JP2003029197A - Scanning image observation device - Google Patents

Scanning image observation device

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JP2003029197A
JP2003029197A JP2001212300A JP2001212300A JP2003029197A JP 2003029197 A JP2003029197 A JP 2003029197A JP 2001212300 A JP2001212300 A JP 2001212300A JP 2001212300 A JP2001212300 A JP 2001212300A JP 2003029197 A JP2003029197 A JP 2003029197A
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Japan
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optical system
scanning
image
light beam
light source
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Akira Yamamoto
亮 山本
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Canon Inc
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Canon Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scanning image observation device, which enables an observer to observe a bright image by an eyepiece optical system without using a two-dimensional display panel. SOLUTION: A light beam 11, emitted from a light source 3, is converted into a converged light beam by a converging optical system (collimating optical system) 4 and is made incident on a scanning optical system arranged in the vicinity of its focus. The light beam 11 reflected and deflected by the scanning optical system is made incident on a collimator lens 6 as a diffused light beam and is converted into a beam of approximately parallel rays, and is made incident on a microlens array 7, to form an image of the light source in the vicinity of its focus. When the light beam 11 scans in the scanning optical system 5, the position of an image point, formed in the microlens array 7, is scanned to form an aerial image panel 8 in the vicinity of the focus of the microlens array. The scanning optical system 5 perform two-dimensional scanning, and the aerial image paned 18 is formed in two-dimensional shape. An observer 10 will observe the image on a two-dimensionally formed aerial image panel 8 as an aerial image by an eyepiece optical system 9.

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、画像観察装置に関
し、特に接眼光学系の像面上に二次元画像が形成され、
その空中像を観察者が観察する走査型画像観察装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image observation apparatus, and in particular, a two-dimensional image is formed on the image plane of an eyepiece optical system.
The present invention relates to a scanning image observing apparatus for an observer to observe the aerial image.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、頭部装着型の表示装置(Head Mou
nted display、以下HMD)が数多く提案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a head-mounted display device (Head Mou
A lot of nted displays (HMDs) have been proposed.

【0003】従来のHMDの光学系の概要を、図11を
用いて説明する。照明光学系111は、二次元の画像表
示素子112を照明する。画像表示素子112は、液晶
パネルなどで構成され、透過光を変調し二次元の画像を
形成する。二次元画像表示素子112は、接眼光学系1
14の焦点面近傍に置かれて、接眼光学系114によっ
てその像を観察するという構成になっている。観察者1
15は、この二次元画像を接眼光学系114を介して観
察する。従来例として図11では、透過型の二次元画像
表示素子を使用した場合を示しているが、反射型の二次
元画像表示素子を使用する場合もある。
An outline of a conventional HMD optical system will be described with reference to FIG. The illumination optical system 111 illuminates the two-dimensional image display element 112. The image display element 112 is composed of a liquid crystal panel or the like, and modulates transmitted light to form a two-dimensional image. The two-dimensional image display element 112 includes the eyepiece optical system 1
It is placed in the vicinity of the focal plane of 14 and its image is observed by the eyepiece optical system 114. Observer 1
15 observes this two-dimensional image via the eyepiece optical system 114. As a conventional example, FIG. 11 shows a case where a transmission type two-dimensional image display element is used, but a reflection type two-dimensional image display element may be used in some cases.

