JP4127028B2 - レーザ光照射装置及び画像表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光の波面曲率を変化させる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、レーザ光の波面曲率を変化させる技術が知られている。
例えば、特許文献１には、レーザ光を二次元的に走査し、この走査光を観察者の瞳孔へ入射させることで観察者に画像を認識させる画像表示装置（いわゆる網膜走査型ディスプレイ）が開示されている。この画像表示装置では、観察者の瞳孔へ入射させるレーザ光の波面曲率を波面曲率変調手段によって変化させるようになっており、レーザ光入射方向延長上で波面曲率半径に等しい距離に輝点があるのと同一の視覚を観察者に与え、立体画像を認識させる。この波面曲率変調手段は、電圧が印加されることにより変形する圧電板の表面にレーザ光を反射する反射膜を設けたものであり、圧電板に電圧を印加することで、反射膜の前後でのレーザ光の波面曲率が変化する。
【０００３】
なお、特許文献１には、波面曲率変調手段として、低速が許容されれば可動レンズを使用できる旨が、また、より高速化が必要な場合は、屈折率分布型の導波路を電気光学効果のある材料で形成し、その屈折率分布形状を電気的手段で変調するという形式も採用できる旨が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２８７４２０８号公報（第２頁、第１，２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧電板の変形を利用してレーザ光の波面曲率を変化させる構成のように、部材の形状を変化させる構成では、波面曲率を高速に変化させることが困難であった。
【０００６】
なお、前述したような屈折率分布型の導波路を用いた構成によれば、理論上はレーザ光の波面曲率を高速に変化させることが可能となるが、現在の技術でこの構成を実現しようとすると極めて高価なものとなってしまうため、現実的な意味で採用することが困難である。
【０００７】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、レーザ光の波面曲率を高速に変化させることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載のレーザ光照射装置は、レーザ光を出力すると共に、そのレーザ光の波面曲率を所望の大きさに調整可能なものであり、略同一色を示し波長が異なる複数のレーザ光を１本のレーザ光として出力可能なレーザ光出力手段と、レーザ光出力手段により出力されるレーザ光の通過経路に設けられ、該レーザ光の波面曲率を、そのレーザ光の波長に応じて変化させる曲率可変手段とを備えている。そして、本レーザ光照射装置では、曲率可変手段を通過したレーザ光が当該装置から出力されるレーザ光（出力レーザ光）となっており、この出力レーザ光の波面曲率を所望の大きさに変化させるため、波長指示手段が、レーザ光出力手段により出力されるレーザ光の波長を、そのレーザ光出力手段に出力する波長値により指示する。これにより、レーザ光出力手段は、相異なる波長のレーザ光を出射する複数の出射手段からの選択又は出射するレーザ光の波長を変化可能な出射手段の制御によって波長指示手段により指示された波長のレーザ光を出力する。
【０００９】
このように、本レーザ光照射装置は、レーザ光出力手段により出力されるレーザ光の波長を変化させることで出力レーザ光の波面曲率を所望の大きさに変化させるという従来にはない全く新しい構成を採用している。そして、出力されるレーザ光の波長を変化させるレーザ光出力手段としては、幅広い分野で様々なタイプのものが用いられている。したがって、本レーザ光照射装置によれば、出力されるレーザ光の波長を高速に変化させることのできるレーザ光出力手段を用いることができ、これにより、出力レーザ光の波面曲率を高速に変化させることができる。
また、本レーザ光照射装置の曲率可変手段では、レーザ光の波面曲率を相異なる値に変化させる複数のレンズ系が設けられており、分岐手段が、レーザ光出力手段により出力されるレーザ光をその波長領域に応じて複数のレンズ系のうちの何れかに分岐させ、出力合成手段が、レンズ系を通過したレーザ光を合成するようになっている。
このため、各レンズ系が波面曲率を変化させる比率は固定値でよいため、部材の位置や形状を変化させる必要が無く、波面曲率を高速に変化させることができる。
【００１０】
ここで、波長指示手段としては、例えば、波長の長さを増減する調節つまみのようなものであってもよいが、請求項２に記載のように、波長指示手段が、出力レーザ光の波面曲率を目標の値とするための波長をレーザ光出力手段に指示するものであれば、出力レーザ光の波面曲率を目標の値とするような制御が可能となる。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
一方また、レーザ光出力手段としては、例えば、請求項３又は請求項４のように構成するとよい。
【００１５】
即ち、請求項３に記載のレーザ光照射装置のレーザ光出力手段では、温度に応じた波長のレーザ光を出射する温度依存型出射手段が設けられており、温度制御手段が、温度依存型出射手段の温度を制御するようになっており、温度制御手段による温度制御によって波長が変化する温度依存型出射手段からのレーザ光を上記１本のレーザ光として出力する。
