JP7848552B2 - 測定光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、虚像表示装置等の光学系を有する製品等について、測定を行う測定光学装置に関する。

虚像表示装置の射出瞳の光学特性を測定する光学特性測定装置として、イメージセンサーや絞りを上下左右に移動させる移動部材を備えるものが知られている（特許文献１参照）。

国際公開２０１７－１８３５８２号公報

しかしながら、上記特許文献１に例示されるような光学特性測定装置では、虚像表示装置の一例としてのヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）から出射される光の焦点距離に応じて光学特性測定装置側の調整をする機構がないため、ＨＭＤの光学特性を精度よく測定できないおそれがある。

本発明の一側面における測定光学装置は、測定対象からの光が入射し、入射した光を出射する第１光学部材と、第１光学部材から出射された光が入射し、入射した光をテレセントリック性を有するように出射する第２光学部材と、第１光学部材と第２光学部材とが並ぶ第１方向に沿って配置され、第２光学部材から出射された光を受光する受光部材と、受光部材の受光面において受光する光を結像させるように光路を調整する調整部材と、を備える。

第１実施形態に係る測定光学装置を概念的に示す平面図である。 測定光学装置と測定対象としての虚像表示装置とについて示す図である。 測定光学装置の撮像装置の外観を示す斜視図である。 撮像装置における測定対象からの光の受光について示す光線図である。 撮像装置の構造について説明するための図である。 絞り（開口絞り）の一例について説明するための正面図である。 測定光学装置における撮像装置の構造について他の一例を示す図である。 撮像装置の構造について別の一例を示す図である。 第２実施形態に係る測定光学装置について示す概念図である。 測定光学装置について示す概念的な平面図である。 測定光学装置の一変形例について示す概念的な平面図である。 測定光学装置の別の一変形例について示す概念的な平面図である。 第３実施形態に係る測定光学装置について示す概念図である。 プリズムの構造について説明するための図である。 一変形例のプリズムの構造について説明するための図である。 撮像装置の一変形例について説明するための図である。

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照して本発明に係る第１実施形態の測定光学装置について説明する。

図１等に示す測定光学装置１００は、虚像表示装置の一態様としてのヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）を測定対象とする測定装置（測定システム）であり、第１の撮像装置１０Ａと、第２の撮像装置１０Ｂと、第１の姿勢変更装置３０Ａと、第２の姿勢変更装置３０Ｂと、制御装置５０とを備える。第１の姿勢変更装置３０Ａは、第１の撮像装置１０Ａを載置するステージ３１Ａと、ステージ３１Ａを駆動させる駆動装置３２Ａとで構成されており、例えば測定対象の構成等に応じて、第１の撮像装置１０Ａの姿勢を変更する。同様に、第２の姿勢変更装置３０Ｂは、ステージ３１Ｂと、駆動装置３２Ｂとで構成されており、第２の撮像装置１０Ｂの姿勢を変更する。

図２のうち、状態ＡＲ１は、図１を参照して説明した上記構成の測定光学装置１００に対して、測定対象である虚像表示装置（ヘッドマウントディスプレイ）ＶＤを設置した状態を示す概念的な平面図であり、状態ＡＲ２は、虚像表示装置ＶＤの外観を示す概念的な斜視図である。図示のように、虚像表示装置ＶＤは、左右両眼視による視認を可能とするものであり、測定光学装置１００は、虚像表示装置ＶＤから出射される画像光について、測定を行い、製品としての虚像表示装置ＶＤについての光学的な各種性能を評価するための装置となっている。このため、測定光学装置１００のうち、第１の撮像装置１０Ａと第２の撮像装置１０Ｂとは、虚像表示装置ＶＤの使用に際して、人間の左右の眼の位置に相当する箇所に配置され、虚像表示装置ＶＤからの光を取り込むものとなっている。

制御装置５０は、第１の撮像装置１０Ａと第２の撮像装置１０Ｂとに接続され、第１の撮像装置１０Ａ及び第２の撮像装置１０Ｂでの撮像による画像データを測定結果（検出結果）として取得し、これに基づいて、虚像表示装置ＶＤの性能評価を行う。また、制御装置５０は、第１の姿勢変更装置３０Ａと第２の姿勢変更装置３０Ｂとに接続され、第１の撮像装置１０Ａ及び第２の撮像装置１０Ｂの姿勢変更について制御する。なお、図示の一例では、制御装置５０は、上記各部と有線接続されるものとしているが、これに限らず、無線通信を利用して各種データの取得や動作制御等を行う態様とすることも可能である。

図１等において、Ｘ１、Ｙ１、及びＺ１は、直交座標系である。姿勢変更前において、第１の撮像装置１０Ａ及び第２の撮像装置１０Ｂを配置したデフォルト位置とした場合、Ｘ１方向は、第１の撮像装置１０Ａと第２の撮像装置１０Ｂとが並ぶ方向となっているものとする。これは、虚像表示装置ＶＤを装着した使用者（利用者、装着者）の両眼の並ぶ横方向に相当する。また、Ｙ１方向は、使用者にとっての両眼の並ぶ横方向に直交する上方向に相当することになり、Ｚ１方向は、使用者にとっての前方向又は正面方向に相当することになる。以上に対して、直交座標系であるＸ、Ｙ、及びＺは、第１の撮像装置１０Ａあるいは第２の撮像装置１０Ｂにおける方向を規定するものであり、第１の撮像装置１０Ａに関して、Ｚ方向は、第１の撮像装置１０Ａの物体側における正面方向であり、図示の一例では、第１の撮像装置１０Ａを構成する光学系の光軸ＡＸの軸方向ともなっている。また、Ｘ方向は、第１の撮像装置１０Ａの水平方向であるものとし、Ｙ方向は、鉛直方向であるものとする。第２の撮像装置１０Ｂについても同様である。なお、デフォルト位置においては、Ｘ１方向、Ｙ１方向、及びＺ１方向は、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向と一致するが、例えば第１の姿勢変更装置３０Ａ及び第２の姿勢変更装置３０Ｂを利用した姿勢変更がなされると、両者は異なるものとなる。

