JPH1130763A - 画像表示装置 - Google Patents
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- JPH1130763A JPH1130763A JP9185227A JP18522797A JPH1130763A JP H1130763 A JPH1130763 A JP H1130763A JP 9185227 A JP9185227 A JP 9185227A JP 18522797 A JP18522797 A JP 18522797A JP H1130763 A JPH1130763 A JP H1130763A
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- H04N5/7491—Constructional details of television projection apparatus of head mounted projectors
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
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- G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
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- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/0093—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for monitoring data relating to the user, e.g. head-tracking, eye-tracking
Abstract
(57)【要約】
【課題】小型化し、画像品質および信頼性を向上し、製
造コスト低減する。 【解決手段】光ビーム走査手段２は、可動ミラーおよび
その励振手段をそれぞれ持つＸおよびＹ軸用光スキャナ
２１，２２を備え、光源１１から光ビームをカスケード
にそれぞれ反射しそれぞれの反射方向が光ビーム走査の
ため互いに直角に共振回転振動しこれら各共振回転振動
が同一あるいは近傍の共振周波数を持ち互いに９０度の
位相ズレおよび一定振幅比を持ち、観察者の網膜上の特
定の点を中心とする円の円周方向に光ビーム走査を行い
同心円形状または螺旋状の走査線構造を持ち且つ前記画
素の密度または大きさを中心からの距離に対応して変化
させた画像を形成する。
造コスト低減する。 【解決手段】光ビーム走査手段２は、可動ミラーおよび
その励振手段をそれぞれ持つＸおよびＹ軸用光スキャナ
２１，２２を備え、光源１１から光ビームをカスケード
にそれぞれ反射しそれぞれの反射方向が光ビーム走査の
ため互いに直角に共振回転振動しこれら各共振回転振動
が同一あるいは近傍の共振周波数を持ち互いに９０度の
位相ズレおよび一定振幅比を持ち、観察者の網膜上の特
定の点を中心とする円の円周方向に光ビーム走査を行い
同心円形状または螺旋状の走査線構造を持ち且つ前記画
素の密度または大きさを中心からの距離に対応して変化
させた画像を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は画像表示装置に関
し、特に、光ビーム走査により観察者の網膜上に直接結
像する画像表示装置に関する。
し、特に、光ビーム走査により観察者の網膜上に直接結
像する画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から電子技術を利用して画像再現す
る方法が、数多く考案されている。特に、電子ビームを
走査して画像を得るテレビが有名であるが、テレビで
は、図１５に示したように、表示対象の画像を同じ大き
さをもつ、ピクセルと言う単位画素に均等分解し、水平
座標および垂直座標により一義的に位置が決定される直
交座標系を用いて、全てのピクセルの色と明るさを左上
から順番に連続的に画像信号に対応して指定し、画像を
再現することを基本原理としている。
る方法が、数多く考案されている。特に、電子ビームを
走査して画像を得るテレビが有名であるが、テレビで
は、図１５に示したように、表示対象の画像を同じ大き
さをもつ、ピクセルと言う単位画素に均等分解し、水平
座標および垂直座標により一義的に位置が決定される直
交座標系を用いて、全てのピクセルの色と明るさを左上
から順番に連続的に画像信号に対応して指定し、画像を
再現することを基本原理としている。
【０００３】また、この形式の画像を光ビームの走査に
より再現する方式があるが、その場合には、ブラウン管
で行われている電子ビームの走査を光ビームの走査に置
き換えた方式で実行される。例えば、米国特許第５４６
７１０４号に記載されている方式は、光ビームが画像リ
フレッシュの同期信号に合わせて水平方向に数十キロヘ
ルツ、垂直方向に数十ヘルツに走査し、画像を再現する
ことを特徴としている。
より再現する方式があるが、その場合には、ブラウン管
で行われている電子ビームの走査を光ビームの走査に置
き換えた方式で実行される。例えば、米国特許第５４６
７１０４号に記載されている方式は、光ビームが画像リ
フレッシュの同期信号に合わせて水平方向に数十キロヘ
ルツ、垂直方向に数十ヘルツに走査し、画像を再現する
ことを特徴としている。
【０００４】この光ビーム走査のために、画像リフレッ
シュの同期信号に合わせて反射方向を変え光ビームを反
射する２種類の可動ミラーが使用されている。１つは、
比較的周波数の低い領域で使用できるガルバノミラーで
あり、垂直に光ビームを走査するために利用され、もう
１つは、高速動作が可能なリゾナントミラーであり、水
平走査するために使用されている。
シュの同期信号に合わせて反射方向を変え光ビームを反
射する２種類の可動ミラーが使用されている。１つは、
比較的周波数の低い領域で使用できるガルバノミラーで
あり、垂直に光ビームを走査するために利用され、もう
１つは、高速動作が可能なリゾナントミラーであり、水
平走査するために使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のＮＴＳＣなど、
