CN107870429B - 视网膜扫描型显示装置和光束直径放大元件 - Google Patents
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Abstract
视网膜扫描型显示装置和光束直径放大元件，即使在眼球移动的情况下，图像内的亮度不匀也难以显著。在视网膜扫描型显示装置中，扫描部扫描从光源部射出的光束而形成扫描图像。从扫描部射出的光束利用第1光束直径放大元件(10A)在第1方向(X)上对光束的光束直径进行放大。第1光束直径放大元件(10A)在一对第1反射面(13A、14A)之间交替层叠有第1部分反射层(11A)和第1透光层(12A)，该一对第1反射面(13A、14A)在第1方向(X)上相对。这里，多个第1部分反射层(11A)包含透射率超过50％的部分反射层。因此，能够使得在第1方向(X)上放大后的光束(L11)中的第1方向(X)的光强度分布适当。
Description
技术领域
本发明涉及具有在反射层之间将透光层和部分反射层交替层叠后的光束直径放大元件的视网膜扫描型显示装置和光束直径放大元件。
背景技术
使进行光调制后的光束入射到使用者的眼睛的视网膜扫描型显示装置具有：光源部，其射出光束；扫描部，其扫描从光源部射出的光束而形成扫描图像；以及光学***，其使从扫描部射出的光束入射到使用者的眼睛。在这样的结构的视网膜扫描型显示装置中，当光束的光束直径较小时，在瞳孔的位置发生了变化的情况下，光束不入射到瞳孔，所以，产生图像的缺失等。因此，在视网膜扫描型的显示装置中，提出了在扫描部和光学***之间设置光束直径放大元件并对从扫描部射出的光束的光束直径进行放大(参照专利文献1)。此外，在专利文献1中，如图5示意性所示，使用了光束直径放大元件10，该光束直径放大元件10在一对反射面13、14之间交替配置有部分反射层11和透光层12。
专利文献1：日本特开2016-90802号公报
在专利文献1所记载的视网膜扫描型显示装置中，如图5所示，伴随扫描部中的扫描，光束L朝向光束直径放大元件10的入射面16的入射角度发生变化，所以，从光束直径放大元件10的出射面17射出的出射角度发生变化。因此，如图6所示，光束L从不同的角度方向入射到眼睛E，使使用者识别图像。在图5和图6中，用实线表示垂直入射到入射面16的光束L，用单点划线表示相对于垂直的光束L倾斜了+10°的光束L0，用双点划线表示相对于垂直的光束L倾斜了-10°的光束L0′。
在这样的视网膜扫描型显示装置中，当眼球E0移动时，根据光束相对于眼瞳的入射方向，光束L被虹膜E2遮挡的部分发生变化，从而到达视网膜E3的光量发生变化。在图6中，用强度A、B、C的3条光线表示光束L0，用强度A′、B′、C′的3条光线表示光束L0′。根据图6可知，在眼球E0朝向正面时，光束L0的强度A、B、C的光线到达视网膜E3，光束L0′的强度A′、B′、C′的光线到达视网膜E3。与此相对，当眼球E0以在一个方向CW上旋转的方式移动时，光束L0的强度A、B的光线到达视网膜E3，光束L0′的强度A′、B′的光线到达视网膜E3。与此相对，当眼球E0以在另一个方向CCW上旋转的方式移动时，光束L0的强度B、C的光线到达视网膜E3，光束L0′的强度B′、C′的光线到达视网膜E3。因此，在以下的式(1)
A≒A′、B≒B′、C≒C′……(1)
成立时，在眼球E0在一个方向CW上移动的情况和眼球E0在另一个方向CCW上移动的情况下，到达视网膜E3的光束L0、L0′的强度相等，因此，图像中不产生亮度不匀。
但是，在光束直径放大元件10中，由于光束直径放大元件10内的光束L的行进路径的不同，光束L0、L0′分别在光束直径的放大方向上具有光强度分布，并且光强度分布在光束L0和光束L0′中不同。例如，光束L0、L0′的光强度有时成为以下的式(2)
A>A′，B＝B′，C<C′……(2)，
在该情况下，在眼球E0在一个方向CW上移动的情况和眼球E0在另一个方向CCW上移动的情况中，到达视网膜E3的光束L0、L0′的强度不同。当发生这样的情形时，使用者识别出的图像的亮度在与光束L0对应的区域和与光束L0′对应的区域中不同。
此外，当产生利用上述的式(2)表示的光强度分布时，伴随眼球E0的移动，图像中的与光束L0对应的区域和与光束L0′对应的区域中的亮度的高低交替，因此，亮度不匀显著。但是，在专利文献1中未记载针对上述亮度不匀的对策，并且未记载上述的亮度不匀自身。
发明内容
鉴于以上问题，本发明提供一种即使在眼球移动的情况下、图像内的亮度不匀也难以显著的视网膜扫描型显示装置和光束直径放大元件。
为了解决上述课题，本发明的视网膜扫描型显示装置的一个方式具有：光源部，其射出光束；扫描部，其扫描从所述光源部射出的所述光束而形成扫描图像；第1光束直径放大元件，其在第1方向上对从所述扫描部射出的所述光束的光束直径进行放大；以及光学***，其使由所述第1光束直径放大元件放大光束直径后的光束入射到使用者的眼睛，所述第1光束直径放大元件具有：一对第1反射面，它们沿着所述第1方向彼此相对；多个第1部分反射层，它们沿着所述第1方向层叠在所述一对第1反射面之间；以及多个第1透光层，它们配置在所述一对第1反射面各自与所述多个第1部分反射层之间、以及所述多个第1部分反射层各自之间，所述第1光束直径放大元件包含：第1入射面，其配置于与所述第1方向交叉的第1长度方向的一侧的端面；以及第1出射面，其配置于所述第1长度方向的另一侧的端面，所述多个第1部分反射层中的至少1个第1部分反射层是透射率超过50％的部分反射层。