以下、図２を参照して、虚像表示装置ＶＤの一構成例について、概要を説明する。既述のように、ここでの一例では、虚像表示装置ＶＤは、左右一対の構成で両眼視を可能とするものである。より具体的に説明すると、虚像表示装置ＶＤは、右眼用の構成として、画像光を形成する表示装置ＤＤ１と、表示装置ＤＤ１からの画像光を導光して眼前の位置に導くとともに眼のある方向（－Ｚ方向）へ画像光を出射する導光装置ＧＤ１と、支持用のテンプルＴＰ１とを有する。また、虚像表示装置ＶＤは、左眼用の構成として、右眼用の場合と同様に、表示装置ＤＤ２と、導光装置ＧＤ２と、テンプルＴＰ２とを有する。さらに、ブリッジＢＤが、導光装置ＧＤ１と導光装置ＧＤ２との間に設けられ、これらを繋いでいる。以上により、虚像表示装置ＶＤは、状態ＡＲ２に示すように、外観として、眼鏡状の形状を有している。また、ここで、導光装置ＧＤ１と導光装置ＧＤ２とは、上記のようにして画像光を導くとともに、光透過性を有しており、使用者は、画像光による映像を使用者に視認させつつ、シースルーによる外界像の観察が可能となっている。測定対象である虚像表示装置ＶＤの導光装置ＧＤ１及び導光装置ＧＤ２から測定光学装置１００に向けて（すなわち使用時においては使用者の眼に向けて）それぞれ出射される画像光は、瞳（射出瞳）を形成するものとなっている。典型的には、虚像としての各結像位置からの光に相当する画像光の成分は、導光装置ＧＤ１及び導光装置ＧＤ２からの出射時点において、平行光化され、かつ、各結像位置に応じた角度を有しており、これらの画像光の成分についての光線束が重畳（交差）して画像光全体としての光線束が最も細くなる位置が、射出瞳として形成されるものとなっている。

測定光学装置１００は、上記のような構成となっている虚像表示装置ＶＤから出射され、瞳を形成した光となる画像光を、右眼に相当する第１の撮像装置１０Ａと、左眼に相当する第２の撮像装置１０Ｂとにおいて受光し、受光した結果つまり測定結果に基づいて、虚像表示装置ＶＤを構成する光学系の特性について、性能評価を行っている。

虚像表示装置ＶＤのようなヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）についての測定光学装置１００による初期評価や量産評価では、虚像表示装置ＶＤによる画像（虚像）に対応して一度に大画面を取れるものとすることが求められている。すなわち、測定光学装置１００のうち、第１の撮像装置１０Ａや第２の撮像装置１０Ｂは、虚像表示装置ＶＤによる画像（映像）の画角（ＦＯＶ）に対応したものとなっていることが望ましい。特に、測定対象がシースルー型の場合、光学系の配置は、図示の一例にある虚像表示装置ＶＤのように側頭部とするか、あるいは、頭上方向とする、といった態様となる場合が想定される。さらに、上記虚像表示装置ＶＤのようにメガネ型に近づけた構成とすると、装着時における使用者の頭部と虚像表示装置ＶＤとの隙間がそぎ落とされた構造を取ることになる。したがって、第１の撮像装置１０Ａや第２の撮像装置１０Ｂとなるべき撮像装置を、仮に円筒状としてしまうと、虚像表示装置ＶＤの各部と干渉してしまい、虚像表示装置ＶＤの瞳位置に撮像装置を置くことができなくなる可能性がある。特に、試作段階では製品形状よりも簡易に作成するため、例えば頭部方向に鏡筒やパネル基板が来る、といったことが通常であり、特に、上記のような干渉の問題がさらに生じやすくなり得る。

また、虚像表示装置ＶＤの瞳位置に置く撮像装置として、仮に、通常のカメラのように絞り位置が光学系の内部に存在するものを採用すると、人間の瞳孔とは異なる特性のもので置き換えたことになる。このため、的確な評価をすることができない可能性もある。さらに通常のカメラの場合、既述のようにレンズ中の絞りが内部側にあるため、人間の眼と比較すると、相対的にカメラのレンズ部が前に出っ張る構成となる。このため、性能評価における対象とすべき虚像表示装置ＶＤの光線の一部が捉えられなくなってしまう可能性もある。

そこで、本実施形態では、第１の撮像装置１０Ａや第２の撮像装置１０Ｂを、人間の瞳孔等に近づけるべく、測定対象である虚像表示装置ＶＤからの光である画像光について、当該画像光として瞳を形成した光を入射させるに際して、虚像表示装置ＶＤの瞳位置に絞り（開口絞り）を設け、絞り（開口絞り）を経て入射した画像光を受光するような構成としている。つまり、第１の撮像装置１０Ａ等において、撮像レンズとなる光学部材（レンズ群）よりも物体側（＋Ｚ側）に、上記絞り（開口絞り）が配置されるようにしている。また第１の撮像装置１０Ａ及び第２の撮像装置１０Ｂにおいて、上記光学部材（レンズ群）は、物体側（＋Ｚ側）から像側（－Ｚ側）にかけて大きくような形状となっており、さらに、光学部材（レンズ群）の後段に配置するイメージセンサー等の各部を含めた部分までを小型のものとしている。なお、第１の撮像装置１０Ａや第２の撮像装置１０Ｂのより詳しい構造の一例については、図４や図５を参照して後述する。