【0004】また、二次元画像表示素子を利用しないで
画像を形成するHMDの光学系として、米国特許第5,
701,132号明細書等に記載されている光学系が開
示されている。図12は、この従来技術の光学系の概要
を示した図であり、光源121からの光ビームが集光光
学系122により集光ビームとなり、集光光学系122
の焦点付近にある走査光学系123に入射する。走査光
学系123からの光ビームは接眼光学系124を介して
観察者の目125に入射し、網膜上に光源の像を結ぶ。
走査光学系123により光ビームが走査されると、光源
像は網膜上を走査する構成になっており、観察者は二次
元画像を観察することができる。
Further, as an optical system of an HMD for forming an image without utilizing a two-dimensional image display element, US Pat.
The optical system described in Japanese Patent No. 701,132 is disclosed. FIG. 12 is a diagram showing an outline of the optical system of this conventional technique, in which the light beam from the light source 121 becomes a condensed beam by the condensing optical system 122, and the condensing optical system 122.
Is incident on the scanning optical system 123 near the focal point of. The light beam from the scanning optical system 123 enters the observer's eye 125 through the eyepiece optical system 124 and forms an image of the light source on the retina.
When the scanning optical system 123 scans the light beam, the light source image scans the retina, and the observer can observe the two-dimensional image.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
二次元画像表示素子による画像を観察する画像観察系で
は、画像を表示させるLCD等の二次元の表示パネルが
必要であった。これに伴い、LCDに代表される二次元
画像表示素子は該して高価であり、装置全体の製造コス
ト低減を考慮した場合、二次元画像表示素子がネックと
なり価格低減を図りにくいという課題があった。
However, in the image observing system for observing an image by the conventional two-dimensional image display device, a two-dimensional display panel such as an LCD for displaying the image is required. Along with this, a two-dimensional image display element typified by an LCD is extremely expensive, and when the manufacturing cost reduction of the entire device is taken into consideration, there is a problem that the two-dimensional image display element becomes a bottleneck and it is difficult to reduce the price. It was

【0006】また、二次元画像表示素子が透過型の素子
であった場合、透過型の二次元画像表示素子は概して透
過率が低いため、観察者に到達するまでの光量損失が大
きいなどの問題があった。また、光ビームを観察者の網
膜上に直接結像させる手法の場合、二次元画像表示素子
を必要としないものの、用いる走査系に適応した新しい
特殊な光学系が必要となるという課題があった。
Further, when the two-dimensional image display element is a transmissive element, the transmissive two-dimensional image display element generally has a low transmittance, so that there is a problem that the light amount loss until reaching the observer is large. was there. Further, in the case of the method of directly forming an image of the light beam on the retina of the observer, although there is no need for a two-dimensional image display element, there is a problem that a new special optical system adapted to the scanning system used is required. .

【0007】そこで本発明は、接眼光学系の像面上に形
成された二次元画像を観察する画像観察装置において、
LCD等の二次元表示パネルを用いることなく、かつ従
来からのHMDの接眼光学系を利用可能な明るい画像の
観察できる走査型画像観察装置を提供することを目的と
する。
Therefore, the present invention provides an image observation apparatus for observing a two-dimensional image formed on the image plane of an eyepiece optical system,
An object of the present invention is to provide a scanning image observation apparatus capable of observing a bright image, which can utilize a conventional HMD eyepiece optical system without using a two-dimensional display panel such as an LCD.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明は、二次元画像を、接眼光学系を介して空中
像として観察する画像観察装置において、光ビームを出
射する光源と、この出射された光ビームを集光する集光
光学系と、この集光された光ビームを走査する走査光学
系と、この走査される光ビームを集光して、光源の像を
結像するレンズアレイと、前記走査される光ビームが前
記レンズアレイの各レンズの焦点近傍に順次結像して形
成される二次元画像を、空中像として観察する接眼光学
系とを備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides a light source for emitting a light beam in an image observation apparatus for observing a two-dimensional image as an aerial image through an eyepiece optical system. A condensing optical system that condenses the emitted light beam, a scanning optical system that scans the condensed light beam, and a condensing light beam that is scanned to form an image of a light source. A lens array, and an eyepiece optical system for observing a two-dimensional image formed by sequentially forming the scanned light beam in the vicinity of the focal point of each lens of the lens array as an aerial image. .

