(57)【要約】【課題】入出力特性にキンク領域が存在するレーザを用いた場合であっても、低い階調レベルを精度よく再現することが容易な画像表示装置を提供すること。【解決手段】画像を構成する画素の階調レベルに応じた画素信号７ｒ，７ｇ，７ｂを出力する信号生成部と、画素信号７ｒ，７ｇ，７ｂに応じた強度のレーザ光を出射するレーザ５ｒ，５ｇ，５ｂと、レーザ５ｇ，５ｂに入力される画素信号７ｇ，７ｂに高周波信号９ｇ，９ｂを重畳させる信号調整部８ｇ，８ｂとを備える。信号調整部８ｇ，８ｂは、レーザ５ｇ，５ｂにおいてその入出力特性が最も急峻に変化するキンク領域Ｗの幅以上の振幅の高周波信号９ｇ，９ｂを画素信号７ｇ，７ｂに重畳させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を構成する画素の階調レベルに応じた画素信号を生成して出力する信号生成部と、
前記画素信号に応じた強度のレーザ光を出射するレーザと、
前記レーザに入力される前記画素信号に高周波信号を重畳させる信号調整部と、を備え、
前記信号調整部は、前記信号調整部により前記画素単位で生成される画素信号の生成周期の逆数以上となる周波数を有し、かつ前記レーザにおいてその入出力特性が最も急峻に変化するキンク領域の幅以上の振幅を有する高周波信号を前記画素信号に重畳させることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記信号生成部は、前記画素信号に前記高周波信号を重畳させたときに前記レーザから出力されるレーザ光の強度と、前記画素信号に前記高周波信号を重畳させないときに前記レーザから出力されるレーザ光の強度とが一致するときの前記画素信号の信号値のうち高い方の値に相当する階調レベルを白レベルとした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】
前記信号生成部は、前記画素信号に前記高周波信号を重畳させたときに前記レーザから出力されるレーザ光の強度と、前記画素信号に前記高周波信号を重畳させないときに前記レーザから出力されるレーザ光の強度とが一致するときの前記画素信号の信号値のうち低い方の値に相当する階調レベルを黒レベルと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】
前記レーザから出射されたレーザ光の強度を検出する強度検出部を備え、
前記信号生成部は、前記強度検出部により検出されたレーザ光の強度に応じて、黒レベルに対応する前記画素信号の信号値を決定する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５】
前記レーザから出射されたレーザ光を２次元走査する走査部と、
前記走査部によって走査されたレーザ光が入射する位置に配置され、前記レーザ光が入射したときに検出信号を出力する光検出部と、を備え、
前記信号生成部は、前記光検出部により出力される検出信号を所定のクロック信号に基づいて検出し、前記検出信号を検出したタイミングに応じて前記画素信号の出力タイミングを調整するものであり、
前記信号調整部は、前記高周波信号の周波数を、前記所定のクロック信号の周波数よりも高くした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】
前記レーザは、前記画素信号の信号値が増加するときと減少するときとで前記キンク領域の位置が異なるヒステリシスを持つ入出力特性を有しており、
前記高周波信号の振幅を、前記レーザのヒステリシス幅よりも大きな振幅とした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】
前記信号調整部は、前記信号生成部が出力する画素信号の信号値に応じて前記高周波信号の振幅を変更す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。
【請求項８】
前記信号調整部は、前記信号生成部が出力する画素信号の信号値が少なくとも所定値までは、当該信号値が大きくなるほど、前記高周波信号の振幅を大きくすることを特徴とする請求項７記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記信号調整部は、前記信号生成部が出力する画素信号の信号値が前記所定値以上の第２所定値から、当該信号値が大きくなるほど、前記高周波信号の振幅を小さくすることを特徴とする請求項８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。詳細には、画像を構成する画素の階調レベルに応じた画素信号を入力し、この画素信号に応じた強度のレーザ光を出射するレーザを備えた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、画像信号に応じて強度変調したレーザ光をレーザから出射し、このレーザ光を走査部により２次元方向に走査し、投射対象に投射して画像を表示する走査型画像表示装置が知られている。この種の画像表示装置として、例えば、投射対象をユーザの網膜とする網膜走査型画像表示装置や投射対象をスクリーンとするスクリーン走査型画像表示装置が知られている。
【０００３】
走査型画像表示装置により表示する画像をカラー画像とする場合、波長の異なる複数のレーザが必要となる。一般に走査型画像表示装置では、赤色レーザ、緑色レーザ及び青色レーザが用いられており、これらのレーザから出射するレーザ光を同一光路上に合流させることで、レーザ光を合成して種々の色のレーザ光を生成している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２９５１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、半導体レーザには、その入出力特性（電流−光出力特性）が急峻に変化して折れ曲がりが生じ、直線性が崩れる領域があるものがある。すなわち、電流の増減に対する光の出力強度の増減が緩やかな第１領域から光の出力強度の増減が急な第２領域へ連続することが望ましいが、第１領域と第２領域との間に、第２領域よりも光の出力強度の増減がさらに急な第３領域があるものがある。この領域は、キンク(kink)と呼ばれる。このキンク領域は、特に緑色レーザや青色レーザに顕著に現れる。
【０００６】
このようなキンク領域がある場合、直線性を前提として階調レベルを割り当てた画素信号を上記半導体レーザに出力すると、低い階調レベルで階調つぶれが発生する。
【０００７】
そのため、半導体レーザを用いる場合、上記キンク領域に応じて、各階調レベルの画素信号を割り当てる必要があり、その割り当ての処理が難しく、低い階調レベルを精度よく再現することができなかった。
【０００８】
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、入出力特性にキンク領域が存在するレーザを用いた場合であっても、低い階調レベルを精度よく再現することが容易な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】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、画像を構成する画素の階調レベルに応じた画素信号を出力する信号生成部と、前記画素信号に応じた強度のレーザ光を出射するレーザと、前記レーザに入力される前記画素信号に高周波信号を重畳させる信号調整部と、を備え、前前記信号調整部は、前記信号調整部により前記画素単位で生成される画素信号の生成周期の逆数以上となる周波数を有し、かつ前記レーザにおいてその入出力特性が最も急峻に変化するキンク領域の幅以上の振幅を有する高周波信号を前記画素信号に重畳させることを特徴とする画像表示装置とした。
【００１０】
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、前記信号生成部は、前記画素信号に前記高周波信号を重畳させたときに前記レーザから出力されるレーザ光の強度と、前記画素信号に前記高周波信号を重畳させないときに前記レーザから出力されるレーザ光の強度とが一致するときの前記画素信号の信号値のうち高い方の値に相当する階調レベルを白レベルとしたことを特徴とする。
【００１１】
