(57)【要約】【課題】第１光学素子および第２光学素子によってビーム径を２方向に拡大する場合でも小型化および軽量化を図ることのできるビーム径拡大装置、および表示装置を提供すること。【解決手段】ビーム径拡大装置１は、第１入射面１６Ａから入射した光ビームＬ０のビーム径を第１方向Ｘに拡大して第１出射面１７Ａから出射する第１光学素子１０Ａと、第１光学素子１０Ａによって第１方向Ｘにビーム径が拡大された状態で第２入射面１６Ｂから入射した光ビームＬ１のビーム径を第２方向Ｙに拡大して第２出射面１７Ｂから出射する第２光学素子１０Ｂとを有している。ここで、第１入射面１６Ａの第２方向Ｙ（第２光学素子１０Ｂによるビーム径拡大方向）における幅ＷＡが、第２入射面１６Ｂの第１方向Ｘ（第１光学素子１０Aによるビーム径拡大方向）における幅ＷＢより狭い。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方側端部に設けられた第１入射面、および他方側端部に設けられた第１出射面を備え、前記第１入射面から入射した光ビームのビーム径を第１方向に拡大して前記第１出射面から出射する第１光学素子と、
一方側端部に設けられた第２入射面、および他方側端部に設けられた第２出射面を備え、前記第１光学素子によって前記第１方向にビーム径が拡大された状態で前記第２入射面から入射した前記光ビームのビーム径を前記第１方向に対して交差する第２方向に拡大して前記第２出射面から出射する第２光学素子と、
を有し、
前記第１入射面の前記第２方向における幅が前記第２入射面の前記第１方向における幅より狭いことを特徴とするビーム径拡大装置。
【請求項２】
請求項１に記載のビーム径拡大装置において、
前記第１光学素子は、前記第１方向で対向する反射面の間で透光層と部分反射層とが前記第１方向で交互に積層された積層構造を有し、
前記第２光学素子は、前記第２方向で対向する反射面の間で透光層と部分反射層とが前記第２方向で交互に積層された積層構造を有することを特徴とするビーム径拡大装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のビーム径拡大装置において、
前記第１出射面および前記第２出射面の少なくも一方には、前記光ビームの出射領域の周りに遮光層が設けられていることを特徴とするビーム径拡大装置。
【請求項４】
請求項１から３までの何れか一項に記載のビーム径拡大装置において、
前記第１光学素子は、前記第１入射面および前記第１出射面が斜面とされた断面平行四辺形形状を有し、
前記第２光学素子は、前記第２入射面および前記第２出射面が斜面とされた断面平行四辺形形状を有することを特徴とするビーム径拡大装置。
【請求項５】
請求項１から３までの何れか一項に記載のビーム径拡大装置において、
前記第１光学素子は、前記第１入射面および前記第１出射面が斜面とされた断面台形形状を有し、
前記第２光学素子は、前記第２入射面および前記第２出射面が斜面とされた断面台形形状を有することを特徴とするビーム径拡大装置。
【請求項６】
請求項１から５までの何れか一項に記載のビーム径拡大装置を備えた表示装置であって、
前記光ビームを出射する光源部と、
前記光源部から出射された前記光ビームを前記第１方向および前記第２方向に走査して画像とする走査部と、
前記走査部により走査された前記光ビームを偏向して使用者の眼に入射させる偏向部材と、
を有し、
前記ビーム径拡大装置が前記光源部から前記偏向部材に到る光路に配置されていることを特徴とする表示装置。
【請求項７】
請求項６に記載の表示装置において、
前記ビーム径拡大装置は、前記走査部から前記偏向部材に到る光路に配置され、
前記走査部は、前記光ビームの前記第１方向における走査範囲が前記第２方向における走査範囲より広いことを特徴とする表示装置。
【請求項８】
請求項７に記載の表示装置において、