【0009】以上の構成によって、LCDパネル等の透
過率の低い二次元表示パネルを利用せずに、明るく鮮明
な画像を観察することができる。
With the above arrangement, a bright and clear image can be observed without using a two-dimensional display panel having a low transmittance such as an LCD panel.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0011】まず、図1を参照して第1の実施形態を説
明する。図1(a),(b)は本発明の走査型画像観察
装置の光学系の概略構成図である。図1(a)におい
て、光源3から発せられた光ビーム11は、集光光学系
(コリメート光学系)4によって集光された光ビームと
され、その焦点近傍に配置された走査光学系5に入射す
る。走査光学系5により反射、偏向された光ビーム11
は、拡散光ビームとしてコリメートレンズ6に入射す
る。コリメートレンズ6により光ビーム11は、略平行
ビームとなる。この略平行ビームとなった光ビーム11
は、マイクロレンズアレイ(以下、Mレンズアレイ)7
に入射する。Mレンズアレイ7により光ビーム11は、
Mレンズアレイ7の焦点付近に光源の像を結ぶ。
First, a first embodiment will be described with reference to FIG. 1A and 1B are schematic configuration diagrams of an optical system of the scanning image observation apparatus of the present invention. In FIG. 1A, a light beam 11 emitted from a light source 3 is a light beam condensed by a condensing optical system (collimating optical system) 4, and a scanning optical system 5 arranged near the focal point thereof. Incident. Light beam 11 reflected and deflected by the scanning optical system 5
Enters the collimator lens 6 as a diffused light beam. The light beam 11 becomes a substantially parallel beam by the collimator lens 6. This light beam 11 becomes a substantially parallel beam
Is a microlens array (hereinafter, M lens array) 7
Incident on. The light beam 11 is generated by the M lens array 7.
An image of the light source is formed near the focal point of the M lens array 7.

【0012】図1(a)の状態から走査光学系5により
光ビーム11が走査されると、図1(b)のようにMレ
ンズアレイ7による像点の位置も走査され、Mレンズア
レイの焦点付近に空中像パネル8を形成する。走査光学
系5は二次元の走査を行い、空中像パネル8も二次元に
形成されるが、図1(a),(b)ではその一断面のみ
を示す。また、形成される空中像パネル8の解像度は、
Mレンズアレイ7のレンズ個数に依存する。観察者10
は、形成された二次元の空中像パネル8の画像を接眼光
学系9により空中像として観察する。
When the scanning optical system 5 scans the light beam 11 from the state of FIG. 1A, the position of the image point by the M lens array 7 is also scanned as shown in FIG. The aerial image panel 8 is formed near the focal point. The scanning optical system 5 performs two-dimensional scanning, and the aerial image panel 8 is also two-dimensionally formed. Only one cross section is shown in FIGS. 1A and 1B. The resolution of the aerial image panel 8 formed is
It depends on the number of lenses of the M lens array 7. Observer 10
Observes the formed image of the two-dimensional aerial image panel 8 by the eyepiece optical system 9 as an aerial image.

【0013】図1(a),(b)において、光源3から
の光は映像信号1に対応して制御回路2によって強度を
変化されて発せられる。光源3はLEDやレーザダイオ
ード(LD)などが利用できる。また、強度を変化させ
る手段として、光源の強度を変調させる方法や、光源の
ON−OFFにより時間分割で変調制御する方法などが
用いられる。
In FIGS. 1 (a) and 1 (b), the light from the light source 3 is emitted with its intensity changed by the control circuit 2 in response to the video signal 1. As the light source 3, an LED, a laser diode (LD) or the like can be used. Further, as a means for changing the intensity, a method of modulating the intensity of the light source, a method of controlling the modulation by time division by turning the light source on and off, and the like are used.

【0014】図1(a),(b)において、制御回路2
と光源3および走査光学系5の間は電気的に接続され
る。そして走査光学系5は、映像信号1に対応して制御
回路2によって制御され、入射光ビーム11を偏向、走
査を行う。
In FIGS. 1A and 1B, the control circuit 2
The light source 3 and the scanning optical system 5 are electrically connected to each other. The scanning optical system 5 is controlled by the control circuit 2 in response to the video signal 1 to deflect and scan the incident light beam 11.

