JPH02304411A - 反射型投影機、反射型投影システムと方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は投影システムに使用する反射型投影機及び反
射型対象領域ディスプレイを形成する為の方法に関する
。

（従来の技術と発明が解決しようとする課題）従来、対
象領域のディスプレイφシステムでは、一般に投影機は
飛行模擬装置の一部を形成しているドームの内側に配置
されていた。その様にドームの内側に置くと、投影機は
視界を塞ぐか或いは高性能高価格の焦点合わせ及びズー
ムの組立物の付加を必要とした。この種の成るシステム
は、操作者の視野の下側の色々な場所に配置した射出瞳
を有する複数の投影機を使用する。しかし、この様なド
ームの中に複数の射出瞳を別々に置くことは、高価な焦
点合わせ機構を必要とし、またドーム表面に極めて広い
入射角の範囲で高利得を持つ投影スクリーン材料が使用
で出来なくなる。従って現在の対象領域ディスプレイは
操縦者の視野を妨害するか或いは＾価で不鮮明低コント
ラストのものになるかである。

本発明は以上の課題を解決することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、広い視野、望ましくは少なくとも約±５６°
、に亘り線当たりの解像度がほぼ１０分より小、むしろ
線当たり約５分かそれ以下、更に望まし、くは線当たり
１分より小の解像度を持つディスプレイ形成の手段を持
つ反射型対象領域ディスプレイ投影機に関する。かかる
投影機はほぼ平行な光束を受ける手段である外部入射瞳
を備えている。入射瞳に続いて非球面鏡の表面にある開
口部の上に入射瞳を映出する手段である屈折光学器機が
ある。非球面鏡は球面鏡と対になっており、二つの鏡は
投影機の射出瞳である球面鏡の開口部の上に非球面鏡の
開口部にある瞳を映出する手段である。二つの鏡は屈折
光学要素と連接して、ドームの表面の上に無限遠の対象
物を映し出す為の手段を提供している。

投影機は、ドーム表面の上にほぼ平行な光線を映出し、
同時に非球面鏡の開口部の上に、そして球面鏡の開口部
の上に外部入射瞳を再映出する為の手段を提供している
。これらの機能を完遂する為の手段は、適切に配置され
た外部入射瞳に連接した屈折光学的対物レンズと、対物
レンズに連接した屈折リレーと、屈折リレーに連接した
反射リレーとを含んでいる。

好ましい実施例では、対物レンズは三グループの六要索
、即ち空気層のある両凸／凹−面合わせの二重レンズと
、色補正の為の同一外側半径を持つ凹凸型張合せ二重レ
ンズと、視野レンズとして作用する空気層のある両凸／
凹−面合わせの二重レンズとを備えている。

好ましい実施例に於いて、屈折リレーは四つの張合わせ
二重レンズと一つのｍｍレンズ、即ち前面が強い凹面を
した負の凹凸二重レンズと、続く正の両凸二重レンズと
、続く正の平凸二重レンズと、続く正の凹凸二重レンズ
と、続く正の凹凸−重レンズとを備えている。

好ましい実施例に於いて、入射瞳は対物レンズの最初の
表面の前に位置している。望ましくは、入射瞳はこの最
初の面の前約１，８５インチの所、史に一般には投影機
に先行するリレー望遠鏡により生ずるレーザー・ビーム
のくびれの如き、レーザー・ビームのくびれだ位置に置
く。

好ましい実施例に於いて、光学的対物レンズの屈折要素
及び屈折リレーは同軸の回転対称のシステムを形成する
。好ましい実施例では非球面鏡及び球面鏡はその照準線
を投影機の光軸から偏向させる為に傾けである。球面鏡
をｙ−ｚ面に於けるシステムの屈折部分の光軸に対し約
３．４５”傾ける１ｔが良く、これにより球面鏡での反
射の後、照準線はシステムの光軸から上方に計約６．９
゜偏向させられる。非球面鏡も亦、好ましい実施例では
、同じ理由でｙ−ｚ面に於ける投影機の光軸に対し６．
９°だけ傾けられている。照準線が投影機の光軸から偏
向する瓜は投影機の射出瞳から出る光線が十分に偏向し
球面鏡の開口部を直接見ている観測者が射出開口部を通
過する光線を見られないようにする二である。

