WO2007023946A1 - 光走査装置、画像表示装置及び網膜走査型画像表示装置 - Google Patents

光走査装置、画像表示装置及び網膜走査型画像表示装置 Download PDF

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mirror
scanning
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light beam
scanned
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PCT/JP2006/316731
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Mitsugi Tanaka
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Brother Kogyo Kabushiki Kaisha
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • G02B26/105Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors

Definitions

  • Optical scanning device image display device, and retinal scanning image display device
  • the present invention relates to an optical scanning device, an image display device, and a retinal scanning image display device, and in particular, a primary scanning unit that scans a light beam in a primary direction and the primary scanning unit.
  • the present invention relates to an optical strobe device, an image display device, and a retinal scanning image display device that include a secondary scanning unit that scans a light beam in a secondary direction that intersects the primary direction.
  • an image display device for displaying an image includes an optical scanning device for scanning a light beam.
  • an optical scanning device performs various controls such as a control of swinging a reflection mirror that reflects the light beam, thereby scanning the light beam and displaying an image.
  • the optical scanning device includes a horizontal scanning unit for scanning the light beam in the horizontal direction, a vertical scanning unit for scanning the light beam in the vertical direction, and the like.
  • a light beam enters the horizontal scanning unit and is scanned in the horizontal direction by the horizontal scanning unit.
  • the light beam scanned in the horizontal direction is incident on the vertical scanning unit, and is scanned in the vertical direction by the vertical scanning unit.
  • the light flux scanned in the vertical direction in this way is projected onto the retina of the eye and the image is displayed.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-295108
  • the horizontal scanning unit and the vertical scanning unit are used.
  • the light beam is scanned in the primary and secondary directions, further miniaturization of the device is desired by saving the space of the relay optical system and the like provided between the horizontal scanning unit and the vertical scanning unit. It is rare.
  • a primary scanning unit that scans an incident light beam in a primary direction, and a light beam scanned in the primary direction.
  • An optical scanning device including a secondary scanning unit that scans in a secondary direction intersecting with the primary direction, the primary scanning unit provided between the primary scanning unit and the secondary scanning unit.
  • a relay optical system including at least a condensing mirror for guiding the light beam strayed in the primary direction to the secondary scanning unit.
  • a first convex lens that does not include a condensing mirror and that makes the diffusing beam a parallel beam
  • a second convex lens that emits the parallel beam ⁇ Compared to the conventional configuration using the lens, it is not necessary to use such a convex lens, so that the device can be downsized. In addition, it is possible to design without considering chromatic aberration.
  • the relay optical system may include a half mirror provided between the primary scanning unit and the condenser mirror.
  • the optical path can be folded, so that space saving can be efficiently realized. Further downsizing of the apparatus is possible.
  • the half mirror transmits a light beam scanned in the primary direction by the primary scanning unit and guides the light beam to the light collecting mirror and the light collecting mirror.
  • the light beam collected in step (b) is reflected and guided to the secondary scanning unit, and the light collecting mirror and the half mirror may be integrally formed.
  • the optical path can be folded, so that space saving can be efficiently realized. Furthermore, the apparatus can be further downsized. Furthermore, since the condenser mirror and the half mirror are integrally formed, the condenser mirror and the knife mirror can be adjusted at the same time, and the time required for adjusting the optical path in the optical system can be shortened. it can. Also, by forming the collector mirror and the half mirror integrally, the error between the collector mirror and the half mirror can be reduced, and therefore the accuracy of the optical path of the optical system can be improved. wear.
  • a rotation mechanism for integrally rotating the condensing mirror and the half mirror may be provided.
  • the adjustment can be performed only by the rotation by the rotation mechanism, so that the optical path adjustment work in the optical system is facilitated.
  • the rotation mechanism is an axis passing through a point where a scanning center line of a light beam scanned by the primary scanning unit contacts a mirror surface of the condenser mirror. You may comprise so that rotation is possible centering
  • the direction of the optical path can be changed without changing the distance between the primary scanning center and the intersection of the mirror surfaces of the condensing mirror, and the optical path adjustment work in the optical system is further improved. It becomes easy.
  • the condensing mirror and the half mirror may be integrally formed by prism.
  • the condensing mirror and the half mirror can be eliminated, and the manufacture of the optical scanning device can be facilitated. Since the condensing mirror and the half mirror are formed by a prism, the condensing mirror and the half mirror can be integrated with high accuracy.
  • a support member that supports the primary scanning unit and the secondary scanning unit is provided, and the support member includes the integrally formed condensing mirror. You can support the half mirror.
  • the incident light beam is transmitted by the primary scanning unit. Therefore, the light may be incident from a direction intersecting the primary scanning plane including the light beam to be scanned.
  • a relay optical system between the primary scanning unit and the secondary scanning unit, the secondary scanning unit, and the secondary scanning unit
  • various optical systems such as an optical system that guides the light beam to the retina of the eye and a scanning unit
  • a space is provided to secure an optical path of the light beam that does not interfere with the primary scanning surface.
  • the device can be downsized.
  • the scanning center line of the light beam scanned by the primary scanning unit intersects the primary scanning plane including the light beam scanned by the primary scanning unit. So that the relay optical system may be arranged.
  • various optical systems and scanning units such as the relay optical system and secondary scanning unit are provided, it is possible to provide a space for securing the optical path of the luminous flux and to further reduce the size of the apparatus.
  • the primary scanning angle scanned in the primary direction by the primary scanning unit is greater than the secondary scanning angle scanned in the secondary direction by the secondary scanning unit.
  • the scanning width of the light beam scanned in the primary direction can be made smaller than the scanning width of the light flux scanned in the secondary direction.
  • the space where the optical system that guides the light beam toward the primary scanning unit, the primary scanning unit, the optical system that guides the light beam from the primary scanning unit to the secondary scanning unit, and the like can be reduced.
  • the device can be miniaturized.
  • the condensing mirror may be a concave mirror.
  • the primary scanning unit and the secondary scanning unit are provided at a position where the concave mirror force is an optical path distance equivalent to the radius of curvature of the concave mirror. Also good.
  • the optical path can be folded, so that space saving can be efficiently realized. Further downsizing of the apparatus is possible.
  • the optical scanning device of the present invention can also be applied to an image display device. That is, the image display device displays an image by scanning a light beam modulated in accordance with an image signal in the primary direction and the secondary direction with the optical scanning device of the present invention.
  • the first convex lens that does not include the condensing mirror and makes the diffusing beam a parallel beam or the second convex lens that emits the parallel beam ⁇
  • the device can be downsized.
  • the optical scanning device of the present invention can also be applied to a retinal scanning image display device.
  • the light beam modulated according to the image signal is scanned in the primary direction and the secondary direction by the optical scanning device of the present invention, and the scanned light beam is guided onto the retina of the eye to project an image.
  • This is a retinal scanning image display device for display.
  • the first convex lens that does not include the condensing mirror and makes the diffusing light beam a parallel light beam the second convex lens that makes the parallel light beam ⁇ light, etc.
  • the lens it is not necessary to use such a convex lens, so that the device can be downsized.
  • the present invention without including a condensing mirror, for example, a first convex lens that makes a diffusing light beam a parallel light beam, a second convex lens that condenses the parallel light beam, etc.
  • a condensing mirror for example, a first convex lens that makes a diffusing light beam a parallel light beam, a second convex lens that condenses the parallel light beam, etc.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a retinal scanning display 1 in the present embodiment.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a scanning mode of beam light in the present embodiment.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an optical system and an optical path of a laser beam in the present embodiment.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing an optical system and an optical path of laser light in the present embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing an integral structure of a half mirror and a concave mirror in the present embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing an integral structure of a half mirror and a concave mirror in the present embodiment.
  • the retinal scanning display 1 is provided with a light source unit 2 for processing a video signal supplied from the outside.
  • the light source unit 2 is provided with a video signal supply circuit 3 that receives a video signal from the outside and generates each signal as an element for synthesizing the video based on the video signal.
  • Signal 4, vertical synchronization signal 5, and horizontal synchronization signal 6 are output.
  • the light source unit 2 also has a laser whose intensity is modulated based on the red (R), green (G), and blue (B) video signals transmitted from the video signal supply circuit 3 as video signals 4.
  • An R laser driver 10, a G laser driver 9, and a B laser driver 8 for driving the R laser 13, the G laser 12, and the B laser 11 are provided so as to emit light.
  • the collimated optical system 14 provided to collimate the laser light emitted from each laser into parallel light, and the dichroic mirror 15 that multiplexes the collimated laser light, respectively, were combined.
  • a coupling optical system 16 for guiding the laser beam to the optical fiber 17 is provided.
  • a semiconductor laser such as a laser diode or a solid-state laser may be used as the R laser 13, the G laser 12, and the B laser 11.
  • the light source unit 2 in the present embodiment corresponds to an example of at least one light source and a modulation unit that modulates the intensity of a light beam emitted from the light source according to an image signal.
  • the retinal scanning display 1 uses a first relay optical system 18 that guides the laser light propagated from the light source unit 2 to the vertical scanning system 19 and the collimated laser light using a galvano mirror 19a.
  • the vertical scanning system 19 that scans in the vertical direction
  • the second relay optical system 20 that guides the laser light scanned by the vertical scanning system 19 to the horizontal scanning system 21
  • the second relay optical system 19 that is scanned by the vertical scanning system 19
  • the laser beam incident through the system 20 is scanned in the horizontal direction using the galvano mirror 21a, and the laser beam scanned by the horizontal scanning system 21 is incident on the pupil 24 of the observer.
  • a third relay optical system 22 is provided.
  • the second relay optical system 20 is configured such that the galvano mirror 19a of the vertical scanning system 19 and the galvano mirror 21a of the horizontal scanning system 21 are conjugated, and the third relay optical system 22 includes a galvano mirror 2 la, Each is provided so as to be conjugate with the pupil 24 of the observer.
  • the vertical scanning system 19 is an optical system that performs vertical scanning (an example of primary scanning) with a laser beam in the vertical direction for each scanning line of an image to be displayed.
  • the vertical scanning system 19 includes a galvano mirror 19a that scans the laser beam in the vertical direction and the galvano mirror 19a. And a vertical scanning control circuit 19c for controlling the driving of the rubano mirror 19a.
  • the horizontal scanning system 21 performs horizontal scanning (an example of secondary scanning) in which a laser beam is scanned horizontally from the first scanning line to the last scanning line for each frame of an image to be displayed. ).
  • the horizontal scanning system 21 includes a galvano mirror 21a that performs horizontal scanning, and a horizontal scanning control circuit 21c that performs drive control of the galvano mirror 21a.
  • the vertical scanning system 19 is designed to scan the laser beam at a higher speed, that is, at a higher frequency than the horizontal scanning system 21. Further, the vertical scanning system 19 scans the beam light (light beam) at a vertical scanning angle, and the horizontal scanning system 21 scans the beam light at a horizontal scanning angle, but in this embodiment, the vertical scanning angle is It is set smaller than the horizontal scanning angle. This is because, as shown in Fig. 2 (a), the display range 152 of the image is shorter in the vertical direction Y than in the horizontal direction X. Therefore, the scanning trajectory s of the light beam is also higher in the vertical direction Y than in the horizontal direction X. Shorter, the vertical scanning angle in the vertical direction is smaller than the horizontal scanning angle in the horizontal direction.
