JPH08286275A

JPH08286275A - 像投影ディスプレイ

Info

Publication number: JPH08286275A
Application number: JP8002635A
Authority: JP
Inventors: Ronald G Hegg; ロナルド・ジー・ヘッグ
Original assignee: Hughes Aircraft Co; HE Holdings Inc
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1995-01-10
Filing date: 1996-01-10
Publication date: 1996-11-01
Also published as: IL116692A0; IL116692A; KR100237660B1; EP0722108B1; DE69619880D1; TW298640B; KR960030676A; EP0722108A1; DE69619880T2; US5748264A

Abstract

(57)【要約】【課題】ディスプレイの使用者により感知される像が実
質的に線形に戻るように、投影された像への相補的歪み
を有する軸からそれた像投影ティスプレイを提供する【課題を解決する手段】像を形成するように光を投影す
るプロジェクター２０と、ディスプレイの使用者に像と
して見られるように光の一部を反射する像面１８を規定
する覆い（コンバイナー）１２と、使用者が歪まれた線
形性を有する像を感知するように線形の投影された像を
歪ませる軸からそれた投影ファクターを有し、また、デ
イプレイの使用者が実質的にもとに戻された線形性を有
する像を見るように、補償像歪みを有する投影された像
を与える矯正部材４６を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、像投影ディスプレイの
分野に係わり、特に、頭に装着もしくはヘルメットに装
着される像投影ディスプレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】頭に装着されるディスプレイは、例え
ば、キャップやヘッドギアを使用することにより使用者
の頭に固定され得る。また、ヘルメットに装着されるデ
ィスプレイは、ディスプレイの使用者に被せられる保護
ヘルメットと共に使用され得る。夫々の場合において、
ディスプレイは、透明ではあるが少なくとも部分的に反
射するコンバイナーを具備し、このコンバイナーによっ
て使用者は外界を見ることができ、また、これに、ディ
スプレイにより与えられた投影像が重ねられる。この投
影された像は、夜景のような、高められた同時の外界の
視界を与えたり、使用者に他の情報を与えたりすること
ができる。テキストもしくはグラフ的な軽他の表示され
た像の情報は、これが外界の視界に重ねられている間
に、例えば見ることができるように、ディスプレイは使
用者と共に動くので、通常の器具やディスプレイが使用
者に利用され得る場合よりもより良く情報、組み合わさ
れた情報、もしくはタイムリーな形態の情報を受けとる
ことが使用者はできる。これらのファクターは、頭に装
着されるディスプレイを飛行家が使用するのに効果的で
ある。

【０００３】特に、本発明は、像源と、投影光学系と、
コンバイナーとを有するディスプレイに関する。このコ
ンバイナーは、ディスプレイの使用者がコンバイナーを
通して外方を見ることができるように透明体であると共
に、コンバイナーに投影された像が使用者により見るた
めに反射されるように反射体でもある。このコンバイナ
ーは、例えば、ヘルメットと共に使用する形態の覆いの
一部もとくは覆いとは別に形成され得る。このような覆
いは、飛行家を風嵐しから保護するために必要である。
これとは異なって、コンバイナーは、エアークラフトや
オートモーピルのような乗り物の風防でも良い。使用者
が見るためのコンバイナーへの像の投影は、像自身の直
線関係に対して軸からそれている（オフ・アクシス）。
即ち、像の投影は、投影された像の、球、放物線、円
錐、台形のような幾何学的ファクターの歪みを生じる。
従って、もし、像に対する矯正が行われていないのであ
れば、ディスプレイの使用者は像を歪んで見るであろ
う。しかし、本ディスプレイの像源並びに／もしくは投
影光学系が、使用者により見られる投影された像が線形
的に実質的にもとにもどるように、像の選定された相補
的歪みを与える。

【０００４】関連した技術従来の頭装着型のディスプレイは、像源と、リレー、即
ち、投影光学系と、透明並びに反射コンバイナーとを有
し、これらは全て使用者の頭に直接的もしくは間接的に
装着される。上述したように、ディスプレイは、キャッ
プもしくはヘッドギヤーにより使用者の頭に装着され得
るか、または、使用者が被るヘルメットに装着され得
る。飛行家に使用されるヘルメット装着型のディスプレ
イにおいて、ヘルメットに空気力学的に適した形状にす
るために、像源やリレー光学系は、ヘルメットの空気力
学シエル内に一体的に収められなければならない。この
ような空気力学的に適した形状は、飛行家が高速度でエ
アークラフトから飛び出さなければならない場合に重要
である。飛行家に対するこのような要求は、標準のヘル
メットよりも、大型、大重量、複雑、並びに高価な慣用
のヘルメットを必要とする。像源並びにリレー光学系が
ヘルメットに組み込まれた場合に、覆いがコンバイナー
として使用されると、この覆いは、リレー光学系と同様
に装着者の顔を完全に囲むので、ヘルメットのサイズと
重量とが増加する。一方、ヘルメット装着型のディスプ
レイシステムが覆いの内側に配置された分かれたコンバ
イナースクリーンを使用するのであれば、リレー光学系
はヘルメット自体の中により充分に組み込まなければな
らず、使用者の顔とこれら光学系との間隔がより狭くな
る。これらデザインは、サイズ、重量、複雑さ、並びに
コストが増す。

【０００５】人間の頭の構造に関する頭装着型のヘルメ
ットのパッキング効果を増すために、像の軸からそれた
投影を使用することが試みられている。即ち、覆いもし
くは他のコンバイナースクリーンが、目を保護するよう
に使用者の顔を取り巻くようになっている。この覆い
は、使用者への反射のための覆いの内面上に像を投影す
ることなよりコンバイナーとして使用されている。この
装置では、使用者に見られる像に種々の歪みが生じる。
通常、これらディスプレイは、像源として陰極線管を使
用している。リレー光学系並びに軸からそれた像の投影
により生じる像の歪みを補償するために、陰極線管は、
通常、歪み矯正手段を有する電子回路により駆動され
る。換言すれば、陰極線管により形成される像は、ディ
スプレイの照射により見られる像が線形的にもとに戻る
ように相補的に歪まれる。

