JP2007514196A

JP2007514196A - 光変調器を用いた広視野表示

Info

Publication number: JP2007514196A
Application number: JP2006543823A
Authority: JP
Inventors: ジョンアルフォンスアゴスティネリ; デイビッドケスラー; マレックダブリューコワルツ
Original assignee: イーストマンコダックカンパニー
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2004-11-09
Publication date: 2007-05-31
Also published as: WO2005062609A1; EP1692865A1; US20050024722A1; US7111943B2

Abstract

変調ライン像を発生させるライン像発生装置を備え湾曲表示面上に画像を表示させる表示装置において、そのライン像発生装置を、レーザ光源、直線型空間光変調器及び投射レンズから構成する。直線型空間光変調器は、レーザ光源にて発生した照射ビームを変調することによって、その照射ビームの一部次数の回折成分を変調ライン像として出射し、投射レンズはこの変調ライン像をライン像走査器へと送る。その光像が湾曲表示面の曲率中心付近に位置することとなるよう配置されたライン像走査器は、変調光ビームによる走査を繰り返すことで湾曲表示面上に二次元画像を形成する。

Description

本発明は投射（プロジェクション）装置、特に走査型ライン像源から湾曲スクリーン上への投射装置に関する。

その表示視野が広い表示装置即ち広視野表示装置は、とりわけフライトシミュレーションやエンターテインメントに関連する業界から、強く注視、期待されている。特に、従来のＣＲＴ（陰極線管）型表示技術においては、画像表示空間が寸法的にも形状的にも限られており、一般に平坦で方形の表示面にしか画像を表示させることができなかったため、広視野表示装置に対してはその種の限界・制約を克服することが求められ、それを実現するための作戦が様々に練られている。そのうちの一つに、複数個の投射面をタイル状に敷き詰める一方、各投射面に対応して合計複数個の投射装置（プロジェクタ）を設け、各投射装置から対応する投射面へと画像を分担して投射することにより、パノラマ画像を表示させる、というものがある。こうした手法により広視野表示を実現したタイル式表示システムとしては、例えば、特許文献１に記載の背面投射型ファセットドームや、特許文献２に記載のドデカヘドラルイメージングシステムがある。また、これらとは異なり複数個の投射装置から単一の湾曲スクリーン上に画像を投射して広視野表示を実現するシステムもあり、その種のシステムは例えば特許文献３や特許文献４に記載されている。なお、特許文献１は１９９３年１月１２日付でＬｏｂａｎｅｔａｌ．に付与された「背面投射型ファセットドーム」と題する米国特許であり、特許文献２は１９９１年６月１１日付でＭｃＣｕｔｃｈｅｎに付与された「ドデカヘドラルイメージングシステム用の方法及び装置」と題する米国特許であり、特許文献３は２０００年３月２８日付でＢｌａｃｋｈａｍｅｔａｌ．に付与された「広視野表示用投射型画像表示システム」と題する米国特許であり、特許文献４は１９９６年１０月１５日付でＹｏｕｎｇに付与された「シミュレーション用表示システム」と題する米国特許である。

広く認識されているように、複数個の投射装置を用いる手法には、コストが高くつくことや、それら複数個の投射装置から投射される画像同士を同期させるのにかなり苦労することを素因とした、大きな問題がいくつかある。タイル式表示装置におけるそれらの問題のうちとりわけ重大なのは、タイル同士が必ずしも同一ではないこと、従ってタイル同士で輝度、コントラスト及び色再現性を均一にすることが難しいことである。更に、この問題と関連する問題として、タイルとタイルの境目を表示画面上から看取できないようにする（或いは目立たないようにする）ことが難しいという問題がある。実際のところ、隣り合うタイル間で画質に境目がなくスムースにつながるようにすることは非常に難しいのであり、そのため、例えばフライトシミュレータ用平行光化表示装置等のように複数個のタイル（セグメント）に亘り画質が均一であることが非常に重要視される分野においては、タイル間の画質差をなくし更にその状態を維持することに多大なコスト及び努力が払われているというのが、現状である。これらのことから明らかなように、タイル式広視野表示装置によりシミュレーションシステムを構成するという従来のやり方は面倒で高くつくものであり、それでいて得られる画質は期待以下、画像の輝度は低輝度、解像度は理想値よりかなり低解像度、となっていた。

ディジタル画像技術の進歩につれ、十分な輝度及びより高い解像度で画像を広視野表示できるようにすることが、ますます強く期待されるに至っている。また、看者（オペレータ）の周りを（全部ではないが）囲んでパノラマ画像を表示させ、広視野表示の利点を可能な限り享受できるようにすることの重要性が、認識されるに至っている。更に、大画面シミュレーションや大画面エンターテインメント等の用途に加え、現状では従来型ウィンドウ表示手法が用いられているデスクトップコンピュータワークステーション環境においても、その使用性を高めるのに広視野表示装置が有用であると認識され、その実現が求められるに至っている。広視野表示装置を使用できる分野は数多くあるが、なかでもＣＡＤソフトウェアの操作や制御システムによるモニタリング等の質を改善するには、広視野表示装置を用いるのが有効であろう。このように広視野表示装置は広範な用途で用い得るものであるが、実際には、そのサイズ、価格、画質、画像解像度及び輝度に難点があり、普及が妨げられているのが現状である。

