JPH11326817A - 走査型映像観察光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、十分な瞳径と視野角が得られ、か
つ走査手段において必要振幅と大きさの相反する関係を
断ち切ることにより高速走査が可能な構成とした走査型
映像観察光学系を提供することを目的とする。 【解決手段】 光束を第１の方向に走査する第１の走査
手段と、光束を第２の方向に走査する第２の走査手段
と、第１、第２の走査手段で走査された光束を観察者の
瞳７に導き観察可能にする観察光学系６とを備え、第１
の方向と光軸に平行な第１の断面において第１の走査手
段３と瞳７は略共役であり、第２の方向と光軸に平行な
第２の断面において第２の走査手段４と瞳７は略共役で
あり、第１の断面において像面と略一致または略共役な
第１の方向に光束を拡散させる第１の光束拡散部材と第
２の断面において像面と略一致または略共役な第２の方
向に光束を拡散させる第２の光束拡散部材のうち少なく
とも一方を備えた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばヘッドアッ
プディスプレイやヘッドマウントディスプレイに用いら
れる、光源から発光される光束を走査して観察者の瞳に
導き、観察者の残像現象を利用することにより観察者に
映像を提供する走査型映像観察光学系に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図１２に、従来の一般的な走査型映像観
察光学系の構成図を示す。光源１より射出された光束
は、変調機２により光強度に変調をかけられ第１の走査
ミラー３に入射する。第１の走査ミラー３は回転軸３ａ
を中心に回動可能に保持されており、所定の振幅、周波
数で回転振動する。この回転振動により、入射した光束
は、反射されると同時に第１の走査方向に走査される。

【０００３】第１の走査ミラー３で走査された光束は第
２の走査ミラー４に入射する。第２の走査ミラー４は第
１の走査ミラー３の回転軸３ａに垂直な回転軸４ａを持
ち、所定の振幅、周波数で回転振動する。この回転振動
により、入射した光束は、反射されると同時に第２の走
査方向に走査される。この光学系においては、第１の走
査方向と第２の走査方向は互いに垂直である。

【０００４】第１、第２の走査ミラー３、４により走査
された光束は、半透過面５で反射されて接眼レンズ６に
入射する。接眼レンズ６の片面は反射面６ａとなってお
り、光束を再び半透過面５側に折り返す。折り返された
光束は半透過面５を透過し観察者の瞳７に与えられる。
そして、残像現象により観察者に映像が観察される。

【０００５】このような映像観察光学系によると、液晶
表示素子などの２次元表示素子を用いないため、表示素
子の画素数に左右されず高精細な映像を提供することが
できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような映像観察
光学系において、映像の観察可能な視野角、及び観察者
の見易さにつながる射出瞳径は、走査部材の振幅、大き
さと密接な関係がある。この関係について走査部材２６
を例に図１３、図１４を用いて説明する。図１３、図１
４は、映像観察光学系の光軸を直線で表し、その直線上
に各構成要素を並べて便宜的に表した断面図であり、光
束を反射させる部材（走査ミラーと反射面を有する接眼
レンズ）についても光束が透過するように表している。
以下、本明細書においては、このような図を近軸配置図
ということにする。

【０００７】尚、図１３、図１４は走査部材２６の走査
方向に平行な平面における断面図であり、構成要素とし
ては、変調機２、走査部材２６、接眼レンズ６、走査部
材２６に光束を集光させるための集光光学系２７のみを
図示した簡略図である。走査部材２６は、できるだけ小
さい構成とするために、瞳７に対して共役な位置に配置
してある。

【０００８】まず、図１３（ａ）、（ｂ）を用いて視野
角と走査部材２６の必要振幅の関係を説明する。視野角
とは、瞳に対する光束の最大の傾きである。図１３
（ａ）において視野角をａ₀で示し、この視野角ａ₀に対
応した走査部材２６の必要振幅をａ'₀で示す。視野角を
ａ₀＜ａ₁であるａ₁とする場合、図１３（ｂ）を見ると
わかるように走査角ａ'₁についてもａ'₀＜ａ'₁となる。
つまり、視野角が大きくなるとそれにつれて走査部材２
６の必要振幅も増大する。

