JP2008197205A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像のサイズの変更を画像劣化を伴わず、しかも装置の大型化を抑制することができる画像表示装置を提供すること。
【解決手段】ドットクロック毎に読み出される画像信号に応じた光束を生成して出射する光束生成器と、光束を２次元走査することにより画像を表示する光走査部とを有し、光束生成器における光束の出射タイミングを変更して、表示する画像のサイズを変更する。この光束生成器における光束の出射タイミングの変更は、ドットクロックの周期を変更することによって行われる。
【選択図】図７

Description

本発明は、画像表示装置に関し、特に表示する画像のサイズを変更することができる画像表示装置に関する。

従来より、画像信号に応じた光束を生成し、この光束を走査することにより画像を表示する画像表示装置が知られている。

このような画像表示装置において、表示する画像のサイズを変更（拡大・縮小）することができる構成を有するものがある。例えば、特許文献１には、画像表示素子に表示された画像を観察者の眼球へ投影する頭部装着型ディスプレイ装置において、投影倍率を切り換え可能にして、所望の画角、倍率で画像を観察可能にしたものが開示されている。
特開平６−１９４５９８号公報

しかしながら、従来の画像表示装置は、光学系を可動させることによって表示する画像のサイズの変更をしていることから、その構成が複雑となり画像表示装置が大型化したり、電力損失が大きくなったりするという課題が生じる。

また、画像表示素子に表示する画像を処理することによって表示する画像のサイズを変更する方法もあるが、この方法は、大型化することがない反面で、表示する画像が解像度的に荒くなるなど画像劣化の課題が生じる。

そこで、本発明は、簡易な構成で、画像劣化や電力損失を抑えた画像のサイズの変更を可能とした画像表示装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、ドットクロック毎に読み出される画像信号に応じた光束を生成して出射する光束生成器と、前記光束を２次元走査することにより画像を表示する光走査部とを有する画像表示装置において、前記光束生成器における前記光束の出射タイミングを変更して、前記表示する画像のサイズを変更することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光束生成器は、前記ドットクロックの周期を変更することによって、前記光束生成器による前記光束の出射タイミングを変更することを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記光束生成器は、マスタクロックを分周することにより前記ドットクロックを生成するドットクロック生成器を備え、前記マスタクロックの周期を変更することによって、前記ドットクロックの周期を変更することを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記光束生成器は、マスタクロックを所定の分周比で分周することにより前記ドットクロックを生成するドットクロック生成器を備え、前記分周比を変更することによって、前記ドットクロックの周期を変更することを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、前記光走査部は、第１の走査方向に対して相対的に高速に前記光束を走査する高速走査部と、第２の走査方向に対して相対的に低速に前記光束を走査する低速走査部とを備え、前記光束生成器における前記光束の前記第１の走査方向に関する出射タイミングを変更することによって、前記第１の走査方向に関する前記画像のサイズを変更することを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記高速走査部は、前記光束を走査する共振型走査素子を有することを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項５又は請求項６に記載の発明において、前記低速走査部は、反射面を揺動して前記光束を走査する走査素子を備え、前記反射面の揺動範囲を変更することによって、前記第２の走査方向に関する前記画像のサイズを変更することを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の発明において、前記光走査部は、第１の走査方向に対して相対的に高速に前記光束を走査する高速走査部と、第２の走査方向に対して相対的に低速に前記光束を走査する低速走査部とを備え、前記光束生成器における前記光束の前記第２の走査方向に関する出射タイミングを変更することによって、前記第２の走査方向における前記光束の走査範囲を変更し、前記第２の走査方向に関する画像の大きさを変更することを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の発明において、前記光走査部によって走査された光束を観察者の網膜へ投射することによって、前記画像を表示する網膜走査型の画像表示装置であることを特徴とする。

請求項１，９に記載の発明によれば、画像信号に応じた光束を出射するタイミング（出射する期間）を変更することによって、表示する画像のサイズの変更を行うようにしているので、画像劣化を伴わず、しかも装置の大型化を抑制することができる。

請求項２に記載の発明によれば、光束の出射タイミングの変更を、表示する画像の画素毎の画像信号を読み出すドットクロックの周期を変更することによって行うので、光束の出射タイミングの変更が容易となる。

請求項３に記載の発明によれば、マスタクロックの周期を変更することによって、ドットクロックの周期を変更するので、ドットクロックの周期の変更が容易になる。

請求項４に記載の発明によれば、分周比を変更することによって、ドットクロックの周期を変更するので、マスタクロックの周期を変更することなくドットクロックの周期を変更することができる。

請求項５に記載の発明によれば、光走査部は、第１の走査方向に対して相対的に高速に光束を走査する高速走査部と、第２の走査方向に対して相対的に低速に光束を走査する低速走査部とを備え、光束生成器における光束の第１の走査方向に関する出射タイミングを変更することによって、第１の走査方向に関する画像のサイズを変更するので、第１の走査方向の画像サイズの変更を画像劣化を伴わずに行うことができ、しかも装置の大型化を抑制することができる。

請求項６に記載の発明によれば、高速走査部における走査素子が共振型走査素子であり、共振型走査素子の揺動範囲を変更する制御を行うことなく、表示する画像サイズの変更を行うことができるため、共振型走査素子の揺動範囲を変更するのに比べ、画像サイズの変更時間を短縮することができる。

請求項７に記載の発明によれば、低速走査部は、反射面を揺動して光束を走査する走査素子を備え、反射面の揺動範囲を変更することによって、第２の走査方向に関する画像のサイズを変更するので、第１の走査方向及び第２の走査方向の画像サイズの変更を容易に行うことができる。特に、低速走査部の揺動は低速であるため揺動範囲の変更が高速走査部に比べ容易となる。

請求項８に記載の発明によれば、光走査部は、第１の走査方向に対して相対的に高速に光束を走査する高速走査部と、第２の走査方向に対して相対的に低速に光束を走査する低速走査部とを備え、光束生成器における光束の出射タイミングを変更することによって、第２の走査方向における光束の走査範囲を変更し、第２の走査方向に関する画像サイズを変更するので、第２の走査方向の画像サイズの変更を画像劣化を伴わずに行うことができ、しかも装置の大型化を抑制することができる。

