JP3425818B2 - 網膜直接表示装置及びそれを用いたテレビジョン受信機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、映像信号を可視光のビ
ームに変換し、そのビームを水平及び垂直に偏向し、両
眼の瞳孔を通して網膜上にラスタ走査を行って二次元画
像（平面画像）あるいは三次元画像（立体画像）の映像
表示を行う網膜直接表示装置と、それを用いたテレビジ
ョン受信機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば次のような文献に記載されるものがあった。 文献１；特開平２−５号公報 文献２；特開平２−１６１９３０号公報 文献３；特開平３−２１４８７２号公報 前記文献１にはカメラの視線方向検出装置の技術、文献
２にはレーザ走査式光凝固装置の技術、及び文献３には
眼鏡型網膜直接表示装置の技術がそれぞれ記載されてい
る。前記文献３に記載された従来の眼鏡型網膜直接表示
装置は、タングステンランプ及びミラーからなる点光源
と、該点光源で照射される映像板と、該映像板とほぼ一
体的に配置された短焦点の接眼レンズとを備え、それら
が眼鏡型のフレームに取付けられている。映像板は、例
えば、カラーフィルタを有する透過型の液晶板で構成さ
れ、液晶テレビジョンに採用されているような表示駆動
回路から供給される映像信号で駆動されるようになって
いる。この種の眼鏡型網膜直接表示装置では、点光源か
ら出射された光が映像板を通過し、接眼レンズによって
眼球の表面の瞳孔に焦点が結ばれる。この瞳孔に焦点が
結ばれた映像板の実像は、眼球の水晶体で反転されて網
膜上に結像される。映像観賞者が、接眼レンズの焦点に
瞳孔が位置するように眼鏡型網膜直接表示装置を装着す
ると、個人の視度（近眼、遠視眼）に関係なく、映像信
号で駆動される映像板の像のみを鮮明に感知することが
可能になる。しかも、眼球に入射される映像光線は、視
野角を約６０°にすることも可能になるから、大画面を
近くで見るような迫力ある画面としてみることができ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記文
献３に記載された従来の眼鏡型網膜直接表示装置では、
次のような課題があった。従来の網膜直接表示装置で
は、映像信号をディスプレイの一種である映像板によっ
て可視像に変換し、その可視像を眼球の網膜上に結像す
ることによって該可視像を見る構造になっている。その
ため、高画質の映像信号が入力されても、それを映像板
によって可視像に変換する際に、該映像板の構造に起因
して画質が劣化し、高い解像度を得ることが困難であっ
た。しかも、映像板を必要とするため、装置の小型化及
び低コスト化に限界があり、未だ技術的に充分満足のゆ
く網膜直接表示装置を得ることが困難であった。本発明
は、前記従来技術が持っていた課題として、解像度の劣
化、及び装置の小型化や低コスト化に限界があるといっ
た点について解決した高解像度の網膜直接表示装置とそ
れを用いたテレビジョン受信機を提供することを目的と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明では、網膜直接表示装置におい
て、水平同期信号及び垂直同期信号を含んだ映像信号
を、可視光のビームに変換する可視光変換手段と、網膜
投影手段と、視線追尾手段とを備え、前記可視光変換手
段、前記網膜投影手段、及び前記視線追尾手段が観賞者
の前面から所定距離離れた所に設置される網膜直接表示
装置であって、前記網膜投影手段、及び前記視線追尾手
段を次のように構成している。即ち、前記網膜投影手段
は、水平偏向信号及び垂直偏向信号に基づき、前記可視
光変換手段で変換された前記ビームを水平及び垂直方向
に偏向する二次元走査手段と、前記二次元走査手段で偏
向されたビームをその出射方向に向けた前記観賞者の両
眼へ投影し、所定の範囲内で移動する前記観賞者の両眼
の瞳孔を通して網膜上にラスタ走査を行わせる光学系と
を有している。前記視線追尾手段は、前記映像信号中に
含まれる前記水平同期信号及び前記垂直同期信号を抽出
する同期回路と、前記眼側から送られてくる反射光ビー
ム又は照射光ビームを電気信号に変換する光電変換装置
と、前記光電変換装置で変換された前記電気信号に基づ
き、現在のフレームの瞳孔の画像情報と１つ前のフレー
ムの瞳孔の画像情報とを比較して前記瞳孔の動きの方向
と量を検出し、前記瞳孔の水平及び垂直方向の動き検出
信号を出力する画像処理装置と、前記同期回路で抽出さ
れた前記水平同期信号及び前記垂直同期信号と前記画像
処理装置から出力された前記動き検出信号とに基づき、
前記水平偏向信号及び前記垂直偏向信号を前記網膜投影
手段に出力し、前記網膜投影手段のビーム出射方向を前
記瞳孔の移動に追尾させる視線追尾制御装置とを有して
いる。さらに、前記光学系は、前記網膜投影手段から出
射されるビームの径を、前記瞳孔の径と等しいか、ある
いは該瞳孔の径よりも大きくかつ眼球の水晶体の径より
も小さくする構成にしている。

【０００５】請求項２に係る発明では、網膜直接表示装
置において、異なる角度から撮影して生成された、水平
同期信号及び垂直同期信号をそれぞれ含んだ右眼用映像
信号と左眼用映像信号のうち、前記右眼用映像信号を可
視光の右眼用ビームに変換する右眼用可視光変換手段
と、前記左眼用映像信号を可視光の左眼用ビームに変換
する左眼用可視光変換手段と、右眼用網膜投影手段と、
左眼用網膜投影手段と、視線追尾手段とを備え、前記右
眼用可視光変換手段、前記左眼用可視光変換手段、前記
右眼用網膜投影手段、前記左眼用網膜投影手段、及び前
記視線追尾手段が観賞者の前面から所定距離離れた所に
設置される網膜直接表示装置であって、前記右眼用網膜
投影手段、前記左眼用網膜投影手段、及び前記視線追尾
手段を次のように構成している。即ち、前記右眼用網膜
投影手段は、水平偏向信号及び垂直偏向信号に基づき、
前記右眼用ビームを水平及び垂直方向に偏向する右眼用
二次元走査手段と、前記右眼用二次元走査手段で偏向さ
れた右眼用ビームをその出射方向へ向けた前記観賞者の
右眼へ投影し、所定の範囲内で移動する前記観賞者の右
眼の瞳孔を通して右眼網膜上にラスタ走査を行わせる右
眼用光学系とを有している。前記左眼用網膜投影手段
は、前記水平偏向信号及び前記垂直偏向信号に基づき、
前記右眼用網膜投影手段と同期して前記左眼用ビームを
偏向する左眼用二次元走査手段と、前記左眼用二次元走
査手段で偏向された左眼用ビームをその出射方向へ向け
た前記観賞者の左眼へ投影し、所定の範囲内で移動する
前記観賞者の左眼の瞳孔を通して左眼網膜上にラスタ走
査を行わせる左眼用光学系とを有している。前記視線追
尾手段は、前記映像信号中に含まれる水平同期信号及び
垂直同期信号を抽出する同期回路と、前記眼側から送ら
れてくる反射光ビーム又は照射光ビームを電気信号に変
換する光電変換装置と、前記光電変換装置で変換された
前記電気信号に基づき、現在のフレームの片眼又は両眼
の瞳孔の画像情報と１つ前のフレームの片眼又は両眼の
瞳孔の画像情報とを比較して前記片眼又は両眼の瞳孔の
動きの方向と量を検出し、前記片眼又は両眼の瞳孔の水
平及び垂直方向の動き検出信号を出力する画像処理装置
と、前記同期回路で抽出された前記水平同期信号及び前
記垂直同期信号と前記画像処理装置から出力された前記
動き検出信号とに基づき、前記水平偏向信号及び前記垂
直偏向信号を前記右眼用及び左眼用網膜投影手段に出力
し、前記右眼用及び左眼用網膜投影手段のビーム出射方
向を前記瞳孔の移動に追尾させる視線追尾制御装置とを
有している。さらに、請求項１と同様に、前記光学系
は、前記網膜投影手段から出射されるビームの径を、前
記瞳孔の径と等しいか、あるいは該瞳孔の径よりも大き
くかつ眼球の水晶体の径よりも小さくする構成にしてい
る。請求項３に係る発明では、請求項１又は２の網膜直
接表示装置において、前記ビームは、コヒーレントなレ
ーザビーム又はインコヒーレントな光ビームである。請
求項４に係る発明では、テレビジョン受信機において、
請求項１、２又は３の網膜直接表示装置に、音声信号を
音声に変換する音響機器と、観賞者が座る所定位置を指
示するミラーとを設けている。

