JPS62233982A - 画像表示装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、フライトシミュレータ又は可視光もしくは
赤外光を利用したロボット等の誘導装置のシミュレーシ
ョンに用いられる画像表示装置に関し、特に安価、高輝
度、且つ分解能及び色再現性の高い画像表示装置に関す
るものである。

［従来の技術］ 第４図及び第５図は例えば特公昭５５−１３０３１号公
報に示された従来の画像表示装置を示す平面図及び側面
図である０図において、（１）はパイロット、（２）は
副パイロット（以下これらを観測者という）、（３）は
°テレビジョン映像による光線（１０）を投影する投影
器、（６）は投影器（３）から投射される円錐状の光線
（１０）を結像し、各点から後方に光線（１１〉及び（
１２）を発散する凹面形状後方投射式のスクリーン、（
７）はスクリーン（６）の後方に位置した楕円凹面鏡、
（８）は投影器（３）に映像信号を送るためのテレビジ
ョンカメラ、（９）はテレビジョンカメラ（８）により
撮影されるフライトシミュレーション用の模型、（１３
）は楕円凹面鏡（７）と観測者（１）及び（２）との間
に介在された飛行デツキの窓である。

従来の画像表示装置は上記のように構成され、観測者（
１）、（２）は、テレビジョンカメラ（８）から送られ
投影器（３）によりスクリーン（６）に投射された模型
（９）の映像を楕円凹面１ｍ（７）に反射させ、窓（１
３）を通して矢印Ｆ方向に観測するようになっている。

そして、スクリーン（６）は観測者（１）、（２）の上
方に位置し且つ楕円凹面鏡（７）のほぼ焦点面に配置さ
れているので、スクリーン（６）の各点から発散された
光線（１１）及び（１２）は、楕円凹面鏡（７）で反射
されることによってほぼ平行光線となっている。従って
、観測者（１）、（２）は模型（９）の映像を無限遠の
ものとして観測することができるようになっている。

［発明が解決しようとする問題点〕 従来の画像表示装置は以上のように、楕円凹面鏡（７）
と投影器（３）との間にスクリーン（６）を設けている
ので、 （ｉ）コストが高くなるうえ、スクリーン（６）の設置
場所の制限により設計の自由度が小さくなり、視野も小
さくなる。

（ｉｉ）スクリーン（６）の面で光が散乱するため、画
像が暗くなり分解能も下がる、 （ｉｉｉ）投影器（３）などの光学系を設置した後に各
部の位置調整をする際、投影器（３）とスクリーン（６
）、スクリーン（６）と凹面鏡（７）、凹面鏡（７）と
Ｗ４測者（１）及び（２）、の３組の相互位置関係につ
いて調整しなければならず、多くの労力を必要とする。

（ｉｉ）離心率の大きい楕円凹面鏡（７）を用いて、ス
クリーン（６）を観測者（１）及び（２）から離し、ス
クリーン（６）が観測者（１）及び（２）の視野をさえ
ぎるのを防いでいるため、ｍｔ測される画像の歪みが大
きくなる。

（ｖ）投影器（３）による映像を使用しているので分解
能及び色の再現性に限度がある。

という多くの問題点があった。

この発明は上記のような問題点を全て解決するためにな
されたもので、ローコストで設計の自由度が大きく、視
野が広く、調整が容易であって。

且つ映像が明るく分解能及び色の再現性の高い画像表示
装置を得ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る画像表示装置は、回転楕円凹面鏡と、こ
の回転楕円凹面鏡を形成する楕円の一方の焦点の近傍に
配置され、回転楕円凹面鏡に対し２次元に走査されたレ
ーザ光を放射する２次元走査装置と、楕円の他方の焦点
の近傍に配置された観測点と、画像信号を発生する画像
信号発生装置と、この画像信号に基づいて変調信号を出
力すると共に、２次元走査装置に対し２次元走査制御信
号を出力する画像発生制御装置と、変調信号によって変
調されたレーザ光を出力するレーザ装置と、この変調さ
れたレーザ光を２次元走査装置に伝達するためのレーザ
光伝達手段とを備えたものである。

