JPH11133346A - 映像表示装置 - Google Patents
映像表示装置Info
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- JPH11133346A JPH11133346A JP9298455A JP29845597A JPH11133346A JP H11133346 A JPH11133346 A JP H11133346A JP 9298455 A JP9298455 A JP 9298455A JP 29845597 A JP29845597 A JP 29845597A JP H11133346 A JPH11133346 A JP H11133346A
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- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 claims abstract description 119
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 8
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 1
- 210000001525 retina Anatomy 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000004304 visual acuity Effects 0.000 description 1
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、射出瞳が大きく、従って目の位置
の自由度が大きく、観察者の瞳が解像するのに必要な開
口率を有する光を与え、高い周波数で大きい振幅が可能
な走査手段を備えた映像表示装置を提供することを目的
とする。 【解決手段】 本発明は、光源からの光を第１の方向に
走査する第１の走査手段を備え、観察者の瞳に２次元虚
像を投影する映像表示装置において、第１の走査手段は
回転あるいは回転振動する複数の反射ミラーを有し、前
記複数の反射ミラーはその回転中心軸が互いに略平行と
なるように配置され同期して駆動されるような構成とす
る。
の自由度が大きく、観察者の瞳が解像するのに必要な開
口率を有する光を与え、高い周波数で大きい振幅が可能
な走査手段を備えた映像表示装置を提供することを目的
とする。 【解決手段】 本発明は、光源からの光を第１の方向に
走査する第１の走査手段を備え、観察者の瞳に２次元虚
像を投影する映像表示装置において、第１の走査手段は
回転あるいは回転振動する複数の反射ミラーを有し、前
記複数の反射ミラーはその回転中心軸が互いに略平行と
なるように配置され同期して駆動されるような構成とす
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光源からの光を走
査手段により走査し映像表示を行う映像表示装置に関す
るものである。
査手段により走査し映像表示を行う映像表示装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の走査手段としては、例えばＵＳＰ
５５５７４４４に開示されている共振ミラー（従来例
１）がある。この共振ミラーは、映像表示に対応、すな
わち高い周波数にするために、振動部を軽量化したもの
である。
５５５７４４４に開示されている共振ミラー（従来例
１）がある。この共振ミラーは、映像表示に対応、すな
わち高い周波数にするために、振動部を軽量化したもの
である。
【０００３】また、従来の別の光走査手段としては、特
開平５−１００１７５号公報に開示されている光スキャ
ナ（従来例２）がある。この光スキャナにおいては、弾
性変形部材の一端に反射ミラーを設け他端の振動入力部
に圧電素子の直線振動を入力する。そして、弾性変形部
材の共振状態における曲げ振動やねじり振動によって反
射ミラーを回転振動させ、光を偏向する。
開平５−１００１７５号公報に開示されている光スキャ
ナ（従来例２）がある。この光スキャナにおいては、弾
性変形部材の一端に反射ミラーを設け他端の振動入力部
に圧電素子の直線振動を入力する。そして、弾性変形部
材の共振状態における曲げ振動やねじり振動によって反
射ミラーを回転振動させ、光を偏向する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
１においては、ミラー部を軽量化するために反射面のサ
イズが小さくなり、結果として射出瞳が小さく、目の位
置が厳しく規制されるという問題があった。また、従来
例１においてより高い周波数にするためにはさらにミラ
ーが小さくなり、観察者の瞳が解像するために必要な開
口率を有する光を与えることができないという問題点が
あった。
１においては、ミラー部を軽量化するために反射面のサ
イズが小さくなり、結果として射出瞳が小さく、目の位
置が厳しく規制されるという問題があった。また、従来
例１においてより高い周波数にするためにはさらにミラ
ーが小さくなり、観察者の瞳が解像するために必要な開
口率を有する光を与えることができないという問題点が
あった。
【０００５】また、従来例２の光スキャナを映像表示手
段の走査手段として用いた場合は、観察者の瞳に必要な
ビーム径が得られるような構成にすると、反射ミラーの
慣性モーメントが大きくなり、共振周波数と振幅を大き
くできないので高精細な映像を広視野で提供できないと
いう問題があった。
段の走査手段として用いた場合は、観察者の瞳に必要な
ビーム径が得られるような構成にすると、反射ミラーの
慣性モーメントが大きくなり、共振周波数と振幅を大き
くできないので高精細な映像を広視野で提供できないと
いう問題があった。
