WO2005091048A1 - 網膜走査型ディスプレイおよび信号処理装置 - Google Patents

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WO2005091048A1
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light
signal
light intensity
input
unit
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PCT/JP2005/004914
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Osamu Sakaue
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Brother Kogyo Kabushiki Kaisha
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
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    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3129—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] scanning a light beam on the display screen
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    • G09G3/02—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes by tracing or scanning a light beam on a screen

Definitions

  • the present invention relates to a technique for displaying an image to an observer by scanning a light beam two-dimensionally on the retina of the observer, and in particular, to a technique for improving the reproducibility of content by a display image. It is about.
  • the retinal scanning display generally includes (a) an emission unit (for example, a light source) for emitting a light beam, and (b) an optical modulation device for modulating an optical characteristic of the light beam based on an input light modulation signal. And (c) a scanning unit that two-dimensionally scans the modulated light beam.
  • an emission unit for example, a light source
  • an optical modulation device for modulating an optical characteristic of the light beam based on an input light modulation signal.
  • a scanning unit that two-dimensionally scans the modulated light beam.
  • the "light modulation unit” is generally configured to include a light intensity modulation unit that modulates light intensity (also referred to as luminance), which is an example of optical characteristics of a light beam.
  • the light intensity modulating unit may be, for example, of a type (for example, an acousto-optic modulator) configured independently of the emission unit, or of a type (for example, a semiconductor laser) configured to be incorporated in the emission unit. It is possible.
  • the above-described light modulator may be configured to further include a wavefront modulator that modulates a wavefront curvature, which is another example of the optical characteristics of the light beam, based on the input depth signal. .
  • the "wavefront modulating unit” is, for example, a format that modulates a wavefront curvature for each part (for example, a pixel) constituting an image, or a format that modulates a wavefront curvature for each frame of an image. (A plurality of parts constituting the same frame may have a common wavefront curvature).
  • the light representing the command value of the intensity of the light beam is provided.
  • the light intensity modulator modulates the intensity of the light beam in response to the intensity signal.
  • the light beam whose intensity has been modulated by the light intensity modulator is two-dimensionally scanned by the scanning unit, and the actual value of the light intensity of the light beam thus scanned (hereinafter referred to as “actual light intensity value”) is obtained. This is recognized as a display image by the observer.
  • the present inventor has conducted research on a technique for improving the color reproducibility of content by a display image in this type of retinal scanning display. As a result, the inventor has found that the color reproducibility varies for each dot of the display image, the color reproducibility varies for each color component of the luminous flux, and the light intensity command value (hereinafter referred to as the ⁇ light intensity command value It was noted that the light intensity of the displayed image, that is, the actual light intensity value did not change sufficiently linearly.
  • depth actual value the actual depth value
  • depth command value the command value
  • the present invention relates to a technique for displaying an image to an observer by scanning a light beam two-dimensionally on the retina of the observer, and thus the light to be input to the light modulator. It is an object of the present invention to improve the reproducibility of content by a display image by correcting a modulation signal.
  • a retinal scanning display that displays an image to an observer by two-dimensionally scanning a light beam on the observer's retina
  • An emission unit that emits the light beam
  • An optical modulator that modulates the optical characteristics of the light beam based on the input light modulation signal; a scanning unit that scans the modulated light beam two-dimensionally;
  • the light modulation signal to be input to the light modulation unit is corrected so that the linearity of the light modulation command value-actual value relationship between the light modulation command value and the actual value of the optical characteristic increases.
  • a retinal scanning display including:
  • a light modulation signal to be input to the light modulation unit is a linear relationship between the command value and the actual value of the light modulation command value and the actual value of the optical characteristic of the light flux.
  • the correction is performed so that the characteristic is increased from before the correction of the light modulation signal.
  • the first correction device may be configured to control the light modulation unit so that the linearity of the light modulation command value-actual value relationship increases regardless of the input / output characteristics of the light modulation unit.
  • the retinal scanning display according to item (1) which corrects an optical modulation signal to be input.
  • the light modulation unit includes a light intensity modulation unit that modulates the intensity of the light beam based on the input light intensity signal.
  • this retinal scanning display it is possible to increase the linearity of the relationship between the command value and the actual value with respect to the intensity of the luminous flux, thereby improving the reproducibility of the color of the content by the display image. It is possible to do.
  • the emission section emits component light beams of a plurality of colors
  • the light intensity modulating unit modulates the intensity of each component light flux based on the input light intensity signal for each component light flux
  • the retinal scanning display further includes a combining unit that combines the component light beams of the plurality of colors into a combined light beam after the intensity of each component light beam is modulated by the light intensity modulation unit.
  • the scanning unit scans the combined light beam two-dimensionally, and the first correction device outputs a light intensity signal to be input to the light intensity modulation unit for each component light beam.
  • the retinal scanning ⁇ -type display according to item (3) including a first correction unit that corrects the linearity of the light intensity command value-actual value relationship between the light intensity command value and the actual value so as to increase. .
  • the present inventor has proposed a retinal scanning system in which an image is displayed to an observer by two-dimensionally scanning a combined light beam obtained by combining component light beams of a plurality of colors on the retina of the observer's eye.
  • a technology to correct the light intensity signal to be input to the light intensity modulation unit.
  • the present inventor has found that unless the light intensity signal to be input to the light intensity modulation unit is corrected for each component light beam of each color, the color reproducibility of the displayed image may be reduced. I noticed.
  • the light intensity signal to be input to the light intensity modulation unit is determined by comparing the light intensity command value with the actual value. Is corrected to increase the linearity of the relationship between the command value and the actual value during
  • the linearity of the light intensity command value-actual value relationship is increased for all of the component light beams of a plurality of colors. Therefore, regardless of the light intensity command value, the color balance of the display image is stabilized, and the reproducibility of the color of the content by the display image can be improved.
  • the scanning section scans the light beam by changing the angle of the reflection surface that reflects the light beam incident thereon
  • the retinal scanning display further includes: Irrespective of the characteristic that the ratio varies with the angle of the reflecting surface, the light is applied so that the actual value of the intensity of the light beam irradiated to each part of the image to be displayed does not change depending on the position of each part.
  • the intensity of the luminous flux applied to each part of the image to be displayed is irrespective of the characteristic that the reflectance of the reflecting surface in the scanning unit varies depending on the angle of the reflecting surface.
  • the light intensity signal to be input to the light intensity modulation unit is corrected so that the actual value does not change depending on the position of each part of the image to be displayed, which is irradiated by the light beam.
  • each part of the image to be displayed in this section can be, for example, each pixel or a pixel group having a plurality of adjacent pixels.
  • the light modulation unit includes a wavefront modulation unit that modulates a wavefront curvature of the light beam based on the input depth signal,
  • the first correction device corrects a depth signal to be input to the wavefront modulation unit such that the linearity of a depth command value-actual relationship between the depth command value and the actual value increases.
  • the retinal scanning display according to any one of (1) to (5), including a second correction unit.
  • the second correction unit is input to the wavefront modulation unit such that the linearity of the relationship between the depth command value and the actual value increases regardless of the input / output characteristics of the wavefront modulation unit.
  • Rube The retinal scanning display according to item (6), which corrects a depth signal.
  • a retinal scanning display that displays an image to an observer by scanning a light beam two-dimensionally on the retina of the observer
  • An emission unit that emits the light beam
  • a light intensity modulator that modulates the intensity of the light beam based on the input light intensity signal; a wavefront modulator that modulates the wavefront curvature of the light beam based on the input depth signal;
  • a scanning unit that two-dimensionally scans the modulated light beam; and a first unit that corrects a light intensity signal to be input to the light intensity modulation unit based on a light intensity command value represented by the light intensity signal.
  • a depth signal to be input to the section based on a depth command value represented by the depth signal, and at least one of a third correction device for correcting the depth signal.
  • a retinal scanning display including:
  • the light intensity signal to be input to the light intensity modulation unit is the light intensity signal represented by the light intensity signal. It is corrected based on the command value. Therefore, in this case, for example, it is possible to increase the linearity of the relationship between the command value and the actual value with respect to the intensity of the luminous flux, and to maintain the color balance of the displayed image even when the light intensity command value is changed. It becomes.
  • the light intensity signal to be input to the light intensity modulation unit is a signal of the image to be displayed.
  • the correction is performed based on the position of each part to which the light beam is sequentially irradiated. Therefore, in this case, for example, it is possible to reduce light intensity unevenness in a display image.
  • the depth signal to be input to the wavefront modulation unit is represented by the depth signal.
  • the depth is corrected based on the command value of the depth. Therefore, in this case, For example, it is possible to increase the linearity of the relationship between the command value and the actual value for the depth or the focus position of the display image.
  • a retinal scanning display for displaying an image to an observer by two-dimensionally scanning a light beam on the retina of the observer, and (a) an emission unit for emitting the light beam; (b) an optical modulator that modulates the optical characteristics of the light beam based on the input light modulation signal; and (c) a scanner that scans the modulated light beam two-dimensionally.
  • Signal processing device for displaying an image to an observer by two-dimensionally scanning a light beam on the retina of the observer, and (a) an emission unit for emitting the light beam; (b) an optical modulator that modulates the optical characteristics of the light beam based on the input light modulation signal; and (c) a scanner that scans the modulated light beam two-dimensionally.
  • the light modulation signal to be input to the light modulation unit is corrected so that the linearity of the relationship between the light modulation command value and the actual value between the light modulation command value and the actual value of the optical characteristic increases.
  • Signal processing device including the first correction device.
  • the light modulation signal to be input to the light modulation unit is a line between the command value and the actual value between the light modulation command value and the actual value of the optical characteristic of the light beam.
  • the shape is corrected so that the shape is increased from before the light modulation signal is corrected.
  • the linearity of the relationship between the light modulation command value and the actual value is increased for the optical characteristics of the light beam. Therefore, it is possible to improve the reproducibility of the color of the content by the display image.
  • the signal processing device may be configured to be configured independently of a retinal scanning display used together therewith, or may be configured to be incorporated in the retinal scanning display.
  • the first correction device may be configured to control the light modulation unit so that the linearity of the relationship between the light modulation command value and the actual value increases regardless of the input / output characteristics of the light intensity modulation unit.
  • this signal processing device it is possible to increase the linearity of the relationship between the light modulation command value and the actual value, irrespective of the input / output characteristics of the light modulation unit. Color reproducibility can be improved.
  • the linear relationship between the command value and the actual value with respect to the intensity of the light beam It is possible to improve the reproducibility of the color of the content by the display image.
  • the emission section emits component light beams of a plurality of colors
  • the light intensity modulating unit modulates the intensity of each component light flux based on the input light intensity signal for each component light flux
  • the retinal scanning display further includes a combining unit that combines the component light beams of the plurality of colors into a combined light beam after the intensity of each component light beam is modulated by the light intensity modulation unit.
  • the scanning unit scans the combined light beam two-dimensionally, and the first correction device outputs a light intensity signal to be input to the light intensity modulation unit for each component light beam.
  • the signal processing device further including a first correction unit that corrects the linearity of the light intensity command value-actual value relationship between the light intensity command value and the actual value so as to increase.
  • the linearity of the light intensity command value-actual value relationship increases for all of the component light beams of a plurality of colors. Therefore, regardless of the light intensity command value, the color balance of the display image is stabilized, and the reproducibility of the color of the content by the display image can be improved.
  • the scanning section scans the light beam by changing the angle of a reflection surface that reflects the light beam incident thereon,
  • the signal processing device further includes an intensity of the light beam radiated to each part of the image to be displayed, regardless of a characteristic that a reflectance of the reflection surface in the scanning unit varies depending on an angle of the reflection surface.
  • the actual intensity of the luminous flux applied to each part of the image to be displayed is determined.
  • the light intensity signal to be input to the light intensity modulation unit is supplemented so that the value does not change depending on the position of each part of the image to be displayed which is irradiated by the light beam. Corrected.
  • this signal processing device it is possible to reduce light intensity unevenness in a display image regardless of the characteristic in which the reflectance of the reflection surface in the scanning unit varies depending on the angle of the reflection surface.
  • the light modulation unit includes a wavefront modulation unit that modulates a wavefront curvature of the light beam based on the input depth signal,
  • the first correction device corrects a depth signal to be input to the wavefront modulation unit such that the linearity of a depth command value-actual relationship between the depth command value and the actual value increases.
  • the signal processing device according to any one of (9) to (13), including the second correction unit.
  • the depth signal to be input to the wavefront modulation unit is corrected so that the linearity of the depth command value-actual relationship between the depth command value and the actual value increases. Is done.
  • the linearity of the actual depth value with respect to the depth command value increases, and the reproducibility of the focus position of the content on the display image can be improved.
  • the second correction unit inputs the wavefront modulation unit such that the linearity of the relationship between the depth command value and the actual value increases regardless of the input / output characteristics of the wavefront modulation unit.
  • the signal processing device which corrects a depth signal to be performed.
  • this signal processing device it is possible to increase the linearity of the relationship between the depth command value and the actual value regardless of the input / output characteristics of the wavefront modulation unit.
  • a retinal scanning display that displays an image to an observer by two-dimensionally scanning a light beam on the retina of the observer, and (a) an emission unit that emits the light beam ,
  • a signal processing device for use with
  • a light intensity signal to be input to the light intensity modulation unit is represented by the light intensity signal.
  • a third correction device that corrects a depth signal to be input to the wavefront modulator based on a depth command value represented by the depth signal. At least one of
  • a signal processing device including:
  • the light intensity signal to be input to the light intensity modulation unit is a command of the light intensity represented by the light intensity signal. It is corrected based on the value. Therefore, in this case, for example, the linearity of the relationship between the command value and the actual value of the luminous flux is increased in calorie, and the color balance of the displayed image is maintained even if the light intensity command value is changed. Becomes possible.
  • the light intensity signal to be input to the light intensity modulation unit is the light intensity signal of the image to be displayed.
  • the correction is performed based on the position of each portion to which the bundle is sequentially irradiated. Therefore, in this case, for example, it is possible to reduce light intensity unevenness in a display image.
  • the depth signal to be input to the wavefront modulation unit is the depth signal represented by the depth signal. It is corrected based on the command value. Therefore, in this case, for example, it is easy to increase the linearity of the relationship between the command value and the actual value with respect to the depth or the focus position of the display image.
  • FIG. 1 is a system diagram showing a retinal scanning display according to a first embodiment of the present invention, together with a signal processing device 39.
