JP2003513332A

JP2003513332A - ピンチ、タイミング及び歪み補正機能を備える走査表示

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Publication number: JP2003513332A
Application number: JP2001535108A
Authority: JP
Inventors: グレゴリージェイガーハード、; クラレンスティテグリーン、; バシアズィーエスラム、
Original assignee: マイクロビジョンインコーポレイテッド
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2003-04-08
Anticipated expiration: 2019-10-29
Also published as: MXPA02004257A; CA2387700C; JP4490019B2; EP1242844A1; CA2387700A1; EP1242844B1; KR100835639B1; DE69923009D1; DE69923009T2; AU1455700A; KR20020057982A

Abstract

(57)【要約】【課題】ラスター細り、タイミング又は歪みの補正機能を備える走査表示を実現すること。【解決手段】表示装置は２軸の周りに走査する像源を含む。表示装置は、第２の軸線の回りに掃引動作をする間第１の軸線の周りの運動を相殺するために、第２の軸線の回りの走査速度の２倍に等しい走査速度での第１の軸線の運動を相殺することを生じさせる構造を有する。走査を相殺することはランプ又は他の運動である。一実施例において、相殺運動は共振的折れ曲がり状である。相殺運動は、機械式走査装置、圧電式走査装置、ＭＥＭ走査装置又はその他の走査装置のような補助走査装置によって生じるようにしてもよい。相殺運動が非常に小さいので、補助走査装置は非常に小さい走査角度で作動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】技術分野本発明は、走査光装置に関し、特に、画像や映像などの像を見るため又は取り
込むために像を生じさせる、走査光ビーム表示装置及び撮像装置に関する。

【０００２】発明の背景図絵的な像又はビデオ映像を視覚的に表示する装置をユーザーに提供するため
に種々の技術を利用することができる。例えば、テレビ受像装置やコンピュータ
用モニター装置のようなブラウン管型表示装置（以下「ＣＲＴ表示装置」という
。）が非常に一般的である。このような装置はいくつかの制限を甘受している。
例えば、ＣＲＴ表示装置は大きな寸法を有すると共に相当な量の電力を消費し、
このことが、ＣＲＴ表示装置を携帯用に応用し又は頭部装着用に応用するために
は望ましくないものとさせている。

【０００３】液晶表示装置や電界放出表示装置のような平面パネル型の表示装置は寸法がよ
り小さいと共に電力消費もより少ない。しかし、典型的な平面パネル型表示装置
は対角線寸法が数インチを有する画面を用いる。このような画面は、該画面を、
頭部装着用に応用しようとする場合、又はユーザーの視野の小さな部分のみを占
める表示を意図して応用しようとする場合、使用上の制限を受ける。

【０００４】従来の表示装置の多くの制限を克服する１つの取り組み方を示す装置として、
ファーネス（Ｆｕｒｎｅｓｓ）らによる米国特許第５，４６７，１０４号明細書
「仮想網膜表示装置（ＶＩＲＴＵＡＬＲＥＴＩＮＡＬＤＩＳＰＬＡＹ）」に
記載されているような走査ビーム表示装置があり、この特許文献を本願において
参考文献として組み入れている。図１に示すように、走査ビーム表示装置４０に
おいて、走査源４２は、ビーム結像装置４６によって人の眼４４に結像される走
査ビーム光を出力する。走査表示装置において、走査ミラー式又は音響光学式走
査装置のような走査装置は、変調された光ビームを人の網膜上で走査する。この
ような走査装置の例は、メルビル（Ｍｅｌｖｉｌｌｅ）らによる米国特許第５，
５５７，４４４号明細書「２軸走査装置のための小型光学走査装置（ＭＩＮＩＡ
ＴＵＲＥＯＰＴＩＣＡＬＳＣＡＮＮＥＲＦＯＲＡＴＷＯ−ＡＸＩＳ
ＳＣＡＮＮＩＮＧＳＹＳＴＥＭ）」に示されており、この特許文献を本願にお
いて参考文献として組み入れている。走査光は、人の瞳孔４８を経て眼４４に入
射し、角膜によって網膜５９上に結像される。見る人は走査光に応じた像として
認識する。

【０００５】そのような表示装置は、時には、部分的な視野で見ること又は視野を拡大して
見ることへの応用のために用いられる。このような応用において、表示の部分は
、ユーザーの視野内に配置され、図２（Ａ）に示すように、ユーザーの視野４５
の領域４３を占める像を表す。したがって、ユーザーは、表示された仮想の像（
ｖｉｒｔｕａｌｉｍａｇｅ）４７と背景情報４９とのいずれをも見ることがで
きる。背景の光が遮られたとき、見る人は、図２（Ｂ）に示すように、仮想の像
４７のみを認識する。

【０００６】そのような表示装置における１つの難点としてラスターピンチすなわちラスタ
ー細り（ｒａｓｔｅｒｐｉｎｃｈ）があり、これについて図３から図５を参照
して説明する。図３に模式的に示すように、走査源４２は、変調光ビーム５２を
発する発光源５０を含む。この例において、発光源５０は、レーザダイオード（
図示せず。）のような１以上の発光装置によって駆動される光ファイバーである
。発せられたビーム５２は、方向転換ミラー５４に当たり、水平走査装置５６に
向けられる。水平走査装置５６は、ビーム５２をビーム走査軌跡が周期的に折れ
曲がり状になるように走査する機械式共振型走査装置である。水平走査されたビ
ームは、該水平走査ビームを周期的に垂直方向に掃引するように走査する垂直走
査装置５８に進む。眼結像光学装置６０は、走査ビーム５２を、人の眼６４によ
って見るための拡大射出瞳を提供する射出瞳拡大装置６２に結像させる。このよ
うな拡大装置の１つとして、コリン（Ｋｏｌｌｉｎ）らによる米国特許第５，７
０１，１３２号明細書「拡大射出瞳を用いる仮想網膜表示装置（ＶＩＲＴＵＡＬ
ＲＥＴＩＮＡＬＤＩＳＰＬＡＹＷＩＴＨＥＸＰＡＮＤＥＤＥＸＩＴ
ＰＵＰＩＬ）」に示された装置があり、該特許文献を本願に参考文献として組み
入れる。種々の応用のため、射出瞳拡大装置６２が省略され、又は回折若しくは
屈折の設計を含む種々の構造を有するようにすることは、この技術分野の当業者
であれば容易に理解できる。例えば、射出瞳拡大装置６２は、平面構造又は曲面
構造であってもよく、種々のパターンにおいて、生じさせる出力ビームの数や様
式はいかなるものであってもよい。

【０００７】走査の説明に戻ると、ビームが平面６６の各連続位置を経て走査したとき、ビ
ームの色及び強度は、像の各画素を形成すべく、以下に説明するように変調され
る。各画素位置についてビームの色及び強度を適切に制御することによって、表
示装置４０は所望の像を生じさせることができる。

【０００８】垂直及び水平の各走査装置の波形を図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す。平面６
６（図３に示す。）において、ビームは図５に示すパターン６８を描く。実際の
走査パターン６８と所望のラスター走査パターン６９とを比較すればわかるよう
に、実際に走査されたパターン６８は、平面６６の外方端部で「細くなっている
」。すなわち、ビームの前方及び後方への連続的な掃引動作において、走査パタ
ーンの端部近くの画素は不均等な間隔で配置される。この不均等な間隔での配置
は、画素が互いに重なることや隣接する列の画素間に間隙ができることの可能性
を引き起こす。さらに、像の情報は典型的には配列されたデータで提供され、こ
の配列データの各位置は理想のラスターパターン６９の各位置に対応しているの
で、ずれを生じた画素位置は像の歪みを生じさせる。

【０００９】発明の概要表示装置は、光ビームを、実質的に連続的な走査経路に沿って、水平及び垂直
のいずれにも同時に走査する主要な走査機構を含む。前記表示装置は、ラスター
ピンチすなわちラスター細り（ｒａｓｔｅｒｐｉｎｃｈ）を低減するように又
は特定の型の歪みの補正を行うように、補助若しくは補正の走査装置又は前記ビ
ームの方向を適切に変える他の種々のビーム方向変更装置を含む。

【００１０】一実施例において、前記走査機構は、水平成分及び垂直成分を有する一般的な
ラスターパターンで走査する。機械式共振型走査装置は、前記ビームを該ビーム
の走査軌跡が折れ曲がり状になるように走査することによって水平成分を生じさ
せる。非共振型又は準共振型の走査装置は前記ビームを一般的な直線走査経路に
沿って垂直に走査する。垂直走査装置は水平走査装置の各掃引動作の間運動して
いるので、垂直走査装置は初期垂直成分を水平走査経路に加える。前記補助走査
装置は、垂直成分に起因するラスター細りを低減するため、初期垂直成分を相殺
する垂直成分を加える。

