JP2004517352A - 切替式光供給と撓み補正とを有する走査型表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型かつ高性能で、高信頼性を有する走査装置を提供すること。
【解決手段】表示装置は、２以上の軸線の周りを、典型的には、ラスターパターンで走査する走査組立体を含む。走査組立体が２以上のビームを同時に走査させるように、複数の光源は、空間的に離れた位置からの光を走査組立体に向けて発する。光源は、該光源のビームが像領域の他の個別領域と実質的に重ならない像領域の個別の領域を照明するように、配置されている。像の各線は一組のセグメントから形成されており、２以上のセグメントにより像の線が規定される。線が別個のセグメントからなるので、ラスターピンチの問題は低減される。走査組立体の単一の掃引により複数のセグメントが実質的に走査されるとき、与えられた走査角度及びミラー寸法のために達成することができる表示装置の解像度は、単一のビームを掃引するミラーの場合と比べて相対的に減少する。代替的な実施例において、走査方法は、像化のために用いられる。また、種々の波長のセグメントを用いれば、カラー表示をするためにセグメントを重ねることができる。
【選択図】図４１
【解決手段】表示装置は、２以上の軸線の周りを、典型的には、ラスターパターンで走査する走査組立体を含む。走査組立体が２以上のビームを同時に走査させるように、複数の光源は、空間的に離れた位置からの光を走査組立体に向けて発する。光源は、該光源のビームが像領域の他の個別領域と実質的に重ならない像領域の個別の領域を照明するように、配置されている。像の各線は一組のセグメントから形成されており、２以上のセグメントにより像の線が規定される。線が別個のセグメントからなるので、ラスターピンチの問題は低減される。走査組立体の単一の掃引により複数のセグメントが実質的に走査されるとき、与えられた走査角度及びミラー寸法のために達成することができる表示装置の解像度は、単一のビームを掃引するミラーの場合と比べて相対的に減少する。代替的な実施例において、走査方法は、像化のために用いられる。また、種々の波長のセグメントを用いれば、カラー表示をするためにセグメントを重ねることができる。
【選択図】図４１
Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は、走査光装置に関し、特に、画像や映像などの像を見るため又は取り込むための、走査光ビーム表示装置及び像化装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
図絵的な像又はビデオ映像を視覚的に表示する装置をユーザーに提供するために種々の技術を利用することができる。多くの応用においては、例えば、テレビ受像装置やコンピュータ用モニター装置のようなブラウン管型表示装置（以下「ＣＲＴ表示装置」という。）により、人が見ることのできる像が形成される。このような装置はいくつかの制限を甘受している。例えば、ＣＲＴ表示装置は大きな寸法を有すると共に相当な量の電力を消費し、このことが、ＣＲＴ表示装置を携帯用に応用し又は頭部装着用に応用するためには望ましくないものとさせている。
【０００３】
液晶表示装置や電界放射型表示装置のようなマトリックスアドレス方式の表示装置は、寸法がより小さいと共に電力消費もより少ない。しかし、典型的なマトリックスアドレス方式の表示装置は対角線寸法が数インチを有する画面を用いる。このような画面は、該画面を、頭部装着用に応用しようとする場合やユーザーの視野の小さな部分のみを占める表示を意図して応用しようとする場合に、使用上の制限を受ける。そのような表示装置は、ますます困難になる加工や解像度・輝度の制限という犠牲を払うことによって、小型化されている。また、そのような表示装置の解像度の向上のためには、一般に、装置の複雑さが著しく増すことが要求される。
【０００４】
従来の表示装置の多くの制限を克服する１つの取り組み方を示す装置として、ファーネス（Ｆｕｒｎｅｓｓ）らによる米国特許第５，４６７，１０４号明細書「仮想網膜表示装置（ＶＩＲＴＵＡＬ ＲＥＴＩＮＡＬ ＤＩＳＰＬＡＹ）」に開示されているような走査ビーム表示装置があり、この特許文献を本願において参考文献として組み入れている。図１に概略的に示すように、走査ビーム表示装置４０において、走査源４２は、ビーム結像装置４６によって人の眼４４に結像される走査ビーム光を出力する。走査表示装置の一例において、走査源４２は、走査ミラー式又は音響光学式走査装置のような、変調された光ビームを人の網膜上で走査させる走査装置を含む。走査表示装置の他の例において、走査源は、角度的掃引を通して回転される、１以上の発光装置を含む。
【０００５】
走査光は、人の瞳孔４８を経て眼４４に入射し、角膜によって網膜５９上に結像される。見る人は走査光に応じた像として認識する。他の例において、走査源４２は、変調された光ビームを、人が眺める画面上で走査させる。前者のような走査装置の例は、メルビル（Ｍｅｌｖｉｌｌｅ）らによる米国特許第５，５５７，４４４号明細書「２軸走査装置のための小型光学走査装置（ＭＩＮＩＡＴＵＲＥ ＯＰＴＩＣＡＬ ＳＣＡＮＮＥＲ ＦＯＲ Ａ ＴＷＯ−ＡＸＩＳ ＳＣＡＮＮＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ）」に示されており、この特許文献を本願において参考文献として組み入れている。
【０００６】
そのような表示装置は、時には、部分的な視野で見ること又は視野を拡大して見ることへの応用のために用いられる。このような応用において、表示の部分は、ユーザーの視野内に配置され、図２（Ａ）に示すように、ユーザーの視野４５の領域４３を占める像を表す。したがって、ユーザーは、表示された仮想の像（ｖｉｒｔｕａｌ ｉｍａｇｅ）４７と背景情報４９とのいずれをも見ることができる。背景の光が遮られたとき、見る人は、図２（Ｂ）に示すように、仮想の像４７のみを認識する。
【０００７】
そのような表示装置における１つの難点としてラスターピンチすなわちラスター細り（ｒａｓｔｅｒ ｐｉｎｃｈ）があり、これについて図３から図５を参照して説明する。図３に模式的に示すように、走査源４２は、変調光ビーム５２を発する発光源５０を含む。この例において、発光源５０は、レーザダイオード（図示せず。）のような１以上の発光装置によって駆動される光ファイバーである。ビーム５２が、方向転換ミラー５４に当たり、水平走査装置５６に向けられるように、レンズ５３は、ビーム５２についての集光及び焦点合わせを行う。水平走査装置５６は、ビーム５２をビーム走査軌跡が周期的に折れ曲がり状になるように走査させる機械式共振型走査装置である。水平走査されたビームは、該水平走査ビームを周期的に垂直方向に掃引するように走査させる垂直走査装置５８に進む。垂直走査装置５８からのビーム５２の各角度のために、射出瞳拡大装置６２は、ビーム５２を一組のビーム６３に変換する。眼結像光学装置６０は、ビーム６３を集束し、一組の射出瞳６５を形成する。射出瞳６５は、人の眼６４によって見るための拡大射出瞳として共に作動する。このような拡大装置の１つとして、コリン（Ｋｏｌｌｉｎ）らによる米国特許第５，７０１，１３２号明細書「拡大射出瞳を用いる仮想網膜表示装置（ＶＩＲＴＵＡＬ ＲＥＴＩＮＡＬ ＤＩＳＰＬＡＹ ＷＩＴＨ ＥＸＰＡＮＤＥＤ ＥＸＩＴ ＰＵＰＩＬ）」に示された装置があり、該特許文献を本願に参考文献として組み入れる。種々の応用のため、射出瞳拡大装置６２が省略される、眼追跡（ｅｙｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ）装置によって置き換えや補充をされる、又は回折若しくは屈折の設計を含む種々の構造を有するようにすることは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。例えば、射出瞳拡大装置６２は、平面構造又は曲面構造であってもよく、種々のパターンにおいて、生じさせる出力ビームの数や様式はいかなるものであってもよい。また、図３に示す例では３つの射出瞳のみを示しているが、瞳の数は、ほとんどいかなる数であってもよいと言える。例えば、一例においては、１５×１５配列の構造が適している。
【０００８】
走査の説明に戻ると、ビームがビーム拡大装置６２における各連続位置を経て走査したとき、ビームの色及び強度は、像の各画素を形成すべく、以下に説明するように変調される。各画素位置についてビームの色及び強度を適切に制御することによって、表示装置４０は所望の像を生じさせることができる。
【０００９】
垂直及び水平の各走査装置の各波形の単純化版を図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す。平面６６（図３に示す。）において、ビームは図５に示すパターン６８を描く。図５に示す例においては、像の線として１１の線のみを示しているが、実際に表示される線の数は、一般に、１１よりはるかに多いことは、当業者であれば容易に理解することができる。実際の走査パターン６８と所望のラスター走査パターン６９とを比較すればわかるように、実際に走査されたビーム６８は、瞳拡大装置６６の外方端部で「細くなっている」。すなわち、ビームの前方及び後方への連続的な掃引動作において、走査パターンの端部近くの画素は不均等な間隔で配置される。この不均等な間隔での配置は、画素が互いに重なることや隣接する列の画素間に間隙ができることの可能性を引き起こす。さらに、像の情報は典型的には配列されたデータで提供され、この配列データの各位置は理想のラスターパターン６９の各位置に対応しているので、ずれを生じた画素位置は像の歪みを生じさせる。
【００１０】
与えられた再生速度及び与えられた波長のための、線ごとの画素数は、図３に示す構造において、回転軸に対して垂直のミラー走査角θ及びミラー寸法Ｄによって決定される。したがって、高解像度を得るためには、大きな走査角θ及び大きなミラーを有することが望ましい。しかし、大きなミラー及び大きな走査角は、一般に、低共振周波数に対応する。低共振周波数は、与えられた周期のために、より少ない表示線を提供する。したがって、大きなミラー及び大きな走査角は、容認できない再生速度を生じさせる。
【００１１】
【発明の概要】
表示装置は、各ビームが像の分離「タイル」を規定する実質的に連続の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向に同時に走査させる主走査機構を含む。好ましい実施例において、走査機構は、ビームを水平方向に掃引するように枢動するミラーを含む。
【００１２】
発光源は、各入力角度から走査機構に光ビームを供給するように整列されている。入力角度は、走査機構が各光ビームを像領域の各個別領域にまたがって掃引するように選択される。各領域が実質的に重なっていないので、各光ビームは、像の実質的に空間的分離をされた領域を生じさせる。各領域は、非常に隣接しているか又はわずかに重なっているので、空間的分離領域は、隣接する像を形成するように「タイル化」されている。ミラーの運動はすべてのビームの運動を生じさせるので、表示装置は、各空間的分離領域を同時に生じさせる。前記したように、走査角度θ及びミラー寸法は、各ビームのために描かれた画素の数を決定する。したがって、ひとつの線内の画素の総数は、各ビームのための画素数にビームの数を乗じた値に実質的に等しい。
【００１３】
一実施例において、走査機構は、一般に、水平成分及び垂直成分を有するラスターパターンで走査する。機械式共振走査装置は、ビームを正弦波状に走査させることによって水平成分を生じさせる。非共振型又は準共振型の走査装置は、典型的に、実質的に一定の角速度でビームを垂直方向に走査させる。
【００１４】
一実施例において、走査機構は、二軸小型電気機械式（以下「ＭＥＭ」という。）走査装置を含む。二軸走査装置では、各ビームの水平方向及び垂直方向の両運動を与えるために単一のミラーが用いられている。一実施例において、表示装置は、データを記憶し、記憶されたデータを各発光装置に出力するバッファー装置を含む。補正乗算装置は、駆動信号を調整する補正データを、記憶されたデータに応答する光源に供給する。調整された駆動信号は、加熱に依存するパターンによって生じる、出力強度の変化を補償する。
【００１５】
他の実施例において、結像装置又は像化装置は、検出装置又は一組の発光装置及び検出装置を用いることによって、タイル化像を得る。結像装置の一実施例において、結像装置は、発光源としてＬＥＤ又はレーザを含む、各発光源は各波長の光を発する。走査組立体は、同時に、発光源からの光を像領域の各領域に向ける。像領域の各位置のために、各検出器は、各位置の反射率に従って、各波長の光、偏光、又は対応する光源の他の特性を選択的に検出する。検出器は、像領域を表すデータを記憶する復号化電子装置に電気信号を出力する。
【００１６】
一実施例において、結像装置は、赤、緑及び青の波長帯についての複数の対の検出器／発光源を含む。各対は、各帯域内の波長で作動する。例えば、第１の赤の対は第１の赤の波長で作動し、第２の赤の対は第１の赤の波長とは異なる第２の赤の波長で作動する。
【００１７】
一実施例において、一対の発光源は、選択的に、単一の走査装置に種々の角度から光を供給する。走査装置の前方掃引の間、第１の光源は、線の一つの半分に従って変調された光を放出する。戻りの掃引の間、第２の光源は、線の第２の半分に従って変調された光を放出する。第２の掃引の方向が第１の掃引の方向とは反対であるので、第２の光源からの光が線の第２の半分を逆方向に描くように変調されるべく、線の第２の半分に対応するデータは、第２の光源に曝される前に反転される。
【００１８】
交互に光供給をする方法の一実施例において、単一の発光装置は、光学的スイッチによって２つの分離ファイバのひとつに選択的に結合された入力ファイバに光を供給する。前方掃引の間、第１の分離ファイバが第１の光源を形成するように、光学的スイッチは入力ファイバと第１の分離スイッチとを結合する。逆掃引の間、第２の分離ファイバが第２の光源を形成するように、光学的スイッチは第２の分離スイッチに光が供給されるようにする。したがって、この実施例により、単一の発光装置が、両発光源のための光を供給することができる。
【００１９】
交互に光を供給する方法は、ちょうど２つのタイルよりさらに多いタイルを描く場合に拡張することができる。一つの方法において、入力ファイバは一組の光学的スイッチによって４つのファイバに結合され、各ファイバは各角度から走査組立体に光を供給する。スイッチは、掃引の方向に従って及び使用者の視覚の追跡位置に従って作動される。例えば、使用者が像の上半分を見たとき、左上のタイルの像を生じさせるように整列された第１のファイバは、前方掃引の間、走査装置に光を供給する。右上のタイルの像を生じさせるように整列された第２のファイバは、逆掃引の間、走査装置に光を供給する。使用者が像の下半分を見たとき、左下のタイルの像を生じさせるように整列された第３のファイバは、前方掃引の間、走査装置に光を供給する。右下のタイルの像を生じさせるように整列された第４のファイバは、逆掃引の間、走査装置に光を供給する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図６に示すように、本発明の一実施例を示す走査ビーム表示装置７０は、見る人の眼７２による像認識のために配置されている。表示装置７０が光を眼７２において走査するように示しているが、図示の例における構造及び概念は、ビューイングスクリーンを含む投写型表示装置のような、他のタイプの表示装置に応用することもできる。
【００２１】
表示装置７０は４つの主要な部分を含み、以下に、各部分についてさらに詳しく説明する。最初に、制御用電子装置７４は、コンピュータ、テレビジョン受信装置、ビデオカセットプレーヤ、ＤＶＤプレーヤ、リモートセンサ又は同様の装置のような像源７６からの像信号ＶＩＭに応じて表示装置７０の動作を制御する電気信号を供給する。
【００２２】
表示装置７０の第２の部分は、像信号ＶＩＭの情報に対応する変調を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のようなコヒーレント光発生装置を用いたものであってもよいし、発光ダイオードのような非コヒーレント光発生源を用いたものであってもよい。光源７８は、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という。）のような直接に変調された光を発する装置であってもよいし、音響光学変調装置のような外部変調装置によって間接的に変調された光を連続的に発する装置を含む装置であってもよい。
【００２３】
表示装置７０の第３の部分は、変調ビーム８０をラスターパターンのような２次元走査パターンで走査させる走査組立体８２である。走査組立体８２は、好ましくは、周期的走査ミラー、又は、図３、図４、図８、図１１、図１９から図２２を参照してさらに詳しく説明するミラーを含む。
【００２４】
走査組立体８２の対向する両側に配置されたレンズ８４、８６は、表示装置７０の第４の部分をなす結像光学装置として作動する。レンズ８６は、光源７８からの光についての集光及び整形を行う円柱状のグレーデッドインデックス形（以下「ＧＲＩＮ」という。）レンズである。光源７８は、レンズ８６に向けられる光ファイバを含み、レンズ８６は、光ファイバに接着されていてもよいし、光ファイバに一体的に形成されていてもよい。選択的に、レンズ８６を、例えば、二重構造や三重構造の、他のタイプのレンズによって形成するようにしてもよい。さらに、光を整形及び案内するために、屈折素子のような他のタイプの光学素子を用いてもよい。素子の種類や型に関わらず、全光学縦列は、偏光感光材料を用いる技術、色補正技術、又は光の形状、位相や他の特性を制御するための他のあらゆる光学的技術を組み入れるようにしてもよい。
【００２５】
レンズ８４は、ほぼ眼７２によって見るために走査ビーム８０について整形及び焦点合わせを行う、部分的に透過性を有する曲面状のミラーから形成されている。レンズ８４を経た後、走査ビーム８０は、眼７２に入射し、瞳９０を経て網膜９２に当たる。各走査変調光ビームが網膜９２に当たった後、見る人は、以下に説明するように像の各部分を認識する。
【００２６】
レンズ８４は、部分的に透過性を有するので、見る人の眼７２に結合入力を生じさせるように、走査組立体８２からの光と背景８９から受けた光とを結合する。ここでは背景８９を「実際の世界（ｒｅａｌ−ｗｏｒｌｄ）」の背景として示したが、該背景の光を遮るようにし、又は背景の光を同じタイプ若しくは異なるタイプの別の光源に生じさせるようにしてもよい。種々の光学素子をレンズ８４、８６と置き換える又はレンズ８４、８６に補充するようにしてもよいことは、当業者であれば容易に理解することができる。例えば、フレネルレンズのような屈折素子とレンズ８４、８６のいずれか又は両方を置き換えてもよい。さらに、ビームスプリッタ及びレンズと、レンズ８４の部分的に透過性を有するミラー構造と置き換えてもよい。さらに、偏光子、色フィルタ、放出瞳拡大装置、色補正素子、眼追跡素子及び背景覆い用マスクのような種々の他の光学素子を、特定の応用のために組み入れてもよい。
【００２７】
図６において各エレメントを模式的に示したが、装置構成部分が典型的な寸法と形状とを有することは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。例えば、表示装置７０が移動型個人用表示装置を意図するものである場合には、図７に示すように、装置構成部分が頭部装着型の表示装置７０としてヘルメット又は同様のフレームに取り付けられるような寸法及び形状になされる。この実施例において、表示装置７０の第１の部分１７１は頭部支持用フレーム１７４に取り付けられ、第２の部分１７６は分離されて例えば腰用ベルトで携帯される。部分１７４、１７６は、第２の部分から第１の部分に光学的及び電子的な信号を伝達する光ファイバー及び電子的接続線１７８によって接続されている。ファイバー結合型の走査表示装置の例として、ファーネス（Ｆｕｒｎｅｓｓ）らによる米国特許第５，５９６，３３９号明細書「光ファイバー点光源を用いる仮想網膜表示装置（ＶＩＲＴＵＡＬ ＲＥＴＩＮＡＬ ＤＩＳＰＬＡＹ ＷＩＴＨ ＦＩＢＥＲ ＯＰＴＩＣ ＰＯＩＮＴ ＳＯＵＲＣＥ）」に示された装置があり、この特許文献を参考文献とて本願に組み入れる。
【００２８】
次に、図８を参照して、走査組立体８２の典型的な実施例を説明する。走査組立体８２は、図３に示す走査源４２に対応する複数の装置構成部分を含み、走査組立体８２及び走査源４２に共通する装置構成部分に同じ番号を付している。また、中心放射線５５のみは、図をわかりやすくするために、ビーム５２のために示している。
【００２９】
この実施例において、一組のファイバ５０は光源７８（図示せず）からの光を出す。また、レンズ８４を、部分的に透明性を有するミラーとは異なる共通の屈折レンズとして示している。図３に示す走査源４２と異なり、走査組立体８２は、垂直軸線に沿って光ビーム８０を走査すべく枢動することができる可動の補正ミラー１００を含む。以下に説明をするように、補正ミラー１００は、水平走査装置５６の（前方又は後方への）各掃引動作の間、垂直軸線に沿った連続的に変化する調整変位（ｃｏｒｒｅｃｔｉｖｅ ｓｈｉｆｔ）を生じさせる。調整変位は、図５に点線で示す所望のパターンからの走査パターンの全偏差を低減するように、垂直走査装置５８によって生じたビーム８０の垂直運動を相殺する。
【００３０】
補正ミラー１００の効果及び種々の信号の相対的タイミングを説明する前に、水平走査装置５６及び垂直走査装置５８として用いるために好適な機械式共振型走査装置２００、２２０の典型的な実施例を、図９を参照して説明する。
【００３１】
水平走査装置２００の主要な走査装置構成部分は、バネ板２０４に取り付けられた可動ミラー２０２である。ミラー２０２及びバネ板２０４の寸法並びにバネ板２０４の材料特性は、選択された共振型周波数が適用装置に依存する場合において、１〜１００ｋＨｚの範囲の固有振動（共振）周波数で高Ｑを有する。６０Ｈｚの再生速度及び非インターレスで出力されるＶＧＡ品質のため、共振周波数は、好ましくは、ほぼ１５〜２０ｋＨｚである。以下に説明するように、選択された共振周波数又は達成可能の解像度は、複数の送り装置の使用によって変更することができる。
【００３２】
ミラー２０２に取り付けられた強磁性材料は、運動力をミラー２０２に与えるように１対の電磁石コイル２０６、２０８によって駆動され、これによって、振動を開始及び維持する。強磁性材料は、好ましくは、バネ板２０４及びミラー２０２の本体に必須である。駆動用電子装置２１８は、前記したように、コイル２０６、２０８を動作させるための電気信号を供給する。電気信号に応じて、コイル２０６、２０８は強磁性材料に力を及ぼす周期的な電磁場を発生し、これによって、ミラー２０２の振動が生じる。電気信号の周波数及び位相がミラー２０２の運動と正確に同期されたとき、ミラー２０２は該ミラーの共振周波数で低消費電力で振動する。
【００３３】
垂直走査装置２２０は、共振型走査装置２００と極めて類似して構成されている。共振型走査装置２０１と同様に、垂直走査装置２２０は、駆動用電子装置２１８からの電気信号に応じて１対のコイル２２４、２２６によって駆動されるミラー２２２を含む。しかし、垂直走査のための振動速度は非常に低いので、垂直走査装置２２０は典型的には共振型ではない。ミラー２２２は、水平走査装置２０１からの光を受け、約３０〜１００Ｈｚで垂直偏位を発生する。好都合に、この低周波数はミラー２２２をミラー２０２より非常に大きなものにすることを可能にし、これによって、垂直走査装置２２０の配置に関する制約を低減する。仮想網膜表示装置及び機械式共振型走査の詳細は、ファーネス３世（Ｆｕｒｎｅｓｓ ＩＩＩ）らによる米国特許第５，４６７，１０４号明細書「仮想網膜表示（ＶＩＲＴＵＡＬ ＲＥＴＩＮＡＬ ＤＩＳＰＬＡＹ）」に非常に詳しく示されており、この特許文献を参考文献として本願に組み入れる。
【００３４】
光ビームを一般的なラスターパターンで走査させる種々の他の構造は、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。例えば、回転ポリゴン体又は検流型走査装置は、いくつかの応用においては、走査装置５６、５８のいずれか又は両方を形成するようにしてもよい。
【００３５】
他の実施例において、２方向の小型電気機械式（以下「ＭＥＭ」という。）走査装置は主要な走査を提供する。このような走査装置は、ノイカーマンス（Ｎｅｕｋｅｒｍａｎｎｓ）らによる米国特許第５，６２９，７９０号明細書「小型機械化ねじれ走査装置（ＭＩＣＲＯＭＡＣＨＩＮＥＤ ＴＯＲＳＩＯＮＡＬ ＳＣＡＮＮＥＲ）」に示されており、この特許文献を参考文献として本願に組み入れる。前記した走査装置と同様に、ＭＥＭ走査装置の水平成分は、図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）及び図２１を参照して以下に非常に詳しく説明する構造上の機械的共振によって典型的に規定される。図３及び図８を参照して説明した２つの走査装置と同様に、２軸走査装置は、典型的に、速い走査軸に沿った掃引動作の間における遅い走査軸に沿った運動に起因する同様のラスター細りの問題を有する。他の走査方法も、また、適用される。例えば、音響光学走査装置、電気光学式走査装置、回転ポリゴン体及び他の走査方法の組合せが、走査機能に提供される。これらの方法のいくつかは、ピンチ補正を必要としない。
【００３６】
図６、図８及び図９を参照するに、ファイバ５０は、駆動用電子装置２１８からの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、駆動用電子装置２１８は、ミラー２０２、２２２を振動させるべくコイル２０６、２０８、２２４、２２６を動作させる。変調された光ビームは、（水平走査装置５６の）振動する水平ミラー２０２に達し、ミラー２０２に瞬間角度に対応する角度だけ水平方向に偏向される。偏向された光は、（水平走査装置５８の）垂直ミラー２２２に達し、垂直ミラー２２２の瞬間角度に対応する垂直角度で偏向される。ビーム拡大装置６２による拡大後、ビーム５２はレンズ８４を経て眼へと進む。以下に説明するように、光学ビームの変調は、ミラーの各位置でビームの色及び強度が所望の仮想の像に対応するように水平走査及び垂直走査と同期される。したがって、各ビームは、ユーザーの網膜に直接に仮想の像を「描く」。