【０００６】本発明は、上記問題点を鑑み、射出瞳が大
きく、従って目の位置の自由度が大きく、観察者の瞳が
解像するのに必要な開口率を有する光を与え、高い周波
数で大きい振幅が可能な走査手段を備えた映像表示装置
を提供することを目的とする。
きく、従って目の位置の自由度が大きく、観察者の瞳が
解像するのに必要な開口率を有する光を与え、高い周波
数で大きい振幅が可能な走査手段を備えた映像表示装置
を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】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、光源からの光を第１の方
向に走査する第１の走査手段を備え、観察者の瞳に２次
元虚像を投影する映像表示装置において、第１の走査手
段は回転あるいは回転振動する複数の反射ミラーを有し
前記複数の反射ミラーはその回転中心軸が互いに略平行
となるように配置され同期して駆動される構成とする。
に、請求項１に記載の発明は、光源からの光を第１の方
向に走査する第１の走査手段を備え、観察者の瞳に２次
元虚像を投影する映像表示装置において、第１の走査手
段は回転あるいは回転振動する複数の反射ミラーを有し
前記複数の反射ミラーはその回転中心軸が互いに略平行
となるように配置され同期して駆動される構成とする。
【０００８】上記構成においては、第１の走査手段は複
数の反射ミラーを有する。よって、各反射ミラーを小型
に構成しても、全体としては大きな開口率が得られるこ
とになる。各反射ミラーを小型に構成することにより、
反射ミラーの回転あるいは回転振動の振幅、振動数を大
きくすることが可能となる。尚、反射ミラーの回転や回
転振動により、第１の走査方向に光が走査される。
数の反射ミラーを有する。よって、各反射ミラーを小型
に構成しても、全体としては大きな開口率が得られるこ
とになる。各反射ミラーを小型に構成することにより、
反射ミラーの回転あるいは回転振動の振幅、振動数を大
きくすることが可能となる。尚、反射ミラーの回転や回
転振動により、第１の走査方向に光が走査される。
【０００９】請求項２に記載の発明は、光源からの光を
第１の方向に走査する第１の走査手段と第２の方向に走
査する第２の走査手段とを備え、観察者の瞳に２次元虚
像を投影する映像表示装置において、第１の走査手段は
回転あるいは回転振動する複数の反射ミラーを有し、前
記複数の反射ミラーはその回転中心軸が互いに略平行と
なるように配置され同期して駆動される構成とする。
第１の方向に走査する第１の走査手段と第２の方向に走
査する第２の走査手段とを備え、観察者の瞳に２次元虚
像を投影する映像表示装置において、第１の走査手段は
回転あるいは回転振動する複数の反射ミラーを有し、前
記複数の反射ミラーはその回転中心軸が互いに略平行と
なるように配置され同期して駆動される構成とする。
【００１０】上記構成においては、光源からの光が二方
向に走査されるように二つの走査手段を有する。この場
合、例えば第１の走査方向を主走査方向（水平方向）、
第２の走査方向を副走査方向（垂直方向）とする。ここ
で、第１の走査方向に走査する第１の走査手段を複数の
反射ミラーを有する構成とする。この第１の走査手段に
おいては、前述の請求項１の第１の走査手段と同様の作
用が得られる。よって、第１の走査手段による走査速度
を高速にすることが可能となるので、主走査の速度が速
くなる。従って、２次元映像を高速で走査できることに
なる。
向に走査されるように二つの走査手段を有する。この場
合、例えば第１の走査方向を主走査方向（水平方向）、
第２の走査方向を副走査方向（垂直方向）とする。ここ
で、第１の走査方向に走査する第１の走査手段を複数の
反射ミラーを有する構成とする。この第１の走査手段に
おいては、前述の請求項１の第１の走査手段と同様の作
用が得られる。よって、第１の走査手段による走査速度
を高速にすることが可能となるので、主走査の速度が速
くなる。従って、２次元映像を高速で走査できることに
なる。
【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の映像表示装置において、第１の走査手段の各反
射ミラーの形状は、各画素を分解するためのレーリー限
界を満たす光が観察者の瞳に与えられるように設定され
ている構成とする。
に記載の映像表示装置において、第１の走査手段の各反
射ミラーの形状は、各画素を分解するためのレーリー限
界を満たす光が観察者の瞳に与えられるように設定され
ている構成とする。
【００１２】上記構成においては、観察者の瞳にレーリ
ー限界を満足する光が与えられる。よって、観察者は表
示映像の各画素を見分けることができる。尚、具体的に
は、観察者の瞳に与えられる光がレーリー限界を満足す
るか否かは、入射する光のビーム径によって決まる。本
映像表示装置においては、このビーム径を第１の走査手
段の反射ミラーの形状によって制御するようにする。
ー限界を満足する光が与えられる。よって、観察者は表
示映像の各画素を見分けることができる。尚、具体的に
は、観察者の瞳に与えられる光がレーリー限界を満足す
るか否かは、入射する光のビーム径によって決まる。本
映像表示装置においては、このビーム径を第１の走査手
段の反射ミラーの形状によって制御するようにする。
【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の映像表示装置において、第１の走査手段の各反
射ミラーの反射面は、回転中心軸を縦方向とする縦長の
形状で構成されており、さらに前記各反射ミラーで反射
される光の観察者の瞳位置における射出瞳の幅が略０．
８mm以上となるような構成とする。
に記載の映像表示装置において、第１の走査手段の各反
射ミラーの反射面は、回転中心軸を縦方向とする縦長の
