集光する走査光学系と、該走査光学系からの部分光束を、観察者の眼が配置される射出瞳に導く接眼光学系と、走査ユニットを、光源、走査光学系及び接眼光学系に対して移動させて光源からの光束の幅内での上記一部領域の位置を変更する領域変更機構とを有することを特徴とする。

本発明によれば、光源からの光束のうち一部領域の部分光束のみを走査ユニットで走査する場合に該一部領域の位置を変更することで、射出瞳の共役点である走査点が移動するため、射出瞳を移動させることができる。しかも、本発明では、走査ユニットを光源からの光束の幅方向にて移動させれば足りるため、簡単な構成で射出瞳を移動させることができる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１である頭部装着タイプの走査型表示装置（光走査装置）の構成を示している。図１は、走査型表示装置を上方（観察者の頭頂部側）から見た図である。図１の紙面に平行な方向が水平方向であり、図１の紙面に垂直な方向が垂直方向である。なお、本実施例の走査型表示装置は、実際には両眼観察用の装置であるが、本実施例で使用する図では、片眼用の構成のみを示している。また、本実施例は、片眼（単眼）で観察するための片眼観察用（単眼観察用）の装置にも適用可能である。

光源ユニット１０１から射出された発散光束は、集光光学系１０２によって平行化された光束１０３に変換されて走査ユニット１０４に入射する。走査ユニット１０４は、入射した光束を２次元方向に走査する。走査ユニット１０４からの光束は、走査光学系１０５に入射する。走査光学系１０５は、入射した光束を集光する。走査光学系１０５から射出した光束は、接眼光学系１０６に入射する。

接眼光学系１０６から射出した光束は、射出瞳１０７を形成する。射出瞳１０７の位置（又はその近傍）に観察者の眼１０８、より詳細には瞳孔１０９が配置されることで、該眼の網膜上に集光点としてのスポットが形成され、該スポットは高速で網膜上を移動する。これにより、網膜上に画像が直接描画され、観察者は画像を認識することができる。

１１０は領域変更機構としての走査ユニット移動機構である。走査ユニット移動機構１１０は、図に太矢印で示すように、走査ユニット１０４を、光源ユニット１０１、集光光学系１０２、走査光学系１０５及び接眼光学系１０６に対して、集光光学系１０２から走査ユニット１０４に向かってくる光束の幅方向に移動させる。これにより、走査ユニット１０４と、光源ユニット１０１、集光光学系１０２、走査光学系１０５及び接眼光学系１０６とが相対的に移動し、射出瞳１０７の位置が左右方向（図の上下方向）に移動する。この射出瞳の移動原理については、後述する。

図２には、走査ユニット１０４を構成するＭＥＭＳ走査デバイス２０１を示している。ＭＥＭＳ走査デバイス２０１は、半導体プロセス技術により作成される。

ＭＥＭＳ走査デバイス２０１は、偏向面（反射面）を持つ微小ミラー２０２が、トーションバー２０３，２０４を介して支持された構造を有する。微小ミラー２０２は、トーションバー２０３がねじれることで軸２０５を中心とした共振往復運動を行い、トーションバー２０４がねじれることで軸２０６を中心とした往復運動を行う。これらの往復運動により、微小ミラー２０２の法線方向が２次元的に変化する。このため、微小ミラー２０２に入射した光束の反射方向が２次元的に変化し（偏向され）、この結果、ＭＥＭＳ走査デバイス２０１により光束が２次元方向に走査される。

このようなＭＥＭＳ走査デバイス２０１を用いることで、走査ユニット１０４を小型化することが可能になる。走査ユニット１０４を、２次元方向に光束を走査可能なＭＥＭＳ走査デバイス２０１を用いずに、１次元方向に光束を走査する回転多面鏡を２つ組み合わせたり、１次元方向に光束を走査するＭＥＭＳ走査デバイスを２つ組み合わせたりして構成してもよい。

図３及び図４を用いて、本実施例の走査型表示装置における射出瞳の移動原理について説明する。

図４（ａ）において、Ｄは集光光学系１０２から走査ユニット１０４に向かってくる光束（以下、入射光束という）の幅（径）を示している。ｄは走査ユニット１０４が有する微小ミラー２０２の幅であり、Ｄ＞ｄの関係がある。このため、微小ミラー２０２は、入射光束のうち一部領域の光束（部分光束）を走査する。

そして、前述した走査ユニット移動機構１１０の動作によって走査ユニット１０４が移動することで、微小ミラー２０２が入射光束の幅内（Ｄ内）で、その幅方向に移動する。すなわち、上記一部領域の位置が変更される。

微小ミラー２０２（つまりは走査ユニット１０４）の移動範囲をＬとするとき、該移動範囲Ｌと入射光束の幅Ｄとは、以下の式で表される関係を有する。

Ｄ≧ｄ＋Ｌ
また、入射光束の幅方向での光強度分布は、走査ユニット１０４が移動しても（つまりは、射出瞳の位置が移動しても）、同じ明るさの画像が観察できるように、例えば図４（ｂ）に示すような最大強度領域の幅が広い分布であることが好ましい。図４（ｂ）の例では、最大光強度の半値以上の光強度を有する領域の幅を入射光束の幅Ｄに対応させ、最大強度領域の幅を微小ミラー２０２の移動範囲Ｌに対応させている。

図３には、図１に示した光学系を簡略化して示しており、図１に示した構成要素と同じものには同じ符号を付している。また、図３では、光源ユニット１０１からの光束のうち主光線のみを示している。３本の主光線のうち中央の主光線、すなわち走査ユニット１０４から入射して走査光学系１０５の中心を通り、射出瞳１０７（画像）の中心に至る光線を、中心画角主光線ともいう。

図３（ａ）は、走査ユニット１０４が通常位置に配置されている状態を示す。この状態では、射出瞳１０７も通常位置に位置している。

図３（ｂ）は、走査ユニット１０４が通常位置よりも右側（図の下側）に移動した状態を示す。ここで、射出瞳１０７と走査ユニット１０４は、光学的に共役である。このため、走査ユニット１０４の位置を移動させることで、走査光学系１０５及び接眼光学系１０６により構成される光学系の倍率と走査ユニット１０４の移動量との積に相当する量だけ、射出瞳１０７を左側（図の上側）に移動させることができる。

このとき、走査ユニット１０４から射出される光束のうち、観察者が画像の中心を観察するときに瞳孔の中心を通過する光線を前述した中心画角主光線とし、走査ユニット１０４と中心画角主光線との交点を含み、中心画角主光線に垂直な面を共役面とする。このとき、走査ユニット１０４（微小ミラー２０２）は、該共役面内のみで移動する。このように走査ユニット１０４を単純な面内移動のみさせればよいため、走査ユニット移動機構１１０の構成を簡略化することができる。

本実施例では、走査ユニット移動機構１１０は、瞳孔検出器（図示せず）を通じて観察者の眼１０８の瞳孔１０９の位置を検出したコントローラ（制御手段）によって制御される。このことは、後述する実施例２，３でも同じである。ただし、本実施例では、該制御系についての説明は省略する。また、走査ユニット移動機構１１０を観察者が手動で操作して、射出瞳１０７の位置を観察者の眼（瞳孔）の位置に合わせるようにしてもよい。このことも、後述する実施例２，３でも同じである。

図５（ａ）〜（ｃ）には、走査ユニット１０４が通常位置にある状態と、通常位置よりも左側（図では上側）に移動した状態と、通常位置よりも右側（図では下側）に移動した状態での実際の光束の様子をそれぞれ示す。

図５（ａ）の状態では、観察者の眼１０８（瞳孔１０９）は正面を向いており、走査ユニット１０４が通常位置にあることで、射出瞳１０７と瞳孔１０９の位置が一致している。接眼光学系１０６からの全ての光束が瞳孔１０９を通して眼に入射している。