  • the vertical scanning system 19 having a small scanning angle is used as the scanning system (high-speed scanning system) that scans the beam light at high speed, and the scanning system (low-scanning system) that scans the beam light at low speed.
  • the power of adopting the horizontal scanning system 21 with a large scanning angle as a high-speed scanning system) For example, a normal video signal such as NTSC (National Television Standards Committee) is not shown because the horizontal scanning corresponds to high-speed scanning.
  • the video signal supply circuit 3 converts the video signal into digital data and converts the data so that the horizontal scan is a low-speed scan and the vertical scan is a high-speed scan.
  • the video signal input to the video signal supply circuit 3 has a signal format such that the vertical scanning system 19 performs high-speed scanning, the above-described conversion processing can be performed without any particular necessity.
  • a scanning system (high-speed scanning system) that scans the beam light at high speed
  • the horizontal scanning system 21 having a large scanning angle is adopted as the vertical scanning system 19 having a small scanning angle as a scanning system (low-speed scanning system) for scanning the light beam at a low speed.
  • the horizontal scanning system 21 has a large scanning angle
  • the scanning angle is small! / ⁇ Adopt vertical scanning system 19 ⁇ .
  • the vertical scanning angle (an example of the primary scanning angle) scanned in the vertical direction (an example of the primary direction) is the horizontal scanning angle (an example of the secondary direction) (2 Since the scanning width of the beam light scanned in the vertical direction can be made smaller than the scanning width of the beam light scanned in the horizontal direction, the scanning beam is scanned.
  • the second relay optical system 20 that guides the light beam directed to the horizontal scanning system 21 from the vertical scanning system 19 and the vertical scanning system 19 Etc. and the size of the apparatus can be further reduced.
  • the vertical scanning system 19 and the horizontal scanning system 21 are connected to the video signal supply circuit 3 and output from the video signal supply circuit 3, respectively.
  • the laser beam is scanned in synchronization with each of the signals 6.
  • the vertical scanning system 19 and the horizontal scanning system 21 in this embodiment scan the incident light beam in the primary direction and the secondary direction substantially perpendicular to the primary direction, thereby forming the frame. It is an example of the optical scanning device to form.
  • the vertical scanning system 19 in the present embodiment corresponds to an example of a primary scanning unit that scans incident beam light in the vertical direction
  • the horizontal scanning system 21 in the present embodiment is in the vertical direction.
  • This corresponds to an example of a secondary scanning unit that scans the scanned light beam in the horizontal direction.
  • the second relay optical system 20 in this embodiment corresponds to an example of a relay optical system (relay optical unit).
  • the light source unit 2 When the video signal supply circuit 3 provided in the apparatus receives the supply of the video signal from the external force, the video signal supply circuit 3 outputs an R video signal for outputting laser light of red, green and blue colors, Outputs video signal 4 that also has G video signal and B video signal power, vertical synchronizing signal 5, and horizontal synchronizing signal 6.
  • R laser driver 10, G laser driver 9, and B laser driver 8 are respectively connected to R laser 13, G laser 12, and B laser 11 based on the input R video signal, G video signal, and B video signal. A drive signal is output.
  • the R laser 13, the G laser 12, and the B laser 11 Based on this drive signal, the R laser 13, the G laser 12, and the B laser 11 generate laser beams whose intensity is modulated, and output the laser beams to the collimating optical system 14, respectively.
  • the video signal supply circuit 3 controls the timing of generating laser light and outputting each to the collimating optical system 14 in accordance with a BD signal (not shown) indicating the driving state of the galvano mirror 19a described later. That is, such a retinal scanning display 1 (video signal supply circuit 3) controls the timing at which the galvanometer mirror 19a or the like emits a light beam.
  • Laser light that also generates point light source power is collimated into parallel light by the collimating optical system 14 and then combined into a single light beam by being incident on the dichroic mirror 15, and then coupled optical system 16 To be incident on the optical fiber 17.
  • the laser light propagated through the optical fiber 17 is guided from the optical fiber 17 by the first relay optical system 18 and emitted to the vertical scanning system 19.
  • the emitted laser light is incident on the deflection surface 19b of the galvanometer mirror 19a of the vertical scanning system 19.
  • the laser light incident on the polarization surface 19b of the galvanometer mirror 19a is scanned in the vertical direction and enters the deflection surface 21b of the galvanometer mirror 21a of the horizontal scanning system 21 via the second relay optical system 20.
  • the deflection surface 19b of the galvanometer mirror 19a and the deflection surface 21b of the galvanometer mirror 21a are adjusted to have a conjugate relationship, and the surface tilt of the galvanometer mirror 19a is corrected.
  • the galvanometer mirror 21a is reciprocally oscillated so that the polarization surface 21b reflects the incident light in the horizontal direction in synchronization with the horizontal synchronizing signal 6.
  • Laser light scanned two-dimensionally in the horizontal and vertical directions by the vertical scanning system 19 and the horizontal scanning system 21 is provided so that the deflection surface 21b of the galvano mirror 21a and the pupil 24 of the observer have a conjugate relationship.
  • the third relay optical system 22 is incident on the pupil 24 of the observer and projected onto the retina. Observer In this way, it is possible to recognize an image by a laser beam that is two-dimensionally scanned and projected onto the retina.
  • the galvanometer mirror 19a of the vertical scanning system 19 and the galvano mirror 21a of the horizontal scanning system 21 have the same names, but their reflecting surfaces are swung (rotated) to scan light. Needless to say, it is possible to use a displacement type such as resonance type, non-resonance type, piezoelectric drive, electromagnetic drive, electrostatic drive, etc.
  • the various optical systems include a first total reflection mirror 102, a galvano mirror 19a, a noise mirror 104, a concave mirror 106, a second total reflection mirror 108, a galvano mirror 21a. Etc. are included at least.
  • the first total reflection mirror 102, the galvano mirror 19a, the half mirror 104, the concave mirror 106, the second total reflection mirror 108, and the galvano mirror 21a stand up in the vertical direction with the reflection surface directed in the horizontal direction. It is supported by the support member 107 as shown.
  • the half mirror 104 and the concave mirror 106 are integrally formed by a fixing member 105 (details will be described later).
  • the first total reflection mirror 102 guides the beam light emitted from the optical fiber 17 to the deflection surface 19b of the galvano mirror 19a by totally reflecting the light, and reflects it on the deflection surface 19b of the galvano mirror 19a.
  • the beam light scanned in the vertical direction has a function of guiding it to the half mirror 104 by totally reflecting the light.
  • the first total reflection mirror 102 is included in the first relay optical system 18 and the second relay optical system 20 described above.
  • the galvanometer mirror 19a reflects the beam light reflected by the first total reflection mirror 102 by the deflecting surface 19b by rotating in the direction indicated by reference numeral B1 with the reference sign A1 extending in the horizontal direction as an axis. By doing so, it is scanned in the vertical direction and guided to the first total reflection mirror 102.
  • the half mirror 104 guides the beam light reflected by the first total reflection mirror 102 to the concave mirror 106 by transmitting and reflects the beam light reflected by the concave mirror 106. Thus, the second total reflection mirror 108 is guided.
  • the half mirror 104 is included in the second relay optical system 20 described above.
  • the concave mirror 106 is a condensing mirror that condenses the diffused beam light.
  • the concave mirror 106 totally reflects the beam light reflected by the first total reflection mirror 102 and transmitted through the half mirror 104 to collect the light. It has the function of guiding light to the half mirror 104.
  • the concave mirror 106 is included in the second relay optical system 20 described above.
  • the second total reflection mirror 108 has a function of guiding the beam light collected by the concave mirror 106 and reflected by the half mirror 104 to the deflection surface 21b of the galvano mirror 21a by total reflection.
  • the second total reflection mirror 108 is included in the second relay optical system 20 described above.
  • the galvanometer mirror 21a reflects the beam light reflected by the second total reflection mirror 108 by the deflecting surface 21b by being driven to rotate in the direction indicated by reference numeral B2 about the reference sign A2 extending in the vertical direction.
  • the third relay optical system 22 (see FIG. 1) is guided by scanning in the horizontal direction.
  • the beam light emitted from the optical fiber 17 is collected and incident on the first total reflection mirror 102.
  • the beam light incident on the first total reflection mirror 102 is totally reflected and incident on the galvano mirror 19a of the vertical scanning system 19 while being condensed.
  • the beam light incident on the galvano mirror 19a of the vertical scanning system 19 is incident on the first total reflection mirror 102 while being scanned in the vertical direction.
  • the beam light is focused and diffused until it enters the first total reflection mirror 102 from the galvano mirror 19a.
  • the beam light incident on the first total reflection mirror 102 is totally reflected and incident on the half mirror 104 while diffusing.
  • the beam light incident from the galvanometer mirror 19a and the beam light emitted from the optical fiber 17 are reflected by the first total reflection mirror 102 at different locations. Then, the beam light incident on the half mirror 104 from the first total reflection mirror 102 is transmitted through the noise mirror 104 at a predetermined ratio, and is incident on the concave mirror 106 while being diffused. The beam light incident on the concave mirror 106 is reflected by the force that has been diffused before being incident, so that it is incident on the half mirror 104 while condensing. The beam light incident on the half mirror 104 from the concave mirror 106 is reflected by the noise mirror 104 at a predetermined ratio, and is incident on the second total reflection mirror 108 while being condensed.
  • the light beam incident on the second total reflection mirror 108 The light is incident on the galvanometer mirror 21a of the horizontal scanning system 21 while being condensed.
  • the beam light incident on the galvanometer mirror 21a of the horizontal scanning system 21 is scanned in the horizontal direction, and the condensed light is incident on the third relay optical system 22 (see FIG. 1).
  • the diffused beam light is collected by the concave mirror 106 between the galvanometer mirror 19a of the vertical scanning system 19 and the galvanometer mirror 21a of the horizontal scanning system 21.
  • the second relay optical system 20 is provided in the optical path between the vertical scanning system 19 and the horizontal scanning system 21, and the light beam scanned in the primary direction by the vertical scanning system 19 is the horizontal scanning system 21.
  • At least a concave mirror 106 is introduced. Therefore, as will be described in detail later, without using a concave mirror, for example, a first convex lens that makes a diffusing beam a parallel beam or a second convex lens that collects the parallel beam is used. Compared to the conventional configuration, it is not necessary to use such a convex lens, so that the apparatus can be miniaturized. In addition, it is possible to design without considering chromatic aberration.
  • a half mirror 104 is provided between a galvano mirror 19a in the vertical scanning system 19 and a concave mirror 106 described later. Therefore, by using a half mirror between the primary scanning unit and the condenser mirror, the optical path can be folded, so that space can be saved efficiently and the device can be further downsized. It is.
  • the galvanometer mirror 19a of the vertical scanning system 19 is placed between the first total reflection mirror 102 and the beam light as shown by reference numerals Cl, C2, and C3 as shown in FIG. 6 (a).
  • the surface force vertical scanning surface indicated by reference numeral D including the beam light scanned by the vertical scanning system 19 is obtained.
  • the galvano mirror 19a of the vertical scanning system 19 is scanned by the vertical total surface force vertical scanning system 19 from the first total reflection mirror 102 to the first total reflection mirror 102.
