JP2002534704A - ビデオ画像の投影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、特に投影ヘッド（６０）として具現されたデバイスに関する。上記デバイスは、ビデオ画像の走査線方向において光束を偏向する少なくとも一個のミラー表面（１４）を有する走査線ミラー（１２）と、画像の方向において偏向する画像ミラー（１６）とを備える。上記少なくとも一個のミラー表面（１４）の表面法線（２３）は、上記走査線ミラー（１２）の回転軸心（３３）に関して角度εで傾斜される。本発明に依れば光束（５）は、該光束が主投影方向（２８）において上記ビデオ画像の中心に導かれる上記走査線ミラー（１２）の位置において、上記ミラー表面（１４）上に式（Ｉ）の角度で入射し、式中、上記表面法線に対してε’＝ε±４°である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、特に、ビデオ画像を投影する為に、光束をビデオ画像の水平方向に
おいて偏向する少なくとも一個のミラー表面を有する水平偏向ミラーと、垂直方
向における偏向の為の垂直偏向ミラーとを有する投影ヘッドとして構成された装
置であって、上記少なくとも一個のミラー表面の表面法線は上記水平偏向ミラー
の回転軸心に対して角度εで傾斜されている装置に関する。

【０００２】 光束による画像投影においてはビデオ画像の各像点を表示すべく、光束は、水
平走査方向と該水平方向に対して垂直な垂直走査方向において各ミラーにより高
速に偏向される。この目的の為に使用される各ミラーは、それらの機能に従い水
平偏向ミラーおよび垂直偏向ミラーとして設計される。

【０００３】 水平偏向ミラーとしては、ビデオ画像の偏向速度を大きくし得るべく多面鏡が
よく使用される。しかし乍ら、低い点密度でビデオ画像を表示可能とする小寸の
ガルバノメータ・ミラーなどの、高速切替速度を有する他のミラーも公知であり
；将来的には極めて高速な水平偏向に対して斯かるミラーの利用が期待される。
尚、以下において本明細書中で“水平偏向ミラー”という語句が使用された場合
、それは基本的に多面鏡を意味している。但し、これにより限定を意図するもの
では無い。水平偏向ミラーは、回転軸心の回りにおける回転もしくは傾斜により
光束の角度変化に対して高速度を許容することのみが重要である。

【０００４】 この技術により動作するレーザ投影システムは、最近の特許文献において公知
である。特に映像システムとして構成された斯かる投影器においてビデオ画像は
、水平偏向ミラーおよび垂直偏向ミラーで走査することにより画像化されるが、
従来の受像管とは対照的に、電子ビームの代わりにレーザ・ビームが使用される
。

【０００５】 ビデオ画像の全ての像点に対する色情報および輝度情報は、好適には水平偏向
ミラーおよび垂直偏向ミラーにより偏向される前に、レーザ・ビームを適切に変
調して生成される。

【０００６】 上述したタイプのレーザ投影システムは、たとえばＤＥ ４３ ２４ ８４８
Ｃ２に記述されている。該公報に示されたひとつの例において、異なる色のレ
ーザ光に対してレーザ・ビーム生成、レーザ変調およびビーム統一化を行う第１
デバイスは、水平偏向ミラー、傾斜ミラーおよび送受信光学機器のみを備えた第
２デバイスから空間的に離間されている。上記第１デバイスと、該第１デバイス
から離間された上記第２デバイスとの間の光伝送は、導光ファイバにより行われ
る。以下においては投影ヘッドとも称される上記走査用第２デバイスは本質的に
、特に多面鏡を備えた二軸式偏向デバイスを備え、光伝播方向において上記多面
鏡には傾斜ミラーが追随し、該傾斜ミラーの後には拡大用光学機器が追随する。

【０００７】 但し、斯かる構成は必須では無い。たとえば上記で引用した公報はレーザ投影
システムを示しているが、該システムにおいては、複数のレーザ光束を組合せて
単一の光束を形成すべく投影ヘッド内に配備された二色性ミラーを備えたデバイ
スも提供されている。更に、ＪＰ３６３−３０６４１７に係る投影デバイスにお
いては、垂直偏向ミラーは多面鏡の前方に配備され、すなわち上記で引用したド
イツ公報とは異なる配置構成で配備されている。

【０００８】 ＪＰ６１−９０１２２に係る別の投影ヘッドにおいて、該投影器は赤、緑およ
び青の色に対する光源を更に有している。輝度変調かつ色変調された光ビームは
先ず多面鏡として形成された水平偏向ミラーへと導かれ、その後に、同様に多面
鏡として構成された垂直偏向ミラーが追随している。しかし乍ら、この場合にお
いて使用された垂直偏向ミラーは、水平走査方向において既に偏向された光ビー
ムを完全に捕捉すべく、大寸のミラー表面を有さねばならない。これを回避する
為には、通常は適切な多面鏡のミラー表面積が光学的に拡大される如く、湾曲ミ
ラーが配備される。

【０００９】 ＪＰ３−１０９５９１に係る投影デバイスにおいては、光ビームは先ず多面鏡
に導かれてから、レンズを介して垂直偏向ミラーへと案内される。故にこの場合
には、付加的レンズが必要となる。

【００１０】 更に米国特許第４，９７９，０３０号は、２個の偏向ミラー間の画像光学シス
テムを使用している。該光学システムは、垂直偏向ミラーと水平偏向ミラーとの
間の中継光学機器として配置されると共に、両偏向方向に対する共通像点を提供
する役割を果たす。

