JP2016161670A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】視認性に優れた画像表示装置を提供すること。【解決手段】画像表示装置１は、観察者の頭部に装着して使用される画像表示装置であって、映像信号に基づき変調された映像光を生成する映像光生成部と、観察者の頭部の側方に位置し、かつ、映像光を第１の方向に主走査し、第１の方向と直交する第２の方向に副走査する光走査部３６（光スキャナー）と、光走査部３６によって走査された映像光Ｌ２が入射され、入射された映像光Ｌ２を回折させ、観察者の左眼ＥＹＬに向けて射出する光回折部６５（回折光学素子）と、を備え、主走査の振幅の中心と副走査の振幅の中心との交差点Ｐ１における映像光Ｌ２が光回折部６５の表面で反射された反射光Ｌ９が右眼ＥＹＲに入射しないように、左眼ＥＹＬの中心と右眼ＥＹＲの中心と交差点Ｐ１とを含む平面Ｆ１（仮想平面）に対して、光回折部６５の表面の交差点Ｐ１における法線Ｎ１が傾いていることを特徴とする。【選択図】図９

Description

本発明は、画像表示装置に関するものである。

瞳の網膜に直接レーザーを照射し、使用者に画像を視認させる表示装置としてヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）が知られている。

ヘッドマウントディスプレイは、一般に、光を出射する発光装置と、出射した光が使用者の網膜を走査するように光路を変更する走査手段と、を備えている。このようなヘッドマウントディスプレイにより、使用者は、例えば外の景色と走査手段によって描かれる画像の双方を同時に視認することができる。

例えば、特許文献１には、ビームを出力する光源と、光源から出力されたビームを走査する走査部と、走査部で走査されたビームをユーザーの眼に向かう方向へ偏向する偏向部と、を備えるビーム走査型表示装置（ヘッドマウントディスプレイ）が開示されている。この表示装置では、偏向部としてホログラムミラーを用い、ホログラムにおける回折を利用して、走査部で走査されたビームがそれぞれユーザーの眼に向かうように偏向させることができる。

国際公開第ＷＯ２００９／０４１０５５号

一方、走査部で走査されたビームの光量の一部は、上記のようにホログラムミラーで回折されず、ホログラムミラーの表面で正反射することがある。このようにして反射したビーム（０次回折光）は、ホログラムミラーで回折されたビームが向かう眼とは異なる眼に入射するおそれがある。例えば、回折されたビームがユーザーの左眼に向かうように設計されているホログラムミラーの場合、その表面で反射したビームは、右眼に入射するおそれがある。

図１６は、従来の画像表示装置の構成を、観察者の頭部に装着された状態において示す図である。

図１６に示す画像表示装置９は、光源９１と、走査部９２と、ホログラムミラーで構成された偏向部９３と、これらが固定されているフレーム９４と、を備えている。

画像表示装置９において光源９１から射出された映像光のビームは、走査部９２において走査されつつ、偏向部９３に到達する。図１６では、一例として、映像光Ｌ９０１および映像光Ｌ９０２の光跡を実線の矢印で図示している。偏向部９３に到達したこれらの映像光Ｌ９０１、Ｌ９０２は、偏向部９３において回折され、それぞれ左眼ＥＹＬに向けて射出される。これにより、左眼ＥＹＬでは、映像光Ｌ９０１、Ｌ９０２で形成された画像を視認することができる。

一方、図１６に示す破線の矢印は、映像光Ｌ９０１、Ｌ９０２の一部が偏向部９３のホログラムミラーで回折されず、ホログラムミラーの表面で反射することによって発生した反射光Ｌ９０３、Ｌ９０４の光跡を示している。

具体的には、図１６に示す画像表示装置９では、左眼ＥＹＬの網膜に対してホログラムミラーの表面が正対しているので、映像光Ｌ９０１の一部は、ホログラムミラーの表面で反射されると、左眼ＥＹＬと右眼ＥＹＲとを含む平面内であって、かつ、左眼ＥＹＬと右眼ＥＹＲとの間の空間Ｓ１へ射出される。同様に、映像光Ｌ９０２の一部は、ホログラムミラーの表面で反射されると、右眼ＥＹＲよりもさらに右側の空間Ｓ２へ射出される。このような場合、図１６に図示した反射光Ｌ９０３と反射光Ｌ９０４との間には、ホログラムミラーの表面で反射した映像光の一部が反射される確率が高くなる。その結果、左眼ＥＹＬに入射すべき映像光の一部が、右眼ＥＹＲに入射する確率が高くなる。

このようにして右眼に入射した映像光は、意図せず入射したものであるため、右眼が視認すべき画像や外の景色の視認性を低下させる。
本発明の目的は、視認性に優れた画像表示装置を提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の画像表示装置は、観察者の頭部に装着して使用される画像表示装置であって、
映像信号に基づき変調された映像光を生成する映像光生成部と、
前記観察者の頭部の側方に位置し、かつ、前記映像光を第１の方向に主走査し、前記第１の方向と直交する第２の方向に副走査する光スキャナーと、
前記光スキャナーによって走査された前記映像光が入射され、当該入射された前記映像光を回折させ、前記観察者の一方の眼に向けて射出する回折光学素子と、
を備え、
前記主走査の振幅の中心と前記副走査の振幅の中心との交差点における前記映像光が前記回折光学素子の表面で反射された光が前記観察者の他方の眼に入射しないように、前記観察者の一方の眼の中心と、前記観察者の他方の眼の中心と、前記交差点と、を含む仮想平面に対して、前記回折光学素子の表面の前記交差点における法線が傾いていることを特徴とする。

これにより、映像光の一部が回折光学素子の表面で反射された場合でも、その反射光が観察者の他方の眼に入射する確率を十分に低くすることができるので、他方の眼が視認すべき画像や外の景色の視認性が低下するのを避けることができ、視認性の高い画像表示装置を得ることができる。

本発明の画像表示装置では、前記副走査の振幅の中心を通過するように前記主走査された光の走査面は、前記仮想平面に対して、前記法線と同じ側に傾いていることが好ましい。

これにより、回折光学素子の表面は、光スキャナーに対してより正対に近い状態となる。このため、光スキャナーによって映像光を走査する際に必要な走査領域の補正の量を少なくすることができる。その結果、補正に伴う画質の低下をより小さく抑えることができる。

本発明の画像表示装置では、前記回折光学素子の表面の前記交差点における法線が、前記仮想平面よりも前記観察者の頭頂側に位置するように、前記仮想平面に対して傾いていることが好ましい。

これにより、反射光は、仮想平面から観察者の頭頂側へ離れる方向へ射出されることとなり、他方の眼に意図しない光が入射し難くなるので、他方の眼の視認性が低下するのを避けることができる。

本発明の画像表示装置では、前記回折光学素子の表面の前記交差点における法線が、前記仮想平面よりも前記観察者の胴体側に位置するように、前記仮想平面に対して傾いていることが好ましい。

これにより、反射光は、仮想平面から観察者の胴体側へ離れる方向へ射出されることとなり、他方の眼に意図しない光が入射し難くなるので、他方の眼の視認性が低下するのを避けることができる。