ラインスキャン方式の画像形成方法では、表示場所によ
って画像の解像度が変化する画像を再現することが困難
であった。また、光ビームを利用して画像を形成する手
法で水平および垂直に走査して画像を形成する手法を用
いると、別の特性を有した２つの可動ミラー、即ち、低
い共振周波数の可動ミラーと高い共振周波数の可動ミラ
ーとを使う必要があり、特に、低い共振周波数の可動ミ
ラーは、サイズが大きくなりやすいこと、壊れやすいこ
と、周囲の低周波ノイズの影響を受けやすく画像の品質
が悪化するなどの課題があった。また、これに伴い、２
つの可動ミラー部全体を小さくすることが困難であっ
た。
ラインスキャン方式の画像形成方法では、表示場所によ
って画像の解像度が変化する画像を再現することが困難
であった。また、光ビームを利用して画像を形成する手
法で水平および垂直に走査して画像を形成する手法を用
いると、別の特性を有した２つの可動ミラー、即ち、低
い共振周波数の可動ミラーと高い共振周波数の可動ミラ
ーとを使う必要があり、特に、低い共振周波数の可動ミ
ラーは、サイズが大きくなりやすいこと、壊れやすいこ
と、周囲の低周波ノイズの影響を受けやすく画像の品質
が悪化するなどの課題があった。また、これに伴い、２
つの可動ミラー部全体を小さくすることが困難であっ
た。
【０００６】従って、本発明の目的は、光ビーム走査の
画像表示装置において、小型化し、画像品質および信頼
性を向上し、製造コスト低減することにある。
画像表示装置において、小型化し、画像品質および信頼
性を向上し、製造コスト低減することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そのため、本発明は、画
像信号に対応して輝度変調された光ビームにより画素を
形成し、前記光ビームの反射方向を画像リフレッシュの
同期信号に同期して振動させる光ビーム走査を行い、観
察者の網膜上またはスクリーン上に結像し画像表示する
画像表示装置において、前記網膜上またはスクリーン上
の特定の点を中心とする円の円周方向に光ビーム走査を
行い同心円形状または螺旋状の走査線構造を持ち且つ前
記画素の密度または大きさを中心からの距離に対応して
変化させた画像を形成する光ビーム走査手段を備えてい
る。
像信号に対応して輝度変調された光ビームにより画素を
形成し、前記光ビームの反射方向を画像リフレッシュの
同期信号に同期して振動させる光ビーム走査を行い、観
察者の網膜上またはスクリーン上に結像し画像表示する
画像表示装置において、前記網膜上またはスクリーン上
の特定の点を中心とする円の円周方向に光ビーム走査を
行い同心円形状または螺旋状の走査線構造を持ち且つ前
記画素の密度または大きさを中心からの距離に対応して
変化させた画像を形成する光ビーム走査手段を備えてい
る。
【０００８】また、前記光ビーム走査手段が、光源から
前記光ビームをカスケードにそれぞれ反射しそれぞれの
反射方向が光ビーム走査のため互いに直角に共振回転振
動しこれら各共振回転振動が同一あるいは近傍の共振周
波数を持ち互いに９０度の位相ズレおよび一定振幅比を
持つ２つの可動ミラーを備えている。
前記光ビームをカスケードにそれぞれ反射しそれぞれの
反射方向が光ビーム走査のため互いに直角に共振回転振
動しこれら各共振回転振動が同一あるいは近傍の共振周
波数を持ち互いに９０度の位相ズレおよび一定振幅比を
持つ２つの可動ミラーを備えている。
【０００９】また、前記光ビーム走査手段が、光源から
前記光ビームを反射しその反射方向が光ビーム走査のた
め互いに直角な回転軸を持つ２つの共振回転振動モード
で振動しこれら各共振回転振動が同一あるいは近傍の共
振周波数を持ち互いに９０度の位相ズレおよび一定振幅
比を持つ可動ミラーを備えている。
前記光ビームを反射しその反射方向が光ビーム走査のた
め互いに直角な回転軸を持つ２つの共振回転振動モード
で振動しこれら各共振回転振動が同一あるいは近傍の共
振周波数を持ち互いに９０度の位相ズレおよび一定振幅
比を持つ可動ミラーを備えている。
【００１０】また、前記各共振回転振動が、前記各可動
ミラー周囲の空気の粘性を振動減衰因子とし、３０分の
１秒以内に制限された振動減衰時間を持っている。
ミラー周囲の空気の粘性を振動減衰因子とし、３０分の
１秒以内に制限された振動減衰時間を持っている。
【００１１】また、前記光ビーム走査手段が、前記共振
周波数を持つ各励振制御信号をそれぞれ入力しそれらの
振幅および位相に対応した振動振幅および振動位相を持
つ各共振回転振動をそれぞれ励振する励振手段を前記可
動ミラーごとに備えている。
周波数を持つ各励振制御信号をそれぞれ入力しそれらの
振幅および位相に対応した振動振幅および振動位相を持
つ各共振回転振動をそれぞれ励振する励振手段を前記可
動ミラーごとに備えている。
【００１２】また、前記光ビーム走査手段が、前記同期
信号に同期して前記共振周波数をもつ信号を生成しその
振幅および位相をそれぞれ制御し前記各励振制御信号と
して前記各励振手段にそれぞれ出力する励振制御回路を
備えている。
信号に同期して前記共振周波数をもつ信号を生成しその
振幅および位相をそれぞれ制御し前記各励振制御信号と
して前記各励振手段にそれぞれ出力する励振制御回路を
備えている。
【００１３】また、前記各励振制御信号の振幅が前記同
期信号に同期して走査時間に対しノコギリ状に線形変化
または非線形変化し且つ共振周期ごとに階段状に変化し
ている。
期信号に同期して走査時間に対しノコギリ状に線形変化
または非線形変化し且つ共振周期ごとに階段状に変化し
ている。
【００１４】また、前記各励振制御信号の振幅が前記同
期信号に同期して走査時間に対しノコギリ状に線形また
は非線形に変化し且つ連続的に変化している。
期信号に同期して走査時間に対しノコギリ状に線形また
は非線形に変化し且つ連続的に変化している。
【００１５】また、前記画像信号に対応して輝度変調す
ると共に前記各励振制御信号の振幅に対応してビーム幅
を制御し前記光ビームを前記光ビーム走査手段に出力す
る電光変換手段を備えている。
ると共に前記各励振制御信号の振幅に対応してビーム幅
を制御し前記光ビームを前記光ビーム走査手段に出力す
る電光変換手段を備えている。
【００１６】さらに、前記観察者の視線を検出する視線
検出手段と、この視線検出手段の検出視線に対応して前
