JP2014059395A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】見易く視域の広い小型の表示装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、画像投影部と、光学部と、を含む表示装置が提供される。前記画像投影部は、画像情報を含むレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を走査する走査部と、を含む。前記光学部は、反射部を含む。前記反射部は、互いに積層された複数のハーフミラーを含む。前記走査されたレーザ光は前記複数のハーフミラーに順次入射し、前記複数のハーフミラーのそれぞれで反射して生じた複数の前記反射レーザ光のそれぞれは互いに異なる複数の点のそれぞれを通過する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、表示装置に関する。

使用者の頭部に装着して使用者にが画像を見ることができるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）が開発されている。ＨＭＤを実用化する上で、装置の小型化が重要である。

一方、ＨＭＤにおいて見易いことも重要である。このために、目の水晶体のピント調節を不要としてマクスウェル視を利用する方式がある。しかしながら、マクスウェル視においては、表示像を見ることが可能なポイント（視域）が非常に狭い。これに対して、マクスウェル視の光学系中に複数のピンホールを設け、そのピンホールにより複数の位置に光の収束点を形成する方法がある。しかしこの方法では、装置の小型化が困難である。

特開２００４−１５７１７３号公報

本発明の実施形態は、見易く視域の広い小型の表示装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、画像投影部と、光学部と、を含む表示装置が提供される。前記画像投影部は、画像情報を含むレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を走査する走査部と、を含む。前記光学部は、反射部を含む。前記反射部は、互いに積層された複数のハーフミラーを含む。前記走査されたレーザ光は前記複数のハーフミラーに順次入射し、前記複数のハーフミラーのそれぞれで反射して生じた複数の前記反射レーザ光のそれぞれは互いに異なる複数の点のそれぞれを通過する。

第１の実施形態に係る表示装置を示す模式的平面図である。 第１の実施形態に係る表示装置を示す模式的斜視図である。 第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式的平面図である。 第１の実施形態に係る表示装置を示す模式的断面図である。 第１の実施形態に係る表示装置の一部を示す模式図である。 第２の実施形態に係る表示装置の一部を示す模式的平面図である。 ハーフミラーの特性を示すグラフ図である。 第２の実施形態に係る表示装置の動作を示すグラフ図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的平面図である。
図２は、第１の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的斜視図である。
図２に表したように、本実施形態に係る表示装置１１０は、画像投影部２５と、光学部５０と、を含む。

画像投影部２５は、レーザ光源１０と、走査部２０と、を含む。レーザ光源１０は、画像情報を含むレーザ光を出射する。走査部２０は、レーザ光源１０から出射されたレーザ光を走査する。走査部２０においては、ラスター方式でレーザ光を走査する。画像投影部２５の例については後述する。

光学部５０は、反射部３０を含む。この例では、光学部５０は、光学素子部４０をさらに含む。反射部３０は、互いに積層された複数のハーフミラー３０Ｍを含む。

画像投影部２５から出射した走査されたレーザ光１８は、複数のハーフミラー３０Ｍに入射する。複数のハーフミラー３０Ｍで反射した走査されたレーザ光１８は、表示装置１１０の使用者８５の目８０（具体的には瞳８１）に入射する。

使用者８５は、レーザ光１８に含まれる画像情報を見る。表示装置１１０は、例えばヘッドマウント型の表示装置である。表示装置１１０は、例えば、透過型単眼のＨＭＤである。使用者８５は、反射部３０で反射した、走査されたレーザ光１８による画像と、反射部３０を通過した背景像（実景像）と、を見る。表示された画像は、背景像に重なって見える。

この例では、保持部６０がさらに設けられている。保持部６０は、画像投影部２５と光学部５０とを保持する。例えば、保持部６０は、使用者８５の頭部の右側部分（例えば右側の耳の近傍）に接するように設計された右側保持部材６１と、使用者８５の頭部の左側部分（例えば左側の耳の近傍）に接するように設計された左側保持部材６２と、を有する。これにより、保持部６０は、光学部５０と、使用者８５の目８０と、の間の空間的配置を規定する。

保持部６０により、複数のハーフミラー３０Ｍで反射したレーザ光１８が、目８０に安定して入射し、安定した表示を可能にする。

表示装置１１０において、複数のハーフミラー３０Ｍで反射したレーザ光１８の進行方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向は、走査されたレーザ光１８のうちの画像の中心部に対応するレーザ光１８が、ハーフミラー３０Ｍで反射して形成される光の進行方向に対応する。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向とＸ軸方向とに対して垂直な方向をＹ軸方向とする。Ｚ軸方向は、使用者８５からみて、前から後ろに向かう方向である。Ｘ軸方向は、例えば左右方向である。Ｙ軸方向は、例えば上下方向である。

図１は、画像投影部２５及び光学部５０に関するＸ−Ｚ平面図である。
図１に表したように、画像投影部２５には、光ファイバ１５と、ファイバガイド１６と、光源側レンズ１７と、をさらに含む。光ファイバ１５は、レーザ光源１０から出射したレーザ光１８ｏを走査部２０に向けて導く。光ファイバ１５中を導かれたレーザ光１８ｏは、ファイバガイド１６から出射する。ファイバガイド１６を通過したレーザ光１８ｏは、光源側レンズ１７に入射する。光源側レンズ１７は、レーザ光１８ｏをコリメートする。光源側レンズ１７は、例えば、画像のピントの調整用に用いられる。

