JP2840692B2 - 光学装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序で本発明を説明する。

Ａ 産業上の利用分野 Ｂ 発明の概要 Ｃ 従来の技術 Ｄ 発明が解決しようとする課題 Ｅ 課題を解決するための手段（第１図） Ｆ 作用 Ｇ 実施例 G₁合成虚像を得る光学式の実施例（第１図及び第２
図） G₂ディスプレイ位置移動用サーボ系の実施例（第３図
及び第４図） G₃透過型及び発光型ディスプレイの表示制御系の実施
例（第５図乃至第７図） G₄裸眼と等価な実像ファインダを得る光学系の実施例
（第８図及び第９図） G₅裸眼と等価な実像式ファインダの実施例（第10図乃
至第15図） Ｈ 発明の効果 Ａ 産業上の利用分野 本発明はヘッド・アップ・ディスプレイ等に用いて好
適な光学装置に関する。

Ｂ 発明の概要 本発明は半透明又は不透明なカラー虚像を外景と合成
して確認出来るヘッド・アップ・ディスプレイ等に用い
て好適な光学装置に関し、第１の発明は外景から光を取
り込む対物レンズと、合成虚像を得る接眼レンズと、対
物レンズの光を取り込む光軸上に配され、発生させた画
像信号の画像対応部の光透過を遮る遮断手段と、対物レ
ンズの光軸と直交する光路上に配され、画像対応部の映
像を表示し、この画像対応部以外は発光しない様に表示
する表示部とを具備し、この表示部の出力と遮断手段の
出力を合成して虚像を作成する様にし、黒色表現が可能
で、背景が明るくても虚像の消えないヘッド・アップ・
ディスプレイ等の光学装置を得る様にしたものである。
第２の発明は焦点距離の等しい、対物レンズと、接眼レ
ンズとを有し、対物レンズの接眼レンズ側の第２の主点
と、接眼レンズの対物レンズ側の第１の主点との光学的
距離を焦点距離の２倍になる様に構成して成ることで外
景が裸眼と同等に確認出来る実像型のファインダ等の光
学装置を得る様にしたものである。

Ｃ 従来の技術 近時、航空機、自動車等でヘッド・アップ・ディスプ
レイ（Head−up Display:以下HUDと記す）が多く利用さ
れ始めている。このHUDは航空機におけるパイロットの
マン・マシン・インターフェイス手段として発達したも
のであり、操縦者が必要とする情報をフロントガラス内
面に重畳して虚像として映し出すことで、操縦者の視線
を外景からそらすことなく、必要情報を認識出来る様に
したディスプレイであり、その基本的構成は第16図Ａに
示す様に成されている。同図で操縦者の眼球（５）はカ
ラー陰極線管（CRT）（２）等で作られたカラー像を凸
レンズ光学系（１）及びハーフミラー（３）を介して拡
大反射させた虚像（４）を確認する様にし、眼球（５）
からみえる外景上にCRT（２）で作り出した虚像を重ね
て外景と虚像を同時に認識出来る様にしたものである。
又、像が単色CRT等で作られた単色像を虚像（４）とし
て外景と重畳させる場合には凸レンズ光学系（１）及び
ハーフミラー（３）の代わりにレンズ効果を持たせたホ
ログラフィック・コンバイナーが用いられる。

第16図Ｂはこの様なHUD（６）を航空機のコックピッ
ト（７）に用いた場合の模式的構成図、第16図Ｃはこの
様なHUD（６）を自動車のダッシュボード（８）上に設
けたものであり共に操縦者或は運転者はフロントパネル
（９）を通して外景と共に計器等の虚像を同時に見るこ
とが出来る。尚、上述の説明では外景を実物大で見る場
合であるか、この外景を拡大することも、HUD（６）を
視線の横方向に置いて、虚像確認を行なう様にしたもの
も外景と虚像を合成するという意味では、HUDと考えら
れる。

