JP2015062042A - 表示装置 - Google Patents

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佐藤 慎一
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美佳 酒井
Mika Sakai
美佳 酒井
直之 坪井
Naoyuki Tsuboi
直之 坪井
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Abstract

【課題】部品が劣化しにくく、また消費電力を低減できる光走査型の表示装置を提供する。
【解決手段】光を照射するレーザー光源110と、レーザー光源110から照射された光をレンズ220上で走査させるMEMS光スキャナ130と、画像データを取得して一時記憶するメモリ170と、記憶された画像データの有無を判断するコントローラ160と、コントローラ160の判断結果に従って、画像データが無い部分に対応する走査をスキップして次の走査に移るようMEMS光スキャナ130を制御する走査制御部140と、メモリ170に記憶された画像データがある部分に対応する走査に同期して、光を照射するようレーザー光源110を制御する照射制御部120と、を備える。
【選択図】図3

Description

本発明は、シースルー型のヘッドマウントディスプレイなどにおいて被照射部材に光を走査しながら照射して画像を表示させる表示装置に関する。
近年、半導体技術の発展によりシステムLSIの消費電力の低減は目覚しく、モバイル分野においてはAV機器の軽量小型化が大きく進んでいる。その流れの中で新たな分野としてウェアラブル機器が注目されている。
ウェアラブル機器とは、ユーザーが体の一部に装置を取り付けてその行動を邪魔されることなく様々な情報取得やAV再生機能を有する機器の総称である。ウェアラブル機器の表示装置としてヘッドマウントディスプレイ(以下HMDと記す)がある。
HMDには大きく分類して2種類あり、ひとつは外界とは遮断した領域に液晶ディスプレイを目から至近距離に配置して仮想的な空間を表現する没入型HMDである。この方式はゲームなどで利用される場合が多い。もうひとつはめがねのような形状をして、レンズ部分をスクリーンとして情報ウィンドウを表示するようなシースルー型HMDである。この方式は、レンズ部分の横からレーザー光を照射して走査を行い、画像を表示する機構を有している。
両方式を比較すると、後者は視界が遮られることなく映像情報を視聴することが可能であるという特徴を有する。そのため、没入型HMDだけでなく、シースルー型HMDについても、今後のウェアラブル機器の表示装置として期待されている。
このシースルー型HMDの光学処理系で重要な部分がレーザー光を表示画面サイズに応じてスキャニングさせる光走査部である。特許文献1は、超小型の反射ミラーを微小な角度で絶えず動かしながら、光を走査させることで画像を形成する表示装置を開示している。
特許第4379331号公報
しかしながら、特許文献1に係る技術では、映像信号のフレーム周期内に表示画面の水平・垂直領域を全域走査させ、絶えず反射ミラーを映像信号に同期させて制御し続ける必要がある。そのため、部品の機械的な強度の劣化に伴う性能劣化や消費電力の観点で問題があった。
本発明は、上記の問題点を解決するため、部品が劣化しにくく、また消費電力を低減できる光走査型の表示装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の表示装置は、光を照射する光照射部と、光照射部から照射された光を被照射部材上で走査させる走査部と、画像データを取得して一時記憶する記憶部と、記憶された画像データの有無を判断する判断部と、判断部の判断結果に従って、画像データが無い部分に対応する走査をスキップして次の走査に移るよう走査部を制御する走査制御部と、記憶部に記憶された画像データがある部分に対応する走査に同期して、光を照射するよう光照射部を制御する照射制御部と、を備える。
これにより、画像データが無い部分に対応する走査をスキップするので、走査部における走査動作をより少なくできる。そのため、走査部での部品が劣化しにくく、また消費電力を低減できる。
ここで、好ましくは、走査制御部は、走査部による走査をスキップする場合、それまでの走査動作と次回の走査動作とが滑らかにつながるように、走査部を制御する。
これにより、スキップの前後において、走査部における急激な動作が生じるのを回避できる。そのため、走査部での部品劣化を生じにくくすることができる。
