JP2813461B2 - 画像ディスプレイシステム - Google Patents

画像ディスプレイシステム

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JP2813461B2 JP5502786A JP50278693A JP2813461B2 JP 2813461 B2 JP2813461 B2 JP 2813461B2 JP 5502786 A JP5502786 A JP 5502786A JP 50278693 A JP50278693 A JP 50278693A JP 2813461 B2 JP2813461 B2 JP 2813461B2
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  • Projection Apparatus (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は画像ディスプレイシステム、特に観察者に無
限遠に近い遠距離の画像を投影する画像ディスプレイシ
ステムに関する。
［発明の背景技術］ 画像を表示する画像ディスプレイシステムは多数の目
的に使用されている。テレビジョンスクリーン又はコン
ピュータディスプレイとして使用される陰極線管のよう
に画像は直接表示され直視されることが多い。陰極線管
の画像の観察に関係する問題は、観察者がディスプレイ
装置のスクリーンからの放射を浴びることである。この
放射は低レベルの放射であるため観察者がスクリーンか
ら距離を隔てることにより、放射を受ける量は減少させ
ることができる。
別の画像ディスプレイシステムの例として、例えば空
間的に現実的な画像を観察者に投影することがしばしば
望ましい。例えば飛行シュミレータの訓練者に景色の画
像を投影することである。無限遠又は無限遠に近い遠距
離の画像を生成するシステムがこの目的に使用される。
このようなシステムでは観察される画像は通常反射され
るか又は何等かの方法で操作される。このようなシステ
ムにおける問題は、観察者用の画像を生成するための複
数の部品を使用しているために構成が複雑になることで
ある。そのような典型的なシステムはプロジェクタ、投
影スクリーン、ミラー、ビームスプリッタ、レンズ、お
よび最終的な画像観察スクリーンを有している。このよ
うなシステムの複雑性はさらに部品を支持し整列させる
ために必要な多数の機構を必要とすることにより増加さ
れる。装置の複雑性が増加するとシステムの価格を増加
させ、システムが複雑になる程高価になる。多数の部品
に関連する価格に加えて投影システムにおける個々の部
品は元来高価である。例えば特に陰極線管のような画像
生成装置と比較して高品質のプロジェクタとスクリーン
ディスプレイは比較的高価である。通常、高品質光学部
品は高価である。さらに投影システムに関して通常使用
されるプロジェクタはCRTよりも有効寿命が短い。シス
テムの複雑性はまた照明光を受けたとき精細度の欠如、
明瞭度の欠如、画像の歪、色収差のような画像異常を生
じる。さらに赤、青、緑の３色の別々の画像発生管を使
用するプロジェクタシステムではそれらの画像を整列さ
せることが困難である。また、前述の全ての問題はモザ
イク画像が行われるときさらに悪化する。モザイク画像
は複数のディスプレイを使用して個々のディスプレイの
画像を複合して１つの全体の画像とした複合画像であ
る。
［発明の解決しようとする課題］ 前述の部品のいくつかを削減することができたディス
プレイシステムは構成が簡単となり、コンパクトとな
り、価格も低下し、しかも容易に鮮明でひずみのない画
像を提供する可能性もある。
本発明の目的は、鮮明で歪のないモザイク画像を生成
するコンパクトで安価な画像ディスプレイシステムを提
供することである。
本発明の付加的な目的は、観察者の放射被曝を減少し
ながら陰極線管の観察手段を提供することである。
［課題解決のための手段］ 本発明は、無限遠に近い遠距離の画像を表示するディ
スプレイシステムにおいて、凸面状に湾曲したフェース
プレートをそれぞれ有し、並んで配置された複数の陰極
線管と、それら複数の陰極線管の凸面状に湾曲したフェ
ースプレートの曲率半径より大きい曲率半径を有する凹
面状ミラーとを具備し、複数の陰極線管の凸面状に湾曲
したフェースプレートは、前記凹面ミラーの曲率中心よ
りも前記凹面ミラーに近接した曲率中心の前方位置にお
いて前記凹面ミラーの曲率中心に対して角度間隔を有し
て互いに間隔を隔てて配置され、凹面ミラーと複数の陰
極線管は、凹面ミラーが複数の陰極線管の凸面状に湾曲
したフェースプレートの画像を凹面ミラーの曲率中心の
下方前方で複数の陰極線管の下方に位置する観察者の視
点の位置に反射してモザイク画像を観察可能にするよう
に配置されていることを特徴とする。
本発明のその他の目的、特徴、利点は添付図面と請求
の範囲と関連した好ましい実施例の詳細な説明によって