前記走査部は、前記第１方向における走査範囲によって前記画像の水平方向の画角を規定し、前記第２方向における走査範囲によって前記画像の垂直方向の画角を規定することを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに交差する２方向に光ビームのビーム径を拡大するビーム径拡大装置、および表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光変調された光ビームを利用者の眼に入射させる網膜走査型の表示装置において、光ビームのビーム径が小さいと、瞳孔の位置が変化した場合に光ビームが瞳孔に入射しないため、画像の欠け等が発生してしまう。そこで、網膜走査型の表示装置では、一方方向にビーム径を拡大可能な２つの光学素子（第１光学素子および第２光学素子）を、向きを変えて用いることによりビーム径を互いに交差する２方向に拡大する技術が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載のビーム径拡大装置において、第１光学素子および第２光学素子は各々、透光層と部分反射層とが交互に積層された積層構造を有しており、透光層と部分反射層との積層方向に向けてビーム径を拡大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−９０８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
網膜走査型の表示装置は頭部等に装着されるため、小型化および軽量化が必要であるが、特許文献１等に記載の技術では、ビーム径拡大装置を必要最小限度まで小型化および軽量化する対策がなされていない。
【０００５】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、第１光学素子および第２光学素子によってビーム径を２方向に拡大する場合でも小型化および軽量化を図ることのできるビーム径拡大装置、および表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係るビーム径拡大装置の一態様は、一方側端部に設けられた第１入射面、および他方側端部に設けられた第１出射面を備え、前記第１入射面から入射した光ビームのビーム径を第１方向に拡大して前記第１出射面から出射する第１光学素子と、一方側端部に設けられた第２入射面、および他方側端部に設けられた第２出射面を備え、前記第１光学素子によって前記第１方向にビーム径が拡大された状態で前記第２入射面から入射した前記光ビームのビーム径を前記第１方向に対して交差する第２方向に拡大して前記第２出射面から出射する第２光学素子と、を有し、前記第１入射面の前記第２方向における幅が前記第２入射面の前記第１方向における幅より狭いことを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るビーム径拡大装置では、第１光学素子においてビーム径を第１方向に拡大した後、ビーム径を第２方向に拡大する。このため、ビーム径を第１方向および第２方向に拡大することができる。ここで、第１光学素子においては、第２方向にビーム径を拡大しないため、第２方向において光ビームが通過する範囲は、第２光学素子より狭い。従って、第１光学素子の第２方向の寸法を第２光学素子の第１方向の寸法より小さくすることができるので、第１光学素子の小型化および軽量化を図ることができる。それ故、ビーム径拡大装置の小型化および軽量化を図ることができる。
【０００８】
本発明の別態様において、前記第１光学素子は、前記第１方向で対向する反射面の間で透光層と部分反射層とが前記第１方向で交互に積層された積層構造を有し、前記第２光学素子は、前記第２方向で対向する反射面の間で透光層と部分反射層とが前記第２方向で交互に積層された積層構造を有する態様を採用することができる。かかる態様によれば、透光層と部分反射層とが積層された方向にビーム径を拡大することができる。
【０００９】
本発明の別態様において、前記第１出射面および前記第２出射面の少なくも一方には、前記光ビームの出射領域の周りに遮光層が設けられている態様を採用することができる。かかる態様によれば、迷光の出射を抑制することができる。
【００１０】
本発明の別態様において、前記第１光学素子は、前記第１入射面および前記第１出射面が斜面とされた断面平行四辺形形状を有し、前記第２光学素子は、前記第２入射面および前記第２出射面が斜面とされた断面平行四辺形形状を有する態様を採用することができる。
【００１１】