【０００９】次に、図１４（ａ）、（ｂ）を用いて射出
瞳径と走査部材２６の大きさの関係を説明する。図１４
（ａ）において、射出瞳径をｄ₀で示し、この射出瞳径
ｄ₀の光束を得るために必要な走査部材２６の断面方向
の長さをｄ'₀で示す。射出瞳径をｄ₀＜ｄ₁であるｄ₁と
する場合、図１４（ｂ）を見るとわかるように走査部材
２６の断面方向の長さｄ'₁についてもｄ'₀＜ｄ'₁とな
る。つまり、射出瞳径が大きくなるとそれにつれて走査
部材２６の大きさも大きくなる。

【００１０】また、走査部材２６の振幅と大きさにも密
接な関係がある。この関係について図１５を用いて説明
する。図１５は、図１３、図１４と同様に従来の映像観
察光学系を簡略化した近軸配置図である。図１５（ａ）
は、走査部材２６が瞳７に共役で、結像倍率が等倍つま
り瞳７から接眼レンズ６までの距離をＬ、走査部材２６
から接眼レンズ６までの距離をＬ'とするとＬ／Ｌ'＝１
となる場合を示す図である。この場合、走査部材２６の
必要な振幅ａ'、必要な断面方向の長さｄ'は各々視野角
ａ、射出瞳径ｄと同じである。

【００１１】図１５（ｂ）は、走査部材２６が瞳７に共
役で、結像倍率が等倍以下つまりＬ／Ｌ'＜１となる場
合を示す図である。この場合、図を見るとわかるよう
に、走査部材２６の必要振幅ａ'は視野角ａに比べて小
さくなるが、走査部材２６の必要な断面方向の長さｄ'
は射出瞳径ｄに比べて大きくなる。また、図示しない
が、結像倍率が等倍以上の場合は、走査部材２６の必要
な大きさは小さくなるが、必要振幅は大きくなる。つま
り、走査部材２６の必要振幅と大きさは完全に相反す
る。

【００１２】上記のように、視野角を大きくまた瞳径を
大きくする場合、走査部材の必要振幅、大きさはともに
増大し高速な走査が困難となる。また、従来の光学系に
おいて、ある視野角と瞳径を有する構成とする場合、走
査部材２６の必要振幅と大きさには上記のように相反す
る関係があり、その両方を小さくすることは原理的に不
可能である。

【００１３】本発明は、上記問題点を鑑みて、十分な瞳
径と視野角が得られ、かつ走査手段において必要振幅と
大きさの相反する関係を断ち切ることにより高速走査が
可能な構成とした走査型映像観察光学系を提供すること
を目的とする。

【００１４】

【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に記載の発明は、光束を発生する光源と、
光束の強度を変調する強度変調手段と、光束を光軸に対
して第１の方向に走査する第１の走査手段と、光束を光
軸に対して第１の方向とは異なる第２の方向に走査する
第２の走査手段と、第１、第２の走査手段で走査された
光束を観察者の瞳に導き観察可能にする観察光学系とを
備えた走査型映像観察光学系において、第１の走査手段
は光軸と第１の方向に平行な第１の断面において観察者
の瞳位置と略共役となる位置に配設されており、第２の
走査手段は光軸と第２の方向に平行な第２の断面におい
て観察者の瞳位置と略共役となる位置に配設されてお
り、前記観察光学系によって観察者が観察するための像
が第１の断面に形成される光学的な位置を第１の像面、
第２の断面に形成される光学的な位置を第２の像面とす
ると、第１の像面近傍または第１の断面において第１の
像面と略共役となる位置に配設されており光束を第１の
方向に拡散させる第１の光束１次元拡散部材と、第２の
像面近傍または第２の断面において第２の像面と略共役
となる位置に配設されており光束を第２の方向に拡散さ
せる第２の光束１次元拡散部材のうち少なくとも一方を
備えた構成とする。

