(57)【要約】【課題】光束を観察者の網膜に直接投影し、その投影された光束をその網膜上において走査することにより、画像を表示する網膜走査型ディスプレイにおいて、観察者の瞳孔の移動に伴って表示画像の色が予定外に変化してしまうことを抑制しつつ、射出瞳を拡大する。【解決手段】網膜走査型ディスプレイの光源と出射部との間における光路上に、それら光源と出射部との間に存在する中間像面と一致するかまたはその中間像面から外れた位置に回折素子１１６を設置する。その回折素子１１６は、その回折素子１１６に入射した合成光束を波長が互いに異なる複数の成分光束に分離する。この回折素子１１６は、各成分光束がこの回折素子１１６によって０次回折光と高次回折光とに分離される分離比を複数の成分光束の間において均等化する均等化構造を有する。【選択図】図９
2006251126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束を観察者の網膜に直接投影し、その投影された光束を前記網膜上において走査することにより、画像を表示する網膜走査型ディスプレイであって、
波長が互いに異なる複数の成分光束が合成された合成光束を出射する光源と、
その光源から出射した合成光束を前記網膜上において走査する走査部と、
その走査部によって走査された合成光束が当該網膜走査型ディスプレイから出射する出射部と、
前記光源と前記出射部との間における光路上に、それら光源と出射部との間に存在する中間像面と一致するかまたはその中間像面から外れた位置に設置された回折素子と
を含み、
その回折素子は、その回折素子に入射した合成光束を前記複数の成分光束に分離し、その分離された各成分光束ごとに、互いに異なる複数の回折方向に進行する複数の次数の回折光であって０次回折光と少なくとも一つの高次回折光とを有するものを出射し、
その回折素子は、各成分光束が当該回折素子によって０次回折光と高次回折光とに分離される分離比を前記複数の成分光束の間において均等化する均等化構造を有する網膜走査型ディスプレイ。
【請求項２】
前記複数の成分光束の中から、基準成分光束と、その基準成分光束と比較されるべき少なくとも一つの対象成分光束とが予め選択され、
前記均等化構造は、前記選択された基準成分光束が当該回折素子によって０次回折光と高次回折光とに分離される基準成分光束分離比に対する、前記選択された各対象成分光束が当該回折素子によって０次回折光と高次回折光とに分離される対象成分光束分離比の偏差が第１設定値より小さい構造を有する請求項１に記載の網膜走査型ディスプレイ。
【請求項３】
前記基準成分光束分離比は、前記基準成分光束につき、前記回折素子への入射光の出力に対する前記高次回折光の出力の比を入出力比Ａで表し、前記回折素子への入射光の出力に対する前記０次回折光の出力の比を入出力比Ｂで表す場合に、入出力比Ｂに対する入出力比Ａの比Ａ／Ｂとして定義され、
前記対象成分光束分離比は、前記各対象成分光束につき、前記回折素子への入射光の出力に対する前記高次回折光の出力の比を入出力比Ｃで表し、前記回折素子への入射光の出力に対する前記０次回折光の出力の比を入出力比Ｄで表す場合に、入出力比Ｄに対する入出力比Ｃの比Ｃ／Ｄとして定義される請求項２に記載の網膜走査型ディスプレイ。
【請求項４】
前記偏差は、前記各対象成分光束につき、前記対象成分光束分離比Ｃ／Ｄと前記基準成分光束分離比Ｂ／Ａとの差をその基準成分光束分離比Ｂ／Ａで割り算した値として定義される請求項３に記載の網膜走査型ディスプレイ。
【請求項５】
前記第１設定値は、約０．２以上である請求項４に記載の網膜走査型ディスプレイ。
【請求項６】
前記入出力比Ａ，Ｂ，ＣおよびＤは、いずれも、第２設定値より大きい請求項３ないし５のいずれかに記載の網膜走査型ディスプレイ。
【請求項７】
前記第２設定値は、約０．１以上である請求項６に記載の網膜走査型ディスプレイ。
【請求項８】
前記複数の成分光束は、赤色の単色光束と緑色の単色光束と青色の単色光束とを含み、
前記基準成分光束は、前記緑色の単色光束であり、
前記対象成分光束は、前記赤色の単色光束と前記青色の単色光束との少なくとも一方である請求項２ないし７のいずれかに記載の網膜走査型ディスプレイ。
【請求項９】
前記回折素子は、前記合成光束の入射方向と交差する設定方向に複数の凸部と複数の凹部が交互に並んだ周期構造を有しており、
前記各凹部の深さ寸法は、前記合成光束が前記各凹部と前記各凸部とをそれぞれ進行する際の位相差が、前記複数の成分光束の複数の波長を代表する代表波長の半値と実質的に一致するように設定されている請求項１ないし８のいずれかに記載の網膜走査型ディスプレイ。
【請求項１０】
前記各凸部の幅寸法は、前記各凹部の幅寸法の２倍または２分の１と実質的に一致するように設定されている請求項９に記載の網膜走査型ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光束を観察者の網膜に直接投影し、その投影された光束を前記網膜上において走査することにより、画像を表示する網膜走査型ディスプレイに関するものであり、特に、その網膜走査型ディスプレイの射出瞳を拡大する技術の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光束を観察者の網膜に直接投影し、その投影された光束を前記網膜上において走査することにより、画像を表示する網膜走査型ディスプレイが既に知られている。この種の網膜走査型ディスプレイは、一般に、（ａ）光源と、（ｂ）その光源から出射した光束を前記網膜上において走査する走査部と、（ｃ）その走査部によって走査された光束が当該網膜走査型ディスプレイから出射する出射部とを含むように構成される。
【０００３】
この種の網膜走査型ディスプレイを用いて観察者が表示画像を正常に観察し続けるためには、この網膜走査型ディスプレイの射出瞳を観察者の瞳に一致させ続けることが必要である。しかし、表示画像の観察中、観察者の眼球は多少なりとも回転してしまい、その結果、瞳も移動してしまうのが通常である。
【０００４】
そのため、網膜走査型ディスプレイの射出瞳が観察者の瞳より小さい場合には、眼球の回転運動に起因して射出瞳が観察者の瞳から外れてしまう可能性がある。すなわち、網膜走査型ディスプレイの射出瞳が観察者の瞳より小さい場合には、網膜走査型ディスプレイからの出射光が観察者の瞳孔に十分に入射しないために網膜上において結像が正常に行われない可能性があるのである。
【０００５】
これに対し、特許文献１には、網膜走査型ディスプレイの射出瞳を拡大するために、その網膜走査型ディスプレイにおける光源と出射部との間における光路上に、それら光源と出射部との間に存在する中間像面と同一の位置に回折素子（例えば、回折格子）を設置する技術が開示されている。
【特許文献１】米国特許第５７０１１３２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、回折格子によれば、その回折格子に入射した合成光束が複数の成分光束に分離され、これに伴い、各成分光束の出力（「Ｗ］）すなわちエネルギーも、回折格子により、０次回折光の出力と高次回折光の出力とに分離される。このように、１つの合成光束から複数の回折光が拡散的に発生し、それら複数の回折光についてそれぞれ射出瞳が形成されるため、回折格子を用いれば、全体としての射出瞳が拡大される。
