JPH11337865A - 走査型映像観察光学系 - Google Patents
走査型映像観察光学系Info
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- JPH11337865A JPH11337865A JP10143851A JP14385198A JPH11337865A JP H11337865 A JPH11337865 A JP H11337865A JP 10143851 A JP10143851 A JP 10143851A JP 14385198 A JP14385198 A JP 14385198A JP H11337865 A JPH11337865 A JP H11337865A
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 27
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 claims abstract description 42
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 20
- 210000001525 retina Anatomy 0.000 abstract description 4
- 210000005252 bulbus oculi Anatomy 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000004256 retinal image Effects 0.000 description 3
- 206010047571 Visual impairment Diseases 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 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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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
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- 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
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、主走査部材の走査角を小さくでき
る走査型映像観察光学系を提供することを目的としたも
のである。 【解決手段】 光束を発生する光源と、光束を第1の方
向に走査する主走査手段と、光束を第1の方向とは異な
る第2の方向に走査する副走査手段と、前記二つの走査
手段により走査された光束を観察者の瞳に導く接眼レン
ズとからなる走査型映像観察光学系において、前記主走
査手段は前記接眼レンズを介して観察者の瞳位置と略共
役な関係にあり、観察者の瞳位置に入射する光束の光束
径である瞳径をd、前記主走査手段から出射される光束
の光束径である主走査径をd'とした場合、d/d'で算
出される共役倍率βはβ≦0.85を満たす構成とす
る。
る走査型映像観察光学系を提供することを目的としたも
のである。 【解決手段】 光束を発生する光源と、光束を第1の方
向に走査する主走査手段と、光束を第1の方向とは異な
る第2の方向に走査する副走査手段と、前記二つの走査
手段により走査された光束を観察者の瞳に導く接眼レン
ズとからなる走査型映像観察光学系において、前記主走
査手段は前記接眼レンズを介して観察者の瞳位置と略共
役な関係にあり、観察者の瞳位置に入射する光束の光束
径である瞳径をd、前記主走査手段から出射される光束
の光束径である主走査径をd'とした場合、d/d'で算
出される共役倍率βはβ≦0.85を満たす構成とす
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばヘッドアッ
プディスプレイやヘッドマウントディスプレイに用いら
れる、光源から発光される光束を走査して観察者の瞳に
導き、観察者の残像現象を利用することにより観察者に
映像を提供する走査型映像観察光学系に関するものであ
る。
プディスプレイやヘッドマウントディスプレイに用いら
れる、光源から発光される光束を走査して観察者の瞳に
導き、観察者の残像現象を利用することにより観察者に
映像を提供する走査型映像観察光学系に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図3に、従来の一般的な走査型映像観察
光学系の構成図を示す。光源1より射出された光束は、
変調機2により光強度に変調をかけられ第1の走査ミラ
ー3に入射する。第1の走査ミラー3は回転軸3aを中
心に回動可能に保持されており、所定の振幅、周波数で
回転振動する。この回転振動により、入射した光束は、
反射されると同時に第1の走査方向に走査される。