  • the vertical scanning plane D that contains the light beam is used, and the approximate center line in the vertical scanning plane is the scanning center line F.
  • the vertical scanning plane in this embodiment is a scanning plane including a light beam from vertical scanning to horizontal scanning, from the galvano mirror 19a of the vertical scanning system 19 to the galvano mirror 21a of the horizontal scanning system 21. It is the scanning plane of the optical path
  • the incident direction of the beam light incident on the galvanometer mirror 19a of the vertical scanning system 19 is a direction indicated by a symbol E as shown in FIG. 6 (c).
  • a symbol E As shown in FIG. 6 (c).
  • Beam light is incident from the intersecting direction. Therefore, for example, the optical system that is incident on the primary scanning unit, the relay optical system between the primary scanning unit and the secondary scanning unit, the secondary scanning unit, and the light beam is guided from the secondary scanning unit to the retina of the eye.
  • various optical systems such as optical systems and scanning units are provided, a space is provided to secure the optical path of the light beam that does not interfere with the primary scanning surface. Is possible.
  • the second relay optical system 20 including the first total reflection mirror 102, the half mirror 104, the concave mirror 106, the second total reflection mirror 108, and the like is shown in FIGS. 6 (b) and 6 (c).
  • the scanning center line F is provided so as to intersect the vertical scanning plane D. Therefore, for example, when the scanning center line and the primary scanning plane intersect, the condensed light flux is diffused, and the diffused light flux is condensed by the condenser mirror and incident on the primary scanning unit.
  • various optical systems and scanning units such as the optical system to be used and the relay optical system between the primary scanning unit and the secondary scanning unit, a space for securing the optical path of the light beam is provided. Further downsizing of the device is possible.
  • Fig. 7 (a) is a plan view of the integrated mirror structure of the half mirror and concave mirror from the top (top view similar to Fig. 3), and Fig. 7 (b) is a crossing line L-L in Fig. 7 (a) It is sectional drawing.
  • the fixing member 105 has a substantially L-shaped wall portion 105d in a top view and a bottom portion 105e provided at the lower end of the wall portion 105d and formed in a trapezoidal flat plate in a top view.
  • the wall portion 105d includes a first wall surface 105dl that contacts the back surface of the concave mirror 106, a second wall surface 105d2 that contacts one end of the reflection surface 104a of the half mirror 104, a first wall surface 105dl, and a second wall surface 10
  • the third wall surface 105d3 is connected to 5d2.
  • One end of the first wall surface 105dl is connected substantially perpendicularly to one end of the third wall surface 105d3, and the other end of the third wall surface 105d3 is connected to one end of the second wall surface 105d2 at a predetermined angle.
  • the bottom 105e has a cylindrical protrusion 105a protruding from the bottom surface, and a screw hole 105b is provided at the approximate center of the bottom 105a along the circumference centering on the protrusion 105a. It is opened in the circumferential length.
  • the protrusion 105a is inserted into the protrusion through hole 107a opened in the support member 107, and is fitted into the protrusion through hole 107a so as to be rotatable about the rotation axis A3.
  • the axial length of the protrusion 105a is such that the bottom surface force of the bottom 105e does not protrude from the tip of the protrusion 105a. The length is shorter than the length.
  • the rotation axis A3 is an axis that passes through the intersection H where the scanning center line F of the light beam scanned by the vertical scanning system 19 contacts the mirror surface 106a of the concave mirror 106, and is in the vertical scanning direction (vertical direction). ) Is parallel to the axis. Therefore, it can be rotated in the rotation direction B3 of the rotation axis A3 around the intersection H where the scanning center line F and the rotation axis A3 intersect. Therefore, the direction of the optical path can be changed without changing the distance between the scanning center G and the intersection H.
  • the support member 107 has a screw hole 107b for the screw 109 opened, and the back surface of the support member 107 is also screwed into the screw hole 107b so that the screw member 107 is threaded from the surface of the support member 107.
  • the screw 109 is fixed to the support member 107 so that the screw 109 protrudes.
  • the fixing member 105 is inserted so that the protruding portion 105a is inserted into the protruding protrusion through hole 107a so that the screw 109 is inserted into the screw hole 105b of the fixing member 105.
  • the integrated half mirror 104 and concave mirror 106 are placed on the support member 107.
  • the protrusion 105a is inserted into the protrusion through hole 107a and the screw 109 is inserted into the screw hole 105b of the fixing member 105 in this way, the integrated half mirror 104 and the concave mirror 106 are supported. While mounted on the member 107, it is possible to easily rotate the noise mirror 104 and the concave mirror 106 integrally formed around the rotation axis A3 in the rotation direction B3. Accordingly, the optical path is adjusted by changing the position of the mirror surface 106a with respect to the vertically scanned light beam while keeping the position where the scanning center line of the light beam scanned by the vertical scanning system 19 intersects the mirror surface 106a of the concave mirror 106 constant. Therefore, the adjustment work becomes easy.
  • the positions of the half mirror 104 and the concave mirror 106 which are integrated around the rotation axis A3.
  • the protrusion 105a is fixed to the protrusion through hole 107a with an adhesive or the like, and the screw 109 is fixed to the bottom 105e. Accordingly, the half mirror 104 and the concave mirror 106 can be fixed to the support member 107, and the adjusted position can be fixed.
  • the rotation mechanism (here, the protrusion 105a and the protrusion through hole 107a) for integrally rotating the concave mirror 106 and the half mirror 104 is provided. Since it is provided, the optical path adjustment work becomes easy with respect to the concave mirror 106 and the half mirror 104.
  • the rotation mechanism has been described as the protrusion 105a and the protrusion through hole 107a.
  • a cylindrical opening is provided on the fixed member 105 side, and the protrusion is on the support member 107 side.
  • a rotation mechanism may be configured. That is, the mechanism is not limited to the above mechanism as long as the concave mirror 106 and the half mirror 104 can be rotated integrally.
  • the force is such that the screw 109 is loosely fitted into the screw hole 105b.
  • a screw groove is provided in the screw hole 105b, and the bottom portion 105e is fixed to the support member 107. Good.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a configuration in which the concave mirror 106 and the half mirror 104 are integrally formed by a prism.
  • the prism 111 has a convex portion 106a 'protruding in a spherical shape, and the convex portion 106a' has a conductive paint containing metal on its surface, a conductive material.
  • a mirror film on which ink or a coating layer is formed is formed, which is a spherical reflecting surface equivalent to the mirror surface 106a of the concave mirror 106.
  • the first plane 104a which is the surface facing the convex portion 106a ′, has a half mirror function equivalent to that of the half mirror 104. That is, the first plane 104a ′ is provided with a conductive mirror containing metal, conductive ink, or a knife mirror film on which a coating layer is formed.
  • the prism 111 has a second plane 105c ′ at a position facing the first plane 104a ′.
  • the light emitted from the prism 111 is at an angle that can be emitted from the second plane 105c ′. Tilt in degrees.
  • the second plane 105c ′ is a plane in which a line symmetric with the scanning center line F intersects the plane perpendicular to the first plane 104a ′ substantially perpendicularly. Therefore, the light emitted from the prism 111 is emitted straight without being refracted by the second plane 105c ′.
  • the prism 111 has a protrusion 105a 'similar to the protrusion 105a formed on the bottom surface thereof.
  • the protrusion 105a' By inserting the protrusion 105a' into the protrusion through hole 107a, the protrusion 111a shown in FIG. As in the case of the integral structure, it can be rotated with respect to the rotation axis A3, and the optical path can be easily adjusted.
  • the half mirror 104 and the concave mirror 106 can be integrally formed with a resin such as a thermoplastic resin, so that the positional accuracy between the half mirror 104 and the concave mirror 106 can be improved. it can.
  • FIG. 9 (a) shows the configuration of various optical systems in the present embodiment
  • FIG. 9 (b) shows the configuration of various conventional optical systems.
  • Fig. 9 (c) shows the radius of curvature of the concave mirror 106
  • Fig. 9 (d) shows the optical path from the vertical scanning system 19 to the concave mirror 106
  • Fig. 9 (e) shows the concave mirror. The optical path from 106 to the horizontal scanning system 21 is shown.
  • a convex lens 122 As shown in FIG. 9A, a convex lens 122, a reflecting mirror 124, a noise mirror 126, a galvano mirror 19a of a vertical scanning system 19, a noise mirror 128, a concave mirror 106, a noise
  • the configuration includes a half mirror 130, a galvano mirror 21a of the horizontal scanning system 21, a half mirror 132, and a concave mirror 134.
  • the incident light beam is scanned and guided to the pupil 24.
  • the galvano mirror 19a of the vertical scanning system 19 is incident on the beam light power emitted from the optical fiber 17 as described above via the convex lens 122, the reflection mirror 124, and the half mirror 126.
  • the galvanometer mirror 19a of the vertical scanning system 19 strays the incident beam light in the vertical direction and guides it to the half mirror 126.
  • the beam light scanned in this way is reflected by the half mirror 126 while diffusing, passes through the first mirror 128, and enters the concave mirror 106. Incident on concave mirror 106 The beam light is reflected and collected, but is guided to the half mirror 128, and the beam light reflected by the half mirror 128 is condensed and transmitted through the half mirror 130, and the horizontal scanning system 21.
  • the galvanometer mirror is incident on 2 la.
  • the galvanometer mirror 21 a of the horizontal scanning system 21 scans the incident beam light in the horizontal direction and guides it to the half mirror 130.
  • the light beam reflected by the half mirror 130 passes through the half mirror 132 while being diffused, and enters the concave mirror 134.
  • the beam light incident on the concave mirror 134 is reflected and collected, but is guided to the half mirror 132, and the beam light reflected by the half mirror 132 enters the pupil 24 while condensing.
  • the configuration includes a half mirror 144, a galvano mirror 21 a of the horizontal scanning system 21, a half mirror 132, and a concave mirror 134.
  • the incident beam light is scanned and guided to the pupil 24.
  • the beam light scanned in the vertical direction by the galvanometer mirror 19a of the vertical scanning system 19 is reflected by the half mirror 126 while being diffused, and is collimated by the convex lens 202. After making the light, the light beam was condensed by the convex lens 204.
  • the relay optical system including the concave mirror 106 is disposed in the optical path between the galvanometer mirror 19a of the vertical scanning system 19 and the galvanometer mirror 21a of the horizontal scanning system 21.
  • a convex lens 202 that makes the diffusing beam light a parallel beam light, a convex lens 204 that collects the parallel beam light, and the like are used.
  • the optical path to 21a is denoted by R as shown in Fig. 9 (e).
  • the galvanometer mirror 19a in the vertical scanning system 19 and the galvanometer mirror 21a in the horizontal scanning system 21 are provided at positions where the optical path distance from the concave mirror 106 is equivalent to the radius of curvature. Therefore, the primary scanning unit and the secondary scanning unit can be easily adjusted as conjugate, and the light beam can be stably scanned, and the apparatus can be downsized.
  • the vertical scanning system 19 and the horizontal scanning system 21 have a force provided at a position where the optical path distance is equivalent to the radius of curvature of the concave mirror 106 from the concave mirror 106. Not exclusively.
