(57)【要約】【課題】、低速走査素子及び高速走査素子の起動処理を高速に行って画像表示開始までの時間を短縮することができる光走査型の画像表示装置を提供する。【解決手段】低速走査素子による走査位置を前記投影対象にレーザ光が出射されない無効走査領域に移動させる第１処理と、高速走査素子の反射ミラーを揺動させる第２処理と、高速走査素子の反射ミラーの揺動状態を検出し、共振揺動させる第３処理と、高速走査素子の反射ミラーの揺動状態に基づいて、低速走査素子を駆動する画像表示用駆動信号を生成する第４処理と、を実行可能としており、第１処理及び第２処理のうち処理時間が長い方の処理を実行中に他方の処理を実行し、その後、第３処理及び第４処理のうち処理時間が長い方の処理を実行中に他方の処理を実行する。【選択図】図６
2010237536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像信号に応じた強度のレーザ光を出射する光源部と、前記レーザ光を反射ミラーにより第１方向に相対的に高速に走査する高速走査素子と、前記レーザ光を反射ミラーにより第１方向と直交する第２方向に相対的に低速に走査する低速走査素子と、前記光源部を制御して前記画像信号に応じた強度のレーザ光を出射させ、前記高速走査素子及び前記低速走査素子を駆動して前記光源部から出射させたレーザ光を２次元的に走査する制御部と、前記２次元的に走査されたレーザ光を投影対象に投射して画像を表示する投射部と、を備えた画像表示装置において、
前記制御部は、
前記低速走査素子による走査位置を前記投影対象にレーザ光が出射されない無効走査領域に移動させる第１処理と、
前記高速走査素子の反射ミラーを揺動させる第２処理と、
前記高速走査素子の反射ミラーの揺動状態を検出し、共振揺動させる第３処理と、
前記高速走査素子の反射ミラーの揺動状態に基づいて、前記低速走査素子を駆動する画像表示用駆動信号を生成する第４処理と、
前記生成した画像表示用駆動信号により前記低速走査素子を駆動させる第５処理と、
前記第５処理を実行して前記低速走査素子及び前記高速走査素子によりレーザ光を走査可能となった後に、前記光源部から前記画像信号に応じた強度のレーザ光を出射させる第６処理と、を実行可能としており、
前記第１処理及び前記第２処理のうち処理時間が長い方の処理を実行中に他方の処理を実行し、その後、前記第３処理及び前記第４処理のうち処理時間が長い方の処理を実行中に他方の処理を実行し、次いで、前記５処理及び前記第６処理を実行する
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記低速走査素子の固有共振によって発生する走査線間隔のずれを検出する検出部を備え、
前記制御部は、前記第５処理の実行を開始した後、前記検出部により検出する前記走査線間隔のずれが所定値以下となったときに、前記第６処理を実行することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記第１処理及び前記第２処理のうち処理時間が長い方の処理が実行終了するときに他方の処理が終了するように前記第１処理と前記第２処理のタイミングを設定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記第３処理及び前記第４処理のうち処理時間が長い方の処理が実行終了するときに他方の処理が終了するように前記第３処理と前記第４処理のタイミングを設定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記第３処理は、前記高速走査素子の反射ミラーの揺動周波数を前記高速走査素子の固有共振周波数に調整した後、前記高速走査素子の反射ミラーの揺動振幅を調整する処理であり、
前記制御部は、前記高速走査素子の固有共振周波数に調整した後に前記第４処理を実行することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記高速走査素子による走査位置が前記投影対象にレーザ光が出射されない無効走査領域にあるときに前記光源部から出射されるレーザ光が前記高速走査素子により走査されて入射する位置に光検出部を有し、
前記制御部は、前記高速走査素子による走査位置が前記無効走査領域にあるときに前記光源部から所定強度のレーザ光を出射させ、当該レーザ光に対する前記光検出部の検出結果に応じて前記高速走査素子の揺動状態を検出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記投射部は、前記高速走査素子及び前記低速走査素子で走査されたレーザ光をユーザの眼に入射させて、前記ユーザの網膜上に前記画像信号に応じた画像を投影する接眼光学系であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置に関する。さらに詳細には、光走査素子を駆動して光源部から出射させた画像信号に応じた強度のレーザ光を２次元的に走査して画像を表示する画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、画像情報に基づいて生成したレーザ光を、ユーザの少なくとも一方の網膜に走査して投影することにより画像を表示する網膜走査型画像表示装置や、スクリーン上に画像情報に基づいて生成したレーザ光を走査して画像を表示するスクリーン走査型画像表示装置などの画像表示装置が知られている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１に記載の画像表示装置では、相対的に高速に反射ミラーを揺動可能な光走査素子（以下、「高速走査素子」ともいう。）の反射ミラーを共振モードで駆動させることによりレーザ光を水平方向に往復走査し、相対的に低速に反射ミラーを揺動可能な光走査素子（以下、「低速走査素子」ともいう。）の反射ミラーを非共振モードで鋸波状に駆動させることによりレーザ光を垂直方向へ走査して、画像を表示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２７６３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１に記載の画像表示装置のように、高速走査素子固有の共振特性を利用して高速走査素子の反射ミラーを揺動させることによりレーザ光を水平方向に走査する場合、その水平走査の周波数が高速走査素子の共振特性に応じて変化する。