他方、一次元空間光変調器（直線型空間光変調器）の一種であるところのリニアアレイは本質的に優れた画像処理手段、画像形成手段であると見込まれている。特に、リニアアレイを利用することによって、高解像度、高輝度、低価格を実現することができ、またレーザ光源をこれと併用すれば必要な照射光学系を簡略な構成で実現することができる、と見込まれている。画像形成に属する大抵の用途では、反射型ＬＣＤ、透過型ＬＣＤ、ＤＭＤ(Digital Micromirror Device)等の二次元空間光変調器よりもリニアアレイの方が、レーザ光用の変調器に適しているといえる。例えば特許文献５に記載のＧＬＶ(Grating Light Valve)リニアアレイは、レーザ光源を用いた高輝度画像形成をうまく実現できそうな初期型リニアアレイの一種と見込まれている。また、つい最近発表されたばかりでありまだ初期実験段階にあるが、特許文献６に記載の可撓性マイクロミラーリニアアレイも、リニアアレイの一種である。特許文献６の明細書に雛型として記載されている可撓性マイクロミラーリニアアレイは、一列に並べた反射性マイクロブリッジを個別にスイッチングして光を変調しライン像を形成する構成を有している。なお、特許文献５は１９９４年５月１０日付でＢｌｏｏｍｅｔａｌ．に付与された「光ビーム変調方法及び装置」と題する米国特許であり、特許文献６はＷｅｌｃｈｅｔａｌ．を発明者とし「ビデオプロジェクタ及びそれ用の光バルブ」と題する発明を開示しており２００３年３月１３日付で出願公開された米国特許出願に係る文献である。

また、先頃、周期的に配列された中間支持体により基板上方に複数個のリボン素子を懸架した構成を有する電気機械式コンフォーマル格子デバイスが、特許文献７によって発表された。この電気機械式コンフォーマル格子デバイスは、そのリボン素子がその下の支持構造物に対しコンフォーマルに動きそれにより格子が形成されるよう、静電力により駆動される。特許文献７にて発表されたデバイスは、今や、多数の魅力的且つ特徴的な構成を有するコンフォーマルＧＥＭＳ(Grating ElectroMechanical System)デバイスとして、知られるに至っている。特に、コンフォーマルＧＥＭＳデバイスによれば、高コントラスト及び高効率で高速ディジタル光変調を実行できる。更に、複数個のコンフォーマルＧＥＭＳデバイスを構成要素として用いることによって、その能動領域（活性領域）がかなり広く且つアレイ方向に対して直交する方向に沿い格子配列が形成されたリニアＧＥＭＳデバイスアレイを実現することができ、このようにアレイ方向に対して直交する方向に沿い格子配列を形成することによって、回折された光ビームをリニアアレイのごく近傍で空間分離し光学系のほぼ全体を通してその空間分離状態を維持することができる。また、ＧＥＭＳデバイスをレーザ光源と併用することで、非常に高い輝度、速度及びコントラストを実現することができる。なお、特許文献７は２００１年１０月２３日付でＫｏｗａｒｚに付与された「コンフォーマル格子デバイスを有する空間光変調器」と題する米国特許である。

なお、特許文献８には、ＧＥＭＳデバイスを用いた画像形成システムの印刷向け実施形態及び表示向け実施形態が多数示されている。また、ＧＬＶデバイスや可撓性マイクロミラーリニアアレイと同じく、ＧＥＭＳデバイスがいちどきに変調できる色の個数や画像ラインの本数は１に限られている。特許文献８は２００２年６月２５日付でＫｏｗａｒｚｅｔａｌ．に付与された「光ビームが空間分離される電気機械格子表示システム」と題する米国特許である。

また、画像表示面が概ね円筒状に湾曲している場合、モノセントリック投射（単一点を中心とする投射）が有益であることは自明であるが、略円筒状表示スクリーン上へのモノセントリック投射における理想的投射位置はまた推奨看者位置でもある。投射位置と看者位置の重複というこの問題を回避するには例えば投射光軸を看者位置からずらしたオフアクシス型の構成を用いればよいが、オフアクシス型の投射システムは、視野拡大が求められる場合はとりわけ、かなり複雑な構成となりかなり高価なシステムとなるであろう。

米国特許第５１７９４４０号明細書米国特許第５０２３７２５号明細書米国特許第６０４２２３８号明細書米国特許第５５６６３７０号明細書米国特許第５３１１３６０号明細書米国特許出願公開第２００３／００４８３９０号明細書米国特許第６３０７６６３号明細書米国特許第６４１１４２５号明細書米国特許第６５１１１８２号明細書米国特許第６３２３９８４号明細書欧州特許出願公開第０２１１５９６号明細書米国特許出願公開第２００３／１８４５３１号明細書米国特許出願公開第２００３／１８４２１０号明細書

以上述べた通り従来のやり方には様々な問題がある。そのため、そうした問題のない広視野画像表示装置を実現することが特に有益であると考えられている。従来のＣＲＴ型表示装置における“箱”的な制約に縛られておらず、湾曲表示面上に画像を表示できる広視野表示装置によれば、より無欠に近く柔軟性のある環境を実現し、表示画面を拡げ、そして看者サラウンド型表示環境のシミュレーション、ワークステーション、制御モニタリング、エンターテインメント等への適合性を高めることができよう。

なお、ここでいう湾曲表示面に該当するのは、その用途を問わず看者が直接見ることができる表示面例えば前面投射スクリーンや背面投射スクリーンだけでなく、看者が直接見ることができない表示面も該当する。後者の例はシミュレーション環境にて用いられる湾曲表示面、即ち特許文献３（Ｂｌａｃｋｈａｍｅｔａｌ．）等に記載の通り湾曲鏡方向に向けて中間像を表示するための湾曲表示面である。その場合、看者が直接見ることができるのは、中間像を湾曲鏡によって平行光化した虚像である。

このように、その視野が非常に広く、その解像度が高く、視野全体に亘りその画質が均一で、更にその輝度が高い画像を湾曲表示面上に表示させることができる経済的な表示装置が、求められていることが理解できよう。

