(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像信号に基づき変調された映像光を生成する映像光生成部と、
前記映像光生成部から射出された前記映像光を回折させる回折光学素子であって、回折格子周期が一定である第１の回折光学素子と、
第１の方向に沿って前記映像光を主走査し、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って前記映像光を副走査する光スキャナーと、
前記光スキャナーによって走査された前記映像光が入射され、当該入射された前記映像光を回折させる回折光学素子であって、入射された前記映像光の前記副走査の振幅の中心を通過する前記主走査の走査線上において回折格子周期が互いに異なる部分を有する第２の回折光学素子と、
を備え、
前記第１の回折光学素子は、前記映像光生成部と前記光スキャナーとの間の光路上に設けられており、
前記第１の回折光学素子の前記回折格子周期は、前記第２の回折光学素子に入射される前記映像光の前記副走査の振幅の中心を通過する前記主走査の走査線上における前記回折格子周期の最大値と最小値との間であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
映像信号に基づき変調された映像光を生成する映像光生成部と、
前記映像光生成部から射出された前記映像光を回折させる回折光学素子であって、回折格子周期が一定である第１の回折光学素子と、
第１の方向に沿って前記映像光を主走査し、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って前記映像光を副走査する光スキャナーと、
前記光スキャナーによって走査された前記映像光が入射され、当該入射された前記映像光を回折させる回折光学素子であって、入射された前記映像光の前記副走査の振幅の中心を通過する前記主走査の走査線上において回折格子周期が互いに異なる部分を有する第２の回折光学素子と、
を備え、
前記第１の回折光学素子は、前記映像光生成部と前記光スキャナーとの間の光路上に設けられており、
前記第１の回折光学素子の前記回折格子周期は、前記第２の回折光学素子に入射される前記映像光の前記副走査の振幅の中心を通過する前記主走査の走査線上であり、かつ、前記主走査の振幅の中心の位置における回折格子周期と等しいことを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
映像信号に基づき変調された映像光を生成する映像光生成部と、
前記映像光生成部から射出された前記映像光を回折させる回折光学素子であって、回折格子周期が一定である第１の回折光学素子と、
第１の方向に沿って前記映像光を主走査し、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って前記映像光を副走査する光スキャナーと、
前記光スキャナーによって走査された前記映像光が入射され、当該入射された前記映像光を回折させる回折光学素子であって、入射された前記映像光の前記副走査の振幅の中心を通過する前記主走査の走査線上において回折格子周期が互いに異なる部分を有する第２の回折光学素子と、
を備え、
前記第１の回折光学素子は、前記映像光生成部と前記光スキャナーとの間の光路上に設けられており、
前記第１の回折光学素子の前記回折格子周期は、前記第２の回折光学素子に入射される前記映像光の前記副走査の振幅の中心を通過する前記主走査の走査線上における回折格子周期の平均値と等しいことを特徴とする画像表示装置。
【請求項４】
前記第２の回折光学素子は、前記映像光の入射側の表面形状が前記第２の回折光学素子の回折格子と垂直な方向において凹面になっている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記第２の回折光学素子の回折格子の延在方向は、前記第１の方向と直交している請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
さらに、前記光スキャナーと前記第２の回折光学素子との間の光路上に設けられた瞳拡大光学系を有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
瞳の網膜に直接レーザーを照射し、使用者に画像を視認させる表示装置としてヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）が知られている。
【０００３】
ヘッドマウントディスプレイは、一般に、光を出射する発光装置と、出射した光が使用者の網膜を走査するように光路を変更する走査手段と、を備えている。このようなヘッドマウントディスプレイにより、使用者は、例えば外の景色と走査手段によって描かれる画像の双方を同時に視認することができる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、光源と、光源から出射された平行光を走査する走査手段と、走査手段によって走査された平行光をリレーし眼に向けて出射する光学装置と、を備える画像表示装置が開示されている。このうち、光学装置は、入射された光が内部で全反射により伝搬した後、出射するように構成された導光板と、導光板に入射された光が全反射するように光を回折させる第１回折格子部材と、全反射により伝搬した光が導光板から出射し得るように光を回折させる第２回折格子部材と、を備えていることが開示されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の画像表示装置では、走査手段によって走査された光が第１回折格子部材に入射されるようになっている。第１回折格子部材に入射する光は、一定の面積を有する２次元的な走査範囲にわたって走査されるため、第１回折格子部材はその光を受光し得る十分なサイズを有している必要がある。その結果、特許文献１に記載の画像表示装置は、大型化することが避けられない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−７８０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、装置の大型化を抑制しつつ、回折に伴う回折角度のずれが抑制された、高画質の表示が可能な画像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】
【０００８】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の画像表示装置は、映像信号に基づき変調された映像光を生成する映像光生成部と、
前記映像光生成部から射出された前記映像光を回折させる回折光学素子であって、回折格子周期が一定である第１の回折光学素子と、
第１の方向に沿って前記映像光を主走査し、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って前記映像光を副走査する光スキャナーと、
前記光スキャナーによって走査された前記映像光が入射され、当該入射された前記映像光を回折させる回折光学素子であって、入射された前記映像光の前記副走査の振幅の中心を通過する前記主走査の走査線上において回折格子周期が互いに異なる部分を有する第２の回折光学素子と、
を備え、
前記第１の回折光学素子は、前記映像光生成部と前記光スキャナーとの間の光路上に設けられており、
前記第１の回折光学素子の前記回折格子周期は、前記第２の回折光学素子に入射される前記映像光の前記副走査の振幅の中心を通過する前記主走査の走査線上における前記回折格子周期の最大値と最小値との間であることを特徴とする。
これにより、第１の回折光学素子が小さくて済むため、装置の大型化が抑制されており、かつ、回折に伴う回折角度のずれを抑制することができるので、高画質の表示が可能な画像表示装置が得られる。
また、これにより、２次元的に走査されながら第２の回折光学素子に投射された映像光を、第２の回折光学素子において観察者の眼に入射させるように回折させることができるので、画角が大きく、かつ高画質な映像を視認させることができる。
さらに、これにより、第２の回折光学素子のほぼ全域において、第１の回折光学素子での回折において生じた回折角度の角度幅を、第２の回折光学素子での回折において十分に相殺することができる。
【０００９】
本発明の画像表示装置は、映像信号に基づき変調された映像光を生成する映像光生成部と、
前記映像光生成部から射出された前記映像光を回折させる回折光学素子であって、回折格子周期が一定である第１の回折光学素子と、
第１の方向に沿って前記映像光を主走査し、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って前記映像光を副走査する光スキャナーと、
前記光スキャナーによって走査された前記映像光が入射され、当該入射された前記映像光を回折させる回折光学素子であって、入射された前記映像光の前記副走査の振幅の中心を通過する前記主走査の走査線上において回折格子周期が互いに異なる部分を有する第２の回折光学素子と、
を備え、
前記第１の回折光学素子は、前記映像光生成部と前記光スキャナーとの間の光路上に設けられており、
前記第１の回折光学素子の前記回折格子周期は、前記第２の回折光学素子に入射される前記映像光の前記副走査の振幅の中心を通過する前記主走査の走査線上であり、かつ、前記主走査の振幅の中心の位置における回折格子周期と等しいことを特徴とする。
これにより、第１の回折光学素子が小さくて済むため、装置の大型化が抑制されており、かつ、回折に伴う回折角度のずれを抑制することができるので、高画質の表示が可能な画像表示装置が得られる。
また、これにより、第２の回折光学素子のほぼ全域において、第１の回折光学素子での回折において生じた回折角度の角度幅を、第２の回折光学素子での回折においてより十分に相殺することができる。
本発明の画像表示装置は、映像信号に基づき変調された映像光を生成する映像光生成部と、
前記映像光生成部から射出された前記映像光を回折させる回折光学素子であって、回折格子周期が一定である第１の回折光学素子と、
第１の方向に沿って前記映像光を主走査し、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って前記映像光を副走査する光スキャナーと、
前記光スキャナーによって走査された前記映像光が入射され、当該入射された前記映像光を回折させる回折光学素子であって、入射された前記映像光の前記副走査の振幅の中心を通過する前記主走査の走査線上において回折格子周期が互いに異なる部分を有する第２の回折光学素子と、
を備え、
前記第１の回折光学素子は、前記映像光生成部と前記光スキャナーとの間の光路上に設けられており、
前記第１の回折光学素子の前記回折格子周期は、前記第２の回折光学素子に入射される前記映像光の前記副走査の振幅の中心を通過する前記主走査の走査線上における回折格子周期の平均値と等しいことを特徴とする。
これにより、第１の回折光学素子が小さくて済むため、装置の大型化が抑制されており、かつ、回折に伴う回折角度のずれを抑制することができるので、高画質の表示が可能な画像表示装置が得られる。
また、これにより、第２の回折光学素子のほぼ全域において、第１の回折光学素子での回折において生じた回折角度の角度幅を、第２の回折光学素子での回折においてより十分に相殺することができる。
【００１０】
本発明の画像表示装置では、前記第２の回折光学素子は、前記映像光の入射側の表面形状が前記第２の回折光学素子の回折格子と垂直な方向において凹面になっていることが好ましい。
【００１１】
これにより、第２の回折光学素子が集光レンズと等価の機能を有するため、映像光を観察者の眼に向けて集光させる機能が増強させることになる。その結果、画角が大きく、かつ高画質な映像を視認させることができる。
【００２０】
本発明の画像表示装置では、前記第２の回折光学素子の回折格子の延在方向は、前記第１の方向と直交していることが好ましい。