【０００７】
ただし、回折格子に特別な措置を講じない限り、各成分光束の出力が０次回折光の出力と高次回折光の出力とに分離される分離比は、それら複数の成分光束の間において十分に一致しない。すなわち、分離比が波長依存性を有してしまうのである。
【０００８】
分離比が複数の成分光束の間において十分に一致しないということは、各回折光による射出瞳の像を構成する複数の成分光束の各々の輝度すなわち強度の、それら複数の成分光束間における比率すなわち強度バランスが、複数の射出瞳の間において十分に一致しないことを意味する。一方、観察者の瞳孔は、表示画像の観察中、移動する可能性があり、瞳孔が移動すると、観察者に表示画像を視認するために使用する射出瞳の位置が変化する。
【０００９】
そのため、このような特性を有する回折格子を前述の中間像面に設置して網膜走査型ディスプレイを構成したとすると、観察者によって視認される画像の色であって本来であれば時間的に変化しないはずのものが、瞳孔の移動に起因した射出瞳の位置変化に伴って変化してしまうという不都合が生じる。
【００１０】
以上説明した事情を背景にして、本発明は、光束を観察者の網膜に直接投影し、その投影された光束を前記網膜上において走査することにより、画像を表示する網膜走査型ディスプレイにおいて、観察者の瞳孔の移動に伴って表示画像の色が予定外に変化してしまうことを抑制しつつ、射出瞳を拡大することを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本発明が採用し得る技術的特徴の一部およびそれの組合せの理解を容易にするためであり、本発明が採用し得る技術的特徴およびそれの組合せが以下の態様に限定されると解釈すべきではない。すなわち、下記の態様には記載されていないが本明細書には記載されている技術的特徴を本発明の技術的特徴として適宜抽出して採用することは妨げられないと解釈すべきなのである。
【００１２】
さらに、各項を他の項の番号を引用する形式で記載することが必ずしも、各項に記載の技術的特徴を他の項に記載の技術的特徴から分離させて独立させることを妨げることを意味するわけではなく、各項に記載の技術的特徴をその性質に応じて適宜独立させることが可能であると解釈すべきである。
【００１３】
（１）  光束を観察者の網膜に直接投影し、その投影された光束を前記網膜上において走査することにより、画像を表示する網膜走査型ディスプレイであって、
波長が互いに異なる複数の成分光束が合成された合成光束を出射する光源と、
その光源から出射した合成光束を前記網膜上において走査する走査部と、
その走査部によって走査された合成光束が当該網膜走査型ディスプレイから出射する出射部と、
前記光源と前記出射部との間における光路上に、それら光源と出射部との間に存在する中間像面と一致するかまたはその中間像面から外れた位置に設置された回折素子と
を含み、
その回折素子は、その回折素子に入射した合成光束を前記複数の成分光束に分離し、その分離された各成分光束ごとに、互いに異なる複数の回折方向に進行する複数の次数の回折光であって０次回折光と少なくとも一つの高次回折光とを有するものを出射し、
その回折素子は、各成分光束が当該回折素子によって０次回折光と高次回折光とに分離される分離比を前記複数の成分光束の間において均等化する均等化構造を有する網膜走査型ディスプレイ。
【００１４】
この網膜走査型ディスプレイにおいては、光源と出射部との間における光路上に、それら光源と出射部との間に存在する中間像面と一致するかまたはその中間像面から外れた位置に回折素子が設置される。その回折素子は、各成分光束が当該回折素子によって０次回折光と高次回折光とに分離される分離比を前記複数の成分光束の間において均等化する均等化構造を有する。
【００１５】
したがって、この網膜走査型ディスプレイによれば、その均等化構造を有しない回折素子を当該網膜走査型ディスプレイの射出瞳の拡大のために使用する場合より、各成分光束が回折素子によって０次回折光と高次回折光とに分離される分離比が複数の成分光束の間においてより均等化される。
【００１６】
よって、この網膜走査型ディスプレイによれば、観察者の瞳孔の移動に伴って表示画像の色が予定外に変化してしまうことを抑制することが容易となる。
【００１７】
なお付言するに、本項における「中間像面」は、最終的な像面である網膜上の像面と光源との間に位置する像面であることに着目し、その「最終的な像面」という用語から表現上区別するために採用された用語であり、必ずしも光源と出射部とのちょうど中央に位置する像面であることを意味しない。
【００１８】
（２）  前記複数の成分光束の中から、基準成分光束と、その基準成分光束と比較されるべき少なくとも一つの対象成分光束とが予め選択され、
前記均等化構造は、前記選択された基準成分光束が当該回折素子によって０次回折光と高次回折光とに分離される基準成分光束分離比に対する、前記選択された各対象成分光束が当該回折素子によって０次回折光と高次回折光とに分離される対象成分光束分離比の偏差が第１設定値より小さい構造を有する（１）項に記載の網膜走査型ディスプレイ。
【００１９】
この網膜走査型ディスプレイによれば、前記（１）項に係る網膜走査型ディスプレイにおける均等化構造が、複数の成分光束のうちの基準成分光束が回折素子によって０次回折光と高次回折光とに分離される基準成分光束分離比に対する、他の成分光束である各対象成分光束が回折素子によって０次回折光と高次回折光とに分離される対象成分光束分離比の偏差が第１設定値より小さい構造を有するように具体化される。
【００２０】
（３）  前記基準成分光束分離比は、前記基準成分光束につき、前記回折素子への入射光の出力に対する前記高次回折光の出力の比を入出力比Ａで表し、前記回折素子への入射光の出力に対する前記０次回折光の出力の比を入出力比Ｂで表す場合に、入出力比Ｂに対する入出力比Ａの比Ａ／Ｂとして定義され、
前記対象成分光束分離比は、前記各対象成分光束につき、前記回折素子への入射光の出力に対する前記高次回折光の出力の比を入出力比Ｃで表し、前記回折素子への入射光の出力に対する前記０次回折光の出力の比を入出力比Ｄで表す場合に、入出力比Ｄに対する入出力比Ｃの比Ｃ／Ｄとして定義される（２）項に記載の網膜走査型ディスプレイ。
【００２１】
（４）  前記偏差は、前記各対象成分光束につき、前記対象成分光束分離比Ｃ／Ｄと前記基準成分光束分離比Ｂ／Ａとの差をその基準成分光束分離比Ｂ／Ａで割り算した値として定義される（３）項に記載の網膜走査型ディスプレイ。
【００２２】
（５）  前記第１設定値は、約０．２以上である（４）項に記載の網膜走査型ディスプレイ。
【００２３】
この網膜走査型ディスプレイによれば、前記（２）項における「第１設定値」が前記（３）項および（４）項における定義のもとに適切に設定されることにより、観察者の瞳孔の移動に伴って表示画像の色が予定外に変化してしまうことが良好に抑制される。
【００２４】
（６）  前記入出力比Ａ，Ｂ，ＣおよびＤは、いずれも、第２設定値より大きい（３）ないし（５）項のいずれかに記載の網膜走査型ディスプレイ。
【００２５】
