[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1及び図2を用いて説明する。
図1は、本発明の第1実施形態の光学表示装置101の構成を示す概略図であり、光学表示装置101を上方から見た場合の図である。なお、以下の各図面では、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を変えている場合がある。
[First embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described using FIGS. 1 and 2.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an optical display device 101 according to a first embodiment of the present invention, and is a diagram when the optical display device 101 is viewed from above. In addition, in each of the following drawings, the scale of dimensions may be changed depending on the component in order to make each component easier to see.
図1に示すように、光学表示装置101は、双眼鏡(遠方視認装置)201と、第1実施形態の表示ユニット11と、を備える。
As shown in FIG. 1, the optical display device 101 includes binoculars (distant viewing device) 201 and the display unit 11 of the first embodiment.
本明細書では、双眼鏡201を使用する観察者の右眼ERと左眼ELの中心同士を結ぶ図示略の線に平行な方向をX方向とし、右眼ERの中心と左眼ELの中心との中間位置を通って右眼ER及び左眼ELの視界の前後方向に平行に延在する仮想線を基準線BLとする。X方向において、基準線BLに近づく方向を-X方向、及び相対的に基準線BLに近い位置を-X側の位置と称し、基準線BLから離れる方向、及び相対的に基準線BLから遠い位置を+X側の位置と称する場合がある。
In this specification, a direction parallel to a line (not shown) connecting the centers of the right eye ER and left eye EL of an observer using the binoculars 201 is defined as the X direction, and the center of the right eye ER and the center of the left eye EL are defined as the X direction. The reference line BL is an imaginary line that passes through an intermediate position and extends parallel to the front-rear direction of the visual fields of the right eye ER and left eye EL. In the X direction, the direction approaching the reference line BL is referred to as the -X direction, the position relatively close to the reference line BL is referred to as the -X side position, and the direction away from the reference line BL and the direction relatively far from the reference line BL The position may be referred to as the +X side position.
また、X方向に直交し、右眼ER及び左眼ELの視界の前後方向に平行な方向をZ方向とする。Z方向において、観察対象の不図示の物体が存在する位置から観察者の右眼ER及び左眼ELに向かう方向を+Z方向とし、+Z方向とは逆向きの方向を-Z方向と称する場合がある。相対的に+Z方向の前方の位置を+Z側の位置、又は像側の位置と称し、相対的に+Z方向の後方の位置すなわち-Z方向の前方の位置を-Z側の位置、又は物体側の位置と称する場合がある。また、X方向及びZ方向の直交し、鉛直方向に平行な方向をY方向とする。Y方向において下から上に向かう方向を+Y方向と称し、+Y方向とは逆向きの方向を-Y方向と称する場合がある。相対的に+Y方向の前方の位置を+Y側の位置、又は上側の位置と称し、相対的に+Y方向の後方の位置すなわち-Y方向の前方の位置を-Y側の位置、又は下側の位置と称する場合がある。
Further, a direction perpendicular to the X direction and parallel to the front-rear direction of the visual fields of the right eye ER and left eye EL is defined as the Z direction. In the Z direction, the direction from the position where an unillustrated object to be observed exists toward the observer's right eye ER and left eye EL is referred to as the +Z direction, and the direction opposite to the +Z direction is sometimes referred to as the -Z direction. be. A relatively forward position in the +Z direction is referred to as a +Z side position, or an image side position, and a relatively backward position in the +Z direction, that is, a position in front of the -Z direction, is referred to as a -Z side position, or an object side position. Sometimes referred to as the location. Further, a direction perpendicular to the X direction and the Z direction and parallel to the vertical direction is defined as the Y direction. In the Y direction, the direction from the bottom to the top is sometimes referred to as the +Y direction, and the direction opposite to the +Y direction is sometimes referred to as the -Y direction. The relatively forward position in the +Y direction is referred to as the +Y side position, or the upper position, and the relatively backward position in the +Y direction, that is, the front position in the -Y direction, is referred to as the -Y side position, or the lower position. Sometimes referred to as location.
以下、観察光は、観察対象の物体から発せられ、双眼鏡201によって観察者に視認される光を表す。映像光は、観察対象の物体に関する情報を示す画像光であり、後述する表示素子50から発せられ、双眼鏡201によって観察者に視認される光を表す。
Hereinafter, observation light refers to light emitted from an object to be observed and visually recognized by an observer through the binoculars 201. The image light is image light that indicates information about an object to be observed, and represents light that is emitted from a display element 50 (described later) and visually recognized by an observer through binoculars 201.
双眼鏡201は、ポロ式或いはポロプリズムタイプと呼ばれる種類のうちでも所謂ミニポロではなく普通のポロと呼ばれる種類の双眼鏡である。双眼鏡201は、右眼用の鏡筒(第1収容部材)211及びレンズ群と、左眼用の鏡筒(第1収容部材)212及びレンズ群222と、接続部材230と、を備える。
The binoculars 201 are of a type called a regular Porro rather than a so-called mini-Porro among the Porro type or Porro prism type binoculars. The binoculars 201 include a lens barrel (first housing member) 211 and lens group for the right eye, a lens barrel (first housing member) 212 and lens group 222 for the left eye, and a connecting member 230.
右眼用の鏡筒211には、右眼用のレンズ群が収容されている。左眼用の鏡筒212には、左眼用のレンズ群222が収容されている。鏡筒211,212の形状は、各々に対応するレンズ群の全体的な形状に応じて適宜設計されている。具体的には、鏡筒211,212は、物体側の端から+Z方向に延在し、下方に拡がりつつ、-X方向に曲がり、像側の端まで+Z方向に延在している。右眼用の鏡筒211は、基準線BLを基準にして折り返した左眼用の鏡筒212と同等である。鏡筒211,212の物体側の端及び像側の端は開口されている。つまり、鏡筒211,212は、筒状の筐体である。
The lens barrel 211 for the right eye accommodates a lens group for the right eye. The lens barrel 212 for the left eye accommodates a lens group 222 for the left eye. The shapes of the lens barrels 211 and 212 are appropriately designed according to the overall shape of the lens group corresponding to each. Specifically, the lens barrels 211 and 212 extend in the +Z direction from the object side end, curve in the -X direction while expanding downward, and extend in the +Z direction to the image side end. The lens barrel 211 for the right eye is equivalent to the lens barrel 212 for the left eye that is folded back with reference to the reference line BL. The object-side ends and image-side ends of the lens barrels 211 and 212 are open. In other words, the lens barrels 211 and 212 are cylindrical casings.
図1では右眼用のレンズ群が省略されているが、右眼用のレンズ群は、基準線BLを基準にして折り返した左眼用のレンズ群222と同等である。以下では、レンズ群222についてのみ説明する。
Although the lens group for the right eye is omitted in FIG. 1, the lens group for the right eye is equivalent to the lens group 222 for the left eye folded back with reference to the reference line BL. Below, only the lens group 222 will be explained.
レンズ群222は、少なくとも対物レンズ250と、接眼レンズ270と、を備える。対物レンズ250は、レンズ群222において最も像側に配置されている光学素子であり、鏡筒212の物体側の端部に嵌められている。接眼レンズ270は、レンズ群222において最も像側すなわち左眼ELの近くに配置されている光学素子であり、鏡筒212の像側の端部に嵌められている。図1では、対物レンズ250及び接眼レンズ270の各々が1枚の両凸レンズで例示されている。但し、対物レンズ250及び接眼レンズ270の一方又は両方は、複数のレンズがレンズ群222の軸AX1上で互いに間隔をあけて配置されている複合レンズであってもよく、2枚以上のレンズが軸AX1上で互いに接合された接合レンズであってもよく、複合レンズと接合レンズとの組み合わせによって構成されていてもよい。軸AX1は、レンズ群222の全体を通る観察光及び映像光の光軸を意味する。
Lens group 222 includes at least an objective lens 250 and an eyepiece lens 270. The objective lens 250 is an optical element disposed closest to the image side in the lens group 222, and is fitted into the end of the lens barrel 212 on the object side. The eyepiece lens 270 is an optical element disposed closest to the image side in the lens group 222, that is, closest to the left eye EL, and is fitted into the image-side end of the lens barrel 212. In FIG. 1, each of the objective lens 250 and the eyepiece lens 270 is illustrated as a single biconvex lens. However, one or both of the objective lens 250 and the eyepiece lens 270 may be a compound lens in which a plurality of lenses are arranged at intervals on the axis AX1 of the lens group 222, and two or more lenses may be used. It may be a cemented lens that is cemented to each other on the axis AX1, or it may be configured by a combination of a compound lens and a cemented lens. The axis AX1 means the optical axis of the observation light and the image light that pass through the entire lens group 222.
また、レンズ群222は、プリズム261,262を備えてもよい。プリズム261は、不図示の観察光の光路上すなわち軸AX1上で対物レンズ250と接眼レンズ270との間に配置されている。プリズム261は、X方向に沿って見たときに略四角形状を有し、Y方向に沿って見たときに略台形状を有し、Zに沿って見たときに長円形状を有する。
Further, the lens group 222 may include prisms 261 and 262. The prism 261 is arranged between the objective lens 250 and the eyepiece lens 270 on the optical path of observation light (not shown), that is, on the axis AX1. Prism 261 has a substantially square shape when viewed along the X direction, a substantially trapezoidal shape when viewed along the Y direction, and an elliptical shape when viewed along the Z direction.
プリズム261は、透過面261aと、反射面261b,261cと、を有する。透過面261aは、X方向及びY方向を含むXY平面に平行な平面であり、観察光及び後述する映像光を透過する。反射面261bは、Y方向に沿って移動したときに+X側に凸となるように湾曲し、且つ+Z方向に移動するに従って-X側に移動する湾曲面である。反射面261cは、Y方向に沿って移動したときに-X側に凸となるように湾曲し、且つ+Z方向に移動するに従って+X側に移動する湾曲面である。反射面261b,261cは、観察光及び映像光を全反射する。
Prism 261 has a transmitting surface 261a and reflective surfaces 261b and 261c. The transmission surface 261a is a plane parallel to the XY plane including the X direction and the Y direction, and transmits observation light and image light to be described later. The reflective surface 261b is a curved surface that is curved so as to be convex toward the +X side when it moves along the Y direction, and moves toward the −X side as it moves in the +Z direction. The reflective surface 261c is a curved surface that is curved so as to be convex toward the −X side when it moves along the Y direction, and moves toward the +X side as it moves in the +Z direction. The reflective surfaces 261b and 261c totally reflect the observation light and the image light.
プリズム262は、軸AX1上でプリズム261の直後、すなわち軸AX1上でプリズム261の像側の位置に配置されている。実際には、プリズム262は、X方向でプリズム261の中心よりも-X側の部分と重なり、Y方向でプリズム261の中心よりも下側の部分と重なり、且つプリズム261よりも下方に突出し、Z方向でプリズム261よりも-Z側の位置に配置されている。プリズム262の透過面262aは、プリズム261の透過面261aと平行に配置され、Z方向で透過面261aと隙間をあけて配置されている。
The prism 262 is disposed immediately after the prism 261 on the axis AX1, that is, at a position on the image side of the prism 261 on the axis AX1. In reality, the prism 262 overlaps with a portion on the −X side of the center of the prism 261 in the X direction, overlaps with a portion below the center of the prism 261 in the Y direction, and protrudes below the prism 261, It is arranged at a position on the −Z side with respect to the prism 261 in the Z direction. The transmission surface 262a of the prism 262 is arranged parallel to the transmission surface 261a of the prism 261, and is arranged with a gap between the transmission surface 261a and the transmission surface 261a in the Z direction.
プリズム262は、透過面262aと、反射面262b,262cと、を有する。透過面262aは、XY平面に平行な平面であり、観察光及び映像光を透過する。反射面262bは、X方向に沿って移動したときに+Y側に凸となるように湾曲し、且つ+Z方向に移動するに従って+Y側に移動する湾曲面である。反射面262cは、X方向に沿って移動したときに-Y側に凸となるように湾曲し、且つ+Z方向に移動するに従って-Y側に移動する湾曲面である。
Prism 262 has a transmitting surface 262a and reflective surfaces 262b and 262c. The transmission surface 262a is a plane parallel to the XY plane, and transmits observation light and image light. The reflective surface 262b is a curved surface that is curved so as to be convex toward the +Y side when it moves along the X direction, and moves toward the +Y side as it moves in the +Z direction. The reflective surface 262c is a curved surface that is curved so as to be convex toward the −Y side when moving along the X direction, and moves toward the −Y side as the reflective surface 262c moves in the +Z direction.
対物レンズ250と、プリズム261,262と、接眼レンズ270の各材質は、観察光及び映像光を透過可能であれば特に限定されないが、例えば光学ガラスや石英等である。
The materials of the objective lens 250, the prisms 261 and 262, and the eyepiece 270 are not particularly limited as long as they can transmit observation light and image light, and are, for example, optical glass or quartz.
図2は、光学表示装置101を図1に示すD方向から見たときの構成を示す概略図である。図1及び図2に示すように、表示ユニット11は、取付部材21と、筐体(第2収容部材)31と、表示素子50と、レンズ55と、光学部材111と、を備える。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the optical display device 101 when viewed from direction D shown in FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the display unit 11 includes a mounting member 21, a housing (second housing member) 31, a display element 50, a lens 55, and an optical member 111.
取付部材21は、双眼鏡201の鏡筒212の物体側の端部にさらに物体側すなわち-Z側から取り付けられ、鏡筒212に対して着脱可能な部材である。取付部材21の構成及び形状は、鏡筒212の物体側の端部に着脱可能であれば特に限定されない。取付部材21は、例えば鏡筒212の物体側の端部を径方向の外側から係止可能な部材である。Z方向に沿って見たときに、取付部材21は、少なくとも対物レンズ250に入射する前の観察光の光路とは重なっていない。
The attachment member 21 is a member that is attached to the object side end of the lens barrel 212 of the binoculars 201 from the object side, that is, from the -Z side, and is detachable from the lens barrel 212. The configuration and shape of the attachment member 21 are not particularly limited as long as it can be attached to and detached from the object-side end of the lens barrel 212. The mounting member 21 is, for example, a member that can lock the object-side end of the lens barrel 212 from the outside in the radial direction. When viewed along the Z direction, the mounting member 21 does not overlap at least the optical path of the observation light before entering the objective lens 250.
筐体31には、内部空間40が形成されている。内部空間40には、表示素子50と、レンズ55と、光学部材111と、信号処理装置70が収容されている。筐体31は、表示素子50から射出される映像光を観察光と重ね合わせるためのレンズ55及び光学部材111を含む光学系の全体的な形状及び大きさに応じて適宜設計されている。筐体31は、取付部材21と協同して鏡筒212の端部に着脱可能であるため、第1実施形態においてレンズ群222を収容する鏡筒(第1収容部材)212に着脱可能に取り付けられる取付部材の一部である。
The housing 31 has an internal space 40 formed therein. The internal space 40 accommodates a display element 50, a lens 55, an optical member 111, and a signal processing device 70. The housing 31 is appropriately designed according to the overall shape and size of the optical system including the lens 55 and the optical member 111 for superimposing the image light emitted from the display element 50 with the observation light. Since the housing 31 is removably attached to the end of the lens barrel 212 in cooperation with the mounting member 21, it is removably attached to the lens barrel (first housing member) 212 that accommodates the lens group 222 in the first embodiment. This is a part of the mounting member.
具体的には、筐体31は、直方体状に形成され、上壁部32と、底壁部33と、側壁部34,35,36,37と、を備える。上壁部32は、XY平面に略平行な内壁面及び外壁面を有し、鏡筒212よりも上方にある。底壁部33は、XY平面に略平行な内壁面及び外壁面を有し、後述するハーフミラー161の下端よりも下方にある。
Specifically, the housing 31 is formed in a rectangular parallelepiped shape and includes an upper wall 32, a bottom wall 33, and side walls 34, 35, 36, and 37. The upper wall portion 32 has an inner wall surface and an outer wall surface that are substantially parallel to the XY plane, and is located above the lens barrel 212. The bottom wall portion 33 has an inner wall surface and an outer wall surface that are substantially parallel to the XY plane, and is located below the lower end of a half mirror 161, which will be described later.