本発明の目的の一つは広視野高輝度表示装置を実現することにある。この目的を達成するため、本発明に係る表示装置は、（ａ）レーザ光源及び直線型空間光変調器を有しそのレーザ光源にて発生させた照射ビームをその直線型空間光変調器にて変調させることにより変調光ビームを生成するラインオブジェクト発生装置と、（ｂ）変調光ビームにより湾曲表示面上にライン像を形成する動作をライン像走査器が走査方向に沿い繰り返すことで湾曲表示面上に二次元画像が形成即ち表示されるよう、ライン像走査器に変調光ビームを送る投射レンズと、を備え、更に、その光像位置が湾曲表示面の曲率中心付近になるようライン像走査器を配置したものである。

このように、本発明によれば、特徴的なことに、いちどきに１本ずつ形成される変調ライン像を走査方向に沿って順次形成する手法により湾曲表示面上に画像を表示させ、それによって広視野表示を実現することができる。この画像発生のために使用する装置は１個でよい。また、本発明によれば、その光学系をモノセントリックでしかも湾曲表示面の看取に邪魔にならない構成とすることができるため、湾曲表示面の看取を妨げずにモノセントリック投射の長所を享受する（例えば歪を最小限に抑える）ことができる。また、その走査器はミラーによって実現できる。その場合、その走査ミラーは、看者にとり邪魔にならないよう、しかも看者の目の高さに近い高さに光像を形成することができるよう、配置する。

本発明によれば、高解像度、高輝度レベルの表示装置を実現できる。

本発明によれば、更に、従来の広視野画像形成システムに比べてその色域を改善することができる。

本発明によれば、更に、前面投射スクリーン上に湾曲画像を表示させる装置としても背面投射スクリーン上に湾曲画像を表示させる装置としても構成することができる。

以下、本発明の実施形態について、別紙図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明を読解することによって、本件技術分野における習熟者（いわゆる当業者）であれば、既に説明したものもそれ以外のものも含め、本発明の目的、構成及び効果についてより仔細に理解することができよう。理解を容易にするため、各図中、同様の部材乃至要素については可能な限り同一の参照符号を付してある。更に、本願においては、本発明に係る装置の構成要素やそれら構成要素間の直接の連携及び関係に注視して説明を行うこととする。本願中で詳細に図示又は説明していない構成要素については、当業者に知られている範囲内で様々な形態を採り得ることを、理解されたい。

卓上実施形態
図１に、本発明の卓上実施形態に係る表示装置１０の斜視外観を示す。図中、看者１４は湾曲表示面１２の前に着席している。この湾曲表示面１２上に二次元画像を表示させるため、画像発生システム２０は、ラインＬをいちどきに１本ずつ表示させる動作を、走査方向Ｓに沿って湾曲表示面１２の全体に亘り次々と繰り返す（湾曲表示面１２を走査する）。また、湾曲表示面１２の曲率中心Ｃは推奨看者位置とほぼ同じ位置にある。

図２に斜視的にまた図３に上方から示すように、投射用ライン像走査器４０の理想的空間位置は湾曲表示面１２の曲率中心Ｃである。即ち、ライン像走査器４０の中心位置を曲率中心Ｃに置くことによって、ラインＬの投射、走査によって表示される画像における歪が抑えられる。しかしながら、図３に示すように、ライン像走査器４０の理想的位置は看者１４の最適位置と一致している。看者１４と画像発生システム２０が同一の空間位置を占めることはできないため、何らかのかたちで光路を適合化する必要がある。

図４に斜視的にまた図５に模式的に、本発明の一実施形態における画像発生システム２０の光学系の主要構成要素の位置関係を示す。図中、ラインオブジェクト発生装置７０は照射用の光学部品及び変調用の光学部品を備える装置であり、湾曲表示面１２上に投射したいラインオブジェクト４２を、制御ロジックプロセッサ３０から与えられる画像データ及びコマンドに従い発生させる。即ち、そのレーザ光源５２から出射した光は、１枚又は複数枚のレンズ５４によりビーム整形され、レーザ照射ビームＩとして電気機械格子光変調器６０に送られ、この電気機械格子光変調器６０によって変調される。電気機械格子光変調器６０は、ＧＥＭＳデバイス、ＧＬＶデバイス、マイクロミラーリニアアレイ等である。また、遮光素子６４は、不要な０次反射光の投射を防ぐことができるように、構成、配置されている。ＧＥＭＳデバイスにより変調を行わせる形態で実施する場合、レーザ照射ビームＩの各次成分光のうち少なくとも一種類の回折成分（反射を含め回折と呼ぶ；以下同様）によってラインオブジェクト４２が形成され、このラインオブジェクト４２を含む変調光ビームＭが、投射レンズ５６更にはライン像走査器４０へと送られる。ライン像走査器４０は、走査素子５０と、ライン像走査器４０の光像４０’を形成する機能を有する光路転向鏡５８とを、備えている。即ち、光路転向鏡５８は、湾曲表示面１２の曲率中心Ｃ付近を中心として、即ちライン像走査器４０が実際には存在していない位置に、ライン像走査器４０の光像４０’を形成する。このような構成を採ることによって、有益にも、画像発生システム２０の構成要素を看者１４がまさに存在している位置から引き離すこと、即ち看者１４が自分の頭を置くことができる位置を確保することができる。それでいて、光学的には、湾曲表示面１２上の画像はモノセントリックになる。