【０００６】
そのため、水平走査の周波数に応じて低速走査素子を駆動する駆動信号の波形を変更する必要が生じる。
【０００７】
水平走査の周波数は高速走査素子の揺動状態に基づいて検出することができ、この高速走査素子の揺動状態は、例えば、光源部から出射された検査用レーザ光を高速走査素子で走査させ、この走査した検査用レーザ光を光検出器で検出することで行うことができる。このとき、不要な光が有効走査領域内で出射されないように低速走査素子を無効走査領域に移動させた後に光源部から高速走査素子に検査用レーザ光を出射するようにしなければならない。
【０００８】
従って、従来では、低速走査素子を無効走査領域に移動させた後に、高速走査素子を駆動してその揺動状態を検出し、その揺動状態に応じて低速走査素子を駆動するための駆動信号を生成し、その後、当該生成した駆動信号に基づき低速走査素子を駆動するようにしていた。そのため、画像表示装置の駆動を開始してから、画像を表示するまでに時間を要していた。
【０００９】
本発明は、上述したような課題に鑑みてなされたものであり、低速走査素子及び高速走査素子の起動処理を高速に行って画像表示開始までの時間を短縮することができる光走査型の画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、画像信号に応じた強度のレーザ光を出射する光源部と、前記レーザ光を反射ミラーにより第１方向に相対的に高速に走査する高速走査素子と、前記レーザ光を反射ミラーにより第１方向と直交する第２方向に相対的に低速に走査する低速走査素子と、前記光源部を制御して前記画像信号に応じた強度のレーザ光を出射させ、前記高速走査素子及び前記低速走査素子を駆動して前記光源部から出射させたレーザ光を２次元的に走査する制御部と、前記２次元的に走査されたレーザ光を投影対象に投射して画像を表示する投射部と、を備えた画像表示装置において、前記制御部は、前記低速走査素子による走査位置を前記投影対象にレーザ光が出射されない無効走査領域に移動させる第１処理と、前記高速走査素子の反射ミラーを揺動させる第２処理と、前記高速走査素子の反射ミラーの揺動状態を検出し、共振揺動させる第３処理と、前記高速走査素子の反射ミラーの揺動状態に基づいて、前記低速走査素子を駆動する画像表示用駆動信号を生成する第４処理と、前記生成した画像表示用駆動信号により前記低速走査素子を駆動させる第５処理と、前記第５処理を実行して前記低速走査素子及び前記高速走査素子によりレーザ光を走査可能となった後に、前記光源部から前記画像信号に応じた強度のレーザ光を出射させる第６処理と、を実行可能としており、前記第１処理及び前記第２処理のうち処理時間が長い方の処理を実行中に他方の処理を実行し、その後、前記第３処理及び前記第４処理のうち処理時間が長い方の処理を実行中に他方の処理を実行し、次いで、前記５処理及び前記第６処理を実行するものである。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の画像表示装置において、前記低速走査素子の固有共振によって発生する走査線間隔のずれを検出する検出部を備え、前記制御部は、前記第５処理の実行を開始した後、前記検出部により検出する前記走査線間隔のずれが所定値以下となったときに、前記第６処理を実行するものである。
【００１２】
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の画像表示装置において、前記第１処理及び前記第２処理のうち処理時間が長い方の処理が実行終了するときに他方の処理が終了するように前記第１処理と前記第２処理のタイミングを設定したものである。
【００１３】
また、請求項４に係る発明は、前請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記第３処理及び前記第４処理のうち処理時間が長い方の処理が実行終了するときに他方の処理が終了するように前記第３処理と前記第４処理のタイミングを設定したものである。
【００１４】
また、請求項５に係る発明は、前請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記第３処理は、前記高速走査素子の反射ミラーの揺動周波数を前記高速走査素子の固有共振周波数に調整した後、前記高速走査素子の反射ミラーの揺動振幅を調整する処理であり、前記制御部は、前記高速走査素子の固有共振周波数に調整した後に前記第４処理を実行するものである。
【００１５】
また、請求項６に係る発明は、前請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記高速走査素子による走査位置が前記投影対象にレーザ光が出射されない無効走査領域にあるときに前記光源部から出射されるレーザ光が前記高速走査素子により走査されて入射する位置に光検出部を有し、前記制御部は、前記高速走査素子による走査位置が前記無効走査領域にあるときに前記光源部から所定強度のレーザ光を出射させ、当該レーザ光に対する前記光検出部の検出結果に応じて前記高速走査素子の揺動状態を検出するものである。
【００１６】