［作用］ この発明においては、画像信号に応じて変調されたレー
ザ光が、レーザ装置からレーザ光伝達手段を介して２次
元走査装置に入力され、２次元走査装置から放射された
レーザ光が直接回転楕円凹面鏡で反射し、更にこの反射
レーザ光が全くさえぎるものなく観測点に集合する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の実施例を一部ブロック図で示す側面図で
ある。

図において、（１５）は観測点（Ｐ）にアイポイントが
位置した訓練員である。　（１８）は訓練員（１５）の
上方に配設された２次元走査装置であり、後述するポリ
ゴンスキャナを含み、ラスクスキャンされたレーザ光（
Ｌ）を矢印方向に放射している。　（１７）は楕円を回
転した鏡面からなる回転楕円凹面鏡であり、入射された
レーザ光（Ｌ）を反射して反射レーザ光（Ｌ′）を観測
点（Ｐ）に集光させるようになっている。つまり、Ｉｌ
ｔ測点（Ｐ）及び２次元走査装置（１６）は、回転楕円
凹面鏡（１７）を形成する楕円の各焦点近傍にそれぞれ
位置している。

（１８）は訓練員（１５）を２次元走査装置（１６）及
び回転楕円凹面鏡（１７）と共に移動あるいは傾け、加
速状態をシミュレートするためのシミュレータ駆動装置
である。　（１９）は後述するレーザ画像発生装置、（
２０）はレーザ画像発生装置（１９）から出力されるレ
ーザ光を２次元走査装置（１６）に伝達する光ファイバ
である。　（２１）は画像発生制御装置であり、後述す
る画像信号発生装置からの画像信号に基づいてレーザ装
置ｔ　（１９）に変調信号（２１ａ）を出力すると共に
、２次元走査装置（１６）に２次元走査制御信号を出力
するようになっている。　（２２）は２次元走査制御信
号を２次元走査装置（１６）に伝達するための２次元走
査制御信号線である。

第２図は２次元走査装ｒＩｔ（１６）、レーｆ装置（１
９）及び画像発生制御装Ｗｔ（２１）の関係を示すブロ
ック図であり、例えば特開昭５４−２３５６０号公報及
び「映像情報Ｊ　（１９８５年８月号３３頁〜３７頁）
のディスプレイ特集「レーザー表示装置の開発」に記載
された内容のものである。

第２図において、（２３）はレーザ発振器であり、赤色
のレーザ光（ＬＲ）を出力するＫｒ（クリプトン）レー
ザ（２３ｇ）と、緑色及び青色のレーザ光（Ｌｌ）を出
力するＡｒ（アルゴン）レーザ（２３ｂ）とからなって
いる。

（２４）はＡｒレーザ（２３ｂ）からのレーザ光（Ｌｌ
）を緑色のレーザ光（Ｌに）と青色のレーザ光（ＬＢ）
とに分離する分波器である。　（２５）はレーザ変調器
であり、各レーザ光（ＬＲ）、（Ｌに）、（ＬＢ）を変
調するためのＲｇ：調器（２５ａ）　、Ｇ変調器（２５
ｂ）及びＢ変調器（２５ｅ）がらなっている、　（２６
）は変調された各レーザ光（Ｌｌｌ’　）、（ＬＧ’　
）及び（ＬＢ’　）を混合して１つのレーザ光（Ｌ２）
として出力するためのき波器であり、き波器（２６）は
レーザ発振器（２３）及びレーザ変調器（２５）と共に
レーザ装置（１９）内に設けられている。

（２７）は、同期信号を含む画像信号（２７ａ）を画像
発生制御装！　（２１）に出力する画像信号発生装置で
ある。又、画像発生制御装置（２１）は、画像信号（２
７ａ）に基づいてＲ，Ｇ、Ｂに対応した３つの変調信号
（２１ａ）をレーザ装置（１９）内のレーザ変調器（２
５）に入力すると共に、垂直方向走査制御信号（２１ｂ
）及び水平方向走査制御信号（２１ｃ）からなる２次元
走査制御信号を２次元走査装置（１６）に入力するよう
になっている。

