(57)【要約】【課題】簡単な構成で走査歪みを低減できる２次元光走査装置及びこれを用いた小型省エネルギーの映像表示装置。【解決手段】光源１０とそれからの光束を２次元方向に走査するジンバル構造の走査ミラー２と走査された光束の走査歪みを補正する作用を持つ非回転対称面を有する走査光学系２０とを備えた２次元光走査装置であり、走査光学系２０は入射面２２と１面以上の反射面２３と射出面２１とを備え、入射面、反射面、射出面の少なくとも１面が非回転対称面からなる偏心プリズム２０を備えている。【選択図】　　　　図１２
2004061906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源からの光束を２次元方向に走査するジンバル構造の走査ユニットと、前記走査ユニットにより走査された光束の走査歪みを補正する作用を持つ非回転対称面を有する走査光学系とを備えた２次元光走査装置であって、
前記走査光学系が、前記走査ユニットで走査された光束をプリズム内に入射させる入射面と、前記入射面からプリズム内に入射した光束をプリズム内で反射する少なくとも１面の反射面と、前記反射面で反射された光束をプリズム外に射出する射出面とを備え、前記入射面、前記反射面、前記射出面の少なくとも１面が非回転対称面からなる偏心プリズムを備えていることを特徴とする２次元光走査装置。
【請求項２】
前記光源からの光束が正のパワーを有する光学素子によりコリメートして前記走査ユニットに入射されることを特徴とする請求項１記載の２次元光走査装置。
【請求項３】
光源と、前記光源からの光束を２次元方向に走査するジンバル構造の走査ユニットと、前記走査ユニットにより走査された光束の走査歪みを補正する作用を持つ非回転対称面を有する走査光学系と、前記走査光学系により形成された被走査面近傍に配置され前記走査光学系の射出瞳を観察者の瞳近傍に投影する正のパワーを有する接眼光学系とを備えた映像表示装置であって、
前記走査光学系が、前記走査ユニットで走査された光束をプリズム内に入射させる入射面と、前記入射面からプリズム内に入射した光束をプリズム内で反射する少なくとも１面の反射面と、前記反射面で反射された光束をプリズム外に射出する射出面とを備え、前記入射面、前記反射面、前記射出面の少なくとも１面が非回転対称面からなる偏心プリズムを備えていることを特徴とする映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像を生成するための２次元走査を行う２次元光走査装置とそれを用いた映像表示装置に関し、特に、ジンバル構造を有する光走査装置において走査歪みの少ない２次元走査装置及びこれを用いた映像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、特開２００１−１７４７４０号公報、特開２００１−２８１５８３号公報等において光走査装置を提案している。特開２００１−１７４７４０号公報に記載のものは、入射ビームと走査ビームの中心ビームとが略直線状になるようにして光走査装置を小型にするものであった。また、特開２００１−２８１５８３号公報記載のものは、単一の２次元反射ミラーと偏心プリズムを組み合わせて小型の光走査装置を構成するものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，　これらの光走査装置では走査歪みが十分補正されているとはいえなかった。
【０００４】
本発明は従来技術のこのような現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成で走査歪みを低減できる２次元光走査装置及びこれを用いた小型省エネルギーの映像表示装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の２次元光走査装置は、光源と、前記光源からの光束を２次元方向に走査するジンバル構造の走査ユニットと、前記走査ユニットにより走査された光束の走査歪みを補正する作用を持つ非回転対称面を有する走査光学系とを備えた２次元光走査装置であって、
前記走査光学系が、前記走査ユニットで走査された光束をプリズム内に入射させる入射面と、前記入射面からプリズム内に入射した光束をプリズム内で反射する少なくとも１面の反射面と、前記反射面で反射された光束をプリズム外に射出する射出面とを備え、前記入射面、前記反射面、前記射出面の少なくとも１面が非回転対称面からなる偏心プリズムを備えていることを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明の映像表示装置は、光源と、前記光源からの光束を２次元方向に走査するジンバル構造の走査ユニットと、前記走査ユニットにより走査された光束の走査歪みを補正する作用を持つ非回転対称面を有する走査光学系と、前記走査光学系により形成された被走査面近傍に配置され前記走査光学系の射出瞳を観察者の瞳近傍に投影する正のパワーを有する接眼光学系とを備えた映像表示装置であって、
前記走査光学系が、前記走査ユニットで走査された光束をプリズム内に入射させる入射面と、前記入射面からプリズム内に入射した光束をプリズム内で反射する少なくとも１面の反射面と、前記反射面で反射された光束をプリズム外に射出する射出面とを備え、前記入射面、前記反射面、前記射出面の少なくとも１面が非回転対称面からなる偏心プリズムを備えていることを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明において上記構成をとる理由と作用を説明する。
【０００８】
図１に、ジンバル構造を有する走査ユニットとそれによる２次元走査の様子を示す。走査ユニット１は、走査ミラー２、中間枠３、外枠４を備えている。走査ミラー２はｘ−ｘ軸方向に延びる軸５で中間枠３に連結されている。そして、その中間枠３はｘ−ｘ軸と直交するｙ−ｙ軸方向に延びる軸６で固定の外枠４に連結されている。よって、走査ミラー２で反射した光は、軸５の周りでの走査ミラー２の揺動により水平走査（Ｘ方向走査）され、軸６の周りでの中間枠３と走査ミラー２の揺動により垂直走査（Ｙ方向走査）されるようになっている。軸５、６周りでの揺動は電磁駆動方式、静電駆動方式、圧電素子駆動方式等の各種駆動方式が採用されている。また、その揺動は軸５、６の弾性変形での揺動でも、軸５、６周りでの自由回転での揺動でもよい。
【０００９】
図１に示すようなｘ−ｘ軸とｙ−ｙ軸の２つの軸を持ったジンバル構造を有する走査ユニット１は、近年のリソグラフィー技術の発達により、マイクロマシンの１つの応用例として開発されている。走査ミラー２は数ｍｍ角のものであり、この走査ミラー２に光束を反射させて２次元画像を走査表示することが可能である。
【００１０】
走査ミラー２で反射後の光束が光源と干渉しないように配置するためには、ハーフミラー等を使う方法か、走査ミラーに光束を斜入射させなければならない。ハーフミラーを使う方法は構造が複雑になるという問題がある。また、走査ミラー２に入射する光束と走査ミラー２に当たって反射して戻った光束がそれぞれハーフミラーを通過するために、合計２回ハーフミラーを通過することになる。その結果、光量が４分の１に減ってしまう問題がある。
【００１１】
そこで、入射方法としては、走査ミラー２に対して斜めに光束を入射させる構成をとることが好ましい。ただし、ジンバル構造の走査ミラーに斜めに光線を入射させると、走査された光束に歪みが発生してしまう問題がある。
【００１２】
