JP2009244361A - 画像表示装置及び網膜走査型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光量やタイミングの補正を行うために、無効走査期間中に確実に出射された光を検知するとともに、劣化を抑えつつ高品質の画像を表示することができる画像表示装置及び網膜走査型画像表示装置を提供する。
【解決手段】画像表示装置は、揺動開始位置と揺動終了位置との間の有効走査開始位置に低速走査部が配向されるときから、有効な画像を表示させるための光の出射を開始し、有効走査開始位置から揺動終了位置との間の有効走査終了位置まで有効な画像を表示させるための光の出射を有効画像走査領域に行う。画像表示装置は、所定の光検知条件が成立すると、揺動終了位置を越える第二揺動終了位置まで揺動し、帰線開始位置と第二揺動終了位置との間における光検知領域に配置され、走査された光を検知する光検知センサを備えた。
【選択図】図６

Description

本発明は、画像表示装置及び網膜走査型画像表示装置に関するものであり、特に、第一の走査方向に対して相対的に高速に光を走査させる高速走査部と、鋸波状に揺動することによって、第二の走査方向に対して相対的に低速に光を走査させ、有効な画像を表示させる低速走査部と、を備えた画像表示装置及び網膜走査型画像表示装置に関する。

従来、画像を表示するための画像表示装置には、光を２次元に走査させて走査光とするための光走査装置などが含まれている。また、このような光走査装置には、光を反射させる反射ミラーを揺動させる制御を行うことによって、その光を走査させ、走査光とし、画像を表示させる。

このような画像表示装置においては、相対的に高速に光を走査させる高速走査部と、相対的に低速に光を走査させる低速走査部と、が備えられている。これら、高速走査部、低速走査部には、共振するように揺動することによって、有効な画像を表示させるものや、共振しないように鋸波状に揺動することによって、有効な画像を表示させるものなどがある。

また、画像表示装置は、揺動が開始される揺動開始位置と、その揺動が終了する揺動終了位置との間に、有効走査開始位置と有効走査終了位置とが設定されており、その有効走査開始位置に低速走査部が配向されるときから、有効走査終了位置に配向されるまで有効な画像を表示させるための光の出射を行う。

また、このような画像表示装置では、例えば、特許文献１に示すように、画像を有効に表示させるための有効画像走査領域とは異なり、走査した光が出射される無効画像走査領域に、走査光を検知する光検知センサが配置されており、有効走査開始位置に至ったか否か、正常に走査光の走査が行われているかなどが認識可能となる。
特開２００６−９１１５７号公報

しかしながら、上述したような画像表示装置では、走査した光を検知するための光検知センサが無効画像走査領域に配置されたが、出射された光を遮光するための遮光板の配置精度や、不要共振周波数を避けることなどを考慮すると、走査した光を検知するためには、無効画像走査領域が小さく、充分ではないので、高解像の画像を表示できないおそれがあった。

また、無効画像走査領域を拡大することも考えられるが、無効画像走査期間が長くなると、結果として画像の光量が不足するなど画像品質が下がるおそれがあった。また、走査振幅が大きくなると、走査部固有の共振の影響も受けやすくなるため、無効画像走査領域はできるだけ小さくすることが望ましい。

本発明は、上述したような課題に鑑みてなされたものであり、光量やタイミングの補正を行うために、無効走査期間中に確実に走査された光を検知するとともに、劣化を抑えつつ高品質の画像を表示することができる画像表示装置及び網膜走査型画像表示装置を提供することを目的とする。

以上のような目的を達成するために、本発明は、以下のようなものを提供する。

すなわち、請求項１記載の本発明では、画像信号に応じた光を出射する出射部と、前記光を、第一の走査方向に対して相対的に高速に走査させる高速走査部と、前記第一の走査方向とは略直交する第二の走査方向に対して相対的に低速に走査させる低速走査部と、を備え、前記低速走査部における揺動が開始される揺動開始位置と当該揺動が終了される揺動終了位置との間を繰り返し揺動することによって、画像を表示させる画像表示装置において、前記出射部は、前記揺動開始位置と前記揺動終了位置との間の有効走査開始位置に前記低速走査部が配向されるときから、有効な画像を表示させるための光の出射を開始し、前記有効走査開始位置から前記揺動終了位置との間の有効走査終了位置まで有効な画像を表示させるための光の出射を有効画像走査領域に行い、前記低速走査部は、所定の光検知条件が成立すると、前記揺動終了位置を越える第二揺動終了位置まで揺動し、前記揺動終了位置と前記第二揺動終了位置との間を揺動する時間内に、前記出射部からの光を検知する光検知手段を備えたことを特徴とするものである。

また、請求項２記載の本発明では、請求項１に記載の発明において、所定時間毎に光検知条件が成立したと判定する光検知条件判定部を備えたことを特徴とするものである。

また、請求項３記載の本発明では、請求項２に記載の発明において、前記光検知条件判定部は、表示させる画像が静止画像である場合に、光検知条件が成立したと判定することを特徴とするものである。

また、請求項４記載の本発明では、請求項１から３のいずれかに記載の発明において、前記低速走査部は、前記揺動開始位置と前記揺動終了位置との間を揺動することによって、１フレーム分の画像を表示させ、前記低速走査部は、所定の光検知条件が成立すると、１フレーム分の第一画像の表示を行った後、次の１フレーム分の第二画像の表示を行わずに前記第二揺動終了位置まで揺動し、前記第一画像の表示が終了してから前記第二画像の表示に対応する時間が経過した後に次の１フレーム分の第三画像の表示を行うことを特徴とするものである。