【０００６】

【作用】請求項１、３に係る発明によれば、映像信号が
入力されると、その映像信号が可視光変換手段で可視光
のビーム（コヒーレントなレーザビーム又はインコヒー
レントな光ビーム）に変換され、網膜投影手段へ送られ
る。網膜投影手段では、入射されたビームを二次元走査
手段で水平及び垂直方向に偏向し、所定距離離れた観賞
者の両眼の瞳孔を通して網膜上に直接ラスタ走査を行
う。この際、観賞者の顔が所定の範囲内で移動したとき
には、視線追尾手段により、瞳孔の移動方向が検出さ
れ、網膜投影手段のビーム出射方向が該瞳孔の移動に追
従するように制御される。請求項２、３に係る発明によ
れば、異なる角度から撮影して生成された右眼用映像信
号と左眼用映像信号が入力されると、それらの右眼用映
像信号と左眼用映像信号が右眼用可視光変換手段と左眼
用可視光変換手段でそれぞれ可視光のビーム（コヒーレ
ントなレーザビーム又はインコヒーレントな光ビーム）
に変換され、右眼用網膜投影手段と左眼用網膜投影手段
へそれぞれ送られる。右眼用網膜投影手段では、入射さ
れた右眼用ビームを右眼用二次元走査手段で水平及び垂
直方向に偏向し、所定距離離れた観賞者の右眼の瞳孔を
通して右眼網膜上に直接ラスタ走査を行う。これと同期
して左眼用網膜投影手段では、入射された左眼用ビーム
を左眼用二次元走査手段で水平及び垂直方向に偏向し、
観賞者の左眼の瞳孔を通して左眼網膜上に直接ラスタ走
査を行う。この際、観賞者の顔が所定の範囲内で移動し
たときには、視線追尾手段により、右眼又は左眼のいず
れか一方の瞳孔、あるいは両眼の瞳孔の移動方向が検出
され、右眼用網膜投影手段及び左眼用網膜投影手段のビ
ーム出射方向が該瞳孔の移動に追従するように制御され
る。

【０００７】請求項４に係る発明によれば、テレビジョ
ン受信機に設けられたミラーにより指示された所定位置
に観賞者が座ると、網膜直接表示装置によってビームが
その観賞者の眼球の網膜上に直接ラスタ走査される。さ
らに、入力された音声信号が音響機器で音声に変換され
る。従って、前記課題を解決できるのである。

【０００８】

【実施例】第１の実施例 図１は、本発明の第１の実施例を示す投影型網膜直接表
示装置の構成ブロック図である。この投影型網膜直接表
示装置は、映像観賞者から所定距離離れた所に設置さ
れ、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の三原色からなる
映像信号ＩＮを可視光のビーム（コヒーレントなレーザ
ビーム又はインコヒーレントな光ビーム）Ｓ１０に変換
した後、そのビームＳ１０を偏向して眼球１の瞳孔２及
び水晶体３を通して網膜４上にラスタ走査を行い、平面
画像の映像表示を可能にする装置である。即ち、この投
影型網膜直接表示装置は、Ｒ、Ｇ、Ｂの三原色からなる
映像信号ＩＮを可視光のビームＳ１０に変換する可視光
変換手段である可視光変換装置１０を有し、その出力側
に網膜投影手段である網膜投影装置２０が接続されてい
る。網膜投影装置２０は、前記文献２に記載されたレー
ザ走査式光凝固装置と類似する装置であり、水平偏向信
号Ｓ４０Ｈ及び垂直偏向信号Ｓ４０Ｖに基づき、入射さ
れたビームＳ１０を水平及び垂直方向に走査する二次元
走査手段を有し、該二次元走査手段で偏向されたビーム
Ｓ２０を眼球１へ投影し、その眼球１の瞳孔２及び水晶
体３を通して網膜４上にラスタ走査を行う機能を有して
いる。

【０００９】網膜投影装置２０には、眼の瞳孔２の移動
方向を検出し、その検出結果に基づき該網膜投影装置２
０のビーム出射方向を該瞳孔２の移動に追尾させる視線
追尾手段が接続されている。視線追尾手段は、前記文献
１に記載されたカメラの視線方向検出装置と類似する技
術であり、同期回路３０、視線追尾制御装置４０、照射
光源５０、光電変換装置６０、及び画像処理装置７０で
構成されている。同期回路３０は、映像信号ＩＮ中に含
まれる水平同期信号Ｓ３０Ｈ及び垂直同期信号Ｓ３０Ｖ
を抽出する回路であり、その出力側に視線追尾制御装置
４０が接続されている。視線追尾制御装置４０は、水平
同期信号Ｓ３０Ｈ及び垂直同期信号Ｓ３０Ｖと、画像処
理装置７０で検出された視線情報（即ち、瞳孔２の動き
検出信号）Ｓ７０Ｈ，Ｓ７０Ｖとに基づき、水平偏向信
号Ｓ４０Ｈ及び垂直偏向信号Ｓ４０Ｖを出力し、網膜投
影装置２０のビーム出射方向を瞳孔２の移動方向に追尾
させる機能を有している。

【００１０】照射光源５０は、照射ビーム（例えば、コ
ヒーレントな赤外線レーザビームあるいはインコヒーレ
ントな光ビーム）Ｓ５０を出射する光源である。この照
射光源５０から出射された照射ビームＳ５０は、例え
ば、網膜投影装置２０内に設けられたハーフミラー等の
ビームスプリッタで反射されて眼球１方向へ送られ、そ
の眼球１で反射する。眼球１で反射した反射照射ビーム
Ｓ２３ｂは、例えば、網膜投影装置２０内に設けられた
ハーフミラー等のビームスプリッタで反射され、光電変
換装置６０へ送られるようになっている。光電変換装置
６０は、網膜投影装置２０から送られてきた反射照射ビ
ームＳ２３ｂを電気信号に変換する装置であり、電荷結
合素子（Charge Coupled Device、以下ＣＣＤという）
等のイメージセンサで構成されており、その出力側に画
像処理装置７０が接続されている。画像処理装置７０
は、光電変換装置６０の出力信号を入力し、該光電変換
装置６０から与えられる現在のフレームの瞳孔２の画像
情報と、１つ前の瞳孔２の画像情報とを比較し、該瞳孔
２の動きを検出してその動き検出信号Ｓ７０Ｈ，Ｓ７０
Ｖを視線追尾制御装置４０に与える装置であり、中央処
理装置（Central Processing Unit 、以下ＣＰＵとい
う）及び記憶装置（以下、メモリという）等で構成され
ている。

【００１１】図２は、図１の投影型網膜直接表示装置の
具体的な構成図である。網膜投影装置２０は、水平走査
部２１及び垂直走査部２２からなる二次元走査手段と、
光学系２３とで、構成されている。水平走査部２１は、
視線追尾制御装置４０からの水平偏向信号Ｓ４０Ｈに基
づき、可視光変換装置１０から出射された可視光のビー
ムＳ１０を水平方向に走査する機能を有している。垂直
走査部２２は、視線追尾制御装置４０からの垂直偏向信
号Ｓ４０Ｖに基づき、水平走査部２１で水平方向に走査
されたビームＳ１０を垂直方向に走査する機能を有して
いる。光学系２３は、例えば、ハーフミラー等で構成さ
れた２つのビームスプリッタ２３ａ，２３ｂと、収束用
レンズ２３ｃとを備えている。一方のビームスプリッタ
２３ａは、照射光源５０から出射された照射ビームＳ５
０を眼球１方向へ反射する機能を有し、他方のビームス
プリッタ２３ｂは、眼球１からの反射照射ビームＳ２３
ｂを光電変換装置６０側へ反射する機能を有している。
収束用レンズ２３ｃは、垂直走査部２２から出射されビ
ームスプリッタ２３ａ，２３ｂを通して送られてくるビ
ームＳ２０を収束して瞳孔２の上に焦点を結ばせる機能
を有している。

【００１２】視線追尾制御装置４０は、水平同期側のバ
イアス発生回路４１Ｈ、のこぎり波発生回路４２Ｈ、電
圧制御発振器（Voltage Controlled Oscillator 、以下
ＶＣＯという）４３Ｈ、及びドライバ４４Ｈと、垂直同
期側のバイアス発生回路４１Ｖ、のこぎり波発生回路４
２Ｖ、ＶＣＯ４３Ｖ、及びドライバ４４Ｖとで、構成さ
れている。水平同期側のバイアス発生回路４１Ｈは、同
期回路３０から出力される水平同期信号Ｓ３０Ｈを入力
し、画像処理装置７０から送られてくる動き検出信号Ｓ
７０Ｈに応じたバイアス信号Ｓ４１Ｈを発生する回路で
あり、その出力側にのこぎり波発生回路４２Ｈが接続さ
れている。のこぎり波発生回路４２Ｈは、のこぎり波を
発生して該のこぎり波とバイアス信号Ｓ４１Ｈとを重畳
してのこぎり波信号Ｓ４２Ｈを出力する回路であり、ブ
ロッキング発振器等で構成されている。のこぎり波発生
回路４２Ｈの出力側には、ＶＣＯ４３Ｈが接続されてい
る。ＶＣＯ４３Ｈは、のこぎり波信号Ｓ４２Ｈの電圧レ
ベルに応じて発振周波数が変化する発振器であり、その
出力側にドライバ４４Ｈが接続されている。ドライバ４
４Ｈは、ＶＣＯ４３Ｈの出力信号を駆動して水平偏向信
号Ｓ４０Ｈを出力し、網膜投影装置２０内の水平走査部
２１へ与える回路である。