光学系の構成図を示す。光源1より射出された光束は、
変調機2により光強度に変調をかけられ第1の走査ミラ
ー3に入射する。第1の走査ミラー3は回転軸3aを中
心に回動可能に保持されており、所定の振幅、周波数で
回転振動する。この回転振動により、入射した光束は、
反射されると同時に第1の走査方向に走査される。
【0003】第1の走査ミラー3で走査された光束は第
2の走査ミラー4に入射する。第2の走査ミラー4は第
1の走査ミラー3の回転軸3aに垂直な回転軸4aを持
ち、所定の振幅、周波数で回転振動する。この回転振動
により、入射した光束は、反射されると同時に第2の走
査方向に走査される。この光学系において、第1の走査
方向と第2の走査方向は互いに垂直である。
2の走査ミラー4に入射する。第2の走査ミラー4は第
1の走査ミラー3の回転軸3aに垂直な回転軸4aを持
ち、所定の振幅、周波数で回転振動する。この回転振動
により、入射した光束は、反射されると同時に第2の走
査方向に走査される。この光学系において、第1の走査
方向と第2の走査方向は互いに垂直である。
【0004】第1、第2の走査ミラー3、4により走査
された光束は、半透過面5で反射されて接眼レンズ6に
入射する。接眼レンズ6の片面は反射面6aとなってお
り、光束を再び半透過面5側に折り返す。折り返された
光束は半透過面5を透過し観察者の瞳7に与えられる。
そして、残像現象により観察者に映像が観察される。
された光束は、半透過面5で反射されて接眼レンズ6に
入射する。接眼レンズ6の片面は反射面6aとなってお
り、光束を再び半透過面5側に折り返す。折り返された
光束は半透過面5を透過し観察者の瞳7に与えられる。
そして、残像現象により観察者に映像が観察される。
【0005】このような映像観察光学系によると、液晶
表示素子などの2次元表示素子を用いないため、表示素
子の画素数に左右されず高精細な映像を提供することが
できる。
表示素子などの2次元表示素子を用いないため、表示素
子の画素数に左右されず高精細な映像を提供することが
できる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記のような映像観察
光学系により、具体的な映像表示を行った場合の各々の
走査ミラー3、4に求められる走査について図4を用い
て簡単に説明する。想定として、ハイビジョン相当の映
像を表示する場合を考える。ハイビジョン映像のアスペ
クト比は16:9、1秒間に表示しなければならないフ
レーム数は60フレーム、必要な水平走査線数は約10
00本である。
光学系により、具体的な映像表示を行った場合の各々の
走査ミラー3、4に求められる走査について図4を用い
て簡単に説明する。想定として、ハイビジョン相当の映
像を表示する場合を考える。ハイビジョン映像のアスペ
クト比は16:9、1秒間に表示しなければならないフ
レーム数は60フレーム、必要な水平走査線数は約10
00本である。
【0007】水平方向の走査周波数は、水平走査線数×
フレーム数によって与えられるので60kHzとなり、垂
直方向の走査周波数は、フレーム数でよいので60Hzと
なる。このように、必要な走査周波数は水平方向の方が
垂直方向に比べて大きく、必要な走査角度も水平方向の
方が大きいので、水平方向の走査の方が圧倒的に高速な
走査を必要とする。一般に水平方向の走査は主走査、垂
直方向の走査は副走査と呼ばれる。
フレーム数によって与えられるので60kHzとなり、垂
直方向の走査周波数は、フレーム数でよいので60Hzと
なる。このように、必要な走査周波数は水平方向の方が
垂直方向に比べて大きく、必要な走査角度も水平方向の
方が大きいので、水平方向の走査の方が圧倒的に高速な
走査を必要とする。一般に水平方向の走査は主走査、垂
直方向の走査は副走査と呼ばれる。
【0008】図3に示した従来技術のような光学系で
は、第2の走査ミラー4は、第1の走査ミラー3より光
学的に後方に配置されているため、第1の走査ミラー3
の走査角度をカバーする大きさが必要であり、第1の走
査ミラー3に比べて大きな構成とする必要がある。よっ
て、小さい構成が可能な第1の走査ミラー3を主走査に
用いるのが一般的である。
は、第2の走査ミラー4は、第1の走査ミラー3より光
学的に後方に配置されているため、第1の走査ミラー3
の走査角度をカバーする大きさが必要であり、第1の走
査ミラー3に比べて大きな構成とする必要がある。よっ
て、小さい構成が可能な第1の走査ミラー3を主走査に
用いるのが一般的である。
【0009】従来の映像観察光学系においては、主走査
を行う第1の走査ミラー3は、できるだけ小さい構成と
するために瞳7と略共役な位置に配置されるように構成
されている。
を行う第1の走査ミラー3は、できるだけ小さい構成と
するために瞳7と略共役な位置に配置されるように構成
されている。
【0010】主走査部材が瞳と共役な関係となる位置に
配置されている光学系において、瞳径/主走査径で算出
される共役倍率βが1(等倍)となる場合の、瞳径
d0、視野角a0、主走査径d'0、走査角a'0の関係を図
2(a)に簡略して示す。尚、視野角、走査角とはそれ
