JP4590894B2 - 網膜走査型ディスプレイおよび信号処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、光束を観察者の網膜上において２次元的に走査することにより、観察者に画像を表示する技術に関するものであり、特に、表示画像によるコンテンツの再現性を向上させる技術に関するものである。

画像表示装置の一種に、光束を観察者の網膜上において２次元的に走査することにより、観察者に画像を表示する網膜走査型ディスプレイが既に存在する（例えば、特許文献１参照。）。

この網膜走査型ディスプレイは、一般に、（ａ）光束を出射する出射部（例えば、光源）と、（ｂ）入力された光変調信号に基づき、光束の光学的特徴を変調する光変調部と、（ｃ）その変調された光束を２次元的に走査する走査部とを含むように構成される。

ここに、「光変調部」は、通常、光束の光学的特徴の一例である光強度（輝度ともいう。）を変調する光強度変調部を含むように構成される。その光強度変調部は、例えば、前記出射部から独立して構成される形式（例えば、音響光学変調素子）としたり、出射部に組み込まれて構成される形式（例えば、半導体レーザ）とすることが可能である。

上述の光変調部は、さらに、入力された奥行き信号に基づき、光束の光学的特徴の別の一例である波面曲率を変調する波面変調部を含むように構成される場合がある。

ここに、「波面変調部」は、例えば、画像を構成する各部分（例えば、画素）ごとに波面曲率を変調する形式としたり、画像の１フレームごとに波面曲率を変調する形式（同じフレームを構成する複数の部分は共通の波面曲率を有する形式）とすることが可能である。
特許第２８７４２０８号公報

以上説明した網膜走査型ディスプレイにおいては、光束の強度の指令値を表す光強度信号に応答して光強度変調部が光束の強度を変調する。その光強度変調器によって強度が変調された光束は走査部によって２次元的に走査され、そのように走査された光束の光強度の実際値（以下、「光強度実際値」という。）は、観察者により、表示画像として認識される。

本発明者は、この種の網膜走査型ディスプレイにおいて表示画像によるコンテンツの色再現性を向上させる技術について研究を行った。その結果、発明者は、表示画像のドットごとに色再現性のばらつきがあり、光束の各色成分ごとに色再現性のばらつきがあり、光強度の指令値（以下、「光強度指令値」という。）に対し、表示画像の光強度すなわち光強度実際値が十分に線形的に変化しないことに気が付いた。

本発明者は、さらに、前記走査部が、それに入射した光束を反射する反射面の角度を変化させることによってその光束を走査するものである網膜走査型ディスプレイについても研究を行った。その結果、本発明者は、奥行きの実際値（以下、「奥行き実際値」という。）と指令値（以下、「奥行き指令値」という。）とが十分に線形的に変化しないことに気が付いた。

以上説明した知見に基づき、本発明は、光束を観察者の網膜上において２次元的に走査することにより、観察者に画像を表示する技術において、光変調部に入力されるべき光変調信号を補正することにより、表示画像によるコンテンツの再現性を向上させることを課題としてなされたものである。

その課題を解決するために、本発明の一側面によれば、光束を観察者の網膜上において２次元的に走査することにより、観察者に画像を表示する網膜走査型ディスプレイであって、
前記光束を出射する出射部と、
入力された光変調信号に基づき、前記光束の光学的特徴を変調する光変調部と、
その変調された光束を２次元的に走査する走査部と、
前記光学的特徴の光変調の指令値と実際値との間における光変調指令値−実際値間関係の線形性が増加するように、前記光変調部に入力されるべき光変調信号を補正する第１補正部と
を含み、
前記光変調部は、入力された奥行き信号に基づき、前記光束の波面曲率を変調する波面変調部を含み、
前記第１補正部は、その波面変調部に入力されるべき奥行き信号を、前記奥行きの指令値と実際値との間における奥行き指令値−実際値間関係の線形性が増加するように、前記波面変調部の実際の入出力特性を反映した奥行き補正テーブルを用いて補正する奥行き信号補正手段を含む網膜走査型ディスプレイが提供される。
本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本発明が採用し得る技術的特徴の一部およびそれの組合せの理解を容易にするためであり、本発明が採用し得る技術的特徴およびそれの組合せが以下の態様に限定されると解釈されるべきではない。すなわち、下記の態様には記載されていないが本明細書には記載されている技術的特徴を本発明の技術的特徴として適宜抽出して採用することは妨げられないと解釈すべきなのである。

さらに、各項を他の項の番号を引用する形式で記載することが必ずしも、各項に記載の技術的特徴を他の項に記載の技術的特徴から分離させて独立させることを妨げることを意味するわけではなく、各項に記載の技術的特徴をその性質に応じて適宜独立させることが可能であると解釈すべきである。

（１） 光束を観察者の網膜上において２次元的に走査することにより、観察者に画像を表示する網膜走査型ディスプレイであって、
前記光束を出射する出射部と、
入力された光変調信号に基づき、前記光束の光学的特徴を変調する光変調部と、
その変調された光束を２次元的に走査する走査部と、
前記光学的特徴の光変調の指令値と実際値との間における光変調指令値−実際値間関係の線形性が増加するように、前記光変調部に入力されるべき光変調信号を補正する第１補正部と
を含む網膜走査型ディスプレイ。

この網膜走査型ディスプレイにおいては、光変調部に入力されるべき光変調信号が、光束の光学的特徴の光変調の指令値と実際値との間における指令値−実際値間関係の線形性がその光変調信号の補正前より増加するように補正される。

したがって、この網膜走査型ディスプレイによれば、光束の光学的特徴について光変調指令値−実際値関係の線形性が増加する。よって、表示画像によるコンテンツの再現性を向上させることが可能となる。

（２） 前記第１補正部は、前記光変調部の入出力特性にかかわらず、前記光変調指令値−実際値間関係の線形性が増加するように、前記光変調部に入力されるべき光変調信号を補正するものである（１）項に記載の網膜走査型ディスプレイ。

この網膜走査型ディスプレイによれば、光変調部の入出力特性にかかわらず、光変調指令値−実際値間関係の線形性を増加させることが可能となり、それにより、表示画像によるコンテンツの再現性を向上させることが可能となる。

（３） 前記光変調部は、入力された光強度信号に基づき、前記光束の強度を変調する光強度変調部を含む（１）または（２）項に記載の網膜走査型ディスプレイ。

この網膜走査型ディスプレイによれば、光束の強度について指令値−実際値間関係の線形性を増加させることが可能となり、それにより、表示画像によるコンテンツの色または明るさの再現性を向上させることが可能となる。

（４） 前記出射部は、複数色の成分光束を出射するものであり、
前記光強度変調部は、各成分光束ごとに、入力された光強度信号に基づき、各成分光束の強度を変調するものであり、
当該網膜走査型ディスプレイは、さらに、前記光強度変調部によって各成分光束の強度が変調された後に、前記複数色の成分光束を合成光束に合成する合成部を含み、
前記走査部は、その合成された合成光束を２次元的に走査するものであり、
前記第１補正部は、各成分光束ごとに、前記光強度変調部に入力されるべき光強度信号を、前記光強度の指令値と実際値との間における光強度指令値−実際値間関係の線形性が増加するように補正する第１補正手段を含む（３）項に記載の網膜走査型ディスプレイ。

本発明者は、複数色の成分光束が合成された合成光束を観察者の眼の網膜上において２次元的に走査することにより、観察者に画像を表示する形式の網膜走査型ディスプレイにおいて、表示画像の色再現性を向上させるために、光強度変調部に入力されるべき光強度信号を補正する技術を研究した。

その研究の結果、本発明者は、光強度変調部に入力されるべき光強度信号を各色の成分光束ごとに補正しないと、表示画像の色再現性が低下する可能性があることに気が付いた。

以上説明した知見に基づき、本項に係る網膜走査型ディスプレイにおいては、各成分光束ごとに、光強度変調部に入力されるべき光強度信号が、光強度の指令値と実際値との間における指令値−実際値間関係の線形性が増加するように補正される。

したがって、この網膜走査型ディスプレイによれば、複数色の成分光束のすべてについて光強度指令値−実際値関係の線形性が増加する。よって、光強度指令値にかかわらず、表示画像の色バランスが安定し、表示画像によるコンテンツの色の再現性を向上させることが可能となる。

（５） 前記走査部は、それに入射した光束を反射する反射面の角度を変化させることによってその光束を走査するものであり、
当該網膜走査型ディスプレイは、さらに、前記走査部における前記反射面の反射率がその反射面の角度によって変動する特性にかかわらず、表示すべき画像のうちの各部分に照射される前記光束の強度の実際値が各部分の位置によって変化しないように、前記光強度変調部に入力されるべき光強度信号を補正する第２補正部を含む（３）または（４）項に記載の網膜走査型ディスプレイ。

