JPH0315815A - 視準像を観測者の視野に導入する装置 - Google Patents

視準像を観測者の視野に導入する装置

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JPH0315815A
JPH0315815A JP2132452A JP13245290A JPH0315815A JP H0315815 A JPH0315815 A JP H0315815A JP 2132452 A JP2132452 A JP 2132452A JP 13245290 A JP13245290 A JP 13245290A JP H0315815 A JPH0315815 A JP H0315815A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 免監役豆１ 本発明は、観測者が観測者の視野に通常あるものと視準
像とを、視準像を観測者の視野に少なくとも１つの半反
射鏡を包含する光学結合器によって導入することにより
、同時に見えるようにする光学装置に関する．本明細書
中「視準像（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄｉｍａｇｅ）」なる
用語は無限遠に形成された像を意味しており、１Ｗ者に
視準像を与えることにより、観測者が、外部の景色に注
意を払ったり像に注意を払ったりする際に種々に調整す
る必要がなくなり、従って観測者の眼精疲労を少なくす
ることに留意されたい．更に本発明は、像を観測者の視
野に導入するための光学装置を取り付けたヘルメットに
も関する． え東狡韮 このような光学装置は既に存在しており、特に航空分野
において、例えばパイロットが視線を外部の景色から離
す必要なしにパイロットに飛行データを与えるために使
用されている． 公知の装置は、軸から外れて作用する装置または放物面
鏡において光収差が生じること、画像品質が低いこと、
及び視野にかなり狭い制限を与えない限り体積及び重量
が大きくなることといった種々の欠点を有する． 従ってＳＰ［Ｅ，第７７８巻，Ｄｉｓｐｌａｙ　Ｓｙｓ
ｔｅｍ　Ｏｐｔｉｃｓ（１９８７）　，ｐｐ．８３−８
８にあるＪａｍｅｓ　Ｅ．　ＭＥＬＺＥＲ及びＥｒｉｃ
Ｎ．ＬＡＲＫＩＮによる標題“＾ｎ　Ｉｎｔｅｇｒａｌ
＾ｐｐｒｏａｃｂ　ｔｏＨｅｌｍｅｔ　Ｄｉｓｐｌａｙ
　Ｓｙｓｔｅ＋ｓ　Ｄｅｓｉ＠ｈ”の文献は、ヘルメッ
ト上に設置される光学装置であって、視準されるべき合
或光像の生戒器と、合或像に対応する光線の視準のため
の対物レンズと、２つの放物面鏡ノ！１！限遠系組立て
体（ａｆｏｃａＩ　ａｓｓｅｍｂｌｙ）からなる光学結
合器であって、第ｌの鏡が視準像の光線を第２の鏡に向
かって反射し、第２の鏡はその光線をｒＡ測者に向かっ
て部分反射すると同時に外部から来て且つ該装置の視野
に包含される光線を透過できる光学結合器とを包含する
光学装置を記述している．更に該光学装置は、光路を偏
向してヘルメットへの取付けを可能とする多数の偏向鏡
を包含する．この公知の光学装置においては放物面鏡は
軸を外れて作用し、これは収差の原因になり、像の品質
を低下させる． 前記装置は、その２つの端部が２つの放物面鏡を形成す
る平行面を備えた透明ストリップを使用することにより
改良されている．視準光線は、このストリップの平行面
の一方を通って進み、第１の鏡に到達し、次いでストリ
ップ内で数回全反射した後に第２の鑓に到達し、それか
らストリップから出て観測者の瞳孔へと向かう．この改
良光学装置は、観測者の視野を小さくしない限りは断面
が大きい、従って実質的に体積及び重量が大きいストリ
ップを必要とする． 免豐立盟１ 本発明の目的は、上記欠点を解消する、または少なくと
も低減することである．これは特に、光導波路内に平行
半反射鏡によって形成されるパネルを並べて設置するこ
とにより達成される．本発明は、視準像を［測者の視野
に導入するための光学装置であって、像生成器と、視準
光学系と、光学結合器とを直列に包含しており、前記光
学結合器が前記視準光学系に対して斜めに設置されてお
り、且つ前記視準光学系に光学的に連結されている進入
