(57)【要約】【課題】小型でかつ、高精細な画像表示が可能な走査型表示光学系を提供する。【解決手段】光源１０１からの光束を走査する走査デバイス１０４と、走査デバイス１０４からの光束により画像が形成されるとともに、光束を反射する被走査面１０８と、被走査面１０８で反射された光線が辿る第１の光路と走査デバイスから被走査面１０８に至る光線が辿る第２の光路とに共通する光学面１０６ａとを有し、該光学面１０６ａが光源１０１から射出された光線が観察者の瞳まで導かれる光路を第１及び第２の光路とに分離する。【選択図】  図１
2006178033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束を走査する走査手段と、
前記走査手段からの光束により画像が形成されるとともに、前記光束を反射する被走査面と、
前記被走査面で反射された光線が辿る第１の光路と前記走査手段から前記被走査面に至る光線が辿る第２の光路とに共通する光学面とを有し、
前記光学面は、前記第１及び第２の光路を分離することを特徴とする走査型表示光学系。
【請求項２】
前記光学面は、前記第１及び第２の光路を辿る前記光線を透過又は反射させることを特徴とする請求項１に記載の走査型表示光学系。
【請求項３】
前記光学面は、前記光線の偏光方向に応じて前記光線を透過又は反射させることを特徴とする請求項２に記載の走査型表示光学系。
【請求項４】
前記第１及び第２の光路上には前記光線の偏光方向を変化させる位相板が配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の走査型表示光学系。
【請求項５】
前記光学面は非回転対称の自由曲面上に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の走査型表示光学系。
【請求項６】
前記第１の光路上であって、前記光学面と観察者までの間に配置される光学部材の少なくとも１つの面が非回転対称面であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の走査型表示光学系。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つに記載の走査型表示光学系と、
前記光源を画像信号に基づいて変調する変調回路とを有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１つに記載の走査型表示光学系と、
撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する光電変換素子とを有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光束を走査することにより画像を形成する走査型表示光学系に関し、特にデジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置に搭載される電子ビューファインダやヘッドマウントディスプレイ等の画像表示装置に好適な光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルカメラ、ビデオカメラ等に搭載される電子ビューファインダやヘッドマウントディスプレイにおいて、２次元表示素子に画像を表示させ、その表示された画像を接眼光学系により拡大表示する画像表示装置が提案されている。
【０００３】
そして、これら画像表示装置は、より高精細な画像が表示できるように２次元表示素子の素子上により多くの画素が形成されている。
【０００４】
２次元表示素子としては、透過型液晶素子、反射型液晶素子、有機ＥＬ素子などを用いた多くの技術が提案されており、そのような中に、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）と称される反射型液晶表示素子を用いた画像表示装置がある。このＬＣＯＳは、各画素のＯＮとＯＦＦの状態で、入射光の偏光状態を変化させるものであり、偏光ビームスプリッタと組み合わせることで各画素の光を変調して観察者に対して画像を表示している。
【０００５】
例えば、特許文献１ではＬＣＯＳを用いた電子ビューファインダが開示されている。図２４はこの電子ビューファインダ装置の基本構成図であり、以下に図２４を参照してＬＣＯＳにおける表示方法を説明する。
【０００６】
光源８からの光を偏光板１０により偏光光として偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ： ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）３に入射させる。この入射光は偏光ビームスプリッタ３で反射され、反射された光は画像表示素子１を照明する。そして、画像表示素子１の各画素において偏光状態が変化させられた光のみが、偏光ビームスプリッタ３を透過して観察者の瞳方向（ＥＰ方向）に向かう。画像表示素子１の各画素は、照明光の偏光状態を変化させ、偏光ビームスプリッタ３を透過する光量を変化させるように構成することで画像の変調を行っている。これにより観察者は画像を観察することができる。
【０００７】
このようなＬＣＯＳ等の２次元表示素子において、高精細化を行うためには２次元表示素子上の画素数を多くしなければならない。その結果、表示素子に対して各画素を相対的に小さくする必要があり、製造が難しくなるとともに、画素数の増加により画素欠陥が増加するなどの問題点を生じる。
【０００８】
一方、２次元表示素子を用いることなく高精細な画像を表示する技術としては、例えば、特許文献２で提案されている走査型の画像表示装置がある。この技術は、光源から射出された光束を２次元偏向手段（２次元走査手段）により偏向（走査）し、偏向と光源との変調を同期させることで画像を表示するものである。
【０００９】
このような走査型の画像表示装置では、２次元偏向（走査）手段の走査面の面積および走査角と光源の変調とにより解像度が決定されることから、高精細化しても２次元表示素子のような画素欠陥が増加するといった問題が生じることはない。
【００１０】
特に、半導体プロセスを応用して製作された微小機械電気素子（ＭＥＭＳデバイス）を走査手段として用いると、小型でありながら高速に走査できるといったメリットがある。
【００１１】