当業者に明白である。
図１は、本発明を実施した画像ディスプレイシステム
の側断面図である。
図２は、図１の画像ディスプレイシステムの１個の陰
極線管に対応する部分の概略平面図である。
図３は、図１の画像ディスプレイシステムの複数個の
陰極線管に対応する部分の概略平面図である。
［実施の形態］ 本発明を添付の図面に示された実施例の説明を参照に
して以下説明する。
無限遠、または無限遠に近い遠距離にある画像、ある
いは通常の照準された画像を投影する標準的なディスプ
レイシステムは少なくとも１つのビームスプリッタと、
恐らく少なくとも１つのレンズと、および背面投影スク
リーンおよび、または観察者の視線から表示された画像
を折曲げて、視線から画像を導くことにより生じる画像
から収差と歪を取除くためのプロジェクタを必要とす
る。多くの場合、画像は最後に投影され、操作後に投影
スクリーンから観察される。本発明はビームスプリッ
タ、レンズ、バックスクリーン、プロジェクタを使用せ
ずに無限遠に近い遠距離にある画像を投影する。観察さ
れる画像は観察者の視線又は視野から折曲げられない。
本発明はディスプレイ表面と凹面ミラーを互いに関連し
観察者の位置に関連して特有に位置させることによりこ
の目的を達成する。
図１には、本発明の好ましい実施形態による陰極線管
ディスプレイの画像を観察者の観察位置である視点（眼
の位置）に投影する画像ディスプレイシステム10の概略
図が示されている。凹面ミラー14は反射媒体である。ミ
ラー14は球面、楕円面、あるいはトロイダル面を有して
いる。図にはミラー14の曲率中心16と、ミラー14の垂線
から曲率中心16までの距離である曲率半径18が示されて
いる。以下“CRT"と略称する陰極線管12はミラー14によ
り反射される画像を観察者に提供する可視表示表面とし
て使用されている。さらに詳しくは説明すると、CRT12
は凹面ミラー14により反射されるべき画像を表示する表
面である湾曲したフェースプレートを有する。CRT12は
種々の高品質画像を簡単に表示することができ、比較的
安価であるため可視ディスプレイとして好ましい装置で
ある。平坦なフラットフェースプレートの陰極線管は顕
著な収差を生成して問題を生じて、画像の焦点合わせを
困難にするため、平坦な、いわゆるフラットフェースプ
レート陰極線管に比較して湾曲したフェースプレートの
CRT12を使用することが好ましい。反射画像の品質はミ
ラー14とCRT12のフェースプレートとの組合わせを使用
することによって最適にされ、ここでミラー14の曲率半
径18はCRT12の湾曲したフェースプレートの曲率半径の
約２倍である。正確に1:2の比率にすることは現在入手
可能なCRTを使用する場合には困難であるが、組合わせ
が、この比率に接近するほど適切な照明強度、明瞭度、
色の正確性に関して反射画像の品質は向上する。
本発明では、ディスプレイ画像面、すなわちCRT12の
フェースプレートはミラー14の曲率中心16の前方（ミラ
ー14に近付いた位置）に位置される。観察者の視点（眼
の位置）20はミラー14の曲率中心16の下方の前方のCRT1
2の下方に位置される。これは反射された無限遠に近い
遠距離の画像を観察するには最適な位置であり、しかも
システムをコンパクトな構成にすることを可能にする。
図示の実施例では、ミラー14はCRT12のフェースプレー
トの頂部の画像が反射画像中に捕らえられるように僅か
に上向きに傾斜されている。ミラー14は最良な反射画像
を生成するように最適に傾斜されており、観察者の視野
を妨害しないように保持される。視点20の観察者の垂直
視野24は角度により定められたアークとして示されてい
る。CRT12は垂直の視野24を妨害しないように観察者の
視点20より高い位置に配置される。
システムは種々のCRT12の湾曲したフェースプレート
のサイズで動作される。例えば、対角線のスクリーンの
サイズは35.56,46.26,63.5,88.9cm（14,19,25,35イン
チ）又はそれ以上である。好ましい画像サイズと視野は
CRT12のフェースプレートのサイズ、ミラー14のサイ
ズ、および曲率半径18、ならびに観察者の視点20の位置
を変化することにより得られる。選択プロセスに影響す
る別の設計パラメータはシステムが占有する空間の大き
さである。ミラー14が垂直および水平面で占有する空間
はこの発明では重要である。ミラー14が延在する垂直軸
に沿った距離26は考慮される１つの空間パラメータであ
る。図２に示されている１個のCRTに対する概略平面図
を参照すると、別の空間パラメータ、すなわち水平軸に
沿った距離28、すなわち１個のCRTに対応するミラー14
が延在する水平直線距離が示されている。適用可能なパ
ラメータを例示すると、CRT12は48.26cm（19インチ）の
湾曲したフェースプレートのモニタである。このCRT12
のフェースプレートに適合するために、ミラー14は101.
