WO2009122893A1 - 網膜走査型画像表示装置 - Google Patents

網膜走査型画像表示装置 Download PDF

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    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3129—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] scanning a light beam on the display screen

Definitions

  • the present invention relates to a retinal scanning image display apparatus, and more particularly to a retinal scanning image display apparatus that displays an image by scanning light modulated in accordance with an image signal related to an image in a predetermined scanning direction.
  • image display devices for displaying images include devices that display an image so as to be visible by emitting light from a light source unit modulated in accordance with an image signal to the outside as emitted light.
  • a retinal scanning image display device in which the light emitted to the outside is scanned in a predetermined scanning direction, is incident on the user's eye, projects an image on the retina of the eye, and displays the image. To do.
  • a diffraction grating that diffracts light from a light source unit in a predetermined diffraction direction is arranged on an optical path.
  • a diffraction grating is provided with grooves along the diffraction direction, and can be diffracted by being placed on the optical path, making it easy for light to enter the user's pupil. it can. No. 2006-98570
  • a line-like pattern may occur periodically. This was caused by the relationship between the pitch of the grooves of the diffraction grating and the pitch of the scanning lines, and it was necessary to design in consideration of this, but it was not easy to completely eliminate such a pattern.
  • a light source unit that emits light modulated in accordance with an image signal relating to an image, and scanning light from the light source unit in a predetermined scanning direction.
  • a retinal scanning type image display apparatus comprising: a scanning unit that displays an image by a light source; and a diffraction element that is disposed on an optical path of light from the light source unit and diffracts light from the light source unit in a predetermined diffraction direction.
  • the diffraction element is arranged at an angle at which the projection of the diffraction direction onto the diffraction element is approximately 45 degrees with respect to the scanning direction of the scanning unit.
  • the diffraction direction in the diffraction element and the scanning direction by the scanning unit are orthogonal to each other at approximately 45 degrees, and the relationship between the pitch in the diffraction direction and the pitch in the scanning direction is not considered. Generation of a line pattern can be prevented periodically.
  • the scanning unit includes a first scanning unit that scans in a first scanning direction, and a second scanning that scans in a second scanning direction that is substantially orthogonal to the first scanning direction.
  • the diffractive element has a projection of approximately 45 degrees in the diffractive direction with respect to both the scanning direction of the first scanning part and the scanning direction of the second scanning part. You may make it the structure arrange
  • the diffraction direction is approximately 45 degrees for both, and the relationship between the pitch in the diffraction direction and the pitch in the scanning direction is considered. Even if it does not do, generation
  • the diffraction element may be provided with a rotation mechanism that rotates about the optical path direction.
  • the angle of the diffraction element can be finely adjusted in order to prevent the generation of a line pattern periodically.
  • the diffraction element may be rectangular and the diffraction direction may be approximately 45 degrees with respect to a rectangular side.
  • the arrangement position of the diffraction element can be easily determined.
  • the diffraction element may include two sets of diffraction elements whose diffraction directions are orthogonal to each other.
  • a plurality of diffraction directions can be set without considering the relationship between the pitch in the diffraction direction and the pitch in the scanning direction, and periodic line patterns are prevented from occurring. be able to.
  • the diffraction element may include a two-dimensional diffraction element in which the diffraction directions are orthogonal to each other.
  • a plurality of diffraction directions can be set without considering the relationship between the pitch in the diffraction direction and the pitch in the scanning direction, and periodic line patterns are prevented from occurring. be able to.
  • the diffraction element may have a stripe shape with a predetermined pitch, and the scanning direction and the stripe angle may be approximately 45 degrees.
  • the diffraction element is disposed at an angle at which the projection onto the diffraction element in the diffraction direction is approximately 45 degrees with respect to the scanning direction of the scanning unit. Therefore, the diffraction direction in the diffraction element and the scanning direction by the scanning unit are orthogonal to each other at approximately 45 degrees, and the line shape is periodically formed without considering the relationship between the pitch in the diffraction direction and the pitch in the scanning direction. The occurrence of the pattern can be prevented.
  • 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 an external video signal and generates each signal as an element for synthesizing the video based on the video signal.
  • a signal 4, a horizontal synchronization signal 5, and a vertical synchronization signal 6 are output.
