(57)【要約】【課題】ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等の表示装置で、偏向手段に斜めにレーザ光を投射する場合に、偏向手段への入射位置によって解像度に差が生じてしまう。【解決手段】前記従来の課題を解決するために、本発明のビーム走査型表示装置は、ビームを出力する光源と、前記光源からのビームの波面形状を変化させる波面形状変更手段と、前記波面形状変更手段からのビームを走査する走査手段と、前記走査手段で走査されたビームをユーザの眼に向かう方向へ変更する偏向手段と、を備えたビーム走査型表示装置であって、前記走査手段は入射されたビームの断面形状を変更するビーム断面変更手段を備えることを特徴とする。【選択図】図７
2010113172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームを出力する光源と、
前記光源からのビームの波面形状を変化させる波面形状変更手段と、
前記波面形状変更手段からのビームを走査する走査手段と、
前記走査手段で走査されたビームをユーザの眼に向かう方向へ変更する偏向手段と、
を備えたビーム走査型表示装置であって、
前記走査手段は入射されたビームの断面形状を変更するビーム断面変更手段を備えることを特徴とするビーム走査型表示装置。
【請求項２】
前記走査手段は、傾き角度を変えることでビームを走査するミラーであって、
前記ビーム断面変更手段は、前記ミラー上に形成された透過型ホログラムであることを特徴とする請求項１記載のビーム走査型表示装置。
【請求項３】
前記透過型ホログラムは中心部および周辺部からなり、前記周辺部は特定の角度からの入射光に対して、他の角度からの入射光より高い透過率を有することを特徴とする請求項２記載のビーム走査型表示装置。
【請求項４】
前記周辺部は、前記偏向手段に入射する際に前記偏向手段に近い位置にビームウェスト位置を持つビームが前記走査手段に入射する入射角に対して、前記偏向手段に入射する際に前記偏向手段に遠い位置にビームウェスト位置を持つビームが前記走査手段に入射する入射角に対するよりも高い透過率を有することを特徴とする請求項３記載のビーム走査型表示装置。
【請求項５】
前記周辺部は、前記走査手段の水平走査方向に垂直な部分と、前記走査手段の垂直走査方向に垂直な部分で幅が異なることを特徴とする請求項４記載のビーム走査型表示装置。
【請求項６】
前記周辺部は、断面形状が台形形状を取ることを特徴とする請求項５記載のビーム走査型表示装置。
【請求項７】
前記透過型ホログラムは中心部分に穴があいた周辺部のみからなり、前記周辺部は特定の角度からの入射角に対して高い透過率を有することを特徴とする請求項２記載のビーム走査型表示装置。
【請求項８】
ビームを出力するビーム出力ステップと、
前記ビーム出力ステップによるビームの波面形状を変化させる波面形状ステップと、
前記波面形状変更手段ステップからのビームを走査する走査ステップと、
前記走査ステップで走査されたビームをユーザの眼に向かう方向へ変更する偏向ステップと、
を備えたビーム走査型表示方法であって、
前記走査ステップは入射されたビームの断面形状を変更するビーム断面変更ステップを備えることを特徴とするビーム走査型表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等の表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等の表示装置において、レーザ光を２次元走査して、眼の網膜に直描する方式（以下、レーザ走査方式、と記す）がある。（例えば、特許文献１参照）。レーザ走査方式の表示装置は、網膜走査ディスプレイ、網膜照射ディスプレイ、網膜直描ディスプレイ、レーザ走査ディスプレイ、直視型表示装置、ＲＳＤ（Ｒｅｔｉｎａｌ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｄｉｓｐｌａｙ：網膜走査ディスプレイ）、ＶＲＤ（Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｒｅｔｉｎａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ：仮想網膜ディスプレイ）、などとも呼ばれている。