【０００６】像源として陰極線管を使用するこのような
ディスプレイにおいて、感知される像の解像度は、陰極
線管での像の最初の歪みにより影響されない。これは、
陰極線管が、この陰極線管の像の電子的に生じた相補的
な歪みに係わらず、像の同じ数の画素を生じる場合であ
る。即ち、陰極線管が６４０ｘ４８０の画素の像を形成
する場合には、電子的に歪んだ像は同じ数の画素をまだ
有するであろう。かくして、ディスプレイの使用者によ
りみるために像が投影されるときに、相補的な歪みは投
影により除去され、使用者は、例えば６４０ｘ４８０の
画素の解像度の像をまだ見るであろう。

【０００７】しかし、既知の形式のディスプレイは幾つ
かの欠点と限定とを持っている。第１に、陰極線管は、
粗いソリッドスディトの姿の本来の欠点のために、同時
の適用のための像源としては好ましくない。換言すれ
ば、陰極線管の像源は、真空管本来の全ての制限を有す
る。これら制限により、多くの同時の適用のときに、ソ
リッドスディト装置に真空管は取り替えられる。即ち、
陰極線管は、ソリッドスディト装置と比較して、大型
で、大重量で、熱発生が大きく、寿命が短く、脆い性質
を有する。

【０００８】さらに、アクディブ・マトリックス液晶デ
ィスプレイ（ＡＭＬＣＤ）のようなソリッドスディトの
線形像源の使用がヘッド装着型のディスプレイで使用す
るように提案されている。軸からそれた投影により生じ
る像歪みの問題を解決するために、投影光学系に像矯正
対策を盛り込むことが提案されている。これら像矯正対
策は、コンバイナーへの像の投影と像源と退かんに位置
されたビームスプリッターの使用のような手段を有す
る。このビームスプリッターは、軸上の軸光線を維持し
て軸からそれた投影の歪みを補償するように使用され
る。代わって、軸からのそれを矯正するリレー光学レン
ズシステムが、軸からそれた投影により生じる像の歪み
を矯正するために提案されている。軸からそれた歪みの
問題に対するこれら全ての対策は、それぞれ制限があ
る。

【０００９】例えば、ビームスプリッター・システムの
光伝送効率は、客観的に低い。かくして、このディスプ
レイにより与えられる像は、ある環境のもとでは見るの
にはかなり暗くなる。代わって、非常に高いレベルの光
投影を有する像源が、像を投影する光学システムの低い
光学的効果を補うために要求される。さらに、相補的な
軸からそれた投影レンズシステムは、頭に装着されるデ
ィスプレイをより重くかつ複雑にする。このようにさら
に複雑になることにより、さらに効果になるメインテナ
ンスも必要になる。そして、さらに重くなることにより
このようなシステムの使用者に受入れ難くなる。頭装着
型のディスプレイの使用においては、使用者が疲れない
ように軽いシステムにすることが望ましい。

【００１０】

【発明が解決する課題】既知の頭装着型のディスプレイ
の一例は、米国特許Ｎｏ．５，２００，８２７に開示さ
れている。この特許には、別れたコンバイナースクリー
ンを有する覆いもしくは覆い／コンバイナーが像源とリ
レー光学系と一体となってユニットとなった頭装着型の
ディスプレイが開示されている。このユニットは既知の
兵隊酔うヘルメットに層茶されるか、関連して使用され
る。即ち、このディスプレイユニットは、ヘッドギアに
より支持され得る。このヘッドギアは単独で装着される
か、ヘルメットの下に装着される。代わって、ディスプ
レイは、持ち上げ可能な覆いと同様に使用者のヘルメッ
トに装着され得る。各場合において、ディスプレイは、
覆い／コンバイナーもしくは分かれたコンバイナースク
リーンと、像源と、リレー光学系とをユニット化して具
備する。

【００１１】従って、上記米国特許により開示された頭
装着型のディスプレイは、上述した従来の頭装着型のデ
ィスプレイでのサイズ、重量、複雑性の制限を受ける。
この米国特許を詳しく検討すると、頭装着型のディスプ
レイでの固有の複雑性がある。

【００１２】他の既知の頭装着型の飛行家用ディスプレ
イは米国特許Ｎｏ．４，４６８，１０１により知られて
いる。この米国特許に係われば、頭装着型のディスプレ
イは、使用者のヘルメットの覆いり外に支持されたリレ
ー光学系と像源とを使用している。透明で部分的に反射
体のコンバイナーレンズが使用者の視野内の覆いの前に
吊されており、この結果、像源並びにリレー光学系によ
り投影された像は、コンバイナーレンズを介して見る外
の景色と共に、使用者により見ることができる。この特
許に係わる頭装着型のディスプレイにおいては、像の軸
からそれた投影と関連して複雑であり制限されたパッキ
ング効果を有する。また、ヘルメットの覆いの外に吊さ
れたコンバイナースクリーンを有することは好ましくな
く、ディスプレイシステムの使用の間に妨害を受ける。

【００１３】従って、従来の像投影ディスプレイの欠点
に着目して、本発明の目的は、ディスプレイの使用者に
より感知される像が実質的に線形に戻るように、投影さ
れた像への相補的歪みを有する軸からそれた像投影ディ
スプレイを提供することである。

【００１４】本発明の付加の目的は、像を与える像源
と、使用者が見るために上に像が投影されるコンバイナ
ーと、像に相補的歪みを与えて、軸からそれた投影効果
を受けた像を補償し、使用者に線形の形態で像を与える
コレクターを有するリレー光学系とを具備する頭装着型
のディスプレイを提供することである。

【００１５】本発明の他の目的は、コレクターが一面か
ら他面に延びた複数の光ファイバーからなる光ファイバ
ー束を具備し、この光ファイバー束を通る像に相補的歪
みを導入するようにファイバー束の両端の幾何学形状が
相補的に変わっている、頭装着型のディスプレイを提供
することである。

