JPH10198289A - 画像表示装置 - Google Patents

画像表示装置

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JPH10198289A
JPH10198289A JP133297A JP133297A JPH10198289A JP H10198289 A JPH10198289 A JP H10198289A JP 133297 A JP133297 A JP 133297A JP 133297 A JP133297 A JP 133297A JP H10198289 A JPH10198289 A JP H10198289A
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JP
Japan
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light
display device
image display
array
hologram
Prior art date
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Pending
Application number
JP133297A
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English (en)
Inventor
Takao Tomono
孝夫 友野
Kiichi Kamiyanagi
喜一 上柳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
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Publication date
Application filed by Fuji Xerox Co Ltd filed Critical Fuji Xerox Co Ltd
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Publication of JPH10198289A publication Critical patent/JPH10198289A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ミラー,マグネットの電磁誘導に基づいて振
動するミラーで1次元光を偏向して2次元画像を発生さ
せているので、画像表示装置の重量が増大する。 【解決手段】 LEDアレイ5から出射される発散光を
印加電圧に基づいてたわみ振動するバイモルフ6の表面
で偏向し、ホログラム4上に走査する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は画像表示装置に関
し、特に、画像表示部を介して表示画像と外界を同時に
視認することができる画像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】人間が装着できる画像表示装置として、
例えば、米国特許第4,902,083号号公報に開示
されるヘッドマウンテッドディスプレイ(HMD)があ
る。
【0003】図5は、米国特許第4,902,083号
号公報に開示されている従来のHMDを示し、本体18
の一方の側端部18Aに固定され、画像情報に応じた発
光タイミングで発散光を1次元的に出射するLEDアレ
イ19と、発散光を平行光にする光学系20,22と、
光学系20,22を底面18Bに固定する支持部21
と、平行光を入射して所定の方向に反射するミラー24
と、ミラー24が固定されるミラー支持部23と、ミラ
ー支持部23にファスナー25によって一端が固定され
るスプリング26aと、本体18の他方の側端部18C
に固定され、スプリング26bの他端がファスナー25
によって固定される基台27と、基台27にスプリング
28を介して固定されるバランスウエイト29を有して
いる。
【0004】図6は、ミラー24の支持構造を示し、ミ
ラー支持部23の背面にはコイル30が固定されてお
り、バランスウエイト29にはコイル30の中空部に位
置するようにマグネット31が固定されている。コイル
30に通電すると、マグネット31との間で電磁誘導に
よる振動が生じてミラー支持部23を振動させる。この
振動によって、ミラー支持部23に固定されたミラー2
4がa−a’方向に振動し、光源方向から入射する平行
光をb−b’方向に偏向して人間の眼に入射する。眼に
入射した平行光は網膜上で2次元像として結像する。
【0005】図7は、HMDを装着した状態を示し、本
体18は、ステー32aを介して輪32に固定されてお
り、輪32を頭部33に乗せることによって片目の前に
位置するように装着される。この本体18と、例えば、
通常のパーソナルコンピュータをケーブルによって接続
し、画像情報に基づいてLEDアレイから出射された光
をミラー24で偏向して眼に入射することにより、観察
者は2次元像を虚像として視認する。
【0006】このように、頭部33に簡単に装着でき、
持ち運びが容易であることから電子部品のライン上の検
査工程や、ゲーム等の用途がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の画像表
示装置によると、片眼を塞ぐために視野が狭くなるとと
もに、コイル、マグネットの電磁誘導に基づいてミラー
を振動させているため、画像表示部が大型化して本体の
重量が増大し、装着性が悪いという問題がある。従っ
て、本発明の目的は充分な視野が得られるとともに軽量
化された画像表示装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、所定の方向に配列される複数の発光部から
画像情報に基づいて変調された光を出射するアレイ状光
源と、所定の電圧を印加することによってたわみ振動す
