JP2010181734A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低速走査部固有の不要な共振の影響を抑制することができる画像表示装置を提供する。
【解決手段】画像表示装置は、画像信号に応じた光を出射する光源部と、第一の走査方向に対して相対的に高速に光を走査する高速走査部と、第一の走査方向とは略直交する第二の走査方向に対して相対的に低速に光を走査する低速走査部と、を備えた。画像表示装置は、低速走査部の走査領域を略二分する第一走査領域の光と第二走査領域の光をそれぞれ光軸の異なる第一光路と第二光路とに分岐する光路分岐部と、光路分岐部で第一光路と第二光路に分岐した第一走査領域の光と第二走査領域の光とを同一光軸の光路に合流させる光路合成部と、第一走査領域と第二走査領域とでそれぞれ連続して異なる画像フレームの光を光源部から出射させる制御部と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、画像表示装置に関するものであり、特に、画像信号に応じた強度の光を第一の走査方向に対して相対的に高速に走査する高速走査部と、第一の走査方向とは略直交する第二の走査方向に対して相対的に低速に光を走査する低速走査部と、を備えた画像表示装置に関する。

従来より、画像信号に応じた光を出射する光源部と、この光源部から出射された光を第一の走査方向に高速に走査する高速走査部と、第一の走査方向とは略直交する第二の走査方向に対し、光を反射ミラーで低速に走査する低速走査部と、それら高速走査部及び低速走査部を駆動して光源部から出射させた光を２次元走査する制御部と、を備えた画像表示装置が知られている。

このような画像表示装置の低速走査部は、鋸波形状の駆動信号によって非共振モードでガルバノミラーなどの光走査素子を強制駆動させるものが一般的である。しかし、例え低速に走査する場合であっても、光走査素子に所望の走査（駆動信号の波形に忠実な揺動）をさせるのは容易ではない。例えば、光走査素子は駆動周波数より周波数が高いところに不要な固有の共振周波数を有することがあり、不要な共振が誘起されやすく、所望の走査が得られない場合が多い。そのため、例えば、特許文献１には、駆動信号の波形を光走査素子の共振を低減可能な波形とした画像表示装置が開示されている。

特開２００６−２７６３９９号公報

しかしながら、上述したような画像表示装置では、光走査素子の固体差や使用状態などにより生じる特性の違いや変動にまで対応することは困難である。そのため、結局、表示画像に前記共振等による画質劣化（歪みや輝度むらなど）が現れるおそれがあり、その対策は困難であった。

また、低速走査部の走査周波数を下げられれば、必然的に駆動周波数が下がり、低速走査に所望の走査をさせ易くなるが、低速走査部の走査周波数は通常、規定されているので、そのような対策も施しにくい。

本発明は、上述したような課題などに鑑みてなされたものであり、所望の低速走査を行う場合において、低速走査部の走査周波数より低い駆動周波数（例えば１／２）にて実現することによって、光走査素子固有の不要な共振の影響を抑制し易くするなど、所望の走査を実現し易く、表示画像の画質劣化を低減することができる画像表示装置を提供することを目的とする。

以上のような目的を達成するために、本発明は、以下のようなものを提供する。

すなわち、請求項１記載の本発明では、画像信号に応じた光を出射する光源部と、第一の走査方向に対して相対的に高速に光を走査する高速走査部と、前記第一の走査方向とは略直交する第二の走査方向に対して相対的に低速に光を走査する低速走査部と、前記高速走査部及び前記低速走査部を駆動して前記光源部から出射させた光を２次元走査する制御部と、を備えた画像表示装置において、前記低速走査部の走査領域を略二分する第一走査領域の光と第二走査領域の光をそれぞれ光軸の異なる第一光路と第二光路とに分岐する光路分岐部と、前記光路分岐部で前記第一光路と前記第二光路に分岐した前記第一走査領域の光と前記第二走査領域の光とを同一光軸の光路に合流させる光路合成部と、を備え、前記制御部は、第一走査領域と第二走査領域とでそれぞれ連続して異なる画像フレームの光を前記光源部から出射させることを特徴とするものである。

また、請求項２記載の本発明では、請求項１に記載の発明において、前記光路合成部は、前記第一走査領域の光と前記第二走査領域の光を、前記光路分岐部による分岐前の走査方向の関係を維持したまま、同一光軸の光路に合流させることを特徴とするものである。

また、請求項３記載の本発明では、請求項１に記載の発明において、前記光路合成部は、前記第一走査領域の光と前記第二走査領域の光を、一方の走査領域の光が前記光路分岐部による分岐前の走査方向と逆向きとなる関係にして、同一光軸の光路に合流させることを特徴とするものである。

また、請求項４記載の本発明では、請求項１から３のいずれかに記載の発明において、前記第二光路にリレー光学系を設けて前記第二光路の光路長を前記第一光路の光路長よりも長くしたことを特徴とするものである。