形状で構成されており、さらに前記各反射ミラーで反射
される光の観察者の瞳位置における射出瞳の幅が略０．
８mm以上となるような構成とする。
【００１４】上記構成においては、第１の走査手段の各
反射ミラーの反射面は回転中心軸を縦方向とする縦長の
形状で構成されている。この場合、反射ミラーから観察
者の瞳に与えられる光の射出瞳の形状も長細くなる。本
装置では、長細い形状の射出瞳の短い方（幅方向）の長
さが略０．８mm以上となるようにして、レーリー限界を
満たすように構成されている。このとき長い方は、当然
レーリー限界を満たす。よって、一つの反射ミラーによ
る射出瞳が完全に観察者の瞳に入射する場合は、観察者
は、表示映像の各画素を高解像で見分けることができ
る。
反射ミラーの反射面は回転中心軸を縦方向とする縦長の
形状で構成されている。この場合、反射ミラーから観察
者の瞳に与えられる光の射出瞳の形状も長細くなる。本
装置では、長細い形状の射出瞳の短い方（幅方向）の長
さが略０．８mm以上となるようにして、レーリー限界を
満たすように構成されている。このとき長い方は、当然
レーリー限界を満たす。よって、一つの反射ミラーによ
る射出瞳が完全に観察者の瞳に入射する場合は、観察者
は、表示映像の各画素を高解像で見分けることができ
る。
【００１５】請求項５に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の映像表示装置において、第１の走査手段の各反
射ミラーの反射面は回転中心軸を縦方向とする縦長の形
状で構成されており、さらに前記複数の反射ミラーで反
射される光の観察者の瞳位置における射出瞳の間隔が観
察者の瞳径以下となるような構成とする。
に記載の映像表示装置において、第１の走査手段の各反
射ミラーの反射面は回転中心軸を縦方向とする縦長の形
状で構成されており、さらに前記複数の反射ミラーで反
射される光の観察者の瞳位置における射出瞳の間隔が観
察者の瞳径以下となるような構成とする。
【００１６】上記構成においては、複数の反射ミラーか
ら観察者の瞳に与えられる光は複数の細長い形状の射出
瞳を形成することになる。これらの射出瞳の間隔を観察
者の瞳径以下とすることで、観察者の瞳が射出瞳間のブ
ランクに位置することがなくなる。
ら観察者の瞳に与えられる光は複数の細長い形状の射出
瞳を形成することになる。これらの射出瞳の間隔を観察
者の瞳径以下とすることで、観察者の瞳が射出瞳間のブ
ランクに位置することがなくなる。
【００１７】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載
の映像表示装置において、前記複数の反射ミラーで反射
される光の観察者の瞳位置における射出瞳の間隔が略３
ミリ以下となるような構成とする。
の映像表示装置において、前記複数の反射ミラーで反射
される光の観察者の瞳位置における射出瞳の間隔が略３
ミリ以下となるような構成とする。
【００１８】通常、人間の瞳径は３mm程度である。よっ
て、具体的に射出瞳の間隔を略３mm以下とすることで、
観察者の瞳が射出瞳間のブランクに位置する可能性が非
常に小さくなる。たとえ位置しても、観察者は瞳を大き
くするので、射出瞳は観察者の瞳に入射することにな
る。また、射出瞳間が略３ミリ以下となるような構成で
あれば、反射ミラーはある程度間隔を有する構成とすれ
ばよく、密に構成する必要がなくコスト的にも有利でか
つ駆動しやすくなる。尚、射出瞳間は１ミリ以上である
ことが望ましい。このように構成することで、各反射ミ
ラーにより反射された光が干渉しない。
て、具体的に射出瞳の間隔を略３mm以下とすることで、
観察者の瞳が射出瞳間のブランクに位置する可能性が非
常に小さくなる。たとえ位置しても、観察者は瞳を大き
くするので、射出瞳は観察者の瞳に入射することにな
る。また、射出瞳間が略３ミリ以下となるような構成で
あれば、反射ミラーはある程度間隔を有する構成とすれ
ばよく、密に構成する必要がなくコスト的にも有利でか
つ駆動しやすくなる。尚、射出瞳間は１ミリ以上である
ことが望ましい。このように構成することで、各反射ミ
ラーにより反射された光が干渉しない。
【００１９】
【発明の実施の形態】図１に、本発明の実施形態の映像
表示装置の光学系の上から見た概略図を示す。本映像表
示装置は、その表示部を頭部に搭載するヘッドマウント
ディスプレイ（ＨＭＤ）である。１は、入射する光を水
平方向に走査する主走査手段である。主走査手段１に
は、横から見た図Ａに示すように、映像信号により変調
されるレーザー光源２で発光された光がコンデンサーレ
ンズ３により集光され入射する。
表示装置の光学系の上から見た概略図を示す。本映像表
示装置は、その表示部を頭部に搭載するヘッドマウント
ディスプレイ（ＨＭＤ）である。１は、入射する光を水
平方向に走査する主走査手段である。主走査手段１に
は、横から見た図Ａに示すように、映像信号により変調
されるレーザー光源２で発光された光がコンデンサーレ
ンズ３により集光され入射する。
【００２０】４は、主走査手段１からの光を垂直方向に
走査する副走査手段である。５は、副走査手段４からの
光を反射して凹面鏡に与えるとともに、凹面鏡からの光
を透過して観察者の瞳に与えるハーフミラーである。６
は、観察者の瞳に虚像を投影する凹面鏡である。尚、主
走査手段１は凹面鏡６を介して観察者の瞳位置と略共役
となる位置に構成されている。
走査する副走査手段である。５は、副走査手段４からの
光を反射して凹面鏡に与えるとともに、凹面鏡からの光
を透過して観察者の瞳に与えるハーフミラーである。６
は、観察者の瞳に虚像を投影する凹面鏡である。尚、主
走査手段１は凹面鏡６を介して観察者の瞳位置と略共役
となる位置に構成されている。
【００２１】図２に、主走査手段１の第１の実施形態の
詳細な構成を示す。７ａ、７ｂはそれぞれ幅方向１mm、
長さ１０mmの反射ミラーである。８ａ、８ａ’と８ｂ、