以下、本発明の最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施形態は、画像表示装置の一例として網膜画像走査型表示装置に対して本発明を適用した場合の実施形態である。なお、画像表示装置としては、網膜画像走査型表示装置のほか光走査型の投影型画像表示装置（例えば、レーザーディスプレイ）などがある。

（第１実施形態）
［１ 画像表示装置の概要説明］
まず、画像表示装置１の構成及び動作の概要について説明する。図１に、本発明の第１実施形態における画像表示装置１の全体構成を示す。この画像表示装置１は、網膜画像走査型表示装置であり、その利用者である観察者の瞳孔１２に光束を入射させて網膜１４上に画像を投影することによって、観察者の眼１０の瞳孔１２の前方において虚像を視認させるための装置である。

画像表示装置１は、外部から供給される画像信号Ｓをドットクロック毎に読み出し、読み出した画像信号に応じて強度変調された光束を生成して出射する光束生成器２０を備え、さらに、その光束生成器２０と観察者の眼１０との間には、光束を走査することにより画像を表示する走査部を備えている。この走査部は、光束生成器２０で生成され、光ファイバ１００を介して出射されるレーザビーム（以下、「光束」と呼ぶ。）を平行光化するコリメート光学系６１と、このコリメート光学系６１で平行光化された光束を画像表示のために水平方向（第１の走査方向）に対して相対的に高速に走査する水平走査部７０（高速走査部の一例に相当）と、水平走査部７０で水平方向に走査された光束を垂直方向（第２の走査方向）に対して相対的に低速に走査する垂直走査部８０（低速走査部の一例に相当）と、水平走査部７０と垂直走査部８０との間に設けられた第１リレー光学系７５と、このように水平方向と垂直方向に走査された光束（以下、「走査光束」とする。）を瞳孔１２へ出射するための第２リレー光学系９０と、観察者が視認する画像のサイズ（以下、「表示画像サイズ」とする。）を変更（拡大や縮小）する操作を行うための入力部２６とを備えている。

光束生成器２０には、図１に示すように、外部から供給される画像信号Ｓに基づいて、画像を合成するための要素となる各信号等を発生する信号処理回路２１が設けられる。この信号処理回路２１において、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の各画像信号２２ａ〜２２ｃが生成され、出力される。また、信号処理回路２１は、水平走査部７０で使用される水平同期信号２３と、垂直走査部８０で使用される垂直同期信号２４とをそれぞれ出力する。

さらに、光束生成器２０は、信号処理回路２１からドットクロック毎に出力される３つの画像信号（Ｂ，Ｒ，Ｇ）２２ａ〜２２ｃをそれぞれ光束にする光源部３０と、これらの３つの光束を１つの光束に結合して任意の光束を生成するための光合成部４０を備えている。

光源部３０は、青色の光束を発生させるＢレーザ３４及びＢレーザ３４を駆動するＢレーザドライバ３１と、緑色の光束を発生させるＧレーザ３５及びＧレーザ３５を駆動するＧレーザドライバ３２と、赤色の光束を発生させるＲレーザ３６及びＲレーザ３６を駆動するＲレーザドライバ３３とを備えている。なお、各レーザ３４,３５,３６は、例えば、半導体レーザや高調波発生機構付き固体レーザとして構成することが可能である。また、半導体レーザを用いる場合は駆動電流を直接変調して、光束の強度変調を行うことができるが、固体レーザを用いる場合は、各レーザそれぞれに外部変調器を備えて光束の強度変調を行う必要がある。

光合成部４０は、光源部３０から入射する光束を平行光にコリメートするように設けられたコリメート光学系４１,４２,４３と、このコリメートされた光束を合成するためのダイクロイックミラー４４,４５,４６と、合成された光束を光ファイバ１００に導く結合光学系４７とを備えている。各レーザ３４,３５,３６から出射した光束は、コリメート光学系４１,４２,４３によってそれぞれ平行化された後に、ダイクロイックミラー４４,４５,４６にそれぞれ入射される。その後、これらのダイクロイックミラー４４,４５,４６により、各光束が波長に関して選択的に反射・透過されて結合光学系４７に達し、この結合光学系４７によって集光されて光ファイバ１００へ出力される。

水平走査部７０及び垂直走査部８０は、光ファイバ１００から入射された光束を画像として投影可能な状態にするために、水平方向と垂直方向に走査して走査光束とする。

水平走査部７０は、光束を水平方向に走査するための偏向面である反射面を有する共振型走査素子である走査素子７１と、この走査素子７１を共振させ、共振型走査素子７１の反射面を揺動させる駆動信号を発生する駆動信号発生器を含む水平走査駆動回路７２とを有している。共振型走査素子７１としては、ガルバノミラーなどを用いることができる。なお、共振型走査素子７１は、光束を走査するようにその反射面が揺動（回転）させられるものであれば、圧電駆動、電磁駆動、静電駆動等いずれの駆動方式によるものであってもよい。

垂直走査部８０は、光束を垂直方向に走査するための偏向面である反射面を有する走査素子８１と、この走査素子８１を非共振的に駆動させる垂直走査駆動回路８２とを備えている。走査素子８１としては、ガルバノミラーを使用することができる。なお、走査素子８１は、光束を走査するようにその反射面が揺動（回転）させられるものであれば、圧電駆動、電磁駆動、静電駆動等いずれの駆動方式によるものであってもよい。

なお、水平走査駆動回路７２と垂直走査駆動回路８２は、信号処理回路２１から出力される水平同期信号２３と垂直同期信号２４に基づいてそれぞれ駆動する。また、垂直走査駆動回路８２は信号処理回路２１から出力される揺動範囲指定信号２５に基づいて走査素子８１の反射面の揺動範囲を決定して走査素子８１の反射面を揺動させる。

また、上述のように、水平走査部７０と垂直走査部８０との間での光束を中継する第１リレー光学系７５を備えており、走査素子７１によって水平方向に走査された光束は、第１リレー光学系７５を通って、走査素子８１によって垂直方向に走査されて、２次元的に走査された走査光束として、第２リレー光学系９０へ出射される。