理解できるように、図４に示した構成の各所各所を本発明の思想範囲内で様々に変形することが可能である。例えば図４には、遮光素子６４を設けたラインオブジェクト発生装置７０が典型例として示されている。この遮光素子６４は、レーザ光源５２からのレーザ照射ビームＩを電気機械格子光変調器６０に送る機能だけでなく、変調光ビームＭの成分のうち電気機械格子光変調器６０の表面からの不要０次反射光を阻止する空間フィルタ機能をも担っている。しかしながら、こうした構成に代えて、レーザ光源５２からの光を電気機械格子光変調器６０の表面に斜め方向から入射する構成を採ることもできる。そうした構成においては、０次反射光が絞られ実質的に投射されなくなる。即ち、この構成においては絞りが一種の空間フィルタとして機能する。

図５に示す如き構成、即ちレーザ光源５２からのレーザ照射ビームＩを電気機械格子光変調器６０に斜め方向から入射する構成においては、変調光ビームＭ中の所望光成分を選択的に透過させると共に不要光成分を阻止する空間フィルタ４４を設ける。電気機械格子光変調器６０の種別に応じ、空間フィルタ４４は、
（ｉ）スリット乃至開口
（ｉｉ）図４中の遮光素子６４と同様の用いられ方の遮光素子
の何れかの形態とする。

複数個のＧＥＭＳデバイスを用い変調を行う場合、一般に、変調光ビームＭ中の非０次回折光を選択的に透過させ０次反射光を阻止・抑圧すればコントラストが高まるので、コントラストを最良にしたければ、空間フィルタ４４として遮光素子を用い電気機械格子光変調器６０からの０次反射光を阻止する構成とする。これに対して、同じＧＥＭＳデバイス群を用いる場合であっても、０次反射光を選択的に透過させ各次回折光を阻止・抑圧すれば輝度が高まり且つ全体構成が簡略でコンパクトなものになる。そのため、空間フィルタ４４の構成を決定する際には、コントラストを最適化するのか表示輝度その他の設計要素を最適化するのかというトレードオフ関係を考慮して、変調光ビームＭ中の０次反射光を阻止するのかそれとも非０次回折光を阻止するのかを決定する。

また、フルカラー画像表示を実現したければ、図４中や図５に示した構成に更に構成要素を付加すればよい。レッド、グリーン、ブルー（ＲＧＢ）その他各種の色成分を組み合わせる手法については、本願出願人にその特許を受ける権利が譲渡されておりこの参照を以てその全内容が本願に繰り入れられるところの前掲の特許文献８に、詳細な記載がある。

図４に典型例として示したように、走査素子５０としてはライン像走査器４０を用いることができ、またその走査素子５０としてはモータを駆動源とするガルバノメータミラー、回転多面体鏡等、ラインＬ１，Ｌ２，…Ｌｎを順次形成（走査）することで二次元画像を形成する適当な走査デバイスを用いることができる。また、走査素子５０は回転型とすることも往復運動型とすることもできる。

図４及び図５に示したように、ラインオブジェクト発生装置７０が発生させたラインオブジェクト４２を投射しライン像走査器４０上にラインオブジェクト４２の像を形成する投射レンズ５６の視野（フィールド）は、約半分しか用いられていない。このような構成とすることによって、ラインＬ走査時に発生する画像歪を抑えると共に、画像発生システム２０を投射光路から空間的に分離して画像発生システム２０の構成要素が光投射の邪魔にもまた視野寸法狭搾要因にもならないようにすることができる。即ち、図５に側方から示したように画像発生システム２０の構成要素をオフアクシス配置すれば、それらが投射光路を遮るようなことはなくなる。このオフアクシス配置下でラインオブジェクト４２が形成される空間位置は、投射レンズ５６の光軸Ｏからややずれた位置でしかも投射レンズ５６から見てその焦点ｆを幾分過ぎた位置である。ライン像走査器４０を構成する走査素子５０もまた光軸Ｏからずれた位置にあり、入射してくる光を光路転向鏡５８に斜め方向から入射するように送り出している。このような構成を採る結果として、有益なことに、看者１４が曲率中心Ｃ又はその付近にいてもかまわなくなり、しかも画像発生システム２０の光学的構成要素により投射光路が遮られるのを防ぐことができる。

また、本表示装置１０で使用している照射ビームＩはレーザ光であるため、広い色域での表示が可能である。湾曲表示面１２の湾曲は概ね円筒状とすることができるため、光学部品をかくの如く配置することによりモノセントリックな画像表示を実施でき、それにより画像を低歪化することができる。

また、図１及び図４に示した例では画像発生システム２０の空間位置が看者１４の目の高さより高いが、各光学的構成要素の配置を適宜変更すれば、そうした位置に代え例えば図１中に破線で示されている卓上位置Ｄ付近等、卓面の高さ又はそれより低い位置に画像発生システム２０を配置することもできる。卓上型の構成の利点は、例えば、表示装置１０の可搬性が向上することにある。また、画像発生システム２０は、看者１４から見てキーボード又はコンソールの一部分に見えるように、或いはキーボード又はコンソールの背面に隠れる位置に、実装することもできる。

更に、光路転向鏡５８を僅かに湾曲させることにより、画像発生システム２０をよりコンパクトにすることもできる。例えば図５中の光路転向鏡５８の反射面を凸面とすれば、ライン像走査器像４０’の位置が実質的に湾曲表示面１２側にシフトしライン像走査器像４０’の相対寸法が小さくなる。逆に、光路転向鏡５８の反射面を凹面にすれば、ライン像走査器像４０’の位置が実質的に湾曲表示面１２から更に遠方にシフトしライン像走査器像４０’の相対寸法が大きくなる。

走査素子５０の配置場所として好ましいのは投射レンズ５６のフーリエ面である。そうした場合、変調光ビームＭのサイズが最小になるため、走査素子５０の必要寸法が小さくなる。