【００２１】
これにより、第１の回折光学素子での回折において生じた回折角度の角度幅を、第２の回折光学素子での回折においてより確実に相殺することができる。
【００２２】
本発明の画像表示装置では、さらに、前記光スキャナーと前記第２の回折光学素子との間の光路上に設けられた瞳拡大光学系を有することが好ましい。
【００２３】
これにより、映像光の光束幅（断面積）を拡大することができ、視認性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の画像表示装置の第１実施形態を備えるヘッドマウントディスプレイの概略構成を示す図である。
【図２】図１に示すヘッドマウントディスプレイの概略斜視図である。
【図３】図１に示す画像表示装置の構成を模式的に示す図である。
【図４】図２に示す画像生成部の構成を模式的に示す図である。
【図５】図４に示す駆動信号生成部の駆動信号の一例を示す図である。
【図６】図４に示す光走査部の平面図である。
【図７】図６に示す光走査部の断面図（Ｘ１軸に沿った断面図）である。
【図８】図３に示す光学素子の概略構成を示す図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が平面図、（ｃ）が右側面図、（ｄ）が左側面図である。
【図９】図８に示す光学素子に入射された映像光の経路を説明するための図である。
【図１０】光走査部によって走査された映像光が、反射部に投射されるとともに２次元的に走査されている様子の一例を示す図である。
【図１１】図３に示す画像表示装置の作用を説明するための図である。
【図１２】本発明の画像表示装置の第２実施形態の構成を模式的に示す図である。
【図１３】本発明の画像表示装置の第３実施形態を備えるヘッドアップディスプレイの概略構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の画像表示装置について、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
＜第１実施形態＞
まず、本発明の画像表示装置の第１実施形態について説明する。
【００２７】
図１は、本発明の画像表示装置の第１実施形態を備えるヘッドマウントディスプレイの概略構成を示す図、図２は、図１に示すヘッドマウントディスプレイの概略斜視図、図３は、図１に示す画像表示装置の構成を模式的に示す図、図４は、図２に示す画像生成部の構成を模式的に示す図、図５は、図４に示す駆動信号生成部の駆動信号の一例を示す図、図６は、図４に示す光走査部の平面図、図７は、図６に示す光走査部の断面図（Ｘ１軸に沿った断面図）、図８は、図３に示す光学素子の概略構成を示す図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が平面図、（ｃ）が右側面図、（ｄ）が左側面図、図９は、図８に示す光学素子に入射された映像光の経路を説明するための図である。
【００２８】
なお、図１〜３では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸としてＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示している。また、その図示した矢印の先端側を「＋（プラス）」、基端側を「−（マイナス）」とする。また、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」という。
【００２９】
ここで、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、画像表示装置１を観察者の頭部Ｈに装着した際に、Ｘ軸方向が頭部Ｈの左右方向、Ｙ軸方向が頭部Ｈの上下方向、Ｚ軸方向が頭部Ｈの前後方向となるように設定されている。
【００３０】
図１に示すように、本実施形態に係る画像表示装置１を備えたヘッドマウントディスプレイ（頭部装着型画像表示装置）１０は、眼鏡のような外観をなし、観察者の頭部Ｈに装着して使用され、観察者に虚像による画像を外界像と重畳した状態で視認させる。
【００３１】
図１、図２に示すように、ヘッドマウントディスプレイ１０は、画像生成部３と拡大光学系４と反射部６とを備える画像表示装置１と、フレーム２と、を有する。
【００３２】
このヘッドマウントディスプレイ１０では、画像生成部３が映像信号に基づき変調された映像光を生成し、拡大光学系４が当該映像光の光束幅（断面積）を拡大し、反射部６が拡大光学系４によって拡大された映像光を観察者の眼ＥＹに導く。これにより、映像信号に応じた虚像を観察者に視認させることができる。
【００３３】
また、ヘッドマウントディスプレイ１０は、画像表示装置１が備える画像生成部３、拡大光学系４、および反射部６が、それぞれ、フレーム２の右側および左側に設けられており、ＹＺ平面を基準として対称（左右対称）となるように配設されている。フレーム２の右側に設けられている画像生成部３、拡大光学系４、および反射部６が、右眼用の虚像を形成しており、フレーム２の左側に設けられている画像生成部３、拡大光学系４、および反射部６が、左眼用の虚像を形成している。
【００３４】
なお、本実施形態では、ヘッドマウントディスプレイ１０は、フレーム２の右側および左側に、それぞれ画像生成部３、拡大光学系４および反射部６を設け、右眼用の虚像と左眼用の虚像とを形成する構成としているが、これに限定されない。例えば、フレーム２の左側のみに画像生成部３、拡大光学系４および反射部６を設け、左眼用の虚像のみを形成する構成にしてもよく、反対に、フレーム２の右側のみに画像生成部３、拡大光学系４および反射部６を設け、右眼用の虚像のみを形成する構成にしてもよい。すなわち、ヘッドマウントディスプレイ１０は、本実施形態のような両眼タイプのヘッドマウントディスプレイ１０に限定されず、単眼タイプのヘッドマウントディスプレイであってもよい。
【００３５】
以下、ヘッドマウントディスプレイ１０の各部を順次詳細に説明する。
なお、２つの画像生成部３、２つの拡大光学系４および２つの反射部６は、それぞれ同一の構成を有しているため、以下では、フレーム２の左側に設けられている画像生成部３、拡大光学系４および反射部６を中心に説明する。
【００３６】
≪フレーム≫
図２に示すように、フレーム２は、眼鏡フレームのような形状をなし、画像表示装置１が備える画像生成部３、拡大光学系４および反射部６を支持する機能を有する。
【００３７】
フレーム２は、リム２１１と、シェード部２１２とを有するフロント部２１と、フロント部２１の左右両端からＺ軸方向に延出したテンプル２２と、を有する。
【００３８】
シェード部２１２は、外界光の透過を抑制する機能を有し、反射部６を支持する部材である。シェード部２１２は、その内側に、観察者側に向かって開口する凹部２７を有しており、この凹部２７に反射部６が設けられている。そして、この反射部６を支持するシェード部２１２が、リム２１１によって支持されている。
【００３９】
また、シェード部２１２の中央部には、ノーズパッド２３が設けられている。ノーズパッド２３は、観察者がヘッドマウントディスプレイ１０を頭部Ｈに装着したとき、観察者の鼻ＮＳに当接して、ヘッドマウントディスプレイ１０を観察者の頭部Ｈに対して支持している。
【００４０】
テンプル２２は、観察者の耳ＥＡに掛けるための角度が付けられていないストレートテンプルであり、観察者がヘッドマウントディスプレイ１０を頭部Ｈに装着したとき、テンプル２２の一部が、観察者の耳ＥＡに当接するよう構成されている。また、テンプル２２の内部には、画像生成部３および拡大光学系４が収容されている。
【００４１】
また、テンプル２２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種樹脂材料や、樹脂に炭素繊維やガラス繊維等の繊維が混合された複合材料、アルミニウムやマグネシウム等の金属材料等を用いることができる。
【００４２】
なお、フレーム２の形状は、観察者の頭部Ｈに装着することができるものであれば、図示のものに限定されない。
【００４３】
≪画像表示装置≫
前述したように、画像表示装置１は、画像生成部３と、拡大光学系４と、反射部６とを有している。
【００４４】
以下、本実施形態に係る画像表示装置１の各部について詳細に説明する。
［画像生成部］
図２に示すように、画像生成部３は、前述したフレーム２のテンプル２２に内蔵されている。
【００４５】
画像生成部３は、図３および図４に示すように、映像光生成部３１と、駆動信号生成部３２と、制御部３３と、レンズ３４と、光回折部３５と、光走査部３６と、を備えている。
【００４６】
このような画像生成部３は、映像信号に基づき変調された映像光を生成する機能と、光走査部３６を駆動する駆動信号を生成する機能と、を有する。
【００４７】
以下、画像生成部３の各部について詳述する。
（映像光生成部）
映像光生成部３１は、光走査部３６（光スキャナー）で走査（光走査）される映像光Ｌ１を生成するものである。
【００４８】
この映像光生成部３１は、波長の異なる複数の光源（光源部）３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂを有する光源部３１１と、複数の駆動回路３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂと、光合成部（合成部）３１３と、を有する。
【００４９】
光源部３１１が有する光源３１１Ｒ（Ｒ光源）は、赤色光を射出するものであり、光源３１１Ｇ（Ｇ光源）は、緑色光を射出するものであり、光源３１１Ｂは、青色光を射出するものである。このような３色の光を用いることにより、フルカラーの画像を表示することができる。
【００５０】
光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂには、それぞれ、特に限定されないが、例えば、レーザーダイオード、ＬＥＤ等を用いることができる。
【００５１】
このような光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂは、それぞれ、駆動回路３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂと電気的に接続されている。
【００５２】
駆動回路３１２Ｒは、前述した光源３１１Ｒを駆動する機能を有し、駆動回路３１２Ｇは、前述した光源３１１Ｇを駆動する機能を有し、駆動回路３１２Ｂは、前述した光源３１１Ｂを駆動する機能を有する。
【００５３】
このような駆動回路３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂにより駆動された光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂから射出された３つ（３色）の光（映像光）は、光合成部３１３に入射する。
【００５４】
光合成部３１３は、複数の光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂからの光を合成するものである。
【００５５】
本実施形態では、光合成部３１３は、２つのダイクロイックミラー３１３ａ、３１３ｂを有する。
【００５６】
ダイクロイックミラー３１３ａは、赤色光を透過させるとともに緑色光を反射する機能を有する。また、ダイクロイックミラー３１３ｂは、赤色光および緑色光を透過させるとともに青色光を反射する機能を有する。
【００５７】
このようなダイクロイックミラー３１３ａ、３１３ｂを用いることにより、光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂからの赤色光、緑色光および青色光の３色の光を合成して、１つの映像光Ｌ１を形成する。
【００５８】