本発明の別態様において、前記第１光学素子は、前記第１入射面および前記第１出射面が斜面とされた断面台形形状を有し、前記第２光学素子は、前記第２入射面および前記第２出射面が斜面とされた断面台形形状を有する態様を採用してもよい。
【００１２】
本発明に係るビーム径拡大装置を備えた表示装置の一態様は、前記光ビームを出射する光源部と、前記光源部から出射された前記光ビームを前記第１方向および前記第２方向に走査して画像とする走査部と、前記走査部により走査された前記光ビームを偏向して使用者の眼に入射させる偏向部材と、を有し、前記ビーム径拡大装置が前記光源部から前記偏向部材に到る光路に配置されていることを特徴とする。かかる表示装置では、走査部により走査された光を偏向する偏向部材を有しているため、網膜走査型の投射型表示装置として用いることができる。この場合でも、ビーム径拡大装置によってビーム径を、互いに交差する２方向に拡大して利用者の眼に入射させるため、眼の位置がずれても光ビームが眼の瞳孔から入射させることができる。
【００１３】
本発明に係る表示装置の別態様において、前記ビーム径拡大装置は、前記走査部から前記偏向部材に到る光路に配置され、前記走査部は、前記光ビームの前記第１方向における走査範囲が前記第２方向における走査範囲より広い態様を採用することができる。かかる態様によれば、第１光学素子の第２方向の寸法を第２光学素子の第１方向の寸法よりさらに小さくすることができるので、ビーム径拡大装置の小型化および軽量化を図ることができる。
【００１４】
本発明に係る表示装置の別態様において、前記走査部は、前記第１方向における走査範囲によって前記画像の水平方向の画角を規定し、前記第２方向における走査範囲によって前記画像の垂直方向の画角を規定する態様を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用したビーム径拡大装置を用いた表示装置の一態様を示す説明図である。
【図２】図１に示す表示装置の光学系の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るビーム径拡大装置の一態様を模式的に示す斜視図である。
【図４】図３に示す第１光学素子および第２光学素子として用いた光学素子の断面を模式的に示す説明図である。
【図５】図３に示す第１光学素子の第１入射面の幅を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るビーム径拡大装置の一態様を模式的に示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係るビーム径拡大装置の一態様を模式的に示す斜視図である。
【図８】図７に示す第１光学素子および第２光学素子として用いた光学素子の断面を模式的に示す説明図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係るビーム径拡大装置に用いた第１光学素子の第１出射面を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材の数や縮尺を異ならしめてある。
【００１７】
［実施の形態１］
（表示装置の構成例）
図１は、本発明を適用したビーム径拡大装置１を用いた表示装置５０の一態様を示す説明図である。図２は、図１に示す表示装置の光学系の説明図である。図１に示す表示装置５０は、画像を表示するための光を出射する光源部５１と、光源部５１から出射された光を走査する走査部５２と、走査部５２により走査された光を偏向して使用者の眼Ｅに入射させる偏向部材５３とを有している。本形態では、光源部５１から出射された光ビームをミラー５６によって走査部５２に照射する。また、本形態の表示装置５０は、走査部５２からの出射側にリレーレンズ系や投射レンズ系等のレンズ系５４と、レンズ系５４から出射された光ビームを偏向部材５３に向けて反射するミラー５５とを有している。ここで、光源部５１から偏向部材５３に到る光路には、後述するビーム径拡大装置１が配置されている。本形態において、ビーム径拡大装置１は、走査部５２から偏向部材５３に到る光路に配置されている。より具体的には、ビーム径拡大装置１は、走査部５２からレンズ系５４に到る光路に配置されている。光源部５１は、例えば、赤色光を出射する赤色用レーザー素子、緑色光を出射する緑色用レーザー素子、および青色光を出射する青色用レーザー素子を有しているとともに、これらのレーザー素子の光路を合成するハーフミラー等を有している。赤色用レーザー素子、緑色用レーザー素子および青色用レーザー素子は、制御部（図示せず）による制御の下、表示すべき画像の各ドットに対応する光強度に変調した光ビームを出射する。