在本发明中，利用第1光束直径放大元件在第1方向上对光束的光束直径进行放大，所以，即使眼球在与使用者识别出的图像的第1方向对应的方向上移动，也难以产生图像的缺失。此外，在用于第1光束直径放大元件的多个第1部分反射层中包含透射率超过50％的部分反射层，所以，入射到第1光束直径放大元件的光线在第1光束直径放大元件的第1方向整体中适当行进并射出。因此，即使眼球在与使用者识别出的图像的第1方向对应的方向上移动的情况下，也能够避免到达视网膜的光量根据光束相对于眼瞳的入射方向而发生较大变化的情形、或者到达视网膜的光量根据光束相对于眼瞳的入射方向而发生反转的情形的至少一方。所以，即使在眼球在与使用者识别出的图像的第1方向对应的方向上移动的情况下，图像的亮度不匀也不显著。
在本发明的视网膜扫描型显示装置的另一方式中，能够采用如下结构：所述多个第1部分反射层各自的透射率均超过50％。在该情况下，能够采用如下方式：所述多个第1部分反射层各自的透射率彼此相等。例如，能够采用如下方式：所述多个第1部分反射层各自的透射率均超过50％且为60％以下。根据该方式，能够抑制在使用者识别出的图像中产生亮度按照每个区域而不同的亮度不匀。
在本发明的视网膜扫描型显示装置的另一方式中，能够采用如下结构：所述多个第1部分反射层包含透射率彼此不同的部分反射层。
在本发明的视网膜扫描型显示装置的另一方式中，能够采用如下结构：所述多个第1部分反射层被配置成，透射率从所述一对第1反射面中的、位于朝向所述第1入射面的入射光的行进方向侧的一个第1反射面朝向另一个第1反射面依次升高。
在本发明的视网膜扫描型显示装置的另一方式中，能够采用如下结构：所述多个第1部分反射层各自的透射率均为50％至90％。
在本发明的视网膜扫描型显示装置的另一方式中，能够采用如下结构：所述第1光束直径放大元件具有所述第1入射面和所述第1出射面为斜面的梯形截面形状。
在本发明的视网膜扫描型显示装置的另一方式中，能够采用如下结构：在所述扫描部与所述第1光束直径放大元件之间、以及所述第1光束直径放大元件与所述光学***之间具有第2光束直径放大元件，该第2光束直径放大元件在与所述第1方向交叉的第2方向上对所述光束的光束直径进行放大，所述第2光束直径放大元件具有：一对第2反射面，它们沿着所述第2方向彼此相对；多个第2部分反射层，它们沿着所述第2方向层叠在所述一对第2反射面之间；多个第2透光层，它们配置在所述一对第2反射面的各个第2反射面与所述多个第2部分反射层之间、以及所述多个第2部分反射层各自之间，所述第2光束直径放大元件包含：第2入射面，其配置在与所述第2方向交叉的第2长度方向的一侧的端面；以及第2出射面，其配置在所述第2长度方向的另一侧的端面。根据该方式，利用第2光束直径放大元件在第2方向上对光束的光束直径进行放大，所以，即使在眼球在与使用者识别出的图像的第2方向对应的方向上移动的情况下，也难以产生图像的缺失。
在本发明的视网膜扫描型显示装置的另一方式中，能够采用如下结构：所述多个第2部分反射层中的至少1个第2部分反射层是透射率超过50％的部分反射层。根据该结构，即使眼球在与使用者识别出的图像的第2方向对应的方向上移动的情况下，到达视网膜的光量根据光束相对于眼瞳的入射方向而发生变化的程度也较小。因此，能够抑制在使用者识别出的图像的第2方向上产生亮度按照每个区域而不同的亮度不匀。
在本发明的视网膜扫描型显示装置的另一方式中，能够采用如下结构：所述第2光束直径放大元件具有所述第2入射面和所述第2出射面为斜面的梯形截面形状。
此外，本发明的另一方式是一种光束直径放大元件，其特征在于，该光束直径放大元件具有：一对反射面，它们沿着所述一个方向彼此相对；多个部分反射层，它们沿着所述一个方向层叠在所述一对反射面之间；以及多个透光层，它们配置在所述一对反射面各自与所述多个部分反射层之间、以及所述多个部分反射层各自之间，所述一对反射面、所述多个部分反射层和所述多个透光层层叠后的层叠体包含：入射面，其配置在与所述一个方向交叉的长度方向的一侧的端面；以及出射面，其配置在所述层叠体的所述长度方向的另一侧的端面，所述多个部分反射层中的至少1个部分反射层是透射率超过50％的部分反射层。
在本发明的光束直径放大元件的另一方式中，能够采用如下结构：所述层叠体具有所述入射面和所述出射面为斜面的梯形截面形状。
附图说明
图1是示意性示出应用了本发明的视网膜扫描型显示装置的结构的一例的说明图。
图2是示出图1所示的视网膜扫描型显示装置的外观的一例的说明图。
图3是示意性示出图1所示的光束直径放大装置的一个方式的立体图。
图4是示意性示出作为图3所示的第1光束直径放大元件和第2光束直径放大元件而使用的光束直径放大元件的截面的说明图。