【００３７】
説明をわかりやすくするために走査組立体８２のいくつかの装置構成部分を図９では省略していることは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。例えば、水平及び垂直の走査装置２００、２２０は典型的にはフレームに取り付けられている。さらに、レンズ、及びビーム８０についての集光、整形、回転、焦点合わせ又はコリメートのための他の光学コンポーネントは、省略されている。また、走査装置２００、２２０間には、遅延光学品を示していない。これらは、いくつかの実施例において望ましい。さらに、走査装置２００は、典型的には、走査の角度範囲を増大させるために複数回各ミラーにビームが当たるように、ビームの方向を変える１以上の方向転換ミラーを含む。さらに、いくつかの実施例において、走査装置２００、２２０は、方向転換ミラーを用いることなく走査ミラーに複数回当たることができるように方向づけられている。
【００３８】
図１０及び図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を見てわかるように、２つのファイバ５０は、別個に光ビーム８０を出す。ＧＲＩＮレンズ８６は、ビーム８０が、共通の走査ミラー１０９０に当たる集束ビーム８０Ａ、８０Ｂになるように、ビーム８０について集束及び焦点合わせを行う。
【００３９】
説明をわかりやすくするために、図１０に示す実施例では、ミラー８４を省略している。この実施例は、いくつかの応用において望ましい。また、図１０に示す実施例においては、図９に示す２つのミラーを備える構造（以下「デュアルミラー構造」という。）に代えて、２軸走査を行う単一のミラー１０９０を含む。このような２軸構造を、図１１、図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）及び図２１を参照して、以下に非常に詳細に説明する。より複雑な光線軌跡と、光学経路長を変えるためのより複雑な代償とを含むが、デュアルミラー構造を用いてもよいことは、当業者であれば容易に理解することができる。
【００４０】
図１０に示すファイバ５０及びレンズ８４を走査ミラー１０９０と共通の面に配置しているが、多くの応用において、図１１を見てわかるように、ファイバ５０とレンズ８４とを軸からずれた位置に配置することが望ましい。さらに、図１１に示すように、４つの組のファイバ／レンズを用いたとき、ビームスプリッタ又は他の光学素子は、ファイバ／レンズ組が、他のファイバ／レンズ組からのビーム８０Ａ〜８０Ｄを遮断しない位置に配置されることを可能にする。選択的に、小さい方向転換ミラーのような他の装置を用いれば、像の品質に何ら影響を与えることなく、ファイバ／レンズ組を非遮断位置に再配置することができる。このような方法について、図１１、図３８から図４０を参照して、以下に詳しく説明する。
【００４１】
レンズ８６を経た後、第１のビーム８０Ａは、走査ミラー１０９０に当たり、像領域１０９４の方へ反射される。第２のビーム８０Ｂもまた、走査ミラー１０９０に当たり、像領域１０９４の方へ反射される。図１０に示す光線軌跡によってわかるように、像領域１０９４におけるビーム８０Ａ、８０Ｂの水平位置は、水平走査装置５６の角度偏向と、レンズ８６及びファイバ５６の位置及び方向との関数である。
【００４２】
像領域１０９２において、第１のビーム８０Ａは像領域１０９４の第１の領域１０９２を照明し、第２のビーム８０Ｂは、第１の領域１０９２に関して実質的に重なりを有しない第２の領域１０９６を照明する。２つの領域１０９２、１０９６間のまめらかな変化を可能にするために、２つの領域１０９２、１０９６は、小さな重なり領域１０９８においてわずかに重なる。したがって、２つの領域は実質的に別個であるが、図１２及び図１３を参照して、以下に説明するように、対応する画像部分は、端部でわずかに「混合される（ｂｌｅｎｄｅｄ）」。
【００４３】
図１０において、２つのビーム８０Ａ、８０Ｄのみを示しているが、３つ以上のファイバ／レンズ組を用いることができる。ファイバ／レンズ組は、同一平面上にある必要はない。例えば、図１に示すように、４つの分離レンズ８６は、４つの分離ビーム８０Ａ〜８０Ｄを、空間的に分離された４つの位置からミラー１０９０の方へ送る。図１２に示すように、ミラー１０９０は、４つのビーム８０Ａ〜８０Ｄの各ビームを、像領域１０９４の各空間的個別領域１２０２Ａ〜１２０２Ｄへ反射する。
【００４４】
したがって、４つのビーム８０Ａ〜８０Ｄの各ビームは、共同して全像を形成する４つの分離「タイル」１２０２Ａ〜１２０２Ｄを照明する。５つ以上のタイルであっても像を形成することができることは、当業者であれば容易に理解することができる。例えば、第３のファイバ／レンズ組を追加すれば、２×３のタイルによる像又は３×２タイルによる像が生じる。
【００４５】
実際の像を作るために、ビーム８０Ａ〜８０Ｄの各ビームの強度及び色内容は、ミラー１０９０がラスターパターンのような周期的パターンで掃引する像情報で変調される。図１３に、４つのタイル１２０２Ａ〜１２０２Ｄを生じるようにビーム８０Ａ〜８０Ｄが像信号ＶＩＭに応じて変調される実施例を、模式的に示す。
【００４６】
像信号ＶＩＭは、多重分離装置１３０４を駆動するために対応するデータを生じさせるＡ／Ｄ変換器１３０２を駆動する。データ及び制御装置７４からのクロック信号ＣＫ（図８）に応じて、多重分離装置１３０４は、４つの出力データストリームを生じる。各データストリームは、各像タイル１２０２Ａ〜１２０２Ｄに対応するデータを含む。例えば、多重分離装置１３０４は、像の第１の線の第１の半分に対応するデータを第１のバッファー１３０６Ａに出力し、像の第１の線の第２の半分に対応するデータを第２のバッファー１３０６Ｂに出力する。多重分離装置１３０４は、次いで、像の第２の線に対応するデータを第１の２つのバッファー１３０６Ａ、１３０６Ｂの第２の線に出力する。第１の２つのバッファー１３０６Ａ、１３０６Ｂが像の上半分を表すデータを含んだ後、多重分離装置１３０４は、第３及び第４のバッファー１３０６Ｃ、１３０６Ｄを満たし始める。バッファー１３０６Ａ〜１３０６Ｄのすべてが満たされると、出力クロックＣＫＯＵＴは、バッファー１３０６Ａ〜１３０６Ｄのすべてから各Ｄ／Ａ変換器１３０８Ａ〜Ｄに、同時に、データを計測する。Ｄ／Ａ変換器１３０８Ａ〜１３０８Ｄは、前記したように、各領域２１０２Ａ〜Ｄに走査される光を生じさせるべく各光源７８を駆動する。画素出力の実際のタイミングは、図２８〜図３１を参照して以下に説明するように、出力クロックＣＫＯＵＴによって制御される。
【００４７】
図１３に示す装置においては、４つの分離領域１２０１Ａ〜１２０１Ｄを示す。この数より大又は小の数の領域を用いてもよいことは、当業者であれば容易に理解することができる。また、領域１２０２Ａ〜１２０２Ｄのいくつかの重なりは望ましいが、共通のデータは、１以上のバッファー１２０２Ａ〜１２０２Ｄに記憶される。共通データ組は重なり領域のいくつかを倍にするので、データは、望ましいレベルに強度を制限するように大きさを調整されている。
【００４８】
像の品質を改善する一つの手法について、図１４及び図１５を参照して説明する。互いに像部分１２０２Ａ〜１２０２Ｄを「調整する（ｍａｔｃｈｉｎｇ）」ための助けになる。ビーム８０Ａ〜８０Ｄの角度が、（２つの単軸走査装置のための）垂直及び水平走査装置の角度又は（２軸走査装置のための）単一ミラーの水平及び垂直の角度によって決定されるので、ビーム８０Ａ〜８０Ｄの実際のベクトル角度は、いかなる時点においても、ベクトルの付加によって決定される。多くの場合において、走査パターンの望ましい垂直部分は、図１４の点線で示すように、「階段状ステップ」である。
【００４９】
方向転換ミラー１００（図８）を使用することができないとき、光線によって描かれたパターンは図３から図５を参照して説明したパターンと同様である。図１４に示すように、実線で示されたパターンの実際の垂直走査部分は、所望の階段状ステップパターンというよりはむしろほぼ傾斜状である。
【００５０】
階段状ステップパターンを提供するための一つの手法として、階段状ステップ電圧で垂直走査装置５８を駆動させることによる方法がある。しかし、垂直ミラーが物理的装置であると共に階段状ステップが不連続運動を含むので、垂直ミラーは駆動信号に正確には追従しない。代わりに、垂直ミラーは階段状ステップパターンに追従しようとするので、垂直ミラーは、主として、垂直ミラーの大きさ及び重量、ミラー支持構造の材料特性、駆動信号のピーク電圧及び電流、及び駆動回路の電気的特性によって規定された最大速度で運動する。典型的な垂直走査ミラーの大きさ、形状、走査角度及び駆動電圧のため、垂直走査装置５８は、１００〜３０００Ｈｚの範囲の周波数に制限される。所望の走査パターンは、この範囲をはるかに超える周波数成分を有する。したがって、階段状ステップ駆動信号で垂直走査装置５８を駆動させると、所望のパターンから著しく逸脱する垂直走査パターンを生じる。
【００５１】
この問題を低減するために、図８に示す走査組立体２は、垂直走査関数を２つの部分に分けている。したがって、全体の垂直走査は、約６０Ｈｚにおける大きな振幅傾斜関数と、水平速度（例えば、約３０ｋＨｚである。）の２倍の小さな振幅補正関数との合成である。６０Ｈｚの周波数が典型的な走査ミラーの応答周波数より十分に低いので、垂直走査装置５８は大きな振幅傾斜関数を容易に発生することができる。補正ミラー１００は非常に高い周波数で動作するが、補正ミラーの全角度振幅は非常に小さい。補正ミラー１００は、垂直走査装置の周波数と比べてはるかに高い周波数で作動する。しかし、補正ミラー１００の全角度振幅は、非常に小さい。
【００５２】
図１５に示す信号のタイミング図からわかるように、水平走査装置が視野の一端から反対の端部に走査する時間（例えば、図１５に示す時刻ｔ１からｔ２までの間）、補正ミラー１００はそのほぼ最大負角から最大正角に移動する。図１４に示すように、全補正角は、単一の水平走査の間、垂直走査ミラーの下方への移動の量によって規定される。補正角度は、表示装置の種々の形状に合わせて変わる。補正角度は容易に計算することができる。
【００５３】
例えば、１２８０の垂直方向の列と１０度の全機械的垂直走査角度とを有する各像領域１２０２Ａ〜１２０２Ｄを含む表示装置のために、各列のための角度走査範囲は、約０．００８度（１０／１２８０＝０．００７８１２５）である。約±０．０００３９度の補正ミラー１００によって提供される誤差補正を水平走査装置が走査する間、垂直走査装置５８はこの全距離を移動すると仮定する。したがって、角度補正はほぼθ／Ｎであり、ここで、θは垂直走査角度、Ｎは水平方向の列の数である。この数は、いくつかの実施例において変更してもよい。例えば、水平走査装置５６が共振型水平走査装置である場合には補正角度はわずかに異なってもよい。なぜなら、走査が視野領域の端部に到着したとき停止して反対方向への移動を開始するために、水平走査装置５６は走査時間の同じ部分を用いるからである。補正角度は、光学素子の収差又は光学的経路長差を補正するために、変更してもよい。さらに、補正走査装置１００の周波数は、水平走査周期（「一方向性走査」）の１つの半分の間のみにデータが供給されるとき、半分だけ減じてもよい。ラスターピンチは、典型的には、一方向性走査方法においては問題ではない。
【００５４】
図１４及び図１５に示すタイミング図からわかるように、補正ミラー１００は、水平走査装置５６の周波数の２倍の周波数で１列の幅の約半分の幅だけビームを垂直方向に直進させる。典型的な、二方向性走査（例えば、水平走査装置５６の前方及び後方の両方への掃引についてのデータ出力）を有する、ＳＶＧＡ画像品質の表示装置のために、水平走査装置５６は約１５ｋＨｚで共振する。したがって、典型的な表示のために、補正走査装置１００は約３０ｋＨｚで１度の約半分だけ枢動する。表示装置の解像度が増加したとき水平走査装置５６の走査速度が増加することは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。補正ミラー１００の走査速度はそれに応じて増加するが、枢動角度は減少する。例えば、２５６０の列と１０度の全走査とを有する表示装置のために、補正ミラー１００の走査速度は約０．００２度の枢動角度で約６０ｋＨｚである。高解像度のために、補正ミラーの最小寸法が、典型的には、回折限界となるスポット寸法を向上させることは、当業者であれば容易に理解することができる。
【００５５】
図１６は、いくつかの実施例において補正ミラー１００のために好適な圧電性走査装置１１０を示す。走査装置１１０は、間隔をおいて配置された１対の圧電アクチュエータ１１４、１１６を支持するプラットホーム１１２を用いて形成されている。補正ミラー１００は、アクチュエータ１１４とアクチュエータ１１６との間に伸びる、金属被覆が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、導電的に被覆がされており、アクチュエータ１１４、１１６のそれぞれを横切る電圧が逆になるように駆動増幅装置１２０に結合されている。圧電材料は電界の存在で形状が変化する。したがって、駆動増幅装置１２０が電圧を出力したとき、アクチュエータ１１４、１１６は、補正ミラー１００に反対方向に力を及ぼし、これによって、補正ミラー１００を枢動させる。圧電アクチュエータ１１４、１１６を単一の組の電極と単一の層の圧電材料とを有するものとして示したが、アクチュエータ１１４、１１６が典型的には複数の層から形成されていることは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。そのような構造は、相対的に大きな変形を生じるように、商業的に入手可能な圧電装置において用いられる。
【００５６】
従来のランプ波発生回路のような信号発生回路１２２は、水平走査装置５６の被検知位置に応じて駆動増幅装置１２０のための駆動信号を発生する。回路１２２への主要な入力は、水平走査装置５６に接続された感知装置からの感知信号である。感知信号は、種々の方法で得ることができる。例えば、ノイカーマンス（Ｎｅｕｋｅｒｍａｎｎｓ）らによる米国特許第５，６４８，６１８号明細書「積分ねじれ感知装置を有するマイクロ加工ヒンジ（ＭＩＣＲＯＭＡＣＨＩＮＥＤ ＨＩＮＧＥ ＨＡＶＩＮＧ ＡＮ ＩＮＴＥＧＲＡＬ ＴＯＲＳＩＯＮＡＬ ＳＥＮＳＯＲ）」に示されており、この特許文献を参考文献として本願に組み入れているように、ＭＥＭ走査装置のねじれ運動は、走査ミラーの位置に対応する電気的出力を生じることができる。代わりに、ミラーの位置は圧電式感知装置を走査装置に取り付けることによって得るようにしてもよく、このことは、メルビル（Ｍｅｌｖｉｌｌｅ）による米国特許第５，６９４，２３７号明細書「機械式共振型走査装置用ミラーの位置検知（ＰＯＳＩＴＩＯＮ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＯＦ ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＲＥＳＯＮＡＮＴ ＳＣＡＮＮＥＲ ＭＩＲＲＯＲ）」に示されており、この特許文献を参考文献として本願に組み入れている。他の代替の方法において、ビームの位置は、水平又は垂直のミラーの位置を光学的又は電気的に計測管理をすることによって又はミラー駆動コイルに誘起された電流の計測管理をすることによって決められる。
【００５７】
感知信号が水平走査装置５６が視野の端部にあることを示す場合、回路１２２は、水平走査装置が視野の中心に到着したとき最大負位置で開始する共に零交叉点に到着するランプ信号を発生する。その後、ランプ信号は、水平走査が視野の反対端部に到着したとき、その最大値に達する。ランプ信号は、水平走査が停止に向けて減速すると共に戻り掃引動作を開始したとき、前記時間間隔の間にその最大負位置に戻る。回路１２２は感知信号をランプ信号のための基礎クロック信号として用いることができるので、ランプ信号のタイミングは本質的に走査の水平位置に同期される。しかし、いくつかの実施例のために、感知信号に関係するランプ信号の制御された位相シフトが性能を最適化するものであることは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。図１８を参照して以下に説明するように、補正ミラー１００が共振的に走査された場合、感知信号を周波数倍加、増幅及び位相シフトすることによって簡単に得られる正弦波信号によってランプ信号を置き換えることができることは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。
【００５８】
ビーム８０Ａ〜８０Ｄが水平走査の間、垂直軸線に沿って静止したままの状態を続けるように、補正ミラー１００によって誘起されたビーム８０Ａ〜８０Ｄの垂直運動は、垂直走査装置５８によって生じたビーム８０Ａ〜８０Ｄの運動を相殺する。水平走査が視野の範囲外にある時間の間、ビーム８０Ａ〜８０Ｄは、補正ミラー１００に応答して、次の水平走査の公称位置に向けて垂直に移動する。
【００５９】
前記した説明からわかるように、圧電駆動された補正ミラー１００の付加は、ランプ型の運動を用いて、著しいラスター細りを低減することができる。しかし、いくつかの応用において、ランプ型運動を用いることは望ましくない。補正ミラー１００のために用いることができる走査装置１３０の１つの実施例を、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に示す。
【００６０】
走査装置１３０は共振型の小型電気機械式（以下「ＭＥＭ」という。）走査装置であり、該走査装置は、走査装置１３０が単軸型であるという理由により処理が単純化されていること以外は、ノイカーマンス（Ｎｅｕｋｅｒｍａｎｓ）の‘７９０特許に示された装置と同様に製造される。代わりに、走査装置１３０は図９に示す水平走査装置５４に非常に類似した機械式共振型走査装置とすることができるが、このような走査装置において、基板及びミラーの大きさ及び材料特性は、水平走査装置２００の共振周波数の２倍の約３０ｋＨｚで共振を生じるように選択することが好ましい。さらに、材料及び取付けは、好ましくは、走査装置１３０が水平走査装置５６のＱより非常に低いＱを有するように選択される。この低いＱは走査装置１３０がより広範囲の周波数にわたって動作することを可能にするので、走査装置１３０は水平走査周波数の多重積分に調整することができる。
【００６１】
共振型走査装置１３０を利用すれば、走査装置１３０を駆動するための電気的な装置構成部分の複雑さが低減する。また、前記した方法に対して相対的に走査効率が改善される。しかし、走査装置１３０は共振型なので、該走査装置は前記したランプ型運動よりはむしろ折れ曲がり状運動を有する傾向がある。しかし、折れ曲がり状運動の周波数、位相及び振幅が適切に選択されるならば、補正ミラー１００は、細りエラーを著しく低減することができる。例えば、図１８は、視野の水平領域が総体的な水平走査角度の９０パーセントを包含する場合の補正ミラーの折れ曲がり状運動を用いた、ラスター信号の補正を示す。視野が全水平走査角度より小さな割合であれば、ビームの位置の誤差をさらに低減することができることは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。さらに、走査誤差をさらに低減することでさえも第２の補正ミラーをビーム経路に加えることによって実現することができるが、これは、改良対費用の制限に起因して一般的に望ましくないことではある。誤差を低減するための他の方法は、走査パターンが折れ曲がり状走査から三角形状波形により近く変わるように、１以上のより高位の高調波を走査駆動信号に加えることである。
【００６２】
誤差が低減された走査装置１４０の他の代替例を図１９に示しており、走査補正は、垂直成分を水平ミラー１４１に加えることによって実現される。この実施例において、水平走査装置１４０は、走査ミラーを枢動させるための静電的な駆動を有するＭＥＭ走査装置である。水平走査装置１４０は、小さな質量部１４５が形成される多数の位置１４３を含む。質量部１４５は、フォトリソグラフィのような従来の方法で形成される蒸着金属又は他の材料であってもよい。１つの選択された質量部１４３は、ミラー１４１の中心線１４７の周りに非対称に配置されている。質量部１４５は、その主要な軸線に直交する軸線の周りに枢動することによって、補正を垂直軸線に沿って走査するための成分を提供する。図２０からわかるように、垂直走査周波数は水平走査周波数の２倍の周波数であり、これによって、図２０に示すリサージュ又は棒ネクタイ状の全走査パターンを生じる。質量部１４５は、垂直成分の共振周波数を調整させるために積極的に変更してもよい（例えば、レーザーアブレーション（ｌａｓｅｒ ａｂｌａｔｉｏｎ））。この実施例は付加的なミラーなしで補正を可能にするが、一般には振動の共振周波数と水平走査装置とを調和させることを必要とする。
【００６３】
水平走査装置５６及び補正走査装置１００の相対的な共振周波数のマッチングを維持するために、走査装置５６、１００のいずれか又は両方の共振周波数を動的に調整するようにしてもよい。種々の周波数制御方法及び装置について、図３３〜図３６を参照して以下に説明する。走査装置５６、１００のＱが実質的に低いか又は走査装置５６、１００が共振しないとき、駆動周波数を単純に変化させることにより、同期を十分に維持するように走査周波数を変えるようにしてもよい。
【００６４】
図２１に示すように、本発明に係る走査装置１５０の他の実施例においては、補正走査装置１５４と共に、主要な走査装置構成部分として二軸走査装置１５２を用いる。二軸走査装置１５２は、互いに直交する２つの軸線の周りに振動する単一のミラー装置である。このような走査装置の設計、製造及び動作は、例えば、ノイカーマンス（Ｎｅｕｋｅｒｍａｎｓ）の‘７９０特許、アサダ（Ａｓａｄａ）ら著の「シリコン小型化２次元ガルバノ光学走査装置（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ Ｔｗｏ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｇａｌｖａｎｏ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｃａｎｎｅｒ）」（アイトリプルイー磁気学報告書（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ）第３０巻第６号第４６４７〜４６４９頁、１９９４年１１月発行）、及びキアング（Ｋｉａｎｇ）ら著の「光学走査のための小型機械化小型走査装置（ＭＩＣＲＯＭＡＣＨＩＮＥＤ ＭＩＣＲＯＳＣＡＮＮＥＲＳ ＦＯＲ ＯＰＴＩＣＡＬ ＳＣＡＮＮＩＮＧ）」（小型光学系び小型機械系を有する小型装置に関するＳＰＩＥ論文発表記録（ＳＰＩＥ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｎ Ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ Ｍｉｃｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｓ）第３００８巻第ＩＩ号第８２〜９０頁、１９９７年２月発行）の論文に示されており、この文献を参考文献として本願に組み入れる。二軸走査装置１５２は、ノイカーマンスの‘６１８特許で説明されているように、ミラー位置の電気的フィードバックをターミナル１５８に与える積分走査装置１５６を含む。
【００６５】
補正走査装置１５４は、好ましくは、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）を参照して前記したようなＭＥＭ走査装置である。圧電式走査装置のような他の型の走査装置もまた本発明の範囲にあるものならばよい。前記したように、補正走査装置１５４は、走査誤差のかなりの部分を除去するために折れ曲がり状に走査することができる。または、補正ミラーは、より正確な誤差補正のためにランプパターンを走査する。
【００６６】
光源７８からの光は、補正ミラー１５４に当たり、前記したような補正角度で偏向される。光は、その後、二軸走査装置１５２に達し、図３から図５を参照して前記したように、ラスターパターンに近づくように水平及び垂直の方向に走査される。前記したように、全パターンは、ラスターパターンにさらに近似するように近づく。
【００６７】
本発明に係る表示装置の他の実施例を図２３に示し、この実施例においては、入力ビームを光学系５００の入力に対して相対的に横方向に物理的に変えることによって補正ミラー１００を省略している。図２３に示す実施例において、フレーム５０４と入力ファイバ５０６との間に配置された圧電駆動部５０２は、水平走査周波数の２倍の周波数で駆動電圧を受ける。駆動電圧に応答して、圧電駆動部５０２は変形する。ファイバ５０６が圧電駆動部５０２に接着されているので、圧電駆動部５０２の変形は、矢印５０８と点線で示したファイバ５１０とで示すようなファイバ５０６に対応するシフトを生じさせる。光学系５００の特性に依存して、圧電駆動部５０２がファイバ５０６の横方向へのずれ又はファイバ５０６の出力の角度変化を生じさせることは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。光学系５００は、その後、前記した実施例の場合と同様に、ファイバの出力の運動を、感知された画素位置の運動に変換する。図２３に示す実施例においてはファイバを変換することを用いているが、本発明はそれに限定されない。例えば、いくつかの応用においては、ＬＥＤ又はレーザダイオードのような他の発光源の変換を組み入れる。
【００６８】
図２３に示す実施例は入力ファイバの位置又は角度を変えることによって入力ビームを変えるが、入力ビームを変える他の方法は本発明の範囲内であればよい。例えば、図２４に示すように、電気光学式水晶３００は入力ビーム８３を電気信号に応じて変える。この実施例において、ビーム８３は、台形状に形作られた電気光学式水晶３００の第１の面３０２に入射し、該面に係る屈折作用が伝播の方向の変化を生じさせる。ビーム８３が第２の面３０４を経て出たとき、屈折は伝播の方向の第２の変化を生じさせる。各面で、伝播の方向の変化量は、空気と水晶３００との間の屈折率の相違に依存する。