この網膜走査型ディスプレイにおいては、走査部における反射面の反射率がその反射面の角度によって変動する特性にかかわらず、表示すべき画像のうちの各部分に照射される光束の強度の実際値が、表示すべき画像のうち光束によって照射される各部分の位置によって変化しないように、光強度変調部に入力されるべき光強度信号が補正される。

したがって、この網膜走査型ディスプレイによれば、走査部における反射面の反射率がその反射面の角度によって変動する特性にかかわらず、表示画像における光強度むらを軽減することが可能となる。

本項における「表示すべき画像のうちの各部分」は、例えば、各画素としたり、互いに隣接した複数の画素から成る画素グループとすることが可能である。

（６） 前記光変調部は、入力された奥行き信号に基づき、前記光束の波面曲率を変調する波面変調部を含み、
前記第１補正部は、その波面変調部に入力されるべき奥行き信号を、前記奥行きの指令値と実際値との間における奥行き指令値−実際間関係の線形性が増加するように補正する第２補正手段を含む（１）ないし（５）項のいずれかに記載の網膜走査型ディスプレイ。

この網膜走査型ディスプレイにおいては、波面変調部に入力されるべき奥行き信号が、奥行きの指令値と実際値との間における奥行き指令値−実際間関係の線形性が増加するように補正される。

したがって、この網膜走査型ディスプレイによれば、奥行き指令値に対する奥行き実際値の線形性が増加し、表示画像によるコンテンツの再現性を向上させることが可能となる。

（７） 前記第２補正手段は、前記波面変調部の入出力特性にかかわらず、前記奥行き指令値−実際値間関係の線形性が増加するように、前記波面変調部に入力されるべき奥行き信号を補正するものである（６）項に記載の網膜走査型ディスプレイ。

この網膜走査型ディスプレイによれば、波面変調部の入出力特性にかかわらず、奥行き指令値−実際値間関係の線形性を増加させることが可能となる。

（８） 光束を観察者の網膜上において２次元的に走査することにより、観察者に画像を表示する網膜走査型ディスプレイであって、
前記光束を出射する出射部と、
入力された光強度信号に基づき、前記光束の強度を変調する光強度変調部と、
入力された奥行き信号に基づき、前記光束の波面曲率を変調する波面変調部と、
前記光強度および波面曲率が変調された光束を２次元的に走査する走査部と、
前記光強度変調部に入力されるべき光強度信号を、その光強度信号により表される光強度の指令値に基づいて補正する第１補正部と、前記光強度変調部に入力されるべき光強度信号を、表示すべき画像のうち前記光束が逐次照射される各部分の位置に基づいて補正する第２補正部と、前記波面変調部に入力されるべき奥行き信号を、その奥行き信号により表される奥行きの指令値に基づいて補正する第３補正部とのうちの少なくとも一つと
を含む網膜走査型ディスプレイ。

この網膜走査型ディスプレイが少なくとも第１補正部を含むように構成される場合には、光強度変調部に入力されるべき光強度信号が、その光強度信号により表される光強度の指令値に基づいて補正される。したがって、この場合には、例えば、光束の強度について指令値−実際値間関係の線形性を増加させることや、光強度指令値が変更されても表示画像の色バランスを維持することが可能となる。

また、本項に係る網膜走査型ディスプレイが少なくとも第２補正部を含むように構成される場合には、光強度変調部に入力されるべき光強度信号が、表示すべき画像のうち光束が逐次照射される各部分の位置に基づいて補正される。したがって、この場合には、例えば、表示画像における光強度むらを軽減することが可能となる。

また、本項に係る網膜走査型ディスプレイが少なくとも第３補正部を含むように構成される場合には、波面変調部に入力されるべき奥行き信号が、その奥行き信号により表される奥行きの指令値に基づいて補正される。したがって、この場合には、例えば、表示画像の奥行きまたはピント位置について指令値−実際値間関係の線形性を増加させることが可能となる。

（９） 光束を観察者の網膜上において２次元的に走査することにより、観察者に画像を表示する網膜走査型ディスプレイであって、（ａ）前記光束を出射する出射部と、（ｂ）入力された光変調信号に基づき、前記光束の光学的特徴を変調する光変調部と、（ｃ）その変調された光束を２次元的に走査する走査部とを含むものと共に使用される信号処理装置であって、
前記光変調部に入力されるべき光変調信号を、前記光学的特徴の光変調の指令値と実際値との間における光変調指令値−実際値間関係の線形性が増加するように補正する第１補正部を含む信号処理装置。

この信号処理装置においては、光変調部に入力されるべき光変調信号が、光束の光学的特徴の光変調の指令値と実際値との間における指令値−実際値間関係の線形性がその光変調信号の補正前より増加するように補正される。

したがって、この信号処理装置によれば、光束の光学的特徴について光変調指令値−実際値関係の線形性が増加する。よって、表示画像によるコンテンツの再現性を向上させることが可能となる。

この信号処理装置は、それと共に使用される網膜走査型ディスプレイから独立して構成する形式としたり、その網膜走査型ディスプレイに組み込まれて構成する形式とすることが可能である。

（１０） 前記第１補正部は、前記光強度変調部の入出力特性にかかわらず、前記光変調指令値−実際値間関係の線形性が増加するように、前記光変調部に入力されるべき光変調信号を補正するものである（９）項に記載の信号処理装置。

この信号処理装置によれば、光変調部の入出力特性にかかわらず、光変調指令値−実際値間関係の線形性を増加させることが可能となり、それにより、表示画像によるコンテンツの再現性を向上させることが可能となる。

（１１） 前記光変調部は、入力された光強度信号に基づき、前記光束の強度を変調する光強度変調部を含む（９）または（１０）項に記載の信号処理装置。

この信号処理装置によれば、光束の強度について指令値−実際値間関係の線形性を増加させることが可能となり、それにより、表示画像によるコンテンツの色または明るさの再現性を向上させることが可能となる。

（１２） 前記出射部は、複数色の成分光束を出射するものであり、
前記光強度変調部は、各成分光束ごとに、入力された光強度信号に基づき、各成分光束の強度を変調するものであり、
前記網膜走査型ディスプレイは、さらに、前記光強度変調部によって各成分光束の強度が変調された後に、前記複数色の成分光束を合成光束に合成する合成部を含み、
前記走査部は、その合成された合成光束を２次元的に走査するものであり、
前記第１補正部は、各成分光束ごとに、前記光強度変調部に入力されるべき光強度信号を、前記光強度の指令値と実際値との間における光強度指令値−実際値間関係の線形性が増加するように補正する第１補正手段を含む（１１）項に記載の信号処理装置。

したがって、この信号処理装置によれば、複数色の成分光束のすべてについて光強度指令値−実際値関係の線形性が増加する。よって、光強度指令値にかかわらず、表示画像の色バランスが安定し、表示画像によるコンテンツの色の再現性を向上させることが可能となる。

（１３） 前記走査部は、それに入射した光束を反射する反射面の角度を変化させることによってその光束を走査するものであり、
当該信号処理装置は、さらに、前記走査部における前記反射面の反射率がその反射面の角度によって変動する特性にかかわらず、表示すべき画像のうちの各部分に照射される前記光束の強度の実際値が各部分の位置によって変化しないように、前記光強度変調部に入力されるべき光強度信号を補正する第２補正部を含む（１１）または（１２）項に記載の信号処理装置。

この信号処理装置においては、走査部における反射面の反射率がその反射面の角度によって変動する特性にかかわらず、表示すべき画像のうちの各部分に照射される光束の強度の実際値が、表示すべき画像のうち光束によって照射される各部分の位置によって変化しないように、光強度変調部に入力されるべき光強度信号が補正される。

したがって、この信号処理装置によれば、走査部における反射面の反射率がその反射面の角度によって変動する特性にかかわらず、表示画像における光強度むらを軽減することが可能となる。

（１４） 前記光変調部は、入力された奥行き信号に基づき、前記光束の波面曲率を変調する波面変調部を含み、
前記第１補正部は、その波面変調部に入力されるべき奥行き信号を、前記奥行きの指令値と実際値との間における奥行き指令値−実際間関係の線形性が増加するように補正する第２補正手段を含む（９）ないし（１３）項のいずれかに記載の信号処理装置。

この信号処理装置においては、波面変調部に入力されるべき奥行き信号が、奥行きの指令値と実際値との間における奥行き指令値−実際間関係の線形性が増加するように補正される。