本発明の画像表示装置では、前記第１の方向は、前記観察者の一方の眼の中心と前記観察者の他方の眼の中心とを結ぶ方向と平行であることが好ましい。

これにより、例えば水平方向と鉛直方向にそれぞれ平行な辺をもつ映像面を形成することができる。その結果、観察者にとって視認し易い映像を形成することができる。

本発明の画像表示装置では、前記回折光学素子は、体積ホログラム素子であることが好ましい。

これにより、特定の波長帯域にある映像光を観察者の眼に導くために、回折角度や光速の状態を調整することが容易になる。

本発明の画像表示装置では、さらに、前記観察者の頭部の側方に位置するフレームを備え、
前記光スキャナーは、前記フレームに固定されていることが好ましい。

これにより、光スキャナーをフレームと一体化させ易くなり、画像表示装置の小型化を図るとともに、意匠性を高めることができる。

本発明の画像表示装置の第１実施形態を備えるヘッドマウントディスプレイの概略構成を示す図である。 図１に示すヘッドマウントディスプレイの概略斜視図である。 観察者に装着された状態の図１に示す画像表示装置の構成を模式的に示す図である。 図２に示す画像生成部の構成を模式的に示す図である。 図４に示す駆動信号生成部の駆動信号の一例を示す図である。 図４に示す光走査部の平面図である。 図６に示す光走査部の断面図（Ｘ１軸に沿った断面図）である。 光走査部によって走査された映像光が、反射部に投射されるとともに２次元的に走査されている様子の一例を示す図である。 図３に示す画像表示装置の作用を説明するための模式図である。 第２実施形態に係る画像表示装置の作動を説明するための模式図である。 第３実施形態に係る画像表示装置の作動を説明するための模式図である。 第４実施形態に係る画像表示装置の作動を説明するための模式図である。 付記１に係る画像表示装置の作動を説明するための模式図である。 付記２に係る画像表示装置の作動を説明するための模式図である。 本発明の画像表示装置の第５実施形態の構成を模式的に示す図である。 従来の画像表示装置の構成を、観察者の頭部に装着された状態において示す図である。

以下、本発明の画像表示装置について、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
まず、本発明の画像表示装置の第１実施形態について説明する。

図１は、本発明の画像表示装置の第１実施形態を備えるヘッドマウントディスプレイの概略構成を示す図、図２は、図１に示すヘッドマウントディスプレイの概略斜視図、図３は、観察者に装着された状態の図１に示す画像表示装置の構成を模式的に示す図、図４は、図２に示す画像生成部の構成を模式的に示す図、図５は、図４に示す駆動信号生成部の駆動信号の一例を示す図、図６は、図４に示す光走査部の平面図、図７は、図６に示す光走査部の断面図（Ｘ１軸に沿った断面図）である。

また、図１〜３では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸としてＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を矢印で図示している。なお、その図示した矢印の先端側を「＋（プラス）」、基端側を「−（マイナス）」とする。また、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」という。

なお、Ｘ軸は、頭部Ｈの左右方向であって、左眼から右眼へ向かう向きが＋となるように設定されている。また、Ｙ軸は、頭部Ｈの上下方向であって、胴体から頭部Ｈへ向かう向きが＋となるように設定されている。また、Ｚ軸は、頭部Ｈの前後方向であって、後頭部から前頭部へ向かう向きが＋となるように設定されている。

図１に示すように、本実施形態に係る画像表示装置１を備えたヘッドマウントディスプレイ（頭部装着型画像表示装置）１０は、眼鏡のような外観をなし、観察者の頭部Ｈに装着して使用され、観察者に虚像による画像を外界像と重畳した状態で視認させる。

図１、２に示すように、ヘッドマウントディスプレイ１０は、画像生成部３と反射部６とを備える画像表示装置１と、頭部Ｈの前方から両側方にかけて連続するフレーム２と、を有する。

このヘッドマウントディスプレイ１０では、画像生成部３が映像信号に基づき変調された映像光を生成し、反射部６が生成された映像光を観察者の眼ＥＹに導く。これにより、映像信号に応じた虚像を観察者に視認させることができる。

また、ヘッドマウントディスプレイ１０では、画像表示装置１が備える画像生成部３が、フレーム２の右側方および左側方にそれぞれ設けられており、２つの反射部６が、フレーム２の前方に設けられている。そして、画像生成部３および反射部６は、ＹＺ平面を基準として対称（左右対称）となるように配設されている。ＹＺ平面に対し、フレーム２の右側に設けられている画像生成部３および反射部６が、右眼用の虚像を形成しており、ＹＺ平面に対し、フレーム２の左側に設けられている画像生成部３および反射部６が、左眼用の虚像を形成している。

なお、本実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ１０の構成は、これに限定されない。例えば、フレーム２の左側のみに画像生成部３および反射部６を設け、左眼用の虚像のみを形成する構成にしてもよく、反対に、フレーム２の右側のみに画像生成部３および反射部６を設け、右眼用の虚像のみを形成する構成にしてもよい。すなわち、ヘッドマウントディスプレイ１０は、本実施形態のような両眼タイプのヘッドマウントディスプレイ１０に限定されず、単眼タイプのヘッドマウントディスプレイであってもよい。

以下、ヘッドマウントディスプレイ１０の各部を順次詳細に説明する。
なお、２つの画像生成部３および２つの反射部６は、それぞれ同一の構成を有しているため、以下では、フレーム２の左側に設けられている画像生成部３および反射部６を中心に説明する。

≪フレーム≫
図２に示すように、フレーム２は、眼鏡フレームのような形状をなし、画像表示装置１が備える画像生成部３および反射部６を支持する機能を有する。

フレーム２は、リム２１１と、シェード部２１２とを有するフロント部２１と、フロント部２１の左右両端から−Ｚ側に延出したテンプル２２と、を有する。

シェード部２１２は、外界光の透過を抑制する機能を有し、反射部６を支持する部材である。シェード部２１２は、その内側に、観察者側に向かって開口する凹部２７を有しており、この凹部２７に反射部６が設けられている。そして、この反射部６を支持するシェード部２１２が、リム２１１によって支持されている。

また、シェード部２１２の中央部には、ノーズパッド２３が設けられている。ノーズパッド２３は、観察者がヘッドマウントディスプレイ１０を頭部Ｈに装着したとき、観察者の鼻ＮＳに当接して、ヘッドマウントディスプレイ１０を観察者の頭部Ｈに対して支持している。

テンプル２２は、観察者の耳ＥＡに掛けるための角度が付けられていないストレートテンプルであり、観察者がヘッドマウントディスプレイ１０を頭部Ｈに装着したとき、テンプル２２の一部が、観察者の耳ＥＡに当接するよう構成されている。

また、テンプル２２の内部には、画像生成部３が収容され、固定されている。これにより、画像生成部３をフレーム２と一体化させ易くなり、画像表示装置１の小型化を図るとともに、意匠性を高めることができる。

なお、画像生成部３の固定位置は、テンプル２２に限定されず、フレーム２のその他の部位であってもよく、フレーム２の外部であってもよい。

また、テンプル２２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種樹脂材料や、樹脂に炭素繊維やガラス繊維等の繊維が混合された複合材料、アルミニウムやマグネシウム等の金属材料等を用いることができる。

なお、フレーム２の形状は、観察者の頭部Ｈに装着することができるものであれば、図示のものに限定されない。

≪画像表示装置≫
前述したように、画像表示装置１は、画像生成部３と反射部６とを有している。

以下、本実施形態に係る画像表示装置１の各部について詳細に説明する。
［画像生成部］
図２に示すように、画像生成部３は、前述したフレーム２のテンプル２２に内蔵されている。

画像生成部３は、図３および図４に示すように、映像光生成部３１と、駆動信号生成部３２と、制御部３３と、レンズ３４と、光走査部３６と、を備えている。

このような画像生成部３は、映像信号に基づき変調された映像光を生成する機能と、光走査部３６を駆動する駆動信号を生成する機能と、を有する。

以下、画像生成部３の各部について詳述する。
（映像光生成部）
映像光生成部３１は、光走査部３６（光スキャナー）で走査（光走査）される映像光Ｌ１を生成するものである。

この映像光生成部３１は、波長の異なる複数の光源（光源部）３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂを有する光源部３１１と、複数の駆動回路３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂと、光合成部（合成部）３１３と、を有する。

光源部３１１が有する光源３１１Ｒ（Ｒ光源）は、赤色光を射出するものであり、光源３１１Ｇ（Ｇ光源）は、緑色光を射出するものであり、光源３１１Ｂは、青色光を射出するものである。このような３色の光を用いることにより、フルカラーの画像を表示することができる。