【００１１】 この技術はしばしば使用される。水平偏向ミラーと垂直偏向ミラーとの間の中
継光学機器は、たとえばＥＰ ０ ４８８ ９０３ Ｂ１及び米国特許第５，０
５１，８３４号においても使用されている。

【００１２】 但し斯かる先行技術に係る光学素子は各光偏向デバイス間のビーム経路内にお
いて不都合である、と言うのも、それらは光損失を引き起こすと共に、光ビーム
の発散を小さくするという要件などの画像表示に対する重要なビーム・パラメー
タを悪化させるからである。更に、上記空間的要件もまた、付加的な光学素子と
それにより必要となる光学距離とにより増大される。更に、ビーム経路内に配置
される光学的要素の全ては多少なりとも大きな光損失および解像度損失に繋がる
ことから、使用される構成要素は投影システムを最適化すべく慎重に選択されね
ばならない。

【００１３】 公知の多面鏡間の差もある。たとえば、ミラー表面の法線が回転軸心に対して
直角であるという多面鏡が公知である。一方、他の公知の多面鏡においては、ミ
ラー表面の表面法線は回転軸心に対して角度εで傾斜されている。

【００１４】 この点に関しては異なるコストが必要となる、と言うのも、たとえば傾斜ミラ
ー表面では光束の入射角度に依存して湾曲走査線が生ずるからである。これは、
レーザ光束を変調する上ではこの影響が考慮され得ることから、克服不可能な変
動を課すものでない、と言うのも光束に対しては、画像を正しく再生すべく湾曲
走査線上に書き込まれた夫々の像点に対して割当てられた色強度変調が常に作用
しているからである。但し、計算および制御に関しては更なるコストが必要とな
る。

【００１５】 本発明の目的および本発明の更なる発展例は、特に公知のデバイスと比較して
制御および／または光学素子に対するコストが減少される如く、光束によりビデ
オ画像を投影する公知の装置を最適化するにある。

【００１６】 制御に対するコストに関し、この目的は、上述の先行技術から出発し、上記光
束は、該光束が主投影方向において上記ビデオ画像の中心に導かれる上記水平偏
向ミラーの位置において、上記ミラー表面上に

【００１７】

【数２】 の角度で入射し、式中、上記表面法線に対してε’＝ε±４°であること、によ
り満足される。

【００１８】 この様にして、特に、光学機器と上記デバイスとの間には一定の幾何的関係が
確立される。示された角度に基づけば、上記走査線における曲率は３％未満であ
る。経験的には、この程度の小さな走査線曲率は変動としては認識されないこと
から、画像修正に関する付加的なコストが省略され得る。

【００１９】 意外にも、入射角度θの選択に対しては、回転軸心に対する角度εでの上記ミ
ラー表面の傾斜に関し、上記水平偏向ミラーの任意の選択に対して極めて簡単な
関係が与えられる。但しこの関係からは基本的に、上記回転軸心に対する上記ミ
ラー表面の表面法線の任意の角度に対し、光束に対する適切な入射角度が可能で
あることも明らかであるが、この結果はこれまで公知でなく且つ先行予期された
ものでもない。

【００２０】 全ての角度において、本発明の更なる好適進展例に依れば、角度εが９０°の
値を有し且つθが０°に等しく選択されたときに、特に幾何的に好適であること
が立証された。他の角度εおよびそれに依る角度θは水平偏向ミラーのミラー表
面上における楕円形のビーム形状に帰着することから、特に４５°より大きい角
度にては上記水平偏向ミラーの上記ミラー表面に対する高精度が必要になる、と
言うのも、その場合には光学的画像特性が好ましくないからである。これは特に
、製造精度が２”未満であるときに、水平偏向ミラーの製造コストを増大する。

【００２１】 本発明の更なる好適進展例においては、当該装置の少なくとも一部分は、該一
部分もしくは当該装置自体を床もしくは天井に締着し得る台板により配備され、
斜投影に対する上記水平偏向ミラーの回転軸心は、上記台板に対して所定角度で
配置される。更に、夫々の照射像点の強度変調および色変調の為のデバイスが配
備され、該デバイスは斜投影に対して与えられた投影角度に対する台形歪曲も考
慮して補正する。

【００２２】 上記装置は台板により天井に対して容易に締着される結果として特にユーザ・
フレンドリである、と言うのも、投影部材、投影ヘッドもしくは上記装置自体が
典型的な天井高さに在り、観察者の位置に関わらず観察者の視認経路内には位置
しないからである。この目的の為に提供される斜投影に対する角度位置、および
、台形歪曲を補正する可能性は、コストを殆ど必要としない。原則的に、所定の
投影角度にて生ずる歪曲は既知であり考慮され得る、と言うのも、歪曲により長
寸化された走査線の走査線情報は画像記憶装置から更に高速に読み出されて夫々
の走査された走査線の縮小領域に書き込まれるからである。

【００２３】 特に台板自体により床もしくは天井に締着する為に、投影ヘッドに対しては相
当に経済的な設計解決策が見出され得る。この目的の為に、本発明の更なる好適
進展例に依れば、上記台板に対する上記回転軸心の角度は、上記主投影方向と映
写面上の法線との間における斜投影の角度と同様に、±１０°である。

【００２４】 この点に関して本発明の更なる好適進展例においては、上記強度変調および色
変調用のデバイスは当該装置の上記少なくとも一部分から空間的に離間され、且
つ、上記デバイスと当該装置との間には、上記水平偏向ミラーにより偏向される
べき上記光束を伝送する導光ファイバ接続が配備される。

