JPH11249066A - 画像生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化、低コスト、軽量化が可能な両眼観察
用の走査式２次元画像生成装置を提供することを目的と
する。 【解決手段】 右眼用・左眼用の光源１Ｒ、１Ｌからの
光束を走査手段により２次元に走査して観察者の左右の
眼それぞれに２次元画像を投影する画像生成装置におい
て、前記走査手段は右眼用の光束と左眼用の光束をとも
に走査する単一の２次元走査部材６からなる構成とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、両眼観察用の走査
式２次元画像生成装置に関するものであり、例えば虚像
映像を表示するＨＭＤ（head mounted display）等の画
像生成装置として好適な画像生成装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より知られている一般的な両眼観察
用の走査式２次元画像生成装置は、右眼用の光束と左眼
用の光束を走査するための走査手段として、右眼用光束
走査手段と左眼用光束走査手段がそれぞれ個別に備えら
れていた。各走査手段は、一般的には主走査ミラー（１
次走査ミラー）と副走査ミラー（２次走査ミラー）とか
らなる。このため走査ミラーを少なくとも４つ構成する
必要があり、部品点数が多く、低コスト化やコンパクト
化が難しいという問題があった。この問題を解決するた
めに走査ミラーの数を少なくした画像生成装置が提案さ
れている。

【０００３】例えば、特願平９−２６０１５５号では、
１次走査ミラーと２次走査ミラーをそれぞれ右眼用の光
束と左眼用の光束とに兼用することにより、走査ミラー
の数を少なくした構成の観察光学系が提案されている。
図８は、この観察光学系を模式的に示す上面斜視図であ
る。

【０００４】図８において、右眼用の光源１Ｒと左眼用
の光源１Ｌから発光された光は、垂直走査ミラー（１次
走査ミラー）２で垂直方向に走査され、その後水平走査
ミラー（２次走査ミラー）３で水平方向に走査された
後、それぞれ異なる方向に進行し左右の眼に与えられ
る。このように、２つの走査ミラー２、３をそれぞれ右
眼用の光束と左眼用の光束とに兼用することにより、２
つの走査ミラーで画像生成装置を構成することができ
る。

【０００５】また、２つの走査ミラーを用いた構成とし
ては、従来から知られている２次元走査ミラーを右眼用
の光束と左眼用の光束を走査するために２つ用いるよう
な構成も考えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術の画像生成装置においては、少なくとも２つの走
査ミラーが必要となる。このため、装置全体は少なくと
も２つの走査ミラーを収納できる大きさとなる。よっ
て、装置の小型化を達成できるとはいえ、例えば頭部搭
載型の装置においては十分なものではなかった。

【０００７】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであって、大幅な小型化が可能であるとともに低
コスト、軽量な両眼観察用の走査式２次元画像生成装置
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、右眼用の光束と左眼用の光束を走査手段
により２次元に走査して観察者の左右の眼それぞれに２
次元画像を投影する画像生成装置において、前記走査手
段は右眼用の光束と左眼用の光束をともに走査する単一
の２次元走査部材からなる構成とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施する画像生成
装置を、図面を参照しつつ説明する。なお、実施の形態
相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付し
て重複説明を適宜省略する。

【００１０】〈第１の実施形態〉図１は、本実施形態の
画像生成装置の光学系の概略構成を示す上面斜視図であ
り、図２は、それを（ａ）上方から見た状態を示す図と
（ｂ）横側から見た状態を示す図である。本画像生成装
置は観察者の瞳に虚像を投影する頭部搭載型の画像生成
装置である。

【００１１】本画像生成装置は右眼用、左眼用光源１
Ｒ、１Ｌと、反射ミラー７Ｒ、７Ｌと、２次元走査部材
６と、回折格子８Ｒ、８Ｌと、接眼光学系５Ｒ、５Ｌと
で構成されている。右眼用、左眼用光源１Ｒ、１Ｌは、
いずれも変調可能なＬＤ（laser diode）、コリメータ
レンズ等からなっている。尚、本実施形態では光源１Ｌ
は赤色（Ｒ）の光、光源１Ｒは緑色（Ｇ）の光を発光す
る単色光源である。光源１Ｌ、１Ｒは、例えば文字画像
の電気信号に基づいて変調される。尚、図１、図２
（ａ）においては、光源１Ｌから発光される光を点線
で、光源１Ｒから発光される光を実線で示す。

【００１２】回折格子８Ｒは、光源１Ｌから発光される
Ｒの光についてはそのまま透過し、２次元走査部材６側
から入射されるＧの光については観察者右眼ＥＲ方向に
最も強くなるように透過する。一方、回折格子８Ｌは、
光源１Ｒから発光されるＧの光についてはそのまま透過
し、２次元走査部材６側から入射されるＲの光について
は観察者左眼ＥＬ方向に最も強くなるように透過する。

