(57)【要約】【課題】眼球が移動した場合でも、画像内での輝度ムラが目立ちにくい網膜走査型表示装置およびビーム径拡大素子を提供すること。【解決手段】網膜走査型表示装置では、走査部において、光源部から出射された光ビームを走査して走査画像とする。また、走査部から出射された光ビームは、第１ビーム径拡大素子１０Ａによって光ビームのビーム径を第１方向Ｘに拡大する。第１ビーム径拡大素子１０Ａは、第１方向Ｘで対向する一対の第１反射面１３Ａ、１４Ａの間で第１部分反射層１１Ａと第１透光層１２Ａとが交互に積層されている。ここで、複数の第１部分反射層１１Ａには、透過率が５０％を超える部分反射層が含まれている。このため、第１方向Ｘに拡大された光ビームＬ１１における第１方向Ｘの光強度分布を適正化することができる。【選択図】図３
2018054673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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走査して走査画像とする走査部と、
前記走査部から出射された前記光ビームのビーム径を第１方向に拡大する第１ビーム径拡大素子と、
前記第１ビーム径拡大素子によってビーム径が拡大された光ビームを使用者の眼に入射させる光学系と、
を有し、
前記第１ビーム径拡大素子は、
前記第１方向に沿って互いに対向する一対の第１反射面と、
前記一対の第１反射面の間で前記第１方向に沿って積層された複数の第１部分反射層と、
前記一対の第１反射面の各々と前記複数の第１部分反射層との間および前記複数の第１部分反射層の各々の間に配置された複数の第１透光層と、
を有し、
前記第１ビーム径拡大素子は、前記第１方向と交差する第１長さ方向の一方側の端面に配置された第１入射面と、前記第１長さ方向の他方側の端面に配置された第１出射面と、を含み、
前記複数の第１部分反射層のうち少なくとも１つの第１部分反射層は、透過率が５０％を超える部分反射層であることを特徴とする網膜走査型表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の網膜走査型表示装置において、
前記複数の第１部分反射層の各々は、いずれも透過率が５０％を超えていることを特徴とする網膜走査型表示装置。
【請求項３】
請求項２に記載の網膜走査型表示装置において、
前記複数の第１部分反射層の各々は、互いに透過率が等しいことを特徴とする網膜走査型表示装置。
【請求項４】
請求項３に記載の網膜走査型表示装置において、
前記複数の第１部分反射層の各々は、いずれも透過率が５０％を超え、かつ６０％以下であることを特徴とする網膜走査型表示装置。
【請求項５】
請求項２に記載の網膜走査型表示装置において、
前記複数の第１部分反射層は、互いに透過率が異なる部分反射層を含むことを特徴とする網膜走査型表示装置。
【請求項６】
請求項５に記載の網膜走査型表示装置において、
前記複数の第１部分反射層は、前記一対の第１反射面のうち、前記第１入射面への入射光の進行方向の側に位置する一方の第１反射面から他方の第１反射面に向けて、透過率が順に高くなるように配置されていることを特徴とする網膜走査型表示装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の網膜走査型表示装置において、
前記複数の第１部分反射層の各々は、いずれも透過率が５０％から９０％であることを特徴とする網膜走査型表示装置。
【請求項８】
請求項１から７までの何れか一項に記載の網膜走査型表示装置において、
前記第１ビーム径拡大素子は、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ていることを特徴とする網膜走査型表示装置。
【請求項９】
請求項１から８までの何れか一項に記載の網膜走査型表示装置において、
前記走査部と前記第１ビーム径拡大素子との間、および前記第１ビーム径拡大素子と前記光学系との間に、前記光ビームのビーム径を前記第１方向と交差する第２方向に拡大する第２ビーム径拡大素子を有し、
前記第２ビーム径拡大素子は、
前記第２方向に沿って互いに対向する一対の第２反射面と、
前記一対の第２反射面の間で前記第２方向に沿って積層された複数の第２部分反射層と、
前記一対の第２反射面の各々と前記複数の第２部分反射層との間および前記複数の第２部分反射層の各々の間に配置された複数の第２透光層と、
を有し、
前記第２ビーム径拡大素子は、前記第２方向と交差する第２長さ方向の一方側の端面に配置された第２入射面と、前記第２長さ方向の他方側の端面に配置された第２出射面と、を含むことを特徴とする網膜走査型表示装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の網膜走査型表示装置において、
前記複数の第２部分反射層のうち少なくとも１つの第２部分反射層は、透過率が５０％を超える部分反射層であることを特徴とする網膜走査型表示装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の網膜走査型表示装置において、
前記第２ビーム径拡大素子は、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していることを特徴とする網膜走査型表示装置。
【請求項１２】
入射した光ビームのビーム径を一方方向に拡大するビーム径拡大素子であって、
前記一方方向に沿って互いに対向する一対の反射面と、
前記一対の反射面の間で前記一方方向に沿って積層された複数の部分反射層と、
前記一対の反射面の各々と前記複数の部分反射層との間および前記複数の部分反射層の各々の間に配置された複数の透光層と、
を有し、
前記一対の反射面、前記複数の部分反射層および前記複数の透光層が積層された積層体は、前記一方方向と交差する長さ方向の一方側の端面に配置された入射面と、前記積層体の前記長さ方向の他方側の端面に配置された出射面と、を含み、
前記複数の部分反射層のうち少なくとも１つの部分反射層は、透過率が５０％を超える部分反射層であることを特徴とするビーム径拡大素子。