上記のような測定光学装置１００による測定に際して、第１の姿勢変更装置３０Ａと第２の姿勢変更装置３０Ｂとのうち、例えば、第１の姿勢変更装置３０Ａについては、ステージ３１Ａがデフォルト時においてＸ１Ｚ１面に平行な板状の部材となっており、面上に第１の撮像装置１０Ａを固定した状態で載置している。駆動装置３２Ａは、第１の撮像装置１０Ａを載置した状態のステージ３１Ａを、第１の撮像装置１０Ａごと、３軸方向について、すなわち±Ｘ１方向、±Ｙ１方向、±Ｚ１方向について、平行移動及び軸回転を可能としている。これらの動きは、人間の個体差すなわち眼幅等の違いや、眼球が動く（回転する）ことを想定したものである。虚像表示装置ＶＤは、これを装着した人間に個体差があることを踏まえて、例えばある程度のアイボックスの範囲があるように構成されていることが考えられる。本実施形態では、虚像表示装置ＶＤのアイボックスの範囲等を加味して、これに対応した範囲でステージ３１Ａ上に載置された第１の撮像装置１０Ａを動かせるようにしている。なお、第２の姿勢変更装置３０Ｂについても、ステージ３１Ｂ及び駆動装置３２Ｂにより、同様の動作が可能となっている。

上記のように、第１の撮像装置１０Ａ及び第２の撮像装置１０Ｂを動かす、という観点からも、第１の撮像装置１０Ａ及び第２の撮像装置１０Ｂを小型のものとすることがより重要となる。このため、本実施形態では、例えば、図３において斜視図として示す外観のように、第１の撮像装置１０Ａ（第２の撮像装置１０Ｂ）は、絞り（開口絞り）や光学部材（レンズ群）を内蔵する円錐状（円錐台状）の第１ケースＣＡ１のみならず、イメージセンサー等を内蔵する直方体状の第２ケースＣＡ２についても小型のものとなるようにしている。例えば、第２ケースＣＡ２のＸ方向についての幅（横幅）Ｄｘ、Ｙ方向についての幅（高さ）Ｄｙ、Ｚ方向についての幅（縦幅）Ｄｚは、それぞれ２～４ｃｍ程度することで、軸回転等をしても、第２ケースＣＡ２の部分が、周辺にある他の部品等と干渉しないようにすることが想定される。

以下、図４等を参照して、第１の撮像装置１０Ａの一構成例について、より詳細に説明する。なお、第２の撮像装置１０Ｂについても、構成は同様であるので、図示や説明を省略する。図４は、第１の撮像装置１０Ａにおける画像光ＧＬ（測定対象からの光）の受光について示す光線図である。また、図５は、第１の撮像装置１０Ａの構造について説明するための図であり、状態ＢＲ１は、第１の撮像装置１０Ａの概念的な側面図であり、状態ＢＲ２は、第１の撮像装置１０Ａの概念的な側断面図であり、第１ケースＣＡ１や第２ケースＣＡ２に光学系を構成する各部が収納されている様子が示されている。なお、図示のように、第１ケースＣＡ１と第２ケースＣＡ２とは、着脱可能となっている。つまり、第１ケースＣＡ１と第２ケースＣＡ２とは、往復矢印ＲＤ１で示す方向（±Ｚ方向）について前後に進退させることができる。

図４に示すように、第１の撮像装置１０Ａは、光学系を構成する部分として、撮像レンズ１１と、受光部材１２と、絞り（開口絞り）ＳＴとを有する。撮像レンズ１１は、Ｚ方向に沿って延びる光軸ＡＸを基準軸として、回転対称な複数のレンズすなわちレンズ群で構成されており、ここでの一例では、これらのうち、最も物体側（＋Ｚ側）のレンズを第１光学部材１１ａとし、最も像側（－Ｚ側）のレンズを第２光学部材１１ｂとし、これらの中間に位置する単数または複数のレンズ（レンズ群）を、中間光学部材１１ｍとする。以下、光軸ＡＸが延びる方向であって第１光学部材１１ａと第２光学部材１１ｂとが並ぶ方向（図示の一例では－Ｚ方向）を、第１方向と呼ぶこととする。

また、上記の場合、図示のような断面視において、基準軸を光軸ＡＸとして、第１光学部材１１ａの中心軸と、第２光学部材１１ｂの中心軸と、受光部材１２の中心軸とは、一致している、と見ることもできる。

絞り（開口絞り）ＳＴは、既述のように、測定対象である虚像表示装置ＶＤ（図２参照）からの画像光ＧＬが形成する瞳の位置に配置されるべく、撮像レンズ１１よりも物体側（＋Ｚ側）に配置されている。より具体的に説明すると、まず、虚像表示装置ＶＤでは、既述のように、各発光点から出射された画像光ＧＬの光線束が重畳（交差）して、画像光ＧＬ全体としての光線束が最も細くなる位置が存在するようになっており、この場合、当該位置が虚像表示装置ＶＤの射出瞳ＰＰとなる。この虚像表示装置ＶＤにとっての射出瞳ＰＰの位置に人間の眼をもって来ると、当該眼に入った画像光ＧＬにより虚像としての画像全体が適切に視認されるものとなる。したがって、ここでは、当該射出瞳ＰＰの位置に絞り（開口絞り）ＳＴを配置することで、第１の撮像装置１０Ａを人間の眼の代わりとして機能させ、的確な性能評価を可能にしている。

撮像レンズ１１のうち、第１光学部材１１ａは、既述のように、最も物体側（＋Ｚ側）に配置されるレンズであり、測定対象である虚像表示装置ＶＤの像側で結像される射出瞳からの画像光ＧＬが入射するレンズとなっている。第１光学部材１１ａは、入射した（入射させた）画像光ＧＬを、光路後段（下流側）に位置する光学系である中間光学部材１１ｍさらには第２光学部材１１ｂ、受光部材１２に向けて出射する。なお、図示の一例では、第１光学部材１１ａにおける画像光ＧＬの入射面は、受光部材１２に向けて凸形状となっている。また、第１光学部材１１ａは、非球面レンズである。