したがって、この信号処理装置によれば、奥行き指令値に対する奥行き実際値の線形性が増加し、表示画像によるコンテンツの再現性を向上させることが可能となる。

（１５） 前記第２補正手段は、前記波面変調部の入出力特性にかかわらず、前記奥行き指令値−実際値間関係の線形性が増加するように、前記波面変調部に入力されるべき奥行き信号を補正するものである（１４）項に記載の信号処理装置。

この信号処理装置によれば、波面変調部の入出力特性にかかわらず、奥行き指令値−実際値間関係の線形性を増加させることが可能となる。

（１６） 光束を観察者の網膜上において２次元的に走査することにより、観察者に画像を表示する網膜走査型ディスプレイであって、（ａ）前記光束を出射する出射部と、（ｂ）入力された光強度信号に基づき、前記光束の強度を変調する光強度変調部と、（ｃ）入力された奥行き信号に基づき、前記光束の波面曲率を変調する波面変調部と、（ｄ）前記光強度および波面曲率が変調された光束を２次元的に走査する走査部とを含むものと共に使用される信号処理装置であって、
前記光強度変調部に入力されるべき光強度信号を、その光強度信号により表される光強度の指令値に基づいて補正する第１補正部と、前記光強度変調部に入力されるべき光強度信号を、表示すべき画像のうち前記光束が逐次照射される各部分の位置に基づいて補正する第２補正部と、前記波面変調部に入力されるべき奥行き信号を、その奥行き信号により表される奥行きの指令値に基づいて補正する第３補正部とのうちの少なくとも一つと
を含む信号処理装置。

この信号処理装置が少なくとも第１補正部を含むように構成される場合には、光強度変調部に入力されるべき光強度信号が、その光強度信号により表される光強度の指令値に基づいて補正される。したがって、この場合には、例えば、光束の強度について指令値−実際値間関係の線形性を増加させることや、光強度指令値が変更されても表示画像の色バランスを維持することが可能となる。

また、本項に係る信号処理装置が少なくとも第２補正部を含むように構成される場合には、光強度変調部に入力されるべき光強度信号が、表示すべき画像のうち光束が逐次照射される各部分の位置に基づいて補正される。したがって、この場合には、例えば、表示画像における光強度むらを軽減することが可能となる。

また、本項に係る信号処理装置が少なくとも第３補正部を含むように構成される場合には、波面変調部に入力されるべき奥行き信号が、その奥行き信号により表される奥行きの指令値に基づいて補正される。したがって、この場合には、例えば、表示画像の奥行きまたはピント位置について指令値−実際値間関係の線形性を増加させることが容易となる。

以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明する。

図１には、本発明の第１実施形態に従う網膜走査型ディスプレイ（以下、「ＲＳＤ」と略称する。）が系統的に示されている。このＲＳＤは、レーザビームを、それの光強度および波面を適宜変調しつつ、観察者の眼１０の瞳孔１２を経て網膜１４の結像面上に入射させ、その結像面上においてレーザビームを２次元的に走査することにより、その網膜１４上に画像を直接に投影する装置である。

このＲＳＤは、光源ユニット２０を備え、その光源ユニット２０と観察者の眼１０との間において波面変調器２２と走査装置２４とをそれらの順に並んで備えている。

光源ユニット２０は、３原色（ＲＧＢ）を有する３つのレーザビーム（前記（１）項における「複数色の成分光束」の一例である。）を１つのレーザビーム（同項における「合成光束」の一例である。）に集束して任意色のレーザビームを生成するために、赤色のレーザビームを発するＲレーザ３０と、緑色のレーザビームを発するＧレーザ３２と、青色のレーザビームを発するＢレーザ３４とを備えている。各レーザ３０，３２，３４は、例えば、半導体レーザとして構成することが可能である。

各レーザ３０，３２，３４は、入力された電圧信号に応じ、各レーザ３０，３２，３４から出射する各色のレーザビームの光強度（輝度）を変調する光強度変調機能を有している。すなわち、それらレーザ３０，３２，３４は互いに共同して、前記（１）項における「出射部」の一例と「光強度変調部」の一例との組合せを構成しているのである。

ただし、各レーザ３０，３２，３４ごとに、それらから独立した各光強度変調器（例えば、音響光学変調素子ＡＯＭ）が設けられる態様で本発明を実施することが可能である。この態様においては、それらレーザ３０，３２，３４が互いに共同して前記（１）項における「出射部」の一例を構成し、それら３つのレーザ３０，３２，３４にそれぞれ関連付けられた３つの光強度変調器が互いに共同して同項における「光強度変調部」の一例を構成することになる。

図１に示すように、各レーザ３０，３２，３４には、対応する各レーザドライバ３６，３７，３８が電気的に接続されている。Ｒレーザ３０に対応するレーザドライバ３６には、赤色のレーザビームの光強度を変調するための光強度信号であるＲ信号が信号処理装置３９から供給され、Ｇレーザ３２に対応するレーザドライバ３７には、緑色のレーザビームの光強度を変調するための光強度信号であるＧ信号が信号処理装置３９から供給され、Ｂレーザ３４に対応するレーザドライバ３７には、青色のレーザビームの光強度を変調するための光強度信号であるＢ信号が信号処理装置３９から供給される。

各レーザドライバ３６，３７，３８は、入力された各光強度信号に応じた各電圧（電気エネルギー）を各レーザ３０，３２，３４に印加する。各レーザ３０，３２，３４は、印加電圧に応じて、各レーザ３０，３２，３４から出射するレーザビームの光強度を変調する。各レーザ３０，３２，３４につき、印加電圧と、その印加電圧によって変調された光強度とは線形に変化せず、かつ、両者間の関係は、各レーザ３０，３２，３４ごとに、すなわち、レーザビームの波長ごとに異なるが、これについては後に詳述する。

各レーザ３０，３２，３４から出射したレーザビームは、各コリメート光学系４０，４２，４４によって平行光化された後に各ダイクロイックミラー５０，５２，５４に入射させられる。それらダイクロイックミラー５０，５２，５４においては、波長に依存したレーザビームの選択的な透過・反射が行われ、それにより、３色のレーザビームが１つのレーザビームに結合される。

具体的には、Ｒレーザ３０から出射した赤色レーザビームは、コリメート光学系４０によって平行光化された後に、ダイクロイックミラー５０に入射させられる。Ｇレーザ３２から出射した緑色レーザビームは、コリメート光学系４２を経てダイクロイックミラー５２に入射させられる。Ｂレーザ３４から出射した青色レーザビームは、コリメート光学系４４を経てダイクロイックミラー５４に入射させられる。

それら３つのダイクロイックミラー５０，５２，５４にそれぞれ入射した３色のレーザビームは、それら３つのダイクロイックミラー５０，５２，５４を代表する１つのダイクロイックミラー５４に最終的に入射して集束され、その後、結合光学系５８によって集光される。

本実施形態においては、３つのコリメート光学系４０，４２，４４と３つのダイクロイックミラー５０，５２，５４と結合光学系５８とが互いに共同することにより、合波光学系６０を構成し、この合波光学系６０は、前記（１）項における「合成部」の一例を構成している。

以上説明した光源ユニット２０は、結合光学系５８においてレーザビームを出射させる。そこから出射したレーザビームは、光伝送媒体としての光ファイバ８２と、その光ファイバ８２の後端から放射させられるレーザビームを平行光化するコリメート光学系８４とをそれらの順に経て波面変調器２２に入射する。

この波面変調器２２は、光源ユニット２０から出射したレーザビームの波面（波面曲率）を変調する光学系である。この波面変調器２２は、波面曲率の変調を、網膜１４上に投影すべき画像の各画素ごとに行う形式とすることが可能であるが、これは本発明を実施するために不可欠なことではなく、画像の１フレームごとに行う形式とすることが可能である。波面曲率が変調されると、表示画像のピント位置が変化する。

いずれにしても、この波面変調器２２においては、信号処理装置３９から入力された奥行き信号（以下、「Ｚ信号」ともいう。）に基づき、波面変調器２２に入射するレーザビームの波面を変調する。この波面変調器２２においては、コリメート光学系８４から平行光として入射するレーザビームが収束レンズ９０によって収束光に変換され、その変換された収束光が可動ミラー９２によって反射されて拡散光に変換される。その変換された拡散光は、目標の波面曲率を有するレーザビームとしてこの波面変調器２２から出射する。

図２には、この波面変調器２２が拡大して示されている。図２に示すように、この波面変調器２２は、外部から入射したレーザビームを反射または透過させるビームスプリッタ９４と、そのビームスプリッタ９４を経て入射したレーザビームを収束する収束レンズ９０と、その収束レンズ９０により収束されたレーザビームを反射する可動ミラー９２とを備えている。

