JP2005107126A

JP2005107126A - 網膜走査画像表示装置

Info

Publication number: JP2005107126A
Application number: JP2003340013A
Authority: JP
Inventors: Haruhisa Takayama; 高山治久
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】一台の網膜走査表示装置によって同一の画像を複数人で同時に視認できるようにした網膜走査表示装置を提供する。
【解決手段】画像信号に応じて変調した被変調光として出力する被変調光出力部２と、被変調光を水平に操作する水平走査部７と、被変調光を垂直に操作する垂直操作部９とを備えることにより、画像を表示する画像表示装置１であって、前記被変調光出力部２の後段に設けられ、複数の網膜上に画像を表示するために、前記被変調光出力部２から出力された被変調光を分岐する光分岐手段４を備えたことを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、人間の網膜上に画像を表示するようにした網膜走査表示装置に関わるものである。

従来、特許文献１に示すように、網膜走査表示装置が知られている。係る従来技術の該網膜走査表示装置１００は図１１に示すように、被変調光出力部１０１と、水平走査部１０２と、垂直走査部１０３とを備えている。該被変調光出力部１０１は、画像情報に応じてレーザ光を変調して、被変調光として出力するものである。水平走査部１０２は、前記被変調光を人間の網膜１０４に水平に走査し、垂直走査部１０３は前記被変調光を人間の網膜１０４に垂直に走査して該網膜１０４上に画像を表示するものである。
特許２８７４２０８公報

しかし、従来の網膜走査表示装置１００においては、一台の網膜走査表示装置１００では一人しか画像を視認して楽しむことができなかった。このため、例えば、複数の者が、同一の画像を同時に楽しもうとする場合には、複数台の網膜走査表示装置１００を用意しなければならないため、多大の費用を必要とするだけでなく、複数台の網膜走査表示装置１００を設置するためには、広範囲の設置スペースを必要とするため、網膜走査表示装置１００を用いて複数の者が同一の画像を同時に楽しむことは現実には困難であった。

本発明は、前述の従来技術に鑑みてなされたもので、その目的は、一台の網膜走査表示装置によって同一の画像を複数人で同時に視認できるようにした網膜走査表示装置を提供することを目的とするものである。

請求項１に記載の発明は、光を画像信号に応じて変調した被変調光として出力する被変調光出力部と、被変調光を水平に走査する水平走査部と、被変調光を垂直に走査する垂直走査部とを備えることにより、画像を表示する画像表示装置であって、前記被変調光出力部の後段に設けられ、複数の網膜上に画像を表示するために、前記被変調光出力部から出力された被変調光を分岐する光分岐手段を備えたことを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像表示装置において、前記水平走査部は、前記被変調光出力部から出力された被変調光を水平に走査し、前記垂直走査部は前記水平走査部から出力された被変調光を垂直に走査し、前記光分岐手段は前記水平走査部の後段に設けられたことを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の画像表示装置において、前記光分岐手段は前記垂直走査部の後段に設けられたことを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の画像表示装置において、前記光分岐手段の後段に前記被変調光の強度を調節する光強度調節手段を設けたことを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の画像表示装置において、前記光強度調節手段は、光透過率を可変する光透過率調整部を有することを特徴とするものである。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の画像表示装置において、前記光分岐手段によって複数に分割された光路は、外光の入射を遮断するための光遮断部によって覆われたことを特徴とするものである。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の画像表示装置において、画角を調節する画角調節手段を備えたことを特徴とするものである。

請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の画像表示装置において、前記画角調節手段は、１対のレンズを有し、１対のレンズにおいて後段に配置されるレンズの焦点距離を前段に配置されるレンズの焦点距離よりも小さくしたことを特徴とするものである。

請求項９に記載の発明は、請求項６に記載の画像表示装置において、前記画角調節手段は、１対のレンズを有し、１対のレンズにおいて後段に配置されるレンズの焦点距離を前段に配置されるレンズの焦点距離よりも大きくしたことを特徴とするものである。

請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の画像表示装置において、前記光分岐手段は、ハーフミラーであることを特徴とするものである。

請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の画像表示装置において、前記光分岐手段は、ビームスプリッターであることを特徴とするものである。

請求項１２に記載の発明は、前記光分岐手段を有する前段ユニットと、前段ユニットよりも後段の後段ユニットとの位置関係を調整する位置調整手段を備えたことを特徴とするものである。

