WO2013124913A1

WO2013124913A1 - 走査装置及び表示装置

Info

Publication number: WO2013124913A1
Application number: PCT/JP2012/004341
Authority: WO
Inventors: 上仲　浩之; 美佳酒井; 佐藤　慎一; 直之坪井
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2013-08-29
Also published as: US20130257693A1; US8988316B2; JPWO2013124913A1; JP5426800B1

Abstract

　表示領域５上で光線を走査させる走査装置２３である。走査装置２３は、表示領域５に向けて光線を反射する反射鏡３１と、反射鏡３１の傾きを変化させる主走査部３６，３７と、反射鏡３１及び主走査部３６，３７を含む反射鏡ユニット４５と、反射鏡ユニット４５の傾きを変化させる補助走査部３８とを備える。

Description

走査装置及び表示装置

　本発明は、例えば、シースルー型のヘッドマウントディスプレイ等、光線を照射して表示領域に画像を表示する表示装置に関する。

　近年、ＡＶ機器の軽量化及び小型化が大きく進んでいる。その流れの中で新たな分野としてウェアラブル機器が注目されている。

　ウェアラブル機器とは、ユーザーが身体に装着し、動作を邪魔されることなく、情報取得やＡＶ再生等ができる機器の総称である。このウェアラブル機器の１つに、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）がある。

　現状、ＨＭＤは２種類に大別できる。そのひとつは、没入型のＨＭＤである。没入型のＨＭＤは、外界から遮断された環境下で目の至近距離に配置された液晶ディスプレイを有しており、その液晶ディスプレイに画像を表示する。この方式はゲームなどで利用される場合が多い。

　他のひとつは、シースルー型のＨＭＤである。シースルー型のＨＭＤは、例えば、眼鏡のような形状をしていて、レーザー光を照射してレンズに画像を表示する。

　両ＨＭＤを比較すると、前者は視界が遮られてしまうため、用途が限られる。それに対し、後者は、視界が遮られずに表示を見ることができる。そのため、シースルー型のＨＭＤは、特にウェアラブル機器向けの表示装置として期待されている。

　シースルー型のＨＭＤで重要な光学処理の１つに、レーザー光を表示サイズに応じて走査させる処理がある。特許文献１には、超小型の反射ミラーを備えた表示装置が開示されている。

　そこでは、水平及び垂直の２つの走査方向別に一対のピボットアームが配置されている。これらピボットアームを用いて、反射ミラーを微小な角度で絶えず動かしながら、水平及び垂直の両方向に光を走査させている。

特許第４３７９３３１号公報

　特許文献１の表示装置では、走査方向ごとに一対のピボットアームが配置されているので、走査範囲が大きくなると、ピボットアームの機械的負担が大きくなる。従って、拡大できる走査範囲は限られるため、大きな表示は困難である。

　そこで本発明の目的は、走査範囲を容易に拡大できる走査装置、及び大きな表示ができる表示装置を提供することにある。

　本発明に係る走査装置は、表示領域上で光線を走査させる走査装置である。走査装置は、前記表示領域に向けて前記光線を反射する反射鏡と、前記反射鏡の傾きを変化させる主走査部と、前記反射鏡及び前記主走査部を含む反射鏡ユニットと、前記反射鏡ユニットの傾きを変化させる補助走査部と、を備える。

　この走査装置によれば、反射鏡の傾きを変化させる主走査部とは別に、反射鏡及び主走査部を含む反射鏡ユニットの傾きを変化させる補助走査部が備えられているので、反射鏡の傾きを変えなくても、補助走査部で反射鏡ユニットの傾きを変化させれば、反射鏡の傾きを大きくできる。従って、主走査部の機械的負担を増加させずに走査範囲を拡大できる。

　具体的には、前記主走査部は、捩り変形可能な支持腕を有し、前記支持腕が捩られることによって前記反射鏡の傾きが変化する。

　この場合、反射鏡の傾きが大きくなっても、反射鏡ユニットを傾ければ支持腕の捩り量を減らすことができる。従って、支持腕の機械的負荷を軽減できる。

　より具体的には、前記反射鏡ユニットは、前記反射鏡の外側に離れて配置された第１支持部材と、前記第１支持部材の外側に離れて配置された第２支持部材と、を含んでいる。前記支持腕は、前記反射鏡と前記第１支持部材とを連結する第１支持腕と、前記第１支持部材と前記第２支持部材とを連結する第２支持腕と、を有している。そして、前記第１支持腕と前記第２支持腕とが、互いに直交する方向に延びている。

　この場合、例えば、第１支持腕の捩りによる反射鏡の傾き変化により、表示領域のＸ軸方向に走査させることができ、第２支持腕の捩りによる反射鏡の傾き変化により、Ｘ軸方向に直交する表示領域のＹ軸方向に走査させることができる。従って、表示領域を２次元的に走査できる。

　更に具体的には、前記第２支持部材の外側に離れて配置された第３支持部材を更に備える。前記補助走査部は、前記第２支持部材と前記第３支持部材とを連結する捩り変形可能な第３支持腕を有している。前記第３支持腕は、前記第１支持腕及び前記第２支持腕のいずれか一方と直列に配置されている。そして、前記第３支持腕が捩られることによって前記反射鏡ユニットの傾きが変化する。