图5是示出光束以不同的角度入射到图3和图4所示的光束直径放大元件的情形的说明图。
图6是示出从图3和图4所示的光束直径放大元件射出的光入射到眼睛的情形的说明图。
图7是示出眼球的朝向与入射到眼瞳的光线的关系的说明图。
图8是示出从图3和图4所示的光束直径放大元件射出的光入射到眼睛的另一情形的说明图。
图9是示出图3和图4所示的第1光束直径放大元件的第1部分反射层的透射率与出射亮度的关系的说明图。
图10是示出根据图9所示的结果对条件1～5进行研究后的结果的曲线图。
图11是图3和图4所示的第1光束直径放大元件的参考例的说明图。
图12是图3和图4所示的第1光束直径放大元件的实施例1的说明图。
图13是图3和图4所示的第1光束直径放大元件的实施例2的说明图。
图14是示出与本发明的比较例相当的第1光束直径放大元件的光线解析结果的说明图。
图15是示出与本发明的实施例1相当的第1光束直径放大元件的光线解析结果的说明图。
标号说明
1：光束直径放大装置；10：光束直径放大元件；10A：第1光束直径放大元件；10B：第2光束直径放大元件；11：部分反射层；11A：第1部分反射层；11B：第2部分反射层；12：透光层；12A：第1透光层；12B：第2透光层；13，14：反射面；13A，14A：第1反射面；13B，14B：第2反射层；15：层叠体；15A：第1层叠体；15B：第2层叠体；16：入射面；16A：第1入射面；16B：第2入射面；17：出射面；17A：第1出射面；17B：第2出射面；51：光源部；52：扫描部；53：偏转部件；54：透镜***；55：导光反射镜；57：导光光学***；58：光学单元；59：光学***；60：框架；100：视网膜扫描型显示装置；E：眼睛；E0：眼球；E1：眼瞳；E2：虹膜；E3：视网膜；H：横向；M：头部；V：纵向；X：第1方向；Y：第2方向。
具体实施方式
以下，说明本发明的实施方式。另外，在以下的说明中参照的附图中，设各层和各部件为附图上能够识别的程度的大小，因此，使各层、各部件的数量、比例尺不同。
[视网膜扫描型显示装置的结构例]
图1是示意性示出应用了本发明的视网膜扫描型显示装置100的结构的一例的说明图。图2是示出图1所示的视网膜扫描型显示装置100的外观的一例的说明图。图1所示的视网膜扫描型显示装置100具有：光源部51，其在使用者的头部M的侧方射出光束L；以及扫描部52，其在头部M的侧方在第1方向X以及与第1方向X交叉的第2方向Y上扫描从光源部51射出的光束L而形成扫描图像。此外，视网膜扫描型显示装置100具有：光束直径放大装置1，其对从扫描部52射出的光束L的光束直径进行放大；以及光学***59，其使由光束直径放大装置1放大光束直径后的光束L入射到使用者的眼睛E。在本方式中，光学***59具有：导光光学***57，其将从光束直径放大装置1射出的光束L从头部M的侧方引导至眼睛E的前方；以及偏转部件53，其配置于眼睛E的前方，偏转部件53使由导光光学***57引导后的光束L朝向眼睛E偏转而使使用者识别虚像。在本方式中，第1方向X对应于入射的光束L的虚像的横向H，第2方向Y对应于虚像的纵向V。
导光光学***57具有：中继透镜***或投影透镜***等透镜***54；以及导光反射镜55，其使从透镜***54射出的光束朝向偏转部件53反射。在本方式中，光束直径放大装置1具有：第1光束直径放大元件10A，其在第1方向X上对从光源部51射出的光束L的光束直径进行放大；以及第2光束直径放大元件10B，其在第2方向Y上对由第1光束直径放大元件10A放大光束直径后的光束L的光束直径进行放大。
光源部51例如具有射出红色光的红色用激光元件、射出绿色光的绿色用激光元件和射出蓝色光的蓝色用激光元件，并具有对这些激光元件的光路进行合成的半反射镜等。红色用激光元件、绿色用激光元件和蓝色用激光元件在控制部(未图示)的控制下，射出调制为与应该显示的图像的各点(dot)对应的光强度后的光束。另外，光源部51可以使用透镜等光学部件将扩散光转换为平行光。
扫描部52例如能够由微镜器件实现，该微镜器件使用硅基板等，利用MEMS(MicroElectro Mechanical Systems)技术而形成。这时，扫描部52能够采用如下结构：利用1个扫描机构，在与图像的横向以及纵向对应的两个方向上扫描入射光。此外，扫描部52可以由以下部件构成：第1扫描机构，其在与第1方向X以及第2方向Y对应的两个方向的一个方向上扫描入射光；以及第2扫描机构，其在两个方向的另一个方向上扫描入射光。该扫描部52也在控制部(未图示)的控制下，在规定方向上扫描入射光。
偏转部件53具有偏转层530，该偏转层530对从导光光学***57投射的光进行反射，使其入射到使用者的眼睛E。在本方式中，偏转部件53是由全息元件等构成的部分透射性的合成器。因此，外光也经由偏转部件53(合成器)入射到眼睛E，所以，使用者能够识别将由视网膜扫描型显示装置100形成的图像和外光(背景)重叠后的图像。即，视网膜扫描型显示装置100构成为透视型的头部佩戴型显示装置。
