(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを出射する光源部と、
外部から入力され、表示画面に表示される画像を表す複数の画素データをフレームごとに一時的に保存するフレームバッファと、
前記レーザビームを第１方向、及び前記第１方向と交差する第２方向に２次元走査して前記表示画面に投射する走査ミラーと、
前記走査ミラーに駆動信号を出力して前記走査ミラーを制御する駆動制御部と、
前記フレームバッファから前記画素データを読み出し、読み出した前記画素データを用いて前記レーザビームを強度変調するための表示データを生成し、前記表示データに基づき強度変調されたレーザビームを前記光源部から出射させる表示制御部と
を備え、
前記フレームバッファは、前記表示画面に対応して構成された２次元論理アドレス空間を有し、前記複数の画素データを、入力された順序で、前記表示画面上の位置に対応する前記２次元論理アドレス空間のアドレス位置に格納し、
前記フレームバッファの前記２次元論理アドレス空間において、前記画素データが格納される順序に対応する方向をアドレス方向とし、
前記駆動制御部は、前記表示画面上の前記アドレス方向に対応する方向に対して非平行な方向に前記レーザビームが走査されるように前記走査ミラーを駆動し、かつ、前記走査ミラーに出力する前記駆動信号に関する情報を前記表示制御部に出力し、
前記表示制御部は、前記駆動制御部から入力された前記駆動信号に関する情報に基づき前記走査ミラーによる前記レーザビームの前記表示画面上の走査位置を算出し、算出された前記表示画面上の前記走査位置又は該走査位置の近傍の位置に対応する前記２次元論理アドレス空間のアドレス位置に格納されている画素データを含む複数の画素データを、前記フレームバッファに対して前記アドレス方向にバーストアクセスを行って読み出し、読み出された前記複数の画素データを用いて補間計算を行って、前記レーザビームの前記表示画面上の前記走査位置に対応する前記表示データを生成し、
前記走査ミラーは共振ミラーで、前記第１方向及び前記第２方向の各駆動周波数は、それぞれ、前記第１方向及び前記第２方向における前記走査ミラーの各共振周波数の近傍に設定され、
前記駆動制御部は、前記駆動周波数が所定の設定刻み幅ごとに離散的に設定された前記駆動信号を前記走査ミラーに出力し、
前記駆動制御部は、前記走査ミラーの前記第１方向及び前記第２方向の一方の前記共振周波数が変動したとき、当該変動する共振周波数が、前記離散的に設定された次の設定刻みの前記駆動周波数に到達する前に、前記駆動周波数を前記次の設定刻みの前記駆動周波数に切り替えるとともに、前記駆動周波数の切替えに応じて、前記走査ミラーの前記第１方向及び前記第２方向の他方の前記駆動周波数を所定の関係を保って切り替えることを特徴とする走査型画像表示装置。
【請求項２】
前記表示制御部は、前記フレームバッファに対して前記バーストアクセスを行って読み出した前記複数の画素データを一時的に保存するためのバッファメモリを含み、
前記表示制御部は、前記フレームバッファに対して前記バーストアクセスを行って読み出した前記複数の画素データを前記バッファメモリに格納した後、前記フレームバッファに対して前記バーストアクセスを再度行って複数の画素データを読み出し、前記再度のバーストアクセスにより読み出された前記複数の画素データと、前記バッファメモリに保存されている前記複数の画素データとを用いて２次元の補間計算を行って、前記レーザビームの前記表示画面上の前記走査位置に対応する前記表示データを生成することを特徴とする請求項１に記載の走査型画像表示装置。
【請求項３】
前記表示制御部によって行われる前記再度のバーストアクセスにより読み出される前記複数の画素データのアドレス位置は、前記レーザビームの前記表示画面上の前記走査位置に対応する前記２次元論理アドレス空間のアドレス位置に対して、前記アドレス方向に略直交する方向において、前記バッファメモリに格納されている前記複数の画素データのアドレス位置と反対側に位置していることを特徴とする請求項２に記載の走査型画像表示装置。
【請求項４】
前記表示制御部は、前記レーザビームの前記表示画面上の前記走査位置に対応する前記２次元論理アドレス空間のアドレス位置が、前記アドレス方向に略直交する方向において、前記バーストアクセスを行って読み出した前記複数の画素データのアドレス位置と一致するときは、当該バーストアクセスにより読み出された前記複数の画素データを用いて１次元の補間計算を行って前記表示データを生成し、前記バーストアクセスを行って読み出した前記複数の画素データのアドレス位置と一致しないときは、２回のバーストアクセスを行ってそれぞれ読み出した前記複数の画素データを用いて２次元の補間計算を行って前記表示データを生成することを特徴とする請求項２又は３に記載の走査型画像表示装置。
【請求項５】
前記複数の画素データは、ラスタースキャンのアドレス順に沿って前記フレームバッファに入力され、
前記走査ミラーは、前記第１方向が前記アドレス方向に対応する前記表示画面上の方向に略平行に、かつ、前記第２方向が前記アドレス方向に対応する前記表示画面上の方向に略直交するように前記レーザビームを走査し、
前記駆動制御部は、前記第１方向より前記第２方向に高速に前記走査ミラーを駆動することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の走査型画像表示装置。
【請求項６】
眼鏡レンズ及び枠部を含む眼鏡と、
前記眼鏡レンズの表面に前記表示画面として形成されたホログラムミラーと、
をさらに備え、
前記光源部及び前記走査ミラーは、前記枠部に配置され、
前記走査ミラーは、走査した前記レーザビームを前記ホログラムミラーに対して斜め方向から投射し、
前記第１方向は、前記走査ミラーから前記ホログラムミラーまでの投射距離が変化する方向に設定され、
前記駆動制御部は、前記第１方向に比べて前記第２方向が高速になるように前記走査ミラーを駆動し、
前記表示制御部は、前記光源部を制御して、前記第１方向における前記レーザビームの前記ホログラムミラー上の走査位置に応じて前記レーザビームの焦点を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の走査型画像表示装置。
【請求項７】
前記走査ミラーは２軸共振駆動されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の走査型画像表示装置。
【請求項８】
前記駆動制御部は、前記走査ミラーの前記一方の前記共振周波数が、前記離散的に設定された前記駆動周波数に対して、前記設定刻み幅の１／２ずれた時に、前記駆動周波数を前記次の設定刻みの駆動周波数に切り替えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の走査型画像表示装置。
【請求項９】
前記走査ミラーは、該走査ミラーの振動波形を表すフィードバック信号を出力し、
前記駆動制御部は、前記走査ミラーから出力される前記フィードバック信号に基づき前記走査ミラーの振幅を検出し、検出された前記振幅が所定値に保たれるように前記駆動信号のレベルを制御し、かつ、前記フィードバック信号に基づき前記走査ミラーの前記振動波形の前記駆動信号に対する位相差を検出し、検出された前記位相差に基づき前記駆動周波数の切り替えタイミングを決定することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の走査型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査ミラーを用いてレーザビームを走査して画像を表示するレーザープロジェクタ、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）、ＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）等の走査型画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザビームを走査して画像を表示する画像表示装置は簡単な構成で色再現範囲が広く高コントラストで表示できることから、その開発が期待されている。特に、モバイルプロジェクタ、ＨＭＤなど小型化が要求される場合に適している。【０００３】
例えば、使用者の頭部に装着して画像表示を行うＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等の画像表示装置において、画像表示部として液晶素子や有機ＥＬなどの画素型表示デバイスを用いた方式や、レーザビームを２次元走査して眼の網膜に直描する方式など様々な方式が提案されている。【０００４】
このような画像表示装置においては、使用者への装着負担を軽減し長時間使用可能とするため、表示装置全体が小型で軽量であることが求められる。さらに、一般に用いられる眼鏡と同等のデザインで画像表示装置を構成すれば、通常の眼鏡の様に常時装着して活動できるようになる。【０００５】