  • FIG. 2 is a side view for explaining an operation mode of the wavefront modulator 22 in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a block diagram conceptually showing a retinal scanning display in FIG. 1 together with a connection relationship with a signal processing device 39.
  • FIG. 4 is a block diagram conceptually showing the signal processing device 39 in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining light intensity correction by the signal processing device 39 in FIG. 3.
  • FIG. 6 is an enlarged plan view showing a polygon mirror 104 in FIG. 1.
  • FIG. 7 is a graph for explaining the property that the reflectance of the polygon mirror 104 shown in FIG. 6 depends on the scanning angle ⁇ .
  • FIG. 8 is a diagram for explaining depth correction by the signal processing device 39 in FIG. 3.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view showing an optical scanner 1104 in a horizontal scanning system 1100 in the retinal scanning display according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing a driving source 1150, 1
  • FIG. 11 is a perspective view showing a vibrating body 1124 in FIG. 9 taken out therefrom.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a reflection mirror portion 1122 of the vibrating body 1124 shown in FIG.
  • FIG. 13 is a graph showing a temporal transition of a scanning angle ⁇ and a scanning angular velocity ⁇ of the reflection mirror unit 1122 shown in FIG.
  • FIG. 14 is a graph showing how the apparent reflectance of the reflection mirror 1122 shown in FIG. 11 changes together with the pixel number ⁇ .
  • FIG. 1 systematically shows a retinal scanning display (hereinafter abbreviated as “RSD”) according to the first embodiment of the present invention.
  • RSD retinal scanning display
  • This RSD allows a laser beam to enter the retina 14 through the pupil 12 of the observer's eye 10 while appropriately modulating the light intensity and wavefront of the laser beam.
  • This is a device that projects an image directly on the retina 14 by scanning two-dimensionally.
  • the RSD includes a light source unit 20, and a wavefront modulator 22 and a scanning device 24 between the light source unit 20 and the observer's eye 10 in that order.
  • the light source unit 20 converts three laser beams having three primary colors (RGB) (an example of “component light beams of a plurality of colors” in the above item (1)) into one laser beam (in the same item). This is an example of a “combined light beam.”
  • RGB primary colors
  • An R laser 30 emitting a red laser beam
  • a G laser 32 emitting a green laser beam
  • a blue laser beam A B laser 34 that emits a laser beam.
  • Each of the lasers 30, 32, and 34 can be configured as, for example, a semiconductor laser.
  • Each of the lasers 30, 32, and 34 has a light intensity modulation function of modulating the light intensity (luminance) of the laser beam of each color emitted from each of the lasers 30, 32, and 34 according to the input voltage signal. And then. That is, the lasers 30, 32, and 34 cooperate with each other to form a combination of an example of the "emitter” and an example of the "light intensity modulator” in the above item (1).
  • each of the lasers 30, 32, and 34 is provided with a light intensity modulator (for example, an acousto-optic modulation element AOM) that is independent of each other.
  • the lasers 30, 32, and 34 cooperate with each other to form an example of the “emission section” in the above item (1), and the lasers 30, 32, and 34 respectively associated with the three lasers 30, 32, and 34
  • the two light intensity modulators constitute one example of the “light intensity modulation section” in the same section in cooperation with each other.
  • each laser 30, 32, 34 is electrically connected to a corresponding laser driver 36, 37, 38.
  • the laser driver 36 corresponding to the R laser 30 is also supplied with an R signal, which is a light intensity signal for modulating the light intensity of the red laser beam, by the signal processing device 39.
  • the G signal which is a light intensity signal for modulating the light intensity of the green laser beam, is supplied from the signal processor 39, and the laser driver 37 corresponding to the B laser 34 receives the light of the blue laser beam.
  • a signal B which is a light intensity signal for modulating the intensity, is supplied from the signal processing device 39.
  • Each of the laser drivers 36, 37, and 38 applies a voltage (electric energy) to each of the lasers 30, 32, and 34 according to the input light intensity signal.
  • Each laser 30, 32, 34 modulates the light intensity of the laser beam emitted from each laser 30, 32, 34 according to the applied voltage.
  • the applied voltage and the light intensity modulated by the applied voltage do not change linearly, and the relationship between the two is, for each of the lasers 30, 32, and 34, A different power for each wavelength of the laser beam This will be described in detail later.
  • the laser beams emitted from the respective lasers 30, 32, 34 are collimated by the respective collimating optical systems 40, 42, 44, and thereafter, are incident on the respective dichroic mirrors 50, 52, 54.
  • the dichroic mirrors 50, 52, and 54 the selective transmission and reflection of the laser beam depending on the wavelength are performed, whereby the three color laser beams are combined into one laser beam.
  • the red laser beam emitted from the R laser 30 is collimated by the collimating optical system 40, and then is incident on the dichroic mirror 50.
  • the green laser beam emitted from the G laser 32 is made incident on a dichroic mirror 52 via a collimating optical system 42.
  • the blue laser beam emitted from the B laser 34 is made incident on a dichroic mirror 54 via a collimating optical system 44.
  • the three-color laser beams incident on the three dichroic mirrors 50, 52, and 54, respectively, are finally converted into one dichroic mirror 54 representing the three dichroic mirrors 50, 52, and 54.
  • the incident light is focused and then collected by the coupling optics 58.
  • the three collimating optical systems 40, 42, 44, the three dichroic mirrors 50, 52, 54, and the coupling optical system 58 cooperate with each other to form the multiplexing optical system 60.
  • the multiplexing optical system 60 is an example of the “combining unit” in the above section (1).
  • the light source unit 20 described above emits a laser beam in the coupling optical system 58.
  • the laser beam emitted therefrom passes through an optical fiber 82 as an optical transmission medium and a collimating optical system 84 that collimates the laser beam that also radiates the rear end force of the optical fiber 82 in that order, and then passes through the wavefront modulator. It is incident on 22.
  • the wavefront modulator 22 is an optical system that modulates the wavefront (wavefront curvature) of the laser beam emitted from the light source unit 20.
  • the wavefront modulator 22 can be configured to modulate the wavefront curvature for each pixel of the image to be projected onto the retina 14, but this is not essential for implementing the present invention. It is possible to use a format that is performed for each frame of the stroking image. When the wavefront curvature is modulated, the focus position of the displayed image changes.
  • the laser beam incident as parallel light from the collimating optical system 84 is converted into convergent light by the converging lens 90, and the converted convergent light is reflected by the movable mirror 92 and converted into diffused light. Is done.
  • the converted diffused light is emitted from the wavefront modulator 22 as a laser beam having a target wavefront curvature.
  • FIG. 2 shows the wavefront modulator 22 in an enlarged manner.
  • the wavefront modulator 22 includes a beam splitter 94 that reflects or transmits a laser beam that also receives an external force, a converging lens 90 that converges the laser beam that has passed through the beam splitter 94, A movable mirror 92 that reflects the laser beam converged by the converging lens 90 is provided.
  • the wavefront modulator 22 further includes an actuator 96 for displacing the movable mirror 92 in a direction approaching the convergent lens 90 or in a direction away from the convergent lens 90.
  • the actuator 96 is a piezoelectric element.
  • Actuator 96 modulates the wavefront curvature of the laser beam emitted from wavefront modulator 22 by moving the position of movable mirror 92 in accordance with the depth signal (Z signal) input from signal processing device 39. .
  • the actuator 96 the relationship between the applied voltage and the wavefront curvature modulated by the applied voltage is not linear. This will be described later in detail.
  • the movable mirror 92 Reflected at. Then, the light again passes through the converging lens 90, and then passes through the beam splitter 94 to the scanning device 24.
  • the wavefront modulator 22 changes the distance dc between the converging lens 90 and the movable mirror 92 by using an actuator 96 to change the laser beam incident from the collimating optical system 84 and directed to the scanning device 24.
  • the wavefront curvature can be changed.
  • the laser beam incident from the collimating optical system 84 converges on the reflecting surface of the movable mirror 92. And reflect.
  • the reflected laser beam travels through the converging lens 90 to the scanning device 24 as parallel light L1 having the same wavefront curvature as when entering from the collimating optical system 30.
  • FIG. 2A shows that when the distance dc matches the predetermined initial value dcO, the laser beam incident from the collimating optical system 84 converges on the reflecting surface of the movable mirror 92. And reflect.
  • the reflected laser beam travels through the converging lens 90 to the scanning device 24 as parallel light L1 having the same wavefront curvature as when entering from the collimating optical system 30.
  • the laser beam incident from the collimating optical system 84 Since the laser beam is located closer to the converging lens 90 than the focal point of the converging lens 90, the laser beam is reflected by the reflecting surface of the movable mirror 92 before the laser beam converges.
  • the reflected laser beam converges at a position advanced from the movable mirror 92 by a distance (dcO-del), and then diffused from the collimating optical system 30 and diffused more than when entering the collimating optical system 30, that is, diffused light having a large wavefront curvature,
  • the light becomes divergent light L2 having a small radius of curvature, and travels to the scanning device 24 via the converging lens 90.
  • the radius of curvature of the laser beam from the curvature modulator 22 to the scanning device 24 decreases as the distance between the laser beams decreases.
  • the initial value dc0 of the interval dc is set to 4 mm, and while the interval dc is narrowed by 30 ⁇ m from its initial value dcO, the radius of curvature of the laser beam becomes the maximum value (for example, 10 m).
  • This RSD is configured to vary from) to a minimum value (eg, 20 cm).
  • the radius of curvature of the wavefront of a laser beam is represented by the reciprocal of the wavefront curvature, and a virtual image based on the laser beam is recognized by the observer at a position closer to the observer as the radius of curvature is smaller. You. Therefore, the virtual image is recognized by the observer at a position closer to the observer as the distance dc is shortened by the factor 96.
  • the laser beam emitted from the wavefront modulator 22 described above enters the scanning device 24.
  • the scanning device 24 includes a horizontal scanning system 100 and a vertical scanning system 102. Focusing on the respective scanning speeds, the horizontal scanning system 100 and the vertical scanning system 102 are classified into a high-speed scanning system and a low-speed scanning system, respectively.
  • the horizontal scanning system 100 is an optical system that performs horizontal scanning in which a laser beam is raster-scanned horizontally along a plurality of horizontal scanning lines for each frame of an image to be displayed.
  • the vertical scanning system 102 is an optical system that performs vertical scanning in which a laser beam is vertically scanned from a first scanning line to a last scanning line for each frame of an image to be displayed.
  • the horizontal scanning system 100 includes a polygon mirror 104 as a one-way rotating mirror that performs mechanical deflection.
  • the polygon mirror 104 is rotated at high speed by a motor (not shown) around a rotation axis intersecting the optical axis of the laser beam incident thereon.
  • the rotation speed of the polygon mirror 104 is determined by signal processing. It is controlled based on the horizontal scanning synchronization signal supplied from the device 39.
  • the polygon mirror 104 includes a plurality of reflecting surfaces 106 arranged around the rotation axis, and is deflected once each time the laser beam passes through the reflecting surface 106 of the incident laser beam power.
  • the deflected laser beam is transmitted to the vertical scanning system 102 by the relay optical system 110.
  • the relay optical system 110 includes a plurality of lens systems 112 and 114 in series on the optical path.
  • the horizontal scanning system 100 has been described above.
  • the vertical scanning system 102 includes the galvano mirror 130 as a swing mirror that performs mechanical deflection.
  • the laser beam emitted from the horizontal scanning system 100 is condensed by the relay optical system 110 and enters the galvanometer mirror 130.
  • the galvanomirror 130 is swung about a rotation axis intersecting the optical axis of the laser beam incident thereon.
  • the activation timing and rotation speed of the galvanometer mirror 130 are controlled based on a vertical scanning synchronization signal supplied from the signal processing device 39.
  • the laser beam is two-dimensionally scanned by the cooperation of the horizontal scanning system 100 and the vertical scanning system 102 described above, and the image power expressed by the scanned laser beam is transmitted through the relay optical system 140 to the observer.
  • the eye 10 is irradiated.
  • a relay optical system 140 is provided on the optical path, and a plurality of lens systems 142 and 144 are provided in series.
  • FIG. 3 is a block diagram conceptually showing the overall configuration of the RSD, and further shows the relationship with the signal processing device 39 used with the RSD.
  • FIG. This is shown as a combination of the units 150, 152, 154 and the light intensity modulation units 160, 162, 164.
  • the signal processing device 39 includes an R signal for the light intensity modulator 160 corresponding to the R light source unit 150, a G signal for the light intensity modulator 162 corresponding to the G light source unit 152, and a light intensity corresponding to the B light source unit 154.
  • the modulation section 164 is supplied with the B signal.
  • the signal processing device 39 further supplies a Z signal to the wavefront modulator 22, and supplies the horizontal scanning system 100 and the vertical scanning system 102 with a horizontal scanning synchronization signal and a vertical scanning synchronization signal, respectively. And supply.
  • the signal processing device 39 is configured to exist independently of the RSD force, but may be configured to be incorporated in the RSD. Noh.
  • the signal processing device 39 mainly includes an A / D 180, an image processing device 182, an LUT 184, and a DZA 186, as will be described later in detail with reference to FIG. Has been
  • the signal processing device 39 includes an interface between a personal computer (hereinafter, simply referred to as “PC”) as an original image signal supply device and an RSD as a playback device. Used as connected.
  • the PC supplies the signal processing device 39 with a light intensity signal including an R signal, a G signal and a B signal, and a Z signal as a depth signal as source signals.
  • the signal processing device 39 corrects those signals and supplies them to the RSD.
  • a light intensity signal (R signal, G signal, and B signal) representing the light intensity command value is actually output for each color laser beam. It increases the linearity of the relationship with the realized light intensity.
  • the above-described signal correction includes a plurality of types of the following individual corrections.
  • a Z signal supply device eg, PC
  • the corrected original light intensity signals (the original R signal, the original G signal, and the original B signal) are corrected and supplied to the RSD as the corrected light intensity signals (the corrected R signal, the corrected G signal, and the corrected B signal).
  • the reflectance depends on the scanning angle (the position of each scanning line in the vertical direction of the image, that is, the scanning line number NL), the light intensity command value and the actual light intensity value
  • the corrected optical intensity signals (the corrected R signal, the corrected G signal Signal and correction B signal) to the RSD.
  • the original Z signal original depth signal supplied from the PC in order to increase tl the linearity of the relationship between the depth command value and the actual depth value Is corrected and supplied to the RSD as a corrected Z signal (corrected depth signal).