また、請求項５記載の本発明では、請求項１から３のいずれかに記載の発明において、前記第一光路と前記第二光路と同一光路長としたことを特徴とするものである。

また、請求項６記載の本発明では、請求項１から５のいずれかに記載の発明において、前記低速走査部は、前記低速走査部の走査方向を前記第一走査領域から前記第二走査領域へ向けて移動させる往路走査と、前記低速走査部の走査方向を前記第二走査領域から前記第一走査領域へ向けて移動させる復路走査とで、それぞれ２画像フレーム分の光を前記光源部から出射させることを特徴とするものである。

また、請求項７記載の本発明では、請求項６に記載の発明において、前記制御部は、前記低速走査部に対称波状の駆動信号を入力して前記往路走査と前記復路走査とを連続させることを特徴とするものである。

また、請求項８記載の本発明では、請求項７に記載の発明において、前記制御部は、前記低速走査部に三角波状の駆動信号を入力して前記往路走査と前記復路走査とを連続させることを特徴とするものである。

また、請求項９記載の本発明では、請求項７に記載の発明において、前記制御部は、前記低速走査部に台形波形状の駆動信号を入力して前記往路走査と前記復路走査とを所定間隔を空けて連続させることを特徴とするものである。

また、請求項１０記載の本発明では、請求項１から９のいずれかに記載の発明において、画像信号から１フレーム分の画素情報をフレームの先頭から順に記憶する記憶部を備え、前記制御部は、前記往路走査のときと前記復路走査のときとで、前記記憶部からの画素情報の読み出し順序を逆転させることを特徴とするものである。

また、請求項１１記載の本発明では、請求項１から１０のいずれかに記載の発明において、前記光路合成部は、前記第一光路から入射した光と前記第二光路から入射した光の相対的な偏光方向を略９０度異なるように同一光軸に合流させることを特徴とするものである。

本発明によれば、所望の低速走査を行う場合において、その低速走査部の走査周波数より低い駆動周波数にて実現することによって、所望の走査を実現し易く、表示画像の画質劣化を低減することができる。

本実施形態における網膜走査型ディスプレイを示す説明図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイの第２リレー光学系の構成を示す概略図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイの制御を示す説明図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイの第２リレー光学系の構成を示す概略図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイの制御を示す説明図である。 本実施形態における網膜走査型ディスプレイの制御を示す説明図である。

以下に、本発明に好適な実施形態について図面に基づいて説明する。また、本発明の画像表示装置を網膜走査型ディスプレイ１に採用した実施形態について以下に説明する。

［画像表示装置の電気的構成］
本実施形態における網膜走査型ディスプレイ１の電気的構成などについて図１を用いて説明する。

図１に示すように、網膜走査型ディスプレイ１には、外部から供給される画像信号Ｓを処理するための光源ユニット部１０が設けられている。光源ユニット部１０には、外部からの画像信号Ｓが入力され、それに基づいて映像を合成するための要素となる各信号を発生する画像信号供給回路１１が設けられ、この画像信号供給回路１１から画像信号１３（１３ｒ，１３ｇ，１３ｂ）、水平駆動信号１８、垂直駆動信号１９が出力される。この光源ユニット部１０は、画像信号Ｓに応じてレーザ光を出射する光源部として機能する。

また、光源ユニット部１０には、画像信号供給回路１１から画像信号１３として伝達される赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各画像信号をもとにそれぞれ強度調整されたレーザ光を出射するように、Ｒレーザ２１，Ｇレーザ２２，Ｂレーザを２３、それぞれ駆動するためのＲレーザドライバ１５，Ｇレーザドライバ１６，Ｂレーザドライバ１７が設けられている。さらに、各レーザより出射されたレーザ光を平行光にコリメートするように設けられたコリメート光学系２４と、それぞれコリメートされたレーザ光を合波するダイクロイックミラー２５と、合波されたレーザ光を光ファイバ３０に導く結合光学系２６とが設けられている。尚、Ｒレーザ２１，Ｇレーザ２２，Ｂレーザ２３として、レーザダイオード等の半導体レーザや固体レーザを利用してもよい。

また、網膜走査型ディスプレイ１には、光源ユニット部１０から伝搬されたレーザ光を水平走査系４２に導くコリメート光学系４１と、コリメートされたレーザ光を、光走査素子としてのガルバノミラー４２ａを利用して水平方向に走査する水平走査系４２と、水平走査系４２によって走査されたレーザ光を垂直走査系４４に導く第１リレー光学系４３と、水平走査系４２に走査され、第１リレー光学系４３を介して入射されたレーザ光を、光走査素子としてのガルバノミラー４４ａを利用して垂直方向に走査する垂直走査系４４と、垂直走査系４４に走査されたレーザ光をユーザの瞳孔４７に入射し、ユーザの眼の網膜４８に画像を投影する第２リレー光学系４５と、が設けられている。

尚、具体的な一例としては、水平走査系４２は、表示すべき画像の１走査線ごとに、レーザ光を水平方向に水平走査する光学系である。また、水平走査系４２は、レーザビームを水平方向に走査するガルバノミラー４２ａと、そのガルバノミラー４２ａの駆動制御を行う水平制御回路４２ｃとを備えている。