【００１３】水平同期側と同様に、垂直同期側のバイア
ス発生回路４１Ｖは、同期回路３０から出力される垂直
同期信号Ｓ３０Ｖを入力し、画像処理装置７０から送ら
れてくる動き検出信号Ｓ７０Ｖに応じたバイアス信号Ｓ
４１Ｖを発生する回路であり、その出力側にのこぎり波
発生回路４２Ｖが接続されている。のこぎり波発生回路
４２Ｖは、ブロッキング発振器等で構成され、のこぎり
波を発生して該のこぎり波とバイアス信号Ｓ４１Ｖとを
重畳してのこぎり波信号Ｓ４２Ｖを出力する回路であ
り、その出力側にＶＣＯ４３Ｖが接続されている。ＶＣ
Ｏ４３Ｖは、のこぎり波信号Ｓ４２Ｖの電圧レベルに応
じて発振周波数が変化する発振器であり、その出力側に
ドライバ４４Ｖが接続されている。ドライバ４４Ｖは、
ＶＣＯ４３Ｖの出力信号を駆動して垂直偏向信号Ｓ４０
Ｖを出力し、網膜投影装置２０内の垂直走査部２２に与
える回路である。画像処理装置７０は、サンプルホール
ド回路７１、補正回路７２、アナログ／ディジタル変換
器（Analog-to-Digital converter 、以下Ａ／Ｄ変換器
という）７３、動き検出回路７４、フィールドメモリ７
５、制御回路７６、及びディジタル／アナログ変換器
（Digital-to-Analog converter 、以下Ｄ／Ａ変換器と
いう）７７Ｈ，７７Ｖで構成されている。

【００１４】サンプルホールド回路７１は、光電変換装
置６０の出力信号をサンプルホールドする回路であり、
その出力側に補正回路７２が接続されている。補正回路
７２は、サンプルホールド回路７１の出力信号に対して
自動利得制御（Automatic Gain Control、以下ＡＧＣと
いう）と非線形処理すなわちガンマ補正（以下、γ補正
という）とを行う回路であり、その出力側にＡ／Ｄ変換
器７３が接続されている。Ａ／Ｄ変換器７３は、補正回
路７２の出力信号をディジタル信号に変換する回路であ
り、その出力側に動き検出回路７４及びフィールドメモ
リ７５が接続されている。フィールドメモリ７５は、デ
ータの読み書き（即ち、アクセス）が動き検出回路７４
で制御され、１フレーム前の画像信号を記憶するメモリ
である。動き検出回路７４は、フィールドメモリ７５に
対するアクセスを制御する機能を有すると共に、該フィ
ールドメモリ７５から入力した１フレーム前の画像信号
と、Ａ／Ｄ変換器７３から入力した現フレームの画像信
号とを比較して、瞳孔２の動きの方向と量（これを動き
ベクトルという）を求め、この動きベクトルに応じた動
き検出信号を出力する回路である。

【００１５】これらの動き検出回路７４及びフィールド
メモリ７５は、ＣＰＵを有するマイクロコンピュータ等
で構成された制御回路７６によって制御されるようにな
っている。動き検出回路７４の出力側には、２つのＤ／
Ａ変換器７７Ｈ，７７Ｖが接続されている。一方のＤ／
Ａ変換器７７Ｈは、動き検出回路７４の出力信号をアナ
ログ信号に変換して瞳孔２の水平方向の動き検出信号Ｓ
７０Ｈを出力し、バイアス発生回路４１Ｈに与える回路
である。他方のＤ／Ａ変換器７７Ｖは、動き検出回路７
４の出力信号をアナログ信号に変換し、瞳孔２の垂直方
向の動き検出信号Ｓ７０Ｖを出力し、バイアス発生回路
４１Ｖに与える回路である。

【００１６】図３は、図２中の網膜投影装置２０の概略
の構成図である。この網膜投影装置２０は、例えば、音
響光学式光偏向器で構成されるもので、水平走査部２１
が、水平方向に配置され水平走査を行う音響光学式光偏
向器２１ａと、該偏向器２１ａの出射側に設けられたλ
／４（但し、λは波長）波長板２１ｂとで、構成されて
いる。垂直走査部２２は、λ／４波長板２１ｂの出射側
において紙面に対して垂直方向に配置され垂直走査を行
う音響光学式光偏向器２２ａで構成されている。光偏向
器２２ａの出射側には、ビームスプリッタ２３ａ，２３
ｂ及び収束用レンズ２３ｃを有する光学系２３が設けら
れている。水平走査用の光偏向器２１ａでは、モリブデ
ン酸鉛、ＴｅＯ₂ 等の音響光学媒質２１ａ−１の一端
に、ＺｎＯやＬｉＮｂＯ₃ 等の圧電材料からなるトラン
スジューサ２１ａ−２が張付けられ、該音響光学媒質２
１ａ−１の他端に、超音波吸収層２１ａ−３が設けられ
ている。この光偏向器２１ａは、音響光学媒質２１ａ−
１中を伝搬する超音波によって生ずる屈折率の粗密（即
ち、回折格子）で光が回折される音響光学効果を利用
し、トランスジューサ２１ａ−２に印加される水平偏向
信号Ｓ４０Ｈの電圧あるいは周波数を変えることによ
り、入射されたビームＳ１０の回折方向を変化させて水
平走査を行うようになっている。垂直走査用の光偏向器
２２ａは、水平走査用の光偏向器２１ａと同一の構成で
あり、垂直偏向信号Ｓ４０Ｖの電圧あるいは周波数を変
えることによって回折方向を変化させ、垂直走査を行っ
てビームＳ２０を出射するようになっている。

【００１７】光学系２３内の収束用レンズ２３ｃは、垂
直走査用の光偏向器２２ａから出射されビームスプリッ
タ２３ａ，２３ｂを通して送られてくるビームＳ２０を
収束して眼球１の表面の瞳孔２の上に焦点を結ばせる機
能を有している。この瞳孔２上に焦点を結ばれたビーム
Ｓ２０は、眼球１の水晶体３で反転されて網膜４上に結
像され、該網膜４上において水平方向及び垂直方向の走
査が行われるようになっている。眼球１の瞳孔２は、そ
の径が人の生理作用によって暗い所では大きく、明るい
所では小さくなる。そこで、レンズ２３ｃから出射され
るビームＳ２０のビーム径は、瞳孔２の径と等しいか、
あるいは該瞳孔２の径よりも大きくかつ水晶体３の径よ
りも小さくした方が、ものが見やすくなって疲労度が少
なく、生理的に望ましい。

【００１８】図４は、図１の投影型網膜直接表示装置を
搭載したテレビジョン受信機の概略の構成ブロック図で
ある。このテレビジョン受信機８０は、キャビネット８
１を有し、該キャビネット８１の外側に初期設定用のミ
ラー８２が取付けられている。キャビネット８１内に
は、図１の投影型網膜直接表示装置でそれぞれ構成され
る２つの網膜直接表示装置１００Ｒ，１００Ｌが設けら
れ、それらの網膜投影装置１００Ｒ，１００Ｌから交差
法によって２本のビームＳ２０Ｒ，Ｓ２０Ｌが交差状態
で出射され、該キャビネット８１前の所定位置に腰掛け
た観賞者３００の両方の眼球１Ｒ，１Ｌに入射するよう
になっている。さらに、キャビネット８１内には、音響
装置が設けられている。この音響装置は、例えば音声回
路２０１及びスピーカ２０２等で構成されている。音声
回路２０１は、外部から入力される音声信号を検波及び
増幅してスピーカ２０２を動作させる回路である。以上
のように構成される投影型網膜直接表示装置及びそれを
搭載したテレビジョン受信機の動作を説明する。