如图2所示，在使这样构成的视网膜扫描型显示装置100构成为透视型的眼镜显示器的情况下，视网膜扫描型显示装置100形成为如眼镜的形状。此外，在使调制光分别入射到使用者的左右眼睛E的情况下，视网膜扫描型显示装置100具有用前部分61支承左眼用的偏转部件53和右眼用的偏转部件53的框架60，分别在框架60的左右镜腿62处设置有包含参照图1而说明的光学部件的光学单元58。这里，光源部51、扫描部52、光束直径放大装置1和光学***59有时全部设置在光学单元58中，除此以外，也可以在光学单元58中仅设置扫描部52、光束直径放大装置1、光学***59，用光缆等将光学单元58和光源部51连接起来。
[光束直径放大装置1的结构]
图3是示意性示出图1所示的光束直径放大装置1的一个方式的立体图。图4是示意性示出作为图3所示的第1光束直径放大元件10A和第2光束直径放大元件10B而使用的光束直径放大元件10的截面的说明图。另外，在图4中，将透光层12的层叠数表示为4层，但实际上，例如，透光层12层叠了10层左右。此外，在图4中省略了被出射面17反射的光线的图示。此外，在图3中，为了示出透光层12和部分反射层11的层叠方向，用虚线表示部分反射层11。
此外，在以下的说明中，不论第1光束直径放大元件10A和第2光束直径放大元件10B的外形如何，层叠方向S都是指与透光层12以及部分反射层11垂直的方向。因此，第1光束直径放大元件10A对光束直径进行放大的第1方向X是与第1光束直径放大元件10A中的第1透光层12A以及第1部分反射层11A的层叠方向SA平行的方向，第2光束直径放大元件10B对光束直径进行放大的第2方向Y是与第2光束直径放大元件10B中的第2透光层12B以及第2部分反射层11B的层叠方向SB平行的方向。
如图3所示，本方式的光束直径放大装置1具有：第1光束直径放大元件10A，其在图1所示的扫描部52与光学***59之间，在第1方向X上对从扫描部52射出的光束L的光束直径进行放大；以及第2光束直径放大元件10B，其在扫描部52与第1光束直径放大元件10A之间或第1光束直径放大元件10A与光学***59之间，在第2方向Y上对光束L的光束直径进行放大。在本方式中，第2光束直径放大元件10B配置于第1光束直径放大元件10A与光学***59之间。
在这样构成的光束直径放大装置1中，第1光束直径放大元件10A和第2光束直径放大元件10B均由图4所示的光束直径放大元件10构成。光束直径放大元件10具有：一对反射面13、14，它们在一个方向(层叠方向S)上相对；多个部分反射层11，它们在一个方向上层叠在一对反射面13、14之间；以及透光层12，其层叠在反射面13、14与部分反射层11之间、以及部分反射层11的各个之间。此外，光束直径放大元件10在反射面13、14、部分反射层11和透光层12的层叠体15中，具有由与一个方向交叉的长度方向T的一侧端面构成的入射面16、及由长度方向T的另一侧端面构成的出射面17。在本方式中，光束直径放大元件10具有使入射面16和出射面17为斜面的梯形截面形状。
因此，如图3所示，第1光束直径放大元件10A具有：一对第1反射面13A、14A，它们在第1方向X上相对；多个第1部分反射层11A，它们在第1方向X上层叠在一对第1反射面13A、14A之间；以及第1透光层12A，其层叠在第1反射面13A、14A与第1部分反射层11A之间及第1部分反射层11A的各个之间。此外，第1光束直径放大元件10A在第1反射面13A、14A、第1部分反射层11A和第1透光层12A的第1层叠体15A中，具有由与第1方向X以及第2方向Y交叉的第1长度方向TA的一侧端面构成的第1入射面16A、及由第1长度方向TA的另一侧端面构成的第1出射面17A。第1光束直径放大元件10A具有使第1入射面16A和第1出射面17A为斜面的梯形截面形状，第1反射面13A的第1长度方向TA的尺寸比第1反射面14A的第1长度方向TA的尺寸短。
此外，第2光束直径放大元件10B具有：一对第2反射面13B、14B，它们在第2方向Y上相对；多个第2部分反射层11B，它们在第2方向Y上层叠在一对第2反射面13B、14B之间；以及第2透光层12B，其层叠在第2反射面13B、14B与第2部分反射层11B之间、以及第2部分反射层11B的各个之间。此外，第2光束直径放大元件10B在第2反射面13B、14B、第2部分反射层11B和第2透光层12B的第2层叠体15B中，具有由与第1方向X以及第2方向Y交叉的第2长度方向TB的一侧端面构成的第2入射面16B、以及由第2长度方向TB的另一侧端面构成的第2出射面17B。第2光束直径放大元件10B具有使第2入射面16B和第2出射面17B为斜面的梯形截面形状，第2反射面13B的第2长度方向TB的尺寸比第2反射面14B的第2长度方向TB的尺寸短。