この状態から観察者が画像の右端を注視しようとして、眼が回転し、瞳孔１０９が右側（図では下側）に移動した状態を示すのが図５（ｂ）である。このとき、走査ユニット１０４が通常位置にあるままでは、射出瞳１０７と瞳孔１０９の位置がずれてしまい、瞳孔１０９に光束が入射せずに画像を観察できなくなる。そこで、走査ユニット１０４を、通常位置から左側（図では上側）に移動させる。これにより、射出瞳１０７は右側に移動し、該射出瞳１０７と瞳孔１０９の位置が一致して、画像を観察できるようになる。

また、図５（ｃ）は、観察者が画像の左端を注視しようとして、眼が回転し、瞳孔１０９が左側に移動した状態を示す。このときも、走査ユニット１０４が通常位置にあるままでは、射出瞳１０７と瞳孔１０９の位置がずれてしまい、瞳孔１０９に光束が入射せずに画像を観察できなくなる。そこで、走査ユニット１０４を、通常位置から右側に移動させる。これにより、射出瞳１０７は左側に移動し、該射出瞳１０７と瞳孔１０９の位置が一致して、画像を観察できるようになる。

このように本実施例では、走査ユニット１０４を、光源ユニット１０１、集光光学系１０２、走査光学系１０５及び接眼光学系１０６に対して、該走査ユニット１０４への入射光束の幅方向に移動させることで、射出瞳１０７を移動させることができる。これにより、簡単な構成で、射出瞳１０７の位置を、観察者の瞳孔１０９の位置（両眼の幅）やその移動に合わせて移動させることができる。

図６には、本発明の実施例２である頭部装着タイプの走査型表示装置の構成を示している。図５は、走査型表示装置を上方（観察者の頭頂部側）から見た図である。図５の紙面に平行な方向が水平方向であり、図５の紙面に垂直な方向が垂直方向である。

光源ユニット１０１から発散光束として射出し、集光光学系６０２により平行化された光束１０３は、ミラー６１０で反射された後、走査ユニット６０４に入射する。該光束は、走査ユニット６０４により２次元方向に走査され、走査光学系６０５により集光されて、接眼光学系６０６に入射する。

ここで、走査ユニット６０４の全ての走査タイミング（走査角度）で走査光学系６０５から射出されて接眼光学系６０６に進む光束群（以下、単に光束ともいう）はテレセントリック性を有する。

接眼光学系６０６に入射した光束は、射出瞳１０７を形成する。ここで、接眼光学系６０６は、入射面と、１つの反射面６０６ｂと、射出面とを有するプリズム素子により構成されている。反射面６０６ｂは、走査光学系６０５からの光束を射出瞳１０７に向けて反射する。

接眼光学系６０６を、反射面６０６ｂを有するプリズム素子を用いて構成することで、接眼光学系６０６の主たるパワーを反射面６０６ｂに持たせ、色収差を低減することができる。反射面６０６ｂは、走査光学系６０５から接眼光学系６０６への光束の進行方向と、接眼光学系６０６からの光束の射出方向とを直交させる役割を有する。

図７には、本実施例で用いられる走査ユニット６０４の構成を示している。図７（ａ）には、走査ユニット６０４の全体を示している。図７（ｂ）に示すように、走査ユニット６０４は、図２で説明したＭＥＭＳ走査デバイスと同様に構成された２次元走査ミラー（反射面）７０１と、その前面（集光光学系６０２からの光束が入射してくる側）に配置された遮光部材７０２とにより構成されている。

遮光部材７０２の中央には、集光光学系６０２からの光束のうち一部領域の光束（部分光束）を通過させる開口（以下、アパーチャという）７０２ａが形成されている。つまり、遮光部材７０２は、２次元走査ミラー７０１に入射して反射されて射出される光束の幅を制限している。このため、走査ユニット６０４の実質的な開口径は、アパーチャ７０２ａのサイズによって決定される。

本実施例では、図７（ｃ），（ｄ）に示すように、領域変更機構としてのアパーチャ移動機構７０３によって、遮光部材７０２を２次元走査ミラー７０１の位置に対して２次元方向（左右方向及び上下方向）に移動させることかできる。遮光部材７０２の移動方向は、該遮光部材７０２の面内方向、すなわちアパーチャ７０２ａの開口面内方向である。これにより、集光光学系６０２からの光束のうち、２次元走査ミラー７０１に入射する部分光束に対応する一部領域の位置が移動（変更）される。

図７（ｃ），（ｄ）では、２次元走査ミラー７０１自体の位置は移動しないので、走査の中心点Oだけがアパーチャ７０２ａに対して移動することになる。このようにして、走査の中心点Oがアパーチャ７０２ａに対して相対的に移動することにより、射出瞳１０７の位置が移動する。

この場合、２次元走査ミラー７０１に設けられた反射面は、アパーチャ７０２の移動範囲Lよりも大きいサイズを有することが必要になる。また、集光光学系１０２からの光束１０３の幅（径）Dは、アパーチャ７０２の径d′とアパーチャ７０２ａの移動範囲Lに対して、
Ｄ≧ｄ’＋Ｌ
を満たすことが必要である。

図８（ａ）〜（ｃ）には、左右方向において、遮光部材７０２が通常位置にある状態（図７（ｃ）に示す状態）と、通常位置よりも一方の側に移動した状態（図７（ｄ）に示す状態）と、通常位置よりも他方の側に移動した状態での実際の光束の様子をそれぞれ示す。射出瞳１０７は、図８（ｂ）に示す状態では図８（ａ）に示す通常位置よりも右側（図の下側）に、図８（ｃ）に示す状態では通常位置よりも左側（図の上側）にそれぞれ移動する。

図９（ａ）〜（ｃ）には、上下方向において、遮光部材７０２が通常位置にある状態と、通常位置よりも下側に移動した状態と、通常位置よりも上側に移動した状態での実際の光束の様子をそれぞれ示す。射出瞳１０７は、図９（ｂ）に示す状態では図９（ａ）に示す通常位置から上側に、図９（ｃ）に示す状態では通常位置よりも下側にそれぞれ移動する。

このように、本実施例では、２次元走査ミラー７０１に対して遮光部材７０２（アパーチャ７０２ａ）をその面内方向にて２次元方向に移動させることで、射出瞳１０７の位置を２次元方向に移動させることができる。これにより、簡単な構成で、射出瞳１０７の位置を、観察者の瞳孔１０９の位置（両眼の幅）やその移動に合わせて移動させることができる。

図１０には、本発明の実施例３である頭部装着タイプの走査型表示装置の構成を示している。図１０は、走査型表示装置を上方（観察者の頭頂部側）から見た図である。図１０の紙面に平行な方向が水平方向であり、図１０の紙面に垂直な方向が垂直方向である。

本実施例では、射出瞳１０７を水平方向と垂直方向、すなわち互いに直交する２方向に移動可能とする。

射出瞳１０７を垂直方向に移動させるためには、実施例１にて説明したように、走査ユニット１０４を、走査光学系１００５や接眼光学系１００６に対して移動させる。

図１３（ｂ）には、走査ユニット１０４を図１３（ａ）に示す通常位置よりも垂直方向にＡだけ移動させて、射出瞳１０７を通常位置よりも垂直方向にＢだけ移動させた状態を示す。

一方、射出瞳１０７を水平方向（左右方向）に移動させるためには、接眼光学系１００６を、走査ユニット１０４や走査光学系１００５に対して移動させる。

図１０において、光源ユニット１０１から発散光束として射出し、集光光学系１００２により平行化された光束１０３は、走査ユニット１０４に入射する。該光束は、走査ユニット１０４により２次元方向に走査され、走査光学系１００５に入射する。

２つのプリズム素子により構成された走査光学系１００５に入射した光束は、該走査光学系１００５内で１回中間結像した後、走査光学系１００５から射出する。

走査光学系１００５から射出した光束は、接眼光学系１００６に入射する。接眼光学系１００６に入射した光束は、その内部で１回中間結像した後に接眼光学系１００６を射出して、射出瞳１０７を形成する。接眼光学系１００６は、２つのプリズム素子により構成されており、そのうち射出瞳側のプリズム素子には、光束を射出瞳１０７に導く反射面１００６ｂが設けられている。反射面１００６ｂは、走査光学系１００５から接眼光学系１００６への光束の進行方向と、接眼光学系１００６からの光束の射出方向とを直交させる役割を有する。

