(57)【要約】【課題】  光源の高速での光スイッチングを可能として高精細度の広視野投影画像を表示することができる可搬性に優れた小型の表示装置を提供する。【解決手段】    表示装置において、光源素子３６が閾値レベルで駆動されて発光準備状態に維持されて、表示すべき画像信号に応じて光源部が駆動されて変調された光線が可撓性を有し、水平方向に振動される可動導波路に導かれる。この可動導波路が振動されてその自由端から水平方向に偏向された光線が射出され、この射出光線が集光され、垂直方向に沿うようにこの集光点の光線が偏向されて光投影面上に光学像が表示される。【選択図】      図１
2005292254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向及びこの第１方向に直交する第２方向を有する光投影面と、
光線を発生する光源部と、
この光源部を附勢して前記光源部から光線を発生させる駆動部であって、前記光源部を閾値レベルで駆動して発光準備状態に維持し、この発光準備状態において、表示すべき画像信号に応じて前記光源部を駆動して変調された光線を前記光源部から発生させる駆動部と、
前記光源部からの光線を導く導波路構造であって、可撓性を有し、前記第１方向に振動される可動導波路を有し、この振動される可動導波路の自由端から前記第１方向に偏向される光線が射出される導波路構造と、
この射出された光線を集光する集光レンズ系と、
この集光レンズ系の焦点に配置され、前記第２方向に沿うように前記光投影面に向けて前記光線を偏向する偏向部と、
を具備することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
この可動導波部を前記第１方向に沿って可動して前記光線を偏向させる駆動機構とを具備することを特徴とする請求項１の表示装置。
【請求項３】
前記光投影面は、前記可動導波路上に定められる第１焦点を有し、観察者眼球上に定められる第２焦点を有することを特徴とする請求項１の表示装置。
【請求項４】
前記光投影面と前記光源部との間の光路に配置され、前記光線の光強度を減衰するフィルタとを具備することを特徴とする請求項１の表示装置。
【請求項５】
前記フィルタが光過飽和吸収体で作られ、前記発光準備状態において実質的に光線を吸収することを特徴とする請求項１の表示装置。
【請求項６】
第１方向及びこの第１方向に直交する第２方向を有する光投影面に光学像を表示する方法において、
光源部を閾値レベルで駆動して発光準備状態に維持し、この発光準備状態において、表示すべき画像信号に応じて前記光源部を駆動して変調された光線を前記光源部から発生させ、
可撓性を有し、前記光源部からの光線を前記第１方向に振動される可動導波路に導き、この可動導波路を振動させてその自由端から前記第１方向に偏向された光線を射出させ、
この射出光線を集光した状態で、前記第２方向に沿うように前記光投影面に向けてこの集光点の光線を偏向し、
前記第１及び第２方向に偏向された光線によって前記光投影面上に光学像を表示させることを特徴とする表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、表示装置に係り、特に、高速な光走査で広い視野を与える表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高臨場感を得るためには、人間の肉眼観察に匹敵する広い視野角を有する表示が求められる。一般に肉眼観察における人間の視野角は、両眼観察の状態で、左右１００度（あわせて２００度）、上方５０度及び下方７５度程度（あわせて１２５度）あるといわれている。この視野のなかで、頭部運動及び眼球運動によって無理なく視覚情報としてとられることができる視野（安定注視野）は、非特許文献１に記載されるように左右あわせて８０度程度、上下あわせて７０度程度であるとされている。また、このような人間の視野に関しては、広視野角における臨場感の効果が飽和する領域は、安定注視野とほぼ同等の左右５０度（あわせて１００度）、上方３５度及び下方５０度（あわせて８５度）程度（誘導視野）であることが非特許文献２に知られている。
【０００３】
一方、前述したように人間の視野は大きく広がっているものの、その中でももっとも高い分解能で観察できる視野は、高々視野中心の直径５°程度の領域（弁別視野）であり、眼球運動だけで瞬時に情報が受容できる視野（有効視野）は左右あわせて３０°並びに上下あわせて２０°程度であるとされている。
【０００４】
