(57)【要約】ディスプレイ装置は、二つ以上の軸線の周りで、通常はラスタパターンにおいて、走査を行う走査組立体を含む。複数の光源は、間隔の空いた位置から、走査組立体に向かって、走査組立体が同時に二本以上のビームを走査するように、光を発する。走査組立体は、可変共振周波数を伴う共振型走査組立体である。走査組立体の共振周波数は、走査組立体を収容するパッケージ内の流体の分圧を制御することで、能動的に制御できる。一実施形態において、増加した分圧は、走査鏡の質量を増加させ、これにより、共振周波数を変化させる。別の実施形態では、ガス吸収材料が、走査鏡を支持する支持アームに結合される。ガス吸収材料がガスを吸収すると、その物理特性が変化し、これにより、走査組立体の共振周波数をシフトさせる。望ましい周波数に対して共振周波数をモニタすることで、共振型走査組立体の周波数を入力信号にロックするために使用可能な誤差信号が提供される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ電気機械スキャナであって、
少なくとも基板の一部を含む密閉本体部と、
密閉本体部の内部で基板に支持されて周期運動のために基板と結合される振動本体部と、
密閉本体部内で入力信号に応答する分圧を有する選択されたガスと、
振動本体部及び基板の間に結合され、密閉本体部内のガス圧力に応答する物理的パラメータを有する第一のセクションを含む連結アームにして、物理的パラメータの関数である振動本体部の振動の共振周波数を画定するように構成された連結アームと、
を備えるマイクロ電気機械スキャナ。
【請求項２】
入力信号が電気信号を含む、請求項１記載のマイクロ電気機械スキャナ。
【請求項３】
第一のセクションがポリマを含む、請求項２記載のマイクロ電気機械スキャナ。
【請求項４】
振動本体部に支持される反射層を更に備える、請求項１記載のマイクロ電気機械スキャナ。
【請求項５】
マイクロ電気機械共振型デバイスであって、
基部と、
旋回軸線を中心とした基部に対する共振運動のために基部と結合される可動本体部と、
可動本体部と基部の少なくとも一部とを囲むエンクロージャと、
可動本体部と基部との間で延び、エンクロージャ内の選択されたガスの分圧に応答する材料特性を有するガス吸収材料を含む可撓性部材と、
エンクロージャに結合され、電気信号に応答してガスの分圧を増減させる、電気的に起動される圧力コントローラと、
を備えるマイクロ電気機械共振型デバイス。
【請求項６】
圧力コントローラがパッケージに組み込まれた圧電材料を含む、請求項５記載のマイクロ電気機械共振型デバイス。
【請求項７】
可動本体部と可撓性部材とが一体化した本体部を形成する、請求項５記載のマイクロ電気機械共振型デバイス。
【請求項８】
基部と可動本体部とが、共に半導体材料から形成される、請求項５記載のマイクロ電気機械共振型デバイス。
【請求項９】
圧力コントローラが、入力端子と、出力端子と、これらの間に置かれる抵抗材料と、抵抗材料に熱的に結合されるガス放出ノジュールで、選択されたガスを放出するために熱エネルギに応答するガス放出ノジュールと、を含む、請求項５記載のマイクロ電気機械共振型デバイス。
【請求項１０】
基部と稼働本体部との間に置かれるフレームにして、基部に結合され、旋回軸線とほぼ直交する第二の軸線の周りで運動するように構成されるフレームを更に備える、請求項５記載のマイクロ電気機械共振型デバイス。
【請求項１１】
光学スキャナであって、
振動本体部と、
振動本体部に結合され、旋回軸線を中心として振動本体部を運動させるように構成された本体支持部と、
振動本体部と本体支持部と選択された流体とを収容する容器と、
振動本体部により支持されて回転軸線から外れた可動質量にして、選択された流体を吸収するタイプである可動質量と、
容器に結合される若しくは容器内にある、選択された流体のソースにして、電気信号に応答して容器内の選択された流体の濃度を増減させる、選択された流体のソースと、
を備える光学スキャナ。
【請求項１２】
始動本体部の運動を検出する方向性を有し、検出した運動を示すセンス信号を生成する動作が可能なセンサと、
センサに結合された入力端子及び可動質量に結合された出力端子を有し、電気信号を生成するためにセンス信号に応答する電子制御回路と、
を更に含む請求項１１記載の光学スキャナ。
【請求項１３】
電子制御回路が、基準信号を受領するための第一の入力端子と、センス信号を受領するように結合された第二の入力端子とを有する誤差検出回路を含み、この誤差検出回路が、センス信号と基準信号との間の差異の関数として、電気信号を生成する動作が可能な、請求項１２記載の光学スキャナ。
【請求項１４】
振動本体部と可動質量とが、共通の材料から一体式に形成される、請求項１１記載の光学スキャナ。
【請求項１５】
共通の材料が半導体である、請求項１４の光学スキャナ。
【請求項１６】
制御可能な共振周波数を有する共振型走査装置であって、
第一の本体部と、
第一の本体部に結合される第二の本体部にして、第一及び第二の本体部が第一の共振周波数で相対的に運動するようなサイズ及び構成を有する第二の本体部と、
第一及び第二の本体部の一方に結合され、第一又は第二の本体部に対する力を発生させるように位置決めされる可変質量にして、第一及び第二の本体部が前記力に応答して第一の共振周波数とは異なる第二の共振周波数で運動し、第一及び第二の本体部が相対的に運動している間に質量を増減させるために入力に応答する可変質量と、
を備える共振型走査装置。
【請求項１７】
第二の本体部と第一の本体部とが、共通の材料から一体式に形成される、請求項１６記載の共振型走査装置。
【請求項１８】
第一及び第二の本体部の間で延びるトーショナルアームを更に備える、請求項１６記載の共振型走査装置。
【請求項１９】
入力が圧力の入力であり、可変質量に圧力を加えるように構成された圧力ソースを更に備える、請求項１６記載の共振型走査装置。
【請求項２０】
入力が電気入力であり、
制御信号に応答する可変質量と電気的に結合された電気信号ソースを更に備える、請求項１６記載の共振型走査装置。
【請求項２１】
第一及び第二の本体部の相対運動を検出するように結合される運動センサにして、検出した相対運動に応答する制御信号を生成する動作が可能な運動センサを更に備える、請求項２０記載の共振型走査装置。
【請求項２２】
ＭＥＭｓデバイスの走査運動を制御する方法であって、
基準点と相対的なＭＥＭｓデバイスの一部の周期運動のためにＭＥＭｓデバイスを起動し、この一部が、選択された距離だけ基準点から外れた質量中心を有するステップと、
ＭＥＭｓデバイスの周期運動をモニタするステップと、
モニタしたＭＥＭｓデバイスの周期運動に応答して、この周期運動の望ましい周期運動からの偏差を特定するステップと、
特定した偏差に応答して誤差信号を生成するステップと、
誤差信号に応答して、選択された距離を変更するステップと、を含む方法。
【請求項２３】
ＭＥＭｓデバイスの一部の周期運動のためにＭＥＭｓデバイスを起動するステップが、電気駆動信号をＭＥＭｓデバイスに加えるステップを含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
選択された距離を変更するステップが、ＭＥＭｓデバイスの一部において質量を追加又は除去するステップを含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
ＭＥＭｓデバイスが、ＭＥＭｓデバイスの一部を支持する捻れ部材を含み、ＭＥＭｓデバイスの周期運動をモニタするステップが、捻れ部材の捻り応力をモニタするステップを含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２６】
ＭＥＭｓデバイスの周期運動をモニタするステップが、この一部の運動又は位置を光学的に検出するステップを含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２７】
請求項２２記載の方法であって、
入力走査信号を受領するステップと、
受領した入力走査信号から、望ましい周期運動を決定するステップと、を更に含む方法。
【請求項２８】
同期信号に応答して光ビームを走査する方法であって、
同期周波数を有する同期信号を受領するステップと、
共振周波数での周期運動のために共振型ＭＥＭｓデバイスを起動するステップと、
ＭＥＭｓデバイスの共振周波数を検出するステップと、
ＭＥＭｓデバイスの共振周波数を変化させることにより、ＭＥＭｓデバイスを同期信号に同期させるステップと、
変化させた共振周波数で、共振型ＭＥＭｓデバイスにより、光ビームを走査するステップと、
を含む方法。
【請求項２９】
ＭＥＭｓデバイスの共振周波数を検出するステップが、ＭＥＭｓデバイスの選択した電気特性における変動をモニタするステップを含む、請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
ＭＥＭｓデバイスの周期運動が旋回軸線を中心としており、ＭＥＭｓデバイスの共振周波数を変化させるステップが旋回軸線と相対的にＭＥＭｓデバイスの質量中心を変化させるステップを含む、請求項２８記載の方法。
【請求項３１】
旋回軸線と相対的にＭＥＭｓデバイスの質量中心を変化させるステップが、ＭＥＭｓデバイスの一部の質量を増減させるステップを含む、請求項２８記載の方法。
【請求項３２】
ＭＥＭｓデバイスが、周期的に運動する鏡本体部を含み、ＭＥＭｓデバイスの一部の質量を増減させるステップが、鏡本体部の質量を増減させるステップを含む、請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
共振型ＭＥＭｓデバイスにより光ビームを走査するステップが、
光ビームをＭＥＭｓデバイスの運動部分に方向付けるステップと、
この運動部分により光ビームを反射するステップと、を含む、請求項２８記載の方法。
【請求項３４】
ＭＥＭｓデバイスの共振周波数を検出するステップと、ＭＥＭｓデバイスの共振周波数を変化させることにより、ＭＥＭｓデバイスを同期信号に同期させるステップとが、ほぼ同時である、請求項２８記載の方法。
【請求項３５】
電気的に制御可能な共振周波数を有するＭＥＭｓデバイスであって、
基準点に対して周期運動をするように構成される振動本体部にして、基準点に対する運動経路に従う振動本体部の質量中心を共に画定する一次部分と二次部分とを含み、二次部分が可変質量体を含み、二次部分の可変質量体の変化が、質量中心の運動経路を変化させる振動本体部、
を備えるＭＥＭｓデバイス。
【請求項３６】
可変質量体がガス吸収材料である、請求項３５記載のＭＥＭｓデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振型マイクロ電気機械デバイスに関し、特に、かかるデバイスにおける周波数の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
ユーザに対してグラフィック又はビデオ画像の視覚的表示を提供するには、様々な手法を利用することができる。多くの用途では、テレビ及びコンピュータモニタといったブラウン管型のディスプレイ（ＣＲＴ）が、表示用の画像を生成する。こうしたデバイスには、いくつかの制約が存在する。例えば、ＣＲＴは、大きく、大量の電力を消費するため、携帯又はヘッドマウント用途としては望ましくない。
【０００３】
液晶ディスプレイ及び電界放出ディスプレイといったマトリクスアドレス方式のディスプレイでは、大きさを低減し、消費する電力を少なくすることができる。しかしながら、通常のマトリクスアドレス方式ディスプレイは、数インチの幅のスクリーンを利用する。こうしたスクリーンは、ヘッドマウント用途、或いは、ディスプレイがユーザの視野の僅かな部分のみを占めることを意図する用途においては、使用法が限られる。こうしたディスプレイは、処理の難しさの増加、及び限られた解像度又は明るさという犠牲を払って、サイズが低減されてきた。更に、こうしたディスプレイの解像度を改善するには、通常、複雑さを大幅に増加させる必要がある。
【０００４】
従来のディスプレイの多くの制約を克服するアプローチの一つは、参照により本明細書に組み込む、ファーネスらの米国特許第５，４６７，１０４号「仮想網膜ディスプレイ」において説明されるような、走査ビームディスプレイである。図１において図式的に示すように、走査ビームディスプレイ４０の一実施形態において、走査ソース４２は、ビームコンバイナ４６によって視聴者の目４４に結合される走査光ビームを出力する。一部の走査ディスプレイでは、走査ソース４２は、走査鏡又は音響光学スキャナ等のスキャナを含み、これは変調光ビームを視聴者の網膜上で走査する。別の実施形態において、走査ソースは、角度のある掃過を通じて回転する一つ以上の発光体を含むことができる。
【０００５】
走査光は、視聴者の瞳孔４８を通じて目４４に入り、角膜によって網膜５９上で画像化される。この走査光を受けて、視聴者は、画像を知覚する。別の実施形態において、走査ソース４２は、視聴者が見るスクリーン上で変調光ビームを走査する。両方のタイプのディスプレイに適した、こうしたスキャナの一例は、メルビルらの米国特許第５，５５７，４４４号「二軸走査システムのための小型光学スキャナ」において説明されており、これは参照により本明細書に組み込むものとする。
【０００６】
別の実施形態では、マイクロ電気機械（ＭＥＭｓ）デバイスが、スキャナとして動作する。ＭＥＭｓスキャナは、一軸又は二軸にすることが可能である。多数のＭＥＭｓスキャナが知られている。例えば、こうしたスキャナの一つは、ノイケルマンズらの米国特許第５，６２９，７９０号「マイクロマシン化したトーショナルスキャナ」において説明されている。
【０００７】