側壁部34は、X方向及びZ方向を含むXZ平面に略平行な内壁面及び外壁面を有し、上壁部32及び底壁部33の各々の+Z側の端同士を連結する。側壁部34は、ハーフミラー161の+Z側の端よりも+Z側すなわち像側の位置にあり、Z方向で鏡筒212の物体側の端と隣り合って配置される。側壁部34において観察光及び映像光の光路と重なる領域には、透過領域が設けられている。側壁部36は、XZ平面に略平行な内壁面及び外壁面を有し、上壁部32及び底壁部33の各々の-Z側の端同士を連結する。側壁部36は、ハーフミラー161の-Z側の端よりも-Z側すなわち物体側の位置にある。側壁部36において観察光の光路と重なる領域には、透過領域が設けられている。
The side wall section 34 has an inner wall surface and an outer wall surface that are substantially parallel to the XZ plane including the X direction and the Z direction, and connects the +Z side ends of the top wall section 32 and the bottom wall section 33. The side wall portion 34 is located on the +Z side, that is, on the image side, with respect to the +Z side end of the half mirror 161, and is arranged adjacent to the object side end of the lens barrel 212 in the Z direction. A transmission region is provided in the side wall portion 34 in a region overlapping with the optical paths of the observation light and the image light. The side wall portion 36 has an inner wall surface and an outer wall surface that are substantially parallel to the XZ plane, and connects the −Z side ends of the top wall portion 32 and the bottom wall portion 33 to each other. The side wall portion 36 is located on the -Z side, that is, on the object side, with respect to the -Z side end of the half mirror 161. A transmission region is provided in a region of the side wall portion 36 that overlaps with the optical path of the observation light.
側壁部35は、Y方向及びZ方向を含むYZ平面に略平行な内壁面及び外壁面を有し、上壁部32及び底壁部33の各々の+X側の端同士及び側壁部34,36の各々の+X側の端同士を連結する。側壁部37は、YZ平面に略平行な内壁面及び外壁面を有し、上壁部32及び底壁部33の各々の-X側の端同士及び側壁部34,36の各々の-X側の端同士を連結する。
The side wall portion 35 has an inner wall surface and an outer wall surface that are substantially parallel to the YZ plane including the Y direction and the Z direction, and the +X side ends of the top wall portion 32 and the bottom wall portion 33 and the side wall portions 34 and 36 Connect the +X side ends of each. The side wall section 37 has an inner wall surface and an outer wall surface that are substantially parallel to the YZ plane, and the -X side ends of the top wall section 32 and the bottom wall section 33 and the -X side ends of each of the side wall sections 34 and 36. Connect the ends of
筐体31の材質は、特に限定されない。但し、筐体31の材質が観察光及び映像光を透過しない、或いは透過し難い材質である場合には、側壁部34,36の透過領域に開口が形成される、或いは透過領域のみ観察光及び映像光を透過可能な材質で構成される。上壁部32、底壁部33、側壁部35,37の各々の内壁面及び側壁部34,36の透過領域以外の領域の内壁面には、ねじ切りや黒色のコーティング等の遮光処理が施されていることが好ましい。これらの内壁面に遮光処理が施されることによって、表示素子50から射出された映像光の内壁面での乱反射を抑え、ゴーストの発生を防止することができる。
The material of the housing 31 is not particularly limited. However, if the material of the casing 31 is a material that does not transmit the observation light and the image light or is difficult to transmit the observation light and the image light, openings are formed in the transmission areas of the side walls 34 and 36, or only the transmission areas pass the observation light and the image light. It is made of a material that allows image light to pass through. The inner wall surfaces of each of the top wall portion 32, the bottom wall portion 33, the side wall portions 35 and 37, and the inner wall surfaces of areas other than the transmission areas of the side wall portions 34 and 36 are subjected to light shielding treatment such as thread cutting and black coating. It is preferable that By applying light shielding treatment to these inner wall surfaces, it is possible to suppress diffuse reflection of the image light emitted from the display element 50 on the inner wall surfaces, and to prevent the occurrence of ghosts.
筐体31において側壁部34,36は省略されてもよく、筐体31は+Z側及び-Z側に向けて開口していてもよい。なお、側壁部34,36が設けられることによって、観察者が表示ユニット11を取り扱う際に手が表示素子50、レンズ55及び光学部材111に触れることを防止することができる。その結果、軸AX2のずれ、及び表示素子50、レンズ55及び光学部材の各々への外部からの衝撃や各々の損傷、これらの構成同士の相対位置のずれの発生を防止することができる。また、側壁部34,36が設けられることによって、内部空間40に対する防塵効果が得られる。
The side walls 34 and 36 of the housing 31 may be omitted, and the housing 31 may be open toward the +Z side and the -Z side. Note that by providing the side walls 34 and 36, it is possible to prevent the viewer's hands from touching the display element 50, lens 55, and optical member 111 when handling the display unit 11. As a result, it is possible to prevent misalignment of the axis AX2, external impact to and damage to each of the display element 50, lens 55, and optical member, and misalignment of the relative positions of these components. Further, by providing the side wall portions 34 and 36, a dustproof effect for the internal space 40 can be obtained.
表示素子50は、筐体31の内部空間40に配置され、具体的には内部空間40における+Y側の所定の位置に配置されている。表示素子50は、映像光を射出する表示面52を有する。表示面52は、XZ平面に平行に配置され、内部空間40に面する。なお、表示素子50は、上壁部32の内壁面、すなわち内部空間40に向く壁面に設けられていてもよい。
The display element 50 is arranged in the internal space 40 of the housing 31, and specifically, in a predetermined position on the +Y side of the internal space 40. The display element 50 has a display surface 52 that emits image light. The display surface 52 is arranged parallel to the XZ plane and faces the internal space 40. Note that the display element 50 may be provided on the inner wall surface of the upper wall portion 32, that is, the wall surface facing the internal space 40.
表示素子50は、後述するように観察光と重畳する際に観察光に影響を与えないように映像光を射出可能な光源として、OLED(Organic Light Emitting Diode)のような自発光素子やレーザーMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)であることが好ましい。表示素子50にこれらの光源が用いられることによって、映像光における所謂黒浮きの発生を防ぎ、映像光を鮮明に表示することができる。但し、映像光の黒浮きが問題にならない場合では、表示素子50は、例えばLCoS(Liquid Crystal on Silicon,登録商標)やLED(Light Emitting Diode)、LCD(Liquid Crystal Display)、LEDとLCDとの組み合わせであってもよい。
The display element 50 is a self-luminous element such as an OLED (Organic Light Emitting Diode) or a laser MEMS as a light source capable of emitting image light so as not to affect the observation light when superimposed with the observation light as described later. (Micro Electro Mechanical Systems) is preferred. By using these light sources in the display element 50, the occurrence of so-called black floating in the image light can be prevented and the image light can be displayed clearly. However, if the black floating of the image light is not a problem, the display element 50 may be, for example, LCoS (Liquid Crystal on Silicon, registered trademark), LED (Light Emitting Diode), LCD (Liquid Crystal Display), or LED. With LCD It may be a combination.
レンズ55は、筐体31の内部空間40に配置され、具体的には表示素子50から発せられた映像光の光路上で表示素子50よりも前方すなわち下方及び-Y側の所定の位置に配置されている。レンズ55は、映像光をレンズ55よりも光路上の前方で結像させる。レンズ55は、図で例示しているように両凸レンズであってもよく、両凸レンズ以外の平凸レンズを含む回転対称形の球面レンズ、非球面レンズ、自由曲面レンズ、フレネルレンズを含む回折レンズの何れかであってもよい。また、レンズ55は、複数のレンズがレンズ55の軸AX2上で互いに間隔をあけて配置されている複合レンズであってもよく、2枚以上のレンズが軸AX2上で互いに接合された接合レンズであってもよく、複合レンズと接合レンズとの組み合わせによって構成されていてもよい。軸AX2は、レンズ55を通る映像光の光軸を意味する。レンズ55の形状、及び開口数(Numerical Aperture;NA)を含むパラメータは、表示面52の大きさ、映像光のビーム面積及び波長等を考慮して適宜設計されている。
The lens 55 is disposed in the internal space 40 of the housing 31, and specifically, is disposed at a predetermined position in front of the display element 50, that is, below and on the −Y side on the optical path of the image light emitted from the display element 50. has been done. The lens 55 forms an image of the image light in front of the lens 55 on the optical path. The lens 55 may be a biconvex lens as illustrated in the figure, or may be a rotationally symmetrical spherical lens including a plano-convex lens other than a biconvex lens, an aspherical lens, a free-form lens, or a diffractive lens including a Fresnel lens. It may be either. Further, the lens 55 may be a compound lens in which a plurality of lenses are arranged at intervals on the axis AX2 of the lens 55, or a cemented lens in which two or more lenses are cemented to each other on the axis AX2. or may be configured by a combination of a compound lens and a cemented lens. The axis AX2 means the optical axis of the image light passing through the lens 55. The shape of the lens 55 and parameters including the numerical aperture (NA) are appropriately designed in consideration of the size of the display surface 52, the beam area and wavelength of the image light, and the like.
レンズ55の材質は、映像光を透過可能であれば特に限定されないが、例えば光学ガラスや石英等であり、プラスチック等の樹脂であってもよい。
The material of the lens 55 is not particularly limited as long as it can transmit image light, and may be, for example, optical glass or quartz, or resin such as plastic.
なお、軸AX2上でのレンズ55と表示素子50との距離は微調整可能であることが好ましい。例えば表示素子50の軸AX2上での位置は固定され、レンズ55の軸AX2上での位置が可動であってもよく、レンズ55に不図示の移動機構が設けられてもよい。例えば観察光と映像光との焦点距離及び結像位置に互いにずれが生じた場合に、軸AX2上でのレンズ55と表示素子50との距離を調整することによって、観察光と映像光との焦点距離及び結像位置を互いに揃えることができる。また、観察対象の物体の位置が急変した場合、或いは光学表示装置101を複数の観察者が共有して使用し、観察者によって視認能力の差がある場合等においても、軸AX2上でのレンズ55と表示素子50との距離を調整することによって、観察光に対して各観察者が違和感のない映像光を視認することができる。
Note that it is preferable that the distance between the lens 55 and the display element 50 on the axis AX2 can be finely adjusted. For example, the position of the display element 50 on the axis AX2 may be fixed, and the position of the lens 55 on the axis AX2 may be movable, or the lens 55 may be provided with a moving mechanism (not shown). For example, if the focal lengths and imaging positions of the observation light and the image light are shifted from each other, the distance between the lens 55 and the display element 50 on the axis AX2 can be adjusted. Focal lengths and imaging positions can be aligned with each other. In addition, even when the position of the object to be observed changes suddenly, or when the optical display device 101 is shared by multiple observers and there are differences in visual recognition ability among the observers, the lens on the axis AX2 By adjusting the distance between the display element 55 and the display element 50, each viewer can visually recognize the image light without feeling uncomfortable with the observation light.
光学部材111は、導光部材121と、ハーフミラー(第1ハーフミラー)161によって構成されている。導光部材121は、直方体状に形成された部材である。導光部材121は、上面122と、底面123と、側面124,125,126,127と、傾斜面128と、を備える。
The optical member 111 includes a light guide member 121 and a half mirror (first half mirror) 161. The light guide member 121 is a member formed in the shape of a rectangular parallelepiped. The light guide member 121 includes a top surface 122, a bottom surface 123, side surfaces 124, 125, 126, and 127, and an inclined surface 128.
上面122は、XY平面に略平行な面であり、対物レンズ250の+Y側の端よりも+Y側且つレンズ55よりも-Y側の位置に配置されている。上面122は、レンズ55を挟んで表示素子50の表示面52に向き合っている。上面122のX方向の大きさは、対物レンズ250のX方向及びZ方向の大きさ以下の所定の大きさである。上面122のZ方向の大きさは、上面122のX方向の大きさよりも小さい。上面122のX方向及びZ方向の大きさについては、後に説明する。
The upper surface 122 is a surface substantially parallel to the XY plane, and is located at a position on the +Y side of the +Y side end of the objective lens 250 and on the -Y side of the lens 55. The upper surface 122 faces the display surface 52 of the display element 50 with the lens 55 in between. The size of the upper surface 122 in the X direction is a predetermined size smaller than the size of the objective lens 250 in the X and Z directions. The size of the top surface 122 in the Z direction is smaller than the size of the top surface 122 in the X direction. The size of the upper surface 122 in the X direction and the Z direction will be explained later.
底面123は、XY平面に略平行且つ上面122に平行な面であり、対物レンズ250の-Y側の端よりも-Y側の位置に配置されている。底面123は、導光部材121において上面122とは反対側にあり、上面122と同じ形状及び大きさを有する。
The bottom surface 123 is a surface substantially parallel to the XY plane and parallel to the top surface 122, and is disposed at a position on the −Y side from the −Y side end of the objective lens 250. The bottom surface 123 is located on the opposite side of the light guide member 121 from the top surface 122 and has the same shape and size as the top surface 122.
側面124は、XZ平面に略平行な面であり、上面122及び底面123の各々の+Z側の端同士を連結する。側面124の一部は、筐体31の側壁部34の透過領域を挟んで対物レンズ250に向き合っている。上面122のX方向の大きさは、対物レンズ250のX方向の大きさと略同等である。側面124のZ方向の大きさは、側面124のX方向よりも大きい。側面124のZ方向の大きさについては、後に説明する。
The side surface 124 is a surface substantially parallel to the XZ plane, and connects the ends of the top surface 122 and the bottom surface 123 on the +Z side. A portion of the side surface 124 faces the objective lens 250 across the transmission area of the side wall portion 34 of the housing 31 . The size of the upper surface 122 in the X direction is approximately the same as the size of the objective lens 250 in the X direction. The size of the side surface 124 in the Z direction is larger than the size of the side surface 124 in the X direction. The size of the side surface 124 in the Z direction will be explained later.
側面126は、XZ平面に略平行且つ側面124に平行な面であり、上面122及び底面123の各々の-Z側の端同士を連結する。側面126は、導光部材121において側面124とは反対側にあり、側面126と同じ形状及び大きさを有する。側面124,126は、観察対象の物体から対物レンズ250までの間の軸AX1とX方向及びY方向で重なっている。すなわち、物体から対物レンズ250までの間の軸AX1は、導光部材121を通る。
The side surface 126 is a surface substantially parallel to the XZ plane and parallel to the side surface 124, and connects the −Z side ends of the top surface 122 and the bottom surface 123. The side surface 126 is located on the opposite side of the side surface 124 in the light guide member 121, and has the same shape and size as the side surface 126. The side surfaces 124 and 126 overlap the axis AX1 between the object to be observed and the objective lens 250 in the X direction and the Y direction. That is, the axis AX1 from the object to the objective lens 250 passes through the light guide member 121.
側面125は、YZ平面に略平行な面であり、上面122及び底面123の各々の+X側の端同士及び側面124,126の各々の+X側の端同士を連結する。側面127は、YZ平面に略平行且つ側面125に平行な面であり、上面122及び底面123の各々の-X側の端同士及び側面124,126の各々の-X側の端同士を連結する。
The side surface 125 is a surface substantially parallel to the YZ plane, and connects the +X side ends of the top surface 122 and the bottom surface 123 and the +X side ends of the side surfaces 124 and 126. The side surface 127 is a surface substantially parallel to the YZ plane and parallel to the side surface 125, and connects the −X side ends of the top surface 122 and the bottom surface 123, and the −X side ends of the side surfaces 124 and 126. .
導光部材121の材質は、映像光及び観察光を透過可能な材質であり、後述するように側面124~127で映像光を全反射可能な屈折率を有する。導光部材121の材質は、例えば樹脂材料、光学ガラスや石英等である。
The material of the light guide member 121 is a material that can transmit the image light and the observation light, and has a refractive index that allows the image light to be totally reflected on the side surfaces 124 to 127, as described later. The material of the light guide member 121 is, for example, a resin material, optical glass, quartz, or the like.
傾斜面128は、導光部材121においてX方向及びY方向で対物レンズ250の最大領域と略重なる領域内に設けられている。傾斜面128は、X方向に沿って見たときに軸AX1,AX2の各々と略45°をなし、XY平面及びXZ平面に対して傾斜している。
傾斜面128のX方向、Y方向及びZ方向の中央部は、軸AX1,AX2の交点上に配置されている。
The inclined surface 128 is provided in a region of the light guide member 121 that substantially overlaps the maximum region of the objective lens 250 in the X direction and the Y direction. The inclined surface 128 forms approximately 45 degrees with each of the axes AX1 and AX2 when viewed along the X direction, and is inclined with respect to the XY plane and the XZ plane.
The center portions of the inclined surface 128 in the X direction, Y direction, and Z direction are arranged on the intersection of the axes AX1 and AX2.
