JP3344587B2 - 移動画像映写システム - Google Patents

移動画像映写システム

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JP3344587B2 JP50313695A JP50313695A JP3344587B2 JP 3344587 B2 JP3344587 B2 JP 3344587B2 JP 50313695 A JP50313695 A JP 50313695A JP 50313695 A JP50313695 A JP 50313695A JP 3344587 B2 JP3344587 B2 JP 3344587B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 1.発明の分野 本発明は、移動画像映写システムに関し、更に詳しく
は、強い光ビームによって形成されコンピュータグラフ
ィクス技術によって生じる画像を、曲線型、ドーム型、
又は球形等の幾何学的な観覧面（viewing surface）の
上に映写するシステムに関する。本発明は、特に、プラ
ネタリウムにおいて用いて既存の星の視野（starfiel
d）を増大させるのに適し、また、それ以外の従来型の
白熱灯による映写デバイスにも適している。
2.関連技術の説明 最新のコンピュータグラフィクス技術と種々のタイプ
の映写器具とを組み合わせることによって、観覧面上に
画像を発生させる種々の映写システムが生じる。コンピ
ュータグラフィクス技術によって、オペレータは、ラッ
プトップ又はデスクトップ・コンピュータ上で、グラフ
ィックな画像を作成し、検索し、操作することができる
ようになった。Robinson他への米国特許第4763280号とS
poonerへの米国特許第4347507号とを参照のこと。種々
の光源を用いて、これらの画像は、さまざまな目的のた
めに、種々の幾何学的形状を有する観覧面上に映写され
てきた。しかし、これらのシステムは、著しい制限を有
している。例えば、画像を発生する光ビームの偏向角度
が増加するにつれて、画像は解像度を失う傾向にあり、
例えば、特に観覧面のエッジにおいて、ますますファジ
ーになる。結果的に、画像の強度（intensity）も低下
する。更に、画像を曲線状の観覧面上に映写するには、
映写される画像の偏向角度を大きく増加させる必要があ
る。これもまた、画像の質を劣化させる原因になる。
おそらく、これらの関連技術のシステムの２つの最も
通常の使用は、エンターテイメント用のディスプレイ
と、シミュレーション・デバイスとしてのものである。
Spoonerへの米国特許第4347507号とDykes他への米国特
許第4100571号とを参照のこと。しかし、これら両方の
使用においては、同様の問題が生じる。すなわち、どの
ようにして、画像の解像度と強度とを保ちながら受け入
れられない歪みなしで曲線状の観覧面に映写するか、で
ある。従来型の観覧面は、実質的に平坦な観覧面のモザ
イクから成っていた。そのような観覧面は、それぞれの
平坦な観覧面に対して別個の映写チャンネルの使用を必
要とすることが多い。曲線状の観覧面が用いられる場合
であっても、モザイクの映写技術が時には用いられる。
Whitbyへの米国特許第4297723号を参照のこと。しか
し、このような映写システムでは、この映写システムが
画像を観覧面に亘って回転させる際に、曲線状の観覧面
がシームレスであるという点や、画像に不連続点がない
という点を、完全には利用できない。モザイク表現に伴
うこれ以外の問題は、不完全な、シームの一致、コント
ラスト又はカラーの一致、及び輝度（brightness）の一
致から、生じる。これらの領域のどれについても、その
不完全さは、見ている者が容易に気付くが、その理由
は、わずかな一致の不完全でも大きな映写でならば一般
的に気付くことができるからであり、これらの問題を回
避することは困難である。更に、曲線状の観覧面から可
能なシームレスな表現は、見ることも容易であり、例え
ば、目に対する負担も少なく、より現実的な表現を作り
出す。連続的な曲線状の観覧面は、作成も容易であり得
る。
関連技術の映写システムは、ドーム型又は球形の観覧
面上に、十分に明瞭で強度を有するグラフィックな画像
を映写することに成功してこなかった。Robinson他への
米国特許第4763280号などに開示されているシステムで
は、少なくとも180度×180度すなわち半球状の映写を達
成するシステムを開示しているようである。また、Dyke
s他への米国特許第4100571号に開示されているようなシ
ステムでは、少なくとも360度×90度を達成するシステ
ムが開示しているようである。しかし、これらのシステ
ムのいずれもが、複数の映写チャンネルを用いずに十分
に明瞭で移動する画像を球形の観覧面上に映写すること
はできないようである。
上述のように、移動する画像を曲線状の観覧面上に映
写するシステムは、特に戦闘シミュレーションの分野に
おいて、多くの軍事的及び訓練上の応用を有している。
これらの応用では、実際的な周囲環境のシミュレーショ
ン又はモデル・ボードの画像が観覧面上に映写され、そ
れによって、パイロット又はその他の訓練員は、それに
反応することができ、また、パイロット又は訓練員の動
作や反応に応答して、画像を偏向することができる。こ
れらの画像は、通常は、高解像度の陰極線管（CRT）又
は高解像度の閉回路テレビ（CCT）プロジェクタによっ
て発生される。Whitbyへの米国特許第4297723号とDykes
他への米国特許第4100571号とを参照のこと。しかし、
このように発生される画像は、著しい欠点を示す。第１
に、これらの発生用デバイスは、モザイク表現により適
しており、上述したモザイクでの限界と同じ問題を有す
