JP2006350256A - 走査型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の光源により２つ以上の走査領域が走査されて１画像を認識させる走査型画像表示装置において、眼球運動によって画像の品位が低下する現象の発生を抑える。
【解決手段】 走査型表示装置は、複数の光源１０１ａ〜１０１ｄからの光束を２次元方向に走査する走査手段１０２を有する。走査手段は、１画面に対応する範囲１０３内で第１の方向に並ぶ２つ以上の走査領域１０３ａ〜１０３ｄに対して互いに異なる光源からの光束を走査し、かつ各走査領域において、第１の方向１０４には第１の速度で、第１の方向とは異なる第２の方向１０５には第１の速度よりも高速の第２の速度で光束を走査する。そして、以下の条件を満足する。ＦＲ≧（ω×Ｚ）／（α×Ｆｏｖ）。但し、ＦＲは第１の方向での走査周波数、ωはサッケードによる眼球の運動角速度、Ｚは第１の方向に並んだ走査領域の数、αは第１の方向での走査周期における実光束走査時間に関する定数、Ｆｏｖは第１の方向での全視野角である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光束を２次元方向に走査することで観察者に画像を認識させる走査型表示装置に関するものである。

光源からの光ビームを網膜上で高速に走査し、残像効果を利用して画像を認識させる網膜走査型表示装置はこれまで多く提案されている。このような網膜走査型表示装置には、特許文献１にて開示されているように、単一若しくは複数の光源からの光を１本のビームにまとめて走査するものがある。また、特許文献２にて開示されているように、複数本のビームによって複数のエリアを走査し、該エリアごとの部分画像の繋ぎ合わせによって１つの画像を認識させるものもある。

光ビームを高速に走査して高い解像度の画像を得るためには、数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚで運動する走査デバイスが必要とされる。このため、この種の走査型表示装置には、半導体プロセスにより製造されるマイクロマシンとしてのＭＥＭＳ走査デバイスが用いられることが多い。

但し、走査デバイスの走査周波数が高いと、その製造が難しくなる。この点、特許文献２にて開示されているように、１画像を複数の領域に分け、複数の光源からの複数のビームのそれぞれによって個々の領域を走査する場合は、特許文献１にて開示された装置のように１本のビームで１画面全体を走査する場合に比べて、同じ時間内でビームが移動する範囲が小さくなる。これにより、要求されるビームの走査速度を遅くすることができ、高い解像度を得ながらも走査デバイスの走査周波数を下げることができる。
特開２００４−１３８８２２公報(段落００５２〜００５７、図１等) 特表２００４−５２７７９３公報(段落００４０〜００４８、図１０〜１３等)

しかしながら、上記のように複数の光源からの複数のビームによって１画面内の複数の走査領域をそれぞれ走査することによって、ビームの走査速度が遅くなり、ビームのスポットの網膜上での移動速度が遅くなると、観察者の眼球が回転等の運動をしたときに、その眼球運動の速度が網膜上でスポットの移動速度にほぼ一致する場合がある。

参考文献１に示されるように、人間の眼球運動による視野変化の角速度（つまりは眼球運動の角速度）は、サッケード(saccade)と呼ばれる断続的運動又は急速眼球運動状態において、３００〜６００°／ｓｅｃに達する。サッケードとは、人間の眼が１つの注視点から次の注視点に素早く移動する運動をいう。人間は、物を見るときに、平均約３００ミリ秒の固視（１つの注視点に留まること）と数十ミリ秒のサッケードとを繰り返して外界の情報を処理している。

したがって、このサッケード状態での眼球運動の速度が網膜上でスポットの移動速度にほぼ一致する場合が生じる。そしてこの場合、観察者における残像効果が弱くなったり生じなくなったりするため、画像の一部が認識されなくなる（画像が欠ける）現象が生じ、表示画像の品位が低下する。
（参考文献１）：生体システム特論 Ｎｒ．５「視覚系と聴覚系１」龍谷大学 小堀聡
(http://milan.elec.ryukoku.ac.jp/%7Ekobori/resume/bio/bio5.html)
本発明は、複数の光源により２つ以上の走査領域が走査されて１画像を認識させる走査型表示装置において、眼球運動によって画像の品位が低下する現象の発生を抑えることができるようにすることを目的とする。

本発明の一側面としての走査型表示装置は、複数の光源からの光束を２次元方向に走査する走査手段を有し、該走査手段は、１画面に対応する範囲内で第１の方向に並ぶ２つ以上の走査領域に対して互いに異なる光源からの光束を走査し、かつ各走査領域において、第１の方向には第１の速度で、第１の方向とは異なる第２の方向には第１の速度よりも高速の第２の速度で光束を走査する。そして、以下の条件を満足することを特徴とする。

