JPH1195150A - 走査光学装置 - Google Patents

走査光学装置

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JPH1195150A
JPH1195150A JP9256377A JP25637797A JPH1195150A JP H1195150 A JPH1195150 A JP H1195150A JP 9256377 A JP9256377 A JP 9256377A JP 25637797 A JP25637797 A JP 25637797A JP H1195150 A JPH1195150 A JP H1195150A
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JP
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scanning
screen
half mirror
screens
image
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JP9256377A
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Hideki Osada
英喜 長田
Akira Sato
彰 佐藤
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Minolta Co Ltd
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Minolta Co Ltd
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B37/00—Panoramic or wide-screen photography; Photographing extended surfaces, e.g. for surveying; Photographing internal surfaces, e.g. of pipe
    • G03B37/04—Panoramic or wide-screen photography; Photographing extended surfaces, e.g. for surveying; Photographing internal surfaces, e.g. of pipe with cameras or projectors providing touching or overlapping fields of view
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
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    • G03B21/14—Details
    • G03B21/28—Reflectors in projection beam
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数のエリアに画面をそれぞれ配列して表示
する場合に、各エリアの画面の縁取りを生じさせずに、
広いエリア或いは高い解像度の画像表示を実現する事が
可能な走査光学装置を提供する。 【解決手段】 第１走査手段１からの走査光は、第１ハ
ーフミラー３，第２ハーフミラー４，接眼光学系５を経
て最終的に観察者の眼６へと導かれる。また、第２走査
手段２からの走査光は、第１ハーフミラー３，第２ハー
フミラー４，接眼光学系５を経て観察者の眼６へと導か
れる。それぞれの画面を互いに隣り合わせに重ね合わせ
る位置にして、一つの画面とする事により、広いエリア
或いは高い解像度を実現する事ができる。このとき、各
画像はレーザーの走査によるものであるので、画像周辺
がぼやけず、境界がはっきりしているので、重ね合わせ
を正確に行えば、各画面の縁取りを生じる事無く、画面
を一体化する事ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ヘッドマウントデ
ィスプレイ等の表示装置やレーザー走査型プロジェクタ
等に応用される走査光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、ヘッドマウントディスプレイ