これに対し、垂直走査系４４は、表示すべき画像の１フレームごとに、レーザ光を最初の走査線から最後の走査線に向かって垂直方向に垂直走査する光学系である。また、垂直走査系４４は、垂直走査するガルバノミラー４４ａと、そのガルバノミラー４４ａの駆動制御を行う垂直制御回路４４ｃとを備えている。

水平走査系４２は、垂直走査系４４より相対的に高速にすなわち高周波数でレーザ光を走査するように設計されている。また、水平走査系４２，垂直走査系４４は、各々画像信号供給回路１１に接続され、画像信号供給回路１１より出力される水平駆動信号１８、垂直駆動信号１９にそれぞれ同期してレーザ光を走査するように構成されている。

尚、本実施形態における水平走査系４２は、入射されるレーザ光を水平方向（第一の走査方向）に対して相対的に高速に走査させる高速走査部の一例に相当する。また、本実施形態における垂直走査系４４は、その水平方向に走査されたレーザ光を、垂直方向（第二の走査方向）に対して相対的に低速に走査させる低速走査部の一例に相当する。

また、本実施形態においては、水平走査系４２のガルバノミラー４２ａと、垂直走査系４４のガルバノミラー４４ａとは、名称を同じように説明したが、レーザ光を走査するように其の反射面が揺動（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ことは言うまでもない。また、本実施形態においては、水平走査系４２を共振タイプの走査系とし、垂直走査系４４を非共振タイプの走査系としたが、これに限らず、例えば、垂直走査系４４を共振タイプの走査系としてもよいし、どちらも非共振タイプの走査系としてもよい。

次に、本発明の一実施形態の網膜走査型ディスプレイ１が、外部からの画像信号Ｓを受けてから、ユーザの網膜上に映像を投影するまでの過程について図１を用いて説明する。

図１に示すように、本実施形態の網膜走査型ディスプレイ１では、光源ユニット部１０に設けられた画像信号供給回路１１が外部からの画像信号Ｓの供給を受けると、画像信号供給回路１１は、赤，緑，青の各色のレーザ光を出力させるためのＲ画像信号１３ｒ，Ｇ画像信号１３ｇ，Ｂ画像信号１３ｂからなる画像信号１３を出力すると共に、画像信号Ｓに含まれるか又は一緒に入力される水平同期信号と垂直同期信号に基づいて、水平駆動信号１８と、垂直駆動信号１９とを出力する。Ｒレーザドライバ１５，Ｇレーザドライバ１６，Ｂレーザドライバ１７は各々入力されたＲ画像信号１３ｒ，Ｇ画像信号１３ｇ，Ｂ画像信号１３ｂに基づいてＲレーザ２１，Ｇレーザ２２，Ｂレーザ２３に対してそれぞれの駆動信号を出力する。Ｒレーザ２１，Ｇレーザ２２，Ｂレーザ２３はそれぞれの駆動信号に応じた強度のレーザ光を発生し、各々をコリメート光学系２４に出力する。また、画像信号供給回路１１は、水平走査系４２のガルバノミラー４２ａの駆動状態を示すＢＤ同期タイミング信号（図示せず）に応じて、レーザ光を発生し、各々をコリメート光学系２４に出力するタイミングを制御する。つまり、このような網膜走査型ディスプレイ１（画像信号供給回路１１）は、ガルバノミラー４２ａなどにレーザ光を出射させるタイミングを制御することとなる。各レーザ２１，２２，２３から発生されるレーザ光は、このコリメート光学系２４によってそれぞれが平行光にコリメートされ、さらに、ダイクロイックミラー２５に入射されて１つのレーザ光となるよう合成された後、結合光学系２６によって光ファイバ３０に入射されるよう導かれる。

光ファイバ３０によって伝搬されたレーザ光は、光ファイバ３０からコリメート光学系４１によって平行光にコリメートされて水平走査系４２に出射される。この出射されたレーザ光は、水平走査系４２のガルバノミラー４２ａの反射ミラー４２ｂに入射される。また、ガルバノミラー４２ａの反射ミラー４２ｂに入射したレーザ光は水平駆動信号１８に同期して水平方向に走査されて第１リレー光学系４３を介し、垂直走査系４４のガルバノミラー４４ａの反射ミラー４４ｂに入射する。ガルバノミラー４４ａは、垂直駆動信号１９に同期して、その反射ミラー４４ｂが入射光を垂直方向に反射するように往復振動をしており、このガルバノミラー４４ａによってレーザ光は垂直方向に走査される。このように画像信号供給回路１１は、高速走査部である水平走査系４２及び低速走査部である垂直走査系４４を駆動して光源部から出射させた光を２次元走査する制御部として機能する。

ガルバノミラー４４ａによって走査されたレーザ光は、第２リレー光学系４５を介して、ユーザの瞳孔４７に入射する。これによって、ユーザはこのように２次元走査されて網膜上に投影されたレーザ光による画像を認識することができる。つまり、この網膜走査型ディスプレイ１は、画像に関する画像信号に応じて変調されたレーザ光を走査させて出射させることで、ユーザの少なくとも一方の眼の網膜に画像を投影し、画像を表示する画像表示装置の一例に相当する。