ＦＲ≧（ω×Ｚ）／（α×Ｆｏｖ） …（１）
但し、ＦＲは第１の方向での走査周波数（Ｈｚ）、ωはサッケードによる眼球の運動角速度（°／ｓｅｃ）Ｚは第１の方向に並んだ走査領域の数、αは第１の方向での１走査周期における実光束走査時間に関する定数、Ｆｏｖは第１の方向での全視野角である。

本発明によれば、上記（１）式を満たすように、走査周波数ＦＲ、走査領域の数Ｚ、定数αおよび全視野角Ｆｏｖを設定することにより、サッケードによる眼球運動に起因した認識画像の品位の低下を抑制することができる。すなわち、高品位の画像を提示することができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１である走査型表示装置の概略構成を示している。この走査型表示装置は、観察者が頭部に装着して動画や静止画を鑑賞できるヘッドマウントディスプレイとして用いられる。また、ビデオカムコーダやデジタルカメラに電子ビューファインダとして搭載されてもよい。

図１において、１０１ａ〜１０１ｄはＬＥＤ、レーザダイオード、ランプ等により構成される光源である。１０２は光源１０１ａ〜１０１ｄからの光束（ビーム）を２次元方向に走査する走査デバイスである。１０９は走査デバイス１０２によって走査されるビームを観察者の眼（網膜）１０７に拡大して導く接眼光学系である。

なお、図１では、説明を簡単にするために、光源からの拡散光束を略平行な光束であるビームにする光学系や走査されたビームを被走査面１０３上に結像させる光学系を省略している。このことは、以下の実施例でも同様である。

４個の光源１０１ａ〜１０１ｄは駆動回路Ｄに接続されており、駆動回路Ｄには、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、ビデオデッキ等の画像供給装置から画像信号が入力される。駆動回路Ｄは、入力された画像信号によって表される１つの画像（１フィールド画像）を水平方向に４つの領域に分割し、これら４つの分割領域の画像信号に応じて４個の光源１０１ａ〜１０１ｄのそれぞれを変調する。このような画像信号の入力と光源の変調制御は、以下に説明する他の実施例でも行われる。

４個の光源１０１ａ〜１０１ｄから発せられた４本のビームはそれぞれ、１画面に対応する範囲である被走査面１０３上にスポットを形成する。４つのスポット１０６（図には、１つのスポットのみ示す）は、走査デバイス１０２によるビームの偏向作用によって、被走査面１０３上に水平方向に相互に接するように並んだ４つの走査領域１０３ａ〜１０３ｄのそれぞれを２次元方向（水平方向１０４および垂直方向１０５）に走査される。被走査面１０３を通過した４本のビームはそれぞれ、接眼光学系１０９を介して眼１０７内の網膜上にもスポットを形成する。各ビームが２次元方向に走査されることによって網膜上の各スポットも２次元方向に移動する。

観察者は４つのスポットの残像効果によって４つの走査領域１０３ａ〜１０３ｄに対応する４つの分割画像を認識することができる。そして、これら水平方向に並んだ４つの分割画像が残像効果の存続時間内ですべて認識されることにより、該４つの分割画像が繋ぎ合わさった１つの画像を認識（観察）することができる。また、４つの走査領域１０３ａ〜１０３ｄを接眼光学系１０９により拡大することで、観察者１０７は水平方向に所定の画角（全視野角）１０８を持った画像を観察することができる。

ここで、走査デバイス１０２は、各走査領域において、ビームを、水平方向１０４には所定速度（第１の速度）で、垂直方向１０５には該所定速度よりも速い速度（第２の速度）で走査する。

本実施例では、走査デバイス１０２として、１つのデバイスで２次元方向走査が可能な２次元走査デバイスを用いている。具体的には、図２に示す構成を有する走査デバイスを用いている。

図２に示す走査デバイス２０１は、半導体プロセス技術を用いて製造されるＭＥＭＳ(Micro-ElectroMechanical Systems)デバイスである。該走査デバイス２０１は、偏向面（反射面）を持つ微小ミラー２０２がトーションバー２０３，２０４で支持された構造を有する。微小ミラー２０２は、トーションバー２０３が捻れることで軸２０５を略中心とした共振往復運動を行う。また、トーションバー２０４が捻れることで軸２０６を略中心とした共振往復運動を行う。この両軸２０５，２０６を略中心とする往復運動によって、微小ミラー２０２の偏向面の法線方向が２次元的に変化する。このため、微小ミラー２０２に入射するビームの反射方向が変化し、これにより、ビームを２次元方向に走査することができる。

