JPH1152284A - Scanning image observation device and optical element - Google Patents

Scanning image observation device and optical element

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JPH1152284A
JPH1152284A JP21080297A JP21080297A JPH1152284A JP H1152284 A JPH1152284 A JP H1152284A JP 21080297 A JP21080297 A JP 21080297A JP 21080297 A JP21080297 A JP 21080297A JP H1152284 A JPH1152284 A JP H1152284A
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JP
Japan
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light
scanning
optical element
image
retina
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Pending
Application number
JP21080297A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideki Osada
英喜 長田
Akira Sato
彰 佐藤
Kenji Ishibashi
賢司 石橋
Yasushi Kobayashi
恭 小林
Satoshi Osawa
聡 大澤
Yasushi Tanijiri
靖 谷尻
Takatoshi Ishikawa
隆敏 石川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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Publication of JPH1152284A publication Critical patent/JPH1152284A/en
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  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device which is made small in size and light in weight and which gives an image onto a retina by making light forming a part of the image directly incident on an eye and performing scanning with the light, and a non-mechanical scanning optical element suitable for such a device. SOLUTION: This optical element 12 is formed by plurally laminating dynamic diffraction optical elements electrically switched to a state where light is deflected and a state where it is not deflected. By setting the deflecting angle of the dynamic diffraction optical element to a power system of two, the deflecting angle of the element 12 is optionaly selected. By changing the deflecting angle, scanning is performed with the light made incident on the retina. By laminating the dynamic diffraction optical elements so that their deflecting directions may be orthogonally crossed, two-dimensional scanning is realized.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、像の一部を成す光
を観察者の眼に入射させるとともに、その光を走査する
ことにより網膜上に像を与える像観察装置に関し、より
詳しくは、光の走査を非機械式に行う像観察装置とその
走査に適する光学素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image observing apparatus which gives an image on a retina by scanning light which forms a part of an image into an observer's eye and scans the light. The present invention relates to an image observation apparatus that performs non-mechanical scanning of light and an optical element suitable for the scanning.

【0002】[0002]

【従来の技術】頭部に装着して使用し眼前に映像を表示
する頭部載置型表示装置(HMD)が、バーチャルリア
リティやフライトシミュレーションの分野で多用されて
いる。HMDは陰極線管(CRT)や液晶表示装置(L
CD)を備える構成が一般的であり、これらに表示され
る実像を、接眼光学系を介して拡大された虚像として観
察するようにしている。
2. Description of the Related Art A head mounted display (HMD) which is used by being mounted on a head and displaying an image in front of eyes is widely used in the field of virtual reality and flight simulation. HMD is a cathode ray tube (CRT) or liquid crystal display (L
CD) is generally used, and the real images displayed on these are observed as enlarged virtual images via an eyepiece optical system.

【0003】ところが、HMDは使用の形態から小型か
つ軽量であることが望ましく、このためCRTやLCD
の大きさに制約が生じて、表示される映像の範囲を広く
することと映像の解像度を高くすることを両立させるこ
とは困難である。また、CRTやLCDに加えてそれら
の駆動回路をHMD内部に組み込む必要があるため、一
層かさ高くなり重量も増す。特にCRTは、小型に形成
されたものでも重い上に相当な厚さを有し、しかも高電
圧を必要とするために、人体に装着する使用形態に適し
たものとはいえない。
However, it is desirable that the HMD be small and light in terms of the form of use.
Is limited, and it is difficult to achieve both an increase in the range of the displayed image and an increase in the resolution of the image. Further, in addition to a CRT and an LCD, it is necessary to incorporate those drive circuits inside the HMD, so that the height and the weight are further increased. In particular, CRTs are not suitable for use in a human body because they are heavy and have a considerable thickness even if they are formed in a small size, and they require a high voltage.

【0004】このような問題を解決する一方法として、
映像の一部を成す光を装置装着者の眼に直接入射させる
とともにその光を走査して、網膜上に映像を形成する方
法が、米国特許公報(USP 5,596,339)に提案されてい
る。この方法は、点光源からの光を光ファイバーによっ
て走査光学系に導き、光源が発する光を映像信号に応じ
て変調するとともに、これに同期してラスター走査を行
うものである。走査光学系には主走査用の光学素子と副
走査用の光学素子が備えられている。
[0004] As one method for solving such a problem,
A method of forming an image on the retina by directly making light forming a part of an image directly into an eye of a wearer of the device and scanning the light is proposed in US Pat. No. 5,596,339. In this method, light from a point light source is guided to a scanning optical system by an optical fiber, and light emitted from the light source is modulated according to a video signal, and raster scanning is performed in synchronization with the modulation. The scanning optical system includes a main scanning optical element and a sub-scanning optical element.

【0005】この方法では、眼に入射させる光束を細く
するとともに走査角を細かく調節することで、画素密度
に制限のあるCRTやLCDでは達成することのできな
い極めて解像度の高い像を、観察者に提供することが可
能になる。また、実像を表示するための装置やその駆動
回路は不要となり、これらに代えて走査光学系とその駆
動回路を頭部に装着する装置に組み込むことになる。
According to this method, an extremely high-resolution image which cannot be achieved by a CRT or an LCD having a limited pixel density can be provided to an observer by narrowing a light beam incident on an eye and finely adjusting a scanning angle. Can be provided. Further, a device for displaying a real image and its driving circuit are not required, and instead, the scanning optical system and its driving circuit are incorporated in a device mounted on the head.

【0006】点光源をアレイ状に配設して、映像の一部
を成す1次元の(線状の)光を生成し、この線状光を眼
に入射させるとともに走査するようにした装置も知られ
ている。ここでの走査は、線状光に対して垂直な一方向
のみとなる。
An apparatus in which point light sources are arranged in an array to generate one-dimensional (linear) light forming a part of an image, and the linear light is made incident on an eye and scanned. Are known. The scanning here is performed only in one direction perpendicular to the linear light.

【0007】一般に、光の走査には、反射ミラーやプリ
ズム等の光学素子の向きや位置を変化させる機械式の方
法と、光学素子の向きや位置を変化させることなく回折
等の特性を変化させる非機械式の方法とがある。
In general, for scanning light, a mechanical method for changing the direction and position of an optical element such as a reflecting mirror and a prism, and changing characteristics such as diffraction without changing the direction and position of the optical element. There are non-mechanical methods.

【0008】機械式走査の光学素子としては、ガルバノ
メータやポリゴンミラーが古くから知られており、通
常、モータによって駆動される。これらの機械式の走査
は、走査角が広いという特長を有するものの走査速度は
遅く、例えば複写機やプリンタのような、静的な画像形
成装置で用いられることが多い。近年では、共振現象を
利用したり駆動素子として圧電素子を用いたりして、走
査速度を向上させることも試みられているが、広い走査
角と高い走査速度を機械式走査により両立させることは
困難な現状にある。
As optical elements for mechanical scanning, galvanometers and polygon mirrors have been known for a long time, and are usually driven by a motor. These mechanical scans have the feature that the scan angle is wide, but the scan speed is low, and they are often used in static image forming apparatuses such as copiers and printers. In recent years, attempts have been made to improve the scanning speed by using a resonance phenomenon or using a piezoelectric element as a driving element, but it is difficult to achieve both a wide scanning angle and a high scanning speed by mechanical scanning. It is in the current situation.