【０００３】
図１に眼鏡型のＨＭＤの構造の例を示す。図１では眼鏡フレームにレーザ光を発光するレーザ源１０１、１１０、およびレーザ光の波面を制御する波面変更手段１０２、１０９、レーザ光を二次元方向に走査する走査手段１０３、１０８を搭載している。レーザ光は、走査手段によって眼鏡レンズに向かって投影され、眼鏡レンズの表面に備えられた偏向手段１０４、１０７によって、反射され、ユーザの眼に入射し、網膜上に画像を形成する。ここで偏向手段１０４、１０７にはハーフミラーやホログラム光学素子（ＨＯＥ：Ｈｏｌｏｇｒａｍ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）などが用いられ、ユーザは外の景色と、レーザによって描かれる画像の両方を同時に視聴することが可能になる。また走査手段１０３、１０８には、一枚の単板ミラーを一軸、もしくは二軸方向に振動させることでレーザ光を二次元方向に走査するミラーデバイスなどが用いられる。
【特許文献１】特開平１０−３０１０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなレーザ走査方式の表示装置において高い解像度を実現するためには網膜上でのビームスポット径を小さくする必要がある。人間の目は集光レンズになっているため、ビーム径が大きく、かつ平行なレーザ光（曲率半径が無限大のレーザ光）を眼に入射すると、入射光は網膜上で小さなスポットに集光されるため、解像度の高い映像を網膜上に描写することが可能になる。眼鏡型のレーザ走査方式の表示装置においてユーザの眼に入射するビームを平行光にするためには、走査手段の動きに合わせてレーザ光のビームウェスト位置を変更する方法が用いられる。なおビームウェストとはレーザ光の半径が最小になる場所であり、本明細書ではビームウェスト位置は、走査手段からビームウェストまでの距離として扱う。走査手段による走査レーザ光が偏向手段に入射する場所に応じて、レーザ光のビームウェストの位置を変更することで偏向手段からユーザの眼に向かうレーザ光を平行光にすることが可能になる。図３に、眼鏡型の表示装置においてユーザの眼に向かうレーザ光を平行光にするための、走査手段による走査レーザ光の最適なビームウェスト位置の例を示す。偏向手段１０４はユーザの瞳孔位置３０５に光を集光する作用を持つように設計されたホログラムミラーであり、この偏向手段に対して走査手段１０３は斜めにレーザ光３０４を入射する。この際、レーザ光３０４の偏向手段１０４への入射位置に応じて、レーザ光のビームウェスト位置が変更される。線３０１で示されるのがレーザ光３０４の適切なビームウェスト位置の例であり、走査手段１０３の動きによってレーザ光３０４の向きが変っても、レーザ光３０４のビームウェスト位置が線３０１上に位置するように制御が行われる。
【０００５】
このように波面制御手段によって、ビームウェスト位置の調節を行うことで、眼に入射されるビームが平行光になるように調節し、かつ大きな直径を持つビームを用いることで高解像度化を行うことができる。
【０００６】
しかしながら、偏向手段に対して大きく斜めから入射する眼鏡型の表示装置においては、偏向手段への入射位置ごとに最適なビームの直径が異なるという課題が生じる。
【０００７】
図３に示したように偏向手段への入射位置によって、レーザ光３０４の最適なビームウェスト位置は大きく異なる。レーザ光はビームウェスト位置から離れるほど広がる性質を持つため、走査手段上のビーム径が一定の場合、ビームウェスト位置が偏向手段から遠いほど、偏向手段に入射する際のレーザ光のビーム径は大きくなる。つまり図３で示される最近入射点３０３と、最遠入射点３０２では偏向手段に入射した際のビーム径が大きく異なる。ビーム径の大きい平行光ほど、ユーザの網膜上で小さなスポット径に集光されるため、最近入射点３０３に入射されたレーザ光より、最遠入射点３０２に入射されたレーザ光の網膜上のスポットサイズが小さくなり、網膜上の場所によって描写される解像度に大きな差が出てしまう問題が生じるという課題がある。
【０００８】