や背面投射型プロジェクタ等の液晶表示装置において
は、いわゆる多板式といって、複数の液晶パネルを重ね
合わせたり並べたりして、広いエリア或いは高い解像度
の画像表示を狙ったものが実用化されている。これは、
元の画像を複数の液晶パネルによって例えば縦横いくつ
かに分割し、それぞれのエリアを受け持つ光学系によ
り、投射距離を考慮にいれてそれぞれの画像を該当する
スクリーン面に投影するというものである。
【０００３】この場合、標準となる画面の画素数をその
ままにして複数配列すれば、解像度を保ったまま広いエ
リアを実現する事ができるし、標準となる画面を分割し
て、分割後の各画面の画素数を元の標準となる画面の画
素数と同じにすれば、画面の大きさは同じで高い解像度
を実現する事ができるというものである。或いはもっと
単純に、ＣＲＴディスプレイをマルチ配列し、広いエリ
アにするという事も行われている。これらは一般的に、
マルチビジョン等と呼ばれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記多
板式の液晶表示装置においては、全体の画面内に、分割
された各画面毎にブラックマトリックスと呼ばれる縁取
りが生じ、重ね合わせにより全体の画面が作られている
という事がはっきりと分かってしまうといった不具合点
が存在する。これは、この従来の方式が、必ずスクリー
ンを一つずつ独立させなければならない光源形態であ
り、各エリアを受け持つ光学系で投影するため、それぞ
れの画面に縁取りをしないと、各エリアの画像周辺がぼ
やけて隣同士の重ね合わせが正確に行えない事が原因と
なっている。
【０００５】また、各光学系の光路長が微妙に違って、
倍率ひいては画面の大きさが変わってしまったり、光学
系を支える部材同士の干渉により各画面間の隙間が開い
てしまったりする事もあり、原理的に重ね合わせができ
ないのではなく、機械的な部材が介在するために重ね合
わせができないという事も有り得る。さらに、上記ＣＲ
Ｔディスプレイをマルチ配列したものに至っては、元よ
り各ブラウン管周辺の枠組みがはっきりと現れてしま
う。さらに、これらの重ね合わせを厳密に行うには、非
常に複雑な機械要素を必要とするため、誤差を取りきる
事はできない。
【０００６】本発明は、走査光学系を用いる事により、
画像周辺の境界をはっきりと描画して、これらの不具合
点を解消し、各エリアの画面の縁取りを生じさせずに、
広いエリア或いは高い解像度の画像表示を実現する事が
可能な走査光学装置を提供する事を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、画像光源から射出される光束を複数の
偏向器で分担走査して、被走査面上に画像を形成するよ
うにした構成とする。この場合、例えば一つの光源から
射出される光束を２つに分光して、Ａ，Ｂ２つの隣接す
る画像を形成するときは、一方の光束で画像Ａを走査し
て形成した後、光束を切り替えて画像Ｂを走査して形成
するというように、交互に画像形成が行われ、使用しな
い側の光束は、シャッターにより遮断される。また、複
数の偏向器にそれぞれ対応して複数の光源が設けられて
いるときは、それぞれの画像を同時に形成する事が可能
である。
【０００８】また、前記複数の偏向器により前記被走査
面上にそれぞれ投影される複数の分担画像の投影位置
は、各画像間の互いに相対する周辺が正確に重なり合う
ように制御される構成とする。そして、前記複数の分担
画像の互いの投影位置関係を検知する検知手段を設けた
構成とする。さらに、前記検知手段は、前記複数の画像
の組み合わせにより形成される組み合わせ画像の、周辺
の平坦度及び画面の輝度分布に基づいて前記投影位置関
係を検知する構成とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一
実施形態の基本的な構成を模式的に示す斜視図である。
同図は、レーザーを走査して観察者の網膜上に画像を描
画表示するヘッドマウントディスプレイの例であり、２
つの画面を重ね合わせて表示する場合を示している。同
図において、１はレーザーを走査する第１走査手段，２
は同じく第２走査手段，３は第１ハーフミラー，４は第
２ハーフミラー，５は接眼光学系（ここでは凹面鏡），
６は観察者の眼である。
【００１０】第１ハーフミラー３は、光路に対して斜め