再次返回图4，透光层12由玻璃基板或石英基板等基板、以及透光性的粘接剂层(未图示)构成，多个透光层12的厚度相等。反射面13、14由供铝等的反射金属膜的蒸镀膜与透光层12接触的界面构成。另外，反射面13、14可以是基于利用了斯涅尔定律的折射率差的反射面。部分反射层11由将SiO2(二氧化硅)、TiO2(二氧化钛)、Al2O3(氧化铝)、CaF2(氟化钙)、MgF2(氟化镁)、ZnS(硫化锌)、ZrO2(二氧化锆)等无机膜中的介电常数较低的介电膜和介电常数较高的介电膜交替层叠后的电介质多层膜构成。在本方式中，部分反射层11由利用蒸镀法将SiO2和TiO2交替层叠后的电介质多层膜构成。
在这样构成的光束直径放大元件10中，当光束L10以平行光束的状态从相对于层叠方向S倾斜的方向入射到入射面16时，光束L10一边反复进行反射面13上的反射、反射面14上的反射、部分反射层11中的透射、和部分反射层11上的反射，一边在长度方向T上行进，保持平行光束，在对一个方向S上的光束直径进行放大后的状态下从出射面17射出。
因此，在图3所示的光束直径放大装置1中，在第1光束直径放大元件10A中，当光束L10以平行光束的状态从相对于第1方向X倾斜的方向入射到第1入射面16A时，光束L在第1光束直径放大元件10A的长度方向TA上行进，保持平行光束，作为对第1方向X上的光束直径进行放大后的光束L11从第1出射面17A射出。
接着，在第2光束直径放大元件10B中，当光束L1以平行光束的状态从相对于第2方向Y倾斜的方向入射到第2入射面16B时，光束L1在第2光束直径放大元件10B的长度方向TB上行进，保持平行光束，在对第2方向Y上的光束直径进行放大后的状态下从第2出射面17B射出。其结果，光束L12从第2出射面17B射出，该光束L12是在第1方向X和第2方向Y上对光束L的光束直径进行放大而得到的。在本方式中，第1光束直径放大元件10A的第1出射面17A和第2光束直径放大元件10B的第2入射面16B隔着间隙相对。
[眼球E0的位置与光束L的关系]
以下，说明眼球E0的位置与光束L的关系等，在以下的说明中，以第1光束直径放大元件10A在第1方向X(图像的横向H)上对光束直径进行放大后的光束L与眼球E0的位置关系等为中心进行说明。
图5是示出光束L以不同的角度入射到图3和图4所示的光束直径放大元件10的情形的说明图，在图5中，用实线表示垂直入射到光束直径放大元件10(第1光束直径放大元件10A)的入射面16(第1入射面16A)的光束L，用虚线表示相对于光束L倾斜了+10°的光束L0，用单点划线表示相对于光束L倾斜了-10°的光束L0′。图6是示出从图3和图4所示的光束直径放大元件10射出的光入射到眼睛E的情形的说明图，图6的中部示出眼球E0朝向正面的情形，图6的上部示出眼球E0在一个方向CW上移动的情形，图6的下部示出眼球E0在另一方向CCW上移动的情形。图7是示出眼球E0的朝向与入射到眼瞳E1的光线的关系的说明图，图7的中部示出眼球E0朝向正面的情况，图7的上部示出眼球E0在一个方向CW上移动的情况，图7的下部示出眼球E0在另一方向CCW上移动的情况。图8是示出从图3和图4所示的光束直径放大元件10射出的光入射到眼睛E的另一情形的说明图，图8的上部示出眼球E0比图6所示的情形进一步在一个方向CW上移动的情形，图8的下部示出眼球E0比图6所示的情形进一步在另一方向CCW上移动的情形。
如图5所示，在第1光束直径放大元件10A中，伴随图1所示的扫描部52中的扫描，光束L朝向第1光束直径放大元件10A的第1入射面16A的入射角度发生变化，从第1光束直径放大元件10A的第1出射面17A射出的出射角度发生变化。这里，假设在相对于垂直入射到第1光束直径放大元件10A的第1入射面16A的光束L倾斜了+10°的光束L0入射时，在对光束L0的光束直径进行放大后的方向上，射出具有强度A、B、C的光线。此外，假设在相对于垂直入射到第1光束直径放大元件10A的第1入射面16A的光束L倾斜了-10°的光束L0′入射的情况下，在对光束L0′的光束直径进行放大后的方向上，射出具有强度A′、B′、C′的光线。
此外，如图6和图7所示，当眼球E0移动时，光束L被虹膜E2遮挡的部分根据光束相对于眼瞳E1的入射方向而发生变化。例如，在眼球E0朝向正面时，光束L0的强度A、B、C的光线到达视网膜E3，光束L0′的强度A′、B′、C′的光线到达视网膜E3。与此相对，当眼球E0以在一个方向CW上旋转的方式移动时，光束L0的强度A、B的光线到达视网膜E3，光束L0′的强度A′、B′的光线到达视网膜E3。此外，当眼球E0以在另一方向CCW上旋转的方式移动时，光束L0的强度B、C的光线到达视网膜E3，光束L0′的强度B′、C′的光线到达视网膜E3。
此外，如图8所示，当眼球E0以在一个方向CW上进一步旋转的方式移动时，光束L0的强度A的光线到达视网膜E3，光束L0′的强度A′的光线到达视网膜E3。与此相对，当眼球E0以在另一方向CCW上进一步旋转的方式移动时，光束L0的强度C的光线到达视网膜E3，光束L0′的强度C′的光线到达视网膜E3。
所以，即使眼球E0移动而使光束L被虹膜E2遮挡的部分发生变化，如果全部满足以下的式P1～P5，则即使眼球E0移动，在图像中的与光束L0对应的区域和图像中的与光束L0′对应的区域中，到达视网膜E3的光量也是恒定的。因此，即使眼球E0移动，在图像中的与光束L0对应的区域和图像中的与光束L0′对应的区域中，也不产生亮度差。另外，下式P1～P5中的式P1～P3是条件式，式P4、P5是从式P1～P3导出的式子。