８ｂ’はそれぞれ一対の弾性変形部材である。１２は基
台、９ａ、９ｂは磁石、１０ａ、１０ｂはコイル、１１
ａ、１１ｂは位相検出装置である。
詳細な構成を示す。７ａ、７ｂはそれぞれ幅方向１mm、
長さ１０mmの反射ミラーである。８ａ、８ａ’と８ｂ、
８ｂ’はそれぞれ一対の弾性変形部材である。１２は基
台、９ａ、９ｂは磁石、１０ａ、１０ｂはコイル、１１
ａ、１１ｂは位相検出装置である。
【００２２】二つの反射ミラー７ａ、７ｂは同じように
構成されているので、反射ミラー７ａの構成についての
み説明する。反射ミラー７ａは、二つの弾性変形部材８
ａ、８ａ’の一端に両端を固着されている（一体的に形
成されていてもよい）。各弾性変形部材８ａ、８ａ’の
他端は基台１２に固着されている。
構成されているので、反射ミラー７ａの構成についての
み説明する。反射ミラー７ａは、二つの弾性変形部材８
ａ、８ａ’の一端に両端を固着されている（一体的に形
成されていてもよい）。各弾性変形部材８ａ、８ａ’の
他端は基台１２に固着されている。
【００２３】更に、反射ミラー７ａには磁石９ａが固着
されており基台１２に固定されたコイル１０ａに電流を
流すことによって磁力を受ける。コイル１０ａと磁石９
ａによって形成された駆動手段は、一対の弾性変形部材
８ａ、８ａ’に支持された系の共振周波数の振動を与え
る。これにより弾性変形部材８ａ、８ａ’がねじり共振
し、反射ミラー７ａは弾性変形部材８ａ、８ａ’のねじ
り中心軸を回転中心軸とする回転振動をする。
されており基台１２に固定されたコイル１０ａに電流を
流すことによって磁力を受ける。コイル１０ａと磁石９
ａによって形成された駆動手段は、一対の弾性変形部材
８ａ、８ａ’に支持された系の共振周波数の振動を与え
る。これにより弾性変形部材８ａ、８ａ’がねじり共振
し、反射ミラー７ａは弾性変形部材８ａ、８ａ’のねじ
り中心軸を回転中心軸とする回転振動をする。
【００２４】位相検出手段（フォトリフレクターにより
構成される）６ａは、反射ミラー７ａの振動位相を検出
し、不図示の位相制御手段を介して前記駆動手段を制御
する。主走査手段１において、二つの反射ミラー７ａ、
７ｂはその回転中心軸が略平行になるように、また二つ
の反射ミラー７ａ、７ｂ間のブランクが２mmとなるよう
に構成されている。
構成される）６ａは、反射ミラー７ａの振動位相を検出
し、不図示の位相制御手段を介して前記駆動手段を制御
する。主走査手段１において、二つの反射ミラー７ａ、
７ｂはその回転中心軸が略平行になるように、また二つ
の反射ミラー７ａ、７ｂ間のブランクが２mmとなるよう
に構成されている。
【００２５】尚、本実施形態では、駆動手段として電磁
力を与える磁石９ａ、９ｂとコイル１０ａ、１０ｂを用
いたが、これに限るものではなく、圧電素子や超磁歪材
を用いてもよいし、磁石を構成する代わりにミラー部を
磁化させたりコイルによって磁場を得る構成にしてもよ
い。
力を与える磁石９ａ、９ｂとコイル１０ａ、１０ｂを用
いたが、これに限るものではなく、圧電素子や超磁歪材
を用いてもよいし、磁石を構成する代わりにミラー部を
磁化させたりコイルによって磁場を得る構成にしてもよ
い。
【００２６】図３に、主走査手段１の第２の実施形態の
詳細な構成を示す。１３ａ、１３ｂはそれぞれ一体的に
設けられた軸部１３３ａ、１３３ａ’と１３３ｂ、１３
３ｂ’を有するポリゴンミラーである。１４は基台、１
５ａ、１５ｂは基台１４に設けられている軸受け、１６
ａ、１６ｂは位置制御モータ（駆動手段）である。二つ
のポリゴンミラー１３ａ、１３ｂは同じように構成され
ているので、ポリゴンミラー１３ａの構成についてのみ
説明する。
詳細な構成を示す。１３ａ、１３ｂはそれぞれ一体的に
設けられた軸部１３３ａ、１３３ａ’と１３３ｂ、１３
３ｂ’を有するポリゴンミラーである。１４は基台、１
５ａ、１５ｂは基台１４に設けられている軸受け、１６
ａ、１６ｂは位置制御モータ（駆動手段）である。二つ
のポリゴンミラー１３ａ、１３ｂは同じように構成され
ているので、ポリゴンミラー１３ａの構成についてのみ
説明する。
【００２７】ポリゴンミラー１３ａは各反射面の幅が１
mm、長さが１０mmである三つの反射面を有し、一端の軸
部１３３ａは軸受け１５ａによって回転自在に支持さ
れ、他端の軸部１３３ａ’は位置制御モータ１６ａに連
結されている。モータ１６ａが回転することにより、ポ
リゴンミラー１３ａが回転する。
mm、長さが１０mmである三つの反射面を有し、一端の軸
部１３３ａは軸受け１５ａによって回転自在に支持さ
れ、他端の軸部１３３ａ’は位置制御モータ１６ａに連
結されている。モータ１６ａが回転することにより、ポ
リゴンミラー１３ａが回転する。
【００２８】モータ１６ａ内には、不図示の位相検出手
段が構成されており、位相検出手段がモータ１６ａの動
きを検出する。この検出結果は不図示の位相制御手段に
与えられる。この位相制御手段がモータ１６ａを制御す
ることにより、ポリゴンミラー１６ａの回転位置を制御
する。尚、位相制御手段は二つのモーター１６ａ、１６
ｂを同期制御する。
段が構成されており、位相検出手段がモータ１６ａの動
きを検出する。この検出結果は不図示の位相制御手段に
与えられる。この位相制御手段がモータ１６ａを制御す
ることにより、ポリゴンミラー１６ａの回転位置を制御
する。尚、位相制御手段は二つのモーター１６ａ、１６
ｂを同期制御する。
【００２９】二つのポリゴンミラー１３ａ、１３ｂはそ
の回転中心軸が略平行となるように、また、二つのポリ
ゴンミラー１３ａ、１３ｂ間のブランクが２mmとなるよ
うに構成されている。
の回転中心軸が略平行となるように、また、二つのポリ
ゴンミラー１３ａ、１３ｂ間のブランクが２mmとなるよ
うに構成されている。
【００３０】図４に、本装置の第１の実施形態の主走査
手段１の二つの反射ミラー７ａ、７ｂの駆動制御のブロ
