JP4082075B2

JP4082075B2 - Image display device

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Publication number: JP4082075B2
Application number: JP2002118634A
Authority: JP
Inventors: 光由渡▲なべ▼
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2002-04-22
Filing date: 2002-04-22
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2022-04-22
Also published as: JP2003315726A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光束を走査して観察者の網膜上に直接画像を投影する画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年レーザ、ＬＥＤ等の光源が発する微弱な光束を偏向装置で二次元的に偏向して観察者の瞳孔に入射することにより網膜上に直接描画を行う、いわゆる網膜走査型ディスプレイと呼ばれる装置が知られている。例えば、当該装置は本願出願人による特許第２８７４２０８号公報等において提案されている。この網膜走査型ディスプレイは、例えば、眼鏡と同様に観察者の頭部に装着して使用するように構成されており、高精細で画角の大きな画像を提供することができる。
【０００３】
このような網膜走査型ディスプレイにおいて、偏向した光束を観察者の瞳孔に入射させるためのリレー光学系として反射ミラー等を利用する従来例が、特開平１１−１６０６５０号や特開平１１−１４２７６３号などに提案されている。また、リレー光学系としてホログラムなどの回折光学素子を利用する従来例が、特開平６−１２１２５６号や特開平１１−６４７８２号などに提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１１−１６０６５０号に提案された網膜走査型ディスプレイは、レンズ等の光学素子を利用しないため色収差は生じないが、球面収差、コマ収差、非点収差などの諸収差が無視できず、結像性能の劣化および走査における集光位置のズレが無視できないという問題点があった。また、特開平１１−１４２７６３号に提案された網膜走査型ディスプレイは、回転楕円体において焦点から出射した光がもう一つの焦点に集まる性質を利用したもので、集光位置のズレは発生しないが、結像性能の劣化が生じていた。さらに、楕円ミラーを利用するため、反射位置によって屈折力が異なり、すべての偏向方向で良好な結像を得るためには補正光学系が必要となっていた。また、偏向手段が等角速度で偏向しても、集光位置において光束の角速度が変換されてしまうため、これを解決するためには、例えばｆθレンズ等の速度補正光学系や、走査に同期して画像クロックを偏向する手段などの利用が考えられるが、網膜走査型ディスプレイの構成が複雑となるという問題点があった。
【０００５】
また、特開平６−１２１２５６号および特開平１１−６４７８２号に提案された網膜走査型ディスプレイでは、偏向の角速度が等速とはならなかった。さらに、前方を透過して観察するような、いわゆるシースルー動作を行うには、ホログラムが悪影響を与え、良好な観察ができないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、色収差がなく、諸収差が小さく、かつ画像歪みのない網膜走査型ディスプレイを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の画像表示装置は、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変調する変調手段と、当該変調手段によって変調された光束を第１の方向に偏向する第１の偏向手段と、当該第１の偏向手段によって偏向された光束を前記第１の方向にほぼ垂直な第２の方向に偏向する第２の偏向手段と、前記第１および第２の偏向手段によって偏向された光束を観察者の瞳孔に入射するための第１の光学手段とを備えた画像表示装置であって、前記第１の光学手段は、少なくとも一組の曲率半径Ｒの凹面鏡と曲率半径ｒの凸面鏡とを備え、当該凹面鏡および当該凸面鏡のそれぞれの光軸および曲率中心が略一致するようにそれぞれの鏡面が対向し、さらに、前記観察者の瞳孔が配置される位置を転送する瞳孔位置転送手段を備え、前記第１および第２の偏向手段のうち少なくとも一方の偏向中心が前記曲率中心を含む前記光軸に垂直な面内に存在し、前記偏向中心と前記曲率中心との間の距離ｈが以下の関係を満たしており、前記曲率中心に対して前記第１および第２の偏向手段のうち少なくとも一方の偏向中心に対称な位置に、前記観察者の瞳孔が配置されることを特徴とする構成となっている。
【数３】

【０００８】
この構成の画像表示装置では、２次元方向に偏向された光束を瞳孔に導くための光学系として少なくとも一組の曲率半径Ｒの凹面鏡と曲率半径ｒの凸面鏡とで構成された第１の光学手段を利用することができ、球面収差、コマ収差、歪曲収差、非点収差、色収差等の諸収差の影響をなくし、かつ第１または第２の偏向手段における光束の偏向の角速度と、瞳孔位置における光束の偏向の角速度とを等しくすることができる。また、観察者の瞳孔の配置位置と偏向中心とを共役の関係にすることができる。さらに、瞳孔位置転送手段により、観察者の瞳孔が配置される位置を転送することができる。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
また、請求項２に係る発明の画像表示装置は、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変調する変調手段と、当該変調手段によって変調された光束を第１の方向に偏向する第１の偏向手段と、当該第１の偏向手段によって偏向された光束を前記第１の方向にほぼ垂直な第２の方向に偏向する第２の偏向手段と、前記第１の偏向手段によって前記第１の方向に偏向された光束を前記第２の偏向手段に入射するための第２の光学手段と、前記第２の偏向手段によって前記第２の方向に偏向された光束を観察者の瞳孔に入射するための第１の光学手段とを備えた画像表示装置であって、前記第１および第２の光学手段は、少なくとも一組の曲率半径Ｒの凹面鏡と曲率半径ｒの凸面鏡とをそれぞれ備え、各組の凹面鏡および凸面鏡のそれぞれの鏡面は光軸および曲率中心が略一致するように対向し、前記第２の光学手段の曲率中心に対して前記第１の偏向手段の偏向中心に対称な位置に前記第２の偏向手段の偏向中心が配置され、前記第１の偏向手段の偏向中心と前記第２の光学手段の曲率中心とを含む前記光軸に垂直な第１の面と、前記第２の偏向手段の前記偏向中心と前記第１の光学手段の曲率中心とを含む前記光軸に垂直な第２の面とが直交し、前記第１および第２の偏向手段のそれぞれの前記偏向中心と前記第１および第２の光学手段のそれぞれの前記曲率中心とが前記第２の面内に存在し、前記偏向中心と前記曲率中心との間の距離ｈが以下の関係を満たすことを特徴とする構成となっている。
【数４】

【００１２】
この構成の画像表示装置では、２次元方向に偏向された光束を瞳孔に導くための光学系として少なくとも一組の曲率半径Ｒの凹面鏡と曲率半径ｒの凸面鏡とで構成された第１および第２の光学手段を利用することができ、球面収差、コマ収差、歪曲収差、非点収差、色収差等の諸収差の影響をなくし、かつ第１および第２の偏向手段における光束の偏向の角速度と、瞳孔位置における光束の偏向の角速度とを等しくすることができる。そして、光束が、第１の光学手段を通過後に、光路に対して９０度だけ回転した状態で略同一の構成の第２の光学手段を通過することができる。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
また、請求項３に係る発明の画像表示装置は、請求項２に記載の発明の構成に加え、前記第１の光学手段の曲率中心に対して前記第２の偏向手段の偏向中心に対称な位置に、前記観察者の瞳孔が配置されることを特徴とする構成となっている。
【００１６】
この構成の画像表示装置では、請求項２に係る発明の作用に加え、観察者の瞳孔の配置位置とそれぞれの偏向中心とを共役の関係にすることができる。
【００１７】
【００１８】
【００１９】
また、請求項４に係る発明の画像表示装置は、請求項３に記載の発明の構成に加え、前記第１または第２の光学手段は前記観察者の瞳孔が配置される位置を転送する瞳孔位置転送手段を備えている。
【００２０】
この構成の画像表示装置では、請求項３に係る発明の作用に加え、瞳孔位置転送手段が、第１または第２の光学手段は観察者の瞳孔が配置される位置を転送することができる。
また、請求項５に係る発明では、請求項１または４に記載の発明の構成に加え、前記瞳孔位置転送手段は、凹面鏡と凸面鏡とを備えていることを特徴とする構成となっている。
この構成の画像表示装置では、請求項１または４に係る発明の作用に加え、観察者の瞳孔の配置位置を任意の位置に転送することが可能となる。
また、請求項６に係る発明の画像表示装置は、請求項２、３及び５の何れかに記載の発明の構成に加え、前記第１の光学手段または前記瞳孔位置転送手段において、最終段の反射が行われる前記凹面鏡の鏡面の一部が、光束の一部を透過することを特徴とする構成となっている。
この構成の画像表示装置では、請求項２、３及び５の何れかに係る発明の作用に加え、凹面鏡の反射面を通して前方の実体を観察することができる。
【００２１】
また、請求項７に係る発明の画像表示装置は、請求項１、及び３乃至６の何れかに記載の発明の構成に加え、前記第１または第２の光学手段は前記観察者の瞳孔が配置される位置に結像される像の結像倍率を変換する倍率変換手段を備えている。
【００２２】
この構成の画像表示装置では、請求項１、及び３乃至６の何れかに係る発明の作用に加え、倍率変換手段が、第１または第２の光学手段は観察者の瞳孔が配置される位置に結像される像の結像倍率を変換することができる。
【００２３】
また、請求項８に係る発明の画像表示装置は、請求項１乃至７の何れかに記載の発明の構成に加え、前記光源から出射された光束の波面曲率を調整もしくは変調する波面曲率変調手段を備えている。
【００２４】
この構成の画像表示装置では、請求項１乃至７の何れかに係る発明の作用に加え、波面曲率変調手段が、光源から出射された光束の波面曲率を調整もしくは変調することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した画像表示装置の一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１〜図３を参照して、本実施の形態の一例である網膜走査型ディスプレイ１の全体の構成について説明する。図１は、網膜走査型ディスプレイ１の全体構成を示す全体構成図である。図２は、走査ミラー３０の斜視図である。図３は、反射光学系４０の特性を説明するための図である。
【００２６】
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、水平同期信号および垂直同期信号が出力される。そして、この水平同期信号および垂直同期信号に基づいて走査ミラー３０を駆動するための水平走査系駆動回路２８および垂直走査系駆動回路２９がそれぞれ設けられている。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レーザ光を出射する、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第１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成するダイクロイックミラー１５と、合成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、光源ユニット部２が、本発明における「変調手段」である。
【００２７】
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再度平行光にコリメートする第２コリメート光学系１８と、コリメートされたレーザ光を水平および垂直方向に走査する走査ミラー３０と、走査されたレーザ光を観察者の瞳孔２４に入射するための反射光学系４０とが設けられている。尚、図２に示すように、走査ミラー３０は、ミラー面３１と、軸３２と、ミラー枠３３と、軸３４とで構成されており、ミラー面３１は、軸３２によってその上下方向をミラー枠３３に支持されており、水平走査系駆動回路２８から駆動電圧が印加された駆動装置（図示外）によって左右方向（図中矢印Ｄ方向）に回動可能となっている。また、ミラー枠３３は、その左右方向に突設された軸３４によって図示外の支持体に支持され、垂直走査系駆動回路２９から駆動電圧が印加された駆動装置（図示外）によって上下方向（図中矢印Ｅ方向）に回動可能となっている。尚、走査ミラー３０が、本発明における「第１の偏向手段」および「第２の偏向手段」である。
【００２８】
また、図１に示すように、反射光学系４０は、曲率半径Ｒの凹面鏡４１と曲率半径ｒの凸面鏡４２とで構成され、凹面鏡４１のミラー面４１ａと、凸面鏡４２のミラー面４２ａとが対向している。そして、凹面鏡４１と凸面鏡４２とは、それぞれの光軸（それぞれ焦点を通り、準線からなる面に対して直交する軸線）がほぼ同一線上に重なり、かつ、凹面鏡４１の曲率中心２０２と、凸面鏡４２の曲率中心２０２'とが略一致するようになっている。この曲率中心２０２，２０２'を含み、光軸に対して直交する面内において、曲率中心２０２，２０２'からの距離ｈの位置２０１（以下、「偏向中心２０１」という。）に、走査ミラー３０上の偏向点の位置、すなわち第２コリメート光学系１８から出射されるレーザ光の光束の中心がミラー面３１にあたる位置が配置され、また、曲率中心２０２，２０２'と偏向中心２０１とを結ぶ線上で、曲率中心２０２，２０２'に対して偏向中心２０１の点対称となる位置２０３（以下、「瞳孔位置２０３」という。）に、観察者の瞳孔２４が配置されている。尚、反射光学系４０が、本発明における「第１の光学手段」であり、瞳孔位置２０３が本発明における「偏向中心に対称な位置」である。
【００２９】
尚、反射光学系４０では、光軸と像点との距離、すなわち曲率中心２０２，２０２'と瞳孔位置２０３との距離である像高ｈは、曲率中心２０２，２０２'と偏向中心２０１との距離ｈと一致し、以下の式を満たす。
【数５】