ここで、本実施形態では、前述した光源部３１１は、光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂからの赤色光、緑色光および青色光の光路長が互いに等しくなるように、配置されている。
【００５９】
なお、光合成部３１３は、前述したようなダイクロイックミラーを用いた構成に限定されず、例えば、プリズム、光導波路、光ファイバー等で構成されたものであってもよい。
【００６０】
以上のような構成の映像光生成部３１にて、光源部３１１から３色の映像光が生成され、かかる映像光が光合成部３１３で合成され、１つの映像光Ｌ１が生成される。そして、映像光生成部３１で生成された映像光Ｌ１は、レンズ３４に向けて射出される。
【００６１】
なお、上述した映像光生成部３１には、例えば、光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂで生成された映像光Ｌ１の強度等を検出する光検出手段（図示せず）等が設けられていてもよい。このような光検出手段を設けることによって、検出結果に応じて映像光Ｌ１の強度を調整することができる。
【００６２】
（レンズ）
映像光生成部３１で生成した映像光Ｌ１は、レンズ３４に入射する。
【００６３】
レンズ３４は、映像光Ｌ１の放射角度を制御する機能を有する。このレンズ３４は、例えば、コリメーターレンズである。コリメーターレンズは、光を平行状態の光束に調整（変調）するレンズである。
【００６４】
このようなレンズ３４にて、映像光生成部３１から射出された映像光Ｌ１は、平行化された状態で光回折部３５に伝送される。
【００６５】
（光回折部）
レンズ３４において平行化された映像光Ｌ１は、光回折部（第１の回折光学素子）３５に入射する。
【００６６】
光回折部３５は、映像光Ｌ１を回折させる回折光学素子を含んでいる。この回折光学素子は、反射型の回折素子であるため、光回折部３５に入射した映像光Ｌ１は、反射されるとともに、波長ごとに決まった特定の角度で光が強め合う。これにより、特定の回折角度において相対的に強度の大きい回折光が発生することとなる。
【００６７】
光回折部３５は、本実施形態では、回折格子の一つである第１ホログラム素子３５１で構成されている。第１ホログラム素子３５１は、光回折部３５に入射する映像光Ｌ１のうち、特定波長領域にある光については回折させ、それ以外の波長帯域にある光については透過する性質を有する半透過膜である。
【００６８】
このような第１ホログラム素子３５１を用いることで、特定の波長帯域にある映像光Ｌ１について、回折を利用して光走査部３６へ導くことができる。
【００６９】
なお、光回折部３５を構成する回折格子は、反射型の回折格子であればいかなるものでもよく、上述したホログラム素子（ホログラフィックグレーティング）の他、横断面が鋸歯状をなす溝が形成されている表面レリーフ型回折格子（ブレーズドグレーティング）、ホログラム素子と表面レリーフ型回折格子とを組み合わせた表面レリーフホログラム素子（ブレーズドホログラフィックグレーティング）等であってもよい。
【００７０】
このうち、回折効率を考慮した場合、表面ブレーズホログラム素子が好ましく用いられる。この素子は、溝を構成する面の角度（ブレーズ角）によって決まる回折光の波長（回折効率が最も高い光の波長）と、ホログラム素子の干渉縞ピッチによって決まる回折光の波長と、映像光Ｌ１の波長と、を対応させることにより、特に高い回折効率を得ることができる。
【００７１】
このようにして光回折部３５で回折された映像光Ｌ１は、光走査部３６に伝送される。なお、光回折部３５の機能については、後に詳述する。
【００７２】
（駆動信号生成部）
駆動信号生成部３２は、光走査部３６（光スキャナー）を駆動する駆動信号を生成するものである。
【００７３】
この駆動信号生成部３２は、光走査部３６の第１の方向での主走査（水平走査）に用いる第１の駆動信号を生成する駆動回路３２１と、光走査部３６の第１の方向に直交する第２の方向での副走査（垂直走査）に用いる第２の駆動信号を生成する駆動回路３２２と、を有する。
【００７４】
例えば、駆動回路３２１は、図５（ａ）に示すように、周期Ｔ１で周期的に変化する第１の駆動信号Ｖ１（水平走査用電圧）を発生させるものであり、駆動回路３２２は、図５（ｂ）に示すように、周期Ｔ１と異なる周期Ｔ２で周期的に変化する第２の駆動信号Ｖ２（垂直走査用電圧）を発生させるものである。
【００７５】
なお、第１の駆動信号および第２の駆動信号については、後述する光走査部３６の説明とともに、後に詳述する。
【００７６】
このような駆動信号生成部３２は、図示しない信号線を介して、光走査部３６に電気的に接続されている。これにより、駆動信号生成部３２で生成した駆動信号（第１の駆動信号および第２の駆動信号）は、光走査部３６に入力される。
【００７７】
（制御部）
前述したような映像光生成部３１の駆動回路３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂおよび駆動信号生成部３２の駆動回路３２１、３２２は、制御部３３に電気的に接続されている。制御部３３は、映像信号（画像信号）に基づいて、映像光生成部３１の駆動回路３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂおよび駆動信号生成部３２の駆動回路３２１、３２２の駆動を制御する機能を有する。
【００７８】
制御部３３の指令に基づき、映像光生成部３１は画像情報に応じて変調された映像光Ｌ１を生成し、駆動信号生成部３２は画像情報に応じた駆動信号を生成する。
【００７９】
（光走査部）
映像光生成部３１から射出された映像光Ｌ１は、レンズ３４および光回折部３５を介して光走査部３６に入射する。
【００８０】
光走査部３６は、映像光生成部３１からの映像光Ｌ１を２次元的に走査する光スキャナーである。この光走査部３６で映像光Ｌ１を走査することにより走査光（映像光）Ｌ２が形成される。
【００８１】
この光走査部３６は、図６に示すように、可動ミラー部１１と、１対の軸部１２ａ、１２ｂ（第１の軸部）と、枠体部１３と、２対の軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ（第２の軸部）と、支持部１５と、永久磁石１６と、コイル１７と、を備える。言い換えれば、光走査部３６はいわゆるジンバル構造を有している。
【００８２】
ここで、可動ミラー部１１および１対の軸部１２ａ、１２ｂは、Ｙ１軸（第１の軸）周りに揺動（往復回動）する第１の振動系を構成する。また、可動ミラー部１１、１対の軸部１２ａ、１２ｂ、枠体部１３、２対の軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄおよび永久磁石１６は、Ｘ１軸（第２の軸）周りに揺動（往復回動）する第２の振動系を構成する。
【００８３】
また、光走査部３６は、信号重畳部１８を有しており（図７参照）、永久磁石１６、コイル１７、信号重畳部１８および駆動信号生成部３２は、前述した第１の振動系および第２の振動系を駆動（すなわち、可動ミラー部１１をＸ１軸およびＹ１軸周りに揺動）させる駆動部を構成する。
【００８４】
以下、光走査部３６の各部を順次詳細に説明する。
可動ミラー部１１は、基部１１１（可動部）と、スペーサー１１２を介して基部１１１に固定された光反射板１１３と、を有する。
【００８５】
光反射板１１３の上面（一方の面）には、光反射性を有する光反射部１１４が設けられている。
【００８６】
なお、本実施形態では、光反射板１１３は、平面視にて円形をなしている。なお、光反射板１１３の平面視形状は、これに限定されず、例えば、楕円形、四角形等の多角形であってもよい。
【００８７】
このような光反射板１１３の下面（他方の面）には、図７に示すように、硬質層１１５が設けられている。
【００８８】
硬質層１１５は、光反射板１１３本体の構成材料よりも硬質な材料で構成されている。これにより、光反射板１１３の剛性を高めることができる。そのため、光反射板１１３の揺動時における撓みを防止または抑制することができる。また、光反射板１１３の厚さを薄くし、光反射板１１３のＸ１軸およびＹ１軸周りの揺動時における慣性モーメントを抑えることができる。
【００８９】
このような硬質層１１５の構成材料としては、光反射板１１３本体の構成材料よりも硬質な材料であれば、特に限定されず、例えば、ダイヤモンド、カーボンナイトライド膜、水晶、サファイヤ、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウムなどを用いることができる。
【００９０】
また、硬質層１１５は、単層で構成されていてもよいし、複数の層の積層体で構成されていてもよい。なお、硬質層１１５は、必要に応じて設けられるものであり、省略することもできる。
【００９１】
また、光反射板１１３の下面は、スペーサー１１２を介して基部１１１に固定されている。これにより、光反射板１１３と、軸部１２ａ、１２ｂ、枠体部１３および軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄとの接触を防止しつつ、光反射板１１３をＹ１軸周りに揺動させることができる。
【００９２】
枠体部１３は、図６に示すように、枠状をなし、前述した可動ミラー部１１の基部１１１を囲んで設けられている。言い換えると、可動ミラー部１１の基部１１１は、枠状をなす枠体部１３の内側に設けられている。
【００９３】
そして、枠体部１３は、軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを介して支持部１５に支持されている。また、可動ミラー部１１の基部１１１は、軸部１２ａ、１２ｂを介して枠体部１３に支持されている。
【００９４】
軸部１２ａ、１２ｂは、可動ミラー部１１をＹ１軸周りに回動（揺動）可能とするように、可動ミラー部１１と枠体部１３を連結している。また、軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、枠体部１３をＹ１軸に直交するＸ１軸周りに回動（揺動）可能とするように、枠体部１３と支持部１５を連結している。
【００９５】
軸部１２ａ、１２ｂは、可動ミラー部１１の基部１１１を介して互いに対向するように配置されている。また、軸部１２ａ、１２ｂは、それぞれ、Ｙ１軸に沿った方向に延在する長手形状をなす。そして、軸部１２ａ、１２ｂは、それぞれ、一端部が基部１１１に接続され、他端部が枠体部１３に接続されている。また、軸部１２ａ、１２ｂは、それぞれ、中心軸がＹ１軸に一致するように配置されている。
【００９６】
このような軸部１２ａ、１２ｂは、それぞれ、可動ミラー部１１のＹ１軸周りの揺動に伴って捩れ変形する。
【００９７】
軸部１４ａ、１４ｂおよび軸部１４ｃ、１４ｄは、枠体部１３を介して（挟んで）互いに対向するように配置されている。また、軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、それぞれ、Ｘ１軸に沿った方向に延在する長手形状をなす。そして、軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、それぞれ、一端部が枠体部１３に接続され、他端部が支持部１５に接続されている。また、軸部１４ａ、１４ｂは、Ｘ１軸を介して互いに対向するように配置され、同様に、軸部１４ｃ、１４ｄは、Ｘ１軸を介して互いに対向するように配置されている。
【００９８】
このような軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、枠体部１３のＸ１軸周りの揺動に伴って、軸部１４ａ、１４ｂ全体および軸部１４ｃ、１４ｄ全体がそれぞれ捩れ変形する。
【００９９】
このように、可動ミラー部１１をＹ１軸周りに揺動可能とするとともに、枠体部１３をＸ１軸周りに揺動可能とすることにより、可動ミラー部１１を互いに直交するＸ１軸およびＹ１軸の２つの軸周りに揺動（往復回動）させることができる。
【０１００】