また、請求項７に係る発明は、前請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記投射部は、前記高速走査素子及び前記低速走査素子で走査されたレーザ光をユーザの眼に入射させて、前記ユーザの網膜上に前記画像信号に応じた画像を投影する接眼光学系であるものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、低速走査素子及び高速走査素子の起動処理を高速に行って画像表示開始までの時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像表示装置（網膜走査ディスプレイ）の全体的な構成を示す図である。
【図２】図１の垂直駆動信号生成器の構成を示す図である。
【図３】図１の走査部の動作説明図である。
【図４】低速走査素子固有の共振により発生するリンギング波形を示す図である。
【図５】画像表示装置の駆動開始時の処理の流れを示す図である。
【図６】画像表示装置の駆動開始時の処理の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明に好適な実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、画像情報に基づく駆動信号に応じたレーザ光を走査部により走査して、ユーザの少なくとも一方の網膜に画像を投影し、画像を表示する網膜走査型画像表示装置を例に挙げて説明するが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、画像情報に基づく駆動信号に応じた強度のレーザ光を走査部により走査することによって、投影対象となるスクリーン上に画像を投影表示するスクリーン走査型画像表示装置等、レーザ光を走査して画像を表示する他の画像表示装置に対して適用することができるものである。
【００２０】
以下、本実施形態に係る画像表示装置１について、図１及び図２を参照して具体的に説明する。
【００２１】
［１．画像表示装置１の電気的構成及び光学的構成を含む具体的構成］
図１に示すように、画像表示装置１は、制御部１０と、光源部２０と、走査部３０と、操作部４０と、光ファイバケーブル５０と、ハーフミラー３１とを備えて構成される。
【００２２】
制御部１０は、主制御部１１と、画像表示用駆動信号である水平駆動信号６１を生成する水平駆動信号生成器１２と、垂直駆動信号６２を生成する垂直駆動信号生成器１３と、画像信号Ｓに基づいて、画像を合成するための要素となる信号等を発生する駆動信号供給回路１８とを備える。
【００２３】
主制御部１１は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）としてのフラッシュメモリ（Flash  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＶＲＡＭ（Video Random Access Memory）、入力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）などを備えており、フラッシュメモリーに記憶されている制御プログラムにしたがって水平駆動信号生成器１２、垂直駆動信号生成器１３、駆動信号供給回路１８などを制御する。
【００２４】
水平駆動信号生成器１２は、後述する水平走査部８０の高速走査素子８１の反射ミラー８２を揺動させるための水平駆動信号６１を生成して出力する機能を有しており、高速走査素子８１固有の共振周波数に応じた周波数の信号となるように、第１光検出器９６から出力される第１光検出信号９７に基づいて水平駆動信号６１の周波数を調整する。また、第２光検出器９８から出力される第２光検出信号９９に基づいて高速走査素子８１の反射ミラー８２が予め設定した揺動振幅となるように水平駆動信号６１の振幅を調整する。
【００２５】
第１及び第２光検出信号９７，９９は、高速走査素子８１による反射ミラー８２のレーザ光の走査位置が第１及び第２光検出器９６，９８が配置した位置となったときに、当該第１及び第２光検出器９６，９８から出力される信号であり、本実施形態では、第１光検出器９６は水平走査方向の略中央（後述する水平有効走査領域Ｘ１内の略中央）に配置され、第２光検出器９８は水平走査方向の端部側（後述する水平有効走査領域Ｘ１外）に配置される。
【００２６】
水平駆動信号生成器１２は、水平駆動信号６１と第１光検出器９６からの第１光検出信号９７の出力タイミングとを比較して、水平駆動信号６１の波形と高速走査素子８１の反射ミラー８２の揺動波形との位相との位相差を検出し、この位相差が略９０度となるように水平駆動信号６１の周波数を調整する。
【００２７】
また、水平駆動信号生成器１２は、第２光検出器９８から出力される第２光検出信号９９の有無やタイミング等によって、高速走査素子８１の反射ミラー８２が予め設定された揺動振幅となるように水平駆動信号６１の振幅を調整する。
【００２８】
垂直駆動信号生成器１３は、後述する垂直走査部９０の低速走査素子９１の反射ミラー９２を揺動させるための垂直駆動信号６２を生成する機能を有しており、高速走査素子８１固有の共振周波数に応じた駆動波形の垂直駆動信号６２を生成して出力する。
【００２９】
この垂直駆動信号生成器１３には、図２に示すように、鋸波形状の波形（以下、「鋸波形」という。）のデータを記憶した第１記憶部１３０と、ノッチフィルタ処理及びバンドパスフィルタ処理を行うフィルタ１３１と、フィルタ１３１によってフィルタリング処理を施した信号のデータを記憶する第２記憶部１３２と、第２記憶部１３２からデータを読み出してアナログ変換して出力するＤＡ変換器１３３と、駆動制御部１３４とが設けられている。駆動制御部１３４は、高速走査素子８１固有の共振周波数に応じたタイミングで第１記憶部１３０から鋸波形（ここでは、１周期分）のデータを読み出して、水平走査周波数に応じた鋸波形信号を生成し、フィルタ１３１に入力してフィルタリング処理を施して第２記憶部１３２に記憶することによって垂直駆動信号６２の基礎波形データを生成する。その後、駆動制御部１３４は、高速走査素子８１固有の共振周波数に応じたタイミングで第２記憶部１３２に記憶した基礎波形データを読み出し、ＤＡ変換器１３３に入力してアナログ変換することで垂直駆動信号６２を生成し出力する。