また、請求項５記載の本発明では、請求項４に記載の発明において、前記出射部は、所定の光検知条件が成立すると、前記第二画像より以前に表示される画像の輝度を相対的に高めることを特徴とするものである。

また、請求項６記載の本発明では、請求項１から５のいずれかに記載の発明において、前記低速走査部は、光を反射させる反射ミラーを電磁方式で揺動させることによって、光を走査することを特徴とするものである。

また、請求項７記載の本発明では、請求項１から６のいずれかに記載の発明において、前記光検知手段は、前記揺動終了位置と前記第二揺動終了位置との間における光検知領域に配置され、前記高速走査部、前記低速走査部によって走査された光を検知することを特徴とするものである。

また、請求項８記載の本発明では、請求項１から６のいずれかに記載の発明において、前記光検知手段は、前記出射部に内蔵され、前記出射部からの光の強度を検知することを特徴とするものである。

また、請求項９記載の本発明では、請求項１から８のいずれかに記載の画像表示装置を備え、画像に関する画像信号に応じて変調された光を走査させて出射させることで、ユーザの少なくとも一方の眼の網膜に画像を投影し、画像を表示することを特徴とするものである。

請求項１、７から９に記載の発明によれば、揺動開始位置と揺動終了位置との間の有効走査開始位置に低速走査部が配向されるときから、有効な画像を表示させるための光の出射を開始し、有効走査開始位置から揺動終了位置との間の有効走査終了位置まで有効な画像を表示させるための光の出射を有効画像走査領域に行い、所定の光検知条件が成立すると、揺動終了位置を越える第二揺動終了位置まで揺動する。また、揺動終了位置と第二揺動終了位置との間を揺動する時間内に、出射された光を検知する。従って、所定の光検知条件が成立していない場合には、通常通り、揺動終了位置まで揺動し、所定の光検知条件が成立すると、揺動終了位置を越えて第二揺動終了位置まで揺動し、揺動終了位置と第二揺動終了位置との間を揺動する時間内に、出射された光を検知するため、通常時においては、出射された光を遮光するための遮光板の配置精度や、不要共振周波数を避けることなどが考慮できるとともに、光を検知する場合に限り、揺動終了位置を越えて第二揺動終了位置まで光を出射させることとなり、光量やタイミングの補正を行うために、無効走査期間中に確実に出射された光を検知するとともに、劣化を抑えつつ高品質の画像を表示することができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、所定時間毎に光検知条件が成立したと判定する。従って、所定時間毎に、第二揺動終了位置まで揺動させ、揺動終了位置と第二揺動終了位置との間を揺動する時間内に、出射する光を検知することとなり、定期的に光を検知し、高解像の画像を表示することができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、表示させる画像が静止画像である場合に、光検知条件が成立したと判定する。従って、光検知条件が成立して、画像のコマ跳びがあった場合であっても、静止画像が表示されているため、コマ跳びを視認し難くすることができる。

また、請求項４に記載の発明によれば、揺動開始位置と揺動終了位置との間を揺動することによって、１フレーム分の画像を表示させ、所定の光検知条件が成立すると、１フレーム分の第一画像の表示を行った後、次の１フレーム分の第二画像の表示を行わずに第二揺動終了位置まで揺動し、第一画像の表示が終了してから第二画像の表示に対応する時間が経過した後に次の１フレーム分の第三画像の表示を行う。従って、第二画像の表示が省略された場合であっても、同期制御が容易となり、第三画像の表示が容易に制御することができる。

また、請求項５に記載の発明によれば、所定の光検知条件が成立すると、第二画像より以前に表示される画像の輝度を相対的に高める。従って、光検知条件が成立して、画像のコマ跳びがあった場合であっても、表示が省略される第二画像よりも前の画像の輝度を相対的に高めることによって、その前の画像における光によって、コマ跳びを視認し難くすることができる。

また、請求項６に記載の発明によれば、低速走査部は、光を反射させる反射ミラーを電磁方式で揺動させることによって、光を走査する。従って、電磁方式で光を走査するため、他の方式（例えば、静電方式やピエゾ方式など）よりも、制御が容易となるとともに、製造においても容易となる。

以下に、本発明に好適な実施形態について図面に基づいて説明する。

［画像表示装置の電気的構成］
本実施形態における網膜走査型ディスプレイ１の電気的構成などについて図１を用いて説明する。

図１に示すように、網膜走査型ディスプレイ１には、外部から供給される映像信号を処理するための光源ユニット部２が設けられている。光を出射する出射部としての光源ユニット部２には、外部からの映像信号が入力され、それに基づいて映像を合成するための要素となる各信号を発生する映像信号供給回路３が設けられ、この映像信号供給回路３から映像信号４、水平同期信号５、及び、垂直同期信号６が出力される。また、光源ユニット部２には、映像信号供給回路３から映像信号４として伝達される赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各映像信号をもとにそれぞれ強度変調されたレーザ光を出射するように、Ｒレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１を、それぞれ駆動するためのＲレーザドライバ１０，Ｇレーザドライバ９，Ｂレーザドライバ８が設けられている。さらに、各レーザより出射されたレーザ光を平行光にコリメートするように設けられたコリメート光学系１４と、それぞれコリメートされたレーザ光を合波するダイクロイックミラー１５と、合波されたレーザ光を光ファイバ１７に導く結合光学系１６とが設けられている。尚、Ｒレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１として、レーザダイオード等の半導体レーザや固体レーザを利用してもよい。尚、本実施形態における光源ユニット部２は、少なくとも１つの光源と、当該光源から出射されるビーム光（光束）を画像信号に応じて強度変調する変調手段の一例に相当する。

