JP2007093644A - 光走査型ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】光束の２次元的な走査によって画像を表示する技術において、走査軌跡の改善によって必要主走査周波数の低下と必要副走査周波数の増加と走査線数の増加とのうちの少なくとも一つを可能にする。
【解決手段】光走査型ディスプレイ１０において、画像の１フレームが３以上のフィールドに分けて光走査ユニット２０によって走査されて表示されるように、映像信号に基づいて輝度信号を生成し、各回の往復走査の全体期間のうちの有効走査期間中に、光源部３４が実際に光束を出射することによって形成される有効走査線が同じフレームにおいて前記３以上のフィールド間で互いに重ならないように、前記生成された輝度信号を光源部３４に出力する。
【選択図】図７

Description

本発明は、光束の２次元的な走査によって画像を表示する技術に関するものであり、特に、その走査の軌跡を制御する技術に関するものである。

光束の２次元的な走査によって画像を表示する光走査型ディスプレイが既に知られている（例えば、特許文献１参照。）。その一例は、観察者の外界に割り当てられたスクリーンに画像を投影して表示するプロジェクタであり、別の例は、観察者の網膜上に光束を直接に投影し、その光束で網膜を走査する網膜走査型ディスプレイである。

いずれの例においても、この種の光走査型ディスプレイは、一般に、（ａ）輝度信号に応じた輝度で光束を出射する光源部と、（ｂ）その光源部から出射した光束を互いに交差する主走査方向と副走査方向とにおいてそれぞれ往復走査することが可能な走査装置と、（ｃ）映像信号に基づいて前記輝度信号を生成し、その生成された輝度信号を前記光源部に出力することにより、前記走査装置による走査軌跡を制御する制御部とを含むように構成される。

この種の光走査型ディスプレイにおいては、通常、主走査方向は水平方向、副走査方向は垂直方向とそれぞれ等しくなるように設定されるため、主走査方向における走査は水平走査、副走査方向における走査は垂直走査と称されるが、各走査方向の向きはそれらに限定されない。

この種の光走査型ディスプレイにおいては、走査装置が、各回の往復走査の全体期間のうちの有効走査期間中には、光源部が実際に光束を出射することにより、実在する走査線が有効走査線として形成される一方、無効走査期間中には、光源部が実際に光束を出射しないことにより、実在しない走査線が無効走査線として形成されるように構成される。
特許第２９８８４５７号公報

この種の光走査型ディスプレイにおいては、通常、前記走査装置が、画像の各フレームごとに、主走査方向に往復走査を行いながら副走査方向に往復走査を行うように構成される。

画像を表示するために光束を走査する方式として、ノンインターレース方式（プログレッシブ方式ともいう。）とインターレース方式とがある。ノンインターレース方式においては、１フレームの画像を表示するための全有効走査線が１本ずつ順に走査される。これに対し、インターレース方式においては、画像の１フレームが２つのフィールドで構成され、それらフィールドは、それらフィールド同士で走査線が重ならないように、走査される。

インターレース方式を採用する場合には、フリッカが目立たない程度に副走査周波数を高く（例えば、５０Ｈｚ以上の周波数に）保ったまま、例えばその半分まで主走査周波数を下げることが可能となり、さらに、画像の主走査方向（水平方向）における解像度を保ったまま、副走査方向（垂直方向）における解像度の低下をある程度抑制することが可能である。

したがって、インターレース方式を採用する場合には、画像表示の最小単位である画面（インターレース方式においてはフィールドに相当し、ノンインターレース方式においてはフレームに相当する。）１枚当たりの有効走査線が、ノンインターレース方式を採用する場合より半減する。

よって、インターレース方式を採用する場合には、ノンインターレース方式を採用する場合より、必要主走査周波数を低下させることが容易であり、換言すれば、必要副走査周波数を増加させることが容易である。

光束を走査するために機械的共振系の共振現象を利用すれば、その走査による消費電力を容易に節減することができる。そのために、例えば、入射した光束を反射によって偏向する走査ミラーを機械的共振系として構成し、その走査ミラーの往復運動によって光束の偏向角を周期的に変化させることが可能である。

このような事情を背景にして、前述の光走査型ディスプレイにおいては、前記走査装置による消費電力を節減するために、その走査装置が、（ａ）主走査駆動信号に基づき、前記光束を、第１の機械的共振系を利用して、前記主走査方向に往復走査することが可能な主走査部と、（ｂ）副走査駆動信号に基づき、前記光束を、第２の機械的共振系を利用して、前記副走査方向に往復走査することが可能な副走査部とを有するように構成される場合がある。

このように構成された走査装置を用いる光走査型ディスプレイにおいては、主走査周波数と副走査周波数との比が設定比に維持されることが、網膜上に入射する光束のスポットが走査装置によって走査されることによって網膜上に描かれる実際の走査軌跡が正規であるために重要である。

この種の光走査型ディスプレイにおいては、主走査周波数の高さが第１の機械的共振系の振動周波数の高さに依存し、同様に、副走査周波数の高さが第２の機械的共振系の振動周波数の高さに依存する。

一般に、機械的共振系の共振周波数は、常に一定であるとは限らず、その作動環境や経時劣化等、種々の理由によって変動する可能性がある。そのため、機械的共振系の共振現象を常に効率よく利用して光束の走査を行うためには、機械的共振系の共振周波数に追従するように、その機械的共振系の振動周波数をトラッキング制御することが有効である。

その周波数トラッキング制御においては、例えば、機械的共振系の駆動源に供給する駆動信号の周波数が、その機械的共振系の共振周波数に一致するように変更される。

しかしながら、互いに異なる主走査周波数と副走査周波数とを実現すべく、互いに異なる共振周波数を有する２種類の機械的共振系を利用して主走査と副走査とをそれぞれ行うように構成された光走査型ディスプレイにおいては、それら２種類の機械的共振系についてそれぞれ互いに独立して周波数トラッキング制御が行われると、主走査周波数と副走査周波数との比が設定比から変化してしまう。なぜなら、それら２種類の機械的共振系の共振周波数が、主走査周波数と副走査周波数との比を設定比から変化させないように変動するとは限らないからである。

したがって、そのような光走査型ディスプレイにおいては、周波数トラッキング制御を、主走査周波数と副走査周波数との比が設定比から変化しないように行うことが望ましい。

上述のように、互いに異なる共振周波数を有する２種類の機械的共振系を利用して主走査と副走査とをそれぞれ行うように構成された光走査型ディスプレイにおいては、主走査の位相（例えば、前述の走査ミラーによる光束偏向角の、主走査による時間変動の位相）と、副走査の位相（例えば、前述の走査ミラーによる光束偏向角の、副走査による時間変動の位相）との差が設定値に維持されることが、実際の走査軌跡が正規であるために重要である。

この種の光走査型ディスプレイにおいては、主走査の位相が第１の機械的共振系の振動の位相に依存し、同様に、副走査の位相が第２の機械的共振系の振動の位相に依存する。

この種の光走査型ディスプレイにおいては、それら２種類の機械的共振系のうちの少なくとも一方について上述の周波数トラッキング制御が行われると、その少なくとも一方の機械的共振系の振動周波数の強制的変更に伴い、その少なくとも一方の機械的共振系の振動周波数の位相が変化する。この変化は、主走査の位相と副走査の位相との差に変化を生じさせる。

この種の光走査型ディスプレイにおいては、主走査の位相と副走査の位相との差が設定値から外れるにつれて、実際の走査軌跡が理想の走査軌跡から逸脱し、その結果、表示画像の再現性が低下する。

したがって、この種の光走査型ディスプレイにおいては、周波数トラッキング制御を、主走査の位相と副走査の位相との差が設定値から大きく変化しないように行うことが望ましい。

以上説明した事情を背景にして、本発明は、光束の２次元的な走査によって画像を表示する技術において、走査軌跡の改善により、必要主走査周波数の低下と、必要副走査周波数の増加と、１フレーム当たりの有効走査線数の増加とのうちの少なくとも一つを可能にすることを課題としてなされたものである。

本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本発明が採用し得る技術的特徴の一部およびそれの組合せの理解を容易にするためであり、本発明が採用し得る技術的特徴およびそれの組合せが以下の態様に限定されると解釈すべきではない。すなわち、下記の態様には記載されていないが本明細書には記載されている技術的特徴を本発明の技術的特徴として適宜抽出して採用することは妨げられないと解釈すべきなのである。

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

（１） 光束の２次元的な走査によって画像を表示する光走査型ディスプレイであって、
輝度信号に応じた輝度で前記光束を出射する光源部と、
前記光源部から出射した光束を互いに交差する主走査方向と副走査方向とにそれぞれ往復走査する走査装置であって、（ａ）主走査駆動信号に基づき、前記光束を、第１の機械的共振系を利用して、前記主走査方向に往復走査することが可能な主走査部と、（ｂ）副走査駆動信号に基づき、前記光束を、第２の機械的共振系を利用して、前記副走査方向に往復走査することが可能な副走査部とを有し、かつ、前記画像の各フレームごとに、前記主走査方向において前記副走査方向におけるより多数回の往復走査を行うものと、
前記画像の１フレームが３以上のフィールドに分けられて前記走査装置によって走査されて表示されるように、映像信号に基づいて前記輝度信号を生成し、各回の往復走査の全体期間のうちの有効走査期間中に、前記光源部が実際に光束を出射することによって形成される有効走査線が同じフレームにおいて前記３以上のフィールド間で互いに重ならないように、前記生成された輝度信号を前記光源部に出力する輝度信号制御部と、
前記走査装置の走査状態を検出する検出部と、
主走査同期信号と副走査同期信号とを発生させる同期信号発生部と、
それら発生させられた主走査同期信号と副走査同期信号とに基づいて前記主走査駆動信号と前記副走査駆動信号とをそれぞれ発生させる駆動信号発生部と
を含み、
前記同期信号発生部は、
前記主走査部と前記副走査部とのうちの一方を追従制御対象とし、前記主走査同期信号と前記副走査同期信号とのうち前記追従制御対象に対応するものを対象同期信号とし、その対象同期信号を、前記検出部によって検出された走査状態に基づき、前記追従制御対象の共振周波数に追従するように制御する第１同期信号制御部と、
前記主走査同期信号と前記副走査同期信号とのうちの他方を、前記制御された対象同期信号に基づいて制御する第２同期信号制御部と
を含む光走査型ディスプレイ。

この光走査型ディスプレイにおいては、画像の１フレームが３以上のフィールドに分けて走査されて表示され、さらに、有効走査線が同じフレームにおいて３以上のフィールド間で互いに重ならないように形成される。

このようにしても、１フレーム内の有効走査線同士の重なりなしで画像が形成されるため、前述の従来のインターレース方式やノンインターレース方式と同様に画像を表示できる。

したがって、この光走査型ディスプレイによれば、前述の従来のインターレース方式やノンインターレース方式を採用する場合より、１フレームを構成するフィールドの数が増加し、その結果、前述の、画像表示の最小単位である画面１枚を表示するのに必要な有効走査線の数が減少する。

よって、この光走査型ディスプレイによれば、前述の従来のインターレース方式を採用する場合より、必要主走査周波数を低下させることが容易となる。

１フレームにおいて同じ走査線数を実現するのに必要な主走査周波数が低い場合には、高い場合より、前記走査装置のうち主走査を行う主走査部の設計および構造が容易化される。

したがって、本項に係る光走査型ディスプレイによって必要主走査周波数を低下させることが容易となれば、例えば、走査装置の設計および製造や、その走査装置の性能向上が容易となる。

１フレームを３以上のフィールドによって構成したうえで必要副走査周波数を増加させれば、１フレームが２以下のフィールドによって構成されるために必要副走査周波数を増加させることができない場合より、同じ主走査周波数および副走査周波数のもとに１フレームに形成される有効走査線の数が増加する。その有効走査線の数が増加することは、表示画像の解像度が副走査方向において向上することにつながる。

したがって、本項に係る光走査型ディスプレイによって有効走査線数を増加させることが容易となれば、例えば、表示画像の解像度を向上させることが容易となる。

本項に係る光走査型ディスプレイにおいては、さらに、前記走査装置が、（ａ）主走査駆動信号に基づき、光束を、第１の機械的共振系を利用して、主走査方向に往復走査することが可能な主走査部と、（ｂ）副走査駆動信号に基づき、光束を、第２の機械的共振系を利用して、副走査方向に往復走査することが可能な副走査部とを含むように構成される。

この光走査型ディスプレイにおいては、主走査同期信号と副走査同期信号とに基づいて主走査駆動信号と副走査駆動信号とがそれぞれ発生させられる。それら発生させられた主走査駆動信号と副走査駆動信号とに基づいて主走査部と副走査部とがそれぞれ駆動される。

この光走査型ディスプレイにおいては、さらに、それら主走査部と副走査部とのうちの一方が追従制御対象とされ、主走査同期信号と副走査同期信号とのうち追従制御対象に対応するものが対象同期信号とされる。

この光走査型ディスプレイにおいては、さらに、その対象同期信号の周波数が、走査装置の走査状態（主走査部の走査状態を含む。）に基づき、追従制御対象の共振周波数に追従するように制御される一方、主走査同期信号と副走査同期信号とのうちの他方が、追従制御対象のために制御された対象同期信号に基づいて制御される。

その結果、この光走査型ディスプレイによれば、主走査部と副走査部とのうちの一方は、追従制御対象とされて、実際の振動周波数が実際の共振周波数に一致するように制御される一方、主走査部と副走査部とのうちの他方の周波数は、追従制御対象の対象同期信号の周波数と一定関係を維持するように制御される。

したがって、この光走査型ディスプレイによれば、主走査部と副走査部とのいずれについても周波数トラッキング制御を行わない場合より、走査のための消費電力が節減されるとともに、主走査部と副走査部とのいずれについても周波数トラッキング制御を行う場合より、主走査周波数と副走査周波数との比を常に設定比に維持して、実際の走査軌跡を常に正規化することが容易となる。

（２） 前記第１同期信号制御部は、前記対象同期信号の周波数を、前記検出部によって検出された前記追従制御対象の走査状態に基づき、前記追従制御対象の共振周波数に追従するように制御する第１周波数制御部を含む（１）項に記載の光走査型ディスプレイ。

この光走査型ディスプレイによれば、主走査部と副走査部とのうちの一方が、自身の同期信号の周波数が、自身の走査状態に基づき、自身の実際の共振周波数に追従するように制御される。

（３） 前記第２同期信号制御部は、前記他方の同期信号の周波数を、主走査周波数と副走査周波数との比が設定比に一致するように、制御する第２周波数制御部を含む（１）または（２）項に記載の光走査型ディスプレイ。

したがって、この光走査型ディスプレイによれば、主走査部と副走査部とのうちの一方については周波数トラッキング制御が行われる状況において、主走査周波数と副走査周波数との比が設定比に維持されて、実際の走査軌跡が正規化される。

（４） 前記設定比は、互いに素である整数の比である（３）項に記載の光走査型ディスプレイ。

（５） 前記追従制御対象は、前記主走査部と前記副走査部とのうち、機械的共振系のＱ値が大きいものである（１）ないし（４）項のいずれかに記載の光走査型ディスプレイ。

この光走査型ディスプレイによれば、主走査部と副走査部とにぞれぞれ要求される共振エネルギーが互いに異なる場合に、それら互いに異なる要求を過不足なく実現することが可能となる。