［第２リレー光学系４５の構成］
また、上述した第２リレー光学系４５の構成について図２を用いて以下に説明する。尚、図２においては、理解を容易とするために、レーザ光（以下、単に「光」とする）の中心（光軸）のみを示している。

本実施形態における第２リレー光学系４５は、図２に示すように、光を分岐させる光分岐部５０と、分岐させた光路を合流させる光路合成部５１と、を含む構成である。

光分岐部５０は、低速走査部である垂直走査系４４のガルバノミラー４４ａによって低速に走査された光を分岐する。特に、この光分岐部５０は、ガルバノミラー４４ａの走査領域５２を略二分する第一走査領域５２ａの光と第二走査領域５２ｂの光をそれぞれ光軸の異なる第一光路Ａと第二光路Ｂとに分岐する。この光分岐部５０は、リレー系レンズ６０ａと、反射ミラー６１ａ及び６１ｂとを含む構成である。尚、ガルバノミラー４４ａの走査領域５２における光軸中心（垂直方向における走査範囲の中心）及びその付近の領域を、第一走査領域５２ａと第二走査領域５２ｂのいずれにも含まれないようにしている。すなわち、走査領域５２における光軸中心及びその付近の領域を有効画像を表示しない無効表示領域としており、この無効表示領域で走査される光は第２リレー光学系４５から出射しないようにしている。かかる構成により、ガルバノミラー４４ａの駆動が万一停止して走査領域５２における光軸中心やその付近の領域に光を走査することになった場合でも、安全性を担保することができる。

第一走査領域５２ａにおける光は、リレー系レンズ６０ａを透過し、反射ミラー６１ａで反射されて、第一光路Ａとして反射ミラー６６ａに入射し、第一走査領域５２ｂにおける光は、リレー系レンズ６０ａを透過し、反射ミラー６１ｂで反射されて、第二光路Ｂとして反射ミラー６６ｂに入射する。

光路合成部５１は、第一光路Ａと第二光路Ｂに分岐した第一走査領域５２ａの光と第二走査領域５２ｂの光とを同一光軸の光路に合流させることにより、第一走査領域５２ａと第二走査領域５２ｂとを重ねて合成走査領域５２ｘとする。

光路合成部５１は、反射ミラー６６ａ，６６ｂ，６７ａ，６７ｂと、１／２波長板６８ａと、偏光プリズム６９ａと、リレー系レンズ７０ａとを含む構成である。１／２波長板６８ａは、偏光特性を９０度回転する機能を有し、Ｐ波をＳ波に、若しくは、Ｓ波をＰ波に変換することが可能である。仮にガルバノミラー４４ａからの反射光をＰ波とすると、光路ＡはＳ波に変換され、光路ＢはＰ波のままで偏光プリズム６９ａに入射する。また、偏光プリズム６９ａは、光路Ａ方向からのＳ波と光路Ｂ方向からのＰ波を反射する面を有する。

第一走査領域５２ａにおける光は、第一光路Ａとして反射ミラー６６ａに入射した光は、１／２波長板６８ａに入射し、１／２波長板６８ａを透過した光が反射ミラー６７ａに入射する。反射ミラー６７ａで反射された光は、偏光プリズム６９ａに入射し、リレー系レンズ７０ａに入射する。第二走査領域５２ｂにおける光は、第二光路Ｂとして反射ミラー６６ｂに入射した光は、反射ミラー６７ｂに入射する。反射ミラー６７ｂで反射された光は、偏光プリズム６９ａに入射し、リレー系レンズ７０ａに入射する。

このように、１／２波長板６８ａにより、第一光路Ａから入射した光と第二光路Ｂから入射した光の相対的な偏光方向を略９０度異なるようにした後、偏光プリズム６９ａにより、同一光軸の光路Ｘに合流させることとなる。従って、光の相対的な偏光方向を略９０度になるように合流させることによって、偏光プリズム６９ａを用いて容易に光路を合流させることができる。

また、光分岐部５０と光路合成部５１は、例えば第一光路Ａと第二光路Ｂとを対称に配置することで第一光路Ａと第二光路Ｂと同一光路長とすることができ、これにより共役関係を維持することができる。

尚、上述においては、水平走査系４２、第１リレー光学系、垂直走査系４４及び第２リレー光学系４５の順に配置し、第２リレー光学系４５に光分岐部５０と光路合成部５１とを設けるようにしたが、垂直走査系４４により垂直方向に走査された光をその後の光路で分岐、合流させるものであればよい。

例えば、垂直走査系４４、第１リレー光学系、水平走査系４２及び第２リレー光学系４５の順に配置し、第１リレー光学系４３に光分岐部５０と光路合成部５１とを設けるようにしてもよい。このようにすることで、水平方向へ走査されていない光を取り扱えることから光分岐部５０と光路合成部５１の小型化を図ることができる。

