JP2003315728A - Image display device - Google Patents

Image display device

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JP2003315728A
JP2003315728A JP2003041930A JP2003041930A JP2003315728A JP 2003315728 A JP2003315728 A JP 2003315728A JP 2003041930 A JP2003041930 A JP 2003041930A JP 2003041930 A JP2003041930 A JP 2003041930A JP 2003315728 A JP2003315728 A JP 2003315728A
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wavefront curvature
image
light
scanning
wavefront
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Mitsuyoshi Watanabe
光由 渡▲なべ▼
Yoshiharu Yamada
祥治 山田
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Brother Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image display device capable of natural stereoscopic representation even when a modulation frequency of wavefront curvature is slower than a video rate. <P>SOLUTION: When a vertical synchronizing signal turns 'ON' in timing T0, laser light with wavefront curvature (a) is made incident on a vertical scanning system through a wavefront curvature modulating means and a horizontal scanning system until timing T2 to draw one image. The wavefront curvature modulating means is so driven from the T2 to T3 so that the modulated laser light has wavefront curvature (b). During this period, no laser light is emitted. Further, operation similar to that from the timing T0 to T3 is repeated from the timing T3 to T6, but an image with the wavefront curvature (b) is drawn in this case. Similarly, the operation from the timing T0 to T6 is repeated. Images with the wavefront curvature (a) and wavefront curvature (b) are alternately projected on the retina of an observer and put together through an after-image phenomenon, so that they are observed as an image in which perspective is represented. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光束を走査して眼
の網膜に直接画像を投影する画像表示装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image display device which scans a light beam and directly projects an image on the retina of an eye.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年レーザ、LED等の光源が発する微
弱な光束を2次元光走査装置で走査して観察者の瞳孔に
投入することにより網膜上に直接描画を行う、いわゆる
網膜走査型ディスプレイと呼ばれる装置が知られている
(例えば、特許文献1参照。)。この網膜走査型ディス
プレイは、例えば、眼鏡と同様に観察者の頭部に装着し
て使用するように構成されており、高精細で画角の大き
な画像を提供することができる。このような網膜走査型
ディスプレイには、観察者の眼に入射する画像の奥行き
を表現する手段として、発生された光束の波面曲率を変
調する波面曲率変調手段が設けられている。
2. Description of the Related Art In recent years, a so-called retinal scanning display in which a weak light beam emitted from a light source such as a laser or an LED is scanned by a two-dimensional optical scanning device and introduced into a pupil of an observer to directly draw on a retina. A so-called device is known (for example, refer to Patent Document 1). This retinal scanning type display is configured to be used by being worn on the head of an observer like eyeglasses, and can provide an image with high definition and a large angle of view. Such a retinal scanning type display is provided with a wavefront curvature modulating means for modulating the wavefront curvature of the generated light flux as a means for expressing the depth of an image incident on the observer's eye.

【0003】ここで、波面曲率について説明する。光源
から発した光は、光源を中心とした全方位に等速、同位
相で進む光の波、いわゆる等位球面波として伝搬される
が、光源と観察者との距離に応じてその球面波の持つ曲
率半径が異なってくる。光源が近ければ曲率半径の小さ
い像として、また、光源が遠ければ曲率半径の大きい像
として観察者の眼に入射される。観察者はピント合わせ
動作を介してこの曲率半径のずれを認識し、遠近感を感
じることができる。波面曲率変調手段は、光源が任意の
距離に存在するかのように観察者の眼に入射することが
でき、自然な立体視を可能としている。
Here, the wavefront curvature will be described. The light emitted from the light source propagates as a wave of light traveling at a constant velocity and in phase in all directions centered on the light source, a so-called equipotential spherical wave. The spherical wave depends on the distance between the light source and the observer. Has different radius of curvature. If the light source is near, the image has a small radius of curvature, and if the light source is far, the image has a large radius of curvature. The observer can recognize the deviation of the radius of curvature through the focusing operation and feel a perspective. The wavefront curvature modulating means can enter the observer's eye as if the light source were present at an arbitrary distance, thus enabling natural stereoscopic vision.

【0004】[0004]

【特許文献1】特許第2874208号公報[Patent Document 1] Japanese Patent No. 2874208

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
画像表示装置では、波面曲率変調手段による波面曲率の
変調周波数が、画像を形成するために画素ごとに変調を
かける周波数、いわゆるビデオレートと比べるとかなり
遅く、立体視における焦点変動を自然に表現することが
実現できなかった。そのため、自然な立体視を表現でき
る画像表示装置が望まれていた。
However, in the conventional image display device, the modulation frequency of the wavefront curvature by the wavefront curvature modulating means is compared with the frequency at which each pixel is modulated to form an image, that is, a so-called video rate. It was rather slow, and it was not possible to express the focus fluctuation in stereoscopic vision naturally. Therefore, an image display device capable of expressing natural stereoscopic vision has been desired.

【0006】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、波面曲率の変調周波数がビデオレートと
比べて遅い状態でも、自然な立体視の表現が可能な画像
表示装置を実現することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and realizes an image display device capable of expressing a natural stereoscopic view even when the modulation frequency of the wavefront curvature is slower than the video rate. With the goal.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に係る発明の画像表示装置は、少なくとも
1つの光源と、当該光源から出射される光束を画像信号
に応じて強度変調する変調手段と、当該変調手段によっ
て変調された光束を観察者の瞳孔に入射するための光学
手段と、当該光学手段によって入射した光束を、第1の
方向及びその第1の方向にほぼ垂直な第2の方向に走査
させながらフレームを形成し、前記観察者の網膜に画像
を表示する画像表示装置において、前記光束の波面曲率
を変調する波面曲率変調手段を備え、前記波面曲率変調
手段は、前記第1の方向及び前記第2の方向のうち少な
くとも一方の方向の走査中において、前記光束の波面曲
率を変調することを特徴とする構成となっている。
In order to achieve the above object, an image display device according to a first aspect of the present invention is an image display device, wherein at least one light source and a light beam emitted from the light source are intensity-modulated according to an image signal. Modulating means, an optical means for making the light beam modulated by the modulating means enter the pupil of the observer, and a light beam made incident by the optical means in a first direction and a direction substantially perpendicular to the first direction. In an image display device that forms a frame while scanning in a second direction and displays an image on the retina of the observer, a wavefront curvature modulating unit that modulates a wavefront curvature of the light flux is provided, and the wavefront curvature modulating unit includes: The wavefront curvature of the light flux is modulated during scanning in at least one of the first direction and the second direction.

【0008】この構成の画像表示装置では、変調手段
が、画像信号に応じて少なくとも1つの光源から出射さ
れる光束を強度変調し、光学手段が、変調された光束を
観察者の瞳孔に入射し、波面曲率変調手段が、入射され
る光束を第1の方向及びその第1の方向にほぼ垂直な第
2の方向のうち少なくとも一方の方向の走査中において
光束の波面曲率を変調するので、この光束を、第1の方
向及び第2の方向に走査させながらフレームを形成し、
観察者の網膜に画像を表示することができる。
In the image display device having this structure, the modulation means intensity-modulates the luminous flux emitted from at least one light source in response to the image signal, and the optical means impinges the modulated luminous flux on the observer's pupil. Since the wavefront curvature modulating means modulates the wavefront curvature of the incident light beam during scanning in at least one of the first direction and the second direction substantially perpendicular to the first direction, Form a frame while scanning the light flux in the first direction and the second direction,
An image can be displayed on the retina of the observer.

【0009】また、請求項2に係る発明の画像表示装置
は、少なくとも1つの光源と、当該光源から出射される
光束を画像信号に応じて強度変調する変調手段と、当該
変調手段によって変調された光束を観察者の瞳孔に入射
するための光学手段と、当該光学手段によって入射した
光束を、第1の方向及びその第1の方向にほぼ垂直な第
2の方向に走査させながらフレームを形成し、そのフレ
ームを経時的に切り換えることによって前記観察者の網
膜に画像を表示する画像表示装置において、前記光束の
波面曲率を変調する波面曲率変調手段を備え、前記波面
曲率変調手段は、少なくとも同一のフレーム内において
は、前記光束の波面曲率を略同一とし、フレームの切り
換え時のみにおいて前記光束の波面曲率を変調すること
を特徴とする構成となっている。
According to another aspect of the image display device of the present invention, at least one light source, modulation means for intensity-modulating the luminous flux emitted from the light source in accordance with an image signal, and the modulation means. An optical unit for making the light beam enter the pupil of the observer, and a frame formed by scanning the light beam made incident by the optical unit in the first direction and the second direction substantially perpendicular to the first direction. In the image display device for displaying an image on the retina of the observer by switching the frames with time, a wavefront curvature modulating means for modulating the wavefront curvature of the light flux is provided, and the wavefront curvature modulating means is at least the same. In the frame, the wavefront curvatures of the light beams are made substantially the same, and the wavefront curvatures of the light beams are modulated only when the frames are switched. Going on.

【0010】この構成の画像表示装置では、変調手段
が、画像信号に応じて少なくとも1つの光源から出射さ
れる光束を強度変調し、光学手段が、変調された光束を
観察者の瞳孔に入射し、波面曲率変調手段が、入射され
る光束が第1の方向及びその第1の方向にほぼ垂直な第
2の方向に走査されて形成されるフレームの、少なくと
も同一のフレーム内においては、光束の波面曲率を略同
一となるように変調し、フレームの切り換え時のみにお
いて光束の波面曲率を変調するので、この光束で形成さ
れるフレームを経時的に切り換えることによって、観察
者の網膜に画像を表示することができる。
In the image display device having this structure, the modulation means intensity-modulates the luminous flux emitted from at least one light source according to the image signal, and the optical means impinges the modulated luminous flux on the pupil of the observer. , The wavefront curvature modulating means scans the incident light beam in the first direction and the second direction substantially perpendicular to the first direction, at least in the same frame of the frames formed, The wavefront curvature of the light flux is modulated only when the frame is switched so that the wavefront curvature of the light flux is substantially equalized. Therefore, by switching the frames formed by this light flux over time, an image is displayed on the retina of the observer. can do.

【0011】また、請求項3に係る発明の画像表示装置
は、請求項2に記載の発明の構成に加え、前記波面曲率
変調手段は、前記フレームの切り換えごとに前記光束の
波面曲率を変調することを特徴とする構成となってい
る。
Further, in the image display apparatus according to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the second aspect of the invention, the wavefront curvature modulating means modulates the wavefront curvature of the light beam each time the frame is switched. It is characterized by that.

【0012】この構成の画像表示装置では、請求項2に
係る発明の作用に加え、波面曲率変調手段が、フレーム
の切り換えごとに光束の波面曲率を変調することができ
る。
In the image display device having this structure, in addition to the operation of the invention according to claim 2, the wavefront curvature modulating means can modulate the wavefront curvature of the light beam each time the frame is switched.

【0013】また、請求項4に係る発明の画像表示装置
は、請求項1乃至3の何れかに記載の発明の構成に加
え、前記波面曲率変調手段は、前記第1の方向又は前記
第2の方向の走査を開始させる同期信号に同期して波面
曲率を変調することを特徴とする構成となっている。
Further, in the image display device according to a fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the invention according to any one of the first to third aspects, the wavefront curvature modulating means is provided in the first direction or the second direction. The wavefront curvature is modulated in synchronization with a synchronization signal that starts scanning in the direction.

