JPH041717A - 光学装置 - Google Patents

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】 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 ０１　合成虚像を得る光学式の実施例（第１図及び第２
図） Ｇ２デイスプレィ位置移動用サーボ系の実施例（第３図
及び第４図） Ｇ、透過型及び発光型デイスプレィ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・デイスプレィ等に用いて好適
な光学装置に関する。

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。

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・デイスプレィ等に用いて
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、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
、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、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・デイスプレィ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
１の主点と、接眼レンズの対物レンズ側の第２の主点と
の光学的距Ｃ従来の技術 近時、航空機、自動車等でヘッド・アップ・デイスプレ
ィ　（Ｈｅａｃｌ−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イスプレィであり、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−（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、像が白黒ＣＲＴ等
で作られた白黒像を虚像（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−（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ＨＵ　Ｄ　（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ＨＵ　Ｄ　（６）を自動車のダツシュボー
ド（８ン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
、ＨＵ　Ｄ　（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知られている。

Ｄ　発明が解決しようとする課題 従来の畝上の構成のＨＵ　Ｄ　（６）は第１７図Ａに示
す様に、ＣＲＴ（支）〕、凸レンズ光学系〔１〕及びハ
ーフミラ−（３）から構成されたＨ　Ｕ　Ｄ　（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＃（１０）が背
後にある部分の虚像（Ｌｌ）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１５図Ａの様にＣＲＴ　（２）と凸レンズ光学
系（１〕及びハーフミラ−（３）から構成されたＨ　Ｕ
　Ｄ　（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１８ｆｆ
１．Ｂに示す様に透明色（１３）となり、ＨＵ　Ｄ　（
６）を通しては見えなくなる問題があった。

本発明の目的は畝上の問題点である背景に明るい物体が
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８己す）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、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、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、表示部（
１７）の出力と遮断手段（１５）のａ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（１
８）側の第１の主点と、接眼レンズ（１８）の対物レン
ズ（１４）側の第２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及び位置関
係が裸眼と全く同等に外景を観察出来るものが得られる
。

Ｇ　実施例 ０１　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ＨＵ　Ｄ　（６）の一実施
例を示すもので、虚像と背景の実像（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Ｅ　ＣＤ　
（Ｅｌｅｃｔｒｏ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ
）　　の如くバックライトの透過率を制御する型の透過
型デイスプレィ（１５）が対向配電され、この透過型デ
イスプレィ（１５）の後方に対物レンズ（１４）の光軸
ＯＸ、　　に対し４５°傾けてハーフミラ−（１６）が
配設される。更に対物レンズ（１４）の光ＯＸ、　　と
直交する様に配設された接眼レンズ（１８）の光軸ＯＸ
、は光軸ＯＸ、　　と０点で直交し、この直交点を通り
様に４５°傾いてハーフミラ−（１６）が設けられ、こ
のハーフミラーク１６）と対向して接眼レンズ（１８）
と発光型ディスブレイク１７）が設けられ、操縦者の眼
球（５）は光軸ＯＸ２　上にある。上述の透過型デイス
プレィ（１５）と発光型デイスプレィ（１７）にモータ
（１９）及び（２０）を取り付けて各々光軸ＯＸ、及び
ｏｘ２　方向に摺動自在と成され光軸ＯＸ、及びＯＸ２
　との交点０と各々のデイスプレィ塩の距離Δ１１　及
びΔ１２を微調整出来る様に成されている。更に接眼レ
ンズ（１８）の光軸ＯＸ、上に於ける前側焦点Ｆ２’（
３１）は対物レンズ（１４）の後側焦点Ｆ、　（３２）
と一致するがこの後側焦点Ｆ　、　（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胡する。第１図で、対物レ
ンズ（１４）の外景側には花瓶の実像（２１）及び照明
灯の如き光源（２３）が有り、この実像（２１）は透過
型デイスプレィ（１５）上に像を結ぶ様に透過型デイス
プレィ（１５）位置が選択される。この場合、光源（２
３）の像（２４）はＨＵ　Ｄ　（６）の対物レンズ（１
４）と透過型デイスプレィ（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
型デイスプレィ（１５）上に形成する。更にモータ（１
９）を後述するモータサーボ回路で微調整させる。