【0015】次に図2を参照して、本実施形態における
二次元画像形成の概要を簡略化し説明する。実際には走
査光学系により光路が折り返されるが、図2では簡便の
ため光路を折り返さず説明を行う。また、図1と同一の
機能の物には同一の符号を付して説明を省略する。
Next, with reference to FIG. 2, the outline of the two-dimensional image formation in this embodiment will be briefly described. Although the optical path is actually folded back by the scanning optical system, in FIG. 2, the optical path is not folded back for the sake of simplicity. Further, the same reference numerals are given to those having the same functions as those in FIG. 1, and the description thereof will be omitted.

【0016】光源3から発せられた光は集光光学系4に
より集光され、集光光ビームとして走査光学系5へと導
かれる。走査光学系5近傍において光ビームはスポット
となり、走査光学系5によって二次元方向に反射、偏向
される。走査光学系5により偏向された光ビームは、コ
リメートレンズ6に入射、略平行ビームとなってMレン
ズアレイ7へと入射する。Mレンズアレイ7に入射した
光ビームは像面上に光源3の像を結び、走査光学系5の
走査に伴い像面上に像点列を形成する。この像点列の動
きに同期して光ビームの強度を変調することにより像面
上に二次元の空中像パネル8を形成する。空中像パネル
8の解像度は、空中像パネル8を形成するMレンズアレ
イ7の個数に一致する。
The light emitted from the light source 3 is condensed by the condensing optical system 4 and guided to the scanning optical system 5 as a condensed light beam. The light beam becomes a spot in the vicinity of the scanning optical system 5 and is reflected and deflected by the scanning optical system 5 in a two-dimensional direction. The light beam deflected by the scanning optical system 5 enters the collimator lens 6 and becomes a substantially parallel beam and enters the M lens array 7. The light beam incident on the M lens array 7 forms an image of the light source 3 on the image plane, and an image point train is formed on the image plane as the scanning optical system 5 scans. A two-dimensional aerial image panel 8 is formed on the image plane by modulating the intensity of the light beam in synchronization with the movement of this image point sequence. The resolution of the aerial image panel 8 matches the number of M lens arrays 7 forming the aerial image panel 8.

【0017】図3は走査光学系の例を示す。走査光学系
は単結晶シリコン製の微小平面ミラー31から成り、ミ
ラーの表面はアルミニウムもしくは銀を蒸着することに
より反射率を高めている。また、微小平面ミラー31は
2本のトーションバー32,33により保持されてお
り、それぞれ水平方向、垂直方向の走査方向に対応し、
ねじれ振動する。微小平面ミラー31は、ミラーと共に
設置される電極(図示称略)との間の静電気力により共
振駆動する。特にちらつきのない画像を得るため、垂直
方向の走査周波数は30Hz以上とする。水平方向の走
査周波数は表示画像の解像度と垂直方向の走査周波数に
依存する。
FIG. 3 shows an example of the scanning optical system. The scanning optical system is composed of a minute flat mirror 31 made of single crystal silicon, and the surface of the mirror has a reflectance enhanced by vapor deposition of aluminum or silver. Further, the minute flat mirror 31 is held by two torsion bars 32 and 33, which correspond to the horizontal and vertical scanning directions, respectively.
Torsional vibration. The micro flat mirror 31 is resonantly driven by an electrostatic force between an electrode (not shown) installed together with the mirror. In order to obtain a particularly flicker-free image, the scanning frequency in the vertical direction is set to 30 Hz or higher. The scanning frequency in the horizontal direction depends on the resolution of the display image and the scanning frequency in the vertical direction.

【0018】次に図4および図5を参照して、空中像パ
ネル形成の概略を説明する。なお、図1と同一の機能の
物には同一の符号を付して説明を省略する。走査光学系
5により偏向され、コリメートレンズ6によりコリメー
トされた光ビームは、Mレンズアレイ7の像面8上に結
像する。結像した光ビームは図5に示すように像点列5
1を形成し、像面上に空中像パネル8を構成する。これ
により従来のHMDで利用されていたLCDパネルのよ
うな二次元表示パネルが不要となる。
Next, with reference to FIGS. 4 and 5, the outline of the formation of the aerial image panel will be described. In addition, the same reference numerals are given to those having the same functions as those in FIG. 1, and the description thereof will be omitted. The light beam deflected by the scanning optical system 5 and collimated by the collimator lens 6 forms an image on the image plane 8 of the M lens array 7. The formed light beam has an image point sequence 5 as shown in FIG.
1 to form the aerial image panel 8 on the image plane. This eliminates the need for a two-dimensional display panel such as the LCD panel used in the conventional HMD.