ック図を示す。二つの反射ミラー７ａ、７ｂをそれぞれ
第１のミラー、第２のミラーとする。反射ミラー７ａ、
７ｂの振動位相をそれぞれ位相検出手段１１ａ、１１ｂ
が検出する。この検出結果に基づいて、位相制御手段１
７は二つの反射ミラー７ａ、７ｂの振動が同期するよう
に二つの駆動手段９ａ、１０ａと９ｂ、１０ｂを制御す
る。尚、図３に示す第２の実施形態の走査手段の駆動制
御に関するブロック図も図４と同一のものとなる。
手段１の二つの反射ミラー７ａ、７ｂの駆動制御のブロ
ック図を示す。二つの反射ミラー７ａ、７ｂをそれぞれ
第１のミラー、第２のミラーとする。反射ミラー７ａ、
７ｂの振動位相をそれぞれ位相検出手段１１ａ、１１ｂ
が検出する。この検出結果に基づいて、位相制御手段１
７は二つの反射ミラー７ａ、７ｂの振動が同期するよう
に二つの駆動手段９ａ、１０ａと９ｂ、１０ｂを制御す
る。尚、図３に示す第２の実施形態の走査手段の駆動制
御に関するブロック図も図４と同一のものとなる。
【００３１】次に、人間の瞳が像を解像するために必要
な射出瞳径（光ビーム径）について説明する。人間の瞳
の分解能は一般に１分程度と言われている。従って、双
眼鏡や望遠鏡等ではレンズ径の解像力を１分以下に設定
することが望ましい。しかしながら、映像表示手段のよ
うに表示手段上の映像を接眼光学系等で拡大して提示す
る装置においては、表示手段の画素密度が粗いため、瞳
に入射する光の角度が数分程度となり、従って光学系の
解像力も数分程度で十分である。以下、表示画素と表示
画角の関係より必要分解能を求め、レーリー限界から必
要な光ビーム径を求める。
な射出瞳径（光ビーム径）について説明する。人間の瞳
の分解能は一般に１分程度と言われている。従って、双
眼鏡や望遠鏡等ではレンズ径の解像力を１分以下に設定
することが望ましい。しかしながら、映像表示手段のよ
うに表示手段上の映像を接眼光学系等で拡大して提示す
る装置においては、表示手段の画素密度が粗いため、瞳
に入射する光の角度が数分程度となり、従って光学系の
解像力も数分程度で十分である。以下、表示画素と表示
画角の関係より必要分解能を求め、レーリー限界から必
要な光ビーム径を求める。
【００３２】例えばＶＧＡ（６４０×４８０）を水平画
角３０度で観察するとすれば、画素を見分けるために必
要な分解能は２．８分（３０×６０／６４０＝２．８）
である。波長をλ、光ビーム径をＤとしたときレーリー
限界より角分解能は１．２２λ／Ｄで表されるので、波
長（λ）が５５０nmのとき必要な光ビーム径（Ｄ）は
０．８２３mmとなる。尚、この値は以下の数１より求め
られる。
角３０度で観察するとすれば、画素を見分けるために必
要な分解能は２．８分（３０×６０／６４０＝２．８）
である。波長をλ、光ビーム径をＤとしたときレーリー
限界より角分解能は１．２２λ／Ｄで表されるので、波
長（λ）が５５０nmのとき必要な光ビーム径（Ｄ）は
０．８２３mmとなる。尚、この値は以下の数１より求め
られる。
【００３３】
【数１】
【００３４】従って、本実施形態の映像表示装置におい
て、観察者が解像するためには０．８mm以上の径を有す
る光ビームを観察者の瞳に与える必要がある。
て、観察者が解像するためには０．８mm以上の径を有す
る光ビームを観察者の瞳に与える必要がある。
【００３５】図５に、本実施形態の映像表示装置の主走
査手段１による観察者の瞳上での射出瞳を示す。尚、観
察者の瞳が動くことにより、また観察者の違いによる瞳
位置の違いにより観察者の瞳上での射出瞳の位置が異な
るので、（ａ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｆ）に異なる例を
示す。尚、（ｂ）には（ａ）の場合における横から見た
図を示し、（ｄ）の場合において観察される像が暗いた
めに観察者の瞳が拡大される様子を（ｅ）に示す。
査手段１による観察者の瞳上での射出瞳を示す。尚、観
察者の瞳が動くことにより、また観察者の違いによる瞳
位置の違いにより観察者の瞳上での射出瞳の位置が異な
るので、（ａ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｆ）に異なる例を
示す。尚、（ｂ）には（ａ）の場合における横から見た
図を示し、（ｄ）の場合において観察される像が暗いた
めに観察者の瞳が拡大される様子を（ｅ）に示す。
【００３６】本実施形態において、主走査手段１は反射
面の幅方向が１mm、長さが１０mm、二つの反射面のブラ
ンクが２mmとなるように構成されているので、これと共
役位置にある射出瞳も、幅１mm、長さ１０mmの二つの長
方形の射出瞳１９ａ、１９ｂからなり、二つの長方形の
射出瞳１９ａ、１９ｂのブランクが２mmとなる。
面の幅方向が１mm、長さが１０mm、二つの反射面のブラ
ンクが２mmとなるように構成されているので、これと共
役位置にある射出瞳も、幅１mm、長さ１０mmの二つの長
方形の射出瞳１９ａ、１９ｂからなり、二つの長方形の
射出瞳１９ａ、１９ｂのブランクが２mmとなる。
【００３７】（ａ）においては、一方の射出瞳１９ａの
幅方向が完全に瞳２０内に位置している。人間の瞳径は
小さい場合でも２mm以上の瞳径を有するので、この場合
は縦方向に１mm（射出瞳１９ａの幅方向の長さ）、横方
向に２mm以上の長さを有する光ビームが瞳２０に入射し
ていることになる。よって、両方向ともにレーリー限界
を満たしているので、観察者が解像するためには十分な
光ビームが入射していることになる。
幅方向が完全に瞳２０内に位置している。人間の瞳径は
小さい場合でも２mm以上の瞳径を有するので、この場合
は縦方向に１mm（射出瞳１９ａの幅方向の長さ）、横方
向に２mm以上の長さを有する光ビームが瞳２０に入射し
ていることになる。よって、両方向ともにレーリー限界
を満たしているので、観察者が解像するためには十分な