また偏向手段からの出射ビームは、偏向手段の光学作用によってコマ収差・非点収差・球面収差などの収差の影響を受ける。一般に光が光学系から受ける収差の影響は、ビーム径が増えるほど大きなものになる。最遠入射点３０２では、最近入射点３０３よりも偏向手段１０４に入射する際のビーム径が大きくなるため、収差の影響が大きく受ける。そのため収差の影響で解像度が劣化してしまう、という現象が生じうる。
【０００９】
特許文献１ではこのような偏向手段への入射位置に応じた、最適なビーム径に対する考慮がなされていない。
【００１０】
本発明は前記課題を解決するもので、ビーム走査型表示装置において、ビームの直径を適切に変化させることで、解像度の劣化を防ぐことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記従来の課題を解決するために、本発明のビーム走査型表示装置は、
ビームを出力する光源と、
前記光源からのビームの波面形状を変化させる波面形状変更手段と、
前記波面形状変更手段からのビームを走査する走査手段と、
前記走査手段で走査されたビームをユーザの眼に向かう方向へ変更する偏向手段と、
を備えたビーム走査型表示装置であって、
前記走査手段は入射されたビームの断面形状を変更するビーム断面変更手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
本構成によって偏向手段からのビームウェスト位置が近いレーザ光はビーム径を大きくして解像度を向上させ、偏向手段からのビームウェスト位置が遠いレーザ光はビーム径を小さくして収差の影響を小さく抑えることが可能になる。
【００１３】
また本傾き角度を変えることでビームを走査するミラーであって、
前記ビーム断面変更手段は、前記ミラー上に形成された透過型ホログラムであることを特徴とする。
【００１４】
本構成によって可動部品の追加なしにビーム径を変更することが可能になる。
【００１５】
また本発明の透過型ホログラムは中心部および周辺部からなり、前記周辺部は特定の角度からの入射光に対して、他の角度からの入射光より高い透過率を有することを特徴とする。
【００１６】
本構成によって走査手段の動作に合わせてレーザ光のビーム径を変更することが可能になる。
【００１７】
また本発明の周辺部は、記偏向手段に入射する際に前記偏向手段に近い位置にビームウェスト位置を持つビームが前記走査手段に入射する入射角に対して、前記偏向手段に入射する際に前記偏向手段に遠い位置にビームウェスト位置を持つビームが前記走査手段に入射する入射角に対するよりも高い透過率を有することを特徴とする。
【００１８】
本構成によって、偏向手段に近い位置にビームウェスト位置を持つビームのビーム径を大きくすることができ、網膜上の解像度を向上させることが可能になる。
【００１９】
また本発明の周辺部は、前記走査手段の水平走査方向に垂直な部分と、前記走査手段の垂直走査方向に垂直な部分で幅が異なることを特徴とする。
【００２０】
本構成によって水平方向と垂直方向で網膜上のスポットサイズを独立に設定することが可能になる。
【００２１】
また本発明の周辺部は、断面形状が台形形状を取ることを特徴とする。
【００２２】
本構成によって、周辺部によって遮られる入射ビームの範囲を小さくし、出射ビームのビーム径を大きく保つことが可能になる。
【００２３】
また本発明の透過型ホログラムは中心部分に穴があいた周辺部のみからなり、前記周辺部は特定の角度からの入射角に対して高い透過率を保つ角度選択性を有することを特徴とする。
【００２４】
本構成によって、必要なホログラム材料を削減し、走査手段を軽量化することが可能になる。
【発明の効果】
【００２５】
走査レーザ光のビームウェスト位置が偏向手段から遠い場合にはビームの直径を小さくすることで収差の影響を防ぎ、走査レーザ光のビームウェスト位置が偏向手段から近い場合にはビームの直径を大きくすることで偏向手段上でのビーム直径を大きく保ち、解像度を向上させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
図１に、本発明の実施の形態１における、メガネ形のＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）の構成図（平面図と側面図）を示す。図２は、図１の一部の詳細図である。
【００２８】
図１、図２の構成図において、各構成要素とその関係を記す。
【００２９】
