(57)【要約】【課題】観察者が観察し易い形状及び大きさの射出瞳を形成し、かつ光源からの光の損失を少なくする。  【解決手段】走査型画像表示装置は、光束を２次元方向に走査する走査ユニット３と、光源１からの光束を走査ユニットに導く第１の光学系２と、走査ユニットからの光束を収束させる第２の光学系３と、該第２の光学系からの収束光束が入射する回折光学素子５と、該回折光学素子からの光束を観察者の眼に導く接眼光学系６とを有する。回折光学素子は、該回折光学素子からの射出光束の第１及び第２の方向での発散角を、該回折光学素子への入射光束の該第１及び第２の方向での収束角よりもそれぞれ広げ、かつ射出光束の第１の方向での発散角を第２の方向での発散角よりも広くする。【選択図】図１
2008046217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束を２次元方向に走査する走査ユニットと、
光源からの光束を前記走査ユニットに導く第１の光学系と、
前記走査ユニットからの光束を収束させる第２の光学系と、
該第２の光学系からの収束光束が入射する回折光学素子と、
該回折光学素子からの光束を観察者の眼に導く接眼光学系とを有し、
前記第２の光学系からの光束の径方向のうち互いに直交する２方向を第１及び第２の方向とするとき、
前記回折光学素子は、該回折光学素子からの射出光束の前記第１及び第２の方向での発散角を、該回折光学素子への入射光束の該第１及び第２の方向での収束角よりもそれぞれ広げ、かつ前記射出光束の前記第１の方向での発散角を前記第２の方向での発散角よりも広くする作用を有することを特徴とする走査型画像表示装置。
【請求項２】
前記第２の光学系と前記接眼光学系との間に、前記走査ユニットにより走査された光束の被走査面が形成され、
前記回折光学素子は、前記被走査面が形成される領域に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の走査型画像表示装置。
【請求項３】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の走査型画像表示装置。
１＜φＨ／φＶ＜２．６６
但し、φＨは前記回折光学素子からの前記射出光束における前記第１の方向での幅、φＶは該射出光束における前記第２の方向での幅である。
【請求項４】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の走査型画像表示装置。
ＦｏｖＨ／ＦｏｖＶ＜φＨ／φＶ＜（φ＋５）／（φｘＦｏｖＶ／ＦｏｖＨ）
但し、φＨは前記回折光学素子からの射出光束の前記第１の方向での幅、φＶは該射出光束の前記第２の方向での幅、ＦｏｖＨは前記第１の方向での該装置の表示画角、ＦｏｖＶは前記第２の方向での該装置の表示画角であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の走査型画像表示装置。
【請求項５】
前記回折光学素子は、前記第１及び第２の方向に周期構造を有し、
前記周期構造の前記第１の方向での周期ピッチが、前記第２の方向での周期ピッチよりも小さいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の走査型画像表示装置。
【請求項６】
前記回折光学素子は、前記第１及び第２の方向に周期構造を有し、
前記周期構造の各周期部分における光束の入射位置に応じて異なる位相差を発生することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の走査型画像表示装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つに記載の走査型画像表示装置と、
該走査型画像表示装置に画像情報を供給する画像供給装置とを有することを特徴とする画像表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用者の頭部に装着され、該使用者の眼（網膜）に対して光束を走査することで画像を観察される走査型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