（６） 前記第１の機械的共振系のＱ値は、前記第２の機械的共振系のＱ値より大きい（５）項に記載の光走査型ディスプレイ。

この光走査型ディスプレイによれば、例えば、主走査を水平走査、副走査を垂直走査として、水平方向において垂直方向におけるより寸法が長い矩形の領域を走査することが必要であるために、主走査部に要求される共振エネルギーが副走査部に要求される共振エネルギーより大きい場合に、それら互いに異なる要求を過不足なく実現することが可能となる。

（７） 前記主走査部は、前記主走査周波数で周期的に変化する主走査偏向角で出射するように前記光束を往復偏向走査し、
前記検出部は、前記主走査偏向角を反映する信号を主走査変位信号として出力し、
前記同期信号発生部は、前記主走査変位信号の前記主走査駆動信号に対する位相差が設定値となるように前記主走査同期信号を発生させる位相差制御部を含む（１）ないし（６）項のいずれかに記載の光走査型ディスプレイ。

一般に、同期信号に基づいて生成された駆動信号によって駆動される機械的共振系を用いて光束の走査を行う場合には、その機械的共振系の実際の振動周波数が実際の共振周波数から外れると、走査偏向角の時間変動を反映する信号と駆動信号との位相差が変化する。したがって、その位相差が設定値に一致するように、同期信号を制御して駆動信号を生成すれば、実際の共振周波数に追従するように実際の振動周波数が変化させられる。

このような知見に基づき、本項に係る光走査型ディスプレイにおいては、主走査部が、光束を、主走査周波数で周期的に変化する主走査偏向角で出射するように往復偏向走査し、さらに、検出部が、その主走査偏向角を反映する信号を主走査変位信号として出力する。

さらに、この光走査型ディスプレイにおいては、主走査変位信号の主走査駆動信号に対する位相差が設定値となるように、主走査同期信号が発生させられる。それにより、主走査部の機械的共振系の実際の振動周波数が、実際の共振周波数に追従するように変化させられる。

（８） 前記同期信号発生部は、前記主走査同期信号と前記副走査同期信号との位相差が設定値に一致するように、それら主走査同期信号と副走査同期信号とのうちの少なくとも一方の位相を変更する位相変更部を含む（１）ないし（７）項のいずれかに記載の光走査型ディスプレイ。

この光走査型ディスプレイによれば、前述の周波数トラッキング制御が実行されるにもかかわらず、主走査同期信号と副走査同期信号との位相差が正規化される。よって、この光走査型ディスプレイによれば、主走査周波数と副走査周波数との比の正規化と、主走査偏向角の時間変動と副走査偏向角の時間変動との位相差の正規化とを一緒に達成することが容易となる。

（９） 光束の２次元的な走査によって画像を表示する光走査型ディスプレイであって、
輝度信号に応じた輝度で前記光束を出射する光源部と、
前記光源部から出射した光束を互いに交差する主走査方向と副走査方向とにそれぞれ往復走査する走査装置であって、（ａ）主走査駆動信号に基づき、前記光束を、第１の機械的共振系を利用して、前記主走査方向に往復走査することが可能な主走査部と、（ｂ）副走査駆動信号に基づき、前記光束を、第２の機械的共振系を利用して、前記副走査方向に往復走査することが可能な副走査部とを有し、かつ、前記画像の各フレームごとに、前記主走査方向において前記副走査方向におけるより多数回の往復走査を行うものと、
前記画像の１フレームが３以上のフィールドに分けられて前記走査装置によって走査されて表示されるように、映像信号に基づいて前記輝度信号を生成し、各回の往復走査の全体期間のうちの有効走査期間中に、前記光源部が実際に光束を出射することによって形成される有効走査線が同じフレームにおいて前記３以上のフィールド間で互いに重ならないように、前記生成された輝度信号を前記光源部に出力する輝度信号制御部と、
前記走査装置の走査状態を検出する検出部と、
主走査同期信号と副走査同期信号とを発生させる同期信号発生部と、
それら発生させられた主走査同期信号と副走査同期信号とに基づいて前記主走査駆動信号と前記副走査駆動信号とをそれぞれ発生させる駆動信号発生部と
を含み、
前記主走査部は、主走査周波数で周期的に変化する主走査偏向角で出射するように前記光束を往復偏向走査し、
前記副走査部は、副走査周波数で周期的に変化する副走査偏向角で出射するように前記光束を往復偏向走査し、
前記検出部は、前記主走査偏向角を反映する信号と前記副走査偏向角を反映する信号とをそれぞれ主走査変位信号と副走査変位信号として出力し、
前記同期信号発生部は、
前記主走査同期信号と前記副走査同期信号とのうちの少なくとも一つが前記主走査部と前記副走査部とのうち対応するものの共振周波数に追従することと、前記主走査周波数と前記副走査周波数との比が設定比に一致することとが一緒に達成されるように、前記検出部によって検出された走査状態に基づき、前記主走査同期信号の周波数と前記副走査同期信号の周波数とをそれぞれ、主走査周波数刻み幅と副走査周波数刻み幅とで離散的に変更する周波数変更部を含み、
前記主走査同期信号の周波数と前記副走査同期信号の周波数とが前記周波数変更部によって変更されることに起因し、前記主走査変位信号の前記主走査駆動信号に対する主走査位相差と、前記副走査変位信号の前記副走査駆動信号に対する副走査位相差とが変動し、
前記主走査位相差の変動と前記副走査位相差の変動とに起因し、前記走査装置によって形成される複数本の走査線の走査線間位相差が変動し、
前記主走査周波数刻み幅は、前記主走査位相差の変動に起因する前記走査線間位相差の変動量が許容範囲内であるように、第１の許容値を超えないように設定され、
前記副走査周波数刻み幅は、前記副走査位相差の変動に起因する前記走査線間位相差の変動量が前記許容範囲内であるように、第２の許容値を超えないように設定される光走査型ディスプレイ。

この光走査型ディスプレイにおいては、前記（１）項に係る光走査型ディスプレイと同様に、画像の１フレームが３以上のフィールドに分けて走査されて表示され、さらに、有効走査線が同じフレームにおいて３以上のフィールド間で互いに重ならないように形成される。

したがって、この光走査型ディスプレイによれば、前記（１）項に係る光走査型ディスプレイと同様な理由により、前述の従来のインターレース方式やノンインターレース方式を採用する場合より、１フレームを構成するフィールドの数が増加し、その結果、画像表示の最小単位である画面１枚を表示するのに必要な有効走査線の数が減少する。

この光走査型ディスプレイにおいては、前記（１）項に係る光走査型ディスプレイと同様に、前記走査装置が、（ａ）主走査駆動信号に基づき、光束を、第１の機械的共振系を利用して、主走査方向に往復走査することが可能な主走査部と、（ｂ）副走査駆動信号に基づき、光束を、第２の機械的共振系を利用して、副走査方向に往復走査することが可能な副走査部とを含むように構成される。

この光走査型ディスプレイにおいては、主走査部が、主走査周波数で周期的に変化する主走査偏向角で出射するように光束を往復偏向走査し、副走査部が、副走査周波数で周期的に変化する副走査偏向角で出射するように光束を往復偏向走査し、検出部が、主走査偏向角を反映する信号と副走査偏向角を反映する信号とをそれぞれ主走査変位信号と副走査変位信号として出力する。

この光走査型ディスプレイにおいては、主走査同期信号と副走査同期信号とに基づいて主走査駆動信号と副走査駆動信号とがそれぞれ発生させられる。それら発生させられた主走査駆動信号と副走査駆動信号とに基づいて主走査部と副走査部とがそれぞれ駆動される。

この光走査型ディスプレイにおいては、さらに、主走査同期信号と副走査同期信号とのうちの少なくとも一つが主走査部と副走査部とのうち対応するものの共振周波数に追従することと、主走査周波数と副走査周波数との比が設定比に一致することとが一緒に達成されるように、走査装置の走査状態に基づき、主走査同期信号の周波数と副走査同期信号の周波数とがそれぞれ、主走査周波数刻み幅と副走査周波数刻み幅とで離散的に変更される。

この光走査型ディスプレイにおいては、主走査同期信号の周波数と副走査同期信号の周波数とがそれぞれ、上述のようにして離散的に変更されると（例えば、それら周波数と共振周波数とは、最大刻み幅だけ異なり）、主走査変位信号の主走査駆動信号に対する主走査位相差と、副走査変位信号の副走査駆動信号に対する副走査位相差とが変動する。さらに、主走査位相差の変動と副走査位相差の変動とに起因して、走査装置によって形成される複数本の走査線の走査線間位相差が変動する。

この光走査型ディスプレイにおいては、主走査周波数刻み幅が、主走査位相差の変動に起因する走査線間位相差の変動量が許容範囲内であるように、第１の許容値を超えないように設定される。同様にして、副走査周波数刻み幅が、副走査位相差の変動に起因する走査線間位相差の変動量が許容範囲内であるように、第２の許容値を超えないように設定される。

したがって、この光走査型ディスプレイによれば、主走査周波数刻み幅および副走査周波数刻み幅が最適化されるため、主走査同期信号の周波数（主走査周波数）と副走査同期信号の周波数（副走査周波数）とがそれぞれ離散的に変更されるにもかかわらず、主走査位相差の変動に起因する走査線間位相差の変動量も、副走査位相差の変動に起因する走査線間位相差の変動量も、許容範囲内であるようにされる。

よって、この光走査型ディスプレイによれば、主走査同期信号の周波数と副走査同期信号の周波数とがそれぞれ離散的に変更されるにもかかわらず、走査線間位相差の変動量が抑制され、その結果、実際の走査軌跡が正規であるようにされる。

（１０） 前記主走査周波数をｆ_Ｍ、前記副走査周波数をｆ_Ｓ、前記設定比をｎ_Ｍ：ｎ_Ｓ（ｎ_Ｍおよびｎ_Ｓは互いに素な整数）、前記第１の機械的共振系のＱ値をＱ_Ｍ、前記第２の機械的共振系のＱ値をＱ_Ｓ、１より大きい係数をγでそれぞれ表記する場合に、前記第１の許容値は、
πｆ_Ｍ／（４γ・Ｑ_Ｍ・ｎ_Ｓ）
として定義され、
前記第２の許容値は、
πｆ_Ｓ／（４γ・Ｑ_Ｓ・ｎ_Ｍ）
として定義される（９）項に記載の光走査型ディスプレイ。

この光走査型ディスプレイによれば、主走査周波数刻み幅が、主走査周波数ｆ_Ｍ、設定比ｎ_Ｍ：ｎ_Ｓおよび第１の機械的共振系のＱ値Ｑ_Ｍとの関係において適正に設定される。

さらに、この光走査型ディスプレイによれば、副走査周波数刻み幅が、副走査周波数ｆ_Ｓ、設定比ｎ_Ｍ：ｎ_Ｓおよび第２の機械的共振系のＱ値Ｑ_Ｓとの関係において適正に設定される。

（１１） 前記係数γは、２以上で６以下である値を有する（１０）項に記載の光走査型ディスプレイ。

この光走査型ディスプレイによれば、係数γが２より小さい場合および６より大きい場合より、主走査同期信号の周波数および副走査同期信号の周波数の離散的変更に起因する走査線間位相差の変動量がより好適に抑制される。

例えば、係数γが２より小さい場合には、走査線間位相差の変動量が許容値より大きくなる傾向がある。また、係数γが大きいほど、走査線間位相差の変動量が低減するが、６より大きくしても、視認できるほどに画質が改善されず、その一方、回路設計に無用な高性能化が要求されることになる。

（１２） 前記同期信号発生部は、
前記主走査部と前記副走査部とのうちの一方を追従制御対象とし、前記主走査同期信号と前記副走査同期信号とのうち前記追従制御対象に対応するものを対象同期信号とし、その対象同期信号を、前記検出部によって検出された走査状態に基づき、前記追従制御対象の共振周波数に追従するように制御する第１同期信号制御部と、
前記主走査同期信号と前記副走査同期信号とのうちの他方を、前記制御された対象同期信号に基づいて制御する第２同期信号制御部と
を含む（９）ないし（１１）項のいずれかに記載の光走査型ディスプレイ。

この光走査型ディスプレイによれば、前記（１）項に係る光走査型ディスプレイと同様にして、主走査部と副走査部とのいずれについても周波数トラッキング制御を行わない場合より、走査のための消費電力が節減されるとともに、主走査部と副走査部とのいずれについても周波数トラッキング制御を行う場合より、主走査周波数と副走査周波数との比を常に設定比に維持して、実際の走査軌跡を常に正規化することが容易となる。

（１３） 前記同期信号発生部は、前記主走査同期信号と前記副走査同期信号との位相差が設定値に一致するように、それら主走査同期信号と副走査同期信号とのうちの少なくとも一方の位相を変更する位相変更部を含む（９）ないし（１２）項のいずれかに記載の光走査型ディスプレイ。

この光走査型ディスプレイによれば、前述の周波数トラッキング制御が実行されるにもかかわらず、主走査同期信号と副走査同期信号との位相差が正規化される。よって、この光走査型ディスプレイによれば、主走査周波数と副走査周波数との比の正規化と、主走査偏向角の時間変動と副走査偏向角の時間変動との位相差の正規化とを一緒に達成することが容易となる。

以下、本発明のさらに具体的な実施の形態の一つを図面に基づいて詳細に説明する。

図１には、本発明の一実施形態に従う網膜走査型ディスプレイ（以下、「ＲＳＤ」と略称する。）１０が示されている。

このＲＳＤ１０は、画像を表す光束の一例であるレーザビームを観察者の眼１２の瞳孔１４を経て網膜１６上に直接に投影し、その投影された光束を網膜１６上において走査することにより、画像を表示する。

このＲＳＤ１０においては、レーザビームのスポットが網膜１６上に形成されるとともに、そのスポットが網膜上１６を２次元的に走査されることにより、観察者によって画像が虚像として知覚される。

図１に示すように、このＲＳＤ１０は、映像光生成ユニット１８と光走査ユニット２０とを含んでいる。

映像光生成ユニット１８は、後に詳述するが、外部から供給された映像信号に基づいて３原色の各色ごとに輝度信号を生成する機能と、その生成された輝度信号に基づいて強度変調されたレーザビームを各色ごとに生成する機能と、同期信号を生成して光走査ユニット２０に供給する機能とを有する。

そのため、映像光生成ユニット１８は、赤色光、緑色光および青色光をそれぞれ出射するＲレーザ２２、Ｇレーザ２４およびＢレーザ２６を備えている。それらＲレーザ２２、Ｇレーザ２４およびＢレーザ２６から出射する３色のレーザビーム（光束の一例）の輝度（強度）は、Ｒレーザ駆動回路２８、Ｇレーザ駆動回路３０およびＢレーザ駆動回路３２によってそれぞれ変調される。