光源側レンズ１７を出射したレーザ光１８が、走査部２０に入射する。走査部２０には、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスが用いられる。

光学部５０の光学素子部４０は、例えば、レンズ部４１と、反射鏡４３と、筐体４４と、を含む。筐体４４は、レンズ部４１及び反射鏡４３を保持している。この例では、筐体４４は、画像投影部２５及び反射部３０をさらに保持している。レンズ部４１は、第１レンズ４１ａと第２レンズ４１ｂとを含む。

画像投影部２５の走査部２０から出射した走査されたレーザ光１８は、走査の方向に従って一定の角度の範囲を進行する。レーザ光１８は、反射鏡４３に斜めに入射し、反射して方向が変えられたレーザ光１８は、第１レンズ４１ａに入射する。第１レンズ４１ａにより、走査されたレーザ光１８のそれぞれは、互いに実質的に平行にされる。第１レンズ４１ａを通過したレーザ光１８は、第２レンズ４１ｂに入射する。第２レンズ４１ｂを通過した、走査されたレーザ光１８は、集まりつつ、反射部３０の入射面３０Ｉに入射する。

反射部３０は、互いに積層された複数のハーフミラー３０Ｍを含む。この例では、反射部３０の複数のハーフミラー３０Ｍは、第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）ハーフミラーを有する。第ｉ（ｉは１以上ｎ未満の整数）ハーフミラー３０Ｍ_ｉは、第（ｉ＋１）ハーフミラー３０Ｍ_ｉ＋１の入射面３０Ｉの側に配置される。

この例では、反射部３０の複数のハーフミラー３０Ｍは、４つのハーフミラー３０Ｍ（すなわち、第１〜第４ハーフミラー３１〜３４）を含む。入射面３０Ｉから、第１ハーフミラー３１、第２ハーフミラー３２、第３ハーフミラー３３及び第４ハーフミラー３４の順で積層される。

実施形態において、複数のハーフミラー３０Ｍの数（すなわち、上記のｎ）は、任意である。以下では、ｎが４である例について説明する。

走査されたレーザ光１８は、複数のハーフミラー３０Ｍに順次入射する。複数のハーフミラー３０Ｍのそれぞれで反射して生じた複数の反射レーザ光Ｌｒのそれぞれは、互いに異なる複数の点７０を通過する。

図１においては、図を見やすくするために、第１ハーフミラー３１で生じた第１反射レーザ光Ｌｒ１と、第４ハーフミラー３４で生じた第４反射レーザ光Ｌｒ４と、が図示されている。第１反射レーザ光Ｌｒ１は、走査されたレーザ光１８によって生じたものであり、第１反射レーザ光Ｌｒ１も走査されている。走査された第１反射レーザ光Ｌｒ１が、第１点７１を通過する。第４反射レーザ光Ｌｒ４も、走査されたレーザ光１８によって生じたものであり、第４反射レーザ光Ｌｒ４も走査されている。走査された第４反射レーザ光Ｌｒ４は、第１点７１とは異なる第４点７４を通過する。

もし、ハーフミラーが１つである場合（例えば第１ハーフミラー３１だけが設けられる場合）には、走査されたレーザ光１８から、第１ハーフミラー３１で反射した第１反射レーザ光Ｌｒ１だけが生じる。走査された第１反射レーザ光Ｌｒ１は、第１点７１を通過するため、使用者８５の目８０の瞳８１が、第１点７１を通過した光が入射する位置にあるときには、使用者８５は画像を見ることができる。しかしながら、瞳８１が、第１点７１を通過した光が入射する位置から外れた場合には、使用者８５は、画像を見ることができない。このため、使用者８５が画像を見ることができる範囲（視域）は、第１点７１の近傍に限られ、狭い。

これに対して、実施形態においては、複数のハーフミラー３０Ｍが設けられるため、走査された反射レーザ光Ｌｒは、互いに異なる複数の点７０を通過する。このため、使用者は、複数の点７０の近傍のそれぞれで、画像を見ることができ、実用的な視域が拡大する。実施形態においては、複数のハーフミラー３０Ｍにより、走査されたレーザ光１８が通過する（集まる）点７０が増える。

表示装置１１０においては、画像を含む走査されたレーザ光１８は、１つの点（例えば複数の点７０のいずれか）を通過する。目８０の瞳８１の位置（Ｚ軸方向における位置）が、その点に近い場合、目８０の水晶体のピント調節が不要の表示が可能である。すなわち、表示装置１１０は、例えば、実質的にマクスウェル視による表示を提供する。

また、表示装置１１０においては、レーザ光源１０と走査部２０とを用いたレーザ走査型である。このため、装置が小型で軽量である。

このように、実施形態によれば、実質的にピント調整を不要とするため見易く、視域の広い、小型の表示装置が提供できる。

実施形態においては、保持部６０は、走査された反射レーザ光Ｌｒが通過する複数の点７０と、使用者８５の目８０と、の間の空間的配置を規定する。これにより、目８０と複数の点７０との位置関係が定まり、安定した視域の広い表示が可能になる。

