JPH08338964A - 双眼式立体ディスプレィ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＬＥＤアレイ等の線状配列の発光素子を用い
た双眼式立体ディスプレィ装置において、大きな立体画
像を高分解能で映し出す。 【構成】 時分割点灯する発光素子の光を、対物レンズ
を通してポリゴンミラーに入射させて左右に偏向し、左
右一対の固定反射鏡と接眼レンズによって、観察者の眼
に左右独立した画像を投影する構成において、上記対物
レンズと接眼レンズからなる屈折系を、中間部分に形成
した発光素子の中間実像を再結像するリレーレンズ系に
構成し、対物レンズから中間実像に向かって所定長さだ
け離れた位置から接眼レンズに到るまでの光路幅の縮小
部分に、回転反射鏡と固定反射鏡の反射面を位置させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＬＥＤアレイ等の線状配
列の発光素子を用いた双眼式立体ディスプレィ装置に関
し、特になめらかに動く動画を大きな立体画像によって
映し出すことを目的とする。

【０００２】

【従来の技術】双眼式立体ディスプレィ装置として、図
７に示すような構造のものがある（特開平４−３０５９
０）。

【０００３】図７において、紙面と直交する方向に複数
の発光素子を並べたＬＥＤアレイ１から出た光は、レン
ズ２を通して片面又は両面ミラーである回転反射鏡３に
入射し、左右の固定反射鏡４，５に対して偏向・走査さ
れる。このＬＥＤアレイ１を、偏向方向にタイミングを
合せ左右の画像データで発光させると、独立した左右の
画像を左右の眼６，７に入射することができ、観察者に
立体画像として認識させる。さらに、この左右の画像を
表示フレーム毎に変化させることによって動画再生を行
う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図７のように単レンズ
で光学系を構成すると、観察者の左右の眼の間隔に合せ
て光学系が決定され、レンズ径が大きいため、光が回転
反射鏡から左右の固定反射鏡に分岐する位置で、光路幅
を小さくできない。そのため、光学設計に制約を受ける
という問題を生じ、観察者が見る画像は小さくなり、デ
ィスプレイ装置として不十分なものとなる。この制約
は、臨場感を高めるため観察者に見せる画像を、横方向
に広いワイド画面としようとするとき、より大きな問題
となる。形成可能な小さな画像の範囲に横方向を合わせ
ると、これよりも短い縦方向の長さは一層短くなってし
まい、観察者が見る画像は、非実用的な大きさになって
しまうのである。

【０００５】さらに、この光路幅の制限のために回転反
射鏡としてポリゴンミラーが使用できなかった。これ
は、ポリゴンミラーの１つの反射面の大きさが、その全
体の大きさに対して小さいため、制限されたスペースで
は組み込めないからである。ポリゴンミラーを使用すれ
ば、１回転当りの投影フレーム数を増加でき分解能を高
くして、なめらかな動画再生が可能であるが、上記従来
例では表裏面鏡しか使用できなかったのである。

【０００６】そこで、この発明は、拡大率が大きく臨場
感の高い立体画像が得られる双眼式立体ディスプレィ装
置を、ポリゴンミラーの使用が可能な構造で提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明が提供する双眼式
立体ディスプレィ装置は、対物レンズを通して入射する
線状配列の発光素子の光を、発光素子の並び方向と直交
する左右方向に偏向する回転反射鏡と、回転反射鏡で左
右に偏向された光を、観察者の左右の眼に反射する左右
１対の固定反射鏡と、左右一対の固定反射鏡と観察者の
左右の眼の間に配置された左右一対の接眼レンズとを有
し、回転反射鏡の回転位置に応じて発光素子を時分割点
灯させることによって、観察者の眼に立体画像を投影す
る構成において、

【０００８】上記対物レンズと接眼レンズからなる屈折
系を、中間部分に形成した発光素子の中間実像を再結像
して観察者に見せるリレーレンズ系に構成し、対物レン
ズから中間実像に向かって所定長さだけ離れた位置から
接眼レンズに到るまでの光路幅の縮小部分に、回転反射
鏡と固定反射鏡の反射面を位置させたことを特徴とす
る。