この波面変調器２２は、さらに、可動ミラー９２を、収束レンズ９０に接近するかまたは収束レンズ９０から離れる向きに変位させるアクチュエータ９６を備えている。このアクチュエータ９６の一例は、圧電素子である。アクチュエータ９６は、信号処理装置３９から入力された奥行き信号（Ｚ信号）に応じて可動ミラー９２の位置を移動させることにより、波面変調器２２から出射するレーザビームの波面曲率を変調する。このアクチュエータ９６につき、印加電圧と、その印加電圧によって変調された波面曲率との関係が線形ではないが、このことについては後に詳述する。

以上のように構成された波面変調器２２においては、コリメート光学系８４から入射したレーザビームがビームスプリッタ９４で反射して収束レンズ９０を通過した後、可動ミラー９２で反射する。そして、再度、収束レンズ９０を通過し、その後、ビームスプリッタ９４を透過して走査装置２４へ向かう。

この波面変調器２２は、アクチュエータ９６を用いて収束レンズ９０と可動ミラー９２との間隔ｄｃを変更することによって、コリメート光学系８４から入射して走査装置２４へ向かうレーザビームの波面曲率を変更することができる。

図２（ａ）に示すように、間隔ｄｃが予め定められた初期値ｄｃ０に一致する場合には、コリメート光学系８４から入射したレーザビームは、可動ミラー９２の反射面で収束および反射する。この反射したレーザビームは、収束レンズ９０を経て、コリメート光学系３０から入射したときと同じ波面曲率を有する平行光Ｌ１として走査装置２４へ向かう。

これに対し、図２（ｂ）に示すように、間隔ｄｃが初期値ｄｃ０より短い距離ｄｃ１に変化した場合には、コリメート光学系８４から入射したレーザビームは、可動ミラー９２が収束レンズ９０の焦点より収束レンズ９０に近い位置に位置するため、レーザビームの収束前に可動ミラー９２の反射面で反射する。その反射したレーザビームは、可動ミラー９２から距離（ｄｃ０−ｄｃ１）だけ進んだ位置で収束し、その後、コリメート光学系３０から入射したときより拡散した、波面曲率の大きな拡散光、すなわち、曲率半径の小さな拡散光Ｌ２となり、収束レンズ９０を経て走査装置２４へ向かう。

以上要するに、曲率変調器２２から走査装置２４へ向かうレーザビームは、間隔ｄｃが短くなるほど曲率半径が小さくなる。本実施形態においては、間隔ｄｃの初期値ｄｃ０が４ｍｍに設定されており、間隔ｄｃをその初期値ｄｃ０から３０μｍ狭めていく間に、レーザビームの曲率半径が最大値（例えば、１０ｍ）から最小値（例えば、２０ｃｍ）まで変化するようにこのＲＳＤが構成されている。

一般に、レーザビームの波面の曲率半径は、波面曲率の逆数で表され、レーザビームに基づく虚像は、この曲率半径が小さいほど観察者に近い位置に観察者によって認識される。したがって、虚像は、アクチュエータ９６により間隔ｄｃが短くされるほど観察者に近い位置に観察者によって認識されることとなる。

以上説明した波面変調器２２から出射したレーザビームは、走査装置２４に入射する。この走査装置２４は、水平走査系１００と垂直走査系１０２とを備えている。それら水平走査系１００と垂直走査系１０２とは、それぞれの走査速度に着目すれば、高速走査系と低速走査系とにそれぞれ分類される。

水平走査系１００は、表示すべき画像の１フレームごとに、レーザビームを水平な複数の走査線に沿って水平にラスタ走査する水平走査を行う光学系である。これに対し、垂直走査系１０２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走査する垂直走査を行う光学系である。

具体的に説明するに、水平走査系１００は、本実施形態においては、機械的偏向を行う一方向回転ミラーとしてポリゴンミラー１０４を備えている。このポリゴンミラー１０４は、それに入射したレーザビームの光軸と交差する回転軸線まわりに図示しないモータによって高速で回転させられる。このポリゴンミラー１０４の回転速度は、信号処理装置３９から供給される水平走査同期信号に基づいて制御される。

ポリゴンミラー１０４は、回転軸線のまわりに並んだ複数の反射面１０６を備えており、入射レーザビームが１つの反射面１０６を通過するごとに１回偏向が行われる。その偏向されたレーザビームは、リレー光学系１１０によって垂直走査系１０２に伝送される。本実施形態においては、リレー光学系１１０が光路上において複数のレンズ系１１２，１１４を直列に備えている。

以上、水平走査系１００を説明したが、垂直走査系１０２は、機械的偏向を行う揺動ミラーとしてのガルバノミラー１３０を備えている。ガルバノミラー１３０には、水平走査系１００から出射したレーザビームがリレー光学系１１０によって集光されて入射するようになっている。このガルバノミラー１３０は、それに入射したレーザビームの光軸と交差する回転軸線まわりに揺動させられる。このガルバノミラー１３０の起動タイミングおよび回転速度は、信号処理装置３９から供給される垂直走査同期信号に基づいて制御される。

以上説明した水平走査系１００と垂直走査系１０２との共同により、レーザビームが２次元的に走査され、その走査されたレーザビームによって表現される画像が、リレー光学系１４０を経て観察者の眼１０に照射される。本実施形態においては、リレー光学系１４０が光路上において複数のレンズ系１４２，１４４を直列に備えている。

図３には、このＲＳＤの全体構成がブロック図で概念的に表され、さらに、このＲＳＤと共に使用される信号処理装置３９との関係も示されている。ただし、図３には、各レーザ３０，３２，３４が光源としての機能と光強度変調器としての機能との双方を有することを示すために、各レーザ３０，３２，３４が、光源部１５０，１５２，１５４と光強度変調部１６０，１６２，１６４との組合せとして示されている。信号処理装置３９は、Ｒ光源部１５０に対応する光強度変調部１６０にはＲ信号、Ｇ光源部１５２に対応する光強度変調部１６２にはＧ信号、Ｂ光源部１５４に対応する光強度変調部１６４にはＢ信号をそれぞれ供給する。

図３に示すように、信号処理装置３９は、さらに、波面変調器２２にＺ信号を供給し、水平走査系１００と垂直走査系１０２とにそれぞれ水平走査同期信号と垂直走査同期信号とを供給する。

図３に示すように、本実施形態においては、信号処理装置３９が、ＲＳＤから独立して存在するように構成されているが、ＲＳＤ内に組み込まれるように構成することが可能である。

図１に示すように、信号処理装置３９は、後に図４を参照して詳述するように、Ａ／Ｄ１８０と、画像処理装置１８２と、ＬＵＴ１８４と、Ｄ／Ａ１８６とを主体として構成されている。ただし、そのように構成することは本発明を実施するために不可欠ではなく、信号処理装置３９は例えば、ＤＳＰとして構成することが可能である。

図４に示すように、信号処理装置３９は、元画像信号供給装置としてのパーソナルコンピュータ（以下、単に「ＰＣ」という。）と、再生装置としてのＲＳＤとの間に、インターフェースとして接続されて使用される。ＰＣは信号処理装置３９に、Ｒ信号、Ｇ信号およびＢ信号を含む光強度信号と、奥行き信号であるＺ信号とをソース信号として供給する。信号処理装置３９は、それら信号を補正してＲＳＤに供給する。

その信号補正は、次の目的を達成するために行われる。

（１）各レーザ３０，３２，３４の入出力特性にかかわらず、各色のレーザビームにつき、光強度指令値を表す光強度信号（Ｒ信号、Ｇ信号およびＢ信号）と、実際に実現される光強度との関係の線形性を増加させる。

（２）走査装置２４の反射率が走査角θに依存するにもかかわらず、光強度指令値を表す光強度信号（Ｒ信号、Ｇ信号およびＢ信号）と、実際に実現される光強度との関係の線形性を増加させる。

（３）波面変調器２２の入出力特性にかかわらず、奥行き指令値を表す奥行き信号（Ｚ信号）と、実際に実現される奥行きとの関係の線形性を増加させる。

その目的を達成するため、上述の信号補正は、次の個別的な補正を複数種類含んでいる。

（１）光強度補正
各レーザ３０，３２，３４の入出力特性にかかわらず、光強度指令値と光強度実際値との関係の線形性を増加させるために、Ｚ信号供給装置（例えば、ＰＣ）から供給された元光強度信号（元Ｒ信号、元Ｇ信号および元Ｂ信号）を補正して、補正光強度信号（補正Ｒ信号、補正Ｇ信号および補正Ｂ信号）としてＲＳＤに供給する。