【0019】また、二次元画像表示素子として透過型の
画像表示素子を用いないため、透過率の低い透過型の二
次元画像表示素子を用いた場合に比べ、光源からの光量
ロスが少なくなる。
Further, since the transmission type image display element is not used as the two-dimensional image display element, the light amount loss from the light source is smaller than that in the case where the transmission type two-dimensional image display element having a low transmittance is used.

【0020】次に図6を参照して、接眼光学系9の例を
説明する。接眼光学系9はプリズムにより構成され、入
射光ビームはプリズム面9aで屈折され、プリズム面9
bで全反射される。全反射された光はアルミニウムなど
によりコーティングされ反射面となった自由曲面9cに
より反射され、プリズム面9bで屈折され、観察者の方
向に導かれる。この接眼光学系9は従来のHMDに利用
されてきた光学系をそのまま利用できる。なお、接眼光
学系として利用できる光学系は、自由曲面プリズムに限
定されない。
Next, an example of the eyepiece optical system 9 will be described with reference to FIG. The eyepiece optical system 9 is composed of a prism, and the incident light beam is refracted by the prism surface 9a,
It is totally reflected at b. The totally reflected light is reflected by the free-form surface 9c which is a reflecting surface coated with aluminum or the like, is refracted by the prism surface 9b, and is guided toward the observer. As the eyepiece optical system 9, the optical system used in the conventional HMD can be used as it is. The optical system that can be used as the eyepiece optical system is not limited to the free-form surface prism.

【0021】図1の例において、コリメートレンズ6の
焦点距離を適切に選ぶことにより、形成される空中像パ
ネルの大きさを変化させることができる。またMレンズ
アレイ7のレンズ個数を変化させることにより、形成さ
れる空中像パネル8の解像度を変化させることができ
る。従来、二次元表示パネルを利用して解像度や大きさ
を変化させる場合、二次元表示パネル自体を換える必要
があったのに対し、光学系の変更だけで容易に対応する
ことが可能となる。
In the example of FIG. 1, by appropriately selecting the focal length of the collimating lens 6, the size of the aerial image panel to be formed can be changed. Further, by changing the number of lenses of the M lens array 7, the resolution of the aerial image panel 8 formed can be changed. Conventionally, when the resolution or size is changed by using a two-dimensional display panel, it is necessary to change the two-dimensional display panel itself, but it is possible to easily cope with it by only changing the optical system.

【0022】次に図7を参照して、第2の実施形態を説
明する。図7は、第2の実施形態の概略構成を示し、第
1の実施形態と比べ、光源部分および走査光学系部分の
みが異なる。このため、ここでは光源部分および走査光
学系部分のみを説明する。本実施形態では、光源72は
赤(R)、緑(G)、青(B)3色の光源を用いる。光
源としてはLEDやLDを利用する。RGB各色の光源
に対し、映像信号に対応した変調制御が行われる。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows a schematic configuration of the second embodiment, which is different from the first embodiment only in the light source portion and the scanning optical system portion. Therefore, here, only the light source portion and the scanning optical system portion will be described. In the present embodiment, the light source 72 uses red (R), green (G), and blue (B) three-color light sources. An LED or LD is used as the light source. Modulation control corresponding to the video signal is performed on the light source of each color of RGB.

【0023】次に図8を参照して、光源72の構成を説
明する。光源72はRGBに対応した光源72a、72
b、72cおよび色合成系81により構成される。3色
の光源72a、72b、72cから発せられた光ビーム
11a、11b、11cは、色合成系81により合成さ
れ、光ビーム11として集光光学系に入射する。色合成
系としてはダイクロイックミラーなどが考えられる。
Next, the structure of the light source 72 will be described with reference to FIG. The light source 72 is a light source 72a, 72 corresponding to RGB.
b, 72c and a color combining system 81. The light beams 11a, 11b, and 11c emitted from the three-color light sources 72a, 72b, and 72c are combined by the color combining system 81, and are incident on the condensing optical system as the light beam 11. A dichroic mirror or the like can be considered as the color synthesis system.