前記（３）ないし（５）項のいずれかに記載の網膜走査型ディスプレイにおいては、入出力比Ａ，Ｂ，ＣおよびＤのうちの一つでも許容値より小さいと、その許容値より小さい入出力比を有する回折光（成分光束の種類と回折光の次数とによって特定される。）の光量が不足する。このような光量不足が発生すると、光量が複数の回折光すなわち複数の射出瞳の間において不均一となってしまう可能性がある。
【００２６】
これに対し、本項に係る網膜走査型ディスプレイにおいては、入出力比Ａ，Ｂ，ＣおよびＤがいずれも第２設定値より大きいため、それら入出力比Ａ，Ｂ，ＣおよびＤが少なくとも部分的に許容値より不足してしまう傾向が軽減される。
【００２７】
したがって、この網膜走査型ディスプレイによれば、それの射出瞳のうち観察者の瞳孔に入射する部分の位置が観察者の瞳孔の移動に伴って変化することに起因した表示画像の色変化および光量変化の双方を抑制しつつ、射出瞳を拡大することが容易となる。
【００２８】
なお付言するに、網膜走査型ディスプレイにおいて中間像面と一致するかまたはその中間像面から外れた位置に設置される回折素子を、前記入出力比Ａ，Ｂ，ＣおよびＤを均等化する構造、すなわち、回折素子への入射光の出力に対する各回折光の出力の比である入出力比を、複数の回折光すなわち複数の射出瞳の間において均等化する構造を有するように設計する技術は、前記（１）ないし（６）項に記載の技術的特徴から切り離して単独で実施することが可能である。
【００２９】
（７）  前記第２設定値は、約０．１以上である（６）項に記載の網膜走査型ディスプレイ。
【００３０】
この網膜走査型ディスプレイによれば、前記（６）項における「第２設定値」が適切に設定されることにより、観察者の瞳孔の移動に伴う射出瞳の位置変化に起因して表示画像の光量が予定外に変化してしまうことが良好に抑制される。
【００３１】
（８）  前記複数の成分光束は、赤色の単色光束と緑色の単色光束と青色の単色光束とを含み、
前記基準成分光束は、前記緑色の単色光束であり、
前記対象成分光束は、前記赤色の単色光束と前記青色の単色光束との少なくとも一方である（２）ないし（７）項のいずれかに記載の網膜走査型ディスプレイ。
【００３２】
（９）  前記回折素子は、前記合成光束の入射方向と交差する設定方向に複数の凸部と複数の凹部が交互に並んだ周期構造を有しており、
前記各凹部の深さ寸法は、前記合成光束が前記各凹部と前記各凸部とをそれぞれ進行する際の位相差が、前記複数の成分光束の複数の波長を代表する代表波長の半値と実質的に一致するように設定されている（１）ないし（８）項のいずれかに記載の網膜走査型ディスプレイ。
【００３３】
この網膜走査型ディスプレイにおいては、複数の凸部と複数の凹部とを有する回折素子のうちの各凹部の深さ寸法の適切な設定により、合成光束が各凹部と各凸部とをそれぞれ進行する際の位相差が、複数の成分光束の複数の波長を代表する代表波長の半値と実質的に一致するように、回折素子が構成される。
【００３４】
この構成によれば、後に詳述するように、回折素子内において複数の０次回折光が互いに打ち消し合う結果、回折素子への入射光のエネルギーが複数の回折光に、０次回折光より高次回折光に集中するように分配される。これにより、高次回折光のエネルギーが波長に関して極値を示すようになり、その結果、高次回折光のエネルギーが波長に依存する波長依存性が軽減される。
【００３５】
本項における「代表波長」は、例えば、複数の成分光束の周波数のうち最低の周波数と最高の周波数とのほぼ中間値を有する波長として設定したり、それら複数の成分光束を周波数に関して順番に並べた場合にほぼ中央に位置するものの波長として設定することが可能である。
【００３６】
（１０）  前記各凸部の幅寸法は、前記各凹部の幅寸法の２倍または２分の１と実質的に一致するように設定されている（９）項に記載の網膜走査型ディスプレイ。
【００３７】
この網膜走査型ディスプレイにおいては、各凸部の幅寸法が各凹部の幅寸法の２倍または２分の１と実質的に一致するように、回折素子が構成される。
【００３８】
この構成によれば、後に詳述するように、回折素子から０次回折光が出射する部分の幅寸法と、回折素子から高次回折光が出射する部分の幅寸法とが均等化される。
【００３９】
その結果、この網膜走査型ディスプレイによれば、高次回折光の波長依存性が軽減されることにより、前述の分離比が複数の成分光束の間において均等化されるとともに、各回折光の出射領域の幅寸法が均等化されることにより、画像の光量が複数の回折光すなわち複数の射出瞳の間において均等化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明する。
【００４１】
図１には、本発明の第１実施形態に従う網膜走査型ディスプレイ（以下、「ＲＳＤ」と略称する。）が系統的に示されている。このＲＳＤは、光束としてのレーザビームを観察者の眼１０の瞳孔１２を経て網膜１４に直接投影し、その投影された光束を網膜１４上において走査することにより、画像を表示するように設計されている。
【００４２】
図１に示すように、このＲＳＤは光源ユニット２０を備えている。この光源ユニット２０は、３個のレーザ３０，３２，３４と、３個のコリメータレンズ４０，４２，４４と、３個のダイクロイックミラー５０，５２，５４と、結合光学系５６とを備えている。
【００４３】
３個のレーザ３０，３２，３４は、赤色レーザビームを発生させるＲレーザ３０と、緑色レーザビームを発生させるＧレーザ３２と、青色レーザビームを発生させるＢレーザ３４とである。いずれのレーザ３０，３２，３４も、例えば半導体レーザとして構成することが可能である。
【００４４】
３個のコリメータレンズ４０，４２，４４は、３個のレーザ３０，３２，３４から出射した３色のレーザビームをそれぞれコリメートするレンズである。３個のダイクロイックミラー５０，５２，５４は、それら３個のコリメータレンズ４０，４２，４４から出射した３色のレーザビームを互いに結合するために、それら３色のレーザビームに対して波長選択的に反射および透過を行う。
【００４５】
それら３色のレーザビームは、ダイクロイックミラー５０，５２，５４を代表する１個の代表ダイクロイックミラーにおいて互いに結合される。本実施形態においては、その代表ダイクロイックミラーとしてダイクロイックミラー５０が選定されている。このダイクロイックミラー５０において結合されたレーザビームは、合成レーザビームとして結合光学系５６に入射して集光される。
【００４６】
図１に示すように、光源ユニット２０は、さらに、信号処理回路６０を備えている。この信号処理回路６０には、外部から映像信号が供給される。その映像信号は、Ｒレーザ３０、Ｇレーザ３２およびＢレーザ３４のぞれぞれに対応する輝度信号（Ｒ輝度信号、Ｇ輝度信号およびＢ輝度信号）と、後述の水平走査および垂直走査の基準となる同期信号とを含むように構成されている。
【００４７】
本実施形態においては、その供給された映像信号に基づく画像をユーザである観察者が知覚する位置の、そのユーザからの距離すなわち奥行き距離が調節可能であり、その奥行き距離は、ＲＳＤに対するユーザの操作に応じて設定される。そのため、本実施形態においては、映像信号が、奥行きを表わす奥行き信号を含むように構成されることは不可欠ではないが、その奥行き信号を含むように構成し、その奥行き信号に基づいて奥行き距離を調節するようにして本発明を実施することが可能である。ただし、この場合には、通常、映像信号が奥行き信号を輝度信号に関連付けて含むように構成される。