【００１８】
走査部５２は、入射光を画像の横方向および縦方向に対応する２方向に走査し、走査された光は、レンズ系５４等を介して偏向部材５３に投射される。走査部５２は、例えば、シリコン基板等を用いてＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術により形成したマイクロミラーデバイスによって実現することができる。その際、走査部５２は、１つの走査機構によって、入射光を画像の横方向および縦方向に対応する２方向に走査する構成を採用することができる。また、走査部５２については、横方向および縦方向に対応する２方向の一方方向に入射光を走査する第１走査機構と、２方向の他方方向に入射光を走査する第１走査機構とによって構成してもよい。かかる走査部５２も、制御部（図示せず）による制御の下、入射光を所定の方向に走査する。
【００１９】
本形態において、表示装置５０は、網膜走査方式の投射型表示装置として構成されている。ここで、偏向部材５３は、投射された光を偏向して使用者の眼Ｅに入射させる偏向面５３０を備えている。かかる表示装置５０（網膜走査方式の投射型表示装置）では、走査部５２で２方向に走査された変調光が偏向部材５３の反射面５３０で反射されて瞳孔を介して網膜に到達することにより、利用者に画像を認識させる。本形態において、偏向部材５３は、ホログラム素子等からなる部分透過性のコンバイナーである。従って、外光も偏向部材５３（コンバイナー）を介して眼に入射するため、利用者は、表示装置５０で形成した画像と外光（背景）とが重畳した画像を認識することができる。すなわち、表示装置５０は、シースルー型の網膜走査型投射装置として構成されている。
【００２０】
このように構成した表示装置５０において、本形態では、光源部５１から偏向部材５３に到る光路にビーム径拡大装置１が配置されている。従って、眼Ｅの位置が変わっても、ビーム径拡大装置１によってビーム径が拡張された範囲内に眼Ｅが位置すれば、利用者に画像を認識させることができる。
【００２１】
このように構成した表示装置５０を、シースルー型のヘッドマウントディスプレイ（アイグラスディスプレイ）として構成する場合、図２に示すように、表示装置５０は、眼鏡のような形状に形成される。また、観察者の左右の眼Ｅの各々に変調光を入射させる場合、表示装置５０は、左眼用の偏向部材５３および左眼用の偏向部材５３を前部分６１で支持するフレーム６０を有しており、フレーム６０の左右のテンプル６２の各々に、図１を参照して説明した光学部品を含む光学ユニット５８が設けられる。ここで、光学ユニット５８には、光源部５１、走査部５２、レンズ系５４、ミラー５５、５６およびビーム径拡大装置１の全てが設けられることがある他、光学ユニット５８には、走査部５２、レンズ系５４、ミラー５５、５６およびビーム径拡大装置１のみを設け、光学ユニット５８と光源部５１とを光ケーブル等で接続してもよい。
【００２２】
（ビーム径拡大装置１の構成例）
図３は、本発明の実施の形態１に係るビーム径拡大装置１の一態様を模式的に示す斜視図である。図４は、図３に示す第１光学素子１０Ａおよび第２光学素子１０Ｂとして用いた光学素子１０の断面を模式的に示す説明図である。なお、図４では、透光層１２の積層数を５層として表してあるが、実際には、例えば、透光層１２は、１０層程度積層される。また、図４では、出射面１７での反射した光線の図示を省略してある。また、図３には、透光層１２および部分反射層１１の積層方向を示すために、部分反射層１１を点線で示してある。
【００２３】