光源１０１、１１０は、ビームを出力する。出力するビームは、図２に示すように、赤色レーザ光源２１１と青色レーザ光源２１２と緑色レーザ光源２１３から出力される各レーザ光を合波したレーザ光とし、各色レーザ光源からの出力を適切に変調することで、任意の色のレーザ光を出力できる。さらに、後述する波面形状変更手段や走査手段と連動させて変調することで、ユーザの眼の網膜上に映像を表示できる。
【００３０】
なお、図２では２１１は赤色の半導体レーザ光源、２１２は青色の半導体レーザ光源とし、２１３は赤外線の半導体レーザ光源と、赤外線を緑色に変換するＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ−Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：第２次高調波発生）素子の組合せとして図示してあるが、２１３が緑色の半導体レーザ光源でもよいし、各光源が固体レーザ、液体レーザ、ガスレーザ、発光ダイオードでもよい。
【００３１】
なお、図２では各レーザ光源でレーザ光の変調を行っているが、レーザ光源から出力された光を変調する手段を、レーザ光源と組み合わせて用いることで、レーザ光を変調してもよい。
【００３２】
なお、光源１０１、１１０は、図２の２１４の光検出手段を含んでもよい。光検出手段は、ユーザの眼の角膜からの反射光の強度を検出することで、ユーザの視線方向を検出できる。偏向手段により眼の方向へ偏向されたビームの多くは、角膜表面に対して斜めから入射するが、眼球に対して正面からのビームは、角膜表面に対して垂直に入射するために、ビームの反射率が比較的高くなるため、反射光の強度検出によって視線方向を検出できる。
【００３３】
波面形状変更手段１０２、１０９は、前記光源１０１、１１０からのビームの波面形状をそれぞれ変化させて、後述の偏向手段１０４、１０７で偏向されたビームのスポットサイズを所定の範囲内となるようにする。
【００３４】
ビームの「スポットサイズ」とは、ユーザの眼の網膜でのスポットサイズとして、以後説明するが、瞳孔でのスポットサイズ、角膜でのスポットサイズ、偏向手段でのスポットサイズでもよい。網膜でのスポットサイズは、表示する画素サイズと同一である。
【００３５】
「波面形状」とはビーム波面の３次元形状であり、平面、球面、非球面の形状を含む。
【００３６】
図２では２０１の焦点距離水平成分変更手段と、２０２の焦点距離垂直成分変更手段とを光路に直列に配置しており、これによって、波面形状の水平方向の曲率と垂直方向の曲率とを独立して変更できる。２０１はシリンドリカルレンズとミラーとの距離を変更することで水平方向の曲率を変更している。２０２は２０１のシリンドリカルレンズに対して垂直に配置したシリンドリカルレンズを用いることで、垂直方向の曲率を変更している。また、２０１、２０２ともに、曲率の変更に伴い、ビームの直径も変更している。
【００３７】
なお、水平方向の曲率を垂直方向よりも大きく変化させると、水平方向の変化に、より大きく対応できるので、画面の水平視野角を垂直視野角より大きくしたい場合や、側頭部に走査手段（後述）があるＨＭＤのように、走査手段から偏向手段（後述）へのビームの水平入射角が垂直入射角よりも大きい場合に、特に有効となる。
【００３８】
本発明では波面形状偏向手段は走査手段１０３、１０８の動きに応じてレーザ光の水平方向、垂直方向の曲率を変更することで、レーザ光が図３に示すビームウェスト位置を保つように制御を行う。
【００３９】
なお、図２の波面形状変更手段では、シリンドリカルレンズとミラーを用いて波面形状を変更するが、他の手段として、液晶レンズや、液体レンズ等の可変形状レンズや、ＥＯ素子（電気−光変換素子）などを用いてもよい。この場合、レンズやミラーの位置を直接移動させる必要がなくなるため、高速な制御が可能になり、かつ表示装置が余分な振動を発生しなくなる効果がある。
【００４０】
走査手段１０３、１０８は、それぞれ前記波面形状変更手段１０２、１０９からのビームを２次元走査する。走査手段は角度を２次元的に変更できる単板小型ミラーで、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｓｙｓｔｅｍ）マイクロミラーである。なお本発明における走査手段１０３、１０８の詳細については後述する。