　この場合、反射鏡ユニットの傾きを変化させる第３支持腕が、第１支持腕及び前記第２支持腕のいずれか一方と直列に配置されているので、第３支持腕を、直列に配置された支持腕と同じ方向に捩ることで、その支持腕が走査できる範囲を拡大することができる。

　例えば、前記反射鏡ユニット及び補助走査部を含む主要部分には、ＭＥＭＳミラーを用いることができる。

　そうすれば、ＭＥＭＳミラーの耐久性が向上するため、高品質なＨＭＤ等を提供できる。

　上述した走査装置を用いれば、大きな表示ができる表示装置を実現できる。

　例えば、その表示装置は、上述した走査装置を含み、走査する前記光線によって前記表示領域に画像を表示する。表示装置は、前記走査装置に向けて前記光線を発する光源部と、前記走査装置を制御する走査制御部と、前記画像の表示に同期して前記光線を発するように前記光源部を制御する照射制御部と、を備える。前記表示領域は、互いに連なる複数の要素領域を有している。そして、前記走査制御部が、前記反射鏡ユニットの傾きを固定した状態で、前記反射鏡の傾きを変化させることにより、いずれか１つの前記要素領域上で前記光線を走査させる制御と、前記反射鏡ユニットの傾きを変化させることにより、前記要素領域を切り替える制御と、を行う。

　この表示装置の場合、表示領域が互いに連なる複数の要素領域を有し、走査制御部が主走査部を制御することにより、これら要素領域ごとに画像を表示する走査が行われ、走査制御部が補助走査部を制御することにより、走査が行われる要素領域が切り替わる。従って、主走査部の機械的負担を増加させずに表示できる範囲が拡大でき、大きな表示ができる。

　更に、動画的な表示ができる表示装置も実現できる。

　例えば、その表示装置は、上述した走査装置を含み、走査する前記光線によって前記表示領域に画像を表示する。表示装置は、前記走査装置に向けて前記光線を発する光源部と、前記走査装置を制御する走査制御部と、前記画像の表示に同期して前記光線を発するように前記光源部を制御する照射制御部と、を備える。前記主走査部の作動により、前記光線は、前記表示領域よりも小さい一定の走査範囲を走査する。そして、前記走査制御部が、前記反射鏡の傾きを変化させて、前記走査範囲で前記光線を走査させながら、前記反射鏡ユニットの傾きを変化させて、前記走査範囲を前記表示領域内でシフトさせる。

　この表示装置の場合、走査制御部が主走査部を制御することにより、表示領域よりも小さい一定の走査範囲で画像を表示する走査を行いながら、走査制御部が補助走査部を制御することにより、走査範囲が表示領域内でシフトする。従って、主走査部の機械的負担を増加させずに表示できる範囲が拡大できることに加え、走査範囲で表示される画像が、走査範囲のシフトに伴って表示領域を移動するため、動画的な表示ができる。

　本発明の走査装置によれば、走査範囲を容易に拡大できる。本発明の表示装置によれば、大きな表示ができる。

本発明を適用したＨＭＤを示す概略斜視図である。レーザーユニットの構造を示す概略断面図である。走査装置の要部の構造を示す概略斜視図である。走査装置の要部の配置を示す概略斜視図である。レーザーユニットの構成を示すブロック図である。表示領域を示す概略図である。ＨＭＤの表示動作に関するフローチャートである。図３におけるＩ－Ｉ線断面を示す概略図である。（ａ）～（ｃ）は、それぞれ異なる状態を示している。（ａ）～（ｃ）は、走査の流れを説明するための図である。本発明を適用したＨＭＤでの走査のタイミングチャートである。変形例のＨＭＤでの表示を示す概略図である。変形例のＨＭＤにおける走査範囲を説明するための図である。変形例のＨＭＤの表示動作に関するフローチャートである。変形例のＨＭＤでの走査のタイミングチャートである。変形例のＨＭＤにおける走査のタイミングチャートの別実施例である。本発明の他の適用例を示す概略斜視図である。本発明の他の適用例を示す概略斜視図である。

　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。

　（表示装置の構成）
　図１に、本発明を適用したシースルー型のＨＭＤ１（表示装置の一例）を示す。図示のＨＭＤ１は、眼鏡型ディスプレイ２や操作端末３などで構成されている。

　眼鏡型ディスプレイ２には、眼鏡ユニット１０とレーザーユニット２０とが備えられている。眼鏡ユニット１０は、レンズ１１やレンズフレーム１２、テンプル１３、ノーズパッド１４などで構成されている。

　眼鏡ユニット１０では、横長なレンズフレーム１２に一対のレンズ１１，１１が支持されていて、これらレンズ１１，１１が横並びに配置されている。一対のノーズパッド１４，１４は、これらレンズ１１，１１の間に設置されている。レンズフレーム１２の各端には、レンズフレーム１２と略直交する方向に対向して延びる一対のテンプル１３，１３が折り畳み可能に連結されている。

　眼鏡ユニット１０は、通常の眼鏡と同様に、両ノーズパッド１４に鼻を当て、両テンプル１３を耳にかけて装着する。そうすることで、両レンズ１１が両眼（眼球Ｅ）の直前に位置決めされる。

　操作端末３は、レーザーユニット２０と協働して画像を表示する。操作端末３には、画像データを記憶する記憶装置３ａや、画像データをレーザーユニット２０に無線送信する通信装置３ｂ、レーザーユニット２０のオンオフ等を操作する操作装置３ｃなどが備えられている。