また、以下の説明において、積層方向Ｓとは、第１光学素子１０Ａおよび第２光学素子１０Ｂの外径形状にかかわらず、透光層１２および部分反射層１１に対して直交する方向を意味する。従って、第１光学素子１０Ａがビーム径を拡大する第１方向Ｘとは、第１光学素子１０Ａにおける透光層１２および部分反射層１１の積層方向ＳＡと平行な方向であり、第２光学素子１０Ｂがビーム径を拡大する第２方向Ｙとは、第１光学素子１０Ａにおける透光層１２および部分反射層１１の積層方向ＳＡと直交する積層方向ＳＢと平行な方向である。
【００２４】
図３に示すように、本形態のビーム径拡大装置１は、一方側端部に設けられた第１入射面１６Ａ、および他方側端部に設けられた第１出射面１７Ａを備えた第１光学素子１０Ａと、一方側端部に設けられた第２入射面１６Ｂ、および他方側端部に設けられた第２出射面１７Ｂを備えた第２光学素子１０Ｂとを有している。第１光学素子１０Ａは、第１入射面１６Ａから入射した光ビームのビーム径を第１方向Ｘに拡大して第１出射面１７Ａから出射する。第２光学素子１０Ｂは、第１光学素子１０Ａによって第１方向Ｘにビーム径が拡大された状態で第２入射面１６Ｂから入射した光ビームのビーム径を第１方向Ｘに対して交差する第２方向Ｙに拡大して第２出射面１７Ｂから出射する。
【００２５】
本形態において、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙの一方は、図１に示す走査部５２での第１走査方向（画像の横方向Ｈ）に相当し、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙの他方は、走査部５２での第２走査方向（画像の縦方向Ｖ）に相当する。本形態においては、第１方向Ｘが縦方向Ｖに相当し、第２方向Ｙが横方向Ｈに相当し、横方向Ｈの寸法と縦方向Ｖの寸法との比（アスペクト比）は１６：９である。すなわち、走査部５２は、第２方向Ｙにおける走査範囲によって画像の横方向（水平方向）の画角を規定し、第１方向Ｘにおける走査範囲によって画像の縦方向（垂直方向）の画角を規定する。
【００２６】
ここで、第１光学素子１０Ａおよび第２光学素子１０Ｂは、図４に示す光学素子１０からなる。図４において、光学素子１０では、第１反射面１３第１反射面１３と第２反射面１４との間で透光層１２が両端に位置するように透光層１２と部分反射層１１とが交互に積層された積層構造を有しており、光学素子１０は、透光層１２と部分反射層１１との積層方向Ｓにビーム径を拡大する。光学素子１０において、第１反射面１３、第２反射面１４、および部分反射層１１は平行であり、複数の透光層１２の厚さが等しい。従って、積層方向Ｓで隣り合う第１反射面１３と部分反射層１１との間隔、積層方向Ｓで隣り合う第２反射面１４と部分反射層１１との間隔、および積層方向Ｓで隣り合う部分反射層１１の間隔は全て等しい。また、光学素子１０において、複数層の部分反射層１１の厚さが等しい。なお、光学素子では、積層方向Ｓの両側に透光性の保護基板１２３、１２４が積層されている。
【００２７】
本形態において、透光層１２は、ガラス基板や石英基板等の基板と、透光性の接着剤層（図示せず）とによって構成され、第１反射面１３および第２反射面１４は、アルミニウム等の反射金属膜の蒸着膜が透光層１２と接する界面からなる。なお、第１反射面１３および第２反射面１４は、スネルの法則を利用した屈折率差による反射面であってもよい。
【００２８】
部分反射層１１は、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）、ＴｉＯ２（二酸化チタン）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＣａＦ２（フッ化カルシウム）、ＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）、ＺｎＳ（硫化亜鉛）、ＺｒＯ２（二酸化ジルコニウム）等の無機膜のうち、誘電率が低い誘電膜と誘電率が高い誘電膜とを交互に積層した誘電体多層膜からなる。本形態において、部分反射層１１および部分反射層１１は、蒸着法により、ＳｉＯ２とＴｉＯ２とを交互に積層した誘電体多層膜からなる。
【００２９】
光学素子１０は、積層方向Ｓに対して交差する長さ方向Ｔの一方側端部に入射面１６を備え、他方側端部に出射面１７を備えている。このため、光学素子１０において、入射面１６は、長さ方向Ｔの一方側に向く端面からなり、出射面１７は、長さ方向Ｔの他方側に向く端面からなる。本形態において、光学素子１０は、入射面１６および出射面１７が平行な斜面からなる断面平行四辺形形状を有している。