【0024】また、図9は第2の実施形態で用いられる
走査光学系の例を示す。図7では1枚のミラーのように
画かれているが、実際には走査光学系71は水平方向走
査系71aと垂直方向走査系71bの2枚のミラーから
構成される。水平方向走査系71aは単結晶シリコン製
の微小平面ミラーであり、その表面にアルミニウムまた
は銀が蒸着されている。ミラーはトーションバーにより
保持され、ミラーと共に設置される電極との間の静電気
力により共振駆動する。また垂直方向走査系71bは例
えばガルバノミラーなどの反射走査系であり、水平方向
走査系71aとその軸方向が直交するように設置され
る。以上の水平方向走査系71aと垂直方向走査系71
bの2つのミラーにより、走査光学系71が構成され
る。また、垂直方向走査系71bは30Hz以上の周波
数で駆動し、ちらつきのない画像を提供する。水平方向
走査系71aの走査周波数は、垂直方向走査系71bの
走査周波数と画像の解像度に依存する。
FIG. 9 shows an example of the scanning optical system used in the second embodiment. Although illustrated as one mirror in FIG. 7, the scanning optical system 71 is actually composed of two mirrors of a horizontal scanning system 71a and a vertical scanning system 71b. The horizontal scanning system 71a is a single crystal silicon fine plane mirror, and aluminum or silver is vapor-deposited on the surface thereof. The mirror is held by a torsion bar and resonantly driven by an electrostatic force between the mirror and an electrode installed together with the mirror. The vertical scanning system 71b is, for example, a reflection scanning system such as a galvanometer mirror, and is installed such that its axial direction is orthogonal to the horizontal scanning system 71a. The above horizontal scanning system 71a and vertical scanning system 71
A scanning optical system 71 is configured by the two mirrors b. Further, the vertical scanning system 71b is driven at a frequency of 30 Hz or higher to provide a flicker-free image. The scanning frequency of the horizontal scanning system 71a depends on the scanning frequency of the vertical scanning system 71b and the image resolution.

【0025】図7の例において、コリメートレンズ6の
焦点距離を適切に選ぶことにより、形成される空中像パ
ネルの大きさを変化させることができる。またMレンズ
アレイ7のレンズ個数を変化させることにより、形成さ
れる空中像パネルの解像度を変化させることができる。
これらより、画像の大きさや解像度の変更に光学系の変
更だけで対応することが可能となる。
In the example of FIG. 7, the size of the aerial image panel to be formed can be changed by properly selecting the focal length of the collimating lens 6. Further, by changing the number of lenses of the M lens array 7, the resolution of the aerial image panel to be formed can be changed.
From these, it becomes possible to deal with the change of the size and resolution of the image only by changing the optical system.

【0026】次に図10を参照して、第3の実施形態を
説明する。図10は本発明を利用したビューファインダ
ーの例を示し、接眼光学系101および距離変更装置1
02以外は、第1および第2の実施形態と同様である。
このため、接眼光学系101と距離変更装置102以外
は、図1および図7と同一の機能の物に同一の符号を付
して説明を省略する。図10(a)において、接眼光学
系101は図1のようなプリズムではなく、望遠鏡や通
常の二次元画像表示素子を用いたビューファインダーに
用いられる接眼光学系と同等のものを用い、観察者10
は空中像パネル8の画像を観察する。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows an example of a viewfinder utilizing the present invention, which includes an eyepiece optical system 101 and a distance changing device 1.
Except for 02, it is the same as in the first and second embodiments.
Therefore, except for the eyepiece optical system 101 and the distance changing device 102, those having the same functions as those in FIG. 1 and FIG. In FIG. 10A, the eyepiece optical system 101 is not the prism as shown in FIG. 10
Observes the image on the aerial image panel 8.