る振動面で前記光を反射して偏向走査する偏向手段と、
偏向走査された前記光を受けて発生する表示画像と外界
を同時に視認させる光学手段を備えた画像表示装置を提
供することにある。
【0009】上記した画像表示装置によると、偏向手段
は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)よりなる圧電セラ
ミックスをリン青銅からなる中心電極の両面に積層状に
配置したバイモルフであることが好ましい。光学手段に
は、法線方向から入射する平行波あるいは発散波の物体
光と、法線方向から90度以上120度以内、あるいは
240度以上270度以内の入射角で入射する発散波の
参照光の干渉によって形成される反射型ホログラムを用
いることができる。アレイ状光源は、発光ダイオード、
あるいは、半導体レーザであっても良い。
【0010】
【発明の実施の形態】図1(a)は、乗車用ヘルメット
型の画像表示装置を示し、頭部を覆う帽体1と、帽体1
にビス2によって固定される光透過性のシールド3と、
シールド3の所定の領域に形成される反射型のホログラ
ム4と、複数の発光部を1次元的に配置したLEDアレ
イ5と、所定の電圧の印加に基づいて振動し、シールド
3の内面に形成された固定部3Aに固定され、LEDア
レイ5から出射された光を振動面で偏向走査してホログ
ラム4に入射するバイモルフ6を有し、LEDアレイ5
の画素密度は400dpiに設定されている。ホログラ
ム4,LEDアレイ5,およびバイモルフ6は、図1
(b)に示すように シールド3と同一の材質で形成さ
れるカバー3Bで覆われている。
【0011】バイモルフ6は、図2(a)に示すよう
に、リン青銅からなる弾性層6Aの両面にPZT(チタ
ン酸ジルコン酸鉛)からなる圧電セラミックス6B,6
Cを積層状に配置して構成されている。圧電セラミック
ス6B,6Cは、厚さ方向に分極されて分極面を形成し
ており、分極面は極性が同一の電圧を印加されることに
よって伸び、極性が異なる電圧を印加されることによっ
て収縮する。また、圧電セラミックス6B,6Cの分極
方向は弾性層6Aを介して互いに同方向となるように配
置されており、圧電セラミックス6Bの正分極と圧電セ
ラミックス6Cの負分極は銀箔6Dによって接続されて
いる。
【0012】図2(b)に示すように、圧電セラミック
ス6Bの正分極に電源装置(図示せず)の正極を接続
し、弾性層6Aに負極を接続して電圧を印加すると、圧
電セラミックス6Bは、電源装置の極性と両分極の極性
の一致によって伸びることにより変位ΔLを生じる。ま
た、銀箔6Dによって圧電セラミックス6Bの正分極と
接続されている圧電セラミックス6Cは、電源装置の極
性と両分極の極性の不一致によって縮むことにより変位
ΔLを生じる。電源装置の正極と負極を逆に接続した場
合には図2(c)に示すように圧電セラミックス6B,
6Cの変位方向は逆になる。
【0013】従って、圧電セラミックス6B,6Cに印
加する電圧の極性を周期的に変化させると、バイモルフ
6にたわみ振動が発生する。本実施の形態では、バイモ
ルフ6をLEDアレイ5の複数の発光部の配列方向と平
行な軸を中心にして回転するようにたわみ振動させる構
成としている。
【0014】図3は、画像表示部の構成を示し、バイモ
ルフ6のサイズは長さ75mm、厚さ0.65mmで、
LEDアレイ5の複数の発光部(図示せず)は図面に垂
直な方向に配列されてバイモルフ6にθ1 の入射角で画
像情報に基づく画像信号光を入射する。また、バイモル
フ6は、X軸上のシールド3に対して傾斜角θ2 を有し
て配置されている。図3においては説明の都合上、シー
ルド3およびホログラム4を平板状としており、θ1
20度,θ2 を10度に設定している。
【0015】バイモルフ6は、図示しない電源装置から
50Vの電圧を印加されることによって共振周波数53
Hzでたわみ振動し、LEDアレイ5からの画像信号光
(発散光)の入射領域で振幅方向a−a’に1mmの変
位を生じる。この共振周波数に同期したタイミングでL
EDアレイ5を発光させ、バイモルフ6に入射角θ1
20度で発散光を入射すると、バイモルフ6表面の入射
領域において画像信号光に光路差l1 が生じ、この光路
差l1 に基づく走査幅l2 でホログラム4に画像信号光
が走査される。
【0016】本実施の形態では、バイモルフ6の振幅方
向a−a’の変位に基づく光路差l 1 は3mmで、ホロ
グラム4に走査される画像信号光の走査幅l2 は6mm
以上となって光路差l1 の2倍以上に拡大される。ホロ
グラム4への入射角はX軸に対して約30度である。従
って、画像信号光を拡大する光学系を必要とせずにホロ
グラム4の開口を拡大することができる。また、バイモ
ルフ6に入射される画像信号光の反射効率を高めるため
に入射領域にミラーを貼り付けても良い。
【0017】ホログラム4は、予め記録されている微細
な縞(格子)配列によって画像信号光を図3に示すZ方
向に反射させることにより人間の眼7に入射する。眼7
に入射した画像信号光は2次元の虚像として視認され
る。また、シールド3を透過性にするとシースルーで外
界を視認することができる。
【0018】上記した構成によると、文字情報やパター
ンで構成される2次元の虚像と外界を同時に視認できる
ので視野が狭くならない。例えば、自動車の走行状態に
応じて速度情報や各種の警告情報をホログラム4に投影
することで、走行中の視線の移動量を少なくすることが
できる。
【0019】また、コイル、マグネットを用いた画像表
示部に比べて軽量化でき、違和感を与えることなく観察
者の眼の近傍に画像表示部を配置することができる。こ
の場合には視認される虚像のサイズを大にすることがで
きる。例えば、ホログラム4上の画像サイズが10mm
×10mm、瞳孔径が5mmであるとき、人間の眼7と
ホログラム4の距離を25mmに設定すると、明視の距
離では虚像の大きさは55mm×55mmとなる。バイ