【００３０】
このように構成した光学素子１０において、光ビームＬ１０が積層方向Ｓに対して傾いた方向から入射面１６に平行光ビームの状態で入射すると、光ビームＬ１０は、第１反射面１３での反射、第２反射面１４での反射、部分反射層１１での透過、および部分反射層１１での反射を繰り返しながら長さ方向Ｔに進行し、平行光ビームのまま、積層方向Ｓにおけるビーム径が拡大された状態で出射面１７から積層方向Ｓに対して傾いた方向に出射される。
【００３１】
従って、図３に示す第１光学素子１０Ａでは、第１方向Ｘで対向する第１反射面１３と第２反射面１４との間で透光層１２と部分反射層１１とが第１方向Ｘで交互に積層された積層構造を有し、第１光学素子１０Ａの長さ方向ＴＡの両側端部の各々に第１入射面１６Ａおよび第１出射面１７Ａを有している。従って、第１光学素子１０Ａは、第１入射面１６Ａから入射した光ビームを透光層１２と部分反射層１１との積層方向ＳＡ（第１方向Ｘ）で拡大し、第１出射面１７Ａから出射する。また、図３に示す第２光学素子１０Ｂでは、第２方向Ｙで対向する第１反射面１３と第２反射面１４との間で透光層１２と部分反射層１１とが第２方向Ｙで交互に積層された積層構造を有し、第２光学素子１０Ｂの長さ方向ＴＢの両側端部の各々に第２入射面１６Ｂおよび第２出射面１７Ｂを有している。従って、第２光学素子１０Ｂは、第２入射面１６Ｂから入射した光ビームを透光層１２と部分反射層１１との積層方向ＳＢ（第２方向Ｙ）で拡大し、第２出射面１７Ｂから出射する。ここで、第１光学素子１０Ａの第１出射面１７Ａと、第２光学素子１０Ｂの第２入射面１６Ｂとは、隙間を介して対向している。
【００３２】
このように構成したビーム径拡大装置１では、第１光学素子１０Ａにおいて、光ビームＬ０が第１方向Ｘに対して傾いた方向から第１入射面１６Ａに平行光ビームの状態で垂直に入射すると、光ビームＬ０は、第１光学素子１０Ａの長さ方向ＴＡに進行し、平行光ビームのまま、第１方向Ｘにおけるビーム径が拡大された光ビームＬ１として第１出射面１７Ａから垂直に出射される。なお、光ビームＬ１の図面上の表現は、ある特定の輝度を選択し、その選択した輝度を描いたものに相当する。すなわち、輝度分布のうちどこを選択するかで、拡大後の光ビームＬ１は、図３に示すように互いに重なった楕円状になるか、あるいは、円がＸ方向に並んだように変化する。本明細書では、拡大後の光が重なることを前提に、拡大後の光の幅を「ビーム径」としてあるが、細いビームが並んだものも、束の塊としてみなし、束の端から端までを「径」としてある。
【００３３】
次に、第２光学素子１０Ｂにおいて、光ビームＬ１が第２方向Ｙに対して傾いた方向から第２入射面１６Ｂに平行光ビームの状態で垂直に入射すると、光ビームＬ１は、第２光学素子１０Ｂの長さ方向ＴＢに進行し、平行光ビームのまま、第２方向Ｙにおけるビーム径が拡大された状態で第２出射面１７Ｂから垂直に出射される。その結果、第２出射面１７Ｂからは、光ビームＬ０のビーム径を第１方向Ｘおよび第２方向Ｙに拡大した光ビームＬ２が出射される。なお、光ビームＬ２の図面上の表現は、ある特定の輝度を選択し、その選択した輝度を描いたものに相当する。すなわち、輝度分布のうちどこを選択するかで、拡大後の光ビームＬ２は、図３に示すように互いに重なった楕円状になるか、あるいは、円がＸ方向に並んだように変化する。本明細書では、拡大後の光が重なることを前提に、拡大後の光の幅を「ビーム径」としてあるが、細いビームが並んだものも、束の塊としてみなし、束の端から端までを「径」としてある。
【００３４】
（第１光学素子１０Ａおよび第２光学素子１０Ｂのサイズ）
図５は、図３に示す第１光学素子１０Ａの第１入射面１６Ａの幅を示す説明図である。本形態のビーム径拡大装置１において、従来は、第１光学素子１０Ａと第２光学素子１０Ｂとしてサイズが等しいものが用いられており、第１入射面１６Ａの第２方向Ｙ（第１光学素子１０Ａにおけるビーム径の拡大方向と直交する方向）における幅と第２入射面１６Ｂの第１方向Ｘ（第２光学素子１０Ａにおけるビーム径の拡大方向と直交する方向）における幅とは等しい。例えば、図５に一点鎖線で示すように、従来は、第１入射面１６Ａおよび第１出射面１７Ａの第１方向Ｘにおける幅Ｗが、第２入射面１６Ｂにおける第１反射面１３と第２反射面１４との間隔ＤＢと等しい。
