JPH11326815A - 走査型映像観察光学系 - Google Patents

走査型映像観察光学系

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JPH11326815A
JPH11326815A JP13042098A JP13042098A JPH11326815A JP H11326815 A JPH11326815 A JP H11326815A JP 13042098 A JP13042098 A JP 13042098A JP 13042098 A JP13042098 A JP 13042098A JP H11326815 A JPH11326815 A JP H11326815A
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JP
Japan
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scanning
optical system
pupil
conjugate
observer
Prior art date
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Pending
Application number
JP13042098A
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English (en)
Inventor
Kotaro Hayashi
宏太郎 林
Ichiro Kasai
一郎 笠井
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Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH11326815A publication Critical patent/JPH11326815A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、2つの走査部材をともに小型化す
ることにより高速駆動が可能となり、高精細で広視野な
映像を表示できる走査型映像観察光学系を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 光束を発生する光源と、光束の強度を変
調する強度変調手段と、光束を光軸に対して第1の方向
に走査する第1の走査手段と、光束を光軸に対して第1
の方向とは異なる第2の方向に走査する第2の走査手段
と、第1、第2の走査手段で走査された光束を観察者の
瞳に導き観察可能にする観察光学系とを備えた走査型映
像観察光学系において、光軸と第1の方向に平行な第1
の断面において第1の走査手段と観察者の瞳位置を略共
役となるようになす第1の光学系と、光軸と第2の方向
に平行な第2の断面において第2の走査手段と観察者の
瞳位置を略共役となるようになす第2の光学系とを備え
た構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばヘッドアッ
プディスプレイやヘッドマウントディスプレイに用いら
れる、光源から発光される光束を走査して観察者の瞳に
導き、観察者の残像現象を利用することにより観察者に
映像を提供する走査型映像観察光学系に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図5に、従来の一般的な走査型映像観察
光学系の構成図を示す。光源1より射出された光束は、
変調機2により光強度に変調をかけられ第1の走査ミラ
ー3に入射する。第1の走査ミラー3は回転軸3aを中
心に回動可能に保持されており、所定の振幅、周波数で
回転振動する。この回転振動により、入射した光束は、
反射されると同時に第1の走査方向に走査される。
【0003】第1の走査ミラー3で走査された光束は第
2の走査ミラー4に入射する。第2の走査ミラー4は第
1の走査ミラー3の回転軸3aに垂直な回転軸4aを持
ち、所定の振幅、周波数で回転振動する。この回転振動
により、入射した光束は、反射されると同時に第2の走
査方向に走査される。この光学系においては、第1の走
査方向と第2の走査方向は互いに垂直である。
【0004】第1、第2の走査ミラー3、4により走査
された光束は、半透過面5で反射されて接眼レンズ6に
入射する。接眼レンズ6の片面は反射面6aとなってお
り、光束を再び半透過面5側に折り返す。折り返された
光束は半透過面5を透過し観察者の瞳7に与えられる。
そして、残像現象により観察者に映像が観察される。
【0005】このような映像観察光学系によると、液晶
表示素子などの2次元表示素子を用いないため、表示素
子の画素数に左右されず高精細な映像を提供することが