背面投射実施形態群
図６にその斜視外観をまた図７にその模式的構成を示すように、本発明の表示装置１０には、広告表示装置や美術観賞用表示装置等として用いられる背面投射スクリーン２２上に画像を投射する実施形態がある。こうした背面投射実施形態においては、看者１４の理想的看取位置と画像発生システム２０の理想的配置との間に空間的抵触乃至競合が生じることはない。即ち、図１及び図４に示した卓上実施形態では空間的配置に本質的制約があったが、図６及び図７に示す背面投射実施形態ではライン像走査器４０を背面投射スクリーン２２の曲率中心Ｃに実際に配置することができる。しかしながら、画像発生システム２０をオフアクシス配置することは、図７に示す通り背面投射実施形態でも有益である。図４及び図５に関し先に示した同様の注記から明らかなように、走査される光の投射光路が画像発生システム２０の構成要素によって遮られるようなことは、オフアクシス配置によってなくすことができる。こうした構成を採ることによって、更に、次々と投射されるラインＬに歪が現れなくなり、広視野スクリーン全体に亘って良好な合焦状態を得ることができる。

図４に示した構成と対照的なことに、図６及び図７に示すラインオブジェクト発生装置７０においては、レーザ光源５２からのレーザ照明ビームＩを斜めに入射する構成を採ると共に、不要次数回折光を阻止するため空間フィルタ４４が設けられている。先に注記したように、個別の実施機会に空間フィルタ４４の種類を選ぶに際しては、輝度、コントラスト、コンパクトさといった要因を考慮して設計検討を行う。また、図６においては、レーザ光源５２及び電気機械格子光変調器６０を実質的に同じ水平面上に配置し、且つ、レーザ光源５２からのレーザ照射ビームＩを横方向に斜めの（横に傾いた）方向から入射している。こうした構成に代えて、レーザ光源５２及び電気機械格子光変調器６０を実質的に同じ鉛直面上に配置し、レーザ光源５２からのレーザ照射ビームＩが電気機械格子光変調器６０に入射する方向を電気機械格子光変調器６０に対して縦方向に斜めの（縦に傾いた）方向としてもよい。更に或いは、図７に示すように、レーザ光源５２からのレーザ照射ビームＩの入射方向を縦横双方向に斜めの（縦横双方に傾いた）方向としてもよい。図７に示すように入射方向を縦横双方に傾けた構成では、電気機械格子光変調器６０に発する回折光路をラインオブジェクト発生装置７０の光学的構成要素が遮ることはない。念のために注記しておくと、これら縦、横、その双方という基本的な三種類の傾け方の何れに従いレーザ照射ビームＩを傾けた場合でも、必要な光路適合化措置を執りさえすれば、表示装置１０を前面投射型にも背面投射型にもすることができる。

このように斜め入射及び光学系オフアクシス配置という手法を採用することによって、表示装置１０の視野角を３６０°近くまで拡げることができる。特に、縦方向斜め入射又は縦横双方向斜め入射の場合、例えば回転二面体(rotating bigon)鏡を走査素子５０として用いることによって、前面投射実施形態でも背面投射実施形態でもほぼ３６０°の範囲に亘り投射することができる。

平行光化表示装置実施形態
図８に示すように、本発明は、画像発生システム２０を用いた平行光化表示装置８０として実施することができる。この平行光化表示装置８０は、湾曲鏡２４の合焦面付近に配置した背面投射スクリーン２２上への投射によって中間像を形成し、その中間像を湾曲鏡２４によって平行光化する構成であり、典型的にはシミュレーション環境における表示装置として好適に使用できる。平行光化表示装置８０という形態で広視野表示を実現する場合も、先に説明したように、投射光路が遮られることがない画像発生システム２０が得られることから、図７に示したオフアクシス配置とするのが有益である。また、光学系をモノセントリックにしてその利点を享受するには、背面投射スクリーン２２の曲率中心Ｃを湾曲鏡２４の曲率中心と厳密に一致させ、或いは少なくとも近接させればよい。

とりわけ図４及び図６に示したように、本発明を実施する際には投射レンズ５６の約半分しか使用しなくてもよいので、ラインオブジェクト発生装置７０の構成をある程度工夫することにより、投射レンズ５６の一部を省略してコスト及びサイズを低減することができる。

以上、好適な実施形態のうち特定のものを参照することによって本発明を詳細に説明したが、いわゆる当業者であれば本発明の技術的範囲を逸脱することなくそれらに様々な変形や改良を施すことができるであろう。勿論、そうした変形や改良を施したものも、先にも述べた通りまた別紙特許請求の範囲の記載に従い、本発明の技術的範囲に包含されるものと理解されたい。例えば、ラインオブジェクト発生装置７０にて使用する直線型空間光変調器は適当なものである限りどのような種類のものとすることもできる。例えばＧＥＭＳデバイス、ＧＬＶデバイス、マイクロミラーリニアアレイ等、ラインオブジェクト４２を形成できる光学要素を、画像形成分野で周知の改変を施し他の構成要素と併用できるようにした上で、使用すればよい。

また、湾曲表示面１２の曲率中心Ｃ又はその付近にその光像が位置することとなるようライン像走査器４０を配置してあるため、表示装置１０によって広視野表示される画像の合焦状態及び歪は、その視野全体に亘り十分許容できる範囲内に収まる。実験結果によれば、現実の曲率中心Ｃに対するライン像走査器４０の位置関係については、ある程度の公差内であれば誤差も許容できる。なお、本発明に係る装置及び方法において、湾曲表示面１２の曲率中心Ｃ「付近」に光像がある、とは、例えば、曲率中心Ｃの実際の位置から湾曲表示面１２までの半径長の約３０％以内の距離内にある、という意味と考えてもよい。