【0014】この構成の画像表示装置では、請求項1乃
至3の何れかに係る発明の作用に加え、波面曲率変調手
段が、第1の方向又は第2の方向の走査を開始させる同
期信号に同期して波面曲率を変調することができる。
In the image display device having this structure, in addition to the operation of the invention according to any one of claims 1 to 3, the wavefront curvature modulating means outputs a synchronizing signal for starting scanning in the first direction or the second direction. The wavefront curvature can be modulated in synchronization.

【0015】また、請求項5に係る発明の画像表示装置
は、請求項4に記載の発明の構成に加え、前記波面曲率
変調手段は、前記第1の方向及び前記第2の方向の走査
のうち、走査周波数が高い方向の走査中において前記光
束の波面曲率を略同一とし、走査周波数が低い方向の走
査を開始させる同期信号に同期して波面曲率を変調する
ことを特徴とする構成となっている。
Further, in the image display apparatus according to a fifth aspect of the present invention, in addition to the structure of the fourth aspect of the invention, the wavefront curvature modulating means scans in the first direction and the second direction. Among them, the wavefront curvature of the light flux is made substantially the same during scanning in the direction of high scanning frequency, and the wavefront curvature is modulated in synchronization with a synchronization signal for starting scanning in the direction of low scanning frequency. ing.

【0016】この構成の画像表示装置では、請求項4に
係る発明の作用に加え、波面曲率変調手段が、第1の方
向及び第2の方向の走査のうち、走査周波数が高い方向
の走査中において光束の波面曲率を略同一とし、走査周
波数が低い方向の走査を開始させる同期信号に同期して
波面曲率を変調することができる。
In the image display device having this structure, in addition to the operation of the invention according to claim 4, the wavefront curvature modulating means performs the scanning in the direction having the higher scanning frequency among the scanning in the first direction and the second direction. In, the wavefront curvature of the light flux can be made substantially the same, and the wavefront curvature can be modulated in synchronization with a synchronization signal that starts scanning in the direction in which the scanning frequency is low.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る画像表示装置
の一実施の形態について、図面を参照して説明する。ま
ず、本発明に係る網膜走査型ディスプレイ1の構成につ
いて、図1及び図2を参照して説明する。図1は、網膜
走査型ディスプレイ1の全体構成を示す全体構成図であ
る。図2は、波面曲率変調手段100の構成を示す構成
図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of an image display device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the configuration of the retinal scanning display 1 according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is an overall configuration diagram showing the overall configuration of the retinal scanning display 1. FIG. 2 is a configuration diagram showing the configuration of the wavefront curvature modulating means 100.

【0018】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
て画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、垂直同期信号6、及
び奥行き信号7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
にそれぞれレーザ光を出射する、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
た第1コリメート光学系14と、それぞれコリメートさ
れたレーザ光を合成するダイクロイックミラー15と、
合成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。また、Rレー
ザ13,Gレーザ12,Bレーザ11が、本発明におけ
る光源であり、光源ユニット部2が、本発明における変
調手段である。
As shown in FIG. 1, the retinal scanning display 1 is provided with a light source unit 2 for processing a video signal supplied from the outside. The light source unit 2 is provided with a video signal supply circuit 3 which receives a video signal from the outside and generates each signal serving as an element for synthesizing an image based on the video signal.
Output a video signal 4, a horizontal synchronizing signal 5, a vertical synchronizing signal 6, and a depth signal 7. In addition, the light source unit 2
R lasers 13 and G for emitting red (R), green (G), and blue (B) video signals respectively transmitted from the video signal supply circuit 3 as video signals 4 respectively. An R laser driver 10, a G laser driver 9, and a B laser driver 8 for driving the laser 12 and the B laser 11, respectively are provided. Further, a first collimating optical system 14 provided so as to collimate the laser light emitted from each laser into parallel light, and a dichroic mirror 15 for combining the collimated laser light,
A coupling optical system 16 for guiding the combined laser light to the optical fiber 17 is provided. A semiconductor laser such as a laser diode or a solid-state laser may be used as the R laser 13, the G laser 12, and the B laser 11. Further, the R laser 13, the G laser 12, and the B laser 11 are the light source in the present invention, and the light source unit section 2 is the modulating means in the present invention.

【0019】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再度平行光に
コリメートする第2コリメート光学系18と、コリメー
トされたレーザ光を変調するための波面曲率変調手段1
00と、変調されたレーザ光をポリゴンミラー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とが設けられ、垂直走
査系21に走査されたレーザ光を観察者の瞳孔24に入
射するように第2リレー光学系22が設けられている。
第1リレー光学系20は、水平走査系19のポリゴンミ
ラー19a上で結像されるレーザ光と、垂直走査系21
のガルバノミラー21a上で結像されるレーザ光とが共
役となるように、また、第2リレー光学系22は、ガル
バノミラー21a上で結像されるレーザ光と、観察者の
瞳孔24の位置で結像されるレーザ光とが共役となるよ
うに、各々設けられている。尚、第2リレー光学系22
が、本発明における光学手段である。
The retina scanning display 1 further includes a second collimating optical system 18 for collimating the laser light propagated from the light source unit 2 into parallel light again, and a wavefront curvature for modulating the collimated laser light. Modulation means 1
00, a horizontal scanning system 19 that horizontally scans the modulated laser light using the polygon mirror 19a, and laser light that is scanned by the horizontal scanning system 19 and is incident through the first relay optical system 20. A vertical scanning system 21 that scans in the vertical direction using the galvano mirror 21a is provided, and a second relay optical system 22 is provided so that the laser light scanned by the vertical scanning system 21 enters the pupil 24 of the observer. Has been.
The first relay optical system 20 includes a laser beam formed on the polygon mirror 19a of the horizontal scanning system 19 and a vertical scanning system 21.
The second relay optical system 22 makes the laser light imaged on the galvanometer mirror 21a conjugate with the laser light imaged on the galvanometer mirror 21a and the position of the pupil 24 of the observer. They are provided so as to be conjugated with the laser light imaged in. The second relay optical system 22
Is the optical means in the present invention.

【0020】さらに、駆動回路23は、映像信号供給回
路3の出力する奥行き信号7に基づいて、波面曲率変調
手段100を駆動させるために設けられている。水平走
査系19,垂直走査系21は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。
Further, the drive circuit 23 is provided to drive the wavefront curvature modulating means 100 based on the depth signal 7 output from the video signal supply circuit 3. The horizontal scanning system 19 and the vertical scanning system 21 are respectively connected to the video signal supply circuit 3, and scan the laser light in synchronization with the horizontal synchronizing signal 5 and the vertical synchronizing signal 6 output from the video signal supplying circuit 3, respectively. It is configured.

【0021】また、図2に示すように、波面曲率変調手
段100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101と、ビームスプリッタ101に反射されたレー
ザ光を収束する焦点距離fの凸レンズ102と、凸レン
ズ102に収束されたレーザ光を入射方向に反射する、
可動可能な可動ミラー103とで構成されている。ビー
ムスプリッタ101は、斜面に誘電体多層膜の施された
直角プリズム2つが張り合わされたキューブ状の形状を
成しており、その斜面101aにおいて、入射光の光量
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。
Further, as shown in FIG. 2, the wavefront curvature modulating means 100 includes a beam splitter 101 for separating the incident laser light into a transmitted light and a reflected light reflected in a direction perpendicular to the transmitted light, and a beam splitter. A convex lens 102 having a focal length f that converges the laser light reflected by 101, and reflects the laser light converged by the convex lens 102 in the incident direction.
The movable mirror 103 is movable. The beam splitter 101 has a cube-like shape in which two right-angled prisms each having a dielectric multi-layered film on its slope are stuck together, and about 50% of the amount of incident light is reflected in the right-angle direction on the slope 101a. However, about 50% is transmitted.

【0022】可動ミラー103は、例えばガラス等の透
過性の板材の表面に金属膜の鏡面コートを施した反射面
104aを有するミラー104と、例えば圧電型のピエ
ゾ素子を積層した圧電アクチュエータ105とで構成さ
れ、圧電アクチュエータ105は、駆動回路23(図1
参照)からの駆動電圧が印加されることで駆動され、圧
電アクチュエータ105に固定したミラー104と凸レ
ンズ102との位置関係が変動されるようになってい
る。可動ミラー103の可動方向はミラー104の鏡面
に対し垂直方向(図中X軸方向)で、ビームスプリッタ
101と凸レンズ102とを通過するレーザ光の光軸が
直線上で一致するように構成されている。
The movable mirror 103 is composed of, for example, a mirror 104 having a reflecting surface 104a in which the surface of a transparent plate material such as glass is mirror-coated with a metal film, and a piezoelectric actuator 105 in which, for example, piezoelectric type piezo elements are laminated. The piezoelectric actuator 105 includes the drive circuit 23 (see FIG.
Driven by application of a drive voltage from the reference lens), the positional relationship between the mirror 104 fixed to the piezoelectric actuator 105 and the convex lens 102 is changed. The movable mirror 103 is movable in a direction perpendicular to the mirror surface of the mirror 104 (the X-axis direction in the figure), and the optical axes of the laser beams passing through the beam splitter 101 and the convex lens 102 are linearly aligned. There is.

【0023】次に、本発明に係る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、観察者の網
膜上に画像を投影するまでの過程について、図1を参照
して説明する。
Next, the process of the retinal scanning type display 1 according to the present invention from receiving an image signal from the outside to projecting an image on the retina of the observer will be described with reference to FIG. .

【0024】図1に示すように、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、奥行き信号7とを出力する。Rレーザドライバ1
0,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
ぞれレーザ光を発生し、各々を第1コリメート光学系1
4に出力する。点光源から発生されるレーザ光は、この
第1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つの光束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。
As shown in FIG. 1, in the retinal scanning display 1, when the video signal supply circuit 3 provided in the light source unit section 2 is supplied with a video signal from the outside, the video signal supply circuit 3 becomes red. , A video signal 4 composed of an R video signal, a G video signal, and a B video signal for outputting laser lights of respective colors of green, blue, a horizontal synchronizing signal 5, and a vertical synchronizing signal 6
And the depth signal 7 are output. R laser driver 1
0, G laser driver 9 and B laser driver 8 output respective drive signals to R laser 13, G laser 12, and B laser 11 based on the input R video signal, G video signal, and B video signal, respectively. To do. Based on this drive signal, the R laser 13, the G laser 12, and the B laser 11 each generate a laser beam, and each emits a laser beam.
Output to 4. The laser light generated from the point light source is collimated into parallel light by the first collimating optical system 14, and is further incident on the dichroic mirror 15 to be combined into one light beam, and then combined with the coupling optical system 16. Is guided to be incident on the optical fiber 17.

【0025】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から出射される際に第2コリメー
ト光学系18によって再度コリメートされ、波面曲率変
調手段100に入射される。この、波面曲率の変調を実
現する波面曲率変調手段100については後述する。
The laser light propagated by the optical fiber 17 is collimated again by the second collimating optical system 18 when it is emitted from the optical fiber 17, and is incident on the wavefront curvature modulating means 100. The wavefront curvature modulating means 100 that realizes the modulation of the wavefront curvature will be described later.