6乃至127cm（40乃至50インチ）の曲率半径で約60.96乃
至76.2cm（24乃至30インチ）の水平距離28に延在する球
面、楕円面またはトロイダル面ミラー18である。ミラー
14にはまたミラーの延在する垂直距離26が適切な傾斜と
整列で約40.64乃至50.8cm（16乃至20インチ）であるよ
うな長さを有するサイズにされている。前述の例示され
た寸法で計算すると、視野角度24（図１参照）はミラー
14の曲率中心16の正面に最適に位置する観察者に対して
28乃至30°の角度である。
図３を参照すると本発明による多重ディスプレイシス
テム30の概略平面図が示されており、複数のCRTディス
プレイ12が使用されている。この装置は図２に示されて
いるCRTが並んで配置されたものである。この多重ディ
スプレイ装置は特に個々のCRTの表示画像を組合わせて
１つの複合画像を形成するモザイク画像の生成に有効で
ある。図３は３個のCRT12を示している。このシステム
は左側の観察者の視点40と右側の観察者の視点42で示さ
れているように二人の観察者に適合する能力がある。こ
れら両者の視点40,42はミラー14の曲率中心16の前方で
下方の、CRT12の下方に位置されている。観察者は互い
に関して最適な距離で離され、それによってそれぞれは
別々に各自の視点40,42で所望の画像を受けることがで
きる。CRT12は所望の混合モザイクを達成するため互い
に関して最適な間隔を有する。各CRT12は総合的な反射
画像に貢献する角度33で示される水平視野を有する。CR
T12間の角度間隔（角度で表したCRT間の間隔）35を適切
に選択することによってはディスプレイが所望の画像を
得るように完全に連続して混合されて１つの画像として
観察されることを可能にする。このようにするために重
要なことは、ミラーの曲率中心16の前方にCRT12を位置
させることと、ミラーの曲率中心16の下方の前方でCRT1
2の下方に一人または複数の観察者の視点を位置させる
ことである。システムの各構成要素は視点40,42におけ
る無限遠に近い遠距離の画像を最適に観察できるように
配置され、調整される。図３に示された実施例に有効な
パラメータを例示する。例えばそれぞれ88.9cm（35イン
チ）の湾曲したフェースプレートを有する３個のCRT12
が使用される。図示された構造でこのサイズの各CRT12
の水平視野33は約34乃至36°である。垂直視野24は28乃
至30°である。適切なサイズのミラー34は約177.8乃至1
90.5cm（70乃至75インチ）の曲率半径を有する球面、楕
円面またははトロイダル面ミラーである。基準点として
ミラー34の曲率中心16を使用するとこの曲率中心16に対
するミラー34間の角度間隔35は約５乃至６°が好まし
い。ミラー34はまたミラーの延在する垂直距離26が適切
な傾斜と整列で約76.2乃至86.36cm（30乃至34インチ）
の長さを有するようなサイズである。観察者の視点40,4
2間の適切な間隔41は約53.34乃至55.88（21乃至22イン
チ）である。
本発明はほぼ無限遠に近い遠距離の画像を表示する他
のディスプレイシステムにまさるいくつかの利点を有す
る。特に本発明は投影ディスプレイを使用するシステム
にまさる利点を有する。商業的に入手可能な陰極線管は
投影ディスプレイよりも廉価である。プロジェクタの画
像表示管はCRTよりも有効寿命が短い。CRTを使用した画
像整列は投影システムの赤、青、緑の３色の画像管を使
用する装置のような画像整列に比較して非常に簡単であ
る。背面投影スクリーンを使用するシステムに比較して
本発明によるCRTの直視は高品質背面投影スクリーンの
費用を減少し、背面投影スクリーン上の均一な利得の高
品質拡散被覆を達成するのに固有の問題を除去する。CR