記同心円形状または螺旋状の走査線構造の中心座標を移
動する中心座標移動手段とを備えている。
検出手段と、この視線検出手段の検出視線に対応して前
記同心円形状または螺旋状の走査線構造の中心座標を移
動する中心座標移動手段とを備えている。
【００１７】
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。図１は、本発明の画像表示装置の実施形
態１を示すブロック図である。本実施形態の画像表示装
置は、従来の画像表示装置と同様に、主構成手段とし
て、画像信号を光ビームに変換する電光変換手段１と、
ビームにより走査する光ビーム走査手段２とを備え、従
来と同様に、画像信号に対応して輝度変調された光ビー
ムにより画素を形成し、光ビームの反射方向を画像リフ
レッシュの同期信号に同期して振動させる光ビーム走査
を行い、観察者の網膜上またはスクリーン上に結像し画
像表示する。このとき、網膜上またはスクリーン上の特
定の点を中心とする円の円周方向に光ビーム走査を行
い、同心円形状または螺旋状の走査線構造を持ち且つ画
素の密度または大きさを中心からの距離に対応して変化
させた画像を形成する。図２は、この画像形成を行う光
ビームの経路を示す経路図である。
して説明する。図１は、本発明の画像表示装置の実施形
態１を示すブロック図である。本実施形態の画像表示装
置は、従来の画像表示装置と同様に、主構成手段とし
て、画像信号を光ビームに変換する電光変換手段１と、
ビームにより走査する光ビーム走査手段２とを備え、従
来と同様に、画像信号に対応して輝度変調された光ビー
ムにより画素を形成し、光ビームの反射方向を画像リフ
レッシュの同期信号に同期して振動させる光ビーム走査
を行い、観察者の網膜上またはスクリーン上に結像し画
像表示する。このとき、網膜上またはスクリーン上の特
定の点を中心とする円の円周方向に光ビーム走査を行
い、同心円形状または螺旋状の走査線構造を持ち且つ画
素の密度または大きさを中心からの距離に対応して変化
させた画像を形成する。図２は、この画像形成を行う光
ビームの経路を示す経路図である。
【００１８】電光変換手段１は、電力増幅器１２，光源
１１から成る。電力増幅器１２は、画像信号を入力し光
ビームの輝度変調を行う輝度変調信号を光源１１に出力
する。光源は、半導体赤色レーザから成り、輝度変調さ
れた光ビームを光ビーム走査手段に出力する。ここで
は、従来のＮＴＳＣ方式のように縦横に走査して得た画
像信号の代わりに、同心円あるいは螺旋状に走査して得
られる画像信号が入力されるとし、装置構成によって
は、画像信号を直交座標系から円座標系に変換する必要
があるが、この変換は現在のコンピュータの演算速度を
もってすればリアルタイムで実行できる。
１１から成る。電力増幅器１２は、画像信号を入力し光
ビームの輝度変調を行う輝度変調信号を光源１１に出力
する。光源は、半導体赤色レーザから成り、輝度変調さ
れた光ビームを光ビーム走査手段に出力する。ここで
は、従来のＮＴＳＣ方式のように縦横に走査して得た画
像信号の代わりに、同心円あるいは螺旋状に走査して得
られる画像信号が入力されるとし、装置構成によって
は、画像信号を直交座標系から円座標系に変換する必要
があるが、この変換は現在のコンピュータの演算速度を
もってすればリアルタイムで実行できる。
【００１９】光ビーム走査手段２は、Ｘ軸用光スキャナ
２１，Ｙ軸用光スキャナ２２，励振制御回路２３から成
り、各光スキャナ２１，２２が、それぞれ、可動ミラー
およびその励振手段を備える。図３は、これら各光スキ
ャナ２１，２２の構造を示す構造図である。
２１，Ｙ軸用光スキャナ２２，励振制御回路２３から成
り、各光スキャナ２１，２２が、それぞれ、可動ミラー
およびその励振手段を備える。図３は、これら各光スキ
ャナ２１，２２の構造を示す構造図である。
【００２０】各可動ミラーは、リン青銅あるいはチタン
で出来ており、ミラーの大きさは２ｍｍ角、トーション
バー長さは６００ミクロン、幅１００ミクロン、厚み２
００ミクロンである。これら各可動ミラーは、光源から
光ビームをカスケードにそれぞれ反射し、それぞれの反
射方向が光ビーム走査のため互いに直角に共振回転振動
し、これら各共振回転振動が同一あるいは近傍の共振周
波数１５．７４ＫＨｚを持ち、互いに９０度の位相ズレ
および一定振幅比を持つ。当然、更なる小型化，高周波
数化のために、シリコンで光スキャナ構成しても良い。
各励振手段は、３ｘ１ｘ１０ｍｍのピエゾ圧電素子その
他から成り、各可動ミラーに接着され、共振周波数１
５．７４ＫＨｚを持つ各励振制御信号をそれぞれ入力
し、それらの振幅および位相に対応した振動振幅および
振動位相を持つ各共振回転振動をそれぞれ励振する。
で出来ており、ミラーの大きさは２ｍｍ角、トーション
バー長さは６００ミクロン、幅１００ミクロン、厚み２
００ミクロンである。これら各可動ミラーは、光源から
光ビームをカスケードにそれぞれ反射し、それぞれの反
射方向が光ビーム走査のため互いに直角に共振回転振動
し、これら各共振回転振動が同一あるいは近傍の共振周
波数１５．７４ＫＨｚを持ち、互いに９０度の位相ズレ
および一定振幅比を持つ。当然、更なる小型化，高周波
数化のために、シリコンで光スキャナ構成しても良い。
各励振手段は、３ｘ１ｘ１０ｍｍのピエゾ圧電素子その
他から成り、各可動ミラーに接着され、共振周波数１
５．７４ＫＨｚを持つ各励振制御信号をそれぞれ入力
し、それらの振幅および位相に対応した振動振幅および
振動位相を持つ各共振回転振動をそれぞれ励振する。
【００２１】励振制御手段２３は、励振周波発生回路２
３１，位相シフト回路２３２，振幅制御回路２３３，電
圧制御増幅器２３４を備える。
３１，位相シフト回路２３２，振幅制御回路２３３，電
圧制御増幅器２３４を備える。
【００２２】励振周波発生回路２３１は、各可動ミラー
の各共振回転振動を励振する周波数１５．７４ＫＨｚの
励振周波信号を同期信号に同期して発生する。位相シフ
ト回路２３２は、励振周波発生回路２３１の励振周波信
号を入力およびシフトし、互いに９０度の位相ズレを持
つ信号を電圧制御増幅器２３４に出力する。振幅制御回
路２３３は、励振周波発生回路２３１の励振周波信号お
よび同期信号を入力し、同期信号に同期した走査時間に
対し各振制御信号の振幅を変調する振幅変調信号を電圧
制御増幅器２３４に出力する。このとき、振幅変調信号