［第２リレー光学系４５の機能］
また、上述した第２リレー光学系４５の機能について図３を用いて以下に説明する。図３は、本実施形態における第２リレー光学系４５の機能を示す説明図である。図３（Ａ），（Ｂ），（Ｄ）においては横軸を垂直方向Ｖとし、縦軸を水平方向Ｈとして示し、図３（Ｃ）においては横軸を垂直方向Ｖとし、縦軸を時間ｔとして示している。

本実施形態における網膜走査型ディスプレイ１では、上述したようにガルバノミラー４２ａによる往復走査で光を水平方向（符号Ｈに示す方向）に、ガルバノミラー４４ａによる往復走査で光を垂直方向（符号Ｖに示す方向）にそれぞれ走査し、図３（Ａ）に示すように走査領域５２内で光を走査可能としており、この走査領域５２のうち第一走査領域５２ａと第二走査領域５２ｂで画像を形成するための光が走査される。

図３（Ａ）では、ガルバノミラー４２ａ及びガルバノミラー４４ａにより走査領域５２全域で往復走査したときの光の軌跡γを示しているが、第一走査領域５２ａと第二走査領域５２ｂ以外で走査される光は画像形成に用いられず、図３（Ｂ）に示すように、第一走査領域５２ａと第二走査領域５２ｂで画像を形成するための光が走査される。

この走査領域５２においては、ガルバノミラー４４ａによる垂直方向の１走査（往路走査及び復路走査の各走査）により、第一走査領域５２ａにおける垂直方向の１走査分の光と第二走査領域５２ｂにおける垂直方向の１走査分の光がそれぞれ走査されて、各領域５２ａ、５２ｂに対してそれぞれ１フレーム分の画像を形成する光の走査が行われ、合成走査領域５２ｘにおいて２フレーム分の画像を形成する光の走査が順次行われる。

本実施形態では、ガルバノミラー４４ａは、図３（Ｃ）に示すように、三角波状の駆動信号を入力して往路走査と復路走査とを連続させるようにしており、第一走査領域５２ａと第二走査領域５２ｂとで２フレーム分の画像（画素）が表示され、ガルバノミラー４４ａによる垂直方向に対する往復走査によって合計４フレーム分の画像が表示される。

尚、第一走査領域５２ａ及び第二走査領域５２ｂを矢印Ｆ１〜Ｆ４（図３（Ｃ）参照）で示すように走査された各領域５２ａ,５２ｂの光は、光分岐部５０及び光路合成部５１を介して合成走査領域５２ｘにおいて各１フレーム分の画像を形成する光としてそれぞれ矢印Ｆ１〜Ｆ４で示す方向に垂直走査されることになる（図３（Ｄ）参照）。

また、画像信号供給回路１１は、画像信号から１フレーム分の画素情報（画像情報）をフレームの先頭から順に記憶する記憶部（例えばＶＲＡＭ）を備えており、水平ラインの走査毎に１ライン分の画素情報を記憶部から読み出し、当該画素情報に応じた強度の光を各レーザ２１〜２３から出力する。

ここで、水平方向に対するｎ本の走査ラインを順番（画像データの先頭となるラインから順番）に水平ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、・・・、Ｌｎ−１、Ｌｎとすると、フレームＦ１においては第一走査領域５２ａを水平ラインＬ１からＬｎへの方向（以下、「正方向」とする）に走査し、フレームＦ２においては第二走査領域５２ｂを正方向に走査し、フレームＦ３においては第二走査領域５２ｂを水平ラインＬｎからＬ１への方向（以下、「逆方向」とする）に走査し、フレームＦ４においては第一走査領域５２ａを逆方向に走査する。このように繰り返し行うことによって、連続して画像が表示可能となる。

ガルバノミラー４４ａによる走査はその１走査毎にその走査方向が異なることから、画像信号供給回路１１は、記憶部に記憶されている画素情報を読み出す際に、降順読み出し（各フレームの画素情報を先頭ラインから最後ラインに向けて読み出す処理）と、昇順読み出し（各フレームの画素情報を最後ラインから先頭ラインに向けて読み出す処理）を画素情報の２フレーム分毎に切り替える。すなわち、画素情報を読み出す際に、ガルバノミラー４４ａが第一走査領域５２ａに走査方向が向いているときと、ガルバノミラー４４ａが第二走査領域５２ｂに走査方向が向いているときとで、画素情報の読み出し順序を逆にしている。

また、ガルバノミラー４２ａによる走査は往復走査であるため、各ラインの画素情報を正順読み出し（各ラインの先頭画素から最終画素に向けて読み出す処理）、逆順読み出し（各ラインの最終画素から先頭画素に向けて読み出す処理）の順番で交互に読み出す。例えば、図３に示す例では、画像信号供給回路１１は、各フレームＦ１，Ｆ２の画素情報の読み出しを先頭ラインから、ライン単位で正順読み出し、逆順読み出しの順に繰り返し行い、各フレームＦ３，Ｆ４の画素情報の読み出しを最終ラインから、ライン単位で正順読み出し、逆順読み出しの順に繰り返し行うこととなる。