本実施形態においては、それらＲレーザ２２、Ｇレーザ２４およびＢレーザ２６とそれらに対応するＲレーザ駆動回路２８、Ｇレーザ駆動回路３０およびＢレーザ駆動回路３２とが互いに共同して光源部３４を構成している。

図１に示すように、それらＲレーザ２２、Ｇレーザ２４およびＢレーザ２６には、３個のコリメータレンズ４０，４２および４４と、３個のダイクロイックミラー５０，５２および５４とが設けられている。

各レーザ２２，２４，２６から出射したレーザビームは、コリメータレンズ４０，４２，４４のうち対応するものによってコリメートされた後、ダイクロイックミラー５０，５２，５４のうち対応するものに入射する。それら３個のダイクロイックミラー５０，５２，５４は、波長選択性を有しており、Ｒレーザ２２、Ｇレーザ２４およびＢレーザ２６から出射した３色のレーザビームを１つのレーザビームに合成するために設けられている。

それら３個のダイクロイックミラー５０，５２，５４を代表する１個のダイクロイックミラー、すなわち、本実施形態においては、ダイクロイックミラー５０から合成レーザビームが出射し、その出射した合成レーザビームは、結合光学系５６によって集光される。

本実施形態においては、コリメータレンズ４０，４２，４４と、ダイクロイックミラー５０，５２，５４と、結合光学系５６とが互いに共同して光合波部５８を構成している。

図１に示すように、結合光学系５６によって集光された合成レーザビームは、光伝送媒体としての光ファイバ６０と、その光ファイバ６０の出射端に配置されたコリメータレンズ６２とをそれらの順に経て光走査ユニット２０に入射する。

その光走査ユニット２０は、後に詳述するが、映像光生成ユニット１８から出射したレーザビームを各種同期信号に基づいて２次元的に走査する機能と、そのレーザビームを瞳孔１４に投入して網膜１６に結像させる機能とを有する。

そのため、この光走査ユニット２０は、コリメータレンズ６２から出射したレーザビームに対して水平走査を行う水平走査部７０と、その水平走査部７０から出射したレーザビームに対して垂直走査を行う垂直走査部７２とを備えている。

この光走査ユニット２０は、さらに、水平走査部７０から出射したレーザビームを収束させて垂直走査部７２に伝送するリレー光学系７４と、垂直走査部７２から出射したレーザビームを収束させて眼１２に伝送するリレー光学系７６とを備えている。

図１に示すように、水平走査部７０は、振動体としての水平走査ミラー８０を備えている。この水平走査部７０は、水平走査ミラー８０のねじり共振を利用して水平走査を行う。その水平走査ミラー８０は、例えば、シリコン等、弾性を有する板状または膜状の部材によって形成される。

図２には、水平走査部７０の構成が拡大されて平面図で示されている。この水平走査部７０においては、板状の水平走査ミラー８０が、揺動軸線の方向における両端部において、一対のはり部８２，８２によってそれぞれ支持されている。それら一対のはり部８２，８２は、その水平走査ミラー８０を隔てて互いに対向する姿勢で、揺動軸線に沿って延びている。これら一対のはり部８２，８２はそれぞれ、水平走査ミラー８０とは反対側の端部において固定枠８３に固定されている。

各はり部８２，８２は、水平走査ミラー８０から延びる１本の第１板ばね部８４と、その第１板ばね部８４から分岐して互いに平行に延びる２本の第２板ばね部８６，８６とを備えている。それら第１板ばね部８４および第２板ばね部８６，８６は、いずれも、水平走査ミラー８０の厚さ方向と共通する厚さ方向を有している。

２本の第２板ばね部８６，８６は、揺動軸線を隔てて互いに対向している。したがって、それら第２板ばね部８６，８６にそれぞれ互いに逆向きに曲げが加えられれば、第１板ばね部８４が揺動軸線まわりにねじられ、ひいては水平走査ミラー８０が揺動軸線まわりに回転させられる。さらに、同じ第２板ばね部８６に曲げが互いに逆向きに交互に加えられれば、水平走査ミラー８０が揺動軸線まわりに揺動させられることになる。

そのような曲げを各第２板ばね部８６，８６に加えるために、各第２板ばね部８６，８６に駆動源８８が設置されている。この駆動源８８は、例えば、印加された電界をその印加方向と交差する方向の変位に変換する素子を用いて構成することが可能である。

そのような素子の一例は、板状の圧電素子である。例えば、その圧電素子が各第２板ばね部８６，８６の、厚さ方向において互いに対向する両面のいずれかに貼り付けられた状態で、その圧電素子が長さ方向に振動させられれば、各第２板ばね部８６，８６に曲げ振動が発生させられる。

同様に、垂直走査部７２は、図１に示すように、振動体としての垂直走査ミラー９０と、その垂直走査ミラー９０を振動させるためにそれを駆動する駆動源９２（図３参照）とを備えている。この垂直走査部７２は、水平走査部７０と同様に、垂直走査ミラー９０のねじり共振を利用して垂直走査を行う。

その垂直走査ミラー９０は、例えば、シリコン等、弾性を有する板状または膜状の部材によって形成される。駆動源９２は、例えば、印加された電界をその印加方向と交差する方向の変位に変換する素子を用いて構成することが可能であり、そのような素子の一例は、板状の圧電素子である。

垂直走査部７２の構成は、図２に示す水平走査部７０と共通するため、重複した説明を省略する。

図１に示すように、水平走査部７０は、さらに、水平走査ミラー８０に設置された駆動源８８を駆動するために水平走査駆動回路１００を備えている。その水平走査駆動回路１００は、例えば、駆動源８８に供給される駆動信号を生成するために発振回路を含むように構成される。

この水平走査部７０は、さらに、水平走査ミラー８０の動作を検出する水平走査検出回路１０２を備えている。この水平走査検出回路１０２は、水平走査ミラー８０の偏向角θ_Ｈを反映する信号を変位信号として出力する。

この水平走査検出回路１０２は、例えば、水平走査ミラー８０の角度変位を光学的に検出するように構成される。この種の水平走査検出回路１０２の一例は、水平走査ミラー８０に入射してそこから反射したレーザビームを受光するビームディテクタと、レーザビームがビームディテクタによって検出された時期から、そのレーザビームが次にビームディテクタによって検出される時期までの時間の長さを計測する計測部とを含み、その計測された時間の長さに基づいて水平走査ミラー８０の角度変位を検出する。

往復揺動させられる走査ミラーの振れ角を光学的に検出する技術の一例が特願２００４−２８６２８６号明細書に記載されており、その例に関する記載は参照によって本明細書に合体される。

図１に示すように、垂直走査部７２は、さらに、垂直走査ミラー９０に設置された駆動源９２を駆動するために垂直走査駆動回路１１０を備えている。その垂直走査駆動回路１１０は、例えば、駆動源９２に供給される駆動信号を生成するために発振回路を含むように構成される。

この垂直走査部７２は、さらに、垂直走査ミラー９０の動作を検出する垂直走査検出回路１１２を備えている。この垂直走査検出回路１１２は、垂直走査ミラー９０の偏向角θ_Ｖを反映する信号を変位信号として出力する。この垂直走査検出回路１１２は、例えば、水平走査検出回路１０２と同様に、垂直走査ミラー９０の角度変位を光学的に検出するように構成される。

図１に示すように、光走査ユニット２０は、さらに、垂直走査ミラー９０に設置された駆動源９２を駆動するために垂直走査駆動回路１１０を備えている。その垂直走査駆動回路１１０は、例えば、駆動源９２に供給される駆動信号を生成するために発振回路を含むように構成される。

水平走査部７０の水平走査周波数は、水平走査ミラー８０の共振周波数によって決まり、同様に、垂直走査部７２の垂直走査周波数は、垂直走査ミラー９０の共振周波数によって決まる。本実施形態においては、水平走査周波数が垂直走査周波数より高くなるように、水平走査ミラー８０および垂直走査ミラー９０の共振周波数が設定されている。

図１に示すように、映像光生成ユニット１８は、さらに、信号処理回路１２０を備えている。その信号処理回路１２０は、図３に示すように、コンピュータ１２２を含んでいる。そのコンピュータ１２２は、ＣＰＵ１２４とＲＯＭ１２６とＲＡＭ１２８とがバス１３０によって互いに接続されて構成されている。このコンピュータ１２２には、外部から映像信号が供給される。

ＲＯＭ１２６には、図４にフローチャートで概念的に表されている画像表示プログラムと、図２２にフローチャートで概念的に表されている走査制御プログラムとを始めとし、各種プログラムが記憶されている。それら画像表示プログラムおよび走査制御プログラムがＣＰＵ１２４により、外部から供給された映像信号に基づき、かつ、ＲＡＭ１２８を使用しつつ実行されることにより、観察者の眼１０の網膜１４上に画像が表示される。

信号処理回路１２０においては、外部から供給された映像信号に基づき、表示すべき画像を構成する複数の画素の各々の輝度を表す複数の画素データ（輝度データ）が生成され、それら生成された画素データに基づき、ＲＡＭ１２８を利用してデータ処理を行うなどして、赤色光のためのＲ輝度信号、緑色光のためのＧ輝度信号および青色光のためのＢ輝度信号が生成される。

図１に示すように、信号処理回路１２０には映像データ記憶部１３４が接続されている。信号処理回路１２０は、生成された複数の輝度データの集まりを映像データとして、その映像データ記憶部１３４に記憶させる。この信号処理回路１２０は、各色ごとに輝度データから輝度信号を生成するため、必要な輝度データを映像データ記憶部１３４から読み出す。

図３に示すように、信号処理回路１２０には、Ｒレーザ駆動回路２８、Ｇレーザ駆動回路３０およびＢレーザ駆動回路３２を経てＲレーザ２２、Ｇレーザ２４およびＢレーザ２６が接続されている。信号処理回路１２０は、Ｒレーザ駆動回路２８にはＲ輝度信号を出力し、Ｇレーザ駆動回路３０にはＧ輝度信号を出力し、Ｂレーザ駆動回路３２にはＢ輝度信号を出力する。

図３に示すように、この信号処理回路１２０において、コンピュータ１２２にフレームバッファ１４０が接続されている。フレームバッファ１４０は、画像の１フレームをレーザビームの走査によって再生するのに必要な画像データであって複数の画素データ（輝度信号を表すデータ）の集合を走査線番号ＳＬに関連付けて格納する。フレームバッファ１４０は、レーザビームの各色ごとに対応して設けられている。図５には、フレームバッファ１４０に画像データが格納される様子が概念的に示されているが、それについては後に図５を参照することによって詳細に説明する。

図３に示すように、信号処理回路１２０には、さらに、光走査ユニット２０の水平走査駆動回路１００および垂直走査駆動回路１１０も接続されている。水平走査駆動回路１００から駆動源８８へは水平走査駆動信号、垂直走査駆動回路１１０から駆動源１１０へは垂直走査駆動信号がそれぞれ供給され、その結果、水平走査部７０と垂直走査部７２とによる水平走査と垂直走査とが行われる。

図６には、水平走査駆動信号が上側のグラフ、垂直走査駆動信号が下側のグラフでそれぞれ表されている。それらグラフから明らかなように、本実施形態においては、水平走査駆動信号が垂直走査駆動信号より高い周波数を有している。垂直走査駆動信号の周波数は例えば、数百Ｈｚに設定される。

ここで、図７および図８を参照することにより、光源部３４の作動タイミング（強度変調）と、光走査ユニット２０の作動タイミング（水平走査および垂直走査）との同期を詳細に説明する。

図７には、光源部３４および光走査ユニット２０が、信号処理回路１２０と共に、ブロック図で概念的に表されている。信号処理回路１２０は、映像信号に基づいて輝度信号を生成して光源部３４に出力する輝度信号生成部１５０を備えている。

この信号処理回路１２０は、さらに、走査制御部１５２を備えている。その走査制御部１５２は、後に図１９を参照して詳述するが、フレーム同期信号と水平走査同期信号と垂直同期信号とドットクロック信号とを生成する。この走査制御部１５２は、生成されたフレーム同期信号（フィールド同期信号を含む。）と水平同期信号とドットクロック信号とを輝度信号生成部１５０に供給する。

その輝度信号生成部１５０は、その走査制御部１５２からフレーム同期信号と水平走査信号とドットクロック信号とが供給されるタイミングに応答して、各色の輝度信号を光源部３４に出力する。

走査制御部１５２は、後に図１９を参照して詳述するが、図７に示すように、生成された水平走査同期信号を水平走査駆動回路１００に供給し、垂直走査同期信号を垂直走査駆動回路１１０に供給する。

図７に示すように、水平走査検出回路１０２は、水平走査ミラー８０の動作を反映する変位信号を走査制御部１５２に供給する。同様に、垂直走査検出回路１１２は、垂直走査ミラー９０の動作を反映する変位信号を走査制御部１５２に供給する。

図８には、それらフレーム同期信号、垂直走査同期信号および水平走査同期信号がそれぞれタイミングチャートで表されている。

水平走査同期信号は、各走査線ごとに発生させられる。ここに、「走査線」という用語は、実在する（可視領域にある）有効走査線と、実在しない（不可視領域にある）無効走査線（画像表示領域外にあるために消去される走査線と、画像表示領域内にあるが帰線であるために消去される消去帰線とを含む。）とを含んでいる。水平走査同期信号は、画像の１フレーム当たりｎ_Ｈ個、順次発生させられる。ｎ_Ｈは、水平走査の１フレーム当たりの往復回数に等しい。

走査制御部１５２は、ある回の水平走査同期信号の発生時期から初期位相差時間Δｔが経過した時期に、フレーム同期信号を発生させる。このフレーム同期信号は、画像の各フレームごとに、その開始時期に同期して発生させられる。

走査制御部１５２は、さらに、ある回の水平走査同期信号の発生時期から初期位相差時間Δｔが経過した時期、すなわち、フレーム同期信号の発生時期と同じ時期に、ｎ_Ｖ個の垂直走査同期信号における最初の垂直走査同期信号を発生させる。ｎ_Ｖは、垂直走査の１フレーム当たりの往復回数に等しい。

走査制御部１５２は、それら発生させられたフレーム同期信号と水平走査同期信号とを輝度信号生成部１５０に出力する。

本実施形態においては、輝度信号生成部１５０が、コンピュータ１２２のうち、後に詳述する画像表示プログラムを実行する部分によって構成されており、走査制御部１５２は、図１９に示すように、中央制御部、すなわち、コンピュータ１２２のうち、後に詳述する走査制御プログラムを実行する部分と、電子回路との組合せによって構成されている。

次に、図４を参照することにより、前述の画像表示プログラムをさらに詳細に説明するが、まず、その画像表示プログラムにおいて採用される画像表示原理を説明する。

図９には、従来のインターレーススキャン方式に従って画像の１フレームが表示される様子が正面図（画面上の走査線の軌跡を示す図）で示されている。図９において、複数本の水平方向の実線は、奇数フィールドを構成する複数本の有効走査線を示しているのに対し、複数本の水平方向の破線は、偶数フィールドを構成する複数本の消去帰線を示している。その消去帰線は図示されていない。