こうしたＭＥＭｓスキャナが共振デバイスである場合には、ＭＥＭｓデバイスの走査周波数を望ましい周波数に同期させるのが困難となる可能性がある。例えば、ＭＥＭｓスキャナが、ビデオ信号の水平同期成分に従って変調されるビームを走査する場合、着信データが変調されるラインレートは、ＭＥＭｓスキャナの共振周波数と一致する可能性、或いは一致しない可能性がある。同様に、スキャナが入力デバイスとして使用される場合、デコードする電子機器は、ＭＥＭｓスキャナの共振周波数とは異なるラインレートを利用する可能性がある。
【０００８】
ディスプレイの用途に戻ると、こうしたディスプレイは、部分的又は補強用表示用途で使用される場合がある。こうした用途では、ディスプレイの一部が、ユーザの視野内に配置され、図２Ａに示すように、ユーザの視野４５の領域４３を占める画像を提示する。したがって、ユーザは、表示された仮想画像４７と、背景情報４９との両方を見ることができる。背景の光を遮断した場合、視聴者は、図２Ｂに示すように、仮想画像４７のみを知覚する。
【０００９】
こうしたディスプレイにおいて生じる可能性がある難点の一つは、図３乃至５を参照して次に説明するようなラスタの先細りである。図３に図式的に示すように、走査ソース４２は、変調光ビーム５２を発する光学ソース５０を含む。この実施形態において、光学ソース５０は、レーザダイオード（表示なし）のような一つ以上の発光体によって駆動される光ファイバである。レンズ５３は、ビーム５２を集め、焦点を合わせ、ビーム５２が反射鏡５４に当たり、水平スキャナに向けられるようにする。水平スキャナ５６は、ビーム５２を周期的に正弦波の形で走査する機械的共振型スキャナである。水平走査されたビームは、その後、水平走査されたビームを垂直に掃過するために周期的に走査を行う垂直スキャナ５８へ進む。スキャナ５８からのビーム５２の各角度に関して、射出瞳孔エキスパンダ６２は、ビーム５２を一組のビーム６３に変換する。目と結合する光学機器６０は、ビーム６３を集め、一組の射出瞳孔６５を形成する。射出瞳孔６５は、視聴者の目６４が見るための拡大された射出瞳孔として共に機能する。こうしたエキスパンダの一つは、コリンらの米国特許第５，７０１，１３２号「拡大射出瞳孔を含む仮想網膜ディスプレイ」において説明されており、これは参照により本明細書に組み込むものとする。当業者が認識するように、異なる用途に関して、射出瞳孔エキスパンダ６２は、省略することが可能であり、或いは、視標追跡システムによって置き換えること又は補足することが可能であり、或いは、回折又は屈折設計を含む様々な構造を有することが可能である。例えば、射出瞳孔エキスパンダ６２は、平面又は湾曲構造を有することが可能であり、更に、様々なパターンで、任意の数又はパターンの出力ビームを形成することができる。更に、図３では三つの射出瞳孔のみが表示されているが、瞳孔の数は、ほぼ任意の数にすることができる。例えば、一部の応用では、１５掛ける１５の配列が最適となる場合がある。
【００１０】
走査の説明に戻ると、ビームがビームエキスパンダ６２における各連続位置を走査すると、ビームの色と強度は、下で説明する形で変調され、画像のそれぞれのピクセルが形成される。各ピクセル位置に関するビームの色と強度とを適切に制御することで、ディスプレイ４０は、望ましい画像を生成することができる。
【００１１】
垂直及び水平スキャナのそれぞれの波形を簡易化したものは、図４に表示されている。平面６６（図３）において、ビームは、図５に示すパターン６８をトレースする。図５は画像の１１本のラインのみを表示しているが、当業者が認識するように、実際のディスプレイにおけるラインの数は、通常、１１本よりも遙かに多い。実際の走査パターン６８を、望ましいラスタ走査パターン６９と比較することで確認できるように、実際の走査ビーム６８は、ビームエキスパンダ６２の外縁部で「つままれた」状態となる。つまり、ビームの連続的な前方及び後方掃過において、走査パターンの縁部に近いピクセルは、間隔が不均一となる。この不均一な間隔は、ピクセルの重複を引き起こす場合があり、或いは、ピクセルの隣接列間に隙間を残す場合がある。更に、画像情報は、通常、データの配列として提供され、配列内の各位置が理想的なラスタパターン６９内のそれぞれの位置に対応するため、ずれのあるピクセル位置は、画像の歪みを引き起こす可能性がある。
【００１２】
一定のリフレッシュレートと一定の波長に関して、ライン当たりのピクセル数は、鏡走査角度θと、回転軸に対して垂直な鏡寸法Ｄとによって、図３の構造において決定される。高解像度に関しては、そのため、大きな走査角度θと大きな鏡とを有することが望ましい。しかしながら、大きな鏡と走査角度とは、通常、低い共振周波数に対応する。共振周波数が低くなると、一定の期間に提供される表示のラインは少なくなる。その結果、大きな鏡と大きな走査角度とは、許容できないリフレッシュレートを生成する可能性がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
ディスプレイは、各ビームが画像の個別の「タイル」を定める十分に連続的な走査経路に沿って、複数の光ビームを水平及び垂直の両方で同時に走査する、一次走査メカニズムを含む。好適な実施形態において、この走査メカニズムは、ビームを水平に掃過するために旋回する鏡を含む。
【００１４】
光学ソースは、それぞれの入力角度から光ビームを走査メカニズムに提供するように位置を合わせる。この入力角度は、走査メカニズムが画像フィールドのそれぞれの別個の領域で各光ビームを掃過するように選択される。それぞれの領域は、実質的に重複していないため、各光ビームは、ほぼ空間的に別個の画像領域を生成するそれぞれの領域は、ごく近接するか、或いは僅かに重複する場合があるため、空間的に別個の領域は、「タイル化」され、連続画像を形成する。鏡の動きは全てのビームの動きを生成するため、ディスプレイは、空間的に分離された領域それぞれを同時に生成する。上で説明したように、走査角度θと鏡寸法とは、各ビームに関して描画されるピクセル数を決定する。したがって、ラインのピクセル合計数は、各ビームのピクセル数をビーム数で乗算したものとほぼ等しくなる可能性がある。
【００１５】
一実施形態において、この走査メカニズムは、水平成分と垂直成分とによる一般的なラスタパターンで走査を行う。機械的共振型スキャナは、正弦的にビームを走査することで、水平成分を生成する。非共振型又は半共振型スキャナは、通常、十分に一定した角速度で、垂直にビームを走査する。
【００１６】
一実施形態において、この走査メカニズムは、二軸マイクロ電気機械（ＭＥＭｓ）スキャナを含む。この二軸スキャナは、単一の鏡を使用して、ビームのそれぞれの水平及び垂直の動きを両方とも提供する。一実施形態において、ディスプレイは、データを格納し、格納データを光学ソースのそれぞれに出力するバッファを含む。補正乗算器は、格納データに応答して、光学ソースに合わせて駆動信号を調節する補正データを提供する。調節された駆動信号は、パターンに依存した加熱によって生じる出力強度の変動を補正する。
【００１７】
別の実施形態において、イメージャは、二つの別個の検出器及び光学ソースのペアを利用して、タイルの状態の画像を取得する。イメージャの一実施形態は、光学ソースとしてＬＥＤ又はレーザを含み、光学ソースのそれぞれは、それぞれの波長を有する。走査組立体は、光学ソースのそれぞれからの光を、画像フィールドのそれぞれの領域に同時に方向付ける。画像フィールドの各位置に関して、検出器のそれぞれは、それぞれの位置の反射率に従って、対応するソースの波長、偏光、又はその他の特性により、光を選択的に検出する。検出器は、画像フィールドを表すデータを格納するデコード電子機器に電気信号を出力する。
【００１８】
一実施形態において、イメージャは、赤、緑、及び青の波長域のそれぞれにおいて、複数の検出器／光学ソースペアを含む。各ペアは、帯域内のそれぞれの波長で動作する。例えば、第一の赤ペアは、第一の赤色波長で動作し、第二の赤ペアは、第一のものとは異なる第二の赤色波長で動作する。
【００１９】
一実施形態において、光学ソースのペアは、単一のスキャナに、異なる角度から交互にフィードする。スキャナの前方掃過中には、第一のソースが、ラインの半分に従って変調された光を発する。戻り掃過中には、第二のソースが、ラインの第二の半分に従って変調された光を発する。第二の掃過は、第一のものとは反対の方向であるため、ラインの第二の半分に対応するデータは、第二のソースに適用される前に反転され、第二のソースからの光はラインの第二の半分を反対に書き込むように変調される。
【００２０】
代替のフィードアプローチの一実施形態では、単一の発光体が、光学スイッチにより二つの個別ファイバの一方と選択的に結合される入力ファイバに対してフィードを行う。前方掃過中には、光学スイッチが、入力ファイバを第一の個別ファイバに結合させ、第一の個別ファイバが第一の光学ソースを形成するようになる。後方掃過中には、光学スイッチが、第二の個別ファイバへのフィードを行い、第二の個別ファイバが第二の光学ソースを形成するようになる。したがって、この実施形態では、単一の発光体により、両方の光学ソースに光を提供できる。
【００２１】
代替のフィードアプローチは、二つより多くのタイルを書き込むように拡張することができる。アプローチの一つでは、入力ファイバを、一組の光学スイッチにより、四本のファイバに結合させ、各ファイバは、それぞれの角度から、走査組立体へのフィードを行う。このスイッチは、掃過の方向と、ユーザの視覚の追跡位置とに従って起動される。例えば、ユーザが画像の上半分を見ている時には、左上のタイルにおいて画像を生成するように位置を合わせた第一のファイバが、前方掃過中にスキャナへのフィードを行う。右上のタイルを生成するように位置を合わせた第二のファイバは、後方掃過中にスキャナへのフィードを行う。ユーザが画像の下半分を見ている時には、左下のタイルを生成するように位置を合わせた第三のファイバが、前方掃過中にスキャナへのフィードを行う。右下のタイルを生成するように位置を合わせた第四のファイバは、後方掃過中にスキャナへのフィードを行う。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図６に示すように、本発明の一実施形態による走査ビームディスプレイ７０は、視聴者の目７２によって見るために配置される。ここで提示するディスプレイ７０は、目７２を光で走査しているが、本明細書で説明する構造及び概念は、表示スクリーンを含む投影ディスプレイ等、その他のタイプのディスプレイに応用することも可能である。
【００２３】
ディスプレイ７０は、四つの主要部分を含み、そのそれぞれについて、下で更に詳細に説明する。第一に、制御電子機器７４は、コンピュータ、テレビ受信機、ビデオカセットプレイヤ、ＤＶＤプレイヤ、リモートセンサ、又は同様のデバイスといった画像ソース７６からの画像信号ＶＩＭに応答して、ディスプレイ７０の動作を制御する電気信号を提供する。
【００２４】
ディスプレイ７０の第二の部分は、画像信号ＶＩＭの情報に対応した変調をそれぞれ有する変調光ビーム８０を出力する光源７８である。光源７８は、レーザダイオード又はマイクロレーザといったコヒーレント光の発光体を利用することが可能であり、或いは、発光ダイオード等の非コヒーレントソースを使用することができる。更に、光源７８は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の直接的に変調される発光体を含むことが可能であり、或いは、音響光学変調器等の外部の変調器により間接的に変調される連続的な発光体を含むことができる。
【００２５】
ディスプレイ７０の第三の部分は、ラスタパターン等の二次元の走査パターンで変調ビーム８０を走査する走査組立体８２である。走査組立体８２は、図３乃至４、８、１１、１９乃至２２を参照して下で更に詳細に説明するように、好ましくは、周期的に走査する鏡又は複数の鏡を含む。
【００２６】
走査組立体８２の反対側に配置されたレンズ８４、８６は、ディスプレイ７０の第四の部分を形成する結像光学系として機能する。レンズ８６は、光源７８からの光を集め、成形する、円筒形の勾配屈折率（ＧＲＩＮ）レンズである。光源７８がレンズ８６へのフィードを行う光ファイバを含む場合、レンズ８６は、このファイバと接合すること、或いは一体化することが可能である。代わりに、ダブレット又はトリプレット等、その他のタイプのレンズを使用して、レンズ８６を形成することができる。更に、回折要素等、その他のタイプの光学要素を使用して、光を成形及び誘導することができる。要素のタイプに関係なく、全体的な光学配列には、光の形状、位相、又はその他の特性を制御するために、偏光感受性材料、色補正、又はその他の任意の光学手法を組み込むことができる。
【００２７】
レンズ８４は、ほぼ目７２によって見ることができるように、走査ビーム８０を成形し焦点を合わせる、湾曲した部分透過性の鏡により形成される。レンズ８４を出た後、走査ビーム８０は、瞳孔９０を通じて目７２に入り、網膜９２に当たる。走査変調光の各ビームが網膜９２に当たると、視聴者は、下で説明するように、画像のそれぞれの部分を知覚する。
【００２８】
レンズ８４は部分透過性であるため、レンズ８４は、走査組立体８２からの光を、背景８９から受領した光と組み合わせ、視聴者の目７２に対する複合入力を生成する。背景８９は、ここでは「実世界」の背景として提示されているが、背景光は遮断することが可能であり、或いは、同様のタイプ又は異なるタイプの別の光源によって生成することが可能である。当業者が認識するように、他の様々な光学要素は、レンズ８４、８６に置き換えること、或いはこれを補強することが可能である。例えば、フレネルレンズ等の回折要素を、レンズ８４、８６の一方又は両方に置き換えることができる。加えて、ビームスプリッタとレンズとを、レンズ８４の部分透過性の鏡構造に置き換えることができる。更に、偏光子、カラーフィルタ、射出瞳孔エキスパンダ、色補正要素、視標追跡要素、及び背景マスク等、その他の様々な光学要素を、特定の用途に関して組み込むこともできる。