  • the light source unit 2 also includes lasers that are intensity-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 R laser 13, the G laser 12, and the B laser 11 as described above correspond to an example of a light source unit that emits light modulated in accordance with an image signal related to an image. Further, the collimating optical system 14 provided so as to collimate the laser light emitted from each laser into parallel light, the dichroic mirror 15 for combining the collimated laser lights, and the combined laser light as light. A coupling optical system 16 leading to the 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, G laser 12, and B laser 11, a semiconductor laser such as a laser diode or a solid-state laser may be used.
  • the light source unit 2 in this embodiment corresponds to an example of a modulation unit that modulates the intensity of at least one light source and a light beam (laser light) emitted from the light source according to an image signal.
  • the retinal scanning display 1 has a collimating optical system 18 that guides the laser light propagated from the light source unit 2 to the horizontal scanning system 19 and the collimated laser light in the horizontal direction using a galvano mirror 19a.
  • a vertical scanning system 21 that scans the incident laser light in the vertical direction using a galvano mirror 21a, and a diffraction grating 100 that makes it easy for the laser light scanned by the vertical scanning system 21 to enter the pupil 24 of the user.
  • the diffraction grating 100 which will be described in detail later, has an optical dispersion performance for dispersing laser light.
  • the optical dispersion performance is the performance of dividing or dispersing (scattering) incident laser light into one or more.
  • the optical dispersion performance is determined by the grating pitch of the diffraction grating 100 and the periodic arrangement direction. Is done.
  • the horizontal scanning system 19 is an optical system that horizontally scans a laser beam in the horizontal direction (an example of primary scanning) for each scanning line of an image to be displayed.
  • the horizontal scanning system 19 includes a galvano mirror 19a that scans the laser light in the horizontal direction, and a horizontal scanning control circuit 19c that controls driving of the galvano mirror 19a.
  • the vertical scanning system 21 is an optical system that vertically scans a laser beam vertically from the first scanning line to the last scanning line (an example of secondary scanning) for each frame of an image to be displayed. is there.
  • the vertical scanning system 21 includes a galvano mirror 21a that performs vertical scanning, and a vertical scanning control circuit 21c that controls driving of the galvano mirror 21a.
  • the horizontal scanning system 19 is designed to scan the laser beam at a higher speed, that is, at a higher frequency than the vertical scanning system 21. Further, as shown in FIG. 1, the horizontal scanning system 19 and the vertical scanning system 21 are respectively connected to the video signal supply circuit 3 and are respectively supplied to the horizontal synchronization signal 5 and the vertical synchronization signal 6 output from the video signal supply circuit 3. The laser beam is scanned in synchronization.
  • the horizontal scanning system 19 and the vertical scanning system 21 in this embodiment form a frame by scanning an incident light beam in a first scanning direction and a second scanning direction substantially perpendicular to the first scanning direction. It is an example of an optical scanning device.
  • the horizontal scanning system 19 in the present embodiment corresponds to an example of a first scanning unit that scans an incident light beam in the horizontal direction (first scanning direction).
  • the vertical scanning system 21 in the present embodiment This corresponds to an example of a second scanning unit that scans a light beam scanned in the horizontal direction in a vertical direction (second scanning direction) orthogonal to the horizontal direction.
  • the horizontal scanning system 19 and the vertical scanning system 21 in the present embodiment include a first scanning unit and a second scanning unit, and are examples of a scanning unit that scans light from a light source in a predetermined scanning direction. Equivalent to.
  • the video signal supply circuit 3 when the video signal supply circuit 3 provided in the light source unit 2 receives an external video signal, the video signal supply circuit 3 A video signal 4 including an R video signal, a G video signal, and a B video signal, a horizontal synchronizing signal 5 and a vertical synchronizing signal 6 for outputting laser beams of red, green, and blue colors are output.
  • the R laser driver 10, the G laser driver 9, and the B laser driver 8 respectively drive the R laser 13, the G laser 12, and the B laser 11 based on the input R video signal, G video signal, and B video signal. Output a signal.
  • the R laser 13, the G laser 12, and the B laser 11 each generate intensity-modulated laser light and output each to the collimating optical system 14.
  • 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 a driving state of a galvano mirror 19a described later. That is, in such a retinal scanning display 1, the video signal supply circuit 3 controls the timing at which the galvano mirror 19a and the like emit laser light.