また、請求項４に記載のレーザ光照射装置のレーザ光出力手段では、相異なる波長のレーザ光を出射する複数の出射手段が設けられており、選択手段が、出力すべきレーザ光を出射する出射手段を複数の出射手段から選択又は合成するようになっており、選択手段により選択又は合成されたレーザ光を上記１本のレーザ光として出力する。
【００１６】
そして、上記請求項３のレーザ光照射装置によれば、レーザ光出力手段により出力されるレーザ光の波長を連続的に変化させることができるため、波面曲率の微調整を行いやすくすることができる。
また、上記請求項４のレーザ光照射装置によれば、レーザ光出力手段により出力されるレーザ光の波長を高速に変化させることができる。
【００１７】
ところで、出力レーザ光の波面曲率を変化させるためにレーザ光出力手段により出力されるレーザ光の波長を大きく変化させると、そのレーザ光の色の変化も大きくなる。
そこで、請求項５に記載のように、波長指示手段が、レーザ光出力手段の出力するレーザ光の波長を１０ｎｍ以下の範囲内で変更するようにするとよい。このようにすれば、レーザ光の波長を変化させることによって生じるそのレーザ光の色の変化を、人間が視覚的に気にならない程度に抑えることができる。
【００１８】
次に、請求項６に記載のレーザ光照射装置は、上記請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載のレーザ光照射装置を、波長が赤、緑、青色の３系統備えている。
【００１９】
【００２０】
【００２１】
次に、請求項７に記載の画像表示装置は、観察者の瞳孔へ向けてレーザ光を照射することで観察者の網膜に画像を表示するものであって、上記請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載のレーザ光照射装置と、レーザ光照射装置により出力されたレーザ光を走査する走査手段と、走査手段からのレーザ光の進行方向を観察者の瞳孔へ向ける光学手段とを備えている。この構成によれば、レーザ光の波面曲率を高速に変化させることができるため、高精度の立体画像を表示することができる。また特に、上記請求項４のレーザ光照射装置を用いている場合、選択手段に、出力すべきレーザ光を出射する出射手段として複数の出射手段を同時に選択させることで、波面曲率の異なる複数のレーザ光を同時に出力することができるため、奥行き方向に距離を空けて重なった画像（例えば、ある画像の手前に半透明の画像を重ねたような画像）を表示することができる。
【００２２】
次に、請求項８に記載の画像表示装置は、投影面上にレーザ光を走査させることで画像を表示するものであって、上記請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載のレーザ光照射装置と、レーザ光照射装置により出力されたレーザ光を走査する走査手段とを備えている。この構成によれば、レーザ光の波面曲率を高速に変化させることができるため、例えば投影面が曲面である等のように、投影距離が一定でない場合にも、全ての場所で良好にピントを合わせることができ、その結果、高精度の画像を表示することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
まず図１は、第１実施形態の画像表示装置としての網膜走査型ディスプレイ１０の概略構成図である。
【００２４】
この網膜走査型ディスプレイ１０は、観察者の瞳孔２へレーザ光を入射させることで網膜上に投影した画像を観察者に認識させるためのものであり、図１に示すように、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各色（各波長領域）のレーザ光をそれぞれ出力するＲレーザ出力部１２，Ｇレーザ出力部１４，Ｂレーザ出力部１６を有したレーザ光出力部１８と、レーザ光出力部１８の各レーザ出力部１２，１４，１６から出力される各レーザ光の通過経路にそれぞれ設けられ、各レーザ出力部１２，１４，１６から出力されたレーザ光の波面曲率をそれぞれ変化させるＲレーザ可変部２０，Ｇレーザ可変部２２，Ｂレーザ可変部２４と、Ｂレーザ可変部２４を通過後のレーザ光を反射させる全反射ミラー２６と、全反射ミラー２６からのレーザ光を通過させると共にこのレーザ光と同軸となるようにＧレーザ可変部２２を通過後のレーザ光を反射させる部分透過ミラー２８と、Ｒレーザ可変部２０を通過後のレーザ光を通過させると共にこのレーザ光と同軸となるように部分透過ミラー２８からのレーザ光を反射させる部分透過ミラー３０と、各ミラー２６，２８，３０により合成されたレーザ光を水平方向に走査するポリゴンミラー３２と、ポリゴンミラー３２によって走査されたレーザ光の進行方向を収束させる第１リレー光学系３４と、第１リレー光学系３４により入射されたレーザ光を垂直方向に走査するガルバノミラー３６と、ガルバノミラー３６によって走査されたレーザ光を観察者の瞳孔に入射させる第２リレー光学系３８とを備えている。なお、第１リレー光学系３４は、ポリゴンミラー３２の偏向面３２ａと、ガルバノミラー３６の偏向面３６ａとが光学的共役となるように、また、第２リレー光学系３８は、ガルバノミラー３６の偏向面３６ａと、観察者の瞳孔２の位置とが光学的共役となるように、各々設けられている。
【００２５】