網膜走査型画像表示装置には、特許文献１〜３にて提案されているものがある。これらの網膜走査型画像表示装置では、光源からの赤光、緑光及び青光を、走査デバイスと接眼光学系を用いて観察者の網膜上にて２次元方向に走査することで画像を観察させる。
【０００３】
このような網膜走査型画像表示装置においては、高解像度化を実現するために、小型で高速に光を走査可能な走査デバイスが用いられる。そして、このような小型の走査デバイスを用いるために、走査される光ビームの径がきわめて細いことが要求される。
【０００４】
但し、光ビームの径が観察者の眼が配置される射出瞳領域においても細いために、画像がけられやすいという問題がある。射出瞳径を拡大する方法としては、特許文献３にて開示されているように、網膜走査型画像表示装置の光学系内に、瞳拡大素子（Exit Pupil Expander）を配置する方法がある。具体的には、レンズアレイや拡散板等の瞳拡大素子を光学系の中間像面位置の近傍に配置し、該瞳拡大素子に入射する光束の発散角よりもそこから射出する光束の発散角を拡大することで射出瞳を拡大する。
【特許文献１】米国特許５，４６７，１０４号明細書（Ｆｉｇ．２等）
【特許文献２】特開２００４−３４７６８７号公報（段落００２２〜００２８、図４等）
【特許文献３】米国特許６，１５７，３５２明細書（Ｆｉｇ．２等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献３にて開示されているような瞳拡大素子を用いる場合に、該瞳拡大素子に入射する光に対してそこから射出する光の射出角を大きくしすぎると、以下のような問題がある。すなわち、観察者が画像を観察できる領域（射出瞳）の径は大きくなるが、観察者の眼に到達する光が相対的に少なくなり、提示する画像が暗くなってしまう。また、拡散した光が迷光になり、画像観察を行いにくくする可能性がある。
【０００６】
さらに、瞳拡大素子からの射出光によって形成される射出瞳の径（幅）は、特定方向とこれに直交する方向とで等しい。このため、矩形の画像を表示する場合に、光量損失が十分に少ない光学系とは言えない。
【０００７】
本発明は、観察者が観察し易い形状及び大きさの射出瞳を形成し、かつ光源からの光の損失を少なくすることができるようにした走査型画像表示装置を提供することを目的の１つとしている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面としての走査型画像表示装置は、光束を２次元方向に走査する走査ユニットと、光源からの光束を走査ユニットに導く第１の光学系と、走査ユニットからの光束を収束させる第２の光学系と、該第２の光学系からの収束光束が入射する回折光学素子と、該回折光学素子からの光束を観察者の眼に導く接眼光学系とを有する。そして、第２の光学系からの光束の径方向のうち互いに直交する２方向を第１及び第２の方向とするとき、回折光学素子は、該回折光学素子からの射出光束の第１及び第２の方向での発散角を、該回折光学素子への入射光束の該第１及び第２の方向での収束角よりもそれぞれ広げ、かつ射出光束の第１の方向での発散角を第２の方向での発散角よりも広くする作用を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、回折光学素子によって、第１及び第２の方向に関して発散角を拡大するだけでなく、第１の方向での発散角を第２の方向での発散角よりも広げることができる。このため、特に、所望の方向（第２の方向）における射出瞳の大きさを拡大することができる。したがって、明るい画像を観察し易い形状及び大きさの射出瞳を形成できるとともに、光源からの光の損失を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１には、本発明の実施例１である網膜走査型画像表示装置の構成を示している。光源１は、発光強度の変調が可能な光源である。光源１から射出した光束は、光源光学系としての第１の光学系２を介して、２次元走査ユニット３に入射する。
２次元走査ユニット３は、半導体プロセスを用いて製作される微小電気−機械システム（Micro Electro-Mechanical System：ＭＥＭＳ）により構成された、反射型の光偏向器である。
【００１２】