部を形成する平面端部と、２つの大きな平行側面と、ス
トリップの横断面に対して斜めに、その内側に並べて設
宣されたｎ個（ｎは１より大きい整数である）の平行パ
ネルとを有する透明ストリップを備えており、前記パネ
ルの各々が半反射鏡を有し且つｇｉｌｌ者の視野内に配
置されており、前記光学結合器の前記視準光学系に対す
る斜めの配置が、前記ストリップ内の２つの大きい面に
おける全反射によって伝搬を提供する装置を提供する． 以下の説明及び添付の図面から本発明はより明確に理解
され、他の特性も明らかとなるであろう．及五角 第１図は、図ではその左眼のみを示してある観測者Ａに
関して配置されている本発明の光学装置の概略平面図で
ある．観測者の右眼用の別の同様の装置は図示しておら
ず、同様に、これら２つの光学装置が取り付けられる観
測者着用のヘルメットも図示していない． 第１図の光学装置は、ブラウン管を備えた組立て体によ
って形成されている像生成器１と、ブラウン管のスクリ
ーン上に生戒される像を無限遠に置く視準光学系２と、
対称化積重ね体（ｓｙｖｍｅｔｒｉ−ｚａｔｉｏｎ　ｓ
ｔａｃｋ）３　（この役割は第４図を参照して説明する
）と、包含体４０〜４４（これらについては第２図及び
第３図を参照してより詳細に説明する〉を有する透明ス
トリツア４を備えた光学結合器とを包含する． 包含体４０〜４４の各々は半反射鏡を有しており、観測
者Ａは、包含体４１〜４４の透明性により外部の景色を
、また包含体４１〜４４の反射性により像生或器１によ
って生成された像を同時に見ることができる．包含体４
１〜４４は以下の説明及び特許請求の範囲においてはパ
ネルと称する．ストリップ４は、その２つの大きな面が
、観測者の頭が上向きまたは下向きいずれにも傾斜して
いない場合に垂直方向に対してｌ５゜だけ傾斜している
平行面を有する薄い長方形断面のストリップである．こ
れに相対的に、相互に延長線上にある視準光学系の光軸
とブラウン管の光軸とは上方に１５゜だけ傾斜している
．更に、ストリップ４によって形成される光導波路の主
軸は、角度１３５゛を形成するために視準光学系の光軸
に対して斜めに配置されている．第１図の光学装置の動
作を以下に要約して説明する．即ち、まず像発生器１が
ブラウン管のスクリーン上に像を与え、視準光学系２は
その像を無ａｉに形或し、光学等分装置である対称化積
重ね体３は水平面に対して対象な像を形成し、第１の包
含体４０番．ｔ１つの同じ視野の光線をバネル４ｌ〜４
４上に均等に分配し、パネル４１〜４４は、該装置から
離れたところにあり且つその中で観測者の眼が、生戒器
ｌによって与えられた像と観測者の前にある外部の景色
との両方を看取し得る観測瞳孔を形成するために、種々
の視野を選択的に反射する．第２図は、バネル４ｌ〜４
４を備えたストリップの一部について第１図をより拡大
した図である．この実施例においてはストリップ４はそ
の２つの大きな平行な面の間の厚さが７．５■であり、
パネルはストリップの大きな面に対して３６゜だけ傾斜
している．バネル４１と４２、４２と４３及び４３と４
４の間の距離はそれぞれ５．７ｍｍ、６．５■及び７ｍ
−である．ストリップ４の内側には生成器１がら出た光
線が種々の入射角度で到着する．入射角度は、無限遠に
投影された像の点に従う．ストリップ４を切欠きし且つ
切欠き面を処理することにより得られるパネルは、平均
値がパネル４ｌがらパネル４４へと小さくなる入射バン
ドで反射する．従って、第■のパネル４ｌは、像の左側
視野に対応する大きい入射角度に対して反射し、最後の
パネルは、像の右側に対応する小さい入射角度に対して
反射する．観測瞳孔、即ち像が移動したときに眼が像を
正確に看取する小さなゾーンを拡大するためには、像の
輝度を過度に小さくしないように、２つ（ただ２つのみ
）の並んだパネルを横切って反射が行われることが望ま
しい．更に、最初の２つのパネル４１及び４２の各々は
、半反射鏡４１及び４２ａと、半波長ストリップ４ｌｂ
及び４２ｂとを直列に包含しており、他のパネルは半反
射鏡のみを包含している。
上記半波長ストリップは流れ（ｆｌｏｗ）の透過を容易
にする．例えば最初の２つのパネル４１及び４２の鏡は