【００４１】
偏向手段１０４、１０７は、前記走査手段１０３、１０８で走査されたビームの向きをそれぞれユーザの眼に向かう方向へ変更する。１０４、１０７の偏向手段では、メガネのレンズの内側（眼の側）に、例えばフォトポリマー層が形成され、フォトポリマー層にはリップマン体積ホログラムが形成されて、走査手段からのビームがユーザの眼の瞳孔に回折・集光されるように製作されている。フォトポリマー層には赤色、緑色、青色、それぞれの光源からの光を反射する３つのホログラムを多重に形成してもよいし、それぞれの色の光に対応した３層のホログラムを積層してもよい。また、ホログラムの波長選択性を用いることで、光源波長の光のみが回折し、外界からの光のほとんどを占める光源波長以外の波長の光は回折の影響を受けないように製作することで、透過型のディスプレイとできる。
【００４２】
なお、偏向手段はホログラムなどの回折素子による偏向に限定されず、凹面鏡などのミラーや、凸レンズなどのレンズでもよい。この場合、偏向手段にホログラムを用いる場合より、偏向手段の製造が簡単になる。
【００４３】
制御手段１０５、１１１は、ＨＭＤ各部を制御する集積回路を備える。各レーザの出力および、波面形状変更手段、走査手段の動作が制御手段１０５、１１１によって行われる。
【００４４】
また制御手段１０５，１０８はユーザに表示する内容を決定する手段を備える。
【００４５】
なお、制御手段は、携帯電話等の周辺機器と無線接続して映像音声信号を受信する通信手段を備えてもよい。また制御手段１０５、１１１ユーザに提示すべき画像を格納したメモリを備えていてもよいし、もしくは無線によって外部機器からユーザに提示すべき画像を取得しても良い。
【００４６】
なお、制御手段１０５、１１１はひとつであってもよく、制御手段１０５もしくは１１１が左右の眼に対応するレーザ光源、波面形状変更手段、走査手段、ヘッドホンの動作を制御してもよい。この場合、制御手段が１つで済むためにコストが削減され、また表示装置が軽量化される効果がある。
【００４７】
ヘッドホン部１０６、１１２は、スピーカーを備え、音声を出力する。
【００４８】
なお、ヘッドホン部には、ＨＭＤ各部へ電源供給するバッテリーを備えてもよい。
【００４９】
なお、図１における各手段や各部は、１台のＨＭＤに内蔵されていてもよいし、内蔵されていなくてもよい。例えば、図１各部の全てが、１台のＨＭＤに含まれていてもよいし、ヘッドホン部がなくてもよい。また、各部が分散配置していてもよい。例えば、制御手段が走査手段や波面形状手段に一部含まれていてもよい。複数の機器で図１の各部を共有してもよい。例えば、レーザ光源を２つのＨＭＤで共有してもよい。
【００５０】
以下に、本実施の形態における走査手段について詳述する。図４に本実施の形態における走査手段１０３、１０８の断面図、図５に鳥瞰図を示す。また以下では走査手段１０３に限って説明するが、走査手段１０８は１０３と同様の構造を持つ。
【００５１】
図４に示すように走査手段１０３は、平板ミラー４０１の上にホログラム層を備える。ホログラム層は透過型ホログラムであり、中心部４０２と周辺部４０３の二つで構成されている。走査手段１０３に入射されたレーザ光は、一度ホログラム層を通過し、平板ミラー４０１によって反射され、再度ホログラム層を通過して偏向手段へと射出される。この様子を図７に示す。
【００５２】
走査手段１０３は、出射光７０１のビーム径を、出射光７０１が偏向手段１０４に入射する位置に応じて変更する。本実施の形態では、図３に示す最遠入射点３０２に向かう時には出射光７０１のビーム径を小さくし、最近入射点３０３に向かう時には出射光７０１のビーム径を大きくすることで、ユーザの眼に表示する画像の解像度を高める。このようなビーム径の調節を実現するために、本実施の形態では、ホログラムの角度選択性を利用する。ホログラムの角度選択性とは、特定の角度から入射された光の透過率や反射率を上げることができる性質であり、周辺部４０３においてこの性質を利用する。
【００５３】
最近入射点３０３にレーザ光が入射する際の走査手段へのレーザ光３０４の入射角をα、最遠入射点３０２にレーザ光が入射する際の走査手段へのレーザ光３０５の入射角をβとする。このとき周辺部４０３は、図６に示す透過率を持つように設計される。この図に示されるように、周辺部４０３に入射角αに近い角度で入射した光は周辺部４０３を透過するが、入射角αと異なる角度から周辺部４０３に入射した光は透過しなくなる。