（２８）は光ファイバ（２０）を介したレーザ光（ＬＢ
）を水平方向に走査するためのポリゴンスキャナであり
、水平走査制御信号（２１ｃ）により回転速度が制御さ
れている。（２９）はレーザ光（ＬＢ）を更に垂直方向
に走査するための振動スキャナであり、垂直方向走査制
御信号（２１ｂ）により振動周波数が制御されている。

従って、２次元走査装置（１６）から放射されるレーザ
光（Ｌ）は、ポリゴンスキャナ（２８）及び振動スキャ
ナ（２９）によって２次元方向にラスクスキャンされて
いる。

次に、第１図及び第２図に示したこの発明の一実施例の
動作について説明する。まず、画像発生制御装置（２１
）は、画像信号（２７ａ）に基づいて変調信号（２１ａ
）及び２次元方向走査制御信号（２１ｂ）　、（２１ｃ
）を出力し、変調信号（２１ａ）により各変調器（２５
ａ）〜（２５ｃ）を制御すると共に、２次元方向走査制
御信号（２１ｂ）、（２１ｃ）により２次元走査装置（
１６）内のポリゴンスキャナ（２８）の回転速度と振動
スキャナ（２９）の振動周波数とを制御する。

従って、レーザ発振器（２３）から出力されたレーザ光
（ＬＲ）、（ＬＧ）、（Ｌｌｌ）は、各変調器（２５ｍ
）〜（２５ｃ）により強度変調され、画像信号（２７ａ
）に対応したレーザ光（ＬＲ’　）、（ＬＧ’　）、（
ＬＢ”　）となる、更に、合波器（２６）により混合さ
れたレーザ光（ＬＢ）は、光ファイバ（２０）を介して
２次元走査装置（１６）に入力され。

画像信号（２７ａ）に基づく速度で２次元方向に走査さ
れたレーザ光（Ｌ）となって出力される。

そして、レーザ光（Ｌ）は回転楕円凹面鏡（１７）で反
射されるが、２次元走査装置（１６）が回転楕円凹面鏡
（１７）を形成する楕円の焦点に位置しているため、反
射レーザ光（Ｌ′）は、全て観測点（Ｐ）即ち訓練員（
１５）のアイポイントに入射する。従って、反射レーザ
光（Ｌ′）は無限遠の位置に生じた画像から投射された
光線のように観測される。

この際、レーザ光（Ｌ）及び反射レーザ光（Ｌ′）は、
無駄に散乱することなく全て訓練員のアイポイントに到
達するので、輝度の明るい高分解能の映像が得られる。

又、回転楕円凹面鏡（１７）と訓練員（１５）との間に
反射レーザ光（Ｌ′）をさえぎるスクリーンがないので
、訓練員（１５）の視界を広くすることができる。又、
レーザ光（ＬＲ）、（１１１：）及び（ＬＢ）を用いて
画像の色を決定しているので、様々な色を合成すること
ができ且つ目的とする色を高品質な色彩で表現できる。

更に、この実施例では、２次元走査装置（１６）におい
て光学系による拡大を全く行なっていないので、非常に
高い分解能が得られる。

又、フライトシミュレーションの場合、シミュレータ駆
動装置（１８）を駆動するが、レーザ光（Ｌ）を放射す
る２次元走査袋ｆｆ　（１６）のみが駆動部に載置され
、レーザ装置（１９）、画像発生制御装置（２１）及び
画像信号発生装置（２７）等は光ファイバ（２０）を介
して地上に配設されているので、シミュレータ駆動装置
（１８）上の１ｉ量が軽減されて慣性モーメントが小さ
くなり、加速減速等のシミュレーションが容易になる。