また、判断部は、記憶された画像データの有無を、複数の画素からなる画像ブロック単位で判断するようにしてもよい。
これにより、判断部での画像データの有無判断に要する処理負担を軽減できる。
また、走査部は、反射鏡と、反射鏡で反射した光が被照射部材上の画面の横方向に走査するよう反射鏡を駆動するX方向走査部と、反射鏡で反射した光が被照射部材上の画面の縦方向に走査するよう反射鏡を駆動するY方向走査部と、を備えるようにし、判断部が、横方向の走査後続において、表示すべき画像データがない場合と判断した場合、走査制御部は、その画像データがない部分の横方向の走査をスキップするようX方向走査部を制御するようにしてもよい。
これにより、画像データがない部分の横方向の走査をスキップするので、X方向走査部における走査動作をより少なくできる。そのため、X方向走査部での部品が劣化しにくく、また消費電力を低減できる。
また、走査部は、反射鏡と、反射鏡で反射した光が被照射部材上の画面の横方向に走査するよう反射鏡を駆動するX方向走査部と、反射鏡で反射した光が被照射部材上の画面の縦方向に走査するよう反射鏡を駆動するY方向走査部と、を備えるようにし、判断部が、縦方向の走査後続において、表示すべき画像データがない場合と判断した場合、走査制御部は、その画像データがない部分の縦方向の走査をスキップするようY方向走査部を制御するようにしてもよい。
これにより、画像データがない部分の縦方向の走査をスキップするので、Y方向走査部における走査動作をより少なくできる。そのため、Y方向走査部での部品が劣化しにくく、また消費電力を低減できる。
本発明によれば、部品が劣化しにくく、また消費電力を低減できる光走査型の表示装置を提供できる。
実施の形態1にかかる眼鏡型ディスプレイの外観図 レーザー光の軌跡を説明するための模式図 レーザーユニットの構成を示すブロック図 実施の形態1にかかる眼鏡型ディスプレイの表示動作を説明するためのフローチャート 実施の形態1にかかる眼鏡型ディスプレイが表示する画像の一例を示す模式図 実施の形態1にかかる眼鏡型ディスプレイが表示する画像のブロック分割の一例を示す模式図 実施の形態1にかかるMEMS光スキャナの走査位置の変化を示すタイミングチャート MEMS光スキャナの走査位置の変化に関する比較例を示すタイミングチャート
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態1にかかる眼鏡型ディスプレイ10の外観を示す斜視図である。
レンズ220がレンズフレーム210に保持されている。また、眼鏡型ディスプレイ10を耳にかけるため、レンズフレーム210からテンプル230が耳に向けて延びている。このような構成は、通常の眼鏡と同様である。
眼鏡型ディスプレイ10は、レーザーユニット100を備える点、および、レーザーユニット100からのレーザー光をレンズ220に照射し、レンズ220上で画像を表示する点が通常の眼鏡と異なる特徴である。
レーザーユニット100は、レーザーユニット100から照射されるレーザー光がレンズ220上に当たるような姿勢で、テンプル230に取り付けられている。レンズ220は、レーザーユニット100からのレーザー光が照射されると、その光を反射するようになっている。レーザー光を反射する仕組みとしては様々なものが考えられる。例えば、レンズ220の全体または少なくともレーザー光が照射される部分(以下、画面部という)をハーフミラーとしてもよい。または、少なくとも画面部を磨りガラス状にしてもよい。または、少なくとも画面部に蛍光材料を含むフィルムを貼り付けてもよい。要するに、いずれかの手段でレーザーユニット100からのレーザー光を反射できるようにすればよい。
図2は、レーザーユニット100から照射されるレーザー光の軌跡を模式的に示した模式図である。レーザー光源110がレーザー光を発生させると、その発生したレーザー光はMEMS光スキャナ130で反射され、レンズ220に照射される。
レーザーユニット100としては、安価で小型なものが好ましいため、半導体レーザーが好ましいが、その他のレーザーであっても構わない。
MEMS光スキャナ130は、中央部に反射鏡133を備え、MEMSによってその反射鏡133を駆動するものである。ここで、MEMSとは、「Micro Electro Mechanical Systems」の略称であり、機械要素部品、センサー、アクチュエータ、電子回路などを一つのシリコン基板、ガラス基板、有機材料などの上に集積したデバイスを意味する。