しかしながら、高画質、広視野角にするほど、画素型表示デバイスを用いた方式は、表示部、該表示部が発した光を眼まで導くプリズム、及びハーフミラーを用いた接眼光学系が大型になるため、小型軽量化が困難である。【０００６】
また、上記のような大型の接眼光学系は、眼前を覆う構造となり、眼鏡というよりはゴーグルやヘルメットに近い形となり、自然な装着感は望み難く一般的な眼鏡型の画像表示装置の実現は困難である。【０００７】
一方、レーザ走査方式の網膜走査型画像表示装置は、小型のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーデバイスを用いることにより、画像表示装置を極めて小型化できる利点がある。【０００８】
前述の眼鏡型ＨＭＤのように、非常に小型な構成が要求される画像表示装置では、小さな駆動力で大きな変位が得られる共振ミラーが適している。さらには、１チップで２軸走査が可能な２軸共振型ＭＥＭＳミラーが最適である。【０００９】
通常、走査ミラーでレーザビームを走査する際、水平方向に高速に走査し、垂直方向には表示する動画像のフレームレートに合わせて、例えば６０Ｈｚで走査することが望ましいが、このような低い周波数で共振するよう走査ミラーを設計すると、ミラーを支持するばね構造の剛性が低くなり、振動などの外乱に非常に弱くなる場合が多い。【００１０】
このようなことから、より高い周波数で２軸共振駆動する方法、すなわちリサージュ走査で表示する方法が提案されている。【００１１】
例えば特許文献１では、２軸共振走査によりリサージュ走査で画像表示を行う際の周波数や位相の関係が開示されている。【００１２】
さらに、正弦波走査パターンは通常、ソース画像からのソースピクセルの位置と交差しないため、走査ピクセルの位置はソースピクセルの位置と一致しないので、画像生成器でソースピクセルの強度から走査ピクセルの強度を補間することで、走査画像の品質を改善することが開示されている。【００１３】
しかしながら、上述のような従来の構成は、以下のような課題を有している。【００１４】
ある走査ピクセルの位置に対して、ソース画像のピクセルデータを補間して走査ピクセルの画素の値を決めるには、ソースピクセル画素データを格納するバッファメモリから、複数のソースピクセル画素データにアクセスして読み出す必要がある。【００１５】
通常、このような画像表示装置のソース画像バッファメモリには、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  ＲＡＭ）が用いられる。【００１６】
ＤＲＡＭは、ある程度時間が経過すると記憶していた情報が失われてしまうという性質を持っているため、情報が失われてしまう前に同じ内容の情報を再度書き込む必要がある（リフレッシュ）。【００１７】
また、ＤＲＡＭメモリチップ内のあるアドレスに対して、外部からデータ読み込み要求があった場合、その入力信号をＤＲＡＭが受けるだけで、メモリセルに記憶しておいたデータが失われてしまうので、この外的刺激対策用にセンスアンプが設けられており、目的のデータを抽出した後に、センスアンプに退避したデータを再びメモリアレイの中の対応する行に戻す処理を行なっている（プリチャージ）。【００１８】
これに対して、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  ＲＡＭ）では一度書き込まれた情報は電力が供給されつづける限り保持される。つまり、特にリフレッシュやプリチャージを行なわなくても情報が保持される。そのため、任意のアドレスのデータにいつでもアクセスすることが可能である。【００１９】
しかし、ＳＲＡＭは、１メモリセルあたり最低４個のトランジスタから成るフリップフロップ回路から構成されるため配線も多く大容量化が難しい。一方、ＤＲＡＭは、トランジスタ１個とキャパシタ１個で構成され、構造が単純なため安価で大容量なものを生産しやすい。このため、ＰＣのメインメモリや画像のバッファメモリのように多くの容量を要求する用途にはＤＲＡＭが利用される。【００２０】
ＤＲＡＭにはバースト転送モードがあり、１つのアドレスを指定して（先頭アドレス）次に続くアドレスのデータを連続して転送することで高速化を果たしているが、１つのアドレスのデータをランダムにアクセスする場合は、前述のリフレッシュやプリチャージ時間を要するため、ＳＲＡＭに比べてデータ読み出しに時間がかかる。【００２１】
本発明で取り扱うような、２軸共振型ＭＥＭＳミラーを用いたリサージュ走査による画像表示装置では、画像バッファメモリに格納されたデータのアドレス方向と、実際に表示される走査方向が異なるため、画像バッファメモリへのデータ読み出しが実質ランダムアクセスとなり、走査ピクセルの表示速度は、メモリの画素データ読み出し速度により制限を受ける。【００２２】
さらに、画素データの補間処理を行うために複数の画素データを読み出すには、１画素のアドレス生成に対し複数回のメモリアクセスが発生し、その分だけアクセス時間を要するので、走査ピクセルの表示速度を上げることが困難となる。すなわち同じ転送レートのメモリシステムで補間処理を行おうとすると、走査ピクセルの表示速度を下げざるをえず、表示解像度を一定以上上げることができない。【００２３】
特許文献１に挙げたような従来例では、このような、メモリアクセス速度への考慮はなされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】特許第４３７９３３１号公報
【発明の概要】
【００２５】
本発明は、小型省電力という走査型画像表示装置の特徴を活かした走査ミラーを用いて画素データを補間して良好な画像表示を可能とすることを目的とする。
【００２６】
本発明の一局面に従う走査型画像表示装置は、レーザビームを出射する光源部と、外部から入力され、表示画面に表示される画像を表す複数の画素データをフレームごとに一時的に保存するフレームバッファと、前記レーザビームを第１方向、及び前記第１方向と交差する第２方向に２次元走査して前記表示画面に投射する走査ミラーと、前記走査ミラーに駆動信号を出力して前記走査ミラーを制御する駆動制御部と、前記フレームバッファから前記画素データを読み出し、読み出した前記画素データを用いて前記レーザビームを強度変調するための表示データを生成し、前記表示データに基づき強度変調されたレーザビームを前記光源部から出射させる表示制御部とを備え、前記フレームバッファは、前記表示画面に対応して構成された２次元論理アドレス空間を有し、前記複数の画素データを、入力された順序で、前記表示画面上の位置に対応する前記２次元論理アドレス空間のアドレス位置に格納し、前記フレームバッファの前記２次元論理アドレス空間において、前記画素データが格納される順序に対応する方向をアドレス方向とし、前記駆動制御部は、前記表示画面上の前記アドレス方向に対応する方向に対して非平行な方向に前記レーザビームが走査されるように前記走査ミラーを駆動し、かつ、前記走査ミラーに出力する前記駆動信号に関する情報を前記表示制御部に出力し、前記表示制御部は、前記駆動制御部から入力された前記駆動信号に関する情報に基づき前記走査ミラーによる前記レーザビームの前記表示画面上の走査位置を算出し、算出された前記表示画面上の前記走査位置又は該走査位置の近傍の位置に対応する前記２次元論理アドレス空間のアドレス位置に格納されている画素データを含む複数の画素データを、前記フレームバッファに対して前記アドレス方向にバーストアクセスを行って読み出し、読み出された前記複数の画素データを用いて補間計算を行って、前記レーザビームの前記表示画面上の前記走査位置に対応する前記表示データを生成する。
【００２７】
本発明のさらに他の目的、特徴、及び優れた点は、以下に示す記載によって十分わかるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態における走査型画像表示装置の概略構成を示す図。
【図２】走査ミラーの概略構成を示す平面図。
【図３】フレームバッファの論理アドレス構造を示す説明図。
【図４】本発明の第１実施形態における走査型画像表示装置の動作を示す説明図。
【図５】走査型画像表示装置の構成例を示す図で、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は側面図。
【図６】走査型画像表示装置の構成例を示す要部側面図。
【図７】本発明の第２実施形態における走査型画像表示装置の概略構成を示す図。
【図８】従来の走査型画像表示装置の動作を示す周波数特性図で、（ａ）は走査ミラーの振幅ゲインの周波数特性を示し、（ｂ）は走査ミラーの位相の周波数特性を示す。
【図９】本発明の第２実施形態の走査型画像表示装置の動作を示す周波数特性図で、（ａ）は走査ミラーの振幅ゲインの周波数特性を示し、（ｂ）は走査ミラーの位相の周波数特性を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。尚、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【００３０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る走査型画像表示装置の概略構成を示す図である。図２は、走査ミラーの概略構成を示す平面図である。