第２リレー光学系９０は、正の屈折力を持つレンズ系９１,９４を有している。垂直走査部８０から出射された走査光束は、レンズ系９１によって、それぞれの光束がその光束の中心線を相互に平行にされ、かつそれぞれ収束光束に変換される。そして、レンズ系９４によってほぼ平行な光束となると共に、これらの光束の中心線が観察者の瞳孔１２に収束するように変換される。

なお、本実施形態においては、光ファイバ１００から入射された光束を、水平走査部７０で水平方向に走査した後、垂直走査部８０によって垂直方向に走査することとしたが、水平走査部７０と垂直走査部８０との配置を入れ替え、垂直走査部８０によって垂直方向に走査した後、水平走査部７０で水平方向に走査するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、水平走査部７０を共振型の走査系とし、垂直走査部８０を非共振型の走査系としたが、これに限らず、例えば、水平走査部７０を非共振型の走査系としてもよい。また、詳しくは後述するが、垂直走査部８０は、走査素子８１の反射面を鋸波状に揺動して光束を走査する走査系である。

図２（ａ）に示すように、相対的に高速に揺動する走査素子７１は、水平走査駆動回路７２によって共振揺動され、入射した光束を水平方向Ｘに対して往復走査する。そして、走査素子７１によって水平方向に走査された走査光は、第１リレー光学系７５を介して、垂直走査部８０に入射する。垂直走査部８０の走査素子８１は、垂直走査駆動回路８２によって鋸波状に揺動され、入射された光束を垂直方向Ｙに対して走査する。そして、走査素子８１によって垂直方向に走査された走査範囲Ｚの走査光束は、第２リレー光学系９０を介して、ユーザの瞳孔１２に入射する。

図２（ｂ）は、走査素子７１及び走査素子８１の揺動範囲Ｗ（水平揺動範囲及び垂直揺動範囲）と走査範囲Ｚ（水平走査範囲と垂直走査範囲）との関係を説明するための図である。ここで、「水平揺動範囲」とは、走査素子７１の反射面で光束を走査することができる範囲を意味し、「垂直揺動範囲」とは、走査素子８１の反射面で光束を走査することができる範囲を意味し、「揺動範囲Ｗ」は、走査素子７１及び走査素子８１によって光束を走査することができる範囲を意味する。また、「水平走査範囲」とは、走査素子７１の反射面で走査した光束の範囲を意味し、「垂直走査範囲」とは、走査素子８１の反射面で走査した光束の範囲を意味し、「走査範囲Ｚ」とは、走査素子７１及び走査素子８１によって走査した光束の範囲を意味する。また、図２（ｂ）においては、光束生成器２０から常に光束が出射されたと仮定したときに水平走査部７０及び垂直走査部８０によって走査される光束の軌跡を仮想的に示している。

この図２（ｂ）に示すように、走査素子７１及び走査素子８１の揺動範囲Ｗのうち、走査範囲Ｚ（水平走査範囲でかつ垂直走査範囲）のタイミングで光束生成器２０から光束が出射されることによって、水平走査部７０及び垂直走査部８０によって走査範囲Ｚで光束が走査される。

なお、水平走査部７０の走査素子７１の走査面の揺動位置を検出するために、走査素子７１の走査面に向けて検査用光を出射する検査用光源と、走査素子７１の走査面によって反射された検査用光を検出するための光検出器とを有しており、光束生成器２０は、光検出器から出力される信号（以下、「変位信号」とする。）によって走査素子７１の走査面の揺動位置を検出する。そして、光束生成器２０は、変位信号に基づいて、水平同期信号２３、垂直同期信号２４などを生成すると共に、光束の出射開始タイミングなどを決定して、光束を出射する。

また、走査素子７１の走査面の揺動位置を検出するために、特開２００６−２７６６３４号公報に記載されているように、走査素子７１から出力される変位信号を用いるようにしてもよい。すなわち、反射面の変位に応じた変位信号を出力可能な走査素子を走査素子７１とし、この走査素子７１から出力される変位信号に基づいて、走査素子７１における反射面の揺動位置を光束生成器２０によって検出するようにする。このように構成することで、上述した検査用光源や光検出器が不要となる。

［２．信号処理回路の構成及び動作］
（２．１ 信号処理回路の構成）
次に、信号処理回路２１の構成を図面を参照して具体的に説明する。図３は信号処理回路２１の一部の構成を示す図であり、信号処理回路２１において画像信号Ｓから画像信号（Ｂ，Ｒ，Ｇ）２２ａ〜２２ｃを出力する構成の概略図である。

図３に示すように、信号処理回路２１は、画像信号Ｓをデジタル化するＡ／Ｄコンバータ１０１と、デジタル化された画像信号Ｓと同期するための画像信号同期回路１０２と、この画像信号同期回路１０２から出力される画像信号をフレーム単位で記憶するフレームメモリ１０３と、表示する画像の画素位置に対応したクロック周期のドットクロックを生成し、このドットクロック毎にフレームメモリ１０３に記憶した画像信号を画素単位で読み出し、各色（Ｂ，Ｒ，Ｇ）毎の画像信号（以下、「画素信号」とする。）を生成して出力する画素信号処理回路１０４と、内部に格納したルックアップテーブル（輝度テーブル）に基づいて画素信号処理回路１０４から出力される各色毎の画素信号の輝度をそれぞれ調整する輝度調整器１０５と、この輝度調整器１０５によって輝度調整された各色毎の画素信号をアナログ化して、画像信号（Ｂ，Ｒ，Ｇ）２２ａ〜２２ｃとしてそれぞれ出力するＤ／Ａコンバータ１０６と、信号処理回路２１の基本クロックであるマスタクロックを生成するマスタクロック生成器１０７と、信号処理回路２１全体を制御する信号処理制御部１０８とを有している。

画素信号処理回路１０４は、ドットクロックのクロック周期（以下、「ドットクロックの周期」と呼ぶ。）に対応するマスタクロック数を、光束の走査開始位置のドットクロックから順次ドットクロック毎に格納するクロックテーブル１１０と、このクロックテーブル１１０に基づいて、走査素子７１による光束の走査方向に応じたクロック周期のドットクロックを、マスタクロックを分周することにより生成するドットクロック生成器１１１とを有している。