、入射のために偏光が最も大きいが故に、入射平面、即
ち鏡に到達した光線と、光線が鏡に到達した点の鏡面に
対する法線とによって規定される平面に垂直な偏光に対
してのみ全反射する。バネル４１またはバネル４２によ
って伝送されながった平行偏光は、次のパネルによって
反射される直交漏光に半波長ストリップによって変換さ
れる．従って、半波長ストリップを用いず且つバネル４
１及び４２と平行な偏光に対して反射係数を０，５とす
ると、これらのパネルは、反射像の前記２つのパネルに
到達する部分の平行偏光を反射係数０．５及び０．２５
で透過するであろう，これは、前記実施例におけるよう
に反射係数０．３と考えると、パネル４ｌ及び４２が同
じ像部分に対する平行偏光を眼に向がって伝送する係数
は、０．５及び０，２５ではなくて０．３及び０．２１
となり、好ましくはより異なる値、即ち半波長ストリッ
プを備えた場合より更に異なる輝度値を表わす． 光学装置が効率的に動作するために、各パネルには、像
生成器によって与えられる像から出る全ての入射光線が
到達するべきである．しかしそれは通常起こり得す、従
って観測者が見る像には縞が形或される．この欠点は、
パネルの手前で且つストリップ４の大きな平行面から中
間距離のところに置かれた長さ２０一一の広域バンド半
反射鏡である包含体４０によって回避される．第３図は
、対称化積重ね体側にその入射面４Ｅを有するストリッ
プ４の端部と、像生成器から出てストリップ内に入射し
たビームとを示している．このビームの範囲は、第３図
では矢印を付けた２本の実線で表されている．ストリッ
プ４の大きい側面における入射角度の故に、ビームはス
トリップ４内を大きな面で全反射することにより伝搬さ
れる．第３図には、大きな側面のみで反射するビーム部
分が接触しないゾーンを斜線で示している．上記縞の形
成を惹起するにはこのゾーンである．ストリップ４の２
つの大きな面から中間距離に置かれた広域バンド半反射
鏡によって形成された包含体４０は、鏡４ｏ上で反射す
ることにより斜線ゾーンを充填する、視野の一部に対応
する矢印付きの破線によって示したように、このゾーン
を抹消する．図を簡単にするために、第３図には上記縞
が回避され得る光線の一部のみを示してある． 対称化積重ね体３は、観測者の眼がパネル４１〜４４を
通して第１図の視準光学系を見る角度を大きくするよう
になっている．この積重ね体がないと、上記実施例にお
いて垂直方向視野３０゛を得るために高さ６０ｍｍの視
準光学系を有することが必要となろう．この積重ね体を
備え且つストリップ４の縁における反射、より正確には
ストリップの小さな上方側面における反射を利用するこ
とにより、高さ３０ｍｍ＋の視準光学系を備えるれば充
分となる。これを達戒し得る対称化積重ね体３は、１０
＋ｕｉＸ　３ｍｍの長方形の鏡を、鏡の反射面間の間隔
をｉ■として高さ３０ｉ＋ｍの長方形に平行に積み重ね
た鎖の積重ね体によって形成される，これらの鏡の面は
、ストリップ４の小さな側面と平行な平面内に配置され
る．即ち第４図に示したように、積重ね体３の２つの鏡
３ｉ，　３ｊの間に角度ａで入る視野は、積重ね体を通
過した後に、到来光線と平行な直接光線と対象光線とを
与え、第４図において単頭矢印で示した直接光線と反射
光線との割合は角度ａの関数である．次いでこの直接光
線の１！測者は、まるで積重ね体３はなかったかのよう
に見ることができ、一方、積重ね体の鏡によって上方に
屈折された対称光線は、鏡を形成するように処理されて
いるストリップの上方縁における反射によって見ること
ができる．ｆ！重ね体は対称光線を反射させ且つ上方反
射縁はそれらを更に反射させるので、総全反射数は偶数
となり、対称光線によってｉ測者は非変換像を見る．即
ち１つの同じ視野の平行光線は、もはや角度ｌ５゜では
なくて角度３０゜、即ち観測者が８Ｆ重ね体及びストリ
ップ４の上方反射縁において反射された像を見る角度で
見られる．本発明は上記実施例に制限されない．従って
例えば光学装置に要求される性能特性が前記説明に使用
された装置のもの程高くない場合には、３つか２つのパ
ネルを並べてもよいし、たった１つでもよいし、半波長
ストリップを備えたバネル（よなくともよいし、更に半