  • the laser light generated from the point light source is collimated into parallel light by the collimating optical system 14, and is further incident on the dichroic mirror 15 to be combined into one laser light, and then combined by the coupling optical system 16. It is guided to enter the optical fiber 17.
  • the laser light propagated by the optical fiber 17 is collimated into parallel light from the optical fiber 17 by the collimating optical system 18 and emitted to the horizontal scanning system 19.
  • the emitted laser light is incident on the deflection surface 19b of the galvanometer mirror 19a of the horizontal scanning system 19.
  • the laser light incident on the deflection surface 19b of the galvanometer mirror 19a is scanned in the horizontal direction in synchronization with the horizontal synchronization signal and enters the deflection surface 21b of the galvanometer mirror 21a of the vertical scanning system 21 via the first relay optical system 20. .
  • the galvanometer mirror 21a is reciprocally oscillated so that the deflection surface 21b reflects incident light in the vertical direction in synchronization with the vertical synchronization signal 6 in the same manner as the galvanometer mirror 19a synchronizes with the horizontal synchronization signal.
  • Laser light is scanned in the vertical direction by the galvanometer mirror 21a.
  • the laser light scanned by the galvanometer mirror 21 a is dispersed in a predetermined direction by the diffraction grating 100 and then enters the user's pupil 24 through the second relay optical system 22.
  • the user can recognize the image by the laser light that is two-dimensionally scanned and projected onto the retina.
  • the retinal scanning display 1 scans and emits light modulated in accordance with an image signal related to an image, thereby projecting an image onto the retina of at least one eye of the user and displaying the image.
  • the galvanometer mirror 19a of the horizontal scanning system 19 and the galvanometer mirror 21a of the vertical scanning system 21 have the same names, but their reflecting surfaces are swung (rotated) so as to scan light.
  • any drive method or drive method such as a resonance type, non-resonance type, piezoelectric drive, electromagnetic drive, electrostatic drive, or the like may be used.
  • the diffraction grating 100 has optical dispersion performance to disperse light from the light source. As shown in FIG. 2, the diffraction grating 100 is disposed between the vertical scanning system 21 and the second relay optical system 22 on an intermediate image plane on which the light beam scanned by the vertical scanning system 21 is collected. ing. That is, in other words, in the diffraction grating 100, on the light source side, an intermediate image by the light from the light source is formed between the scanning unit including the vertical scanning system 21 and the user's pupil 24 on the light path of the light from the light source. Arranged on the intermediate image plane. Therefore, it is possible to prevent image deterioration due to dispersion of light from the light source.
  • the diffraction grating 100 is arranged on an intermediate image plane where light from a light source is scanned by a scanning unit and an intermediate image is formed. Even if it is not completely coincident with the intermediate image plane, Even if it is placed in a location slightly deviated in the vicinity of the intermediate image plane, there is an allowable range in which the image degradation caused by the misalignment cannot be visually recognized by the user, or even if it can be visually recognized, there is an allowable range. You may install in the place. Further, it may be installed on an intermediate image plane that can be at a position different from the intermediate image plane.
  • the optical system it is possible to design the optical system so that an intermediate image plane is generated in the previous stage of the first relay optical system 20 and install the diffraction grating 100 there to obtain a desired effect.
  • a certain effect can be obtained even if it is arranged near the intermediate image plane.
  • the diffraction grating 100 includes a diffraction grating main body 102 and a frame body 104.
  • a receiving member 114 for receiving the diffraction grating 100 is disposed to fix the diffraction grating 100 on the optical axis.
  • the diffraction grating 100 has a rectangular shape. Further, the diffraction grating 100 has a diffraction direction of approximately 45 degrees with respect to a rectangular side.
  • the diffraction grating 100 diffracts light in a predetermined diffraction direction, and in particular, in the horizontal scanning direction (scanning direction of the first scanning unit) and the vertical scanning direction (scanning direction of the second scanning unit).
  • the projection onto the diffraction grating 100 in the diffraction direction is arranged at an angle of approximately 45 degrees with respect to both.
  • the diffraction direction of the diffraction grating 100 is substantially horizontal with respect to the rectangular side.