好ましい実施例では、反射型対豪頭域ディスプレイ投影
機システムは新しい投影機及び入射瞳から投影機に入る
平行光束を操作する手段を備えている。操作システムは
観測者の手と目の動きにより発生する信号に応答して作
動することにより、反射型投影機によりドーム表面に投
影される映像は観４−１者の視線に追従する。この様な
信号は、また観Ｍ１者から独立して電子的に発生させる
こともでき、例えばドーム表面に移動目標をディスプレ
イ出来る。むしろ、この操作方法は投影機の入射瞳の所
にサーボ駆動、二軸、ジンバル支持された鏡をこの様な
信号に応答して様々な視野から必要部分の映像を投影機
の光学素子の中に入れることである。対象領域の映像は
また目標に関連した幾何学的指示により動かされる事も
出来、従って反射型対象領域投影機は高解像度投影機と
しての機能も出来る。

投影機システムはラスター・スキャン・レーザー・ディ
スプレイや光弁投影機ディスプレイの様な様々な違った
映像源のディスプレイに使用出来る。投影機の入射瞳を
照射する違った倍率のリレー望遠鏡を使用して、投影映
像の瞬間視野を１゜と１１２°の間で変化出来る。投影
機への入射映像は固定することも、或いはサーボ駆動、
ジンバル操作の鏡を使ってその様な信号に応答して視野
の中で旋回させる事も出来る。好ましい実施例では対物
レンズも反射型投影機を通して複数の映像を同時に伝送
するため光束併合機手段を備えている。

好ましい実施例では、投影機は複数の入射ナヤンネルか
ら複数の光映像を受像し投影出来る。これらのチャンネ
ルは映像源、リレー望遠鏡、拡大及び央鏡操作の機能に
対し相異なる特性を持つ事が出来る。一般に、入射チャ
ンネルの数と特性は人間の視覚の鋭敏さと視野に釣り合
ったディスプレイを提供するのに十分である。

好ましい実施例では、投影機システムは±５６°１、或
いは総計で１１２°の円形射出視野を有する。従って、
好ましい実施例では、投影機システムがドームの内側表
面の上にドームの周囲からの光を操作した場合、ドーム
の反対側でかつ外側に配置された二つの反射型投影機は
ドームのほぼ全内表面に亙りドームの中心にいる人が見
られる様な画像を投影出来る。

（実施例） 第１図及び第２図は反射型投影機１の好ましい実施例の
立面図及び平面図である。投影機１はレンズ２及び３．
接着二重レンズ４１５．−重レンズ７及び８．及び光束
併合体６を備える対物レンズを有する。投影機の屈折リ
レ一部は接着二重レンズ９／１０．１１／１２．１３／
１４．１５／１６及び−重レンズ１７を備えている。

第６図及び表１は夫々第１図乃至第３図に描いた投影機
の実施例にある要素の光学的仕様の構成を夫々のレンズ
及び鏡につき提供している、文人々の間隔も明確に描い
ている。表１は各レンズ及び鏡の半径（Ｒ）と、各レン
ズの厚さく１）と、各要素の次に続く光学的要素からの
間隔（Ｓ）と、各光学的要素の屈折率（Ｎｄ）及びこの
好ましい実施例の要素に使用されているガラスのア・ツ
ベ量（Ｖｄ）を明確にしている。

第１及び２図に示したように要素２乃至１７は回転対称
であり、共軸の光学的システムは光軸３６に沿っている
。非球面１ｍ１８と球面鏡３３は反射瞳リレー・システ
ムを形成し、非球面鏡１８の開口部１９に投影された瞳
を球面鏡３３の開口部２０１と中継する。開口部１９を
通過し非球面鏡３３の表面３４に当たる光はこの表面で
、更に球面鏡１８の表面３５で反射し球面鏡３３の開口
部２０を通る。開口部２０から放射される全ての光線は
、球面鏡３３及び非球面鏡１８がｙ−ｚ面上光軸３６に
対し夫々３．４５°及び６．９゜だけ傾いている為、投
影機１の光軸３６に対し６．９゛の角度上方に偏向させ
られる。