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、前記信号生成部は、前記画素信号に前記高周波信号を重畳させたときに前記レーザから出力されるレーザ光の強度と、前記画素信号に前記高周波信号を重畳させないときに前記レーザから出力されるレーザ光の強度とが一致するときの前記画素信号の信号値のうち低い方の値に相当する階調レベルを黒レベルとしたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４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、前記レーザから出射されたレーザ光の強度を検出する強度検出部を備え、前記信号生成部は、前記強度検出部により検出されたレーザ光の強度に応じて、黒レベルに対応する前記画素信号の信号値を決定することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に係る発明は、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、前記レーザから出射されたレーザ光を２次元走査する走査部と、前記走査部によって走査されたレーザ光が入射する位置に配置され、前記レーザ光が入射したときに検出信号を出力する光検出部と、を備え、前記信号生成部は、前記光検出部により出力される検出信号を所定のクロック信号に基づいて検出し、前記検出信号を検出したタイミングに応じて前記画素信号の出力タイミングを調整するものであり、前記信号調整部は、前記高周波信号の周波数を、前記所定のクロック信号の周波数よりも高くしたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６に係る発明は、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、前記レーザは、前記画素信号の信号値が増加するときと減少するときとで前記キンク領域の位置が異なるヒステリシスを持つ入出力特性を有しており、前記高周波信号の振幅を、前記レーザのヒステリシス幅よりも大きな振幅としたことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７に係る発明は、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、前記信号調整部は、前記信号生成部が出力する画素信号の信号値に応じて前記高周波信号の振幅を変更することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項８に係る発明は、請求項７記載の画像表示装置において、前記信号調整部は、前記信号生成部が出力する画素信号の信号値が少なくとも所定値までは、当該信号値が大きくなるほど、前記高周波信号の振幅を大きくすることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項９に係る発明は、請求項８記載の画像表示装置において、前記信号調整部は、前記信号生成部が出力する画素信号の信号値が前記所定値以上の第２所定値から、当該信号値が大きくなるほど、前記高周波信号の振幅を小さくすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、レーザの入出力特性が急峻に変化するキンク領域の幅以上の振幅の高周波信号を画素信号に重畳させるので、キンク領域で生じていた急峻な変化をなだらかな変化に変えることができる。そのため、入出力特性にキンク領域が存在するレーザであっても、低い階調レベルを精度よく再現することが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態における画像表示装置の概略構成を示す図である。
【図２】半導体レーザの入出力特性を示す図である。
【図３】画素信号に高周波信号を重畳した場合の入出力特性を説明するための図である。
【図４】画素信号に高周波信号を重畳した場合の入出力特性を説明するための図である。
【図５】画素信号に高周波信号を重畳した場合の入出力特性を説明するための図である。
【図６】画素信号に高周波信号を重畳した場合の入出力特性を説明するための図である。
【図７】網膜走査型画像表示装置の電気的構成及び光学的構成を示す図である。
【図８】図７に示す走査部による走査範囲の図である。
【図９】図７に示す光源部の構成を示す図である。
【図１０】図７に示す網膜走査型画像表示装置の処理の流れを示す図である。
【図１１】図７に示す網膜走査型画像表示装置の処理の流れを示す図である。
【図１２】階調テーブルのデータ構成を示す図である。
【図１３】階調テーブルのデータ構成を示す図である。
【図１４】ヒステリシスを有する半導体レーザの入出力特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態とする。）を図面に基づいて説明する。
【００２１】
本実施形態に係る画像表示装置は、光走査型画像表示装置であり、画像信号に応じて強度変調したレーザ光をレーザから出射し、このレーザ光を走査部により２次元方向に走査し、投射対象に投射してカラー画像を表示するものである。
【００２２】
［１．画像表示装置１の概要構成］
図１に示すように、この画像表示装置１は、表示しようとする画像を構成する各画素に応じた色及び強度のレーザ光を画素単位で順次出射する光源部２と、この光源部２から出射したレーザ光を２次元走査する走査部３と、この走査部３で走査されたレーザ光を投射対象に投射する投射部４とを備えている。
【００２３】
光源部２は、各画素に応じた色及び強度のレーザ光を画素単位で順次出射するために、出射するレーザ光の波長が異なる複数のレーザ５ｒ，５ｇ，５ｂを有しており、これらのレーザから出射されるレーザ光を合波部１２により同一光路上に合流させ、レーザ光を合波している。レーザ５ｒは、赤色のレーザ光を出射する赤色半導体レーザであり、レーザ５ｇは、緑色のレーザ光を出射する緑色半導体レーザであり、レーザ５ｂは、青色のレーザ光を出射する青色半導体レーザである。
【００２４】
さらに、光源部２には、三原色の各色の画素単位の信号である画素信号を生成する信号生成部６ｒ，６ｇ，６ｂを有している。信号生成部６ｒは、各画素の赤色成分の階調レベルに応じた電流値の画素信号７ｒを画素単位で順次生成し、この画素信号７ｒを赤色レーザ５ｒに入力する。これにより、各画素の赤色成分の階調レベルに応じて強度変調された赤色のレーザ光が赤色レーザ５ｒから画素単位で順次出射される。
【００２５】
同様に、信号生成部６ｇは、各画素の緑色成分の階調レベルに応じた電流値の画素信号７ｇを画素単位で順次生成して緑色レーザ５ｇに入力する。また、信号生成部６ｂは、各画素の青色成分の階調レベルに応じた電流値の画素信号７ｂを画素単位で順次生成して青色レーザ５ｂに入力する。これにより、各画素の緑色成分の階調レベルに応じて強度変調された緑色のレーザ光が緑色レーザ５ｇから画素単位で順次出射され、各画素の青色成分の階調レベルに応じて強度変調された青色のレーザ光が青色レーザ５ｂから画素単位で順次出射される。
【００２６】
緑色レーザ５ｇ及び青色レーザ５ｂは、図２に示すように、その入出力特性（電流−光出力特性）が急峻に変化して折れ曲がりが生じ、直線性が崩れるキンク領域(kink)Ｗがある。すなわち、電流の増減に対する光の出力強度の増減が緩やかな第１領域と、光の出力強度の増減が急な第２領域とに加え、さらに、第１領域と第２領域との間に、第２領域よりも光の出力強度の増減がさらに急な第３領域であるキンク領Ｗがある。そのため、階調レベルに応じた電流値で信号生成部６ｇ，６ｂから出力される画素信号７ｇ,７ｂでは、低い階調レベルを精度よく再現することができない。
【００２７】
そこで、光源部２には、緑色レーザ５ｇに入力される画素信号７ｇに高周波信号９ｇを重畳させる信号調整部８ｇと、青色レーザ５ｂに入力される画素信号７ｂに高周波信号９ｂを重畳させる信号調整部８ｂとが設けられている。なお、説明の便宜上、緑色レーザ５ｇと青色レーザ５ｂとは、同一の入出力特性を持つものとして説明するが、緑色レーザ５ｇの特性と青色レーザ５ｂの特性とは同一である必要なく、通常これらの特性が異なる。また、レーザ５ｇ,５ｂのいずれかを示すときにはレーザ５とすることがあり、信号生成部６ｇ，６ｂのいずれかを示すときには信号生成部６とすることがある。また、画素信号７ｇ,７ｂのいずれかを示すときには画素信号７とすることがあり、信号調整部８ｇ，８ｂのいずれかを示すときには信号調整部８とすることがあり、高周波信号９ｇ，９ｂのいずれかを示すときには高周波信号９とすることがある。
【００２８】