図１〜図８を参照して上述した実施形態群においては、湾曲表示面１２が円筒状又は球面状の湾曲面であるとしていたが、本発明の技術的範囲を逸脱しない限り、非球面も含め様々な湾曲の仕方が許される。また、厳密には円筒状又は球面状となっていない湾曲表示面１２でも、曲率中心Ｃの位置を特定し、その位置を基準としてライン像走査器４０の位置を決定することができる。例えば、曲率半径についての最良近似を行い、曲率中心位置を近似導出すればよい。

このように、本発明によれば、走査型ライン像源から湾曲スクリーンへの投射によって広視野を実現する装置及び方法が得られる。

本発明の卓上装置実施形態を示す斜視図である。理想的走査器位置を示す横方向からの斜視図である。看者着座位置と理想的走査画像位置の関係を示す頂面図である。本発明の一実施形態における光学系構成要素と看者との関係を斜視図的に示すブロック図である。図４に示した実施形態における光学系構成要素オフアクシス配置を示す側面図である。本発明の背面投射実施形態における光学系構成要素を斜視図的に示すブロック図である。図６に示した実施形態における光学系構成要素オフアクシス配置を示す側面図である。本発明の背面投射平行光化画像表示実施形態を示す模式図である。

符号の説明

１０表示装置、１２湾曲表示面、１４看者、２０画像発生システム、２２背面投射スクリーン、２４湾曲鏡、３０制御ロジックプロセッサ、４０ライン像走査器、４０’ ライン像走査器像、４２ラインオブジェクト、４４空間フィルタ、５０走査素子、５２レーザ光源、５４レンズ、５６投射レンズ、５８光路転向鏡、６０電気機械格子光変調器、６４遮光素子、７０ラインオブジェクト発生装置、８０平行光化表示装置。