図３は、第１の実施形態に係る表示装置の動作を例示する模式的平面図である。
図３に表したように、走査部２０は、画像の一方の端に対応する第１位置Ｐａと、画像の他方の端に対応する第２位置Ｐｂと、の間において、レーザ光１８を走査する。第１位置Ｐａと第２位置Ｐｂとの間に、中央位置Ｐｃが配置される。この例では、説明を簡単にするために、第１位置Ｐａ、第２位置Ｐｂ及び中央位置Ｐｃに関して、反射鏡４３上の位置が示されている。ただし、第１位置Ｐａ、第２位置Ｐｂ及び中央位置Ｐｃは、空間上の任意の位置で良い。第１時刻においては、走査部２０は、レーザ光１８を走査して、第１位置Ｐａに入射する第１走査レーザ光１８ａを生じさせる。第２時刻においては、走査部２０は、レーザ光１８を走査して、第２位置Ｐｂに入射する第２走査レーザ光１８ｂを生じさせる。第１時刻と第２時刻との間の第３時刻においては、走査部２０は、中央位置Ｐｃに入射する第３走査レーザ光１８ｃを生じさせる。

走査部２０から出射した時には、第１走査レーザ光１８ａと第２走査レーザ光１８ｂとは，互いに非平行である。第１〜第３走査レーザ光１８ａ〜１８ｃは、反射鏡４３で反射し、第１レンズ４１ａに入射して互いに平行化される。平行化された第１〜第３走査レーザ光１８ａ〜１８ｃが、第２レンズ４１ｂを通過すると、第１〜第３走査レーザ光１８ａ〜１８ｃは、互いに非平行になる。

走査されたレーザ光１８（第１〜第３走査レーザ光１８ａ〜１８ｃ）は、複数のハーフミラー３０Ｍに順次入射する。すなわち、レーザ光１８は、第ｉハーフミラー３０Ｍ_ｉに入射した後に、第（ｉ＋１）ハーフミラー３０Ｍ_ｉ＋１に入射する。

例えば、走査されたレーザ光１８は第１ハーフミラー３１に入射する。第１ハーフミラー３１に入射した走査されたレーザ光１８の一部は、第１ハーフミラー３１で反射して第１反射レーザ光Ｌｒ１を生じる。

第１ハーフミラー３１に入射した、走査されたレーザ光１８の他の一部は、第１ハーフミラー３１を通過して、第２ハーフミラー３２に入射する。第２ハーフミラー３２に入射した走査されたレーザ光１８の上記の他の一部は、第２ハーフミラー３２で反射して、第２反射レーザ光Ｌｒを生じる。

このように、走査されたレーザ光１８は、複数のハーフミラー３０Ｍ（例えば第１〜第４ハーフミラー３１〜３４）のそれぞれで反射して、複数の反射レーザ光Ｌｒ（例えば第１〜第４反射レーザ光Ｌｒ１〜Ｌｒ４）が生じる。

複数の反射レーザ光Ｌｒのそれぞれは、走査されたレーザ光１８（第１〜第３走査レーザ光１８ａ〜１８ｃ等）に基づいている。複数の反射レーザ光Ｌｒのそれぞれにおいて、第１〜第３走査レーザ光１８ａ〜１８ｃが１つの点７０を通過する。点７０は、例えば、集光点（視点）である。この例では、複数の反射レーザ光Ｌｒのそれぞれが、複数の点７０のそれぞれ（この例では、第１〜第４点７１〜７４）を通過する。

これらの複数の点７０（第１〜第４点７１〜７４）に対応する位置に、瞳８１が位置するときに、使用者８５は、走査されたレーザ光１８により形成される画像を見ることができる。第１〜第４点７１〜７４、または、それらの近傍の位置で、画像を見ることができ、実用的な視域が拡大する。

目８０の瞳８１の位置と、点７０の位置と、は互いに一致することが好ましい。すなわち、目８０の瞳８１と、点７０と、の距離Ｌｚは、ほぼ０ｍｍであることが望ましい。例えば、本実施形態においては、距離Ｌｚの絶対値が１０ｍｍ以下であれば、水晶体のピント調節が不要の表示（例えば、実質的にマクスウェル視）が提供できる。瞳８１と点７０との距離Ｌｚの絶対値は、例えば、０ｍｍ以上１１ｍｍ以下であることが好ましい。瞳８１と点７０との距離Ｌｚの絶対値は、例えば、０ｍｍ以上９ｍｍ以下であることがより好ましい。すなわち、瞳８１と点７０との距離Ｌｚの絶対値は、０ｍｍ以上略１０ｍｍ以下である。

このように、実施形態によれば、実質的にピント調整を不要とするため見易く、視域の広い、小型の表示装置が提供できる。

本実施形態においては、光学素子部４０に、第１レンズ４１ａと第２レンズ４１ｂとを含むレンズ部４１が設けられている。この様なレンズ部４１により、走査の方向に従って一定の角度の範囲を進行する光の軸が、平行にされる。すなわち、走査部２０は、画像の一方の端に対応する第１位置Ｐａと、画像の他方の端に対応する第２位置Ｐｂと、の間において、レーザ光１８を走査する。レンズ部４１は、第１位置Ｐａに走査されたレーザ光１８の進行方向を、第２位置Ｐｂに走査されたレーザ光１８の進行方向に対して平行にする。このように、走査されたレーザ光１８の進行方向を平行化することで、第１レンズ４１ａと第２レンズ４１ｂとの間の距離を変更しても、反射部３０に入射するレーザ光１８の特性は変化しない。このようなレンズ部４１を設けることで、装置の設計が容易になる。レンズ部４１は、例えば、テレセントリック光学系である。