Ｄ 発明が解決しようとする課題 従来の叙上の構成のHUD（６）は第17図Ａに示す様
に、CRT（２）、凸レンズ光学系（１）及びハーフミラ
ー（３）から構成されたHUD（６）で眼球（５）から見
える虚像（４）の背景が非常に明るく、例えば、照明灯
等の光源（10）が虚像（４）の背面に置かれると、その
虚像は第17図Ｂに示す様に眼球（５）が明るさに対して
飽和するために光源（10）が背後にある部分の虚像（1
1）が見えなくなる問題があった。この場合虚像の明る
さを増加させればよいが太陽光等より虚像の明るさを明
るくすることは出来ず虚像の明るさにも限界があった。

更に、第18図Ａの様にCRT（２）と凸レンズ光学系
（１）及びハーフミラー（３）から構成されたHUD
（６）で眼球（５）から見える虚像（４）の中に黒の像
（12）があると、黒は虚像としては第18図Ｂに示す様に
透明色（13）となり、HUD（６）を通しては見えなくな
る問題があった。

本発明の目的は叙上の問題点である背景に明るい物体
であると虚像が見えなくなる問題及び虚像の黒が表現出
来ない問題を解消するために成されたもので、背景を光
学的に隠す作用をする虚像（以下影の虚像と記す）を作
って実像式ファインダ内部で背景と虚像を組み合せる様
にしたものである。

Ｅ 課題を解決するための手段 第１の本発明の光学装置はその例が第１図及び第２図
に示されている様に、外景から光を取り込む対物レンズ
（14）と、合成虚像を得る接眼レンズ（18）と、対物レ
ンズの光を取り込む光軸上に配され、発生させた画像信
号の画像対応部の光透過を遮る遮断手段（15）と、対物
レンズの光軸と直交する光路上に配され、画像対応部の
映像を表示し、画像対応部以外は発光しない様に表示す
る表示部（17）とを具備し、表示部（17）の出力と遮断
手段（15）の出力を合成して虚像（33）を作成する様に
してなるものである。

第２の本発明はその例が第８図に示されている様に焦
点距離ｆの等しい対物レンズ（14）と接眼レンズ（18）
とを有し、対物レンズ（14）の上記接眼レンズ（18）側
の第２の主点と、接眼レンズ（18）の対物レンズ（14）
側の第１の主点との光学的距離を焦点距離ｆの２倍にな
る様に構成して成るものである。

Ｆ 作用 第１の本発明の光学装置によれば、外景が非常に明る
い場合でも虚像が消えることがなく、不透明な虚像表現
が可能なために背景の色に左右されない純粋な色表現が
出来るものが得られる。更に、第２の本発明の光学装置
によれば実像式光学ファインダを得る際に倍率（横倍率
及び縦倍率）が裸眼と同等に外景を観察出来るものが得
られる。

Ｇ 実施例 G₁合成虚像を得る光学系の実施例（第１図、第２図） 以下、本発明の光学装置の光学系を第１図及び第２図
について詳記する。

第１図は本発明の光学装置のHUD（６）の一実施例を
示すもので、虚像と背景の実物（21）を合成して合成虚
像を得る様にしたものである。同図で外景を取り込む為
の対物レンズ（14）に対して液晶やECD（Electro chemi
cal Display）の如くバックライトの透過率を制御する
型の透過型ディスプレイ（15）が対向配置され、この透
過型ディスプレイ（15）の後方に対物レンズ（14）の光
軸OX₁に対し45゜傾けてハーフミラー（16）が配設され
る。更に対物レンズ（14）の光軸OX₁と直交する様に配
設された接眼レンズ（18）の光軸OX₂は光軸OX₁とＯ点で
直交し、この直交点を通り様に45゜傾いてハーフミラー
（16）が設けられ、このハーフミラー（16）と対向して
接眼レンズ（18）と発光型ディスプレイ（17）が設けら
れ、操縦者の眼球（５）は光軸OX₂上にある。上述の透
過型ディスプレイ（15）と発光型ディスプレイ（17）に
モータ（19）及び（20）を取り付けて各々光軸OX₁及びO
X₂方向に摺動自在と成され光軸OX₁及びOX₂との交点Ｏと
各々のディスプレイ迄の距離Δl₁及びΔl₂を微調整出来
る様に成されている。更に接眼レンズ（18）の対物レン
ズ光軸OX₁上に於ける前側焦点F₂′（31）は対物レンズ
（14）の後側焦点F₁（32）と一致するか、この後側焦点
F₁（32）より外景側に設定される。