の電圧は、同期信号に同期して走査時間に対しノコギリ
状に線形変化または非線形変化し且つ共振周期ごとに階
段状に変化する。また、この電圧変化の他の例として、
同期信号に同期して走査時間に対しノコギリ状に線形変
化または非線形変化し且つ連続的に変化させることもで
きる。電圧制御増幅器２３４は、励振周波発生回路から
互いに９０度の位相ズレを持つ信号を入力し、振幅変調
信号の電圧を振幅値とし互いに９０度の位相ズレを持つ
各励振制御信号をそれぞれ各励振手段に出力する。
の各共振回転振動を励振する周波数１５．７４ＫＨｚの
励振周波信号を同期信号に同期して発生する。位相シフ
ト回路２３２は、励振周波発生回路２３１の励振周波信
号を入力およびシフトし、互いに９０度の位相ズレを持
つ信号を電圧制御増幅器２３４に出力する。振幅制御回
路２３３は、励振周波発生回路２３１の励振周波信号お
よび同期信号を入力し、同期信号に同期した走査時間に
対し各振制御信号の振幅を変調する振幅変調信号を電圧
制御増幅器２３４に出力する。このとき、振幅変調信号
の電圧は、同期信号に同期して走査時間に対しノコギリ
状に線形変化または非線形変化し且つ共振周期ごとに階
段状に変化する。また、この電圧変化の他の例として、
同期信号に同期して走査時間に対しノコギリ状に線形変
化または非線形変化し且つ連続的に変化させることもで
きる。電圧制御増幅器２３４は、励振周波発生回路から
互いに９０度の位相ズレを持つ信号を入力し、振幅変調
信号の電圧を振幅値とし互いに９０度の位相ズレを持つ
各励振制御信号をそれぞれ各励振手段に出力する。
【００２３】次に、本実施形態の画像表示装置の作用に
ついて説明する。
ついて説明する。
【００２４】一般に、共振駆動される光スキャナの振動
振幅は究めて歪の少ないサイン波で表わされる性質を持
っている。数学的には円の軌跡はサイン波とコサイン波
の合成で与えられ、同じ最大振幅および周波数の２つの
サイン波をお互いに９０度位相が異なるように振動させ
て合成するとその軌跡は一般的に円となることが知られ
ている。これと同じことが光スキャナを利用した光ビー
ム走査にも成り立ち、同一共振周波数で駆動されるＸ軸
用光スキャナ２１でＸ軸周りに光ビーム走査された光を
９０度位相のずれた振動振幅を持つＹ軸用光スキャナ２
２に導入してＹ軸方向に再度光ビーム走査を行う。従っ
て、これらＸ軸用光スキャナ２１，Ｙ軸用光スキャナ２
２は、同一サイズの１種類の小型スキャナで済む。
振幅は究めて歪の少ないサイン波で表わされる性質を持
っている。数学的には円の軌跡はサイン波とコサイン波
の合成で与えられ、同じ最大振幅および周波数の２つの
サイン波をお互いに９０度位相が異なるように振動させ
て合成するとその軌跡は一般的に円となることが知られ
ている。これと同じことが光スキャナを利用した光ビー
ム走査にも成り立ち、同一共振周波数で駆動されるＸ軸
用光スキャナ２１でＸ軸周りに光ビーム走査された光を
９０度位相のずれた振動振幅を持つＹ軸用光スキャナ２
２に導入してＹ軸方向に再度光ビーム走査を行う。従っ
て、これらＸ軸用光スキャナ２１，Ｙ軸用光スキャナ２
２は、同一サイズの１種類の小型スキャナで済む。
【００２５】図４は、Ｘ軸用光スキャナ２１，Ｙ軸用光
スキャナ２２を単独に駆動したときに得られる光ビーム
走査軌跡を示す軌跡図である。各軌跡は直線になる。図
５は、お互いに振動の位相を９０度ずらして両方の光ス
キャナ２１，２２を同一周波数で駆動し光を導入して光
ビーム走査を行った際に得られる光ビーム走査軌跡を示
す軌跡図であり、軌跡は円になる。電気系とは異なり、
実際に製造される光スキャナには設計値からのズレがあ
り、それぞれの光スキャナの共振周波数には或る程度の
誤差があるが、共振特性には広がりがあるので、完全に
静止した状態の円が得られる。画像リフレッシュの同期
信号に同期して振動の振幅を時間に対しノコギリ状に変
調すると、同心円状に光ビームが走査され、同心円状の
走査線構造を持つ図形（ラスタ）を得ることができる。
スキャナ２２を単独に駆動したときに得られる光ビーム
走査軌跡を示す軌跡図である。各軌跡は直線になる。図
５は、お互いに振動の位相を９０度ずらして両方の光ス
キャナ２１，２２を同一周波数で駆動し光を導入して光
ビーム走査を行った際に得られる光ビーム走査軌跡を示
す軌跡図であり、軌跡は円になる。電気系とは異なり、
実際に製造される光スキャナには設計値からのズレがあ
り、それぞれの光スキャナの共振周波数には或る程度の
誤差があるが、共振特性には広がりがあるので、完全に
静止した状態の円が得られる。画像リフレッシュの同期
信号に同期して振動の振幅を時間に対しノコギリ状に変
調すると、同心円状に光ビームが走査され、同心円状の
走査線構造を持つ図形（ラスタ）を得ることができる。
【００２６】このとき、原理的には、ある特定の瞬間に
光っているのは一点なので、基本ラスタが円から構成さ
れている必要はなく、振動振幅を色々変えたときに、描
画すべき画像の全ての点を通過する条件さえ満たせば、
平面上で重なりを持つ図形を含め、どのような図形であ
っても利用可能であるが、光ビーム走査に共振光スキャ
ナを利用することを前提とすると、サイン波を利用する
のが最も簡単である。
光っているのは一点なので、基本ラスタが円から構成さ
れている必要はなく、振動振幅を色々変えたときに、描
画すべき画像の全ての点を通過する条件さえ満たせば、
平面上で重なりを持つ図形を含め、どのような図形であ
っても利用可能であるが、光ビーム走査に共振光スキャ
ナを利用することを前提とすると、サイン波を利用する
のが最も簡単である。
【００２７】また、画像リフレッシュの同期信号の速度
限界は、用いる光スキャナの共振によって蓄積したエネ
ルギーが減衰する時間によって決まる。通常の条件下で
は、ミラーを構成する材料の減衰よりもミラー表面に当
たる空気が最も大きな減衰因子になる。本実施形態の光
スキャナ２１，２２の場合は、減衰因子が適当な大きさ
を持つので２００Ｈｚ程度まで応答し、人間の目にちら
つきが感じられない程度の速度である６０Ｈｚの画像リ
フレッシュを容易に実現できる。
限界は、用いる光スキャナの共振によって蓄積したエネ
ルギーが減衰する時間によって決まる。通常の条件下で
は、ミラーを構成する材料の減衰よりもミラー表面に当
たる空気が最も大きな減衰因子になる。本実施形態の光
スキャナ２１，２２の場合は、減衰因子が適当な大きさ