【００１５】走査部材（走査手段）の配設位置は、瞳と
共役な位置に近い程、小さい構成とすることができる。
このことについて、図１６を用いて説明する。図１６
は、瞳７、接眼レンズ６、像面１５、走査部材２６を含
む簡単な光学系の近軸配置図である。瞳７において、あ
る瞳径ｄを有する光束が接眼レンズ６を介して与えられ
るとする。この光束を走査する走査部材２６は、瞳７と
共役な位置Ｐ１に配設される場合に、最も小さい構成と
することができる。共役な位置Ｐ１からずれるほど、走
査する光束の幅が広くなり、大きな構成とする必要が生
じる。例えば、共役位置Ｐ１からずれた位置Ｐ２では、
共役位置Ｐ１より大きな走査部材２６を配設する必要が
ある。

【００１６】上記構成においては、第１の走査手段は第
１の断面において観察者の瞳位置と略共役となる位置に
配設されており、第２の走査手段は第２の断面において
観察者の瞳位置と略共役となる位置に配設されている。
つまり、第１の走査手段は、第１の断面上の辺の長さに
関して最も短い構成とすることができる。第２の走査手
段は第２の断面上の辺の長さに関して最も短い構成とす
ることができる。回転振動することにより走査を行う走
査部材の一例を図１７に示す。

【００１７】走査部材２６は、軸２６ａを回転中心軸と
して矢印２８の方向に回転振動して、走査面２６ｂで光
束を偏向させながら反射することにより走査を行う。こ
のとき、回転振動のモーメントは、走査面２６ｂが小さ
い程小さくなり、高速振動が可能となる。しかし、ｂ₁
の長さがモーメントに与える影響はｂ₂に比べてはるか
に大きく、ｂ₁、ｂ₂がともに短くなくても、ｂ₁が短い
だけで回転振動のモーメントは十分小さくなる。

【００１８】この走査部材２６が、第１の走査手段であ
る場合は、ｂ₁は第１の断面上の長さとなる。第２の走
査手段である場合は、第２の断面上の長さとなる。つま
り、第１の走査手段は第１の断面上の長さに関して短い
構成とすることができ、第２の走査手段は第２の断面上
の長さに関して短い構成とすることができる上記のよう
な構成により、各走査手段の回転振動のモーメントを非
常に小さくできることになる。

【００１９】また、上記構成は、第１の像面近傍または
第１の断面において第１の像面と略共役な位置近傍に配
設されており光束を第１の方向に拡散させる第１の光束
１次元拡散部材と、第２の像面近傍または第２の断面に
おいて第２の像面と略共役な位置近傍に配設されており
光束を第２の方向に拡散させる第２の光束１次元拡散部
材のうち少なくとも一方を備えた構成である。

【００２０】このような構成により、走査手段を大きく
することなく瞳径の拡大を図ることができる。この原理
を図１８を用いて説明する。図１８（ａ）、（ｂ）は、
像面１５と、接眼レンズ６と、瞳７のみを示した簡単な
近軸配置図である。瞳径ｄは、像面１５上での光束の拡
がり角ｃが大きい程大きくなる。図１８（ｂ）を見ると
わかるように、ｃ'＞ｃとすると、ｄ'＞ｄとなる。

【００２１】上記のように、像面近傍もしくは像面と略
共役な位置近傍に拡散部材を配設することで、光束を拡
散させて拡がり角の大きな光束とし、瞳径の拡大を図る
ことができる。

【００２２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の走査型映像観察光学系において、第１の１次元拡散部
材はその拡散面の光軸に対する傾きが第１の像面と略一
致するように配設されており、第２の１次元拡散部材は
その拡散面の光軸に対する傾きが第２の像面と略一致す
るように配設されている構成とする。光束１次元拡散部
材は観察者に観察される映像が形成される像面と光学的
に一致するのでこのような構成とすることにより観察像
の傾きが抑えられる。

【００２３】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の走査型映像観察光学系において、第１、第２
の１次元拡散部材は回折素子である構成とする。このよ
うに、１次元の拡散に回折を用いることにより、拡散方
向、拡散角度などを精度よく制御できる。

【００２４】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３
いずれかに記載の走査型映像観察光学系において、第１
の１次元拡散部材が第２の走査手段上に形成されて備え
られている構成とする。また、請求項５に記載の発明
は、請求項１乃至４いずれかに記載の走査型映像観察光
学系において、第２の１次元拡散部材が第１の走査手段
上に形成されて備えられている構成とする。