【００５４】
図６に示す透過率をもつホログラムを作成する具体例としては、図１５および図１６に示す回折効率をもつホログラムを多重露光する方法がある。
【００５５】
図１５、図１６は、それぞれ入射角αに対して回折効率が最大になるように設計されたホログラムであり、周辺部４０３に図１５、図１６の光学性能をもつホログラムを多重露光することで、周辺部４０３は図１７に示される回折効率をもつ。回折効率と透過率は逆数の関係にあるため、図１７の回折効率を持つホログラムは、図６に示す透過率を有することができる。
【００５６】
同時に中心部４０１はどのような角度からの光に対しても同一の透過率を保つように設計する。平板ミラー４０１上に前述した角度選択性を持つ中心部４０２、周辺部４０３を備えることで偏向手段への入射ビームの直径を変更することが可能になる。この例を図７、８に示す。
【００５７】
図７は最近入射点３０３に対してレーザ光が入射する際の図である。この時、レーザ光３０４は走査手段に対して入射角αで入射する。そのため図６に示すように、レーザ光３０４に対して周辺部４０３は高い透過率を持ち、結果として走査手段に入射したレーザ光は全て平板ミラー４０１に到達し、そのまま偏向手段に向けて出射される。
【００５８】
図８は最遠入射点３０２に対してレーザ光が入射する際の図である。この時、レーザ光３０４は走査手段に対して入射角βで入射する。そのため図６に示すように、レーザ光３０４に対して周辺部４０３は低い透過率を持ち、結果として走査手段に入射したレーザ光の一部は周辺部４０３を通過することができなくなる。そのため平板ミラー４０１に到達し、そのまま偏向手段に向けて出射されるのはレーザ光３０５のうち中心部４０２を通過する一部分のみであり、結果として出射光７０１のビーム径は小さくなる。
【００５９】
このように角度選択性をもつホログラムを走査手段上に設けることで、最近入射点３０３に向かうレーザ光のビーム径を大きく保ちながら、最遠入射点３０２に向かうレーザ光のビーム径を小さく抑えることが可能になり、画面のどの点においても解像度を向上させることが可能になる。
【００６０】
なお、走査手段の形状を矩形で説明したが、図９に示すように円形のミラーを用いても良い。この場合、矩形のミラーを用いるよりもミラーを軽量化することが可能になる。
【００６１】
なお、周辺部４０３の幅は均一である必要は無く、例えば平板ミラーの上下では幅を細くして、左右では幅を太くしても良い。この場合、偏向手段に入射するビーム径を垂直方向と水平方向で独立に変更することが可能になる。
【００６２】
なお、走査手段は中心部４０２を除去した形状でも良い。この場合、必要なホログラムの量が削減されるため、走査手段を軽量化することが可能になる。
【００６３】
なお、周辺部４０３の断面形状は図７に示すような矩形ではなく、三角形状や台形形状であってもよい。図１０に周辺部の断面形状が三角形状である場合の例を示す。この場合、必要なホログラム材料の量を削減することが出来る。また入射光３０４が平板ミラー４０１に入射するための妨げとなる部分が減少するため、最遠入射点３０２へと向かうレーザ光の直径を大きくすることが可能になる。
【００６４】
なお、走査手段１０３は一枚のミラーを二軸方向に走査する形態ではなく、一軸方向に動作する二枚のミラーを用いることで、レーザ光を二次元に走査する方法を用いても良い。この際の水平方向の走査ミラーを図１１に、垂直方向の走査ミラーを図１２に示す。この例では図１１のミラーで水平方向のビーム径を調節したあと、出射光を更に図１２の垂直方向のミラーに入射することで垂直方向のビーム径を調節する。この場合、走査手段を二軸に動作させる必要がなくなるため、個々のミラーの制御が簡易化される効果がある。
【００６５】
なお、走査手段１０３は平板ミラー４０１ではなく、平板ミラー４０１上のホログラムで直接、入射光を反射する方法を用いても良い。このとき周辺部４０３には図１８に示す回折効率が与えられる。またこのとき、中心部４０１には全ての入射角からの光を反射するようにミラーと同等の光学性能を与える。
【００６６】
（実施の形態２）
