JPH11337864A - 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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JPH11337864A
JPH11337864A JP10143848A JP14384898A JPH11337864A JP H11337864 A JPH11337864 A JP H11337864A JP 10143848 A JP10143848 A JP 10143848A JP 14384898 A JP14384898 A JP 14384898A JP H11337864 A JPH11337864 A JP H11337864A
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JP
Japan
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scanning
diameter
pupil
luminous flux
observer
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JP10143848A
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English (en)
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Hideki Osada
英喜 長田
Kotaro Hayashi
宏太郎 林
Ichiro Kasai
一郎 笠井
Satoshi Osawa
聡 大澤
Akira Sato
彰 佐藤
Yasushi Kobayashi
恭 小林
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Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/0101Head-up displays characterised by optical features
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、主走査部材を小さく構成できるま
たは主走査部材を大きくすることなく瞳径の拡大を図る
ことが可能な走査型映像観察光学系を提供することを目
的としたものである。 【解決手段】 光束を発生する光源と、光束を第1の方
向に走査する主走査手段と、光束を第1の方向とは異な
る第2の方向に走査する副走査手段と、前記二つの走査
手段により走査された光束を観察者の瞳に導く接眼レン
ズとからなる走査型映像観察光学系において、前記主走
査手段は前記接眼レンズを介して観察者の瞳位置と略共
役な関係にあり、観察者の瞳位置に入射する光束の光束
径である瞳径をd、前記主走査手段から出射される光束
の光束径である主走査径をd'とした場合、d/d'で算
出される共役倍率βは1.2≦βを満たす構成とする。

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3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、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】上記のような映像観察
光学系により、具体的な映像表示を行った場合の各々の
走査ミラー3、4に求められる走査について図4を用い
て簡単に説明する。想定として、ハイビジョン相当の映
像を表示する場合を考える。ハイビジョン映像のアスペ
クト比は16:9、1秒間に表示しなければならないフ
レーム数は60フレーム、必要な水平走査線数は約10
00本である。
【0007】水平方向の走査周波数は、水平走査線数×
フレーム数によって与えられるので60kHzとなり、垂
直方向の走査周波数は、フレーム数でよいので60Hzと
なる。このように、必要な走査周波数は水平方向の方が
垂直方向に比べて大きく、必要な走査角度も水平方向の
方が大きいので、水平方向の走査の方が圧倒的に高速な
走査を必要とする。一般に水平方向の走査は主走査、垂
直方向の走査は副走査と呼ばれる。
【0008】図3に示した従来技術のような光学系で
は、第2の走査ミラー4は、第1の走査ミラー3より光
学的に後方に配置されているため、第1の走査ミラー3
の走査角度をカバーする大きさが必要であり、第1の走
査ミラー3に比べて大きな構成とする必要がある。よっ
て、小さい構成が可能な第1の走査ミラー3を主走査に
用いるのが一般的である。
【0009】従来の映像観察光学系においては、主走査
を行う第1の走査ミラー3は、できるだけ小さい構成と
するために瞳7と略共役な位置に配置されるように構成
されている。
【0010】主走査部材が瞳と共役な関係となる位置に