【００１１】一実施例において、前記補正走査装置は前記水平走査装置の周波数の２倍の周
波数で動作する。前記補正走査装置の角度振幅は、水平の掃引動作の間、前記垂
直走査装置の移動角度に等しくなるように選択される。製造を容易にするため、
前記補正走査装置は所望の補正走査速度での共振周波数を有する共振型走査装置
であってもよい。このような装置を用いた場合、前記走査の補助成分はラスター
細りと正確には調和しない。しかし。共振型の補助は複雑な走査パターンを用い
ることなく実質的な改善を提供する。

【００１２】前記補助走査の周波数が前記水平走査の周波数の２倍であるとき、前記補助走
査装置のための駆動信号は、前記水平走査装置から直接に又は前記水平走査装置
の駆動信号から取り出すことができる。一実施例において、位置検知装置は、水
平走査パターンにおいて零交叉又は他の反復位置に応じて電気信号を出力する。
電気信号は、前記水平走査周波数の２倍の周波数を有する前記補助走査装置のた
めの駆動信号を生じさせるように濾過及び増幅される。

【００１３】一実施例において、ずれを生じた重量又は他の非対称の特徴は、前記走査装置
が前記主要の走査軸とは異なる軸に沿って又はその周りに共振するように加えら
れる。付加的な共振が主要な共振周波数の多重積分（ｉｎｔｅｇｒａｌｍｕｌ
ｔｉｐｌｅ）である場合、結果として生じた走査パターンは直線に追従しない。
例えば、生じた走査パターンは、軸外運動が水平の掃引動作の間垂直走査運動を
相殺する場合、蝶ネクタイ（ｂｏｗｔｉｅ）状パターンである。

【００１４】発明の詳細な説明図６に示すように、本発明の一実施例を示す走査ビーム表示装置７０は、見る
人の眼７２による像認識のために配置されている。表示装置７０は４つの主要な
部分を含み、以下に、各部分についてさらに詳しく説明する。最初に、制御電子
装置７４は、コンピュータ、テレビジョン受信装置、ビデオカセットプレーヤ又
は同様の装置のような像源７６からの像信号Ｖ_ＩＭに応じて表示装置７０の動作
を制御する電気信号を供給する。

【００１５】表示装置７０の第２の部分は、像信号Ｖ_ＩＭの情報に対応する変調を有する変
調光ビーム８０を出力する光源７８である。光源７８は、レーザダイオード又は
マイクロレーザのようなコヒーレント光発光装置を用いたものであってもよいし
、発光ダイオードのような非コヒーレント光発光源を用いたものであってもよい
。光源７８は、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という。）のような直接に変調
された光を発する装置であってもよいし、音響光学変調装置のような外部変調装
置によって間接的に変調された光を連続的に発する装置を含む装置であってもよ
い。

【００１６】表示装置７０の第３の部分は、光源７８の変調ビーム８０をラスターパターン
のような２次元走査パターンで走査する走査組立体８２である。走査組立体につ
いて、以下に、図８から図１２を参照してさらに詳しく説明する。

【００１７】結像光学装置８４は表示装置７０の第４の部分をなす。図６に実施例として示
す結像光学装置８４は、眼７２による像認識のために走査ビーム８０を適切に形
成すると共に該ビームの焦点合わせを行う、部分的に伝達可能な曲面状の１対の
ミラー８６及び８８を含む。走査ビーム８０は、瞳孔９０を経て眼７２に入射し
、網膜９２に至る。走査変調光が網膜９２に至ると、見る人はその光を像として
認識する。ミラー８６、８８は、見る人の眼７２に結合入力を生じさせるように
、走査組立体８２からの光と背景８９から受けた光とを結合する。ここでは背景
８９を「実際の世界（ｒｅａｌ−ｗｏｒｌｄ）」の背景として示したが、該背景
の光を遮るようにし、又は背景の光を同じタイプ若しくは異なるタイプの別の光
源によって生じさせるようにしてもよい。

【００１８】各エレメントをここでは模式的に示したが、図７に示すように、頭部装着型の
表示装置７０としてヘルメット又は同様のフレームに取り付けられるように、装
置構成部分が典型的な大きさと形状とを有することは、この技術分野の当業者で
あれば容易に理解できる。この実施例において、表示装置７０の第１の部分１７
１は頭部支持のフレーム１７４に取り付けられ、第２の部分１７６は分離されて
例えば腰用ベルトで携帯される。部分１７４、１７６は、第２の部分から第１の
部分に光学的及び電子的な信号を伝達する光ファイバー及び電子的接続線１７８
によって接続されている。ファイバー結合型の走査表示装置の例として、ファー
ネス（Ｆｕｒｎｅｓｓ）らによる米国特許第５，５９６，３３９号明細書「光フ
ァイバー点光源を用いる仮想網膜表示装置（ＶＩＲＴＵＡＬＲＥＴＩＮＡＬ
ＤＩＳＰＬＡＹＷＩＴＨＦＩＢＥＲＯＰＴＩＣＰＯＩＮＴＳＯＵＲＣ
Ｅ）」に示された装置があり、この特許文献を参考文献とて本願に組み入れる。

【００１９】次に、図８を参照して、走査組立体８２を説明する。走査組立体８２は、図３
に示す走査源４２に対応する複数の装置構成部分を含み、走査組立体８２及び走
査源４２に共通する装置構成部分に同じ番号を付している。しかし、走査源４２
と違って、走査組立体８２は、垂直軸線に沿って光ビーム８０を走査すべく枢動
することができる可動の補正ミラー１００を含む。以下に説明をするように、補
正ミラー１００は、水平走査装置５６の（前方又は後方への）各掃引動作の間、
垂直軸線に沿った連続的な調整変位（ｃｏｒｒｅｃｔｉｖｅｓｈｉｆｔ）を生
じさせる。調整変位は、図５に点線で示す所望のパターンからの走査パターンの
全偏差を低減するように、垂直走査装置５８によって生じたビーム８０の垂直運
動を相殺する。

【００２０】補正ミラー１００の効果及び種々の信号の相対的タイミングを説明する前に、
水平走査装置５６及び垂直走査装置５８として用いるのに好適な機械式共振型走
査装置２００、２２０の実施例を図９を参照して説明する。

【００２１】共振型走査装置２００の主要な走査装置構成部分は、バネ板２０４に取り付け
られた可動ミラー２０２である。ミラー２０２及びバネ板２０４の寸法並びにバ
ネ板２０４の材料特性は、選択された共振型周波数が適用装置に依存する場合に
おいて、ミラー２０２及びバネ板２０４が１〜１００ｋＨｚの範囲の固有振動（
共振）周波数で高Ｑを有するように選択される。６０Ｈｚの再生速度及び非イン
ターレスで出力されるＶＧＡ品質のため、共振周波数は、好ましくは、ほぼ１５
〜２０ｋＨｚである。

【００２２】ミラー２０２に取り付けられた強磁性材料は、運動力をミラー２０２に与える
ように１対の電磁石コイル２０６、２０８によって駆動され、これによって、振
動を開始及び維持する。強磁性材料は、好ましくは、バネ板２０４及びミラー２
０２の本体に必須である。駆動電子装置２１８は、前記したように、コイル２０
６、２０８を動作させるための電気信号を供給する。電気信号に応じて、コイル
２０６、２０８は強磁性材料に力を及ぼす周期的な電磁場を発生し、これによっ
て、ミラー２０２の振動が生じる。電気信号の周波数及び位相がミラー２０２の
運動と正確に同期されたとき、ミラー２０２は該ミラーの共振周波数で低消費電
力で振動する。

【００２３】垂直走査装置２２０は、共振型走査装置２００と極めて類似して構成されてい
る。共振型走査装置２０１と同様に、垂直走査装置２２０は、駆動電子装置２１
８からの電気信号に応じて１対のコイル２２４、２２６によって駆動されるミラ
ー２２２を含む。しかし、垂直走査のための振動速度は非常に低いので、垂直走
査装置２２０は典型的には共振型ではない。ミラー２２２は、水平走査装置２０
１からの光を受け、約３０〜１００Ｈｚで垂直偏位を発生する。好都合に、この
低周波数はミラー２２２をミラー２０２より非常に大きなものにすることを可能
にし、これによって、垂直走査装置２２０の配置に関する制約を低減する。仮想
網膜表示装置及び機械式共振型走査の詳細は、ファーネス３世（Ｆｕｒｎｅｓｓ
ＩＩＩ）らによる米国特許第５，４６７，１０４号明細書「仮想網膜表示（Ｖ
ＩＲＴＵＡＬＲＥＴＩＮＡＬＤＩＳＰＬＡＹ）」に非常に詳しく示されてお
り、この特許文献を参考文献として本願に組み入れる。

