JPH09281885A - 映像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価で観視視野角を自由に設定でき、かつ視
野角精度の高いシミュレータやアミューズメントに適し
た凹面鏡を用いた映像表示装置を提供する。 【解決手段】 スクリ−ン５と、前記スクリーンに映像
を表示させる映像投写部４と、前記映像投写部に供給さ
れる映像を発生する映像源１９と、前記スクリ−ンに表
示された映像を観視側に折り返す凹面鏡６と、を少なく
とも備えた映像表示装置において、前記映像投写部４の
１水平走査期間に対して、映像源１９からの映像の表示
期間を調整する表示範囲変更手段２０を有して、スクリ
ーン上に表示される映像の水平幅を変化させるような構
成とした。このように構成すると、凹面鏡で反射され
て、視点位置で観視する映像の水平観視角を所望値にす
ることができ、観視する映像の歪みが少なく、観視視野
角の精度が高くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】スクリ−ンと、前記スクリー
ンに映像を表示させる映像投写部と、前記映像投写部に
供給される映像を発生する映像源と、前記スクリ−ンに
表示された映像を観視側に折り返す凹面鏡と、を少なく
とも備え、観視者が凹面鏡を通してスクリーンに映しだ
された映像を観視する構成の映像表示装置に係り、特に
臨場感ある映像を提供するシミュレータ、ゲーム機器、
ＶＲ（バーチャルリアリティ）機器等に好適な映像表示
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のパソコン、ワークステーションな
どの小形、低価格化と、画像情報信号の出力性能の向上
により、従来の産業用大規模フライトシミュレータで実
現していた臨場感ある映像を小規模なゲームやシミュレ
ータなどの分野に提供できるようになってきた。

【０００３】臨場感ある映像を得るには、上記のよう
に、映像情報信号の出力性能の向上とともに、それを表
示する映像表示装置が重要である。

【０００４】従来より臨場感ある映像を表示するため
に、色々な映像表示装置が提案されてきた。なかでも、
スクリ−ンに表示された映像を観視側に折り返す凹面鏡
を介して観視する映像表示装置は、奥行き感のある映像
を観視者に感じさせることができるため、運動力学の厳
密性、忠実性を追及する大規模な操縦訓練用フライトシ
ミュレータなどで実用化されている。

【０００５】かかる大規模な映像表示装置については特
公昭５５−１３０３１号公報に開示されており、図７の
垂直平面断面図により、これを説明する。ただし、同図
は、要部側面図であり、１は視点位置、４は投写部、５
はスクリーン、６ａは楕円凹面鏡、２２，２３は出射光
線、２４，２５は透過光線、２６，２７は反射光線であ
る。

【０００６】同図において、投写部４の投写レンズ（図
示せず）から出射される出射光線２２，２３がスクリ−
ン５上に照射されることにより、この投写部から出力さ
れる映像が拡大表示され、そのスクリ−ン５を透過した
透過光線２４，２５が、楕円凹面鏡６ａで反射されて、
その反射光線２６，２７が視点位置方向に進む。これに
より、視点位置１の観視者は観視方向Ｆからこの表示さ
れた映像を観視することができる。

【０００７】ここで、スクリ−ン５は、投写装置４から
見て凸面状をなし、かつ、楕円凹面鏡６ａのほぼ焦点面
に配置している。

【０００８】このように配置された映像表示装置は、ス
クリ−ン５が、ほぼ楕円凹面鏡６ａの焦点面に位置する
ため、スクリ−ン５からの透過光線２４，２５が楕円凹
面鏡６ａで反射して得られる反射光線はほぼ平行光線と
なり、視点位置１の観視者１に対してほぼ無限遠に虚像
が観視され、この結果、奥行感ある映像を観視者に感じ
させることになる。