このようなＭＥＭＳデバイスを用いることで、走査デバイス１０２を小型化することが可能になる。

なお、上述した上記２次元ＭＥＭＳ走査デバイスに代えて、他の走査手段を用いてもよい。例えば、１次元走査が可能な２つの１次元ＭＥＭＳ走査デバイスを走査方向を異ならせるように組み合わせて用いたり、１次元走査が可能な回転多面鏡を含む組み合わせを用いたりすることもできる。

ここで、垂直方向に比べて低速で走査が行われる走査方向（以下、低速走査方向という）である水平方向の走査周波数を６０Ｈｚとし、該低速走査方向における全視野角を２４度に設定した場合において、走査デバイス１０２の微小ミラーが低速走査方向にて図３で示す三角波形を描くように往復駆動され、かつ観察者の眼球が動かないとする。この場合、図４に示す眼球内の網膜４０４上におけるスポット４０１の低速走査方向４０２での移動角速度は、３６０度／ｓｅｃになる。なお、図３において、横軸は時間を、縦軸は微小ミラーの偏向角度（往復駆動の一端を０、他端を１とする）を示している。後述する図６および図７についても同様である。また、図４において、４０３は眼の瞳、４０５は高速走査方向を示す。

一方、前述した参考文献１に示されるように、人間の眼球は、サッケード（saccade）状態において、３００〜６００°／ｓｅｃで運動し、同角速度で視野も変化する。そして、図５（ａ）に示すように、網膜上のスポット５０２の移動角速度が、上記のようなサッケードによる視野変化の角速度より遅いと、スポット５０２が網膜上で相対的に停止して見えたり、逆方向に移動するように見えたりしてしまう。ここで、図５（ａ）の上図は、ある時点で、被走査面上でのスポット５０１に対応するスポット５０２が網膜上の点５０３に形成されている状態を示す。また、図５（ａ）の下図は、上図の状態から、被走査面上でのスポット５０４の移動方向と同じ方向に眼球が回転したときの網膜上でのスポット５０５の位置を示している。

この場合、観察者において連続的な残像効果が得られず、観察者が認識する画像には、図５（ｂ）で示すような欠け（画像欠け）５０６が生じてしまう。すなわち、各走査領域５０７の一部５０８には画像が形成されているように認識されるが、欠け５０６の部分の画像は認識されないという現象が生ずる。

このような画像欠けを防ぐためには、網膜上のスポットの移動角速度が、眼球運動の角速度を上回ればよい。そこで、Ｚを低速走査方向に並んだ走査領域の数、Ｆｏｖを低速走査方向の全画角（全視野角）、ＦＲを低速走査方向での走査周波数とするとき、網膜上におけるスポットの移動角速度Ｖｔは、
Ｖｔ＝Ｆｏｖ／Ｚ×（α×ＦＲ） …（２）
で表される。この速度が、常にサッケードによる視野の移動角速度（ω＝３００〜６００°／ｓｅｃ）を越えればよい。ここではサッケードによる視野の最大の移動角速度６００°／ｓｅｃを用いて、
（α×Ｆｏｖ×ＦＲ）／Ｚ≧６００（＝ω）
すなわち、
ＦＲ≧（６００×Ｚ）／（α×Ｆｏｖ） …（１）′
という関係を導くことができる。

ここで、αは低速走査方向での走査デバイス１０２の１走査周期（往復駆動の一端から他端を経て再度該一端に戻るまでの駆動時間を１走査周期とする）において実際にビームを走査する時間、すなわち実光束走査時間に関する定数である。例えば、低速走査方向において微小ミラーが図６に示す鋸波形を描くように往復駆動され、往路における太線で示した期間６０１でビームを走査し、復路である帰線期間６０２の間はビームを走査しないとする場合には、α＝１／ｋとなる。また、微小ミラーが正弦波形（図７）や三角波形（図３）を描くように往復駆動され、往路と復路のうち太線で示した期間３０１でビーム走査を行う場合には、α＝２／ｋとなる。

なお、図３、図６および図７において、細線で示した期間３０２，６０２は、微小ミラーは駆動されているが、光源は発光しておらず、ビーム走査は行われない期間を示す。

ｋは、低速走査方向での１走査周期の間に実際にビームを走査している時間の割合を示し、時間利用率とも称される。図６に示す鋸波形駆動の場合、１周期をＢ、１周期のうち実際にビームを走査している時間をＡとすると、ｋ＝Ａ／Ｂである。