【０００９】上記回転鏡は、表裏面鏡又はポリゴンミラ
ーを用いることができる。

【００１０】上記発光素子は、回転反射鏡の回転位置に
応じて時分割点灯されるものであるため１列のものの使
用が可能となる。

【００１１】本発明の双眼式立体ディスプレィ装置は、
観察者の視力に応じた視度調整を行うため、発光素子か
ら眼に到る一定距離の光路内で、対物レンズと接眼レン
ズを構成するレンズの少なくとも１枚を、その光軸方向
に動かす視度調整機構を設けることができる。

【００１２】

【作用】リレーレンズ系を採用した上記本発明の双眼式
立体ディスプレィ装置は、図１，図２に示すように、対
物レンズ９から中間実像イに向かって光が収束される光
路幅の縮小部分に、回転反射鏡１０と固定反射鏡１１，
１２の反射面を配置する。

【００１３】回転反射鏡１０の１つの偏向角に対して１
つの光路と１つの中間実像イが決まる。図１、図２は、
１フレームの画像を形成する左端、中央、右端の３つの
中間実像イ（紙面と直交する方向に延びる）を、それを
形成する光路とともに同時に描いている。これらの図か
らは、回転反射鏡１０の偏向によって、光路が広がって
いるように見えるが、１つの光路について見れば、対物
レンズ９から中間実像イに向かって確実に収束されてい
る。つまり、上記光路幅の縮小部分とは、この収束を意
味し、仮に、対物レンズ９による収束作用がない状態で
回転反射鏡１０による偏向・走査を行った場合に必要と
なる光路幅よりも縮小されていることを意味する。

【００１４】なお、図１、図２の例は、本発明の目的の
一つである横長のワイド画面を写し出すように、ポリゴ
ンミラー（回転反射鏡）１０の画像形成に有効な振り角
を大きく取ったものであり、このように設計してもポリ
ンゴンミラーと固定反射鏡をスペース的に充分な余裕を
持って配置されることが、これらの図に表われている。

【００１５】以上のように、光路幅の縮小部分に、回転
反射鏡１０と固定反射鏡１１，１２を配置するので、配
置スペースに余裕が生まれ、回転反射鏡１０の有効な振
り角を大きく取って、縦横のアスペクト比が大きいワイ
ド画像を、画像を小さくすることなく形成することがで
きる。

【００１６】特に、本発明で採用したリレーレンズ系
は、図７に示した単レンズを使用したものに比べて、倍
率を大きくできるので、上記ワイド画面を、高倍率の画
像で得られるという特長を有する。この倍率について、
次に説明する。

【００１７】図７の場合は、単レンズで光学系を構成す
るので、ルーペの倍率ｍ＝２５０（mm）／ｆとなる。す
なわち、実用可能な径を持つレンズの焦点距離ｆからは
数倍〜１０倍程度の倍率しか得られない。上記リレーレ
ンズ系の場合は、対物レンズ９で拡大した空間実像（中
間実像）イを、接眼レンズ１３，１４でさらに拡大して
観察者に図３に示すように虚像として見せる。この光学
系で、光学筒長をΔ、対物レンズ９と接眼レンズ１３の
各焦点距離をｆ1，ｆ2とすると、その倍率はｍ＝２５０
・Δ／（ｆ1・ｆ2）となり、複式顕微鏡と同様の高倍率
が得られるのである。

【００１８】また、本発明では、上述したように回転反
射鏡１０と固定反射鏡１１の配置スペースに余裕が生じ
ることから、１つの反射面に対して全体形状が大きいポ
リゴンミラーを回転反射鏡１０として使用することが可
能になる。これによって、１回転当りの表示フレーム数
を、表裏面鏡に比べて多くする分解能の向上が可能とな
り、なめらかな動画再生が可能となる。

【００１９】また、１列の発光素子８の時分割点灯で左
右の画像を得ることにより、部品点数の削減を図るとと
もに、この駆動回路を簡素化し、低コスト化を図ること
ができる。

【００２０】視度調整機構は、発光素子８から眼１５，
１６に到る一定距離の光路内で、対物レンズ９と接眼レ
ンズ１３，１４を構成するレンズの少なくとも１枚を、
その光軸方向に動かすことにより結像点を前後動させ、
観察者の視力に応じた視度調整を行う。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の双眼式立体ディスプレィ装置
を実施例について説明する。

【００２２】図１及び図２は、本発明の一実施例であっ
て、回転反射鏡１０であるポリゴンミラーの回転によっ
て、観察者の眼に画像が入射する状態を、右眼１５と左
眼１６の夫々について別々に示したものである。