ハーフミラー161は、導光部材121の傾斜面128に設けられている。ハーフミラー161のX方向、Y方向及びZ方向の中央部は、軸AX1,AX2の交点上に配置される。ハーフミラー161の表面は、傾斜面128と同様に、X方向に沿って見たときに軸AX1,AX2の各々と略45°をなし、XY平面及びXZ平面に対して傾斜し、+Z方向に移動するに従って-Y方向に移動する。
The half mirror 161 is provided on the inclined surface 128 of the light guide member 121. The center portions of the half mirror 161 in the X direction, Y direction, and Z direction are arranged on the intersection of the axes AX1 and AX2. Similar to the inclined surface 128, the surface of the half mirror 161 forms approximately 45 degrees with each of the axes AX1 and AX2 when viewed along the X direction, is inclined with respect to the XY plane and the XZ plane, and is tilted in the +Z direction. As it moves, it moves in the -Y direction.
ハーフミラー161における観察光の透過率は50%以上であることが好ましい。このことによって、光学表示装置101における観察光の透過率の低下を極力抑えることができる。ハーフミラー161における映像光の透過率は、例えば30%以上である。ハーフミラー161は、例えば銀等の金属で形成されてもよいが、誘電体多層膜で構成されていることが好ましい。ハーフミラー161が誘電体多層膜で構成されることによって、ハーフミラー161に-Z側から入射する観察光の透過率を高めることができる。
The transmittance of the observation light in the half mirror 161 is preferably 50% or more. This makes it possible to suppress a decrease in the transmittance of observation light in the optical display device 101 as much as possible. The transmittance of the image light in the half mirror 161 is, for example, 30% or more. The half mirror 161 may be made of metal such as silver, but is preferably made of a dielectric multilayer film. By forming the half mirror 161 with a dielectric multilayer film, it is possible to increase the transmittance of observation light that enters the half mirror 161 from the −Z side.
映像光が単色でよい場合、表示素子50の表示面52から単色である所定の色に対応する波長を有する映像光が射出される。この場合、ハーフミラー161は、所定の色の波長を有する光のみに高い反射率を有し、所定の色以外の波長を有する光を透過するように形成されてもよい。所定の色は、例えば緑色や青色であるが、観察者が視認可能であれば特に限定されない。
When the image light may be monochromatic, the image light having a wavelength corresponding to a predetermined monochromatic color is emitted from the display surface 52 of the display element 50. In this case, the half mirror 161 may be formed to have a high reflectance only for light having a wavelength of a predetermined color and to transmit light having a wavelength other than the predetermined color. The predetermined color is, for example, green or blue, but is not particularly limited as long as it is visible to the observer.
信号処理装置70は、表示素子50と電気的に接続された任意の場所に配置され、例えば筐体31の内部空間40において映像光の光路と重ならない位置に配置されている。信号処理装置70は、少なくとも観察光に含まれる物体の情報に応じた文字情報や画像情報に基づいて映像光の電気信号を生成し、表示素子50に当該電気信号を送信し、表示素子50の表示面52から当該電気信号に応じた映像光を射出させる。信号処理装置70は、観察光に含まれる物体の情報を取得するために、例えばハーフミラー161を透過した観察光の一部を受光する、或いは観察者の動きを捉え、画像認識等によって物体の種類や状態に関する情報を取得する機能又は機構を備える。信号処理装置70は、例えば前述した信号処理装置70の動作及び処理を行うプログラムが内蔵されたマイクロコンピューターや集積回路で構成されている。
The signal processing device 70 is placed at an arbitrary location that is electrically connected to the display element 50, and is placed, for example, in the internal space 40 of the housing 31 at a position that does not overlap with the optical path of the image light. The signal processing device 70 generates an electrical signal of the video light based on at least character information and image information corresponding to object information included in the observation light, transmits the electrical signal to the display element 50, and displays the display element 50. Image light corresponding to the electric signal is emitted from the display surface 52. In order to obtain information about the object contained in the observation light, the signal processing device 70 receives, for example, a part of the observation light that has passed through the half mirror 161, or captures the movement of the observer and identifies the object by image recognition or the like. Equipped with a function or mechanism to obtain information regarding type and status. The signal processing device 70 is composed of, for example, a microcomputer or an integrated circuit that includes a built-in program for operating and processing the signal processing device 70 described above.
表示ユニット11の軽量化の点から、信号処理装置70は、観察者が所有する表示ユニット11と通信可能なスマートフォン、タブレット端末機器に配置されていてもよい。表示ユニット11は、信号処理装置70が筐体31に配置されることによってスタンドアロンで動作してもよく、前述のように外部端末装置やコンピューターと有線又は無線によって接続された状態で動作してもよい。
In order to reduce the weight of the display unit 11, the signal processing device 70 may be placed in a smartphone or tablet terminal device that can communicate with the display unit 11 owned by the viewer. The display unit 11 may operate standalone by disposing the signal processing device 70 in the housing 31, or may operate while connected to an external terminal device or computer by wire or wirelessly as described above. good.
上述の構成を備える光学表示装置101では、観察対象の物体からの観察光は、遠方から略平行光の状態で軸AX1に沿って表示ユニット11の筐体31の側壁部36の透過領域、導光部材121、ハーフミラー161、筐体31の側壁部34の透過領域を透過し、対物レンズ250に入射する。対物レンズ250に入射した観察光は、プリズム262の反射面262b、透過面262a、プリズム261の透過面261aを透過し、反射面261bによって-X方向に全反射される。-X方向に全反射された観察光は、反射面261cによって-Z方向に全反射され、透過面261a及びプリズム262の透過面262aを透過し、反射面262bによって-Y方向に全反射され、反射面262cによって+Z方向に全反射され、透過面262aを透過する。前述のようにプリズム261,262を通ることによって、観察光の像が正立する。プリズム262から射出された観察光は、接眼レンズ270によって左眼ELの網膜上に結像し、観察者に視認される。
In the optical display device 101 having the above-described configuration, observation light from an object to be observed is transmitted from a distance in a substantially parallel state along the axis AX1 through the transmission area of the side wall portion 36 of the casing 31 of the display unit 11 and the light guide. The light passes through the light member 121 , the half mirror 161 , and the transmission area of the side wall portion 34 of the housing 31 and enters the objective lens 250 . The observation light incident on the objective lens 250 passes through the reflective surface 262b of the prism 262, the transmitting surface 262a, and the transmitting surface 261a of the prism 261, and is totally reflected in the -X direction by the reflective surface 261b. The observation light totally reflected in the -X direction is totally reflected in the -Z direction by the reflective surface 261c, transmitted through the transmitting surface 261a and the transmitting surface 262a of the prism 262, and totally reflected in the -Y direction by the reflective surface 262b. The light is totally reflected in the +Z direction by the reflective surface 262c and transmitted through the transmitting surface 262a. As described above, the image of the observation light is erected by passing through the prisms 261 and 262. The observation light emitted from the prism 262 forms an image on the retina of the left eye EL by the eyepiece 270, and is visually recognized by the observer.
光学表示装置101において、表示ユニット11が取付部材21によって双眼鏡201の鏡筒212の像側の端部に取り付けられた装着状態では、表示ユニット11の表示素子50の表示面52から、信号処理装置70からの電気信号に応じた映像光が表示されると、映像光はレンズ55によって略平行光になり、平行光になった映像光が上面122から導光部材121に入射する。導光部材121の上面122を含む上端部は、表示素子50の表示面52から射出されてレンズ55を通った映像光が入射する部分であり、光学部材111における入射部131を構成する。
In the optical display device 101, when the display unit 11 is attached to the image side end of the lens barrel 212 of the binoculars 201 by the mounting member 21, the signal processing device When the image light corresponding to the electric signal from 70 is displayed, the image light is turned into substantially parallel light by the lens 55, and the parallel image light enters the light guide member 121 from the upper surface 122. The upper end portion including the upper surface 122 of the light guide member 121 is a portion into which the image light emitted from the display surface 52 of the display element 50 and passed through the lens 55 is incident, and constitutes an incident portion 131 in the optical member 111 .
導光部材121に入射した映像光のうち、側面124~127に対して臨界角を超える入射角で入射した映像光は、側面124~127によって全反射され、ハーフミラー161に+Y側から入射する。ハーフミラー161に入射した映像光の一部は、ハーフミラー161によって反射され、導光部材121の側面124を通り、物体から対物レンズ250に入射する観察光に重畳される。すなわち、対物レンズ250には、観察光と映像光が軸AX1に沿って互いに揃えられた光路から入射する。導光部材121の傾斜面128は、面上にハーフミラー161が設けられることによって映像光を射出し、レンズ群222の軸AX1上に配置されている面である。導光部材121において少なくともハーフミラー161で反射された映像光が-Z側から照射される側面124は、映像光を射出し、レンズ群222の軸AX1上に配置されている面である。導光部材121において傾斜面128及び側面124の一部を含み、不図示の物体と対物レンズ250との間の軸AX1に沿って見たときに対物レンズ250の最大領域と重なる導光部材121の部分は、光学部材111における射出部141を構成する。
Of the image light incident on the light guide member 121, the image light incident on the side surfaces 124 to 127 at an incident angle exceeding the critical angle is totally reflected by the side surfaces 124 to 127, and enters the half mirror 161 from the +Y side. . A part of the image light incident on the half mirror 161 is reflected by the half mirror 161, passes through the side surface 124 of the light guide member 121, and is superimposed on the observation light incident on the objective lens 250 from the object. That is, the observation light and the image light enter the objective lens 250 from optical paths that are aligned with each other along the axis AX1. The inclined surface 128 of the light guide member 121 is a surface that emits image light by providing a half mirror 161 on the surface and is arranged on the axis AX1 of the lens group 222. A side surface 124 of the light guide member 121 to which the image light reflected by at least the half mirror 161 is irradiated from the -Z side is a surface that emits the image light and is arranged on the axis AX1 of the lens group 222. The light guide member 121 includes a part of the inclined surface 128 and the side surface 124, and overlaps with the maximum area of the objective lens 250 when viewed along the axis AX1 between an object (not shown) and the objective lens 250. The portion constitutes the emission part 141 in the optical member 111.
導光部材121におけるハーフミラー161よりも+Y側の側面124~127は、入射部131から入射した映像光を全反射させ、射出部141に向けて導光部材121の内部で導光する。Y方向で導光部材121の入射部131と射出部141との間の部分は、光学部材111における導光部151を構成する。
Side surfaces 124 to 127 of the light guide member 121 on the +Y side with respect to the half mirror 161 totally reflect the image light incident from the incident section 131 and guide it inside the light guide member 121 toward the exit section 141. A portion of the light guide member 121 between the entrance section 131 and the exit section 141 in the Y direction constitutes a light guide section 151 in the optical member 111 .
対物レンズ250に入射した映像光は、観察光と同様の光路を進み、プリズム261,262によって像を正立され、接眼レンズ270によって左眼ELの網膜上に結像し、観察者に視認される。
The image light incident on the objective lens 250 follows the same optical path as the observation light, is erected into an image by the prisms 261 and 262, and is focused on the retina of the left eye EL by the eyepiece 270, where it is visually recognized by the observer. Ru.
なお、導光部材121に入射した映像光のうち、側面124~127に対して臨界角を超える入射角で入射する映像光の割合を高めるために、表示素子50の表示面52とハーフミラー161との間の軸AX2がハーフミラー161の表面上の軸AX1,AX2の交点を通るXY平面に対して当該交点を中心として微小な角度をなしていてもよい。或いは、導光部材121の上面122がXZ平面に対して略平行ではなく、XZ平面に対して微小な角度をなしてもいてもよい。微小な角度は、例えば5°~10°程度である。
Note that, in order to increase the proportion of the image light incident on the side surfaces 124 to 127 at an incident angle exceeding the critical angle, of the image light incident on the light guide member 121, the display surface 52 of the display element 50 and the half mirror 161 The axis AX2 between the half mirror 161 and the XY plane passing through the intersection of the axes AX1 and AX2 on the surface of the half mirror 161 may form a small angle with the intersection as the center. Alternatively, the upper surface 122 of the light guide member 121 may not be substantially parallel to the XZ plane, but may be at a small angle to the XZ plane. The small angle is, for example, about 5° to 10°.
導光部材121のX方向及びY方向の大きさは、上述のようにレンズ55によって平行光とされた映像光が導光部材121の上面122から入射して、側面124~127で全反射を繰り返し、ハーフミラー161に照射されるように、レンズ55及び対物レンズ250の各々の大きさ及びNAを考慮して適宜設計されている。前述のように導光部材121の大きさが設計されていることによって、光学表示装置101において映像光を観察光へ良好に重畳することができる。導光部材121のX方向及びY方向の大きさは、例えば、対物レンズ250のX方向及びY方向の大きさの50%~80%に設定されている。
The size of the light guide member 121 in the X direction and the Y direction is such that the image light, which has been made into parallel light by the lens 55, enters from the upper surface 122 of the light guide member 121 and is totally reflected on the side surfaces 124 to 127 as described above. The size and NA of each of the lens 55 and the objective lens 250 are appropriately designed so that the half mirror 161 is repeatedly irradiated with the light. By designing the size of the light guide member 121 as described above, the image light can be favorably superimposed on the observation light in the optical display device 101. The size of the light guide member 121 in the X direction and the Y direction is set to, for example, 50% to 80% of the size of the objective lens 250 in the X direction and the Y direction.
導光部材121のZ方向の大きさは、導光部材121及びハーフミラー161のX方向及びY方向の大きさを考慮に入れたうえで、上述のように導光部材121の上面122から入射した映像光が側面124~127で全反射を繰り返し、ハーフミラー161に照射されるように、適宜設計されている。
The size of the light guide member 121 in the Z direction is determined by taking into account the size of the light guide member 121 and the half mirror 161 in the X direction and the Y direction. The image light is appropriately designed so that it is repeatedly totally reflected on the side surfaces 124 to 127 and is irradiated onto the half mirror 161.
表示ユニット11が取付部材21によって双眼鏡201の鏡筒212の像側の端部に取り付けられた装着状態では、対物レンズ250は、レンズ群222の軸AX1上で光学部材111の導光部材121の側面124~127(導光部151)と接眼レンズ270との間に配置されている。また、軸AX1上における導光部材121の傾斜面128及び側面124(射出部141)から接眼レンズ270までの距離は、軸AX2上における導光部材121の上面122(入射部131)から表示素子50の表示面52までの距離よりも長い。このような相対配置によって、観察者は、表示ユニット11に対してZ方向で左眼ELからある程度の距離をあけてアプローチすることができるので、観察をしている際にも表示ユニット11を快適に取り扱うことができる。
When the display unit 11 is attached to the image-side end of the lens barrel 212 of the binoculars 201 by the attachment member 21, the objective lens 250 is attached to the light guide member 121 of the optical member 111 on the axis AX1 of the lens group 222. It is arranged between the side surfaces 124 to 127 (light guide section 151) and the eyepiece lens 270. Further, the distance from the inclined surface 128 and side surface 124 (output section 141) of the light guide member 121 on the axis AX1 to the eyepiece 270 is the distance from the upper surface 122 (incident section 131) of the light guide member 121 on the axis AX2 to the display element. 50 to the display surface 52. This relative arrangement allows the viewer to approach the display unit 11 in the Z direction with a certain distance from the left eye EL, so that the viewer can comfortably view the display unit 11 while observing. can be handled.