  • a condensing mirror such as a concave mirror is provided between the vertical scanning system 19 and the horizontal scanning system 21 and between the horizontal scanning system 21 and
  • the present invention is not limited to this.
  • a condensing mirror is not provided between the horizontal scanning system 21 and the pupil 24, at least the vertical scanning system 19 and the horizontal scanning system 21 are provided.
  • a light collecting mirror may be provided between the two.
  • the second relay optical system 20 as described above is employed as an example of the relay optical system.
  • the present invention is not limited to this.
  • a configuration other than the above-described embodiment such as a configuration not including the total reflection mirror 108, may be used.
  • the half mirror 104 is provided between the vertical scanning system 19 and the concave mirror 106.
  • the present invention is not limited to this.
  • the half mirror 104 is provided between the vertical scanning system 19 and the concave mirror 106. It does not have to be.
  • a half mirror 104 is provided at another position such as between the concave mirror 106 and the horizontal scanning system 21! /, Or even! /.
  • the first total reflection mirror 102 and the half are on the same plane intersecting the vertical scanning plane including the beam light scanned in the vertical direction by the vertical scanning system 19.
  • the relay optical system such as the mirror 104, the concave mirror 106, and the second total reflection mirror 108 is provided.
  • the present invention is not limited to this.
  • a part or all of the relay optical system such as the vertical scanning system is used. May not be provided on the same plane that intersects the vertical scanning plane including the beam light scanned in the vertical direction.
  • the light beam is incident from the direction intersecting the primary scanning surface.
  • the present invention is not limited to this.
  • the light beam is not incident from the direction intersecting the primary scanning surface. Also good.
  • the vertical scanning angle scanned in the vertical direction by the vertical scanning system 19 is set smaller than the horizontal scanning angle scanned in the horizontal direction by the horizontal scanning system 21.
  • the present invention is not limited to this.
  • the vertical scanning angle may be set larger or the same as the horizontal scanning angle.
  • the light beam is first scanned in the vertical direction by the vertical scanning system 19, and then the beam light is scanned first in the horizontal direction by the horizontal scanning system 21.
  • the light beam is scanned first in the horizontal direction by the horizontal scanning system, and then the beam light is scanned first in the vertical direction by the vertical scanning system 19. Moyo.
  • the force configured to scan the incident beam light in the vertical direction and the horizontal direction is not limited to this.
  • the incident beam light is converted into the primary beam. It may be configured to scan in the direction and in the secondary direction intersecting with the primary direction.
  • the force in which the concave mirror is adopted as an example of the condenser mirror is not limited to this.
  • the force in which the condensing mirror and the half mirror are integrally formed by the support member or integrally formed by the prism is not limited thereto.
  • the condensing mirror may be formed of a prism, and the half mirror may be directly attached to the prism.
  • any shape may be used.
  • the force S described as an example of the adhesive for attaching the integrated mirror and half mirror to the support member is not limited to this.
  • the condenser mirror or half mirror may be fixed to the support member by heat or the like.
  • the present invention is not limited to this, and the adjustment may be made in a direction perpendicular to the support member 107.
  • a thread groove is provided on the inner periphery of the protrusion through hole 107a, while the protrusion 105a Is provided with a screw thread so that the height from the support member 107 can be adjusted while rotating the integrated mirror and half mirror.
  • the adjustment may be performed by pushing up the bottom surface of the bottom portion 105e with the screw 109 without providing the screw hole 105b in the bottom portion 105e.
  • the optical scanning device as described above is provided, and the light beam modulated according to the image signal is scanned by the optical scanning device in the primary direction and the secondary direction.
  • the retinal scanning display 1 an example of a retinal scanning image display device
  • the present invention is not limited to this. Even if it is not projected onto the screen, the optical scanning device as described above is provided, and the light beam modulated in accordance with the image signal is scanned in the primary direction and the secondary direction by the optical scanning device, so that the image is displayed on a screen or the like.
  • the present invention may be applied to a display for projection display (an example of an image display device).
  • optical scanning device to which the present invention is applied can also be applied to an optical scanning device that scans a laser beam in a laser printer.

Abstract

【課題】更なる装置の小型化できる光走査装置、画像表示装置及び網膜走査型画像表示装置を提供する。 【解決手段】光走査装置は、入射される光束を1次方向に走査させる垂直走査系と、その1次方向に走査された光束を、その1次方向と交差する2次方向に走査させる水平走査系とを備えた。光走査装置は、垂直走査系におけるガルバノミラー19aと水平走査系におけるガルバノミラー21aとの間に設けられ、垂直走査系におけるガルバノミラー19aによって1次方向に走査させた光束を、水平走査系におけるガルバノミラー21aに導く集光ミラー106を少なくとも含む中継光学系を備えた。

Description

明 細 書
光走査装置、画像表示装置及び網膜走査型画像表示装置
技術分野
[0001] 本発明は、光走査装置、画像表示装置及び網膜走査型画像表示装置に関するも のであり、特に、光束を 1次方向に走査させる 1次走査部と、当該 1次方向に走査され た光束を、当該 1次方向と交差する 2次方向に走査させる 2次走査部とを備えた光走 查装置、画像表示装置及び網膜走査型画像表示装置に関する。