T画像をスクリーンに投影することは可能であるが本発
明による直視は背面投影スクリーンの拡散表面に共通な
光透過、背後散乱、ハレーシィオン、ホットスポット等
の問題を生じることなく、より高輝度で、より高いコン
トラストで、鮮明な画像を生成する。
本発明によるディスプレイシステム10はコンピュータ
システムのビデオディスプレイ端末に使用されることが
できる。本発明に提供されたほぼ無限遠の画像は眼の疲
労の減少を助長し、CRT自体から観察者が隔てられる距
離のためにシステムはビデオディスプレイ端末の直接、
近接した観察に関連する放射被曝を著しく減少させるこ
とができる。本発明のシステムはまた航空機、宇宙船、
陸上および水上のビークルのためのシュミレーション訓
練装置の可視ディスプレイとしても最適である。さらに
システムはアーケードスタイルのゲーム装置やビデオデ
ィスプレイシステムの可視ディスプレイとして適してい
る。多重ディスプレイシステムは特にシミュレーション
および娯楽用として適している。
前述の説明より明らかなように、本発明は前述の明細
書に記載されたものと異なる種々の変形、変更を行うこ
とができる。従って、これらの変更、変形は以下の請求
の範囲に記載された本発明の技術的範囲に含まれるべき
ものである。

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】無限遠に近い遠距離の画像を表示するディ
    スプレイシステムにおいて、凸面状に湾曲したフェース
    プレートをそれぞれ有し、並んで配置された複数の陰極
    線管と、 前記複数の陰極線管の前記凸面状に湾曲したフェースプ
    レートの前記曲率半径より大きい曲率半径を有する凹面
    状ミラーとを具備し、 前記複数の陰極線管の凸面状に湾曲したフェースプレー
    トは、前記凹面ミラーの曲率中心よりも前記凹面ミラー
    に近接した曲率中心の前方位置において前記凹面ミラー
    の曲率中心に対して角度間隔を有して互いに間隔を隔て
    て配置され、 前記凹面ミラーと前記複数の陰極線管は、前記凹面ミラ
    ーが前記複数の陰極線管の凸面状に湾曲したフェースプ
    レートの画像を前記凹面ミラーの曲率中心の下方前方で
    前記複数の陰極線管の下方に位置する観察者の視点の位
    置に反射してモザイク画像を観察可能にするように配置
    されていることを特徴とする画像ディスプレイシステ
    ム。
  2. 【請求項２】前記複数の陰極線管の間の前記角度間隔は
    約５度である請求項１記載の画像ディスプレイシステ
    ム。
  3. 【請求項３】前記凹面ミラーは球面ミラーである請求項
    １記載の画像ディスプレイシステム。
  4. 【請求項４】前記凹面ミラーは楕円面ミラーである請求
    項１記載の画像ディスプレイシステム。
  5. 【請求項５】前記凹面ミラーはトロイダル面ミラーであ
    る請求項１記載の画像ディスプレイシステム。
  6. 【請求項６】前記凹面ミラーの前記曲率半径は前記複数
    の陰極線管の前記凸面状に湾曲したフェースプレートの
    曲率半径の約２倍の大きさである請求項１記載の画像デ
    ィスプレイシステム。
  7. 【請求項７】前記凹面ミラーは、前記複数の陰極線管の
    前記凸面状に湾曲したフェースプレートの表示する画像
    を、並んで位置する複数の観察者の視点の位置に反射
    し、各観察者の視点の位置は前記各陰極線管のフェース
    プレートの表示する画像を受けてモザイク画像を観察す
    ることのできる距離を隔てている請求項１記載の画像デ
    ィスプレイシステム。
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