以上説明した第1実施形態の表示ユニット11は、取付部材21と、光学部材111と、筐体(第2収容部材)31と、を備える。取付部材21は、対物レンズ250及び接眼レンズ270を含むレンズ群222を収容する鏡筒(第1収容部材)212に着脱可能に取り付けられる。光学部材111は、入射部131と、射出部141と、導光部151と、を有し、具体的には入射部131、射出部141及び導光部151を有する導光部材121で構成されている。入射部131には、表示素子50の表示面52から射出された映像光が入射する。射出部141は、映像光を射出し、レンズ群222の軸AX1上に配置されている。導光部151は、入射部131から入射した映像光を射出部141に向けて導光する。第1実施形態の表示ユニット11によれば、表示素子50の表示面52から発せられた映像光がレンズ55を通って導光部材121に入射し、導光部151である導光部材121の側面124~127によってハーフミラー161に向けて1回以上全反射され、ハーフミラー161に当たる。ハーフミラー161で反射された映像光は、対物レンズ250に入射する前の観察光の光路上に反射され、観察光に重ねられる。第1実施形態の表示ユニット11によれば、双眼鏡201によって視認される観察像と表示素子50からの映像とを重畳させ、観察者が観察像及び映像の両方を視認することができる。また、第1実施形態の表示ユニット11によれば、表示素子50の表示面52から発せられた映像光の少なくとも一部を導光部151によって導光部材121の内部に閉じ込め、射出部141に向けて伝搬させることができる。このことから、導光部材121のX方向、Y方向及びZ方向の各々の大きさの自由度が高まり、例えば導光部材121のY方向及びZ方向の少なくとも一方向の大きさを対物レンズ250のX方向及びY方向の大きさよりも小さく設計することもできる。したがって、第1実施形態の表示ユニット11によれば、光学部材111が導光部151を備えることによって、表示素子50の表示面52のX方向及びZ方向の大きさ、レンズ55のX方向及びZ方向の大きさ及びNA、ハーフミラー161のX方向及びZ方向の大きさ等の設計上の制約を緩和し、全体の小型化を図ることができる。
The display unit 11 of the first embodiment described above includes the mounting member 21, the optical member 111, and the casing (second housing member) 31. The attachment member 21 is removably attached to a lens barrel (first housing member) 212 that houses a lens group 222 that includes an objective lens 250 and an eyepiece lens 270. The optical member 111 has an entrance section 131, an exit section 141, and a light guide section 151. Specifically, the optical member 111 includes a light guide member 121 that has an entrance section 131, an exit section 141, and a light guide section 151. ing. Image light emitted from the display surface 52 of the display element 50 is incident on the incident section 131 . The emitting section 141 emits image light and is arranged on the axis AX1 of the lens group 222. The light guide section 151 guides the image light incident from the entrance section 131 toward the exit section 141 . According to the display unit 11 of the first embodiment, the image light emitted from the display surface 52 of the display element 50 passes through the lens 55 and enters the light guide member 121 , which is the light guide section 151 . The light is totally reflected one or more times toward the half mirror 161 by the side surfaces 124 to 127, and hits the half mirror 161. The image light reflected by the half mirror 161 is reflected onto the optical path of the observation light before entering the objective lens 250, and is superimposed on the observation light. According to the display unit 11 of the first embodiment, the observed image visually recognized through the binoculars 201 and the image from the display element 50 are superimposed, so that the observer can visually recognize both the observed image and the image. Further, according to the display unit 11 of the first embodiment, at least a part of the image light emitted from the display surface 52 of the display element 50 is confined inside the light guide member 121 by the light guide section 151, and is transmitted to the emission section 141. It can be propagated towards. This increases the degree of freedom in the size of the light guide member 121 in each of the X direction, Y direction, and Z direction. It can also be designed to be smaller than the size in the X and Y directions. Therefore, according to the display unit 11 of the first embodiment, since the optical member 111 includes the light guide section 151, the size of the display surface 52 of the display element 50 in the X direction and the Z direction, and the size of the lens 55 in the X direction and Design constraints such as the size and NA in the Z direction and the size of the half mirror 161 in the X and Z directions can be relaxed, and the overall size can be reduced.
第1実施形態の光学表示装置101は、第1実施形態の表示ユニット11と、対物レンズ250及び接眼レンズ270を含むレンズ群222を有する双眼鏡201と、を備える。第1実施形態の光学表示装置101によって、鏡筒212における対物レンズ250側の端部に表示ユニット11を着脱可能な双眼鏡201を実現することができる。また、第1実施形態の光学表示装置101では、従来よりも小型な表示ユニット11が双眼鏡201に取り付けられるため、表示ユニット11の鏡筒212への装着状態における小型化を図ることができる。
The optical display device 101 of the first embodiment includes the display unit 11 of the first embodiment and binoculars 201 having a lens group 222 including an objective lens 250 and an eyepiece 270. By using the optical display device 101 of the first embodiment, it is possible to realize binoculars 201 in which the display unit 11 can be detachably attached to the end of the lens barrel 212 on the objective lens 250 side. Furthermore, in the optical display device 101 of the first embodiment, since the display unit 11 smaller than the conventional one is attached to the binoculars 201, it is possible to reduce the size of the display unit 11 when attached to the lens barrel 212.
なお、第1実施形態では、双眼鏡201としてポロプリズム方式の双眼鏡を例示したが、表示ユニット11を取り付け可能な双眼鏡としては、対物レンズと接眼レンズとを含むレンズ群の軸が略一直線状であるダハプリズム方式の双眼鏡、或いはガリレオ方式の双眼鏡であってもよく、これら以外の方式の双眼鏡であってもよい。また、対物レンズと接眼レンズとの間の軸は、X方向、Y方向及びZ方向の何れにおいても任意に移動してもよく、双眼鏡における対物レンズ及び接眼レンズを含むレンズ群の軸の形状は特に限定されない。さらに、レンズ群は、対物レンズ及び接眼レンズ、プリズムの他に、観察光を観察者の眼の網膜に結像させ且つ観察像を正立させるための任意の光学素子を備えてもよい。言い換えれば、レンズ群における対物レンズ及び接眼レンズ以外の構成の有無は、特に限定されない。
In the first embodiment, Porro prism binoculars are illustrated as the binoculars 201, but in binoculars to which the display unit 11 can be attached, the axes of the lens group including the objective lens and the eyepiece are substantially in a straight line. The binoculars may be roof prism type binoculars, Galileo type binoculars, or other types of binoculars. Furthermore, the axis between the objective lens and the eyepiece may be moved arbitrarily in any of the X, Y, and Z directions, and the shape of the axis of the lens group including the objective and eyepiece in binoculars is Not particularly limited. Further, the lens group may include, in addition to the objective lens, the eyepiece lens, and the prism, any optical element for focusing the observation light on the retina of the observer's eye and for erecting the observation image. In other words, the presence or absence of components other than the objective lens and the eyepiece in the lens group is not particularly limited.
また、第1実施形態では、表示ユニット11及び取付部材21が左眼用の鏡筒212のみに着脱可能であったが、表示ユニット11及び取付部材21は、右眼用の鏡筒211のみに着脱可能であってもよく、鏡筒211,212の両方に着脱可能であってもよい。
Furthermore, in the first embodiment, the display unit 11 and the mounting member 21 can be attached and detached only to the lens barrel 212 for the left eye, but the display unit 11 and the mounting member 21 can only be attached to the lens barrel 211 for the right eye. It may be removable, or it may be removable from both lens barrels 211 and 212.
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について、図3及び図4を用いて説明する。なお、第2実施形態以降の各実施形態では、上位の実施形態と共通する内容の説明を省略し、上位の実施形態とは異なる各実施形態の構成について説明する。各実施形態では、第1実施形態の表示ユニット11及び光学表示装置101の各構成と共通する構成には、各構成と同一の符号を付し、その説明を省略する。また、各実施形態では、特筆しない限り、上位の実施形態と同様の変形例を適用することができる。
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described using FIGS. 3 and 4. Note that in each embodiment after the second embodiment, descriptions of contents common to the higher-level embodiment will be omitted, and the configuration of each embodiment that is different from the higher-level embodiment will be described. In each embodiment, the same components as those of the display unit 11 and the optical display device 101 of the first embodiment are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Further, in each embodiment, unless otherwise specified, modifications similar to those of the upper embodiment can be applied.
図3は、第2実施形態の光学表示装置102を図1に示すD方向に対応する方向から見たときの構成を示す概略図である。図3に示すように、第2実施形態の光学表示装置102は、双眼鏡201と、第2実施形態の表示ユニット12と、を備える。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the optical display device 102 of the second embodiment when viewed from a direction corresponding to the direction D shown in FIG. As shown in FIG. 3, the optical display device 102 of the second embodiment includes binoculars 201 and the display unit 12 of the second embodiment.
なお、図3以降の各図では、観察光及び映像光がプリズム261の反射面261cによって折り返される位置をR1として表し、観察光及び映像光がプリズム262の反射面262cによって折り返される位置をR2として示し、位置R1から位置R2までの軸AX1の図示は省略されている。すなわち、図3以降の各図では位置R1,R2がY方向で互いに同じ位置で示されているが、実際には図1及び図2を参照して説明したように、位置R2は位置R1よりも下方にあり、位置R1,R2間の軸AX1は反射面261c,262cによってX方向又はY方向においても移動する。また、図3以降の各図では、プリズム261,262の形状が簡略化されている。
In each figure after FIG. 3, the position where the observation light and image light are reflected by the reflective surface 261c of the prism 261 is expressed as R1, and the position where the observation light and image light is reflected by the reflective surface 262c of the prism 262 is expressed as R2. The illustration of the axis AX1 from position R1 to position R2 is omitted. That is, in each figure after FIG. 3, positions R1 and R2 are shown at the same position in the Y direction, but in reality, as explained with reference to FIGS. 1 and 2, position R2 is smaller than position R1. The axis AX1 between the positions R1 and R2 also moves in the X direction or the Y direction by the reflecting surfaces 261c and 262c. Moreover, in each figure after FIG. 3, the shapes of the prisms 261 and 262 are simplified.
表示ユニット12は、取付部材21と、筐体31と、表示素子50と、レンズ55と、光学部材112と、を備える。図4は、光学部材112を+Z側から見たとき、すなわち-Z方向に沿って見たときの概略図である。図3及び図4に示すように、光学部材112は、導光部材121と、ハーフミラー(第1ハーフミラー)161と、ハーフミラー(第2ハーフミラー)162と、ハーフミラー163によって構成されている。導光部材121は、直方体状に形成された部材であり、上面122と、底面123と、側面124,125,126,127と、傾斜面128,171,172と、を備える。導光部材121のX方向の大きさは、Z方向よりも大きく、対物レンズ250のX方向の大きさよりも適度に大きい。
The display unit 12 includes a mounting member 21, a housing 31, a display element 50, a lens 55, and an optical member 112. FIG. 4 is a schematic diagram of the optical member 112 when viewed from the +Z side, that is, when viewed along the −Z direction. As shown in FIGS. 3 and 4, the optical member 112 includes a light guide member 121, a half mirror (first half mirror) 161, a half mirror (second half mirror) 162, and a half mirror 163. There is. The light guide member 121 is a member formed in the shape of a rectangular parallelepiped, and includes a top surface 122, a bottom surface 123, side surfaces 124, 125, 126, and 127, and inclined surfaces 128, 171, and 172. The size of the light guide member 121 in the X direction is larger than that in the Z direction, and is suitably larger than the size of the objective lens 250 in the X direction.
傾斜面(射出部)171は、導光部材121において傾斜面128よりも+Y側の位置に配置されている。傾斜面(射出部)172は、導光部材121において傾斜面128よりも-Y側の位置に配置されている。傾斜面171,172の大部分は、X方向及びY方向で対物レンズ250の最大領域と略重なる領域内に設けられている。傾斜面171,172は、傾斜面128と平行であり、傾斜面128が延在する方向に沿って延在している。
The inclined surface (emission part) 171 is arranged at a position on the +Y side of the inclined surface 128 in the light guide member 121. The inclined surface (emission part) 172 is arranged at a position on the -Y side of the inclined surface 128 in the light guide member 121. Most of the inclined surfaces 171 and 172 are provided within a region that substantially overlaps the maximum region of the objective lens 250 in the X direction and the Y direction. The inclined surfaces 171 and 172 are parallel to the inclined surface 128 and extend along the direction in which the inclined surface 128 extends.
ハーフミラー161のX方向の大きさは、対物レンズ250のX方向の大きさと同程度である。ハーフミラー161のY方向の大きさは、対物レンズ250のY方向の大きさの半分以下であり、例えば対物レンズ250のY方向の大きさの1/3程度である。
The size of the half mirror 161 in the X direction is approximately the same as the size of the objective lens 250 in the X direction. The size of the half mirror 161 in the Y direction is less than half the size of the objective lens 250 in the Y direction, for example, about ⅓ of the size of the objective lens 250 in the Y direction.
ハーフミラー162は、傾斜面171に設けられている。ハーフミラー163は、傾斜面172に設けられている。ハーフミラー162,163の各々の表面は、X方向に沿って見たときに軸AX1,AX2の各々と略45°をなし、XY平面及びXZ平面に対して傾斜し、+Z方向に移動するに従って-Y方向に移動する。図4に示すように、ハーフミラー162の-Y側の端は、ハーフミラー161の+Y側の端とY方向で略同じ位置にあり、詳しくはハーフミラー161の+Y側の端よりも僅かに-Y側の位置に配置されている。ハーフミラー163の+Y側の端は、ハーフミラー161の-Y側の端とY方向で略同じ位置にあり、詳しくはハーフミラー161の-Y側の端よりも僅かに+Y側の位置に配置されている。ハーフミラー162,163の形状及び大きさは、ハーフミラー161と同様である。Z方向に沿って見たときに、ハーフミラー162,163はY方向でハーフミラー161と連なり、重なり合ったハーフミラー161~163の大きさは対物レンズ250と同等であるか、対物レンズ250よりも適度に小さい。
The half mirror 162 is provided on the inclined surface 171. The half mirror 163 is provided on the inclined surface 172. The surfaces of each of the half mirrors 162 and 163 form approximately 45 degrees with each of the axes AX1 and AX2 when viewed along the X direction, are inclined with respect to the XY plane and the XZ plane, and as they move in the +Z direction, -Move in the Y direction. As shown in FIG. 4, the -Y side end of the half mirror 162 is at approximately the same position in the Y direction as the +Y side end of the half mirror 161. - It is placed on the Y side. The +Y side end of the half mirror 163 is located at approximately the same position in the Y direction as the -Y side end of the half mirror 161, and more specifically, it is located at a position slightly on the +Y side from the -Y side end of the half mirror 161. has been done. The shape and size of half mirrors 162 and 163 are similar to half mirror 161. When viewed along the Z direction, the half mirrors 162 and 163 are connected to the half mirror 161 in the Y direction, and the size of the overlapping half mirrors 161 to 163 is equal to or larger than the objective lens 250. reasonably small.
ハーフミラー162,163は、ハーフミラー161と同様に、例えば銀等の金属で形成されてもよいが、誘電体多層膜で構成されていることが好ましい。但し、ハーフミラー162の映像光の反射率は、ハーフミラー161よりも低い。ハーフミラー163の映像光の反射率は、ハーフミラー161よりも高い。すなわち、ハーフミラー162,161,163の映像光に対する反射率は、順次高い。例えば、ハーフミラー161の映像光に対する反射率が例えば30%である場合、ハーフミラー162の映像光に対する反射率は20%程度であり、ハーフミラー162の映像光に対する反射率は40%程度である。
Although the half mirrors 162 and 163 may be made of metal such as silver, like the half mirror 161, they are preferably made of a dielectric multilayer film. However, the reflectance of the image light of the half mirror 162 is lower than that of the half mirror 161. The reflectance of the image light of the half mirror 163 is higher than that of the half mirror 161. That is, the reflectance of the half mirrors 162, 161, and 163 to the image light is sequentially higher. For example, if the reflectance of the half mirror 161 to the image light is 30%, the reflectance of the half mirror 162 to the image light is about 20%, and the reflectance of the half mirror 162 to the image light is about 40%. .
光学表示装置102において、表示ユニット11が双眼鏡201の鏡筒212の像側の端部に取り付けられた装着状態では、表示ユニット11の表示素子50の表示面52から射出された映像光は、レンズ55によって略平行光になり、上面122から導光部材121に入射する。導光部材121に入射した映像光のうち、側面124~127に対して臨界角を超える入射角で入射した映像光は、側面124~127によって全反射され、ハーフミラー(第2ハーフミラー)162に+Y側から入射する。ハーフミラー162に入射した映像光のうち、反射率に応じた映像光の一部は、ハーフミラー162によって反射され、導光部材121の側面124を通り、物体から対物レンズ250に入射する観察光に重畳される。ハーフミラー162に入射した映像光の残りの少なくとも一部は、ハーフミラー162を透過し、ハーフミラー161に+Y側から入射する。
In the optical display device 102, when the display unit 11 is attached to the image side end of the lens barrel 212 of the binoculars 201, the image light emitted from the display surface 52 of the display element 50 of the display unit 11 is transmitted through the lens. 55, the light becomes substantially parallel light and enters the light guide member 121 from the upper surface 122. Of the image light incident on the light guide member 121, the image light incident on the side surfaces 124 to 127 at an incident angle exceeding the critical angle is totally reflected by the side surfaces 124 to 127, and is reflected by the half mirror (second half mirror) 162. is incident from the +Y side. Of the image light incident on the half mirror 162, a portion of the image light according to the reflectance is reflected by the half mirror 162, passes through the side surface 124 of the light guide member 121, and becomes observation light that enters the objective lens 250 from the object. superimposed on At least a portion of the remaining image light that has entered the half mirror 162 passes through the half mirror 162 and enters the half mirror 161 from the +Y side.