走査光学系１００５及び接眼光学系１００６をプリズム素子を用いて構成することで、主たる光学パワーを反射面に付与することが可能になり、色収差を低減させることができる。また、走査光学系１００５及び接眼光学系１００６を構成する光学素子の数を減らすことができる。

図１１Ａ及び図１１Ｂを用いて、本実施例の走査型表示装置における水平方向での射出瞳の移動原理について説明する。図１１Ａには、図１０に示した光学系の水平断面を簡略化して示しており、図１０に示した構成要素と同じものには同じ符号を付している。また、図１０では、光源ユニット１０１からの光束のうち主光線のみを示している。３本の主光線のうち中央の主光線、すなわち走査ユニット１０４から入射して走査光学系１００５の中心を通り、射出瞳（画像）の中心に至る光線を、中心画角主光線ともいう。

本実施例では、走査ユニット１０４の全ての走査タイミングで走査光学系１００５から射出されて接眼光学系１００６に進む光束群はテレセントリック性を有する。ＩＰは、走査光学系１００５から接眼光学系１００６に進む光束により形成される中間像の位置を示す。

１０１０は水平移動機構である。水平移動機構１０１０は、太矢印で示すように、接眼光学系１００６を、走査光学系１００５及び走査ユニット１０４（さらには光源ユニット１０１）に対して、走査光学系１００５から接眼光学系１００６への光束の進行方向に沿った方向に移動可能に支持する。

本実施例では、水平移動機構１０１０は、瞳孔検出器（図示せず）を通じて観察者の眼１０８の瞳孔１０９の位置を検出したコントローラ（制御手段）によって制御される。ただし、本実施例では、該制御系についての説明は省略する。また、水平移動機構１０１０を観察者が手動で操作して、射出瞳１０７の位置を観察者の眼（瞳孔）の位置に合わせるようにしてもよい。

図１１Ｂ（ａ）〜（ｃ）には、接眼光学系１００６が通常位置にある状態と、通常位置よりも走査光学系１００５から遠ざかった状態と、通常位置よりも走査光学系１００５に近づいた状態の走査型表示装置をそれぞれ示す。

図１１Ｂ（ａ）の状態では、観察者の眼１０８（瞳孔１０９）は正面を向いており、接眼光学系１００６が通常位置にあることで、射出瞳１０７と瞳孔１０９の位置が一致している。接眼光学系１００６からの全ての光束が瞳孔１０９を通して眼に入射している。また、観察者が画像の中心を観察している状態での視軸と、走査光学系１００５から接眼光学系１００６に向かうテレセントリック性を有する光束が進む方向とが直交する。

この状態から観察者が画像の左端を注視しようとして、眼が回転し、瞳孔１０９が左側（図では上側）に移動した状態を示すのが図１１Ｂ（ｂ）である。このとき、接眼光学系１００６が通常位置にあるままでは、射出瞳１０７と瞳孔１０９の位置がずれてしまい、瞳孔１０９に光束が入射せずに画像を観察できなくなる。そこで、接眼光学系１００６を、通常位置よりも走査光学系１００５から遠ざかる側（左側）に平行移動させる。これにより、射出瞳１０７も左側に移動し、該射出瞳１０７と瞳孔１０９の位置が一致して、画像を観察できるようになる。

また、図１１Ｂ（ｃ）は、観察者が画像の右端を注視しようとして、眼が回転し、瞳孔１０９が右側（図では下側）に移動した状態を示す。このときも、接眼光学系１００６が通常位置にあるままでは、射出瞳１０７と瞳孔１０９の位置がずれてしまい、瞳孔１０９に光束が入射せずに画像を観察できなくなる。そこで、接眼光学系１００６を、通常位置よりも走査光学系１００５に近づく側（右側）に平行移動させる。これにより、射出瞳１０７も右側に移動し、該射出瞳１０７と瞳孔１０９の位置が一致して、画像を観察できるようになる。

なお、接眼光学系１００６の移動にかかわらず、接眼光学系１００６からの光束の射出方向は不変である。これにより、射出瞳１０７が移動しても、観察者が認識する画像は定位置に保持される。

本実施例の光学系は、基本的にはマクスウェル視を行う光学系であり、射出瞳１０７の移動がわずかである場合にはピント変動を考える必要はない。しかし、射出瞳１０７の移動量が大きい場合には、マクスウェル視が困難になるほどピントがずれる可能性がある。特に広画角である場合は、接眼光学系１００６の焦点距離が短くなるため、接眼光学系１００６がわずかに移動しただけでも、ピントが大幅に変動してしまう。

このため、本実施例では、接眼光学系１００６の移動に応じて、可動光学系としての集光光学系１００２をその光軸方向に移動させることで、光源ユニット１０１からの光束の像点位置を移動させる。本実施例では、図１１Ｂ（ｂ）に示す状態では、集光光学系１００２を図１１Ｂ（ａ）に示す位置よりも走査ユニット１０４から遠ざかる側に移動させる。また、図１１Ｂ（ｃ）に示す状態では、集光光学系１００２を図１１Ｂ（ａ）に示す位置よりも走査ユニット１０４に近づく側に移動させる。これにより、観察者が観察する画像のピント状態を一定に保ち、マクスウェル視を維持することができる。

前述したように、走査光学系１００５から接眼光学系１００６に進む光束がテレセントリック性を有するため、接眼光学系１００６が移動しても、観察者が観察する画角の大きさや画像の歪みはほとんど変わらない。このため、射出瞳１０７が移動しても、画角や歪みを光学的又は電気的に補正する必要はない。

ここで、本実施例にいうテレセントリック性とは、光束の拡がり角をθとするとき、
θ≦３ｄｅｇ
であることが望ましい。さらに、射出瞳１０７の移動量を大きくしても画角や画像の歪みの変化を小さくするには、
θ≦１ｄｅｇ
であることが望ましい。

このように、本実施例では、走査光学系１００５から接眼光学系１００６に向かって進む光束にテレセントリック性を持たせている。つまりは、走査光学系１００５及び接眼光学系１００６をそれぞれ像側テレセントリックな光学系として構成している。そして、接眼光学系１００６を、走査光学系１００５及び走査ユニット１０４に対して、該テレセントリック性を有する光束の進行方向に沿った方向に移動させる。つまりは、接眼光学系１００６と走査光学系１００５との間の距離（間隔）を変更する。

これにより、射出瞳１０７の位置を接眼光学系１００６の移動方向と同じ方向に移動させることができる。したがって、画角や画像の歪みの変動をほとんど生じさせることなく、射出瞳１０７の位置を観察者の瞳孔１０９の位置（両眼の幅）やその移動に合わせて移動させることができる。

前述したように本実施例では、走査ユニット１００４を垂直方向に移動させることによって射出瞳１０７を垂直方向に移動させる。このため、集光光学系１００２から射出して走査ユニット１０４に向かう光束１０３としては、図１２のように走査ユニット１００４が移動する方向を長軸方向とする楕円光束（楕円断面を有する光束）を用いるとよい。

すなわち、走査ユニット１０４の移動方向（前述した一部領域の移動方向）を第１の方向とする。このとき、走査ユニット１０４が設けられた位置において、集光光学系１００２（光源ユニット１０１）からの光束の該第１の方向での幅（高さ）が、該第１の方向に直交する第２の方向での幅よりも大きい。

このような楕円光束を用いることで、走査ユニット１００４が垂直方向に移動しても、走査ユニット１０４に入射する光束が欠けることはない。

なお、本実施例では、走査ユニット１０４への入射光束を楕円光束とする場合について説明したが、同様な高さと幅を有する長方形断面を有する光束であってもよい。もちろん、走査ユニット１０４の移動量が小さい場合には、走査ユニット１０４への入射光束を円形断面を有する光束としてもよい。

