JPH06500413A - ほぼ無限達の画像ディスプレイシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （３）前記凹面ミラーが楕円型ミラーである請求項１記載の本発明。

（４）前記凹面ミラーがトロイダルミラーである請求項１記載の本発明。

（５）前記凹面ミラーの前記曲率半径が前記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の約２倍である請求項１記載の本発明。

（６）はぼ無限遠の画像のディスプレイシステムにおいて、曲率半径を有する凸 面状に湾曲したフェースプレートをそれぞれ有し、角度距離を隔てて並んで位置 する少なくとも２つの陰極線管と、 曲率中心を有し前記少なくとも２つ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を具備し、前 記少なくとも２つの陰極線管と前記凹面ミラーは前記凸面状に湾曲した前記少な くとも２つの陰極線管のフェースプレートが前記凹面ミラーの曲率中心の前方に あり、前記凹面ミラーが前記少なくとも２つ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ほぼ無限遠のモザイク画像を前記凹面ミラーの前記曲率中心 の下部の前方で前記少なくとも２つの陰極線管の下部に位置する少なくとも一人 の観察者に反射するように互いに関して配置されているほぼ無限遠の画像のディ スプレイシステム。

（７）前記少なくとも２つの陰極線管の間の前記角度距離は約５°である請求項 ６記載のシステム。

（８）前記凹面ミラーは球形ミラーである請求項６記載のシステム。

（９）前記凹面ミラーは楕円型のミラーである請求項６記載のシステム。

（１０）前記凹面ミラーはトロイダルミラーである請求項６記載のシステム。

（１１）前記凹面ミラーの前記曲率半径は前記少なくとも２つの陰極線管の前記 凸面状に湾曲したフェースプレートの前記曲率半径の約２倍の大きさである請求 項６記載のシステム。

（１２）前記観察者は並んで位置され、各自が前記はぼ無限遠のモザイク画像を 受けられるような距離を隔てている少なくとも二人の観察者からなる請求項６記 載の本発明。

（１３）はぼ無限遠の画像の生成方法において、少なくとも１つの凸面状に湾曲 した可視ディスプレイ表面が前記凹面ミラーの曲率中心の前方にあるように少な くとも１つの凸面状に湾曲した可視ディスプレイ表面と曲率中心を有する凹面ミ ラーとを互いに関して位置させ、さらに前記凹面ミラーが前記凸面状に湾曲した 可視ディスプレイ表面のほぼ無限遠の画像を前記凹面ミラーの曲率中心の下部の 前方で少なくとも１つの凸面状に湾曲した可視ディスプレイ表面の下部に位置さ れた少なくとも一人の観察者に反射するように前記少なくとも１つの凸面状に湾 曲した可視ディスプレイ表面と前記凹面ミラーを互いに関して配置することを特 徴とするほぼ無限遠の画像の生成方法。

（１４）少なくとも二人の観察者の多対の間に前記それぞれの少なくとも一人の 観察者が別々に前記凸面状に湾曲した可視ディスプレイ表面のほぼ無限遠の画像 を見ることができる距離を定める請求項１３記載の方法。

（１５）前記少なくとも１つの凸面状に湾曲した可視ディスプレイ表面が陰極線 管の少なくとも１つのフェースプレートを構成している請求項１３記載の本発明 。

明　細　書 はぼ無限遠の画像ディスプレイシステム［発明の技術分野］ 本発明は画像ディスプレイシステム、特に観察者にほぼ無限遠の画像を投影する 画像ディスプレイシステムに関する。

［発明の背景技術］ 画像をディスプレイする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 像は単に表示され直視されることもある。陰極線管の画像の観察問題は観察者が 装置のスクリーンから放射を被ることである。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、放射の量は減少される。