【0009】非機械式走査の光学素子としては、音響光
学(acausto-optic、A/O)偏向器が知られている。
A/O偏向器は、平板に形成された基板の表面に音波程
度の周波数の波を電気的に発生させ、この振動によって
入射する光に干渉を生じさせて、偏向させるものであ
る。光は基板表面に沿う面内で偏向され、表面の振動数
を変化させることにより、偏向角を調節することができ
る。したがって、A/O偏向器では、1次元の走査が可
能である。
An acousto-optic (A / O) deflector is known as a non-mechanical scanning optical element.
The A / O deflector electrically generates a wave having a frequency of about a sound wave on the surface of a substrate formed as a flat plate, and causes the incident light to interfere with the vibration due to the vibration to deflect the light. Light is deflected in a plane along the substrate surface, and the deflection angle can be adjusted by changing the frequency of the surface. Therefore, the A / O deflector can perform one-dimensional scanning.

【0010】光を非機械式に偏向させる光学素子に、光
の回折現象を利用した回折光学素子(diffractive opti
cal element、DOE)があり、光を偏向させる状態と
偏向させない状態を電気的に切り換えるようにした動的
回折光学素子(dynamic DOE、D−DOE)が実用化さ
れている。D−DOEの構造を図15、16に模式的に
示す。図15はD−DOEの透視斜視図であり、図16
(a)はその側方から見た断面図である。D−DOE
は、ガラス、樹脂等の透明な物質から成り一方の表面を
微小幅の階段状の凹凸パターンとした基材7と、液晶8
とを透明板9で挟んで構成され、一方の透明板側から入
射する光を他方の透明板側に透過させる。液晶8には不
図示の電極より電圧を印加し得るようになっており、印
加電圧の有無によって液晶8の配向が変化し、これによ
り屈折率も変化する。
An optical element that non-mechanically deflects light includes a diffractive optical element utilizing a light diffraction phenomenon.
There is a dynamic diffractive optical element (dynamic DOE, D-DOE) that electrically switches between a state in which light is deflected and a state in which light is not deflected. The structure of the D-DOE is schematically shown in FIGS. FIG. 15 is a perspective view of the D-DOE, and FIG.
(A) is sectional drawing seen from the side. D-DOE
A base material 7 made of a transparent substance such as glass or resin and having one surface having a step-like uneven pattern with a minute width;
Are sandwiched between transparent plates 9 so that light incident from one transparent plate side is transmitted to the other transparent plate side. A voltage can be applied to the liquid crystal 8 from an electrode (not shown). The orientation of the liquid crystal 8 changes depending on the presence or absence of the applied voltage, thereby changing the refractive index.

【0011】液晶8の屈折率は電圧印加時または非印加
時のいずれかにおいて基材7の屈折率と等しくなるよう
に設定されており、液晶8と基材7の屈折率が等しい状
態では光に回折現象は生じず、入射する光は偏向するこ
となくD−DOEを透過して直進する。電圧を印加する
ことによりまたは印加電圧を除去することにより、液晶
8と基材7の屈折率に差が生じると、両者の界面で光が
屈折する。液晶8と基材7の界面には微小幅の段差があ
るから、隣り合う段差を透過した屈折光に位相差が生じ
て回折現象が起こり、特定の方向にのみ光が進むことに
なる。こうして光は偏向する。
The refractive index of the liquid crystal 8 is set to be equal to the refractive index of the substrate 7 when a voltage is applied or when no voltage is applied. No diffraction phenomenon occurs, and the incident light passes straight through the D-DOE without being deflected. When a difference occurs in the refractive index between the liquid crystal 8 and the substrate 7 by applying a voltage or removing the applied voltage, light is refracted at the interface between the two. Since there is a step with a very small width at the interface between the liquid crystal 8 and the base material 7, a phase difference occurs in the refracted light transmitted through the adjacent step, causing a diffraction phenomenon, and the light travels only in a specific direction. The light is thus deflected.

【0012】D−DOEによる光の偏向方向は、回折の
原理から明らかなように、階段状の凹凸パターンに対し
て直交する方向(図16では左右方向)に限られる。D
−DOEによる光の偏向角は、基材7の階段状の凹凸パ
ターン、基材7の屈折率、および基材7の屈折率と異な
る状態における液晶8の屈折率によって規定される。偏
向角を規定するこれらの要素を使用時に変更することは
できず、光の偏向角はD−DOEごとに一定値となる。
偏向角は基材7の階段状の凹凸パターンによって任意に
設定することが可能である。例えば、図16(a)より
もピッチを小さくした図16(b)のD−DOEでは、
偏向角はより大きくなる。
The direction of light deflection by the D-DOE is limited to a direction perpendicular to the step-like uneven pattern (right and left direction in FIG. 16), as is apparent from the principle of diffraction. D
The deflection angle of the light by the DOE is defined by the step-like uneven pattern of the substrate 7, the refractive index of the substrate 7, and the refractive index of the liquid crystal 8 in a state different from the refractive index of the substrate 7. These elements that define the deflection angle cannot be changed at the time of use, and the deflection angle of light becomes a constant value for each D-DOE.
The deflection angle can be set arbitrarily by the step-like uneven pattern of the base material 7. For example, in the D-DOE of FIG. 16B in which the pitch is smaller than that of FIG.
The deflection angle is larger.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】ラスター走査における
副走査では、主走査方向に偏向した光を全て偏向させる
必要があるから、副走査用の光学素子は必然的に大型と
なる。また、線状光を走査する光学素子も大型である。
前記米国特許公報の技術は副走査を機械式に行ってお
り、線状光を走査する前記技術も、その走査を機械式に
行っている。このため、大型の駆動装置が必要になっ
て、装置の小型化、軽量化を十分に達成することが困難
になっている。しかも、ラスター走査では、主走査用と
副走査用の2つの光学素子の厳密な光学的調節が必要に
なり、高い組み立て精度が要求されるとともに、外部か
らの衝撃に弱いという問題を有している。
In the sub-scanning in the raster scanning, it is necessary to deflect all the light deflected in the main scanning direction, so that the optical element for the sub-scanning is necessarily large. Further, an optical element that scans linear light is also large.
The technique of the above-mentioned US Patent Publication performs the sub-scanning mechanically, and the technique of scanning linear light also performs the scanning mechanically. For this reason, a large-sized driving device is required, and it is difficult to sufficiently reduce the size and weight of the device. Moreover, raster scanning requires strict optical adjustment of two optical elements for main scanning and sub-scanning, which requires high assembly accuracy and is vulnerable to external impact. I have.

【0014】ところが、線状光の走査が可能な、また
は、点状光を2次元に走査し得る非機械式の走査用光学
素子で、小型、軽量な簡素な構成のものは知られていな
い。例えば、A/O偏向器は偏向角を高速で変化させる
ことは可能であるが、入射角依存性を有するため、その
偏向は1次元に限られており、A/O偏向器を組み合わ
せても2次元の走査を行うことはできない。
However, there is no known non-mechanical scanning optical element which is capable of scanning linear light or two-dimensionally scan point light, and which has a small, light and simple structure. . For example, although the A / O deflector can change the deflection angle at high speed, the deflection is limited to one-dimensional because of the incident angle dependency, and even if the A / O deflector is combined, Two-dimensional scanning cannot be performed.

【0015】D−DOEは、透過する光を偏向させるこ
とと偏向させず直進させることを高速で切り換えること
は可能であるが、偏向角が一定であるため、これによっ
て走査を行うことはできない。しかし、入射角に依存し
ないため、点状光や線状光のみならず、2次元の(面状
の)光であっても一定方向に一様に偏向させることが可
能であり、何らかの方法で偏向角を任意に調節すること
ができれば、走査用の光学素子としての利用価値はきわ
めて高いものとなる。
The D-DOE can switch between deflecting transmitted light and proceeding straight without deflecting it at a high speed. However, since the deflection angle is constant, scanning cannot be performed. However, since it does not depend on the incident angle, not only point light and linear light but also two-dimensional (planar) light can be uniformly deflected in a certain direction. If the deflection angle can be arbitrarily adjusted, the value of use as an optical element for scanning becomes extremely high.