配置されている光学系において、瞳径/主走査径で算出
される共役倍率βが1(等倍)となる場合の、瞳径
0、視野角a0、主走査径d'0、走査角a'0の関係を図
2(a)に簡略して示す。尚、視野角、走査角とはそれ
ぞれ瞳7位置での最軸外光線12の入射角度と主走査部
材3位置での最軸外光線12の出射角度である。また、
瞳径、主走査径とはそれぞれ瞳7位置、主走査部材3位
置での光束の光束径である。視野角が大きいほど観察可
能な映像の範囲が広く、瞳径が大きいほど観察可能な瞳
位置の範囲が広いことになる。
【0011】図2(a)においてβ=1なので、d0
d'0である。このとき同時にa0=a'0も成り立つ。あ
る瞳径と視野角が得られる従来の光学系においては、主
走査部材を大きな振動数で回転振動させることができる
ような構成とするために、主走査径、走査角をともに小
さくできるように主走査径、走査角両方の値を均等に考
慮したものとなっている。
【0012】しかしながら、従来の映像観察光学系にお
いては、十分な瞳径を得るためには主走査径大きくな
り、高精細表示を行うために走査速度を上げることが困
難となってしまう。また、従来の光学系においては、瞳
振りに対応するほどの瞳径を確保することが困難であ
る。
【0013】本発明は、上記問題点を鑑みて、主走査部
材を小さく構成できるまたは主走査部材を大きくするこ
となく瞳径の拡大を図ることができる走査型映像観察光
学系を提供することを目的としたものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、光束を発生する光源と、光束を第1の方
向に走査する主走査手段と、光束を第1の方向とは異な
る第2の方向に走査する副走査手段と、前記二つの走査
手段により走査された光束を観察者の瞳に導く接眼レン
ズとからなる走査型映像観察光学系において、前記主走
査手段は前記接眼レンズを介して観察者の瞳位置と略共
役な関係にあり、観察者の瞳位置に入射する光束の光束
径である瞳径をd、前記主走査手段から出射される光束
の光束径である主走査径をd'とした場合、d/d'で算
出される共役倍率βは1.2≦βを満たす構成とする。
【0015】さらに、上記構成においてβ≦7を満たす
構成とする。βの値が1.2より小さい場合は、主走査
径が大きくなり高速走査が困難で所望の高精細映像が得
られない、もしくは実用に耐え得る瞳径を有することが
困難である。7より大きい場合は、必要な視野角を得る
ために非常に大きな走査角を必要としてしまう。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態の走査型映像観
察光学系の全体構成を示す斜視図は、従来技術の図3と
同様となるので、図面と説明を省略する。図1(a)
に、図3に示した走査型映像観察光学系の光軸を一直線
13で表し、直線13上に各構成要素を簡略化して配置
した配置図を示す。
【0017】光源1で発光された光束は、主走査ミラー
3、副走査ミラー4で走査された後、走査像形成位置1
0に走査像を形成する。走査像を形成した光束は接眼レ
ンズ6を介して観察者の瞳7に与えられ、眼球8の網膜
9上に網膜像を形成する。この網膜像を介して、虚像位
置11の虚像が観察者に観察されることになる。図1
(b)には、網膜像9a、走査像10a、虚像11a、
接眼レンズ6、瞳レンズ7の関係を示す。
【0018】尚、図1は各構成要素の厳密な配置位置を
示したものではなく、各構成要素の光学的な前後関係を
示しただけのものである。本実施形態において、主走査
ミラー3は、接眼レンズ6を介して瞳7と略共役関係と
なる位置に配置されており、共役倍率βは、図2(a)
で示した従来例が1であったのに対し、1.2≦β≦7
を満たすように構成されている。この条件を満たすこと
により、従来の走査型映像観察光学系と比較して、主走
査ミラー3の小型化または瞳径の拡大を図ることができ
る。
【0019】このことを説明するために、図2(a)の
従来例と対応させて、図2(b)、(c)に本実施形態
の走査型映像観察光学系の瞳径d1、d2、視野角a1
2、主走査径d'1、d'2、走査角a'1、a'2の関係を
示す。比較しやすいように、(a)、(b)、(c)に
おける視野角は同じとなるように示す。つまり、a0
1=a2である。
【0020】(b)に示すように、瞳径d1が(a)の
瞳径d0と同じとなる場合、主走査径d'1は(a)の主
走査径d'0より小さくなる。つまり、主走査ミラー3の
小型化を図ることができる。一方、(c)に示すよう
に、主走査径d2'が(a)の主走査径d'0と同じとなる
場合、瞳径d2は(a)の瞳径d0より大きくなる。つま
り、瞳径の拡大を図ることができる。尚、(b)、
(c)において走査角a'1、a'2は(a)の走査角a'0
より大きくなる。
【0021】表1に、本実施形態において具体的な数値
を採用して実施した実施例の共役倍率、主走査径、瞳
径、走査角、視野角の数値を示す。また、比較のために