【００６９】
電気光学式水晶の屈折率は、水晶を経る電界に依存する。１対の電極３０６を経て水晶３００を横切って印加された電圧は水晶の屈折率を制御する。したがって、印加された電圧は、ビーム８３が破線８３ａで示すように水晶３００に入射し及び出たとき、ビーム８３の角度変化を制御する。変化量は印加電圧に対応する。したがって、変化量は、電極３０６に印加された電圧を制御することによって制御される。したがって、水晶３００は、ラスター細りを相殺することができる電圧制御されたビーム変化を提供する。
【００７０】
ここに説明する実施例は表示装置であるが、他の装置又は方法は本発明の範囲内であればよい。例えば、図２４に示すように、撮像装置又は像化装置（ｉｍａｇｅｒ）６００は、二軸走査装置６０２及び補正走査装置６０４を含み、図２１に示す走査装置１５２、１５４に非常に類似している。撮像装置６００は、デジタルカメラ、バーコードリーダー、二次元図記号読取装置、文書走査装置又は他の画像収集装置の入力エレメントである像取込装置である。撮像装置６００が光を効率よく集めることができるように、撮像装置６００の外側の目標物６０８からの光を収集して補正走査装置６０４に伝送する収集光学装置６０６を含む。収集光学装置６０６は、特定の応用に適するような焦点深度、焦点距離、視野領域及び他の光学的特性を有するように構成されている。例えば、撮像装置６００が二次元図記号読取装置（ｔｗｏ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｙｍｂｏｌｏｇｙ ｒｅａｄｅｒ）である場合、収集光学装置は赤色光又は赤外光のために最適化され、焦点距離は１０〜５０ｃｍの範囲にある。より長い距離で図記号を読み取るために、合焦光学装置は、より長い焦点距離を有するか又は変動可能の焦点を有するようにしてよい。光学装置は、小型かつ安価のコンポーネントが用いることができるように、光学経路に沿った他の位置に配置してもよい。
【００７１】
補正走査装置６０４は、表示装置の実施例のために前記したように、収集された光が二軸走査装置６０２に到着する前に該光が補正成分を有するように、収集光学装置６０６から受けた光を向け直す。二軸走査装置６０２は、ある角度範囲から収集光学装置６０６に到着する光を集めるために、及び集めた光を、固定された１グループの光検知装置６１０に向け直すために、一般に、実質的にラスターパターンで走査する。各光検知装置６１０は、像領域の各「タイル」に像を形成するような各位置及び方向に配置される。
【００７２】
したがって、二軸走査装置６０２の運動は、目標物６０８の像連続点として光検知装置６１０上に変換される。光検知装置６１０は、走査装置６０２からの光エネルギーを、デコード用電子装置６１２で受ける電気信号に変換する。撮像装置６００が図記号読取装置である場合、デコード用電子装置６１２は、図記号をデコード及び記憶する回路、さらに、記憶されたファイルから像を組み立てるための電子装置を含む。撮像装置がカメラの部分である場合、デコード用電子装置６１２は、デジタルからアナログへの変換装置、記憶装置、走査されたタイルのデジタル形式を記憶するために関係づけられた電子装置、及び、記憶されたファイルから像を組み立てるための電子装置を含む。補正走査装置６０４は二軸走査装置６０２の前に配置されているが、いくつかの応用においては、補正走査装置６０４を二軸走査装置６０２の後に配置することが望ましいことは、当業者であれば容易に理解することができる。
【００７３】
図２４に示す撮像装置６００の他の特徴は、目標物を照明するための光を提供する照明源６１４である。照明源６１４は、いくつかの応用において共通した波長の装置が用いられているが、ビームの識別を容易にするために異なる波長を用いた装置としてもよい。多重波長構造の例において、撮像装置６００が図記号読取装置である場合、照明源６１４は、光ビームをビームスプリッタ６１６に入射させる赤外又は赤色の発光装置であってもよい。ビームスプリッタ６１６は、照明光が補正走査装置６０４に向け直される場合、二軸走査装置６０２に照明光ビームを向ける。照明光が目標物６０８からの光の経路と同じ直線上にあるので、照明光は、光検知装置６１０によって像化された同じ位置の目標物６０８に達する。照明光は、目標物６０８の反射性に対応するパターンで目標物６０８によって反射される。反射された照明光は、光検知装置６１０を通り、目標物６０８の各領域を像化するために光検知装置６１０によってのみ用いられる各領域光を像化するために供給される。高解像度のために、照明源６１４によって照明された領域又は光検知装置６１０によって像化された領域は、既知の種々の光学技術によって小型化することができる。図２４には水平走査装置６０２の後に配置された補正走査装置６０４が示されているが、補正走査装置６０４を、ビームスプリッタ６１６と水平走査装置６０２との間に配置することがしばしば望ましいことは、当業者であれば容易に理解することができる。このことは、補正走査装置６０４のミラーを小型化することを可能にする。
【００７４】
選択的に、光検知装置６１０は、走査装置６０２、６０４の外部に取り付けてもよいし、各タイルから直接に光を取り込むように向けられていてもよい。各光検知装置６１０は、各照明源の波長に調整され、また、空間分離領域に整列されているので、各タイルからの信号間の相互干渉は、適切に抑制される。
【００７５】
図２４に示す撮像装置６００の１つの応用において、照明源６１４は、赤色レーザダイオード又は可視波長の発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という。）のような、視認可能かつ直接的に変調可能な光源である。したがって、図２５に示すように、照明源６１４は、ユーザーのために視認可能な像を発生することができる。図２５に示す典型的な実施例において、撮像装置は、目標物６０８の図記号に含まれた情報を確認するために、図記号走査装置として動作する。デコード用電子装置６１２が、項目価値及び同一性のような視認可能の所望の像を確認すると、デコード用電子装置６１２は、所望の像に従って発せられた光の強度を変調するために照明源６１４の駆動電流を調整する。ユーザーが撮像装置６００をスクリーン６１９（又は目標物）の方へ向けたとき、照明光は前記したようにスクリーン６１９上に走査される。照明光が所望の像に従って調整されるので、スクリーン６１９からの反射光は所望の像に従って部分的に調整されている。したがって、撮像装置６００は、像データを取り込むことに加えて像プロジェクタとして動作する。さらに又は選択的に像を生じるべくダイオードを調整するために、目標物６０８の各領域に対応するダイオードは、撮像装置６００の全視野領域を満たす連続ビーム光又はパルスビーム光を出力する。したがって、撮像装置６００は、視野領域を示すポッタフレーム６１８をユーザに提供する。同様に、照明源６１４は、撮像装置６００を目標物６０８に整列させることにおいてユーザを支援するために、視野領域の輪郭を描くか又はクロスハッチングや基準点のような視野領域の他のしるしを生じるように変更してもよい。
【００７６】
ラスター細りを補償することに加えて、図２８に示す走査装置の一実施例は、また、共振型又は他の非線型走査装置の非線型性の効果を処理する。この補正は、単一の光源又は単一の検知装置について示しているが、前記した図１０に示すように、２以上の光源を用いる装置に応用されてもよいことは、当業者であれば容易に理解することができる。例えば、一応用例において、図２８を参照して以下に説明する、補正された出力クロック信号は、バッファー１３０６Ａ〜１３０６Ｄからデータを並列に出力するためにバッファー１３０６Ａ〜１３０６Ｄ（図１３）のすべてを駆動する。
【００７７】
図２６に点線で示すように、着信データのタイミングは線型（又は直線）走査速度であることを前提とする。すなわち、等間隔に連続して配置された列位置のために、データは一定間隔で到着する。しかし、共振型走査装置は、図２６に実線で示すように、折れ曲がり状に変化する走査速度を有する。時刻ｔ０で始まる列の開始のために（注目すべきは、折れ曲がり状走査のための実際の走査開始は、図２６を参照して前記したようにわずかに遅延傾向にある）、折れ曲がり状走査は最初は線型走査を遅らせる。したがって、位置Ｐ１のための像データが時刻ｔ１Ａで到着したとき、折れ曲がり状走査は画素を位置Ｐ２に配置する。
【００７８】
画素を正確に配置するために、図２８に示す装置は、以下に説明するように、時刻ｔ１Ｂまで像データを遅延させる。図２８に示すように、到着する像データＶＩＭは像データ信号の水平同期成分に応じて計数回路２２０２によって列又はフレーム用のバッファー２２００に時間記録がされる。計数回路２２０２は、従来様式の回路であり、データをバッファー２２００に時間記録をするための等間隔で配置されたパルスを有する入力クロック信号を供給する。図１３に示す多重光源装置において、４つのバッファー１３０６Ａ〜１３０６Ｄ及び多重分離装置１３０４はフレームバッファーを置き換え、像データは、単一のフレームバッファー又はラインバッファーに計測されるのとは異なり、連続的に多重分離装置１３０４によって４つのバッファー１３０６Ａ〜１３０６Ｄに計測される。
【００７９】
帰還回路２２０４は、バッファー２２００（又は図１３に示すバッファー１３０６Ａ〜１３０６Ｄ）からの出力のタイミングを制御する。帰還回路２２０４は、走査組立体８２からの折れ曲がり状又は他の感知信号を受け、高速の計数装置２２０６で感知信号の周期を分ける。論理回路２２０８は計数装置の出力に応じて出力クロック信号を発生する。
【００８０】
しかし、入力クロック信号と違って、出力クロック信号のパルスは等間隔には配置されていない。代わりに、パルスタイミングは、図２６に示す線型信号のタイミングと折れ曲がり状信号とを比較することによって分析的に決められる。例えば、位置Ｐ１に配置された画素のために、論理回路２２０８は、線型走査速度のための場合のような時刻ｔ１Ａとは異なる時刻ｔ１Ｂで出力パルスを供給する。
【００８１】
論理回路２２０８は、メモリ２２１０におけるルークアップテーブルをアクセスすることによって、画素位置に対応する計数を確認する。ルークアップテーブルのデータは、走査装置周期を多くのカウントに分割し、適切な画素位置に対応するカウントを確認することによって規定される。図２７は、３５画素列のためのこの査定を図表的に示す。この例が、説明をわかりやすくするために単純化されていることは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。典型的な列は、数百又は数千の画素を含む。見てわかるように、この画素は、視野の端部近くに望ましくなく間隔配置がされ、視野の中心でさらに望ましくなく間隔配置がされている。したがって、像は、視野の端部近くで圧縮され、中心で拡大され、歪んだ像を形成する。
【００８２】
上方の列によって示すように、画素位置は、時間において等間隔に配置された画素カウントのために非線型的に変わる。したがって、下方の列によって示す各画素の所望の位置は、非線型的に間隔配置されたカウントに実際に対応する。例えば、上方及び下方の列における第１の画素は、ゼロカウントで到着し、ゼロカウント位置に配置される。第２の画素は、１００カウントで到着するが、５４０カウント位置に配置される。同様に、第３の画素は、カウント２００で到着し、カウント７２０で出力される。図が実際の計算及びタイミングの単なる代表であることは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。例えば、ある出力カウントはそれに対応する入力カウントより高く、あるカウントは低い。もちろん、画素は、その対応するデータが到着する前に、実際に出力されることはない。この条件付けを処理するために、図２８に示す装置は、同期メモリ装置と同様に、データの出力の潜在性（ｌａｔｅｎｃｙ）を実際に課する。図２７に示す実施例のために、単列潜在性（３４００カウント潜在性）が十分である。このような潜在性によって、第１の出力画素はカウント３４００で生じ、第２の出力画素は３９４０で生じる。
【００８３】
図２９は、画素を適切な位置に配置するための代替の方法について示す。この実施例は、出力データのクロック制御をするための計数装置とは異なるパターン発生装置からの補正されたクロックを発生する。同期信号除去装置２５００は、到着像信号ＶＩＭからの水平同期信号を除去する。同期信号に応答して、位相固定ループ２５０２は、同期信号に固定された一連のクロックパルスを発生する。クロックパルスによって駆動されたＡ／Ｄコンバータ２５０４は、標本抽出された入力データを発生するために像信号のビデオ部分を標本抽出する。標本速度は、装置の要求された解像度に依存する。好ましい実施例において、標本速度はほぼ４０ＭＨｚである。プログラム制御可能なゲートアレイ２５０６は、バッファー２５０８に記憶された一組の像データを発生するために、Ａ／Ｄコンバータ２５０４からのデータを条件づける。各水平同期信号のために、バッファーが１行の像データを受けることは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。１４８０×１０２４画素表示装置のために、装置は、ビデオ信号の単一周期の間、１４８０組の像データを標本しかつ記憶する。
【００８４】
各行のデータがバッファー２５０８に記憶されると、バッファーは、該データを、補正されたデータを有するガンマ補正メモリ２５１０を含むＲＡＭＤＡＣ２５０９に出力するべく、時間記録がされる。ガンマ補正メモリ２５１０に入力されたデータとしてバッファーデータを用いる代わりに、バッファーデータは、ガンマ補正メモリ２５１０からの補正されたデータを検索するようにアドレス指定されたデータを発生するために用いられる。例えば、選択された像に対応する一組の像データのために、強度Ｉ１は、ガンマ補正メモリ２５１０の対応する位置に確認する。実際の像データを出力するよりはむしろ、ガンマ補正メモリ２５１０は、ユーザーの眼の位置で適切な光強度を発生する一組の補正データを出力する。補正されたデータは、種々の装置構成部分の透過率、光源の強度に対する電流応答、装置構成部分の回折及び開口効果、及び種々の他の装置の特性を含む全走査装置を特徴づけることによって、分析的かつ実験的に決められる。
【００８５】
図３０に示す、本発明に係る一実施例において、データは、さらに、光源についての温度対強度又は寿命対強度の変化のために補正されてもよい。参照データは、垂直位置及び水平位置がユーザの視界領域外にある間、光源を駆動させる。例えば、水平走査の端部で、参照データは、予め決められた光強度に設定される。検知装置２５１９は、光源２５１６のエネルギー出力及び温度補償回路２５２１を監視する。強度が予め決められた光強度より高いとき、ゲイン回路２５２３は、より少ない補正係数によってＲＡＭＤＡＣ２５０６からの信号を調整する。強度が予め決められた光強度より高いとき、補正係数はより大きい。この実施例では、非調整ビームの部分を取り出すか又は走査周期の非表示部分の間ビームを抽出するが、本発明はこれに限定されない。例えば、調整ビームの部分を、走査周期又は連続的の表示部分の間に取り出してもよい。調整ビームの取り出し部分の強度は、監視変化への表示光の所望のレベルに対する表示光の相対的強度における変化を決定するために、入力ビデオ信号との調整及び比較がされる。
【００８６】
強度を監視することに加えて、本発明に係る装置は、同じ補正データによる又は第２の補正係数を乗じることによるパターン依存加熱を補償することができる。例えば、表示パターンが高光強度の大領域を含むとき、光源温度は、高レベル作動の拡大期間によって増加する。像信号に対応するデータがバッファーに記憶されるので、データは、光源２５１６の実際の作動に先立って入手可能である。したがって、本発明に係る装置は、パターンによって生じた熱量を予測するために「先読み」をする。例えば、目標画素に先立つ５０画素のために光源が高作動であるとき、本発明に係る装置は、おおよそのパターン依存加熱効果を予測する。補正係数は、予測されたパターン依存加熱に基づいて計算される。補正は、一般に、強度のためにあると説明したが、多くの実施例において、補正を、発光装置の種々の応答性又はパターン色の変化を補償するために赤、緑及び青の波長について独立して応用することもできる。各波長のための独立した補償により、発光装置の強度応答性への信号における異なる変化によって色不均衡を制限することを支援することができる。
【００８７】
図２９を参照するに、ガンマ補正メモリ２５１０から出力された補正されたデータは、ガンマ補正アナログ信号を発生するために、Ｄ／Ａコンバータ２５１２を駆動する。走査装置駆動回路２５１４は、光源２５１６への入力信号を発生するように、補正されたアナログ信号を増幅及び処理する。これに応答して、光源２５１６は、ガンマ補正メモリ２５１０からの補正されたデータに従って変調された光を出力する。変調された光は、見るための走査及び変調された光を発生するために、走査装置２５１８に入射する。
【００８８】
バッファー２５０８、補正メモリ２５１０及びＤ／Ａコンバータ２５１２を駆動するクロック信号は、クロック発生装置２５２２と、パターンメモリ２５２４と、増加端部検知装置２５２６とを含む補正されたクロック回路２５２０から得られる。クロック発生装置２５２２は、走査装置２５１８からの感知信号に固定された位相固定ループ（以下「ＰＬＬ」という。）を含む。ＰＬＬは、感知信号に固定された約８０ＭＨｚの高周波クロック信号を発生する。高周波クロック信号は、パターンメモリ２５２４のアドレスからの連続的なデータを時間記録する。
【００８９】
増加端部検知装置２５２６は、パターンメモリ２５２４から検索されたデータの各変化０から１の変化に応じてパルスを出力する。その後、パルスは、バッファー出力、ガンマ補正メモリ２５１０及びＤ／Ａコンバータ２５１２を駆動するクロック信号ＣＫＯＵＴを形成する。
【００９０】
端部検知装置２５２６から出力されたパルスのタイミングが、パターンメモリ２５２４に記憶されたデータに依存すると共に走査装置２５１８の走査周波数ｆＳＣＡＮに依存することは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。図３１は概念の単純化された例を示す。図３１において、データ構造が単純化され、また、アドレス指定及び他の回路構成が説明をわかりやすくするために省略されていることも、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。
【００９１】
図３１に示す例において、走査周波数ｆＳＣＡＮが２０ｋＨｚであると共にクロック発生装置２５２２が走査周波数ｆＳＣＡＮの４０００倍の周波数で１つのクロック信号を出力するとき、パターンメモリ２５２４は８０ＭＨｚで時間記録がされる。アドレス指定されたメモリ位置２５２４Ａにおける全ビットが０であるとき、１６の変化の発生装置クロックのために生じる出力クロックの変化はない。位置２５２４Ｂのデータ構造のために、単一の変化の出力クロックが、１６の変化の発生装置クロックのために生じる。
【００９２】
したがって、パルスの数及び相対的タイミングは、パターンメモリ２５２４の記憶されたデータによって制御される。他方、発生装置クロックの周波数は走査周波数に依存する。走査周波数が変化したとき、パルスのタイミングも変化する。
【００９３】
図２９及び図３０に示す手法は、折れ曲がり状速度変化補正に限定されない。クロックパターンメモリ２５２４は、光学的歪み、第二次高調波及び電子装置又は発光源の応答時間特異性のような他の多くの種類の非線型作用を処理するようにプログラムすることができる。
【００９４】
さらに、図２９に示す基礎的な構造は、図３０に示すように、ビット計数装置２５３０、ルークアップテーブル２５３２及び垂直増加回路２５３４を加えることによって容易に変更することができる。計数装置２５３０は、２ビットの記憶データを検索するように入力クロックの各パルスに応じてルークアップテーブルにアドレス指定をする。検索されたデータは、垂直アドレスが増加、減少又はそのまま削除されたか否かを示す。アドレスが増加又は減少されたとき、増加回路は、公称メモリ位置に記憶すべきデータが公称位置より高い又は低い１つの列である交互の位置に実際に記憶されるように、バッファー２５０８におけるアドレスを増加又は減少させる。
【００９５】
そのようなデータ構造の図的表現を、図３２に単純化された例として示す。この例において、第１の行（行列０）のデータのための第１の３つの組のデータビットは第１のメモリ列に記憶され、第１の行のための次の３つの組のデータビットは第２のメモリ列に記憶され、第１の行のための最後の３つの組のデータビットは第３のメモリ列に記憶される。この例が、説明をわかりやすくするために非常に単純化されていることは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。実際の実行においては、さらに多くの組のデータを含む。
【００９６】
結果として、１つの列のためのある部分のデータは新しい列に移動される。したがって、バッファー２５０８に生じたデータマップは図３２からわかるように歪んでいる。しかし、データマップの歪みは、走査及び光学的歪みによって生じた像の垂直歪みを相殺するように選択される。結果として、全装置歪みが低減される。図３０に示す実施例においては、バッファー２５０８に記憶されたデータの位置を調整することによって垂直歪みの補正がされるものとしているが、この補正を実行するようにしてもよい。例えば、記憶位置の住所（アドレス）を調整するのではなく、データをバッファー２５０８からＲＡＭＤＡＣ２５０９に取り戻す（ｒｅｔｒｉｅｖｅ）ために用いるアドレスを変更することができる。
【００９７】
前記したように、多くの応用において、１以上の走査装置の走査周波数を制御することが望ましい。非共振又は低Ｑの装置において、駆動信号の周波数を単に変えることにより、走査周波数を変えることができる。しかし、高Ｑ共振の装置では、駆動信号が走査装置の共振周波数と異なるとき、走査装置の振幅応答特性は劇的に降下する。駆動信号の振幅を変化させることにより幾分の補償をすることができるが、駆動信号の大きさは、多くの場合において、容認できない大きさになる。したがって、単に駆動信号の周波数及び／又は振幅を制御することによって走査周波数ｆＳＣＡＮを制御することを試みることは、多くの応用において、望ましい。
【００９８】
周波数ｆＳＣＡＮを制御する１つの方法について、ＭＥＭ走査装置３３００に関し、図３３及び図３４に示す。走査装置３３００は、ミラー本体３３０４の角部に配置された４つの調整タブ３３０２Ａ〜３３０２Ｄを含む。調整タブ３３０２Ａ〜３３０２Ｄは、ミラー本体３３０４に一体的な可撓性の突出部である。固定の剛性を有する突出部３３０５は、各調整タブとの間に小さな間隙を有して、調整タブ３３０２Ａ〜３３０２Ｄに隣接するミラー本体３３０４から突出する。
【００９９】
調整タブ３３０２Ａ〜３３０２Ｄのそれぞれは、各調整タブ３３０２Ａ〜３３０２Ｄに隣接する電気的基準面を形成すべく、導体３３１０によって外部電極３３１２に結合された接地電極３３０６を支持している。剛性を有する突出部３３０６Ａ〜Ｄは、各調整タブ３３０２Ａ〜３３０２Ｄと各タブに対応する剛性の突出部３３０６Ａ〜３３０６Ｄとの間の電圧差の制御を可能にする各外部電極３３１６Ａ〜３３１６Ｄによって制御される各熱電極３３０８を支持している。
【０１００】
各可撓性のタブ３３０２Ａ〜３３０２Ｄは、図３４に示すように、各タブがタブ３３０２Ａ〜３３０２Ｄと、隣接の剛性の突出部３３０６との間の印加電圧差に応じて撓む又は曲がるような寸法に形成されている。撓み又は曲がりの量は、印加電圧に依存し、調整タブの撓み又は曲がりの電気的制御が可能になる。
【０１０１】
走査装置３３００の共振周波数は、ミラー３３０４の質量と、ミラー３３０４を支持するねじり腕部３３１７の寸法及び機械的特性と、ミラー３３０４の回転軸線に対して相対的なミラー３３０４（ミラー３３０４のタブ３３０２Ａ〜３３０２Ｄ及び剛性の突出部３３０６を含む。）の各半分の質量についての中心位置３３１８との関数であることは、当業者であれば容易に理解することができる。可撓性タブを撓ませれば、質量についての中心（以下「質量中心」という。）は、原位置３３１８からわずかに内方の新しい位置３３２０に変位する。質量中心が回転軸線の近くに配置されているので、走査周波数はわずかに増加する。したがって、固定の突出部３３０６に係る電圧を増加させれば、走査装置３００の共振周波数が増加する。
【０１０２】
走査装置に共振を制御するために電気的に制御される素子を用いることは、水平走査周波数を制御することのために限定されない。例えば、図３５に示す実施例において、ミラー本体３５は、該本体から伸びる組指形状の櫛形駆動装置３５０２を有する。櫛形駆動装置により駆動されたアクチュエータは、既知の構造であり、例えば、タング（Ｔａｎｇ）ら著の「変換器’８９年、固体センサ及びアクチュエータに関する第５回国際会議議事録及びユーロセンサＩＩＩ（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ ’８９， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ５ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ ａｎｄ Ｅｕｒｏｓｅｎｓｏｒｓ ＩＩＩ）」、第２巻第３２８〜３３１頁、１９９０年７月発行、の論文に示されており、この文献を参考文献として本願に組み入れる。
【０１０３】