　操作端末３はＨＭＤ１に必須ではない。例えば、操作端末３が果たす機能をレーザーユニット２０に組み込むことができれば、操作端末３は省略できる。

　レーザーユニット２０は、小さな棒ないし柱状の外観を有し、眼鏡ユニット１０に取り付けられている。レーザーユニット２０は、一方のテンプル１３に沿ってその内側に配置されている。レーザーユニット２０には照射孔２０ａが形成されており、照射孔２０ａから一方のレンズ１１に向けてレーザー光線が照射される。

　レーザー光線は、レンズ１１に設けられた表示領域５に照射される。図示はしないが、表示領域５には、照射されたレーザー光線を偏向させる偏向構造が形成されている。それにより、表示領域５に照射されたレーザー光線は眼球Ｅの瞳孔に向かって反射される。そして、その反射光が、眼球Ｅの網膜で焦点を結ぶことにより、レーザー光線が描く画像が視認される。

　偏向構造としては、例えば、ハーフミラー構造や磨りガラス構造、蛍光材料を含むフィルムの積層構造など、様々な方法が考えられる。ホログラム素子や回折光学素子なども偏向構造に利用できる。要は、照射されたレーザー光線を眼に向けて反射できるものであればよい。

　図２に、レーザーユニット２０の構造を示す。レーザーユニット２０には、ユニットケース２１やレーザー光源２２（光源部）、走査装置２３、制御装置２４、バッテリー２５などが備えられている。レーザー光源２２、走査装置２３、制御装置２４及びバッテリー２５は、ユニットケース２１に収容されている。

　レーザー光源２２は、レーザー光線を発生し、走査装置２３に向けて照射する。本実施形態のレーザー光源２２には、コスト及びサイズの観点から、半導体レーザーが用いられている。

　バッテリー２５は、レーザー光源２２、走査装置２３及び制御装置２４に電力を供給する。バッテリー２５は、交換又は充電できるのが好ましい。例えば、ユニットケース２１の外部に充電用の端子を設け、その端子を通じてバッテリー２５に充電可能にすることができる。

　（走査装置の構成）
　走査装置２３は、レーザー光線を表示領域５に向けて反射し、表示領域５の上で走査させる。本実施形態では、走査装置２３の主要部にＭＥＭＳミラー３０が用いられている。

　ＭＥＭＳとは、「Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ」の略称であり、機械要素部品、センサー、アクチュエータ、電子回路などを一つのシリコン基板、ガラス基板、有機材料などの上に集積したデバイスを意味する。ＭＥＭＳミラー３０は、そのＭＥＭＳ技術を光学処理に応用したデバイスであり、小型化に適している。

　図３に、ＭＥＭＳミラー３０の構造を示す。本実施形態のＭＥＭＳミラー３０は、反射鏡３１や支持台３２、内枠３３（第１支持部材）、外枠３４（第２支持部材）、支持枠３５（第３支持部材）、第１支持腕３６、第２支持腕３７、第３支持腕３８、第１コイル３９、第２コイル４０、第３コイル４１、永久磁石４２などで構成されている。

　これらのうち、外枠３４から内側の部分、すなわち、反射鏡３１、支持台３２、内枠３３、外枠３４、第１支持腕３６及び第２支持腕３７は、反射鏡ユニット４５を構成している。また、第１支持腕３６及び第２支持腕３７は、主走査部を構成し、第３支持腕３８は補助走査部を構成している。

　支持台３２、内枠３３、外枠３４、支持枠３５、第１支持腕３６、第２支持腕３７及び第３支持腕３８は、例えば、厚みが１ｍｍよりも薄いシリコンウエハなどの薄膜からなる。これらは、半導体製造など公知の薄膜製造技術を用いて一体に形成されている。

　支持枠３５は、矩形の枠形状に形成されている。外枠３４は、支持枠３５よりもひとまわり小さい矩形の枠形状に形成されている。外枠３４は、支持枠３５の内側に隙間を隔てて配置されている。内枠３３は、外枠３４よりもひとまわり小さい矩形の枠形状に形成されている。内枠３３は、外枠３４の内側に隙間を隔てて配置されている。支持台３２は、内枠３３よりもひとまわり小さい矩形の板状に形成されている。支持台３２は、内枠３３の内側に隙間を隔てて配置されている。反射鏡３１は支持台３２の上面に設置されている。

　第１支持腕３６は、支持台３２と内枠３３との間の隙間に配置され、これらを連結している。第２支持腕３７は、内枠３３と外枠３４との間の隙間に配置され、これらを連結している。第３支持腕３８は、外枠３４と支持枠３５との間の隙間に配置され、これらを連結している。

　第１支持腕３６、第２支持腕３７及び第３支持腕３８は、いずれも一対で構成されている。第１支持腕３６等の各々は、支持枠３５等の対向して位置する一対の辺の各々に配置されている。第１支持腕３６は、支持台３２の中心を通る第１軸Ａ１に沿って延びるように配置されている。第２支持腕３７は、支持台３２の中心を通り、第１軸Ａ１と直交する第２軸Ａ２に沿って延びるように配置されている。