MEMS光スキャナ130は、X方向走査部131とY方向走査部132の2つの走査部を備える。X方向走査部131は、図2におけるY方向と平行なY軸を中心に反射鏡133を回転駆動するものである。X方向走査部131は、反射鏡133で反射した光がレンズ220上の画面部の横方向に走査するよう反射鏡133を駆動する。Y方向走査部132は、図2におけるX方向と平行なX軸を中心に反射鏡133を回転駆動するものである。Y方向走査部132は、反射鏡133で反射した光がレンズ220上の画面部の縦方向に走査するよう反射鏡133を駆動する。
図3は、レーザーユニット100の構成を示すブロック図である。レーザーユニット100は、レーザー光源110と照射制御部120とMEMS光スキャナ130と走査制御部140と同期制御部150とコントローラ160とメモリ170と通信部180とを備える。
上述の通り、レーザー光源110から照射されたレーザー光は、MEMS光スキャナ130で反射される。
照射制御部120は、レーザー光源110の出力を制御する。すなわち、レーザー光源110から出力されるレーザー光のON・OFFの切替えおよび/または出力強度を制御する。照射制御部120は、コントローラ160からの指示にしたがって、画像データに同期し、画像データがある画素について出力して、レンズ220上に画像を表示しようとする。
走査制御部140は、MEMS光スキャナ130の走査駆動を制御する。走査制御部140は、X方向走査制御部141とY方向走査制御部142とを備える。X方向走査制御部141はX方向走査部131の走査駆動を制御し、Y方向走査制御部142はY方向走査部132の走査駆動を制御する。走査制御部140は、コントローラ160からの指示にしたがって、画像データに同期し、画像データがある画素に相当する部分を順次走査するようにMEMS光スキャナ130を制御する。
同期制御部150は、コントローラ160の指示にしたがって、照射制御部120および走査制御部140の制御動作が共に画像データに同期するよう同期信号をそれぞれに送信する。この同期信号によって、MEMS光スキャナ130による走査駆動とレーザー光源110によるレーザー光照射とが同期するため、所望の画像をレンズ220に表示することができる。
コントローラ160は、レーザーユニット100全体を制御する。具体的には、コントローラ160は、通信部180を介して得た画像データに対して解凍処理や画像処理等を施し、メモリ170に一時記憶させる。そして、メモリ170に一時記憶された画像データに同期してレーザー光源110およびMEMS光スキャナ130を駆動させるよう照射制御部120、走査制御部140および同期制御部150に指示する。
メモリ170は、画像データを一時記憶するものである。メモリ170は、DRAMであってもよいし、SRAMであってもよいし、フラッシュメモリであってもよい。メモリ170の容量は、どのような容量のものであってもよい。例えば、メモリ170は、画像データを数フレーム分記憶できる容量を備えるようにしてもよいし、1フレーム分記憶できるものであってもよいし、1ライン分記憶できるものであってもよいし、1ライン以下の容量であってもよい。但し、メモリ170の容量が大きいほどコントローラ160の演算負担を軽減できる。
通信部180は、画像データを取得するためのものである。通信部180は、無線通信を実現するものであってもよいし有線通信を実現するものであってもよい。また、本実施の形態1では、画像データを取得する手段として、通信部180を例示したが、これには限定されない。例えば、メモリーカードを介して画像データを取得するようにしてもよいし、表示すべき画像データをコントローラ160の演算により生成するようにしてもよい。要するに、画像データを取得する手段をレーザーユニット100が有していればよい。
次に、以上のように構成された眼鏡型ディスプレイ10の動作を説明する。図4は、眼鏡型ディスプレイ10の表示動作を説明するためのフローチャートである。
まず、コントローラ160は、通信部180を介して画像データを取得すると、その一部または全部をメモリ170に記憶させる(S101)。
次に、コントローラ160は、一時記憶した画像データの有無を判断する。コントローラ160は、画像データの有無を、複数の画素からなる画像ブロック単位で判断する。例えば、図6に示すように、横方向の走査をB1〜B8の8つの画像ブロックに分け、この画像ブロック単位でブロック内に画像データがあるかどうかを判断するようにする。図6では、コントローラ160は、ラインAについては、画像ブロックB2とB3の中には画像データが有り、それ以外の画像ブロックの中には画像データが無いと判断する。また、コントローラ160は、ラインBについては、画像ブロックB3〜画像ブロックB6内には画像データが有り、それ以外の画像ブロック内には画像データが無いと判断する。