さらに特許文献３では、走査型画像表示装置において光源からの光束が集光する被走査面上に入射ＮＡ、射出ＮＡを変換するＮＡ変換手段を配置することで観察者に対する観察瞳を拡大する技術が提案されている。このような構成によれば解像度の劣化の少なく、瞳径を拡大すること可能である。
【００１２】
一方、走査型の画像表示装置の具体的な光学系として、特許文献４や特許文献５の技術が提案されている。これらは１より大きな屈折率を有する媒質で構成されたプリズム部材の１つの反射面が偏心している光学面を有する走査光学系に関する技術である。
【００１３】
また、特許文献６では、光源からの光束を２次元方向に走査するジンバル構造の走査ユニットに適合する光学系の技術が提案されている。この光学系は、非回転対称面を有するプリズム体の走査光学系であり、走査歪を補正して良好な画像を得ることができ、さらには、被走査面近傍に正のパワーを有する接眼光学系を配置することで、小型で明るい映像表示装置を提供している。
【特許文献１】特開２００３−１６１９１５（段落００１２〜００１９、図１等）
【特許文献２】ＵＳＰ５，４６７，１０４
【特許文献３】ＵＳＰ５，７０１，１３２
【特許文献４】特開２００１−００４９５５（段落０２３６〜０２４１、図２０等）
【特許文献５】特開２００１−１９４６１７（段落００６７〜００８８、図２等）
【特許文献６】特開２００４−０４５４９６（段落０００８〜００２３、図１、図２等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、従来の画像表示装置における表示光学系は、基本的に透過した中間結像面を観察する構成であるため、中間像の前後に別の光学系を配置している。したがって、光学系全体の光路が長くなり、画像表示装置が大型化してしまう課題を有する。
【００１５】
また、特許文献４や特許文献５では、中間結像面がプリズム内部に存在するため、特許文献３のように入射ＮＡと射出ＮＡを変換するＮＡ変換手段を中間結像面に配置して観察者に対する観察瞳を拡大することは難しい。
【００１６】
そして、特許文献６では、被走査面近傍に正のパワー有する接眼光学系を配置しているものの、虚像として被走査面を拡大して観察するものでないために、このままの構成で小型の電子ビューファインダなどの構成に適用することができない。
【００１７】
本発明の例示的な目的の１つは、小型でかつ、高精細な画像表示が可能な走査型表示光学系を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の１つの観点としての走査型表示光学系は、光源からの光束を走査する走査手段と、走査手段からの光束により画像が形成されるとともに、光束を反射する被走査面と、被走査面で反射された光線が辿る第１の光路と走査手段から被走査面に至る光線が辿る第２の光路とに共通する光学面とを有し、光学面は、第１及び第２の光路を分離することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、被走査面から反射する光線の辿る第１の光路と走査手段から被走査面に至る光線が辿る第２の光路とに共通する光学面が第１及び第２の光路を分離するため、光路を効率よく配置することができる。
【００２０】
このため、光学系全体の光路長を好適に確保しつつ、小型でかつ高精細な画像表示が可能な走査型表示光学系を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の実施例１に係る画像表示装置における走査型表示光学系の構成を示した図である。
【００２３】
図１中、光源１０１は、レーザーダイオード（ＬＤ）、ＬＥＤ素子、有機ＥＬ素子等により構成され、画像信号が入力された後述する光源駆動回路（変調回路）１２１によって発光強度が変調される。入力される画像信号としては、撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する撮像素子（光電変換素子）の出力から生成された撮像信号やパーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、ビデオデッキ等の画像情報供給装置から入力された映像信号等がある。これは、他の実施例でも同様である。
【００２４】
また、本実施例の光源１０１は非偏光光源であり、この光源１０１から射出した光束は、色合成光学系１０２を介して光源光学系１０３に入射する。この光源光学系１０３により光束は略平行ビーム化されて走査デバイス１０４に入射する。走査デバイス１０４は、後述するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて製作された走査素子であり、偏向点１０４ａにおいて入射光束を走査する。
【００２５】
ここで、走査デバイス１０４の構成及び動作を図３を用いて説明する。この走査デバイス１０４は、半導体プロセス技術により製作されたＭＥＭＳ走査デバイスである。具体的には反射面１２６をトーションバー１２７、１２８で支持し、不図示のアクチュエータによりトーションバー１２７を駆動し、該トーションバー１２７を矢印１１４方向に共振往復運動させる。また、トーションバー１２８も同様に駆動され、矢印１１５方向に共振往復運動を行う。このとき反射面１２６が傾くことで走査デバイス１０４に入射した光束を偏向することができる。
【００２６】
走査デバイス１０４で走査された光束は走査光学系１０５に入射し、さらに偏光板１１４に入射する。光源１０１から射出した光束の偏光方向はそろっていないので、偏光板１１４を透過した光束は、直線偏光した光束１１１ｄとして偏光ビームスプリッタ（光路分離手段）１０６に入射する。
【００２７】
偏光ビームスプリッタ１０６には光学面１０６ａが設けられ、偏光板１１４において選択された光束がこの光学面１０６ａで反射され、反射型の被走査面１０８に導かれる。そして、被走査面１０８上に走査デバイス１０４により走査された光束が集光（結像）され、光源像１１２（１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ）が形成される。
【００２８】
このとき、偏光ビームスプリッタ１０６と被走査面１０８の間には、λ／４位相板１０７が配置されており、偏光ビームスプリッタ１０６の光学面１０６ａによって反射された直線偏光の光束１１１ｄは、λ／４位相板１０７を透過して円偏光光１１１ｅとして被走査面１０８に集光する。