現在、バーチャルリアリティ表示などに代表される高臨場感を実現する表示装置として各種の投射型の表示装置が知られ、この投射型の表示装置が広く用いられている。各種投射型ディスプレイは、前述した左右１００度及び上下８５度といった誘導視野角に相当する広い視野をＣＲＴ、液晶装置、プラズマディスプレイ装置等のパネル直視型表示装置に比べて容易に実現することができる。
【０００５】
既存の直視型のディスプレイパネルは、現状においても高々対角６０インチ程度であり、このような大画面を有するパネルディスプレイの分解能も７２０ｐでＨＤＴＶ相当程度である。従って、単一のパネルで誘導視野相当の視野を確保しても、極端に表示分解能が落ちるだけでなく、観察者の視聴距離が極端にパネル面に近づき、観察者に多大な負担をかけることになる。観察者の視聴距離を確保し、しかも、十分な分解能を実現するためには、多数のパネルを用いて大画面とする必要がある。このように広視野角を得るためには相当数のパネルが用いられる必要があり、比較的容積が小さいといわれる、一連のフラットパネルディスプレイを用いたとしても、コストが増大し、多大な設置規模が必要とされる。
【０００６】
この直視型のディスプレイパネルに対して、投射型表示装置は、装置単体で対角数１００インチ程度の投影規模を有する装置が簡便に入手できる状況にある。投射型表示装置は、その分解能自体は、直視型パネルディスプレイの分解能と比較してそれ程の相違はなく、また、自発光型の発光パネルを直視する直視型のディスプレイと比較しても、拡散面における反射光を観察しているが、それほどの違和感を与えない表示が可能である。また、複数の投射型装置を用いて広視野角画像を得る場合においても、投射装置自体は負担にならない程度の装置であり、パネルディスプレイを用いるよりは、より簡便にシステムを構築することが可能である。
【０００７】
実際に投射型表示装置を用いて高臨場感表示装置を構築した例として、ＣＡＶＥ或いはＣＡＶＩＮといった全周型表示装置が有名である。これは、観察者の周囲５方（上下左右前方）をスクリーンで多い、各面にスクリーン背後より投射型表示装置を用いて全方位への映像投影を行う装置である（下面は観察者側、スクリーン上方より投影される）。
【０００８】
このような全周型表示装置は、構成自体は光投影面に依存した投射型表示装置とスクリーンで成り、簡便であるが一人の視聴者に対するスクリーンが小さな部屋程度になり、かつ、その部屋を構成するスクリーンの背面にも投影に必要な空間があるために、システム全体の構成としては大規模であり、かつ設置時間にも１日〜数日を要する規模となる。
【０００９】
このような大規模な全周型表示装置に対して、液晶パネルなどを用いたヘッドマウントディスプレイ(Head Mounted Display; HMD)と称せられる一群の表示装置がある。ヘッドマウントディスプレイは、眼前に配置した光学系を介して、小型パネルディスプレイを臨むことにより、観察視野での表示を行う装置である。通常、市井に広く供給されているＨＭＤは、ＮＴＳＣテレビレベルの視野である、対角３０度程度の視野を表示するものであり、その表示領域は、高臨場感を演出できるレベルにはない。一部、すでにこの分野に置いては両眼観察に置いて左右１００度程度視野を有するものが存在するが、用いるパネル単体の分解能が劣るために良質の画像を得ることができない。また、このような広視野角表示を行う装置は光学系の問題で、その周辺視野に大きな歪を残している事が多い。
【非特許文献１】畑田  精密工学会誌  １３３０、５７、１９９１
【非特許文献２】畑田  他、  テレビジョン学会誌４０７、３５、１９７９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上のように広視野角表示を可能とする種々の装置が提案されているが、小型化が不可能である等の問題があり、また、小型化が可能な表示装置にあっても高い分解能で広視野角表示を実現できない問題がある。
【００１１】
また、広視野角表示を実現できたとしても、より高い精細度での広視野画像を提供できることが望まれている。
【００１２】
この発明では、以上のような事情に鑑みなされたものであって、その目的は、光源の高速での光スイッチングを可能として高精細度の広視野投影画像を表示することができる可搬性に優れた小型の表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明によれば、
第１方向及びこの第１方向に直交する第２方向を有する光投影面と、