この従来のインターレーススキャン方式によれば、１フレームが２フィールドに分けて走査されて形成される。そのため、水平走査周波数についての条件も垂直走査周波数についての条件も同じであると仮定して比較すると、１フレームを構成する有効走査線の数が、ノンインターレーススキャン方式を採用する場合より増加する。

このことは、有効走査線の数についての条件が同じであると仮定して比較すると、水平走査周波数がみかけ上低下して、垂直走査周波数がみかけ上上昇することを意味する。したがって、フィールド自体が１画面を形成し、フレーム周波数は下がっているものの、フィールド周波数（垂直同期周波数）は下がっていないため、フリッカが目立たずに済む。

本発明者は、１フレームを３以上のフィールドに分けて走査して形成することにより、垂直走査周波数をみかけ上さらに上昇させる画像表示手法を提案した。図１０には、その提案された画像表示手法に従って画像が表示される様子が正面図で示されている。

図１０（ａ）には、各フィールドにおいて、光束の走査面上において光束の可視走査点が水平走査方向に往復運動しつつ垂直走査方向に一方向運動することにより、左側から右側に向かう走査線（以下、「往き走査線」という。）と右側から左側に向かう走査線（以下、「戻り走査線」という。）とが、共に有効走査線として、交互に並んで形成される。

図９に示すように、従来のインターレーススキャン方式を採用する場合には、１フレームが２フィールドに分割され、一方のフィールドにおいて互いに隣接した２本の有効走査線が他方のフィールドにおける１本の有効走査線によって補間される。

これに対し、本発明者の提案に従い、１フレームを３以上のフィールドによって構成する場合には、各フィールドにおいて互いに隣接した２本の有効走査線が、残りの２以上のフィールドにおける２本以上の有効走査線によって補間される。このことは、各フィールドにおいて互いに隣接した２本の有効走査線間の隙間が、従来のインターレーススキャン方式を採用する場合より広くなり、画像の鮮明さ（解像度）が低下することを意味する。

そのような不都合を軽減するため、図１０（ａ）に示すように、各フィールドにおいては、往き走査線のみならず戻り走査線も有効走査線として画像表示のために利用可能とされる。

図１０（ｂ）には、図１０（ａ）に示すフィールドを３以上用いて成る１フレームの一例が示されている。この例においては、３以上のフィールド間において互いに対応する、それらフィールドの数と同数の有効走査線が垂直走査方向に互いに平行にずれている。したがって、この例を採用する場合には、従来のインターレーススキャン方式を採用する場合より、往き走査線と戻り走査線とが互いに非平行である傾向が強いにもかかわらず、１フレーム内において解像度にむらが発生することが抑制される。

さらに、図１０（ｂ）に示す例においては、いずれのフィールドにおいても、光束の走査面上において光束の可視走査点が水平走査方向に往復運動しつつ垂直走査方向に順方向、すなわち、上側から下側に向かって一方向運動する。すなわち、この例においては、水平走査のための走査点の往路も復路も画像表示に利用されるのに対し、垂直走査のための走査点の往路のみが画像表示に利用される。

図１０（ｃ）には、図１０（ａ）に示すフィールドを３以上用いて成る１フレームの別の例が示されている。この例においては、奇数フィールドにおいては、走査面上において可視走査点が水平走査方向に往復運動しつつ垂直走査方向に順方向、すなわち、上側から下側に向かって一方向運動するのに対し、偶数フィールドにおいては、走査面上において可視走査点が水平走査方向に往復運動しつつ垂直走査方向に逆方向、すなわち、下側から上側に向かって一方向運動する。すなわち、この例においては、水平走査のための走査点の往路も復路も画像表示に利用されるうえに、垂直走査のための走査点の往路も復路も画像表示に利用される。

したがって、垂直走査周波数をみかけ上上昇させたい場合には、図１０（ｃ）に示す例を採用することが、図１０（ｂ）に示す例を採用するより望ましい。

しかし、図１０（ｃ）に示す例を採用する場合には、図１０（ｂ）に示す例を採用する場合と同様に、図において丸印で囲む領域内において、ある回のフィールドにおける戻り走査線が、別の回のフィールドにおける往き走査線と重なってしまう。一方、１フレーム内において、有効走査線が重なり合う領域においては、重なり合わない領域より、画像の輝度が増加する。そのため、それら例のいずれを採用しても、有効走査線の重なり合いに起因して輝度むらが発生してしまう可能性がある。

図１１（ａ）には、そのような輝度むらを解消するために、往き走査線は有効走査線として発光するのに対し、戻り走査線すなわち帰線は消去されるように走査が行われる一例が示されている。この例においては、さらに、１フレームのうち往き走査線に平行な領域が画像表示領域（図において矩形の枠で示す領域）１５８とされ、その画像表示領域１５８の外側においては、往き走査線といえども消去される。

しかし、図１１（ａ）に示す例を採用する場合には、画像表示領域１５８が水平線に対して傾斜してしまい、観察者が違和感を抱く可能性がある。

図１１（ｂ）には、ＲＳＤ１０のうち、画像表示に関与する光学系（例えば、水平走査部７０および垂直走査部７２）に特別な対策を講じることなく、図１１（ａ）に示す例を採用した場合に画像表示領域１５８が水平線に対して傾斜する角度を見込んで、最終的な画像表示領域１５８が水平に延びるように、その光学系の傾きを予め調整した場合の一例が示されている。すなわち、この例は、光束の走査に関する前述の特別な信号処理と、その光学系の傾き調整との共同作用により、実現されるものなのである。ＲＳＤ１０は、観察者が、図１１（ｂ）に示す画像表示領域１５８内に画像を、従来のＲＳＤに対して遜色ない感覚で観察することが可能であるように設計されている。

次に、図１２および図１３を参照することにより、水平走査部７０と垂直走査部７２とによって形成される走査点の軌跡を説明する。

本実施形態においては、走査点が、水平走査方向にも垂直走査方向にも、概して単振動させられるため、その走査点によって描かれる軌跡であるラスタは、厳密には、正弦波状を成すリサージュ図形である。

したがって、垂直走査角度θ_Ｖは、図１２において式（１）で表されるように、垂直走査角度振幅（最大振れ角）Θ_Ｖを振幅とし、かつ、垂直走査の１フレーム当たりの往復回数ｎ_Ｖとフレーム周波数ｆ_０との積に２πを乗じた値を角速度とする三角関数で表現される。

また、水平走査角度θ_Ｈは、図１２において式（２）で表されるように、水平走査角度振幅（最大振れ角）Θ_Ｈを振幅とし、水平走査の１フレーム当たりの往復回数ｎ_Ｈとフレーム周波数ｆ_０との積に２πを乗じた値を角速度とし、かつ、初期位相差時間Δｔを初期位相とする三角関数で表現される。

一方、各フレームにおいて複数本の有効走査線を均一に分布させる（複数本の有効走査線が同じフレームにおいて複数のフィールド間で互いに重ならないようにする）ためには、図１２に式（３）で表すように、往復回数ｎ_Ｈの値と往復回数ｎ_Ｖの値とが互いに素であり、かつ、初期位相差時間Δｔが特定値であるようにすることが望ましい。

その特定値は、図１２に式（３）（ｂ）で表すように、任意の奇数の４分の１を、往復回数ｎ_Ｈと往復回数ｎ_Ｖとフレーム周波数ｆ_０との積で割り算した値である。この式（３）（ｂ）において「ｎ」は、任意の整数である。

図１３には、往復回数ｎ_Ｖが３に等しく、かつ、往復回数ｎ_Ｈが７に等しい場合を例にとり、上記式（３）で表現される条件を満たす場合に水平走査部７０と垂直走査部７２とによって形成されるラスタが、実際には複数本の正弦波状の曲線で表現されるところ、アークサイン補正された、複数本の直線で近似的に表現されている。

ここで、図１４ないし図１８を参照することにより、ＲＳＤ１０によって画像が表示される原理をさらに詳細に説明する。

図１４ないし図１６には、ＲＳＤ１０により複数本の走査線が形成される様子が時間的に展開されて正面図で示されている。各図において実線は有効走査線を示し、破線は消去帰線（無効走査線）を示している。図１４ないし図１６に示す例においては、画像の１フレームが８フィールドに分かれて走査される。図１４には第１フィールドが示され、図１５には第１および第２フィールドが一緒に示され、図１６には、第１ないし第８フィールド、すなわち、今回のフレームを構成する全フィールドが一緒に示されている。

図１７には、図１６に示す１フレームに対して設定される画像表示領域１５８が、ＲＳＤ１０のうち画像表示に関与する光学系（例えば、水平走査部７０および垂直走査部７２）の傾きを、従来のインターレーススキャン方式または従来のノンインターレーススキャン方式に適合するように設計した場合に、水平線に対して傾斜する様子が正面図で示されている。

図１８には、図１７に示す画像表示領域１５８が、ＲＳＤ１０のうち画像表示に関与する光学系（例えば、水平走査部７０と垂直走査部７２と）の傾き調整により、水平に延びる姿勢で示されている。さらに、図１８には、図１７に示す１フレーム中の複数本の走査線（有効走査線として可視化され得る走査線）のうち、画像表示領域１５８内に存在する部分のみが可視化され、その画像表示領域１５８の外側に存在する部分は消去される様子が示されている。ＲＳＤ１０は、観察者が、図１８に示す画像表示領域１５８内において画像を観察することができるように設計されている。

以上、前述の画像表示プログラムにおいて採用される画像表示原理を説明したが、次に、図４を参照することにより、その画像表示プログラムを説明する。

この画像表示プログラムの実行がコンピュータ１２２によって開始されると、まず、ステップＳ１（以下、単に「Ｓ１」で表す。他のステップについても同じとする。）において、水平走査部７０と垂直走査部７２との作動が開始され、それにより、水平走査と垂直走査とが互いに同期して実行される。その結果、Ｒレーザ２２、Ｇレーザ２４およびＢレーザ２６のうちの少なくとも一つからレーザビームが出射されることを条件に、網膜上１４においてレーザビームの走査点（再生点）の軌跡が所望の画像をリサージュ図形として描画可能な状態となる。

次に、Ｓ２において、表示すべき映像を構成する一連の複数のフレームにそれぞれ付されるフレーム番号ＦＲＭの今回値が１にセットされる。続いて、Ｓ３において、走査制御部１５２から最新のフレーム同期信号が発生させられるのが待たれる。

その最新のフレーム同期信号が発生させられたならば、このＳ３の判定がＹＥＳとなり、Ｓ４において、外部から供給された映像信号に基づき、今回のフレームを表示するための画像データ（画像における各画素の輝度を表すデータであり、輝度信号に相当する。）が生成される。

その生成された１フレーム分の画像データは、フレームバッファ１４０に、各有効走査線ごとに区分されたラインデータとして、走査線番号ＳＬに関連付けてストアされる。１フレーム分の画像データは、複数本の有効走査線にそれぞれ対応する複数のラインデータの集合として構成される。１フレームがｎ_Ｈ本の有効走査線によって構成される場合には、フレームバッファ１４０には、画像データがｎ_Ｈ行分、ストアされることになる。各ラインデータは、対応する有効走査線上に位置する複数の画素の輝度をそれぞれ表す複数の画素データの集合である。

図５に示す例においては、１フレーム分の画像データが、９個のラインデータの集合として構成され、それらラインデータが９個の走査線番号ＳＬ１ないし９にそれぞれ関連付けてフレームバッファ１４０にストアされる。

続いて、Ｓ５において、各フレームを構成する一連の複数のフィールドにそれぞれ付されるフィールド番号ＦＬＤの今回値が１にセットされる。

その後、Ｓ６において、今回のフィールド番号ＦＬＤが奇数であるか否かが判定される。奇数である場合には、その判定がＹＥＳとなり、Ｓ７において、今回の奇数フィールドを構成する各有効走査線に関連付けてフレームバッファ１４０にストアされているラインデータのうち、画像表示領域１５８内に存在する画素に対応するデータであるとしてそのフレームバッファ１４０から読み出すことが適当である読出領域が計算によって設定される。各有効走査線に対応するラインデータは、その有効走査線上に位置する複数の画素をそれぞれ表す複数の画素データによって構成される。

その読出領域は、例えば、各有効走査線に対応するラインデータのうちの読出開始位置（アドレス）と読出終了位置（アドレス）とを、各有効走査線のもとの傾斜角、すなわち、図１７に示す各有効走査線の水平線に対する傾斜角と、画像表示領域１５８の位置およびサイズとに応じて特定することにより、設定される。

続いて、図４のＳ８において、フレームバッファ１４０の、その設定された読出領域内に存在する複数の画素データが、そのフレームバッファ１４０から、それら画素データが並んでストアされている順序と同じ方向、すなわち、今回の奇数フィールドにおいて各有効走査線が左側から右側へ進行するにつれてそれら画素データが再生される順序と同じ方向に読み出される。

本実施形態においては、そもそも、画像表示領域１５８の左上隅が走査開始点、右下隅が走査終了点にそれぞれ設定されているため、今回の奇数フィールドにおける各有効走査線の進行方向は、画像表示領域１５８が走査される順方向に等しい。

以上、今回のフィールド番号ＦＬＤが奇数である場合を説明したが、偶数である場合には、Ｓ６の判定がＮＯとなり、Ｓ９に移行する。

このＳ９においては、Ｓ７に準じて、今回の偶数フィールドを構成する各有効走査線に関連付けてフレームバッファ１４０に格納されているラインデータのうち、画像表示領域１５８内に存在する画素に対応するデータであるとしてそのフレームバッファ１４０から読み出すことが適当である読出領域が計算によって設定される。

続いて、Ｓ１０において、フレームバッファ１４０の、その設定された読出領域内に存在する複数の画素データが、そのフレームバッファ１４０から、それら画素データが並んでストアされている順序とは逆方向、すなわち、今回の偶数フィールドにおいて各有効走査線が右側から左側へ進行するにつれてそれら画素データが再生される順序と同じ方向に読み出される。

前述のように、本実施形態においては、そもそも、画像表示領域１５８の左上隅が走査開始点、右下隅が走査終了点にそれぞれ設定されているため、今回の偶数フィールドにおける各有効走査線の進行方向は、画像表示領域１５８が走査される逆方向に等しい。

本実施形態においては、表示すべき画像を表す画像データが、その画像において一列に並んだ複数個の画素の輝度をそれぞれ表す複数の画素データ（または輝度データ）として構成されている。それら複数の画素データに基づき、光源部３４によって順次処理される輝度信号が生成される。

それら複数の画素データは、奇数フィールドにおいて各有効走査線が順方向に走査される期間（一方向走査期間）において有効走査線を形成するために光源部３４によって処理される第１の輝度データ群と、偶数フィールドにおいて各有効走査線が逆方向に走査される期間（逆方向走査期間）において有効走査線を形成するために光源部３４によって処理される第２の輝度データ群とを含んでいる。

図５に示す例においては、走査線番号ＳＬが１であるラインデータが、第１の輝度データ群に相当し、走査線番号ＳＬが２であるラインデータが、第２の輝度データ群に相当する。

今回のフィールドが奇数フィールドである場合にも偶数フィールドである場合にも、その後、Ｓ１１において、走査線番号ＳＬの今回値が１にセットされる。続いて、Ｓ１２において、走査制御部１５２から最新の水平走査同期信号が発生させられるのが待たれる。