レーザ５に入力される画素信号７に高周波信号９を重畳させると、レーザ５から出射されるレーザ光は、その強度が高周波信号９の振幅の変化に応じて変動する。例えば、図２に示す入出力特性があるレーザ５に、図３に示すように、電流振幅Ｉａの高周波信号９を、電流値Ｉｂの画素信号７に重畳させて入力したとする。このとき、レーザ５に入力される電流の電流値は、電流値Ｉ１（＝Ｉｂ−Ｉａ／２）から電流値Ｉ２（＝Ｉｂ＋Ｉａ／２）の間で周期的に増減する。従って、レーザ５から出射される光の強度も強度値Ｙ１〜Ｙ２の間で変化することになる。
【００２９】
このように、画素信号７に高周波信号９を重畳させるとレーザ５から出射されるレーザ光は、その強度が高周波信号９の振幅の変化に応じて変動するが、ユーザに視認される各画素の明るさは、変動する強度を平均した強度に対応する明るさとなる。
【００３０】
従って、画素信号７に高周波信号９を重畳させた場合、レーザ５の入出力特性は、画素信号７の電流値に応じて図４に示す実線のように強度変化する特性と見なせる。以下、このような入出力特性を見かけ上の入出力特性という。なお、図４に示す破線は、高周波信号９を画素信号７に重畳させていない場合のレーザ５の入出力特性を示している。
【００３１】
本実施形態に係る画像表示装置１では、画素信号７に高周波信号９を重畳させることで、キンク領域Ｗの影響を抑制し、画素信号７の電流値とレーザ光の強度とが比例関係に近づくようにしている。このようにすることで、低い階調レベルに対する画素信号７の電流値の割り当てが容易になる。
【００３２】
また、画像表示装置１では、画素信号７に重畳させる高周波信号９の電流振幅は、キンク領域Ｗの幅Ｉｃ以上であることが必要である。すなわち、高周波信号９が重畳されて電流値が変化する画素信号７の電流範囲がキンク領域Ｗの範囲をカバーすることが必要である。キンク領域の幅Ｉｃよりも高周波信号の幅が小さいと、図５に示すように、キンク領域の影響を抑制できない領域Ｗ１が発生するからである。また、画素信号７に重畳させる高周波信号９の周波数は、信号調整部８により画素単位で生成される画素信号７の生成周期Ｔの逆数１／Ｔ以上となる周波数（≧１／Ｔ）とする。画素信号７の生成周期Ｔの逆数１／Ｔは、図示しないメモリから画像データを読み出す読み出しクロック信号の周波数に相当するものである。
【００３３】
また、画像表示装置１では、画素信号７の電流値が電流値Ｉ１であるときに黒レベルとなり、画素信号７の電流値が電流値Ｉ２であるときに白レベルとなるように階調レベルを割り当てている。図４に示すように、電流値Ｉ１〜Ｉ２までは、電流値の増加に対する光強度の増加度合いが緩やかに増加するが、電流値Ｉ２からそれ以上になるときに、光強度の増加度合いが急に低下し、電流値Ｉ１未満から電流値Ｉ１になるときに、光強度の増加割合が急に上昇するからである。このようにすることで、画素信号７の電流値とレーザ光の強度とが連続した増加度合いの領域に階調レベルを割り当てることが可能となる。
【００３４】
すなわち、画素信号７に高周波信号９を重畳させたときにレーザ５から出力されるレーザ光の強度を第１強度とし、画素信号７に高周波信号９を重畳させないときにレーザ５から出力されるレーザ光の強度を第２強度とすると、信号生成部６は、第１強度と第２強度とが一致するときの画素信号７の電流値Ｉ１，Ｉ２のうち低い方の電流値Ｉ１に相当する階調レベルを黒レベルとしている。また、信号生成部６は、第１強度と、第２強度とが一致するときの画素信号７の電流値Ｉ１，Ｉ２のうち高い方の電流値Ｉ２に相当する階調レベルを白レベルとしている。なお、黒レベルとは、例えば、画素信号７の階調が２５６階調（階調レベルが０〜２５５）のとき、一番輝度が低い階調レベル「０」を意味する。また、白レベルとは、例えば、画素信号７の階調が２５６階調のとき、一番輝度が高い階調レベル「２５５」を意味する。
【００３５】
また、画像表示装置１は、レーザ５ｇ，５ｂから出射されたレーザ光の強度を検出する強度検出部１１ｇ，１１ｂを備えており、信号生成部６ｇ，６ｂは、上述のような予め設定された階調レベルの割り当てではなく、強度検出部１１ｇ，１１ｂによる検出結果に応じて、階調レベルの割り当てを行うこともできる。例えば、黒レベル及び白レベルのレーザ光の強度を予め設定しておき、レーザ５ｇ，５ｂから出射されたレーザ光の強度が予め設定した黒レベルの強度となったときに入力された画素信号７ｇ，７ｂの電流値を黒レベルの画素信号７ｇ，７ｂの電流値とする。また、レーザ５ｇ，５ｂから出射されたレーザ光の強度が予め設定した白レベルの強度となったときに入力された画素信号７ｇ，７ｂの電流値を白レベルの画素信号７ｇ，７ｂの電流値とする。さらに、黒レベルの画素信号７ｇ，７ｂと白レベルの画素信号７ｇ，７ｂとの間を見かけ上の入出力特性に応じて各階調レベルの画素信号に割り当てる。
【００３６】
このようにすることで、レーザ５ｇ，５ｂが温度変化により入出力特性が変化したときやレーザ５ｇ，５ｂに個体差があったとしても、階調レベルを適切に割り当てることが可能となる。なお、強度検出部１１ｇ，１１ｂでは、高周波信号９ｇ，９ｂにより強度が変動するレーザ光が入射することになるが、強度検出部１１ｇ，１１ｂにおいて、入射するレーザ光の平均強度に応じた検出信号が出力されるようにしている。
【００３７】
さらに、画像表示装置１の信号調整部８は、信号生成部６が出力する画素信号７の電流値に応じて高周波信号９の振幅を変更することができるようにしている。このようにすることで、画素信号７の電流値とレーザ光の強度とをより比例関係に近づけることができる。
【００３８】
例えば、図２に示す入出力特性を有しているレーザ５に対しては、図６に示すように、信号調整部８は、信号生成部６が出力する画素信号７の電流値がキンク領域Ｗの中心（所定値）になるまで信号生成部６が出力する高周波信号９の振幅を大きくしていく。一方、信号調整部８は、信号生成部６が出力する画素信号７の電流値がキンク領域Ｗの中心（第２所定値）を過ぎると高周波信号９の振幅を小さくしていく。なお、レーザの入出力特性によっては、このように画素信号７の電流値が所定値になるまで高周波信号９の振幅を大きくし、画素信号７の電流値が所定値以上の第２所定値から高周波信号９の振幅を小さくしていくよりは、適宜高周波信号９の振幅を増減させていく方がよい場合がある。このようなときには、信号調整部８は、信号生成部６が出力する高周波信号９の振幅を適宜増減させていく。
【００３９】
このように、本実施形態に係る画像表示装置１では、画素信号７にそれぞれ高周波信号９を重畳させることで、キンク領域Ｗの影響を抑制し、画素信号７の電流値とレーザ光の強度とが比例関係に近づくようにしている。従って、低い階調レベルに対する画素信号７の電流値の割り当てが容易になる。そのため、入出力特性にキンク領域Ｗが存在するレーザであっても、低い階調レベルを精度よく再現することが容易となる。
【００４０】
［２．網膜走査型画像表示装置への適用例］
以下、上記画像表示装置１を網膜走査型画像表示装置（以下、「ＲＳＤ」という。）に適用した場合の具体的構成及び具体的動作について説明する。
【００４１】
［２．１．ＲＳＤ１００の電気的構成及び光学的構成］
まず、ＲＳＤ１００の電気的構成及び光学的構成について、図７を参照して説明する。
【００４２】
図７に示すように、本実施形態に係るＲＳＤ１００は、光源部１１０、光ファイバー１２０、走査部１３０、投射部１４０を備えている。
【００４３】
光源部１１０は、駆動信号供給回路１１１と、レーザ部１１５ｒ，１１５ｇ，１１５ｂと、コリメート光学系１１６ｒ，１１６ｇ，１１６ｂと、ダイクロイックミラー１１７ｒ，１１７ｇ，１１７ｂと、結合光学系１１８とを備えている。
【００４４】
駆動信号供給回路１１１は、入力される画像信号Ｓに基づいて、画像を形成するための要素となる三原色それぞれの色に対応する画素信号を画素単位で生成する。すなわち、駆動信号供給回路１１１からは、各色用の画像信号として、Ｒ（赤色）画素信号１１２ｒ，Ｇ（緑色）画素信号１１２ｇ，Ｂ（青色）画素信号１１２ｂが生成されて出力される。また、駆動信号供給回路１１１は、高速走査部１３２で使用される高速駆動信号１１６と、低速走査部１３４で使用される低速駆動信号１１７とをそれぞれ出力する。さらに、駆動信号供給回路１１１は、画素信号１１２ｇ，１１２ｂに重畳する後述の高周波信号の振幅を制御する制御信号１１３ｇ，１１３ｂを出力する。
【００４５】
Ｒレーザ部１１５ｒ，Ｇレーザ部１１５ｇ，Ｂレーザ部１１５ｂは、それぞれ駆動信号供給回路１１１から出力されるＲ画素信号１１２ｒ，Ｇ画素信号１１２ｇ，Ｂ画素信号１１２ｂに応じて強度変調されたレーザ光（「光束」とも呼ぶ。）を出射する。
【００４６】