【0026】波面曲率変調手段100から出射されたレ
ーザ光は、水平走査系19のポリゴンミラー19aの偏
向面19bに入射される。ポリゴンミラー19aは、図
示外の光センサによって出力されたBD(Beam Detecto
r)信号をもとに回転速度が算出され、このBD信号を
もとに映像信号供給回路3の出力する水平同期信号5と
同期するように等速回転の速度が調整されている。ポリ
ゴンミラー19aの偏向面19bに入射したレーザ光は
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
対し出射される。第1リレー光学系20ではポリゴンミ
ラー19aの偏向面19b上で結像される像とガルバノ
ミラー21aの偏向面21b上結像される像とが共役の
関係となるように調整され、また、ポリゴンミラー19
aの面倒れが補正されている。ガルバノミラー21a
は、ポリゴンミラー19a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21
aによってレーザ光は垂直方向に走査される。水平走査
系19及び垂直走査系21によって水平方向及び垂直方
向に2次元に走査されたレーザ光は、ガルバノミラー2
1aの偏向面21b上で結像した像と、観察者の瞳孔2
4の位置で結像する像とが共役の関係となるように設け
られた第2リレー光学系22により観察者の瞳孔24か
ら入射され、網膜上に投影される。観察者はこのように
2次元走査されて眼に入射されたレーザ光により画像を
認識することができる。
The laser light emitted from the wavefront curvature modulating means 100 is incident on the deflection surface 19b of the polygon mirror 19a of the horizontal scanning system 19. The polygon mirror 19a is a BD (Beam Detecto) output by an optical sensor (not shown).
The rotation speed is calculated based on the r) signal, and the uniform rotation speed is adjusted based on the BD signal so as to synchronize with the horizontal synchronization signal 5 output from the video signal supply circuit 3. The laser light incident on the deflecting surface 19b of the polygon mirror 19a is horizontally scanned and emitted through the first relay optical system 20 to the deflecting surface 21b of the galvano mirror 21a of the vertical scanning system 21. In the first relay optical system 20, the image formed on the deflection surface 19b of the polygon mirror 19a and the image formed on the deflection surface 21b of the galvano mirror 21a are adjusted so as to have a conjugate relationship, and the polygon Mirror 19
The trouble of a is corrected. Galvano mirror 21a
Like the polygon mirror 19a, in synchronization with the vertical synchronizing signal 6, the deflecting surface 21b reciprocally vibrates so as to reflect the incident light in the vertical direction.
The laser light is scanned in the vertical direction by a. The laser beam two-dimensionally scanned in the horizontal direction and the vertical direction by the horizontal scanning system 19 and the vertical scanning system 21 is a galvano mirror 2
1a and the image formed on the deflection surface 21b of the observer and the pupil 2 of the observer.
The second relay optical system 22 provided so as to have a conjugate relationship with the image formed at the position of 4 makes it enter from the pupil 24 of the observer and is projected on the retina. The observer can recognize the image by the laser light that is two-dimensionally scanned and is incident on the eye.

【0027】次に図2及び図3を参照して、網膜走査型
ディスプレイ1における波面曲率の変調の方法について
説明する。図3は、波面曲率変調手段100によりレー
ザ光が変調される態様を示す模式図である。
Next, a method of modulating the wavefront curvature in the retinal scanning display 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a schematic diagram showing a mode in which the laser light is modulated by the wavefront curvature modulating means 100.

【0028】図2に示すように、波面曲率変調手段10
0のビームスプリッタ101には、第2コリメート光学
系18(図1参照)によって平行光にコリメートされた
レーザ光が、入射光として+Y方向から入射される。入
射されたレーザ光の光量のうち約50%が斜面101a
で反射され、その反射方向(−X方向)に設けられた凸
レンズ102に入射する。ところで、図1に示す、駆動
回路23より圧電アクチュエータ105に印加される駆
動電圧が0または所定の基準値の場合(基準状態)、可
動ミラー103のミラー104の反射面104aは、凸
レンズ102の主点との間の距離が凸レンズ102の焦
点距離と同じfとなるようにあらかじめ調整されてい
る。この基準状態において、凸レンズ102に入射した
レーザ光は凸レンズ102によって屈折され収束し、反
射面104a上で焦点を結ぶ。この場合、レーザ光は反
射面104aによってその入射光と同軸方向に反射され
(+X方向)、ミラー104への入射の際には収束光で
あったレーザ光は、反射後には拡散光となって再度凸レ
ンズ102に入射する。
As shown in FIG. 2, the wavefront curvature modulating means 10
The laser beam collimated into parallel light by the second collimating optical system 18 (see FIG. 1) enters the 0 beam splitter 101 from the + Y direction as incident light. About 50% of the incident laser light amount is the slope 101a.
And is incident on the convex lens 102 provided in the reflection direction (-X direction). By the way, when the drive voltage applied to the piezoelectric actuator 105 from the drive circuit 23 shown in FIG. 1 is 0 or a predetermined reference value (reference state), the reflecting surface 104 a of the mirror 104 of the movable mirror 103 is the main surface of the convex lens 102. It is adjusted in advance so that the distance to the point is the same as the focal length of the convex lens 102. In this reference state, the laser light incident on the convex lens 102 is refracted and converged by the convex lens 102, and is focused on the reflecting surface 104a. In this case, the laser light is reflected by the reflecting surface 104a in the same axial direction as the incident light (+ X direction), and the laser light that was a convergent light upon entering the mirror 104 becomes a diffused light after the reflection. The light enters the convex lens 102 again.

【0029】反射面104aで+X方向に反射され凸レ
ンズ102に入射する拡散光は、反射面104aに反射
される前に凸レンズ102が収束した収束光の収束角度
と同じ広がり角度を持ち、さらに、先の収束時と同一の
光学系において同一の光路を通過するので、この拡散光
は凸レンズ102の通過時に、先の収束時と同じ角度で
屈折され、平行光にコリメートされることになる。平行
光にコリメートされたレーザ光は再度ビームスプリッタ
101に入射され、その光量の約50%が斜面101a
を通過し、第2コリメート光学系18からの入射光とは
直角を成す方向(+X方向)に、波面曲率変調手段10
0からの出射光として出射される。
The diffused light reflected by the reflecting surface 104a in the + X direction and incident on the convex lens 102 has the same divergence angle as the convergent angle of the convergent light converged by the convex lens 102 before being reflected by the reflecting surface 104a. Since it passes through the same optical path in the same optical system as when it converges, this diffused light is refracted at the same angle as when it converged and collimated into parallel light when it passes through the convex lens 102. The laser light collimated into parallel light is re-incident on the beam splitter 101, and about 50% of the light quantity is incident on the slope 101a.
Through the second collimating optical system 18 and in a direction (+ X direction) forming a right angle with the incident light from the second collimating optical system 18,
It is emitted as emitted light from 0.

【0030】また、図3に示すように、駆動回路23
(図1参照)からの所定の駆動電圧が印加されると圧電
アクチュエータ105が駆動し、この駆動によって可動
ミラー103は基準状態の位置から+X方向に距離d移
動される。この場合、ミラー104の反射面104aと
凸レンズ102の主点との距離がf−dに変動される。
第2コリメート光学系18より+Y方向から平行光とし
て入射された入射光であるレーザ光は、上記の場合と同
様に、ビームスプリッタ101の斜面101aでその約
50%を−X方向に反射され、凸レンズ102に入射さ
れる。凸レンズ102は、+X方向から入射されたレー
ザ光を屈折して収束させるように−X方向に出射する
が、可動ミラー103のミラー104の反射面104a
は、凸レンズ102の有する焦点距離fより距離dだけ
凸レンズ102に近い位置に移動されているので、レー
ザ光は反射面104a上では収束されない。レーザ光は
反射面104aによって+X方向に反射された後に、距
離dだけ進んだ位置、すなわち距離f−2dの位置で焦
点を結び、凸レンズ102に再度入射する。
Further, as shown in FIG. 3, the drive circuit 23
When a predetermined drive voltage from (see FIG. 1) is applied, the piezoelectric actuator 105 is driven, and the drive causes the movable mirror 103 to move a distance d in the + X direction from the position in the reference state. In this case, the distance between the reflecting surface 104a of the mirror 104 and the principal point of the convex lens 102 is changed to fd.
About 50% of the laser light, which is incident light that is incident as parallel light from the + Y direction from the second collimating optical system 18, is reflected by the inclined surface 101a of the beam splitter 101 in the −X direction, It is incident on the convex lens 102. The convex lens 102 emits the laser light incident from the + X direction in the −X direction so as to refract and converge the laser light, but the reflecting surface 104 a of the mirror 104 of the movable mirror 103.
Has been moved to a position closer to the convex lens 102 by a distance d than the focal length f of the convex lens 102, so that the laser light is not converged on the reflecting surface 104a. The laser light is reflected in the + X direction by the reflecting surface 104a, then is focused at a position advanced by a distance d, that is, a position of a distance f-2d, and is incident on the convex lens 102 again.

【0031】凸レンズ102は入射されたレーザ光を、
その広がりが収束する角度に屈折させるが、凸レンズ1
02自体の屈折率については変動がないので、焦点距離
fの位置から発せられる光を平行光にコリメートする凸
レンズ102は、距離f−2dの位置で発せられる光を
平行光にコリメートすることはできない。従って、距離
f−2dで焦点を結んだレーザ光は、凸レンズ102に
入射するが、その広がり角度が小さくなるものの平行光
にはコリメートされずに凸レンズ102を通過し、凸レ
ンズ102の通過後の広がり角度を維持したままビーム
スプリッタ101に入射する。ビームスプリッタ101
に入射したレーザ光はその約50%が斜面101aを通
過し、その広がり角度を維持したまま、すなわち拡散光
として+X方向に出射される。従って、波面曲率変調手
段100は、出射光として所定の広がり角度を有するレ
ーザ光、すなわち平行光とは異なり波面曲率が大きいレ
ーザ光を出射する。
The convex lens 102 receives the incident laser beam,
The convex lens 1 refracts the light so that its spread converges.
Since the refractive index of 02 itself does not change, the convex lens 102 that collimates the light emitted from the position of the focal length f into the parallel light cannot collimate the light emitted from the position of the distance f-2d into the parallel light. . Therefore, the laser light focused at the distance f-2d is incident on the convex lens 102, but the spread angle thereof becomes smaller, but the parallel laser light is not collimated and passes through the convex lens 102 and spreads after passing through the convex lens 102. The beam enters the beam splitter 101 while maintaining the angle. Beam splitter 101
Approximately 50% of the laser light incident on the laser beam passes through the slope 101a and is emitted in the + X direction while maintaining the spread angle, that is, as diffused light. Therefore, the wavefront curvature modulating means 100 emits laser light having a predetermined spread angle as emitted light, that is, laser light having a large wavefront curvature unlike parallel light.

【0032】拡散光として波面曲率変調手段100より
出射され、図1に示す、水平走査系19のポリゴンミラ
ー19aの偏向面19bに入射されるレーザ光の、この
偏向面19b上での波面曲率は、見かけ上の発光点12
5から発せられた光と同等の波面曲率となる。また、反
射面104aと凸レンズ102の主点との距離がfの場
合に出射される平行光の、ポリゴンミラー19aの偏向
面19b上での波面曲率は、無限遠から発せられた光と
同等の波面曲率となる。ここで、第1リレー光学系20
によってポリゴンミラー19aの偏向面19b上で結像
される像と、ガルバノミラー21aの偏向面21b上で
結像される像とが、また、第2リレー光学系22によっ
てガルバノミラー21aの偏向面21b上で結像される
像と、観察者の瞳孔24の位置で結像される像とがそれ
ぞれ共役の関係となるように各リレー光学系が設けられ
ているので、ポリゴンミラー19aの偏向面19b上で
結像される像と、観察者の瞳孔24の位置で結像される
像とは共役の関係にある。従って、ポリゴンミラー19
aの偏向面19b上におけるレーザ光の波面曲率が、観
察者の瞳孔24の位置での波面曲率と同じとなる。
The wavefront curvature on the deflecting surface 19b of the laser light emitted from the wavefront curvature modulating means 100 as diffused light and entering the deflecting surface 19b of the polygon mirror 19a of the horizontal scanning system 19 shown in FIG. , Apparent emission point 12
The wavefront curvature is equivalent to that of the light emitted from No. 5. Further, the wavefront curvature of the parallel light emitted when the distance between the reflecting surface 104a and the principal point of the convex lens 102 is f, on the deflecting surface 19b of the polygon mirror 19a, is the same as that of the light emitted from infinity. It becomes a curvature. Here, the first relay optical system 20
The image formed on the deflecting surface 19b of the polygon mirror 19a and the image formed on the deflecting surface 21b of the galvano mirror 21a by the second relay optical system 22 are also deflected by the second relay optical system 22. Since each relay optical system is provided so that the image formed above and the image formed at the position of the observer's pupil 24 have a conjugate relationship, the deflecting surface 19b of the polygon mirror 19a. The image formed above and the image formed at the position of the pupil 24 of the observer have a conjugate relationship. Therefore, the polygon mirror 19
The wavefront curvature of the laser light on the deflection surface 19b of a becomes the same as the wavefront curvature at the position of the pupil 24 of the observer.

