JP2956857B2 - 光学装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【目次】以下の順序で本発明を説明する。 産業上の利用分野 従来の技術（図１１） 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段（図１、図２及び図６） 作用（図３〜図５、図７〜図１０） 実施例（図１〜図１０） 発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は光学装置に関し、例えば
視野領域内に外景及び又は虚像を認識させるものに適用
して好適なものである。

【０００３】

【従来の技術】従来、液晶デイスプレイ上に表示された
映像を光学系を介して拡大してなる虚像を外景に重畳し
て表示することができる光学装置として、図１１に示す
ような構成のものが提案されている（特願平2 -108079
号 )。

【０００４】光学装置１は、例えば液晶デイスプレイで
なるデイスプレイ２を有しており、デイスプレイ２の表
示面２Ａ上に表示される映像Ｒの虚像Ｉを光学系３を介
して装着者が眼球４によつて目視できるようになされて
いる。ここで光学系３は反射鏡５、凸レンズ６及びビー
ムスプリツタ７を有しており、反射鏡５はデイスプレイ
２の表示面２Ａに直交する光軸ｌ１に対して45゜の角度
で取付けられている。

【０００５】凸レンズ６は反射鏡５によつて90゜折り曲
げられた光軸上に配置されている。ビームスプリツタ７
はハーフミラーでなり、光軸ｌ２上眼球４の前方に、光
軸ｌ２に対して45゜の角度で凸レンズ６の下方に取付け
られている。

【０００６】ここで光軸ｌ２は眼球４の中心を通り光軸
ｌ１に対して平行な光軸であり、視野領域の中心であ
る。これによりビームスプリツタ７は凸レンズ６を介し
て入射される映像光Ｌ１のうち50％を反射させて眼球４
に導き、虚像Ｉを所定視野角を有する領域（以下虚像視
野領域ＡＲＩという）に認識させると共に、残りの50％
を下方に透過するようになされている。

【０００７】ビームスプリツタ７の前方には虚像視野領
域ＡＲＩにおける外光Ｌ２の透過を制御する液晶シヤツ
タ８が設けられている。ここで液晶シヤツタ８は偏光フ
イルタを有しており、入射される外光の50％を透過する
ようになされている。これにより装着者は、デイスプレ
イ２を発光させると共に液晶シヤツタ８を閉じる場合に
は虚像視野領域ＡＲＩに虚像Ｉを目視できる。

【０００８】またデイスプレイ２の発光をとめると共に
液晶シヤツタ８を開く場合、装着者は光学装置１を装着
したままで視野角領域の外景Ｏを目視できる。さらに装
着者はデイスプレイ２を発光させると共に液晶シヤツタ
８を開く場合、虚像視野領域ＡＲＩに虚像Ｉと外景Ｏと
の両方を重ねて目視することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところがかかる光学装
置１においては、眼球４に入射する虚像視野領域ＡＲＩ
の外光Ｌ２の光量は偏光フイルタを介して入射するた
め、虚像視野領域外の視野領域（以下周辺視野領域とい
う）ＡＲＯの外光Ｌ３の光量に対して25％と光量の差が
大きい。このため液晶シヤツタ８を開いて外景Ｏを目視
する場合には、虚像視野領域ＡＲＩ内に位置する液晶シ
ヤツタ８及びビームスプリツタ７の存在が光量の違いか
ら意識されるという問題があつた。

【００１０】またデイスプレイ２として偏光光制御型デ
イスプレイを用いる場合には、一般に映像光Ｌ１の発光
強度が弱い上に、眼球４にはビームスプリツタ７で映像
光Ｌ１のうち50％しか反射されないため虚像が一段と暗
く見えていた。さらにビームスプリツタ７はデイスプレ
イ２より映出された映像光Ｌ１のうち50％が下方に透過
してしまうため、第三者に虚像Ｉの内容を見られてしま
うという問題があつた。