また、図示しないが、このような軸部１２ａ、１２ｂのうちの少なくとも一方の軸部、および、軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄのうちの少なくとも１つの軸部には、それぞれ、例えば歪みセンサーのような角度検出センサーが設けられている。この角度検出センサーは、光走査部３６の角度情報、より具体的には、光反射部１１４のＸ１軸周りおよびＹ１軸周りのそれぞれの揺動角を検出することができる。この検出結果は、図示しないケーブルを介して、制御部３３に入力される。
【０１０１】
前述した枠体部１３の下面（光反射板１１３とは反対側の面）には、永久磁石１６が接合されている。
【０１０２】
本実施形態では、永久磁石１６は、長手形状（棒状）をなし、Ｘ１軸およびＹ１軸に対して傾斜する方向に沿って配置されている。そして、永久磁石１６は、その長手方向に磁化されている。すなわち、永久磁石１６は、一端部をＳ極とし、他端部をＮ極とするように磁化されている。
【０１０３】
なお、本実施形態では、枠体部１３に１つの永久磁石の数を設置した場合を例に説明するが、これに限定されず、例えば、枠体部１３に２つの永久磁石を設置してもよい。この場合、例えば、長尺状をなす２つの永久磁石を、平面視にて基部１１１を介して互いに対向するとともに、互いに平行となるように、枠体部１３に設置すればよい。
【０１０４】
永久磁石１６の直下には、コイル１７が設けられている。すなわち、枠体部１３の下面に対向するように、コイル１７が設けられている。これにより、コイル１７から発生する磁界を効率的に永久磁石１６に作用させることができ、可動ミラー部１１を互いに直交する２軸（Ｘ１軸およびＹ１軸）のそれぞれの軸周りに回動させることができる。
コイル１７は、信号重畳部１８に電気的に接続されている（図７参照）。
【０１０５】
そして、信号重畳部１８によりコイル１７に電圧が印加されることで、コイル１７からＸ１軸およびＹ１軸に直交する磁束を有する磁界が発生する。
【０１０６】
信号重畳部１８は、前述した第１の駆動信号Ｖ１と第２の駆動信号Ｖ２とを重畳する加算器（図示せず）を有し、その重畳した電圧をコイル１７に印加する。
【０１０７】
駆動回路３２１は、例えば図５（ａ）に示すような、周期Ｔ１で周期的に変化する第１の駆動信号Ｖ１（水平走査用電圧）を発生させる。すなわち、駆動回路３２１は、第１周波数（１／Ｔ１）の第１の駆動信号Ｖ１を発生させる。
【０１０８】
第１の駆動信号Ｖ１は、正弦波のような波形をなしている。そのため、光走査部３６は効果的に光を主走査することができる。なお、第１の駆動信号Ｖ１の波形は、これに限定されない。
【０１０９】
また、第１周波数（１／Ｔ１）は、水平走査に適した周波数であれば、特に限定されないが、１０〜４０ｋＨｚであるのが好ましい。
【０１１０】
本実施形態では、第１周波数は、可動ミラー部１１および１対の軸部１２ａ、１２ｂで構成される第１の振動系（捩り振動系）の捩り共振周波数（ｆ１）と等しくなるように設定されている。つまり、第１の振動系は、その捩り共振周波数ｆ１が水平走査に適した周波数になるように設計（製造）されている。これにより、可動ミラー部１１のＹ１軸周りの回動角を大きくすることができる。
【０１１１】
一方、駆動回路３２２は、例えば図５（ｂ）に示すような、周期Ｔ１と異なる周期Ｔ２で周期的に変化する第２の駆動信号Ｖ２（垂直走査用電圧）を発生させる。すなわち、駆動回路３２２は、第２周波数（１／Ｔ２）の第２の駆動信号Ｖ２を発生させる。
【０１１２】
第２の駆動信号Ｖ２は、鋸波のような波形をなしている。そのため、光走査部３６は効果的に光を垂直走査（副走査）することができる。なお、第２の駆動信号Ｖ２の波形は、これに限定されない。
【０１１３】
本実施形態では、第２の駆動信号Ｖ２の周波数は、可動ミラー部１１、１対の軸部１２ａ、１２ｂ、枠体部１３、２対の軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄおよび永久磁石１６で構成された第２の振動系（捩り振動系）の捩り共振周波数（共振周波数）と異なる周波数となるように調整されている。
【０１１４】
なお、映像描画の方式であるラスタースキャン方式においては、上述の水平走査を行いながら、上述の垂直走査を行う。この時、水平走査の周波数が、垂直走査の周波数よりも高く設定されている。一般的に、このようにラスタースキャン方式において、周波数の高い方の走査を主走査、周波数の低い方の走査を副走査と呼ぶ。
【０１１５】
以上説明したような光走査部３６によれば、光反射部１１４を備える可動ミラー部１１を互いに直交する２つの軸周りにそれぞれ揺動させるので、光走査部３６の小型化および軽量化を図ることができる。その結果、観察者にとっての使い勝手をより優れた画像表示装置１とすることができる。
【０１１６】
特に、光走査部３６がジンバル構造を有するため、映像光を２次元的に走査する構成（光走査部３６）をより小型なものとすることができる。
【０１１７】
［拡大光学系］
図３に示すように、前述した光走査部３６で走査された走査光（映像光）Ｌ２は、拡大光学系４へと伝送される。
【０１１８】
拡大光学系４は、光走査部３６で走査された映像光Ｌ２の光束幅を拡大する、すなわち映像光Ｌ２の断面積を拡大する機能を有する。
【０１１９】
この拡大光学系４は、このような機能を備えているものであれば、いかなるものであってもよく、その構成は特に限定されないものの、本実施形態に係る拡大光学系４は、一例として図３に示すように、光学素子５と、補正レンズ４２と、遮光板４３と、を備えている。なお、本実施形態に係る画像表示装置１は、このような拡大光学系４を備えているものの、前記機能が不要な場合には省略されていてもよい。
【０１２０】
以下、拡大光学系４の各部について順次詳細に説明する。
（光学素子）
光学素子５は、図３に示すように、光走査部３６の近傍に設けられており、光透過性（透光性）を有し、Ｚ軸方向に沿った長尺状をなしている。
【０１２１】
前述した光走査部３６で走査された映像光Ｌ２は、光学素子５に入射する。
この光学素子５は、光走査部３６で走査された映像光Ｌ２の光束幅（断面積）を拡大するものである。具体的には、光学素子５は、光走査部３６から走査した映像光Ｌ２を光学素子５内部で多重反射させながら、Ｚ方向に伝播することで、映像光Ｌ２の光束幅を拡大し、映像光Ｌ２よりも光束幅が大きい映像光Ｌ３、Ｌ４を射出するものである。このような光学素子５は、いわゆる瞳拡大光学系として機能する。
【０１２２】
図８に示すように、光学素子５は、その長さ方向（Ｚ軸方向）の一端に入射面５６と射出面５７とを有しており、これら（入射面５６および射出面５７）は互いに対向している。また、光学素子５は、その厚さ方向（Ｘ軸方向）に対向する側面５８ａ、５８ｂと、幅方向（Ｙ軸方向）に対向する側面５９ａ、５９ｂと、を有している。
【０１２３】
また、入射面５６は、光走査部３６に臨むように設けられており、射出面５７は、補正レンズ４２および遮光板４３側に臨むように設けられている（図３参照）。
【０１２４】
入射面５６は、光透過性を有する面であり、光走査部３６で走査された映像光Ｌ２が入射する面である。一方、射出面５７は、光透過性を有する面であり、入射面５６から入射した映像光Ｌ２を、映像光Ｌ３、Ｌ４として射出する面である。
【０１２５】
また、側面５８ａ、５８ｂは、それぞれ全反射面であり、光学素子５内に入射した映像光Ｌ２を全反射させる。ここで、全反射面とは、光透過率が０％の面だけでなく、光を若干透過する面、例えば、光透過率が３％未満の面を含む。
【０１２６】
また、側面５９ａと側面５９ｂとは、いかなる光透過率の面であってもよく、例えば全反射面や半反射面であってもよいが、特に、光透過率が比較的低い面であることが好ましい。これにより、光学素子５内の光が迷光となるのを防止することができる。また、光学素子５内の光が迷光となるのを防止する方法としては、例えば、側面５９ａと側面５９ｂとを粗面化する方法等が挙げられる。
【０１２７】
また、図８に示すように、入射面５６と、射出面５７とは、平行である。また、側面５８ａと側面５８ｂとは、平行である。また、側面５９ａと側面５９ｂとは、平行である。このため、本実施形態では、光学素子５の全体形状は直方体となっている。
【０１２８】
なお、前記「平行」とは、完全に平行となっているもの以外に、例えば、各面のなす角度が±２°程度であるものも含む。
【０１２９】
また、本実施形態では、入射面５６と射出面５７とは、平行であるが、入射面５６と射出面５７とは、平行でなくてもよく、傾き角度の絶対値が同じであればよい。「入射面５６と射出面５７との傾き角度の絶対値が同じである」とは、例えば、入射面５６がＸＹ面に対して＋Ｚ軸方向に鋭角α（例えば、＋２０°）で傾斜しており、射出面５７がＸＹ面に対して−Ｚ軸方向に鋭角α（例えば、−２０°）で傾斜している状態を含むことをいう。
【０１３０】
また、本実施形態では、側面５９ａと側面５９ｂとは、平行であるが、入射面５６と射出面５７とは、平行でなくてもよく、傾斜角度が異なっていてもよい。
【０１３１】
このような構成の光学素子５は、図８に示すように、映像光Ｌ２を導光する導光部（第１導光部）５１、導光部（第２導光部）５２および導光部（第３導光部）５３と、ハーフミラー層（第１光分岐層）５４およびハーフミラー層（第２光分岐層）５５と、を有している。
【０１３２】
この光学素子５は、導光部５１、ハーフミラー層５４、導光部５２、ハーフミラー層５５、導光部５３が、この順に各厚さ方向（Ｘ軸方向）に沿って積層されている。すなわち、光学素子５は、導光部５１、５２、５３が、ハーフミラー層５４、５５を介して、各厚さ方向に沿って配列された１次元アレイである。
【０１３３】
導光部５１、５２、５３は、それぞれ板状をなすライトパイプであり、入射面５６から入射した映像光Ｌ２（光走査部３６で走査された映像光）を＋Ｚ方向に伝播する機能を有する。
【０１３４】
なお、導光部５１、５２、５３では、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、その断面形状（ＸＹ平面における断面形状）が長方形状をなしているが、導光部５１、５２、５３の断面形状（ＸＹ平面における断面形状）はこれに限定されず、正方形状等の四角形状や、その他の多角形状等であってもよい。
【０１３５】
また、導光部５１、５２、５３は、光透過性を有していればよく、例えば、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の各種樹脂材料や、各種ガラス等で構成されている。
【０１３６】
ハーフミラー層５４、５５は、例えば、光透過性を有する反射膜、すなわち半透過反射膜で構成されている。このハーフミラー層５４、５５は、映像光Ｌ２の一部を反射させるとともに、一部を透過させる機能を有する。このハーフミラー層５４、５５は、例えば、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等による金属反射膜や誘電体多層膜等の半透過反射膜で構成されている。
【０１３７】
このような構成の光学素子５は、例えば、ハーフミラー層５４、５５となり得る薄膜が主面上に形成された導光部５１、導光部５２、および導光部５３を、表面活性化接合することにより得ることができる。表面活性化接合により光学素子５を製造することで、各部（導光部５１、５２、５３）の平行度を高くすることができる。
【０１３８】
以上のような構成の光学素子５は、図９に示すように、光走査部３６で走査された映像光Ｌ２を、入射面５６から入射し、光学素子５の内部で多重反射させ、射出面５７から、光束幅が拡大した状態の映像光Ｌ３、Ｌ４として射出させる。このようにして、光学素子５によって映像光Ｌ２の光束幅（断面積）を拡大することができる。
【０１３９】