光線を発生する光源部と、
この光源部を附勢して前記光源部から光線を発生させる駆動部であって、前記光源部を閾値レベルで駆動して発光準備状態に維持し、この発光準備状態において、表示すべき画像信号に応じて前記光源部を駆動して変調された光線を前記光源部から発生させる駆動部と、
前記光源部からの光線を導く導波路構造であって、可撓性を有し、前記第１方向に振動される可動導波路を有し、この振動される可動導波路の自由端から前記第１方向に偏向される光線が射出される導波路構造と、
この射出された光線を集光する集光レンズ系と、
この集光レンズ系の焦点に配置され、前記第２方向に沿うように前記光投影面に向けて前記光線を偏向する偏向部と、
を具備することを特徴とする表示装置が提供される。
【００１４】
また、この発明によれば、
第１方向及びこの第１方向に直交する第２方向を有する光投影面に光学像を表示する方法において、
光源部を閾値レベルで駆動して発光準備状態に維持し、この発光準備状態において、表示すべき画像信号に応じて前記光源部を駆動して変調された光線を前記光源部から発生させ、
可撓性を有し、前記光源部からの光線を、前記第１方向に振動される可動導波路に導き、この可動導波路を振動させてその自由端から前記第１方向に偏向された光線を射出させ、
この射出光線を集光した状態で、前記第２方向に沿うように前記光投影面に向けてこの集光点の光線を偏向し、
前記第１及び第２方向に偏向された光線によって前記光投影面上に光学像を表示させることを特徴とする表示方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、光源の高速発光制御を実現して高精細度の広視野投影画像を表示することができる小型の表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この発明の実施の形態を説明するに先立って始めに発明者のこの発明に至る着眼点について下記に説明する。
【００１７】
発明者は、既に出願された特許願２００３−１９３９０７において、小型でありながらも広視野観察を可能な表示装置を提案している。この表示装置は、以下に実施形態として説明されるように光走査画像を網膜面に結像させることにより、小型の装置で広視野表示を実現するものである。視野の広さは、光走査装置の走査角度に依存するが、これは走査装置及びその投影光学的の設計により、視野を広げることができる。しかしながら、このような表示装置にあっても、その広視野画像の精細度は、光束のアドレッシングのスピードに関係している。即ち、光源において、高速の光のスイッチングが実現されれば、走査画像の精細度を高めることが可能である。
【００１８】
このような着眼点に基づく、この発明の実施形態に係る表示装置について、以下図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は、この発明の実施形態に係る表示装置における平面的な配置関係を概略的に示す平面図である。図１に示される表示装置は、２次元光走査装置１０を備え、この２次元光走査装置１０は、１次光走査ユニット１１、集光レンズ系１２、２次元走査ユニット１３及び２次元走査ユニット１１を作動する駆動用のモータ１４から構成されている。
【００２０】
２次元光走査装置１０からは、２次元走査光束Ｌが投影面としての光投影面１５に向けて射出されている。従って、光投影面１５は、２次元走査光束Ｌで走査されて、光投影面１５上には、２次元光装置１０からの２次元走査光束Ｌによって光走査像４０が形成される。ここで、光走査像４０は、観察者の眼を基準にして、例えば、左右５０度（あわせて１００度）、上方３５度及び下方５０度（あわせて８５度）程度（誘導視野）或いはこの値以上に定められた範囲に形成される。
【００２１】
集光レンズ系１２は、夫々第１及び第２のレンズで構成され、光走査ユニット１１側に配置される第１のレンズは、１次光走査ユニット１１における単一光源とみなせる光射出源の位置に後側焦点が位置するような焦点距離を有し、この第１のレンズによって光走査ユニット１１の射出源からの走査光束が平行光束に変換される。第１のレンズから射出された平行光束は、集光レンズ系１２の第２のレンズによって夫々２次元走査ユニット１３に向けて集光され、夫々駆動用のモータ１４によって傾動される２次元走査ユニット１３によって光投影面１５が走査される。即ち、２次元走査ユニット１３は、集光レンズ系１２の第２のレンズからの光束を偏向して光投影面１５を偏向光束で走査している。２次元走査ユニット１３には、２次元光走査装置１０に設けられた片持梁構造３１の１次方向（水平方向）の振動周期に同期して作動される５ｍｍ四方程度のポリゴンミラー、ガルバノミラー及び音響光学素子等の偏向素子で構成される。２次元走査ユニット１３は、制御部１７によって制御されるモータ１４によって作動されてその光路が傾動される。