２次元走査ユニット３で偏向された光束は、集光光学系としての第２の光学系４に入射する。第２の光学系４は、回折光学素子５が配置された位置に光源１からの光束を収束させて被走査面を形成する。光束８ａ，８ｂ，８ｃは、２次元走査ユニット３により偏向された光束の例を示している。
【００１３】
ここで、回折光学素子５の位置と被走査面の位置とは、完全に一致することが好ましいが、かならずしも完全に一致する必要はなく、光学的に一致しているとみなせる領域にあればよい。
【００１４】
回折光学素子５で回折された光束は、折り返しミラー９を介して接眼光学系６に入射する。観察者は、接眼光学系６から射出した光束によって射出瞳７が形成される領域に眼を配置することで、上述した被走査面に形成された画像を、接眼光学系６を通して虚像として観察することができる。
【００１５】
光源１は、光源制御回路１０と電気的に接続されている。また、２次元走査ユニット３は、走査制御回路１１と電気的に接続されている。さらに、画像情報入力回路１３には、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、テレビチューナ等の画像供給装置５０が電気的に接続されている。
【００１６】
画像情報入力回路１３は、画像供給装置５０から入力された画像情報に応じた信号をメイン制御回路１２に出力する。メイン制御回路１２は、画像情報入力回路１３からの信号に基づいて光源制御回路１０及び走査制御回路１１を同期するように制御する。これにより、画像供給装置５０から入力された画像情報に対応する画像を観察者に提示することができる。
【００１７】
図２を用いて、本実施例の網膜走査型画像表示装置における光源１と２次元走査ユニット３による画像の描画方法について説明する。
【００１８】
光源１から射出した光束は、第１の光学系２を介して２次元走査ユニット３に入射する。２次元走査ユニット３に入射した光束は、該２次元走査ユニット３内の偏向ミラー面３ｃに入射する。なお、ＡＸＬは該画像表示装置の光学系の光軸を示す。ここにいう光軸ＡＸＬは、光源１の発光点から射出して、第１及び第２の光学系２，４の中心を通過して射出瞳７の中心に至る主光線が辿る光路に相当する。
【００１９】
偏向ミラー面３ｃは、互いに直交する方向に延びるトーションバー３ａ，３ｂを介して基板３ｗにより保持されている。偏向ミラー面３ｃは、不図示のアクチュエータから電磁力又は静電気力が加えられることでトーションバー３ａ，３ｂのねじれとともに上記直交２軸回りで揺動し、入射した光束の反射方向を変化させる。トーションバー３ａ，３ｂ及び偏向ミラー面３ｃは、前述したＭＥＭＳ技術を用いて基板３ｗと一体形成されている。このため、２次元走査ユニット３は、きわめて小型で、高速動作が可能である。
【００２０】
このように構成された２次元走査ユニット３で偏向（反射）された光束は、第２の光学系４に入射する。
【００２１】
光源１の発光点は、第１の光学系２と第２の光学系４を介して被走査面５ａと共役関係にあり、光源１の像が、例えば図２中のスポット８ａとして形成される。２次元走査ユニット３は、互いに直交する２方向３ｘ，３ｙに光束を偏向（すなわち、２次元走査）することが可能である。例えば、図２に示すように、被走査面５ｓ上において、走査線４７と帰線４８とを有するラスタ走査を行うことができる。この２次元走査のタイミングと光源１の変調とを同期させることで、被走査面５ｓ上に画像を形成することができる。
【００２２】
次に、回折光学素子５の作用について図３Ａ及び図３Ｂを用いて説明する。図３Ａ及び図３Ｂにはそれぞれ、第１の方向としての水平方向（Ｈ）の断面及び第２の方向としての垂直方向（Ｖ）の断面における回折光学素子５付近の光束の様子を模式的に表している。水平方向は、観察者に提示される画像の長辺方向に対応し、垂直方向は該画像の短辺方向に対応している。但し、水平方向が画像の短辺方向に対応し、垂直方向が該画像の長辺方向に対応してもよい。
【００２３】
これらの図において、光束８ｄは、回折光学素子５に入射する光束の例を示している。該入射光束８ｄは、その中心軸（図中に一点鎖線で示す）に対して水平方向及び垂直方向にて角度（以下、本実施例において収束角という）θINで収束しながら回折光学素子５に向かって進み、回折光学素子５が配置された位置で集光点を形成する。入射光束８ｄに関しては、水平方向及び垂直方向での収束角は同じである。