そして更に、本網膜走査型ディスプレイ１０は、パソコン等の外部機器（図示せず）から画像信号（映像信号）を入力すると共に、この入力した画像信号の表わす画像を観察者に認識させるための要素となる信号としての奥行信号Ｌ、強度信号Ｉｒ，Ｉｇ，Ｉｂ、垂直同期信号Ｙ及び水平同期信号Ｘを生成する画像信号供給回路４０と、画像信号供給回路４０から奥行信号Ｌを入力し、この入力した奥行信号Ｌの示す奥行きを観察者に認識させるためにレーザ光出力部１８のＲレーザ出力部１２，Ｇレーザ出力部１４，Ｂレーザ出力部１６がそれぞれ出力すべきレーザ光の波長値であるＲ波長指示値λｒ，Ｇ波長指示値λｇ，Ｂ波長指示値λｂを求め、この各波長指示値λｒ，λｇ，λｂをレーザ光出力部１８（具体的には、各波長指示値λｒ，λｇ，λｂに対応する各レーザ出力部１２，１４，１６）へ出力する波長指示部４２と、画像信号供給回路４０から強度信号Ｉｒ，Ｉｇ，Ｉｂを入力し、この入力した強度信号Ｉｒ，Ｉｇ，Ｉｂの値に応じた出力強度のレーザ光をレーザ光出力部１８のＲレーザ出力部１２，Ｇレーザ出力部１４，Ｂレーザ出力部１６にそれぞれ出力させるための強度指示値であるＲ強度指示値Ｗｒ，Ｇ強度指示値Ｗｇ，Ｂ強度指示値Ｗｂを求め、この各強度指示値Ｗｒ，Ｗｇ，Ｗｂをレーザ光出力部１８（具体的には、各強度指示値Ｗｒ，Ｗｇ，Ｗｂに対応する各レーザ出力部１２，１４，１６）へ出力する強度指示部４４と、画像信号供給回路４０から垂直同期信号Ｙを入力し、この入力した垂直同期信号Ｙと同期するようにガルバノミラー３６を往復駆動する垂直走査駆動部４６と、画像信号供給回路４０から水平同期信号Ｘを入力し、この入力した水平同期信号Ｘと同期するようにポリゴンミラー３２を回転駆動する水平走査駆動部４８とを備えている。なお、強度信号Ｉｒ，Ｉｇ，Ｉｂは、ＲＧＢの各色のバランスを０〜２５５の数値で表現した情報であり、また、各強度指示値Ｗｒ，Ｗｇ，Ｗｂは、例えば２０μＷというように、各レーザ出力部１２，１４，１６によるレーザ光の出力強度を直接表わした情報である。
【００２６】
ここで、本網膜走査型ディスプレイ１０において、各レーザ出力部１２，１４，１６から出力されたレーザ光の波面曲率を各レーザ可変部２０，２２，２４によって変化させる理由について簡単に説明する。光源から発した光は、発光点を中心として全方位に等速、同位相で進む光の波、いわゆる球面波として伝搬される。ここで、この球面波は、発光点と観察者との距離に応じて異なった大きさの曲率半径で観察者の網膜上に投影される。そして、観察者は、この曲率半径に応じた遠近感を感じることができるため、この球面波の曲率、つまり波面曲率を変化させることによって、より自然な感覚に近い立体画像を観察者に認識させるようにしているのである。
【００２７】
次に、各レーザ出力部１２，１４，１６及び各レーザ可変部２０，２２，２４の具体的な構成について説明する。なお、以下の説明では、Ｂレーザ出力部１６及びＢレーザ可変部２４について説明するが、他のレーザ出力部１２，１４やレーザ可変部２０，２２も同様の構成である。
【００２８】
Ｂレーザ出力部１６は、図２に示すように、レーザ光を出力すると共にその出力するレーザ光の波長を温度に応じて変化させるＬＤ（レーザダイオード）チップ５０と、ＬＤチップ５０を固定する基板５２と、基板５２に組み込まれ外部からの制御量に応じた発熱量で発熱する温度調節素子（本実施形態ではペルチェ素子）５４と、ＬＤチップ５０から出力されたレーザ光を略平行な光に変換するレンズ５６と、ＬＤチップ５０から出力されるレーザ光の出力強度及び温度調節素子５４の発熱量を制御する制御部５８とを備えている。
【００２９】
この制御部５８は、強度指示部４４から入力したＢ強度指示値Ｗｂに従いＬＤチップ５０から出力されるレーザ光の出力強度を制御する。また、制御部５８は、波長指示部４２から入力したＢ波長指示値λｂの示す波長のレーザ光がＬＤチップ５０から出力されるように、温度調節素子５４の発熱量を制御してＬＤチップ５０の温度を調整する。
【００３０】
なお、このＢレーザ出力部１６は、温度調節素子５４が組み込まれた基板５２にＬＤチップ５０を直接固定することで、温度調節素子５４の発熱量の変化に対するレーザ光の波長変化の応答性を高くする構造になっている。また、本実施形態のＬＤチップ５０は、レーザ光の波長が約０．３ｎｍ／ｄｅｇの割合で変化するものである。
【００３１】
一方、Ｂレーザ可変部２４は、図３に示すように、Ｂレーザ出力部１６により出力されるレーザ光の通過経路に、２つの同一のボールレンズ６０，６２を一定間隔を空けてレーザ光路に沿い並設した構成となっている。このボールレンズ６０，６２は、波長分散特性の大きい材料で生成されたものであり、本実施形態では、材料として株式会社オハラ製のガラス材料であるＳ−ＮＨＰ２（商品名）が用いられている。なお、このＢレーザ可変部２４にボールレンズ６０，６２を用いているのは、通常のレンズに比べ、レーザ光の波長の変化に対する波面曲率の変化を大きくすることができるからである。また、各ボールレンズ６０，６２の直径は５ｍｍであり、ボールレンズ６０，６２の中心間距離は５．０６２ｍｍである。
【００３２】