【００３０】
駆動信号供給回路１８は、画像信号Ｓに基づいて、画像を形成するための要素となる各信号を画素単位で生成する。すなわち、駆動信号供給回路１８からは、Ｒ（赤色）駆動信号６０ｒ，Ｇ（緑色）駆動信号６０ｇ，Ｂ（青色）駆動信号６０ｂが生成されて出力される。また、駆動信号供給回路１８は、水平走査部８０で使用される水平駆動信号６１と、垂直走査部９０で使用される垂直駆動信号６２とをそれぞれ出力する。
【００３１】
光源部２０には、駆動信号供給回路１８から画素単位で出力されるＲ駆動信号６０ｒ、Ｇ駆動信号６０ｇ、Ｂ駆動信号６０ｂの各駆動信号６０ｒ，６０ｇ，６０ｂに応じて、それぞれ強度変調されたレーザ光（「光束」ともいう。）を出射するように、Ｒレーザ６３，Ｇレーザ６４，Ｂレーザ６５をそれぞれ駆動するためのＲレーザドライバ６６，Ｇレーザドライバ６７，Ｂレーザドライバ６８が設けられている。各レーザ６３，６４，６５は、例えば、半導体レーザや高調波発生機構付き固体レーザとして構成することが可能である。なお、半導体レーザを用いる場合は駆動電流を直接変調して、レーザ光の強度変調を行うことができるが、固体レーザを用いる場合は、各レーザそれぞれに外部変調器を備えてレーザ光の強度変調を行う必要がある。
【００３２】
さらに、光源部２０は、各レーザ６３，６４，６５より出射されたレーザ光を平行光にコリメートするように設けられたコリメート光学系７１，７２，７３と、このコリメートされたレーザ光を合波するためのダイクロイックミラー７４，７５，７６と、合波されたレーザ光を光ファイバケーブル５０に導く結合光学系７７とが設けられている。
【００３３】
従って、各レーザ６３，６４，６５から出射したレーザ光は、コリメート光学系７１，７２，７３によってそれぞれ平行化された後に、ダイクロイックミラー７４，７５，７６に入射される。その後、これらのダイクロイックミラー７４，７５，７６により、各レーザ光が波長に関して選択的に反射・透過される。そして、これら３つのダイクロイックミラー７４，７５，７６にそれぞれ入射した３原色のレーザ光は、波長選択的に反射または透過して結合光学系７７に達し、集光されて光ファイバケーブル５０へ出力される。
【００３４】
光源部２０とユーザの眼１０１との間に位置する走査部３０には、光源部２０で生成され、光ファイバケーブル５０を介して出射されるレーザ光を平行光化するコリメート光学系７９と、このコリメート光学系７９で平行光化されたレーザ光を画像表示のために水平方向（第１方向）に往復走査する水平走査部８０と、水平走査部８０で水平方向に走査されたレーザ光を水平方向に直交する垂直方向（第２方向）に走査する垂直走査部９０と、水平走査部８０と垂直走査部９０との間に設けられた第１リレー光学系８５と、このように水平方向と垂直方向に走査されたレーザ光を瞳孔１０１ａへ出射するための第２リレー光学系９５とが設けられている。
【００３５】
水平走査部８０及び垂直走査部９０は、光ファイバケーブル５０から入射されたレーザ光を画像としてユーザの網膜１０１ｂに投影可能な状態にするために、水平方向と垂直方向に走査して走査光束とする光学系であり、水平走査部８０は、レーザ光を水平方向に相対的に高速に走査するため反射ミラー８２を有する共振型の光走査素子（以下、「高速走査素子」という。）８１と、この高速走査素子８１を共振させて高速走査素子８１の反射ミラー８２を揺動させる駆動信号を水平駆動信号６１に基づいて生成する水平走査駆動回路８３を備えている。
【００３６】
一方、垂直走査部９０は、レーザ光を垂直方向に相対的に低速に走査するため反射ミラー９２を有する非共振型の光走査素子（以下、「低速走査素子」という。）９１と、この低速走査素子９１の反射ミラー９２を非共振状態で揺動させる駆動信号を垂直駆動信号６２を増幅して生成する垂直走査駆動回路９３とを備え、表示すべき画像の１フレームごとに、画像を形成するためのレーザ光を最初の水平走査線から最後の水平走査線に向かって垂直に走査する。ここで「水平走査線」とは、水平走査部８０による水平方向への１走査を意味する。
【００３７】
また、垂直走査部９０は、垂直揺動検出回路９４を有している。この垂直揺動検出回路９４は、低速走査素子９１の反射ミラー９２の揺動波形を取得し、この揺動波形に含まれるリンギング（図４参照）の波形をバンドパスフィルタ処理等により抽出し、当該リンギングの振幅（以下、「リンギング振幅」という。）を検出して制御部１０へ出力する。反射ミラー９２の揺動波形の取得は、例えば、特開２００６−２７６６３４号公報に記載されているように、反射ミラー９２を駆動する梁部材の変位を圧電素子等で検出し、この圧電素子が生成する電圧を垂直揺動検出回路９４で検出することによって行うことができる。なお、リンギング振幅を取得することができれば、かかる構成に限らずどのような構成であってもよい。例えば、電極を反射ミラー９２の底部等に取り付け、当該電極に対向する低速走査素子９１の本体に電極を取り付けて、これらの電極間に生じる静電容量を検出するようにすることで反射ミラー９２の揺動波形を取得し、当該揺動波形に含まれるリンギング振幅を検出することができる。
【００３８】
なお、高速走査素子８１及び低速走査素子９１は、ここではガルバノミラーを用いることとするが、レーザ光を走査するようにその反射ミラー（反射面）を揺動又は回転させられるものであれば、圧電駆動、電磁駆動、静電駆動等いずれの駆動方式によるものであってもよい。
【００３９】