背景技術
[0002] 従来、画像を表示するための画像表示装置には、光束を走査させるための光走査 装置などが含まれている。また、このような光走査装置には、光束を反射させる反射ミ ラーを揺動させる制御など、各種の制御を行うことによって、その光束を走査させ、画 像を表示させている。
[0003] 特に、光走査装置は、水平方向に光束を走査させるための水平走査部や、垂直方 向に光束を走査させるための垂直走査部などを備えて 、る。このような構成にぉ ヽて は、例えば、光束が、水平走査部に入射され、水平走査部によって水平方向に走査 される。そして、水平方向に走査された光束は、垂直走査部に向かって入射され、そ の垂直走査部によって垂直方向に走査される。このように垂直方向に走査された光 束は、眼の網膜等に投影され、画像が表示されることとなる。
[0004] また、このような光走査装置は、例えば、特許文献 1に示すように、水平走査部によ つて水平方向に走査された光束が拡散されるため、その拡散する光束を平行光束と する凸面レンズや、その平行光束を集光させる凸面レンズなどを用いたリレー光学系 力 水平走査部と垂直走査部との間に配設されており、水平走査部によって走査さ れた光束を垂直走査部に導くこととなる。
特許文献 1:特開 2003 - 295108号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] しかしながら、上述したような光走査装置では、水平走査部と垂直走査部とによって 1次方向及び 2次方向に光束が走査されるが、水平走査部と垂直走査部との間に設 けられたリレー光学系などを省スペース化することによって、更なる装置の小型化が 望まれている。
[0006] また、光走査装置を組み立てる際に、各部品の位置を個別に調整する必要があつ たため、その作業が煩雑となってしまう。さらに、個別に調整するために全体的な調 整精度を向上させることが困難となっていた。
課題を解決するための手段
[0007] カゝかる課題を解決するために、本発明の一つの観点によれば、入射される光束を 1 次方向に走査させる 1次走査部と、当該 1次方向に走査された光束を、当該 1次方向 と交差する 2次方向に走査させる 2次走査部とを備えた光走査装置において、前記 1 次走査部と前記 2次走査部との間に設けられ、前記 1次走査部によって 1次方向に走 查させた光束を前記 2次走査部に導く集光ミラーを少なくとも含む中継光学系を備え た。
[0008] 力かる構成によれば、集光ミラーを含まずに、例えば、拡散する光束を平行な光束 とする第 1の凸面レンズや、その平行な光束^^光させる第 2の凸面レンズなどを用 いた従来の構成と比べて、これらのような凸面レンズなどを用いる必要もないため、装 置の小型化が可能である。また、色収差などを考慮する必要もなく設計可能である。
[0009] また、本発明の光走査装置において、前記中継光学系は、前記 1次走査部と前記 集光ミラーとの間に設けられたハーフミラーを含むようにしてもよ 、。
[0010] 力かる構成によれば、 1次走査部と集光ミラーとの間にハーフミラーを用いることに よって、光路を折りたたむことができるため省スペース化を効率よく実現することがで き、より一層、装置の小型化が可能である。
[0011] また、本発明の光走査装置において、前記ハーフミラーは、前記 1次走査部によつ て 1次方向に走査させた光束を透過して前記集光ミラーへ導くと共に前記集光ミラー で集光した光束を反射して前記 2次走査部へ導くものであり、前記集光ミラーと前記 ハーフミラーとを一体的に形成してもよい。
[0012] 力かる構成によれば、 1次走査部と集光ミラーとの間にハーフミラーを用いることに よって、光路を折りたたむことができるため省スペース化を効率よく実現することがで き、より一層、装置の小型化が可能である。さらに、集光ミラーとハーフミラーを一体 的に形成しているため、集光ミラーの調整及びノヽーフミラーの調整を一度に行うこと ができ、光学系における光路の調整作業の時間を短縮することができる。し力も、集 光ミラーとハーフミラーを一体的に形成することにより、集光ミラーとハーフミラーとの 間の誤差を少なくすることができ、よって、光学系の光路の精度も向上させることがで きる。
[0013] また、本発明の光走査装置において、当該集光ミラーと前記ハーフミラーとを一体 的に回動するための回動機構を設けてもょ 、。
[0014] 力かる構成によれば、回動機構による回動だけでその調整ができるため、光学系に おける光路の調整作業が容易となる。
[0015] また、本発明の光走査装置において、前記回動機構は、前記 1次走査部によって 走査される光束の走査中心線が前記集光ミラーのミラー面と接する点を通る軸であつ て前記 1次方向に平行となる軸を中心として回動可能に構成してもよい。
[0016] 力かる構成によれば、一次走査中心と集光ミラーのミラー面との交差点との距離を 変えることなぐ光路の方向を変えることができ、光学系における光路の調整作業がさ らに容易となる。
[0017] また、本発明の光走査装置において、前記集光ミラーと前記ハーフミラーとをプリズ ムにより一体的に形成してもよ 、。
[0018] 力かる構成によれば、集光ミラーとハーフミラーとの一体ィ匕の作業を不要とすること ができ、光走査装置の製造を容易にすることができる。し力も、集光ミラーとハーフミラ 一とをプリズムにより形成しているために、高精度で集光ミラーとハーフミラーとを一体 ィ匕することがでさる。
[0019] また、本発明の光走査装置において、前記 1次走査部と前記 2次走査部とを支持 する支持部材を設け、前記支持部材は、前記一体的に形成された前記集光ミラーと 前記ハーフミラーとを支持してもよ 、。
[0020] 力かる構成によれば、一体的に形成された集光ミラーとハーフミラーを支持するた めの支持部材を別途設ける必要がな 、。
[0021] また、本発明の光走査装置において、前記入射される光束を、前記 1次走査部によ つて走査される光束を含む 1次走査面に対して交差する方向から入射させるようにし てもよい。
[0022] 力かる構成によれば、例えば、 1次走査部に入射させる光学系や、 1次走査部と 2 次走査部との間の中継光学系、 2次走査部、 2次走査部から眼の網膜まで光束を導 く光学系など、各種の光学系や走査部を設ける場合に、それらが 1次走査面と干渉 することなぐ光束の光路を確保するためのスペースを設けやすぐより一層、装置の 小型化が可能である。
[0023] また、本発明の光走査装置において、前記 1次走査部によって走査される光束の 走査中心線が、前記 1次走査部によって走査される光束を含む 1次走査面に対して 交差するように前記中継光学系が配置されてもょ 、。
[0024] 力かる構成によれば、例えば、走査中心線と 1次走査面とが交差することによって、 1次走査部に入射させる光学系や、 1次走査部と 2次走査部との間の中継光学系、 2 次走査部など、各種の光学系や走査部を設ける場合に、光束の光路を確保するた めのスペースを設けやすぐより一層、装置の小型化が可能である。
[0025] また、本発明の光走査装置において、前記 1次走査部によって 1次方向に走査され る 1次走査角度は、前記 2次走査部によって 2次方向に走査される 2次走査角度より ち/ J、さくてちょい。
[0026] かかる構成によれば、 1次方向に走査する光束の走査幅を、 2次方向に走査する光 束の走査幅より小さくすることができるため、走査される光束の光路を考慮すると、 1 次走査部に向かう光束を導く光学系、 1次走査部、 1次走査部から 2次走査部に向か う光束を導く光学系などが設けられるスペースを小さくすることができ、より一層、装置 の小型化が可能である。
[0027] また、本発明の光走査装置において、前記集光ミラーは、凹面ミラーであってもよい
[0028] 力かる構成によれば、集光ミラーを含まずに、例えば、拡散する光束を平行な光束 とする第 1の凸面レンズや、その平行な光束^^光させる第 2の凸面レンズなどを用 いた従来の構成と比べて、これらのような凸面レンズなどを用いる必要もないため、装 置の小型化が可能である。また、色収差などを考慮する必要もなく設計可能である。 [0029] また、本発明の光走査装置において、前記 1次走査部及び前記 2次走査部は、前 記凹面ミラー力 当該凹面ミラーの曲率半径と同等の光路距離となる位置に設けら れてもよい。
[0030] 力かる構成によれば、 1次走査部と集光ミラーとの間にハーフミラーを用いることに よって、光路を折りたたむことができるため省スペース化を効率よく実現することがで き、より一層、装置の小型化が可能である。
[0031] また、本発明の光走査装置を画像表示装置に適用することもできる。すなわち、画 像信号に応じて変調された光束を、本発明の光走査装置によって前記 1次方向及び 前記 2次方向に走査することで画像を表示する画像表示装置である。
[0032] 力かる構成によれば、集光ミラーを含まずに、例えば、拡散する光束を平行な光束 とする第 1の凸面レンズや、その平行な光束^^光させる第 2の凸面レンズなどを用 いた従来の構成と比べて、これらのような凸面レンズなどを用いる必要もないため、装 置の小型化が可能である。また、色収差などを考慮する必要もなく設計可能である。
[0033] また、本発明の光走査装置を網膜走査型画像表示装置に適用することもできる。
すなわち、画像信号に応じて変調された光束を、本発明の光走査装置によって前記 1次方向及び前記 2次方向に走査し、前記走査された光束を眼の網膜上に導くこと で画像を投影表示する網膜走査型画像表示装置である。
[0034] 力かる構成によれば、集光ミラーを含まずに、例えば、拡散する光束を平行な光束 とする第 1の凸面レンズや、その平行な光束^^光させる第 2の凸面レンズなどを用 いた従来の構成と比べて、これらのような凸面レンズなどを用いる必要もないため、装 置の小型化が可能である。また、色収差などを考慮する必要もなく設計可能である。 発明の効果
[0035] 本発明によれば、集光ミラーを含まずに、例えば、拡散する光束を平行な光束とす る第 1の凸面レンズや、その平行な光束を集光させる第 2の凸面レンズなどを用いた 従来の構成と比べて、これらのような凸面レンズなどを用いる必要もないため、装置 の小型化が可能である。
図面の簡単な説明
[0036] [図 1]本実施形態における網膜走査型ディスプレイ 1を示す説明図である。 [図 2]本実施形態におけるビーム光の走査態様を示す説明図である。
圆 3]本実施形態における光学系とレーザ光の光路とを示す説明図である。
圆 4]本実施形態における光学系とレーザ光の光路とを示す説明図である。
圆 5]本実施形態における光学系とレーザ光の光路とを示す説明図である。
圆 6]本実施形態における光学系とレーザ光の光路とを示す説明図である。
圆 7]本実施形態におけるハーフミラーと凹面ミラーの一体ィ匕構造を示す図である。 圆 8]本実施形態におけるハーフミラーと凹面ミラーの一体ィ匕構造を示す図である。 圆 9]本実施形態における光学系とレーザ光の光路とを示す説明図である。
圆 10]本実施形態における光学系とレーザ光の光路とを示す説明図である。
符号の説明
1 網膜走査型ディスプ
18 第 1リレー光学系
19 垂直走査系
20 第 2リレー光学系
21 水平走査系
22 第 3リレー光学系
24 瞳孔
102 第 1全反射ミラー
104 ハーフミラー
105 支持部材
106 凹面ミラー
108 第 2全反射ミラー
発明を実施するための最良の形態
以下に、本発明に好適な実施形態について図面に基づいて説明する。
[画像表示装置の構成]
以下、本発明に係る画像表示装置の一実施の形態について図面を用いて説明す る。まず、本発明に係る画像表示装置の一例である網膜走査型ディスプレイ 1の構成 について図 1を用いて説明する。 [0039] 図 1に示すように、網膜走査型ディスプレイ 1には、外部から供給される映像信号を 処理するための光源ユニット部 2が設けられている。光源ユニット部 2には、外部から の映像信号が入力され、それに基づいて映像を合成するための要素となる各信号を 発生する映像信号供給回路 3が設けられ、この映像信号供給回路 3から映像信号 4 、垂直同期信号 5、及び、水平同期信号 6が出力される。また、光源ユニット部 2には 、映像信号供給回路 3から映像信号 4として伝達される赤 (R) ,緑 (G) ,青 (B)の各 映像信号をもとにそれぞれ強度変調されたレーザ光を出射するように、 Rレーザ 13, Gレーザ 12, Bレーザ 11を、それぞれ駆動するための Rレーザドライバ 10, Gレーザ ドライバ 9, Bレーザドライバ 8が設けられている。さらに、各レーザ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 14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ツクミラー 15と、合波されたレーザ光を光フ アイバ 17に導く結合光学系 16とが設けられている。尚、 Rレーザ 13, Gレーザ 12, B レーザ 11として、レーザダイオード等の半導体レーザや固体レーザを利用してもよい 。尚、本実施形態における光源ユニット部 2は、少なくとも 1つの光源と、当該光源か ら出射される光束を画像信号に応じて強度変調する変調部の一例に相当する。