また、網膜走査型ディスプレイ１には、光源ユニット部２から伝搬されたレーザ光を水平走査系１９に導くコリメート光学系１８と、コリメートされたレーザ光を、ガルバノミラー１９ａを利用して水平方向に走査する水平走査系１９と、水平走査系１９によって走査されたレーザ光を垂直走査系２１に導く第１リレー光学系２０と、水平走査系１９に走査され、第１リレー光学系２０を介して入射されたレーザ光を、ガルバノミラー２１ａを利用して垂直方向に走査する垂直走査系２１と、垂直走査系２１に走査されたレーザ光をユーザの瞳孔２４に入射するように第２リレー光学系２２と、が設けられている。

尚、具体的な一例としては、水平走査系１９は、表示すべき画像の１走査線ごとに、レーザビームを水平方向に水平走査（１次走査の一例）させる光学系である。また、水平走査系１９は、レーザビームを水平方向に走査するガルバノミラー１９ａと、そのガルバノミラー１９ａの駆動制御を行う水平走査制御回路１９ｃとを備えている。

これに対し、垂直走査系２１は、表示すべき画像の１フレームごとに、レーザビームを最初の走査線から最後の走査線に向かって垂直に垂直走査（２次走査の一例）する光学系である。また、垂直走査系２１は、垂直走査するガルバノミラー２１ａと、そのガルバノミラー２１ａの駆動制御を行う垂直走査制御回路２１ｃとを備えている。

水平走査系１９は、垂直走査系２１より高速にすなわち高周波数でレーザビームを走査するように設計されている。また、水平走査系１９，垂直走査系２１は、図１に示すように、各々映像信号供給回路３に接続され、映像信号供給回路３より出力される水平同期信号５，垂直同期信号６にそれぞれ同期してレーザ光を走査するように構成されている。

尚、本実施形態における水平走査系１９及び垂直走査系２１などは、入射したビーム光を、１次方向及びその１次方向に略垂直な２次方向に走査させることによって、フレームを形成する光走査装置の一例である。また、本実施形態における水平走査系１９は、入射されるビーム光を水平方向（第一の走査方向）に対して相対的に高速に走査させる高速走査部の一例に相当する。また、本実施形態における垂直走査系２１は、その水平方向に走査されたビーム光を、垂直方向（第二の走査方向）に対して相対的に低速に走査させる低速走査部の一例に相当する。また、本実施形態における水平走査系１９、垂直走査系２１は、光源からの光を所定方向に走査する走査部の一例に相当する。

また、本実施形態においては、水平走査系１９のガルバノミラー１９ａと、垂直走査系２１のガルバノミラー２１ａとは、名称を同じように説明したが、光を走査するように其の反射面が揺動（回転）させられるものであれば、圧電駆動、電磁駆動、静電駆動等いずれの駆動方式によるものであってもよいことは言うまでもない。また、本実施形態においては、水平走査系１９を共振タイプの走査系とし、垂直走査系２１を非共振タイプの走査系としたが、これに限らず、例えば、水平走査系１９を非共振タイプの走査系としてもよい。また、詳しくは後述するが、垂直走査系２１は、鋸波状に揺動する走査系である。

また、水平走査系１９や垂直走査系２１によって走査されたビーム光を検知する光検知センサ３０が配置されている。この光検知センサ３０は、鋸波状に揺動する垂直走査系２１とユーザの瞳孔２４との間に配置されており、走査された走査光を検知した場合には、ＢＤ（Beam Detector）信号７として光源ユニット部２（映像信号供給回路３）に出力することとなる。これによって、光源ユニット部２は、走査されるビーム光の光源光量を調整することとなる。また、垂直走査系２１によって走査された光束が集光される中間像面近傍には、無効画像走査領域を視認不可能にするための遮光板（遮光手段）が配置されており、無効画像走査領域に走査される光や、無効画像走査領域における光検知センサ３０などを視認不可能とする。

次に、本発明の一実施形態の網膜走査型ディスプレイ１が、外部からの映像信号を受けてから、ユーザの網膜上に映像を投影するまでの過程について図１を用いて説明する。

図１に示すように、本実施形態の網膜走査型ディスプレイ１では、光源ユニット部２に設けられた映像信号供給回路３が外部からの映像信号の供給を受けると、映像信号供給回路３は、赤，緑，青の各色のレーザ光を出力させるためのＲ映像信号，Ｇ映像信号，Ｂ映像信号からなる映像信号４と、水平同期信号５と、垂直同期信号６とを出力する。Ｒレーザドライバ１０，Ｇレーザドライバ９，Ｂレーザドライバ８は各々入力されたＲ映像信号，Ｇ映像信号，Ｂ映像信号に基づいてＲレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１に対してそれぞれの駆動信号を出力する。この駆動信号に基づいて、Ｒレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１はそれぞれ強度変調されたレーザ光を発生し、各々をコリメート光学系１４に出力する。また、映像信号供給回路３は、後述する水平走査系１９のガルバノミラー１９ａの駆動状態を示すＢＤ同期タイミング信号（図示せず）に応じて、レーザ光を発生し、各々をコリメート光学系１４に出力するタイミングを制御する。つまり、このような網膜走査型ディスプレイ１（映像信号供給回路３）は、ガルバノミラー１９ａなどにビーム光を出射させるタイミングを制御することとなる。点光源から発生されるレーザ光は、このコリメート光学系１４によってそれぞれが平行光にコリメートされ、さらに、ダイクロイックミラー１５に入射されて１つのビーム光となるよう合成された後、結合光学系１６によって光ファイバ１７に入射されるよう導かれる。