【００２５】このように、拡散部材と走査手段を一つの
部材で構成することにより、部品点数を削減できる。

【００２６】請求項６に記載の発明は、請求項４または
５に記載の映像観察光学系において、第１、第２の走査
手段のうち光学的に後方に配設されている走査手段上に
拡散部材が形成されている場合、該走査手段に光束は垂
直な角度で入射する構成とする。

【００２７】拡散部材が形成されている走査手段は、像
面と光学的に一致する。この走査手段が、光学的に後方
に配置されている場合、像面の傾きを抑えるためには光
束は垂直な角度で入射する構成とする必要がある。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。従来の技術で用いた図面上の構成要
素と同一のものについては同一の符号を付す。 〈第１の実施形態〉図１に第１の実施形態の走査型映像
観察光学系の近軸配置図を示す。３、４はそれぞれ回転
振動により光束を走査する第１の走査部材（第１の走査
手段）、第２の走査部材（第２の走査手段）である。第
１の走査部材３は、光軸に垂直な第１の方向に光束を走
査する。第２の走査部材４は、光軸と第１の方向に垂直
な第２の方向に光束を走査する。

【００２９】図１（ａ）は、光軸を含む第１の方向に平
行な面（第１の断面）における断面図である。図１
（ｂ）は、光軸を含む第２の方向に平行な面（第２の断
面）における断面図である。

【００３０】光源１から射出された光束は、変調機（強
度変調手段）２によって強度変調され第１の走査部材３
に入射する。光束は第１の走査部材３により、第１の方
向に走査され、第２の光束１次元拡散部材１３に入射す
る。

【００３１】第２の光束１次元拡散部材１３は、第２の
方向のみに光束を拡散させる。第１の方向に関しては光
束に影響を与えない。第２の光束１次元１次元拡散部材
１３に入射した光束は、第２の方向のみ予め決められた
角度に拡散される。ここで拡散された光束は、第２の走
査部材４に入射する。第２の走査部材４に入射した光束
は、第２の方向に走査され、シリンダーレンズ１４に入
射する。

【００３２】シリンダーレンズ１４は第２の方向におい
てのみに屈折力をもつアナモルフィックな光学系であ
り、第２の断面において第２の光束１次元拡散部材１３
と接眼レンズ６の像面１５を共役な関係にする機能を有
する。従って、第２の光束１次元拡散部材１３により第
２の方向のみに拡散された光束は接眼レンズ６の像面１
５上に集光される。

【００３３】光束はシリンダーレンズ１４を介して像面
１５位置に配設された第１の光束１次元拡散部材１２に
与えられる。第１の光束１次元拡散部材１２は、第１の
方向のみに光束を拡散し、第２の方向に関しては光束に
影響を与えない。第１の光束１次元拡散部材１２に入射
した光束は、第１の方向のみ予め決められた角度に拡散
される。像面１５で結像された光束は接眼レンズ６を通
して観察者の瞳７に入射し観察される。

【００３４】上記構成において、走査部材３、４は、小
さくなるように第１の断面において第１の走査部材３と
瞳７は共役、第２の断面において第２の走査部材４と瞳
７は共役となるように各々配設されている。つまり、各
々の走査部材３、４において、回転振動のモーメントに
大きく影響する方向の辺の長さを短くできるように構成
されている。また、第１の方向、第２の方向各々に関し
て光束１次元拡散部材１２または１３を用いて瞳径の拡
大を図っているため、瞳径の拡大を走査部材３、４の大
きさを大きくすることにより達成する必要がなくなり、
先述のような走査部材の大きさと振幅の相反する関係が
断ち切られている。

【００３５】本実施形態において、第１、第２の走査部
材３、４の瞳に対する結像倍率は各々等倍以下となって
おり（図１参照）、視野角に比べて必要振幅は減少し、
かつ走査部材の大きさと振幅の相反する関係は断ちきら
れているため走査部材３、４の大きさも小さく構成され
ている。

【００３６】ここで、具体的な映像表示を行った場合の
各々の走査部材３、４に求められる走査について図２を
用いて簡単に説明する。想定として、ハイビジョン相当
の映像を表示する場合を考える。ハイビジョン映像のア
スペクト比は１６：９、１秒間に表示しなければならな
いフレーム数は６０フレーム、必要な水平走査線数は約
１０００本である。