ｋがとり得る値の範囲は、
０．５≦ｋ≦１
である。これにより、αの値の範囲は、低速走査方向の駆動波形に応じて、
鋸波形駆動の場合…１≦α≦２
三角波形，正弦波形駆動の場合…２≦α≦４
となる。

α（又はｋ）が上記範囲の下限を下回ると、光源が発光している時間が短くなるため、観察画像が暗くなり、実用が困難になる。

Ｚ＝４、Ｆｏｖ＝２４、三角波形駆動で、α＝２．５（＝２／ｋ：時間利用率ｋ＝０．８）の場合、
ＦＲ≧（６００×４）／（２．５×２４）＝４０（Ｈｚ）
となる。つまり、低速走査方向での走査周波数（水平方向の走査周波数）が４０Ｈｚ以上であれば、画像欠けを防止できる。このことから、本実施例では、低速走査方向での走査周波数を５０Ｈｚに設定する。

なお、本実施例では、（１）式でのωを６００°／ｓｅｃに設定した場合を説明したが、３００〜６００°／ｓｅｃのいずれの値を用いてもよい。例えば、４００°／ｓｅｃや５００°／ｓｅｃ、あるいは５５０°／ｓｅｃを用いてもよい。

また、本実施例では、光源数および走査領域数をともに４つとした場合について説明したが、本発明は、この数に限られるものでなく、２つ以上の任意の数を選択することができる。また、本実施例では、光源数と走査領域数とが一致している場合について説明したが、本発明はこれに限られない。つまり、光源数と走査領域数とが一致しなくてもよい。例えば、赤、緑、青の３色の光源からの光束を１つのビームにまとめ、該ビームを複数用意して複数の走査領域を走査するようにしてもよい。

また、本実施例では、４つの走査領域が隙間なく接するように並んだ場合について説明したが、これらの走査領域の一部同士が重なるように走査領域を設定してもよい。

また、本実施例ではヘッドマウントディスプレイを例にあげて説明したが、本発明はスクリーン上に画像を投影する液晶プロジェクタ等の投影装置にも適用可能である。液晶プロジェクタに本発明を適用する場合には、低速走査方向の全視野角Ｆｏｖがスクリーン上の投影面積や観察者からスクリーンまでの距離によって変わることになるが、想定する使用状態に合わせて適切な値を設定すればよい。

本発明の実施例２では、実施例１と同様に水平方向を低速走査方向とし、水平画角（低速走査方向の全視野角）を２４度とした場合について説明する。また、本実施例では、水平解像度を８００画素とし、走査領域が水平方向に１２個並んでいる場合について説明する。走査型表示装置の構成は、実施例１（図１）と同様とし、共通する構成要素には実施例１と同じ符号を用いる。

走査デバイス１０２の低速走査方向での走査方式を、図７に示す正弦波形駆動とし、定数αを２．５（時間利用率ｋ＝０．８）とする。この場合、（１）′式は、
ＦＲ≧（６００×１２）／（２．５×２４）＝１２０（Ｈｚ）
となる。すなわち、低速走査方向での走査周波数が１２０Ｈｚ以上であれば、画像欠けを生じない。

さらに、水平方向よりも高速で走査が行われる高速走査方向である垂直方向の走査周波数を考える。該走査周波数は、１／１２０／２＝１／２４０秒の間（往復駆動の往路と復路で異なるフレームを走査する場合）に、８００／１２画素の走査線を描画することができる走査周波数であることが必須である。このためには、数ｋＨｚ以上の高速な走査が必要となる。

ここで、図８には、ラウドネス曲線と呼ばれる、人間の聴覚の周波数応答特性を示す。例えば、図書館程度の雑音とされる４０ｄＢの音を基準とすると、１〜６ｋＨｚという周波数は特に人間が音を感じやすい周波数であることが分かる。

走査デバイス１０２の走査周波数と、発生する音の周波数とはほぼ一致する。このため、この周辺の周波数で走査デバイス１０２を駆動すると、走査デバイス１０２の駆動に起因する音が観察者に感知され、観察者に不快感を与えてしまう。

この音を防止するためには、人間の可聴域でも聞こえにくい領域もしくは可聴域外となる、より高い周波数で走査デバイス１０２を動作させればよい。具体的には、１０ｋＨｚ以上、望ましくは１５ｋＨｚ以上の走査周波数を設定することで、観察者に雑音を感知させにくくすることができる。

このためには、以下の条件式（３）を満たすことで、高速走査方向での走査駆動によって発生する音の周波数を、観察者に聞こえにくい周波数としたり、人間の可聴域外の周波数にしたりすることができる。