光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂには、それぞれ、特に限定されないが、例えば、レーザーダイオード、ＬＥＤ等を用いることができる。

このような光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂは、それぞれ、駆動回路３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂと電気的に接続されている。

駆動回路３１２Ｒは、前述した光源３１１Ｒを駆動する機能を有し、駆動回路３１２Ｇは、前述した光源３１１Ｇを駆動する機能を有し、駆動回路３１２Ｂは、前述した光源３１１Ｂを駆動する機能を有する。

このような駆動回路３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂにより駆動された光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂから射出された３つ（３色）の光（映像光）は、光合成部３１３に入射する。

光合成部３１３は、複数の光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂからの光を合成するものである。

本実施形態では、光合成部３１３は、２つのダイクロイックミラー３１３ａ、３１３ｂを有する。

ダイクロイックミラー３１３ａは、赤色光を透過させるとともに緑色光を反射する機能を有する。また、ダイクロイックミラー３１３ｂは、赤色光および緑色光を透過させるとともに青色光を反射する機能を有する。

このようなダイクロイックミラー３１３ａ、３１３ｂを用いることにより、光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂからの赤色光、緑色光および青色光の３色の光を合成して、１つの映像光Ｌ１を形成する。

ここで、本実施形態では、前述した光源部３１１は、光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂからの赤色光、緑色光および青色光の光路長が互いに等しくなるように、配置されている。

なお、光合成部３１３は、前述したようなダイクロイックミラーを用いた構成に限定されず、例えば、プリズム、光導波路、光ファイバー等で構成されたものであってもよい。

以上のような構成の映像光生成部３１にて、光源部３１１から３色の映像光が生成され、かかる映像光が光合成部３１３で合成され、１つの映像光Ｌ１が生成される。そして、映像光生成部３１で生成された映像光Ｌ１は、レンズ３４に向けて射出される。

なお、上述した映像光生成部３１には、例えば、光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂで生成された映像光Ｌ１の強度等を検出する光検出手段（図示せず）等が設けられていてもよい。このような光検出手段を設けることによって、検出結果に応じて映像光Ｌ１の強度を調整することができる。

（レンズ）
映像光生成部３１で生成した映像光Ｌ１は、レンズ３４に入射する。

レンズ３４は、映像光Ｌ１の放射角度を制御する機能を有する。このレンズ３４は、例えば、コリメーターレンズである。コリメーターレンズは、光を平行状態の光束に調整（変調）するレンズである。

このようなレンズ３４にて、映像光生成部３１から射出された映像光Ｌ１は、平行化された状態で後述する光走査部３６に伝送される。

（駆動信号生成部）
駆動信号生成部３２は、光走査部３６（光スキャナー）を駆動する駆動信号を生成するものである。

この駆動信号生成部３２は、光走査部３６の第１の方向での主走査（水平走査）に用いる第１の駆動信号を生成する駆動回路３２１と、光走査部３６の第１の方向に直交する第２の方向での副走査（垂直走査）に用いる第２の駆動信号を生成する駆動回路３２２と、を有する。

例えば、駆動回路３２１は、図５（ａ）に示すように、周期Ｔ１で周期的に変化する第１の駆動信号Ｖ１（水平走査用電圧）を発生させるものであり、駆動回路３２２は、図５（ｂ）に示すように、周期Ｔ１と異なる周期Ｔ２で周期的に変化する第２の駆動信号Ｖ２（垂直走査用電圧）を発生させるものである。

なお、第１の駆動信号および第２の駆動信号については、後述する光走査部３６の説明とともに、後に詳述する。

このような駆動信号生成部３２は、図示しない信号線を介して、光走査部３６に電気的に接続されている。これにより、駆動信号生成部３２で生成した駆動信号（第１の駆動信号および第２の駆動信号）は、光走査部３６に入力される。

（制御部）
前述したような映像光生成部３１の駆動回路３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂおよび駆動信号生成部３２の駆動回路３２１、３２２は、制御部３３に電気的に接続されている。制御部３３は、映像信号（画像信号）に基づいて、映像光生成部３１の駆動回路３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂおよび駆動信号生成部３２の駆動回路３２１、３２２の駆動を制御する機能を有する。

制御部３３の指令に基づき、映像光生成部３１は画像情報に応じて変調された映像光Ｌ１を生成し、駆動信号生成部３２は画像情報に応じた駆動信号を生成する。

（光走査部）
映像光生成部３１から射出された映像光Ｌ１は、レンズ３４を介して、光走査部３６に入射する。

光走査部３６は、映像光生成部３１からの映像光Ｌ１を２次元的に走査する光スキャナーである。この光走査部３６で映像光Ｌ１を走査することにより走査光（映像光）Ｌ２が形成される。

この光走査部３６は、図６に示すように、可動ミラー部１１と、１対の軸部１２ａ、１２ｂ（第１の軸部）と、枠体部１３と、２対の軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ（第２の軸部）と、支持部１５と、永久磁石１６と、コイル１７と、を備える。言い換えれば、光走査部３６はいわゆるジンバル構造を有している。

ここで、可動ミラー部１１および１対の軸部１２ａ、１２ｂは、Ｙ１軸（第１の軸）周りに揺動（往復回動）する第１の振動系を構成する。また、可動ミラー部１１、１対の軸部１２ａ、１２ｂ、枠体部１３、２対の軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄおよび永久磁石１６は、Ｘ１軸（第２の軸）周りに揺動（往復回動）する第２の振動系を構成する。

また、光走査部３６は、信号重畳部１８を有しており（図７参照）、永久磁石１６、コイル１７、信号重畳部１８および駆動信号生成部３２は、前述した第１の振動系および第２の振動系を駆動（すなわち、可動ミラー部１１をＸ１軸およびＹ１軸周りに揺動）させる駆動部を構成する。

以下、光走査部３６の各部を順次詳細に説明する。
可動ミラー部１１は、基部１１１（可動部）と、スペーサー１１２を介して基部１１１に固定された光反射板１１３と、を有する。

光反射板１１３の上面（一方の面）には、光反射性を有する光反射部１１４が設けられている。

なお、本実施形態では、光反射板１１３は、平面視にて円形をなしている。なお、光反射板１１３の平面視形状は、これに限定されず、例えば、楕円形や長円形のような円形、四角形、六角形のような多角形等であってもよい。

このような光反射板１１３の下面（他方の面）には、図７に示すように、硬質層１１５が設けられている。

硬質層１１５は、光反射板１１３本体の構成材料よりも硬質な材料で構成されている。これにより、光反射板１１３の剛性を高めることができる。そのため、光反射板１１３の揺動時における撓みを防止または抑制することができる。また、光反射板１１３の厚さを薄くし、光反射板１１３のＸ１軸およびＹ１軸周りの揺動時における慣性モーメントを抑えることができる。

このような硬質層１１５の構成材料としては、光反射板１１３本体の構成材料よりも硬質な材料であれば、特に限定されず、例えば、ダイヤモンド、カーボンナイトライド膜、水晶、サファイヤ、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウムなどを用いることができる。

また、硬質層１１５は、単層で構成されていてもよいし、複数の層の積層体で構成されていてもよい。なお、硬質層１１５は、必要に応じて設けられるものであり、省略することもできる。

また、光反射板１１３の下面は、スペーサー１１２を介して基部１１１に固定されている。これにより、光反射板１１３と、軸部１２ａ、１２ｂ、枠体部１３および軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄとの接触を防止しつつ、光反射板１１３をＹ１軸周りに揺動させることができる。

枠体部１３は、図６に示すように、枠状をなし、前述した可動ミラー部１１の基部１１１を囲んで設けられている。言い換えると、可動ミラー部１１の基部１１１は、枠状をなす枠体部１３の内側に設けられている。