【００１１】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、虚像視野領域内に位置する液晶シヤツタ及びビーム
スプリツタの存在が意識されず、また第三者には虚像の
内容を見られることなく、装着者は明瞭な虚像を見るこ
とができる光学装置を提案しようとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め第１の発明においては、デイスプレイ２に映出される
映像Ｒを１枚又は複数枚のレンズを含んでなる光学系
５、６及び視軸ｌ２上に配設された分光手段７を介して
反射し、所定視野角の虚像視野領域ＡＲＩに映像Ｒの虚
像Ｉを認識させると共に、視軸ｌ２上に配設された入射
光制御手段８を切り換え制御することにより、虚像視野
領域ＡＲＩに虚像Ｉ及び又は虚像視野領域ＡＲＩの外景
Ｏを認識させる光学装置１において、虚像視野領域ＡＲ
Ｉ周辺の周辺視野領域ＡＲＯに周辺視野領域ＡＲＯから
入射する外光Ｌ１３を減光する減光手段２４を備えるよ
うにする。

【００１３】また第２の発明においては、デイスプレイ
２は偏光光制御型デイスプレイ１８とすると共に、分光
手段７は偏光手段で偏光された映像Ｒを全反射する偏光
分光手段２２を有するようにする。

【００１４】

【作用】第１の発明において、デイスプレイ２の発光を
停止し、外景Ｏを目視する際、分光手段７を介して虚像
視野領域ＡＲＩに入射する外光Ｌ１２の光量は減光手段
２４を介して周辺視野領域ＡＲＯから入射する外光Ｌ１
３の光量と差が少ないため、装着者は分光手段７を意識
することなく外景Ｏを見ることができる。

【００１５】また第２の発明において、偏光光制御型デ
イスプレイ１８上に映出され、偏光された映像Ｒは偏光
分光手段２２により装着者側に全反射されることによ
り、装着者以外の第三者には虚像Ｉの内容を見られるお
それを有効に回避することができると共に一段と明瞭な
虚像Ｉを見ることができる。

【００１６】

【実施例】以下図面について本発明の一実施例を詳述す
る。

【００１７】図１及び図２において、１０は全体として
本発明でなる光学装置を眼鏡に装着する場合における光
学装置システムを示している。光学装置システム１０は
眼鏡本体１１に光学装置１２を固定し、制御回路部１３
から供給される映像信号Ｖ０及び液晶シヤツタ制御信号
Ｖ１、Ｖ２に基づいて光学装置１２を駆動制御するよう
になされている。

【００１８】ここで光学装置１２の外部筐体１４は、図
２に示すように、眼鏡固定具１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ及
び１７により眼鏡本体１１に固定されている。外部筐体
１４の眼鏡本体１１側上側面には偏光光制御型のデイス
プレイ１８が取付けられており、紙面に対して垂直方向
に振動する偏光光（以下これをＳ波という）Ｌ１０を出
力するようになされている。また外部筐体１４の上部に
は反射鏡１９が偏光光Ｌ１０の光軸ｌ１０に対して45゜
傾けて取付けられており、光軸ｌ１０を90゜折り曲げる
と反射光Ｌ１１として反射する（図３）。

【００１９】外部筐体１４の内側には内部筐体２０が下
方より摺動自在に嵌挿されており、かかる内部筐体２０
には凸レンズ２１、偏光ビームスプリツタ２２、液晶板
２３及び偏光フイルタ２４が固着されている。ここで凸
レンズ２１は反射光Ｌ１１の光軸ｌ１１上に配設されて
いる。

【００２０】偏光ビームスプリツタ２２は眼球２５を通
り光軸ｌ１１に直交する視野角中心光軸ｌ１２上に、光
軸ｌ１２に対して45゜傾けて取付けられており、反射光
Ｌ１１を眼球２５に導くようになされている。液晶板２
３は図３に示すように、虚像視野領域ＡＲＩを覆うよう
に偏光ビームスプリツタ２２の前方に配設されている。