すなわち、走査ミラー２の反射面に斜めに入射光ビーム７を入射させた場合、被走査面における反射光ビーム８のＸ方向及びＹ方向の位置は、ｘ−ｘ軸周りでの回転角θｘ　、ｙ−ｙ軸周りでの回転角θｙ　に比例して定まるのではない。例えば図１に示すように、回転角θｙ　を固定していても、回転角θｘ　の値によってＹ方向位置が変化する走査線の歪み（ここでは円弧状の歪み）が生じる。このような走査線の歪みがあると、被走査面上での像は歪んでしまう。このような歪みを走査歪みと呼ぶ。
【００１３】
図２は、（θｘ　／θｘ　ｍａｘ　，θｙ　／θｙｍａｘ）の値に対応する被走査面上におけるビーム位置を（Ｘ，Ｙ）で示した図である。ここで、入射光ビーム７は入射角４５°で入射し、ｘ−ｘ軸周りでの回転角θｘ　がゼロのときに走査ミラー２の法線が入射光ビーム７とｘ−ｘ軸を含む面内にある状態のときのものである。走査歪みがないときには、（１，１）−（１，０）−（１，−１）−（０，−１）−（−１，−１）−（−１，０）−（−１，１）−（０，１）−（１，１）を結んだ枠が長方形になる。ところが、図１のようなジンバル構造を有する走査ユニット１を用いた光走査装置では、図２に例示するような走査歪みが発生してしまう。図２は、走査ミラー２をＸ方向に±６°、Ｙ方向±８°振動させた場合の１０ｍｍ離れた位置での光束の座標を表したものである。
【００１４】
図２に示すように、Ｚ軸（光軸）上でも弓なりになる歪みと、全体に台形になる歪みと、さらに、一般的に糸巻き型になる歪みとが複合された状態で走査歪みが発生する。この複雑な走査歪みは、非回転対称面を用いることにより補正することが可能となる。
【００１５】
このような走査歪みを補正するために、本発明においては偏心プリズムを用いている。この偏心プリズムは、走査ユニット１で走査された光束をプリズム内に入射させる入射面と、その入射面からプリズム内に入射した光束をプリズム内で反射する少なくとも１面の反射面と、それらの反射面で反射された光束をプリズム外に射出する射出面とを備えている。そして、その入射面、反射面、射出面の少なくとも１面が非回転対称面からなる。走査光学系にこのような偏心プリズムを用いることにより、上記のような複雑な走査歪みを補正することが可能となる。
【００１６】
このような少なくとも１面が非回転対称面からなる偏心プリズムを、走査光学系に用いる理由を説明する。レンズのような屈折光学素子は、その境界面に曲率を付けることにより始めてパワーを持たせることができる。そのため、レンズの境界面で光線が屈折する際に、屈折光学素子の色分散特性による色収差の発生が避けられない。その結果、色収差を補正する目的で別の屈折光学素子が付加されるのが一般的である。
【００１７】
一方、ミラーやプリズム等のような反射光学素子は、その反射面にパワーを持たせても原理的に色収差の発生はない。よって、色収差を補正する目的だけのために別の光学素子を付加する必要はない。そのため、反射光学素子を用いた光学系は、屈折光学素子を用いた光学系に比べて、色収差補正の観点から光学素子の構成枚数の削減が可能である。
【００１８】
同時に、反射光学素子を用いた反射光学系は、光路を折り畳むことになるために、屈折光学系に比べて光学系自身を小さくすることが可能である。
【００１９】
ただし、反射面は屈折面に比して偏心誤差感度が高いため、組み立て調整に高い精度を要求される。しかし、反射光学素子の中でも、プリズムはそれぞれの面の相対的な位置関係が固定されている。そのため、プリズム単体として偏心を制御すればよく、必要以上の組み立て精度、調整工数が不要である。
【００２０】
さらに、プリズムは、屈折面である入射面と射出面、それと反射面を有しており、反射面しかもたないミラーに比べて、収差補正の自由度が大きい。特に、反射面に所望のパワーの大部分を分担させ、屈折面である入射面と射出面のパワーを小さくすることができる。これにより、ミラーに比べて収差補正の自由度を大きく保ったまま、レンズ等のような屈折光学素子に比べて、色収差の発生を非常に小さくすることが可能である。また、プリズム内部は空気よりも屈折率の高い透明体で満たされているために、空気に比べ光路長を長くとることができる。そのため、空気中に配置されるレンズやミラー等よりは、光学系の薄型化、小型化が可能である。
【００２１】
また、走査光学系は、中心性能はもちろんのこと周辺まで良好な結像性能を要求される。一般の共軸光学系の場合、軸外光線の光線高の符号は絞りの前後で反転する。この場合、光学素子の絞りに対する対称性が崩れることにより軸外収差は悪化する。そのため、絞りを挟んで屈折面を配置することで絞りに対する対称性を十分満足させ、軸外収差の補正を行っているのが一般的である。
【００２２】
本発明では、走査ユニットで走査された光束をプリズム内に入射させる入射面と、その入射面からプリズム内に入射した光束をプリズム内で反射する少なくとも１面の反射面と、その反射面で反射された光束をプリズム外に射出する射出面とを有し、入射面、反射面、射出面の少なくとも１面が非回転対称面からなる偏心プリズムを用いることにより、前記のような複雑な走査歪みを補正することを可能にしている。
【００２３】
なお、非回転対称な曲面形状としては、限定的でないが、自由曲面を用いることが望ましい。自由曲面は、例えば米国特許第６，１２４，９８９号（特開２０００−６６１０５号公報）の（ａ）式により定義される自由曲面であり、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。
【００２４】
この非回転対称面の少なくとも１面を透過面で構成することにより、上記のような走査歪みを補正することが可能となる。
【００２５】
また、その非回転対称面の少なくとも１面を反射面で構成することにより、走査歪みをより少なく補正することが可能となる。
【００２６】
また、反射面を２面以上備える場合は、その少なくとも２面を非回転対称面で構成することにより、走査歪みをさらに少なく補正することが可能となる。
【００２７】
そして、さらに好ましくは、このような走査光学系において用いる光源としては、ＬＥＤ（発光ダイオード）又はＬＤ（レーザダイオード）などの発光素子がある。これらの発光素子を用いることにより光源部分を小型に構成することが可能になる。また、装置全体を小型に構成することが可能となる。また、このような光源を用いることにより色再現性が高まり、特に赤色が鮮やかになる。
【００２８】
また、光源として、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色を含む光源を用いることにより、カラー化できることは言うまでもない。
【００２９】
さらに好ましくは、光源からの光束を正のパワーを有する光学素子によりコリメートして走査ミラーに入射させる。これにより、走査ミラー周辺の光学系の有効径が小さくなり、小型化に好ましい。
【００３０】
また好ましくは、走査光学系に用いる偏心プリズムとして、走査ユニットで走査された光束をプリズム内に入射させる入射面と、その入射面からプリズム内に入射した光束をプリズム内で反射する第１反射面と、その第１反射面で反射された光束をプリズム内で反射する第２反射面と、その第２反射面で反射された光束をプリズム外に射出する射出面とを備え、その入射面と第２反射面とを１面で兼用した偏心プリズムを用いる。
【００３１】
この偏心プリズムは、光束を射出する側（投影面側）と反対側に光束を折り曲げないために、走査ミラーに入射する光束と走査ミラーから反射する光束とのなす角度を小さくすることが可能となる。この結果、走査ミラーにより走査された光束の走査歪みの発生が少ないレイアウトをとることが可能となるので、走査歪みを補正するうえで好ましい。