【００２９】
本実施例の画像表示装置における画像の描画方法は、図４に示すように、光源光学系１０３と走査光学系１０５との間に配置された走査デバイス１０４に入射した光束が矢印１１４、１１５の２方向にラスタ走査され、被走査面１０８に光源像を走査する。また、光源１０１には光源駆動回路１２１、走査デバイス１０４には走査駆動回路１２２が電気的に接続され、光源駆動回路１２１と走査駆動回路１２２を制御回路１２０により制御する。具体的には、走査デバイス１０４の走査制御と同期させるように光源１０１を変調することで、被走査面１０８上の有効エリア１０８ｅ内に画像を表示している。
【００３０】
さらに、被走査面１０８上の有効エリア１０８ｅ外に設けられた同期検出回路１１８により、被走査面１０８上の被走査光の情報を検出してフィードバック制御を行っている。
【００３１】
そして、被走査面１０８に集光された円偏光の光束１１１ｅは該被走査面１０８が反射型の被走査面であるので反射され、再度、λ／４位相板１０７を透過する。このとき円偏光化されていた光束は、入射光と直交する偏光方向を有する直線偏光の光束１１１ｆとして偏光ビームスプリッタ１０６に入射する（図２参照）。
【００３２】
偏光ビームスプリッタ１０６の光学面１０６ａは、直線偏光の光束１１１ｆに対し透過面として作用し、透過した光束１１１ｆは接眼光学系１０９に向かう。接眼光学系１０９は、観察者がアイポイント１１０において、被走査面１０８に形成された画像を虚像として観察できるように、観察者の瞳と射出瞳とを略一致させるように構成されている。
【００３３】
次に、図２を参照して本実施例の光路分離手段である偏光ビームスプリッタ１０６について詳細に説明する。図２において光源１０１から射出して走査デバイス１０４に入射した光束は、走査デバイス１０４によって走査され、偏光板１１４を介して偏光ビームスプリッタ１０６に入射光１１１ｄとして入射する。このときの入射光１１１ｄはＳ偏光成分となっている。
【００３４】
一方、偏光ビームスプリッタ１０６の光学面１０６ａは、誘電体物質が蒸着された偏光ビームスプリッタ面であり、Ｓ偏光成分のみ反射し、Ｐ偏光成分を透過させる。このため、入射光１１１ｄはこの光学面１０６ａで反射され、λ／４位相板１０７に導かれる。
【００３５】
λ／４位相板１０７を透過した光は円偏光の光束１１１ｅとなり、被走査面１０８で反射される。反射された光は光束１１１ｅとは逆向き（直交方向）に円偏光した光束１１１ｈとなる。光束１１１ｈは再びλ／４位相板１０７を透過して直線偏光の光束１１１ｆに偏光される。この光束１１１ｆはＰ偏光成分となっているので、光学面１０６を透過し、偏光ビームスプリッタ１０６から射出する。
【００３６】
このように本実施例では、被走査面１０８で反射された光が辿る第１の光路と走査デバイス１０４から被走査面１０８に至る光が辿る第２の光路とに共通する光学面１０６ａが設けられているので、光源からの光束及び被走査面１０８で反射された光束はこの光学面１０６で透過又は反射されることによって、第１及び第２の光路とが分離されることになる。
【００３７】
したがって、光路分離手段としての偏光ビームスプリッタ１０６の光学面１０６ａにより被走査面１０８に向かう光路と被走査面から反射された観察者の瞳方向に向かう光路とを効率よく折り畳むように配置することが可能となる。つまり、第１及び第２の光路を重複した空間に配置することが可能となる。
【００３８】
この結果、光学系全体の光路長を好適に確保しつつ、コンパクトに構成でき、画像表示装置全体を小型化することができる。
【００３９】
また、第１の光路と第２の光路が共通する光路上に偏光状態を直交あるいは略直交に変化させる位相板が配置され、光学面１０６ａに入射する光の偏光方向に応じて反射、透過させて第１及び第２の光路を分離しているので、光量ロスの低減させることができる。
【００４０】
なお、図５に示すように被走査面１０８上に、マイクロレンズアレイなどの拡散作用を有する光学素子１３２を設けることで、入射光１３０を拡散させ、入射光１３０のＮＡ（開口数）と射出光１３１のＮＡを変化させることで、観察者に対する瞳径を拡大することも可能である。また、マイクロレンズアレイや回折光学素子など周期性を有する構造を被走査面上２０８に設けことで拡散作用制御を容易に行うことができる。
【００４１】
また、走査デバイス１０４としてＭＥＭＳ技術を利用した２次元走査デバイスを一例に説明したが、例えば、１次元走査デバイスを２つ組み合わせてもよい。
【００４２】
また、本実施例においては、１つの光源しか示していないが、光源としては単色の光源だけでなく、赤、緑、青の光を独立に発する光源（ＬＥＤ等）からの光を色合成光学系（ダイクロイックプリズム等）１０２を介して、赤、青、緑など異なる波長を発する複数の光源からの光束を１つに合成して走査デバイス１０４に入射させ、かつ各色の光源を画像信号に応じて変調することで、カラー画像を観察者に提供することも可能である。さらに、光源として、非偏光光源の例を示したが、半導体レーザなどを用いた場合、光路分離手段に対しての光の偏光方向を適切な向きにしたり、偏光を回転させるような手段を配置してもよい。
【００４３】
また、本実施例は画像信号に対する変調方法として光源の強度変調と記したが、光源のパルス幅変調(Pulse Width Modulation：ＰＷＭ)や外部変調器を用いた方法でももちろん構わない。
【実施例２】
【００４４】
図６は、本発明の実施例２に係る画像表示装置における走査型表示光学系の概要構成図である。本実施例の走査型表示光学系の光源２０１から射出した光束は、色合成光学系２０２及び光源光学系２０３を経て、偏光ミラー２１５に入射し、該偏光ミラー２１５で反射された光束が走査デバイス２０４に入射する。なお、走査デバイス２０４は、実施例１中の図３と同様にＭＥＭＳ技術を用いて製作された走査素子であり、偏向点２０４ａにおいて入射する光束を走査する。
【００４５】
また、本実施例の光源２０１は、上記実施例１と同様に表面発光型の発光ダイオードなどの非偏光光源であり、この光源２０１から射出された光束の偏光方向はそろっていないため、偏光ミラー２１５は特定の偏光方向のみを反射する反射型の偏光板を適用している。このため、後述する走査光学系２０５には特定の偏光方向の光束のみが入射するようになっている。
【００４６】