【００１９】図４に示すように、観賞者３００がテレビ
ジョン受信機８０によってテレビジョン信号やビデオ信
号等の映像を観賞する場合、キャビネット８１上に設け
られたミラー８２を見ながら自分の顔が見えるような所
定位置に座ることにより、投影距離の初期設定が行われ
る。外部から入力される音声信号は、キャビネット８１
内に設けられた音声回路２０１によって検波及び増幅さ
れ、スピーカ２０２が動作して該スピーカ２０２から音
声が出力される。外部から入力される映像信号ＩＮは、
キャビネット８１内に設けられた各網膜直接表示装置１
００Ｒ，１００Ｌ内の図１の可視光変換装置１０によ
り、例えばＲ、Ｇ、Ｂの三原色の可視光のビームＳ１０
に変換されて網膜投影装置２０へ送られる。図２の網膜
投影装置２０において、水平走査部２１を構成する図３
の水平走査用光偏向器２１ａでは、視線追尾装置４０か
ら与えられる水平偏向信号Ｓ４０Ｈに基づき、入射され
たビームＳ１０に対する水平走査を行う。水平走査され
たビームは、λ／４波長板２１ｂを通して垂直走査用光
偏向器２２ａへ送られる。垂直走査用光偏向器２２ａで
は、視線追尾制御装置４０から与えられる垂直偏向信号
Ｓ４０Ｖに基づき、入射されるビームに対する垂直走査
を行う。垂直走査されたビームＳ２０は、ビームスプリ
ッタ２３ａ，２３ｂを透過し、収束用レンズ２３ｃから
出射される。

【００２０】このように、図４の各網膜直接表示装置１
００Ｒ，１００Ｌ内の網膜投影装置２０によって偏向さ
れた２本のビームＳ２０Ｒ，Ｓ２０Ｌは、それらの各網
膜投影装置２０から交差して出射される。２本のビーム
Ｓ２０Ｒ，Ｓ２０Ｌは、観賞者３００の両方の眼球１
Ｒ，１Ｌの瞳孔２及び水晶体３を通って網膜４上に結像
される。この２本のビームＳ２０Ｒ，Ｓ２０Ｌにより、
両眼の網膜４上に直接、水平方向及び垂直方向に走査さ
れるので、目の残像効果によって観賞者３００は、網膜
直接表示装置１００Ｒ，１００Ｌから出射される平面画
像の映像を楽しむことができる。この際、各網膜直接表
示装置１００Ｒ，１００Ｌ内にそれぞれ設けられた図２
の照射光源５０から出射された照射ビームＳ５０は、各
ビームスプリッタ２３ａで反射されて両方の眼球１Ｒ，
１Ｌへそれぞれ送出される。送出された各照射ビームＳ
５０は、両眼の眼球１Ｒ，１Ｌでそれぞれ反射し、各網
膜直接表示装置１００Ｒ，１００Ｌ内のビームスプリッ
タ２３ｂへそれぞれ送られる。各ビームスプリッタ２３
ｂへ送られた反射照射ビームＳ２３ｂは、それらの各ビ
ームスプリッタ２３ｂでそれぞれ反射され、各光電変換
装置６０でそれぞれ電気信号に変換されて各画像処理装
置７０へ送られる。

【００２１】各網膜直接表示装置１００Ｒ，１００Ｌ内
の図２の画像処理装置７０では、光電変換装置６０の出
力信号が、サンプルホールド回路７１でサンプルホール
ドされ、補正回路７２によってＡＧＣ及びγ補正が行わ
れた後、Ａ／Ｄ変換器７３でディジタル信号に変換さ
れ、動き検出回路７４及びフィールドメモリ７５へ送ら
れる。フィールドメモリ７５には、１フレーム前の瞳孔
２の画像信号が記憶されている。動き検出回路７４で
は、フィールドメモリ７５から読出された１フレーム前
の瞳孔２の画像信号と、Ａ／Ｄ変換器７３から送られて
くる現フレームの瞳孔２の画像信号とを比較し、該瞳孔
２の動きの方向と量（即ち、動きベクトル）を求め、こ
の動きベクトルに応じた水平方向及び垂直方向の動き検
出信号を出力する。

【００２２】動き検出回路７４から出力された水平方向
の動き検出信号は、Ｄ／Ａ変換器７７Ｈでアナログ信号
に変換され、該変換された水平方向の動き検出信号Ｓ７
０Ｈが視線追尾制御装置４０内のバイアス発生回路４１
Ｈへ送られる。さらに、動き検出回路７４から出力され
た垂直方向の動き検出信号は、Ｄ／Ａ変換器７７Ｖでア
ナログ信号に変換され、その変換された垂直方向の動き
検出信号Ｓ７０Ｖが視線追尾制御装置４０内のバイアス
発生回路４１Ｖへ送られる。各網膜直接表示装置１００
Ｒ，１００Ｌ内の同期回路３０では、入力された映像信
号ＩＮから水平同期信号Ｓ３０Ｈ及び垂直同期信号Ｓ３
０Ｖを抽出し、バイアス発生回路４１Ｈ，４１Ｖへ送
る。水平同期側のバイアス発生回路４１Ｈは、同期回路
３０から出力された水平同期信号Ｓ３０Ｈと、Ｄ／Ａ変
換器７７Ｈから出力された動き検出信号Ｓ７０Ｈとを入
力し、その動き検出信号Ｓ７０Ｈに応じたレベルのバイ
アス信号Ｓ４１Ｈをのこぎり波発生回路４２Ｈへ出力す
る。のこぎり波発生回路４２Ｈでは、入力されたバイア
ス信号Ｓ４１Ｈに、内部で発生したのこぎり波を重畳し
てのこぎり波信号Ｓ４２Ｈを出力するので、該のこぎり
波信号Ｓ４２Ｈの電圧レベルに応じてＶＣＯ４３Ｈの発
振周波数が変化する。このＶＣＯ４３Ｈの出力信号は、
ドライバ４４Ｈで駆動され、該ドライバ４４Ｈから水平
偏向信号Ｓ４０Ｈが出力され、水平走査部２１内の光偏
向器２１ａに与えられる。

【００２３】一方、垂直同期側のバイアス発生回路４１
Ｖでは、同期回路３０から出力された垂直同期信号Ｓ３
０Ｖと、Ｄ／Ａ変換器７７Ｖから出力された動き検出信
号Ｓ７０Ｖとを入力し、該動き検出信号Ｓ７０Ｖのレベ
ルに応じたバイアス信号Ｓ４１Ｖをのこぎり波発生回路
４２Ｖへ出力する。のこぎり波発生回路４２では、入力
されたバイアス信号Ｓ４１Ｖに、内部で発生したのこぎ
り波を重畳してのこぎり波信号Ｓ４２Ｖを出力するの
で、該のこぎり波信号Ｓ４２ＶによってＶＣＯ４３Ｖの
発振周波数が変化する。このＶＣＯ４３Ｖの出力信号
は、ドライバ４４Ｖで駆動され、該ドライバ４４Ｖから
垂直偏向信号Ｓ４０Ｖが出力され、垂直走査部２２内の
光偏向器２２ａへ与えられる。これにより、光学系２３
を構成するレンズ２３ｃのビーム出射方向が制御され
る。そのため、テレビジョン受信機８０の前に居る観賞
者３００の顔が、映像観賞中に所定の範囲内で移動し、
両眼の眼球１Ｒ，１Ｌの瞳孔２が移動した場合、その瞳
孔２の移動に追従して各網膜直接表示装置１００Ｒ，１
００Ｌから出射されるビームＳ２０Ｒ，Ｓ２０Ｌも移動
する。従って、各網膜直接表示装置１００Ｒ，１００Ｌ
から出射されるビームＳ２０Ｒ，Ｓ２０Ｌにより、観賞
者３００の眼球１Ｒ，１Ｌの各瞳孔２及び水晶体３を通
して網膜４上にラスタ走査が行われることになる。

【００２４】以上のように、この第１の実施例では、次
のような利点（ａ）〜（ｄ）を有している。 （ａ） 高画質の映像信号ＩＮが各網膜直接表示装置１
００Ｒ，１００Ｌ内の可視光変換装置１０によって可視
光のビームＳ１０に変換され、そのビームＳ１０を用い
て網膜投影装置２０によって直接、網膜４上にラスタ走
査が行われるので、従来の映像板を用いたものに比べて
画質劣化が少なく、高い解像度を得ることができる。 （ｂ） 従来の映像板に代えて両眼の網膜４上に直接ラ
スタ走査を行う構成であるため、従来の映像板を省略す
ることによって装置の小型化及び低コスト化が可能とな
る。 （ｃ） 観賞者３００の顔が所定の範囲内で移動して
も、照射光源５０から出射される照射ビームＳ５０を用
いて視線追尾を行うので、視線追尾精度を向上できる。 （ｄ） 可視光のビームＳ１０，Ｓ２０及び照射ビーム
Ｓ５０として、レーザビームを用いた場合、該レーザビ
ームは収束性が高いので、ラスタ走査及び視線追尾の精
度をより向上できる。但し、目に対する安全性のため、
低エネルギーのレーザビームを用いることが望ましい。
これに対し、インコヒーレントな可視光ビームを用いれ
ば、収束性が低いので、レーザビームに比べてラスタ走
査及び視線追尾の精度が低いが、目に対してはより安全
である。