表　　　１ Ｘ　Ｒ１７−５，３３８ｔｌ？−０，４００Ｎ１７−１
．７Ｂ２　Ｖ１７−２８．５３ＸＩＶ　Ｒ２３−３，９
９９１２３−０，Ｇ１３　　Ｎ２３−１．６０３　Ｖ２
３−６０．ＧＯ非球面デフォーメイションー 、６２２１５ｘ１０−２ｙ４−．２０７２７　ｘｌｏ−
２ｙ８＋、１１０６４　Ｘ１Ｏ−２ｙ８−．１０７５７
　ｘｌＯ−３ｙｌＯＩコニック定数−−０，１８３９２ 非球面デフォーメイシランー 、２５５９９ｘ１０−４ｙ４−．４８９２０　ｘｌｏ−
６ｙ８−．２２９７０　Ｘ１Ｏ−Ｂｙｌｌ＋、５０４６
７　ｘｌＯ−１０ｙｌ。

第３図はブロック・ダイアグラムの形式で、複数の映像
が光束併合管６に入っている反射型投影機１を示す。光
源４２からの光は経路４３を経てリレー望遠鏡４４に行
き、望遠鏡４４から経路４５を経て、入射瞳２１及び光
学的対物要素２乃至５を通って光束併合機６に行く。光
源４２からの光は入射瞳２１の所に配置されたサーボ電
動機駆動、ギンパル支持の鏡４８に指向され投影機１の
光学機器に入る。同様に、映像源４０からの光は経路４
９を経てリレー望遠鏡５０に行く。リレー望遠鏡５０か
ら放射され経路５２に乗った光は投影機１の入射瞳２１
の所に配置された電動機駆動ギンパル支持のｍ５１に指
向され投影機の要素２乃至５に更に光束併合機６に入り
、経路４５から入った光と併合される。併合された光は
経路５４を経て屈折リレー／１１！組立２４に、更にそ
こから経路７５５を経てドーム２２の開口部２３の中へ
指向される。ドーム２２の内部で映ｆ’？ｉ４２からの
映像はドーム表面部分５６にそして同時に映像源４０か
らの映像はドーム表面部分５７にディスプレィされる。

第４図は概略表示でドーム２２の夫々反対側に開口部２
３及び２４を持つ飛行模擬ドーム２２に二つの反射型投
影機１を使った所を示す。各投影機１はドーム２２の内
側表面２６上の対象領域にディスプレイを投影する。一
つの投影機は１１２°迄の第−視野に備え、他の投影機
は１１２°迄の第二視野に備えている。かくして、二台
の投影機はドームの中心にいる人物にＺ、ｌ　Ｌ可能な
ほぼ全視野に及ぶ内側表面２６上の全ディスプレイ領域
を提供する。

第５図はアルゴン・イオン・レーザー光束２７のくびれ
部を投影機１の入射瞳に伝送する装置組立を示す。光源
２７からのアルゴン・イオン・レーザー光束は色変調装
置組立２８を通過する。装置組立２８は光束を赤、緑及
び青の色要素に分解し、これらの色要素を可変明瞭度望
遠鏡３０の入射口に中継するポリゴン・ガルボ組立２９
に指向する。可変明瞭度望遠鏡３０を出た光線は、サー
ボ駆動ギンパル支持され投影機１の入射口向は位置決め
電動機３１により制御される位置決め鏡３２の表面に当
たりそこで反射する。投影機１から出た光は開口部２０
を通り第４図のドーム２２の如き飛行模擬ドームの内側
表面に投影される。