【０００９】また、前記公報によれば、１台の画像投写
装置で構成されていたが、例えば、左右視野角を６０度
程度以上に広げる場合には、複数の画像投写装置を例え
ば特開平６−３０１３３１号公報に開示されているよう
に、複数の投写部で、スクリーンに広視野角な映像を表
示し、凹面鏡を介して観視することで映像の視野角を広
げようとしたものがある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、凹面鏡を
用いた映像表示装置は、臨場感ある映像表示が可能であ
るが、凹面鏡は、真空成形で作り、その基材に反射膜を
真空被覆してなるため、凹面鏡の全面にわたって均一な
面形状や反射特性を得ることは難しく、また、スクリ−
ンは、球形に成形したのち拡散層を形成する必要がある
が、全面にわたって均一な形状と均一な被覆を施すこと
は難しく、視点位置、凹面鏡、スクリーンなどの光学的
配置寸法を所定の位置に配置しても所定の視点位置から
観視者が観視する映像は、歪みを持って見え問題があ
る。

【００１１】そこで、これまでは、歪みの少ない映像を
得ようとして、主に視点位置を移動させて歪みの無い映
像を得る方法を採っていた。このような調整を行うと、
視点が移動するため、観視者の映像水平視野角が変化す
る問題があった。図８の水平平面断面図でその状態を説
明する。ただし、同図は、映像表示装置の要部上面図
で、１，１ａは視点位置、４は投写部、５はスクリー
ン、６ａは楕円凹面鏡、７，７ｃ、８，８ｃは出射光
線、１１，１１ｃ，２８，１２，１２ｃ，２９は透過光
線、１３，１３ｃ，３０，１４，１４ｃ，３１は反射光
線である。

【００１２】同図において、投写部４の投写レンズ（図
示せず）から出射される出射光線７，８がスクリ−ン５
上に照射されることにより、この投写部から出力される
映像が拡大表示され、そのスクリ−ン５を透過した透過
光線１１，１２が、楕円凹面鏡６ａで反射されて、その
反射光線１３，１４が視点位置１方向に進む。これによ
り、視点位置１の観視者は水平観視方向で角度θの視野
角の映像を観視することができる。

【００１３】しかし、前述したように、種々の要因から
観視映像に歪みが生じたときその解決のために視点を移
動した場合、例えば、所定位置から凹面鏡方向の観視位
置１ａに移動させた場合には、スクリ−ン５上に映像が
拡大表示され、そのスクリ−ン５を透過した透過光線２
８，２９が、楕円凹面鏡６ａで反射されて、その反射光
線３０，３１が視点位置１ａ方向に進む。これにより、
視点位置１ａの観視者は水平観視方向で角度θｂの視野
角の映像を観視する。

【００１４】具体的には、両端側における凹面鏡の曲率
半径が凹面鏡内で約２０％の誤差を有する場合、歪みの
無い映像を得るために所定の位置から凹面鏡の曲率半径
の１５％程度視点位置を凹面鏡側に移動させる必要があ
った。その結果、水平視野角は、約１０％大きくなっ
た。これは、すなわち観視者に観視させたい角度が１０
％の誤差を持つことを現すもので、シミュレータとして
は容認できないレベルである。

【００１５】そこで、この誤差を減ずるために、従来技
術では、投写部の投写距離を短くし、スクリーン上の映
像を小さくする方法がとられる。図８において説明す
る。投写部４をスクリーン５に近づけると投写レンズ
（図示せず）から出射される出射光線７ｃ，８ｃがスク
リ−ン５上に照射されて出力される映像が、投写部４を
近づける前よりも小さく表示される。そのスクリ−ン５
を透過した透過光線１１ｃ，１２ｃが、楕円凹面鏡６ａ
で反射されて、その反射光線１３ｃ，１４ｃが視点位置
１ａ方向に進む。