光ファイバ１７によって伝搬されたレーザ光は、光ファイバ１７からコリメート光学系１８によって平行光にコリメートされて水平走査系１９に出射される。この出射されたレーザ光は、水平走査系１９のガルバノミラー１９ａの偏向面１９ｂに入射される。ガルバノミラー１９ａの偏向面１９ｂに入射したレーザ光は水平同期信号に同期して水平方向に走査されて第１リレー光学系２０を介し、垂直走査系２１のガルバノミラー２１ａの偏向面２１ｂに入射する。ガルバノミラー２１ａは、ガルバノミラー１９ａが水平同期信号に同期することと同様に垂直同期信号６に同期して、その偏向面２１ｂが入射光を垂直方向に反射するように往復振動をしており、このガルバノミラー２１ａによってレーザ光は垂直方向に走査される。ガルバノミラー２１ａによって走査されたレーザ光は、第２リレー光学系２２を介して、ユーザの瞳孔２４に入射する。これによって、ユーザはこのように２次元走査されて網膜上に投影されたレーザ光による画像を認識することができる。つまり、この網膜走査型ディスプレイ１は、画像に関する画像信号に応じて変調された光を走査させて出射させることで、ユーザの少なくとも一方の眼の網膜に画像を投影し、画像を表示する網膜走査型画像表示装置の一例に相当する。

［映像信号供給回路の電気的構成］
上述した映像信号供給回路３の電気的構成などについて図２を用いて説明する。

図２に示すように、映像信号供給回路３には、制御部１１０と、入出力インタフェース１０５とを含む構成である。制御部１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２と、各種プログラム等を記憶（記憶）する書き換え可能な主記憶装置としての記憶部１０３と、を含む構成である。また、これらＣＰＵ１０２、記憶部１０３、入出力インタフェース１０５は、システムバス１０１で電気的に接続されている。

（記憶部１０３について）
また、記憶部１０３には、コンピュータとしての基本的な機能を提供するためのオペレーティングシステム（ＯＳ）プログラムや、外部からの画像信号を受け取るプログラム、外部からの画像信号を変換する変換プログラム、変換された画像信号を出力する出力プログラム、内部からのＢＤ信号を受け取るプログラム、水平走査系１９や垂直走査系２１を制御するプログラム等を記憶しており、これらはＣＰＵ１０２によって読み出され、ＣＰＵ１０２によってこれらのプログラムに従った機能が実行される。

（制御部１１０について）
制御部１１０は、上述のようにＣＰＵ１０２と記憶部１０３とから構成され、ＣＰＵ１０２が記憶部１０３に記憶された各種プログラムを読み出して実行することにより、網膜走査型ディスプレイ１全体を統括制御するようになっている。

（入出力インタフェース１０５について）
入出力インタフェース１０５は、網膜走査型ディスプレイ１における送受信の制御を行う機能を有する。具体的には、入出力インタフェース１０５は、網膜走査型ディスプレイ１の外部からの映像信号の受信、網膜走査型ディスプレイ１の内部への映像信号、制御信号の送信、網膜走査型ディスプレイ１の内部からの各種信号の受信などを行う機能を有する。

［制御部１１０の機能的構成］
上述した制御部１１０の機能的構成などについて図３を用いて説明する。

図３に示すように、制御部１１０には、画像処理部１２０と、光検知条件判定部１２２と、光源制御部１２３と、が含まれる構成である。

画像処理部１２０は、外部から受信した映像信号に基づいて、映像を合成するための要素となる赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各映像信号を発生し、映像信号４を出力する。また、画像処理部１２０は、水平同期信号５、垂直同期信号６が出力される。また、画像処理部１２０は、画像判定部１２１を有している。この画像判定部１２１は、外部から受信した映像信号に基づいて、画像が静止画像であるか否かを判定可能である。

光検知条件判定部１２２は、光検知条件が成立したと判定する。この光検知条件とは、検出するための条件である。具体的には、光検知条件判定部１２２は、映像信号に基づいて、表示させる画像が静止画像であると画像判定部１２１によって判定された場合に、光検知条件が成立したと判定することとなるが、これに限らず、例えば、所定の周期で光検知条件が成立したと判定してもよい。また、光検知条件判定部１２２は、画像処理部１２０や光源制御部１２３に対して、光検知条件が成立した旨のデータを供給する。これによって、画像処理部１２０や光源制御部１２３は、光検知条件が成立したことが認識可能となる。

光源制御部１２３は、光源に関する制御を行う。この光源制御部１２３には、光源光量調整部１２４が含まれている。この光源光量調整部１２４は、光源の光量を調整する。光源光量調整部１２４は、光検知条件が成立した結果、光検知センサ３０からの光強度信号であるＢＤ信号を受け取り、そのＢＤ信号に基づいて、光源の光量を調整する。

水平走査制御回路２０２は、制御部１１０からの水平同期信号５に基づいて波形を生成する波形生成部１３１と、その波形を増幅させるアンプ１３２と、を含む構成である。また、垂直走査制御回路２１ｃは、制御部１１０からの垂直同期信号６に基づいて波形を生成する波形生成部１３４と、その波形を増幅させるアンプ１３５、を含む構成である。このように、制御部１１０からの水平同期信号に基づいて、水平走査系１９が水平方向にレーザビームを走査させ、制御部１１０からの垂直同期信号に基づいて、垂直走査系２１が垂直方向にレーザビームを走査させる。