請求項１に記載の網膜走査表示装置においては、被変調光を分岐する光分岐手段を設けたので、分岐した被変調光によって複数の者が、同時に同一の画像を視認することができる。
請求項２に記載の網膜走査表示装置においては、光分岐手段は、水平走査部の後段に設けられているので、被変調光は、水平走査部の後段において分岐されることになる。このため、水平走査部は被変調光の分岐する数だけ設ける必要がなく、１つ設けるだけで足りる。

請求項３に記載の網膜走査表示装置においては、光分岐手段は、垂直走査部の後段に設けられているので、被変調光は、垂直走査部の後段において分岐されることになる。このため、水平走査部および垂直走査部は被変調光の分岐する数だけ設ける必要がなく、１組だけ設ければ足りる。

請求項４に記載の網膜走査表示装置においては、被変調光の強度を調節する光強度調節手段を設けたので、被変調光の光路長の長短などに応じて被変調光の強度を任意に強めたり、弱めたりして、適切な強度に調節することができる。このため、複数人が同一の画像を同時に同様の明るさで視認することができる。

請求項５に記載の網膜走査表示装置においては、光透過率を可変する光透過率調整部を備えたので、光透過率調整部を調節することにより、被変調光の強度を任意に調節することができる。

請求項６に記載の網膜走査表示装置においては、光の分岐路ヘの外光の入射は光遮断部によって防止される。このため、外光に邪魔されることなく、良質な画像を視認することができる。

請求項７に記載の網膜走査表示装置においては、画角調節手段を設けたので、画角調節手段によって画角を調節することにより、画像を拡大したり、縮小したりして視認することができる。

請求項８に記載の網膜走査表示装置においては、画角調節手段を焦点距離の異なった１対のレンズによって構成したので、各種の焦点距離のレンズを選択して組付けることにより、容易に画角を調節することができる。又、後段に配置されるレンズの焦点距離を前段に配置されるレンズの焦点距離よりも小さくすることにより、画角を容易に大きくすることができる。

請求項９に記載の網膜走査表示装置においては、後段に配置されるレンズの焦点距離を前段に配置されるレンズの焦点距離よりも大きくすることにより、画角を容易に小さくすることができる。

請求項１０に記載の網膜走査表示装置においては、ハーフミラーによって容易に光分岐手段を構成することができる。

請求項１１に記載の網膜走査表示装置においては、ビームスプリッターによって容易に光分岐手段を構成することができる。

請求項１２に記載の網膜走査表示装置においては、位置調整手段によって光分岐手段を有する前段ユニットと、前段ユニットよりも後段の後段ユニットとの位置調整ができる。

図１は本発明の第１実施形態を示す。本実施形態の網膜走査表示装置１においては、同図に示すように、被変調光出力部２から出力された被変調光が伝送される主光路３と、被変調光がハーフミラー４で分岐されることにより設けられた第１光分岐路５と第２光分岐路６とを有している。ハーフミラー４が、請求項１の光分岐手段に相当する。

被変調光出力部２は、光を画像信号に応じて変調した被変調光として出力する光学部品である。主光路３には、被変調光を水平に走査する一つの水平走査ミラー７が被変調光出力部２の後段であってハーフミラー４の前段に設けられている。水平走査ミラー７が請求項１の水平走査部に相当する。

第１光分岐路５には、凸レンズ８と、垂直走査ミラー９と、凸レンズ１０とが配置されている。又、第２光分岐路６には、凸レンズ１１と、垂直走査ミラー１２と、凸レンズ１３とが配置されている。垂直走査ミラー９,１２が請求項１の垂直走査部に相当する。水平走査ミラー７、垂直走査ミラー９、１２は回転自在に設けられている。水平走査ミラー７、垂直走査ミラー９、１２の回転は、制御部１４によって制御されるものである。制御部１４は、被変調光出力手段２から伝送された制御信号に基づき水平走査ミラー７、垂直走査ミラー９,１２の回転を制御することにより、被変調光は、人間の眼Ｍの虹彩Ｍ１で囲まれた瞳孔Ｍ２を通って水晶体Ｍ３に集光して網膜Ｍ４上を走査して画像を表示するものである。