櫛形駆動装置３５０２を制御すべく電圧Ｖｔｕｎｅ１、Ｖｔｕｎｅ２を調整することを可能にするために、各導体３５０４は、各櫛形駆動装置３５０２から伸びている。既知のように、印加電圧は、櫛形駆動装置３５０２に水平方向の力Ｆ１、Ｆ２を生じさせる。櫛形駆動装置３５０２の端部の可撓性の腕部３５０６は、力Ｆ１、Ｆ２に応じて撓み又は曲がり、これによって、ミラー本体の各半分の質量中心３５０８に対して相対的に可撓性の腕部３５０６の質量を変位させる。位置変化は、ミラー本体３５００の回転軸と平行であるので、水平共振周波数は、著しくは変化しない。しかし、電圧が、可撓性の腕部が種々の位置への変更をされるように設定されているとき、ミラー本体３５００がわずかに不均衡になる可能性がある。ミラー本体３５００は、図２０に示すリサージュパターンに近づき始める。調整電圧Ｖｔｕｎｅ１、Ｖｔｕｎｅ２を調整すれば、該調整に対応する調整が走査パターンに生じる。可撓性の部分３５０６の質量及び電圧Ｖｔｕｎｅ１、Ｖｔｕｎｅ２が適切に選択されたとき、不均衡のミラー本体からの振動の共振周波数は水平走査周波数の積分積であり、リサージュパターンは安定する。走査パターンを監視し、調整電圧Ｖｔｕｎｅ１、Ｖｔｕｎｅ２を調整することによって、リサージュパターンは安定性を維持される。したがって、電子的に制御された構造は、ピンチ補正を支援する。
【０１０４】
図３６に、走査装置３６００の共振周波数を制御するための他の例を示す。この実施例において、走査装置３６００は、透明の蓋３６０６を有する密封パッケージ３６０４に収容されており、密閉パッケージ３６０４の試料台３６０２上に配置されている。パッケージ３６０４は、低圧の、ヘリウム又はアルゴンを含む混合気体のようなガスを含む。走査装置３６００の共振周波数は、部分的に、パッケージ３６０２内の圧力及びガスの特性に依存して振動する。このような点について、バルテス（Ｂａｌｔｅｓ）ら著の「リリパットの電子的ノイズ、アイトリプルイー・スペクトル（ＴＨＥ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＮＯＳＥ ＩＮ ＬＩＬＬＩＰＵＴ， ＩＥＥＥ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）」、第３５〜３９頁、１９９８年９月発行、の論文に示されており、この文献を参考文献として本願に組み入れる。従来の密封パッケージと異なり、パッケージ３６０２は、試料台３６０２の下方に位置する一組のガス抜きノジュール３６１０を含む。
【０１０５】
ノジュール３６１０は、ポリマー又は重合体におけるイソプロパノールのようなガス抜き可能の材料又は物質からなり、抵抗性を有するヒータ３６１１の上部に形成されている。電流を流すことにより、ヒータ３６１１の抵抗加熱が生じ、次いで、ノジュール３６１０のガス抜きが生じる。電子的周波数制御装置３６１４は、各ノジュール３６１０の両側に配置された一組の電極３６１２に制御電流を流すことによって、ガス抜き量を制御する。走査装置３６００の共振周波数は、ガス濃度の増加により、減少する。周波数のより大きな変化のために、吸収性のポリマー部分３６１８は、共振周波数への吸収効果を「増大」すべく走査装置のねじり腕部３６２０を覆っている。
【０１０６】
前記した可変又は「動的」の調整方法は、一般に、小さな周波数変化を所持させるために望ましい。そのような周波数調整は、環境効果、エージング又は内部熱増大に起因する共振周波数ずれを補償する。動的調整方法の困難性を減じるか又は動的調整のすべてを除去するために、走査装置の非補償の共振周波数と望ましい走査周波数との間の差を最小にするために、走査装置の共振周波数を「調整」することは、多くの応用において望ましい。そのような周波数差は、プロセス変動、材料特性変動又はいくつかの他の影響によって生じる。
【０１０７】
図３７に、走査装置の非補償の共振周波数を調整するための手法の一例を示す。図示の例において、走査装置３７００は、一体的な調整タブ３７０２Ａ及び３７０２Ｂ、３７０４Ａ及び３７０４Ｂ、３７０６Ａ及び３７０６Ｂ、３７０８Ａ及び３７０８Ｂ、３７１０及び３７１２を有する。初めは、走査装置のミラー本体３７１４及びねじり腕部３７１６は、望ましい共振周波数よりわずかに小さい共振周波数（取り付けられた調整タブ３７０２Ａ及び３７０２Ｂ、３７０４Ａ及び３７０４Ｂ、３７０６Ａ及び３７０６Ｂ、３７０８Ａ及び３７０８Ｂ、３７１０及び３７１２のすべてによる。）を生じるような寸法に形成されている。走査装置３７００を組み立てたとき、共振周波数を、種々の方法で測定することができる。例えば、前記したいずれかの技術により、走査装置３７００を駆動することができ、また、ミラー応答性を光学的に監視することができる。選択的に、周波数に対するインピーダンスを測定することにより、共振周波数を相対的に速く生じさせることもできる。
【０１０８】
予め決められた共振周波数は、望ましい周波数補償を確定するために、望ましい共振周波数と比較される。確定された周波数補償に基づいて、調整タブ３７０２Ａ及び３７０２Ｂ、３７０４Ａ及び３７０４Ｂ、３７０６Ａ及び３７０６Ｂ、３７０８Ａ及び３７０８Ｂ、３７１０及び３７１２のいくつかを、例えば、ミラー本体３７１４の質量を減じるべくレーザトリミング又は機械的力によって除去する。既知のように、（他の変化がない状況で）ミラー本体３７１４の質量を減じれば、共振周波数が増加する。確定された周波数補償のために除去されるべきタブの数及び位置は、模擬又は経験上のデータから決定することができる。好ましくは、除去された調整タブは、ミラー本体の各半分の質量中心に対して対称的に、かつミラー本体３７１４の回転軸線に関して対称的に配置される。対称的な配置を容易に実現するために、調整タブ３７０２Ａ及び３７０２Ｂ、３７０４Ａ及び３７０４Ｂ、３７０６Ａ及び３７０６Ｂ、３７０８Ａ及び３７０８Ｂ、３７１０及び３７１２は、ミラー本体３７１４のまわりに対称的位置に配置される。例えば、調整タブ３７０２Ａ及び３７０２Ｂ、３７０４Ａ及び３７０４Ｂは、一般に、グループで除去される四組のタブを形成する。同様に、調整タブ３７１０及び３７１２は、一般に、対で除去される一組のタブを形成する。
【０１０９】
図３７に示す例では、図示をわかりやすくために、調整タブ３７０２Ａ及び３７０２Ｂ、３７０４Ａ及び３７０４Ｂ、３７０６Ａ及び３７０６Ｂ、３７０８Ａ及び３７０８Ｂ、３７１０及び３７１２を互いに同じ大きさを有するものとしているが、同じ大きさを有することが常に必要であることもなく、また、常に望ましいことでもない。いくつかの応用において、そのようなタブは、調整においてより大きな可撓性を可能にするような大きさに変更されてもよい。
【０１１０】
図１２に関して説明したように、タイル張りのように２次元に配置すれば、走査装置についての要求が少なく、大寸法かつ高解像度の表示装置を得ることができる。図３８に、４つの分離源３８００、３８０２、３８０４、３８０６が共通の走査装置３８０８に光を供給するときに生じる一つの困難を示す。図において左下の走査装置３８００のために示した線からわかるように、右上の走査装置３８０４は、左下の走査装置３８００の予期される走査領域３８１０内に配置されている。さらに調整をすることなく、右上の走査装置３８０４は、左下の走査装置３８００から像の部分を吸収するように予期され、対応するタイルの非照明領域を生じさせる。
【０１１１】
図３９は、源及びビームの重なりの効果を低減する一手法を示す。この実施例において、光は、分離ファイバ３９００、３９０２、３９０４、３９０６を通り、各ＧＲＩＮレンズ３９０８、３９１０、３９１２、３９１４によって各調整ミラー３９１６、３９１８、３９２０、３９２２に集光及び合焦される。図４０に示す２つのミラー３９１６、３９２２からわかるように、調整ミラー３９１６、３９２２は、各ＧＲＩＮレンズ３９０８、３９１４からの光の進行方向を、一部の光を反射する曲面ミラー３９２４に向く方向に変える、非常に小さいミラーである。ミラー３９２４は、前述したように、中央に配置された、周期的に走査する走査装置３９２６の方へ、入射光の向きを変える。走査された光は、一部の光を反射するミラー３９２４を通って、像を見ることができる像領域３９２８へ進む。
【０１１２】
図４０からわかるように、ＧＲＩＮレンズ３９０８、３９１４は、各ファイバ３９００、３９０６からの発散光（ｄｉｖｅｒｇｉｎｇ ｌｉｇｈｔ）を集束し、各調整ミラー３９１６、３９２２面上において集束光のビーム径が実質的に最小の直径になるように該ビーム径を小さくする。ビーム３９３０は、曲面ミラー３９２４へ進むとき、その径が拡大する。曲面ミラー３９２４は、拡大ビーム３９３０を、走査装置３９２６のミラー幅Ｗよりわずかに小さい直径を有し、実質的にコリメートされた又はわずかに集束されたビーム３９３２に変換する。
【０１１３】
図４０からわかるように、調整ミラー３９１６、３９１８、３９２０、３９２２は、該ミラーの走査の一部の間、他の調整ミラーからの光を遮断する。しかし、調整ミラーはビームの小さい部分のみを遮断し、ビームは像領域３９２４に集束することから、その影響は、対応する画素についてのわずかの白やけである。これは補償されず、望ましい画素強度からのわずかの変化を生じさせる。しかし、図２９に関して説明したプログラム制御可能なゲートアレイ２５０６は、調整ミラー３９１６、３９１８、３９２０、３９２２の白やけの影響を相殺するための強度を予め付加する。
【０１１４】
図３９及び図４０に示す表示装置の効率をさらに改善するためには、偏光特性を用いることができる。いくつかの応用において、ファイバ３９００、３９０２、３９０４、３９０６（又はレーザダイオードのような他の光源）は、偏光を発する。スリーエム（３Ｍ）社製のデュアル・ブライトネス・エンハンスメント・フィルム（Ｄｕａｌ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ）のような偏光依存型の反射物３９３４がミラーの内面に被覆され、該反射物は、偏光された入射ビーム３９３０を反射する。反射ビーム３９３２が走査装置３９２６に進んだとき、ビーム３９３２は、４５度だけ偏光を回転させる四分の一波長板を通る。ビーム３９３２は、走査装置３９２６で反射され、再び四分の一波長板を通り、これにより、偏光は、９０度の回転をしたことになり、原ビーム３９３０と直角をなす。直角に偏光されたビームは、偏光依存型の反射物３９３４を効率よく通り、像領域３９２８へ進む。
【０１１５】
図４１に、補正走査装置を有することなくラスターピンチを低減することができるタイル手法の利用の仕方を示す。この実施例において、入力ファイバ４１０２からの変調光は、光スイッチ４１０８によって規定された、いずれかの一組の伝送ファイバ４１０４、４１０６に入射する。光は、伝送ファイバ４１０４、４１０６を経て、第１のファイバ４１０４からの光を像領域４１１４の第１の領域４１１２に走査し、第２のファイバ４１０６からの光を像領域４１１４の第２の領域４１１６に走査する共通の走査装置４１１０に入射する。ファイバ４１０４、４１０６は、第１及び第２の領域４１１２、４１１６がわずかに重なり領域４１１８で重なるように向けられている。
【０１１６】
走査装置４１１０の前方掃引の間、電子制御装置４１２０は、光が第２のファイバ４１０６を通るように、スイッチ４１０８を作動させる。走査装置４１１０は、第２の領域４１１６の第１の走査線４１１２に沿って光の進行方向を変える。前方掃引の最後に、制御装置４１２０は、光が第１のファイバ４１０４を通り、第１の領域４１１２の第１の走査線４１１２に沿って走査されるように、スイッチ４１０８を作動させる。走査装置４１１０の連続する各掃引のために、制御装置４１２０は、領域４１１２、４１１６のそれぞれの複数組の線が生じるようにスイッチを作動させる。図４１に示すように、垂直走査は前方掃引の間継続し、線はわずかに傾斜している。このような傾斜を人が観察することが一般的に可能でない間、所望ならば、注文による光学装置に、走査傾斜を相殺する「カウンター」傾斜を生じさせるようにしてもよい。選択的に、像データは、補償のために、図２９に関して説明したプログラム制御可能なゲートアレイ２５０６によって前もって補償されていてもよい。
【０１１７】
この構造は、２つの水平タイル又は単一の発光装置に限定されない。例えば、図４２に示すように、２つの光ファイバからの光は、２×２の傾斜像を生じるように、４つのファイバに切り替えるようにしてもよい。
【０１１８】
この方法において、入力ファイバ４２００は、一組の光スイッチ４２１０、４２１２、４２１４によって、４つのファイバ４２０２、４２０４、４２０６、４２０８に結合されている。各ファイバは、光が走査組立体４２１６に各角度から入射するようにされている。スイッチ制御装置４２２０は、掃引の方向に従って、また、熟視追跡装置（図示せず）によって与えられる使用者の熟視の追跡位置に従って、スイッチ４２１０、４２１２、４２１４を作動させる。熟視追跡装置は、熟視方向を決定するためのいかなる既知の装置であってもよい。
【０１１９】
例えば、使用者が像の上半分を見たとき、左上タイル４２２２の像を生じるために傾斜された第１のファイバ４２０６は、前方掃引の間、走査組立体４２１６に光を送る。右上タイル４２２４の像を生じるために傾斜された第２のファイバ４２０８は、逆掃引の間、走査組立体４２１６に光を送る。使用者が像の下半分を見たとき、左下タイル４２２６の像を生じるために傾斜された第３のファイバ４２０４は、前方掃引の間、走査組立体４２１６に光を送る。右下タイル４２２８の像を生じるために傾斜された第４のファイバ４２０２は、逆掃引の間、走査組立体４２１６に光を送る。各ファイバ４２００、４２０６、４２０８、４２０４を単一のファイバとして示したが、いくつかの応用においては、各ファイバ４２００、４２０６、４２０８、４２０４は、実際に、複数のファイバ４２００、４２０６、４２０８、４２０４を含んでいてもよい。そのような応用において、各ファイバ４２００、４２０６、４２０８、４２０４は、複数の入力ファイバ４２００及び対応する複数のスイッチセットによって、光の入力がされる。そのような実施例は、好都合に、複数の線が同時に書かれることを可能にする。同時に複数の線を書くことは、前記した単一の線を書く方法と比べて、水平走査の周波数を減少させ、これによって、走査の困難性を低減する。また、複数の発光装置のから同時に光を供給することは、与えられた表示輝度のために必要な、各源からの光エネルギー量を減少させ、また、ビームの変調周波数を減少させる。これは光源の性能要件を低減し、これにより、表示装置全体に係る費用及び複雑さが減少する。
【０１２０】
図４１及び図４２に示す実施例においては、ファイバ及び光スイッチをもちいるものとして説明したが、いくつかの応用においては、ファイバに代えて、レーザダイオード、ＬＥＤ、マイクロレーザ又はガスレーザのような離散光源を用いてもよい。そのような応用において、電気スイッチ（例えば、トランジスタ）は、ミラーの前方及び逆の掃引の間の光の供給を制御するために、各源への駆動電流を選択的に制御するか又は各源に整列された外部変調器を制御する。
【０１２１】
本発明を典型的な実施例によって説明したが、構造や方法における変更又は変形を本発明の精神及び範囲を逸脱しない範囲においてすることができる。同様に、種々の装置構成部分の配置は、前記した種々の像形成装置において変更することができる。配置の一例において、補正走査装置は、他の走査装置の前又は後の光路に配置することができる。また、射出瞳拡大装置は、多くの応用において、追加又は省略されてもよい。そのような実施例において、従来の眼追跡は、眼への走査ビームの結合を容易にするために、追加されてもよい。さらに、走査装置は、走査網膜表示装置に加え、投写型表示装置、光学的記憶装置（光メモリー）、及び他の種々の走査光ビーム装置のために用いることができる。さらに、プログラム制御可能の表示装置のような他の種々のタイミング制御機構は、図２４から図３１を参照して説明した方法に代えて、走査装置の種々の速度を補償するために用いてもよい。さらに、いくつかの応用において、１以上のビームが供給される走査装置を複数用いることは、配置を容易にするため又は他の理由のために望ましい。そのような構造において、各走査装置及びその対応する光源は、一組のタイルを生じる。像全体は、隣接配置又は重畳によって各走査装置からのタイルセットを結合することによって形成される。重畳は、一般に、各走査装置がそれぞれの波長のために用いられるときにのみ好ましいとしたが、いくつかの応用において、重畳を、像結合についての組合せ又は他の方法のために用いてもよい。
【０１２２】
タイミング及び歪みの補正についての他の代替的方法において、メモリマップは、一定速度で、歪みなくアドレス指定をされる。走査装置の非直線性又は非線形性を補償するために、各位置のためのデータは、回収された像データから引き出され、一定の増加量で出力される。例えば、図２７を参照するに、データは、時間１５００で出力される（この時刻が画素時刻に直接対していないときでさえも出力される。）。補償のために、バッファー２５０８は、この線のために第１０及び第１１の位置にアドレス指定をされる。次いで、出力データは、第１０及び第１１の位置からのデータの加重平均である。したがって、バッファー２５０８は一定速度で時間計測をされ、画素は一定速度で出力される。さらに、アドレス指定回路を慎重に制御して加重平均を実行すれば、出力データは、正弦波状に補正される。また、発光装置及び光源として、ファイバ付き又はファイバ無しのレーザダイオード又はＬＥＤを用いるものとして説明したが、マイクロレーザ、ガスレーザ又は他の発光装置のような他の種々の発光装置は、いくつかの応用において望ましい。さらに、典型的な走査組立体としてねじり型取付のミラーとしたが、回転ポリゴン体、櫛形駆動ミラー、音響光学走査装置及び他の走査構造のような他の走査組立体は本発明の範囲内にある。また、ビームを単一の走査装置に集束するものとして示したが、いくつかの応用において、各ビーム光のために分離走査装置を用いること又は複数のビームを反射する複数の走査装置を用いることは望ましい。したがって、本発明は、従属項に従う場合を除いて限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
人の眼に整列された表示装置を示す図。
【図２】
（Ａ）は、像源からの光と背景からの光との結合から得れらた、使用者によって認識される結合像を示す図。（Ｂ）は、図１に示す表示装置において背景光がさえぎられたときの、使用者によって認識される図。
【図３】
二方向走査のビームを人の眼に結合させたときの、走査装置及び人の眼を示す図。
【図４】
（Ａ）及び（Ｂ）は、図３に示す走査組立体の走査装置の走査パターンを示す信号タイミング図。
【図５】
望ましい走査経路と比べたときの、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）の信号に応じた走査ビームによる経路を示す信号位置図。
【図６】
２つの光ビームを含む、本発明の一実施例に係る表示装置を示す図。
【図７】
鎖（ｔｅｔｈｅｒ）を含む頭部装着型の走査装置を示す等大の図。
【図８】
補正ミラーを含む、図６に示す走査表示装置内の走査組立体を示す図。
【図９】
図８に示す走査組立体に用いるために適した水平走査装置及び垂直走査装置を示す等大の図。
【図１０】
わずかに重なったタイルが示された、２つの入力ビームを有する走査装置を示す図。
【図１１】
空間的に分離された位置でされる４つの光供給が示された二軸走査装置の平面図。
【図１２】
図１１に示す４つの光供給の走査装置によって生じた４つのタイルを示す図。
【図１３】
４つの分離バッファー装置を含む、図１１に示す４つの分離供給を駆動するためのシステムを示す図。
【図１４】
垂直走査装置を駆動するためにランプ信号と望ましい信号とを比較する信号タイミング図。
【図１５】
垂直走査位置のための配置エラー及び補正を示す信号タイミング図
【図１６】
圧電型補正走査装置の断面図。
【図１７】
（Ａ）は、小型電気機械式（ＭＥＭ）補正走査装置の平面図。（Ｂ）は、容量性のプレートと該プレートの走査ミラーに対する位置合わせとが示された、（Ａ）の小型電気機械式（ＭＥＭ）補正走査装置の断面図。
【図１８】
全走査の９０％にわたり正弦波状に駆動される走査装置を用いた、補正された走査位置を示す図。
【図１９】
エラーが低減された走査装置の他の実施例を示し、垂直コンポーネントに水平ミラーを付加することによって走査補正を実行したことを示す図。
【図２０】
図１９に示す走査装置によって偏りを生じさせられたビームの走査経路を示す位置図。
【図２１】
二軸型小型電気機械式（ＭＥＭ）走査装置及び小型電気機械式（ＭＥＭ）補正走査装置を含む走査システムを示す図。
【図２２】
入力ファイバの位置又は角度を変化させることによって入力ビームを変化させる補正走査装置を示す図。
【図２３】
電気信号に応じて入力ビームを変化させる電気光学式水晶を含む補正走査装置を示す図。
【図２４】
目標物からの外部光を得る像装置を示す図。
【図２５】
視認可能の像を投影する、図２に示す像装置の他の実施例を示す図。
【図２６】
正弦波状の走査位置と直線の走査位置との偏差を時間に対してグラフ化した信号タイミング図。
【図２７】
正弦波状走査のための位置を走査するために直線カウント組のマップがいかに作られるかを示すグラフ。
【図２８】
共振ミラーの非直線走査速度を補償する間、メモリマトリックスにデータを記憶するためにデータを処理するシステムを示すブロック図。
【図２９】
共振ミラーの非直線走査速度を補償する間、メモリマトリックスからデータを引き出すために出力クロックを発生する第１のシステムを示すブロック図。
【図３０】
予備歪みを含む、図２９に示す装置の他の実施例を示すブロック図。
【図３１】
図２９に示すブロック図のクロック発生部分の詳細なブロック図。
【図３２】
垂直光学歪みを補償するために予備補償されたデータを示すデータ構造を示す図。
【図３３】
各ミラーの半分の質量中心を電子的に制御するための構造を含む小型電気機械式（ＭＥＭ）走査装置の平面図。
【図３４】
印加電圧に応じて突出部の曲げを示す、図３２に示す小型電気機械式（ＭＥＭ）の走査装置を示す図。
【図３５】
各ミラーの半分の質量中心を横方向に変化させるための構造を含む小型電気機械式（ＭＥＭ）走査装置の平面図。
【図３６】
電気的に制御されたガス抜きノジュールを含む、囲まれた走査装置を示す断面図。
【図３７】
周波数調整のための選択的に除去可能のタブを含む小型電気機械式（ＭＥＭ）ミラーの平面図。
【図３８】
走査領域と光源との重なりを示す四光源表示装置を示す図。
【図３９】
小さい調整ミラーとオフセット光源とを有する四光源表示装置を示す図。
【図４０】
小さい調整ミラーと共通の曲面ミラーとによるビーム経路を示す、図３９に示す表示装置を示す図。
【図４１】
分離タイルに光を供給するための切替式光ファイバを含む単一の発光装置を示す図。
【図４２】
４つの分離タイルを生じさせるために検出された熟視方向に応じて、一組の光学スイッチによって走査装置に光を供給するための４つの分離ファイバを含む表示装置を示す図。
【符号の説明】
７０ 表示装置
７２ 眼
７６ 像源
７８ 光源
８０ ビーム
８２ 走査組立体
４１０２ 入力ファイバ
４１０４、４１０６ ファイバ
４１０８ 光スイッチ
４１１０ 走査装置
４１１２ 第１の領域
４１１４ 像領域
４１１６ 第２の領域
４１１８ 重なり領域
４１２０ 電子制御装置
【技術分野】
本発明は、走査光装置に関し、特に、画像や映像などの像を見るため又は取り込むための、走査光ビーム表示装置及び像化装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
図絵的な像又はビデオ映像を視覚的に表示する装置をユーザーに提供するために種々の技術を利用することができる。多くの応用においては、例えば、テレビ受像装置やコンピュータ用モニター装置のようなブラウン管型表示装置（以下「ＣＲＴ表示装置」という。）により、人が見ることのできる像が形成される。このような装置はいくつかの制限を甘受している。例えば、ＣＲＴ表示装置は大きな寸法を有すると共に相当な量の電力を消費し、このことが、ＣＲＴ表示装置を携帯用に応用し又は頭部装着用に応用するためには望ましくないものとさせている。
【０００３】
液晶表示装置や電界放射型表示装置のようなマトリックスアドレス方式の表示装置は、寸法がより小さいと共に電力消費もより少ない。しかし、典型的なマトリックスアドレス方式の表示装置は対角線寸法が数インチを有する画面を用いる。このような画面は、該画面を、頭部装着用に応用しようとする場合やユーザーの視野の小さな部分のみを占める表示を意図して応用しようとする場合に、使用上の制限を受ける。そのような表示装置は、ますます困難になる加工や解像度・輝度の制限という犠牲を払うことによって、小型化されている。また、そのような表示装置の解像度の向上のためには、一般に、装置の複雑さが著しく増すことが要求される。
【０００４】
従来の表示装置の多くの制限を克服する１つの取り組み方を示す装置として、ファーネス（Ｆｕｒｎｅｓｓ）らによる米国特許第５，４６７，１０４号明細書「仮想網膜表示装置（ＶＩＲＴＵＡＬ ＲＥＴＩＮＡＬ ＤＩＳＰＬＡＹ）」に開示されているような走査ビーム表示装置があり、この特許文献を本願において参考文献として組み入れている。図１に概略的に示すように、走査ビーム表示装置４０において、走査源４２は、ビーム結像装置４６によって人の眼４４に結像される走査ビーム光を出力する。走査表示装置の一例において、走査源４２は、走査ミラー式又は音響光学式走査装置のような、変調された光ビームを人の網膜上で走査させる走査装置を含む。走査表示装置の他の例において、走査源は、角度的掃引を通して回転される、１以上の発光装置を含む。
【０００５】
走査光は、人の瞳孔４８を経て眼４４に入射し、角膜によって網膜５９上に結像される。見る人は走査光に応じた像として認識する。他の例において、走査源４２は、変調された光ビームを、人が眺める画面上で走査させる。前者のような走査装置の例は、メルビル（Ｍｅｌｖｉｌｌｅ）らによる米国特許第５，５５７，４４４号明細書「２軸走査装置のための小型光学走査装置（ＭＩＮＩＡＴＵＲＥ ＯＰＴＩＣＡＬ ＳＣＡＮＮＥＲ ＦＯＲ Ａ ＴＷＯ−ＡＸＩＳ ＳＣＡＮＮＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ）」に示されており、この特許文献を本願において参考文献として組み入れている。
【０００６】
そのような表示装置は、時には、部分的な視野で見ること又は視野を拡大して見ることへの応用のために用いられる。このような応用において、表示の部分は、ユーザーの視野内に配置され、図２（Ａ）に示すように、ユーザーの視野４５の領域４３を占める像を表す。したがって、ユーザーは、表示された仮想の像（ｖｉｒｔｕａｌ ｉｍａｇｅ）４７と背景情報４９とのいずれをも見ることができる。背景の光が遮られたとき、見る人は、図２（Ｂ）に示すように、仮想の像４７のみを認識する。