【００２２】
図１に示す２次元光走査装置１０においては、片持梁構造３１が振動されて光束が１次走査（水平走査に相当する。）されて片持梁構造３１に同期されてその光路が傾動される２次元走査ユニット１３に入射される。また、２次元走査ユニット１３で反射された光束は、光路が傾動されるに伴い、２次走査（垂直走査に相当する。）される。従って、２次元走査ユニット１３を介して出射された光線束は、２次元的（水平及び垂直走査に相当する。）に偏向される光束に変換される。例えば、２次元走査ユニット１３がモータ１４によって１８００ｒｐｍで傾動させられたときには、６０Ｈｚ相当のフレームレートでの２次元的な走査が可能となる。
【００２３】
２次元光走査装置１０は、使用に際しては、観察者の頭部の側面に装着され、投影画像４０が形成される凹面の反射面に形成されている反射型の光投影面１５は、観察者の視線上に配置されている。従って、２次元光走査装置１０から光束Ｌは、観察者の眼前に配置された反射型光投影面１５に向けられ、この反射型光投影面１５で反射されて観察者の眼球５５に向けて集光される。従って、観察者は、反射型光投影面１５から入射される光束によって投影像４０を観察することができる。図１に示される表示装置によれば、観察者は、観察者に装着された２次元光走査装置１０及び反射型光投影面１５によって広視野角の画像表示を観察することができる。
【００２４】
反射型光投影面１５は、図１に示すように眼球５５の網膜面へ画像（２次元光束）を投影するときは、観察者の眼前に回折或いは反射機能を有する光学系で実現することができる。反射型光投影面１５に形成された投影画像は、観察者の眼球５５に向けられ、その反射像或いは回折像が観察者の網膜面に投影され、観察者に画像情報を与えることができる。反射型光投影面１５は、例えば、眼鏡状に設計されることによって、観察者は、その装着に違和感を覚えにくくすることができる。この反射型光投影面１５は、例えば、アルミ蒸着プラスチックを用いて２つの焦点を有する３次元楕円面に形成され、その一方の焦点は、２次走査ユニット１３に生じる光束の集光点に合致され、他方の焦点は、眼球５５の瞳開口部に合致されるように定められる。このように焦点が定められることによって、２次元光走査装置１０により形成された２次元光束は、すべて眼球５５の網膜に結像させることが可能である。また、アルミ蒸着プラスチックを用いたときは視野方向からの外光を取り入れることができないが、反射型光投影面１５にホログラフィックレンズ等を用いることによって透過視が可能な表示装置とすることもできる。
【００２５】
図１に示された２次元光走査装置１０に組み込まれる１次光走査ユニット１１の構造について図２〜図５を参照して説明する。
【００２６】
１次光走査ユニット１１は、図２及び図３に示すように光源素子部を構成するＳＯＩ基板構造２１を備えている。図４に示すようにＳＯＩ基板構造２１は、シリコン（Ｓｉ）基板２１−１上に半導体プロセスで用いられる微細加工技術を利用して光学素子が形成されている。即ち、図４に示されるようにシリコン基板２１−１上の一部領域に酸化シリコン（ＳｉＯ２）層２１−２が形成され、この酸化シリコン層２１−２にシリコン活性層２１−３が形成されてＳＯＩ基板構造２１が形成される。シリコン活性層２１−３上には、半導体レーザー或いは発光ダイオード等から成る光源素子３６が形成されるとともにこの光源素子３６からの光線を導く光導波路構造３５及び光源素子３６からの光線を光導波路構造３５に集光する集光部構造３９−１，３９−２が形成されている。光導波路構造３５は、ＳＯＩ基板２１−１上に光導波路材料が塗布され、この塗布された光導波路材料をレジスト技術により露光した後にＲＩＥ加工により光導波路に削りだし、酸化シリコン層２１−２を犠牲層としてエッチングすることにより、梁構造をシリコン基板２１−１より遊離させることにより可動部が形成されている。
【００２７】