第３図は２次元走査装置（１６）の他の実施例を示す側
面図である０図において；（３０）は図面に対し垂直方
向に入射したレーザ光（ＬＢ）を図面上方向に適宜の角
度で反射させる水平方向走査用のポリゴンスキャナ、（
３１）はポリゴンスキャナ＜３０）で反射されたレーザ
光（ＬＢ）を更に図面左方向に適宜の角度で反射させる
垂直方向走査用のポリゴンスキャナであり、各ポリゴン
スキャナ（３０）、（３１）はそれぞれ水平方向走査制
御信号（２１ｃ）、垂直方向走査制御信号（２１ｂ）に
より回転速度が制御されている。

（３２）はポリゴンスキャナ（３１）で反射されたレー
ザ光（ＬＢ）を更に広範囲のレーザ光（ＬＢ）にして放
射する広角レンズ系としてのレトロフォーカス型魚眼レ
ンズであり、凸レンズ（３２ｍ）及び凹レンズ（３２ｂ
）の１対の組み会わせで示されているが、実際には色収
差等を補正するため図示しない多くのレンズを有してい
る。

−ｍに、ポリゴンスキャナ（３１）が走査できる角度は
振動スキャナ（２９）と比較して小さいが、第３図によ
うにレトロフォーカス型魚眼レンズ（３２）等の広角レ
ンズ系と組み合わせることにより、振動スキャナ（２９
）では実現できないような広い範囲にわたってレーザ光
（Ｌ３）を走査することができる。

更に、このような２次元走査装置によれば、水平方向及
び垂直方向の各走査を２つのポリゴンスキ４す（３０）
、（３１）で行なっているので、外部振動の影響がほと
んどなく、放射されるレーザ光（Ｌ３）は正確に広範囲
に走査される。

第３図の実施例では、レトロフォーカス型魚眼レンズ（
３２）はレーザ光（Ｌ３）の走査範囲に対応した形状の
回転楕円凹面鏡（図示せず）の楕円焦点の近傍に位置し
ているので、レーザ光（Ｌ３）はこの回転楕円凹面鏡に
より反射されて全て訓練員（１５）のアイポイントに集
合される。従って、訓練員（１５）は無限遠の画像を非
常に広い視界で得ることができる。

尚、上記実施例ではいずれも観測点（Ｐ）が訓練員（１
５）のアイポイントである場合について説明したが、観
測点（Ｐ）に光検知装置（図示せず）を配置して、観測
点（Ｐ）を光検知部とすることにより、可視光や赤外光
を利用したロボット等の誘導装置（図示せず）のシミュ
レーションにも利用できることは言うまでもない。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、２次元走査されたレー
ザ光を放射する２次元走査装置を回転楕円凹面鏡を形成
する楕円の一方の焦点の近傍に配置し、観測点を楕円の
他方の焦点の近傍に配置し、画像信号を発生する画像信
号発生装置と、この画像信号に基づいて変調信号を出力
すると共に、２次元走査装置に対し２次元走査制御信号
を出力する画像発生制御装置と、変調信号によって変調
されたレーザ光を出力するレーザ装置と、この変調され
たレーザ光を２次元走査装置に伝達するためのレーザ光
伝達手段とを設け、回転楕円凹面鏡で反射されたレーザ
光が、さえぎるものなく観測点に集合するように構成し
たので、設計の自由度が大きく安価なうえ、高輝度で視
野が広く、且つ分解能及び色の再現性が高い画像表示装
置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を一部ブロック図で示す側
面図、第２図は第１図内の各ブロック構成を更に詳細に
示すブロック図、第３図はこの発明に係る２次元走査装
置の他の実施例を示す側面図、第４図及び第５図はそれ
ぞれ従来の画像表示装置を示す平面図及び側面図である
。 （Ｌ）、（Ｌ３）・・・２次元走査されたレーザ光（Ｌ
′）・・・反射レーザ光 （Ｐ）・・・観測点　　　　　（１５）・・・訓練員（
１６）・・・２次元走査装置　（１７）・・・回転楕円
凹面鏡（１９）・・・レーザ装！　　　　（２０）・・
・光ファイバ（２１）・・・画像発生制御装置 （２１ａ）・・・変調信号 （２１ｂ）・・・垂直方向走査制御信号（２１ｃ）・・
・水平方向走査制御信号（２３）・・・レーザ発振器　
　（２３ｍ）・・・Ｋｒレーザ（２３ｂ）・・・Ａｒレ
ーザ　　　（２４）・・・分波器（２５）・・・レーザ
変調器　　（２５ｍ）・・・Ｒ変調器（２５ｂ）・・・
Ｇ変調器　　　（２５ｃ）・・・Ｂ変調器（２６）・・
・合波器 （Ｌ２）・・・変調されたレーザ光 （２７）・・・画像信号発生装置 （２７ａ）・・・画像信号 （２８）、（３０）、（３１）・−・ポリゴンスキャナ
（２９）・・・振動スキャナ （３２）・・・レトロフォーカス型魚眼しンズ系尚、図
中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 第３図 Ｌ５：Ｚ仄光乏畳さ九たレーザ光 第４図