その最新の水平走査同期信号が発生させられると、Ｓ１２の判定がＹＥＳとなり、Ｓ１３において、Ｓ８またはＳ１０において読み出された画像データに対応する走査線番号が、走査線番号ＳＬの今回値に一致するか否かが判定される。

走査線番号が走査線番号ＳＬの今回値に一致する場合には、そのＳ１３の判定がＹＥＳとなり、Ｓ１４において、Ｓ８またはＳ１０において読み出された画像データが、各色ごとに、輝度信号に変換されて、各ドライバ２８，３０，３２に転送される。

それに応答し、各レーザ２２，２４，２６は、各画素ごとに、対応する輝度信号に応じた輝度（強度）を有するように、各色のレーザビームを出射する。その出射した各色のレーザビームは、合成レーザビームとして水平走査部７０と垂直走査部７２とに入射する。

その結果、図１４ないし図１８に示す例においては、図１６に示すように、今回のフィールドが奇数フィールド（第１、第３、第５または第７フィールド）である場合には、今回の奇数フィールドにおける各有効走査線（往き走査線のみ）が上側から下側に向かって順方向にレーザビームによって形成されることにより、今回の奇数フィールドが表示される。

これに対し、今回のフィールドが偶数フィールド（第２、第４、第６または第８フィールド）である場合には、図１６に示すように、今回の偶数フィールドにおける各有効走査線（往き走査線のみ）が下側から上側に向かって逆方向にレーザビームによって形成されることにより、今回の偶数フィールドが表示される。

その後、図４のＳ１５において、走査線番号ＳＬの今回値が最大値ＳＬｍａｘ以上であるか否かが判定される。その最大値ＳＬｍａｘは、今回のフィールドに属する有効走査線の数に等しい。今回は、走査線番号ＳＬの今回値が最大値ＳＬｍａｘ以上ではないと仮定すれば、その判定がＮＯとなり、Ｓ１６において、走査線番号ＳＬの今回値が１だけインクリメントされた後、Ｓ１２に戻る。

それらＳ１２ないしＳ１６の実行が必要回数繰り返された結果、Ｓ１５の判定がＹＥＳとなれば、Ｓ１７において、フィールド番号ＦＬＤの今回値が最大値ＦＬＤｍａｘ以上であるか否かが判定される。その最大値ＦＬＤｍａｘは、今回のフレームに属するフィールドの数に等しい。

今回は、フィールド番号ＦＬＤの今回値が最大値ＦＬＤｍａｘ以上ではないと仮定すれば、そのＳ１７の判定がＮＯとなり、Ｓ１８において、フィールド番号ＦＬＤの今回値が１だけインクリメントされた後、Ｓ６に戻る。

それらＳ６ないしＳ１８の実行が必要回数繰り返された結果、Ｓ１７の判定がＹＥＳとなれば、Ｓ１９において、フレーム番号ＦＲＭの今回値が最大値ＦＲＭｍａｘ以上であるか否かが判定される。その最大値ＦＲＭｍａｘは、今回の映像に属するフレームの数に等しい。

今回は、フレーム番号ＦＲＭの今回値が最大値ＦＲＭｍａｘ以上ではないと仮定すれば、そのＳ１９の判定がＮＯとなり、Ｓ２０において、フレーム番号ＦＲＭの今回値が１だけインクリメントされた後、Ｓ３に戻る。

それらＳ３ないしＳ２０の実行が必要回数繰り返された結果、Ｓ１９の判定がＹＥＳとなれば、以上で、この画像表示プログラムの一回の実行が終了する。

次に、図１２および図１３ならびに図１９ないし図２３を参照することにより、水平走査部７０および垂直走査部７２をそれぞれ駆動するために採用される原理を説明する。

図１９には、走査制御部１５２の構成がブロック図で概念的に表されている。この走査制御部１５２は、コンピュータ１２２によって構成される中央制御部１７０と、複数の電子回路によって構成される電子回路部１７２とを含んでいる。

その電子回路部１７２は、水平走査ミラー８０の作動状態を表す状態信号を生成する状態信号生成回路１８０と、垂直走査ミラー９０の作動状態を表す状態信号を生成する状態信号生成回路１８２とを備えている。この電子回路部１７２は、さらに、前述の水平走査同期信号、フレーム同期信号および垂直走査同期信号と、ドットクロック信号とを、互いに時間的に関連付けて、それぞれの周波数が調整された状態で生成する同期信号生成回路１８４を備えている。

水平走査のための状態信号生成回路１８０は、水平走査駆動回路１００と、水平走査検出回路１０２と、中央制御部１７０と、同期信号生成回路１８４とに接続されている。

水平走査駆動回路１００は、同期信号生成回路１８４から入力された水平走査同期信号と、中央制御部１７０から入力された水平走査振幅指令信号であって水平走査ミラー８０の振幅（最大振れ幅）を指令する信号とに基づき、水平走査ミラー８０を回転振動させるために、正弦波状の駆動信号（駆動電圧信号）を生成して駆動源８８（例えば、圧電素子）に供給する。

水平走査ミラー８０の定常状態においては、水平走査ミラー８０の振動周波数は、駆動信号の周波数に等しく、その駆動信号の周波数は、水平走査同期信号の周波数に等しい。さらに、水平走査ミラー８０の変位位相は、駆動信号の位相に等しく、その駆動信号の位相は、水平走査同期信号の位相に等しい。さらに、水平走査ミラー８０の振幅は、駆動信号の振幅に依存し、その駆動信号の振幅は、水平走査振幅指令信号に依存する。

図２０には、水平走査同期信号と、水平走査ミラー８０の駆動信号とがそれぞれ、互いに時間的に関連付けられて、グラフで表されている。

水平走査検出回路１０２は、水平走査ミラー８０の変位の時間変動を表す信号を変位信号として検出する。その変位信号は、水平走査ミラー８０の偏向角に比例する。

図２０には、水平走査ミラー８０の駆動信号と変位信号とがそれぞれ、互いに時間的に関連付けられて、グラフで表されている。それら駆動信号と変位信号とは、水平走査ミラー８０の理想的な共振状態において、９０度の位相差を有する。

図１９に示すように、状態信号生成回路１８０は、水平走査駆動回路１００から出力された駆動信号と、水平走査検出回路１０２から出力された変位信号と、同期信号生成回路１８４から出力されたドットクロック信号およびフレーム同期信号とを受信する。

この状態信号生成回路１８０は、ドットクロック信号に同期して、水平走査ミラー８０の変位信号の振幅を表すデジタルな変位振幅信号と、水平走査ミラー８０の変位信号の、駆動信号に対する位相を表すデジタルな変位位相信号（対駆動信号）と、水平走査ミラー８０の変位信号の、フレーム同期信号に対する位相を表すデジタルな変位位相信号（対フレーム同期信号）とを生成して中央制御部１７０に供給する。

具体的には、この状態信号生成回路１８０は、水平走査ミラー８０の変位信号のピーク点を検出し、その検出されたピーク点の信号レベルをＡ／Ｄ変換することにより、変位振幅信号を生成する。

この状態信号生成回路１８０は、駆動信号のゼロクロス点から変位信号のゼロクロス点までの時間の長さを、後述のマスタクロック信号の周期を単位として、検出し、その検出された時間の長さを表す信号として変位位相信号（対駆動信号）を生成する。

この状態信号生成回路１８０は、フレーム同期信号の立ち上がり点から、その立ち上がり点から最初に変位信号に現れるゼロクロス点までの時間の長さを、マスタクロック信号の周期を単位として、検出し、その検出された時間の長さを表す信号として変位位相信号（対フレーム同期信号）を生成する。

図２０には、水平走査ミラー８０の駆動信号と変位信号とフレーム同期信号とがそれぞれ、互いに時間的に関連付けられて、グラフで表されている。

図１９に示すように、中央制御部１７０は、状態信号生成回路１８０から供給された各種信号に基づき、水平走査振幅指令信号を生成して水平走査駆動回路１００に供給するとともに、後に詳述するように、同期信号生成回路１８４に各種の指令信号を供給する。

垂直走査のための状態信号生成回路１８２は、水平走査のための状態信号生成回路１８０と同様に、垂直走査駆動回路１１０と、垂直走査検出回路１１２と、中央制御部１７０と、同期信号生成回路１８４とに接続されている。

垂直走査駆動回路１１０は、水平走査駆動回路１００と同様に、同期信号生成回路１８４から入力された垂直走査同期信号と、中央制御部１７０から入力された垂直走査振幅指令信号であって垂直走査ミラー９０の振幅（最大振れ幅）を指令する信号とに基づき、垂直走査ミラー９０を回転振動させるために、正弦波状の駆動信号（駆動電圧信号）を生成して駆動源９２（例えば、圧電素子）に供給する。

垂直走査ミラー９０の定常状態においては、垂直走査ミラー９０の振動周波数は、駆動信号の周波数に等しく、その駆動信号の周波数は、垂直走査同期信号の周波数に等しい。さらに、垂直走査ミラー９０の変位位相は、駆動信号の位相に等しく、その駆動信号の位相は、垂直走査同期信号の位相に等しい。さらに、垂直走査ミラー９０の振幅は、駆動信号の振幅に依存し、その駆動信号の振幅は、垂直走査振幅指令信号に依存する。

図２０には、垂直走査同期信号と、垂直走査ミラー９０の駆動信号とがそれぞれ、互いに時間的に関連付けられて、グラフで表されている。

垂直走査検出回路１１２は、垂直走査ミラー９０の変位の時間変動を表す信号を変位信号として検出する。その変位信号は、垂直走査ミラー９０の偏向角に比例する。

図１９に示すように、状態信号生成回路１８２は、垂直走査検出回路１１２から出力された変位信号と、同期信号生成回路１８４から出力されたドットクロック信号およびフレーム同期信号とを受信する。

この状態信号生成回路１８２は、ドットクロック信号に同期して、垂直走査ミラー９０の変位信号の振幅を表すデジタルな変位振幅信号と、垂直走査ミラー９０の変位信号の、フレーム同期信号に対する位相を表すデジタルな変位位相信号（対フレーム同期信号）とを生成して中央制御部１７０に供給する。

具体的には、この状態信号生成回路１８２は、状態信号生成回路１８０と同様に、垂直走査ミラー９０の変位信号のピーク点を検出し、その検出されたピーク点の信号レベルをＡ／Ｄ変換することにより、変位振幅信号を生成する。

この状態信号生成回路１８２は、状態信号生成回路１８０と同様に、フレーム同期信号の立ち上がり点から、その立ち上がり点から最初に変位信号に現れるゼロクロス点までの時間の長さを、マスタクロックの周期を単位として、検出し、その検出された時間の長さを表す信号として変位位相信号（対フレーム同期信号）を生成する。

図２０には、垂直走査ミラー９０の駆動信号とフレーム同期信号とがそれぞれ、互いに時間的に関連付けられて、グラフで表されている。

中央制御部１７０は、状態信号生成回路１８２から供給された各種信号に基づき、垂直走査振幅指令信号を生成して垂直走査駆動回路１１０に供給するとともに、後に詳述するように、同期信号生成回路１８４に各種の指令信号を供給する。

図１９に示すように、水平走査のため状態信号生成回路１８０には駆動信号が供給されて、その状態信号生成回路１８０において、変位信号に対する駆動信号の位相差が検出されるようになっている。これは、後に詳述するように、水平走査ミラー８０の実際の振動周波数を、実際の共振周波数に追従するようにトラッキング制御するためである。

これに対し、垂直走査のための状態信号生成回路１８２には、駆動信号が供給されないし、その状態信号生成回路１８２において、変位信号に対する駆動信号の位相差が検出されない。これは、後に詳述するように、垂直走査ミラー９０については、水平走査ミラー８０とは異なり、周波数トラッキング制御が行われないからである。

図２０に示すように、水平走査同期信号は、水平走査周期Ｔ_Ｈで立ち上がるように変化する。垂直走査同期信号は、垂直走査周期Ｔ_Ｖで立ち上がるように変化する。それら水平走査同期信号と垂直走査同期信号との位相差が、前述の初期位相差時間Δｔである。フレーム同期信号は、フレーム周期Ｔ_０で立ち上がるように変化する。

前述の説明から明らかなように、本実施形態においては、各画素ごとに輝度信号に応じて強度変調されたレーザビームのスポットが、水平走査部７０による水平走査と垂直走査部７２による垂直走査との共同作用により、網膜１６上を走査される。

その走査によって網膜１６上に描かれる軌跡は、それが正規である限り、その軌跡を定義するサインカーブに対してアークサイン補正を施すと、例えば図１３に示すように、複数本の走査線が等間隔で並ぶように表現される。すなわち、正規の走査軌跡においては、走査線間隔が均一となるのである。

図１３には、水平走査往復回数ｎ_Ｈが７、垂直走査往復回数ｎ_Ｖが３である場合に網膜１６上に描かれる正規の走査軌跡の一例が、アークサイン補正が行われた状態で、グラフで表されている。これに対し、図２１には、水平走査往復回数ｎ_Ｈが１１、垂直走査往復回数ｎ_Ｖが３である場合に網膜１６上に描かれる正規の走査軌跡の一例が、アークサイン補正が行われない状態で、グラフで表されている。

図２１のグラフにおいては、横軸に水平走査角度（水平走査ミラー８０の偏向角）θ_Ｈが、水平走査角度振幅Θ_Ｈに対する倍率で表され、一方、縦軸に垂直走査角度（垂直走査ミラー９０の偏向角）θ_Ｖが、垂直走査角度振幅Θ_Ｖに対する倍率で表されている。

その走査軌跡が正規であるためには、水平走査往復回数ｎ_Ｈと垂直走査往復回数ｎ_Ｖとについては、図１２に式（３）（ａ）で表される条件が成立し、かつ、初期位相差時間Δｔについては、図１２に式（３）（ｂ）で表される関係が成立することが必要である。

初期位相差時間Δｔは、水平走査同期信号と垂直走査同期信号との関係に着目して説明すれば、図２０に示すように、水平走査同期信号と垂直走査同期信号との位相差を意味する。

したがって、この初期位相差時間Δｔは、垂直走査同期信号を基準にすれば、その垂直走査同期信号に対する水平走査同期信号の進み時間（垂直走査角度θ_Ｖの時間変動に対する水平走査角度θ_Ｈの時間変動の位相進みに相当する。）を意味し、逆に、水平走査同期信号を基準にすれば、その水平走査同期信号に対する垂直走査同期信号の遅れ時間（水平走査角度θ_Ｈの時間変動に対する垂直走査角度θ_Ｖの時間変動の位相遅れに相当する。）を意味する。

この初期位相差時間Δｔは、実際の走査軌跡が正規であるようにするために精度よく管理することが重要な物理量である。この初期位相差時間Δｔの実際値が理想値から限度を超えて外れてしまうと、走査線間隔が不均一となって、画質が低下する。具体的には、走査軌跡において、走査線間の間隔が、垂直走査方向に、走査線１本ごとに、狭い間隔と広い間隔とに交互に変化するようになってしまう。