【００２５】 この点に関し、上記投影ヘッドすなわち上述の投影部材は、垂直偏向ミラーお
よび水平偏向ミラー、且つ、必要であれば、たとえばレーザ装置などの相当に高
重量の構成要素から空間的に離間された拡大用光学機器、のみを備えることが必
要である。故に、天井もしくは床には小寸のヘッドを配置することのみが必要で
あり、これは通常は問題無く行われ得る。一方、もし上記装置全体が天井もしく
は床に締着されるべきものとすれば、特にレーザ装置および変圧器などの高重量
構成要素に伴うこのタイプの支持部材は相当に複雑なものであろう。

【００２６】 導光ファイバによる連結もまた、簡素な手法で可能である。それはまた、上記
投影ヘッドと、該導光ファイバに接続する上記装置の残部とにおいてプラグ差込
式接点により容易に設置され得る。但し、上記投影ヘッドから装置の残部まで光
を伝送すべくたとえばミラー・デバイスなどが配備されたとすれば連結は更に相
当に複雑になるが、これは主として、必要なミラーの調節は熟練者以外の者によ
り実施され得ないからである。

【００２７】 先行技術に関して既に上述された如く、水平偏向ミラーおよび垂直偏向ミラー
の配置に関しては種々の可能性が在る。この点に関し、更なる進展例においては
、上記水平偏向ミラーの後、上記光束の伝播方向における４ｃｍ未満の距離にお
いて垂直偏向ミラーが追随し、該垂直偏向ミラーは拡大用光学機器により追随さ
れる。この点に関し、上記垂直偏向ミラーは上記水平偏向ミラーに追随して配置
されるのが特に好適である。逆に配置すると、水平偏向ミラーが、故に上記で例
示された投影ヘッドにおける空間的要件が相当に大きくなる。このことは、ＪＰ
６１−９０１２２に係る水平偏向ミラーのミラー表面の光学的拡大の為に付加的
な光学システムが使用される場合も同様である。

【００２８】 更に、拡大用光学機器内には通常、水平偏向ミラー上における光束の衝当点を
結果的に傾斜ミラーへとシフトする中継レンズが配備されることから、２次元で
走査された角度は引き続く拡大用光学機器に対して実質的に同一点から発して実
行される。但しこの場合、異なる拡大に依る画像誤差は、拡大用光学機器に対す
る光学素子に関するコストを鋭く減少する完全に異なる手法で低減される、と言
うのも、水平偏向ミラーと垂直偏向ミラーとの間の距離が極めて短く維持される
からである。この点に関し、上記２個のミラー間の距離が４ｃｍ未満であれば特
に好適であることが立証された、と言うのも、その場合に拡大用光学機器は、拡
大された入射瞳に対する垂直偏向および水平偏向に対する種々の偏向点に関して
経済的に設計かつ補正され得るからである。

【００２９】 示された４ｃｍまでの距離は、垂直偏向ミラーの移動に対する十分なスペース
を残すものでもある。この更なる進展例により中継レンズ系が排除され得ること
から、特にレンズ上の塵埃もしくはレンズ材料の不均一性に依る光損失および画
像誤差は相当に減少される。故に、更なる進展例に依れば、光束のビーム品質は
他の公知の投影システムと比較して相当に改良される。

【００３０】 拡大用光学機器は、たとえばＤＥ ４３ ２４ ８４９ Ｃ２から公知である
。該公報においては特に、タンジェント条件に従い補正されたレンズ系が示され
ている。但し該公報からは、この種の光学機器が２段階以上で実現され得ること
も理解され得る。

【００３１】 この最適化の為に、本発明の更なる進展例に依れば上記拡大用光学機器は、厳
密に２段階を有すると共にタンジェント条件に従い補正されるレンズ系を構成す
る。故に、他の解決策と比較して少数のレンズの故にコストを低く維持し得ると
いう利点も提供する２段階システムが技術的可能性の範囲から選択される。更に
、上記において中継系に関して更に十分に記述されたのと同様にして、散乱およ
び反射に依る光損失も好適に減少される。

【００３２】 本発明の更なる好適進展例に依れば、上記拡大用光学機器の第１レンズが上記
垂直偏向ミラーから１０ｍｍ乃至１００ｍｍの距離に在るときに、上記拡大用光
学機器の配置が好適であることが立証された。この距離範囲に依れば、入射瞳の
位置およびサイズ、投影ヘッドのサイズ、および、垂直偏向ミラーと水平偏向ミ
ラーとの間の異なる偏向点に対する補正は、主として上述の中継系が省略され得
ることから、多大なコスト無しで最適化され得る。

【００３３】 更に、上記拡大用光学機器の入射瞳は上記第１レンズの頂点の前方において８
０ｍｍ未満、特に３０ｍｍ未満の距離に配置されるという本発明の更なる進展例
に依れば同一目的による利点が得られる。

【００３４】 これまでは多大なコストによってのみ解決されて来た水平偏向ミラーおよび／
または垂直偏向ミラーによる画像化における大きな問題は、たとえば、入光開口
と、平坦平行透明プレートにより密閉シールされた出光開口とを備えたハウジン
グ内に多面鏡が概略的に設置されるが故に形成され得るゴースト像の発生である
。上記平坦平行プレートにより反射された光束は多面鏡のミラー表面上に再び衝
当し、画像が生成されるときに所望画像に対するオフセット箇所に現れる。斯か
るゴースト像は通常は、反射防止膜により、すなわち、該窓部に対して適切な誘
電体層を塗付することにより減少され得る。