できる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術に示した
ような走査型映像観察光学系においては、観察者の残像
現象を利用して平面的な表示をするので、第1の走査ミ
ラー、第2の走査ミラーを高速に駆動させなければなら
ない。そのためには走査ミラーが小型である程良く、上
記のように観察者の瞳に直接走査光線を入射させること
により映像表示を行う映像観察光学系においては、走査
ミラーは瞳と共役な位置に近い程小型に構成できる。こ
の原理を図6を用いて説明する。
【0007】図6は、瞳7、接眼レンズ6、像面15、
走査部材26のみを図示した簡単な光学系の配置図であ
る。図6は、映像観察光学系の光軸を直線で表し、その
直線上に各構成要素を並べて便宜的に表した断面図であ
り、光束を反射させる部材(走査ミラーと反射面を有す
る接眼レンズ)についても光束が透過するように表して
いる。以下、本明細書においては、このような図を近軸
配置図ということにする。
【0008】瞳7において、ある瞳径dを有する光束が
接眼レンズ6を介して与えられるとする。この光束を走
査する走査部材26は、瞳7と共役な位置P1に配設さ
れる場合に、最も小さい構成とすることができる。共役
な位置P1からずれるほど、走査する光束の幅が広くな
り、大きな構成とする必要が生じる。例えば、共役位置
P1からずれた位置P2では、共役位置P1より大きな
走査部材26を配設する必要がある。よって、走査部材
26は共役位置P1に配置することが大きさの点からは
最も望ましい。
【0009】しかしながら、従来技術に示した走査型映
像観察光学系のように、走査ミラー3、4が2つ配設さ
れている場合、2つの走査ミラー3、4は所定の間隔を
置いて配置しなければならなく、瞳7の共役位置は従来
の光学系において1つしかないので、2つの走査ミラー
3、4のうち一方の走査ミラーのみ共役位置に配置さ
れ、他方は共役位置から大きくずれて配置される。
【0010】図7に、図5に示した従来の走査型映像観
察光学系の近軸配置図を示す。図7(a)は第1の走査
方向に平行な第1の断面、図7(b)は第2の走査方向
に平行な第2の断面における近軸配置図である。この走
査型映像観察光学系においては、第1の走査ミラー3が
瞳7と共役となる位置に配置されている。このような構
成において、第2の走査ミラー4で光束が屈曲しても光
束が瞳7に到達できるようにするには、第2の走査ミラ
ー4に入射する光束の幅をある程度持たせる必要があ
る。従って、第2の走査ミラー4を大きくしなければな
らなくなり、また第2の走査ミラー4へ入射する光束の
幅を持たせるために第1の走査ミラー3も第2の断面方
向の長さを長く構成する必要がある。
【0011】走査ミラーが大きくなると、先述の通り走
査ミラーの高速駆動が困難となり、また大きな振幅を得
ることも難しくなる。従って、高精細で広視野な映像を
提供することが難しくなる。
【0012】本発明は、上記問題点を鑑みて、2つの走
査部材をともに小型化することにより高速駆動が可能と
なり、高精細で広視野な映像を表示できる走査型映像観
察光学系を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載の発明は、光束を発生する光源と、
光束の強度を変調する強度変調手段と、光束を光軸に対
して第1の方向に走査する第1の走査手段と、光束を光
軸に対して第1の方向とは異なる第2の方向に走査する
第2の走査手段と、第1、第2の走査手段で走査された
光束を観察者の瞳に導き観察可能にする観察光学系とを
備えた走査型映像観察光学系において、光軸と第1の方
向に平行な第1の断面において第1の走査手段と観察者
の瞳位置を略共役となるようになす第1の光学系と、光
軸と第2の方向に平行な第2の断面において第2の走査
手段と観察者の瞳位置を略共役となるようになす第2の
光学系とを備えた構成とする。
【0014】上記においては、第1の断面において第1
の走査手段が瞳位置と略共役であり、第2の断面におい
て第2の走査手段が瞳位置と略共役であるように構成さ
れている。回転振動することにより走査を行う走査部材
(走査手段)の一例を図8に示す。走査部材26は、軸
26aを回転中心軸として矢印28の方向に回転振動し
て、走査面26bで光束を偏向させながら反射すること
により走査を行う。このとき、回転振動のモーメント
は、走査面26bが小さい程小さくなり、高速振動が可
能となる。しかし、b1の長さがモーメントに与える影
響はb2に比べてはるかに大きく、b1、b2がともに短
くなくても、b1が短いだけで回転振動のモーメントは
十分小さくなる。
【0015】この走査部材26が、第1の走査手段であ
る場合は、b1は第1の断面上の長さとなる。第2の走
査手段である場合は、第2の断面上の長さとなる。つま
り、第1の走査手段は第1の断面上の長さに関して短い
構成とすることができ、第2の走査手段は第2の断面上