そして、偏向中心２０１から凹面鏡４１に入射し、そのミラー面４１ａで凸面鏡４２方向に反射されるレーザ光は、そのミラー面４２ａで再度凹面鏡４１方向に反射され、ミラー面４１ａで再び反射された後、すなわち３回反射を繰り返した後、瞳孔位置２０３に突入するようになっている。この原理については特公昭５７−５１０８３号、特公昭６０−３９２０５号等において詳しく説明されているので、ここでは図３を参照し、その特性について簡単に説明する。
【００３０】
次に、図３に示すように、反射光学系４０は、凸面鏡４２の曲率半径ｒが凹面鏡４１の曲率半径Ｒの約１／２となるように構成された光学系である。数式（１）は、偏向中心２０１を含み光軸と平行な直線と凹面鏡４１のミラー面４１ａとの交点（Ｍ）と、曲率中心２０２，２０２'（Ｋ）と、凸面鏡４２のミラー面４２ａと光軸との交点（Ｎ）とからなる三角形ＮＭＫが、その等辺と底辺との間の角度、すなわち凹面鏡４１に入射するレーザ光の反射角度がθである二等辺三角形となる条件を満たす。
【００３１】
そして、偏向中心２０１（Ｊ）と瞳孔位置２０３（Ｌ）とを結ぶ直線ＪＬを回転軸とした面において、凹面鏡４１と凸面鏡４２との位置関係は軸対称となる。従って、偏向中心２０１から凹面鏡４１に出射される光束が紙面と垂直な方向へずれて出射された場合、その偏向角（図示外）は、反射光学系４０を介して瞳孔位置２０３に入射する光束の偏向角と一致する。従って、偏向中心２０１において、直線ＪＬを回転軸とした等角速度の偏向は、反射光学系４０を通過後も瞳孔位置２０３において等角速度のまま保存されることとなる。
【００３２】
また、曲率中心２０２，２０２'を含む紙面に垂直な直線を回転軸とし、反射光学系４０が時計方向あるいは反時計方向に回転した場合において、その回転角が小さい場合には、その回転による偏向中心２０１および瞳孔位置２０３のズレの影響はほとんど無視することができ、略軸対称とみなすことができる。すなわち、偏向中心２０１において紙面と平行な方向への偏向角αは、瞳孔位置２０３においても偏向角αとして略一致するとみなすことができる。従って、偏向中心２０１において、曲率中心２０２，２０２'を含む紙面に垂直な直線を回転軸とした等角速度の偏向は、反射光学系４０を通過後も瞳孔位置２０３において等角速度のまま保存されることとなる。尚、この場合、凸面鏡４２の曲率半径ｒが凹面鏡４１の曲率半径Ｒの１／２より若干大きいとき、具体的には０．５２倍程度のときに、偏向角αの有効となる角度を最も大きくすることができる。
【００３３】
さらに、反射光学系４０は光路上において屈折率の変化の生ずる、例えばレンズ等の光学素子を通過しない光学系であるので、偏向中心２０１における光束の波面曲率は、偏向中心２０１と共役になる瞳孔位置２０３において保存されることとなる。
【００３４】
このような特性を有する反射光学系４０では、瞳孔位置２０３において、３次収差のうち球面収差、コマ収差、歪曲収差が補正される利点がある。また、数式（１）の条件を満たすことで、非点収差がほぼゼロに補正される。さらに、レンズ等を利用しないので色収差も生じない。
【００３５】
次に、本発明の一実施の形態の画像表示装置が、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を参照して説明する。
【００３６】
図１に示すように、本実施の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、水平同期信号と、垂直同期信号とを出力する。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はそれぞれレーザ光を発生し、各々を第１コリメート光学系１４に出力する。点光源から発生されるレーザ光は、この第１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。
【００３７】
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から出射される際に第２コリメート光学系１８によって再度コリメートされ、走査ミラー３０に入射される。そして、水平同期信号および垂直同期信号に同期して水平走査系駆動回路２８および垂直走査系駆動回路２９より走査ミラー３０の駆動装置（図示外）に駆動電圧が印加されることで、走査ミラー３０のミラー面３１が水平方向および垂直方向に回動され、このミラー面３１に入射されたレーザ光は、水平方向および垂直方向に走査されつつ反射される。さらに、この走査されたレーザ光は反射光学系４０の凹面鏡４１のミラー面４１ａに入射され、前述したように、凸面鏡４２のミラー面４２ａとの間で３回反射された後、走査ミラー３０と共役の位置にある観察者の瞳孔２４に入射され、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り画像を認識することができる。
【００３８】
以上説明したように、本実施の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から出射されたレーザ光を走査ミラー３０で水平方向および垂直方向に走査し、凹面鏡４１と凸面鏡４２とで構成された反射光学系４０に入射させ、走査ミラー３０の偏向面上と共役の関係となる位置に配置された観察者の瞳孔２４に入射することができる。走査されたレーザ光をこの反射光学系４０を通過させることで、観察者の網膜上に形成される画像に、３次収差のうち球面収差、コマ収差、歪曲収差および非点収差の影響が生じないようにすることができる。また、レンズ等を利用しないので色収差の影響も生じない。さらに、レーザ光を走査させることでレーザ光は等角速度に偏向されるが、反射光学系４０を通過してもその偏向速度が保存されるので、速度補正のための光学系等を利用せずとも観察者の網膜上に良好な画像を表示することができる。
【００３９】
尚、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、図４に示すように、第２コリメート光学系１８と反射光学系４０との間に反射光学系４０に同等な反射光学系５０を設け、第２コリメート光学系１８から出射されたレーザ光を水平走査系駆動回路２８に接続されたポリゴンミラー１９ａで水平方向に走査して反射光学系５０を通過させ、反射光学系５０から出射されたレーザ光を垂直走査系駆動回路２９に接続されたガルバノミラー２１ａで垂直方向に走査して反射光学系４０を通過させ、反射光学系４０から出射されたレーザ光を観察者の瞳孔２４に入射するようにしてもよい。尚、反射光学系５０が、本発明における「第２の光学手段」である。
【００４０】
この場合、図５に示すように、反射光学系５０は、ミラー面５１ａを有する曲率半径Ｒの凹面鏡５１と、ミラー面５２ａを有する曲率半径ｒの凸面鏡５２とで構成され、それぞれの配置関係は反射光学系４０と同様となっており、反射光学系５０の偏向中心２１１、曲率中心２１２および瞳孔位置２１３はそれぞれ反射光学系４０の偏向中心２０１、曲率中心２０２および瞳孔位置２０３に相当する。反射光学系５０と反射光学系４０とは、それぞれの光軸方向が互いに直交するように配置されている。すなわち、図中、反射光学系５０の光軸方向はＹ軸方向となり、反射光学系４０の光軸方向は紙面と垂直な方向となる。さらに、反射光学系５０の曲率中心２１２を含み偏向中心２１１と瞳孔位置２１３とを結ぶ線（Ｘ軸方向）と、反射光学系４０の曲率中心２０２を含み偏向中心２０１と瞳孔位置２０３とを結ぶ線（Ｙ軸方向）とがＸＹ平面上で直交し、かつ反射光学系５０の瞳孔位置２１３が反射光学系４０の偏向中心２０１と一致するように配置されている。
【００４１】
反射光学系５０の偏向中心２０１にはポリゴンミラー１９ａの偏向面が配置され、このポリゴンミラー１９ａは、第２コリメート光学系１８から入射されたレーザ光（入射方向は任意）を＋Ｙ方向に走査しつつ反射して、凹面鏡５１のミラー面５１ａに入射させる。レーザ光は、前述と同様に凹面鏡５１のミラー面５１ａと凸面鏡５２のミラー面５２ａとの間で３回反射された後、反射光学系５０から出射され（−Ｙ方向）、瞳孔位置２１３、すなわち偏向中心２０１に配置されたガルバノミラー２１ａの偏向面において、偏向中心２１１のポリゴンミラー１９ａの偏向面と共役になる。そして、このガルバノミラー２１ａは、レーザ光を紙面と垂直な方向に走査しつつ反射して、反射光学系４０の凹面鏡４１のミラー面４１ａに入射させる。レーザ光は、この反射光学系４０でも反射光学系５０と同様に、凹面鏡４１のミラー面４１ａと凸面鏡４２のミラー面４２ａとの間で３回反射され、偏向中心２０１と共役になるように瞳孔位置２０３に出射される。瞳孔位置２０３には観察者の瞳孔２４が配置されており、瞳孔位置２０３と偏向中心２０１と、瞳孔位置２１３と偏向中心２１１とがそれぞれ共役の関係にあるので、第２コリメート光学系１８からポリゴンミラー１９ａの偏向面に入射されるレーザ光は、瞳孔２４の位置において共役となる。さらに、レーザ光はポリゴンミラー１９ａおよびガルバノミラー２１ａによって水平方向および垂直方向にそれぞれ走査され、観察者の瞳孔２４に位置において画像として形成される。
【００４２】
この変形例の特徴として、偏向中心２１１と瞳孔位置２１３とを結ぶ線（Ｘ軸方向）と、偏向中心２０１と瞳孔位置２０３とを結ぶ線（Ｙ軸方向）とが同一平面上で直交している。第２コリメート光学系１８でコリーメートされてからポリゴンミラー１９ａの偏向面に入射するレーザ光が反射光学系５０を通過する場合において、その通過箇所のミラー面５１ａ，５２ａが平面ではなく、レーザ光の奥行き方向に対しＸ軸方向に傾斜した球面であるので、レーザ光の断面上の任意の部分において光路差が生じてしまう。すなわち、反射光学系５０では、凹面鏡５１と凸面鏡５２との間を反射されつつ通過する間に変化されるレーザ光の断面の形状が、瞳孔位置２１３において偏向中心２１１と共役となるように収束する構成となっているが、そのレーザ光の収束位置に、Ｘ軸方向とＹ軸方向との間で若干のズレが生じてしまい、ポリゴンミラー１９ａの偏向面では円形であったレーザ光の断面が、ガルバノミラー２１ａの偏向面において、Ｘ軸方向に長径を有する楕円形となる。この非点収差は、数式（１）の条件を満たすことでほぼゼロに補正されるが、それでもわずかではあるが生ずる。しかし、反射光学系４０を通過する場合には、反射光学系５０を通過した場合と同様に、今度は、Ｙ軸方向に傾斜した反射面をレーザ光が通過することになるので、反射光学系５０，４０を通過したレーザ光の断面上の任意の部分の光路差は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に一様に相殺されて同じとなる。従って、本変形例では、非点収差が生じず、良好な画像を利用者の瞳孔２４に入射させることが可能となる。
【００４３】
また、図６に示す変形例は、図４に示す変形例に反射光学系６０を加えた例である。反射光学系６０は、反射光学系４０，５０と同等の光学系であり、ミラー面６１ａを有する曲率半径Ｒの凹面鏡６１と、ミラー面６２ａを有する曲率半径ｒの凸面鏡６２とで構成され、それぞれの配置関係は反射光学系４０，５０と同様となっており、反射光学系６０の偏向中心２２１、曲率中心（図示外）および瞳孔位置２２３はそれぞれ反射光学系４０，５０の偏向中心２０１，２１１、曲率中心２０２，２１２および瞳孔位置２０３，２１３に相当する。反射光学系６０は、その光軸と反射光学系４０の光軸とが平行になり、かつ反射光学系４０の瞳孔位置２０３が反射光学系６０の偏向中心２２１と一致して互いに向き合う構成となっている。このように反射光学系６０を配置した場合、前述と同様に、偏向中心２２１と瞳孔位置２２３とが共役の関係となるので、瞳孔位置２０３を瞳孔位置２２３に転送することができる。すなわち、観察者の瞳孔２４の配置位置を移動させることが可能となる。そして、さらに複数の反射光学系６０と同等の光学系を利用することで、瞳孔２４の位置を任意の位置に転送することが可能となる。尚、反射光学系６０が、本発明における「瞳孔位置転送手段」である。
【００４４】
また、図７に示すように、反射光学系４０の凹面鏡４１の一部をハーフミラー４１ｂとして構成してもよい。この場合、例えば光軸より瞳孔位置２０３寄りの部分の凹面鏡４１をハーフミラー４１ｂとすることで、反射光学系４０を通過するレーザ光の一部を瞳孔位置２０３に出射するとともに、凹面鏡４１の外方からの光束を通過させて瞳孔２４に入射させることができる。すなわち、瞳孔２４には、前述と同様に偏向中心２０１に配置された走査ミラー３０に走査され反射光学系４０を通過したレーザ光と、瞳孔２４に対して凹面鏡４１の外方の位置、例えば外界の物体２５の位置よりそのハーフミラー４１ｂ部分を透過して瞳孔２４に入射する光束とが合成されて入射される。
【００４５】
また、図８に示すように、反射光学系４０の光軸方向と平行方向、かつ凹面鏡４１より瞳孔位置２０３を通る延長線を光軸とした２つの焦点距離の異なるレンズ７０，７１を配置して、さらにその光軸上に利用者の瞳孔２４を配置することによって、偏向中心２０１と共役な瞳孔位置２０３に結像される画像の結像倍率を変更して観察者の瞳孔２４に入射させることが可能となる。レンズ７０の焦点距離をｆ、レンズ７１の焦点距離をｆ'とした場合、反射光学系４０の瞳孔位置２０３と、レンズ７０の主点の位置２３１と、レンズ７１の主点の位置２３２と、観察者の瞳孔位置２３３とは同軸上に配置される。反射光学系４０を通過し、さらに瞳孔位置２０３を通過した平行光であるレーザ光は、レンズ７０に入射し、レンズ７０の通過時に屈折されて、その主点から距離ｆの位置で焦点を結ぶ。そして、このレーザ光は、レンズ７０の屈折による収束角度と同一の広がり角度をもって、焦点位置から距離ｆ'だけ離れた位置にあるレンズ７１に入射する。レンズ７１の焦点距離はｆ'であるので、レーザ光は再度平行光にコリメートされ、瞳孔位置２３３において、瞳孔位置２０３で結像された画像が再度、形成されることになる。このとき、レンズ７０の通過前のレーザ光のビーム径を、レンズ７１の通過時においてｆ'／ｆの倍率に変換することが可能となる。すなわち、レンズ７０，７１の倍率の組合せによって、瞳孔２４に入射するレーザ光を拡大あるいは縮小することができる。尚、レンズ７０，７１が、本発明における「倍率変換手段」である。
【００４６】
また、図９に示すように、網膜走査型ディスプレイ１の第２コリメート光学系１８と走査ミラー３０との間に、波面曲率変調手段１００を設けてもよい。本変形例における網膜走査型ディスプレイ１の波面曲率変調手段１００は、可変焦点レンズ１０１と凸レンズ１０２とによって構成されている。また、光源ユニット部２には波面曲率変調手段駆動回路２３が設けられており、この波面曲率変調手段駆動回路２３は、映像信号供給回路３から出力される奥行き信号に基づいて、接続された波面曲率変調手段１００に駆動電圧を印加するようになっている。網膜走査型ディスプレイ１のその他の構成は、前述の本実施の形態の場合と同様の構成となっている。
【００４７】
ここで、波面曲率の変調について説明する。光源から発した光は、光源を中心とした全方位に等速、同位相で進む光の波、いわゆる等位球面波として伝搬されるが、光源と観察者との距離に応じてその球面波の持つ曲率半径が異なってくる。光源が近ければ曲率半径の小さい像として、また、光源が遠ければ曲率半径の大きい像として観察者の網膜上に投影される。観察者はこの曲率半径のズレを認識し、遠近感を感じることができる。この光の球面波の曲率、つまり波面曲率を人工的に変調させ映像等で表現することによって、本変形例では、より自然な感覚に近い立体視を観察者に提供することを可能としている。
【００４８】
次に、図１０に示すように、波面曲率変調手段１００の可変焦点レンズ１０１は、透明な流体１０４を２枚のダイヤフラム１０３の間に保持しており、波面曲率変調手段駆動回路２３（図９参照）から出力される駆動電圧の印可された圧電バイモルフ１０５が駆動してダイヤフラム１０３を変形させることによって、可変焦点レンズ１０１の焦点位置を変動させる。可変焦点レンズ１０１には、第２コリメート光学系１８によって平行光にコリメートされたレーザ光が入射光として、−Ｘ方向から入射される。可変焦点レンズ１０１の主点と凸レンズ１０２の主点との間の距離は、２×ｆ０に固定されている。
【００４９】
可変焦点レンズ１０１の焦点距離ｆ１が凸レンズ１０２と同じ距離ｆ０になるように調整された場合、可変焦点レンズ１０１を通過したレーザ光は、可変焦点レンズ１０１の主点と凸レンズ１０２の主点との中間で焦点を結び、凸レンズ１０２に対して−Ｘ方向の距離ｆ０から＋Ｘ方向に発せられた光として入射するので、凸レンズ１０２を通過するレーザ光は平行光にコリメートされる。波面曲率変調手段１００は、この平行光にコリメートされたレーザ光を出射光として＋Ｘ方向に出射する。
【００５０】
また、図１１に示すように、圧電バイモルフ１０５の駆動によってダイヤフラム１０３が変動され、可変焦点レンズ１０１の焦点距離ｆ１がｆ０より小さくなるように調整された場合、−Ｘ方向より可変焦点レンズ１０１に入射したレーザ光は、可変焦点レンズ１０１を通過後、凸レンズ１０２の焦点距離ｆ０より長い距離ｆ１の位置で収束する。さらに、レーザ光は、凸レンズ１０２に対して−Ｘ方向の距離２ｆ０−ｆ１から＋Ｘ方向に発せられた光、すなわち凸レンズ１０２の焦点距離ｆ０よりも近い位置から発せられた光として入射する。この場合、焦点距離ｆ０である凸レンズ１０２を通過したレーザ光は平行光にコリメートされず、波面曲率変調手段１００は、このレーザ光を広がり角度を有する拡散光の出射光として＋Ｘ方向に出射する。この広がり角度を有する拡散光は、見かけ上の発光点１２５から発せられたレーザ光と同じ波面曲率を持つ。
【００５１】
そして、このように波面曲率を変調されたレーザ光が、走査ミラー３０で水平および垂直方向に走査され、反射光学系４０を通過して観察者の瞳孔２４に入射される。前述と同様に偏向中心２０１と瞳孔位置２０３とは共役の関係にあるので、偏向中心２０１、すなわち走査ミラー３０の偏向面におけるレーザ光の波面曲率が、瞳孔位置２０３において保存される。そして、観察者が瞳孔２４から眼の中に入射したレーザ光の見かけ上の発光点１２５にピントを合わせると、レーザ光は観察者の網膜上で結像する。ところで、観察者は、ピント合わせ動作（いわゆる調節作用）により、レーザ光の波面曲率の違いを識別することができるので、観察者はレーザ光の波面曲率の違いに基づく遠近感を認識することができる。すなわち、波面曲率の大きいレーザ光は近い位置より発せられたと感じ、波面曲率の小さいレーザ光は遠い位置より発せられたと感じる。従って、この場合、観察者には見かけ上の発光点１２５と、瞳孔２４の位置に共役な走査ミラー３０の偏向面との距離に相当する位置に、レーザ光の発光点が存在するように認識される。
【００５２】
また、反射光学系４０，５０，６０の凹面鏡の曲率半径または凸面鏡の曲率半径はそれぞれ同じ大きさでなくともよく、偏向中心と瞳孔位置との関係が共役となるように数式（１）の関係が満たされればよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明の画像表示装置では、２次元方向に偏向された光束を瞳孔に導くための光学系として少なくとも一組の曲率半径Ｒの凹面鏡と曲率半径ｒの凸面鏡とで構成された第１の光学手段を利用することができ、球面収差、コマ収差、歪曲収差、非点収差、色収差等の諸収差の影響をなくし、かつ第１または第２の偏向手段における光束の偏向の角速度と、瞳孔位置における光束の偏向の角速度とを等しくすることができる。また、観察者の瞳孔の配置位置と偏向中心とを共役の関係にすることができる。さらに、瞳孔位置転送手段により、観察者の瞳孔が配置される位置を転送することができる。従って、結像特性が良好で、かつ歪みのない画面を表示することができるとともに、観察者の瞳孔の配置位置を任意の位置に転送することが可能となる。
【００５４】
【００５５】
また、請求項２に係る発明の画像表示装置では、２次元方向に偏向された光束を瞳孔に導くための光学系として少なくとも一組の曲率半径Ｒの凹面鏡と曲率半径ｒの凸面鏡とで構成された第１および第２の光学手段を利用することができ、球面収差、コマ収差、歪曲収差、非点収差、色収差等の諸収差の影響をなくし、かつ第１および第２の偏向手段における光束の偏向の角速度と、瞳孔位置における光束の偏向の角速度とを等しくすることができる。そして、光束が、第１の光学手段を通過後に、光路に対して９０度だけ回転した状態で略同一の構成の第２の光学手段を通過することができる。従って、結像特性が良好で、かつ歪みのない画面を表示することができるとともに、第１の光学手段を通過した場合にわずかに生ずる非点収差を第２の光学手段を通過することで相殺することができ、良好な画像を表示することができる。
【００５６】
【００５７】
また、請求項３に係る発明の画像表示装置では、請求項２に係る発明の効果に加え、観察者の瞳孔の配置位置とそれぞれの偏向中心とを共役の関係にすることができる。従って、観察者の網膜上に、結像特性が良好で、かつ歪みのない画面を表示することができる。
【００５８】
【００５９】
また、請求項４に係る発明の画像表示装置では、請求項３に係る発明の効果に加え、瞳孔位置転送手段が、第１または第２の光学手段は観察者の瞳孔が配置される位置を転送することができる。従って、観察者の瞳孔の配置位置を任意の位置に転送することが可能となる。
また、請求項５に係る発明では、請求項１または４に係る発明の効果に加え、結像性能および角速度の等速性を損なうことなく、自由度の高い観察位置に画像を表示することができる。
また、請求項６に係る発明の画像表示装置では、請求項２、３及び５の何れかに係る発明の効果に加え、凹面鏡の反射面を通して前方の実体を観察することができる。従って、表示画像と実体とを同時に観察する、いわゆるシースルー動作を行うことができる。
【００６０】
また、請求項７に係る発明の画像表示装置では、請求項１、及び３乃至６の何れかに係る発明の効果に加え、倍率変換手段が、第１または第２の光学手段は観察者の瞳孔が配置される位置に結像される像の結像倍率を変換することができる。従って、観察者の瞳孔位置で形成される画像の画角を拡大もしくは縮小することができる。
【００６１】
また、請求項８に係る発明の画像表示装置では、請求項１乃至７の何れかに係る発明の効果に加え、波面曲率変調手段が、光源から出射された光束の波面曲率を調整もしくは変調することができる。従って、形成される虚像の提示位置を好ましい位置に設定することができ、かつ偏向中心と共役な関係の観察者の瞳孔位置までの光路長の影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、網膜走査型ディスプレイ１の全体構成を示す全体構成図である。
【図２】図２は、走査ミラー３０の斜視図である。
【図３】図３は、反射光学系４０の特性を説明するための図である。
【図４】図４は、反射光学系４０，５０を、それぞれの光軸が直交する方向に配置した変形例を示す図である。
【図５】図５は、反射光学系４０，５０の配置特性を説明するための図である。
【図６】図６は、反射光学系６０によって瞳孔位置を転送する変形例を示す図である。
【図７】図７は、凹面鏡４１の一部をハーフミラー４１ｂとして構成することでシースルー動作を行うことのできる変形例を示す図である。
【図８】図８は、瞳孔位置２０３に結像される画像の結像倍率を変更することができる変形例を示す図である。
【図９】図９は、波面曲率変調手段１００を利用して観察者に立体視を提供することのできる変形例を示す図である。
【図１０】図１０は、波面曲率変調手段１００によりレーザ光が変調される態様を示す模式図である。
【図１１】図１１は、波面曲率変調手段１００によりレーザ光が変調される態様を示す模式図である。
【符号の説明】
１網膜走査型ディスプレイ
２光源ユニット部
１９ａポリゴンミラー
２１ａガルバノミラー
２４瞳孔
３０走査ミラー
４０，５０，６０反射光学系
４１凹面鏡
４１ｂハーフミラー
４２凸面鏡
７０レンズ
７１レンズ
１００波面曲率変調手段
２０１偏向中心
２０２曲率中心
２０３瞳孔位置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image display device that scans a light beam and projects an image directly on an observer's retina.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a so-called retinal scanning display has been known that draws light directly on the retina by two-dimensionally deflecting a weak light beam emitted from a light source such as a laser or LED into the observer's pupil. It has been. For example, this apparatus is proposed in Japanese Patent No. 2874208 by the applicant of the present application. This retinal scanning display is configured to be used by being worn on the observer's head in the same manner as glasses, for example, and can provide a high-definition image with a large angle of view.
[0003]
In such a retinal scanning display, conventional examples using a reflecting mirror or the like as a relay optical system for causing a deflected light beam to enter the pupil of an observer are disclosed in JP-A-11-160650, JP-A-11-142863, and the like. Has been proposed. Conventional examples using a diffractive optical element such as a hologram as a relay optical system have been proposed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 6-121256 and 11-64782.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the retinal scanning display proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-160650 does not use a lens or other optical element and thus does not cause chromatic aberration, but various aberrations such as spherical aberration, coma and astigmatism cannot be ignored. There is a problem that the imaging performance is deteriorated and the deviation of the condensing position in scanning cannot be ignored. In addition, the retinal scanning display proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-142663 utilizes the property that light emitted from the focal point is collected in another focal point in the spheroid, and the deviation of the condensing position does not occur. Deterioration of the imaging performance occurred. Furthermore, since an elliptical mirror is used, the refractive power varies depending on the reflection position, and a correction optical system is necessary to obtain good image formation in all deflection directions. In addition, even if the deflecting means deflects at a constant angular velocity, the angular velocity of the light beam is converted at the condensing position. To solve this, for example, a speed correction optical system such as an fθ lens or a scanning is synchronized. However, there is a problem that the configuration of the retinal scanning display becomes complicated.
[0005]
In addition, in the retinal scanning display proposed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 6-121256 and 11-64782, the angular velocity of deflection is not constant. Furthermore, in order to perform a so-called see-through operation such as observing through the front, there is a problem in that the hologram has an adverse effect and a good observation cannot be performed.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a retinal scanning display having no chromatic aberration, small aberrations, and no image distortion.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an image display device according to a first aspect of the present invention includes at least one light source, a modulation unit that modulates a light beam emitted from the light source in accordance with an image signal, and modulation by the modulation unit. First deflecting means for deflecting the emitted light beam in a first direction, and second deflection for deflecting the light beam deflected by the first deflecting means in a second direction substantially perpendicular to the first direction. An image display apparatus comprising: a first optical unit configured to make the light beam deflected by the first deflecting unit and the second deflecting unit incident on a pupil of an observer, wherein the first optical unit includes: A concave mirror having a radius of curvature R and a convex mirror having a radius of curvature r, and the mirror surfaces of the concave mirror and the convex mirror face each other so that their optical axes and the centers of curvature substantially coincide with each other.Furthermore, it comprises a pupil position transfer means for transferring the position where the pupil of the observer is arranged,At least one deflection center of the first and second deflecting means is present in a plane perpendicular to the optical axis including the curvature center, and a distance h between the deflection center and the curvature center is as follows: Meet relationshipThe observer's pupil is arranged at a position symmetrical to at least one of the first and second deflecting means with respect to the center of curvature.It has a configuration.
[Equation 3]