  • the configuration of the signal processing device 39 is conceptually and simply represented in a block diagram, focusing on characteristic functions.
  • the AZD transformation (represented by “AZD” in FIG. 4) 180 is a digital signal that converts all the RZGZBZZ signals supplied to each pixel as an analog signal to the PC. Convert to data (8-bit data).
  • the image processing circuit 182 outputs digital data for each pixel (hereinafter, also referred to as “pixel data”) in synchronization with the timing of the horizontal scanning synchronization signal and the vertical scanning synchronization signal for RSD. Is performed.
  • a lookup table (represented by “LUT” in FIG. 4) 184 is referred to in order to perform the above-described signal correction on each pixel data.
  • the LUT 184 corrects 8-bit pixel data to 12-bit pixel data.
  • the correction characteristic is adjusted in advance so that the above-described purpose of signal correction is achieved.
  • a DZA converter in Fig. 4, represented by "DZA"
  • the LUT 184 is configured to include a plurality of individual tables (including a light intensity correction table, a horizontal scanning reflectance correction table, a vertical scanning reflectance correction table, and a depth correction table, which will be described later). Pre-stored in internal memory! RU
  • FIG. 5 (a) shows the input / output characteristics of the R laser 30, that is, the relationship between the voltage applied to the R laser 30 and the actual light intensity of the laser beam output from the R laser 30.
  • An example is shown in the graph.
  • the input / output characteristics of the R laser 30 are non-linear.
  • the relationship between the light intensity command value represented by the original R signal and the actual light intensity value output by the R laser 30 also becomes non-linear.
  • the observer who uses this RSD may feel strange about the light intensity of the displayed image.
  • the original light intensity data is corrected to be corrected light intensity data.
  • the original light intensity signal is corrected.
  • the correction characteristic is a characteristic that completely or partially cancels the nonlinearity represented by the graph in FIG. 5 (a). This correction characteristic is reflected in the light intensity correction table of the LUT 184.
  • the R signal (corrected R signal) supplied to the laser driver 37 is determined based on the corrected light intensity data, and is actually applied to the R laser 30 according to the corrected R signal. The voltage is determined.
  • a light intensity correction table is prepared for each of the lasers 30, 32, and.
  • the light intensity correction is performed for the R signal, the G signal, and the B signal. This is performed individually by referring to the corresponding light intensity correction table.
  • the above-described reflectance correction for horizontal scanning is performed by referring to the reflectance correction table for horizontal scanning of the LUT184.
  • FIG. 6 is an enlarged plan view of the polygon mirror 104.
  • the laser beam emitted from the reflecting surface 106 is deflected by changing the angle of the reflecting surface 106 on which the laser beam is incident, that is, the scanning angle ⁇ . Scanning is performed along one scanning line.
  • the polygon mirror 104 of the laser beams emitted from the reflection surface 106, only those having a scan angle ⁇ within a set range (for example, 40 degrees to 50 degrees) are used.
  • FIG. 7 is a graph showing the property that the reflectance of the reflection surface 106 depends on the scanning angle ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ in the use area. This scan angle dependency causes the relationship between the light intensity command value and the actual light intensity value to become non-linear. On the other hand, the scanning angle ⁇ corresponding to each pixel dot can be determined if the position of the pixel irradiated by the laser beam at that time on the horizontal scanning line is known.
  • each laser beam is sequentially irradiated.
  • the R signal, the G signal, and the B signal are respectively corrected according to the position of the pixel.
  • the scanning angle dependency of the reflectance is considered to be common, and the forces are not common. That is, even if the scanning angle ⁇ ⁇ is the same, if the position of one of the plurality of reflecting surfaces 106 used is different, the reflectance may be different. In such a case, the position of the reflecting surface 106 that is actually reflecting the laser beam is specified based on, for example, the current scanning line number NL, and set according to the specified position. It is desirable to correct the original light intensity signal according to the corrected characteristics.
  • the above-described vertical-scan reflectance correction is performed in accordance with the above-described horizontal-scan reflectance correction, and the vertical-scan reflectance correction table of the LUT 184 is used. Is performed by referring to. [0121]
  • the case where the LUT 184 individually includes the light intensity correction table, the horizontal scanning reflectance correction table, and the vertical scanning reflectance correction table has been described above.
  • the present invention is implemented in such a mode. It is not essential to do.
  • one table that reflects all the characteristics of the three tables for example, the relationship between the original light intensity signal (original RZGZB signal), the pixel position, and the corrected light intensity signal (corrected RZGZB signal)
  • the present invention can be implemented in a mode in which a table defining a relationship is provided in the internal memory of the LUT 184.
  • the original depth data represented by the original Z signal supplied to the PC is taken in.
  • the above-described depth correction is performed on the captured original depth data.
  • FIG. 8 (a) shows an example of the input / output characteristics of the wavefront modulator 22, that is, an example of the relationship between the applied voltage to the wavefront modulator 22 and the depth actually realized by the wavefront modulator 22. Is represented in daraf. In this example, approximately the reciprocal of the applied voltage V is related to the actual depth value Z.
  • the depth command value Z represented by the original Z signal that is, the applied voltage represented by the original Z signal
  • the corrected depth data The linearity of the relationship with the actual depth value Z realized by the wavefront modulator 22 with the represented correction Z signal is increased as compared to the case where the correction is not performed.
  • a correction light intensity signal (correction R signal, correction G signal, and correction B signal) representing each corrected light intensity data
  • a correction representing the corrected depth data The Z signal is output to the three lasers 30, 32, and 34 and the wavefront modulator 22, respectively.
  • the combination of the RSD and the signal processing device 39 constitutes an example of the “retinal scanning display” in the above item (1), 30, 32, and 34 cooperate with each other to form a combination of an example of the “emission section” and an example of the “modulation section” in the same section, and the scanning device 24 forms an example of the “scanning section” in the same section.
  • the part of the LUT 184 for performing the light intensity correction and the depth correction constitutes an example of the “first correction device” in the same item or the item (2).
  • the light intensity modulating units 160, 162, and 164 of the lasers 30, 32, and 34 work together to form an example of the “light intensity modulating unit” in the above section (3).
  • the light sources ⁇ 150, 152, and 154 which together form one example of the “emission section” in the above item (4), 162 and 164 cooperate with each other to constitute an example of the “light intensity modulation section” in the same section
  • the multiplexing optical system 60 constitutes an example of the “combining section” in the same section
  • the scanning device 24 constitutes the “composition section” in the same section.
  • the part for performing the light intensity correction of the LUT 184 forms an example of the “first correction part” in the same section.
  • the scanning device 24 constitutes an example of the “scanning unit” in the item (5), and performs the horizontal scanning reflectance correction and the vertical scanning reflectance correction of the LUT 184.
  • the wavefront modulator 22 constitutes an example of the “wavefront modulation unit” in the above item (6), and the portion of the LUT 184 for performing the depth correction is the same as the above item or the above. This constitutes an example of the “second correction unit” in the section (7).
  • the combination of the RSD and the signal processing device 39 constitutes an example of the “retinal scanning display” in the above item (8)
  • the light source section 150 of the lasers 30, 32, and 34 , 152 and 154 cooperate with each other to form an example of the “emission section” in the same paragraph
  • light intensity modulation sections 160, 162 and 164 cooperate with each other to form an example of the “light intensity modulation section” in the same paragraph
  • the wavefront modulator 22 forms an example of the “wavefront modulating section” in the same section
  • the scanning device 24 forms an example of the “scanning section” in the same section.
  • the part for performing the light intensity correction of the LUT 184 constitutes an example of the “first correction device” in the above item (8)
  • the part for performing the vertical scan reflectance correction is described in the section “Second Correction Device”. This is because an example of the “correction device” and a portion for performing the depth correction constitute an example of the “third correction device” in the same section.
  • the signal processing device 39 constitutes an example of the “signal processing device” according to any one of the above items (9) to (16), and the RSD is the same as in the above (9). However, it can be considered to constitute an example of the “retinal scanning display” in either of the above items (16). Also in this case, the correspondence between the respective components of the signal processing device 39 and the RSD and the respective components in any of the above (9) and (16) is considered according to the above case. It is possible.
  • this embodiment differs from the first embodiment only in the elements related to the horizontal scanning system, and the other elements are common. Therefore, the common elements are cited using the same reference numerals or names. By doing so, detailed description will be omitted, and only different elements will be described in detail.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view showing a horizontal scanning system 1100 in the retinal scanning display according to the second embodiment.
  • the horizontal scanning system 1100 includes an optical scanner 1104 of a torsional resonance type.
  • the optical scanner 1104 has a main body 1110 mounted on a base 1112.
  • the main body 1110 is formed by a thin film forming method using an elastic material such as silicon.
  • the main body 1110 has a thin rectangular shape having a through hole 1114 through which light can pass.
  • the main body 1110 includes a fixed frame 1116 on the outside, and a vibrating body 1124 having a reflection mirror 1122 having a reflection surface 1120 formed on the inside.
  • the base 1112 includes a support portion 1130 on which the fixed frame 1116 is to be mounted in a state of being mounted on the main body portion 1110, and a concave portion 1132 facing the vibrating body 1124. It is comprised so that it may have.
  • the concave portion 1132 is formed to have a shape that does not interfere with the base 1112 even when the vibrating body 1124 is displaced by vibration when the main body 1110 is mounted on the base 1112.
  • the reflecting surface 1120 of the reflecting mirror section 1122 is swung about a rotation center line 1134 which is also a center line of symmetry thereof.
  • the vibrating body 1124 further reflects A beam portion 1140 extends from the mirror portion 1122 on the same plane as the mirror portion 1122 and joins the reflection mirror portion 1122 to the fixed frame 1116.
  • a pair of beams 1140, 1140 extend from opposite sides of the reflection mirror 1122 in opposite directions.
  • Each beam portion 1140 includes one mirror-side leaf spring portion 1142, a pair of frame-side leaf spring portions 1144, 1144, and the mirror-side leaf spring portion 1142 and the pair of frame-side leaf spring portions 1144, 1144. It is configured to include a connection 1146 to connect to!
  • the mirror-side leaf spring portion 1142 has a rotation center on the rotation center line 1134 from the pair of edges facing each other in the direction of the rotation center line 1134 to the corresponding connection portion 1146 in the reflection mirror portion 1122. It extends along line 1134.
  • the pair of frame-side leaf spring portions 1144 extend along the rotation center line 1134 from the corresponding connection portion 1146 in a posture offset from the rotation center line 1134 in the opposite direction.
  • each beam portion 1140 as shown in Fig. 9, the pair of frame-side leaf spring portions 1144, 1144 are respectively mounted on the fixed frame 1116 in a posture extending over the horse frame motion sources 1150, 1152, 1154, 1156.
  • the horse source 1150, 1152, 1154, and 1156 each have a piezoelectric body 1160 (also referred to as a “piezoelectric vibrator” or a “piezoelectric element”). )).
  • the piezoelectric body 1160 is attached to one surface of the vibrating body 1124 in a thin plate shape, and is sandwiched between the upper electrode 1162 and the lower electrode 1164 in a direction perpendicular to the attachment surface.
  • the upper electrode 1162 and the lower electrode 1164 are respectively connected to a pair of input terminals 1168, 1168 provided on the fixed frame 1116 by respective lead wires 1166.
  • Fig. 11 As clearly apparent, the four even frame tsukudani]
  • a pair of drive sources 1150 and 1152 located on one side and interposing the reflection mirror unit 1122 with respect to 134, and a pair of drive sources 1154 and 1156 located on the other side and interposing the reflection mirror unit 1122 are each paired.
  • the free ends of the two piezoelectric bodies 1160, 1160 belong, are bent so as to be displaced in the same direction.
  • a pair of drive sources 1150 and 1154 located on one side of the reflection mirror section 1122 and sandwiching the rotation center line 1134, and a pair of drive sources 1152 and the other side located on the other side and sandwiching the rotation center line 1134 1156 is bent so that the free ends of the two piezoelectric bodies 1160, 1160 belonging to each pair are displaced in directions opposite to each other.
  • a pair of drive sources 1150 and a pair of drive sources 1150 located on one side with respect to the rotational center line 1134 are displaced to rotate the reflecting mirror 1122 in the same direction as shown in FIG. It is generated by both the displacement in one direction of 1152 and the displacement in the opposite direction of a pair of driving sources 1154 and 1156 located on the opposite side.
  • each frame-side leaf spring portion 1144 has a function of converting a linear displacement (lateral displacement) of the piezoelectric body 1160 attached thereto into a bending motion (longitudinal displacement). It has a function of converting the bending motion of each frame-side leaf spring portion 1144 into the rotation motion of the mirror-side leaf spring portion 1142.
  • the reflecting mirror part 1122 is rotated by the rotational movement of the mirror side leaf spring part 1142.
  • the two driving sources 1150 and 1152 forming the first pair and the two driving sources 1154 and 1156 forming the second pair are displaced in directions opposite to each other, and the reflection mirror section is formed.
  • the alternating voltage is applied to the first pair of two drive sources 1150 and 1152 in the same phase.
  • the alternating voltage having the opposite phase is applied to the second pair of two driving sources 1154 and 1156 in the same phase.
  • the first pair of drive sources 1150, 1152 In the case where each of the two drive sources 1154 and 1156 forming the second pair is bent downward in FIG. 9, all of the drive sources 1154 and 1156 are bent upward in FIG.
  • FIG. 12 shows how a laser beam (incident light) incident on reflecting surface 1120 is reflected and emitted by reflecting surface 1120, and the reflected laser beam (reflected light) is scanned at a scan angle. The state of being deflected with ⁇ ⁇ is also shown.
  • FIG. 13 (a) is a graph showing how the scanning angle ⁇ ⁇ changes with time t.
  • the torsional resonance optical scanner 1104 only the approximate linear part of the graph is used for scanning the laser beam, not the entire range of the scan angle ⁇ is used for scanning the laser beam. Is set to the used area. This use area is set so that the running angle ⁇ ⁇ changes as linearly as possible with respect to time t.
  • FIG. 13B is a graph showing how the scanning angular velocity ⁇ , which is the changing velocity of the scanning angle ⁇ ⁇ , changes with time t.
  • the scanning angular velocity ⁇ changes with time t.
  • the use area shown in FIG. 13 (a) is set so that the temporal change amount of the scanning angular velocity ⁇ is reduced, but the scanning angular velocity ⁇ still tends to change with time t.