【0027】また、図10(b)に示すように、コリメ
ートレンズ6とMレンズアレイ7を、距離変更装置10
2を用いて同時に移動させることにより、形成される空
中像パネルの大きさを変化させることができるため、接
眼光学系を変更することなく容易に観察像を拡大・縮小
させることが可能である。この場合、観察される空中像
パネルの解像度は変化しない。
Further, as shown in FIG. 10B, the collimator lens 6 and the M lens array 7 are connected to each other by a distance changing device 10
Since the size of the aerial image panel to be formed can be changed by simultaneously using 2 to move, the observation image can be easily enlarged or reduced without changing the eyepiece optical system. In this case, the resolution of the observed aerial image panel does not change.

【0028】また、第1〜第3の実施形態において、コ
リメートレンズ6とMレンズアレイ7を一体化すること
も可能である。
Further, in the first to third embodiments, the collimator lens 6 and the M lens array 7 can be integrated.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、光ビー
ム走査系とMレンズアレイを利用した光学系を備え、L
CDパネル等の透過率の低い二次元表示パネルを利用し
ないので、明るく鮮明な画像を観察することができる。
As described above, the present invention is provided with an optical system using a light beam scanning system and an M lens array,
Since a two-dimensional display panel having a low transmittance such as a CD panel is not used, a bright and clear image can be observed.

【0030】また、LCDパネル等の高価な二次元表示
パネルが不要となるので、装置の価格低減を図ることが
できる。
Further, since an expensive two-dimensional display panel such as an LCD panel is not required, the cost of the device can be reduced.

【0031】さらに、走査光学系とMレンズアレイの間
隔を変化させることにより、形成される空中像パネルの
大きさを変化させることができるので、観察像を容易に
拡大・縮小させることが可能になる。
Furthermore, since the size of the aerial image panel to be formed can be changed by changing the distance between the scanning optical system and the M lens array, the observation image can be easily enlarged or reduced. Become.

【0032】また、接眼光学系が従来のHMDに用いら
れていたものと共用できる。
Further, the eyepiece optical system can be shared with the one used in the conventional HMD.

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

【図1】本発明の第1の実施形態の概略構成図FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施形態における光学系の説明図FIG. 2 is an explanatory diagram of an optical system according to the first embodiment.

【図3】第1の実施形態における走査光学系の説明図FIG. 3 is an explanatory diagram of a scanning optical system according to the first embodiment.

【図4】空中像パネル形成における光学系の光路図FIG. 4 is an optical path diagram of an optical system in forming an aerial image panel.

【図5】空中像パネル形成時の像点の軌跡図FIG. 5 is a locus diagram of image points when an aerial image panel is formed.

【図6】第1の実施形態における接眼光学系の断面図FIG. 6 is a sectional view of an eyepiece optical system according to the first embodiment.

【図7】本発明の第2の実施形態の概略構成図FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a second embodiment of the present invention.

【図8】第2の実施形態における光源の説明図FIG. 8 is an explanatory diagram of a light source according to the second embodiment.

【図9】第2の実施形態における走査光学系の説明図FIG. 9 is an explanatory diagram of a scanning optical system according to a second embodiment.

【図10】本発明の第3の実施形態の概略構成図FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a third embodiment of the present invention.

【図11】従来のHMDの概略構成図FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a conventional HMD.