　本実施形態の第３支持腕３８は、第１支持腕３６と直列に配置されている。すなわち、第３支持腕３８は、第１軸Ａ１に沿って延びるように配置されている。

　第１支持腕３６、第２支持腕３７及び第３支持腕３８は、いずれも捩り変形可能である。従って、支持台３２は、内枠３３に対して第１軸Ａ１を中心に回動可能であり、内枠３３は、外枠３４に対して第２軸Ａ２を中心に回動可能であり、外枠３４は、支持枠３５に対して第１軸Ａ１を中心に回動可能である。支持枠３５は、走査装置２３に固定されている。

　第１コイル３９は支持台３２に設けられている。第１コイル３９は、支持台３２を周回するように配置されている。第２コイル４０は内枠３３に設けられている。第２コイル４０は、内枠３３を周回するように設けられている。第３コイル４１は外枠３４に設けられている。第３コイル４１は、外枠３４を周回するように配置されている。永久磁石４２は、４個あり、支持枠３５の各辺の外側に近接して配置されている。

　従って、この走査装置２３の場合、第１コイル３９に電流を流すことで、ローレンツ力によって第１支持腕３６が捩られる。それにより、電流量に応じて支持台３２が第１軸Ａ１を中心に回動変位する。また、第２コイル４０に電流を流すことで第２支持腕３７が捩られる。それにより、電流量に応じて内枠３３が第２軸Ａ２を中心に回動変位する。更に、第３コイル４１に電流を流すことで第３支持腕３８が捩られる。それにより、電流量に応じて外枠３４が第１軸Ａ１を中心に回動変位する。

　すなわち、この走査装置２３では、第１コイル３９及び第２コイル４０に流す電流量を制御することにより、第１軸Ａ１及び第２軸Ａ２を中心に反射鏡３１の傾きを変化させることができる。更に、第３コイル４１に流す電流量を制御することにより、第１軸Ａ１を中心に反射鏡ユニット４５の傾きを変化させることができる。

　走査装置２３は、例えば図４に示すように、レーザー光線が反射鏡３１に当たって表示領域５に反射されるように配置されている。反射鏡３１の傾きが制御されることにより、反射されるレーザー光線は表示領域５の上を走査する。

　具体的には、第１軸Ａ１を中心に反射鏡３１の傾きを制御することにより、反射されたレーザー光線は、表示領域５の横方に延びるＸ軸に沿って走査する。そして、第２軸Ａ２を中心に反射鏡３１の傾きを制御することにより、反射されたレーザー光線は、表示領域５の縦方に延びるＹ軸（Ｘ軸と直交している）に沿って走査する。

　更に、この走査装置２３の場合、第１軸Ａ１を中心に反射鏡ユニット４５の傾きを制御することにより、反射鏡３１の傾き（内枠３３に対する傾き）を変えずに、表示領域５の走査できる範囲をＸ軸方向に拡大させている（詳細は後述する）。

　図５に、制御装置２４を含めたレーザーユニット２０の構成を示す。レーザー光源２２及び走査装置２３は、制御装置２４によって駆動制御されている。制御装置２４は、照射制御部５１や走査制御部５２、同期制御部５３、コントローラ５４、通信部５５、メモリ５６などで構成されている。

　照射制御部５１は、レーザー光源２２と協働してレーザー光線の照射のオンオフ及び／又はレーザー光線の出力強度を制御する。詳細は後述するが、特に、照射制御部５１は、画像の表示に同期して光線を照射する処理を実行する。

　走査制御部５２は、走査装置２３と協働してレーザー光線の走査を制御する。具体的には、走査制御部５２は、第１制御部５２ａ、第２制御部５２ｂ及び第３制御部５２ｃを備える。

　第１制御部５２ａは、第１支持腕３６の捩れを制御して、第１軸Ａ１を中心とする反射鏡３１の傾きを調整し、表示領域５のＸ軸方向の走査を行う。第２制御部５２ｂは、第２支持腕３７の捩れを制御して、第２軸Ａ２を中心とする反射鏡３１の傾きを調整し、表示領域５のＹ軸方向の走査を行う。

　そして、第３制御部５２ｃは、第３支持腕３８の捩れを制御して、第１軸Ａ１を中心とする反射鏡ユニット４５の傾きを調整し、Ｘ軸方向の走査ができる範囲を拡大する処理を行う。

　同期制御部５３は、コントローラ５４と協働して、照射制御部５１及び走査制御部５２の処理の同期を制御する。具体的には、同期制御部５３は、コントローラ５４からの指示に基づいて照射制御部５１及び走査制御部５２に同期信号を出力する。照射制御部５１及び走査制御部５２に同期信号が入力されることにより、照射と走査のタイミングが同期する。

　同期した照射及び走査が行われることにより、表示領域５の上に走査線が形成され、画像が表示される。このＨＭＤ１では、レーザー光線の照射によって画像の表示が行われるため、走査線には、画像を構成する表示部分（レーザー光線が照射される）と、画像を構成しない無表示部分（レーザー光線が照射されない）とが含まれる。

　通信部５５は、操作端末３と通信し、画像データを操作端末３から取得する。通信部５５と操作端末３との間の通信は、無線及び有線のいずれでもよいが、操作性の面からは無線が好ましい。

　なお、通信部５５は必須ではない。例えば、メモリーカード等の記憶媒体を介して画像データを取得してもよい。画像データがコントローラ５４で生成できれば、通信部５５も操作端末３も不要になる。要は、レーザーユニット２０が、必要な画像データを取得できればよい。