第１レンズ４１ａの焦点距離は、例えば、第２レンズ４１ｂの焦点距離と同じである。これにより、レーザ光１８の平行化が可能になる。レンズの焦点距離により、画角が定まる。実施形態において、画角は、例えば、±５度以上±２０度以下（例えば±１０．３度）である。

図４は、第１の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図４は、反射部３０の構成の例を示している。
図４に表したように、複数のハーフミラー３０Ｍのそれぞれは、反射透過膜３０ａと、反射抑制膜３０ｂ（反射防止膜）と、を含むことができる。この例では、複数のハーフミラー３０Ｍのそれぞれは、基板３０ｃをさらに含む。

反射透過膜３０ａは、走査されたレーザ光１８の一部を透過し、走査されたレーザ光１８の他の一部を反射する。反射抑制膜３０ｂは、反射透過膜３０ａと積層される。基板３０ｃは、反射透過膜３０ａと反射抑制膜３０ｂとの間に配置され、レーザ光１８を透過する。

例えば、第１ハーフミラー３１は、走査されたレーザ光１８の一部を透過し、走査されたレーザ光１８の他の一部を反射する第１反射透過膜３１ａと、第１反射透過膜３１ａと積層された第１反射抑制膜３１ｂと、第１反射透過膜３１ａと第１反射抑制膜３１ｂとの間に配置されレーザ光１８を透過する第１基板３１ｃと、を含む。

第２ハーフミラー３２は、走査されたレーザ光１８の一部を透過し、走査されたレーザ光１８の他の一部を反射する第２反射透過膜３２ａと、第２反射透過膜３２ａと積層された第２反射抑制膜３２ｂと、第２反射透過膜３２ａと第２反射抑制膜３２ｂとの間に配置されレーザ光１８を透過する第２基板３２ｃと、を含む。

同様に、第３ハーフミラー３３は、第３反射透過膜３３ａと、第３反射抑制膜３３ｂと、第３基板３３ｃと、を含む。第４ハーフミラー３４は、第４反射透過膜３４ａと、第４反射抑制膜３４ｂと、第４基板３４ｃと、を含む。

上記の第１〜第４反射透過膜３１ａ〜３４ａにより、走査されたレーザ光１８が反射し、反射した走査されたレーザ光１８が、第１〜第４点７１〜７４のそれぞれを通過する。

第１〜第４反射抑制膜３１ｂ〜３４ｂにより、第１〜第４基板３１ｃ〜３４ｃの裏面（第１〜第４反射透過膜３１ａ〜３４ａとは反対側の面）における不要な反射が抑制できる。

基板には、例えば、ガラス基板や透明な樹脂などが用いられる。基板の１つの辺の長さは、例えば、２０ｍｍ以上４０ｍｍ以下（例えば３０ｍｍ）である。基板の別の辺の長さは、例えば、３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下（例えば４０ｍｍ）である。基板の厚さは、例えば、０．２ｍｍ以上０．７ｍｍ以下（例えば０．５ｍｍ）である。

反射透過膜３０ａには、例えば、金属の薄膜が用いられる。金属には例えば、アルミニウム及び銀の少なくともいずれかなどが用いられる。金属の薄膜の厚さは、例えば０．０１マイクロメートル（μｍ）以上０．２μｍ以下である。

反射抑制膜３０ｂには、例えば、金属酸化物膜の積層膜、または、フッ化物膜の積層膜、金属酸化物膜及びフッ化物膜を含む積層膜などが用いられる。

複数のハーフミラー３０Ｍは、平面である。複数のハーフミラー３０Ｍのそれぞれの反射面は、互いに平行である。これにより、画像の歪みなどが抑制された状態で、レーザ光１８が複数の点７０を通過できる。

この例では、複数のハーフミラー３０Ｍどうしの間に、それらの距離を定めるスペーサ３８が設けられている。これにより、複数のハーフミラー３０Ｍの間に、間隙部３９が形成される。すなわち、反射部３０は、複数のハーフミラー３０Ｍどうしの間に設けられた間隙部３９をさらに含むことができる。間隙部３９の屈折率は、複数のハーフミラー３０Ｍの屈折率よりも低い。間隙部３９を設けることで、複数のハーフミラー３０Ｍによる、互いに異なる反射光（上記の第１〜第３反射レーザ光Ｌｒ１〜Ｌｒ４など）が得られる。

間隙部３９は、例えば空気層である。この他、間隙部３９には、屈折率が低い樹脂層などを用いることができる。

ハーフミラー３０Ｍに反射透過膜３０ａ（例えば第１〜第４反射透過膜３１ａ〜３４ａ）が設けられる場合、ハーフミラー３０Ｍの反射面は、実質的に反射透過膜３０ａ（例えば第１〜第４反射透過膜３１ａ〜３４ａ）である。

複数のハーフミラー３０Ｍのうちの最近接の２つのうちの一方のハーフミラーの反射面と、複数のハーフミラー３０Ｍのうちの最近接の上記の２つのうちの他方のハーフミラー３０Ｍの反射面と、の間の、複数のハーフミラー３０Ｍの積層方向３０ｓに沿った距離は、例えば、１．３ｍｍ以上４ｍｍ以下である。

例えば、第１ハーフミラー３１と第２ハーフミラー３２との間の積層方向３０ｓに沿った第１距離ｔ１、第２ハーフミラー３２と第３ハーフミラー３３との間の積層方向３０ｓに沿った第２距離ｔ２、及び、第３ハーフミラー３３と第４ハーフミラー３４との間の積層方向３０ｓに沿った第３距離ｔ３は、例えば、１．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下である。