一例として、光導波路構造３５の構成材料には、基本的に、ポリメタクリレート樹脂が用いられるが、他の典型的な光導波路材料として、ポリカーボネイト系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン類、また、各種金属酸化物、金属窒化物などがある。この例では、光導波路構造３５の厚さは１０μｍ程度であり、光導波路の射出端は、１０μｍ四方の断面形状を有する。このような成形過程から、光導波路構造３５は、錐状にその針状導波路部３５Ａの基部３５Ｂに向けて減少され、その錐上部３５Ａの先端からは、針状導波路部３５Ａが延出される。シリコン活性層５１−３も同様に針状導波路部３５Ａを支えるようにシリコン基板５１−１との間にギャップを空けて針状に延出され、針状の導波路３５Ａと共に酸化シリコン層５１−２に固定された片持梁構造３１に形成されている。この片持梁構造３１は、可撓性を有し、その先端は自由端を有し、従って、針状の導波路３５Ａも可撓性を有し、その先端は自由端に定められ、その自由端は、発光端に規定されている。片持梁構造３１は、一例として梁の幅が１０μｍ、長さが１３００μｍ程度に形成される。
【００２８】
図１に示す装置においては、光源素子３６は、後に説明するように制御部１７からバイアス信号が常に供給されて光源素子３６が発光準備状態に維持され、この光源素子３６と反射型光投影面１５との間の光路には、過飽和吸収材料で作られたフィルタ素子４０が配置されている。このフィルタ素子４０は、光導波路構造３５中に埋め込まれて形成されても良く、針状の導波路３５Ａの先端３５Ｃに設けられても良く、或いは、他の光学素子にコーディングされても良い。図３に示す例では、過飽和吸収材料で作られたフィルタ素子４０が針状の導波路３５Ａの先端３５Ｃに設けられている。
【００２９】
図４に示される構造では、光源素子３６から発生された光線は、集光部構造３９−１，３９−２によって光導波路構造３５に集光され、この集光された光線は、光導波路構造３５内を伝播され、その針状部３５Ａの基部３５Ｂに集中的に導入されてその先端３５Ｃから外部に射出される。従って、光導波路構造３５の針状部３５Ａの基部３５Ｂは、図１及び図２における表示装置における光源素子３６の光点、即ち、発光点に相当している。後に説明されるように集光レンズ系１２のレンズの後側焦点は、光導波路構造３５の針状部３５Ａの基部３５Ｂに位置合わせされている。
【００３０】
光導波路構造３５の針状部３５Ａを偏向する為にこの針状部３５Ａを支持している片持梁構造３１は、偏向機構３８に連結されている。即ち、この偏向機構３８においては、片持梁構造３１が蛇腹ばね構造３４に連結され、蛇腹ばね構造３４の両端が櫛歯型駆動機構３２に接続されている。また、蛇腹ばね構造３４は、安定化ばね構造３３によって支持され、安定にその伸展方向に微動変位可能に片持梁構造３１を支持している。櫛歯型駆動機構３２及び安定化ばね構造３３は、１次光走査ユニット１１のフレーム６０に固定され、また、櫛歯型機構３２には、制御部１７から電圧が配線を介して印加される。櫛歯型機構３２においては、印加電圧に応じて櫛歯の間に生じる静電容量から静電駆動力が発生され、蛇腹ばね構造３４は、櫛歯型機構３２で発生したこの静電駆動力を片持ち梁部１１に伝達されている。また、蛇腹ばね構造３４は、蛇腹構造を有することで、櫛歯型機構３２の少ない振幅を増幅して、片持ち梁構造３１を図３の矢印ＨＤに示す水平方向に比較的大きな弧状に偏奇する振幅変動に変換することができる。安定化ばね構造３３は、一方を光走査ユニット１１のフレーム６０に接続され、櫛歯型機構３２の噛み合っている櫛歯同士が互いに垂直に動くように動作を安定化させている。片持ち梁構造３１の振動速度（走査速度）は、偏向機構３８を構成する蛇腹ばね構造３４、安定化ばね構造３３及び櫛歯型機構３２等の構成部材の物理定数に依存する共振周波数によって定められる。
【００３１】
偏向機構３８が動作すると、片持ち梁構造３１とともに光導波路構造３５の針状部３５Ａが水平方向に弧状の偏奇振動され、その結果、光導波路構造３５の針状部３５Ａの先端３５Ｃから射出される光線は、水平方向に偏向されることとなる。従って、１次光走査ユニット１１からは、水平方向にファンシャープ状に広がる光束が射出される。尚、光源素子３６として夫々個別に赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の光線を発生する光源を備えた１次光走査ユニット１１を用意することによってカラー表示装置を実現することがきる。
【００３２】