高速走査方向での走査周波数をＦｒｅｑとし、その導出方法を図９を用いて説明する。図９は、被走査面９０６上での１つの走査領域９０５を示している。該走査領域９０５では、垂直方向９０１にて高速走査が行われ、水平方向９０２にて低速走査が行われる。９０３は被走査面９０６上でのスポットを、９０４は該スポット９０３の移動軌跡を示す。

ここで、低速走査方向（水平方向）の画面全体での画像解像度をＲｅｓとすると、１つの走査領域の画像解像度Ｒｘは、
Ｒｘ＝Ｒｅｓ／Ｚ
となる。Ｚは低速走査方向に並んだ走査領域の数である。この解像度Ｒｘを完全に表示する（認識させる）には、少なくとも同数の走査線が必要となる。このとき、高速走査方向では、往復走査、すなわち１走査周期の往路と復路の両方でビーム走査を行うため、１フレームの画像に対するビーム走査を行う間に、Ｒｘ／２回の高速走査が行われることが必要となる。１フレームの走査時間Ｔは、低速走査方向での走査周波数ＦＲと上記定数αを用いて、
Ｔ＝１／（α×ＦＲ）
で表される。このため、高速走査方向での走査周波数Ｆｒｅｑは、
Ｆｒｅｑ＝Ｒｘ／２×１／Ｔ
＝α×ＦＲ×１０^−３×｛Ｒｅｓ／（２×Ｚ）｝ （ｋＨｚ）
となる。これが、１０ｋＨｚを超えればよいので、
１０≦（α×Ｒｅｓ×ＦＲ）×１０^−３／（２×Ｚ） …（３）
が導かれる。このため、この式（３）を満足することで、高速走査に起因する雑音の発生を抑制することができる。条件式（３）の下限を満たさない場合は、高速走査に起因する音の周波数が人間に聞え易い周波数となるため、雑音を小さくすることができない。また、高速走査の周波数を上げすぎると、走査デバイスの製作が困難となるため、
Ｆｒｅｑ＝（α×Ｒｅｓ×ＦＲ）×１０^−３／（２×Ｚ）≦２００
とすることが望ましい。

本実施例の場合は、Ｒｅｓ＝８００、α＝２．５、ＦＲ＝１２０、Ｚ＝１２として、
Ｆｒｅｑ＝（α×Ｒｅｓ×ＦＲ）×１０^−３／（２×Ｚ）＝１０
である。すなわち、高速走査方向での走査周波数が１０ｋＨｚとなり、上記条件を満たす。もちろん、低速走査方向での走査周波数をさらに上げることで高速走査方向での走査周波数をより高くし、発生する音をさらに高い周波数域に設定することもできる。

例えば、低速走査方向の走査周波数を１５０Ｈｚに設定すると、
（α×Ｒｅｓ×ＦＲ）×１０^−３／（２×Ｚ）＝１２．５ （ｋＨｚ）
となり、高速走査方向の走査周波数をさらに上げることができる。

以上より、本実施例においては、低速走査方向での走査周波数を１５０Ｈｚ、高速走査方向での走査周波数を１２．５ｋＨｚとする。

本発明の実施例３では、実施例１と同様に水平方向を低速走査方向とし、低速走査方向での画素数が２１６０画素である高解像度の走査型表示装置について説明する。この場合、人間の眼の最小分解能がおよそ１分であることから、水平画角が３６度のとき、人間の眼の最小分解能と１画素の大きさが一致する。そこで、本実施例では、水平画角（低速走査方向での全視野角）を３６度に設定する。走査型表示装置の構成は、実施例１（図１）と同様とし、共通する構成要素には実施例１と同じ符号を用いる。

低速走査方向に複数の走査領域が並び、低速走査方向での走査デバイス１０２の駆動方式が鋸波形駆動で、走査周波数が６０Ｈｚであり、定数αが１．２５（＝１／ｋ：時間利用率ｋ＝０．８）とすると、（１）′式より、水平走査方向に並ぶ走査領域の数Ｚは、
Ｚ≦３
となる。つまり、低速走査方向に並ぶ走査領域の数が３つ以下であれば、画像欠けの発生を防ぐことができる。

また、このとき、α＝１．２５、Ｒｅｓ＝２１６０、ＦＲ＝６０、Ｚ＝３とすると、
（α×Ｒｅｓ×ＦＲ）×１０^−３／（２×Ｚ）＝２７ （ｋＨｚ）
となり、（３）式を満たす。このため、高速走査方向（垂直方向）での走査周波数により発生する音を、人間に感知しにくくすることができる。