そして、枠体部１３は、軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを介して支持部１５に支持されている。また、可動ミラー部１１の基部１１１は、軸部１２ａ、１２ｂを介して枠体部１３に支持されている。

軸部１２ａ、１２ｂは、可動ミラー部１１をＹ１軸周りに回動（揺動）可能とするように、可動ミラー部１１と枠体部１３を連結している。また、軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、枠体部１３をＹ１軸に直交するＸ１軸周りに回動（揺動）可能とするように、枠体部１３と支持部１５を連結している。

軸部１２ａ、１２ｂは、可動ミラー部１１の基部１１１を介して互いに対向するように配置されている。また、軸部１２ａ、１２ｂは、それぞれ、Ｙ１軸に沿った方向に延在する長手形状をなす。そして、軸部１２ａ、１２ｂは、それぞれ、一端部が基部１１１に接続され、他端部が枠体部１３に接続されている。また、軸部１２ａ、１２ｂは、それぞれ、中心軸がＹ１軸に一致するように配置されている。

このような軸部１２ａ、１２ｂは、それぞれ、可動ミラー部１１のＹ１軸周りの揺動に伴って捩れ変形する。

軸部１４ａ、１４ｂおよび軸部１４ｃ、１４ｄは、枠体部１３を介して（挟んで）互いに対向するように配置されている。また、軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、それぞれ、Ｘ１軸に沿った方向に延在する長手形状をなす。そして、軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、それぞれ、一端部が枠体部１３に接続され、他端部が支持部１５に接続されている。また、軸部１４ａ、１４ｂは、Ｘ１軸を介して互いに対向するように配置され、同様に、軸部１４ｃ、１４ｄは、Ｘ１軸を介して互いに対向するように配置されている。

このような軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、枠体部１３のＸ１軸周りの揺動に伴って、軸部１４ａ、１４ｂ全体および軸部１４ｃ、１４ｄ全体がそれぞれ捩れ変形する。

このように、可動ミラー部１１をＹ１軸周りに揺動可能とするとともに、枠体部１３をＸ１軸周りに揺動可能とすることにより、可動ミラー部１１を互いに直交するＸ１軸およびＹ１軸の２つの軸周りに揺動（往復回動）させることができる。

また、図示しないが、このような軸部１２ａ、１２ｂのうちの少なくとも一方の軸部、および、軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄのうちの少なくとも１つの軸部には、それぞれ、例えば歪みセンサーのような角度検出センサーが設けられている。この角度検出センサーは、光走査部３６の角度情報、より具体的には、光反射部１１４のＸ１軸周りおよびＹ１軸周りのそれぞれの揺動角を検出することができる。この検出結果は、図示しないケーブルを介して、制御部３３に入力される。

前述した枠体部１３の下面（光反射板１１３とは反対側の面）には、永久磁石１６が接合されている。

本実施形態では、永久磁石１６は、長手形状（棒状）をなし、Ｘ１軸およびＹ１軸に対して傾斜する方向に沿って配置されている。そして、永久磁石１６は、その長手方向に磁化されている。すなわち、永久磁石１６は、一端部をＳ極とし、他端部をＮ極とするように磁化されている。

なお、本実施形態では、枠体部１３に１つの永久磁石の数を設置した場合を例に説明するが、これに限定されず、例えば、枠体部１３に２つの永久磁石を設置してもよい。この場合、例えば、長尺状をなす２つの永久磁石を、平面視にて基部１１１を介して互いに対向するとともに、互いに平行となるように、枠体部１３に設置すればよい。

永久磁石１６の直下には、コイル１７が設けられている。すなわち、枠体部１３の下面に対向するように、コイル１７が設けられている。これにより、コイル１７から発生する磁界を効率的に永久磁石１６に作用させることができ、可動ミラー部１１を互いに直交する２軸（Ｘ１軸およびＹ１軸）のそれぞれの軸周りに回動させることができる。
コイル１７は、信号重畳部１８に電気的に接続されている（図７参照）。

そして、信号重畳部１８によりコイル１７に電圧が印加されることで、コイル１７からＸ１軸およびＹ１軸に直交する磁束を有する磁界が発生する。

信号重畳部１８は、前述した第１の駆動信号Ｖ１と第２の駆動信号Ｖ２とを重畳する加算器（図示せず）を有し、その重畳した電圧をコイル１７に印加する。

駆動回路３２１は、例えば図５（ａ）に示すような、周期Ｔ１で周期的に変化する第１の駆動信号Ｖ１（水平走査用電圧）を発生させる。すなわち、駆動回路３２１は、第１周波数（１／Ｔ１）の第１の駆動信号Ｖ１を発生させる。

第１の駆動信号Ｖ１は、正弦波のような波形をなしている。そのため、光走査部３６は効果的に光を主走査することができる。なお、第１の駆動信号Ｖ１の波形は、これに限定されない。

また、第１周波数（１／Ｔ１）は、水平走査に適した周波数であれば、特に限定されないが、１０〜４０ｋＨｚであるのが好ましい。

本実施形態では、第１周波数は、可動ミラー部１１および１対の軸部１２ａ、１２ｂで構成される第１の振動系（捩り振動系）の捩り共振周波数（ｆ１）と等しくなるように設定されている。つまり、第１の振動系は、その捩り共振周波数ｆ１が水平走査に適した周波数になるように設計（製造）されている。これにより、可動ミラー部１１のＹ１軸周りの回動角を大きくすることができる。

一方、駆動回路３２２は、例えば図５（ｂ）に示すような、周期Ｔ１と異なる周期Ｔ２で周期的に変化する第２の駆動信号Ｖ２（垂直走査用電圧）を発生させる。すなわち、駆動回路３２２は、第２周波数（１／Ｔ２）の第２の駆動信号Ｖ２を発生させる。

第２の駆動信号Ｖ２は、鋸波のような波形をなしている。そのため、光走査部３６は効果的に光を垂直走査（副走査）することができる。なお、第２の駆動信号Ｖ２の波形は、これに限定されない。

本実施形態では、第２の駆動信号Ｖ２の周波数は、可動ミラー部１１、１対の軸部１２ａ、１２ｂ、枠体部１３、２対の軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄおよび永久磁石１６で構成された第２の振動系（捩り振動系）の捩り共振周波数（共振周波数）と異なる周波数となるように調整されている。

なお、映像描画の方式であるラスタースキャン方式においては、上述の水平走査を行いながら、上述の垂直走査を行う。この時、水平走査の周波数が、垂直走査の周波数よりも高く設定されている。一般的に、このようにラスタースキャン方式において、周波数の高い方の走査を主走査、周波数の低い方の走査を副走査と呼ぶ。

以上説明したような光走査部３６によれば、光反射部１１４を備える可動ミラー部１１を互いに直交する２つの軸周りにそれぞれ揺動させるので、光走査部３６の小型化および軽量化を図ることができる。その結果、観察者にとっての使い勝手をより優れた画像表示装置１とすることができる。

特に、光走査部３６がジンバル構造を有するため、映像光を２次元的に走査する構成（光走査部３６）をより小型なものとすることができる。

（補正レンズ）
図３に示すように、光走査部３６から射出された映像光Ｌ２は、補正レンズ４２に入射する。

この補正レンズ４２は、後述する反射部６により映像光Ｌ２の平行性が乱れるのを補正する機能を有する。これにより、映像光Ｌ２の解像度性能を向上させることができる。このような補正レンズ４２としては、例えば、トロイダルレンズ、シリンドリカルレンズ、自由曲面レンズ等が挙げられる。

なお、光走査部３６と補正レンズ４２との間には、必要に応じて、任意の光学系、例えば、映像光Ｌ２の光束幅（断面積）を拡大する瞳拡大光学系を設けるようにしてもよい。このような光学系を設けることにより、眼ＥＹに入射する映像光の断面積が拡大されるため、映像の視認性を高めることができる。