［ガルバノミラー２１ａの構成］
また、上述したガルバノミラー２１ａの構成について図４を用いて以下に説明する。

本実施形態におけるガルバノミラー２１ａは、図４に示すように、電磁方式で偏向面２１ｂを揺動させるものである。

ガルバノミラー２１ａは、基板３１と、この基板３１上に設けた長方形状の板枠３２とを備えている。

また、ガルバノミラー２１ａは、偏向面２１ｂと、両梁部材３５、３６と、を備えており、偏向面２１ｂは、左端中央部にて、梁部材３５でもって、板枠３２の内壁中央部に支持されている。また、偏向面２１ｂは、右端中央部にて、梁部材３６でもって、板枠３２の内壁中央部に支持されている。両梁部材３５、３６は、共に、捻れ可能に弾性材料でもって長手状に形成されており、これら両梁部材３５、３６は、板枠３２の中空部内にて、偏向面２１ｂを揺動可能に支持している。

また、偏向面２１ｂの裏面には、電磁コイルが配置されている。この電磁コイルは、所定方向に渦巻き状に巻回されており、外部端子からの電流によって磁力を発生する。また、偏向面２１ｂの近傍には、両磁石３８、３９が配置されている。磁石３８は、板枠３２の内壁と偏向面２１ｂの一側縁との間に介装されており、磁石３９は、板枠３２の内壁と偏向面２１ｂの他側縁との間に介装されている。この電磁コイルに電流が流入すると、その電流と両磁石３８、３９との間において磁力が発生し、偏向面２１ｂが揺動されることとなる。

このように、ガルバノミラー２１ａは、光を反射させる偏向面２１ｂ（反射ミラー）を電磁方式で揺動させることによって、光を走査するため、他の方式（例えば、静電方式やピエゾ方式など）よりも、制御が容易となるとともに、製造においても容易となる。

［光検知センサの配置］
上述した光検知センサ３０の配置位置について図５及び図６を用いて説明する。

図５に示すように、相対的に高速に揺動する水平走査系１９におけるガルバノミラー１９ａは、共振揺動することによって、水平方向Ｘに対して往復走査される。そして、ガルバノミラー１９ａによって水平方向に走査された走査光は、第１リレー光学系２０を介して、相対的に低速に揺動する垂直走査系２１に入射する。垂直走査系２１のガルバノミラー２１ａは、鋸波状に揺動することによって、垂直方向Ｙに対して走査される。そして、ガルバノミラー２１ａによって垂直方向に走査された走査光は、第２リレー光学系２２を介して、ユーザの瞳孔２４に入射する。

このような構成において、ガルバノミラー２１ａと第２リレー光学系２２との間に光検知センサ３０が配置されている。光検知センサ３０は、走査範囲Ｚに配置されている。また、光検知センサ３０は、走査範囲Ｚのうち、通常時に走査される第一走査範囲Ｚ１ではなく、レーザビームを検知するための光検知時に走査される第二走査範囲Ｚ２に配置される。また、詳しくは後述するが、光検知センサ３０は、垂直走査系２１によって走査される方向（往方向）の縁端であり、水平走査系１９によって走査される水平方向の中心から所定距離離れた位置に配置されている。

図６（Ａ）に示すように、垂直走査系２１は、往路Ａにおいては、相対的に緩やかに角度を変化させ、復路Ｂにおいては、相対的に急に角度を変化させる。つまり、垂直走査系２１は、その角度が鋸波状に揺動することとなる。また、垂直走査系２１は、所定のタイミングで、通常時よりも大きな角度で揺動する。具体的に、垂直走査系２１は、通常時においては所定角度（例えば、約２０度）だけ揺動するが（符号Ｃ１や符号Ｃ２に示す）、所定のタイミングで所定角度以上（例えば、約２４度）だけ揺動する（符号Ｄに示す）。また、この場合においては、揺動した後、１フレーム分の画像に対応する揺動を省略し（符号Ｅに示す）、その間に揺動を開始させる角度となる。そして、省略したフレームの次のフレーム分の画像に対応するタイミングで、通常時と同じように揺動することとなる（符合Ｃ２）。

図６（Ｂ）に示すように、レーザビームは、水平方向に高速に走査されるとともに、垂直方向に低速に走査される。レーザビームが走査される走査範囲Ｚは、図６（Ｃ）に示すように、通常時にレーザビームが走査される第一走査範囲Ｚ１と、光検知時にレーザビームが走査される第二走査範囲Ｚ２とを含む。第二走査範囲Ｚ２は、第一走査範囲Ｚ１の垂直走査方向に位置する。

第一走査範囲Ｚ１は、垂直方向に揺動が開始される揺動開始位置ｔ１と、戻り始める帰線開始位置ｔ４との間の範囲である。揺動開始位置ｔ１から帰線開始位置ｔ４との間には、有効な画像の表示を開始させる有効走査開始位置ｔ２と、その表示を終了させる有効走査終了位置ｔ３とが設定されている。また、水平方向においては、その中心となる領域は、有効な画像を表示させる有効画像走査領域となり、その縁端となる領域は、有効な画像を表示させない無効画像走査領域となる。

このため、第一走査範囲Ｚ１においては、垂直方向に対して有効走査開始位置ｔ２と有効走査終了位置ｔ３とで囲まれ、水平方向に対して中心となる領域（符号Ｆで示す領域）が有効画像走査領域となる。また、第一走査範囲Ｚ１においては、揺動開始位置ｔ１と有効走査開始位置ｔ２とで囲まれる領域（符号Ｇで示す領域）、垂直方向に対して有効走査開始位置ｔ２と有効走査終了位置ｔ３とで囲まれ、水平方向に対して縁端となる領域（符号Ｈで示す領域）、有効走査終了位置ｔ３と帰線開始位置ｔ４とで囲まれる領域（符号Ｉで示す領域）が無効画像走査領域となる。