になるように傾けて配置されており、その上方に第１走
査手段１が配置され、その側方に第２走査手段２が配置
されている。第１ハーフミラー３の下方には、第２ハー
フミラー４が３とは反対方向に傾けて配置されており、
更にその下方には凹面鏡である接眼光学系５が、凹面
（反射面）を上に向けて配置されている。
【００１１】第１走査手段１からの走査光は、第１ハー
フミラー３を透過し、更に第２ハーフミラー４を透過し
て接眼光学系５に達し、ここで遠方へ虚像を結ぶように
反射され、第２ハーフミラー４で反射されて観察者の眼
６へと導かれる。また、第２走査手段２からの走査光
は、第１ハーフミラー３で反射され、続いて第２ハーフ
ミラー４を透過して接眼光学系５に達し、ここで遠方へ
虚像を結ぶように反射され、第２ハーフミラー４で反射
されて観察者の眼６へと導かれる。
【００１２】それぞれの画面を互いに隣り合わせに重ね
合わせる位置にして、一つの画面とする事により、広い
エリア或いは高い解像度を実現する事ができる。このと
き、各画像はレーザーの走査によるものであるので、画
像周辺がぼやけず、境界がはっきりしているので、重ね
合わせを正確に行えば、各画面の縁取りを生じる事無
く、画面を一体化する事ができる。詳しくは後述する。
【００１３】図２は、図１に示した基本構成を背面より
模式的に示した図である。同図に示すように、第１ハー
フミラー３と第２ハーフミラー４は、ここでは互いにほ
ぼ直角を成すように傾けて配置されている。また、第１
走査手段１及び第２走査手段からの走査光が、第２ハー
フミラー４上で最適の重ね合わせ状態となるように画像
投影され、眼６へと導かれている事が分かる。尚、図中
のハーフミラー７及びエリアセンサ８の働きについて
は、後に説明する。
【００１４】図３は、上記走査手段の基本構成を模式的
に示す斜視図である。同図において、１１は第１走査ミ
ラー、１２は第２走査ミラーであり、それぞれ矢印で示
す方向に、走査の周期に合わせて回動する事により、一
つの偏向器としての働きをする。図示しないレーザー光
源からの光は、まず第１走査ミラー１１によってその点
像が線像となり、続いて第２走査ミラー１２によって線
像が面像となる。これにより画像が形成される。走査の
領域は、同図の実線で示す範囲であるが、実際に画面と
して使用されるのは、同図の点線で示す範囲である。
【００１５】このとき、本発明においては、隣の画面と
の重ね合わせを正確に行うため、画面として使用される
範囲を電気的に制御し、互いに調整する。図４は、その
原理を模式的に示す図である。同図（ａ）に示すよう
に、左右の画面Ａ，Ｂそれぞれの角部を含む破線内のエ
リアを観察し、画面が互いにＸ方向，Ｙ方向の両方共ず
れていた場合、まず例えばＹ方向（垂直方向）を合わせ
に行くために、画面の上端の平坦度を観察しながら、画
面として使用される範囲を電気的に少し上下にシフトす
る。次に、Ｘ方向（水平方向）を合わせに行くために、
画面の輝度分布を観察しながら、画面として使用される
範囲を電気的に少し左右にシフトする。
【００１６】最終的に、同図（ｂ）に示すように互いの
角部が合わさる状態になれば、画面上端が平坦となり、
画面の輝度が一律となるので、正確な重ね合わせができ
たと判断する。この場合、画面の走査開始の信号は、画
像信号をフレームメモリー等に収納したりする事によ
り、走査開始信号のタイミングをずらすだけで、必要な
走査タイミングを得る事ができる。このようにして、重
なり部分を従来よりきれいに配置する事ができるのが、
レーザー走査系を使った場合の特長である。
【００１７】画面の重なり具合の観察は、上記図２で示
したように、ＣＣＤ等より成るエリアセンサ８により行
われる。同図に示すように、各画面の周辺付近の画像を
反射率の低いハーフミラー７で取り出し、それをエリア
センサ８に導く事により、そこでの観察結果をフィード
バックする事ができる。或いは、ハーフミラー７を大型
にし、画面全体の画像を取り出して、全体をエリアセン
サ８で観察するようにしても良い。
【００１８】このようにしておけば、製品の出荷後も重
ね合わせ調整をする事ができる。基本的には出荷時の調
整のみで済むはずであるが、出荷後の機械的な誤差要
因、例えば温度変化により走査ミラーの振動数が微妙に
変わったとき等に画面がずれる恐れがあるので、理想的
には製品自体にフィードバック機能を持っておく事で、