【請求項１３】
請求項１２に記載のビーム径拡大素子において、
前記積層体は、前記入射面および前記出射面が斜面とされた断面台形形状を有していることを特徴とするビーム径拡大素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射層の間で透光層と部分反射層とが交互に積層されたビーム径拡大素子を備えた網膜走査型表示装置およびビーム径拡大素子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表示装置は、光ビームを出射する光源部と、光源部から出射された光ビームを走査して走査画像とする走査部と、走査部から出射された光ビームを使用者の眼に入射させる光学系とを有している。このような構成の網膜走査型表示装置において、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、走査部と光学系との間にビーム径拡大素子を設け、走査部から出射された光ビームのビーム径を拡大することが提案されている（特許文献１参照）。また、特許文献１では、図５に模式的に示すように、一対の反射面１３、１４の間に部分反射層１１と透光層１２とが交互に配置されたビーム径拡大素子１０が用いられている。
【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】
特許文献１に記載の網膜走査型表示装置では、図５に示すように、走査部での走査に伴って、ビーム径拡大素子１０の入射面１６への光ビームＬの入射角度が変化するので、ビーム径拡大素子１０の出射面１７からの出射角度が変化する。従って、図６に示すように、眼Ｅには、異なる角度方向から光ビームＬが入射し、利用者に画像を認識させる。図５および図６には、入射面１６に垂直に入射する光ビームＬを実線で示し、垂直な光ビームＬに対して＋１０°傾いた光ビームＬ０を点線で示し、垂直な光ビームＬに対して−１０°傾いた光ビームＬ０′を一点鎖線で示してある。
【０００５】
このような網膜走査型表示装置では、眼球Ｅ０が移動すると、瞳に対する光ビームの入射方向によって、光ビームＬが虹彩Ｅ２で遮られる部分が変化して網膜Ｅ３に到達する光量が変化する。図６には、光ビームＬ０を強度Ａ、Ｂ、Ｃの３本の光線で示し、光ビームＬ０′を強度Ａ′、Ｂ′、Ｃ′の３本の光線で示してある。図６から分かるように、眼球Ｅ０が正面を向いているときには、光ビームＬ０は、強度Ａ、Ｂ、Ｃの光線が網膜Ｅ３に到達し、光ビームＬ０′は、強度Ａ′、Ｂ′、Ｃ′の光線が網膜Ｅ３に到達する。これに対して、眼球Ｅ０が一方方向ＣＷに回転するように移動すると、光ビームＬ０は、強度Ａ、Ｂの光線が網膜Ｅ３に到達し、光ビームＬ０′は、強度Ａ′、Ｂ′の光線が網膜Ｅ３に到達する。これに対して、眼球Ｅ０が他方方向ＣＣＷに回転するように移動すると、光ビームＬ０は、強度Ｂ、Ｃの光線が網膜Ｅ３に到達し、光ビームＬ０′は、強度Ｂ′、Ｃ′の光線が網膜Ｅ３に到達する。従って、以下の式（１）
Ａ≒Ａ′、Ｂ≒Ｂ′、Ｃ≒Ｃ′  ・・・  （１）
が成り立つときには、眼球Ｅ０が一方方向ＣＷに移動した場合と、眼球Ｅ０が他方方向ＣＣＷに移動した場合とでは、網膜Ｅ３に到達する光ビームＬ０、Ｌ０′の強度が等しいので、画像に輝度ムラが発生しない。
【０００６】
しかしながら、ビーム径拡大素子１０では、ビーム径拡大素子１０内での光ビームＬの進行経路の違いから、光ビームＬ０、Ｌ０′が各々、ビーム径の拡大方向に光強度分布を有しているとともに、光強度分布が光ビームＬ０と光ビームＬ０′とにおいて相違する。例えば、光ビームＬ０、Ｌ０′の光強度が以下の式（２）
Ａ＞Ａ′、Ｂ＝Ｂ′、Ｃ＜Ｃ′  ・・・  （２）
となることがあり、この場合、眼球Ｅ０が一方方向ＣＷに移動した場合と、眼球Ｅ０が他方方向ＣＣＷに移動した場合とでは、網膜Ｅ３に到達する光ビームＬ０、Ｌ０′の強度が異なってしまう。このような事態が発生すると、使用者が認識した画像では、光ビームＬ０に対応する領域と光ビームＬ０′に対応する領域とでは輝度が異なる。
【０００７】
また、上記の式（２）で示す光強度分布が発生していると、眼球Ｅ０の移動に伴って、画像において光ビームＬ０に対応する領域と光ビームＬ０′に対応する領域とにおける輝度の高低が入れ替わるため、輝度ムラが目立ってしまう。しかしながら、特許文献１には、上記の輝度ムラへの対策が記載されていないとともに、上記の輝度ムラ自体についての記載がない。
【０００８】
以上の問題点に鑑みて、本発明は、眼球が移動した場合でも、画像内での輝度ムラが目立ちにくい網膜走査型表示装置およびビーム径拡大素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る網膜走査型表示装置の一態様は、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走査して走査画像とする走査部と、前記走査部から出射された前記光ビームのビーム径を第１方向に拡大する第１ビーム径拡大素子と、前記第１ビーム径拡大素子によってビーム径が拡大された光ビームを使用者の眼に入射させる光学系と、を有し、前記第１ビーム径拡大素子は、前記第１方向に沿って互いに対向する一対の第１反射面と、前記一対の第１反射面の間で前記第１方向に沿って積層された複数の第１部分反射層と、前記一対の第１反射面の各々と前記複数の第１部分反射層との間および前記複数の第１部分反射層の各々の間に配置された複数の第１透光層と、を有し、前記第１ビーム径拡大素子は、前記第１方向と交差する第１長さ方向の一方側の端面に配置された第１入射面と、前記第１長さ方向の他方側の端面に配置された第１出射面と、を含み、前記複数の第１部分反射層のうち少なくとも１つの第１部分反射層は、透過率が５０％を超える部分反射層であることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、第１ビーム径拡大素子によって光ビームのビーム径を第１方向に拡大するため、使用者が認識した画像の第１方向に対応する方向に眼球が移動した場合でも、画像の欠けが発生しにくい。また、第１ビーム径拡大素子に用いた複数の第１部分反射層には、透過率が５０％を超える部分反射層が含まれているため、第１ビーム径拡大素子に入射した光線が第１ビーム径拡大素子の第１方向の全体を適正に進行して出射される。従って、使用者が認識した画像の第１方向に対応する方向に眼球が移動した場合でも、瞳に対する光ビームの入射方向によって網膜に到達する光量が大きく変化するという事態、あるいは瞳に対する光ビームの入射方向によって網膜に到達する光量が逆転するという事態の少なくとも一方を回避することができる。それ故、使用者が認識した画像の第１方向に対応する方向に眼球が移動した場合でも、画像の輝度ムラが目立たない。