　メモリ５６は、プログラム等のデータを記憶するとともに、画像データを一時記憶する。メモリ５６の具体例としては、例えば、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ又はフラッシュメモリが挙げられる。メモリ５６の画像データの記憶容量は、フレーム単位の記憶容量でもよいし、走査線単位の記憶容量であってもよい。ただし、コントローラ５４の演算負担が軽減できるため、記憶容量は大きい方が好ましい。

　コントローラ５４は、演算機能や制御機能を有し、レーザーユニット２０の全体を総合的に制御する。具体的には、コントローラ５４は、取得した画像データに解凍処理や画像処理等を行ってメモリ５６に一時記憶させる処理や、一時記憶した画像データに基づいて照射制御部５１、走査制御部５２及び同期制御部５３を制御する処理を実行する。

　（走査装置、表示装置の動作）
　次に、走査装置２３及びＨＭＤ１の動作について説明する。

　図６に表示領域５を示す。本実施形態の表示領域５は、Ｘ軸方向に延びた横長な矩形状に形成されている。具体的には、表示領域５は、横方向に直列して連なる複数の要素領域６０で構成されている。本実施形態の表示領域５は、３つの要素領域６０で構成されている（適宜、符号６０ａ～６０ｃを用いて要素領域６０を区別する）。

　また、要素領域６０を含め、表示領域５は、Ｘ軸及びＹ軸に沿って格子状に区画された複数の画素領域Ｐで構成されている。

　要素領域６０は、いずれも同寸法の矩形形状であり、従来の表示領域の標準的な大きさを有している。従って、表示領域５は、要素領域６０の個数分だけＸ軸方向に延びており、本実施形態の表示領域５のＸ軸方向の寸法は、標準的な表示領域の３倍である。

　本実施形態の表示領域５では、要素領域６０ごとにアイコンを示す静止画の画像Ｄが表示されている。画像Ｄは、隣接する要素領域６０に跨って表示されていてもよい。また、画像Ｄは動画であってもよい。

　本実施形態のＨＭＤ１では、要素領域６０ごとに走査が行われる。例えば、図６において左端に位置する要素領域６０ａを見たとき、その左上角部に位置する画素領域Ｐ０と、その右下角部に位置する画素領域Ｐ１との間で走査が行われる。具体的には、要素領域６０ａにおけるＸ軸方向の両端間を往復する走査を繰り返しながらＹ軸方向に移行し、要素領域６０ａの全範囲を走査する。

　これら走査の過程で、画像Ｄを構成する画素領域Ｐにレーザー光線が照射されることにより、画像Ｄが表示される。例えば、図６に拡大して示すように、画像Ｄを構成する画素領域Ｐｒにはレーザー光線が照射され、画像Ｄを構成しない画素領域Ｐｓにはレーザー光線は照射されない。これら一連の走査が高速で行われることにより、走査線が画像Ｄとして視認される。

　本実施形態の表示領域５はＸ軸方向に延びているため、反射鏡の傾きだけで表示領域５の全域を走査すると、第１支持腕３６を大きく捩る必要がある。しかし、第１支持腕３６の捩れる範囲は限られるし、仮に捩れたとしても第１支持腕３６の機械的負荷は大きく、破損するおそれがある。

　そこで、このＨＭＤ１では、第１支持腕３６の捩り量を大きくしなくても表示領域５の全域を走査できるように、走査装置２３に反射鏡ユニット４５や第３支持腕３８が設けられている。この点、図７に示すフローチャートを参照しながら具体的に説明する。

　例えば、ユーザーが操作端末３を操作してレーザーユニット２０の電源をオンにする。そうすることで、オフの操作が行われるまで、必要に応じて画像データが通信部５５を介してレーザーユニット２０に送信され、表示領域５に画像Ｄが表示される（ステップＳ１，Ｓ２）。表示される画像Ｄは、図示のような静止画である場合が多いが、静止画及び動画のいずれもあり得る。

　通信部５５を介して取得される画像データは、適宜メモリ５６に一時記憶される。コントローラ５４は、一時記憶された画像データに基づいて、第３制御部５２ｃを制御し、走査対象の要素領域６０、つまり、これから走査を開始する要素領域６０に合わせて反射鏡ユニット４５を位置決めする（ステップＳ３）。

　例えば、図８の（ａ）に示すように、第１支持腕３６及び第２支持腕３７が捩られず、支持台３２と内枠３３とが平行な状態（基準状態）で、図６に示すように、走査対象の要素領域６０ａをＸ軸方向に二等分する中心線Ｊ１にレーザー光線が反射されるように、反射鏡ユニット４５の傾きが設定され、その傾きで反射鏡ユニット４５が固定される。

　そうして、コントローラ５４は、一時記憶された画像データに基づいて、第１制御部５２ａ及び第２制御部５２ｂを制御する。それにより、反射鏡３１の傾きが第１軸Ａ１及び第２軸Ａ２を中心に変化し、レーザー光線は要素領域６０の全範囲を走査する（ステップＳ４）。

　例えば、図９の（ａ）に示すように、画素領域Ｐ０から走査が開始されたとすると、画素領域Ｐ０から画素領域Ｐ１に向かって走査が行われる。この間、図８の（ａ）に仮想線で示すように、要素領域６０ａでのＸ軸方向の走査を行うために、支持台３２は、第１軸Ａ１を中心に所定の角度θｘの間で揺れ動く。なお、図示はしないが、要素領域６０ａでのＹ軸方向の走査を行うために、支持台３２はまた、第２軸Ａ２を中心に基準状態から所定の角度の間で揺れ動く。