【００１６】本発明のさらに他の目的は、像を与える像
源と、使用者が見るために上に像が投影されるスクリー
ンと、像に相補的歪みを与えて、像の投影のときに軸か
らそれた効果を受けた像の歪みが補償されて、スクリー
ン上に線形の形態で像を与えるコレクターを有するリレ
ー光学系とを具備する投影ディスプレイ装置を提供する
ことである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の像投影ディスプ
レイは、像を形成するように光を投影する像プロジェク
ターと、ディスプレイの使用者に像として見られるよう
に少なくとも光の一部を反射する像面を規定する手段と
を有し、前記像面とプロジェクターとの組み合わせは、
ディスプレイの使用者が歪まれた線形性を有する像を感
知するように線形の投影された像を歪ませる軸からそれ
た投影ファクターを有し、また、前記プロジェクター
は、デイプレイの使用者が実質的にもとに戻された線形
性を有する像を見るように、補償像歪みを有する投影さ
れた像を与える補償像歪み手段を有することを特徴とす
る。

【００１８】

【実施の形態】図１において、本発明を実施するための
一例のディスプレイ装置１０は概略的に示されている。
これに限定されるものではなく、例示であり、このディ
スプレイ装置１０は、オートモービル、エアークラフト
もしくは他の乗り物（図示せず）で使用され、透明の風
スクリーン、即ち、風覆い（ウインド・バイザー）１２
を具備する。この覆い１２の後ろに、ドライバー、乗
客、もしくは他の人（概略的に目の形で符号１４により
示されている）が位置する。人１４は覆い１２を通す外
側の視界を持っており、覆い１２の内面１８から人１４
に反射された、無限遠の焦点の像（矢印１６で示す）を
見れる。即ち、覆い１２は、人１４が乗り物の外を見る
ことができるように透明であると共に、矢印１６で示す
ように、覆い１２の内面１８に投影される光が部分的に
人１４に向かって反射されるように幾分反射体でもあ
る。この投影された光は、覆い１２を通して見られる外
の光景に像が重なるように人１４に見えるように、無限
遠で収束される像を形成することができる。

【００１９】しかし、本発明は、透明材料により形成さ
れた反射面を使用するものに限定されることはない。即
ち、本発明は、平坦では無いディスプレイスクリーンも
しくは不透明反射面を使用しても良い。これは、例え
ば、コックピットの飛行シュミレータで使用され得る。
このような使用において、実際のエアークラフトの円蓋
の内部の形状は、特殊な形式の飛行しているエアークラ
フトにおいては現実的であるシュミレーションの使用者
にとって全体の印象を確保するためにシュミレーション
されるエアークラフトのコックピットが設けられた実際
の円蓋（バーチャル・キャノピィ）で好ましくは確保さ
れ得る。しかし、円蓋は透明でなくても良く、外界を写
す像と、重なったグラフ的な教本の情報を表す像との両
方が、シュミレーションで使用のために実際の円蓋の内
面上に投影される。このシュミレーションの使用者は、
エアークラフトの実際の透明な円蓋を通して見たときに
現れるような外界を写す像を見ることができると共に、
実際のエアークラフトの使用者が実際の外界に重なって
見える重なった情報を見ることができる。従って、本発
明は、例えば、使用者に投影像を表す透明でない反射面
を用いて、実際のリアリディのある訓練装置で使用され
得る。

【００２０】本発明のこの実施の形態において、覆い１
２は、装置１０のための透明並びに一部反射のコンバイ
ナーとして述べられ得る。即ち、覆い１２の光透明並び
に光反射特性により、人１４のための投影像と組み合わ
された外景を見ることができる。図１の概略図でわかる
ように、前記覆い１２は、例えば、ガラスもしくはプラ
スチックの平坦な、即ち、プレナーな形状以外の形状や
キャラクターで良い。即ち、風覆い（コンバイナー）
は、コンバイナーが装置１０での像１６の投影にとって
レンズ効果を有するように、１もしくは複数の面を有す
るように湾曲され得る。図１に示すように、覆い１２の
レンズ効果は凹拡大鏡の効果となる。また、投影された
像は、図１にまた示すように、角度影響により歪められ
る。

【００２１】この角度の形式の影響を目に見えるように
するために、例えば、オバーヘッドプロジェクターを使
用できる。このようなプロジェクターからの像が、例え
ば、混みあっている部屋内の全ての者が像を見ることが
できるように、スクリーン上に高く投影されるときに、
この像は台形投影歪みが生じる。投影された像の中心が
オバーヘッドプロジェクターの投影ヘッドのレベルにあ
るときにのみ、投影される像の上記歪みを避けることが
できる。投影歪みの他の形態は、像を観客が見るために
投影される半球面のスクリーンを使用するオムニマック
ス（ＯｍｎｉＭａｘ）劇場で見られる。これら劇場で
は、特別の矯正レンズのセットが、実質的に線形の像が
観客に見ることができるように、球面並びに他の歪みに
対して補償するように使用される。

【００２２】コンバイナー１２のいかなる曲率もしくは
形状のファクターから生じる像１６での歪みもしくはレ
ンズ効果に加えて、図１は、像１６がプロジェクター２
０によりつくられることを示している。このプロジェク
ター２０は、符号２２で示す投影窓、即ち、光学アパチ
ャーを有し、このアパチャーから円錐形の投影された光
（符号２４で示す）が覆い１２の内面１８に進み人１４
へと反射される。図１から明らかなように、投影された
像２４は、アパチャー２２と内面１８との間で円錐形状
に発散される。映写スクリーンのように平坦なスクリー
ン（符号２６で示す）が内面１８の位置に置かれ、ま
た、内面１８の特定の点に対して正接となるように任意
に角度付けされていると、このスクリーン上の像２４
は、どこでもフォーカスされず、また、像２４の投影の
形状により歪められる。換言すると、人１４に見られる
像には、覆い１２に関連した形状のファクターと、プロ
ジェクター２０と人１４とに関連した覆い１２の投影幾
何学形状に関連したファクターとにより歪みが生じる。
映されるような投影幾何学形状は、これが投影された像
の線形性を維持しないので、軸からそれた幾何学形状
（オフ・アクシス・ジオメトリー）として述べられ得
る。