初期位相差時間Δｔの実際値の理想値からの誤差εが増加して１／（４ｎ_Ｈ・ｎ_Ｖ・ｆ_０）に達すると、正規の走査軌跡において互いに隣接する２本の走査線が重なり合ってしまうことになる。

したがって、それら互いに隣接する２本の走査線が重なり合わない限り、実際の走査軌跡が正規であると定義すれば、初期位相差時間Δｔの誤差εの許容値εａｌｗの最大値εｍａｘは、図２２において式（１１）で表される。

しかし、初期位相差時間Δｔの誤差εが０に近いほど、実際の走査軌跡が最も理想的な走査軌跡に近づく。したがって、本実施形態においては，初期位相差時間Δｔの誤差εの許容値εａｌｗが、１より大きい係数γを用いて、図２２において式（１２）で表される。

係数γは、例えば、１０以下の数値であることが望ましく、また、８以下の数値であることがさらに望ましく、また、６以下の数値であることがさらに望ましい。

正規の走査軌跡を保証するために、レーザビームのスポットの、水平方向における往復運動（水平走査角度θ_Ｈの時間変動）と、垂直方向における往復運動（垂直走査角度θ_Ｖの時間変動）との間の相対位相を正確に調整することが重要である。よって、その相対位相が十分に精度よく管理され、それにより、水平走査部７０による水平走査と垂直走査部７２による垂直走査とが十分に精度よく同期するように、走査制御部１５２を設計することが重要となる。

走査制御部１５２によって達成すべき精度のレベルを、フレーム周波数ｆ_０（＝１／Ｔ_０）が６０Ｈｚであり、１フレーム中の走査線の数が１，０００本であり、水平走査往復回数ｎ_Ｈが１，０００であり、垂直走査往復回数ｎ_Ｖが１１である場合を例にとり、具体的に説明する。

この具体例においては、水平走査周波数ｆ_Ｈが６０ｋＨｚとなり、垂直走査周波数ｆ_Ｖが６６０Ｈｚとなる。さらに、上述のいくつかの数値を図１２の式（３）（ｂ）に代入し、かつ、その式における任意の整数ｎを０とすると、垂直走査周期Ｔ_Ｖを用いて、図２２の式（１３）が誘導される。

この式（１３）において、「Δｔ／Ｔ_Ｖ」は、垂直走査遅れ時間比率を意味し、上記の具体例においては、その垂直走査遅れ時間比率の理想値が「１／４，０００」である。この垂直走査遅れ時間比率は、図２２の式（１４）のように、角度［ｄｅｇ］に換算することができる。

したがって、この具体例においては、垂直走査遅れ時間比率から換算された角度の理想値が０．０９ｄｅｇである。

この具体例においては、水平走査進み時間比率、すなわち、Δｔ／Ｔ_Ｈの理想値は「１／４４」となり、また、水平走査進み時間比率から換算された角度の理想値は約８ｄｅｇとなる。

このように、垂直走査遅れ時間比率から換算された角度の理想値は、水平走査進み時間比率から換算された角度の理想値より非常に小さい。このような両理想値間の関係は、他の一般的な走査装置においても成立する。したがって、垂直走査遅れ時間比率から換算された角度の実際値が理想値に一致するために垂直走査に要求される精度の方が、水平走査進み時間比率から換算された角度の実際値が理想値に一致するために水平走査に要求される精度より高い。

一方、垂直走査遅れ時間比率から換算された角度は、垂直走査同期信号の周波数に比例し、同様に、水平走査進み時間比率から換算された角度も、水平走査同期信号の周波数に比例する。したがって、垂直走査同期信号に要求される精度の方が、水平走査同期信号に要求される精度より高い。また、一般に、同じシステムである限り、垂直走査同期信号の周波数および位相も、水平走査同期信号の周波数および位相も、互いに等しい相対精度で制御される。

したがって、本実施形態においては、実際の走査軌跡が正規であるために、光走査ユニット２０が、垂直走査同期信号の周波数および位相を、その要求精度を満たす精度で制御するように設計されている。

前述のように、走査軌跡において互いに隣接する２本の走査線が重なり合わない限り、実際の走査軌跡が正規であると定義する場合には、垂直走査遅れ時間比率の理想値は、その垂直走査遅れ時間比率の実際値の、理想値からの隔たり、すなわち、誤差Ｅの許容値Ｅａｌｗの最大値Ｅｍａｘに等しい。また、その許容値Ｅａｌｗは、前述の係数γを用いることにより、図２２において式（１５）で記述される。

前述の説明から明らかなように、本実施形態においては、水平走査部７０も垂直走査部７２も機械的共振系として構成されており、水平走査部７０は、理想的には、水平走査ミラー８０の実際の振動周波数が実際の共振周波数に一致する状態で作動させられる。同様に、垂直走査部７２は、理想的には、垂直走査ミラー９０の実際の振動周波数が実際の共振周波数に一致する状態で作動させられる。

水平走査ミラー８０についても垂直走査ミラー９０についても、共振周波数が、それぞれのミラー８０，９０の機械的性質に依存している。その機械的性質は製造ばらつき、作動環境（例えば、環境温度、環境湿度）、経年変化（例えば、劣化）等によって変化する。そのため、共振周波数は変動する。

したがって、そのような依存性にもかかわらずそれら水平走査ミラー８０および垂直走査ミラー９０を共振状態に維持するために、それらミラー８０，９０の振動周波数を実際の共振周波数に追従させること、すなわち、周波数トラッキングが必要である。

一方、実際の走査軌跡が正規であるためには、前述のように、水平走査周波数と垂直走査周波数との比が互いに素な整数の比ｎ_Ｈ：ｎ_Ｖとして表されるという条件が成立しなければならない。

しかしながら、この条件を常に満たしつつ、水平走査ミラー８０と垂直走査ミラー９０との双方につき、周波数トラッキングを、時間的に互いに並行し、かつ、内容的に互いに独立するように行うことは事実上不可能である。

一方、本実施形態においては、水平走査部７０において垂直走査部７２におけるより大きな共振エネルギーを発生させるべく、水平走査部７０のＱ値Ｑ_Ｈの方が、垂直走査部７２のＱ値Ｑ_Ｖより大きく設定されている。Ｑ_Ｈ値の一例は、約１０００であり、Ｑ_Ｖ値の一例は、約１００である。

一般に、機械的共振系のＱ値は、共振の強さを表す値である。Ｑ値は、周波数ωのもとにエネルギーＷで共振が起こったときに、ジュール熱等で単位時間に失うエネルギーをＳで表記すると、図２２の式（１６）で定義される。

さらに、一般に、機械的共振系のＱ値が大きいほど、実際の振動周波数の実際の共振周波数からの偏倚に対して敏感に共振エネルギーが低下する。一方、共振エネルギーが低下すると、機械的共振系の振動振幅が減少し、それにより、レーザビームの走査角度範囲（走査中におけるレーザビームの最大振れ幅）が減少する。

したがって、本実施形態においては、水平走査部７０のみが、水平走査ミラー８０の実際の走査周波数が実際の共振周波数に追従するように、トラッキング制御される。

各回のトラッキング制御においては、水平走査同期信号の周波数ｆ_Ｈがほぼ瞬間的に離散的に（ステップ的に）刻み幅Δｆ_Ｈで変更されることが、水平走査部７０の駆動信号と変位信号との位相差が正規値に回復するまで、すなわち、水平走査ミラー９０の振動状態が共振状態に回復するまで、反復される。

各回のトラッキング制御においては、水平走査同期信号の周波数ｆ_Ｈが変更されると、それに伴って垂直走査同期信号の周波数ｆ_Ｖも変更される。なぜなら、前述のように、実際の走査軌跡を正規であることを維持するために、水平走査周波数ｆ_Ｈと垂直走査周波数ｆ_Ｖとが互いに素な整数比ｎ_Ｈ：ｎ_Ｖとして表されるという関係が成立しなければならないからである。

さらに、本実施形態においては、トラッキング制御中、水平走査同期信号の位相も垂直走査同期信号の位相も、前述の初期位相差時間Δｔが実現し続けられるように、修正される。

しかしながら、現実には、水平走査部７０においては、水平走査ミラー８０の実際の振動周波数が、水平走査同期信号の周波数（周波数の指令値）ｆ_Ｈの瞬間的変更に対して敏感に追従するのに対し、垂直走査部７２においては、垂直走査ミラー９０の実際の振動周波数が、垂直走査同期信号の周波数（周波数の指令値）ｆ_Ｖの瞬間的変更に対してそれほど敏感には追従しない。このことは、振動の位相についても同様である。

そのため、各回のトラッキング制御においては、水平走査同期信号の周波数ｆ_Ｈが一度変更されると、水平走査ミラー８０の実際の振動周波数と垂直走査ミラー９０の実際の振動周波数とが、互いに素であるという条件や、水平走査ミラー８０の偏向角の時間変動と垂直走査ミラー９０の偏向角の時間変動との位相差時間（以下、「走査位相差時間Δｔ」という。）の実際値が、初期位相差時間Δｔの理想値に一致するという条件が成立しない期間が過渡的に発生する。

そのため、各回のトラッキング制御においては、水平走査同期信号の周波数ｆ_Ｈが一度変更されると、実際の走査軌跡が最も理想的な走査軌跡に一時的に一致しなくなり、このことは、走査位相差時間Δｔの過渡的変動を招来する。

各回のトラッキング制御においては、走査位相差時間Δｔの過渡的変動を完全には避け得ないとしても、その過渡的変動に起因する実際の走査軌跡の悪化の程度が観察者が容易に気づく程度を超えない限り、その過渡的変動を許容してもみかけ上の支障はない。

したがって、本実施形態においては、刻み幅Δｆ_Ｈが、走査位相差時間Δｔに過渡的に発生する誤差εが、前述の許容値εａｌｗを超えないように設定されている。

一般に、機械的共振系である走査ミラーの駆動源に印加される駆動電圧が一定である状態で、走査ミラーの実際の振動周波数が実際の共振周波数ｆｒからΔｆ変化すると、駆動源に供給される駆動信号と、走査ミラーの動作を反映する変位信号との間に、位相変化Δφ［ｒａｄ］が発生する。

その位相変化Δφは、一般に、共振周波数ｆｒの近傍においては、図２２において式（１７）で定義される。

その位相変化Δφの発生にもかかわらず、実際の走査軌跡が正規であるためには、前述の説明から明らかなように、垂直走査についての位相変化Δφ_Ｖが、前述の垂直走査遅れ時間比率が換算された角度［ｒａｄ］を超えず、かつ、水平走査についての位相変化Δφ_Ｈが、前述の水平走査進み時間比率が換算された角度［ｒａｄ］を超えないことが必要である。このことは図２２において式（１８）で記述される。

この式（１８）における「Δｔ」は、前述の説明から明らかなように、図２２において式（１９）で記述される。

したがって、式（１８）は、式（１７）をも用いることにより、図２２の式（２０）および式（２１）に変換される。ただし、式（１７）を用いるに当たり、位相変化Δφの大きさは考慮されるが、その符号は無視される。

本実施形態においては、トラッキング制御中、水平走査同期信号の周波数を離散的に変更する刻み幅Δｆ_Ｈが、式（２０）を満たすように設定され、また、垂直走査同期信号の周波数を離散的に変更する刻み幅Δｆ_Ｖが、式（２１）を満たすように設定されている。

前述のように、本実施形態においては、図１９を参照して後に詳述するように、同期信号処理部１５２が、コンピュータ１２２と複数の電子回路との組合せによってデジタル的に同期信号を処理するように設計されている。これに対し、従来の同期信号処理部は、ＰＬＬを基本構成要素としてアナログ的に同期信号を処理する。

したがって、本実施形態によれば、水平走査同期信号の周波数を小さな刻み幅Δｆ_Ｈで離散的に精度よく変更するとともに、垂直走査同期信号の周波数を小さな刻み幅Δｆ_Ｖで離散的に変更することを、従来の同期信号処理部より容易に実現することが可能である。

ここで、図１９を参照することにより、本実施形態における同期信号生成回路１８４を詳細に説明する。

この同期信号生成回路１８４は、マスタクロック信号をマスタクロック周波数ｆｍｓｔで生成するマスタ発振器１９０と、そのマスタ発振器１９０から出力されたマスタクロック信号を分周数ｎ_Ｄで分周し（マスタクロック信号の周波数を分周数ｎ_Ｄで割り算し）、それにより、ドットクロック信号をドットクロック周波数ｆ_Ｄで生成する分周器１９２とを備えている。

フレーム周波数ｆ_０が６０Ｈｚ、水平走査往復回数ｎ_Ｈが１，０００、垂直走査往復回数ｎ_Ｖが１１、１本の走査線中のドット数Ｎが１，０００である具体例においては、ドットクロック周波数ｆ_Ｄは、２ｆ_０・ｎ_Ｈ・Ｎ＝１２０ＭＨｚとなる。

本実施形態においては、ｆ_Ｄ＝ｆｍｓｔ／４なる式で表される関係が成立するように、分周器１９２が作動させられる。この分周器においては、分周数ｎ_Ｄが４である。したがって、この具体例においては、マスタクロック周波数ｆｍｓｔが４８０ＭＨｚとなる。

図１９に示すように、同期信号生成回路１８４は、さらに、ＰＬＬ方式のクロック供給部１９４を備えている。このクロック供給部１９４は、分周器１９６と、分周器１９８と、位相比較器およびフィルタ（例えば、ループフィルタ）を含む誤差電圧信号生成回路２００と、電圧制御発振器ＶＣＯ２０４と、分周器２０６とを含むように構成されている。

このクロック供給部１９４には、マスタ発振器１９０から出力されたマスタクロック信号が、それの周波数が分周器１９６によって可変の分周数ｎ_０１で分周された後、基準信号として、供給される。その基準信号は、後述の発振信号と、誤差電圧信号生成回路２００の位相比較器において比較され、それら基準信号と発振信号との周波数差（クロック誤差）を表すアナログな誤差電圧信号が誤差電圧信号生成回路２００のフィルタによって平滑化される。

その平滑化された誤差電圧信号は、電圧制御発振器ＶＣＯ２０４にアナログな制御信号として供給される。その電圧制御発振器ＶＣＯ２０４は、その供給された制御信号に基づいてデジタルな発振信号を生成する。

本実施形態においては、同期信号生成回路１８４を構成する複数の電子回路が、誤差電圧信号生成回路２００と電圧制御発振器ＶＣＯ２０４とを除き、デジタル回路として構成されている。それにより、主走査周波数および副走査周波数の離散的変更に起因する走査位相差時間Δｔの過渡的変動の量（誤差）が許容値εａｌｗを超えないことが保証されている。

その生成された発振信号は、それの周波数が分周器２０６によって分周数ｎ_ＨＶで分周された後、このクロック供給部１９４から出力される。その出力された発振信号は、それの周波数が分周器１９８によって分周数ｎ_０２で分周された後、誤差電圧信号生成回路２００の位相比較器に入力される。