【００１６】これにより、視点位置１ａの観視者は水平
観視方向で角度θｃの視野角の映像を観視することがで
きる。このとき、視野角がθｃがθと一致するまで、投
写部４を近づければ、視野角の誤差を補正できる。この
ような、補正は、トライアンドエラーで行うため、繁雑
な作業となり、また、投写部が重いため作業性が非常に
悪かった。

【００１７】また、投写部とスクリーンを所定の位置に
固定する筐体（図示せず）は、投写部が容易に移動しか
つ強固に固定する機構を予め保持する必要があって、構
造が複雑になり、高価で、資源的にも不経済であった。

【００１８】また特開平６−３０１３３１号公報に開示
されているような複数の画像投写装置でスクリーンに広
視野角な映像を表示する場合には、先述の従来技術のよ
うに、投写部をスクリーンに近づけることは、お互いの
投写部が干渉するため、投写距離を短くすることに制限
があって十分な補正が困難であるという問題があった。

【００１９】そのため、観視する映像の歪みがすくな
く、観視視野角の精度の高いシミュレータに適した、安
価な映像表示装置は実現できなかった。

【００２０】また、映像表示装置の観視視野角を使用目
的にあわせて自由に設定するためには、従来技術では視
野角に合った特殊な投写レンズを使う必要があった。特
殊な投写レンズは、汎用部品ではないため、技術的には
可能だが、工業的には非効率なため、映像表示装置の実
現は困難であった。

【００２１】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
を解決し、安価で観視視野角を自由に設定でき、かつ視
野角精度の高い映像表示装置を提供するにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、映像表示装置の投写部の投写レンズか
ら出射されてスクリ−ン上に出力される映像の１水平走
査期間に対する映像源からの映像の表示期間を調整し
て、スクリーン上に表示される映像の水平幅を変化させ
ることにより、凹面鏡で反射されて、視点位置で観視す
る映像の水平観視角を所望値にすることができるように
した。

【００２３】

【発明の実施の形態】

（実施形態１）以下本発明による映像表示装置の第１の
実施形態について説明する。

【００２４】図１は本発明による映像表示装置の第１の
実施形態の外観図を表し、図２に図１の映像表示装置の
水平平面で切断した断面図、図３に本発明による映像表
示の状態を説明する説明図を示す。

【００２５】次に、図を用いて、本発明による映像表示
装置の構成を説明する。

【００２６】１は観視者の視点位置でり、ｘ，ｙ，ｚ座
標系の原点である。２は投写型陰極線管であり、赤色投
写型陰極線管２ａ、緑色投写型陰極線管２ｂ、青色投写
型陰極線管２ｃよりなる。３は投写レンズであり、赤色
投写レンズ３ａ、緑色投写レンズ３ｂ、青色投写レンズ
３ｃよりなる。

【００２７】４は投写型陰極線管２と投写レンズ３を連
結器により機械的および光学的に結合し、さらに、互い
に所定の位置関係を持たせた状態で固定的に一体化され
た投写部である。５は略球帯形状の透過型のスクリー
ン、６は凹面鏡で、合成樹脂シートを加熱して軟化させ
たのち、前記シートの周縁を固定した金型とシートとの
間に圧縮空気の流入または空気の吸引などでシートを略
球冠形状に成形し、前記成形した基材を略球帯形状に切
断し、複数個に切断した内の１つの基材の少なくとも片
側の面に反射層を形成したのち、反射層を保護する層を
形成してなる。

【００２８】７，８，９，１０は投写レンズ３からの出
射光線、１１，１２，１５，１６は、スクリ−ン５から
の透過光線、１３，１４，１７，１８は、透過光線１
１，１２，１５，１６が、凹面鏡６で反射して観視者に
観視される反射光線である。１９は投写部４に供給され
る映像を発生する映像源、２０は映像源から出力される
映像の表示範囲を変更する表示範囲変更手段であり、映
像源１９から出力された映像を投写部４の水平同期信号
を基準として、１水平走査期間に対する映像源の映像表
示期間を調整できる機能を持つ、例えば、ダウンコンバ
ータや、パソコンの表示範囲を調整する機能を持つグラ
フィックボードなどである。なお、投写部４を駆動する
回路関係、各部材を固定するシャーシ類などは図示して
いない。

