(57)【要約】【課題】集光ミラーやハーフミラーなどを個別に調整することなく、光路の調整を可能にするとともに、その精度を向上させること。【解決手段】入射される光束を１次方向に走査させる１次走査手段と、当該１次方向に走査された光束を、当該１次方向と交差する２次方向に走査させる２次走査手段とを備えた光走査装置において、前記１次走査手段と前記２次走査手段との間に設けられ、前記１次走査手段によって１次方向に走査させた光束を集光する集光ミラーと、前記１次走査手段と前記集光ミラーとの間に設けられ、前記１次走査手段によって１次方向に走査させた光束を透過して前記集光ミラーへ導くと共に前記集光ミラーで集光した光束を反射して前記２次走査手段へ導くハーフミラーと、を少なくとも含む中継光学系を備え、前記集光ミラーと前記ハーフミラーとを一体的に形成した。【選択図】図４
2007178942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射される光束を１次方向に走査させる１次走査手段と、当該１次方向に走査された光束を、当該１次方向と交差する２次方向に走査させる２次走査手段とを備えた光走査装置において、
前記１次走査手段と前記２次走査手段との間に設けられ、前記１次走査手段によって１次方向に走査させた光束を集光する集光ミラーと、前記１次走査手段と前記集光ミラーとの間に設けられ、前記１次走査手段によって１次方向に走査させた光束を透過して前記集光ミラーへ導くと共に前記集光ミラーで集光した光束を反射して前記２次走査手段へ導くハーフミラーと、を少なくとも含む中継光学系を備え、
前記集光ミラーと前記ハーフミラーとを一体的に形成したことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
当該集光ミラーと前記ハーフミラーとを一体的に回動するための回動機構を設けたことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記回動機構は、前記１次走査手段によって走査される光束の走査中心線が前記集光ミラーのミラー面と接する点を通る軸であって前記１次方向に平行となる軸を中心として回動可能に構成したことを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記集光ミラーと前記ハーフミラーとをプリズムにより一体的に形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記１次走査手段と前記２次走査手段とを支持する支持部材を設け、
前記支持部材は、前記一体的に形成された前記集光ミラーと前記ハーフミラーとを支持することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記入射される光束を、前記１次走査手段によって走査される光束を含む１次走査面に対して交差する方向から入射させることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記１次走査手段によって走査される光束の走査中心線が、前記１次走査手段によって走査される光束を含む１次走査面に対して交差するように前記中継光学系が配置されたことを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
【請求項８】
前記１次走査手段によって１次方向に走査される１次走査角度は、前記２次走査手段によって２次方向に走査される２次走査角度よりも小さいことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項９】
前記集光ミラーは、凹面ミラーであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項１０】
前記１次走査手段及び前記２次走査手段は、前記凹面ミラーから当該凹面ミラーの曲率半径と同等の光路距離となる位置に設けられたことを特徴とする請求項９に記載の光走査装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の光走査装置を備え、画像信号に応じて変調された光束を、前記光走査装置によって前記１次方向及び前記２次方向に走査することで画像を表示することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１２】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の光走査装置を備え、画像信号に応じて変調された光束を、前記光走査装置によって前記１次方向及び前記２次方向に走査することで、眼の網膜上に画像を投影表示することを特徴とする網膜走査型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置、画像表示装置及び網膜走査型画像表示装置に関するものであり、特に、光束を１次方向に走査させる１次走査手段と、当該１次方向に走査された光束を、当該１次方向と交差する２次方向に走査させる２次走査手段とを備えた光走査装置、画像表示装置及び網膜走査型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像を表示するための画像表示装置には、光束を走査させるための光走査装置などが含まれている。また、このような光走査装置には、光束を反射させる反射ミラーを揺動させる制御など、各種の制御を行うことによって、その光束を走査させ、画像を表示させている。
【０００３】
特に、光走査装置は、水平方向に光束を走査させるための水平走査手段や、垂直方向に光束を走査させるための垂直走査手段などを備えている。このような構成においては、例えば、光束が、水平走査手段に入射され、水平走査手段によって水平方向に走査される。そして、水平方向に走査された光束は、垂直走査手段に向かって入射され、その垂直走査手段によって垂直方向に走査される。このように垂直方向に走査された光束は、眼の網膜等に投影され、画像が表示されることとなる。
【０００４】
また、このような光走査装置は、例えば、特許文献１に示すように、水平走査手段によって水平方向に走査された光束が拡散されるため、その拡散する光束を平行光束とする凸面レンズや、その平行光束を集光させる凸面レンズなどを用いたリレー光学系が、水平走査手段と垂直走査手段との間に配設されており、水平走査手段によって走査された光束を垂直走査手段に導くこととなる。