【００２９】
図６の要素は図式的に提示されているが、当業者が認識するように、これらの構成要素は、通常、望ましい用途に合わせたサイズ及び構成とする。例えば、ディスプレイ７０が移動型パーソナルディスプレイを意図したものである場合、構成要素は、図７に示すように、ヘッドマウントディスプレイ７０として、ヘルメット又は同様のフレームに取り付けるためのサイズ及び構成とする。この実施形態において、ディスプレイ７０の第一の部分１７１は、頭部装着フレーム１７４に取り付け、第二の部分１７６は、例えば、ヒップベルトにより、別個に持ち運ぶ。これらの部分１７４、１７６は、光学及び電子信号を第二の部分から第一の部分へ伝達する光ファイバ及び電子テザー１７８によってリンクされる。ファイバ結合スキャナディスプレイの例は、ファーネスらによる米国特許第５，５９６，３３９号「光ファイバ点光源を含む仮想網膜ディスプレイ」に記載されており、これは参照により本明細書に組み込むものとする。
【００３０】
次に、走査組立体８２の例示的な実施形態について、図８を参照して説明する。走査組立体８２は、図３の走査ソース４２に対応するいくつかの構成要素を含み、走査組立体８２と走査ソース４２とに共通する構成要素は、同じ番号が付けられている。加えて、ビーム５２に関しては、明確な提示を行うために、中心放射線５５のみが表示されている。
【００３１】
この実施形態では、一対のファイバ５０が、光源７８（表示なし）からの光を照射しており、レンズ８４は、部分透過性の鏡ではなく、一般的な屈折レンズとして表示されている。図３の走査ソースとは異なり、走査組立体８２は、旋回し、垂直軸線に沿って光ビーム８０を走査することが可能な能動補正鏡１００を含む。下で説明するように、この補正鏡１００は、水平スキャナ５６の各掃過（前方又は後方）中に、垂直軸線に沿った様々な補正シフトを発生させる。この補正シフトは、垂直スキャナ５８によって発生したビーム８０の垂直の動きを相殺し、図５の破線において示す、望ましいパターンからの走査パターンの全体的な偏差を低減する。
【００３２】
補正鏡１００の効果と、様々な信号の相対的なタイミングとについて説明する前に、水平スキャナ５６及び垂直スキャナ５８として使用するのに適した機械的共振型スキャナ２００、２２０の例示的な実施形態について、図９を参照して説明する。
【００３３】
水平スキャナ２００の主要な走査構成要素は、スプリングプレート２０４に取り付けられた可動鏡２０２である。鏡２０２及びスプリングプレート２０４の寸法と、スプリングプレート２０４の材料特性とは、１乃至１００ｋＨｚ程度の固有振動（「共振」）周波数を伴う高いＱを有し、選択される共振周波数は用途に応じて変化する。６０Ｈｚのリフレッシュレートで、インタレースしないＶＧＡ品質の出力に関して、共振周波数は、好ましくは、約１５乃至２０ｋＨｚとなる。下で説明するように、選択される共振周波数、或いは達成可能な解像度は、複数のフィードの使用を通じて変化させることができる。
【００３４】
鏡２０２を取り付ける強磁性材料は、鏡２０２に原動力を提供する一対の電磁コイル２０６、２０８により駆動され、これにより、振動を開始及び維持する。強磁性材料は、好ましくは、スプリングプレート２０４と鏡２０２の本体とに一体化される。駆動電子機器２１８は、上記のように、コイル２０６、２０８を起動する電気信号を提供する。この電気信号に対応して、コイル２０６、２０８は、強磁性材料に力を加える周期的な電磁場を生成し、これにより、鏡２０２の振動を発生させる。電気信号の周波数及び位相が鏡２０２の動きと適切に同期される場合、鏡２０２は、電力を殆ど消費せずに、その共振周波数で振動する。
【００３５】
垂直スキャナ２２０は、共振型スキャナ２００と非常によく似た構造となる。共振型スキャナ２０１と同様に、垂直スキャナ２２０は、駆動電子機器２１８からの電気信号に応答して、一対のコイル２２４、２２６によって駆動される鏡２２２を含む。しかしながら、垂直走査では振動率が遙かに低いため、垂直スキャナ２２０は、通常、共振型ではない。鏡２２２は、水平スキャナ２０１からの光を受領し、約３０乃至１００Ｈｚで垂直偏光を生成する。有利なことに、低い周波数のため、鏡２２２は、鏡２０２より大幅に大型化することが可能であり、これにより、垂直スキャナ２２０の位置決めに関する制約が低減される。仮想網膜ディスプレイと機械的共振型走査との詳細は、ファーネスＩＩＩらによる米国特許第５，４６７，１０４号「仮想網膜ディスプレイ」において、更に詳しく説明されており、これは参照により本明細書に組み込むものとする。
【００３６】
一般的なラスタパターンで光ビームを走査することが可能な他の様々な構造が、当業者によって認識される。例えば、回転ポリゴン又はガルバノメータスキャナは、一部のアプリケーションにおいて、スキャナ５６、５８の一方又は両方を形成することができる。
【００３７】
別の実施形態では、二軸マイクロ電気機械（ＭＥＭｓ）スキャナが、一次走査を提供できる。こうしたスキャナは、ノイケルマンズらの米国特許第５，６２９，７９０号「マイクロマシン化したトーショナルスキャナ」において説明されており、これは参照により本明細書に組み込むものとする。上記の走査システムと同じく、ＭＥＭｓスキャナの水平成分は、図１７Ａ乃至Ｂ及び２１を参照して下で更に詳細に説明するように、通常、それぞれの構造の機械的共振によって定められる。図３及び８を参照して、上で説明した、二スキャナシステムと同じく、こうした二軸スキャナでは、高速の走査軸線に沿った掃過中における低速の走査軸線に沿った動きにより、同様のラスタの先細りの問題が発生する場合がある。その他の走査アプローチを応用することも可能である。例えば、音響光学スキャナ、電気光学スキャナ、回転ポリゴン、又は走査アプローチの何らかの組み合わせにより、走査機能を提供することが可能である。こうしたアプローチの一部では、先細りの補正の必要がない場合がある。
【００３８】
図６、８、及び９に戻ると、ファイバ５０は、駆動電子機器２１８からの画像信号に従って変調された光ビーム８０を出力する。同時に、駆動電子機器２１８は、コイル２０６、２０８、２２４、２２６を起動し、鏡２０２、２２２を振動させる。変調された光ビームは、（水平スキャナ５６の）振動する水平鏡２０２に当たり、鏡２０２の瞬間的な角度に対応する角度によって、水平に偏向される。偏向されたビームは、その後、（垂直スキャナ５８の）垂直鏡２２２に当たり、垂直鏡２２２の瞬間的な角度に対応する垂直角度で偏向される。ビームエキスパンダ６２による拡大後、ビーム５２は、レンズ８４を通過して目に到達する。下でも説明するように、光学ビームの変調は、水平及び垂直走査と同期しているため、鏡の各位置において、ビームの色及び強度は、望ましい仮想画像に対応する。そのため、各ビームは、仮想画像の一部を、ユーザの網膜上に直接的に「描画」する。
【００３９】
当業者が認識するように、走査組立体８２のいくつかの構成要素は、明確な提示を行うために、図９から省略されている。例えば、水平及び垂直スキャナ２００、２２０は、通常、フレームに取り付けられる。加えて、ビームを収集し、成形し、向きを変え、焦点を合わせ、或いは平行にする、レンズ及びその他の光学構成要素は、省略されている。更に、スキャナ２００、２２０の間には、中継用の光学要素は全く表示されていないが、一部の実施形態においては、これらは望ましい場合がある。更に、スキャナ２００は、通常、ビームをそれぞれの鏡に複数回当てて走査の角度範囲を増加させるようにビームを方向付ける、一つ以上の反射鏡を含む。更に、一部の実施形態において、スキャナ２００、２２０は、鏡を回転させることなく、ビームが走査鏡に複数回当たるような方向性を有する。
【００４０】
次に図１０及び１１を参照して、複数のビーム８０の効果について説明する。図１０で見ることができるように、二本のファイバ５０は、それぞれの光ビーム８０を照射する。ＧＲＩＮレンズ８６は、ビーム８０を収集して焦点を合わせ、ビーム８０が共通の走査鏡１０９０に当たる集束ビーム８０Ａ、８０Ｂとなるようにする。
【００４１】
明確な提示を行うために、図１０の実施形態では、一部の実施形態において望ましい鏡８４が削除されている。更に、図１０の実施形態は、図９の二重鏡構造の代わりに、二軸での走査を行う単一の鏡１０９０を含む。こうした二軸構造については、図１１、１７Ａ乃至Ｂ、及び２１を参照して下で更に詳細に説明する。当業者が認識するように、二重鏡システムも使用可能であるが、こうしたシステムは、通常、更に複雑な一連のレイトレースと、異なる光学経路長に関する更に複雑な補正とを伴うことになる。
【００４２】
更に、図１０のファイバ５０及びレンズ８４は、走査鏡１０９０と共通の平面に配置されているが、多くの応用では、ファイバ５０とレンズ８４とは、図１１で見ることができるように、軸外で配置することが望ましい場合がある。更に、図１１のように四つのファイバ／レンズペアが使用される場合、ビームスプリッタ又はその他の光学要素により、ファイバ／レンズペアは、他のファイバ／レンズペアからのビーム８０Ａ乃至Ｄをブロックしない場所に配置することができる。代わりに、小型の反射鏡等のその他のアプローチにより、画像品質に殆ど影響を与えずに、ブロックしない位置へとファイバ／レンズペアを再配置することが可能となる。こうしたアプローチについては、図１１及び３８乃至４０を参照して下で更に詳細に説明する。
【００４３】
レンズ８６を出た後、第一のビーム８０Ａは、走査鏡１０９０に当たり、画像フィールド１０９４に向かって反射される。第二のビーム８０Ｂも、走査鏡１０９０によって、画像フィールド１０９４に向かって反射される。図１０のレイトレースによって表示されるように、画像フィールド１０９４内のビーム８０Ａ乃至Ｂの水平位置は、水平スキャナ５６からの角度の偏向と、レンズ８６及びファイバ５０の位置及び方向性との関数となる。
【００４４】
画像フィールド１０９２において、第一のビーム８０Ａは、画像フィールド１０９４の第一の領域１０９２を照射し、第二のビーム８０Ｂは、第一の領域１０９２に関して実質的には重複しない第二の領域１９６を照射する。二つの領域１０９２、１０９６間での円滑な移行を可能にするために、二つの領域１０９２、１０９６は、小さな重複領域１０９８において、僅かに重複する。したがって、二つの領域は実質的には区別可能だが、図１２及び１３を参照して下で説明するように、対応する画像部分は、縁部で僅かに「混合」される場合がある。
【００４５】
図１０では二本のビーム８０Ａ乃至Ｂが表示されるが、二つより多くのファイバ／レンズペアを使用することが可能であり、ファイバ／レンズペアは、共表面である必要はない。例えば、図１１において確認できるように、四つの別個のレンズ８６は、四つの空間的に別個の位置から、四本の別個のビーム８０Ａ乃至Ｄを鏡１０９０に向けて送る。図１２に示すように、鏡１０９０は、四本のビーム８０Ａ乃至Ｄのそれぞれを、空間的に区別される画像フィールド１０９４のそれぞれの領域１２０２Ａ乃至Ｄへと反射する。
【００４６】
したがって、四本のビーム８０Ａ乃至Ｄは、それぞれ、共に全体像を形成する四つの別個の「タイル」１２０２Ａ乃至Ｄを照射する。当業者が認識するように、四つより多くのタイルで画像を形成することも可能である。例えば、ファイバ／レンズペアの第三のセットを追加することで、２掛ける３のタイル画像、或いは３掛ける２のタイル画像を生成することができる。
【００４７】
実際の画像を生成するために、ビーム８０Ａ乃至Ｄのそれぞれの強度と色の内容とは、鏡１０９０がラスタパターン等の周期パターンで掃過する際に、画像情報により変調される。図１３は、画像信号ＶＩＭに応答してビームＡ乃至Ｄを変調し、四つのタイル１２０２Ａ乃至Ｄを生成することが可能な一実施形態を図式的に示している。
【００４８】
画像信号ＶＩＭは、対応データを生成してデマルチプレクサ１３０４を駆動するＡ／Ｄコンバータ１３０２を駆動する。このデータと、コントローラ７４（図８）からのクロック信号ＣＫとに応答して、デマルチプレクサ１３０４は、四つの出力データストリームを生成し、各データストリームは、それぞれの画像タイル１２０２Ａ乃至Ｄに対応するデータを含む。例えば、デマルチプレクサ１３０４は、画像の第一のラインの第一の半分に対応するデータを第一のバッファ１３０６Ａに出力し、第一のラインの第二の半分に対応するデータを第二のバッファ１３０６Ｂに出力する。デマルチプレクサ１３０４は、は、次に、画像の第二のラインに対応するデータを、最初の二つのバッファ１３０６Ａ、Ｂの第二のラインに出力する。最初の二つのバッファ１３０６Ａ、Ｂが画像の上半分を表すデータを収容した後、デマルチプレクサ１３０４は、次に、第三及び第四のバッファ１３０６Ｃ、Ｄへの充填を開始する。全てのバッファ１３０６Ａ乃至Ｄが充填されると、出力クロックＣＫＯＵＴは、全てのバッファ１３０６Ａ乃至Ｄから、それぞれのＤ／Ａコンバータ１３０８Ａ乃至Ｄに対して、データを同時にクロックする。Ｄ／Ａコンバータ１３０８Ａ乃至Ｄは、次に、それぞれの光源７８を駆動し、上で説明したように、それぞれの領域２１０２Ａ乃至Ｄを走査させる光を生成する。ピクセル出力の実際のタイミングは、図２８乃至３１を参照して下で説明するように、出力クロックＣＫＯＵＴによって制御される。
【００４９】