【００３１】
本発明の第１実施形態における走査型画像表示装置１１は、図１に示すように、光源部１、走査ミラー３（走査手段）、表示制御部４、フレームバッファ５、駆動制御部６を備えている。光源部１は、レーザ光源１ａ、コリメートレンズ１ｂ、集光レンズ１ｃ等を備えている。光源部１から出射されたレーザビーム２は、走査ミラー３で反射、偏向されて投射面７（表示画面）に投射される。
【００３２】
例えば、図５に示す眼鏡型ＨＭＤの走査型画像表示装置の場合は、眼鏡レンズ９１の表面に形成されたホログラムミラーが投射面７となる。図５に示されるように、走査型画像表示装置１１は、眼鏡９０のフレーム９２に組み込まれている。また、図６に示すように、中間スクリーン８１に表示した画像を折り返しミラー８２でフロントガラス上のホログラムコンバイナ８３に照射して虚像を形成するようなＨＵＤの場合は、中間スクリーン８１が投射面７となることもある。さらに、走査型画像表示装置がプロジェクタの場合は、任意のスクリーンや壁面等が投射面７となることもある。
【００３３】
フレームバッファ５は、例えばＤＲＡＭで構成される。入力された複数の画素データ９が一時的にフレームバッファ５に保存される。駆動制御部６は走査ミラー３に駆動信号を出力して走査ミラー３を制御する。駆動制御部６は、走査ミラー３に出力する駆動信号に関する情報を表示制御部４に出力する。表示制御部４は、画素データ９に基づき、光源部１から出射されるレーザビーム２の発光強度を制御する。
【００３４】
表示制御部４および駆動制御部６は、例えば、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、プログラムを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、各種処理の実行時にプログラムやデータを記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、入出力インタフェース及びこれらＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェースを接続するバスにより構成することができる。表示制御部４が備えるバッファメモリ４１は後述される。
【００３５】
走査ミラー３は、水平方向（第１方向）及び垂直方向（第２方向）の２方向に共振駆動される２軸共振ミラーであり、走査ビームがリサージュパターンを描くように構成されている。通常、ラスタースキャン方式では、水平方向が高速に、垂直方向が低速に走査されるが、本発明の第１実施形態においては、垂直方向が高速に、水平方向が低速に走査される。
【００３６】
走査ミラー３は、典型的には図２に示すような構造のＭＥＭＳデバイスである。ミラー部２１は支持部２２で支持され、中間フレーム２３に対して回動可能に保持されている。中間フレーム２３は、支持部２４で固定フレーム２５に対して回動可能に保持されている。走査ミラー３の駆動方式としては、圧電方式、静電方式、電磁方式等のデバイスがあり、支持部の構造も駆動方式によって様々な物が開発されている。本実施の形態の走査ミラーとしては、特定の構造や駆動方式のものに限定されるものではなく、様々な構造及び駆動方式のものを適用することができる。
【００３７】
また、走査ミラー３は、共振駆動することにより、小型のデバイスが実現できる。例えば、ミラー部２１と中間フレーム２３との間、及び中間フレーム２３と固定フレーム２５との間に櫛歯電極を設けた静電駆動方式のＭＥＭＳデバイスでは、１０ｍｍ×１０ｍｍのサイズで、共振周波数が１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚと２００Ｈｚ〜２ｋＨｚ程度のデバイスが開発されている。また、支持部に圧電膜を形成して可動部を共振させる、圧電方式のデバイスでも、同様のサイズと共振周波数のものが開発されている。
【００３８】
この第１実施形態では、走査ミラー３は、水平方向（第１方向）に例えば１ｋＨｚの駆動周波数で低速に駆動され、垂直方向（第２方向）に例えば２０ｋＨｚの駆動周波数で高速に駆動される。
【００３９】
図３は、フレームバッファ５の論理アドレス構造を示す模式図である。フレームバッファ５は、図３に示されるように、投射面７に対応して構成された２次元論理アドレス空間を有する。フレームバッファ５は、複数の画素データ９を、入力された順序で、投射面７上の位置に対応する２次元論理アドレス空間のアドレス位置に格納する。
【００４０】
通常のラスタースキャン方式では、画像が表示される投射面７の左上を原点とし、右へ水平アドレスｉ、下へ垂直アドレスｊを取る。図３及び後述の図４では、画素の値（画素データ）がＰ（ｉ，ｊ）で表される。画素データはＰ（０，０）から投射面７における水平方向に右へ１ライン分、次にＰ（０，１）から投射面７における水平方向に右へ１ライン分、以下ラインごとに順に伝送され、フレームバッファ５の投射面７上の位置に対応するアドレス位置に格納される。図３における太い矢印３１はデータ書き込み順（つまり画素データがフレームバッファ５に格納される順序）を示す。
【００４１】
入力画像が動画の場合、画像の水平画素数をｗ、垂直画素数をｈとして１フレーム（ｗ×ｈ）画素のメモリ領域を２フレーム分（図１に示されるようにフレーム５１及び５２とする）確保し、いわゆるダブルバッファを構成する。これは、入力される画素データ９の書込みと、表示制御部４の画素データの読み出しが独立して行えるようにしてメモリアクセスの干渉を防ぎ、スムーズに読み書きできるようにするためである。すなわち、入力される画素データがフレーム５１に書き込まれている間、表示制御部４はフレーム５２から画素データを読み出すようにする。
【００４２】
ここで、フレームアドレスとしてフレーム５１のアドレスをｆｒ＝０、フレーム５２のアドレスをｆｒ＝１、水平アドレスをｉ＝０〜ｗ−１、垂直アドレスをｊ＝０〜ｈ−１とする。このとき、フレームバッファ５に書き込むアドレスＡｄｄｒを、
Ａｄｄｒ＝４｛ｆｒ×ｗ×ｈ＋（ｊ×ｗ）＋ｉ｝    ・・・（式１）
とすると、図３に示されるような２次元、２フレーム構成のフレームバッファ５となる。式１において、４倍は、メモリの読み書き単位が１ワード＝４バイトであることを表している。Ｒ，Ｇ，Ｂ各８ビットの画素データが１ワード単位で読み書きされる。
【００４３】
図３から明らかなように、画像の水平方向がフレームバッファ５のアドレス順となっている。表示制御部４は、駆動制御部６から出力される走査ミラー３の駆動信号から導かれるビームの偏向方向から表示すべき画像の画素のアドレスを算出し、そのアドレスに対応する画素データをフレームバッファ５から読み出して、これに基づいて光源部１のレーザビーム２の発光強度を変調する。この表示制御部４によるレーザビーム２の発光強度の変調により、所望の画像を表示することができる。
【００４４】
言い換えると、表示制御部４は、駆動制御部６から入力される駆動信号に関する情報に基づきレーザビーム２の投射面７上の走査位置を算出する。表示制御部４は、算出したレーザビーム２の投射面７上の走査位置又は該走査位置の近傍の位置に対応するフレームバッファ５のアドレス位置の画素データをフレームバッファ５から読み出す。表示制御部４は、読み出した画素データを用いて、レーザビームを強度変調するための表示データを生成する。
【００４５】
図４は本発明の第１実施形態における走査型画像表示装置の動作を示す説明図である。走査ミラー３が描くビームの軌跡である走査軌道４ａに対して、走査領域の最外周部は非表示領域としており、その内側に画素グリッド４２を描いてある。画素データは画素グリッド４２の交点上のデータとして、フレームバッファ５に格納されている。
【００４６】
走査ミラー３は２軸共振駆動され、レーザビーム２はいわゆるリサージュパターンで走査しているので走査軌道４ａはサイン波状であり、垂直方向Ｄｆに高速走査しているので、走査軌道４ａは略垂直方向に高速で往復しながら、水平方向Ｄｓに低速で移動してゆくことになる。すなわち、走査ミラー３の駆動周波数として、例えば高速側である垂直方向の駆動周波数を２０ｋＨｚとし、低速側である水平方向の駆動周波数を１ｋＨｚとすると、周波数比が２０：１と差が大きいため、レーザビーム２の走査方向４４は略垂直方向となる。なお、図４では、説明の便宜上、高速側と低速側との周波数比の差が小さい値で示されているため、走査方向４４が垂直方向に近い方向に図示されていない。
【００４７】
ここで、表示制御部４による表示データ生成のいくつかの手法が説明される。まず、補間計算を行わない最も簡単な手法が説明される。この手法はレーザビーム２が点(ｘ，ｙ)に位置するときの画素データＰ0(ｘ，ｙ)を、
Ｐ0(ｘ，ｙ) ＝ Ｐ([ｘ]，[ｙ])＝Ｐ(ｉ，ｊ)・・・（式２）
とする。但し、[ｘ]は、ｘを超えない整数を表すガウス記号である。すなわち、(ｘ，ｙ)座標の小数点以下を切り捨てることで近似するのが最も簡単な表示データの生成方法である。この場合、１点の画素データを決定するのに、１画素データをフレームバッファ５から読み出すだけでよい。
【００４８】
