JPH05204326A - 高解像カラー画像を表示する装置およびカラー画像を描く方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンピュータのような電子装置の出力を表示
する装置および方法を得ることである。 【構成】 この装置は、光ウィンドウの列を有する光ゲ
ートアレイと、赤色光を所定時間だけ列のウィンドウへ
供給する装置と、緑色光を所定時間だけ列のウィンドウ
へ供給する装置と、青色光を所定の時間だけ列のウィン
ドウへ供給する装置と、赤光源、緑光源、および青光源
からの光を利用できる時間中の予め選択した時間だけ各
前記ウィンドウを開く装置と、ウィンドウにより送られ
た光を走査して画素の列を定める点に集束させる装置と
を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はコンピュータ表示装置に
関するものであり、更に詳しくいえば、オペレータの身
につける改良した高解像度カラー表示装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】オペレータの頭に取りつけるためにいく
つかのコンピュータ表示装置が提案されている。そのよ
うな表示装置の１つの利点は占有スペースが非常に小さ
いことである。別の利点は、表示される画像を、オペレ
ータの周囲の背景に重ね合わせることができるように、
一方の眼で表示を見ることができることである。そのよ
うな表示ではオペレータは多くの動きを行うことができ
る。更に、そのような表示装置により提供される画像は
典型的にはオペレータにとって私的なものである。それ
らの理由およびその他の理由から、いわゆる「ヘッドア
ップ」表示器が構成されている。

【０００３】典型的には、ヘッドアップ表示器の性能は
限られている。たとえば、マサチューセッツ州ウォルサ
ム（Ｗａｌｔｈａｍ）所在のレフレクション・テクノロ
ジー（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）
により製造販売されているそのような表示器の一例は、
黒の背景上に赤色キャラクタが表示される、いわゆる単
色画像である。眼の前方で画像を走査する反射鏡の上
へ、発光ダイオードから画像を投写させて、表示させて
いるので赤が用いられる色である。赤発光ダイオードは
安価で、良い画像を生ずるが、カラー表示とすることは
できない。なぜなら適当な青発光ダイオードを利用でき
ないからである。

【０００４】安価なカラー頭部装着表示装置は利用でき
ないはかりでなく、解像度が非常に低い。たとえば、上
記単色表示装置は２８０×７２０本の画像を表示する。
表示装置に用いられる発光ダイオードは、表示すべき個
々の画素を形成する比較的荒っぽい方法を提供するか
ら、解像度は限られる。

【０００５】ワークステーションのような典型的なデス
クトップ・コンピュータに使用できるようにするために
は、頭に装着する表示装置も典型的なワークステーショ
ン表示装置と同じ利点を提供せねばならない。ワークス
テーションに用いられる典型的な表示装置は、約１００
０×１０００画素の解像度でカラーまた灰色調画像を表
示している。

【０００６】最近、高解像度でカラー画像を表示できる
新しいヘッドアップ表示器が開発された。この新しい表
示器は、本願出願人へ特許を受ける権利が譲渡された、
１９９１年３月１日付の米国特許出願Ｎｏ．０７／６６
３，７４２、「オペレータの頭に装着する高解像度カラ
ーコンピュータ表示装置（ＨＩＧＨ ＲＥＳＯＬＵＴＩ
ＯＮ ＣＯＬＯＲ ＣＯＭＰＵＴＥＲ ＤＩＳＰＬＡＹ
ＴＯ ＢＥ ＷＯＲＮ ＯＮ ＴＨＥ ＨＥＡＤ Ｏ
Ｆ ＡＮ ＯＰＥＲＡＴＯＲ）」に記載されている。こ
の新しい表示装置は光ゲート組立体へ白色光を供給す
る。光ゲート組立体は白色光をろ波し、表示される各画
素を発生するために赤、緑、青の三原色の光を生ずる。
別の例においては、灰色調表示を行うために、種々の強
さの白色光をろ波することなしに光ゲート組立体により
送ることができる。