当業者が認識するように、図１３のシステムは四つの別個の領域１２０１Ａ乃至Ｄに関して説明されているが、これより多くの数又は少ない数の領域を使用することが可能である。更に、領域１２０２Ａ乃至Ｄのある程度の重複が望ましい場合には、共通データを、二つ以上のバッファ１２０２Ａ乃至Ｄに格納することができる。共通データのセットは、重複領域の一部のピクセルを複製することになるため、このデータは、強度を望ましいレベルに制限するために割合を変えることができる。
【００５０】
次に、互いに画像部分１２０２Ａ乃至Ｄを「一致」させるのに役立つ、画像品質を改善するアプローチの一つについて、図１４及び１５を参照して説明する。ビーム８０Ａ乃至Ｄの角度は、垂直及び水平スキャナの角度（一軸の二スキャナシステム）、或いは単一の鏡の水平及び垂直角度（二軸スキャナ）によって決定されるため、任意の時点でのビーム８０Ａ乃至Ｄの実際のベクトル角度は、次に、ベクトル加法によって決定することができる。殆どの場合、走査パターンの望ましい垂直部分は、図１４に破線で示すような「階段ステップ」走査パターンとなる。
【００５１】
反射鏡１００（図８）が望ましい場合、光線がトレースするパターンは、図３乃至５に関して上で説明したものと同じになる。図１４に実線で表すように、実線で示すパターンの実際の垂直走査部分は、望ましい階段ステップパターンではなく、ほぼ傾斜路となる。
【００５２】
階段ステップパターンを提供するためのアプローチの一つは、階段ステップ電圧により垂直スキャナ５８を駆動することである。しかしながら、垂直鏡は物理的システムであり、階段ステップ電圧は不連続動作を伴うため、垂直鏡は、駆動信号に正確に従わないことになる。その代わりに、垂直鏡が階段ステップパターンに従おうと試みると、垂直鏡は、垂直鏡のサイズ及び重量と、鏡支持構造の材料特性と、駆動信号のピーク電圧又は電流と、駆動回路の電気特性とによって主に示唆される最高の速度で動くことになる。通常の垂直走査鏡のサイズと、構成と、走査角度と、駆動電圧とに関して、垂直スキャナ５８は、およそ１００乃至３０００Ｈｚ程度の周波数に制限される。望ましい走査パターンは、この範囲を遙かに上回る周波数成分を有する。その結果、階段ステップ駆動信号により垂直スキャナ５８を駆動することで、望ましいパターンを大幅に逸脱した垂直走査パターンが生成される可能性がある。
【００５３】
この問題を低減するために、図８の走査組立体８２では、垂直走査機能を二つの部分に分離する。全体的な垂直走査は、これにより、約６０Ｈｚの大振幅ランプ機能と、二倍の水平レート（例えば約３０ｋＨｚ）での小振幅補正機能との組み合わせとなる。６０Ｈｚの周波数は通常の走査鏡の周波数上限を大きく下回るため、垂直スキャナ５８は、大振幅ランプ機能を生成することが可能である。補正鏡１００は、反射鏡１００に取って代わり、小振幅補正を提供する。補正鏡１００は、垂直スキャナよりも大幅に高い周波数で動作するが、しかしながら、補正鏡１００の全体的な角度の揺れは、非常に小さい。
【００５４】
図１５の信号タイミング図から確認できるように、補正鏡１００は、水平スキャナが視野の一方の縁部乃至反対の縁部を走査する時間中に（図１５の時間ｔ１乃至ｔ２）、ほぼ最大の負の角度乃至最大の正の角度を移動する。全体的な補正角度は、図１４及び１５に示すように、単一の水平走査中の垂直走査鏡に下方への移動量によって定められる。補正角度は、ディスプレイの様々な構成によって変化することになるが、しかしながら、補正角度は、容易に計算することができる。
【００５５】
例えば、各画像領域１２０２Ａ乃至Ｄが１２８０本の水平ラインを有し、機械的垂直走査角度の合計が１０度である場合、各ラインの角度走査範囲は、約０．００８度（１０／１２８０＝０．００７８１２５）となる。垂直スキャナ５８が水平走査中に、この全距離を移動すると仮定すると、補正鏡１００によって供給される誤差補正は、約プラス又はマイナス０．００３９度となる。したがって、角度補正は、およそθ／Ｎであり、ここでθは垂直走査角度であり、Ｎは水平ラインの数である。この数字は、一部の実施形態において修正することが可能である。例えば、水平スキャナ５６が共振型スキャナである時、走査が視野の縁部に到達した時、水平スキャナ５６が走査時間の何らかの部分を使用して、停止し、反対方向での移動を開始するため、補正角度は僅かに異なる場合がある。補正角度は、光学要素の収差、或いは光学経路長の差異を補正するために修正することもできる。更に、水平走査期間の半分の間のみ、データが提供される場合（「一方向走査」）、補正スキャナ１００の周波数は、半分に低減することができるが、但し、一方向走査アプローチにおいて、ラスタの先細りは通常、問題にはならない。
【００５６】
図１４及び図１５のタイミング図から確認できるように、補正鏡１００は、水平スキャナ５６の二倍の周波数で、一本のラインの幅の約二分の一だけ、ビームを垂直に平行移動させることになる。双方向走査（水平スキャナ５６の前方及び後方掃過の両方でデータが出力される）のＳＶＧＡ画質の通常のディスプレイに関して、水平スキャナ５６は、約１５ｋＨｚで共振することになる。したがって、通常のディスプレイに関して、補正スキャナ１００は、約３０ｋＨｚで、１度の約十分の一だけ旋回することになる。当業者が認識するように、ディスプレイの解像度が増加するにしたがって、水平スキャナ５６の走査速度は増加する。補正鏡１００の走査速度はこれに応じて増加するが、旋回角度は減少することになる。例えば、２５６０本のラインを有し、全体的な走査が１０度であるディスプレイに関して、補正鏡１００の走査速度は、約６０ｋＨｚとなり、旋回角度は約０．００２度となる。当業者が認識するように、解像度が高くなると、補正鏡の最小サイズは、通常増加することになり、スポットサイズは回折が制限されたものとなる。
【００５７】
図１６は、一部の実施形態において補正鏡１００に適した圧電スキャナ１１０を示している。スキャナ１１０は、一対の間隔のあいた圧電アクチュエータ１１４、１１６を乗せるプラットフォーム１１２により形成される。補正鏡１００は、アクチュエータ１１４、１１６の間で延びる、金属化された、実質的に平面のシリコン基板である。圧電アクチュエータ１１４、１１６の両側は、伝導性のコーティングが施され、アクチュエータ１１４、１１６を挟んで電圧が逆になるように、駆動増幅器１２０に結合される。知られているように、圧電材料は、電場が存在する状態で変形する。その結果、駆動増幅器１２０が電圧を出力する時、アクチュエータ１１４、１１６は、補正鏡１００の反対方向に力を加え、これにより補正鏡１００を旋回させる。当業者が認識するように、圧電アクチュエータ１１４、１１６は単一の電極セットと、圧電材料の単一の層とを有するものとして提示されているが、アクチュエータ１１４、１１６は、通常、いくつかの層で形成されることになる。こうした構造は、市販の圧電デバイスにおいて、比較的大きな変形を生成するために使用されている。
【００５８】
従来型のランプ生成回路等の単純な信号生成回路１２２は、水平スキャナ５６の検出位置に応答して、駆動増幅器１２０のための駆動信号を提供する。回路１２２への主要な入力は、水平スキャナ５６に結合されたセンサからのセンス信号である。このセンス信号は、様々なアプローチで取得することができる。例えば、参照により本明細書に組み込む、ノイケルマンズらの米国特許第５，６４８，６１８号「一体トーショナルセンサを有するマイクロマシン化したヒンジ」において説明されるように、ＭＥＭｓスキャナの捻り動作により、走査鏡の位置に対応する電気出力を生成することが可能である。代わりに、鏡の位置は、参照により本明細書に組み込む、メルビルの米国特許第５，６９４，２３７号「機械的共振型スキャナ鏡の位置の検出」において説明されるように、スキャナに圧電センサを取り付けることで取得できる。別の代替方法において、ビームの位置は、水平又は垂直走査鏡の位置を光学的又は電気的にモニタすること、或いは、鏡駆動コイルにおいて誘導された電流をモニタすることで、決定できる。
【００５９】
水平スキャナ５６が視野の縁部にあることをセンス信号が示す時、回路１２２は、負の最大値で始まり、水平スキャナが視野の中央に到達する時にゼロ交差点に達するランプ信号を生成する。このランプ信号は、その後、水平走査が視野の反対の縁部に到達する時に最大値に達する。ランプ信号は、水平走査が速度を落として停止し、戻り掃過を開始するインターバルの間に、負の最大値に戻る。回路１２２はセンス信号をランプ信号の基本クロック信号として使用できるため、ランプ信号のタイミングは、走査の水平位置と本質的に同期される。しかしながら、当業者が認識するように、一部の実施形態に関して、センス信号に対するランプ信号の制御位相シフトにより、性能を最適化することができる。図１８を参照して下で説明するように、補正鏡１００が共振により走査される場合、ランプ信号は、正弦波信号によって置き換えることが可能であり、これは単純に、センス信号の周波数を倍増させ、増幅し、位相シフトを行って得ることができる。
【００６０】
補正鏡１００によって誘発されたビーム８０Ａ乃至Ｄの垂直動作は、垂直スキャナ５８によって生じたビーム８０Ａ乃至Ｄの動作を相殺するため、ビーム８０Ａ乃至Ｄは、水平走査中、垂直軸線に沿って静止した状態を維持する。水平走査が視野の外にある時間中に、ビーム８０Ａ乃至Ｄは、補正鏡１００に応じて、次の水平走査の平常位置まで垂直に移動する。
【００６１】
上の説明から理解できるように、圧電駆動の補正鏡１００の追加によって、ラスタの先細りをランプ型の動作により大幅に減少させることができる。しかしながら、一部の応用では、ランプ型動作を利用することが望ましくない場合がある。補正鏡１００に使用可能なスキャナ１３０の代替実施形態の一つは、図１７Ａ及び１７Ｂに表示されている。
【００６２】
スキャナ１３０は、共振型マイクロ電気機械（ＭＥＭｓ）スキャナであり、ノイケルマンズの’７９０号特許において説明される一軸の実施形態と同様に製造される。代わりに、スキャナ１３０は、図９の水平スキャナ５４と非常に類似する機械的共振型スキャナにすることが可能だが、しかしながら、こうしたスキャナでは、プレート及び鏡の寸法及び材料特性は、約３０ｋＨｚの共振を生成するように選択することが好ましく、これは、水平スキャナ２００の共振周波数の二倍となる。更に、材料及び取り付けは、好ましくは、スキャナ１３０が水平スキャナ５６のＱよりも低いＱを有するように選択される。この低いＱにより、スキャナ１３０は、広範な周波数範囲で動作可能となるため、スキャナ１３０は、水平走査周波数の整数倍に同調させることができる。
【００６３】
共振型スキャナ１３０の使用により、スキャナ１３０を駆動する電気的構成要素の複雑さを低減することが可能であり、以前に説明したアプローチとの相対的な走査効率を向上させることができる。共振型スキャナは、上で説明した望ましいランプ型動作ではなく、正弦波動作を有する傾向がある。しかしながら、正弦波動作の周波数、位相、及び振幅が適切に選択される場合、補正鏡１００により、先細りの影響を大幅に低減することができる。例えば、図１８は、補正鏡の正弦波動作によるラスタ信号の補正を示しており、水平視野は水平走査角度全体の９０％を包含している。当業者が認識するように、視野が水平走査角度全体の小さなパーセンテージとなる場合、ビームの位置の誤差は、更に低減することができる。加えて、ビーム経路に第二の補正鏡を追加することで、走査誤差の更に大きな低減を達成することが可能となるが、これは、コストに対する向上の割合が限定されるため、一般には望ましくない。誤差を減らす別のアプローチは、一つ以上の高次調波をスキャナ駆動信号に追加し、共振型補正スキャナ１３０の走査パターンを、正弦波走査から鋸波に近付けることである。
【００６４】
低減誤差スキャナ１４０の別の代替実施形態は、図１９に表示されており、ここでは、水平鏡１４１に垂直構成要素を追加することで、走査補正が実現されている。この実施形態において、水平スキャナ１４０は、走査鏡を旋回させる静電駆動を有するＭＥＭｓスキャナである。水平スキャナ１４０は、小さな質量１４５を形成することが可能な位置１４３の列を含む。質量１４５は、フォトリソグラフィ等の従来の方法で形成された堆積金属又はその他の材料にすることができる。質量１４３の選択された一つは、除去され、鏡１４１の中心線１４７の周りに非対称の分布が形成される。質量１４５は、主軸と直角な軸線の周りを旋回することで、垂直軸に沿って補正を走査する構成要素を提供する。図２０において確認できるように、垂直走査周波数は、水平走査周波数の二倍となり、これにより、図２０のリサジュ又は「ボウタイ」型の全体的な走査パターンを生成する。質量１４５は、（レーザアブレーション等により）能動的に変化させ、垂直構成要素の共振周波数を同調させることができる。この実施形態により、追加的な鏡なしでの補正が可能となるが、通常は、振動と水平スキャナとの共振周波数を一致させることが必要となる。
【００６５】
水平スキャナ５６と補正スキャナ１００との相対的な共振周波数の一致を維持するためには、一方又は両方のスキャナ５６、１００の共振周波数を、能動的に同調させることができる。様々な周波数制御手法について、図３３乃至３６を参照して下で説明している。スキャナ５６、１００のＱが十分に低い場合、或いは、スキャナ５６、１００が共振型ではない場合には、単純に駆動周波数を変化させることで、同期を維持するのに十分な形で走査周波数を移行させることができる。
【００６６】