【0016】本発明は、像の一部を成す光を眼に直接入
射させるとともにその光を走査して網膜上に像を与える
小型かつ軽量の装置、およびそのような装置に適する非
機械式の走査用光学素子を提供することを目的とする。
The present invention is directed to a small and lightweight device for directing light that forms part of an image into the eye and scanning the light to provide an image on the retina, and a non-mechanical device suitable for such a device. It is an object to provide a scanning optical element.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、像の一部を成す光を観察者の網膜に点
状光として導き、その光を第1の方向に走査する主走査
と、主走査を第1の方向と異なる第2の方向にずらす副
走査とを行うことにより、網膜上に像を与える走査式像
観察装置において、副走査を非機械式に行うようにす
る。
In order to achieve the above object, according to the present invention, light forming a part of an image is guided to an observer's retina as point light, and the light is scanned in a first direction. In a scanning image observation apparatus that gives an image on the retina by performing main scanning and sub-scanning that shifts main scanning in a second direction different from the first direction, sub-scanning is performed non-mechanically. I do.

【0018】また、像の一部を成す線状光を観察者の網
膜に導き、その線状光を一方向に走査することにより網
膜上に像を与える走査式像観察装置において、走査を非
機械式に行うようにする。
Further, in a scanning type image observation apparatus which guides linear light forming a part of an image to the retina of an observer and scans the linear light in one direction to give an image on the retina, scanning is performed in a non-scanning manner. Do it mechanically.

【0019】本発明ではまた、透過する光を回折により
偏向させる状態と、透過する光を偏向させない状態とを
とり、これら2つの状態を電気的に切り換えられる回折
素子を、複数積層して光学素子を構成する。すなわち、
複数のD−DOEを積層して1つの光学素子とする。個
々の回折素子は、個別に状態を切り換えることが可能で
あり、積層された回折素子のうちの1つ、または任意の
2つ以上を同時に、光を偏向させる状態とすることがで
きる。
According to the present invention, an optical element is formed by stacking a plurality of diffractive elements capable of electrically switching between these two states, a state in which transmitted light is deflected by diffraction and a state in which transmitted light is not deflected. Is configured. That is,
A plurality of D-DOEs are stacked to form one optical element. The state of each diffraction element can be individually switched, and one or any two or more of the stacked diffraction elements can be in a state of deflecting light at the same time.

【0020】積層する複数の回折素子は偏向量が異なる
ものとするとよい。どの回折素子を、光を偏向させる状
態とするかによって、光学素子全体としての偏向量を調
節することが可能になる。例えば、回折素子の偏向量
を、θ、2θ、4θの如く2倍ずつ大きくなる系列に設
定しておけば、n個の回折格子で(2n−1)θまでの
偏向量をθ刻みで設定することができる。個々の回折素
子の状態の切り換えは電気的になされるから、偏向量を
次第に増大または減少させることをきわめて高速に行う
ことが可能であり、これにより、光を走査することもで
きる。走査の対象となる光は、点状光に限られず、線状
光であっても面状光であってもよい。
It is preferable that the plurality of diffractive elements to be laminated have different amounts of deflection. The amount of deflection of the optical element as a whole can be adjusted depending on which diffraction element is in a state of deflecting light. For example, if the amount of deflection of the diffraction element is set to a series that increases twice by two, such as θ, 2θ, and 4θ, the amount of deflection up to (2 n −1) θ can be determined in increments of θ by n diffraction gratings. Can be set. Since the switching of the state of each diffraction element is performed electrically, it is possible to increase or decrease the amount of deflection gradually at a very high speed, thereby scanning the light. Light to be scanned is not limited to point light, and may be linear light or planar light.

【0021】複数の回折素子を偏向方向が異なるように
積層してもよい。例えば、相異なる第1および第2の方
向に偏向するように積層しておけば、光を第1の方向に
偏向させ、これをさらに第2の方向に偏向させることが
可能になり、光を任意の方向に偏向させることができ
る。上記のように、回折素子の偏向量を違えて設定して
おけば、光の2次元走査も可能になる。
A plurality of diffraction elements may be stacked so that the deflection directions are different. For example, if the layers are stacked so as to be deflected in different first and second directions, light can be deflected in the first direction and further deflected in the second direction. It can be deflected in any direction. As described above, if the amount of deflection of the diffraction element is set differently, two-dimensional scanning of light becomes possible.

【0022】上記光学素子は、光を観察者の網膜に導い
て網膜上に像を与える走査式像観察装置の、走査用光学
素子として用いることができる。その場合、上記光学素
子を単独で使用してもよく、他の走査用光学素子と併用
する構成としてもよい。
The above optical element can be used as a scanning optical element of a scanning type image observation apparatus that guides light to the retina of an observer and gives an image on the retina. In that case, the above optical element may be used alone or in combination with another scanning optical element.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の光学素子および走
査式像観察装置について、図面を参照して説明する。図
1に第1の実施形態の観察装置1の構成を模式的に示
す。この観察装置1は、映像の一部を成す光を装置装着
者の眼Eに直接入射させ、その光を映像信号に応じて変
調するとともに変調に同期して走査することにより、直
接網膜上に像を与えるもので、網膜ディスプレイともい
う。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an optical element and a scanning image observation apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows the configuration of the observation device 1 according to the first embodiment. The observation apparatus 1 directly irradiates light forming a part of an image to the eye E of the wearer of the apparatus, modulates the light in accordance with an image signal, and scans the light in synchronization with the modulation, thereby directly on the retina. It gives an image and is also called a retinal display.

【0024】網膜ディスプレイ1は、点状光を第1の方
向(水平方向)に偏向させ、その偏向角(偏向量)を変
化させて走査するA/O偏向器11、A/O偏向器11
によって偏向された光を透過させるとともに第2の方向
(垂直方向)に偏向させ、その偏向角を電気的に変化さ
せて走査する光学素子12、および光学素子12を透過
した光を観察者の眼Eに導く接眼レンズ13を、左右両
眼用に各1対有している。
The retinal display 1 deflects point light in a first direction (horizontal direction), and changes the deflection angle (deflection amount) to scan the A / O deflector 11 and the A / O deflector 11.
Optical element 12 that transmits the light deflected by the optical element and deflects the light in the second direction (vertical direction), and electrically changes the deflection angle to scan the light. There is a pair of eyepieces 13 leading to E for each of the left and right eyes.

【0025】A/O偏向器11、光学素子12および接
眼レンズ13は、不図示の筺体に収容されており、観察
者はこの筺体を頭部に装着して使用する。A/O偏向器
11および光学素子12により2次元に走査される点状
光は、観察者の眼Eの網膜上に2次元像を与え、観察者
は眼Eから所定距離離れた位置に虚像Mを観察すること
になる。虚像Mの大きさは接眼レンズ13の屈折力によ
って決定され、光学素子12の実寸以上の大きさの虚像
Mを観察することができる。
The A / O deflector 11, the optical element 12, and the eyepiece 13 are housed in a housing (not shown), and the observer wears this housing on the head for use. The point light that is two-dimensionally scanned by the A / O deflector 11 and the optical element 12 gives a two-dimensional image on the retina of the eye E of the observer, and the observer has a virtual image at a position away from the eye E by a predetermined distance. M will be observed. The size of the virtual image M is determined by the refractive power of the eyepiece 13, and the virtual image M having a size equal to or larger than the actual size of the optical element 12 can be observed.