【００２４】
回折光学素子５には、微小な周期構造５ａが形成されている。この周期構造５ａは、入射光束８ｄを回折させる。図３Ａに示す水平方向において、光線８ｅ，８ｆ，８ｇは、回折光学素子５から射出した回折光束（射出光束）の一部を示している。光線８ｅ，８ｆ，８ｇにより代表される射出光束は、中心軸に対して入射光束８ｄの収束角θINよりも大きな角度（以下、本実施例において発散角という）θHOUTをなすように発散する。また、図３Ｂに示す垂直方向において、光線８ｈ，８ｉ，８ｊは、回折光学素子５から射出した回折光束（射出光束）の一部を示している。光線８ｈ，８ｉ，８ｊにより代表される射出光束は、中心軸に対して入射光束８ｄの収束角θINよりも大きな発散角θVOUTをなすように発散する。
【００２５】
ここで、以下の関係が成り立つ。
【００２６】
θIN＜θHOUT
θIN＜θVOUT
θVOUT＜θHOUT。
【００２７】
すなわち、回折光学素子５は、射出光束の垂直及び水平方向での発散角θVOUT，θHOUTを、該回折光学素子への入射光束の垂直及び水平方向での収束角θINよりもそれぞれ広げる作用を有する。しかも、該射出光束の水平方向θHOUTでの発散角を、垂直方向での発散角θVOUTよりも広くする作用を有する。
【００２８】
図４には、図１に示した光学系を折り返しミラー９の位置で展開して示している。上述したように回折光学素子５で収束角より大きな発散角を与えられた射出光束は、接眼光学系６を介して射出瞳７を形成する。ここで、図４の上側には、水平方向（Ｈ）での射出瞳７の大きさＰＨを示している。また、図４の下側には、垂直方向（Ｖ）での射出瞳７の大きさＰＶを示している。ＰＨとＰＶは、
ＰＶ＜ＰＨ
の関係を有する。
【００２９】
図５Ａには、回折光学素子５の形状例を示している。回折光学素子５は、図３Ａ，３Ｂに示した周期構造５ａとして、周期的に配列された複数のマイクロレンズを有する透過型マイクロレンズアレイである。マイクロレンズ５ａは、水平方向１８ａには第１の周期ピッチ１４ａで、水平方向１８ａ及び垂直方向に対して斜めの方向１８ｂには第１の周期ピッチ１４ａよりも長い第２の周期ピッチ１４ｂで配列されている。さらに、マイクロレンズ５ａは、垂直方向には第２の周期ピッチ１４ｂよりも長い第３の周期ピッチ（第１の周期ピッチ１４ａと第２の周期ピッチ１４ｂとの合成周期ピッチ）１４ｃで配列されている。
【００３０】
上記周期ピッチ１４ａ，１４ｂに対応した方向１８ａ，１８ｂでの断面形状を図５Ｂ，５Ｃに示す。マイクロレンズアレイは、光学的に透明な光学材料により形成されており、各マイクロレンズを透過した光に対して付与される位相分布によって、光の回折作用を発生する。
【００３１】
図６には、図５Ａに示した回折光学素子５から射出した回折光のパターン１６を示している。この図において、方向１６ｘは水平方向（第１の周期ピッチ方向）に、該方向１６ｘに対して直交する方向１６ｙは垂直方向（第３の周期ピッチ方向）に対応する。この図から分かるように、方向１６ｘと方向１６ｙとでは回折光の広がり方が異なり、方向１６ｘでの回折光の広がりが方向１６ｙでの回折光の広がりよりも大きい。
【００３２】
このように、回折光学素子５上の周期構造における周期ピッチを方向によって異ならせることで、光量分布を方向１６ｘと方向１６ｙとで異ならせる（方向１６ｘでの分布を方向１６ｙでの分布より広げる）ことが可能となる。したがって、光の利用効率を上げることができる。
【００３３】
図７には、回折光学素子５上の周期構造（マイクロレンズ）５ａと、第２の光学系４によって収束された入射光束８ｄのビーム径Ｄとの関係を示している。光の回折作用は、周期構造によって発現するため、周期構造上でのある方向におけるビーム径（スポットサイズ）Ｄは、その方向での周期構造のピッチｐよりも大きいことが望ましい。また、ビーム径Ｄに対して周期構造のピッチｐが小さすぎると、１つの次数あたりの回折角が大きくなりすぎて、光量ロスが発生しやすくなる。したがって、
１＜Ｄ／ｐ＜５
を満足することが望ましい。ビーム径（スポットサイズ）Ｄは、ＦＷＨＭ（Full Width Half Maximum）やピーク光量の１／ｅ２で定義される。