【００２９】映像源１９から出力された映像は、表示範
囲変更手段２０で、所定の映像範囲に調整されて、映像
部４に供給され、投写部４はこの映像信号を受けて投写
型陰極線管２の螢光面（図示せず）に発光した光で映像
を表示する。ここで、表示範囲変更手段２０により、投
写部４の１水平偏向期間中に、映像源１９の映像を表示
する期間と映像源１９の映像を表示しない暗い黒色を表
示する非表示期間と帰線期間を作る。

【００３０】投写型陰極線管２の螢光面には、この信号
に対応して、１水平期間に、映像源１９の映像、非表示
期間の暗い黒色の表示、帰線期間の暗い黒色の表示をお
こなう。表示された映像は、投写レンズ３を通って映像
の両端部の暗い黒色は出射光線７，８となりスクリーン
５に拡大投写され、スクリ−ン５を透過した透過光線１
１，１２は、凹面鏡６で反射して反射光線１３，１４と
なり、観視者１に至る。観視者１は、水平視野角θａの
暗い黒色表示を観視するが、暗い黒色表示なので映像と
認識できない。次に、映像源１９の映像は、投写レンズ
３を通って出射光線９，１０となりスクリーン５に拡大
投写され、スクリ−ン５を透過した透過光線１５，１６
は、凹面鏡６で反射して反射光線１７，１８となり、観
視者１は、この反射光線の束を観視して水平視野角θの
映像を知覚する。

【００３１】以上のように、水平走査期間に対する映像
源の映像表示期間を調整することで、観視者１の観視す
る映像の水平視野角を調整できるため、視点位置を移動
させても水平観視方向で角度θａの範囲内で任意の水平
視野角を実現できる。

【００３２】これにより、従来技術で説明した、両端側
における凹面鏡の曲率半径が凹面鏡内で約２０％の誤差
を有する場合に歪みの無い映像を得るために所定の位置
から凹面鏡の曲率半径の１５％程度視点位置を凹面鏡側
に移動させても、水平視野角を任意に調整するためほぼ
所定の視野角を提供できる （実施形態２）以下本発明による映像表示装置の第２の
実施形態について説明する。

【００３３】図４は本発明による映像表示装置の第２の
実施形態の外観図を表し、図５に図４の映像表示装置の
水平平面で切断した断面図、図６に本発明による映像表
示の状態を説明する説明図を示す。

【００３４】次に、図を用いて、本発明による映像表示
装置の構成を説明する。

【００３５】１は観視者の視点位置であり、ｘ，ｙ，ｚ
座標系の原点である。４は投写型陰極線管と投写レンズ
を連結器により機械的および光学的に結合し、さらに、
互いに所定の位置関係を持たせた状態で固定的に一体化
された投写部で、本実施形態では、ｘｚ面にお互いが干
渉しないように映像光の主光線が交点２１で交わるよう
に２式設けてある。５は透過型のスクリーン、６は凹面
鏡である。

【００３６】７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂ，１
０ａ，１０ｂは投写レンズ３からの出射光線、１５ａ，
１５ｂ，１６ａ，１６ｂは、スクリ−ン５からの透過光
線、１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂは、透過光線１５
ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂが、凹面鏡６で反射して観
視者に観視される反射光線である。

【００３７】１９ａ，１９ｂは投写部４に供給される映
像を発生する映像源、２０ａ，２０ｂは映像源から出力
される映像の表示範囲を変更する表示範囲変更手段であ
り、映像源１９ａ，１９ｂから出力された映像を投写部
４の水平同期信号を基準として、１水平走査期間に対す
る映像源の映像表示期間を調整できる機能を持つ、例え
ば、ダウンコンバータや、パソコンの表示範囲を調整す
る機能を持つグラフィックボードなどである。なお、投
写部４を駆動する回路関係、各部材を固定するシャーシ
類などは図示していない。