反射鏡４０は排除することもできるし、対称化積重ね体
３も同様である．これとは反対に、透明ストリップ４の
厚みを更に小さくするためにパネルの数を４つ以上に増
やすことも可能であり、この場合には半波長ストリップ
を備えたパネルの数は２つ以上となるであろうし、また
これらのストリップは視準光学系に最も近い複数のパネ
ルの一体的部品となることを理解されたい． 鏡の数を２つに制限するならば、同じ反射係数の半反射
鏡を備えた複数のパネルを使用することも可能であり、
これは既になされている．
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の光学装置を示す図、第２図がら第４図
は第１図の光学装置の所定の部分を示す部分図である． ＾・・・観測者、！・・・像生成器、２・・・視準光学
系、３・・・対称化積重ね体、４・・・ストリップ、４
０，４１，４２，４３．４４・・・包含体．

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）視準像を観測者の視野に導入するための光学装置
    であって、像生成器と、視準光学系と、光学結合器とを
    直列に包含しており、前記光学結合器が前記視準光学系
    に対して斜めに配置されており、且つ前記視準光学系に
    光学的に連結されている進入部を形成する平面端部と、
    ２つの大きな平行側面と、ストリップの横断面に対して
    斜めに、その内側に並べて設置されたｎ個（ｎは１より
    大きい整数である）の平行パネルとを有する透明ストリ
    ップを備えており、前記パネルの各々が半反射鏡を有し
    且つ観測者の視野内に配置されており、前記光学結合器
    の前記視準光学系に対する斜めの配置が、前記ストリッ
    プ内の２つの大きい面における全反射によって伝搬を提
    供する装置。
  2. （２）前記パネルの半反射鏡が、前記進入部形成端部か
    ら遠ざかる程により小さい入射角度で反射するように処
    理されている請求項１に記載の装置。
  3. （３）前記ｎが２であり、前記２つのパネルの２つの半
    反射鏡が同じ反射係数を有する請求項１に記載の装置。
  4. （４）前記ｎ個のパネルにおいて、前記進入部形成端部
    に最も近いｍ個（ｍは０より大きく且つｎより小さい整
    数である）のパネルが、前記進入部形成端部に対して該
    パネルの半反射鏡の背後に配置された半波長ストリップ
    を包含している請求項１から３のいずれか一項に記載の
    装置。
  5. （５）前記ストリップの内側で且つ前記大きい側面から
    等距離のところに、観測者の視野内に視準された像にお
    ける縞の形成を回避するように半反射鏡が配置されてい
    る請求項１に記載の装置。
  6. （６）前記ストリップが前記２つの大きい側面に垂直な
    小さな反射側面を有しており、前記視準光学系が前記進
    入部形成端部に、鏡をその面が前記小さな反射側面と平
    行となるように積み重ねて形成された対称化積重ね体に
    よって光学的に連結されている請求項１に記載の装置。
JP2132452A 1989-05-23 1990-05-22 視準像を観測者の視野に導入する装置 Expired - Lifetime JP2888602B2 (ja)

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JPH0315815A true JPH0315815A (ja) 1991-01-24
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US (1) US5076664A (ja)
EP (1) EP0399865B1 (ja)
JP (1) JP2888602B2 (ja)
CA (1) CA2017251A1 (ja)
DE (1) DE69008035T2 (ja)
FR (1) FR2647556B1 (ja)

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