ハーフミラー161に入射した映像光のうち、反射率に応じた映像光の一部は、ハーフミラー161によって反射され、導光部材121の側面124を通り、物体から対物レンズ250に入射する観察光に重畳される。ハーフミラー161に入射した映像光の残りの少なくとも一部は、ハーフミラー161を透過し、ハーフミラー163に+Y側から入射する。ハーフミラー163に入射した映像光のうち、反射率に応じた映像光の一部は、ハーフミラー163によって反射され、導光部材121の側面124を通り、物体から対物レンズ250に入射する観察光に重畳される。ハーフミラー163に入射した映像光の残りの少なくとも一部は、ハーフミラー163を透過する。
Of the image light incident on the half mirror 161, a portion of the image light according to the reflectance is reflected by the half mirror 161, passes through the side surface 124 of the light guide member 121, and becomes observation light that enters the objective lens 250 from the object. superimposed on At least a portion of the remaining image light that has entered the half mirror 161 passes through the half mirror 161 and enters the half mirror 163 from the +Y side. Of the image light incident on the half mirror 163, a portion of the image light according to the reflectance is reflected by the half mirror 163, passes through the side surface 124 of the light guide member 121, and becomes observation light that enters the objective lens 250 from the object. superimposed on At least a portion of the remaining image light incident on the half mirror 163 is transmitted through the half mirror 163.
導光部材121の傾斜面171,172は、面上にハーフミラー162,163が設けられることによって映像光を射出し、レンズ群222の軸AX1上に配置されている面である。ここで、軸AX1上に配置されているということは、傾斜面128及びハーフミラー161を通る軸AX1に平行であって対物レンズ250を通る軸上に配置されている状態を含む。傾斜面171,172は、傾斜面128及び側面124の一部とともに、光学部材111における射出部141に形成されている。
The inclined surfaces 171 and 172 of the light guide member 121 are surfaces that emit image light by providing half mirrors 162 and 163 on the surfaces, and are arranged on the axis AX1 of the lens group 222. Here, being placed on the axis AX1 includes being placed on an axis that is parallel to the axis AX1 passing through the inclined surface 128 and the half mirror 161 and passing through the objective lens 250. The inclined surfaces 171 and 172 are formed on the emitting portion 141 of the optical member 111 along with the inclined surface 128 and a part of the side surface 124.
ハーフミラー161~163から対物レンズ250に入射した3つの映像光は、観察光と平行な光路を進み、プリズム261,262によって像を正立され、接眼レンズ270によって左眼ELの網膜上に結像し、観察者に視認される。
The three image lights that entered the objective lens 250 from the half mirrors 161 to 163 travel along optical paths parallel to the observation light, are erected into images by prisms 261 and 262, and focused on the retina of the left eye EL by the eyepiece 270. image and is visible to the observer.
光学表示装置102において、射出部141をなす導光部材121の傾斜面128には、ハーフミラー(第1ハーフミラー)161が設けられている。ハーフミラー161は、導光部151をなす導光部材121の側面124~127が導光した映像光を反射及び射出し、軸AX1上に配置されている。射出部141には、傾斜面171に配置され且つハーフミラー161とは異なるハーフミラー(第2ハーフミラー)162が設けられている。ハーフミラー162は、ハーフミラー161が延在する方向に沿って延在している。光学表示装置102によれば、複数のハーフミラー161,162を用いて各ハーフミラーによって反射する映像光のエリアをXY平面内で互いにずらすことができ、視域、所謂アイボックスを拡げることができる。このことによって、レンズ55のNAを高くせずに済み、視域全体で高い映像品質を実現することができる。
In the optical display device 102, a half mirror (first half mirror) 161 is provided on the inclined surface 128 of the light guide member 121 forming the emission section 141. The half mirror 161 reflects and emits the image light guided by the side surfaces 124 to 127 of the light guide member 121 forming the light guide section 151, and is arranged on the axis AX1. The emission section 141 is provided with a half mirror (second half mirror) 162 that is disposed on the inclined surface 171 and is different from the half mirror 161. Half mirror 162 extends along the direction in which half mirror 161 extends. According to the optical display device 102, by using a plurality of half mirrors 161 and 162, the areas of image light reflected by each half mirror can be shifted from each other within the XY plane, and the viewing range, the so-called eye box, can be expanded. . As a result, it is not necessary to increase the NA of the lens 55, and high image quality can be achieved over the entire viewing range.
また、光学表示装置102では、射出部141には、傾斜面172に配置され且つハーフミラー161,162とは異なるハーフミラー163が設けられている。射出部141に設けられるハーフミラーの数は、特に限定されない。光学表示装置102において、上述のようにX方向に沿って見たときに複数のハーフミラーが互いに平行であり、Z方向に沿って見たときに複数のハーフミラーがY方向で連なっていれば、ハーフミラーの枚数と大きさに応じて視域を拡げることができる。
Furthermore, in the optical display device 102, the emission section 141 is provided with a half mirror 163 that is disposed on the inclined surface 172 and is different from the half mirrors 161 and 162. The number of half mirrors provided in the emission section 141 is not particularly limited. In the optical display device 102, as described above, if the plurality of half mirrors are parallel to each other when viewed along the X direction, and when viewed along the Z direction, the plurality of half mirrors are connected in the Y direction. , the viewing area can be expanded depending on the number and size of half mirrors.
光学表示装置102では、軸AX2上におけるハーフミラー161から導光部材121の上面122までの距離は、同軸上のハーフミラー162から上面122までの距離よりも長い。つまり、ハーフミラー162は、ハーフミラー161よりも+Y側すなわち上側に配置されている。光学表示装置102では、ハーフミラー161の映像光に対する反射率は、ハーフミラー162の映像光に対する反射率よりも高い。このことによって、映像の輝度ムラを抑えることができる。なお、複数のハーフミラーの映像光に対する反射率が互いに略同等であると、軸AX2上でレンズ55に近い側に配置されているハーフミラーからの反射光がレンズ55から遠い側に配置されているハーフミラーからの反射光よりも明るいため、映像の輝度ムラが生じる。したがって、複数のハーフミラーの映像光に対する反射率は、複数のハーフミラーによって反射される映像光の光量が互いに略同等になるように、各々のハーフミラーに入射する映像光の相対的な光量比に応じて調節され、適宜設計されていることが好ましい。
In the optical display device 102, the distance from the half mirror 161 to the top surface 122 of the light guide member 121 on the axis AX2 is longer than the distance from the coaxial half mirror 162 to the top surface 122. In other words, the half mirror 162 is arranged on the +Y side, that is, above the half mirror 161. In the optical display device 102, the reflectance of the half mirror 161 to image light is higher than the reflectance of the half mirror 162 to image light. This makes it possible to suppress unevenness in image brightness. Note that if the reflectances of the plurality of half mirrors for the image light are approximately equal to each other, the reflected light from the half mirror disposed on the side closer to the lens 55 on the axis AX2 will be disposed on the side farther from the lens 55. Since the light is brighter than the reflected light from the half mirror, uneven brightness occurs in the image. Therefore, the reflectance of the plurality of half mirrors for the image light is determined by the relative light amount ratio of the image light incident on each half mirror so that the amounts of the image light reflected by the plurality of half mirrors are approximately equal to each other. It is preferable that it is adjusted and designed accordingly.
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態について、図5を用いて説明する。図5は、第3実施形態の光学表示装置103を図1に示すD方向に対応する方向から見たときの構成を示す概略図である。図5に示すように、第3実施形態の光学表示装置104は、双眼鏡201と、第3実施形態の表示ユニット13と、を備える。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described using FIG. 5. FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the optical display device 103 of the third embodiment when viewed from a direction corresponding to direction D shown in FIG. As shown in FIG. 5, the optical display device 104 of the third embodiment includes binoculars 201 and the display unit 13 of the third embodiment.
表示ユニット13は、取付部材22と、筐体31と、表示素子50と、レンズ55と、光学部材113と、を備える。
The display unit 13 includes a mounting member 22, a housing 31, a display element 50, a lens 55, and an optical member 113.
取付部材22は、双眼鏡201の鏡筒212の像側の端部にさらに像側すなわち+Z側から取り付けられ、鏡筒212に対して着脱可能な部材である。取付部材22の構成及び形状は、鏡筒212の像側の端部に着脱可能であれば特に限定されない。取付部材22は、例えば鏡筒212の像側の端部を径方向の外側から係止可能な部材である。Z方向に沿って見たときに、取付部材22は、少なくとも接眼レンズ270を通った後の観察光の光路とは重なっていない。
The attachment member 22 is a member that is attached to the image side end of the lens barrel 212 of the binoculars 201 from the image side, that is, from the +Z side, and is detachable from the lens barrel 212. The configuration and shape of the attachment member 22 are not particularly limited as long as it can be attached to and detached from the image-side end of the lens barrel 212. The attachment member 22 is, for example, a member that can lock the image-side end of the lens barrel 212 from the outside in the radial direction. When viewed along the Z direction, the attachment member 22 does not overlap at least the optical path of the observation light after passing through the eyepiece 270.
筐体31は、突出壁部38をさらに備える。突出壁部38は、筐体31の中央部及び下部よりも-Z側に突出している。つまり、X方向に沿って見ると、筐体31は逆L字型に形成されている。突出壁部38の内部空間40には、表示素子50と、レンズ55が配置されている。
The housing 31 further includes a protruding wall portion 38. The protruding wall portion 38 protrudes from the center and lower portions of the housing 31 toward the -Z side. That is, when viewed along the X direction, the housing 31 is formed in an inverted L shape. A display element 50 and a lens 55 are arranged in the internal space 40 of the protruding wall portion 38 .
光学部材113は、導光部材121と、ハーフミラー(第1ハーフミラー)161と、ハーフミラー(第2ハーフミラー)162と、ハーフミラー163と、ミラー164によって構成されている。導光部材121は、直方体状に形成された部材であり、上面122と、底面123と、側面124,125,126,127と、傾斜面128,171,172,174と、を備える。すなわち、第3実施形態の導光部材121は、第2実施形態の導光部材121の構成に加えて、傾斜面174をさらに備える。導光部材121のX方向の大きさは、第2実施形態と同様にZ方向よりも大きく、対物レンズ250のX方向の大きさよりも適度に大きい。また、導光部材121及び筐体31のZ方向の大きさは、傾斜面128,171,172,174及び光学部材113の導光部151の形成に必要な大きさを考慮して適宜設計される。
The optical member 113 includes a light guide member 121 , a half mirror (first half mirror) 161 , a half mirror (second half mirror) 162 , a half mirror 163 , and a mirror 164 . The light guide member 121 is a member formed in the shape of a rectangular parallelepiped, and includes a top surface 122, a bottom surface 123, side surfaces 124, 125, 126, and 127, and inclined surfaces 128, 171, 172, and 174. That is, the light guide member 121 of the third embodiment further includes an inclined surface 174 in addition to the structure of the light guide member 121 of the second embodiment. The size of the light guide member 121 in the X direction is larger than the size in the Z direction similarly to the second embodiment, and is appropriately larger than the size of the objective lens 250 in the X direction. Further, the size of the light guiding member 121 and the housing 31 in the Z direction is appropriately designed in consideration of the size necessary for forming the inclined surfaces 128, 171, 172, 174 and the light guiding portion 151 of the optical member 113. Ru.
傾斜面(入射部)174は、導光部材121において少なくとも傾斜面128よりも+Y側の位置に配置され、具体的には傾斜面171よりも+Y側の導光部材121の上部に配置されている。上部とは、後述するように表示ユニット14が双眼鏡201に装着された装着状態において、接眼レンズ270よりも適切な距離をあけて上方の領域にある部分を意味する。前述の適切な距離は、光学部材113の導光部材121の導光部151のZ方向の大きさを適切に確保できる距離を意味する。傾斜面174は、傾斜面128と平行であり、傾斜面128が延在する方向に沿って延在している。導光部材121の上部は、Y方向において突出壁部38の内部空間40に含まれる。
The inclined surface (incidence part) 174 is arranged at least at a position on the +Y side of the inclined surface 128 in the light guide member 121, and specifically, it is arranged at the upper part of the light guide member 121 on the +Y side of the inclined surface 171. There is. The upper part means a portion located above the eyepieces 270 at an appropriate distance when the display unit 14 is attached to the binoculars 201 as described later. The above-mentioned appropriate distance means a distance that can appropriately ensure the size of the light guide section 151 of the light guide member 121 of the optical member 113 in the Z direction. The inclined surface 174 is parallel to the inclined surface 128 and extends along the direction in which the inclined surface 128 extends. The upper part of the light guide member 121 is included in the internal space 40 of the protruding wall part 38 in the Y direction.
ミラー164は、傾斜面174に設けられている。ミラー164の表面は、X方向に沿って見たときに軸AX1,AX2の各々と略45°をなし、XY平面及びXZ平面に対して傾斜し、+Z方向に移動するに従って-Y方向に移動する。ミラー164の形状及び大きさは、ハーフミラー161と同様である。ミラー164は、ハーフミラー161と同様に、例えば銀等の金属で形成されてもよいが、誘電体多層膜で構成されていることが好ましい。ミラー164の映像光の反射率は、例えば90%以上であり、略100%であることが好ましい。
The mirror 164 is provided on the inclined surface 174. The surface of the mirror 164 makes approximately 45 degrees with each of the axes AX1 and AX2 when viewed along the X direction, is inclined with respect to the XY plane and the XZ plane, and moves in the -Y direction as it moves in the +Z direction. do. The shape and size of mirror 164 are similar to half mirror 161. Like the half mirror 161, the mirror 164 may be made of metal such as silver, but is preferably made of a dielectric multilayer film. The reflectance of the image light of the mirror 164 is, for example, 90% or more, and preferably approximately 100%.
表示ユニット13において、表示素子50は、筐体31の突出壁部38において-Z側の内部区間40に配置されている。表示素子50の表示面52は、XY平面に平行に配置され、導光部材121の側面126の上部に向いている。表示面52からの映像光は、+Z方向に射出される。レンズ55は、Z方向で表示素子50の表示面52とミラー164との間の適切な位置に配置されている。表示面52、レンズ55及びミラー164の各々のX方向及びY方向の中心を通る軸AX2は、X方向に平行である。
In the display unit 13, the display element 50 is arranged in the internal section 40 on the −Z side of the protruding wall portion 38 of the housing 31. The display surface 52 of the display element 50 is arranged parallel to the XY plane and faces above the side surface 126 of the light guide member 121. Image light from the display surface 52 is emitted in the +Z direction. The lens 55 is arranged at an appropriate position between the display surface 52 of the display element 50 and the mirror 164 in the Z direction. An axis AX2 passing through the centers of the display surface 52, lens 55, and mirror 164 in the X and Y directions is parallel to the X direction.
第3実施形態において、表示ユニット13は、取付部材22とともに双眼鏡201の鏡筒212の+Z側の端部に装着される。装着状態では、光学部材113の射出部141がレンズ群222の軸AX1上に配置され、軸AX1上で接眼レンズ270と観察者の左眼ELとの間に配置される。光学部材113の射出部141は、レンズ群222のプリズム261と接眼レンズ270との間の軸AX2に沿って見たときに、接眼レンズ270の最大領域と重なって配置される。
In the third embodiment, the display unit 13 is attached to the +Z side end of the lens barrel 212 of the binoculars 201 together with the mounting member 22 . In the attached state, the emitting portion 141 of the optical member 113 is arranged on the axis AX1 of the lens group 222, and is arranged between the eyepiece 270 and the left eye EL of the observer on the axis AX1. The exit portion 141 of the optical member 113 is arranged to overlap the maximum area of the eyepiece 270 when viewed along the axis AX2 between the prism 261 of the lens group 222 and the eyepiece 270.