撮像レンズ１１のうち、第２光学部材１１ｂは、既述のように、最も像側（－Ｚ側）に配置されるレンズであり、第１光学部材１１ａ及び中間光学部材１１ｍを経てこれらから出射された画像光ＧＬを、受光部材１２に向けて出射する。特に、本実施形態では、第２光学部材１１ｂは、入射した画像光ＧＬを、テレセントリック性を有するようにした状態で、出射する。また、第２光学部材１１ｂは、非球面レンズである。

なお、中間光学部材１１ｍは、第１光学部材１１ａ及び第２光学部材１１ｂの間に配置される部材であり、例えば複数のレンズで構成され、第１光学部材１１ａや第２光学部材１１ｂと協働して、屈折作用により通過する画像光ＧＬの光路を変える。

受光部材１２は、第１光学部材１１ａと第２光学部材１１ｂとが並ぶ第１方向に沿って、第２光学部材１１ｂの後段側（－Ｚ側）に配置され、ＸＹ面に平行な面に沿って広がるイメージセンサーで構成されている。受光部材１２は、第２光学部材１１ｂから出射された画像光ＧＬを、受光面１２ｒにおいて受光する。

ここで、上記のようにして、画像光ＧＬの受光を行う第１の撮像装置１０Ａの各部は、既述のように、また、図５に示すように、円錐状（円錐台状）の第１ケースＣＡ１と、直方体状の第２ケースＣＡ２とにそれぞれ内蔵されている。より具体的には、第１ケースＣＡ１には、絞りＳＴと撮像レンズ１１とが収納されている一方、第２ケースＣＡ２には、受光部材１２や図示を省略する回路部品等の各部材が収納されている。さらに、第１ケースＣＡ１は、撮像レンズ１１を収納する撮像レンズ収納ケースＣＡ１ａと、絞りＳＴを収納する絞り収納ケースＣＡｃとで構成されており、絞り収納ケースＣＡｃは、撮像レンズ収納ケースＣＡ１ａに対して着脱可能となっている。つまり、絞り収納ケースＣＡｃと撮像レンズ収納ケースＣＡ１ａとは、往復矢印ＲＤ２で示す方向（第１方向）について前後に進退させることで、絞りＳＴの取替え等ができる。

なお、上記態様において、第１ケースＣＡ１の像側における外径ＲＲ１は、第１ケースＣＡ１の物体側における外径ＲＲ２よりも大きくなっている。

また、第２光学部材１１ｂにおける光の出射範囲ＤＭ１は、絞り（開口絞り）ＳＴにおける光の通過範囲ＤＭ２よりも大きくなっている。つまり、撮像レンズ１１の光学素子出射面における高さが、絞り部である絞りＳＴにおける高さよりも大きくなっている。

また、既述のように、第１ケースＣＡ１と第２ケースＣＡ２とは、着脱可能となっている、すなわち、撮像レンズ１１等の取替えや、撮像レンズ１１と受光部材１２との間での相対的な位置調整が可能となっている。図示の一例では、第１ケースＣＡ１と第２ケースＣＡ２との接続箇所にねじ切りが設けられており、第１ケースＣＡ１を回転させながら第２ケースＣＡ２に対して埋め込んでいくように取り付けることで、往復矢印ＲＤ１で示す第１方向に関して進退させて、撮像レンズ１１の第２光学部材１１ｂから受光部材１２までの距離を調整し、受光部材１２の受光面１２ｒにおいて受光する画像光ＧＬを結像させるように光路を調整することができる。言い換えると、上記のようなねじ切り等の回転機構が、画像光ＧＬに関する光路の調整を行うための調整部材ＡＤとして機能する。虚像表示装置ＶＤの性能評価に関して、特に、初期評価の段階では、測定対象（虚像表示装置ＶＤ）からの光に関する焦点距離が、より具体的には、虚像表示装置ＶＤにおける虚像の位置が、想定通りとなっておらず、評価を行う前段階として、上記一例のような調整部材ＡＤによるピント調整等が必要になる場合が想定される。上記構成の場合、上記のようなねじ切り等の回転機構を、撮像レンズ１１全体を一纏めとして受光部材１２に対する相対的な距離を調整する距離調整装置ＤＤ（調整部材ＡＤ）として利用することで、受光部材１２の受光面１２ｒにおいて受光する画像光ＧＬを結像させるようにしている。なお、上記のようなねじ切り等の回転機構は、調整部材ＡＤ（あるいは距離調整装置ＤＤ）としての一例であり、この場合、距離調整装置ＤＤは、第２光学部材１１ｂの像側に設けられる態様となっている。ただし、調整部材ＡＤ（距離調整装置ＤＤ）については、上記のようなものに限らず、例えばヘリコイド機構等により光路の調整を行う構成等とする、といった種々の態様が考えられる。また、調整の動作についても、手動に限らず自動で行うようにしてもよい。

また、第１ケースＣＡ１を構成する撮像レンズ収納ケースＣＡ１ａと絞り収納ケースＣＡｃとについては、これらの接続箇所にねじ切りが設けられており、絞り収納ケースＣＡｃに収納されている絞りＳＴの取替えが可能になっている。典型的一例としては、異なる開口径を有する絞りＳＴをそれぞれ収納した絞り収納ケースＣＡｃが、開口絞り部材ＳＰとして複数用意されており、必要に応じてこれらを取り換えることができるようにしておくことが考えられる。この場合、見方を変えると、撮像レンズ収納ケースＣＡ１ａのうち、第１光学部材１１ａの物体側に設けたねじ切りが、絞りＳＴを取替え可能とすべく、開口絞り部材ＳＰと係合する係合部ＥＮとして機能している。なお、第２光学部材１１ｂにおける光の出射範囲ＤＭ１は、複数用意された開口絞り部材ＳＰのうちからどれを選んでも、開口絞り部材ＳＰにおける光の通過範囲ＤＭ２よりも大きくなっている。また、光学素子を収納する鏡筒としての第１ケースＣＡ１の外径も、開口絞り部材ＳＰにおける光の通過範囲ＤＭ２に対応する絞りＳＴにおける高さよりも大きくなっている。