【００２４】光ビームを一般的なラスターパターンで走査する種々の他の構造は、この技術
分野の当業者であれば理解できる。例えば、２方向の小型電気機械式（以下「Ｍ
ＥＭ」という。）走査装置は主要な走査を提供する。このような走査装置は、ノ
イカーマンス（Ｎｅｕｋｅｒｍａｎｎｓ）らによる米国特許第５，６２９，７９
０号明細書「小型機械化ねじれ走査装置（ＭＩＣＲＯＭＡＣＨＩＮＥＤＴＯＲ
ＳＩＯＮＡＬＳＣＡＮＮＥＲ）」に示されており、この特許文献を参考文献と
して本願に組み入れる。前記した走査装置と同様に、ＭＥＭ走査装置の水平成分
は、図１６を参照して以下に非常に詳しく説明する構造上の機械的共振によって
典型的に規定される。図３を参照して説明した２つの走査装置と同様に、２軸走
査装置は、典型的に、速い走査軸に沿った掃引動作の間における遅い走査軸に沿
った運動に起因する小さなラスター細りの問題を有する。

【００２５】光源７８は、駆動電子装置２１８からの像信号に従って変調された光のビーム
を出力する。同時に、駆動電子装置２１８は、ミラー２０２、２２２を振動させ
るべくコイル２０６、２０８、２２４、２２６を動作させる。変調された光ビー
ムは、振動する水平ミラー２０２に達し、ミラー２０２に瞬間角度に対応する角
度だけ水平方向に偏向される。偏向された光は、垂直ミラー２２２に達し、垂直
ミラー２２２の瞬間角度に対応する垂直角度で偏向される。以下に説明するよう
に、光学ビームの変調は、ミラーの各位置でビームの色及び強度が所望の仮想の
像に対応するように水平走査及び垂直走査と同期される。したがって、ビームは
、ユーザーの網膜に直接に仮想の像を「描く」。

【００２６】説明をわかりやすくするために走査装置２００のいくつかの装置構成部分を図
９では省略していることは、この技術分野の当業者であれば理解できる。例えば
、水平及び垂直の走査装置２０１及び２２０は典型的にはフレームの固定された
相対的位置に取り付けられている。さらに、走査装置２００は、典型的には、走
査の角度範囲を増大させるために複数回各ミラーにビームが当たるように、ビー
ムの方向を変える１以上の方向転換ミラーを含む。

【００２７】図８を参照して、補正ミラー１００を含む装置の動作について説明する。以下
の説明をわかりやすくするために、ミラー１００、５６、５８の「ゼロ」位置（
例えば、ミラーが中心に置かれる位置）でビーム８０は平面６６の中心に置かれ
ると仮定する。ゼロ位置が、以下に説明する角度及び経路の簡単な調節でほとん
どの場合において任意に選択することができることは、この技術分野の当業者で
あれば容易に理解できる。

【００２８】光線軌跡からわかるように、平面６６のビーム８０の位置は、方向転換ミラー
１００、水平走査装置５６及び垂直走査装置５８からの角度偏向の関数である。
したがって、いかなる時点においても、ビーム８０の実際のベクトルの角度はベ
クトルの加算によって決まる。多くの場合において、走査パターンの所望の垂直
部分は図１０の点線で示すように「階段状ステップ」走査パターンである。

【００２９】方向転換ミラー１００を使用することができないとき、光線によって描かれた
パターンは図３から図５を参照して説明したパターンと同様である。図１０に示
すように、実線で示されたパターンの実際の垂直走査部分は、所望の階段状ステ
ップパターンというよりはむしろほぼ傾斜状である。

【００３０】階段状ステップパターンを提供するための１つの方法は、階段状ステップ電圧
で垂直走査装置５８を駆動することである。しかし、垂直ミラーが物理的装置で
あると共に階段状ステップが不連続運動を含むので、垂直ミラーは駆動信号に正
確には追従しない。代わりに、垂直ミラーは階段状ステップパターンに追従しよ
うとするので、垂直ミラーは、主として、垂直ミラーの大きさ及び重量、ミラー
支持構造の材料特性、駆動信号のピーク電圧及び電流、及び駆動回路の電気的特
性によって規定された最大速度で運動する。典型的な垂直走査ミラーの大きさ、
形状、走査角度及び駆動電圧のため、垂直走査装置５８は、１００〜３０００Ｈ
ｚの範囲の周波数に制限される。所望の走査パターンは、この範囲をはるかに超
える周波数成分を有する。したがって、階段状ステップ駆動信号で垂直走査装置
５８を駆動することは、所望のパターンから著しく逸脱する垂直走査パターンを
生じさせる。

【００３１】この問題を低減するために、図８に示す実施例においては、垂直走査関数は、
２つの部分に分けられている。したがって、全体の垂直走査は、約６０Ｈｚにお
ける大きな振幅傾斜関数と、水平速度（例えば、約３０ｋＨｚである。）の２倍
の小さな振幅補正関数との合成である。６０Ｈｚの周波数が典型的な走査ミラー
の応答周波数より十分に低いので、垂直走査装置５８は大きな振幅傾斜関数を容
易に発生することができる。補正ミラー１００は非常に高い周波数で動作するが
、補正ミラーの全角度振幅は非常に小さい。

【００３２】図１０に示す信号のタイミング図からわかるように、水平走査装置が視野の一
端から反対の端部に走査する時間（例えば、図１１に示す時刻ｔ_１からｔ_２まで
の間）、補正ミラー１００はそのほぼ最大負角から最大正角に移動する。図５に
示すように、全補正角は、単一の水平走査の間、垂直走査ミラーの下方への移動
の量によって規定される。補正角度は、表示装置の種々の形状に合わせて変わる
が、補正角度は容易に計算することができる。

【００３３】例えば、１２８０の垂直方向の列と１０度の全機械的垂直走査角度とを有する
表示装置のために、各列のための角度走査範囲は、約０．００８度（１０／１２
８０＝０．００７８１２５）である。約±０．０００３９度の補正ミラー１００
によって提供される誤差補正を水平走査装置が走査する間、垂直走査装置はこの
全距離を移動すると仮定する。したがって、角度補正はほぼθ／Ｎであり、ここ
で、θは垂直走査角度、Ｎは水平方向の列の数である。この数は、いくつかの実
施例において変更されてもよい。例えば、水平走査装置が共振型水平走査装置で
ある場合には補正角度はわずかに異なってもよい。なぜなら、走査が視野領域の
端部に到着したとき停止して反対方向への移動を開始するために、水平走査装置
は走査時間の同じ部分を用いるからである。

【００３４】図５及び図１０に示すタイミング図からわかるように、補正ミラー１００は、
水平走査装置５６の周波数の２倍の周波数で１列の幅の約半分の幅だけビームを
垂直方向に直進させる。典型的なＳＶＧＡ画像品質の表示装置のために、水平走
査装置５６は約１５ｋＨｚで共振する。したがって、典型的な表示のために、補
正走査装置１００は約３０ｋＨｚで１度の約半分だけ枢動する。表示装置の解像
度が増加したとき水平走査装置５６の走査速度が増加することは、この技術分野
の当業者であれば容易に理解できる。補正ミラー１００の走査速度はそれに応じ
て増加するが、枢動角度は減少する。例えば、２５６０の列と１０度の全走査と
を有する表示装置のために、補正ミラー１００の走査速度は約０．００２度の枢
動角度で約６０ｋＨｚである。

【００３５】図１２は、いくつかの実施例において補正ミラー１００のために好適な圧電性
走査装置１１０を示す。走査装置１１０は、間隔をおいて配置された１対の圧電
アクチュエータ１１４、１１６を支持するプラットホーム１１２を用いて形成さ
れている。補正ミラー１００は、アクチュエータ１１４とアクチュエータ１１６
との間に伸びる、金属被覆がされた実質的に平面のシリコン基板である。圧電ア
クチュエータ１１４、１１６の両側は、導電的に被覆がされており、アクチュエ
ータ１１４、１１６のそれぞれを横切る電圧が逆になるように駆動増幅装置１２
０に結合されている。圧電材料は電界の存在で形状が変化する。したがって、駆
動増幅装置１２０が電圧を出力したとき、アクチュエータ１１４、１１６は、補
正ミラー１００に反対方向に力を及ぼし、これによって、補正ミラー１００を枢
動させる。圧電アクチュエータ１１４、１１６を単一の組の電極と単一の層の圧
電材料とを有するものとして示したが、アクチュエータ１１４、１１６が典型的
には複数の層から形成されていることは、この技術分野の当業者であれば容易に
理解できる。そのような構造は、相対的に大きな変形を生じさせるように、商業
的に入手可能な圧電装置において用いられる。