上述の構成に於ける動作を説明する。第１図で、対物
レンズ（14）の外景側には花瓶の実物（21）及び照明灯
の如き光源（23）が有り、この実物（21）は透過型ディ
スプレイ（15）上に像を結ぶ様に透過型ディスプレイ
（15）位置が選択される。この場合、光源（23）の像
（24）はHUD（６）の対物レンズ（14）と透過型ディス
プレイ（15）間のファインダ内部に結像する。更に、虚
像（33）として得ようとする、例えば、花のシルエット
型状に不透明にされた像を透過型ディスプレイ（15）上
に形成する。更にモータ（19）を後述するモータサーボ
回路で微調整させる。この透過型ディスプレイ（15）を
矢印Ｂ方向から視た像の平面図はＢ矢視図に示す様に、
透過型ディスプレイ（15）の位置に花瓶の実物（21）の
像（22）と花のシルエット像（25）の合成像（26）が形
成される。この為、光源（23）の像（22）が発光しても
花のシルエット像（25）は消えることはない。この様な
合成像（26）は操縦者の眼球（５）位置から観察が可能
となるがハーフミラー（16）の上側に発光型ディスプレ
イ（17）が設けられ、この発光型ディスプレイ（17）は
第１図のＡ方向から視た像の平面図はＡ矢視図に示す様
に、ディスプレイのバックは黒（28）と成され、花のカ
ラー映像（29）を有する像（30）と成されている。故に
眼球（５）位置から視た場合に花のカラー映像（29）を
透過型ディスプレイ（15）に於ける花のシルエット像
（25）に重なる様に後述するも調整されるのでハーフミ
ラー（16）を通じて花瓶の像（22）、光源（24）、並に
花のカラー映像（29）の３者の合成像が観察出来る。即
ち、この発光型ディスプレイ（17）上の像は前側及び後
側焦点（31）及び（32）を上記した様に選択しているの
で接眼レンズ（18）を通して視る合成虚像（33）は花瓶
の実像と花の映像が完全に融合し、後方の光源（34）に
よって消えない合成虚像を得ることが出来る。上述の構
成において接眼レンズ（18）を破線で示す位置に設けて
も合成虚像（33）を観察することが出来る。

又、上述の例では透過型ディスプレイ（15）と発光型
ディスプレイ（17）上の像を花瓶と花のカラー映像によ
って説明したが、両ディスプレイをドットマトリックス
型のものとし、映像を自由に映出させる様にすれば動体
の表現も自由に行なうことが出来る。

更に対物レンズ（14）、接眼レンズ（18）の焦点距離
及び配置を適宜選択し、外景を自由な倍率で視ることも
出来る。ファインダ内部又は外部にミラー又はプリズム
を取り付けることによって視線方向と外景の関係を自由
に設定出来る。

第２図A,Bはポロミラー光学系を用いて正立の合成虚
像を得る光学系の他の実施例を示すものであり、第１図
との対応部分には同一符号を付して重複説明を省略する
も、接眼レンズ（18）を第１図の破線で示す位置に持ち
来たし、接眼レンズ（18）の手前に第２図Ｂに示すポロ
ミラー系（36）を配設して、合成虚像（33）を実物（2
1）方向に視ると共にポロミラー（36a），（36b）を用
いて像を180゜反転させて正立像を得ている。

G₂ディスプレイ位置移動用サーボ系の実施例（第３図及
び第４図） 上述の光学装置、即ちHUD（６）の光学系に於いて透
過型ディスプレイ（15）及び発光型ディスプレイ（17）
を実物（21）と合せるためにモータ（19）及び（20）を
制御するサーボ系の一実施例を第３図に示す。このサー
ボ系には虚像を合成する外景位置とHUD（６）迄の距離
を設定する虚像合成距離設定部（47）とこの虚像合成距
離設定部（47）で決定された外景位置と虚像を合成する
ために、透過型ディスプレイ（15）と発光型ディスプレ
イ（17）を適合位置に移動させるためのディスプレイ移
動コントロール部（43）より構成されている。