別の例では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 はほぼ無限遠の画像を生成するシステムはこの目的に使用、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ある方法で操作される。こ のようなシステムの問題は観察者のためにこれらは画像を生成するための複数の 部品を使用するため複雑であることである。典型的なシステムはプロジェクタと 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 スクリーンからなる。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す るのに必要な多数の機構により増加される。複雑性はシステムの価格を増加し、 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。あるシステムの複雑性はまた照明光を受け たとき高精細度の欠如、明瞭度の欠如、ひずみ、色収差のような画像異常を生じ る。さらに赤、青、線管を使用するプロジェクタシステムの画像整列は困難であ る。前述の全ての問題はモザイク画像が行われるとき悪化する。モザイク画像は 個々のディスプレイの複合画像である。前述の部品量を削減するディスプレイシ ステムは構成が簡単で、コンパクトであり、安価で、より容易に鮮明でひずみの ない画像を提供する能力を有する。

［発明の概要］ 本発明の目的は、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。

さらに本発明の目的は、鮮明でひずみのない画像を生成するコンパクトで安価な ほぼ無限遠の画像ディスプレイシステムを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、鮮明でひずみのない画像を生成するコンパクトで安 価なほぼ無限遠の画像ディスプレイシステムを提供することである。

本発明の好ましい実施例によると、はぼ無限遠の画像ディスプレイシステムは凸 面可視ディスプレイ表面がミラーの曲率中心の正面にあるように凹面ミラーに関 して位置する凸面の可視ディスプレイ表面を有し、ミラーがディスプレイ表面の ほぼ無限遠の画像をミラーの曲率中心の下部および正面でディスプレイ表面の下 部に位置する観察者の視点に反射する。

凸面可視ディスプレイ表面は陰極線管のフェースプレートであることが好ましい 。陰極線管は干渉しないように観察者の視点に投影される画像の視野より高い位 置に配置される。凹面ミラーは球形で楕円型又はトロイダルミラーである。

本発明の別の実施例では多重ディスプレイシステムはモザイク反射画像を生成す る。多重ディスプレイシステムでは可視ディスプレイ表面は並んで位置され、所 望のモザイクのほぼ無限遠の画像を一人の観察者又は多数の観察者に提供するよ うに最適に角度と隔りをもって配置されている。

本発明の他の局面、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ほぼ無限遠の画像ディスプレイシステムの側断面図であ る。

図２は本発明の図１の概略平面図である。

図３は本発明を付加的に実施した多重ディスプレイのほぼ無限遠の画像ディスプ レイシステムの概略平面図である。

明細書は本発明に関係する主題を特に指摘し明瞭に請求の範囲に記載しているが 、本発明は添付の図面を伴った後述の実施例の説明を参照にして以下説明される 。

はぼ無限遠、または無限遠、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、およびバックスクリーンおよび／又は観察者の視線からディ スプレイされた画像を折曲げて、視線から画像を導（ことにより生じる画像から 収差とひずみ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ほぼ無限遠の画像 投影を示す。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目的を達成する。

図１を参照し、本発明の好ましい実施例によると陰極線管ディスプレイのほぼ無 限遠の画像を観察者の視点に投影するほぼ無限遠の画像ディスプレイシステム１ ０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 形で楕円型又はトロイダルである。ミラー１４は曲率中心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を有する。通常“ＣＲＴ” と呼ばれる陰極線管１２はミラー１４により反射される画像を提供する可視ディ スプレイ表面である。

厳密には陰極線管１２は反射される可視ディスプレイ表面である湾曲したフェー スプレートを有する。陰極線管１２は高品質のディスプレイで種々の高品質画像 を簡単にディスプレイする能力を有し、比較的安価であるため好ましい可視デイ スブレイ機構である。平坦なフラットプレートが非常に顕著で問題の収差を生成 し画像の焦点合わせを困難にするために湾曲したフェースプレートＣＲＴ１２は 平坦なフラットプレートに比較して好ましい。反射画像の品質はミラー１４とＣ ＲＴ　１２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。完璧な１：２の比率は現在入手可能なＣＲＴを使用す る際、達成が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、明 瞭度、色の正確性に関して反射画像は向上する。