  • the diffraction grating 100 is fixed to the receiving member 114 described above, one side of the rectangular shape is the horizontal scanning direction, and one side is the vertical scanning direction. Therefore, the diffraction grating 100 is arranged at an angle at which the diffraction direction is substantially horizontal with respect to the horizontal scanning direction (scanning direction of the first scanning unit) or the vertical scanning direction (scanning direction of the second scanning unit). I was supposed to.
  • the diffraction grating 100 is formed with stripe-shaped irregularities having a predetermined pitch.
  • the intensity of the incident light is decreased, and a line-like pattern (so-called “beat”) may be periodically generated.
  • either the vertical scanning direction or the horizontal scanning direction is scanned along the unevenness.
  • the angle of each scanning direction and the stripe is approximately 45 degrees, there are few places where the intensity of incident light is reduced, and the pattern is a line pattern because it is far away from the conventional case. Becomes difficult to see. Further, since the portion where the intensity of the incident light is reduced does not become a line shape, generation of a line-shaped pattern can be prevented periodically by averaging.
  • the diffraction direction in the diffraction element and the scanning direction by the scanning unit are orthogonal to each other at approximately 45 degrees, and the periodicity can be obtained without considering the relationship between the pitch in the diffraction direction and the pitch in the scanning direction.
  • Generation of a line pattern can be prevented.
  • the diffraction direction is approximately 45 degrees for both, and the period can be obtained without considering the relationship between the pitch in the diffraction direction and the pitch in the scanning direction.
  • the diffraction element has a rectangular shape and the diffraction direction is approximately 45 degrees with respect to the rectangular side, the arrangement position of the diffraction element can be easily determined.
  • the diffraction grating 100 is arranged so as to be diffracted at an angle of approximately 45 degrees with respect to each of the scanning directions. Even if the diffraction grating 100 is arranged so as to be diffracted at an angle of approximately 60 degrees from the angle, a certain degree of effect can be obtained, and generation of a line-shaped pattern can be prevented periodically.
  • the diffraction grating 100 is arranged to diffract at an angle of approximately 45 degrees with respect to each of the horizontal scanning direction and the vertical scanning direction.
  • the present invention is not limited to this.
  • diffraction gratings that are diffracted at an angle of approximately 45 degrees with respect to each of the horizontal scanning direction and the vertical scanning direction and that the two diffraction directions are orthogonal to each other may be disposed.
  • the diffraction grating may be configured to include two sets of diffraction elements whose diffraction directions are orthogonal to each other, or may be configured to include a two-dimensional diffraction element whose diffraction directions are orthogonal to each other. Accordingly, a plurality of diffraction directions can be set without considering the relationship between the pitch in the diffraction direction and the pitch in the scanning direction, and the generation of a line pattern can be prevented periodically.
  • the diffraction grating 100 is completely fixed.
  • the present invention is not limited to this, and the diffraction grating 100 may be rotated about the optical path direction.
  • the receiving member 114 is formed with a rotating shaft 116.
  • the rotation shaft 116 is rotatably installed on the wall surface in the optical path direction. For this reason, the receiving member 114 can rotate around the rotating shaft 116.
  • a lock member (not shown) for fixing the receiving member 114 is also installed.
  • the receiving member 114 and the rotating shaft 116 are a rotating mechanism that can rotate around the optical path direction, and thereby the diffraction grating 100 may be rotatable.
  • the angle of the diffraction element can be finely adjusted in order to prevent the generation of a line pattern periodically.