　そして、画素領域Ｐ１に至って要素領域６０ａでの走査が終了すると（ステップＳ５でＹｅｓ）、要素領域６０の切替が行われる（ステップＳ６）。

　すなわち、コントローラ５４は、第３制御部５２ｃを制御し、反射鏡ユニット４５の傾きを変更する。例えば、図８の（ｂ）に示すように、基準状態で、レーザー光線が次に走査対象となる要素領域６０ｂの中心線Ｊ２に反射されるように、反射鏡ユニット４５の傾きが所定の角度θ１に設定され、その傾きで反射鏡ユニット４５が固定される（ステップＳ３）。

　そうすることで、反射鏡３１の傾きによって走査できる範囲がＸ軸方向にシフトされ、次の走査対象の要素領域６０ｂに移行する。要素領域６０の移行時には、反射鏡３１は、要素領域６０ａでの走査終了時の傾き（反射鏡ユニット４５に対する傾き）を保持した状態で反射鏡ユニット４５自体が傾く結果、画素領域Ｐ１の走査位置は、要素領域６０ｂの画素領域Ｐ２に移行する。従って、この間、第１支持腕３６の捩れ状態は一定であるため、第１支持腕３６の機械的負荷や第１支持腕３６を制御する演算処理の負担が軽減される利点がある。

　そして、図９の（ｂ）に示すように、要素領域６０ｂでは、画素領域Ｐ２から画素領域Ｐ３に向かって逆向きに走査が行われ、全範囲が走査される（ステップＳ４）。この間、図８の（ｂ）に仮想線で示すように、要素領域６０ｂでのＸ軸方向の走査を行うために、支持台３２は、要素領域６０ａと同様に、第１軸Ａ１を中心に所定の角度θｘの間で揺れ動く。

　そして、画素領域Ｐ３に至って走査が終了すると（ステップＳ５でＹｅｓ）、要素領域６０の切替制御が行われる（ステップＳ６）。

　すなわち、コントローラ５４が、先の切替と同様に、反射鏡ユニット４５の傾きを変更し、図８の（ｃ）に示すように、反射鏡ユニット４５の傾きが所定の角度θ２に設定され、その傾きで反射鏡ユニット４５が固定される（ステップＳ３）。

　そうすることで、反射鏡３１の傾きによって走査できる範囲は、Ｘ軸方向に更に大きくシフトされ、次に走査対象となる要素領域６０ｃに移行する。要素領域６０の移行に伴い、画素領域Ｐ３の走査位置は、要素領域６０ｃの画素領域Ｐ４に移行する。

　そして、図９の（ｃ）に示すように、要素領域６０ｃでは、画素領域Ｐ４から画素領域Ｐ５に向かって再度、逆向きに走査が行われ、全範囲が走査される（ステップＳ４）。この間、図８の（ｃ）に仮想線で示すように、支持台３２は他の要素領域６０と同様に揺れ動く。

　そして、画素領域Ｐ５に至って走査が終了すると（ステップＳ５でＹｅｓ）、要素領域６０の切替制御が行われる（ステップＳ６）。

　このＨＭＤ１では、隣接する要素領域６０から次の走査が行われる。それにより、第３支持腕３８の負担を軽減することができる。すなわち、反射鏡ユニット４５が、図８の（ｂ）に示す状態に設定され、要素領域６０ｂの走査が行われる。続いて、反射鏡ユニット４５が、図８の（ａ）に示す状態に設定され、要素領域６０ａの走査が行われる。

　これら一連の制御が繰り返されることにより、表示領域５に画像Ｄが表示される。図１０に、本実施形態の走査におけるタイミングチャートを示す。

　タイミングチャートの右側部分は、Ｘ軸方向の走査位置を表している。タイミングチャートの左側部分は、Ｙ軸方向の走査位置を表している。タイミングチャートの右側部分の太線は、中心線Ｊ１等の位置を表している。

　反射鏡３１の傾きだけで走査すれば、第１支持腕３６は、大きな角度（θｘ＋θ２）で捩る必要がある。それに対し、このＨＭＤ１であれば、第３支持腕３８により、その一部（θ２）が補助されるので、第１支持腕３６の捩る角度は変えずに済む。

　従って、第１支持腕３６の機械的負担を増加せずに、走査できる範囲を拡大することができる。個々の要素領域６０での走査制御が画一化されるため、制御の処理負担も軽減できる。

　（変形例）
　本変形例の表示装置では、上述したＨＭＤ１に適用した制御を変更することにより、例えば、図１１に示すように、静止画像Ｄを動画的に表示できるようにした。

　走査装置２３等、本変形例の表示装置の基本的な構成や制御はＨＭＤ１と同様である。従って、本変形例の表示装置（ＨＭＤ１’とする）のうち、ＨＭＤ１と異なる構成について詳しく説明する。

　ＨＭＤ１では、反射鏡ユニット４５の傾きを要素領域６０ごとに変化させ、走査する要素領域６０を断続的に切り替えることにより、表示領域５の全範囲が走査される。それに対し、ＨＭＤ１’では、走査を行う範囲を連続的に変化させながら表示領域５の全範囲を走査するように構成されている。