【００３７】水平方向の走査周波数は、水平走査線数×
フレーム数によって与えられるので６０kHzとなり、垂
直方向の走査周波数は、フレーム数でよいので６０Hzと
なる。このように、必要な走査周波数は水平方向の方が
垂直方向に比べて大きく、必要な走査角度も水平方向の
方が大きいので、水平方向の走査の方が圧倒的に高速な
走査を必要とする。一般に水平方向の走査は主走査、垂
直方向の走査は副走査と呼ばれる。

【００３８】本実施形態では、第２の走査部材４は、第
１の走査部材３より光学的に後方に配置されているた
め、第１の走査部材３の走査角度をカバーする大きさが
必要であり、第１の走査部材３に比べて大きな構成とす
る必要がある。よって、小さい構成が可能な第１の走査
部材３を主走査に用いることで、本発明の効果がより発
揮される構成とする。

【００３９】〈第２の実施形態〉図３に第２の実施形態
の走査型映像観察光学系の近軸配置図を示す。図３
（ａ）、（ｂ）は第１の実施形態の図１（ａ）、（ｂ）
に対応する図である。第１の実施形態と異なる点のみを
説明する。本実施形態においては、第１の走査部材３、
第２の走査部材４上に各々第２の光束１次元拡散部材１
３、第１の光束１次元拡散部材１２が形成されている。
１７は、第１の方向、第２の方向に対して異なる光学的
屈折力を有するアナモルフィックレンズである。

【００４０】１４は、第１の方向に関してのみ屈折力を
有するシリンダーレンズ、１６は第２の方向に関しての
み屈折力を有するシリンダーレンズである。アナモルフ
ィックレンズ１７、シリンダーレンズ１４、１６によ
り、第２の走査部材４（第１の光束１次元拡散部材１
２）は第１の断面において像面１５と、第１の走査部材
３（第２の光束１次元拡散部材１３）は第２の断面にお
いて像面１５と略共役な関係にあり、各々の光束１次元
拡散部材１２、１３により所定の角度に拡散された光束
は像面１５にて結像する。

【００４１】本実施形態の構成によると、走査部材上に
光束１次元拡散部材を形成した構成で第１の実施形態と
同様の効果が得られる。

【００４２】〈第３の実施形態〉図４に第３の実施形態
の走査型映像観察光学系の近軸配置図を示す。図４
（ａ）、（ｂ）は第１の実施形態の図１（ａ）、（ｂ）
に対応する図である。第１の実施形態と異なる点のみを
説明する。本実施形態において、観察光学系は第１の方
向と第２の方向で屈折力の異なる２つのアナモルフィッ
クレンズ１１ａ、１１ｂで構成されている。

【００４３】観察光学系により観察者が観察するための
像が第１の断面で形成される光学的な位置を第１の像
面、第２の断面で形成される光学的な位置を第２の像面
とすると、アナモルフィックな観察光学系により第１の
像面と第２の像面は一致しない。それぞれの位置を図面
上１５ａと１５ｂで示す。尚、第１、第２の実施形態に
おいては、２つの像面が一致するので、第１、第２の像
面を区別していない。１８はコンデンサレンズである。

【００４４】本実施形態においては、第１の像面１５ａ
と、第２の断面における瞳７との共役面を一致させるこ
とにより、第２の断面において瞳７との共役位置に配置
された第２の走査部材４上に第１の光束１次元拡散部材
１２を配置可能としている。第１の光束１次元部材１２
が一体に形成された第２の走査部材４において、第１の
方向への光束の拡散と、第２の方向への走査がなされ
る。

【００４５】また、第１の断面において瞳７との共役位
置に配置された第１の走査部材３を、第２の断面におい
ては第２の像面と共役となる位置に配置することによっ
て、第１の走査部材３上に第２の光束１次元拡散部材１
３を一体配置可能としている。第２の光束１次元拡散部
材１３が一体に形成された第１の走査部材３において、
第２の方向への光束の拡散と、第１の方向への走査がな
される。このような配置構成とすることにより、第１、
第２の実施形態と同様の効果が得られるとともに、第
１、第２の実施形態の構成に比べて部品点数を削減する
ことができ、さらに共役関係が簡素化されるため全長の
短いコンパクトな構成をとることが可能となる。