【０００７】
そのような表示装置における１つの難点としてラスターピンチすなわちラスター細り（ｒａｓｔｅｒ ｐｉｎｃｈ）があり、これについて図３から図５を参照して説明する。図３に模式的に示すように、走査源４２は、変調光ビーム５２を発する発光源５０を含む。この例において、発光源５０は、レーザダイオード（図示せず。）のような１以上の発光装置によって駆動される光ファイバーである。ビーム５２が、方向転換ミラー５４に当たり、水平走査装置５６に向けられるように、レンズ５３は、ビーム５２についての集光及び焦点合わせを行う。水平走査装置５６は、ビーム５２をビーム走査軌跡が周期的に折れ曲がり状になるように走査させる機械式共振型走査装置である。水平走査されたビームは、該水平走査ビームを周期的に垂直方向に掃引するように走査させる垂直走査装置５８に進む。垂直走査装置５８からのビーム５２の各角度のために、射出瞳拡大装置６２は、ビーム５２を一組のビーム６３に変換する。眼結像光学装置６０は、ビーム６３を集束し、一組の射出瞳６５を形成する。射出瞳６５は、人の眼６４によって見るための拡大射出瞳として共に作動する。このような拡大装置の１つとして、コリン（Ｋｏｌｌｉｎ）らによる米国特許第５，７０１，１３２号明細書「拡大射出瞳を用いる仮想網膜表示装置（ＶＩＲＴＵＡＬ ＲＥＴＩＮＡＬ ＤＩＳＰＬＡＹ ＷＩＴＨ ＥＸＰＡＮＤＥＤ ＥＸＩＴ ＰＵＰＩＬ）」に示された装置があり、該特許文献を本願に参考文献として組み入れる。種々の応用のため、射出瞳拡大装置６２が省略される、眼追跡（ｅｙｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ）装置によって置き換えや補充をされる、又は回折若しくは屈折の設計を含む種々の構造を有するようにすることは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。例えば、射出瞳拡大装置６２は、平面構造又は曲面構造であってもよく、種々のパターンにおいて、生じさせる出力ビームの数や様式はいかなるものであってもよい。また、図３に示す例では３つの射出瞳のみを示しているが、瞳の数は、ほとんどいかなる数であってもよいと言える。例えば、一例においては、１５×１５配列の構造が適している。
【０００８】
走査の説明に戻ると、ビームがビーム拡大装置６２における各連続位置を経て走査したとき、ビームの色及び強度は、像の各画素を形成すべく、以下に説明するように変調される。各画素位置についてビームの色及び強度を適切に制御することによって、表示装置４０は所望の像を生じさせることができる。
【０００９】
垂直及び水平の各走査装置の各波形の単純化版を図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す。平面６６（図３に示す。）において、ビームは図５に示すパターン６８を描く。図５に示す例においては、像の線として１１の線のみを示しているが、実際に表示される線の数は、一般に、１１よりはるかに多いことは、当業者であれば容易に理解することができる。実際の走査パターン６８と所望のラスター走査パターン６９とを比較すればわかるように、実際に走査されたビーム６８は、瞳拡大装置６６の外方端部で「細くなっている」。すなわち、ビームの前方及び後方への連続的な掃引動作において、走査パターンの端部近くの画素は不均等な間隔で配置される。この不均等な間隔での配置は、画素が互いに重なることや隣接する列の画素間に間隙ができることの可能性を引き起こす。さらに、像の情報は典型的には配列されたデータで提供され、この配列データの各位置は理想のラスターパターン６９の各位置に対応しているので、ずれを生じた画素位置は像の歪みを生じさせる。
【００１０】
与えられた再生速度及び与えられた波長のための、線ごとの画素数は、図３に示す構造において、回転軸に対して垂直のミラー走査角θ及びミラー寸法Ｄによって決定される。したがって、高解像度を得るためには、大きな走査角θ及び大きなミラーを有することが望ましい。しかし、大きなミラー及び大きな走査角は、一般に、低共振周波数に対応する。低共振周波数は、与えられた周期のために、より少ない表示線を提供する。したがって、大きなミラー及び大きな走査角は、容認できない再生速度を生じさせる。
【００１１】
【発明の概要】
表示装置は、各ビームが像の分離「タイル」を規定する実質的に連続の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向に同時に走査させる主走査機構を含む。好ましい実施例において、走査機構は、ビームを水平方向に掃引するように枢動するミラーを含む。
【００１２】
発光源は、各入力角度から走査機構に光ビームを供給するように整列されている。入力角度は、走査機構が各光ビームを像領域の各個別領域にまたがって掃引するように選択される。各領域が実質的に重なっていないので、各光ビームは、像の実質的に空間的分離をされた領域を生じさせる。各領域は、非常に隣接しているか又はわずかに重なっているので、空間的分離領域は、隣接する像を形成するように「タイル化」されている。ミラーの運動はすべてのビームの運動を生じさせるので、表示装置は、各空間的分離領域を同時に生じさせる。前記したように、走査角度θ及びミラー寸法は、各ビームのために描かれた画素の数を決定する。したがって、ひとつの線内の画素の総数は、各ビームのための画素数にビームの数を乗じた値に実質的に等しい。
【００１３】
一実施例において、走査機構は、一般に、水平成分及び垂直成分を有するラスターパターンで走査する。機械式共振走査装置は、ビームを正弦波状に走査させることによって水平成分を生じさせる。非共振型又は準共振型の走査装置は、典型的に、実質的に一定の角速度でビームを垂直方向に走査させる。
【００１４】
一実施例において、走査機構は、二軸小型電気機械式（以下「ＭＥＭ」という。）走査装置を含む。二軸走査装置では、各ビームの水平方向及び垂直方向の両運動を与えるために単一のミラーが用いられている。一実施例において、表示装置は、データを記憶し、記憶されたデータを各発光装置に出力するバッファー装置を含む。補正乗算装置は、駆動信号を調整する補正データを、記憶されたデータに応答する光源に供給する。調整された駆動信号は、加熱に依存するパターンによって生じる、出力強度の変化を補償する。
【００１５】
他の実施例において、結像装置又は像化装置は、検出装置又は一組の発光装置及び検出装置を用いることによって、タイル化像を得る。結像装置の一実施例において、結像装置は、発光源としてＬＥＤ又はレーザを含む、各発光源は各波長の光を発する。走査組立体は、同時に、発光源からの光を像領域の各領域に向ける。像領域の各位置のために、各検出器は、各位置の反射率に従って、各波長の光、偏光、又は対応する光源の他の特性を選択的に検出する。検出器は、像領域を表すデータを記憶する復号化電子装置に電気信号を出力する。
【００１６】
一実施例において、結像装置は、赤、緑及び青の波長帯についての複数の対の検出器／発光源を含む。各対は、各帯域内の波長で作動する。例えば、第１の赤の対は第１の赤の波長で作動し、第２の赤の対は第１の赤の波長とは異なる第２の赤の波長で作動する。
【００１７】
一実施例において、一対の発光源は、選択的に、単一の走査装置に種々の角度から光を供給する。走査装置の前方掃引の間、第１の光源は、線の一つの半分に従って変調された光を放出する。戻りの掃引の間、第２の光源は、線の第２の半分に従って変調された光を放出する。第２の掃引の方向が第１の掃引の方向とは反対であるので、第２の光源からの光が線の第２の半分を逆方向に描くように変調されるべく、線の第２の半分に対応するデータは、第２の光源に曝される前に反転される。
【００１８】
交互に光供給をする方法の一実施例において、単一の発光装置は、光学的スイッチによって２つの分離ファイバのひとつに選択的に結合された入力ファイバに光を供給する。前方掃引の間、第１の分離ファイバが第１の光源を形成するように、光学的スイッチは入力ファイバと第１の分離スイッチとを結合する。逆掃引の間、第２の分離ファイバが第２の光源を形成するように、光学的スイッチは第２の分離スイッチに光が供給されるようにする。したがって、この実施例により、単一の発光装置が、両発光源のための光を供給することができる。
【００１９】
交互に光を供給する方法は、ちょうど２つのタイルよりさらに多いタイルを描く場合に拡張することができる。一つの方法において、入力ファイバは一組の光学的スイッチによって４つのファイバに結合され、各ファイバは各角度から走査組立体に光を供給する。スイッチは、掃引の方向に従って及び使用者の視覚の追跡位置に従って作動される。例えば、使用者が像の上半分を見たとき、左上のタイルの像を生じさせるように整列された第１のファイバは、前方掃引の間、走査装置に光を供給する。右上のタイルの像を生じさせるように整列された第２のファイバは、逆掃引の間、走査装置に光を供給する。使用者が像の下半分を見たとき、左下のタイルの像を生じさせるように整列された第３のファイバは、前方掃引の間、走査装置に光を供給する。右下のタイルの像を生じさせるように整列された第４のファイバは、逆掃引の間、走査装置に光を供給する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図６に示すように、本発明の一実施例を示す走査ビーム表示装置７０は、見る人の眼７２による像認識のために配置されている。表示装置７０が光を眼７２において走査するように示しているが、図示の例における構造及び概念は、ビューイングスクリーンを含む投写型表示装置のような、他のタイプの表示装置に応用することもできる。
【００２１】
表示装置７０は４つの主要な部分を含み、以下に、各部分についてさらに詳しく説明する。最初に、制御用電子装置７４は、コンピュータ、テレビジョン受信装置、ビデオカセットプレーヤ、ＤＶＤプレーヤ、リモートセンサ又は同様の装置のような像源７６からの像信号ＶＩＭに応じて表示装置７０の動作を制御する電気信号を供給する。
【００２２】
表示装置７０の第２の部分は、像信号ＶＩＭの情報に対応する変調を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のようなコヒーレント光発生装置を用いたものであってもよいし、発光ダイオードのような非コヒーレント光発生源を用いたものであってもよい。光源７８は、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という。）のような直接に変調された光を発する装置であってもよいし、音響光学変調装置のような外部変調装置によって間接的に変調された光を連続的に発する装置を含む装置であってもよい。
【００２３】
表示装置７０の第３の部分は、変調ビーム８０をラスターパターンのような２次元走査パターンで走査させる走査組立体８２である。走査組立体８２は、好ましくは、周期的走査ミラー、又は、図３、図４、図８、図１１、図１９から図２２を参照してさらに詳しく説明するミラーを含む。
【００２４】
走査組立体８２の対向する両側に配置されたレンズ８４、８６は、表示装置７０の第４の部分をなす結像光学装置として作動する。レンズ８６は、光源７８からの光についての集光及び整形を行う円柱状のグレーデッドインデックス形（以下「ＧＲＩＮ」という。）レンズである。光源７８は、レンズ８６に向けられる光ファイバを含み、レンズ８６は、光ファイバに接着されていてもよいし、光ファイバに一体的に形成されていてもよい。選択的に、レンズ８６を、例えば、二重構造や三重構造の、他のタイプのレンズによって形成するようにしてもよい。さらに、光を整形及び案内するために、屈折素子のような他のタイプの光学素子を用いてもよい。素子の種類や型に関わらず、全光学縦列は、偏光感光材料を用いる技術、色補正技術、又は光の形状、位相や他の特性を制御するための他のあらゆる光学的技術を組み入れるようにしてもよい。
【００２５】
レンズ８４は、ほぼ眼７２によって見るために走査ビーム８０について整形及び焦点合わせを行う、部分的に透過性を有する曲面状のミラーから形成されている。レンズ８４を経た後、走査ビーム８０は、眼７２に入射し、瞳９０を経て網膜９２に当たる。各走査変調光ビームが網膜９２に当たった後、見る人は、以下に説明するように像の各部分を認識する。
【００２６】
レンズ８４は、部分的に透過性を有するので、見る人の眼７２に結合入力を生じさせるように、走査組立体８２からの光と背景８９から受けた光とを結合する。ここでは背景８９を「実際の世界（ｒｅａｌ−ｗｏｒｌｄ）」の背景として示したが、該背景の光を遮るようにし、又は背景の光を同じタイプ若しくは異なるタイプの別の光源に生じさせるようにしてもよい。種々の光学素子をレンズ８４、８６と置き換える又はレンズ８４、８６に補充するようにしてもよいことは、当業者であれば容易に理解することができる。例えば、フレネルレンズのような屈折素子とレンズ８４、８６のいずれか又は両方を置き換えてもよい。さらに、ビームスプリッタ及びレンズと、レンズ８４の部分的に透過性を有するミラー構造と置き換えてもよい。さらに、偏光子、色フィルタ、放出瞳拡大装置、色補正素子、眼追跡素子及び背景覆い用マスクのような種々の他の光学素子を、特定の応用のために組み入れてもよい。
【００２７】
図６において各エレメントを模式的に示したが、装置構成部分が典型的な寸法と形状とを有することは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。例えば、表示装置７０が移動型個人用表示装置を意図するものである場合には、図７に示すように、装置構成部分が頭部装着型の表示装置７０としてヘルメット又は同様のフレームに取り付けられるような寸法及び形状になされる。この実施例において、表示装置７０の第１の部分１７１は頭部支持用フレーム１７４に取り付けられ、第２の部分１７６は分離されて例えば腰用ベルトで携帯される。部分１７４、１７６は、第２の部分から第１の部分に光学的及び電子的な信号を伝達する光ファイバー及び電子的接続線１７８によって接続されている。ファイバー結合型の走査表示装置の例として、ファーネス（Ｆｕｒｎｅｓｓ）らによる米国特許第５，５９６，３３９号明細書「光ファイバー点光源を用いる仮想網膜表示装置（ＶＩＲＴＵＡＬ ＲＥＴＩＮＡＬ ＤＩＳＰＬＡＹ ＷＩＴＨ ＦＩＢＥＲ ＯＰＴＩＣ ＰＯＩＮＴ ＳＯＵＲＣＥ）」に示された装置があり、この特許文献を参考文献とて本願に組み入れる。
【００２８】
次に、図８を参照して、走査組立体８２の典型的な実施例を説明する。走査組立体８２は、図３に示す走査源４２に対応する複数の装置構成部分を含み、走査組立体８２及び走査源４２に共通する装置構成部分に同じ番号を付している。また、中心放射線５５のみは、図をわかりやすくするために、ビーム５２のために示している。
【００２９】
この実施例において、一組のファイバ５０は光源７８（図示せず）からの光を出す。また、レンズ８４を、部分的に透明性を有するミラーとは異なる共通の屈折レンズとして示している。図３に示す走査源４２と異なり、走査組立体８２は、垂直軸線に沿って光ビーム８０を走査すべく枢動することができる可動の補正ミラー１００を含む。以下に説明をするように、補正ミラー１００は、水平走査装置５６の（前方又は後方への）各掃引動作の間、垂直軸線に沿った連続的に変化する調整変位（ｃｏｒｒｅｃｔｉｖｅ ｓｈｉｆｔ）を生じさせる。調整変位は、図５に点線で示す所望のパターンからの走査パターンの全偏差を低減するように、垂直走査装置５８によって生じたビーム８０の垂直運動を相殺する。
【００３０】
補正ミラー１００の効果及び種々の信号の相対的タイミングを説明する前に、水平走査装置５６及び垂直走査装置５８として用いるために好適な機械式共振型走査装置２００、２２０の典型的な実施例を、図９を参照して説明する。
【００３１】
水平走査装置２００の主要な走査装置構成部分は、バネ板２０４に取り付けられた可動ミラー２０２である。ミラー２０２及びバネ板２０４の寸法並びにバネ板２０４の材料特性は、選択された共振型周波数が適用装置に依存する場合において、１〜１００ｋＨｚの範囲の固有振動（共振）周波数で高Ｑを有する。６０Ｈｚの再生速度及び非インターレスで出力されるＶＧＡ品質のため、共振周波数は、好ましくは、ほぼ１５〜２０ｋＨｚである。以下に説明するように、選択された共振周波数又は達成可能の解像度は、複数の送り装置の使用によって変更することができる。
【００３２】
ミラー２０２に取り付けられた強磁性材料は、運動力をミラー２０２に与えるように１対の電磁石コイル２０６、２０８によって駆動され、これによって、振動を開始及び維持する。強磁性材料は、好ましくは、バネ板２０４及びミラー２０２の本体に必須である。駆動用電子装置２１８は、前記したように、コイル２０６、２０８を動作させるための電気信号を供給する。電気信号に応じて、コイル２０６、２０８は強磁性材料に力を及ぼす周期的な電磁場を発生し、これによって、ミラー２０２の振動が生じる。電気信号の周波数及び位相がミラー２０２の運動と正確に同期されたとき、ミラー２０２は該ミラーの共振周波数で低消費電力で振動する。
【００３３】
垂直走査装置２２０は、共振型走査装置２００と極めて類似して構成されている。共振型走査装置２０１と同様に、垂直走査装置２２０は、駆動用電子装置２１８からの電気信号に応じて１対のコイル２２４、２２６によって駆動されるミラー２２２を含む。しかし、垂直走査のための振動速度は非常に低いので、垂直走査装置２２０は典型的には共振型ではない。ミラー２２２は、水平走査装置２０１からの光を受け、約３０〜１００Ｈｚで垂直偏位を発生する。好都合に、この低周波数はミラー２２２をミラー２０２より非常に大きなものにすることを可能にし、これによって、垂直走査装置２２０の配置に関する制約を低減する。仮想網膜表示装置及び機械式共振型走査の詳細は、ファーネス３世（Ｆｕｒｎｅｓｓ ＩＩＩ）らによる米国特許第５，４６７，１０４号明細書「仮想網膜表示（ＶＩＲＴＵＡＬ ＲＥＴＩＮＡＬ ＤＩＳＰＬＡＹ）」に非常に詳しく示されており、この特許文献を参考文献として本願に組み入れる。
【００３４】
光ビームを一般的なラスターパターンで走査させる種々の他の構造は、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。例えば、回転ポリゴン体又は検流型走査装置は、いくつかの応用においては、走査装置５６、５８のいずれか又は両方を形成するようにしてもよい。
【００３５】
他の実施例において、２方向の小型電気機械式（以下「ＭＥＭ」という。）走査装置は主要な走査を提供する。このような走査装置は、ノイカーマンス（Ｎｅｕｋｅｒｍａｎｎｓ）らによる米国特許第５，６２９，７９０号明細書「小型機械化ねじれ走査装置（ＭＩＣＲＯＭＡＣＨＩＮＥＤ ＴＯＲＳＩＯＮＡＬ ＳＣＡＮＮＥＲ）」に示されており、この特許文献を参考文献として本願に組み入れる。前記した走査装置と同様に、ＭＥＭ走査装置の水平成分は、図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）及び図２１を参照して以下に非常に詳しく説明する構造上の機械的共振によって典型的に規定される。図３及び図８を参照して説明した２つの走査装置と同様に、２軸走査装置は、典型的に、速い走査軸に沿った掃引動作の間における遅い走査軸に沿った運動に起因する同様のラスター細りの問題を有する。他の走査方法も、また、適用される。例えば、音響光学走査装置、電気光学式走査装置、回転ポリゴン体及び他の走査方法の組合せが、走査機能に提供される。これらの方法のいくつかは、ピンチ補正を必要としない。
【００３６】
図６、図８及び図９を参照するに、ファイバ５０は、駆動用電子装置２１８からの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、駆動用電子装置２１８は、ミラー２０２、２２２を振動させるべくコイル２０６、２０８、２２４、２２６を動作させる。変調された光ビームは、（水平走査装置５６の）振動する水平ミラー２０２に達し、ミラー２０２に瞬間角度に対応する角度だけ水平方向に偏向される。偏向された光は、（水平走査装置５８の）垂直ミラー２２２に達し、垂直ミラー２２２の瞬間角度に対応する垂直角度で偏向される。ビーム拡大装置６２による拡大後、ビーム５２はレンズ８４を経て眼へと進む。以下に説明するように、光学ビームの変調は、ミラーの各位置でビームの色及び強度が所望の仮想の像に対応するように水平走査及び垂直走査と同期される。したがって、各ビームは、ユーザーの網膜に直接に仮想の像を「描く」。
【００３７】
説明をわかりやすくするために走査組立体８２のいくつかの装置構成部分を図９では省略していることは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。例えば、水平及び垂直の走査装置２００、２２０は典型的にはフレームに取り付けられている。さらに、レンズ、及びビーム８０についての集光、整形、回転、焦点合わせ又はコリメートのための他の光学コンポーネントは、省略されている。また、走査装置２００、２２０間には、遅延光学品を示していない。これらは、いくつかの実施例において望ましい。さらに、走査装置２００は、典型的には、走査の角度範囲を増大させるために複数回各ミラーにビームが当たるように、ビームの方向を変える１以上の方向転換ミラーを含む。さらに、いくつかの実施例において、走査装置２００、２２０は、方向転換ミラーを用いることなく走査ミラーに複数回当たることができるように方向づけられている。
【００３８】
図１０及び図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を見てわかるように、２つのファイバ５０は、別個に光ビーム８０を出す。ＧＲＩＮレンズ８６は、ビーム８０が、共通の走査ミラー１０９０に当たる集束ビーム８０Ａ、８０Ｂになるように、ビーム８０について集束及び焦点合わせを行う。
【００３９】
説明をわかりやすくするために、図１０に示す実施例では、ミラー８４を省略している。この実施例は、いくつかの応用において望ましい。また、図１０に示す実施例においては、図９に示す２つのミラーを備える構造（以下「デュアルミラー構造」という。）に代えて、２軸走査を行う単一のミラー１０９０を含む。このような２軸構造を、図１１、図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）及び図２１を参照して、以下に非常に詳細に説明する。より複雑な光線軌跡と、光学経路長を変えるためのより複雑な代償とを含むが、デュアルミラー構造を用いてもよいことは、当業者であれば容易に理解することができる。
【００４０】
図１０に示すファイバ５０及びレンズ８４を走査ミラー１０９０と共通の面に配置しているが、多くの応用において、図１１を見てわかるように、ファイバ５０とレンズ８４とを軸からずれた位置に配置することが望ましい。さらに、図１１に示すように、４つの組のファイバ／レンズを用いたとき、ビームスプリッタ又は他の光学素子は、ファイバ／レンズ組が、他のファイバ／レンズ組からのビーム８０Ａ〜８０Ｄを遮断しない位置に配置されることを可能にする。選択的に、小さい方向転換ミラーのような他の装置を用いれば、像の品質に何ら影響を与えることなく、ファイバ／レンズ組を非遮断位置に再配置することができる。このような方法について、図１１、図３８から図４０を参照して、以下に詳しく説明する。
【００４１】
レンズ８６を経た後、第１のビーム８０Ａは、走査ミラー１０９０に当たり、像領域１０９４の方へ反射される。第２のビーム８０Ｂもまた、走査ミラー１０９０に当たり、像領域１０９４の方へ反射される。図１０に示す光線軌跡によってわかるように、像領域１０９４におけるビーム８０Ａ、８０Ｂの水平位置は、水平走査装置５６の角度偏向と、レンズ８６及びファイバ５６の位置及び方向との関数である。
【００４２】
像領域１０９２において、第１のビーム８０Ａは像領域１０９４の第１の領域１０９２を照明し、第２のビーム８０Ｂは、第１の領域１０９２に関して実質的に重なりを有しない第２の領域１０９６を照明する。２つの領域１０９２、１０９６間のまめらかな変化を可能にするために、２つの領域１０９２、１０９６は、小さな重なり領域１０９８においてわずかに重なる。したがって、２つの領域は実質的に別個であるが、図１２及び図１３を参照して、以下に説明するように、対応する画像部分は、端部でわずかに「混合される（ｂｌｅｎｄｅｄ）」。
【００４３】
図１０において、２つのビーム８０Ａ、８０Ｄのみを示しているが、３つ以上のファイバ／レンズ組を用いることができる。ファイバ／レンズ組は、同一平面上にある必要はない。例えば、図１に示すように、４つの分離レンズ８６は、４つの分離ビーム８０Ａ〜８０Ｄを、空間的に分離された４つの位置からミラー１０９０の方へ送る。図１２に示すように、ミラー１０９０は、４つのビーム８０Ａ〜８０Ｄの各ビームを、像領域１０９４の各空間的個別領域１２０２Ａ〜１２０２Ｄへ反射する。
【００４４】
したがって、４つのビーム８０Ａ〜８０Ｄの各ビームは、共同して全像を形成する４つの分離「タイル」１２０２Ａ〜１２０２Ｄを照明する。５つ以上のタイルであっても像を形成することができることは、当業者であれば容易に理解することができる。例えば、第３のファイバ／レンズ組を追加すれば、２×３のタイルによる像又は３×２タイルによる像が生じる。
【００４５】
実際の像を作るために、ビーム８０Ａ〜８０Ｄの各ビームの強度及び色内容は、ミラー１０９０がラスターパターンのような周期的パターンで掃引する像情報で変調される。図１３に、４つのタイル１２０２Ａ〜１２０２Ｄを生じるようにビーム８０Ａ〜８０Ｄが像信号ＶＩＭに応じて変調される実施例を、模式的に示す。
【００４６】