そして、走査デバイス２０４で走査された光束は非回転対称な自由曲面である自由曲面ミラー２０５ａ、２０５ｂで構成される走査光学系２０５に入射する。
【００４７】
この自由曲面ミラー２０５ｂは光路分離手段としての役割を担っており、自由曲面ミラー２０５ｂの光学面（反射面及び透過面）２０６が上記実施例１における光学面１０６ａに相当する。
【００４８】
したがって、偏光ミラー２１５によって選択された特定の偏光方向を有する光束は、自由曲面ミラー２０５ａで反射されて自由曲面ミラー２０５ｂに向かい、該自由曲面ミラー２０５ｂで被走査面２０８に反射される。このようにして光源２０１からの光束は被走査面２０８上に集光され、光源像２１２が形成される。走査デバイス２０４が偏向点２０４ａを中心に走査したときの光源像は例えば、光源像２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃとなる。
【００４９】
また、光路分離手段としての自由曲面ミラー２０５ｂの光学面２０６と被走査面２０８の間には、λ／４位相板２０７が配置されており、自由曲面ミラー２０５ｂの光学面２０６で反射された直線偏光した光束２１１ｅは、λ／４位相板２０７を透過して円偏光となり被走査面２０８に集光される。この被走査面２０８は上記実施例１と同様に反射型の被走査面なので、被走査面２０８で反射した光束はλ／４位相板２０７を再度透過して円偏光化され、被走査面２０８への入射光と直交する偏光方向を有する直線偏光２１１ｆとなる。
【００５０】
λ／４位相板２０７を透過した直線偏光２１１ｆは、自由曲面ミラー２０５ｂの光学面２０６に入射する。この光学面２０６は偏光ビームスプリッタ面としての機能を有しており、直線偏光２１１ｆに対しては透過面として作用する。したがって、光学面２０６を透過した光束は自由曲面ミラー２０５ｂの裏面２０５ｃを透過する。そして、観察者がアイポイント２１０において、被走査面２０８に形成された画像を虚像として接眼光学系２０９を介して観察できるように構成されている。
【００５１】
次に、本実施例の画像表示装置における画像形成について説明する。図７は、本実施例の走査型表示光学系の主要部概要を示した図である。光源２０１からの光束は図６で示したように被走査面２０８に到達する。走査デバイス２０４が矢印２０４ｘの方向に共振運動を行って光源２０１からの光束を走査したとき、被走査面２０８上に走査される光源像２１２は光源像２１２ａ，２１２ｅ，２１２ｄのように形成される。本実施例における走査デバイス２０４は図７中のｘ方向の走査に対して共振揺動動作し、ｙ方向に対して鋸波的に走査する（つまり、光源像２１２は被走査面２０８上にラスタ走査されて形成される）。
【００５２】
また、光源２０１には光源駆動回路２２１、走査デバイス２０４には走査駆動回路２２２が電気的に接続され、光源駆動回路２２１と走査駆動回路２２２とを制御回路２２０により制御する。具体的には、走査デバイス２０４の走査制御と同期させるように光源２０１を変調させることで、被走査面２０８上の有効エリア２０８ｅ内に所望の画像（映像）を表示している。
【００５３】
さらに、被走査面２０８上の有効エリア２０８ｅ外の領域には同期検出手段２１８が設けられ、被走査面２０８上の被走査光の情報を検出してフィードバック制御を行っている。この同期検出手段２１８は、反射型の被走査面２０８の裏側に配置することが望ましい。このように配置することで同期検出用の光学系を別途必要とせず、有効エリア２０８ｅへの光束とのオーバラップを低減させることが可能となる。
【００５４】
このように本実施例では、走査光学系を自由曲面ミラー２０５ａ、２０５ｂで構成し、自由曲面ミラー２０５ｂの光学面２０６が偏光ビームスプリッタ面として構成されている。
【００５５】
つまり、観察者が反射型の被走査面２０８を観察する第１の光路と走査デバイス２０４が被走査面２０８を走査する第２の光路との間に共通する自由曲面ミラー２０５ｂに偏光ビームスプリッタ面としての機能を有する光学面２０６を設けて光路分離手段を構成するとともに、第１及び第２の光路を分離し、かつ第１と第２の光路をオーバラップさせている。
【００５６】
このため、被走査面２０８に対して光路を折り返すことができる。つまり光路長を好適に保ちつつ、走査型表示光学系全体の構成をコンパクトにすることが可能となる。
【００５７】
なお、本実施例では、光路分離手段として偏光ビームスプリッタ機能を有する光学面２０６が設けられた自由曲面ミラー２０５ｂを一例に説明したが、ハーフミラーとしてもよい。ハーフミラーとした場合は、光量のロスが多少多くなるが、本実施例と同様に走査型表示光学系の小型化を実現できる。
【００５８】
また、本実施例のように光路分離手段として偏光ビームスプリッタ機能を有する光学面２０６を採用した場合、観察者の側から入射する外光などが反射型の被走査面２０８から直接観察者の方に戻ることがないので、観察者は良好な画像を観察できる。
【００５９】
なお、本実施例の自由曲面ミラー２０５ｂの裏面２０５ｃは、光学面２０６を透過するときに発生する収差を補正可能なように自由曲面形状とすることが望ましく、また、接眼光学系２０９を含め、第１の光路上であって、光学面２０６をから観察者の瞳までの光路上に配置される他の光学面又は光学部材に収差を補正する機能を設けるように構成してもよい。これは他の実施例も同様である。
【００６０】
さらに光源２０１として表面発光型の発光ダイオードの例を示したが、上記実施例１と同様に半導体レーザや、偏光光を発生するような発光ダイオードなどを用いてもよい。特に、図６、図７の光源２０１は発光点が１つのものであるが、赤、緑、青の三色の光源からの光束を色合成光学系２０２を介して合成することで、フルカラーの画像を表示することが可能となる。以下に光源２０１の他の実施態様として説明する。
【００６１】
図８から図１１は光源２０１の周辺の別様態を示した図である。図８において光源２０１ｒ，２０１ｇ，２０１ｂは、赤色、緑色、青色の発光ダイオードであり、色合成光学系２０２はダイクロイックプリズムである。
【００６２】
各発光ダイオードの発光点からの光束は、色合成光学系２０２で合成され、光源光学系２０３より略平行ビーム化された光束として射出する。被走査面２０８上には、この色合成された光束が走査されることとなり、フルカラーの画像を表示することが可能となる。
【００６３】