各レーザ部１１５ｒ，１１５ｇ，１１５ｂから出射したＲ（赤色）レーザ光Ｌｒ，Ｇ（緑色）レーザ光Ｌｇ、Ｂ（青色）レーザ光Ｌｂは、コリメート光学系１１６ｒ，１１６ｇ，１１６ｂによってそれぞれ平行光化された後に、ダイクロイックミラー１１７ｒ，１１７ｇ，１１７ｂに入射される。その後、これらのダイクロイックミラー１１７ｒ，１１７ｇ，１１７ｂにより、三原色の各レーザ光が波長選択的に反射・透過して結合光学系１１８に達し、合波されて光ファイバー１２０へ出射される。このように光ファイバー１２０へ出射されるレーザ光は、画像光Ｌｃであり、強度変調された各色のレーザ光が合波されたものである。
【００４７】
走査部１３０は、コリメート光学系１３１、高速走査部１３２、第１リレー光学系１３３、低速走査部１３４により構成される。
【００４８】
コリメート光学系１３１は、光源部１１０で生成され、光ファイバー１２０を介して出射されるレーザ光を平行光化する。
【００４９】
高速走査部１３２及び低速走査部１３４は、光ファイバー１２０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、主走査方向と副走査方向に走査する。高速走査部１３２は、コリメート光学系１３１で平行光化されて入射するレーザ光を画像表示のために主走査方向に往復走査する。また、低速走査部１３４は、高速走査部１３２で主走査方向に走査され、第１リレー光学系１３３を介して入射するレーザ光を主走査方向に略直交する副走査方向に走査する。
【００５０】
高速走査部１３２は、揺動によりレーザ光を主走査方向に走査する反射ミラー１３２ｂを有する共振型の偏向素子１３２ａと、この偏向素子１３２ａを共振させて偏向素子１３２ａの反射ミラー１３２ｂを揺動させる駆動信号を高速駆動信号１１６に基づいて発生する高速走査駆動回路１３２ｃを備えている。一方、低速走査部１３４は、揺動によりレーザ光を副走査方向に走査する反射ミラー１３４ｂを有する非共振型の偏向素子１３４ａと、この偏向素子１３４ａの反射ミラー１３４ｂを非共振状態で強制的に揺動させる駆動信号を低速駆動信号１１７に基づいて発生する低速走査駆動回路１３４ｃとを備える。この低速走査部１３４は、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走査線から最後の走査線に向かって副走査方向に走査する。ここで「走査線」とは、高速走査部１３２による主走査方向への１走査を意味する。なお、偏向素子１３２ａ，１３４ａ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１３２ｂ，１３４ｂ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。
【００５１】
第１リレー光学系１３３は、高速走査部１３２と低速走査部１３４との間でレーザ光を中継し、偏向素子１３２ａの反射ミラー１３２ｂによって主走査方向に走査されたレーザ光を偏向素子１３４ａの反射ミラー１３４ｂに収束させる。そして、このレーザ光が偏向素子１３４ａの反射ミラー１３４ｂによって副走査方向に走査される。なお、ここでは、表示する画像の水平方向を主走査方向とし、表示する画像の垂直方向を副走査方向とするが、主走査方向が垂直方向、副走査方向が水平方向であっても良い。
【００５２】
投射部１４０は、第２リレー光学系１３５と、ハーフミラー１３６とを有している。偏向素子１３４ａによって走査されたレーザ光は、正の屈折力を持つ２つのレンズ１３５ａ，１３５ｂが直列配置された第２リレー光学系１３５を介して、眼１０１の前方に位置させたハーフミラー１３６で反射されてユーザの瞳孔１０１ａに入射する。これにより、網膜１０１ｂ上に画像信号Ｓに応じた画像が投影され、ユーザは瞳孔１０１ａに入射するレーザ光（画像光Ｌｃ）を画像として認識する。また、ハーフミラー１３６は外光Ｌａ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Ｌａに基づく外景に画像光Ｌｃに基づく画像を重ねた画像を視認することができる。
【００５３】
なお、第２リレー光学系１３５においては、レンズ１３５ａによって、それぞれのレーザ光がそのレーザ光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。そして、レンズ１３５ｂ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中心線がユーザの瞳孔１０１ａに収束するように変換される。
【００５４】
また、本実施形態に係るＲＳＤ１００は、光源部１１０からのレーザ光の出射タイミングを調整するために、光検出部１４１を備えている。この光検出部１４１はフォトダイオード及びＩ−Ｖ変換器などから構成されており、レーザ光が入射したときに、検出信号１４３を出力する。
【００５５】
図８には、高速走査部１３２及び低速走査部１３４の偏向素子１３２ａ，１３４ａによる最大走査範囲Ｇと有効走査範囲Ｚとの関係が示されている。ここで、「最大走査範囲Ｇ」とは、偏向素子１３２ａ，１３４ａがレーザ光を走査できる最大の範囲を意味する。最大走査範囲Ｇのうち、偏向素子１３２ａ，１３４ａによる走査位置が有効走査範囲Ｚにあるタイミングで光源部１１０から画像信号Ｓに応じて強度変調されたレーザ光である画像光Ｌｃが出射される。これにより、画像光Ｌｃが、偏向素子１３２ａ，１３４ａによって有効走査範囲Ｚで走査され、１フレーム分の画像光Ｌｃが走査される。この走査が１フレームの画像ごとに繰り返される。なお、図８には、光源部１１０からレーザ光が常時出射されたと仮定したときに偏向素子１３２ａ，１３４ａ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、偏向素子１３２ａによる主走査方向の走査線数は、１フレームあたり数百又は千程度あり、図８ではレーザ光の軌跡γを簡略して記載している。
【００５６】
高速走査駆動回路１３２ｃは、高速駆動信号１１６を増幅して駆動信号を生成し、この駆動信号により偏向素子１３２ａの反射ミラー１３２ｂを揺動している。また、低速走査駆動回路１３４ｃは、低速駆動信号１１７を増幅して駆動信号を生成し、この駆動信号により偏向素子１３４ａの反射ミラー１３４ｂを揺動している。しかし、反射ミラー１３２ｂ，１３４ｂの揺動軌跡γ１，γ２（図８参照）は、駆動信号１１６，１１７の信号波形と完全には一致せず、位相差などが生じる。特に、偏向素子１３２ａは反射ミラー１３２ｂを高速に揺動させる必要があり、また共振タイプの偏向素子であるため、高速駆動信号１１６の信号波形との位相差は大きくなる。
【００５７】
そこで、本実施形態に係るＲＳＤ１００では、図７及び図８に示すように、反射ミラー１３２ｂ，１３４ｂによるレーザ光の走査タイミングを検出するために光検出部１４１を配置している。駆動信号供給回路１１１は、光源部１１０から出射させたレーザ光をこの光検出部１４１で検出させて、光源部１１０からのレーザ光の出射タイミングを調整する。
【００５８】
光検出部１４１は、最大走査範囲Ｇのうち有効走査範囲Ｚ外の無効走査範囲Ｎで走査されたタイミング検出用レーザ光が入射する位置に配置されている。なお、無効走査範囲Ｎにおける光検出部１４１の背後には、有効走査範囲Ｚ外で走査されたレーザ光がユーザの眼１０１に入射するのを防止するために遮光部１４２が設けられている。遮光部１４２は、例えば、図７に示すように、最大走査範囲Ｇのうち有効走査範囲Ｚで走査されたレーザ光が通過する開口を有する非透過性の板状部材を用いている。また、遮光部１４２を、光検出部１４１を固定するための固定部材として用いている。本実施形態においてはレンズ１３５ａによって中間像面が形成され、この中間像面位置に遮光部１４２を配置するようにしている。このようにすることで、遮光部１４２を小型化することができ、しかも、走査部１３０で走査されたレーザ光のビーム径が最も小さくなる位置であるため光検出部１４１でのレーザ光の検出精度を向上させることができる。
【００５９】
［２．１．光源部１１０の具体的構成］
次に、本実施形態に係るＲＳＤ１００の特徴的部分である、光源部１１０の具体的構成について、図９を参照してさらに説明する。光源部１１０は、上述のとおり、駆動信号供給回路１１１、レーザ部１１５ｒ，１１５ｇ，１１５ｂを含み構成されている。
【００６０】