また、水平走査部８０と垂直走査部９０との間でレーザ光を中継する第１リレー光学系８５は、高速走査素子８１の反射ミラー８２によって水平方向に走査されたレーザ光を低速走査素子９１の反射ミラー９２に収束させる。そして、このレーザ光が低速走査素子９１の反射ミラー９２によって垂直方向に走査され、正の屈折力を持つ２つのレンズ９５ａ，９５ｂが直列配置された第２リレー光学系９５を介して、眼１０１の前方に位置させたハーフミラー３１で反射されてユーザの瞳孔１０１ａに入射し、網膜１０１ｂ上に画像信号Ｓに応じた画像が投影される。これにより、ユーザはこのように瞳孔１０１ａに入射するレーザ光を、画像として認識する。また、ハーフミラー３１は外光２００を透過してユーザの瞳孔１０１ａに入射させるようにしており、これによりユーザは外光に基づく外景にレーザ光に基づく画像を重ねた画像を視認することができる。
【００４０】
なお、第２リレー光学系９５においては、レンズ９５ａによって、それぞれの走査光はその中心線を相互に略平行にされ、かつそれぞれ収束レーザ光に変換される。つまりレンズ９５ａはテレセントリックな光学系となっている。そして、レンズ９５ｂによってそれぞれほぼ平行なレーザ光となると共に、これらのレーザ光の各中心線がユーザの瞳孔１０１ａに収束するように変換される。なお、レンズ９５ｂは投射部として、走査部３０によって走査されたレーザ光をユーザの眼１０１に入射させて、ユーザの網膜１０１ｂ上に画像信号Ｓに応じた画像を投影する接眼光学系として機能する。
【００４１】
図３には、水平走査部８０及び垂直走査部９０の高速走査素子８１及び低速走査素子９１による最大走査領域Ｗ（図３に示す最大水平走査領域Ｘａ及び最大垂直走査領域Ｙａにより形成される範囲）と有効走査領域Ｚ（図３に示す水平有効走査領域Ｘ１及び垂直有効走査領域Ｙ１により形成される範囲）との関係が示されている。ここで、「最大走査領域」とは、高速走査素子８１及び低速走査素子９１によりレーザ光を走査できる最大の範囲を意味する。また、図３には、光源部２０からレーザ光が常時出射されたと仮定したときに高速走査素子８１及び低速走査素子９１によって走査されるレーザ光の軌跡γが仮想的に示されている。ただし、高速走査素子８１による水平方向の走査数は、１フレームあたり数百〜千本程度あり、図３ではレーザ光の軌跡γを簡略して記載している。
【００４２】
水平走査駆動回路８３は、駆動信号供給回路１８から出力される水平駆動信号６１を増幅して、高速走査素子８１に印加し、高速走査素子８１の反射ミラー８２を駆動する。垂直走査駆動回路９３は、駆動信号供給回路１８から出力される垂直駆動信号６２を増幅して、低速走査素子９１に印加し、低速走査素子９１の反射ミラー８２を駆動する。そして、高速走査素子８１及び低速走査素子９１の最大走査領域Ｗのうち、有効走査領域Ｚに高速走査素子８１及び低速走査素子９１の走査位置があるタイミングで光源部２０から画像信号Ｓに応じて強度変調されたレーザ光が出射される。これにより、高速走査素子８１及び低速走査素子９１によってレーザ光が有効走査領域Ｚで走査され、１フレーム分のレーザ光が有効走査領域Ｚ内で走査される。この走査が１フレームの画像ごとに繰り返される。
【００４３】
また、画像表示装置１では、水平有効走査領域Ｘ１の略中央であって垂直無効走査領域Ｙ２に第１光検出器９６が配置され、水平有効走査領域Ｘ１外であって垂直無効走査領域Ｙ２に第２光検出器９８が配置されている。第１及び第２光検出器９６，９８は、光源部２０から出射される所定強度のレーザ光（以下、「検査用レーザ光」とする。）を検出して、第１及び第２光検出信号９７，９９として出力する。このように、本実施形態における画像表示装置１では、高速走査素子８１による走査位置が投影対象にレーザ光が出射されない無効走査領域にあるときに光源部２０から出射されるレーザ光が高速走査素子８１により走査されて入射する位置に光検出部である第１及び第２光検出器９６，９８を有している。
【００４４】
［２．画像表示装置１の駆動開始時の動作］
以上のように構成された画像表示装置１では、光源部２０及び走査部３０の動作が停止している状態から光源部２０及び走査部３０により画像の表示を開始するまでの動作を以下のように行うことで高速にすることができる。以下、図５及び図６を参照してその動作を具体的に説明する。
【００４５】
画像表示装置１の制御部１０は、操作部４０への操作があったときや画像信号Ｓが入力されたとき、まず、図５及び図６に示すように、低速走査素子９１の反射ミラー９２による走査方向を投影対象である眼１０１に向けてレーザ光が出射されない垂直無効走査領域Ｙ２へ移動するように低速走査素子９１の駆動を開始する（ステップＳ１０）。
【００４６】
具体的には、垂直駆動信号生成器１３の駆動制御部１３４は、第２記憶部１３２に記憶した初期動作用の駆動信号のデータを読み出してＤＡ変換器１３３に入力してアナログ変換することで、低速走査素子９１の反射ミラー９２を垂直無効走査領域Ｙ２へ移動させるための垂直駆動信号６２を生成し出力する。低速走査素子９１は、このように垂直駆動信号生成器１３から入力される垂直駆動信号６２に基づいて反射ミラー９２の揺動を開始する。
【００４７】
次に、制御部１０は、水平駆動信号６１を垂直走査駆動回路９３へ出力して高速走査素子８１の反射ミラー８２の駆動開始する（ステップＳ１１）。
【００４８】
具体的には、水平駆動信号生成器１２は、デフォルトで設定している周波数及び振幅を有する水平駆動信号６１を高速走査素子８１へ出力することで、高速走査素子８１の反射ミラー８２の駆動を開始する。なお、水平駆動信号生成器１２において、前回画像を表示したときに、高速走査素子８１の反射ミラー８２の駆動に用いた周波数及び振幅の情報を内部の記憶手段に記憶しておき、このように記憶した周波数及び振幅の情報に基づいて水平駆動信号６１を生成して出力するようにしてもよい。
【００４９】
次に、制御部１０は、低速走査素子９１の反射ミラー９２の垂直無効走査領域Ｙ２への移動処理（以下、「第１処理」ともいう。）と高速走査素子８１の反射ミラー８２の駆動処理（以下、「第２処理」ともいう。）が終了したか否かを判定する（ステップＳ１２）。
【００５０】