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転楕円凹面鏡と、この回転楕円凹面鏡を形成す
   る楕円の一方の焦点の近傍に配置され、前記回転楕円凹
   面鏡に対し２次元に走査されたレーザ光を放射する２次
   元走査装置と、前記楕円の他方の焦点の近傍に配置され
   た観測点と、画像信号を発生する画像信号発生装置と、
   この画像信号に基づいて変調信号を出力すると共に、前
   記２次元走査装置に対し２次元走査制御信号を出力する
   画像発生制御装置と、前記変調信号によって変調された
   レーザ光を出力するレーザ装置と、この変調されたレー
   ザ光を前記２次元走査装置に伝達するためのレーザ光伝
   達手段とを備えたことを特徴とする画像表示装置。
2. （２）２次元走査制御信号は、垂直方向走査制御信号と
   、水平方向走査制御信号とからなることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の画像表示装置。
3. （３）２次元走査装置は、水平方向走査制御信号により
   回転速度が制御され、入射されたレーザ光を水平方向に
   走査するためのポリゴンスキャナと、垂直方向走査制御
   信号により振動周波数が制御され、前記水平方向に走査
   されたレーザ光を垂直方向に走査するための振動スキャ
   ナとからなることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載の画像表示装置。
4. （４）２次元走査装置は、水平方向走査制御信号及び垂
   直方向走査制御信号により回転速度がそれぞれ制御され
   る１対のポリゴンスキャナと、２次元走査されたレーザ
   光を更に広範囲に放射するための広角レンズ系とからな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の画像表
   示装置。
5. （５）広角レンズ系は、レトロフォーカス型魚眼レンズ
   系であることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の
   画像表示装置。
6. （６）レーザ光伝達手段は、光ファイバであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに
   記載の画像表示装置。
7. （７）変調信号は、Ｒ、Ｇ、Ｂにそれぞれ対応した３つ
   の変調信号からなることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項乃至第６項のいずれかに記載の画像表示装置。
8. （８）レーザ装置は、Ｋｒレーザ及びＡｒレーザからな
   るレーザ発振器と、前記Ａｒレーザから出力されるレー
   ザ光を緑色及び青色のレーザ光に分離する分波器と、前
   記Ｋｒレーザから出力される赤色のレーザ光、前記緑色
   のレーザ光及び前記青色のレーザ光を各変調信号により
   それぞれ変調するＲ変調器、Ｇ変調器及びＢ変調器から
   なるレーザ変調器と、このレーザ変調器により変調され
   た各レーザ光を混合して出力する合波器とを備えたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第７項記載の画像表示装置
   。
9. （９）観測点は、訓練員のアイポイントであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかに
   記載の画像表示装置。
10. （１０）観測点は、可視光もしくは赤外光を利用したロ
    ボット等の誘導装置の光検知部であることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかに記載の画
    像表示装置。