［反射部］
反射部６は、フロント部２１のシェード部２１２に設けられており、使用時に観察者の左眼ＥＹＬの前方に位置するように配置されている。この反射部６は、観察者の眼ＥＹを覆うのに十分な大きさを有しており、光走査部３６からの映像光Ｌ２を観察者の眼ＥＹに向けて入射させる機能を有する。

反射部６は、光回折部（回折光学素子）６５と、透光性部材６１と、を有する。
透光性部材６１は、可視域で高い透光性（光透過性）を示す樹脂材料等で形成された透光性の基材である。透光性部材６１は面６１１を有する平板状をなしている。

面６１１上には光回折部６５が設けられている。光回折部６５は、光走査部３６から射出された映像光Ｌ２を、回折により観察者の眼ＥＹの方向に偏向させ、映像光Ｌ３を生成する機能を有している。すなわち、光回折部６５は、映像光Ｌ２を回折させる回折光学素子を含んでいる。この回折光学素子は、反射型の回折素子であるため、光回折部６５に入射した映像光Ｌ２は、反射されるとともに、波長ごとに決まった特定の角度で強め合う。これにより、特定の回折角度において相対的に強度の大きい回折光が発生することとなる。

すなわち、反射部６は、ハーフミラーであり、外界光を透過させる機能（可視光に対する透光性）をも有する。したがって、反射部６は、光走査部３６から射出された映像光Ｌ２を反射させて映像光Ｌ３を生成するとともに、使用時において反射部６の外側から観察者の眼ＥＹに向かう外界光を透過させる機能を有する。これにより、観察者は、外界像を視認しながら、映像光Ｌ３により形成された虚像（画像）を視認することができる。すなわち、シースルー型のヘッドマウントディスプレイを実現することができる。

なお、本実施形態に係る透光性部材６１は、面６１１を有する平板状をなしているが、必要に応じて湾曲した形状をなしていてもよい。例えば、透光性部材６１は、凹面を有し、使用時においてこの凹面が観察者側に位置するように構成されていてもよい。これにより、反射部６で反射した映像光Ｌ３を、観察者の眼ＥＹに向けて効率良く集光させることできる。

本実施形態に係る光回折部６５は、回折格子の一つであるホログラム素子６５１で構成されている。ホログラム素子６５１は、光走査部３６からホログラム素子６５１に照射される映像光Ｌ２のうち、特定波長帯域にある光については回折させ、それ以外の波長帯域にある光については透過する性質を有する半透過膜（体積ホログラム素子）である。

このようなホログラム素子６５１による回折を利用することで、特定の波長帯域にある映像光Ｌ２を観察者の眼ＥＹに導くために、回折角度や光束の状態を調整することが容易になり、外界像を視認させつつ、眼前に虚像を形成することができる。具体的には、ホログラム素子６５１によって回折された光は、映像光Ｌ３として観察者の左眼ＥＹＬに入射する。なお、右眼ＥＹＲ側に位置する反射部６についても同様である。そして、観察者の左右の眼ＥＹにそれぞれ入射した映像光Ｌ３は、観察者の網膜において結像する。

なお、光回折部６５を構成する回折格子は、反射型の回折素子であればいかなるものでもよく、上述したホログラム素子（ホログラフィックグレーティング）の他、横断面が鋸歯状をなす溝が形成されている表面レリーフ型回折格子（ブレーズドグレーティング）、ホログラム素子と表面レリーフ型回折格子とを組み合わせた表面レリーフホログラム素子（ブレーズドホログラフィックグレーティング）等であってもよい。

このうち、回折効率を重視した場合には、表面ブレーズホログラム素子も好ましく用いられる。この素子は、溝を構成する面の角度（ブレーズ角）によって決まる回折光の波長（回折効率が最も高い光の波長）と、ホログラム素子の干渉縞ピッチによって決まる回折光の波長と、映像光Ｌ１の波長と、を対応させることにより、特に高い回折効率を得ることができる。

以上説明したような画像表示装置１によれば、画像生成部３により生成された映像光Ｌ１を、反射部６にて観察者の眼ＥＹに導くことで、観察者は、映像信号に基づく映像を、視野領域に形成された虚像として認識することができる。

［画像表示装置の作動］
次に、画像表示装置１の作動について説明する。

図８は、光走査部によって走査された映像光が、反射部に投射されるとともに２次元的に走査されている様子の一例を示す図である。

図８に示す例では、光走査部３６によって走査され、反射部６の透光性部材６１上に形成された長方形をなすホログラム素子６５１（光回折部６５）に投射される。

映像光Ｌ２は、水平方向（図８の左右方向（第１の方向））の主走査ＦＳと、垂直方向（図８の上下方向（第２の方向））の副走査ＳＳと、が組み合わされることによって、ホログラム素子６５１内に任意の映像を描画する。映像光Ｌ２の走査パターンは、特に限定されないが、図８に破線の矢印で示すパターン例では、水平方向に沿って主走査された後、端部で垂直方向に副走査され、水平方向に沿って逆方向に主走査された後、端部で垂直方向に副走査される、という動きが繰り返される。

なお、主走査ＦＳの方向は、上述したように水平方向と一致しており、かつ、観察者の左眼ＥＹＬの中心と右眼ＥＹＲの中心とを結ぶ方向とも平行であるのが好ましい。これにより、例えば水平方向と鉛直方向にそれぞれ平行な辺をもつ映像面を形成することができる。その結果、観察者にとって視認し易い映像を形成することができる。

図９は、図３に示す画像表示装置の作用を説明するための模式図である。このうち、図９（ａ）は、図３に示す画像表示装置の一部を、Ｙ軸の＋側から見た図であり、図９（ｂ）は、図３に示す画像表示装置の一部を、Ｘ軸のー側から見た図である。

なお、図９（ａ）に示す２本の実線の矢印は、主走査ＦＳの振幅の両端に対応する映像光Ｌ２、および、この映像光Ｌ２が光回折部６５で回折されて生じた映像光Ｌ３に対応している。

また、図９（ｂ）に示す２本の実線の矢印は、副走査ＳＳの振幅の両端に対応する映像光Ｌ２、および、この映像光Ｌ２が光回折部６５で回折されて生じた映像光Ｌ３に対応している。

なお、図９（ｂ）に示す交差点Ｐ１は、図８に示す主走査ＦＳの振幅の中心Ｃ１と副走査ＳＳの振幅の中心Ｃ２との交差点である。

また、図９（ｂ）に示す法線Ｎ１は、光回折部（回折光学素子）６５の表面のうち、交差点Ｐ１における法線である。なお、本発明における「法線Ｎ１」は、交差点Ｐ１を一端とし、光回折部６５の表面に隣接する空間側に伸びる半直線とする。

また、図９（ｂ）に示す平面Ｆ１は、交差点Ｐ１と、観察者の右眼ＥＹＲの中心と、左眼のＥＹＬの中心と、を含む仮想平面である。

図９に示す光走査部３６は、図９に示すように、平面Ｆ１内であって、かつ、左眼ＥＹＬの左方（側方）に位置している。そして、光走査部３６で反射されつつ走査された映像光Ｌ２は、光回折部６５において回折され、映像光Ｌ３として左眼ＥＹＬに入射する。これにより、観察者は、映像信号に基づく映像を視認することができる。

ところで、図９に示す光回折部６５は、その表面の法線Ｎ１が、平面Ｆ１よりも観察者の頭頂側に位置するように、平面Ｆ１に対して傾いている。すなわち、光回折部６５の表面は、Ｘ軸の−側から見たとき、図９（ｂ）に示すように、左眼ＥＹＬを正対している状態からやや観察者の頭頂側（Ｙ軸の＋側）を向くように傾いている。