【００３６】信号発生回路１２２は、水平走査装置５６の被検知位置に応じて駆動増幅装置
１２０のための駆動信号を発生する。回路１２２への主要な入力は、水平走査装
置５６に接続された感知装置からの感知信号である。感知信号は、種々の方法で
得ることができる。例えば、ノイカーマンス（Ｎｅｕｋｅｒｍａｎｎｓ）らによ
る米国特許第５，６４８，６１８号明細書「積分ねじれ感知装置を有するマイク
ロ加工ヒンジ（ＭＩＣＲＯＭＡＣＨＩＮＥＤＨＩＮＧＥＨＡＶＩＮＧＡＮ
ＩＮＴＥＧＲＡＬＴＯＲＳＩＯＮＡＬＳＥＮＳＯＲ）」に示されており、
この特許文献を参考文献として本願に組み入れているように、ＭＥＭ走査装置の
ねじれ運動は、走査ミラーの位置に対応する電気的出力を生じさせることができ
る。代わりに、ミラーの位置は圧電式感知装置を走査装置に取り付けることによ
って得るようにしてもよく、このことは、メルビル（Ｍｅｌｖｉｌｌｅ）による
米国特許第５，６９４，２３７号明細書「機械式共振型走査装置用ミラーの位置
検知（ＰＯＳＩＴＩＯＮＤＥＴＥＣＴＩＯＮＯＦＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ
ＲＥＳＯＮＡＮＴＳＣＡＮＮＥＲＭＩＲＲＯＲ）」に示されており、この特
許文献を参考文献として本願に組み入れている。他の代替の方法において、ビー
ムの位置は、水平又は垂直のミラーの位置を光学的又は電気的に計測管理をする
ことによって又はミラー駆動コイルに誘起された電流の計測管理をすることによ
って決められる。

【００３７】感知信号が水平走査装置５６が視野の端部にあることを示す場合、回路１２２
は、水平走査装置が視野の中心に到着したとき最大負位置で開始する共に零交叉
点に到着するランプ信号を発生する。その後、ランプ信号は、水平走査が視野の
反対端部に到着したとき、その最大値に達する。ランプ信号は、水平走査が停止
に向けて減速すると共に戻り掃引動作を開始したとき、前記時間間隔の間にその
最大負位置に戻る。回路１２２は感知信号をランプ信号のための基礎クロック信
号として用いることができるので、ランプ信号のタイミングは本質的に走査の水
平位置に同期される。しかし、いくつかの実施例のために、感知信号に関係する
ランプ信号の制御された位相シフトが性能を最適化するものであることは、この
技術分野の当業者であれば容易に理解できる。図１６を参照して以下に説明する
ように、補正ミラーが共振的に走査された場合、感知信号を周波数倍加、増幅及
び位相シフトすることによって簡単に得られる正弦波信号によってランプ信号を
置き換えることができることは、この技術分野の当業者であれば容易に理解でき
る。

【００３８】ビームが水平走査の間、垂直軸線に沿って静止したままの状態を続けるように
、補正ミラー１００によって誘起されたビームの垂直運動は、垂直走査装置５８
によって生じたビームの運動を相殺する。水平走査が視野の範囲外にある時間の
間、ビームは、補正ミラー１００に応答して、次の水平走査の公称位置に向けて
垂直に移動する。

【００３９】前記した説明からわかるように、圧電駆動された補正ミラー１００の付加は、
ランプ型の運動を用いて、著しいラスター細りを低減することができる。しかし
、いくつかの応用において、ランプ型運動を用いることは望ましくない。補正ミ
ラー１００のために用いることができる走査装置１３０の１つの例を、図１３（
Ａ）及び図１３（Ｂ）に示す。

【００４０】走査装置１３０は共振型の小型電気機械式（以下「ＭＥＭ」という。）走査装
置であり、該走査装置は、走査装置１３０が単軸型であるという理由により処理
が単純化されていること以外は、ノイカーマンス（Ｎｅｕｋｅｒｍａｎｓ）の‘
７９０特許に示された装置と同様に製造される。代わりに、走査装置１３０は図
９に示す水平走査装置５４に非常に類似した機械式共振型走査装置とすることが
できるが、このような走査装置において、基板及びミラーの大きさ及び材料特性
は、水平走査装置２００の共振周波数の２倍の約３０ｋＨｚで共振を生じるよう
に選択されることが好ましい。さらに、材料及び取付けは、好ましくは、走査装
置１３０が水平走査装置５６のＱより非常に低いＱを有するように選択される。
この低いＱは走査装置１３０がより広範囲の周波数にわたって動作することを可
能にするので、走査装置１３０は水平走査周波数の多重積分に調整することがで
きる。

【００４１】共振型走査装置１３０を利用すれば、走査装置１３０を駆動するための電気的
な装置構成部分の複雑さが低減する。しかし、走査装置１３０は共振型なので、
該走査装置は前記したランプ型運動よりはむしろ折れ曲がり状運動を有する傾向
がある。しかし、折れ曲がり状運動の周波数、位相及び振幅が適切に選択される
ならば、補正ミラー１００は、細りエラーを著しく低減することができる。例え
ば、図１４は、視野の水平領域が総体的な水平走査角度の９０パーセントを包含
する場合の補正ミラーの折れ曲がり状運動を用いた、ラスター信号の補正を示す
。視野が総体的な水平走査角度のより小さな割合であれば、ビームの位置の誤差
をさらに低減することができることは、この技術分野の当業者であれば容易に理
解できる。さらに、走査誤差をさらに低減することでさえも第２の補正ミラーを
ビーム経路に加えることによって実現することができるが、これは、改良対費用
の制限に起因して一般的に望ましくないことではある。誤差を低減するための他
の方法は、走査パターンが折れ曲がり状走査から三角形状波形により近く変わる
ように、１以上のより高位の高調波を走査駆動信号に加えることである。

【００４２】誤差が低減された走査装置１４０の他の代替例を図１５に示しており、走査補
正は、垂直成分を水平ミラー１４１に加えることによって実現される。この実施
例において、水平走査装置１４０は、走査ミラーを枢動させるための静電的な駆
動を有するＭＥＭ走査装置である。水平走査装置１４０は、小さな質量部１４５
が形成される多数の位置１４３を含む。質量部１４５は、フォトリソグラフィの
ような従来の方法で形成される蒸着金属又は他の材料であってもよい。質量部１
４３はミラー１４１の中心線１４７の周りに非対称に配置されている。質量部１
４５は、その主要な軸線に直交する軸線の周りに枢動することによって、補正を
垂直軸線に沿って走査するための成分を提供する。図１６からわかるように、垂
直走査周波数は水平走査周波数の２倍の周波数であり、これによって、リサージ
ュ又は棒ネクタイ状の全走査パターンを生じさせる。質量部１４５は、垂直成分
の共振周波数を調整させるために積極的に変更してもよい（例えば、レーザーア
ブレーション（ｌａｓｅｒａｂｌａｔｉｏｎ））。この実施例は付加的なミラ
ーなしで補正を可能にするが、一般には振動の共振周波数と水平走査装置とを調
和させることを必要とする。

【００４３】図１７に示すように、本発明に係る走査装置１５０の他の実施例においては、
補正走査装置１５４と共に、主要な走査装置構成部分として二軸走査装置１５２
を用いる。二軸走査装置１５２は、互いに直交する２つの軸線の周りに振動する
単一のミラー装置である。このような走査装置の設計、製造及び動作は、例えば
、ノイカーマンス（Ｎｅｕｋｅｒｍａｎｓ）の‘７９０特許や、キアング（Ｋｉ
ａｎｇ）ら著の「光学走査のための小型機械化小型走査装置（ＭＩＣＲＯＭＡＣ
ＨＩＮＥＤＭＩＣＲＯＳＣＡＮＮＥＲＳＦＯＲＯＰＴＩＣＡＬＳＣＡＮ
ＮＩＮＧ）」（小型光学系び小型機械系を有する小型装置に関するＳＰＩＥ論文
発表記録（ＳＰＩＥＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｎＭｉｎｉａｔｕｒｉｚｅ
ｄＳｙｓｔｅｍｓｗｉｔｈＭｉｃｒｏ−ＯｐｔｉｃｓａｎｄＭｉｃｒ
ｏｍａｃｈｉｎｅｓ）第３００８巻第ＩＩ号第８２〜９０頁）の論文に示されて
おり、この文献を参考文献として本願に組み入れる。

【００４４】補正走査装置１５４は、好ましくは、ＭＥＭ走査装置である。圧電式走査装置
のような他の型の走査装置もまた本発明の範囲にあるものならばよい。前記した
ように、補正走査装置１５４は、走査誤差のかなりの部分を除去するために折れ
曲がり状に走査することができる。または、補正ミラーは、より正確な誤差補正
のためにランプパターンを走査する。

【００４５】光源７８からの光は、補正ミラー１５４に当たり、前記したような補正角度で
偏向される。光は、その後、二軸走査装置１５２に達し、図３から図５を参照し
て前記したように、ラスターパターンに近づくように水平及び垂直の方向に走査
される。前記したように、全パターンは、ラスターパターンにさらに近似するよ
うに近づく。