[0040] また、網膜走査型ディスプレイ 1には、光源ユニット部 2から伝搬されたレーザ光を 垂直走査系 19に導く第 1リレー光学系 18と、コリメートされたレーザ光を、ガルバノミ ラー 19aを利用して垂直方向に走査する垂直走査系 19と、垂直走査系 19によって 走査されたレーザ光を水平走査系 21に導く第 2リレー光学系 20と、垂直走査系 19 に走査され、第 2リレー光学系 20を介して入射されたレーザ光を、ガルバノミラー 21a を利用して水平方向に走査する水平走査系 21と、水平走査系 21に走査されたレー ザ光を観察者の瞳孔 24に入射するように第 3リレー光学系 22とが設けられている。 第 2リレー光学系 20は、垂直走査系 19のガルバノミラー 19aと、水平走査系 21のガ ルバノミラー 21aとが共役となるように、また、第 3リレー光学系 22は、ガルバノミラー 2 laと、観察者の瞳孔 24とが共役となるように、各々設けられている。
[0041] 尚、具体的な一例としては、垂直走査系 19は、表示すべき画像の 1走査線ごとに、 レーザビームを垂直方向に垂直走査(1次走査の一例)を行う光学系である。また、 垂直走査系 19は、レーザビームを垂直方向に走査するガルバノミラー 19aと、そのガ ルバノミラー 19aの駆動制御を行う垂直走査制御回路 19cとを備えて 、る。
[0042] これに対し、水平走査系 21は、表示すべき画像の 1フレームごとに、レーザビーム を最初の走査線から最後の走査線に向かって水平に走査する水平走査( 2次走査の 一例)を行う光学系である。また、水平走査系 21は、水平走査するガルバノミラー 21 aと、そのガルバノミラー 21aの駆動制御を行う水平走査制御回路 21cとを備えている
[0043] 垂直走査系 19は、水平走査系 21より高速にすなわち高周波数でレーザビームを 走査するように設計されている。また、垂直走査系 19は、ビーム光 (光束)を垂直走 查角度で走査させ、水平走査系 21は、ビーム光を水平走査角度で走査させるが、本 実施形態においては、垂直走査角度が、水平走査角度よりも小さく設定されている。 これは、図 2 (a)に示すように、画像の表示範囲 152が、水平方向 Xよりも垂直方向 Y のほうが短いため、ビーム光の走査軌跡 sも、水平方向 Xよりも垂直方向 Yのほうが短 くなり、垂直方向への垂直走査角度が、水平方向への水平走査角度よりも小さくなる 。このため、先に走査角度を大きくしなければならない水平方向に走査させた後に、 走査角度が小さくて済む垂直方向に走査させ、図 2 (b)に示すようにビーム光を走査 させる構成と比べて、図 2 (a)に示すように、先に走査角度が小さくて済む垂直方向 に走査させた後に、走査角度を大きくしなければならない水平方向に走査させたほう 力 省スペース化を図ることができる。
[0044] 尚、本実施形態においては、ビーム光を高速で走査させる走査系(高速走査系)と して、走査角度が小さい垂直走査系 19を、ビーム光を低速で走査させる走査系(低 速走査系)として、走査角度が大きい水平走査系 21を採用した力 例えば NTSC (N ational Television Standards Committee)などの通常の映像信号は水平走 查が高速走査に該当するため、図示はしないが、映像信号供給回路 3で水平走査が 低速走査に、垂直走査が高速走査になるように映像信号をデジタルデータ化しデー タ変換している。もちろん、映像信号供給回路 3に入力される映像信号が、垂直走査 系 19が高速走査であるような信号形式であると想定すれば、上述した変換処理は特 に必要とせず実施可能である。
[0045] 尚、本実施形態においては、ビーム光を高速で走査させる走査系(高速走査系)と して、走査角度が小さい垂直走査系 19を、ビーム光を低速で走査させる走査系(低 速走査系)として、走査角度が大きい水平走査系 21を採用したが、これに限らず、例 えば、ビーム光を高速で走査させる走査系(高速走査系)として、走査角度が大きい 水平走査系 21を、ビーム光を低速で走査させる走査系(低速走査系)として、走査角 度が小さ!/ヽ垂直走査系 19を採用してもょ ヽ。
[0046] つまり、垂直方向(1次方向の一例)に走査される垂直走査角度(1次走査角度の一 例)は、水平方向(2次方向の一例)に走査される水平走査角度(2次走査角度の一 例)よりも小さく設定されているので、垂直方向に走査するビーム光の走査幅を、水平 方向に走査するビーム光の走査幅より小さくすることができるため、走査されるビーム 光の光路を考慮すると、垂直走査系 19に向かうビーム光を導く第 1リレー光学系 18、 垂直走査系 19、垂直走査系 19から水平走査系 21に向かうビーム光を導く第 2リレー 光学系 20などが設けられるスペースを小さくすることができ、より一層、装置の小型化 が可能である。
[0047] また、垂直走査系 19,水平走査系 21は、図 1に示すように、各々映像信号供給回 路 3に接続され、映像信号供給回路 3より出力される垂直同期信号 5,水平同期信号 6にそれぞれ同期してレーザ光を走査するように構成されて 、る。
[0048] 尚、本実施形態における垂直走査系 19及び水平走査系 21などは、入射した光束 を、 1次方向及びその 1次方向に略垂直な 2次方向に走査させることによって、フレー ムを形成する光走査装置の一例である。
[0049] 尚、本実施形態における垂直走査系 19は、入射されるビーム光を垂直方向に走査 させる 1次走査部の一例に相当し、本実施形態における水平走査系 21は、その垂直 方向に走査されたビーム光を、水平方向に走査させる 2次走査部の一例に相当する 。また、本実施形態における第 2リレー光学系 20は、中継光学系(中継光学部)の一 例に相当する。
[0050] 次に、本発明の一実施形態の網膜走査型ディスプレイ 1が、外部からの映像信号 を受けてから、観察者の網膜上に映像を投影するまでの過程について図 1を用いて 説明する。
[0051] 図 1に示すように、本実施形態の網膜走査型ディスプレイ 1では、光源ユニット部 2 に設けられた映像信号供給回路 3が外部力ゝらの映像信号の供給を受けると、映像信 号供給回路 3は、赤,緑,青の各色のレーザ光を出力させるための R映像信号, G映 像信号, B映像信号力もなる映像信号 4と、垂直同期信号 5と、水平同期信号 6とを出 力する。 Rレーザドライバ 10, Gレーザドライバ 9, Bレーザドライバ 8は各々入力され た R映像信号, G映像信号, B映像信号に基づいて Rレーザ 13, Gレーザ 12, Bレー ザ 11に対してそれぞれの駆動信号を出力する。この駆動信号に基づいて、 Rレーザ 13, Gレーザ 12, Bレーザ 11はそれぞれ強度変調されたレーザ光を発生し、各々を コリメート光学系 14に出力する。また、映像信号供給回路 3は、後述するガルバノミラ 一 19aの駆動状態を示す BD信号(図示せず)に応じて、レーザ光を発生し、各々を コリメート光学系 14に出力するタイミングを制御する。つまり、このような網膜走査型 ディスプレイ 1 (映像信号供給回路 3)は、ガルバノミラー 19aなどに光束を出射させる タイミングを制御することとなる。点光源力も発生されるレーザ光は、このコリメート光 学系 14によってそれぞれが平行光にコリメートされ、さらに、ダイクロイツクミラー 15に 入射されて 1つの光束となるよう合成された後、結合光学系 16によって光ファイバ 17 に入射されるよう導かれる。
光ファイバ 17によって伝搬されたレーザ光は、光ファイバ 17から第 1リレー光学系 1 8によって導かれて垂直走査系 19に出射される。この出射されたレーザ光は、垂直 走査系 19のガルバノミラー 19aの偏向面 19bに入射される。ガルバノミラー 19aの偏 向面 19bに入射したレーザ光は垂直方向に走査されて第 2リレー光学系 20を介し、 水平走査系 21のガルバノミラー 21aの偏向面 21bに入射する。第 2リレー光学系 20 ではガルバノミラー 19aの偏向面 19bとガルバノミラー 21aの偏向面 21bとが共役の 関係となるように調整され、また、ガルバノミラー 19aの面倒れが補正されている。ガ ルバノミラー 21aは、ガルバノミラー 19aと同様に水平同期信号 6に同期して、その偏 向面 21bが入射光を水平方向に反射するように往復振動をしており、このガルバノミ ラー 21aによってレーザ光は水平方向に走査される。垂直走査系 19及び水平走査 系 21によって水平方向及び垂直方向に 2次元に走査されたレーザ光は、ガルバノミ ラー 21aの偏向面 21bと、観察者の瞳孔 24とが共役の関係となるように設けられた第 3リレー光学系 22により観察者の瞳孔 24へ入射され、網膜上に投影される。観察者 はこのように 2次元走査されて網膜上に投影されたレーザ光による画像を認識するこ とができる。尚、垂直走査系 19のガルバノミラー 19aと、水平走査系 21のガルバノミラ 一 21aとは、名称を同じように説明したが、光を走査するようにその反射面が揺動(回 転)させられるものであれば、共振タイプ、非共振タイプ等、圧電駆動、電磁駆動、静 電駆動等 、ずれの駆動方式によるものであってもよ 、ことは言うまでもな 、。
[各種の光学系の構成]
上述したように、光ファイバ 17から出射されたビーム光を、 2次元に走査しながら観 察者の瞳孔 24へ導く各種の光学系の構成について図 3から図 5を用いて説明する。
[0053] 各種の光学系には、図 3から図 5に示すように、第 1全反射ミラー 102、ガルバノミラ 一 19a、ノヽーフミラー 104、凹面ミラー 106、第 2全反射ミラー 108、ガルバノミラー 21 aなどが少なくとも含まれている。これら第 1全反射ミラー 102、ガルバノミラー 19a、ハ 一フミラー 104、凹面ミラー 106、第 2全反射ミラー 108、ガルバノミラー 21aは、反射 面が水平方向に向かう状態で、垂直方向に向力つて立設するように支持部材 107に より支持している。また、ハーフミラー 104と凹面ミラー 106とは固定部材 105によって 一体的に形成されて!ヽる (後述で詳説)。
[0054] 第 1全反射ミラー 102は、光ファイバ 17から出射されたビーム光を、全反射させるこ とによって、ガルバノミラー 19aの偏向面 19bに導くとともに、ガルバノミラー 19aの偏 向面 19bで反射され、垂直方向に走査されたビーム光を、全反射させることによって 、ハーフミラー 104に導く機能を有する。尚、この第 1全反射ミラー 102は、上述した 第 1リレー光学系 18、第 2リレー光学系 20に含まれている。
[0055] ガルバノミラー 19aは、水平方向に延びる符号 A1を軸として、符号 B1に示す方向 に回動駆動することによって、第 1全反射ミラー 102によって反射されたビーム光を、 偏向面 19bで反射させることによって、垂直方向に走査して、第 1全反射ミラー 102 に導く。
[0056] ハーフミラー 104は、第 1全反射ミラー 102によって反射されたビーム光を、透過す ることによって、凹面ミラー 106に導くとともに、凹面ミラー 106によって反射されたビ 一ム光を反射することによって、第 2全反射ミラー 108に導く機能を有する。尚、この ハーフミラー 104は、上述した第 2リレー光学系 20に含まれている。 [0057] 凹面ミラー 106は、拡散しているビーム光を集光させる集光ミラーであり、第 1全反 射ミラー 102によって反射され、ハーフミラー 104を透過したビーム光を、全反射させ 、集光させてハーフミラー 104に導く機能を有する。尚、この凹面ミラー 106は、上述 した第 2リレー光学系 20に含まれている。
[0058] 第 2全反射ミラー 108は、凹面ミラー 106で集光され、ハーフミラー 104で反射され たビーム光を、全反射させることによって、ガルバノミラー 21aの偏向面 21bに導く機 能を有する。尚、この第 2全反射ミラー 108は、上述した第 2リレー光学系 20に含まれ ている。
[0059] ガルバノミラー 21aは、垂直方向に延びる符号 A2を軸として、符号 B2に示す方向 に回動駆動することによって、第 2全反射ミラー 108によって反射されたビーム光を、 偏向面 21bで反射させることによって、水平方向に走査して、第 3リレー光学系 22 ( 図 1参照)〖こ導くこととなる。