次に、被変調光出力部２の構成について説明する。図２に示すように、前記被変調光出力部２は、画像信号処理手段１５と、赤色光源１６、緑色光源１７、青色光源１８と、コリメートレンズ１９，２０，２１と、波長選択性ミラー２２，２３，２４と、フォーカスレンズ２５とを備えている。そして、画像信号処理手段１５は、外部機器から入力された画像データに基づいて、赤色光源１６、緑色光源１７、青色光源１８に対して強度変調信号を出力し、水平走査ミラー７、垂直走査ミラー９,１２に制御信号を出力するものである。前記赤色光源１６、緑色光源１７、青色光源１８からの出射光は、コリメートレンズ１９，２０，２１によって略平行光線に成形された後に、前記波長選択性ミラー２２，２３，２４によって合波され、フォーカスレンズ２５によって出射される構成になっている。

このように構成された網膜走査表示装置１において、被変調光出力部２が起動すると、レーザ光が図２に示す被変調光出力部２において画像情報に応じて強度変調されて被変調光として出力される。被変調光は図１に示すように、水平走査ミラー７において水平に走査された後、この被変調光の一部はハーフミラー４を透過し、凸レンズ８によって垂直走査ミラー９に集光する。垂直走査ミラー９に集光した被変調光は、垂直走査ミラー９において垂直に走査された後、凸レンズ１０によって人間の眼Ｍの虹彩Ｍ１で囲まれた瞳孔Ｍ２を通過して水晶体Ｍ３に集光して、網膜Ｍ４上に画像を表示する。

一方、ハーフミラー４で反射された被変調光は、凸レンズ１１によって垂直走査ミラー１２に集光する。垂直走査ミラー１２に集光した被変調光は、垂直走査ミラー１２において垂直に走査された後、凸レンズ１３によって人間の眼Ｍの虹彩Ｍ１で囲まれた瞳孔Ｍ２を通過して水晶体Ｍ３に集光して、網膜Ｍ４上に画像を表示する。

このようにして、１つの被変調光出力部２から出力された被変調光は主光路３を伝送した後、第１,第２光分岐路５，６を伝送して、二人の人間の網膜Ｍ４上に画像を同時に表示することができる。このため、被変調光出力部２と水平走査ミラー７はそれぞれ１つ設けるだけで、二人の人間の網膜Ｍ４上に同一画像を同時に表示することができる。または、第1，第2光分岐路5，６を伝送して一人の人間の眼の網膜Ｍ４上に画像を図示して表示することができる。

尚、第1光分岐光路５,第２光分岐光路６に続いて、第３光分岐光路,第４光分岐光路・・・を設ければ、このように設けた光分岐光路の数に相当する人数の人間の網膜Ｍ４に画像を表示できるものである。第１実施形態において、ハーフミラー４が水平走査部７の後段に設けられているため、以下の作用効果を奏する。即ち、仮に、ハーフミラー４を水平走査ミラー７の前段に設けた場合には、二つの走査ミラー７を必要とするが、この実施形態においては、ハーフミラー４が水平走査部７の後段に設けられているため、水平走査ミラー７は一つで足りる。

図３は、第２実施形態を示す。この第２実施形態の特徴は、水平走査ミラー７とハーフミラー４との間に凸レンズ３１を配置した点にある。このように凸レンズ３１をハーフミラー４の前段に配置した場合、同図に示すように、凸レンズ３１が被変調光を垂直走査ミラー９および垂直走査ミラー１２に集光させる。このため、第１実施形態において用いた二つの凸レンズ８と凸レンズ１１は不要になり、これら二つの凸レンズ８,１１の機能は一つの凸レンズ３１が果たす。又、図中、１点鎖線で示すように、第１、第２光分岐路５，６を、外光を遮光する光遮光部P1,P2で覆っても良い。このように構成することにより、第１、第２光分岐路５，６には外光が侵入しないため、外光に邪魔されない良質の画像を視認することができる。尚、水平走査ミラー７と垂直走査ミラー９,１２の動作が、制御部によって制御される点については、第１実施形態と同様のため、制御部については記載を省略する。又、凸レンズ１０と眼Ｍとの間に、外の風景、即ち、外光Ｇを通過させるためのハーフミラーＨを設け、垂直走査ミラー９とこのハーフミラーＨとの間の光路に外光が入射する現象を防止するようにこの光路を遮光部Ｐ１，Ｐ２で覆っても良い。このように構成した場合、このハーフミラーＨを透過してきた外の風景に、被変調光によって形成される画像を重ね合せて鑑賞でき、且つ、外光が凸レンズ１０で反射されることによる画像へのうつりこみを減らすことができる。