【００４６】本発明に係る表示装置の他の実施例を図１８に示し、この実施例においては、
入力ビームを光学系５００の入力に対して相対的に横方向に物理的に変えること
によって補正ミラー１００を省略している。図１８に示す実施例において、フレ
ーム５０４と入力ファイバ５０６との間に配置された圧電駆動部５０２は、水平
走査周波数の２倍の周波数で駆動電圧を受ける。駆動電圧に応答して、圧電駆動
部５０２は変形する。ファイバ５０６が圧電駆動部５０２に接着されているので
、圧電駆動部５０２の変形は、矢印５０８と点線で示したファイバ５１０とで示
すようなファイバ５０６の対応するシフトを生じさせる。光学系５００の特性に
依存して、圧電駆動部５０２がファイバ５０６の横方向へのずれ又はファイバ５
０６の出力の角度変化を生じさせることは、この技術分野の当業者であれば容易
に理解できる。光学系５００は、その後、前記した実施例の場合と同様に、ファ
イバの出力の運動を、感知された画素位置の運動に変換する。図１８に示す実施
例においてはファイバを変換することを用いているが、本発明はそれに限定され
ない。例えば、いくつかの応用においては、ＬＥＤ又はレーザダイオードのよう
な他の発光源の変換を組み入れる。

【００４７】図１８に示す実施例は入力ファイバの位置又は角度を変えることによって入力
ビームを変えるが、入力ビームを変える他の方法は本発明の範囲内であればよい
。例えば、図１９に示すように、電気光学式水晶３００は入力ビーム８３を電気
信号に応じて変える。この実施例において、ビーム８３は、台形状に形作られた
電気光学式水晶３００の第１の面３０２に入射し、該面に係る屈折作用が伝播の
方向の変化を生じさせる。ビーム８３が第２の面３０４を経て出たとき、屈折は
伝播の方向の第２の変化を生じさせる。各面で、伝播の方向の変化量は、空気と
水晶３００との間の屈折率の相違に依存する。電気光学式水晶の屈折率は、水晶
を経る電界に依存する。１対の電極３０６を経て水晶３００を横切って印加され
た電圧は水晶の屈折率を制御する。したがって、印加された電圧は、ビーム８３
が破線８３Ａで示すように水晶３００に入射し及び出たとき、ビーム８３の角度
変化を制御する。変化量は印加電圧に対応する。したがって、変化量は、電極３
０６に印加された電圧を制御することによって制御される。したがって、水晶３
００は、ラスター細りを相殺することができる電圧制御されたビーム変化を提供
する。

【００４８】ここに説明する実施例は表示装置であるが、他の装置又は方法は本発明の範囲
内であればよい。例えば、図２０に示すように、撮像装置（ｉｍａｇｅｒ）６０
０は、二軸走査装置６０２及び補正走査装置６０４を含み、図１７に示す走査装
置１５２、１５４に非常に類似している。撮像装置６００は、デジタルカメラ、
バーコードリーダー又は他の画像収集装置の入力エレメントである像取込装置で
ある。撮像装置６００が光を効率よく集めることができるように、撮像装置６０
０の外側の目標物６０８からの光を収集して補正走査装置６０４に伝送する収集
光学装置６０６を含む。収集光学装置６０６は、特定の応用に適するような焦点
深度、焦点距離、視野領域及び他の光学的特性を有するように構成されている。
例えば、撮像装置６００が二次元図記号読取装置（ｔｗｏｄｉｍｅｎｓｉｏｎ
ａｌｓｙｍｂｏｌｏｇｙｒｅａｄｅｒ）である場合、収集光学装置は赤色光
又は赤外光のために最適化され、焦点距離は１０〜５０ｃｍの範囲にある。

【００４９】補正走査装置６０４は、表示装置の実施例のために前記したように、収集され
た光が二軸走査装置６０２に到着する前に該光が補正成分を有するように、収集
光学装置６０６から受けた光を向け直す。二軸走査装置は、ある角度範囲から収
集光学装置に到着する光を集めるために、及び集めた光を、固定された光検知装
置６１０に向け直すために、実質的にラスターパターンで走査する。したがって
、二軸走査装置６０２の運動は、目標物６０８の像連続点として光検知装置６１
０上に変換される。光検知装置６１０は、走査装置６０２からの光エネルギーを
、デコード用電子装置６１２で受ける電気信号に変換する。撮像装置６００が図
記号読取装置である場合、デコード用電子装置６１２は、図記号をデコード及び
記憶する回路を含む。撮像装置がカメラの部分である場合、デコード用電子装置
６１２は、デジタルからアナログへの変換装置、記憶装置、及び、走査された目
標物６０８のデジタル形式を記憶するために関係づけられた電子装置を含む。

【００５０】図２０に示す撮像装置６００の他の特徴は、目標物を照明するための光を提供
する照明源６１４である。照明源６１４は、応用に依存して、多くの型の１つで
あってもよい。例えば、撮像装置６００が図記号読取装置である場合、照明源６
１４は、光のビームをビームスプリッター６１６に入射させる赤外又は赤色の発
光装置であってもよい。ビームスプリッター６１６は、照明光が補正走査装置６
０４に向け直される場合、二軸走査装置６０２に照明光ビームを向ける。照明光
が目標物６０８からの光の経路と同じ直線上にあるので、照明光は、光検知装置
６１０によって像化された同じ位置の目標物６０８に達する。照明光は、目標物
６０８の反射性に対応するパターンで目標物６０８によって反射される。反射さ
れた照明光は、光検知装置６１０を通り、目標物６０８を像化するために光検知
装置６１０によって用いられる光として供給される。

【００５１】図２０に示す撮像装置６００の１つの応用において、照明源６１４は、赤色レ
ーザダイオード又は可視波長の発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という。）のよ
うな、視認可能かつ直接的に変調可能な光源である。したがって、図２１に示す
ように、照明源６１４は、ユーザーのために視認可能な像を発生することができ
る。図２１に示す典型的な実施例において、撮像装置は、目標物６０８の図記号
に含まれた情報を確認するために、図記号走査装置として動作する。デコード用
電子装置６１２が、図記号で表現された情報を確認すると、デコード用電子装置
６１２は項目価値及び同一性のような視認可能の所望の像を確認する。デコード
用電子装置６１２は、所望の像に従って発せられた光の強度を変調するために照
明源６１４の駆動電流を変調する。ユーザーが撮像装置６００をスクリーン６１
６の方へ向けたとき、照明光は前記したようにスクリーン６１６上に走査される
。照明光が所望の像に従って変調されるので、スクリーン６１６からの反射光は
所望の像に従って部分的に変調されている。したがって、撮像装置６００は、像
データを取り込むことに加えて像プロジェクタとして動作する。

【００５２】ラスター細りを補償することに加えて、図２２に示す走査装置の一実施例は、
また、共振型又は他の非線型走査装置の非線型性の効果を処理する。図２３に点
線で示すように、着信データのタイミングは線型走査速度であることを前提とす
る。すなわち、等間隔に連続して配置された列位置のために、データは一定間隔
で到着する。しかし、共振型走査装置は、実線で示すように、折れ曲がり状に変
化する走査速度を有する。時刻ｔ_０で始まる列の開始のために（注目すべきは、
折れ曲がり状走査のための実際の走査開始は、図１４を参照して前記したように
わずかに遅延傾向にある）、折れ曲がり状走査は最初は線型走査を遅らせる。し
たがって、位置Ｐ_１のための像データが時刻ｔ_１Ａで到着したとき、折れ曲がり
状走査は画素を位置Ｐ_２に配置する。

【００５３】画素を正確に配置するために、図２２に示す装置は、図２２及び２４を参照し
て説明するように、時刻ｔ_１Ｂまで像データを遅延させる。到着する像データＶ _ＩＭは像データ信号の水平同期成分に応じて計数回路２２０２によって列又はフ
レーム用のバッファー２２００に時間記録がされる。計数回路２２０２は、従来
様式の回路であり、データをバッファー２２００に時間記録をするための等間隔
で配置されたパルスを有する入力クロック信号を供給する。

【００５４】帰還回路２２０４は、バッファー２２００からの出力のタイミングを制御する
。帰還回路２２０４は、走査組立体８２からの折れ曲がり状又は他の感知信号を
受け、高速の計数装置２２０６で感知信号の周期を分ける。論理回路２２０８は
計数装置の出力に応じて出力クロック信号を発生する。

【００５５】しかし、入力クロック信号と違って、出力クロック信号のパルスは等間隔には
配置されていない。代わりに、パルスタイミングは、図２３に示す線型信号のタ
イミングと折れ曲がり状信号とを比較することによって分析的に決められる。例
えば、位置Ｐ_１に配置された画素のために、論理回路２２０８は、線型走査速度
のための場合のような時刻ｔ_１Ａとは異なる時刻ｔ_１Ｂで出力パルスを供給する
。