このように、本実施形態において、第一光路Ａと第二光路Ｂに分岐した第一走査領域５２ａの光と第二走査領域５２ｂの光とを同一光軸の光路Ｘに合流させ、第一走査領域５２ａと第二走査領域５２ｂとを重ねて合成走査領域５２ｘとしており、例えば１フレームを１／６０秒周期とすると、低速方向に往路走査、復路走査をそれぞれ１／３０秒周期で行えばよいこととなる。

通常の往復走査においては２画像フレーム分の光を出射させるが、上述した構成とすることによって、画像信号供給回路１１は、ガルバノミラー４４ａ（低速走査部）の走査方向を第一走査領域５２ａから第二走査領域５２ｂへ向けて移動させる往路走査と、ガルバノミラー４４ａの走査方向を第二走査領域５２ｂから第一走査領域５２ａへ向けて移動させる復路走査とで、４画像フレーム分の光を出射させることとなる。

また、画像信号から１フレーム分の画素情報をフレームの先頭から順に記憶する記憶部を含み、その記憶されている画素情報を読み出す際に、垂直走査系４４の光走査素子であるガルバノミラー４４ａの垂直方向に対する往復走査の切り替わりで、画素情報の読み出し順序を逆転させることとなる。

このように、第一光路Ａと第二光路Ｂに分岐した第一走査領域５２ａの光と第二走査領域５２ｂの光とを同一光軸の光路Ｘに合流させ、第一走査領域５２ａと第二走査領域５２ｂとを重ねて合成走査領域５２ｘとしても、容易に画像を表示させることができる。

かかる構成により、低速走査部である垂直走査系４４の駆動周波数を下げることが可能であり、また、上述したように三角波のような対称波形で駆動することで、更に駆動周波数を下げることが可能となる。このため、駆動周波数とガルバノミラー４４ａ固有でかつ強制駆動時に不要な固有共振の周波数との周波数差を大きくすることができる。更には、対称波形で駆動しているため偶数次の高調波を抑圧することができる。これらに伴い、低速走査部固有の不要な固有共振の影響を更に抑制することができる。ジッターなどに基づく表示画像の画質劣化を防止することができる。また、低速走査部による走査領域５２の光軸中心に、有効画像を表示しない無効表示領域を容易に設けることができ、ガルバノミラー４４ａの駆動が停止した際の安全性を担保することができる。また、走査する光が極めて細い径であれば、上述した２つの走査領域の光の状態（例えば光路長や共役関係など）の考慮をあまりしなくてよいため、上述した２つの走査領域の走査光の合流させることが容易となる。

［第二の実施形態］
尚、上述した実施形態においては、第一走査領域５２ａの光と第二走査領域５２ｂの光を、分岐前の走査方向の関係を維持したまま、同一光軸の光路Ｘに合流させるたが、これに限らず、例えば、分岐前の走査方向と逆向きとなる関係で、同一光軸の光路に合流させてもよい。また、上述した実施形態においては、第一光路Ａと第二光路Ｂと同一光路長としたが、これに限らず、例えば、第一光路と第二光路とのいずれかの光路長を長くしてもよい。また、第一光路と第二光路とが、実質的に共役関係に有り、第一光路と第二光路とが重ね合わされるように構成されていればどのような構成でも実施可能である。

具体的には、図４に示すように、第２リレー光学系４５は、光を分岐させる光分岐部５３と、分岐させた光路を合流させる光路合成部５４と、を含む構成である。

この光分岐部５３は、リレー系レンズ６０ｃ，６０ｄを含む構成である。

第一走査領域５５ｃにおける光は、リレー系レンズ６０ｃを透過し、第一光路Ｃとしてハーフミラー６８ｃに入射し、第二走査領域５５ｄにおける光は、リレー系レンズ６０ｄを透過し、第二光路Ｄとしてリレー系レンズ６６ｄに入射する。

光路合成部５４は、第一光路Ｃと第二光路Ｄに分岐した第一走査領域５５ｃの光と第二走査領域５５ｄの光とを同一光軸の光路Ｙに合流させることにより、第一走査領域５５ｃと第二走査領域５５ｄとを重ねて合成走査領域５５ｙとする。

光路合成部５４は、リレー系レンズ６６ｄ，６８ｄ，６９ｃと、反射ミラー６７ｄと、ハーフミラー６８ｃとを含む構成である。

第一走査領域５５ｃにおける光は、第一光路Ｃとしてハーフミラー６８ｃを透過し、リレー系レンズ６９ｃを透過し、ユーザの瞳孔４７に入射する。第二走査領域５５ｄにおける光は、第二光路Ｄとしてリレー系レンズ６６ｄに入射した光は、反射ミラー６７ｄに入射する。そして、反射ミラー６７ｄに入射した光は、リレー系レンズ６８ｄを透過し、ハーフミラー６８ｃに入射し、リレー系レンズ６９ｃを透過し、ユーザの瞳孔４７に入射する。また、リレー系レンズ６６ｄと、反射ミラー６７ｄとの間では、分岐前の走査方向とは逆になる。また、このリレー系レンズ６６ｄ等のリレー光学系を、第二光路Ｄに設けて第二光路Ｄの光路長を第一光路Ｃの光路長よりも長くした。