【００３４】
次に、射出瞳の形状の設定方法について説明する。図８には、射出瞳に配置された観察者の眼球３４とその眼球３４に向かう光束３５，３６との関係を水平断面上で示している。観察者が画像の中心を見ている状態を図８Ａに、画像の端部を見るために眼球３４を回転させた状態を図８Ｂに示す。
【００３５】
図８Ｂの状態であっても画像中心を描く光束３５がけられないためには、水平方向においては光束径（光束幅）φＨが必要となる。一方、垂直方向においても、同様に光束３５がけられないためには、光束径φＶが必要である。観察者の瞳孔径は、一般的に３〜５ｍｍに設定される。
【００３６】
ここで、通常は、観察者が観察する画像の横（水平方向）と縦（垂直方向）のサイズ比は、４：３又は１６：９であり、該画像は横長である。このため、
１＜φＨ／φＶ  …（１）
を満足する必要がある。
【００３７】
図９には、一対の走査型画像表示装置３９，４０を観察者の両眼球３４Ｒ，３４Ｌの前に１つずつ配置して構成し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）４３を示している。観察者の眼幅距離３８には、個人差があるため、ここでは１０ｍｍ程度の眼幅距離の半分の眼幅調整量５mmと設定する。また、観察画像の横（水平方向）と縦（垂直方向）のサイズ比、つまりは画角比（ＦｏｖＨ：ＦｏｖＶ）は４：３であるとする。
【００３８】
例えば、水平方向での瞳径画面の横方向）を５ｍｍとすると、垂直方向での瞳径（画像の縦方向）は、５ｘ（ＦｏｖＶ／ＦｏｖＨ）ｍｍ＝５ｘ（３／４）と表すことができる。観察者の水平方向での瞳孔径を３〜５ｍｍとし、眼幅調整量を眼幅距離１０ｍｍの半分（片側５ｍｍ）とすれば、水平方向において必要な射出瞳径は、５＋５ｍｍ＝１０ｍｍとなる。
【００３９】
このことから、１０／｛５ｘ（３／４）｝＝２．６６
であるので、
１＜φＨ／φＶ＜２．６６  …（２）
となる。
【００４０】
（１）式を、観察画像の水平画角ＦｏｖＨ、垂直画角ＦｏｖＶを用いて書き換えると、
ＦｏｖＨ／ＦｏｖＶ＜φＨ／φＶ  …（１）′
となる。
【００４１】
さらに、水平方向での瞳径（画像の横サイズ）をφｍｍ（φ＝１〜７ｍｍで、通常はφ＝３〜５ｍｍ）として（２）式を書き換えると、
ＦｏｖＨ／ＦｏｖＶ＜φＨ／φＶ＜（φ＋５）／（φｘＦｏｖＶ／ＦｏｖＨ）
…（２）′
となる。
【００４２】
（２）又は（２）′式を満足するように図６中の方向１６ｘ，１６ｙでの回折光の広がり比率、すなわち光束径の比率を設定することで、観察画像がけられることがない適切な形状及び大きさの射出瞳を形成できるとともに、光量の損失も抑えることができる。
【実施例２】
【００４３】
図１０には、本発明の実施例２である網膜走査型画像表示装置に用いられる回折光学素子５′を示している。この回折光学素子５′は、実施例１で説明した回折光学素子５とは形状が異なる。本実施例の網膜走査型画像表示装置の全体構成は、実施例１と同じである。
【００４４】
図１０に示す回折光学素子５′は、位相型の回折光学素子である。図中の黒い部分と白い部分とで回折光学素子の周期構造を形成する高さが異なり、周期構造のうち各周期部分５ａ′における光束の入射位置によって異なる位相差を発生する。水平方向の周期構造のピッチ１５ａと垂直方向の周期構造のピッチ１５ｂとは互いに等しい。このため等間隔で回折光が発生する。
【００４５】
図１１には、この回折光学素子５′の回折パターンの光強度を示したものである。図から分かるように、水平方向１７ｘと垂直方向１７ｙにおいて、光強度が高い領域（濃い黒のドットが並んだ領域）の大きさが異なる。
【００４６】
本実施例は、（２）式と実施例１で説明した（２）′式を満足するように、水平方向１７ｘと垂直方向１７ｙでの回折光の光束径の比率を設定している。図１１では、水平方向に９個の強度が高いビームに分け、垂直方向に４個の強度が高いビームに分けた場合を示しており、φH:φVが9:4となることから、φＨ／φＶは２．２５となる。
【実施例３】
【００４７】
図１２には、本発明の実施例３である網膜走査型画像表示装置の構成を示している。光源２１は、発光強度の変調が可能な光源である。光源２１から射出した光束は、第１の光学系２２を介して２次元走査ユニット２３に入射する。２次元走査ユニット２３は、実施例１で説明したものと同じものである。２次元走査ユニット２３で偏向された光束は、第２の光学系２４に入射する。