（２．２ クロックテーブル）
ここで、クロックテーブル１１０について具体的に説明する。図４は本実施形態におけるクロックテーブル１１０の例を示す図、図５は図４のクロックテーブル１１０によって生成されるドットクロックとマスタクロック及び画素毎の画像信号との関係を示す図である。なお、ここでは理解を容易にするために、水平方向の画素数を６０ドットとしている。

図４に示すように、クロックテーブル１１０は、クロック周期に相当するマスタクロック数を、光束の走査開始位置のドットクロックから順次ドットクロック毎に格納するクロックテーブルである。

ドットクロック生成器１１１は、このクロックテーブル１１０を参照して、画素毎に画像信号を読み出すためのドットクロックをマスタクロックを分周することにより生成する。このクロックテーブル１１０は、上述のように水平方向を６０画素としたときの例を示すものであり、光束の走査開始位置からのドットクロック順に１から６０まで順に番号が割り当てられている。

図４に示すクロックテーブル１１０では、ドットクロック番号１から順にドットクロック番号６０まで、マスタクロック数が「６」、「５」、・・・・、「５」、「６」となっており、ドットクロック生成器１１１は、光束の走査開始位置から順にマスタクロック数が「６」、「５」、・・・・、「５」、「６」となるクロック周期のドットクロックを生成する。すなわち、ドットクロック生成器１１１は、光束の走査方向に応じたクロック周期のドットクロックをクロックテーブル２１０に基づいて生成する。このように光束の走査方向に応じてドットクロックの周期を変更するのは、走査素子７１の揺動速度が反射面の位置によって異なるからである。

図５には、ドットクロック番号１〜５までのドットクロックとマスタクロック及び画素毎の画像信号との関係と、ドットクロック番号３１〜３７までのドットクロックとマスタクロック及び画素毎の画像信号との関係とが示されている。

図５に示すように、ドットクロック番号１のクロック周期はマスタクロック数が６であり、このクロック周期の間、最初の画素位置（画素番号１）の画像信号が画素信号処理回路１０４により読み出されて光源部３０に出力される。また、ドットクロック番号３１のクロック周期はマスタクロック数が３であり、このクロック周期の間、水平方向で３１番目の画素位置（画素番号３１）の画像信号が画素信号処理回路１０４により読み出されて光源部３０に出力される。

このようにドットクロック生成器１１１は、光束の走査方向に応じたクロック周期のドットクロックを、クロックテーブル１１０に基づき、マスタクロックを分周して生成するようにしており、これにより画素の走査方向を等間隔になるように光束を走査することができる。

（２．３ ルックアップテーブル）
以上のようにドットクロック生成器１１１によって生成されたドットクロックで画素毎に読み出された画像信号は、輝度調整器１０５によってルックアップテーブルに基づいた輝度値の調整が行われる。

このルックアップテーブルは、図６に示すように、ドットクロック生成器１１１で生成するドットクロックのクロック周期に応じた輝度値となる輝度補正率がドットクロック番号に対応して規定されている。すなわち、ドットクロックのクロック周期に応じた輝度情報である輝度補正率を光束の走査開始位置のドットクロックから順次ドットクロック毎に格納するのである。この輝度補正率は、走査素子７１の各画素毎の走査位置におけるスピードの逆数と同様の値となる。

このように、走査素子７１の走査位置毎のスピードの逆数と同様の値の輝度補正率で、画素信号の輝度を補正して調整するようにしているため、画像表示装置１が表示する画像のどのドット（画素）でも画像信号Ｓによるオリジナルの画像の輝度分布と同等の輝度分布となる。従って、輝度むらの発生を抑制することができ、画像表示装置１のクオリティを高めることができる。

また、輝度調整器１０５では、さらにルックアップテーブルの輝度補正率全体を所望の倍率（以下、「輝度倍率」とする。）で変更することができるようにしている。従って、この輝度倍率を上げることにより表示画像全体の輝度が上がり、輝度倍率を下げることによって表示画像全体の輝度が下がる。

（２．４ 表示画像サイズを変更する構成について）
次に、観察者が視認する画像のサイズを変更（拡大、縮小）する構成及び動作について図面を参照して具体的に説明する。図７は水平方向の表示画像サイズの変更を説明するための図であり、図８は垂直方向の表示画像サイズの変更を説明するための図である。

（２．４．１ 水平方向の表示画像サイズを変更する構成について）
まず、表示画像サイズの変更のうち、水平方向の表示画像サイズの変更について説明する。図５に示すように、走査素子７１の反射面は、水平走査駆動回路７２によって、所定の位置を基準（０度）として＋θ１〜−θ１の角度範囲で共振振動（揺動）を行う。また、光源部３０からの光束は、走査素子７１の反射面の変位位置が＋θ２〜−θ２までの角度範囲（走査範囲）にあるときに出射される。走査素子７１の反射面が＋θ２〜−θ２までの角度（Ａ１からＡ２までのタイミング）と−θ２から＋θ２までの範囲（Ｂ１からＢ２までのタイミング）で光源部３０からの光束が出射されるように構成される。

そして、本実施形態においては、水平方向の表示画像サイズの変更を、この「θ２」の値を変更することによって行うようにしている。すなわち、走査素子７１の反射面の揺動範囲（＋θ１〜−θ１）を変更することなく、光束生成器２０による光束の出射タイミングを変更することによって、表示画像サイズの変更を行うのである。

光束生成器２０による光束の出射タイミングの変更は、画像表示装置１の利用者が入力部２６を操作することによって表示画像サイズの変更要求を行うことにより実行されるものであり、このように利用者からの要求操作が行われたとき、信号処理回路２１にサイズ変更要求信号が入力される。そして、このサイズ変更要求信号に基づいて信号処理回路２１によって表示画像サイズの変更が行われる。この表示画像サイズの変更は、（ａ）ドットクロックの周期の変更、（ｂ）光束の出射開始タイミングの変更、（ｃ）輝度補正、の３つの処理を行うことにより実行される。なお、「光束の出射開始タイミング」とは、水平方向への各走査ライン毎の光束を出射する開始タイミング（例えば、図５におけるＡ１やＢ１のタイミング）を意味する。また、光束の出射を終了するタイミング（例えば、図５におけるＡ２やＢ２のタイミング）は、この光束の出射開始タイミングとドットクロックの周期によって決定される。