（２）水平走査用反射率補正
水平走査系１００において反射率が走査角（各走査線上における各画素の位置すなわち画素番号ＮＰ）に依存するにもかかわらず、光強度指令値と光強度実際値との関係の線形性を増加させるために、ＰＣから供給された元光強度信号（元Ｒ信号、元Ｇ信号および元Ｂ信号）を補正して、補正光強度信号（補正Ｒ信号、補正Ｇ信号および補正Ｂ信号）としてＲＳＤに供給する。

（３）垂直走査用反射率補正
垂直走査系１０２において反射率が走査角（画像の垂直方向における各走査線の位置すなわち走査線番号ＮＬ）に依存するにもかかわらず、光強度指令値と光強度実際値との関係の線形性を増加させるために、ＰＣから供給された元光強度信号（元Ｒ信号、元Ｇ信号および元Ｂ信号）を補正して、補正光強度信号（補正Ｒ信号、補正Ｇ信号および補正Ｂ信号）としてＲＳＤに供給する。

（４）奥行き補正
波面変調器２２の入出力特性にかかわらず、奥行き指令値と奥行き実際値との関係の線形性を増加させるために、ＰＣから供給された元Ｚ信号（元奥行き信号）を補正して、補正Ｚ信号（補正奥行き信号）としてＲＳＤに供給する。

図４には、信号処理装置３９の構成が特徴的な機能に着目してブロック図で概念的に簡略的に表されている。この信号処理装置３９においては、Ａ／Ｄ変換器（図４においては「Ａ／Ｄ」で表す。）１８０が、ＰＣからアナログ信号として画素１ドットごとに供給されるＲ／Ｇ／Ｂ／Ｚ信号をすべてデジタルデータ（８ビットデータ）に変換する。さらに、画像処理回路１８２が、各画素ごとのデジタルデータ（以下、「画素データ」ともいう。）を、ＲＳＤ用の水平走査同期信号および垂直走査同期信号のタイミングに合わせて出力するための処理を行う。

この信号処理装置３９においては、各画素データに対して上述の信号補正を行うために、ルックアップテーブル（図４においては「ＬＵＴ」で表す。）１８４が参照される。このＬＵＴ１８４により、８ビットの画素データが１２ビットの画素データに補正される。その補正特性は、上述の信号補正の目的が達成されるように予め調整されている。

この信号処理装置３９においては、Ｄ／Ａ変換器（図４においては「Ｄ／Ａ」で表す。）１８６が、上記のようにして補正された１２ビットの画素データをアナログ信号に補正（変換）し、その補正されたアナログ信号をＲＳＤに出力する。ＬＵＴ１８４は、複数の個別テーブル（後述の光強度補正テーブル、水平走査用反射率補正テーブル、垂直走査用反射率補正テーブルおよび奥行き補正テーブルを含む。）を含むように構成され、それらはＬＵＴ１８４の内部メモリに予め記憶されている。

図５（ａ）には、Ｒレーザ３０の入出力特性、すなわち、そのＲレーザ３０への印加電圧と、そのＲレーザ３０から出力されるレーザビームの光強度実際値との関係の一例がグラフで表されている。このように、Ｒレーザ３０の入出力特性は非線形である。このような非線形性が存在するにもかかわらず、ＰＣから供給される元Ｒ信号を補正なしでレーザドライバ３７に供給し、その元Ｒ信号に従ってＲレーザ３０に電圧を印加した場合には、その元Ｒ信号により表される光強度指令値とＲレーザ３０が出力する光強度実際値との関係も非線形となる。この場合には、このＲＳＤを使用する観察者が表示画像の光強度に関して違和感を感じる可能性がある。

これに対し、本実施形態においては、ＬＵＴ１８４を参照することにより、元光強度データが補正されて補正光強度データとされる。元光強度信号が結果的に補正されることになるのである。その補正特性は、図５（ａ）にグラフで表す非線形を完全にないしは部分的に打ち消す特性とされている。この補正特性は、ＬＵＴ１８４の光強度補正テーブルに反映されている。その結果、本実施形態によれば、その補正光強度データに基づき、レーザドライバ３７に供給されるＲ信号（補正Ｒ信号）が決定され、その補正Ｒ信号に従ってＲレーザ３０に実際に印加される電圧が決定される。

したがって、本実施形態によれば、図５（ａ）に示すＲレーザ３０の入出力特性にかかわらず、図５（ｂ）にグラフで表すように、元Ｒ信号により表される光強度指令値、すなわち、元Ｒ信号により表される印加電圧（Ｒレーザ３０に実際に印加される電圧とは異なる。）と、Ｒレーザ３０が出力する光強度実際値との関係の線形性が、この光強度補正を行わない場合に比較し、増加することとなる。

各レーザ３０，３２，３４への印加電圧と出力光強度との関係は、それらレーザ３０，３２，３４間において常に互いに一致するとは限らず、通常、互いに異なる。そのため、本実施形態においては、光強度補正テーブルが、各レーザ３０，３２，３４ごとに用意されている。そして、本実施形態においては、光強度補正が、Ｒ信号とＧ信号とＢ信号とについて個別に、対応する光強度補正テーブルを参照することによって行われる。

以上説明した光強度補正が終了すると、前述の水平走査用反射率補正が、ＬＵＴ１８４の水平走査用反射率補正テーブルを参照することによって行われる。

図６には、ポリゴンミラー１０４が拡大されて平面図で示されている。このポリゴンミラー１０４においては、レーザビームが入射する反射面１０６の角度すなわち走査角θが変化することにより、その反射面１０６から出射するレーザビームが偏向され、それにより、レーザビームが水平方向に１本の走査線に沿って走査される。このポリゴンミラー１０４においては、反射面１０６から出射するレーザビームのうち、走査角θが設定範囲（例えば、４０度ないし５０度）にあるもののみが使用される。

図７には、その使用領域において、反射面１０６の反射率が走査角θに依存する性質がグラフで表されている。この走査角依存性は、光強度指令値と光強度実際値との関係を非線形化する原因となる。一方、各画素ドットに対応する走査角θは、そのときにおけるレーザビームが照射する画素の、水平走査線上における位置が分かれば、分かる。

そこで、本実施形態においては、その走査角依存性にかかわらず、光強度指令値と光強度実際値との関係が線形化されるようにするため、レーザビームが逐次照射される各画素の位置に応じて、Ｒ信号とＧ信号とＢ信号とがそれぞれ補正される。

なお付言するに、本実施形態においては、ポリゴンミラー１０４における複数の反射面１０６間においては、反射率の走査角依存性が共通すると考えられているが、共通しない可能性がある。すなわち、走査角θが同じでも、複数の反射面１０６のうち使用されるものの位置が異なる場合には、反射率も異なる可能性があるのである。このような可能性がある場合には、レーザビームを現に反射している反射面１０６の位置を、例えば、今回の走査線番号ＮＬを根拠にして特定し、その特定された位置に応じて設定された補正特性に従って元光強度信号を補正することが望ましい。

以上説明した水平走査用反射率補正が終了すれば、前述の垂直走査用反射率補正が、上述の水平走査用反射率補正に準じ、ＬＵＴ１８４の垂直走査用反射率補正テーブルを参照することにより行われる。

以上、ＬＵＴ１８４が光強度補正テーブルと水平走査用反射率補正テーブルと垂直走査用反射率補正テーブルとを個別に備えている場合を説明したが、そのような態様で本発明を実施することは不可欠ではない。例えば、それら３個のテーブルの特性をすべて反映した１個のテーブル（例えば、元光強度信号（元Ｒ／Ｇ／Ｂ信号）と画素位置と補正光強度信号（補正Ｒ／Ｇ／Ｂ信号）との間の関係を定義するテーブル）をＬＵＴ１８４の内部メモリに備える態様で本発明を実施することが可能である。

その後、ＰＣから供給された元Ｚ信号により表される元奥行きデータが取り込まれる。その取り込まれた元奥行きデータに対し、前述の奥行き補正が行われる。

図８（ａ）には、波面変調器２２の入出力特性、すなわち、その波面変調器２２への印加電圧とその波面変調器２２によって実際に実現される奥行きとの関係の一例がグラフで表されている。この例においては、近似的には、印加電圧Ｖの逆数が奥行き実際値Ｚに関連付けられる。

したがって、波面変調器２２への印加電圧Ｖを、元奥行きデータにより表される奥行き指令値Ｚの逆数として算出すれば、ＰＣから供給された元Ｚ信号により表される奥行き指令値と、波面変調器２２によって出力される奥行き実際値との関係の線形性が増加する。この事実に従い、奥行き補正テーブルが作成されてＬＵＴ１８４の内部メモリに予め記憶されている。その奥行き補正テーブルを参照することにより、元奥行きデータが補正される。