[0008]
In the image display apparatus having this configuration, the first optical means is composed of at least one pair of concave mirrors having a radius of curvature R and convex mirrors having a radius of curvature r as an optical system for guiding a light beam deflected in a two-dimensional direction to the pupil. The effect of various aberrations such as spherical aberration, coma aberration, distortion aberration, astigmatism and chromatic aberration is eliminated, and the angular velocity of light beam deflection in the first or second deflecting means and the pupil position The angular velocity of deflection of the light beam can be made equal.In addition, the arrangement position of the pupil of the observer and the deflection center can be in a conjugate relationship. Furthermore, the position where the observer's pupil is arranged can be transferred by the pupil position transfer means.
[0009]
[0010]
[0011]
Claims2The image display apparatus according to the invention includes at least one light source, a modulation unit that modulates a light beam emitted from the light source according to an image signal, and deflects the light beam modulated by the modulation unit in a first direction. The first deflecting means, the second deflecting means for deflecting the light beam deflected by the first deflecting means in a second direction substantially perpendicular to the first direction, and the first deflecting means Second optical means for making the light beam deflected in the first direction incident on the second deflecting means, and the light beam deflected in the second direction by the second deflecting means into the pupil of the observer An image display device comprising first optical means for entering the light source,The first and second optical means include at least a pair of concave mirrors having a radius of curvature R and a radius of curvature. each of the pair of concave mirrors and convex mirrors face each other so that the optical axis and the center of curvature substantially coincide with each other, and the first deflection with respect to the center of curvature of the second optical means. A deflection center of the second deflection means is disposed at a position symmetrical to the deflection center of the means, and is perpendicular to the optical axis including the deflection center of the first deflection means and the center of curvature of the second optical means. A first surface and a second surface perpendicular to the optical axis including the deflection center of the second deflecting unit and the center of curvature of the first optical unit are orthogonal to each other, and the first and second The deflection center of each of the deflection means and the curvature center of each of the first and second optical means are in the second plane,The distance h between the deflection center and the curvature center satisfies the following relationship.
[Expression 4]