光学表示装置103において、表示ユニット13が双眼鏡201に装着された装着状態では、表示ユニット13の表示素子50の表示面52から射出された映像光は、軸AX2に沿って+Z方向に進み、レンズ55を通り、平行光とされる。平行光となった映像光は、導光部材121の上部の側面126から導光部材121に入射し、ミラー164に入射する。したがって、Z方向において傾斜面174を含む導光部材121の上部は、表示素子50の表示面52から射出されてレンズ55を通った映像光が入射する光学部材113の入射部131を構成する。
In the optical display device 103, when the display unit 13 is attached to the binoculars 201, the image light emitted from the display surface 52 of the display element 50 of the display unit 13 travels in the +Z direction along the axis AX2 and passes through the lens. 55 and become parallel light. The parallel image light enters the light guide member 121 from the upper side surface 126 of the light guide member 121 and then enters the mirror 164 . Therefore, the upper part of the light guide member 121 including the inclined surface 174 in the Z direction constitutes the entrance part 131 of the optical member 113 into which the image light emitted from the display surface 52 of the display element 50 and passed through the lens 55 is incident.
ミラー164に入射した映像光は、軸AX2に沿って-Y方向に反射され、ハーフミラー162,161,163に向けて導光される。つまり、ミラー(第1反射部材)164(入射部131)は、表示素子50から射出された映像光を光学部材113の導光部151に向けて反射する。ミラー164によって反射された映像光の少なくとも一部は、側面124~127に対して臨界角を超える入射角で入射し、側面124~127で全反射され、ハーフミラー162,161,163に向けて導光される。ハーフミラー162,161,163の各々に入射した映像光のうち、各々の反射率に応じた映像光の一部は、ハーフミラー162,161,163の各々によって反射され、接眼レンズ270を通って観察者の左眼ELに入射する観察光に重畳される。
The image light incident on the mirror 164 is reflected in the −Y direction along the axis AX2 and guided toward the half mirrors 162, 161, and 163. That is, the mirror (first reflecting member) 164 (incidence section 131) reflects the image light emitted from the display element 50 toward the light guide section 151 of the optical member 113. At least a portion of the image light reflected by the mirror 164 is incident on the side surfaces 124 to 127 at an incident angle exceeding the critical angle, is totally reflected on the side surfaces 124 to 127, and is directed toward the half mirrors 162, 161, 163. light is guided. Of the image light incident on each of the half mirrors 162, 161, 163, a portion of the image light according to the respective reflectance is reflected by each of the half mirrors 162, 161, 163, and passes through the eyepiece lens 270. It is superimposed on the observation light incident on the left eye EL of the observer.
表示ユニット13が双眼鏡201に装着された装着状態では、接眼レンズ270が軸AX1上で対物レンズ250と光学部材113の射出部141との間に配置される。軸AX1上での射出部141から対物レンズ250までの距離は、軸AX2上での光学部材113の入射部131のミラー164から表示素子50の表示面52までの距離よりも長い。このような相対配置によって、光学表示装置103では、例えば双眼鏡201において表示倍率が可変であって、観察者が表示倍率を任意に変更した場合であっても、映像の倍率は変わらず、映像の視認度が保持される。一方で、光学表示装置101では、観察者が双眼鏡201の表示倍率を任意に変更すると、映像の倍率も変化する。
When the display unit 13 is attached to the binoculars 201, the eyepiece 270 is disposed between the objective lens 250 and the exit portion 141 of the optical member 113 on the axis AX1. The distance from the exit section 141 to the objective lens 250 on the axis AX1 is longer than the distance from the mirror 164 of the entrance section 131 of the optical member 113 to the display surface 52 of the display element 50 on the axis AX2. Due to this relative arrangement, in the optical display device 103, even if the display magnification is variable in the binoculars 201 and the viewer arbitrarily changes the display magnification, the magnification of the image does not change and the image Visibility is maintained. On the other hand, in the optical display device 101, when the observer arbitrarily changes the display magnification of the binoculars 201, the magnification of the image also changes.
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態について、図6及び図7を用いて説明する。図示していないが、第4実施形態の光学表示装置は、双眼鏡201と、第4実施形態の表示ユニットと、を備える。
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described using FIGS. 6 and 7. Although not shown, the optical display device of the fourth embodiment includes binoculars 201 and the display unit of the fourth embodiment.
第4実施形態の表示ユニットは、取付部材21と、筐体31と、表示素子50と、レンズ55と、第4実施形態の光学部材114と、を備える。図6は、第4実施形態の表示ユニットの筐体31に収容されている表示素子50と、レンズ55と、光学部材114と、を図1に示すD方向に対応する方向から見たときの構成を示す概略図である。図7は、光学部材114を+Z側から見たときの概略図である。図6及び図7に示すように、光学部材114は、第2実施形態の光学部材112のハーフミラー161,162,163の各々に替えて複数の微小ミラー165を備える。
The display unit of the fourth embodiment includes a mounting member 21, a housing 31, a display element 50, a lens 55, and an optical member 114 of the fourth embodiment. FIG. 6 shows the display element 50, lens 55, and optical member 114 housed in the casing 31 of the display unit of the fourth embodiment, when viewed from a direction corresponding to direction D shown in FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration. FIG. 7 is a schematic diagram of the optical member 114 viewed from the +Z side. As shown in FIGS. 6 and 7, the optical member 114 includes a plurality of micromirrors 165 in place of each of the half mirrors 161, 162, and 163 of the optical member 112 of the second embodiment.
複数の微小ミラー165は、傾斜面128,171,172の各々に、X方向で互いに間隔をあけて設けられている。例えば、傾斜面171,172に設けられた微小ミラー165は、傾斜面128に設けられてX方向で互いに隣り合う2つの微小ミラー165,165の中間位置、又はX方向で当該中間位置とは傾斜面128に設けられたX方向で最寄りの微小ミラー165に対して反対側の位置に配置されている。なお、微小ミラー165は、映像光が照射される傾斜面128,171,172においても光強度が強い領域内に設けられることが好ましい。このことによって、第4実施形態の光学表示装置における観察光の透過率が向上する。
The plurality of micromirrors 165 are provided on each of the inclined surfaces 128, 171, and 172 at intervals in the X direction. For example, the micromirror 165 provided on the inclined surface 171, 172 is located at an intermediate position between two micromirrors 165, 165 provided on the inclined surface 128 and adjacent to each other in the X direction, or at an angle with respect to the intermediate position in the X direction. The micromirror 165 is disposed on the surface 128 at a position opposite to the nearest micromirror 165 in the X direction. Note that it is preferable that the micromirror 165 be provided in a region where the light intensity is strong also on the inclined surfaces 128, 171, and 172 to which the image light is irradiated. This improves the transmittance of observation light in the optical display device of the fourth embodiment.
微小ミラー165は、平面視で円形状を有し、所謂ピンミラーとも呼ばれる。微小ミラー165の直径は、1mm程度である。複数の微小ミラー165の直径は、配置に応じて変化してもよい。微小ミラー165の映像光に対する反射率は、100%に近く、例えば90%以上である。微小ミラー165は、例えば銀等の金属、或いは誘電体多層膜やプラスチック等の合成樹脂で構成されてもよい。微小ミラー165の形成方法としては、例えば導光部材121のZ方向の略中心で中割りされ、-Z側の部材から+Z側に傾斜面128,171,172を突出及び露出させ、傾斜面128,171,172に積層又は射出成形によって微小ミラー165の材料を設ける方法が挙げられる。
The micromirror 165 has a circular shape in plan view, and is also called a so-called pin mirror. The diameter of the micromirror 165 is approximately 1 mm. The diameters of the plurality of micromirrors 165 may vary depending on the arrangement. The reflectance of the micromirror 165 for image light is close to 100%, for example, 90% or more. The micromirror 165 may be made of a metal such as silver, or a dielectric multilayer film or a synthetic resin such as plastic. The micromirror 165 may be formed by, for example, dividing the light guiding member 121 in the middle approximately at the center in the Z direction, and protruding and exposing the inclined surfaces 128, 171, 172 from the −Z side member toward the +Z side. , 171 and 172, the material of the micromirror 165 may be provided by lamination or injection molding.
第4実施形態の光学表示装置における観察光及び映像光のふるまいは、第2実施形態の光学表示装置102と概ね同様である。但し、第4実施形態の光学表示装置では、導光部材121の射出部141の傾斜面128には、導光部151によって導光された映像光を射出する複数の微小ミラー165を有する微小ミラー群MMが設けられている。導光部材121の射出部141の傾斜面171には、導光部151によって導光された映像光を射出する複数の微小ミラー165を有する第1微小ミラー群M1が設けられている。導光部材121の射出部141の傾斜面172には、導光部151によって導光された映像光を射出する複数の微小ミラー165を有する第2微小ミラー群M2が設けられている。第2微小ミラー群M2は、第1微小ミラー群M1とは異なる位置に配置されている。微小ミラー群MM、第1微小ミラー群M1及び第2微小ミラー群M2の各々には、複数の微小ミラー165がX方向(第2方向)に互いに間隔をあけて配列されている。
The behavior of the observation light and the image light in the optical display device of the fourth embodiment is generally similar to that of the optical display device 102 of the second embodiment. However, in the optical display device of the fourth embodiment, the inclined surface 128 of the emission part 141 of the light guide member 121 has a plurality of micromirrors 165 that emit the image light guided by the light guide part 151. A group MM is provided. A first micromirror group M1 having a plurality of micromirrors 165 from which the image light guided by the light guide 151 is emitted is provided on the inclined surface 171 of the emission section 141 of the light guide member 121 . A second micromirror group M2 having a plurality of micromirrors 165 from which the image light guided by the light guide section 151 is emitted is provided on the inclined surface 172 of the emission section 141 of the light guide member 121 . The second micromirror group M2 is arranged at a different position from the first micromirror group M1. In each of the micromirror group MM, the first micromirror group M1, and the second micromirror group M2, a plurality of micromirrors 165 are arranged at intervals in the X direction (second direction).
第4実施形態の光学表示装置では、微小ミラー165の表面に直交する方向から見た微小ミラー165の形状が円形であり、微小ミラー165の直径が1mm程度であるため、観察者の左眼ELに入射する映像光が細線となり、フリーフォーカスの効果が得られる。微小ミラー群MM、第1微小ミラー群M1及び第2微小ミラー群M2に複数の微小ミラー165が配置されるとフリーフォーカス性が失われるが、前述のように映像光の強度が強い位置のみに微小ミラー165を配置することによって、明るい点状の映像光を視認することができ、観察光の透過率を高めることができる。
In the optical display device of the fourth embodiment, the shape of the micromirror 165 when viewed from the direction perpendicular to the surface of the micromirror 165 is circular, and the diameter of the micromirror 165 is about 1 mm, so that the viewer's left eye EL The image light incident on the lens becomes a thin line, creating a free focus effect. If a plurality of micromirrors 165 are arranged in the micromirror group MM, the first micromirror group M1, and the second micromirror group M2, the free focusing property is lost, but as described above, the focus is only on positions where the intensity of the image light is strong. By arranging the micromirror 165, bright dots of image light can be visually recognized, and the transmittance of observation light can be increased.
なお、第4実施形態の光学表示装置では、傾斜面128,171,172のうちの何れか1つの傾斜面のみに複数の微小ミラー165が設けられていてもよい。
In the optical display device of the fourth embodiment, the plurality of micromirrors 165 may be provided only on any one of the inclined surfaces 128, 171, and 172.
[第5実施形態]
次に、本発明の第5実施形態について、図8及び図9を用いて説明する。図示していないが、第5実施形態の光学表示装置は、双眼鏡201と、第5実施形態の表示ユニットと、を備える。
[Fifth embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described using FIGS. 8 and 9. Although not shown, the optical display device of the fifth embodiment includes binoculars 201 and the display unit of the fifth embodiment.
第5実施形態の表示ユニットは、取付部材21と、筐体31と、表示素子50と、第5実施形態の光学部材115と、を備える。図8は、第5実施形態の表示ユニットの筐体31に収容されている表示素子50と、光学部材115と、を図1に示すD方向に対応する方向から見たときの構成を示す概略図である。図9は、光学部材115を+Z側から見たときの概略図である。
The display unit of the fifth embodiment includes a mounting member 21, a housing 31, a display element 50, and an optical member 115 of the fifth embodiment. FIG. 8 schematically shows the configuration of the display element 50 and the optical member 115 housed in the casing 31 of the display unit of the fifth embodiment when viewed from a direction corresponding to direction D shown in FIG. It is a diagram. FIG. 9 is a schematic diagram of the optical member 115 viewed from the +Z side.
図8及び図9に示すように、光学部材115は、第4実施形態の光学部材114と同様に、第2実施形態の光学部材112のハーフミラー161,162,163の各々に替えて微小ミラー群MM、第1微小ミラー群M1及び第2微小ミラー群M2の複数の微小ミラー165を備え、曲面ミラー166をさらに備える。光学部材115の導光部材121は、上面122と、底面123と、側面124~127と、傾斜面128,171,172と、湾曲面176を備える。すなわち、第5実施形態の導光部材121は、第2実施形態の導光部材121の構成に加えて、湾曲面176をさらに備える。
As shown in FIGS. 8 and 9, like the optical member 114 of the fourth embodiment, the optical member 115 includes micromirrors instead of each of the half mirrors 161, 162, and 163 of the optical member 112 of the second embodiment. It includes a plurality of micromirrors 165 in a group MM, a first micromirror group M1, and a second micromirror group M2, and further includes a curved mirror 166. The light guiding member 121 of the optical member 115 includes a top surface 122, a bottom surface 123, side surfaces 124 to 127, inclined surfaces 128, 171, 172, and a curved surface 176. That is, the light guide member 121 of the fifth embodiment further includes a curved surface 176 in addition to the configuration of the light guide member 121 of the second embodiment.
但し、第5実施形態の導光部材121では、傾斜面128,171,172は、X方向に沿って見たときに、不図示の物体から対物レンズ250までの軸AX1と軸AX2の各々と略45°をなし、XY平面及びXZ平面に対して傾斜しているが、+Z方向に移動するに従って+Y方向に移動する。微小ミラー165の表面は、傾斜面128,171,172と同様に、XY平面及びXZ平面に対して傾斜し、+Z方向に移動するに従って+Y方向に移動する。微小ミラー165の映像光に対する透過率は、例えば30%以上であることが好ましい。
However, in the light guide member 121 of the fifth embodiment, the inclined surfaces 128, 171, and 172 are aligned with each of the axes AX1 and AX2 from an object (not shown) to the objective lens 250 when viewed along the X direction. It forms approximately 45 degrees and is inclined with respect to the XY plane and the XZ plane, but as it moves in the +Z direction, it moves in the +Y direction. Like the inclined surfaces 128, 171, and 172, the surface of the micromirror 165 is inclined with respect to the XY plane and the XZ plane, and moves in the +Y direction as it moves in the +Z direction. The transmittance of the micromirror 165 for image light is preferably 30% or more, for example.
湾曲面176は、導光部材121において少なくとも傾斜面128よりも-Y側の位置に形成され、具体的には傾斜面172よりもさらに-Y側の位置に形成されている。湾曲面176は、Z方向において中心に近づくに従って-Y側に突出するように湾曲している。曲面ミラー166は、湾曲面176に設けられている。曲面ミラー166の表面は、Z方向において中心に近づくに従って-Y側に突出するように湾曲している。曲面ミラー166は、例えば銀等の金属で形成されてもよく、誘電体多層膜で構成されていてもよい。曲面ミラー166の映像光の反射率は、例えば90%以上であり、略100%であることが好ましい。
The curved surface 176 is formed in the light guide member 121 at least at a position on the −Y side relative to the inclined surface 128, and specifically, at a position further on the −Y side than the inclined surface 172. The curved surface 176 is curved so as to protrude toward the −Y side as it approaches the center in the Z direction. The curved mirror 166 is provided on the curved surface 176. The surface of the curved mirror 166 is curved so as to protrude toward the −Y side as it approaches the center in the Z direction. The curved mirror 166 may be made of metal such as silver, or may be made of a dielectric multilayer film. The reflectance of the image light of the curved mirror 166 is, for example, 90% or more, and preferably approximately 100%.