この透過型デイスプレィ（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、透過型デイスプレィ
（１５）の位置に花瓶の実像（２１）の像（２２）と花
のシルエツト像（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
ルエツト像（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−（１６）の上側に発光型デイスプレ
ィ（１７）が設けられ、この発光型デイスプレィ（１７
）は第１図の入方向から視た像の平面図はＡ矢視図に示
す様に、デイスプレィのバックは黒（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）を透過型デイスプレィ（１５）に於ける花の
シルエツト像（２５）に重なる様に後述するも調整され
るのでハーフミラ−（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、この発光型デイスプレィ（
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。上述の構成ににいて接眼レ
ンズ（１８）を破線で示す位置に設けても合成虚像（３
３）を観察することが出来る。

又、上述の例では透過型デイスプレィ（１５）と発光型
デイスプレィ（１７）上の像を花瓶と花のカラー映像に
よって説明したが、両デイスプレィをドツトマトリック
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図已に示す
ポロミラー系（３６）を配設して、合成虚像（３３）を
実像（２１）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　デイスプレィ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ＨＵ　Ｄ　（６）の光学系に於い
て透過型デイスプレィ（１５）及び発光型デイスプレィ
（１７）を実像（２１）と合せるたｔ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ＨＵ
　Ｄ　（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、透過型デイスプレィ
（１５）と発光型デイスプレィ（１７）を適合位置に移
動させるためのデイスプレィ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ＨＵ　Ｄ　（６）本体の
前方に配設された超音波デジタル距離計（３８）で実像
（２１）迄の距離が測定され、例えば、１６ビツトのデ
ジタル測定情報（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（３９）、即ち虚像合成距離データ（６
０）がデイスプレィ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、Ｂ　ＣＤ　（ｂｉｎａｒｙ　ｃｏｄｅｄｄ
ｅｃｒｍａｌ）　ｏ−クリスイッチ（４４）及びＢＣＤ
−ＰＣＭ変換ＲＯＭ　（ＢＣＤからパルス幅変調信号に
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
のロークリスイッチを回して所定の距離を設定し、例え
ば１６ビツトの距離情報（４６）をＢＣＤ−ＰＣＭ変換
ＲＯＭ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）がデイスプレィ移動コントロール部（４
３）に供給される。

次にデイスプレィ移動コントロール部（４３）について
説明する。このデイスプレィ移動コントロール部（４３
）は第１図又は第２図で説明したＨ　Ｕ　Ｄ　（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Ｈ　
Ｕ　Ｄ　（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イスプレィ駆動用のモータ
（１９）及び（２０）、ハーフミラ−（１６）、ポロミ
ラー（３６）並にリニアガイド（５５）の螺杵（４８）
、　（５２）　　に螺合するリニアガイド（５５）及び
（５６）に透過型デイスプレィ（１５）と発光型デイス
プレィ（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、透過型デイスプレィ（１５）と発光型デイスプ
レィ（１７）の表示面の大きさは同一と成るように選択
し、雨デイスプレィに同一のビデオ信号を入力した場合
はハーフミラ−（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）をデイスプレィ位置に変換する虚像
合成距離−デイスプレィ位置変換ＲＯＭ（５９）と、デ
ジタル−アナログ変換回路（６２）　、直流アンプ（６
３）、比較回路（６５）及び（６６）並にモータ電源ア
ンプ（６９）及び（７０）より成る。

畝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−デイスプレ
ィ位置変換ＲＯＭ（５９）のアドレスバスに供給され、
例えば１６ビツトのデイスプレィ位置データ（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（２
０）の正逆回転によって螺杆の軸方向の摺動に応じてボ
テジョンメータ（５１）、　（５１）　　から取り出し
た透過型及び発光型デイスプレィ（１５）及び（１７）
の位置電圧Ｖ　、　（５７）　及びｖ、（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Ｖ−ＶとＶ２−Ｖ（７）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（６９）及び（７０）の特性
は第４図に示す様に過電圧を±Ｖ　）ｌ　Ａ　Ｘで抑え
る様にし、両デイスプレィが所定以上移動しない様に構
成する。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、螺杵（５２）を正逆方間に回転させて透
過型ディスブレイク１５）及び発光型デイスプレィ（１
７）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−（１６）の中心点０から
透過型デイスプレィ（１５）及び発光型デイスプレィ（
１７）迄の距離Δ１１　及びΔ１□を等しくすることが
出来る。