  • the absolute value of the scanning angular velocity ⁇ is large in the center of the used area and is almost constant with the progress of the time t, while the absolute value of the scanning angular velocity ⁇ is Value S is small and decreases greatly as time t progresses.
  • the observer may not be able to change the light intensity of the laser beam emitted from the optical scanner 1104 by time, rather than by the instantaneous magnitude of the light, due to the photosensitivity of the photoreceptor cells present in the retina 14. There is a tendency to recognize by the magnitude of the integral value.
  • the scanning angular velocity ⁇ changes with time t
  • the light intensity (time integrated value) recognized by the observer is constant even if each instantaneous value of the light intensity of the laser beam is constant. It becomes smaller as the absolute value of the angular velocity ⁇ becomes larger. Therefore, even if the instantaneous light intensity of the laser beam irradiated on the retina 14 is constant, the observer observes that the speed of the laser beam passing through each point on the retina 14 becomes faster. It is recognized that the light intensity is low.
  • the horizontal scanning reflection is performed on the optical scanner 1104. Rate correction is performed.
  • the original light intensity data is changed by the apparent reflectance shown in FIG. 14 by referring to the horizontal scanning reflectance correction table of the LUT 184. Is corrected so as to cancel out.
  • the scanning device 24 including the horizontal scanning system 1100 and the vertical scanning system 102 is different from that of the above (1) to (16).
  • An example of the “scanning unit” is configured, and the part of the LUT 184 for performing the horizontal scanning reflectance correction is the “second scanning unit” in the above (5), (8), (13) or (16). It constitutes an example of the “correction device”.
  • the expression “increases linearity” is used. This is because, when the linearity before the correction of the optical modulation signal and the linearity after the correction are compared with each other, the linearity after the correction is larger than the linearity before the correction, in other words, after the correction. This means that the relationship between the actual value of the optical feature and the command value in, approaches the linear relationship from the relationship between the actual value of the optical feature and the command value before correction.
  • the "linearity" can be quantitatively expressed by a parameter representing the degree to which the relationship between the actual value of the optical feature and the command value matches the relationship of a straight line.
  • the parameters are, for example, a straight-line graph (for example, a graph representing a least-squares regression line) that most closely resembles a graph that represents the relationship between the actual value of the optical feature and the command value.
  • the sum of the deviations (eg, the sum of squares) of the graph representing the relationship between the actual value of the optical feature and the command value from the obtained linear graph can be defined. The closer this parameter is to 0, the closer the graph showing the relationship between the actual value of the optical feature and the command value to a straight line graph, and the higher the linearity of the relationship between the actual value of the optical feature and the command value. Represent.
  • the expression "linearity increases” does not necessarily mean that the graph representing the relationship between the actual value of the optical feature and the command value is a straight line graph. It does not necessarily mean that they match exactly, and may be a graph that is skewed relative to a linear graph.
  • the LUT 184 be set in accordance with the individual operating characteristics of each RSD in consideration of the fact that individual differences exist between a plurality of RSDs.
  • a plurality of scanning units for example, polygon mirrors

Landscapes

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Abstract

　光束を観察者の網膜上において２次元的に走査することにより、観察者に画像を表示する網膜走査型ディスプレイにおいて、表示画像によるコンテンツの再現性を向上させるために、光束を出射する出射部と、入力された光変調信号に基づき、前記光束の光学的特徴を変調する光変調部と、その変調された光束を２次元的に走査する走査部と、前記光学的特徴の光変調の指令値と実際値との間における光変調指令値−実際値間関係の線形性が増加するように、前記光変調部に入力されるべき光変調信号を補正する補正装置とを設ける。

Description

明 細 書
網膜走査型ディスプレイおよび信号処理装置
技術分野
[0001] 本発明は、光束を観察者の網膜上において 2次元的に走査することにより、観察者 に画像を表示する技術に関するものであり、特に、表示画像によるコンテンツの再現 性を向上させる技術に関するものである。
背景技術
[0002] 画像表示装置の一種に、光束を観察者の網膜上において 2次元的に走査すること により、観察者に画像を表示する網膜走査型ディスプレイが既に存在する（例えば、 日本国特許第 2874208号公報参照。 )0
[0003] この網膜走査型ディスプレイは、一般に、（a)光束を出射する出射部（例えば、光源 )と、（b)入力された光変調信号に基づき、光束の光学的特徴を変調する光変調部と 、（c)その変調された光束を 2次元的に走査する走査部とを含むように構成される。
[0004] ここに、「光変調部」は、通常、光束の光学的特徴の一例である光強度 (輝度とも 、 う。）を変調する光強度変調部を含むように構成される。その光強度変調部は、例え ば、前記出射部から独立して構成される形式 (例えば、音響光学変調素子)としたり、 出射部に組み込まれて構成される形式 (例えば、半導体レーザ）とすることが可能で ある。
[0005] 上述の光変調部は、さらに、入力された奥行き信号に基づき、光束の光学的特徴 の別の一例である波面曲率を変調する波面変調部を含むように構成される場合があ る。
[0006] ここに、「波面変調部」は、例えば、画像を構成する各部分 (例えば、画素)ごとに波 面曲率を変調する形式としたり、画像の 1フレームごとに波面曲率を変調する形式（ 同じフレームを構成する複数の部分は共通の波面曲率を有する形式）とすることが可 能である。
発明の開示
[0007] 以上説明した網膜走査型ディスプレイにお!/、ては、光束の強度の指令値を表す光 強度信号に応答して光強度変調部が光束の強度を変調する。その光強度変調器に よって強度が変調された光束は走査部によって 2次元的に走査され、そのように走査 された光束の光強度の実際値 (以下、「光強度実際値」という。）は、観察者により、表 示画像として認識される。
[0008] 本発明者は、この種の網膜走査型ディスプレイにおいて表示画像によるコンテンツ の色再現性を向上させる技術について研究を行った。その結果、発明者は、表示画 像のドットごとに色再現性のばらつきがあり、光束の各色成分ごとに色再現性のばら つきがあり、光強度の指令値 (以下、「光強度指令値」という。 )に対し、表示画像の光 強度すなわち光強度実際値が十分に線形的に変化しないことに気が付いた。
[0009] 本発明者は、さらに、前記走査部が、それに入射した光束を反射する反射面の角 度を変化させることによってその光束を走査するものである網膜走査型ディスプレイ についても研究を行った。その結果、本発明者は、奥行きの実際値 (以下、「奥行き 実際値」という。）と指令値 (以下、「奥行き指令値」という。）とが十分に線形的に変化 しないことに気が付いた。
[0010] 以上説明した知見に基づき、本発明は、光束を観察者の網膜上において 2次元的 に走査することにより、観察者に画像を表示する技術において、光変調部に入力さ れるべき光変調信号を補正することにより、表示画像によるコンテンツの再現性を向 上させることを課題としてなされたものである。
[0011] 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 、と解釈すべきなのである。
[0012] 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ぐ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。
[0013] (1) 光束を観察者の網膜上において 2次元的に走査することにより、観察者に画像 を表示する網膜走査型ディスプレイであって、
前記光束を出射する出射部と、
入力された光変調信号に基づき、前記光束の光学的特徴を変調する光変調部と、 その変調された光束を 2次元的に走査する走査部と、
前記光学的特徴の光変調の指令値と実際値との間における光変調指令値 -実際 値間関係の線形性が増加するように、前記光変調部に入力されるべき光変調信号を 補正する第 1補正装置と
を含む網膜走査型ディスプレイ。
[0014] この網膜走査型ディスプレイにおいては、光変調部に入力されるべき光変調信号 力 光束の光学的特徴の光変調の指令値と実際値との間における指令値一実際値 間関係の線形性がその光変調信号の補正前より増加するように補正される。
[0015] したがって、この網膜走査型ディスプレイによれば、光束の光学的特徴について光 変調指令値一実際値関係の線形性が増加する。よって、表示画像によるコンテンツ の色の再現性を向上させることが可能となる。
[0016] (2) 前記第 1補正装置は、前記光変調部の入出力特性に力かわらず、前記光変調 指令値 -実際値間関係の線形性が増加するように、前記光変調部に入力されるべき 光変調信号を補正するものである（1)項に記載の網膜走査型ディスプレイ。
[0017] この網膜走査型ディスプレイによれば、光変調部の入出力特性にかかわらず、光変 調指令値一実際値間関係の線形性を増加させることが可能となり、それにより、表示 画像によるコンテンツの色の再現性を向上させることが可能となる。
[0018] (3) 前記光変調部は、入力された光強度信号に基づき、前記光束の強度を変調す る光強度変調部を含む（1)または（2)項に記載の網膜走査型ディスプレイ。
[0019] この網膜走査型ディスプレイによれば、光束の強度について指令値一実際値間関 係の線形性を増カロさせることが可能となり、それにより、表示画像によるコンテンツの 色の再現性を向上させることが可能となる。
[0020] (4) 前記出射部は、複数色の成分光束を出射するものであり、 前記光強度変調部は、各成分光束ごとに、入力された光強度信号に基づき、各成 分光束の強度を変調するものであり、
当該網膜走査型ディスプレイは、さらに、前記光強度変調部によって各成分光束の 強度が変調された後に、前記複数色の成分光束を合成光束に合成する合成部を含 み、
前記走査部は、その合成された合成光束を 2次元的に走査するものであり、 前記第 1補正装置は、各成分光束ごとに、前記光強度変調部に入力されるべき光 強度信号を、前記光強度の指令値と実際値との間における光強度指令値 -実際値 間関係の線形性が増加するように補正する第 1補正部を含む（3)項に記載の網膜走 查型ディスプレイ。