【００４８】
図１に示すように、信号処理回路６０は、３個のレーザドライバ７０，７２，７４を経て３個のレーザ３０，３２，３４にそれぞれ電気的に接続されている。この信号処理回路６０は、前記輝度信号（Ｒ輝度信号、Ｇ輝度信号およびＢ輝度信号）に基づき、各レーザ３０，３２，３４から出射するレーザビームの強度を、対応するレーザドライバ７０，７２，７４を介して変調する。この信号処理回路６０の機能は、後に図２および図３を参照して説明する。
【００４９】
図１に示すように、結合光学系５６から出射したレーザビームは、光伝送媒体としての光ファイバ８２によってコリメータレンズ８４に伝送される。そのコリメータレンズ８４においてコリメートされて出射したレーザビームは波面曲率変調器８８に入射する。
【００５０】
その波面曲率変調器８８は、光源ユニット２０から出射したレーザビームの波面曲率を変調するために、ビームスプリッタ９２と、収束レンズ９４と、反射ミラー９６とを同一光軸上に並んで備えている。
【００５１】
ビームスプリッタ９２は、前記光軸に対して直角な方向にコリメータレンズ８４から入射したレーザビームを９０度で反射して収束レンズ９４に入射させる。その収束レンズ９４は、入射したレーザビームを収束させて反射ミラー９６に入射させる。
【００５２】
波面曲率変調器８８は、さらに、前記光軸上において反射ミラー９６を移動させるアクチュエータ９８を備えている。このアクチュエータ９８は、例えば圧電素子を主体として構成することが可能である。このアクチュエータ９８は、信号処理回路６０から供給される駆動信号であって奥行き信号を反映するものに基づいて駆動される。
【００５３】
収束レンズ９４から出射した収束光がアクチュエータ９８によって位置決めされた反射ミラー９６に入射すると、その反射ミラー９６は、それへの入射光を反射して収束レンズ９４に入射させる。その収束レンズ９４は、そのようにして再度入射したレーザビームを収束させてビームスプリッタ９２に入射させる。
【００５４】
反射ミラー９６と収束レンズ９４との距離であるレンズ−ミラー間距離がその収束レンズ９４の焦点距離に等しい場合には、収束レンズ９４からビームスプリッタ９２に入射するレーザビームは平行光に復元されるが、そのレンズ−ミラー間距離が収束レンズ９４の焦点距離とは異なる場合には、収束レンズ９４からビームスプリッタ９２に入射するレーザビームは拡散光に変換される。その拡散光の波面曲率はレンズ−ミラー間距離に依存し、そのレンズ−ミラー間距離は前記奥行き信号を反映するため、結局、ビームスプリッタ９２からそれの下流側に出射されるレーザビームの波面曲率が奥行き信号を反映することになる。
【００５５】
以上のようにして波面曲率が変調されたレーザビームは、水平走査系１００に入射する。この水平走査系１００は、信号処理回路６０から供給された水平同期信号に基づき、入射したレーザビームを水平方向に走査する。この水平走査系１００は、ポリゴンミラー１０４を主体として構成されているが、他の形式（例えば、ガルバノミラー）で構成することが可能である。
【００５６】
この水平走査系１００によって走査された走査光は、第１リレー光学系１１０に入射する。この第１リレー光学系１１０においては、レーザビームが進行する光軸上において、レーザビームの入射側に位置する前段レンズ群１１２と、出射側に位置する後段レンズ群１１４とが直列に並んで配置されている。それら前段レンズ群１１２と後段レンズ群１１４との間に回折素子１１６が設置されている。この回折素子１１６の詳細は、後に図４および図５を参照して説明する。
【００５７】
図１に示すように、第１リレー光学系１１０から出射したレーザビームは垂直走査系１２０に入射する。この垂直走査系１２０は、信号処理回路６０から供給された垂直同期信号に基づき、水平走査系１００によって水平に走査されたレーザビームを垂直方向に走査する。この垂直走査系１２０は、ガルバノミラー１３０を主体として構成されているが、他の形式（例えば、ポリゴンミラー）で構成することが可能である。
【００５８】
この垂直走査系１２０によって走査された走査光は、第２リレー光学系１４０に入射する。この第２リレー光学系１４０においては、レーザビームが進行する光軸上において、レーザビームの入射側に位置する前段レンズ群１４２と、出射側に位置する後段レンズ群１４４とが直列に並んで配置されている。
【００５９】
このＲＳＤは、以上のようにして強度および波面曲率が変調された２次元走査光を、第２リレー光学系１４０の後段レンズ群１４４において出射する。その出射した２次元走査光は、瞳孔１２を経て網膜１４に直接投影される。
【００６０】
図２には、信号処理回路６０の構成および周辺要素との接続がブロック図で概念的に表されている。この信号処理回路６０は、映像信号を含む信号を外部から入力する入力装置１４６と、この信号処理回路６０に指令を入力するためにユーザによって操作される操作装置１４８（例えば、ボタンスイッチ、ダイヤル、キー、ディスプレイパネル等）とに電気的に接続されている。
【００６１】
図２に示すように、この信号処理回路６０は、コンピュータ１５０を主体として構成されている。そのコンピュータ１５０は、ＣＰＵ１５２とＲＯＭ１５４とＲＡＭ１５５とがバス１５６によって互いに接続されて構成されている。ＲＯＭ１５４には、ユーザの操作に応じて奥行き信号を生成する奥行き信号生成プログラムを始めとし、各種プログラムが記憶されている。
【００６２】
この信号処理回路６０は、さらに、奥行き信号変換回路１５８に電気的に接続されている。その奥行き信号変換回路１５８は、上記奥行き信号生成プログラムの実行によって生成された奥行き信号を駆動信号に変換し、その変換された駆動信号を波面曲率変調器８８に出力するように構成される。
【００６３】
図３には、上記奥行き信号生成プログラムがフローチャートで概念的に表されている。この奥行き信号生成プログラムは、コンピュータ１５０の電源が投入されている間、繰り返し実行される。各回の実行時には、まず、ステップＳ１（以下、単に「Ｓ１」で表す。他のステップについても同じとする。）において、ユーザによる操作装置１４８の操作（ユーザの指令を反映する）に基づき、ＲＳＤの動作モードとして「映画モード」が選択されたか否かが判定される。この映画モードは、映画などの動画をユーザが長時間観察する際に適した動作モードである。
【００６４】
ユーザによって映画モードが選択された場合には、Ｓ１の判定がＹＥＳとなり、その後、Ｓ２において、奥行き距離Ｌが、２個の設定値のうち大き方（例えば、５［ｍ］）に設定される。続いて、Ｓ５に移行する。これに対し、ユーザによって映画モードが選択されなかった場合には、Ｓ１の判定がＮＯとなり、Ｓ３に移行する。
【００６５】
このＳ３においては、ユーザによる操作装置１４８の操作（ユーザの指令を反映する）に基づき、ＲＳＤの動作モードとして「作業モード」が選択されたか否かが判定される。この作業モードは、ＲＳＤをパソコンのモニタとして使用してそのパソコンに対してユーザが入力作業を行う際に適した動作モードである。