どんな状況にも対応する事ができる。
【００１９】図５は、水平に並べる場合の、画面の重ね
合わせ調整の一例の手順を示す模式図である。調整用映
像としては、均一輝度単色画像が望ましい。同図（ａ）
に示すように、画面Ａ，Ｂが互いに垂直方向，水平方向
共にずれていた場合、まず例えば垂直方向を合わせに行
くために、平坦度を基に、画面として使用される範囲を
電気的に少し上下にシフトする。そうすると、同図
（ｂ）に示すように垂直方向のズレがなくなる。しか
し、このままでは水平方向のズレが残ったままであり、
互いの画面の範囲を侵した状態である。
【００２０】次に、水平方向を合わせに行くために、輝
度を基に、画面として使用される範囲を電気的に少し左
右にシフトする。そうすると、同図（ｃ）に示すように
水平方向のズレがなくなるが、その調整の影響で再び垂
直方向のズレが少し現れてくる。そこで、再び垂直方向
を合わせに行く。そうすると、同図（ｄ）に示すように
垂直方向のズレがなくなるが、その調整の影響で再び水
平方向のズレが少し現れてくる。そこで、再び水平方向
を合わせにいく。このような手順を繰り返しながら、最
終的に同図（ｅ）に示すような正確な重ね合わせができ
た状態に持って行く。垂直に並べる場合は、ズレ判断の
基準である平坦度と輝度の判断を入れ換える事になる。
【００２１】図６は、本発明を利用した、レーザー光学
系によるヘッドマウントディスプレイの光学系の構成の
一例を示す模式図である。同図（ａ）において、レーザ
ー光源１３から出た光は、コリメータレンズ１４を透過
して平行光となり、ハーフミラー１７によって２つの光
束に分割される。その内、ハーフミラー１７により反射
された光は、ハーフミラー１８で反射され、第１走査ミ
ラー１１を透過して第２走査ミラー１２で反射され、第
１走査ミラー１１で反射されて再び第２走査ミラー１２
で反射され、再び第１走査ミラー１１を透過してハーフ
ミラー１８を透過し、第１ハーフミラー３で反射され、
続いて第２ハーフミラー４で反射されて接眼光学系５に
達し、ここで遠方へ虚像を結ぶように反射され、第２ハ
ーフミラー４を透過して観察者の眼６へと導かれる。
【００２２】レーザー光源１３から出て、コリメータレ
ンズ１４を透過して平行光となり、ハーフミラー１７を
透過した光は、同様にしてハーフミラー１９で反射さ
れ、第１走査ミラー１１′を透過して第２走査ミラー１
２′で反射され、第１走査ミラー１１′で反射されて再
び第２走査ミラー１２′で反射され、再び第１走査ミラ
ー１１′を透過してハーフミラー１９を透過し、第１ハ
ーフミラー３を透過し、続いて第２ハーフミラー４で反
射されて接眼光学系５に達し、ここで遠方へ虚像を結ぶ
ように反射され、第２ハーフミラー４を透過して観察者
の眼６へと導かれる。
【００２３】この場合、光源は一つなので、ハーフミラ
ー１７と１８との間及びハーフミラー１７と１９との間
には、それぞれシャッター１５，１６を設け、これらの
シャッターを開閉して投影される画面を時分割で制御
し、切り替える事により、それぞれ独立した画像とし、
光源が２つある場合と同様の効果を得ている。以上の構
成において、それぞれの画面を互いに隣り合わせに重ね
合わせる位置にして、一つの画面とする事により、広い
エリア或いは高い解像度を実現している事は、上記図１
で説明した通りである。
【００２４】図６（ｂ）は、光学系の構成を簡略化し、
より小型化を目指したものである。同図において、レー
ザー光源１３から出た光は、コリメータレンズ１４を透
過して平行光となり、第１ハーフミラー３によって２つ
の光束に分割される。その内、第１ハーフミラー３によ
り反射された光は、第１走査ミラー１１を透過して第２
走査ミラー１２で反射され、第１走査ミラー１１で反射
されて再び第２走査ミラー１２で反射され、再び第１走
査ミラー１１を透過して第１ハーフミラー３を透過し、
続いて第２ハーフミラー４で反射されて接眼光学系５に
達し、ここで遠方へ虚像を結ぶように反射され、第２ハ
ーフミラー４を透過して観察者の眼６へと導かれる。
【００２５】レーザー光源１３から出て、コリメータレ
ンズ１４を透過して平行光となり、第１ハーフミラー３
を透過した光は、同様にして第１走査ミラー１１′を透
過して第２走査ミラー１２′で反射され、第１走査ミラ
ー１１′で反射されて再び第２走査ミラー１２′で反射
され、再び第１走査ミラー１１′を透過して第１ハーフ
ミラー３で反射され、続いて第２ハーフミラー４で反射