【００２１】ここで液晶板２３は偏向ビームスプリツタ
２２及び偏向フイルタ２４により液晶シヤツタを構成
し、制御信号Ｖ１により液晶板２３を透過する外光Ｌ１
２をＳ波又はＰ波に切り換え制御する。さらに液晶板２
３の前方に配置される偏光フイルタ２４は、周辺視野領
域ＡＲＯを覆うように配設されており、外光Ｌ１２及び
Ｌ１３のうち紙面に対して平行方向に振動する偏光光
（以下これをＰ波という）のみを透過するようになされ
ている。これにより偏光フイルタ２４は透過する外光Ｌ
１２及びＬ１３の光量を50％に減光するようになされて
いる。

【００２２】偏光ビームスプリツタ２２はガラス基板２
２Ａ上に誘電体多層膜２２Ｂを積層してなり、凸レンズ
２１を介して入射される入射光のうちＳ波は全反射する
のに対してＰ波は透過するようになされている（図
４）。これに対して偏光ビームスプリツタ２２は偏光フ
イルタ２４及び液晶板２３を介して前方より眼球２５に
入射されるＰ波は透過するのに対してＳ波は全反射する
ようになされている（図５）。

【００２３】眼鏡本体１１の左眼側には液晶シヤツタ２
６が固定部材１５Ｃ及び１７により固定されており、液
晶シヤツタ２６の透過率は液晶シヤツタ制御信号Ｖ１及
びＶ２により切り換えられるようになされている。かか
る液晶シヤツタ制御信号Ｖ１、Ｖ２及び映像信号Ｖ０は
ケーブル２７を介して制御回路部１３より供給される。

【００２４】制御回路部１３は光学装置１２を駆動制御
する制御回路１３Ａ及び例えばビデオテープレコーダで
なる映像信号再生回路１３Ｂを有している。制御回路１
３Ａは図６に示すように、デイスプレイ制御回路３０及
び液晶シヤツタ制御回路３１を有している。

【００２５】デイスプレイ制御回路３０は映像信号再生
回路１３Ｂからケーブル３２を介して入力されるコンポ
ジツト入力映像信号ＶＩを同期信号分離回路３３及びコ
ンポジツトＲＧＢデコーダ３４に取り込む。同期信号分
離回路３３は入力映像信号ＶＩから同期信号を分離し、
ゲインロツク（GEN LOCK）回路３５に同期信号Ｓ１とし
て供給する。またコンポジツトＲＧＢデコーダ３４は入
力映像信号ＶＩをＲ、Ｇ、Ｂの映像信号にデコードする
とそれぞれデイスプレイ制御信号発生回路３６にＲＧＢ
映像信号Ｓ２として供給するようになされている。

【００２６】ゲインロツク（GEN LOCK）回路３５は同期
信号Ｓ１から水平同期信号Ｓ３、垂直同期信号Ｓ４及び
基準クロツク信号Ｓ５を生成するとデイスプレイ制御信
号発生回路３６に供給する。デイスプレイ制御信号発生
回路３６はＲＧＢ映像信号Ｓ２を水平及び垂直同期信号
Ｓ３及びＳ４、基準クロツク信号Ｓ５に基づいて出力映
像信号ＶＯに変換するとデイスプレイ１８に出力するよ
うになされている。ここで出力映像信号ＶＯの出力はデ
イスプレイ制御スイツチ３７により切り換え制御される
ようになされており、制御スイツチ３７を「オン」状態
にすると装着者は虚像Ｉを目視でき、「オフ」状態にす
ると装着者は虚像Ｉの目視を停止することができる。

【００２７】液晶シヤツタ制御回路３１は液晶透過率制
御回路３８を有しており、透過率制御スイツチ３９によ
り供給される切換信号Ｓ７に基づいて液晶板２３及び液
晶シヤツタ２６を透過する外光Ｌ１２の透過を切り換え
制御するようになされている。ここで液晶透過率制御回
路３８は切換信号Ｓ７の「オン」又は「オフ」に従つて
液晶シヤツタ制御信号Ｖ１及びＶ２を出力する。液晶シ
ヤツタ制御信号Ｖ１は液晶板２３又は液晶シヤツタ２６
の透過率を０％又は50％に設定する交流電圧であり、制
御信号Ｖ２は液晶板２３又は液晶シヤツタ２６の透過率
を25％又は50％に設定する交流電圧である。