【００２５】第２の実施例 図５は、本発明の第２の実施例を示す投影型網膜直接表
示装置の構成ブロック図であり、第１の実施例を示す図
１中の要素と共通の要素には共通の符号が付されてい
る。この網膜直接表示装置では、図１及び図２中の照射
光源５０及びビームスプリッタ２３ａを省略し、網膜投
影装置２０から眼球１へ出射されたビームＳ２０の反射
ビームを用いて瞳孔２の視線追尾を行うようになってい
る点のみが異なっている。即ち、この第２の実施例で
は、網膜４上にラスタ走査を行うために、網膜投影装置
２０からビームＳ２０が出射されると、そのビームＳ２
０の眼球１からの反射ビームを図２中のビームスプリッ
タ２３ｂで反射し、その反射したビームＳ２３ｂを光電
変換装置６０で電気信号に変換する。変換された電気信
号は、第１の実施例と同様に、画像処理装置７０によっ
て瞳孔２の動き検出信号Ｓ７０Ｈ，Ｓ７０Ｖが検出さ
れ、その検出された動き検出信号Ｓ７０Ｈ，Ｓ７０Ｖに
基づき、視線追尾制御装置４０によって網膜投影装置２
０のビーム出射方向が制御され、該瞳孔２の移動に追尾
する。この第２の実施例では、第１の実施例とほぼ同様
の作用、効果が得られる上に、照射光源５０及びビーム
スプリッタ２３ａを省略し、網膜投影装置２０から出射
されるビームＳ２０の反射ビームを用いて視線追尾を行
うので、その視線追尾手段の構成を簡単化できる。

【００２６】第３の実施例 図６は、本発明の第３の実施例を示す網膜投影装置の概
略の構成図であり、第１の実施例を示す図３中の要素と
共通の要素には共通の符号が付されている。図４のテレ
ビジョン受信機８０では、右眼用と左眼用に２つの網膜
直接表示装置１００Ｒ，１００Ｌが設けられている。こ
れらの各網膜直接表示装置１００Ｒ，１００Ｌは、図１
あるいは図５に示す装置で構成される。この場合、２つ
の網膜直接表示装置１００Ｒ，１００Ｌ内のうち、同期
回路３０、視線追尾制御装置４０、光電変換装置６０、
及び画像処理装置７０で構成される視線追尾手段は、右
眼と左眼の瞳孔２の動きがほぼ等しいので、一方の網膜
直接表示装置１００Ｒ又は１００Ｌ内のみに設ければ足
りる。そのため、２つの網膜直接表示装置１００Ｒ又は
１００Ｌの一方に設けた共用の視線追尾制御装置４０か
ら出力される水平偏向信号Ｓ４０Ｈ及び垂直偏向信号Ｓ
４０Ｖを、各網膜直接表示装置１００Ｒ，１００Ｌ内の
網膜投影装置２０に与えれば、回路構成の簡単化が図れ
る。さらに回路構成の簡単化を図ろうとすれば、図４の
２つの網膜直接表示装置１００Ｒ，１００Ｌを図１又は
図５のような１つの共用の網膜直接表示装置で構成し、
その共用の網膜直接表示装置内の網膜投影装置２０を図
３と異なる構成にして、該共用の網膜投影装置２０から
右眼用と左眼用の２本のビームＳ２０Ｒ，Ｓ２０Ｌを出
射する構成にすれば、構成をより簡単化できる。この共
用の網膜投影装置２０の構成例が図６に示されている。

【００２７】この図６の網膜投影装置２０では、図３と
同様の水平走査用光偏向器２１ａ及びλ／４波長板２１
ｂからなる水平走査部２１と、図３と同様の垂直走査用
光偏向器２２ａからなる垂直走査部２２とを備え、その
出射側に設けられる光学系２３の構成のみが図３のもの
と異なっている。この図６の光学系２３では、ハーフミ
ラー等で構成されたビームスプリッタ２３ａＲ，２３ｂ
Ｒと、ミラー等で構成されたビームスプリッタ２３ａＬ
と、右眼側の収束用レンズ２３ｃＲと、左眼側の収束用
レンズ２３ｃＬとを、備えている。一方のビームスプリ
ッタ２３ａＲは、垂直走査用光偏向器２２ａから出射さ
れるビームを右眼側レンズ２３ｃＲ方向へ透過させると
共に、他方のビームスプリッタ２３ａＬ方向へ反射する
機能を有している。他方のビームスプリッタ２３ａＬ
は、一方のビームスプリッタ２３ａＲからの反射光を左
眼側レンズ２３ｃＬ方向へ反射する機能を有している。
右眼側レンズ２３ｃＲは、一方のビームスプリッタ２３
ａＲ及び２３ｂＲを透過したビームＳ２０Ｒを収束して
右眼へ送出する機能を有している。左眼側レンズ２３ｃ
Ｌは、他方のビームスプリッタ２３ａＬで反射されたビ
ームＳ２０Ｌを収束して左眼へ送出する機能を有してい
る。

【００２８】図６の共用の網膜投影装置２０では、図３
と同様に、図１又は図５の視線追尾制御装置４０から与
えられる水平偏向信号Ｓ４０Ｈ及び垂直偏向信号Ｓ４０
Ｖに基づき、水平走査用光偏向器２１ａ及び垂直走査用
光偏向器２２ａにより、可視光変換装置１０から出射さ
れたビームＳ１０の水平及び垂直走査が行われる。垂直
走査用光偏向器２２ａから出射されたビームは、ビーム
スプリッタ２３ａＲ，２３ｂＲを透過してレンズ２３ｃ
Ｒで収束され、その収束されたビームＳ２０Ｒによって
右眼の網膜４Ｒ上に直接、水平方向及び垂直方向のラス
タ走査が行われる。一方、垂直走査用光偏向器２２ａか
ら出射されたビームは、ビームスプリッタ２３ａＲで反
射され、さらにビームスプリッタ２３ａＬで反射された
後、レンズ２３ｃＬで収束され、その収束されたビーム
Ｓ２０Ｌによって左眼の網膜４Ｌ上に直接、水平方向及
び垂直方向のラスタ走査が行われる。これにより、目の
残像効果によって図４の観賞者３００は、平面画像の映
像を楽しむことができる。このように、図４の２つの網
膜直接表示装置１００Ｒ，１００Ｌ内に設けられる網膜
投影装置２０を図６のような共用構造にすれば、装置の
構成をより簡単化できる。以上説明した第１、第２及び
第３の実施例では、網膜４Ｒ，４Ｌ上に直接、ビームＳ
２０Ｒ，Ｓ２０Ｌをラスタ走査して平面画像の映像表示
を行うようにしているが、それを立体表示の構成に適用
することも可能である。その構成例を、次の第４の実施
例で説明する。

【００２９】第４の実施例 図７は、本発明の第４の実施例を示すもので、立体表示
を行うための投影型網膜直接表示装置の構成ブロック図
であり、第１の実施例を示す図１中の要素と共通の要素
には共通の符号が付されている。この投影型網膜直接表
示装置では、右眼用と左眼用の共用の同期回路３０、視
線追尾制御装置４０、照射光源５０、光電変換装置６
０、及び画像処理装置７０で構成された図１と同様の視
線追尾手段が設けられている。さらに、入力される右眼
用映像信号ＩＮＲに対しては、可視光変換装置１０Ｒ及
び網膜投影装置２０Ｒが設けられ、左眼用映像信号ＩＮ
Ｌに対しても、可視光変換装置１０Ｌ及び網膜投影装置
２０Ｌが設けられている。右眼用可視光変換装置１０Ｒ
は、図１の可視光変換装置１０と同様に、右眼用映像信
号ＩＮＲを可視光のビーム（コヒーレントなレーザビー
ムあるいはインコヒーレントな光ビーム）Ｓ１０Ｒに変
換する装置であり、その出力側に網膜投影装置２０Ｒが
接続されている。右眼用網膜投影装置２０Ｒは、図１の
網膜投影装置２０と同様に、視線追尾制御装置４０から
与えられる水平偏向信号Ｓ４０Ｈ及び垂直偏向信号Ｓ４
０Ｖに基づき、可視光変換装置１０Ｒから出射されるビ
ームＳ１０Ｒを二次元走査手段で水平及び垂直に偏向
し、その偏向されたビームＳ２０Ｒを光学系によって右
眼の眼球１Ｒへ送出する装置である。