【００３２】
また、走査光学系に用いる偏心プリズムとして、走査ユニットで走査された光束をプリズム内に入射させる入射面と、その入射面からプリズム内に入射した光束をプリズム内で反射する第１反射面と、その第１反射面で反射された光束をプリズム内で反射する第２反射面と、その第２反射面で反射された光束をプリズム外に射出する射出面とを備え、その入射面から第１反射面へ向かう光束と第２反射面から射出面へ向かう光束とがプリズム内で交差する面配置の偏心プリズムを用いることもできる。
【００３３】
このような偏心プリズムを用いると、プリズム内のパワーを分散配置することが可能となる。また、走査されたスポットの収差量を少なくすることが可能となる。
【００３４】
また、走査光学系に用いる偏心プリズムとして、走査ユニットで走査された光束をプリズム内に入射させる入射面と、その入射面からプリズム内に入射した光束をプリズム内で反射する第１反射面と、その第１反射面で反射された光束をプリズム内で反射する第２反射面と、その第２反射面で反射された光束をプリズム外に射出する射出面とを備え、その第１反射面と射出面とを１面で兼用した偏心プリズムを用いることもできる。
【００３５】
このような偏心プリズムを用いることは、投影面と走査ミラーとを結ぶ方向を薄型にする走査装置を構成することができるので好ましい。
【００３６】
また、本発明の映像表示装置は、以上のような本発明の２次元光走査装置において、走査光学系で形成された被走査面近傍に正のパワーを有する接眼光学系を配置している。この接眼光学系は、走査光学系の射出瞳の像（通常は虚像）を観察者の瞳近傍に投影するものである。
【００３７】
図３にこのような映像表示装置の概念図を示す。接眼光学系３０は走査光学系の射出瞳の像を観察者の眼球Ｅ位置近傍に投影する役割を有する。すなわち、この接眼光学系３０を、走査光学系２０による被走査面近傍に配置することで、走査光学系２０から射出した光束を接眼光学系３０により集光させ，　観察者が像を観察することが可能となる。これにより、光源１０から射出した光束の大部分を観察者の眼球Ｅ近傍に集光することが可能となる。その結果、光源１０からの光を有効に観察に使用することが可能となり、少ない消費電力で明るい観察像を観察することが可能となる。なお、図３中、符号１１は光源１０からの光束をコリメートして走査ミラー２に入射させる照明光学系、４０は接眼光学系３０によって投影された２次元光走査装置の射出瞳の像である。また、接眼光学系３０位置に示したＸ方向は主走査方向、Ｙ方向は副走査方向を示す。なお、接眼光学系３０は、走査光学系２０の射出瞳を観察者側の所定の位置に投影するものである。この投影された位置に観察者が眼球Ｅを一致させることにより、結果として走査光学系の射出瞳が観察者の瞳に投影されたことになる。
【００３８】
そして、被走査面近傍に光拡散性を有する拡散面３１を配置することにより、観察者眼球Ｅで観察可能となる位置を広く設定することが可能となる。完全な散乱特性を有する拡散面は、見る位置からの照度ムラや観察する方向に制約を受けることがなくなり好ましい。しかしながら、省電力、小型化を重視する場合には、拡散角が狭い拡散板を用いるのが好ましい。このようにすると、光源１０からの光の使用効率を向上させることができる。
【００３９】
さらに好ましくは、拡散面３１による拡散角が、半値全幅で２０°以下であることが好ましい。これ以上拡散角が大きいと、観察像が暗くなってしまう。
【００４０】
さらに好ましくは、拡散角は半値全幅で１０°以上であることが好ましい。このようにすると、両眼で観察することが可能となり、見やすい像観察装置になる。
【００４１】
また、この場合拡散板は、光強度が１／１０になる全幅で、拡散角を４０°以下になるようにすることが好ましい。これは、少なくとも４０°以上に拡散する光線は観察者に届かないので、この条件を満足することにより、無駄な照明光のロスが減り、照明光の効率的利用につながる、この結果、装置、特に光源を小型で低出力のものを使うことが可能となる。また、拡散面の拡散特性としては、半値全幅から急に拡散光強度が低下することが好ましい。
【００４２】
また、拡散面３１としては、少なくとも２面配置することが好ましい（例えば、光軸に沿って重ねて配置する）。拡散面３１を２面以上に分けて配置することにより、同程度の拡散面の粗さでも、ざらつきを低減することが可能となる。
【００４３】
ここで、接眼光学系３０は、通常の正レンズでもよいし、正パワーのフレネルレンズでも、反射鏡でも、フレネル反射鏡でもよい。これらのレンズ面、反射面は、回転対称面だけでなく、偏心したフレネルレンズ面、フレネル反射面、自由曲面、アナモルフィック面でも構成できる。また、これらの反射鏡は表面鏡でも裏面鏡でもよいが、フレネル反射鏡の場合、裏面鏡として構成し、その裏面鏡部分をフレネル反射鏡とすることが好ましい。
【００４４】
そして、このような接眼光学系３０の少なくとも１面に、拡散作用をする拡散面３１を一体に設けるようにすることもできる。また、フレネルレンズ、フレネル反射鏡で接眼光学系３０を構成する場合に、そのフレネル面に拡散作用を分担させることも可能である。
【００４５】
本発明の映像表示装置は、接眼光学系３０を左右共通とし、２次元光走査装置を左右の眼用に別々に設けている。接眼光学系３０は、左眼用の走査光学系２０Ｌの射出瞳を観察者の左眼ＥＬの瞳近傍に、右眼用の走査光学系２０Ｒの射出瞳を観察者の右眼ＥＲの瞳近傍に投影するように配置されている。このように、左右の眼用の光走査装置で左右別々の映像、例えば両眼視差のある映像を表示するようにすることにより、立体像が観察可能な映像表示装置になっている。図４にこのような立体像が観察可能な映像表示装置の概念図を示す。１０は左右眼用の２次元光走査装置、１１は照明光学系、２は走査ミラー、２０は走査光学系である。また、２次元光走査装置の射出瞳の像４０に左右の眼用を示す“Ｌ”、“Ｒ”を符号の後に付加して、それぞれ左右の眼用であることを示している。また、左右の眼球をそれぞれＥＬ、ＥＲで示している。
【００４６】
この立体像が観察可能な映像表示装置の場合は、左右の眼で観察する映像自体は同じである。ただし、各々の映像を見る時の角度が異なる。そのために、拡散角が大きくなってクロストークが生じると、立体像とは認識できず二重像として観察されてしまう。このようなことから、被走査面近傍に配置する拡散面３１の拡散角は半値全幅で８°以下であることが好ましい。
【００４７】
また、この場合、光強度が１／１０になる全幅で拡散角が１２°以下であることが好ましい。これは、少なくとも１２°以上に拡散する光線は観察者に届かないので、上記条件を満足することが照明光の効率的利用につながる。また、拡散面の拡散特性としては、半値全幅の位置から急に拡散光強度が低下することが好ましい。
【００４８】
また、両眼で左右同一の映像が観察可能な映像表示装置の場合は、被走査面近傍に配置する拡散面３１による拡散角を半値全幅で２０°以下にすることが好ましい。
【００４９】
これ以上拡散角が大きいと、観察像が暗くなってしまう。視差のない同一の映像を観察する所謂２Ｄの観察像では、同じ映像を観察するために左右両眼で同時に観察できることが好ましい。
【００５０】
さらに拡散角は、半値全幅で１０°以上であるのが好ましい。このようにすると、両眼で観察することが可能となり見やすい像観察装置になる。
【００５１】