【0026】図2に、A/O偏向器11と光学素子12
より成る走査光学系10の斜視図を示す。走査光学系1
0には図外の光源からの光が細径の光ファイバー14に
よって導かれ、この光は点状光となってA/O偏向器1
1の表面に斜めに入射する。A/O偏向器11にはその
表面に音波程度の周波数の波を発生する発振回路11a
が備えられており、A/O偏向器11に入射した光は表
面の波によって回折し、表面に沿って水平方向に偏向す
る。発振回路11aが生成する波の振動数を変化させる
ことにより、光の偏向角は変わり、これによって光の走
査が行われる。
FIG. 2 shows an A / O deflector 11 and an optical element 12.
FIG. 1 shows a perspective view of a scanning optical system 10 composed of: Scanning optical system 1
Light from a light source (not shown) is guided to a light source 0 by an optical fiber 14 having a small diameter.
1 obliquely enters the surface. The A / O deflector 11 has an oscillation circuit 11a for generating a wave having a frequency of about a sound wave on its surface.
The light incident on the A / O deflector 11 is diffracted by a wave on the surface, and is deflected horizontally along the surface. By changing the frequency of the wave generated by the oscillating circuit 11a, the deflection angle of the light is changed, thereby scanning the light.

【0027】光学素子12は複数のD−DOE12a〜
12fを積層して成る。各D−DOE12a〜12fは
光を同方向に偏向する向きに積層されており、いずれも
A/O偏向器11の表面に対して垂直方向に光を偏向す
る。各D−DOE12a〜12fの凹凸パターンのピッ
チは違えて設定されており、それぞれの偏向角は、θ、
2θ、4θ、8θおよび16θである。
The optical element 12 includes a plurality of D-DOEs 12a to
12f. Each of the D-DOEs 12a to 12f is stacked so as to deflect light in the same direction, and deflects light in a direction perpendicular to the surface of the A / O deflector 11. The pitch of the concavo-convex pattern of each of the D-DOEs 12a to 12f is set differently, and the respective deflection angles are θ,
2θ, 4θ, 8θ and 16θ.

【0028】これらのD−DOE12a〜12fには、
光を偏向する状態(以下、偏向状態という)と、光を偏
向させない状態(以下、非偏向状態という)とを個別に
切り換えることができるように、個別に電圧が印加され
る。これにより、任意の1つのD−DOEを偏向状態と
し他の全てのD−DOEを非偏向状態とすることのみな
らず、2以上の任意のD−DOEを偏向状態とし残りの
D−DOEを非偏向状態とすることも可能である。
These D-DOEs 12a to 12f include:
Voltages are individually applied so that a state in which light is deflected (hereinafter, referred to as a deflection state) and a state in which light is not deflected (hereinafter, referred to as a non-deflection state) can be individually switched. Thus, not only one arbitrary D-DOE is deflected and all other D-DOEs are deflected, but also two or more arbitrary D-DOEs are deflected and the remaining D-DOEs are deflected. A non-deflection state is also possible.

【0029】D−DOE12a〜12fのうちどれとど
れを偏向状態とするかにより、光学素子12の全体とし
ての偏向角が定まる。光学素子12の偏向角を表1およ
び図3に示す。表1において、「1」および「0」はそ
れぞれD−DOEの偏向状態と非偏向状態を表す。この
ように、光学素子12を成す個々のD−DOEの偏向角
を2倍ずつ大きくなる系列に設定しておくことで、n個
のD−DOEで(2n−1)θまでの偏向角をθ刻みで
設定することが可能になる。
The overall deflection angle of the optical element 12 is determined by which of the D-DOEs 12a to 12f and which one is in the deflected state. The deflection angles of the optical element 12 are shown in Table 1 and FIG. In Table 1, "1" and "0" represent a deflected state and a non-deflected state of the D-DOE, respectively. In this way, by setting the deflection angles of the individual D-DOEs forming the optical element 12 in a series that increases by a factor of two, the deflection angles up to (2 n −1) θ in n D-DOEs Can be set in increments of θ.

【0030】各D−DOEの状態の切り換えは電気的に
行われるから、光学素子12の総偏向角を速やかに増大
させまたは減少させることが可能であり、これにより、
垂直方向への光の走査を高速で行うことができる。
Since the switching of the state of each D-DOE is performed electrically, it is possible to quickly increase or decrease the total deflection angle of the optical element 12, whereby
Scanning of light in the vertical direction can be performed at high speed.

【0031】網膜ディスプレイ1の像提示のための回路
構成を図4に示す。網膜ディスプレイ1は、光源部1
6、光変調部17、主走査部18M、副走査部18S、
およびこれらをビデオ信号に基づいて制御する制御部1
5を備えている。
FIG. 4 shows a circuit configuration for presenting an image on the retinal display 1. The retinal display 1 includes a light source unit 1
6, light modulation unit 17, main scanning unit 18M, sub-scanning unit 18S,
And a control unit 1 for controlling these based on a video signal
5 is provided.

【0032】光源部16は、赤(R)、緑(G)および
青(B)の光を発する発光素子より成る。光源部16が
発する光は点状光として走査光学系10に与えられるも
のであるが、レーザダイオード(LD)、発光ダイオー
ド(LED)等の微小な発光素子を使用して、発せられ
る光そのものを点状光とする構成としてもよく、やや大
きな発光素子を使用し、その光をレンズによって集光し
て点状光とする構成としてもよい。制御部15は、ビデ
オ信号の帰線期間は光源部16の発光を停止させる。
The light source section 16 is composed of light emitting elements that emit red (R), green (G) and blue (B) light. The light emitted from the light source unit 16 is given to the scanning optical system 10 as point light, and the emitted light itself is emitted using a minute light emitting element such as a laser diode (LD) or a light emitting diode (LED). A configuration in which point light is used may be used, or a slightly larger light emitting element may be used, and the light may be condensed by a lens to generate point light. The control unit 15 causes the light source unit 16 to stop emitting light during the retrace period of the video signal.

【0033】光変調部17は光源部16が発する光に対
して変調を施す。具体的には、光変調部17は、それぞ
れR、G、Bの光に対する透過率を電気的に変えられる
素子を有しており、これらの素子によって光源部16が
発した3色の光の強度を変化させて、R、G、Bの3色
の混合比率の調節および混合光の強度の調節を行う。光
変調部17による光の変調は制御部15により映像信号
に基づいて制御される。変調された光は、前述のよう
に、光ファイバー14によって走査光学系10に導かれ
る。
The light modulator 17 modulates the light emitted from the light source 16. Specifically, the light modulating unit 17 has elements that can electrically change the transmittances of R, G, and B light, respectively, and the three-color light emitted by the light source unit 16 by these elements. The intensity is changed to adjust the mixing ratio of the three colors R, G, and B, and to adjust the intensity of the mixed light. The light modulation by the light modulator 17 is controlled by the controller 15 based on the video signal. The modulated light is guided to the scanning optical system 10 by the optical fiber 14 as described above.

【0034】主走査部18Mは、A/O偏向器11の発
振回路11aおよびその駆動回路より成り、発振回路1
1aが発する波の振動数を変化させることにより、A/
O偏向器11による光の偏向角を変化させて、水平方向
への走査を行う。副走査部18Sは、光学素子12に含
まれる各D−DOE12a〜12fの駆動回路より成
り、偏向状態とするD−DOEを選択することにより光
学素子12の偏向角を変化させて、垂直方向への走査を
行う。主走査部18Mおよび副走査部18Sの動作はビ
デオ信号の水平同期信号および垂直同期信号に基づいて
制御され、これによりラスター走査がなされる。
The main scanning section 18M comprises an oscillation circuit 11a of the A / O deflector 11 and its driving circuit.
By changing the frequency of the wave emitted by 1a, A /
The scanning in the horizontal direction is performed by changing the deflection angle of the light by the O deflector 11. The sub-scanning unit 18S includes a drive circuit for each of the D-DOEs 12a to 12f included in the optical element 12, and changes the deflection angle of the optical element 12 by selecting the D-DOE to be deflected, thereby changing the vertical direction. Is scanned. The operations of the main scanning unit 18M and the sub-scanning unit 18S are controlled based on a horizontal synchronization signal and a vertical synchronization signal of a video signal, thereby performing a raster scan.