そして、このＢレーザ可変部２４では、Ｂレーザ出力部１６により出力されてボールレンズ６０に入射したレーザ光は、このボールレンズ６０によって屈折されて収束光となり、ボールレンズ６０，６２間で焦点を結んだ後、拡散光となってボールレンズ６２に入射し、このボールレンズ６２によって屈折されて出射される。ここで、レーザ光が焦点を結ぶ位置がボールレンズ６０，６２間のちょうど中間位置であれば、ボールレンズ６２から出射されるレーザ光は、ボールレンズ６０に入射する前の状態（略平行な光）に戻されることとなるが、ボールレンズ６０，６２を通過する際のレーザ光の屈折率は、このボールレンズ６０，６２の波長分散特性によりレーザ光の波長に応じて変化するため、Ｂレーザ出力部１６から出力されるレーザ光の波長が変化すると、そのレーザ光が焦点を結ぶ位置も移動して、ボールレンズ６２から出射されるレーザ光の波面曲率が変化する。つまり、Ｂレーザ出力部１６により出力されるレーザ光の波長に応じて、Ｂレーザ可変部２４を通過後のレーザ光の波面曲率が変化することとなる。なお、「レーザ光の波面曲率が変化する」とは、正確に言えば、ある定位置（例えば、観察者の網膜上）におけるレーザ光の波面曲率が変化するということであり、別の言い方をすれば、レーザ光の平行度が変化するということである。
【００３３】
具体的には、波長指示部４２は、表１に示すように、Ｂ波長指示値λｂを０．４５５μｍから０．４６５μｍまでの０．０１μｍ（１０ｎｍ）の範囲で変化させるようになっており、これにより、ボールレンズ６２から出射されるレーザ光の波面曲率半径は、２．８８×１０⁴ｍ（ほぼ無限遠）から０．３８６ｍまで変化する。ここで、レーザ光の波長を１０ｎｍの範囲で変化させた際のレーザ光の色の変化は、人間が視覚的に気にならない程度であり、これにより、観察者に認識される画像の色の変化についても観察者が気にならない程度に抑えられる。なお、表１において、屈折率の値は、本実施形態のボールレンズ６０，６２のガラス材料（Ｓ−ＮＨＰ２）についてのカタログ値であり、また、波面曲率半径の値は、この屈折率の値を用いて計算した値（ボールレンズ６０，６２の形状等を加味した値）である。
【００３４】
【表１】

そして、Ｂレーザ可変部２４を通過して波面曲率の変化したレーザ光が観察者の網膜上に投影されることにより、観察者は、画像信号供給回路４０で生成された奥行信号Ｌの示す奥行きの画像を認識することとなる。即ち、画像信号供給回路４０から奥行信号Ｌを入力した波長指示部４２は、Ｂレーザ可変部２４を通過後のレーザ光の波面曲率を奥行信号Ｌの示す奥行きに対応する値とするためにＢレーザ出力部１６が出力すべきレーザ光の波長値を、Ｂ波長指示値λｂとしてレーザ光出力部１８へ出力するのである。
【００３５】
次に、本網膜走査型ディスプレイ１０が、外部機器からの画像信号を入力してから観察者の網膜上に画像を投影するまでの過程について説明する。
まず、外部機器からの画像信号が画像信号供給回路４０に入力されると、画像信号供給回路４０にて、奥行信号Ｌ、強度信号Ｉｒ，Ｉｇ，Ｉｂ、垂直同期信号Ｙ及び水平同期信号Ｘが生成される。
【００３６】
そして、画像信号供給回路４０から波長指示部４２へ奥行信号Ｌが出力されると、その波長指示部４２にて、この奥行信号Ｌに対応するＲ波長指示値λｒ、Ｇ波長指示値λｇ及びＢ波長指示値λｂが求められ、この各波長指示値λｒ，λｇ，λｂがレーザ光出力部１８へ出力される。
【００３７】
また、画像信号供給回路４０から強度指示部４４へ強度信号Ｉｒ，Ｉｇ，Ｉｂが出力されると、その強度指示部４４にて、この強度信号Ｉｒ，Ｉｇ，Ｉｂに対応するＲ強度指示値Ｗｒ、Ｇ強度指示値Ｗｇ及びＢ強度指示値Ｗｂが求められ、この強度指示値Ｗｒ，Ｗｇ，Ｗｂがレーザ光出力部１８へ出力される。
【００３８】
そして、レーザ光出力部１８の各レーザ出力部１２，１４，１６が、波長指示部４２からの各波長指示値λｒ，λｇ，λｂ及び強度指示部４４からの各強度指示値Ｗｒ，Ｗｇ，Ｗｂに応じた波長及び出力強度のレーザ光を出力し、この各レーザ光が、対応する各レーザ可変部２０，２２，２４を通過して波面曲率が変化された後、全反射ミラー２６及び部分透過ミラー２８，３０によって合成される。
【００３９】
一方、画像信号供給回路４０から垂直走査駆動部４６へ垂直同期信号Ｙが出力され、この垂直同期信号Ｙに同期してガルバノミラー３６が往復駆動される。
また同様に、画像信号供給回路４０から水平走査駆動部４８へ水平同期信号Ｘが出力され、この水平同期信号Ｘに同期してポリゴンミラー３２が回転駆動される。
【００４０】
そして、全反射ミラー２６及び部分透過ミラー２８，３０によって合成されたレーザ光は、ポリゴンミラー３２の偏向面３２ａに入射され、ポリゴンミラー３２の回転運動により水平方向に走査されて第１リレー光学系３４によりガルバノミラー３６の偏向面３６ａに入射される。そして更に、ガルバノミラー３６の往復運動により垂直方向にも走査されて第２リレー光学系３８により観察者の瞳孔２へ入射される。こうして、網膜上に投影された画像が、観察者に認識されることとなる。
【００４１】
なお、本第１実施形態の網膜走査型ディスプレイ１０では、レーザ光出力部１８の各レーザ出力部１２，１４，１６が、レーザ光出力手段に相当し、各レーザ可変部２０，２２，２４が、曲率可変手段に相当し、波長指示部４２が各レーザ出力部１２，１４，１６について行う処理のそれぞれが、波長指示手段に相当している。また、ＬＤチップ５０が、温度依存型出射手段に相当し、温度調節素子５４及び制御部５８が、温度制御手段に相当している。また更に、ポリゴンミラー３２、第１リレー光学系３４及びガルバノミラー３６が、走査手段に相当し、第２リレー光学系３８が、光学手段に相当している。
【００４２】
以上のように、本第１実施形態の網膜走査型ディスプレイ１０によれば、各レーザ出力部１２，１４，１６により出力されるレーザ光の波長を変化させることで各レーザ可変部２０，２２，２４を通過後のレーザ光の波面曲率を変化させる構成により、レーザ光の波面曲率を高速に変化させることができる。その結果、高精度の立体画像を観察者に認識させることができる。