光ビームが入射していることになる。
【００３８】（ｂ）は、（ａ）を横から見た図で、上下
及び中心の像に対する光が導かれる様子を示す。
及び中心の像に対する光が導かれる様子を示す。
【００３９】（ｃ）においては、二つの射出瞳１９ａ、
１９ｂの一部がそれぞれ瞳２０に入射している。横方向
はレーリー限界を満たしているが、縦方向はレーリー限
界を満たさない。しかし、映像は変化し、観察者の瞳２
０が一定位置に留まることは稀なので、実使用上問題と
なることはない。ただし、さらに高解像な映像を観察す
るために瞳間隔を狭くしてレーリー限界を満たす光が観
察者の瞳に入射するように構成することが望ましい。
１９ｂの一部がそれぞれ瞳２０に入射している。横方向
はレーリー限界を満たしているが、縦方向はレーリー限
界を満たさない。しかし、映像は変化し、観察者の瞳２
０が一定位置に留まることは稀なので、実使用上問題と
なることはない。ただし、さらに高解像な映像を観察す
るために瞳間隔を狭くしてレーリー限界を満たす光が観
察者の瞳に入射するように構成することが望ましい。
【００４０】（ｄ）においては、一つの射出瞳１９ｂの
一部が瞳２０に入射している。縦方向はレーリー限界を
満たさないが横方向はレーリー限界を満たすので、観察
者は解像できる。しかし、この場合、入射光量が少なく
像が暗いと感じるために、観察者は（ｄ）の状態では観
察を続けずに瞳２０を（ｅ）に示すように大きくして観
察する。この状態においては、両方向ともレーリー限界
を満たすので観察者はより高解像度の映像を観察できる
ことになる。
一部が瞳２０に入射している。縦方向はレーリー限界を
満たさないが横方向はレーリー限界を満たすので、観察
者は解像できる。しかし、この場合、入射光量が少なく
像が暗いと感じるために、観察者は（ｄ）の状態では観
察を続けずに瞳２０を（ｅ）に示すように大きくして観
察する。この状態においては、両方向ともレーリー限界
を満たすので観察者はより高解像度の映像を観察できる
ことになる。
【００４１】（ｆ）においては、瞳２０に光が入らない
ので、観察者は解像できない。この場合は、観察者は瞳
２０位置を動かしたり、ＨＭＤ自体の装着位置を変えた
りして射出瞳１９ａ、１９ｂが瞳２０に入射するように
する。一方、観察者がコントロールするのではなく、装
置の方にコントロール機能を持たせるように構成しても
よい。例えば、射出瞳の位置を制御できる制御機能を設
けたり、あるいは主走査手段１の反射面を三つ以上構成
するようにして、射出瞳の入射領域を拡大させた構成と
してもよい。
ので、観察者は解像できない。この場合は、観察者は瞳
２０位置を動かしたり、ＨＭＤ自体の装着位置を変えた
りして射出瞳１９ａ、１９ｂが瞳２０に入射するように
する。一方、観察者がコントロールするのではなく、装
置の方にコントロール機能を持たせるように構成しても
よい。例えば、射出瞳の位置を制御できる制御機能を設
けたり、あるいは主走査手段１の反射面を三つ以上構成
するようにして、射出瞳の入射領域を拡大させた構成と
してもよい。
【００４２】上記の通り、本実施形態の射出瞳は幅１m
m、長さ１０mmの二つの長方形の射出瞳１９ａ、１９ｂ
からなり、二つの長方形の射出瞳１９ａ、１９ｂのブラ
ンクが２mmとなる。そして、レーリー限界を満足する光
が瞳に入射し、各画素を解像することができるように構
成されている。尚、従来の映像表示装置においては、瞳
全体に光が入射するように構成されていたので、本実施
形態では、解像できるだけの径を有する光が瞳に入射す
る際に、従来の装置と同程度の明るさの光が瞳に入射す
るように通常の装置よりも強い光が発光されるように構
成されている。
m、長さ１０mmの二つの長方形の射出瞳１９ａ、１９ｂ
からなり、二つの長方形の射出瞳１９ａ、１９ｂのブラ
ンクが２mmとなる。そして、レーリー限界を満足する光
が瞳に入射し、各画素を解像することができるように構
成されている。尚、従来の映像表示装置においては、瞳
全体に光が入射するように構成されていたので、本実施
形態では、解像できるだけの径を有する光が瞳に入射す
る際に、従来の装置と同程度の明るさの光が瞳に入射す
るように通常の装置よりも強い光が発光されるように構
成されている。
【００４３】本実施形態の装置によると、例えば縦方向
０．５mm以上の射出瞳であれば解像できるとすると、人
間の瞳径が３mm（通常これ位の値である）の場合は、従
来の装置において縦方向９mmの射出瞳を有することと同
じことになる。このことについて、図６を用いて説明す
る。
０．５mm以上の射出瞳であれば解像できるとすると、人
間の瞳径が３mm（通常これ位の値である）の場合は、従
来の装置において縦方向９mmの射出瞳を有することと同
じことになる。このことについて、図６を用いて説明す
る。
【００４４】１９ａ、１９ｂは、本映像表示装置による
射出瞳である。この射出瞳に対し、観察者の瞳が解像で
きる上限位置は２０ａ、下限位置は２０ｂとなる。よっ
て、縦方向９mmの範囲内に瞳がある限りは、解像するこ
とができる。つまり、従来の装置において、点線で囲ん
だ領域２１の射出瞳を有することと同等となる。
射出瞳である。この射出瞳に対し、観察者の瞳が解像で
きる上限位置は２０ａ、下限位置は２０ｂとなる。よっ
て、縦方向９mmの範囲内に瞳がある限りは、解像するこ
とができる。つまり、従来の装置において、点線で囲ん
だ領域２１の射出瞳を有することと同等となる。
【００４５】上記のように、本実施形態では、射出瞳の
一つの長方形の縦方向が１mmとなるような構成とした
が、この値に限定されない。しかし、両方向がレーリー
限界を満たすように、０．８mm以上とすることが望まし
い。また、二つの長方形のブランクが２mmとなるような
構成としたが、これに関してもこの値に限定されない。
しかし、人間の瞳の大きさが通常３mm程度であることを