以上より、本実施例では、低速方向の走査周波数を６０Ｈｚ、高速方向の走査周波数を２７ｋＨｚとなる。

本発明の実施例４では、実施例１と同様に水平方向を低速走査方向とし、水平画角（低速走査方向での全視野角）が８０度である広画角の走査型表示装置について説明する。走査型表示装置の構成は、実施例１（図１）と同様とし、共通する構成要素には実施例１と同じ符号を用いる。

本実施例では、低速走査方向に１０個の走査領域が並び、走査デバイス１０２の低速走査方向での駆動方式を三角波形駆動とし、定数αを２．５（時間利用率ｋ＝０．８）とする。また、低速走査方向での画素数を３８４０画素とすると、低速走査方向での走査周波数ＦＲは、（１）′式より、
ＦＲ≧３０．０ （Ｈｚ）
となる。したがって、低速走査方向において３０．０Ｈｚ以上の走査周波数を用いれば、画像欠けを防ぐことができる。

但し、実際には、３０Ｈｚの走査周波数では、画像欠けは観察されないものの、画像が点滅するように見える、いわゆるフリッカーが観察される。このため、低速走査方向での走査周波数は４０Ｈｚ以上に設定するのが望ましい。

また、α＝２．５、Ｒｅｓ＝３８４０、ＦＲ＝４０、Ｚ＝１０とすると、
（α×Ｒｅｓ×ＦＲ）×１０^−３／（２×Ｚ）＝１９．２ （ｋＨｚ）
となり、（２）式を満たす。このため、高速走査方向での走査周波数により発生する音を感知しにくくすることができる。以上より、本実施例では、低速走査方向の走査周波数を４０Ｈｚとし、高速走査方向の走査周波数を１９．２ｋＨｚに設定する。

本発明の実施例５では、垂直方向に、水平方向よりも低速での走査が行われる場合について説明する。走査型表示装置の構成は、実施例１（図１）と同様とし、共通する構成要素には実施例１と同じ符号を用いる。

本実施例では、水平画角を８０度に設定し、画面のアスペクト比を１６：９とする。垂直方向である低速走査方向に複数の走査領域が並び、低速走査方向での走査デバイス１０２の駆動方式は三角波形駆動とする。また、低速走査方向の定数αを２．５（時間利用率ｋ＝０．８）とする。

また、水平画素数を３８４０画素とすると、垂直画素数および垂直画角（低速走査方向での全視野角）はそれぞれ、２１６０画素、４５度となる。低速走査方向の走査領域数を５とすると、（１）′式より、低速走査方向（垂直方向）での走査周波数ＦＲは、
ＦＲ≧２６．７ （Ｈｚ）
となる。つまり、低速走査方向において２６．７Ｈｚ以上の走査周波数を設定すれば、画像欠けを防ぐことができる。但し、実際には、実施例４で説明した理由により、低速走査方向の走査周波数に４０Ｈｚ以上に設定するのがよい。

そして、α＝２．５、Ｒｅｓ＝２１６０、ＦＲ＝４５、Ｚ＝５とすると、
（α×Ｒｅｓ×ＦＲ）×１０^−３／（２×Ｚ）＝２４．３ （ｋＨｚ）
となり、（２）式を満たす。すなわち、高速走査方向（水平方向）での走査周波数により発生する音を感知しにくくすることができる。以上より、本実施例では、低速走査方向の走査周波数を４５Ｈｚ、高速走査方向の走査周波数を２４．３ｋＨｚに設定する。

図１０には、本発明の実施例６である走査型表示装置の概略構成を示している。本実施例では、実施例１〜５のように１次元的に（低速走査方向にのみ）走査領域を並べたものとは異なり、走査領域を２次元的に、すなわち水平方向と垂直方向の両方にタイル状に並べた場合について説明する。

図１０において、１００１ａ〜１００１ｌはＬＥＤ、レーザダイオード、ランプ等により構成される１２個の光源である。１０２は光源１００１ａ〜１００１ｌからの光束（ビーム）を２次元方向に走査する走査デバイスであり、実施例１と同様に、２次元ＭＥＭＳ走査デバイスが用いられている。

なお、図１０では、実施例１にて説明したように、光源からの拡散光束を略平行な光束であるビームにする光学系および走査されたビームを被走査面１００２上に結像させる光学系を省略するとともに、観察者の眼１０７に被走査面１００２を拡大して観察させるための接眼光学系も省略している。

光源１００１ａ〜光源１００１ｌからの複数のビームはそれぞれ、走査デバイス１０２により走査領域１００２ａ〜１００２ｌで走査される。本実施例では、垂直方向に、水平方向よりも低速で走査が行われる。