【００３５】
これに対して、本形態のビーム径拡大装置１においては、図３および図５に示すように、第１光学素子１０Ａの第１入射面１６Ａの第２方向Ｙにおける幅ＷＡは、第２光学素子１０Ｂの第２入射面１６Ｂの第１方向Ｘにおける幅ＷＢより狭い。例えば、図５に示すように、第１入射面１６Ａおよび第１出射面１７Ａの第１方向Ｘにおける幅Ｗは、第２入射面１６Ｂにおける第１反射面１３と第２反射面１４との間隔ＤＢより狭い。
【００３６】
（本形態の主な効果）
このように本形態のビーム径拡大装置１では、第１光学素子１０Ａの第１入射面１６Ａの幅ＷＡが狭くなっているため、第１光学素子１０Ａの小型化および軽量化を図ることができる。従って、ビーム径拡大装置１の小型化および軽量化を図ることができる。
【００３７】
例えば、従来、第１光学素子１０Ａの厚さが４ｍｍで、長さが７．９ｍｍ、幅が５．６４ｍｍである場合、第１光学素子１０Ａの体積は１７８．２ｍｍ3であるが、本形態では、第１光学素子１０Ａの厚さが４ｍｍで、長さが７．９ｍｍ、幅が４．５ｍｍであるため、第１光学素子１０Ａの体積は１４２．２．ｍｍ3である。従って、本形態によれば、第１光学素子１０Ａの体積および重量を２０．２％削減することができる。
【００３８】
この場合でも、第１光学素子１０Ａは、第２方向Ｙにビーム径を拡大しないため、第２方向Ｙにおいて光ビームが通過する範囲は、第２光学素子１０Ｂにおいて光ビームが通過する第１方向Ｘの範囲より狭い。従って、第１光学素子１０Ａの第２方向Ｙの寸法を第２光学素子１０Ｂの第１方向Ｘの寸法より小さくした場合でも、ビーム径を第１方向Ｘおよび第２方向Ｙに適正に拡大することができる。
【００３９】
［実施の形態２］
図６は、本発明の実施の形態２に係るビーム径拡大装置１の一態様を模式的に示す斜視図である。なお、本形態の基本的な構成は実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００４０】
実施の形態１では、第１光学素子１０Ａによるビーム拡大方向である第１方向Ｘが画像の縦方向Ｖ（走査部５２による第２走査方向）であり、第２光学素子１０Ｂによるビーム拡大方向である第２方向Ｙが画像の横方向Ｈ（走査部５２による第１走査方向）であった。これに対して、本形態では、図６に示すように、第１光学素子１０Ａによるビーム拡大方向である第１方向Ｘが画像の横方向Ｈ（走査部５２による第１走査方向）であり、第２光学素子１０Ｂによるビーム拡大方向である第２方向Ｙが画像の縦方向Ｖ（走査部５２による第２走査方向）である。すなわち、走査部５２は、第１方向Ｘにおける走査範囲によって画像の横方向（水平方向）の画角を規定し、第２方向Ｙにおける走査範囲によって画像の縦方向（垂直方向）の画角を規定する。本形態において、走査部５２による走査領域の横方向Ｈ（第１方向Ｘ）の寸法と縦方向Ｖ（第２方向Ｙ）の寸法との比（アスペクト比）は１６：９である。
【００４１】
このため、第１光学素子１０Ａにおいて、第２方向Ｙで光ビームが通過する範囲は、実施の形態１より狭い。従って、本形態では、第１光学素子１０Ａの第２方向Ｙの幅ＷＡを第２光学素子１０Ｂの第１方向Ｘの幅ＷＢよりさらに小さくすることができる。
【００４２】
例えば、従来、第１光学素子１０Ａの厚さが４ｍｍで、長さが７．９ｍｍ、幅が５．６４ｍｍである場合、第１光学素子１０Ａの体積は１７８．２ｍｍ3であるが、本形態では、第１光学素子１０Ａの厚さが４ｍｍで、長さが７．９ｍｍ、幅が２．６８ｍｍであるため、第１光学素子１０Ａの体積は８８．４８ｍｍ3である。従って、本形態によれば、第１光学素子１０Ａの体積および重量を５０．３％削減することができる。
【００４３】
［実施の形態３］
図７は、本発明の実施の形態３に係るビーム径拡大装置１の一態様を模式的に示す斜視図である。図８は、図７に示す第１光学素子１０Ａおよび第２光学素子１０Ｂとして用いた光学素子１０の断面を模式的に示す説明図である。
【００４４】