考慮すると、瞳がブランクに位置しないようにブランク
が略３．０mm以下であることが望ましい。また、ブラン
クが狭すぎることにより二つの射出瞳の光が干渉するこ
とを防ぐためには、ブランクは１mm以上であることが望
ましい。
一つの長方形の縦方向が１mmとなるような構成とした
が、この値に限定されない。しかし、両方向がレーリー
限界を満たすように、０．８mm以上とすることが望まし
い。また、二つの長方形のブランクが２mmとなるような
構成としたが、これに関してもこの値に限定されない。
しかし、人間の瞳の大きさが通常３mm程度であることを
考慮すると、瞳がブランクに位置しないようにブランク
が略３．０mm以下であることが望ましい。また、ブラン
クが狭すぎることにより二つの射出瞳の光が干渉するこ
とを防ぐためには、ブランクは１mm以上であることが望
ましい。
【００４６】尚、二つの射出瞳の光が干渉しないように
するために、一方の反射面に入射する光が１／４波長板
を通過するような構成としてもよい。この場合は、ブラ
ンクの最下限はなく、全くなくてもよい。しかし、あま
り狭すぎると、従来の装置の射出瞳に相当する領域が狭
くなるので、上記のように１mm以上であることが望まし
い。また、１／４波長板によって、二つの射出瞳が同時
に観察者の瞳に入射する場合（図５（ｃ））に、網膜状
に結像された二つの光が互いに干渉するのを防ぐ効果も
ある。
するために、一方の反射面に入射する光が１／４波長板
を通過するような構成としてもよい。この場合は、ブラ
ンクの最下限はなく、全くなくてもよい。しかし、あま
り狭すぎると、従来の装置の射出瞳に相当する領域が狭
くなるので、上記のように１mm以上であることが望まし
い。また、１／４波長板によって、二つの射出瞳が同時
に観察者の瞳に入射する場合（図５（ｃ））に、網膜状
に結像された二つの光が互いに干渉するのを防ぐ効果も
ある。
【００４７】
【発明の効果】本発明によると、観察者の瞳の解像に必
要な開口率を有する光を高周波かつ振幅を大きく走査で
きるので、高精細かつ広視野な映像が観察できる装置を
提供することが可能となる。
要な開口率を有する光を高周波かつ振幅を大きく走査で
きるので、高精細かつ広視野な映像が観察できる装置を
提供することが可能となる。
【００４８】また、走査手段のミラーを比較的慣性モー
メントが小さいものとしたので、移動する環境に比較的
強い走査手段となり、安定した映像表示が可能となる。
さらに、実質的に大きな射出瞳を有するように構成する
ことができるので、観察者の瞳の位置の制限が緩和され
る。
メントが小さいものとしたので、移動する環境に比較的
強い走査手段となり、安定した映像表示が可能となる。
さらに、実質的に大きな射出瞳を有するように構成する
ことができるので、観察者の瞳の位置の制限が緩和され
る。
【図１】本実施形態の映像表示装置の光学系の上から見
た概略図。
た概略図。
【図２】第１の実施形態の主走査手段の構成図。
【図３】第２の実施形態の主走査手段の構成図。
【図４】第１の実施形態の主走査手段における駆動制御
のブロック図。
のブロック図。
【図５】本実施形態の映像表示装置による観察者の瞳上
での射出瞳を示した図。
での射出瞳を示した図。
【図６】本実施形態の映像表示装置による射出瞳を従来
の映像表示装置の射出瞳に換算した様子を示した図。
の映像表示装置の射出瞳に換算した様子を示した図。
１ 主走査手段 ２ レーザー光源 ３ コンデンサーレンズ ４ 副走査手段 ５ ハーフミラー ６ 凹面鏡 ７ａ、７ｂ 反射ミラー ８ａ、８ｂ 弾性変形部材 ９ａ、９ｂ 磁石 １０ａ、１０ｂ コイル １１ａ、１１ｂ 位相検出手段 １２、１４ 基台 １５ａ、１５ｂ 軸受け １６ａ、１６ｂ モータ １７ 位相制御手段 １９ａ、１９ｂ 射出瞳 ２０ 瞳
Claims (6)
- 【請求項１】 光源からの光を第１の方向へ走査する第
１の走査手段を備え、観察者の瞳に２次元虚像を投影す
る映像表示装置において、 第１の走査手段は回転あるいは回転振動する複数の反射
ミラーを有し、 前記複数の反射ミラーはその回転中心軸が互いに略平行
となるように配置され同期して駆動されることを特徴と
する映像表示装置。 - 【請求項２】 光源からの光を第１の方向に走査する第
１の走査手段と第２の方向に走査する第２の走査手段と
を備え、観察者の瞳に２次元虚像を投影する映像表示装
置において、 第１の走査手段は回転あるいは回転振動する複数の反射
ミラーを有し、 前記複数の反射ミラーはその回転中心軸が互いに略平行
となるように配置され同期して駆動されることを特徴と
する映像表示装置。 - 【請求項３】 第１の走査手段の各反射ミラーの形状
は、各画素を分解するためのレーリー限界を満たす光が
観察者の瞳に与えられるように設定されていることを特
徴とする請求項１又は２に記載の映像表示装置。 - 【請求項４】 第１の走査手段の各反射ミラーの反射面
は、回転中心軸を縦方向とする縦長の形状で構成されて
おり、 さらに前記各反射ミラーで反射される光の観察者の瞳位
置における射出瞳の幅が略０．８mm以上となるように構
成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の
映像表示装置。 - 【請求項５】 第１の走査手段の各反射ミラーの反射面
は、回転中心軸を縦方向とする縦長の形状で構成されて
おり、 さらに前記複数の反射ミラーで反射される光の観察者の
瞳位置における射出瞳の間隔が観察者の瞳径以下となる
ように構成されていることを特徴とする請求項１又は２
に記載の映像表示装置。 - 【請求項６】 前記複数の反射ミラーで反射される光の
観察者の瞳位置における射出瞳の間隔が略３ミリ以下と
なるように構成されていることを特徴とする請求項５に