虚像合成距離決定部（47）はHUD（６）本体の前方に
配設された超音波デジタル距離計（38）で実物（21）迄
の距離が測定され、例えば、16ビットのデジタル測定し
た距離情報（39）がデータセレクタ（40）に供給され
る。データセレクタ（40）には手動スイッチ（41）の接
片をオート側に倒すことでVcc電源を介してセレクト信
号（42）が供給され、データセレクタ（40）をオート側
に切換えてこのデータセレクタ（40）から距離情報（3
9）、即ち虚像合成距離データ（60）がディスプレイ移
動コントロール部（43）に供給される。上述の構成は自
動設定によって虚像合成距離を設定したが、BCD（binar
y coded decimal）ロータリスイッチ（44）及びBCD−２
進数変換ROM（BCDから２進数に変換するROM）（45）を
用いて距離情報を設定してもよい。即ち、BCDロータリ
スイッチ（44）の各桁のロータリスイッチを回して所定
の距離を設定し、例えば16ビットの距離情報（46）をBC
D−２進数変換ROM（45）のアドレスバスに入力し、デー
タバス出力をデータセレクタ（40）に供給する様にす
る。手動スイッチ（41）の接片をマニアル側に倒せばデ
ータセレクタ（40）を介して距離情報（152）の虚像合
成距離データ（60）がディスプレイ移動コントロール部
（43）に供給される。

次にディスプレイ移動コントロール部（43）について
説明する。このディスプレイ移動コントロール部（43）
は第１図又は第２図で説明したHUD（６）及び電気制御
フィールドバック系（133）を含んでいる。第３図には
第２図で説明した光学系を有するHUD（６）が記載され
ている。同図で対物レンズ（14）、透過型及び発光型デ
ィスプレイ駆動用のモータ（19）及び（20）、ハーフミ
ラー（16）、ポロミラー（36）並にリニアガイド（55）
の螺杆（48），（52）に螺合するリニアガイド（55）及
び（56）に透過型ディスプレイ（15）と発光型ディスプ
レイ（17）が保持され、ポテンションメータ（51）の摺
動子はリニアガイド（56）に取り付けられている。又、
透過型ディスプレイ（15）と発光型ディスプレイ（17）
の表示面の大きさは同一と成るように選択し、両ディス
プレイに同一のビデオ信号を入力した場合はハーフミラ
ー（16）を介して両方の画像を合成した時には同一位置
に画像が表示される用に配置されている。

電気制御フィールドバック系（133）は虚像合成距離
データ（60）をディスプレイ位置に変換する虚像合成距
離−ディスプレイ位置変換ROM（59）と、デジタル−ア
ナログ変換回路（62）、直流アンプ（63）、比較回路
（65）及び（66）並にモータ電源アンプ（69）及び（7
0）より成る。

叙上の構成で虚像合成距離決定部（47）で得られた虚
像合成距離データ（60）は虚像合成距離−ディスプレイ
位置変換ROM（59）のアドレスバスに供給され、例えば1
6ビットのディスプレイ位置データ（61）が得られる。
このデータ（61）をデジタル−アナログ変換回路（62）
に供給してアナログ信号に変換して直流アンプ（63）で
増幅してこの増幅電圧を位置基準電圧Ｖ（64）として比
較回路（65）及び（66）の一方の入力端に供給する。一
方これら比較回路（65）及び（66）の他方の入力端には
モータ（19）及び（20）の正逆回転によって螺杆の軸方
向の摺動に応じてポテションメータ（51），（51）から
取り出した透過型及び発光型ディスプレイ（15）及び
（17）の位置電圧V₁（57）及びV₂（58）が供給され、比
較回路（65）及び（66）から比較された差分電圧V₁−Ｖ
とV₂−Ｖの電圧（67）及び（68）がモータ電源アンプ
（69）及び（70）に供給される。モータ電源アンプ（6
9）及び（70）の特性は第４図に示す様に過電圧を±V
_MAXで抑える様にし、モータ（19）及び（20）に過大な
電圧が加わるのを防いでいる。モータ電源アンプ（69）
及び（70）の出力は直流ギヤモータ等から成るモータ
（19）及び（20）に供給され、螺杆（52）を正逆方向に
回転させて透過型ディスプレイ（15）及び発光型ディス
プレイ（17）を螺杆軸方向に摺動させる。