このクロック供給部１９４においては、分周器２０６の出力信号の周波数をｆ_ＨＶで表記すると、図２３において式（３１）および（３２）で表される関係が成立する。

上記の具体例については、分周数ｎ_０１が４８０００００、分周数ｎ_０２が６６００、分周数ｎ_ＨＶが１００である。

図１９に示すように、分周器１９６は中央制御部１７０に接続されている。この分周器１９６は、中央制御部１７０から入力される指令信号に従い、分周数ｎ_０１を１ずつ離散的に変更するように設計されている。

すなわち、この分周器１９６は、それの分周数ｎ_０１がデジタル的に微細に変更されるようになっているのである。分周数ｎ_０１の離散的変更に伴い、分周器２０６の出力信号の周波数ｆ_ＨＶが、瞬間的にかつ離散的に変化する。

図１９に示すように、同期信号生成回路１８４は、さらに、分周器２０６の出力信号の周波数を分周数ｎ_Ｖで分周する分周器２１０と、その分周器２１０の出力信号を可変の遅延時間で遅延させる遅延回路２１２とを備えている。

その遅延回路２１２には、分周器２１０の出力信号と共に、マスタ発振器１９０の出力信号が入力される。この遅延回路２１２は、デジタル回路として構成されており、よく知られているように、マスタ発振器１９０から入力されるマスタクロックパルスの数をカウントすることにより、分周器２１０の出力信号を入力して出力するまでの遅延時間Δｔ_Ｈの長さを制御する。

この遅延回路２１２は、中央制御部１７０から入力される指令信号に従い、マスタクロックパルスの目標カウント数を変更することにより、遅延時間Δｔ_Ｈの長さを変更するように設計されている。

すなわち、この遅延回路２１２は、それの遅延時間Δｔ_Ｈの長さがデジタル的に微細に変更されるようになっているのである。この遅延回路２１２の出力信号は、水平走査同期信号として、水平走査駆動回路１００に供給される。

図１９に示すように、同期信号生成回路１８４は、さらに、分周器２０６の出力信号の周波数を分周数ｎ_Ｈで分周する分周器２１６と、その分周器２１６の出力信号を可変の遅延時間で遅延させる遅延回路２１８とを備えている。

その遅延回路２１８には、分周器２１６の出力信号と共に、マスタ発振器１９０の出力信号が入力される。この遅延回路２１８は、遅延回路２１２と同様に、デジタル回路として構成されており、マスタ発振器１９０から入力されるマスタクロックパルスの数をカウントすることにより、分周器２１０の出力信号を入力して出力するまでの遅延時間Δｔ_Ｖの長さを制御する。

この遅延回路２１８は、遅延回路２１２と同様に、中央制御部１７０から入力される指令信号に従い、マスタクロックパルスの目標カウント数を変更することにより、遅延時間Δｔ_Ｖの長さを変更するように設計されている。

すなわち、この遅延回路２１８は、それの遅延時間Δｔ_Ｖの長さがデジタル的に微細に変更されるようになっているのである。この遅延回路２１８の出力信号は、垂直走査同期信号として、垂直走査駆動回路１０２に供給される。

このように、本実施形態においては、分周器２０６に分周器２１０と分周器２１６とが互いに並列に接続され、それら分周器２１０および２１６は、同じ周波数を有する信号をそれぞれの分周数ｎ_Ｖおよびｎ_Ｈで分周する。

それら分周数ｎ_Ｖおよびｎ_Ｈは、水平走査同期信号の周波数と垂直走査同期信号の周波数とが互いに素である整数比、すなわち、ｎ_Ｈ：ｎ_Ｖ（上述の具体例においては、１０００：１１）として表されるように設定されている。

したがって、本実施形態においては、水平走査同期信号の周波数を変化させるべく分周器１９６の分周数ｎ_０１が変更されても、過渡的な期間を除けば、水平走査同期信号の周波数と垂直走査同期信号の周波数とが互いに素である関係が維持される。

図１９に示すように、同期信号生成回路１８４は、さらに、分周器２１６の出力信号の周波数を分周数ｎ_Ｖ（上述の具体例においては、１１）で分周する分周器２２０を備えている。その分周器２００の出力信号は、フレーム走査同期信号として、状態信号生成回路１８０および１８２に供給される。

本実施形態においては、水平走査同期信号の位相が遅延回路２１２によって調整されることと、垂直走査同期信号の位相が遅延回路２１８によって調整されることとの共同作用により、走査位相差時間Δｔが精度よく管理される。

図２４には、中央制御部１７０において実行される前述の走査制御プログラムが概念的にフローチャートで表されている。

この走査制御プログラムは繰り返し実行される。各回の実行時には、まず、Ｓ１０１において、状態信号生成回路１８０から、水平走査ミラー８０の変位振幅信号と、変位位相信号（対駆動信号）と、変位位相信号（対フレーム同期信号）とが読み込まれる。

次に、Ｓ１０２において、その読み込まれた変位位相信号（対駆動信号）によって表される変位位相が目標値に等しいか否かが判定される。今回は、その変位位相（対駆動信号）が目標値に等しいと仮定すれば、その判定がＹＥＳとなり、Ｓ１０３に移行する。

これに対し、今回は、その変位位相（対駆動信号）が目標値に等しくはないと仮定すると、Ｓ１０２の判定がＮＯとなる。その後、Ｓ１０８において、分周数ｎ_０１を１だけ変更するために指令信号が分周器１９６に出力される。このＳ１０８とＳ１０２との実行は、分周数ｎ_０１を１だけ変更することが繰り返されることにより、変位位相（対駆動信号）が目標値に等しくなるまで、繰り返される。

本実施形態においては、分周数ｎ_０１の最適値が探索的に決定される。具体的には、例えば、図２２において式（１７）で表される関係に着目し、変位位相（対駆動信号）が目標値に対して偏倚している方向が増加と減少とのいずれかとして決定され、その決定された偏倚方向に応じ、分周数ｎ_０１の変更方向が増加と減少とのいずれかに決定される。さらに具体的には、変位位相（対駆動信号）が目標値（例えば、９０度）より小さい場合には、水平走査周波数を増加させるべく、分周数ｎ_０１が１だけ減じられる。

それらＳ１０２およびＳ１０８の反復的実行により、分周数ｎ_０１がそれの初期値から１ずつ変更されるごとに、変位位相（対駆動信号）が目標値に等しいか否かが判定される。

本実施形態においては、分周数ｎ_０１が１だけ変更されると、それに伴って水平走査同期信号の周波数ｆ_Ｈが刻み幅Δｆ_Ｈだけ変化する。その刻み幅Δｆ_Ｈ、すなわち、最小の離散的変化量が、図２２において式（２０）で示す条件を満たすように、水平走査部７０および同期信号生成回路１８４が設計されている。その刻み幅Δｆ_Ｈは、例えば、１０^−６以下の値を取る。

本実施形態においては、分周数ｎ_０１が１だけ変更されると、さらに、それに伴って垂直走査同期信号の周波数ｆ_Ｖも刻み幅Δｆ_Ｖだけ変化する。その刻み幅Δｆ_Ｖ、すなわち、最小の離散的変化量が、図２２において式（２１）で示す条件を満たすように、垂直走査部７２および同期信号生成回路１８４が設計されている。その刻み幅Δｆ_Ｖは、例えば、１０^−６以下の値を取る。

いずれの場合にも、Ｓ１０２の判定がＹＥＳとなると、Ｓ１０３において、前記読み込まれた変位振幅信号によって表される変位振幅が目標値に等しいか否かが判定される。今回は、その変位振幅が目標値に等しいと仮定すれば、その判定がＹＥＳとなり、Ｓ１０４に移行する。

これに対し、今回は、その変位振幅が目標値に等しくはないと仮定すれば、Ｓ１０３の判定がＮＯとなる。その後、Ｓ１０９において、その変位振幅が目標値から外れている向きおよび量に基づき、水平走査振幅指令信号が固定のまたは可変の設定量で変更され、その変更された水平走査振幅指令信号が水平走査駆動回路１００に出力される。このＳ１０９の実行は、Ｓ１０３の判定がＹＥＳとなるまで、繰り返される。

いずれの場合にも、Ｓ１０３の判定がＹＥＳとなると、Ｓ１０４において、前記読み込まれた変位位相信号（対フレーム同期信号）によって表される変位位相が目標値に等しいか否かが判定される。今回は、その変位位相（対フレーム同期信号）が目標値に等しいと仮定すれば、その判定がＹＥＳとなり、Ｓ１０５に移行する。

これに対し、今回は、その変位位相（対フレーム同期信号）が目標値に等しくはないと仮定すれば、Ｓ１０４の判定がＮＯとなる。その後、Ｓ１１０において、その変位位相が目標値から外れている向きおよび量に基づき、水平走査同期信号の遅延時間Δｔ_Ｈを固定のまたは可変の設定量で修正するために指令信号が遅延回路２１２に出力される。このＳ１１０の実行は、Ｓ１０４の判定がＹＥＳとなるまで、繰り返される。

いずれの場合にも、Ｓ１０４の判定がＹＥＳとなると、Ｓ１０５において、状態信号生成回路１８２から、垂直走査ミラー９０の変位振幅信号と、変位位相信号（対フレーム同期信号）とが読み込まれる。

続いて、Ｓ１０６において、その読み込まれた変位位相信号（対フレーム同期信号）によって表される変位位相が目標値に等しいか否かが判定される。今回は、その変位位相（対フレーム同期信号）が目標値に等しいと仮定すれば、その判定がＹＥＳとなり、Ｓ１０７に移行する。

これに対し、今回は、その変位位相（対フレーム同期信号）が目標値に等しくはないと仮定すれば、Ｓ１０６の判定がＮＯとなる。その後、Ｓ１１１において、その変位位相が目標値から外れている向きおよび量に基づき、垂直走査同期信号の遅延時間Δｔ_Ｖを固定のまたは可変の設定量で修正するために指令信号が遅延回路２１８に出力される。このＳ１１１の実行は、Ｓ１０６の判定がＹＥＳとなるまで、繰り返される。

本実施形態においては、水平走査同期信号の変位位相（対フレーム同期信号）と垂直走査同期信号の変位位相（対フレーム同期信号）との和が、走査位相差時間Δｔに等しい。したがって、Ｓ１１０およびＳ１１１においてはそれぞれ、遅延時間Δｔ_Ｈおよび遅延時間Δｔ_Ｖが、水平走査同期信号の変位位相（対フレーム同期信号）と垂直走査同期信号の変位位相（対フレーム同期信号）との和が走査位相差時間Δｔの理想値に等しくなるように設定される。

いずれの場合にも、Ｓ１０６の判定がＹＥＳとなると、Ｓ１０７において、前記読み込まれた変位振幅信号によって表される変位振幅が目標値に等しいか否かが判定される。今回は、その変位振幅が目標値に等しいと仮定すれば、その判定がＹＥＳとなり、この走査制御プログラムの一回の実行が終了する。

これに対し、今回は、その変位振幅が目標値に等しくはないと仮定すれば、Ｓ１０７の判定がＮＯとなる。その後、Ｓ１１２において、その変位振幅が目標値から外れている向きおよび量に基づき、垂直走査振幅指令信号が固定のまたは可変の設定量で変更され、その変更された垂直走査振幅指令信号が垂直走査駆動回路１１０に出力される。このＳ１１０の実行は、Ｓ１０７の判定がＹＥＳとなるまで、繰り返される。

いずれの場合にも、Ｓ１０７の判定がＹＥＳとなると、この走査制御プログラムの一回の実行が終了する。

以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、ＲＳＤ１０が前記（１）項に係る「光走査型ディスプレイ」の一例を構成し、光源部３４が同項における「光源部」の一例を構成し、光走査ユニット２０が同項における「走査装置」の一例を構成しているのである。

さらに、本実施形態においては、輝度信号生成部１５０が前記（１）項における「輝度信号制御部」の一例を構成し、少なくとも水平走査検出回路１０２が同項における「検出部」の一例を構成し、水平走査駆動回路１００および垂直走査駆動回路１１２が互いに共同して同項における「駆動信号発生部」の一例を構成しているのである。

さらに、本実施形態においては、水平走査が前記（１）項における「主走査」の一例に相当し、垂直走査が同項における「副走査」の一例に相当し、水平走査部７０が同項における「主走査部」の一例を構成し、水平走査ミラー８０が同項における「第１の機械的共振系」の一例を構成し、垂直走査部７２が同項における「副走査部」の一例を構成し、垂直走査ミラー９０が同項における「第２の機械的共振系」の一例を構成しているのである。

さらに、本実施形態においては、水平走査同期信号が前記（１）項における「主走査同期信号」の一例を構成し、垂直走査同期信号が同項における「副走査同期信号」の一例を構成し、水平走査部７０が同項における「追従制御対象」の一例を構成し、水平走査同期信号が同項における「対象同期信号」の一例を構成しているのである。

さらに、本実施形態においては、状態信号生成回路１８０と分周器１９６とコンピュータ１２２のうち図２４におけるＳ１０１、Ｓ１０２およびＳ１０８を実行する部分とが互いに共同して前記（１）項における「第１同期信号制御部」の一例を構成し、分周器２１６が同項における「第２同期信号制御部」の一例を構成しているのである。

さらに、本実施形態においては、状態信号生成回路１８０と分周器１９６とコンピュータ１２２のうち図２４におけるＳ１０１、Ｓ１０２およびＳ１０８を実行する部分とが互いに共同して前記（２）項における「第１周波数制御部」の一例を構成しているのである。

さらに、本実施形態においては、分周器２１６が前記（３）項における「第２周波数制御部」の一例を構成し、水平走査周波数と垂直走査周波数との比を表す互いに素な整数比ｎ_Ｈ：ｎ_Ｖが前記（４）項における「設定比」の一例に相当し、水平走査部７０が前記（５）項における「追従制御対象」の一例を構成し、水平走査ミラー８０が前記（６）項における「第１の機械的共振系」の一例を構成しているのである。

さらに、本実施形態においては、水平走査部７０が前記（７）項における「主走査部」の一例を構成し、水平走査角度が同項における「主走査偏向角」の一例に相当し、水平走査検出回路１０２が同項における「検出部」の一例を構成し、変位信号（対駆動信号）によって表される変位位相（対駆動信号）が同項における「位相差」の一例に相当し、状態信号生成回路１８０と分周器１９６とコンピュータ１２２のうち図２４におけるＳ１０１、Ｓ１０２およびＳ１０８を実行する部分とが互いに共同して同項における「位相差制御部」の一例を構成しているのである。

さらに、本実施形態においては、走査位相差時間Δｔ（水平走査のための変位信号（対フレーム同期信号）によって表される変位位相（対フレーム同期信号）と、垂直走査のための変位信号（対フレーム同期信号）によって表される変位位相（対フレーム同期信号）との組合せによって定義される。）が前記（８）項における「位相差」の一例に相当し、状態信号生成回路１８０および１８２と遅延回路２１２および２１８と、コンピュータ１２２のうち図２４におけるＳ１０１、Ｓ１０４、Ｓ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１１０およびＳ１１１を実行する部分とが互いに共同して同項における「位相変更部」の一例を構成しているのである。