【０００５】
しかしながら、上述したような光走査装置では、水平走査手段と垂直走査手段とによって１次方向及び２次方向に光束が走査されるが、水平走査手段と垂直走査手段との間に設けられたリレー光学系などを省スペース化することによって、更なる装置の小型化が望まれている。
【０００６】
そこで、本出願人は特願２００５−２４６１１９において、光束を１次方向に走査させる１次走査手段とその光束を２次方向に走査させる２次走査手段との間に、１次走査手段によって１次方向に走査させた光束を２次走査手段に導く集光ミラーを少なくとも含む中継光学系を設けた光走査装置を提案している。
【特許文献１】特開２００３−２９５１０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本出願人が提案した上記光走査装置では、拡散する光束を平行な光束とする第１の凸面レンズやその平行な光束を集光させる第２の凸面レンズなどを用いた従来の構成と比べ、これらの凸面レンズなどを用いる必要がないため、装置の小型化が可能となる。
【０００８】
しかし、この光走査装置を組み立てる際に、集光ミラーやハーフミラーなどを個別に調整する必要があったため、その作業が煩雑となってしまう。さらに、個別に調整するために全体的な調整精度を向上させることが困難となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、請求項１に記載の発明は、入射される光束を１次方向に走査させる１次走査手段と、当該１次方向に走査された光束を、当該１次方向と交差する２次方向に走査させる２次走査手段とを備えた光走査装置において、前記１次走査手段と前記２次走査手段との間に設けられ、前記１次走査手段によって１次方向に走査させた光束を集光する集光ミラーと、前記１次走査手段と前記集光ミラーとの間に設けられ、前記１次走査手段によって１次方向に走査させた光束を透過して前記集光ミラーへ導くと共に前記集光ミラーで集光した光束を反射して前記２次走査手段へ導くハーフミラーと、を少なくとも含む中継光学系を備え、前記集光ミラーと前記ハーフミラーとを一体的に形成したことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、当該集光ミラーと前記ハーフミラーとを一体的に回動するための回動機構を設けたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記回動機構は、前記１次走査手段によって走査される光束の走査中心線が前記集光ミラーのミラー面と接する点を通る軸であって前記１次方向に平行となる軸を中心として回動可能に構成したことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記集光ミラーと前記ハーフミラーとをプリズムにより一体的に形成したことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の発明において、前記１次走査手段と前記２次走査手段とを支持する支持部材を設け、前記支持部材は、前記一体的に形成された前記集光ミラーと前記ハーフミラーとを支持することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の発明において、前記入射される光束を、前記１次走査手段によって走査される光束を含む１次走査面に対して交差する方向から入射させることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記１次走査手段によって走査される光束の走査中心線が、前記１次走査手段によって走査される光束を含む１次走査面に対して交差するように前記中継光学系が配置されたことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の発明において、前記１次走査手段によって１次方向に走査される１次走査角度は、前記２次走査手段によって２次方向に走査される２次走査角度よりも小さいことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の発明において、前記集光ミラーは、凹面ミラーであることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、前記１次走査手段及び前記２次走査手段は、前記凹面ミラーから当該凹面ミラーの曲率半径と同等の光路距離となる位置に設けられたことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１から１０のいずれか１項に記載の光走査装置を備え、画像信号に応じて変調された光束を、前記光走査装置によって前記１次方向及び前記２次方向に走査することで画像を表示することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１から１０のいずれか１項に記載の光走査装置を備え、画像信号に応じて変調された光束を、前記光走査装置によって前記１次方向及び前記２次方向に走査することで、眼の網膜上に画像を投影表示することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１、９、１１又は１２記載の発明によれば、光束を１次方向に走査させる１次走査手段とその光束を２次方向に走査させる２次走査手段との間に設けられ、１次走査手段によって１次方向に走査させた光束を２次走査手段に導く集光ミラーを少なくとも含む中継光学系を備えている。従って、集光ミラーを含まずに、例えば、拡散する光束を平行な光束とする第１の凸面レンズや、その平行な光束を集光させる第２の凸面レンズなどを用いた従来の構成と比べて、これらのような凸面レンズなどを用いる必要もないため、装置の小型化が可能である。また、色収差などを考慮する必要もなく設計可能である。１次走査手段と集光ミラーとの間にハーフミラーが設けられている。従って、１次走査手段と集光ミラーとの間にハーフミラーを用いることによって、光路を折りたたむことができるため省スペース化を効率よく実現することができ、より一層、装置の小型化が可能である。さらに、集光ミラーとハーフミラーを一体的に形成しているため、集光ミラーの調整及びハーフミラーの調整を一度に行うことができ、光学系における光路の調整作業の時間を短縮することができる。しかも、集光ミラーとハーフミラーを一体的に形成することにより、集光ミラーとハーフミラーとの間の誤差を少なくすることができ、よって、光学系の光路の精度も向上させることができる。