【0035】光源部16が発する光が主走査部18Mに
よって走査される間も光変調部17による変調は刻々と
行われる。したがって、観察者の眼Eに入射し網膜上を
移動する点状光の色および強度は映像信号に応じて変化
し、これにより観察者に映像が与えられることになる。
帰線期間は発光部16が発光を行わないから、映像を表
さない光がノイズとして観察されることはない。
While the light emitted from the light source unit 16 is scanned by the main scanning unit 18M, the modulation by the light modulation unit 17 is performed every moment. Accordingly, the color and intensity of the point light that enters the eye E of the observer and moves on the retina changes in accordance with the image signal, whereby an image is provided to the observer.
Since the light emitting section 16 does not emit light during the flyback period, light that does not represent an image is not observed as noise.

【0036】第2の実施形態の観察装置2の構成を図5
に模式的に示す。この観察装置2も直接網膜上に像を与
える網膜ディスプレイであるが、点状光を2次元に走査
するのではなく、映像の一部を成す水平1ライン分の線
状光を垂直方向に走査する構成である。網膜ディスプレ
イ2は、PLZTから成り線状光を射出する電気シャッ
ターアレイ21、上述の光学素子12と同様の構成の光
学素子22、および接眼レンズ23を、左右両眼用に各
1対有している。これらは、頭部に装着する筺体に収容
されている。
FIG. 5 shows the configuration of the observation device 2 of the second embodiment.
Is shown schematically in FIG. This observation device 2 is also a retinal display that directly gives an image on the retina, but it does not scan two-dimensionally with point light, but scans one line of linear light that forms part of an image in the vertical direction. It is a configuration to do. The retinal display 2 includes an electric shutter array 21 made of PLZT and emitting linear light, an optical element 22 having the same configuration as the above-described optical element 12, and an eyepiece 23, one pair for each of the left and right eyes. I have. These are housed in a housing mounted on the head.

【0037】図6に、電気シャッターアレイ21と光学
素子22より成る走査光学系20の斜視図を示す。走査
光学系20には図外の光源からの多数の光が細径の光フ
ァイバーの列24によって導かれる。電気シャッターア
レイ21は光ファイバー列24から与えられる点状光の
列を線状光として光学素子22に射出する。光学素子2
2は、D−DOE22a〜22fの偏向状態と非偏向状
態に応じた角度だけ線状光を垂直方向に偏向させ、その
偏向角を変えることにより走査を行う。
FIG. 6 is a perspective view of a scanning optical system 20 including an electric shutter array 21 and an optical element 22. A large number of lights from a light source (not shown) are guided to the scanning optical system 20 by an array 24 of small-diameter optical fibers. The electric shutter array 21 emits a line of point light provided from the optical fiber line 24 to the optical element 22 as linear light. Optical element 2
Reference numeral 2 scans by linearly deflecting the linear light by an angle corresponding to the deflected state and the non-deflected state of the D-DOEs 22a to 22f and changing the deflection angle.

【0038】網膜ディスプレイ2の像提示のための回路
構成を図7に示す。網膜ディスプレイ1は、光源部2
6、光変調部27、走査部28、およびこれらをビデオ
信号に基づいて制御する制御部25を備えている。光源
部26はR、G、Bの光を発する発光素子の多数の組よ
り成り、光変調部27は光源部26の発光素子の組数と
同数の変調用素子の組より成る。光源部26の発光素子
の各組が発した光は、1ライン分の映像信号に基づいて
個別に変調され、光ファイバー列24の個々の光ファイ
バーを介して電気シャッターアレイ21に与えられる。
走査部28は、第1の実施形態の副走査部18Sと同様
の構成であり、同様に動作する。
FIG. 7 shows a circuit configuration for presenting an image on the retinal display 2. The retinal display 1 includes a light source unit 2
6, a light modulation unit 27, a scanning unit 28, and a control unit 25 for controlling these based on a video signal. The light source unit 26 includes a number of sets of light emitting elements that emit R, G, and B lights, and the light modulation unit 27 includes a number of sets of modulation elements equal to the number of light emitting elements of the light source unit 26. Light emitted from each set of light emitting elements of the light source unit 26 is individually modulated based on one line of video signal, and is provided to the electric shutter array 21 via the individual optical fibers of the optical fiber array 24.
The scanning unit 28 has the same configuration as the sub-scanning unit 18S of the first embodiment, and operates similarly.

【0039】なお、本実施形態でも帰線期間に発光部2
6の発光を停止させてノイズが現れないようにしている
が、発光を停止させることに代えて、制御部25が電気
シャッターアレイ21を閉じさせるようにしてもよい。
In this embodiment, the light emitting section 2 is also provided during the flyback period.
Although the light emission of No. 6 is stopped so that noise does not appear, the control unit 25 may close the electric shutter array 21 instead of stopping the light emission.

【0040】上記第1および第2の実施形態の網膜ディ
スプレイ1、2では、像の1点を表す光は微細な光束と
して観察者の眼に入射することになる。観察者が眼を真
正面に向けている状態、すなわち接眼レンズ13、23
の光軸が瞳孔の中央を通る状態では、どの方向に偏向さ
れた光束であっても網膜に到達するから、像の全体を観
察することができる。しかしながら、観察者が眼の方向
を変えて接眼レンズ13、23の光軸が瞳孔の中央を通
らない状態になると、偏向された方向によっては光束が
瞳孔を通らなくなって、観察される像の周辺部に欠けが
生じてしまう恐れがある。
In the retinal displays 1 and 2 of the first and second embodiments, the light representing one point of the image is incident on the observer's eyes as a minute light beam. The state where the observer turns his or her eyes directly in front, that is, the eyepieces 13 and 23
In the state where the optical axis passes through the center of the pupil, the light flux deflected in any direction reaches the retina, so that the entire image can be observed. However, when the observer changes the direction of the eye and the optical axes of the eyepieces 13 and 23 do not pass through the center of the pupil, the light flux does not pass through the pupil depending on the deflected direction, and the periphery of the observed image is not observed. There is a risk that the part will be chipped.

【0041】次に述べる第3の実施形態の観察装置によ
ると、このような不都合は生じない。図8に第3の実施
形態の観察装置3の構成を模式的に示す。この観察装置
3も網膜ディスプレイであり、第1の実施形態と同様
に、点状光を映像信号によって変調しつつ2次元に走査
するものである。網膜ディスプレイ3は、コリメータレ
ンズ31、光学素子32、および接眼レンズ33をそれ
ぞれ左右1対有しており、これらは、頭部に装着される
筺体に収容されている。
According to the observation apparatus of the third embodiment described below, such inconvenience does not occur. FIG. 8 schematically shows the configuration of the observation device 3 according to the third embodiment. This observation device 3 is also a retinal display, and scans two-dimensionally while modulating point light with a video signal, as in the first embodiment. The retinal display 3 has a pair of left and right collimator lenses 31, optical elements 32, and eyepieces 33, each of which is housed in a housing mounted on the head.

【0042】コリメータレンズ31および光学素子32
より成る走査光学系30には、図外の光源からの光が細
径の光ファイバー34によって導かれる。コリメータレ
ンズ31は、この点状光を人の瞳孔EPよりも大径の1
0mmφ程度の平行光束として、光学素子32に与え
る。
Collimator lens 31 and optical element 32
Light from a light source (not shown) is guided to a scanning optical system 30 by a small-diameter optical fiber 34. The collimator lens 31 converts the point light into a light having a diameter larger than that of the human pupil EP.
The light is given to the optical element 32 as a parallel light flux of about 0 mmφ.