【００２３】上記事項をさらに詳細に説明するために、
図２（Ａ）は線形の像視野２８を示す。この像視野は、
互いに９０°で交わる複数の直線からなる。無限遠でフ
ォーカスされ、外の光景と重ねられるような人１４に感
知される像１６が線形像視野２８と同じであれば、プロ
ジェクター２０から投影される像は、装置１０における
形状ファクター並びに投影歪み効果のために、異なって
いなければならない。線形の像視野２８は例示的にのみ
使用されていることは自明であろう。いかなる等価の像
が、人１４により感知される像とプロジェクター２０に
より投影される像との間の関係を説明するために使用さ
れている。しかし、線形の像視野を使用することによ
り、像の歪みと補償ファクターとを容易にに理解するこ
とができる。この分野の通常の知識を有する者は、ディ
スプレイ装置により線形の像が使用者に与えられるので
あれば、他の像も同様に、線形的に感知されもしくは実
質的にもとに戻されるようにして使用者１４に与えられ
るということが理解され得よう。

【００２４】図１に示すように、プロジェクター２０
は、１対の折曲プリズム３０，３２を具備し、これらプ
リズムは、プロジェクターの外物理的サイズの比例した
増加がなくてプロジェクター２０内の光路の長さを増す
ために使用されている。また、このプロジェクター２０
は、１セットの視野投影レンズ３４を具備する。重要な
ことは、プロジェクター２０は、像源の一部として、ア
クデイブマトリックス液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）
スクリーン３８の後ろに配置された光源３６を具備す
る。即ち、ＡＭＬＣＤスクリーン３８は、このディスプ
レイが直接見られる場合に、発光像が見られるようにバ
ックライトスクリーンである。しかし、本発明にとっ
て、スクリーン３８は、また線形でない。即ち、ディス
プレイスクリーン３８に形成される像は、選定された方
法で歪みが生じている。図２（Ｄ）は、直接見られた場
合にスクリーン３８に現れるであろう例示的な像４０を
示す。この像４０は、装置１０に固有の歪みを部分的に
補償するように歪められる像視野２８のような線形の像
である。図２（Ｄ）に見られるように、この像４０は、
垂直線に関しては直線であるが、像の水平線に関しては
直線ではなく（非直線）、湾曲している。他の形式の物
理的非直線性は、後述するように、スクリーン３８で線
形像に導入され得る。即ち、例えば、スクリーン３８で
の像は、湾曲した形状よりもむしろ蛇行した形状で直線
ではなくなっている。

【００２５】この点については、スクリーン３８での非
線形像が、陰極線管の像源で通常形成される像の電気的
形成手法や、液晶ディスプレイを駆動するコンピュータ
システムでの定着したグラフイック・エンジン並びに像
形成手法ソフトウエアで通常形成され得る電子的像表現
（ｍｏｒｐｈｉｎｇ）で得られる像とは等価ではないと
いうことを認識することが重要である。上述したよう
に、陰極線管は、像が電気的に形成されてもその解像度
を維持する。しかし、この解像度の維持は、ソリッドス
テイト像源で容易になし得ない。即ち、像の形態は、像
の一部が拡張もしくは延ばされ、他の部分が圧縮もしく
は縮められた結果となっている。像が映されるディスプ
レイ装置と同じ解像度（例えば、６４０ｘ４８０の画
素）を有する像において、ある場合には、像の画素は近
くに映された画素に対して広げられるであろうし、像形
成プロセスはこれら表示された画素に、中間の灰色スケ
ール値を割り当てるであろう。この像の画素の広がりと
像階調の中間の割り当ては解像度の低下を招く。

【００２６】他の場合において、２つ以上の像の画素が
１つの表示画素に圧縮され、像形成プロセスは、再びこ
の表示画素を、この特別の表示画素へと圧縮された全て
の像の画素を表す中間値に割り当てるであろう。これ
は、また解像度の低下となる。さらに、形成された像
は、ディスプレイ装置に矩形の画素配列（例えば、６４
０ｘ４８０）の形状とはほとんど一致せず、形態形成プ
ロセッサーは、表示像の相対的サイズを、ディスプレイ
装置（例えば、ＡＭＬＣＤ）で利用できる画素配列と一
致するように調節するであろう。この結果、表示像のあ
る画素は、ディスプレイ装置の境界内に合うように縮小
された表示装置は使用されない画素をつくるので、全く
駆動されなくなる。これも解像度の低下となる。この解
像度の低下は、後述するように、本発明の像投影表示シ
ステムではまったく生じないか最小となる。一方、スク
リーン３８は、これ自体で最初の像解像度を全く維持す
る。これは、画素の位置が、装置１０で効果的な歪みフ
ァクターの少なくとも１つの少なくとも一部を補償する
ように物理的に変位されるからである。

【００２７】スクリーン３８は、画素が非線形パターン
で配置される矩形ＡＭＬＣＤで構成され得る。限定され
るものではないが図２（Ｄ）に示すように、スクリーン
３８の画素のパターンは、例えば、湾曲もしくは弓形に
なっている。このスクリーン３８は、信号調和回路４４
をガス・インジエクションして、信号発生器４２からの
像信号を受信する。この信号調和回路４４としては、所
定の補償歪み（相補的歪み）を形成された像に導入する
ように陰極線管の像源を駆動するのに現在使用されてい
る既知の歪み補償回路か、デジタル像形成プロセッサー
の変形かが選定され売る。この回路４４によりなされる
電子的補償像歪みは、装置１０の歪みに対して像を補償
するのに使用される程度に、上述したように解像度の所
定の低下が生じることが理解されている。しかし、この
解像度の低下は、本発明の他の態様が像解像度を維持す
るので、最小であり、許容できる程度である。