また、映像光Ｌ２を射出する光走査部３６は、平面Ｆ１内に含まれる位置に設けられている。

このような平面Ｆ１に対して法線Ｎ１を傾けることにより、映像光Ｌ２の全てが光回折部６５で回折されず、その一部が光回折部６５の表面で反射（正反射）された場合でも、その反射光Ｌ９が右眼ＥＹＲに入射する確率を十分に低くすることができる。すなわち、映像光Ｌ２の一部が光回折部６５の表面に入射すると、その反射光は、入射角と等しい反射角で射出される。このため、平面Ｆ１に対して法線Ｎ１が傾いていると、反射光Ｌ９は、平面Ｆ１から頭頂側へ離れる方向へ射出されることとなる。その結果、反射光Ｌ９は、平面Ｆ１上に位置する右眼ＥＹＲに入射することが抑制される。これにより、右眼ＥＹＲに意図しない光が入射し難くなり、右眼ＥＹＲが視認すべき画像や外の景色の視認性が低下するのを避けることができる。

なお、図９（ｂ）では、反射光Ｌ９が平面Ｆ１よりも観察者の頭頂側に射出される。このため、反射光Ｌ９は、他人の眼に入射する確率が低くなり、他人が不快に感じるおそれを小さくすることができる。

また、平面Ｆ１に対する法線Ｎ１の傾斜角度θは、Ｙ軸の最も＋側に位置する映像光Ｌ２が反射したときの反射光Ｌ９が、右眼ＥＹＲに入射しない角度に設定されていればよい。したがって、傾斜角度θは、右眼ＥＹＲの瞳孔の大きさ、右眼ＥＹＲと反射部６との距離、副走査ＳＳの振幅等に応じて決定することができる。

一例として、傾斜角度θは、好ましくは０．１°以上３０°以下とされ、より好ましくは０．２°以上２０°以下とされる。これにより、外観における違和感を抑えつつ、反射光Ｌ９が右眼ＥＹＲに入射する確率を十分に低減することができる。

一方、図９（ａ）では、観察者の頭頂側から見たとき、光回折部６５の表面の法線Ｎ１が左眼ＥＹＬの中心と重なっている。このため、光回折部６５やそれを支持する反射部６は、頭部Ｈの左右方向においては傾いていないことになる。それゆえ、図９に示す反射部６は、第三者から見たとき、例えば眼鏡レンズやゴーグル等と同等の外観に見えることになり、違和感の少ない外観を有するものとなる。

なお、観察者の頭頂部から見たとき、法線Ｎ１が左眼ＥＹＬの中心と重なっていることは、本発明において必須ではなく、左眼ＥＹＬの中心より左側または右側にずれていてもよい。

なお、一般的な映像では、光量を積算すると、交差点Ｐ１における映像光Ｌ２の積算光量が最も大きくなる場合も多いと考えられる。このため、右眼ＥＹＲにおける視認性の低下を抑制するという観点からは、少なくとも交差点Ｐ１における映像光Ｌ２が反射したときの反射光Ｌ９が、右眼ＥＹＲに入射しないという状況が作り出せればよい。このような観点からすると、平面Ｆ１に対する法線Ｎ１の傾斜角度θは、Ｙ軸の最も＋側に位置する映像光Ｌ２が反射したときの反射光Ｌ９が右眼ＥＹＲに入射しないという条件を満足する角度よりも、さらに下限側に緩和することが可能である。

すなわち、右眼ＥＹＲへ過度な迷光が入射しないようにするためには、少なくとも交差点Ｐ１で反射された反射光Ｌ９が右眼ＥＹＲに入射しない角度に設定されていれば足り、このような条件を満足する傾斜角度θの下限値は、例えば０．０１°とされる。

また、面６１１が前述したような湾曲面である場合であっても、本実施形態は適用可能である。すなわち、湾曲面で構成された面６１１の交差点Ｐ１における法線Ｎ１が平面Ｆ１に対して傾いていれば、上述したような効果が得られる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の画像表示装置の第２実施形態について説明する。

図１０は、第２実施形態に係る画像表示装置の作動を説明するための模式図である。なお、図１０（ａ）は、第２実施形態に係る画像表示装置の一部を、Ｙ軸の＋側から見た図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す画像表示装置の一部を、Ｘ軸の−側から見た図である。

以下、第２実施形態について説明するが、以下の説明では、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。また、図において、前述した実施形態と同様の事項については、同一符号を付している。

第２実施形態に係る画像表示装置１は、光回折部６５の表面の法線Ｎ１が、平面Ｆ１よりも観察者の胴体側に位置するように、平面Ｆ１に対して傾いていること以外、第１実施形態に係る画像表示装置１と同様である。すなわち、光回折部６５の表面は、Ｘ軸の−側から見たとき、図１０（ｂ）に示すように、左眼ＥＹＬを正対している状態からやや観察者の胴体側（Ｙ軸の−側）を向くように傾いている。

また、本実施形態においても、映像光Ｌ２を射出する光走査部３６は、平面Ｆ１内に含まれる位置に設けられている。

このような平面Ｆ１に対して法線Ｎ１を傾けることにより、第１実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、映像光Ｌ２の全てが光回折部６５で回折されず、その一部が光回折部６５の表面で反射された場合でも、その反射光Ｌ９が右眼ＥＹＲに入射する確率を十分に低くすることができる。すなわち、反射光Ｌ９は、平面Ｆ１から観察者の胴体側へ離れる方向へ射出されることとなり、右眼ＥＹＲに意図しない光が入射し難くなるので、右眼ＥＹＲが視認すべき画像や外の景色の視認性が低下するのを避けることができる。

なお、図１０（ｂ）では、法線Ｎ１が平面Ｆ１よりも観察者の胴体側に傾いているため、反射部６と左眼ＥＹＬとの間に、観察者の頭頂側から外光が入り難い。このため、外光によって左眼ＥＹＬや右眼ＥＹＲにおける画像が外の景色の視認性が低下するのを抑制することができる。

また、平面Ｆ１に対する法線Ｎ１の傾斜角度θは、Ｙ軸の最も−側に位置する映像光Ｌ２が反射したときの反射光Ｌ９が、右眼ＥＹＲに入射しない角度に設定されていればよい。したがって、傾斜角度θは、右眼ＥＹＲの瞳孔の大きさ、右眼ＥＹＲと反射部６との距離、副走査ＳＳの振幅等に応じて決定することができる。

一例として、傾斜角度θは、好ましくは０．０１°以上３０°以下とされ、より好ましくは０．１°以上２０°以下とされる。これにより、外観における違和感を抑えつつ、反射光Ｌ９が右眼ＥＹＲに入射する確率を十分に低減することができる。

一方、図１０（ａ）では、観察者の頭頂側から見たとき、光回折部６５の表面の法線Ｎ１は左眼ＥＹＬの中心と重なっている。このため、光回折部６５やそれを支持する反射部６は、頭部Ｈの左右方向においては傾いていないことになる。それゆえ、図９に示す反射部６は、第三者から見たとき、例えば眼鏡レンズやゴーグル等と同等の外観に見えることになり、違和感の少ない外観を有するものとなる。

なお、観察者の頭頂部から見たとき、法線Ｎ１が左眼ＥＹＬの中心と重なっていることは、本発明において必須ではなく、左眼ＥＹＬの中心より左側または右側にずれていてもよい。

また、面６１１が前述したような湾曲面である場合であっても、上述したように交差点Ｐ１における法線Ｎ１が平面Ｆ１に対して傾いていれば、上述したような効果が得られる。
以上のような第２実施形態においても、第１実施形態と同様の作用、効果が得られる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の画像表示装置の第３実施形態について説明する。

図１１は、第３実施形態に係る画像表示装置の作動を説明するための模式図である。なお、図１１（ａ）は、第３実施形態に係る画像表示装置の一部を、Ｙ軸の＋側から見た図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す画像表示装置の一部を、Ｘ軸の−側から見た図である。