Ｇ３　透過型及び発光型デイスプレィの表示制御系の実
施例（第５図乃至第７図） 次に透過型及び発光型デイスプレィ（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
デイスプレィ表示制御系はコンポジットデコーダ回路（
７６）とデイスプレィコントロール信号生成回路（７８
）から成り立っている。透過型デイスプレィ（１５）と
発光型デイスプレィ（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、デイスプレィ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
直接デイスプレィ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
Ｃ５ＹＮＣ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Ｒ
ＧＢビデオ信号（８３）がデコードされて出力される。

ＲＧＢビデオ信号（８３）はデイスプレィコントロール
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Ｃ５ＹＮＣ：　（８２
）　　は同じく、デイスプレィ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図りに示すキー信号（７７）を
得てデイスプレィ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、キー信号とコンポジット信号（７５）の場合はデ
イスプレィコントロール信号生成回路（７８）の入力端
子Ｔ、にキー信号を、入力端子Ｔ２　にＣ３ＹＮＣ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。

次にデイスプレィコントロール信号生成回路（７８）を
説明する。このデイスプレィコントロール信号生成回路
（７８）内には発光型デイスプレィ用ビデオ信号生成回
路（８４）と透過型デイスプレィ用ビデオ信号生成回路
（９１）とを有する。先ず発光型デイスプレィ用ビデオ
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Ｔ、からキー信号（７７）及び
ＲＧＢビデオ信号（８３）が供給され、キー信号（７７
）が第６図りのＬｏｗの区間黒レベルに設定した第６図
Ｈに示す発光型デイスプレィ用ＲＧＢビデオ信号（８８
）として発光型デイスプレィコントロール回路（９０）
に供給すると共に入力端子Ｔ２に供給される。Ｃ５ＹＮ
Ｃ（８２）　　も供給して発光型デイスプレィ（１７）
の制御を行なうことで例えば第７図已に示す様な画像（
１１０）　　を表示する。尚上述の第６！！Ｉ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、透過型デイスプレィ用ビデオ信号生成回路（９１
）には入力端子Ｔ＋　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Ｃ
５ＹＮＣ信号（８２）をＣＢＬＫ作成回路（９５）と透
過型デイスプレィコントロール回路（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ＣＢＬ
Ｋ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（９
４）をＣＢＬＫ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イスプレィ用ビデオ信号（
９２）を得て透過型デイスプレィコントロール回路（９
９）に供給する。

ＣＢＬに付加回路（９７）では反転キー信号（９４）で
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イスプレィ用ビデオ信号（９
２）では第６図１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Ｌｌ、
Ｌ２　を走査している期間のタイミングである。

Ｇ、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王立の虚像を得る光学系につ
いて説明したが、ＨＵ　Ｄ　（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か必要である
。先ず虚像の大きさを実物に一致させて裸眼と等価なフ
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像（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Ｆ　、　（１１２）と接眼レンズ（１
８）の前側焦点Ｆ　２（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（２１
）の実物結像（１１５）　　に対する横倍率ｍ１　　は
となる。又、この実像（２１）を接眼レンズ（１４）で
観察する場合に、（１１７）　の位置に見える虚像（３
３）の実像に対する横倍率ｍ２　は （５）式より となる。よって、対物レンズ（１４）と接眼レンズ（１
８）の合成横倍ｆｌ−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。

実像（２１）、実物結像（１１５）　、虚像（３３）の
位置関係に注目するとガウスの公式より、 （４）式より （４′）に（６′）式を代入して （３）に（６’）　、　（５’）　、　（７）式を代入
するととなる。