【００１１】
本発明に係る網膜走査型表示装置の別態様において、前記複数の第１部分反射層の各々は、いずれも透過率が５０％を超えている構成を採用することができる。この場合、前記複数の第１部分反射層の各々は、互いに透過率が等しい態様を採用することができる。例えば、前記複数の第１部分反射層の各々は、いずれも透過率が５０％を超え、かつ６０％以下である態様を採用することができる。かかる態様によれば、使用者が認識した画像において、領域毎に輝度が異なるという輝度ムラの発生を抑制することができる。
【００１２】
本発明に係る網膜走査型表示装置の別態様において、前記複数の第１部分反射層は、互いに透過率が異なる部分反射層を含む構成を採用することができる。
【００１３】
本発明に係る網膜走査型表示装置の別態様において、前記複数の第１部分反射層は、前記一対の第１反射面のうち、前記第１入射面への入射光の進行方向の側に位置する一方の第１反射面から他方の第１反射面に向けて、透過率が順に高くなるように配置されている構成を採用することができる。
【００１４】
本発明に係る網膜走査型表示装置の別態様において、前記複数の第１部分反射層の各々は、いずれも透過率が５０％から９０％である構成を採用することができる。
【００１５】
本発明に係る網膜走査型表示装置の別態様において、前記第１ビーム径拡大素子は、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ている構成を採用することができる。
【００１６】
本発明に係る網膜走査型表示装置の別態様においては、前記走査部と前記第１ビーム径拡大素子との間、および前記第１ビーム径拡大素子と前記光学系との間に、前記光ビームのビーム径を前記第１方向と交差する第２方向に拡大する第２ビーム径拡大素子を有し、前記第２ビーム径拡大素子は、前記第２方向に沿って互いに対向する一対の第２反射面と、前記一対の第２反射面の間で前記第２方向に沿って積層された複数の第２部分反射層と、前記一対の第２反射面の各々と前記複数の第２部分反射層との間および前記複数の第２部分反射層の各々の間に配置された複数の第２透光層と、を有し、前記第２ビーム径拡大素子は、前記第２方向と交差する第２長さ方向の一方側の端面に配置された第２入射面と、前記第２長さ方向の他方側の端面に配置された第２出射面と、を含む構成を採用することができる。かかる態様によれば、第２ビーム径拡大素子によって光ビームのビーム径を第２方向に拡大するため、使用者が認識した画像の第２方向に対応する方向に眼球が移動した場合でも、画像の欠けが発生しにくい。
【００１７】
本発明に係る網膜走査型表示装置の別態様において、前記複数の第２部分反射層のうち少なくとも１つの第２部分反射層は、透過率が５０％を超える部分反射層である構成を採用することができる。かかる構成によれば、使用者が認識した画像の第２方向に対応する方向に眼球が移動した場合でも、瞳に対する光ビームの入射方向によって網膜に到達する光量が変化する度合が小さい。従って、使用者が認識した画像の第２方向で領域毎に輝度が異なるという輝度ムラの発生を抑制することができる。
【００１８】
本発明に係る網膜走査型表示装置の別態様において、前記第２ビーム径拡大素子は、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している構成を採用することができる。
【００１９】
また、本発明の別態様は、入射した光ビームのビーム径を一方方向に拡大するビーム径拡大素子であって、前記一方方向に沿って互いに対向する一対の反射面と、前記一対の反射面の間で前記一方方向に沿って積層された複数の部分反射層と、前記一対の反射面の各々と前記複数の部分反射層との間および前記複数の部分反射層の各々の間に配置された複数の透光層と、を有し、前記一対の反射面、前記複数の部分反射層および前記複数の透光層が積層された積層体は、前記一方方向と交差する長さ方向の一方側の端面に配置された入射面と、前記積層体の前記長さ方向の他方側の端面に配置された出射面と、を含み、前記複数の部分反射層のうち少なくとも１つの部分反射層は、透過率が５０％を超える部分反射層であることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係るビーム径拡大素子の別態様において、前記積層体は、前記入射面および前記出射面が斜面とされた断面台形形状を有している構成を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を適用した網膜走査型表示装置の構成の一例を模式的に示す説明図である。
【図２】図１に示す網膜走査型表示装置の外観の一例を示す説明図である。
【図３】図１に示す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ビーム径拡大素子および第２ビーム径拡大素子として用いたビーム径拡大素子の断面を模式的に示す説明図である。
【図５】図３および図４に示すビーム径拡大素子に対して異なる角度で光ビームが入射した様子を示す説明図である。
【図６】図３および図４に示すビーム径拡大素子から出射された光が眼に入射する様子を示す説明図である。
【図７】眼球の向きと瞳に入射する光線との関係を示す説明図である。
【図８】図３および図４に示すビーム径拡大素子から出射された光が眼に入射する別の様子を示す説明図である。