像信号ＶＩＭは、多重分離装置１３０４を駆動するために対応するデータを生じさせるＡ／Ｄ変換器１３０２を駆動する。データ及び制御装置７４からのクロック信号ＣＫ（図８）に応じて、多重分離装置１３０４は、４つの出力データストリームを生じる。各データストリームは、各像タイル１２０２Ａ〜１２０２Ｄに対応するデータを含む。例えば、多重分離装置１３０４は、像の第１の線の第１の半分に対応するデータを第１のバッファー１３０６Ａに出力し、像の第１の線の第２の半分に対応するデータを第２のバッファー１３０６Ｂに出力する。多重分離装置１３０４は、次いで、像の第２の線に対応するデータを第１の２つのバッファー１３０６Ａ、１３０６Ｂの第２の線に出力する。第１の２つのバッファー１３０６Ａ、１３０６Ｂが像の上半分を表すデータを含んだ後、多重分離装置１３０４は、第３及び第４のバッファー１３０６Ｃ、１３０６Ｄを満たし始める。バッファー１３０６Ａ〜１３０６Ｄのすべてが満たされると、出力クロックＣＫＯＵＴは、バッファー１３０６Ａ〜１３０６Ｄのすべてから各Ｄ／Ａ変換器１３０８Ａ〜Ｄに、同時に、データを計測する。Ｄ／Ａ変換器１３０８Ａ〜１３０８Ｄは、前記したように、各領域２１０２Ａ〜Ｄに走査される光を生じさせるべく各光源７８を駆動する。画素出力の実際のタイミングは、図２８〜図３１を参照して以下に説明するように、出力クロックＣＫＯＵＴによって制御される。
【００４７】
図１３に示す装置においては、４つの分離領域１２０１Ａ〜１２０１Ｄを示す。この数より大又は小の数の領域を用いてもよいことは、当業者であれば容易に理解することができる。また、領域１２０２Ａ〜１２０２Ｄのいくつかの重なりは望ましいが、共通のデータは、１以上のバッファー１２０２Ａ〜１２０２Ｄに記憶される。共通データ組は重なり領域のいくつかを倍にするので、データは、望ましいレベルに強度を制限するように大きさを調整されている。
【００４８】
像の品質を改善する一つの手法について、図１４及び図１５を参照して説明する。互いに像部分１２０２Ａ〜１２０２Ｄを「調整する（ｍａｔｃｈｉｎｇ）」ための助けになる。ビーム８０Ａ〜８０Ｄの角度が、（２つの単軸走査装置のための）垂直及び水平走査装置の角度又は（２軸走査装置のための）単一ミラーの水平及び垂直の角度によって決定されるので、ビーム８０Ａ〜８０Ｄの実際のベクトル角度は、いかなる時点においても、ベクトルの付加によって決定される。多くの場合において、走査パターンの望ましい垂直部分は、図１４の点線で示すように、「階段状ステップ」である。
【００４９】
方向転換ミラー１００（図８）を使用することができないとき、光線によって描かれたパターンは図３から図５を参照して説明したパターンと同様である。図１４に示すように、実線で示されたパターンの実際の垂直走査部分は、所望の階段状ステップパターンというよりはむしろほぼ傾斜状である。
【００５０】
階段状ステップパターンを提供するための一つの手法として、階段状ステップ電圧で垂直走査装置５８を駆動させることによる方法がある。しかし、垂直ミラーが物理的装置であると共に階段状ステップが不連続運動を含むので、垂直ミラーは駆動信号に正確には追従しない。代わりに、垂直ミラーは階段状ステップパターンに追従しようとするので、垂直ミラーは、主として、垂直ミラーの大きさ及び重量、ミラー支持構造の材料特性、駆動信号のピーク電圧及び電流、及び駆動回路の電気的特性によって規定された最大速度で運動する。典型的な垂直走査ミラーの大きさ、形状、走査角度及び駆動電圧のため、垂直走査装置５８は、１００〜３０００Ｈｚの範囲の周波数に制限される。所望の走査パターンは、この範囲をはるかに超える周波数成分を有する。したがって、階段状ステップ駆動信号で垂直走査装置５８を駆動させると、所望のパターンから著しく逸脱する垂直走査パターンを生じる。
【００５１】
この問題を低減するために、図８に示す走査組立体２は、垂直走査関数を２つの部分に分けている。したがって、全体の垂直走査は、約６０Ｈｚにおける大きな振幅傾斜関数と、水平速度（例えば、約３０ｋＨｚである。）の２倍の小さな振幅補正関数との合成である。６０Ｈｚの周波数が典型的な走査ミラーの応答周波数より十分に低いので、垂直走査装置５８は大きな振幅傾斜関数を容易に発生することができる。補正ミラー１００は非常に高い周波数で動作するが、補正ミラーの全角度振幅は非常に小さい。補正ミラー１００は、垂直走査装置の周波数と比べてはるかに高い周波数で作動する。しかし、補正ミラー１００の全角度振幅は、非常に小さい。
【００５２】
図１５に示す信号のタイミング図からわかるように、水平走査装置が視野の一端から反対の端部に走査する時間（例えば、図１５に示す時刻ｔ１からｔ２までの間）、補正ミラー１００はそのほぼ最大負角から最大正角に移動する。図１４に示すように、全補正角は、単一の水平走査の間、垂直走査ミラーの下方への移動の量によって規定される。補正角度は、表示装置の種々の形状に合わせて変わる。補正角度は容易に計算することができる。
【００５３】
例えば、１２８０の垂直方向の列と１０度の全機械的垂直走査角度とを有する各像領域１２０２Ａ〜１２０２Ｄを含む表示装置のために、各列のための角度走査範囲は、約０．００８度（１０／１２８０＝０．００７８１２５）である。約±０．０００３９度の補正ミラー１００によって提供される誤差補正を水平走査装置が走査する間、垂直走査装置５８はこの全距離を移動すると仮定する。したがって、角度補正はほぼθ／Ｎであり、ここで、θは垂直走査角度、Ｎは水平方向の列の数である。この数は、いくつかの実施例において変更してもよい。例えば、水平走査装置５６が共振型水平走査装置である場合には補正角度はわずかに異なってもよい。なぜなら、走査が視野領域の端部に到着したとき停止して反対方向への移動を開始するために、水平走査装置５６は走査時間の同じ部分を用いるからである。補正角度は、光学素子の収差又は光学的経路長差を補正するために、変更してもよい。さらに、補正走査装置１００の周波数は、水平走査周期（「一方向性走査」）の１つの半分の間のみにデータが供給されるとき、半分だけ減じてもよい。ラスターピンチは、典型的には、一方向性走査方法においては問題ではない。
【００５４】
図１４及び図１５に示すタイミング図からわかるように、補正ミラー１００は、水平走査装置５６の周波数の２倍の周波数で１列の幅の約半分の幅だけビームを垂直方向に直進させる。典型的な、二方向性走査（例えば、水平走査装置５６の前方及び後方の両方への掃引についてのデータ出力）を有する、ＳＶＧＡ画像品質の表示装置のために、水平走査装置５６は約１５ｋＨｚで共振する。したがって、典型的な表示のために、補正走査装置１００は約３０ｋＨｚで１度の約半分だけ枢動する。表示装置の解像度が増加したとき水平走査装置５６の走査速度が増加することは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。補正ミラー１００の走査速度はそれに応じて増加するが、枢動角度は減少する。例えば、２５６０の列と１０度の全走査とを有する表示装置のために、補正ミラー１００の走査速度は約０．００２度の枢動角度で約６０ｋＨｚである。高解像度のために、補正ミラーの最小寸法が、典型的には、回折限界となるスポット寸法を向上させることは、当業者であれば容易に理解することができる。
【００５５】
図１６は、いくつかの実施例において補正ミラー１００のために好適な圧電性走査装置１１０を示す。走査装置１１０は、間隔をおいて配置された１対の圧電アクチュエータ１１４、１１６を支持するプラットホーム１１２を用いて形成されている。補正ミラー１００は、アクチュエータ１１４とアクチュエータ１１６との間に伸びる、金属被覆が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、導電的に被覆がされており、アクチュエータ１１４、１１６のそれぞれを横切る電圧が逆になるように駆動増幅装置１２０に結合されている。圧電材料は電界の存在で形状が変化する。したがって、駆動増幅装置１２０が電圧を出力したとき、アクチュエータ１１４、１１６は、補正ミラー１００に反対方向に力を及ぼし、これによって、補正ミラー１００を枢動させる。圧電アクチュエータ１１４、１１６を単一の組の電極と単一の層の圧電材料とを有するものとして示したが、アクチュエータ１１４、１１６が典型的には複数の層から形成されていることは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。そのような構造は、相対的に大きな変形を生じるように、商業的に入手可能な圧電装置において用いられる。
【００５６】
従来のランプ波発生回路のような信号発生回路１２２は、水平走査装置５６の被検知位置に応じて駆動増幅装置１２０のための駆動信号を発生する。回路１２２への主要な入力は、水平走査装置５６に接続された感知装置からの感知信号である。感知信号は、種々の方法で得ることができる。例えば、ノイカーマンス（Ｎｅｕｋｅｒｍａｎｎｓ）らによる米国特許第５，６４８，６１８号明細書「積分ねじれ感知装置を有するマイクロ加工ヒンジ（ＭＩＣＲＯＭＡＣＨＩＮＥＤ ＨＩＮＧＥ ＨＡＶＩＮＧ ＡＮ ＩＮＴＥＧＲＡＬ ＴＯＲＳＩＯＮＡＬ ＳＥＮＳＯＲ）」に示されており、この特許文献を参考文献として本願に組み入れているように、ＭＥＭ走査装置のねじれ運動は、走査ミラーの位置に対応する電気的出力を生じることができる。代わりに、ミラーの位置は圧電式感知装置を走査装置に取り付けることによって得るようにしてもよく、このことは、メルビル（Ｍｅｌｖｉｌｌｅ）による米国特許第５，６９４，２３７号明細書「機械式共振型走査装置用ミラーの位置検知（ＰＯＳＩＴＩＯＮ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＯＦ ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＲＥＳＯＮＡＮＴ ＳＣＡＮＮＥＲ ＭＩＲＲＯＲ）」に示されており、この特許文献を参考文献として本願に組み入れている。他の代替の方法において、ビームの位置は、水平又は垂直のミラーの位置を光学的又は電気的に計測管理をすることによって又はミラー駆動コイルに誘起された電流の計測管理をすることによって決められる。
【００５７】
感知信号が水平走査装置５６が視野の端部にあることを示す場合、回路１２２は、水平走査装置が視野の中心に到着したとき最大負位置で開始する共に零交叉点に到着するランプ信号を発生する。その後、ランプ信号は、水平走査が視野の反対端部に到着したとき、その最大値に達する。ランプ信号は、水平走査が停止に向けて減速すると共に戻り掃引動作を開始したとき、前記時間間隔の間にその最大負位置に戻る。回路１２２は感知信号をランプ信号のための基礎クロック信号として用いることができるので、ランプ信号のタイミングは本質的に走査の水平位置に同期される。しかし、いくつかの実施例のために、感知信号に関係するランプ信号の制御された位相シフトが性能を最適化するものであることは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。図１８を参照して以下に説明するように、補正ミラー１００が共振的に走査された場合、感知信号を周波数倍加、増幅及び位相シフトすることによって簡単に得られる正弦波信号によってランプ信号を置き換えることができることは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。
【００５８】
ビーム８０Ａ〜８０Ｄが水平走査の間、垂直軸線に沿って静止したままの状態を続けるように、補正ミラー１００によって誘起されたビーム８０Ａ〜８０Ｄの垂直運動は、垂直走査装置５８によって生じたビーム８０Ａ〜８０Ｄの運動を相殺する。水平走査が視野の範囲外にある時間の間、ビーム８０Ａ〜８０Ｄは、補正ミラー１００に応答して、次の水平走査の公称位置に向けて垂直に移動する。
【００５９】
前記した説明からわかるように、圧電駆動された補正ミラー１００の付加は、ランプ型の運動を用いて、著しいラスター細りを低減することができる。しかし、いくつかの応用において、ランプ型運動を用いることは望ましくない。補正ミラー１００のために用いることができる走査装置１３０の１つの実施例を、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に示す。
【００６０】
走査装置１３０は共振型の小型電気機械式（以下「ＭＥＭ」という。）走査装置であり、該走査装置は、走査装置１３０が単軸型であるという理由により処理が単純化されていること以外は、ノイカーマンス（Ｎｅｕｋｅｒｍａｎｓ）の‘７９０特許に示された装置と同様に製造される。代わりに、走査装置１３０は図９に示す水平走査装置５４に非常に類似した機械式共振型走査装置とすることができるが、このような走査装置において、基板及びミラーの大きさ及び材料特性は、水平走査装置２００の共振周波数の２倍の約３０ｋＨｚで共振を生じるように選択することが好ましい。さらに、材料及び取付けは、好ましくは、走査装置１３０が水平走査装置５６のＱより非常に低いＱを有するように選択される。この低いＱは走査装置１３０がより広範囲の周波数にわたって動作することを可能にするので、走査装置１３０は水平走査周波数の多重積分に調整することができる。
【００６１】
共振型走査装置１３０を利用すれば、走査装置１３０を駆動するための電気的な装置構成部分の複雑さが低減する。また、前記した方法に対して相対的に走査効率が改善される。しかし、走査装置１３０は共振型なので、該走査装置は前記したランプ型運動よりはむしろ折れ曲がり状運動を有する傾向がある。しかし、折れ曲がり状運動の周波数、位相及び振幅が適切に選択されるならば、補正ミラー１００は、細りエラーを著しく低減することができる。例えば、図１８は、視野の水平領域が総体的な水平走査角度の９０パーセントを包含する場合の補正ミラーの折れ曲がり状運動を用いた、ラスター信号の補正を示す。視野が全水平走査角度より小さな割合であれば、ビームの位置の誤差をさらに低減することができることは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。さらに、走査誤差をさらに低減することでさえも第２の補正ミラーをビーム経路に加えることによって実現することができるが、これは、改良対費用の制限に起因して一般的に望ましくないことではある。誤差を低減するための他の方法は、走査パターンが折れ曲がり状走査から三角形状波形により近く変わるように、１以上のより高位の高調波を走査駆動信号に加えることである。
【００６２】
誤差が低減された走査装置１４０の他の代替例を図１９に示しており、走査補正は、垂直成分を水平ミラー１４１に加えることによって実現される。この実施例において、水平走査装置１４０は、走査ミラーを枢動させるための静電的な駆動を有するＭＥＭ走査装置である。水平走査装置１４０は、小さな質量部１４５が形成される多数の位置１４３を含む。質量部１４５は、フォトリソグラフィのような従来の方法で形成される蒸着金属又は他の材料であってもよい。１つの選択された質量部１４３は、ミラー１４１の中心線１４７の周りに非対称に配置されている。質量部１４５は、その主要な軸線に直交する軸線の周りに枢動することによって、補正を垂直軸線に沿って走査するための成分を提供する。図２０からわかるように、垂直走査周波数は水平走査周波数の２倍の周波数であり、これによって、図２０に示すリサージュ又は棒ネクタイ状の全走査パターンを生じる。質量部１４５は、垂直成分の共振周波数を調整させるために積極的に変更してもよい（例えば、レーザーアブレーション（ｌａｓｅｒ ａｂｌａｔｉｏｎ））。この実施例は付加的なミラーなしで補正を可能にするが、一般には振動の共振周波数と水平走査装置とを調和させることを必要とする。
【００６３】
水平走査装置５６及び補正走査装置１００の相対的な共振周波数のマッチングを維持するために、走査装置５６、１００のいずれか又は両方の共振周波数を動的に調整するようにしてもよい。種々の周波数制御方法及び装置について、図３３〜図３６を参照して以下に説明する。走査装置５６、１００のＱが実質的に低いか又は走査装置５６、１００が共振しないとき、駆動周波数を単純に変化させることにより、同期を十分に維持するように走査周波数を変えるようにしてもよい。
【００６４】
図２１に示すように、本発明に係る走査装置１５０の他の実施例においては、補正走査装置１５４と共に、主要な走査装置構成部分として二軸走査装置１５２を用いる。二軸走査装置１５２は、互いに直交する２つの軸線の周りに振動する単一のミラー装置である。このような走査装置の設計、製造及び動作は、例えば、ノイカーマンス（Ｎｅｕｋｅｒｍａｎｓ）の‘７９０特許、アサダ（Ａｓａｄａ）ら著の「シリコン小型化２次元ガルバノ光学走査装置（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ Ｔｗｏ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｇａｌｖａｎｏ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｃａｎｎｅｒ）」（アイトリプルイー磁気学報告書（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ）第３０巻第６号第４６４７〜４６４９頁、１９９４年１１月発行）、及びキアング（Ｋｉａｎｇ）ら著の「光学走査のための小型機械化小型走査装置（ＭＩＣＲＯＭＡＣＨＩＮＥＤ ＭＩＣＲＯＳＣＡＮＮＥＲＳ ＦＯＲ ＯＰＴＩＣＡＬ ＳＣＡＮＮＩＮＧ）」（小型光学系び小型機械系を有する小型装置に関するＳＰＩＥ論文発表記録（ＳＰＩＥ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｎ Ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ Ｍｉｃｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｓ）第３００８巻第ＩＩ号第８２〜９０頁、１９９７年２月発行）の論文に示されており、この文献を参考文献として本願に組み入れる。二軸走査装置１５２は、ノイカーマンスの‘６１８特許で説明されているように、ミラー位置の電気的フィードバックをターミナル１５８に与える積分走査装置１５６を含む。
【００６５】
補正走査装置１５４は、好ましくは、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）を参照して前記したようなＭＥＭ走査装置である。圧電式走査装置のような他の型の走査装置もまた本発明の範囲にあるものならばよい。前記したように、補正走査装置１５４は、走査誤差のかなりの部分を除去するために折れ曲がり状に走査することができる。または、補正ミラーは、より正確な誤差補正のためにランプパターンを走査する。
【００６６】
光源７８からの光は、補正ミラー１５４に当たり、前記したような補正角度で偏向される。光は、その後、二軸走査装置１５２に達し、図３から図５を参照して前記したように、ラスターパターンに近づくように水平及び垂直の方向に走査される。前記したように、全パターンは、ラスターパターンにさらに近似するように近づく。
【００６７】
本発明に係る表示装置の他の実施例を図２３に示し、この実施例においては、入力ビームを光学系５００の入力に対して相対的に横方向に物理的に変えることによって補正ミラー１００を省略している。図２３に示す実施例において、フレーム５０４と入力ファイバ５０６との間に配置された圧電駆動部５０２は、水平走査周波数の２倍の周波数で駆動電圧を受ける。駆動電圧に応答して、圧電駆動部５０２は変形する。ファイバ５０６が圧電駆動部５０２に接着されているので、圧電駆動部５０２の変形は、矢印５０８と点線で示したファイバ５１０とで示すようなファイバ５０６に対応するシフトを生じさせる。光学系５００の特性に依存して、圧電駆動部５０２がファイバ５０６の横方向へのずれ又はファイバ５０６の出力の角度変化を生じさせることは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。光学系５００は、その後、前記した実施例の場合と同様に、ファイバの出力の運動を、感知された画素位置の運動に変換する。図２３に示す実施例においてはファイバを変換することを用いているが、本発明はそれに限定されない。例えば、いくつかの応用においては、ＬＥＤ又はレーザダイオードのような他の発光源の変換を組み入れる。
【００６８】
図２３に示す実施例は入力ファイバの位置又は角度を変えることによって入力ビームを変えるが、入力ビームを変える他の方法は本発明の範囲内であればよい。例えば、図２４に示すように、電気光学式水晶３００は入力ビーム８３を電気信号に応じて変える。この実施例において、ビーム８３は、台形状に形作られた電気光学式水晶３００の第１の面３０２に入射し、該面に係る屈折作用が伝播の方向の変化を生じさせる。ビーム８３が第２の面３０４を経て出たとき、屈折は伝播の方向の第２の変化を生じさせる。各面で、伝播の方向の変化量は、空気と水晶３００との間の屈折率の相違に依存する。
【００６９】
電気光学式水晶の屈折率は、水晶を経る電界に依存する。１対の電極３０６を経て水晶３００を横切って印加された電圧は水晶の屈折率を制御する。したがって、印加された電圧は、ビーム８３が破線８３ａで示すように水晶３００に入射し及び出たとき、ビーム８３の角度変化を制御する。変化量は印加電圧に対応する。したがって、変化量は、電極３０６に印加された電圧を制御することによって制御される。したがって、水晶３００は、ラスター細りを相殺することができる電圧制御されたビーム変化を提供する。
【００７０】
ここに説明する実施例は表示装置であるが、他の装置又は方法は本発明の範囲内であればよい。例えば、図２４に示すように、撮像装置又は像化装置（ｉｍａｇｅｒ）６００は、二軸走査装置６０２及び補正走査装置６０４を含み、図２１に示す走査装置１５２、１５４に非常に類似している。撮像装置６００は、デジタルカメラ、バーコードリーダー、二次元図記号読取装置、文書走査装置又は他の画像収集装置の入力エレメントである像取込装置である。撮像装置６００が光を効率よく集めることができるように、撮像装置６００の外側の目標物６０８からの光を収集して補正走査装置６０４に伝送する収集光学装置６０６を含む。収集光学装置６０６は、特定の応用に適するような焦点深度、焦点距離、視野領域及び他の光学的特性を有するように構成されている。例えば、撮像装置６００が二次元図記号読取装置（ｔｗｏ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｙｍｂｏｌｏｇｙ ｒｅａｄｅｒ）である場合、収集光学装置は赤色光又は赤外光のために最適化され、焦点距離は１０〜５０ｃｍの範囲にある。より長い距離で図記号を読み取るために、合焦光学装置は、より長い焦点距離を有するか又は変動可能の焦点を有するようにしてよい。光学装置は、小型かつ安価のコンポーネントが用いることができるように、光学経路に沿った他の位置に配置してもよい。
【００７１】
補正走査装置６０４は、表示装置の実施例のために前記したように、収集された光が二軸走査装置６０２に到着する前に該光が補正成分を有するように、収集光学装置６０６から受けた光を向け直す。二軸走査装置６０２は、ある角度範囲から収集光学装置６０６に到着する光を集めるために、及び集めた光を、固定された１グループの光検知装置６１０に向け直すために、一般に、実質的にラスターパターンで走査する。各光検知装置６１０は、像領域の各「タイル」に像を形成するような各位置及び方向に配置される。
【００７２】
したがって、二軸走査装置６０２の運動は、目標物６０８の像連続点として光検知装置６１０上に変換される。光検知装置６１０は、走査装置６０２からの光エネルギーを、デコード用電子装置６１２で受ける電気信号に変換する。撮像装置６００が図記号読取装置である場合、デコード用電子装置６１２は、図記号をデコード及び記憶する回路、さらに、記憶されたファイルから像を組み立てるための電子装置を含む。撮像装置がカメラの部分である場合、デコード用電子装置６１２は、デジタルからアナログへの変換装置、記憶装置、走査されたタイルのデジタル形式を記憶するために関係づけられた電子装置、及び、記憶されたファイルから像を組み立てるための電子装置を含む。補正走査装置６０４は二軸走査装置６０２の前に配置されているが、いくつかの応用においては、補正走査装置６０４を二軸走査装置６０２の後に配置することが望ましいことは、当業者であれば容易に理解することができる。
【００７３】
図２４に示す撮像装置６００の他の特徴は、目標物を照明するための光を提供する照明源６１４である。照明源６１４は、いくつかの応用において共通した波長の装置が用いられているが、ビームの識別を容易にするために異なる波長を用いた装置としてもよい。多重波長構造の例において、撮像装置６００が図記号読取装置である場合、照明源６１４は、光ビームをビームスプリッタ６１６に入射させる赤外又は赤色の発光装置であってもよい。ビームスプリッタ６１６は、照明光が補正走査装置６０４に向け直される場合、二軸走査装置６０２に照明光ビームを向ける。照明光が目標物６０８からの光の経路と同じ直線上にあるので、照明光は、光検知装置６１０によって像化された同じ位置の目標物６０８に達する。照明光は、目標物６０８の反射性に対応するパターンで目標物６０８によって反射される。反射された照明光は、光検知装置６１０を通り、目標物６０８の各領域を像化するために光検知装置６１０によってのみ用いられる各領域光を像化するために供給される。高解像度のために、照明源６１４によって照明された領域又は光検知装置６１０によって像化された領域は、既知の種々の光学技術によって小型化することができる。図２４には水平走査装置６０２の後に配置された補正走査装置６０４が示されているが、補正走査装置６０４を、ビームスプリッタ６１６と水平走査装置６０２との間に配置することがしばしば望ましいことは、当業者であれば容易に理解することができる。このことは、補正走査装置６０４のミラーを小型化することを可能にする。
【００７４】
選択的に、光検知装置６１０は、走査装置６０２、６０４の外部に取り付けてもよいし、各タイルから直接に光を取り込むように向けられていてもよい。各光検知装置６１０は、各照明源の波長に調整され、また、空間分離領域に整列されているので、各タイルからの信号間の相互干渉は、適切に抑制される。
【００７５】