図１４には、本発明の実施例４である走査型表示装置１５０１の構成を示している。本実施例の走査型表示装置１５０１は、実施例３で説明した光学系を用いて、ビデオカメラ１５０２により撮像された映像（画像）を観察者の眼に提示する。

ビデオカメラ１５０２からの撮像信号は、画像処理回路１５０３によって映像信号Ｓに変換される。歪み補正回路１５１１は、不図示のテーブルデータから光学系が有する歪み（収差）を補正するためのパラメータを取得し、観察者に提示される画像が歪みを持たないように、映像信号Ｓに対して逆補正をかけた映像信号を生成する。生成された映像信号は、メモリ１５１３にフレームごとに一時的に保持される。

描画回路１５１４は、メモリ１５１３に記憶されたフレームに基づいて、光源ユニット１０１から発せられて走査ユニット１０４により走査される光束によって観察者の網膜上に該フレームに対応する画像が描画されるように、光源ユニット１０１を変調する。これにより、観察者の網膜上に、ビデオカメラ１５０２で撮像された映像に対応する２次元映像が描画される。

瞳孔検出器１５０４は、ＣＣＤカメラ１５０５と瞳孔検出回路１５０６とにより構成されている。ＣＣＤカメラ１５０５は、２つの赤外線ＬＥＤ１５０７により照らされた観察者の瞳孔１０９を撮像する。瞳孔検出回路１５０６は、ＣＣＤカメラ１５０５により得られた画像から瞳孔１０９の位置を割り出す。

コントローラ１５０９は、割り出された瞳孔１０９の位置と現在の射出瞳１０７の位置との水平方向での差を算出する。そして、該水平方向の位置差をゼロとするように、アクチュエータ１５１０ａを駆動して不図示の水平移動機構を動作させ、接眼光学系１００６を水平方向（左右方向）に移動させる。また、コントローラ１５０９は、アクチュエータ１５１０ｃを駆動して、集光光学系１００２を光軸方向に移動させる。こうして、瞳孔１０９の水平方向移動に応じて射出瞳１０７を水平方向に移動させるとともに、視度補正（ピント補正）を行う。

さらに、コントローラ１５０９は、割り出された瞳孔１０９の位置と現在の射出瞳１０７の位置との垂直方向での差を算出する。そして、該垂直方向の位置差をゼロとするように、アクチュエータ１５１０ｂを駆動して不図示の走査ユニット移動機構を動作させ、走査ユニット１０４を垂直方向に移動させる。こうして、瞳孔１０９の垂直方向の移動に応じて射出瞳１０７を垂直方向に移動させることできる。

このように、本実施例によれば、瞳孔１０９が水平方向及び垂直方向に移動しても、射出瞳１０７の位置がこれに追従して移動するため、観察者は常に欠けのない映像を観察することができる。
以下、上述した実施例１〜３に対応する数値例（設計例）を表１〜３に記載する。各実施例では、光源ユニット側から射出瞳側に向かって光路を説明したが、数値例では、射出瞳側から光源ユニット側に光路を逆追跡した形で記載している。

各表においては、光源ユニットの位置を絶対座標系の基準位置（第０面）として表記する。絶対座標系における３次元の座標軸であるＺ軸，Ｙ軸，Ｘ軸は以下のように定義される。

Ｚ軸：第０面の中心から第１面の中心（絶対座標の原点）を通る直線で、この方向を正とする。

Ｙ軸：第１面の中心を通り、Ｚ軸に対して反時計回り方向に９０度をなす直線。

Ｘ軸：第１面の中心を通り、Ｚ軸及びＹ軸に直交する直線。

また、光学系を構成する第ｉ面の面形状の表記ではローカル座標系を設定し、該面形状は、ローカル座標系に基づいた関数により表現する。第ｉ面のＹＺ面内でのチルト角は、絶対座標系のＺ軸に対して、反時計回り方向を正方向とした角度θｇｉ（単位はdegree）で表す。本実施例では、チルト角は、ＹＺ面内のみに設定している。第ｉ面のローカル座標系（ｘ，ｙ，ｚ）のｙ，ｚ軸は、絶対座標系のＹＺ面内にあり、ＹＺ面内で角度θｇｉだけ傾いている。ローカル座標系のｚ，ｙ，ｘ軸は以下のように定義される。

ｚ軸：ローカル座標の原点を通り、絶対座標系のＺ軸に対してＹＺ面内において反時計回り方向に角度θｇｉをなす直線。

ｙ軸：ローカル座標の原点を通り、ｚ軸に対してＹＺ面内において反時計回り方向に９０degreeをなす直線。

ｘ軸：ローカル座標の原点を通り、ＹＺ面に対して直交する直線。

各表において、Ｎｄｉ，νｄｉはそれぞれ、第ｉ面と第ｉ＋１面の間の媒質のｄ線に対する屈折率とアッベ数を表している。また、「ｅ±Ｘ」は、「×１０^±Ｘ」を意味する。

また、回転対称軸を有さない非回転対称面（表中にはＸＹＰ,ＡＳＰ又はＡＬと表記）は、以下の数式で表現される。

この関数は、第ｉ面のローカル座標（ｘ，ｙ，ｚ）により面形状を定義する関数である。また、この関数で、ローカル座標系でｘの奇数次に関する項を０とすることで、ｙｚ平面に対して対称な面を得ることができる。

各数値例では、各面の面頂点を、ｙ，ｚ軸方向でシフト偏心させるとともに、ｘ軸回りでチルト偏心させているだけである。このため、従来の母線断面とローカル母線断面は同一断面であるが、各面の従来の子線断面とローカル子線断面とは異なる。

また、各表には、各光学面のローカル座標の原点における曲率半径（ローカル母線断面上での曲率半径、ローカル子線断面上での曲率半径）ｒｘ，ｒｙを示す。また、第ｉ面と第ｉ＋１面での中心画角主光線が入射するヒットポイント間の距離（空気換算なしの値）をローカル面間隔ｄとして示している。さらに、各面の偏心量ｓｈｉｆｔ，ｔｉｌｔを示している。

前述したように、面の形状が自由曲面である面をＸＹＰとし、球面である面をＳＰＨとして示す、また、非球面である面をＡＬ又はＡＳＰとして示している。非球面係数は、表の下段に示している。Ｍが付された面は、その面が反射面であることを示している。

＜数値例１＞
図１５に、実施例１に対応する光学系の数値例を示す。対角画角は３０ｄｅｇ（図の紙面内に対応する水平画角は２４ｄｅｇ、図の紙面に垂直な垂直画角は１８ｄｅｇ、アスペクト比は４：３）であり、射出瞳径φは１ｍｍである。ＭＥＭＳの走査角は水平方向に±６．８ｄｅｇ、垂直方向に±５．３ｄｅｇである。接眼光学系１０６のアイポイントは２１ｍｍである。

射出瞳１０７ 面番号１
面１０６ａ 面番号２
面１０６ｂ 面番号３
面１０６ｃ 面番号４
面１０６ｄ 面番号５
面１０６ｅ 面番号６
面１０６ｆ 面番号７
面１０６ｇ 面番号８
面１０６ｈ 面番号９
面１０６ｉ 面番号１０
面１０６ｊ 面番号１１
面１０５ａ 面番号１２
面１０５ｂ 面番号１３
面１０５ｃ 面番号１４
面１０５ｄ 面番号１５
面１０５ｅ 面番号１６
面１０５ｆ 面番号１７
面１０５ｇ 面番号１８
面１０５ｈ 面番号１９
面１０５ｉ 面番号２０
面１０５ｊ 面番号２１
走査ユニット１０４ 面番号２２
面１０２ａ 面番号２３
面１０２ｂ 面番号２４
面１０２ｃ 面番号２５
光源ユニット１０１ 面番号２６