第5実施形態の光学表示装置では、表示ユニット11が双眼鏡201の鏡筒212の像側の端部に取り付けられた装着状態では、表示ユニット11の表示素子50の表示面52から射出された映像光は、拡散光の状態で上面122から導光部材121に入射する。導光部材121に入射した映像光のうち、側面124~127に対して臨界角を超える入射角で入射した映像光は、側面124~127によって-Y側に全反射され、湾曲面176に向かう。導光部材121に入射した映像光の一部は、傾斜面171,128,172に設けられた微小ミラー165を順次透過し、湾曲面176に向かう。湾曲面176に向かった映像光は、曲面ミラー166によって傾斜面172,128,171に設けられた微小ミラー165に向かって反射され、略平行光になる。すなわち、第5実施形態の光学表示装置では、湾曲面176に設けられた曲面ミラー(第2反射部材)166は、微小ミラー群MM、第1微小ミラー群M1及び第2微小ミラー群M2の複数の微小ミラー(第1ハーフミラー)165を透過した映像光を射出部141に設けられた複数の微小ミラー165に向けて反射する。湾曲面176は、光学部材115における射出部141を構成する。光学部材115の射出部141は、曲面ミラー166を備える。
In the optical display device of the fifth embodiment, when the display unit 11 is attached to the image-side end of the lens barrel 212 of the binoculars 201, the image emitted from the display surface 52 of the display element 50 of the display unit 11 is The light enters the light guide member 121 from the upper surface 122 in the form of diffused light. Of the image light incident on the light guide member 121 , the image light incident on the side surfaces 124 to 127 at an incident angle exceeding the critical angle is totally reflected by the side surfaces 124 to 127 in the −Y side and heads toward the curved surface 176 . . A portion of the image light incident on the light guide member 121 passes through the micromirrors 165 provided on the inclined surfaces 171, 128, and 172 in sequence, and heads toward the curved surface 176. The image light directed toward the curved surface 176 is reflected by the curved mirror 166 toward the minute mirrors 165 provided on the inclined surfaces 172, 128, and 171, and becomes approximately parallel light. That is, in the optical display device of the fifth embodiment, the curved mirror (second reflecting member) 166 provided on the curved surface 176 includes a plurality of micromirror groups MM, first micromirror group M1, and second micromirror group M2. The image light transmitted through the micromirror (first half mirror) 165 is reflected toward a plurality of micromirrors 165 provided in the emission section 141. The curved surface 176 constitutes the emitting portion 141 in the optical member 115. The emission section 141 of the optical member 115 includes a curved mirror 166.
傾斜面172,128,171に設けられた微小ミラー165に入射した映像光のうち、反射率に応じた映像光の一部は、微小ミラー165によって反射され、導光部材121の側面124を通り、物体から対物レンズ250に入射する観察光に重畳される。
Of the image light incident on the micromirrors 165 provided on the inclined surfaces 172, 128, 171, a portion of the image light according to the reflectance is reflected by the micromirrors 165 and passes through the side surface 124 of the light guide member 121. , is superimposed on the observation light incident on the objective lens 250 from the object.
第5実施形態の表示ユニット及び光学表示装置によれば、表示素子50の表示面52から射出された映像光を平行光にするためのレンズを用いる必要がないため、小型化及び軽量化を図ることができる。
According to the display unit and optical display device of the fifth embodiment, there is no need to use a lens for converting the image light emitted from the display surface 52 of the display element 50 into parallel light, so that the size and weight can be reduced. be able to.
[第6実施形態]
次に、本発明の第6実施形態について、図10及び図11を用いて説明する。図示していないが、第6実施形態の光学表示装置は、双眼鏡201と、第6実施形態の表示ユニットと、を備える。
[Sixth embodiment]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described using FIGS. 10 and 11. Although not shown, the optical display device of the sixth embodiment includes binoculars 201 and the display unit of the sixth embodiment.
第6実施形態の表示ユニットは、取付部材21と、筐体31と、表示素子50と、レンズ55と、第6実施形態の光学部材116と、を備える。図10は、第6実施形態の表示ユニットの筐体31に収容されている表示素子50と、レンズ55と、光学部材116と、を図1に示すD方向に対応する方向から見たときの構成を示す概略図である。図11は、光学部材116を+Z側から見たときの概略図である。
The display unit of the sixth embodiment includes a mounting member 21, a housing 31, a display element 50, a lens 55, and an optical member 116 of the sixth embodiment. FIG. 10 shows a display element 50, a lens 55, and an optical member 116 housed in a housing 31 of a display unit according to the sixth embodiment, when viewed from a direction corresponding to direction D shown in FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration. FIG. 11 is a schematic diagram of the optical member 116 viewed from the +Z side.
図10及び図11に示すように、光学部材116は、第2実施形態の光学部材112のハーフミラー162,163の各々に替えて第4実施形態で説明した第1微小ミラー群M1及び第2微小ミラー群M2の複数の微小ミラー165を備える。言い換えれば、光学部材116は、第4実施形態の光学部材114の微小ミラー群MMに替えて第2実施形態で説明したハーフミラー161を備える。したがって、ハーフミラー(第3反射部材)161は、Y方向(第1方向)で傾斜面171に設けられた第1微小ミラー群M1と傾斜面172に設けられた第2微小ミラー群M2との間に配置されている。ハーフミラー(第3反射部材)161は、第1微小ミラー群M1の微小ミラー165が並んで配置されているX方向(第2方向)に延在する。
As shown in FIGS. 10 and 11, the optical member 116 includes the first micromirror group M1 and the second micromirror group described in the fourth embodiment, instead of each of the half mirrors 162 and 163 of the optical member 112 of the second embodiment. A plurality of micromirrors 165 of a micromirror group M2 are provided. In other words, the optical member 116 includes the half mirror 161 described in the second embodiment in place of the micromirror group MM of the optical member 114 in the fourth embodiment. Therefore, the half mirror (third reflecting member) 161 has a first micromirror group M1 provided on the inclined surface 171 and a second micromirror group M2 provided on the inclined surface 172 in the Y direction (first direction). placed in between. The half mirror (third reflecting member) 161 extends in the X direction (second direction) in which the micromirrors 165 of the first micromirror group M1 are arranged side by side.
第6実施形態の光学表示装置では、第4実施形態の光学表示装置と概ね同様である。但し、第6実施形態の光学表示装置では、レンズ55によって平行光とされた映像光は上面122から導光部材121に入射し、映像光の一部が側面124~127(導光部151)によって全反射され、-Y方向に向けて進む。導光部151によって導光された映像光の一部は、第1微小ミラー群M1の微小ミラー165によって細線となって反射され、対物レンズ250に入射する観察光に重畳される。導光部151によって導光されて第1微小ミラー群M1の複数の微小ミラー165の間を抜けた映像光の一部は、第2実施形態と同様にハーフミラー161によって傾斜面128に対応するXY平面内の全体に反射され、対物レンズ250に入射する観察光に重畳される。ハーフミラー161を-X方向に透過した映像光の一部は、第2微小ミラー群M2の微小ミラー165によって細線となって反射され、対物レンズ250に入射する観察光に重畳される。
The optical display device of the sixth embodiment is generally similar to the optical display device of the fourth embodiment. However, in the optical display device of the sixth embodiment, the image light that has been made into parallel light by the lens 55 enters the light guide member 121 from the top surface 122, and a portion of the image light passes through the side surfaces 124 to 127 (light guide section 151). It is totally reflected by the beam and travels in the -Y direction. A part of the image light guided by the light guiding section 151 is reflected as a thin line by the micromirror 165 of the first micromirror group M1, and is superimposed on the observation light incident on the objective lens 250. A portion of the image light guided by the light guiding section 151 and passing between the plurality of micromirrors 165 of the first micromirror group M1 is caused to correspond to the inclined surface 128 by the half mirror 161 as in the second embodiment. It is reflected entirely within the XY plane and is superimposed on the observation light incident on the objective lens 250. A part of the image light transmitted through the half mirror 161 in the −X direction is reflected as a thin line by the micromirror 165 of the second micromirror group M2, and is superimposed on the observation light incident on the objective lens 250.
第6実施形態の光学表示装置によれば、X方向に間隔をあけて離散的に配置された複数の微小ミラー165の群とX方向に延在するハーフミラー161の各々で反射された映像光のふるまいを活かして視域を調整することができる。
According to the optical display device of the sixth embodiment, the image light reflected by each of the group of multiple micromirrors 165 discretely arranged at intervals in the X direction and the half mirror 161 extending in the X direction. The viewing range can be adjusted by taking advantage of the behavior of
[第7実施形態]
次に、本発明の第7実施形態について、図12から図15を用いて説明する。図示していないが、第7実施形態の光学表示装置は、双眼鏡201と、第7実施形態の表示ユニットと、を備える。
[Seventh embodiment]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described using FIGS. 12 to 15. Although not shown, the optical display device of the seventh embodiment includes binoculars 201 and the display unit of the seventh embodiment.
第7実施形態の表示ユニットは、取付部材21と、筐体31と、表示素子50と、レンズ55と、第7実施形態の光学部材117と、を備える。図12は、第7実施形態の表示ユニットの筐体31に収容されている表示素子50と、レンズ55と、光学部材117と、を図1に示すD方向に対応する方向から見たときの構成を示す概略図である。図13は、光学部材117を+Z側から見たときの概略図である。
The display unit of the seventh embodiment includes a mounting member 21, a housing 31, a display element 50, a lens 55, and an optical member 117 of the seventh embodiment. FIG. 12 shows a display element 50, a lens 55, and an optical member 117 housed in a housing 31 of a display unit according to the seventh embodiment, when viewed from a direction corresponding to direction D shown in FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration. FIG. 13 is a schematic diagram of the optical member 117 viewed from the +Z side.
第7実施形態の表示ユニットでは、筐体31が不図示の突出壁部をさらに備える。突出壁部は、筐体31の中央部及び下部よりも+Z側に突出している。つまり、X方向に沿って見ると、筐体31は逆L字型且つ第3実施形態の筐体31とは前後反転させた形状で形成されている。突出壁部の内部空間40には、表示素子50と、レンズ55が配置されている。
In the display unit of the seventh embodiment, the housing 31 further includes a protruding wall portion (not shown). The protruding wall portion protrudes from the center and lower portions of the housing 31 toward the +Z side. That is, when viewed along the X direction, the casing 31 is formed in an inverted L-shape, and the casing 31 of the third embodiment is reversed from front to back. A display element 50 and a lens 55 are arranged in the internal space 40 of the protruding wall.
表示素子50の表示面52は、XY平面に平行に配置され、導光部材121の側面124の上部に向いている。表示面52からの映像光は、-Z方向に射出される。レンズ55は、Z方向で表示素子50の表示面52と導光部材121の側面124との間の適切な位置に配置されている。
The display surface 52 of the display element 50 is arranged parallel to the XY plane and faces above the side surface 124 of the light guide member 121. Image light from the display surface 52 is emitted in the −Z direction. The lens 55 is arranged at an appropriate position between the display surface 52 of the display element 50 and the side surface 124 of the light guide member 121 in the Z direction.
光学部材117は、導光部材121と、回折素子(第1回折素子)401と、回折素子(第2回折素子)402によって構成されている。導光部材121は、上面122と、底面123と、側面124,125,126,127と、を備える。回折素子401は、側面126の上部において後述するように側面124から導光部材121に入射した映像光が当たる領域に設けられている。回折素子401の回折格子405すなわち周期構造は、X方向(第2方向)に延在する。回折素子402は、側面126の下部において後述するように回折素子401及び自身によって回折されて側面124で全反射された映像光が当たる領域に設けられている。
The optical member 117 includes a light guide member 121, a diffraction element (first diffraction element) 401, and a diffraction element (second diffraction element) 402. The light guide member 121 includes a top surface 122, a bottom surface 123, and side surfaces 124, 125, 126, and 127. The diffraction element 401 is provided at the upper part of the side surface 126 in a region where the image light incident on the light guide member 121 from the side surface 124 hits, as will be described later. The diffraction grating 405 of the diffraction element 401, that is, the periodic structure, extends in the X direction (second direction). The diffraction element 402 is provided at the lower part of the side surface 126 in a region where image light that is diffracted by the diffraction element 401 and itself and totally reflected at the side surface 124 hits, as will be described later.
第7実施形態の光学表示装置において、同実施形態の表示ユニットが双眼鏡201に装着された装着状態では、表示素子50の表示面52から射出された映像光は、軸AX2に沿って-Z方向に進み、レンズ55を通り、平行光とされる。平行光となった映像光は、導光部材121の上部の側面124から導光部材121に入射し、回折素子401に入射する。したがって、Z方向において回折素子401を含む導光部材121の上部は、表示素子50の表示面52から射出されてレンズ55を通った映像光が入射する光学部材113の入射部131を構成する。
In the optical display device of the seventh embodiment, when the display unit of the seventh embodiment is attached to the binoculars 201, the image light emitted from the display surface 52 of the display element 50 is directed in the -Z direction along the axis AX2. The light then passes through the lens 55 and becomes parallel light. The parallel image light enters the light guide member 121 from the upper side surface 124 of the light guide member 121 and enters the diffraction element 401 . Therefore, in the Z direction, the upper part of the light guide member 121 including the diffraction element 401 constitutes the entrance part 131 of the optical member 113 into which the image light emitted from the display surface 52 of the display element 50 and passed through the lens 55 is incident.
回折素子401に入射した映像光のうち、1次光の成分は、回折格子405のZ方向の大きさすなわちピッチに応じた角度でY方向(第1方向)に回折され、+Z方向及び-Y方向に傾斜する方向に進行し、側面124で全反射され、-Y方向に向けて導光される。-Y方向に導光された映像光の少なくとも一部は、回折素子402に入射する。回折素子402に入射した映像光のうち、1次光の成分は、回折素子402のZ方向の大きさすなわちピッチに応じた角度で+Z方向に平行な方向に回折され、対物レンズ250に入射する観察光に重畳される。したがって、Z方向において回折素子402を含む導光部材121の下部は、映像光を射出し、図12では省略されている物体と対物レンズ250との間のレンズ群222の軸AX1上に配置されている光学部材113の射出部141を構成する。
Of the image light incident on the diffraction element 401, the primary light component is diffracted in the Y direction (first direction) at an angle corresponding to the size or pitch of the diffraction grating 405 in the Z direction. The light propagates in a direction inclined to the direction, is totally reflected by the side surface 124, and is guided in the -Y direction. At least a portion of the image light guided in the -Y direction is incident on the diffraction element 402. Of the image light incident on the diffraction element 402, the primary light component is diffracted in a direction parallel to the +Z direction at an angle corresponding to the size in the Z direction, that is, the pitch, of the diffraction element 402, and enters the objective lens 250. Superimposed on the observation light. Therefore, in the Z direction, the lower part of the light guide member 121 including the diffraction element 402 emits the image light and is arranged on the axis AX1 of the lens group 222 between the object and the objective lens 250, which are omitted in FIG. This constitutes the emitting section 141 of the optical member 113.
上述のように、第7実施形態の光学表示装置では、光学部材117の入射部131に回折素子401が設けられている。光学部材117の射出部141には、回折素子402が設けられている。第7実施形態の光学表示装置によれば、映像光に対するZ方向すなわち観察者の縦方向の視域を拡大することができる。
As described above, in the optical display device of the seventh embodiment, the diffraction element 401 is provided at the entrance portion 131 of the optical member 117. A diffraction element 402 is provided at the exit portion 141 of the optical member 117 . According to the optical display device of the seventh embodiment, it is possible to expand the viewing range of the image light in the Z direction, that is, in the vertical direction of the viewer.
図14は、第7実施形態の第1変形例の光学部材118を+Z側から見たときの概略図である。図14に示すように、光学部材118は、上述の回折素子401に替えて、2つの回折素子(第1回折素子)401A及び回折素子(第3回折素子)401Bを有する。回折素子401Aは、導光部材121の側面126の上部且つ-X側の領域に形成されている。Z方向から見た回折素子401Aの形状は、円形状である。回折素子401Bは、側面126の上部且つ回折素子401Aよりも+X側の領域に形成されている。Z方向から見た回折素子401Bの形状は、台形状である。回折素子401Bの上端は、X方向に平行である。回折素子401Bの下端は、+X方向に移動するに従って、-Y方向に移動する。回折素子401Bの側端は、互いに平行であり、Y方向に平行である。
FIG. 14 is a schematic diagram of the optical member 118 of the first modification of the seventh embodiment when viewed from the +Z side. As shown in FIG. 14, the optical member 118 includes two diffraction elements (first diffraction element) 401A and a diffraction element (third diffraction element) 401B instead of the above-described diffraction element 401. The diffraction element 401A is formed in the upper part of the side surface 126 of the light guide member 121 and in the −X side region. The shape of the diffraction element 401A viewed from the Z direction is circular. The diffraction element 401B is formed in the upper part of the side surface 126 and in a region on the +X side of the diffraction element 401A. The shape of the diffraction element 401B viewed from the Z direction is trapezoidal. The upper end of the diffraction element 401B is parallel to the X direction. The lower end of the diffraction element 401B moves in the -Y direction as it moves in the +X direction. The side ends of the diffraction element 401B are parallel to each other and parallel to the Y direction.