その結果、図８（ｂ）にグラフで表すように、元Ｚ信号により表される奥行き指令値Ｚ、すなわち、元Ｚ信号により表される印加電圧と、その補正された奥行きデータを表す補正Ｚ信号によって波面変調器２２によって実現される奥行き実際値Ｚとの関係の線形性が、その補正を実行しない場合に比較し、増加する。

以上説明した奥行き補正が終了すると、補正された各光強度データを表す補正光強度信号（補正Ｒ信号、補正Ｇ信号および補正Ｂ信号）と、補正奥行きデータを表す補正Ｚ信号とがそれぞれ、３つのレーザ３０，３２，３４と、波面変調器２２とに対して出力される。

以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、ＲＳＤと信号処理装置３９との組合せが前記（１）項における「網膜走査型ディスプレイ」の一例を構成し、レーザ３０，３２，３４が互いに共同して、同項における「出射部」の一例と「変調部」の一例との組合せを構成し、走査装置２４が同項における「走査部」の一例を構成し、ＬＵＴ１８４のうち光強度補正および奥行き補正を実行するための部分が同項または前記（２）項における「第１補正部」の一例を構成しているのである。

さらに、本実施形態においては、レーザ３０，３２，３４のうちの光強度変調部１６０，１６２，１６４が互いに共同して前記（３）項における「光強度変調部」の一例を構成し、レーザ３０，３２，３４のうち光源部１５０，１５２，１５４が互いに共同して前記（４）項における「出射部」の一例を構成し、光強度変調部１６０，１６２，１６４が互いに共同して同項における「光強度変調部」の一例を構成し、合波光学系６０が同項における「合成部」の一例を構成し、走査装置２４が同項における「走査部」の一例を構成し、ＬＵＴ１８４のうち光強度補正を実行するための部分が同項における「第１補正手段」の一例を構成しているのである。

さらに、本実施形態においては、走査装置２４が前記（５）項における「走査部」の一例を構成し、ＬＵＴ１８４のうち水平走査用反射率補正および垂直走査用反射率補正を実行するための実行する部分が同項における「第２補正部」の一例を構成しているのである。

さらに、本実施形態においては、波面変調器２２が前記（６）項における「波面変調部」の一例を構成し、ＬＵＴ１８４のうち奥行き補正を実行するための部分が同項または前記（７）項における「第２補正手段」の一例を構成しているのである。

さらに、本実施形態においては、ＲＳＤと信号処理装置３９との組合せが前記（８）項における「網膜走査型ディスプレイ」の一例を構成し、レーザ３０，３２，３４のうち光源部１５０，１５２，１５４が互いに共同して同項における「出射部」の一例を構成し、光強度変調部１６０，１６２，１６４が互いに共同して同項における「光強度変調部」の一例を構成し、波面変調器２２が同項における「波面変調部」の一例を構成し、走査装置２４が同項における「走査部」の一例を構成しているのである。

さらに、本実施形態においては、ＬＵＴ１８４のうち光強度補正を実行するための部分が前記（８）項における「第１補正部」の一例を構成し、水平走査用反射率補正および垂直走査用反射率補正を実行するための部分が同項における「第２補正部」の一例を構成し、奥行き補正を実行するための部分が同項における「第３補正部」の一例を構成しているのである。

さらに、本実施形態においては、信号処理装置３９が前記（９）ないし（１６）項のいずれかに係る「信号処理装置」の一例を構成し、ＲＳＤが前記（９）ないし（１６）項のいずれかにおける「網膜走査型ディスプレイ」の一例を構成すると考えることが可能である。この場合においても、それら信号処理装置３９およびＲＳＤの各構成要素と、前記（９）ないし（１６）項のいずれかにおける各構成要素との対応関係は、上記の場合に準じて考えることが可能である。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１実施形態に対して水平走査系に関する要素が異なるのみで、他の要素については共通するため、共通する要素については、同一の符号または名称を使用して引用することにより、詳細な説明を省略し、異なる要素についてのみ詳細に説明する。

図９には、第２実施形態に従う網膜走査型ディスプレイにおける水平走査系１１００が分解斜視図で示されている。図９に示すように、水平走査系１１００は、ねじり共振型の光スキャナ１１０４を備えている。この光スキャナ１１０４は、本体部１１１０がベース１１１２に装着されて構成されている。

本体部１１１０は、シリコン等、弾性を有する材料を用いて薄膜形成法によって形成されている。本体部１１１０は、概略的には、光が通過し得る貫通孔１１１４を有して薄板長方形状を成している。本体部１１１０は、外側には固定枠１１１６を備え、一方、内側には、反射面１１２０が形成された反射ミラー部１１２２を有する振動体１１２４を備えている。

このような本体部１１１０の構成に対応して、ベース１１１２は、本体部１１１０との装着状態において固定枠１１１６が装着されるべき支持部１１３０と、振動体１１２４と対向する凹部１１３２とを有するように構成されている。凹部１１３２は、本体部１１１０をベース１１１２に装着した状態において、振動体１１２４が振動によって変位してもベース１１１２と干渉しない形状を有するために形成されている。

図９に示すように、反射ミラー部１１２２の反射面１１２０は、それの対称中心線でもある回転中心線１１３４を中心として揺動させられる。振動体１１２４は、さらに、その反射ミラー部１１２２からそれと同一面上に延びて、その反射ミラー部１１２２を固定枠１１１６に接合するはり部１１４０を備えている。本実施形態においては、反射ミラー部１１２２の両側から一対のはり部１１４０，１１４０がそれぞれ互いに逆向きに延び出している。

各はり部１１４０は、１個のミラー側板ばね部１１４２と、一対の枠側板ばね部１１４４，１１４４と、それらミラー側板ばね部１１４２と一対の枠側板ばね部１１４４，１１４４とを互いに接続する接続部１１４６とを含むように構成されている。ミラー側板ばね部１１４２は、反射ミラー部１１２２のうち、回転中心線１１３４の方向において互いに対向する一対の縁のそれぞれから、対応する接続部１１４６まで、回転中心線１１３４上において、回転中心線１１３４に沿って延びている。一対の枠側板ばね部１１４４，１１４４は、対応する接続部１１４６から、回転中心線１１３４に対して互いに逆向きにオフセットする姿勢で、回転中心線１１３４に沿って延びている。

各はり部１１４０においては、図９に示すように、一対の枠側板ばね部１１４４，１１４４のそれぞれに、固定枠１１１６に及ぶ姿勢で、駆動源１１５０，１１５２，１１５４，１１５６が取り付けられている。各駆動源１１５０，１１５２，１１５４，１１５６は、図１０に駆動源１１５４が代表的に示されているように、圧電体１１６０（「圧電振動子」または「圧電素子」ともいう。）を主体として構成されている。圧電体１１６０は、薄板状を成して振動体１１２４の片面に貼り付けられており、その貼付け面と直角な方向において上部電極１１６２と下部電極１１６４とによって挟まれている。図９および図１０に示すように、上部電極１１６２と下部電極１１６４とはそれぞれ、各リード線１１６６により、固定枠１１１６に設置された一対の入力端子１１６８，１１６８に接続されている。

それら上部電極１１６２と下部電極１１６４とに電圧が印加されれば、その印加方向と直交する向きの変位が圧電体１１６０に発生する。この変位により、図１１に実線と二点鎖線とで示すように、はり部１１４０に屈曲すなわち反りが発生する。この屈曲は、はり部１１４０のうち固定枠１１１６との接続部を固定端とする一方、反射ミラー部１１２２との接続部を自由端として行われる。その結果、その屈曲の向きが上向きであるか下向きであるかにより、自由端が上向きまたは下向きに変位する。

図１１から明らかなように、４個の枠側板ばね部１１４４，１１４４，１１４４，１１４４にそれぞれ貼り付けられた４個の駆動源１１５０，１１５２，１１５４，１１５６のうち、回転中心線１１３４に関して一側に位置して反射ミラー部１１２２を挟む一対の駆動源１１５０および１１５２と、他側に位置して反射ミラー部１１２２を挟む一対の駆動源１１５４および１１５６とはそれぞれ、各対に属する２個の圧電体１１６０，１１６０の自由端が互いに同じ向きに変位するように屈曲させられる。

それに対し、反射ミラー部１１２２に関して一側に位置して回転中心線１１３４を挟む一対の駆動源１１５０および１１５４と、他側に位置して回転中心線１１３４を挟む一対の駆動源１１５２および１１５６とはそれぞれ、各対に属する２個の圧電体１１６０，１１６０の自由端が互いに逆向きに変位するように屈曲させられる。

