JP2001523357A - 監視または反射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光学系の光線通路が少なくとも１回ミラーにより折畳まれ、かつ少なくとも１つの非平面ミラーを有し、該非平面ミラーに光線通路がゼロにならない入射角で現われる光学系を備えた対象物を視覚的に観察するための監視または反射装置が記述されている。本発明は、この光学系が一方の平面に対し対称の表面を備えた素子を有し、かつ非回転対称であり、また第１平面との第１交線に沿って一方向に減少または増加するメリジオナル曲率半径と、前記交線に沿って一方向に減少または増加するサジタル曲率半径とを有することを特徴とする。これによって光学系を利用して実証済みのかつコスト的に好ましい材料を使用して、従来達成できなかった範囲で像歪みを修正できる光学系が構成される。

Description

【発明の詳細な説明】 監視または反射装置 技術分野 本発明は、請求の範囲における請求項１の上位概念部分に基づく監視または反 射装置に関するものである。 先行技術 上記上位概念部分に対応する監視または反射装置は、例えばヘッド．アップ． ディスプレイ（ＨＵＤ）またはヘルメット．マウンテッド．ディスプレイ（ＨＭ Ｄ）として使用される。特にこのような装置は、例えばパイロットが着用するよ うなヘルメットの覗き窓に、ＬＣＤ、ＣＲＴ、透明画またはその類似物の情報や 像を表示するために利用される。そのために上記上位概念部分に対応する装置が 頭部保護用ヘルメットまたはその領域に取付けられる。 先行技術 上記上位概念部分に対応する監視または反射装置は、例えば米国特許第３９２ ３３７０号明細書、米国特許第５３４１２４２号明細書、または米国特許第５５ ７６８８７号明細書から知られている。その他の点については、ここに詳しく述 べない全ての詳細の説明に関し、明確にこれらの刊行物の参照を指示する。 上記刊行物から知られている装置は光学系を有し、この光学系の光線通路が少 なくとも１回ミラーにより折畳まれ、かつ少なくとも１つの非平面ミラーを有し 、この非平面ミラーに光線通路がゼロにならない入射角で現われる。 このヘッド．アップ．ディスプレイ（ＨＵＤ）またはヘルメット．マウンテッ ド．ディスプレイ（ＨＭＤ）の光学系は、しばしば幾何学的またはその他の副次 的条件に基づき分散非対称系として形成される。 光学系に発生する像歪みを、例えば円筒面、円環面または回転対称の非球面の ような非対称面を有する部材により修正し、かつこの部材を必要がある場合には 折畳み状態で配置することが知られている。 さらに前述のような面を形成するために、円錐曲線を使用することが知られて いる。 従来提供されている光学素子は、その光学素子により（折畳み状態でも）発生 する、例えば非点収差のような像歪みの修正が十分にできない、という欠点を有 する。 また歪みを修正するためのホログラフィー素子の使用は、高額のコストや機器 の耐久性あるいは可負荷性が限られるなど欠点のほか、必然的に強い分散も伴っ ている。 従来の光学素子では、監視装置に発生する像歪みを十分に修正することができ ない。 発明の開示 本発明が解決しようとする課題は、特に分散非対称系における像歪みを公知の 系よりも良好に修正できるように、上記上位概念部分に対応する装置を形成する ことである。 この課題は、本発明に基づき光学系が一方の平面が対称の表面を有する素子を 有し、かつ回転対称にならず、また第１平面との第１交線に沿って一方向に減少 または増加するメリジオナル曲率半径と、前記交線に沿って一方向に減少または 増加するサジタル曲率半径とを有することにより解決される。 従来のレンズまたはミラー面が最大２つの異なる基本曲率を有するか、または せいぜい一方向にのみ異なる強さで曲げられるのに対し、本発明に基づく表面は 、メリジオナル曲率半径もサジタル曲率半径も一方の平面と表面の交線に沿って 変化するように形成される。それによってまさに分散非対称光学系で像を修正す るために、従来の多くの対称形や円対称形のミラーまたはプリズム素子よりも遥 かに多くの可能性を提供する表面が生じる。 好ましい改良において、第１交線は、二次方程式、三次曲線または三次スプラ インにより記述することができる。変数ａ、ｂ、ｃおよびｄは、歪み修正を最適 にする意味で適合される。すなわち三次スプライン関数の場合、この適合は線分 ごとに行われる。この適合からは、交線の曲率、メリジオナルまたはタンジェン シャル平面曲率がこの交線に沿って変わる交線が生じる。 他の実施態様において、サジタル曲率半径の延長は、第１交線に沿って高さの 線形関数、べき級数、または三次スプラインによっても記述することができる。 それによって表面をサジタル方向に、すなわち第１交線と垂直の方向にも可変し て形成し、かつ像歪みを、例えば円環形のミラーまたはレンズ素子で可能になる よりも一層広範囲に修正する可能性が開かれる。 さらに、第１切断面に対して垂直の第２切断面と表面の第２交線を、円形にす ることが可能になる。選択肢としては、第２交線が円錐曲線または次式 Ｚ＝ｃ₂＊ｘ²＋ｃ₄＊ｘ⁴＋… の形式のべき級数にすることも可能である。 第２交線は、さらに他の実施態様において三次スプラインにより表される。 これらの実施態様の可能性は、サジタル方向の表面の延長を記述し、その際、 提案されている交線の延長は一般に高さを変えることができる。 製造技術的には、円錐曲線または円形交線による簡単な実施態様が好ましい。 これに対し、べき級数または三次スプラインで表すことができる交線を有する実 施態様は、歪みを修正するためにより多くの可能性を提供する。 好ましい一実施態様における第１平面は、表面の対称面である。従来の光学系 がしばしば２つの、または無限に多い対称面を有するのに対し（一般的な発明の 着想を制限しないで）、本発明に基づく光学素子の表面は、単に第１平面に対し てのみ対称であり、かつこのため分散非対称光学系への使用に特に適している。 