図４は、第３実施形態を示す。この第３実施形態の特徴は、第２実施形態において、ハーフミラー４と垂直走査ミラー１２との間に一対の凸レンズ３２,３３を配置した点にある。この実施形態においては、被変調光出力部２から出力された被変調光は、凸レンズ３１によって点Ａに集光した後、拡散光となるが、一方の凸レンズ３２によって平行光線になり、他方の凸レンズ３３によって垂直走査ミラー１２に集光する。この第３実施形態においては、垂直走査ミラー１２上における被変調光の状態は、図中、点Ａにおける被変調光の状態と同じである。即ち、この第３実施形態においては、一対の凸レンズによって第２光分岐路を長くすることができる。そして、一対の凸レンズ３２,３３間の距離を調節することにより、被変調光出力部２から所望の距離だけ離れた位置から画像を視認できる。

尚、第２光分岐路６中に、被変調光の強度を調整できる光強度調整手段３４を設けても良い。この光強度調整手段３４は、光の透過率を調整できる光透過率調整部によって構成することができる。この光透過率調整部は、図５に示すように、回転自在に設けられた回転体３５の回転部分３６を軸方向に横切る光の光透過率を、回転体３６の回転方向（矢示方向）へ向けて変化させるように設けることにより、形成することができる。そして、回転体３５の回転部分３６を第２光分岐路６を横切るように配置した状態で、回転体３５を回転させることにより、この回転体３５の回転部分３６を横切る被変調光の光透過率を調節することができ、眼の個人差や，まわりの環境に応じて好みの明るさで画像を鑑賞することができる。

又、図４中、１点鎖線で示すように、被変調光出力部２、水平走査ミラー７、凸レンズ３１、ハーフミラー４、および凸レンズ３２をユニット化し、一方、凸レンズ３３、垂直走査ミラー１２、および凸レンズ１３をユニット化することができる。このように、ユニット化した場合には、両ユニットの対面部分Ｂにおいて、両者の光軸を合せるようにして両ユニットを組み付けすることができる。このように、被変調光出力部２、水平走査ミラー７、凸レンズ３１、ハーフミラー４、および凸レンズ３２をユニット化し、一方、凸レンズ３３、垂直走査ミラー１２、および凸レンズ１３をユニットかすることにより、請求項１２に記載の位置調整手段Ｃが構成される。又、第２実施形態と同様に、制御部については記載を省略する。

図６は、第４実施形態を示す。この第４実施形態の特徴は、垂直走査ミラー９の後段にハーフミラー４を配置した点にある。ハーフミラー４を透過した被変調光は凸レンズ３７によって、人間の眼Ｍの虹彩Ｍ１で囲まれた瞳孔Ｍ２を通って水晶体Ｍ３に集光して網膜Ｍ４上に画像を表示するものである。又、ハーフミラー４で反射された被変調光は凸レンズ３８によって、同様に、人間の眼Ｍの網膜Ｍ４上に集光するものである。この第４実施形態においては、垂直走査ミラー９の後段において、被変調光の光路が第１光分岐路５と第２光分岐路６とに分岐されるため、第１実施形態乃至第３実施形態のように二つの垂直走査ミラー９,１２を設ける必要がなく、一つの垂直走査ミラー９を設ければ足りる。尚、第２実施形態と同様に、制御部については記載を省略する。

図７および図８は、第５実施形態を示す。この第５実施形態は、垂直走査ミラー９の後段に画角調整手段４０を交換可能に設けた点にある。この第５実施形態の画角調整手段４０は、１対の凸レンズ４１、４２によって構成され、後段に配置される凸レンズ４２の焦点距離（nf）は、前段に配置される凸レンズ４１の焦点距離（f）よりも大きくなっている（ｎ＞１）。この第５実施形態においては、前段の凸レンズ４１の一方の焦点には垂直走査ミラー９が配置される。又、凸レンズ４２の一方の焦点には人間の眼Ｍが位置している。そして、両凸レンズ４１，４２の他方の焦点は互いに位置αにおいて重なった位置関係にある。