　例えば、図１２に示すように、ＨＭＤ１’では、ＨＭＤ１の要素領域６０に相当する一定の走査範囲７１が、予め表示領域５に対して設定されている。具体的には、走査範囲７１のＹ軸方向の大きさは、表示領域５のＹ軸方向の大きさと一致し、走査範囲７１のＸ軸方向の大きさは、表示領域５のＸ軸方向の大きさよりも小さく設定されている。走査範囲７１の情報は、メモリ５６に記憶されている。

　ＨＭＤ１’では、メモリ５６に記憶された走査範囲７１のデータ及び一時記憶された画像データに基づき、走査範囲７１単位で画像Ｄを表示する走査が行われる。本実施形態の走査範囲７１には、アイコンの静止画像Ｄが１つ表示されている。

　そして、ＨＭＤ１’では、このアイコンが図１１に示すように、表示領域５をＸ軸方向に沿って動くように表示される。この点、図１３に示すフローチャートを参照しながら具体的に説明する。

　ステップＳ１及びステップＳ２は、ＨＭＤ１と同じであるため、その説明は省略する。

　コントローラ５４は、一時記憶された画像データに基づいて、第１制御部５２ａ及び第２制御部５２ｂを制御する。それにより、反射鏡３１の傾きが第１軸Ａ１及び第２軸Ａ２を中心に変化し、レーザー光線は走査範囲７１の全範囲を連続的に往復しながら走査する（ステップＳ１１）。

　詳しくは、支持台３２と内枠３３とが平行な時に、レーザー光線が走査範囲７１をＸ軸方向に二等分する中心線Ｊｎに反射される状態（基準状態）で、支持台３２は、第１軸Ａ１及び第２軸Ａ２を中心に所定の角度の間で揺れ動く。

　例えば、図１２に示すように、画素領域Ｐｕから走査が開始されたとすると、ＨＭＤ１の要素領域６０の場合と同様に、画素領域Ｐｄに向かって走査が行われる。

　そして、画素領域Ｐｄに至れば、走査方向が反転し、画素領域Ｐｄから画素領域Ｐｕに向かって逆向きの走査が行われる。表示を止めるオフの操作が行われるまで、これら走査が繰り返し行われる。

　これら走査の制御と同時に、反射鏡ユニット４５の傾きを変化させることにより、表示領域５内で走査範囲７１をシフトさせる制御が行われる（ステップＳ１２）。走査範囲７１をシフトさせる速度は、一定であってもよいし、加速度を加えて変化させてもよい。本実施形態では、等速でシフトさせている。

　例えば、図１１に示すように、表示領域５の左端から右端に向かって走査範囲７１のシフトが行われるとすると、反射鏡ユニット４５の傾きの変化により、走査範囲７１の中心線Ｊｎが連続的に右側にシフトする。それに伴い、走査範囲７１に表示されるアイコンは右側に移行する。

　そして、走査範囲７１が表示領域５の端に至ると（ステップＳ１３でＹｅｓ）、走査範囲７１をシフトする方向が反転する（ステップＳ１４）。図例の場合であれば、走査範囲７１が表示領域５の右端に至ると、表示領域５の左端に向かう方向にシフト方向が反転する。オフの操作が行われるまで、シフト方向の制御が行われ、そして、繰り返しシフト方向の反転が行われる。

　その結果、アイコンは表示領域５を移行し、動画的に表示される。表示の途中で画像データが変更されれば、それに伴って表示内容も変化する。例えば、アイコンの画像データが表示の途中で無くなれば、それに伴ってアイコンの表示は無くなる。また、アイコンの画像データが変更されれば、それに伴ってアイコンの表示が変化する。

　図１４に、本変形例の走査におけるタイミングチャートを示す。図１０と同様に、タイミングチャートの右側部分は、Ｘ軸方向の走査位置を表している。タイミングチャートの左側部分は、Ｙ軸方向の走査位置を表している。Ｘ軸方向の太線は、中心線Ｊｎの位置を表している。

　反射鏡３１の傾きだけで図１１に示したような画像Ｄを表示しようとすると、画像Ｄを表示する走査処理の内容は時間とともに変化し、画像Ｄが移動するタイミングに合わせて、連続的に画像Ｄを表示する画素領域Ｐをマッピングし直す必要がある。それに対し、このＨＭＤ１’では、画像Ｄを表示する走査処理の内容は変化させることなく、反射鏡ユニット４５の傾きを変化させるだけで済むため、マッピング処理の負担が軽減できる。

　なお、このように走査範囲７１を連続的にシフトさせると、通常、画像Ｄは歪んで表示される。従って、ＨＭＤ１’では、歪みの無い画像Ｄを表示するために、コントローラ５４に、歪み補正機構が組み込まれている。具体的には、反射鏡ユニット４５を傾ける速度や傾斜角度等に基づき、画像Ｄの歪み度合に応じた歪み係数を予め演算する歪み補正プログラムが制御装置２４に実装されている。

　コントローラ５４は、歪み補正機構によって得られる歪み係数を用い、照射制御部５１に出力する前に画像データを補正処理する。そうすることで、画像Ｄの歪みが修整され、歪みの無い画像Ｄを動画的に表示することができる。画像Ｄの歪みが無視できる場合や、画像Ｄの歪みが許容できる場合には、歪み補正機構は無くてもよい。