さらい別の実施態様における光学素子は、ミラーまたはレンズ素子である。こ の方法によって像歪みの望ましい修正が自体実証済みの、かつ価格的に好ましい 材料で達成できる。 さらに、光学系は折畳みミラーを含むこともできる。この折畳みミラーは、光 線通路を短縮し、かつ頭部保護用ヘルメットの幾何学形状に合せることに利用さ れる。 図面の簡単な説明 本発明は、以下一般的な発明の着想を制限することなく、添付図面を参照して より詳しく説明する。 本発明の唯一の図面は、典型的ではあるが、本発明に基づく光学素子の表面の 延長の一例としてのみ示す。 実施例の開示 図１に示した素子の表面は、ｙ−ｚ面を中心に対称であり、この面で該表面が 交線Ａに沿って延長する。交線Ｂは、様々な高さｙでｘ−ｚ面に対し平行に表面 の延長を描写する。 描写された表面が従来の表面として、例えばｙ軸に対し右から垂直に立つ円環 の平面球底円錐に相当するものとする。しかし従来の平面とは異なり、この表面 は交線Ａに沿って異なるメリジオナル曲率も、異なるサジタル曲率も有する。 このようにタンジェンシャル曲率半径は、平面区間の全延長に対応して上から 下へ減少することが分かる。ｘ−ｚ面またはそれと平行の面のサジタル曲率は、 この例における交線の延長と同様に変えることができる。これに対して再び例と してのみ示した従来の円環は、２つの一定の基本曲率で決定されることになる。 本発明に基づく光学素子の表面により、例えば円錐の表面またはほぼ卵形に歪 んだ表面を記述することも可能である。その際に使用した変数は、公知の円錐曲 線定数“κ”と同様に、二次曲面のみの陰関数Ｆ［ｘ、ｙ、ｚ］＝０の係数であ る。曲面の垂直高Ｚ＝Ｆ［ｘ、ｙ］のテイラー級数において、この係数はｘ³ま たはｙ³の項の前に現われる。 その際、表面Ｆ［ｘ、ｙ、ｚ］＝０における曲面法線はｚ成分のみを有する。 またこの曲面の原点は使用した自由直径の範囲内にある。 このように形成された本発明に基づく表面は非回転対称であり、この表面は単 に一方の平面に対してのみ対称である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＤＥ，ＩＬ，Ｊ Ｐ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光学系の光線通路が少なくとも１回、ミラーにより折畳まれ、かつ少なく とも１つの非平面ミラーを有し、該非平面ミラーに光線通路がゼロにならない入 射角で現われる光学系を備えた対象物を視覚的に観察するための監視または反射 装置において、この光学系が一方の平面に対して対称の表面を備えた素子を有し 、かつ非回転対称であり、また第１平面との第１交線に沿って一方向に減少また は増加するメリジオナル曲率半径と、前記交線に沿って一方向に減少または増加 するサジタル曲率半径とを有することを特徴とする監視または反射装置。 ２．前記第１交線が形式ｚ＝ａ＋ｂ＊ｙ＋ｃ＊ｙ²の二次方程式により記述可 能であることを特徴とする請求項１記載の監視または反射装置。 ３．前記第１交線が形式ｚ＝ａ＋ｂ＊ｙ＋ｃ＊ｙ²＋ｄ＊ｙ³の三次曲線により 記述可能であることを特徴とする請求項１記載の監視または反射装置。 ４．前記第１交線が三次スプラインにより記述可能であることを特徴とする請 求項１記載の監視または反射装置。 ５．前記サジタル曲率半径ｐが第１交線に沿ってｐ＝ｐ₀＋ｋ₁＊ｙに基づき線 形的に高さｙで可変できることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の 監視または反射装置。 ６．前記サジタル曲率半径ｐが第１交線に沿ってべき級数ｐ＝ｐ₀＋ｋ₁＊ｙ＋ ｋ₂＊ｙ²＋…により記述可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１ 項記載の監視または反射装置。 ７．前記サジタル曲率半径の変化が三次スプラインにより記述可能であること を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の監視または反射装置。 ８．前記第１切断面に対し垂直の第２切断面と表面の第２交線が円形であるこ とを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の監視または反射装置。 ９．前記第２交線が円錐曲線であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか １項記載の監視または反射装置。 １０．前記第２交線がべき級数Ｚ＝ｃ₂＊ｘ²＋ｃ₄＊ｘ⁴＋…により記述可能で あることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の監視または反射装置。 １１．前記第２交線が三次スプラインにより記述可能であることを特徴とする 請求項１〜７のいずれか１項記載の監視または反射装置。 １２．前記第１平面が表面の対称面であることを特徴とする請求項１〜１１の いずれか１項記載の監視または反射装置。 １３．前記素子がミラーまたはレンズ素子であることを特徴とする請求項１〜 １２のいずれか１項記載の監視または反射装置。 １４．光学系が折畳みミラーを含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれ か１項記載の監視または反射装置。 １５．光学系が分散形であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項 記載の監視または反射装置。 １６．ヘッド．アップ．ディスプレイ（ＨＵＤ）またはヘルメット．マウンテ ッド．ディスプレイ（ＨＭＤ）への請求項１〜１５のいずれか１項記載の監視ま たは反射装置の使用。