図２４に示す撮像装置６００の１つの応用において、照明源６１４は、赤色レーザダイオード又は可視波長の発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という。）のような、視認可能かつ直接的に変調可能な光源である。したがって、図２５に示すように、照明源６１４は、ユーザーのために視認可能な像を発生することができる。図２５に示す典型的な実施例において、撮像装置は、目標物６０８の図記号に含まれた情報を確認するために、図記号走査装置として動作する。デコード用電子装置６１２が、項目価値及び同一性のような視認可能の所望の像を確認すると、デコード用電子装置６１２は、所望の像に従って発せられた光の強度を変調するために照明源６１４の駆動電流を調整する。ユーザーが撮像装置６００をスクリーン６１９（又は目標物）の方へ向けたとき、照明光は前記したようにスクリーン６１９上に走査される。照明光が所望の像に従って調整されるので、スクリーン６１９からの反射光は所望の像に従って部分的に調整されている。したがって、撮像装置６００は、像データを取り込むことに加えて像プロジェクタとして動作する。さらに又は選択的に像を生じるべくダイオードを調整するために、目標物６０８の各領域に対応するダイオードは、撮像装置６００の全視野領域を満たす連続ビーム光又はパルスビーム光を出力する。したがって、撮像装置６００は、視野領域を示すポッタフレーム６１８をユーザに提供する。同様に、照明源６１４は、撮像装置６００を目標物６０８に整列させることにおいてユーザを支援するために、視野領域の輪郭を描くか又はクロスハッチングや基準点のような視野領域の他のしるしを生じるように変更してもよい。
【００７６】
ラスター細りを補償することに加えて、図２８に示す走査装置の一実施例は、また、共振型又は他の非線型走査装置の非線型性の効果を処理する。この補正は、単一の光源又は単一の検知装置について示しているが、前記した図１０に示すように、２以上の光源を用いる装置に応用されてもよいことは、当業者であれば容易に理解することができる。例えば、一応用例において、図２８を参照して以下に説明する、補正された出力クロック信号は、バッファー１３０６Ａ〜１３０６Ｄからデータを並列に出力するためにバッファー１３０６Ａ〜１３０６Ｄ（図１３）のすべてを駆動する。
【００７７】
図２６に点線で示すように、着信データのタイミングは線型（又は直線）走査速度であることを前提とする。すなわち、等間隔に連続して配置された列位置のために、データは一定間隔で到着する。しかし、共振型走査装置は、図２６に実線で示すように、折れ曲がり状に変化する走査速度を有する。時刻ｔ０で始まる列の開始のために（注目すべきは、折れ曲がり状走査のための実際の走査開始は、図２６を参照して前記したようにわずかに遅延傾向にある）、折れ曲がり状走査は最初は線型走査を遅らせる。したがって、位置Ｐ１のための像データが時刻ｔ１Ａで到着したとき、折れ曲がり状走査は画素を位置Ｐ２に配置する。
【００７８】
画素を正確に配置するために、図２８に示す装置は、以下に説明するように、時刻ｔ１Ｂまで像データを遅延させる。図２８に示すように、到着する像データＶＩＭは像データ信号の水平同期成分に応じて計数回路２２０２によって列又はフレーム用のバッファー２２００に時間記録がされる。計数回路２２０２は、従来様式の回路であり、データをバッファー２２００に時間記録をするための等間隔で配置されたパルスを有する入力クロック信号を供給する。図１３に示す多重光源装置において、４つのバッファー１３０６Ａ〜１３０６Ｄ及び多重分離装置１３０４はフレームバッファーを置き換え、像データは、単一のフレームバッファー又はラインバッファーに計測されるのとは異なり、連続的に多重分離装置１３０４によって４つのバッファー１３０６Ａ〜１３０６Ｄに計測される。
【００７９】
帰還回路２２０４は、バッファー２２００（又は図１３に示すバッファー１３０６Ａ〜１３０６Ｄ）からの出力のタイミングを制御する。帰還回路２２０４は、走査組立体８２からの折れ曲がり状又は他の感知信号を受け、高速の計数装置２２０６で感知信号の周期を分ける。論理回路２２０８は計数装置の出力に応じて出力クロック信号を発生する。
【００８０】
しかし、入力クロック信号と違って、出力クロック信号のパルスは等間隔には配置されていない。代わりに、パルスタイミングは、図２６に示す線型信号のタイミングと折れ曲がり状信号とを比較することによって分析的に決められる。例えば、位置Ｐ１に配置された画素のために、論理回路２２０８は、線型走査速度のための場合のような時刻ｔ１Ａとは異なる時刻ｔ１Ｂで出力パルスを供給する。
【００８１】
論理回路２２０８は、メモリ２２１０におけるルークアップテーブルをアクセスすることによって、画素位置に対応する計数を確認する。ルークアップテーブルのデータは、走査装置周期を多くのカウントに分割し、適切な画素位置に対応するカウントを確認することによって規定される。図２７は、３５画素列のためのこの査定を図表的に示す。この例が、説明をわかりやすくするために単純化されていることは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。典型的な列は、数百又は数千の画素を含む。見てわかるように、この画素は、視野の端部近くに望ましくなく間隔配置がされ、視野の中心でさらに望ましくなく間隔配置がされている。したがって、像は、視野の端部近くで圧縮され、中心で拡大され、歪んだ像を形成する。
【００８２】
上方の列によって示すように、画素位置は、時間において等間隔に配置された画素カウントのために非線型的に変わる。したがって、下方の列によって示す各画素の所望の位置は、非線型的に間隔配置されたカウントに実際に対応する。例えば、上方及び下方の列における第１の画素は、ゼロカウントで到着し、ゼロカウント位置に配置される。第２の画素は、１００カウントで到着するが、５４０カウント位置に配置される。同様に、第３の画素は、カウント２００で到着し、カウント７２０で出力される。図が実際の計算及びタイミングの単なる代表であることは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。例えば、ある出力カウントはそれに対応する入力カウントより高く、あるカウントは低い。もちろん、画素は、その対応するデータが到着する前に、実際に出力されることはない。この条件付けを処理するために、図２８に示す装置は、同期メモリ装置と同様に、データの出力の潜在性（ｌａｔｅｎｃｙ）を実際に課する。図２７に示す実施例のために、単列潜在性（３４００カウント潜在性）が十分である。このような潜在性によって、第１の出力画素はカウント３４００で生じ、第２の出力画素は３９４０で生じる。
【００８３】
図２９は、画素を適切な位置に配置するための代替の方法について示す。この実施例は、出力データのクロック制御をするための計数装置とは異なるパターン発生装置からの補正されたクロックを発生する。同期信号除去装置２５００は、到着像信号ＶＩＭからの水平同期信号を除去する。同期信号に応答して、位相固定ループ２５０２は、同期信号に固定された一連のクロックパルスを発生する。クロックパルスによって駆動されたＡ／Ｄコンバータ２５０４は、標本抽出された入力データを発生するために像信号のビデオ部分を標本抽出する。標本速度は、装置の要求された解像度に依存する。好ましい実施例において、標本速度はほぼ４０ＭＨｚである。プログラム制御可能なゲートアレイ２５０６は、バッファー２５０８に記憶された一組の像データを発生するために、Ａ／Ｄコンバータ２５０４からのデータを条件づける。各水平同期信号のために、バッファーが１行の像データを受けることは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。１４８０×１０２４画素表示装置のために、装置は、ビデオ信号の単一周期の間、１４８０組の像データを標本しかつ記憶する。
【００８４】
各行のデータがバッファー２５０８に記憶されると、バッファーは、該データを、補正されたデータを有するガンマ補正メモリ２５１０を含むＲＡＭＤＡＣ２５０９に出力するべく、時間記録がされる。ガンマ補正メモリ２５１０に入力されたデータとしてバッファーデータを用いる代わりに、バッファーデータは、ガンマ補正メモリ２５１０からの補正されたデータを検索するようにアドレス指定されたデータを発生するために用いられる。例えば、選択された像に対応する一組の像データのために、強度Ｉ１は、ガンマ補正メモリ２５１０の対応する位置に確認する。実際の像データを出力するよりはむしろ、ガンマ補正メモリ２５１０は、ユーザーの眼の位置で適切な光強度を発生する一組の補正データを出力する。補正されたデータは、種々の装置構成部分の透過率、光源の強度に対する電流応答、装置構成部分の回折及び開口効果、及び種々の他の装置の特性を含む全走査装置を特徴づけることによって、分析的かつ実験的に決められる。
【００８５】
図３０に示す、本発明に係る一実施例において、データは、さらに、光源についての温度対強度又は寿命対強度の変化のために補正されてもよい。参照データは、垂直位置及び水平位置がユーザの視界領域外にある間、光源を駆動させる。例えば、水平走査の端部で、参照データは、予め決められた光強度に設定される。検知装置２５１９は、光源２５１６のエネルギー出力及び温度補償回路２５２１を監視する。強度が予め決められた光強度より高いとき、ゲイン回路２５２３は、より少ない補正係数によってＲＡＭＤＡＣ２５０６からの信号を調整する。強度が予め決められた光強度より高いとき、補正係数はより大きい。この実施例では、非調整ビームの部分を取り出すか又は走査周期の非表示部分の間ビームを抽出するが、本発明はこれに限定されない。例えば、調整ビームの部分を、走査周期又は連続的の表示部分の間に取り出してもよい。調整ビームの取り出し部分の強度は、監視変化への表示光の所望のレベルに対する表示光の相対的強度における変化を決定するために、入力ビデオ信号との調整及び比較がされる。
【００８６】
強度を監視することに加えて、本発明に係る装置は、同じ補正データによる又は第２の補正係数を乗じることによるパターン依存加熱を補償することができる。例えば、表示パターンが高光強度の大領域を含むとき、光源温度は、高レベル作動の拡大期間によって増加する。像信号に対応するデータがバッファーに記憶されるので、データは、光源２５１６の実際の作動に先立って入手可能である。したがって、本発明に係る装置は、パターンによって生じた熱量を予測するために「先読み」をする。例えば、目標画素に先立つ５０画素のために光源が高作動であるとき、本発明に係る装置は、おおよそのパターン依存加熱効果を予測する。補正係数は、予測されたパターン依存加熱に基づいて計算される。補正は、一般に、強度のためにあると説明したが、多くの実施例において、補正を、発光装置の種々の応答性又はパターン色の変化を補償するために赤、緑及び青の波長について独立して応用することもできる。各波長のための独立した補償により、発光装置の強度応答性への信号における異なる変化によって色不均衡を制限することを支援することができる。
【００８７】
図２９を参照するに、ガンマ補正メモリ２５１０から出力された補正されたデータは、ガンマ補正アナログ信号を発生するために、Ｄ／Ａコンバータ２５１２を駆動する。走査装置駆動回路２５１４は、光源２５１６への入力信号を発生するように、補正されたアナログ信号を増幅及び処理する。これに応答して、光源２５１６は、ガンマ補正メモリ２５１０からの補正されたデータに従って変調された光を出力する。変調された光は、見るための走査及び変調された光を発生するために、走査装置２５１８に入射する。
【００８８】
バッファー２５０８、補正メモリ２５１０及びＤ／Ａコンバータ２５１２を駆動するクロック信号は、クロック発生装置２５２２と、パターンメモリ２５２４と、増加端部検知装置２５２６とを含む補正されたクロック回路２５２０から得られる。クロック発生装置２５２２は、走査装置２５１８からの感知信号に固定された位相固定ループ（以下「ＰＬＬ」という。）を含む。ＰＬＬは、感知信号に固定された約８０ＭＨｚの高周波クロック信号を発生する。高周波クロック信号は、パターンメモリ２５２４のアドレスからの連続的なデータを時間記録する。
【００８９】
増加端部検知装置２５２６は、パターンメモリ２５２４から検索されたデータの各変化０から１の変化に応じてパルスを出力する。その後、パルスは、バッファー出力、ガンマ補正メモリ２５１０及びＤ／Ａコンバータ２５１２を駆動するクロック信号ＣＫＯＵＴを形成する。
【００９０】
端部検知装置２５２６から出力されたパルスのタイミングが、パターンメモリ２５２４に記憶されたデータに依存すると共に走査装置２５１８の走査周波数ｆＳＣＡＮに依存することは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。図３１は概念の単純化された例を示す。図３１において、データ構造が単純化され、また、アドレス指定及び他の回路構成が説明をわかりやすくするために省略されていることも、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。
【００９１】
図３１に示す例において、走査周波数ｆＳＣＡＮが２０ｋＨｚであると共にクロック発生装置２５２２が走査周波数ｆＳＣＡＮの４０００倍の周波数で１つのクロック信号を出力するとき、パターンメモリ２５２４は８０ＭＨｚで時間記録がされる。アドレス指定されたメモリ位置２５２４Ａにおける全ビットが０であるとき、１６の変化の発生装置クロックのために生じる出力クロックの変化はない。位置２５２４Ｂのデータ構造のために、単一の変化の出力クロックが、１６の変化の発生装置クロックのために生じる。
【００９２】
したがって、パルスの数及び相対的タイミングは、パターンメモリ２５２４の記憶されたデータによって制御される。他方、発生装置クロックの周波数は走査周波数に依存する。走査周波数が変化したとき、パルスのタイミングも変化する。
【００９３】
図２９及び図３０に示す手法は、折れ曲がり状速度変化補正に限定されない。クロックパターンメモリ２５２４は、光学的歪み、第二次高調波及び電子装置又は発光源の応答時間特異性のような他の多くの種類の非線型作用を処理するようにプログラムすることができる。
【００９４】
さらに、図２９に示す基礎的な構造は、図３０に示すように、ビット計数装置２５３０、ルークアップテーブル２５３２及び垂直増加回路２５３４を加えることによって容易に変更することができる。計数装置２５３０は、２ビットの記憶データを検索するように入力クロックの各パルスに応じてルークアップテーブルにアドレス指定をする。検索されたデータは、垂直アドレスが増加、減少又はそのまま削除されたか否かを示す。アドレスが増加又は減少されたとき、増加回路は、公称メモリ位置に記憶すべきデータが公称位置より高い又は低い１つの列である交互の位置に実際に記憶されるように、バッファー２５０８におけるアドレスを増加又は減少させる。
【００９５】
そのようなデータ構造の図的表現を、図３２に単純化された例として示す。この例において、第１の行（行列０）のデータのための第１の３つの組のデータビットは第１のメモリ列に記憶され、第１の行のための次の３つの組のデータビットは第２のメモリ列に記憶され、第１の行のための最後の３つの組のデータビットは第３のメモリ列に記憶される。この例が、説明をわかりやすくするために非常に単純化されていることは、この技術分野の当業者であれば容易に理解することができる。実際の実行においては、さらに多くの組のデータを含む。
【００９６】
結果として、１つの列のためのある部分のデータは新しい列に移動される。したがって、バッファー２５０８に生じたデータマップは図３２からわかるように歪んでいる。しかし、データマップの歪みは、走査及び光学的歪みによって生じた像の垂直歪みを相殺するように選択される。結果として、全装置歪みが低減される。図３０に示す実施例においては、バッファー２５０８に記憶されたデータの位置を調整することによって垂直歪みの補正がされるものとしているが、この補正を実行するようにしてもよい。例えば、記憶位置の住所（アドレス）を調整するのではなく、データをバッファー２５０８からＲＡＭＤＡＣ２５０９に取り戻す（ｒｅｔｒｉｅｖｅ）ために用いるアドレスを変更することができる。
【００９７】
前記したように、多くの応用において、１以上の走査装置の走査周波数を制御することが望ましい。非共振又は低Ｑの装置において、駆動信号の周波数を単に変えることにより、走査周波数を変えることができる。しかし、高Ｑ共振の装置では、駆動信号が走査装置の共振周波数と異なるとき、走査装置の振幅応答特性は劇的に降下する。駆動信号の振幅を変化させることにより幾分の補償をすることができるが、駆動信号の大きさは、多くの場合において、容認できない大きさになる。したがって、単に駆動信号の周波数及び／又は振幅を制御することによって走査周波数ｆＳＣＡＮを制御することを試みることは、多くの応用において、望ましい。
【００９８】
周波数ｆＳＣＡＮを制御する１つの方法について、ＭＥＭ走査装置３３００に関し、図３３及び図３４に示す。走査装置３３００は、ミラー本体３３０４の角部に配置された４つの調整タブ３３０２Ａ〜３３０２Ｄを含む。調整タブ３３０２Ａ〜３３０２Ｄは、ミラー本体３３０４に一体的な可撓性の突出部である。固定の剛性を有する突出部３３０５は、各調整タブとの間に小さな間隙を有して、調整タブ３３０２Ａ〜３３０２Ｄに隣接するミラー本体３３０４から突出する。
【００９９】
調整タブ３３０２Ａ〜３３０２Ｄのそれぞれは、各調整タブ３３０２Ａ〜３３０２Ｄに隣接する電気的基準面を形成すべく、導体３３１０によって外部電極３３１２に結合された接地電極３３０６を支持している。剛性を有する突出部３３０６Ａ〜Ｄは、各調整タブ３３０２Ａ〜３３０２Ｄと各タブに対応する剛性の突出部３３０６Ａ〜３３０６Ｄとの間の電圧差の制御を可能にする各外部電極３３１６Ａ〜３３１６Ｄによって制御される各熱電極３３０８を支持している。
【０１００】
各可撓性のタブ３３０２Ａ〜３３０２Ｄは、図３４に示すように、各タブがタブ３３０２Ａ〜３３０２Ｄと、隣接の剛性の突出部３３０６との間の印加電圧差に応じて撓む又は曲がるような寸法に形成されている。撓み又は曲がりの量は、印加電圧に依存し、調整タブの撓み又は曲がりの電気的制御が可能になる。
【０１０１】
走査装置３３００の共振周波数は、ミラー３３０４の質量と、ミラー３３０４を支持するねじり腕部３３１７の寸法及び機械的特性と、ミラー３３０４の回転軸線に対して相対的なミラー３３０４（ミラー３３０４のタブ３３０２Ａ〜３３０２Ｄ及び剛性の突出部３３０６を含む。）の各半分の質量についての中心位置３３１８との関数であることは、当業者であれば容易に理解することができる。可撓性タブを撓ませれば、質量についての中心（以下「質量中心」という。）は、原位置３３１８からわずかに内方の新しい位置３３２０に変位する。質量中心が回転軸線の近くに配置されているので、走査周波数はわずかに増加する。したがって、固定の突出部３３０６に係る電圧を増加させれば、走査装置３００の共振周波数が増加する。
【０１０２】
走査装置に共振を制御するために電気的に制御される素子を用いることは、水平走査周波数を制御することのために限定されない。例えば、図３５に示す実施例において、ミラー本体３５は、該本体から伸びる組指形状の櫛形駆動装置３５０２を有する。櫛形駆動装置により駆動されたアクチュエータは、既知の構造であり、例えば、タング（Ｔａｎｇ）ら著の「変換器’８９年、固体センサ及びアクチュエータに関する第５回国際会議議事録及びユーロセンサＩＩＩ（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ ’８９， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ５ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ ａｎｄ Ｅｕｒｏｓｅｎｓｏｒｓ ＩＩＩ）」、第２巻第３２８〜３３１頁、１９９０年７月発行、の論文に示されており、この文献を参考文献として本願に組み入れる。
【０１０３】
櫛形駆動装置３５０２を制御すべく電圧Ｖｔｕｎｅ１、Ｖｔｕｎｅ２を調整することを可能にするために、各導体３５０４は、各櫛形駆動装置３５０２から伸びている。既知のように、印加電圧は、櫛形駆動装置３５０２に水平方向の力Ｆ１、Ｆ２を生じさせる。櫛形駆動装置３５０２の端部の可撓性の腕部３５０６は、力Ｆ１、Ｆ２に応じて撓み又は曲がり、これによって、ミラー本体の各半分の質量中心３５０８に対して相対的に可撓性の腕部３５０６の質量を変位させる。位置変化は、ミラー本体３５００の回転軸と平行であるので、水平共振周波数は、著しくは変化しない。しかし、電圧が、可撓性の腕部が種々の位置への変更をされるように設定されているとき、ミラー本体３５００がわずかに不均衡になる可能性がある。ミラー本体３５００は、図２０に示すリサージュパターンに近づき始める。調整電圧Ｖｔｕｎｅ１、Ｖｔｕｎｅ２を調整すれば、該調整に対応する調整が走査パターンに生じる。可撓性の部分３５０６の質量及び電圧Ｖｔｕｎｅ１、Ｖｔｕｎｅ２が適切に選択されたとき、不均衡のミラー本体からの振動の共振周波数は水平走査周波数の積分積であり、リサージュパターンは安定する。走査パターンを監視し、調整電圧Ｖｔｕｎｅ１、Ｖｔｕｎｅ２を調整することによって、リサージュパターンは安定性を維持される。したがって、電子的に制御された構造は、ピンチ補正を支援する。
【０１０４】
図３６に、走査装置３６００の共振周波数を制御するための他の例を示す。この実施例において、走査装置３６００は、透明の蓋３６０６を有する密封パッケージ３６０４に収容されており、密閉パッケージ３６０４の試料台３６０２上に配置されている。パッケージ３６０４は、低圧の、ヘリウム又はアルゴンを含む混合気体のようなガスを含む。走査装置３６００の共振周波数は、部分的に、パッケージ３６０２内の圧力及びガスの特性に依存して振動する。このような点について、バルテス（Ｂａｌｔｅｓ）ら著の「リリパットの電子的ノイズ、アイトリプルイー・スペクトル（ＴＨＥ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＮＯＳＥ ＩＮ ＬＩＬＬＩＰＵＴ， ＩＥＥＥ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）」、第３５〜３９頁、１９９８年９月発行、の論文に示されており、この文献を参考文献として本願に組み入れる。従来の密封パッケージと異なり、パッケージ３６０２は、試料台３６０２の下方に位置する一組のガス抜きノジュール３６１０を含む。
【０１０５】
ノジュール３６１０は、ポリマー又は重合体におけるイソプロパノールのようなガス抜き可能の材料又は物質からなり、抵抗性を有するヒータ３６１１の上部に形成されている。電流を流すことにより、ヒータ３６１１の抵抗加熱が生じ、次いで、ノジュール３６１０のガス抜きが生じる。電子的周波数制御装置３６１４は、各ノジュール３６１０の両側に配置された一組の電極３６１２に制御電流を流すことによって、ガス抜き量を制御する。走査装置３６００の共振周波数は、ガス濃度の増加により、減少する。周波数のより大きな変化のために、吸収性のポリマー部分３６１８は、共振周波数への吸収効果を「増大」すべく走査装置のねじり腕部３６２０を覆っている。
【０１０６】
前記した可変又は「動的」の調整方法は、一般に、小さな周波数変化を所持させるために望ましい。そのような周波数調整は、環境効果、エージング又は内部熱増大に起因する共振周波数ずれを補償する。動的調整方法の困難性を減じるか又は動的調整のすべてを除去するために、走査装置の非補償の共振周波数と望ましい走査周波数との間の差を最小にするために、走査装置の共振周波数を「調整」することは、多くの応用において望ましい。そのような周波数差は、プロセス変動、材料特性変動又はいくつかの他の影響によって生じる。
【０１０７】
図３７に、走査装置の非補償の共振周波数を調整するための手法の一例を示す。図示の例において、走査装置３７００は、一体的な調整タブ３７０２Ａ及び３７０２Ｂ、３７０４Ａ及び３７０４Ｂ、３７０６Ａ及び３７０６Ｂ、３７０８Ａ及び３７０８Ｂ、３７１０及び３７１２を有する。初めは、走査装置のミラー本体３７１４及びねじり腕部３７１６は、望ましい共振周波数よりわずかに小さい共振周波数（取り付けられた調整タブ３７０２Ａ及び３７０２Ｂ、３７０４Ａ及び３７０４Ｂ、３７０６Ａ及び３７０６Ｂ、３７０８Ａ及び３７０８Ｂ、３７１０及び３７１２のすべてによる。）を生じるような寸法に形成されている。走査装置３７００を組み立てたとき、共振周波数を、種々の方法で測定することができる。例えば、前記したいずれかの技術により、走査装置３７００を駆動することができ、また、ミラー応答性を光学的に監視することができる。選択的に、周波数に対するインピーダンスを測定することにより、共振周波数を相対的に速く生じさせることもできる。
【０１０８】
予め決められた共振周波数は、望ましい周波数補償を確定するために、望ましい共振周波数と比較される。確定された周波数補償に基づいて、調整タブ３７０２Ａ及び３７０２Ｂ、３７０４Ａ及び３７０４Ｂ、３７０６Ａ及び３７０６Ｂ、３７０８Ａ及び３７０８Ｂ、３７１０及び３７１２のいくつかを、例えば、ミラー本体３７１４の質量を減じるべくレーザトリミング又は機械的力によって除去する。既知のように、（他の変化がない状況で）ミラー本体３７１４の質量を減じれば、共振周波数が増加する。確定された周波数補償のために除去されるべきタブの数及び位置は、模擬又は経験上のデータから決定することができる。好ましくは、除去された調整タブは、ミラー本体の各半分の質量中心に対して対称的に、かつミラー本体３７１４の回転軸線に関して対称的に配置される。対称的な配置を容易に実現するために、調整タブ３７０２Ａ及び３７０２Ｂ、３７０４Ａ及び３７０４Ｂ、３７０６Ａ及び３７０６Ｂ、３７０８Ａ及び３７０８Ｂ、３７１０及び３７１２は、ミラー本体３７１４のまわりに対称的位置に配置される。例えば、調整タブ３７０２Ａ及び３７０２Ｂ、３７０４Ａ及び３７０４Ｂは、一般に、グループで除去される四組のタブを形成する。同様に、調整タブ３７１０及び３７１２は、一般に、対で除去される一組のタブを形成する。
【０１０９】
図３７に示す例では、図示をわかりやすくために、調整タブ３７０２Ａ及び３７０２Ｂ、３７０４Ａ及び３７０４Ｂ、３７０６Ａ及び３７０６Ｂ、３７０８Ａ及び３７０８Ｂ、３７１０及び３７１２を互いに同じ大きさを有するものとしているが、同じ大きさを有することが常に必要であることもなく、また、常に望ましいことでもない。いくつかの応用において、そのようなタブは、調整においてより大きな可撓性を可能にするような大きさに変更されてもよい。