次に、１次元の補間計算を行う手法が説明される。ここで、画素データアドレス方向４３に対応する投射面７上の方向に対して略垂直方向に走査している走査方向４４に対して、水平方向はフレームバッファ５の画素データアドレス方向４３に対応する投射面７上の方向と一致している。そこで、表示制御部４は、ＤＲＡＭで構成されるフレームバッファ５に対してバーストアクセスを行うことにより１回のメモリアクセスで複数の画素データを読み出している。
【００４９】
たとえば、同様に表示データＰ0(ｘ，ｙ)を求める場合が説明される。フレームバッファ５に対して、Ｐ(ｉ，ｊ)を先頭アドレスとして２ワードバーストアクセスを行うと、１回のメモリアクセスで、画素データＰ(ｉ，ｊ)と、画素データＰ(ｉ＋１，ｊ)との２個の画素データを順に読み出すことができる。これらの値を用いて、点(ｘ，ｙ)の位置の画素データＰ0(ｘ，ｙ)を、
Ｐ0(ｘ，ｙ)＝（１−α）Ｐ(ｉ，ｊ)＋αＰ(ｉ＋１，ｊ)・・・（式３）
として求める。但し、α＝ｘ−ｉである。これにより、表示制御部４は、水平方向に１次元の補間計算を行って、表示データＰ0(ｘ，ｙ)を決定することができる。
【００５０】
さらに、Ｐ0(ｘ，ｙ)に対して、Ｐ(ｉ−１，ｊ)を先頭アドレスとして４ワードバーストアクセスを行うこともできる。この場合、画素データＰ(ｉ−１，ｊ)，Ｐ(ｉ，ｊ)，Ｐ(ｉ＋１，ｊ)，Ｐ(ｉ＋２，ｊ)の４点の画素データを用いてより高次の補間を行うこともできる。
【００５１】
例えば、３次スプライン補間
Ｐ0(ｘ，ｙ)＝[{aα +b(１-α)}α+ c(１-α)]α+d(１-α)・・（式４）
のような補間式を用いると、より高精度な補間ができる。但し、
a＝P(i+1,j)、
b＝0.2{3P(i-1,j) −7P(i, j)＋12P(i+1,j) −3P(i+2,j)}、
c＝0.2{−4P(i-1,j)＋6P(i,j)＋4P(i+1,j) − P(i+2,j)}、
d＝P(i,j)、
α＝ｘ−ｉ、
である。その他にも、要求される補間精度に応じて適宜補間式を選択できる。
【００５２】
このように、表示制御部４は、駆動制御部６から入力された駆動信号に関する情報に基づき、走査ミラー３によるレーザビーム２の投射面７上の走査位置(ｘ，ｙ)を算出する。表示制御部４は、算出した走査位置(ｘ，ｙ)の近傍の位置に対応するフレームバッファ５のアドレス位置に格納されている画素データを含む複数の画素データを、フレームバッファ５に対してアドレス方向４３にバーストアクセスを行って読み出す。例えば２ワードバーストアクセスであれば、表示制御部４は、画素データＰ(ｉ，ｊ)と画素データＰ(ｉ＋１，ｊ)との２個の画素データを１回のメモリアクセスによって順に読み出す。表示制御部４は、さらに、読み出した複数の画素データを用いて１次元の補間計算を行って、レーザビーム２の走査位置(ｘ，ｙ)に対応する表示データＰ0(ｘ，ｙ)を生成する。
【００５３】
表示制御部４は、バーストアクセスを行う際の先頭アドレスを、算出されたレーザビーム２の投射面７上の走査位置に対応するフレームバッファ５のアドレス位置に基づき決定する。表示制御部４は、例えば２ワードバーストアクセスを行う場合には、アドレス方向４３（または水平方向ｉ）において、投射面７上の走査位置に対応するアドレス位置を２個の画素データが挟むように（つまり走査位置に対応するアドレス位置が２個の画素データのアドレス位置の間に位置するように）、先頭アドレスを決定する。また、表示制御部４は、例えば４ワードバーストアクセスを行う場合には、アドレス方向４３（または水平方向ｉ）において、投射面７上の走査位置に対応するアドレス位置を２個の画素データと２個の画素データとが挟むように（つまり走査位置に対応するアドレス位置が中央の２個の画素データのアドレス位置の間に位置するように）、先頭アドレスを決定する。このように先頭アドレスを決定することにより、表示制御部４は、１次元の補間計算を行って表示データを好適に求めることができる。
【００５４】
次に、２次元の補間計算を行う手法が説明される。走査方向４４に一つ前の点Ｐ-1に対して読み出した画素データを表示制御部４に設けられたバッファメモリ４１に保存して、次の表示データＰ0(ｘ，ｙ)を求める補間計算に用いてもよい。この場合は、縦横２次元の補間式を適用する。バッファメモリ４１は、例えばＳＲＡＭやＦＰＧＡ内のブロックＲＡＭなどの小容量のメモリで構成することができる。
【００５５】
すなわち、Ｐ0(ｘ，ｙ)に対し、２ワードバーストアクセスで画素データＰ(i, j)と画素データＰ(i+1, j)を読み出し、前回のバーストアクセスで読み出してバッファメモリ４１に保存した画素データP(i,j+1) と画素データP(i+1, j+1)の合計４個の画素データを用いて、
Ｐ0(ｘ，ｙ)＝(１−α)(１−β)Ｐ(i,j)＋α(１−β)Ｐ(i+1,j)
＋(１−α)Ｐ(i,j+1)＋αＰ(i+1,j+1)    ・・・（式５）
とする。但し、α＝ｘ−ｉ、β＝ｙ−ｊである。
【００５６】
このように、表示制御部４は、フレームバッファ５に対してバーストアクセスを行って読み出した２個の画素データP(i,j+1)，P(i+1,j+1)をバッファメモリ４１に格納した後、再度、フレームバッファ５に対してバーストアクセスを行って、２個の画素データＰ(i, j)，Ｐ(i+1, j)を読み出す。再度のバーストアクセスにより読み出される２個の画素データＰ(i, j)，Ｐ(i+1, j)のアドレス位置（ｊ）は、レーザビーム２の投射面７上の走査位置(ｘ，ｙ)に対応するフレームバッファ５のアドレス位置に対して、走査ミラー３によるレーザビーム２の走査方向４４（アドレス方向４３に略直交する方向）において、バッファメモリ４１に格納されている２個の画素データP(i,j+1)，P(i+1,j+1)のアドレス位置（ｊ＋１）と反対側に位置している。
【００５７】
また、表示制御部４は、レーザビーム２の投射面７上の走査位置(ｘ，ｙ)に対応するフレームバッファ５のアドレス位置が、走査ミラー３によるレーザビーム２の走査方向４４（アドレス方向４３に略直交する方向）において、２回のバーストアクセスで読み出した画素データのアドレス位置（ｊ＋１）とアドレス位置（ｊ）との間から離れると、次のバーストアクセスを行って２個の画素データをフレームバッファ５から読み出す。
【００５８】
例えば、現在の表示データＰ0から見て３回前の表示データＰ-3と２回前の表示データＰ-2とは、垂直方向ｊ（または走査方向４４）において、同一の画素グリッド４２の枠内に位置している。そこで、表示制御部４は、いずれの表示データＰ-3，Ｐ-2も、アドレス位置（ｊ＋３）の画素データ及びアドレス位置（ｊ＋２）の画素データを用いて求める。これに対して、現在の表示データＰ0から見て１回前の表示データＰ-1は、垂直方向ｊ（または走査方向４４）において、１つ上の画素グリッド４２の枠内に移動している。そこで、表示制御部４は、次のアドレス位置（ｊ＋１）の画素データをバーストアクセスによって読み出す。一方、表示制御部４は、バッファメモリ４１に記憶されているアドレス位置（ｊ＋３）の画素データを不要になったので破棄し、アドレス位置（ｊ＋２）の画素データをバッファメモリ４１に更新記憶させる。表示制御部４は、アドレス位置（ｊ＋２）の画素データとアドレス位置（ｊ＋１）の画素データとを用いて、表示データＰ-1を求める。
【００５９】
このように、表示制御部４は、不要になった画素データをバッファメモリ４１から破棄し、必要な画素データのみをバッファメモリ４１に更新記憶させることで、バッファメモリ４１の必要容量を小さく抑えることができる。
【００６０】
また、表示制御部４は、上述の補間計算に限られず、代替的に、次に説明するような補間計算を行ってもよい。例えば、図４に示されるように、走査ミラー３によるレーザビーム２の現在の走査位置(ｘ，ｙ)の次の走査位置(ｘ1，ｙ1)に対応するフレームバッファ５のアドレス位置は、画素グリッド４２のグリッド上に位置しており、ｙ1＝ｊになっている。言い換えると、走査位置(ｘ1，ｙ1)に対応するフレームバッファ５のアドレス位置と画素データＰ(ｉ，ｊ)，Ｐ(ｉ＋１，ｊ)のアドレス位置とは、垂直方向ｊ（または走査方向４４）において一致している。この場合には、表示制御部４は、アドレス位置（ｊ）の画素データを用いて１次元の補間計算を行って、表示データＰ1(ｘ1，ｙ1)を求める。一方、現在の走査位置(ｘ，ｙ)のように、走査位置に対応するフレームバッファ５のアドレス位置が画素グリッド４２のグリッド上に位置しておらず、走査位置(ｘ，ｙ)に対応するフレームバッファ５のアドレス位置と画素データのアドレス位置とが、垂直方向ｊ（または走査方向４４）において、一致していないときは、表示制御部４は、２次元の補間計算を行って、表示データを求める。このような制御によって、表示制御部４は、１次元の補間計算と２次元の補間計算とを切り替えながら、レーザビーム２の投射面７上の走査位置に対応する表示データを好適に求めることができる。
【００６１】