【００６６】
ユーザによって作業モードが選択された場合には、Ｓ３の判定がＹＥＳとなり、その後、Ｓ４において、奥行き距離Ｌが、短い方の設定値（例えば、０．５［ｍ］）に設定される。続いて、Ｓ５に移行する。これに対し、ユーザによって映画モードも作業モードも選択されなかった場合には、Ｓ１の判定もＳ３の判定もＮＯとなり、その後、Ｓ１に戻る。
【００６７】
Ｓ２が実行された場合にもＳ４が実行された場合にも、その後、Ｓ５において、設定された奥行き距離Ｌを表す奥行き信号が生成され、その生成された奥行き信号がＲＡＭ１５５にストアされる。続いて、Ｓ６において、その生成された奥行き信号が奥行き信号変換回路１５８に出力される。その結果、ＲＳＤによって網膜１４上に表示される画像の奥行き距離Ｌの実際値がユーザの指令を反映するように、波面曲率変調器８８を介してレーザビームの波面曲率が変調される。
【００６８】
以上で、この奥行き信号生成プログラムの一回の実行が終了する。
【００６９】
図４には、回折素子１１６が拡大されて断面図で示されている。この回折素子１１６は、ハウジングとしての封止ブロック１６０内にガラス板１６２と透過型の回折格子１６４とが積層状態で収容されている。それらガラス板１６２および回折格子１６４の封止ブロック１６０からの離脱がとめ具１６８によって阻止されている。それらガラス板１６２と回折格子１６４とはスペーサ１７０によって厚さ方向に互いに離隔されているが、それらガラス板１６２と回折格子１６４との間の隙間内にごみやほこり等の異物が侵入しないように、それらガラス板１６２と回折格子１６４とは封止ブロック１６０によって封止されている。
【００７０】
本実施形態においては、回折格子１６４が、図５に斜視図で示すように、凸部と凹部とが交互に直線的に並んだ１枚の１次元回折格子として構成されている。図５に示す例においては、回折格子１６４が、回折面１７４（図４参照）に入射した光を水平方向に回折する（図８および図９参照）。
【００７１】
図６には、図１に示すＲＳＤにおける光路が簡略化されて示されている。具体的に説明するに、水平走査系１００と垂直走査系１２０との間に第１リレー光学系１１０が存在し、この第１リレー光学系１１０においては、前段レンズ群１１２と後段レンズ群１１４とが同一光軸上において並んでいる。それら前段レンズ群１１２と後段レンズ群１１４との間に中間像面ＩＰ１が存在する。垂直走査系１２０と眼１０との間に第２リレー光学系１４０が存在し、この第２リレー光学系１４０においては、前段レンズ群１４２と後段レンズ群１４４とが同一光軸上において並んでいる。それら前段レンズ群１４２と後段レンズ群１４４との間に中間像面ＩＰ２が存在する。
【００７２】
図６に示すように、本実施形態においては、中間像面ＩＰ１と同一の位置に回折素子１１６が設置されている。したがって、本実施形態を実施すると、図７に示すように、回折素子１１６への入射ビームが、少なくとも０次光と＋１次光と−１次光とを含む複数の回折光に分離される。
【００７３】
本実施形態においては、回折素子１１６が、一次元的に回折を行うように構成され、かつ、その回折方向が水平方向に選定されている。したがって、回折素子１１６にレーザビームが入射すると、その入射ビームは、水平方向に複数の回折光に分離される。図７において「Ｘ方向」は水平方向に一致し、「Ｙ方向」は垂直方向に一致する。また、図７において「θ」は、回折角を表している。
【００７４】
図８には、このＲＳＤの射出瞳が観察者の瞳孔１２と共に正面図で示されている。
【００７５】
図８には、瞳孔１２が３個、直線的に並んで示されているが、これは、眼１０の眼球の回転運動に伴って瞳孔１２が往復運動する様子を説明するためであり、図８には、中立位置にある瞳孔１２が実線で示される一方、両端移動位置にある瞳孔１２がそれぞれ破線で示されている。瞳孔１２の直径の平均値は約３ｍｍであり、また、瞳孔１２の移動距離は約２．８ｍｍである。
【００７６】
ところで、回折素子１１６への入射ビームは、赤色の成分光束と緑色の成分光束と青色の成分光束とが合成された合成光である。すなわち、その入射ビームは複数の波長を有しているのである。また、回折素子１１６においては、回折角θに関する色収差が、回折素子１１６の０次回折光には発生しないのに対し、高次回折光には発生する。したがって、０次回折光は、分波機能を有せず、３色の成分光束から１個の射出瞳のみを発生させるのに対し、高次回折光は、分波機能を有し、３色の成分光束から３個の射出瞳をそれぞれ発生させる。ただし、０次回折光による射出瞳は、赤色、緑色および青色の射出瞳がちょうど重なり合っているために１個の射出瞳として視認される。
【００７７】
すなわち、回折素子１１６は、その回折素子１１６に入射した合成光束を複数の成分光束すなわち赤色、緑色および青色の成分光束に分離し、その分離された各成分光束ごとに、互いに異なる複数の回折方向に進行する複数の次数の回折光であって０次回折光と少なくとも一つの高次回折光（＋１次回折光および−１次回折光を含む。）とを有するものを出射するように機能するのである。
【００７８】
以上説明した知見を前提にして、図８には、０次光による１個の射出瞳と、＋１次光による３個の射出瞳と、−１次光による３個の射出瞳とが、いずれもハッチングされた複数個の実線の円として、直線的に並んで示されている。これは、レーザビームの走査領域の中心線に沿って進行する１本の光線が回折素子１１６により、単一の０次光と、互いに回折角θが異なる３つの＋１次光と、互いに回折角θが異なる３つの−１次光とに分離され、さらに、０次光から１個の射出瞳が形成され、＋１次光と−１次光とからはそれぞれ、３個の射出瞳が形成されることを示すためである。各射出瞳の直径は例えば約１．５ｍｍである。
【００７９】
上述の説明から明らかなように、各高次光による３個の射出瞳は、赤色の射出瞳と緑色の射出瞳と青色の射出瞳とから構成されている。それら３個の射出瞳のうち青色の射出瞳が、０次光による射出瞳に最も近く、赤色の射出瞳が、０次光による射出瞳から最も離れている。本実施形態においては、０次光による射出瞳と、＋１次光のうちの青色成分による射出瞳と、−１次光のうちの青色成分による射出瞳とが、各射出瞳の直径とほぼ等しいピッチで一列に並んでいる。すなわち、それら３個の射出瞳が隙間も重なり合いもない状態で一列に並んでいるのである。その結果、それら３個の射出瞳の全体長さは約４．５ｍｍであり、全部の射出瞳の全体長さは約５．６ｍｍである。
【００８０】
したがって、本実施形態によれば、回折素子１１６を使用しない場合より、射出瞳が拡大される。具体的には、射出瞳の、瞳孔１２の移動方向における長さが、約１．５ｍｍから約５．６ｍｍというように、もとの射出瞳の約３．７倍に拡大される。その結果、観察者の瞳孔１２の中立位置からの移動方向とレーザビームの走査方向とが互いに逆向きであるために瞳孔１２が射出瞳の中心から外れる傾向が強い場合であっても、射出瞳が瞳孔１２から完全に外れてしまう可能性が軽減され、よって、安定した画像表示が実現される。
【００８１】