式P1：A/A′＝100％
式P2：(A+B)/(A′+B′)＝100％
式P3：(A+B+C)/(A′+B′+C′)＝100％
式P4：(B+C)/(B′+C′)＝100％
式P5：C/C′＝100％
此外，利用以下的式子求出的值的差如果满足例如小至40％以内的条件P6，则即使眼球E0移动而使光束L被虹膜E2遮挡的部分发生变化，在光束L0、L0′中也不产生到达视网膜E3的光强度的反转。因此，即使眼球E0移动，即便在图像中的与光束L0对应的区域和图像中的与光束L0′对应的区域中存在亮度差，亮度不匀也不显著。
A/A′
(A+B)/(A′+B′)
(A+B+C)/(A′+B′+C′)
(B+C)/(B′+C′)
C/C′
所以，如果满足式P1～P5或者条件P6的至少一方，则亮度不匀不显著。因此，在本方式中，参照图9～图13，如以下所示，如以下这样使第1光束直径放大元件10A优化而使亮度不匀不显著。
[第1光束直径放大元件10A的结构例1]
首先，参照图9～图12，对满足式P1～P5的结构例1进行说明。图9是示出图3和图4所示的第1光束直径放大元件10A的第1部分反射层11A的透射率与出射亮度的关系的说明图，在图9的上部的曲线图中示出光束L0的各光线的强度A、B、C，在图9的下部的曲线图中示出光束L0′的光线的强度A′、B′、C′。图10是示出根据图9所示的结果而对条件1～5进行研究后的结果的曲线图，示出对与式P1～P5相关的亮度差比例进行计算后的结果与第1部分反射层11A的透射率的关系。另外，在图9和图10所示的结果中，使多个第1部分反射层11A的透射率全部相同。
当使图3和图4所示的第1光束直径放大元件10A的第1部分反射层11A的透射率发生变化时，光束L0的强度A、B、C、和光束L0′的强度A′、B′、C′能够根据下式求出，所以，光束L0的强度A、B、C如图9的上部所示的曲线图那样发生变化，光束L0′的强度A′、B′、C′如图9的下部所示的曲线图那样发生变化。在下式中，a为透射率，b为反射率(反射率＝100％-透射率)，光束L0的强度A、B、C、和光束L0′的强度A′、B′、C′为每当图5所示的各光线在第1部分反射层11A中进行透射和反射时将透射率a和反射率b相乘而计算出的值。
A＝a×b
B＝(a2×b+b3)
C＝a2
A′＝a4+2×(a2×b3)+(a2×b2)
B′＝(a3×b3)+4×(a3×b2)+(a3×b)+3×(a×b5)
C′＝3×(a4×b2)+(a×b4)+3×(a2×b5)
+3×(a2×b4)+2×(a2×b3)+(a2×b2)+b7
此外，当根据图9所示的结果求出透射率a与式P1～P5的各比之间的关系时，成为图10所示的结果。因此，根据图10所示的结果、进而根据改变条件进行研究后的结果，为了大致满足式P1～P5，需要在多个第1部分反射层11A中包含透射率超过50％的部分反射层。更具体而言，为了大致满足式P1～P5，需要使多个第1部分反射层11A的透射率均超过50％。更优选的是，如图10中示出范围F那样，需要使多个第1部分反射层11A的透射率均超过50％且为60％以下。
(相对于本发明的参考例)
图11是图3和图4所示的第1光束直径放大元件10A的参考例的说明图，示出了使多个第1部分反射层11A的透射率全部为50％的情况下的各式P1～5的研究结果。
在本例中，使多个第1部分反射层11A的透射率全部为50％，各强度成为以下的值。
A＝0.250
B＝0.250
C＝0.250
A′＝0.188
B′＝0.250
C′＝0.281
因此，如图11所示，与式P1～P5相当的值如以下所示。
式P1：A/A′＝133.3％
式P2：(A+B)/A′+B′＝114.3％
式P3：(A+B+C)/(A′+B′+C′)＝104.3％
式P4：(B+C)/(B′+C′)＝94.1％
式P5：C/C′＝88.9％
这样，在参考例中，由于满足了全部光线入射到眼瞳E1的情况下的式P3，所以,不匀产生程度在画面整个区域中较少。但是，由于不满足式P1、P2、P4、P5，如图6～图8所示，在眼球E0移动时，在画面整个区域内产生较大的亮度不匀。并且，由于不满足条件P6，所以，在使眼球E0移动时，在画面中，区域之间的亮度的高低交替。因此，亮度不匀显著。其原因可认为是，如果全部部分反射层11的透射率a为50％，则充足的光无法到达图4所示的第1反射面13A侧，光集中地向第1反射面14A侧射出，所以，无法使得光束L0、L0′的光束直径放大后的光强度分布适当。
(本发明的实施例1)
图12是图3和图4所示的第1光束直径放大元件10A的实施例1的说明图，示出了使多个第1部分反射层11A的透射率全部为55％的情况下的各式P1～5的研究结果。
在本例中，使多个第1部分反射层11A的透射率全部为55％，各强度成为以下的值。
A＝0.248
B＝0.227
C＝0.303
A′＝0.208
B′＝0.255