[0060] このような各種の光学系において、光ファイバ 17から出射されたビーム光は、集光 され、第 1全反射ミラー 102に入射される。この第 1全反射ミラー 102に入射されたビ ーム光は、全反射されて、集光しながら、垂直走査系 19のガルバノミラー 19aに入射 される。垂直走査系 19のガルバノミラー 19aに入射されたビーム光は、垂直方向に 走査されながら、第 1全反射ミラー 102に入射される。このビーム光は、ガルバノミラ 一 19aから第 1全反射ミラー 102に入射されるまでに、集光された後に、結像し、拡散 されることとなる。そして、第 1全反射ミラー 102に入射されたビーム光は、全反射され て、拡散しながらハーフミラー 104に入射される。尚、このガルバノミラー 19aから入射 されるビーム光と、上述した光ファイバ 17から出射されたビーム光とでは、第 1全反射 ミラー 102でも異なる箇所で反射されることとなる。そして、第 1全反射ミラー 102から ハーフミラー 104に入射されたビーム光は、所定の割合でノヽーフミラー 104において 透過され、拡散しながら凹面ミラー 106に入射される。凹面ミラー 106に入射されたビ ーム光は、入射される前まで拡散されていた力 反射させること〖こよって、集光しなが らハーフミラー 104に入射される。凹面ミラー 106からハーフミラー 104に入射された ビーム光は、所定の割合でノヽーフミラー 104において反射され、集光しながら第 2全 反射ミラー 108に入射される。第 2全反射ミラー 108に入射されたビーム光は、全反 射されて、集光しながら水平走査系 21のガルバノミラー 21aに入射される。水平走査 系 21のガルバノミラー 21aに入射されたビーム光は、水平方向に走査され、集光しな らが第 3リレー光学系 22 (図 1参照)に入射されることとなる。このように、垂直走査系 19のガルバノミラー 19aと、水平走査系 21のガルバノミラー 21aとの間で、拡散した ビーム光が、凹面ミラー 106で集光されることとなる。
[0061] つまり、第 2リレー光学系 20は、垂直走査系 19と水平走査系 21との間の光路に設 けられ、垂直走査系 19によって 1次方向に走査させた光束を水平走査系 21に導く 凹面ミラー 106を少なくとも含んでいる。従って、詳しく後述するが、凹面ミラーを含ま ずに、例えば、拡散する光束を平行な光束とする第 1の凸面レンズや、その平行な光 束を集光させる第 2の凸面レンズなどを用いた従来の構成と比べて、これらのような 凸面レンズなどを用いる必要もないため、装置の小型化が可能である。また、色収差 などを考慮する必要もなく設計可能である。
[0062] また、垂直走査系 19におけるガルバノミラー 19aと後述する凹面ミラー 106との間 にハーフミラー 104が設けられている。従って、 1次走査部と集光ミラーとの間にハー フミラーを用いることによって、光路を折りたたむことができるため省スペース化を効 率よく実現することができ、より一層、装置の小型化が可能である。
[0063] 特に、垂直走査系 19のガルバノミラー 19aは、第 1全反射ミラー 102との間におい て、図 6 (a)に示すように、符号 Cl、 C2、 C3に示すように、ビーム光を垂直方向に走 查し、図 6 (b)に示すように、垂直走査系 19によって走査されるビーム光を含む符号 Dに示す面力 垂直走査面となる。また、具体的には、図 6 (c)に示すように、垂直走 查系 19のガルバノミラー 19aから第 1全反射ミラー 102に向力 垂直方向の面力 垂 直走査系 19によって走査されるビーム光を含む垂直走査面 Dとなり、垂直走査面中 の略中心線を走査中心線 Fとする。尚、本実施形態における垂直走査面とは、垂直 走査されてから水平走査されるまでの光束を含む走査面であり、垂直走査系 19のガ ルバノミラー 19aから水平走査系 21のガルバノミラー 21aまでの光路の走査面である
[0064] また、垂直走査系 19のガルバノミラー 19aに対して入射するビーム光の入射方向 は、図 6 (c)に示すように、符号 Eで示す方向である。つまり、垂直走査面 Dに対して 交差する方向からビーム光を入射させることとなる。従って、例えば、 1次走査部に入 射させる光学系や、 1次走査部と 2次走査部との間の中継光学系、 2次走査部、 2次 走査部から眼の網膜まで光束を導く光学系など、各種の光学系や走査部を設ける場 合に、それらが 1次走査面と干渉することなぐ光束の光路を確保するためのスぺー スを設けやすぐより一層、装置の小型化が可能である。
[0065] また、第 1全反射ミラー 102、ハーフミラー 104、凹面ミラー 106、第 2全反射ミラー 1 08などを含む第 2リレー光学系 20は、図 6 (b)及び図 6 (c)に示すように、走査中心 線 Fが垂直走査面 Dに対して交差するように設けられている。従って、例えば、走査 中心線と 1次走査面とが交差することによって、集光されていた光束が拡散され、そ の拡散された光束が集光ミラーによって集光され、 1次走査部に入射させる光学系や 、 1次走査部と 2次走査部との間の中継光学系など、各種の光学系や走査部を設け る場合に、光束の光路を確保するためのスペースを設けやすぐより一層、装置の小 型化が可能である。
[0066] 次に、ハーフミラー 104及び凹面ミラー 106の一体化構造について図面を参照して 説明する。図 7 (a)はハーフミラーと凹面ミラーの一体ィ匕構造を上方からみた平面図( 図 3と同様の上面視)であり、図 7 (b)は図 7 (a)における L— L横断断面図である。
[0067] ハーフミラー 104及び凹面ミラー 106は、図 7に示すように、固定部材 105によって 一体的に形成されている。固定部材 105は、上面視で略 L字状の壁部 105dと、この 壁部 105dの下端に設けられ、上面視で台形状の平板で形成された底部 105eとを 有している。
[0068] 壁部 105dは、凹面ミラー 106の背面と当接する第 1壁面 105dlと、ハーフミラー 10 4の反射面 104aの一端と当接する第 2壁面 105d2と、第 1壁面 105dlと第 2壁面 10 5d2とを接続する第 3壁面 105d3とから構成される。第 1壁面 105dlの一端は第 3壁 面 105d3の一端と略垂直に接続され、第 3壁面 105d3の他端は第 2壁面 105d2の 一端と所定の角度をもって接続される。
[0069] そして、凹面ミラー 106の背面と第 1壁面 105dlと力 またハーフミラー 104の反射 面 104aの一端と第 2壁面 105d2とが、それぞれ接着剤等によって接着される。これ により、ハーフミラー 104と凹面ミラー 106とが一体的に形成される。 [0070] 底部 105eは、その底面から円柱状の突起部 105aを突出させており、また、底部 1 05eの略中央には、ねじ用穴 105bが突起部 105aを中心とした円周に沿ってその円 周長手に開口されている。
[0071] 突起部 105aは、支持部材 107に開口された突起用貫通孔 107aに挿入され、回転 軸 A3を中心として回転可能に突起用貫通孔 107aに嵌合される。また、突起部 105a を突起用貫通孔 107aに挿入したときに、突起部 105aの先端部分が底部 105eの底 面力も突出しないように、突起部 105aの軸方向の長さが突起用貫通孔 107aの長さ よりも短い長さとなっている。
[0072] また、回転軸 A3は、垂直走査系 19によって走査される光束の走査中心線 Fが凹 面ミラー 106のミラー面 106aと接する交差点 Hを通る軸であって垂直走査方向(垂 直方向)に平行となる軸としている。従って、走査中心線 Fと回転軸 A3が交差する交 差点 Hを中心として、回転軸 A3の回転方向 B3で回転させることができる。そのため、 走査中心 Gを交差点 Hとの距離を変えることなぐ光路の方向を変えることができる。
[0073] また、支持部材 107は、ねじ 109用のねじ孔 107bを開口させており、このねじ孔 10 7bにねじ 109を支持部材 107の裏面カも螺合させて、支持部材 107の表面からねじ 109を突出させるように、ねじ 109を支持部材 107へ固定する。ねじ 109を支持部材 107へ固定した後、固定部材 105のねじ用穴 105bにねじ 109を挿入するように、力 つ突起用貫通孔 107aに突起部 105aが嵌入されるように、固定部材 105により一体 化したハーフミラー 104及び凹面ミラー 106を支持部材 107に載置する。
[0074] このように突起用貫通孔 107aに突起部 105aが嵌入され、固定部材 105のねじ用 穴 105bにねじ 109が挿入されているため、一体化したハーフミラー 104及び凹面ミ ラー 106を支持部材 107に載置した状態で、回転軸 A3を中心に一体ィ匕したノヽーフミ ラー 104及び凹面ミラー 106を一体的に回転方向 B3に回転させることが容易に行え る。従って、垂直走査系 19によって走査される光束の走査中心線が凹面ミラー 106 のミラー面 106aと交わる位置を一定にしながら、垂直走査された光束に対するミラー 面 106aの位置を変えて光路の調整を行うことができるため、その調整作業が容易と なる。
[0075] また、回転軸 A3を中心として一体化したハーフミラー 104及び凹面ミラー 106の位 置を変更させながら光路を調整した後、接着剤等によって、突起部 105aを突起用貫 通孔 107aに固定し、更にねじ 109を底部 105eに固定する。これによりハーフミラー 104及び凹面ミラー 106を支持部材 107に固定して、前記調整後の位置を固定する ことができる。
[0076] このように、上述した本実施形態においては、凹面ミラー 106とハーフミラー 104と を一体的に回動するための回動機構 (ここでは、突起部 105aと突起用貫通孔 107a )を設けたので、凹面ミラー 106とハーフミラー 104とに関し、光路の調整作業が容易 になる。
[0077] なお、本実施形態においては、回動機構を突起部 105aと突起用貫通孔 107aとし て説明したが、固定部材 105側に円柱状の開口部を設け、支持部材 107側に突起 部を設けることにより、回動機構を構成するようにしてもよい。すなわち、凹面ミラー 10 6とハーフミラー 104とを一体的に回動することができる機構であれば、上記機構に 限られない。
[0078] また、上述した実施形態においては、ねじ 109をねじ用穴 105bに遊嵌するようにし た力 ねじ用穴 105bにねじ溝を設けて、底部 105eを支持部材 107と固定する構成 としてちよい。
[0079] また、凹面ミラー 106とハーフミラー 104とを固定部材 105を用いて一体ィ匕するので はなぐプリズムにより一体的に形成することもできる。図 8は凹面ミラー 106とハーフ ミラー 104とをプリズムにより一体的に形成した構成の一例を示す図である。
[0080] 図 8に示すように、プリズム 111は、球面状に突出した凸部 106a'を有しており、こ の凸部 106a'にはその表面に金属を含有する導電性塗料、導電性インク、或いはメ ツキ層を形成したミラー膜が形成されており、上記凹面ミラー 106のミラー面 106aと 同等の球面状の反射面となっている。また、この凸部 106a'に対向する面である第 1 平面 104a,は、ハーフミラー 104と同等のハーフミラー機能を有している。すなわち、 第 1平面 104a'はその表面に金属を含有する導電性塗料、導電性インク、或いはメ ツキ層を形成したノヽーフミラー膜を備えている。
[0081] また、プリズム 111は、第 1平面 104a'に対向する位置に第 2平面 105c'を有して いる。プリズム 111からの出射光は、第 2平面 105c'から出射することができるような角 度で傾斜している。ここでは、第 2平面 105c'を第 1平面 104a'に垂直な平面に対し て走査中心線 Fと対称位置にある線が略垂直に交わるような面としている。したがつ て、プリズム 111内からの出射光は、第 2平面 105c'でほぼ屈折することなくそのまま 真っ直ぐ出射されることになる。
[0082] さらに、プリズム 111には、突起部 105aと同様の突起部 105a'がその底面に形成 されており、この突起部 105a'を突起用貫通孔 107aに挿入することによって、図 7に おける一体構造の場合と同様に回転軸 A3に対して、回転可能となり、光路の調整を 容易に行うことができる。
[0083] さらに、プリズム 111は、ハーフミラー 104及び凹面ミラー 106を熱可塑性榭脂など の榭脂により一体成形することができるため、そのハーフミラー 104と凹面ミラー 106 との位置精度を高めることができる。
[0084] また、発明の理解を容易とするためにも、上述した実施形態とは異なる第 2の実施 形態について図 9を用いて以下に説明する。尚、図 9 (a)は、本実施形態における各 種の光学系の構成を示し、図 9 (b)は、従来における各種の光学系の構成を示す。ま た、図 9 (c)は、凹面ミラー 106の曲率半径を示し、図 9 (d)は、垂直走査系 19から凹 面ミラー 106への光路を示し、図 9 (e)は、凹面ミラー 106から水平走査系 21への光 路を示す。
[0085] 本実施形態においては、図 9 (a)に示すように、凸面レンズ 122、反射ミラー 124、 ノヽーフミラー 126、垂直走査系 19のガルバノミラー 19a、 ノヽーフミラー 128、凹面ミラ 一 106、 ノヽーフミラー 130、水平走査系 21のガルバノミラー 21a、ハーフミラー 132、 凹面ミラー 134を含んだ構成であり、入射してきたビーム光が瞳孔 24に走査されて 導かれる構成である。