【００３０】左眼用可視光変換装置１０Ｌも、右眼可視
光変換装置１０Ｒと同様に、左眼用映像信号ＩＮＬを可
視光のビーム（コヒーレントなレーザビームあるいはイ
ンコヒーレントな光ビーム）Ｓ１０Ｌに変換する装置で
あり、その出力側に網膜投影装置２０Ｌが接続されてい
る。左眼用網膜投影装置２０Ｌも、右眼用網膜投影装置
２０Ｒと同様に、視線追尾制御装置４０から与えられる
水平偏向信号Ｓ４０Ｈ及び垂直偏向信号Ｓ４０Ｖに基づ
き、ビームＳ１０Ｌを二次元走査手段で水平及び垂直に
偏向し、その偏向されたビームＳ２０Ｌを光学系によっ
て左眼の眼球１Ｌへ送出する装置である。以上のような
構成の投影型網膜直接表示装置を、図４の２つの網膜直
接表示装置１００Ｒ，１００Ｌに代えてキャビネット８
１内に設ければ、立体表示可能なテレビジョン受信機を
構成できる。

【００３１】この図７の投影型網膜直接表示装置では、
異なる角度から撮影して生成された右眼用映像信号ＩＮ
Ｒと左眼用映像信号ＩＮＬが各可視光変換装置１０Ｒ，
１０Ｌにそれぞれ入力されると、その右眼用可視光変換
装置１０Ｒで可視光のビームＳ１０Ｒに変換され、網膜
投影装置２０Ｒへ送られる。左眼用映像信号ＩＮＬは、
左眼用可視光変換装置１０Ｌで可視光のビームＳ１０Ｌ
に変換され、網膜投影装置２０Ｌへ送られる。右眼用網
膜投影装置２０Ｒでは、視線追尾制御装置４０から与え
られる水平偏向信号Ｓ４０Ｈ及び垂直偏向信号Ｓ４０Ｖ
に基づき、入射されたビームＳ１０Ｒを水平及び垂直に
偏向する。この偏向されたビームＳ２０Ｒは、網膜投影
装置２０Ｒ内の光学系から出射され、右眼の瞳孔２Ｒを
通して網膜４Ｒ上にラスタ走査が行われる。左眼用映像
信号ＩＮＬは、左眼用可視光変換装置１０Ｌで可視光の
ビームＳ１０Ｌに変換された後、網膜投影装置２０Ｌへ
送られる。左眼用網膜投影装置２０Ｌでは、視線追尾制
御装置４０から与えられる水平偏向信号Ｓ４０Ｈ及び垂
直偏向信号Ｓ４０Ｖに基づき、入射されたビームＳ１０
Ｌを水平及び垂直に偏向する。この偏向されたビームＳ
２０Ｌは、網膜投影装置２０Ｌ内の光学系から出射さ
れ、左眼の瞳孔２Ｌを通して網膜４上にラスタ走査が行
われる。これにより、図４の観賞者３００は、目の残像
効果によって立体映像を楽しむことができる。なお、こ
の投影型網膜直接表示装置において、同期回路３０、視
線追尾制御装置４０、照射光源５０、ビームスプリッタ
５１，５２、光電変換装置６０、及び画像処理装置７０
で構成される視線追尾手段を、左眼用映像信号ＩＮＬ側
にも設けたり、あるいはその左眼用映像信号ＩＮＬ側の
みに設けてもよい。また、照射光源５０及び図２中のビ
ームスプリッタ２３ａを、図５のように省略した構成に
してもよく、それによって構成の簡単化が図れる。

【００３２】第５の実施例 図８（ａ），（ｂ）は、本発明の第５の実施例を示すも
ので、図２の水平走査部２１及び垂直走査部２２の他の
構成例を示す構成図であり、同図（ａ）は斜視図、及び
同図（ｂ）は側面図である。図２の水平走査部２１及び
垂直走査部２２は、図８に示すような水平走査用と垂直
走査用の２つの電気光学式光偏向器２１ｃを用いて構成
してもよい。電気光学式光偏向器２１ｃは、電気光学結
晶に電界を印加することで屈折率を変化させて入射光の
偏向を行うものである。この光偏向器２１ｃでは、例え
ば、電気光学係数（効果）の大きな材料（例えば、ＫＨ
₂ ＰＯ₄ （ＫＤＰ）、ＬｉＮｂＯ₃ 等）で作られた２つ
のプリズム２１ｃ−１，２１ｃ−２が接合され、それら
のプリズム２１ｃ−１，２１ｃ−２に変調電圧Ｅ（即
ち、水平偏向信号Ｓ４０Ｈ又は垂直偏向信号Ｓ４０Ｖ）
が印加されるようになっている。このような光偏向器２
１ｃでは、変調電圧Ｅによってプリズム２１ｃ−１，２
１ｃ−２に電界を印加すると、屈折率が変化するので、
該変調電圧Ｅを変えることによって入射されたビームＳ
１０の出射方向の偏向が行える。このような光偏向器２
１ｃを水平走査用と垂直走査用に２個縦続接続すれば、
図２の可視光変換装置１０から出射されたビームＳ１０
の水平及垂直方向の偏向が行える。

【００３３】第６の実施例 図９は、本発明の第６の実施例を示す視線追尾手段の他
の構成例を示す構成図であり、第１の実施例を示す図２
中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
図４のテレビジョン受信機８０では、２つの網膜直接表
示装置１００Ｒ，１００Ｌが設けられ、それらの各網膜
直接表示装置１００Ｒ，１００Ｌが例えば図２の投影型
網膜直接表示装置で構成されている。この場合、各網膜
直接表示装置１００Ｒ，１００Ｌ毎に図２の照射光源５
０、ビームスプリッタ２３ａ，２３ｂ、及び光電変換装
置６０が設けられることになるが、これらの視線追尾手
段の構成の簡単化を図ったものが、この第６の実施例の
視線追尾手段である。この視線追尾手段では、図２の照
射光源５０から出射される照射ビームＳ５０を右眼用と
左眼用の照射ビームＳ５０Ｒ，Ｓ５０Ｌに分岐するた
め、ハーフミラー等のビームスプリッタ２３ａＲと、ミ
ラー等のビームスプリッタ２３ａＬとが、設けられてい
る。これらの各ビームスプリッタ２３ａＲ，２３ａＬの
反射光路上には、ハーフミラー等のビームスプリッタ２
３ｂＲ，２３ｂＬがそれぞれ配置され、それらのビーム
スプリッタ２３ｂＲ，２３ｂＬの反射光路側に図２の光
電変換装置６０が設けられている。ビームスプリッタ２
３ｂＲ，２３ｂＬを透過した照射ビームＳ５０Ｒ，Ｓ５
０Ｌを反射するために、眼鏡４００が用いられる。眼鏡
４００は、右レンズ４１０Ｒ及び左レンズ４１０Ｌを有
している。これらの各レンズ４１０Ｒ，４１０Ｌの中央
部には、図２の網膜投影装置２０から出射されるビーム
Ｓ２０（Ｓ２０Ｒ，Ｓ２０Ｌ）を透過するための透明部
４１１Ｒ，４１１Ｌが形成され、さらにそれらの各透明
部４１１Ｒ，４１１Ｌの周辺部に、反射部４１２Ｒ，４
１２Ｌが形成されている。

【００３４】このような構成の視線追尾手段では、照射
光源５０から照射ビームＳ５０が出射されると、それが
ビームスプリッタ２３ａＲ，２３ａＬで右眼の照射ビー
ムＳ５０Ｒと左眼の照射ビームＳ５０Ｌとに分岐され
る。右眼の照射ビームＳ５０Ｒは、ビームスプリッタ２
３ｂＲを透過して図４の観賞者３００が装着した眼鏡４
００の右レンズ４１０Ｒへ送られ、さらに左眼の照射ビ
ームＳ５０Ｌが、ビームスプリッタ２３ｂＬを透過して
左レンズ４１０Ｌへ送られる。右眼の照射ビームＳ５０
Ｒは、右レンズ４１０Ｒの反射部４１２Ｒで反射された
後、ビームスプリッタ２３ｂＲで反射され、その反射照
射ビームＳ２３ｂＲが光電変換装置６０へ送られる。左
眼の照射ビームＳ５０Ｌも、左レンズ４１０Ｌの反射部
４１２Ｌで反射された後、ビームスプリッタ２３ｂＬで
反射され、その反射照射ビームＳ２３ｂＬが光電変換装
置６０へ送られる。光電変換装置６０において、ビーム
スプリッタ２３ｂＲ，２３ｂＬからの反射照射ビームＳ
２３ｂＲ，Ｓ２３ｂＬが電気信号に変換され、図２の画
像処理装置７０によって瞳孔の動き検出信号Ｓ７０Ｈ，
Ｓ７０Ｖが検出される。この動き検出信号Ｓ７０Ｈ，Ｓ
７０Ｖに基づき、視線追尾制御装置４０によって網膜投
影装置２０のビーム出射方向が眼鏡４００の移動方向に
追尾する。