【００２８】例えば、この場合、前記回路４４は、像４
０の水平線成分中に僅かの付加非直線性を導入するよう
に構成されている。これら線成分の大部分の非直線性
は、上述したように、湾曲もしくは弓形の水平画素列で
見られる。この大部分の非直線性に対して、付加の非直
線性が、例えば、中心への画素変位（ｃｅｎｔｅｒ−ｂ
ｉａｓｅｄｐｉｘｅｌｓｈｉｆｔｉｎｇ）により達
成される。即ち、像の中心近くの画素は、これらが現れ
る位置から下方の１もしくは複数の表示画素位置に変位
される。この画素の変位は、水平の“波状”歪みファク
ターを投影される像に導入する。この画素の変位は、画
素の行の影線で図２（Ｄ）に示されている。ここで、上
方の１もしくは２つの表示画素は空白で残っており、例
えば、これら１もとくは２つの画素が像情報により駆動
されていないことを示している。かくして、画素の中心
の行は、下方に選択的に変位され、幾つかの画素が像の
底中心から無くなっていることが見られる。従って、像
解像度の低下は僅かである。

【００２９】しかし、スクリーン３８で明白である大部
分の補償像歪みファクターは、表示画素の湾曲した物理
的ファクターである。全体のスクリーン３８が、電子的
な像処理並びに像解像度の低下無しにもしくは僅かで、
形成された像の補償歪みを与えるように湾曲している。
これとは異なって、スクリーン３８は、これ自身が画素
の行が湾曲もしくは丸く膨らみ、表示スクリーンの画素
の列が直線となるような形状にされ得る。スクリーン３
８の画素の他の補償物理的歪みが、ディスプレイ装置１
０の１もしくは複数の歪みファクターを部分的もしくは
完全に矯正するために利用され得る。装置１０の像源
（即ち、スクリーン３８の所）は、フィールド２８のよ
うな線形像信号が、例えば像４０のような選択的に歪ま
された像を形成するように、像源の画素要素の物理的不
位置によるか像信号の電子的手法によるか、または両者
により、選択的に歪まされているということが、上述し
たことから理解できよう。

【００３０】像源の付加要素として、プロジェクター２
０内に、スクリーン３８と折曲プリズム３２との間に、
繊維光学矯正部材４６が設けられている。この矯正部材
４６は、スクリーン３８により与えられる発光像を受け
るようにＡＭＬＣＤスクリーン３８に対面した一端４８
を有する。他端５０で、繊維光学矯正部材４６は、後述
するような付加の補償歪みファクターを有する像を表
す。即ち、面５０に現れる像の画素は、プロジェクター
２０により投影された像中に付加の選定された歪みを導
入するように、さらに物理的に変位される。この分野の
通常の知識を有する者が理解できるように、繊維光学矯
正部材４６は、両端４８，５０間で延びた多数の光ファ
イバーを有する。例えば、一側が約１インチ（２．５４
ｃｍ）の代表的なＡＭＬＣＤは６４０ｘ４８０の画素
（即ち、約３０７０００個の画素）のアレイを有してい
る。一方、代表的な繊維光学束は、約１０ミクロン
（０．０１ｍｍ）の直径の光ファイバーで形成され得
る。

【００３１】従って、表示スクリーン３８の各画素は、
例えば、１０本，１２本もしくはこれ以上の数の光ファ
イバーにより矯正部材４６内で形成されるであろう。か
くして、矯正部材４６は非常に大きい光学開口と、プロ
ジェクター２０内の光の効果的な遷移とを有する。端部
４８で、矯正部材４６は、スクリーン３８とどうようの
矩形となるようにそしてこれはまた、図２（Ａ）に示す
像のような線形となるように形成され得る。即ち、端部
４８で、矯正部材４６の個々の光ファイバーは、例え
ば、規則正しい行と列に、もしくは台形アレイのように
他の規則的な幾何学パターンに配設される。しかし、端
部５０では、矯正部材４６の光ファイバーは、図２
（Ｃ）に概略的に示すようなパターンに配列されてい
る。即ち、面４８に生じる線形像が面５０に図２（Ｃ）
に示すようになるように、台形の歪みが矯正部材４６の
光ファイバーのアレイでなされる。像の行並びに列は共
に真っ直ぐではあるが直交していないことが図２（Ｃ）
からわかるであろう。

【００３２】図２（Ｂ）は、画素位置の非線形物理的歪
みの重なりにより矯正部材４６の面に現われる像の概略
的かつグラフ的表示を示し、矯正部材４６によりなされ
た台形補償歪みに加えて、スクリーン３８での像の正確
な形状となっている。図２（Ｂ）において、得られた像
は、画素の行の台形の歪みと画素の列の正確な歪みの補
償歪み部材を含む。さらに、前記回路４４の動作により
スクリーン３８で電子的になされるいかなる画素の変位
は図２（Ｂ）の像でもまた現われる。図２（Ｂ）の像
は、レンズ３４並びにプリズム３０を通してコンバイナ
ーのスクリーン１２に投影するために、折曲プリズム３
２に矯正部材４６により導かれる。説明したように、コ
ンバイナー１２上に投影された像は、コンバイナー１２
を通して外方を見るのに加えて、見るために人１４へと
部分的に反射される。

【００３３】図３（Ａ１）ないし（Ｄ３）を参照して、
例示的なファイバー光学矯正部材４６を形成する方法の
工程を説明する。この矯正部材４６を形成する方法は、
細長いファイバー光学ワークピース５２の提供を含む。
このワークピース５２は、矢印５８で示されたワークピ
ース５２上の線で示されるように、ワークピース５２の
一端５４から他端５６に延びた、多数の互いに接着され
た細長い光学ファイバーを有する。図３（Ａ）（即ち、
図３（Ａ２））の右側の部分は、ワークピース５２と、
端部５６上の多数の光学ファイバーとの端面の図であ
る。

【００３４】図３（Ｂ）は、ワークピース５２の中心部
６０が、矢印６２により示されるように、加熱されて、
ワークピース５２のこの部分が部分的に軟化されている
状態を示す。中心部６０が制御された温度に加熱されて
いる間に、ワークピース５２は矢印６４で示されるよう
に延ばされる。このようにワークピース５２を延ばすこ
とにより、中心部６０は図３（Ｂ）に示すように、砂時
計のように首部が形成される。ワークピース５２の個々
の光学ファイバーは、この加熱並びに被っぱの操作によ
っては損傷されない。ワークピース５２が冷却された後
に、符号６６により示される線に沿って切断され、また
ポリッシングされる。