図２１に示すように、本発明によるスキャナ１５０の別の実施形態は、二軸スキャナ１５２を主要な走査構成要素として、補正スキャナ１５４と共に利用する。二軸スキャナ１５２は、二本の直交軸の周りで振動する単一鏡デバイスである。こうしたスキャナの設計、製造、及び動作については、例えば、ノイケルマンズの’７９０号特許と、アサダらの「シリコンマイクロマシン化二次元ガルバノ光学スキャナ」IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 30, No. 6, 4647-4649, November 1994と、キアンらの「光学走査のためのマイクロマシン化マイクロスキャナ」SPIE proceedings on Miniaturized Systems with Micro-Optics and MicromachinesII, Vol. 3008, Feb. 1997, pp. 82-90と、において説明されており、これらはそれぞれ参照により本明細書に組み込むものとする。二軸スキャナ１５２は、ノイケルマンズの’６１８号特許において説明されるように、鏡位置の電気フィードバックを端子１５８に提供する一体センサ１５６を含む。
【００６７】
補正スキャナ１５４は、好ましくは、図１７Ａ乃至Ｂを参照して上で説明したようなＭＥＭｓスキャナだが、圧電スキャナ等の他のタイプのスキャナも本発明の範囲内にある。上で説明するように、補正鏡１５４は、正弦的な走査を行い、走査誤差の大部分を除去することが可能であり、或いは、この補正鏡は、更に正確な誤差補正のために、ランプパターンでの走査が可能である。
【００６８】
光源７８からの光は、補正鏡１５４に当たり、上で説明したような補正角度により偏向される。この光は、次に、二軸スキャナ１５２に当たり、図３乃至５を参照して上で説明したように、ラスタパターンに近付けるために水平及び垂直に走査される。
【００６９】
図２２に示す、本発明によるディスプレイの別の実施形態では、光学システム５００の入力に対して側方に、入力ビームを物理的にシフトすることで、補正鏡１００を排除する。図２２の実施形態では、フレーム５０４と入力ファイバ５０６との間に配置される圧電ドライバ５０２が、水平走査周波数の二倍の周波数で、駆動電圧を受領する。この駆動電圧に対応して、圧電ドライバ５０２は変形する。ファイバ５０６は、圧電ドライバ５０２に接合されているため、圧電ドライバ５０２の変形は、矢印５０８と影で表示するファイバ５１０とによって示すように、ファイバ５０６の対応するシフトを発生させる。当業者が認識するように、光学システム５００の特徴に応じて、圧電ドライバ５０２は、ファイバ５０６の側方への並進、或いは、ファイバ５０６出力の角度のあるシフトを形成することができる。光学システム５００は、その後、以前に説明した実施形態と同様に、ファイバ出力の移動を、知覚されるピクセル位置の移動に変換する。図２３の実施形態では、ファイバを並進させているが、本発明は、このような形で限定されない。例えば、一部の応用では、ＬＥＤ又はレーザダイオード等、その他のソースの並進を組み込むことが可能であり、或いは、レンズ５０の位置を並進させることが可能であり、或いは、二軸ＭＥＭｓスキャナ等のスキャナ全体を並進又は回転されることが可能である。
【００７０】
図２２の実施形態では、入力ファイバの位置をシフトすることで入力ビームをシフトさせるが、入力ビームをシフトさせるその他の方法も、本発明の範囲に含めることができる。例えば、図２３に示すように、電気光学結晶３００は、電気信号に応答して、入力ビーム８３をシフトする。この実施形態において、ビーム８３は、台形の形状の電気光学結晶３００の第一の面３０２に入り、ここでの屈折により、伝搬方向におけるシフトが生じる。ビーム８３が第二の面３０４を通じて退出する時には、屈折により、伝搬方向における第二のシフトが生成される。各面において、伝搬方向の変化の量は、空気と結晶３００との間の屈折率の違いに応じて変化することになる。
【００７１】
知られているように、電気光学結晶の屈折率は、結晶を通じた電場に応じて変化する。一対の電極３０６を通じて結晶３００全体に加える電圧により、結晶３００の屈折率を制御することが可能となる。したがって、印加電圧により、結晶３００の屈折率を制御することが可能となる。したがって、印加電圧により、ビーム８３が結晶３００に入射及び退出する際に、破線８３ａによって示すように、ビーム８３の角度のシフトを制御することができる。シフトの量は、印加電圧に対応することになる。したがって、シフトの量は、電極３０６に加える電圧を制御することで制御できる。そのため、結晶３００は、ラスタの先細りを相殺することが可能な電圧制御式のビームシフタを提供する。
【００７２】
ここで説明する実施形態はディスプレイだが、その他のデバイス又は方法を、本発明の範囲に含めることもできる。例えば、図２４に示すように、イメージャ６００は、図２１のスキャナ１５２、１５４に非常に類似する二軸スキャナ６０２と補正スキャナ６０４と含む。イメージャ６００は、デジタルカメラ、バーコードリーダ、二次元記号リーダ、ドキュメントスキャナ、又はその他の画像取得デバイスの入力要素にすることが可能な画像収集デバイスである。イメージャ６００による効率的な光の収集を可能にするために、イメージャ６００は、イメージャ６００外部の対象物６０８からの光を収集して補正スキャナ６０４上へ伝送する収集光学機器６０６を含む。収集光学機器６０６は、特定の用途に適した被写界深度と、焦点距離と、視野と、その他の光学的特徴とを有するように構成される。例えば、イメージャ６００が二次元記号リーダである場合、収集光学機器６０６は、赤色又は赤外線光に最適化することが可能であり、焦点距離は、１０乃至５０ｃｍ程度にすることができる。更に長い距離で記号を読み取るために、焦点調整光学機器は、更に長い焦点距離を有することが可能であり、或いは可変焦点を有することができる。この光学機器は、更に小型で安価な構成要素の使用を可能にするために、光学経路に沿った別の位置に配置することができる。
【００７３】
補正スキャナ６０４は、ディスプレイの実施形態に関して上で説明したように、収集光学機器６０６から受領した光の方向を変え、二軸スキャナ６０２に到達する前に、収集された光が補正成分を有するようにする。二軸スキャナ６０２は、様々な角度で収集光学機器６０６に到達する光を収集し、静止光検出器６１０の集合に光を向けるために、一般的なラスタパターンを通じて走査を行い、静止光検出器６１０のそれぞれは、画像フィールドのそれぞれの「タイル」を画像化するように、それぞれの位置及び方向性で配置される。
【００７４】
したがって、二軸スキャナ６０２の移動は、光検出器６１０上での対象物６０８の連続点の画像化に変換される。光検出器６１０は、スキャナ６０２からの光エネルギを、デコード電子機器６１２によって受領される電気信号に転換する。イメージャ６００が記号リーダである場合、デコード電子機器６１２は、記号デコード及び格納回路と、格納されたファイルから画像を組み立てるための更なる電子機器とを含むことができる。イメージャがカメラの一部である場合、デコード電子機器６１２は、デジタル／アナログコンバータと、メモリデバイス及び走査されたタイルのデジタル表現を格納するための関連電子機器と、格納されたファイルから画像を組み立てるための更なる電子機器とを含むことができる。当業者が認識するように、補正スキャナ６０４は二軸スキャナ６０２の前に配置されているが、一部の応用では、二軸スキャナ６０２の後に補正スキャナ６０４を配置することが望ましい場合がある。
【００７５】
図２４に示すイメージャ６００の別の特徴は、対象物のそれぞれの位置を照射する光を提供する照射ソース６１４のセットである。照射ソース６１４は、好ましくは、ビームの区別を容易にするために、異なる波長のものであるが、一部の応用においては、共通する波長のデバイスを使用することができる。イメージャ６００が記号リーダである多重波長構造の一例において、照射ソース６１４は、ビームスプリッタに対して光ビームを放射する赤外線又は赤色光発光体を含むことができる。ビームスプリッタ６１６は、照射光ビームを二軸スキャナ６０２に送り、ここで照射光は補正スキャナ６０４へと向きを変える。照射光ビームは、対象物６０８からの光の経路と共線的であるため、照射光ビームは、光検出器６１０によって画像化されるものと同じ位置で、対象物６０８に当たる。照射光ビームは、対象物６０８のそれぞれの領域の反射率に対応するパターンで、対象物６０８に反射される。反射された照射光は、対象物６０８のそれぞれの領域を画像化する光検出器６１０によってのみ使用可能なそれぞれの領域の光を画像化する光検出器６１０へと進む。高解像度に関しては、ソース６１４によって照射される範囲、或いは、光検出器６１０によって画像化される範囲を、様々な既知の光学手法を通じて、小さくすることができる。当業者が認識するように、図２４では水平スキャナ６０２の後に配置された補正スキャナ６０４を表示しているが、補正スキャナは６０４、ビームスプリッタ６１６と水平スキャナ６０２との間に配置することが好ましい場合が多い。これにより、補正スキャナ６０４の鏡を小さくすることが可能となる。
【００７６】
代わりに、光検出器６１０は、スキャナ６０２、６０４の外部に取り付け、それぞれのタイルから直接的に光を取り込む方向性にすることができる。各光検出器６１０はそれぞれのソースに一致する波長であり、各光検出器６１０は空間的に別個の領域に対して位置合わせされるため、それぞれのタイルからの信号間のクロストークは、十分に抑えることができる。
【００７７】
図２４のイメージャ６００の応用の一つにおいて、一つ以上の照射ソース６１４は、赤色レーザダイオード又は可視波長発光ダイオード（ＬＥＤ）等の可視的な直接変調光源を含む。そのため、図２５に示すように、可視照射ソース６１４は、ユーザのための可視画像を生成することができる。図２５の例示的な実施形態において、このイメージャは、対象物６０８上の記号に含まれる情報を特定する記号スキャナとして動作することができる。商品の価格及び識別情報といった表示するのが望ましい画像をデコード電子機器６１２が特定すると、デコード電子機器６１２は、望ましい画像に従って放射光の強度を変調するために、照射ソース６１４の駆動電流を変調する。ユーザがイメージャ６００をスクリーン６１９（又は対象物）に向けると、照射光は、上で説明したように、スクリーン６１９上で走査される。照射光は望ましい画像に従って変調されるため、スクリーン６１９から反射された可視光は、望ましい画像に従って空間的に変調される。したがって、イメージャ６００は、画像データの取得に加え、画像プロジェクタとして機能する。画像を生成するためにダイオードを変調するのに加え、或いは、これの代替として、対象物６０８の領域のそれぞれに対応するダイオードは、イメージャ６００の視野全体を満たす連続的又はパルス状の光ビームを出力することもできる。したがって、イメージャ６００は、ユーザの視野を示すスポッタフレーム６１８を提供する。同様に、視野の輪郭を示すように、或いは、クロスハッチ又は基準といった、その他の視野の印を生成するように、照射ソース６１４を修正し、ユーザが対象物６０８に対してイメージャ６００の位置を合わせるのを支援することができる。
【００７８】
ラスタの先細りを補正するのに加え、図２８に示す走査システムの一実施形態は、共振型及びその他の非線形走査システムの非線形性の影響にも対処する。当業者が認識するように、この補正は単一の光源又は単一の検出システムに関して説明されているが、ここで説明するアプローチは、上の図１０において提示したような、二つ以上の光源を使用するシステムにも応用することができる。例えば、応用の一つにおいて、図２８を参照して下で説明する補正出力クロック信号は、バッファ１３０６Ａ乃至Ｄ（図１３）の全バッファを駆動し、バッファ１３０６Ａ乃至Ｄから並列的にデータを出力させる。
【００７９】
図２６の破線で示すように、着信データのタイミングは、線形走査速度を前提としている。つまり、ラインにおいて等間隔で後に続く位置に関して、データは、一定の間隔で到着する。しかしながら、共振型スキャナは、図２６の実線で示すように、正弦的に変化する走査速度を有する。時間ｔ０に開始されるラインの開始時において（なお、正弦波走査での実際の走査開始は、図２６に関して上で説明したように、僅かに遅延する可能性が高くなる）、正弦波走査は、当初、線形走査に対して立ち遅れる。したがって、位置Ｐ１に関する画像データが時間ｔ１Ａに到着する場合、正弦波走査では、このピクセルを位置Ｐ２に配置することになる。
【００８０】
このピクセルを正確に配置するために、図２８のシステムは、次に説明するように、この画像データを時間ｔ１Ｂまで遅延させる。図２８に示すように、到着画像データＶＩＭは、画像データ信号の水平同期成分に応答して、カウンタ回路２２０２によってライン又はフレームバッファ２２００へクロックされる。カウンタ回路２２０２は、従来型の回路であり、データをバッファ２２００へクロックする等間隔のパルスを有する入力クロック信号を提供する。図１３の多重ソースシステムでは、四つのバッファ１３０６Ａ乃至Ｄと、デマルチプレクサ１３０４とが、フレームバッファに置き換わり、画像データは、単一のフレームバッファ又はラインバッファへクロックされるのではなく、デマルチプレクサ１３０４を通じて、四つのバッファ１３０６Ａ乃至Ｄへ連続してクロックされる。
【００８１】
フィードバック回路２２０４は、バッファ２２００（又は、図１３のバッファ１３０６Ａ乃至Ｄ）からの出力のタイミングを制御する。フィードバック回路２２０４は、走査組立体８２からの正弦波又はその他のセンス信号を受領し、センス信号の期間を、高速の第二のカウンタ２２０６により分割する。論理回路２２０８は、カウンタ出力に応答して、出力クロック信号を生成する。
【００８２】
しかしながら、入力クロック信号とは異なり、出力クロック信号のパルスは、等間隔ではない。その代わりに、パルスタイミングは、図２６の線形信号のタイミングを正弦波信号と比較することで、分析的に決定される。例えば、位置Ｐ１に配置されるピクセルに関して、論理回路２２０８は、線形走査速度の場合のように時間ｔ１Ａではなく、時間ｔ１Ｂに出力パルスを提供する。