[0021] 本発明者は、複数色の成分光束が合成された合成光束を観察者の眼の網膜上に おいて 2次元的に走査することにより、観察者に画像を表示する形式の網膜走査型 ディスプレイにおいて、表示画像の色再現性を向上させるために、光強度変調部に 入力されるべき光強度信号を補正する技術を研究した。
[0022] その研究の結果、本発明者は、光強度変調部に入力されるべき光強度信号を各色 の成分光束ごとに補正しないと、表示画像の色再現性が低下する可能性があること に気が付いた。
[0023] 以上説明した知見に基づき、本項に係る網膜走査型ディスプレイにおいては、各 成分光束ごとに、光強度変調部に入力されるべき光強度信号が、光強度の指令値と 実際値との間における指令値一実際値間関係の線形性が増加するように補正される
[0024] したがって、この網膜走査型ディスプレイによれば、複数色の成分光束のすべてに ついて光強度指令値 -実際値関係の線形性が増加する。よって、光強度指令値に かかわらず、表示画像の色バランスが安定し、表示画像によるコンテンツの色の再現 性を向上させることが可能となる。
[0025] (5) 前記走査部は、それに入射した光束を反射する反射面の角度を変化させること によってその光束を走査するものであり、
当該網膜走査型ディスプレイは、さらに、前記走査部における前記反射面の反射 率がその反射面の角度によって変動する特性にかかわらず、表示すべき画像のうち の各部分に照射される前記光束の強度の実際値が各部分の位置によって変化しな いように、前記光強度変調部に入力されるべき光強度信号を補正する第 2補正装置 を含む（3)または (4)項に記載の網膜走査型ディスプレイ。
[0026] この網膜走査型ディスプレイにおいては、走査部における反射面の反射率がその 反射面の角度によって変動する特性にかかわらず、表示すべき画像のうちの各部分 に照射される光束の強度の実際値が、表示すべき画像のうち光束によって照射され る各部分の位置によって変化しないように、光強度変調部に入力されるべき光強度 信号が補正される。
[0027] したがって、この網膜走査型ディスプレイによれば、走査部における反射面の反射 率がその反射面の角度によって変動する特性にかかわらず、表示画像における光強 度むらを軽減することが可能となる。
[0028] 本項における「表示すべき画像のうちの各部分」は、例えば、各画素としたり、互い に隣接した複数の画素力も成る画素グループとすることが可能である。
[0029] (6) 前記光変調部は、入力された奥行き信号に基づき、前記光束の波面曲率を変 調する波面変調部を含み、
前記第 1補正装置は、その波面変調部に入力されるべき奥行き信号を、前記奥行 きの指令値と実際値との間における奥行き指令値一実際間関係の線形性が増加する ように補正する第 2補正部を含む（ 1)な 、し (5)項の 、ずれかに記載の網膜走査型 ディスプレイ。
[0030] この網膜走査型ディスプレイにおいては、波面変調部に入力されるべき奥行き信号 力 奥行きの指令値と実際値との間における奥行き指令値一実際間関係の線形性が 増加するように補正される。
[0031] したがって、この網膜走査型ディスプレイによれば、奥行き指令値に対する奥行き 実際値の線形性が増加し、表示画像によるコンテンツのピント位置の再現性を向上さ せることが可能となる。
[0032] (7) 前記第 2補正部は、前記波面変調部の入出力特性にかかわらず、前記奥行き 指令値 -実際値間関係の線形性が増加するように、前記波面変調部に入力されるべ き奥行き信号を補正するものである（6)項に記載の網膜走査型ディスプレイ。
[0033] この網膜走査型ディスプレイによれば、波面変調部の入出力特性にかかわらず、奥 行き指令値一実際値間関係の線形性を増カロさせることが可能となる。
[0034] (8) 光束を観察者の網膜上において 2次元的に走査することにより、観察者に画像 を表示する網膜走査型ディスプレイであって、
前記光束を出射する出射部と、
入力された光強度信号に基づき、前記光束の強度を変調する光強度変調部と、 入力された奥行き信号に基づき、前記光束の波面曲率を変調する波面変調部と、 前記光強度および波面曲率が変調された光束を 2次元的に走査する走査部と、 前記光強度変調部に入力されるべき光強度信号を、その光強度信号により表され る光強度の指令値に基づいて補正する第 1補正装置と、前記光強度変調部に入力 されるべき光強度信号を、表示すべき画像のうち前記光束が逐次照射される各部分 の位置に基づいて補正する第 2補正装置と、前記波面変調部に入力されるべき奥行 き信号を、その奥行き信号により表される奥行きの指令値に基づ 、て補正する第 3補 正装置とのうちの少なくとも一つと
を含む網膜走査型ディスプレイ。
[0035] この網膜走査型ディスプレイが少なくとも第 1補正装置を含むように構成される場合 には、光強度変調部に入力されるべき光強度信号が、その光強度信号により表され る光強度の指令値に基づいて補正される。したがって、この場合には、例えば、光束 の強度について指令値-実際値間関係の線形性を増カロさせることや、光強度指令値 が変更されても表示画像の色バランスを維持することが可能となる。
[0036] また、本項に係る網膜走査型ディスプレイが少なくとも第 2補正装置を含むように構 成される場合には、光強度変調部に入力されるべき光強度信号が、表示すべき画像 のうち光束が逐次照射される各部分の位置に基づいて補正される。したがって、この 場合には、例えば、表示画像における光強度むらを軽減することが可能となる。
[0037] また、本項に係る網膜走査型ディスプレイが少なくとも第 3補正装置を含むように構 成される場合には、波面変調部に入力されるべき奥行き信号が、その奥行き信号に より表される奥行きの指令値に基づいて補正される。したがって、この場合には、例え ば、表示画像の奥行きまたはピント位置について指令値-実際値間関係の線形性を 増加させることが可能となる。
[0038] (9) 光束を観察者の網膜上において 2次元的に走査することにより、観察者に画像 を表示する網膜走査型ディスプレイであって、（a)前記光束を出射する出射部と、 (b )入力された光変調信号に基づき、前記光束の光学的特徴を変調する光変調部と、 (c)その変調された光束を 2次元的に走査する走査部とを含むものと共に使用される 信号処理装置であって、
前記光変調部に入力されるべき光変調信号を、前記光学的特徴の光変調の指令 値と実際値との間における光変調指令値一実際値間関係の線形性が増加するように 補正する第 1補正装置を含む信号処理装置。
[0039] この信号処理装置においては、光変調部に入力されるべき光変調信号が、光束の 光学的特徴の光変調の指令値と実際値との間における指令値一実際値間関係の線 形性がその光変調信号の補正前より増加するように補正される。
[0040] したがって、この信号処理装置によれば、光束の光学的特徴について光変調指令 値一実際値関係の線形性が増加する。よって、表示画像によるコンテンツの色の再現 性を向上させることが可能となる。
[0041] この信号処理装置は、それと共に使用される網膜走査型ディスプレイから独立して 構成する形式としたり、その網膜走査型ディスプレイに組み込まれて構成する形式と することが可能である。
[0042] (10) 前記第 1補正装置は、前記光強度変調部の入出力特性にかかわらず、前記 光変調指令値一実際値間関係の線形性が増加するように、前記光変調部に入力さ れるべき光変調信号を補正するものである（9)項に記載の信号処理装置。
[0043] この信号処理装置によれば、光変調部の入出力特性にかかわらず、光変調指令値 一実際値間関係の線形性を増加させることが可能となり、それにより、表示画像による コンテンツの色の再現性を向上させることが可能となる。
[0044] (11) 前記光変調部は、入力された光強度信号に基づき、前記光束の強度を変調 する光強度変調部を含む (9)または（10)項に記載の信号処理装置。
[0045] この信号処理装置によれば、光束の強度について指令値一実際値間関係の線形 性を増加させることが可能となり、それにより、表示画像によるコンテンツの色の再現 性を向上させることが可能となる。
[0046] (12) 前記出射部は、複数色の成分光束を出射するものであり、
前記光強度変調部は、各成分光束ごとに、入力された光強度信号に基づき、各成 分光束の強度を変調するものであり、
前記網膜走査型ディスプレイは、さらに、前記光強度変調部によって各成分光束の 強度が変調された後に、前記複数色の成分光束を合成光束に合成する合成部を含 み、
前記走査部は、その合成された合成光束を 2次元的に走査するものであり、 前記第 1補正装置は、各成分光束ごとに、前記光強度変調部に入力されるべき光 強度信号を、前記光強度の指令値と実際値との間における光強度指令値 -実際値 間関係の線形性が増加するように補正する第 1補正部を含む（11)項に記載の信号 処理装置。
[0047] したがって、この信号処理装置によれば、複数色の成分光束のすべてにっ 、て光 強度指令値 -実際値関係の線形性が増加する。よって、光強度指令値にかかわらず 、表示画像の色バランスが安定し、表示画像によるコンテンツの色の再現性を向上さ せることが可能となる。
[0048] (13) 前記走査部は、それに入射した光束を反射する反射面の角度を変化させるこ とによってその光束を走査するものであり、
当該信号処理装置は、さらに、前記走査部における前記反射面の反射率がその反 射面の角度によって変動する特性にかかわらず、表示すべき画像のうちの各部分に 照射される前記光束の強度の実際値が各部分の位置によって変化しないように、前 記光強度変調部に入力されるべき光強度信号を補正する第 2補正装置を含む（11) または（12)項に記載の信号処理装置。
[0049] この信号処理装置においては、走査部における反射面の反射率がその反射面の 角度によって変動する特性にかかわらず、表示すべき画像のうちの各部分に照射さ れる光束の強度の実際値が、表示すべき画像のうち光束によって照射される各部分 の位置によって変化しないように、光強度変調部に入力されるべき光強度信号が補 正される。
[0050] したがって、この信号処理装置によれば、走査部における反射面の反射率がその 反射面の角度によって変動する特性にかかわらず、表示画像における光強度むらを 軽減することが可能となる。
[0051] (14) 前記光変調部は、入力された奥行き信号に基づき、前記光束の波面曲率を 変調する波面変調部を含み、
前記第 1補正装置は、その波面変調部に入力されるべき奥行き信号を、前記奥行 きの指令値と実際値との間における奥行き指令値一実際間関係の線形性が増加する ように補正する第 2補正部を含む（9)な 、し（ 13)項の 、ずれかに記載の信号処理装 置。
[0052] この信号処理装置においては、波面変調部に入力されるべき奥行き信号が、奥行 きの指令値と実際値との間における奥行き指令値一実際間関係の線形性が増加する ように補正される。
[0053] したがって、この信号処理装置によれば、奥行き指令値に対する奥行き実際値の 線形性が増加し、表示画像によるコンテンツのピント位置の再現性を向上させること が可能となる。
[0054] (15) 前記第 2補正部は、前記波面変調部の入出力特性にかかわらず、前記奥行 き指令値一実際値間関係の線形性が増加するように、前記波面変調部に入力される べき奥行き信号を補正するものである（14)項に記載の信号処理装置。
[0055] この信号処理装置によれば、波面変調部の入出力特性にかかわらず、奥行き指令 値一実際値間関係の線形性を増加させることが可能となる。
[0056] (16) 光束を観察者の網膜上において 2次元的に走査することにより、観察者に画 像を表示する網膜走査型ディスプレイであって、 (a)前記光束を出射する出射部と、
(b)入力された光強度信号に基づき、前記光束の強度を変調する光強度変調部と、
(c)入力された奥行き信号に基づき、前記光束の波面曲率を変調する波面変調部と 、 (d)前記光強度および波面曲率が変調された光束を 2次元的に走査する走査部と を含むものと共に使用される信号処理装置であって、
前記光強度変調部に入力されるべき光強度信号を、その光強度信号により表され る光強度の指令値に基づいて補正する第 1補正装置と、前記光強度変調部に入力 されるべき光強度信号を、表示すべき画像のうち前記光束が逐次照射される各部分 の位置に基づいて補正する第 2補正装置と、前記波面変調部に入力されるべき奥行 き信号を、その奥行き信号により表される奥行きの指令値に基づ 、て補正する第 3補 正装置とのうちの少なくとも一つと
を含む信号処理装置。
[0057] この信号処理装置が少なくとも第 1補正装置を含むように構成される場合には、光 強度変調部に入力されるべき光強度信号が、その光強度信号により表される光強度 の指令値に基づいて補正される。したがって、この場合には、例えば、光束の強度に ついて指令値-実際値間関係の線形性を増カロさせることや、光強度指令値が変更さ れても表示画像の色バランスを維持することが可能となる。
[0058] また、本項に係る信号処理装置が少なくとも第 2補正装置を含むように構成される 場合には、光強度変調部に入力されるべき光強度信号が、表示すべき画像のうち光 束が逐次照射される各部分の位置に基づいて補正される。したがって、この場合に は、例えば、表示画像における光強度むらを軽減することが可能となる。
[0059] また、本項に係る信号処理装置が少なくとも第 3補正装置を含むように構成される 場合には、波面変調部に入力されるべき奥行き信号が、その奥行き信号により表さ れる奥行きの指令値に基づいて補正される。したがって、この場合には、例えば、表 示画像の奥行きまたはピント位置について指令値一実際値間関係の線形性を増加さ せることが容易となる。
図面の簡単な説明
[0060] [図 1]図 1は、本発明の第 1実施形態に従う網膜走査型ディスプレイを信号処理装置 39と共に示す系統図である。
[図 2]図 2は、図 1における波面変調器 22の作動態様を説明するための側面図である
[図 3]図 3は、図 1における網膜走査型ディスプレイを信号処理装置 39との接続関係 と共に概念的に表すブロック図である。
[図 4]図 4は、図 3における信号処理装置 39を概念的に表すブロック図である。 [図 5]図 5は、図 3における信号処理装置 39による光強度補正を説明するためのダラ フである。
[図 6]図 6は、図 1におけるポリゴンミラー 104を拡大して示す平面図である。
[図 7]図 7は、図 6に示すポリゴンミラー 104における反射率が走査角 Θに依存する性 質を説明するためのグラフである。
[図 8]図 8は、図 3における信号処理装置 39による奥行き補正を説明するためのダラ フである。
[図 9]図 9は、本発明の第 2実施形態に従う網膜走査型ディスプレイにおける水平走 查系 1100における光スキャナ 1104を示す分解斜視図である。
[図 10]図 10は、図 9に示す光スキャナ 1104における振動体 1124の,駆動源 1150, 1
152, 1154, 1156を取り出して示す断面図である。
[図 11]図 11は、図 9における振動体 1124を取り出して示す斜視図である。
[図 12]図 12は、図 11に示す振動体 1124のうちの反射ミラー部 1122を取り出して示 す斜視図である。
[図 13]図 13は、図 11に示す反射ミラー部 1122の走査角 Θおよび走査角速度 ωの 各時間的推移を示すグラフである。
[図 14]図 14は、図 11に示す反射ミラー部 1122のみかけ反射率が画素番号 ΝΡと共 に変化する様子を示すグラフである。
発明を実施するための最良の形態
[0061] 以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説 明する。
[0062] 図 1には、本発明の第 1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。）が系統的に示されている。この RSDは、レーザビームを、それの光強度 および波面を適宜変調しつつ、観察者の眼 10の瞳孔 12を経て網膜 14の結像面上 に入射させ、その結像面上においてレーザビームを 2次元的に走査することにより、 その網膜 14上に画像を直接に投影する装置である。