る。第２に、CRT又はCCT映写が広角レンズを介して変更
又は映写されるときに、受け入れがたい量の歪みが生じ
る。結果的に、画像はファジーで、ぼけて、又は不明瞭
であり、これらにより、システムの訓練上の又はシミュ
レーションの利点を減じてしまう。これらのシステムと
は異なり、本発明によって映写される画像は、CRT又はC
CT技術を用いるシステムによって発生される写実的な画
像よりも、コンピュータグラフィクスによる画像に類似
する。
映写される画像の解像度と強度とを改善する映写シス
テムを開発するために、種々の試みがなされてきた。音
響・光学的（acousto−optic）セルによるビデオ情報を
用いてその強度が変調されるレーザ・ビームを用いるこ
とによって、画像は、観覧面上のラスタ・パターンで走
査される。これらのシステムでは、レーザに内在するよ
り大きな強度に起因して、輝度が改善されている。Dris
kellへの米国特許第3992718号を参照のこと。しかし、
走査ウィンドウを単に拡大するだけでは解像度の問題は
解消されず、このシステムからは、望ましくない修正を
しなければ、所望の解像度は得られない。シミュレータ
における解像度の問題を回避するには、CRTシステム
は、高い帯域幅で動作しなければならない。解像度の所
望のレベルが増加するにつれて、必要な帯域幅の量が増
加する。例えば、テレビでは、625本の線のテレビ画像
における個々の点を発生し画像信号を毎秒25秒反復する
のに必要な信号を適切に送信するには、およそ10MHzの
オーダーの帯域幅が必要になる。従って、175度×75度
の視野を発生するためにでも、およそ100MHzの帯域幅が
必要であり、現代の飛行シミュレーションにおいて要求
される解像度を達成する。しかし、これは、レーザ・ビ
ームの変調に更なる要求を課すことになり、それによっ
て、このシステムとシミュレータで用いられるデジタル
画像発生システムとの互換性が失われる。
本発明は、移動する画像が、およそ360度×少なくと
も180度のドーム型又は球形の観覧面全体を満たす十分
な大きさと強度と明瞭性とをもって、映写されることを
可能にし、また、他の映写システムで生じる解像度と強
度との低下を防止する。更に、ビームが動的ではなく静
的であるときには、光の強い点が、ドーム型又は球形の
観覧面上に映写される。
発明の概要 本発明の目的は、コンピュータグラフィクスによる画
像又は広角映写システムによる画像を、適切な解像度と
強度とをもって幾何学的な観覧面上に正確に映写（投
影）することである。単純なラスタ・スキャナではな
く、電気・機械的、音響・光学的、又は電気・光学的な
偏向装置を、偏向角度を増加させるのに用いることがで
きることが、本発明の特徴である。この特徴の長所は、
偏向角度を処理電力を上昇させずに増加させられること
である。
本発明の更なる目的は、コンピュータグラフィクス画
像を広角レンズ列（アレイ）を介して映写することであ
る。広角レンズ列が、単一のレンズ又はレンズの組合せ
から成り画像の広角での映写を達成し、又は、画像を空
間画像焦点面上に映写しそこから広角レンズ又は広角レ
ンズ列を介して幾何学的な観覧面上に映写する一連のレ
ンズ列を備えていることも本発明の特徴である。この特
徴の長所は、画像をドーム型又は球形の観覧面上に映写
する前に最初に空間画像焦点面上に映写することによっ
て画像の質の改善が得られることである。また、本発明
の特徴は、広角レンズ又はレンズ列が画像を形成する光
ビームを曲げて偏向させるホログラフィックな要素を有
していることである。
本発明の更に別の目的は、観覧面の曲線状の形状に対
応する少なくとも１つの幾何学的な変換を用いて本質的
にデカルト座標における光ビームを偏向することによっ
て、コンピュータグラフィクス画像をドーム型又は球形
の観覧面上に映写することである。光ビームが２つの偏
向軸に沿って偏向されることが本発明の特徴であり、シ
ステムが少なくとも２つの偏向装置を有していることが
本発明のこの実施例の特徴である。このシステムの利点
は、画像が観覧面上で光の点を迅速に移動させることに
よって作成されるので、画像の複雑性が偏向の速度によ
ってしか制限されないことである。
本発明の別の目的は、映写された画像の解像度と強度
とは光ビームを強いコヒーレントな形式で広角レンズ列
に運ぶことによって強化することである。レーザなどの
強くコヒーレントな光ビーム源を用いることができ、光
ビームは偏向装置モジュールに直接に提供することがで
き、光源から偏向装置モジュールまで光ファイバ・ケー
ブルによって運ばれることが本発明の特徴である。この
特徴の利点は、光源を映写システムの残りの要素から遠
くに配置できることである。
本発明の映写システムは、１又は複数の画像をこのシ
ステムから所定の距離と方向に位置する幾何学的な観覧
面上に映写するために用いられる。このシステムは、更
に、例えば、HeNe又はアルゴン又はクリプトン・レーザ
又はキセノン・アークランプなどのレーザやアーク又は
ハロゲン・ランプである強い光源と、光ビームを１対の
デカルト座標軸におけるベクトル座標に偏向する偏向装
置モジュールと、偏向装置モジュールからの画像の偏向
出口角度を所定のファクタだけ増加させ画像を観覧面上
に映写する広角レンズ列と、を備えている。更に、光ビ
ームは、偏向装置モジュールに直接に提供される、又
は、光ファイバ経路から成るビーム転送手段によって偏
向装置モジュールに転送される。
光ビームは、単色又は複数色である。アルゴン・レー
ザは、内在的に、２色のレーザ放射を生じる。クリプト
ン・レーザは、しかし、多色の放射を生じる。広帯域の
気体イオン・レーザを用いて、強くコヒーレントな光ビ
ームが生じる。広帯域のレーザ・ビームは、スペクトル