なお、絞りＳＴを含む開口絞り部材ＳＰの機構に関しては、上記のほか、例えば図６に例示するように、開口絞り部材ＳＰが、絞りＳＴとして、開口径を変更可能な可変絞りＭＯを有する構成とすることも考えられる。すなわち、図示のように、開口絞り部材ＳＰのツマミＫＮを、矢印ＡＤ１の方向と、矢印ＡＤ１と反対方向である矢印ＡＤ２の方向とに移動させて、開口径の大きさを適宜調整できるものとしてもよい。

また、本実施形態では、既述のように、撮像レンズ１１の第２光学部材１１ｂから、テレセントリック性を有するように画像光ＧＬを出射する態様としている。テレセントリック性を有しないような光学系の場合、一般には、物体側の物体位置の変更に応じて、像面に映し出される映像サイズが変わることになる。仮に、テレセントリック性を有しない光学系を、第１の撮像装置１０Ａとして採用すると、虚像表示装置ＶＤにおける虚像の位置が想定通りになっていないことに伴って第１の撮像装置１０Ａ側で調整した場合に、受光部材１２の受光面１２ｒに形成される映像サイズが変わってしまうことになる。こうなると、虚像表示装置ＶＤの画角（ＦＯＶ）が不明となったり、また、受光部材１２の受光面１２ｒに占める画像光ＧＬの光線の割合が変わることで解像度の測定に影響が生じたりすることで、評価自体に支障をきたすおそれがある。これに対して、本実施形態では、上記のように、第１の撮像装置１０Ａを構成する光学系（光学素子）についてテレセントリック性を有する構成としていることで、かかる事態を回避又は抑制している。

ここで、撮像レンズ１１が有すべきテレセントリック性の度合いについては、求められる測定の精度等に応じて、種々の態様が想定されるが、例えば図４において一部拡大して示すように、第２光学部材１１ｂから、受光部材１２の受光面１２ｒに向けて出射する（受光部材１２の受光面１２ｒにおいて受光する）画像光ＧＬのうち最軸外像高となる成分ＥＬの受光面１２ｒにおける入射角度（主光線の入射角度）θを、１０度以内とするように構成しておくことが考えられる。

また、上記では、測定光学装置１００における撮像装置（例えば第１の撮像装置１０Ａ）について、調整部材ＡＤは、ねじ切り等の回転機構による距離調整装置ＤＤで構成され、距離調整装置ＤＤは、第１方向について、第１ケースＣＡ１と第２ケースＣＡ２との位置を調整するものとなっている。このような第１ケースＣＡ１と第２ケースＣＡ２との位置を調整する調整部材ＡＤ（距離調整装置ＤＤ）については、上記態様のほか、例えば、図７のうち、状態ＣＲ１として他の一例を示すように、第１ケースＣＡ１を往復矢印ＲＤ１で示す第１方向についての前後方向に進退させるための駆動装置ＡＣ１を設ける態様が考えられる。あるいは、状態ＣＲ２として示すように、第２ケースＣＡ２を往復矢印ＲＤ１で示す第１方向についての前後方向に進退させるための駆動装置ＡＣ２を設ける態様も考えられる。あるいは、これらの駆動装置ＡＣ１，ＡＣ２の双方を設けるものとしてもよい。つまり、この場合、駆動装置ＡＣ１や駆動装置ＡＣ２が、調整部材ＡＤあるいは距離調整装置ＤＤとして機能する。

さらに、別の一例として、図８に例示するように、第１方向において第１光学部材１１ａと第２光学部材１１ｂとの間に液晶レンズＬＬが設けられた構成とすることも考えられる。すなわち、調整部材ＡＤが、液晶レンズＬＬを含んだ構成となっていてもよい。この場合、液晶レンズＬＬの屈折率を調整することで、必要な光路の調整がなされる。また、このような液晶レンズＬＬを有する構成を、上記した他の構成と組み合わせて、調整部材ＡＤを構成するものとしてもよい。

なお、以上に対して、図１等に示した第１の姿勢変更装置３０Ａや、第２の姿勢変更装置３０Ｂについては、第１光学部材１１ａと、第２光学部材１１ｂと、受光部材１２とについて、一体で姿勢変更するものとなっている。

以上のように、本実施形態に係る測定光学装置１００は、測定対象である虚像表示装置ＶＤからの画像光ＧＬが入射し、入射した画像光ＧＬを出射する第１光学部材１１ａと、第１光学部材１１ａから出射された画像光ＧＬが入射し、入射した画像光ＧＬをテレセントリック性を有するように出射する第２光学部材１１ｂと、第１光学部材１１ａと第２光学部材１１ｂとが並ぶ第１方向に沿って配置され、第２光学部材１１ｂから出射された画像光ＧＬを受光する受光部材１２と、受光部材１２の受光面１２ｒにおいて受光する画像光ＧＬを結像させるように光路を調整する調整部材ＡＤと、を備える。上記測定光学装置１００では、測定対象である虚像表示装置ＶＤからの光をテレセントリック性を有するようにして、受光部材１２に向けて出射するものとし、かつ、調整部材ＡＤにより受光部材１２の受光面１２ｒにおいて受光する光を結像させるように光路の調整がなされる。これにより、虚像表示装置ＶＤからの画像光ＧＬに関する焦点距離に応じて受光部材１２での受光に関する調整を行うことが可能となり、かつ、このような調整に際して例えば虚像表示装置ＶＤ側での焦点距離が変わっても、受光側において受け取られる映像サイズ（虚像のサイズ）変化を抑えて、光学特性を精度よく測定できる。