ここで、入射面５６と射出面５７とは互いに平行であるのが好ましい。このため、入射面５６に入射する映像光Ｌ２の屈折の量と、射出面５７から射出する映像光Ｌ３、Ｌ４の屈折の量とを同じにすることができる。すなわち、ハーフミラー層５４、５５に対する映像光Ｌ２が入射する角度θ５と、ハーフミラー層５４、５５に対する映像光Ｌ３およびＬ４が射出する角度θ５とを同じにすることができる。これにより、屈折の法則の三角関数に起因するに歪みや材料の屈折率の波長分散に起因する色収差の発生を防ぐことができる。
【０１４０】
また、本実施形態の光学素子５は、導光部５１、５２、５３が厚さ方向に沿って配列されている１次元アレイ（第１の１次元アレイ）である。このように、導光部５１、５２、５３を互いに積層するという比較的簡単な構成で、入射面５６から入射した映像光Ｌ２を光学素子５内で多重反射させることができる。そのため、観察者の視線や、観察者の左右の眼ＥＹの位置に映像光を合わせるような位置検出手段等を用いずとも、本実施形態のような比較的簡単な構成で、映像光Ｌ２の光束幅を拡大することができる。
【０１４１】
また、光学素子５は、図３に示すように、観察者の頭部Ｈに装着された状態で、反射部６から、観察者の左眼ＥＹと右眼ＥＹとが並んでいる方向（Ｘ軸方向）に平行な軸線Ｗ（図１参照）を含む面内方向（ＸＺ面内方向）に、映像光Ｌ３およびＬ４の主光線が射出されるよう配置されている。言い換えれば、光学素子５は、軸線Ｗ方向に映像光Ｌ３の断面積が拡大されるように配置されている。また、補正レンズ４２および遮光板４３は、軸線Ｗに沿って配列されている。このため、射出面５７から射出された映像光Ｌ３は、補正レンズ４２を介して反射部６へ向けて射出され、射出面５７から射出された映像光Ｌ４は、遮光板４３へ向けて射出される。このように、光学素子５を、軸線Ｗ方向に映像光Ｌ３の断面積が拡大されるように配置することで、補正レンズ４２および反射部６を介して観察者の眼に導かれる映像光Ｌ３を、眼の左右方向に拡大することができる。よって、眼の上下方向に対して移動範囲が大きい左右方向に対して、視認性を高めることができる。
【０１４２】
（補正レンズ）
図３に示すように、光学素子５から射出した映像光Ｌ３は、補正レンズ４２に入射する。
【０１４３】
この補正レンズ４２は、後述する反射部６が備える非球面ミラー６１により映像光Ｌ３の平行性が乱れるのを補正する機能を有する。これにより、映像光Ｌ３の解像度性能を向上させることができる。このような補正レンズ４２としては、例えば、トロイダルレンズ、シリンドリカルレンズ、自由曲面レンズ等が挙げられる。
【０１４４】
（遮光板）
光学素子５から射出した映像光Ｌ４は、遮光板４３に入射する。
【０１４５】
この遮光板４３は、光を吸収する光吸収部材で構成されており、光を遮断する遮光手段である。これにより、光学素子５から射出した映像光Ｌ４は、不要光として遮断される。
【０１４６】
このような遮光板４３は、例えば、ステンレス、アルミニウム合金等で形成されている。
【０１４７】
なお、本実施形態では、映像光Ｌ４を遮断する遮光手段として遮光板４３を用いているが、映像光Ｌ４を遮断する遮光手段は、これに限定されず、映像光Ｌ４が迷光となるのを防止するものであればよい。例えば、遮光手段としては、遮光板４３を用いずに、フレーム２の周縁部分に塗料等を塗布することで映像光Ｌ４を遮光するような構成であってもよい。
【０１４８】
以上のような構成の拡大光学系４によって光束幅が拡大された映像光Ｌ３は、図３に示すように、補正レンズ４２を介して反射部６に入射する。
【０１４９】
［反射部］
反射部６は、フロント部２１のシェード部２１２に設けられており、使用時に観察者の左眼ＥＹの前方に位置するように配置されている。この反射部６は、観察者の眼ＥＹを覆うのに十分な大きさを有しており、光学素子５からの映像光Ｌ３を観察者の眼ＥＹに向けて入射させる機能を有する。
【０１５０】
反射部６は、光回折部（第２の回折光学素子）６５を含む、非球面ミラー６１を有する。
【０１５１】
非球面ミラー６１は、可視域で高い透光性（光透過性）を示す樹脂材料等で形成された基材上に半透過反射膜が製膜された透光性部材である。すなわち、非球面ミラー６１は、ハーフミラーであり、外界光を透過させる機能（可視光に対する透光性）をも有する。したがって、非球面ミラー６１を備える反射部６は、光学素子５から射出された映像光Ｌ３を反射させるとともに、使用時において反射部６の外側から観察者の眼ＥＹに向かう外界光を透過させる機能を有する。これにより、観察者は、外界像を視認しながら、映像光Ｌ５により形成された虚像（画像）を視認することができる。すなわち、シースルー型のヘッドマウントディスプレイを実現することができる。
【０１５２】
このような非球面ミラー６１は、フレーム２のフロント部２１の湾曲に沿って湾曲した形状をなしており、使用時において凹面６１１が観察者側に位置する。これにより、非球面ミラー６１で反射した映像光Ｌ５を、観察者の眼ＥＹに向けて効率良く集光させることできる。
【０１５３】
また、凹面６１１上には光回折部６５が設けられている。光回折部６５は、光学素子５の射出面５７から射出した映像光Ｌ３を、回折により観察者の眼ＥＹの方向に偏向させる機能を有している。すなわち、光回折部６５は、映像光Ｌ３を回折させる回折光学素子を含んでいる。この回折光学素子は、反射型の回折素子であるため、光回折部６５に入射した映像光Ｌ３は、反射されるとともに、波長ごとに決まった特定の角度で光が強め合う。これにより、特定の回折角度において相対的に強度の大きい回折光が発生することとなる。
【０１５４】
光回折部６５は、本実施形態では、回折格子の一つである第２ホログラム素子６５１で構成されている。第２ホログラム素子６５１は、光学素子５から第２ホログラム素子６５１に照射される映像光Ｌ３のうち、特定波長帯域にある光については回折させ、それ以外の波長帯域にある光については透過する性質を有する半透過膜である。
【０１５５】
このような第２ホログラム素子６５１を用いることで、特定の波長帯域にある映像光について、回折を利用して観察者の眼に導かれる映像光の角度や光束の状態を調整することができ、眼前に虚像を形成することができる。具体的には、非球面ミラー６１にて反射した映像光Ｌ３が外部に射出され、第２ホログラム素子６５１によって映像光Ｌ５として観察者の左眼ＥＹに入射する。なお、右眼ＥＹ側に位置する反射部６についても同様である。そして、観察者の左右の眼ＥＹにそれぞれ入射した映像光Ｌ５は、観察者の網膜において結像する。これにより、観察者は、視野領域に、光学素子５から射出された映像光Ｌ３により形成された虚像（画像）を観察することができる。
【０１５６】
なお、光回折部６５を構成する回折格子は、反射型の回折格子であればいかなるものでもよく、上述したホログラム素子（ホログラフィックグレーティング）の他、横断面が鋸歯状をなす溝が形成されている表面レリーフ型回折格子（ブレーズドグレーティング）、ホログラム素子と表面レリーフ型回折格子とを組み合わせた表面レリーフホログラム素子（ブレーズドホログラフィックグレーティング）等であってもよい。
【０１５７】
以上説明したような画像表示装置１によれば、画像生成部３により生成された映像光Ｌ１を、拡大光学系４にて拡大し、反射部６にて観察者の眼ＥＹに導くことで、観察者は、画像生成部３により生成された映像光を、観察者の視野領域に形成された虚像として認識することができる。
【０１５８】
図１０は、光走査部３６によって走査された映像光が、反射部６に投射されるとともに２次元的に走査されている様子の一例を示す図である。
【０１５９】
図１０に示す例では、光走査部３６によって走査され、拡大光学系４にて拡大された映像光Ｌ３は、反射部６の非球面ミラー６１の長方形をなす第２ホログラム素子６５１（光回折部６５）内に投射される。
【０１６０】
映像光Ｌ３は、水平方向（図１０の左右方向）の主走査と、垂直方向（図１０の上下方向）の副走査と、が組み合わされることによって、第２ホログラム素子６５１内に任意の映像を描画する。映像光Ｌ３の走査パターンは、特に限定されないが、図１０に破線の矢印で示すパターン例では、水平方向に沿って主走査された後、端部で垂直方向に副走査され、水平方向に沿って逆方向に主走査された後、端部で垂直方向に副走査される、という動きが繰り返される。
図１１は、図３に示す画像表示装置の作用を説明するための図である。
【０１６１】
光回折部６５における回折角度は、光回折部６５に入射する映像光Ｌ３の波長に左右される。仮に、映像光Ｌ３が完全な単色光、すなわち特定の波長の光しか含んでいない場合、映像光Ｌ３の回折角度は常に一定であり、観察者の眼ＥＹに入射する映像光Ｌ５の出射方向も常に一定になる。このため、観察者が認識する虚像の位置がずれることはなく、ぼけや滲みのない鮮明な画像を視認することができる。
【０１６２】
しかしながら、映像光Ｌ３を完全な単色光にすること、言い換えると、図３において光回折部３５に入射させる映像光Ｌ１を完全な単色光にすることは容易ではなく、光源部３１１の種類によって異なるものの、例えば数ｎｍの波長幅が含まれている。特に光源として縦マルチモードの半導体レーザーを用いた場合にはこの傾向が顕著である。光回折部３５を有さない従来の構成では、このような波長幅を有する映像光Ｌ１が光回折部６５に入射して回折され、例えば数ｎｍの波長幅に応じて回折角度にも所定の角度幅が生じていた。その結果、映像光Ｌ５は、この角度幅を含んだものとなり、映像光Ｌ５として観察者の眼ＥＹに入射する。観察者の眼ＥＹに入射する位置のずれよりも角度のずれの方が観察者の網膜における位置ずれに大きく影響するため、従来の構成では、観察者の網膜において数画素分から数十画素分の大きな位置ずれが生じる。
【０１６３】
この位置ずれを計算した結果の例を挙げると、光回折部６５に入射する光が緑色光である場合にその緑色光の波長が１ｎｍずれた（波長幅が生じた）場合、網膜上において３．４画素分の位置ずれにつながる。また、光回折部６５に入射する光が青色光である場合にその青色光の波長が１ｎｍずれた場合、網膜上において３．９画素分の位置ずれにつながり、赤色光の波長が１ｎｍずれた場合、２．７画素分の位置ずれにつながる。このような虚像の位置ずれは、観察者に認識される映像において解像度の低下を来す。換言すれば、映像の画質が低下することとなる。
【０１６４】
また、環境温度の変化に伴って光源部３１１の温度が変化すると、光源部３１１の温度特性に伴って、出力される光の波長が変化する。これにより、映像光Ｌ３の波長が変化すると、光回折部６５において回折角度の変化を招き、ひいては映像光Ｌ５が結像する位置がずれることとなる。このとき、赤色光を射出する光源３１１Ｒと、緑色光を射出する光源３１１Ｇと、青色光を射出する光源３１１Ｂとで、仮に温度特性が互いに同等である場合、３色の光の結像位置のずれも互いに同等になるため、映像の移動（シフト）は生じるものの、色ずれは発生しない。
【０１６５】
ところが、光源３１１Ｒ、光源３１１Ｇおよび光源３１１Ｂは、温度特性が互いに異なっていることが一般的である。このような場合、環境温度が変化すると、光の色ごとに波長の変化幅に差ができることとなる。その結果、従来の構成においては、例えば、赤色の映像光Ｌ５と、緑色の映像光Ｌ５と、青色の映像光Ｌ５とで、結像位置が互いに異なることとなり、映像のシフトに加えて、いわゆる色ずれが発生する。
【０１６６】
さらに、映像光Ｌ５の強度を変調するため、光源３１１Ｒ、光源３１１Ｇおよび光源３１１Ｂの出力を変化させた（直接変調させた）とき、駆動電流の変化に伴って、出力される光の波長が変化することがある。このような波長の変化が生じると、映像光Ｌ３の波長が強度変調信号に基づいて変化し、光回折部６５における回折角度も強度変調信号に基づいて経時的に変化する。その結果、従来の構成においては、映像光Ｌ５の強度を変調するたびに、映像光Ｌ５が結像する位置がずれ、観察者に視認される映像において解像度の低下を来す。
【０１６７】