つまり、上述した出射部としての光源ユニット部２は、図６（Ｃ）に示すように、有効走査開始位置ｔ２に垂直走査系２１が配向されるときから、有効な画像を表示させるための光の出射を開始し、有効走査終了位置ｔ３に垂直走査系２１が配向されるときから、有効な画像を表示させるための光の出射を終了する。特に、光源ユニット部２は、有効走査開始位置ｔ２と有効走査終了位置ｔ３との間に垂直走査系２１が配向されたときであっても、水平方向に対する中心となる領域（符号Ｆ）は、有効な画像を表示する有効画像走査領域となり、水平方向に対する縁端となる領域（符号Ｈ）は、有効な画像を表示させない無効画像走査領域となる。

このように、揺動が開始される揺動開始位置ｔ１と、戻り始める帰線開始位置ｔ４との間を、その角度が鋸波状に揺動することによって、図６（Ｂ）に示すように、走査光を垂直方向に走査させ、有効な画像を表示させることとなる。また、水平走査系１９は、垂直走査系２１に対して水平方向に共振するように揺動することによって、走査光を水平方向に走査させる。

一方、第二走査範囲Ｚ２は、図６（Ｃ）に示すように、戻り始める帰線開始位置ｔ４を越えて、帰線開始位置ｔ４から第二帰線開始位置ｔ５で囲まれた範囲である。この第二走査範囲Ｚ２は、通常時にはレーザビームが走査されないが、レーザビームが適切に走査されているかを検知する場合に限り、レーザビームが走査される。このように、光検知時においては、帰線開始位置ｔ４で戻り始めることなく、第二帰線開始位置ｔ５で戻り始めることとなる。

そして、この第二走査範囲Ｚ２には、走査されるレーザビームを検知するための光検知センサ３０が配置されている。つまり、光検知センサ３０は、帰線開始位置（揺動終了位置）ｔ４と第二帰線開始位置（第二揺動終了位置）ｔ５との間における第二操作範囲（光検知領域）Ｚ２に配置され、走査された光を検知することとなる。

また、本実施形態においては、水平方向における中心ＪからＫ１だけ離れた位置に光検知センサ３０が配置されているが、これに限らず、例えば、その中心Ｊ上に配置されていてもよい。

この光検知センサ３０のそれぞれとして、走査された走査光を複数回検知するために、線状（１次元状）に連続して一体に設けられたラインセンサを採用したが、これに限らず、例えば、マトリクス状のエリアセンサ、複数走査線分が入る面積を有する単一の光センサなどであってもよい。

このように、揺動が開始される揺動開始位置ｔ１から、帰線開始位置ｔ４を越えて第二帰線開始位置ｔ５までを、その角度が鋸波状に揺動することによって、図６（Ｂ）に示すように、走査光を垂直方向に走査させ、有効な画像を表示させるとともに、第二走査範囲Ｚ２における光検知センサ３０に対して光を走査させることとなる。

上述したように通常時においては、第一走査範囲Ｚ１に光を走査させるため、図６（Ｄ）に示すように、鋸波状に揺動することによって、垂直方向に走査させることとなる。一方、光検知時においては、第一走査範囲Ｚ１から第二走査範囲Ｚ２まで光を走査させるため、図６（Ｅ）に示すように、通常時よりも振幅が大きくなるように揺動することによって、垂直方向に走査させることとなる。

このように、所定の光検知条件が成立すると、帰線開始位置ｔ４を越えて第二帰線開始位置ｔ５まで揺動するため、通常時においては、出射された光を遮光するための遮光板の配置精度や、不要共振周波数を避けることなどが考慮できる。また、光を検知する場合に限り、光検知センサが配置された光検知領域に光を出射させることとなり、確実に走査された光を検知するとともに、高解像の画像を表示することができる。

また、通常時においては、揺動開始位置ｔ１と帰線開始位置（揺動終了位置）ｔ４との間を揺動することによって、１フレーム分の画像を表示させたが、所定の光検知条件が成立すると、図６（Ａ）に示すように、１フレーム分の第一画像の表示を行った後（符号Ｄ）、次の１フレーム分の第二画像の表示を行わずに（符号Ｅ）第二帰線開始位置（第二揺動終了位置）ｔ５まで揺動し、第一画像の表示が終了してから第二画像の表示に対応する時間が経過した後に次の１フレーム分の第三画像の表示を行う（符号Ｃ２）。従って、第二画像の表示が省略された場合であっても、同期制御が容易となり、第三画像の表示が容易に制御することができる。

［網膜走査型ディスプレイ１の処理の説明］
以下、網膜走査型ディスプレイ１の詳細動作について、図７のフローチャートを用いて更に具体的に説明する。図７は網膜走査型ディスプレイ１におけるメイン処理を示すフローチャートである。

まず、制御部１１０は、図７に示すように、モニタ条件成立か否かを判定する（ステップＳ１０）。この処理において、制御部１１０は、例えば、所定の周期となった場合に、モニタ条件が成立したと判定する。また、制御部１１０は、例えば、外部から受信した映像信号に基づいて次に表示させる画像を記憶する。そして、制御部１１０は、以前に記憶された画像と、次に表示させる画像とを比較して、同じ画像であるか否かを判定する。また、制御部１１０は、所定時間で同じ画像であると判定された場合には、その画像が静止画像であると認識し、モニタ条件が成立したと判定することとなる。