〔第２実施形態〕
以下、図９等を参照して、本発明の第２実施形態に係る測定光学装置について説明する。本実施形態の測定光学装置１００は、絞り（開口絞り）ＳＴを含む開口絞り部材ＳＰにおいて、絞り（開口絞り）ＳＴの前段に、反射部材ＲＳがさらに設けられている点が、第１実施形態の場合と異なっている。なお、絞りＳＴ以後の構成については、第１実施形態の場合と同様であるので、説明を省略する。

図示のように、また、既述のように、本実施形態では、測定光学装置１００のうち、開口絞り部材ＳＰにおいて、反射部材ＲＳは、絞りＳＴよりも物体側に設けられ、測定対象（図示略）からの画像光ＧＬを第１光学部材１１ａに向けて反射させる反射面ＲＲを有している。すなわち、反射部材ＲＳにより画像光ＧＬの光路が折り曲げられている。より具体的には、図示の一例では、測定対象（図示略）から出射されて、全体として－Ｚ方向から入射する画像光ＧＬが、反射部材ＲＳの反射面ＲＲでの反射により、全体として＋Ｙ方向に折り曲げられている。この場合、第１実施形態では、図１０において破線で示すような位置にあった第１の撮像装置１０Ａについて、図１０において実線で示すように、デフォルトの状態において＋Ｙ１側に来るような配置に変更できる。この場合、例えば虚像表示装置ＶＤの側頭部等から離間した位置に測定光学装置１００の光学系を配置できる。したがって、例えば図１１に例示するように、図１０の場合に比較して大きな光学系を有する撮像装置を、第１の撮像装置１０Ａとして採用することも考えられる。

なお、上記一例では、反射部材ＲＳにより画像光ＧＬの光路を、略９０°折り曲げる態様（－Ｚ方向から＋Ｙ方向）について説明したが、これに限らず、例えば図１２に示すように、斜め方向（９０°以外の方向）に折り曲げる態様とすることも考えられる。

なお、図示や説明を省略するが、第２の撮像装置１０Ｂについても、第１の撮像装置１０Ａの場合と同様に、配置変更ができる。なお、折り曲げ方向を、第１の撮像装置１０Ａと第２の撮像装置１０Ｂとで異なるものとしてもよい。

本実施形態においても、測定対象からの画像光ＧＬの光路を調整するに際して、受光側において受け取られる映像サイズ（虚像のサイズ）変化を抑えて、光学特性を精度よく測定できる。また、本実施形態では、反射部材ＲＳにより画像光ＧＬの光路を撮像レンズ１１に到達する前に折り曲げることで、撮像装置１０Ａ等の配置や構成を種々の態様とすることができる。

〔第３実施形態〕
以下、図１３等を参照して、本発明の第３実施形態に係る測定光学装置について説明する。本実施形態の測定光学装置１００は、絞り（開口絞り）ＳＴを含む開口絞り部材ＳＰにおいて、反射部材ＲＳｓを含むプリズムＰＺを有している点が、第１実施形態等の場合と異なっている。図１３は、本実施形態に係る測定光学装置について示す概念図である。また、図１４は、プリズムＰＺの構造について一例を説明するための図であり、状態ＤＲ１～ＤＲ５として、プリズムＰＺを異なる角度から見た外観の様子を概念的に示している。

図１３に示すように、プリズムＰＺは、三角柱状の光透過性の部材であり、測定対象（図示略）からの画像光ＧＬが入射する入射部材として当該三角柱状の一側面に入射面を形成する入射部分ＰＺｉと、当該三角柱状の他の一側面に反射面を形成する反射部材ＲＳｓと、入射した画像光ＧＬを出射する出射部材として当該三角柱状の別の一側面に出射面を形成する出射部分ＰＺｅとを有している。この場合、反射部材ＲＳｓは、入射部分（入射部材）ＰＺｉから入射した画像光ＧＬを出射部分（出射部材）ＰＺｅに向けて反射するものとなっている。また、これらのうち、出射部分ＰＺｅの出射面には、絞り（開口絞り）ＳＴが形成されている。つまり、出射部分ＰＺｅの出射面が、測定対象からの画像光ＧＬの射出瞳の位置に相当する。

また、ここで、出射部分ＰＺｅの出射面に設けられた絞りＳＴを第１絞りＳＴ１とする。つまり、出射部分（出射部材）ＰＺｅに絞りＳＴとしての第１絞りＳＴ１が設けられているものとする。絞りＳＴの構成については、図示のように１つの第１絞りＳＴ１だけが設けられている場合のほか、一変形例のプリズムＰＺの構造として図１５に一例を示すように、第１絞りＳＴ１に加え、第１絞りＳＴ１とは異なる開口径を有する第２絞りＳＴ２等が設けられているものとしてもよい。より具体的に説明すると、図１５におけるプリズムＰＺは、図１４のうち状態ＤＲ３に対応する図１５の状態ＥＲ１において示すように、横長の形状となっており、また、図１４のうち状態ＤＲ５に対応する図１５の状態ＥＲ２に示すように、出射部分（出射部材）ＰＺｅにおいて、第１絞りＳＴ１とは異なる開口径を有する第２絞りＳＴ２と第３絞りＳＴ３とが、第１方向（－Ｚ方向）と交差する第２方向（±Ｘ方向）について、つまり往復矢印ＲＤ３に示す方向について、スライド可能に設けられている。これにより、開口径が可変となっている。

本実施形態においても、測定対象からの画像光ＧＬの光路を調整するに際して、受光側において受け取られる映像サイズ（虚像のサイズ）変化を抑えて、光学特性を精度よく測定できる。また、本実施形態では、反射部材ＲＳｓにより画像光ＧＬの光路を撮像レンズ１１に到達する前に折り曲げることで、撮像装置１０Ａ等の配置や構成を種々の態様とすることができる。