【００４６】第２、第３の実施形態の構成においては、
第２の走査部材４を第１の断面での像面と一致、または
共役な関係となる位置に配置しているため、第２の走査
部材４は大きくなっている。しかし、先述のように副走
査はそれほど高速な走査を必要としないことにより第２
の走査部材４を副走査に用いれば問題とはならない。

【００４７】図５に、図４に示した第３の実施形態の走
査型映像観察光学系の具体的な構成例を示す。図５は第
２の断面における構成図である。走査部材３、４は回転
軸に支持された反射ミラーで構成されている。第１の走
査部材３で走査された光束は、２つの反射ミラー１９
ａ、１９ｂで反射された後コンデンサレンズ１８に入射
するように構成されている。２１は、半透過面２０と、
第２の走査部材４に対向するようにアナモルフィックレ
ンズ１１ｂが構成されているプリズムである。２２は、
半透過面２２ａが構成されているプリズムである。

【００４８】アナモルフィックレンズ（接眼レンズ）１
１ａは、片面１１ａ'が裏面反射面となっている。本構
成例においては、接眼レンズ１１ａを半透過面２２ａの
反射側に配置する構成としたが、接眼レンズ１１ａを半
透過面２２ａの透過側（図の下方）に配置し、接眼レン
ズ１１ａで反射された光束が半透過面２２ａで反射され
て瞳７に導かれる構成にすることも可能である。この場
合、半透過面２２ａが外界（瞳の正面、図面の右側）か
らの光束と映像表示光束を重合するコンバイナとして機
能するような構成とすることにより、外界の例えば風景
などと表示を重ねて観察できるシースルー型の観察光学
系となる。

【００４９】次に、光束１次元拡散部材１２、１３によ
り光束が拡散される様子を図６を用いて説明する。図６
は、図５に示した構成例の第２の走査部材４近傍の一部
の光束の状態を模式的に示す斜視図である。第２の走査
部材４は、回転軸４ａを中心として矢印２４の方向に回
転振動することにより入射光束を第２の方向に走査す
る。第１の走査部材３上に一体配置されている第２の光
束１次元拡散部材１３により第２の方向に拡散された扇
状の光束２３は半透過面２０に入射し反射光として第２
の走査部材４に垂直入射する。

【００５０】第２の走査部材４には、第１の光束１次元
拡散部材１２が一体配置されており、第２の走査部材４
に入射した第２の方向のみに拡散された光束２３はここ
で第１の方向に拡散される。第２の走査部材４から射出
する光束は第１、第２の方向ともに拡散された光束とな
る。

【００５１】図７に光束１次元拡散部材１２、１３の構
成例を示す。本構成例は、最大高さ約０．３５μｍ、ピ
ッチ約３０μｍのグループを配置した回折格子を用いた
例である。図７はこの回折格子の部分拡大図を示した図
である。図８に、この回折格子に光束が入射された場合
に得られる光束拡散状態を模式的に示す。図中の円の大
きさは光の強度比を、円の線種は光の波長を示す。図で
は、波長を代表して緑（Ｇ）、青（Ｂ）、赤（Ｒ）の拡
散状態を示す。Ｇ、Ｒ、Ｂの円の線種をそれぞれ実線、
点線、一点鎖線とする。尚、図８のＡ、Ｂの長さと方向
は、図７のＡ、Ｂの長さと方向に対応する。

【００５２】図を見るとわかるように光束は１次元の方
向のみに拡散しており、さらに各波長においてほぼ均等
に拡散されていることがわかる。このように、回折格子
を用いて光束拡散を行うと精度よく所望の拡散を得るこ
とができる。

【００５３】以上、本発明を実施する第１〜第３の実施
形態の走査型映像観察光学系を示したが、本発明の走査
型映像観察光学系はこれらの構成に限定されない。上記
においては、第１の方向、第２の方向それぞれに光束を
拡散する２つの光束１次元拡散部材を配置したが、どち
らか一方のみを配置する構成としても何ら問題はない。
配置する拡散部材を選択する事により所望の方向のみに
瞳径の拡大を図ることも可能である。