例えば、反射部３０の入射面３０Ｉに４５度の入射角で、レーザ光１８が入射する場合、複数の点７０どうしの距離は、上記の距離の約１．４倍の距離である。上記の距離が、１．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下のときには、複数の点７０どうしの距離は、２．１ｍｍ以上５．６ｍｍ以下となる。

目８０の瞳孔（瞳８１）の径（直径）は、約１．５ｍｍ以上である。一方、目８０の瞳８１の位置（例えば中心の位置）は、例えば、使用者８５の視線の変化などに応じて、約５ｍｍの距離で動く。上記の距離を１．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下にすることで、視線の変化に対応でき、かつ、実質的なマクスウェル視の光を瞳孔に適切に入射されることができる。

また、第１〜第３距離ｔ１〜ｔ３は、例えば、２．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下であることがさらに望ましい。

実施形態において、レーザ光（レーザ光１８ｏまたはレーザ光１８）の径は、小さい。例えば、反射部３０に入射したときのレーザ光１８のスポットの径は、１００μｍ以上８００μｍ以下である。小さい径のレーザ光１８を用いることで、画像の解像度が上がる。

実施形態において、レーザ光（レーザ光１８ｏまたはレーザ光１８）は、実質的に平行なビームである。これにより、簡単な光学系により、実質的なマクスウェル視の表示が実現できる。画像投影部２５から出射されたときの走査されたレーザ光１８のビームの広がり角度は、例えば、プラスマイナス５度以下である。

第１ハーフミラー３１による第１反射レーザ光Ｌｒ１は、他のハーフミラー３０Ｍを通過しない。これに対して、第２ハーフミラー３２による第２反射レーザ光Ｌｒ２は、第１ハーフミラー３１を通過するため、損失が生じる。もし、第２ハーフミラー３２の反射率を第１ハーフミラー３１の反射率と同じにすると、第２ハーフミラー３２による第２反射レーザ光Ｌｒ２による画像は、第１ハーフミラー３１による第１反射レーザ光Ｌｒ１による画像よりも暗くなる。

これを補償するように、複数のハーフミラー３０Ｍのそれぞれの反射率を調整することが好ましい。すなわち、実施形態において、反射部３０における複数のハーフミラー３０Ｍのそれぞれの反射率を異ならせることが好ましい。例えば、第１ハーフミラー３１の反射率は、第２ハーフミラー３２の反射率よりも低く設定する。これにより、第２ハーフミラー３２による第２反射レーザ光Ｌｒ２の明るさと、第１ハーフミラー３１による第１反射レーザ光Ｌｒ１の明るさと、の差が縮小できる。

例えば、複数のハーフミラー３０Ｍが第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）ハーフミラーを有し、第ｉ（ｉは１以上ｎ未満の整数）ハーフミラー３０Ｍ_ｉが、第（ｉ＋１）ハーフミラー３０Ｍ_ｉ＋１の入射面３０Ｉの側に配置されるとする。このとき、第ｉハーフミラー３０Ｍ_ｉの反射率Ｒ_ｉは、第（ｉ＋１）ハーフミラー３０Ｍ_ｉ＋１の反射率Ｒ_ｉ＋１よりも低く設定する。これにより、反射レーザ光Ｌｒどうしの明るさの差が縮小できる。

例えば、第ｉハーフミラー３０Ｍ_ｉの反射率Ｒ_ｉ、第ｉハーフミラー３０Ｍ_ｉの吸収率Ａ_ｉ、及び、第（ｉ＋１）ハーフミラー３０Ｍ_ｉ＋１の反射率Ｒ_ｉ＋１は、Ｒ_ｉ＋１が、Ｒ_ｉ／Ａ_ｉ ^２（１−Ｒ_ｉ）と等しくなるように設定する。反射レーザ光Ｌｒどうしの明るさが同じになる。この条件に対して、２０％の誤差を許容することができ、この場合には、

Ｒ_ｉ／Ａ_ｉ ^２（１−Ｒ_ｉ）×０．８ ＜ Ｒ_ｉ＋１ ＜ Ｒ_ｉ／Ａ_ｉ ^２（１−Ｒ_ｉ）×１．２
の関係を満たすことが好ましい。

これにより、複数の点７０における画像の明るさの差が小さくなり、見易い表示が可能になる。

例えば、第１ハーフミラー３１の反射率Ｒ_１は、０．０７とする。第２ハーフミラー３２の反射率Ｒ_２は、０．０８２とする。第３ハーフミラー３３の反射率Ｒ_３は、０．１０２とする。第４ハーフミラー３４の反射率Ｒ_１は、０．１４７とする。これにより、第１〜第４ハーフミラー３１〜３４による第１〜第４反射レーザ光Ｌｒ１〜Ｌｒ４の強度は、互いに実質的に等しくなる。

ただし、標準的な視点として、いずれかの点７０を定め、それ以外は補助的な視点とすることもでき、この場合には、上記の式とは異なる条件で、複数のハーフミラー３０Ｍのそれぞれの反射率を設定しても良い。