図９は色合成光学系２０２にダイクロイックプリズムではなく、回折光学素子２０２ａを適用した態様である。この場合、各光源からの光束が光源光学系２０３で１つのビームとなるように回折光学素子２０２ａのピッチや形状が決定されている。
【００６４】
図１０は、赤、緑、青の光源２０１ｒ，２０１ｇ，２０１ｂがそれぞれ離間して配置された光源である。この場合の光源光学系２０３から射出する光の方向は、各色において異なっている。したがって、被走査面２０８上では各色の光源像が異なった位置に形成されることになり、この光源像の間隔を考慮して各色の発光を制御することで良好な画像を表示することが可能となる。
【００６５】
また、図７では光源２０１からの光束が被走査面２０８上で１つの光源像を形成するように、走査デバイス２０４によって走査して画像を表示しているが、図１１（ａ）では、光源像２０１を光源２０１ａ，２０１ｂの２つとした場合を示している。このように２つの光源を用いることで各光源をからの光束を個別に走査したり（図１１（ｂ）参照）、独立して光源制御を行うことが可能となる。
【００６６】
なお、図８から図１０では、複数の発光ダイオードの色が異なる場合を示したが、図１１では同じ色の光源を複数配置する、いわゆるマルチビーム光学系を構成している。
【実施例３】
【００６７】
図１２は、本発明の実施例３に係る画像表示装置の走査型表示光学系の概要構成図である。本実施例の走査型表示光学系の光源３０１から射出した光束は、光源光学系３０３を介して偏光ミラー３１５に到達し、この偏光ミラー３１５で反射された光束が走査デバイス３０４に入射する。なお、走査デバイス３０４は、上記実施例１と同様にＭＥＭＳ技術を用いて製作された走査素子であり、偏向点３０４ａにおいて入射光束を走査する。
【００６８】
光源３０１は、表面発光型の発光ダイオードの非偏光光源で、発光素子を１次元配列化した光源である。この光源２０１から射出された光束の偏光方向はそろっていないので、偏光ミラー３１５は特定の偏光方向のみを反射する反射型の偏光板として構成され、特定の偏光方向の光のみが自由曲面ミラー３０５ａ，３０５ｂに入射するように構成されている。
【００６９】
そして、走査デバイス３０４で走査された光束は非回転対称な自由曲面である自由曲面ミラー３０５ａ、３０５ｂで構成される走査光学系２０５に入射する。
【００７０】
この自由曲面ミラー３０５ｂは光路分離手段としての役割を担っており、自由曲面ミラー３０５ｂの光学面（反射面及び透過面）２０６が上記実施例１における光学面１０６ａに相当する。
【００７１】
したがって、光源３０１からの光束は、偏光ミラー３１５で特定の偏光方向を有する光束のみが選択され、走査デバイス３０４に入射する。走査デバイス３０４に入射した光束は、自由曲面ミラー３０５ａで反射され、さらに、自由曲面ミラー３０５ｂの光学面３０６で反射されて被走査面３０８に導かれ、被走査面３０８上に集光されることで、該被走査面３０８上に光源像３１２が形成される。
【００７２】
また、光路分離手段としての自由曲面ミラー３０５ｂの光学面３０６と被走査面３０８との間には（図１２では被走査面３０８の前面）、λ／４位相板３０７が配置されており、光学面３０６で反射された直線偏光の光束３１１ｅは、λ／４位相板３０７を透過後、円偏光となって被走査面３０８に到達する。この被走査面３０８は、上記実施例１と同様に反射型の被走査面を適用しているので、被走査面３０８上に集光された光束は反射され、λ／４位相板３０７を再度透過する。このとき円偏光化されていた光束はこのλ／４位相板３０７を通過することで、被走査面３０８に入射した光束３１１ｅと直交する偏光方向を有する直線偏光３１１ｆとなる。
【００７３】
λ／４位相板３０７を透過した直線偏光３１１ｆは、自由曲面ミラー３０５ｂの光学面３０６に入射する。この光学面３０６は偏光ビームスプリッタ面としての機能を有しており、直線偏光３１１ｆに対して透過面として作用する。したがって、被走査面３０８で反射され、光学面３０６に入射した光束は、自由曲面ミラー３０５ｂの裏面３０５ｃを透過する。そして、観察者がアイポイント３１０において、被走査面２０８に形成された画像を虚像として接眼光学系２０９を介して観察できるように構成されている。
【００７４】
ここで、本実施例の光源３０１及び光源光学系３０３について説明する。本実施例の光源３０１は、発光点が１次元方向に配列されているアレイ光源であり、走査デバイス３０４は、１次元走査デバイスとなっている。図１３は本実施例の光源光学系３の構成図である。
【００７５】
光源３０１は、図１３中のｘ方向に独立して駆動される発光点を有する１次元アレイ光源であり、この各光源を発光した光束３２６は、光学面３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄ、３０３ｅ、３０３ｆ、３０３ｇを有する光源光学系３０３を透過して、特定の偏光成分のみを反射する偏光ミラー３１５で反射され、走査デバイス３０４に導かれる。そして、走査デバイス３０４上で各発光点からの主光線３２７が一点に集まる。なお、図１３では光束を２つしか示していないが、実際には独立駆動される発光点の数と同じ数の光束が存在する。
【００７６】
図１４は、本実施例における走査デバイス３０４の概略構成図である。走査面３２５は、入射光を反射するための処理が施された反射面であり、走査面３２５はトーションバー３２６ａ、支持板３２６ｂで支持されている。そして、不図示のアクチュエータにより矢印３０４ｙ方向に往復揺動運動することで、反射面３０４が偏向して入射光を偏向（走査）する。
【００７７】
次に、本実施例の画像表示装置における画像形成について説明する。図１５は、本実施例の走査型表示光学系の主要部概要を示した図である。
【００７８】
光源３０１から射出した光束は、光源光学系３０３を介して走査デバイス３０４上で主光線３２７が一点に集まるようなに光路が調整され、回転対称軸を有さない自由曲面ミラー３０５ａ、３０５ｂにより構成される走査光学系３０５により被走査面３０８上に各発光点に対応する光源像を生成する。走査デバイス３０４は、光源像配列方向とは垂直方向（図中矢印Ａ方向）に光源像を走査するように構成されている。
【００７９】
また、光源３０１には光源駆動回路３２１、走査デバイス３０４には走査駆動回路３２２が電気的に接続され、光源駆動回路３２１と走査駆動回路３２２を制御回路２２０により制御する。具体的には、走査デバイス３０４の走査制御と同期させるように光源３０１を変調させることで、被走査面３０８上の有効エリア内に所望の画像（映像）を表示している。