【００５４】以下、第１〜第３の実施形態とは異なる構
成の走査型映像観察光学系を構成する際に、また第１〜
第３の実施形態の光学系を具体的に構成する際に重要と
なる点を２点説明する。

【００５５】一つは、走査方向と拡散方向が一致する走
査部材と拡散部材を一体配置できないという点である。
仮に図９に示すように、第１の光束１次元拡散部材１２
と第１の走査部材（反射面）３を一体配置させたとする
と、光束を拡散させる方向と光束を走査する方向が同じ
なので、走査によって偏向された光束と拡散された光束
が重なる。

【００５６】例えば走査部材３が３ａの状態のとき、入
射光束８の反射光束は８ａとなる。このとき、第１の光
束１次元拡散部材１２が所定の角度で光束を拡散させる
ことにより反射光束８ａが例えば９ａの範囲内に拡散さ
れるとする。これに対し、走査部材３が３ｂの状態のと
きは、入射光束８の反射光束は８ｂとなり、反射光束８
ｂが９ｂの範囲内に拡散される。

【００５７】走査方向と拡散方向が同じであるために、
図を見てもわかるように、拡散範囲９ａと９ｂが重なる
重複範囲９ａｂが生じてしまう。この重複範囲９ａｂの
光束はゴーストとなり観察者に観察されるので、このよ
うな一体配置は不可能である。同様に、走査方向と拡散
方向の一致する第２の走査部材４と第２の光束１次元拡
散部材１３を一体に配置することはできない。

【００５８】もう一つの重要な点は、光学的に後方に配
置された光束１次元拡散部材が走査部材と一体配置され
ている場合、この部材において光束は垂直に入射するよ
うに構成されている必要がある。第２の実施形態を例に
挙げて説明する。第２の実施形態の場合、光学的に後方
に配置された第１の光束１次元拡散部材１２は、第２の
走査部材４に一体配置されている。第２の走査部材４は
回転軸４ａを中心に回転振動する反射ミラーで構成され
ているものとする。

【００５９】光学的に後方に配置された第１の光束１次
元拡散部材１２には、その光学的前方においてすでに第
２の光束１次元拡散部材１３により１次元の光束拡散が
かけられており、光束は傾きが変化しながら入射する。
この光束を第２の走査部材４に入射させた場合、光束の
拡がり、または光束の傾きにより光束は第２の走査部材
４の回転軸４ａ上から外れた走査面上に必ず当たる。

【００６０】図１０に示すように、光束を第２の走査手
段４に垂直以外の角度で入射させた場合、走査部材４の
回転軸４ａと垂直な方向において像面１５との光学的間
隔にずれが生じ、ひいては像面１５と結像面１５'にず
れが生じる。このずれにより観察像が光軸方向に傾いて
観察されることになり、不具合となる。

【００６１】これを防止するためには、第２の走査手段
４に光束は垂直に入射させることが必要となる。図１１
に示すように、透過面２５を設けて光束が垂直に入射す
るようにすると、拡散部材１２の拡散面と像面１５の光
学的距離が拡散面上どの点でも等価となり、結像面１
５'と像面１５を一致させることができる。

【００６２】

【発明の効果】本発明の走査型映像観察光学系による
と、２つの走査部材ともに小さい構成とすることができ
る。さらに、瞳径の拡大を拡散部材を用いることにより
達成しているので、走査部材の必要振幅と大きさの相反
する関係を断ち切ることができる。従って、必要振幅を
小さくするような構成としても、走査部材を大きくする
必要がない。

【００６３】このような構成によると、小さい走査部材
により高速走査つまり高精細な映像の表示が可能とな
る。また、必要振幅を小さく構成できるので、視野角の
拡大可能な範囲が広くなる。さらに、走査部材を大きく
することなく瞳径の拡大を図ることができるので、瞳径
の拡大可能な範囲が広くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施形態の走査型映像観察光学系の第
１の断面（ａ）、第２の断面（ｂ）における近軸配置
図。