（ドットクロックの周期の変更）
まず、ドットクロックの周期の変更は、マスタクロック生成器１０７から出力するマスタクロックのクロック周期（以下、「マスタクロックの周期」と呼ぶ。）を変更することによって行われる。すなわち、利用者による入力部２６の操作によって指定された表示画像サイズに応じたマスタクロックの周期となるように信号処理制御部１０８がマスタクロック生成器１０７へ制御信号を出力する。マスタクロック生成器１０７は、信号処理制御部１０８からの制御信号に応じたクロック周期のマスタクロックを生成する。そして、ドットクロック生成器１１１は、クロックテーブル１１０を用いて、クロック周期が変更されたマスタクロックに基づいたドットクロックを生成する。

従って、画像サイズを拡大するための入力部２６への操作が利用者によって行われたときには、マスタクロック生成器１０７から出力するマスタクロックの周期が長くなり、水平方向の各走査ラインにおいて光束生成器２０から光束を出射する期間が長くなる（例えば、図７（ｃ）において「Ｔ２」で示す期間から図７（ｄ）において「Ｔ３」で示す期間）。また、画像サイズを縮小するための入力部２６への操作が利用者によって行われたときには、マスタクロック生成器１０７から出力するマスタクロックの周期が短くなり、水平方向の各走査ラインにおいて光束生成器２０から光束を出射する期間が短くなる（例えば、図７（ｃ）において「Ｔ２」で示す期間から図７（ｂ）において「Ｔ１」で示す期間）。

このように、マスタクロックの周期を変更することによって、ドットクロックの周期を変更するので、ドットクロックの周期の変更が容易になる。

また、ドットクロックの周期の変更を、マスタクロックの周期を変更するのではなく、マスタクロックからドットクロックへの分周比を変更することによって行うこともできる。すなわち、ドットクロック生成器１１１は、マスタクロックを分周する際に、その分周比を変更することによって、ドットクロックのクロック周期の変更を行うのである。分周比の変更は、クロックテーブル１１０におけるマスタクロック数を変更する（例えば、クロックテーブル１１０を複数設け、変更する表示画像サイズに応じてクロックテーブルを選択する）ことによって行うことができるが、演算処理器を設けて分周比を変更するようにしてもよい。すなわち、クロックテーブル１１０に規定されたマスタクロック数を画像サイズに合わせて変更する演算を演算処理器によって行い、このように演算したマスタクロック数に基づいてドットクロックを生成するのである。このようにすることによって、多様な大きさで表示画像サイズを変更する場合においても、クロックテーブル１１０の数を増やすことなく表示画像サイズの変更を行うことができる。

（光束の出射開始タイミングの変更）
また、光束の出射開始タイミングの変更は、ドットクロック番号１のドットクロック（図３参照）の生成タイミングを変更することによって行う。すなわち、利用者による入力部２６の操作によって指定された表示画像サイズに応じた光束の出射開始タイミングとなるように信号処理制御部１０８が画素信号処理回路１０４へ制御信号を出力する。画素信号処理回路１０４におけるドットクロック生成器１１１は、ドットクロック番号１のドットクロックの生成タイミングを信号処理制御部１０８からの制御信号に応じて決定する。そして、ドットクロック生成器１１１は、このように決定した生成開始タイミングでドットクロック番号１のドットクロックからクロックテーブル１１０に基づいて順次ドットクロックの生成を開始する。画素信号処理回路１０４は、ドットクロック番号１のドットクロックから水平方向の画素信号の出力を開始する。

例えば、表示画像サイズを拡大するための入力部２６への操作が行われたとき、ドットクロック生成器１１１においてドットクロック番号１のドットクロックの生成タイミングが早くなるように信号処理制御部１０８が画素信号処理回路１０４へ制御信号を出力する（例えば、図７（ｃ）における「ｔ２」，「ｔ２’」のタイミングから図７（ｂ）における「ｔ１」，「ｔ１’」のタイミングへの切替え）。また、表示画像サイズを縮小するための入力部２６への操作が行われたときには、ドットクロック生成器１１１においてドットクロック番号１のドットクロックの生成タイミングが遅くなるように信号処理制御部１０８が画素信号処理回路１０４へ制御信号を出力する（例えば、図７（ｃ）における「ｔ２」，「ｔ２’」のタイミングから図７（ｂ）における「ｔ３」，「ｔ３’」のタイミングへの切替え）。

（輝度補正）
また、画素信号の輝度補正は、輝度調整器１０５によって輝度倍率を変更することによって行う。すなわち、利用者による入力部２６の操作によって指定された表示画像サイズに応じた輝度倍率となるように信号処理制御部１０８が輝度調整器１０５へ制御信号を出力する。輝度調整器１０５は、輝度倍率を信号処理制御部１０８からの制御信号に応じて決定する。そして、輝度調整器１０５は、このように決定した輝度倍率で画素信号の輝度値の調整を行う。

従って、表示画像サイズを拡大するための入力部２６への操作が行われたときには、輝度調整器１０５による輝度値の調整は、輝度倍率を上げて行われる。また、表示画像サイズを縮小するための入力部２６への操作が行われたときには、輝度調整器１０５による輝度値の調整は、輝度倍率を下げて行われる。例えば、表示画像サイズを「水平方向のサイズ中」（図７（ａ）において「Ｂ」に示す走査範囲）から「水平方向のサイズ大」（図７（ａ）において「Ａ」に示す走査範囲）へ変更するとき、輝度倍率は、「水平方向のサイズ中」時に比べて、Ｔ３／Ｔ２倍に変更される。また、表示画像サイズを「水平方向のサイズ中」（図７（ａ）において「Ｂ」に示す走査範囲）から「水平方向のサイズ小」（図７（ａ）において「Ｃ」に示す走査範囲）へ変更するとき、輝度倍率は、「水平方向のサイズ中」時に比べて、Ｔ１／Ｔ２倍に変更される。