を持つので２００Ｈｚ程度まで応答し、人間の目にちら
つきが感じられない程度の速度である６０Ｈｚの画像リ
フレッシュを容易に実現できる。
【００２８】この画像リフレッシュの同期信号に同期し
て、走査時間に対し各励振制御信号の振幅を種々に変化
させることにより種々の画像表示期間、ブランキング時
間、あるいは形をしたラスタを形成することができる。
て、走査時間に対し各励振制御信号の振幅を種々に変化
させることにより種々の画像表示期間、ブランキング時
間、あるいは形をしたラスタを形成することができる。
【００２９】図６は、画像リフレッシュの同期信号に同
期して、走査時間に対し各励振制御信号の振幅をノコギ
リ状に線形変化させた例を示す振幅遷移図である。図６
（Ａ）は、走査時間に対し共振周期ごとに階段状に変化
させた例を示し、図６（Ｂ）は、走査時間に対し連続的
に変化させた例を示す。ここで、イメージ期間と記され
ている期間にレーザー光等の光源の明るさを変調する。
ブランク期間はミラー振幅がリセットする期間であり、
この期間は光源の明るさをゼロにして画像を表示させな
い。これは従来画像方式のブランキング期間に相当す
る。また、図７は、図６に対応した走査線構造例を示す
構造図であり、図７（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ、同心
円形状，螺旋状の走査線構造を示す。
期して、走査時間に対し各励振制御信号の振幅をノコギ
リ状に線形変化させた例を示す振幅遷移図である。図６
（Ａ）は、走査時間に対し共振周期ごとに階段状に変化
させた例を示し、図６（Ｂ）は、走査時間に対し連続的
に変化させた例を示す。ここで、イメージ期間と記され
ている期間にレーザー光等の光源の明るさを変調する。
ブランク期間はミラー振幅がリセットする期間であり、
この期間は光源の明るさをゼロにして画像を表示させな
い。これは従来画像方式のブランキング期間に相当す
る。また、図７は、図６に対応した走査線構造例を示す
構造図であり、図７（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ、同心
円形状，螺旋状の走査線構造を示す。
【００３０】図８は、画像リフレッシュの同期信号に同
期して、走査時間に対し各励振制御信号の振幅をノコギ
リ状に非線形変化させた例を示す振幅遷移図である。図
８（Ａ）は、走査時間に対し共振周期ごとに階段状に変
化させた例を示し、図８（Ｂ）は、走査時間に対し連続
的に変化させた例を示す。また、図９は、図８に対応し
た走査線構造例を示す構造図であり、図９（Ａ），
（Ｂ）は、それぞれ、同心円形状，螺旋状の走査線構造
を示し、共に、中心から距離に対応してラスタまたは画
素の密度が変えられ、中心部で高く周辺部低い解像度分
布を有する画像が容易に得られることを示す。
期して、走査時間に対し各励振制御信号の振幅をノコギ
リ状に非線形変化させた例を示す振幅遷移図である。図
８（Ａ）は、走査時間に対し共振周期ごとに階段状に変
化させた例を示し、図８（Ｂ）は、走査時間に対し連続
的に変化させた例を示す。また、図９は、図８に対応し
た走査線構造例を示す構造図であり、図９（Ａ），
（Ｂ）は、それぞれ、同心円形状，螺旋状の走査線構造
を示し、共に、中心から距離に対応してラスタまたは画
素の密度が変えられ、中心部で高く周辺部低い解像度分
布を有する画像が容易に得られることを示す。
【００３１】この画像を観察する人間の眼には、カメラ
のレンズに相当する水晶体と、フィルムに相当する網膜
とがあり、眼に入射した光は、水晶体で適切に屈折され
た後、網膜に結ばれる。図１０は、この人間の眼の構造
を示す構造図である。網膜には光刺激に対して反応する
２つの種類の視細胞がある。１つは錐状体と呼ばれる視
細胞で、視線中心画像が像を結ぶ中央部約３ｍｍΦの部
分に集中している。この細胞は明るいところで働き、解
像力が高く色を認識する性質を持っている。その周辺を
埋めているのがかん状体と呼ばれる細胞で暗いところで
働き、色の感覚は無く、解像力も低い。人間は明るさに
応じてこの二つの細胞を使い分けて画像認識を行ってい
る。それぞれの細胞は同心円上に同じ解像度を持つ細胞
が並んでおり、中心から周辺にかけて急激に解像度が低
くなるような性質を持っている。
のレンズに相当する水晶体と、フィルムに相当する網膜
とがあり、眼に入射した光は、水晶体で適切に屈折され
た後、網膜に結ばれる。図１０は、この人間の眼の構造
を示す構造図である。網膜には光刺激に対して反応する
２つの種類の視細胞がある。１つは錐状体と呼ばれる視
細胞で、視線中心画像が像を結ぶ中央部約３ｍｍΦの部
分に集中している。この細胞は明るいところで働き、解
像力が高く色を認識する性質を持っている。その周辺を
埋めているのがかん状体と呼ばれる細胞で暗いところで
働き、色の感覚は無く、解像力も低い。人間は明るさに
応じてこの二つの細胞を使い分けて画像認識を行ってい
る。それぞれの細胞は同心円上に同じ解像度を持つ細胞
が並んでおり、中心から周辺にかけて急激に解像度が低
くなるような性質を持っている。
【００３２】中心３ｍｍΦに対応する視野角は約４度で
ある。つまり、人間の眼が１度にピントを合わせて詳細
に観察を行っているのはこの狭い領域に過ぎず、画像の
情報量としては極めて小さいが、脳が記憶されたそれぞ
れの断片を旨く繋ぎ合わせて１枚の全体画像に仕上げて
おり、人間はそれを観察していると考えられる。従っ
て、図９の走査線構造は、人間の目のように、視線中心
に位置する中心画素の画像解像度が高く周辺画素に行く
にしたがって荒くなる画像を再現できる。
ある。つまり、人間の眼が１度にピントを合わせて詳細
に観察を行っているのはこの狭い領域に過ぎず、画像の
情報量としては極めて小さいが、脳が記憶されたそれぞ
れの断片を旨く繋ぎ合わせて１枚の全体画像に仕上げて
おり、人間はそれを観察していると考えられる。従っ
て、図９の走査線構造は、人間の目のように、視線中心
に位置する中心画素の画像解像度が高く周辺画素に行く
にしたがって荒くなる画像を再現できる。
【００３３】また、本実施形態の画像表示装置における
変形例として、画像リフレッシュの同期信号に同期し
て、Ｘ軸用光スキャナ２１およびＹ軸用光スキャナ２２
用の各励振制御信号の一定振幅比を１対１以外の値に設
定することもできる。図１１は、Ｘ軸およびＹ軸励振制