【０００７】光ゲート組立体は、表示すべき画素の行の
数に等しい個々の光ゲートウィンドウの列を供給する。
各列の全ての個々の画素はビーム状にされて走査鏡へ同
時に供給される。走査鏡は列の全ての画素をレンズ系を
通じて送り、眼の上に焦点を合わせる。走査鏡の動きの
個々の各段階において、列中の全ての画素が表示され
る。表示される隣接する２つの画素の間の走査時間に等
しい時間の後で、光ゲート組立体は各行内の次の画素を
次の画素列として供給する。走査鏡は、行の長さに等し
い投写される距離を移動するまで、走査鏡は段階的に動
く。したがって、走査鏡が動くにつれて、列の各行の画
素が、コンピュータの出力に関連するフレーム・バッフ
ァから個々の光ゲート・ウィンドウにより、列の各位置
へ順次供給される。本発明の好適な実施例においては、
１２８０×１０２４の解像度が実現されるように、行を
１２８０個の画素で構成し、列を１０２４個の画素で構
成できる。

【０００８】列中の各画素位置において、赤、緑、青の
適切な光値が発生されて、同じ点へ投射することにより
組合わされて画素位置に希望の色を生ずる。走査鏡が１
つの列内を段階的に動くにつれて個々の色は順次実際に
投射されるが、同じ点へ投射するために３つの濃淡が配
置される。

【０００９】画素位置に１つの組合わされた色が生ずる
ように、画素を構成する３つの色の全てを眼の残像時間
内に投射できるようにするために、１つの画素列を生ず
る光ゲート組立体は、それを通じて光を示すことができ
る個々のウィンドウになる６つの列で構成される。それ
らのうちの列の隣接する２つの列が、各ウィンドウを通
じて緑色光を供給し、２つの列が青色光を供給し、２つ
の列が赤色光を供給する。３つの色の各色に対して２つ
の列を用いると、導体が個々のウィンドウに密着してい
ても、完全な色をカバーできるようにされる。１つの画
素列を生ずるために走査鏡が動くにつれて、各列が実際
に独立して走査されるように６つの列が分離される。走
査鏡の走査速度に一致させるために、各ウィンドウが表
示される時間を選択し、ウィンドウの６つの列の全てを
同じ量だけオフセットすることにより、３つの色の全て
の色のウィンドウを眼の上の同じ点に集束させて、眼の
残像時間中に色画素の適切な列を生じさせることができ
る。光ゲートの別の構成は灰色調表示を行うために１つ
のウィンドウ列を利用する。

【００１０】この明細書で説明する本発明は良く機能す
るが、６つのウィンドウ列を有する色光ゲート組立体は
非常に複雑で、非常に多くの接続を要する。これを簡単
にすることが非常に望ましい。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、改良
した高解像力の頭部装着カラー表示装置を得ることであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】その目的およびその他の
目的は、光ウィンドウの列を有する光ゲート・アレイ
と、赤色光を所定の時間だけ別のウィンドウへ供給する
手段と、緑色光を所定の時間だけ列のウィンドウへ供給
する手段と、青色光を所定の時間だけ列のウィンドウへ
供給する手段と、赤色光源、緑色光源および青色光源か
らの光を利用できる時間中の予め選択した時間だけ各前
記ウィンドウを開く手段と、画素列を形成する点に画像
の焦点を合わせるために、ウィンドウにより送られた光
を走査する手段とを備え、コンピュータのような電子装
置の出力を表示する装置で達成される。

【００１３】

【実施例】まず、前記未決の米国特許出願の前記発明に
従って構成された頭部装着表示装置１０の絵画的な図が
示されている図１を参照する。この表示装置１０は白熱
灯１２のような光源を含む。この光源１２は光ファイバ
ケーブル１３を介して白色光を光ゲート組立体１４へ送
る。この光ゲート組立体１４は白色光をろ波して、カラ
ー出力表示装置で表示すべき各画素のために必要な全て
の色を発生するために、赤、緑、青の三原色の光を供給
する。

【００１４】とくに、光ゲート組立体１４は、１０２４
個の画素を含むことができる１つの列を供給するため
に、赤色光と緑色光および青色光を送るために動作させ
ることができる６つの個々のウィンドウ列を供給する。
そのようにして形成された個々の画素列は、コンピュー
タの出力に関連するフレーム・バッファから、従来技術
で周知のやり方で順次供給される。それらの画素はビー
ム状にされて走査鏡１６へ送られる。その走査鏡は、表
示すべき行の長さに等しい距離だけ移動させられるま
で、各画素列を段階的に動く。一実施例においては、１
２８０×１０２４の解像度が実現されるように行が１２
８０画素で構成される。走査鏡１６の個々の各移動段階
で列中の全ての画素が表示される。その後走査鏡は次に
続く画素位置へ動き、その列中の全ての画素が、列が走
査鏡により走査されるにつれて、各行の各画素が順次現
れる。