【００４８】
本実施例の第２の光学系２４は、２枚の光学的パワー（焦点距離の逆数）を有するミラー光学系２４ａと、透過反射機能及び光学的パワーを有する光学系２４ｂとにより構成されている。２次元走査ユニット２３からの偏向された光束が回折光学素子２５に至る光路においては、光学系２４ｂは反射光学系として機能する。
【００４９】
第２の光学系２４は、回折光学素子２５が配置された位置に光源２１からの光束を収束させて被走査面を形成する。光束２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、２次元走査ユニット２３により偏向された光束の例を示している。
【００５０】
ここで、回折光学素子２５の位置と被走査面の位置とは、完全に一致することが好ましいが、かならずしも完全に一致する必要はなく、光学的に一致しているとみなせる領域にあればよい。
【００５１】
本実施例の回折光学素子２５は、反射型の回折光学素子であり、入射した光束を反射する際に回折させる機能を有する。
【００５２】
回折光学素子２５で反射及び回折された光束は、光学系２４ｂを透過して接眼光学系２６に入射する。観察者は、接眼光学系２６から射出した光束によって射出瞳２７が形成される領域に眼を配置することで、上述した被走査面に形成された画像を、接眼光学系２６を通して虚像として観察することができる。
【００５３】
光源制御回路１０、走査制御回路１１、メイン制御回路１２及び画像情報入力回路１３の機能は実施例１と同じである。これら回路１０〜１３の動作により、実施例１で説明したのと同じ方法で画像を描画する。これにより、不図示の画像供給装置から入力された画像情報に対応する画像を観察者に提示することができる。
【００５４】
図１３Ａ〜図１３Ｃには、本実施例の回折光学素子２５の形状例を示している。回折光学素子２５は、周期構造として、周期的に配列された複数の凹面マイクロレンズ２５ａを有する反射型のマイクロレンズアレイである。マイクロレンズ２５ａは、水平方向４７には第１の周期ピッチ４８ａで、水平方向４７及び垂直方向に対して斜めの方向４４には第１の周期ピッチ４８ａよりも長い第２の周期ピッチ４８ｂで配列されている。さらに、マイクロレンズ５ａは、垂直方向には第２の周期ピッチ１４ｂよりも長い第３の周期ピッチ（第１の周期ピッチ１４ａと第２の周期ピッチ１４ｂとの合成周期ピッチ）４８ｃで配列されている。
【００５５】
上記周期ピッチ４８ａ，４８ｂに対応した方向４７，４４での断面形状を図１３Ｂ，１３Ｃに示す。マイクロレンズアレイは、各マイクロレンズ２５ａの凹面で反射した光に対して付与される位相分布によって、光の回折作用を発生する。図１３Ｂ，１３Ｃに示した断面におけるレンズ表面４５ａ，４６ａには、反射膜が形成されている。
【００５６】
図１４には、図１３Ａに示した回折光学素子２５で反射した回折光のパターン４９を示している。この図において、方向５０ｘは水平方向に、該方向５０ｘに対して直交する方向５０ｙは垂直方向（第１の周期ピッチ４８ａと第２の周期ピッチ４８ｂとの合成周期ピッチの方向）に対応する。この図から分かるように、方向５０ｘと方向５０ｙとでは回折光の広がり方が異なり、方向５０ｘでの回折光の広がりが方向５０ｙでの回折光の広がりよりも大きい。
【００５７】
このように、回折光学素子２５上の周期構造における周期ピッチを方向によって異ならせることで、光量分布を方向５０ｘと方向５０ｙとで異ならせる（方向５０ｘでの分布を方向５０ｙでの分布より広げる）ことが可能となる。したがって、光の利用効率を上げることができる。
【００５８】
本実施例では、回折光学素子２５として、反射型のマイクロレンズアレイを説明したが、実施例２において説明した位相板のような構成の反射型回折光学素子を用いてもよい。
【００５９】
本実施例の回折光学素子２５においても、光の回折作用は周期構造によって発現するため、周期構造上でのある方向におけるビーム径（スポットサイズ）Ｄは、その方向での周期構造のピッチｐよりも大きいことが望ましい。また、ビーム径Ｄに対して周期構造のピッチｐが小さすぎると、１つの次数あたりの回折角が大きくなりすぎて、光量ロスが発生しやすくなる。したがって、