ぞれ瞳7位置での最軸外光線12の入射角度と主走査部
材3位置での最軸外光線12の出射角度である。また、
瞳径、主走査径とはそれぞれ瞳7位置、主走査部材3位
置での光束の光束径である。視野角が大きいほど観察可
能な映像の範囲が広く、瞳径が大きいほど観察可能な瞳
位置の範囲が広いことになる。
配置されている光学系において、瞳径/主走査径で算出
される共役倍率βが1(等倍)となる場合の、瞳径
d0、視野角a0、主走査径d'0、走査角a'0の関係を図
2(a)に簡略して示す。尚、視野角、走査角とはそれ
ぞれ瞳7位置での最軸外光線12の入射角度と主走査部
材3位置での最軸外光線12の出射角度である。また、
瞳径、主走査径とはそれぞれ瞳7位置、主走査部材3位
置での光束の光束径である。視野角が大きいほど観察可
能な映像の範囲が広く、瞳径が大きいほど観察可能な瞳
位置の範囲が広いことになる。
【0011】図2(a)においてβ=1なので、d0=
d'0である。このとき同時にa0=a'0も成り立つ。あ
る瞳径と視野角が得られる従来の光学系においては、主
走査部材を大きな振動数で回転振動させることができる
ような構成とするために、主走査径、走査角をともに小
さくできるように主走査径、走査角両方の値を均等に考
慮したものとなっている。
d'0である。このとき同時にa0=a'0も成り立つ。あ
る瞳径と視野角が得られる従来の光学系においては、主
走査部材を大きな振動数で回転振動させることができる
ような構成とするために、主走査径、走査角をともに小
さくできるように主走査径、走査角両方の値を均等に考
慮したものとなっている。
【0012】しかしながら、従来の映像観察光学系にお
いては、十分な視野角を得るためには走査角が大きくな
り、このような場合高精細表示を達成する大きな振動数
を得ることが困難となってしまう。
いては、十分な視野角を得るためには走査角が大きくな
り、このような場合高精細表示を達成する大きな振動数
を得ることが困難となってしまう。
【0013】本発明は、上記問題点を鑑みて、主走査部
材の走査角を小さくできる走査型映像観察光学系を提供
することを目的としたものである。
材の走査角を小さくできる走査型映像観察光学系を提供
することを目的としたものである。
【0014】
【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、光束を発生する光源と、光束を第1の方
向に走査する主走査手段と、光束を第1の方向とは異な
る第2の方向に走査する副走査手段と、前記二つの走査
手段により走査された光束を観察者の瞳に導く接眼レン
ズとからなる走査型映像観察光学系において、前記主走
査手段は前記接眼レンズを介して観察者の瞳位置と略共
役な関係にあり、観察者の瞳位置に入射する光束の光束
径である瞳径をd、前記主走査手段から出射される光束
の光束径である主走査径をd'とした場合、d/d'で算
出される共役倍率βはβ≦0.85を満たす構成とす
る。
に、本発明は、光束を発生する光源と、光束を第1の方
向に走査する主走査手段と、光束を第1の方向とは異な
る第2の方向に走査する副走査手段と、前記二つの走査
手段により走査された光束を観察者の瞳に導く接眼レン
ズとからなる走査型映像観察光学系において、前記主走
査手段は前記接眼レンズを介して観察者の瞳位置と略共
役な関係にあり、観察者の瞳位置に入射する光束の光束
径である瞳径をd、前記主走査手段から出射される光束
の光束径である主走査径をd'とした場合、d/d'で算
出される共役倍率βはβ≦0.85を満たす構成とす
る。
【0015】さらに、上記構成において、0.15≦β
を満たす構成とする。βの値が0.85より大きくなる
と、十分な視野角を得ようとすると走査角が大きくなり
十分な振動数が得られないので所望の高精細表示を得る
ことが困難となる。また、0.15より小さくなると、
瞳径が小さくなりすぎる、またはミラー径が大きくなり
すぎてしまう。
を満たす構成とする。βの値が0.85より大きくなる
と、十分な視野角を得ようとすると走査角が大きくなり
十分な振動数が得られないので所望の高精細表示を得る
ことが困難となる。また、0.15より小さくなると、
瞳径が小さくなりすぎる、またはミラー径が大きくなり
すぎてしまう。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態の走査型映像観
察光学系の全体構成を示す斜視図は、従来技術の図3と
同様となるので、図面と説明を省略する。図1(a)
に、図3に示した走査型映像観察光学系の光軸を一直線
13で表し、直線13上に各構成要素を簡略化して配置
した配置図を示す。
察光学系の全体構成を示す斜視図は、従来技術の図3と
同様となるので、図面と説明を省略する。図1(a)
に、図3に示した走査型映像観察光学系の光軸を一直線
13で表し、直線13上に各構成要素を簡略化して配置
した配置図を示す。
【0017】光源1で発光された光束は、主走査ミラー
3、副走査ミラー4で走査された後、走査像形成位置1
0に走査像を形成する。走査像を形成した光束は接眼レ
ンズ6を介して観察者の瞳7に与えられ、眼球8の網膜