的に純粋な、すなわち、離散的で非常に強い周波数を含
む。しかし、アーク又はハロゲン・ランプによって生じ
る広帯域の光ビームは、強い周波数のピークで限界付け
られる連続的なスペクトルによって特徴付けられる広い
スペクトルの周波数を含む。広帯域の光ビームのいずれ
のタイプも、本発明における使用に適している。更に、
ダイ（色素）レーザ又は他の同調可能な（テューナブ
ル）レーザもまた、本発明での使用に提供する。
この映写システムの偏向装置モジュールは、光ビーム
をｘ軸及びｙ軸におけるデカルト又はベクトル座標に偏
向する少なくとも１対の電気・機械的な偏向装置を含
む。更に、光ビームをｘ軸に偏向するｘ検流計（ガルバ
ノメータ）と、光ビームをｙ軸に偏向するｙ検流計とを
含み得る。偏向装置モジュールは、約20度から約80度の
範囲にある偏向された画像の偏向出口角度を生じ、レン
ズ列は、この偏向角度を、約160度から少なくとも180度
の範囲まで増加させる。少なくとも１つの非常に広角な
レンズ設計によって、偏向を約210度まで増加させるこ
とができる。また、偏向装置モジュールは、音響・光学
的又は電気・光学的な１又は複数の偏向装置を含み、こ
れによって、光ビームは、ｘ軸及びｙ軸におけるデカル
ト又はベクトル座標に偏向される。
映写システムの広角レンズ列は、第１及び第２のレン
ズ列を含み、第１のレンズ列は１又は複数の画像を空間
的に焦点面上に映写し、第２のレンズ列は広角レンズを
含み空間的な１又は複数の画像を観覧面上に映写する。
観覧面は、第２のレンズ列を包囲し、第２のレンズ列か
ら等距離にある。更に、この幾何学的な観覧面は、ドー
ム型又は球形である。
システムによって映写される１又は複数の画像は、表
示のための軌道を決定するデジタル的なデカルト又はベ
クトル座標で定義されたコンピュータグラフィクス表示
であり得る。システムは、更に、表示と、アセンブラ、
コンパイラ、リンケージ・エディタ又はマイクロプロセ
ッサ等のプロセッサとを操作する画像発生デバイスと、
及び／又はデジタル的なデカルト又はベクトル座標をア
ナログ信号に翻訳し表示をフリッカ速度よりも高い速度
で反復的に送信するメモリ又はデータ記憶デバイスと、
を含む。フリッカは、約毎秒数サイクルから約毎秒数十
サイクルの範囲の速度、すなわち、フリッカ速度での光
の周期的な揺らぎによって生じる視覚的な感覚である。
更に、このシステムは、アナログ信号を補正することに
よって観覧面の曲線状の形状やシステムから観覧面まで
の距離及び方向を補償する幾何学的補正デバイスと、光
ビームの偏向を制御する増幅器回路と、光ビームを偏向
装置モジュールに提供するビーム転送手段と、を含む。
更に、このビーム転送手段は、また、入力及び出力カッ
プリングを有し光源からの光ビームを合焦及びコリメー
ト・レンズ列を介して偏向装置モジュールまで転送する
光ファイバ経路を含む。光ファイバ経路は、更に、グレ
ード型（graded）又はステップ型（stepped）インデッ
クスの光ファイバ・ケーブルを含み得る。
更に別の実施例では、この１又は複数の画像は、表示
のための軌道を決定するアナログ・ベクトル座標で定義
されるコンピュータグラフィクス表示であり得る。シス
テムは、更に、表示を操作する画像発生デバイスと、表
示をフリッカ速度よりも早く反復的に送信するプロセッ
サと、アナログ座標を補正することによって観覧面の幾
何とシステムまでの観覧面の距離と方向とを補償する幾
何学的補正デバイスと、光ビームの偏向を制御する増幅
器回路と、光ビームを偏向装置モジュールに提供するビ
ーム転送手段と、を含む。これらの実施例の両方におい
て、幾何学的な観覧面は、ドーム型又は球形であり、第
２のレンズ列は、観覧面から等距離に配置されている。
更に別の実施例では、映写システムによって映写され
た１又は複数の画像は、曲線状の観覧面上への表示のた
めの軌道を決定するデジタル的なベクトル座標で定義さ
れたコンピュータグラフィクス表示で有り得る。このシ
ステムは、表示を操作する画像発生デバイスと、デジタ
ル・ベクトル座標をアナログ信号に翻訳して表示をフリ
ッカ速度よりも速く反復的に送信するプロセッサと、を
含む。更に、アナログ座標を補正することによって観覧
面の曲線状の幾何を補償する幾何学的補正デバイスと、
光ビームの偏向を制御する増幅器回路と、も含まれる。
上述のように、ビーム転送手段は、光ビームを受け取
る入力カップリングと光ビームを合焦及びコリメート・
レンズ列に与える出力カップリングとを有する光ファイ
バ経路を含む。更に、色変調装置も含まれ、この装置
は、光ビームを基本色に分解し、それぞれの基本色を独
立に変調し、基本色を再びひとつのビームに合成し、よ
って増幅器回路が色を表示のための軌道に同期させるこ
とができる。また、多色の音響・光学的変調装置（PCAO
M）を用いて、光ビームの基本色のそれぞれを変調す
る。フィルタを介して光ビームを分解し次に各色すなわ
ち基本色を別個の音響・光学的変調装置を介して変調す
る代わりに、PCAOMは、音響・光学的結晶などの単一の
音響・光学的媒体を用い、そこで、それぞれの色が別個
に操作される。ビームを、直接に偏向装置モジュールや
色変調装置に結合することもできる。
本発明のこれ以外の目的、特徴及び効果は、本発明の
好適実施例及び図面から明らかであろう。
図面の簡単な説明 図1A及び1Bは、映写システムの好適な実施例のブロッ
ク図である。
図２は、空間的な画像焦点面上への画像の映写を写す
映写システムの好適な実施例のブロック図である。
図３は、光学センサ又はフィードバック・システムを
有するｘ−ｙ色変調及び偏向装置アセンブリのブロック
図である。
図４は、ｘ検流計とｙ検流計とを示す電気・機械的な
偏向装置モジュール（deflector module）のブロック
図である。