【００８３】
論理回路２２０８は、メモリ２２１０内のルックアップテーブルにアクセスすることで、ピクセル位置に対応するカウントを特定する。ルックアップテーブル２２１０内のデータは、走査システム期間を多数のカウントに分割し、適切なピクセル位置に対応するカウントを特定することで定義される。図２７は、３５ピクセルのラインに関して、この評価をグラフにより示している。当業者が認識するように、この例は、明確な提示を行うために簡略化されている。通常のラインは、数百又は数千ものピクセルを含む場合がある。確認できるように、ピクセルは、視野の縁部において、望ましくない形で共に接近した間隔となり、視野の中央部において、望ましくない形で離れた間隔となる。その結果、画像は、視野の縁部近くで圧縮され、中心近くで拡大されることになり、これにより歪んだ画像が形成される。
【００８４】
上のラインにより示すように、時間的に等間隔のピクセルカウントに関して、ピクセル位置は、非線形的に変化している。したがって、上のラインにより示すピクセルそれぞれの望ましい位置は、実際には、非線形的な間隔のカウントに対応する。例えば、上のラインと下のラインとの第一のピクセルは、ゼロカウントに到着しており、ゼロカウント位置に配置されるべきである。第二のピクセルは、１００カウントに到着しているが、５４０カウント位置に配置されるべきである。同様に、第三のピクセルは、カウント２００に到着し、カウント７２０に出力される。当業者が認識するように、この図は、実際の計算とタイミングとを表したものに過ぎない。例えば、一部の出力カウントは、対応する入力カウントよりも高くなり、一部のカウントは低くなる。当然ながら、ピクセルは、実際には、対応するデータが到着する前には出力されない。この条件に対処するために、図２８のシステムは、実際には、同期型メモリデバイスと同様の形で、データの出力に待ち時間を課す。図２７の例では、単一のラインの待ち時間（３４００カウントの待ち時間）で十分となる。こうした待ち時間により、第一の出力ピクセルは、カウント３４００に発生し、第二のものは、カウント３９４０に発生することになる。
【００８５】
図２９は、ピクセルを望ましい位置に配置するための代替アプローチを示している。この実施形態では、出力データのクロックを制御するカウンタではなく、パターンジェネレータから補正クロックを生成する。同期信号ストリッパ２５００は、到着画像信号ＶＩＭから水平同期信号をストリップする。この同期信号に対応して、位相同期ループ２５０２は、同期信号にロックされた一連のクロックパルスを生成する。このクロックパルスによって駆動されるＡ／Ｄコンバータ２５０４は、画像信号のビデオ部分をサンプリングし、サンプル入力データを生成する。サンプリングレートは、システムに必要な解像度に応じて変化することになる。好適な実施形態において、サンプリングレートは、およそ４０Ｍｈｚである。プログラマブルゲートアレイ２５０６は、Ａ／Ｄコンバータ２５０４からのデータを調整し、バッファ２５０８に格納される画像データのセットを生成する。当業者が認識するように、各水平同期信号に関して、バッファは、一ラインの画像データを受領することになる。１４８０×１０２４ピクセルのディスプレイに関して、このシステムは、ビデオ信号の単一の期間中に、１４８０セットの画像データをサンプリング及び格納することになる。
【００８６】
データの各ラインがバッファ２５０８に格納されると、バッファは、補正データを収容するガンマ補正メモリ２５１０を含むＲＡＭＤＡＣ２５０９へデータを出力するためにクロックされる。ガンマ補正メモリ２５１０へのデータ入力としてバッファデータを使用する代わりに、バッファデータは、ガンマ補正メモリ２５１０からの補正データを取り出すためのアドレス指定データを生成するのに使用される。例えば、選択された画像強度Ｉ１に対応する画像データのセットは、ガンマ補正メモリ２５１０内の対応する位置を特定する。実際の画像データを出力するのではなく、ガンマ補正メモリ２５１０は、ユーザの目において適切な光度を発生させることになる補正データのセットを出力する。この補正データは、様々な構成要素の透過率と、光源の強度及び電流応答性の対比と、構成要素の回折及びアパーチャ効果と、他の様々なシステム特性とを含め、走査システム全体を特徴付けることで、分析的及び経験的に決定される。
【００８７】
本発明による、図３０に示す一実施形態において、データは、光源における温度対強度又は年数対強度の変動に関して、更に補正される場合がある。基準データは、垂直及び水平位置がユーザの視野を外れている間に、光源を駆動する。例えば、水平走査の縁部において、基準データは、事前に定められた光度に設定される。検出器２５１９は、光源２５１６からの出力と、温度補正回路２５２１とをモニタする。強度が事前に定められた光度よりも高い場合、ゲイン回路２５２３は、１よりも小さい補正係数により、ＲＡＭＤＡＣ２５０６からの信号を減少させる。強度が事前に定められた光度よりも低い場合、この補正係数は、１よりも大きくなる。ここで説明する実施形態では、変調されていないビームの部分を取り出すか、或いは、走査期間の非表示部分の間にビームをサンプリングするが、本発明は、このような形に限定されない。例えば、変調ビームの部分を、走査期間の表示部分の間に、或いは継続的に、取り出すことが可能である。その後、変調ビームの取り出した部分の強度を増減し、入力ビデオ信号と比較して、表示光の望ましいレベルに対する表示光の相対的な強度におけるシフトを決定し、変動をモニタする。
【００８８】
強度をモニタすることに加え、このシステムは、同じ補正データを通じて、或いは第二の補正係数により乗算することで、パターンに依存する加熱を補正することができる。例えば、表示パターンが、大きな高光度エリアを含む場合、光源温度は、長時間の高レベルでの起動により増加することになる。画像信号に対応するデータはバッファに格納されるため、このデータは、光源２５１６の実際の起動の前に利用することができる。したがって、システムは、「先を見越して」、パターンによって発生する熱の量を予測することができる。例えば、光源が、目標ピクセルに先行する５０ピクセルに渡って高度に起動される場合、システムは、概算のパターン依存熱効果を予測することができる。これにより、補正係数を、予測されたパターン依存加熱に基づいて、計算することができる。補正について、ここでは強度全般に関して説明しているが、多くの実施形態における補正は、赤色、緑色、及び青色波長に個別に適用し、発光体の様々な応答性と、パターンの色の変動とを補正することができる。各波長を個別に補正することで、発光体の信号から強度への応答性における変動の相違による色の不均衡を制限するのを助けることができる。
【００８９】
図２９に戻ると、ガンマ補正メモリ２５１０からの補正データ出力（強度の変動に関して修正されている可能性がある）は、光源２５１６への入力信号を生成するために補正アナログ信号を増幅及び処理する信号整形回路２５１４を駆動する。これに応答して、光源２５１６は、ガンマ補正メモリ２５１０からの補正データに従って変調された光を出力する。この変調光は、表示のための走査変調光を生成するためにスキャナ２５１８に入る。
【００９０】
バッファ２５０８と、補正メモリ２５１０と、Ｄ／Ａコンバータ２５１２とを駆動するクロック信号は、クロックジェネレータ２５２２と、パターンメモリ２５２４と、立ち上がりエッジ検出器２５２６とを含む補正クロック回路２５２０に由来する。クロックジェネレータ２５２２は、スキャナ２５１８からのセンス信号にロックされた位相同期ループ（ＰＬＬ）を含む。ＰＬＬは、センス信号にロックされた約８０ＭＨｚの高周波クロック信号を生成する。高周波クロック信号は、パターンメモリ２５２４内のアドレスから、データを連続的にクロックする。
【００９１】
立ち上がりエッジ検出器２５２６は、パターンメモリ２５２４から取り出したデータの０から１への各遷移に応答して、パルスを出力する。このパルスは、その後、バッファ出力と、ガンマ補正メモリ２５１０と、Ｄ／Ａコンバータ２５１２とを駆動するクロック信号ＣＫＯＵＴを形成する。
【００９２】
当業者が認識するように、エッジ検出器２５２６から出力されるパルスのタイミングは、パターンメモリ２５２４に格納されるデータと、スキャナ２５１８の走査周波数ｆＳＣＡＮとに応じて変化することになる。図３１は、この概念を簡略化した例を示している。当業者が認識するように、図３１においては、明確な提示を行うために、データ構造は簡略化されており、アドレス指定及びその他の回路も省略されている。
【００９３】
図３１の例において、走査周波数ｆＳＣＡＮが２０ｋＨｚであり、クロックジェネレータ２５２２が走査周波数ｆＳＣＡＮの４０００倍のクロック信号を出力する場合、パターンメモリ２５２４は、８０ＭＨｚでクロックされる。アドレス指定されたメモリ位置２５２４Ａの全てのビットが０である場合、ジェネレータクロックの１６の遷移に関して、出力クロックの遷移は発生しない。位置２５２４Ｂのデータ構造では、ジェネレータクロックの１６の遷移に関して、出力クロックの単一の遷移が発生する。同様に、位置２５２４Ｃは、走査信号の一期間に、ジェネレータクロックの二つのパルスを提供し、位置２５２４Ｅは、一期間に、ジェネレータクロックの八つのパルスを提供する。
【００９４】
したがって、パルスの数と相対的なタイミングとは、パターンメモリ２５２４に格納されるデータによって制御される。一方、ジェネレータクロックの周波数は、走査周波数に応じて決定される。走査周波数が変化すれば、パルスのライミングも、これにより変化するが、パターンメモリ内の格納データに応じて決定されることになる。
【００９５】
図２９及び３０のアプローチは、正弦波レート変動補正に限定されない。クロックパターンメモリ２５２４は、電子及び光学ソースの光学的歪み、第二調波、及び応答時間特異性といった、その他の多種の非線形効果に対処するためにプログラムできる。
【００９６】
更に、図２９の基本構造は、図３０に示すように、ビットカウンタ２５３０と、ルックアップテーブル２５３２と、垂直増分回路２５３４とをバッファ２５０８の前に挿入することで、垂直走査誤差又は光学的歪みに適合させるために容易に修正できる。カウンタ２５３０は、格納データの二つのビットを取り出すために、入力クロックの各パルスに応答して、ルックアップテーブル２５３２をアドレス指定する。取り出されたデータは、垂直アドレスを増分するべきか、減少させるべきか、或いは変更せずに残すべきかを示す。ルックアップテーブル２５３２内のデータは、走査システム及び光学機器の光学的歪みを測定することで経験的に決定され、或いは、モデル化を通じて分析的に決定される。アドレスが増分又は減少される場合、増分回路は、バッファ２５０８内のアドレスを増分又は減少させ、名目上のメモリ位置に格納されることになっていたデータは、実際には、名目位置より一列高い又は低い代替位置に格納されるようになる。
【００９７】
こうしたデータ構造の一つを図式的に表現したものは、図３２の簡略化した例に表示されている。この例では、データの第一のライン（ライン０）に関するデータビット３２０２の最初の三セットが、第一のメモリ列に格納されており、第一のラインに関するデータビット３２０４の次の三セットは、第二のメモリ列に格納され、データビットの最後の三セットは、第三のメモリ列に格納されている。当業者が認識するように、この例は、明確な提示を行うために、大幅に簡略化されている。実際の実施では、遙かに多くのデータセットが含まれることになり、列番号の減少と増分とが利用される可能性がある。
【００９８】
結果として、一つのラインに関するデータの何らかの部分が、新しいラインに移動される。したがって、結果として生じるバッファ２５０８内のデータマップは、図３２から確認できるように、歪曲される。しかしながら、データマップの歪曲は、走査及び光学的歪みによって生じる画像の垂直歪みを相殺するように選択することができる。結果として、全体的なシステムの歪みが低減される。図３０の実施形態では、バッファ２５０８に格納されるデータの位置を調整することによる垂直歪みの補正を示しているが、この補正に対するその他のアプローチも実施可能である。例えば、格納位置のアドレスを調整するのではなく、バッファ２５０８からＲＡＭＤＡＣ２５０９へデータを取り出すのに使用されるアドレスを修正することが可能である。
【００９９】
上記のように、多くの応用では、一つ以上のスキャナの走査周波数を制御することが望ましい。非共振型又はＱの低い応用では、単純に駆動信号の周波数を変化させることで、走査周波数を変更できる。しかしながら、Ｑの高い共振型の応用では、駆動信号がスキャナの共振周波数と異なる場合、スキャナの振幅応答特性は、劇的に下落する。駆動信号の振幅の変化は多少であれば補正可能だが、駆動信号の大きさは、多くのケースにおいて、許容できないほど高くなる可能性がある。そのため、単純に駆動信号の周波数及び又は振幅を制御することでスキャナ周波数ｆＳＣＡＮを制御しようと試みることは、多くの応用において望ましくない。
【０１００】
周波数ｆＳＣＡＮを制御するアプローチの一つは、ＭＥＭｓスキャナ３３００に関して、図３３及び３４に表示されている。スキャナ３３００は、鏡本体３３０４の角に配置された四つの同調タブ３３０２Ａ乃至Ｄを含む。同調タブ３３０２Ａ乃至Ｄは、鏡本体３３０４と一体化された柔軟な突出部である。固定剛体突出部３３０５は、同調タブ３３０２Ａ乃至Ｄに隣接する鏡本体３３０４から突出し、間に小さな隙間を残す。
【０１０１】
それぞれの同調タブ３３０２Ａ乃至Ｄには、伝導体３３１０によって外部電極３３１２に結合される接地電極３３０６が付いており、これはタブ３３０２Ａ乃至Ｄに隣接する電気基準面を形成する。それぞれの剛体突出部３３０６Ａ乃至Ｄには、それぞれの外部電極３３１６Ａ乃至Ｄによって制御されるそれぞれの熱電極３３０８が付いており、各同調タブ３３０２Ａ乃至Ｄと対応する剛体突出部３３０６Ａ乃至Ｄとの間の電圧の差異を制御することができる。