垂直駆動信号生成器１３は、低速走査素子９１の反射ミラー９２を垂直無効走査領域Ｙ２へ移動したとき、移動終了信号を制御部１０へ出力するように構成されており、これにより制御部１０は反射ミラー９２の垂直無効走査領域Ｙ２への移動終了を判定する。なお、垂直駆動信号生成器１３或いは制御部１０において、低速走査素子９１の反射ミラー９２を垂直無効走査領域Ｙ２へ移動するために必要十分な時間を予め内部の記憶手段に記憶しておき、制御部１０はこのように記憶した時間に基づいて、反射ミラー９２の垂直無効走査領域Ｙ２への移動終了を判定するようにしてもよい。
【００５１】
水平駆動信号生成器１２は、第１光検出器９６から出力される第１光検出信号９７に基づき、高速走査素子８１の反射ミラー８２が水平駆動信号６１の周波数で駆動したと判定したときに、駆動終了信号を制御部１０へ出力するように構成されており、これにより制御部１０は反射ミラー８２の駆動処理の終了を判定する。なお、水平駆動信号６１の周期（＝１／水平駆動信号６１の周波数）の１／２倍の周期で第１光検出信号９７が出力されたときに、反射ミラー８２が水平駆動信号６１の周波数で駆動したと判定する。
【００５２】
このようにステップＳ１０〜Ｓ１２の処理を実行して、第１処理及び第２処理のうち処理時間が長い第１処理を実行中に他方の第２処理を実行するようにしている。
【００５３】
このように処理を実行することにより、第１処理と第２処理と時間をずらして実行する場合に比べ、処理時間を短縮することが可能となる。
【００５４】
なお、第１処理よりも第２処理の処理時間が長い場合には、ステップＳ１０とステップＳ１１の処理順序を逆にする。このようにすることで、第１処理及び第２処理のうち処理時間が長い方の第２処理を実行中に他方の第１処理を実行して、処理時間を短縮することができる。
【００５５】
特に、第１処理及び第２処理のうち処理時間が長い方の処理が実行終了するときに他方の処理が終了するようにすれば、他方の処理の開始を最大限遅らせることができるため、消費電力を低減することができる。例えば、高速走査素子８１の反射ミラー８２の駆動処理（第２処理）が終了したときに、まだ低速走査素子９１の反射ミラー９２が垂直無効走査領域Ｙ２へ移動していない場合、反射ミラー９２が垂直無効走査領域Ｙ２へ移動するまで高速走査素子８１の反射ミラー８２の揺動を継続する必要があるが、かかる処理により無駄な電力消費を抑制することができる。また、第２処理の処理時間が長い場合、反射ミラー９２の垂直無効走査領域Ｙ２への移動処理（第１処理）が終了したときに、第２処理が終了していなければ反射ミラー９２の位置を維持する必要があるが、かかる処理により無駄な電力消費を抑制することができる。
【００５６】
ステップＳ１２の処理において、第１処理と第２処理とが共に終了したと判定すると（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、制御部１０は、高速走査素子８１の反射ミラー８２の揺動周波数を高速走査素子８１固有の共振周波数へ調整する処理を行う（ステップＳ１３）。なお、高速走査素子８１に入力される駆動信号に対して高速走査素子８１の反射ミラー８２の揺動波形の位相が略９０度ずれたときに高速走査素子８１の反射ミラー８２は共振状態で揺動されていることになる。そこで、制御部１０では、かかる特性を利用して、次のように、高速走査素子８１の反射ミラー８２の揺動周波数の調整を行っている。  
【００５７】
まず、制御部１０は、光源部２０へ検査用の駆動信号６０ｒ，６０ｇ，６０ｂを出力して、レーザ６３，６４，６５から所定輝度のレーザ光（検査用レーザ光）を出射する。水平駆動信号生成器１２は、出力している水平駆動信号６１と第１光検出器９６からの第１光検出信号９７の出力タイミングとを比較して、水平駆動信号６１の波形と高速走査素子８１の反射ミラー８２の揺動波形との位相差を検出し、この位相差が略９０度となるように水平駆動信号６１の周波数を変更していき、この位相差が略９０度となったときに、反射ミラー８２の揺動周波数の調整を終了する。このようにすることで、高速走査素子８１の反射ミラー８２の揺動周波数を高速走査素子８１固有の共振周波数へ調整する処理を行うようにしている。
【００５８】
なお水平駆動信号生成器１２又は制御部１０において、高速走査素子８１の反射ミラー８２の揺動周波数の調整に必要十分な時間を予め内部の記憶手段に記憶しておき、制御部１０はこのように記憶した時間に基づいて、反射ミラー８２の揺動周波数の調整が終了したことを判定するようにしてもよい。
【００５９】
ステップＳ１３において高速走査素子８１の反射ミラー８２の揺動周波数の調整が終了すると、制御部１０は、高速走査素子８１の反射ミラー８２の揺動振幅を調整する処理を開始する（ステップＳ１４）。
【００６０】
具体的には、制御部１０は、光源部２０へ検査用の駆動信号６０ｒ，６０ｇ，６０ｂを出力して、レーザ６３，６４，６５から所定輝度のレーザ光（検査用レーザ光）を出射する。制御部１０の水平駆動信号生成器１２は、第２光検出器９８から出力される第２光検出信号９９の有無やタイミングによって、反射ミラー８２の揺動振幅を検出する。すなわち、水平駆動信号生成器１２は、第２光検出器９８から光検出信号９９が出力されないときには、反射ミラー８２の揺動振幅が小さいと判定して水平駆動信号６１の振幅を大きくする。また、水平駆動信号生成器１２は、第２光検出器９８から光検出信号９９が出力されているとき、反射ミラー８２の揺動振幅が所定以上であると判定し、また、光検出信号９９の間隔に応じて反射ミラー８２の揺動振幅を判断して、その揺動振幅に応じて水平駆動信号６１の振幅を調整する。なお、水平駆動信号生成器１２は、第２光検出器９８から出力される第２光検出信号９９の周期が反射ミラー８２の揺動周期と同じときには、反射ミラー８２の揺動振幅が第２光検出器９８の位置までの振幅であると判定し、水平駆動信号６１の振幅を大きくする。