【００２３】図において、８は線状配列の発光素子であ
るＬＥＤアレイで、紙面に対して垂直方向に配置されて
いる。９は対物レンズ、１０はポリゴンミラーによって
構成された回転反射鏡、１１，１２は、左右の一対の固
定反射鏡、１３，１４は左右一対の接眼レンズ、１５，
１６は観察者の左右の眼を表す。

【００２４】この構成で、ＬＥＤアレイ８から出た光
は、３枚構成の対物レンズ９によって拡大され装置内に
実像イを形成する（発光素子８は紙面と垂直方向に延び
ているので、実像イは紙面と直交する方向に長いものと
なる。）。この実施例では接眼レンズ１３の前側視野レ
ンズの後ろに空間実像イが形成されている。

【００２５】回転反射鏡１０は、回転することによって
対物レンズ９を通った光を偏向する。この偏向によっ
て、ＬＥＤアレイ８の光を左右方向に動かすことにな
り、２次元画像を左右別々に作り出す。

【００２６】固定反射鏡１１，１２は、回転反射鏡１０
によって左右に偏向された光を、接眼レンズ１３，１４
の光軸方向に反射する。

【００２７】接眼レンズ１３，１４は、上記空間実像イ
を、さらに拡大して観察者の眼１４，１５に、虚像とし
て投影する。図示例の接眼レンズ１３，１４は、視野の
拡大と収差の補正をするため視野レンズとアイレンズを
組み合わせた２枚構成のものである。

【００２８】左右の画像は、回転反射鏡１０の反射面が
一定の角度範囲内を動くとき、対物レンズ９の右半分又
は左半分を通った光の各々を、接眼レンズ１３と１４に
入射することによって形成される。したがって、映し出
すべき画像データに従って、回転反射鏡１０の回転にタ
イミングを合せてＬＥＤアレイ８の各素子の発光を時分
割制御すれば、左右の画像の合成によって３次元立体画
像が得られ、表示フレーム毎に表示画面を変えることに
より動画再生が可能になる。

【００２９】図１、図２の構成は、高倍率でワイドな画
像の形成と、回転反射鏡１０へのポリゴンミラーの採用
を可能とするため、対物レンズ９と接眼レンズ１３，１
４からなる屈折系を、ＬＥＤアレイ８の拡大された中間
実像イを、さらに拡大された虚像として再結像させて観
察者に見せるリレーレンズ系としたもので、この基本構
成の下で、各要素を変更できる。

【００３０】例えば、対物レンズ９は、倍率を高くし収
差をなくすため３枚１群の構成となっているが、枚数は
問わない。回転反射鏡１０は、片面または両面反射鏡を
使用することも可能であり、この場合でも高倍率という
効果が得られる。固定反射鏡１１，１２はプリズムを用
いることも可能である。接眼レンズ９は、中間実像イを
拡大観察できるものであればよく、上記２枚構成に限ら
れない。

【００３１】上記実施例において、ワイド画面としても
高倍率が得られることを、図３にイメージとして示す。
観察者の眼に写る虚像は、ＬＥＤアレイ８から遠く離れ
た仮想スクリーン１７に大きな映像として写し出され
る。本発明装置では、虚像の縦横のアスペクト比９：１
６のものが得られている。すなわち、前述したようにリ
レーレンズ系の採用により光学設計上の制限が緩和され
て、回転反射鏡の有効な振り角を十分に大きく取れ、左
右方向にも十分に広いワイド画面を形成することができ
る。

【００３２】上記図１及び図２に示した構造において、
観察者の視力（遠視度及び近視度）に合せる視度調整を
行うには、一定距離を保った発光素子８と眼１５，１６
の間で、対物レンズ９と接眼レンズ１３，１４を構成す
るレンズの少なくとも１枚をその光軸方向に動かせばよ
い。これは中間実像イを、接眼レンズ１３，１４の物点
側焦点に対して相対的にずらしてジオプトリー調整をす
るという考え方である。なお、接眼レンズ１３，１４の
レンズを動かす場合は、左右を一体として動かす必要が
あるが、対物レンズ９のレンズは共通であるので、この
必要はない。

【００３３】上記図１〜図３の実施例では、発光素子８
と観察者の眼１５，１６は、固定反射鏡１１，１２を挟
んで対向する位置関係にあった。これは、図４に示すよ
うに、固定反射鏡１１の光軸に対する傾きα°（図１及
び図２の場合の傾き）を、（９０°−α°）とすること
により、同方向の位置関係にできる。