【００２２】
また、請求項２に記載の発明によれば、集光ミラーとハーフミラーとを一体的に回動するための回動機構を設けている。従って、回動機構による回動だけでその調整ができるため、光学系における光路の調整作業が容易となる。
【００２３】
また、請求項３に記載の発明によれば、回動機構は、１次走査手段によって走査される光束の走査中心線が集光ミラーのミラー面と接する点を通る軸であって１次方向に平行となる軸を中心として回動可能に構成している。従って、一次走査中心と集光ミラーのミラー面との交差点との距離を変えることなく、光路の方向を変えることができ、光学系における光路の調整作業がさらに容易となる。
【００２４】
また、請求項４に記載の発明によれば、集光ミラーとハーフミラーとをプリズムにより一体的に形成している。従って、集光ミラーとハーフミラーとの一体化の作業を不要とすることができ、光走査装置の製造を容易にすることができる。しかも、集光ミラーとハーフミラーとをプリズムにより形成しているために、高精度で集光ミラーとハーフミラーとを一体化することができる。
【００２５】
また、請求項５に記載の発明によれば、１次走査手段と２次走査手段とを支持する支持部材を設けている。さらに、支持部材は、一体的に形成された集光ミラーとハーフミラーとを支持するようにしている。従って、一体的に形成された集光ミラーとハーフミラーを支持するための支持部材を別途設ける必要がない。
【００２６】
また、請求項６に記載の発明によれば、前記入射される光束を、１次走査手段によって走査される光束を含む１次走査面に対して交差する方向から入射させる。従って、例えば、１次走査手段に入射させる光学系や、１次走査手段と２次走査手段との間の中継光学系、２次走査手段、２次走査手段から眼の網膜まで光束を導く光学系など、各種の光学系や走査手段を設ける場合に、それらが１次走査面と干渉することなく、光束の光路を確保するためのスペースを設けやすく、より一層、装置の小型化が可能である。
【００２７】
また、請求項７に記載の発明によれば、１次走査手段によって走査される光束の走査中心線が、その１次走査手段によって走査される光束を含む１次走査面に対して交差するように中継光学系が配置される。従って、例えば、走査中心線と１次走査面とが交差することによって、１次走査手段に入射させる光学系や、１次走査手段と２次走査手段との間の中継光学系、２次走査手段など、各種の光学系や走査手段を設ける場合に、光束の光路を確保するためのスペースを設けやすく、より一層、装置の小型化が可能である。
【００２８】
また、請求項８に記載の発明によれば、１次方向に走査される１次走査角度は、２次走査手段によって２次方向に走査される２次走査角度よりも小さい。従って、１次方向に走査する光束の走査幅を、２次方向に走査する光束の走査幅より小さくすることができるため、走査される光束の光路を考慮すると、１次走査手段に向かう光束を導く光学系、１次走査手段、１次走査手段から２次走査手段に向かう光束を導く光学系などが設けられるスペースを小さくすることができ、より一層、装置の小型化が可能である。
【００２９】
また、請求項１０記載の発明によれば、１次走査手段及び２次走査手段は、凹面ミラーからその曲率半径と同等の光路距離となる位置に設けられる。従って、１次走査手段と２次走査手段とが容易に共役として調整することができ、安定して光束を走査することができるとともに、装置の小型化が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に、本発明に好適な実施形態について図面に基づいて説明する。
【００３１】
［画像表示装置の構成］
以下、本発明に係る画像表示装置の一実施の形態について図面を用いて説明する。まず、本発明に係る画像表示装置の一例である網膜走査型ディスプレイ１の構成について図１を用いて説明する。
【００３２】
図１に示すように、網膜走査型ディスプレイ１には、外部から供給される映像信号を処理するための光源ユニット部２が設けられている。光源ユニット部２には、外部からの映像信号が入力され、それに基づいて映像を合成するための要素となる各信号を発生する映像信号供給回路３が設けられ、この映像信号供給回路３から映像信号４、垂直同期信号５、及び、水平同期信号６が出力される。また、光源ユニット部２には、映像信号供給回路３から映像信号４として伝達される赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各映像信号をもとにそれぞれ強度変調されたレーザ光を出射するように、Ｒレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１を、それぞれ駆動するためのＲレーザドライバ１０，Ｇレーザドライバ９，Ｂレーザドライバ８が設けられている。さらに、各レーザより出射されたレーザ光を平行光にコリメートするように設けられたコリメート光学系１４と、それぞれコリメートされたレーザ光を合波するダイクロイックミラー１５と、合波されたレーザ光を光ファイバ１７に導く結合光学系１６とが設けられている。尚、Ｒレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１として、レーザダイオード等の半導体レーザや固体レーザを利用してもよい。尚、本実施形態における光源ユニット部２は、少なくとも１つの光源と、当該光源から出射される光束を画像信号に応じて強度変調する変調手段の一例に相当する。
【００３３】
また、網膜走査型ディスプレイ１には、光源ユニット部２から伝搬されたレーザ光を垂直走査系１９に導く第１リレー光学系１８と、コリメートされたレーザ光を、ガルバノミラー１９ａを利用して垂直方向に走査する垂直走査系１９と、垂直走査系１９によって走査されたレーザ光を水平走査系２１に導く第２リレー光学系２０と、垂直走査系１９に走査され、第２リレー光学系２０を介して入射されたレーザ光を、ガルバノミラー２１ａを利用して水平方向に走査する水平走査系２１と、水平走査系２１に走査されたレーザ光を観察者の瞳孔２４に入射するように第３リレー光学系２２とが設けられている。第２リレー光学系２０は、垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａと、水平走査系２１のガルバノミラー２１ａとが共役となるように、また、第３リレー光学系２２は、ガルバノミラー２１ａと、観察者の瞳孔２４とが共役となるように、各々設けられている。