[0012]
In the image display device having this configuration, the first and second optical systems are configured by at least one pair of concave mirrors having a radius of curvature R and convex mirrors having a radius of curvature r as an optical system for guiding a light beam deflected in a two-dimensional direction to the pupil. The optical means can be used, the influence of various aberrations such as spherical aberration, coma aberration, distortion aberration, astigmatism and chromatic aberration is eliminated, and the angular velocity of light beam deflection in the first and second deflection means, The angular velocity of deflection of the light beam at the pupil position can be made equal.Then, after passing through the first optical means, the light beam can pass through the second optical means having substantially the same configuration while being rotated by 90 degrees with respect to the optical path.
[0013]
[0014]
[0015]
Claims3An image display apparatus according to the present invention is2In addition to the configuration of the invention described in (2), the pupil of the observer is disposed at a position symmetrical to the center of curvature of the first optical unit and the center of curvature of the second deflecting unit. It has a configuration.
[0016]
In the image display device with this configuration,2In addition to the operation of the invention according to the above, it is possible to have a conjugate relationship between the position of the observer's pupil and each deflection center.
[0017]
[0018]
[0019]
Claims4An image display apparatus according to the present invention is3In addition to the configuration of the invention described above, the first or second optical means includes pupil position transfer means for transferring a position where the pupil of the observer is arranged.
[0020]
In the image display device with this configuration,3In addition to the operation of the invention according to the above, the pupil position transfer means can transfer the position where the observer's pupil is arranged by the first or second optical means.
Further, in the invention according to claim 5, in addition to the structure of the invention according to claim 1 or 4, the pupil position transfer means includes a concave mirror and a convex mirror.
In the image display device having this configuration, in addition to the operation of the invention according to claim 1 or 4, it is possible to transfer the placement position of the observer's pupil to an arbitrary position.
An image display device according to a sixth aspect of the present invention provides:

Claims

2, 3 and 5In addition to the structure of any one of the inventions, the first optical meansOr the pupil position transfer meansThe part of the mirror surface of the concave mirror on which the last stage of reflection is performed transmits a part of the light beam.
In the image display device having this configuration,

Claims

2, 3 and 5In addition to the operation of the invention according to any one of the above, the front entity can be observed through the reflecting surface of the concave mirror.
[0021]
Claims7The image display device of the invention according toClaims 1 and 3 to 6In addition to the configuration of any of the inventions, the first or second optical means includes a magnification conversion means for converting an imaging magnification of an image formed at a position where the pupil of the observer is disposed. ing.
[0022]
In the image display device having this configuration,Claims 1 and 3 to 6In addition to the operation of the invention according to any one of the above, the magnification conversion means can convert the image formation magnification of the image formed at the position where the observer's pupil is arranged in the first or second optical means. .
[0023]
Claims8The image display apparatus according to the present invention is the first aspect.7In addition to any of the configurations of the invention described above, wavefront curvature modulation means for adjusting or modulating the wavefront curvature of the light beam emitted from the light source is provided.
[0024]
In the image display apparatus with this configuration,7In addition to the operation of any of the inventions, the wavefront curvature modulation means can adjust or modulate the wavefront curvature of the light beam emitted from the light source.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an image display apparatus embodying the present invention will be described with reference to the drawings. First, with reference to FIGS. 1-3, the whole structure of the retinal scanning display 1 which is an example of this Embodiment is demonstrated. FIG. 1 is an overall configuration diagram showing the overall configuration of the retinal scanning display 1. FIG. 2 is a perspective view of the scanning mirror 30. FIG. 3 is a diagram for explaining the characteristics of the reflection optical system 40.
[0026]
As shown in FIG. 1, the retinal scanning display 1 is provided with a light source unit 2 for processing a video signal supplied from the outside. The light source unit 2 is provided with a video signal supply circuit 3 that receives an external video signal and generates each signal as an element for synthesizing the video based on the video signal. A signal 4, a horizontal synchronizing signal and a vertical synchronizing signal are output. A horizontal scanning system driving circuit 28 and a vertical scanning system driving circuit 29 for driving the scanning mirror 30 based on the horizontal synchronization signal and the vertical synchronization signal are provided. The light source unit 2 emits laser light based on the red (R), green (G), and blue (B) video signals transmitted as the video signal 4 from the video signal supply circuit 3. An R laser driver 10, a G laser driver 9, and a B laser driver 8 are provided for driving the R laser 13, the G laser 12, and the B laser 11, respectively. Further, the first collimating optical system 14 provided so as to collimate the laser light emitted from each laser into parallel light, the dichroic mirror 15 for synthesizing the collimated laser lights, and the synthesized laser light as light. A coupling optical system 16 leading to the fiber 17 is provided. The light source unit 2 is the “modulation means” in the present invention.
[0027]
The retinal scanning display 1 also includes a second collimating optical system 18 that collimates the laser light propagated from the light source unit 2 again into parallel light, and a scanning mirror that scans the collimated laser light in the horizontal and vertical directions. 30 and a reflection optical system 40 for allowing the scanned laser light to enter the pupil 24 of the observer. As shown in FIG. 2, the scanning mirror 30 includes a mirror surface 31, a shaft 32, a mirror frame 33, and a shaft 34, and the mirror surface 31 is mirrored in the vertical direction by the shaft 32. It is supported by the frame 33 and can be rotated in the left-right direction (in the direction of arrow D in the figure) by a driving device (not shown) to which a driving voltage is applied from the horizontal scanning system driving circuit 28. Further, the mirror frame 33 is supported by a support body (not shown) by a shaft 34 protruding in the left-right direction, and is vertically moved (not shown) by a drive device (not shown) to which a drive voltage is applied from the vertical scanning system drive circuit 29. It can be rotated in the direction of arrow E in the figure. The scanning mirror 30 is the “first deflection unit” and the “second deflection unit” in the present invention.
[0028]
As shown in FIG. 1, the reflecting optical system 40 includes a concave mirror 41 having a radius of curvature R and a convex mirror 42 having a radius of curvature r. The mirror surface 41a of the concave mirror 41 and the mirror surface 42a of the convex mirror 42 face each other. is doing. The concave mirror 41 and the convex mirror 42 have respective optical axes (axis lines that pass through the respective focal points and are orthogonal to the plane consisting of the quasi-line) substantially overlapping on the same line, and the center of curvature 202 of the concave mirror 41 and the convex mirror. 42 curvature centers 202 'are substantially coincident with each other. The scanning mirror 30 is located at a position 201 (hereinafter referred to as “deflection center 201”) at a distance h from the curvature centers 202 and 202 ′ in a plane including the curvature centers 202 and 202 ′ and orthogonal to the optical axis. The position of the upper deflection point, that is, the position where the center of the light beam of the laser beam emitted from the second collimating optical system 18 corresponds to the mirror surface 31 is arranged, and on the line connecting the curvature centers 202 and 202 ′ and the deflection center 201. Thus, the observer's pupil 24 is arranged at a position 203 (hereinafter referred to as “pupil position 203”) that is point-symmetric with respect to the center of

curvature

202, 202 ′. The reflection optical system 40 is the “first optical means” in the present invention, and the pupil position 203 is the “position symmetrical to the deflection center” in the present invention.
[0029]
In the reflective optical system 40, the image height h, which is the distance between the optical axis and the image point, that is, the distance between the curvature centers 202 and 202 ′ and the pupil position 203, is the difference between the curvature centers 202 and 202 ′ and the deflection center 201. It coincides with the distance h and satisfies the following formula.
[Equation 5]

