JP2000310748A - 映像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的小型で安価かつ省電力化された構成で
ありながら、広画角、高解像度、高輝度が得られる左右
光路振分型映像表示装置を提供する。 【構成】 Ｈｅ−Ｎｅレーザ１、ＡＯＭ３、ＮＤフィル
タ５等を具え左右両眼用の光ビームを形成する光源部か
らの、変調された光ビームをガルバノメータスキャナ７
によって垂直方向に走査し、ビームスプリッタ８によっ
て左右両眼用に２分割し、夫々ポリゴンミラー１１の異
なる偏向面に入射して同時に水平方向に走査した後に、
光学系１２ａ，１２ｂを介して眼球１６ａ，１６ｂに導
く。その際、凹面鏡１４ａ，１４ｂの各々が、左右両眼
の夫々に光路を折り曲げかつ光束に正のパワーを与える
ように構成し、映像を直接、使用者の眼球の網膜上に表
示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ビームを用いて
使用者の眼球の網膜上に直接、映像を表示する、左右光
路振分型映像表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ビームを用いて使用者の眼球の網膜上
に映像を表示する映像表示装置の従来例としては、例え
ば特開平４−１０００８８号公報に開示されたものがあ
る。この従来例は、光源より放射されたレーザ光を映像
情報に応じて変調し、走査光学系によって２次元走査を
行い、使用者の眼球の網膜上に映像を表示するようにし
ている。この従来例は、スクリーンに投射する投射型映
像表示装置に比べて、レーザ光が拡散されて散らつくと
いう、いわゆるスペックルノイズが発生することのない
良好な映像を、少ない光量および消費電力で得られる特
徴を有している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の映像表示装置は、左右両眼用の装置として構成する
ためには左右両眼に対応して全構成部品を２つずつ必要
とするため、装置が大型化し、コストアップを招く。

【０００４】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、比較的小型で安価な構成でありなが
ら、広画角、高解像度、高輝度が得られる映像表示装置
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的のため、本発明
の左右光路振分型映像表示装置は、映像情報信号に応じ
て観察者の左右の眼球の夫々の網膜上に映される映像を
形成する映像源部と、前記映像源部の光路を右眼用光路
と左眼用光路とに振り分ける光路振分部材と、前記右眼
用光路内に配置され、前記映像源部からの光を観察者の
右眼網膜上に結像させるように構成される右眼用観察光
学系と、前記左眼用光路内に配置され、前記映像源部か
らの光を観察者の左眼網膜上に結像させるように構成さ
れる左眼用観察光学系とを有し、前記右眼用観察光学系
は、前記右眼側に光路を折り曲げかつ光束に正のパワー
を与える凹形状の右眼用曲面反射面を有し、前記左眼用
観察光学系は、前記左眼側に光路を折り曲げかつ光束に
正のパワーを与える前記右眼用曲面反射面と同一形状の
左眼用曲面反射面を有し、前記光路振分部材は、前記右
眼用観察光学系と前記左眼用観察光学系との間に配置さ
れることを特徴とするものである。

【０００６】本発明の左右光路振分型映像表示装置にお
いては、観察者の左右両眼に対して夫々、高解像度の観
察光学系が用いられているため、広画角、高解像度の映
像表示を行うことができる。特に、観察光学系内に、曲
面反射面を配置することにより、光束にパワーを与えつ
つ光路を眼側に折り曲げるため、コンパクト化と部品点
数の削減とが図られている。また、左右両眼に対して高
価かつ消費電力の大きい部品である映像源部を共通化し
たため、構成部品数が減少することになり、小型化、低
価格化、省電力化された映像表示装置を提供することが
できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。図１は本発明の左右光路振分
型映像表示装置の第１実施形態の構成を示す図であり、
図２（ａ），（ｂ）は第１実施形態の光学系の展開図で
ある。なお、図２（ａ）は紙面に水平な方向を表わし、
図２（ｂ）は紙面に垂直な方向を表わしている。