【００６１】
なお、第２光検出器９８を複数のフォトセンサで構成し、これらのフォトセンサを垂直無効走査領域Ｙ２であって水平有効走査領域Ｘ１の中央から最大水平走査領域Ｘａの端までにかけて並べ、これにより反射ミラー８２の揺動振幅を検出するようにしてもよい。また、例えば、特開２００６−２７６６３４号公報に記載されているように、反射ミラー８２を駆動する梁部材の変位を圧電素子等で検出するようにしてもよい。
【００６２】
このように、制御部１０は、ステップＳ１３，Ｓ１４において、高速走査素子８１による走査位置が無効走査領域にあるときに光源部２０から所定強度のレーザ光を出射させ、当該レーザ光に対する第１及び第２光検出器９６，９８の検出結果に応じて高速走査素子８１の揺動状態（揺動周波数や揺動振幅）を検出するようにしており、これにより、高速走査素子８１を共振揺動させる共振揺動処理を行っている。
【００６３】
また、ステップＳ１４において高速走査素子８１の反射ミラー８２の揺動振幅の調整を開始した後、制御部１０は、低速走査素子９１の駆動信号波形を生成開始する（ステップＳ１５）。
【００６４】
具体的には、駆動制御部１３４は、ステップＳ１３で高速走査素子８１固有の共振周波数に調整した高速走査素子８１の揺動周波数に応じたタイミングで第１記憶部１３０から鋸波形（ここでは、１周期分）のデータを読み出して、水平走査周波数に応じた鋸波形信号を生成する。この鋸波形信号はフィルタ１３１に入力されてフィルタリング処理が施される。駆動制御部１３４は、フィルタリング処理が施された信号を第２記憶部１３２に垂直駆動信号６２の基礎波形データとして記憶する。これにより、駆動信号波形の生成処理を終了する。
【００６５】
次に、高速走査素子８１の反射ミラー８２の共振揺動処理（以下、「第３処理」ともいう。）と低速走査素子９１の駆動信号波形生成処理（以下、「第４処理」ともいう。）が終了したか否かを判定する（ステップＳ１６）。なお、高速走査素子８１の反射ミラー８２の共振揺動処理とは、高速走査素子８１でのレーザ光を走査することができるように反射ミラー８２を共振状態で所定振幅の揺動状態とする処理であり、具体的には、高速走査素子８１の反射ミラーの揺動周波数を高速走査素子８１の固有共振周波数に調整した後、高速走査素子８１の反射ミラー８２の揺動振幅を調整する処理である。
【００６６】
このようにステップＳ１４〜Ｓ１６の処理を実行して、第３処理及び第４処理のうち処理時間が長い第３処理を実行中に他方の第４処理を実行するようにしている。
【００６７】
このように処理を実行することにより、第３処理と第４処理と時間をずらして実行する場合に比べ、処理時間を短縮することが可能となる。
【００６８】
なお、第３処理における揺動振幅の調整処理よりも第４処理の処理時間が長い場合には、ステップＳ１４とステップＳ１５の処理順序を逆にする。このようにすることで、第３処理及び第４処理のうち処理時間が長い第４処理を実行中に他方の第３処理を実行して、処理時間を短縮することができる。
【００６９】
特に、第３処理及び第４処理のうち処理時間が長い方の処理が実行終了するときに他方の処理が終了するようにすれば、他方の処理の開始を最大限遅らせることができるため、消費電力を低減することができる。例えば、垂直駆動信号生成器１３において駆動信号波形の生成処理を終了するまでに、高速走査素子８１の反射ミラー８２の揺動状態を検出し、所定揺動振幅で共振揺動となっていれば、低速走査素子９１の駆動信号波形処理が終了するまでの反射ミラー８２の共振揺動が無駄になるが、これらの処理を同時期に終了させることにより無駄に発生する消費電力を低減することができる。
【００７０】
ステップＳ１６の処理において、第３処理と第４処理とが共に終了したと判定すると（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、制御部１０は、第５処理として、ステップＳ１５で生成した駆動信号波形の垂直駆動信号６２を低速走査素子９１へ出力して、低速走査素子９１の反射ミラー９２を鋸波状に揺動する処理を行う（ステップＳ１７）。
【００７１】
具体的には、駆動制御部１３４は、高速走査素子８１固有の共振周波数に応じたタイミングで第２記憶部１３２からデータを読み出してＤＡ変換器１３３に入力してアナログ変換することで垂直駆動信号６２を生成し出力する。この処理を繰り返し行うことによって、周期的な鋸形状駆動信号である垂直駆動信号６２を生成して低速走査素子９１へ出力して、低速走査素子９１の反射ミラー９２を鋸波状に連続して揺動させる。
【００７２】
次に、制御部１０は、低速走査素子９１の反射ミラー９２の揺動が安定したか否かを判定する（ステップＳ１８）。すなわち、制御部１０は、低速走査素子９１の固有共振によって発生する走査線間隔のずれを検出し、この走査線間隔のずれが所定値以下となったときに、反射ミラー９２の揺動が安定したと判定する。
【００７３】
具体的には、制御部１０は、垂直揺動検出回路９４から出力される揺動検出信号７８に基づいて、走査線間隔のずれを判定し、この走査線間隔のずれが所定値以下となったときに、反射ミラー９２の揺動が安定したと判定する。すなわち、低速走査素子９１の固有共振によって発生するリンギングの振幅が大きいときに、走査線間隔のずれが大きくなる。揺動検出信号７８は、低速走査素子９１において発生する共振振動により反射ミラーの揺動に生じる高周波成分（リンギング）の振幅情報であり、制御部１０は、リンギングの振幅が所定値以下となったときに、走査線間隔のずれが所定値以下となったと判定する。このように、垂直揺動検出回路９４は、低速走査素子９１の固有共振によって発生する走査線間隔のずれを検出する検出部として機能する。このようにすることで、低速走査素子９１の駆動が安定していない状態で光源部２０からレーザ光を出射して投影することを防止することができ、これにより低品質の画像が投影されることを防止できる。
【００７４】