の長さに関して短い構成とすることができる上記のよう
な構成により、各走査手段の回転振動のモーメントを非
常に小さくできることになる。
【0016】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の走査型映像観察光学系において、第2の光学系は第2
の走査手段と観察者の瞳位置が略共役となるようになす
光学系であり、第1の光学系は第1の走査手段と第2の
走査手段が略共役となるようになす光学系であるように
する。
【0017】上記構成において、第1の走査手段は瞳位
置と略共役な第2の走査手段と略共役となるように配置
されているので、第1の走査手段は瞳位置に略共役であ
ることになる。
【0018】請求項3に記載の発明は、請求項1または
2に記載の走査型映像観察光学系において、第1の光学
系と第2の光学系は共通の光学系であり、該光学系は第
1の方向と第2の方向で異なったパワーを持つアナモル
フィックな光学系であるような構成とする。
【0019】上記構成においては、アナモルフィックな
光学系により、第1の断面と第2の断面における瞳の共
役位置が異なり、第1の断面の共役位置に第1の走査手
段を第2の断面の共役位置に第2の走査手段を配設する
ことが可能となる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した走査型映
像観察光学系について図面を参照して説明する。尚、従
来技術と同様の構成要素については同一の符号を付す。
【0021】〈第1の実施形態〉図1に、第1の実施形
態の走査型映像観察光学系の概略構成を示す。半導体レ
ーザの光源1より射出された光束は、変調機2により光
強度に変調をかけられ第1の走査ミラー3に入射する。
第1の走査ミラー3は回転軸3aを中心に回動可能に保
持されており、所定の振幅、周波数で回転振動する。こ
の回転振動により、入射した光束は、反射されると同時
に第1の方向(紙面と垂直な方向)に走査される。
【0022】第1の走査ミラー3で反射された光束は、
リレーレンズ10を介して第2の走査ミラー4に入射す
る。リレーレンズ10によって、第1の走査ミラー3と
第2の走査ミラー4が共役となっているので、第1の走
査ミラー3の中心からの光線は第2の走査ミラー4のほ
ぼ中心に到達する。第2の走査ミラー4は第1の走査ミ
ラー3の回転軸3aに垂直な回転軸4aを持ち、所定の
振幅、周波数で回転振動する。この回転振動により、入
射した光束は、反射されると同時に第2の方向(紙面方
向)に走査される。
【0023】第1、第2の走査ミラー3、4により反射
された光線は、プリズム11の半透過面11aで反射さ
れて接眼レンズ6に入射する。接眼レンズ6の片面は反
射面6aとなっており、光線を再びプリズム11側に折
り返す。折り返された光線はプリズム11の半透過面1
1aを通過し、観察者の瞳7に入射され残像現象により
映像が観察される。尚、変調機2及び第1の走査ミラー
3、第2の走査ミラー4は不図示の制御部により駆動制
御される。
【0024】図2に第1の実施形態の走査型映像観察光
学系の近軸配置図を示す。図2(a)は第1の走査断面
における近軸配置図で、図2(b)は第2の走査断面に
おける近軸配置図である。本実施形態においては、第2
の走査ミラー4は接眼レンズ6を介して瞳7と共役関係
となる位置に配置されている。また、第1の走査ミラー
3はリレーレンズ10を介して第2の走査ミラー4と共
役関係となる位置に配置されている。よって、第1の走
査ミラー3、第2の走査ミラー4ともに瞳7と共役な位
置に配置されていることになり、2つの走査ミラー3、
4を小型に構成できる。従って、2つの走査ミラー3、
4を高速に回転振動させることができる。
【0025】本走査型映像観察光学系においては、第1
の走査ミラー3、第2の走査ミラー4を高速に回転振動
させ、かつ変調機2を同調して制御することにより、観
察者の残像現象を利用して高精細、広視野映像の表示を
行う。
【0026】〈第2の実施形態〉図3に、第2の実施形
態の走査型映像観察光学系の概略構成を示す。図3は、
図1と同様第2の断面における断面図である。光束の進
行の様子や構成要素について、第1の実施形態と同様の
点は説明を省略する。本実施形態では、接眼レンズ6´
に第1の方向と第2の方向でパワーの異なるアナモルフ
ィックな光学系のものを採用している。
【0027】図4に第2の実施形態の走査型映像観察光
学系の近軸配置図を示す。図4(a)は第1の断面にお
ける近軸配置図で、図4(b)は第2の断面における近
軸配置図である。本実施形態においては、第1の断面に
おいて、第1の走査ミラー3はアナモルフィックな接眼
レンズ6´により瞳7と共役関係となる。第2の断面に
おいて、第2の走査ミラー4はアナモルフィックな接眼
レンズ6´により瞳7と共役関係となる。
【0028】上記のような構成により、図4からもわか