The laser light incident on the concave mirror 41 from the deflection center 201 and reflected by the mirror surface 41a in the direction of the convex mirror 42 is reflected again by the mirror surface 42a in the direction of the concave mirror 41 and then reflected again by the mirror surface 41a. That is, after the reflection is repeated three times, it enters the pupil position 203. This principle is described in detail in Japanese Patent Publication No. 57-51083, Japanese Patent Publication No. 60-39205, and the like. Here, the characteristics will be briefly described with reference to FIG.
[0030]
Next, as shown in FIG. 3, the reflective optical system 40 is an optical system configured such that the curvature radius r of the convex mirror 42 is about ½ of the curvature radius R of the concave mirror 41. Formula (1) is the intersection (M) of the straight line including the deflection center 201 and parallel to the optical axis and the mirror surface 41a of the concave mirror 41, the centers of

curvature

202, 202 ′ (K), and the mirror surface 42a of the convex mirror 42. The triangle NMK composed of the intersection (N) with the optical axis satisfies the condition that the angle between the equilateral side and the base, that is, the isosceles triangle in which the reflection angle of the laser light incident on the concave mirror 41 is θ.
[0031]
The positional relationship between the concave mirror 41 and the convex mirror 42 is axially symmetric on a plane with the straight line JL connecting the deflection center 201 (J) and the pupil position 203 (L) as the rotation axis. Therefore, when the light beam emitted from the deflection center 201 to the concave mirror 41 is emitted in a direction perpendicular to the paper surface, the deflection angle (not shown) is a light beam incident on the pupil position 203 via the reflection optical system 40. Is the same as the deflection angle. Accordingly, at the deflection center 201, the deflection at the constant angular velocity with the straight line JL as the rotation axis is preserved at the pupil position 203 at the constant angular velocity even after passing through the reflection optical system 40.
[0032]
Further, when the reflection optical system 40 is rotated clockwise or counterclockwise with a straight line perpendicular to the paper surface including the centers of curvature 202 and 202 'as a rotation axis, when the rotation angle is small, deflection by the rotation is performed. The influence of the deviation of the center 201 and the pupil position 203 can be almost ignored and can be regarded as being substantially axially symmetric. That is, it can be considered that the deflection angle α in the direction parallel to the paper surface at the deflection center 201 is substantially the same as the deflection angle α also at the pupil position 203. Therefore, at the deflection center 201, the deflection at the equiangular velocity about the straight line including the curvature centers 202 and 202 ′ as the rotation axis is preserved at the pupil position 203 at the equiangular velocity even after passing through the reflection optical system 40. It will be. In this case, when the radius of curvature r of the convex mirror 42 is slightly larger than ½ of the radius of curvature R of the concave mirror 41, specifically about 0.52 times, the effective angle of the deflection angle α is the largest. Can be bigger.
[0033]
Further, since the reflection optical system 40 is an optical system in which the refractive index changes on the optical path and does not pass through an optical element such as a lens, the wavefront curvature of the light flux at the deflection center 201 is conjugate with the deflection center 201. It will be stored at position 203.
[0034]
The reflective optical system 40 having such characteristics has an advantage that spherical aberration, coma aberration, and distortion aberration among the third-order aberrations are corrected at the pupil position 203. In addition, astigmatism is corrected to almost zero by satisfying the condition of Equation (1). Further, since no lens or the like is used, chromatic aberration does not occur.
[0035]
Next, the process from when the image display apparatus according to the embodiment of the present invention receives an image signal from the outside until the image is projected onto the retina of the observer will be described with reference to FIG.
[0036]
As shown in FIG. 1, in the retinal scanning display 1 of the present embodiment, when the video signal supply circuit 3 provided in the light source unit 2 is supplied with an external video signal, the video signal supply circuit 3 is A video signal 4 including an R video signal, a G video signal, and a B video signal for outputting laser beams of red, green, and blue, a horizontal synchronization signal, and a vertical synchronization signal are output. The R laser driver 10, the G laser driver 9, and the B laser driver 8 respectively drive the R laser 13, the G laser 12, and the B laser 11 based on the input R video signal, G video signal, and B video signal. Output a signal. Based on this drive signal, the R laser 13, the G laser 12, and the B laser 11 respectively generate laser beams and output them to the first collimating optical system 14. The laser light generated from the point light source is collimated into parallel light by the first collimating optical system 14, and further, is incident on the dichroic mirror 15 to be combined into one light beam, and then combined optical system 16. To be incident on the optical fiber 17.
[0037]
When the laser light propagated through the optical fiber 17 is emitted from the optical fiber 17, it is collimated again by the second collimating optical system 18 and is incident on the scanning mirror 30. Then, a scanning voltage is applied to the driving device (not shown) of the scanning mirror 30 from the horizontal scanning system driving circuit 28 and the vertical scanning system driving circuit 29 in synchronization with the horizontal synchronizing signal and the vertical synchronizing signal. The mirror surface 31 is rotated in the horizontal and vertical directions, and the laser light incident on the mirror surface 31 is reflected while being scanned in the horizontal and vertical directions. Further, the scanned laser light is incident on the mirror surface 41a of the concave mirror 41 of the reflection optical system 40, and is reflected three times between the mirror surface 42a of the convex mirror 42 as described above. The light enters the pupil 24 of the observer at the conjugate position and is projected onto the retina. The observer can recognize the image by the laser light thus two-dimensionally scanned and projected onto the retina.
[0038]
As described above, in the retinal scanning display 1 according to the present embodiment, the laser beam emitted from the light source unit 2 is scanned in the horizontal direction and the vertical direction by the scanning mirror 30 and is configured by the concave mirror 41 and the convex mirror 42. Is incident on the reflected optical system 40 and the scanning mirror 30deflectionThe light can enter the pupil 24 of the observer arranged at a position having a conjugate relationship with the surface. By passing the scanned laser light through the reflection optical system 40, the image formed on the observer's retina is affected by spherical aberration, coma, distortion, and astigmatism among the third-order aberrations. Can not be. Further, since no lens or the like is used, the influence of chromatic aberration does not occur. Further, the laser beam is deflected at an equal angular velocity by scanning the laser beam, but the deflection velocity is preserved even after passing through the reflection optical system 40, so that an optical system for correcting the velocity is not used. In both cases, a good image can be displayed on the retina of the observer.
[0039]
Needless to say, the present invention can be variously modified. For example, as shown in FIG. 4, a reflection optical system 50 equivalent to the reflection optical system 40 is provided between the second collimation optical system 18 and the reflection optical system 40, and laser light emitted from the second collimation optical system 18. Is scanned in the horizontal direction by the polygon mirror 19a connected to the horizontal scanning system drive circuit 28, passes through the reflection optical system 50, and the laser beam emitted from the reflection optical system 50 is connected to the vertical scanning system drive circuit 29. The galvano mirror 21a may scan in the vertical direction and pass through the reflection optical system 40, and the laser light emitted from the reflection optical system 40 may enter the pupil 24 of the observer. The reflective optical system 50 is the “second optical means” in the present invention.
[0040]
In this case, as shown in FIG. 5, the reflecting optical system 50 is composed of a concave mirror 51 with a radius of curvature R having a mirror surface 51a and a convex mirror 52 with a radius of curvature r having a mirror surface 52a. The deflection center 211, the curvature center 212, and the pupil position 213 of the reflection optical system 50 correspond to the deflection center 201, the curvature center 202, and the pupil position 203 of the reflection optical system 40, respectively. The reflective optical system 50 and the reflective optical system 40 are arranged so that their optical axis directions are orthogonal to each other. That is, in the drawing, the optical axis direction of the reflective optical system 50 is the Y-axis direction, and the optical axis direction of the reflective optical system 40 is a direction perpendicular to the paper surface. Further, a line (X-axis direction) connecting the deflection center 211 and the pupil position 213 including the curvature center 212 of the reflection optical system 50 and a deflection center 201 including the curvature center 202 of the reflection optical system 40 and the pupil position 203 are connected. The line (Y-axis direction) is orthogonal to the XY plane, and the pupil position 213 of the reflection optical system 50 is arranged so as to coincide with the deflection center 201 of the reflection optical system 40.
[0041]
The deflection surface of the polygon mirror 19a is disposed at the deflection center 201 of the reflection optical system 50. The polygon mirror 19a scans the laser light (incidence direction is arbitrary) incident from the second collimating optical system 18 in the + Y direction. The light is reflected and incident on the mirror surface 51 a of the concave mirror 51. The laser light is reflected three times between the mirror surface 51a of the concave mirror 51 and the mirror surface 52a of the convex mirror 52 in the same manner as described above, and then is emitted from the reflection optical system 50 (−Y direction). The deflection surface of the galvanometer mirror 21 a disposed at the deflection center 201 is conjugate with the deflection surface of the polygon mirror 19 a at the deflection center 211. The galvanometer mirror 21 a reflects the laser beam while scanning it in a direction perpendicular to the paper surface, and enters the mirror surface 41 a of the concave mirror 41 of the reflection optical system 40. Similarly to the reflection optical system 50, the laser light is reflected three times between the mirror surface 41 a of the concave mirror 41 and the mirror surface 42 a of the convex mirror 42 in the reflection optical system 40, so that the pupil is conjugated with the deflection center 201. The light is emitted to the position 203. An observer's pupil 24 is arranged at the pupil position 203, and the pupil position 203 and the deflection center 201, and the pupil position 213 and the deflection center 211 are in a conjugate relationship with each other. The laser light incident on the deflecting surface of the mirror 19 a becomes conjugate at the position of the pupil 24. Further, the laser beam is scanned in the horizontal direction and the vertical direction by the polygon mirror 19a and the galvanometer mirror 21a, respectively, and is formed as an image at the position of the pupil 24 of the observer.
[0042]
As a feature of this modification, a line (X-axis direction) connecting the deflection center 211 and the pupil position 213 and a line (Y-axis direction) connecting the deflection center 201 and the pupil position 203 are orthogonal to each other on the same plane. Yes. After being collimated by the second collimating optical system 18, the polygon mirror 19adeflectionWhen the laser light incident on the surface passes through the reflection optical system 50, the mirror surfaces 51a and 52a at the passage locations are not flat surfaces, but are spherical surfaces inclined in the X-axis direction with respect to the depth direction of the laser light. An optical path difference occurs in an arbitrary portion on the light cross section. That is, in the reflection optical system 50, the shape of the cross section of the laser beam that is changed while passing between the concave mirror 51 and the convex mirror 52 is converged so as to be conjugate with the deflection center 211 at the pupil position 213. Although it is configured, a slight shift occurs between the X axis direction and the Y axis direction at the convergence position of the laser beam, and the polygon mirror 19adeflectionThe cross section of the laser beam that was circular on the surface is the galvanometer mirror 21a.deflectionIn the plane, an ellipse having a major axis in the X-axis direction is formed. This astigmatism is corrected to almost zero by satisfying the condition of the formula (1), but it still occurs slightly. However, when passing through the reflective optical system 40, the laser light now passes through the reflective surface inclined in the Y-axis direction, as in the case of passing through the reflective optical system 50. The optical path difference of an arbitrary portion on the cross section of the laser light that has passed through 50 and 40 is uniformly canceled in the X-axis direction and the Y-axis direction and becomes the same. Therefore, in this modification, astigmatism does not occur, and a good image can be incident on the pupil 24 of the user.
[0043]
Further, the modification shown in FIG. 6 is an example in which the reflection optical system 60 is added to the modification shown in FIG. The reflective optical system 60 is an optical system equivalent to the reflective