【００５６】論理回路２２０８は、メモリ２２１０におけるルークアップテーブルをアクセ
スすることによって、画素位置に対応する計数を確認する。ルークアップテーブ
ルのデータは、走査装置周期を多くのカウントに分割し、適切な画素位置に対応
するカウントを確認することによって規定される。図２４は、３５画素列のため
のこの査定を図表的に示す。この例が、説明をわかりやすくするために単純化さ
れていることは、この技術分野の当業者であれば理解できる。典型的な列は、数
百又は数千の画素を含む。見てわかるように、この画素は、視野の端部近くに望
ましくなく間隔配置がされ、視野の中心でさらに望ましくなく間隔配置がされて
いる。したがって、像は、視野の端部近くで圧縮され、中心で拡大され、歪んだ
像を形成する。

【００５７】上方の列によって示すように、画素位置は、時間において等間隔に配置された
画素カウントのために非線型的に変わる。したがって、下方の列によって示す各
画素の所望の位置は、非線型的に間隔配置されたカウントに実際に対応する。例
えば、上方及び下方の列における第１の画素は、ゼロカウントで到着し、ゼロカ
ウント位置に配置される。第２の画素は、１００カウントで到着するが、５４０
カウント位置に配置される。同様に、第３の画素は、カウント２００で到着し、
カウント７２０で出力される。図が実際の計算及びタイミングの単なる代表であ
ることは、この技術分野の当業者であれば理解できる。例えば、ある出力カウン
トはそれに対応する入力カウントより高く、あるカウントは低い。もちろん、画
素は、その対応するデータが到着する前に、実際に出力されることはない。この
条件付けを処理するために、図２２に示す装置は、同期メモリ装置と同様に、デ
ータの出力の潜在性（ｌａｔｅｎｃｙ）を実際に課する。図２４に示す実施例の
ために、単列潜在性（３４００カウント潜在性）が十分である。このような潜在
性によって、第１の出力画素はカウント３４００で生じ、第２の出力画素は３９
４０で生じる。

【００５８】図２５は、画素を適切な位置に配置するための代替の方法を示す。この実施例
は、出力データのクロック制御をするための計数装置とは異なるパターン発生装
置からの補正されたクロックを発生する。同期信号除去装置２５００は、到着像
信号Ｖ_ＩＭからの水平同期信号を除去する。同期信号に応答して、位相固定ルー
プ２５０２は、同期信号に固定された一連のクロックパルスを発生する。クロッ
クパルスによって駆動されたＡ／Ｄコンバータ２５０４は、標本抽出された入力
データを発生するために像信号のビデオ部分を標本抽出する。標本速度は、装置
の要求された解像度に依存する。好ましい実施例において、標本速度はほぼ４０
ＭＨｚである。プログラム制御可能なゲートアレイ２５０６は、バッファー２５
０８に記憶された一組の像データを発生するために、Ａ／Ｄコンバータ２５０４
からのデータを条件づける。各水平同期信号のために、バッファーが１行の像デ
ータを受けることは、この技術分野の当業者であれば理解できる。１４８０×１
０２４画素表示装置のために、装置は、ビデオ信号の単一周期の間、１４８０組
の像データを標本しかつ記憶する。

【００５９】各行のデータがバッファー２５０８に記憶されると、バッファーは、該データ
を、補正されたデータを有するガンマ補正メモリ２５１０を含むＲＡＭＤＡＣ２
５０９に出力するべく、時間記録がされる。ガンマ補正メモリ２５１０に入力さ
れたデータとしてバッファーデータを用いる代わりに、バッファーデータは、ガ
ンマ補正メモリ２５１０からの補正されたデータを検索するようにアドレス指定
されたデータを発生するために用いられる。例えば、選択された像に対応する一
組の像データのために、強度Ｉ_１は、ガンマ補正メモリ２５１０の対応する位置
に確認する。実際の像データを出力するよりはむしろ、ガンマ補正メモリ２５１
０は、ユーザーの眼の位置で適切な光強度を発生する一組の補正データを出力す
る。補正されたデータは、種々の装置構成部分の透過率、光源の強度に対する電
流応答、装置構成部分の回折及び開口効果、及び種々の他の装置の特性を含む全
走査装置を特徴づけることによって、分析的かつ実験的に決められる。

【００６０】ガンマ補正メモリ２５１０から出力された補正されたデータは、ガンマ補正ア
ナログ信号を発生するために、Ｄ／Ａコンバータ２５１２を駆動する。走査装置
駆動回路２５１４は、光源２５１６への入力信号を発生するように、補正された
アナログ信号を増幅及び処理する。これに応答して、光源２５１６は、ガンマ補
正メモリ２５１０からの補正されたデータに従って変調された光を出力する。変
調された光は、見るための走査及び変調された光を発生するために、走査装置２
５１８に入射する。

【００６１】バッファー２５０８、補正メモリ２５１０及びＤ／Ａコンバータ２５１２を駆
動するクロック信号は、クロック発生装置２５２２と、パターンメモリ２５２４
と、増加端部検知装置２５２６とを含む補正されたクロック回路２５２０から得
られる。クロック発生装置２５２２は、走査装置２５１８からの感知信号に固定
された位相固定ループ（以下「ＰＬＬ」という。）を含む。ＰＬＬは、感知信号
に固定された約８０ＭＨｚの高周波クロック信号を発生する。高周波クロック信
号は、パターンメモリ２５２４のアドレスからの連続的なデータを時間記録する
。

【００６２】増加端部検知装置２５２６は、パターンメモリ２５２４から検索されたデータ
の各変化０から１の変化に応じてパルスを出力する。その後、パルスは、バッフ
ァー出力、ガンマ補正メモリ２５１０及びＤ／Ａコンバータ２５１２を駆動する
クロック信号を形成する。

【００６３】端部検知装置２５２６から出力されたパルスのタイミングが、パターンメモリ
２５２４に記憶されたデータに依存すると共に走査装置２５１８の走査周波数ｆ _ＳＣＡＮに依存することは、この技術分野の当業者であれば理解できる。図２６
は概念の単純化された例を示す。図２６において、データ構造が単純化され、ま
た、アドレス指定及び他の回路構成が説明をわかりやすくするために省略されて
いることも、この技術分野の当業者であれば理解できる。

【００６４】この例において、走査周波数ｆ_ＳＣＡＮが２０ｋＨｚであると共にクロック発
生装置２５２２が走査周波数ｆ_ＳＣＡＮの４０００倍の周波数で１つのクロック
信号を出力するとき、パターンメモリ２５２４は８０ＭＨｚで時間記録がされる
。アドレス指定されたメモリ位置２５２４Ａにおける全ビットが０であるとき、
１６の変化の発生装置クロックのために生じる出力クロックの変化はない。位置
２５２４Ｂのデータ構造のために、単一の変化の出力クロックが、１６の変化の
発生装置クロックのために生じる。したがって、パルスの数及び相対的タイミン
グは、パターンメモリ２５２４の記憶されたデータによって制御される。他方、
発生装置クロックの周波数は走査周波数に依存する。走査周波数が変化したとき
、パルスのタイミングも変化する。

【００６５】図２５に示す例においては、折れ曲がり状速度変化補正に限定されない。クロ
ックパターンメモリ２５２４は、光学的歪み、第二次高調波及び電子装置又は発
光源の応答時間特異性のような他の多くの種類の非線型作用を処理するようにプ
ログラムすることができる。

【００６６】さらに、図２５に示す基礎的な構造は、図２７に示すように、ビット計数装置
２５３０、ルークアップテーブル２５３２及び垂直増加回路２５３４を加えるこ
とによって容易に変更することができる。計数装置２５３０は、２ビットの記憶
データを検索するように入力クロックの各パルスに応じてルークアップテーブル
にアドレス指定をする。検索されたデータは、垂直アドレスが増加、減少又はそ
のまま削除されたか否かを示す。アドレスが増加又は減少されたとき、増加回路
は、公称メモリ位置に記憶されるべきデータが公称位置より高い又は低い１つの
列である交互の位置に実際に記憶されるように、バッファー２５０８におけるア
ドレスを増加又は減少させる。

【００６７】そのようなデータ構造の図的表現を、図２８に単純化された例として示す。こ
の例において、第１の行（行列０）のデータのための第１の３つの組のデータビ
ットは第１のメモリ列に記憶され、第１の行のための次の３つの組のデータビッ
トは第２のメモリ列に記憶され、第１の行のための最後の３つの組のデータビッ
トは第３のメモリ列に記憶される。この例が、説明をわかりやすくするために非
常に単純化されていることは、この技術分野の当業者であれば理解できる。実際
の実行においては、さらに多くの組のデータを含む。