【００３５】図３（Ｃ）は、得られたワークピース５２
´が再び符号６８で示される線に沿って切断され、また
ポリッシングされてワークピース５２”を形成すること
を示す。こりようなワークピース５２”は、図３（Ｄ）
に示されており、反対側の端面７０，７２を有する。図
３（Ｄ）の左及び右の部分（即ち、図３（Ｄ２）及び図
３（Ｄ３））は、一方の端面７０が矩形であり、光学フ
ァイバー５８のアレイの線形配置を有することを示す。
一方、他方の端面７２は、この面に垂直な投影方向から
見た場合には台形をしている。端面７２を規定している
光学ファイバーは台形の相対的な配置を有する。図３
（Ｄ２）での矩形のグリッドと、この図の右側の部分
（図３（Ｄ３）での台形に歪んだグリットとは、描かれ
た構造の姿ではなく、これらの互いに相対的な位置にお
けるワークピース５２”の光学ファイバーのアレイの幾
何学形状を概略的に示すのに助けとなるように、これら
図上に配置されている。観察者が端面７０，７２を実際
に見た場合には、グリッドの線は無く、アレイ状の光学
ファイバーの相対位置が、これらは極めて小さいサイズ
なので、この観察者にとって決定することが不可能であ
る。

【００３６】しかし、端面７２を規定する光学ファイバ
ーは、この端面の範囲で種々の角度でこの端面と交差し
ていることが図３（Ｄ）からわかるであろう。光学ファ
イバーの軸に沿って光学ファイバー内を有効に進む光
（光強度は、光学ファイバーのコアの光軸上での最も強
い強度でベル形状の分布曲線を通常は有する）に加え
て、端面７２と光学ファイバーの軸との交差により、端
面７２からの光のほとんどが矢印７４で示す方向に向か
うような、“プリズム”効果が生じる。換言すれば、現
われる光の角度は、端部が外面を規定する夫々の光学フ
ァイバーの角度に従って端面７２に対して比較的大きい
角度となる。この矯正部材４６からの光の方向（これか
ら像を形成するのが望ましい）は好ましくない。、従っ
て、符号７６で示すように拡散層もしくは拡散処理が端
面７２に与えられている。この拡散層７６は、端面７２
に付与された半透明塗料により形成されるか、半透明ガ
ラス（例えば、ミルクガラス）の薄い層が外面７２に例
えば、接着され得る。代わって、この端面７２自体が、
この端面をエッチングもしくはグリットブラスティング
することにより光学ファイバー５８のガラスの粗い半透
明拡散層を形成して、光学ファイバーを通って端面に達
した光を拡散するようになっていても良い。拡散層７６
もしくは処理の結果、光学ファイバー５８を通って端面
に達した像はまだ保たれるが、端面７２からの像の光の
投影方向は、端面７２に対して垂直な方向（矢印７８で
示す）に沿ってほとんど進むような分布となる。ワーク
ピース５２”は、一方の端面７０が一端４８に配置さ
れ、他端５０が拡散コーテングもしくは処理７６により
形成された状態で、矯正部材４６として完成されたとき
に使用される。

【００３７】図１において、矯正部材４６の端面７２か
らの像の光は、プリズム３２に入射し、さらにプロジェ
クター２０の残りの部分を通過してコンバイナー１２に
入射する。前記矯正部材４６と折曲プリズム３２との間
の図１に示す間隔は、装置１０の概略的な図示であり、
装置の物理的な例ではない。好ましくは、折曲プリズム
３２は、矯正部材４６から射出された像の光を可能な限
り多く受けるように矯正部材４６に極めて近接するか接
触するように配置される。コンバイナーの台形状に歪ん
だ矯正部材４６と非線形のスクリーン３８とが図２
（Ｂ）に示すように、投影された像の補償歪みを与える
ので、面１８に投影され、図２（Ａ）に示すように歪ん
だ線形で使用者に反射された後に像を使用者１４が見る
ことができる。光学ファイバー矯正部材４６が大きい光
学開口を有し、また端面７２と接触するかもしくは非常
に接近して（もしくは、面上の拡散コーティング７６）
実際に配置されているので、矯正部材４６は矯正部材４
６方向に進んだ像の光の大部分を捕獲する。この光は、
コンバイナー１２上に投影されて、像源から（即ち、光
３６並びにＡＭＬＣＤスクリーン３８から）射出された
光の等価のレベルを有する既知のディスプレイにより与
えられるよりもより明るく見える像をディスプレイ装置
１０に生じる。

【００３８】上述したことは本発明の例示であり、型
と、投影と、並びに装置１０が使用される範囲の関係及
びプロジェクター２０と共になされる他のファクターと
に対する補償歪みは、図２を参照して説明した台形及び
湾曲歪み以外でも良い。図４ないし図７は。これら他の
矯正ファクターを示し、例えば、これらは矯正部材４６
でなされ得る。図４は、矯正部材４６が一端に矩形並び
に線形面８０を、また他端に湾曲面８２を有し得る。こ
の場合、上述したようなスクリーン３８での湾曲矯正
は、矯正部材４６が補償像歪みの一部を与えるので、必
要ではない。スクリーン３８は、装置１０に必要な全体
の補償歪みを果たすために、他の方法で歪ずまされるこ
とができ、補償歪みがプロジェクター２０により重ねら
れることにより付加される。