【０００８】図１および図２（ａ）、（ｂ）において、
光源としてのＨｅ−Ｎｅレーザ１から放射された光ビー
ムは、凸レンズ２によって集光されて光変調素子である
ＡＯＭ（音響光学素子）３に導入され、そこで図示しな
い映像情報信号（以下、映像信号）に応じて変調（光変
調）される。この光変調により電気信号が光波の強度、
周波数、位相、偏向面等の変化に変換される。変調され
た光ビームは、凸レンズ４によって再び平行光束にな
り、分光選択吸収を示さない中性濃度（無彩色）のフィ
ルタであるＮＤフィルタ５によって光強度を減衰された
後に、集光レンズ６によって垂直方向の偏向器であるガ
ルバノメータスキャナ７の反射面に集光される。ガルバ
ノメータスキャナ７では、上記映像信号およびポリゴン
ミラー１１の回転数のカウント値に同期して、偏向がな
される。

【０００９】ガルバノメータスキャナ７によって偏向さ
れた光ビームは、ビームスプリッタ８に導入される。ビ
ームスプリッタ８では光ビームの一部は透過し、一部は
透過光と直交する方向に反射された後に、平面ミラー９
によって上記透過光と平行にされる。なお、図２
（ａ）、（ｂ）には、ビームスプリッタ８以降の構成を
右眼系に基づいて表わしており、左眼系は一部省略して
いる。

【００１０】上記透過および反射の光ビームは夫々、集
光レンズ１０（１０ａ，１０ｂ）によって、回転多面鏡
であるポリゴンミラー１１の対応する反射面に結像され
る。その際、ガルバノメータスキャナ７およびポリゴン
ミラー１１の反射面が瞳共役になる。ポリゴンミラー１
１は等速度で（反時計方向に）回転するので、入射した
光ビームを使用者の左右両眼に対し水平方向に走査する
ことができる。なお、ポリゴンミラー１１および上述し
たガルバノメータスキャナ７は、図示しない駆動機構に
より駆動される。ポリゴンミラー１１で偏向された光ビ
ームは、水平方向に走査された後に、ポリゴンミラー１
１の反射面の後に配置された光学系１２（１２ａ，１２
ｂ）によって、左右眼球の夫々の網膜上に結像され、映
像となる。

【００１１】次に、光学系１２について図１により詳細
に説明する。この光学系を構成する各光学素子は、使用
者の左右眼球の瞳位置において、補正光学系を含む光学
系１２の射出瞳となるようなパワーに配置される。ポリ
ゴンミラー１１で走査された光ビームは、凹レンズ１３
（１３ａ，１３ｂ）を介して凹面鏡１４（１４ａ，１４
ｂ）に入射される。凹面鏡１４ａ，１４ｂは、水平方
向、垂直方向に走査されている光ビームの反射面積を網
羅し得る大きさを有しており、入射された光ビームは凹
面鏡１４ａ，１４ｂの後に配置された補正光学系１５
（１５ａ，１５ｂ）で収差を除去されて使用者の左右眼
球１６（１６ａ，１６ｂ）の網膜上に結像される。

【００１２】なお、この第１実施形態においては、集光
レンズ１０（１０ａ，１０ｂ）は、瞳共役関係が成立す
る位置であれば、ガルバノメータスキャナ７からポリゴ
ンミラー１１までの間のどのような位置に配置してもよ
い。また、光学系１２の光学部品の１つである凹レンズ
１３は図示の位置に限定されることはなく、光学系１２
内であればどのような位置に配置してもよい。

【００１３】図３は本発明の左右光路振分型映像表示装
置の第２実施形態の構成を示す図であり、図４（ａ），
（ｂ）は第２実施形態の光学系の展開図である。なお、
図４（ａ）は紙面に水平方向を表わし、図４（ｂ）は紙
面に垂直方向を表わしている。

