(57)【要約】【課題】  小型で、携帯性に優れ、視認性の高い広い視野を有する表示装置を提供する。【解決手段】    中心領域に相当する第１視野領域及び周辺領域に相当する第２視野領域から成る光投射面が水平方向及び垂直方向に沿って第１及び第２光線によって走査されて合成画像が表示される。第１及び第２の光線は、第１及び第２の２次元走査装置から向けられる。第１及び第２の２次元走査装置においては、夫々第１の光走査部で対応する光線が第１方向に偏向走査されるとともに第２走査部に集光され、第２走査部でこの偏向された光線が第２方向に偏向走査される。【選択図】      図１
2005202221.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方向を有し、中心視野領域に相当する第１の領域及び周辺視野領域に相当する第２の領域から成る光投射面と、
第１の光線を発生する第１の光源部、前記第１方向に沿うように前記第１光線を偏向する第１の偏向部、この第１の偏向部からの前記第１の光線を集光する第１集光レンズ系及びこの第１の集光レンズの焦点に配置され、前記第２方向に沿うように前記第１の光線を偏向する第２の偏向部を含む第１の２次元走査装置と、
第２の光線を発生する第２の光源部、前記第１方向に沿うように前記第２光線を偏向する第３の偏向部、この第３の偏向部からの前記第２の光線を集光する第２の集光レンズ系、及びこの第２の集光レンズの焦点に配置され、前記第２方向に沿うように前記第２光線を偏向する第４の偏向部を含む第２の２次元走査装置と、及び
前記第１及び第２の２次元走査装置からの前記第１及び第２の光線を前記前記第１及び第２の領域に向けて前記光投射面上に光学像を表示させる光学部と、
を具備することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の偏向部は、
前記光源部からの光線を導波する導波部であって、可撓性を有し、その自由端から第１又は第２の光線を射出する可動導波部を含む導波部と、
この可動導波部を前記第１方向に対応する方向に可動して前記第１方向に沿うように第１又は第２の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】
前記第１の領域は、観察者において視野中央付近に相当し、前記第２の領域は、観察者の周辺視野に相当することを特徴とする請求項１の表示装置。
【請求項４】
前記表示部は、前記第３及び第４の偏向部上に定められる第１焦点を有し、観察者眼球上に定められる第１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５】
第１方向及びこの第１方向に直交する第２方向を有し、中心視野領域に相当する第１の領域及び周辺視野領域に相当する第２の領域から成る光投射面に光学像を表示する方法において、
前記第１方向に沿うように第１の光線を偏向し、この第１の光線を集光し、前記第２方向に沿うようにこの第１の光線の集光点で前記第１の光線を偏向し、
前記第１方向に沿うように第２の光線を偏向し、この偏向する第２の光線を集光し、前記第２方向に沿うように前記第２の光線の集光点で前記第２の光線を偏向し、
前記第１及び第２の光線を前記第１及び第２の領域に向けて前記光投射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、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】
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、将来的には可搬性に優れた小型機器にすることを可能とさせる動作原理を有し、小型の光走査装置を用い、観察者が表示装置の装着に違和感を覚えることの無い小型の表示装置を提供することにある。
【００１２】
特に、広視野角表示を可能とし、広い表示範囲を与えることができ、視認者に対して観察しやすい高分解能の歪みのない表示を与えることができる装置を提供するにある。
【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方向を有し、中心視野領域に相当する第１の領域及び周辺視野領域に相当する第２の領域から成る光投射面と、
第１の光線を発生する第１の光源部、前記第１方向に沿うように前記第１光線を偏向する第１の偏向部、この第１の偏向部からの前記第１の光線を集光する第１集光レンズ系及びこの第１の集光レンズの焦点に配置され、前記第２方向に沿うように前記第１の光線を偏向する第２の偏向部を含む第１の２次元走査装置と、
第２の光線を発生する第２の光源部、前記第１方向に沿うように前記第２光線を偏向する第３の偏向部、この第３の偏向部からの前記第２の光線を集光する第２の集光レンズ系、及びこの第２の集光レンズの焦点に配置され、前記第２方向に沿うように前記第２光線を偏向する第４の偏向部を含む第２の２次元走査装置と、及び
前記第１及び第２の２次元走査装置からの前記第１及び第２の光線を前記前記第１及び第２の領域に向けて前記光投射面上に光学像を表示させる光学部と、
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方向を有し、中心視野領域に相当する第１の領域及び周辺視野領域に相当する第２の領域から成る光投射面に光学像を表示する方法において、
前記第１方向に沿うように第１の光線を偏向し、この第１の光線を集光し、前記第２方向に沿うようにこの第１の光線の集光点で前記第１の光線を偏向し、