駆動信号供給回路１１１は、ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、ＶＲＡＭ２０４、Ｄ／Ａ変換器２０５ｒ，２０５ｇ，２０５ｂ，２０６ｇ，２０６ｂ，２０８，２０９、Ａ／Ｄ変換器２０７ｇ，２０７ｂ，２１０，２１１などを有している。これらはデータ通信用のバス２１２にそれぞれ接続されており、このバス２１２を介して各種情報の送受信を行う。この駆動信号供給回路１１１では、ＣＰＵ２０１がＲＯＭ２０２に記憶されている制御プログラムを実行することにより動作し、ＲＳＤ１００を構成する各部を動作させ、ＲＳＤ１００が備える各種機能を実行する。ＲＯＭ２０２は、上述した制御プログラム以外に、例えば、後述する階調テーブルを記憶している。なお、ＣＰＵ２０１がＲＯＭ２０２に記憶されている制御プログラムを実行することにより、駆動信号供給回路１１１は、画像を構成する画素の階調レベルに応じた画素信号を出力する信号生成部、レーザに入力される画素信号に高周波信号を重畳させる信号調整部として機能する。
【００６１】
ＣＰＵ２０１は、Ａ／Ｄ変換器２１１から入力した画像信号Ｓを複数の画素データから構成される画像データに変換してＶＲＡＭ２０４に書き込んで展開する。このＶＲＡＭ２０４はフレームバッファとして用いられる。ＶＲＡＭ２０４に記憶される各画素データは、赤色成分のＲ画素データ、緑色成分のＧ画素データ、青色成分のＢ画素データとから構成される。ＣＰＵ２０１は、このＶＲＡＭ２０４に展開したＲ画素データ、Ｇ画素データ及びＢ画素データを画素単位で順次読み出して、Ｄ／Ａ変換器２０５ｒ，２０５ｇ，２０５ｂによりアナログ化し、画素信号１１２ｒ，１１２ｇ，１１２ｂとして順次出力する。
【００６２】
また、ＣＰＵ２０１は、画素信号１１２ｇ，１１２ｂに重畳する後述の高周波信号の振幅を制御する制御信号１１３ｇ，１１３ｂをＤ／Ａ変換器２０６ｇ，２０６ｂでデジタル化して出力する。駆動信号供給回路１１１は、動作モードとして、第１モードから第３モードまでを有しており、図示しない入力Ｉ／Ｆからモード設定信号を入力し、このモード設定信号に基づき、第１モードから第３モードまでのいずれかのモードで動作させるかが設定される。ＣＰＵ２０１は、第２モードに設定されているとき、ＲＯＭ２０２に記憶された階調テーブルを参照し、画素信号１１２ｇ，１１２ｂの階調レベルに応じて制御信号１１３ｇ，１１３ｂの振幅を変更する。
【００６３】
また、ＣＰＵ２０１は、高速走査部１３２で使用される高速駆動信号１１６と、低速走査部１３４で使用される低速駆動信号１１７とをそれぞれをＤ／Ａ変換器２０８，２０９でアナログ化して出力する。また、ＣＰＵ２０１は、後述するフォトダイオード（ＰＤ）３０８ｇ，３０８ｂに流れる電流に応じた電圧信号１１９ｇ，１１９ｂをＡ／Ｄ変換器２０７ｇ，２０７ｂを介して入力する。さらに、ＣＰＵ２０１は、光検出部１４１から出力される検出信号１４３をＡ／Ｄ変換器２１０を介して入力し、この検出信号１４３を入力したタイミングに基づき、走査部１３０の走査位置を検出する。ＣＰＵ２０１は、検出した走査部１３０の走査位置に基づき、画像信号Ｓに応じて強度変調されたレーザ光の光源部１１０からの出射タイミングを決定して光源部１１０からレーザ光を出射する。
【００６４】
（Ｒレーザ部１１５ｒ）
Ｒレーザ部１１５ｒは、Ｒレーザドライバ３０１ｒ及びＲレーザダイオード３０３ｒにより構成されている。
【００６５】
Ｒレーザドライバ３０１ｒは、駆動信号供給回路１１１から出力されるＲ画素信号１１２ｒの電圧値に応じた電流値の画素信号３０２ｒを生成し、この画素信号３０２ｒをＲレーザダイオード３０３ｒに供給する。
【００６６】
Ｒレーザダイオード３０３ｒからは、画素信号３０２ｒに応じた強度の赤色のレーザ光が出射される。すなわち、Ｒレーザダイオード３０３ｒからは、駆動信号供給回路１１１から出力されるＲ画素信号１１２ｒに応じた強度の赤色のレーザ光を出射される。
【００６７】
（Ｇレーザ部１１５ｇ）
Ｇレーザ部１１５ｇは、Ｇレーザドライバ３０１ｇ、Ｇレーザダイオード３０３ｇ、高周波発振器３０５ｇ、可変コンデンサ３０７ｇ、フォトダイオード３０８ｇ及びＩ−Ｖ変換器３０９ｇにより構成されている。
【００６８】
Ｇレーザドライバ３０１ｇは、駆動信号供給回路１１１から出力されるＧ画素信号１１２ｇの電圧値に応じた電流値の画素信号３０２ｇを生成し、この画素信号３０２ｇをＧレーザダイオード３０３ｇに供給する。
【００６９】
高周波発振器３０５ｇは、所定振幅の電流値の高周波信号３０６ｇを生成して出力する。高周波信号３０６ｇの周波数は、駆動信号供給回路１１１により画素単位で生成されるＧ画素信号１１２ｇの生成周期Ｔｓ（一つの画素のＧ画素信号１１２ｇが出力される周期）の逆数１／Ｔｓ以上の周波数である。換言すれば、高周波信号３０６ｇの周波数を、ＶＲＡＭ２０４から画像データを読み出す読み出しクロック信号の周波数以上の周波数としている。このように高周波信号３０６ｇの周波数ｆａを読み出しクロック信号の周波数以上とすることで、図４に示す実線のように強度変化する特性を精度よく再現することができる。但し、反射ミラー１３２ｂが共振振動により揺動するため、走査速度が一定でない。この場合、画像データの読み出しクロック信号もその走査速度に応じて変化させる必要があり、その影響を軽減するためにも高周波信号３０６ｇの周波数はその読み出しクロック信号の周波数よりもできるだけ高いことが望ましい。なお、この高周波信号３０６ｇの周波数は、駆動信号供給回路１１１から連続して出力される画素信号の周波数帯域の中で最高周波数の２倍を越える周波数ともいえる。通常、この２倍を越える周波数にその読み出しクロック信号を設定する。
【００７０】
なお、高周波信号３０６ｇの周波数ｆａは、駆動信号供給回路１１１による検出信号１４３の取り込み周期の逆数よりも高い周波数とすることが望ましい。すなわち、駆動信号供給回路１１１は、Ａ／Ｄ変換器２１０を所定のクロック信号で動作させて、検出信号１４３をデジタル変換して取り込んでおり、高周波信号３０６ｇの周波数ｆａを、このクロック信号の周波数よりも高い周波数にする。このようにすることで、駆動信号供給回路１１１は、検出信号１４３の誤検出を低減することができる。
【００７１】
この高周波発振器３０５ｇは、その出力端が可変コンデンサ３０７ｇを介してＧレーザドライバ３０１ｇとＧレーザダイオード３０３ｇとの間に接続されている。可変コンデンサ３０７ｇは、駆動信号供給回路１１１から出力されるＧ制御信号１１３ｇの電圧値に応じた容量値となる可変コンデンサである。この可変コンデンサ３０７ｇの容量値が小さくなると、画素信号３０２ｇに重畳される高周波信号３０６ｇの振幅が小さくなり、可変コンデンサ３０７ｇの容量値が大きくなると、画素信号３０２ｇに重畳される高周波信号３０６ｇの振幅が大きくなる。
【００７２】
Ｇレーザダイオード３０３ｇは、Ｇレーザドライバ３０１ｇから出力される画素信号３０２ｇに高周波信号３０６ｇが重畳された電流が入力され、この電流に応じた強度の緑色のレーザ光を出射する。Ｇレーザダイオード３０３ｇが例えば、図２に示す入出力特性を有するとき、画素信号３０２ｇに高周波信号３０６ｇを重畳することにより、Ｇレーザダイオード３０３ｇの入出力特性は図４に示す実線のように強度変化する特性と見なせる。
【００７３】
フォトダイオード３０８ｇは、Ｇレーザダイオード３０３ｇが出射するレーザ光の一部を受光する位置に配置され、Ｇレーザダイオード３０３ｇが出射するレーザ光の強度に応じた電流値の電流３１０ｇが流れる。フォトダイオード３０８ｇにはＩ−Ｖ変換器３０９ｇが接続されており、電流３１０ｇに応じた電圧がＩ−Ｖ変換器３０９ｇから駆動信号供給回路１１１へ出力される。
【００７４】
（Ｂレーザ部１１５ｂ）
Ｂレーザ部１１５ｂは、Ｂレーザドライバ３０１ｂ、Ｂレーザダイオード３０３ｂ、高周波発振器３０５ｂ、可変コンデンサ３０７ｂ、フォトダイオード３０８ｂ及びＩ−Ｖ変換器３０９ｂにより構成されている。
【００７５】
このＢレーザ部１１５ｂは、Ｇレーザ部１１５ｇと同様の構成を有している。すなわち、Ｂレーザドライバ３０１ｂは、駆動信号供給回路１１１から出力されるＢ画素信号１１２ｂの電圧値に応じた電流値の画素信号３０２ｂを生成する。一方、高周波発振器３０５ｂは、所定振幅の電流値の高周波信号３０６ｂを生成して出力する。高周波発振器３０５ｂは、可変コンデンサ３０７ｂを介してＢレーザドライバ３０１ｂに接続されており、画素信号３０２ｂに高周波信号３０６ｂが重畳されて、Ｂレーザダイオード３０３ｂに供給される。Ｂレーザダイオード３０３ｂが例えば、図２に示す入出力特性を有するとき、画素信号３０２ｂに高周波信号３０６ｂを重畳することにより、Ｂレーザダイオード３０３ｂの入出力特性は図４に示す実線のように強度変化する特性と見なせる。なお、可変コンデンサ３０７ｂは、駆動信号供給回路１１１から出力されるＢ制御信号１１３ｂの電圧値に応じた容量値となる可変コンデンサであり、Ｇレーザ部１１５ｇの場合と同様に、可変コンデンサ３０７ｇの容量値の大きさに応じて、画素信号３０２ｇに重畳される高周波信号３０６ｇの振幅が変化する。