【００１４】図３および図４（ａ）、（ｂ）において、
光源としてのＨｅ−Ｎｅレーザ２１から放射された光ビ
ームは、凸レンズ２２によって集光されて光変調素子で
あるＡＯＭ（音響光学素子）２３に導入され、そこで図
示しない映像信号に応じて変調される。変調された光ビ
ームは、凸レンズ２４によって再び平行光束になり、Ｎ
Ｄフィルタ２５によって光強度を減衰された後に平面ミ
ラー２６によって反射され、反射された光ビームは、ビ
ームスプリッタ２７に導入される。ビームスプリッタ２
７では、光ビームの一部は透過し、一部は透過光と直交
する方向に反射された後に、平面ミラー２８によって上
記透過光と平行にされる。なお、図４（ａ）、（ｂ）に
は、ビームスプリッタ２７以降の構成を右眼系に基づい
て表わしており、左眼系は一部省略している。

【００１５】上記透過および反射の光ビームは夫々、集
光レンズ２９（２９ａ，２９ｂ）によって、回転多面鏡
であるポリゴンミラー３０の対応する反射面に結像され
る。このポリゴンミラー３０は等速度で（反時計方向
に）回転するので、入射した光ビームを使用者の左右両
眼に対し水平方向に走査することができる。

【００１６】ポリゴンミラー３０で水平方向に走査され
た光ビームは、ポリゴンミラー３０の反射面の後に配置
された補正光学系を含む光学系３４（３４ａ，３４ｂ）
の、集光レンズ３１（３１ａ，３１ｂ）によってポリゴ
ンミラー３０の反射面およびガルバノメータスキャナ３
２（３２ａ，３２ｂ）の反射面が瞳共役関係となって、
ガルバノメータスキャナ３２に入射される。ガルバノメ
ータスキャナ３２ａ，３２ｂでは、上記映像信号および
水平方向の偏向器であるポリゴンミラー３０の回転数の
カウント値に同期して、偏向がなされる。ガルバノメー
タスキャナ３２ａ，３２ｂ上で走査された光ビームは、
左右眼球の夫々の網膜上に結像され、映像となる。

【００１７】次に、補正光学系を含む光学系３４につい
て図３により詳細に説明する。この光学系を構成する各
光学素子は、使用者の左右眼球の瞳位置において、補正
光学系３５（３５ａ，３５ｂ）を含む光学系３４の射出
瞳となるようなパワーに配置される。ポリゴンミラー３
０で走査された光ビームは、集光レンズ３１（３１ａ，
３１ｂ）によってガルバノメータスキャナ３２（３２
ａ，３２ｂ）に集光され、ガルバノメータスキャナ３２
によって垂直偏向され、凹面鏡３３（３３ａ，３３ｂ）
に入射される。凹面鏡３３ａ，３３ｂは、水平方向、垂
直方向に走査されている光ビームの反射面積を網羅し得
る大きさを有しており、入射された光ビームは凹面鏡３
３ａ，３３ｂの後に配置された補正光学系３５（３５
ａ，３５ｂ）で収差を除去されて使用者の左右眼球３６
（３６ａ，３６ｂ）の網膜上に結像される。

【００１８】なお、この第２実施形態においては、集光
レンズ２９（２９ａ，２９ｂ）は、瞳共役関係が成立す
る位置であれば、平面ミラー２６からポリゴンミラー３
０までの間のどのような位置に配置してもよい。また、
補正光学系を含む光学系３４の光学部品の１つであるガ
ルバノメータスキャナ３２は、ビームスプリッタ２７か
らポリゴンミラー３０までの間において夫々の偏向面に
瞳共役関係が成立する位置であれば、どのような位置に
配置してもよい。

【００１９】また、上記第１、第２実施形態において
は、光源であるレーザ１，２１および変調器であるＡＯ
Ｍ３，２３は、左右眼系共通化により１個ずつ使用する
ものとしているが、２個ずつ使用して左眼系、右眼系を
独立させ、夫々の光源からの光ビームを個々の変調器で
変調して使用者の左右両眼に異なる映像を表示するよう
にしてもよい。その場合、高解像度化または立体視が可
能になる。さらに、上述した光学系では、像の高さを
ｙ、水平方向の走査角をθ_Ｘ 、焦点距離をｆ_ｘ 、垂直
方向の走査角をθ_ｙ 、焦点距離をｆ_ｙ とすると、水平
方向においてｙ＝ｆ_ｘ ×θ_Ｘ の関係が成立すれば光ビ
ームは像面において等速度走査を実施することになり、
垂直方向においてｙ＝ｆ_ｙ×arc sin θ_ｙ の関係が成
立すれば光ビームは同様の等速度走査を実施することに
なるので、上記光学系においてこれらの関係に準じた構
成となるようにすることが望ましい。