以下、第３実施形態について説明するが、以下の説明では、前述した第１、第２実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。また、図において、前述した実施形態と同様の事項については、同一符号を付している。

第３実施形態に係る画像表示装置１は、第１実施形態に係る画像表示装置１と同様、光回折部６５の表面の法線Ｎ１が、平面Ｆ１よりも観察者の頭頂側に位置するように、平面Ｆ１に対して傾いている。このため、本実施形態は、第１実施形態と同様の作用、効果を奏する。

それに加え、本実施形態では、光走査部３６が、図１１に示すように、左眼ＥＹＬの左斜め頭頂側に位置している。すなわち、本実施形態では、第１実施形態と同様に光走査部３６が左眼ＥＹＬの左側方であって、かつ、平面Ｆ１よりも観察者の頭頂側に位置している。

さらに換言すれば、図８における副走査ＳＳの中心を通過するように主走査された光のビームが掃いた面、すなわち、図１１（ａ）における２本の映像光Ｌ２で挟まれた領域（主走査面）が、平面Ｆ１よりも頭頂側（法線Ｎ１と同じ側）に位置するとともに、平面Ｆ１に対して傾いている。

このような位置関係が成り立つと、本実施形態に係る光回折部６５の表面は、第１実施形態の場合に比べて、光走査部３６に対してより正対に近い状態（非駆動状態にある光反射板１１３に対してより正対に近い状態）となる。このため、光走査部３６によって映像光Ｌ２を走査する際に必要な走査領域の補正、例えば光回折部６５の表面に走査された映像光Ｌ２が台形状に歪むのを補正する（いわゆる台形歪みを補正する）ために、映像信号や駆動信号に加味される補正の量を少なくすることができる。その結果、補正に伴う画質の低下をより小さく抑えることができる。

なお、上記のような効果が得られるためには、上述した主走査面が、平面Ｆ１よりも観察者の頭頂側に位置するように傾いていればよいが、好ましくは図１１に示すように、上述した主走査面が、光回折部６５の表面の法線Ｎ１を含むように傾けられる。

換言すれば、法線Ｎ１上に光走査部３６が位置するように、反射部６の姿勢と光走査部３６の配置とを設定する。

このような位置関係が成り立つと、副走査ＳＳの振幅は、主走査面を挟んで対称になるため、いわゆる台形歪みを最小限に抑えることができる。その結果、映像信号や駆動信号に加味される補正量を最小限に留めることができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の画像表示装置の第４実施形態について説明する。

図１２は、第４実施形態に係る画像表示装置の作動を説明するための模式図である。なお、図１２（ａ）は、第４実施形態に係る画像表示装置の一部を、Ｙ軸の＋側から見た図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す画像表示装置の一部を、Ｘ軸の−側から見た図である。

以下、第４実施形態について説明するが、以下の説明では、前述した第１〜第３実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。また、図において、前述した実施形態と同様の事項については、同一符号を付している。

第４実施形態に係る画像表示装置１は、第２実施形態に係る画像表示装置１と同様、光回折部６５の表面の法線Ｎ１が、平面Ｆ１よりも観察者の胴体側に位置するように、平面Ｆ１に対して傾いている。このため、本実施形態は、第２実施形態と同様の作用、効果を奏する。

それに加え、本実施形態では、光走査部３６が、図１２に示すように、左眼ＥＹＬの左斜め胴体側に位置している。すなわち、本実施形態では、第２実施形態と同様に光走査部３６が左眼ＥＹＬの左側方であって、かつ、平面Ｆ１よりも観察者の胴体側に位置している。

さらに換言すれば、図８における副走査ＳＳの中心を通過するように主走査された光のビームが掃いた面、すなわち、図１２（ａ）における２本の映像光Ｌ２で挟まれた領域（主走査面）が、平面Ｆ１よりも胴体側（法線Ｎ１と同じ側）に位置するように、平面Ｆ１に対して傾いている。

このような位置関係が成り立つと、本実施形態に係る光回折部６５の表面は、第２実施形態の場合に比べて、光走査部３６に対してより正対に近い状態（非駆動状態にある光反射板１１３に対してより正対に近い状態）となる。このため、光走査部３６によって映像光Ｌ２を走査する際に必要な走査領域の補正、例えば光回折部６５の表面に走査された映像光Ｌ２が台形状に歪むのを補正する（いわゆる台形歪みを補正する）ために、映像信号や駆動信号に加味される補正の量を少なくすることができる。その結果、補正に伴う画質の低下をより小さく抑えることができる。

なお、上記のような効果が得られるためには、上述した主走査面が、平面Ｆ１よりも観察者の胴体側に位置するように傾いていればよいが、好ましくは図１２に示すように、上述した主走査面が、光回折部６５の表面の法線Ｎ１を含むように傾けられる。

換言すれば、法線Ｎ１上に光走査部３６が位置するように、反射部６の姿勢と光走査部３６の配置とを設定する。

このような位置関係が成り立つと、副走査ＳＳの振幅は、主走査面を挟んで対称になるため、いわゆる台形歪みを最小限に抑えることができる。その結果、映像信号や駆動信号に加味される補正量を最小限に留めることができる。

＜付記１＞
図１３は、付記１に係る画像表示装置の作動を説明するための模式図である。なお、図１３（ａ）は、付記１に係る画像表示装置の一部を、Ｙ軸の＋側から見た図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示す画像表示装置の一部を、Ｘ軸の−側から見た図である。

以下、付記１に係る画像表示装置について説明するが、以下の説明では、前述した第１〜第４実施形態に係る画像表示装置との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。また、図において、前述した実施形態に係る画像表示装置と同様の事項については、同一符号を付している。

付記１に係る画像表示装置１は、光回折部６５の表面の法線Ｎ１が、平面Ｆ１内に含まれている。

一方、付記１に係る画像表示装置１では、この法線Ｎ１が左眼ＥＹＬと右眼ＥＹＲとの間を指向するように、反射部６が傾いている。すなわち、光回折部６５の表面は、Ｙ軸の＋側から見たとき、図１３（ａ）に示すように、左眼ＥＹＬを正対している状態からやや右眼ＥＹＲ側（Ｘ軸の＋側）を向くように傾いている。

このように光回折部６５の表面を傾けることにより、映像光Ｌ２の全てが光回折部６５で回折されず、その一部が光回折部６５の表面で反射された場合でも、その反射光Ｌ９が右眼ＥＹＲに入射する確率を十分に低くすることができる。これにより、右眼ＥＹＲに意図しない光が入射し難くなり、右眼ＥＹＲが視認すべき画像や外の景色の視認性が低下するのを避けることができる。

ここで、Ｚ軸と法線Ｎ１とがなす角度をαとすると、傾斜角度αは、右眼ＥＹＲの瞳孔の大きさ、右眼ＥＹＲと反射部６との距離、副走査ＳＳの振幅等に応じて適宜決定される。

一例として、傾斜角度αは、好ましくは０．０１°以上３０°以下とされ、より好ましくは０．０２°以上２０°以下とされる。これにより、外観における違和感を抑えつつ、反射光Ｌ９が右眼ＥＹＲに入射する確率を十分に低減することができる。

なお、これらの点以外は、付記１に係る画像表示装置１は、第１〜第４実施形態に係る画像表示装置１と同様である。

＜付記２＞
図１４は、付記２に係る画像表示装置の作動を説明するための模式図である。なお、図１４（ａ）は、付記２に係る画像表示装置の一部を、Ｙ軸の＋側から見た図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示す画像表示装置の一部を、Ｘ軸の−側から見た図である。

以下、付記２に係る画像表示装置について説明するが、以下の説明では、前述した第１〜第４実施形態に係る画像表示装置との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。また、図において、前述した実施形態に係る画像表示装置と同様の事項については、同一符号を付している。