つまり、制御部１１０は、所定の周期で、又は、表示させる画像が静止画像である場合に、光検知条件が成立したと判定することとなる。尚、このような制御部１１０は、光検知条件判定部として機能することとなる。従って、光検知条件が成立して、画像のコマ跳びがあった場合であっても、静止画像が表示されているため、コマ跳びを視認し難くすることができる。

制御部１１０は、モニタ条件成立したと判定した場合には（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、ステップＳ１１に処理を移す。一方、制御部１１０は、モニタ条件成立していないと判定した場合には（ステップＳ１０：ＮＯ）、ステップＳ１６に処理を移す。

ステップＳ１１において、制御部１１０は、垂直走査方向における振幅を大きくし、２フレーム分の時間で垂直走査するデータをセットする。つまり、制御部１１０は、通常時においては、揺動が開始される揺動開始位置とその揺動が終了される帰線開始位置ｔ４との間を繰り返し揺動することによって、画像を表示させるが、モニタ条件が成立する光検知時においては、その帰線開始位置ｔ４を越えて、第二帰線開始位置ｔ５まで揺動させる。また、制御部１１０は、図６（Ａ）に示すように、第二帰線開始位置ｔ５まで揺動させ、再び揺動開始位置ｔ１に戻し、画像２フレーム分の時間で揺動を開始させることとなる。このような垂直走査系２１は、低速走査部として機能することとなる。これによって、低速走査方向である垂直方向に対して、所定角度だけ揺動が大きくなることとなる。

また、制御部１１０は、振幅を大きくするときの画像を、２フレーム分の時間で表示制御を行う。制御部１１０は、振幅を大きくするときでも通常通り、１フレーム目の画像を１フレーム分の時間で表示させた後、次に２フレーム目の画像を表示させない制御を行う。この２フレーム目の画像が表示されるはずの時間においては、帰線開始位置ｔ４を越えて第二帰線開始位置ｔ５まで垂直走査方向に走査され、揺動開始位置ｔ１まで戻る時間となる。そして、制御部１１０は、２フレーム分の時間が経過した後に、通常通り３フレーム目の画像を表示させる制御を行うこととなる。

このように、制御部１１０は、所定の光検知条件が成立すると、１フレーム分の第一画像の表示を行った後、次の１フレーム分の第二画像の表示を行わずに第二帰線開始位置（第二揺動終了位置）ｔ５まで揺動させ、第一画像の表示が終了してから第二画像の表示に対応する時間が経過した後に次の１フレーム分の第三画像の表示を行わせることとなる。

また、この場合において、制御部１１０は、振幅を大きくするときの画像の輝度を所定値だけ高めるためのデータをセットする。これによって、制御部１１０は、外部からの映像信号に基づく画像の輝度を所定値高めることとなる。従って、光検知条件が成立して、画像のコマ跳びがあった場合であっても、表示が省略される第二画像よりも前の画像の輝度を相対的に高めることによって、その前の画像における光によって、コマ跳びを視認し難くすることができる。この処理が終了した場合には、ステップＳ１２に処理を移す。

ステップＳ１２において、制御部１１０は、光量を検知したか否かを判定する。この処理において、制御部１１０は、光検知センサ３０からのＢＤ信号７に基づいて、光量を検知したか否かを判定する。制御部１１０は、光量を検知したと判定した場合には（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、光検知センサ３０からのＢＤ信号に基づいて、光源光量制御処理を実行する（ステップＳ１３）。この処理において、制御部１１０は、光検知センサ３０からのＢＤ信号に基づいて、光源光量が標準となる光量であるか否かを判定する。そして、制御部１１０は、光源光量が標準となる光量ではないと判定した場合には、その光源光量が標準となる光量となるための制御処理を実行する。この処理が終了した場合には、ステップＳ１５に処理を移す。一方、制御部１１０は、光量を検知していないと判定した場合には（ステップＳ１２：ＮＯ）、再度、ステップＳ１２に処理を移す。尚、所定時間内に光量を検知しない場合には、ステップＳ１３を実行することなく、ステップＳ１５に処理を移す。

一方、ステップＳ１６において、制御部１１０は、通常走査制御処理を実行する。この処理において、制御部１１０は、通常時において、画像信号に応じた光を出射し、水平方向と垂直方向にその光を走査させることによって、有効な画像を表示させる制御を行う。この処理が終了した場合には、ステップＳ１５に処理を移す。

また、ステップＳ１５において、制御部１１０は、電源オフであるか否かを判定する。制御部１１０は、電源オフであると判定した場合には、本処理を終了する。一方、制御部１１０は、電源オフではないと判定した場合には、再度、ステップＳ１１に処理を移す。これによって、電源オフとなるまで、上述した処理を繰り返し実行することとなる。

このように、所定の光検知条件が成立していない場合には、通常通り、帰線開始位置（揺動終了位置）ｔ４まで揺動し、所定の光検知条件が成立すると、帰線開始位置を越えて第二帰線開始位置（第二揺動終了位置）まで揺動するため、通常時においては、出射された光を遮光するための遮光板の配置精度や、不要共振周波数を避けることなどが考慮できるとともに、光を検知する場合に限り、光検知センサが配置された光検知領域に光を出射させることとなり、光量やタイミングの補正を行うために、無効走査期間中に確実に出射された光を検知するとともに、劣化を抑えつつ高品質の画像を表示することができる。また、固有振動を避けることも可能となる。また、所定の光検知条件が成立した後における画像（第二画像）の表示が省略された場合であっても、同期制御が容易となり、画像の表示が容易に制御することができる。