type sur Yg Zg qg ry rx d shift tilt nd νd
1 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 21.000 0.000 0.000 1.000
2 0.0000 21.0000 0.0000 -483.8401 -483.8401 1.006 0.000 0.000 1.772 21.90
3 0.0000 22.0056 0.0000 29.3486 29.3486 6.000 0.000 0.000 1.624 50.76
4 0.0000 28.0056 0.0000 -33.8619 -33.8619 0.100 0.000 0.000 1.000
5 0.0000 28.1056 0.0000 48.5447 48.5447 4.000 0.000 0.000 1.644 50.71
6 0.0000 32.1056 0.0000 -157.9826 -157.9826 0.385 0.000 0.000 1.000
7 0.0000 32.4909 0.0000 26.4625 26.4625 3.291 0.000 0.000 1.655 49.30
8 0.0000 35.7823 0.0000 125.1361 125.1361 0.100 0.000 0.000 1.000
9 0.0000 35.8823 0.0000 14.7460 14.7460 6.500 0.000 0.000 1.644 50.71
10 0.0000 42.3823 0.0000 -218.8361 -218.8361 1.000 0.000 0.000 1.609 31.63
11 0.0000 43.3823 0.0000 7.6121 7.6121 9.000 0.000 0.000 1.000
12 0.0000 59.8872 0.0000 -7.6838 -7.6838 0.981 0.000 0.000 1.609 31.63
13 0.0000 60.8687 0.0000 80.8439 80.8439 6.485 0.000 0.000 1.644 50.71
14 0.0000 67.3535 0.0000 -12.5492 -12.5492 0.100 0.000 0.000 1.000
15 0.0000 67.4535 0.0000 -38.0101 -38.0101 3.251 0.000 0.000 1.655 49.30
16 0.0000 70.7047 0.0000 -19.3678 -19.3678 0.100 0.000 0.000 1.000
17 0.0000 70.8047 0.0000 -125.7070 -125.7070 3.800 0.000 0.000 1.644 50.71
18 0.0000 74.6047 0.0000 -37.6370 -37.6370 0.100 0.000 0.000 1.000
19 0.0000 74.7047 0.0000 21.9473 21.9473 5.500 0.000 0.000 1.624 50.76
20 0.0000 80.2047 0.0000 -46.9038 -46.9038 0.900 0.000 0.000 1.772 21.90
21 0.0000 81.1047 0.0000 55.6538 55.6538 22.845 0.000 0.000 1.000
M 22 0.0000 103.9496 15.0004 0.0000 0.0000 0.000 0.000 15.000 -1.000
23 -12.5000 82.2990 30.0000 -12.2828 -12.2828 -2.165 -12.500 30.000 -1.643 46.53
24 -13.7500 80.1339 30.0000 6.5739 6.5739 -0.779 -13.750 30.000 -1.707 24.94
25 -14.2000 79.3545 30.0000 32.4111 32.4111 -12.990 -14.200 30.000 -1.000
26 -21.7000 66.3641 30.0000 0.0000 0.0000 0.000 -21.700 30.000 -1.000

surface no. = 2
SPH rdy =-4.838e+002


surface no. = 3
SPH rdy =2.935e+001

surface no. = 4
SPH rdy =-3.386e+001

surface no. = 5
SPH rdy =4.854e+001

surface no. = 6
SPH rdy =-1.580e+002

surface no. = 7
SPH rdy =2.646e+001

surface no. = 8
SPH rdy =1.251e+002

surface no. = 9
SPH rdy =1.475e+001

surface no. = 10
SPH rdy =-2.188e+002

surface no. = 11
SPH rdy =7.612e+000

surface no. = 12
SPH rdy =-7.684e+000

surface no. = 13
SPH rdy =8.084e+001

surface no. = 14
SPH rdy =-1.255e+001

surface no. = 15
SPH rdy =-3.801e+001

surface no. = 16
SPH rdy =-1.937e+001

surface no. = 17
SPH rdy =-1.257e+002

surface no. = 18
SPH rdy =-3.764e+001

surface no. = 19
SPH rdy =2.195e+001

surface no. = 20
SPH rdy =-4.690e+001

surface no. = 21
SPH rdy =5.565e+001

surface no. = 22
SPH rdy =1.000e+018

surface no. = 23
SPH rdy =-1.228e+001

surface no. = 24
SPH rdy =6.574e+000

surface no. = 25
SPH rdy =3.241e+001

本実施例では、水平方向に±２ｍｍの射出瞳の移動が可能である（図中の矢印方向を正とする）。この際に、走査ユニット１０４は−／＋２ｍｍ移動する（図中の矢印方向を正とする）。

本実施例における射出瞳の移動時の歪み変化を図１６に示す。また、波長４８６．１３ｎｍ、５８７．５６ｎｍ、６５６．２７ｎｍにおける、射出瞳の移動量０ｍｍ及び２ｍｍの横収差図を図１７及び図１８にそれぞれ示す。図１７及び図１８において、右下の図は画面内での収差の計測ポイントＡ〜Ｂを示しており、計測ポイントＡ〜Ｃでの収差が左側の(ａ)〜(ｃ)に対応する。このことは、他の収差図でも同じである。
＜数値例２＞
図１９に、実施例２に対応する光学系の数値例を示す。対角画角は５０ｄｅｇ（図の紙面内に対応する水平画角は４０ｄｅｇ、図の紙面に垂直な垂直画角は３０ｄｅｇ、アスペクト比は４：３）であり、射出瞳径φは１ｍｍである。ＭＥＭＳの走査角は水平方向に±４．３３ｄｅｇ、垂直方向に±３．２５ｄｅｇである。接眼光学系６０６のアイポイントは１２．５ｍｍである。

射出瞳１０７ 面番号1
面６０６a 面番号２
面６０６b 面番号３
面６０６c 面番号４
面６０５a 面番号５
面６０５b 面番号６
面６０５c 面番号７
面６０５d 面番号８
面６０５e 面番号９
面６０５f 面番号１０
面６０５g 面番号１１
面６０５h 面番号１２
面６０５i 面番号１３
面６０５j 面番号１４
面６１０ 面番号１５
走査ユニット１０４ 面番号１６
面６０２a 面番号１７
面６０２b 面番号１８
面６０２c 面番号１９
面６０２d 面番号２０
光源ユニット１０１ 面番号２１

type sur Yg Zg qg ry rx d shift tilt nd νd
1 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 15.000 0.000 0.000 1.000
XYP 2 -0.1171 14.1758 8.9093 0.0000 0.0000 10.801 -0.117 8.909 1.533 38.16
XYP-M 3 1.9234 24.9769 50.0758 0.0000 0.0000 -5.519 1.923 50.076 -1.533 38.16
XYP 4 -12.4409 19.45834 88.4310 0.0000 0.0000 7.596 -12.441 88.431 -1.000
5 -68.5645 27.0493 89.9936 922.6801 922.680 0.000 -68.564 89.994 -1.772 17.56
6 -69.6645 27.0492 89.9936 -42.9540 -42.9540 0.000 -69.664 89.994 -1.000
7 -69.8645 27.0492 89.9936 -36.3091 -36.3091 -0.001 -69.864 89.994 -1.731 36.71
8 -75.8645 27.0485 89.9936 113.2266 113.2266 0.000 -75.864 89.994 -1.000
9 -76.8645 27.0484 89.9936 -96.0542 -96.0542 -0.001 -76.864 89.994 -1.533 38.16
10 -82.8645 27.0477 89.9936 96.2006 96.2006 0.000 -82.864 89.994 -1.000
AL 11 -83.8645 27.0476 89.9936 -22.7201 -22.7201 -0.001 -83.864 89.994 -1.643 37.87
12 -89.8645 27.0469 89.9936 -25.0307 -25.0307 0.000 -89.864 89.994 -1.000
13 -90.8645 27.0468 89.9936 -25.6576 -25.6576 0.000 -90.864 89.994 -1.707 20.05
14 -92.8645 27.0466 89.9936 -20.3772 -20.3772 0.000 -92.864 89.994 -1.000
M 15 -122.8645 27.04323 69.9935 0.0000 0.0000 0.000 -122.864 69.994 1.000
M 16 -106.0131 41.18645 24.9936 0.0000 0.0000 -30.000 -106.013 24.994 -1.000
AL 17 -106.0097 11.1865 -0.0064 -11.2179 -11.2179 -3.500 -106.010 -0.006 -1.533 38.16
18 -106.0093 7.6865 -0.0064 11.8219 11.8219 -0.200 -106.009 -0.006 -1.000
19 -106.0093 7.4865 -0.0064 10.6835 10.6835 -2.000 -106.009 -0.006 -1.707 20.05
20 -106.0091 5.4865 -0.0064 40.0000 40.0000 -18.721 -106.009 -0.006 -1.000
21 -106.0070 -13.2347 -0.0064 0.0000 0.0000 0.000 -106.007 -0.006 -1.000