【図９】図３および図４に示す第１ビーム径拡大素子の第１部分反射層の透過率と出射輝度との関係を示す説明図である。
【図１０】図９に示す結果に基づいて条件１〜５を検討した結果を示すグラフである。
【図１１】図３および図４に示す第１ビーム径拡大素子の参考例の説明図である。
【図１２】図３および図４に示す第１ビーム径拡大素子の実施例１の説明図である。
【図１３】図３および図４に示す第１ビーム径拡大素子の実施例２の説明図である。
【図１４】本発明の比較例に相当する第１ビーム径拡大素子の光線解析結果を示す説明図である。
【図１５】本発明の実施例１に相当する第１ビーム径拡大素子の光線解析結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
［網膜走査型表示装置の構成例］
図１は、本発明を適用した網膜走査型表示装置１００の構成の一例を模式的に示す説明図である。図２は、図１に示す網膜走査型表示装置１００の外観の一例を示す説明図である。図１に示す網膜走査型表示装置１００は、使用者の頭部Ｍの側方で光ビームＬを出射する光源部５１と、光源部５１から出射された光ビームＬを頭部Ｍの側方で第１方向Ｘおよび第１方向Ｘに対して交差する第２方向Ｙに走査して走査画像とする走査部５２とを有している。また、網膜走査型表示装置１００は、走査部５２から出射された光ビームＬのビーム径を拡大するビーム径拡大装置１と、ビーム径拡大装置１によってビーム径が拡大された光ビームＬを使用者の眼Ｅに入射させる光学系５９とを有している。本形態において、光学系５９は、ビーム径拡大装置１から出射された光ビームＬを頭部Ｍの側方から眼Ｅの前方に導く導光光学系５７と、眼Ｅの前に配置された偏向部材５３とを有しており、偏向部材５３は、導光光学系５７によって導かれた光ビームＬを眼Ｅに向けて偏向して使用者に虚像を認識させる。本形態において、第１方向Ｘは、入射した光ビームＬを虚像の横方向Ｈに対応し、第２方向Ｙは、虚像の縦方向Ｖに対応する。
【００２４】
導光光学系５７は、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に向けて反射する導光ミラー５５とを有している。本形態において、ビーム径拡大装置１は、光源部５１から出射された光ビームＬのビーム径を第１方向Ｘに拡大する第１ビーム径拡大素子１０Ａと、第１ビーム径拡大素子１０Ａによってビーム径が拡大された光ビームＬのビーム径を第２方向Ｙに拡大する第２ビーム径拡大素子１０Ｂとを備えている。
【００２５】
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。なお、光源部５１については、拡散光をレンズ等の光学部材を使って平行光に変換したものでもよい。
【００２６】
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、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙ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２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。
【００２７】
偏向部材５３は、導光光学系５７から投射された光を反射して使用者の眼Ｅに入射させる偏向層５３０を備えている。本形態において、偏向部材５３は、ホログラフィック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Ｅに入射するため、利用者は、網膜走査型表示装置１００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、網膜走査型表示装置１００は、シースルー型の頭部装着型表示装置として構成されている。
【００２８】
このように構成した網膜走査型表示装置１００を、シースルー型のアイグラスディスプレイとして構成する場合、網膜走査型表示装置１００は、図２に示すように、眼鏡のような形状に形成される。また、利用者の左右の眼Ｅの各々に変調光を入射させる場合、網膜走査型表示装置１００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、ビーム径拡大装置１、および光学系５９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、ビーム径拡大装置１、および光学系５９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。
【００２９】
［ビーム径拡大装置１の構成］
図３は、図１に示すビーム径拡大装置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ビーム径拡大素子１０Ａおよび第２ビーム径拡大素子１０Ｂとして用いたビーム径拡大素子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４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。
【００３０】
また、以下の説明において、積層方向Ｓとは、第１ビーム径拡大素子１０Ａおよび第２ビーム径拡大素子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ビーム径拡大素子１０Ａがビーム径を拡大する第１方向Ｘとは、第１ビーム径拡大素子１０Ａにおける第１透光層１２Ａおよび第１部分反射層１１Ａの積層方向ＳＡと平行な方向であり、第２ビーム径拡大素子１０Ｂがビーム径を拡大する第２方向Ｙとは、第２ビーム径拡大素子１０Ｂにおける第２透光層１２Ｂおよび第２部分反射層１１Ｂの積層方向ＳＢと平行な方向である。
【００３１】
図３に示すように、本形態のビーム径拡大装置１は、図１に示す走査部５２と光学系５９との間で走査部５２から出射された光ビームＬのビーム径を第１方向Ｘに拡大する第１ビーム径拡大素子１０Ａと、走査部５２と第１ビーム径拡大素子１０Ａとの間、または第１ビーム径拡大素子１０Ａと光学系５９との間で光ビームＬのビーム径を第２方向Ｙに拡大する第２ビーム径拡大素子１０Ｂとを有している。本形態では、第２ビーム径拡大素子１０Ｂが第１ビーム径拡大素子１０Ａと光学系５９との間に配置されている。