かくして第１図のハーフミラー（16）の中心点Ｏから
透過型ディスプレイ（15）及び発光型ディスプレイ（1
7）迄の距離Δl₁及びΔl₂を等しくすることが出来る。

G₃透過型及び発光型ディスプレイの表示制御系の実施例
（第５図乃至第７図） 次に透過型及び発光型ディスプレイ（15）及び（17）
に表示する画像の制御系を第５図に示す。この様な両デ
ィスプレイ表示制御系はコンポジットデコーダ回路（7
6）とディスプレイコントロール信号生成回路（78）か
ら成り立っている。透過型ディスプレイ（15）と発光型
ディスプレイ（17）に表示する画像はキー信号付きのビ
デオ信号によって決定されるので入力形態はキー信号に
応じて次の２通りが考えられる。

（イ）Ｂバッククロマキー信号が混合されたコンポジッ
ト信号を用いる場合。

（ロ）キー信号付きコンポーネント信号を用いる場合。

（イ）の場合はコンポジット信号をコンポジットデコ
ーダ回路（76）でキー信号とコンポーネントビデオ信号
を検出分離して、ディスプレイコントロール信号生成回
路（78）に供給する様にする。

（ロ）の場合はキー信号とコンポーネントビデオ信号
を直接ディスプレイコントロール信号生成回路（78）に
供給する。

先ず、コンポジットデコーダ回路（76）にＢバックク
ロマキー信号を混合したコンポジットビデオ信号を供給
する場合を説明する。

キー信号を含むコンポジット信号（74）は第６図Ａの
波形図に示す様にコンポジットデコーダ回路（76）の入
力端子に供給されてコンポジットビデオ信号をＲ
（赤）,G（緑）,B（青）のコンポーネントビデオ信号に
デコードするコンポジット−RGBデコーダ（80）及びシ
ンク信号に分離するシンクセパレータ（79）に供給され
る。シンクセパレータ（79）ではコンポジットビデオ信
号（74）からコンポジットシンク信号（以下CSYNCと記
す）（82）が第６図Ｂの様に分離される。コンポジット
−RGBデコーダ（80）からはRGBビデオ信号（82）がデコ
ードされて出力される。RGBビデオ信号（83）はディス
プレイコントロール信号生成回路（78）の入力端子T₃に
供給され、シンクセパレータ（79）で分離したCSYNC（8
2）は同じく、ディスプレイコントロール信号生成回路
（78）の入力端子T₂に供給される。更に、コンポジット
−RGBデコーダ（80）でデコードした第６図Ｃに示すＢ
ビデオ信号（84）をクロマキー検出回路（81）に供給
し、第６図Ｄに示すキー信号（77）を得てディスプレイ
コントロール信号生成回路（78）の入力端子T₁に入力さ
せる。

一方、キー信号付きR,G,Bコンポジット信号（75）の
場合はディスプレイコントロール信号生成回路（78）の
入力端子T₁にキー信号を、入力端子T₂にCSYNCを、入力
端子T₃にR,G,Bビデオ信号を直接供給すればよい。

次にディスプレイコントロール信号生成回路（78）を
説明する。このディスプレイコントロール信号生成回路
（78）内には発光型ディスプレイ用ビデオ信号生成回路
（84）と透過型ディスプレイ用ビデオ信号生成回路（9
1）とを有する。先ず発光型ディスプレイ用ビデオ信号
生成回路（84）内のビデオ信号マスク回路（85）に入力
端子T₁及びT₃からキー信号（77）及びRGBビデオ信号（8
3）が供給され、キー信号（77）が第６図ＤのLowの区間
黒レベルに設定した第６図Ｈに示す発光型ディスプレイ
用RGBビデオ信号（88）として発光型ディスプレイコン
トロール回路（90）に供給すると共に入力端子T₂に供給
されるCSYNC（82）も供給して発光型ディスプレイ（1
7）の制御を行なうことで例えば第７図Ｂに示す様な画
像（110）を表示する。尚上述の第６図波形のタイミン
グは直線L₁〜L₂間を走査している期間のものである。