【００３５】この第６の実施例では、次のような利点
（ａ），（ｂ）を有している。 （ａ） 眼鏡４００を用い、照射光源５０から出射され
た照射ビームＳ５０を該眼鏡４００の反射部４１２Ｒ，
４１２Ｌで反射させ、その反射ビームを光電変換装置６
０で電気信号に変換するようにしているので、眼鏡４０
０からの的確な反射ビームが得られ、精度の良い視線追
尾が行える。 （ｂ） 図４の２つの網膜直接表示装置１００Ｒ，１０
０Ｌ内には、それぞれ図２の可視光変換装置１０及び網
膜投影装置２０が設けられているが、その各網膜投影装
置２０内のビームスプリッタ２３ａ，２３ｂに代えて、
図９のビームスプリッタ２３ａＲ，２３ａＬ，２３ｂ
Ｒ，２３ｂＬ等を設ければ、該可視光変換装置１０及び
網膜投影装置２０を各網膜直接表示装置１００Ｒ，１０
０Ｌで共用できる。このような構成にした場合、図２の
網膜投影装置２０から出射されたビームＳ２０が、ビー
ムスプリッタ２３ａＲ，２３ａＬで右眼側と左眼側とに
分岐され、ビームスプリッタ２３ｂＲ，２３ｂＬ及び収
束用レンズを通り、さらに、眼鏡４００の右レンズ４１
０Ｒ及び左レンズ４１０Ｌの透明部４１１Ｒ，４１１Ｌ
を通過して両眼の網膜上にラスタ走査が行われ、映像の
観賞が可能となる。

【００３６】第７の実施例 図１０は、本発明の第７の実施例を示す視線追尾手段の
他の構成例を示す構成図である。この視線追尾手段で
は、図２の照射光源５０及びビームスプリッタ２３ａ，
２３ｂ、又は図９の照射光源５０、ビームスプリッタ２
３ａＲ，２３ａＬ，２３ｂＲ，２３ｂＬ及び眼鏡４００
に代えて、図４の観賞者３００が装着する眼鏡型フレー
ム４２０に、例えば赤外線等のビームＳ４２１を出射す
る発光素子４２１が設けられている。この第７の実施例
では、観賞者３００が眼鏡型フレーム４２０を装着する
と、その眼鏡型フレーム４２０に設けられた発光素子４
２１からビームＳ４２１が出射される。このビームＳ４
２１を、例えば図２の光電変換装置６０で電気信号に変
換し、その電気信号を用いて、観賞者３００が装着した
眼鏡型フレーム４２０の移動に追従した視線追尾が行わ
れる。このような眼鏡型フレーム４２０を用いた視線追
尾手段では、図２あるいは図９の照射光源５０及びビー
ムスプリッタ２３ａ，２３ａＲ，２３ａＬ，２３ｂ，２
３ｂＲ，２３ｂＬを省略できるので、構成がより簡単に
なる。

【００３７】なお、本発明は、上記実施例に限定され
ず、種々の変形が可能である。その変形例としては、例
えば次の（１）〜（６）のようなものがある。 （１） 図１、図５及び図７の可視光変換装置１０，１
０Ｒ，１０Ｌでは、カラー表示のためにＲ、Ｇ、Ｂの三
原色のビームＳ１０，Ｓ１０Ｒ，Ｓ１０Ｌに変換するよ
うにしているが、白黒表示の場合には白黒を表示する１
種類のビームＳ１０，Ｓ１０Ｒ，Ｓ１０Ｌに変換すれば
よい。このような白黒表示の場合、可視光変換装置１
０，１０Ｒ，１０Ｌ及び網膜投影装置２０，２０Ｒ，２
０Ｌを、白黒の変換と投影のみを行う構成にすればよい
ため、装置構成がより簡単になる。 （２） 図２の水平走査部２１及び垂直走査部２２は、
機械式光偏向器（例えば、ガルバノスキャナや、走査レ
ーザ検眼鏡に使用されている上下、左右走査ミラー等）
といった他の構造のものを用いて構成してもよい。 （３） 図４では、キャビネット８１から、交差した２
本のビームＳ２０Ｒ，Ｓ２０Ｌが出射するようになって
いるが、その２本のビームＳ２０Ｒ，Ｓ２０Ｌを平行に
観賞者３００に向けて出射する構成にしてもよい。ま
た、キャビネット８１に設けたミラー８２を用いて観賞
者３００の位置の初期設定を行うようにしているが、他
の方法（例えば、観賞者３００の座る位置を固定）を用
いて初期設定をするようにしてもよい。

【００３８】（４） 視線追尾手段は、上記実施例以外
の構成にしてもよい。例えば、図９の眼鏡４００のレン
ズ４１０Ｒ，４１０Ｌを他の反射構造に変えて瞳孔の動
きを検出し、その瞳孔の動きに網膜投影装置２０，２０
Ｒ，２０Ｌのビーム出射方向がより的確に追尾できるよ
うな構成にしてもよい。また、観賞者３００の顔面をビ
デオカメラ等によって撮影し、その顔面画像をメモリに
蓄積した後、ＣＰＵ等で構成された画像処理装置７０を
用いて瞳孔の移動を検出することにより、視線追尾を行
う構成にしてもよい。 （５） 図１、図２、図５、図７あるいは図９の照射光
源５０、ビームスプリッタ２３ａ，２３ａＲ，２３ａ
Ｌ，２３ｂＲ，２３ｂＬ、光電変換装置６０、画像処理
装置７０、及び視線追尾制御装置４０等を、網膜投影装
置２０，２０Ｒ，２０Ｌ内に設けてもよい。 （６） 上記実施例では、例えば図４に示すように、網
膜直接表示装置１００Ｒ，１００Ｌをキャビネット８１
内に収納した投影型構造について説明したが、これらの
網膜直接表示装置１００Ｒ，１００Ｌを例えば図１０の
ような眼鏡型フレーム４２０に取付けて眼鏡型構造にし
てもよい。このような眼鏡型構造にすれば、網膜投影装
置２０，２０Ｒ，２０Ｌから眼球１Ｒ，１Ｌの瞳孔２
Ｒ，２Ｌまでの距離が短くなるため、視線追尾手段の視
線追尾精度を向上できると共に、該視線追尾手段の構成
をより簡単化できる。また、図４のスピーカ２０２をイ
ヤホン等に代え、そのイヤホン等と音声回路２０１と
を、図１０の眼鏡型フレーム４２０に取付けた構成にし
てもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項１に
係る発明によれば、入力される映像信号を可視光変換手
段で可視光のビームに変換し、そのビームを両眼の瞳孔
を通して網膜上に直接ラスタ走査を行うことにより、映
像表示を行うようにしたので、観賞者の顔が所定の範囲
内で移動して眼が移動しても、視線追尾手段によって精
度の良い視線追尾が行え、入力される高画質の映像信号
の画質を劣化することなく、高い解像度の映像表示が可
能となる。しかも、従来のような映像板を用いる必要が
ないので、その省略に伴う装置の小型化及び低コスト化
が可能となる。その上、通常のテレビジョン観賞等より
も大画面で、より迫力のある映像観賞が可能となる。さ
らに、網膜投影手段から出射されるビームの径を、光学
系によって瞳孔の径と等しいか、あるいは該瞳孔の径よ
りも大きくかつ眼球の水晶体の径よりも小さくするよう
にしたので、瞳孔の径の生理的な変化に適合した網膜へ
の走査が行え、それによって目の疲労度を少なくでき
る。請求項２に係る発明によれば、入力される右眼用映
像信号を右眼用可視光変換手段で右眼用ビームに変換す
ると共に、入力される左眼用映像信号を左眼用可視光変
換手段で左眼用ビームに変換し、それらの右眼用ビーム
及び左眼用ビームを右眼用網膜投影手段及び左眼用網膜
投影手段でそれぞれ水平及び垂直に偏向し、その偏向さ
れたビームを両眼の瞳孔を通して網膜上に直接ラスタ走
査を行うようにしたので、請求項１に係る発明と同様
に、入力される高画質の映像信号の画質を劣化すること
なく、高い解像度の立体映像表示が可能となり、さら
に、装置の小型化及び低コスト化も可能となり、通常の
テレビジョン観賞等よりも大画面で、より迫力のある映
像観賞が可能となる。しかも、請求項１に係る発明と同
様に、網膜投影手段から出射されるビームの径を、光学
系によって瞳孔の径と等しいか、あるいは該瞳孔の径よ
りも大きくかつ眼球の水晶体の径よりも小さくするよう
にしたので、目の疲労度を少なくできる。