るように、第1の走査ミラー3は第1、第2の断面方向
の長さを短く構成することができ、また第2の走査ミラ
ー4も第2の断面方向の長さを短く構成することができ
る。第2の走査ミラー4の第1の断面方向の長さは、第
1の走査ミラー3により異なる方向に反射された光束が
それぞれ入射されるような長さとする必要があるが、こ
の長さが回転振動の慣性モーメントに与える影響は小さ
いので十分に高速な回転振動が得られる。
【0029】
【発明の効果】本発明によると、可動ミラーを小型化す
ることができるので、可動ミラーを高い周波数と、大き
な振幅で駆動することができる。従って、高精細で広視
野な映像表示が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の実施形態の走査型映像観察光学系の概
略構成を示す図。
【図2】 第1の実施形態の走査型映像観察光学系の第
1の断面(a)、第2の断面(b)における近軸配置
図。
【図3】 第2の実施形態の走査型映像観察光学系の概
略構成を示す図。
【図4】 第2の実施形態の走査型映像観察光学系の第
1の断面(a)、第2の断面(b)における近軸配置
図。
【図5】 従来の一般的な走査型映像観察光学系の構成
図。
【図6】 走査部材の配置位置と大きさの関係を説明す
るための図。
【図7】 図5の光学系の第1の断面(a)、第2の断
面(b)における近軸配置図。
【図8】 走査部材の一例を示す図。
【符号の説明】
1 光源 2 変調機 3 第1の走査部材 4 第2の走査部材 6、6´接眼レンズ 7 瞳 10 リレーレンズ 11 プリズム 11a 半透過面

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光束を発生する光源と、光束の強度を変
    調する強度変調手段と、光束を光軸に対して第1の方向
    に走査する第1の走査手段と、光束を光軸に対して第1
    の方向とは異なる第2の方向に走査する第2の走査手段
    と、第1、第2の走査手段で走査された光束を観察者の
    瞳に導き観察可能にする観察光学系とを備えた走査型映
    像観察光学系において、 光軸と第1の方向に平行な第1の断面において第1の走
    査手段と観察者の瞳位置を略共役となるようになす第1
    の光学系と、 光軸と第2の方向に平行な第2の断面において第2の走
    査手段と観察者の瞳位置を略共役となるようになす第2
    の光学系とを備えたことを特徴とする走査型映像観察光
    学系。
  2. 【請求項2】 第2の光学系は第2の走査手段と観察者
    の瞳位置が略共役となるようになす光学系であり、 第1の光学系は第1の走査手段と第2の走査手段が略共
    役となるようになす光学系であることを特徴とする請求
    項1に記載の走査型映像観察光学系。
  3. 【請求項3】 第1の光学系と第2の光学系は共通の光
    学系であり、該光学系は第1の方向と第2の方向で異な
    ったパワーを持つアナモルフィックな光学系であること
    を特徴とする請求項1に記載の走査型映像観察光学系。
JP13042098A 1998-05-13 1998-05-13 走査型映像観察光学系 Pending JPH11326815A (ja)

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JP13042098A JPH11326815A (ja) 1998-05-13 1998-05-13 走査型映像観察光学系

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JP13042098A Pending JPH11326815A (ja) 1998-05-13 1998-05-13 走査型映像観察光学系

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JP (1) JPH11326815A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100435023B1 (ko) * 2000-10-10 2004-06-09 캐논 가부시끼가이샤 멀티빔광주사광학계, 멀티빔광주사장치, 및 화상형성장치
JP2008026379A (ja) * 2006-07-18 2008-02-07 Omron Corp 光走査装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100435023B1 (ko) * 2000-10-10 2004-06-09 캐논 가부시끼가이샤 멀티빔광주사광학계, 멀티빔광주사장치, 및 화상형성장치
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