【００２０】なお、上記第１乃至第２実施形態におい
て、夫々の走査光学系内に少なくとも１つのアナモルフ
ィック光学素子を配備することによってより高解像化を
計ることが可能である。

【００２１】図５は本発明の左右光路振分型映像表示装
置の第３実施形態の光源部の構成を示す図である。 図
５においては、光源としてＲ（レッド），Ｇ（グリー
ン），Ｂ（ブルー）の光の要素を含む白色レーザ６１を
用いており、白色レーザ６１から放射された光ビーム
は、ダイクロイックプリズム６２ａによってＲの要素の
レーザ光のみが反射され、その他のＧ，Ｂの要素のレー
ザ光は透過される。透過されたレーザ光は、ダイクロイ
ックプリズム６２ｂによってＧの要素のレーザ光のみが
反射され、Ｂの要素のレーザ光は透過する。Ｒ，Ｇ，Ｂ
の要素の透過レーザ光は夫々、凸レンズ６３ａ，６３
ｂ，６３ｃによって集光されて、光変調素子であるＡＯ
Ｍ（音響光学素子）６４ａ，６４ｂ，６４ｃに導入さ
れ、そこで図示しない映像信号に応じて変調される。

【００２２】変調されたＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光は夫々、
凸レンズ６５ａ，６５ｂ，６５ｃによって平行光束にさ
れる。その内、Ｒレーザ光は平面ミラー６６によって反
射され、ダイクロイックプリズム６７ａによってＧレー
ザ光と合成される。このＲ，Ｇを合成したレーザ光は、
平面ミラー６６ｂによって反射され、ダイクロイックプ
リズム６７ｂによってＢレーザ光と合成される結果、
Ｒ，Ｇ，Ｂの３要素が夫々変調されて合成されたレーザ
光となり、元の光軸上に戻されて反射し、ＮＤフィルタ
６８によって光強度を減衰される。

【００２３】上記構成の光源部（白色レーザ６１〜ＮＤ
フィルタ６８）は、上述した第１〜第２実施形態に適用
することができる。すなわち、図１、２の第１実施形態
の場合はこの光源部を集光レンズ６から光学系１２ａ，
１２ｂまでの部分に適用し、図３、４の第２実施形態の
場合は平面ミラー２６から光学系３４ａ，３４ｂまでの
部分に適用することにより、光源として１つの白色レー
ザのみを用いる構成でありながら、使用者の左右眼球の
網膜上にカラー映像を形成することができる。

【００２４】なお、この第３実施形態において光源とし
て用いている白色レーザは気体レーザであり、変調器で
あるＡＯＭも複数個使用していることから、装置が大型
化することも考えられる。その場合、光源６１からＮＤ
フィルタ６８までの部分と、その後続の部分とを分離可
能な構成の装置とし、図５に示す光源部は本装置を装着
すべき人体の一部（例えば頭部）から離れた位置に設置
し、ＮＤフィルタ６８の後続の部分（図１の集光レンズ
６〜光学系１２ａ，１２ｂ、図３の平面ミラー２６〜光
学系３４ａ，３４ｂ）のみを頭部等に装着するように構
成することもできる。