好適実施例の詳細な説明 図1Aを参照すると、コンピュータ・システム20が、コ
ンピュータグラフィクス画像を発生し、記憶し、検索
し、操作し、表示するのに用いられている。これらの画
像は、例えば、直交するｘ、ｙ及びｚ軸に沿ったデカル
ト又はベクトル座標で発生され、また、例えば、単一の
色、又は、赤、緑及び青（RGB）の光のビーム等の単色
又は複数色であり得る。画像を操作して、その強さや方
向を変動させることができる。これらの目的を達成する
ため、コンピュータ・システム20は、キーボード、モニ
タ、プレビュー・スクリーン、ビット・パッド、及び制
御コンソールを含み得る。多くの市販のコンピュータ・
システムが、コンピュータグラフィクス画像を発生し、
記憶し、検索し、操作し、表示するのに適し得る。更
に、シングルボードのマイクロコンピュータでも、これ
を用いて作り得る画像のタイプと複雑さは制限され、よ
って、システムの使用も限界を有することにはなるが、
適切なコンピュータグラフィクス画像を作ることができ
る。
種々のタイプとバージョンの適切なソフトウェアが市
販され、当業者に知られているが、適切なソフトウェア
は、例えば、単純又は複雑なタイムコードを発生しなけ
ればならず、好ましくは、少なくとも486型のプロセッ
サを有し少なくとも33MHzで動作するIBM互換のコンピュ
ータ上での使用に適していなければならない。しかし、
上述のように、画像の複雑さは、偏向速度がコンピュー
タ・システムの画像発生能力を超えない限りは、偏向速
度によって制限されるだけである。この理由により、達
成可能な偏向速度が増加するにつれて、更に高性能の画
像発生用コンピュータが望まれるようになる。
コンピュータ・システム20によって発生される画像
は、人間の目によって知覚されるようにフリッカ速度よ
り上のスレショルド速度で画像が反復的に表示されるこ
とを可能にするベクトル・フレーム・バッファ・プロセ
ッサ22に転送される。画像がフリッカ速度より上で表示
されるので、見ている人間は、反復的な表示によって生
じる画像のゆらぎを感知することはない。更に、フレー
ム・バッファ・プロセッサ22は、コンピュータ・システ
ム20によって作成されるデジタル・ベクトル座標をアナ
ログ電圧、例えば、周波数、振幅及び幾何学的なオフセ
ットを表す電圧に翻訳する。
しかし、コンピュータグラフィクス画像を、広角映写
システムを介して、近接しているドーム型又は球形の観
覧面42上に正確に映写（投影）するためには、フレーム
・バッファ・プロセッサ22によって翻訳されたアナログ
信号は、幾何学的補正プロセッサ24によって幾何学的に
補正され、広角レンズを有する第２の又は空間的な映写
レンズ列（アレイ）40とドーム型又は球形の観覧面42と
の間の最端部の角度と距離とを補償する。このような幾
何学的な補正なしでは、映写された画像は、糸巻型（pi
n cushion）、樽型、球形、又は、その他のタイプの歪
みを生じる。幾何学的補正プロセッサ24によって実現さ
れる特定の幾何学的な補正は、観覧面42の球形に依存す
る。
非常に強い光の１又は複数のビームを提供する光源10
を用いて、観覧面42上に、非常に小さなスポット又は光
の点を生じさせることができる。種々の光源が適し得る
が、広帯域の気体イオン・レーザ、特に、広帯域のKrAr
レーザが好適である。この光源が好ましい理由は、光ビ
ームのコヒーレンスが生じるからである。また、これ
は、極端に低い発散度（divergence）を有し狭いビーム
直径をもつ多色の光ビームを生じる。光源10は、光ファ
イバの入力カプラ12を用いて、単一の50/125ミクロン
の、グレーデッド・インデックス（graded index）型
の、光ファイバ・ケーブル14の研磨された端部に合焦さ
れる。光ファイバ・ケーブルを介して光ビームを送信す
ることによって、２つの目的が達成される。すなわち、
（１）光源10を第２のレンズ列40の近くに配置する必要
がないので、この第２のレンズ列40をドーム型又は球形
の観覧面42から等距離に配置することができ、（２）光
源10が、発散やコヒーレンスの損失がほとんどなしで、
映写のための非常に小さく強い光のスポットを観覧面42
上に転送できる。光源10により生じ光ファイバ・ケーブ
ルを介して転送される光ビームの小さなサイズと合焦可
能性は、観覧面42上への小さなスポットの映写と、明瞭
な画像を映写するのに必要な光ビームの迅速な偏向とを
助ける。
光ビームは、光ファイバの出力カプラ16から出て、光
ファイバのコリメーション及び合焦レンズ列18に入る。
レンズ列18は、再コリメートする、すなわち、点光源か
らの平行な光ビームの面を生じ、それらのビームを合焦
する。ビームは、次に、音響・光学的又は電気・光学的
変調器などの、変調器デバイス（図示せず）に向けられ
るが、これは、色変調／強度変調アセンブリ28の要素で
ある。また、アセンブリ28を光源10の直後に配置し、ビ
ームを光源10から直接に、又は、光ファイバ・ケーブル
（図示せず）を介してアセンブリ28に提供することがで
きるが、他方で、本発明の好適実施例が図1Aに示されで
るように、観覧面42の近傍の空間的な制限のために、光
ファイバ・ケーブル又はそれ以外の光転送手段を用いる
ことによって、又は、可能な場合には構成要素の順序を
再度入れ替えることにより、観覧面42から離れた位置へ
の成分の再配置などの、システムの構成の変更が必要に
なる可能性がある。図1Bを参照のこと。
音響・光学的変調装置が用いられる場合には、結晶デ
バイスに入射する光ビームの振幅（強度）及び周波数
（色）は、結晶上の音波の作用により変調される。音響
・光学的変調は、一般に、Bragg回折（defraction）に
よって達成され、例えば、他の方法も使用し得るが、た
だ１つの使用可能な回折されたビームが生じる。また、