【００３４】
尚、具体的な一例としては、垂直走査系１９は、表示すべき画像の１走査線ごとに、レーザビームを垂直方向に垂直走査（１次走査の一例）を行う光学系である。また、垂直走査系１９は、レーザビームを垂直方向に走査するガルバノミラー１９ａと、そのガルバノミラー１９ａの駆動制御を行う垂直走査制御回路１９ｃとを備えている。
【００３５】
これに対し、水平走査系２１は、表示すべき画像の１フレームごとに、レーザビームを最初の走査線から最後の走査線に向かって水平に走査する水平走査（２次走査の一例）を行う光学系である。また、水平走査系２１は、水平走査するガルバノミラー２１ａと、そのガルバノミラー２１ａの駆動制御を行う水平走査制御回路２１ｃとを備えている。
【００３６】
垂直走査系１９は、水平走査系２１より高速にすなわち高周波数でレーザビームを走査するように設計されている。また、垂直走査系１９は、ビーム光（光束）を垂直走査角度で走査させ、水平走査系２１は、ビーム光を水平走査角度で走査させるが、本実施形態においては、垂直走査角度が、水平走査角度よりも小さく設定されている。これは、図２（ａ）に示すように、画像の表示範囲１５２が、水平方向Ｘよりも垂直方向Ｙのほうが短いため、ビーム光の走査軌跡ｓも、水平方向Ｘよりも垂直方向Ｙのほうが短くなり、垂直方向への垂直走査角度が、水平方向への水平走査角度よりも小さくなる。このため、先に走査角度を大きくしなければならない水平方向に走査させた後に、走査角度が小さくて済む垂直方向に走査させ、図２（ｂ）に示すようにビーム光を走査させる構成と比べて、図２（ａ）に示すように、先に走査角度が小さくて済む垂直方向に走査させた後に、走査角度を大きくしなければならない水平方向に走査させたほうが、省スペース化を図ることができる。
【００３７】
尚、本実施形態においては、ビーム光を高速で走査させる走査系（高速走査系）として、走査角度が小さい垂直走査系１９を、ビーム光を低速で走査させる走査系（低速走査系）として、走査角度が大きい水平走査系２１を採用したが、例えばＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）などの通常の映像信号は水平走査が高速走査に該当するため、図示はしないが、映像信号供給回路３で水平走査が低速走査に、垂直走査が高速走査になるように映像信号をデジタルデータ化しデータ変換している。もちろん、映像信号供給回路３に入力される映像信号が、垂直走査系１９が高速走査であるような信号形式であると想定すれば、上述した変換処理は特に必要とせず実施可能である。
【００３８】
尚、本実施形態においては、ビーム光を高速で走査させる走査系（高速走査系）として、走査角度が小さい垂直走査系１９を、ビーム光を低速で走査させる走査系（低速走査系）として、走査角度が大きい水平走査系２１を採用したが、これに限らず、例えば、ビーム光を高速で走査させる走査系（高速走査系）として、走査角度が大きい水平走査系２１を、ビーム光を低速で走査させる走査系（低速走査系）として、走査角度が小さい垂直走査系１９を採用してもよい。
【００３９】
つまり、垂直方向（１次方向の一例）に走査される垂直走査角度（１次走査角度の一例）は、水平方向（２次方向の一例）に走査される水平走査角度（２次走査角度の一例）よりも小さく設定されているので、垂直方向に走査するビーム光の走査幅を、水平方向に走査するビーム光の走査幅より小さくすることができるため、走査されるビーム光の光路を考慮すると、垂直走査系１９に向かうビーム光を導く第１リレー光学系１８、垂直走査系１９、垂直走査系１９から水平走査系２１に向かうビーム光を導く第２リレー光学系２０などが設けられるスペースを小さくすることができ、より一層、装置の小型化が可能である。
【００４０】
また、垂直走査系１９，水平走査系２１は、図１に示すように、各々映像信号供給回路３に接続され、映像信号供給回路３より出力される垂直同期信号５，水平同期信号６にそれぞれ同期してレーザ光を走査するように構成されている。
【００４１】
尚、本実施形態における垂直走査系１９及び水平走査系２１などは、入射した光束を、１次方向及びその１次方向に略垂直な２次方向に走査させることによって、フレームを形成する光走査装置の一例である。
【００４２】
尚、本実施形態における垂直走査系１９は、入射されるビーム光を垂直方向に走査させる１次走査手段の一例に相当し、本実施形態における水平走査系２１は、その垂直方向に走査されたビーム光を、水平方向に走査させる２次走査手段の一例に相当する。また、本実施形態における第２リレー光学系２０は、中継光学系（中継光学手段）の一例に相当する。
【００４３】
次に、本発明の一実施形態の網膜走査型ディスプレイ１が、外部からの映像信号を受けてから、観察者の網膜上に映像を投影するまでの過程について図１を用いて説明する。
【００４４】
図１に示すように、本実施形態の網膜走査型ディスプレイ１では、光源ユニット部２に設けられた映像信号供給回路３が外部からの映像信号の供給を受けると、映像信号供給回路３は、赤，緑，青の各色のレーザ光を出力させるためのＲ映像信号，Ｇ映像信号，Ｂ映像信号からなる映像信号４と、垂直同期信号５と、水平同期信号６とを出力する。Ｒレーザドライバ１０，Ｇレーザドライバ９，Ｂレーザドライバ８は各々入力されたＲ映像信号，Ｇ映像信号，Ｂ映像信号に基づいてＲレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１に対してそれぞれの駆動信号を出力する。この駆動信号に基づいて、Ｒレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１はそれぞれ強度変調されたレーザ光を発生し、各々をコリメート光学系１４に出力する。また、映像信号供給回路３は、後述するガルバノミラー１９ａの駆動状態を示すＢＤ信号（図示せず）に応じて、レーザ光を発生し、各々をコリメート光学系１４に出力するタイミングを制御する。つまり、このような網膜走査型ディスプレイ１（映像信号供給回路３）は、ガルバノミラー１９ａなどに光束を出射させるタイミングを制御することとなる。点光源から発生されるレーザ光は、このコリメート光学系１４によってそれぞれが平行光にコリメートされ、さらに、ダイクロイックミラー１５に入射されて１つの光束となるよう合成された後、結合光学系１６によって光ファイバ１７に入射されるよう導かれる。