前記第１方向に沿うように第２の光線を偏向し、この偏向する第２の光線を集光し、前記第２方向に沿うように前記第２の光線の集光点で前記第２の光線を偏向し、
前記第１及び第２の光線を前記第１及び第２の領域に向けて前記光投射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、小型で広い視野をもつ表示装置及び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に係る表示装置を説明するに先立ってこの発明に至る発明者が着眼した点について説明する。
【００１７】
この発明においては、特許出願２００３−１９３９０７号に開示した小型の光走査装置を利用して高分解能の歪みのない表示を与えることができる広視野角表示を可能とする表示装置を実現している。特許出願２００３−１９３９０７号に開示された光走査装置は、その光走査範囲を光学的に任意に拡大することができ、その走査光線を眼球に投影すれば、任意の視野角での表示が可能となる。しかしながら、単一の走査装置を用いる広視野角での表示では、観察する角度あたりの情報量は、視野の広がりに伴って減少してしまう問題がある。通常の人間の視力は、１程度であるとされ、この視力１は、目の分解能としては、６０ line/degとなる。この６０ line/deg程度の分解能を出せれば、どのような観察者であっても、ほぼ肉眼観察に匹敵する画像での精細度を再現することができる。しかしながら、近年の視力の分布を勘案した場合、視力０．５に相当する３０ line/deg程度の分解能を出すことができれば、多くの観察者には十分な画像品質を与えることができると推測される。例えば、表示装置の実施形態として、前述した光走査装置において、１次走査装置が約２５ｋＨｚの１次走査周波数で動作され、２次元走査装置が６０Ｈｚの２次元走査周波数で動作される場合を想定すると、この装置により形成される２次元画像は、ラスタースキャンを用いた場合には、６０ flame/secのフレーム速度となる。このフレーム速度は、２次元走査周波数と同一となる。１次走査周波数は、走査線内の情報量に関する値になるが、これはアナログ方式によるデータ再現により、原理的には無限の情報を与えることができる。視認される画像の分解能は、これにより走査線数が直接的な因子になる。１次走査周波数２５ｋＨｚ、２次元走査周波数６０Ｈｚを考えると、１次走査時に往路、復路、両方向での走査光を用いると走査光束は、５０ｋＨｚとなり、２次元走査周波数６０Ｈｚにおいて、１フレームあたりの走査線数として、約８００本を与えることができる。この走査線数を用いた、角度あたりの分解能を考えると、走査線が視野の上から下の方向に走査される（通常のＣＲＴによるラスタースキャンと同様）場合には、例えば、上下３０°の視野を有する場合には、走査線分解能は、視野角１度当たり約２７本（２７ line/deg）となる。この視野角が６０度まで拡大した場合には、走査線分解能は単純に１度当たり約１３本（１３ line/deg）となる。
【００１８】
このような走査装置を用いて、人間の単眼視野に匹敵する横方向１００度並びに縦方向６０度程度の視野に対して画像を表示しようとした場合、走査線分解能は、１度当たり約１３本（１３line/deg）となる。このような画像は、観察者としては鑑賞に堪えない画像になる。そのため、観察者の鑑賞に堪え得る高画質の表示方法が必要とされる。
【００１９】
このような背景から、発明者は鋭意検討を重ねた結果、表示装置に複数の光走査装置を利用することにより広視野角での画像表示が可能で、しかも、上述した問題点を解決することが可能であるとの着想に至っている。
【００２０】
複数の表示装置を備えて広視野角、若しくは、大画面を表示する方法としては、パネル型ディスプレイ等のタイリング(tiling)等の手法が一般的である。このタイリングでは、複数枚のパネルがタイル状に並べるように配置して全体として大画面（若しくは、広視野角）となる表示装置を実現している。タイリングでは、簡便に大画面・高視野角の表示装置を作ることが可能であるが、張り合わせる夫々のパネル間の継ぎ目が目立ち、パネル同士の色調等の表示特性を一致させるために多大な労力が必要とされる。
【００２１】
これに対して、この発明の表示装置では、小型の光走査装置の組み合わせによって小型化が可能であり、広い走査範囲を表示することができる。光走査装置は、単体でも人間の有効視野を補完することが可能な広い走査範囲を表示可能であるが、通常、人間の高精細な観察に必要とされる有効視野周辺までは高分解で走査表示し、それ以外の高臨場感発現に対応し、かつそれほど高精細に表示する必要がない周辺視野においては、それに見合った分解能で表示している。従って、この発明の表示装置によれば、簡便に超臨場感表示が可能となる。
【００２２】
以下図面を参照して、この発明の実施形態に係る表示装置について説明する。
【００２３】
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、第１の２次元光走査装置１０及び第２の２次元光走査装置２０を備えている。この第１及び第２の２次元光走査装置１０，２０は、後に図面を参照して詳述するように夫々１次元光走査ユニット１１，２１、集光レンズ１２，２２、２次元走査ユニット１３，２３及び２次元走査ユニット１１，２１を傾動する駆動用のモータ１４，２４から構成されている。第１及び第２の２次元光走査装置１０，２０は、互いにその光軸ＯＰ１、ＯＰ２が直交する関係に配置され、この光軸上には、半透過反射装置３０が配置され、その半透過反射面が両光軸ＯＰ１、ＯＰ２に対して４５度を成し、その半透過反射面上で両光軸ＯＰ１、ＯＰ２が直交するように半透過反射装置３０が配置されている。