また、この場合、光強度が１／１０になる全幅で拡散角を４０°以下となるようにすることが好ましい。これは、少なくとも４０°以上に拡散する光線は観察者に届かないので、上記条件を満足することが照明光の効率的利用につながる。また、拡散面の拡散特性としては、半値全幅から急に拡散光強度が低下することが好ましい。
【００５２】
次に、上記のような拡散角特性の拡散面３１を持つ拡散板３２の表面粗さについて説明する。
【００５３】
図５は拡散板３２が透過型の場合である。透過型拡散板３２から４０ｃｍの距離でφ６３ｍｍの大きさに光線を拡大しようとすると、光線の拡散角は半値幅で４．５°の拡散角を持つことが必要になる。拡散板３２表面の微細な凹凸で光線を屈折させる場合、その凹凸の形状をｓｉｎ波形状と仮定し、拡散面の屈折率を１．５とする。すると、図６に示すように、入射角をθ、屈折角をθ’とし、θ’−θ＝４．５°とスネルの式から、入射角θは約８．８６°の傾きを持つ必要があることが分かる。つまり、表面荒さの傾きの最大値は８．８６°であることが必要である。ここで、面の形状は滑らかなｓｉｎ波形状としていることから、その形状は、
ｙ＝ａ×ｓｉｎ（２πｘ／Ｔ）
で表される。ここで、ａは振幅、Ｔは周期である。そして、その傾きは、
（傾き）＝ｄｙ／ｄｘ＝ａ×ｃｏｓ（２πｘ／Ｔ）×２π／Ｔ
となる。傾きが最大になるのは、ｘ＝２πｍ（ｍは整数）のときであるから、
（傾きの最大値）＝ａ×２π／Ｔ
となり、これが８．８６°になるときのａ／Ｔを求めればよいことになる。
【００５４】
（傾きの最大値）＝ａ／Ｔ×２π＝８．８６／１８０×π＝０．１５４
これからａ／Ｔを求めると、
ａ／Ｔ＝０．０２４６
となる。ここで、ＪＩＳ　Ｂ０６０１による算術平均荒さＲａとａの関係は、形状が正弦波の場合は、
Ｒａ／√２＝ａ
となり、さらに凹凸の平均間隔Ｓｍと上記周期Ｔの関係は、
Ｓｍ＝Ｔ
となる。これより、表面粗さに関しては以下の結果を得る。
【００５５】
Ｓｍ＝２８．７Ｒａ
の場合、拡散面の最大傾斜は８．８３°となり、屈折率１．５の場合、光線の拡散半角４．５°、拡散全角で９°の拡散板が得られる。
【００５６】
次に、図７は拡散板３２が反射型の場合である。反射型拡散板３２から４０ｃｍの距離でφ６３ｍｍの大きさに光線を拡大しようとすると、光線の拡散角は半値幅で４．５°の拡散角を持つことが必要になる。拡散板３２表面の微細な凹凸で光線を反射させる場合、その凹凸の形状をｓｉｎ波形状と仮定すると、図８に示すように、入射角、反射角をθとし、２θ＝４．５°から、入射角θは４．５°の半分の約２．２５°の傾きを持つ必要があることが分かる。つまり、表面荒さの傾きの最大値は２．２５°であることが必要である。ここで、面の形状は滑らかなｓｉｎ波形状としていることから、その形状は、
ｙ＝ａ×ｓｉｎ（２πｘ／Ｔ）
で表される。そして、その傾きは、
（傾き）＝ｄｙ／ｄｘ＝ａ×ｃｏｓ（２πｘ／Ｔ）×２π／Ｔ
となる。傾きが最大になるのは、ｘ＝２πｍ（ｍは整数）のときであるから、
（傾きの最大値）＝ａ×２π／Ｔ
となり、これが２．２５°になるときのａ／Ｔを求めればよいことになる。
【００５７】
（傾きの最大値）＝ａ／Ｔ×２π＝２．２５／１８０×π＝０．０３９２７
これからａ／Ｔを求めると、
ａ／Ｔ＝０．００６２５
となる。ここで、ＪＩＳ　Ｂ０６０１による算術平均荒さＲａとａの関係は、形状が正弦波の場合は、
Ｒａ／√２＝ａ
となり、さらに凹凸の平均間隔Ｓｍと上記周期Ｔの関係は、
Ｓｍ＝Ｔ
となる。これより、表面粗さに関しては以下の結果を得る。
【００５８】
Ｓｍ＝１１３．１４Ｒａ
の場合、拡散面の最大傾斜は２．２５°となり、反射による拡散半角４．５°、拡散全角で９°の反射型拡散板３２が得られる。
【００５９】
これを、２回透過型拡散板、裏面鏡型拡散板についても検討すると、Ｓｍ／Ｒａと拡散半角との関係は、拡散面の凹凸面をｓｉｎ波形状に近似できる場合は、図９に示すようになる。
【００６０】
以上のような知見から、さらに好ましくは、本発明の拡散板３２の拡散面３１は、以下条件を満足するようなランダムな凹凸形状にするのがよい。これにより、広い射出瞳径で、ざらつき感のないクリアーで明るい観察像を得ることができる。
【００６１】
２次元像（平面像）観察装置の場合：
１回透過型の拡散板では、
５＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜７０　　　　　　・・・（１）
２回透過型の拡散板では、
１０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜８０　　　　　・・・（２）
表面反射型の拡散板では、
５０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２００　　　　・・・（３）
裏面反射型の拡散板では、
８０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２５０　　　　・・・（４）
立体像観察装置の場合：
１回透過型の拡散板では、
１５＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜４００　　　　・・・（５）
２回透過型の拡散板では、
２５＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜５００　　　　・・・（６）
表面反射型の拡散板では、
８０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜１０００　　　・・・（７）
裏面反射型の拡散板では、
１５０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２０００　　・・・（８）
なる条件を満足することが好ましい。ここで、ＳｍはＪＩＳ　Ｂ０６０１による表面の凹凸の平均間隔（μｍ）、Ｒａは表面の中心線平均粗さ（μｍ）、Ｅｐは拡散面から観察者の眼の位置までの距離（：アイポイント（ｍｍ））である。
【００６２】
上記条件式（１）〜（８）の下限を下回ると、拡散角が小さくなりすぎ、広い瞳径を得るとこが難しくなる。また、上限を上回ると、拡散しすぎてしまい観察像が暗くなってしまう。
【００６３】
なお、接眼光学系にフレネルレンズを用いる場合には、拡散面の凹凸形状をランダムな配置にすることがより好ましい。凹凸形状に周期性があると、フレネルレンズのピッチと拡散面との間でモアレ縞が発生して観察像に重畳し、見にくい像となってしまう。
【００６４】
上記条件式（１）〜（８）については、それぞれ以下のようにさらに限定することがより望ましい。
【００６５】
２次元像（平面像）観察装置の場合：
１回透過型の拡散板では、
１０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜４０　　　・・・（１−１）
２回透過型の拡散板では、
１５＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜６０　　　・・・（２−１）
表面反射型の拡散板では、
７０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜１５０　　・・・（３−１）
裏面反射型の拡散板では、
１００＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２００　・・・（４−１）
立体像観察装置の場合：
１回透過型の拡散板では、
２０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜３００　　・・・（５−１）