[0086] 垂直走査系 19のガルバノミラー 19aには、上述したような光ファイバ 17から出射さ れたビーム光力 凸面レンズ 122、反射ミラー 124、ハーフミラー 126を介して入射さ れる。垂直走査系 19のガルバノミラー 19aは、入射されたビーム光を垂直方向に走 查して、ハーフミラー 126に導く。
[0087] このように走査されたビーム光は、拡散しながら、ハーフミラー 126で反射され、ノヽ 一フミラー 128を透過して、凹面ミラー 106に入射する。凹面ミラー 106に入射された ビーム光は、反射されて、集光しならが、ハーフミラー 128に導かれ、ハーフミラー 12 8によって反射されたビーム光は、集光しながら、ハーフミラー 130を透過し、水平走 查系 21のガルバノミラー 2 laに入射する。
[0088] 水平走査系 21のガルバノミラー 21aは、入射されたビーム光を水平方向に走査し て、ハーフミラー 130に導く。ハーフミラー 130で反射されたビーム光は、拡散しなが ら、ハーフミラー 132を透過して、凹面ミラー 134に入射する。凹面ミラー 134に入射 されたビーム光は、反射されて、集光しならが、ハーフミラー 132に導かれ、ハーフミ ラー 132によって反射されたビーム光は、集光しながら、瞳孔 24に入射する。
[0089] 従来においては、図 9 (b)に示すように、凸面レンズ 122、反射ミラー 124、ハーフミ ラー 126、垂直走査系 19のガルバノミラー 19a、凸面レンズ 202、凸面レンズ 204、 反射ミラー 142、ハーフミラー 144、水平走査系 21のガルバノミラー 21a、ハーフミラ 一 132、凹面ミラー 134を含んだ構成であり、入射してきたビーム光が瞳孔 24に走査 されて導かれる構成であった。
[0090] このような従来の構成においては、垂直走査系 19のガルバノミラー 19aによって垂 直方向に走査されたビーム光は、拡散しながら、ハーフミラー 126で反射され、凸面 レンズ 202で平行なビーム光とした後に、凸面レンズ 204でビーム光を集光した。
[0091] このように、本実施形態においては、垂直走査系 19のガルバノミラー 19aと、水平 走査系 21のガルバノミラー 21aとの間の光路に、凹面ミラー 106を含むリレー光学系 を配設することによって、凹面ミラー 106を含まずに、例えば、拡散するビーム光を平 行なビーム光とする凸面レンズ 202や、その平行なビーム光を集光させる凸面レンズ 204などを用いた従来の構成と比べて、これらのような凸面レンズ 202, 204などを用 いる必要もないため、装置の小型化が可能である。また、色収差などを考慮する必要 もなく設計可能である。
[0092] また、このような凹面ミラー 106の曲率半径は、図 9 (c)に示すように、符号 Rとなる 。また、垂直走査系 19のガルバノミラー 19aから凹面ミラー 106への光路は、図 9 (d) に示すように、符号 Rとなる。また、凹面ミラー 106から垂直走査系 21のガルバノミラ
2
一 21aへの光路は、図 9 (e)に示すように、符号 Rとなる。
3
[0093] この場合において、 R =R =Rが成立する距離に、垂直走査系 19のガルバノミラ -19a,垂直走査系 21のガルバノミラー 21aが配設されている。このように、垂直走 查系 19におけるガルバノミラー 19aや、水平走査系 21におけるガルバノミラー 21aは 、凹面ミラー 106からその曲率半径と同等の光路距離となる位置に設けられている。 従って、 1次走査部と 2次走査部とが容易に共役として調整することができ、安定して 光束を走査することができるとともに、装置の小型化が可能である。
[0094] 尚、上述した実施形態においては、垂直走査系 19及び水平走査系 21は、凹面ミラ 一 106からその凹面ミラー 106の曲率半径と同等の光路距離となる位置に設けられ た力 これに限らない。
[0095] 更にまた、上述した実施形態においては、図 9 (a)に示すように、凹面ミラーなどの 集光ミラーを、垂直走査系 19と水平走査系 21との間、水平走査系 21と瞳孔 24との 間にそれぞれ設けられたが、これに限らず、例えば、水平走査系 21と瞳孔 24との間 に集光ミラーを設けなくても、少なくとも、垂直走査系 19と水平走査系 21との間に集 光ミラーを設ければよい。
[0096] 更にまた、上述した実施形態においては、中継光学系の一例として、上述したよう な第 2リレー光学系 20を採用したが、これに限らず、例えば、図 10に示すように、第 2 全反射ミラー 108を備えない構成など、上述した実施形態以外の構成であってもよ い。また、例えば、垂直走査系 19と凹面ミラー 106との間にハーフミラー 104が設け られたが、これに限らず、例えば、垂直走査系 19と凹面ミラー 106との間にハーフミラ 一 104が設けられなくてもよい。また、例えば、凹面ミラー 106と水平走査系 21との間 など、他の位置にハーフミラー 104が設けられて!/、てもよ!/、。
[0097] 更にまた、上述した実施形態においては、垂直走査系 19によって垂直方向に走査 されるビーム光を含む垂直走査面に対して交差する同一平面上に、第 1全反射ミラ 一 102、ハーフミラー 104、凹面ミラー 106、第 2全反射ミラー 108などの中継光学系 が設けられたが、これに限らず、例えば、これらのような中継光学系のうちの一部又は 全部が、垂直走査系によって垂直方向に走査されるビーム光を含む垂直走査面に 対して交差する同一平面上に設けられなくてもよい。また、本実施形態においては、 1次走査面に対して交差する方向から光束を入射させたが、これに限らず、例えば、 1次走査面に対して交差する方向から光束を入射させなくてもよい。 [0098] 更にまた、上述した実施形態においては、垂直走査系 19によって垂直方向に走査 される垂直走査角度は、水平走査系 21によって水平方向に走査される水平走査角 度よりも小さく設定されていたが、これに限らず、例えば、垂直走査角度が、水平走 查角度よりも大きく又は同じように設定されて 、てもよ 、。
[0099] 更にまた、上述した実施形態においては、ビーム光を先に垂直方向に垂直走査系 19によって走査され、その後に、ビーム光を先に水平方向に水平走査系 21によって 走査される構成であった力 これに限らず、例えば、ビーム光を先に水平方向に水平 走査系によって走査され、その後に、ビーム光を先に垂直方向に垂直走査系 19によ つて走査される構成であってもよ 、。
[0100] 更にまた、上述した実施形態においては、入射されるビーム光を垂直方向と水平方 向とに走査させるように構成した力 これに限らず、例えば、入射されるビーム光を、 1 次方向に走査させるとともに、その 1次方向と交差する 2次方向に走査させるように構 成してもよい。また、本実施形態においては、凹面ミラーを集光ミラーの一例に採用し た力 これに限らない。
[0101] 更にまた、上述した実施形態においては、集光ミラーとハーフミラーとを支持部材に より一体ィ匕したり、プリズムにより一体成形したりするようにした力 これに限られない。 たとえば、集光ミラーをプリズムで形成し、このプリズムにハーフミラーを直接取り付け るような構成でもよい。このように、集光ミラーとハーフミラーとを一体ィ匕することができ れば、どのような形で一体ィ匕してもよい。
[0102] 更にまた、上述した実施形態においては、集光ミラーとハーフミラーとの一体ィ匕した ものを支持部材に取り付けるために接着剤を一例として説明した力 Sこれに限られない 。たとえば、集光ミラー或いはハーフミラーを支持部材に熱等により溶着することによ つて固定するようにしてもょ 、。
[0103] 更にまた、上述した実施形態においては、ねじ用穴 105bを設けた例について説明 したがこれに限られず、ねじ用穴 105bを設けなくてもよい。
[0104] 更にまた、上述した実施形態においては、回転軸 A3の回転方向 B3のみ調整可能 として説明したが、これに限られず支持部材 107と垂直な方向にも調整可能にしても よい。たとえば、突起用貫通孔 107aの内周にねじ溝を設け、一方で突起部 105aに はねじ山を設けて、集光ミラーとハーフミラーとの一体ィ匕したものを回転させつつ、支 持部材 107からの高さを調整可能とするのである。あるいは、底部 105eにねじ用穴 1 05bを設けずに、ねじ 109で底部 105eの底面を押し上げることによって調整するよう にしてもよい。
[0105] 更にまた、上述した実施形態においては、上述したような光走査装置を備え、画像 信号に応じて変調された光束を、その光走査装置によって 1次方向及び 2次方向に 走査することで、眼の網膜に画像を投影し、画像を表示する網膜走査型ディスプレイ 1 (網膜走査型画像表示装置の一例)について説明したが、これに限らず、例えば、 眼の網膜に画像を直接的に投影しなくても、上述したような光走査装置を備え、画像 信号に応じて変調された光束を、その光走査装置によって 1次方向及び 2次方向に 走査することで画像をスクリーンなどに投影表示するディスプレイ (画像表示装置の 一例)に本発明を採用してもよい。
産業上の利用可能性
[0106] 以上、本発明の実施の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、発明の開示の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づ いて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。例 えば、本発明を適用した光走査装置は、レーザプリンタ内でレーザビームを走査する 光走査装置にも応用できる。

Claims

請求の範囲
[1] 入射される光束を 1次方向に走査させる 1次走査部と、当該 1次方向に走査された 光束を、当該 1次方向と交差する 2次方向に走査させる 2次走査部とを備えた光走査 装置において、
前記 1次走査部と前記 2次走査部との間に設けられ、前記 1次走査部によって 1次 方向に走査させた光束を前記 2次走査部に導く集光ミラーを少なくとも含む中継光学 系を備えたことを特徴とする光走査装置。
[2] 前記中継光学系は、前記 1次走査部と前記集光ミラーとの間に設けられたハーフミ ラーを含むことを特徴とする請求項 1に記載の光走査装置。
[3] 前記ハーフミラーは、前記 1次走査部によって 1次方向に走査させた光束を透過し て前記集光ミラーへ導くと共に前記集光ミラーで集光した光束を反射して前記 2次走 查部へ導くものであり、
前記集光ミラーと前記ハーフミラーとを一体的に形成したことを特徴とする請求項 2 に記載の光走査装置。
[4] 当該集光ミラーと前記ハーフミラーとを一体的に回動するための回動機構を設けた ことを特徴とする請求項 3に記載の光走査装置。
[5] 前記回動機構は、前記 1次走査部によって走査される光束の走査中心線が前記集 光ミラーのミラー面と接する点を通る軸であって前記 1次方向に平行となる軸を中心と して回動可能に構成したことを特徴とする請求項 4に記載の光走査装置。
[6] 前記集光ミラーと前記ハーフミラーとをプリズムにより一体的に形成したことを特徴と する請求項 3から 5のいずれか 1項に記載の光走査装置。
[7] 前記 1次走査部と前記 2次走査部とを支持する支持部材を設け、
前記支持部材は、前記一体的に形成された前記集光ミラーと前記ハーフミラーとを 支持することを特徴とする請求項 3から 6のいずれか 1項に記載の光走査装置。
[8] 前記入射される光束を、前記 1次走査部によって走査される光束を含む 1次走査面 に対して交差する方向から入射させることを特徴とする請求項 1から 7のいずれか 1項 に記載の光走査装置。
[9] 前記 1次走査部によって走査される光束の走査中心線が、前記 1次走査部によつ て走査される光束を含む 1次走査面に対して交差するように前記中継光学系が配置 されたことを特徴とする請求項 8に記載の光走査装置。
[10] 前記 1次走査部によって 1次方向に走査される 1次走査角度は、前記 2次走査部に よって 2次方向に走査される 2次走査角度よりも小さいことを特徴とする請求項 1から 9 の!、ずれか 1項に記載の光走査装置。
[11] 前記集光ミラーは、凹面ミラーであることを特徴とする請求項 1から 10のいずれか 1 項に記載の光走査装置。
[12] 前記 1次走査部及び前記 2次走査部は、前記凹面ミラーから当該凹面ミラーの曲率 半径と同等の光路距離となる位置に設けられたことを特徴とする請求項 11に記載の 光走査装置。
[13] 請求項 1から 12のいずれか 1項に記載の光走査装置を備え、画像信号に応じて変 調された光束を、前記光走査装置によって前記 1次方向及び前記 2次方向に走査す ることで画像を表示することを特徴とする画像表示装置。
[14] 請求項 1から 10のいずれか 1項に記載の光走査装置を備え、画像信号に応じて変 調された光束を、前記光走査装置によって前記 1次方向及び前記 2次方向に走査し 、前記走査された光束を眼の網膜上に導くことで画像を投影表示することを特徴とす る網膜走査型画像表示装置。
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