【００２５】なお、上記各実施形態においては光源とし
て気体レーザを用いているが、代わりに半導体レーザま
たは発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いてもよい。その場
合、直接、光源において変調することができるので、装
置の簡略化、小型化を図ることができる。また、走査光
学系において、光学部品の１つとして凹面鏡を用いてい
るが、レンズのパワー配置を適宜変更することにより平
面ミラーを用いることもできる。また、上記各実施形態
において垂直偏向用の偏向器としてＡＯＤ（音響光学偏
向器）を用いることもできる。さらに、上記各実施形態
において、全てのビームスプリッタはハーフミラーに置
き換えることができ、全てのダイクロイックプリズムは
ダイクロイックミラーに置き換えることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の左右光路
振分型映像表示装置によれば、観察者の左右両眼に対し
て夫々、内部に曲面反射面を配置した高解像度の観察光
学系を用いるとともに、左右両眼に対して高価かつ消費
電力の大きい部品である映像源部を共通化したため、比
較的小型で安価かつ省電力化された構成でありながら、
広画角、高解像度、高輝度が得られる映像表示装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の左右光路振分型映像表示装置の第１
実施形態の構成を示す図である。

【図２】 （ａ），（ｂ）は第１実施形態の光学系の展
開図である。

【図３】 本発明の左右光路振分型映像表示装置の第２
実施形態の構成を示す図である。

【図４】 （ａ），（ｂ）は第２実施形態の光学系の展
開図である。

【図５】 本発明の左右光路振分型映像表示装置の第３
実施形態の光源部の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ Ｈｅ−Ｎｅレーザ（光源） ３ ＡＯＭ（音響光学素子） ５ ＮＤフィルタ ７ ガルバノメータスキャナ ８ ビームスプリッタ １１ ポリゴンミラー １２ａ，１２ｂ 光学系 １４ａ，１４ｂ 凹面鏡 １５ａ，１５ｂ 補正光学系 １６ａ，１６ｂ 使用者の眼球

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 映像情報信号に応じて観察者の左右の眼
   球の夫々の網膜上に映される映像を形成する映像源部
   と、 前記映像源部の光路を右眼用光路と左眼用光路とに振り
   分ける光路振分部材と、 前記右眼用光路内に配置され、前記映像源部からの光を
   観察者の右眼網膜上に結像させるように構成される右眼
   用観察光学系と、 前記左眼用光路内に配置され、前記映像源部からの光を
   観察者の左眼網膜上に結像させるように構成される左眼
   用観察光学系とを有し、 前記右眼用観察光学系は、前記右眼側に光路を折り曲げ
   かつ光束に正のパワーを与える凹形状の右眼用曲面反射
   面を有し、 前記左眼用観察光学系は、前記左眼側に光路を折り曲げ
   かつ光束に正のパワーを与える前記右眼用曲面反射面と
   同一形状の左眼用曲面反射面を有し、 前記光路振分部材は、前記右眼用観察光学系と前記左眼
   用観察光学系との間に配置されることを特徴とする左右
   光路振分型映像表示装置。
2. 【請求項２】 前記光路振分部材は、前記右眼用光路を
   右側に向けて反射させる右側折り曲げ反射面と、前記左
   眼用光路を左側に向けて反射させる左側折り曲げ反射面
   とを有することを特徴とする請求項１記載の左右光路振
   分型映像表示装置。
3. 【請求項３】 前記左右眼用観察光学系の夫々は、前記
   光路振分部材の各々の折り曲げ反射面と前記各々の曲面
   反射面との間に、光束が透過するときにパワーを与える
   屈折光学面を配置されることを特徴とする請求項２記載
   の左右光路振分型映像表示装置。
4. 【請求項４】 前記左右眼用観察光学系の夫々は、前記
   各々の曲面反射面の前後に、光束が透過するときにパワ
   ーを与える屈折光学面を配置されることを特徴とする請
   求項２記載の左右光路振分型映像表示装置。
5. 【請求項５】 前記映像源部は、光源と、該光源からの
   光を受けて前記映像情報信号を映像光信号に変換する光
   変調素子とを有することを特徴とする請求項１〜４の何
   れか１項記載の左右光路振分型映像表示装置。
6. 【請求項６】 前記映像源部は、前記光源と前記光変調
   素子との間に、照明用光学素子を配置して成ることを特
   徴とする請求項５記載の左右光路振分型映像表示装置。