電気・光学的変調装置が用いられる場合には、電気・光
学的結晶又は液体などの電気・光学的媒体に入射する光
ビームの振幅（強度）及び周波数（色）は、その媒体上
の電界の効果によって変調される。電気・光学的な変調
は、電界の印加電圧を変動させて媒体の屈折率又は分極
特性（polarization properties）を変化させることに
よって達成される。ビームを変調するのにこれ以外の方
法を用いることもできるが、電気・光学的変調装置が用
いられる場合には、分極特性を変化させることが好まし
い。
基本色ビームのそれぞれが独立に変調された後で、ア
センブリ28が、これらのビームを単一の変調されたビー
ムに再合成する。フレーム・バッファ22からアセンブリ
28への信号が、画像の色選択と強度とを制御する。更
に、フレーム・バッファ22は、ビームがアセンブリ28に
おいて再合成されることを補償するのを助け、画像のｘ
−ｙ軸の軌道に同期したフルカラーの座標の指定が達成
される。次に、光ビームが、アセンブリ28から、ｘ軸及
びｙ軸のそれぞれに各１つである、少なくとも２つの電
気・機械的、音響・光学的、又は電気・光学的偏向装置
を含むｘ−ｙ偏向装置モジュール30に送られる。しか
し、上述のように、アセンブリ28は、システム内の別の
場所、例えば、光源10の直後などに配置され得る。その
位置とは無関係に、フレーム・バッファ22からアセンブ
リ28への信号は、依然として、画像の色選択と強度とを
制御する。図1Bを参照のこと。
幾何学的補正プロセッサ24において幾何学的に補正さ
れたアナログ信号は、前置増幅器26、ｘ電力増幅器32及
びｙ電力増幅器34を含む増幅器回路に送信される。ｘ電
力増幅器32及びｙ電力増幅器34を介して前置増幅器26か
ら送られた信号によって、増幅器回路は、また、映写さ
れる画像の偏向軌道を制御する。更に、増幅器回路は、
光学的感知システム36からのフィードバックを用いて、
偏向装置モジュール30によりビームの偏向における非線
形性を補正するために、正確なビーム位置感知を提供す
る。よって、感知システム36は、増幅器回路の内部で、
フィードバック・ループの一部として動作し得る。
偏向装置モジュール30を出た後の画像の偏向出口角度
（exit angle of deflection）は、約20度から約80
度の範囲にある。この角度は、約160度から少なくとも1
80度の範囲まで、「魚眼」写真レンズなどの、広角変換
レンズ（図示せず）、又は、短い焦点距離レンズの列
（図示せず）を介しての偏向された画像の翻訳によっ
て、増加可能である。第２に、レンズ列40は、偏向装置
モジュールから出る光ビームの偏向を、約９のファクタ
だけ増加させることができる。しかし、好ましくは、第
１の又は走査フィールド平坦化レンズ列38が、偏向装置
モジュール30とレンズ列40との間に配置され得る。レン
ズ列38は、質を改善する、すなわち、観覧面42上に画像
を形成するのに用いられるスポット又は光の点のサイズ
を減少させ強度を増加させる。
図２を参照すると、映写システムの好適実施例が示さ
れ、付加的なレンズ・システムの使用が更に詳細に開示
されている。この図においては、光の１又は複数のビー
ムが、光源10によって、ファイバ位置付けｘ−ｙ−ｚ調
整装置17に供給される。好ましくは、光源10は、図1Aに
関して説明したものと類似している。調整装置17は、光
ファイバ経路を、再コリメータ18と正確に整列させ、図
1Aで開示されている光ファイバ出力カプラ16と類似の機
能を行う。
光ビームは、調整装置17を出た後には、光ファイバ・
コリメート及び合焦レンズ列18と、色変調／強度変調ア
センブリ28と、最終的には、ｘ−ｙ偏向装置モジュール
30とに転送される。しかし、ｘ−ｙ偏向装置モジュール
30を出る光ビームは、走査フィールド平坦化レンズ列38
に入射し、画像が、レンズ列38、40の間に位置する空間
画像焦点面39上の空間画像として形成される。次のこの
空間画像は、第２のレンズ列40によって、ドーム型又は
球形の観覧面（図示せず）上に映写される。第１のレン
ズ列38と焦点面39とによって、画像が映写され、観覧面
全体に亘るより高い合焦度（degree of focus）と増
加した強度をもって維持されることが可能になる。
図３を参照すると、映写システムの好適実施例が示さ
れ、光学的センサ・システム36によって生じるフィード
バックを更に詳細に開示している。光源10は、３つの基
本色から成る多色光ビームを、色変調／強度変調アセン
ブリ28に提供し、完全に色変調された光ビームを生じ
る。アセンブリ28を出る光ビームは、ビーム合成２色フ
ィルタによって、偏向装置モジュール30の中へ反射され
る。別の実施例では、図1Bに示されているように、光ビ
ームは、レンズ列18を出た後で、フィルタ62によって、
偏向装置モジュール30の中に反射される。レーザ・ダイ
オード又はHeNe赤外ビーム又は非レーザ赤外ビームなど
の非可視的な光ビームは、非可視的光ビーム発生器60に
よって発生される。非可視的ビームは、フィルタ62を通
過し偏向装置モジュール30に入射する光ビームと混合さ
れ、同一線上にある。また、２色フィルタ62を、アセン
ブリ28を出る光ビームがフィルタ62を通過し非可視的な
光ビームがフィルタ62によって反射される可視的なビー
ムと混合し同一線上になるように、向けることができ
る。センサ・システム36の他の成分を、それに従って、
再度方向付ける必要があり得る。図３では、しかし、ｘ
及びｙ偏向装置（図示せず）は、ｘコマンド入力52とｙ
コマンド入力54とを受け取りｘ電力増幅器32とｙ電力増
幅器34とにコマンドを供給するアナログ信号プロセッサ
50によって、駆動される。
偏向され混合された光ビームが偏向装置モジュール30