【００１３】２次元走査部材６は、入射した光を反射す
る際に水平方向と垂直方向の２方向に走査する。２次元
走査部材６の詳細な構成については、図３を用いて後述
する。右眼・左眼用光源１Ｒ、１Ｌから発光された右眼
用の光束と左眼用の光束は、反射ミラー７Ｌ、７Ｒで偏
向され回折格子８Ｌ、８Ｌを透過して２次元走査部材６
に入射する。

【００１４】２次元走査部材６で２方向に走査された右
眼用の光束は、回折格子８Ｒ上で２次元画像を形成した
後、観察者右眼ＥＲ方向に導かれ、接眼光学系５Ｒを介
して観察者右眼ＥＲに投影される。一方、２次元走査部
材６で２方向に走査された左眼用の光束は、回折格子８
Ｌ上で２次元画像を形成した後、観察者左眼ＥＬ方向に
導かれ、接眼光学系５Ｌを介して観察者左眼ＥＬに投影
される。その結果、接眼光学系５Ｒ、５Ｌで投影された
回折格子８Ｒ、８Ｌ上の２次元画像の虚像が、各眼Ｅ
Ｒ、ＥＬで観察されることになる。

【００１５】図３に、２次元走査部材６の詳細な構成を
示す。６２は、光を反射するとともに光を２方向に走査
する四角形のミラーである。６５は、ミラー６２より一
回り大きい四角形の外枠である。６１ａ、６１ｂは上下
の支持体である。ミラー６２は、左右二つのねじりばね
６４ａ、６４ｂを介して外枠６５に固定されている。外
枠６５は上下二つのねじりばね６３ａ、６３ｂを介して
支持体６１ａ、６１ｂに固定されている。

【００１６】６６ａ、６６ｂはミラー６２の裏面上下方
向にミラー６２に接さないように固定されている電磁石
である。この電磁石６６ａ、６６ｂに交互に電流を流し
て磁界を発生させ、金属よりなるミラー６２との間に上
下で交互に引力が働くように制御する。ミラー６２は上
下で交互に働く引力により、Ｘ軸を中心とした回転振動
をする。

【００１７】尚、電磁石６６ａ、６６ｂに流す電流は、
ミラー６２の回転振動数がねじりばね６４ａ、６４ｂの
共振周波数近傍となるように制御すると効率がよくな
る。このような制御により、ミラー６２の回転振動は、
ねじりばね６４ａ、６４ｂのねじり振動に共振し、少な
いエネルギーで大きな振幅が得られることになる。

【００１８】６７ａ、６７ｂは外枠６５の裏面左右方向
に、これに接さないように固定されている電磁石であ
る。この電磁石６７ａ、６７ｂに交互に電流を流して磁
界を発生させ、金属よりなる外枠６５との間に左右で交
互に引力が働くように制御する。外枠６５は左右で交互
に働く引力により、Ｙ軸を中心とした回転振動をする。

【００１９】尚、電磁石６７ａ、６７ｂに流す電流は、
外枠６５の回転振動数がねじりばね６３ａ、６３ｂの共
振周波数近傍となるように制御すると効率がよくなる。
このような制御により、外枠６５の回転振動は、ねじり
ばね６３ａ、６３ｂのねじり振動に共振し、少ないエネ
ルギーで大きな振幅が得られることになる。

【００２０】上記のように、ミラー６２は、Ｘ軸を回転
中心とする回転振動をするとともに、ミラー６２を固定
する外枠６５のＹ軸を回転中心とする回転振動により同
様にＹ軸を回転中心とする回転振動をすることになる。
よって、ミラー６２は表面から入射した光を２方向に走
査しながら反射する。

【００２１】本実施形態においては、入射した光を２方
向に走査する２次元走査部材が右眼用の光束と、左眼用
の光束の２次元走査に兼用されるため、光学系のコンパ
クト化・低コスト化が可能であり、左右映像の同期をと
ることも容易である。また、２つの光束の走査が１つの
走査部材で走査されるため、ミラー同士の干渉がなく、
したがって広い視野角を達成することができる。

【００２２】〈第２の実施形態〉図４は、本実施形態の
画像生成装置の光学系の概略構成を示す上面斜視図であ
り、図５は、それを（ａ）上方から見た状態を示す図と
（ｂ）横側から見た状態を示す図である。本画像生成装
置は観察者の瞳に虚像を投影する頭部搭載型の画像生成
装置である。

【００２３】本画像生成装置は右眼用、左眼用光源１
Ｒ、１Ｌと、２次元走査部材６と、スクリーン４Ｒ、４
Ｌと、接眼光学系５Ｒ、５Ｌとで構成されている。右眼
用、左眼用光源１Ｒ、１Ｌは白色光源であり、変調可能
なＬＤ（laser diode）、コリメータレンズ等からなっ
ている。尚、図４、図５（ａ）においては、光源１Ｌか
ら発光される光を実線で、光源１Ｒから発光される光を
点線で示す。