実施形態において、反射透過膜３０ａの厚さは、１００ナノメートル以上１５０ナノメートル以下であることが好ましい。反射透過膜３０ａの厚さが上記の範囲を超えると、反射透過膜３０ａの反射率の波長依存性（波長分散）が大きくなる。上記の厚さに設定することで、波長分散が抑制でき、より見易い表示が実現できる。

図５は、第１の実施形態に係る表示装置の一部の構成を例示する模式図である。
図５に表したように、画像投影部２５のレーザ光源１０として、例えば、赤色の波長のレーザ光を出射する第１レーザ素子１１と、緑色の波長のレーザ光を出射する第２レーザ素子１２と、青色の波長のレーザ光を出射する第３レーザ素子１３と、を用いることができる。

画像投影部２５は、光ファイバ１５、ファイバガイド１６及び光源側レンズ１７に加えて、コンバイナ１４をさらに含むことができる。コンバイナ１４に、第１〜第３レーザ素子１１〜１３から出射したレーザ光が入射し、それらのレーザ光が混合される。

実施形態において、光ファイバ１５には、レーザ光源１０から出射したレーザ光の偏光状態を維持してレーザ光を走査部２０に入射させる光ファイバを用いることが好ましい。このような光ファイバとして、例えば、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ：Polarization Maintaining Fiber）、または、ＰＡＮＤＡ（Polarization-maintaining AND Absorption-reducing）ファイバを用いることができる。このようなファイバを用いることで、光ファイバ１５のファイバの曲がりが光学特性に与える影響を抑制でき、より見易い表示を提供できる。

（第２の実施形態）
本実施形態に係る表示装置も、画像投影部２５と、光学部５０と、を含む。これらの構成には、表示装置１１０に関して説明した構成を適用できる。本実施形態においては、画像投影部２５の動作が、表示装置１１０における画像投影部２５の動作とは異なる。

図６は、第２の実施形態に係る表示装置の一部の構成を例示する模式的平面図である。 図６に表したように、本実施形態に係る表示装置１１１においても、第２レンズ４１ｂと反射部３０とが設けられる。

表示装置１１１において、例えば、画像の一方の端の第１位置Ｐａに対応する第１走査レーザ光１８ａと、画像の他方の端の第２位置Ｐｂに対応する第２走査レーザ光１８ｂと、それらの間の中間位置に対応する中央位置Ｐｃに対応する第３走査レーザ光１８ｃと、が、反射部３０に入射する。

反射部３０に入射する時において、第１〜第３走査レーザ光１８ａ〜１８ｃは、互いに非平行である。このため、第１〜第３走査レーザ光１８ａ〜１８ｃの、反射部３０に入射するときのそれぞれの角度（入射角）は、互いに異なる。ここで、入射角は、反射部３０の入射面３０Ｉの法線を基準とした時の角度である。

すなわち、第１〜第３走査レーザ光１８ａ〜１８ｃは、それぞれ異なる第１〜第３入射角θ１〜θ３で、入射面３０Ｉに入射する。例えば、θ２＜θ３＜θ１である。

ここで、複数のハーフミラー３０Ｍの反射面（例えば、第１〜第４反射透過膜３１ａ〜３４ａの主面）は、互いに平行であり、入射面３０Ｉに対して平行である。入射面３０Ｉは、第１反射透過膜３１ａの主面に対応する。

複数のハーフミラー３０Ｍの反射面（例えば、第１〜第４反射透過膜３１ａ〜３４ａの主面）における反射率は、入射角に依存する。

図７は、ハーフミラーの特性を例示するグラフ図である。
図７は、ハーフミラー３０Ｍへの光の入射角θと、ハーフミラー３０Ｍの反射率Ｒと、の関係の例を示す。この例では、ハーフミラー３０Ｍの反射透過膜３０ａ（第１〜第４反射透過膜３１ａ〜３４ａ）として、金属（この例ではアルミニウム）の薄膜が用いられている。図７には、光の波長が、４５０ナノメートル（ｎｍ）、５３１ｎｍまたは６４８ｎｍの時の特性が示されている。

図７に表したように、波長がいずれの場合も、入射角θが大きいと反射率Ｒが高い例えば、入射角θが３５度のときは反射率Ｒは４％であり、入射角θが４５度のときは反射率Ｒは４．５％であり、入射角θが５５度のときは反射率Ｒは６％である。

もし、走査されたレーザ光１８の反射部３０への入射角θによらず、レーザ光１８の強度を一定にすると、入射角θによって、得られる反射光の強度が変化する。例えば、入射角θが大きい、画像の一方の部分では画像が明るく、入射角θが小さい、画像の他方の端では画像が暗くなることが生じる。

本実施形態に係る表示装置においては、入射角θと反射率Ｒとの関係を補償するように、走査されたレーザ光１８の強度を制御する。

図８は、第２の実施形態に係る表示装置の動作を例示するグラフ図である。
図８の横軸は、走査されたレーザ光１８が、反射部３０に入射するときの入射角θであり、縦軸は、走査されたレーザ光１８の強度Ｉｎｔ（相対値）である。

図８に表したように、本実施形態においては、入射角θが大きいときには、レーザ光１８の強度を低くし、入射角θが小さいときには、レーザ光１８の強度を高くする。すなわち、走査されたレーザ光１８が反射部３０に第１入射角θ１で入射するときの、走査されたレーザ光の第１強度Ｉ１は、走査されたレーザ光１８が反射部３０に第１入射角θ１よりも小さい第２入射角θ２で入射するときの走査されたレーザ光１８の第２強度Ｉ２よりも低い。例えば、図７に例示した特性を近似補正した式を用いて、レーザ光１８の強度（輝度）補正を行う。