【0033】観察者が瞳孔24から眼の中に入射したレ
ーザ光の見かけ上の発光点125にピントを合わせる
と、レーザ光は観察者の網膜上で結像する。ところで、
観察者は、ピント合わせ動作(いわゆる調節作用)によ
りレーザ光の波面曲率の違いを識別することができるの
で、観察者はレーザ光の波面曲率の違いに基づく遠近感
を認識することができる。すなわち、波面曲率の大きい
レーザ光は近い位置より発せられたと感じ、波面曲率の
小さいレーザ光は遠い位置より発せられたと感じる。従
って、この場合、観察者には見かけ上の発光点125
と、瞳孔24の位置に共役な偏向面19bとの距離に相
当する位置に、レーザ光の発光点が存在するように認識
される。
When the observer focuses the apparent emission point 125 of the laser light incident on the eye from the pupil 24, the laser light is imaged on the retina of the observer. by the way,
Since the observer can identify the difference in the wavefront curvature of the laser light by the focusing operation (so-called adjusting action), the observer can recognize the perspective based on the difference in the wavefront curvature of the laser light. That is, it is felt that the laser light having a large wavefront curvature is emitted from a near position, and the laser light having a small wavefront curvature is emitted from a distant position. Therefore, in this case, the observer has an apparent emission point 125.
Then, it is recognized that the emission point of the laser beam exists at a position corresponding to the distance to the deflection surface 19b that is conjugate to the position of the pupil 24.

【0034】波面曲率変調手段100の凸レンズ102
の焦点距離が、例えば4mmであったとすると、可動ミ
ラー103が約30μmの可動を行うだけで、波面曲率
変調手段100は約30cm〜無限遠の遠近感を表現す
ることができる。また、凸レンズ102の焦点距離が2
mmであった場合は、可動ミラー103が約10μmの
可動を行うだけで、波面曲率変調手段100は約30c
m〜無限遠の遠近感を表現できる。例えば、波面曲率の
小さい略平行の光束のレーザ光が走査され眼に入射した
場合には、観察者は数十m遠方のスクリーン上に提示さ
れた画像として認識でき、また、波面曲率の大きいレー
ザ光が走査され眼に入射した場合には、観察者は数十c
m先のスクリーン上に提示された画像として認識でき
る。
Convex lens 102 of wavefront curvature modulating means 100
Assuming that the focal length of 4 is 4 mm, the wavefront curvature modulation means 100 can express a perspective of about 30 cm to infinity only by moving the movable mirror 103 by about 30 μm. In addition, the focal length of the convex lens 102 is 2
In the case of mm, the movable mirror 103 only moves about 10 μm, and the wavefront curvature modulating means 100 has about 30 c.
You can express a sense of perspective from m to infinity. For example, when a laser beam having a substantially parallel light flux with a small wavefront curvature is scanned and enters the eye, an observer can recognize it as an image presented on a screen several tens of meters away, and a laser with a large wavefront curvature. When the light is scanned and enters the eye, the observer is tens of c
It can be recognized as an image presented on the screen m ahead.

【0035】次に、波面曲率変調手段100による波面
曲率の変調の周期と、水平同期信号5及び垂直同期信号
6の発生の周期との関係に応じて変化される、観察者の
網膜上に投影される画像に表現される遠近感について説
明する。まず、第1の実施の形態の網膜走査型ディスプ
レイ1について、図1及び図4乃至図7を参照して説明
する。図4は、第1の実施の形態において波面曲率変調
手段100の波面曲率の変調の周期が、垂直同期信号6
の発生の周期の2倍である場合のタイミングチャートで
ある。図5は、波面曲率変調手段100によって波面曲
率が変調されたフレームを交互に形成する場合の、形成
されるフレームを示す図である。図6は、波面曲率a,
波面曲率bの2つのフレームが合成された画像32を示
す図である。図7は、波面曲率a,波面曲率bの2つの
フレームが合成された画像32を構成する各要素の、奥
行き方向における配置を示す図である。
Next, the image is projected on the retina of the observer, which is changed according to the relationship between the period of modulation of the wavefront curvature by the wavefront curvature modulating means 100 and the period of generation of the horizontal synchronizing signal 5 and the vertical synchronizing signal 6. The perspective expressed in the displayed image will be described. First, the retinal scanning display 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 4 to 7. In FIG. 4, the period of modulation of the wavefront curvature of the wavefront curvature modulating means 100 in the first embodiment is the vertical synchronization signal 6
2 is a timing chart in the case where the cycle is twice as long as the occurrence cycle of. FIG. 5 is a diagram showing frames formed when the frames whose wavefront curvatures are modulated by the wavefront curvature modulating means 100 are alternately formed. FIG. 6 shows the wavefront curvature a,
It is a figure which shows the image 32 which two frames of wavefront curvature b were synthesize | combined. FIG. 7 is a diagram showing an arrangement in the depth direction of each element that constitutes the image 32 in which two frames having the wavefront curvature a and the wavefront curvature b are combined.

【0036】尚、図4及び図5に示す、波面曲率a,波
面曲率bは、波面曲率aが波面曲率bより小さいもので
あるとする。この場合、波面曲率aの光束の曲率半径は
波面曲率bの光束の曲率半径より大きくなる。従って、
波面曲率aの光束の曲率半径が無限大である場合、波面
曲率aのフレーム30は観察者の前方の遠い位置に存在
すると認識される画像、すなわち遠距離の画像として描
画され、波面曲率bの光束の曲率半径が1mである場
合、波面曲率bのフレーム31は観察者の前方1mに存
在するとみなされる画像、すなわち近距離の画像として
描画される。
The wavefront curvature a and the wavefront curvature b shown in FIGS. 4 and 5 are assumed to be such that the wavefront curvature a is smaller than the wavefront curvature b. In this case, the radius of curvature of the light beam having the wavefront curvature a is larger than the radius of curvature of the light beam having the wavefront curvature b. Therefore,
When the radius of curvature of the light flux having the wavefront curvature a is infinite, the frame 30 having the wavefront curvature a is drawn as an image recognized to exist at a far position in front of the observer, that is, a long-distance image, and When the radius of curvature of the light flux is 1 m, the frame 31 having the wavefront curvature b is drawn as an image that is considered to exist 1 m in front of the observer, that is, an image at a short distance.

【0037】観察者の網膜上に投影される画像は、例え
ば、縦640ドット、横480ドットの複数の画素で構
成された1こま分の画面、すなわち1フレームが、1秒
間当たり60枚、連続的に描画されることによって形成
される。図1に示す、水平走査系19のポリゴンミラー
19aが、波面曲率変調手段100から入射された、変
調されたレーザ光を水平方向に走査する。水平走査系1
9に水平同期信号5が入力されるごとに、例えば六角形
のポリゴンミラー19aであれば1/6回転し、その間
に縦1ドット、横480ドット分、すなわち1ライン分
の画素を表示するためのレーザ光が走査される。次に、
水平方向に走査されたレーザ光は、垂直走査系21によ
って垂直方向に走査される。垂直走査系21に垂直同期
信号6が入力されるごとにガルバノミラー21aが縦方
向に1往復運動を行い、その片方向への偏向中に、縦6
40ドット分、すなわち水平走査系19による640ラ
イン分の走査が行われる。1フレームが1/60秒で描
画される場合、観察者は残像現象によって、640×4
80ドット、すなわち約30万個分の画素の表示が同時
に行われた1つの画面としてこのフレームを認識するこ
とができる。例えば、テレビゲーム等の画像は60フレ
ーム/秒であり、テレビやビデオ等の画像では30フレ
ーム/秒(NTSC方式)であり、映写機で投影される
画像に至っては24フレーム/秒の描画速度であり、こ
のような描画速度でも映像として実質十分な効果が得ら
れるといえる。このように網膜走査型ディスプレイ1で
は、上記一連のレーザ光の走査によって1つのフレーム
が形成され、1秒間当たり60回、フレームの再描画が
繰り返される。
The image projected on the retina of the observer is, for example, a screen for one frame made up of a plurality of pixels of 640 dots in the vertical direction and 480 dots in the horizontal direction, that is, one frame is 60 sheets per second continuously. It is formed by drawing a pattern. A polygon mirror 19a of a horizontal scanning system 19 shown in FIG. 1 horizontally scans the modulated laser light incident from the wavefront curvature modulating means 100. Horizontal scanning system 1
Every time the horizontal synchronizing signal 5 is input to the display device 9, for example, in the case of the hexagonal polygon mirror 19a, one-sixth rotation is performed, and in the meantime, one vertical dot and 480 horizontal dots, that is, one line of pixels is displayed. Laser beam is scanned. next,
The laser beam scanned in the horizontal direction is scanned in the vertical direction by the vertical scanning system 21. Each time the vertical synchronizing signal 6 is input to the vertical scanning system 21, the galvano mirror 21a makes one reciprocating motion in the vertical direction, and during the deflection in one direction, the vertical 6
The scanning of 40 dots, that is, 640 lines by the horizontal scanning system 19 is performed. When one frame is drawn in 1/60 seconds, the observer may see 640 × 4 due to the afterimage phenomenon.
This frame can be recognized as one screen on which 80 dots, that is, about 300,000 pixels are simultaneously displayed. For example, an image of a video game or the like is 60 frames / second, an image of a television or a video is 30 frames / second (NTSC system), and an image projected by a projector has a drawing speed of 24 frames / second. Therefore, even at such a drawing speed, it can be said that a substantially sufficient effect as an image can be obtained. As described above, in the retinal scanning display 1, one frame is formed by the series of scanning with the laser light, and redrawing of the frame is repeated 60 times per second.

【0038】波面曲率変調手段100の波面曲率の変調
の周期が垂直同期信号6の発生の周期の2倍となるよう
に設定された場合、垂直同期信号6の1周期ごとに1画
像の描画が行われることになるので、レーザ光の波面曲
率の変調は、網膜走査型ディスプレイ1の2画像分の描
画が行われるごとに1周期分の変調が行われることにな
る。
When the modulation cycle of the wavefront curvature of the wavefront curvature modulating means 100 is set to be twice the generation cycle of the vertical synchronization signal 6, one image is drawn for each cycle of the vertical synchronization signal 6. Since it is performed, the modulation of the wavefront curvature of the laser light is performed for one cycle every time two images of the retinal scanning display 1 are drawn.