surface no. = 2
XYP rdy =1.000e+018 c3=3.740e-002 c4 =3.034e-002 c6 =5.839e-004 c8=-2.215e-004
c10=-1.105e-003 c11=3.898e-053 c13=7.797e-053 c15=3.924e-053 c17=1.435e-006
c19=-1.169e-007 c21=-3.724e-007 c22=6.808e-008 c24=3.755e-007 c26=-1.631e-008
c28=-1.723e-007 c30=-4.636e-009 c32=3.799e-009 c34=-7.913e-010 c36=-3.662e-010
c37=-3.083e-010 c39=-7.968e-011 c41=-6.234e-010 c43=-6.290e-011 c45=8.398e-011

surface no. = 3
XYP rdy =1.000e+018 c3=1.617e-002 c4 =-1.154e-003 c6 =-7.169e-003 c8=-6.055e-005
c10=1.290e-005 c11=1.178e-005 c13=4.238e-008 c15=-3.663e-006 c17=-1.330e-008
c19=7.497e-008 c21=-5.003e-009 c22=-1.431e-007 c24=1.056e-008 c26=-1.678e-008
c28=-1.929e-009 c30=4.311e-009 c32=-8.970e-010 c34=-7.746e-010 c36=-3.416e-011
c37=5.055e-011 c39=2.564e-010 c41=2.337e-010 c43=1.822e-011 c45=4.028e-012

surface no. = 4
XYP rdy =1.000e+018 c3=-1.682e-001 c4 =1.937e-002 c6 =1.045e-002 c8=-3.011e-004
c10=1.320e-003 c11=3.898e-053 c13=7.848e-053 c15=3.924e-053 c17=-1.330e-006
c19=2.187e-006 c21=-8.488e-007 c22=-1.008e-006 c24=-1.753e-007 c26=3.201e-008
c28=-1.243e-007 c30=-6.125e-011 c32=-4.849e-011 c34=-1.400e-011 c36=7.741e-013
c37=7.635e-012 c39=3.050e-012 c41=3.258e-012 c43=1.616e-013 c45=-1.844e-013

surface no. = 5
SPH rdy =9.227e+002

surface no. = 6
SPH rdy =-4.295e+001

surface no. = 7
SPH rdy =-3.631e+001

surface no. = 8
SPH rdy =1.132e+002

surface no. = 9
SPH rdy =-9.605e+001

surface no. = 10
SPH rdy =9.620e+001

surface no. = 11
ASP rdy =-2.272e+001 a=4.923e-006 b=4.475e-009 c=5.075e-011 d=1.316e-013

surface no. = 12
SPH rdy =-2.503e+001

surface no. = 13
SPH rdy =-2.566e+001

surface no. = 14
SPH rdy =-2.038e+001

surface no. = 16
SPH rdy =1.000e+018

surface no. = 17
ASP rdy =-1.122e+001 a=3.989e-007 b=-9.838e-007 c=1.861e-008 d=-1.101e-009

surface no. = 18
SPH rdy =1.182e+001

surface no. = 19
SPH rdy =1.068e+001

surface no. = 20
SPH rdy =4.000e+001

本実施例では、水平方向に±２ｍｍ及び垂直方向に±１ｍｍの射出瞳の移動が可能である（図中の矢印方向を正とする）。この際に、走査ユニット１０４に設けられた遮光部材（アパーチャ）は、水平方向に−／＋４ｍｍ、垂直方向に−／＋２ｍｍ移動する（図中の矢印方向を正とする）。

本実施例における射出瞳の移動時の歪み変化を図２０に示す。また、波長４８６．１３ｎｍ、５８７．５６ｎｍ、６５６．２７ｎｍにおける、射出瞳の移動量０ｍｍ、及び水平２ｍｍ／垂直１ｍｍの横収差図を図２１及び図２２にそれぞれ示す。
＜数値例３＞
図２３に、実施例３に対応する光学系の数値例を示す。対角画角は７０ｄｅｇ（図の紙面内に対応する水平画角は６０ｄｅｇ、図の紙面に垂直な垂直画角は３６ｄｅｇ、アスペクト比は１６：９）であり、射出瞳径φは１ｍｍである。ＭＥＭＳの走査角は水平方向に±１０ｄｅｇ、垂直方向に±５．６８ｄｅｇである。接眼光学系１００６のアイポイントは１２．５ｍｍである。

また、接眼光学系１００６と走査光学系１００５の間の光束のなす角度は、最大で０．１１ｄｅｇである。

射出瞳１０７ 面番号１
面１００６ａ 面番号２、４
面１００６ｂ 面番号３
面１００６ｃ 面番号５
面１００６ｄ 面番号６、８
面１００６ｅ 面番号７
面１００６ｆ 面番号９
面１００５ａ 面番号１０
面１００５ｂ 面番号１１
面１００５ｃ 面番号１２
面１００５ｄ 面番号１３
面１００５ｅ 面番号１４
面１００５ｆ 面番号１５
面１００５ｇ 面番号１６
面１００５ｈ 面番号１７
走査ユニット１０４ 面番号１８
面１００２ａ 面番号１９
面１００２ｂ 面番号２０
面１００２ｃ 面番号２１
面１００２ｄ 面番号２２
面１００２ｅ 面番号２３
光源ユニット１０１ 面番号２４

type sur Yg Zg qg ry rx d shift tilt nd νd
1 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 12.305 0.000 0.000 1.000
XYP 2 -15.9297 12.3054 1.8632 0.0000 0.0000 8.407 -15.930 1.863 1.533 41.59
XYP-M 3 1.6616 20.7124 -20.2673 0.0000 0.0000 -8.407 1.662 -20.267 -1.533 41.59
XYP-M 4 -15.9297 12.3054 1.8632 0.0000 0.0000 6.047 -15.930 1.863 1.533 41.59
XYP 5 17.9704 18.3522 61.4616 0.0000 0.0000 5.393 17.970 61.462 1.000
XYP 6 15.5711 23.7448 57.7304 0.0000 0.0000 -1.362 15.571 57.730 1.533 41.59
XYP-M 7 21.2255 22.3831 34.1649 0.0000 0.0000 1.362 21.226 34.165 -1.533 41.59
XYP-M 8 15.5711 23.7448 57.7304 0.0000 0.0000 -5.150 15.571 57.730 1.533 41.59
XYP 9 28.6231 18.5946 77.8580 0.0000 0.0000 -0.117 28.623 77.858 1.000
XYP 10 32.4974 16.2775 -88.1368 0.0000 0.0000 2.858 32.497 -88.137 1.533 41.59
XYP-M 11 56.7332 19.1352 -67.0073 0.0000 0.0000 9.285 56.733 -67.007 -1.533 41.59
XYP-M 12 48.0851 28.4203 -22.0013 0.0000 0.0000 -19.995 48.085 -22.001 1.533 41.59
XYP 13 48.7812 8.42514 3.4165 0.0000 0.0000 -2.247 48.781 3.417 1.000
XYP 14 45.8973 6.1784 5.6040 0.0000 0.0000 -15.698 45.897 5.604 1.533 41.59
XYP-M 15 47.7115 -9.5192 -22.9437 0.0000 0.0000 8.380 47.712 -22.944 -1.533 41.59
XYP-M 16 38.4927 -1.1397 -68.0673 0.0000 0.0000 -1.115 38.493 -68.067 1.533 41.59
XYP 17 53.1314 -2.25458 -87.8393 0.0000 0.0000 0.675 53.131 -87.839 1.000
M 18 60.9038 -1.5793 -69.9966 0.0000 0.0000 -11.282 60.904 -69.997 -1.000
19 47.4600 -12.8614 -49.9966 -16.5696 -16.5696 -2.250 47.460 -49.997 -1.643 41.27
20 44.7789 -15.1113 -49.9966 -6.8815 -6.8815 -0.514 44.779 -49.997 -1.816 18.51
21 44.1661 -15.6255 -49.9966 -13.0356 -13.0356 -0.129 44.166 -49.997 -1.000
AL 22 44.0129 -15.7541 -49.9966 10.9164 10.9164 -1.928 44.013 -49.997 -1.533 41.59
23 41.7149 -17.6826 -49.9966 0.0000 0.0000 -11.282 41.715 -49.997 -1.000
24 28.2711 -28.9647 -49.9966 0.0000 0.0000 0.000 28.271 -49.997 -1.000