［第２リレー光学系４５の制御］
また、上述した第２リレー光学系４５の制御について図５を用いて以下に説明する。図５は、本実施形態における第２リレー光学系４５の機能を示す説明図である。図５（Ａ）においては横軸を垂直方向Ｖとし、縦軸を時間ｔとして示し、図５（Ｂ）においては横軸を垂直方向Ｖとし、縦軸を水平方向Ｈとして示している。

第１実施形態と同様に、ガルバノミラー４２ａによる往復走査で光を水平方向に、ガルバノミラー４４ａによる往復走査（図５（Ａ）参照）で光を垂直方向にそれぞれ走査し、走査領域５５内で光を走査可能としており、この走査領域５５のうち第一走査領域５５ｃと第二走査領域５５ｄで画像を形成するための光が走査される。

このため、上述した第１実施形態と同じように、垂直方向に対し、フレームＦ１においては第一走査領域５５ｃを水平ラインＬ１からＬｎの正方向に走査し、フレームＦ２においては第二走査領域５５ｄを水平ラインＬ１からＬｎの正方向に走査し、フレームＦ３においては第二走査領域５５ｄを水平ラインＬｎからＬ１の逆方向に走査し、フレームＦ４においては第一走査領域５５ｃを水平ラインＬｎからＬ１の逆方向に走査する。

一方、第２リレー光学系４５（光路合成部５１）は、上述した第１実施形態とは異なり、第一走査領域５５ｃの光と第二走査領域５５ｄの光を、一方の走査領域（例えば、第二走査領域５５ｄ）の光が分岐前の走査方向と逆向きとなる関係にして、同一光軸の光路Ｙに合流させることとしている。尚、本実施形態においては、第一走査領域５５ｃの光と第二走査領域５５ｄの光とは光路Ｙにおいて、垂直方向が逆向きになる。

このため、上述したように第二走査領域５５ｄにおいては、分岐後において走査方向が逆になり、図５（Ｂ）に示すように、合成走査領域５５ｙを、時系列順に、上述したフレームＦ１に対応する光が正方向に走査され、上述したフレームＦ２に対応する光が逆方向に走査され、上述したフレームＦ３に対応する光が正方向に走査され、上述したフレームＦ４に対応する光が逆方向に走査されることとなる。

尚、画像信号供給回路１１は、記憶部に記憶されている画素情報を読み出す際に、水平走査方向に対応して正順読み出し、逆順読み出しの順番で、更に垂直走査方向に対応して降順読み出し、昇順読み出し、降順読み出し、昇順読み出しの順番で画像データを読み出す。例えば、図５に示す例では、画像信号供給回路１１は、フレームＦ１の画素情報の読み出しを先頭ラインから、ライン単位で正順読み出し、逆順読み出しの順に繰り返し行い、フレームＦ２の画素情報の読み出しを最終ラインから、ライン単位で正順読み出し、逆順読み出しの順で繰り返し行い、フレームＦ３の画素情報の読み出しを、ライン単位で正順読み出し、逆順読み出しの順で繰り返し行い、フレームＦ４の画素情報の読み出しを、ライン単位で正順読み出し、逆順読み出しの順で繰り返し行うこととなる。

これによって、画像信号供給回路１１は、ガルバノミラー４４ａの走査方向を第一走査領域５５ｃから第二走査領域５５ｄへ向けて移動させる往路走査と、ガルバノミラー４４ａの走査方向を第二走査領域５５ｄから第一走査領域５５ｃへ向けて移動させる復路走査とで、４フレーム分の画像の光を出射させることとなる。

また、画像信号から１フレーム分の画素情報をフレームの先頭から順に記憶する記憶部を含み、その記憶されている画素情報を読み出す際に、ガルバノミラー４４ａ（低速走査部）の走査方向を第一走査領域５５ｃと第二走査領域５５ｄとの間や、その低速方向に対する往復走査の切り替わりで、画素情報の読み出し順序を逆転させることとなる。

これによって、第一光路Ａと第二光路Ｂに分岐した第一走査領域５５ｃの光と第二走査領域５５ｄの光とを同一光軸の光路Ｙに合流させ、第一走査領域５５ｃと第二走査領域５５ｄとを重ねて合成走査領域５５ｙとしても、容易に画像を表示させることができる。

［第三の実施形態］
また、上述した実施形態においては、三角波形状の駆動信号を入力して往復駆動させたが、これに限らず、例えば、台形波形状の駆動信号を入力して往路走査と復路走査とを連続させてもよく、鋸波形状の駆動信号を入力して一方向（単方向）走査を連続させてもよい。以下に、鋸波形状の駆動信号を入力し単方向に走査した第三の実施形態について説明する。

［第２リレー光学系４５の制御］
前記鋸波形駆動の走査に関し、上述した図２に示す第２リレー光学系４５の制御について図６を用いて以下に説明する。図６は、本実施形態における第２リレー光学系４５の鋸波形駆動の走査に対する機能を示す説明図である。図６（Ａ）においては横軸を垂直方向Ｖとし、縦軸を時間ｔとして示し、図６（Ｂ）においては横軸を垂直方向Ｖとし、縦軸を水平方向Ｈとして示している。