これらの課題を解決するべく、本実施形態では、レンズ３４と光走査部３６との間の光路上に光回折部３５を設けている。このような光回折部３５に光が入射すると、光回折部６５と同様、入射する光（映像光Ｌ１）の波長幅に基づいて、回折角度に角度幅が伴う。例えば、映像光Ｌ１に数ｎｍの波長幅が存在しているとき、光回折部３５から射出される光の回折角度は、光回折部３５を構成する第１ホログラム素子３５１の形状や映像光Ｌ１の波長に基づいて決定されるため、波長幅に対応した所定の角度幅を伴う。図１１に示す例では、光回折部３５において映像光Ｌ１に回折が生じ、所定の角度で広がるように伝搬する映像光Ｌ３と映像光Ｌ３’とが形成される。以下の説明では、説明の便宜上、光回折部３５における映像光Ｌ１の回折を、「１回目の回折」という。
【０１６８】
なお、光回折部３５に入射する映像光Ｌ１は、光走査部３６によって走査される前の光であるため、空間的な広がりが小さい。したがって、光回折部３５が光を回折させるのに必要な面積は、空間的な広がりが小さい映像光Ｌ１を受光し得る程度の面積であればよい。このため、レンズ３４と光走査部３６との間の光路上に光回折部３５を設けることにより、光回折部３５の小型化を図ることができ、ひいては、画像表示装置１の小型化を図ることができる。
【０１６９】
このような１回目の回折によって所定の角度幅を伴った映像光Ｌ３および映像光Ｌ３’は、光走査部３６および拡大光学系４を経て反射部６に入射する。そして、反射部６に設けられた光回折部６５に入射した映像光Ｌ３および映像光Ｌ３’には、上述したように再び回折が生じる。なお、以下の説明では、説明の便宜上、光回折部６５における映像光Ｌ３および映像光Ｌ３’の回折を、「２回目の回折」という。
【０１７０】
２回目の回折でも、光回折部６５から射出される光の回折角度は、光回折部６５を構成する第２ホログラム素子６５１の形状や映像光Ｌ３および映像光Ｌ３’の波長に基づいて決定されるため、波長幅に対応した所定の角度幅を伴う。
【０１７１】
ここで、２回目の回折では、１回目の回折において生じた回折角度の角度幅を相殺（補正）するように回折が生じる。その結果、光回折部６５から射出される映像光Ｌ３と映像光Ｌ３’とは、回折角度の角度幅が小さく抑えられる。これにより、観察者の網膜における映像光Ｌ５および映像光Ｌ５’の結像位置のずれを小さく抑えることができる。すなわち、この２回目の回折がない場合には、映像光Ｌ３と映像光Ｌ３’とは、所定の角度で広がり続けることとなり、そのまま角度差をもって眼に入射し、網膜上で解像度低下を招いてしまう。しかしながら、２回目の回折によって、１回目の回折において生じた角度幅の少なくとも一部が相殺されることによって、映像光Ｌ３の回折光である映像光Ｌ５と映像光Ｌ３’の回折光である映像光Ｌ５’との角度差は、図１１に示すように十分に小さくなり、観察者の網膜における結像位置の差も十分に小さくなる。その結果、映像の解像度低下を抑制することができる。
【０１７２】
同様に、このような２回の回折を経ることによって、環境温度が変化して光源部３１１から出力される光の波長が変化したときでも、１回目の回折において生じた回折角度の角度変化を、２回目の回折において少なくとも一部相殺することができる。その結果、２回目の回折における回折角度の角度変化を小さく抑えることができ、色ずれの発生を小さく抑えることができる。
【０１７３】
また、同様に、このような２回の回折を経ることによって、光源３１１Ｒ、光源３１１Ｇおよび光源３１１Ｂをそれぞれ直接変調させたときでも、１回目の回折において生じた回折角度の角度変化を、２回目の回折において少なくとも一部相殺することができる。その結果、２回目の回折における回折角度の角度変化を小さく抑えることができ、観察者の網膜における映像光Ｌ５の結像位置のずれを小さく抑えることができる。
【０１７４】
以上のことから、本実施形態によれば、映像光Ｌ１が波長幅を伴っていたり、光の色ごとに波長の変化幅が異なっていたり、波長が経時的に変化したりした場合でも、映像光Ｌ５においては、このような波長幅に伴って回折角度の角度幅が増加したり、波長の変化に伴って回折角度の変化幅が経時的にあるいは色ごとに増加したりすることが抑制される。これにより、映像光Ｌ５が結像する位置を、例えば１画素分以下に抑え、画質の低下が抑制されるとともに、色ずれに伴う画質の低下も抑制される。
【０１７５】
なお、１回目の回折と２回目の回折とで、回折角度に生じる角度幅をできるだけ確実に相殺するためには、１回目の回折に用いる回折格子の格子周期と２回目の回折に用いる回折格子の格子周期とをできるだけ近づけるようにすればよい。
【０１７６】
本実施形態では、１回目の回折を担う光回折部３５として第１ホログラム素子３５１を用い、２回目の回折を担う光回折部６５として第２ホログラム素子６５１を用いている。ホログラム素子では、それに記録されている回折格子としての干渉縞に基づいて回折が生じるので、第１ホログラム素子３５１と第２ホログラム素子６５１とで干渉縞の距離のピッチ（回折格子周期）ができるだけ近くなるように構成すればよい。また、１回目の回折に表面レリーフ型回折格子を用い、２回目の回折に第２ホログラム素子６５１を用いた場合でも、表面レリーフ型回折格子の格子ピッチと第２ホログラム素子６５１の干渉縞ピッチとができるだけ近くなるように構成すればよい。なお、以下の説明では、主に干渉縞について説明するが、干渉縞に関する規定は、格子や溝等の回折格子構造にもそのまま適用可能である。
【０１７７】
第１ホログラム素子３５１は、干渉縞ピッチが互いに異なっている部分を有していてもよいが、好ましくは全体で干渉縞ピッチが一定とされる。このような第１ホログラム素子３５１は、設計および製造が容易になるため、干渉縞ピッチの高精度化を図り易いという利点が得られるとともに、低コスト化を図ることができる。
【０１７８】
この場合の「干渉縞ピッチが一定」という規定では、例えば製造プロセスに起因する干渉縞ピッチの揺らぎ等が許容される。
【０１７９】
なお、第１ホログラム素子３５１の干渉縞ピッチ（回折格子周期）とは、第１ホログラム素子３５１のうち、映像光Ｌ１が投射される点を通過するように、かつ、干渉縞と直交するように引かれた線上において求められたピッチのことをいう。
【０１８０】
一方、第２ホログラム素子６５１は、干渉縞ピッチが互いに異なっている部分を有しているのが好ましい。具体的には、図１１に示す第２ホログラム素子６５１のうち、例えば中心部６５１ａと、画像生成部３側の端部６５１ｂと、画像生成部３側とは反対側の端部６５１ｃとでは、観察者の眼ＥＹに入射するように映像光Ｌ３を回折させるときの回折させるべき角度が互いに異なるため、それに応じて干渉縞ピッチを互いに異ならせるのが好ましい。これにより、２次元的に走査されながら第２ホログラム素子６５１に投射された映像光Ｌ３を、観察者の眼ＥＹに入射させるように回折させることができる。その結果、画角が大きく、かつ高画質な映像を視認させることができる。
【０１８１】
第２ホログラム素子６５１が、干渉縞ピッチが互いに異なっている部分を有している例としては、中心部６５１ａよりも端部６５１ｂの干渉縞ピッチが相対的に疎であり、中心部６５１ａよりも端部６５１ｃ側の干渉縞ピッチが相対的に密である場合が挙げられる。このようにすれば、上述した効果を得ることができる。また、このように干渉縞ピッチを部分的に異ならせる場合、干渉縞ピッチが連続的に変化するように構成されているのが好ましい。これにより、干渉縞ピッチが不連続的に変化した場合に生じる解像度の低下等を抑制することができる。
【０１８２】
ただし、このように第２ホログラム素子６５１に対して、干渉縞ピッチが互いに異なっている部分を設けることにより、第１ホログラム素子３５１の干渉縞ピッチとの差が大きくなる部分が生じるおそれがある。第１ホログラム素子３５１の干渉縞ピッチとの差が大きくなると、前述したように、１回目の回折において生じた回折角度の角度幅や角度変化を、２回目の回折において十分に相殺することができなくなるおそれがある。
【０１８３】
これらを考慮した場合、第１ホログラム素子３５１の干渉縞ピッチは、第２ホログラム素子６５１の干渉縞ピッチの最大値の２倍以下であり、かつ、最小値の半分以下に設定されていることが好ましい。このように設定すれば、１回目の回折において生じた回折角度の角度幅や角度変化を、２回目の回折において相殺する機能は十分とは言えないものの、第１ホログラム素子３５１を設けない場合に比べれば、解像度低下や色ずれの発生を抑えることができる。
【０１８４】
また、より好ましくは、第１ホログラム素子３５１の干渉縞ピッチが、第２ホログラム素子６５１の干渉縞ピッチの最大値と最小値との間になるように設定される。このように設定すれば、第２ホログラム素子６５１において干渉縞ピッチに差を設けた場合でも、第２ホログラム素子６５１のほぼ全域において、第１ホログラム素子３５１と第２ホログラム素子６５１との干渉縞ピッチの差を十分に小さくすることができる。このため、第２ホログラム素子６５１のほぼ全域において、１回目の回折において生じた回折角度の角度幅や角度変化を十分に相殺することができるようになる。
【０１８５】
一方、第１ホログラム素子３５１の干渉縞ピッチは、第２ホログラム素子６５１の中心部６５１ａにおける干渉縞ピッチと等しくなるように設定されるのが好ましい。これにより、例えば第２ホログラム素子６５１の干渉縞ピッチが、中心部６５１ａにおける干渉縞ピッチを中心に一定の幅で分布している場合には、第２ホログラム素子６５１のほぼ全域において、１回目の回折において生じた回折角度の角度幅や角度変化をより十分に相殺することができる。
【０１８６】
加えて、干渉縞ピッチがこのように設定された第２ホログラム素子６５１では、中心部６５１ａにおいて回折角度の角度幅や角度変化が相対的に最も相殺され易く、中心部６５１ａで回折反射される映像光Ｌ５は、解像度低下や色ずれが相対的に最も抑制されたものとなる。中心部６５１ａで回折反射される映像光Ｌ５は、一般的に、映像の中でも比較的重要性が高い情報を含むとともに、観察者の眼ＥＹが無意識的に視認し易い光である場合が多いとも考えられる。したがって、このような中心部６５１ａで回折反射される映像光Ｌ５について、解像度低下や色ずれが十分に抑制されていることにより、特に画質の高い映像を視認することができる。
【０１８７】
また、第２ホログラム素子６５１の干渉縞ピッチ（回折格子周期）とは、映像光Ｌ３の走査範囲（本実施形態では第２ホログラム素子６５１における映像光Ｌ３の走査範囲に対応）のうち、垂直方向（図１０の上下方向）に沿う副走査の振幅の中心を通過し、かつ、水平方向（図１０の左右方向）に沿う主走査の走査線ＳＬ上において求められた値のことをいう。
【０１８８】
また、第２ホログラム素子６５１の中心部６５１ａとは、映像光Ｌ３の走査範囲（本実施形態では第２ホログラム素子６５１における映像光Ｌ３の走査範囲に対応）のうち、垂直方向に沿う副走査の振幅の中心であり、かつ、水平方向に沿う主走査の振幅の中心でもある位置のことを指す。
【０１８９】
一方、第１ホログラム素子３５１の干渉縞ピッチについては、第２ホログラム素子６５１の干渉縞ピッチの平均値と等しくなるように設定されていてもよい。このように設定すれば、第２ホログラム素子６５１において干渉縞ピッチに差を設けた場合でも、第２ホログラム素子６５１のほぼ全域において、第１ホログラム素子３５１と第２ホログラム素子６５１との干渉縞ピッチの差を十分に小さくすることができる。このため、第２ホログラム素子６５１のほぼ全域において、１回目の回折において生じた回折角度の角度幅や角度変化をより十分に相殺することができるようになる。
【０１９０】
以上のように、第１ホログラム素子３５１の干渉縞ピッチは、第２ホログラム素子６５１の干渉縞ピッチとの大小関係に基づいて規定されるが、これとは反対に、第２ホログラム素子６５１の干渉縞ピッチを、第１ホログラム素子３５１の干渉縞ピッチに基づいて規定するようにしてもよい。
【０１９１】
例えば、第２ホログラム素子６５１の干渉縞ピッチは、第１ホログラム素子３５１の干渉縞ピッチの７０％以上１３０％以下の範囲内に含まれるように設定されるのが好ましく、９０％以上１１０％以下の範囲内に含まれるように設定されるのがより好ましい。第２ホログラム素子６５１の干渉縞ピッチをこのような範囲内に含めることで、第２ホログラム素子６５１における干渉縞ピッチは、中心部６５１ａにおける干渉縞ピッチを中心にして比較的狭い範囲内に収まっていることになる。これにより、第２ホログラム素子６５１のほぼ全域において、１回目の回折において生じた回折角度の角度幅や角度変化を特に十分に相殺することができる。