二軸走査ｍ３２は投影機１の入射瞳の所で±４．２°の
角度の範囲に動き、投影機１の対物レンズの最初の面の
前１．８５インチの所に配置される６ 投影ｆｉｔの如き投影機がドーム２２の妬きドームの中
で対象領域ディスプレイの投影に使用された場合（第４
図参照）、二つの投影機からの偏向させられた光軸の光
束はドームの中心に指向する。

従って、第４図に於いて、一つの投影機の光束はドーム
の中心線から下方向に１４°の角度をとり、他の投影機
は２５°である。ドームの中心に座り、何れかの投影機
の射出瞳を見ている観察者は、非球面ｒＡ３３の表面上
の光トラップにより形成された暗点のみが見える、何故
ならば、屈折要素の光軸に沿って投影機に入り、鏡の開
口部１９及び２０（第４図）を通過し直進する光線によ
り形成される輝点は観測者の視線の下６．９°に向けら
れているからである。

実測結果 第１図及び第２図に示した如き反射型投影機・はラスタ
ー・スキャンのレーザー入射ｉｉ！１Ｉｒｌｌ源及び二
軸のステッパ電動機制御の操作鏡を使用して構築し試験
してきたものである。

ディスプレイされた映像を発生させるためレーサー・ビ
ームがビデオ制御装置からビデオ信号を受取る音響光学
変調器に焦点を合わされた。ビームは輝度変調されｘ−
ｙ偏向システムに入り完全なビデオ・レーザー映像をつ
くる。この映像は、サーボ駆動／ギンパル支持の鏡の上
に規準されているリレー望遠鏡に入る。リレー望遠鏡の
倍率は反射型対象領域投影機からの出力として５°のラ
スターをつくる様に設計された。鏡は反射型対象領域投
影機に入る平行ラスターの入射角を制御し、５゛ラスタ
ーが反射型対象領域投影機に関係する全半球視野の中、
の何処にでも位置出来る様にする。

投影映像の解像度を、軸上及び視野の端部の二者につき
、ステッパ電動機によりディスプレイ映像の位置決めを
して、測定した。この試験では反射型対象領域ディスプ
レイの視野及び射出瞳寸法も測定した。得られた結果を
表２に示す。これらの結果は本発明の投影機が±５６°
　（即ち、１１２°）の視野に亙り解像度が線当たり一
分より良くなり、また射出瞳の直径は設計目標より立派
に小さいことを示してい石。

表　　２ パラメータ　　　　　設計目標　　　測定結果解像度（
ＴＶ制限）： 軸上　　　　　　　１分　　　　　、７５分＋５６’　
　　　　　１分　　　　１分視野　　　　　　　　　　
±５６’円　　　　±５６°円射出瞳直径　　　　　、
５インチ　　　４インチ

【図面の簡単な説明】

第１図はこの投影機実施例を通過する光線を示す反射型
投影機の好ましい実施例の側面図、第２図は第１図に示
した投影機実施例の立面図、第３図は本発明の投影機シ
ステムの好ましい実施例を説明する概略ブロック・ダイ
アグラム、第４図は飛行模擬ドームの外部に配置されこ
のドームの内表面に対象領域ディスプレイを投影する第
１図及び第２図に示した反射型投影機の実施の１木二台
持つ飛行模擬装置の概略表示、部５図はアルゴン・イオ
ン・レーザー光束発生装置から色変調装置、ポリゴン・
ガルボ組立、可変明瞭度望遠鏡、サーボ駆動ギンパル支
持操作鏡を経て第１図及び第２図に示す投影機実施例に
入り通過して伝送する為の、映像源を発生する為のシス
テムの概略表示、 第６図は第１図及び第２図で描いた夫々のレンズと鏡及
びそれらの間隔を明確に示す図である。 ２．３．４．５．７．８．９．１０．１１．１２．１３
．１４．１５．１６．１７、・・・レンズ；１８・・・
非球面鏡；３３・・・球面鏡；１９．２０・・・鏡の開
口部；２３，２４・・・ドームの開口部；４０゜４２・
・・映像源；４４，５０・・・リレー望遠鏡；４３゜４
５．４９，５２，５４．５５・・・経路；６・・・光束
併合機；２２・・・ドーム；２６・・・ドームの内表面
；２７・・・アルゴン・イオンφレーザー光束発生源；
２８・・・色変調装置；２９・・・ポリゴン・ガルボ組
立；３０・・・可変明瞭度望遠鏡