【００４０】請求項３に係る発明によれば、網膜投影手
段からコヒーレントなレーザビームを出射するようにし
たので、該レーザビームが収束性の高い光であることか
ら、網膜への走査精度を向上できる。但し、パワーの強
いレーザビームを長時間目に照射すると、健康上害する
おそれがあるので、目に対する刺激が弱い種類のパワー
の弱いレーザビームを使用することが望ましい。これに
対し、網膜投影手段からインコヒーレントな可視光ビー
ムを出射する構成にした場合、レーザビームに比べて収
束性が低いので、走査精度は多少劣るが、目に対する刺
激が弱いので、健康上の弊害が少ない。請求項４に係る
発明によれば、網膜直接表示装置と音響装置を設けてテ
レビジョン受信機を構成し、さらに、観賞者が座る所定
位置を指示するミラーを設けたので、所定位置に座った
観賞者に対し、入力される高画質の映像信号の画質を劣
化することなく、高い解像度の平面画像又は立体画像の
映像表示が可能になる。その上、テレビジョン受信機の
小型化及び低コスト化も可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す投影型網膜直接表
示装置の構成ブロック図である。

【図２】図１に示す投影型網膜直接表示装置の具体的な
構成図である。

【図３】図２中の網膜投影装置の概略の構成図である。

【図４】図１の投影型網膜直接表示装置を搭載したテレ
ビジョン受信機の概略の構成ブロック図である。

【図５】本発明の第２の実施例を示す投影型網膜直接表
示装置の構成ブロック図である。

【図６】本発明の第３の実施例を示す網膜投影装置の概
略の構成図である。

【図７】本発明の第４の実施例を示す立体表示用の投影
型網膜直接表示装置の構成ブロック図である。

【図８】本発明の第５の実施例を示す網膜投影装置にお
ける走査部の構成図である。

【図９】本発明の第６の実施例を示す視線追尾手段の他
の構成図である。

【図１０】本発明の第７の実施例を示す視線追尾手段の
他の構成図である。

【符号の説明】

１，１Ｒ，１Ｌ 眼球 ２，２Ｒ，２Ｌ 瞳孔 ３，３Ｒ，３Ｌ 水晶体 ４，４Ｒ，４Ｌ 網膜 １０，１０Ｒ，１０Ｌ 可視光変換装置 ２０，２０Ｒ，２０Ｌ 網膜投影装置 ２１ 水平走査部 ２２ 垂直走査部 ２３ 光学系 ２３ａ，２３ａＲ，２３ａＬ，２３ｂ，２３ｂＲ，２３
ｂＬビームスプリッタ ２３ｃ，２３ｃＲ，２３ｃＬ レンズ ３０ 同期回路 ４０ 視線追尾制御装置 ５０ 照射光源 ６０ 光電変換装置 ７０ 画像処理装置 ８０ テレビジョン受信
機 １００Ｒ，１００Ｌ 網膜直接表示装置 ２０１ 音声回路 ２０２ スピーカ ３００ 観賞者 ４００ 眼鏡 ４２０ 眼鏡型フレーム ４２１ 発光素子

フロントページの続き (72)発明者 二宮 佑一 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本 放送協会 放送技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−198892（ＪＰ，Ａ) 特表 平８−502372（ＪＰ，Ａ) 国際公開94／009472（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/64 511 G02B 27/00 H04N 13/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平同期信号及び垂直同期信号を含んだ
   映像信号を、可視光のビームに変換する可視光変換手段
   と、網膜投影手段と、視線追尾手段とを備え、前記可視
   光変換手段、前記網膜投影手段、及び前記視線追尾手段
   が観賞者の前面から所定距離離れた所に設置される網膜
   直接表示装置であって、 前記網膜投影手段は、 水平偏向信号及び垂直偏向信号に基づき、前記可視光変
   換手段で変換された前記ビームを水平及び垂直方向に偏
   向する二次元走査手段と、 前記二次元走査手段で偏向されたビームをその出射方向
   に向けた前記観賞者の両眼へ投影し、所定の範囲内で移
   動する前記観賞者の両眼の瞳孔を通して網膜上にラスタ
   走査を行わせる光学系とを有し、 前記視線追尾手段は、 前記映像信号中に含まれる前記水平同期信号及び前記垂
   直同期信号を抽出する同期回路と、 前記眼側から送られてくる反射光ビーム又は照射光ビー
   ムを電気信号に変換する光電変換装置と、 前記光電変換装置で変換された前記電気信号に基づき、
   現在のフレームの瞳孔の画像情報と１つ前のフレームの
   瞳孔の画像情報とを比較して前記瞳孔の動きの方向と量
   を検出し、前記瞳孔の水平及び垂直方向の動き検出信号
   を出力する画像処理装置と、 前記同期回路で抽出された前記水平同期信号及び前記垂
   直同期信号と前記画像処理装置から出力された前記動き
   検出信号とに基づき、前記水平偏向信号及び前記垂直偏
   向信号を前記網膜投影手段に出力し、前記網膜投影手段
   のビーム出射方向を前記瞳孔の移動に追尾させる視線追
   尾制御装置とを有し、 前記光学系は、前記網膜投影手段から出射されるビーム
   の径を、前記瞳孔の径と等しいか、あるいは該瞳孔の径
   よりも大きくかつ眼球の水晶体の径よりも小さくする構
   成にした ことを特徴とする網膜直接表示装置。
2. 【請求項２】 異なる角度から撮影して生成された、水
   平同期信号及び垂直同期信号をそれぞれ含んだ右眼用映
   像信号と左眼用映像信号のうち、前記右眼用映像信号を
   可視光の右眼用ビームに変換する右眼用可視光変換手段
   と、 前記左眼用映像信号を可視光の左眼用ビームに変換する
   左眼用可視光変換手段と、 右眼用網膜投影手段と、 左眼用網膜投影手段と、 視線追尾手段とを備え、 前記右眼用可視光変換手段、前記左眼用可視光変換手
   段、前記右眼用網膜投影手段、前記左眼用網膜投影手
   段、及び前記視線追尾手段が観賞者の前面から所定距離
   離れた所に設置される網膜直接表示装置であって、 前記右眼用網膜投影手段は、 水平偏向信号及び垂直偏向信号に基づき、前記右眼用ビ
   ームを水平及び垂直方向に偏向する右眼用二次元走査手
   段と、 前記右眼用二次元走査手段で偏向された右眼用ビームを
   その出射方向へ向けた前記観賞者の右眼へ投影し、所定
   の範囲内で移動する前記観賞者の右眼の瞳孔を通して右
   眼網膜上にラスタ走査を行わせる右眼用光学系とを有
   し、 前記左眼用網膜投影手段は、 前記水平偏向信号及び前記垂直偏向信号に基づき、前記
   右眼用網膜投影手段と同期して前記左眼用ビームを偏向
   する左眼用二次元走査手段と、 前記左眼用二次元走査手段で偏向された左眼用ビームを
   その出射方向へ向けた前記観賞者の左眼へ投影し、所定
   の範囲内で移動する前記観賞者の左眼の瞳孔を通して左
   眼網膜上にラスタ走査を行わせる左眼用光学系とを有
   し、 前記視線追尾手段は、 前記映像信号中に含まれる水平同期信号及び垂直同期信
   号を抽出する同期回路と、 前記眼側から送られてくる反射光ビーム又は照射光ビー
   ムを電気信号に変換する光電変換装置と、 前記光電変換装置で変換された前記電気信号に基づき、
   現在のフレームの片眼又は両眼の瞳孔の画像情報と１つ
   前のフレームの片眼又は両眼の瞳孔の画像情報とを比較
   して前記片眼又は両眼の瞳孔の動きの方向と量を検出
   し、前記片眼又は両眼の瞳孔の水平及び垂直方向の動き
   検出信号を出力する画像処理装置と、 前記同期回路で抽出された前記水平同期信号及び前記垂
   直同期信号と前記画像処理装置から出力された前記動き
   検出信号とに基づき、前記水平偏向信号及び前記垂直偏
   向信号を前記右眼用及び左眼用網膜投影手段に出力し、
   前記右眼用及び左眼用網膜投影手段のビーム出射方向を
   前記瞳孔の移動に追尾させる視線追尾制御装置とを有
   し、 前記光学系は、前記網膜投影手段から出射されるビーム
   の径を、前記瞳孔の径と等しいか、あるいは該瞳孔の径
   よりも大きくかつ眼球の水晶体の径よりも小さくする構
   成にした ことを特徴とする網膜直接表示装置。
3. 【請求項３】 前記ビームは、コヒーレントなレーザビ
   ーム又はインコヒーレントな光ビームである請求項１又
   は２記載の網膜直接表示装置。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３記載の網膜直接表示
   装置に、音声信号を音声に変換する音響機器と、観賞者
   が座る所定位置を指示するミラーとを設けたことを特徴
   とするテレビジョン受信機。