一般に、回折格子によれば、その回折格子に入射した合成光束が複数の成分光束に分離され、これに伴い、各成分光束の出力（「Ｗ］）すなわちエネルギーも、回折格子により、０次回折光の出力と高次回折光の出力とに分離される。ただし、回折格子に特別な措置を講じない限り、各成分光束の出力が０次回折光の出力と高次回折光の出力とに分離される分離比（出力比）は、それら複数の成分光束の間において十分に一致しない。
【００８２】
同様に、このＲＳＤにおける回折素子１１６によれば、その回折素子１１６に入射した合成光束が３色の成分光束に分離される。しかし、仮にこの回折素子１１６を通常の回折格子をそのまま利用して構成したとすると、各成分光束の出力が回折素子１１６によって０次回折光の出力と＋１次回折光の出力と−１次回折光の出力とに分離される分離比が、それら３色の成分光束の間において十分に一致しない可能性がある。
【００８３】
分離比が３色の成分光束の間において十分に一致しないということは、各回折光による射出瞳の像を構成する３色の成分光束の各々の輝度すなわち強度の、それら３色の成分光束間における比率すなわち強度バランスが、複数の射出瞳の間において十分に一致しないことにつながる。一方、観察者の瞳孔１２は、表示画像の観察中、移動する可能性があり、瞳孔１２が移動すると、観察者に表示画像を視認するために使用される射出瞳の位置が変化する。
【００８４】
そのため、仮に通常の回折格子をそのまま利用してこの回折素子１１６を構成したとすると、観察者によって視認される画像の色であって本来であれば時間的に変化しないはずのものが、瞳孔１２の移動に起因した射出瞳の位置変化に伴って変化してしまうという不都合が生じる。
【００８５】
このような不都合を解消すべく、本実施形態における回折素子１１６は、特別な構造を採用している。その構造は、各成分光束が回折素子１１６によって０次回折光と高次回折光とに分離される分離比を３色の成分光束の間において均等化する構造である。以下、この均等化構造を具体的に説明する。
【００８６】
本実施形態においては、３色の成分光束の中から、１色の基準成分光束と、その基準成分光束と比較されるべき２色の対象成分光束とが予め選択されている。その基準成分光束は、それら３色の成分光束のうち波長的に中間に位置する緑色の成分光束（Ｇ光束）であり、一方、２色の対象成分光束は、赤色の成分光束（Ｒ光束）と、青色の成分光束（Ｂ光束）とである。
【００８７】
この均等化構造は、後に詳述するが、基準成分光束（Ｇ光束）が回折素子１１６によって０次回折光と＋１次回折光と−１次回折光とに分離される基準成分光束分離比に対する、各対象成分光束（Ｒ光束およびＢ光束）が回折素子１１６によって０次回折光と高次回折光とに分離される対象成分光束分離比の偏差が設定値より小さいという条件が成立するように設定される。
【００８８】
ここに、「基準成分光束分離比」と「対象成分光束分離比」と「偏差」とはそれぞれ次のように定義される。
【００８９】
（１）基準成分光束分離比
【００９０】
基準成分光束分離比は、基準成分光束につき、回折素子１１６への入射光の出力に対する高次回折光の出力の比を入出力比Ａで表し、回折素子１１６への入射光の出力に対する０次回折光の出力の比を入出力比Ｂで表す場合に、入出力比Ｂに対する入出力比Ａの比Ａ／Ｂとして定義される。
【００９１】
（２）対象成分光束分離比
【００９２】
対象成分光束分離比は、各対象成分光束につき、回折素子１１６への入射光の出力に対する高次回折光の出力の比を入出力比Ｃで表し、回折素子１１６への入射光の出力に対する０次回折光の出力の比を入出力比Ｄで表す場合に、入出力比Ｄに対する入出力比Ｃの比Ｃ／Ｄとして定義される。
【００９３】
（３）偏差
偏差は、各対象成分光束につき、対象成分光束分離比Ｃ／Ｄと基準成分光束分離比Ｂ／Ａとの差をその基準成分光束分離比Ｂ／Ａで割り算した値として定義される。
【００９４】
上述の入出力比Ａ，Ｂ，ＣおよびＤの各具体例は、各色の成分光束ごとに次のように定義される。
【００９５】
（１）Ｒ光束の入出力比
【００９６】
Ｒ０：Ｒ光束の回折素子１１６への入射光の出力に対する、Ｒ光束の０次回折光の出力の比
【００９７】
Ｒ１：Ｒ光束の回折素子１１６への入射光の出力に対する、Ｒ光束の＋１次回折光の出力の比
【００９８】
Ｒ−１：Ｒ光束の回折素子１１６への入射光の出力に対する、Ｒ光束の−１次回折光の出力の比
【００９９】
（２）Ｇ光束の入出力比
【０１００】
Ｇ０：Ｇ光束の回折素子１１６への入射光の出力に対する、Ｇ光束の０次回折光の出力の比
【０１０１】
Ｇ１：Ｇ光束の回折素子１１６への入射光の出力に対する、Ｇ光束の＋１次回折光の出力の比
【０１０２】
Ｇ−１：Ｇ光束の回折素子１１６への入射光の出力に対する、Ｇ光束の−１次回折光の出力の比
【０１０３】
（３）Ｂ光束の入出力比
【０１０４】
Ｂ０：Ｂ光束の回折素子１１６への入射光の出力に対する、Ｂ光束の０次回折光の出力の比
【０１０５】
Ｂ１：Ｂ光束の回折素子１１６への入射光の出力に対する、Ｂ光束の＋１次回折光の出力の比
【０１０６】
Ｂ−１：Ｂ光束の回折素子１１６への入射光の出力に対する、Ｂ光束の−１次回折光の出力の比
【０１０７】
入出力比Ｇ１およびＧ−１は、いずれも、前述の入出力比Ａの具体例であり、また、入出力比Ｇ０は、前述の入出力比Ｂの具体例である。また、入出力比Ｒ１およびＲ−１と入出力比Ｂ１およびＢ−１は、いずれも、前述の入出力比Ｃの具体例であり、また、入出力比Ｒ０とＢ０とはいずれも、前述の入出力比Ｄの具体例である。
【０１０８】
前述の分離比Ａ／ＢおよびＣ／Ｄの各具体例は、上述の入出力比を用いることにより、各色の成分光束ごとに次のように定義される。
【０１０９】
（１）Ｒ光束についての分離比
【０１１０】
Ｒ１／Ｒ０：Ｒ光束が０次回折光と＋１次回折光とに分離される分離比
【０１１１】
Ｒ−１／Ｒ０：Ｒ光束が０次回折光と−１次回折光とに分離される分離比
（２）Ｇ光束についての分離比
【０１１２】
Ｇ１／Ｇ０：Ｇ光束が０次回折光と＋１次回折光とに分離される分離比
【０１１３】
Ｇ−１／Ｇ０：Ｇ光束が０次回折光と−１次回折光とに分離される分離比
（３）Ｂ光束についての分離比
【０１１４】
Ｂ１／Ｂ０：Ｂ光束が０次回折光と＋１次回折光とに分離される分離比
【０１１５】
Ｂ−１／Ｂ０：Ｂ光束が０次回折光と−１次回折光とに分離される分離比
【０１１６】
分離比Ｇ１／Ｇ０およびＧ−１／Ｇ０は、いずれも、基準成分光束であるＧ光束についての基準成分光束分離比の具体例である。また、分離比Ｒ１／Ｒ０およびＲ−１／Ｒ０は、いずれも、第１の対象成分光束であるＲ光束についての対象成分光束分離比の具体例である。また、分離比Ｂ１／Ｂ０およびＢ−１／Ｂ０は、いずれも、第２の対象成分光束であるＢ光束についての対象成分光束分離比の具体例である。
【０１１７】
前述の偏差の具体例は、各対象成分光束ごとに次のように定義される。
【０１１８】
（１）Ｒ光束についての偏差
【０１１９】
（ａ）０次回折光と＋１次回折光との間における分離比の偏差ｄｅｖ（Ｒ１）
【０１２０】
ｄｅｖ（Ｒ１）＝１−（Ｒ１＊Ｇ０）／（Ｒ０＊Ｇ１）
【０１２１】
（ｂ）０次回折光と−１次回折光との間における分離比の偏差ｄｅｖ（Ｒ−１）
【０１２２】
ｄｅｖ（Ｒ−１）＝１−（Ｒ−１＊Ｇ０）／（Ｒ０＊Ｇ−１）
（２）Ｂ光束についての偏差
【０１２３】
（ａ）０次回折光と＋１次回折光との間における分離比の偏差ｄｅｖ（Ｂ１）