以上のような構成により、この第１実施形態では、２軸共振駆動の走査ミラー３を用いて通常のラスタースキャンとは異なる走査で投射面７に画像を表示する。この場合に、走査ミラー３は、フレームバッファ５に画素データ９が格納されているアドレス方向４３に対応する投射面７上の方向に対し略垂直方向を走査方向４４としてレーザビーム２を走査する。表示制御部４は、走査方向４４に対して両サイドの画素データを１回のバーストアクセスで読み出す。言い換えると、表示制御部４は、アドレス方向４３（水平方向ｉ）において、レーザビーム２の投射面７上の走査位置に対応するフレームバッファ５のアドレス位置を挟むようなアドレス位置に格納されている複数の画素データをバーストアクセスによりフレームバッファ５から読み出す。表示制御部４は、この読み出した複数の画素データを用いて、１次元の補間計算を行うことができる。さらに、表示制御部４は、すでに読み出した画素データをバッファメモリ４１に保存しておくことで、走査方向４４の前後の画素データも用いて、２次元の補間計算を行うことができる。これにより、表示制御部４は、表示レートを下げることなく、複数の画素データをフレームバッファ５から読み出して、補間計算を行って、レーザビーム２の投射面７上の走査位置に対応する表示データを生成することができる。その結果、第１実施形態によれば、表示画像の画質を向上することができる。
【００６２】
この第１実施形態のように、レーザビーム２を垂直方向に走査する、つまり走査ミラー３が水平方向（第１方向）に比べて垂直方向（第２方向）に高速にレーザビーム２を走査すると、次のようなメリットもある。
【００６３】
走査ミラー３の支持部において、通常、高速側の支持部２２に比べ低速側の支持部２４の剛性が低くなるため、大きな振幅で共振させることが容易にできる。そこで、この第１実施形態のように、高速走査を垂直方向に設定し、低速走査を水平方向に設定すると、投射面７として横長のワイド画面を表示しやすくなる。
【００６４】
また、図５に示したような眼鏡型ＨＭＤでは、投射面７である眼鏡レンズ９１のホログラムミラーに対して横から斜めにレーザビーム２を投射するため、画面の右と左で投射距離が異なる構成となっている。このため、画面全体に亘って鮮明な画像を表示するために水平方向にレーザビーム２の焦点制御を同期させることが望ましい。そこで、図５に示される眼鏡型ＨＭＤに適用される走査型画像表示装置１１では、光源部１の集光レンズ１ｃを光軸方向に移動可能に構成しておき、表示制御部４は、駆動制御部６による走査ミラー３の水平方向の走査に同期して、集光レンズ１ｃの光軸上の位置を制御する焦点制御を行うようにしてもよい。これによって、眼鏡型ＨＭＤにおいて、投射面７の全体に亘って鮮明な画像を表示することができる。また、この場合において、第１実施形態では垂直方向が高速走査で水平方向が低速走査となっているため、水平方向に動作する焦点制御系の動作周波数も低く設定できるため有利である。
【００６５】
（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態に係る走査型画像表示装置の概略構成を示す図である。図７では、第１実施形態と同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。
【００６６】
この第２実施形態における走査型画像表示装置１１０は、図７に示すように、光源部１、走査ミラー３（走査手段）、表示制御部４０、フレームバッファ５、駆動制御部６０を備えている。光源部１は、図示しないレーザ光源、コリメートレンズ、集光レンズ等を備えている。光源部１から出射されたレーザビーム２は、走査ミラー３で反射、偏向されて投射面７に投射される。
【００６７】
表示制御部４０は、光源部１から出射されるレーザビーム２の発光強度を制御する。駆動制御部６０は、駆動信号６ａを走査ミラー３に出力し、同時に、走査ミラー３からのフィードバック信号６ｂからその振幅と位相差を検出して走査ミラー３の駆動を制御している。表示制御部４０および駆動制御部６０は、例えば、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、プログラムを記憶するＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、各種処理の実行時にプログラムやデータを記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、入出力インタフェース及びこれらＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェースを接続するバスにより構成することができる。
【００６８】
駆動制御部６０は、システムの動作クロックをカウントして駆動信号６ａの周波数を生成する。共振型の走査ミラー３では往復走査をするので、アップダウンカウンタを構成し、これをサイン波に変換して駆動信号６ａとして出力する。したがって、駆動信号６ａの周波数は、サイン波の半周期のクロックカウント値によって決定され、設定可能な周波数刻みは半周期の１カウント刻みとなる。
【００６９】
すなわち、動作クロックＣlk Ｈｚとすると、駆動周波数ｆＨｚ付近では、設定周波数刻みΔｆは、
Δｆ＝Ｃlk／Ｃnt／２−Ｃlk／(Ｃnt＋１)／２
＝Ｃlk／{２Ｃnt(Ｃnt＋１)}
＝２ｆ２／(Ｃlk＋２ｆ)    ・・・（式６）
である。但し、半周期のクロックカウント値Ｃntは、Ｃnt／Ｃlk＝１／(２ｆ)である。
【００７０】
例えば、駆動周波数３０ｋＨｚの時、動作クロック１００ＭＨｚではΔｆ＝１８Ｈｚとなり、動作クロック２００ＭＨｚではΔｆ＝９Ｈｚとなる。
【００７１】
走査ミラー３は、水平方向（第１方向）及び垂直方向（第２方向）の２方向に共振駆動される２軸共振ミラーであり、走査ビームがリサージュパターンを描くように構成されている。通常、水平方向が高速に、垂直方向が低速に走査されるが、逆でもよく、この第２実施形態では、いずれの方向が高速走査であってもよい。
【００７２】
入力される画素データ９はフレームバッファ５に保存される。駆動制御部６０は、駆動信号６ａに関する情報を表示制御部４０に出力する。表示制御部４０は、走査ミラー３の駆動信号６ａから導かれるレーザビーム２の偏向方向から、表示すべき画像の画素のアドレスを算出する。表示制御部４０は、その算出したアドレスに対応する画素データをフレームバッファ５から読み出して、読み出した画素データに基づき表示データを生成する。表示制御部４０による表示データの生成は、第１実施形態で説明された表示制御部４による生成方法のいずれを採用してもよい。すなわち、表示制御部４０は、小数点以下を切り捨てて補間計算を行わない方法、１次元の補間計算を行う方法、２次元の補間計算を行う方法等の、いずれの方法で表示データを生成してもよい。表示制御部４０は、この生成した表示データに基づいて光源部１のレーザビーム２の発光強度を変調している。この表示制御部４０による発光強度の変調により、所望の画像を表示することができる。
【００７３】
走査ミラー３は、第１実施形態と同様に、典型的には図２に示すような構造のＭＥＭＳデバイスである。ミラー部２１は支持部２２で支持され、中間フレーム２３に対して回動可能に保持されている。中間フレーム２３は、支持部２４で固定フレーム２５に対して回動可能に保持されている。走査ミラー３の駆動方式としては、圧電方式、静電方式、電磁方式等のデバイスがあり、支持部の構造も駆動方式によって様々な物が開発されている。本実施の形態の走査ミラーとしては、特定の構造や駆動方式のものに限定されるものではなく、様々な構造及び駆動方式のものを適用することができる。
【００７４】
また、走査ミラー３は、共振駆動することにより、小型のデバイスが実現できる。例えば、ミラー部２１と中間フレーム２３との間、及び中間フレーム２３と固定フレーム２５との間に櫛歯電極を設けた静電駆動方式のＭＥＭＳデバイスでは、１０ｍｍ×１０ｍｍのサイズで、共振周波数が２０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚと２００Ｈｚ〜２ｋＨｚ程度のデバイスが開発されている。また、支持部に圧電膜を形成して可動部を共振させる、圧電方式のデバイスでも、同様のサイズと共振周波数のものが開発されている。
【００７５】
さらに、この第２実施形態では、それぞれの方式で、走査ミラー３の振動波形を表すフィードバック信号６ｂを発生して、駆動制御部６０による走査ミラー３の駆動の制御に用いる。
【００７６】
圧電方式では、支持部２２に駆動用の圧電薄膜と並んでフィードバック信号発生用の圧電薄膜を配置して、ミラー部２１の振動に応じたフィードバック信号６ｂを発生する。
【００７７】
電磁方式では、駆動力発生用のコイルと並んで検出コイルを配置して、誘導起電力でフィードバック信号６ｂを発生する方法がある。または、ＭＲ（磁気抵抗効果）素子を用いて、ミラー部２１の振動に応じた磁場の変動を検出する方法もある。
【００７８】
静電方式では、駆動信号６ａに高調波を重畳することで駆動部の静電容量を検出する方法がある。
【００７９】
このような走査ミラー３は、表示解像度によって、高速側の共振周波数が２０〜３０ｋＨｚになるよう設計される。このような共振周波数では、Ｑ値が１０００程度となることが多い。共振周波数３０ｋＨｚでＱ＝１０００の走査ミラーでは、振幅ゲインの半値幅ＨＷがＨＷ＝３００００／１０００＝３０Ｈｚ程度となる。
【００８０】