【図２】 ハイビジョン相当の映像を表示する場合の説
明図。

【図３】 第２の実施形態の走査型映像観察光学系の第
１の断面（ａ）、第２の断面（ｂ）における近軸配置
図。

【図４】 第３の実施形態の走査型映像観察光学系の第
１の断面（ａ）、第２の断面（ｂ）における近軸配置
図。

【図５】 第３の実施形態の走査型映像観察光学系の具
体的な構成例を示す図。

【図６】 光束１次元拡散部材が一体配置された第２の
走査部材近傍の光束の状態を模式的に示す図。

【図７】 光束１次元拡散部材の構成例を示す図。

【図８】 図７に示した光束１次元拡散部材において得
られる光束拡散状態を模式的に示す図。

【図９】 走査方向と拡散方向が一致する走査部材と拡
散部材を一体配置した場合の光束の状態を示す図。

【図１０】 光束１次元拡散部材が一体配置された第２
の走査部材に光束が垂直以外の角度で入射するときの像
面と結像面のずれを示す説明図。

【図１１】 光束１次元拡散部材が一体配置された第２
の走査部材に光束が垂直の角度で入射するときの像面と
結像面の一致を示す説明図。

【図１２】 従来の一般的な走査型映像観察光学系の構
成図。

【図１３】 視野角と走査部材の必要振幅の関係を説明
するための図。

【図１４】 射出瞳径と走査部材の大きさの関係を説明
するための図。

【図１５】 走査部材の振幅と大きさの関係を説明する
ための図。

【図１６】 走査部材の配置位置と大きさの関係を説明
するための図。

【図１７】 走査部材の一例を示す図。

【図１８】 像面上での光束の拡がり角と瞳径の大きさ
の関係を説明するための図。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 変調機 ３ 第１の走査部材 ４ 第２の走査部材 ６ 接眼レンズ ７ 瞳 １２ 第１の光束１次元拡散部材 １３ 第２の光束１次元拡散部材 １４ フィールドレンズ １５ 像面 １５ａ 第１の像面 １５ｂ 第２の像面

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光束を発生する光源と、光束の強度を変
   調する強度変調手段と、光束を光軸に対して第１の方向
   に走査する第１の走査手段と、光束を光軸に対して第１
   の方向とは異なる第２の方向に走査する第２の走査手段
   と、第１、第２の走査手段で走査された光束を観察者の
   瞳に導き観察可能にする観察光学系とを備えた走査型映
   像観察光学系において、 第１の走査手段は光軸と第１の方向に平行な第１の断面
   において観察者の瞳位置と略共役となる位置に配設され
   ており、 第２の走査手段は光軸と第２の方向に平行な第２の断面
   において観察者の瞳位置と略共役となる位置に配設され
   ており、 前記観察光学系によって観察者が観察するための像が第
   １の断面に形成される光学的な位置を第１の像面、第２
   の断面に形成される光学的な位置を第２の像面とする
   と、 第１の像面近傍または第１の断面において第１の像面と
   略共役となる位置に配設されており光束を光軸に対して
   第１の方向に拡散させる第１の光束１次元拡散部材と、
   第２の像面近傍または第２の断面において第２の像面と
   略共役となる位置に配設されており光束を光軸に対して
   第２の方向に拡散させる第２の光束１次元拡散部材のう
   ち少なくとも一方を備えたことを特徴とする走査型映像
   観察光学系。
2. 【請求項２】 第１の１次元拡散部材はその拡散面の光
   軸に対する傾きが第１の像面と略一致するように配設さ
   れており、第２の１次元拡散部材はその拡散面の光軸に
   対する傾きが第２の像面と略一致するように配設されて
   いることを特徴とする請求項１に記載の走査型映像観察
   光学系。
3. 【請求項３】 第１、第２の１次元拡散部材は回折素子
   であることを特徴とする請求項１または２に記載の走査
   型映像観察光学系。
4. 【請求項４】 第１の１次元拡散部材が第２の走査手段
   上に形成されて備えられていることを特徴とする請求項
   １乃至３いずれかに記載の走査型映像観察光学系。
5. 【請求項５】 第２の１次元拡散部材が第１の走査手段
   上に形成されて備えられていることを特徴とする請求項
   １乃至４いずれかに記載の走査型映像観察光学系。
6. 【請求項６】 第１、第２の走査手段のうち光学的に後
   方に配設されている走査手段上に拡散部材が形成されて
   いる場合、該走査手段に光束は垂直な角度で入射するこ
   とを特徴とする請求項４または５に記載の映像観察光学
   系。