従来例(図2(a)に相当)における具体的な数値例を
示す。従来例の数値例として、瞳径、主走査径として3
つの異なる値を採用した従来例1、2、3を示す。実施
例4、5、6は、瞳径に従来例1、2、3の数値と同様
の値を採用して、共役倍率を変えた例(図2(b)に相
当)である。実施例1、2、3と実施例7、8、9は、
主走査径に従来例1、2、3の数値と同様の値を採用し
て、共役倍率を変えた例(図2(c)に相当)である。
【0022】
【表1】
【0023】表1より、瞳径を従来例と同様の値とした
場合(実施例4、5、6)は、主走査径を小さくできる
ことがわかる。この場合、主走査ミラーを小さく構成で
きる。また、主走査径を従来例と同様の値とした場合
(実施例1、2、3と実施例7、8、9)は、瞳径を大
きくできることがわかる。この効果は、共役倍率が大き
くなるほど顕著であることがわかる。ただし、共役倍率
が大きくなりすぎると所望の走査角が得られない、すな
わち所望の視野角が得られなくなってしまう。
【0024】
【発明の効果】本発明の走査型映像観察光学系による
と、主走査径を小さくできるので主走査部材を小さく構
成できる。よって、主走査部材のより高速な振動が可能
となり、より高精細な映像を表示できることになる。ま
たは、主走査径を大きくすることなく瞳径の拡大を図る
ことができる。つまり、走査速度を下げることなく、瞳
径を大きくできることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (a)一直線の光軸上に本発明の光学系の構
成要素を配置した配置図と(b)像の関係を示す図。
【図2】 (a)従来例の光学系と(b)、(c)本実
施形態の光学系における瞳径、視野角、主走査径、走査
角の関係を示す図。
【図3】 従来技術と本発明に共通の走査型映像観察光
学系の構成図。
【図4】 ハイビジョン相当の映像を表示する場合の説
明図。
【符号の説明】
1 光源 2 変調機 3 第1の走査ミラー 4 第2の走査ミラー 6 接眼レンズ 7 瞳
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笠井 一郎 大阪市中央区安土町二丁目3番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 大澤 聡 大阪市中央区安土町二丁目3番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 佐藤 彰 大阪市中央区安土町二丁目3番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 小林 恭 大阪市中央区安土町二丁目3番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光束を発生する光源と、光束を第1の方
    向に走査する主走査手段と、光束を第1の方向とは異な
    る第2の方向に走査する副走査手段と、前記二つの走査
    手段により走査された光束を観察者の瞳に導く接眼レン
    ズとからなる走査型映像観察光学系において、 前記主走査手段は前記接眼レンズを介して観察者の瞳位
    置と略共役な関係にあり、 観察者の瞳位置に入射する光束の光束径である瞳径を
    d、前記主走査手段から出射される光束の光束径である
    主走査径をd'とした場合、d/d'で算出される共役倍
    率βは1.2≦βを満たすことを特徴とする走査型映像
    観察光学系。
  2. 【請求項2】 β≦7を満たす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。
JP10143848A 1998-05-26 1998-05-26 走査型映像観察光学系 Pending JPH11337864A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10143848A JPH11337864A (ja) 1998-05-26 1998-05-26 走査型映像観察光学系
US09/316,818 US6097526A (en) 1998-05-26 1999-05-21 Scanning type image viewing optical system

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10143848A JPH11337864A (ja) 1998-05-26 1998-05-26 走査型映像観察光学系

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JP10143848A Pending JPH11337864A (ja) 1998-05-26 1998-05-26 走査型映像観察光学系

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