以下、走査ミラー３の振幅ゲインと位相の周波数特性図を参照しながら、動作について説明する。
【００８１】
図８は比較例として、従来の走査型画像表示装置の動作を示す周波数特性図で、（ａ）は走査ミラーの振幅ゲインの周波数特性を示し、（ｂ）は走査ミラーの位相の周波数特性を示す。
【００８２】
共振周波数がｆ0の時、振幅ゲインと位相は図８における実線の周波数特性を示す。共振周波数ｆ0が３０ｋＨｚ付近の場合、振幅ゲイン特性は、ピークゲインがＡｐ、半値幅ＨＷが３０Ｈｚ程度のピーク特性を示す。また、このピーク特性に対して、動作周波数２００ＭＨｚの場合の駆動周波数の設定刻みｆdはｆd＝９Ｈｚ刻みとなっている。位相特性は、共振周波数をはさんで、０ｄｅｇから１８０ｄｅｇまで変化する。この時、駆動周波数がｆd1に対する振幅ゲインはＡ1である。ここで、温度が上昇すると、通常、走査ミラーの支持部のばね定数が下がるので共振周波数ｆ0が低下する。駆動周波数はｆd1のままであり、振幅ゲインは特性曲線に沿って変化する。共振周波数が次の駆動周波数の設定刻みであるｆ0tまで到達すると、特性曲線は破線で示される曲線となり、振幅ゲインはＡ2まで低下する。この間、実際の走査振幅を一定に保つよう、駆動信号の出力電圧が制御される。
【００８３】
すなわち、振幅ゲインＡpの時の駆動電圧Ｖpに対し、振幅ゲインＡ2の時の駆動電圧Ｖ2は、
Ｖ2＝Ｖp×Ａp／Ａ2    ・・・（式７）
となるよう、制御される。
【００８４】
これは、走査ミラーからのフィードバック信号の振幅を一定に保つよう、ＰＩＤ制御等で駆動電圧を制御することで実現される。
【００８５】
ここで、駆動周波数を共振周波数の変動に追従するためには、駆動周波数をｆd2＝ｆ0tに切り替える必要がある。すると、振幅ゲインはＡ2からＡpに一気に増大し、実際の走査振幅が大きく変化する。これにより発生したフィードバック信号が検出されて駆動電圧はＶpにまで制御されるが、駆動周波数の設定刻みが比較的大きいためＡ2からＡpへの振幅ゲインの変化が大きく、瞬間的に走査振幅が変動してしまうのは避けられない。
【００８６】
そして、さらに温度が上昇して、次の周波数設定刻みに到達すると、特性曲線は２点鎖線で示される曲線となり、再び振幅ゲインはＡ2まで低下しており、駆動周波数をｆd3＝ｆ0t2に切り替えると振幅ゲインはＡpとなる。
【００８７】
このように、駆動周波数の設定刻みが大きいと、共振周波数に追従する際、振幅ゲインが大きく上下するので、実際の走査振幅を一定に保つのが非常に難しくなる。
【００８８】
そこで、本発明の第２実施形態では、周波数の切り替えタイミングを工夫して振幅の変動を抑えるようにする。
【００８９】
図９は本発明の第２実施形態の走査型画像表示装置の動作を示す周波数特性図で、図９（ａ）は走査ミラー３の振幅ゲインの周波数特性を示し、図９（ｂ）は走査ミラー３の位相の周波数特性を示す。
【００９０】
共振周波数ｆ0で駆動周波数ｆd1の状態、つまり特性曲線が実線で示される状態において、温度が上昇すると、走査ミラー３の支持部のばね定数が低下して、共振周波数ｆ0が低下する。この時、共振周波数ｆ0tが駆動周波数の設定刻みの中間点、すなわち、設定刻み幅ｆdの１／２ずれた周波数に到達した時に、特性曲線は破線で示される状態で、振幅ゲインはＡ2となっている。この時、駆動制御部６０は、駆動周波数を、次の設定刻みの駆動周波数ｆd2に切り替えるようにする。すると、振幅ゲインはピーク値の反対側のやはりＡ2の点に移動することになり、駆動電圧はＶ2のままでよいことになる。さらに共振周波数が低下して、共振周波数ｆ0t2が次の駆動周波数設定刻みの中間点に達した時、駆動制御部６０は、駆動周波数をｆd3に切り替える。するとやはり振幅ゲインはＡ2からＡ2への切り替えとなり、駆動電圧Ｖ2のままで駆動周波数の切り替えが行える。
【００９１】
このような駆動周波数の切り替えを行った時、位相はｐh2からｐh1の変化となる。この位相差は、共振周波数から駆動周波数の設定刻みｆdの半分だけ外れた時の位相差である。このため、共振周波数の変動に関係なく一定の値を取り、あらかじめ計測しておくことができる。従って、駆動制御部６０は、走査ミラー３からのフィードバック信号６ｂの位相を監視することにより、共振周波数が駆動周波数の設定刻みに対してどれほど離れているかを判定できる。すなわち、駆動制御部６０は、フィードバック信号６ｂの位相がｐh1、ｐh2になった時に、駆動周波数を切り替えればよい。
【００９２】
このようにして、駆動制御部６０は、走査ミラー３に出力する駆動信号６ａにおいて、高速側の駆動周波数を共振周波数の変動に応じて更新し、それに応じて低速側の駆動周波数を所定の関係を維持するよう適宜決定すればよい。
【００９３】
以上のような構成により、この第２実施形態では、２軸共振駆動の走査ミラー３を用いて、比較的大きな設定刻みで駆動周波数を離散的に設定しているが、駆動制御部６０は、共振周波数が駆動周波数の設定刻み幅の１／２だけずれた時に駆動周波数を切り替えているため、走査振幅の瞬間的な変動を抑えて、良好な画像表示が可能となる。また、この第２実施形態では、駆動周波数を切り替える時の振幅ゲインの低下が小さくなるので、駆動電圧の変化も小さくてすむという利点がある。
【００９４】
なお、上記第２実施形態では、駆動制御部６０は、共振周波数が駆動周波数の設定刻み幅の１／２だけずれた時に駆動周波数を切り替えているが、これに限られない。代替的に、駆動制御部６０は、共振周波数が駆動周波数の設定刻みの中間以外の任意の周波数になった時に駆動周波数を切り替えるようにしてもよい。この場合でも、図８に示されるように、共振周波数が次の設定刻みに達してから駆動周波数を切り替える場合に比べて、相対的に振幅ゲインの低下は小さくなるので、駆動電圧の変動を抑える効果はある。
【００９５】
（その他）
上記第１、第２実施形態では単体で２次元走査する２軸走査ミラー３を用いた場合を説明したが、２個の１軸走査ミラーを用いても良い。すなわち、上記第１、第２実施形態では、図２に示すような１チップで２軸走査が可能な２軸共振型ＭＥＭＳミラーを例示した。しかし、高速走査方向及び低速走査方向の駆動に１軸走査ＭＥＭＳミラーをそれぞれ適用してもよい。
【００９６】
また、上記第１実施形態では、表示制御部４は、フレームバッファ５に対してバーストアクセスを行って１回のメモリアクセスで複数の画素データを読み出している。また、上記第２実施形態では、駆動制御部６０は、共振周波数が駆動周波数の設定刻み幅の１／２だけずれた時に駆動周波数を切り替えている。代替的に、本発明の走査型画像表示装置は、上記第１実施形態の表示制御部４と上記第２実施形態の駆動制御部６０とを備えるようにしてもよい。この変形形態では、上記第１実施形態の効果と上記第２実施形態の効果との両方を奏することができるため、表示画像の品質をさらに向上することができる。
【００９７】
なお、発明を実施するための形態の項においてなされた具体的な実施態様または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する特許請求事項との範囲内で、種々変更して実施することができるものである。
【００９８】
なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。すなわち、本発明の一局面に従う走査型画像表示装置は、レーザビームを出射する光源部と、外部から入力され、表示画面に表示される画像を表す複数の画素データをフレームごとに一時的に保存するフレームバッファと、前記レーザビームを第１方向、及び前記第１方向と交差する第２方向に２次元走査して前記表示画面に投射する走査ミラーと、前記走査ミラーに駆動信号を出力して前記走査ミラーを制御する駆動制御部と、前記フレームバッファから前記画素データを読み出し、読み出した前記画素データを用いて前記レーザビームを強度変調するための表示データを生成し、前記表示データに基づき強度変調されたレーザビームを前記光源部から出射させる表示制御部とを備え、前記フレームバッファは、前記表示画面に対応して構成された２次元論理アドレス空間を有し、前記複数の画素データを、入力された順序で、前記表示画面上の位置に対応する前記２次元論理アドレス空間のアドレス位置に格納し、前記フレームバッファの前記２次元論理アドレス空間において、前記画素データが格納される順序に対応する方向をアドレス方向とし、前記駆動制御部は、前記表示画面上の前記アドレス方向に対応する方向に対して非平行な方向に前記レーザビームが走査されるように前記走査ミラーを駆動し、かつ、前記走査ミラーに出力する前記駆動信号に関する情報を前記表示制御部に出力し、前記表示制御部は、前記駆動制御部から入力された前記駆動信号に関する情報に基づき前記走査ミラーによる前記レーザビームの前記表示画面上の走査位置を算出し、算出された前記表示画面上の前記走査位置又は該走査位置の近傍の位置に対応する前記２次元論理アドレス空間のアドレス位置に格納されている画素データを含む複数の画素データを、前記フレームバッファに対して前記アドレス方向にバーストアクセスを行って読み出し、読み出された前記複数の画素データを用いて補間計算を行って、前記レーザビームの前記表示画面上の前記走査位置に対応する前記表示データを生成する。