御信号の一定振幅比に対する走査線構造例を示す構造図
であり、図１１（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、１対
１および１対２の一定振幅比を設定した例を示す。一般
に、人間の視界は、垂直方向よりも水平方向に広く、図
１１（Ｂ）の楕円走査線構造により実現できる。
変形例として、画像リフレッシュの同期信号に同期し
て、Ｘ軸用光スキャナ２１およびＹ軸用光スキャナ２２
用の各励振制御信号の一定振幅比を１対１以外の値に設
定することもできる。図１１は、Ｘ軸およびＹ軸励振制
御信号の一定振幅比に対する走査線構造例を示す構造図
であり、図１１（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、１対
１および１対２の一定振幅比を設定した例を示す。一般
に、人間の視界は、垂直方向よりも水平方向に広く、図
１１（Ｂ）の楕円走査線構造により実現できる。
【００３４】更に、光ビーム走査法には、ピクセルの形
状や大きさに自由度があるので、色々な基本ラスタ形状
が実現できる。例えば、本発明の画像表示装置の他の変
形例として、本実施形態の画像表示装置の電光変換手段
１を、画像信号に対応して輝度変調すると共に、各励振
制御信号の振幅に対応してビーム幅を制御し、光ビーム
を光ビーム走査手段２に出力する電光変換手段１に置き
換えることにより実現される。図１２は、この実施形態
２の画像表示装置による走査線構造例を示す構造図であ
る。図１２（Ａ）は、１つのピクセルを構成する同一の
サイズの光ドット数が中心部からの距離に応じて増加す
る例を示し、図１２（Ｂ）は、光ドットのサイズが中心
部からの距離に応じて大きくなる例を示す。
状や大きさに自由度があるので、色々な基本ラスタ形状
が実現できる。例えば、本発明の画像表示装置の他の変
形例として、本実施形態の画像表示装置の電光変換手段
１を、画像信号に対応して輝度変調すると共に、各励振
制御信号の振幅に対応してビーム幅を制御し、光ビーム
を光ビーム走査手段２に出力する電光変換手段１に置き
換えることにより実現される。図１２は、この実施形態
２の画像表示装置による走査線構造例を示す構造図であ
る。図１２（Ａ）は、１つのピクセルを構成する同一の
サイズの光ドット数が中心部からの距離に応じて増加す
る例を示し、図１２（Ｂ）は、光ドットのサイズが中心
部からの距離に応じて大きくなる例を示す。
【００３５】図１３は、本発明の画像表示装置の実施形
態３の電光変換手段１，光ビーム走査手段２における光
ビームの経路を示す経路図である。本実施形態の画像表
示装置は、光ビーム走査手段２における可動ミラー以外
は実施形態１と同様であり、重複説明を省略する。本実
施形態の画像表示装置における光ビーム走査手段２は、
光源から光ビームを反射する１つの可動ミラーを備え
る。この可動ミラーの反射方向が光ビーム走査のため互
いに直角な回転軸を持つ２つの共振回転振動モードで振
動し、これら各共振回転振動が同一あるいは近傍の共振
周波数を持ち互いに９０度の位相ズレおよび一定振幅比
を持ち、各励振制御信号により励振される。同じ周波数
を持つサイン波およびコサイン波の組み合わせを持つ２
つの共振回転振動モードの振動は、実施形態１と同様
に、同心円状または螺旋状の走査線構造の画像を形成す
る。
態３の電光変換手段１，光ビーム走査手段２における光
ビームの経路を示す経路図である。本実施形態の画像表
示装置は、光ビーム走査手段２における可動ミラー以外
は実施形態１と同様であり、重複説明を省略する。本実
施形態の画像表示装置における光ビーム走査手段２は、
光源から光ビームを反射する１つの可動ミラーを備え
る。この可動ミラーの反射方向が光ビーム走査のため互
いに直角な回転軸を持つ２つの共振回転振動モードで振
動し、これら各共振回転振動が同一あるいは近傍の共振
周波数を持ち互いに９０度の位相ズレおよび一定振幅比
を持ち、各励振制御信号により励振される。同じ周波数
を持つサイン波およびコサイン波の組み合わせを持つ２
つの共振回転振動モードの振動は、実施形態１と同様
に、同心円状または螺旋状の走査線構造の画像を形成す
る。
【００３６】図１４は、本発明の画像表示装置の実施形
態４を示すブロック図である。本実施形態の画像表示装
置は、図１の実施形態１の画像表示装置に、視線検出手
段３１，中心座標移動手段３２を追加した構成を持つ。
これら追加手段以外については、重複説明を省略する。
態４を示すブロック図である。本実施形態の画像表示装
置は、図１の実施形態１の画像表示装置に、視線検出手
段３１，中心座標移動手段３２を追加した構成を持つ。
これら追加手段以外については、重複説明を省略する。
【００３７】視線検出手段３１は、観察者の視線を検出
する手段であり、種々のものが考えられている。例え
ば、人間の瞳が赤外線に対して反射することをを用いる
ものや、その反射像をカメラで撮影して画像処理によっ
て眼の中心を割り出すもの、あるいは人間の眼球に生じ
ている微小な電圧を測定して眼の位置を検出するものな
どがある。いずれも、視線方向に対応するアナログの電
圧が得られ、その値を所望の電圧に増幅して検出視線信
号として中心座標移動手段３２に出力する。
する手段であり、種々のものが考えられている。例え
ば、人間の瞳が赤外線に対して反射することをを用いる
ものや、その反射像をカメラで撮影して画像処理によっ
て眼の中心を割り出すもの、あるいは人間の眼球に生じ
ている微小な電圧を測定して眼の位置を検出するものな
どがある。いずれも、視線方向に対応するアナログの電
圧が得られ、その値を所望の電圧に増幅して検出視線信
号として中心座標移動手段３２に出力する。
【００３８】中心座標移動手段３２は、視線検出手段３
１の検出視線信号に対応して、同心円形状または螺旋状
の走査線構造の中心座標を移動し、観察者の視線、ある
いはこの視線と一定の距離を持つように制御を行う。
１の検出視線信号に対応して、同心円形状または螺旋状
の走査線構造の中心座標を移動し、観察者の視線、ある
いはこの視線と一定の距離を持つように制御を行う。
【００３９】本実施形態の画像表示装置において、視線
中心が完全に把握できる場合、人間の眼と同じように、
中心部４度の領域が高い解像度を持ち、その周辺に急激
に解像度の落ちるような画像が再現でき、人間が自然視