【００３５】 実際問題としては、意外にも完全に異なる手法が更に相当に好適であることが
示された。この点に関し、更なる好適進展例は、上記水平偏向ミラーにより反射
された後に上記光束により通過される光経路内には光に対して部分的に透明であ
る物体が配備され、該物体は、走査により生成される全ての点において、上記水
平偏向ミラーの回転軸心に対し１°以上、特に２°乃至１０°の傾斜を有するこ
とを特徴とする。

【００３６】 実験によれば意外にも、上記窓部の効果はレンズに依っても達成されることも
示された。上記第１レンズ、たとえば、ＤＥ ４３ ２４ ８４９ Ｃ２に係る
水平偏向ミラーおよび垂直偏向ミラーもしくは拡大用光学機器の間の中継レンズ
は、レンズ曲率が適切に選択されたときに該ゴースト像を防止するに適している
。しかし乍ら、この簡単な解決策でさえもこれまでは認識されていなかった。

【００３７】 高速回転速度の故に多面鏡は通常は真空下および／またはヘリウムなどの特定
気体が充填されたハウジング内で使用されるが故に光の出入りの為に窓部が配備
されねばならないことから、窓部として使用される平坦平行プレートのゴースト
像は殆ど定常的に困難な影響として観察されている。この点に関して特に、本発
明の更なる好適進展例において、光に対して部分的に透明である上記物体すなわ
ち窓部は特に、多面鏡の為の雰囲気に対するハウジングを閉塞すべく配備された
平坦平行プレートである。

【００３８】 但し、上記装置、特に上記投影ヘッドの特に簡素な構成は、光束に対する偏向
デバイス、すなわち本発明の場合には水平偏向ミラーおよび垂直偏向ミラー、は
多面鏡および傾斜ミラーの組合せである、という本発明の更なる好適進展例に依
り達成される。

【００３９】 以下においては、各実施例を参照して本発明を更に詳述する。 特にレーザ・ビームなどの光束によるビデオ画像の投影においては、変調デバ
イスおよびレーザから光束用の偏向デバイスを分離することが特に好適である、
と言うのも、この様にすれば変圧器、レーザ放射源などの重量部材に関わらず設
置し得る軽量な投影ヘッドを可能とするからである。特に、その場合にこの投影
ヘッドは部屋の天井に締着され得ることから、レーザ画像の投影は部屋の中を徘
徊する観客によりそれほど影響されない。これはまたレーザの安全性を高めるも
のでもある、と言うのも、上記の如くすればレーザ偏向の領域内に観客が入る可
能性は少なくなるからであり；この点、たとえば偏向デバイスのひとつが故障し
てレーザの全出力が観察者の目の網膜に衝当すると好ましくない。

【００４０】 ビデオ画像をレーザ投影すべく企図された部屋のたとえば天井もしくは床に締
着する為に、投影ヘッドは、設置部位および投影状態に関わらず常に理想的な角
度条件が可能である如く、全ての構成要素が配向された台板上に取付けられる。
本明細書中において本発明は投影ヘッドの特に好適な配置構成を備えた実施例に
関して記述されるが、本発明は投影ヘッドに限定されるものでない。本明細書中
で達成される知見は、投影ヘッドがレーザ装置から機械的にもしくは光学的に分
離されないレーザ投影装置に対しても転用され得る。

【００４１】 図１には、上述のタイプの投影デバイス５０の構成が概略的に示される。デバ
イス４０においては、赤、緑および青の色の３本の光束が各レーザ３４で生成さ
れてから、各変調器３５により光強度に関して制御される。引き続き３本のレー
ザ光束はデバイス３６により単一平行ビームへと統一されると共に導光ファイバ
４内に連結され、該導光ファイバ４が光束を投影ヘッド６０に伝達すると該光束
は投影ヘッド６０へと連結される。連結された光束５は投影ヘッド６０内におい
て２つの直交方向において走査されることから、受像管の画面上での電子ビーム
による公知の投影方法と同様に、画面７１上には画像が形成される。

【００４２】 図１における例では斜投影が使用されており、すなわち、主投影方向２８にお
いて光束５が走査画像の中心に配置されたとき、示された如く光束５は９０°か
ら逸脱する２つの角度φ、Ｘにて画面７１に衝当する。上記画像は厳密に矩形で
は無く、図１においてラスタ・フィールド７０により示された如く殆どの場合に
歪曲されている。以下において相当に長きに亙り論じられる如く、該ラスタ・フ
ィールド７０内において破線で示された各走査線もまた湾曲され得る。

【００４３】 この様にして生じた歪曲画像は概略的に、矩形画面上の夫々の入射照明点に適
切な手法でレーザ・ビーム５が変調されることを確かなものとする電子的機器３
３により制御され得る。そのときにレーザ・ビーム５は、画面７１により与えら
れる画像領域の外側では消去（ｂｌａｎｋ）される。

【００４４】 概略的に示された如く投影ヘッド６０は、多面鏡１２、傾斜ミラー１６および
拡大用光学機器３７で形成される。多面鏡１２は水平次元において走査すべく使
用されると共に、傾斜ミラー１６は該水平走査方向に対して垂直な垂直走査方向
において走査すべく使用される。

【００４５】 この多面鏡１２は、複数のミラー表面１４を有する。上記多面鏡が回転軸心２
４の回りで高速に回転されるときに光は、通過する全てのミラー表面１４上に時
間依存的に異なる角度で衝当し、その様にして走査される。斯かる偏向は、公知
の任意の映像基準に従いビデオ画像の各走査線が画像化され得る如く高速に実行
され得る。