【０１２４】
ｄｅｖ（Ｂ１）＝１−（Ｂ１＊Ｇ０）／（Ｂ０＊Ｇ１）
【０１２５】
（ｂ）０次回折光と−１次回折光との間における分離比の偏差ｄｅｖ（Ｂ−１）
【０１２６】
ｄｅｖ（Ｂ−１）＝１−（Ｂ−１＊Ｇ０）／（Ｂ０＊Ｇ−１）
【０１２７】
前述の均等化構造は、上述の偏差ｄｅｖ（Ｒ１）、ｄｅｖ（Ｒ−１）、ｄｅｖ（Ｂ１）およびｄｅｖ（Ｂ−１）がいずれも、絶対値が約０．２より小さいという条件が成立するように設定される。ここに、「約０．２」が、前記（２）項における「第１設定値」の一例である。
【０１２８】
ところで、入出力比Ｒ０，Ｒ１，Ｒ−１，Ｇ０，Ｇ１，Ｇ−１，Ｂ０，Ｂ１およびＢ−１のうちのいずれかでも約０．１以下になることは、特定の回折光の光量が許容値を下回ってしまうとともに、光量が複数の回折光の間において不均一になってしまうことを意味し、ひいては、光量が複数の射出瞳の間において不均一になってしまうことを意味する。
【０１２９】
このことを回避するため、この回折格子１６４が採用する均等化構造は、さらに、入出力比Ｒ０，Ｒ１，Ｒ−１，Ｇ０，Ｇ１，Ｇ−１，Ｂ０，Ｂ１およびＢ−１がいずれも、約０．１（望ましくは約０．２）より大きいという条件も一緒に成立するように設定される。ここに、「約０．１」が、前記（６）項における「第２設定値」の一例である。
【０１３０】
ここで、図９を参照することにより、この均等化構造をさらに具体的に説明する。
【０１３１】
図９には、回折素子１１６のうちの回折格子１６４が部分的に拡大されて断面図で示されている。この回折格子１６４は、バイナリー型かつ透過型である。この回折格子１６４においては、それの回折面（入射面）１７４に沿って、複数個の凸部１８０と複数個の凹部１８２とが交互に一方向（格子方向）に並んで配列されている。
【０１３２】
図９には、さらに、回折格子１６４の構造を定義するための３個の定数α，βおよびγが示されている。定数αは、互いに隣接した２個の凹部１８２の中心間距離（ピッチ）を表し、定数βは、１個の凸部１８０の幅を表し、定数γは、凸部１８０の高さすなわち凹部１８２の深さを表している。
【０１３３】
この回折格子１６４は、それの周期構造が、定数γに関する第１の条件と、定数αおよびβに関する第２の条件とが同時に成立するように設定される。
【０１３４】
定数γに関する第１の条件は、次式で表される。
【０１３５】
γ＝λ／［２（ｎ＋１）］
【０１３６】
この式において、「λ」は、回折格子１６４に入射する光の複数の波長のうちの中心波長を表す。その中心波長は、例えば、Ｒ光束の波長とＢ光束の波長との中央値に選定したり、Ｇ光束の波長と等しい値に選定することが可能である。また、その式において「ｎ」は、回折格子１６４の屈折率を表す。
【０１３７】
上述の式が成立するように回折格子１６４が構成されれば、その回折格子１６４に入射した平面波のうち、凸部１８０を進行する光束と、凹部１８２を進行する光束とが、位相に関してλ／２だけずらされる。したがって、回折格子１６４を進行する複数の０次回折光が互いに打ち消され、その結果、回折格子１６４への入射光のエネルギーが複数の回折光に、０次回折光より高次回折光に集中するように分配される。
【０１３８】
それに伴い、高次回折光のエネルギーが定数γすなわち波長λに関して極値を示し、回折光のエネルギー（出力）の量が波長に依存する波長依存性が軽減する傾向が生じる。高次回折光に対し、０次回折光は、図８からも明らかなように、波長に対する依存性をそもそも有しないため、０次回折光の波長依存性を積極的に軽減することは不要である。
【０１３９】
定数αおよびβに関する第２の条件は、次式で表される。
【０１４０】
β／α＝２／３
【０１４１】
図９を参照して説明するに、この第２の条件が成立するように回折格子１６４が構成されると、凸部１８０の幅が凹部１８２の幅の２倍と等しくなる。
【０１４２】
さらに、この第２の条件が成立するように回折格子１６４が構成されると、その回折格子１６４のうち定数αと同じ幅を有する領域が、５つの領域Ｓ１ないしＳ５に分割される。
【０１４３】
具体的には、領域Ｓ１は、互いに隣接した２個の凹部１８２のうちの一方の半分（定数αの６分の１に等しい幅を有する。）に相当し、また、領域Ｓ５は、他方の凹部１８２のうちの半分（定数αの６分の１に等しい幅を有する。）に相当する。領域Ｓ２は、１個の凸部１８０のうち、領域Ｓ１に隣接し、かつ、その領域Ｓ１と同じ幅を有する部分に相当し、また、領域Ｓ４は、１個の凸部１８０のうち、領域Ｓ５に隣接し、かつ、その領域Ｓ５と同じ幅を有する部分に相当する。領域Ｓ３は、凸部１８０の中央部であって、領域Ｓ２およびＳ４に相当する両端部に挟まれた部分に相当する。
【０１４４】
図９に示すように、領域Ｓ１およびＳ２においては、前述の第１の条件が成立することから、０次回折光は発生せず、＋１次回折光のみ、前述のように波長依存性が軽減された状態で発生する。領域Ｓ１を進行する光束と、領域Ｓ２を進行する光束とが互いに干渉するからである。同様にして、領域Ｓ４およびＳ５においては、前述の第１の条件が成立することから、０次回折光は発生せず、−１次回折光のみ、前述のように波長依存性が軽減された状態で発生する。領域Ｓ４を進行する光束と、領域Ｓ５を進行する光束とが互いに干渉するからである。
【０１４５】
回折格子１６４のうち、＋１次回折光が発生する部分は、領域Ｓ１およびＳ２の幅の和、すなわち、定数αの３分の１に等しい幅を有する。同様に、回折格子１６４のうち、−１次回折光が発生する部分は、領域Ｓ４およびＳ５の幅の和、すなわち、定数αの３分の１に等しい幅を有する。
【０１４６】
一方、領域Ｓ３からは０次回折光のみが発生し、その領域Ｓ３は、前述のように、定数αの３分の１に等しい幅を有する。
【０１４７】
したがって、この回折格子１６４によれば、０次回折光と＋１次回折光と−１次回折光とがそれぞれ、互いに等しい幅を有する３つ領域から、互いにほぼ等しいエネルギーを有するように回折格子１６４から出射することになる。すなわち、この回折格子１６４によれば、回折格子１６４に入射した合成光束が３色の成分光束にエネルギー的に（光量的にも）バランスよく分割されて、回折格子１６４から出射することになるのである。
【０１４８】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、３個のレーザ３０，３２，３４が互いに共同して前記（１）項における「光源」の一例を構成し、水平走査系１００と垂直走査系１２０とが互いに共同して同項における「走査部」の一例を構成し、後段レンズ群１４４が同項における「出射部」の一例を構成し、回折素子１１６が同項における「回折素子」の一例を構成しているのである。
【０１４９】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１実施形態と回折格子の構成が異なるのみで、他の要素については共通するため、異なる要素についてのみ詳細に説明し、共通する要素については、同一の符号または名称を使用して引用することにより、詳細な説明を省略する。
【０１５０】
図１０には、本実施形態に従うＲＳＤにおける回折素子１１６において、第１実施形態における回折格子１６４に代えて用いられる回折格子２００が、部分的に拡大されて断面図で示されている。この回折格子２００も、回折格子１６４と同様に、前述の均等化構造を採用している。