するのに全く無駄の無い情報を含んだ画像が得られる。
中心が完全に把握できる場合、人間の眼と同じように、
中心部４度の領域が高い解像度を持ち、その周辺に急激
に解像度の落ちるような画像が再現でき、人間が自然視
するのに全く無駄の無い情報を含んだ画像が得られる。
【００４０】なお、これら各実施形態では、光源が単色
の場合のみ示したが、ＲＧＢ等の色分解された光源を用
いてフルカラーを再生することは容易にできることは明
らかである。
の場合のみ示したが、ＲＧＢ等の色分解された光源を用
いてフルカラーを再生することは容易にできることは明
らかである。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による画像
表示装置は、同心円光ビーム走査法を用い、人間が瞳孔
を通して受け取る画像情報のうち、実際に使用する画像
情報のほとんど全てを再生可能であり、一般のディスプ
レーを使用した場合に比較して、必要とされる画像情報
を著しく小さくできる。
表示装置は、同心円光ビーム走査法を用い、人間が瞳孔
を通して受け取る画像情報のうち、実際に使用する画像
情報のほとんど全てを再生可能であり、一般のディスプ
レーを使用した場合に比較して、必要とされる画像情報
を著しく小さくできる。
【００４２】また、１０ｋＨｚ以上の高い共振周波数を
持つマイクロミラーのみ利用するので、小型化に向き、
周囲雑音からの影響も受けにくく、マイクロミラー自身
も丈夫であり、同じものを沢山作れば良いので量産性に
優れ、再生画像の品質および装置の信頼性が向上し、製
造コストが低減できる。
持つマイクロミラーのみ利用するので、小型化に向き、
周囲雑音からの影響も受けにくく、マイクロミラー自身
も丈夫であり、同じものを沢山作れば良いので量産性に
優れ、再生画像の品質および装置の信頼性が向上し、製
造コストが低減できる。
【００４３】さらに、従来のように、変更できない低周
波数の垂直走査用共振ミラーを利用せず、電気的に垂直
走査に相当する画像リフレッシュの周期を変えられるの
で、種々の画像リフレッシュサイクルや特定の周波数に
正確に合わせることができるなどの効果がある。
波数の垂直走査用共振ミラーを利用せず、電気的に垂直
走査に相当する画像リフレッシュの周期を変えられるの
で、種々の画像リフレッシュサイクルや特定の周波数に
正確に合わせることができるなどの効果がある。
【図１】本発明の画像表示装置の実施形態１を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図２】図２の画像表示装置における光ビーム経路を示
す経路図である。
す経路図である。
【図３】図２の画像表示装置における各光スキャナの構
造を示す構造図である。
造を示す構造図である。
【図４】図２における各光スキャナ単独駆動による光ビ
ーム走査軌跡を示す軌跡図である。
ーム走査軌跡を示す軌跡図である。
【図５】図２における２つの光スキャナ駆動による光ビ
ーム走査軌跡を示す軌跡図である。
ーム走査軌跡を示す軌跡図である。
【図６】励振制御信号の振幅のノコギリ状線形変化例を
示す振幅遷移図である。
示す振幅遷移図である。
【図７】図６に対応した走査線構造例を示す構造図であ
る。
る。
【図８】励振制御信号の振幅のノコギリ状非線形変化例
を示す振幅遷移図である。
を示す振幅遷移図である。
【図９】図８に対応した走査線構造例を示す構造図であ
る。
る。
【図１０】人間の目の構造を示す構造図である。
【図１１】Ｘ軸およびＹ軸励振制御信号の一定振幅比に
対する走査線構造例を示す構造図である。
対する走査線構造例を示す構造図である。
【図１２】本発明の画像表示装置の実施形態２による走
査線構造例を示す構造図である。
査線構造例を示す構造図である。
【図１３】本発明の画像表示装置の実施形態３における
光ビーム経路を示す経路図である。
光ビーム経路を示す経路図である。
【図１４】本発明の画像表示装置の実施形態４を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図１５】従来の走査線構造を示す構造図である。
１ 電光変換手段 ２ 光ビーム走査手段 １１ 光源 １２ 電力増幅器 ２１ Ｘ軸用光スキャナ ２２ Ｙ軸用光スキャナ ２３ 励振制御回路 ２３１ 励振周波発生回路 ２３２ 位相シフト回路 ２３３ 振幅制御回路 ２３４ 電圧制御増幅器 ３１ 視線検出手段 ３２ 中心座標移動手段
Claims (10)
- 【請求項１】 画像信号に対応して輝度変調された光ビ
ームにより画素を形成し、前記光ビームの反射方向を画
像リフレッシュの同期信号に同期して振動させる光ビー
ム走査を行い、観察者の網膜上またはスクリーン上に結
像し画像表示する画像表示装置において、前記網膜上ま
たはスクリーン上の特定の点を中心とする円の円周方向
に光ビーム走査を行い同心円形状または螺旋状の走査線
構造を持ち且つ前記画素の密度または大きさを中心から
の距離に対応して変化させた画像を形成する光ビーム走
査手段を備えることを特徴とする画像表示装置。 - 【請求項２】 前記光ビーム走査手段が、光源から前記
光ビームをカスケードにそれぞれ反射しそれぞれの反射
方向が光ビーム走査のため互いに直角に共振回転振動し
これら各共振回転振動が同一あるいは近傍の共振周波数
を持ち互いに９０度の位相ズレおよび一定振幅比を持つ
２つの可動ミラーを備える、請求項１記載の画像表示装
置。 - 【請求項３】 前記光ビーム走査手段が、光源から前記
光ビームを反射しその反射方向が光ビーム走査のため互
いに直角な回転軸を持つ２つの共振回転振動モードで振
動しこれら各共振回転振動が同一あるいは近傍の共振周
波数を持ち互いに９０度の位相ズレおよび一定振幅比を
持つ可動ミラーを備える、請求項１記載の画像表示装
置。 - 【請求項４】 前記各共振回転振動が、前記各可動ミラ
ー周囲の空気の粘性を振動減衰因子とし、３０分の１秒
以内に制限された振動減衰時間を持つ、請求項２または
３記載の画像表示装置。 - 【請求項５】 前記光ビーム走査手段が、前記共振周波
数を持つ各励振制御信号をそれぞれ入力しそれらの振幅
および位相に対応した振動振幅および振動位相を持つ各
共振回転振動をそれぞれ励振する励振手段を前記可動ミ
ラーごとに備える、請求項２，３または４記載の画像表
示装置。 - 【請求項６】 前記光ビーム走査手段が、前記同期信号