【0043】光学素子32の斜視図を図9(a)に示
す。光学素子32は複数のD−DOE32a〜32jを
積層して成る。第1および第2の実施形態の光学素子1
2、22では各D−DOEの偏向方向を同じに設定して
いたが、本実施形態の光学素子32では、互いに直交す
る方向に光を偏向するようにD−DOE32a〜32j
を積層している。D−DOE32a〜32eは光を水平
方向に偏向し、D−DOE32f〜32jは垂直方向に
偏向する。D−DOE32a〜32eの偏向角は2倍ず
つ大きくなるように設定されており、同様に、D−DO
E32f〜32jの偏向角も2倍ずつ大きくなるように
設定されている。
FIG. 9A is a perspective view of the optical element 32. FIG. The optical element 32 is formed by stacking a plurality of D-DOEs 32a to 32j. Optical element 1 of first and second embodiments
2 and 22, the deflection directions of the D-DOEs are set to be the same. However, in the optical element 32 of the present embodiment, the D-DOEs 32a to 32j deflect light in directions orthogonal to each other.
Are laminated. The D-DOEs 32a to 32e deflect light in the horizontal direction, and the D-DOEs 32f to 32j deflect light in the vertical direction. The deflection angles of the D-DOEs 32a to 32e are set to increase by a factor of two.
The deflection angles of E32f to 32j are also set so as to increase by two times.

【0044】このような構成の光学素子32は、光を水
平方向に偏向することも垂直方向に偏向することも可能
であり、それぞれの偏向角を変化させることができて、
光を2次元に走査し得るものとなる。以下、光学素子3
2を2次元回折光学素子(2D−DOE)とも呼ぶ。な
お、図9(b)に示したように、水平方向に偏向するD
−DOEと垂直方向に偏向するD−DOEを交互に積層
してもよい。また、水平方向に偏向するD−DOEと垂
直方向に偏向するD−DOEの数を同じにする必要はな
く、水平方向および垂直方向の画角または解像度に応じ
て定めればよい。
The optical element 32 having such a structure can deflect light in the horizontal direction and in the vertical direction, and can change the respective deflection angles.
Light can be scanned two-dimensionally. Hereinafter, the optical element 3
2 is also called a two-dimensional diffractive optical element (2D-DOE). Note that, as shown in FIG.
-DOE and D-DOE which deflects in the vertical direction may be alternately stacked. Also, the number of D-DOEs that deflect in the horizontal direction and the number of D-DOEs that deflect in the vertical direction do not need to be the same, and may be determined according to the angle of view or resolution in the horizontal and vertical directions.

【0045】コリメータレンズ31から2次元回折光学
素子32に入射する平行光束は、各D−DOE32a〜
32jの偏向状態と非偏向状態の設定に応じて偏向する
が、D−DOEの性質から、その偏向は大径の光束に対
して一様となる。このため、2次元回折光学素子32を
透過した後も光束径は変化せず、平行光束のまま接眼レ
ンズ33に入射する。接眼レンズ33は大きな径変化を
生じさせることなく、入射した光束を観察者の眼Eに導
く。したがって、観察者が眼Eを正面に向けておらず、
接眼レンズ33の光軸が瞳孔EPの中心を通らない状態
であっても、瞳孔EPが光束内に入ることになり、多く
の光が瞳孔EPを通過する。
The parallel light beams incident on the two-dimensional diffractive optical element 32 from the collimator lens 31 are converted into respective D-DOEs 32a to 32d.
The light is deflected according to the setting of the deflected state and the non-deflected state of 32j. However, due to the nature of the D-DOE, the deflection is uniform for a large-diameter light beam. Therefore, the light beam diameter does not change even after passing through the two-dimensional diffractive optical element 32, and the light beam enters the eyepiece 33 as a parallel light beam. The eyepiece 33 guides the incident light beam to the eye E of the observer without causing a large diameter change. Therefore, the observer does not face the eye E to the front,
Even when the optical axis of the eyepiece 33 does not pass through the center of the pupil EP, the pupil EP enters the light beam, and much light passes through the pupil EP.

【0046】眼Eに入射した光はそのレンズによって網
膜上に結像させられるから、結局、光ファイバー34に
よって導かれた点状光は、点状光として網膜に達するこ
とになる。しかも、その光量は眼Eの向きにかかわらず
略一定となり、観察者は、眼Eを真正面に向けていない
ときでも、像全体を観察することができる。
Since the light incident on the eye E is imaged on the retina by the lens, the point light guided by the optical fiber 34 reaches the retina as point light. In addition, the amount of light is substantially constant regardless of the direction of the eye E, and the observer can observe the entire image even when the eye E is not facing straight.

【0047】網膜ディスプレイ3の像提示のための回路
構成を図10に示す。網膜ディスプレイ3は、光源部3
6、光変調部37、主走査部38M、副走査部38S、
およびこれらをビデオ信号に基づいて制御する制御部3
5を備えている。
FIG. 10 shows a circuit configuration for presenting an image on the retinal display 3. The retinal display 3 includes a light source unit 3
6, light modulation section 37, main scanning section 38M, sub-scanning section 38S,
And a control unit 3 for controlling these based on a video signal
5 is provided.

【0048】光源部36および光変調部37は、第1の
実施形態の光源部16および光変調部17と同様の構成
であり、同様に動作する。主走査部38Mおよび副走査
部38Sは、それぞれ、2次元回折光学素子32のD−
DOE32a〜32eおよびD−DOE32f〜32j
の駆動回路より成る。主走査部38Mが光学素子32に
よる水平方向の偏向角を変化させ、副走査部38Sが光
学素子32による垂直方向の偏向角を変化させることに
より、ラスター走査がなされる。これらの走査は、ビデ
オ信号の水平同期信号および垂直同期信号に基づいて制
御される。
The light source section 36 and the light modulation section 37 have the same configuration as the light source section 16 and the light modulation section 17 of the first embodiment, and operate similarly. The main scanning section 38M and the sub-scanning section 38S are respectively provided by the D-
DOEs 32a to 32e and D-DOEs 32f to 32j
Drive circuit. Raster scanning is performed by the main scanning unit 38M changing the horizontal deflection angle of the optical element 32 and the sub-scanning unit 38S changing the vertical deflection angle of the optical element 32. These scans are controlled based on the horizontal and vertical synchronization signals of the video signal.

【0049】なお、上記いずれの実施形態の網膜ディス
プレイにおいても、制御部、光源部および光変調部は、
走査光学系や接眼レンズを収納した筺体とは別の筺体に
収容されており、両筺体は光ファイバーおよび信号伝送
用ケーブルで接続されている。したがって、頭部に装着
する部材は小型かつ軽量となっている。
In any of the above-described retinal displays, the control unit, the light source unit, and the light modulation unit include:
It is housed in a housing different from the housing housing the scanning optical system and the eyepiece, and both housings are connected by an optical fiber and a signal transmission cable. Therefore, the member mounted on the head is small and lightweight.

【0050】複数のD−DOEを偏向方向が異なるよう
に積層した上記2次元回折光学素子32は、網膜ディス
プレイに限らず、光をスクリーンに投射して映像を表示
する投射型表示装置の走査用の光学素子としても使用す
ることができる。以下、2次元回折光学素子32をこの
用途に用いる例を示す。
The two-dimensional diffractive optical element 32 in which a plurality of D-DOEs are stacked so as to have different deflection directions is not limited to a retinal display, but is used for scanning of a projection type display device for projecting light onto a screen to display an image. Can also be used as an optical element. Hereinafter, an example in which the two-dimensional diffractive optical element 32 is used for this purpose will be described.