【００７６】
高周波信号３０６ｂの周波数は、高周波信号３０６ｇの周波数ｆａと同様に、一つの画素のＢ画素信号１１２ｂが出力される周期の逆数以上の周波数である。例えば、一つのＢ画素信号１１２ｂがＴｒ（秒）単位で出力されるとき、高周波信号３０６ｂの周波数ｆｂは、１／Ｔｒ以上の周波数としている。すなわち、高周波信号３０６ｂの周波数ｆｂを、ＶＲＡＭ２０４から画像データを読み出す読み出しクロック信号の周波数以上の周波数としている。但し、反射ミラー１３２ｂが共振振動により揺動するため、走査速度が一定でない。この場合、画像データの読み出しクロック信号もその走査速度に応じて変化させる必要があり、その影響を軽減するためにも高周波信号３０６ｂの周波数はその読み出しクロック信号の周波数よりもできるだけ高いことが望ましい。
【００７７】
フォトダイオード３０８ｂは、Ｂレーザダイオード３０３ｂが出射するレーザ光の一部を受光する位置に配置され、Ｂレーザダイオード３０３ｂが出射するレーザ光の強度に応じた電流値の電流３１０ｂが流れる。フォトダイオード３０８ｂにはＩ−Ｖ変換器３０９ｂが接続されており、電流３１０ｂに応じた電圧がＩ−Ｖ変換器３０９ｂから駆動信号供給回路１１１へ出力される。
【００７８】
［２．２．ＲＳＤ１００の制御処理］
上記のように構成されたＲＳＤ１００を構成する光源部１１０のＣＰＵ２０１による制御処理について図１０及び図１１を参照して説明する。ＣＰＵ２０１による以下の処理は、例えば、ＲＳＤ１００の図示しない電源ボタンの押下による電源投入操作によりその処理を開始する。
【００７９】
まず、ＣＰＵ２０１は、ユーザの操作により電源ボタンが押下されると、ＲＡＭ２０３の作業領域を初期化する等の初期設定処理を行い（ステップＳ１０）、ステップＳ１１に処理を移す。なお、初期設定処理において、ＣＰＵ２０１は、低速走査部１３４の反射ミラー１３４ｂで反射されたレーザ光が光検出部１４１に入射するように低速駆動信号１１７を出力して、低速走査部１３４の反射ミラー１３４ｂの角度を変更する（図８に示すＹの角度位置）。
【００８０】
ステップＳ１１において、ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０２を参照してＲＳＤ１００が第１モードに設定されているか否かを判定する。なお、図示しない入力Ｉ／Ｆからモード設定信号を入力して、その設定信号に応じたモードフラグをＲＯＭ２０２に設定することにより、ＲＳＤ１００を第１モードから第３モードまでのいずれかのモードで動作するかが設定される。
【００８１】
この処理において、ＲＳＤ１００が第１モードに設定されていると判定すると（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０１は、第１モードの階調テーブル及び高周波信号の設定値をＲＯＭ２０２から読み出して、ＲＡＭ２０３に記憶する（ステップＳ１２）。第１モードの階調テーブルは、図１２に示すように、各階調レベルと画素信号１１２ｒ，１１２ｇ，１１２ｂの電圧レベルが関連づけられたテーブルであり、三原色のそれぞれの色用の階調テーブルがある。
【００８２】
一方、ＲＳＤ１００が第１モードに設定されていないと判定すると（ステップＳ１１：ＮＯ）、ＣＰＵ２０１は、ＲＳＤ１００が第２モードに設定されているか否かを判定する（ステップＳ１３）。この処理において、ＲＳＤ１００が第２モードに設定されていると判定すると（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０１は、第２モードの階調テーブルをＲＯＭ２０２から読み出して、ＲＡＭ２０３に記憶する（ステップＳ１４）。第２モードの階調テーブルは、図１３に示すように、各階調レベルに対して、画素信号１１２ｇ，１１２ｂの電圧レベルと高周波信号３０６ｇ，３０６ｂの振幅を制御する制御信号１１３ｇ，１１３ｂの電圧レベルとが関連づけられたテーブルであり、緑色用の階調テーブルと青色用の階調テーブルがある。一方、赤色用の階調テーブルは、図１２に示す階調テーブルと同様に、各階調レベルと画素信号１１２ｒの電圧レベルが関連づけられたテーブルである。
【００８３】
一方、ＲＳＤ１００が第２モードに設定されていないと判定すると（ステップＳ１３：ＮＯ）、ＣＰＵ２０１は、第３モード処理を実行する（ステップＳ１５）。このステップＳ１５の処理は、図１１に示すステップＳ３０〜Ｓ３３の処理であり、後で詳述する。
【００８４】
ステップＳ１２，Ｓ１４，Ｓ１５の処理が終了すると、ＣＰＵ２０１は、走査部１３０の駆動を開始する（ステップＳ１６）。この処理において、ＣＰＵ２０１は、ステップＳ１０において設定した反射ミラー１３４ｂの角度を維持したまま、正弦波状の高速駆動信号１１６を出力して、反射ミラー１３２ｂの揺動を開始する。次に、ＣＰＵ２０１は、所定の電圧値のＧ画素信号１１２ｇを出力して、Ｇレーザダイオード３０３ｇから所定強度のレーザ光をタイミング検出用レーザ光として出射する。反射ミラー１３２ｂは、タイミング検出用レーザ光を走査する。このとき、反射ミラー１３２ｂで走査されたタイミング検出用レーザ光は、光検出部１４１を通過して、光検出部１４１に入射する。光検出部１４１は、タイミング検出用レーザ光が入射したタイミングで検出信号１４３を出力する。ＣＰＵ２０１は、この検出信号１４３に基づいて、偏向素子１３２ａによる主走査方向の走査位置を検出する。次に、ＣＰＵ２０１は、Ｇ画素信号１１２ｇの出力を停止して、タイミング検出用レーザ光の出射を停止し、鋸波状の低速駆動信号１１７を出力して、反射ミラー１３４ｂの揺動を開始する。なお、低速走査部１３４の反射ミラー１３４ｂの角度が無効走査範囲Ｎにあるとき、光源部１１０から光を出射しても、走査部１３０から出力されたレーザ光は遮光部１４２で遮光され、ユーザの眼１０１には入射しない。
【００８５】
次に、ＣＰＵ２０１は、外部から画像信号Ｓの入力があるか否かを判定する（ステップＳ１７）。この処理において、ＣＰＵ２０１は、外部から画像信号Ｓの入力が開始されたとき、又は外部から画像信号Ｓの入力が行われているときに、外部から画像信号Ｓの入力があると判定する。外部から画像信号Ｓの入力があると判定すると（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０１は、画素信号及び高周波信号を生成して出力する（ステップＳ１８）。
【００８６】
このステップＳ１８の処理において、ＣＰＵ２０１は、入力されている画像信号ＳをＶＲＡＭ２０４に画素単位で展開して記憶していき、画素単位でＲ画素信号１１２ｒ，Ｇ画素信号１１２ｇ，Ｂ画素信号１１２ｂを出力する。このときＣＰＵ２０１は、ＲＡＭ２０３に記憶した各色用の階調テーブルに基づいて、画素信号１１２ｒ，１１２ｇ，１１２ｂを出力する。また、ＣＰＵ２０１は、ＲＡＭ２０３に記憶した高周波信号の設定値又は階調テーブルに基づいて、制御信号１１３ｇ，１１３ｂを出力する。これにより、画素信号３０２ｇ及び画素信号３０２ｂには振幅設定に応じた振幅の高周波電流が重畳される。
【００８７】
なお、第１モードでは、一定の高周波信号３０６ｇ，３０６ｂが画素信号３０２ｇ，３０２ｂに重畳される。従って、高周波信号３０６ｇ，３０６ｂが画素単位で変化することがないため、処理が複雑にならず、駆動信号供給回路１１１における負荷が軽減される。なお、画素信号３０２ｇ，３０２ｂに高周波信号３０６ｇ，３０６ｂを重畳させたときにレーザダイオード３０３ｇ，３０３ｂから出力されるレーザ光の強度と、画素信号３０２ｇに高周波信号３０６ｇ，３０６ｂを重畳させないときに、レーザダイオード３０３ｇ，３０３ｂから出力されるレーザ光の強度とが一致するときの画素信号３０２ｇ，３０２ｂの電流値のうち高い方の値に相当する階調レベルを白レベルに割り当て、低い方の値に相当する階調レベルを黒レベルに割り当てている。また、白レベルと黒レベルとの間の階調レベルを、画素信号３０２ｇ，３０２ｂの電流値に応じて割り当てている。このようにすることで、画素信号の電流値とレーザ光の強度とが連続した増加度合いの領域に階調レベルを割り当てることとしている。
【００８８】
また、第２モードでは、階調テーブルにより、各階調レベル毎に制御信号１１３ｇ，１１３ｂの電圧値が設定される。このように、画素信号３０２ｇ，３０２ｂの電流値に応じて高周波信号の振幅を変更することで、画素信号３０２ｇ，３０２ｂの電流値とレーザ光の強度とをより比例関係に近づけることができる。そのため、入出力特性にキンク領域が存在するレーザであっても、低い階調レベルを精度よく再現することが容易となる。