２回透過型の拡散板では、
３０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜４００　　・・・（６−１）
表面反射型の拡散板では、
１００＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜７００　・・・（７−１）
裏面反射型の拡散板では、
２００＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜１０００・・・（８−１）
さらに好ましくは、拡散板の拡散面の表面の凹凸の平均間隔Ｓｍは、
Ｓｍ＜２００μｍ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（９）
なる条件を満足することが好ましい。この条件（９）は、観察画面のザラザラ感に関係している。拡散面の凹凸が２００μｍ以上だと、特に本発明のように対物光学系からの光束が細い（ＮＡが小さい）光線で拡散板近傍に投影像を形成する光学装置においては、このＳｍが映像のザラザラ感（シンチレーション）に大きく影響する。そのため、条件（１）〜（８）を満足しながら、本条件（９）を満足するような拡散面であることが重要である。この条件（９）を満足しないで、Ｓｍが２００μｍ以上になると、ひどいときは観察者の眼を移動した場合に画面全体が細かく瞬くように見えるシンチレーションが見えてしまう。また、そこまでひどくなくても、映像がすりガラスに投影された映像のように画像のクリア感がなくなり、鮮やかな映像を観察することができない。
【００６６】
さらに好ましくは、
Ｓｍ＜１００μｍ　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（９−１）
なる条件を満足することが好ましい。
【００６７】
さらに好ましくは、
Ｓｍ＜５０μｍ　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（９−２）
なる条件を満足することが望ましい。
【００６８】
さて、以上のような条件を満足する本発明の拡散板３２としては、本出願人による特願２００１−３７０９５０の作製方法で作製した拡散板が使用可能である。その拡散板としては、以下のものがある。
（１）サンドブラスト法により粒径が制限された球形ビーズを吹き付けて形成されたランダム配置の凹面群あるいはその凹面群に相似的な凹面群、又は、これら凹面群に相補的な凸面群を有する拡散板。
（２）金属基板に球形ビーズを吹き付けて形成されたランダム配置の凹面群を型として透明基板に複製することにより作製された（１）の拡散板。
（３）金属基板上に形成した加工層に球形ビーズを吹き付けて形成されたランダム配置の凹面群を金属基板表面に相似的に転写して形成されたランダム配置の凹面群を型として透明基板に複製することにより作製された（１）の拡散板。
（４）前記球形ビーズの粒径が０．０１ｍｍから２ｍｍのガラスビーズからなる（１）から（３）の拡散板。
（５）前記球形ビーズを吹き付ける空気圧が０．５〜３．０ｋｇ／ｃｍ２　である（４）の拡散板。
（６）前記金属基板が真鍮からなる（２）、（４）、（５）の拡散板。
（７）前記金属基板が前記球形ビーズより硬度の高い金属からなる（３）、（４）、（５）の拡散板。
（８）前記金属基板の表面に形成された凹面群を射出成形あるいはプレス成形により透明基板に複製した（２）〜（７）の拡散板。
（９）基板上に樹脂の液滴を噴霧して付着させることにより形成されたランダム配置の凸面群を基板表面に相似的に転写して形成されたランダム配置の凸面群、又は、その凸面群に相補的な凹面群を有する拡散板。
【００６９】
さらに、特開平９−１２７３１２号公報に記載されている拡散板を使うことができる。この拡散板は、透明基体の片面又は両面を粗面化して作製したものである。透明基体の片面又は両面を粗面化する方法としては、例えば以下の（１）〜（４）の方法がある。（１）透明基体の片面又は両面をエッチング処理する方法、（２）樹脂にフィラーを、必要に応じて、水や有機溶剤と共に分散した塗料又はインクをコーティングや印刷を行うことにより、透明基体の片面若しくは両面上に単層又は多層に分けて設ける方法、（３）樹脂やフィラー単体又はこの混合物からなる粉体を静電粉体コーティングや粉体電着コーティングにより、透明基体の片面又は両面に設ける方法、（４）有機又は無機のフィラーを樹脂と共に、熱と圧力を加えることにより溶融し、この溶融物を押し出し成形や射出成形等によりフィルム化して成形する方法。この場合に、この拡散板のＨＡＺＥ値（ＪＩＳＫ７１０５）が、１０〜４０の範囲にあることが好ましい。
【００７０】
また、特開２０００−１７１６１８で作製した拡散板を使うこともできる。この拡散板を作製する方法は、基体上に直接又は他の層を介して結着層を積層する工程と、フィラーを加圧媒体によって結着層に埋め込む工程と、その工程で得た積層体に付着した余剰フィラーを除去する工程とを具備している。
【００７１】
また、本発明は、光源と、前記光源からの光束を２次元方向に走査する走査ユニットと、前記走査ユニットにより走査された光束の走査歪みを補正する作用を持つ非回転対称面を有する走査光学系とを備えた２次元光走査装置であって、前記走査光学系が少なくとも１面以上の反射面を備えた偏心プリズムからなるともに対称面を有し、前記走査光学系の光軸と被走査面の交差点を画面原点とした時に前記対称面が前記画面原点を略含むように前記走査光学系を配置し、１つの走査方向と前記対称面の方向が略一致するように前記走査光学系と前記走査ユニットを配置することもできる。
【００７２】
走査光学系の対称面に画面原点（画像中心）が含まれるようにすると、非回転称な走査歪みの発生方向を対称面の方向と一致させることが可能となり、偏心収差により前記像歪を補正することが可能となり、収差補正が容易になる。
【００７３】
ところで、被走査面の画面原点Ｏに立てた法線を中心として、走査光学系を角度θ回転して配置したとする。例えば、図１０では偏心プリズム２０の対称面をＹ方向と一致した状態から、反時計回りに角度θで回転させている。この場合、偏心プリズム２０の対称面も、Ｙ方向に対して反時計回りに角度θで回転される。そこで、これに合わせて、偏心プリズム２０の光軸を回転軸として、走査ユニットを偏心プリズム２０に対して角度θだけ回転する。この時の回転方向は、偏心プリズム２０側から見て時計回りである。すなわち、偏心プリズム２０に入射する走査光束を、ｘ−ｘ方向からｘ’−ｘ’方向とすることにより、画面上で偏心プリズム２０の回転前と同じＸ方向、Ｙ方向に走査することができる。そして、このような回転配置をとることにより、１つの接眼光学系３０に対して２つの２次元光走査装置を、画面原点Ｏに立てた法線を含む垂直方向の平面の両側に配置する構成に利用することができる。
【００７４】
例えば、図４に示すような立体像が観察可能な映像表示装置の配置にする場合には、同一形状の走査光学系２０を２つ用意すればよくなる。この結果、左右の走査光学系２０を異なる形状、例えば相互に面対称な形状に構成する場合に比べて、走査光学系２０の製造コストを大幅に下げることが可能となる。この場合、当然２つの２次元光走査装置の光源各々は、別々の表示をするように映像信号で変調するようにすることも可能である。また、左右同一の表示を行うために、同じ映像信号で変調するようにすることも可能である。
【００７５】