【００１５】列内の各画素位置において、赤、緑、青、
の適切な光値が光ゲートのウィンドウにより発生され、
同じ点へ投射することにより組合わされて、その画素位
置に希望の色を生ずる。個々の色は、走査鏡が動くにつ
れて、６つの列から順次実際に投射されるが、同じ点へ
投射するために構成される。全ての画素列が表示され
て、画像全体が表示されるまで行われる。

【００１６】走査鏡１６によりビーム状にされて送られ
た光はレンズ系１８により集束され、反射鏡２０により
向きを変えられる。反射鏡２０は光を表示装置１０の装
着者の眼へ送って画像を提示する。本発明の一実施例に
おいては、液晶シャッタ２１を使用することによりオン
およびオフできる「見透し」動作モードで動作するよう
に、反射鏡２０は半透明鏡にできる。

【００１７】図２は従来技術に従って構成された光ゲー
ト組立体の配列を示す。この図からわかるように、光ゲ
ート１４は、それを通じて光を示すことができるような
個々のウィンドウ１５に達する６つの列で構成される。
それらの列のうちの隣接する２つの列が各ウィンドウを
通じて緑色光を供給し、２つの列が青色光を供給し、２
つの列が赤色光を供給する。各色の２つの列は、各ウィ
ンドウ１５が表示される時間を走査鏡１６の走査速度に
一致させるために選択される量だけ分離されるように配
置される。このようにして、１つの列を表わす２つの列
は同じ列に出現させられる。しかし、ウィンドウ１５に
おいて２つの列をオフセットすることにより、ある列内
の隣接する画素の頂縁部と底縁部が整列させられるか
ら、ほぼ完全な垂直カバー範囲が得られる。更に、６つ
の列の全てを同じ量だけオフセットすることにより、３
つの色の全ての色のウィンドウを眼の同じ点に焦点を容
易に合わせて、眼が三食の画像を保持できる時間中にカ
ラー画素の適切な列を発生できる。

【００１８】図１３にはウィンドウ２９のアレイの一部
と、透明な基板の上に付着できる分極回転物質を利用し
て各ウィンドウを開閉する装置との詳細が示されてい
る。個々のウィンドウの構成および動作にそれぞれ関連
する詳細が前記未決の米国特許出願に述べられている。
基本的には、個々のウィンドウ２９を通る光の偏光面
が、それらのウィンドウの近くに設けた導体へ加えられ
る電圧により回転させられる。それらの電圧の変化がウ
ィンドウを開閉させることにより、光を透過させ、また
は遮断する。白色光から希望の色を取り出すために、各
ウィンドウ２９の上に色フィルタが設けられる。あるい
は、三色の光を供給するために色光源を使用できる。

【００１９】図３からわかるように、左上のウィンドウ
２９の１番下の開口部３７が、中央の列の１番上のウィ
ンドウ２９の上側の開口部の上縁部と少なくとも同じ水
平位置にある。それら２つの列が同じろ波された色を伝
えるものとすると、その色により覆われる領域は、ある
列が表示される時に、互いに接触する。

【００２０】６つのウィンドウ列のうちの個々の列が正
確かつ密接に整列させられて、走査鏡１６が走査するに
つれて、それらの列を眼の上の１本の線へ焦点を合わす
ことができるようにする。実際に、本発明により行われ
る位置合わせは、通常の陰極線管表示装置で達成できる
ものよりも正確である。これを行える理由は、正確に整
列させられているマスタ・マスクから全ての光ゲートを
製造するために、フォトリソグラフ法を用いてアレイを
製造できるからである。

【００２１】最終的な画素色を得るために組み合わされ
る３種類の色を供給するための種々の色の強さの変化
は、任意の画素の任意のそのような色を表示する時間を
変えることにより行われることに注目すべきである。こ
れは、色の光を通す個々のウィンドウが開かれる時間に
よりほぼ制御される。この制御は、色を得る白色光をオ
ン・オフすることにより行えないことは明らかである。