【００４３】
また、各レーザ出力部１２，１４，１６が、出力するレーザ光の波長を連続的に変化させることのできる構成であると共に、各レーザ可変部２０，２２，２４も、レーザ光の波長に応じて波面曲率を連続的に変化させることのできる構成であるため、レーザ光の波面曲率の微調整を容易に行うことができる。
【００４４】
また更に、各レーザ可変部２０，２２，２４は、ボールレンズ６０，６２を並設しただけの単純な構成であるため、低コストで実現できる。特に、波長分散特性の大きい材料で生成したボールレンズを用いることでレーザ光の波長の変化に対する波面曲率の変化が大きくなるようにしているため、十分な奥行きのある画像を観察者に認識させるために必要な波面曲率の変化幅を得るためのレーザ光の波長の変化幅を小さくすることができ、その結果、レーザ光の色の変化を人間が気にならない程度に抑えることができる。
【００４５】
加えて、各レーザ出力部１２，１４，１６のそれぞれに対応させて各レーザ可変部２０，２２，２４を設けているため、各レーザ出力部１２，１４，１６により出力されるレーザ光の波面曲率を別途補正する必要が無い。即ち、仮に、各レーザ出力部１２，１４，１６により出力されたレーザ光の波面曲率を共通のレーザ可変部を用いて変化させる構成とした場合、各色のレーザ光が共通のレンズを通過する際に各レーザ光の波面曲率の変化度合いに生じるズレ（色収差）を補正するため、各レーザ出力部１２，１４，１６により出力される各レーザ光の波面曲率を独立して補正する構成を別途設ける必要が生じる。これに対し、本実施形態の網膜走査型ディスプレイでは、このような構成を別途設ける必要が無い。
【００４６】
次に、第２実施形態の画像表示装置としての網膜走査型ディスプレイ７０について、図４を用いて説明する。
図４に示すように、第２実施形態の網膜走査型ディスプレイ７０は、第１実施形態の網膜走査型ディスプレイ１０（図１）の構成に加え、強度変換部７２を備えている。なお、図４において、図１に示した網膜走査型ディスプレイ１０と同じ構成要素については、同一の符号を付しているため、詳細な説明は省略する。
【００４７】
強度変換部７２は、画像信号供給回路４０から強度信号Ｉｒ，Ｉｇ，Ｉｂを入力すると共に、波長指示部４２から各波長指示値λｒ，λｇ，λｂを入力する。そして、強度変換部７２は、これらの値に基づいて新たな強度信号としての強度変換値Ｊｒ，Ｊｇ，Ｊｂを求め、この強度変換値Ｊｒ，Ｊｇ，Ｊｂを強度指示部４４へ出力する。
【００４８】
ここで、本網膜走査型ディスプレイ７０において、画像信号供給回路４０が生成した強度信号Ｉｒ，Ｉｇ，Ｉｂを、強度変換部７２により強度変換値Ｊｒ，Ｊｇ，Ｊｂに変換する理由について説明する。
観察者の網膜上に照射されるレーザ光の色は、Ｒレーザ出力部１２、Ｇレーザ出力部１４及びＢレーザ出力部１６のそれぞれによって出力されるレーザ光の色が一定の基準色であれば、各レーザ光の出力強度のバランスにより定まる。
【００４９】
しかしながら、本網膜走査型ディスプレイ７０では、レーザ光の波長を変化させることによりそのレーザ光の波面曲率を変化させるようにしているため、各レーザ出力部１２，１４，１６から出力されるレーザ光の色が正確には一定とならず、その結果、各レーザ光の出力強度のバランスを一定にしても、合成されたレーザ光の色が変化してしまう。
【００５０】
そこで、各レーザ出力部１２，１４，１６から出力されるレーザ光の色が変化しても、最終的に合成されたレーザ光が所望の色となるように、強度変換部７２により出力強度のバランスを補正するようにしているのである。具体的には、強度変換部７２は、下記式（１）〜式（３）に示すように、画像信号供給回路４０から入力した強度信号Ｉｒ，Ｉｇ，Ｉｂと波長指示部４２から入力した各波長指示値λｒ，λｇ，λｂとに基づき、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各色についての補正後の強度信号として、Ｒ強度変換値Ｊｒ，Ｇ強度変換値Ｊｇ，Ｂ強度変換値Ｊｂを求めるようになっている。
【００５１】
Ｊｒ＝ｆｒ（Ｉｒ，Ｉｇ，Ｉｂ，λｒ，λｇ，λｂ） …式（１）
Ｊｇ＝ｆｇ（Ｉｒ，Ｉｇ，Ｉｂ，λｒ，λｇ，λｂ） …式（２）
Ｊｂ＝ｆｂ（Ｉｒ，Ｉｇ，Ｉｂ，λｒ，λｇ，λｂ） …式（３）
これにより、レーザ光の波面曲率の変化に関係なく、所望の色の画像を観察者に認識させることができる。
【００５２】
以上のように、本第２実施形態の網膜走査型ディスプレイ７０によれば、上記第１実施形態の網膜走査型ディスプレイ１０と同様の効果を得ることができ、更に、強度変換部７２により出力強度のバランスを補正するようにしているため、観察者に認識させようとする色を正確に表現することができる。
【００５３】
次に、第３実施形態の画像表示装置としての画像投影装置８０について、図５を用いて説明する。
図５に示すように、第３実施形態の画像投影装置８０は、第１実施形態の網膜走査型ディスプレイ１０（図１）と比較すると、第２リレー光学系８２が、第１実施形態の第２リレー光学系３８のようにガルバノミラー３６によって走査されたレーザ光を観察者の瞳孔２に入射させるのではなく、投影面としてのスクリーン４上に走査させるようになっている点が異なっている。なお、図５において、図１に示した網膜走査型ディスプレイ１０と同じ構成要素については、同一の符号を付しているため、詳細な説明は省略する。
【００５４】