【００３２】
このように構成したビーム径拡大装置１において、第１ビーム径拡大素子１０Ａおよび第２ビーム径拡大素子１０Ｂはいずれも、図４に示すビーム径拡大素子１０からなる。ビーム径拡大素子１０は、一方方向（積層方向Ｓ）で対向する一対の反射面１３、１４と、一対の反射面１３、１４の間で一方方向に積層された複数の部分反射層１１と、反射面１３、１４と部分反射層１１との間および部分反射層１１の各間に積層された透光層１２とを有している。また、ビーム径拡大素子１０は、反射面１３、１４、部分反射層１１および透光層１２の積層体１５において、一方方向に対して交差する長さ方向Ｔの一方側端面からなる入射面１６と、長さ方向Ｔの他方側端面からなる出射面１７とを有している。本形態において、ビーム径拡大素子１０は、入射面１６および出射面１７を斜面とする断面台形形状を有している。
【００３３】
従って、図３に示すように、第１ビーム径拡大素子１０Ａは、第１方向Ｘで対向する一対の第１反射面１３Ａ、１４Ａと、一対の第１反射面１３Ａ、１４Ａの間で第１方向Ｘに積層された複数の第１部分反射層１１Ａと、第１反射面１３Ａ、１４Ａと第１部分反射層１１Ａとの間および第１部分反射層１１Ａの各間に積層された第１透光層１２Ａとを有している。また、第１ビーム径拡大素子１０Ａは、第１反射面１３Ａ、１４Ａ、第１部分反射層１１Ａおよび第１透光層１２Ａの第１積層体１５Ａにおいて、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙと交差する第１長さ方向ＴＡの一方側端面からなる第１入射面１６Ａと、第１長さ方向ＴＡの他方側端面からなる第１出射面１７Ａとを有している。第１ビーム径拡大素子１０Ａは、第１入射面１６Ａおよび第１出射面１７Ａを斜面とする断面台形形状を有しており、第１反射面１３Ａの第１長さ方向ＴＡの寸法は、第２反射面１４Ａの第１長さ方向ＴＡの寸法より短い。
【００３４】
また、第２ビーム径拡大素子１０Ｂは、第２方向Ｙで対向する一対の第２反射面１３Ｂ、１４Ｂと、一対の第２反射面１３Ｂ、１４Ｂの間で第２方向Ｙに積層された複数の第２部分反射層１１Ｂと、第２反射面１３Ｂ、１４Ｂと第２部分反射層１１Ｂとの間および第２部分反射層１１Ｂの各間に積層された第２透光層１２Ｂとを有している。また、第２ビーム径拡大素子１０Ｂは、第２反射面１３Ｂ、１４Ｂ、第２部分反射層１１Ｂおよび第２透光層１２Ｂの第２積層体１５Ｂにおいて、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙと交差する第２長さ方向ＴＢの一方側端面からなる第２入射面１６Ｂと、第２長さ方向ＴＢの他方側端面からなる第２出射面１７Ｂとを有している。第２ビーム径拡大素子１０Ｂは、第２入射面１６Ｂおよび第２出射面１７Ｂを斜面とする断面台形形状を有しており、第２反射面１３Ｂの第２長さ方向ＴＢの寸法は、第２反射面１４Ｂの第２長さ方向ＴＢの寸法より短い。
【００３５】
再び図４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、複数の透光層１２において厚さが等しい。反射面１３、１４は、アルミニウム等の反射性金属膜の蒸着膜が透光層１２と接する界面からなる。なお、反射面１３、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。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。
【００３６】
このように構成したビーム径拡大素子１０において、光ビームＬ０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、反射面１３での反射、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、一方方向Ｓにおけるビーム径が拡大された状態で出射面１７から出射される。
【００３７】
従って、図３に示すビーム径拡大装置１では、第１ビーム径拡大素子１０Ａにおいて、光ビームＬ１０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入射すると、光ビームＬは、第１ビーム径拡大素子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Ｌ１１として第１出射面１７Ａから出射される。
【００３８】
次に、第２ビーム径拡大素子１０Ｂにおいて、光ビームＬ１１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入射すると、光ビームＬ１は、第２ビーム径拡大素子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から出射される。その結果、第２出射面１７Ｂからは、光ビームＬ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Ｌ１２が出射される。本形態において、第１ビーム径拡大素子１０Ａの第１出射面１７Ａと、第２ビーム径拡大素子１０Ｂの第２入射面１６Ｂとは、隙間を介して対向している。
【００３９】
［眼球Ｅ０の位置と光ビームＬとの関係］
以下、眼球Ｅ０の位置と光ビームＬとの関係等を説明するが、以下の説明では、第１ビーム径拡大素子１０Ａでビーム径が第１方向Ｘ（画像の横方向Ｈ）に拡大された光ビームＬと眼球Ｅ０との位置関係等を中心に説明する。
【００４０】