〔変形例その他〕
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

上記では、測定対象を、射出瞳ＰＰを形成する虚像表示装置ＶＤとしたが、これに限らず、射出瞳ＰＰを形成しない虚像表示装置ＶＤとしてもよい。例えば、Birdbath光学系を用いた虚像表示装置を、測定対象としてもよい。

また、上記では、Ｚ方向が、第１の撮像装置１０Ａを構成する光学系の光軸ＡＸの軸方向と一致する方向としたが、これに限らない。任意の輻輳角を考慮して、Ｚ方向と光軸ＡＸとを別々の方向としてもよい。

また、例えば、上記のうち、中間光学部材１１ｍについては、複数のレンズ等で構成されるものとしているが、図１６に示す一例のように、中間光学部材１１ｍを構成するレンズとして、非球面レンズＡＬが含まれるものとしてもよい。

また、上記では、測定対象を、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）等の虚像表示装置ＶＤとしているが、測定対象については、これに限らず、例えば双眼鏡や、スコープ、あるいは、ＨＭＤの他の一態様として頭部に装着せず双眼鏡のようにのぞき込むハンドヘルドディスプレイ、といった種々の光学系とすることが考えられる。また、外光を遮断し画像光のみを視認させるいわゆるクローズ型の頭部搭載型表示装置（ＨＭＤ）に適用できる。この場合、虚像表示装置と撮像装置とで構成されるいわゆるビデオシースルーの製品を測定対象とするものとしてもよい。

具体的な態様における測定光学装置は、測定対象からの光が入射し、入射した光を出射する第１光学部材と、第１光学部材から出射された光が入射し、入射した光をテレセントリック性を有するように出射する第２光学部材と、第１光学部材と第２光学部材とが並ぶ第１方向に沿って配置され、第２光学部材から出射された光を受光する受光部材と、受光部材の受光面において受光する光を結像させるように光路を調整する調整部材と、を備える。

上記測定光学装置では、測定対象からの光をテレセントリック性を有するようにして、受光部材に向けて出射するものとし、かつ、調整部材により受光部材の受光面において受光する光を結像させるように光路の調整がなされる。これにより、測定対象からの光に関する焦点距離に応じて受光部材での受光に関する調整を行うことが可能となり、かつ、このような調整に際して例えば測定対象側での焦点距離が変わっても、受光側において受け取られる映像サイズ（虚像のサイズ）変化を抑えて、光学特性を精度よく測定できる。

具体的な側面において、調整部材は、第１方向において、第２光学部材から受光部材までの距離を調整する。この場合、第２光学部材から受光部材までの距離を変更することで、必要な光路の調整ができる。

具体的な側面において、調整部材は、第２光学部材の像側に設けられる。

具体的な側面において、調整部材は、第１方向において第１光学部材と第２光学部材との間に設けられる液晶レンズを含む。この場合、液晶レンズの屈折率を調整することで、必要な光路の調整ができる。

具体的な側面において、第１光学部材と第２光学部材とを収納する第１ケースと、受光部材を収納する第２ケースと、を備え、調整部材は、第１方向について、第１ケースと第２ケースとの位置を調整する。この場合、第１ケースと第２ケースとの位置を調整することで、必要な光路の調整ができる。

具体的な側面において、第１ケースの像側における外径は、第１ケースの物体側における外径よりも大きい。この場合、光学系を収納する部材のコンパクト化を図れる。

具体的な側面において、第１光学部材よりも物体側に配置される開口絞り部材を備える。この場合、人間の瞳孔を再現した状態に基づく評価が可能になる。

具体的な側面において、第１光学部材の物体側において、開口絞り部材と係合する係合部を有する。この場合、絞りの取替え等が可能になる。

具体的な側面において、第２光学部材における光の出射範囲は、開口絞り部材における光の通過範囲よりも大きい。この場合、光学系のコンパクト化を図れる。

具体的な側面において、開口絞り部材は、可変絞りを有する。この場合、人間の瞳孔の開閉を反映させた評価が可能になる。

具体的な側面において、開口絞り部材は、測定対象からの光を第１光学部材に向けて反射させる反射部材を備える。この場合、反射部材により測定対象からの光の光路を折り曲げることで、第１光学部材等の光学系について、配置や構成を種々の態様とすることができる。

具体的な側面において、開口絞り部材は、測定対象からの光が入射する入射部材と、入射した光を出射する出射部材と、入射部材から入射した光を出射部材に向けて反射する反射部材と、を有し、出射部材に第１絞りが設けられている。この場合、入射部材から入射した測定対象からの光の光路を、反射部材により折り曲げて、出射部材から出射させることで、第１光学部材等の光学系について、配置や構成を種々の態様とすることができるとともに、開口絞りとしての第１絞りを的確な位置に設けることができる。

具体的な側面において、出射部材は、第１絞りとは異なる開口径を有する第２絞りを有し、第１絞りと第２絞りとは、第１方向と交差する第２方向についてスライド可能に配置されている。この場合、第１絞りと第２絞りとを、第２方向についてスライドさせることで、開口径を変更できる。

具体的な側面において、第２光学部材は、受光部材において受光する光の最軸外像高の角度を、１０度以内とするように、受光部材に向けて出射する。この場合、テレセントリック性を的確に維持できる。

具体的な側面において、断面視において、第１光学部材の中心軸と、第２光学部材の中心軸と、受光部材の中心軸とは、一致する。

具体的な側面において、第１光学部材における光の入射面は、受光部材に向けて凸形状である。

具体的な側面において、第２光学部材は、非球面レンズである。この場合、受光部材に向けて、所望の状態で光を出射できる。

具体的な側面において、第１光学部材と、第２光学部材と、受光部材と、について、一体で姿勢変更する姿勢変更装置を備える。この場合、姿勢変更装置により、眼の位置の個人差や、眼の動きに対応した位置変更ができる。