図５（ａ）及び（ｂ）に示すように２次元光走査装置１０においては、１次光走査ユニット１１の前方に補正レンズ１６が設けられている。光導波路構造３５の針状部３５Ａが偏向機構３８によって変動されるに伴いその針状部３５Ａ先端３５Ｃが微動され、この微動に伴い光束の射出点が周期的に変動される。この射出点の変動を補正する為にこの補正レンズ１６は、例えば、平凸レンズが設けられている。この補正レンズ１６は、一種のｆθレンズとして作用し、周期的に変動する射出点の位置に応じて収差を与え、光導波路構造３５の針状部３５Ａの基部３５Ｂに光点が不動であるように射出点から出射される光線に補正を与えている。この補正レンズ１６が設けられることによって、光導波路構造３５の針状部３５Ａの基部３５Ｂに不動の光点が位置され、集光レンズ系１２の第１の集光レンズが有する後側焦点を光導波路構造３５の針状部３５Ａの基部３５Ｂに位置される不動の光点に位置させることができる。
【００３３】
図１に示される表示装置においては、図２に示されるように通常のビデオ信号が制御部１７の画像処理部１７−１に入力されると、画像処理部１７−１において、ビデオ信号から変調信号並びに垂直並びに水平走査信号が分離される。変調信号は、発光制御回路１７−２に与えられ、この変調信号に応じた光源駆動信号が発生されて１次光走査ユニット１１の光源素子３６に与えられる。また、水平走査信号及び垂直走査信号が駆動信号発生部１７−３に供給され、水平走査信号に応じて櫛歯型機構３２を動作させる駆動信号が駆動信号発生部１７−３から発生され、垂直走査信号に応じてモータ１４を作動させる駆動信号が同様に駆動信号発生部１７−３から発生される。従って、変調信号に応じて光源素子３６から変調された光線が発生され、また、１次光走査ユニット１１及び２次走査ユニット１３は、水平及び垂直走査動信号に応じてこれらユニット１１，１３に入射される光線を偏向することとなる。１次光走査ユニット１１の作動においては、櫛歯型機構３２が水平走査信号に応じた駆動信号で動作されて片持梁構造３１が共振振動されて光束が水平方向に偏向される。２次走査ユニット１３の作動においては、垂直走査動信号に応じて駆動用のモータ１４が動作して２次元走査ユニット１３の偏向素子が光路を傾動して光束を垂直方向に偏向する。
【００３４】
１次光走査ユニット１１からは、水平方向に偏向される光束が射出され、この光束が２次元走査ユニット１３によって垂直方向に偏向されて光束Ｌが光投影面１５に向けられる。従って、光投影面１５上には、２次元光走査装置１０によって投影像４０が形成される。
【００３５】
上述した表示装置においては、光源素子３６が高速でスイッチングされ、その結果、高詳細な投影画像４０が光投影面１５に形成される。光源素子３６のスイッチングに関しては、下記のような考察から、約２ＭＨｚ〜６０ＭＨｚ相当の発光周波数でスイッチングされることが好ましとされる。
【００３６】
単純のために、制御部１７にデジタルビデオ信号が入力されるものとする。通常ＴＶ放送（ＳＤＴＶ）では、４８０ｐとされるように、走査線数４８０本、一本当たりのデータ量として７２０ドット、１秒間に６０フレームの画像を表示すると仮定すると、１ドットあたりの発光周波数は、約２ＭＨｚとなる。ＨＤＴＶ（１０８０ｉ）相当の画像においては、走査線数１０８０本、一本当たりのデータ量として１９２０、１秒間に３０フレーム（フルフレーム換算）として、６０ＭＨｚ相当の発光周波数が必要となる。
【００３７】
光源素子３６は、既に説明したように半導体素子、即ち、レーザーダイオード（ＬＤ）或いは発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成される。これら半導体素子は、バイアス電圧のあるしきい値より電流注入が始まり、この注入電流の増加にともない発光を開始する。図６に示すように発光ダイオード（ＬＥＤ）においては、発光閾値Ｔｈ２の近傍の電流レベルを有するバイアス信号を光源素子３６としての発光ダイオード（ＬＥＤ）に与え続けて発光準備状態に維持しておくことにより、変調信号に対して良好な応答性でレーザー光束を発光させることができる。また、レーザーダイオード（ＬＤ）においては、発光閾値Ｔｈ０よりも大きなレーザー発振閾値Ｔｈ１の近傍の電流レベルを有するバイアス信号を光源素子３６としてのレーザーダイオード（ＬＤ）に与え続けて発振状態に維持しておくことにより、変調信号に対して良好な応答性でレーザー光束を発光させることができる。即ち、バイアス信号を光源素子３６に供給し続けておくことによって、変調信号に対して応答性良く光源素子３６を高速発光させることができる。
【００３８】