この画像投影装置８０は、曲面状のスクリーン４上にレーザ光を走査させることで画像を表示するものであり、その際、スクリーン４上でのレーザ光の波面曲率がその照射位置に関係なく常に一定となるような制御を行うようになっている。このため、本実施形態において、外部機器から画像信号供給回路４０に入力される画像信号は、スクリーン４の曲面度合いが加味された情報であり、画像信号供給回路４０では、この画像信号から、スクリーン４上でのレーザ光の波面曲率を一定にするための奥行信号が生成される。
【００５５】
以上のように、本第３実施形態の画像投影装置８０によれば、レーザ光の波面曲率を高速に変化させることができるため、曲面状のスクリーン４上の全ての場所で良好にピントを合わせることができ、その結果、高精度の画像を表示することができる。
【００５６】
なお、上記第３実施形態の画像投影装置８０では、スクリーン４の曲面度合いが加味された画像信号が外部機器から入力されるようになっているが、これに限ったものではない。例えば、外部機器からはスクリーン４の曲面度合いが加味されていない二次元画像を表す画像信号が入力されるようになっていても、画像投影装置８０が、スクリーン４の曲面度合いを認識しており、この曲面度合いに基づきレーザ光の波面曲率を変化するようになっていれば、スクリーン４の曲面度合いに応じて画像を良好に表示させることができる。そして特に、画像投影装置８０が、スクリーン４の曲面度合いを検出する検出センサを備え、この検出センサの検出値に基づきスクリーン４の曲面度合いを判断するようになっていれば、スクリーン４の曲面度合いが変化しても、画像を常に良好な状態で表示させることができる。
【００５７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
例えば、上記各実施形態のレーザ可変部２０，２２，２４は、図３に示すように２つのボールレンズ６０，６２を並設した構成となっているが、これに限ったものではなく、このレーザ可変部２０，２２，２４に代えて、図６に示すようなレーザ可変部９０を用いてもよい。
【００５８】
即ち、図６に示すレーザ可変部９０は、入射したレーザ光を透過光と透過光の垂直方向に反射された反射光とに分離するビームスプリッタ９２と、ビームスプリッタ９２に反射されたレーザ光を収束するボールレンズ６０と、ボールレンズ６０に収束されたレーザ光を入射方向に反射するミラー９４とを備えている。ここで、ビームスプリッタ９２は、斜面に誘電体多層膜の施された直角プリズム２つが貼り合わされたキューブ状の形状をなしており、その斜面において、入力光の光量の約５０％を直角方向に反射し、約５０％を透過するようになっている。このため、ビームスプリッタ９２に入射したレーザ光は、ボールレンズ６０側へ反射され、ボールレンズ６０を通過後にミラー９４で反射されて再びボールレンズ６０を通過し、更にビームスプリッタ９２を通過して出射される。このため、この構成によっても、上記各実施形態のレーザ可変部２０，２２，２４と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
また、上記各実施形態では、レーザ出力部１２，１４，１６として、出力されるレーザ光の波長を温度制御により変化させる構成（図２）が、また、レーザ可変部２０，２２，２４として、レーザ光の波面曲率をボールレンズ６０，６２の波長分散特性を利用して変化させる構成（図３）が用いられているが、これに限ったものではなく、例えば、図７に示すような構成にしてもよい。
【００６０】
即ち、図７に示すレーザ出力部１００は、相異なる固定波長のレーザ光を出射する第１出射部１０２，第２出射部１０４，第３出射部１０６，第４出射部１０８と、各出射部１０２，１０４，１０６，１０８から出射されたレーザ光をカップリング１１０，１１２，１１４，１１６を介して入力する第１入力光ファイバ１１８，第２入力光ファイバ１２０，第３入力光ファイバ１２２，第４入力光ファイバ１２４と、各入力光ファイバ１１８，１２０，１２２，１２４からのレーザ光を合成して中継用光ファイバ１２６に入力させるアレイ導波路格子型光合波器（ＡＷＧ光合波器）１２８と、各出射部１０２，１０４，１０６，１０８から出射されるレーザ光の出力強度（出射のオン・オフを含む）を制御する制御部１３０とを備えている。なお、各入力光ファイバ１１８，１２０，１２２，１２４をＡＷＧ光合波器１２８を用いることなく中継用光ファイバ１２６にそのまま接続する構成にすることも可能であるが、ＡＷＧ光合波器１２８を用いた構成の方がレーザ光を効率よく合波できるという面で有利である。また、本レーザ出力部１００では、各出射部１０２，１０４，１０６，１０８のそれぞれが、出射手段に相当し、各入力光ファイバ１１８，１２０，１２２，１２４と、ＡＷＧ光合波器１２８と、制御部１３０とが、選択手段に相当する。
【００６１】
一方、レーザ可変部１３２は、中継用光ファイバ１２６から供給されてきたレーザ光をその波長領域に応じて分岐するアレイ導波路格子型光分波器（ＡＷＧ光分波器）１３４と、ＡＷＧ光分波器１３４によって分岐された各レーザ光の通過経路となる第１出力光ファイバ１３６，第２出力光ファイバ１３８，第３出力光ファイバ１４０，第４出力光ファイバ１４２と、各出力光ファイバ１３６，１３８，１４０，１４２からカップリング１４４，１４６，１４８，１５０を介して出射されるレーザ光の各通過経路に相異なる間隔で並設された２つのレンズからなる第１固定レンズ列１５２，第２固定レンズ列１５４，第３固定レンズ列１５６，第４固定レンズ列１５８と、第１固定レンズ列１５２を通過後のレーザ光を反射させる全反射ミラー１６０と、全反射ミラー１６０からのレーザ光を通過させると共にこのレーザ光と同軸となるように第２固定レンズ列１５４を通過後のレーザ光を反射させる部分透過ミラー１６２と、部分透過ミラー１６２からのレーザ光を通過させると共にこのレーザ光と同軸となるように第３固定レンズ列１５６を通過後のレーザ光を反射させる部分透過ミラー１６４と、第４固定レンズ列１５８を通過後のレーザ光を通過させると共にこのレーザ光と同軸となるように部分透過ミラー１６４からのレーザ光を反射させる部分透過ミラー１６６とを備えている。なお、本レーザ可変部１３２では、ＡＷＧ光分波器１３４及び各出力光ファイバ１３６，１３８，１４０，１４２が、分岐手段に相当する。