図示していないが、回折素子401A,401Bの各々の回折格子は、少なくともX方向とは異なる方向に延在している。例えば、回折素子401Aの回折格子は、Y方向に略平行である。例えば、回折素子401Bの回折格子は、+X方向及び-Y方向に傾斜する方向に略平行である。回折格子のピッチ及び延在方向は、映像光のkベクトルが所定の条件を満たし、回折素子401A,401Bによって回折された映像光がX方向に拡散されるように適宜設計されている。
Although not shown, each diffraction grating of the diffraction elements 401A and 401B extends at least in a direction different from the X direction. For example, the diffraction grating of the diffraction element 401A is substantially parallel to the Y direction. For example, the diffraction grating of the diffraction element 401B is substantially parallel to directions inclined in the +X direction and the -Y direction. The pitch and extending direction of the diffraction grating are appropriately designed so that the k vector of the image light satisfies a predetermined condition and the image light diffracted by the diffraction elements 401A and 401B is diffused in the X direction.
第7実施形態の第1変形例の光学部材118を備える光学表示装置では、導光部材121の上部の側面124から導光部材121に入射た映像光は、回折素子401Aに入射する。回折素子401Aに入射した映像光のうち、1次光の成分は、回折素子401Aの回折格子のピッチに応じた角度で-X方向に回折され、側面124で全反射され、回折素子401Bに入射する。回折素子401Bに入射した映像光のうち、1次光の成分は、回折素子401Bの回折格子のピッチに応じた角度で略-Y方向に回折され、側面124で全反射され、回折素子(第2回折素子)402に入射する。第7実施形態と同様に、回折素子402に入射した映像光のうち、1次光の成分は、回折格子406のZ方向のピッチに応じた角度で+Z方向に平行な方向に回折され、対物レンズ250に入射する観察光に重畳される。
In the optical display device including the optical member 118 of the first modification of the seventh embodiment, the image light that enters the light guide member 121 from the upper side surface 124 of the light guide member 121 enters the diffraction element 401A. Of the image light incident on the diffraction element 401A, the first-order light component is diffracted in the -X direction at an angle corresponding to the pitch of the diffraction grating of the diffraction element 401A, totally reflected on the side surface 124, and incident on the diffraction element 401B. do. Of the image light incident on the diffraction element 401B, the first-order light component is diffracted approximately in the -Y direction at an angle corresponding to the pitch of the diffraction grating of the diffraction element 401B, is totally reflected on the side surface 124, and is completely reflected on the side surface 124. 2 diffraction element) 402. Similarly to the seventh embodiment, the first-order light component of the image light incident on the diffraction element 402 is diffracted in a direction parallel to the +Z direction at an angle corresponding to the pitch of the diffraction grating 406 in the Z direction. It is superimposed on the observation light incident on the lens 250.
第7実施形態の第2変形例の光学表示装置では、回折素子(第1回折素子)401Aの回折格子は例えば映像光を回折させるX方向(第1方向)と交差するY方向(第2方向)に延在する。回折素子(第3回折素子)401Bの回折格子はY方向とは異なる方向に延在し、映像光を回折素子402に向けて回折させる。光学部材118の導光部151には、回折素子401Aが回折した映像光を回折素子(第2回折素子)402に向けて回折させる回折素子401Bが設けられている。第7実施形態の第2変形例の光学表示装置によれば、映像光に対するY方向及びX方向すなわち観察者の縦方向及び横方向の両方の視域を拡大することができる。
In the optical display device of the second modification of the seventh embodiment, the diffraction grating of the diffraction element (first diffraction element) 401A is arranged in the Y direction (second direction) intersecting the X direction (first direction) in which image light is diffracted, for example. ). The diffraction grating of the diffraction element (third diffraction element) 401B extends in a direction different from the Y direction, and diffracts the image light toward the diffraction element 402. The light guiding portion 151 of the optical member 118 is provided with a diffraction element 401B that diffracts the image light diffracted by the diffraction element 401A toward a diffraction element (second diffraction element) 402. According to the optical display device of the second modification of the seventh embodiment, it is possible to expand the visual range of the image light in the Y direction and the X direction, that is, in both the vertical and horizontal directions of the viewer.
図15は、第7実施形態の第2変形例の表示ユニットの筐体31に収容されている表示素子50と、レンズ55と、光学部材119と、を図1に示すD方向に対応する方向から見たときの構成を示す概略図である。光学部材119は、光学部材117の構成に加えて、レンズ59を備える。レンズ59は、光学部材119における射出部141である側面124の下部且つ軸AX1に沿って見たときに回折素子402を含む領域に設けられている。
FIG. 15 shows a display element 50, a lens 55, and an optical member 119 housed in a housing 31 of a display unit according to a second modification of the seventh embodiment in a direction corresponding to the D direction shown in FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration when viewed from above. Optical member 119 includes a lens 59 in addition to the configuration of optical member 117 . The lens 59 is provided in a region including the diffraction element 402 when viewed along the axis AX1 and at the lower part of the side surface 124, which is the exit portion 141 of the optical member 119.
第7実施形態の第2変形例の光学表示装置では、光学部材119の射出部141において回折素子(第1回折素子)401A及び回折素子(第3回折素子)401Bが設けられている側面126とはZ方向で反対側の側面124が曲率を有する。このことから、光学部材119における射出部141の射出面すなわち側面124において、レンズ59によって映像光に対して前述の曲率に応じた緩い曲面による作用を与えることができる。基本的に、観察者の左眼ELに入射する映像光は複数の位置から到来するため、導光部材121の内部を導光される映像光は略平行光とされる。しかしながら、双眼鏡201を使う観察者は、前述の略平行光を視認するものの、無限遠の物体を視認していない。そのため、観察光と映像光の焦点距離の差異が生じる。第7実施形態の変形例の光学表示装置によれば、レンズ59によって、双眼鏡201の観察光の焦点位置と映像光の焦点位置とを調節することができる。
In the optical display device of the second modification of the seventh embodiment, the side surface 126 on which the diffraction element (first diffraction element) 401A and the diffraction element (third diffraction element) 401B are provided in the emission part 141 of the optical member 119; has a curvature on the opposite side surface 124 in the Z direction. Therefore, on the exit surface of the exit section 141 in the optical member 119, that is, the side surface 124, the lens 59 can give an action to the image light by a gently curved surface corresponding to the above-mentioned curvature. Basically, since the image light incident on the left eye EL of the observer comes from a plurality of positions, the image light guided inside the light guide member 121 is substantially parallel light. However, although the observer using the binoculars 201 sees the above-mentioned substantially parallel light, he does not see an object at infinity. Therefore, a difference in focal length occurs between the observation light and the image light. According to the optical display device of the modification of the seventh embodiment, the focal position of the observation light and the focal position of the image light of the binoculars 201 can be adjusted by the lens 59.
回折素子401,401A,401B,402は、例えば、ナノインプリント、体積ホログラム、液晶ホログラムである。なお、回折素子401,401A,401B,402による映像光の回折には強い波長依存性があるため、映像光は回折素子401,401A,401B,402の設計波長と同等の単色光であることが好ましい。映像光の視感度を高める点から、映像光は緑色であることが好ましい。
The diffraction elements 401, 401A, 401B, and 402 are, for example, nanoimprints, volume holograms, or liquid crystal holograms. Note that since the diffraction of the image light by the diffraction elements 401, 401A, 401B, and 402 has strong wavelength dependence, the image light must be monochromatic light equivalent to the design wavelength of the diffraction elements 401, 401A, 401B, and 402. preferable. From the viewpoint of increasing visibility of the image light, it is preferable that the image light is green.
[第8実施形態]
次に、本発明の第8実施形態について、図16を用いて説明する。図示していないが、第8実施形態の光学表示装置は、双眼鏡201と、第8実施形態の表示ユニットと、を備える。第8実施形態の表示ユニットは、取付部材21と、筐体31と、表示素子50と、第8実施形態の光学部材120と、を備える。図16は、第8実施形態の表示ユニットの筐体31に収容されている表示素子50と、光学部材119と、を図1に示すD方向に対応する方向から見たときの構成を示す概略図である。
[Eighth embodiment]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described using FIG. 16. Although not shown, the optical display device of the eighth embodiment includes binoculars 201 and the display unit of the eighth embodiment. The display unit of the eighth embodiment includes a mounting member 21, a housing 31, a display element 50, and an optical member 120 of the eighth embodiment. FIG. 16 schematically shows the configuration of the display element 50 and the optical member 119 housed in the casing 31 of the display unit of the eighth embodiment, when viewed from a direction corresponding to direction D shown in FIG. It is a diagram.
図16に示すように、光学部材119は、導光部材121と、プリズム501と、回折素子(第1回折素子)405によって構成されている。プリズム501は、導光部材121の上面122(入射部131)に設けられている。プリズム501は、X方向に沿って見たときに略二等辺三角形状を有し、等辺面501a,501b及び底辺面501cを有する。プリズム501の等辺面501aは、表示素子50の表示面52と対向している。プリズム501の等辺面501bは、導光部材121の上面122に接している。回折素子405は、導光部材121の傾斜面128に設けられている。回折素子405の回折格子は、X方向(第1方向)に延在している。
As shown in FIG. 16, the optical member 119 includes a light guide member 121, a prism 501, and a diffraction element (first diffraction element) 405. The prism 501 is provided on the upper surface 122 (incidence part 131) of the light guide member 121. The prism 501 has a substantially isosceles triangular shape when viewed along the X direction, and has equilateral surfaces 501a, 501b and a base surface 501c. The equilateral surface 501a of the prism 501 faces the display surface 52 of the display element 50. The equilateral surface 501b of the prism 501 is in contact with the upper surface 122 of the light guide member 121. The diffraction element 405 is provided on the inclined surface 128 of the light guide member 121. The diffraction grating of the diffraction element 405 extends in the X direction (first direction).
第8実施形態の光学表示装置では、表示素子50の表示面52から射出された映像光は、プリズム501の等辺面501aからプリズム501に入射し、等辺面501aによって屈折され、底辺面501cによって全反射される。底辺面501cによって全反射された映像光は、等辺面501bによって屈折するとともに上面122から導光部材121に入射し、側面124~127で全反射され、回折素子405に入射する。回折素子405に入射した映像光のうち、1次光の成分は、回折素子405のZ方向の大きさすなわちピッチに応じた角度で+Z方向に平行な方向に回折され、対物レンズ250に入射する観察光に重畳される。
In the optical display device of the eighth embodiment, the image light emitted from the display surface 52 of the display element 50 enters the prism 501 from the equilateral surface 501a of the prism 501, is refracted by the equilateral surface 501a, and is completely refracted by the base surface 501c. reflected. The image light totally reflected by the bottom surface 501c is refracted by the equilateral surface 501b, enters the light guide member 121 from the top surface 122, is totally reflected by the side surfaces 124 to 127, and enters the diffraction element 405. Of the image light incident on the diffraction element 405, the primary light component is diffracted in a direction parallel to the +Z direction at an angle corresponding to the size in the Z direction, that is, the pitch, of the diffraction element 405, and enters the objective lens 250. Superimposed on the observation light.
第8実施形態の光学表示装置によれば、光学部材119の入射部131にプリズム501が設けられているため、回折素子405の分散特性を、回折素子405とは逆の分散特性を有するプリズム501によって打ち消し、映像光の色ムラの発生を抑えることができる。
According to the optical display device of the eighth embodiment, since the prism 501 is provided at the entrance portion 131 of the optical member 119, the dispersion characteristic of the diffraction element 405 is changed to that of the prism 501 having the dispersion characteristic opposite to that of the diffraction element 405. It is possible to cancel the color unevenness of the image light and suppress the occurrence of color unevenness in the image light.
第7実施形態における回折素子401,401A,401B,402及び第8実施形態における回折素子405として、上述では回折格子を例示したが、ナノインプリントや体積ホログラム、或いはメタレンズ等が用いられてもよい。
As the diffraction elements 401, 401A, 401B, 402 in the seventh embodiment and the diffraction element 405 in the eighth embodiment, a diffraction grating is exemplified above, but nanoimprints, volume holograms, metalens, etc. may also be used.
[その他の実施形態]
次に、本発明のその他の実施形態について、図17及び図18を用いて説明する。図17は、図8に例示した表示素子50及び光学部材115の実装例の概略図である。図18は、図3及び図4に例示した表示素子50、プリズム502及び光学部材112の変形例の実装例の概略図である。図17及び図18に示すように、光学部材112,115を含む本発明に係る光学部材の導光部材121の形状は、観察対象の物体と対物レンズ250との間の軸AX1に沿って見たときに円形であってもよい。図17及び図18では厚みがやや強調されているが、導光部材121は、撮像装置の各種フィルターに使用される円盤状の透明基板で構成されてもよい。
[Other embodiments]
Next, other embodiments of the present invention will be described using FIGS. 17 and 18. FIG. 17 is a schematic diagram of an example of mounting the display element 50 and optical member 115 illustrated in FIG. 8. FIG. 18 is a schematic diagram of a modification example of the display element 50, prism 502, and optical member 112 illustrated in FIGS. 3 and 4. As shown in FIGS. 17 and 18, the shape of the light guide member 121 of the optical member according to the present invention including the optical members 112 and 115 is the same as the shape of the light guide member 121 when viewed along the axis AX1 between the object to be observed and the objective lens 250. It may also be circular. Although the thickness is slightly emphasized in FIGS. 17 and 18, the light guide member 121 may be formed of a disc-shaped transparent substrate used in various filters of an imaging device.
例えば、図17に示す実装例では、円盤状の透明基板の一部が切り落とされ、導光部材121の上面122(光学部材の入射部131)が構成されている。表示素子50の表示面52は、上面122に略接している。Y方向で上面122と対向する円盤状の透明基板の側面を第5実施形態で説明したように-Y側に膨出させ、曲面ミラー166が設けられてもよい。曲面ミラー166は、Y方向で上面122と対向する円盤状の透明基板の側面と微小ミラー群MMの微小ミラー165との間に埋設されていてもよい。円盤状の透明基板には、第5実施形態で説明した相対配置で複数の微小ミラー165が埋設されている。なお、図17では、第2微小ミラー群M2の微小ミラー165は省略されている。
For example, in the mounting example shown in FIG. 17, a part of the disc-shaped transparent substrate is cut off to form the upper surface 122 of the light guide member 121 (the incident part 131 of the optical member). The display surface 52 of the display element 50 is approximately in contact with the upper surface 122. The side surface of the disc-shaped transparent substrate facing the upper surface 122 in the Y direction may be bulged toward the −Y side as described in the fifth embodiment, and the curved mirror 166 may be provided. The curved mirror 166 may be embedded between the side surface of the disk-shaped transparent substrate facing the upper surface 122 in the Y direction and the micromirror 165 of the micromirror group MM. A plurality of micromirrors 165 are embedded in the disc-shaped transparent substrate in the relative arrangement described in the fifth embodiment. Note that in FIG. 17, the micromirror 165 of the second micromirror group M2 is omitted.
図18に示す実装例では、表示素子50が集光機能を有するプリズム502を介して導光部材121の側面126に相当する円盤状の透明基板の板面に設けられてもよい。円盤状の透明基板には、第2実施形態で説明した相対配置で複数のハーフミラー161~163が埋設されてもよい。
In the mounting example shown in FIG. 18, the display element 50 may be provided on the plate surface of a disc-shaped transparent substrate corresponding to the side surface 126 of the light guide member 121 via a prism 502 having a light collecting function. A plurality of half mirrors 161 to 163 may be embedded in the disc-shaped transparent substrate in the relative arrangement described in the second embodiment.
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、複数の実施形態の構成要素は適宜組み合わせ可能である。
Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications may be made within the scope of the gist of the present invention described within the scope of the claims. Variations and changes are possible. Further, the constituent elements of the plurality of embodiments can be combined as appropriate.
例えば、上述の各実施形態では、本発明の遠方視認装置として双眼鏡を例示した。しかしながら、本発明の遠方視認装置は、単眼鏡であってもよい。また、本発明の遠方視認装置は、各種望遠鏡、各種顕微鏡等であってもよく、対物レンズから遠方の非観察物体を視認するために構成された装置を広く含む。
For example, in each of the embodiments described above, binoculars are exemplified as the far-field viewing device of the present invention. However, the far viewing device of the present invention may be a monocular. Further, the distant viewing device of the present invention may be various types of telescopes, various types of microscopes, etc., and broadly includes devices configured for viewing a distant non-observable object from an objective lens.