本実施例において、水平画角を１２０度、画面のアスペクト比を１６：９とすると、低速走査方向である垂直方向１００４の全視野角は６７．５度となる。また、本実施例では、低速走査方向の駆動方式は鋸波形駆動であり、定数αを１．２５（時間利用率ｋ＝０．８）とする。また、高速走査方向である水平方向１００５に３つの走査領域を並べ、かつ低速走査方向である垂直方向に４つの走査領域を並べている。すなわち、１画像が計１２個の走査領域１００２ａ〜１００２ｌに分割されている。このとき、画面欠けを生じないために必要な低速走査方向（垂直方向）での走査周波数ＦＲは、
ＦＲ≧２８．４ （Ｈｚ）
となる。但し、実際には、実施例４で説明したように、低速走査方向の走査周波数は４０Ｈｚ以上が望ましい。

水平画素数を６４００画素（Ｒｅｓ）とし、α＝１．２５、Ｒｅｓ＝３６００、ＦＲ＝４０、Ｚ＝４とすると、
（α×Ｒｅｓ×ＦＲ）×１０^−３／（２×Ｚ）＝２２．５ （ｋＨｚ）
となり、（２）式を満たす。このため、高速走査方向（水平方向）での走査周波数により発生する音を観察者に感知しにくくすることができる。以上より、本実施例では、低速走査方向の走査周波数を４０Ｈｚ、高速走査方向の走査周波数を２２．５ｋＨｚに設定する。

図１１には、本発明の実施例７である走査型表示装置の概略構成を示している。本実施例は、複数の光源と、それに対応する複数の走査デバイスとを有する走査型表示装置の例である。

レーザ装置としての３つの光源１１０１ａ〜１１０１ｃからの３つのビームは、それぞれに対応する走査デバイス１１０２ａ〜１１０２ｃに到達する。３つの走査デバイス１１０２ａ〜１１０２ｃはそれぞれ、被走査面１１０３上に水平方向に相互に接するように並んだ走査領域１１０３ａ〜１１０３ｃ内でビームを２次元方向に走査する。

被走査面１１０３を通過した各ビームは、図１０と同様に図示を省略された接眼光学系を介して眼１１０４内の網膜上にスポットを形成する。各ビームが２次元方向に走査されることによって網膜上のスポットも２次元方向に移動する。

また、各走査デバイスは、入射したビームを水平方向１１０４には所定の速度で、垂直方向１１０５には該所定速度よりも高速で走査する。

観察者は３つのビームのスポットに対する残像効果によって、３つの走査領域１１０３ａ〜１１０３ｃに対応する３つの分割画像を認識することができる。そして、これら水平方向に並んだ３つの分割画像が残像効果の存続時間内ですべて認識されることにより、該３つの分割画像が繋ぎ合わさった１つの画像を認識（観察）することができる。また、不図示の接眼光学系によって、拡大された画像を認識することができる。

ここで、低速走査方向（水平方向）の全視野角を７５度、低速走査方向での画像の解像度を３０００画素、低速走査方向での走査デバイス１１０２ａ〜１１０２ｃの駆動方式を正弦波形駆動とし、定数αを２．５（時間利用率ｋ＝０．８）とすると、（１）′式より、
ＦＲ≧９ （Ｈｚ）
となる。すなわち、低速走査方向では、９Ｈｚ以上の走査周波数を設定すれば、画像欠けを防ぐことができる。但し、実際には、実施例４で説明したように、低速走査方向の走査周波数は４０Ｈｚ以上が望ましい。

本実施例において、α＝２．５、Ｒｅｓ＝３０００、ＦＲ＝４０、Ｚ＝３とすると、
（α×Ｒｅｓ×ＦＲ）×１０^−３／（２×Ｚ）＝５０ （ｋＨｚ）
となり、（２）式を満たす。これにより、高速走査方向（垂直方向）での走査周波数により発生する音を観察者に感知しにくくすることができる。

以上より、本実施例では、低速走査方向の走査周波数を４０Ｈｚ、高速走査方向の走査周波数を５０ｋＨｚに設定する。

上記各実施例に対応する走査型表示装置のパラメータ一覧を、図１２にまとめて示す。

図１３には、実施例１〜７にて説明した走査型表示装置を用いたヘッドマウントディスプレイを示している。ヘッドマウントディスプレイ１は、観察者の頭部Ｈに眼鏡のように装着されて使用される。観察者の眼Ｅの前には、走査型表示装置４が内蔵されたディスプレイ本体部が配置される。図示しないが、走査型表示装置４は、観察者の両眼に対して１セットずつ配置される。