なお、本発明において、走査光学系に負又は非常に弱い正のパワーを持たせることにより、走査ミラーの走査角度を少なくすることが可能となる。さらに好ましくは、負のパワーを持たせることが好ましい。なお、走査光学系に負のパワーを持たせる場合には、光源からの光束を走査ミラーに入射させる照明光学系は、集光性のものでなければならない。
【００７６】
以下に、本発明の２次元光走査装置及び映像表示装置に用いる光学系の実施例１〜３について説明する。
【００７７】
実施例１〜３の構成パラメータは後記するが、座標系は、被走査面３３から走査光学系を構成する偏心プリズム２０、走査ミラー２、照明光学系１１を順に経て光源１０に向う逆光線追跡で、図１１に示すように、軸上主光線２８を、被走査面３３の中心Ｏを通り、光学系の瞳を形成する走査ミラー２中心を通り、光源１０に至る光線で定義する。そして、逆光線追跡において、被走査面３３の中心Ｏを偏心光学系の偏心光学面の原点として、軸上主光線２８に沿う方向をＺ軸方向とし、被走査面３３から偏心プリズム２０の被走査面３３に面した面に向かう方向をＺ軸正方向とし、図の面をＹ−Ｚ平面とし、原点を通りＹ−Ｚ平面に直交し、紙面の表から裏へ向かう方向をＸ軸正方向とし、Ｘ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＹ軸とする。
【００７８】
偏心面については、光学系の原点の中心Ｏからその面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心軸（自由曲面については、前記（ａ）式のＺ軸、非球面については、後記（ｂ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、面の中心軸とそのＸＹＺ直交座標系を、まずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した面の中心軸を新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させると共に１度回転した座標系もＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その２度回転した面の中心軸を新たな座標系の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。
【００７９】
また、本発明で用いられる自由曲面の面の形状は、例えば米国特許第６，１２４，９８９号（特開２０００−６６１０５号公報）の（ａ）式により定義される自由曲面である。
【００８０】
また、非球面は、以下の定義式で与えられる回転対称非球面である。
【００８１】
Ｚ＝（ｙ２　／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）ｙ２　／Ｒ２　｝１　／２］＋Ａｙ４　＋Ｂｙ６　＋Ｃｙ８　＋Ｄｙ１０＋……　　　・・・（ｂ）
ただし、Ｚを光の進行方向を正とした光軸（軸上主光線）とし、ｙを光軸と垂直な方向にとる。ここで、Ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、…はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。この定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。
【００８２】
なお、データの記載されていない自由曲面に関する項は０である。屈折率については、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。
【００８３】
なお、実施例１〜３において、被走査面３３の大きさは１６２．５６×１２１．９２ｍｍであり、開口数ＮＡは０．００２であり、また、走査ミラー２の回転角θｘ　、θｙ　、走査光学系を構成する偏心プリズムの焦点距離Ｆｘ　、Ｆｙ　は次の通りである。
【００８４】
2004061906.tif 000003
次に、各実施例の光学系の構成を説明する。
【００８５】
実施例１の光学系を図１１及び図１２に示す。図１１は被走査面３３から光源１０に至る全体のＹ−Ｚ断面内の光路図、図１２はその主要部のＹ−Ｚ断面内の光路図である。本実施例では、走査光学系は偏心プリズム２０で、被走査面３３に面して配置されている。偏心プリズム２０は、逆光線追跡の順に、射出面を構成する第１面２１、入射面と第２反射面とを兼ねる第２面２２、第１反射面を構成する第３面２３を備えている。そして、偏心プリズム２０の第２面２２に面して走査ユニット１（図１）の走査ミラー２が配置されている。また、走査ミラー２の入射側（逆光線追跡では射出側）に、光源１０側に凹面を向けた負メニスカスレンズ１１ａと両凸正レンズ１１ｂの接合レンズからなる正パワーの照明光学系１１が配置されている。また、照明光学系１１の走査ミラー２とは反対側に光源１０が配置されている。この光源１０からの光束は、照明光学系１１で略平行光束に変換されてから走査ミラー２に入射する。直交する２つの軸周りで回動する走査ミラー２で反射されて走査された光束は、偏心プリズム２０の第２面２２を経てプリズム内に入射する。プリズム内に入射した光束は第３面２３で内部反射して、今度は第２面２２で全反射し、その後第１面２１を経てプリズム外に射出する。偏心プリズム２０から射出した光束は、遠方に配置された被走査面３３上に走査線を形成する。
【００８６】
この実施例の偏心プリズム２０は、入射面と第２反射面とを兼ねているので、走査ミラー２に入射する光束と走査ミラー２から反射する光束とのなす角度を小さくすることが可能となる。この結果、走査ミラー２により走査された光束の走査歪みの発生が少ないレイアウトをとることが可能である。
【００８７】
この例の場合、偏心プリズム２０の第１面２１は球面（凹面）から構成されている。また、第２面２２、第３面２３は自由曲面から構成されており、第２面２２、第３面２３はＹ−Ｚ面内で偏心している。また、レンズ１１ａと１１ｂは球面からなっている。
【００８８】
実施例２の光学系を図１３及び図１４に示す。図１３は被走査面３３から光源１０に至る全体のＹ−Ｚ断面内の光路図、図１４はその主要部のＹ−Ｚ断面内の光路図である。本実施例では、走査光学系は偏心プリズム２０で、被走査面３３に面して配置されている。偏心プリズム２０は、逆光線追跡の順に、射出面を構成する第１面２１、入射面と第２反射面とを兼ねる第２面２２、第１反射面を構成する第３面２３を備えている。そして、偏心プリズム２０の第２面２２に面して走査ユニット１（図１）の走査ミラー２が配置されている。そして、走査ミラー２の入射側（逆光線追跡では射出側）に、正パワーの照明光学系１１として別の偏心プリズム５０が配置されている。、この偏心プリズム５０は、逆光線追跡の順に、射出面と第１反射面とを兼ねる第１面５１、第２反射面を構成する第２面５２、入射面を構成する第３面５３を備えている。そして、第３面５３に面して光源１０が配置されている。この光源１０からの光束は、照明光学系１１の偏心プリズム５０の第３面５３からプリズム内に入射し、第１面５１で全反射し、第２面５２で内部反射し、今度は第１面５１を透過して略平行光束に変換されて走査ミラー２に入射する。直交する２つの軸周りで回動する走査ミラー２で反射されて走査された光束は、偏心プリズム２０の第２面２２を経てプリズム内に入射する。プリズム内に入射した光束は、第３面２３で内部反射して、今度は第２面２２で全反射し、その後第１面２１を経てプリズム外に射出する。偏心プリズム２０から射出した光束は、遠方に配置された被走査面３３上に走査線を形成する。
【００８９】