[0063] この RSDは、光源ユニット 20を備え、その光源ユニット 20と観察者の眼 10との間に ぉ 、て波面変調器 22と走査装置 24とをそれらの順に並んで備えて 、る。 [0064] 光源ユニット 20は、 3原色 (RGB)を有する 3つのレーザビーム（前記（1)項におけ る「複数色の成分光束」の一例である。 )を 1つのレーザビーム（同項における「合成 光束」の一例である。 )に集束して任意色のレーザビームを生成するために、赤色の レーザビームを発する Rレーザ 30と、緑色のレーザビームを発する Gレーザ 32と、青 色のレーザビームを発する Bレーザ 34とを備えている。各レーザ 30, 32, 34は、例 えば、半導体レーザとして構成することが可能である。
[0065] 各レーザ 30, 32, 34は、入力された電圧信号に応じ、各レーザ 30, 32, 34から出 射する各色のレーザビームの光強度 (輝度)を変調する光強度変調機能を有して 、 る。すなわち、それらレーザ 30, 32, 34は互いに共同して、前記（1)項における「出 射部」の一例と「光強度変調部」の一例との組合せを構成して 、るのである。
[0066] ただし、各レーザ 30, 32, 34ごとに、それら力 独立した各光強度変調器 (例えば 、音響光学変調素子 AOM)が設けられる態様で本発明を実施することが可能である 。この態様においては、それらレーザ 30, 32, 34が互いに共同して前記（1)項にお ける「出射部」の一例を構成し、それら 3つのレーザ 30, 32, 34にそれぞれ関連付け られた 3つの光強度変調器が互いに共同して同項における「光強度変調部」の一例 を構成することになる。
[0067] 図 1に示すように、各レーザ 30, 32, 34には、対応する各レーザドライバ 36, 37, 3 8が電気的に接続されている。 Rレーザ 30に対応するレーザドライバ 36には、赤色の レーザビームの光強度を変調するための光強度信号である R信号が信号処理装置 3 9力も供給され、 Gレーザ 32に対応するレーザドライバ 37には、緑色のレーザビーム の光強度を変調するための光強度信号である G信号が信号処理装置 39から供給さ れ、 Bレーザ 34に対応するレーザドライバ 37には、青色のレーザビームの光強度を 変調するための光強度信号である B信号が信号処理装置 39から供給される。
[0068] 各レーザドライバ 36, 37, 38は、入力された各光強度信号に応じた各電圧 (電気 エネノレギー）を各レーザ 30, 32, 34に印カロする。各レーザ 30, 32, 34は、印カロ電圧 に応じて、各レーザ 30, 32, 34から出射するレーザビームの光強度を変調する。各 レーザ 30, 32, 34にっき、印加電圧と、その印加電圧によって変調された光強度と は線形に変化せず、かつ、両者間の関係は、各レーザ 30, 32, 34ごとに、すなわち 、レーザビームの波長ごとに異なる力 これについては後に詳述する。
[0069] 各レーザ 30, 32, 34から出射したレーザビームは、各コリメート光学系 40, 42, 44 によって平行光化された後に各ダイクロイツクミラー 50, 52, 54に入射させられる。そ れらダイクロイツクミラー 50, 52, 54においては、波長に依存したレーザビームの選 択的な透過'反射が行われ、それにより、 3色のレーザビームが 1つのレーザビームに 結合される。
[0070] 具体的には、 Rレーザ 30から出射した赤色レーザビームは、コリメート光学系 40に よって平行光化された後に、ダイクロイツクミラー 50に入射させられる。 Gレーザ 32か ら出射した緑色レーザビームは、コリメート光学系 42を経てダイクロイツクミラー 52に 入射させられる。 Bレーザ 34から出射した青色レーザビームは、コリメート光学系 44 を経てダイクロイツクミラー 54に入射させられる。
[0071] それら 3つのダイクロイツクミラー 50, 52, 54にそれぞれ入射した 3色のレーザビー ムは、それら 3つのダイクロイツクミラー 50, 52, 54を代表する 1つのダイクロイツクミラ 一 54に最終的に入射して集束され、その後、結合光学系 58によって集光される。
[0072] 本実施形態においては、 3つのコリメート光学系 40, 42, 44と 3つのダイクロイツクミ ラー 50, 52, 54と結合光学系 58とが互いに共同することにより、合波光学系 60を構 成し、この合波光学系 60は、前記（1)項における「合成部」の一例を構成している。
[0073] 以上説明した光源ユニット 20は、結合光学系 58においてレーザビームを出射させ る。そこから出射したレーザビームは、光伝送媒体としての光ファイバ 82と、その光フ アイバ 82の後端力も放射させられるレーザビームを平行光化するコリメート光学系 84 とをそれらの順に経て波面変調器 22に入射する。
[0074] この波面変調器 22は、光源ユニット 20から出射したレーザビームの波面（波面曲 率)を変調する光学系である。この波面変調器 22は、波面曲率の変調を、網膜 14上 に投影すべき画像の各画素ごとに行う形式とすることが可能であるが、これは本発明 を実施するために不可欠なことではなぐ画像の 1フレームごとに行う形式とすること が可能である。波面曲率が変調されると、表示画像のピント位置が変化する。
[0075] いずれにしても、この波面変調器 22においては、信号処理装置 39から入力された 奥行き信号 (以下、「Z信号」ともいう。）に基づき、波面変調器 22に入射するレーザビ ームの波面を変調する。この波面変調器 22においては、コリメート光学系 84から平 行光として入射するレーザビームが収束レンズ 90によって収束光に変換され、その 変換された収束光が可動ミラー 92によって反射されて拡散光に変換される。その変 換された拡散光は、目標の波面曲率を有するレーザビームとしてこの波面変調器 22 から出射する。
[0076] 図 2には、この波面変調器 22が拡大して示されて 、る。図 2に示すように、この波面 変調器 22は、外部力も入射したレーザビームを反射または透過させるビームスプリツ タ 94と、そのビームスプリッタ 94を経て入射したレーザビームを収束する収束レンズ 9 0と、その収束レンズ 90により収束されたレーザビームを反射する可動ミラー 92とを 備えている。
[0077] この波面変調器 22は、さらに、可動ミラー 92を、収束レンズ 90に接近する力または 収束レンズ 90から離れる向きに変位させるァクチユエータ 96を備えている。このァク チユエータ 96の一例は、圧電素子である。ァクチユエータ 96は、信号処理装置 39か ら入力された奥行き信号 (Z信号）に応じて可動ミラー 92の位置を移動させることによ り、波面変調器 22から出射するレーザビームの波面曲率を変調する。このァクチユエ ータ 96にっき、印加電圧と、その印加電圧によって変調された波面曲率との関係が 線形ではな 、が、このことにつ 、ては後に詳述する。
[0078] 以上のように構成された波面変調器 22にお ヽては、コリメート光学系 84から入射し たレーザビームがビームスプリッタ 94で反射して収束レンズ 90を通過した後、可動ミ ラー 92で反射する。そして、再度、収束レンズ 90を通過し、その後、ビームスプリッタ 94を透過して走査装置 24へ向かう。
[0079] この波面変調器 22は、ァクチユエータ 96を用いて収束レンズ 90と可動ミラー 92と の間隔 dcを変更することによって、コリメート光学系 84から入射して走査装置 24へ向 力うレーザビームの波面曲率を変更することができる。
[0080] 図 2 (a)に示すように、間隔 dcが予め定められた初期値 dcOに一致する場合には、 コリメート光学系 84から入射したレーザビームは、可動ミラー 92の反射面で収束およ び反射する。この反射したレーザビームは、収束レンズ 90を経て、コリメート光学系 3 0から入射したときと同じ波面曲率を有する平行光 L1として走査装置 24へ向かう。 [0081] これに対し、図 2 (b)に示すように、間隔 dcが初期値 dcOより短い距離 delに変化し た場合には、コリメート光学系 84から入射したレーザビームは、可動ミラー 92が収束 レンズ 90の焦点より収束レンズ 90に近い位置に位置するため、レーザビームの収束 前に可動ミラー 92の反射面で反射する。その反射したレーザビームは、可動ミラー 9 2から距離 (dcO— del)だけ進んだ位置で収束し、その後、コリメート光学系 30から入 射したときより拡散した、波面曲率の大きな拡散光、すなわち、曲率半径の小さな拡 散光 L2となり、収束レンズ 90を経て走査装置 24へ向かう。
[0082] 以上要するに、曲率変調器 22から走査装置 24へ向力 レーザビームは、間隔 が短くなるほど曲率半径が小さくなる。本実施形態においては、間隔 dcの初期値 dc 0が 4mmに設定されており、間隔 dcをその初期値 dcOから 30 μ m狭めていく間に、 レーザビームの曲率半径が最大値 (例えば、 10m)から最小値 (例えば、 20cm)まで 変化するようにこの RSDが構成されて 、る。
[0083] 一般に、レーザビームの波面の曲率半径は、波面曲率の逆数で表され、レーザビ ームに基づく虚像は、この曲率半径が小さいほど観察者に近い位置に観察者によつ て認識される。したがって、虚像は、ァクチユエータ 96により間隔 dcが短くされるほど 観察者に近い位置に観察者によって認識されることとなる。
[0084] 以上説明した波面変調器 22から出射したレーザビームは、走査装置 24に入射す る。この走査装置 24は、水平走査系 100と垂直走査系 102とを備えている。それら水 平走査系 100と垂直走査系 102とは、それぞれの走査速度に着目すれば、高速走 查系と低速走査系とにそれぞれ分類される。
[0085] 水平走査系 100は、表示すべき画像の 1フレームごとに、レーザビームを水平な複 数の走査線に沿って水平にラスタ走査する水平走査を行う光学系である。これに対 し、垂直走査系 102は、表示すべき画像の 1フレームごとに、レーザビームを最初の 走査線から最後の走査線に向かって垂直に走査する垂直走査を行う光学系である。
[0086] 具体的に説明するに、水平走査系 100は、本実施形態においては、機械的偏向を 行う一方向回転ミラーとしてポリゴンミラー 104を備えている。このポリゴンミラー 104 は、それに入射したレーザビームの光軸と交差する回転軸線まわりに図示しないモ ータによって高速で回転させられる。このポリゴンミラー 104の回転速度は、信号処理 装置 39から供給される水平走査同期信号に基づいて制御される。
[0087] ポリゴンミラー 104は、回転軸線のまわりに並んだ複数の反射面 106を備えており、 入射レーザビーム力^つの反射面 106を通過するごとに 1回偏向が行われる。その偏 向されたレーザビームは、リレー光学系 110によって垂直走査系 102に伝送される。 本実施形態にぉ 、ては、リレー光学系 110が光路上にぉ 、て複数のレンズ系 112, 114を直列に備えている。
[0088] 以上、水平走査系 100を説明したが、垂直走査系 102は、機械的偏向を行う揺動ミ ラーとしてのガルバノミラー 130を備えている。ガルバノミラー 130には、水平走査系 100から出射したレーザビームがリレー光学系 110によって集光されて入射するよう になっている。このガルバノミラー 130は、それに入射したレーザビームの光軸と交差 する回転軸線まわりに揺動させられる。このガルバノミラー 130の起動タイミングおよ び回転速度は、信号処理装置 39から供給される垂直走査同期信号に基づいて制御 される。
[0089] 以上説明した水平走査系 100と垂直走査系 102との共同により、レーザビームが 2 次元的に走査され、その走査されたレーザビームによって表現される画像力 リレー 光学系 140を経て観察者の眼 10に照射される。本実施形態においては、リレー光学 系 140が光路上にお!、て複数のレンズ系 142, 144を直列に備えて!/、る。
[0090] 図 3には、この RSDの全体構成がブロック図で概念的に表され、さらに、この RSDと 共に使用される信号処理装置 39との関係も示されている。ただし、図 3には、各レー ザ 30, 32, 34が光源としての機能と光強度変調器としての機能との双方を有するこ とを示すために、各レーザ 30, 32, 34が、光源部 150, 152, 154と光強度変調部 1 60, 162, 164との組合せとして示されている。信号処理装置 39は、 R光源部 150に 対応する光強度変調部 160には R信号、 G光源部 152に対応する光強度変調部 16 2には G信号、 B光源部 154に対応する光強度変調部 164には B信号をそれぞれ供 給する。
[0091] 図 3に示すように、信号処理装置 39は、さらに、波面変調器 22に Z信号を供給し、 水平走査系 100と垂直走査系 102とにそれぞれ水平走査同期信号と垂直走査同期 信号とを供給する。 [0092] 図 3に示すように、本実施形態においては、信号処理装置 39が、 RSD力 独立し て存在するように構成されて ヽるが、 RSD内に組み込まれるように構成することが可 能である。
[0093] 図 1に示すように、信号処理装置 39は、後に図 4を参照して詳述するように、 A/D 180と、画像処理装置 182と、 LUT184と、 DZA186とを主体として構成されている
[0094] 図 4に示すように、信号処理装置 39は、元画像信号供給装置としてのパーソナルコ ンピュータ（以下、単に「PC」という。）と、再生装置としての RSDとの間に、インターフ エースとして接続されて使用される。 PCは信号処理装置 39に、 R信号、 G信号およ び B信号を含む光強度信号と、奥行き信号である Z信号とをソース信号として供給す る。信号処理装置 39は、それら信号を補正して RSDに供給する。
[0095] その信号補正は、次の目的を達成するために行われる。
[0096] (1)各レーザ 30, 32, 34の入出力特性にかかわらず、各色のレーザビームにつき、 光強度指令値を表す光強度信号 (R信号、 G信号および B信号)と、実際に実現され る光強度との関係の線形性を増加させる。
[0097] (2)走査装置 24の反射率が走査角 Θに依存するにもかかわらず、光強度指令値を 表す光強度信号 (R信号、 G信号および B信号)と、実際に実現される光強度との関 係の線形性を増カロさせる。
[0098] (3)波面変調器 22の入出力特性に力かわらず、奥行き指令値を表す奥行き信号 (Z 信号)と、実際に実現される奥行きとの関係の線形性を増加させる。
[0099] その目的を達成するため、上述の信号補正は、次の個別的な補正を複数種類含ん でいる。
[0100] (1)光強度補正
[0101] 各レーザ 30, 32, 34の入出力特性にかかわらず、光強度指令値と光強度実際値 との関係の線形性を増加させるために、 Z信号供給装置 (例えば、 PC)力 供給され た元光強度信号 (元 R信号、元 G信号および元 B信号)を補正して、補正光強度信号 (補正 R信号、補正 G信号および補正 B信号)として RSDに供給する。
[0102] (2)水平走査用反射率補正 [0103] 水平走査系 100にお 、て反射率が走査角（各走査線上における各画素の位置す なわち画素番号 NP)に依存するにもかかわらず、光強度指令値と光強度実際値との 関係の線形性を増カロさせるために、 PC力も供給された元光強度信号 (元 R信号、元 G信号および元 B信号)を補正して、補正光強度信号 (補正 R信号、補正 G信号およ び補正 B信号）として RSDに供給する。
[0104] (3)垂直走査用反射率補正
[0105] 垂直走査系 102にお 、て反射率が走査角（画像の垂直方向における各走査線の 位置すなわち走査線番号 NL)に依存するにもかかわらず、光強度指令値と光強度 実際値との関係の線形性を増加させるために、 PCから供給された元光強度信号 (元 R信号、元 G信号および元 B信号)を補正して、補正光強度信号 (補正 R信号、補正 G信号および補正 B信号）として RSDに供給する。
[0106] (4)奥行き補正
[0107] 波面変調器 22の入出力特性に力かわらず、奥行き指令値と奥行き実際値との関 係の線形性を増力 tlさせるために、 PCから供給された元 Z信号 (元奥行き信号)を補正 して、補正 Z信号 (補正奥行き信号)として RSDに供給する。