本実施の形態では、車両や航空機に搭載されるＨＵＤ（Ｈｅａｄ  Ｕｐ  Ｄｉｓｐｌａｙ）をビーム走査型の表示装置で実現する際に、ビーム径を変化させることで解像度の向上を図る方法について例示する。
【００６７】
図１３に、本発明の実施の形態２におけるレーザ走査型のＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）の側面図、図１４に鳥瞰図を示す。
【００６８】
車１３０１の内部に、レーザ走査ユニット１３０２が埋め込まれている。レーザ走査ユニット１３０２は車のフロントガラス１３０３の下方に取り付けられており、本実施の形態ではインパネの内部に配置されており、表示装置の省スペース化を図っている。
【００６９】
なおレーザ走査ユニット１３０２はインパネの内部ではなく、インパネ外部に配置してもよい。この場合、レーザ走査ユニット１３０２の交換や位置の変更が容易になる。
【００７０】
レーザ走査ユニット１３０２によって走査された光はフロントガラス１３０３に取り付けられた偏向手段１０４によって反射され、ハーフミラー１３０４を通過し、ドライバー１３０５の眼球１３０６に到達することで映像が視認される。このようなＨＵＤではフロントガラス１３０３越しに外界風景を確認しながら、レーザ走査ユニット１３０２によって表示される地図情報や警告情報を見ることができ、ドライバーの安全性や利便性を向上させることが可能になる。ユーザの網膜上に投影されたレーザの反射光は、ユーザの眼前に設置されたハーフミラー１３０４によって反射され、光検出手段２１４によって検出される。
【００７１】
なお本実施の形態ではレーザ走査ユニット１３０２は、光源１０１、波面形状変更手段１０２、走査手段１０３、制御回路１０５から構成されている。図１４に示すようにレーザ走査ユニット１３０２はユーザの正面ではなく、サイドミラー側に設置され、フロントガラス１３０３に対して斜めからレーザ光を投影する。このような構成をとることでレーザ走査ユニット１３０３の配置場所の自由度を高めることが出来、車両のデザイン性を向上させる効果がある。
【００７２】
なお偏向手段１０４はフロントガラス１３０３に自由に着脱できるようにしてもよい。この場合、ディスプレイの表示が不要な場合は変更手段１０４を外すことにより、フロントガラス１３０３の透過性を保ち、ドライバーの安全性を向上させることができる。
【００７３】
なお偏向手段１０４は走査手段からの光をユーザのいずれかの目に向かって反射するのではなく、ユーザの両方の目に向かって反射させてもよい。この場合、一つの変更手段１０４によってユーザの両目に映像を表示することが可能になる。
【００７４】
また本発明の実施の形態においては、ユーザの眼前にハーフミラー１３０４を設置することで、ユーザの網膜上からの反射光を光検出手段２１４に反射させる。ハーフミラー１３０４は、車の天井１３０７に支持棒１３０８によって取り付けられており、この構造によってユーザの頭部への装置の装着を強制することなしに、ユーザの網膜上のスポットサイズの検出を行うことができる。なおハーフミラー１３０４および光検出器２１４は車の天井に設置するのではなく、ドライバーの眼鏡や帽子に設置しても良い。この場合、ドライバーの頭が前後に動いてもハーフミラーに頭が接触する可能性が減るため、ドライバーの安全性を向上させることができる。
【００７５】
制御手段１０５は、ＨＵＤ各部を制御する集積回路を備える。各レーザの出力および、波面形状変更手段、走査手段、光検出器の動作が制御手段１０５によって行われる。また制御手段１０５は前記波面形状変更手段の動作を制御する機能も含む。本実施の形態において光検出手段２１４は天井に配置され、制御回路１０５はインパネ内部に設置されているが、光検出手段２１４と制御回路１０５間の通信は車の内部を有線ケーブルを這わせることで行っても良いし、無線通信で行っても良い。
【００７６】
本実施の形態においては、図１４に示すようにフロントガラス１３０３に対してレーザ光を斜めに投影するため、ユーザの眼球１３０６に向かうレーザ光を平行光にするために実施の形態１と同様の対策が必要になる。そのため本実施の形態においても、走査手段１０３は実施の形態１と同様に、平板ミラーとホログラム層から構成され、図４、図５で示される構造を持つ。
【００７７】