さらに、本実施形態においては、ＲＳＤ１０が前記（９）項に係る「光走査型ディスプレイ」の一例を構成し、光源部３４が同項における「光源部」の一例を構成し、光走査ユニット２０が同項における「走査装置」の一例を構成しているのである。

さらに、本実施形態においては、輝度信号生成部１５０が前記（９）項における「輝度信号制御部」の一例を構成し、水平走査検出回路１０２と垂直走査検出回路１１２とが互いに共同して同項における「検出部」の一例を構成し、水平走査駆動回路１００および垂直走査駆動回路１１２が互いに共同して同項における「駆動信号発生部」の一例を構成しているのである。

さらに、本実施形態においては、水平走査が前記（９）項における「主走査」の一例に相当し、垂直走査が同項における「副走査」の一例に相当し、水平走査部７０が同項における「主走査部」の一例を構成し、水平走査ミラー８０が同項における「第１の機械的共振系」の一例を構成し、垂直走査部７２が同項における「副走査部」の一例を構成し、垂直走査ミラー９０が同項における「第２の機械的共振系」の一例を構成しているのである。

さらに、本実施形態においては、水平走査同期信号が前記（９）項における「主走査同期信号」の一例を構成し、垂直走査同期信号が同項における「副走査同期信号」の一例を構成し、互いに素である整数の比であるｎ_Ｈ：ｎ_Ｖが同項における「設定比」の一例に相当し、水平走査角度が同項における「主走査偏向角」の一例に相当し、垂直走査角度が同項における「副走査偏向角」の一例に相当しているのである。

さらに、本実施形態においては、状態信号生成回路１８０と分周器１９６および２１６とコンピュータ１２２のうち図２４におけるＳ１０１、Ｓ１０２およびＳ１０８を実行する部分とが互いに共同して前記（９）項における「周波数変更部」の一例を構成し、刻み幅Δｆ_Ｈが同項における「主走査周波数刻み幅」の一例に相当し、刻み幅Δｆ_Ｖが同項における「副走査周波数刻み幅」の一例に相当しているのである。

さらに、本実施形態においては、図２２における式（１２）によって表される許容値εａｌｗが前記（９）項における「許容範囲」の一例（幅が０である範囲）に相当し、式（２０）の右辺に記された項によって表される数値が同項における「第１の許容値」の一例に相当し、式（２１）の右辺に記された項によって表される数値が同項における「第２の許容値」の一例に相当しているのである。

さらに、本実施形態においては、状態信号生成回路１８０と分周器１９６とコンピュータ１２２のうち図２４におけるＳ１０１、Ｓ１０２およびＳ１０８を実行する部分とが互いに共同して前記（１２）項における「第１同期信号制御部」の一例を構成し、分周器２１６が同項における「第２同期信号制御部」の一例を構成し、水平走査部７０が同項における「追従制御対象」の一例を構成し、水平走査同期信号が同項における「対象同期信号」の一例を構成しているのである。

さらに、本実施形態においては、走査位相差時間Δｔが前記（１３）項における「位相差」の一例に相当し、状態信号生成回路１８０および１８２と遅延回路２１２および２１８と、コンピュータ１２２のうち図２４におけるＳ１０１、Ｓ１０４、Ｓ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１１０およびＳ１１１を実行する部分とが互いに共同して同項における「位相変更部」の一例を構成しているのである。

以上、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明したが、これは例示であり、前記［発明の開示］の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。

本発明の一実施形態に従う網膜走査型ディスプレイ１０を示す系統図である。 図１における水平走査部７０を示す平面図である。 図１における光走査ユニット２０、光源部３４および信号処理回路１２０を概念的に表すブロック図である。 図３におけるコンピュータ１２２によって実行される画像表示プログラムを概念的に表すフローチャートである。 図３におけるフレームバッファ１４０の論理的構造を表形式で説明するための図である。 図３における水平走査駆動回路１００から駆動源８８に供給される水平走査駆動信号と、垂直走査駆動回路１１０から駆動源１１０に供給される垂直走査駆動信号とを示すグラフである。 図１における光走査ユニット２０、光源部３４および信号処理回路１２０をそれぞれが果たす機能に着目して表すブロック図である。 図７における水平走査同期信号、垂直走査同期信号およびフレーム同期信号を示すタイミングチャートである。 従来のインターレーススキャン方式で画像を表示するために形成される複数本の有効走査線を示す正面図である。 画像の各フレームを３以上のフィールドに分けて走査する方式で画像を表示するために形成される複数本の有効走査線の一例を示す正面図である。 画像の各フレームを３以上のフィールドに分けて走査する方式で画像を表示するために形成される複数本の有効走査線の別の例を示す正面図である。 水平走査と垂直走査との共同作用によってリサージュ図形として形成される複数本の走査線の幾何学的特性を式で説明する図である。 図１２に示す式で表現される複数本の走査線の一例を示す正面図である。 図４に示す画像表示プログラムの実行による走査線の形成を説明するための図である。 図４に示す画像表示プログラムの実行による走査線の形成を説明するための別の図である。 図４に示す画像表示プログラムの実行による走査線の形成を説明するためのさらに別の図である。 図４に示す画像表示プログラムの実行による走査線の形成を説明するためのさらに別の図である。 図４に示す画像表示プログラムの実行による走査線の形成を説明するためのさらに別の図である。 図７における同期信号処理部１５２の詳細を示すブロック図である。 図１９における各種信号の時間的推移を説明するためのタイミングチャートである。 水平走査と垂直走査との共同作用によってリサージュ図形として形成される走査軌跡の一例を示す正面図である。 図１９に示す同期信号処理部１５２の設計を説明するための複数の式である。 図１９に示す同期信号処理部１５２の設計を説明するための別の複数の式である。 図１９に示すコンピュータ１２２によって実行される走査制御プログラムを概念的に表すフローチャートである。

符号の説明

１０ 網膜走査型ディスプレイ
２０ 光走査ユニット
３４ 光源部
７０ 水平走査部
７２ 垂直走査部
８０ 水平走査ミラー
９０ 垂直走査ミラー
１００ 水平走査駆動回路
１０２ 水平走査検出回路
１１０ 垂直走査駆動回路
１１２ 垂直走査検出回路
１２０ 信号処理回路
１２２ コンピュータ
１５０ 輝度信号生成部
１５２ 同期信号処理部
１８０ 状態信号生成回路
１８２ 状態信号生成回路
１８４ 同期信号生成回路
１９６ 分周器
２１０ 分周器
２１２ 遅延回路
２１６ 分周器
２１８ 遅延回路

Claims (13)

1. 光束の２次元的な走査によって画像を表示する光走査型ディスプレイであって、
   輝度信号に応じた輝度で前記光束を出射する光源部と、
   前記光源部から出射した光束を互いに交差する主走査方向と副走査方向とにそれぞれ往復走査する走査装置であって、（ａ）主走査駆動信号に基づき、前記光束を、第１の機械的共振系を利用して、前記主走査方向に往復走査することが可能な主走査部と、（ｂ）副走査駆動信号に基づき、前記光束を、第２の機械的共振系を利用して、前記副走査方向に往復走査することが可能な副走査部とを有し、かつ、前記画像の各フレームごとに、前記主走査方向において前記副走査方向におけるより多数回の往復走査を行うものと、
   前記画像の１フレームが３以上のフィールドに分けられて前記走査装置によって走査されて表示されるように、映像信号に基づいて前記輝度信号を生成し、各回の往復走査の全体期間のうちの有効走査期間中に、前記光源部が実際に光束を出射することによって形成される有効走査線が同じフレームにおいて前記３以上のフィールド間で互いに重ならないように、前記生成された輝度信号を前記光源部に出力する輝度信号制御部と、
   前記走査装置の走査状態を検出する検出部と、
   主走査同期信号と副走査同期信号とを発生させる同期信号発生部と、
   それら発生させられた主走査同期信号と副走査同期信号とに基づいて前記主走査駆動信号と前記副走査駆動信号とをそれぞれ発生させる駆動信号発生部と
   を含み、
   前記同期信号発生部は、
   前記主走査部と前記副走査部とのうちの一方を追従制御対象とし、前記主走査同期信号と前記副走査同期信号とのうち前記追従制御対象に対応するものを対象同期信号とし、その対象同期信号を、前記検出部によって検出された走査状態に基づき、前記追従制御対象の共振周波数に追従するように制御する第１同期信号制御部と、
   前記主走査同期信号と前記副走査同期信号とのうちの他方を、前記制御された対象同期信号に基づいて制御する第２同期信号制御部と
   を含む光走査型ディスプレイ。
2. 前記第１同期信号制御部は、前記対象同期信号の周波数を、前記検出部によって検出された前記追従制御対象の走査状態に基づき、前記追従制御対象の共振周波数に追従するように制御する第１周波数制御部を含む請求項１に記載の光走査型ディスプレイ。
3. 前記第２同期信号制御部は、前記他方の同期信号の周波数を、主走査周波数と副走査周波数との比が設定比に一致するように、制御する第２周波数制御部を含む請求項１または２に記載の光走査型ディスプレイ。
4. 前記設定比は、互いに素である整数の比である請求項３に記載の光走査型ディスプレイ。
5. 前記追従制御対象は、前記主走査部と前記副走査部とのうち、機械的共振系のＱ値が大きいものである請求項１ないし４のいずれかに記載の光走査型ディスプレイ。
6. 前記第１の機械的共振系のＱ値は、前記第２の機械的共振系のＱ値より大きい請求項５に記載の光走査型ディスプレイ。
7. 前記主走査部は、前記主走査周波数で周期的に変化する主走査偏向角で出射するように前記光束を往復偏向走査し、
   前記検出部は、前記主走査偏向角を反映する信号を主走査変位信号として出力し、
   前記同期信号発生部は、前記主走査変位信号の前記主走査駆動信号に対する位相差が設定値となるように前記主走査同期信号を発生させる位相差制御部を含む請求項１ないし６のいずれかに記載の光走査型ディスプレイ。
8. 前記同期信号発生部は、前記主走査同期信号と前記副走査同期信号との位相差が設定値に一致するように、それら主走査同期信号と副走査同期信号とのうちの少なくとも一方の位相を変更する位相変更部を含む請求項１ないし７のいずれかに記載の光走査型ディスプレイ。
9. 光束の２次元的な走査によって画像を表示する光走査型ディスプレイであって、
   輝度信号に応じた輝度で前記光束を出射する光源部と、
   前記光源部から出射した光束を互いに交差する主走査方向と副走査方向とにそれぞれ往復走査する走査装置であって、（ａ）主走査駆動信号に基づき、前記光束を、第１の機械的共振系を利用して、前記主走査方向に往復走査することが可能な主走査部と、（ｂ）副走査駆動信号に基づき、前記光束を、第２の機械的共振系を利用して、前記副走査方向に往復走査することが可能な副走査部とを有し、かつ、前記画像の各フレームごとに、前記主走査方向において前記副走査方向におけるより多数回の往復走査を行うものと、
   前記画像の１フレームが３以上のフィールドに分けられて前記走査装置によって走査されて表示されるように、映像信号に基づいて前記輝度信号を生成し、各回の往復走査の全体期間のうちの有効走査期間中に、前記光源部が実際に光束を出射することによって形成される有効走査線が同じフレームにおいて前記３以上のフィールド間で互いに重ならないように、前記生成された輝度信号を前記光源部に出力する輝度信号制御部と、
   前記走査装置の走査状態を検出する検出部と、
   主走査同期信号と副走査同期信号とを発生させる同期信号発生部と、
   それら発生させられた主走査同期信号と副走査同期信号とに基づいて前記主走査駆動信号と前記副走査駆動信号とをそれぞれ発生させる駆動信号発生部と
   を含み、
   前記主走査部は、主走査周波数で周期的に変化する主走査偏向角で出射するように前記光束を往復偏向走査し、
   前記副走査部は、副走査周波数で周期的に変化する副走査偏向角で出射するように前記光束を往復偏向走査し、
   前記検出部は、前記主走査偏向角を反映する信号と前記副走査偏向角を反映する信号とをそれぞれ主走査変位信号と副走査変位信号として出力し、
   前記同期信号発生部は、
   前記主走査同期信号と前記副走査同期信号とのうちの少なくとも一つが前記主走査部と前記副走査部とのうち対応するものの共振周波数に追従することと、前記主走査周波数と前記副走査周波数との比が設定比に一致することとが一緒に達成されるように、前記検出部によって検出された走査状態に基づき、前記主走査同期信号の周波数と前記副走査同期信号の周波数とをそれぞれ、主走査周波数刻み幅と副走査周波数刻み幅とで離散的に変更する周波数変更部を含み、
   前記主走査同期信号の周波数と前記副走査同期信号の周波数とが前記周波数変更部によって変更されることに起因し、前記主走査変位信号の前記主走査駆動信号に対する主走査位相差と、前記副走査変位信号の前記副走査駆動信号に対する副走査位相差とが変動し、
   前記主走査位相差の変動と前記副走査位相差の変動とに起因し、前記走査装置によって形成される複数本の走査線の走査線間位相差が変動し、
   前記主走査周波数刻み幅は、前記主走査位相差の変動に起因する前記走査線間位相差の変動量が許容範囲内であるように、第１の許容値を超えないように設定され、
   前記副走査周波数刻み幅は、前記副走査位相差の変動に起因する前記走査線間位相差の変動量が前記許容範囲内であるように、第２の許容値を超えないように設定される光走査型ディスプレイ。
10. 前記主走査周波数をｆ_Ｍ、前記副走査周波数をｆ_Ｓ、前記設定比をｎ_Ｍ：ｎ_Ｓ（ｎ_Ｍおよびｎ_Ｓは共に整数）、前記第１の機械的共振系のＱ値をＱ_Ｍ、前記第２の機械的共振系のＱ値をＱ_Ｓ、１より大きい係数をγでそれぞれ表記する場合に、前記第１の許容値は、
    πｆ_Ｍ／（４γ・Ｑ_Ｍ・ｎ_Ｓ）
    として定義され、
    前記第２の許容値は、
    πｆ_Ｓ／（４γ・Ｑ_Ｓ・ｎ_Ｍ）
    として定義される請求項９に記載の光走査型ディスプレイ。
11. 前記係数γは、２以上で６以下である値を有する請求項１０に記載の光走査型ディスプレイ。
12. 前記同期信号発生部は、
    前記主走査部と前記副走査部とのうちの一方を追従制御対象とし、前記主走査同期信号と前記副走査同期信号とのうち前記追従制御対象に対応するものを対象同期信号とし、その対象同期信号を、前記検出部によって検出された走査状態に基づき、前記追従制御対象の共振周波数に追従するように制御する第１同期信号制御部と、
    前記主走査同期信号と前記副走査同期信号とのうちの他方を、前記制御された対象同期信号に基づいて制御する第２同期信号制御部と
    を含む請求項９ないし１１のいずれかに記載の光走査型ディスプレイ。
13. 前記同期信号発生部は、前記主走査同期信号と前記副走査同期信号との位相差が設定値に一致するように、それら主走査同期信号と副走査同期信号とのうちの少なくとも一方の位相を変更する位相変更部を含む請求項９ないし１２のいずれかに記載の光走査型ディスプレイ。

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