に同期して前記共振周波数をもつ信号を生成しその振幅
および位相をそれぞれ制御し前記各励振制御信号として
前記各励振手段にそれぞれ出力する励振制御回路を備え
る、請求項５記載の画像表示装置。 - 【請求項７】 前記各励振制御信号の振幅が前記同期信
号に同期して走査時間に対しノコギリ状に線形変化また
は非線形変化し且つ共振周期ごとに階段状に変化する、
請求項６記載の画像表示装置。 - 【請求項８】 前記各励振制御信号の振幅が前記同期信
号に同期して走査時間に対しノコギリ状に線形または非
線形に変化し且つ連続的に変化する、請求項６記載の画
像表示装置。 - 【請求項９】 前記画像信号に対応して輝度変調すると
共に前記各励振制御信号の振幅に対応してビーム幅を制
御し前記光ビームを前記光ビーム走査手段に出力する電
光変換手段を備える、請求項６，７または８記載の画像
表示装置。 - 【請求項１０】 前記観察者の視線を検出する視線検出
手段と、この視線検出手段の検出視線に対応して前記同
心円形状または螺旋状の走査線構造の中心座標を移動す
る中心座標移動手段とを備える、請求項１記載の画像表
示装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9185227A JP2947231B2 (ja) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | 画像表示装置 |
| US09/113,545 US6147822A (en) | 1997-07-10 | 1998-07-10 | Image display device applying light beam scanning capable of direct image formation on retinas of observers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9185227A JP2947231B2 (ja) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | 画像表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1130763A true JPH1130763A (ja) | 1999-02-02 |
| JP2947231B2 JP2947231B2 (ja) | 1999-09-13 |
Family
ID=16167108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9185227A Expired - Fee Related JP2947231B2 (ja) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | 画像表示装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6147822A (ja) |
| JP (1) | JP2947231B2 (ja) |
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| JP2009080154A (ja) * | 2007-09-25 | 2009-04-16 | Nippon Signal Co Ltd:The | 投影表示装置 |
| KR20150130555A (ko) * | 2013-03-15 | 2015-11-23 | 매직 립, 인코포레이티드 | 디스플레이 시스템 및 방법 |
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| WO2022209781A1 (ja) * | 2021-03-31 | 2022-10-06 | ソニーグループ株式会社 | 表示装置及び電子機器 |
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| US7262765B2 (en) * | 1999-08-05 | 2007-08-28 | Microvision, Inc. | Apparatuses and methods for utilizing non-ideal light sources |
| EP1419411B1 (de) * | 2001-10-05 | 2005-01-19 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Projektionsvorrichtung |
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| JP2010113312A (ja) * | 2008-11-10 | 2010-05-20 | Hoya Corp | 内視鏡装置および内視鏡プロセッサ |
| US10979681B2 (en) * | 2018-09-13 | 2021-04-13 | Varjo Technologies Oy | Display apparatus and method of displaying using light source and beam scanning arrangement |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH07135623A (ja) * | 1993-10-27 | 1995-05-23 | Kinseki Ltd | 網膜直接表示装置 |
| US5903397A (en) * | 1998-05-04 | 1999-05-11 | University Of Washington | Display with multi-surface eyepiece |
-
1997
- 1997-07-10 JP JP9185227A patent/JP2947231B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-07-10 US US09/113,545 patent/US6147822A/en not_active Expired - Fee Related
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