【００８０】
さらに、被走査面３０８上の有効エリア２０８ｅ外の領域に同期検出手段２１８を設け、被走査面２０８上の被走査光の情報を検出してフィードバック制御を行うように構成してもよい。
【００８１】
図１６（ａ）は、本実施例のアレイ光源である光源３０１の概要を示すものである。光源３０１には、発光点３０１ｐが複数個形成されており、各発光点が独立して制御される。本実施例では、光源３０１は水平方向の画素数に対応するだけの発光点を有する１次元アレイ光源であり、このアレイの配列方向に対して垂直方向に走査デバイス３０４により光束を走査することで２次元画像を表示している。
【００８２】
図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のアレイ方向とは垂直方向に、赤、緑、青の光源３０１ｐｒ，３０１ｐｇ，３０１ｐｂを配置したものであり、各色の発光タイミングを制御することでフルカラーの画像を表示することが可能となる。また、図１６（ｃ）は、色合成光学系３０２の周囲に光源３０１ｐｒ，３０１ｐｇ，３０１ｐｂをそれぞれ配置すいて色合成を行った後に光源光学系３０３に導く場合を示している。
【００８３】
このように本実施例では、上記実施例２と同様に被走査面３０８は反射型の走査面となっており、観察者は被走査面３０８上で反射した光束が光路分離手段としての光学面３０６を透過し、さらに自由曲面ミラーの裏面３０５ｃを透過した光束を観察する。このため、被走査面３０８に対して走査デバイス３０４から被走査面３０８までの光路と被走査面３０８から観察者までの瞳位置までの光路とを折り返して、つまり同じ空間に重複して配置することができる。したがって、走査型表示光学全体の構成をコンパクトにすることが可能となる。
【００８４】
なお、本実施例の画像表示装置は図１７に示すように構成することも可能である。図１２では、水平方向の画素数に対応する１次元アレイ光源の例を示したが、図１７は、光源３０１が発光点３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃの３つの発光点を有し、且つ走査デバイス３０４を上記実施例２と同様に２次元走査デバイスとした場合の例である。
【００８５】
光源３０１の離散的な発光点３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃは、光源光学系３０３、走査光学系３０５により被走査面３０８上にそれぞれの光源に対応する被走査エリア３０８ａ，３０８ｂ，３０８ｃが形成される。
【００８６】
走査デバイス３０４により、それぞれのエリア内を２次元的に走査し、各光源３０１を制御することで画像を表示することが可能となる。
【００８７】
発光点を複数持った光源による走査画像の生成については、例えば、ＵＳＰ６３６２９１２に記載の記述が考えられる。図１８にこのＵＳＰ６３６２９１２における概要図を示す。ＵＳＰ６３６２９１２では、２つから４つのファイバ端から射出した光を走査し、被走査面上で夫々の描画領域を繋ぎあわせ１つの走査画像を生成する手法について記述している。図１８において、光源として光源４１０４と光源４１０６の２つのファイバ端があり、各発光点から射出した光束は走査デバイス４１１０によって走査され、像面上に４１１２と４１２２の２つのエリア上に画像を形成する。
【００８８】
２つのエリアの継ぎ目である４１１８の部分は、画像データを電気的に補正し、継ぎ目が認識できないようにする（ＵＳＰ６３６２９１２の２５段４７行目参照）。本実施例でも描画領域３０８ａ，３０８ｂ，３０８ｃの間は電気的に補正し認知できないようにしている。
【００８９】
また、本実施例において、被走査面３０８に反射作用と拡散作用を持たせることで観察者が観察する瞳径を大きくすることが可能である。拡散作用を持たせる方法としては、マイクロレンズアレイや回折光学素子など周期性を有する構造とすると拡散作用が制御しやすい構成となる。
【００９０】
本実施例では光路分離手段として偏向ビームスプリッタ作用を利用する場合を示したがこれに限定するものではなくハーフミラーなどを用いてもよい。しかしながらハーフミラーを用いる場合は、偏向ビームスプリッタを用いる場合より光量のロスが大きくなるもの小型化という面では同様の効果が得られる。
【００９１】
偏光ビームスプリッタを用いた場合、観察者の観察する側の外光が観察者の方に被走査面で反射することがなくなるなどの効果もある。
【００９２】
光源３０１として表面発光型の発光ダイオードの例を示したが、これに限定するものでなく半導体レーザや、偏光光を発生するような発光ダイオードなどとしてもよい。
【実施例４】
【００９３】
図１９は、本発明の実施例４に係る画像表示装置の走査型表示光学系の概要構成図である。本実施例は、上記実施例３における光源光学系３０３の構成を図１９、図２０の光源光学系４０３に置き換えたものである。
【００９４】
光源４０１を発光した光束は、光源光学系４０３、偏光板４１４を介して、走査デバイス４０４に入射する。上記実施例３の図１３に対応する本実施例における光源光学系４０３の構成を図２０に示す。なお、その他の構成は上記実施例３と同様であり、説明を省略する（図１９、図２０中の符号は変えている）。
【００９５】
光源４０１は図中ｘ方向に独立して駆動される発光点を有する１次源光源である。この各光源を発光した光束は、光源光学面４０３ａ、４０３ｂ、４０３ｃ、４０３ｄを有する光源光学系４０３を介して走査デバイス４０４に導かれる。また、走査デバイス４０４上で各発光点からの主光線４２７が一点で集まるように構成されている。同図では２つの光束を示しているが、実際には独立駆動される発光点の数と同じ数の光束が存在する。
【００９６】
本実施例では、光源４０１から射出した光束が光源光学面４０３ａを介して光源光学面４０３ｃで反射され、さらに光源光学面４０３ｂで反射されて走査デバイス４０４に導かれる小型の光源光学系４０３を設けることで、上記実施例よりも光源からの光路長を好適に保ちつつ、さらに走査光学系の小型化を図ることが可能となる。
【００９７】
以上、実施例１から４では、接眼光学系として図６、図１２、図１９のような構成を示したがこれに限らず、観察者の良好な画像を表示するための構成であればよい。
【００９８】