【００６２】
ＡＷＧ光分波器１３４は、中継用光ファイバ１２６から供給されてきたレーザ光をその波長領域に応じた出力光ファイバ１３６，１３８，１４０，１４２へ分岐するが、この波長領域は、第１出射部１０２，第２出射部１０４，第３出射部１０６，第４出射部１０８から出射される各波長のレーザ光が、第１出力光ファイバ１３６，第２出力光ファイバ１３８，第３出力光ファイバ１４０，第４出力光ファイバ１４２へそれぞれ分岐されるような範囲に設定されている。このため、各出射部１０２，１０４，１０６，１０８から出射されるレーザ光は、それぞれ異なる固定レンズ列１５２，１５４，１５６，１５８を通過して出力されることとなる。ここで、各固定レンズ列１５２，１５４，１５６，１５８は、２つのレンズの間隔がそれぞれ異なるため、各固定レンズ列１５２，１５４，１５６，１５８を通過するレーザ光の波面曲率を、相異なる比率で変化させることとなる。したがって、制御部１３０によりレーザ光を出力する出射部１０２，１０４，１０６，１０８を切り替えることで、レーザ可変部１３２を通過後のレーザ光の波面曲率を瞬時に変化させることができる。
【００６３】
そして特に、このような構成のレーザ出力部１００及びレーザ可変部１３２では、複数の出射部１０２，１０４，１０６，１０８から異なる波長のレーザ光を同時に出射させることにより、複数種類の波面曲率のレーザ光を合成してレーザ可変部１３２から出力させることができる。このため、このレーザ出力部１００及びレーザ可変部１３２を網膜走査型ディスプレイに適用すれば、奥行き方向に距離をおいて重なった画像（例えば、ある画像の手前に半透明の画像を重ねたような画像）を観察者に認識させることができる。
【００６４】
なお、レーザ出力部１００とレーザ可変部１３２とは、この組み合わせに限ったものではなく、例えば、レーザ出力部１００と上記各実施形態のレーザ可変部２０，２２，２４とを組み合わせてもよく、また、上記各実施形態のレーザ出力部１２，１４，１６とレーザ可変部１３２とを組み合わせてもよい。
【００６５】
また、各出射部１０２，１０４，１０６，１０８から出力されたレーザ光を合成するための光導波路は、光ファイバに限ったものではない。
例えば、図８に示すレーザ出力部１７０は、各出射部１０２，１０４，１０６，１０８から出射される各レーザ光の光軸上に配置された固定ミラー１７２，１７４，１７６，１７８と、固定ミラー１７２，１７４間に設けられ、固定ミラー１７２，１７４により反射されたレーザ光の何れか一方を選択的に反射する光スイッチ１８０と、固定ミラー１７６，１７８間に設けられ、固定ミラー１７６，１７８により反射されたレーザ光の何れか一方を選択的に反射する光スイッチ１８２と、光スイッチ１８０，１８２からの各レーザ光を反射する固定ミラー１８４，１８６と、固定ミラー１８４，１８６間に設けられ、固定ミラー１８４，１８６により反射されたレーザ光の何れか一方を選択的に反射して出力する光スイッチ１８８と、各出射部１０２，１０４，１０６，１０８から出射されるレーザ光の出力強度を制御すると共に、各光スイッチ１８０，１８２，１８８の向きを制御する制御部１９０とを備えている。なお、各光スイッチ１８０，１８２，１８８は、シリコンマイクロミラーアレイで形成することにより、シリコン微細加工などの半導体プロセスによって生産することが可能となり、小型化及び高速なスイッチングを実現することができる。また、このレーザ出力部１７０では、固定ミラー１７２〜１７８，１８４，１８６と、光スイッチ１８０，１８２，１８８と、制御部１９０とが、選択手段に相当する。
【００６６】
そして、このレーザ出力部１７０では、制御部１９０が各光スイッチ１８０，１８２，１８８の向きを制御することで、レーザ出力部１７０から出力されるレーザ光を、各出射部１０２，１０４，１０６，１０８により出射される相異なる波長のレーザ光の中から選択することができる。
【００６７】
一方また、レーザ光の波長は、レーザ光の出力強度を変えることによっても変化させることができるため、出力強度を変化させることによりレーザ光の波長を変化させる制御（いわゆる注入電流制御）を行うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態の網膜走査型ディスプレイの概略構成図である。
【図２】 Ｂレーザ出力部の概略構成図である。
【図３】 Ｂレーザ可変部の概略構成図である。
【図４】 第２実施形態の網膜走査型ディスプレイの概略構成図である。
【図５】 第３実施形態の画像投影装置の概略構成図である。
【図６】 １つのボールレンズで構成した場合のレーザ可変部の概略構成図である。
【図７】 光ファイバを用いて構成した場合のレーザ出力部及びレーザ可変部の概略構成図である。
【図８】 光スイッチを用いて構成した場合のレーザ出力部の概略構成図である。