【００２４】
第１の２次元光走査装置１０からは、第１の２次元走査光束Ｌ１が射出され、半透過反射装置３０の半透過反射面で反射されて投影面に向けられている。これに対して、第２の２次元光走査装置２０からは、第２の２次元走査光束Ｌ２が射出され、半透過反射装置３０を通過して第１の２次元走査光束Ｌ１の光路に沿って投影面に向けられている。ここで、第２の２次元走査光束Ｌ２は、投影面上により広い視野角のための光走査像４２を形成し、第１の２次元走査光束Ｌ１は、投影面上により狭い視野角のための光走査像４１を形成している。第２の２次元走査光束Ｌ２が光走査像４１を走査する際には、この第２の２次元走査光束Ｌ２は、光束自体が発生されず、ブランクされる。
【００２５】
従って、投影面上には、第１の２次元光装置１０によって形成される第１の光走査像４１及び第２の２次元光走査装置２０によって形成される第２の光走査像４２が合成されて合成像４０が形成される。ここで、第１の光走査像４１は、人間の高精細な観察に必要とされる有効視野周辺に相当し、高分解で走査表示される。これに対して、第２の光走査像４２は、それほど高精細に表示する必要がない周辺視野に相当し、第１の光走査像４１に比べて低い分解能で表示される。このように第１及び第２の光走査像４１、４２で合成像４０が視認される場合には、人間の視野の特性から広視野に亘って臨場感溢れる画像が認識されることとなる。
【００２６】
ここで、光走査像４１は、観察者の眼を基準にして視野中心の直径５°程度の領域（弁別視野）以上に定められ、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°程度或いはそれ以内に定められても良い。また、第２の光走査像４２は、観察者の眼を基準にして左右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ている
図１に示される２次元光走査装置において、第２の２次元走査光束Ｌ２の走査角度が第１の２次元走査光束Ｌ１の走査角度が大きくなるが、この第１及び第２の２次元走査光束Ｌ１、Ｌ２の走査角度は、夫々２次元光走査装置１０、２０に用いられる第１及び第２集光レンズ系１２，２２のレンズ特性を適切に設定することにより設定されている。具体的には、第１及び第２集光レンズ系１２，２２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、２１側に配置される第１のレンズは、１次元光走査ユニット１１、２１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、２１の射出源からの走査光が平行光束に変換される。第１及び第２集光レンズ系１２，２２に配置される第１のレンズは、光学的に同一のレンズ特性が与えられている。第１のレンズから射出された平行光束は、集光レンズ系１２，２２の第２のレンズによって夫々２次元走査ユニット１３，２３に向けて集光され、夫々駆動用のモータ１４，２４によって傾動される２次元走査ユニット１３，２３によって異なる走査角度で投射面が走査される。ここで、第１集光レンズ系１２は、第２のレンズは、焦点距離が比較的長い長焦点を有し、第２集光レンズ系２２は、より広角で光束を走査する為に第１集光レンズ系１２の第２のレンズよりも短い焦点距離を有する短焦点系が用いられている。
【００２７】
２次元走査ユニット１３，２３は、第１及び第２集光レンズ系１２、２２の第２のレンズからの光束を偏向して投射面を偏向光束で走査している。ここで、第２集光レンズ系２２の第２のレンズが第１集光レンズ系１２の第２のレンズに比べて短い焦点距離を有している場合には、２次元走査ユニット１３，２３が同一の微小偏向角で光束を偏向しても２次元走査ユニット２３は、２次元走査ユニット１３に比べて広い範囲（広視野で）を光束で走査することとなる。
【００２８】
２次元走査ユニット１３，２３は、光走査装置１０，２０に設けられた片持梁構造３１の１次方向（水平方向）の振動周期と同期して、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を制御回路（図示せず）で制御されたモータ１４，２４によってその光路を傾動させている。２次元走査ユニット１３，２３を片持梁構造３１と同期させて傾動させることで、片持梁構造３１が振動して１次走査（水平走査に相当する。）して、２次元走査ユニット１３，２３で反射した光線は、２次走査（垂直走査に相当する。）される。したがって、２次元走査ユニット１３，２３を介して出射された光線は、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１３，２３がモータ１４，２４によって１８００ｒｐｍで傾動させられたときは、６０Ｈｚ相当の掃引周波数での２次元的な走査が可能となる。
【００２９】
２つの光走査装置１０，２０により形成される投影画像４０は、既に説明したように第１の２次元光装置ユニット１３によって形成される光走査像４１及び第２の２次元光走査ユニット２３によって形成される光走査像４２の合成像であり、従って、光走査像４１、４２が同一の投影面に形成されることが必要とされる。このように光走査像４１、４２を投影面上で一致させるためには、夫々の投影像４１，４２を構成する光束の焦点位置が常に同一の光学的な距離に配置されることが要求される。このため、図１に示す光学系においては、２次元光走査装置１０、２０の光源像が虚像とし形成される２次元走査ユニット１３，２３と半透過反射装置３０との間の距離が等しくなるように２次元走査ユニット１３，２３及び半透過反射装置３０が配置されている。