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）線当たりの解像度が略１０分より小である対象領
   域ディスプレイを造る手段をもつ反射型投影機であって
   、ほぼ平行な光束を受ける入射瞳手段と、非球面鏡手段
   の表面の開口部の上に前記入射瞳を映出する手段であっ
   て、かつ前記入射瞳に連接されている映出手段と、前記
   映出手段に連接され前記映出手段からの光線を伝送する
   開口部を持つ非球面鏡手段と、前記非球面鏡手段からの
   光線を受け取りそして伝送する為の開口部を持つ球面鏡
   手段とを備えている反射型投影機。
2. （２）前記投影機を通して伝送するために複数の映像源
   を併合させる手段を更に備えた請求項１に記載の投影機
   。
3. （３）前記映出手段が前記入射瞳に連接する光学的対物
   レンズと前記光学的対物レンズに連接した屈折リレーと
   を具備する請求項１或いは２に記載の投影機。
4. （４）前記光学的対物レンズ及び屈折リレーが回転対称
   の共軸システムを形成しており、前記非球面鏡及び球面
   鏡の照準線を投影機の光軸から十分に偏向させる為に両
   鏡を傾けて、前記投影機から出る光線をシステムの光軸
   から十分に偏向させる事で、球面鏡の開口部を直接見て
   いる観測者が射出開口部を通過する光線を見ることが出
   来ない様にした請求項１及び３に記載の投影機。
5. （５）反射型投影機に入る平行光線を操作する手段を含
   む反射型対象領域ディスプレイ投影機システムに於いて
   、前記反射型投影機は、線当たり略１０分より小の解像
   度を持ちほぼ平行な光束を受ける手段としての外部入射
   瞳を備えるディスプレイを作り出す手段と、非球面鏡表
   面の開口部上に前記入射瞳を映出する為の手段であって
   、かつ前記入射瞳に連接している映出手段と、非球面鏡
   に連接している球面鏡の開口部上に映出手段に連接する
   非球面鏡の開口部を映出する手段とを具備しており、か
   つ、前記反射型投影機と前記操作手段が飛行模擬装置シ
   ステムの部分を形成するドームの外部に配置されていて
   、この反射型投影機は前記ドームの内部表面上に少なく
   とも±５６゜の視野に投影出来る様に設計されている反
   射型対象領域ディスプレイ投影機システム。
6. （６）前記操作手段が投影機から出る映像を見ている人
   物の手と目の動きにより、或いは投影機から出る映像を
   見ている人物とは無関係のソースから出る信号に応答し
   て、色々な視野から前記投影機の中への対象領域の映像
   を操作するのに十分な回転自由度を持ち、かつ入射瞳の
   所に位置しているサーボ駆動、ジンバル支持の鏡である
   請求項５に記載の投影機。
7. （７）前記投影機に複数の映像源を送達する手段と、投
   影機から出る映像を見ている人物の手及び目の動きによ
   り、或いは投影機から出る映像を見ている人物とは無関
   係のソースから出る信号に応答して平行光線を入射瞳か ら前記投影機へ操作する手段を更に具備する請求項６に
   記載の投影機。
8. （８）少なくとも一つの映像源をドームの内側の表面上
   に少なくとも±５６゜の視野に亙り線当たり１０分より
   小の解像度で投影する方法に於いて、投影機の入射瞳に
   平行光線を指向させ、非球面鏡の開口部の上に前記入射
   瞳を映出し、球面鏡手段の表面の開口部に前記非球面鏡
   開口部での瞳を映出し、湾曲したドームの内表面上のド
   ームの周囲に位置する前記球面鏡の開口部から出る光線
   を映出する投影方法。