Claims

（ａ）レーザ光源及び直線型空間光変調器を有しそのレーザ光源にて発生させた照射ビームをその直線型空間光変調器にて変調させることにより変調光ビームを生成するラインオブジェクト発生装置と、
（ｂ）変調光ビームにより湾曲表示面上にライン像を形成する動作をライン像走査器が走査方向に沿い繰り返すことでその湾曲表示面上に二次元画像が形成即ち表示されることとなるよう、ライン像走査器に変調光ビームを送る投射レンズと、
を備え、その光像位置が湾曲表示面の曲率中心付近になるようライン像走査器が配置された表示装置。
請求項１記載の表示装置であって、上記ラインオブジェクト発生装置の位置が看者の目の高さより高い表示装置。
請求項１記載の表示装置であって、上記ラインオブジェクト発生装置の位置が看者の目の高さより低い表示装置。
請求項１記載の表示装置であって、上記湾曲表示面が背面投射スクリーンである表示装置。
請求項１記載の表示装置であって、上記直線型空間光変調器がＧＥＭＳデバイスアレイを有する表示装置。
請求項１記載の表示装置であって、上記直線型空間光変調器がＧＬＶデバイスを有する表示装置。
請求項１記載の表示装置であって、上記直線型空間光変調器がマイクロミラーリニアアレイを有する表示装置。
請求項１記載の表示装置であって、照射ビームの一部次数の回折成分を上記直線型空間光変調器から変調光ビームとして出射する表示装置。
請求項８記載の表示装置であって、更に、照射ビームの一部次数の回折成分を変調光ビームとして透過させる手段として空間フィルタを備える表示装置。
請求項９記載の表示装置であって、上記空間フィルタが上記直線型空間光変調器からの０次反射光を阻止する表示装置。
請求項９記載の表示装置であって、上記空間フィルタが上記直線型空間光変調器からの非０次回折光を阻止する表示装置。
請求項１記載の表示装置であって、上記直線型空間光変調器が上記投射レンズの光軸からずれた位置にある表示装置。
請求項１記載の表示装置であって、上記直線型空間光変調器に対し縦に傾いた方向から照射ビームが入射されるように上記レーザ光源から照射ビームを出射する表示装置。
請求項１記載の表示装置であって、上記直線型空間光変調器に対し縦横双方に傾いた方向から照射ビームが入射されるように上記レーザ光源から照射ビームを出射する表示装置。
請求項１記載の表示装置であって、上記ライン像走査器が光路転向鏡を有する表示装置。
請求項１５記載の表示装置であって、上記光路転向鏡が湾曲鏡である表示装置。
請求項１記載の表示装置であって、上記ライン像走査器がガルバノメータミラーを有する表示装置。
請求項１記載の表示装置であって、上記ライン像走査器が回転多面体鏡を有する表示装置。
請求項１記載の表示装置であって、上記ライン像走査器が回転二面体鏡を有する表示装置。
請求項１記載の表示装置であって、上記ライン像走査器が往復運動型である表示装置。
請求項１記載の表示装置であって、湾曲表示面の曲率中心から上記ライン像走査器の光像までの距離が、湾曲表示面の曲率半径の約３０％以内である表示装置。
請求項１記載の表示装置であって、湾曲表示面を円筒面又は球面に最良近似したときの中心を以て湾曲表示面の曲率中心とした表示装置。
請求項１記載の表示装置であって、湾曲表示面が円筒面である表示装置。
請求項１記載の表示装置であって、湾曲表示面が球面である表示装置。
（ａ）中間像を概ね平行光化し看者向けの虚像として表示する湾曲鏡と、
（ｂ）上記湾曲鏡により平行光化される中間像がその上に形成されるよう、当該湾曲鏡の合焦面付近に配置され且つその曲率中心が当該湾曲鏡の曲率中心付近に配置された湾曲表示面と、
（ｃ）上記湾曲表示面上に中間像を形成する画像発生システムと、
を備え、上記画像発生システムが、
（ｃ１）レーザ光源及び直線型空間光変調器を有しそのレーザ光源にて発生させた照射ビームをその直線型空間光変調器にて変調させることにより変調光ビームを発生させるラインオブジェクト発生装置と、
（ｃ２）変調光ビームにより当該湾曲表示面上にライン像を形成する動作をライン像走査器が走査方向に沿い繰り返すことで中間像たる二次元画像が形成されることとなるよう、ライン像走査器に変調光ビームを送る投射レンズと、
を有し、その光像位置が上記湾曲表示面の曲率中心付近になるようライン像走査器が配置された表示装置。
請求項２５記載の表示装置であって、上記直線型空間光変調器がＧＥＭＳデバイスアレイを有する表示装置。
請求項２５記載の表示装置であって、上記直線型空間光変調器がＧＬＶデバイスを有する表示装置。
請求項２５記載の表示装置であって、上記直線型空間光変調器がマイクロミラーリニアアレイを有する表示装置。
請求項２５記載の表示装置であって、照射ビームの一部次数の回折成分を上記直線型空間光変調器から変調光ビームとして出射させ変調ライン像を形成させる表示装置。
請求項２９記載の表示装置であって、更に、照射ビームの一部次数の回折成分を変調光ビームとして透過させる手段として空間フィルタを備える表示装置。
請求項３０記載の表示装置であって、上記空間フィルタが、上記直線型空間光変調器からの０次反射光を阻止する表示装置。
請求項３０記載の表示装置であって、上記空間フィルタが、上記直線型空間光変調器からの非０次回折光を阻止する表示装置。
請求項２５記載の表示装置であって、上記直線型空間光変調器が上記投射レンズの光軸からずれた位置にある表示装置。
請求項２５記載の表示装置であって、上記直線型空間光変調器に対し縦に傾いた方向から照射ビームが入射されるよう上記レーザ光源が照射ビームを出射する表示装置。
請求項２５記載の表示装置であって、上記直線型空間光変調器に対し縦横双方に傾いた方向から照射ビームが入射されるよう上記レーザ光源が照射ビームを出射する表示装置。
請求項２５記載の表示装置であって、上記ライン像走査器が光路転向鏡を有する表示装置。
請求項３６記載の表示装置であって、上記光路転向鏡が湾曲鏡である表示装置。
請求項２５記載の表示装置であって、上記ライン像走査器がガルバノメータミラーを有する表示装置。
請求項２５記載の表示装置であって、上記ライン像走査器が回転多面体鏡を有する表示装置。
請求項２５記載の表示装置であって、上記ライン像走査器が回転二面体鏡を有する表示装置。
請求項２５記載の表示装置であって、上記ライン像走査器が往復運動型である表示装置。
請求項２５記載の表示装置であって、上記湾曲表示面の曲率中心から上記ライン像走査器の光像までの距離が、当該湾曲表示面の曲率半径の約３０％以内である表示装置。
（ａ）そのレーザ光源により発生させた照射ビームを縦横双方に傾いた方向から直線型空間光変調器に入射しその直線型空間光変調器にてその照射ビームを変調して変調光ビームを発生させるラインオブジェクト発生装置と、
（ｂ）変調光ビームにより表示面上にライン像を形成する動作をライン像走査器が走査方向に沿い繰り返すことで表示面上に二次元画像が形成即ち表示されるよう、ライン像走査器に変調光ビームを送る投射レンズと、
を備える表示装置。
（ａ）そのレーザ光源により発生させた照射ビームを縦に傾いた方向から直線型空間光変調器の光軸に入射しその直線型空間光変調器にてその照射ビームを変調して変調光ビームを発生させるラインオブジェクト発生装置と、