このように、本実施形態においては、走査されたレーザ光１８の強度は、走査されたレーザ光１８の進行方向に応じて、変更される。これにより、入射角θによる反射率Ｒの変化を補償し、画面内でより均一化された表示を提供できる。

ＨＭＤにおいて、水晶体のピント調節を不要とするマクスウェル視を利用する方式がある。マクスウェル視は見えるポイントが非常に限られ、実用的には、見難い。視域を拡大するために、表示部に液晶パネルを使用し、ピンホールを複数設ける方式があるが、この場合は、パネルの面積分の光路を必要とするため、装置が大きくなる。

一方、レーザ光をＭＥＭＳミラーなどでラスタースキャンさせる網膜直描方式の表示祖装置は、小型化に有効である。しかしながら、この場合は、各画素に相当する光は、直進性を持つので、視域を拡大するために複数ピンホールを設ける手法は適用できない。

実施形態に係る表示装置の画像投影部２５には、例えば、ＲＧＢのレーザ光源１０と、レーザ光源１０から出射されたレーザ光をラスタースキャンし、画像を形成するためのＸ軸方向及びＹ軸方向のＭＥＭＳミラー（走査部２０）と、が設けられる。光学部５０には、例えば、ＭＥＭＳミラーにより走査されたレーザ光１８の画像を折り返すミラー（反射鏡４３）と、ミラーで反射された光を平行光としてリレーするためのテレセントリック光学系（レンズ部４１）を含む光学素子部４０と、その画像を目８０に向けて折り返すための反射部３０（複数のハーフミラー３０Ｍ）と、が設けられる。

実施形態に係る表示装置は、例えば、マクスウェル視光学系であり、レーザ光源１０から出射され走査されたレーザ光１８が直進光であるため、目８０の直前の集光点（点７０）の近傍において、画像を観察する。

表示装置１１０においては、複数のハーフミラー３０Ｍが設けられるため、それらに対応して、複数の集光点（点７０）が形成できる。これにより、複数の集光点（点７０）の近傍において、画像を観察することができる。

実施形態によれば、見易く視域の広い小型の表示装置が提供できる。

なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれは良い。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、表示装置に含まれる画像投影部、レーザ光源、走査部、光学部、反射部、反射透過膜、反射抑制膜、基板、スペーサ、光学素子部、反射鏡、レンズ部、第１レンズ及び第２レンズなどの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した表示装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての表示装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…レーザ光源、 １１〜１３…第１〜第３レーザ素子、 １４…コンバイナ、 １５…光ファイバ、 １６…ファイバガイド、 １７…光源側レンズ、 １８…レーザ光、 １８ａ〜１８ｃ…第１〜第３走査レーザ光、 １８ｏ…レーザ光、 ２０…走査部、 ２５…画像投影部、 ３０…反射部、 ３０Ｉ…入射面、 ３０Ｍ…ハーフミラー、 ３０ａ…反射透過膜、 ３０ｂ…反射抑制膜、 ３０ｃ…基板、 ３０ｓ…積層方向、 ３１…第１ハーフミラー、 ３１ａ…第１反射透過膜、 ３１ｂ…第１反射抑制膜、 ３１ｃ…第１基板、 ３２…第２ハーフミラー、 ３２ａ…第２反射透過膜、 ３２ｂ…第２反射抑制膜、 ３２ｃ…第２基板、 ３３…第３ハーフミラー、 ３３ａ…第３反射透過膜、 ３３ｂ…第３反射抑制膜、 ３３ｃ…第３基板、 ３４…第４ハーフミラー、 ３４ａ…第４反射透過膜、 ３４ｂ…第４反射抑制膜、 ３４ｃ…第４基板、 ３８…スペーサ、 ３９…間隙部、 ４０…光学素子部、 ４１…レンズ部、 ４１ａ…第１レンズ、 ４１ｂ…第２レンズ、 ４３…反射鏡、 ４４…筐体、 ５０…光学部、 ６０…保持部、 ６１…右側保持部材、 ６２…左側保持部材、 ７０…点、 ７１〜７４…第１〜第４点、 ８０…目、 ８１…瞳、 ８５…使用者、 θ…入射角、 θ１〜θ３…第１〜第３入射角、 １１０、１１１…表示装置、 Ｉ１、Ｉ２…第１、第２強度、 Ｉｎｔ…強度、 Ｌｒ…反射レーザ光、 Ｌｒ１〜Ｌｒ４…第１〜第４反射レーザ光、 Ｌｚ…距離、 Ｐａ…第１位置、 Ｐｂ…第２位置、 Ｐｃ…中央位置、 ｔ１〜ｔ３…第１〜第３距離

Claims (20)