9上に網膜像を形成する。この網膜像を介して、虚像位
置11の虚像が観察者に観察されることになる。図1
(b)には、網膜像9a、走査像10a、虚像11a、
接眼レンズ6、瞳レンズ7の関係を示す。
3、副走査ミラー4で走査された後、走査像形成位置1
0に走査像を形成する。走査像を形成した光束は接眼レ
ンズ6を介して観察者の瞳7に与えられ、眼球8の網膜
9上に網膜像を形成する。この網膜像を介して、虚像位
置11の虚像が観察者に観察されることになる。図1
(b)には、網膜像9a、走査像10a、虚像11a、
接眼レンズ6、瞳レンズ7の関係を示す。
【0018】尚、図1は各構成要素の厳密な配置位置を
示したものではなく、各構成要素の光学的な前後関係を
示しただけのものである。本実施形態において、主走査
ミラー3は、接眼レンズ6を介して瞳7と略共役関係と
なる位置に配置されており、共役倍率βは、図2(a)
で示した従来例が1であったのに対し、0.15≦β≦
0.85を満たすように構成されている。この条件を満
たすことにより、従来の走査型映像観察光学系と比較し
て、主走査ミラー3の走査角を小さくすることができ
る。
示したものではなく、各構成要素の光学的な前後関係を
示しただけのものである。本実施形態において、主走査
ミラー3は、接眼レンズ6を介して瞳7と略共役関係と
なる位置に配置されており、共役倍率βは、図2(a)
で示した従来例が1であったのに対し、0.15≦β≦
0.85を満たすように構成されている。この条件を満
たすことにより、従来の走査型映像観察光学系と比較し
て、主走査ミラー3の走査角を小さくすることができ
る。
【0019】このことを説明するために、図2(a)の
従来例と対応させて、図2(b)、(c)に0.15≦
β≦0.85を満たす本実施形態の走査型映像観察光学
系の瞳径d1、d2、視野角a1、a2、主走査径d'1、
d'2、走査角a'1、a'2の関係を示す。尚、比較しやす
いように、(a)、(b)、(c)における視野角は同
じとなる、つまりa0=a1=a2となるようにする。
従来例と対応させて、図2(b)、(c)に0.15≦
β≦0.85を満たす本実施形態の走査型映像観察光学
系の瞳径d1、d2、視野角a1、a2、主走査径d'1、
d'2、走査角a'1、a'2の関係を示す。尚、比較しやす
いように、(a)、(b)、(c)における視野角は同
じとなる、つまりa0=a1=a2となるようにする。
【0020】図2(b)では、瞳径d1を従来例(a)
の瞳径d0と同様とした。このとき、図面からもわかる
ように、走査角の間には、a'1<a0の関係が成り立
つ。尚、主走査径の間にはd'1>d'0の関係が成り立
つ。
の瞳径d0と同様とした。このとき、図面からもわかる
ように、走査角の間には、a'1<a0の関係が成り立
つ。尚、主走査径の間にはd'1>d'0の関係が成り立
つ。
【0021】図2(c)は、主走査径d'2を従来例
(a)の主走査径d'0と同様とした。このとき、図面か
らもわかるように、走査角の間には、a'2<a0の関係
が成り立つ。尚、瞳径の間にはd2<d0の関係が成り立
つ。
(a)の主走査径d'0と同様とした。このとき、図面か
らもわかるように、走査角の間には、a'2<a0の関係
が成り立つ。尚、瞳径の間にはd2<d0の関係が成り立
つ。
【0022】表1、表2に、本実施形態において、具体
的な数値を採用して実施した実施例の共役倍率、主走査
径、瞳径、走査角、視野角の数値を従来例(図2(a)
に相当)における具体的な数値例と対比させて示す。表
1、表2に示す従来例の数値例は同様のもので、瞳径、
主走査径として3つの異なる値を採用した従来例1、
2、3を示す。表1には、瞳径に従来例1、2、3と同
様の値を採用して、共役倍率を変えた実施例(図2
(b)に相当)を示す。表2には、主走査径に従来例
1、2、3と同様の値を採用して、共役倍率を変えた実
施例(図2(c)に相当)を示す。
的な数値を採用して実施した実施例の共役倍率、主走査
径、瞳径、走査角、視野角の数値を従来例(図2(a)
に相当)における具体的な数値例と対比させて示す。表
1、表2に示す従来例の数値例は同様のもので、瞳径、
主走査径として3つの異なる値を採用した従来例1、
2、3を示す。表1には、瞳径に従来例1、2、3と同
様の値を採用して、共役倍率を変えた実施例(図2
(b)に相当)を示す。表2には、主走査径に従来例
1、2、3と同様の値を採用して、共役倍率を変えた実
施例(図2(c)に相当)を示す。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】表1より、瞳径を従来例と同様の値とした
場合は、走査角を小さくできることがわかる。この効果
は、共役倍率が小さくなるほど顕著である。一方、表2
より、主走査径を従来例と同様の値とした場合も、走査
角を小さくできることがわかる。この効果についても、
共役倍率が小さくなるほど顕著である。ただし、共役倍
率が小さくなりすぎると、瞳径が小さくなりすぎて実用
的でない、またはミラー径が大きくなりすぎて装置が大
型化してしまう。
場合は、走査角を小さくできることがわかる。この効果