周辺部４０３に対して図６で示される角度選択性を持たせることで、図１４の最近入射点に向かうレーザ光のビーム径を大きくし、最遠入射点３０２に向かうレーザ光のビーム径を小さくすることが可能になり、画像全体の解像度を向上させることが可能になる。
【００７８】
なお図１４において、レーザ光はユーザの片目にしか入射されていないが、レーザ走査ユニット１３０２、変更手段１０４、光検出手段２１４をもう一組用意し、両目に対してレーザ光の入射を行っても良い。この場合、両眼に対して映像を表示することができ、広い視野角の画像提示や、三次元画像の提示などが可能になる。
【００７９】
なお、上記した各実施の形態での制御処理は、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等）に格納された上述した処理手順を実行可能な所定のプログラムデータが、ＣＰＵによって解釈実行されることで実現される。この場合、プログラムデータは、記録媒体を介して記憶装置内に導入されてもよいし、記録媒体上から直接実行されてもよい。なお、記録媒体は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスクメモリ、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤやＢＤ等の光ディスクやＳＤカード等のメモリカード等の記録媒体をいう。また、記録媒体は、電話回線や搬送路等の通信媒体も含む概念である。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明にかかるビーム走査型表示装置は、ビーム断面変更手段などを有し、表示装置、表示システム、表示方法、表示プログラム、などの用途にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施の形態１におけるビーム走査型表示装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１におけるビーム走査型表示装置の詳細構成図
【図３】眼球への入射光を平行光にするための入射レーザのビームウェスト位置の例を示す図
【図４】本発明の実施の形態１における走査手段の断面図
【図５】本発明の実施の形態１における走査手段の鳥瞰図
【図６】本発明の実施の形態１において走査手段のホログラム層周辺部のもつ透過率の例を示す図
【図７】最近入射点に入射するレーザ光の走査手段上での反射を示す図
【図８】最遠入射点に入射するレーザ光の走査手段上での反射を示す図
【図９】本発明の実施の形態１における走査手段の鳥瞰図
【図１０】本発明の実施の形態１における走査手段の断面図
【図１１】本発明の実施の形態１における水平方向走査手段の鳥瞰図
【図１２】本発明の実施の形態１における垂直方向走査手段の鳥瞰図
【図１３】本発明の実施の形態２におけるビーム走査型表示装置の構成図
【図１４】本発明の実施の形態２におけるビーム走査型表示装置の鳥瞰図
【図１５】本発明の実施の形態１における周辺部に与えられる回折効率の一つを示す図
【図１６】本発明の実施の形態１における周辺部に与えられる回折効率の一つを示す図
【図１７】本発明の実施の形態１における周辺部全体が有する回折効率の例を示す図
【図１８】本発明の実施の形態１における周辺部全体が有する回折効率の例を示す図
【符号の説明】
【００８２】
１０１    左眼用光源
１０２    左眼用波面形状変更手段
１０３    左眼用走査手段
１０４    左眼用偏向手段
１０５    左眼用制御手段
１０６    左眼用ヘッドホン部
１１０    右眼用光源
１０９    右眼用波面形状変更手段
１０８    右眼用走査手段
１０７    右眼用偏向手段
１１１    右眼用制御手段
１１２    右眼用ヘッドホン部
２０１    焦点距離水平成分変更手段
２０２    焦点距離垂直成分変更手段
２１１    赤色レーザ光源
２１２    青色レーザ光源
２１３    緑色レーザ光源
２１４    光検出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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