surface no. = 2
XYP rdy =1.000e+018 c3=-2.955e-002 c4 =5.433e-003 c6 =2.465e-003 c8=-7.366e-005
c10=1.974e-005 c11=-1.934e-048 c13=-3.877e-048 c15=-1.911e-048 c17=-5.379e-006
c19=-8.364e-007 c21=-2.006e-008 c22=-1.293e-006 c24=-1.472e-007 c26=-1.817e-008
c28=-7.938e-011 c30=6.379e-008 c32=-1.712e-008 c34=-7.209e-010 c36=2.456e-011
c37=3.809e-009 c39=2.548e-009 c41=6.881e-011 c43=1.818e-011 c45=-1.532e-012

surface no. = 3
XYP rdy =1.000e+018 c3=1.342e-002 c4 =-2.431e-002 c6 =-1.844e-002 c8=-1.250e-004
c10=-6.548e-005 c11=-2.041e-005 c13=-1.349e-005 c15=-9.615e-006 c17=-1.956e-006
c19=-1.561e-006 c21=-2.064e-007 c22=-7.699e-008 c24=5.006e-008 c26=2.493e-008
c28=1.856e-008 c30=8.206e-009 c32=-1.226e-009 c34=-3.707e-009 c36=-1.234e-009
c37=3.475e-010 c39=-6.916e-010 c41=-5.221e-010 c43=3.793e-010 c45=6.420e-011

surface no. = 4
XYP rdy =1.000e+018 c3=-2.955e-002 c4 =5.433e-003 c6 =2.465e-003 c8=-7.366e-005
c10=1.974e-005 c11=-1.934e-048 c13=-3.877e-048 c15=-1.911e-048 c17=-5.379e-006
c19=-8.364e-007 c21=-2.006e-008 c22=-1.293e-006 c24=-1.472e-007 c26=-1.817e-008
c28=-7.938e-011 c30=6.379e-008 c32=-1.712e-008 c34=-7.209e-010 c36=2.456e-011
c37=3.809e-009 c39=2.548e-009 c41=6.881e-011 c43=1.818e-011 c45=-1.532e-012

surface no. = 5
XYP rdy =1.000e+018 c3=1.540e-002 c4 =-4.726e-002 c6 =-4.487e-002 c8=-4.674e-003
c10=3.556e-003 c11=-1.934e-048 c13=-3.877e-048 c15=-1.911e-048 c17=-1.446e-004
c19=4.360e-004 c21=-3.925e-004 c22=5.263e-006 c24=-2.290e-004 c26=-1.025e-005
c28=-2.422e-006 c30=2.038e-005 c32=-7.452e-005 c34=-3.640e-005 c36=6.056e-006
c37=-4.362e-007 c39=6.538e-006 c41=-8.409e-006 c43=-6.000e-006 c45=-1.059e-006

surface no. = 6
XYP rdy =1.000e+018 c3=-1.146e-001 c4 =1.315e-002 c6 =1.046e-002 c8=-3.069e-004
c10=-6.027e-005 c11=-1.934e-048 c13=-3.877e-048 c15=-1.911e-048 c17=-3.615e-005
c19=-1.079e-005 c21=-2.430e-007 c22=3.521e-005 c24=3.232e-005 c26=-1.850e-006
c28=6.802e-007 c30=-1.099e-005 c32=-4.805e-006 c34=-2.193e-007 c36=-2.061e-007
c37=-7.379e-007 c39=7.478e-007 c41=2.590e-007 c43=5.801e-008 c45=1.348e-008

surface no. = 7
XYP rdy =1.000e+018 c3=-1.060e-001 c4 =-2.587e-002 c6 =-2.459e-002 c8=-3.040e-004
c10=3.527e-004 c11=-1.934e-048 c13=-3.877e-048 c15=-1.911e-048 c17=-2.286e-004
c19=-3.824e-004 c21=-3.032e-004 c22=-5.560e-007 c24=-2.421e-004 c26=-1.489e-004
c28=-1.523e-004 c30=7.509e-008 c32=-9.009e-005 c34=1.244e-005 c36=-3.786e-005
c37=-1.005e-018 c39=-3.420e-017 c41=1.369e-016 c43=-2.821e-016 c45=6.439e-009

surface no. = 8
XYP rdy =1.000e+018 c3=-1.146e-001 c4 =1.315e-002 c6 =1.046e-002 c8=-3.069e-004
c10=-6.027e-005 c11=-1.934e-048 c13=-3.877e-048 c15=-1.911e-048 c17=-3.615e-005
c19=-1.079e-005 c21=-2.430e-007 c22=3.521e-005 c24=3.232e-005 c26=-1.850e-006
c28=6.802e-007 c30=-1.099e-005 c32=-4.805e-006 c34=-2.193e-007 c36=-2.061e-007
c37=-7.379e-007 c39=7.478e-007 c41=2.590e-007 c43=5.801e-008 c45=1.348e-008

surface no. = 9
XYP rdy =1.000e+018 c3=2.204e-001 c4 =-8.067e-002 c6 =-1.131e-001 c8=1.023e-002
c10=5.082e-003 c11=-2.272e-003 c13=-5.504e-004 c15=1.192e-003 c17=-1.729e-004
c19=2.935e-005 c21=7.030e-005 c22=-5.657e-005 c24=-1.650e-004 c26=-1.152e-004
c28=-3.284e-005 c30=2.896e-005 c32=6.112e-006 c34=8.893e-006 c36=-2.844e-006
c37=5.387e-007 c39=3.377e-006 c41=5.792e-006 c43=1.105e-006 c45=-5.344e-007

surface no. = 10
XYP rdy =1.000e+018 c3=-1.087e-002 c4 =-6.297e-003 c6 =6.390e-003 c8=1.943e-004
c10=1.540e-003 c11=-2.972e-032 c13=-3.284e-031 c15=-5.261e-031 c17=-1.051e-005
c19=-3.263e-005 c21=-2.614e-006 c22=5.556e-008 c24=-4.478e-007 c26=4.204e-006
c28=7.248e-008

surface no. = 11
XYP rdy =1.000e+018 c3=-8.472e-003 c4 =1.021e-002 c6 =5.818e-003 c8=1.488e-004
c10=-3.569e-005 c11=6.561e-007 c13=1.099e-005 c15=-1.150e-005 c17=-1.207e-007
c19=7.377e-007 c21=7.848e-007 c22=1.715e-008 c24=9.443e-008 c26=6.081e-008
c28=-1.304e-007

surface no. = 12
XYP rdy =1.000e+018 c3=-8.643e-003 c4 =-8.377e-003 c6 =-1.142e-002 c8=-1.332e-004
c10=-1.055e-004 c11=2.846e-006 c13=1.385e-005 c15=6.718e-006 c17=-6.065e-007
c19=9.893e-007 c21=-9.264e-007 c22=4.467e-008 c24=2.445e-007 c26=-4.441e-008
c28=-2.139e-008