【００６８】結果として、１つの列のためのある部分のデータは新しい列に移動される。し
たがって、バッファー２５０８に生じたデータマップは図２８からわかるように
歪んでいる。しかし、データマップの歪みは、走査及び光学的歪みによって生じ
た像の垂直歪みを相殺するするように選択される。結果として、全装置歪みが低
減される。

【００６９】本発明を典型的な実施例によって説明したが、構造や方法における変更又は変
形を本発明の精神及び範囲を逸脱しない範囲においてすることができる。例えば
、種々の装置構成部分の配置を種々に変更することができる。配置の一例におい
て、補正走査装置は他の走査装置の前方又は後方のいずれかの光学経路に配置さ
れてもよい。また、多くの応用において射出瞳拡大装置を省略してもよい。その
ような例において、従来の眼追跡（ｅｙｅｔｒａｃｋｉｎｇ）を走査ビームの
眼への容易な結像のために加えてもよい。さらに、走査装置は、投写型表示装置
、光学的記録装置、及び種々の走査光ビーム応用装置のために用いることができ
る。さらに、プログラム制御遅延のような種々の他のタイミング制御機構は、図
２２から図２８を参照して説明した方法に代えて、走査装置の種々の速度を補償
するために用いてもよい。タイミング及び歪みを補正するための他の選択的な方
法において、メモリーマップは一定速度で安定して処理されるようにしてもよい
。そのような方法において、データはバッファー２５０８から一定速度で出力さ
れる。走査装置の非線型性を補償するために、各位置のためのデータは、検索さ
れた像データから取り出され、一定の増分で出力される。図２４を参照するに、
例えば、データは、時刻が画素時間に直接に対応しない時刻であっても時刻１５
００で出力される。補償のために、バッファー２５０８は、第１０番目及び１１
番目の位置にこの列のためにアドレス指定がされる。したがって、出力データは
第１０番目及び１１番目の位置からのデータの加重平均である。したがって、バ
ッファー２５０８は一定速度で時間記録がされ、画素は一定速度で出力される。
さらに、電気回路への慎重なアドレス指定を制御すること及び加重平均を実行す
ることによって、出力データは折れ曲がり状に補正される。したがって、本発明
は、従属項によって特定された事項を除き、限定されない。

【図面の簡単な説明】

【図１】見る人の眼に整列された表示装置を表す図。

【図２】（Ａ）は像源からの光と背景からの光との結合から生じた、ユーザーによって
受けられる結合像を示す。（Ｂ）は背景光が遮られたときの、図１の表示装置か
らユーザーに知覚される像を示す。

【図３】ビームの２方向走査及び人の眼への結像を示した、走査装置及びユーザーの眼
を示す図。

【図４】（Ａ）は図１の走査組立体の垂直走査装置の信号タイミングを示す図。（Ｂ）
は図１の走査組立体の水平走査装置を駆動するための駆動信号の信号タイミング
を示す図。

【図５】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す信号に応じて走査されたビームによって追従
された経路を示す信号位置を表す図。

【図６】本発明の一実施例に係る表示装置を表す図。

【図７】接続線を含む頭部装着型の走査装置を示す図。

【図８】図６の走査表示装置の補正ミラーを含む走査組立体を示す図。

【図９】図８の走査組立体における使用のために好適な水平走査装置及び垂直走査装置
を示す図。

【図１０】ランプ信号と垂直走査装置を駆動するための所望の信号とを比較する信号タイ
ミングを示す図。

【図１１】位置誤差と垂直走査位置のための補正とを示す信号タイミングを示す図。

【図１２】圧電式補正走査装置の側面図。

【図１３】（Ａ）は小型電気機械式（ＭＥＭ）補正走査装置の平面図。（Ｂ）は容量板と
該容量板の走査装置への整列とを示す、図１３（Ａ）のＭＥＭ補正走査装置の側
面図。