Abstract

　周期的にライン状の模様の発生を防止することができる網膜走査型画像表示装置を提供する。 　網膜走査型ディスプレイは、画像に関する画像信号に応じて変調された光を発する光源部からの光を所定の走査方向に走査することによって画像を表示する。網膜走査型ディスプレイは、光源部からの光の光路上に配置され、その光源部からの光を所定の回折方向に回折する回折素子を備えている。回折素子は、走査部の走査方向に対して回折方向の回折素子への射影が略４５度となる角度で配置されている。

Description

網膜走査型画像表示装置
　本発明は、網膜走査型画像表示装置に関するものであり、特に、画像に関する画像信号に応じて変調された光を所定の走査方向に走査することによって画像を表示する網膜走査型画像表示装置に関する。
　従来、画像を表示するための画像表示装置には、画像信号に応じて変調された光源部からの光を出射光として外部に出射することによって、視認可能に画像が表示される装置が存在する。また、このように外部に出射される光が、所定の走査方向に走査され、ユーザの眼に入射され、その眼の網膜に画像を投影し、画像を表示する網膜走査型画像表示装置も存在する。
　このような網膜走査型画像表示装置においては、例えば、特許文献１に示すように、光源部からの光を所定の回折方向に回折する回折格子が光路上に配置されている。このような回折格子には、回折方向に沿って溝が施されており、光路上に配置されることによって、光を回折することができ、ユーザの瞳に対して光が入り易くすることができる。
２００６－９８５７０号公報
　しかしながら、上述したような網膜走査型画像表示装置では、周期的にライン状の模様（所謂、「ビート」）が発生してしまうことがあった。これは、回折格子の溝のピッチと走査線のピッチとの関係が原因となり、これを考慮して設計する必要があったが、完全にこのような模様をなくすことは容易ではなかった。
　本発明は、周期的にライン状の模様の発生を防止することができる網膜走査型画像表示装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明の一つの観点によれば、画像に関する画像信号に応じて変調された光を発する光源部と、前記光源部からの光を所定の走査方向に走査することによって画像を表示する走査部と、前記光源部からの光の光路上に配置され、当該光源部からの光を所定の回折方向に回折する回折素子と、を備えた網膜走査型画像表示装置において、前記回折素子は、前記走査部の走査方向に対して前記回折方向の前記回折素子への射影が略４５度となる角度で配置されていることとした。
　このように構成することにより、回折素子における回折方向と、走査部による走査方向とが略４５度で直交されることとなり、回折方向のピッチと走査方向のピッチとの関係を考慮しなくても、周期的にライン状の模様の発生を防止することができる。
　また、前記網膜走査型画像表示装置において、前記走査部は、第一の走査方向に走査する第一走査部と、前記第一の走査方向と略直交する第二の走査方向に走査する第二走査部とを含む構成であり、前記回折素子は、前記第一走査部の走査方向、前記第二走査部の走査方向の両方に対して前記回折方向の前記回折素子への射影が略４５度となる角度で配置される構成にしてもよい。
　このように構成することにより、光が２次元方向に走査された場合であっても、それぞれ両方に対して回折方向が略４５度となり、回折方向のピッチと走査方向のピッチとの関係を考慮しなくても、周期的にライン状の模様の発生を防止することができる。
　また、前記網膜走査型画像表示装置において、前記回折素子を、光路方向を中心に回転させる回転機構を備えた構成にしてもよい。
　このように構成することにより、回折素子を回転させることによって、周期的にライン状の模様の発生を防止するために、回折素子の角度を微調節することができる。
　また、前記網膜走査型画像表示装置において、前記回折素子は、矩形状であり、前記回折方向が矩形状の辺に対して略４５度である構成にしてもよい。
　このように構成することにより、回折素子の配置位置を容易に決定することができる。
　また、前記網膜走査型画像表示装置において、前記回折素子は、前記回折方向が相互に直交する２組の回折素子を含む構成にしてもよい。
　このように構成することにより、回折方向のピッチと走査方向のピッチとの関係を考慮しなくても、複数の回折方向を設定することができ、周期的にライン状の模様の発生を防止することができる。
　また、前記網膜走査型画像表示装置において、前記回折素子は、前記回折方向が相互に直交する２次元回折素子を含む構成にしてもよい。
　このように構成することにより、回折方向のピッチと走査方向のピッチとの関係を考慮しなくても、複数の回折方向を設定することができ、周期的にライン状の模様の発生を防止することができる。
　また、前記網膜走査型画像表示装置において、前記回折素子は、所定ピッチのストライプ形状であり、走査方向とストライプの角度が略４５度となる構成にしてもよい。
　本発明によれば、回折素子は、走査部の走査方向に対して回折方向の前記回折素子への射影が略４５度となる角度で配置されている。従って、回折素子における回折方向と、走査部による走査方向とが略４５度で直交されることとなり、回折方向のピッチと走査方向のピッチとの関係を考慮しなくても、周期的にライン状の模様の発生を防止することができる。