又、第８図より １１′＋β２＝２ｆ　　　　　　　　・・・・・・（６
）である。！！１，１１．１２’を１２で表わす。

（６）式より Ｉ２．’＝２ｆ−Ｌ　　　　　　　　　　・・・・（６
′）・・・・・・（８） よって虚像（３３）の実像（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＝ｆ２　２ｆ　　ｄｌ−ｄｚ（ｄ、、ｄ２は各レン
ズの主点内の距離）　　　　　　　・・・・・・（９）
実像（２１）と虚像（３３）間の距離Δｌは（９〕式を
考慮すると ΔＩ”ｉｌ　１ｓ＝１＋　　＜１ｘ　　２ｆ　　ｄ＋　
　ｄｚ）”　Ｉ！１１２’＋２　ｆ　＋　ａｌ＋　ａ２
　　・・・・・・（１０）（１０）式に（７）、　（５
）式を代入するとΔｉ　＝　Ｌ　　ｌｘ’　＋２　ｆ　
＋　ｄ＋＋　ｃｔ２＝４　ｆ　＋　ａ、＋　ｄ２（定数
）　　　　・・・・・・（１１）（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＊ｄ＋＋ｄ２だけ近
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
示すＦ、での倒立された実物結像（１１５）　　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４　ｆ　＋　ｄ＋
、＋　ａ２　にしてあり、裸眼を全く等価なファインダ
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同等なフ
ァインダとじて作用する。

Ｇ、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１０１！ｌは第９図に示した光学系に第１１１！ｌ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
り発光型デイスプレィ（１７）はミラー（ハーフミラ−
（１６））　（１１９）の後段に置かれ、等倍型デイス
プレィ（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（１２
ｇ）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）　、透過型デイスプレィ（１
５）、ミラー（１１９）　、発光型デイスプレィ（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）　　の筐体は略り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、発光型デイスプレ
ィ（１７）及び透過型デイスプレィ（１５）を移動させ
るた袷のモータ（２０）、（１９）　　、ポテンシャル
メータ（５１）やリニアガイド（５５）及び（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）　（１３４）　　に内蔵され
、第５図に説明した透過型及び発光型デイスプレィ表示
制御回路は小型の第２の筐体ユニッ）　（１３５）　　
に内蔵され、これらの各回路は左右ファインダ（１３０
Ｌ）。

（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）　（１３４）、　（１３５）　
からケーブルを介して接続を行なう。Ｎ２の筐体ユニッ
ト（１３４）、　（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
コンビ二一夕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
設したものでデイスプレィ（１５）、　（１７）　　の
位置は固定であるのでデイスプレィ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ビ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）。

（１２４）　、　（１２２）　、　（１２３）　（（ａ
）、　（ｆ）、　（ｄ）、　（ｅ）　）の４枚のミラー
のみを風防ガラス（１３ｇ）　　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イスプレィ（
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（１２１）　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！（
１４５）、　（１４７）　　に結像されるので透過型デ
イスプレィ（１５）はこれらのうち、どちらへ置いても
よい。

本発明は畝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ｔに、背景の色に左右されない純粋な色表現
が可能であり、従来のへラドアップ・デイスプレィで不
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、透過型デイスプレィ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ｔ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イ
スプレィ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、透過型デイスプレィ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
裸眼と等価な実働型ファインダを得ることが８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
光学装置のデイスプレィ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イスプレィ表示制御
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ｔ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ｔ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路線図、第１４図は本発明の
光学装置をコックビットに内蔵させた路線図、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
過型デイスプレィ、（１７）は発光型デイスプレィ、（
１８）は接眼レンズ、（２１）は実像、（３３）は合成
虚像である。 代　　理　　人 松　　隈　　秀　　盛 Ｂ 扉片・可Ｈｚ−ｆ ｆｊＬ４ｒＫと正立イ象１；シ約稜間係乞貨イ家に一鋏
１う光ｑ系メｎ”半内蔵型の略韓国 第１３図 コックご７Ｉ−内を２副の回卜酵４０ 第１４図 　ＨｕＤ 従来のＨＵＤの原理的光￥！系と購欣口第１Ｂ図 第１５図 ６　ＨＬ）Ｄ 従来の虚（象と光源の説明口 第１７図 ｆｉＬ偉 ２　ＨＵＤ １、事件の表示 平成 ２、発明の名称 ２年 特 許 願 第１０３７６４号 光学装置 ３、補正をする者 事件との関係

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、 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、上記表示部の出力と上
   記遮断手段の出力を合成して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、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１の主点と、 上記接眼レンズの上記対物レンズ側の第２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第１項記載の光学装置。