該ヘッドマウントディスプレイ１には、図１にも示した駆動回路Ｄが搭載されており、該駆動回路Ｄには、画像供給装置（図１参照）が接続される。

画像供給装置から入力された画像信号に応じて走査型表示装置４から射出されるビームが観察者の眼Ｅ内の網膜上を走査することで、観察者は画像を観察することができる。

図１４には、実施例１〜７にて説明した走査型表示装置を用いたビデオカムコーダを示している。ビデオカムコーダ１０は、撮影レンズ１２と、該撮影レンズ１２により形成された被写体像を光電変換するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子１３を備えている。また、録画の際に音声を記録するためのマイクロフォン１５も備えている。

さらに、ビデオカムコーダ１０には、撮像素子１３を用いて得られた画像を観察者が観察するための電子ビューファインダとして走査型表示装置１４が備えられている。

撮像素子１３を用いて得られた画像信号に応じて走査型表示装置１４から射出されるビームが観察者の眼Ｅ内の網膜上を走査することで、観察者（撮影者）は被写体を観察したり、撮影画像を確認したりすることができる。

本発明の実施例１である走査型表示装置の構成を示す概略図。 ２次元走査デバイスの一例を示す概略図。 実施例１における低速走査方向での走査デバイスの駆動波形を示す図。 網膜上における走査スポットの移動を表す図。 眼球運動に起因する画像欠けの発生原因および画像欠け現象を説明する図。 実施例１における低速走査方向での走査デバイスの駆動波形の他の例を示す図。 実施例１における低速走査方向での走査デバイスの駆動波形の他の例を示す図。 ラウドネス曲線を示す図。 本発明の実施例２である走査型表示装置の高速走査方向での往復走査の説明図。 本発明の実施例６である走査型表示装置の構成を示す概略図。 本発明の実施例７である走査型表示装置の構成を示す概略図。 実施例１〜７の走査型表示装置のパラメータを示す表図。 実施例の走査型表示装置を用いたヘッドマウントディスプレイを示す図。 実施例の走査型表示装置を電子ビューファインダとして用いたビデオカムコーダを示す図。

符号の説明

１０１ａ〜１０１ｄ，１００１ａ〜１００１ｌ，１１０１ａ〜１１０１ｃ 光源
１０２，２０１ 走査デバイス
１０３ａ〜１０３ｄ，１００２ａ〜１００２ｌ，１１０３ａ〜１ｌ０３ｃ 走査領域
１０３，１００２，１１０３ 被走査面
１０４，４０２，９０２，１００４，１１０４ 低速走査方向
１０５，４０５，９０１，１００５，１１０５ 高速走査方向
１０６，９０３ スポット
１０７，４０４ 観察者の眼（網膜）
１０８ 低速走査方向の全画角
１０９ 接眼光学系
２０２ 微小ミラー
２０３，２０４ トーションバー

Claims (8)

1. 複数の光源と、
   該複数の光源からの光束を２次元方向に走査する走査手段とを有し、
   前記走査手段は、１画面に対応する範囲内で第１の方向に並ぶ２つ以上の走査領域に対して互いに異なる光源からの光束を走査し、かつ前記各走査領域において、前記第１の方向には第１の速度で、前記第１の方向とは異なる第２の方向には前記第１の速度よりも高速の第２の速度で前記光束を走査し、
   さらに以下の条件を満足することを特徴とする走査型表示装置。
   ＦＲ≧（ω×Ｚ）／（α×Ｆｏｖ）
   但し、ＦＲは前記第１の方向での走査周波数（Ｈｚ）、ωはサッケードによる眼球の運動角速度（°／ｓｅｃ）、Ｚは前記第１の方向に並んだ走査領域の数、αは前記第１の方向での１走査周期における実光束走査時間に関する定数、Ｆｏｖは前記第１の方向での全視野角（°）である。
2. ωが３００以上６００以下であることを特徴とする請求項１に記載の走査型表示装置。
3. ωが６００であることを特徴とする請求項２に記載の走査型表示装置。
4. ＦＲ≧４０
   であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の走査型表示装置。
   
5. 以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の走査型表示装置。
   １０≦（α×Ｒｅｓ×ＦＲ）×１０^−３／（２×Ｚ）
   但し、Ｒｅｓは前記第１の方向での解像度である。
6. 光束を観察者の眼に対して走査することを特徴とする請求項１から５いずれか１つに記載の走査型表示装置。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載の走査型表示装置を有し、
   撮影画像を前記走査型表示装置により表示することを特徴とする撮像装置。
8. 請求項１から６のいずれか１つに記載の走査型表示装置と、
   該走査型表示装置に画像信号を供給する画像供給装置とを有することを特徴とする画像表示システム。