また、λ／４位相板を被走査面と離間して配置しているが、例えば、被走査面上にこの位相板としての機能を設けてもよい。
【００９９】
さらに、上記実施例２、３、４の走査光学系は、２枚の反射面（自由曲面ミラー）で構成されているが、３枚以上の反射面を用いて構成することも可能であり、限定されるものではない。
【０１００】
(数値実施例)
以下に実施例２から実施例４に対応する数値実施例を記載する。各数値実施例では、光源位置を絶対座標系の基準として表記する。なお、表１は実施例２、表２は実施例３、表３は実施例４にそれぞれ対応する。
【０１０１】
まず、絶対座標系における３次元の座標軸をＺ軸、Ｙ軸、Ｘ軸とする。ここで、これらの軸を以下のように定義する。
【０１０２】
Ｚ軸：第０面の中心から第１面の中心(絶対座標原点)を通る直線で、この方向を正とする。
【０１０３】
Ｙ軸：第１面の中心(絶対座標原点)を通り、Ｚ軸に対し反時計回りに９０度をなす直線。
【０１０４】
Ｘ軸：原点を通り、Ｚ軸及びＹ軸に垂直となる直線。
【０１０５】
また、光学系を構成する第i面の面形状の表記では、ローカル座標系を設定して、そのローカル座標系に基づいた関数により表現する。第i面のＹＺ面内でのチルト角は、絶対座標系のＺ軸に対して、反時計周りを正とした角度θｇｉ(単位はdegree)で表している。本実施例では、チルト角は、ＹＺ面内のみに設定している。第i面のローカル座標系(ｘ，ｙ，ｚ)のｙ，ｚ軸は、絶対座標系のＹＺ面内にあり、ＹＺ面内で、角度θｇｉ傾いている。これらの軸を以下のように定義する。
【０１０６】
ｚ軸：ローカル座標の原点を通り、絶対座標系のＺ軸に対してＹＺ面内において反時計方向にθiをなす直線。
【０１０７】
ｙ軸：ローカル座標の原点を通り、ｚ方向に対してＹＺ面内において反時計方向に９０degreeなす直線。
【０１０８】
ｘ軸：ローカル座標の原点を通り、ＹＺ面に対し垂直な直線。
【０１０９】
また、各数値実施例においてＮｄi,νｄiは、第i面とi＋１面の間のｄ線の屈折率とアッベ数を表している。
【０１１０】
また、回転対称軸を有さない面形状を以下のような数式で表現する。数値実施例中では、非回転対称面（表中はＳＰＳ、ＸＹＰ）と表記している。
【数１】
2006178033.tif 000003
【０１１１】
この関数は、第i面のローカル座標（ｘ，ｙ，ｚ）により面形状を定義する関数である。また、同上の関数で、ローカル座標系でｘの奇数次に関する項を０とすることで、ｙｚ平面に対して対称な面をえることができる。
【０１１２】
本実施例では各面の面頂点をｙ、ｚ軸方向でのシフト偏心、ｘ軸回りのチルト偏心しかさせていないため、従来の母線断面とローカル母線断面は同一断面であるが、各面の従来の子線断面とローカル子線断面は異なる。
【０１１３】
数値実施例中の表１から３では、各光学面のローカル座標原点における曲率半径（ローカル母線断面上の曲率半径、ローカル子線断面上の曲率半径）ｒｘ,ｒｙとローカル面間隔とは、現在の面と次の面との２つのヒットポイント間の距離（基準光線上の距離、空気換算なしの値）の値ｄおよび、偏心量ｓｈｉｆｔ,ｔｉｌｔ、屈折率ｎｄ、アッべ数νｄを示している。
【０１１４】
また、面の形状が自由曲面である面を「ＸＹＰ」、球面である面を「ＳＰＨ」、非球面である面を「ＡＳＰ」として示しており、各係数を表下段に示している。「Ｍ」は、その面が反射面であることを示している。
【０１１５】
＜数値実施例１＞
走査デバイス１２５は第７面であり、この走査デバイスの水平方向偏向角(紙面内を軸とした紙面に垂直な方向への振動角)は±６．００度、垂直方向偏向角(紙面に垂直な方向を軸とした紙面内での振動角)は±４．８０度である。さらに、光源の開口数は０．０８である。
【０１１６】
図６中の符号との対応は以下の通りである。
【０１１７】
光源２０１                              面番号１
色合成光学系２０２の入射面２０２ａ      面番号２
色合成光学系２０２の射出面２０２ｂ      面番号３
光源光学系２０３の光学面２０３ａ        面番号４
光源光学系２０３の光学面２０３ｂ        面番号５
光源光学系２０３の光学面２０３ｃ        面番号６
偏向ミラー２１５                        面番号７
走査デバイス２０４                      面番号８
走査光学系２０５の第１走査面２０５ａ    面番号９
走査光学系２０５の第２走査面２０５ｂ    面番号１０（光学面２０６）
λ／４位相板２０７の入射面２０７ａ      面番号１１,１５
λ／４位相板２０７入射面２０７ｂ        面番号１２,１４
被走査面２０８                          面番号１３
光学面の裏面２０５ｃ                    面番号１７
接眼光学系２０９の光学面２０９ａ        面番号１８
接眼光学系２０９の光学面２０９ｂ        面番号１９
接眼光学系２０９の光学面２０９ｃ        面番号２０
接眼光学系２０９の光学面２０９ｄ        面番号２１
接眼光学系２０９の光学面２０９ｅ        面番号２２
観察者の瞳２１０                        面番号２３
また、本数値実施例における被走査面２０８上の収差図を図２１に示す。
【０１１８】
【表１−１】
2006178033.tif 000004
【０１１９】
【表１−２】
2006178033.tif 000005
【０１２０】
＜数値実施例２＞
本数値実施例の走査デバイス３０４は第１０面であり、この走査デバイスの垂直方向偏向角(紙面に垂直な方向を軸とした紙面内での振動角)は±５．０度である。光源の開口数は０．０５である。
【０１２１】
図１２中の符号との対応は以下の通りである。
【０１２２】
光源３０１                            面番号１
光源光学系３０３の光学面３０３ａ      面番号２
光源光学系３０３の光学面３０３ｂ      面番号３
光源光学系３０３の光学面３０３ｃ      面番号４
光源光学系３０３の光学面３０３ｄ      面番号５
光源光学系３０３の光学面３０３ｅ      面番号６
光源光学系３０３の光学面３０３ｆ      面番号７ 
光源光学系３０３の光学面３０３ｇ      面番号８