この実施例の偏心プリズム２０は、入射面が第２反射面を兼ねているので、走査ミラー２に入射する光束と走査ミラー２から反射する光束とのなす角度を小さくすることが可能となる。また、同様に、偏心プリズム５０は、射出面が第１反射面を兼ねているので、走査ミラー２に入射する光束と走査ミラー２から反射する光束とのなす角度を小さくすることが可能となる。、走査ミラー２により走査された光束の走査歪みの発生が少ないレイアウトをとることができる。
【００９０】
この例の場合、偏心プリズム２０の第１面２１は球面（凸面）から構成されておいる。また、第２面２２、第３面２３は自由曲面から構成されており、第２面２２、第３面２３はＹ−Ｚ面内で偏心している。また、偏心プリズム５０の第３面５３は球面（凸面）から構成されている。また、第１面５１、第２面５２は自由曲面から構成されている。
【００９１】
実施例３の光学系を図１５に示す。図１５は被走査面３３から光源１０に至る主要部のＹ−Ｚ面への投影光路図をである。本実施例では、走査光学系は偏心プリズム２０である。偏心プリズム２０は、被走査面３３に面して配置されている。偏心プリズム２０は、逆光線追跡の順に、射出面を構成する第１面２１、第２反射面を構成する第２面２２、第１反射面を構成する第３面２３、入射面を構成する第４面２４、照明光学系の入射面を構成する第５面２５を備えている。そして、偏心プリズム２０の第２面２２に面して元走査ユニット１（図１）の走査ミラー２が配置されている。そして、走査ミラー２の入射側（逆光線追跡では射出側）に、光源１０側に平面を向けた凸平正レンズ１１ｃからなる正パワーの照明光学系１１が配置されている。また、照明光学系１１の走査ミラー２とは反対側に光源１０が配置されている。この光源１０からの光束は、照明光学系１１で略平行光束に変換されてから走査ミラー２に入射する。直交する２つの軸周りで回動する走査ミラー２で反射されて走査された光束は、偏心プリズム２０の第２面２２を経てプリズム内に入射し、第３面２３で内部反射して、今度は第２面２２で全反射し、その後第１面２１を経てプリズム外に射出する。偏心プリズム２０から射出した光束はし、遠方に配置された被走査面３３上に走査線を形成する。
【００９２】
この実施例の偏心プリズム２０は、第４面２４から第３面２３へ向かう光束と、第２面２２から第１面２１へ向かう光束とがプリズム内で交差する面配置となっている。その第１面２１〜第４面２４は自由曲面から構成されており、第１面２１〜第４面２４は対称面を持たないで３次元的に偏心している。また、凸平正レンズ１１ｃの凸面は非球面から構成されている。
【００９３】
以下に各実施例の数値データを示すが、以下の表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、、“ＡＳＳ”は非球面、“ＲＥ”は反射面をそれぞれ示す。また，“絞り面”は走査ミラー２の配置位置に、“像面”は光源１０位置に相当する。
【００９４】
2004061906.tif 000004
2004061906.tif 000005
【００９５】
2004061906.tif 000006
2004061906.tif 000007
【００９６】
2004061906.tif 000008
2004061906.tif 000009
【００９７】
以上の本発明の２次元光走査装置及び映像表示装置は例えば次のように構成することができる。
【００９８】
〔１〕　光源と、前記光源からの光束を２次元方向に走査するジンバル構造の走査ユニットと、前記走査ユニットにより走査された光束の走査歪みを補正する作用を持つ非回転対称面を有する走査光学系とを備えた２次元光走査装置であって、
前記走査光学系が、前記走査ミユニットで走査された光束をプリズム内に入射させる入射面と、前記入射面からプリズム内に入射した光束をプリズム内で反射する少なくとも１面の反射面と、前記反射面で反射された光束をプリズム外に射出する射出面とを備え、前記入射面、前記反射面、前記射出面の少なくとも１面が非回転対称面からなる偏心プリズムを備えていることを特徴とする２次元光走査装置。
【００９９】
〔２〕　前記光源として発光ダイオード又はレーザダイオードを用いることを特徴とする上記１記載の２次元光走査装置。
【０１００】
〔３〕　前記光源としてＲ、Ｇ、Ｂの３色以上を含む光源を用いることを特徴とする上記１又は２記載の２次元光走査装置。
【０１０１】
〔４〕　前記光源からの光束が正のパワーを有する光学素子によりコリメートして前記走査ミラーに入射されることを特徴とする上記１から３の何れか１項記載の２次元光走査装置。
【０１０２】
〔５〕　前記非回転対称面の少なくとも１面が透過面で構成されていることを特徴とする上記１から４の何れか１項記載の２次元光走査装置。
【０１０３】
〔６〕　前記非回転対称面の少なくとも１面が反射面で構成されていることを特徴とする上記１から４の何れか１項記載の２次元光走査装置。
【０１０４】
〔７〕　前記非回転対称面の少なくとも２面が反射面で構成されていることを特徴とする上記１から４の何れか１項記載の２次元光走査装置。
【０１０５】
〔８〕　前記偏心プリズムが、前記走査ユニットで走査された光束をプリズム内に入射させる入射面と、前記入射面からプリズム内に入射した光束をプリズム内で反射する第１反射面と、前記第１反射面で反射された光束をプリズム内で反射する第２反射面と、前記第２反射面で反射された光束をプリズム外に射出する射出面とを備え、前記入射面と前記第２反射面とが１面で兼用されている偏心プリズムからなることを特徴とする上記１から７の何れか１項記載の２次元光走査装置。
【０１０６】
〔９〕　前記偏心プリズムが、前記走査ユニットで走査された光束をプリズム内に入射させる入射面と、前記入射面からプリズム内に入射した光束をプリズム内で反射する第１反射面と、前記第１反射面で反射された光束をプリズム内で反射する第２反射面と、前記第２反射面で反射された光束をプリズム外に射出する射出面とを備え、前記入射面から前記第１反射面へ向かう光束と前記第２反射面から前記射出面へ向かう光束とがプリズム内で交差する面配置の偏心プリズムからなることを特徴とする上記１から７の何れか１項記載の２次元光走査装置。
【０１０７】
〔１０〕　前記偏心プリズムが、前記走査ユニットで走査された光束をプリズム内に入射させる入射面と、前記入射面からプリズム内に入射した光束をプリズム内で反射する第１反射面と、前記第１反射面で反射された光束をプリズム内で反射する第２反射面と、前記第２反射面で反射された光束をプリズム外に射出する射出面とを備え、前記第１反射面と前記射出面とが１面で兼用されている偏心プリズムからなることを特徴とする上記１から７の何れか１項記載の２次元光走査装置。
【０１０８】
〔１１〕　光源と、前記光源からの光束を２次元方向に走査するジンバル構造の走査ユニットと、前記走査ユニットにより走査された光束の走査歪みを補正する作用を持つ非回転対称面を有する走査光学系と、前記走査光学系により形成された被走査面近傍に配置され前記走査光学系の射出瞳を観察者の瞳近傍に投影する正のパワーを有する接眼光学系とを備えた映像表示装置であって、
前記走査光学系が、前記走査ユニットで走査された光束をプリズム内に入射させる入射面と、前記入射面からプリズム内に入射した光束をプリズム内で反射する少なくとも１面の反射面と、前記反射面で反射された光束をプリズム外に射出する射出面とを備え、前記入射面、前記反射面、前記射出面の少なくとも１面が非回転対称面からなる偏心プリズムを備えていることを特徴とする映像表示装置。
【０１０９】