optical systems

40 and 50, and includes a concave mirror 61 with a radius of curvature R having a mirror surface 61a and a convex mirror 62 with a radius of curvature r having a mirror surface 62a. Are the same as those of the reflection

optical systems

40 and 50, and the deflection center 221 of the reflection optical system 60, the center of curvature (not shown), and the pupil position 223 are the deflection centers 201 and 211 of the reflection

optical systems

40 and 50, respectively. , Corresponding to the curvature centers 202 and 212 and the pupil positions 203 and 213. The reflection optical system 60 has a configuration in which the optical axis thereof is parallel to the optical axis of the reflection optical system 40, and the pupil position 203 of the reflection optical system 40 coincides with the deflection center 221 of the reflection optical system 60 and faces each other. ing. When the reflection optical system 60 is arranged in this manner, the deflection center 221 and the pupil position 223 have a conjugate relationship as described above, so that the pupil position 203 can be transferred to the pupil position 223. That is, it becomes possible to move the position of the observer's pupil 24. Further, by using an optical system equivalent to the plurality of reflection optical systems 60, the position of the pupil 24 can be transferred to an arbitrary position. The reflection optical system 60 is the “pupil position transfer means” in the present invention.
[0044]
Further, as shown in FIG. 7, a part of the concave mirror 41 of the reflection optical system 40 may be configured as a half mirror 41b. In this case, for example, by setting the concave mirror 41 closer to the pupil position 203 than the optical axis as the half mirror 41b, a part of the laser light passing through the reflection optical system 40 is emitted to the pupil position 203 and the outside of the concave mirror 41. It is possible to allow the luminous flux from one side to pass and enter the pupil 24. That is, the pupil 24 scans the scanning mirror 30 disposed at the deflection center 201 and passes through the reflection optical system 40, and the position outside the concave mirror 41 with respect to the pupil 24, for example, the outside world. From the position of the object 25, the light beam that is transmitted through the half mirror 41 b and incident on the pupil 24 is combined and incident.
[0045]
Further, as shown in FIG. 8, two

lenses

70 and 71 having different focal lengths are arranged with the optical axis as an extension line passing through the pupil position 203 from the concave mirror 41 in a direction parallel to the optical axis direction of the reflective optical system 40. Further, by disposing the user's pupil 24 on the optical axis, the imaging magnification of the image formed at the pupil position 203 conjugate with the deflection center 201 is changed and incident on the observer's pupil 24. It becomes possible. When the focal length of the lens 70 is f and the focal length of the lens 71 is f ′, the pupil position 203 of the reflective optical system 40, the principal point position 231 of the lens 70, the principal point position 232 of the lens 71, It is arranged coaxially with the observer's pupil position 233. The laser light, which is parallel light that has passed through the reflective optical system 40 and further passed through the pupil position 203, enters the lens 70, is refracted when passing through the lens 70, and is focused at a distance f from the principal point. . The laser light is incident on the lens 71 at a position separated from the focal position by a distance f ′ with the same spread angle as the convergence angle due to the refraction of the lens 70. Since the focal length of the lens 71 is f ′, the laser light is collimated again into parallel light, and an image formed at the pupil position 203 is formed again at the pupil position 233. At this time, the beam diameter of the laser light before passing through the lens 70 can be converted to a magnification of f ′ / f when passing through the lens 71. That is, the laser light incident on the pupil 24 can be enlarged or reduced by a combination of the magnifications of the

lenses

70 and 71. The

lenses

70 and 71 are “magnification conversion means” in the present invention.
[0046]
Further, as shown in FIG. 9, a wavefront curvature modulation unit 100 may be provided between the second collimating optical system 18 of the retinal scanning display 1 and the scanning mirror 30. The wavefront curvature modulation means 100 of the retinal scanning display 1 in this modification is composed of a variable focus lens 101 and a convex lens 102. The light source unit 2 is provided with a wavefront curvature modulation means driving circuit 23, which is connected to the wavefront curvature modulation means driving circuit 23 based on the depth signal output from the video signal supply circuit 3. A drive voltage is applied to the curvature modulation means 100. Other configurations of the retinal scanning display 1 are the same as those in the above-described embodiment.
[0047]
Here, the modulation of the wavefront curvature will be described. The light emitted from the light source is propagated as a so-called isospherical spherical wave that travels at the same speed and in the same phase in all directions around the light source, but the spherical wave depends on the distance between the light source and the observer. The radius of curvature of has different. When the light source is near, the image is projected onto the observer's retina as an image having a small radius of curvature, and when the light source is far away, the image is projected as an image having a large radius of curvature. The observer can recognize this deviation in the radius of curvature and feel a sense of perspective. By artificially modulating the curvature of the spherical wave of light, that is, the wavefront curvature, and expressing it with an image or the like, in this modification, it is possible to provide a viewer with a stereoscopic view that is closer to a natural sensation.
[0048]
Next, as shown in FIG. 10, the varifocal lens 101 of the wavefront curvature modulation means 100 holds the transparent fluid 104 between the two diaphragms 103, and the wavefront curvature modulation means drive circuit 23 (FIG. 9). The piezoelectric bimorph 105 to which the drive voltage output from the reference is applied is driven to deform the diaphragm 103, thereby changing the focal position of the variable focus lens 101. Laser light collimated into parallel light by the second collimating optical system 18 enters the varifocal lens 101 as incident light from the −X direction. The distance between the principal point of the variable focus lens 101 and the principal point of the convex lens 102 is fixed at 2 × f0.
[0049]
When the focal length f1 of the varifocal lens 101 is adjusted to be the same distance f0 as that of the convex lens 102, the laser light that has passed through the varifocal lens 101 is between the principal point of the varifocal lens 101 and the principal point of the convex lens 102. Since the light is focused in the middle and is incident on the convex lens 102 as light emitted in the + X direction from the distance f0 in the −X direction, the laser light passing through the convex lens 102 is collimated to parallel light. The wavefront curvature modulation unit 100 emits the laser light collimated into the parallel light in the + X direction as outgoing light.
[0050]
Further, as shown in FIG. 11, when the diaphragm 103 is changed by driving the piezoelectric bimorph 105 and the focal length f1 of the variable focus lens 101 is adjusted to be smaller than f0, the variable focus lens 101 is moved from the −X direction. The incident laser light passes through the varifocal lens 101 and then converges at a distance f1 longer than the focal distance f0 of the convex lens 102. Further, the laser light is incident on the convex lens 102 as light emitted in the + X direction from a distance 2f0-f1 in the −X direction, that is, light emitted from a position closer to the focal length f0 of the convex lens 102. In this case, the laser light that has passed through the convex lens 102 having the focal length f0 is not collimated into parallel light, and the wavefront curvature modulation unit 100 emits the laser light in the + X direction as emitted light of diffused light having a spread angle. The diffused light having this spreading angle has the same wavefront curvature as the laser light emitted from the apparent light emission point 125.
[0051]
The laser light whose wavefront curvature is thus modulated is scanned in the horizontal and vertical directions by the scanning mirror 30, passes through the reflection optical system 40, and enters the pupil 24 of the observer. As described above, the deflection center 201 and the pupil position 203 are in a conjugate relationship, so that the deflection center 201, that is, the scanning mirror 30deflectionThe wavefront curvature of the laser light at the surface is preserved at the pupil position 203. Then, when the observer focuses on the apparent light emission point 125 of the laser light that has entered the eye from the pupil 24, the laser light is imaged on the retina of the observer. By the way, since the observer can identify the difference in the wavefront curvature of the laser light by the focusing operation (so-called adjustment action), the observer can recognize the perspective based on the difference in the wavefront curvature of the laser light. it can. That is, it is felt that a laser beam having a large wavefront curvature is emitted from a close position, and a laser beam having a small wavefront curvature is emitted from a distant position. Therefore, in this case, the observer is given the apparent light emission point 125 and the scanning mirror 30 conjugate to the position of the pupil 24.deflectionIt is recognized that a laser light emission point exists at a position corresponding to the distance from the surface.
[0052]
Further, the radius of curvature of the concave mirror or the radius of curvature of the convex mirror of the reflecting