上記実施の形態１、２では、第１光学素子１０Ａは、第１入射面１６Ａおよび第１出射面１７Ａが斜面とされた断面平行四辺形形状を有し、第２光学素子１０Ｂは、第２入射面１６Ｂおよび第２出射面１７Ｂが斜面とされた断面平行四辺形形状を有していた。これに対して、本形態では、図７に示すように、第１光学素子１０Ａは、第１入射面１６Ａおよび第１出射面１７Ａが斜面とされた断面台形形状を有し、第２光学素子１０Ｂは、第２入射面１６Ｂおよび第２出射面１７Ｂが斜面とされた断面台形形状を有している。
【００４５】
このように構成したビーム径拡大装置１において、第１光学素子１０Ａおよび第２光学素子１０Ｂは、図８に示す光学素子１０からなる。図８において、光学素子１０では、透光層１２と部分反射層１１とが交互に積層されており、光学素子１０は、透光層１２と部分反射層１１との積層方向Ｓにビーム径を拡大する。すなわち、光ビームＬ１０が積層方向Ｓに対して傾いた方向から入射面１６に平行光ビームの状態で入射すると、光ビームＬ１０は、第１反射面１３での反射、第２反射面１４での反射、部分反射層１１での透過、および部分反射層１１での反射を繰り返しながら長さ方向Ｔに進行し、平行光ビームのまま、積層方向Ｓにおけるビーム径が拡大された状態で出射面１７から積層方向Ｓに対して傾いた方向に出射される。
【００４６】
このように構成した場合も、図７に示すように、第１光学素子１０Ａの第１入射面１６Ａの第２方向Ｙにおける幅ＷＡは、第２光学素子１０Ｂの第２入射面１６Ｂの第１方向Ｘにおける幅ＷＢより狭い。例えば、図５に示すように、第１入射面１６Ａおよび第１出射面１７Ａの第１方向Ｘにおける幅Ｗは、第２入射面１６Ｂにおける第１反射面１３と第２反射面１４との間隔ＤＢより狭い。従って、第１光学素子１０Ａの小型化および軽量化を図ることができるので、ビーム径拡大装置１の小型化および軽量化を図ることができる。
【００４７】
［実施の形態４］
図９は、本発明の実施の形態４に係るビーム径拡大装置１に用いた第１光学素子１０Ａの第１出射面１７Ａを示す説明図である。本形態では、図９に示すように、ビーム径拡大装置１に用いた第１光学素子１０Ａの第１出射面１７Ａにおいて、光ビームの出射領域１７０の周りに遮光層１７１が設けられている、従って、第１光学素子１０Ａの第１出射面１７Ａから迷光が出射されることを抑制することができる。なお、第２光学素子１０Ｂの第２出射面１７Ｂにおいて、光ビームの出射領域１７０の周りに遮光層１７１が設けてもよい。この場合、第２光学素子１０Ｂの第２出射面１７Ｂから迷光が出射されることを抑制することができる。
【００４８】
［他の表示装置］
上記実施の形態では、光源部５１から出射された変調後の光を走査部５２によって走査した。但し、光源部５１から出射された変調前の光を走査部５２によって走査しながら液晶パネルに照射し、液晶パネルから出射された変調光を偏向部材５３で反射する構成を採用してもよい。
【００４９】
上記実施の形態では、光学素子１０が断面平行四辺形形状または断面台形形状であったが、光学素子１０が直方体形状の場合に本発明を適用してもよい。
【００５０】
上記実施の形態では、透光層１２と部分反射層１１との積層体からなるビーム径拡大素子を用いたが、回折素子を用いたビーム径拡大素子を用いた場合に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１…ビーム径拡大装置、１０…光学素子、１０Ａ…第１光学素子、１０Ｂ…第２光学素子、１１…部分反射層、１２…透光層、１３…第１反射面、１４…第２反射面、１６…入射面、１６Ａ…第１入射面、１６Ｂ…第２入射面、１７…出射面、１７Ａ…第１出射面、１７Ｂ…第２出射面、５０…表示装置、５１…光源部、５２…走査部、５３…偏向部材、５４…レンズ系、５５，５６…ミラー、５８…光学ユニット、６０…フレーム、６２…テンプル、１２３，１２４…保護基板、１７０…出射領域、１７１…遮光層、５３０…反射面、Ｅ…眼、Ｈ…横方向、Ｌ０，Ｌ１０，Ｌ１，Ｌ２…光ビーム、Ｓ，ＳＡ，ＳＢ…積層方向、Ｔ，ＴＡ，ＴＢ…長さ方向、Ｖ…縦方向、Ｘ…第１方向、Ｙ…第２方向。
【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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