【０１９２】
具体例を挙げると、波長５１５ｎｍの緑色光を回折させる場合、第１ホログラム素子３５１の干渉縞が１ｍｍ当たり１５５０本の密度で形成されているとき、第２ホログラム素子６５１の中心部６５１ａの干渉縞は１ｍｍ当たり１５５０本の密度で形成されているのが好ましく、第２ホログラム素子６５１の端部６５１ｂおよび端部６５１ｃの干渉縞は、１ｍｍ当たり１０８５本以上２０１５本以下の密度で形成されているのが好ましく、１ｍｍ当たり１３９５本以上１７０５本以下の密度で形成されているのがより好ましい。
【０１９３】
また、この場合、さらに好ましくは、第２ホログラム素子６５１の端部６５１ｂおよび端部６５１ｃの干渉縞の形成密度は、１ｍｍ当たり１４９０本以上１７００本以下とされる。
【０１９４】
一方、波長４５０ｎｍの青色光を回折させる場合、第１ホログラム素子３５１の干渉縞が１ｍｍ当たり１７９０本の密度で形成されているのが好ましく、これに応じて第２ホログラム素子６５１の干渉縞の密度を前述したようにして決めればよい。
【０１９５】
また、波長６３０ｎｍの赤色光を回折させる場合、第１ホログラム素子３５１の干渉縞が１ｍｍ当たり１２７０本の密度で形成されているのが好ましく、これに応じて第２ホログラム素子６５１の干渉縞の密度を前述したようにして決めればよい。
【０１９６】
なお、上記の計算例は、左右で±１５度の画角であり、２．５ｍ前方に６０インチ相当の大きさの虚像が視認されるように映像光を走査したときの計算例である。また、この計算例では、映像の解像度を７２０Ｐとし、映像のアスペクト比を１６：９としている。
【０１９７】
また、本発明の画像表示装置では、解像度は特に限定されず、例えば１０８０Ｐや２１６０Ｐ等であってもよい。さらに、アスペクト比も特に限定されず、例えば４：３や２．３５：１等であってもよい。
【０１９８】
このように第１ホログラム素子３５１と第２ホログラム素子６５１との間で干渉縞ピッチに多少の差がある場合でも、その差を上記範囲内に設定することで、１回目の回折において生じた回折角度の角度幅や角度変化を、２回目の回折において十分に相殺することができ、映像への影響を最小限に留めることができる。換言すれば、第１ホログラム素子３５１と第２ホログラム素子６５１との間における干渉縞ピッチの差が上記範囲内であれば、１回目の回折において回折角度に角度幅や角度変化が生じたとしても、それによる映像への影響を、２回目の回折を経ることで、観察者が認識できない程度に抑えることができる。
【０１９９】
ただし、第２ホログラム素子６５１の干渉縞ピッチの決定にあたっては、観察者の眼ＥＹに入射するように映像光Ｌ３を回折させることが前提にあるため、第２ホログラム素子６５１の大きさや第２ホログラム素子６５１と観察者との距離、第２ホログラム素子６５１と画像生成部３との位置関係等によっては、観察者の眼ＥＹに映像光Ｌ５を確実に入射させることと、上述したような解像度の低下や色ずれといった効果を維持することとを両立させることが難しい場合がある。
【０２００】
このような場合も考慮し、本実施形態に係る反射部６は、観察者側に位置する面が凹面６１１になるように構成されている。すなわち、第２ホログラム素子６５１の映像光Ｌ３の入射側の表面形状も凹面となっている。第２ホログラム素子６５１の映像光Ｌ３の入射面の表面形状は、少なくとも、第２ホログラム素子６５１の回折格子と垂直な方向（すなわち回折格子の格子パターンの延在方向と垂直な方向）において、凹面となっていればよい。このような凹面６１１上に第２ホログラム素子６５１を設けることにより、凹面６１１は、１回目の回折において生じた回折角度の角度幅を２回目の回折において少なくとも一部相殺する、という第２ホログラム素子６５１の機能を補強するように作用する。すなわち、第２ホログラム素子６５１は、前述したように、第２ホログラム素子６５１における回折で生じた映像光Ｌ５を観察者の眼ＥＹに向けて集光させるが、上述したような干渉縞ピッチの制約、具体的には、第２ホログラム素子６５１の中において干渉縞ピッチの差をあまり大きくすることができないという制約に基づき、第２ホログラム素子６５１の設計に際して回折角度を自由に選択することは難しいという背景がある。
【０２０１】
これに対し、本実施形態のように、凹面６１１を有する反射部６を用い、凹面６１１上に第２ホログラム素子６５１を設けるようにすれば、凹面６１１が集光レンズと等価の機能を有するため、映像光Ｌ５を眼ＥＹに向けて集光させる機能が補強されることとなる。その結果、画角が大きく、かつ高画質な映像を視認させることができる。また、集光機能が補強された分、第２ホログラム素子６５１において干渉縞ピッチの差をそれほど大きくしなくても済むようになる。すなわち、仮に、１回目の回折において生じた回折角度の角度幅や角度変化が、第２ホログラム素子６５１で十分に相殺することができない程度のものであっても、凹面６１１によって、不足分の少なくとも一部を補うことができる。
【０２０２】
したがって、反射部６は、平坦面を有する平板状をなしていてもよいが、好ましくは本実施形態のように凹面６１１を有するものとされる。これにより、回折角度の角度幅や角度変化に伴う映像の解像度低下や色ずれをより確実に抑えることができる。
【０２０３】
ここで、一例として、反射部６が凹面６１１を有する場合と、反射部６が凹面６１１に代えて平面を有する場合とで、観察者の網膜上に結像する映像光Ｌ５の位置ずれや色ずれを補正するのに必要な回折格子の条件を比較する計算例について説明する。
【０２０４】
凹面６１１に代えて平面とした場合、反射部６の平面の中心部分に設けられている干渉縞の形成密度を１ｍｍ当たり１５５０本とすると、平面の全体では、最小値が１ｍｍ当たり９８０本、最大値が１ｍｍ当たり２２００本となるような範囲で形成密度に幅を持たせる必要があると算出される。つまり、この平面内における形成密度の差は、最大で１ｍｍ当たり１２２０本に及ぶこととなる。
【０２０５】
一方、本実施形態において、反射部６の凹面６１１の中心部分に設けられている干渉縞の形成密度を１ｍｍ当たり１５５０本とすると、凹面６１１の全体では、最小値が１ｍｍ当たり１４９０本、最大値が１ｍｍ当たり１７００本となるような範囲で形成密度に幅を持たせる必要があると算出される。つまり、この平面内における形成密度の差は、最大で１ｍｍ当たり２１０本に抑えられる。
【０２０６】
このような計算例によれば、反射部６に対して凹面６１１を設けることにより、反射部６に形成される干渉縞ピッチの差を小さく抑えられることが裏付けられる。このように反射部６に形成される干渉縞ピッチの差を抑えることにより、映像の中心部だけでなく、全体において高画質化を図ることができる。
【０２０７】
なお、凹面６１１の形状は、特に限定されず、例えば、自由曲面（非球面）の他、球面、双曲面、放物面等が挙げられる。
【０２０８】
また、第１ホログラム素子３５１の干渉縞の延在方向は、第２ホログラム素子６５１の干渉縞の延在方向と平行であるのが好ましい。具体的には、図３の場合、第１ホログラム素子３５１の干渉縞の延在方向および第２ホログラム素子６５１の干渉縞の延在方向は、それぞれ紙面に垂直な方向であるのが好ましい。これにより、１回目の回折における入射光に対する回折方向（回折光の出射方向）と２回目の回折における入射光に対する回折方向（回折光の出射方向）との関係が、同じになる。したがって、１回目の回折において生じた回折角度の角度幅や角度変化を、２回目の回折においてより確実に相殺することができるようになる。
【０２０９】
なお、少なくとも上記の効果を得るという観点から言えば、第１ホログラム素子３５１の干渉縞の延在方向と第２ホログラム素子６５１の干渉縞の延在方向とは、必ずしも平行でなくてもよく、例えば、第１ホログラム素子３５１の干渉縞の延在方向と第２ホログラム素子６５１の干渉縞の延在方向とが平行である状態から、前記延在方向と直交する軸を回動軸として第２ホログラム素子６５１を任意の回動角で回動した状態、例えば、水平な軸を回動軸として第２ホログラム素子６５１を回動した状態（いわゆる「あおり」を受けた状態）でも、上記の効果を得ることができる。
【０２１０】
また、第２ホログラム素子６５１の干渉縞（回折格子）の延在方向は、映像光Ｌ３の主走査の方向、すなわち水平方向と直交しているのが好ましい。前述したように、１回目の回折において生じた回折角度の角度幅は、映像光Ｌ３の主走査の方向に幅を持つ角度幅であるため、２回目の回折では、この角度幅を相殺するような回折が生じるように干渉縞が配置されている必要がある。したがって、第２ホログラム素子６５１の干渉縞の延在方向を、映像光Ｌ３の主走査の方向と直交する方向に合わせることにより、１回目の回折において生じた回折角度の角度幅を２回目の回折においてより確実に相殺することができる。
【０２１１】
なお、本実施形態に係る画像表示装置１では、前述したように、赤色光、緑色光および青色光の３色の光を用いて映像を形成している。したがって、第１ホログラム素子３５１および第２ホログラム素子６５１には、それぞれ、赤色光用の干渉縞と、緑色光用の干渉縞と、青色光用の干渉縞とを重畳（多重化）させた状態で形成されている。このため、第１ホログラム素子３５１および第２ホログラム素子６５１は、それぞれ、赤色光、緑色光および青色光を、個別に最適な角度で回折反射させることができる。その結果、赤色光からなる映像光Ｌ５、緑色光からなる映像光Ｌ５および青色光からなる映像光Ｌ５のそれぞれについて、回折角度の角度幅や角度変化の発生を抑制し、解像度低下や色ずれが抑制されたフルカラーの映像を得ることができる。
【０２１２】
よって、前述したような第１ホログラム素子３５１と第２ホログラム素子６５１との間の干渉縞ピッチの大小関係や、第２ホログラム素子６５１の中における干渉縞ピッチの大小関係は、それぞれ、赤色光用の干渉縞、緑色光用の干渉縞および青色光用の干渉縞について個別にかつ互いに独立して成り立っている。このため、例えば赤色光について、１回目の回折において生じた回折角度の角度幅や角度変化が、２回目の回折において少なくとも一部相殺される。同様に、緑色光についても、１回目の回折において生じた回折角度の角度幅や角度変化が、２回目の回折において少なくとも一部相殺され、青色光についても、１回目の回折において生じた回折角度の角度幅や角度変化が、２回目の回折において少なくとも一部相殺される。
【０２１３】
以上のような第１ホログラム素子３５１や第２ホログラム素子６５１を製造するには、例えば、密着露光方式、１光束干渉方式、２光束干渉方式、コリニア方式といった各種製造方法が用いられる。
【０２１４】
また、上述したような波長の異なる複数種の光について、それに適した干渉縞を重畳させるためには、上記製造方法において被処理体を露光する際、波長の異なる複数種の光を用いて露光するようにすればよい。
【０２１５】
ホログラム素子では、それを製造の際に用いた波長の光が入射するとき、特に高い回折効率を示すとともに、それ以外の波長の光については、ほとんど回折が起きない（波長選択性が高い）。したがって、１つのホログラム層に、波長の異なる光用の干渉縞を重畳させた場合でも、各光用の干渉縞の独立性が維持され易く、赤色光、緑色光および青色光について、それぞれ回折角度の角度幅や角度変化の発生を抑制することができる。
【０２１６】
なお、画像表示装置１では、赤色光、緑色光および青色光以外に別の色の光が追加されていてもよく、反対に、３色未満、すなわち１色の光のみあるいは２色の光のみが用いられていてもよい。
【０２１７】
また、本実施形態では、映像光生成部３１と光走査部３６との間に光回折部３５が設けられている。このため、映像光生成部３１から出射した映像光Ｌ１は、映像の内容によらず、光回折部３５の特定の位置に投射されることとなる。換言すれば、光回折部３５を光走査部３６よりも光源側に配置したことにより、空間的に走査される前の映像光Ｌ１が光回折部３５に投射されることになるため、光回折部３５に必要な面積はわずかである。したがって、本実施形態によれば、面積の小さな光回折部３５を用いることができ、画像表示装置１の小型化および低コスト化を図ることができる。