は、共役倍率が小さくなるほど顕著である。一方、表2
より、主走査径を従来例と同様の値とした場合も、走査
角を小さくできることがわかる。この効果についても、
共役倍率が小さくなるほど顕著である。ただし、共役倍
率が小さくなりすぎると、瞳径が小さくなりすぎて実用
的でない、またはミラー径が大きくなりすぎて装置が大
型化してしまう。
【0026】
【発明の効果】本発明の走査型映像観察光学系による
と、瞳径を小さくすることなく、または主走査部材を大
きくすることなく走査角を小さくできる。走査角が小さ
いほど高速振動が容易となるので、主走査部材をより高
速に振動させることが可能となる。この場合、より高精
細な映像を表示することができる。
と、瞳径を小さくすることなく、または主走査部材を大
きくすることなく走査角を小さくできる。走査角が小さ
いほど高速振動が容易となるので、主走査部材をより高
速に振動させることが可能となる。この場合、より高精
細な映像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (a)一直線の光軸上に本発明の光学系の構
成要素を配置した配置図と(b)像の関係を示す図。
成要素を配置した配置図と(b)像の関係を示す図。
【図2】 (a)従来例の光学系と(b)、(c)本実
施形態の光学系における瞳径、視野角、主走査径、走査
角の関係を示す図。
施形態の光学系における瞳径、視野角、主走査径、走査
角の関係を示す図。
【図3】 従来技術と本発明に共通の走査型映像観察光
学系の構成図。
学系の構成図。
【図4】 ハイビジョン相当の映像を表示する場合の説
明図。
明図。
1 光源 2 変調機 3 第1の走査ミラー 4 第2の走査ミラー 6 接眼レンズ 7 瞳
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笠井 一郎 大阪市中央区安土町二丁目3番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 大澤 聡 大阪市中央区安土町二丁目3番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 佐藤 彰 大阪市中央区安土町二丁目3番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 小林 恭 大阪市中央区安土町二丁目3番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内
Claims (2)
- 【請求項1】 光束を発生する光源と、光束を第1の方
向に走査する主走査手段と、光束を第1の方向とは異な
る第2の方向に走査する副走査手段と、前記二つの走査
手段により走査された光束を観察者の瞳に導く接眼レン
ズとからなる走査型映像観察光学系において、 前記主走査手段は前記接眼レンズを介して観察者の瞳位
置と略共役な関係にあり、 観察者の瞳位置に入射する光束の光束径である瞳径を
d、前記主走査手段から出射される光束の光束径である
主走査径をd'とした場合、d/d'で算出される共役倍
率βはβ≦0.85を満たすことを特徴とする走査型映
像観察光学系。 - 【請求項2】 0.15≦βを満たすことを特徴とする
請求項1に記載の走査型映像観察光学系。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10143851A JPH11337865A (ja) | 1998-05-26 | 1998-05-26 | 走査型映像観察光学系 |
| US09/315,627 US6115186A (en) | 1998-05-26 | 1999-05-20 | Scanning type image viewing optical system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10143851A JPH11337865A (ja) | 1998-05-26 | 1998-05-26 | 走査型映像観察光学系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11337865A true JPH11337865A (ja) | 1999-12-10 |
Family
ID=15348446
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|---|---|---|---|---|
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1999
- 1999-05-20 US US09/315,627 patent/US6115186A/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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Also Published As
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