【００８９】
また、第３モードでは、後述するように、検出した各レーザダイオード３０３ｇ，３０３ｂにおける入出力特性に基づき、予め設定された強度範囲内で、各階調レベル毎に各画素信号１１２ｇ，１１２ｂの電圧値が設定され、さらに、各階調レベル毎に制御信号１１３ｇ，１１３ｂの電圧値が設定される。このようにすることで、画素信号３０２ｇ，３０２ｂの電流値に応じて高周波信号の振幅を変更して、画素信号３０２ｇ，３０２ｂの電流値とレーザ光の強度とをより比例関係に近づけることができる。そのため、入出力特性にキンク領域が存在するレーザであっても、低い階調レベルを精度よく再現することが容易となる。しかも、各レーザダイオード３０３ｇ，３０３ｂの個体差や温度変化があった場合でも、低い階調レベルを精度よく再現することができる。
【００９０】
ステップＳ１７の処理で、外部から画像信号Ｓの入力がないと判定したとき（ステップＳ１７：ＮＯ）及びステップＳ１８の処理が終了したとき、ＣＰＵ２０１は、走査位置検出タイミングになったか否かを判定する（ステップＳ１９）。この処理において、ＣＰＵ２０１は、副走査方向において、反射ミラー１３４ｂの角度が、光検出部１４１の位置又はその直前位置となったとき、走査位置検出タイミングになったと判定する。すなわち、光源部１１０からタイミング検出用レーザ光を出射させたときに、タイミング検出用レーザ光が光検出部１４１を通過する副走査方向の位置（図８に示すＹの角度位置）又はその直前位置になったときに、走査位置検出タイミングになったと判定する。
【００９１】
ステップＳ１９において、走査位置検出タイミングになったと判定すると（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０１は、タイミング調整処理を行う（ステップＳ２０）。このタイミング調整処理において、ＣＰＵ２０１は、まず、所定の電圧値のＧ画素信号１１２ｇを出力して、Ｇレーザダイオード３０３ｇから所定強度のレーザ光をタイミング検出用レーザ光として所定期間だけ出射する。このとき、偏向素子１３２ａで走査されたタイミング検出用レーザ光は、光検出部１４１を通過して、光検出部１４１に入射する。光検出部１４１は、タイミング検出用レーザ光が入射したタイミングで検出信号１４３を出力する。ＣＰＵ２０１は、この検出信号１４３に基づいて、偏向素子１３２ａによる主走査方向の走査位置及び偏向素子１３４ａによる副走査方向の走査位置を検出し、画像信号Ｓに応じて強度変調するレーザ光の出射するタイミングを調整する。すなわち、有効走査範囲Ｚで画像信号Ｓに応じて強度変調するレーザ光が光源部１１０から出射されるようにする。
【００９２】
次に、ＣＰＵ２０１は、図示しない電源ボタンや画像停止ボタンが押下されるなどして、画像表示が停止されたか否かについて判断を行う（ステップＳ２１）。ここで画像表示が停止されていないと判断した場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）には、ＣＰＵ２０１は、処理をステップＳ１７へ戻す。一方、画像表示が停止されたと判断した場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）には、ＣＰＵ２０１は、処理を終了する。
【００９３】
次にステップＳ１５で実行される第３モード処理について、図１１を参照して説明する。
【００９４】
第３モード処理を開始すると、ＣＰＵ２０１は、Ｇレーザダイオード３０３ｇの入出力特性を検出する処理を行う（ステップＳ３０）。この処理において、ＣＰＵ２０１は、Ｇ画素信号１１２ｇをその電圧レベルを順次上げながら出力し、Ｉ−Ｖ変換器３０９ｇから出力される電圧信号１１９ｇをＡ／Ｄ変換器２０７ｇを介して順次取得していく。これにより、ＣＰＵ２０１は、Ｇレーザダイオード３０３ｇの入出力特性を取得する。
【００９５】
次に、ＣＰＵ２０１は、Ｂレーザダイオード３０３ｂの入出力特性を検出する処理を行う（ステップＳ３１）。この処理において、ＣＰＵ２０１は、Ｂ画素信号１１２ｂをその電圧レベルを順次上げながら出力し、Ｉ−Ｖ変換器３０９ｂから出力される電圧信号１１９ｂをＡ／Ｄ変換器２０７ｂを介して順次取得していく。これにより、ＣＰＵ２０１は、Ｂレーザダイオード３０３ｂの入出力特性を取得する。
【００９６】
次に、ＣＰＵ２０１は、階調レベルの割り当てを行う（ステップＳ３２）。この処理において、ＣＰＵ２０１は、ステップＳ３０で検出したＧレーザダイオード３０３ｇの入出力特性に基づいて、見かけ上の入出力特性を設定し、この見かけ上の入出力特性に基づき、階調レベルを黒レベルから白レベルにかけて、各階調レベル毎にＧ画素信号１１２ｇの電圧値を決定する。このとき、ＣＰＵ２０１は、Ｇレーザダイオード３０３ｇから出射するレーザ光の強度がＲＯＭ２０２に予め設定された最低強度となるときにＧレーザダイオード３０３ｇへ供給するのに必要な電流値を判定する。ＣＰＵ２０１は、このように判定した電流値の画素信号３０２ｇを黒レベルの画素信号として割り当てる。また、ＣＰＵ２０１は、Ｇレーザダイオード３０３ｇから出射するレーザ光の強度がＲＯＭ２０２に予め設定された最高強度となるときにＧレーザダイオード３０３ｇへ供給するのに必要な電流値を判定する。ＣＰＵ２０１は、このように判定した電流値の画素信号３０２ｇを白レベルの画素信号として割り当てる。その後、ＣＰＵ２０１は、Ｇ画素信号１１２ｇの電圧レベルに対して、黒レベルと白レベルの間にある各階調レベルを割り当てる。例えば、見かけ上の入出力特性がリニアな特性であり、黒レベルに対応する画素信号の電圧レベルがＶ１であり、白レベルに対応する画素信号の電圧レベルがＶ２であり、階調が２５６であるとする。このとき、ＣＰＵ２０１は、階調レベルｎ（１≦ｎ≦２５４）に対応する画素信号の電圧レベルがｎ×（Ｖ２−Ｖ１）／２５５となるように、各階調レベルに対して各画素信号の電圧レベルを割り当てる。
【００９７】
さらに、ステップＳ３２において、ＣＰＵ２０１は、Ｇ画素信号１１２ｇに対する階調レベルの割り当てと同様に、Ｂ画素信号１１２ｂに対する階調レベルの割り当てを行う。すなわち、ステップＳ３１で検出したＢレーザダイオード３０３ｂにおける入出力特性に基づいて、見かけ上の入出力特性を設定し、この見かけ上の入出力特性に基づき、階調レベルを黒レベルから白レベルにかけて、各階調レベル毎にＢ画素信号１１２ｂの電圧値を決定する。なお、具体的な割り当てについては、Ｇ画素信号１１２ｇに対する階調レベルの割り当てと同様である。
【００９８】
次に、ＣＰＵ２０１は、高周波信号の振幅設定を行って（ステップＳ３３）、ステップ第３モード処理を終了する。このステップＳ３３の処理において、ＣＰＵ２０１は、ステップＳ３０で検出したＧレーザダイオード３０３ｇにおける入出力特性に基づいて、見かけ上の入出力特性を設定し、この見かけ上の入出力特性となるような高周波信号の振幅を設定する。例えば、Ｇレーザダイオード３０３ｇの入出力特性が、図６の破線で示す特性であるときに、見かけ上の入出力特性が図６に示す実線に示す特性になるように、各階調レベル毎に高周波信号の振幅を割り当てる。また、同様に、ＣＰＵ２０１は、ステップＳ３１で検出したＢレーザダイオード３０３ｂにおける入出力特性に基づいて、見かけ上の入出力特性を設定し、この見かけ上の入出力特性となるような高周波信号の振幅を設定する。
【００９９】
以上のように、本実施形態に係るＲＳＤ１００では、画素信号にそれぞれ高周波信号を重畳させることで、キンク領域Ｗの影響を抑制し、画素信号の電流値とレーザ光の強度とが比例関係に近づくようにしている。従って、低い階調レベルに対する画素信号の電流値の割り当てが容易になる。そのため、入出力特性にキンク領域Ｗが存在するレーザであっても、低い階調レベルを精度よく再現することが容易となる。
【０１００】
また、上述の実施形態では、入出力特性にヒステリシスを持たないレーザについて説明したが、図１４に示すような入出力特性にヒステリシスを持つレーザを用いる場合、高周波発振器は、高周波信号の振幅をヒステリシス幅以上に大きくする。このようにすることで、入出力特性にヒステリシスを持つレーザを用いた場合であっても、キンク領域Ｗの影響を抑制し、画素信号の電流値とレーザ光の強度とが比例関係に近づくようにすることができる。なお、ヒステリシスとは、レーザに供給する電流を減少させていったときの入出力特性と、レーザに供給する電流を増加させていったときの入出力特性とで、キンク領域Ｗが変わる特性を意味する。また、レーザに供給する電流を減少させていったときと増加させていったときのキンク領域Ｗのずれをヒステリシス幅という。