されて接眼光学系５に達し、ここで遠方へ虚像を結ぶよ
うに反射され、第２ハーフミラー４を透過して観察者の
眼６へと導かれる。
【００２６】（ａ）と同様にして、第１ハーフミラー３
と第１走査ミラー１１との間及び第１ハーフミラー３と
第１走査ミラー１１′との間には、それぞれシャッター
１５，１６を設け、これらのシャッターを開閉して投影
される画面を時分割で制御し、切り替える事により、そ
れぞれ独立した画像とし、光源が２つある場合と同様の
効果を得ている。また、同様に、以上の構成において、
それぞれの画面を互いに隣り合わせに重ね合わせる位置
にして、一つの画面とする事により、広いエリア或いは
高い解像度を実現している事は、上記図１で説明した通
りである。
【００２７】図７は、本発明を利用した、レーザー光学
系による背面投射型プロジェクタの構成の一例を示す模
式図である。同図において、２１は第１走査手段、２２
は第２走査手段、２３は第３走査手段、２４は第４走査
手段、２５はスクリーン、２６は観察者である。同図に
示すように、各走査手段によりそれぞれの画面をスクリ
ーンに投影し、互いの周辺が正確に重ね合わせられるよ
うに、上述のように電気的に調整すれば、観察者２６か
ら見て縁取りの無い広いエリアを実現する事ができる。
【００２８】図８は、本発明を利用した、レーザー光学
系による背面投射型プロジェクタの構成の他の例を示す
模式図である。この場合は、スクリーンと観察者が比較
的近接する、例えばアミューズメント施設におけるバー
チャルリアリティー空間のようなものを想定しており、
第１走査手段２１，第２走査手段２２，第３走査手段２
３，第４走査手段２４それぞれによる画面を、スクリー
ン２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄにそれぞれ投影し、
臨場感を出すために、各スクリーンは、観察者の眼６に
それぞれほぼ等しい距離で相対している構成となってい
る。このとき、各画面同士の重ね合わせが正確に行える
ように、各画面は平行四辺形となっている。
【００２９】図９は、本発明を利用した、レーザー光学
系によるヘッドマウントディスプレイの構成の一例を示
す模式図である。この場合、実際は第１走査手段２１，
第２走査手段２２，第３走査手段２３，第４走査手段２
４それぞれからの走査光により、観察者の眼６の網膜上
に画像を描画表示するのであるが、これを模式的に説明
すると、同図に示すように、各走査手段による画面が仮
想の球面スクリーン２８上に投影されて中間像を結び、
それを眼６により観察するという形になる。この球面ス
クリーン上で、各画面を互いの周辺が正確に重ね合わせ
られるように、上述のように電気的に調整すれば、眼６
から見て縁取りの無い広いエリア或いは高い解像度の画
面を実現する事ができる。
【００３０】図１０は、上記構成を正面より模式的に示
す図である。同図に示すように、眼６の上側に位置する
第１及び第２走査手段２１，２２からの走査光は、太い
実線で示す範囲で仮想の球面スクリーン２８上に画面を
投影し、それが眼６により観察される。また、眼６の下
側に位置する第３及び第４走査手段２３，２４からの走
査光は、太い破線で示す範囲で仮想の球面スクリーン２
８上に画面を投影し、それが眼６により観察される。そ
れぞれの走査光は走査エリアの調整範囲を有している。
【００３１】そして、上側の画面の下端を走査する走査
光と、下側の画面の上端を走査する走査光とは、隣合っ
た画素であり、互いに距離を保ちながら眼６に入射し、
その網膜上で正確な重ね合わせが行われる。原理的には
このような調整が行われている。尚、以上に述べた本発
明を利用した構成においては、走査手段がそれぞれ４個
配列されている例を挙げたが、これはできる限り多数配
列する事により、より広いエリア或いはより高い解像度
を実現する事ができるのは言うまでもない。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数の偏向器によって形成される複数の隣接する画像
は、いずれも枠が存しなくても明瞭な画像領域となって
おり、しかもそれらの境界部分は枠が存する場合に生じ
る違和感といったものがなく、見やすい合成画像とな
る。
【００３３】また、請求項２によるならば、複数のエリ
アに画面をそれぞれ配列して表示する場合に、各エリア