【００９９】
上記の構成によれば、光源部は、レーザビームを出射する。フレームバッファは、外部から入力され、表示画面に表示される画像を表す複数の画素データをフレームごとに一時的に保存する。走査ミラーは、レーザビームを第１方向、及び第１方向と交差する第２方向に２次元走査して表示画面に投射する。駆動制御部は、走査ミラーに駆動信号を出力して走査ミラーを制御する。表示制御部は、フレームバッファから画素データを読み出し、読み出した画素データを用いてレーザビームを強度変調するための表示データを生成し、表示データに基づき強度変調されたレーザビームを光源部から出射させる。
【０１００】
フレームバッファは、表示画面に対応して構成された２次元論理アドレス空間を有し、複数の画素データを、入力された順序で、表示画面上の位置に対応する２次元論理アドレス空間のアドレス位置に格納する。フレームバッファの２次元論理アドレス空間において、画素データが格納される順序に対応する方向をアドレス方向とする。駆動制御部は、表示画面上のアドレス方向に対応する方向に対して非平行な方向にレーザビームが走査されるように走査ミラーを駆動する。駆動制御部は、走査ミラーに出力する駆動信号に関する情報を表示制御部に出力する。表示制御部は、駆動制御部から入力された駆動信号に関する情報に基づき走査ミラーによるレーザビームの表示画面上の走査位置を算出する。表示制御部は、算出された表示画面上の走査位置又は該走査位置の近傍の位置に対応する２次元論理アドレス空間のアドレス位置に格納されている画素データを含む複数の画素データを、フレームバッファに対してアドレス方向にバーストアクセスを行って読み出す。表示制御部は、読み出された複数の画素データを用いて補間計算を行って、レーザビームの表示画面上の走査位置に対応する表示データを生成する。このように、表示制御部は、バーストアクセスを行って複数の画素データを読み出している。したがって、フレームバッファに対して複数回のアクセスを行うことなく、複数の画素データを読み出すことができる。また、表示制御部は、読み出した複数の画素データを用いて補間計算を行って、レーザビームの表示画面上の走査位置に対応する表示データを生成している。したがって、レーザビームの表示画面上の走査位置に対応する表示データを精度良く生成することができる。
【０１０１】
上記の走査型画像表示装置において、前記表示制御部は、前記フレームバッファに対して前記バーストアクセスを行って読み出した前記複数の画素データを一時的に保存するためのバッファメモリを含み、前記表示制御部は、前記フレームバッファに対して前記バーストアクセスを行って読み出した前記複数の画素データを前記バッファメモリに格納した後、前記フレームバッファに対して前記バーストアクセスを再度行って複数の画素データを読み出し、前記再度のバーストアクセスにより読み出された前記複数の画素データと、前記バッファメモリに保存されている前記複数の画素データとを用いて２次元の補間計算を行って、前記レーザビームの前記表示画面上の前記走査位置に対応する前記表示データを生成することが好ましい。
【０１０２】
上記の構成によれば、表示制御部は、フレームバッファに対してバーストアクセスを行って読み出した複数の画素データを一時的に保存するためのバッファメモリを含む。表示制御部は、フレームバッファに対してバーストアクセスを行って読み出した複数の画素データをバッファメモリに格納した後、フレームバッファに対してバーストアクセスを再度行って複数の画素データを読み出す。表示制御部は、再度のバーストアクセスにより読み出された複数の画素データと、バッファメモリに保存されている複数の画素データとを用いて２次元の補間計算を行って、レーザビームの表示画面上の走査位置に対応する表示データを生成する。このように、表示制御部は、バーストアクセスを２回行ってそれぞれ読み出した複数の画素データを用いて２次元の補間計算を行って、レーザビームの表示画面上の走査位置に対応する表示データを生成している。したがって、レーザビームの表示画面上の走査位置に対応する表示データをさらに精度良く生成することができる。
【０１０３】
上記の走査型画像表示装置において、前記表示制御部によって行われる前記再度のバーストアクセスにより読み出される前記複数の画素データのアドレス位置は、前記レーザビームの前記表示画面上の前記走査位置に対応する前記２次元論理アドレス空間のアドレス位置に対して、前記アドレス方向に略直交する方向において、前記バッファメモリに格納されている前記複数の画素データのアドレス位置と反対側に位置していることが好ましい。
【０１０４】
上記の構成によれば、表示制御部によって行われる再度のバーストアクセスにより読み出される複数の画素データのアドレス位置は、レーザビームの表示画面上の走査位置に対応する２次元論理アドレス空間のアドレス位置に対して、アドレス方向に略直交する方向において、バッファメモリに格納されている複数の画素データのアドレス位置と反対側に位置している。したがって、バッファメモリに格納されている複数の画素データのアドレス位置と、再度のバーストアクセスにより読み出された複数の画素データのアドレス位置とは、アドレス方向に略直交する方向において、レーザビームの表示画面上の走査位置に対応する２次元論理アドレス空間のアドレス位置を挟んだ位置関係になっている。その結果、レーザビームの表示画面上の走査位置に対応する表示データを２次元の補間計算により好適に生成することができる。
【０１０５】
上記の走査型画像表示装置において、前記表示制御部は、前記レーザビームの前記表示画面上の前記走査位置に対応する前記２次元論理アドレス空間のアドレス位置が、前記アドレス方向に略直交する方向において、前記バーストアクセスを行って読み出した前記複数の画素データのアドレス位置と一致するときは、当該バーストアクセスにより読み出された前記複数の画素データを用いて１次元の補間計算を行って前記表示データを生成し、前記バーストアクセスを行って読み出した前記複数の画素データのアドレス位置と一致しないときは、２回のバーストアクセスを行ってそれぞれ読み出した前記複数の画素データを用いて２次元の補間計算を行って前記表示データを生成することが好ましい。
【０１０６】
上記の構成によれば、表示制御部は、レーザビームの表示画面上の走査位置に対応する２次元論理アドレス空間のアドレス位置が、アドレス方向に略直交する方向において、バーストアクセスを行って読み出した複数の画素データのアドレス位置と一致するときは、当該バーストアクセスにより読み出された複数の画素データを用いて１次元の補間計算を行って表示データを生成する。表示制御部は、レーザビームの表示画面上の走査位置に対応する２次元論理アドレス空間のアドレス位置が、バーストアクセスを行って読み出した複数の画素データのアドレス位置と一致しないときは、２回のバーストアクセスを行ってそれぞれ読み出した複数の画素データを用いて２次元の補間計算を行って表示データを生成する。したがって、２次元の補間計算が不要なときは、１次元の補間計算を行って表示データを生成しているため、表示データ生成の精度を低下させることなく、計算量を低減することができる。
【０１０７】
上記の走査型画像表示装置において、前記複数の画素データは、ラスタースキャンのアドレス順に沿って前記フレームバッファに入力され、前記走査ミラーは、前記第１方向が前記アドレス方向に対応する前記表示画面上の方向に略平行に、かつ、前記第２方向が前記アドレス方向に対応する前記表示画面上の方向に略直交するように前記レーザビームを走査し、前記駆動制御部は、前記第１方向より前記第２方向に高速に前記走査ミラーを駆動することが好ましい。
【０１０８】
上記の構成によれば、複数の画素データは、ラスタースキャンのアドレス順に沿ってフレームバッファに入力される。走査ミラーは、第１方向がアドレス方向に対応する表示画面上の方向に略平行に、かつ、第２方向がアドレス方向に対応する表示画面上の方向に略直交するようにレーザビームを走査する。駆動制御部は、第１方向より第２方向に高速に走査ミラーを駆動する。このように、走査ミラーは、アドレス方向に対応する表示画面上の方向に略平行な第１方向よりも、アドレス方向に対応する表示画面上の方向に略直交する第２方向に高速に駆動されるため、レーザビームの走査方向は、アドレス方向に対応する表示画面上の方向に対して垂直に近い方向になる。したがって、表示制御部がフレームバッファに対してバーストアクセスを行うとき、アドレス方向において、レーザビームの表示画面上の走査位置に対応する２次元論理アドレス空間のアドレス位置を挟むアドレス位置の複数の画素データを読み出すことができる。その結果、複数の画素データを用いて補間計算を好適に行うことができ、レーザビームの表示画面上の走査位置に対応する表示データを好適に生成することができる。
【０１０９】