【００２４】本画像生成装置は、図５（ｂ）を見るとわ
かるように、２つの光源１Ｒ、１Ｌが２次元走査部材６
に対して斜め上方に配されており、光源１Ｒ、１Ｌで発
光された光は斜め上方から直接２次元走査部材に入射す
ることになる。また、第１の実施形態の回折格子８Ｒ、
８Ｌの代わりにスクリーン４Ｒ、４Ｌが配されている。
スクリーン４Ｒ、４Ｌは透過する光を拡散させ、観察者
の眼ＥＲ、ＥＬに確実に光が与えられるようにする。

【００２５】右眼・左眼用光源１Ｒ、１Ｌから発光され
た右眼用の光束と左眼用の光束はそれぞれ２次元走査部
材６に入射する。２次元走査部材６で２方向に走査され
た右眼用の光束は、スクリーン４Ｒ上で２次元画像を形
成した後拡散され、接眼光学系５Ｒを介して観察者右眼
ＥＲに投影される。一方、２次元走査部材６で２方向に
走査された左眼用の光束は、スクリーン４Ｌ上で２次元
画像を形成した後拡散され、接眼光学系５Ｌを介して観
察者左眼ＥＬに投影される。その結果、接眼光学系５
Ｒ、５Ｌで投影されたスクリーン４Ｒ、４Ｌ上の２次元
画像の虚像が、各眼ＥＲ、ＥＬで観察されることにな
る。

【００２６】２次元走査部材６の構成は、第１の実施形
態と同様なので説明を省略する。本実施形態において
は、白色光源を用いた画像生成装置において、第１の実
施形態と同様の効果が得られる。

【００２７】〈第３の実施形態〉図６は、本実施形態の
画像生成装置の光学系の概略構成を示す上面斜視図であ
り、図７は、それを（ａ）上方から見た状態を示す図と
（ｂ）横側から見た状態を示す図である。本画像生成装
置は観察者の瞳に虚像を投影する頭部搭載型の画像生成
装置である。

【００２８】本画像生成装置は右眼用、左眼用光源１
Ｒ、１Ｌと、反射ミラー７Ｒ、７Ｌと、２次元走査部材
６と、裏面反射光学系９とで構成されている。右眼用、
左眼用光源１Ｒ、１Ｌは白色光源であり、変調可能なＬ
Ｄ（laser diode）、コリメータレンズ等からなってい
る。

【００２９】裏面反射光学系９は、一方の面が平面で他
方の面が曲面となっており、曲率を持たせて接眼光学系
を兼ねるように構成されている。平面の外側面９ｂに
は、その中央上部に２次元走査部材６が固定されてい
る。また、それ以外の部分には回折格子が接着されてお
り、ここを透過する光を観察者眼ＥＲ、ＥＬ方向に強め
られるように偏向する。曲面９ａは、平面側から入射す
る光を反射する。

【００３０】光源１Ｒ、１Ｌで発光された光は反射ミラ
ー７Ｒ、７Ｌにより偏向され、上面より裏面反射光学系
９に入射し、２次元走査部材６に導かれる。そして、２
次元走査部材６では、光が２方向に走査されながら反射
される。この光は、曲面９ａで反射され、回折格子の接
着された平面９ｂを透過したのち観察者の眼ＥＲ、ＥＬ
に投影される。

【００３１】本実施形態は、２次元走査部材６を固定し
た単一の光学系（接眼光学系を兼ねる裏面反射光学系
９）で構成されるコンパクトな構成の画像生成装置にお
いて、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
走査部材の単一化による光学系の小型化、軽量化、低コ
スト化が達成される。よって、特に頭部搭載型の画像生
成装置においては、観察者に与える疲労感を軽減できる
ことになり、長時間つづけて使用できることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施形態の画像生成装置の光学系の概
略構成を示す上面斜視図。

【図２】 図１をそれぞれ（ａ）上方（ｂ）横側から見
た状態を示す図。

【図３】 ２次元走査部材の詳細な構成を示す図。

【図４】 第２の実施形態の画像生成装置の光学系の概
略構成を示す上面斜視図。

【図５】 図２をそれぞれ（ａ）上方（ｂ）横側から見
た状態を示す図。

【図６】 第３の実施形態の画像生成装置の光学系の概
略構成を示す上面斜視図。

【図７】 図３をそれぞれ（ａ）上方（ｂ）横側から見
た状態を示す図。

【図８】 従来技術の画像生成装置の光学系の概略構成
を示す上面斜視図。

【符号の説明】

１Ｒ、１Ｌ 光源 ４Ｒ、４Ｌ スクリーン ５Ｒ、５Ｌ 接眼光学系 ６ ２次元走査部材 ８Ｌ、８Ｒ 回折格子 ９ 裏面反射光学系

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 右眼用の光束と左眼用の光束を走査手段
   により２次元に走査して観察者の左右の眼それぞれに２
   次元画像を投影する画像生成装置において、 前記走査手段は右眼用の光束と左眼用の光束をともに走
   査する単一の２次元走査部材からなることを特徴とする
   画像生成装置。