【０１０２】
各フレキシブルタブ３３０２Ａ乃至Ｄは、図３４に示すように、タブ３３０２Ａ乃至Ｄと近接した剛体突出部３３０６との間での印加電圧の差異に応答して屈曲するような寸法とする。屈曲の量は、印加電圧に応じて変化することになり、これによって、同調タブの屈曲の電気制御が可能となる。
【０１０３】
当業者が認識するように、スキャナ３３００の共振周波数は、鏡３３０４の質量と、鏡３３０４を支持するトーションアーム３３１７の寸法及び機械的特性と、鏡３３０４の回転軸線に対する鏡３３０４（タブ３３０２Ａ乃至Ｄ及び剛体突出部３３０６を含む）の各半分の質量中心の位置３３１８との関数となる。フレキシブルタブの屈曲により、質量中心は、最初の位置３３１８から僅かに内側に移行し、新しい位置３３２０となる。質量中心が回転軸線の近くに配置されるため、走査周波数は、僅かに増加する。したがって、固定突出部３３０６の電圧を増加させることにより、スキャナ３３００の共振周波数を増加させることができる。
【０１０４】
スキャナの共振を制御するための電子制御要素の使用は、水平走査周波数の制御に限定されない。例えば、図３５の実施形態では、鏡本体３５００は、本体の縁部から延びる、互いに入り込んだ櫛形ドライブ３５０２を有する。櫛形駆動アクチュエータは、既知の構造であり、例えば、タンらの「側方ポリシリコン共振器の静電櫛形ドライブ」、Transducers '89, Proceedings of the 5th International Conference on Solid State Sensors and Actuators and Eurosensors III, Vol. 2, pp. 328-331, June 1990において説明されており、これは参照により本明細書に組み込むものとする。
【０１０５】
それぞれの伝導体３５０４は、櫛形ドライブ３５０２のそれぞれから延び、電圧Ｖｔｕｎｅ１、Ｖｔｕｎｅ２を同調して、櫛柄ドライブ３５０２を制御することを可能にする。知られているように、印加電圧は、櫛形ドライブ３５０２において横力Ｆ１、Ｆ２を発生させる。櫛形ドライブ３５０２の末端部のフレキシブルアーム３５０６は、この力Ｆ１、Ｆ２を受けて屈曲し、これにより、鏡本体のそれぞれの半分の質量中心３５０８に対して、フレキシブルアーム３５０６の質量がシフトする。位置のシフトは鏡本体３５００の回転軸線に平行であるため、水平共振周波数は、大きくシフトしない。しかしながら、フレキシブルアームが異なる位置シフトを受けるように電圧を設定する場合、鏡本体３５００を僅かに不平衡にすることができる。鏡本体３５００は、これにより、図２０のリサジュパターンに近づき始めることになる。同調電圧Ｖｔｕｎｅ１、Ｖｔｕｎｅ２を調整することで、走査パターンにおける対応する調整が発生する。フレキシブル部分３５０６の質量と電圧Ｖｔｕｎｅ１、Ｖｔｕｎｅ２とを適切に選択する場合、不平衡である鏡本体からの振動の共振周波数は、水平走査周波数の整数倍となり、リサジュパターンは安定することになる。走査パターンをモニタし、これに応じて同調電圧Ｖｔｕｎｅ１、Ｖｔｕｎｅ２を調整することで、リサジュパターンの安定を維持することができる。したがって、この電子制御構造は、先細りの補正を支援することができる。
【０１０６】
図３６は、スキャナ３６００の共振周波数を制御する代替アプローチを示している。この実施形態において、スキャナ３６００は、プラットフォーム３６０２上で、透明蓋３６０６を有する密閉パッケージ３６０４に収容される。パッケージ３６０４は、更に、ヘリウム又はアルゴン混合物等のガスを、低圧で含む。スキャナ３６００の共振周波数は、部分的には、パッケージ３６０２内の圧力と、ガスの特性とに応じて変化し、これはバルテスらの「小型電子ノーズ」、IEEE Spectrum, Sept. 1998, pp. 35-39において説明されており、これは参照により本明細書に組み込むものとする。従来の密閉パッケージとは異なり、パッケージ３６０２は、プラットフォーム３６０２の下に隠された一対のガス放出ノジュール３６１０を含む。
【０１０７】
ノジュール３６１０は、抵抗ヒータ３６１１の最上部に位置した、ポリマ内のイソプロパノール等のガス放出材料により形成される。電流は、ヒータ３６１１の抵抗過熱を発生させ、これは次に、ノジュール３６１０によるガス放出を発生させる。電子周波数コントローラ３６１４は、それぞれのノジュール３６１０の両側に配置される電極３６１２のペアを通じて制御電流を加えることで、ガス放出の量を制御する。ガス濃度の増加、或いは、選択されたガスの分圧における増加により、スキャナ３６００の共振周波数は低下する。更に大きな周波数の変動のために、吸収ポリマセグメント３６１８が、スキャナのトーションアーム３６２０を覆い、共振周波数に対する吸収の影響を「増幅」する。電気的に制御されたガス放出について、上の実施形態で説明したが、ガスの分圧を制御するために、その他の様々なアプローチを利用することが可能である。
【０１０８】
例えば、パッケージ３６０４は、パッケージ３６０４を圧縮して、パッケージ３６０４内部の体積を減少させる圧電材料の壁、又はその他の圧電構造を含むことが可能であり、これにより、パッケージ３６０４内部の全体的な圧力が増加する。全体的な圧力の増加は、ポリマセグメント３６１８による吸収を増加させ、共振周波数を変化させる。注意すべき点として、共振周波数は周囲の環境の圧力に影響を受ける場合があるため、このアプローチにおいて、増加した圧力は、吸収ポリマが存在しない状態であっても、共振周波数に影響を与えることになる。したがって、代替アプローチにおいて、共振周波数応答は、ポリマセグメント３６１８の有無にかかわらず、単純にパッケージ３６０４内の圧力を制御することで制御される。
【０１０９】
更に別のアプローチにおいて、吸収ポリマ又は他の吸収材料は、鏡本体３５００（図３５）上で、回転軸線から外れた位置に配置することができる。選択されたガスの分圧の増加により、ガスの吸収が増加し、これにより、回転軸線から外れている質量が増加する。そのため、ガスの吸収を選択的に制御することで、共振周波数が制御される。
【０１１０】
上記のように、ガス吸収は、電気入力に対応させることができる。次に、従来の制御システムのアプローチにより、モニタした共振周波数と望ましい共振周波数との間の差異に電気入力を対応させ、実際の共振周波数を望ましい共振周波数に「ロック」することが可能である。このアプローチは、ビデオ信号の水平同期成分、或いは、記号リーダ又はビデオカメラの望ましいラインレート等、別の周波数に走査周波数を一致させることが望ましい用途において、特に有用である。
【０１１１】
通常、上記の可変又は「能動的」同調のアプローチは、小さな周波数変動を発生させるのに最も望ましい。例えば、こうした小さな周波数調整により、環境的影響、経年変化、又は内部での熱の蓄積による、共振周波数のドリフトを補うことが可能である。能動的同調アプローチの難点を低減するために、或いは、能動的同調を完全に排除するために、多くの応用においては、スキャナの非補正共振周波数と望ましい走査周波数との間の違いを最小化するように、スキャナの共振周波数を「同調」することが望ましい。こうした周波数の違いは、処理の差異、材料特性の差異、又は他のいくつかの影響によって生じる場合がある。
【０１１２】
図３７は、スキャナの非補正共振周波数を同調するアプローチの一つを示しており、これにおいて、スキャナ３７００は、一体同調タブ３７０２Ａ乃至Ｂ、３７０４Ａ乃至Ｂ、３７０６Ａ乃至Ｂ、３７０８Ａ乃至Ｂ、３７１０、及び３７１２を伴って製造される。最初に、スキャナの鏡本体３７１４とトーションアーム３７１６とは、（全ての同調タブ３７０２Ａ乃至Ｂ、３７０４Ａ乃至Ｂ、３７０６Ａ乃至Ｂ、３７０８Ａ乃至Ｂ、３７１０、及び３７１２が取り付けられた状態で）望ましい共振周波数を僅かに下回る共振周波数が発生する寸法とする。スキャナ３７００を組み立てた後、共振周波数は、様々な方法で測定することができる。例えば、スキャナ３７００は、以前に説明した手法の一つにおいて駆動することが可能であり、鏡応答性は、光学的にモニタすることができる。代わりに、インピーダンスと周波数とを対比した測定値により、共振周波数を比較的素早く提供することもできる。
【０１１３】
決定された共振周波数は、次に、望ましい共振周波数と比較し、望ましい周波数補正を特定する。特定された周波数補正に基づいて、同調タブ３７０２Ａ乃至Ｂ、３７０４Ａ乃至Ｂ、３７０６Ａ乃至Ｂ、３７０８Ａ乃至Ｂ、３７１０、及び３７１２の一部を、例えば、レーザトリミング又は機械的な力により、取り除き、鏡本体３７１４の質量を減らすことができる。知られているように、鏡本体３７１４の質量を低下させることで、（その他の変動が存在しない状態では）共振周波数が増加する。特定された周波数補正のために取り除くタブの数及び位置は、モデル化又は経験的データを通じて決定することができる。好ましくは、取り除く同調タブは、鏡本体のそれぞれの半分の質量中心に対して、更には、鏡本体３７１４の回転軸線に関して、対称に配置される。この対称性を容易に形成するために、同調タブ３７０２Ａ乃至Ｂ、３７０４Ａ乃至Ｂ、３７０６Ａ乃至Ｂ、３７０８Ａ乃至Ｂ、３７１０、及び３７１２は、鏡本体３７１４の周りの対称位置に配置される。例えば、同調タブ３７０２Ａ乃至Ｂ及び３７０４Ａ乃至Ｂは、通常はグループとして取り除かれる四つ揃いのタブを形成する。同様に、同調タブ３７１０及び３７１２は、通常はペアとして取り除かれるタブのペアを形成する。
【０１１４】
同調タブ３７０２Ａ乃至Ｂ、３７０４Ａ乃至Ｂ、３７０６Ａ乃至Ｂ、３７０８Ａ乃至Ｂ、３７１０、及び３７１２は、提示を容易にするために等しいサイズで表示されているが、これらを同じサイズにすることは、常に必須ではなく、或いは望ましいとも限らない。一部の応用において、こうしたタブは、同調の可撓性を高めることができるように、サイズを変化させてもよい。
【０１１５】
図１２を参照して上で説明したように、二次元でのタイル化により、スキャナに対する要求の少ない大型の高解像度ディスプレイが可能となる。図３８は、四つのソース３８００、３８０２、３８０４、３８０６が共通のスキャナにフィードを行う時に発生する可能性がある難点の一つを示している。左下のスキャナ３８００のレイトレースから確認できるように、右上のソース３８０４は、左下のソース３８００の予想走査フィールド３８１０内に配置されている。更に調整を行わなければ、右上のソース３８０４は、左下のスキャナ３８００からの画像の一部を遮断することが予想され、対応するタイルでは、照射されない領域が発生する。
【０１１６】
図３９は、ソース及びビームの重複の影響を低減することが可能なアプローチの一つを示している。この実施形態において、光は、別個のファイバ３９００、３９０２、３９０４、３９０６を通じて到着し、それぞれのＧＲＩＮレンズ３９０８、３９１０、３９１２、３９１４が収集し、それぞれの反射鏡３９１６、３９１８、３９２０、３９２２上に焦点を合わせる。図４０の二つの鏡３９１６、３９２２に関して明らかとなるように、反射鏡３９１６、３９２２は、それぞれのＧＲＩＮレンズ３９０８、３９１４からの光の向きを変えて、湾曲した部分透過性の鏡３９２４に向ける非常に小さな鏡である。鏡３９２４は、以前に説明したように、周期的な走査を行う中央に配置されたスキャナ３９２６に入射光を戻す。走査光は、部分透過性の鏡３９２４を通過して、画像を見ることが可能な画像フィールド３９２８に向かう。
【０１１７】
図４０において確認できるように、ＧＲＩＮレンズ３９０８、３９１４は、それぞれのファイバ３９００、３９０６からの分岐する光を集め、それぞれの反射鏡３９１６、３９２２において、ビームの幅をほぼ最小直径まで低減する。ビーム３９３０は、その後、湾曲鏡３９２４へと移動する際に拡大する。湾曲鏡３９２４は、拡大するビーム３９３０を、スキャナ３９２６の鏡の幅Ｗよりも僅かに小さな直径を有する、ほぼ平行なビーム又は僅かに集束するビーム３９３２に変換する。
【０１１８】
図４０において確認できるように、反射鏡３９１６、３９１８、３９２０、３９２２は、その走査の一部の間に、他の反射鏡からの光をブロックすることになる。しかしながら、反射鏡はビームの小さな区域のみをブロックし、ビームは画像フィールド３９２４で集束するため、その影響は、対応するピクセルが僅かに暗くなることとなる。補正を行わない場合には、これによって、望ましいピクセル強度からの僅かな変化が発生する可能性がある。しかしながら、図２９に関して上で説明したプログラマブルゲートアレイ２５０６は、強度を事前に加重し、反射鏡３９１６、３９１８、３９２０、３９２２により暗くなる影響を相殺することができる。
【０１１９】
更に効率的な改善を行うために、図３９及び４０のディスプレイでは、偏光の特性を利用することもできる。一部の応用において、ファイバ３９００、３９０２、３９０４、３９０６（或いは、レーザダイオード等のその他の光源）は、偏光を放射する。３Ｍの二重輝度強化フィルム等の偏光依存リフレクタ３９３４は、鏡の内面を覆い、偏光した入射ビーム３９３０を反射する。反射ビーム３９３２がスキャナ３９２６へ進む時、ビーム３９３２は、偏光を４５度回転させる四分の一波長板を通過する。ビーム３９３２は、次に、スキャナ３９２６によって反射され、四分の一波長板を再度通過するため、偏光は合計９０度回転し、最初のビーム３９３０に対して直角となる。直角の偏光ビームは、偏光依存リフレクタ３９３４を効率よく通過し、画像フィールド３９２８へ進む。
【０１２０】