【００３４】同方向の位置関係とした実施例を、図５及
び図６に示す。図５は、ポリゴンミラー１０の回転によ
って右眼１５に画像が入射する状態を示し、図６は同一
構成で左眼１６に画像が入射する状態を示す。この実施
例では、対物レンズ９に２枚構成のものを使用し、接眼
レンズ１３に１枚構成のものを使用し、空間実像イは固
定反射鏡１１，１２と接眼レンズ１３，１４の間に形成
されている。

【００３５】この実施例の特徴は、固定反射鏡１１，１
２と接眼レンズ１３，１４からなる左右の光学系の間
に、発光素子８と対物レンズ９を挟むように配置するこ
とにより、双眼式立体ディスプレィ装置の奥行き方向の
小型化を図ったことである。

【００３６】この構造が可能なのは、前述したように、
リレーレンズ系の採用により、回転反射鏡（ポリゴンミ
ラー）１０と固定反射鏡１１，１２を小さくできたこと
による。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ＬＥＤ
アレイ等の線状配列の発光素子を用いた双眼式立体ディ
スプレィ装置において、屈折系をリレーレンズ系に構成
するとともに、その空間実像と対物レンズの間の光路幅
縮小部分に、回転反射鏡の反射面を配置するので、高倍
率を得るとともに光学設計の自由度を大きくし、ポリゴ
ンミラーの採用による分解能の高い大きな立体画像を映
し出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の双眼式ディスプレィ装置の一実施例で
あって、ポリゴンミラーの回転によって右眼に画像が入
射する状態を示す。

【図２】図１の実施例において、左眼に画像が入射する
状態を示す。

【図３】図１及び図２に示した実施例における結像例を
示す。

【図４】固定反射鏡に対する発光素子と観察者の眼の位
置関係を、対向又は同方向にできることを説明する図で
ある。

【図５】本発明の双眼式ディスプレィ装置の他の実施例
であって、ポリゴンミラーの回転によって右眼に画像が
入射する状態を示す。

【図６】図５の実施例において、左眼に画像が入射する
状態を示す。

【図７】従来の双眼式立体ディスプレィ装置の構成例を
示す。

【符号の説明】

８ 発光素子（ＬＥＤアレイ） ９ 対物レンズ １０ 回転反射鏡（ポリゴンミラー） １１，１２ 固定反射鏡 １３，１４ 接眼レンズ １５，１６ 観察者の左右の眼

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対物レンズを通して入射する線状配列の
   発光素子の光を、発光素子の並び方向と直交する左右方
   向に偏向する回転反射鏡と、回転反射鏡で左右に偏向さ
   れた光を、観察者の左右の眼に反射する左右１対の固定
   反射鏡と、左右一対の固定反射鏡と観察者の左右の眼の
   間に配置された左右一対の接眼レンズとを有し、回転反
   射鏡の回転位置に応じて発光素子を時分割点灯させるこ
   とによって、観察者の眼に立体画像を投影する双眼式立
   体ディスプレィ装置において、 上記対物レンズと接眼レンズからなる屈折系を、中間部
   分に形成した発光素子の中間実像を再結像して観察者に
   見せるリレーレンズ系に構成し、対物レンズから中間実
   像に向かって所定長さだけ離れた位置から接眼レンズに
   到るまでの光路幅の縮小部分に、回転反射鏡と固定反射
   鏡の反射面を位置させたことを特徴とする双眼式立体デ
   ィスプレィ装置。
2. 【請求項２】 回転反射鏡を表裏面鏡によって構成した
   ことを特徴とする請求項１に記載された双眼式立体ディ
   スプレィ装置。
3. 【請求項３】 回転反射鏡をポリゴンミラーによって構
   成したことを特徴とする請求項１に記載された双眼式立
   体ディスプレィ装置。
4. 【請求項４】 発光素子を１群１列のものとし、時分割
   点灯により左右の画像を得るようにしたことを特徴とす
   る請求項１〜３のいずれか１項に記載された双眼式立体
   ディスプレィ装置。
5. 【請求項５】 発光素子から観察者の眼に到る一定距離
   の光路内で、対物レンズと接眼レンズを構成するレンズ
   の少なくとも１枚を、その光軸方向に動かす視度調整機
   構を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１
   項に記載された双眼式立体ディスプレィ装置。