図５は、図３および図４に示すビーム径拡大素子１０に対して異なる角度で光ビームＬが入射した様子を示す説明図であり、図５には、ビーム径拡大素子１０（第１ビーム径拡大素子１０Ａ）の入射面１６（第１入射面１６Ａ）に対して垂直に入射した光ビームＬを実線で示し、光ビームＬに対して＋１０°傾いた光ビームＬ０を点線で示し、光ビームＬに対して−１０°傾いた光ビームＬ０′を一点鎖線で示してある。図６は、図３および図４に示すビーム径拡大素子１０から出射された光が眼Ｅに入射する様子を示す説明図であり、図６の中段には、眼球Ｅ０が正面を向いている様子を示し、図６の上段には、眼球Ｅ０が一方方向ＣＷを移動した様子を示し、図６の下段には、眼球Ｅ０が他方方向ＣＣＷを移動した様子を示してある。図７は、眼球Ｅ０の向きと瞳Ｅ１に入射する光線との関係を示す説明図であり、図７の中段には、眼球Ｅ０が正面を向いている場合を示し、図７の上段には、眼球Ｅ０が一方方向ＣＷに移動した場合を示し、図６の下段には、眼球Ｅ０が他方方向ＣＣＷに移動した場合を示してある。図８は、図３および図４に示すビーム径拡大素子１０から出射された光が眼Ｅに入射する別の様子を示す説明図であり、図８の上段には、眼球Ｅ０が図６に示す様子よりさらに一方方向ＣＷを移動した様子を示し、図８の下段には、眼球Ｅ０が図６に示す様子よりさらに他方方向ＣＣＷを移動した様子を示してある。
【００４１】
図５に示すように、第１ビーム径拡大素子１０Ａでは、図１に示す走査部５２での走査に伴って、第１ビーム径拡大素子１０Ａの第１入射面１６Ａへの光ビームＬの入射角度が変化し、第１ビーム径拡大素子１０Ａの第１出射面１７Ａからの出射角度が変化する。ここで、第１ビーム径拡大素子１０Ａの第１入射面１６Ａに対して垂直に入射する光ビームＬに対して＋１０°傾いた光ビームＬ０が入射した際、光ビームＬ０のビーム径が拡大された方向では、強度Ａ、Ｂ、Ｃを有する光線が出射されるとする。また、第１ビーム径拡大素子１０Ａの第１入射面１６Ａに対して垂直に入射する光ビームＬに対して−１０°傾いた光ビームＬ０′が入射した場合、光ビームＬ０′のビーム径が拡大された方向では、強度Ａ′、Ｂ′、Ｃ′を有する光線が出射されるとする。
【００４２】
また、図６および図７に示すように、眼球Ｅ０が移動すると、瞳Ｅ１に対する光ビームの入射方向によって、光ビームＬが虹彩Ｅ２で遮られる部分が変化する。例えば、眼球Ｅ０が正面を向いているときには、光ビームＬ０は、強度Ａ、Ｂ、Ｃの光線が網膜Ｅ３に到達し、光ビームＬ０′は、強度Ａ′、Ｂ′、Ｃ′の光線が網膜Ｅ３に到達する。これに対して、眼球Ｅ０が一方方向ＣＷに回転するように移動すると、光ビームＬ０は、強度Ａ、Ｂの光線が網膜Ｅ３に到達し、光ビームＬ０′は、強度Ａ′、Ｂ′の光線が網膜Ｅ３に到達する。また、眼球Ｅ０が他方方向ＣＣＷに回転するように移動すると、光ビームＬ０は、強度Ｂ、Ｃの光線が網膜Ｅ３に到達し、光ビームＬ０′は、強度Ｂ′、Ｃ′の光線が網膜Ｅ３に到達する。
【００４３】
また、図８に示すように、眼球Ｅ０が一方方向ＣＷにさらに回転するように移動すると、光ビームＬ０は、強度Ａの光線が網膜Ｅ３に到達し、光ビームＬ０′は、強度Ａ′の光線が網膜Ｅ３に到達する。これに対して、眼球Ｅ０が他方方向ＣＣＷにさらに回転するように移動すると、光ビームＬ０は、強度Ｃの光線が網膜Ｅ３に到達し、光ビームＬ０′は、強度Ｃ′の光線が網膜Ｅ３に到達する。
【００４４】
それ故、眼球Ｅ０が移動して光ビームＬが虹彩Ｅ２で遮られる部分が変化しても、以下の式Ｐ１〜Ｐ５を全て満たしていれば、眼球Ｅ０が移動しても、画像において光ビームＬ０に対応する領域と、画像において光ビームＬ０′に対応する領域とでは、網膜Ｅ３に到達する光量が一定となる。従って、眼球Ｅ０が移動しても、画像において光ビームＬ０に対応する領域と、画像において光ビームＬ０′に対応する領域とでは、輝度差が発生しない。なお、下式Ｐ１〜Ｐ５のうち、式Ｐ１〜Ｐ３は条件式であり、式Ｐ４、Ｐ５は、式Ｐ１〜Ｐ３から導かれる式である。
式Ｐ１：Ａ／Ａ′＝１００％
式Ｐ２：（Ａ＋Ｂ）／（Ａ′＋Ｂ′）＝１００％
式Ｐ３：（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／（Ａ′＋Ｂ′＋Ｃ′）＝１００％
式Ｐ４：（Ｂ＋Ｃ）／（Ｂ′＋Ｃ′）＝１００％
式Ｐ５：Ｃ／Ｃ′＝１００％
【００４５】
また、以下の式で求められる値の差が、例えば、４０％以内と小さいという条件Ｐ６を満たしていれば、眼球Ｅ０が移動して光ビームＬが虹彩Ｅ２で遮られる部分が変化しても、光ビームＬ０、Ｌ０′において網膜Ｅ３に到達する光強度の逆転が発生しない。従って、眼球Ｅ０が移動しても、画像において光ビームＬ０に対応する領域と、画像において光ビームＬ０′に対応する領域とでは輝度差が存在していても、輝度ムラが目立たない。
Ａ／Ａ′
（Ａ＋Ｂ）／（Ａ′＋Ｂ′）
（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／（Ａ′＋Ｂ′＋Ｃ′）
（Ｂ＋Ｃ）／（Ｂ′＋Ｃ′）
Ｃ／Ｃ′
【００４６】
それ故、式Ｐ１〜Ｐ５、あるいは条件Ｐ６の少なくとも一方を満たしていれば、輝度ムラが目立たないことになる。そこで、本形態では、図９〜図１３を参照して以下に示すように、第１ビーム径拡大素子１０Ａを以下のように適正化して輝度ムラが目立たないようにする。
【００４７】
［第１ビーム径拡大素子１０Ａの構成例１］
まず、図９〜図１２を参照して、式Ｐ１〜Ｐ５を満たす構成例１を説明する。図９は、図３および図４に示す第１ビーム径拡大素子１０Ａの第１部分反射層１１Ａの透過率と出射輝度との関係を示す説明図であり、図９の上段のグラフには、光ビームＬ０の各光線の強度Ａ、Ｂ、Ｃを示し、図９の下段のグラフには、光ビームＬ０′の光線の強度Ａ′、Ｂ′、Ｃ′を示してある。図１０は、図９に示す結果に基づいて条件１〜５を検討した結果を示すグラフであり、式Ｐ１〜Ｐ５に関する輝度差割合を算出した結果と第１部分反射層１１Ａの透過率との関係を示してある。なお、図９および図１０に示す結果では、複数の第１部分反射層１１Ａの透過率を全て同一にしてある。
【００４８】
図３および図４に示す第１ビーム径拡大素子１０Ａの第１部分反射層１１Ａの透過率を変化させると、光ビームＬ０の強度Ａ、Ｂ、Ｃ、および光ビームＬ０′の強度Ａ′、Ｂ′、Ｃ′は下式から求めることができるので、光ビームＬ０の強度Ａ、Ｂ、Ｃは図９の上段に示すグラフで示すように変化し、光ビームＬ０′の強度Ａ′、Ｂ′、Ｃ′は図９の下段に示すグラフで示すように変化する。下式において、ａは透過率であり、ｂは反射率（反射率＝１００％−透過率）であり、光ビームＬ０の強度Ａ、Ｂ、Ｃ、および光ビームＬ０′の強度Ａ′、Ｂ′、Ｃ′は、図５に示す各光線が第１部分反射層１１Ａを透過および反射する度に透過率ａおよび反射率ｂを乗じることにより算出した値である。