【０１５１】
この回折格子２００は、回折格子１６４と同様に、バイナリー型かつ透過型である。この回折格子２００においても、回折格子１６４と同様に、それの回折面（入射面）２０２に沿って、複数個の凸部１８０と複数個の凹部１８２とが交互に一方向（格子方向）に並んで配列されている。
【０１５２】
図１０には、さらに、回折格子２００の構造を定義するための３個の定数γ，δおよびεが示されている。定数δは、前述の定数αに代えて用いられる定数であって、定数αとは異なり、互いに隣接した凸部１８０の中心間距離（ピッチ）を表している。定数εは、前述の定数βに代えて用いられる定数であって、定数βとは異なり、１個の凹部１８２の幅を表している。この回折格子２００においても、前述の定数γが、凸部１８０の高さすなわち凹部１８２の深さを表すように、回折格子１６４と同様にして定義されている。
【０１５３】
この回折格子２００は、それの周期構造が、回折格子１６４と同様にして、定数γに関する第１の条件と、定数δおよびεに関する第２の条件とが同時に成立するように設定される。
【０１５４】
定数γに関する第１の条件は、回折格子１６４の場合と同様に、次式で表される。
【０１５５】
γ＝λ／［２（ｎ＋１）］
【０１５６】
この式において、「λ」は、回折格子２００に入射する光の複数の波長のうちの中心波長を表す。また、その式において「ｎ」は、回折格子２００の屈折率を表す。
【０１５７】
上述の式が成立するように回折格子２００が構成されれば、回折格子１６４の場合と同様にして、回折格子２００への入射光のエネルギーが複数の回折光に、０次回折光より高次回折光に集中するように分配される。それに伴い、高次回折光のエネルギーが定数γすなわち波長λに関して極値を示し、回折光のエネルギー（出力）の量が波長に依存する波長依存性が軽減する傾向が生じる。
【０１５８】
定数δおよびεに関する第２の条件は、次式で表される。
【０１５９】
ε／δ＝２／３
【０１６０】
なお付言するに、この第２の条件は、前述の定数αおよびβを用いれば、次式で表される。
【０１６１】
β／α＝１／３
【０１６２】
図１０を参照して説明するに、この第２の条件が成立するように回折格子２００が構成されると、凸部１８０の幅が凹部１８２の幅の２分の１と等しくなる。
【０１６３】
さらに、この第２の条件が成立するように回折格子２００が構成されると、その回折格子２００のうち定数δと同じ幅を有する領域が、５つの領域Ｓ１１ないしＳ１５に分割される。
【０１６４】
具体的には、領域Ｓ１１は、互いに隣接した２個の凸部１８０のうちの一方の半分（定数δの６分の１に等しい幅を有する。）に相当し、領域Ｓ１５は、他方の凸部１８０のうちの半分（定数δの６分の１に等しい幅を有する。）に相当する。領域Ｓ１２は、１個の凹部１８２のうち、領域Ｓ１１に隣接し、かつ、その領域Ｓ１１と同じ幅を有する部分に相当し、領域Ｓ１４は、１個の凹部１８２のうち、領域Ｓ１５に隣接し、かつ、その領域Ｓ１５と同じ幅を有する部分に相当する。領域Ｓ１３は、凹部１８２の中央部であって、領域Ｓ１２およびＳ１４に相当する両端部に挟まれた部分に相当する。
【０１６５】
図１０に示すように、領域Ｓ１１およびＳ１２においては、前述の第１の条件が成立することから、０次回折光は発生せず、−１次回折光のみ、前述のように波長依存性が軽減された状態で発生する。領域Ｓ１１を進行する光束と、領域Ｓ１２を進行する光束とが互いに干渉するからである。同様にして、領域Ｓ１４およびＳ１５においては、前述の第１の条件が成立することから、０次回折光は発生せず、＋１次回折光のみ、前述のように波長依存性が軽減された状態で発生する。領域Ｓ１４を進行する光束と、領域Ｓ１５を進行する光束とが互いに干渉するからである。
【０１６６】
回折格子２００のうち、−１次回折光が発生する部分は、領域Ｓ１１およびＳ１２の幅の和、すなわち、定数δの３分の１に等しい幅を有する。同様に、回折格子２００のうち、＋１次回折光が発生する部分は、領域Ｓ１４およびＳ１５の幅の和、すなわち、定数δの３分の１に等しい幅を有する。
【０１６７】
一方、領域Ｓ１３からは０次回折光のみが発生し、その領域Ｓ１３は、前述のように、定数δの３分の１に等しい幅を有する。
【０１６８】
したがって、この回折格子２００によれば、０次回折光と＋１次回折光と−１次回折光とがそれぞれ、互いに等しい幅を有する３つの領域から、互いにほぼ等しいエネルギーを有するように回折格子２００から出射することになる。すなわち、この回折格子２００によれば、回折格子２００に入射した合成光束が３色の成分光束にエネルギー的に（光量的にも）バランスよく分割されて、回折格子２００から出射することになるのである。
【０１６９】
なお付言するに、本実施形態においては、回折格子２００における０次回折光と高次回折光とのそれぞれの透過損失が０もしくは互いに等しい場合を想定して凸部１８０と凹部１８２との寸法バランスが設定されているが、０次回折光と高次回折光とのそれぞれの透過損失が互いに異なる場合には、それに応じて、凸部１８０と凹部１８２との寸法バランスを調整することが可能である。
【０１７０】
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、前記［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。
【図面の簡単な説明】
【０１７１】
【図１】本発明の第１実施形態に従う網膜走査型ディスプレイを示す系統図である。
【図２】図１における信号処理回路６０を主要な周辺要素と共に概念的に表すブロック図である。
【図３】図２におけるコンピュータ１５０によって実行される奥行き信号生成プログラムを概念的に表すフローチャートである。
【図４】図１における回折素子１１６を示す側面断面図である。
【図５】図４における回折格子１６４を示す斜視図である。
【図６】図１に示す網膜走査型ディスプレイの主要な光学的構成を説明するために、その網膜走査型ディスプレイの主要な光路を示す光路図である。
【図７】図１における回折素子１１６による回折を説明するための光路図である。
【図８】図７における回折素子１１６によって拡大された射出瞳を瞳孔１２との関係において説明するための正面図である。
【図９】図５に示す回折格子１６４を部分的に拡大して示す断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に従う網膜走査型ディスプレイにおける回折素子１１６に使用される回折格子２００を部分的に拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【０１７２】
１０  眼
１２  瞳孔
１４  網膜
３０，３２，３４  レーザ
１００  水平走査系
１１６  回折素子
１２０  垂直走査系
１６４  回折格子
１８０  凸部
１８２  凹部
２００  回折格子
【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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