【００４５】
光ファイバ１７によって伝搬されたレーザ光は、光ファイバ１７から第１リレー光学系１８によって導かれて垂直走査系１９に出射される。この出射されたレーザ光は、垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａの偏向面１９ｂに入射される。ガルバノミラー１９ａの偏向面１９ｂに入射したレーザ光は垂直同期信号と同期して垂直方向に走査されて第２リレー光学系２０を介し、水平走査系２１のガルバノミラー２１ａの偏向面２１ｂに入射する。第２リレー光学系２０ではガルバノミラー１９ａの偏向面１９ｂとガルバノミラー２１ａの偏向面２１ｂとが共役の関係となるように調整されている。ガルバノミラー２１ａは、ガルバノミラー１９ａが垂直同期信号と同期すると同様に水平同期信号６に同期して、その偏向面２１ｂが入射光を水平方向に反射するように往復振動をしており、このガルバノミラー２１ａによってレーザ光は水平方向に走査される。垂直走査系１９及び水平走査系２１によって水平方向及び垂直方向に２次元に走査されたレーザ光は、ガルバノミラー２１ａの偏向面２１ｂと、観察者の瞳孔２４とが共役の関係となるように設けられた第３リレー光学系２２により観察者の瞳孔２４へ入射され、網膜上に投影される。観察者はこのように２次元走査されて網膜上に投影されたレーザ光による画像を認識することができる。尚、垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａと、水平走査系２１のガルバノミラー２１ａとは、名称を同じように説明したが、光を走査するようにその反射面が揺動（回転）させられるものであれば、共振タイプ、非共振タイプ等、圧電駆動、電磁駆動、静電駆動等いずれの駆動方式によるものであってもよいことは言うまでもない。
【００４６】
［各種の光学系の構成］
上述したように、光ファイバ１７から出射されたビーム光を、２次元に走査しながら観察者の瞳孔２４へ導く各種の光学系の構成について図３から図５を用いて説明する。
【００４７】
各種の光学系には、図３から図５に示すように、第１全反射ミラー１０２、ガルバノミラー１９ａ、ハーフミラー１０４、凹面ミラー１０６、第２全反射ミラー１０８、ガルバノミラー２１ａなどが少なくとも含まれている。これら第１全反射ミラー１０２、ガルバノミラー１９ａ、ハーフミラー１０４、凹面ミラー１０６、第２全反射ミラー１０８、ガルバノミラー２１ａは、反射面が水平方向に向かう状態で、垂直方向に向かって立設するように支持部材１０７により支持している。また、ハーフミラー１０４と凹面ミラー１０６とは固定部材１０５によって一体的に形成されている（後述で詳説）。
【００４８】
第１全反射ミラー１０２は、光ファイバ１７から出射されたビーム光を、全反射させることによって、ガルバノミラー１９ａの偏向面１９ｂに導くとともに、ガルバノミラー１９ａの偏向面１９ｂで反射され、垂直方向に走査されたビーム光を、全反射させることによって、ハーフミラー１０４に導く機能を有する。尚、この第１全反射ミラー１０２は、上述した第１リレー光学系１８、第２リレー光学系２０に含まれている。
【００４９】
ガルバノミラー１９ａは、水平方向に延びる符号Ａ１を軸として、符号Ｂ１に示す方向に回動駆動することによって、第１全反射ミラー１０２によって反射されたビーム光を、偏向面１９ｂで反射させることによって、垂直方向に走査して、第１全反射ミラー１０２に導く。
【００５０】
ハーフミラー１０４は、第１全反射ミラー１０２によって反射されたビーム光を、透過することによって、凹面ミラー１０６に導くとともに、凹面ミラー１０６によって反射されたビーム光を反射することによって、第２全反射ミラー１０８に導く機能を有する。尚、このハーフミラー１０４は、上述した第２リレー光学系２０に含まれている。
【００５１】
凹面ミラー１０６は、拡散しているビーム光を集光させる集光ミラーであり、第１全反射ミラー１０２によって反射され、ハーフミラー１０４を透過したビーム光を、全反射させ、集光させてハーフミラー１０４に導く機能を有する。尚、この凹面ミラー１０６は、上述した第２リレー光学系２０に含まれている。
【００５２】
第２全反射ミラー１０８は、凹面ミラー１０６で集光され、ハーフミラー１０４で反射されたビーム光を、全反射させることによって、ガルバノミラー２１ａの偏向面２１ｂに導く機能を有する。尚、この第２全反射ミラー１０８は、上述した第２リレー光学系２０に含まれている。
【００５３】
ガルバノミラー２１ａは、垂直方向に延びる符号Ａ２を軸として、符号Ｂ２に示す方向に回動駆動することによって、第２全反射ミラー１０８によって反射されたビーム光を、偏向面２１ｂで反射させることによって、水平方向に走査して、第３リレー光学系２２（図１参照）に導くこととなる。
【００５４】
このような各種の光学系において、光ファイバ１７から出射されたビーム光は、集光され、第１全反射ミラー１０２に入射される。この第１全反射ミラー１０２に入射されたビーム光は、全反射されて、集光しながら、垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａに入射される。垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａに入射されたビーム光は、垂直方向に走査されながら、第１全反射ミラー１０２に入射される。このビーム光は、ガルバノミラー１９ａから第１全反射ミラー１０２に入射されるまでに、集光された後に、結像し、拡散されることとなる。そして、第１全反射ミラー１０２に入射されたビーム光は、全反射されて、拡散しながらハーフミラー１０４に入射される。尚、このガルバノミラー１９ａから入射されるビーム光と、上述した光ファイバ１７から出射されたビーム光とでは、第１全反射ミラー１０２でも異なる箇所で反射されることとなる。