記載の映像表示装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29845597A JP3716579B2 (ja) | 1997-10-30 | 1997-10-30 | 映像表示装置 |
| US09/179,439 US6144476A (en) | 1997-10-30 | 1998-10-27 | Image display device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29845597A JP3716579B2 (ja) | 1997-10-30 | 1997-10-30 | 映像表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11133346A true JPH11133346A (ja) | 1999-05-21 |
| JP3716579B2 JP3716579B2 (ja) | 2005-11-16 |
Family
ID=17859935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29845597A Expired - Fee Related JP3716579B2 (ja) | 1997-10-30 | 1997-10-30 | 映像表示装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6144476A (ja) |
| JP (1) | JP3716579B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005292191A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Brother Ind Ltd | 網膜走査画像表示装置 |
| JP2006276633A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Brother Ind Ltd | 画像表示装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6639711B2 (en) * | 2000-09-20 | 2003-10-28 | Texas Instruments Incorporated | Packaged micromirror assembly with in-package mirror position passive component feedback |
| US6886940B2 (en) * | 2003-08-28 | 2005-05-03 | Eastman Kodak Company | Autostereoscopic display for multiple viewers |
| US8376548B2 (en) | 2010-09-22 | 2013-02-19 | Vuzix Corporation | Near-eye display with on-axis symmetry |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4874215A (en) * | 1987-04-23 | 1989-10-17 | General Scanning, Inc. | Tunable resonant mechanical system |
| JP2921218B2 (ja) * | 1991-10-08 | 1999-07-19 | オムロン株式会社 | 光スキャナ |
| US5285307A (en) * | 1992-03-20 | 1994-02-08 | Jaroslaw Pekar | Visual field expanding system |
| US5557444A (en) * | 1994-10-26 | 1996-09-17 | University Of Washington | Miniature optical scanner for a two axis scanning system |
| US5784148A (en) * | 1996-04-09 | 1998-07-21 | Heacock; Gregory Lee | Wide field of view scanning laser ophthalmoscope |
| JP3571501B2 (ja) * | 1997-07-28 | 2004-09-29 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 映像観察装置 |
-
1997
- 1997-10-30 JP JP29845597A patent/JP3716579B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-10-27 US US09/179,439 patent/US6144476A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005292191A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Brother Ind Ltd | 網膜走査画像表示装置 |
| JP2006276633A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Brother Ind Ltd | 画像表示装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3716579B2 (ja) | 2005-11-16 |
| US6144476A (en) | 2000-11-07 |
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