この第５実施形態においては、垂直走査ミラー９で反射された１画素分の被変調光は平行光線Ｓ１の状態で凸レンズ４１に入射し、この凸レンズ４１からは収束光線Ｓ２になって位置αに収束した後、再び拡散光線Ｓ３となって凸レンズ４２に入射する。この凸レンズ４２からは平行光線Ｓ４になって出射して、人間の眼Ｍの網膜Ｍ４上に画像を表示する。

この第５実施形態においては、１対の凸レンズ４１,４２の内、後段に配置された凸レンズ４２の焦点距離（nf）が前段に配置された凸レンズ４１の焦点距離（f）よりも大きいため、この１対の凸レンズ４１,４２を前後逆に配置した場合に比較して、人間の眼Ｍに対する画角は小さくなるが、高精細な画像を提示することができる。。

図９及び図１０は第６実施形態を示す。この第６実施形態の特徴は、図７および図８に示す第５実施形態の凸レンズ４１と凸レンズ４２との前後を逆にした点にある。この第６実施形態においては、１対の凸レンズ４１,４２の内、後段に配置された凸レンズ４１の焦点距離（ｆ）が前段に配置された凸レンズ４２の焦点距離（nf）よりも小さいため、第５実施形態に比較して、人間の眼Ｍに対する画角Ω２は大きくなって、画像が拡大し、より没入感，高臨場感のある画像を提示できる。

尚、前述の実施形態においては、光分岐手段としてハーフミラー４を用いた場合について説明したが、光分岐手段としてビームスプリッタを用いても良い。

網膜走査画像表示装置の構成部品の配置図である。（第１実施形態）被変調光出力部のブロック図である。（第１実施形態）網膜走査画像表示装置の構成部品の配置図である。（第２実施形態）網膜走査画像表示装置の構成部品の配置図である。（第３実施形態）光透過率調節部の正面図である。（第３実施形態）網膜走査画像表示装置の構成部品の配置図である。（第４実施形態）画角調節手段の構成図である。（第５実施形態）画角調節手段の作用を説明する説明図である。（第５実施形態）画角調節手段の構成図である。（第６実施形態）画角調節手段の作用を説明する説明図である。（第６実施形態）網膜走査画像表示装置の構成部品のブロック図である。（従来技術）

符号の説明

１網膜走査画像表示装置
２被変調光出力部
４ハーフミラー（光分岐手段）
７水平走査ミラー（水平走査部）
９,１２垂直走査ミラー（垂直走査部）
３４光強度調整手段
４０画角調整手段
Ｃ位置調整手段

Claims

光を画像信号に応じて変調した被変調光として出力する被変調光出力部と、被変調光を水平に走査する水平走査部と、被変調光を垂直に走査する垂直走査部とを備えることにより、画像を表示する画像表示装置であって、
前記被変調光出力部の後段に設けられ、複数の網膜上に画像を表示するために、前記被変調光出力部から出力された被変調光を分岐する光分岐手段を備えたことを特徴とする網膜走査型表示装置。
前記水平走査部は、前記被変調光出力部から出力された被変調光を水平に走査し、前記垂直走査部は前記水平走査部から出力された被変調光を水平に走査し、前記光分岐手段は前記水平走査部の後段に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記光分岐手段は前記垂直走査部の後段に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
前記光分岐手段の後段に前記被変調光の強度を調節する光強度調節手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の画像表示装置。
前記光強度調節手段は、光透過率を可変する光透過率調整部を有することを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
前記光分岐手段によって複数に分割された光路は、外光の入射を遮断するための光遮断部によって覆われたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の画像表示装置。
画角を調節する画角調節手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の画像表示装置。
前記画角調節手段は、１対のレンズを有し、１対のレンズにおいて後段に配置されるレンズの焦点距離を前段に配置されるレンズの焦点距離よりも小さくしたことを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
前記画角調節手段は、１対のレンズを有し、１対のレンズにおいて後段に配置されるレンズの焦点距離を前段に配置されるレンズの焦点距離よりも大きくしたことを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
前記光分岐手段は、ハーフミラーであることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の画像表示装置。
前記光分岐手段は、ビームスプリッターであることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の画像表示装置。
前記光分岐手段を有する前段ユニットと、前段ユニットよりも後段の後段ユニットとの位置関係を調整する位置調整手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか１項に記載の画像表示装置。