C′＝0.271
因此，如图12所示，与式P1～P5相当的值如以下所示。
式P1：A/A′＝119.3％
式P2：(A+B)/A′+B′＝102.5％
式P3：(A+B+C)/(A′+B′+C′)＝105.9％
式P4：(B+C)/(B′+C′)＝100.7％
式P5：C/C′＝111.7％
这样，在实施例1中，由于充足的光到达图4所示的反射面14A，所以，满足全部光线入射到眼瞳E1的情况下的式P3、眼球E0移动至图6所示的程度的情况下的式P2、P4，不匀产生程度在画面整个区域中较少。但是，由于不满足式P2、P5，在眼球E0移动至图8所示的程度的情况下，虽然相比于参考例抑制了程度，但产生亮度不匀。即使在该情况下，由于满足条件P6，所以，不会产生这样的情形：在眼球E0移动时，在画面中，区域之间的亮度的高低交替。因此，能够避免亮度不匀显著的情况。
[第1光束直径放大元件10A的另一结构例(本发明的实施例2)]
图13是图3和图4所示的第1光束直径放大元件10A的实施例2的说明图，示出了使依次设置于第1反射面14A侧至第1反射面13A侧的3个第1部分反射层11A的透射率为50％、65％、90％的情况下的各式P1～5的研究结果。
即，在本例中，多个第1部分反射层11A中包含透射率超过50％的部分反射层。此外，在本例中，多个第1部分反射层11A中包含透射率不同的多个部分反射层。此外，在本方式中，透射率不同的多个部分反射层被配置成，透射率从一对第1反射面13A、14A中的、位于入射光朝向第1入射面16A的行进方向侧的一个第1反射面14A朝向另一个第1反射面13A依次升高。此外，透射率不同的多个部分反射层的透射率为50％至90％。因此，与使多个第1部分反射层11A的透射率全部为50％的情况相比，充足的光到达图4所示的反射面13A。
在使用这样构成的第1光束直径放大元件10A的情况下，光束L0、L0′的各光线的强度成为以下的值。
A＝0.315
B＝0.299
C＝0.325
A′＝0.237
B′＝0.255
C′＝0.254
因此，如图13所示，与式P1～P5相当的值如以下所示。
式P1：A/A′＝133.3％
式P2：(A+B)/A′+B′＝124.7％
式P3：(A+B+C)/(A′+B′+C′)＝125.8％
式P4：(B+C)/(B′+C′)＝122.5％
式P5：C/C′＝128.0％
这样，在实施例2中，由于不满足式P1～P5，所以，在眼球E移动时，虽然相比于参考例抑制了程度，但产生亮度不匀。即使这样，由于满足条件6，所以，不会产生这样的情形：在使眼球E0旋转时，在画面中，区域之间的亮度的高低交替。因此，能够避免亮度不匀显著的情况。
另外，除本例以外，还对其他条件进行研究后的结果是，如果多个第1部分反射层11A中包含透射率超过50％的部分反射层，则与使多个第1部分反射层11A的透射率全部为50％的情况相比，充足的光到达图4所示的反射面13A。此外，多个第1部分反射层11A中包含透射率不同的多个部分反射层，在该多个部分反射层配置成透射率从一对第1反射面13A、14A中的、位于入射光朝向第1入射面16A的行进方向侧的一个第1反射面14A朝向另一个第1反射面13A从高到低的情况下，充足的光到达图4所示的反射面13A。并且，在透射率不同的多个部分反射层的透射率为50％至90％的情况下，充足的光到达图4所示的反射面13A。
[第1光束直径放大元件10A的光线解析结果]
图14是示出与本发明的比较例相当的第1光束直径放大元件10A的光线解析结果的说明图。图15是示出与本发明的实施例1相当的第1光束直径放大元件10A的光线解析结果的说明图。另外，在图14和图15中，中部示出入射了与第1入射面16A垂直的光束L的情况下的光强度分布，上部示出入射了相对于光束L倾斜+10°的光束L0的情况下的光强度分布，下部示出入射了相对于光束L倾斜-10°的光束L0’的情况下的光强度分布。此外，在各强度分布的侧方，用斜线等示意性表示强度，未标注有斜线的区域表示最大的强度，示出斜线的间距越窄则强度越下降的情况。
在上述的说明中，设第1光束直径放大元件10A中的第1透光层12A为4层、第1部分反射层11A的层数为3层进行了说明，但在第1光束直径放大元件10A中，设第1透光层12A为9层、第1部分反射层11A的层数为8层的情况较多。因此，进行了第1光束直径放大元件10A的光线解析，该第1光束直径放大元件10A的图4所示的切削角θ为55°，并设置了9层厚度为0.4mm的第1透光层12A。这时，假设垂直入射到第1入射面16A的光线在第1反射面14A的中心处反射。此外，光源到第1光束直径放大元件10A的垂直距离为3mm。
在使第1光束直径放大元件10A的第1部分反射层11A的透射率全部为50％的比较例中，如图14所示，在角度为+10°的光束L0的情况下，光无法充分到达第1反射面14A，另一方面，在角度为-10°的光束L0’的情况下，光无法充分到达第1反射面13A。因此，各光线中的强度差较大。