1. 画像情報を含むレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を走査する走査部と、を含む画像投影部と、
   互いに積層された複数のハーフミラーを含む反射部を含む光学部であって、前記走査されたレーザ光は前記複数のハーフミラーに順次入射し、前記複数のハーフミラーのそれぞれで反射して生じた複数の前記反射レーザ光のそれぞれは互いに異なる複数の点のそれぞれを通過する光学部と、
   を備えた表示装置。
2. 前記画像投影部と前記光学部とを保持し、前記点と、使用者の目と、の間の空間的配置を規定する保持部をさらに備えた請求項１記載の表示装置。
3. 前記目の瞳と前記点との距離は、０ミリメートル以上、略１０ミリメートル以下である請求項２記載の表示装置。
4. 前記反射部は、前記走査されたレーザ光が入射する入射面を有し、
   前記複数のハーフミラーは、第１ハーフミラーと、第２ハーフミラーと、を含み、前記第１ハーフミラーは、前記第２ハーフミラーの前記入射面の側に配置され、
   前記第１ハーフミラーの反射率は、前記第２ハーフミラーの反射率よりも低い請求項１〜３のいずれか１つに記載の表示装置。
5. 前記反射部は、前記走査されたレーザ光が入射する入射面を有し、
   前記複数のハーフミラーは、第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）ハーフミラーを有し、
   第ｉ（ｉは１以上ｎ未満の整数）ハーフミラーは、第（ｉ＋１）ハーフミラーの前記入射面の側に配置され、
   前記第ｉハーフミラーの反射率Ｒ_ｉは、前記第（ｉ＋１）ハーフミラーの反射率Ｒ_ｉ＋１よりも低い請求項１〜３のいずれか１つに記載の表示装置。
6. 前記反射部は、前記レーザ光が入射する入射面を有し、
   前記複数のハーフミラーは、第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）ハーフミラーを有し、
   第ｉ（ｉは１以上ｎ未満の整数）ハーフミラーは、第（ｉ＋１）ハーフミラーの前記入射面の側に配置され、
   前記第ｉハーフミラーの反射率Ｒ_ｉ、前記第ｉハーフミラーの吸収率Ａ_ｉ、及び、前記第（ｉ＋１）ハーフミラーの反射率Ｒ_ｉ＋１は、
   Ｒ_ｉ／Ａ_ｉ ^２（１−Ｒ_ｉ）^２×０．８ ＜ Ｒ_ｉ＋１ ＜ Ｒ_ｉ／Ａ_ｉ ^２（１−Ｒ_ｉ）^２×１．２
   の関係を満たす請求項１〜３のいずれか１つに記載の表示装置。
7. 前記複数のハーフミラーのうちの最近接の２つのうちの一方のハーフミラーの反射面と、前記複数のハーフミラーのうちの最近接の前記２つのうちの他方のハーフミラーの反射面と、の間の、前記複数のハーフミラーの積層方向に沿った距離は、１．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下である請求項１〜６のいずれか１つに記載の表示装置。
8. 前記複数のハーフミラーのうちの最近接の２つのうちの一方のハーフミラーの反射面と、前記複数のハーフミラーのうちの最近接の前記２つのうちの他方のハーフミラーの反射面と、の間の、前記複数のハーフミラーの積層方向に沿った距離は、２．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下である請求項１〜６のいずれか１つに記載の表示装置。
9. 前記複数のハーフミラーは、平面である請求項１〜８のいずれか１つに記載の表示装置。
10. 前記複数のハーフミラーのそれぞれは、
    前記走査されたレーザ光の一部を透過し、前記走査されたレーザ光の他の一部を反射する反射透過膜と、
    前記反射透過膜と積層された反射抑制膜と、
    を含む請求項１〜９のいずれか１つに記載の表示装置。
11. 前記複数のハーフミラーのそれぞれは、前記レーザ光を透過する基板をさらに含み、
    前記基板は、前記反射透過膜と前記反射抑制膜との間に配置される請求項１０記載の表示装置。
12. 前記反射透過膜の厚さは、１０ナノメートル以上２００ナノメートル以下である請求項１０または１１記載の表示装置。
13. 前記走査されたレーザ光の強度は、前記走査されたレーザ光の進行方向に応じて、変更される請求項１〜１２のいずれか１つに記載の表示装置。
14. 前記走査されたレーザ光が前記反射部に第１入射角で入射するときの前記走査されたレーザ光の第１強度は、前記走査されたレーザ光が前記反射部に前記第１入射角よりも小さい第２入射角で入射するときの前記走査されたレーザ光の第２強度よりも低い請求項１〜１２のいずれか１つに記載の表示装置。
15. 前記画像投影部は、前記レーザ光源から出射した前記レーザ光の偏光状態を維持して前記レーザ光を前記走査部に入射させる光ファイバをさらに含む請求項１〜１４のいずれか１に記載の表示装置。
16. 前記画像投影部から出射されたときの前記走査されたレーザ光のビームの広がり角度は、プラスマイナス５度以下である請求項１〜１５のいずれか１つに記載の表示装置。
17. 前記反射部に入射したときの前記レーザ光のスポットの径は、１００マイクロメートル以上８００マイクロメートル以下である請求項１〜１６のいずれか１つに記載の表示装置。
18. 前記走査部は、画像の一方の端に対応する第１位置と、前記画像の他方の端に対応する第２位置と、の間において、前記レーザ光を走査し、
    前記光学部は、前記第１位置に走査された前記レーザ光の進行方向を、前記第２位置に走査された前記レーザ光の進行方向に対して平行にするレンズ部をさらに含む請求項１〜１７のいずれか１つに記載の表示装置。
19. 前記反射部は、前記複数のハーフミラーどうしの間に設けられ前記ハーフミラーの屈折率よりも低い屈折率を有する間隙部をさらに含む請求項１〜１８のいずれか１つに記載の表示装置。
20. 前記間隙部は、空気層である請求項１９記載の表示装置。

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