【００３９】図５は、矯正部材４６が湾曲（図示するよ
うに水平線に沿って）と、台形補償歪みとの両者を与え
るような形状になっていることを示す。この矯正部材４
６の形態において、矯正部材４６への線形入力は、図２
（Ｂ）に示すように歪ずまされた像を直接与える。かく
して、スクリーン３８は、線形であるか、もしくは、装
置１０の使用環境の特殊性により要求されたことと一致
した重なりにより補償像歪みを果たすために他の方法で
像画素の物理的歪みにより歪まれ得る。スクリーン３８
上に現れる像は、全ての場合、前述したように、電子的
に表現されるか、画素が変位される。しかし、像の解像
度の低下をさけるために、像源のＡＭＬＣＤスクリーン
３８とファイバー光学矯正部材４６との形状を選定する
ことにより、使用される環境のもとで特殊な装置１０の
適用のために必要な補償像歪みを与えることが望まし
い。かくして、像表現は、このような像表現による像の
解像度の望ましくない低下のために、全く使用されない
か、上述したように制限された方法でのみ使用され得
る。

【００４０】図６は、矯正部材４６の他の例を示し、こ
の例は、一端に矩形並びに線形面８４を、そして他端に
２次元の湾曲面８６を有する。この２次元の湾曲面８６
は、面の湾曲辺の交差点に先点８８を有する。この矯正
部材４６の面の全ての行と列とは、湾曲しており（もし
くは、この面でのファイバーのアレイが、これが行と列
とにないのであれば等価に配設されている）、線の全て
が直角以外の角度で（面の幾何学中心を除く）交差して
いる。

【００４１】図４ないし図６に示す矯正部材４６は、図
３に示す矯正部材４６のように相対的に角度付けされた
面を持っていないことが認識されるであろう。しかし、
全ての矯正部材４６は、図３を参照して説明したよう
に、選定された補償像歪みを果たすために矯正部材の両
面の相対的角度付けの態様をなすことが可能である。さ
らに、光が矯正部材４６から射出される面の相対的な角
度付けと、上記“プリズム”効果の有無とに応じて、半
透明拡散コーティングもしくは処理を、矯正部材４６の
光出力面に与えたり、与えなかったりする。さらに、矯
正部材４６ないの光の進行方向は、どちらの方向でも良
い。図７は、線形の像（図２（Ａ）の像のように）が、
図６に示すのと同様に矯正部材４６の湾曲面８６に与え
られた場合に、矯正部材４６の他方の面８４での像が図
７に示すように補償して歪ずまされることを示す。

【００４２】上述したことから、装置１０は軸からそれ
た観察者に像を投影することがわかる。即ち、線形の像
の線形性は、使用者に見られる像が歪ずまされるよう
に、プロジェクターにより歪ずまされる。しかし、選択
的で相補的に歪ずまされる像源、もしくは選択的で相補
的に歪ずまされるファイバー光学矯正部材、または両者
を使用することにより、観察者が実質的に戻された線形
の像を見るように、投影された像は相補的に歪ずまされ
る。歪ずまされる像源とファイバー光学矯正部材とを一
緒に使用する場合には、夫々により与えられる補償歪み
は、上述したように、特定の位置により加算される。

【００４３】さらに、像の表現が解像度の代償であるこ
とは認識されているが、ティスプレイの使用者にとって
実質的に線形な像を与えることが必要であれば、像の表
現は本装置で使用され得る。

【００４４】図８は、使用者８８が本質的に標準の飛行
家用フライトヘルメット９０を装着している本発明の特
に好ましい実施例を示す。標準の覆いの代わりにフライ
トヘルメット９０には、本発明に係わる透明の覆い／コ
ンバイナーのモジュール９２が取着されている。この覆
い／コンバイナーのモジュール９２は、符号９４で示さ
れている湾曲した視野領域を有する。この湾曲した視野
領域９４は、図１を参照して説明した歪みと同様に、こ
の上に投影される線形の像を歪ませる。ヘルロット９０
の一時的な位置に着脱可能に、符号９６で示すプロジェ
クターモジュールが装着されている。これら覆い／コン
バイナーのモジュール９２とプロジェクターモジュール
９６とで、上述したような、軸からそれた像投影装置１
０が構成されている。しかし、この例では、装置は使用
者８８の頭に装着されるように特に適用される。プロジ
ェクターモジュール９６は、像源（例えば、光３６とＡ
ＭＬＣＤスクリーン３８）と、ファイバー光学矯正部材
４６と、投影光学系（例えば、折曲プリズム３０，３２
とレンズのセット３４）とを中に支持した保護に適した
ハウジング９８を有する。このハウジング９８は、ヘル
メット９０に好ましくは着脱可能に装着されている。像
源は、ハウジング９８から例えば像源や上述したような
調整回路（４２，４４）に延びたケーブル１００を介し
て、パワー並びに像信号を入力する。

【００４５】さらに図８に示すように、プロジェクター
モジュール９６は、覆い／コンバイナーのモジュール９
２の球面窓部１０２を介して投影される像を使用者８８
に与える。この覆い／コンバイナーのモジュール９２の
球面窓部１０２を介しての投影は、装置１０の使用環境
を考慮してなされた歪みファクターのひつとを与える。
前記ヘルメット９０は、右側モジュール９６もしくは左
側モジュール９６、または両者を支持できることが理解
される。

【００４６】

【発明の効果】本発明の効果は、実質的に標準の飛行家
のヘルメットと共に使用され得ることと、大型、複雑並
びに高価な頭装着型のヘルメットを必要としないことで
ある。本発明の他の効果は、像投影ディスプレイが使用
され得る広範囲の使用環境に適用できることである。こ
のような使用は、使用者により見られるような像の線形
性を歪ませる像の軸からそれた投影を補償する本発明の
能力により特に増長される。この装置は、複数の像要
素、即ち、画素を有する像のための線形の像信号を受
け、補償歪みで投影された像を選択的に非線形にし、こ
の結果、ディスプレイの使用者により見られる像が戻さ
れた線形で感知され得る。

【００４７】本発明は、幾つかの特に好ましい実施の形
態を参照して示されまた説明されたが、これら説明は本
発明を限定するものではなくこのような限定は無視され
得る。本発明は、本発明を規定し全ての態様にとって全
く同じ用に認識される請求の範囲の精神並びに範囲によ
ってのみ規定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係わるディスプレイ装置
を概略的に示す図である。