から出る際には、ビームは、非可視的な部分を反射しな
がら混合されたビームの可視的な部分が通過できるよう
にするビーム分離２色フィルタ64に接触する。既に述べ
たものと同様に、センサ・システム36の成分を、可視的
な光ビームは２色フィルタ64によって反射され、非可視
的な光ビームはフィルタ64を通過することが許容される
ように、再度方向付けることができる。しかし、図３に
示すように、完全に色変調され、ｘ−ｙ偏向されたビー
ムは走査フィールド平坦化レンズ列38に入射し、他方
で、非可視的なビームはｘ−ｙ位置センサ68に反射され
る。別の実施例では、非可視的ビームは、位置センサ68
に接触する前に、位置センサ強化レンズ66を通過する。
非可視的光ビームが位置センサ68に接すると、位置セン
サ表面68A上の非可視的ビームの位置に等しい電気信号
が生じる。この電気信号は、４クオッド（quad）増幅器
70とアナログ信号プロセッサ50とによって、ｘコマンド
入力52とｙコマンド入力54に加算される。この加算によ
って、画像の任意の不整列や劣化や歪みを検出でき、偏
向装置モジュール30の動作がそれによって調整され改善
されモジュール30の偏向速度を結果的に増加させ得るフ
ィードバック・ループが完成する。
最後に、図４を参照すると、ｘ−ｙ偏向装置モジュー
ル30の好適実施例が示されており、ここでは、電気・機
械的な偏向装置が用いられ、ｘ軸及びｙ軸に光ビームを
偏向する。上述したように、電気・機械的偏向装置に加
え、音響・光学的又は電気・光学的な偏向装置がこのシ
ステムでの使用には適している。音響・光学的な偏向装
置では、光学的な媒体に印加される音波の周波数が、お
よそプラスマイナス３の光学度数（degree optical）
である偏向度を決定する。また、偏向の方法は、通常
は、Bragg回折であり、すなわち、ただ１つの回折され
たビームが生じる。ただし、他の方法を用いることもで
きる。好ましくは、電気・光学的な偏向装置が、光学的
媒体の屈折率を変化させることにより光ビームを偏向す
る。屈折率を変化させることにより、ビームは一致して
曲がり偏向される、すなわち、走査角度が変化する。こ
れは、１つの電気・光学的結晶プリズム又は端部と端部
とで重畳させた態様で複数の電気・光学的結晶プリズム
を用いることによって、達成され得る。また、電気・光
学的な偏向装置は、光学的な媒体の分極特性（polariza
tion properties）を変化させることにより光ビームを
偏向させる。分極特性を変化させて偏向を達成する際に
は、光ビームを異なる速度で進む成分に分解する複屈折
プリズムが用いられる。偏向の量は、通常は、プラスマ
イナス0.6光学度数であり、例えば、約、１ボルト当た
り３マイクロラジアンの光学的偏向である。このシステ
ムの好適実施例は、プラスマイナス約3000（3K）ボルト
で動作するので、この電気・光学的偏向装置は、約プラ
スマイナス9000（9K）マイクロラジアンの偏向又はプラ
スマイナス約0.516光学度数を達成する。
音響・光学的偏向装置の効率は、最高で約85％であり
得る。しかし、ｘ−ｙ偏向装置モジュール30において用
いられるときには、偏向装置モジュール30の全体の効率
は、全体の光ビーム送信の約30％にすぎない。電気・光
学的偏向装置の効率は最高で約90％であるが、ｘ−ｙ偏
向装置モジュール30において用いられるときには、全体
の効率は、用いられる電気・光学的な相互作用のタイプ
によって、最高で依然として80％である。しかし、音響
・光学的あるいは電気・光学的偏向装置のどちらが用い
られるかとは無関係に、これらの偏向装置を広角映写シ
ステムにおいて用いるときには、十分な結果を得るため
には付加的な光学装置（以下では、リレー光学装置と称
する）が必要になる。これらのリレー光学装置は、拡大
及び縮小光学装置から成り、システムの効率を向上させ
るように機能し、ビームの端部利用とは無関係に光ビー
ムの偏向角度を乗算する。音響・光学的及び電気・光学
的偏向装置を用いて得ることの可能な偏向角度が技術の
進歩と共に継続して増加するにつれて、リレー光学装置
に対する必要性は減少し、恐らく消滅することが予想さ
れる。
図４に示されているように、ｘ−ｙ偏向装置モジュー
ル30は、ｘ振動ミラー33Aを備えたｘ検流計（ガルバノ
メータ）33と、ｙ振動ミラー35Aを備えたｙ検流計35と
を用いる。電気・機械的偏向装置は、画像の高い解像度
と強度と明瞭さとを得るためには比較的高速で駆動され
なければならない。しかし、これによって、偏向装置内
に熱が発生する。更に、動作と振動との高い速度のため
に、減衰の問題が生じる。適切な検流計であれば、これ
らの熱と減衰との問題を解決することができるはずであ
る。検流計において、磁気的な熱伝導流体を用いること
により、熱伝導及び減衰の問題は縮小又は解消され得
る。偏向装置の動作の改善とより高い画像の解像度がよ
って達成される。
本発明の詳細な説明を以上で行ってきたが、本発明の
範囲はそれによって限定されず、次の請求の範囲によっ
て決定されるべきであることを理解されたい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デービス，ウォード・エイチ アメリカ合衆国フロリダ州32822，オー ランド，ベント・パイン・ドライブ 5950，ナンバー 248 (72)発明者 マクロー，ダグラス・エイ アメリカ合衆国フロリダ州32822，オー ランド，ベント・パイン・ドライブ 5964，ナンバー 264 (56)参考文献 特開 昭63−123090（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−125522（ＪＰ，Ａ) 米国特許4297723（ＵＳ，Ａ) 米国特許3699244（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G03B 21/00 G09G 3/02 H04N 5/74