【0039】図4に示すように、T0タイミングで、垂
直同期信号6が「ON」となると、垂直走査系21のガ
ルバノミラー21aによる垂直方向へのレーザ光の走査
が開始される。このとき、波面曲率変調手段100は、
変調するレーザ光の波面曲率がaとなるように駆動され
ており、T0,T1,T2タイミングの間、波面曲率変
調手段100及び水平走査系19を介して垂直走査系2
1に入射されるレーザ光の波面曲率はaとなる。そし
て、T0タイミングで開始された垂直走査系21の1走
査はT2タイミングで終了し、1フレームの描画が終了
する。こうして、波面曲率aを有するフレーム、すなわ
ち、図5に例示する、波面曲率aのフレーム30(遠距
離の画像)が形成される。このフレームを観察者が見た
場合、フレームに描かれた物体30aは、例えば観察者
の無限遠方に存在するものとして観察される。また、垂
直同期信号6は、T1タイミングで「OFF」となる。
As shown in FIG. 4, when the vertical synchronizing signal 6 turns "ON" at the timing T0, the galvano mirror 21a of the vertical scanning system 21 starts scanning the laser light in the vertical direction. At this time, the wavefront curvature modulating means 100
It is driven so that the wavefront curvature of the modulated laser light becomes a, and the vertical scanning system 2 via the wavefront curvature modulating means 100 and the horizontal scanning system 19 during the timings T0, T1 and T2.
The wavefront curvature of the laser light entering 1 is a. Then, one scan of the vertical scanning system 21 started at the T0 timing ends at the T2 timing, and the drawing of one frame ends. In this way, the frame having the wavefront curvature a, that is, the frame 30 (long-distance image) having the wavefront curvature a illustrated in FIG. 5 is formed. When an observer views this frame, the object 30a drawn on the frame is observed as being present at infinity of the observer, for example. Further, the vertical synchronization signal 6 becomes "OFF" at the timing T1.

【0040】次に、T2タイミングからT3タイミング
の間、波面曲率変調手段100が変調するレーザ光の、
それまでaであった波面曲率がbとなるように、波面曲
率変調手段100が駆動される。T2タイミングまでに
1フレームの形成は終了しており、T2タイミングから
T3タイミングの間、レーザ光は発生されない。
Next, from the T2 timing to the T3 timing, the laser light modulated by the wavefront curvature modulating means 100 is
The wavefront curvature modulating means 100 is driven so that the wavefront curvature which was a until then becomes b. The formation of one frame is completed by the T2 timing, and no laser light is generated from the T2 timing to the T3 timing.

【0041】さらに、T3,T4,T5,T6タイミン
グで、上記T0,T1,T2,T3タイミングと同様の
動作が繰り返されるが、このとき、T4,T5タイミン
グ間に入射されるレーザ光の波面曲率をbに変調するよ
うに、波面曲率変調手段100が駆動される。そして、
水平走査系19及び垂直走査系21によって走査された
レーザ光は、T5タイミングで、図5に例示する、波面
曲率bのフレーム31(近距離の画像)の形成を完了す
る。この画像を観察者が見た場合、フレームに描かれた
物体31aは、例えば観察者の前方1mに存在するもの
として観察される。また、垂直同期信号6は、T4タイ
ミングで「OFF」となる。
Further, at timings T3, T4, T5 and T6, the same operation as that at the timings T0, T1, T2 and T3 is repeated, but at this time, the wavefront curvature of the laser light incident between the timings T4 and T5. The wavefront curvature modulating means 100 is driven so as to modulate the wavefront into b. And
The laser beam scanned by the horizontal scanning system 19 and the vertical scanning system 21 completes the formation of the frame 31 (short-distance image) having the wavefront curvature b illustrated in FIG. 5 at the timing T5. When an observer views this image, the object 31a drawn in the frame is observed as being present 1 m in front of the observer, for example. Further, the vertical synchronization signal 6 becomes "OFF" at the timing T4.

【0042】以降同様に、網膜走査型ディスプレイ1で
は、T0〜T6タイミング間の動作が繰り返される。例
えば垂直同期信号6が1秒間に60回、「ON」、「O
FF」を繰り返される場合、網膜走査型ディスプレイ1
はT0〜T6タイミングでの動作を1秒間に30回繰り
返すことになる。観察者の網膜上に、1秒当たり30枚
描画される波面曲率aのフレーム30と、1秒間当たり
30枚描画される波面曲率bのフレーム31とが交互に
重なるように投影された画像は、残像現象によって、フ
レーム30とフレーム31とが重ねられて投影された画
像として観察者に認識される。すなわち観察者は、図6
に示すように、遠距離の物体30aと近距離の物体31
aとが1つの画像内に表示された、合成された画像32
として観察する。
Thereafter, similarly, in the retina scanning display 1, the operation between the timings T0 to T6 is repeated. For example, when the vertical synchronization signal 6 is 60 times per second, "ON", "O"
When FF ”is repeated, retina scanning type display 1
Will repeat the operation at timings T0 to T6 30 times per second. An image projected on the retina of the observer such that a frame 30 having a wavefront curvature a drawn 30 sheets per second and a frame 31 having a wavefront curvature b drawn 30 sheets per second are alternately overlapped, Due to the afterimage phenomenon, the observer recognizes it as an image projected by superimposing the frame 30 and the frame 31. That is, the observer is
As shown in, the long distance object 30a and the short distance object 31
A combined image 32 in which a and a are displayed in one image
Observe as.

【0043】また、図7に示すように、合成された画像
32は、矢視方向Aから見たような画像として観察者に
認識される。観察者は、奥行き方向における0の位置か
ら物体31a,30aを観察し、1/bの位置の奥行き
方向と直交する平面上に物体31aが、1/aの位置の
奥行き方向と直交する平面上に物体30aが存在するよ
うに感じる。尚、前述の通り、波面曲率の逆数が曲率半
径である。
Further, as shown in FIG. 7, the combined image 32 is recognized by the observer as an image as viewed from the direction A of the arrow. The observer observes the objects 31a and 30a from the position of 0 in the depth direction, and the object 31a is on the plane orthogonal to the depth direction of the position 1 / b on the plane orthogonal to the depth direction of the position 1 / b. It feels like there is an object 30a. As described above, the reciprocal of the wavefront curvature is the radius of curvature.

【0044】次に、第2の実施の形態の網膜走査型ディ
スプレイ1について、図1及び図8乃至図10を参照し
て説明する。図8は、第2の実施の形態において波面曲
率変調手段100の波面曲率の変調の周期が、垂直同期
信号6の発生の周期と同じ場合のタイミングチャートで
ある。図9は、上下方向に異なる波面曲率を有して合成
された画像33を示す図である。図10は、上下方向に
異なる波面曲率を有して合成された画像33を構成する
各要素の、奥行き方向における配置を示す図である。
Next, the retinal scanning display 1 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 8 to 10. FIG. 8 is a timing chart when the wavefront curvature modulation period of the wavefront curvature modulation means 100 in the second embodiment is the same as the generation period of the vertical synchronization signal 6. FIG. 9 is a diagram showing a combined image 33 having different wavefront curvatures in the vertical direction. FIG. 10 is a diagram showing the arrangement in the depth direction of the respective elements that form the image 33 that is synthesized by having different wavefront curvatures in the vertical direction.

【0045】波面曲率変調手段100の動作周期が垂直
走査系21の動作周期と同等か、それよりも短い場合
は、垂直走査系21の動作に合わせて、部分によって異
なる波面曲率を有する画像を形成することができる。波
面曲率変調手段100の動作周期が垂直走査系21の動
作周期に等しい場合、垂直同期信号6の1周期ごとに1
フレームの描画が行われることになるので、レーザ光の
波面曲率の変調は、網膜走査型ディスプレイ1の1フレ
ーム分の描画が行われるごとに1周期分の変調が行われ
ることになる。
When the operating period of the wavefront curvature modulating means 100 is equal to or shorter than the operating period of the vertical scanning system 21, an image having a different wavefront curvature depending on the operation is formed according to the operation of the vertical scanning system 21. can do. When the operation cycle of the wavefront curvature modulating means 100 is equal to the operation cycle of the vertical scanning system 21, 1 is set for each cycle of the vertical synchronizing signal 6.
Since the frame is drawn, the modulation of the wavefront curvature of the laser light is performed for one cycle every time one frame of the retinal scanning display 1 is drawn.

【0046】図8に示すように、T0タイミングで、垂
直同期信号6が「ON」となると、垂直走査系21のガ
ルバノミラー21aによる垂直方向へのレーザ光の走査
が開始される。このとき、波面曲率変調手段100は、
変調するレーザ光の波面曲率がaとなるように駆動され
ており、T0,T1,T2タイミングの間、その波面曲
率が三角関数的にbに変化されるように駆動される。す
なわち、波面曲率変調手段100及び水平走査系19を
介して垂直走査系21に入射されるレーザ光の波面曲率
は垂直走査系21による1走査に合わせてaからbに変
動する。そして、T0タイミングで開始された垂直走査
系21の1走査はT2タイミングで終了し、1フレーム
の描画が終了する。また、垂直同期信号6は、T1タイ
ミングで「OFF」となる。
As shown in FIG. 8, when the vertical synchronizing signal 6 is turned "ON" at the timing T0, the scanning of the laser beam in the vertical direction by the galvano mirror 21a of the vertical scanning system 21 is started. At this time, the wavefront curvature modulating means 100
It is driven so that the wavefront curvature of the modulated laser light becomes a, and it is driven so that the wavefront curvature is trigonometrically changed to b during the timings T0, T1, and T2. That is, the wavefront curvature of the laser light incident on the vertical scanning system 21 via the wavefront curvature modulating means 100 and the horizontal scanning system 19 changes from a to b in accordance with one scan by the vertical scanning system 21. Then, one scan of the vertical scanning system 21 started at the T0 timing ends at the T2 timing, and the drawing of one frame ends. Further, the vertical synchronization signal 6 becomes "OFF" at the timing T1.

【0047】次に、T2タイミングからT3タイミング
の間、次の波面曲率変調手段100の動作の周期に備え
てレーザ光の波面曲率がaとなるように、波面曲率変調
手段100が駆動される。T2タイミングまでに1フレ
ームの形成は終了しており、T2タイミングからT3タ
イミングの間、レーザ光は発生されない。
Next, from the timing T2 to the timing T3, the wavefront curvature modulating means 100 is driven so that the wavefront curvature of the laser light becomes a in preparation for the next operation cycle of the wavefront curvature modulating means 100. The formation of one frame is completed by the T2 timing, and no laser light is generated from the T2 timing to the T3 timing.

【0048】さらに、T3,T4,T5,T6タイミン
グでは、上記T0,T1,T2,T3タイミングと同様
の動作が繰り返される。
Further, at timings T3, T4, T5 and T6, operations similar to those at the timings T0, T1, T2 and T3 are repeated.