このように、表示画像サイズを変更したときに、画素信号の輝度を変更しているので、表示画像サイズを変更したときであっても画像全体の輝度を一定に保つことができる。

なお、水平方向の表示画像サイズを変更するに当たり、その変更に応じてクロックテーブル１１０も併せて変更し、適切にアークサイン補正をすることで、表示画像の歪みを抑制して、表示画像の画像品質を向上させるようにしてもよい。

（２．４．２ 垂直方向の表示画像サイズを変更する構成について）
次に、表示画像サイズの変更のうち、垂直方向のサイズ変更について説明する。

表示画像サイズの垂直方向の変更は、垂直走査駆動回路８２によって走査素子８１における反射面の揺動範囲を変更することによって行うものであり、以下図面を参照して具体的に説明する。図８は本実施形態における画像表示装置１における垂直方向の表示画像サイズの変更を説明するための図である。この図においては、垂直方向の表示画像サイズが「小」，「中」，「大」のそれぞれ状態（水平方向の表示画像サイズは同じ）のときの走査素子８１における反射面の変位（左側の図）及びその時の表示画像サイズ（右側の図における「Ｚ」で示す範囲）を図８（ａ），（ｂ），（ｃ）に示している。なお、図８の左側の図においては、光束生成器２０から常に光束が出射されたと仮定したときに水平走査部７０及び垂直走査部８０によって走査される光束の軌跡を仮想的に示しており、また、図２（ｂ）と同様に、走査素子７１及び走査素子８１の揺動範囲Ｗを示している。

図８に示すように、走査素子８１の反射面の変位は、ｔａ〜ｔｄの期間において鋸波状の変位となり、この変位が表示する画像の１フレーム（走査範囲Ｚ）毎に繰り返される。

そして、図８中ｔｂ〜ｔｃの期間において、光束生成器２０から光束が出射され、その光束が走査素子８１の反射面によって垂直方向に走査される。但し、このｔｂ〜ｔｃの期間内であっても、走査素子７１の反射面が所定位置にある場合（図５，図７参照）には、光束生成器２０から光束が出射されないことになる。

この図８に示すように、表示画像サイズの垂直方向を変更する場合、垂直走査駆動回路８２によって走査素子８１の反射面の揺動範囲（揺動振幅）を変更することによって行う。すなわち、利用者による入力部２６の操作によって指定された表示画像サイズに応じた走査素子８１の反射面の揺動範囲となるように信号処理制御部１０８が垂直走査駆動回路８２へ制御信号を出力する。垂直走査駆動回路８２は、信号処理回路２１からの制御信号に基づいて、走査素子８１の反射面の揺動範囲を決定して、走査素子８１の反射面を揺動する。

従って、表示画像サイズを拡大するための入力部２６への操作が利用者によって行われたときには、走査素子８１の反射面の揺動範囲が大きくなる（例えば、図８（ｂ）において「Ｅ」に示す走査範囲から図８（ｃ）において「Ｆ」に示す走査範囲）。また、表示画像サイズを縮小するための入力部２６への操作が利用者によって行われたときには、走査素子８１の反射面の揺動範囲が小さくなる（例えば、図８（ｂ）において「Ｅ」に示す走査範囲から図８（ａ）において「Ｄ」に示す走査範囲）。このように、走査素子８１の反射面の揺動範囲（揺動振幅）を変更することにより垂直方向の表示画像サイズの変更を行っているため、垂直方向の表示画像サイズにかかわらず、水平方向の走査線数（走査範囲Ｚにおいて、走査素子７１によって光束が水平方向に走査する数）は一定となる。

（２．４．３ 表示画像サイズ変更処理動作について）
次に、光束生成器２０における表示画像サイズ変更処理について、図９のフローチャートを参照して具体的に説明する。

まず、信号処理回路２１における信号処理制御部１０８は、図９に示すように、利用者による入力部２６の操作によって、表示画像サイズの変更要求が行われたか否かを判定する（ステップＳ１０）。

この処理において、表示画像サイズの変更要求が行われたと判定すると（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、信号処理制御部１０８は、変更要求に応じて、ドットクロックの周期の変更及び出射開始タイミングの変更を行い（ステップＳ１１）、処理をステップＳ１２に移行する。なお、これらの変更については上述で説明したためここでは説明を省略する。

ステップＳ１２において、信号処理制御部１０８は、表示画像サイズの変更後に画像の輝度が変化しないように、輝度調整器１０５を制御して輝度補正（輝度倍率の変更）を行う。この輝度補正については上述したためここでは説明を省略する。

この処理が終了すると、信号処理制御部１０８は、垂直走査部８０における走査素子８１の揺動範囲の変更を行うために、表示画像サイズの変更要求に応じた揺動範囲指定信号２５を垂直走査駆動回路８２に対して送信する。垂直走査駆動回路８２は、この揺動範囲指定信号２５で指定される揺動範囲で走査素子８１を駆動する（ステップＳ１３）。

ステップＳ１３の処理が終了したとき、或いはステップＳ１０において表示画像サイズの変更要求が行われていないと判定したとき（ステップＳ１０：ＮＯ）、信号処理制御部１０８は、画像表示装置１の電源がオフにされたか否かを判定し（ステップＳ１４）、オフにされたと判定すると（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、この表示画像サイズ変更処理を終了する。一方、信号処理制御部１０８は、画像表示装置１の電源がオフされていないと判定すると（ステップＳ１４：ＮＯ）、処理をステップＳ１０に移行し、上記ステップＳ１０〜Ｓ１４までの処理を繰り返す。

以上のように、本実施形態における画像表示装置１は、光束生成器２０によって光束の出射タイミングの変更を行うことで、表示画像サイズの変更を行うようにしているので、表示画像サイズの変更を行った場合でも、画像劣化を伴わず、しかも画像表示装置の大型化を抑制することができる。

また、本実施形態における画像表示装置１によれば、クロックテーブル１１０やルックアップテーブルを用いているので、アークsinθ補正レンズを用いずに画像表示装置を構成しつつ、画像品質を保つことができる。