【００４６】 上記多面鏡１２は通常は、高い像点密度およびそれ故に必要とされる高速度を
達成すべく水平次元で走査すべく使用される。但し、このミラーに対するそれほ
ど厳密でない要件の故に、傾斜ミラーを使用することも可能である。たとえばこ
の傾斜ミラーのサイズを減少することにより慣性が減少されたときには同様に大
きな速度が期待されることから、以下の例においては本質的に多面鏡のみが示さ
れるが、概略的には、回転軸心の回りにおける回転により水平次元内における走
査を許容する水平偏向ミラーというものが意図される。

【００４７】 上記拡大用光学機器は、タンジェント条件に従い補正される本質的な無限焦点
レンズ系である。斯かるレンズ系は多面鏡１２および傾斜ミラー１６により走査
された角度領域を拡大する上で特に適切である、と言うのも、斯かる系は歪曲な
しで且つ色に依存すること無く角度領域の拡大を許容するからである。出力角度
のタンジェントと入射角度のタンジェントとの間の比率は一定である。

【００４８】 図２は例示的に、偏向デバイス全体がハウジング２内に配置された投影ヘッド
を示している。この場合、強度変調済光は前述の如くビデオ情報に従い光導体４
を介して連結されると共に、レンズ６により平行化され、水平次元における偏向
の為に２個のミラー８および１０を介して多面鏡１２へと導かれる。

【００４９】 傾斜ミラー１６はビデオ画像を垂直次元において偏向すべく、多面鏡１２の回
転軸心２４に対して垂直な回転軸心を備えている。但し該実施例において、傾斜
ミラー１６および多面鏡１２の角度位置は、ビデオ画像が図２の図示平面に対し
て垂直に投影される如く配向される。上記ミラー１２および１６により達成され
得るビデオ画像を更に拡大する拡大用光学機器３７は、この方向に配置される。

【００５０】 図２に係る投影ヘッドは、該投影ヘッドが軸受２１により軸心１８の回りを回
転可能となる如く配置されるという点において別の特徴を有している。駆動の為
には不図示のモータが配備される。この回転は、異なる時点において異なる方向
にビデオ画像が投影されるという娯楽および広告の用途において完全に新規な可
能性をもたらすものである。

【００５１】 この回転を可能とすべく、光束は軸心１８上で軸心１８と同一方向に連結され
る。但し特に好適であることが立証されている多面鏡上の斜め入射を達成すべく
、既に上述された如くミラー８および１０により光束の偏向が提供される。これ
らのミラーによれば、光束が多面鏡１２のミラー表面１４上に角度α_e で衝当し
得ることが確実とされる。この角度α_e と他の角度との間の関係は、図４を参照
して以下で完全に論じられる。尚、回転の為の光学的配置構成の実際的な具現化
の詳細に関しては、図２の図示内容を特に参照する。

【００５２】 但し、多面鏡の２つの図を示す図３から特に明らかとなる更なる特徴を先ず論
ずる。先ず多面鏡１２は通常はハウジング１３内に密閉収納されることから、所
要回転速度を可能とすべく多面鏡１２は真空下および／またはヘリウム雰囲気下
で作動され得る。この故に、ハウジング１３を閉塞すべく通常はガラス体２０が
配備される。

【００５３】 このガラス体２０に関して以下に記述される現象およびその救済策は詳細に論
じられるが、これは光経路における他の全てのガラス体２０’にも適用されると
共に、ガラス体２０に関する記述は例示の為にのみ与えられることを理解すべき
である。

【００５４】 たとえば、その後の拡大用光学機器のレンズも同様の効果を生成し得る。特に
、傾斜ミラー１６と協働する多面鏡１２もまた真空下で共通ハウジング内で動作
し得るが、この場合にはたとえば傾斜ミラー１６の背後にも窓部が配置され得る
。

【００５５】 透明材料の内で、１００％の透過率を有するものは無い。このことは、通過す
る光の一部が常に反射されることを意味する。ミラー１６もしくは１４の位置に
依存して、この部分光は各ミラーにより戻し反射されると共に、生成されるべき
ビデオ画像の画像フィールド内にシフト・ゴースト像を生成する可能性がある。
この問題は、後方反射を減少すべく、光経路内における全てのガラス体２０に対
して特に高度の無反射コーティングを配備することで低減され得る。但し図２に
示された投影ヘッドにおいては、別の方法が選択される。図３の底部に見られる
如く、ガラス体２０は入射光束に対して角度ξにて配置される。選択された角度
ξは十分に大きいことから、上記ガラス体により反射される可能性のある光は、
ミラー１４および１６の偏向に含まれない領域内で反射される。

【００５６】 更に、上記拡大用光学機器の第１レンズにより後方反射される光の場合、第１
レンズの曲率は、反射された光が再びミラー１４および１６に衝当しない様に選
択される。選択された角度ξは十分に大きいことから、上記多面鏡により反復的
に反射される光は垂直偏向ミラー１６により捕捉されない。上記曲率もしくは傾
斜位置は特に大きくする必要は無い、と言うのも、冒頭部分において既に示され
た寸法によれば１°の角度ξでさえも多面鏡の最適設計態様に対して十分なこと
が立証されているからである。角度ψにおける傾斜位置によっても同一の効果が
達成される。

【００５７】 拡大用光学機器におけるレンズに依る可能的な最小光損失を確実にすると共に
図２に係る投影ヘッドのコンパクト性を高めるべく、２段階無限焦点レンズ系の
みが配備された。意外にも、最適化の為には、第１レンズの曲率に基づいて該第
１レンズに対して常に適切な角度が獲得され得ると共に、第１レンズから後方反
射された光はこの角度にて、偏向ミラー１２および１６によってはもはや捕捉さ
れない空間領域へと反射される、ということが立証された。