【００３８】映像源１９ａ，１９ｂから出力された映像
は、表示範囲変更手段２０ａ，２０ｂで、所定の映像範
囲に調整されて、投写部４に供給され、投写部４はこの
映像信号を受けて投写型陰極線管２の螢光面（図示せ
ず）に発光した光で映像を表示する。ここで、表示範囲
変更手段２０ａ，２０ｂにより、投写部４の１水平偏向
期間中に映像源１９ａ，１９ｂの映像を表示する期間と
映像源１９ａ，１９ｂの映像を表示しない暗い黒色を表
示する非表示期間と帰線期間を作る。

【００３９】投写型陰極線管２の螢光面には、この信号
に対応して、１水平期間に、映像源１９ａ，１９ｂの映
像、非表示期間の暗い黒色の表示、帰線期間の暗い黒色
の表示をおこなう。表示された映像は、投写レンズ３を
通って映像の両端部の暗い黒色は出射光線７ａ，７ｂ，
８ａ，８ｂとなりスクリーン５に拡大投写される。この
映像は、暗い黒色であるため、スクリ−ン５を透過して
凹面鏡６で反射して観視者１に至っても、観視者１は、
黒色表示を観視するが、暗い黒色表示なので映像と認識
できない。

【００４０】次に、映像源１９ａ、１９ｂの映像は、投
写レンズ３を通って出射光線９ａ，９ｂ，１０ａ，１０
ｂとなりスクリーン５に拡大投写され、スクリ−ン５を
透過した透過光線１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂは、
凹面鏡６で反射して反射光線１７ａ，１７ｂ，１８ａ，
１８ｂとなり、観視者１は、この反射光線の束を観視し
て映像を知覚する。

【００４１】以上のように、水平走査期間に対する映像
源の映像表示期間を調整することで、観視者１の観視す
る映像の水平視野角を調整できるため、視点位置を移動
させても任意の水平視野角を実現できる。

【００４２】これにより、従来技術で説明した、凹面鏡
の両端側における曲率半径が凹面鏡内で約２０％の誤差
を有する場合に歪みの無い映像を得るために所定の位置
から凹面鏡の曲率半径の１５％程度視点位置を凹面鏡側
に移動させても、水平視野角を任意に調整するためほぼ
所定の視野角を容易に提供できる。

【００４３】また、視野角調整で投写部４をスクリーン
方向に近づける必要もないため、投写部４ａ、４ｂがお
互いに干渉する問題も発生しない。

【００４４】また、二台の投写部からの映像をスクリー
ン上で１枚の映像につなぐとき、各々の映像の表示幅を
調整できるため容易に映像をつなぐことができる。

【００４５】なお、上記実施形態では投写部２台による
映像表示装置を説明したが、本発明の目的とする課題や
解決の手段などは投写部の台数によりかわるものではな
く投写部の台数によらないことはいうまでもない。ま
た、映像表示部として、投写型陰極線管を用いて説明し
たが、他の映像表示部、例えば、液晶パネルにバックラ
イトを近接して設けたものに投写レンズを設ける方法で
もよく、本発明は、映像表示部の形態により効果が変わ
るものではない。

【００４６】また、本発明の実施形態として映像を表示
するスクリーンに略球帯形状の透過型のスクリーンを用
いて説明したが、透過型スクリーンに限ることなく、例
えば、反射型スクリーンを用いても、スクリーンの映像
が凹面鏡を介して観視者に観視できように構成すれば、
上記実施形態と同様の効果がある。