図４１は、タイル化のアプローチにより、補正スキャナなしで、ラスタの先細りをどのように低減できるかを示している。この実施形態において、ファイバ４１０２からの変調光は、光学スイッチ４１０８により決定された伝送ファイバ４１０４、４１０６の一方又は他方に入る。光は、伝送ファイバ４１０４、４１０６を出て、共通スキャナ４１１０に当たり、これは第一のファイバ４１０４からの光を画像フィールド４１１４の第一の領域４１１２上で走査し、第二のファイバ４１０６からの光を画像フィールド４１１４の第二の領域４１１６上で走査する。ファイバ４１０４、４１０６は、第一及び第二の領域４１１２、４１１６が重複エリア４１１８において、ほんの僅かに重複するような方向性とする。
【０１２１】
スキャナ４１１０の前方掃過中、電子コントローラ４１２０は、光が第二のファイバ４１０６を通過するように、スイッチ４１０８を起動する。したがって、スキャナ４１１０は、第二の領域４１１６において、第一の走査ライン４１２２に沿って、光の向きを変える。前方掃過の終了時、コントローラ４１２０は、光が次に第一のファイバ４１０４を通過し、第一の領域４１１２において、第一の走査ライン４１２４に沿って走査されるように、スイッチ４１０８を起動する。スキャナ４１１０のその後の各掃過に関して、コントローラ４１２０は、領域４１１２、４１１６のそれぞれにおいてラインのセットを生成するようにスイッチを起動する。垂直走査は前方掃過中に継続するため、ラインは、図４１に示すように、僅かに傾斜する場合がある。こうした傾斜は、通常、視聴者によって観測可能ではないが、望ましい場合には、カスタム光学機器により、走査の傾斜を相殺する「反対」傾斜を発生させることが可能である。代わりに、図２９に関して上で説明したプログラマブルゲートアレイ２５０６によって、画像データを事前に変形し、補正することができる。
【０１２２】
この構造は、二つの水平タイル、或いは、単一の発光体に限定されない。例えば、図４２に示すように、二本のファイバからの光を四本のファイバに切り替え、２掛ける２のタイル画像を生成することができる。
【０１２３】
このアプローチにおいて、入力ファイバ４２００は、光学スイッチ４２１０、４２１２、４２１４のセットによって、四本のファイバ４２０２、４２０４、４２０６、４２０８に結合され、各ファイバはそれぞれの角度から、走査組立体４２１６へのフィードを行う。スイッチコントローラ４２００は、掃過の方向と、視標追跡器（表示なし）によって提供されるようなユーザの指標の追跡位置とに従って、スイッチ４２１０、４２１２、４２１４を起動する。この視標追跡器は、指標方向を決定する任意の既知の装置にすることができる。
【０１２４】
例えば、ユーザが画像の上半分を見ている時、左上のタイル４２２２で画像を生成するように位置合わせされた第一のファイバ４２０６が、前方掃過中に走査組立体４２１６へのフィードを行う。右上のタイル４２２４を生成するように位置合わせされた第二のファイバ４２０８は、後方掃過中に走査組立体４２１６へのフィードを行う。ユーザが画像の下半分を見ている時には、左下のタイル４２２６を生成するように位置合わせされた第三のファイバ４２０４が、前方掃過中に走査組立体４２１６へのフィードを行う。右下のタイル４２２８を生成するように位置合わせされた第四のファイバ４２０２は、後方掃過中に走査組立体４２１６へのフィードを行う。それぞれのファイバ４２００、４２０６、４２０８、４２０４のそれぞれは単一のファイバとして表されているが、一部の応用において、各ファイバ４２００、４２０６、４２０８、４２０４は、実際には複数のファイバ４２００、４２０６、４２０８、４２０４を含むことができる。こうした応用において、各ファイバ４２００、４２０６、４２０８、４２０４は、複数の入力ファイバ４２００と、対応する複数のスイッチセットによってフィードされる。こうした実施形態では、有利なことに、複数のラインを同時に書き込むことが可能となる。複数のラインを同時に書き込むことで、水平スキャナの周波数は、上で説明した単一ラインを書き込むアプローチに比べて相対的に低減され、これにより走査の難点が低減される。更に、複数の発光体から光を同時に提供することで、一定の表示輝度において各ソースから必要となる光エネルギの量が低減され、ビームの変調周波数が低減される。これは光源の性能要件を減らし、これにより、ディスプレイ全体のコストと複雑さとが減少する。
【０１２５】
図４１及び４２の実施形態について、ここではファイバと光学スイッチとを使用して説明したが、一部の応用においては、レーザダイオード、ＬＥＤ、マイクロレーザ、又はガスレーザといった個別の光源を、各ファイバと置き換えることができる。こうした応用において、電気スイッチ（トランジスタ等）は、それぞれのソースへの駆動電流を選択的に制御するか、或いは、それぞれのソースに位置合わせした外部変調器を制御して、鏡の前方及び後方掃過中の光のフィードを制御する。
【０１２６】
ここでは本発明について、例示的な実施形態により説明したが、本発明の趣旨及び範囲から離れることなく、ここで説明した構造及び方法を変化させることが可能である。例えば、様々な構成要素の配置を、更に変化させることができる。再配置の一例では、補正スキャナは、光学経路内で、他のスキャナの前又は後に配置することができる。更に、多くの応用において、射出瞳孔エキスパンダを追加すること、或いは省略することが可能である。こうした実施形態では、従来の指標追跡を追加し、走査ビームと目との結合を容易にすることができる。更に、この走査システムは、走査網膜ディスプレイに加え、投影ディスプレイ、光記憶装置、及びその他の様々な走査光ビーム用途に使用することが可能である。更に、図２４乃至３１を参照して説明したアプローチの代わりに、プログラマブルディレイ等、他の様々なタイミング制御メカニズムを使用して、スキャナの可変速度を補正することができる。加えて、一部の応用では、配置を容易にするため、或いはその他の理由から、それぞれを一つ以上のビームによりフィード可能な複数のスキャナを使用することが望ましい場合がある。こうした構造において、各スキャナと、対応する光源とは、タイルのそれぞれのセットを生成する。全体的な画像は、その後、それぞれのスキャナからのタイルのセットを、隣接して配置して、或いは重複させて、組み合わせることにより形成される。重複は、一般には、各スキャナがそれぞれの波長で使用される場合のみ好ましいが、一部の応用では、飛び越し走査、或いは画像を組み合わせるその他のアプローチに関して、重複を使用することができる。
【０１２７】
タイミング及び歪み補正のための別の代替アプローチにおいて、メモリマップは、変形せずに、一定の速度でアドレス指定することができる。スキャナの非線形性を補正するために、各位置のデータは、取り出した画像データから導かれ、固定された増分で出力される。例えば、図２７を参照すると、データは時間１５００に出力されることになるが、この時間はピクセル時間と直接的に対応していなかった。補正するために、バッファ２５０８は、このラインに関して、１０番目及び１１番目の位置でアドレス指定される。その後、出力データは、１０番目及び１１番目の位置からのデータの加重平均となる。したがって、バッファ２５０８は、一定の速度でクロックされ、ピクセルが一定の速度で出力される。更に、アドレス指定回路を注意深く制御し、加重平均を行うことにより、出力データは、正弦的に補正される。更に、ここで説明した発光体及び光源はレーザダイオード又はＬＥＤを利用しているが、ファイバの有無にかかわらず、一部の応用においては、マイクロレーザ、ガスレーザ、又はその他の発光デバイスといった、他の様々な発光体が望ましい場合がある。更に、ここで説明した例示的な走査組立体は、捻れのある状態で取り付けた鏡を利用しているが、回転ポリゴン、櫛形ドライブミラー、音響光学スキャナ、及びその他の走査構造といった、他の走査組立体構造も、本発明の範囲内に含むことができる。更に、ビームは単一のスキャナ上で集束するものとして表示されているが、一部の応用では、各光ビームに独立したスキャナを使用すること、或いは、それぞれが複数のビームを反射する複数のスキャナを使用することが望ましい場合がある。したがって、本発明は、付記する請求項による場合を除き、限定されないものとなる。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】視聴者の目に位置を合わせたディスプレイの概略図である。
【図２Ａ】画像ソースからの光と背景からの光との組み合わせにより生じる、ユーザが知覚する複合画像を示す図である。
【図２Ｂ】背景光が遮断された場合にユーザが図１のディスプレイから知覚する画像を示す図である。
【図３】ビームの双方向走査と視聴者の目への結合とを示す、スキャナ及びユーザの目の概略図である。
【図４】図３の走査組立体における走査パターンスキャナの信号タイミング図である。
【図５】望ましいラスタ走査経路との比較として、図４の信号に応答して走査ビームが従った経路を示す信号位置図である。
【図６】二重光ビームを含む本発明の一実施形態によるディスプレイの概略図である。
【図７】テザーを含むヘッドマウントスキャナの等角図である。
【図８】補正鏡を含む、図６の走査ディスプレイ内の走査組立体の概略図である。
【図９】図８の走査組立体での使用に適した水平スキャナ及び垂直スキャナの等角図である。
【図１０】僅かに重複したタイルを表示する、二つの入力ビームによる走査の概略図である。
【図１１】空間的に分離された位置での四つのフィードを示す、二軸スキャナの平面図である。
【図１２】図１１の四フィードスキャナによって生成される四つのタイルの概略図である。
【図１３】四つの個別バッファを含む、図１１の四つの個別フィードを駆動するシステムの説明図である。
【図１４】垂直スキャナを駆動する望ましい信号とランプ信号とを比較する信号タイミング図である。
【図１５】垂直走査位置に関する位置決めの誤差及び補正を示す信号タイミング図である。
【図１６】圧電補正スキャナの垂直断面図である。
【図１７Ａ】マイクロ電気機械（ＭＥＭｓ）補正スキャナの平面図である。
【図１７Ｂ】容量性プレートと、走査鏡に対する位置合わせとを示す、図１７ＡのＭＥＭｓ補正スキャナの垂直断面図である。
【図１８】走査全体の９０％を通じて正弦波駆動スキャナを使用した補正走査位置を示す図である。
【図１９】垂直成分を水平鏡に加えることで走査補正が実現される、低減誤差スキャナの代替実施形態を示す図である。
【図２０】図１９のスキャナによって偏光されたビームの走査経路を示す位置図である。
【図２１】二軸マイクロ電気機械（ＭＥＭｓ）スキャナとＭＥＭｓ補正スキャナとを含む、走査システムの概略図である。
【図２２】入力ファイバの位置又は角度を変えることで入力ビームを動かす補正スキャナの概略図である。
【図２３】電気信号に応答して入力ビームを動かす電気光学結晶を含む補正スキャナの概略図である。
【図２４】対象物からの外部光を取得するイメージャの概略図である。
【図２５】可視画像を更に投影する図２４のイメージャの代替実施形態の概略図である。
【図２６】線形走査位置からの正弦波走査位置の偏差を時間と対比して示す信号タイミング図である。
【図２７】線形のカウントのセットを制限走査の走査位置にどのようにマッピングできるかを図式的に示す図である。
【図２８】共振鏡の非線形走査速度を補正しながら、メモリマトリクスにデータを格納するためのデータの処理を示すシステムブロック図である。
【図２９】共振鏡の非線形走査速度を補正しながら、メモリマトリクスからデータを取り出すために出力クロックを生成する第一のシステムのブロック図である。
【図３０】プリディストーションを含む図２９の装置の代替実施形態のブロック図である。
【図３１】図２９のブロック図のクロック生成部分の詳細なブロック図である。
【図３２】垂直な光学的歪みを補正するためにプリディストーションを行ったデータを示すデータ構造の図である。
【図３３】各鏡の半分の質量中心を電気的に制御する構造を含むＭＥＭｓスキャナの平面図である。
【図３４】印加電圧を受けた突出部の屈曲を示す、図３２のＭＥＭｓスキャナの平面図である。
【図３５】各鏡の半分の質量中心を側方に移動させる櫛形構造を含むＭＥＭｓスキャナの平面図である。
【図３６】電気的に制御されるガス放出ノジュールを含む、パッケージされたスキャナの垂直断面図である。
【図３７】周波数同調のために選択的に取り外し可能なタブを含むＭＥＭｓ鏡の平面図である。
【図３８】光学ソースと共に走査フィールドの重複を示す四ソースディスプレイの概略図である。
【図３９】小型同調鏡とオフセット光学ソースとを伴う四ソースディスプレイの概略図である。
【図４０】小型同調鏡と一般的な湾曲鏡とを伴うビーム経路を示す図３９のディスプレイの概略図である。
【図４１】それぞれ別個のタイルをフィードする切り替え型の光ファイバを含む単一発光体ディスプレイの概略図である。
【図４２】四つの別個のタイルを生成するために、検出した注視方向に応答して、一組の光学スイッチを通じてスキャナへのフィードを行う、四つの別個のファイバを含むディスプレイの概略図である。
【図６】
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【図９】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３６】
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【図４２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2005502910.tif 000089
2005502910.tif 000090
2005502910.tif 000091