このように、画像ブロック単位で画像データの有無を判断するようにすると、画素毎に判断するのに比べて、コントローラ160の演算処理の負担を軽減できる。画素毎の演算処理だけではなく、画像ブロック毎の演算処理を導入できるからである。本実施の形態1では、横方向の走査に当たっては、画像ブロック毎に画像データの有無を判断し、縦方向の走査に当たっては、1ライン毎に画像データの有無を判断するようにしている。但し、本発明はこれには限定されず、縦方向の走査においても、複数ラインからなる画像ブロック単位で画像データの有無を判断するようにしてもよい。また、反対に、横方向の走査においても縦方向の走査においても1画素毎および1ライン毎に、画像データの有無を判断するようにしてもよい。
コントローラ160は、データ有りの画像ブロックを認識すると、そのブロックを走査するよう走査制御部140および同期制御部150に指示する。同期制御部150は、コントローラ160の指示に従って、走査制御部140に対して走査に必要な同期信号を送信する。走査制御部140は、同期制御部150からの同期信号にしたがって、MEMS光スキャナ130の走査駆動を制御する(S102)。
また、コントローラ160は、走査制御部140および同期制御部150に対する走査指示と並行して、データ有りの画像ブロックを表示するよう照射制御部120および同期制御部150に指示する。同期制御部150は、コントローラ160の指示に従って、照射制御部120に対してレーザー光照射に必要な同期信号を送信する。照射制御部120は、同期制御部150からの同期信号にしたがって、レーザー光源110によるレーザー光照射を制御する(S103)。したがって、照射制御部120は、メモリ170に記憶された画像データがある部分に対応する走査に同期して、レーザー光を照射するようレーザー光源110を制御することになる。
ここで、コントローラ160は、ユーザーなどから表示動作を終了するよう指示があるかどうかを監視している(S104)。コントローラ160は、そのような指示があった場合は、一連の表示動作を終了させ、そのような指示がなければ、表示動作を続行させる。
コントローラ160は、表示動作を続行させる場合、ステップS102およびステップS103の制御により表示させた画像が同一行の最後尾の画像ブロックに相当する画像であったか否かを判断する(S105)。表示済みの画像が最後尾の画像ブロックに相当する画像であった場合は、ステップS108に移行する。一方、表示済みの画像が最後尾の画像ブロックに相当する画像でなかった場合は、ステップS106に移行する。
ステップS106において、コントローラ160は、後続の画像ブロックの中で、画像データを含む画像ブロックがあるかどうかについてメモリ170に記憶された画像データを調べる。コントローラ160は、画像データを含む画像ブロックがあれば、ステップS102に戻って、そのブロックの表示動作を行わせる。
一方、コントローラ160は、横方向の走査後続において、画像データを含む画像ブロックがなければ、X方向走査部131によるX方向走査をスキップさせるようX方向走査制御部141を制御する(S107)。ここで、X方向走査をスキップするとは、画像を表示するためのX方向の走査を停止し、次の表示のための動作に入るか、または、停止したままの状態で待機するかの動作を意味する。
コントローラ160は、表示すべき画像データが更新されたか否かを監視する(S108)。ここで、画像データが更新されているとは、現在表示中の画像と異なる画像を表示しようとする場合や、1画面の画像のうちメモリ170内にある部分以外の部分を表示しようとする場合などが含まれる。要するに、メモリ170内に現在記憶されている画像データでは表示できない画像を表示しようとする場合に画像データは更新されるのである。コントローラ160は、表示すべき画像データが更新されている場合、ステップS101に戻って表示動作を再度開始する。一方、コントローラ160は、表示すべき画像データが更新されていない場合、ステップS109に移行する。