更に、透過型ディスプレイ用ビデオ信号生成回路（9
1）には入力端子T₁からキー信号（77）をキー信号反転
回路（93）に供給すると共に入力端子T₂からCSYNC信号
（82）をCBLK作成回路（95）と透過型ディスプレイコン
トロール回路（99）に供給し、キー反転回路（93）から
は第６図Ｅに示す反転キー信号（94）を得てCBLK付加回
路（97）に供給する。CBLK作成回路（95）では第６図Ｆ
に示すCBLK信号（96）を得てCBLK付加回路（97）に供給
する。CBLK付加回路（97）では反転キー信号（94）をCB
LK信号（96）が第６図Ｆで示すLow期間は黒レベルに設
定して、更にビデオレベルを調整して第６図Ｇに示す様
に透過型ディスプレイ用ビデオ信号（92）を得て透過型
ディスプレイコントロール回路（99）に供給する。CBLK
付加回路（97）では反転キー信号（94）をクランプをす
る時にクランプレベルを高くすることにより反転キー信
号（94）を第６図Ｅの破線（94a）で示す様に黒レベル
より高くすることが出来る。この様な操作で得られた透
過型ディスプレイ用ビデオ信号（92）では第６図Ｉに示
す様に（92a）で示す区間で虚像の半透明表示が可能と
なる。第６図Ｇでの表示画像例を第７図Ａに示すこの各
信号のタイミングは直線L₁,L₂を走査している期間のタ
イミングである。

G₄裸眼と等価な実像ファインダを得る光学系の実施例
（第８図及び第９図） 第２図に示した光学系では正立の虚像を得る光学系に
ついて説明したが、外景を裸眼と等価に見る通常のHUD
（６）として利用するには虚像の大きさを実物に一致さ
せると共に、虚像を正立像にして、前後関係を実物に一
致させることが必要である。先ず虚像の大きさを実物に
一致させるファインダを得る光学系を第８図に示す。こ
の光学系では虚像（33）の横倍率と縦倍率が実物（21）
に対して１倍となっている。この様な光学系は焦点距離
ｆが同じ２個の対物レンズ（14）と接眼レンズ（18）を
用い、この対物レンズ（14）の後側焦点F₁′（112）と
接眼レンズ（18）の前側焦点F₂（114）を一致させる様
に配置することで実現出来る。尚、ここで横倍率とは光
軸に対して垂直方向の倍率を示し、縦倍率とは光軸に対
して平行方向の倍率を示している。

上述の様に構成することで横及び縦倍率が１倍になる
ことを以下に説明する。

（イ）横倍率の証明 第８図に於いて、ファインダ内部に結像する実像（11
5）の実物（21）に対する横倍率m₁は となる。又、この実像（115）を接眼レンズ（18）で観
察する場合に、（117）の位置に見える虚像（33）の実
像（115）に対する横倍率m₂は となる。よって、対物レンズ（14）と接眼レンズ（18）
の合成横倍率ｍは次の（３）式で表される。

上式の（３）式の値が１になることを以下に説明す
る。実物（21）、実像（115）、虚像（33）の位置関係
に注目するとガウスの公式より、 となる。

又、第８図より l₁′＋l₂＝2f ……（６） である。l₁,l₁′,l₂′をl₂で表わす。

（６）式より l₁′＝2f−l₂ ……（６′） （５）式より （４）式より （４′）に（６′）式を代入して （３）に（６′），（５′），（７）式を代入すると よって虚像（33）の実物（21）に対する横倍率が１倍と
なる。

（ロ）縦倍率の証明 第８図より l₃＝l₂′−2f−d₁−d₂(d₁,d₂は各レンズの主点間の距離) ……（９） 実物（21）と虚像（33）間の距離Δｌは（９）式を考
慮すると Δｌ＝l₁−l₃＝l₁−（l₂′−2f−d₁−d₂） l₁−l₂′＋2f＋d₁＋d₂ ……（10） （10）式に（７），（５）式を代入すると （11）式より実像（21）と虚像（33）間の距離Δｌが
定数となるので、縦倍率は１倍となる。