【0051】図11に示した第4の実施形態は、走査光
学系に2次元回折光学素子32を単独で使用するもので
ある。映像信号によって変調した光を光ファイバー51
によって導き、点状光として光学素子32に入射させ
て、スクリーン52上を2次元に走査する。
The fourth embodiment shown in FIG. 11 uses the two-dimensional diffractive optical element 32 alone in the scanning optical system. The light modulated by the video signal is transmitted through an optical fiber 51.
Then, the light is incident on the optical element 32 as point light, and the screen 52 is two-dimensionally scanned.

【0052】図12、図13に示した第5および第6の
実施形態は、2次元回折光学素子32とモータ54によ
り駆動され機械式に走査を行う反射ミラー53とを組み
合わせて、点状光を走査するものである。光学素子32
は、水平方向と垂直方向の両方の走査が可能であり、し
かも、両方向の走査をきわめて高速に行うことができる
から、主走査および副走査のいずれにも使用することが
可能である。
The fifth and sixth embodiments shown in FIGS. 12 and 13 combine a two-dimensional diffractive optical element 32 with a reflection mirror 53 driven by a motor 54 to perform mechanical scanning, thereby forming a point-like light. Is scanned. Optical element 32
Can scan both in the horizontal direction and the vertical direction, and can perform scanning in both directions at a very high speed, so that it can be used for both main scanning and sub-scanning.

【0053】したがって、これらの実施形態では、反射
ミラー53によって主走査を行い、光学素子32によっ
て副走査を行うことと、光学素子32によって主走査を
行い、反射ミラー53によって副走査を行うことのいず
れをも、選択することができる。ただし、機械式の走査
は、走査角を広くすることと走査速度を高くすることの
両立が困難であるから、広画角の映像を表示するときに
は、2次元回折光学素子32を主走査に利用するのが有
利である。
Therefore, in these embodiments, the main scanning is performed by the reflection mirror 53 and the sub-scanning is performed by the optical element 32, and the main scanning is performed by the optical element 32 and the sub-scanning is performed by the reflection mirror 53. Either can be selected. However, in mechanical scanning, it is difficult to achieve both a wide scanning angle and a high scanning speed. Therefore, when displaying an image with a wide angle of view, the two-dimensional diffractive optical element 32 is used for main scanning. Advantageously.

【0054】投射型表示装置においても、前述のA/O
偏向器11を用いることができる。この実施形態を図1
4に示す。ただし、A/O偏向器は1次元の走査のみが
可能であるから、主走査のみに使用することになる。
Also in the projection type display device, the above-mentioned A / O
The deflector 11 can be used. This embodiment is shown in FIG.
It is shown in FIG. However, since the A / O deflector can perform only one-dimensional scanning, it is used only for main scanning.

【0055】以上、ビデオ信号に応じて変調した光を走
査することで、人の網膜またはスクリーンに像を与える
像観察装置について説明したが、ビデオ信号としては、
テレビ信号、ビデオカメラの信号等の実際に撮影した映
像を表すものだけでなく、例えばコンピュータによって
生成したような仮想の映像を表すものであっても、利用
することができる。
The image observation apparatus which gives an image to a human retina or a screen by scanning light modulated in accordance with a video signal has been described above.
The present invention can be used not only for a video signal such as a television signal and a video camera signal but also for a virtual video generated by a computer, for example.

【0056】また、2次元回折光学素子32は、光を任
意の方向に任意の角度偏向させることが可能であり、し
かもその切り換えを高速に行うことができるから、主走
査方向と副走査方向というように走査方向を固定するラ
スター走査のみならず、不特定の方向に走査を行うラン
ダム走査にも適用することができる。その場合、同期信
号によって走査を切り換えるのではなく、走査の開始点
と終了点を明示して走査を行う必要があり、映像は通常
のビデオ信号と異なる方式で表されることになる。コン
ピュータによって映像を生成ときにはこのような方式の
信号とすることも容易であり、バーチャルリアリティの
分野では、2次元回折光学素子32によってランダム走
査を行うことの実用価値は高い。
The two-dimensional diffractive optical element 32 can deflect light in an arbitrary direction and at an arbitrary angle, and can switch the light at a high speed. The present invention can be applied not only to raster scanning in which the scanning direction is fixed, but also to random scanning in which scanning is performed in an unspecified direction. In this case, it is necessary to perform scanning by explicitly specifying the start point and the end point of the scanning, instead of switching the scanning by the synchronization signal, and the video is represented by a method different from a normal video signal. When an image is generated by a computer, it is easy to use such a signal, and in the field of virtual reality, random scanning by the two-dimensional diffractive optical element 32 has a high practical value.

【0057】[0057]

【表1】 [Table 1]

【0058】[0058]

【発明の効果】請求項1の走査式像観察装置によるとき
は、副走査のためにモータ等の機械式の駆動装置を備え
る必要がなく、装置を小型、軽量に構成することができ
る。したがって、装置を頭部に装着して使用する構成と
する場合でも、観察者に加わる身体的負担が軽減され
る。また、人が網膜に光を受けたときの視覚信号の持続
時間は限られているため、低速で走査を行うと、像の全
体を同時に認識することが困難になって観察される像の
質が低下するが、非機械式の走査では広い走査角と高い
走査速度を両立させることができるから、画角の広い像
であっても、質の低下を招くことなく観察することが可
能になる。
According to the scanning image observation apparatus of the first aspect, there is no need to provide a mechanical driving device such as a motor for sub-scanning, and the apparatus can be made compact and lightweight. Therefore, even when the apparatus is used by being mounted on the head, the physical burden on the observer is reduced. In addition, since the duration of a visual signal when a person receives light on the retina is limited, it is difficult to recognize the entire image at the same time when scanning at a low speed. However, in non-mechanical scanning, a wide scanning angle and a high scanning speed can be compatible, so that even an image with a wide angle of view can be observed without deteriorating the quality. .

【0059】請求項2の走査式像観察装置によるとき
も、上記と同じ効果が得られる。
The same effect as described above can be obtained with the scanning image observation apparatus of the second aspect.

【0060】請求項3の光学素子によるときは、積層し
た回折素子の偏向状態と非偏向状態を個別に制御して切
り換えることが可能であるから、偏向量や偏向方向の異
なる回折素子を用いることにより、単一の光学素子で光
の偏向を容易に調節することができる。しかも、偏向状
態と非偏向状態の切り換えは電気的になされるから、偏
向の調節をきわめて迅速に行うことができる。
According to the optical element of the third aspect, it is possible to individually control and switch between the deflecting state and the non-deflecting state of the laminated diffraction elements, so that diffraction elements having different deflection amounts and deflection directions are used. Accordingly, the deflection of light can be easily adjusted with a single optical element. In addition, since the switching between the deflected state and the non-deflected state is performed electrically, the deflection can be adjusted very quickly.

【0061】請求項4の光学素子では、偏向量をきわめ
て速やかに変化させることが可能であるから、光を高速
で走査することができる。
According to the optical element of the fourth aspect, since the deflection amount can be changed very quickly, light can be scanned at a high speed.

【0062】請求項5の光学素子では、積層した個々の
回折格子の偏向方向次第で、光を任意の方向に偏向する
ことができる。
In the optical element according to the fifth aspect, light can be deflected in an arbitrary direction depending on the direction of deflection of each of the stacked diffraction gratings.

【0063】請求項6の走査式像観察装置は、小型、軽
量で、しかも高速走査が可能な装置となる。
The scanning type image observation apparatus according to the sixth aspect is an apparatus which is small, lightweight, and capable of high-speed scanning.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 第1の実施形態の網膜ディスプレイの構成を
模式的に示す図。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a retinal display according to a first embodiment.