【０２１８】
また、光回折部３５を、表面レリーフ型回折格子や表面レリーフホログラム素子で構成した場合には、表面レリーフの溝の傾斜面が光を鏡面反射させる。このため、表面レリーフの溝の形状に基づいて所定の方向に回折される回折光が光走査部３６へ向かうように、表面レリーフの溝の形状を適宜設定することが好ましい。
【０２１９】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の画像表示装置の第２実施形態について説明する。
図１２は、本発明の画像表示装置の第２実施形態の構成を模式的に示す図である。
【０２２０】
以下、第２実施形態について説明するが、以下の説明では、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。また、図において、前述した実施形態と同様の事項については、同一符号を付している。
【０２２１】
第２実施形態に係る画像表示装置１は、第１ホログラム素子３５１および第２ホログラム素子６５１の構成が異なること以外、第１実施形態に係る画像表示装置１と同様である。
【０２２２】
すなわち、前述した第１実施形態に係る第１ホログラム素子３５１および第２ホログラム素子６５１には、それぞれ、赤色光、緑色光および青色光の３色の光を個別に回折させるよう、赤色光用の干渉縞と緑色光用の干渉縞と青色光用の干渉縞とを互いに異なるピッチで重畳（多重化）させて形成している。
【０２２３】
これに対し、本実施形態に係る第１ホログラム素子３５１は、図１２に示すように、赤色光を回折させるためのホログラム層３５１Ｒと、緑色光を回折させるためのホログラム層３５１Ｇと、青色光を回折させるためのホログラム層３５１Ｂと、を積層してなる積層体で構成されている。
【０２２４】
同様に、本実施形態に係る第２ホログラム素子６５１は、図１２に示すように、赤色光を回折させるためのホログラム層６５１Ｒと、緑色光を回折させるためのホログラム層６５１Ｇと、青色光を回折させるためのホログラム層６５１Ｂと、を積層してなる積層体で構成されている。
【０２２５】
このように本実施形態では、赤色光用の干渉縞と、緑色光用の干渉縞と、青色光用の干渉縞とを、互いに異なるホログラム層に形成するようにしたため、干渉縞同士が重複してしまうことによる回折効率の低下が抑えられる。このため、本実施形態によれば、第１ホログラム素子３５１および第２ホログラム素子６５１の回折効率をそれぞれ高めることができる。
【０２２６】
なお、第１実施形態について説明した第１ホログラム素子３５１と第２ホログラム素子６５１との間の干渉縞ピッチの大小関係や、第２ホログラム素子６５１の中における干渉縞ピッチの大小関係は、それぞれ、本実施形態に係る赤色光用の干渉縞、緑色光用の干渉縞および青色光用の干渉縞について個別にかつ互いに独立して成り立っている。このため、例えば赤色光について、１回目の回折において生じた回折角度の角度幅や角度変化が、２回目の回折において少なくとも一部相殺されることとなる。同様に、緑色光についても、１回目の回折において生じた回折角度の角度幅や角度変化が、２回目の回折において少なくとも一部相殺され、青色光についても、１回目の回折において生じた回折角度の角度幅や角度変化が、２回目の回折において少なくとも一部相殺される。
【０２２７】
なお、ホログラム層３５１Ｒ、ホログラム層３５１Ｇおよびホログラム層３５１Ｂの積層順は、図１２に示す積層順に限定されない。
以上のような第２実施形態においても、第１実施形態と同様の作用、効果が得られる。
【０２２８】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の画像表示装置の第３実施形態について説明する。
【０２２９】
図１３は、本発明の画像表示装置の第３実施形態を備えるヘッドアップディスプレイの概略構成を模式的に示す図である。
【０２３０】
以下、第３実施形態について説明するが、以下の説明では、前述した第１〜第２実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。また、図において、前述した実施形態と同様の事項については、同一符号を付している。
【０２３１】
第３実施形態に係る画像表示装置１は、自動車の天井部に装着されて使用されるヘッドアップディスプレイ１０’に含まれるものである以外、第１〜第２実施形態に係る画像表示装置１と同様である。
【０２３２】
すなわち、第３実施形態に係る画像表示装置１は、自動車ＣＡの天井部ＣＥに装着して使用され、虚像と外界像とを重畳させた状態で観察者に視認させる。
【０２３３】
この画像表示装置１は、図１３に示すように、画像生成部３および拡大光学系４を内蔵する光源ユニットＵＴと、反射部６と、光源ユニットＵＴと反射部６とを接続するフレーム２’とを備える。
【０２３４】
また、本実施形態では、光源ユニットＵＴ、フレーム２’および反射部６を、自動車ＣＡの天井部ＣＥに装着している場合を例に説明するが、これらを自動車ＣＡのダッシュボード上に装着してもよいし、一部の構成をフロントウィンドウＦＷに固定するようにしてもよい。さらに、ヘッドアップディスプレイ１０’は、自動車のみならず、航空機、船舶、建設機械、重機、二輪車、自転車、宇宙船のような各種移動体に装着されるものであってもよい。
【０２３５】
以下、画像表示装置１の各部を順次詳細に説明する。
光源ユニットＵＴは、いかなる方法で天井部ＣＥに固定されていてもよいが、例えばバンドやクリップ等を用いてサンバイザーに装着する方法により固定される。
【０２３６】
フレーム２’は、例えば１対の長尺状の部材を備えており、光源ユニットＵＴと反射部６のＸ軸方向の両端とを接続することにより、光源ユニットＵＴと反射部６とを固定している。
【０２３７】
光源ユニットＵＴは、画像生成部３および拡大光学系４を内蔵しており、拡大光学系４からは反射部６に向けて映像光Ｌ３が出射される。そして、反射部６で回折反射された映像光Ｌ５は、観察者の眼ＥＹに結像する。
【０２３８】
一方、本実施形態に係る反射部６も、使用時において反射部６の外側から観察者の眼ＥＹに向かう外界光Ｌ６を透過させる機能を有する。すなわち、反射部６は、光源ユニットＵＴからの映像光Ｌ３を反射するとともに、使用時において自動車ＣＡ外からフロントウィンドウＦＷを経て観察者の眼ＥＹに向かう外界光Ｌ６を透過させる機能を有する。これにより、観察者は、外界像を視認しながら、同時に、映像光Ｌ５により形成された虚像（画像）を視認することができる。すなわち、シースルー型のヘッドアップディスプレイを実現することができる。
【０２３９】
このような第３実施形態においても、第１〜第２実施形態と同様の作用、効果が得られる。
【０２４０】
すなわち、本実施形態に係る画像表示装置１においても、１回目の回折において生じた回折角度の角度幅や角度変化のうち、２回目の回折において、少なくとも一部を相殺することができる。これにより、観察者は、解像度低下や色ずれが十分に抑制された高画質の映像を視認することができる。
【０２４１】
以上、本発明の画像表示装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【０２４２】
例えば、本発明の画像表示装置では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
【０２４３】
また、本発明の画像表示装置の実施形態は、上述したヘッドマウントディスプレイやヘッドアップディスプレイに限定されず、網膜走査方式の表示原理を有するものであればいかなる形態のものにも含めることができる。
【符号の説明】
【０２４４】
１          画像表示装置
２          フレーム
２’        フレーム
３          画像生成部
４          拡大光学系
５          光学素子
６          反射部
１０        ヘッドマウントディスプレイ
１０’      ヘッドアップディスプレイ
１１        可動ミラー部
１２ａ      軸部
１２ｂ      軸部
１３        枠体部
１４ａ      軸部
１４ｂ      軸部
１４ｃ      軸部
１４ｄ      軸部
１５        支持部
１６        永久磁石
１７        コイル
１８        信号重畳部
２１        フロント部
２２        テンプル
２３        ノーズパッド
２７        凹部
３１        映像光生成部
３２        駆動信号生成部
３３        制御部
３４        レンズ
３５        光回折部
３６        光走査部
４２        補正レンズ
４３        遮光板
５１        導光部
５２        導光部
５３        導光部
５４        ハーフミラー層
５５        ハーフミラー層
５６        入射面
５７        射出面
５８ａ      側面
５８ｂ      側面
５９ａ      側面
５９ｂ      側面
６１        非球面ミラー
６５        光回折部
１１１      基部
１１２      スペーサー
１１３      光反射板
１１４      光反射部
１１５      硬質層
２１１      リム
２１２      シェード部
３１１      光源部
３１１Ｂ    光源
３１１Ｇ    光源
３１１Ｒ    光源
３１２Ｂ    駆動回路
３１２Ｇ    駆動回路
３１２Ｒ    駆動回路
３１３      光合成部
３１３ａ    ダイクロイックミラー
３１３ｂ    ダイクロイックミラー
３２１      駆動回路
３２２      駆動回路
３５１      第１ホログラム素子
３５１Ｂ    ホログラム層
３５１Ｇ    ホログラム層
３５１Ｒ    ホログラム層
６１１      凹面
６５１      第２ホログラム素子
６５１Ｂ    ホログラム層
６５１Ｇ    ホログラム層
６５１Ｒ    ホログラム層
６５１ａ    中心部
６５１ｂ    端部
６５１ｃ    端部
ＣＡ        自動車
ＣＥ        天井部
ＥＡ        耳
ＥＹ        眼
ＦＷ        フロントウィンドウ
Ｈ          頭部
Ｌ１        映像光
Ｌ２        映像光
Ｌ３        映像光
Ｌ３’      映像光
Ｌ４        映像光
Ｌ５        映像光
Ｌ５’      映像光
Ｌ６        外界光
ＮＳ        鼻
ＳＬ        走査線
Ｔ１        周期
Ｔ２        周期
ＵＴ        光源ユニット
Ｖ１        第１の駆動信号
Ｖ２        第２の駆動信号
Ｗ          軸線
【図１】
0006464708.tif 000002
【図２】
0006464708.tif 000003
【図３】
0006464708.tif 000004
【図４】
0006464708.tif 000005
【図５】
0006464708.tif 000006
【図６】
0006464708.tif 000007
【図７】
0006464708.tif 000008
【図８】
0006464708.tif 000009
【図９】
0006464708.tif 000010
【図１０】
0006464708.tif 000011
【図１１】
0006464708.tif 000012
【図１２】
0006464708.tif 000013
【図１３】
0006464708.tif 000014