【００２８】以上の構成において、装着者が外景Ｏのみ
を目視したい場合には、デイスプレイ制御スイツチ３７
を「オフ」に切り換えると共に、透過率制御スイツチ３
９を「オン」に切り換えることにより眼球２５に虚像視
野領域ＡＲＩから外光Ｌ１２及び周辺視野領域ＡＲＯか
ら外光Ｌ１３が共に入射される（図７）。このとき虚像
視野領域ＡＲＩから入射する外光Ｌ１２は偏光フイルタ
２４、液晶板２３及び偏光ビームスプリツタ２２を透過
して入力され、偏光フイルタ２４及び液晶板２３を透過
するときＰ波に偏光されている。

【００２９】ここで偏光ビームスプリツタ２２は図５に
示すように、Ｐ波に偏光された外光Ｌ１２は全て透過す
ることにより、眼球２５には入射光に対して50％の光量
を有する外光Ｌ１２が入射される。また周辺視野角領域
ＡＲＯ（図７）から入射される外光Ｌ１３は偏光フイル
タ２４のみを透過することにより、眼球２５には入射光
に対して50％の光量を有する外光Ｌ１３が入射される。

【００３０】これにより眼球２５に虚像視野領域ＡＲＩ
及び周辺視野領域ＡＲＯから入射される外光Ｌ１２及び
Ｌ１３の光量は共に入射光の50％となり光量の差が認識
されない。このとき装着者は偏光ビームスプリツタ２
２、液晶板２３及び偏光フイルタ２４の存在を意識する
ことなく外景Ｏを目視することができる。

【００３１】これに対して装着者が虚像Ｉを見たい場合
には、制御回路部１３のデイスプレイ制御スイツチ３７
を「オン」に切り換える。このときデイスプレイ１８上
には映像信号再生回路１３Ｂ、ケーブル３２、制御回路
１３Ａ、ケーブル２７を順次介して入力される出力映像
信号ＶＯにより映像Ｒが表示され、映像光Ｌ１０が映出
される。

【００３２】映像光Ｌ１０はデイスプレイ１８の前面に
配置された反射鏡１９によつて光軸ｌ１０を90゜折り曲
げて反射された後凸レンズ２１によつて拡大される。こ
のとき映像光Ｌ１１の偏光面は紙面に対して垂直に振動
するＳ波に偏光されているため、図４に示すように、偏
光ビームスプリツタ２２によつて全反射され眼球２５に
入射される。

【００３３】ここで透過率制御スイツチ３９を「オフ」
に切り換えると液晶板２３によつて覆われる虚像視野領
域ＡＲＩに入射する外光Ｌ１２の透過は遮蔽され、装着
者にはデイスプレイ１８に表示される映像Ｒの拡大像で
なる虚像Ｉが虚像視野領域ＡＲＩに認識されることにな
る。このときデイスプレイ１８上に表示された映像Ｒの
反射光Ｌ１１は全て偏光ビームスプリツタ２２で反射さ
れるため、下方には透過せず、光学装置１０を装着した
人以外の他人には現在装着者が目視している虚像Ｉの内
容を見られるおそれを有効に回避できる。またこれによ
り従来ハーフミラーでなるビームスプリツタ７において
は透過していた分の映像光Ｌ１１も眼球２５に反射され
ることにより、眼球２５に入射される光量が従来のほぼ
２倍になり、従来に比して明瞭な虚像Ｉを目視すること
ができる。

【００３４】これに対して再び透過率制御スイツチ３９
を「オン」状態に切り換えると、眼球２５の虚像視野領
域ＡＲＩには偏光フイルタ２４、液晶板２３及び偏光ビ
ームスプリツタ２２を介して外光Ｌ１２が入射される。
これにより装着者は虚像視野領域ＡＲＩの外景Ｏに虚像
Ｉを重ねて目視することができる。