ステップS109において、コントローラ160は、次の行にデータがあるかどうかについてメモリ170に記憶された画像データを調べる。コントローラ160は、次の行にデータがあれば、次の行について表示動作を行う。一方、縦方向の走査後続である次の行にデータがなければ、Y方向走査部132によるY方向走査をスキップさせるようY方向走査制御部142を制御する(S110)。ここで、Y方向走査をスキップするとは、画像を表示するためのY方向の走査を停止し、次の表示のための動作に入るか、または、停止したままの状態で待機するかの動作を意味する。
以上の動作により、走査制御部140は、メモリ170に記憶された画像データの有無に関するコントローラ160の判断結果に従って、画像データが無い部分に対応する走査をスキップして、次の走査に移るようMEMS光スキャナ130を制御することになる。
ここで、走査制御部140は、MEMS光スキャナ130による走査をスキップする場合、それまでの走査動作と次回の走査動作とが滑らかにつながるように、MEMS光スキャナ130を制御するのが好ましい。MEMS光スキャナ130に対して急激な変位指示を与えると、機械的劣化が進みやすくなるからである。
以上、レーザーユニット100の動作を図4のフローチャートを用いて説明してきたが、以下、図5の実際の表示例を用いて、より具体的に動作を説明する。
図5の表示例において、画面部の左上部に日付を示す画像D1が表示され、中央部にアイコンを示す画像D2が表示されている。これを表示するために横方向について複数の画像ブロックに分割する。例えば、図6に示すように、画像ブロックB1〜画像ブロックB8に分ける。
図7は、MEMS光スキャナ130による走査動作を模式的に示したタイミングチャートである。横軸の右側はX方向走査部131の走査位置を、左側はY方向走査部132の走査位置を表している。横軸の左側において、「0」は、反射鏡133で反射した光がレンズ220上の画面部の左端を照射することを意味し、「最右列」は、反射鏡133で反射した光がレンズ220上の画面部の右端を照射することを意味する。横軸の右側において、「0」は、反射鏡133で反射した光がレンズ220上の画面部の下端を照射することを意味し、「最上行」は、反射鏡133で反射した光がレンズ220上の画面部の上端を照射することを意味する。
図7に示すように、X方向走査は、画像D1を表示するために、画素P1から走査が開始される。そして、コントローラ160は、画素P2よりも後続には画像データがないと判断し、次の列の走査が始まるまでX方向走査を停止させる。つまり、コントローラ160は、X方向走査をスキップさせ、次の走査に移らせる。コントローラ160は、MEMS光スキャナ130が画素P3を走査する時間が到来すると、再びX方向走査部131に走査を開始させる。なお、画素P2から画素P3の間は、画像表示のための走査は停止されるが、画素P2から画素P3に滑らかにつなげるための走査は行われる。
また、X方向走査部131およびY方向走査部132による走査は、一方方向に向かう走査と他方方向に向かう走査とを交互に繰り返す、いわゆる牛耕式の走査である。これは、一方方向に向かう走査のみの動作としたのでは、MEMS光スキャナ130を機械的に一方側に戻すという動作が余分に必要となり、動作効率が悪くなるからである。
上述の動作を繰り返すことにより、画素P6を走査した時点で、画像D1を表示するための走査を完了する。この間、各行に画像データがあるので、Y方向走査はスキップすることなく実行される。
次に、画像D2を表示するための動作に移る。このとき、画像D2の走査開始の画素である画素P7の走査を開始するまでの間、適宜、X方向走査およびY方向走査がスキップされる。そして、画素P7が走査されてから画素P8が走査されるまでの間(画像D2の表示が開始されて完了するまでの間)、横方向においては画像データの無い画像ブロックがある一方、縦方向においては各行共に画像データが有るので、X方向走査は適宜スキップされる一方、Y方向走査はスキップされずに実行される。
そして、画素P8が走査された以降(画像D2の表示が完了した以降)は、横方向においても縦方向においても画像データが無いので、X方向走査もY方向走査もスキップされる。この状態は、再び画面下端から画像D2の表示が開始されるまで続く。画素P9が走査されて、画像D2が画面下端から表示され始めると、上記の動作と同様な動作が下端から開始され、画素P10の走査により画像D1の表示完了まで行われる。
以上の動作が、表示すべき画像が変更されるまで繰り返される。
このように、本実施の形態1では、X方向走査およびY方向走査を適宜スキップするとしたため、MEMS光スキャナ130が機械的に劣化しにくく、MEMS光スキャナ130の走査のための消費電力も軽減できる。