Ａ＝ａ×ｂ
Ｂ＝（ａ２×ｂ＋ｂ３）
Ｃ＝ａ２
Ａ′＝ａ４＋２×（ａ２×ｂ３）＋（ａ２×ｂ２）
Ｂ′＝（ａ３×ｂ３）＋４×（ａ３×ｂ２）＋（ａ３×ｂ）＋３×（ａ×ｂ５）
Ｃ′＝３×（ａ４×ｂ２）＋（ａ×ｂ４）＋３×（ａ２×ｂ５）
＋３×（ａ２×ｂ４）２×（ａ２×ｂ３）＋（ａ２×ｂ２）＋ｂ７
【００４９】
また、図９に示す結果に基づいて、透過率ａと式Ｐ１〜Ｐ５の各比との関係を求めると、図１０に示す結果となる。従って、図１０に示す結果、さらに、条件を変えて検討を行った結果に基づいて、式Ｐ１〜Ｐ５を略満たすには、複数の第１部分反射層１１Ａには、透過率が５０％を超える部分反射層が含まれていることを必要とする。より具体的には、式Ｐ１〜Ｐ５を略満たすには、複数の第１部分反射層１１Ａは、いずれも透過率が５０％を超えている必要がある。さらに好ましくは、図１０に範囲Ｆを示すように、複数の第１部分反射層１１Ａは、いずれも透過率が５０％を超え、かつ６０％以下であることが必要である。
【００５０】
（本発明に対する参考例）
図１１は、図３および図４に示す第１ビーム径拡大素子１０Ａの参考例の説明図であり、複数の第１部分反射層１１Ａの透過率を全て５０％とした場合における各式Ｐ１〜５の検討結果を示してある。
【００５１】
本例では、複数の第１部分反射層１１Ａの透過率を全て５０％としてあり、各強度は以下の値となる。
Ａ＝０．２５０
Ｂ＝０．２５０
Ｃ＝０．２５０
Ａ′＝０．１８８
Ｂ′＝０．２５０
Ｃ′＝０．２８１
【００５２】
従って、図１２に示すように、式Ｐ１〜Ｐ５に相当する値は以下のようになる。
式Ｐ１：Ａ／Ａ′＝１３３．３％
式Ｐ２：（Ａ＋Ｂ）／Ａ′＋Ｂ′＝１１４．３％
式Ｐ３：（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／（Ａ′＋Ｂ′＋Ｃ′）＝１０４．３％
式Ｐ４：（Ｂ＋Ｃ）／（Ｂ′＋Ｃ′）＝９４．１％
式Ｐ５：Ｃ／Ｃ′＝８８．９％
【００５３】
このように参考例では、全光線が瞳Ｅ１に入射する場合の式Ｐ３を満たしているため、画面全域でムラ発生程度が少ない。しかしながら、式Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４、Ｐ５を満たしていないため、図６〜図８に示すように、眼球Ｅ０が移動した際、画面全域で大きな輝度ムラが発生する。しかも、条件Ｐ６を満たしていないため、眼球Ｅ０を移動した際、画面では、領域間の輝度の高低が入れ替わる。このため、輝度ムラが目立ってしまう。かかる理由は、全ての部分反射層１１の透過率ａが５０％では、図４に示す第１反射面１３Ａの側まで十分な光が届かず、第１反射面１４Ａの側に光が集中して出射しているから、光ビームＬ０、Ｌ０′のビーム径の拡大した後の光強度分布を適正化できないためと考えられる。
【００５４】
（本発明の実施例１）
図１２は、図３および図４に示す第１ビーム径拡大素子１０Ａの実施例２の説明図であり、複数の第１部分反射層１１Ａの透過率を全て５５％とした場合における各式Ｐ１〜５の検討結果を示してある。
【００５５】
本例では、複数の第１部分反射層１１Ａの透過率を全て５５％としてあり、各強度は以下の値となる。
Ａ＝０．２４８
Ｂ＝０．２２７
Ｃ＝０．３０３
Ａ′＝０．２０８
Ｂ′＝０．２５５
Ｃ′＝０．２７１
【００５６】
従って、図１１に示すように、式Ｐ１〜Ｐ５に相当する値は以下のようになる。
式Ｐ１：Ａ／Ａ′＝１１９．３％
式Ｐ２：（Ａ＋Ｂ）／Ａ′＋Ｂ′＝１０２．５％
式Ｐ３：（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／（Ａ′＋Ｂ′＋Ｃ′）＝１０５．９％
式Ｐ４：（Ｂ＋Ｃ）／（Ｂ′＋Ｃ′）＝１００．７％
式Ｐ５：Ｃ／Ｃ′＝１１１．７％
【００５７】
このように実施例１では、図４に示す反射面１４Ａまで十分な光が届くため、全光線が瞳Ｅ１に入射する場合の式Ｐ３や、図６に示す程度まで眼球Ｅ０が移動した場合の式Ｐ２、Ｐ４を満たしており、画面全域でムラ発生程度が少ない。但し、式Ｐ２、Ｐ５を満たしていないため、図８に示す程度まで眼球Ｅ０が移動した場合には、参考例よりは程度が抑制されるが、輝度ムラが発生する。この場合でも、条件Ｐ６を満たしているため、眼球Ｅ０が移動した際、画面では、領域間の輝度の高低が入れ替わるという事態が発生しない。このため、輝度ムラが目立つことを回避することができる。
【００５８】
［第１ビーム径拡大素子１０Ａの別の構成例（本発明の実施例２）］
図１３は、図３および図４に示す第１ビーム径拡大素子１０Ａの実施例２の説明図であり、第１反射面１４Ａの側から第１反射面１３Ａの側に順に設けられた３つの第１部分反射層１１Ａの透過率を５０％、６５％、９０％とした場合の各式Ｐ１〜Ｐ５の検討結果を示してある。
【００５９】
すなわち、本例では、複数の第１部分反射層１１Ａには、透過率が５０％を超える部分反射層が含まれている。また、本例では、複数の第１部分反射層１１Ａには、透過率が異なる複数の部分反射層が含まれている。また、本形態では、透過率が異なる複数の部分反射層は、一対の第１反射面１３Ａ、１４Ａのうち、第１入射面１６Ａへの入射光の進行方向の側に位置する一方の第１反射面１４Ａから他方の第１反射面１３Ａに向けて透過率が順に高くなるように配置されている。また、透過率が異なる複数の部分反射層は、透過率が５０％から９０％である。従って、複数の第１部分反射層１１Ａの透過率を全て５０％とした場合と比較して、図４に示す反射面１３Ａまで十分な光が届く。
【００６０】
このように構成した第１ビーム径拡大素子１０Ａを用いた場合、光ビームＬ０、Ｌ０′の各光線の強度は以下の値となる。
Ａ＝０．３１５
Ｂ＝０．２９９
Ｃ＝０．３２５
Ａ′＝０．２３７
Ｂ′＝０．２５５
Ｃ′＝０．２５４
【００６１】
従って、図１３に示すように、式Ｐ１〜Ｐ５に相当する値は以下のようになる。