の画面の縁取りを生じさせずに、広いエリア或いは高い
解像度の画像表示を実現する事が可能な走査光学装置を
提供する事ができる。
【００３４】さらに、請求項３によるならば、検知手段
により検知した投影位置関係をフィードバックして投影
位置を制御する事ができるので、製品の出荷時のみなら
ず、ユーザー先におけるメンテナンス等で投影位置を簡
単に調整する事ができ、さらには使用時に常に投影位置
を自動制御する構成とする事もできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の基本的な構成を模式的に
示す斜視図。
【図２】図１に示した基本構成を背面より模式的に示し
た図。
【図３】走査手段の基本構成を模式的に示す斜視図。
【図４】画面の重ね合わせ調整の原理を模式的に示す
図。
【図５】画面の重ね合わせ調整の一例の手順を示す模式
図。
【図６】ヘッドマウントディスプレイの光学系の構成の
一例を示す模式図。
【図７】背面投射型プロジェクタの構成の一例を示す模
式図。
【図８】背面投射型プロジェクタの構成の他の例を示す
模式図。
【図９】ヘッドマウントディスプレイの構成の一例を示
す模式図。
【図１０】図９の構成を正面より模式的に示す図。
【符号の説明】
１ 第１走査手段 ２ 第２走査手段 ３ 第１ハーフミラー ４ 第２ハーフミラー ５ 接眼光学系 ６ 眼 ７ ハーフミラー ８ エリアセンサ １１，１１′ 第１走査ミラー １２，１２′ 第２走査ミラー １３ レーザー光源 １４ コリメータレンズ １５，１６ シャッター １７，１８，１９ ハーフミラー ２１ 第１走査手段 ２２ 第２走査手段 ２３ 第３走査手段 ２４ 第４走査手段 ２５ スクリーン ２６ 観察者 ２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ スクリーン ２８ 球面スクリーン

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画像光源から射出される光束を複数の偏
    向器で分担走査して、被走査面上に画像を形成するよう
    にした事を特徴とする走査光学装置。
  2. 【請求項２】 前記複数の偏向器により前記被走査面上
    にそれぞれ投影される複数の分担画像の投影位置は、各
    画像間の互いに相対する周辺が正確に重なり合うように
    制御される事を特徴とする請求項１に記載の走査光学装
    置。
  3. 【請求項３】 前記複数の分担画像の互いの投影位置関
    係を検知する検知手段を設けた事を特徴とする請求項２
    に記載の走査光学装置。
  4. 【請求項４】 前記検知手段は、前記複数の画像の組み
    合わせにより形成される組み合わせ画像の、周辺の平坦
    度及び画面の輝度分布に基づいて前記投影位置関係を検
    知する事を特徴とする請求項３に記載の走査光学装置。
JP9256377A 1997-09-22 1997-09-22 走査光学装置 Pending JPH1195150A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9256377A JPH1195150A (ja) 1997-09-22 1997-09-22 走査光学装置
US09/157,379 US6193375B1 (en) 1997-09-22 1998-09-21 Display device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9256377A JPH1195150A (ja) 1997-09-22 1997-09-22 走査光学装置

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ID=17291846

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JP9256377A Pending JPH1195150A (ja) 1997-09-22 1997-09-22 走査光学装置

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JP (1) JPH1195150A (ja)

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