【００４７】

【発明の効果】以上、２つの実施形態を示したが、映像
表示装置の投写部の投写レンズから出射されてスクリ−
ン上に出力される映像の１水平走査期間に対する映像源
からの映像の表示期間を調整して、スクリーン上に表示
される映像の水平幅を変化させることにより、凹面鏡で
反射されて、視点位置で観視する映像の水平観視角を所
望値にすることができるようにした。その結果、視野角
を所望な値に調整するのに繁雑な作業を必要としないた
め、作業性が非常によくなった。。

【００４８】また、投写部とスクリーンを所定の位置に
固定する筐体も、視野角ごとに調整する機構を必要とし
ないため、構造が簡単で、安価な筐体でよい。

【００４９】また複数の画像投写装置でスクリーンに広
視野角な映像を表示する場合には、お互いの投写部が干
渉することなく、容易に広い視野角の投写表示装置を実
現できる。

【００５０】そのため、観視する映像の歪みがすくな
く、観視視野角の精度の高いシミュレータに適した、安
価な映像表示装置は実現できた。

【００５１】また、映像表示装置の観視視野角を使用目
的にあわせて自由に設定するとき、視野角に合った特殊
な投写レンズを使う必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による映像表示装置の第１の実施形態の
外観図である。

【図２】本発明による映像表示装置の第１の実施形態を
水平平面で切断した断面図である。

【図３】第１の実施形態の映像表示の状態を説明する説
明図である。

【図４】本発明による映像表示装置の第２の実施形態の
外観図である。

【図５】本発明による映像表示装置の第２の実施形態を
水平平面で切断した断面図である。

【図６】第２の実施形態の映像表示の状態を説明する説
明図である。

【図７】従来の映像表示装置の垂直平面断面図である。

【図８】従来の映像表示装置の水平平面断面図である。

【符号の説明】

１ 視点位置（観視者） ２ 投写形陰極線管 ３ 投写レンズ ４ 投写部 ５ スクリ−ン ６ 凹面鏡 ７，８，９，１０，２２，２３ 出射光線 １１，１２，１５，１６，２４，２５，２８，２９ 透
過光線 １３，１４，１７，１８，２６，２７，３０，３１ 反
射光線 １９ 映像源 ２０ 表示範囲変更手段 ２１ ２台の投写部の主光線の交点

フロントページの続き (72)発明者 谷出 秀雄 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所マルチメディアシステム 開発本部内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スクリ−ンと、前記スクリーンに映像を
   表示させる映像投写部と、前記映像投写部に供給される
   映像を発生する映像源と、前記スクリ−ンに表示された
   映像を観視側に折り返す凹面鏡と、を少なくとも備えた
   映像表示装置において、 前記映像投写部の１水平走査期間に対して、映像源から
   の映像の表示期間を調整する表示範囲変更手段を有する
   ことを特徴とする映像表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の映像表示装置におい
   て、 前記映像投写部は複数の映像投写部からなることを特徴
   とする映像表示装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の映像表示装置におい
   て、 前記映像投写部は、２組の映像投写部からなり、前記２
   組の映像投写部からの映像光線の主光線が前記スクリ−
   ンに結像する前に互いに交差するように映像投写部を配
   置したことを特徴とする映像表示装置。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３に記載の映像表示
   装置において、 前記凹面鏡は、合成樹脂シートを加熱して軟化させたの
   ち、前記シートの周縁を固定した金型とシートとの間に
   圧縮空気の流入または空気の吸引により前記シートを略
   球冠形状に成形し、前記成形した基材を略球帯形状に切
   断し、前記切断した基材の少なくとも片側の面に反射層
   を形成したのち、反射層を保護する層を形成してなる凹
   面鏡であることを特徴とする映像表示装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれか１つの請求
   項に記載の映像表示装置において、 スクリ−ンに映像を表示させる映像投写部は、映像表示
   部と前記映像表示部から発生した映像を拡大投写する投
   写レンズとを互いに所定の位置関係をもって固定的に一
   体化してなる映像投写部であることを特徴とする映像表
   示装置。