このように光源素子３６の発光をバイアス信号の印加なしに制御する場合に比べて、常にバイアスを印加した状態で、注入電流を制御することによって高速な発光制御を実現することができる。しかしながら、閾値以上の電流レベルを有するバイアス信号が常に光源素子３６に供給されている場合には、光源素子３６は、常に微弱な発光を伴うことになり、これは投影するべき画像情報のバックグラウンドとして投影面１５に投影され、高いコントラストで画像を表示することができない虞がある。このようなバックグラウンドの照度を低減させるために、単純にＮＤフィルタ等が用いられても良いが、通常の色フィルタの場合、発光強度に関わらず常に吸収率は一定であり、完全に微弱発光に基づくバックグラウンドの照度を消失させることができない。
【００３９】
視覚の順応状態によるが、色フィルタに強い吸収を与えるることで、バックグラウンドの微弱発光の影響を低減させることは可能である。しかしながら、一般に、人間の視覚において完全に暗順応した場合には数個のフォトンでも感知可能であることが知られている。つまり、視覚の順応状態によるが、単純な色フィルタを用いることでは、微弱発光によるバックグラウンド光を完全に除去することはできない。
【００４０】
幾つかの材料系で過飽和吸収現象が生じることが知られている。この現象は、図７に示されるように入射光線に対して、その入射光線の強度がある値Iｔｈになるまでは略全てのフォトンを吸収するが、ある入射光強度を超えると、吸収が飽和し、光線を透過する現象である。換言すれば、過飽和吸収現象を有するようなフィルタでは、入射光線の強度がある値Iｔｈまでは、ある吸収率を有し、入射される光線の透過を阻止し、その値Iｔｈを越える光強度を有する光線が入射されると、図７に示すように透過率が上昇して入射される光線を透過させる。
【００４１】
光源素子３６から投影面１５までの光路中に過飽和吸収現象を有するようなフィルタが設けられる場合には、光源素子３６に供給されるバイアス信号が発光閾値以上に設定されても、微弱発光によるバックグラウンド光をなくすことができる。過飽和吸収現象を有するようなフィルタ材料として、具体的には、ＧａＡｓ，ＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＡｓ等各種化合物半導体材料、各種レーザー用有機色素材料等がある。
【００４２】
実施例として、図４に示す素子部の光源素子３６と光導波路39-1との間に過飽和吸収材料のフィルタ素子４０が設けても良い。この実施例では、光源素子３６としての発光素子と同一のＧａＡｓ系材料が用いられている。比較例として過飽和吸収材料を用いていない装置と比較すると、光源素子３６が３０ＭＨｚの発光周波数で発光される場合において、コントラスト比を高めることが可能であることが確認されている。
【００４３】
以上のように、この発明の表示装置によれば、光源を高速で発光制御して投影画像を高詳細で表示することができる。また、この表示装置は、小型で、携帯性に優れ、しかも、高分解の投影像を観察者に対して広い視野内に表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の１実施の形態に係る表示装置を概略的に示す平面図である。
【図２】図１に示される光走査装置に組み込まれる光走査ユニットの構造を概略的に示す平面図である。
【図３】図２に示される光走査ユニットの一部を拡大して示す平面図である。
【図４】図２及び図３に示される素子部を拡大して概略的に示す断面図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、図３に示される光走査装置の具体例を概略的に示す平面図及び側面図である。
【図６】光源素子としてのレーザーダイオード及びＬＥＤの発光特性を示すグラフである。
【図７】フィルタ材料としての過飽和吸収材料の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
１０．．．２次元光走査装置、１１．．．１次光走査ユニット、１２．．．集光レンズ系、１３．．．２次元走査ユニット、１４．．．駆動用モータ、１６．．．補正レンズ、１７．．．制御部、Ｌ．．．２次元走査光束、３６．．．光源素子、５１．．．基板構造、４０．．．光走査像、３１．．．片持梁構造、３３．．．安定化ばね構造、３４．．．蛇腹ばね構造、３５．．．光導波路構造、３８．．．動力機構
【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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