モルフ6を用いて発散するが画像信号光を走査する構成
では、Z方向の厚みを1cm以下にすることができる。
【0020】バイモルフ6に発散する画像信号光を入射
する光源として、LEDアレイの代わりにレーザを用い
ても良い。但し、この場合には人間の眼に損傷を与える
ことのないように光量を充分に検討する必要がある。
【0021】図4は、ホログラム4の作製方法を示し、
X軸上のホログラム記録材料34に平行波と発散波を用
いて形成する。レーザ8は、第1の実施の形態の画像表
示装置に用いたLEDアレイ5と同じ波長で発振可能な
色素レーザ、パラメトリック波長可変レーザ、アルゴン
レーザ、He−Neレーザ、チタン酸サファイアレーザ
である。レーザ8から出射されたビームは、ミラー9で
折り曲げられた後、ハーフミラー10で2つのビームに
分けられる。1つのビーム11はミラー12で折り曲げ
られた後、拡大レンズ13でホログラムの開口の大きさ
までビーム径が拡大された後、コリメータレンズ14で
平行波に変換されてホログラム記録材料34の法線と平
行なZ軸上を進み、物体光としてホログラム記録材料3
4に照射される。ホログラム記録材料34に照射される
前に、例えば、レンズで発散波や収束波に変換されても
良い。また、もう一方のビーム15はミラー16で折り
曲げられた後、Z軸から90度〜120度、あるいは2
40度〜270度の範囲、例えば、110度の角度で進
む。そして、ビーム15はレンズ17で発散波に変換さ
れた後、参照光としてホログラム記録材料34に照射さ
れる。ビーム11およびビーム15はホログラム記録材
料34上で干渉縞を形成し、この干渉縞は現像工程を経
てホログラムとして記録される。このホログラムに参照
光と同じ入射角で再生光を入射すると、再生光はZ軸の
方向に反射させられる。
【0022】上記したホログラム4は、法線から110
度の角度で入射される発散光によって再生される構成と
しているが、法線から−110度から発散光を入射して
再生される構成とすることもできる。
【0023】上記した実施の形態では、画像表示装置を
乗車用ヘルメットのシールドに設けた構成を説明した
が、例えば、メガネ等に設けてワークステーション等と
接続することにより、CRT等のディスプレイと同等の
画像表示装置とすることができる。メガネに搭載する場
合には、バイモルフが視界を遮らないようにサイズと位
置を工夫する必要がある。また、バイモルフの共振周波
数は材質と長さに依存するので、共振周波数に応じてL
EDアレイの発光タイミングを制御する必要がある。
【0024】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の画像表示装
置によると、画像情報に基づく発散光をたわみ振動する
バイモルフで偏向してホログラムに走査するようにした
ため、充分な視野が得られるとともに軽量化を図ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)乗車用ヘルメットに形成された画像表示
装置を示す説明図である。 (b)シールド内部に設けられる画像発生部を示す説明
図である。
【図2】バイモルフの構成および動作を示す説明図であ
る。
【図3】画像光の偏向を示す説明図である。
【図4】ホログラムの一般的な作成方法を示す説明図で
ある。
【図5】従来のHMDを示す説明図である。
【図6】従来のHMDを示す説明図である。
【図7】従来のHMDの装着状態を示す説明図である。
【符号の説明】
1,帽体 2,ビス 3,シールド 3A,固定部 3B,カバー 4,ホログラム 5,LEDアレイ 6,バイモルフ 6A,弾性層 6B,6C,圧電セラミックス 6D,銀箔 7,眼 8,レーザ 9,ミラー 10,ハーフミラー 11,ビーム 12,ミラー 13,拡大レンズ 14,コリメータレンズ 15,ビーム 16,ミラー 17,レンズ 18,本体 18A,側端部 18B,側端部 19,LEDアレイ 20,光学系 21,支持部 22,光学系 23,ミラー支持部 24,ミラー 25,ファスナー 26,スプリング 27,基台 28,スプリング 29,バランスウエイト 30,コイル 31,マグネット 32,輪 32a,ステー(支持棒) 33,頭部 34,ホログラム記録材料

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定の方向に配列される複数の発光部か
    ら画像情報に基づいて変調された光を出射するアレイ状
    光源と、 所定の電圧を印加することによってたわみ振動する振動
    面で前記光を反射して偏向走査する偏向手段と、 偏向走査された前記光を受けて発生する表示画像と外界
    を同時に視認させる光学手段を備えたことを特徴とする
    画像表示装置。
  2. 【請求項2】 前記偏向手段は、PZT(チタン酸ジル
    コン酸鉛)よりなる圧電セラミックスをリン青銅からな
    る中心電極の両面に積層状に配置したバイモルフである
    請求項第1項記載の画像表示装置。
  3. 【請求項3】 前記光学手段は、法線方向から入射する
    平行波あるいは発散波の物体光と、前記法線方向から9
    0度以上120度以内、あるいは240度以上270度
    以内の入射角で入射する発散波の参照光の干渉によって
    形成される反射型ホログラムである構成の請求項第1項
    記載の画像表示装置。
  4. 【請求項4】 前記アレイ状光源は、発光ダイオードで
    ある構成の請求項第1項記載の画像表示装置。
  5. 【請求項5】 前記アレイ状光源は、半導体レーザであ
    る構成の請求項第1項記載の画像表示装置。
JP133297A 1997-01-08 1997-01-08 画像表示装置 Pending JPH10198289A (ja)

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