そして、第１全反射ミラー１０２からハーフミラー１０４に入射されたビーム光は、所定の割合でハーフミラー１０４において透過され、拡散しながら凹面ミラー１０６に入射される。凹面ミラー１０６に入射されたビーム光は、入射される前まで拡散されていたが、反射させることによって、集光しながらハーフミラー１０４に入射される。凹面ミラー１０６からハーフミラー１０４に入射されたビーム光は、所定の割合でハーフミラー１０４において反射され、集光しながら第２全反射ミラー１０８に入射される。第２全反射ミラー１０８に入射されたビーム光は、全反射されて、集光しながら水平走査系２１のガルバノミラー２１ａに入射される。水平走査系２１のガルバノミラー２１ａに入射されたビーム光は、水平方向に走査され、集光しながら第３リレー光学系２２（図１参照）に入射されることとなる。このように、垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａと、水平走査系２１のガルバノミラー２１ａとの間で、拡散したビーム光が、凹面ミラー１０６で集光されることとなる。
【００５５】
つまり、第２リレー光学系２０は、垂直走査系１９と水平走査系２１との間の光路に設けられ、垂直走査系１９によって１次方向に走査させた光束を水平走査系２１に導く凹面ミラー１０６を少なくとも含んでいる。従って、詳しく後述するが、凹面ミラーを含まずに、例えば、拡散する光束を平行な光束とする第１の凸面レンズや、その平行な光束を集光させる第２の凸面レンズなどを用いた従来の構成と比べて、これらのような凸面レンズなどを用いる必要もないため、装置の小型化が可能である。また、色収差などを考慮する必要もなく設計可能である。
【００５６】
また、垂直走査系１９におけるガルバノミラー１９ａと後述する凹面ミラー１０６との間にハーフミラー１０４が設けられている。従って、１次走査手段と集光ミラーとの間にハーフミラーを用いることによって、光路を折りたたむことができるため省スペース化を効率よく実現することができ、より一層、装置の小型化が可能である。
【００５７】
特に、垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａは、第１全反射ミラー１０２との間において、図６（ａ）に示すように、符号Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３に示すように、ビーム光を垂直方向に走査し、図６（ｂ）に示すように、垂直走査系１９によって走査されるビーム光を含む符号Ｄに示す面が、垂直走査面となる。また、具体的には、図６（ｃ）に示すように、垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａから第１全反射ミラー１０２に向かう垂直方向の面が、垂直走査系１９によって走査されるビーム光を含む垂直走査面Ｄとなり、垂直走査面中の略中心線を走査中心線Ｆとする。尚、本実施形態における垂直走査面とは、垂直走査されてから水平走査されるまでの光束を含む走査面であり、垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａから水平走査系２１のガルバノミラー２１ａまでの光路の走査面である。
【００５８】
また、垂直走査系１９のガルバノミラー１９ａに対して入射するビーム光の入射方向は、図６（ｃ）に示すように、符号Ｅで示す方向である。つまり、垂直走査面Ｄに対して交差する方向からビーム光を入射させることとなる。従って、例えば、１次走査手段に入射させる光学系や、１次走査手段と２次走査手段との間の中継光学系、２次走査手段、２次走査手段から眼の網膜まで光束を導く光学系など、各種の光学系や走査手段を設ける場合に、それらが１次走査面と干渉することなく、光束の光路を確保するためのスペースを設
けやすく、より一層、装置の小型化が可能である。
【００５９】
また、第１全反射ミラー１０２、ハーフミラー１０４、凹面ミラー１０６、第２全反射ミラー１０８などを含む第２リレー光学系２０は、図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示すように、走査中心線Ｆが垂直走査面Ｄに対して交差するように設けられている。従って、例えば、走査中心線と１次走査面とが交差することによって、集光されていた光束が拡散され、その拡散された光束が集光ミラーによって集光され、１次走査手段に入射させる光学系や、１次走査手段と２次走査手段との間の中継光学系など、各種の光学系や走査手段を設ける場合に、光束の光路を確保するためのスペースを設けやすく、より一層、装置の小型化が可能である。
【００６０】
また、第２リレー光学系２０において、ハーフミラー１０４および第２全反射ミラー１０８によって折りたたまれた光路を引き伸ばしたときに、１次走査手段及び２次走査手段はともに、凹面ミラーの曲率中心に配置されるように構成されている。これによって、１次走査手段によって走査された走査光を効率よく２次走査手段に集めることができ、かつ光学的に共役な関係を実現することができるため、収差の少ない光学系を実現できる。そして、このような関係を満たすことができるように、凹面ミラー１０６の位置および角度の調整が行われる。
【００６１】
ところが、ハーフミラー１０４と凹面ミラー１０６とを独立して位置や角度の調整を行ってしまうと誤調整を行ってしまうことがある。たとえば、凹面ミラー１０６の曲率中心に１次走査手段および２次走査手段が配置されない角度で凹面ミラー１０６を調整した場合であっても、ハーフミラー１０４の角度によっては、走査光が２次走査手段に入射する配置となってしまうことがあり、この場合は、間違った配置で調整が終了してしまい、収差が発生するおそれがある。
【００６２】
そこで、本実施形態においては、あらかじめハーフミラー１０４と凹面ミラー１０６を正しい角度で一体化しておき、同時に調整可能とすることにより、簡単かつ確実に正しい配置に調整可能としている。以下、このように一体化したハーフミラー１０４及び凹面ミラー１０６について図面を参照して具体的に説明する。図７（ａ）はハーフミラー１０４と凹面ミラー１０６の一体化構造を上方からみた平面図（図３と同様の上面視）であり、図７（ｂ）は図７（ａ）におけるＬ−Ｌ横断断面図である。
【００６３】
ハーフミラー１０４及び凹面ミラー１０６は、図７に示すように、固定部材１０５によって一体的に形成されている。固定部材１０５は、上面視で略Ｌ字状の壁部１０５ｄと、この壁部１０５ｄの下端に設けられ、上面視で台形状の平板で形成された底部１０５ｅとを有している。