本実施形態における網膜走査型ディスプレイの電気的構成を示す説明図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイにおける構成を示す説明図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイの回折格子を示す説明図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイの回折格子を示す説明図である。 従来における網膜走査型ディスプレイの回折格子を示す説明図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイの回折格子を示す説明図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイの回折格子を示す説明図である。 従来における網膜走査型ディスプレイの回折格子を示す説明図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイの回折格子を示す説明図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイの回折格子を示す説明図である。
符号の説明
　１　網膜走査型ディスプレイ
　１９　水平走査系
　２１　垂直走査系
　１００　回折格子
　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。
　［画像表示装置の電気的構成］
　本実施形態における網膜走査型ディスプレイ１の電気的構成などについて図１を用いて説明する。
　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、水平同期信号５、及び、垂直同期信号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。これらのようなＲレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１は、画像に関する画像信号に応じて変調された光を発する光源部の一例に相当する。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ックミラー１５と、合波されたレーザ光を光ファイバ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（レーザ光）を画像信号に応じて強度変調する変調手段の一例に相当する。
　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水平走査系１９に導くコリメート光学系１８と、コリメートされたレーザ光を、ガルバノミラー１９ａを利用して水平方向に走査する水平走査系１９と、水平走査系１９によって走査されたレーザ光を垂直走査系２１に導く第１リレー光学系２０と、水平走査系１９に走査され、第１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を利用して垂直方向に走査する垂直走査系２１と、垂直走査系２１に走査されたレーザ光をユーザの瞳孔２４に入射し易くするための回折格子１００（回折素子の一例に相当）と、垂直走査系２１に走査されたレーザ光をユーザの瞳孔２４に入射するように第２リレー光学系２２とが設けられている。また、本実施形態においては、詳しく後述する回折格子１００は、レーザ光を分散させる光学分散性能を有する。尚、この光学分散性能とは、入射したレーザ光を、一本から複数本に分割又は分散（散乱）させる性能であり、本実施形態においては、回折格子１００の格子ピッチや周期配列方向によって決定される。
　尚、具体的な一例としては、水平走査系１９は、表示すべき画像の１走査線ごとに、レーザ光を水平方向に水平走査（１次走査の一例）する光学系である。また、水平走査系１９は、レーザ光を水平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の駆動制御を行う水平走査制御回路１９ｃとを備えている。
　これに対し、垂直走査系２１は、表示すべき画像の１フレームごとに、レーザ光を最初の走査線から最後の走査線に向かって垂直に垂直走査（２次走査の一例）する光学系である。また、垂直走査系２１は、垂直走査するガルバノミラー２１ａと、そのガルバノミラー２１ａの駆動制御を行う垂直走査制御回路２１ｃとを備えている。
　水平走査系１９は、垂直走査系２１より高速にすなわち高周波数でレーザ光を走査するように設計されている。また、水平走査系１９，垂直走査系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より出力される水平同期信号５，垂直同期信号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いる。
　尚、本実施形態における水平走査系１９及び垂直走査系２１などは、入射した光束を、第一の走査方向及びその方向に略垂直な第二の走査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。また、本実施形態における水平走査系１９は、入射される光束を水平方向（第一の走査方向）に走査させる第一走査部の一例に相当し、本実施形態における垂直走査系２１は、その水平方向に走査された光束を、水平方向と直交する垂直方向（第二の走査方向）に走査させる第二走査部の一例に相当する。また、本実施形態における水平走査系１９、垂直走査系２１は、第一走査部と第二走査部とを含む構成であり、光源からの光を所定の走査方向に走査する走査部の一例に相当する。
　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、ユーザ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。