【図１４】全走査の９０％を経る正弦波状の駆動信号を用いて補正された走査位置を示す
図。

【図１５】垂直成分を水平ミラーに加えることによって走査補正が実現される場合の低減
された誤差の走査を示す代替例を示す図。

【図１６】図１５の走査装置によって偏向されたビームの走査経路を示す位置図。

【図１７】２軸小型電気機械式（ＭＥＭ）走査装置及びＭＥＭ補正走査装置を含む走査装
置を示す図。

【図１８】入力ファイバーの位置又は角度を変位させることによって入力ビームを変位さ
せる補正走査装置を示す図。

【図１９】電気信号に応じて入力ビームを変位させる電気光学水晶を含む補正走査装置を
示す図。

【図２０】目標物からの外部光を取り込む撮像装置を示す図。

【図２１】視認可能な像を映し出す、図２０に示す撮像装置の代替例を示す図。

【図２２】共振ミラーの非線型走査速度を補償する間データをメモリーマトリックスに記
憶するようにデータを処理する装置ブロック図。

【図２３】時間に対する折れ曲がり状の走査位置の線型走査の位置からの偏差を示す信号
タイミングを示す図。

【図２４】線型な組のカウントが折れ曲がり状走査のための位置を走査する図をどのよう
に描くかを示す図。

【図２５】共振ミラーの非線型走査速度を補償する間データをメモリーマトリックスから
検索するために出力クロックを発生することを示すブロック図。

【図２６】図２５に示すブロック図のクロック発生部分の詳しいブロック図。

【図２７】予歪を含む、図２５に示す装置の代替例のブロック図。

【図２８】垂直光学歪みを補償するために予歪がされたデータを示すデータ構造を表す図
。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者エスラム、バシアズィーアメリカ合衆国 98052 ワシントン州レッドモンドアヴォンデイルロードナンバーディ208 8653 Ｆターム(参考） 2H045 AB10 AB16 AB38 AB53 AB81 BA13 DA31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】見るために像を生じさせる方法であって、第１の位置から光を発するステップと、前記光を第１の周波数で第１の軸線に沿って共振的に走査するステップと、前記光を前記第１の軸線に沿って走査する間、前記光を第２の周波数で前記第
１の軸線とは異なる第２の軸線に沿って走査するステップと、前記光を前記第１の軸線に沿って走査する間、前記光を前記第１の周波数の多
重積分である第３の周波数で前記第２の軸線に沿って走査するステップと、前記光を前記第２の軸線に沿って共振的に走査するステップと同期して前記像
に対応するパターンの前記光を変調するステップとを含む、像発生方法。
【請求項２】前記光を第３の周波数で前記第２の軸線に沿って走査するス
テップは、前記第３の周波数で共振的に走査することを含む、請求項１に記載の
方法。
【請求項３】前記光を第３の周波数で前記第２の軸線に沿って走査するス
テップは、圧電式走査装置を用いて前記第３の周波数で方向転換ミラーを走査すること、
及び走査された前記方向転換ミラーで前記光を向け直すことを含む、請求項１に記
載の方法。
【請求項４】前記光を前記第１の軸線に沿って走査する間、前記光を前記
第１の周波数の多重積分である第３の周波数で前記第２の軸線に沿って走査する
ステップは、前記第１の軸線に沿った前記光の走査位置を感知すること、感知された前記走査位置に応じて駆動信号を生じさせること、及び生じた前記駆動信号に応じて前記光を前記第２の軸線に沿って走査することを
含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】感知された前記走査位置に応じて駆動信号を生じさせること
は、感知された前記走査位置に応じて感知信号を生じさせること、前記感知信号を周波数倍加することを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】光ビームを実質的にラスタパターンで走査する方法であって
、第１の位置から前記光ビームを発するステップと、前記光ビームを第１の周期で第１の速度で第１の軸線の回りに第１の角度範囲
で走査するステップと、前記光ビームを前記第１の軸線と直交する第２の軸線の回りに第２の速度で第
２の角度範囲で走査するステップと、発せられかつ走査された前記光をユーザーの眼の方へ向け直すステップと、前記光ビームを、前記第１の周期の間前記第２の走査の運動を相殺するように
選択された振幅で前記第２の軸線の回りに前記第１の速度と少なくとも同じ第３
の速度で走査するステップとを含む、像発生方法。
【請求項７】前記第３の速度は前記第１の速度の２倍の速度である、請求
項６に記載の方法。
【請求項８】前記光ビームを第１の周期で第１の速度で第１の軸線の回り
に第１の角度範囲で走査するステップ、及び前記光ビームを前記第１の軸線と直
交する第２の軸線の回りに第２の速度で第２の角度範囲で走査するステップは、
前記第１及び第２の軸線の両方の周りにミラーを掃引することを含む、請求項６
に記載の方法。
【請求項９】前記光ビームを、前記第１の周期の間前記第２の走査の運動
を相殺するように選択された振幅で前記第２の軸線に沿って前記第１の速度と少
なくとも同じ第３の速度で走査するステップは、前記ビームの前記第１の軸線の周りの位置を決めること、前記決められた位置を表す電気信号を生じさせること、前記電気信号に応じて駆動信号を生じさせること、及び前記光を前記第３の速度で走査するために前記駆動信号で走査装置を駆動する
ことを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】前記駆動信号を生じさせるステップは、前記ビームの前記
第１の軸線の周りの位置を表す前記電気信号を周波数倍加するステップを含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】光学経路を実質的に直線で囲まれたパターンで走査する方
法であって、第１のミラーを第１の周波数で第１の方向に周期的に走査するステップであっ
て、前記第１のミラーは前記光学経路を第１の軸線の回りに掃引するように配置
されている、ステップと、前記第１のミラーを前記第１の方向に走査する間第２のミラーを第２の方向に
連続的に走査するステップであって、前記第２のミラーは前記第１の軸線とは異
なる第２の軸線の周りに前記光学経路を掃引するように配置されている、ステッ
プと、前記第１の周波数の２倍の周波数である第２の周波数で走査信号を生じさせる
ステップと、前記走査信号に応じて第３のミラーを走査するステップであって、前記第３の
ミラーは前記光学経路を前記第２の軸線の回りに走査するように配置された、ス
テップとを含む、走査方法。
【請求項１２】前記第１及び第２のミラーは同じミラーである、請求項１
１に記載の方法。
【請求項１３】前記第１及び第２のミラーは互いに異なったミラーである
、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】第１のミラーを第１の周波数で第１の方向に周期的に走査
するステップは、共振型走査装置を作動させること含む、請求項１１に記載の方
法。
【請求項１５】第３のミラーを前記走査信号に応じて走査するステップは
、前記走査信号の周波数で共振周波数を有する共振型補正走査装置を作動させる
ことを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】さらに、前記共振型補正走査装置の共振周波数を変化させ
ることを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】光学経路を、共振周波数を有する機械式共振型走査装置を
含む走査装置を用いて周期的なパターンで走査するための方法であって、前記光学経路を、前記機械式共振型走査装置を作動させることによって第１の
軸線に沿って前記共振周波数で視野範囲で走査するステップと、前記光学経路を前記機械式共振型走査装置を作動させることによって前記第１
の軸線に沿って走査するステップを実行する間、前記第１の軸線とは異なる第２
の軸線に沿って前記光学経路を前記共振周波数より低い周波数で走査するステッ
プと、前記光学経路が前記視野で一回走査される間に生じる前記第２の軸線に沿った
前記光学経路の走査量を決定するステップと、前記共振周波数の多重積分である補正周波数で駆動信号を生じさせるステップ
と、前記補正周波数で、かつ前記決められた走査量を相殺するために選択された振
幅で、前記第２の軸線に沿って走査するステップとを含む、走査方法。
【請求項１８】前記補正周波数で、かつ前記決められた走査量を相殺する
ために選択された振幅で前記第２の軸線に沿って走査するステップは、前記補正
周波数で共振周波数を有する共振型補正走査装置を作動させることを含む、請求
項１７に記載の方法。
【請求項１９】さらに、前記補正走査装置の前記共振周波数を変化させる
ことを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】電磁エネルギーのビームを実質的にラスタパターンで走査
するための走査装置であって、第１の軸線の周りに枢動する第１のミラーと、前記第１の軸線と直交する第２
の軸線の周りに枢動する第２のミラーとを有する第１の走査組立体と、前記第１のミラー及び前記第２のミラーから離された第３のミラーを有する第
２の走査組立体であって、前記第３のミラーは駆動信号に応じて前記第１の軸線
の周りに枢動可能である、第２の走査組立体と、前記第１のミラーに接続された感知入力部と感知出力部とを有する位置感知装
置であって、前記第１ミラーの位置に対応する前記感知出力部で電気信号を生じ
させるように前記第１のミラーの前記第１の軸線の周りの運動に応答する位置感
知装置と、前記感知出力部に接続された信号入力部と前記第２の走査組立体に接続された
駆動出力部とを有する駆動回路であって、前記駆動信号を生じさせるように前記
電気信号に応答する駆動回路とを含む、走査装置。
【請求項２１】前記第１及び第２のミラーは同じミラーである、請求項２
０に記載の装置。
【請求項２２】前記第１の走査組立体は第１の共振周波数を有する共振型
組立体である、請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】前記第３の走査組立体は第３の共振周波数を有する共振型
組立体である、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】前記第３の共振周波数は前記第１の共振周波数の２倍であ
る、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】前記第１の走査組立体は第１の小型電気機械式走査装置を
含む、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】前記第３の走査組立体は第３の小型電気機械式走査装置を
含む、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】前記第１の小型電気機械式走査装置は二軸型である、請求
項２５に記載の装置。
【請求項２８】ビームを実質的にラスタ形式で走査するための走査装置で
あって、第１の光学入力部と第１の走査信号入力部とを有する第１の走査組立体であっ
て、光学ビームを第１の軸線の周りに第１の周波数で実質的に折れ曲がり状に走
査すると共に前記光学ビームを前記第１の軸線と直交する第２の軸線の周りに走
査する第１の走査組立体と、前記光学ビームを前記第１の走査組立体の前方又は後方のいずれかに受けるよ
うに配置されると共に前記ビームを前記第１の周波数の２倍の周波数を有する第
２の周波数で前記第２の軸線の周りに走査する補正走査装置とを含む、走査装置
。
【請求項２９】前記補正走査装置は、前記第１の走査組立体の前記第１の
軸線の周りの単一走査の間、前記第１の走査組立体の前記第２の軸線の周りの予
期された移動角度に等しい角度範囲を有する、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】前記第１の走査組立体は、前記第１の軸線の周りに第１の
角度範囲で枢動する第１の反射面を含む、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】前記第１の反射面は前記第２の軸線の周りに第２に角度範
囲で枢動する、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】前記第１の走査組立体は前記第２の軸線の周りに第２の角
度範囲で枢動する第２の反射面を含む、請求項３０に記載の装置。
【請求項３３】前記第１の走査組立体は前記第１の周波数での共振形態を
有する、請求項２９に記載の装置。
【請求項３４】前記補正走査装置は前記第１の周波数の２倍の周波数での
共振形態を有する、請求項２９に記載の装置。
【請求項３５】前記第１の走査組立体は小型電気機械式走査装置である、
請求項３０に記載の装置。
【請求項３６】前記小型電気機械式走査装置は二軸走査装置である、請求
項３５に記載の装置。
【請求項３７】前記小型電気機械式走査装置は共振型走査装置である、請
求項３６に記載の装置。
【請求項３８】前記第１の走査組立体は、前記第１の軸線の周りに前記光
学ビームの角度を表す感知信号を供給すべく応答する感知装置を含む、請求項３
０に記載の装置。
【請求項３９】さらに、前記感知装置に接続された入力部と前記補正走査
装置に接続された出力部とを有する駆動回路であって、駆動信号を生じさせるた
めに前記感知信号に応答する駆動回路を含む、請求項３０に記載の装置。
【請求項４０】前記駆動回路は周波数倍加回路を含む、請求項３９に記載
の装置。
【請求項４１】目標物に対応するデータを取り込むための撮像装置であっ
て、第１の光学入力部と第１の走査信号入力部とを有する第１の走査組立体であっ
て、実質的に第１の周波数で第１の軸線の周りに走査すると共に前記第１の軸線
とは異なる第２の軸線の周りに走査する第１の走査組立体と、前記第１の走査組立体に整列された結像光学装置であって、前記目標物からの
光を収集し、該収集された光を前記第１の走査組立体を含む光学経路に沿って方
向づける結像光学装置と、前記光学経路に沿って配置された補正走査装置であって、前記収集された光を
、前記第１の周波数の半周期の間、前記第１の走査組立体の予期された走査量に
対応する周波数及び振幅で前記第２の軸線の周りに前記第２の軸線に沿って向け
直す補正走査装置とを含む、撮像装置。
【請求項４２】前記第１の走査組立体は二軸走査装置を含む、請求項４１
に記載の装置。
【請求項４３】前記補正走査装置は小型電気機械式走査装置である、請求
項４２に記載の装置。
【請求項４４】前記二軸走査装置は小型電気機械式走査装置である、請求
項４２に記載の装置。
【請求項４５】前記第１の走査組立体は１対の単軸走査装置である、請求
項４１に記載の装置。
【請求項４６】前記補正走査装置は小型電気機械式走査装置である、請求
項４５に記載の装置。
【請求項４７】図記号を読み取ることに用いるために、さらに、前記補正走査装置によって向け直された前記光を検知するように方向づけられ
た光検知装置であって、前記検知された光の強度を表す電気信号を生じさせる光
検知装置と、前記図記号によって表された情報を確認するために前記光検知装置に接続され
ると共に前記電気信号に応答する制御電子装置とを含む、請求項４１に記載の装
置。