与此相对，在使第1光束直径放大元件10A的第1部分反射层11A的透射率全部为55％的实施例1中，如图15所示，在角度为+10°的光束L0的情况下，光充分到达第1反射面14A，并且，在角度为-10°的光束L0的情况下，光充分到达第1反射面13A。因此，各光线中的强度差较小。所以，如果使用实施例1的第1光束直径放大元件10A，则难以产生亮度不匀。
[其他实施方式]
在上述实施方式中，以由于第1光束直径放大元件10A引起的亮度不匀为中心进行了说明，但关于第2光束直径放大元件10B，如果也采用多个第2部分反射层11B中包含透射率超过50％的部分反射层等与第1光束直径放大元件10A相同的结构，则能够抑制与第2方向Y对应的图像的纵向V上的亮度不匀。
在上述实施方式中，第1方向X对应于图像的横向H，第2方向Y对应于图像的纵向V，但也可以是在第1方向X对应于图像的纵向V、第2方向Y对应于图像的横向H的情况下应用本发明。
在上述实施方式中，具有2个光束直径放大元件(第1光束直径放大元件10A和第2光束直径放大元件10B)，但也可以在仅具有1个光束直径放大元件(第1光束直径放大元件10A)的情况下应用本发明。
Claims (12)
1.一种视网膜扫描型显示装置，其特征在于，其具有：
光源部，其射出光束；
扫描部，其扫描从所述光源部射出的所述光束而形成扫描图像；
第1光束直径放大元件，其在第1方向上对从所述扫描部射出的所述光束的光束直径进行放大；以及
光学***，其使由所述第1光束直径放大元件放大光束直径后的光束入射到使用者的眼睛，
所述第1光束直径放大元件具有：
一对第1反射面，它们沿着所述第1方向彼此相对；
多个第1部分反射层，它们沿着所述第1方向层叠在所述一对第1反射面之间；以及
多个第1透光层，它们配置在所述一对第1反射面各自与所述多个第1部分反射层之间、以及所述多个第1部分反射层各自之间，
所述第1光束直径放大元件包含：第1入射面，其配置于与所述第1方向交叉的第1长度方向的一侧的端面；以及第1出射面，其配置于所述第1长度方向的另一侧的端面，
所述多个第1部分反射层各自的透射率均超过50％。
2.根据权利要求1所述的视网膜扫描型显示装置，其特征在于，
所述多个第1部分反射层各自的透射率彼此相等。
3.根据权利要求2所述的视网膜扫描型显示装置，其特征在于，
所述多个第1部分反射层各自的透射率均超过50％且为60％以下。
4.根据权利要求1所述的视网膜扫描型显示装置，其特征在于，
所述多个第1部分反射层包含透射率彼此不同的部分反射层。
5.根据权利要求4所述的视网膜扫描型显示装置，其特征在于，
所述多个第1部分反射层被配置成，透射率从所述一对第1反射面中的、位于朝向所述第1入射面的入射光的行进方向侧的一个第1反射面朝向另一个第1反射面依次升高。
6.根据权利要求4或5所述的视网膜扫描型显示装置，其特征在于，
所述多个第1部分反射层各自的透射率均为50％至90％。
7.根据权利要求1或2所述的视网膜扫描型显示装置，其特征在于，
所述第1光束直径放大元件具有所述第1入射面和所述第1出射面为斜面的梯形截面形状。
8.根据权利要求1或2所述的视网膜扫描型显示装置，其特征在于，
该视网膜扫描型显示装置在所述扫描部与所述第1光束直径放大元件之间、或所述第1光束直径放大元件与所述光学***之间具有第2光束直径放大元件，该第2光束直径放大元件在与所述第1方向交叉的第2方向上对所述光束的光束直径进行放大，
所述第2光束直径放大元件具有：
一对第2反射面，它们沿着所述第2方向彼此相对；
多个第2部分反射层，它们沿着所述第2方向层叠在所述一对第2反射面之间；
多个第2透光层，它们配置在所述一对第2反射面的各个第2反射面与所述多个第2部分反射层之间、以及所述多个第2部分反射层各自之间，
所述第2光束直径放大元件包含：第2入射面，其配置在与所述第2方向交叉的第2长度方向的一侧的端面；以及第2出射面，其配置在所述第2长度方向的另一侧的端面。
9.根据权利要求8所述的视网膜扫描型显示装置，其特征在于，
所述多个第2部分反射层中的至少1个第2部分反射层是透射率超过50％的部分反射层。
10.根据权利要求9所述的视网膜扫描型显示装置，其特征在于，
所述第2光束直径放大元件具有所述第2入射面和所述第2出射面为斜面的梯形截面形状。
11.一种光束直径放大元件，其在一个方向上对入射的光束的光束直径进行放大，其特征在于，该光束直径放大元件具有：
一对反射面，它们沿着所述一个方向彼此相对；
多个部分反射层，它们沿着所述一个方向层叠在所述一对反射面之间；以及
多个透光层，它们配置在所述一对反射面各自与所述多个部分反射层之间、以及所述多个部分反射层各自之间，
所述一对反射面、所述多个部分反射层和所述多个透光层层叠后的层叠体包含：入射面，其配置在与所述一个方向交叉的长度方向的一侧的端面；以及出射面，其配置在所述层叠体的所述长度方向的另一侧的端面，
所述多个部分反射层各自的透射率均超过50％。
12.根据权利要求11所述的光束直径放大元件，其特征在于，
所述层叠体具有所述入射面和所述出射面为斜面的梯形截面形状。
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