【００３５】以上の構成によれば、眼球２５を通る光軸
ｌ１２上前方に、Ｓ波に偏光した映像光Ｌ１１を出力す
るデイスプレイ１８からの偏光光を全反射する偏光ビー
ムスプリツタ２２を配設することにより、デイスプレイ
１８に映出された映像の映像光Ｌ１０を全て光学装置１
０の装着者側に反射し得、他者に現在目視している虚像
Ｉの内容を見られるおそれを有効に回避できる。また偏
光ビームスプリツタ２２の前方には虚像視野領域ＡＲＩ
及び周辺視野領域ＡＲＯを広く覆う偏光フイルタ２４を
配設することにより、虚像視野領域ＡＲＩ及び周辺視野
領域ＡＲＯから入射される外光Ｌ１２及びＬ１３の光量
を一定にでき、偏光ビームスプリツタ２２を含めた液晶
シヤツタの存在を意識することなく外景Ｏを目視するこ
とができる。

【００３６】なお上述の実施例においては、光学装置１
０として周辺視野領域ＡＲＯから入射する外景光Ｌ１３
の減光手段として液晶板２３に対して十分大きい面積を
有する偏光フイルタ２４を設ける場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、光学装置４０として、図８
に示すように、液晶板２３の前面に液晶板２３と同一の
大きさを有する液晶偏向フイルタ４１を設けると共に、
偏光ビームスプリツタ２２と眼球２５との間に周辺視野
領域ＡＲＯから入射する外光Ｌ１３の光量を50％に減光
する周辺偏光フイルタ４２を設けるようにしても良い。
ここで周辺偏光フイルタ４２は図９に示すように、虚像
視野領域ＡＲＩに対応する領域を切り抜いた形状を有し
ており、周辺視野領域ＡＲＯから透過する外光Ｌ１３を
偏向し、透過前に比して50％の光量に減光するようにな
されている。

【００３７】かかる光学装置４０において制御回路部１
３により外景の状況を確認したい場合、上述の実施例と
同様、透過率制御スイツチ３９を「オフ」に切り換える
と、眼球２５に虚像視野領域ＡＲＩから外光Ｌ１２が液
晶偏光フイルタ４１、液晶板２３及び偏光ビームスプリ
ツタ２２を介して入射される。このとき眼球２５に周辺
視野領域ＡＲＯから入射される外光Ｌ１３の光量は図１
０に示すように、透過前に比して50％に減光されてい
る。

【００３８】一方周辺視野領域ＡＲＯから眼球２５に入
射される外光Ｌ１３の光量は周辺減光フイルタ４２を透
過する際、光量が50％に減光される。これにより装着者
には虚像視野領域ＡＲＩの外景にも周辺視野領域ＡＲＯ
の外景にも光量に差を認識できないことにより、眼球２
５の前方に位置する偏光ビームスプリツタ２２、液晶板
２３、液晶偏光フイルタ４１及び周辺偏光フイルタ４２
の存在を意識することなく外景Ｏの状況を目視すること
ができる。

【００３９】さらにこの実施例の場合、周辺偏光フイル
タ４２を偏光ビームスプリツタ２２及び眼球２５との間
に設ける場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、偏光ビームスプリツタ２２と液晶板２３との間等に
設けても同様の効果を得ることができる。

【００４０】また上述の実施例においては、外部入力さ
れる映像信号を表示するデイスプレイとして偏光光制御
型のデイスプレイ１８を用いる場合について述べたが、
本発明はこれに限らず、陰極線管（ＣＲＴ）の前面に入
射光をＳ波に偏光する偏光フイルタを配設してなるデイ
スプレイを用いる場合にも広く適用することができる。

【００４１】さらに上述の実施例においては、偏光ビー
ムスプリツタ２２として上方及び水平方向から入射する
Ｓ波は全反射し、上方及び水平方向から入射するＰ波は
全透過するものを用いる場合について述べたが、本発明
はこれに限らず、Ｓ波は全透過し、Ｐ波は全反射するも
のを用いても良い。かかる場合デイスプレイ１８は映出
される映像光Ｌ１０をＰ波に偏光するものに代えると共
に偏光板２４、４１及び４２としては入射光をＳ波に偏
光するものに代えれば良い。