【０１０１】
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。
【０１０２】
（１）画像を構成する画素の階調レベルに応じた画素信号７ｒ，７ｇ，７ｂ（画素信号３０２ｒ，３０２ｇ，３０２ｂ）を出力する信号生成部６ｒ，６ｇ，６ｂ（駆動信号供給回路１１１，レーザドライバ３０１ｒ，３０１ｇ，３０１ｂ）と、画素信号７ｒ，７ｇ，７ｂ（画素信号３０２ｒ，３０２ｇ，３０２ｂ）に応じた強度のレーザ光を出射するレーザ５ｒ，５ｇ,５ｂ（レーザダイオード３０３ｒ，３０３ｇ，３０３ｂ）と、レーザ５ｇ,５ｂ（レーザダイオード３０３ｇ，３０３ｂ）に入力される画素信号７ｇ，７ｂ（画素信号３０２ｇ，３０２ｂ）に高周波信号９ｇ，９ｂ（高周波信号３０６ｇ，３０６ｂ）を重畳させる信号調整部８ｇ，８ｂ（駆動信号供給回路１１１，高周波発振器３０５ｇ，３０５ｂ，可変コンデンサ３０７ｇ，３０７ｂ）とを備えており、信号調整部８ｇ，８ｂ（駆動信号供給回路１１１，高周波発振器３０５ｇ，３０５ｂ，可変コンデンサ３０７ｇ，３０７ｂ）は、信号生成部６ｇ，６ｂ（駆動信号供給回路１１１，レーザドライバ３０１ｇ，３０１ｂ）により画素単位で生成される画素信号７ｇ，７ｂ（画素信号３０２ｇ，３０２ｂ）の生成周期の逆数１／Ｔ（１／Ｔｓ，１／Ｔｂ）以上となる周波数を有し、かつレーザ５ｇ,５ｂ（レーザダイオード３０３ｇ，３０３ｂ）においてその入出力特性が最も急峻に変化するキンク領域Ｗの幅以上の振幅の高周波信号９ｇ，９ｂ（高周波信号３０６ｇ，３０６ｂ）を画素信号７ｇ，７ｂ（画素信号３０２ｇ，３０２ｂ）に重畳させる。このようにすることで、キンク領域Ｗの影響を抑制し、画素信号７ｇ，７ｂ（画素信号３０２ｇ，３０２ｂ）の電流値とレーザ光の強度とが比例関係に近づくようにしている。従って、低い階調レベルに対する画素信号７ｇ，７ｂ（画素信号３０２ｇ，３０２ｂ）の電流値の割り当てが容易になる。そのため、入出力特性にキンク領域Ｗが存在するレーザ５ｇ,５ｂ（レーザダイオード３０３ｇ，３０３ｂ）であっても、低い階調レベルを精度よく再現することが容易となる。
従って、
【０１０３】
（２）信号生成部６ｇ，６ｂ（駆動信号供給回路１１１，レーザドライバ３０１ｇ，３０１ｂ）は、画素信号７ｇ，７ｂ（画素信号３０２ｇ，３０２ｂ）に高周波信号９ｇ，９ｂ（高周波信号３０６ｇ，３０６ｂ）を重畳させたときにレーザ５ｇ,５ｂ（レーザダイオード３０３ｇ，３０３ｂ）から出力されるレーザ光の強度と、画素信号７ｇ，７ｂ（画素信号３０２ｇ，３０２ｂ）に高周波信号９ｇ，９ｂ（高周波信号３０６ｇ，３０６ｂ）を重畳させないときにレーザ５ｇ,５ｂ（レーザダイオード３０３ｇ，３０３ｂ）から出力されるレーザ光の強度とが一致するときの画素信号７ｇ，７ｂ（画素信号３０２ｇ，３０２ｂ）の電流値（信号値）のうち高い方の値に相当する階調レベルを白レベルとしている。このようにすることで、画素信号の電流値とレーザ光の強度とが連続した増加度合いの領域に階調レベルを割り当てることが可能となる。
【０１０４】
（３）信号生成部６ｇ，６ｂ（駆動信号供給回路１１１，レーザドライバ３０１ｇ，３０１ｂ）は、画素信号７ｇ，７ｂ（画素信号３０２ｇ，３０２ｂ）に高周波信号９ｇ，９ｂ（高周波信号３０６ｇ，３０６ｂ）を重畳させたときにレーザ５ｇ,５ｂ（レーザダイオード３０３ｇ，３０３ｂ）から出力されるレーザ光の強度と、画素信号７ｇ，７ｂ（画素信号３０２ｇ，３０２ｂ）に高周波信号９ｇ，９ｂ（高周波信号３０６ｇ，３０６ｂ）を重畳させないときにレーザ５ｇ,５ｂ（レーザダイオード３０３ｇ，３０３ｂ）から出力されるレーザ光の強度とが一致するときの画素信号７ｇ，７ｂ（画素信号３０２ｇ，３０２ｂ）の電流値（信号値）のうち低い方の値に相当する階調レベルを黒レベルとしている。このようにすることで、画素信号の電流値とレーザ光の強度とが連続した増加度合いの領域に階調レベルを割り当てることが可能となる。
【０１０５】
（４）レーザ５ｇ,５ｂ（レーザダイオード３０３ｇ，３０３ｂ）から出射されたレーザ光の強度を検出する強度検出部とを備え、信号生成部６ｇ，６ｂ（駆動信号供給回路１１１，レーザドライバ３０１ｇ，３０１ｂ）は、前記強度検出部により検出されたレーザ光の強度に応じて、黒レベルに対応する画素信号７ｇ，７ｂ（画素信号３０２ｇ，３０２ｂ）の電流値（信号値）を決定する。このようにすることで、レーザが温度変化により入出力特性が変化したときやレーザに個体差があったとしても、階調レベルを適切に割り当てることが可能となる。
【０１０６】
（５）レーザ５ｇ,５ｂ（レーザダイオード３０３ｇ，３０３ｂ）から出射されたレーザ光を２次元走査する走査部１３０と、走査部１３０によって走査されたレーザ光が入射する位置に配置され、レーザ光が入射したときに検出信号を出力する光検出部１４１と、を備え、駆動信号供給回路１１１（信号生成部）は、光検出部１４１により出力される検出信号１４３を所定のクロック信号に基づいて検出し、検出信号１４３を検出したタイミングに応じて画素信号１１２ｇの出力タイミングを調整するものであり、駆動信号供給回路１１１は、高周波信号３０６ｇの周波数を、前記所定のクロック信号の周波数よりも高くしている。このようにすることで、駆動信号供給回路１１１は、検出信号１４３の誤検出を低減することができる。
【０１０７】
（６）レーザ５ｇ,５ｂ（レーザダイオード３０３ｇ，３０３ｂ）は、画素信号７ｇ，７ｂ（画素信号３０２ｇ，３０２ｂ）の電流値（信号値）が増加するときと減少するときとでキンク領域Ｗの位置が異なるヒステリシスを持つ入出力特性を有しており、高周波信号９ｇ，９ｂ（高周波信号３０６ｇ，３０６ｂ）の振幅を、レーザ５ｇ,５ｂ（レーザダイオード３０３ｇ，３０３ｂ）のヒステリシス幅よりも大きな振幅としている。このようにすることで、入出力特性にヒステリシスを持つレーザを用いた場合であっても、キンク領域Ｗの影響を抑制し、画素信号の電流値とレーザ光の強度とが比例関係に近づくようにすることができる。
【０１０８】
（７）信号調整部８ｇ，８ｂ（駆動信号供給回路１１１，高周波発振器３０５ｇ，３０５ｂ，可変コンデンサ３０７ｇ，３０７ｂ）は、信号生成部６ｇ，６ｂ（駆動信号供給回路１１１，レーザドライバ３０１ｇ，３０１ｂ）が出力する画素信号７ｇ，７ｂ（画素信号３０２ｇ，３０２ｂ）の電流値（信号値）に応じて高周波信号９ｇ，９ｂ（高周波信号３０６ｇ，３０６ｂ）の振幅を変更する。このようにすることで、画素信号７ｇ，７ｂ（画素信号３０２ｇ，３０２ｂ）の電流値とレーザ光の強度とをより比例関係に近づけることができる。
【０１０９】
（８）信号調整部８ｇ，８ｂ（駆動信号供給回路１１１，高周波発振器３０５ｇ，３０５ｂ，可変コンデンサ３０７ｇ，３０７ｂ）は、信号生成部６ｇ，６ｂ（駆動信号供給回路１１１，レーザドライバ３０１ｇ，３０１ｂ）が出力する画素信号７ｇ，７ｂ（画素信号３０２ｇ，３０２ｂ）の電流値（信号値）が少なくとも所定値までは、当該電流値（信号値）が大きくなるほど、高周波信号９ｇ，９ｂ（高周波信号３０６ｇ，３０６ｂ）の振幅を大きくする。このようにすることで、画素信号７ｇ，７ｂ（画素信号３０２ｇ，３０２ｂ）の電流値とレーザ光の強度とをより比例関係に近づけることができる。
【０１１０】
（９）信号調整部８ｇ，８ｂ（駆動信号供給回路１１１，高周波発振器３０５ｇ，３０５ｂ，可変コンデンサ３０７ｇ，３０７ｂ）は、信号生成部６ｇ，６ｂ（駆動信号供給回路１１１，レーザドライバ３０１ｇ，３０１ｂ）が出力する画素信号７ｇ，７ｂ（画素信号３０２ｇ，３０２ｂ）の電流値（信号値）が前記所定値以上の第２所定値から、当該電流値（信号値）が大きくなるほど、高周波信号９ｇ，９ｂ（高周波信号３０６ｇ，３０６ｂ）の振幅を小さくする。このようにすることで、画素信号７ｇ，７ｂ（画素信号３０２ｇ，３０２ｂ）の電流値とレーザ光の強度とをより比例関係に近づけることができる。
【符号の説明】
【０１１１】
１  画像表示装置
２，１１０  光源部
３，１３０  走査部
４  投射部
５ｒ，５ｇ，５ｂ  レーザ
６ｒ，６ｇ，６ｂ  信号生成部
７ｒ，７ｇ，７ｂ，１１２ｒ，１１２ｇ，１１２ｂ，３０２ｒ，３０２ｇ，３０２ｂ  画素信号
８ｇ，８ｂ  信号調整部
９ｇ，９ｂ，３０６ｇ，３０６ｂ  高周波信号
１００  網膜走査型画像表示装置（ＲＳＤ）
１１１  駆動信号供給回路（信号生成部、信号調整部）
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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