付記２に係る画像表示装置１は、光回折部６５の表面の法線Ｎ１が、平面Ｆ１内に含まれている。

一方、付記２に係る画像表示装置１では、この法線Ｎ１が左眼ＥＹＬの左側を指向するように、反射部６が傾いている。すなわち、光回折部６５の表面は、Ｙ軸の＋側から見たとき、図１４（ａ）に示すように、左眼ＥＹＬを正対している状態からやや左側（Ｘ軸の−側）を向くように傾いている。

このように光回折部６５の表面を傾けることにより、映像光Ｌ２の全てが光回折部６５で回折されず、その一部が光回折部６５の表面で反射された場合でも、その反射光Ｌ９が右眼ＥＹＲに入射する確率を十分に低くすることができる。これにより、右眼ＥＹＲに意図しない光が入射し難くなり、右眼ＥＹＲが視認すべき画像や外の景色の視認性が低下するのを避けることができる。

ここで、Ｚ軸と法線Ｎ１とがなす角度をαとすると、傾斜角度αは、右眼ＥＹＲの瞳孔の大きさ、右眼ＥＹＲと反射部６との距離、副走査ＳＳの振幅等に応じて適宜決定される。

一例として、傾斜角度αは、好ましくは０．０１°以上３０°以下とされ、より好ましくは０．０２°以上２０°以下とされる。これにより、外観における違和感を抑えつつ、反射光Ｌ９が右眼ＥＹＲに入射する確率を十分に低減することができる。

なお、これらの点以外は、付記２に係る画像表示装置１は、第１〜第４実施形態に係る画像表示装置１と同様である。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の画像表示装置の第５実施形態について説明する。
図１５は、本発明の画像表示装置の第５実施形態の構成を模式的に示す図である。

以下、第５実施形態について説明するが、以下の説明では、前述した第１〜第４実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。また、図において、前述した実施形態と同様の事項については、同一符号を付している。

第５実施形態に係る画像表示装置１は、ホログラム素子６５１の構成が異なること以外、第１実施形態に係る画像表示装置１と同様である。

すなわち、前述した各実施形態に係るホログラム素子６５１には、それぞれ、赤色光、緑色光および青色光の３色の光を個別に回折させるよう、赤色光用の干渉縞と緑色光用の干渉縞と青色光用の干渉縞とを互いに異なるピッチで１層のホログラム層内に重畳（多重化）させて形成している。

これに対し、本実施形態に係るホログラム素子６５１は、図１５に示すように、赤色光を回折させるためのホログラム層６５１Ｒと、緑色光を回折させるためのホログラム層６５１Ｇと、青色光を回折させるためのホログラム層６５１Ｂと、を積層してなる積層体で構成されている。

このように本実施形態では、赤色光用の干渉縞と、緑色光用の干渉縞と、青色光用の干渉縞とを、互いに異なるホログラム層に形成するようにしたため、干渉縞同士が重複してしまうことによる回折効率の低下が抑えられる。このため、本実施形態によれば、ホログラム素子６５１の回折効率を高めることができる。

また、ホログラム素子６５１の回折効率を高めることにより、ホログラム素子６５１において反射される光の量を相対的に減らすことができる。このため、光回折部６５の表面で映像光Ｌ２が反射したときでも、その光量が抑えられ、右眼ＥＹＲに入射してしまったとしても右眼ＥＹＲが視認すべき画像や外の景色の視認性の低下を最小限に留めることができる。

なお、ホログラム層６５１Ｒ、ホログラム層６５１Ｇおよびホログラム層６５１Ｂの積層順は、図１５に示す積層順に限定されない。

以上のような第５実施形態においても、第１〜第４実施形態と同様の作用、効果が得られる。

以上、本発明の画像表示装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。

例えば、本発明の画像表示装置では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。

１ 画像表示装置
２ フレーム
３ 画像生成部
６ 反射部
９ 画像表示装置
１０ ヘッドマウントディスプレイ
１１ 可動ミラー部
１２ａ 軸部
１２ｂ 軸部
１３ 枠体部
１４ａ 軸部
１４ｂ 軸部
１４ｃ 軸部
１４ｄ 軸部
１５ 支持部
１６ 永久磁石
１７ コイル
１８ 信号重畳部
２１ フロント部
２２ テンプル
２３ ノーズパッド
２７ 凹部
３１ 映像光生成部
３２ 駆動信号生成部
３３ 制御部
３４ レンズ
３６ 光走査部
４２ 補正レンズ
６１ 透光性部材
６５ 光回折部
９１ 光源
９２ 走査部
９３ 偏向部
９４ フレーム
１１１ 基部
１１２ スペーサー
１１３ 光反射板
１１４ 光反射部
１１５ 硬質層
２１１ リム
２１２ シェード部
３１１ 光源部
３１１Ｂ 光源
３１１Ｇ 光源
３１１Ｒ 光源
３１２Ｂ 駆動回路
３１２Ｇ 駆動回路
３１２Ｒ 駆動回路
３１３ 光合成部
３１３ａ ダイクロイックミラー
３１３ｂ ダイクロイックミラー
３２１ 駆動回路
３２２ 駆動回路
６１１ 面
６５１ ホログラム素子
６５１Ｂ ホログラム層
６５１Ｇ ホログラム層
６５１Ｒ ホログラム層
ＥＡ 耳
ＥＹ 眼
ＥＹＬ 左眼
ＥＹＲ 右眼
Ｈ 頭部
Ｌ１ 映像光
Ｌ２ 映像光
Ｌ３ 映像光
Ｌ９ 反射光
Ｌ９０１ 映像光
Ｌ９０２ 映像光
Ｌ９０３ 反射光
Ｌ９０４ 反射光
Ｎ１ 法線
ＮＳ 鼻
Ｐ１ 交差点
Ｓ１ 空間
Ｓ２ 空間
ＳＳ 副走査
Ｔ１ 周期
Ｔ２ 周期
Ｖ１ 第１の駆動信号
Ｖ２ 第２の駆動信号
Ｗ 軸線
α 傾斜角度
θ 傾斜角度

Claims (7)

1. 観察者の頭部に装着して使用される画像表示装置であって、
   映像信号に基づき変調された映像光を生成する映像光生成部と、
   前記観察者の頭部の側方に位置し、かつ、前記映像光を第１の方向に主走査し、前記第１の方向と直交する第２の方向に副走査する光スキャナーと、
   前記光スキャナーによって走査された前記映像光が入射され、当該入射された前記映像光を回折させ、前記観察者の一方の眼に向けて射出する回折光学素子と、
   を備え、
   前記主走査の振幅の中心と前記副走査の振幅の中心との交差点における前記映像光が前記回折光学素子の表面で反射された光が前記観察者の他方の眼に入射しないように、前記観察者の一方の眼の中心と、前記観察者の他方の眼の中心と、前記交差点と、を含む仮想平面に対して、前記回折光学素子の表面の前記交差点における法線が傾いていることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記副走査の振幅の中心を通過するように前記主走査された光の走査面は、前記仮想平面に対して、前記法線と同じ側に傾いている請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記回折光学素子の表面の前記交差点における法線が、前記仮想平面よりも前記観察者の頭頂側に位置するように、前記仮想平面に対して傾いている請求項１または２に記載の画像表示装置。
4. 前記回折光学素子の表面の前記交差点における法線が、前記仮想平面よりも前記観察者の胴体側に位置するように、前記仮想平面に対して傾いている請求項１または２に記載の画像表示装置。
5. 前記第１の方向は、前記観察者の一方の眼の中心と前記観察者の他方の眼の中心とを結ぶ方向と平行である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
6. 前記回折光学素子は、体積ホログラム素子である請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
7. さらに、前記観察者の頭部の側方に位置するフレームを備え、
   前記光スキャナーは、前記フレームに固定されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の画像表示装置。

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