偏向ミラー３１５                      面番号９
走査デバイス３０４                    面番号１０
走査光学系３０５の第１走査面３０５ａ  面番号１１
走査光学系３０５の第２走査面３０５ｂ  面番号１２（光学面３０６），１８
λ／４位相板３０７の入射面３０７ａ    面番号１３，１７
λ／４位相板３０７の入射面３０７ｂ    面番号１４，１６
被走査面３０８                        面番号１５
光学面３０６の裏面３０５ｃ            面番号１９
接眼光学系３０９の光学面３０９ａ      面番号２０
接眼光学系３０９の光学面３０９ｂ      面番号２１
接眼光学系３０９の光学面３０９ｃ      面番号２２
接眼光学系３０９の光学面３０９ｄ      面番号２３
接眼光学系３０９の光学面３０９ｅ      面番号２４
観察者の瞳３１０                      面番号２５
また、本数値実施例における被走査面３０８上の収差図を図２２Ａから図２２Ｃに示す。
【０１２３】
【表２−１】
2006178033.tif 000006
【０１２４】
【表２−２】
2006178033.tif 000007
【０１２５】
＜数値実施例３＞
本数値実施例の走査デバイス４０４は第６面であり、この走査デバイス４０４の垂直方向偏向角(紙面に垂直な方向を軸とした紙面内での振動角)±４．７６度である。光源の開口数は０．０７である。
【０１２６】
図１９中の符号との対応は以下の通りである。
【０１２７】
光源４０１                            面番号１
光源光学系４０３の光学面４０３ａ      面番号２
光源光学系４０３の光学面４０３ｂ      面番号３
光源光学系４０３の光学面４０３ｃ      面番号４
光源光学系４０３の光学面４０３ｄ      面番号５
光源光学系４０３の光学面４０３ｅ      面番号６
光源光学系４０３の光学面４０３ｆ      面番号７ 
光源光学系４０３の光学面４０３ｇ      面番号８
偏向ミラー４１５                      面番号９
走査デバイス４０４                    面番号１０
走査光学系４０５の第１走査面４０５ａ  面番号１１
走査光学系４０５の第２走査面４０５ｂ  面番号８（光学面４０６）１４
λ／４位相板４０７の入射面４０７ａ    面番号９，１３
λ／４位相板４０７の入射面４０７ｂ    面番号１０，１２
被走査面４０８                        面番号１１
光学面４０６の裏面４０５ｃ            面番号１５
接眼光学系４０９の光学面４０９ａ      面番号１６
接眼光学系４０９の光学面４０９ｂ      面番号１７
接眼光学系４０９の光学面４０９ｃ      面番号１８
接眼光学系４０９の光学面４０９ｄ      面番号１９
接眼光学系４０９の光学面４０９ｅ      面番号２０
観察者の瞳４１０                      面番号２１
また、本数値実施例における被走査面４０８上の収差図を図２３Ａから図２３Ｃに示す。
【０１２８】
【表３−１】
2006178033.tif 000008
【０１２９】
【表３−２】
2006178033.tif 000009
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の実施例１における画像表示装置の走査型表示光学系の構成概要図。
【図２】本発明の実施例１における光学面（光路分離手段）の説明図。
【図３】本発明の実施例１における走査デバイスの構成図。
【図４】本発明の実施例１における画像表示装置の構成概略図。
【図５】本発明の実施例１における被走査面の説明図。
【図６】本発明の実施例２における画像表示装置の走査型表示光学系の構成概要図。
【図７】本発明の実施例２における画像表示装置の構成概略図。
【図８】本発明の実施例２における光源光学系と色合成光学系の他の様態を示す図。
【図９】本発明の実施例２における光源光学系と色合成光学系の他の様態を示す図。
【図１０】本発明の実施例２における光源光学系と色合成光学系の他の様態を示す図。
【図１１】本発明の実施例２における光源光学系と色合成光学系の他の様態を示す図であり、（ａ）はマルチビーム光学系の構成図、（ｂ）はマルチビーム光学系からの光束を用いた走査図。
【図１２】本発明の実施例３における画像表示装置の走査型表示光学系の構成概要図。
【図１３】本発明の実施例３における光源光学系の構成図。
【図１４】本発明の実施例３における走査デバイスの構成図。
【図１５】本発明の実施例３における画像表示装置の構成概略図。
【図１６】本発明の実施例３における光源光学系の様態図。
【図１７】本発明の実施例３における画像表示装置の他の態様を示す構成概略図。
【図１８】従来例のマルチビーム光学系構成図。
【図１９】本発明の実施例４における画像表示装置の走査型表示光学系の構成概要図。
【図２０】本発明の実施例４における光源光学系の構成図。
【図２１】本発明の数値実施例１（実施例２）における収差図。
【図２２Ａ】本発明の数値実施例２（実施例３）における収差図。
【図２２Ｂ】本発明の数値実施例２（実施例３）における収差図。
【図２２Ｃ】本発明の数値実施例２（実施例３）における収差図。
【図２３Ａ】本発明の数値実施例３（実施例４）における収差図。
【図２３Ｂ】本発明の数値実施例３（実施例４）における収差図。
【図２３Ｃ】本発明の数値実施例３（実施例４）における収差図。
【図２４】従来例の画像表示装置（電子ビューファインダ装置）の構成図。
【０１３１】
１０１    光源
１０２    色合成光学系
１０３    光源光学系
１０４    走査デバイス
１０５    走査光学系
１０６    偏光ビームスプリッタ
１０６ａ  光学面
１０７    λ/４位相板
１０８    被走査面
１０９    接眼光学系
１１０    観察者(眼)
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２３Ｃ】
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【図２４】
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