（イ）（ロ）より虚像の縦倍率と縦倍率が１倍である
ことが証明される。

次に虚像を正立像にして、前後関係を実像に一致させ
る構造の光学系を第９図で説明する。第８図の光学系で
は（11）式より虚像（33）が4f＋d₁＋d₂だけ実物（21）
より近づいて見える。そのため視線方向EDに垂直な方向
に光路を折り曲げて光学距離をかせぐ必要がある。第８
図で倒立された虚像（33）を正立像にするには第２図Ｂ
で示したポロミラー系の様に４枚のミラーで像を折り返
す様にする。第９図の例ではミラー（119）〜（124）を
図の様に配設すると共に対物及び接眼レンズ（14）及び
（18）をミラー（120）と（122）間及びミラー（119）
と（121）に配設する。ミラー（119）とミラー（120）
で像の左右を折り返して、ミラー（121）と（122）で像
の上下を折り返している。又、ミラー（123）と（124）
は視線方向EDを裸眼に一致させるために用いたものであ
る。

第９図では、対物レンズ（14）から接眼レンズ（18）
までの光路の距離は（６）式の関係を満たしている。
又、ここでは、視線方向EDに垂直な光路の総和距離
（（ａ）（ｂ）間、（ｂ）（ｃ）間、（ｃ）（ｄ）間、
（ｅ）（ｆ）間の総和距離）は4f＋d₁＋d₂にしてあり、
裸眼と全つ等価なファインダ光学系が実現される。収差
の少ないレンズ系を使えば、光軸OXに対して斜めの方向
から見ても裸眼と全く等価なファインダとして作用す
る。

G₅裸眼と等価な実像式ファインダの実施例（第10図乃至
第15図） 第10図は第９図に示した光学系に第１図の虚像合成系
を組み込んだ実像式ファインダの模式図であり発光型デ
ィスプレイ（17）はミラー（ハーフミラー（16）（11
9）の上方に置かれ、透過型ディスプレイ（15）はミラ
ー（119）と（120）間に置く様にされている。

対物レンズ（14）と接眼レンズ（18）の光軸（128）
は一致している。これら光軸（128）を基準として対物
レンズ（14）、透過型ディスプレイ（15）、ミラー（11
9）、発光型ディスプレイ（17）、接眼レンズ（18）の
間の関係は第１図で説明した距離関係を満たす様に成さ
れている。

第11図はこの様な実像式ファインダを左右両眼につけ
た状態を示すもので左及び右ファインダ（130L）及び
（130R）を顔面に取り付けている。この様な左右ファイ
ンダ（130L），（130R）の構成を第12図で説明する。左
右ファインダ（130L），（130R）の筐体は略Ｌ字状に合
成樹脂等で構成させる。この左右筐体内に第10図に示す
模式図の光学系及び虚像合成系が組み込まれている。窓
部130Wの形成されている全面には第３図で説明した超音
波式デジタル距離計（38）が設けられ更に、発光型ディ
スプレイ（17）及び透過型ディスプレイ（15）を移動さ
せるためのモータ（20），（19）、ポテンショメータ
（51）やリニアガイド（55）及び螺杆（56）は第12図の
部分拡大図に示されている様に取り付けられ筐体に内蔵
されている。第３図で説明した電気制御フィードバック
系（133）及び虚像合成距離決定部（47）はファインダ
とは別のポケット等に入る程度の大きさの第１の筐体ユ
ニット（134）に内蔵され、第５図に説明した透過型及
び発光型ディスプレイ表示制御回路は小型の第２の筐体
ユニット（135）に内蔵され、これらの各回路は左右フ
ァインダ（130L），（130R）様に２組が組み込まれてい
る。これら第１及び第２の筐体ユニット（134），（13
5）からケーブルを介して接続を行なう。第２の筐体ユ
ニット（135）には第５図で説明したキー信号付きRGBビ
デオ信号（75）及びコンポジットビデオ信号（74）が供
給されるが、これらはVTR、ビデオカメラ、ビデオ出力
付きパソコン、ビデオ処理コンピュータ等の各種ビデオ
信号出力機器より供給すればよい。

第13図は第10図の光学系を眼鏡（142）に配設したも
のでディスプレイ（15），（17）の位置は固定であるの
でディスプレイ移動制御系は不要である。第10図に於け
るミラー（123）及び（124）は本体が小型の為に視野の
ずれは実用上問題がないので省略されている。