【００２２】走査鏡１６を動作させる好適な方法および
走査動作の他の詳細、ならびに、画素の全ての色を互い
に正確に重ね合わせることができるように、６つの個々
の列を分離させることの詳細が前記未決の米国特許出願
に示されている。用いられる光ゲートを製造する方法を
含む他の詳細も前記未決の米国特許出願に述べられてい
る。

【００２３】前記未決の米国特許出願に開示されている
装置は良く機能するが、１０２４行表示装置のための光
ゲート・アレイは、個々のウィンドウのために３０７２
個の接続と、１つまたは複数の共通接地接続とを有す
る。その数は、従来のワイヤボンディング法を用いては
達成することが、不可能ではないまでも、困難である多
数の接続である。そのように多数の接続は、現在の技術
では行うことができるが、構成が複雑になる。本発明
は、用いる個々のウィンドウの数を、未決の前記米国特
許出願に記載されている構成で用いられる数の３分の１
まで減少することにより、構成を大幅に簡単にし、かつ
大幅に安価にするものである。

【００２４】図４は、本発明の頭部装着カラー表示装置
の詳細を示す。図４には、投射された時に希望のカラー
表示を行うことができる２つのウィンドウ列が示されて
いる。この２行は正確な位置合わせを行い、各画素をア
レイ中の上と下の画素に正しく一致させる。あるいは、
上と下の画素の間の小さい距離を受け容れ可能であるな
らば、１つのウィンドウ行を使用できるかも知れない。

【００２５】ただ１つまたは２つのウィンドウ列を用い
てカラー表示を行うために、本発明の好適な実施例は周
波数を倍にされたレーザ・ダイオードを用いる。それら
のダイオードは従来の発光ダイオードよりも少なくとも
２つの利点がある。第１に、レーザ・ダイオードは高速
スイッチング光源である。第２に、レーザ・ダイオード
は、希望の三色を表示するために適切な範囲で十分な光
を発生するように製造できる。レーザ・ダイオードに発
生させる最も短い波長は可視スペクトラムの赤端部にあ
るが、約０．９〜１．５ミクロンの波長の光を生ずるも
のを製造することは困難ではない。更に、レーザ・ダイ
オードの輝度はパワーがなくても十分に高い。レーザ・
ダイオードの出力が、リチウム・ニオブ酸塩導波器また
はそれに類似の特殊なプラスチック材料製導波器のよう
な小さい導波器領域を通されるとすると、その材料の応
答は電界中では非直線である。波形に対する非直線応答
により高調波が発生される。このために、数ミリワット
の光から倍周波の光を１０〜５０％のパワーで取り出す
ことができる。この技術を用いてレーダ・ダイオードの
バンド・ギャップを適切に定めることにより、適切な光
周波数で、かなり高いパワーの光を得ることができる。
倍周波レーザ・ダイオードの製造技術は当業者には周知
である。

【００２６】３つの個々のレーザの全てが単一のウィン
ドウを通じて希望の時間だけパルス状に励起されて各色
の適切な濃淡を生ずるものとすると、３つの濃淡からの
画素の組合わされた色が発生される。３つの色列の各群
がスクリーン上の１つの画素の幅であるように、赤、
緑、青の垂直列へ画像が分割されるものとすると、レー
ザ・ダイオードは順次パルス励起させられて３種類の濃
淡を発生し、それらの色が眼の中では１つの色に融合す
るほど３つの色の帯が画像の上と下に発生される。

【００２７】３つの色を発生させるためのレーザ・ダイ
オードのパルス状励起は次のようにして行う。１個のダ
イオード（たとえば赤）をオン状態へパルス状に励起
し、その色の適切な濃淡を生ずるために適切な時間だけ
ウィンドウ（またはその列の全てのウィンドウ）を開
く。この動作には画素時間の３分の１の時間を必要とす
る。それから次の色のレーザ・ダイオードをパルス状に
励起してオンにし、その画素のためのその色の正しい濃
淡を生ずるのに適切な時間だけウィンドウを開く。この
動作には画素時間の別の３分の１を必要とする。最後
に、第３のレーザ・ダイオードをパルス状に励起してオ
ンにし、その画素に対する色の正しい濃淡を生ずるため
に適切な時間だけウィンドウを開く。ウィンドウにより
送られる３つの色は組合わされて画素の色となる３本の
垂直線を生じる。

【００２８】この装置の利点は多い。この装置は重要な
整列問題を解消する。従来の装置の色フィルタと、導体
および光ゲート・ウィンドウのない装置を製造できる。
その装置は従来の装置よりはるかに安価である。