（ｂ）変調光ビームにより表示面上にライン像を形成する動作をライン像走査器が走査方向に沿い繰り返すことで表示面上に二次元画像が形成即ち表示されるよう、ライン像走査器に変調光ビームを送る投射レンズと、
を備える表示装置。
請求項４３記載の表示装置であって、上記直線型空間光変調器が上記投射レンズの光軸からずれた位置にある表示装置。
請求項４４記載の表示装置であって、上記直線型空間光変調器が上記投射レンズの光軸からずれた位置にある表示装置。
請求項４３記載の表示装置であって、上記直線型空間光変調器がＧＥＭＳデバイスアレイを有する表示装置。
請求項４３記載の表示装置であって、上記直線型空間光変調器がＧＬＶデバイスを有する表示装置。
請求項４３記載の表示装置であって、上記直線型空間光変調器がマイクロミラーリニアアレイを有する表示装置。
請求項４３記載の表示装置であって、照射ビームの一部次数の回折成分を変調光ビームとして上記直線型空間光変調器から出射する表示装置。
請求項５０記載の表示装置であって、更に、照射ビームの一部次数の回折成分を変調光ビームとして透過させる手段として空間フィルタを備える表示装置。
請求項５１記載の表示装置であって、上記空間フィルタが、上記直線型空間光変調器からの０次反射光を阻止する表示装置。
請求項５１記載の表示装置であって、上記空間フィルタが、上記直線型空間光変調器からの非０次回折光を阻止する表示装置。
請求項４３記載の表示装置であって、上記ライン像走査器が光路転向鏡を有する表示装置。
請求項４４記載の表示装置であって、上記直線型空間光変調器がＧＥＭＳデバイスアレイを有する表示装置。
請求項４４記載の表示装置であって、上記直線型空間光変調器がＧＬＶデバイスを有する表示装置。
請求項４４記載の表示装置であって、上記直線型空間光変調器がマイクロミラーリニアアレイを有する表示装置。
請求項４４記載の表示装置であって、照射ビームの一部次数の回折成分を変調光ビームとして上記直線型空間光変調器から出射する表示装置。
請求項５８記載の表示装置であって、更に、照射ビームの一部次数の回折成分を変調光ビームとして選択的に透過させる手段として空間フィルタを備える表示装置。
請求項５９記載の表示装置であって、上記空間フィルタが、上記直線型空間光変調器からの０次反射光を阻止する表示装置。
請求項５９記載の表示装置であって、上記空間フィルタが、上記直線型空間光変調器からの非０次回折光を阻止する表示装置。
請求項４４記載の表示装置であって、上記ライン像走査器が光路転向鏡を有する表示装置。
（ａ）レーザ照射ビームを直線型空間光変調器に送り変調させることにより、直線型空間光変調器上にラインオブジェクトが形成されるよう変調光ビームを発生させるステップと、
（ｂ）その光像位置が湾曲表示面の曲率中心付近となるようライン像走査器を設けるステップと、
（ｃ）ライン像走査器方向への変調光ビーム投射により湾曲表示面上にライン像を形成する動作を走査方向に沿い繰り返すことによって、湾曲表示面上に二次元画像を表示させるステップと、
を有する湾曲表示面上画像表示方法。
請求項６３記載の湾曲表示面上画像表示方法であって、直線型空間光変調器に対し縦に傾いた方向からレーザ照射ビームを送る方法。
請求項６３記載の湾曲表示面上画像表示方法であって、直線型空間光変調器に対し縦横双方に傾いた方向からレーザ照射ビームを送る方法。
請求項６３記載の湾曲表示面上画像表示方法であって、変調光ビームの投射先たるライン像走査器がガルバノメータミラーを含む方法。
請求項６３記載の湾曲表示面上画像表示方法であって、変調光ビームの投射先たるライン像走査器が回転多面体鏡を含む方法。
請求項６３記載の湾曲表示面上画像表示方法であって、変調光ビームの投射先たるライン像走査器が回転二面体鏡を含む方法。
請求項６３記載の湾曲表示面上画像表示方法であって、レーザ照射ビームの送り先たる直線型空間光変調器がＧＥＭＳデバイスアレイを含む方法。
請求項６３記載の湾曲表示面上画像表示方法であって、レーザ照射ビームの送り先たる直線型空間光変調器がＧＬＶデバイスを含む方法。
請求項６３記載の湾曲表示面上画像表示方法であって、変調光ビームを発生させる際、直線型空間光変調器における変調光の一部次数の回折成分を阻止する方法。
請求項７１記載の湾曲表示面上画像表示方法であって、阻止されるのが０次反射光を含む成分である方法。
請求項６３記載の湾曲表示面上画像表示方法であって、ライン像走査器が回転型である方法。
請求項６３記載の湾曲表示面上画像表示方法であって、ライン像走査器が往復運動型である方法。
請求項６３記載の湾曲表示面上画像表示方法であって、湾曲表示面の曲率中心付近、とは、湾曲表示面の曲率中心からの距離が湾曲表示面の曲率半径の約３０％以内、のことである方法。
（ａ）レーザ照射ビームを変調することにより、投射レンズの光軸からずれた位置に変調ラインオブジェクトを発生させるステップと、
（ｂ）その光像位置が湾曲表示面の曲率中心付近にあるライン像走査器に向け投射レンズを介し変調ラインオブジェクトの画像を投射するステップと、
を有する湾曲表示面上画像表示方法。
請求項７６記載の湾曲表示面上画像表示方法であって、ライン像走査器が投射レンズの光軸からずれた位置にある方法。
請求項７６記載の湾曲表示面上画像表示方法であって、ＧＥＭＳデバイスアレイを使用してレーザ照射ビームを変調する方法。
請求項７６記載の湾曲表示面上画像表示方法であって、ＧＬＶデバイスを使用してレーザ照射ビームを変調する方法。
請求項７６記載の湾曲表示面上画像表示方法であって、マイクロミラーリニアアレイを使用してレーザ照射ビームを変調する方法。
請求項７６記載の湾曲表示面上画像表示方法であって、変調ラインオブジェクトの画像を投射する際、レーザ照射ビームの一部次数の回折成分を阻止する方法。
請求項７６記載の湾曲表示面上画像表示方法であって、変調するレーザ照射ビームを縦に傾いた方向から入射する方法。
請求項７６記載の湾曲表示面上画像表示方法であって、変調するレーザ照射ビームを縦横双方に傾いた方向から入射する方法。
請求項７６記載の湾曲表示面上画像表示方法であって、ライン像走査器が回転型である方法。
請求項７６記載の湾曲表示面上画像表示方法であって、ライン像走査器が往復運動型である方法。
請求項７６記載の湾曲表示面上画像表示方法であって、湾曲表示面の曲率中心からライン像走査器の光像までの距離が、湾曲表示面の曲率半径の約３０％以内である方法。
（ａ）縦横双方に傾いた方向から照射ビームを直線型空間光変調器に入射しその直線型空間光変調器によりその照射ビームを変調させて変調光ビームを形成するステップと、
（ｂ）ライン像走査器への変調光ビーム投射により表示面上にライン像を形成させる動作を走査方向に沿い繰り返すことによって、表示面上に二次元画像を形成即ち表示させるステップと、
を有する表示面上二次元画像表示方法。
（ａ）縦に傾いた方向から照射ビームを直線型空間光変調器に入射しその直線型空間光変調器によりその照射ビームを変調させて変調光ビームを形成するステップと、
（ｂ）ライン像走査器への変調光ビーム投射により表示面上にライン像を形成させる動作を走査方向に沿い繰り返すことによって、表示面上に二次元画像を形成即ち表示させるステップと、
を有する表示面上二次元画像表示方法。