尚、上述した実施形態においては、光検知センサ３０によって光が検知された場合に、その光源光量を調整したが、これに限らず、例えば、光検知センサ３０によって光が検知される位置情報と、水平走査系１９によって走査される光の振幅、共振周波数、同期タイミングとに基づいて、水平走査系１９によって走査される光の振幅、共振周波数を算出し、水平走査系１９によって走査される光の振幅、共振周波数、同期タイミングを制御してもよい。

また、本実施形態においては、水平走査及び垂直走査された後の画像光を検知するように、垂直走査系２１とユーザの瞳孔２４との間に光検知センサ３０を配置したが、これに限らず、例えば、水平走査系１９と垂直走査系２１との間で水平走査の無効期間の位置に、光検知センサ３０を配置してもよい。また、図８に示すように、走査される前の画像光を検知するように、レーザドライバのいずれかと水平走査系１９との間に光検知センサを配置してもよい。この場合においては、出射するレーザ光の出力の一部をモニターできる構成とし、揺動終了位置と第二揺動終了位置との間に光を走査している時間内にそのモニタ光を検知するようにしている。尚、図８においては、Ｒレーザ１３の出力のみから光量モニタ信号が出る構成としたが、これに限らず、例えば、Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１に対しても同様に構成することが望ましい。

また、上述した実施形態においては、鋸波状に揺動することによって光を走査する走査部に本発明を適用したが、これに限らず、例えば、三角波状に揺動することによって光を走査する走査部に本発明を適用してもよい。

また、上述した実施形態においては、第一画像を通常のように表示し、その次のフレームにおける第二画像の表示を省き、その次のフレームにおける第三画像の表示を行ったが、これに限らず、例えば、第一画像の輝度を所定量高めることによって、第二画像の表示を省く場合であっても、画像の表示品質を高めることができる。

また、本実施形態においては、所定時間内でも温度変化が所定値以上のときに、検知タイミングとなり、上述のステップＳ１０においてモニタ条件が成立したと判定してもよい。また、画像の輝度が低い（画像が暗い）ときには、違和感が少ないので、その検知タイミングで、上述のステップＳ１０においてモニタ条件が成立したと判定してもよい。

以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、発明の開示の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。例えば、本発明を適用した光走査装置は、レーザプリンタ内でレーザビームを走査する光走査装置にも応用できることはいうまでもない。

本実施形態における網膜走査型ディスプレイ１を示す説明図である。 本実施形態における映像信号供給回路を示す説明図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイ１の機能を示す説明図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイ１のガルバノミラーの構成を示す概観図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイ１の光学的な構成を示す説明図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイ１における光の走査態様、波形、その検知態様を示す説明図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイ１におけるメイン処理を示すフローチャートである。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイ１を示す説明図である。

符号の説明

１ 網膜走査型ディスプレイ
１９ 水平走査系
２１ 垂直走査系
３１ 光検知センサ

Claims (9)

1. 画像信号に応じた光を出射する出射部と、前記光を、第一の走査方向に対して相対的に高速に走査させる高速走査部と、前記第一の走査方向とは略直交する第二の走査方向に対して相対的に低速に走査させる低速走査部と、を備え、前記低速走査部における揺動が開始される揺動開始位置と当該揺動が終了される揺動終了位置との間を繰り返し揺動することによって、画像を表示させる画像表示装置において、
   前記出射部は、前記揺動開始位置と前記揺動終了位置との間の有効走査開始位置に前記低速走査部が配向されるときから、有効な画像を表示させるための光の出射を開始し、前記有効走査開始位置から前記揺動終了位置との間の有効走査終了位置まで有効な画像を表示させるための光の出射を有効画像走査領域に行い、
   前記低速走査部は、所定の光検知条件が成立すると、前記揺動終了位置を越える第二揺動終了位置まで揺動し、
   前記揺動終了位置と前記第二揺動終了位置との間を揺動する時間内に、前記出射部からの光を検知する光検知手段を備えたことを特徴とする画像表示装置。
2. 所定時間毎に光検知条件が成立したと判定する光検知条件判定部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記光検知条件判定部は、表示させる画像が静止画像である場合に、光検知条件が成立したと判定することを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記低速走査部は、前記揺動開始位置と前記揺動終了位置との間を揺動することによって、１フレーム分の画像を表示させ、
   前記低速走査部は、所定の光検知条件が成立すると、１フレーム分の第一画像の表示を行った後、次の１フレーム分の第二画像の表示を行わずに前記第二揺動終了位置まで揺動し、前記第一画像の表示が終了してから前記第二画像の表示に対応する時間が経過した後に次の１フレーム分の第三画像の表示を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像表示装置。
5. 前記出射部は、所定の光検知条件が成立すると、前記第二画像より以前に表示される画像の輝度を相対的に高めることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
6. 前記低速走査部は、光を反射させる反射ミラーを電磁方式で揺動させることによって、光を走査することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の画像表示装置。
7. 前記光検知手段は、前記揺動終了位置と前記第二揺動終了位置との間における光検知領域に配置され、前記高速走査部、前記低速走査部によって走査された光を検知することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の画像表示装置。
8. 前記光検知手段は、前記出射部に内蔵され、前記出射部からの光の強度を検知することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の画像表示装置。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の画像表示装置を備え、画像に関する画像信号に応じて変調された光を走査させて出射させることで、ユーザの少なくとも一方の眼の網膜に画像を投影し、画像を表示することを特徴とする網膜走査型画像表示装置。

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