【００３０】
尚、上述した説明では、２次元光走査ユニット１３，２３が同一偏向角で光束を偏向することを前提として集光レンズ系１２，２２の第２集光レンズの焦点距離を夫々異ならせているが、２次元光走査ユニット１３，２３が同一の偏向速度であるが、異なる偏向角で光束を偏向する場合には、第２集光レンズの焦点距離は、同一或いは近似した値であっても良い。２次元光走査ユニット１３が小さい偏向角で光束を偏向すれば、比較的狭い視野角内に光走査像を形成でき、また、２次元光走査ユニット１３，２３が大きな偏向角で光束を偏向すれば像を広い視野角内に光走査像４２を形成できる。
【００３１】
図２には、図１に示した表示装置を具体的に配置する場合の表示装置のレイアウトが示されている。図２に示されるように観察者５０の頭部の側面に、光走査装置１０，２０が上下に配置されている。図２には、一方の光走査装置２０に対して他方の光走査装置１０は、その光軸が互いに直交するように配置されている。光走査装置２０から光束Ｌ２の光路上に半透過反射装置３０が斜めに配置され、この半透過反射装置３０上に光束Ｌ１を入射させるように光走査装置１０が配置されている。半透過反射装置３０に入射した光束Ｌ１、Ｌ２は、半透過反射装置３０で合成され、発散性の光束として観察者の視線上に配置された凹面の反射面を有する反射装置４０に向けられている。即ち、半透過反射装置３０を透過した光束Ｌ２及び半透過反射装置３０から反射される光束Ｌ１は、観察者５０の眼前に配置された反射装置４０に向けられ、この反射装置４０で反射されて観察者５０の眼球５５に向けて集光される。従って、観察者５０は、反射装置４０から入射される光束によって合成像４０を観察することができることとなる。図２に示されるような配置によれば、観察者５０は、観察者５０に装着された表示装置によって広視野角の画像表示を観察することができる。
【００３２】
反射装置４０は、図２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。反射装置４０が例えば眼鏡状に設計されることによって、観察者は装着したときに違和感を覚えにくくすることができる。この反射装置４０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１３，２３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、光走査装置１０、２０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かったが、反射装置４０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して用いることも可能である。
【００３３】
図１及び図２に示された光走査装置１０，２０に組み込まれる１次元光走査ユニット１１，２１の構造について図３〜図６を参照して説明する。
【００３４】
１次元光走査ユニット１１，２１は、図３及び図４に示すように光源素子部を構成するＳＯＩ基板構造５１を備えている。図５に示すようにＳＯＩ基板構造５１は、シリコン基板５１−１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６に示されるようにシリコン基板５１−１上の一部領域に酸化シリコン層５１−２が形成され、この酸化シリコン層５１−２にシリコン活性層５１−３が形成されてＳＯＩ基板構造５１が形成される。シリコン活性層５１−３上には、半導体レーザ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５１−１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５１−２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５１−１より遊離させることにより可動部が形成されている。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四方といった断面形状を有する。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。
【００３５】
図６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３５Ｂ３５Ｂ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、２２の第１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。
【００３６】
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次元光走査ユニット１１，２１のフレーム６０に固定され、また、櫛歯型機構３２には、制御部（図示せず）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４の矢印ＨＤに示すように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３１は、一方を光走査ユニット１１、２１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３１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。