【０１１０】
図１２に関して説明したように、タイル張りのように２次元に配置すれば、走査装置についての要求が少なく、大寸法かつ高解像度の表示装置を得ることができる。図３８に、４つの分離源３８００、３８０２、３８０４、３８０６が共通の走査装置３８０８に光を供給するときに生じる一つの困難を示す。図において左下の走査装置３８００のために示した線からわかるように、右上の走査装置３８０４は、左下の走査装置３８００の予期される走査領域３８１０内に配置されている。さらに調整をすることなく、右上の走査装置３８０４は、左下の走査装置３８００から像の部分を吸収するように予期され、対応するタイルの非照明領域を生じさせる。
【０１１１】
図３９は、源及びビームの重なりの効果を低減する一手法を示す。この実施例において、光は、分離ファイバ３９００、３９０２、３９０４、３９０６を通り、各ＧＲＩＮレンズ３９０８、３９１０、３９１２、３９１４によって各調整ミラー３９１６、３９１８、３９２０、３９２２に集光及び合焦される。図４０に示す２つのミラー３９１６、３９２２からわかるように、調整ミラー３９１６、３９２２は、各ＧＲＩＮレンズ３９０８、３９１４からの光の進行方向を、一部の光を反射する曲面ミラー３９２４に向く方向に変える、非常に小さいミラーである。ミラー３９２４は、前述したように、中央に配置された、周期的に走査する走査装置３９２６の方へ、入射光の向きを変える。走査された光は、一部の光を反射するミラー３９２４を通って、像を見ることができる像領域３９２８へ進む。
【０１１２】
図４０からわかるように、ＧＲＩＮレンズ３９０８、３９１４は、各ファイバ３９００、３９０６からの発散光（ｄｉｖｅｒｇｉｎｇ ｌｉｇｈｔ）を集束し、各調整ミラー３９１６、３９２２面上において集束光のビーム径が実質的に最小の直径になるように該ビーム径を小さくする。ビーム３９３０は、曲面ミラー３９２４へ進むとき、その径が拡大する。曲面ミラー３９２４は、拡大ビーム３９３０を、走査装置３９２６のミラー幅Ｗよりわずかに小さい直径を有し、実質的にコリメートされた又はわずかに集束されたビーム３９３２に変換する。
【０１１３】
図４０からわかるように、調整ミラー３９１６、３９１８、３９２０、３９２２は、該ミラーの走査の一部の間、他の調整ミラーからの光を遮断する。しかし、調整ミラーはビームの小さい部分のみを遮断し、ビームは像領域３９２４に集束することから、その影響は、対応する画素についてのわずかの白やけである。これは補償されず、望ましい画素強度からのわずかの変化を生じさせる。しかし、図２９に関して説明したプログラム制御可能なゲートアレイ２５０６は、調整ミラー３９１６、３９１８、３９２０、３９２２の白やけの影響を相殺するための強度を予め付加する。
【０１１４】
図３９及び図４０に示す表示装置の効率をさらに改善するためには、偏光特性を用いることができる。いくつかの応用において、ファイバ３９００、３９０２、３９０４、３９０６（又はレーザダイオードのような他の光源）は、偏光を発する。スリーエム（３Ｍ）社製のデュアル・ブライトネス・エンハンスメント・フィルム（Ｄｕａｌ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ）のような偏光依存型の反射物３９３４がミラーの内面に被覆され、該反射物は、偏光された入射ビーム３９３０を反射する。反射ビーム３９３２が走査装置３９２６に進んだとき、ビーム３９３２は、４５度だけ偏光を回転させる四分の一波長板を通る。ビーム３９３２は、走査装置３９２６で反射され、再び四分の一波長板を通り、これにより、偏光は、９０度の回転をしたことになり、原ビーム３９３０と直角をなす。直角に偏光されたビームは、偏光依存型の反射物３９３４を効率よく通り、像領域３９２８へ進む。
【０１１５】
図４１に、補正走査装置を有することなくラスターピンチを低減することができるタイル手法の利用の仕方を示す。この実施例において、入力ファイバ４１０２からの変調光は、光スイッチ４１０８によって規定された、いずれかの一組の伝送ファイバ４１０４、４１０６に入射する。光は、伝送ファイバ４１０４、４１０６を経て、第１のファイバ４１０４からの光を像領域４１１４の第１の領域４１１２に走査し、第２のファイバ４１０６からの光を像領域４１１４の第２の領域４１１６に走査する共通の走査装置４１１０に入射する。ファイバ４１０４、４１０６は、第１及び第２の領域４１１２、４１１６がわずかに重なり領域４１１８で重なるように向けられている。
【０１１６】
走査装置４１１０の前方掃引の間、電子制御装置４１２０は、光が第２のファイバ４１０６を通るように、スイッチ４１０８を作動させる。走査装置４１１０は、第２の領域４１１６の第１の走査線４１１２に沿って光の進行方向を変える。前方掃引の最後に、制御装置４１２０は、光が第１のファイバ４１０４を通り、第１の領域４１１２の第１の走査線４１１２に沿って走査されるように、スイッチ４１０８を作動させる。走査装置４１１０の連続する各掃引のために、制御装置４１２０は、領域４１１２、４１１６のそれぞれの複数組の線が生じるようにスイッチを作動させる。図４１に示すように、垂直走査は前方掃引の間継続し、線はわずかに傾斜している。このような傾斜を人が観察することが一般的に可能でない間、所望ならば、注文による光学装置に、走査傾斜を相殺する「カウンター」傾斜を生じさせるようにしてもよい。選択的に、像データは、補償のために、図２９に関して説明したプログラム制御可能なゲートアレイ２５０６によって前もって補償されていてもよい。
【０１１７】
この構造は、２つの水平タイル又は単一の発光装置に限定されない。例えば、図４２に示すように、２つの光ファイバからの光は、２×２の傾斜像を生じるように、４つのファイバに切り替えるようにしてもよい。
【０１１８】
この方法において、入力ファイバ４２００は、一組の光スイッチ４２１０、４２１２、４２１４によって、４つのファイバ４２０２、４２０４、４２０６、４２０８に結合されている。各ファイバは、光が走査組立体４２１６に各角度から入射するようにされている。スイッチ制御装置４２２０は、掃引の方向に従って、また、熟視追跡装置（図示せず）によって与えられる使用者の熟視の追跡位置に従って、スイッチ４２１０、４２１２、４２１４を作動させる。熟視追跡装置は、熟視方向を決定するためのいかなる既知の装置であってもよい。
【０１１９】
例えば、使用者が像の上半分を見たとき、左上タイル４２２２の像を生じるために傾斜された第１のファイバ４２０６は、前方掃引の間、走査組立体４２１６に光を送る。右上タイル４２２４の像を生じるために傾斜された第２のファイバ４２０８は、逆掃引の間、走査組立体４２１６に光を送る。使用者が像の下半分を見たとき、左下タイル４２２６の像を生じるために傾斜された第３のファイバ４２０４は、前方掃引の間、走査組立体４２１６に光を送る。右下タイル４２２８の像を生じるために傾斜された第４のファイバ４２０２は、逆掃引の間、走査組立体４２１６に光を送る。各ファイバ４２００、４２０６、４２０８、４２０４を単一のファイバとして示したが、いくつかの応用においては、各ファイバ４２００、４２０６、４２０８、４２０４は、実際に、複数のファイバ４２００、４２０６、４２０８、４２０４を含んでいてもよい。そのような応用において、各ファイバ４２００、４２０６、４２０８、４２０４は、複数の入力ファイバ４２００及び対応する複数のスイッチセットによって、光の入力がされる。そのような実施例は、好都合に、複数の線が同時に書かれることを可能にする。同時に複数の線を書くことは、前記した単一の線を書く方法と比べて、水平走査の周波数を減少させ、これによって、走査の困難性を低減する。また、複数の発光装置のから同時に光を供給することは、与えられた表示輝度のために必要な、各源からの光エネルギー量を減少させ、また、ビームの変調周波数を減少させる。これは光源の性能要件を低減し、これにより、表示装置全体に係る費用及び複雑さが減少する。
【０１２０】
図４１及び図４２に示す実施例においては、ファイバ及び光スイッチをもちいるものとして説明したが、いくつかの応用においては、ファイバに代えて、レーザダイオード、ＬＥＤ、マイクロレーザ又はガスレーザのような離散光源を用いてもよい。そのような応用において、電気スイッチ（例えば、トランジスタ）は、ミラーの前方及び逆の掃引の間の光の供給を制御するために、各源への駆動電流を選択的に制御するか又は各源に整列された外部変調器を制御する。
【０１２１】
本発明を典型的な実施例によって説明したが、構造や方法における変更又は変形を本発明の精神及び範囲を逸脱しない範囲においてすることができる。同様に、種々の装置構成部分の配置は、前記した種々の像形成装置において変更することができる。配置の一例において、補正走査装置は、他の走査装置の前又は後の光路に配置することができる。また、射出瞳拡大装置は、多くの応用において、追加又は省略されてもよい。そのような実施例において、従来の眼追跡は、眼への走査ビームの結合を容易にするために、追加されてもよい。さらに、走査装置は、走査網膜表示装置に加え、投写型表示装置、光学的記憶装置（光メモリー）、及び他の種々の走査光ビーム装置のために用いることができる。さらに、プログラム制御可能の表示装置のような他の種々のタイミング制御機構は、図２４から図３１を参照して説明した方法に代えて、走査装置の種々の速度を補償するために用いてもよい。さらに、いくつかの応用において、１以上のビームが供給される走査装置を複数用いることは、配置を容易にするため又は他の理由のために望ましい。そのような構造において、各走査装置及びその対応する光源は、一組のタイルを生じる。像全体は、隣接配置又は重畳によって各走査装置からのタイルセットを結合することによって形成される。重畳は、一般に、各走査装置がそれぞれの波長のために用いられるときにのみ好ましいとしたが、いくつかの応用において、重畳を、像結合についての組合せ又は他の方法のために用いてもよい。
【０１２２】
タイミング及び歪みの補正についての他の代替的方法において、メモリマップは、一定速度で、歪みなくアドレス指定をされる。走査装置の非直線性又は非線形性を補償するために、各位置のためのデータは、回収された像データから引き出され、一定の増加量で出力される。例えば、図２７を参照するに、データは、時間１５００で出力される（この時刻が画素時刻に直接対していないときでさえも出力される。）。補償のために、バッファー２５０８は、この線のために第１０及び第１１の位置にアドレス指定をされる。次いで、出力データは、第１０及び第１１の位置からのデータの加重平均である。したがって、バッファー２５０８は一定速度で時間計測をされ、画素は一定速度で出力される。さらに、アドレス指定回路を慎重に制御して加重平均を実行すれば、出力データは、正弦波状に補正される。また、発光装置及び光源として、ファイバ付き又はファイバ無しのレーザダイオード又はＬＥＤを用いるものとして説明したが、マイクロレーザ、ガスレーザ又は他の発光装置のような他の種々の発光装置は、いくつかの応用において望ましい。さらに、典型的な走査組立体としてねじり型取付のミラーとしたが、回転ポリゴン体、櫛形駆動ミラー、音響光学走査装置及び他の走査構造のような他の走査組立体は本発明の範囲内にある。また、ビームを単一の走査装置に集束するものとして示したが、いくつかの応用において、各ビーム光のために分離走査装置を用いること又は複数のビームを反射する複数の走査装置を用いることは望ましい。したがって、本発明は、従属項に従う場合を除いて限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
人の眼に整列された表示装置を示す図。
【図２】
（Ａ）は、像源からの光と背景からの光との結合から得れらた、使用者によって認識される結合像を示す図。（Ｂ）は、図１に示す表示装置において背景光がさえぎられたときの、使用者によって認識される図。
【図３】
二方向走査のビームを人の眼に結合させたときの、走査装置及び人の眼を示す図。
【図４】
（Ａ）及び（Ｂ）は、図３に示す走査組立体の走査装置の走査パターンを示す信号タイミング図。
【図５】
望ましい走査経路と比べたときの、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）の信号に応じた走査ビームによる経路を示す信号位置図。
【図６】
２つの光ビームを含む、本発明の一実施例に係る表示装置を示す図。
【図７】
鎖（ｔｅｔｈｅｒ）を含む頭部装着型の走査装置を示す等大の図。
【図８】
補正ミラーを含む、図６に示す走査表示装置内の走査組立体を示す図。
【図９】
図８に示す走査組立体に用いるために適した水平走査装置及び垂直走査装置を示す等大の図。
【図１０】
わずかに重なったタイルが示された、２つの入力ビームを有する走査装置を示す図。
【図１１】
空間的に分離された位置でされる４つの光供給が示された二軸走査装置の平面図。
【図１２】
図１１に示す４つの光供給の走査装置によって生じた４つのタイルを示す図。
【図１３】
４つの分離バッファー装置を含む、図１１に示す４つの分離供給を駆動するためのシステムを示す図。
【図１４】
垂直走査装置を駆動するためにランプ信号と望ましい信号とを比較する信号タイミング図。
【図１５】
垂直走査位置のための配置エラー及び補正を示す信号タイミング図
【図１６】
圧電型補正走査装置の断面図。
【図１７】
（Ａ）は、小型電気機械式（ＭＥＭ）補正走査装置の平面図。（Ｂ）は、容量性のプレートと該プレートの走査ミラーに対する位置合わせとが示された、（Ａ）の小型電気機械式（ＭＥＭ）補正走査装置の断面図。
【図１８】
全走査の９０％にわたり正弦波状に駆動される走査装置を用いた、補正された走査位置を示す図。
【図１９】
エラーが低減された走査装置の他の実施例を示し、垂直コンポーネントに水平ミラーを付加することによって走査補正を実行したことを示す図。
【図２０】
図１９に示す走査装置によって偏りを生じさせられたビームの走査経路を示す位置図。
【図２１】
二軸型小型電気機械式（ＭＥＭ）走査装置及び小型電気機械式（ＭＥＭ）補正走査装置を含む走査システムを示す図。
【図２２】
入力ファイバの位置又は角度を変化させることによって入力ビームを変化させる補正走査装置を示す図。
【図２３】
電気信号に応じて入力ビームを変化させる電気光学式水晶を含む補正走査装置を示す図。
【図２４】
目標物からの外部光を得る像装置を示す図。
【図２５】
視認可能の像を投影する、図２に示す像装置の他の実施例を示す図。
【図２６】
正弦波状の走査位置と直線の走査位置との偏差を時間に対してグラフ化した信号タイミング図。
【図２７】
正弦波状走査のための位置を走査するために直線カウント組のマップがいかに作られるかを示すグラフ。
【図２８】
共振ミラーの非直線走査速度を補償する間、メモリマトリックスにデータを記憶するためにデータを処理するシステムを示すブロック図。
【図２９】
共振ミラーの非直線走査速度を補償する間、メモリマトリックスからデータを引き出すために出力クロックを発生する第１のシステムを示すブロック図。
【図３０】
予備歪みを含む、図２９に示す装置の他の実施例を示すブロック図。
【図３１】
図２９に示すブロック図のクロック発生部分の詳細なブロック図。
【図３２】
垂直光学歪みを補償するために予備補償されたデータを示すデータ構造を示す図。
【図３３】
各ミラーの半分の質量中心を電子的に制御するための構造を含む小型電気機械式（ＭＥＭ）走査装置の平面図。
【図３４】
印加電圧に応じて突出部の曲げを示す、図３２に示す小型電気機械式（ＭＥＭ）の走査装置を示す図。
【図３５】
各ミラーの半分の質量中心を横方向に変化させるための構造を含む小型電気機械式（ＭＥＭ）走査装置の平面図。
【図３６】
電気的に制御されたガス抜きノジュールを含む、囲まれた走査装置を示す断面図。
【図３７】
周波数調整のための選択的に除去可能のタブを含む小型電気機械式（ＭＥＭ）ミラーの平面図。
【図３８】
走査領域と光源との重なりを示す四光源表示装置を示す図。
【図３９】
小さい調整ミラーとオフセット光源とを有する四光源表示装置を示す図。
【図４０】
小さい調整ミラーと共通の曲面ミラーとによるビーム経路を示す、図３９に示す表示装置を示す図。
【図４１】
分離タイルに光を供給するための切替式光ファイバを含む単一の発光装置を示す図。
【図４２】
４つの分離タイルを生じさせるために検出された熟視方向に応じて、一組の光学スイッチによって走査装置に光を供給するための４つの分離ファイバを含む表示装置を示す図。
【符号の説明】
７０ 表示装置
７２ 眼
７６ 像源
７８ 光源
８０ ビーム
８２ 走査組立体
４１０２ 入力ファイバ
４１０４、４１０６ ファイバ
４１０８ 光スイッチ
４１１０ 走査装置
４１１２ 第１の領域
４１１４ 像領域
４１１６ 第２の領域
４１１８ 重なり領域
４１２０ 電子制御装置
Claims (26)
- 実質的に直線で形成されたパターンで走査される走査光ビームを発生するための装置であって、
第１の周波数で第１の軸線の周りを周期的に走査するように取り付けられた第１のミラーであって、前記第１の軸線の周りに前記光路を順方向及び逆方向に掃引するように配置された第１のミラーと、
第１の位置に配置され、第１の位置からの第１の光ビームを前記第１のミラーへ発するように向けられた第１の光供給装置であって、前記第１の光ビームを発するための第１の電気信号に応答可能の第１の光供給装置と、
第２の位置に配置され、第２の位置からの第２の光ビームを前記第１のミラーへ発するように向けられた第２の光供給装置であって、前記第２の光ビームを発するための第２の電気信号に応答可能の第２の光供給装置と、
前記第１の光供給装置に接続された第１の出力部と、前記第２の光供給装置に接続された第２の出力部とを有する電子制御回路であって、前記ミラーが前記順方向に掃引したとき前記第１の電気信号を供給するように作動可能であり、前記ミラーが前記逆方向に掃引したとき前記第２の電気信号を供給するように作動可能の、電子制御回路とを含む、装置。 - さらに、前記電子制御回路に接続された位置検出装置であって、前記ミラーが前記順方向又は逆方向に掃引しているか否かを表す感知信号を生じるように前記ミラーの運動に応答可能の位置検出装置を含み、
前記電子制御回路は、順方向掃引の間に前記第１の電気信号を供給し、逆方向掃引の前記第２の電気信号を供給するように、前記感知信号に応答可能である、請求項１に記載の装置。 - 前記第１の光供給装置は、前記第１の光ビームが第１の角度範囲にわたって走査するように配置及び方向づけがされ、前記第２の光供給装置は、前記第２の光ビームが前記第１の角度範囲と実質的に重なりを有しない第２の角度範囲にわたって走査するように配置及び方向づけがされている、請求項１に記載の装置。
- さらに、発光装置と、光学的切替装置とを含み、前記光学的切替装置は、前記発光装置に接続された光入力部と、第１の出力部と、第２の出力部と、電気的入力部とを備え、前記光入力部からの光を前記第１の出力部へ向けるように前記第１の電気信号に応答可能であり、また、前記光入力部からの光を前記第２の出力部へ向けるように前記第２の電気信号に応答可能である、請求項１に記載の装置。
- 前記第１の光供給部は第１の発光装置を含み、前記第２の光供給部は、前記第１の発光装置とは異なる第２の発光装置を含む、請求項１に記載の装置。
- 目標領域からの光エネルギ又は目標領域への光エネルギを走査させるための装置であって、
第１の角度的端部から第２の角度的端部まで連続的に走査される走査ミラーと、
前記走査ミラーに整列された第１の発光装置又は光検出装置であって、前記走査ミラーが前記第１の角度的端部に位置するとき前記目標領域の第１の領域を像化又は照明し、当該走査ミラーが前記第２の角度的端部に位置するとき前記目標領域の前記第１の領域とは異なる第２の領域を像化又は照明するように配置されている第１の発光装置又は光検出装置と、
前記走査ミラーに整列された第２の発光装置又は光検出装置であって、前記走査ミラーが前記第１の角度的端部に位置するとき前記目標領域の第２の領域を像化又は照明し、当該走査ミラーが前記第２の角度的端部に位置するとき前記目標領域の前記第１及び第２の領域とは異なる第３の領域を像化又は照明するように配置されている第２の発光装置又は光検出装置とを含む、装置。 - さらに、前記第１の発光装置又は光検出装置と前記第２の領域との間の第１の光路、及び前記第２の発光装置又は光検出装置と前記第２の領域との間の第２の光路の両方に配置された第２のミラーであって、前記走査ミラーの枢軸線と直交する軸線の周りを枢動するように取り付けられた第２のミラーを含む、請求項６に記載の装置。
- 前記走査ミラーは、前記第１の角度的端部と前記第２の角度的端部とに直交する掃引方向に沿って枢動するように取り付けられ、前記走査ミラーは、前記２つの角度的端部の間の運動と前記掃引方向に沿った運動とを同時に行うことが可能である、請求項６に記載の装置。
- 前記走査ミラーは２つの軸線に沿って枢動可能であり、さらに、前記走査ミラーに接続された駆動源であって、前記第１の発光装置又は光検出装置の像化又は照明の実質的にラスターパターンを規定する走査経路で前記走査ミラーを枢動させるように作動可能の駆動源を含む、請求項６に記載の装置。
- 表示装置の線を表す信号部分を有する像信号に応答可能の走査型表示装置であって、
第１の光路に沿って光を発するための第１の信号に応答可能の第１の光源と、
第２の光路に沿って光を発するための第２の信号に応答可能の第２の光源と、
前記第１及び第２の光源からの光を受け、前記第１の光源から受けた光を第１の走査経路に沿って第１の像領域へ向け直し、前記第２の光源から受けた光を第２の走査経路に沿って第２の像領域へ向け直すように配置された走査組立体と、
前記像信号を受ける入力ポートを有する電子制御装置であって、各信号部分を、各線のセグメントを表す複数の小部分に分割し、前記第１のセグメントに応答して前記第１の信号を発生し、前記第２のセグメントに応答して前記第２の信号を発生するように、作動可能の電子制御装置とを含む、走査型表示装置。 - 前記走査装置及び光源は、前記第１の領域と前記第２の領域とが実質的に重ならないように配置されている、請求項１に記載の装置。
- 前記第１及び第２の光源のそれぞれは、別個の波長範囲を有する複数の発光装置を含む、請求項１０に記載の装置。
- 各光源の各発光装置の波長範囲は、該光源の他の発光装置の波長範囲とは異なる、請求項１２に記載の装置。
- 前記第１及び第２の光源は共通の発光装置を共有する、請求項１０に記載の装置。
- さらに、前記共通の発光装置と前記第１の光源との間に伸びる第１の光路と、前記共通の発光装置と前記第２の光源との間に伸びる第２の光路とを有する電子制御式光導波部であって、前記第１の経路と前記第２の経路との間で選択的に切替可能の電子制御式光導波部を含む、請求項１４に記載の装置。
- 順走査方向及び逆走査方向を有する少なくとも１つの共振型走査装置を備えるシステムにおいて実質的にラスターパターンで走査する方法であって、
前記共振型走査装置が前記順走査方向に走査しているとき、光を第１の光源から前記共振型走査装置に供給するステップと、
前記共振型走査装置が前記逆走査方向に走査しているとき、光を、前記第１の光源とは異なる第２の光源から前記共振型走査装置に供給するステップとを含む、走査方法。 - さらに、前記共振型走査装置が前記順走査方向に走査しているとき、前記共振型走査装置からの光を第１の凝視領域へ向け直すステップと、前記共振型走査装置が前記逆走査方向に走査しているとき、前記共振型走査装置からの光を第２の凝視領域へ向け直すステップとを含む、請求項１６に記載の方法。
- 前記第１及び第２の凝視領域は実質的に重なっていない、請求項１７に記載の方法。
- 前記第１及び第２の凝視領域はすぐ近くに隣接している、請求項１８に記載の方法。
- 前記共振型走査装置は周期的なパターンで走査する走査ミラーを含み、前記共振型走査装置が前記順走査方向に走査しているとき光を第１の光源から前記共振型走査装置に供給するステップは、第１の光路に沿って光を第１の位置から前記走査ミラーへ向けることを含み、前記共振型走査装置が前記逆走査方向に走査しているとき前記共振型走査装置からの光を第２の凝視領域に向けるステップは、前記第１の光路とは平行でない第２の光路に沿って光を第１の位置から前記走査ミラーへ向けることを含む、請求項１５に記載の方法。
- さらに、
前記共振型走査装置が前記順走査方向に走査しているとき、所望の像の第１の部分に従って前記第１の光源からの光を変調するステップと、
前記共振型走査装置が前記逆走査方向に走査しているとき、前記所望の像の前記第１の部分とは異なる第２の部分に従って前記第２の光源からの光を変調するステップとを含む、請求項１５に記載の方法。 - 前記第１及び第２の部分は、前記所望の像の、実質的に接した、隣接する部分である、請求項２１に記載の方法。
- 前記第１及び第２の部分は実質的に重なっていない、請求項２２に記載の方法。
- 選択された目標領域を経て光を走査させる方法であって、
順掃引及び逆掃引を含む第１の実質的なラスターパターンで走査組立体によって第１の光路を走査するステップと、
前記第１の実質的なラスターパターンで第１の光路を走査する間、順掃引及び逆掃引を含む第２の実質的なラスターパターンで走査組立体によって第２の光路を走査するステップと、
逆掃引の間に前記第１の光路を遮断するステップと、
順掃引の間に前記第１の光路に沿って光を伝送するステップと、
順掃引の間に前記第２の光路を遮断するステップと、
逆掃引の間に前記第２の光路に沿って光を伝送するステップとを含む、走査方法。 - さらに、
前記順掃引の間に各像線の第１の部分に従って前記光を変調するステップと、
前記逆掃引の間に各像線の第２の部分に従って前記光を変調するステップとを含む、前記第１及び第２の部部は各像線を形成する、請求項２５に記載の方法。 - 前記走査組立体は共振式走査ミラーを含み、さらに、
第１の発光装置と前記走査ミラーとを第１の向きに整列させることによって前記第１の光路を規定するステップと、
前記第１の発光装置とは異なる第２の発光装置と前記走査ミラーとを第２の向きに整列させることによって前記第２の光路を規定するステップとを含む、請求項２５に記載の方法。
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