式Ｐ１：Ａ／Ａ′＝１３３．３％
式Ｐ２：（Ａ＋Ｂ）／Ａ′＋Ｂ′＝１２４．７％
式Ｐ３：（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／（Ａ′＋Ｂ′＋Ｃ′）＝１２５．８％
式Ｐ４：（Ｂ＋Ｃ）／（Ｂ′＋Ｃ′）＝１２２．５％
式Ｐ５：Ｃ／Ｃ′＝１２８．０％
【００６２】
このように実施例２では、式Ｐ１〜Ｐ５を満たしていないため、眼球Ｅが移動した際、参考例よりは程度が抑制されるが、輝度ムラが発生する。それでも、条件６を満たしているため、眼球Ｅ０を回転させた際、画面では、領域間の輝度の高低が入れ替わるという事態が発生しにくい。このため、輝度ムラが目立つことを回避することができる。
【００６３】
なお、本例に加えて、他の条件についても検討した結果、複数の第１部分反射層１１Ａには、透過率が５０％を超える部分反射層が含まれていれば、複数の第１部分反射層１１Ａの透過率を全て５０％とした場合と比較して、図４に示す反射面１３Ａまで十分な光が届く。また、複数の第１部分反射層１１Ａには、透過率が異なる複数の部分反射層が含まれ、かかる複数の部分反射層は、一対の第１反射面１３Ａ、１４Ａのうち、第１入射面１６Ａへの入射光の進行方向の側に位置する一方の第１反射面１４Ａから他方の第１反射面１３Ａに向けて透過率が低い順に配置されている場合、図４に示す反射面１３Ａまで十分な光が届く。さらに、透過率が異なる複数の部分反射層の透過率が５０％から９０％である場合、図４に示す反射面１３Ａまで十分な光が届く。
【００６４】
［第１ビーム径拡大素子１０Ａの光線解析結果］
図１４は、本発明の比較例に相当する第１ビーム径拡大素子１０Ａの光線解析結果を示す説明図である。図１５は、本発明の実施例１に相当する第１ビーム径拡大素子１０Ａの光線解析結果を示す説明図である。なお、図１４および図１５では、第１入射面１６Ａに垂直な光ビームＬが入射した場合の光強度分布を中段に示し、光ビームＬに対して＋１０°傾いた光ビームＬ０が入射した場合の光強度分布を上段に示し、光ビームＬに対して−１０°傾いた光ビームＬ０が入射した場合の光強度分布を下段に示してある。また、各強度分布の側方には、強度を斜線等で模式的に示してあり、斜線が付されていない領域は最も大きな強度を示し、斜線のピッチが狭くなる程、強度が低下することを示している。
【００６５】
上記の説明では、第１ビーム径拡大素子１０Ａにおける第１透光層１２Ａを４層とし、第１部分反射層１１Ａの層数を３層として説明したが、第１ビーム径拡大素子１０Ａでは、第１透光層１２Ａを９層とし、第１部分反射層１１Ａの層数を８層とする場合が多い。そこで、図４に示す切削角θを５５°とし、厚さが０．４ｍｍの第１透光層１２Ａを９層設けた第１ビーム径拡大素子１０Ａの光線解析を行った。その際、第１入射面１６Ａに垂直に入射した光線は、第１反射面１４Ａの中心で反射するとした。また、光源から第１ビーム径拡大素子１０Ａまでの垂直距離は、３ｍｍである。
【００６６】
第１ビーム径拡大素子１０Ａの第１部分反射層１１Ａの透過率を全て５０％とした比較例では、図１４に示すように、角度が＋１０°の光ビームＬ０では、第１反射面１４Ａまで十分に光が行き届かない一方、角度が−１０°の光ビームＬ０では、第１反射面１３Ａまで十分に光が行き届かない。このため、各光線での強度差が大きい。
【００６７】
これに対して、第１ビーム径拡大素子１０Ａの第１部分反射層１１Ａの透過率を全て５５％とした実施例１では、図１５に示すように、角度が＋１０°の光ビームＬ０では、第１反射面１４Ａまで十分に光が行き届くとともに、角度が−１０°の光ビームＬ０では、第１反射面１３Ａまで十分に光が行き届く。このため、各光線での強度差が小さい。それ故、実施例１に係る第１ビーム径拡大素子１０Ａを用いれば、輝度ムラが発生しにくい。
【００６８】
［他の実施の形態］
上記実施の形態では、第１ビーム径拡大素子１０Ａに起因する輝度ムラを中心に説明したが、第２ビーム径拡大素子１０Ｂについても、複数の第２部分反射層１１Ｂには、透過率が５０％を超える部分反射層が含まれている等、第１ビーム径拡大素子１０Ａと同様な構成を採用すれば、第２方向Ｙに対応する画像の縦方向Ｖでの輝度ムラを抑制することができる。
【００６９】
上記実施の形態では、第１方向Ｘが画像の横方向Ｈに対応し、第２方向Ｙが画像の縦方向Ｖに対応していたが、第１方向Ｘが画像の縦方向Ｖに対応し、第２方向Ｙが画像の横方向Ｈに対応している場合に本発明を適用してもよい。
【００７０】
上記実施の形態では、２つのビーム径拡大素子（第１ビーム径拡大素子１０Ａおよび第２ビーム径拡大素子１０Ｂ）を有していたが、１つのビーム径拡大素子（第１ビーム径拡大素子１０Ａ）のみを有する場合に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１…ビーム径拡大装置、１０…ビーム径拡大素子、１０Ａ…第１ビーム径拡大素子、１０Ｂ…第２ビーム径拡大素子、１１…部分反射層、１１Ａ…第１部分反射層、１１Ｂ…第２部分反射層、１２…透光層、１２Ａ…第１透光層、１２Ｂ…第２透光層、１３，１４…反射面、１３Ａ，１４Ａ…第１反射面、１３Ｂ，１４Ｂ…第２反射層、１５…積層体、１５Ａ…第１積層体、１５Ｂ…第２積層体、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、５１…光源部、５２…走査部、５３…偏向部材、５４…レンズ系、５５…導光ミラー、５７…導光光学系、５８…光学ユニット、５９…光学系、６０…フレーム、１００…網膜走査型表示装置、Ｅ…眼、Ｅ０…眼球、Ｅ１…瞳、Ｅ２…虹彩、Ｅ３…網膜、Ｈ…横方向、Ｍ…頭部、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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【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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