なお、表示画像サイズの変更を水平方向と垂直方向とでそれぞれ別々に変更しても、水平方向及び垂直方向について同時に行うようにしてもよい。例えば、利用者による入力部２６の操作によって「全体画像サイズ大」、「全体画像サイズ中」、「全体画像サイズ小」の指定を可能とし、「全体画像サイズ中」の状態から「全体画像サイズ大」が指定されたときには、水平方向の画像サイズと垂直方向の画像サイズを共に「画像サイズ大」に変更し、「全体画像サイズ中」の状態から「全体画像サイズ小」が指定されたときには、水平方向の画像サイズと垂直方向の画像サイズを共に「画像サイズ小」に変更する等の処理を行うようにしてもよい。

また、上述の実施形態においては、光束生成器２０から出射した光束を水平走査部７０で相対的に高速に走査した後に、垂直走査部８０で相対的に低速に走査して２次元的な走査光（表示用走査光）を生成することとしたが、光束生成器２０から出射した光束を走査部で相対的に低速に走査した後に、垂直走査部で相対的に高速に走査して２次元的な走査光（表示用走査光）を生成してもよい。この場合、水平走査部には走査素子として非共振型走査素子を、垂直走査部には走査素子として共振型走査素子をそれぞれ設けることができる。

また、上述の実施形態においては、各走査方向で表示画像サイズを「大」、「中」、「小」の３つとした例を挙げて説明したが、これに限られるものではなく、各走査方向で表示画像サイズ４以上の変更することできる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態においては、高速走査を行う水平走査部７０における光束の走査範囲の変更を、この走査範囲内のドットクロック数を変えずに、光束生成器２０における光束の出射タイミングを変更することによって行い、さらに、低速走査を行う垂直走査部８０における光束の走査範囲の変更は走査素子８１の反射面の揺動範囲を変更することによって行って、表示画像サイズを変更（拡大、縮小）することとしたが、本第２実施形態においては、低速走査における光束の走査範囲の変更を、走査素子８１における反射面の揺動範囲を変更することになく、走査素子８１の反射面による光束の走査期間を変更することによって行うようにし、さらに水平走査線数が変化しないように走査素子７１の揺動周波数を変更して、表示画像サイズの変更（拡大、縮小）を行うようにするものである。なお、第１実施形態における画像表示装置１とは同様の構成を有しており、処理等が一部異なるものであることから、本実施形態においては特に異なる部分について説明する。また、第１実施形態においては、水平走査部７０における走査素子７１として共振型走査素子を用いることとしたが、走査素子の揺動周波数を変更する場合には、非共振型走査素子を用いることが望ましい。そこで、第２実施形態においては水平走査部７０における走査素子７１として非共振型走査素子を用いることとして説明する。

以下、第２実施形態における画像表示装置について、図面を参照して具体的に説明する。図１０は本実施形態の画像表示装置における垂直方向の表示画像サイズの変更を説明するための図である。この図においては、垂直方向の表示画像サイズが「小」，「中」，「大」のそれぞれ状態のときの走査素子８１の反射面の変位（左側の図）及びその時の表示画像サイズ（右側の図における「Ｚ」で示す範囲）を図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）に示している。なお、図２（ｂ）と同様に、光束生成器２０から常に光束が出射されたと仮定したときに水平走査部７０及び垂直走査部８０によって走査される光束の軌跡を仮想的に示しており、また、走査素子７１及び走査素子８１の揺動範囲Ｗを示している。

本実施形態における画像表示装置は、図１０に示すように、画像の垂直方向のサイズ変更を、走査素子８１における反射面の揺動範囲を維持しつつその反射面による光束の走査範囲（走査期間）の変更によって行うようにしている。また、垂直走査部８０における光束の走査範囲の変更に伴い、高速走査を行う水平走査部７０における光束の走査周波数を変更している。この走査素子７１における光束の走査周波数の変更に伴って、光束生成器２０からの光束の出射タイミングやドットクロックの周期等の補正が画素信号処理回路１０４によって行われる。

図１０に示すように、走査素子８１の反射面の変位は、ｔａ〜ｔｄの期間において鋸波状の変位となり、この変位が表示する画像の１フレーム（走査範囲Ｚ）毎に繰り返される。そして、いずれの表示画像サイズの場合も同様の変位となる。しかし、光束生成器２０から光束が出射される期間が異なり、これによって垂直方向の表示画像サイズの変更が行われる。すなわち、走査素子８１の反射面で反射する期間を変更することによって垂直方向の表示画像サイズの変更を行うのである。

例えば、表示画像サイズが「小」の場合には、ｔｂ１〜ｔｃ１の期間（図１０（ａ）参照）において光束生成器２０から光束が出射され、表示画像サイズが「中」の場合には、ｔｂ２〜ｔｃ２の期間（図１０（ｂ）参照）において光束生成器２０から光束が出射され、表示画像サイズが「大」の場合には、ｔｂ３〜ｔｃ３の期間（図１０（ｃ）参照）において光束生成器２０から光束が出射される。そして、このように光束生成器２０から出射された光束が走査素子８１の反射面によって垂直方向に走査される。なお、図７で説明したように、このｔｂ１〜ｔｃ１，ｔｂ２〜ｔｃ２，ｔｂ３〜ｔｃ３における期間内であっても、走査素子７１の反射面が所定位置にある場合には、光束生成器２０から光束が出射されない。

また、光束生成器２０は、表示画像サイズに応じて、非共振型走査素子である走査素子７１の揺動周波数を変更するための制御信号を水平走査駆動回路７２へ出力する。水平走査駆動回路７２は、光束生成器２０からの制御信号に基づいた揺動周波数で走査素子７１を駆動する。このように走査素子７１の揺動周波数を変更することによって、水平方向の走査周波数を変更し、走査範囲Ｚにおける水平方向の走査ライン数を同一の数とする。

このように第２実施形態における画像表示装置が構成されていることから、表示画像サイズを拡大するための入力部２６への操作が利用者によって行われたときには、走査素子８１の反射面による光束の走査期間が長くなる（例えば、図１０（ｂ）における「ｔｂ２〜ｔｃ２」の期間から図１０（ｃ）における「ｔｂ３〜ｔｃ３」の期間）。一方、水平走査部７０における走査素子の揺動周波数は遅くなる（例えば、垂直方向の画像サイズを５／４倍にする場合には、揺動周波数は４／５倍になる。）。なお、このとき上述した輝度倍率を上げる（例えば、垂直方向の画像サイズを５／４倍にする場合には、輝度倍率も５／４倍にする。）ことによって、表示画像サイズを拡大したときであっても画像全体の輝度を一定に保つことができる。