【図2】 第1の実施形態の網膜ディスプレイの走査光
学系を示す斜視図。
FIG. 2 is a perspective view showing a scanning optical system of the retinal display according to the first embodiment.

【図3】 偏向角の異なる動的回折格子を積層して成る
光学素子の偏向角を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a deflection angle of an optical element formed by laminating dynamic diffraction gratings having different deflection angles.

【図4】 第1の実施形態の網膜ディスプレイの回路構
成を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration of the retinal display according to the first embodiment.

【図5】 第2の実施形態の網膜ディスプレイの構成を
模式的に示す図。
FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a configuration of a retinal display according to a second embodiment.

【図6】 第2の実施形態の網膜ディスプレイの走査光
学系を示す斜視図。
FIG. 6 is a perspective view showing a scanning optical system of a retinal display according to a second embodiment.

【図7】 第2の実施形態の網膜ディスプレイの回路構
成を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a circuit configuration of a retinal display according to a second embodiment.

【図8】 第3の実施形態の網膜ディスプレイの構成を
模式的に示す図。
FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a configuration of a retinal display according to a third embodiment.

【図9】 偏向角の異なる動的回折格子を偏向方向が異
なるように積層して成る光学素子を示す斜視図。
FIG. 9 is a perspective view showing an optical element formed by laminating dynamic diffraction gratings having different deflection angles so as to have different deflection directions.

【図10】 第3の実施形態の網膜ディスプレイの回路
構成を示す図。
FIG. 10 is a diagram illustrating a circuit configuration of a retinal display according to a third embodiment.

【図11】 動的回折格子を積層して成る光学素子を走
査光学系に使用する投射型表示装置の第1の構成を示す
図。
FIG. 11 is a diagram showing a first configuration of a projection display device using an optical element formed by laminating dynamic diffraction gratings in a scanning optical system.

【図12】 動的回折格子を積層して成る光学素子を走
査光学系に使用する投射型表示装置の第2の構成を示す
図。
FIG. 12 is a diagram showing a second configuration of a projection display device using an optical element formed by laminating dynamic diffraction gratings in a scanning optical system.

【図13】 動的回折格子を積層して成る光学素子を走
査光学系に使用する投射型表示装置の第3の構成を示す
図。
FIG. 13 is a diagram showing a third configuration of a projection display apparatus using an optical element formed by laminating dynamic diffraction gratings in a scanning optical system.

【図14】 音響光学偏向器を走査光学系に使用する投
射型表示装置の構成を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a projection display device using an acousto-optic deflector for a scanning optical system.

【図15】 動的回折格子の透視斜視図。FIG. 15 is a perspective view of a dynamic diffraction grating.

【図16】 動的回折格子の断面図。FIG. 16 is a sectional view of a dynamic diffraction grating.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 網膜ディスプレイ 10 走査光学系 11 音響光学(A/O)素子 12 光学素子 12a〜12f 動的回折光学素子(D−DOE) 13 接眼レンズ 14 光ファイバー 2 網膜ディスプレイ 20 走査光学系 21 電気シャッターアレイ 22 光学素子 22a〜22f 動的回折光学素子(D−DOE) 23 接眼レンズ 24 光ファイバー列 3 網膜ディスプレイ 30 走査光学系 31 コリメータレンズ 32 2次元回折光学素子(2D−DOE) 32a〜32j 動的回折光学素子(D−DOE) 33 接眼レンズ 34 光ファイバー 51 光ファイバー 52 スクリーン 53 反射ミラー 54 モータ Reference Signs List 1 retinal display 10 scanning optical system 11 acousto-optic (A / O) element 12 optical element 12a to 12f dynamic diffractive optical element (D-DOE) 13 eyepiece 14 optical fiber 2 retinal display 20 scanning optical system 21 electric shutter array 22 optical Element 22a to 22f Dynamic Diffractive Optical Element (D-DOE) 23 Eyepiece 24 Optical Fiber Array 3 Retina Display 30 Scanning Optical System 31 Collimator Lens 32 Two-Dimensional Diffractive Optical Element (2D-DOE) 32a to 32j Dynamic Diffractive Optical Element ( D-DOE) 33 eyepiece 34 optical fiber 51 optical fiber 52 screen 53 reflecting mirror 54 motor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 賢司 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 (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 谷尻 靖 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 石川 隆敏 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 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kenji Ishibashi 2-3-13 Azuchicho, Chuo-ku, Osaka City Inside Osaka International Building Minolta Co., Ltd. (72) Inventor Yasushi Kobayashi 2-3-3 Azuchicho, Chuo-ku, Osaka City No. 13 Osaka International Building Minolta Co., Ltd. (72) Inventor Satoshi Osawa 2-3-13 Azuchicho, Chuo-ku, Osaka-shi Osaka International Building Minolta Co., Ltd. (72) Inventor Yasushi Yajiri 2-Chome Azuchicho, Chuo-ku, Osaka-shi No. 3-13 Osaka International Building Minolta Co., Ltd. (72) Inventor Takatoshi Ishikawa 2-13-13 Azuchicho, Chuo-ku, Osaka City Osaka International Building Minolta Co., Ltd.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 像の一部を成す光を観察者の網膜に点状
光として導き、前記光を第1の方向に走査する主走査
と、該主走査を前記第1の方向と異なる第2の方向にず
らす副走査とを行うことにより、網膜上に像を与える走
査式像観察装置において、 前記副走査を非機械式に行うことを特徴とする走査式像
観察装置。
1. A main scan that guides light forming a part of an image to a retina of an observer as point light, scans the light in a first direction, and performs a main scan that is different from the first direction. A scanning image observation apparatus for providing an image on the retina by performing sub-scanning shifted in the direction of 2, wherein the sub-scanning is performed non-mechanically.
【請求項2】 像の一部を成す線状光を観察者の網膜に
導き、前記線状光を一方向に走査することにより網膜上
に像を与える走査式像観察装置において、 前記走査を非機械式に行うことを特徴とする走査式像観
察装置。
2. A scanning-type image observation apparatus which guides linear light forming a part of an image to a retina of an observer and scans the linear light in one direction to give an image on the retina. A scanning image observation apparatus characterized by performing non-mechanically.
【請求項3】 透過する光を回折により偏向させる状態
と、透過する光を偏向させない状態とをとり、これら2
つの状態を電気的に切り換えられる回折素子を、複数積
層して成ることを特徴とする光学素子。
3. A state in which transmitted light is deflected by diffraction, and a state in which transmitted light is not deflected.
An optical element comprising a plurality of diffraction elements that can be electrically switched between two states.
【請求項4】 前記複数の回折素子は偏向量が異なるこ
とを特徴とする請求項3に記載の光学素子。
4. The optical element according to claim 3, wherein the plurality of diffraction elements have different amounts of deflection.
【請求項5】 前記複数の回折素子は偏向方向が異なる
ように積層されていることを特徴とする請求項3に記載
の光学素子。
5. The optical element according to claim 3, wherein the plurality of diffraction elements are stacked so as to have different deflection directions.
【請求項6】 請求項3ないし請求項5のいずれかに記
載の光学素子を備えてその偏向により光を走査し、該走
査光を観察者の網膜に導いて網膜上に像を与えることを
特徴とする走査式像観察装置。
6. An optical element according to claim 3, which scans light by deflection thereof, guides the scanned light to a retina of an observer, and gives an image on the retina. A scanning image observation device characterized by the following.
JP21080297A 1997-08-05 1997-08-05 Scanning image observation device and optical element Pending JPH1152284A (en)

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Cited By (4)

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