Claims (35)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ベクトル座標で定義されている画像を幾何
    学的な観覧面上に映写する映写システムであって、前記
    観覧面は、前記システムから所定の距離に位置し、ま
    た、前記システムに対して所定の方向に配置されてい
    る、映写システムにおいて、 強い光ビームのソースと、 前記光ビームを、前記光ビームの偏向出口角度において
    １対のデカルト軸のベクトル座標に偏向するベクトル走
    査偏向装置モジュールと、 前記偏向出口角度を所定のファクタだけ増加させ、前記
    画像を前記観覧面上に映写する広角レンズ列と、 を備える映写システム。
  2. 【請求項２】請求項１記載の映写システムにおいて、前
    記ソースは、前記偏向装置モジュールに直接に結合され
    ている映写システム。
  3. 【請求項３】請求項２記載の映写システムにおいて、前
    記広角レンズ列は、広角レンズを含む映写システム。
  4. 【請求項４】請求項１記載の映写システムにおいて、前
    記広角レンズ列は、広角レンズを含む映写システム。
  5. 【請求項５】請求項１記載の映写システムにおいて、前
    記光ビームは広帯域である映写システム。
  6. 【請求項６】請求項５記載の映写システムにおいて、前
    記光ビームは広帯域である映写システム。
  7. 【請求項７】請求項６記載の映写システムにおいて、前
    記ソースはアークランプを含む映写システム。
  8. 【請求項８】請求項１記載の映写システムにおいて、前
    記広角レンズ列は第１及び第２のレンズ列を含み、前記
    第１のレンズ列は前記画像を空間的に焦点面上に映写
    し、前記第２のレンズ列は広角レンズを含み前記空間的
    な画像を前記観覧面上に映写する映写システム。
  9. 【請求項９】請求項８記載の映写システムにおいて、前
    記光ビームはモノクロである映写システム。
  10. 【請求項１０】請求項９記載の映写システムにおいて、
    前記ソースはレーザを含む映写システム。
  11. 【請求項１１】請求項９記載の映写システムにおいて、
    前記ソースはアークランプを含む映写システム。
  12. 【請求項１２】請求項８記載の映写システムにおいて、
    前記光ビームは、光ファイバ経路を含むビーム転送手段
    によって前記偏向装置モジュールに転送される映写シス
    テム。
  13. 【請求項１３】請求項８記載の映写システムにおいて、
    前記ソースは、前記偏向装置モジュールに直接に結合さ
    れている映写システム。
  14. 【請求項１４】請求項８記載の映写システムにおいて、
    前記偏向装置モジュールは、前記光ビームをｘ軸とｙ軸
    とのベクトル座標に偏向する１対の電気・機械的偏向装
    置を含む映写システム。
  15. 【請求項１５】請求項14記載の映写システムにおいて、
    前記光ビームは、光ファイバ経路を含むビーム転送手段
    によって前記偏向装置モジュールに転送される映写シス
    テム。
  16. 【請求項１６】請求項15記載の映写システムにおいて、
    前記偏向装置モジュールは、前記光ビームを前記ｘ軸に
    おいて偏向するｘ検流計と、前記光ビームを前記ｙ軸に
    おいて偏向するｙ検流計とを含む映写システム。
  17. 【請求項１７】請求項14記載の映写システムにおいて、
    前記偏向装置モジュールは、前記光ビームを前記ｘ軸に
    おいて偏向するｘ検流計と、前記光ビームを前記ｙ軸に
    おいて偏向するｙ検流計とを含む映写システム。
  18. 【請求項１８】請求項８記載の映写システムにおいて、
    前記偏向装置モジュールは、前記光ビームを、ｘ軸とｙ
    軸とのベクトル座標に偏向することが可能な少なくとも
    １つの音響・光学的偏向装置を含む映写システム。
  19. 【請求項１９】請求項８記載の映写システムにおいて、
    前記偏向装置モジュールは、前記光ビームを、ｘ軸とｙ
    軸とのベクトル座標に偏向することが可能な少なくとも
    １つの電気・光学的偏向装置を含む映写システム。
  20. 【請求項２０】請求項８記載の映写システムにおいて、
    前記画像はコンピュータグラフィクス表示であり、該コ
    ンピュータグラフィクス表示は、該表示に対する軌道を
    決定するデジタル・ベクトル座標で定義されており、更
    に、 前記表示を操作する画像発生デバイスと、 前記デジタル・ベクトル座標をアナログ信号に翻訳し、
    前記表示をフリッカ速度よりも高い速度で反復的に送信
    するプロセッサと、 前記アナログ信号を補正し、それによって、前記観覧面
    の形状と前記観覧面の前記システムに対する前記距離及
    び前記方向とを補償する幾何学的補正デバイスと、 前記光ビームの偏向を制御する増幅器回路と、 前記光ビームを前記偏向装置モジュールに提供するビー
    ム転送手段と、 を備える映写システム。
  21. 【請求項２１】請求項20記載の映写システムにおいて、
    前記偏向装置モジュールは、前記光ビームをｘ軸とｙ軸
    とのベクトル座標に偏向する１対の電気・機械的偏向装
    置を含む映写システム。
  22. 【請求項２２】請求項21記載の映写システムにおいて、
    前記偏向装置モジュールは、前記光ビームを前記ｘ軸に