【００５８】 図３には、付加的な角度が示されている。示された角度βは、夫々のアクティ
ブなミラー表面１４により引き起こされた光束の最大水平偏向角度である。これ
に対して垂直な最大偏向角度γは、図３に同様に示された垂直次元における偏向
に対して与えられる。

【００５９】 更に、図３にはオフセットＶも示される。このオフセットＶは、多面鏡１２の
投影方向に対する回転軸心の距離を特徴付けると共に、ｒ＊ｓｉｎ（α_e ／２）
として上記多面鏡の半径ｒにより寸法決定される（図３参照）。

【００６０】 一見しただけでは、オフセットＶを配備する理由は明らかでない。しかし乍ら
、これは最適なラスタ幾何形状および角度選択に関する利点を有する。すなわち
、各回転軸心が直交する水平偏向ミラー１２および垂直偏向ミラー１６を上記投
影ヘッドが有すると共に、直径Ｐによる光束５の走査偏向が水平走査方向におい
ては角度βで且つ垂直走査方向では角度γで実行され、故に、上述の主投影軸心
２８が角度β／２およびγ／２ならびに以下で更に十分に記述される角度δによ
り決定される場合において；光束５がミラー表面１４の表面法線２３に関して角
度θおよびα_e にて入射し、ミラー表面１４の中心から発する表面法線の方向に
向けられた直線が、回転軸心２４を通る直線に対して且つ回転軸心２４の方向に
おいて交点を形成する場合に、特に好適な走査条件が生成される。

【００６１】 数学において通常的である如き捩（ねじ）れ線の概念から公知である如く、空
間内の直線同士は交点を有さないのが通例である。然るに、上記オフセットＶは
、所望の交点を実現すべく配備されると共に、広範囲な種々の幾何条件に対して
通常のベクトル計算により上記前提に基づき決定され得る。特に図２および図３
は、幾何的関係を理解する上でも有用である。

【００６２】 他の角度および量は、図３に示されると共に、投影ヘッド設計態様に対して特
に関連付けられて種々の最適条件を示している。特に、水平偏向ミラー１２と傾
斜ミラー１６との間に配置されたガラス体２０も示されている。上記で既に示さ
れた如くこのタイプのガラス体２０は、ガラス体２０’により示された如く傾斜
ミラー１６と画面２２との間にも配備され得る。但しこの場合においても、反射
された光が傾斜ミラー１６および多面鏡１２に戻らない様に傾斜ξ’が選択され
るべきである。

【００６３】 但し、多面鏡の偏向方向に対して上記物体２０もしくは２０’が垂直に傾斜さ
れれば特に好適であることが立証されている、と言うのも、実験的に立証された
如く、ゴースト像を防止する為にこの方向においては相当に小さな傾斜のみが必
要だからである。この点に関しては、１０°未満の小さな角度が全体的に適切で
あることも観察されている。特に、投影方向に対する物体２０もしくは２０’の
表面の傾斜角度は１°より大きく且つ２°乃至１０°とせねばならない。

【００６４】 上述のゴースト像は、斯かる小角度により効果的に抑制され又は排除されるこ
とさえある。但し上記角度は、ガラス体２０もしくは２０’における異なる屈折
が従来材料の分散により不要な色分解を生成しない様にも十分に小さいものであ
る。

【００６５】 以下の留意事項は、ＨＤＴＶもしくはＰＡＬに対して１ｍ以上の画面対角線を
備えると共に、１ｍｍ乃至１０ｍｍ程度の直径ｄを有する光束を使用する投影ヘ
ッドの最適化に関している。故に、たとえばファイバ、マウント、ハウジング、
測定デバイス、制御デバイス、駆動デバイスなどの全ての光学的要素は、光学的
にアクティブでない空間的要件を有することが考慮されている。光束の直径は、
本質的に幾何的解像度により且つ投影器と映写面との間の距離により決定される
ことから、全ての光学的サブアセンブリの寸法決定に対して本質的な基礎条件を
与える。特に、利用された映像基準によれば、これは維持されるべき最小の水平
偏向角度βおよび垂直偏向角度γにも帰着する。この点に関し次の量は、実用的
考察に基づき図２の実施例における基準点として特に適切なことが立証された。

【００６６】 多面鏡の半径ｒは２０ｍｍとし、回転軸心２４からの距離ｄは４０ｍｍとし、
既述のオフセットＶは０乃至１０ｍｍの範囲とすべきである。特に、実施例にお
いては５ｍｍのオフセットＶが使用された。

【００６７】 上記角度α_e は角度βの大きさ程度とし、可及的なコンパクト性を可能とすべ
きである。また、α_e がβ／２より大きいという図３に見られる付加的な要件に
より、α_e ＝３０°かつβ＝２６°に対する実施例により例示された多面鏡１２
において最適値が達成される。故に、実施例に対して３：４の縦横比で提供され
るテレビジョン標準方式に基づく垂直偏向角度に対しては、２０°の角度γが与
えられる。但し、汎用性の理由で直角から逸脱する図４に係る角度δは、δ＝９
０°の場合は空間的要件に関して特に好適であることが立証された。更に、図４
は、垂直偏向ミラー１０の回転軸心を示す点２６を示している。

【００６８】 図４に示された量ｓ、ｔおよびｗは、図示方向における傾斜ミラー１６の反射
表面から該傾斜ミラー１６の回転軸心までの距離を示している。 図２に例示された様式で投影ヘッドを設計すべく、次の関係が考慮されねばな
らず、且つ、次の量は寸法決定の為の基準点の役割を果たす：