【図12】従来のHMDの概略構成図FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a conventional HMD.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 映像信号 2 制御回路 3 光源 4 コリメート光学系 5 走査光学系 6 コリメートレンズ 7 Mレンズアレイ 8 空中像パネル 9 接眼光学系 9a プリズム屈折面 9b 平面(全反射面) 9c 自由曲面反射面 10 観察者 11 光ビーム 11a 光ビームR 11b 光ビームG 11c 光ビームB 31 微小平面ミラー 32 トーションバーx 33 トーションバーy 51 像点 71 走査光学系 71a 水平方向走査系 71b 垂直方向走査系 72 光源 81 色合成系 101 接眼光学系 102 距離変更装置 111 照明光学系 112 LCDパネル 113 ディフューザ 114 接眼光学系 115 観察者 121 光源 122 コリメートレンズ 123 走査光学系 124 中間像面 125 接眼光学系 126 観察者 1 video signal 2 control circuit 3 light sources 4 Collimating optical system 5 Scanning optical system 6 Collimating lens 7 M lens array 8 aerial image panel 9 Eyepiece optical system 9a Prism refracting surface 9b Plane (total reflection surface) 9c Free curved surface reflective surface 10 Observer 11 light beams 11a light beam R 11b light beam G 11c light beam B 31 micro plane mirror 32 torsion bar x 33 torsion bar y 51 image points 71 Scanning optical system 71a Horizontal scanning system 71b Vertical scanning system 72 Light source 81 color composition system 101 Eyepiece optical system 102 Distance changing device 111 Illumination optical system 112 LCD panel 113 diffuser 114 Eyepiece optical system 115 Observer 121 light source 122 Collimating lens 123 Scanning optical system 124 Intermediate image plane 125 eyepiece optical system 126 Observer

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 二次元画像を、接眼光学系を介して空中
像として観察する画像観察装置において、 光ビームを出射する光源と、 この出射された光ビームを集光する集光光学系と、 この集光された光ビームを走査する走査光学系と、 この走査される光ビームを集光して、光源の像を結像す
るレンズアレイと、 前記走査される光ビームが前記レンズアレイの各レンズ
の焦点近傍に順次結像して形成される二次元画像を、空
中像として観察する接眼光学系とを備えることを特徴と
する走査型画像観察装置。
1. An image observation apparatus for observing a two-dimensional image as an aerial image through an eyepiece optical system, a light source for emitting a light beam, and a condensing optical system for condensing the emitted light beam. A scanning optical system for scanning the condensed light beam, a lens array for condensing the scanned light beam to form an image of a light source, and the scanned light beam for each of the lens arrays. An eyepiece optical system for observing, as an aerial image, a two-dimensional image formed by sequentially forming an image near a focal point of a lens, a scanning image observation apparatus.
【請求項2】 前記走査光学系は、直交した2つの回転
軸を持つ少なくとも1枚の振動ミラーにより構成される
ことを特徴とする請求項1記載の走査型画像観察装置。
2. The scanning image observation apparatus according to claim 1, wherein the scanning optical system is composed of at least one vibrating mirror having two orthogonal rotation axes.
【請求項3】 前記走査光学系は、二次元画像を形成す
るための水平走査系が共振駆動される微小平面ミラー、
垂直走査系がガルバノミラーにより構成されることを特
徴とする請求項1記載の走査型画像観察装置。
3. The scanning optical system is a minute plane mirror in which a horizontal scanning system for forming a two-dimensional image is resonantly driven,
2. The scanning image observation apparatus according to claim 1, wherein the vertical scanning system is composed of a galvano mirror.
【請求項4】 前記走査光学系が、前記集光光学系の焦
点付近に配置され、かつ前記走査光学系と前記レンズア
レイの間にコリメートレンズを有することを特徴とする
請求項1〜3記載の走査型画像観察装置。
4. The scanning optical system is arranged in the vicinity of the focal point of the condensing optical system, and has a collimating lens between the scanning optical system and the lens array. Scanning image observation device.
【請求項5】 前記光源の強度を映像信号に対応して変
調することにより、二次元画像の階調を表現する変調手
段を備えることを特徴とする請求項1〜4記載の走査型
画像観察装置。
5. The scanning image observation according to claim 1, further comprising a modulation unit that expresses a gradation of a two-dimensional image by modulating the intensity of the light source in accordance with a video signal. apparatus.
【請求項6】 前記走査光学系と前記レンズアレイとの
間隔を変化させることにより、形成される二次元画像の
大きさを変化させる距離変更装置を備えることを特徴と
する請求項1〜5記載の走査型画像観察装置。
6. A distance changing device for changing the size of a two-dimensional image formed by changing the distance between the scanning optical system and the lens array. Scanning image observation device.
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