optical systems

40, 50, and 60 does not have to be the same, and the relationship of Equation (1) is such that the relationship between the deflection center and the pupil position is conjugate. Should be satisfied.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, in the image display device according to the first aspect of the present invention, at least a pair of concave mirrors with a radius of curvature R and convex mirrors with a radius of curvature r as an optical system for guiding a light beam deflected in a two-dimensional direction to the pupil. The first optical means constituted by the above can be used, the influence of various aberrations such as spherical aberration, coma aberration, distortion aberration, astigmatism and chromatic aberration is eliminated, and in the first or second deflection means The angular velocity of light beam deflection and the angular velocity of light beam deflection at the pupil position can be made equal.In addition, the arrangement position of the pupil of the observer and the deflection center can be in a conjugate relationship. Furthermore, the position where the observer's pupil is arranged can be transferred by the pupil position transfer means.Therefore, it is possible to display a screen having good imaging characteristics and no distortion.At the same time, the position of the observer's pupil can be transferred to an arbitrary position.
[0054]
[0055]
Claims2In the image display device according to the invention, the first and first optical systems for guiding a light beam deflected in a two-dimensional direction to the pupil include at least a pair of concave mirrors having a radius of curvature R and convex mirrors having a radius of curvature r. 2 optical means can be used, the influence of various aberrations such as spherical aberration, coma aberration, distortion aberration, astigmatism and chromatic aberration is eliminated, and the angular velocity of light beam deflection in the first and second deflection means is The angular velocity of deflection of the light beam at the pupil position can be made equal.Then, after passing through the first optical means, the light beam can pass through the second optical means having substantially the same configuration while being rotated by 90 degrees with respect to the optical path.Therefore, it is possible to display a screen having good imaging characteristics and no distortion.At the same time, astigmatism that occurs slightly when passing through the first optical means can be canceled by passing through the second optical means, and a good image can be displayed.
[0056]
[0057]
Claims3In the image display device of the invention according to claim2In addition to the effect of the invention according to the above, it is possible to have a conjugate relationship between the position of the observer's pupil and each deflection center. Therefore, it is possible to display a screen with good imaging characteristics and no distortion on the retina of the observer.
[0058]
[0059]
Claims4In the image display device of the invention according to claim3In addition to the effects of the invention, the pupil position transfer means can transfer the position where the observer's pupil is arranged by the first or second optical means. Therefore,It is possible to transfer the position of the observer's pupil to an arbitrary position.
Further, in the invention according to claim 5, in addition to the effect of the invention according to claim 1 or 4, it is possible to display an image at an observation position with a high degree of freedom without impairing the imaging performance and the constant velocity of the angular velocity. it can.
In the image display device of the invention according to claim 6,

Claims

2, 3 and 5In addition to the effect of the invention according to any of the above, the front entity can be observed through the reflecting surface of the concave mirror. Therefore, it is possible to perform a so-called see-through operation in which the display image and the substance are observed simultaneously.
[0060]
Claims7In the image display device according to the invention,Claims 1 and 3 to 6In addition to the effect of the invention according to any one of the above, the magnification conversion means can convert the imaging magnification of the image formed at the position where the observer's pupil is arranged, with the first or second optical means. . Therefore, the angle of view of the image formed at the pupil position of the observer can be enlarged or reduced.
[0061]
Claims8In the image display apparatus according to the present invention,7In addition to the effects of any of the inventions, the wavefront curvature modulation means can adjust or modulate the wavefront curvature of the light beam emitted from the light source. Therefore, the presentation position of the formed virtual image can be set to a preferable position, and the influence of the optical path length to the observer's pupil position having a conjugate relationship with the deflection center can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an overall configuration of a retinal scanning display 1. FIG.
FIG. 2 is a perspective view of a scanning mirror 30. FIG.
FIG. 3 is a diagram for explaining the characteristics of the reflective optical system 40;
FIG. 4 is a view showing a modification in which the reflecting

optical systems

40 and 50 are arranged in directions in which the respective optical axes are orthogonal to each other.
FIG. 5 is a diagram for explaining the arrangement characteristics of the reflecting

optical systems

40 and 50;
FIG. 6 is a diagram showing a modified example in which the pupil position is transferred by the reflective optical system 60;
FIG. 7 is a diagram showing a modification example in which a see-through operation can be performed by configuring a part of the concave mirror 41 as a half mirror 41b.
FIG. 8 is a diagram showing a modification in which the imaging magnification of an image formed at the pupil position 203 can be changed.
FIG. 9 is a diagram showing a modification example in which stereoscopic viewing can be provided to an observer using the wavefront curvature modulation means 100. FIG.
FIG. 10 is a schematic diagram showing a mode in which laser light is modulated by wavefront curvature modulation means 100. FIG.
FIG. 11 is a schematic diagram showing a mode in which laser light is modulated by wavefront curvature modulation means 100. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Retina scanning display
2 Light source unit
19a Polygon mirror
21a Galvano mirror
24 pupil
30 Scanning mirror
40, 50, 60 reflective optical system
41 concave mirror
41b half mirror
42 Convex mirror
70 lenses
71 lens
100 Wavefront curvature modulation means
201 Center of deflection
202 Center of curvature
203 Pupil position

Claims

At least one light source;
Modulation means for modulating the light beam emitted from the light source according to the image signal;
First deflecting means for deflecting the light beam modulated by the modulating means in a first direction;
Second deflecting means for deflecting the light beam deflected by the first deflecting means in a second direction substantially perpendicular to the first direction;
An image display device comprising: first optical means for causing the light beams deflected by the first and second deflecting means to enter the pupil of the observer,
The first optical means includes
At least one pair of concave mirrors with a radius of curvature R and convex mirrors with a radius of curvature r, and the mirror surfaces of the concave mirror and the convex mirror face each other so that their optical axes and centers of curvature substantially coincide with each other.
Furthermore, it comprises a pupil position transfer means for transferring the position where the pupil of the observer is arranged,
At least one deflection center of the first and second deflecting means is present in a plane perpendicular to the optical axis including the curvature center, and a distance h between the deflection center and the curvature center is as follows: and it meets the relationship, image, characterized in that at least one of the deflection center at symmetrical positions, the pupil of the observer is located within the respect to the center of curvature the first and second deflecting means Display device.

At least one light source;
Modulation means for modulating the light beam emitted from the light source according to the image signal;
First deflecting means for deflecting the light beam modulated by the modulating means in a first direction;
Second deflecting means for deflecting the light beam deflected by the first deflecting means in a second direction substantially perpendicular to the first direction;
Second optical means for causing the light beam deflected in the first direction by the first deflecting means to enter the second deflecting means;
An image display device comprising: first optical means for causing the light beam deflected in the second direction by the second deflecting means to enter an observer's pupil;
The first and second optical means each include at least one set of concave mirrors having a radius of curvature R and convex mirrors having a radius of curvature r, and the optical surfaces and the centers of curvature of the mirror surfaces of the concave mirrors and the convex mirrors of each set are substantially the same. Face to face,
The deflection center of the second deflection means is arranged at a position symmetrical to the deflection center of the first deflection means with respect to the center of curvature of the second optical means;
A first surface perpendicular to the optical axis including a deflection center of the first deflection means and a curvature center of the second optical means; the deflection center of the second deflection means; and the first optical A second plane perpendicular to the optical axis including the center of curvature of the means,
The deflection center of each of the first and second deflection means and the curvature center of each of the first and second optical means are present in the second plane, and the deflection center and the curvature center. An image display device characterized in that the distance h between the two satisfies the following relationship:

3. The image display apparatus according to claim 2 , wherein the observer's pupil is disposed at a position symmetrical to the deflection center of the second deflection means with respect to the curvature center of the first optical means. .

4. The image display apparatus according to claim 3 , wherein the first or second optical means includes pupil position transfer means for transferring a position where the pupil of the observer is disposed.

The image display apparatus according to claim 1, wherein the pupil position transfer unit includes a concave mirror and a convex mirror.

In the first optical means or the pupil position transfer means ,
6. The image display device according to claim 2, wherein a part of the mirror surface of the concave mirror that is subjected to the last-stage reflection transmits a part of the light beam.

Claim 1 and 3 wherein the first or second optical means is characterized by having a magnification conversion means for converting the imaging magnification of the image formed at a position where the pupil of the observer is located 7. The image display device according to any one of items 6 to 6 .

The image display apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising a wavefront curvature modulation means for adjusting or modulating the wavefront curvature of the emitted light beam from the light source.