【0049】以降同様に、網膜走査型ディスプレイ1で
は、T0〜T3タイミング間の動作が繰り返される。例
えば垂直同期信号6が1秒間に60回、「ON」、「O
FF」を繰り返される場合、網膜走査型ディスプレイ1
はT0〜T3タイミングでの動作を1秒間に60回繰り
返すことになる。このように形成された1つのフレーム
において、例えばガルバノミラー21aの走査が画面の
上から下方向に行われる場合、図9に示す、観察者の眼
に入射される合成された画像33は、画面の下方から上
方にかけて、下方が近距離に上方が遠距離に、三角関数
的に遠近感の変化する画像として表示される。従って、
観察者には、画像の下方に表示される物体31aは手前
に、画像の上方に表示される物体30aは遠方に存在す
るように観察される。
Thereafter, similarly, in the retina scanning display 1, the operation between the timings T0 to T3 is repeated. For example, when the vertical synchronization signal 6 is 60 times per second, "ON", "O"
When FF ”is repeated, retina scanning type display 1
Would repeat the operation at timings T0 to T3 60 times per second. In one frame formed in this way, for example, when the scanning of the galvano mirror 21a is performed from the top to the bottom of the screen, the combined image 33 incident on the observer's eyes shown in FIG. From the lower side to the upper side, the lower side is displayed as a short distance and the upper side is displayed as a long distance. Therefore,
The observer observes that the object 31a displayed below the image is in the front and the object 30a displayed above the image is in the distance.

【0050】また、図10に示すように、合成された画
像33は、矢視方向Bから見たような画像として観察者
に認識される。観察者は、奥行き方向における0の位置
から物体31a,30aを観察し、合成された画像33
の下方から上方にかけて奥行きが1/bから1/aに三
角関数的に変動する斜面33a上に、物体31aと物体
30aとが存在するように感じる。
Further, as shown in FIG. 10, the combined image 33 is recognized by the observer as an image as viewed from the direction B of the arrow. The observer observes the objects 31a and 30a from the position of 0 in the depth direction, and the combined image 33
It is felt that the object 31a and the object 30a are present on the slope 33a whose depth fluctuates from 1 / b to 1 / a in a trigonometric manner from below to above.

【0051】次に、第3の実施の形態の網膜走査型ディ
スプレイ1について、図1及び図11乃至図14を参照
して説明する。図11は、第3の実施の形態において波
面曲率変調手段100の波面曲率の変調の周期と、垂直
同期信号6の発生の周期との関係を示すタイミングチャ
ートである。図12は、図11におけるT1aタイミン
グ付近の波面曲率の変化と水平同期信号5の発生の周期
との関係を示すタイミングチャートである。図13は、
上下方向及び左右方向に異なる波面曲率を有して合成さ
れた画像34を示す図である。図14は、上下方向及び
左右方向に異なる波面曲率を有して合成された画像34
を構成する各要素の、奥行き方向における配置を示す図
である。
Next, the retinal scanning display 1 according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 11 to 14. FIG. 11 is a timing chart showing the relationship between the modulation cycle of the wavefront curvature of the wavefront curvature modulating means 100 and the generation cycle of the vertical synchronizing signal 6 in the third embodiment. FIG. 12 is a timing chart showing the relationship between the change in the wavefront curvature near the T1a timing in FIG. 11 and the generation cycle of the horizontal synchronization signal 5. Figure 13
It is a figure which shows the image 34 which has a different wavefront curvature in the up-down direction and the left-right direction, and was synthesize | combined. FIG. 14 shows an image 34 synthesized with different wavefront curvatures in the vertical and horizontal directions.
It is a figure which shows arrangement | positioning in the depth direction of each element which comprises.

【0052】波面曲率変調手段100の動作周期が水平
走査系19の動作周期と同等か、それよりも短い場合
は、水平走査系19及び垂直走査系21のそれぞれの動
作に合わせて、部分によって異なる波面曲率を有する画
像を形成することができる。波面曲率変調手段100の
波面曲率の変調の周期が、水平同期信号5の発生の周期
と同じとなるように設定された場合、レーザ光の波面曲
率の変調は、水平方向1ライン分の描画が行われるごと
に1周期分の変調が行われることになる。そして、垂直
同期信号6の発生の周期ごとに、1画像の水平走査線の
本数分、水平走査系19による走査が行われ、1画像の
描画が行われる。
When the operating period of the wavefront curvature modulating means 100 is equal to or shorter than the operating period of the horizontal scanning system 19, it varies depending on the part in accordance with the respective operations of the horizontal scanning system 19 and the vertical scanning system 21. Images with wavefront curvature can be formed. When the modulation cycle of the wavefront curvature of the wavefront curvature modulating means 100 is set to be the same as the generation cycle of the horizontal synchronizing signal 5, the modulation of the wavefront curvature of the laser light is performed by drawing one line in the horizontal direction. Each time it is performed, one period of modulation is performed. Then, in each generation cycle of the vertical synchronizing signal 6, the horizontal scanning system 19 scans by the number of horizontal scanning lines of one image, and one image is drawn.

【0053】尚、図11に示すタイミングチャートは、
図13に示すように上方に遠距離の物体30a、下方に
近距離の物体31aが表示され、かつ近距離の物体31
aの中央部が左右両端部よりもさらに近距離にあること
を表現するため、垂直方向の変調に重畳して水平方向の
変調を行う波形となっている。このタイミングチャート
において、波面曲率aは、無限遠方に相当し、波面曲率
bは、近距離の画像中で最も近距離の点における値に相
当する。また、近距離画像中では、左右方向にかけて波
面曲率がb’からbの間で変動する。
The timing chart shown in FIG.
As shown in FIG. 13, a long-distance object 30a is displayed above, and a short-distance object 31a is displayed below, and the short-distance object 31a is displayed.
In order to express that the central part of a is located closer than the left and right ends, the waveform is such that it is superimposed on the vertical modulation to perform horizontal modulation. In this timing chart, the wavefront curvature a corresponds to an infinite distance, and the wavefront curvature b corresponds to a value at the shortest distance point in a short distance image. Further, in the short-distance image, the wavefront curvature fluctuates in the left-right direction between b ′ and b.

【0054】図11に示すように、T0タイミングで、
垂直同期信号6が「ON」となると、垂直走査系21の
ガルバノミラー21aによる垂直方向へのレーザ光の走
査が開始される。このとき、波面曲率変調手段100
は、変調するレーザ光の波面曲率がaとなるように駆動
されており、T0,T1,T2タイミングの間、その波
面曲率が三角関数的にbに変化されるように駆動され
る。すなわち、波面曲率変調手段100及び水平走査系
19を介して垂直走査系21に入射されるレーザ光の波
面曲率は、垂直走査系21による1走査に合わせてaか
らbの間で変動する。そして、T0タイミングで開始さ
れた垂直走査系21の1走査はT2タイミングで終了
し、1フレームの描画が終了する。また、垂直同期信号
6は、T1タイミングで「OFF」となる。
As shown in FIG. 11, at T0 timing,
When the vertical synchronizing signal 6 is turned “ON”, the scanning of the laser beam in the vertical direction by the galvano mirror 21a of the vertical scanning system 21 is started. At this time, the wavefront curvature modulating means 100
Is driven so that the wavefront curvature of the modulated laser light is a, and is driven so that the wavefront curvature is trigonometrically changed to b during T0, T1, and T2 timings. That is, the wavefront curvature of the laser light incident on the vertical scanning system 21 via the wavefront curvature modulating means 100 and the horizontal scanning system 19 varies between a and b in accordance with one scan by the vertical scanning system 21. Then, one scan of the vertical scanning system 21 started at the T0 timing ends at the T2 timing, and the drawing of one frame ends. Further, the vertical synchronization signal 6 becomes "OFF" at the timing T1.

【0055】このT0,T1,T2タイミングの間、図
12に示すように、水平同期信号5も周期的に発生され
ており「ON」、「OFF」が繰り返されている。そし
て、水平走査系19の1走査にあわせて1周期分の変動
が行われるように、波面曲率変調手段100が駆動され
ている。T0’タイミングで水平同期信号5が「ON」
となると、水平走査系19のポリゴンミラー19aによ
る水平方向へのレーザ光の走査が開始される。このと
き、波面曲率変調手段100は、変調するレーザ光の波
面曲率がb’となるように駆動されており、T0’,T
1’,T2’タイミングの間、その波面曲率が三角関数
的にbに変化し、またb’に同様の変化をされるように
駆動される。すなわち、波面曲率変調手段100から水
平走査系19に入射されるレーザ光の波面曲率は、水平
走査系19の1走査に合わせてb’からbになり、また
b’に、いわゆるsinカーブ的な周期変動をする。そ
して、T0’タイミングで開始された水平走査系19の
1走査はT2’タイミングで終了し、1ラインの描画が
終了する。また、水平同期信号5は、T1’タイミング
で「OFF」となる。
During this T0, T1, T2 timing, as shown in FIG. 12, the horizontal synchronizing signal 5 is also periodically generated, and "ON" and "OFF" are repeated. Then, the wavefront curvature modulating means 100 is driven so that the fluctuation for one cycle is performed in accordance with one scan of the horizontal scanning system 19. Horizontal sync signal 5 is "ON" at the timing of T0 '
Then, the scanning of the laser light in the horizontal direction by the polygon mirror 19a of the horizontal scanning system 19 is started. At this time, the wavefront curvature modulating means 100 is driven so that the wavefront curvature of the modulated laser light becomes b ′, and T0 ′, T0.
During the 1 ′ and T2 ′ timings, the wavefront curvature is trigonometrically changed to b, and the wavefront curvature is driven so as to be similarly changed to b ′. That is, the wavefront curvature of the laser light incident on the horizontal scanning system 19 from the wavefront curvature modulating means 100 changes from b ′ to b in accordance with one scan of the horizontal scanning system 19, and b ′ has a so-called sin curve-like shape. Make a periodic fluctuation. Then, one scan of the horizontal scanning system 19 started at the T0 ′ timing is finished at the T2 ′ timing, and the drawing of one line is finished. Further, the horizontal synchronization signal 5 turns “OFF” at the timing T1 ′.

【0056】さらに、T2’,T3’,T4’タイミン
グにおいてもT0’,T1’,T2’タイミングと同様
の動作が繰り返される。以降同様に、水平同期信号5と
同期した周期的な波面曲率の変調が行われる。尚、波面
曲率b’は波面曲率a,波面曲率bの範囲内において任
意に変動する値をとり、両端部の波面曲率b’が波面曲
率bより小さな値を取るため、1走査で描画される1ラ
イン上の両端部から中央部にかけて、両端部が遠距離に
中央部が近距離に、三角関数的に遠近感の変化する水平
方向の1走査線として表示される。もっとも、図12の
例は、図11のT1aタイミング付近についての例であ
るので、他のタイミングでは、波面曲率の最大値がbと
ならない場合(例えば、そのフレーム中の遠距離画像部
分を描画している場合。)もある。
Further, at T2 ', T3' and T4 'timings, the same operation as at T0', T1 'and T2' timings is repeated. After that, similarly, the periodical modulation of the wavefront curvature is performed in synchronization with the horizontal synchronizing signal 5. Note that the wavefront curvature b ′ takes a value that fluctuates arbitrarily within the range of the wavefront curvature a and the wavefront curvature b, and the wavefront curvature b ′ at both ends takes a value that is smaller than the wavefront curvature b, so it is drawn in one scan. It is displayed as one horizontal scanning line in which the sense of perspective changes trigonometrically, with both ends being a long distance and the center being a short distance from both ends to the center on one line. Of course, since the example of FIG. 12 is an example near the timing T1a of FIG. 11, when the maximum value of the wavefront curvature does not become b at other timings (for example, the long-distance image portion in the frame is drawn). If you have.)

【0057】次に、図11に示す、T2タイミングから
T3タイミングの間、次の波面曲率変調手段100の動
作の周期に備えてレーザ光の波面曲率がaとなるよう
に、波面曲率変調手段100が駆動される。T2タイミ
ングまでに1画像の形成は終了しており、T2タイミン
グからT3タイミングの間、レーザ光は発生されない。
Next, from the timing T2 to the timing T3 shown in FIG. 11, the wavefront curvature modulating means 100 is set so that the wavefront curvature of the laser light becomes a in preparation for the next operation cycle of the wavefront curvature modulating means 100. Is driven. The formation of one image is completed by the T2 timing, and the laser light is not generated from the T2 timing to the T3 timing.