好ましい実施例では、ディスプレイ画像、即ちＣＲＴ１２のフェースプレートは ミラー１４の曲率中心１６の前方に位置される。観察者の視点２０はミラー１４ の曲率中心１６の下部および正面でＣＲＴ１２の下部に位置される。これは反射 されたほぼ無限達の画像を観察するには最適な位置である。ここで示されている ように、ミラー１４はＣＲＴ１２のフェースプレートの頂部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維持さ れる。視点２０から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は干渉されないように観察者の視点２０より高い位 置で位置され、そうでなければ垂直の視野２４を妨害する。

システムは種々のＣＲＴ１２の湾曲フェースプレート又は湾曲のスクリーンサイ ズで動作される。例えば、対角線のスクリーンサイズは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 よび平行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。

一時的に図２の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即ちミラー１４が延在する水平直線が示されている。応用可能 であるパラメータの例としてＣＲＴ１２は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４０乃至５０インチの曲率半径で約２４乃至３０インチの水平距離２８ に延在する球形、楕円型またはトロイダルミラー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。前述のパラメータを与えると、視 野角度２４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、多重ＣＲＴディスプレイ１２が使用される。この装置の側面図は前 述の単一のディスプレイシステムの側面図に非常に類似している。多重ディスプ レイ装置は特にモザイク画像の生成に有益である。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４０の視点と右側の観察者４２の視点で 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の前方および下部でＣＲＴ１２の下部に位置 されている。観察者は互いに関して最適な距離に分かれ、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。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空間を有する。各ＣＲＴ　１２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。ＣＲ７１２間 の角空間３５はディスプレイが所望の画像を得るために完全に混合されることを 可能にする。鍵となる要素はミラーの曲率中心１６の正面のＣＲＴ１２を位置す ることとミラーの曲率中心１６の下部の前方でＣＲＴ１２の下部に一人または複 数の観察者を位置させることである。システムの要素は視点４０．４２における ほぼ無限達の画像を最適にするように配置され調整される。多重ディスプレイシ ステム用の垂直視野は前述の単一ディスプレイシステムにおける垂直視野２４と 同様であり、それは本発明の装置の垂直整列はほぼ同一だからである。示された 多重ディスプレイの実施例に有益なパラメータの例はそれぞれ３５インチの湾曲 したフェースプレートををする３個のＣＲＴ１２の使用である。示された構造の このサイズの各ＣＲＴ！２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７０乃至７５イン チの曲率半径を有する球形、楕円型又はトロイダルミラーである。基準点として ミラー３４の曲率中心１６を使用するとミラー３４間の角空間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３０乃至３４であるような長さを有するようなサイズである。観察者の 視点４０．４２間の適切な間隔４１は約２１乃至２２インチである。

本発明はほぼ無限達又は無限の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、線管を使用する画像整列よりも非常に簡単である。バッ クスクリーンを使用するシステムに関して本発明によるＣＲＴの直視は高品質バ ックスクリーンの費用を減少し、バック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。ＣＲＴ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バックスクリーン拡散表面に共通な光 伝送、背後散乱、ハレーション、ホットスポットの問題なしにより高輝度で、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。本発明に提供されたほぼ無限達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非常に減少する。

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高い端部相互動作発生器およびビデオデ ィスクシステムの可視ディスプレイとして適切である。多重ディスプレイシステ ムは特にシミュレーションと娯楽の用途に適切である。

前述の説明より明白なように本発明は前述の明細書および説明に記載されたもの と異なる種々の変形、変更を行うことができる。従って、後述の請求の範囲は本 発明の技術的範囲を逸脱することなく全ての変更、変形を含むことができる。