【００６９】 １．多面鏡１２の回転軸心は、主要反射軸心と、該水平偏向ミラーに衝当して
該水平偏向ミラーから出射する光ビームの平面との交点に関し、オフセットＶ＝
ｒ＊ｓｉｎ（α_e ／２）で且つ距離ｄ＞ｒにてシフトされねばならない。

【００７０】 ２．上記垂直偏向ミラーに入射する光ビームの平面が上記主投影軸心に対して
角度δであると共に、上記主投影軸心に関して対称的な垂直偏向角度γおよび水
平偏向角度βにて出射光ビームが上記垂直偏向ミラーを去出した場合、上記垂直
偏向ミラーの回転軸心は、上記主投影軸心からｗ＝ｓ＊ｓｉｎ（δ／２）である
と共にへ水平偏向ミラーから出射する光ビームの平面からｔ＝ｓ＊ｓｉｎ（δ／
２）の距離だけ平行にシフトされる。

【００７１】 最適には、角度δは９０°とすべきである。この点に関し、投影ヘッドのコン
パクト性に対しては特に９０°±１０°が特に好適であることが立証されている
。これは特に、多面鏡および傾斜ミラーの組合せとして偏向デバイスの配置構成
に該当する。全ての場合において、角度δは９０°−γ／２より大きくして画像
の陰影（ｓｈａｄｉｎｇ）又はビネット（ｖｉｇｎｅｔｔｅ）を防止すべきであ
る。それはまた１２０°より大きくしてはならない、と言うのも、その場合には
光束に対する反射割合が好適でないからである。

【００７２】 更に、上記水平偏向ミラーの軸心と投影軸心との間の距離ｄは、ｄ−ｒ＜４ｃ
ｍの条件を満足せねばならない。斯かる距離においては、多面鏡１２の偏向点を
傾斜ミラー１６の偏向点と一致せしめる為の中継光学機器を省略し得る。

【００７３】 ２個のミラーの偏向点が異なることは、それらに続く拡大用光学機器の設計態
様とは殆ど関係が無い。故に、提供された小距離の故に、上述の如き中継光学機
器などの付加的光学素子を節減し得ることから、無用な光損失が防止される。設
計態様に関し、上記拡大用光学機器の第１レンズは上記垂直偏向ミラーの背後の
１０ｍｍ乃至１００ｍｍの範囲とすべきであり、多面鏡１２および垂直偏向ミラ
ー１６の各反射表面は上記拡大用光学機器の入射瞳内に配置されると共に上記拡
大用光学機器の光学軸心は上記主投影軸心と同一である。

【００７４】 この点に関し、上記拡大用光学機器の入射瞳が、上記第１レンズの頂点の前方
において８０ｍｍ未満、特に３０ｍｍ未満の距離に位置する場合にコンパクト性
ならびに光学的画像化性能に対して特に好適であることが立証されている。

【００７５】 図４は、断続線により示されたミラー表面１４’の別のミラー表面傾斜に関す
る別の角度εを示している。図２に示された実施例においては９０°の角度εが
使用される、と言うのも、他の全ての角度においては各走査線が湾曲様式で示さ
れ得ることが観察されたからである。但し意外にも、３％程度の大きさの走査線
曲率は人間の目では殆ど認識し得ないことを考慮した場合には、他の角度εも可
能であることが示された。これは、９０°から逸脱するミラー表面角度εに基づ
き画像が再び修正される如く表示の前に画像が歪曲されないとすれば、ＣＡＤア
プリケーションに必要な精度は提供しないが、ビデオ画像の表示に対して完全に
十分である。

【００７６】 但し、この目的に対して必要な制御および調節に関するコストは、上記ミラー
表面上における光束の入射角度θが適切に選択されたときに省略され得る。 このことは特に、上記角度θを更に明瞭に示すべく右側に２つの図を概略的に
示す図５に示されている。表面法線２３と回転軸心との間の角度として、図４に
示されたのと同一の角度εが使用されている。頂部は、曲線３２としての最適選
択による入射角度θへの角度εの依存性を示している。曲線３２からの逸脱を決
定する点３０は、３％の許容可能曲率の上記仮定により与えられる。許容誤差の
範囲は概略的に、点密度により示される程度である。

【００７７】 上記曲線３２は、曲線整合により獲得された。また、上記曲線は次式

【数３】 により記述され、式中、ε’＝ε±４°である。

【００７８】 この式を使用し、図５に示された如き入射角度θは、参照番号３３により図１
において概略的に示された如き記憶および演算ユニットによる表示画像の修正の
コストが減少される如く、全てのεに対して決定され得る。このことは、特に計
算ユニットに関し、大規模な補正を行う場合には相当のコストが必要となること
を銘記されたい、と言うのも、修正に対しては数メガヘルツのビデオ周波数の通
常の計算回数は十分でないことから、他の角度における斯かる最適化が無ければ
正確な画像表示の為には複雑なトランスピュータ・システムを使用する以外の選
択肢が無いからである。

【００７９】 当然乍ら、画像投影ヘッドに対する上記の最適化は種々の条件下で変更され得
る。たとえば、示された多面鏡１２の代わりに傾斜ミラーが使用され得る。これ
に加え、２個の偏向デバイスすなわち垂直偏向ミラー又は多面鏡の一方に対し、
音響−光学的変調器も使用され得る。この点に関し、通常の偏向角度γおよびβ
は小さいが、これは適切な拡大用光学機器により補償され得る。但し、示された
各値は本質的に斯かる変更とは別のものであり、且つ、当業者であれば、個々の
構成要素をそれらの代替的実施形態で置換する場合に対応した手法で各値を改変
することは容易であろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】 斜投影を行う投影システムの概略図である。