これに対して、図8の比較例のように、走査をスキップさせずに全て実行した場合、本実施の形態1に示す走査スキップ可能なものに比べて、MEMS光スキャナの走査動作が多くなり、MEMS光スキャナの機械的劣化を招きやすくなり、走査のための消費電力もより多く必要になる。
なお、本実施の形態1では、X方向走査とY方向走査との両方について適宜スキップする動作としたが、これに限らず、それらの一方のみを適宜スキップするようにしてもよい。例えば、Y方向走査は全て実行し、X方向走査のみ適宜スキップするようにしてもよい。Y方向走査は、X方向走査に比べて、周期が長いため、全ての走査をしたとしても、MEMS光スキャナ130の機械的劣化を招く程度や消費電力の大きさはそれほど大きくない。また、Y方向走査を全て実行するとした方が、Y方向走査をスキップするためのコントローラ160の演算負担を軽減できる。
また、本実施の形態1では、光を走査する手段として、MEMS光スキャナ130を例示したが、これには限らない。要するに、光を走査できるものであればよい。
また、本実施の形態1では、光源としてレーザー光源110を用いたが、本発明はこれには限定されない。例えば、LED光源などを光源として用いてもよい。この場合、LED光源から放出された光をレンズなどを用いて集光するのが好ましい。要するに、照射することにより形成される画像が認識するのに支障のない程度に集光された光を照射できるものであればよい。但し、レーザー光源は集光性が優れているので、より好ましいと言える。
本発明は、光走査型の表示装置に適用可能である。具体的には、眼鏡型ディスプレイやヘッドマウントディスプレイなどの携帯型の表示装置や、自動車のフロントガラスや住居の窓ガラス、鏡などに画像を表示する表示装置などに、本発明は適用可能である。
10 眼鏡型ディスプレイ
100 レーザーユニット
110 レーザー光源
120 照射制御部
130 MEMS光スキャナ
131 X方向走査部
132 Y方向走査部
133 反射鏡
140 走査制御部
141 X方向走査制御部
142 Y方向走査制御部
150 同期制御部
160 コントローラ
170 メモリ
180 通信部
210 レンズフレーム
220 レンズ
230 テンプル

Claims (5)

  1. 光を照射する光照射部と、
    前記光照射部から照射された光を被照射部材上で走査させる走査部と、
    画像データを取得して一時記憶する記憶部と、
    前記記憶された画像データの有無を判断する判断部と、
    前記判断部の判断結果に従って、前記画像データが無い部分に対応する走査をスキップして次の走査に移るよう前記走査部を制御する走査制御部と、
    前記記憶部に記憶された画像データがある部分に対応する走査に同期して、前記光を照射するよう前記光照射部を制御する照射制御部と、
    を備える表示装置。
  2. 前記走査制御部は、前記走査部による走査をスキップする場合、それまでの走査動作と次回の走査動作とが滑らかにつながるように、前記走査部を制御する、
    請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記判断部は、前記記憶された画像データの有無を、複数の画素からなる画像ブロック単位で判断する、請求項1に記載の表示装置。
  4. 前記走査部は、反射鏡と、前記反射鏡で反射した光が前記被照射部材上の画面の横方向に走査するよう前記反射鏡を駆動するX方向走査部と、前記反射鏡で反射した光が前記被照射部材上の画面の縦方向に走査するよう前記反射鏡を駆動するY方向走査部と、を備え、
    前記判断部が、横方向の走査後続において、表示すべき画像データがない場合と判断した場合、前記走査制御部は、その画像データがない部分の横方向の走査をスキップするよう前記X方向走査部を制御する、
    請求項1に記載の表示装置。
  5. 前記走査部は、反射鏡と、前記反射鏡で反射した光が前記被照射部材上の画面の横方向に走査するよう前記反射鏡を駆動するX方向走査部と、前記反射鏡で反射した光が前記被照射部材上の画面の縦方向に走査するよう前記反射鏡を駆動するY方向走査部と、を備え、
    前記判断部が、縦方向の走査後続において、表示すべき画像データがない場合と判断した場合、前記走査制御部は、その画像データがない部分の縦方向の走査をスキップするよう前記Y方向走査部を制御する、
    請求項1に記載の表示装置。
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