【0058】さらに、T3,T4,T5,T6タイミン
グでは、上記T0,T1,T2,T3タイミングと同様
の動作が繰り返される。
Further, at timings T3, T4, T5 and T6, operations similar to those at the timings T0, T1, T2 and T3 are repeated.

【0059】尚、合成された画像34の例では、上方に
表示される遠距離の物体30aは、左右方向において波
面曲率がほとんど変化しないので、画像の上方において
は水平走査に同期した波面曲率変調は行われないか、も
しくは非常にわずかである。
In the example of the combined image 34, the far-field object 30a displayed above has almost no change in the wavefront curvature in the left-right direction, and therefore the wavefront curvature modulation synchronized with the horizontal scanning is performed above the image. Is not done or very few.

【0060】以降同様に、網膜走査型ディスプレイ1で
は、T0〜T3タイミング間の動作が繰り返される。例
えば垂直同期信号6が1秒間に60回、「ON」、「O
FF」を繰り返される場合、網膜走査型ディスプレイ1
はT0〜T3タイミングでの動作を1秒間に60回繰り
返すことになる。このように形成された画像は、例えば
ガルバノミラー21aの走査が画像の上から下方向に行
われる場合、図13に示す、観察者の眼に入射される合
成された画像34は、画像の下方から上方にかけて、下
方が近距離に上方が遠距離に、三角関数的に遠近感の変
化する画像として表示される。さらに、画像の下方にお
いては中央部が左右両端部より近距離に、その遠近感が
表現された画像として表示される。従って、この網膜走
査型ディスプレイ1では、観察者に、画像の下方に表示
される物体31aは手前に、画像の上方に表示される物
体30aは遠方に存在するように観察される配置的な遠
近感と、物体30a,31aの中央部が左右両端部より
近距離に観察される部分的な立体感とを表現することが
できる。
Thereafter, similarly, in the retina scanning display 1, the operation between the timings T0 to T3 is repeated. For example, when the vertical synchronization signal 6 is 60 times per second, "ON", "O"
When FF ”is repeated, retina scanning type display 1
Would repeat the operation at timings T0 to T3 60 times per second. In the image formed in this way, for example, when the scanning of the galvano mirror 21a is performed from the upper side to the lower side of the image, the combined image 34 incident on the observer's eye shown in FIG. From the upper part to the upper part, the lower part is displayed as a short distance and the upper part is displayed as a long distance. Further, in the lower part of the image, the central part is displayed closer than the left and right ends, and is displayed as an image expressing the perspective. Therefore, in the retinal scanning display 1, the observer observes that the object 31a displayed below the image is in the front, and the object 30a displayed above the image is in the distance. It is possible to express a feeling and a partial stereoscopic effect in which the central portions of the objects 30a and 31a are observed closer than the left and right end portions.

【0061】また、図14に示すように、合成された画
像34は、矢視方向Cから見たような画像として観察者
に認識される。観察者は、奥行き方向における0の位置
から物体31a,30aを観察し、合成された画像34
の下方から上方にかけて奥行きが1/bから1/aに三
角関数的に変動し、かつ左右両端部から中央部にかけて
その奥行き方向に立体感を有する斜面34a上に、物体
30aと物体31aとが存在するように感じる。
Further, as shown in FIG. 14, the combined image 34 is recognized by the observer as an image as viewed from the direction C of the arrow. The observer observes the objects 31a and 30a from the position of 0 in the depth direction, and the synthesized image 34
From the bottom to the top, the depth fluctuates trigonometrically from 1 / b to 1 / a, and the object 30a and the object 31a are formed on the slope 34a having a stereoscopic effect in the depth direction from the left and right end portions to the central portion. I feel like I exist.

【0062】以上説明したように、本実施の形態の網膜
走査型ディスプレイ1では、水平走査系19及び垂直走
査系21の駆動のタイミングの基準となる水平同期信号
5及び垂直同期信号6に同調して波面曲率変調手段10
0が動作され、レーザ光の波面曲率が変調される。第1
の実施の形態の網膜走査型ディスプレイ1では、遠・近
2値の波面曲率を有する画像が形成され、画像内に表現
された物体30a,31aの配置的な遠近感を表現する
ことができる。また、第2の実施の形態の網膜走査型デ
ィスプレイ1では、画像の上下方向においてスムーズな
遠近感の変化がなされた画像が形成され、画像内に表現
された物体30a,31aの上下方向の配置位置よって
異なる遠近感を表現することができる。また、第3の実
施の形態の網膜走査型ディスプレイ1では、画像の上下
方向においてスムーズな遠近感の変化がなされた画像が
形成され、また、画像の左右方向においてスムーズな立
体感の変化が成された画像が形成され、画像内に表現さ
れた物体30a,31aの配置位置によって異なる遠近
感及び立体感を表現することができる。
As described above, in the retina scanning type display 1 of the present embodiment, the horizontal synchronizing signal 5 and the vertical synchronizing signal 6 which are the reference of the driving timing of the horizontal scanning system 19 and the vertical scanning system 21 are tuned. Wavefront curvature modulating means 10
0 is operated, and the wavefront curvature of the laser light is modulated. First
In the retinal scanning display 1 of the above embodiment, an image having a far / near binary wavefront curvature is formed, and the positional perspective of the objects 30a and 31a expressed in the image can be expressed. In addition, in the retinal scanning display 1 of the second embodiment, an image in which the sense of perspective is smoothly changed in the vertical direction of the image is formed, and the objects 30a and 31a represented in the image are arranged in the vertical direction. Different perspectives can be expressed depending on the position. Further, in the retinal scanning display 1 according to the third embodiment, an image with a smooth perspective change in the vertical direction of the image is formed, and a smooth stereoscopic change in the horizontal direction of the image occurs. The formed image is formed, and different perspective and stereoscopic effects can be expressed depending on the arrangement positions of the objects 30a and 31a expressed in the image.

【0063】また、水平走査系及び垂直走査系による波
面曲率の変化を三角関数的とすることで、波面曲率変調
手段100の圧電アクチュエータ105の動作負荷を軽
減することができるので、1フレームの描画速度に対し
て波面曲率変調手段100が十分な変調速度を得られな
い場合、すなわち圧電アクチュエータ105の駆動周波
数が小さい場合でも、走査線近傍において発生する画像
の乱れを防止することができ、違和感のない自然な立体
画像を描画することができる。また、圧電アクチュエー
タ105の駆動周期の切り換えタイミングを水平同期信
号5、または垂直同期信号6に同期させることで、圧電
アクチュエータ105の駆動が1ラインの走査、または
1フレームの描画の開始のタイミングと同調されるの
で、描画される立体画像のずれやちらつきを防止するこ
とができる。
Further, by making the change of the wavefront curvature by the horizontal scanning system and the vertical scanning system trigonometrical, the operation load of the piezoelectric actuator 105 of the wavefront curvature modulating means 100 can be reduced, so that one frame is drawn. Even when the wavefront curvature modulating means 100 cannot obtain a sufficient modulation speed with respect to the speed, that is, even when the driving frequency of the piezoelectric actuator 105 is small, it is possible to prevent the image from being disturbed in the vicinity of the scanning line, which causes a feeling of strangeness. It is possible to draw a natural stereoscopic image. Further, by synchronizing the switching timing of the driving cycle of the piezoelectric actuator 105 with the horizontal synchronizing signal 5 or the vertical synchronizing signal 6, the driving of the piezoelectric actuator 105 is synchronized with the timing of starting scanning of one line or drawing of one frame. Therefore, it is possible to prevent the stereoscopic image to be drawn from being displaced or flickering.

【0064】尚、本発明の網膜走査型ディスプレイ1
は、前記第1、第2及び第3の実施の形態に限定される
ものではなく、各種の変形が可能である。例えば、本実
施の形態において画像の上方向で遠距離、下方向で近距
離を表現するようにしたが、例えばトンネルを覗いた場
合のように、上下方向に基づく遠近感が任意に表現でき
るようにしても良い。また、第3の実施の形態におい
て、画像下方の中央部が両端部より近距離となる画像と
して表現されるようにしたが、左右方向に基づく立体感
を任意に表現できるようにしても良いし、上方において
も左右方向に立体感を表現しても良い。
The retinal scanning display 1 of the present invention
The present invention is not limited to the first, second and third embodiments, and various modifications are possible. For example, in the present embodiment, a long distance is expressed in the upper direction of the image and a short distance is expressed in the lower direction. However, the perspective based on the vertical direction can be arbitrarily expressed, for example, when looking into a tunnel. You can Further, in the third embodiment, the central portion below the image is represented as an image in which the distance is shorter than both end portions, but the stereoscopic effect based on the left-right direction may be represented arbitrarily. Also, the stereoscopic effect may be expressed in the left-right direction even at the upper side.

【0065】また、本実施の形態では、ポリゴンミラー
19aが、例えば六角形であるとしてその偏向面19b
を6面としたが、これに限定されず、任意の面数、例え
ば4面であっても、12面であっても、48面であって
もよい。
Further, in this embodiment, the polygon mirror 19a is assumed to be, for example, a hexagon, and its deflecting surface 19b is formed.
However, the number is not limited to this, and may be any number, for example, 4, 12, or 48.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1に係る発
明の画像表示装置では、変調手段が、画像信号に応じて
少なくとも1つの光源から出射される光束を強度変調
し、光学手段が、変調された光束を観察者の瞳孔に入射
し、波面曲率変調手段が、入射される光束を第1の方向
及びその第1の方向にほぼ垂直な第2の方向のうち少な
くとも一方の方向の走査中において光束の波面曲率を変
調するので、この光束を、第1の方向及び第2の方向に
走査させながらフレームを形成し、観察者の網膜に画像
を表示することができる。従って、観察者がフレーム上
の任意の場所に注視すれば、観察者の眼の焦点調節作用
によりその場所にピントを合わせることができ、その場
所を中心とした自然な立体視を実現することができる。
また、観察者の片目のみにおいても立体視を実現するこ
とができる。
As described above, in the image display device according to the first aspect of the present invention, the modulating means intensity-modulates the luminous flux emitted from at least one light source in accordance with the image signal, and the optical means comprises: The modulated light flux is incident on the pupil of the observer, and the wavefront curvature modulating means scans the incident light flux in at least one of the first direction and the second direction substantially perpendicular to the first direction. Since the wavefront curvature of the light flux is modulated therein, a frame can be formed while scanning this light flux in the first direction and the second direction, and an image can be displayed on the retina of the observer. Therefore, if the observer gazes at an arbitrary place on the frame, it is possible to focus on that place by the focus adjusting action of the observer's eye, and it is possible to realize a natural stereoscopic view centered on that place. it can.
Further, stereoscopic vision can be realized even with only one eye of the observer.