【００２９】図５は、３個のレーザー・ダイオードから
３種類の色の光を、図３に示されている光ゲートに類似
するやり方で構成されている光ゲートの１つのウィンド
ウへ供給する装置を示す。図５においては、装置５０が
示されている。装置５０は青光源レーザ５１と、緑光源
レーザ５２と、赤光源レーザ５３とを含む。レーザ５１
からの光はレンズ５４により青反射二色鏡５９の表面へ
投射される。鏡５９は光を光路５６へ送る。同様に、レ
ーザ５２からの光はレンズ５７により緑反射二色鏡５８
の表面へ投射する。鏡５８は光を光路５６へ送る。レー
ザ５３からの光はレンズ６０により光路５６に沿って直
接送られる。光路はウィンドウへ向けることができ、ま
たは全ての光源からの光を伝える光パイプ（図示せず）
へ送ることができる。このようにして、３つの光源の全
ては光を同じ光ウィンドウへ投射でき、その光ウィンド
ウにおいてその光を見る人の眼へ入射させて希望のカラ
ー画素を生じさせることができる。

【００３０】３つのレーザ・ダイオード６４〜６６から
３種類の色の光を送る装置が図６に示されている。この
装置においては、各ダイオード６４〜６６は生じた光を
レンズ６８により光パイプ７０の一端へ直接送る。光パ
イプ７０は当業者に周知のやり方でプラスチック材料で
製造できる。光パイプ７０の出力は別のレンズ７２を介
して特定の光ゲート・ウィンドウへ送られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の頭部装着表示装置の全体的な絵画的図
である。

【図２】従来の光ゲート組立体の配置図である。

【図３】従来の光ゲート組立体の詳しい配置図である。

【図４】本発明の光ゲート組立体の全体的な配置図であ
る。

【図５】本発明の光ゲート組立体の一部の詳細な配置図
である。

【図６】本発明の光ゲート組立体の一部の別の詳細な配
置図である。

【符号の説明】

１０ 表示装置 １２ 白熱灯 １４ 光ゲート組立体 １５，２９ ウィンドウ １６ 走査鏡 ５１，５２，５３，６４〜６６ レーザ光源 ５５，５８ 二色鏡 ５４，５７，６８ レンズ ７０ 光パイプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 着色された画素の列を描く画素列描画手
   段と、 複数の隣接する画素列が高解像度カラー画像を生ずるよ
   うに前記画素列描画手段を走査する手段とを備え、 前記画素列描画手段は、 ウィンドウの列を含む光ゲート・アレイと、 列のウィンドウへ赤色光を第１の所定期間の間供給する
   手段と、 列のウィンドウへ緑色光を、前記第１の所定期間と同時
   ではない第２の所定期間の間、供給する手段と、 列のウィンドウへ青色光を、前記第１の所定期間または
   前記第２の所定期間とは同時ではない第３の所定期間の
   間、供給する手段と、 赤副画素と、緑副画素と、青緑副画素とが列の各前記ウ
   ィンドウからそれぞれ描写されるように、第１の所定期
   間中と、第２の所定期間中と、第３の所定期間中に各前
   記ウィンドウを開く手段と、を備え、各前記ウィンドウ
   からの前記赤副画素と、前記緑副画素と、前記青副画素
   とは組み合わされてカラー画素を形成する、高解像度カ
   ラー画像を表示する装置。
2. 【請求項２】 制御可能なウィンドウの列を供給する過
   程と、 赤色光と、緑色光と、青色光とを前記制御可能なウィン
   ドウ列へ供給する過程と、 前記制御可能なウィンドウの列を用いてカラー画素列を
   描写する過程と、 カラー画像が生じさせられるように、見る人の眼の上で
   複数の隣接するカラー画素列を走査する過程と、を備
   え、カラー画素列を描写する前記過程は、 第１の時間中に前記ウィンドウ列を通じて赤色光を送る
   ことにより赤副画素列を描写する副過程と、 第２の時間中に前記ウィンドウ列を通じて緑色光を送る
   ことにより緑副画素列を描写する副過程と、 第３の時間中に前記ウィンドウ列を通じて赤色光を送る
   ことにより青副画素列を描写する副過程と、を備える、
   複数のカラー画素列を含むカラー画像を描画する方法。