【００６４】
壁部１０５ｄは、凹面ミラー１０６の背面と当接する第１壁面１０５ｄ１と、ハーフミラー１０４の反射面１０４ａの一端と当接する第２壁面１０５ｄ２と、第１壁面１０５ｄ１と第２壁面１０５ｄ２とを接続する第３壁面１０５ｄ３とから構成される。第１壁面１０５ｄ１の一端は第３壁面１０５ｄ３の一端と略垂直に接続され、第３壁面１０５ｄ３の他端は第２壁面１０５ｄ２の一端と所定の角度をもって接続される。
【００６５】
そして、凹面ミラー１０６の背面と第１壁面１０５ｄ１とが、またハーフミラー１０４の反射面１０４ａの一端と第２壁面１０５ｄ２とが、それぞれ接着剤等によって接着される。これにより、ハーフミラー１０４と凹面ミラー１０６とが一体的に形成される。
【００６６】
底部１０５ｅは、その底面から円柱状の突起部１０５ａを突出させており、また、底部１０５ｅの略中央には、ねじ用穴１０５ｂが突起部１０５ａを中心とした円周に沿ってその円周長手に開口されている。
【００６７】
突起部１０５ａは、支持部材１０７に開口された突起用貫通孔１０７ａに挿入され、回転軸Ａ３を中心として回転可能に突起用貫通孔１０７ａに嵌合される。また、突起部１０５ａを突起用貫通孔１０７ａに挿入したときに、突起部１０５ａの先端部分が底部１０５ｅの底面から突出しないように、突起部１０５ａの軸方向の長さが突起用貫通孔１０７ａの長さよりも短い長さとなっている。
【００６８】
また、回転軸Ａ３は、垂直走査系１９によって走査される光束の走査中心線Ｆが凹面ミラー１０６のミラー面１０６ａと接する交差点Ｈを通る軸であって垂直走査方向（垂直方向）に平行となる軸としている。従って、走査中心線Ｆと回転軸Ａ３が交差する交差点Ｈを中心として、回転軸Ａ３の回転方向Ｂ３で回転させることができる。そのため、走査中心Ｇを交差点Ｈとの距離を変えることなく、光路の方向を変えることができる。
【００６９】
また、支持部材１０７は、ねじ１０９用のねじ孔１０７ｂを開口させており、このねじ孔１０７ｂにねじ１０９を支持部材１０７の裏面から螺合させて、支持部材１０７の表面からねじ１０９を突出させるように、ねじ１０９を支持部材１０７へ固定する。ねじ１０９を支持部材１０７へ固定した後、固定部材１０５のねじ用穴１０５ｂにねじ１０９を挿入するように、かつ突起用貫通孔１０７ａに突起部１０５ａが嵌入されるように、固定部材１０５により一体化したハーフミラー１０４及び凹面ミラー１０６を支持部材１０７に載置する。
【００７０】
このように突起用貫通孔１０７ａに突起部１０５ａが嵌入され、固定部材１０５のねじ用穴１０５ｂにねじ１０９が挿入されているため、一体化したハーフミラー１０４及び凹面ミラー１０６を支持部材１０７に載置した状態で、回転軸Ａ３を中心に一体化したハーフミラー１０４及び凹面ミラー１０６を一体的に回転方向Ｂ３に回転させることが容易に行える。従って、垂直走査系１９によって走査される光束の走査中心線が凹面ミラー１０６のミラー面１０６ａと交わる位置を一定にしながら、垂直走査された光束に対するミラー面１０６ａの位置を変えて光路の調整を行うことができるため、その調整作業が容易となる。
【００７１】
また、回転軸Ａ３を中心として一体化したハーフミラー１０４及び凹面ミラー１０６の位置を変更させながら光路を調整した後、接着剤等によって、突起部１０５ａを突起用貫通孔１０７ａに固定し、更にねじ１０９を底部１０５ｅに固定する。これによりハーフミラー１０４及び凹面ミラー１０６を支持部材１０７に固定して、前記調整後の位置を固定することができる。
【００７２】
このように、上述した本実施形態においては、凹面ミラー１０６とハーフミラー１０４とを一体的に回動するための回動機構（ここでは、突起部１０５ａと突起用貫通孔１０７ａ）を設けたので、凹面ミラー１０６とハーフミラー１０４とに関し、光路の調整作業が容易になる。
【００７３】
なお、本実施形態においては、回動機構を突起部１０５ａと突起用貫通孔１０７ａとして説明したが、固定部材１０５側に円柱状の開口部を設け、支持部材１０７側に突起部を設けることにより、回動機構を構成するようにしてもよい。すなわち、凹面ミラー１０６とハーフミラー１０４とを一体的に回動することができる機構であれば、上記機構に限られない。
【００７４】
また、上述した実施形態においては、ねじ１０９をねじ用穴１０５ｂに遊嵌するようにしたが、ねじ用穴１０５ｂにねじ溝を設けて、底部１０５ｅを支持部材１０７と固定する構成としてもよい。
【００７５】
また、凹面ミラー１０６とハーフミラー１０４とを固定部材１０５を用いて一体化するのではなく、プリズムにより一体的に形成することもできる。図８は凹面ミラー１０６とハーフミラー１０４とをプリズムにより一体的に形成した構成の一例を示す図である。
【００７６】
図８に示すように、プリズム１１１は、球面状に突出した凸部１０６ａ’を有しており、この凸部１０６ａ’にはその表面に金属を含有する導電性塗料、導電性インク、或いはメッキ層を形成したミラー膜が形成されており、上記凹面ミラー１０６のミラー面１０６ａと同等の球面状の反射面となっている。また、この凸部１０６ａ’に対向する面である第１平面１０４ａ’は、ハーフミラー１０４と同等のハーフミラー機能を有している。すなわち、第１平面１０４ａ’はその表面に金属を含有する導電性塗料、導電性インク、或いはメッキ層を形成したハーフミラー膜を備えている。
【００７７】
また、プリズム１１１は、第１平面１０４ａ’に対向する位置に第２平面１０５ｃ’を有している。プリズム１１１からの出射光は、第２平面１０５ｃ'から出射することができるような角度で傾斜している。ここでは、第２平面１０５ｃ'を第１平面１０４ａ’に垂直な平面に対して走査中心線Ｆと対称位置にある線が略垂直に交わるような面としている。したがって、プリズム１１１内からの出射光は、第２平面１０５ｃ'でほぼ屈折することなくそのまま真っ直ぐ出射されることになる。
【００７８】
さらに、プリズム１１１には、突起部１０５ａと同様の突起部１０５ａ’がその底面に形成されており、この突起部１０５ａ’を突起用貫通孔１０７ａに挿入することによって、図７における一体構造の場合と同様に回転軸Ａ３に対して、回転可能となり、光路の調整を容易に行うことができる。
【００７９】