【００４２】さらに上述の実施例においては、液晶板２
３の前面に入射光をＰ波に偏向する偏向フイルタ２４を
配設する場合について述べたか、本発明はこれに限ら
ず、虚像視野領域ＡＲＩの部分は偏向フイルタでなり、
周辺視野領域ＡＲＯの部分は入射光の光量を50％に減光
する減光フイルタでなるものを用いても良い。

【００４３】さらに上述の実施例においては、周辺偏光
フイルタ４２として偏光フイルタを用いる場合について
述べたが、本発明はこれに代え、減光フイルタを用いて
も良い。さらに上述の実施例においては、映像信号再生
装置１３Ｂとしてビデオテープレコーダを用いる場合に
ついて述べたが、本発明はこれに限らず、ビデオカメラ
からの映像信号を供給する場合等種々の場合に広く適用
することができる。

【００４４】さらに上述の実施例においては、デイスプ
レイ１８を眼鏡本体１１の上方に配設した構成の場合に
ついて述べたが、本発明はこれに限らず、デイスプレイ
１８を眼鏡本体１１の下方に設けると共に偏向ビームス
プリツタの傾きを反転させ、映像光を眼球２５に導くよ
うにしても良い。さらに上述の実施例においては、光学
装置１２を眼鏡本体１１に装着する場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、かかる光学系を有するもの
に広く適用し得る。

【００４５】

【発明の効果】上述のように第１の発明によれば、周辺
視野領域から入射する外光の光量を減光する減光手段を
周辺視野領域を覆うように設けることにより、虚像視野
領域及び周辺視野領域から入射する外光の光量の差を少
なくでき、これにより虚像視野領域に位置する液晶シヤ
ツタを意識することなく外景を見ることができる。また
第２の発明によれば、偏光光制御型デイスプレイと、偏
光された映像光を全反射する偏光分光手段を設けること
により、デイスプレイ上に表示された映像は装着者側に
全て反射することができ、虚像の内容を他者に知られな
いようにし得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光学装置の一実施例を示す斜視図
である。

【図２】実施例による光学装置の説明に供する側断面図
である。

【図３】光学装置の光学系の説明に供する略線的光路図
である。

【図４】偏光ビームスプリツタに上方から偏光が入射す
る場合の光路の説明に供する光路図である。

【図５】偏光ビームスプリツタに前方より偏光が入射す
る場合の光路の説明に供する光路図である。

【図６】制御回路の説明に供するブロツク図である。

【図７】外景を確認する場合に入射する外光の説明に供
する略線的光路図である。

【図８】他の実施例による光学装置の説明に供する略線
的光路図である。

【図９】周辺偏光フイルタの説明に供する略線的斜視図
である。

【図１０】他の実施例による光路の説明に供する略線的
光路図である。

【図１１】従来の光学装置の光学系の説明に供する略線
的側断面図である。

【符号の説明】

１０……光学装置システム、１１……眼鏡本体、１２…
…光学装置、１３……制御回路部、１８……デイスプレ
イ、１９……反射鏡、２２……偏光ビームスプリツタ、
２２Ａ……ガラス基板、２２Ｂ……誘電体多層膜、２３
……液晶板、２４……偏光フイルタ、ｌ１０、ｌ１１、
ｌ１２……光軸。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】デイスプレイに映出される映像を１枚又は
   複数枚のレンズを含んでなる光学系及び視軸上に配設さ
   れた分光手段を介して反射し、所定視野角の虚像視野領
   域に上記映像の虚像を認識させると共に、上記視軸上に
   配設された入射光制御手段を切り換え制御することによ
   り、上記虚像視野領域に上記虚像及び又は上記虚像視野
   領域の外景を認識させる光学装置において、上記虚像視
   野領域周辺の周辺視野領域に上記周辺視野領域から入射
   する外光を減光する減光手段を具えることを特徴とする
   光学装置。
2. 【請求項２】上記デイスプレイは上記映像を偏光する偏
   光手段を有すると共に、上記分光手段は上記偏光手段で
   偏光された上記映像を全反射する偏光型分光手段を有す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光学
   装置。