　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が外部か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映像信号からなる映像信号４と、水平同期信号５と、垂直同期信号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ー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において、映像信号供給回路３は、ガルバノミラー１９ａなどにレーザ光を出射させるタイミングを制御することとなる。点光源から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、ダイクロイックミラー１５に入射されて１つのレーザ光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からコリメート光学系１８によって平行光にコリメートされて水平走査系１９に出射される。この出射されたレーザ光は、水平走査系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水平同期信号に同期して水平方向に走査されて第１リレー光学系２０を介し、垂直走査系２１のガルバノミラー２１ａの偏向面２１ｂに入射する。ガルバノミラー２１ａは、ガルバノミラー１９ａが水平同期信号に同期することと同様に垂直同期信号６に同期して、その偏向面２１ｂが入射光を垂直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垂直方向に走査される。ガルバノミラー２１ａによって走査されたレーザ光は、回折格子１００によって所定方向に分散された後に、第２リレー光学系２２を介して、ユーザの瞳孔２４に入射する。これによって、ユーザはこのように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。つまり、この網膜走査型ディスプレイ１は、画像に関する画像信号に応じて変調された光を走査して出射することで、ユーザの少なくとも一方の眼の網膜に画像を投影し、画像を表示する網膜走査型画像表示装置の一例に相当する。尚、水平走査系１９のガルバノミラー１９ａと、垂直走査系２１のガルバノミラー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其の反射面が揺動（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、静電駆動等いずれの駆動方法、駆動方式によるものであってもよいことは言うまでもない。
　ここで、回折格子１００について図２から図６を用いて以下に説明する。
　回折格子１００は、光源からの光を分散させる光学分散性能を有するものである。この回折格子１００は、図２に示すように、垂直走査系２１と、第２リレー光学系２２との間において、垂直走査系２１によって走査された光束が集光される中間像面に配置されている。つまり、言い換えると、回折格子１００は、光源からの光の光路上において、光源側で、垂直走査系２１を含む走査部とユーザの瞳孔２４との間で光源からの光による中間像が結ばれる中間像面に配置されている。従って、光源からの光を分散させることによる画像の劣化を防止することができる。
　尚、本実施形態においては、回折格子１００を、光源からの光が走査部によって走査され、中間像が結ばれる中間像面に配置したが、完全に中間像面と一致していなくても、中間像面の近傍で多少ずれた場所に配置しても、ずれにより発生する画像劣化を、ユーザが視認できない、あるいは、視認できてもさほど気にならないような許容範囲があるため、そのような場所に設置しても良い。また、中間像面とは異なる位置にできる中間像面に設置しても良い。例えば、第１リレー光学系２０の前段に中間像面が生成されるように光学系を設計し、そこに回折格子１００を設置して所望の効果を得ることもできる。この場合においても、前述の通り、中間像面近傍に配置しても一定の効果を得ることができる。
　また、図３に示すように、回折格子１００は、回折格子本体１０２と枠体１０４で構成されている。また、回折格子１００を受ける受け部材１１４が配置されており、回折格子１００を光軸上に固定する。
　また、本実施形態においては、図４Ａに示すように、回折格子１００は、矩形状である。また、回折格子１００には、回折方向が矩形状の辺に対して略４５度となっている。また、回折格子１００を上述した受け部材１１４に固定させた場合には、その矩形状の一辺が水平走査方向となり、一辺が垂直走査方向となる。このため、回折格子１００は、光を所定の回折方向に回折することとなるが、特に、水平走査方向（第一走査部の走査方向）、垂直走査方向（第二走査部の走査方向）の両方に対して回折方向の回折格子１００への射影が略４５度となる角度で配置されることとなる。
　一方、従来においては、図４Ｂに示すように、回折格子１００には、回折方向が矩形状の辺に対して略水平となっている。また、回折格子１００を上述した受け部材１１４に固定させた場合には、その矩形状の一辺が水平走査方向となり、一辺が垂直走査方向となる。このため、回折格子１００は、水平走査方向（第一走査部の走査方向）か、垂直走査方向（第二走査部の走査方向）か、に対して回折方向が略水平となる角度で配置されることになっていた。
　回折格子１００は、図５に示すように、所定ピッチのストライプ形状の凹凸が形成されている。この凹凸に沿って光が入射する場合には、入射光の強度が低下し、周期的にライン状の模様（所謂、「ビート」）が発生することがある。