１０Ａ…第１の撮像装置、１０Ｂ…第２の撮像装置、１１…撮像レンズ、１１ａ…第１光学部材、１１ｂ…第２光学部材、１１ｍ…中間光学部材、１２…受光部材、１２ｒ…受光面、３０Ａ…第１の姿勢変更装置、３０Ｂ…第２の姿勢変更装置、３１Ａ，３１Ｂ…ステージ、３２Ａ，３２Ｂ…駆動装置、５０…制御装置、１００…測定光学装置、ＡＣ１，ＡＣ２…駆動装置、ＡＤ…調整部材、ＡＤ１，ＡＤ２…矢印、ＡＬ…非球面レンズ、ＡＸ…光軸、ＢＤ…ブリッジ、ＣＡ１…第１ケース、ＣＡ２…第２ケース、ＣＡ１ａ…撮像レンズ収納ケース、ＣＡｃ…絞り収納ケース、ＤＤ…距離調整装置、ＤＤ１，ＤＤ２…表示装置、ＤＭ１…出射範囲、ＤＭ２…通過範囲、Ｄｘ…幅（横幅）、Ｄｚ…幅（縦幅）、ＥＬ…成分、ＥＮ…係合部、ＧＤ１，ＧＤ２…導光装置、ＧＬ…画像光、ＫＮ…ツマミ、ＬＬ…液晶レンズ、ＭＯ…可変絞り、ＰＰ…射出瞳、ＰＺ…プリズム、ＰＺｅ…出射部分（出射部材）、ＰＺｉ…入射部分（入射部材）、ＲＤ１－ＲＤ３…往復矢印、ＲＲ…反射面、ＲＲ１，ＲＲ２…外径、ＲＳ…反射部材、ＲＳｓ…反射部材、ＳＰ…開口絞り部材、ＳＴ…絞り（開口絞り）、ＳＴ１…第１絞り、ＳＴ２…第２絞り、ＳＴ３…第３絞り、ＴＰ１，ＴＰ２…テンプル、ＶＤ…虚像表示装置、θ…入射角度

Claims (17)

1. 測定対象である虚像表示装置からの光が入射し、入射した光を出射する第１光学部材と、
   前記第１光学部材から出射された光が入射し、入射した光をテレセントリック性を有するように出射する第２光学部材と、
   前記第１光学部材と前記第２光学部材とが並ぶ第１方向に沿って配置され、前記第２光学部材から出射された光を受光する受光部材と、
   前記受光部材の受光面において受光する光を結像させるように光路を調整する調整部材と、
   を備え、
   前記第１光学部材における光の入射面は、前記受光部材に向けて凸形状である
   測定光学装置。
2. 前記調整部材は、前記第１方向において、前記第２光学部材から前記受光部材までの距離を調整する、請求項１に記載の測定光学装置。
3. 前記調整部材は、前記第２光学部材の像側に設けられる、請求項２に記載の測定光学装置。
4. 前記調整部材は、前記第１方向において前記第１光学部材と前記第２光学部材との間に設けられる液晶レンズを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の測定光学装置。
5. 前記第１光学部材と前記第２光学部材とを収納する第１ケースと、
   前記受光部材を収納する第２ケースと、
   を備え、
   前記調整部材は、前記第１方向について、前記第１ケースと前記第２ケースとの位置を調整する、請求項１～４のいずれか一項に記載の測定光学装置。
6. 前記第１ケースの像側における外径は、前記第１ケースの物体側における外径よりも大きい、請求項５に記載の測定光学装置。
7. 前記第１光学部材よりも物体側に配置される開口絞り部材を備える、請求項１～６のいずれか一項に記載の測定光学装置。
8. 前記第１光学部材の物体側において、前記開口絞り部材と係合する係合部を有する、請求項７に記載の測定光学装置。
9. 前記第２光学部材における光の出射範囲は、前記開口絞り部材における光の通過範囲よりも大きい、請求項７及び８のいずれか一項に記載の測定光学装置。
10. 前記開口絞り部材は、可変絞りを有する、請求項７～９のいずれか一項に記載の測定光学装置。
11. 前記開口絞り部材は、前記虚像表示装置からの光を前記第１光学部材に向けて反射させる反射部材を備える、請求項７～１０のいずれか一項に記載の測定光学装置。
12. 前記開口絞り部材は、前記虚像表示装置からの光が入射する入射部材と、入射した光を出射する出射部材と、前記入射部材から入射した光を前記出射部材に向けて反射する反射部材と、を有し、前記出射部材に第１絞りが設けられている、請求項７～１０のいずれか一項に記載の測定光学装置。
13. 前記出射部材は、前記第１絞りとは異なる開口径を有する第２絞りを有し、
    前記第１絞りと前記第２絞りとは、前記第１方向と交差する第２方向についてスライド可能に配置されている、請求項１２に記載の測定光学装置。
14. 前記第２光学部材は、前記受光部材において受光する光の最軸外像高の角度を、１０度以内とするように、前記受光部材に向けて出射する、請求項１～１３のいずれか一項に記載の測定光学装置。
15. 断面視において、前記第１光学部材の中心軸と、前記第２光学部材の中心軸と、前記受光部材の中心軸とは、一致する、請求項１～１４のいずれか一項に記載の測定光学装置。
16. 前記第２光学部材は、非球面レンズである、請求項１～１５のいずれか一項に記載の測定光学装置。
17. 前記第１光学部材と、前記第２光学部材と、前記受光部材と、について、一体で姿勢変更する姿勢変更装置を備える、請求項１～１６のいずれか一項に記載の測定光学装置。