[0108] 図 4には、信号処理装置 39の構成が特徴的な機能に着目してブロック図で概念的 に簡略的に表されている。この信号処理装置 39においては、 AZD変 ^^(図 4に おいては「AZD」で表す。） 180が、 PC力もアナログ信号として画素 1ドットごとに供 給される RZGZBZZ信号をすベてデジタルデータ（8ビットデータ）に変換する。さ らに、画像処理回路 182が、各画素ごとのデジタルデータ（以下、「画素データ」とも いう。）を、 RSD用の水平走査同期信号および垂直走査同期信号のタイミングに合 わせて出力するための処理を行う。
[0109] この信号処理装置 39においては、各画素データに対して上述の信号補正を行うた めに、ルックアップテーブル（図 4においては「LUT」で表す。） 184が参照される。こ の LUT184により、 8ビットの画素データが 12ビットの画素データに補正される。その 補正特性は、上述の信号補正の目的が達成されるように予め調整されている。
[0110] この信号処理装置 39においては、 DZA変換器（図 4においては「DZA」で表す。
) 186が、上記のようにして補正された 12ビットの画素データをアナログ信号に補正（ 変換)し、その補正されたアナログ信号を RSDに出力する。 LUT184は、複数の個 別テーブル (後述の光強度補正テーブル、水平走査用反射率補正テーブル、垂直 走査用反射率補正テーブルおよび奥行き補正テーブルを含む。 )を含むように構成 され、それらは LUT184の内部メモリに予め記憶されて！、る。
[0111] 図 5 (a)には、 Rレーザ 30の入出力特性、すなわち、その Rレーザ 30への印加電圧 と、その Rレーザ 30から出力されるレーザビームの光強度実際値との関係の一例が グラフで表されている。このように、 Rレーザ 30の入出力特性は非線形である。このよ うな非線形性が存在するにもかかわらず、 PCカゝら供給される元 R信号を補正なしでレ 一ザドライバ 37に供給し、その元 R信号に従って Rレーザ 30に電圧を印加した場合 には、その元 R信号により表される光強度指令値と Rレーザ 30が出力する光強度実 際値との関係も非線形となる。この場合には、この RSDを使用する観察者が表示画 像の光強度に関して違和感を感じる可能性がある。
[0112] これに対し、本実施形態においては、 LUT184を参照することにより、元光強度デ ータが補正されて補正光強度データとされる。元光強度信号が結果的に補正される ことになるのである。その補正特性は、図 5 (a)にグラフで表す非線形を完全にないし は部分的に打ち消す特性とされている。この補正特性は、 LUT184の光強度補正テ 一ブルに反映されている。その結果、本実施形態によれば、その補正光強度データ に基づき、レーザドライバ 37に供給される R信号 (補正 R信号)が決定され、その補正 R信号に従って Rレーザ 30に実際に印加される電圧が決定される。
[0113] したがって、本実施形態によれば、図 5 (a)に示す Rレーザ 30の入出力特性にかか わらず、図 5 (b)にグラフで表すように、元 R信号により表される光強度指令値、すな わち、元 R信号により表される印加電圧 (Rレーザ 30に実際に印加される電圧とは異 なる。）と、 Rレーザ 30が出力する光強度実際値との関係の線形性が、この光強度補 正を行わない場合に比較し、増加することとなる。
[0114] 各レーザ 30, 32, 34への印加電圧と出力光強度との関係は、それらレーザ 30, 3 2, 34間において常に互いに一致するとは限らず、通常、互いに異なる。そのため、 本実施形態においては、光強度補正テーブルが、各レーザ 30, 32, 34ごとに用意 されている。そして、本実施形態においては、光強度補正が、 R信号と G信号と B信 号とについて個別に、対応する光強度補正テーブルを参照することによって行われ る。
[0115] 以上説明した光強度補正が終了すると、前述の水平走査用反射率補正が、 LUT1 84の水平走査用反射率補正テーブルを参照することによって行われる。
[0116] 図 6には、ポリゴンミラー 104が拡大されて平面図で示されている。このポリゴンミラ 一 104においては、レーザビームが入射する反射面 106の角度すなわち走査角 Θ が変化することにより、その反射面 106から出射するレーザビームが偏向され、それ により、レーザビームが水平方向に 1本の走査線に沿って走査される。このポリゴンミ ラー 104においては、反射面 106から出射するレーザビームのうち、走査角 Θが設 定範囲（例えば、 40度ないし 50度）にあるもののみが使用される。
[0117] 図 7には、その使用領域において、反射面 106の反射率が走査角 Θに依存する性 質がグラフで表されている。この走査角依存性は、光強度指令値と光強度実際値と の関係を非線形化する原因となる。一方、各画素ドットに対応する走査角 Θは、その ときにおけるレーザビームが照射する画素の、水平走査線上における位置が分かれ ば、分かる。
[0118] そこで、本実施形態においては、その走査角依存性にかかわらず、光強度指令値 と光強度実際値との関係が線形化されるようにするため、レーザビームが逐次照射さ れる各画素の位置に応じて、 R信号と G信号と B信号とがそれぞれ補正される。
[0119] なお付言するに、本実施形態においては、ポリゴンミラー 104における複数の反射 面 106間においては、反射率の走査角依存性が共通すると考えられている力 共通 しない可能性がある。すなわち、走査角 Θが同じでも、複数の反射面 106のうち使用 されるものの位置が異なる場合には、反射率も異なる可能性があるのである。このよう な可能性がある場合には、レーザビームを現に反射している反射面 106の位置を、 例えば、今回の走査線番号 NLを根拠にして特定し、その特定された位置に応じて 設定された補正特性に従って元光強度信号を補正することが望ましい。
[0120] 以上説明した水平走査用反射率補正が終了すれば、前述の垂直走査用反射率補 正が、上述の水平走査用反射率補正に準じ、 LUT184の垂直走査用反射率補正テ 一ブルを参照することにより行われる。 [0121] 以上、 LUT184が光強度補正テーブルと水平走査用反射率補正テーブルと垂直 走査用反射率補正テーブルとを個別に備えている場合を説明したが、そのような態 様で本発明を実施することは不可欠ではない。例えば、それら 3個のテーブルの特 性をすベて反映した 1個のテーブル (例えば、元光強度信号 (元 RZGZB信号）と画 素位置と補正光強度信号 (補正 RZGZB信号)との間の関係を定義するテーブル） を LUT184の内部メモリに備える態様で本発明を実施することが可能である。
[0122] その後、 PC力 供給された元 Z信号により表される元奥行きデータが取り込まれる 。その取り込まれた元奥行きデータに対し、前述の奥行き補正が行われる。
[0123] 図 8 (a)には、波面変調器 22の入出力特性、すなわち、その波面変調器 22への印 加電圧とその波面変調器 22によって実際に実現される奥行きとの関係の一例がダラ フで表されている。この例においては、近似的には、印加電圧 Vの逆数が奥行き実 際値 Zに関連付けられる。
[0124] したがって、波面変調器 22への印加電圧 Vを、元奥行きデータにより表される奥行 き指令値 Zの逆数として算出すれば、 PC力 供給された元 Z信号により表される奥行 き指令値と、波面変調器 22によって出力される奥行き実際値との関係の線形性が増 加する。この事実に従い、奥行き補正テーブルが作成されて LUT184の内部メモリ に予め記憶されている。その奥行き補正テーブルを参照することにより、元奥行きデ ータが補正される。
[0125] その結果、図 8 (b)にグラフで表すように、元 Z信号により表される奥行き指令値 Z、 すなわち、元 Z信号により表される印加電圧と、その補正された奥行きデータを表す 補正 Z信号によって波面変調器 22によって実現される奥行き実際値 Zとの関係の線 形性が、その補正を実行しない場合に比較し、増加する。
[0126] 以上説明した奥行き補正が終了すると、補正された各光強度デ一一タを表す補正 光強度信号 (補正 R信号、補正 G信号および補正 B信号)と、補正奥行きデータを表 す補正 Z信号とがそれぞれ、 3つのレーザ 30, 32, 34と、波面変調器 22とに対して 出力される。
[0127] 以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、 RSDと信号処理装置 39 との組合せが前記（1)項における「網膜走査型ディスプレイ」の一例を構成し、レーザ 30, 32, 34が互いに共同して、同項における「出射部」の一例と「変調部」の一例と の組合せを構成し、走査装置 24が同項における「走査部」の一例を構成し、 LUT18 4のうち光強度補正および奥行き補正を実行するための部分が同項または前記（2) 項における「第 1補正装置」の一例を構成して 、るのである。
[0128] さらに、本実施形態においては、レーザ 30, 32, 34のうちの光強度変調部 160, 1 62, 164が互いに共同して前記（3)項における「光強度変調部」の一例を構成し、レ 一ザ 30, 32, 34のうち光源咅 150, 152, 154力 ^互いに共同して前記（4)項におけ る「出射部」の一例を構成し、光強度変調部 160, 162, 164が互いに共同して同項 における「光強度変調部」の一例を構成し、合波光学系 60が同項における「合成部」 の一例を構成し、走査装置 24が同項における「走査部」の一例を構成し、 LUT184 のうち光強度補正を実行するための部分が同項における「第 1補正部」の一例を構成 しているのである。
[0129] さらに、本実施形態においては、走査装置 24が前記（5)項における「走査部」の一 例を構成し、 LUT184のうち水平走査用反射率補正および垂直走査用反射率補正 を実行するための部分が同項における「第 2補正装置」の一例を構成しているのであ る。
[0130] さらに、本実施形態においては、波面変調器 22が前記（6)項における「波面変調 部」の一例を構成し、 LUT184のうち奥行き補正を実行するための部分が同項また は前記（7)項における「第 2補正部」の一例を構成して 、るのである。
[0131] さらに、本実施形態においては、 RSDと信号処理装置 39との組合せが前記（8)項 における「網膜走査型ディスプレイ」の一例を構成し、レーザ 30, 32, 34のうち光源 部 150, 152, 154が互いに共同して同項における「出射部」の一例を構成し、光強 度変調部 160, 162, 164が互いに共同して同項における「光強度変調部」の一例を 構成し、波面変調器 22が同項における「波面変調部」の一例を構成し、走査装置 24 が同項における「走査部」の一例を構成しているのである。
[0132] さらに、本実施形態においては、 LUT184のうち光強度補正を実行するための部 分が前記 (8)項における「第 1補正装置」の一例を構成し、水平走査用反射率補正 および垂直走査用反射率補正を実行するための部分が同項における「第 2補正装 置」の一例を構成し、奥行き補正を実行するための部分が同項における「第 3補正装 置」の一例を構成して 、るのである。
[0133] さらに、本実施形態においては、信号処理装置 39が前記（9)ないし（16)項のいず れカに係る「信号処理装置」の一例を構成し、 RSDが前記（9)な 、し（16)項の 、ず れかにおける「網膜走査型ディスプレイ」の一例を構成すると考えることが可能である 。この場合においても、それら信号処理装置 39および RSDの各構成要素と、前記（9 )な 、し（16)項の 、ずれかにおける各構成要素との対応関係は、上記の場合に準じ て考えることが可能である。
[0134] 次に、本発明の第 2実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第 1実施形態に 対して水平走査系に関する要素が異なるのみで、他の要素については共通するた め、共通する要素については、同一の符号または名称を使用して引用することにより 、詳細な説明を省略し、異なる要素についてのみ詳細に説明する。
[0135] 図 9には、第 2実施形態に従う網膜走査型ディスプレイにおける水平走査系 1100 が分解斜視図で示されている。図 9に示すように、水平走査系 1100は、ねじり共振 型の光スキャナ 1104を備えている。この光スキャナ 1104は、本体部 1110がベース 1112に装着されて構成されて 、る。
[0136] 本体部 1110は、シリコン等、弾性を有する材料を用いて薄膜形成法によって形成 されている。本体部 1110は、概略的には、光が通過し得る貫通孔 1114を有して薄 板長方形状を成している。本体部 1110は、外側には固定枠 1116を備え、一方、内 側には、反射面 1120が形成された反射ミラー部 1122を有する振動体 1124を備え ている。
[0137] このような本体部 1110の構成に対応して、ベース 1112は、本体部 1110との装着 状態において固定枠 1116が装着されるべき支持部 1130と、振動体 1124と対向す る凹部 1132とを有するように構成されている。凹部 1132は、本体部 1110をベース 1 112に装着した状態にぉ 、て、振動体 1124が振動によって変位してもベース 1112 と干渉しな ヽ形状を有するために形成されて 、る。
[0138] 図 9に示すように、反射ミラー部 1122の反射面 1120は、それの対称中心線でもあ る回転中心線 1134を中心として揺動させられる。振動体 1124は、さらに、その反射 ミラー部 1122からそれと同一面上に延びて、その反射ミラー部 1122を固定枠 1116 に接合するはり部 1140を備えている。本実施形態においては、反射ミラー部 1122 の両側から一対のはり部 1140, 1140がそれぞれ互いに逆向きに延び出している。
[0139] 各はり部 1140は、 1個のミラー側板ばね部 1142と、一対の枠側板ばね部 1144, 1 144と、それらミラー側板ばね部 1142と一対の枠側板ばね部 1144, 1144とを互い に接続する接続部 1146とを含むように構成されて!、る。ミラー側板ばね部 1142は、 反射ミラー部 1122のうち、回転中心線 1134の方向にぉ 、て互いに対向する一対の 縁のそれぞれから、対応する接続部 1146まで、回転中心線 1134上において、回転 中心線 1134に沿って延びている。一対の枠側板ばね部 1144, 1144は、対応する 接続部 1146から、回転中心線 1134に対して互いに逆向きにオフセットする姿勢で 、回転中心線 1134に沿って延びている。
[0140] 各はり部 1140においては、図 9に示すように、一対の枠側板ばね部 1144, 1144 のそれぞれに、固定枠 1116に及ぶ姿勢で、馬区動源 1150, 1152, 1154, 1156力 S 取り付けられている。各馬区動源 1150, 1152, 1154, 1156は、図 10に馬区動源 1154 が代表的に示されて 、るように、圧電体 1160 (「圧電振動子」または「圧電素子」とも いう。）を主体として構成されている。圧電体 1160は、薄板状を成して振動体 1124 の片面に貼り付けられており、その貼付け面と直角な方向において上部電極 1162と 下部電極 1164とによって挟まれている。図 9および図 10に示すように、上部電極 11 62と下部電極 1164とはそれぞれ、各リード線 1166により、固定枠 1116に設置され た一対の入力端子 1168, 1168に接続されている。
[0141] それら上部電極 1162と下部電極 1164とに電圧が印加されれば、その印加方向と 直交する向きの変位が圧電体 1160に発生する。この変位により、図 11に実線と二 点鎖線とで示すように、はり部 1140に屈曲すなわち反りが発生する。この屈曲は、は り部 1140のうち固定枠 1116との接続部を固定端とする一方、反射ミラー部 1122と の接続部を自由端として行われる。その結果、その屈曲の向きが上向きであるか下 向きであるかにより、自由端が上向きまたは下向きに変位する。
[0142] 図 11力ら明ら力なように、 4偶の枠佃】板ば、ね咅 1144, 1144, 1144, 1144にそれ ぞれ貝占り付けられた 4個の,駆動源 1150, 1152, 1154, 1156のうち、回転中心線 1 134に関して一側に位置して反射ミラー部 1122を挟む一対の駆動源 1150および 1 152と、他側に位置して反射ミラー部 1122を挟む一対の駆動源 1154および 1156 とはそれぞれ、各対に属する 2個の圧電体 1160, 1160の自由端が互いに同じ向き に変位するように屈曲させられる。