【図２】（Ａ）ないし（Ｄ）は、線形像視野と、円錐曲
線部分と傾斜投影（台形歪み）との例示的組み合わせに
より歪まされた像視野と、１次の台形関数もしくは傾斜
投影に従って歪んだ像視野と、選挙区関数もしくは円筒
状投影に従って歪んだ像視野との夫々の幾何学的表示を
示す図である。

【図３】本発明に係わるディスプレイ装置で使用される
ファイバー光学矯正部材を形成するための方法を示す工
程図である。

【図４】一端に矩形並びに線形面を、また他端に湾曲面
を有する矯正部材を説明するための図である。

【図５】湾曲と、台形補償歪みとの両者を与えるような
形状になっている矯正部材を説明するための図である。

【図６】一端に矩形並びに線形面を、そして他端に２次
元の湾曲面を有する矯正部材を説明するための図であ
る。

【図７】線形の像が矯正部材の湾曲面に与えられた場合
に、矯正部材の他方の面での像を示す図である。

【図８】ヘルメットの装着者により見られるヘルメット
の覆い／コンバイナー上に像を投影する、本発明の装置
を含むヘルメットを示す斜視図である。

【符号の説明】

１０…ディスプレイ装置、１２…覆い（コンバイナ
ー）、１６，２４…像，２２…アパチャー、２０…プロ
ジェクター、３８…ＡＭＬＣＤスクリーン。４６…矯正
部材。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】像を形成するように光を投影する像プロ
ジェクター（２０）と、ディスプレイ（１０）の使用者
に像として見られるように少なくとも光の一部を反射す
る像面（１８）を規定する手段（１２）とを有し、前記
像面（１８）とプロジェクター（２０）との組み合わせ
は、ディスプレイ（１０）の使用者が歪まれた線形性を
有する像を感知するように線形の投影された像を歪ませ
る軸からそれた投影ファクターを有し、また、前記プロ
ジェクター（２０）は、デイプレイの使用者が実質的に
もとに戻された線形性を有する像を見るように、補償像
歪みを有する投影された像を与える補償像歪み手段（３
８，４４，４６）を有することを特徴とする像投影ディ
スプレイ。
【請求項２】前記補償像歪み手段は、線形の像信号を
受けて、これに応答して第１の像を与える像源（３８）
を有し、この像源は、前記線形像信号が少なくとも部分
的に非線形である第１の像を前記像源に与えるように非
線形になった物理的形状を有していることを特徴とする
請求項１の像投影ディスプレイ。
【請求項３】前記ディスプレイ（１０）は、ファイバ
ー光学矯正部材を備えた、選定された像の画素を物理的
に変位させる手段（４６）を具備し、この変位手段は、
これに沿って延びて、この矯正部材の両端面を共同して
規定する光ファイバー束を有することを特徴とする請求
項１の像投影ディスプレイ。
【請求項４】前記ファイバー光学矯正手段（４６）
は、この一面を規定する光ファイバー束の配置に対して
線形である第１の面（５０，５２）と、この他面を規定
する光ファイバーの配置に対して非線形である第２の面
（５０，５２）とを有することを特徴とする請求項３の
像投影ディスプレイ。
【請求項５】前記ファイバー光学矯正手段（４６）
は、前記光ファイバー束の選定された軸に沿う湾曲配置
と、前記光ファイバー束の台形配置と、２つの垂直に配
置された軸に沿う前記光ファイバー束の配置と、前記第
２の面が少なくとも一方の対をなす側縁が湾曲し、夫々
が前記矯正手段の第２の面に対して先点を規定するよう
に交差している２対の側縁を有する配置と、第２の２対
の側縁が１対の湾曲して対向した側縁を有し、第２の面
の２対の側縁が交差してせん点を第２の面に対して規定
している配置とからなるグループから選定された幾何学
的配置を有する前記第１の面（５０，５２）と第２の面
（５０，５２）の少なくとも一方を有していることを特
徴とする請求項４の像投影ディスプレイ。
【請求項６】１セットの投影レンズ（３４）をさらに
ぐひすることを特徴とする請求項１の像投影ディスプレ
イ。
【請求項７】前記像面（１８）は少なくとも１つの軸
に沿って湾曲していることを特徴とする請求項１の像投
影ディスプレイ。
【請求項８】前記像面（１８）は透明で少なくとも部
分的に反射するコンバイナー部材（９２）をさらに具備
することを特徴とする請求項１の像投影ディスプレイ。
【請求項９】前記コンバイナー部材（９２）は、安全
ヘルメット（９０）の覆い（９２）により形成されてお
り、また、さらにこのヘルメットの外面に装着され、前
記プロジェクター（２０）を収容するハウジングを具備
し、そして、このプロジェクター（２０）はヘルメット
（２０）の装着者に反射するために覆い（９２）の内面
（１８）上に像を投影することを特徴とする請求項８の
像投影ディスプレイ。
【請求項１０】ヘルメットの装着者の顔の前でヘルメ
ット（９０）Ｉ装着される透明の覆い／コンバイナーの
モジュール（９２）は突風から装着者の目を保護すると
共に、これを通して外をみることができるように形成さ
れており、この覆い／コンバイナー（９２）は、前記内
面に投影される像をヘルメットの装着者に反射するよう
に少なくとも部分的に反射体であるヘルメット（９０）
の装着者の目の前に内面（１８）を規定しており、ま
た、プロジェクターモジュール（９６）がヘルメツトに
取着されており、これは像源と投影光学系（９６）とを
有し、また、このプロジェクターモジュール（９６）は
装着者に反射するために前記覆い／コンバイナー（９
２）の内面（１８）上に像を投影し、また、このプロジ
ェクターモジュール（９６）と前記覆い／コンバイナー
（９２）との組み合わせは、像の線形性をくずす歪みで
ヘルメット（９０）の装着者により見られる線形に投影
された像とする軸からそれた投影並びに／もしくは反射
ファクターを有し、また、前記像源と投影光学系（９
６）とは、前記軸からはずれたファクターにより実質的
に戻された線形性を有する像をヘルメットの装着者が見
ることができるように投影された像を相補的に歪ませる
ための手段（３８，４４，４６）を有することを特徴と
する像投影ディスプレイ。