【図２】 本発明に従い使用される原理とその更なる発展例とを示す投影ヘ
ッドの概略図である。

【図３】 ゴースト像の発生およびその回避を示す、ハウジング内に密閉収
納された多面鏡の２つの図である。

【図４】 異なる角度および角度的関係を示す、多面鏡の２つの概略図であ
る。

【図５】 多面鏡のミラー表面に対する、特に好適に選択された光束の入射
角度θの依存性を示すグラフであり、この依存性は、示された角度の概略的表示
に関してミラー表面の傾斜εに依存している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０３Ｂ 21/14 Ｇ０３Ｂ 21/14 Ａ 21/28 21/28 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＴ ，ＡＵ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＨＲ，ＨＵ，Ｉ Ｄ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ， ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＲ，Ｕ Ａ，ＵＳ，ＵＺ，ＹＵ，ＺＡ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 特に、ビデオ画像を投影する為に、光束をビデオ画像の水平
   方向において偏向する少なくとも一個のミラー表面（１４）を有する水平偏向ミ
   ラー（１２）と、垂直方向における偏向の為の垂直偏向ミラー（１６）とを有す
   る投影ヘッド（６０）として構成された装置であって、上記少なくとも一個のミ
   ラー表面（１４）の表面法線（２３）は上記水平偏向ミラー（１４）の回転軸心
   （３３）に対して角度εで傾斜されている装置において、 上記光束は、該光束が主投影方向（２８）において上記ビデオ画像の中心に導
   かれる上記水平偏向ミラー（１２）の位置において、上記ミラー表面（１４）上
   に 【数１】 の角度で入射し、式中、上記表面法線（２３）に対してε’＝ε±４°である、
   ことを特徴とする装置。
2. 【請求項２】 前記角度εは９０°の値を有すると共にθ＝０°であること
   を特徴とする、請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 当該装置の少なくとも一部分は、該一部分もしくは当該装置
   自体を床もしくは天井に締着し得る台板により配備され、 斜投影に対する前記水平偏向ミラー（１２）の回転軸心（２４）は、上記台板
   に対して所定角度で配置され、且つ、 夫々の照射像点の強度変調および色変調の為のデバイス（３３）が配備され、
   斜投影に対して与えられた投影角度に対する台形歪曲もまた該変調において考慮
   され且つ補正されることを特徴とする、請求項１乃至３に記載の装置。
4. 【請求項４】 前記台板に対する前記回転軸心（２４）の角度は、前記主投
   影ビーム（２８）と映写面上の法線との間における斜投影の角度と同様に、±１
   ０°であることを特徴とする、請求項１乃至３に記載の装置。
5. 【請求項５】 前記強度変調および色変調用のデバイスは当該装置の前記少
   なくとも一部分から空間的に離間され、且つ、 上記デバイスと当該装置の上記一部分との間には、前記水平偏向ミラー（１２
   ）により偏向されるべき前記光束を伝送する導光ファイバ接続（４）が配備され
   ることを特徴とする、請求項３もしくは４に記載の装置。
6. 【請求項６】 前記水平偏向ミラー（１２）の後、前記光束の投影方向にお
   ける４ｃｍ未満の距離において垂直偏向ミラー（１６）が追随し、該垂直偏向ミ
   ラー（１６）は拡大用光学機器（３７）により追随されることを特徴とする、請
   求項１乃至５のいずれかに記載の装置。
7. 【請求項７】 前記拡大用光学機器（３７）は、厳密に２段階を有すると共
   にタンジェント条件に従い補正されるレンズ系を構成することを特徴とする、請
   求項６記載の装置。
8. 【請求項８】 前記拡大用光学機器（３７）の第１レンズは前記垂直偏向ミ
   ラー（１６）から１０ｍｍ乃至１００ｍｍの距離に在ることを特徴とする、請求
   項６もしくは７に記載の装置。
9. 【請求項９】 前記拡大用光学機器（３７）の入射瞳は前記第１レンズの頂
   点の前方において８０ｍｍ未満、特に３０ｍｍ未満の距離に配置されることを特
   徴とする、請求項６乃至８のいずれかに記載の装置。
10. 【請求項１０】 前記水平偏向ミラー（１２）により反射された後に前記光
    束により通過される光経路内には光に対して部分的に透明である物体（２０，２
    ０’）が配備され、 該物体（２０，２０’）は、走査により生成される全ての点において、上記水
    平偏向ミラー（１２）の回転軸心（２４）に対し且つ／又は前記垂直偏向ミラー
    （１６）の回転軸心に対して、１°以上の傾斜（ξ、ξ’、ψ、ψ’）を有する
    ことを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれかに記載の装置。
11. 【請求項１１】 前記傾斜（ξ、ψ）は２°乃至１０°であることを特徴と
    する、請求項１０記載の装置。
12. 【請求項１２】 光に対して部分的に透明である前記物体（２０，２０’）
    は特に、水平偏向ミラー（１２）としての多面鏡に対するハウジング（１３）を
    閉塞すべく配備された平坦平行プレートであることを特徴とする、請求項１０も
    しくは１１に記載の装置。
13. 【請求項１３】 前記水平偏向ミラー（１２）および垂直偏向ミラー（１６
    ）は多面鏡および傾斜ミラーの組合せであることを特徴とする、請求項１乃至１
    ２のいずれかに記載の装置。