    おいて偏向するｘ検流計と、前記光ビームを前記ｙ軸に
    おいて偏向するｙ検流計とを含む映写システム。
  23. 【請求項２３】請求項22記載の映写システムにおいて、
    前記ビーム転送手段は光ファイバ経路を含む映写システ
    ム。
  24. 【請求項２４】請求項20記載の映写システムにおいて、
    前記ビーム転送手段は、更に、前記光ビームを前記ソー
    スから合焦及びコリメート・レンズ列を介して前記偏向
    装置モジュールに転送する入力及び出力カップリングを
    有する光ファイバ経路を含む映写システム。
  25. 【請求項２５】請求項24記載の映写システムにおいて、
    前記幾何学的観覧面は球形であり、前記第２のレンズ列
    は前記面からほぼ等距離の位置に配置されている映写シ
    ステム。
  26. 【請求項２６】請求項８記載の映写システムにおいて、
    前記画像はコンピュータグラフィクス表示であり、該コ
    ンピュータグラフィクス表示は、該表示に対する軌道を
    決定するアナログ・ベクトル座標で定義されており、更
    に、 前記表示を操作する画像発生デバイスと、 前記表示をフリッカ速度よりも高い速度で反復的に送信
    するプロセッサと、 前記アナログ座標を補正し、それによって、前記観覧面
    の幾何と前記観覧面の前記システムに対する前記距離及
    び前記方向とを補償する幾何学的補正デバイスと、 前記光ビームの偏向を制御する増幅器回路と、 前記光ビームを前記偏向装置モジュールに提供するビー
    ム転送手段と、 を備える映写システム。
  27. 【請求項２７】請求項26記載の映写システムにおいて、
    前記偏向装置モジュールは、前記光ビームをｘ軸とｙ軸
    とのベクトル座標に偏向する１対の電気・機械的偏向装
    置を含む映写システム。
  28. 【請求項２８】請求項27記載の映写システムにおいて、
    前記偏向装置モジュールは、前記光ビームを前記ｘ軸に
    おいて偏向するｘ検流計と、前記光ビームを前記ｙ軸に
    おいて偏向するｙ検流計とを含む映写システム。
  29. 【請求項２９】請求項28記載の映写システムにおいて、
    前記ビーム転送手段は光ファイバ経路を含む映写システ
    ム。
  30. 【請求項３０】請求項26記載の映写システムにおいて、
    前記ビーム転送手段は、更に、前記光ビームを前記ソー
    スから合焦及びコリメート・レンズ列を介して前記偏向
    装置モジュールに転送する入力及び出力カップリングを
    有する光ファイバ経路を含む映写システム。
  31. 【請求項３１】請求項30記載の映写システムにおいて、
    前記幾何学的観覧面は球形であり、前記第２のレンズ列
    は前記面からほぼ等距離の位置に配置されている映写シ
    ステム。
  32. 【請求項３２】コンピュータグラフィクス表示であり、
    該表示に対する軌道を決定するデジタル・ベクトル座標
    で定義されるコンピュータグラフィクス表示を幾何学的
    な観覧面上に映写する映写システムにおいて、 前記表示を操作する画像発生デバイスと、 前記デジタル・ベクトル座標をアナログ信号に翻訳し、
    前記表示をフリッカ速度よりも高い速度で反復的に送信
    するプロセッサと、 前記アナログ信号を補正し、それによって、前記観覧面
    の幾何を補償する幾何学的補正デバイスと、 強いコヒーレントな光ビームを生じる広帯域のガス・イ
    オン・レーザと、 前記光ビームの偏向を制御する増幅器回路と、 前記光ビームを前記ｘ軸において偏向するｘ検流計と前
    記光ビームを前記ｙ軸において偏向するｙ検流計とを含
    み、前記光ビームを偏向出口角度において１対のデカル
    ト軸のベクトル座標に偏向する偏向装置モジュールと、 前記光ビームを受け取る入力カップリングと前記光ビー
    ムを合焦及びコリメート・レンズ列に伝達する出力カッ
    プリングとを有する光ファイバ経路と、前記光ビームを
    基本色に分離し該基本色のそれぞれを独立に変調し前記
    基本色を再合成する色変調装置とを含み、前記ビームを
    前記偏向装置モジュールに提供するビーム転送手段と、 前記偏向出口角度を所定のファクタだけ増加させ前記表
    示を前記観覧面上に映写する広角レンズ列であって、第
    １及び第２のレンズ列を含み、前記第１のレンズ列は前
    記表示を空間的に焦点面上に映写し、前記第２のレンズ
    列は広角レンズを含み前記空間的な表示を前記観覧面上
    に合焦し、前記観覧面は前記第２のレンズ列を包囲し前
    記観覧面上の各点が前記第２のレンズ列からほぼ等距離
    にある、広角レンズ列と、 を備える映写システム。
  33. 【請求項３３】請求項32記載の映写システムにおいて、
    前記幾何学的観覧面は球形であり、前記広角レンズは前
    記観覧面上の各点からほぼ等距離に配置されている映写
    システム。
  34. 【請求項３４】請求項33記載の映写システムにおいて、
    前記偏向されたビームの前記偏向出口角度は約20から80
    度の範囲にあり、前記レンズ列は前記偏向出口角度を約
    160から少なくとも180度の範囲まで増加させる映写シス
    テム。
  35. 【請求項３５】請求項32記載の映写システムにおいて、
    前記偏向されたビームの前記偏向出口角度は約20から80
    度の範囲にあり、前記レンズ列は前記偏向出口角度を約
    160から少なくとも180度の範囲まで増加させる映写シス
    テム。
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