【００３７】
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次元光走査ユニット１１，２１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次元光走査ユニット１１，２１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。
【００３８】
図１及び図２に示すように１次元光走査装置１０，２０においては、１次元光走査ユニット１１，２１の前方に補正レンズＫ１、Ｋ２が設けられている。この補正レンズＫ１、Ｋ２は、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補正レンズＫ１、Ｋ２、例えば、平凸レンズが設けられている。この補正レンズＫ１、Ｋ２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Ｋ１、Ｋ２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１２，２２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。
【００３９】
図１に示される表示装置においては、通常のビデオ信号が画像処理部７０に入力されるとそのビデオ信号は、フレーム毎に画像処理部７０の内のフレームメモリに格納される。画像処理部７０では、入力部のフレームメモリに格納された画像から第１光走査像４１に相当する第１画像成分が抜き出されるとともに第２光走査信号４２に相当し、第１画像成分の周辺画像に相当する第２画像成分が同様に抜き出され、夫々出力部のフレームメモリに格納される。画像処理部７０は、第１の画像成分から変調信号並びに走査信号を第１の駆動回路７２に出力し、第１の駆動回路７２は、この変調信号に応じて１次元光走査ユニット１１の光源素子３６を駆動する駆動信号を発生し、この光源素子３６から変調された光線を発生させる。また、第１の駆動回路７２は、入力された走査信号に応じて１次元光走査ユニット１１及び２次走査ユニット１３に水平及び垂直走査動信号を与えて１次元光走査ユニット１１及び２次走査ユニット１３を作動させてこれらユニット１１，１３に入射される光線を偏向させている。同様に、画像処理部７０は、第２の画像成分から変調信号並びに走査信号を第２の駆動回路７４に出力し、第１の駆動回路４２は、この変調信号に応じて１次元光走査ユニット２１の光源素子３６を駆動する駆動信号を発生し、この光源素子３６から変調された光線を発生させる。また、第２の駆動回路７４は、入力された走査信号に応じて１次元光走査ユニット２１及び２次走査ユニット２３に水平及び垂直走査動信号を与えて１次元光走査ユニット２１及び２次走査ユニット２３を作動させてこれらユニット２１，２３に入射される光線を偏向させている。
【００４０】
従って、１次元光走査ユニット１１，２１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１３，２３によって垂直方向に偏向されて半透過反射装置３０向けられる。半透過反射装置３０からは、第１及び第２の２次元走査光束Ｌ１、Ｌ２が投影面に向けられる。従って、投影面上には、第１及び第２の２次元光装置１０、２０によって形成される第１の光走査像４１及び第２の光走査像４２が合成されて合成像４０が形成される。
【００４１】
以上のように、この発明の表示装置によれば、２系の光走査装置を設けることによって広い視野を確保できると共に観察者に対して高分解で表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【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に示した表示装置の具体例における装置の配置並びにその光束軌跡を概略的に示す配置例図である。
【図３】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４】図３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５】図３及び図４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６】図３に示される光走査装置の具体例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０，２０．．．２次元光走査装置、１１，２１．．．１次元光走査ユニット、１２，２２．．．集光レンズ、１３，２３．．．２次元走査ユニット、１４，２４．．．駆動用モータ、３０．．．半透過反射装置、Ｌ１，Ｌ２．．．２次元走査光束、３６．．．光源素子、５１．．．基板構造、４０，４１，４２．．．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、Ｋ１、Ｋ２．．．補正レンズ
【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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