また、表示画像サイズを縮小するための入力部２６への操作が利用者によって行われたときには、走査素子８１の反射面による光束の走査期間が短くなる（例えば、図１０（ｂ）における「ｔｂ２〜ｔｃ２」の期間から図１０（ａ）における「ｔｂ１〜ｔｃ１」の期間）。一方、水平走査部７０における走査素子の揺動周波数は速くなる（例えば、垂直方向の画像サイズを４／５倍にする場合には、揺動周波数は５／４倍になる。）。なお、このとき上述した輝度倍率を下げる（例えば、垂直方向の画像サイズを４／５倍にする場合には、輝度倍率も４／５倍にする。）ことによって、表示画像サイズを縮小したときであっても画像全体の輝度を一定に保つことができる。

このように、光束生成器２０による光束の出射タイミングを変更して、垂直走査方向における光束の走査範囲を変更し、さらに水平走査方向における走査素子の揺動周波数を変更して、表示する画像の大きさを変更するので、垂直方向及び水平方向の表示画像サイズの変更を画像劣化を伴わずに行うことができ、しかも装置の大型化を抑制することができる。

また、この第２実施形態においては、低速走査における光束の走査範囲の変更の際に、水平走査線数が変化しないように走査素子７１の揺動周波数を変更したが、走査素子７１の揺動周波数を変更することなく走査素子８１による光束の走査期間の変更のみによって低速走査における光束の走査範囲の変更を行うようにしてもよい。この場合、低速走査における光束の走査範囲の変更に伴って画像を表示する（有効）水平走査線数を増減させる必要があり、信号処理制御回路２１において、前記水平走査線数で画像が表現できるよう画像の圧縮（例えば、画像の間引き）率を変更する画像処理を行って、水平走査線数を増減させる。

以上、本発明の実施の形態のうちのいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、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。

たとえば、上述においては、マスタクロック生成器１０７を制御してマスタクロックの周期を変更する構成を説明したが、マスタクロックの周期が異なる複数のマスタクロック生成器と、これらのうち一のマスタクロック生成器を選択する選択部（例えばスイッチ等）とを設け、この選択部を入力部２６によって操作することによって表示画像サイズに応じたマスタクロック生成器からマスタクロックをドットクロック生成器に出力するようにしてもよい。

また、マスタクロック生成器１０７を交換可能に構成するようにしてもよい。すなわち、マスタクロック生成器１０７と光束生成器２０との間を取り外し可能なコネクタなどを用いてマスタクロック生成器１０７を光束生成器２０に取り付けるのである。このようにすれば、表示画像サイズに合わせたマスタクロック生成器１０７を取り付けることができ、したがって、上記クロックテーブルの数を可及的に減らすことができる。その結果、クロックテーブルに関する記憶領域の占有率を低下させることができる。

第１実施形態における画像表示装置の全体構成を示す図である。 走査部による光束の走査を説明するための図である。 図１の信号処理回路の一部の構成を示す図である。 クロックテーブルの例を示す図である。 クロックテーブルによって生成されるドットクロックとマスタクロック及び画素毎の画像信号との関係を示す図である。 ルックアップテーブルの例を示す図である。 水平方向の表示画像サイズの変更を説明するための図である。 垂直方向の表示画像サイズの変更を説明するための図である。 画像変更の処理を説明するための図である。 第２実施形態の画像表示装置において垂直方向の表示画像サイズの変更を説明するための図である。

符号の説明

１ 画像表示装置
２０ 光束生成器
２１ 信号処理回路
２６ 入力部
７１ 共振型走査素子
１０５ 輝度調整器
１１０ クロックテーブル
１１１ ドットクロック生成器

Claims (9)

1. ドットクロック毎に読み出される画像信号に応じた光束を生成して出射する光束生成器と、前記光束を２次元走査することにより画像を表示する光走査部とを有する画像表示装置において、
   前記光束生成器における前記光束の出射タイミングを変更して、前記表示する画像のサイズを変更することを特徴とする画像表示装置。
2. 前記光束生成器は、前記ドットクロックの周期を変更することによって、前記光束生成器による前記光束の出射タイミングを変更する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記光束生成器は、マスタクロックを分周することにより前記ドットクロックを生成するドットクロック生成器を備え、前記マスタクロックの周期を変更することによって、前記ドットクロックの周期を変更する
   ことを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記光束生成器は、マスタクロックを所定の分周比で分周することにより前記ドットクロックを生成するドットクロック生成器を備え、前記分周比を変更することによって、前記ドットクロックの周期を変更する
   ことを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
5. 前記光走査部は、第１の走査方向に対して相対的に高速に前記光束を走査する高速走査部と、第２の走査方向に対して相対的に低速に前記光束を走査する低速走査部とを備え、
   前記光束生成器における前記光束の前記第１の走査方向に関する出射タイミングを変更することによって、前記第１の走査方向に関する前記画像のサイズを変更する
   ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
6. 前記高速走査部は、前記光束を走査する共振型走査素子を有する
   ことを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
7. 前記低速走査部は、反射面を揺動して前記光束を走査する走査素子を備え、前記反射面の揺動範囲を変更することによって、前記第２の走査方向に関する前記画像のサイズを変更する
   ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の画像表示装置。
8. 前記光走査部は、第１の走査方向に対して相対的に高速に前記光束を走査する高速走査部と、第２の走査方向に対して相対的に低速に前記光束を走査する低速走査部とを備え、
   前記光束生成器における前記第２の走査方向に関する前記光束の出射タイミングを変更することによって、前記第２の走査方向における前記光束の走査範囲を変更し、前記第２の走査方向に関する前記画像の大きさを変更する
   ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
9. 前記光走査部によって走査された光束を観察者の網膜へ投射することによって、前記画像を表示する網膜走査型の画像表示装置であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像表示装置。

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