手続補正書 平成５年６月３０日

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. （１）ほぼ無限達の画像のディスプレイシステムにおいて、曲率半径を有する凸 面状に湾曲したフェースプレートを有する陰極線管と、 曲率中心を有し前記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 率半径よりも大きい曲率半径を有する凹面ミラーとを具備し、 前記陰極線管と前記凹面ミラーは前記凸面状に湾曲した前記陰極線管のフェース プレートが前記凹面ミラーの曲率中心の前方にあり、前記凹面ミラーが前記陰極 線管の前記凸面状に湾曲したフェースプレートのほぼ無限達の画像を前記凹面ミ ラーの曲率中心の下部の前方で前記陰極線管の下部に位置する観察者に反射する ように互いに関して配列されているほぼ無限達の画像のディスプレイシステム。
2. （２）前記凹面ミラーは球形ミラーである請求項１記載の本発明。
3. （３）前記凹面ミラーが楕円型ミラーである請求項１記載の本発明。
4. （４）前記凹面ミラーがトロイダルミラーである請求項１記載の本発明。
5. （５）前記凹面ミラーの前記曲率半径が前記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の約２倍である請求項１記載の本発明。
6. （６）ほぼ無限達の画像のディスプレイシステムにおいて、曲率半径を有する凸 面状に湾曲したフェースプレートをそれぞれ有し、角度距離を隔てて並んで位置 する少なくとも２つの陰極線管と、 曲率中心を有し前記少なくとも２つ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を具備し、前 記少なくとも２つの陰極線管と前記凹面ミラーは前記凸面状に湾曲した前記少な くとも２つの陰極線管のフェースプレートが前記凹面ミラーの曲率中心の前方に あり、前記凹面ミラーが前記少なくとも２つ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ほぼ無限達のモザイク画像を前記凹面ミラーの前記曲率中心 の下部の前方で前記少なくとも２つの陰極線管の下部に位置する少なくとも一人 の観察者に反射するように互いに関して配置されているほぼ無限達の画像のディ スプレイシステム。
7. （７）前記少なくとも２つの陰極線管の間の前記角度距離は約５°である請求項 ６記載のシステム。
8. （８）前記凹面ミラーは球形ミラーである請求項６記載のシステム。
9. （９）前記凹面ミラーは楕円型のミラーである請求項６記載のシステム。
10. （１０）前記凹面ミラーはトロイダルミラーである請求項６記載のシステム。
11. （１１）前記凹面ミラーの前記曲率半径は前記少なくとも２つの陰極線管の前記 凸面状に湾曲したフェースプレートの前記曲率半径の約２倍の大きさである請求 項６記載のシステム。
12. （１２）前記観察者は並んで位置され、各自が前記ほぼ無限達のモザイク画像を 受けられるような距離を隔てている少なくとも二人の観察者からなる請求項６記 載の本発明。
13. （１３）ほぼ無限達の画像の生成方法において、少なくとも１つの凸面状に湾曲 した可視ディスプレイ表面が前記凹面ミラーの曲率中心の前方にあるように少な くとも１つの凸面状に湾曲した可視ディスプレイ表面と曲率中心を有する凹面ミ ラーとを互いに関して位置させ、さらに前記凹面ミラーが前記凸面状に湾曲した 可視ディスプレイ表面のほぼ無限遠の画像を前記凹面ミラーの曲率中心の下部の 前方で少なくとも１つの凸面状に湾曲した可視ディスプレイ表面の下部に位置さ れた少なくとも一人の観察者に反射するように前記少なくとも１つの凸面状に湾 曲した可視ディスプレイ表面と前記凹面ミラーを互いに関して配置することを特 徴とするほぼ無限遠の画像の生成方法。
14. （１４）少なくとも二人の観察者の各対の間に前記それぞれの少なくとも一人の 観察者が別々に前記凸面状に湾曲した可視ディスプレイ表面のほぼ無限達の画像 を見ることができる距離を定める請求項１３記載の方法。
15. （１５）前記少なくとも１つの凸面状に湾曲した可視ディスプレイ表面が陰極線 管の少なくとも１つのフェースプレートを構成している請求項１３記載の本発明 。