さらに、プリズム１１１は、ハーフミラー１０４及び凹面ミラー１０６を熱可塑性樹脂などの樹脂により一体成形することができるため、そのハーフミラー１０４と凹面ミラー１０６との位置精度を高めることができる。
【００８０】
ところで、垂直走査系１９におけるガルバノミラー１９ａや、水平走査系２１におけるガルバノミラー２１ａは、凹面ミラー１０６からその曲率半径と同等の光路距離となる位置に設けられている。従って、１次走査手段と２次走査手段とが容易に共役として調整することができ、安定して光束を走査することができるとともに、装置の小型化が可能である。
【００８１】
尚、上述した実施形態においては、垂直走査系１９及び水平走査系２１は、凹面ミラー１０６からその凹面ミラー１０６の曲率半径と同等の光路距離となる位置に設けられたが、これに限らない。
【００８２】
更にまた、上述した実施形態においては、凹面ミラー１０６などの集光ミラーを、垂直走査系１９と水平走査系２１との間だけに設けたが、これに限らず、例えば、水平走査系２１と瞳孔２４との間に集光ミラーを設けてもよい。
【００８３】
更にまた、上述した実施形態においては、中継光学系の一例として、上述したような第２全反射ミラー１０８を有する第２リレー光学系２０を採用したが、これに限らず、第２全反射ミラー１０８を備えない構成など、上述した実施形態以外の構成であってもよい。
【００８４】
更にまた、上述した実施形態においては、垂直走査系１９によって垂直方向に走査される垂直走査角度は、水平走査系２１によって水平方向に走査される水平走査角度よりも小さく設定されていたが、これに限らず、例えば、垂直走査角度が、水平走査角度よりも大きく又は同じように設定されていてもよい。
【００８５】
更にまた、上述した実施形態においては、ビーム光を先に垂直方向に垂直走査系１９によって走査され、その後に、ビーム光を先に水平方向に水平走査系２１によって走査される構成であったが、これに限らず、例えば、ビーム光を先に水平方向に水平走査系によって走査され、その後に、ビーム光を先に垂直方向に垂直走査系１９によって走査される構成であってもよい。
【００８６】
更にまた、上述した実施形態においては、入射されるビーム光を垂直方向と水平方向とに走査させるように構成したが、これに限らず、例えば、入射されるビーム光を、１次方向に走査させるとともに、その１次方向と交差する２次方向に走査させるように構成してもよい。また、本実施形態においては、凹面ミラーを集光ミラーの一例に採用したが、これに限らない。
【００８７】
更にまた、上述した実施形態においては、集光ミラーとハーフミラーとを支持部材により一体化したり、プリズムにより一体成形したりするようにしたが、これに限られない。たとえば、集光ミラーをプリズムで形成し、このプリズムにハーフミラーを直接取り付けるような構成でもよい。このように、集光ミラーとハーフミラーとを一体化することができれば、どのような形で一体化してもよい。
【００８８】
更にまた、上述した実施形態においては、集光ミラーとハーフミラーとの一体化したものを支持部材に取り付けるために接着剤を一例として説明したがこれに限られない。たとえば、集光ミラー或いはハーフミラーを支持部材に熱等により溶着することによって固定するようにしてもよい。
【００８９】
更にまた、上述した実施形態においては、ねじ用穴１０５ｂを設けた例について説明したがこれに限られず、ねじ用穴１０５ｂを設けなくてもよい。
【００９０】
更にまた、上述した実施形態においては、回転軸Ａ３の回転方向Ｂ３のみ調整可能として説明したが、これに限られず支持部材１０７と垂直な方向にも調整可能にしてもよい。たとえば、突起用貫通孔１０７ａの内周にねじ溝を設け、一方で突起部１０５ａにはねじ山を設けて、集光ミラーとハーフミラーとの一体化したものを回転させつつ、支持部材１０７からの高さを調整可能とするのである。あるいは、底部１０５ｅにねじ用穴１０５ｂを設けずに、ねじ１０９で底部１０５ｅの底面を押し上げることによって調整するようにしてもよい。
【００９１】
更にまた、上述した実施形態においては、上述したような光走査装置を備え、画像信号に応じて変調された光束を、その光走査装置によって１次方向及び２次方向に走査することで、眼の網膜に画像を投影し、画像を表示する網膜走査型ディスプレイ１（網膜走査型画像表示装置の一例）について説明したが、これに限らず、例えば、眼の網膜に画像を直接的に投影しなくても、上述したような光走査装置を備え、画像信号に応じて変調された光束を、その光走査装置によって１次方向及び２次方向に走査することで画像をスクリーンなどに投影表示するディスプレイ（画像表示装置の一例）に本発明を採用してもよい。
【００９２】
以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、発明の開示の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。例えば、本発明を適用した光走査装置は、レーザプリンタ内でレーザビームを走査する光走査装置にも応用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本実施形態における網膜走査型ディスプレイ１を示す説明図である。
【図２】本実施形態におけるビーム光の走査態様を示す説明図である。
【図３】本実施形態における光学系とレーザ光の光路とを示す説明図である。
【図４】本実施形態における光学系とレーザ光の光路とを示す説明図である。
【図５】本実施形態における光学系とレーザ光の光路とを示す説明図である。
【図６】本実施形態における光学系とレーザ光の光路とを示す説明図である。
【図７】本実施形態におけるハーフミラーと凹面ミラーの一体化構造を示す図である。
【図８】本実施形態におけるハーフミラーと凹面ミラーの一体化構造を示す図である。
【符号の説明】
【００９４】
１  網膜走査型ディスプレイ
１８  第１リレー光学系
１９  垂直走査系
２０  第２リレー光学系
２１  水平走査系
２２  第３リレー光学系
２４  瞳孔
１０２  第１全反射ミラー
１０４  ハーフミラー
１０５  支持部材
１０６  凹面ミラー
１０８  第２全反射ミラー
【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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