　このため、従来においては、図６Ｂに示すように、垂直走査方向か水平走査方向のいずれかが、凹凸に沿って走査されることとなり、この場合においては、入射光の強度が低下する箇所が近接しており画像上では斜めの１ライン状に視認されることがある。
　そこで、本実施形態においては、図６Ａに示すように、各走査方向とストライプの角度が略４５度となり、入射光の強度が低下する箇所が少なく、かつ、従来よりも離れるためライン状の模様が視認し難くなる。また、入射光の強度が低下する箇所がライン状にならないため、平均化されることにより周期的にライン状の模様の発生を防止することができる。
　このように、回折素子における回折方向と、走査部による走査方向とが略４５度で直交されることとなり、回折方向のピッチと走査方向のピッチとの関係を考慮しなくても、周期的にライン状の模様の発生を防止することができる。また、光が２次元方向に走査された場合であっても、それぞれ両方に対して回折方向が略４５度となり、回折方向のピッチと走査方向のピッチとの関係を考慮しなくても、周期的にライン状の模様の発生を防止することができる。また、回折素子は、矩形状であり、回折方向が矩形状の辺に対して略４５度であるので、回折素子の配置位置を容易に決定することができる。
　尚、本実施形態においては、走査方向のそれぞれに対して略４５度の角度で回折させるように回折格子１００を配置したが、これに限らず、例えば、走査方向のそれぞれに対して略３０度から略６０度の角度で回折させるように回折格子１００を配置しても、ある程度の効果を得られることができ、周期的にライン状の模様の発生を防止することができる。
　また、本実施形態においては、水平走査方向、垂直走査方向のそれぞれに対して略４５度の角度で回折させるように回折格子１００を配置したが、これに限らず、例えば、図７に示すように、水平走査方向、垂直走査方向のそれぞれに対して略４５度の角度で回折させ、かつ、２つの回折方向がそれぞれ直交する回折格子を配置してもよい。この場合において、回折格子は、回折方向が相互に直交する２組の回折素子を含む構成であっても、回折方向が相互に直交する２次元回折素子を含む構成であってもよい。これによって、回折方向のピッチと走査方向のピッチとの関係を考慮しなくても、複数の回折方向を設定することができ、周期的にライン状の模様の発生を防止することができる。
　また、本実施形態においては、回折格子１００を完全に固定させたが、これに限らず、光路方向を中心に回折格子１００を回転させるように構成してもよい。例えば、図８に示すように、受け部材１１４には、回転軸１１６が形成されている。この回転軸１１６は、光路方向に向かって壁面に回転可能に設置される。このため、受け部材１１４は、この回転軸１１６を中心に回転可能である。また、この受け部材１１４を固定するロック部材（図示せず）も設置されている。このような受け部材１１４、回転軸１１６は、光路方向を中心に回転可能な回転機構であり、これによって、回折格子１００を回転可能にしてもよい。これによって、回折素子を回転させることによって、周期的にライン状の模様の発生を防止するために、回折素子の角度を微調節することができる。
　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。

Claims (7)

  1. 　画像に関する画像信号に応じて変調された光を発する光源部と、
    　前記光源部からの光を所定の走査方向に走査することによって画像を表示する走査部と、
    　前記光源部からの光の光路上に配置され、当該光源部からの光を所定の回折方向に回折する回折素子と、を備えた網膜走査型画像表示装置において、
    　前記回折素子は、前記走査部の走査方向に対して前記回折方向の前記回折素子への射影が略４５度となる角度で配置されている
    　ことを特徴とする網膜走査型画像表示装置。
  2. 　前記走査部は、第一の走査方向に走査する第一走査部と、前記第一の走査方向と略直交する第二の走査方向に走査する第二走査部とを含む構成であり、
    　前記回折素子は、前記第一走査部の走査方向、前記第二走査部の走査方向の両方に対して前記回折方向の前記回折素子への射影が略４５度となる角度で配置されている
    　ことを特徴とする請求項１に記載の網膜走査型画像表示装置。
  3. 　前記回折素子を、光路方向を中心に回転させる回転機構を備えた
    　ことを特徴とする請求項１又は２に記載の網膜走査型画像表示装置。
  4. 　前記回折素子は、矩形状であり、前記回折方向が矩形状の辺に対して略４５度である
    　ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の網膜走査型画像表示装置。
  5. 　前記回折素子は、前記回折方向が相互に直交する２組の回折素子を含む構成である
    　ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の網膜走査型画像表示装置。
  6. 　前記回折素子は、前記回折方向が相互に直交する２次元回折素子を含む構成である
    　ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の網膜走査型画像表示装置。
  7. 　前記回折素子は、所定ピッチのストライプ形状であり、走査方向とストライプの角度が略４５度となる
    　ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の網膜走査型画像表示装置。
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