　また、図１５に示すように、Ｘ軸方向の走査において走査方向が反転する時に、走査範囲７１を断続的にシフトさせてもよい。そうすれば、歪みの無い画像Ｄが断続的に移動して表示されるため、歪みの無い動画的な表示ができる。

　（その他）
　本発明にかかる表示装置は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。

　表示装置はＨＭＤに限らない。例えば、図１６に示すように、レーザーユニット２０等を鏡台などに組み込み、レーザー光線を鏡で反射させて画像Ｄを表示させてもよい。

　また、図１７に示すように、レーザーユニット２０等を自動車のフロントパネルに組み込み、レーザー光線をフロントガラスで反射させて画像Ｄを表示させてもよい。住居の窓ガラスやヘルメットの風防等に表示させることもできる。

　レーザー光源２２は、半導体レーザーに限らない。例えば、ＬＥＤ光源が利用できる。この場合、ＬＥＤ光源から放出される光をレンズなどを用いて集光し、レーザー状の光線を形成すればよい。要は、画像認識に支障のない程度に集光された光を照射できるものであればよい。

　ＭＥＭＳミラー３０は、電磁力に限らず静電力で駆動してもよい。また、走査装置２３は、ＭＥＭＳミラー３０に限らず、例えばガルバノミラーを用いて構成してもよい。

１，１’　ＨＭＤ（表示装置）
２　眼鏡型ディスプレイ
５　表示領域
１０　眼鏡ユニット
２０　レーザーユニット
２２　レーザー光源（光源部）
２３　走査装置
３０　ＭＥＭＳミラー
３１　反射鏡
３２　支持台
３３　内枠（第１支持部材）
３４　外枠（第２支持部材）
３５　支持枠（第３支持部材）
３６　第１支持腕（主走査部）
３７　第２支持腕（主走査部）
３８　第３支持腕（補助走査部）
３９　第１コイル
４０　第２コイル
４１　第３コイル
４２　永久磁石
４５　反射鏡ユニット
５１　照射制御部
５２　走査制御部
　５２ａ　第１制御部
　５２ｂ　第２制御部
　５２ｃ　第３制御部
５３　同期制御部
５４　コントローラ
５５　通信部
５６　メモリ（記憶部）
６０　要素領域
７０　ＨＭＤ
７１　走査範囲
Ａ１　第１軸
Ａ２　第２軸

Claims

　表示領域上で光線を走査させる走査装置であって、
　前記表示領域に向けて前記光線を反射する反射鏡と、
　前記反射鏡の傾きを変化させる主走査部と、
　前記反射鏡及び前記主走査部を含む反射鏡ユニットと、
　前記反射鏡ユニットの傾きを変化させる補助走査部と、
を備える走査装置。
　請求項１に記載の走査装置において、
　前記主走査部は、捩り変形可能な支持腕を有し、
　前記支持腕が捩られることによって前記反射鏡の傾きが変化する走査装置。
　請求項２に記載の走査装置において、
　前記反射鏡ユニットは、
　前記反射鏡の外側に離れて配置された第１支持部材と、
　前記第１支持部材の外側に離れて配置された第２支持部材と、
を含み、
　前記支持腕は、
　前記反射鏡と前記第１支持部材とを連結する第１支持腕と、
　前記第１支持部材と前記第２支持部材とを連結する第２支持腕と、
を有し、
　前記第１支持腕と前記第２支持腕とが、互いに直交する方向に延びている走査装置。
　請求項３に記載の走査装置において、
　前記第２支持部材の外側に離れて配置された第３支持部材を更に備え、
　前記補助走査部は、前記第２支持部材と前記第３支持部材とを連結する捩り変形可能な第３支持腕を有し、
　前記第３支持腕は、前記第１支持腕及び前記第２支持腕のいずれか一方と直列に配置され、
　前記第３支持腕が捩られることによって前記反射鏡ユニットの傾きが変化する走査装置。
　請求項２～請求項４のいずれか１つに記載の走査装置において、
　前記反射鏡ユニット及び補助走査部を含む主要部分に、ＭＥＭＳミラーが用いられている走査装置。
　請求項１に記載の走査装置を含み、走査する前記光線によって前記表示領域に画像を表示する表示装置であって、
　前記走査装置に向けて前記光線を発する光源部と、
　前記走査装置を制御する走査制御部と、
　前記画像の表示に同期して前記光線を発するように前記光源部を制御する照射制御部と、
を備え、
　前記表示領域は、互いに連なる複数の要素領域を有し、
　前記走査制御部が、
　前記反射鏡ユニットの傾きを固定した状態で、前記反射鏡の傾きを変化させることにより、いずれか１つの前記要素領域上で前記光線を走査させる制御と、
　前記反射鏡ユニットの傾きを変化させることにより、前記要素領域を切り替える制御と、
を行う表示装置。
　請求項１に記載の走査装置を含み、走査する光線によって表示領域に画像を表示する表示装置であって、
　前記走査装置に向けて前記光線を発する光源部と、
　前記走査部を制御する走査制御部と、
　前記画像の表示に同期して前記光線を発するように前記光源部を制御する照射制御部と、
を備え、
　前記主走査部の作動により、前記光線は、前記表示領域よりも小さい一定の走査範囲を走査し、
　前記走査制御部が、前記反射鏡の傾きを変化させて、前記走査範囲で前記光線を走査させながら、前記反射鏡ユニットの傾きを変化させて、前記走査範囲を前記表示領域内でシフトさせる表示装置。