１＜Ｄ／ｐ＜５
を満足することが望ましい。ビーム径（スポットサイズ）Ｄは、ＦＷＨＭ（Full Width Half Maximum）やピーク光量の１／ｅ２で定義される。
【００６０】
以上説明したように、上記各実施例によれば、観察者が画像を観察し易い射出瞳の形状を有し、かつ光源からの光の利用効率を高めることが可能な網膜走査型表示装置装置及び頭部装着型画像表示装置を実現することができる。
【００６１】
なお、上記各実施例では、光源を１つのみ示したが、これを赤、青、緑の光を発する光源とすることで、カラー画像を提示できる。
【００６２】
また各実施例では、射出瞳の形状を互いに直交する２方向で大きさが異なるように設定することで、光源からの光の利用効率を上げることを主たる目的として説明したが、光が必要な方向以外に向かわないようにすることで、迷光の発生を防止することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施例１である網膜走査型画像表示装置の構成を示す図。
【図２】実施例１の網膜走査型画像表示装置の画像描画手法の説明図。
【図３Ａ】実施例１の網膜走査型画像表示装置に用いられる回折光学素子の水平断面での光学作用を説明する図。
【図３Ｂ】実施例１の回折光学素子の垂直断面での光学作用を説明する図。
【図４】実施例１の網膜走査型画像表示装置の光学作用を説明する図。
【図５Ａ】実施例１の回折光学素子の形状を示す図。
【図５Ｂ】実施例１の回折光学素子の断面形状を示す図。
【図５Ｃ】実施例１の回折光学素子の断面形状を示す図。
【図６】実施例１の回折光学素子による回折パターンを示す図。
【図７】実施例１の回折光学素子における周期構造と入射光のスポットとの関係を示す図。
【図８Ａ】画像の中心の観察時における光束と眼との関係を示す図。
【図８Ｂ】画像の端部の観察時における光束と眼との関係を示す図。
【図９】実施例１の網膜走査型画像表示装置を用いた頭部装着型画像表示装置を示す図。
【図１０】本発明の実施例２である網膜走査型画像表示装置に用いられる回折光学素子の形状を示す図。
【図１１】実施例２の回折光学素子による回折パターンを示す図。
【図１２】本発明の実施例３である網膜走査型画像表示装置の構成を示す図。
【図１３Ａ】実施例３の網膜走査型画像表示装置に用いられる回折光学素子の形状を示す図。
【図１３Ｂ】実施例３の回折光学素子の断面形状を示す図。
【図１３Ｃ】実施例３の回折光学素子の断面形状を示す図。
【図１４】実施例３の回折光学素子による回折パターンを示す図。
【符号の説明】
【００６４】
１，２１  光源
２，２２  第１の光学系
３，２３  ２次元走査ユニット
４，２４  第２の光学系
５，２５  回折光学素子
５ｓ  被走査面
６，２６  接眼光学系
７，２７  射出瞳
３９，４０  網膜走査型画像表示装置
４３  頭部装着型画像表示装置
【図７】
2008046217.tif 000003
【図１４】
2008046217.tif 000004
【図１】
2008046217.tif 000005
【図２】
2008046217.tif 000006
【図３Ａ】
2008046217.tif 000007
【図３Ｂ】
2008046217.tif 000008
【図４】
2008046217.tif 000009
【図５Ａ】
2008046217.tif 000010
【図５Ｂ】
2008046217.tif 000011
【図５Ｃ】
2008046217.tif 000012
【図６】
2008046217.tif 000013
【図８Ａ】
2008046217.tif 000014
【図８Ｂ】
2008046217.tif 000015
【図９】
2008046217.tif 000016
【図１０】
2008046217.tif 000017
【図１１】
2008046217.tif 000018
【図１２】
2008046217.tif 000019
【図１３Ａ】
2008046217.tif 000020
【図１３Ｂ】
2008046217.tif 000021
【図１３Ｃ】
2008046217.tif 000022