surface no. = 13
XYP rdy =1.000e+018 c3=-4.579e-002 c4 =3.087e-002 c6 =1.110e-002 c8=-3.769e-003
c10=-1.880e-003 c11=-1.158e-004 c13=-5.102e-004 c15=-7.442e-004 c17=1.212e-005
c19=-3.830e-005 c21=4.472e-005 c22=9.026e-007 c24=1.794e-005 c26=2.575e-005
c28=5.746e-005

surface no. = 14
XYP rdy =1.000e+018 c3=-8.390e-002 c4 =2.098e-002 c6 =-2.624e-002 c8=-2.060e-004
c10=1.899e-003 c11=-8.425e-005 c13=-6.174e-004 c15=2.778e-004 c17=-3.355e-005
c19=1.440e-005 c21=-2.856e-005 c22=-5.040e-007 c24=6.437e-006 c26=5.918e-007
c28=-9.181e-007

surface no. = 15
XYP rdy =1.000e+018 c3=8.096e-003 c4 =6.499e-003 c6 =6.816e-003 c8=9.795e-005
c10=8.002e-005 c11=-1.233e-005 c13=-2.253e-005 c15=-3.055e-006 c17=2.906e-007
c19=-4.857e-007 c21=-8.391e-008 c22=-3.713e-009 c24=2.789e-008 c26=-3.965e-008
c28=-4.562e-009 c30=1.421e-011 c32=-2.132e-009 c34=-3.165e-009 c36=-1.543e-010
c37=1.298e-011 c39=5.987e-011 c41=-1.113e-010 c43=6.244e-012 c45=-9.555e-012

surface no. = 16
XYP rdy =1.000e+018 c3=9.120e-003 c4 =-1.306e-002 c6 =-1.222e-002 c8=4.717e-005
c10=-5.789e-006 c11=-5.538e-006 c13=-1.050e-005 c15=9.282e-007 c17=5.606e-007
c19=3.005e-007 c21=1.583e-007 c22=1.148e-010 c24=3.803e-008 c26=-9.697e-010
c28=-1.662e-009 c30=3.953e-010 c32=4.057e-010 c34=1.261e-009 c36=-4.761e-010
c37=-7.288e-012 c39=-3.564e-011 c41=-8.681e-011 c43=1.301e-010 c45=-3.191e-011

surface no. = 17
XYP rdy =1.000e+018 c3=-2.882e-002 c4 =-3.878e-002 c6 =-8.136e-002 c8=9.235e-003
c10=6.799e-003 c11=-5.929e-005 c13=-1.276e-003 c15=4.291e-004 c17=8.076e-005
c19=2.594e-004 c21=2.527e-004 c22=-7.532e-007 c24=-1.497e-005 c26=-2.622e-005
c28=-6.300e-008
surface no. = 18
SPH rdy =1.000e+018

surface no. = 19
SPH rdy =-1.657e+001

surface no. = 20
SPH rdy =-6.881e+000

surface no. = 22
SPH rdy =-1.304e+001

surface no. = 23
ASP rdy =1.092e+001 k =-3.665e+000 a=-1.848e-005 b=2.016e-006 c=1.113e-007
d=-5.278e-009 e=2.063e-012

surface no. = 24
SPH rdy =1.000e+018

本実施例では、水平方向に±４ｍｍ及び垂直方向に±１ｍｍの射出瞳の移動が可能である（接眼光学系１００６が走査光学系１００５に近づく方向を正とする）。この際に、集光光学系１００２は、−４〜＋８ｍｍ移動する（集光光学系１００２が光源ユニット１０１に近づく方向を正とする）。

本実施例における射出瞳の移動時の歪み変化を図２４に示す。また、波長４８６．１３ｎｍ、５８７．５６ｎｍ、６５６．２７ｎｍにおける、射出瞳の移動量０ｍｍ、及び水平４ｍｍ／垂直１．５ｍｍの横収差図を図２５及び図２６にそれぞれ示す。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

上記各実施例では、走査型表示装置について説明したが、本発明は、光源からの光束のうち一部領域内の部分光束を走査ユニットで走査し、走査光学系を介して走査面上で該部分光束のスポットを走査する光走査装置にも適用することができる。このような光走査装置は、例えば、レーザプリンタにおける感光ドラム上への画像の描画に使用することができる。

本発明の実施例１であるに走査型表示装置の光学断面図。 実施例１にて使用される走査ユニットの説明図。 実施例１における射出瞳の移動原理の説明図。 実施例１における走査ユニットへの入射光束の強度分布例を示す図。 実施例１における射出瞳の移動の様子を示す図。 本発明の実施例２であるに走査型表示装置の光学断面図。 実施例２における走査ユニットの説明図。 実施例２における射出瞳の水平移動を示す図。 実施例２における射出瞳の垂直移動を説明する図。 本発明の実施例３であるに走査型表示装置の光学断面図。 実施例３の走査型表示装置の光学系を示す模式図。 実施例３における射出瞳の水平移動の様子を示す図。 実施例３における走査ユニットと入射光束との関係を示す図。 実施例３における射出瞳の垂直移動の様子を示す図。 本発明の実施例４である走査型表示装置の構成を示す図。 数値例１の光学断面図。 数値例１における歪みの変化を表す図。 数値例１における横収差図（射出瞳移動０ｍｍ）。 数値例１における横収差図（射出瞳移動２ｍｍ）。 数値例２の光学断面図。 数値例２における歪みの変化を表す図。 数値例２における横収差図（射出瞳移動０ｍｍ）。 数値例２における横収差図（射出瞳移動−水平２ｍｍ、垂直１ｍｍ）。 数値例３の光学断面図。 数値例３における歪みの変化を表す図。 数値例３における横収差図（射出瞳移動０ｍｍ）。 数値例３における横収差図（射出瞳移動−水平４ｍｍ、垂直１．５ｍｍ）。

符号の説明

１０１ 光源ユニット
１０２，６０２，１００２ 集光光学系
１０４ 走査ユニット
１０５，６０５，１００５ 走査光学系
１０６，６０６，１００６ 接眼光学系
１０７ 射出瞳
１０８ 観察者の眼
１０９ 瞳孔
２０１ ＭＥＭＳ走査デバイス
７０１ ２次元走査ミラー
７０２ 遮光部材

Claims (5)

1. 光源と、
   該光源からの光束のうち一部領域内の部分光束を走査する走査ユニットと、
   該走査ユニットからの前記部分光束を集光する走査光学系と、
   該走査光学系からの前記部分光束を、観察者の眼が配置される射出瞳に導く接眼光学系と、
   前記走査ユニットを、前記光源、前記走査光学系及び前記接眼光学系に対して移動させて前記光源からの光束の幅内での前記一部領域の位置を変更する領域変更機構とを有することを特徴とする光走査装置。
2. 前記走査ユニットは、前記部分光束を反射及び走査する反射面と、前記部分光束を通過させる開口が形成された遮光部材とを有し、
   前記領域変更機構は、前記遮光部材を前記反射面に対して移動させて、前記一部領域の位置を変更することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記領域変更機構による前記一部領域が移動する方向を第１の方向とするとき、
   前記走査ユニットが設けられた位置において、前記光源からの光束の前記第１の方向での幅が、該第１の方向とは異なる第２の方向での幅よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の光走査装置。
4. 前記観察者の眼の瞳孔の位置を検出する瞳孔検出手段を有し、
   前記瞳孔検出手段により検出された前記瞳孔の位置に応じて前記領域変更機構の動作を制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の光走査装置。
5. 前記走査光学系から前記接眼光学系に進む光束はテレセントリック性を有し、
   前記接眼光学系は、前記走査光学系からの光束を前記射出瞳に向けて反射する反射面を有し、
   前記接眼光学系を、前記走査光学系及び前記走査ユニットに対して、該走査光学系から前記接眼光学系への光束の進行方向に沿った方向に移動可能とする移動機構を有し、
   前記移動機構による前記接眼光学系の移動、及び前記領域変更機構による前記一部領域の位置の変更によって、前記射出瞳を互いに直交する２方向に移動させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の光走査装置。