上記の走査型画像表示装置において、眼鏡レンズ及び枠部を含む眼鏡と、前記眼鏡レンズの表面に前記表示画面として形成されたホログラムミラーと、をさらに備え、前記光源部及び前記走査ミラーは、前記枠部に配置され、前記走査ミラーは、走査した前記レーザビームを前記ホログラムミラーに対して斜め方向から投射し、前記第１方向は、前記走査ミラーから前記ホログラムミラーまでの投射距離が変化する方向に設定され、前記駆動制御部は、前記第１方向に比べて前記第２方向が高速になるように前記走査ミラーを駆動し、前記表示制御部は、前記光源部を制御して、前記第１方向における前記レーザビームの前記ホログラムミラー上の走査位置に応じて前記レーザビームの焦点を制御することが好ましい。
【０１１０】
上記の構成によれば、眼鏡は、眼鏡レンズ及び枠部を含む。ホログラムミラーは、眼鏡レンズの表面に表示画面として形成されている。光源部及び走査ミラーは、枠部に配置されている。走査ミラーは、走査したレーザビームをホログラムミラーに対して斜め方向から投射する。第１方向は、走査ミラーからホログラムミラーまでの投射距離が変化する方向に設定される。駆動制御部は、第１方向に比べて第２方向が高速になるように走査ミラーを駆動する。表示制御部は、光源部を制御して、第１方向におけるレーザビームの走査位置に応じてレーザビームの焦点を制御する。このように、走査したレーザビームをホログラムミラーに対して斜め方向から投射し、第１方向は、走査ミラーからホログラムミラーまでの投射距離が変化する方向に設定される。したがって、第１方向に、走査ミラーからホログラムミラーまでの投射距離が変化する。しかし、表示制御部は、第１方向におけるレーザビームの走査位置に応じてレーザビームの焦点を制御することから、ホログラムミラーの全体に亘って、鮮明な画像を表示することができる。また、第２方向に比べて第１方向の方が低速であるため、焦点制御の動作を低速で行うことができる。
【０１１１】
上記の走査型画像表示装置において、前記走査ミラーは２軸共振駆動されることが好ましい。上記の構成によれば、走査ミラーは２軸共振駆動されるため、少ない駆動力でレーザビームを好適に走査させることができる。
【０１１２】
上記の走査型画像表示装置において、前記走査ミラーは共振ミラーで、前記第１方向及び前記第２方向の各駆動周波数は、それぞれ、前記第１方向及び前記第２方向における前記走査ミラーの各共振周波数の近傍に設定され、前記駆動制御部は、前記駆動周波数が所定の設定刻み幅ごとに離散的に設定された前記駆動信号を前記走査ミラーに出力し、前記駆動制御部は、前記走査ミラーの前記第１方向及び前記第２方向の一方の前記共振周波数が変動したとき、当該変動する共振周波数が、前記離散的に設定された次の設定刻みの前記駆動周波数に到達する前に、前記駆動周波数を前記次の設定刻みの前記駆動周波数に切り替えるとともに、前記駆動周波数の切替えに応じて、前記走査ミラーの前記第１方向及び前記第２方向の他方の前記駆動周波数を所定の関係を保って切り替えることが好ましい。
【０１１３】
上記の構成によれば、走査ミラーは共振ミラーで、第１方向及び第２方向の各駆動周波数は、それぞれ、第１方向及び第２方向における走査ミラーの各共振周波数の近傍に設定される。駆動制御部は、駆動周波数が所定の設定刻み幅ごとに離散的に設定された駆動信号を走査ミラーに出力する。駆動制御部は、走査ミラーの第１方向及び第２方向の一方の共振周波数が変動したとき、当該変動する共振周波数が、離散的に設定された次の設定刻みの駆動周波数に到達する前に、駆動周波数を次の設定刻みの駆動周波数に切り替えるとともに、駆動周波数の切替えに応じて、走査ミラーの第１方向及び第２方向の他方の駆動周波数を所定の関係を保って切り替える。したがって、変動する共振周波数が、離散的に設定された次の設定刻みの駆動周波数に到達するのを待って、駆動周波数を当該次の設定刻みの駆動周波数に切り替える場合に比べて、振幅ゲインの変化が少なく、駆動信号レベルの変動も小さくなるため、走査振幅の変動を抑えることができる。その結果、走査振幅の変動による画質の低下を防止することができる。
【０１１４】
上記の走査型画像表示装置において、前記駆動制御部は、前記走査ミラーの前記一方の前記共振周波数が、前記離散的に設定された前記駆動周波数に対して、前記設定刻み幅の１／２ずれた時に、前記駆動周波数を前記次の設定刻みの駆動周波数に切り替えることが好ましい。
【０１１５】
上記の構成によれば、駆動制御部は、走査ミラーの一方の共振周波数が、離散的に設定された駆動周波数に対して、設定刻み幅の１／２ずれた時に、駆動周波数を次の設定刻みの駆動周波数に切り替える。したがって、振幅ゲインの変化がさらに少なく、駆動信号レベルの変動もさらに小さくなるため、走査振幅の変動をさらに抑えることができる。
【０１１６】
上記の走査型画像表示装置において、前記走査ミラーは、該走査ミラーの振動波形を表すフィードバック信号を出力し、前記駆動制御部は、前記走査ミラーから出力される前記フィードバック信号に基づき前記走査ミラーの振幅を検出し、検出された前記振幅が所定値に保たれるように前記駆動信号のレベルを制御し、かつ、前記フィードバック信号に基づき前記走査ミラーの前記振動波形の前記駆動信号に対する位相差を検出し、検出された前記位相差に基づき前記駆動周波数の切り替えタイミングを決定することが好ましい。
【０１１７】
上記の構成によれば、走査ミラーは、該走査ミラーの振動波形を表すフィードバック信号を出力する。駆動制御部は、走査ミラーから出力されるフィードバック信号に基づき走査ミラーの振幅を検出し、検出された振幅が所定値に保たれるように駆動信号のレベルを制御する。駆動制御部は、フィードバック信号に基づき走査ミラーの振動波形の駆動信号に対する位相差を検出し、検出された位相差に基づき駆動周波数の切り替えタイミングを決定する。したがって、検出された位相差に基づき、共振周波数の駆動周波数に対するずれ量を判定することができ、駆動周波数を的確に切り替えることができる。
【０１１８】
また、本発明の他の局面に従う走査型画像表示装置は、レーザビームを出射する光源部と、前記レーザビームを第１方向、及び前記第１方向と交差する第２方向に２次元走査する走査ミラーと、表示画面に表示される画像を表す画素データを用いて前記レーザビームを強度変調するための表示データを生成し、前記表示データに基づき強度変調されたレーザビームを前記光源部から出射させる表示制御部と、前記走査ミラーに駆動信号を出力して前記走査ミラーを制御する駆動制御部とを備え、前記走査ミラーは共振ミラーで、前記第１方向及び前記第２方向の各駆動周波数は、それぞれ、前記第１方向及び前記第２方向における前記走査ミラーの各共振周波数の近傍に設定され、前記駆動制御部は、前記駆動周波数が所定の設定刻み幅ごとに離散的に設定された前記駆動信号を前記走査ミラーに出力し、前記駆動制御部は、前記走査ミラーの前記第１方向及び前記第２方向の一方の前記共振周波数が変動したとき、当該変動する共振周波数が、前記離散的に設定された次の設定刻みの前記駆動周波数に到達する前に、前記駆動周波数を前記次の設定刻みの前記駆動周波数に切り替えるとともに、前記駆動周波数の切替えに応じて、前記走査ミラーの前記第１方向及び前記第２方向の他方の前記駆動周波数を所定の関係を保って切り替える。
【０１１９】
上記の構成によれば、光源部は、レーザビームを出射する。走査ミラーは、レーザビームを第１方向、及び第１方向と交差する第２方向に２次元走査する。表示制御部は、表示画面に表示される画像を表す画素データを用いてレーザビームを強度変調するための表示データを生成し、表示データに基づき強度変調されたレーザビームを光源部から出射させる。駆動制御部は、走査ミラーに駆動信号を出力して走査ミラーを制御する。走査ミラーは共振ミラーで、第１方向及び第２方向の各駆動周波数は、それぞれ、第１方向及び第２方向における走査ミラーの各共振周波数の近傍に設定される。駆動制御部は、駆動周波数が所定の設定刻み幅ごとに離散的に設定された駆動信号を走査ミラーに出力する。駆動制御部は、走査ミラーの第１方向及び第２方向の一方の共振周波数が変動したとき、当該変動する共振周波数が、離散的に設定された次の設定刻みの駆動周波数に到達する前に、駆動周波数を次の設定刻みの駆動周波数に切り替えるとともに、駆動周波数の切替えに応じて、走査ミラーの第１方向及び第２方向の他方の駆動周波数を所定の関係を保って切り替える。したがって、変動する共振周波数が、離散的に設定された次の設定刻みの駆動周波数に到達するのを待って、駆動周波数を当該次の設定刻みの駆動周波数に切り替える場合に比べて、振幅ゲインの変化が少なく、駆動信号レベルの変動も小さくなるため、走査振幅の変動を抑えることができる。その結果、走査振幅の変動による画質の低下を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明にかかる走査型画像表示装置は、モバイルプロジェクタ、眼鏡型ＨＭＤ、ＨＵＤなどの画像表示装置、表示システムなどの用途に応用できる。
【図１】
0005587403.tif 000002
【図２】
0005587403.tif 000003
【図３】
0005587403.tif 000004
【図４】
0005587403.tif 000005
【図５】
0005587403.tif 000006
【図６】
0005587403.tif 000007
【図７】
0005587403.tif 000008
【図８】
0005587403.tif 000009
【図９】
0005587403.tif 000010