【符号の説明】
１０，７０…網膜走査型ディスプレイ、１２…Ｒレーザ出力部、１４…Ｇレーザ出力部、１６…Ｂレーザ出力部、１８…レーザ光出力部、２０…Ｒレーザ可変部、２２…Ｇレーザ可変部、２４…Ｂレーザ可変部、２６…全反射ミラー、２８，３０…部分透過ミラー、３２…ポリゴンミラー、３４…第１リレー光学系、３６…ガルバノミラー、３８，８２…第２リレー光学系、４０…画像信号供給回路、４２…波長指示部、４４…強度指示部、４６…垂直走査駆動部、４８…水平走査駆動部、５０…ＬＤチップ、５２…基板、５４…温度調節素子、５６…レンズ、５８…制御部、６０，６２…ボールレンズ、７２…強度変換部、８０…画像投影装置、９０，１３２…レーザ可変部、９２…ビームスプリッタ、９４…ミラー、１００，１７０…レーザ出力部、１０２，１０４，１０６，１０８…出射部、１１８，１２０，１２２，１２４…入力光ファイバ、１２６…中継用光ファイバ、１２８…ＡＷＧ光合波器、１３０…制御部、１３４…ＡＷＧ光分波器、１３６，１３８，１４０，１４２…出力光ファイバ、１５２，１５４，１５６，１５８…固定レンズ列、１６０…全反射ミラー、１６２，１６４，１６６…部分透過ミラー、１７２〜１７８，１８４，１８６…固定ミラー、１８０，１８２，１８８…光スイッチ、１９０…制御部

Claims (8)

1. レーザ光を出力すると共に、該レーザ光の波面曲率を所望の大きさに調整可能なレーザ光照射装置であって、
   略同一色を示し波長が異なる複数のレーザ光を１本のレーザ光として出力可能なレーザ光出力手段と、
   該レーザ光出力手段により出力されるレーザ光の通過経路に設けられ、該レーザ光の波面曲率を、そのレーザ光の波長に応じて変化させる曲率可変手段と、
   を備え、
   該曲率可変手段は、
   レーザ光の波面曲率を相異なる値に変化させる複数のレンズ系と、
   前記レーザ光出力手段により出力されるレーザ光をその波長領域に応じて前記複数のレンズ系のうちの何れかに分岐させる分岐手段と、
   前記レンズ系を通過したレーザ光を合成する出力合成手段と、
   を備えており、該曲率可変手段を通過したレーザ光が当該装置から出力されるレーザ光（以下、出力レーザ光という。）となっており、更に、該出力レーザ光の波面曲率を所望の大きさに変化させるため、前記レーザ光出力手段により出力されるレーザ光の波長を、該レーザ光出力手段に出力する波長値により指示する波長指示手段を備え、前記レーザ光出力手段は、相異なる波長のレーザ光を出射する複数の出射手段からの選択又は出射するレーザ光の波長を変化可能な出射手段の制御によって前記波長指示手段により指示された波長のレーザ光を出力すること、
   を特徴とするレーザ光照射装置。
2. 請求項１に記載のレーザ光照射装置において、
   前記波長指示手段は、前記出力レーザ光の波面曲率を目標の値とするための波長を前記レーザ光出力手段に指示すること、
   を特徴とするレーザ光照射装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のレーザ光照射装置において、
   前記レーザ光出力手段は、
   温度に応じた波長のレーザ光を出射する温度依存型出射手段と、
   該温度依存型出射手段の温度を制御する温度制御手段と、
   を備え、前記温度制御手段による温度制御によって波長が変化する前記温度依存型出射手段からのレーザ光を前記１本のレーザ光として出力することを特徴とするレーザ光照射装置。
4. 請求項１又は請求項２に記載のレーザ光照射装置において、
   前記レーザ光出力手段は、
   相異なる波長のレーザ光を出射する複数の出射手段と、
   出力すべきレーザ光を出射する出射手段を前記複数の出射手段から選択又は合成する選択手段と、
   を備え、前記選択手段により選択又は合成されたレーザ光を前記１本のレーザ光として出力することを特徴とするレーザ光照射装置。
5. 請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載のレーザ光照射装置において、
   前記波長指示手段は、前記レーザ光出力手段の出力するレーザ光の波長を１０ｎｍ以下の範囲内で変更すること、
   を特徴とするレーザ光照射装置。
6. 請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載のレーザ光照射装置を、波長が赤、緑、青色の３系統備えたことを特徴とするレーザ光照射装置。
7. 観察者の瞳孔へ向けてレーザ光を照射することで観察者の網膜に画像を表示する画像表示装置であって、
   請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載のレーザ光照射装置と、
   該レーザ光照射装置により出力されたレーザ光を走査する走査手段と、
   該走査手段からのレーザ光の進行方向を観察者の瞳孔へ向ける光学手段と、
   を備えたことを特徴とする画像表示装置。
8. 投影面上にレーザ光を走査させることで画像を表示する画像表示装置であって、
   請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載のレーザ光照射装置と、
   該レーザ光照射装置により出力されたレーザ光を走査する走査手段と、
   を備えたことを特徴とする画像表示装置。

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