その結果、反射ミラー部１１２２には、図１１に示すように、その反射ミラー部１１２２を同じ向きに回転させる変位が、回転中心線１１３４に関して一側に位置する一対の駆動源１１５０および１１５２の一方向の変位と、反対側に位置する一対の駆動源１１５４および１１５６の逆方向の変位との双方によって発生させられる。

以上要するに、各枠側板ばね部１１４４は、それに貼り付けられた圧電体１１６０の直線変位（横変位）を屈曲運動（縦変位）に変換する機能を有し、接続部１１４６は、各枠側板ばね部１１４４の屈曲運動をミラー側板ばね部１１４２の回転運動に変換する機能を有しているのである。そのミラー側板ばね部１１４２の回転運動によって反射ミラー部１１２２が回転させられる。

したがって、本実施形態においては、４個の駆動源１１５０，１１５２，１１５４，１１５６を制御するために、回転中心線１１３４に関して一側に位置する２個の駆動源１１５０，１１５２、すなわち、図９において右上の駆動源１１５０と左上の駆動源１１５２とが第１対を成し、反対側に位置する２個の駆動源１１５４，１１５６、すなわち、同図において右下の駆動源１１５４と左下の駆動源１１５６とが第２対を成している。

本実施形態においては、第１対を成す２個の駆動源１１５０，１１５２と、第２対を成す２個の駆動源１１５４，１１５６とを互いに逆向きに変位させて、反射ミラー部１１２２にそれの回転中心線１１３４まわりの往復回転運動すなわち揺動運動を発生させるために、第１対を成す２個の駆動源１１５０，１１５２に交番電圧が互いに同位相で印加されるのに対し、それとは逆位相の交番電圧が、第２対を成す２個の駆動源１１５４，１１５６に互いに同位相で印加される。その結果、第１対を成す２個の駆動源１１５０，１１５２がいずれも、図９において下向きに撓んだ場合には、第２対を成す２個の駆動源１１５４，１１５６はいずれも、同図において上向きに撓むこととなる。

図１２には、反射面１１２０に入射するレーザビーム（入射光）がその反射面１１２０で反射して出射する様子が示され、さらに、その反射したレーザビーム（反射光）が走査角θを有して偏向される様子も示されている。

図１３（ａ）には、走査角θが時間ｔと共に変化する様子がグラフで表されている。ねじり共振型の光スキャナ１１０４においては、走査角θの変域全体がレーザビームの走査に使用されるのではなく、そのグラフのうちの近似的な直線部分のみがレーザビームの走査に使用される使用領域に設定される。この使用領域は、時間ｔに対して走査角θができる限り線形的に変化するように設定される。

図１３（ｂ）には、走査角θの変化速度である走査角速度ωが時間ｔと共に変化する様子がグラフで表されている。このグラフから明らかなように、ねじり共振型の光スキャナ１１０４においては、走査角速度ωが時間ｔと共に変化する。図１３（ａ）に示す使用領域は、走査角速度ωの時間的変化量が少なくなるように設定されるのであるが、それでもなお、走査角速度ωが時間ｔと共に変化する傾向が存在する。具体的には、その使用領域の中央部においては、走査角速度ωの絶対値が大きく、かつ、時間ｔの進行に対してほぼ一定であるのに対し、縁部においては、走査角速度ωの絶対値が小さく、かつ、時間ｔの進行に対して大きく減少する。

一方、観察者は、網膜１４に存在する視細胞の光感受特性等により、光スキャナ１１０４から出射するレーザビームの光強度を、それの瞬間的な大きさによってではなくむしろ、時間積分値の大きさによって認識する傾向がある。

そのため、走査角速度ωが時間ｔと共に変化する場合には、レーザビームの光強度の各瞬間値が一定であっても、観察者によって認識される光強度（時間積分値）は、走査角速度ωの絶対値が大きいほど小さくなる。したがって、網膜１４上に照射されるレーザビームの瞬間的な光強度が一定であっても、網膜１４上の各点を通過するレーザビームの速度が速いほど、観察者はそのレーザビームの光強度が小さいと認識することになる。

そのため、光スキャナ１１０４を使用する場合には、レーザビームがある水平走査線に沿って走査される際に、観察者は、その水平走査線の縁部においては明るく、中央部においては暗く感じる。このことは、図１４にグラフで表すように、反射面１１２０の反射率がみかけ上、走査角速度ωによって変化することを意味する。一方、時間ｔは、各画素の水平走査方向における位置すなわち画素番号ＮＰに関連付けられるため、結局、反射面１１２０のみかけ反射率が画素番号ＮＰによって変化することになる。いずれにしても、この光スキャナ１１０４を使用する場合には、観察者が表示画像の観察中に光強度むらを感じてしまう傾向がある。

これに対し、本実施形態においては、光スキャナ１１０４を使用するにもかかわらず、そのような光強度むらが軽減されるようにするために、光スキャナ１１０４に対して水平走査用反射率補正が行われる。

具体的には、この水平走査用反射率補正においては、ＬＵＴ１８４の水平走査用反射率補正テーブルを参照することにより、元光強度データが、図１４に示すみかけ反射率の変化を打ち消すように、補正される。

以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、水平走査系１１００と垂直走査系１０２とを含む走査装置２４が前記（１）ないし（１６）項のいずれかにおける「走査部」の一例を構成し、ＬＵＴ１８４のうち水平走査用反射率補正を実行するための部分が、前記（５），（８），（１３）または（１６）項における「第２補正部」の一例を構成しているのである。

なお付言するに、以上説明したいくつかの実施形態においては、「線形性が増加する」という表現が使用されている。これは、光変調信号を補正する前における線形性と、補正後における線形性とを互いに比較した場合に、補正後における線形性が補正前における線形性より増加すること、換言すれば、補正後における光学的特徴の実際値と指令値との関係が、補正前における光学的特徴の実際値と指令値との関係より、直線の関係に接近することを意味する。

ここに、「線形性」は、光学的特徴の実際値と指令値との関係が直線の関係に一致する程度を表すパラメータによって定量的に表現することが可能である。そのパラメータは、例えば、光学的特徴の実際値と指令値との関係を表すグラフに最も近似する直線グラフ（例えば、最小自乗回帰直線を表すグラフ）を想定したうえで、その想定された直線グラフからの、光学的特徴の実際値と指令値との関係を表すグラフの偏差の和（例えば、自乗和）」として定義することが可能である。このパラメータが０に近いほど、光学的特徴の実際値と指令値との関係を表すグラフが直線グラフに接近し、光学的特徴の実際値と指令値との関係の線形性が高いことを表す。

したがって、以上説明したいくつかの実施形態においては、「線形性が増加する」という表現が、必ずしも、光学的特徴の実際値と指令値との関係を表すグラフが直線グラフと完全に一致することを意味するとは限らず、直線グラフに対して歪んだグラフである可能性がある。

さらに付言するに、ＬＵＴ１８４は、複数のＲＳＤ間に個体差が存在することを考慮し、各ＲＳＤごとに個々の作動特性に合わせて設定することが望ましい。例えば、複数のＲＳＤにそれぞれ属する複数の走査部（例えば、ポリゴンミラー）は、作動特性が互いに異なる傾向があるが、ＬＵＴ１８４を個別に設定すれば、そのような傾向の存在にもかかわらず、いずれのＲＳＤにおいても、表示画像によるコンテンツの再現性を向上させることが可能となる。

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、前記［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。

本発明の第１実施形態に従う網膜走査型ディスプレイを信号処理装置３９と共に示す系統図である。 図１における波面変調器２２の作動態様を説明するための側面図である。 図１における網膜走査型ディスプレイを信号処理装置３９との接続関係と共に概念的に表すブロック図である。 図３における信号処理装置３９を概念的に表すブロック図である。 図３における信号処理装置３９による光強度補正を説明するためのグラフである。 図１におけるポリゴンミラー１０４を拡大して示す平面図である。 図６に示すポリゴンミラー１０４における反射率が走査角θに依存する性質を説明するためのグラフである。 図３における信号処理装置３９による奥行き補正を説明するためのグラフである。 本発明の第２実施形態に従う網膜走査型ディスプレイにおける水平走査系１１００における光スキャナ１１０４を示す分解斜視図である。 図９に示す光スキャナ１１０４における振動体１１２４の駆動源１１５０，１１５２，１１５４，１１５６を取り出して示す断面図である。 図９における振動体１１２４を取り出して示す斜視図である。 図１１に示す振動体１１２４のうちの反射ミラー部１１２２を取り出して示す斜視図である。 図１１に示す反射ミラー部１１２２の走査角θおよび走査角速度ωの各時間的推移を示すグラフである。 図１１に示す反射ミラー部１１２２のみかけ反射率が画素番号ＮＰと共に変化する様子を示すグラフである。