第14図は航空機のコックピットに本例の光学系を組み
込んだもので、第10図に於けるミラー（121），（12
4），（（ａ），（ｆ））の２枚のミラーのみを風防ガ
ラス（138）下部に傾けてつき出し、他の部分は計器パ
ネル（139）内部に収納したものである。

虚像の位置は無限遠に固定されるためにディスプレイ
（15），（17）を移動させるサーボ系は必要なく、第14
図でミラー（124）とミラー（123）は夫々ミラー（12
1）及び（122）の後方に配置されている。

第15図はリレーレンズ（140）を内蔵した地上望遠鏡
に本例の光学系を組み込んだ例を示すものである。この
場合、実像は第15図の破線で示す２つの位置（145），
（146）に結像されるので透過型ディスプレイ（15）は
これらのうち、どちらへ置いてもよい。

本発明は叙上の実施例に説明した様に不透明な虚像表
現が可能なために、背景の色に左右されない純粋な色表
現が可能であり、従来のヘッドアップ・ディスプレイで
不可能であった黒色の表現も可能となる。又、背景に照
明等の明るい物体がある場合にも虚像が消えることがな
い。

又、透過型ディスプレイを半透明表示にすれば、背景
と重ねて同時に半透明虚像を見る応用も可能となる。更
に裸眼と等価な実像型のファインダを得ることが出来
る。

Ｈ 発明の効果 本発明によれば、外景の中に影の虚像の表示が出来、
不透明な虚像表現が可能なために、背景の色に左右され
ない純粋な色表現が可能であり、従来のヘッドアップデ
ィスプレイで不可能であった黒色の表現も可能になる。
又、背景に照明等の明るい物体がある場合にも虚像が消
えることがない。

又、透過型ディスプレイを半透明表示にすれば、背景
と重ねて同時に半透明虚像を見る応用も可能となる。更
に裸眼と等価な実像式ファインダを得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学装置の模式図、第２図は本発明の
光学装置の他の実施例を示す模式図、第３図は本発明の
光学装置のディスプレイ位置移動用サーボ系の系統図、
第４図はモータ電源アンプの特性曲線図、第５図は本発
明の光学装置の透過型及び発光型ディスプレイ表示制御
用の系統図、第６図は第５図の波形説明図、第７図は第
６図の波形での画面例を示す図、第８図は虚像の大きさ
を実物に一致させるための光学系の模式図、第９図は虚
像を正立像にし前後関係を実像に一致させるための光学
系の模式図、第10図はファインダの光学系の模式図、第
11図はファインダの実装例を示す図、第12図はファイン
ダの構成を示す斜視図、第13図は本発明の光学装置をメ
ガネ内蔵型とした略線図、第14図は本発明の光学装置を
コックピットに内蔵させた略線図、第15図はリレーレン
ズ内蔵望遠鏡の光学系の模式図、第16図は従来のHUDの
原理的光学系とその構成図、第17図は従来の虚像と光源
の説明図、第18図は従来の虚像と黒い像の説明図であ
る。 （６）はHUD、（14）は対物レンズ、（15）は透過型デ
ィスプレイ、（17）は発光型ディスプレイ、（18）は接
眼レンズ、（21）は実物、（33）は合成虚像である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外景から光を取り込む対物レンズと、 合成虚像を得る接眼レンズと、 上記対物レンズの光を取り込む光軸上に配され、発生さ
   せた画像信号の画像対応部の光透過を遮る遮断手段と、 上記対物レンズの光軸と直交する光路上に配され、上記
   画像対応部の映像を表示し、該画像対応部以外は発光し
   ない様に表示する表示部とを具備し、 上記表示部の出力と上記遮断手段の出力を合成して合成
   虚像を作成する様にして成ることを特徴とする光学装
   置。
2. 【請求項２】焦点距離の等しい、前記対物レンズと前記
   接眼レンズとを有し、 上記対物レンズの上記接眼レンズ側の第２の主点と、 上記接眼レンズの上記対物レンズ側の第１の主点との光
   学的距離を上記焦点距離の２倍になる様に構成して成る
   ことを特徴とする請求項１記載の光学装置。