具体的に、第三の実施形態に鋸波形にて、単方向の垂直走査を行わせると、図６（Ａ）に示すように、ガルバノミラー４４ａは、走査領域５２内で光を走査可能となり、そのうちの第一走査領域５２ａと第二走査領域５２ｂとで画像を形成するための光が走査され、２フレーム分の画像（画素）が表示される。この場合において、第一走査領域５２ａから第二走査領域５２ｂに垂直方向に往路走査された後には、画像を表示させないタイミングとなり、第一走査領域５２ａから低速方向に往路走査が再度行われることとなる。

このため、図６（Ａ）に示すように、垂直方向に対し、フレームＦ１〜Ｆ４において各領域５２ａ，５２ｂを水平ラインＬ１からＬｎへの正方向に走査することなる。

［その他の実施形態］
また、上述した実施形態においては、低速走査する垂直走査系４４に本発明を採用したが、主走査系を低速に走査する副走査系であれば適用できるものなので、これに限らず、例えば、水平走査系４２のほうが低速走査する副走査系であれば、水平走査系４２に本発明を採用してもよい。尚、ここでいう主走査系とは、第一の走査方向に対して相対的に高速に行う走査系であり、副走査系とは、前記第一の走査方向とは略直交する第二の走査方向に対して相対的に低速に行う走査系である。また、上述した実施形態においては、光の走査領域を二分割して、それぞれを合成したが、これに限らず、例えば、光の走査領域を更に二分割して、それぞれを合成してもよく、この場合においては、１／４の駆動周波数で画像が表示可能となる。

以上、本発明の実施の形態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、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。

１ 網膜走査型ディスプレイ
１１ 画像信号供給回路
４４ 垂直走査系
４４ａ ガルバノミラー
５０，５３，５６ 光分岐部
５１，５４，５５ 光路合成部
５２，５５，５８走査領域
５２ａ，５５ｃ 第一走査領域
５２ｂ，５５ｄ 第二走査領域
６８ａ １／２波長板
６９ａ 偏光プリズム
Ａ，Ｃ 第一光路
Ｂ，Ｄ 第二光路

Claims (11)

1. 画像信号に応じた光を出射する光源部と、第一の走査方向に対して相対的に高速に光を走査する高速走査部と、前記第一の走査方向とは略直交する第二の走査方向に対して相対的に低速に光を走査する低速走査部と、前記高速走査部及び前記低速走査部を駆動して前記光源部から出射させた光を２次元走査する制御部と、を備えた画像表示装置において、
   前記低速走査部の走査領域を略二分する第一走査領域の光と第二走査領域の光をそれぞれ光軸の異なる第一光路と第二光路とに分岐する光路分岐部と、
   前記光路分岐部で前記第一光路と前記第二光路に分岐した前記第一走査領域の光と前記第二走査領域の光とを同一光軸の光路に合流させる光路合成部と、を備え、
   前記制御部は、第一走査領域と第二走査領域とでそれぞれ連続して異なる画像フレームの光を前記光源部から出射させることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記光路合成部は、前記第一走査領域の光と前記第二走査領域の光を、前記光路分岐部による分岐前の走査方向の関係を維持したまま、同一光軸の光路に合流させることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記光路合成部は、前記第一走査領域の光と前記第二走査領域の光を、一方の走査領域の光が前記光路分岐部による分岐前の走査方向と逆向きとなる関係にして、同一光軸の光路に合流させることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 前記第二光路にリレー光学系を設けて前記第二光路の光路長を前記第一光路の光路長よりも長くしたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像表示装置。
5. 前記第一光路と前記第二光路と同一光路長としたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像表示装置。
6. 前記低速走査部は、前記低速走査部の走査方向を前記第一走査領域から前記第二走査領域へ向けて移動させる往路走査と、前記低速走査部の走査方向を前記第二走査領域から前記第一走査領域へ向けて移動させる復路走査とで、それぞれ２画像フレーム分の光を前記光源部から出射させることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の画像表示装置。
7. 前記制御部は、前記低速走査部に対称波状の駆動信号を入力して前記往路走査と前記復路走査とを連続させることを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
8. 前記制御部は、前記低速走査部に三角波状の駆動信号を入力して前記往路走査と前記復路走査とを連続させることを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
9. 前記制御部は、前記低速走査部に台形波形状の駆動信号を入力して前記往路走査と前記復路走査とを所定間隔を空けて連続させることを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
10. 画像信号から１フレーム分の画素情報をフレームの先頭から順に記憶する記憶部を備え、
    前記制御部は、前記往路走査のときと前記復路走査のときとで、前記記憶部からの画素情報の読み出し順序を逆転させることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の画像表示装置。
11. 前記光路合成部は、前記第一光路から入射した光と前記第二光路から入射した光の相対的な偏光方向を略９０度異なるように同一光軸に合流させることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の画像表示装置。

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