符号の説明

２２ 波面変調器
２４ 走査装置
３０，３２，３４ レーザ
３９ 信号処理装置
５８ 合波光学系
１０６ 反射面
１５０，１５２，１５４ 光源部
１６０，１６２，１６４ 光強度変調部
１１０４ 光スキャナ
１１２２ 反射面

Claims (14)

1. 光束を観察者の網膜上において２次元的に走査することにより、観察者に画像を表示する網膜走査型ディスプレイであって、
   前記光束を出射する出射部と、
   入力された光変調信号に基づき、前記光束の光学的特徴を変調する光変調部と、
   その変調された光束を２次元的に走査する走査部と、
   前記光学的特徴の光変調の指令値と実際値との間における光変調指令値−実際値間関係の線形性が増加するように、前記光変調部に入力されるべき光変調信号を補正する第１補正部と
   を含み、
   前記光変調部は、入力された奥行き信号に基づき、前記光束の波面曲率を変調する波面変調部を含み、
   前記第１補正部は、その波面変調部に入力されるべき奥行き信号を、前記奥行きの指令値と実際値との間における奥行き指令値−実際値間関係の線形性が増加するように、前記波面変調部の実際の入出力特性を反映した奥行き補正テーブルを用いて補正する奥行き信号補正手段を含む網膜走査型ディスプレイ。
2. 前記第１補正部は、前記光変調部の入出力特性にかかわらず、前記光変調指令値−実際値間関係の線形性が増加するように、前記光変調部に入力されるべき光変調信号を補正するものである請求項１に記載の網膜走査型ディスプレイ。
3. 前記光変調部は、入力された光強度信号に基づき、前記光束の強度を変調する光強度変調部を含む請求項１または２に記載の網膜走査型ディスプレイ。
4. 前記出射部は、複数色の成分光束を出射するものであり、
   前記光強度変調部は、各成分光束ごとに、入力された光強度信号に基づき、各成分光束の強度を変調するものであり、
   当該網膜走査型ディスプレイは、さらに、前記光強度変調部によって各成分光束の強度が変調された後に、前記複数色の成分光束を合成光束に合成する合成部を含み、
   前記走査部は、その合成された合成光束を２次元的に走査するものであり、
   前記第１補正部は、各成分光束ごとに、前記光強度変調部に入力されるべき光強度信号を、前記光強度の指令値と実際値との間における光強度指令値−実際値間関係の線形性が増加するように補正する第１補正手段を含む請求項３に記載の網膜走査型ディスプレイ。
5. 前記走査部は、それに入射した光束を反射する反射面の角度を変化させることによってその光束を走査するものであり、
   当該網膜走査型ディスプレイは、さらに、前記走査部における前記反射面の反射率がその反射面の角度によって変動する特性にかかわらず、表示すべき画像のうちの各部分に照射される前記光束の強度の実際値が各部分の位置によって変化しないように、前記光強度変調部に入力されるべき光強度信号を補正する第２補正部を含む請求項３または４に記載の網膜走査型ディスプレイ。
6. 前記奥行き信号補正手段は、前記波面変調部の入出力特性にかかわらず、前記奥行き指令値−実際値間関係の線形性が増加するように、前記波面変調部に入力されるべき奥行き信号を補正するものである請求項１に記載の網膜走査型ディスプレイ。
7. 光束を観察者の網膜上において２次元的に走査することにより、観察者に画像を表示する網膜走査型ディスプレイであって、
   前記光束を出射する出射部と、
   入力された光強度信号に基づき、前記光束の強度を変調する光強度変調部と、
   入力された奥行き信号に基づき、前記光束の波面曲率を変調する波面変調部と、
   前記光強度および波面曲率が変調された光束を２次元的に走査する走査部と、
   前記光強度変調部に入力されるべき光強度信号を、その光強度信号により表される光強度の指令値に基づいて補正する第１補正部と、前記光強度変調部に入力されるべき光強度信号を、表示すべき画像のうち前記光束が逐次照射される各部分の位置に基づいて補正する第２補正部と、前記波面変調部に入力されるべき奥行き信号を、その奥行き信号により表される奥行きの指令値に基づいて補正する第３補正部とのうちの少なくとも第３補正部と
   を含み、
   その第３補正部は、前記波面変調部に入力されるべき奥行き信号を、前記奥行きの指令値と実際値との間における奥行き指令値−実際値間関係の線形性が増加するように、前記波面変調部の実際の入出力特性を反映した奥行き補正テーブルを用いて補正する網膜走査型ディスプレイ。
8. 光束を観察者の網膜上において２次元的に走査することにより、観察者に画像を表示する網膜走査型ディスプレイであって、（ａ）前記光束を出射する出射部と、（ｂ）入力された光変調信号に基づき、前記光束の光学的特徴を変調する光変調部と、（ｃ）その変調された光束を２次元的に走査する走査部とを含むものと共に使用される信号処理装置であって、
   前記光変調部に入力されるべき光変調信号を、前記光学的特徴の光変調の指令値と実際値との間における指令値−実際値間関係の線形性が増加するように補正する第１補正部を含み、
   前記光変調部は、入力された奥行き信号に基づき、前記光束の波面曲率を変調する波面変調部を含み、
   前記第１補正部は、その波面変調部に入力されるべき奥行き信号を、前記奥行きの指令値と実際値との間における奥行き指令値−実際値間関係の線形性が増加するように、前記波面変調部の実際の入出力特性を反映した奥行き補正テーブルを用いて補正する奥行き信号補正手段を含む信号処理装置。
9. 前記第１補正部は、前記光強度変調部の入出力特性にかかわらず、前記指令値−実際値間関係の線形性が増加するように、前記光変調部に入力されるべき光変調信号を補正するものである請求項８に記載の信号処理装置。
10. 前記光変調部は、入力された光強度信号に基づき、前記光束の強度を変調する光強度変調部を含む請求項８または９に記載の信号処理装置。
11. 前記出射部は、複数色の成分光束を出射するものであり、
    前記光強度変調部は、各成分光束ごとに、入力された光強度信号に基づき、各成分光束の強度を変調するものであり、
    前記網膜走査型ディスプレイは、さらに、前記光強度変調部によって各成分光束の強度が変調された後に、前記複数色の成分光束を合成光束に合成する合成部を含み、
    前記走査部は、その合成された合成光束を２次元的に走査するものであり、
    前記第１補正部は、各成分光束ごとに、前記光強度変調部に入力されるべき光強度信号を、前記光強度の指令値と実際値との間における光強度指令値−実際値間関係の線形性が増加するように補正する第１補正手段を含む請求項１０に記載の信号処理装置。
12. 前記走査部は、それに入射した光束を反射する反射面の角度を変化させることによってその光束を走査するものであり、
    当該信号処理装置は、さらに、前記走査部における前記反射面の反射率がその反射面の角度によって変動する特性にかかわらず、表示すべき画像のうちの各部分に照射される前記光束の強度の実際値が各部分の位置によって変化しないように、前記光強度変調部に入力されるべき光強度信号を補正する第２補正部を含む請求項１０または１１に記載の信号処理装置。
13. 前記奥行き信号補正手段は、前記波面変調部の入出力特性にかかわらず、前記奥行き指令値−実際値間関係の線形性が増加するように、前記波面変調部に入力されるべき奥行き信号を補正するものである請求項８に記載の信号処理装置。
14. 光束を観察者の網膜上において２次元的に走査することにより、観察者に画像を表示する網膜走査型ディスプレイであって、（ａ）前記光束を出射する出射部と、（ｂ）入力された光強度信号に基づき、前記光束の強度を変調する光強度変調部と、（ｃ）入力された奥行き信号に基づき、前記光束の波面曲率を変調する波面変調部と、（ｄ）前記光強度および波面曲率が変調された光束を２次元的に走査する走査部とを含むものと共に使用される信号処理装置であって、
    前記光強度変調部に入力されるべき光強度信号を、その光強度信号により表される光強度の指令値に基づいて補正する第１補正部と、前記光強度変調部に入力されるべき光強度信号を、表示すべき画像のうち前記光束が逐次照射される各部分の位置に基づいて補正する第２補正部と、前記波面変調部に入力されるべき奥行き信号を、その奥行き信号により表される奥行きの指令値に基づいて補正する第３補正部とのうちの少なくとも第３補正部と
    を含み、
    その第３補正部は、前記波面変調部に入力されるべき奥行き信号を、前記奥行きの指令値と実際値との間における奥行き指令値−実際値間関係の線形性が増加するように、前記波面変調部の実際の入出力特性を反映した奥行き補正テーブルを用いて補正する信号処理装置。

Images