[0143] それに対し、反射ミラー部 1122に関して一側に位置して回転中心線 1134を挟む 一対の駆動源 1150および 1154と、他側に位置して回転中心線 1134を挟む一対 の駆動源 1152および 1156とはそれぞれ、各対に属する 2個の圧電体 1160, 1160 の自由端が互いに逆向きに変位するように屈曲させられる。
[0144] その結果、反射ミラー部 1122には、図 11に示すように、その反射ミラー部 1122を 同じ向きに回転させる変位力 回転中心線 1134に関して一側に位置する一対の駆 動源 1150および 1152の一方向の変位と、反対側に位置する一対の駆動源 1154 および 1156の逆方向の変位との双方によって発生させられる。
[0145] 以上要するに、各枠側板ばね部 1144は、それに貼り付けられた圧電体 1160の直 線変位 (横変位)を屈曲運動 (縦変位)に変換する機能を有し、接続部 1146は、各 枠側板ばね部 1144の屈曲運動をミラー側板ばね部 1142の回転運動に変換する機 能を有しているのである。そのミラー側板ばね部 1142の回転運動によって反射ミラ 一部 1122が回転させられる。
[0146] した力 Sつて、本実施形態にお！、て ίま、 4偶の馬区動源 1150, 1152, 1154, 1156を 制御するために、回転中心線 1134に関して一側に位置する 2個の駆動源 1150, 1 152、すなわち、図 9において右上の駆動源 1150と左上の駆動源 1152とが第 1対 を成し、反対側に位置する 2個の駆動源 1154, 1156、すなわち、同図において右 下の駆動源 1154と左下の駆動源 1156とが第 2対を成している。
[0147] 本実施形態においては、第 1対を成す 2個の駆動源 1150, 1152と、第 2対を成す 2個の駆動源 1154, 1156とを互いに逆向きに変位させて、反射ミラー部 1122にそ れの回転中心線 1134まわりの往復回転運動すなわち揺動運動を発生させるために 、第 1対を成す 2個の駆動源 1150, 1152に交番電圧が互いに同位相で印加される のに対し、それとは逆位相の交番電圧が、第 2対を成す 2個の駆動源 1154, 1156 に互いに同位相で印加される。その結果、第 1対を成す 2個の駆動源 1150, 1152 がいずれも、図 9において下向きに橈んだ場合には、第 2対を成す 2個の駆動源 115 4, 1156はいずれも、同図において上向きに橈むこととなる。
[0148] 図 12には、反射面 1120に入射するレーザビーム (入射光）がその反射面 1120で 反射して出射する様子が示され、さらに、その反射したレーザビーム (反射光）が走査 角 Θを有して偏向される様子も示されている。
[0149] 図 13 (a)には、走査角 Θが時間 tと共に変化する様子がグラフで表されている。ね じり共振型の光スキャナ 1104においては、走査角 Θの変域全体がレーザビームの 走査に使用されるのではなぐそのグラフのうちの近似的な直線部分のみがレーザビ ームの走査に使用される使用領域に設定される。この使用領域は、時間 tに対して走 查角 Θができる限り線形的に変化するように設定される。
[0150] 図 13 (b)には、走査角 Θの変化速度である走査角速度 ωが時間 tと共に変化する 様子がグラフで表されている。このグラフから明らかなように、ねじり共振型の光スキヤ ナ 1104においては、走査角速度 ωが時間 tと共に変化する。図 13 (a)に示す使用 領域は、走査角速度 ωの時間的変化量が少なくなるように設定されるのであるが、そ れでもなお、走査角速度 ωが時間 tと共に変化する傾向が存在する。具体的には、 その使用領域の中央部においては、走査角速度 ωの絶対値が大きぐかつ、時間 t の進行に対してほぼ一定であるのに対し、縁部においては、走査角速度 ωの絶対値 力 S小さぐかつ、時間 tの進行に対して大きく減少する。
[0151] 一方、観察者は、網膜 14に存在する視細胞の光感受特性等により、光スキャナ 11 04から出射するレーザビームの光強度を、それの瞬間的な大きさによってではなく むしろ、時間積分値の大きさによって認識する傾向がある。
[0152] そのため、走査角速度 ωが時間 tと共に変化する場合には、レーザビームの光強度 の各瞬間値が一定であっても、観察者によって認識される光強度 (時間積分値)は、 走査角速度 ωの絶対値が大きいほど小さくなる。したがって、網膜 14上に照射される レーザビームの瞬間的な光強度が一定であっても、網膜 14上の各点を通過するレ 一ザビームの速度が速 、ほど、観察者はそのレーザビームの光強度が小さ 、と認識 すること〖こなる。
[0153] そのため、光スキャナ 1104を使用する場合には、レーザビームがある水平走査線 に沿って走査される際に、観察者は、その水平走査線の縁部においては明るぐ中 央部においては暗く感じる。このことは、図 14にグラフで表すように、反射面 1120の 反射率がみかけ上、走査角速度 ωによって変化することを意味する。一方、時間 tは 、各画素の水平走査方向における位置すなわち画素番号 NPに関連付けられるため 、結局、反射面 1120のみかけ反射率が画素番号 NPによって変化することになる。 いずれにしても、この光スキャナ 1104を使用する場合には、観察者が表示画像の観 察中に光強度むらを感じてしまう傾向がある。
[0154] これに対し、本実施形態においては、光スキャナ 1104を使用するにもかかわらず、 そのような光強度むらが軽減されるようにするために、光スキャナ 1104に対して水平 走査用反射率補正が行われる。
[0155] 具体的には、この水平走査用反射率補正においては、 LUT184の水平走査用反 射率補正テーブルを参照することにより、元光強度データが、図 14に示すみかけ反 射率の変化を打ち消すように、補正される。
[0156] 以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、水平走査系 1100と垂直 走査系 102とを含む走査装置 24が前記（1)な 、し（16)項の 、ずれかにおける「走 查部」の一例を構成し、 LUT184のうち水平走査用反射率補正を実行するための部 分が、前記（5) , (8) , (13)または（16)項における「第 2補正装置」の一例を構成し ているのである。
[0157] なお付言するに、以上説明したいくつかの実施形態においては、「線形性が増加 する」という表現が使用されている。これは、光変調信号を補正する前における線形 性と、補正後における線形性とを互いに比較した場合に、補正後における線形性が 補正前における線形性より増加すること、換言すれば、補正後における光学的特徴 の実際値と指令値との関係が、補正前における光学的特徴の実際値と指令値との関 係より、直線の関係に接近することを意味する。
[0158] ここに、「線形性」は、光学的特徴の実際値と指令値との関係が直線の関係に一致 する程度を表すパラメータによって定量的に表現することが可能である。そのパラメ ータは、例えば、光学的特徴の実際値と指令値との関係を表すグラフに最も近似す る直線グラフ (例えば、最小自乗回帰直線を表すグラフ）を想定したうえで、その想定 された直線グラフからの、光学的特徴の実際値と指令値との関係を表すグラフの偏 差の和（例えば、自乗和）」として定義することが可能である。このパラメータが 0に近 いほど、光学的特徴の実際値と指令値との関係を表すグラフが直線グラフに接近し、 光学的特徴の実際値と指令値との関係の線形性が高いことを表す。
[0159] したがって、以上説明したいくつかの実施形態においては、「線形性が増加する」と いう表現が、必ずしも、光学的特徴の実際値と指令値との関係を表すグラフが直線グ ラフと完全に一致することを意味するとは限らず、直線グラフに対して歪んだグラフで ある可能性がある。
[0160] さらに付言するに、 LUT184は、複数の RSD間に個体差が存在することを考慮し、 各 RSDごとに個々の作動特性に合わせて設定することが望ましい。例えば、複数の RSDにそれぞれ属する複数の走査部（例えば、ポリゴンミラー）は、作動特性が互い に異なる傾向があるが、 LUT184を個別に設定すれば、そのような傾向の存在にも かかわらず、いずれの RSDにおいても、表示画像によるコンテンツの再現性を向上さ せることが可能となる。
[0161] 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、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。

Claims

請求の範囲
[1] 光束を観察者の網膜上において 2次元的に走査することにより、観察者に画像を表 示する網膜走査型ディスプレイであって、
前記光束を出射する出射部と、
入力された光変調信号に基づき、前記光束の光学的特徴を変調する光変調部と、 その変調された光束を 2次元的に走査する走査部と、
前記光学的特徴の光変調の指令値と実際値との間における光変調指令値 -実際 値間関係の線形性が増加するように、前記光変調部に入力されるべき光変調信号を 補正する第 1補正装置と
を含む網膜走査型ディスプレイ。
[2] 前記第 1補正装置は、前記光変調部の入出力特性にかかわらず、前記光変調指 令値 -実際値間関係の線形性が増加するように、前記光変調部に入力されるべき光 変調信号を補正するものである請求の範囲第 1項に記載の網膜走査型ディスプレイ
[3] 前記光変調部は、入力された光強度信号に基づき、前記光束の強度を変調する光 強度変調部を含む請求の範囲第 1項に記載の網膜走査型ディスプレイ。
[4] 前記出射部は、複数色の成分光束を出射するものであり、
前記光強度変調部は、各成分光束ごとに、入力された光強度信号に基づき、各成 分光束の強度を変調するものであり、
当該網膜走査型ディスプレイは、さらに、前記光強度変調部によって各成分光束の 強度が変調された後に、前記複数色の成分光束を合成光束に合成する合成部を含 み、
前記走査部は、その合成された合成光束を 2次元的に走査するものであり、 前記第 1補正装置は、各成分光束ごとに、前記光強度変調部に入力されるべき光 強度信号を、前記光強度の指令値と実際値との間における光強度指令値 -実際値 間関係の線形性が増加するように補正する第 1補正部を含む請求の範囲第 3項に記 載の網膜走査型ディスプレイ。
[5] 前記走査部は、それに入射した光束を反射する反射面の角度を変化させることに よってその光束を走査するものであり、
当該網膜走査型ディスプレイは、さらに、前記走査部における前記反射面の反射 率がその反射面の角度によって変動する特性にかかわらず、表示すべき画像のうち の各部分に照射される前記光束の強度の実際値が各部分の位置によって変化しな いように、前記光強度変調部に入力されるべき光強度信号を補正する第 2補正装置 を含む請求の範囲第 3項に記載の網膜走査型ディスプレイ。
[6] 前記光変調部は、入力された奥行き信号に基づき、前記光束の波面曲率を変調す る波面変調部を含み、
前記第 1補正装置は、その波面変調部に入力されるべき奥行き信号を、前記奥行 きの指令値と実際値との間における奥行き指令値一実際間関係の線形性が増加する ように補正する第 2補正部を含む請求の範囲第 1項に記載の網膜走査型ディスプレ ィ。
[7] 前記第 2補正部は、前記波面変調部の入出力特性に力かわらず、前記奥行き指令 値 -実際値間関係の線形性が増加するように、前記波面変調部に入力されるべき奥 行き信号を補正するものである請求の範囲第 6項に記載の網膜走査型ディスプレイ。
[8] 光束を観察者の網膜上において 2次元的に走査することにより、観察者に画像を表 示する網膜走査型ディスプレイであって、
前記光束を出射する出射部と、
入力された光強度信号に基づき、前記光束の強度を変調する光強度変調部と、 入力された奥行き信号に基づき、前記光束の波面曲率を変調する波面変調部と、 前記光強度および波面曲率が変調された光束を 2次元的に走査する走査部と、 前記光強度変調部に入力されるべき光強度信号を、その光強度信号により表され る光強度の指令値に基づいて補正する第 1補正装置と、前記光強度変調部に入力 されるべき光強度信号を、表示すべき画像のうち前記光束が逐次照射される各部分 の位置に基づいて補正する第 2補正装置と、前記波面変調部に入力されるべき奥行 き信号を、その奥行き信号により表される奥行きの指令値に基づ 、て補正する第 3補 正装置とのうちの少なくとも一つと
を含む網膜走査型ディスプレイ。
[9] 光束を観察者の網膜上において 2次元的に走査することにより、観察者に画像を表 示する網膜走査型ディスプレイであって、（a)前記光束を出射する出射部と、（b)入 力された光変調信号に基づき、前記光束の光学的特徴を変調する光変調部と、 (c) その変調された光束を 2次元的に走査する走査部とを含むものと共に使用される信 号処理装置であって、
前記光変調部に入力されるべき光変調信号を、前記光学的特徴の光変調の指令 値と実際値との間における指令値一実際値間関係の線形性が増加するように補正す る第 1補正装置を含む信号処理装置。
[10] 前記第 1補正装置は、前記光強度変調部の入出力特性にかかわらず、前記指令 値 -実際値間関係の線形性が増加するように、前記光変調部に入力されるべき光変 調信号を補正するものである請求の範囲第 9項に記載の信号処理装置。
[11] 前記光変調部は、入力された光強度信号に基づき、前記光束の強度を変調する光 強度変調部を含む請求の範囲第 9項に記載の信号処理装置。
[12] 前記出射部は、複数色の成分光束を出射するものであり、
前記光強度変調部は、各成分光束ごとに、入力された光強度信号に基づき、各成 分光束の強度を変調するものであり、
前記網膜走査型ディスプレイは、さらに、前記光強度変調部によって各成分光束の 強度が変調された後に、前記複数色の成分光束を合成光束に合成する合成部を含 み、
前記走査部は、その合成された合成光束を 2次元的に走査するものであり、 前記第 1補正装置は、各成分光束ごとに、前記光強度変調部に入力されるべき光 強度信号を、前記光強度の指令値と実際値との間における光強度指令値 -実際値 間関係の線形性が増加するように補正する第 1補正部を含む請求の範囲第 11項に 記載の信号処理装置。
[13] 前記走査部は、それに入射した光束を反射する反射面の角度を変化させることに よってその光束を走査するものであり、
当該信号処理装置は、さらに、前記走査部における前記反射面の反射率がその反 射面の角度によって変動する特性にかかわらず、表示すべき画像のうちの各部分に 照射される前記光束の強度の実際値が各部分の位置によって変化しないように、前 記光強度変調部に入力されるべき光強度信号を補正する第 2補正装置を含む請求 の範囲第 11項に記載の信号処理装置。
[14] 前記光変調部は、入力された奥行き信号に基づき、前記光束の波面曲率を変調す る波面変調部を含み、
前記第 1補正装置は、その波面変調部に入力されるべき奥行き信号を、前記奥行 きの指令値と実際値との間における奥行き指令値一実際間関係の線形性が増加する ように補正する第 2補正部を含む請求の範囲第 9項に記載の信号処理装置。
[15] 前記第 2補正部は、前記波面変調部の入出力特性に力かわらず、前記奥行き指令 値 -実際値間関係の線形性が増加するように、前記波面変調部に入力されるべき奥 行き信号を補正するものである請求の範囲第 14項に記載の信号処理装置。
[16] 光束を観察者の網膜上において 2次元的に走査することにより、観察者に画像を表 示する網膜走査型ディスプレイであって、（a)前記光束を出射する出射部と、（b)入 力された光強度信号に基づき、前記光束の強度を変調する光強度変調部と、（c)入 力された奥行き信号に基づき、前記光束の波面曲率を変調する波面変調部と、 (d) 前記光強度および波面曲率が変調された光束を 2次元的に走査する走査部とを含 むものと共に使用される信号処理装置であって、
前記光強度変調部に入力されるべき光強度信号を、その光強度信号により表され る光強度の指令値に基づいて補正する第 1補正装置と、前記光強度変調部に入力 されるべき光強度信号を、表示すべき画像のうち前記光束が逐次照射される各部分 の位置に基づいて補正する第 2補正装置と、前記波面変調部に入力されるべき奥行 き信号を、その奥行き信号により表される奥行きの指令値に基づ 、て補正する第 3補 正装置とのうちの少なくとも一つと
を含む信号処理装置。
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