〔１２〕　前記被走査面近傍に光拡散性を有する拡散面が配置されていることを特徴とする上記１１記載の映像表示装置。
【０１１０】
〔１３〕　拡散面が少なくとも２面配置されていることを特徴とする上記１２記載の映像表示装置。
【０１１１】
〔１４〕　前記拡散面による拡散角が２０°以下の半値全幅を持つことを特徴とする上記１２又は１３記載の映像表示装置。
【０１１２】
〔１５〕　前記拡散面による拡散角が、光強度で１／１０になる拡散角が全幅で４０°以下であることを特徴とする上記１２から１４の何れか１項記載の映像表示装置。
【０１１３】
〔１６〕　前記光源と走査ユニットと前記走査光学系とからなる２次元光走査装置が前記接眼光学系に対して左右一対設けられていることを特徴とする上記１２記載の映像表示装置。
【０１１４】
〔１７〕　左右の前記２次元光走査装置により左右同一の映像が表示され、前記拡散面による拡散角が２０°以下の半値全幅を持つことを特徴とする上記１６記載の映像表示装置。
【０１１５】
〔１８〕　左右の前記２次元光走査装置により左右同一の映像が表示され、前記拡散面による拡散角が、光強度で１／１０になる拡散角が全幅で４０°以下であることを特徴とする上記１６又は１７記載の映像表示装置。
【０１１６】
〔１９〕　左右の前記２次元光走査装置により左右異なる映像が表示され、前記拡散面による拡散角が８°以下の半値全幅を持つことを特徴とする上記１６記載の映像表示装置。
【０１１７】
〔２０〕　左右の前記２次元光走査装置により左右異なる映像が表示され、前記拡散面による拡散角が、光強度で１／１０になる拡散角が全幅で１２°以下であることを特徴とする上記１６又は１９記載の映像表示装置。
【０１１８】
〔２１〕　以下の条件を満足することを特徴とする上記１７又は１８記載の映像表示装置。
【０１１９】
１回透過型の拡散板では、
５＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜７０　　　　　　・・・（１）
２回透過型の拡散板では、
１０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜８０　　　　　・・・（２）
表面反射型の拡散板では、
５０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２００　　　　・・・（３）
裏面反射型の拡散板では、
８０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２５０　　　　・・・（４）
ただし、ＳｍはＪＩＳ　Ｂ０６０１による表面の凹凸の平均間隔（μｍ）、Ｒａは表面の中心線平均粗さ（μｍ）、Ｅｐは拡散板の拡散面から観察者の眼の位置までの距離（ｍｍ）である。
【０１２０】
〔２２〕　以下の条件を満足することを特徴とする上記１９又は２０記載の映像表示装置。
【０１２１】
１回透過型の拡散板では、
１５＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜４００　　　　・・・（５）
２回透過型の拡散板では、
２５＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜５００　　　　・・・（６）
表面反射型の拡散板では、
８０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜１０００　　　・・・（７）
裏面反射型の拡散板では、
１５０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２０００　　・・・（８）
ただし、ＳｍはＪＩＳ　Ｂ０６０１による表面の凹凸の平均間隔（μｍ）、Ｒａは表面の中心線平均粗さ（μｍ）、Ｅｐは拡散板の拡散面から観察者の眼の位置までの距離（ｍｍ）である。
【０１２２】
〔２３〕　以下の条件を満足することを特徴とする上記２１又は２２記載の映像表示装置。
【０１２３】
Ｓｍ＜２００μｍ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（９）
〔２４〕　前記接眼光学系がフレネルレンズからなることを特徴とする上記１１から２３の何れか１項記載の映像表示装置。
【０１２４】
〔２５〕　前記接眼光学系がフレネル反射鏡からなることを特徴とする上記１１から２３の何れか１項記載の映像表示装置。
【０１２５】
〔２６〕　前記接眼光学系がフレネル裏面反射鏡からなることを特徴とする上記２５記載の映像表示装置。
【０１２６】
〔２７〕　前記拡散面が前記接眼光学系の少なくとも１面に設けられていることを特徴とする上記１２から２６の何れか１項記載の映像表示装置。
【０１２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、ジンバル構造の走査ミラーを用いて走査歪みの少ない小型の２次元光走査装置と映像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ジンバル構造を有する２次元走査ミラーとそれによる２次元走査の様子を示す図である。
【図２】図１のジンバル構造を有する２次元走査ミラーを用いた光走査装置の走査歪みを示す図である。
【図３】本発明による映像表示装置の概念図である。
【図４】本発明による立体像が観察可能な映像表示装置の概念図である。
【図５】本発明における透過型拡散板の算術平均荒さＲａと凹凸の平均間隔Ｓｍとの関係を求めるための図である。
【図６】透過型拡散板の拡散面での入射角と屈折角の関係を示す図である。
【図７】本発明における反射型拡散板の算術平均荒さＲａと凹凸の平均間隔Ｓｍとの関係を求めるための図である。
【図８】反射型拡散板の拡散面での入射角と反射角の関係を示す図である。
【図９】本発明における拡散板のＳｍ／Ｒａと拡散半角との関係を示す図である。
【図１０】被走査面中心に対して偏心プリズムを斜め方向に配置する場合の２次元走査ミラーの走査方向を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施例１の光学系の被走査面から光源に至る全体のＹ−Ｚ断面内の光路図である。
【図１２】実施例１の光学系の主要部のＹ−Ｚ断面内の光路図である。
【図１３】本発明の実施例２の光学系の被走査面から光源に至る全体のＹ−Ｚ断面内の光路図である。
【図１４】実施例２の光学系の主要部のＹ−Ｚ断面内の光路図である。
【図１５】本発明の実施例３の光学系の被走査面から光源に至る主要部のＹ−Ｚ面への投影光路図である。
【符号の説明】
１…ジンバル構造を有する２次元走査ミラー
２…走査ミラー
３…中間枠
４…外枠
５…軸
６…軸
７…入射光ビーム
８…反射光ビーム
１０、１０Ｌ、１０Ｒ、…光源
１１、１１Ｌ、１１Ｒ…照明光学系
１１ａ…負メニスカスレンズ
１１ｂ…両凸正レンズ
１１ｃ…凸平正レンズ
２０、２０Ｌ、２０Ｒ…走査光学系（偏心プリズム）
２１…第１面
２２…第２面
２３…第３面
２４…第４面
２８…軸上主光線
３０…接眼光学系
３１…拡散面
３２…拡散板
３３…被走査面
４０、４０Ｌ、４０Ｒ…接眼光学系によって投影された２次元光走査装置の射出瞳の像
５０…偏心プリズム
５１…第１面
５２…第２面
５３…第３面
Ｅ、ＥＬ、ＥＲ…観察者眼球
Ｏ…被走査面の中心
【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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