低速走査素子９１の反射ミラー９２の揺動が安定したと判定すると（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、制御部１０は、画像信号に応じたレーザ光を光源部２０から出射して高速走査素子８１及び低速走査素子９１により当該レーザ光の２次元走査を開始する（ステップＳ１９）。これにより、ユーザの眼１０１の網膜１０１ｂへ２次元走査したレーザ光が投射され、ユーザに画像信号Ｓに応じた画像を視認させるようにしている。
【００７５】
以上のように、本実施形態に係る画像表示装置１では、第１処理及び第２処理を同時期に行い、さらにその後、第３処理と第４処理を同時期に行うことによって、高速走査素子８１及び低速走査素子９１の起動処理を高速に行うようにしており、画像表示開始までの時間を短縮することができる。
【００７６】
以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、発明の概要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。
【００７７】
本発明を、上述してきた実施形態を通して説明したが、本実施形態によれば、以下の効果が期待できる。
【００７８】
（１）画像信号Ｓに応じた強度のレーザ光を出射する光源部２０と、レーザ光を反射ミラー８２により水平方向（第１方向）に相対的に高速に走査する高速走査素子８１と、レーザ光を反射ミラー９２により水平方向と直交する垂直方向（第２方向）に相対的に低速に走査する低速走査素子９１と、光源部２０を制御して画像信号Ｓに応じた強度のレーザ光を出射させ、高速走査素子８１及び低速走査素子９１を駆動して光源部２０から出射させたレーザ光を２次元的に走査する制御部１０と、この２次元的に走査されたレーザ光を投影対象に投射して画像を表示するレンズ９５ｂ（投射部）と、を備えた画像表示装置において、制御部１０は、低速走査素子９１による走査位置を眼１０１（投影対象）にレーザ光が出射されない垂直無効走査領域Ｙ２（無効走査領域）に移動させる第１処理と、高速走査素子８１の反射ミラー８２を揺動させる第２処理と、高速走査素子８１の反射ミラー８２の揺動状態を検出し、共振揺動させる第３処理と、高速走査素子８１の反射ミラー８２の揺動状態に基づいて、低速走査素子９１を駆動する垂直駆動信号６２（画像表示用駆動信号）を生成する第４処理と、生成した垂直駆動信号６２により低速走査素子９１を駆動させる第５処理と、この第５処理を実行して低速走査素子９１及び高速走査素子８１によりレーザ光を走査可能となった後に、光源部２０から画像信号Ｓに応じた強度のレーザ光を出射させる第６処理と、を実行可能としており、第１処理及び第２処理のうち処理時間が長い方の処理を実行中に他方の処理を実行し、その後、第３処理及び第４処理のうち処理時間が長い方の処理を実行中に他方の処理を実行し、次いで、５処理及び第６処理を実行するので、高速走査素子８１及び低速走査素子９１の起動処理を高速に行って画像表示開始までの時間を短縮することができる。
【００７９】
（２）また、低速走査素子９１の固有共振によって発生する走査線間隔のずれを検出する垂直揺動検出回路９４（検出部）を備え、制御部１０は、第５処理の実行を開始した後、垂直揺動検出回路９４により検出する水平走査線の間隔のずれが所定値以下となったときに、第６処理を実行するので、低速走査素子９１の駆動が安定していない状態で光源部２０からレーザ光を出射して投影することを防止することができ、これにより低品質の画像が投影されることを防止できる。
【００８０】
（３）また、第１処理及び第２処理のうち処理時間が長い方の処理が実行終了するときに他方の処理が終了するように第１処理と第２処理のタイミングを設定することにより、無駄な処理を回避することができ消費電力の低減を図ることができる。
【００８１】
（４）また、第３処理及び第４処理のうち処理時間が長い方の処理が実行終了するときに他方の処理が終了するように第３処理と第４処理のタイミングを設定することにより、無駄な処理を回避することができ消費電力の低減を図ることができる。
【００８２】
（５）第３処理は、高速走査素子８１の反射ミラー８２の揺動周波数を高速走査素子の固有共振周波数に調整した後、高速走査素子８１の反射ミラー８２の揺動振幅を調整する処理であり、制御部１０は、高速走査素子８１の固有共振周波数に調整した後に第４処理を実行するので、高速走査素子８１の反射ミラー８２の揺動周波数を調整する前に、その反射ミラー８２の揺動振幅を調整するので、第４処理を迅速に行うことができる。
【００８３】
（６）また、高速走査素子８１による走査位置がユーザの眼１０１（投影対象）にレーザ光が出射されない垂直無効走査領域Ｙ２（無効走査領域）にあるときに光源部２０から出射されるレーザ光が高速走査素子８１により走査されて入射する位置に第１及び第２光検出器９６，９８（光検出部）を有し、制御部１０は、高速走査素子８１による走査位置が垂直無効走査領域Ｙ２（無効走査領域）にあるときに光源部２０から所定強度のレーザ光を出射させ、当該レーザ光に対する第１及び第２光検出器９６，９８の検出結果に応じて高速走査素子８１の揺動状態を検出するので、精度よく高速走査素子８１の揺動状態を検出することが可能となる。
【符号の説明】
【００８４】
１  画像表示装置
１０  制御部
２０  光源部
３０  走査部
８０  水平走査部
８１  高速走査素子
８２  高速走査素子の反射ミラー
９０  垂直走査部
９１  低速走査素子
９２  低速走査素子の反射ミラー
９５ｂ  レンズ
９６  第１光検出器
９８  第２光検出器
【図１】
2010237536.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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