【0067】また、請求項2に係る発明の画像表示装置
では、変調手段が、画像信号に応じて少なくとも1つの
光源から出射される光束を強度変調し、光学手段が、変
調された光束を観察者の瞳孔に入射し、波面曲率変調手
段が、入射される光束が第1の方向及びその第1の方向
にほぼ垂直な第2の方向に走査されて形成されるフレー
ムの、少なくとも同一のフレーム内においては、光束の
波面曲率を略同一となるように変調し、フレームの切り
換え時のみにおいて光束の波面曲率を変調するので、こ
の光束で形成されるフレームを経時的に切り換えること
によって、観察者の網膜に画像を表示することができ
る。従って、観察者が切り替わるフレーム上に表示され
た画像のうち任意の画像に注視すれば、観察者の眼の焦
点調節機能によりその画像にピントを合わせることがで
き、その場所を中心とした自然な立体視を実現すること
ができる。また、観察者の片目のみにおいても立体視を
実現することができる。
In the image display device according to the second aspect of the present invention, the modulating means intensity-modulates the luminous flux emitted from at least one light source according to the image signal, and the optical means observes the modulated luminous flux. At least the same frame formed by scanning the incident light flux in the first direction and the second direction substantially perpendicular to the first direction, the light flux being incident on the pupil of the person and being incident on the wavefront curvature modulating means. In this case, the wavefront curvature of the light flux is modulated to be substantially the same, and the wavefront curvature of the light flux is modulated only when the frames are switched. Therefore, by switching the frames formed by this light flux with time, Images can be displayed on the retina of. Therefore, if the observer pays attention to an arbitrary image among the images displayed on the frame to be switched, the image can be focused by the focus adjusting function of the observer's eyes, and the natural place centered on the place can be focused. It is possible to realize stereoscopic vision. Further, stereoscopic vision can be realized even with only one eye of the observer.

【0068】また、請求項3に係る発明の画像表示装置
では、請求項2に係る発明の効果に加え、波面曲率変調
手段が、フレームの切り換えごとに光束の波面曲率を変
調することができる。従って、立体画像のずれやちらつ
きを防止することができる。
Further, in the image display device according to the third aspect of the invention, in addition to the effect of the second aspect of the invention, the wavefront curvature modulating means can modulate the wavefront curvature of the light beam each time the frame is switched. Therefore, it is possible to prevent the displacement and flicker of the stereoscopic image.

【0069】また、請求項4に係る発明の画像表示装置
では、請求項1乃至3の何れかに係る発明の効果に加
え、波面曲率変調手段が、第1の方向又は第2の方向の
走査を開始させる同期信号に同期して波面曲率を変調す
ることができる。従って、立体画像のずれを防止するこ
とができる。
Further, in the image display device of the invention according to claim 4, in addition to the effect of the invention according to any one of claims 1 to 3, the wavefront curvature modulating means scans in the first direction or the second direction. The wavefront curvature can be modulated in synchronization with the synchronization signal that starts Therefore, the shift of the stereoscopic image can be prevented.

【0070】また、請求項5に係る発明の画像表示装置
では、請求項4に係る発明の効果に加え、波面曲率変調
手段が、第1の方向及び第2の方向の走査のうち、走査
周波数が高い方向の走査中において光束の波面曲率を略
同一とし、走査周波数が低い方向の走査を開始させる同
期信号に同期して波面曲率を変調することができる。従
って、波面曲率変調の周波数を極力低く設定することが
でき、走査線近傍において発生する画像の乱れを防止す
ることができる。
According to the image display device of the fifth aspect of the present invention, in addition to the effect of the fourth aspect of the invention, the wavefront curvature modulating means has a scanning frequency of scanning in the first direction and the second direction. It is possible to make the wavefront curvature of the light flux substantially the same during scanning in the high direction, and to modulate the wavefront curvature in synchronization with a synchronization signal that starts scanning in the low scanning frequency direction. Therefore, the frequency of the wavefront curvature modulation can be set as low as possible, and it is possible to prevent the image disturbance that occurs near the scanning line.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は、網膜走査型ディスプレイ1の全体構成
を示す全体構成図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an overall configuration of a retina scanning display 1.

【図2】図2は、波面曲率変調手段100の構成を示す
構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing a configuration of a wavefront curvature modulating means 100.

【図3】図3は、波面曲率変調手段100によりレーザ
光が変調される態様を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a mode in which laser light is modulated by the wavefront curvature modulating means 100.

【図4】図4は、第1の実施の形態において波面曲率変
調手段100の波面曲率の変調の周期が、垂直同期信号
6の発生の周期の2倍である場合のタイミングチャート
である。
FIG. 4 is a timing chart when the cycle of modulation of the wavefront curvature of the wavefront curvature modulating means 100 in the first embodiment is twice the cycle of generation of the vertical synchronization signal 6.

【図5】図5は、波面曲率変調手段100によって波面
曲率が変調されたフレームを交互に形成する場合の、形
成されるフレームを示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a frame to be formed in the case of alternately forming frames in which the wavefront curvature is modulated by the wavefront curvature modulating means 100.

【図6】図6は、波面曲率a,波面曲率bの2つのフレ
ームが合成された画像32を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an image 32 in which two frames having a wavefront curvature a and a wavefront curvature b are combined.

【図7】図7は、波面曲率a,波面曲率bの2つのフレ
ームが合成された画像32を構成する各要素の、奥行き
方向における配置を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an arrangement in the depth direction of each element that constitutes an image 32 in which two frames having a wavefront curvature a and a wavefront curvature b are combined.

【図8】図8は、第2の実施の形態において波面曲率変
調手段100の波面曲率の変調の周期が、垂直同期信号
6の発生の周期と同じ場合のタイミングチャートであ
る。
FIG. 8 is a timing chart in the case where the modulation cycle of the wavefront curvature of the wavefront curvature modulating means 100 in the second embodiment is the same as the generation cycle of the vertical synchronization signal 6.

【図9】図9は、上下方向に異なる波面曲率を有して合
成された画像33を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an image 33 having different wavefront curvatures in the vertical direction and combined.

【図10】図10は、上下方向に異なる波面曲率を有し
て合成された画像33を構成する各要素の、奥行き方向
における配置を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an arrangement in the depth direction of each element that constitutes the image 33 that is synthesized by having different wavefront curvatures in the vertical direction.

【図11】図11は、第3の実施の形態において波面曲
率変調手段100の波面曲率の変調の周期と、垂直同期
信号6の発生の周期との関係を示すタイミングチャート
である。
FIG. 11 is a timing chart showing the relationship between the modulation cycle of the wavefront curvature of the wavefront curvature modulation means 100 and the generation cycle of the vertical synchronization signal 6 in the third embodiment.

【図12】図12は、図11におけるT1aタイミング
付近の波面曲率の変化と水平同期信号5の発生の周期と
の関係を示すタイミングチャートである。
12 is a timing chart showing the relationship between the change in wavefront curvature near the timing T1a in FIG. 11 and the generation cycle of the horizontal synchronizing signal 5.

【図13】図13は、上下方向及び左右方向に異なる波
面曲率を有して合成された画像34を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing an image 34 synthesized with different wavefront curvatures in the vertical direction and the horizontal direction.

【図14】図14は、上下方向及び左右方向に異なる波
面曲率を有して合成された画像34を構成する各要素
の、奥行き方向における配置を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing the arrangement in the depth direction of each element that constitutes the image 34 that is synthesized with different wavefront curvatures in the vertical direction and the horizontal direction.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 網膜走査型ディスプレイ 2 光源ユニット部 4 映像信号 5 水平同期信号 6 垂直同期信号 7 奥行き信号 19 水平走査系 20 第1リレー光学系 21 垂直走査系 22 第2リレー光学系 24 瞳孔 30,31 フレーム 32〜34 画像 1 Retina scanning display 2 Light source unit 4 video signals 5 Horizontal sync signal 6 Vertical sync signal 7 Depth signal 19 Horizontal scanning system 20 1st relay optical system 21 Vertical scanning system 22 Second relay optical system 24 pupil 30, 31 frames 32-34 images

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも1つの光源と、当該光源から
出射される光束を画像信号に応じて強度変調する変調手
段と、当該変調手段によって変調された光束を観察者の
瞳孔に入射するための光学手段と、当該光学手段によっ
て入射した光束を、第1の方向及びその第1の方向にほ
ぼ垂直な第2の方向に走査させながらフレームを形成
し、前記観察者の網膜に画像を表示する画像表示装置に
おいて、 前記光束の波面曲率を変調する波面曲率変調手段を備
え、 前記波面曲率変調手段は、前記第1の方向及び前記第2
の方向のうち少なくとも一方の方向の走査中において、
前記光束の波面曲率を変調することを特徴とする画像表
示装置。
1. At least one light source, a modulation means for intensity-modulating a light flux emitted from the light source according to an image signal, and an optical means for making the light flux modulated by the modulation means enter an observer's pupil. Means and an image for displaying an image on the retina of the observer while scanning the light flux incident by the optical means in the first direction and the second direction substantially perpendicular to the first direction and forming a frame. The display device includes a wavefront curvature modulating unit that modulates a wavefront curvature of the light flux, wherein the wavefront curvature modulating unit includes the first direction and the second direction.
During scanning in at least one of the directions
An image display device, wherein the wavefront curvature of the light flux is modulated.
【請求項2】 少なくとも1つの光源と、当該光源から
出射される光束を画像信号に応じて強度変調する変調手
段と、当該変調手段によって変調された光束を観察者の
瞳孔に入射するための光学手段と、当該光学手段によっ
て入射した光束を、第1の方向及びその第1の方向にほ
ぼ垂直な第2の方向に走査させながらフレームを形成
し、そのフレームを経時的に切り換えることによって前
記観察者の網膜に画像を表示する画像表示装置におい
て、 前記光束の波面曲率を変調する波面曲率変調手段を備
え、 前記波面曲率変調手段は、少なくとも同一のフレーム内
においては、前記光束の波面曲率を略同一とし、フレー
ムの切り換え時のみにおいて前記光束の波面曲率を変調
することを特徴とする画像表示装置。
2. At least one light source, a modulation means for intensity-modulating a light beam emitted from the light source in accordance with an image signal, and optics for making the light beam modulated by the modulation means enter an observer's pupil. Means and a light beam incident by the optical means in a first direction and a second direction substantially perpendicular to the first direction to form a frame, and the frame is changed over time to perform the observation. In an image display device for displaying an image on the retina of a person, a wavefront curvature modulating unit that modulates a wavefront curvature of the light flux is provided, and the wavefront curvature modulating unit substantially reduces the wavefront curvature of the light flux in at least the same frame. The image display device is characterized in that the wavefront curvature of the light flux is modulated only when the frames are switched.
【請求項3】 前記波面曲率変調手段は、前記フレーム
の切り換えごとに前記光束の波面曲率を変調することを
特徴とする請求項2に記載の画像表示装置。
3. The image display device according to claim 2, wherein the wavefront curvature modulating means modulates the wavefront curvature of the light flux every time the frame is switched.
【請求項4】 前記波面曲率変調手段は、前記第1の方
向又は前記第2の方向の走査を開始させる同期信号に同
期して波面曲率を変調することを特徴とする請求項1乃
至3の何れかに記載の画像表示装置。
4. The wavefront curvature modulating means modulates the wavefront curvature in synchronism with a synchronization signal for starting scanning in the first direction or the second direction. The image display device according to any one of claims.
【請求項5】 前記波面曲率変調手段は、前記第1の方
向及び前記第2の方向の走査のうち、走査周波数が高い
方向の走査中において前記光束の波面曲率を略同一と
し、走査周波数が低い方向の走査を開始させる同期信号
に同期して波面曲率を変調することを特徴とする請求項
4に記載の画像表示装置。
5. The wavefront curvature modulating means makes the wavefront curvatures of the light beams substantially the same during the scanning in the higher scanning frequency direction among the scanning in the first direction and the second direction, and the scanning frequency is The image display device according to claim 4, wherein the wavefront curvature is modulated in synchronization with a synchronization signal for starting scanning in the lower direction.
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