JPH0667116A - 観察者の視野の中に重ね合わされた像を導入する光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 観察者がその視野の中にある物体と、その視
野に重ね合わされるように導入されたコリメーテッド像
とを同時に見る事ができるように設計された光学装置が
提供される。 【構成】 平行面から成るプレートを備え、アクセス点
を通して像発生器から来た光線が前記プレートの平行面
に対する全反射によって前記プレートの中に拡散され
る。平坦な反射鏡の堆積から成るスラブが前記光線を再
集中して、順次に配置された２枚のビームスプリッタに
送り、これらのビームスプリッタが光線の一部を観察瞳
孔に反射する。前記ビームスプリッタは、観察瞳孔中に
配置された観察者の目の視野の中にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、観察者がその視野と同
時に、少なくとも１つの半反射鏡を含む像結合光学シス
テムを使用して視野の中にコリメーテッド像を導入する
より、このコリメーテッド像を見る事のできる光学装置
に関するものである。本明細書において「コリメーテッ
ド像」とは無限遠に形成された像を言う。観察者にコリ
メーテッド像を与える事により、観察者は外部の光景に
注意を集中するためにまたコリメーテッド像に注意を集
中するために視野を調整しなおす必要がなくなるので、
目の疲労を防止する。

【０００２】

【従来の技術】このような光学装置はすでに存在する。
この装置は特に航空技術において、例えばパイロットが
外部の光景から目をそらす事なくパイロットに操縦情報
を伝達するために使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、欧州特願第
0077,193号に記載の第１光学装置は、２枚の平坦な平行
な研摩された面と１枚の入力面とを含む透明物質のブロ
ックと、このブロック中の球形半反射鏡とを含む。この
ブロックは、像発生器から出た入射光線が入力面を通過
した後に前記２平行面の一方において全反射され、つぎ
に前記の球形半反射鏡上で部分的に反射され、つぎに前
記光線が全反射された前記の一方の面の上で屈折され
る。外部光景から来る光線は前記光学ブロック中を２枚
の平行面と球形半反射鏡とを通過して観察者の目に入
る。この光学装置は次の２つの問題点がある。すなわ
ち、透明ブロックが厚く、従って重くかさばり、また前
記入力面がマスクを成し、観察者の視野を制限する。

【０００４】またフランス特願第89,06721号に記載の公
知の装置は、像発生器と、一連の平行に配置された半反
射鏡とを含み、これらの半反射鏡は光学導波管の中に配
置され、像発生器からの距離と共に減少する入射光線を
反射するように処理されている。観察者は前記半反射鏡
の透明性の故に外部の光景を見る事ができる。この第２
装置は図１に図示されているが、二、三の問題点があ
る。この装置は光学システムの中に像を導入するための
瞳孔を有し、この瞳孔は高さ約３０ｍｍであって大きす
ぎる。また光学導波管の縁における反射による寄生反射
の影響を受ける。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の目的はこれらの
公知光学装置の問題点を解決し少なくとも減少させるに
ある。

【０００６】これは、前記の第２光学装置と実質的に同
様の構成要素を使用するがこれらの構成要素の組立てを
変更し、その１つの構成要素が他の機能を生じるように
その構造を変更する事によって達成される。

【０００７】本発明によれば、観察瞳孔を通して見る観
察者の視野の中に重ね合わされた像を導入する光学装置
において、前記光学装置は、２つの平坦な平行大面、前
記大面の間に配置されて相互に対向する第１端部および
第２端部、および前記の２大面から等距離に配置された
半反射鏡を有する第１透明プレートであって、前記第１
端部は像発生器に接続され、前記接続は像発生器から来
る光線が前記の２大面上の全反射によって第１透明プレ
ートの中に拡散されるように成された第１透明プレート
と、それぞれ前記の第１透明プレートの２大面の延長上
に配置された２大面および縁部分によって画成された第
２透明プレートであって、前記の２大面の間に配置され
た端部およびｎ個の半反射性平坦ビームスプリッタとを
有し、ここにｎは１より大なる整数とし、前記ビームス
プリッタは相互に平行であって、第２透明プレートの２
大面の間に配置され、これらの２大面に対して傾斜し、
観察者の視野の中に配置されるように成された第２透明
プレートと、平坦反射鏡の堆積から成る集中スラブであ
って、これらの反射鏡は前記大面に対して垂直な面を有
し、これらの反射鏡の堆積の第１側面は前記第１プレー
トの第２端部に接触し、またこれらの反射鏡の堆積の第
１側面と反対側の第２側面は前記第２プレートの端部と
接触し、前記反射鏡の堆積と接触する前記の２端部の間
に光学接続を成して、像発生器から来た光線が奇数の反
射後に前記スラブを通過して前記ビームスプリッタに達
し、そこで少なくとも部分的に観察瞳孔の方に反射され
る事を特徴とする光学装置が提供される。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を図１乃至図６について詳細に
説明する。

【０００９】図６は観察者に対して配置された先行技術
の光学装置の概略平面図である。観察者の左目Ｖのみを
図示する。右目用に設計された他の類似装置は図示され
ていない。また２つの光学装置を取り付けられた観察者
のヘルメットも図示されていない。

【００１０】図６による光学装置は陰極線管を備えた像
発生器１、陰極線管によって発生された像を無限遠に配
置する光学コリメーション装置２、すべて同一サイズを
有する複数の長方形反射鏡を一定ピッチで堆積して構成
された対称スラブ３、および透明プレート４とを含み、
前記透明プレート４は内部部材４０〜４４を含み、部材
４０はプレート４の相互に平行な２大面から等距離にあ
り、他の部材４１〜４４は相互に平行であって、前記の
２大面に対して傾斜し、ビームスプリッタと呼ばれる。

【００１１】ビームスプリッタ４１〜４４はそれぞれ半
反射鏡を有し、目Ｖは、これらのビームスプリッタ４１
〜４４の透明性により外側光景を見る事ができると同時
に、これらのビームスプリッタ上の反射により像発生器
１の像を見る事ができる。プレート４は平行面を備えた
長方形断面の薄いプレートであって、観察者の目が上方
にも下方にも傾斜していない時、このプレートの２大面
が垂直に対して１５゜傾斜している。これに対応して、
相互に延長線上にある光学コリメーション装置の光学軸
線と陰極線管の光学軸線が上方に５０゜傾斜している。
さらにプレート４から成る光学導波管の主軸は光学コリ
メーション装置の光学軸線に対して１３５゜の角度を成
す。図６の光学装置の動作について下記にまとめる。像
発生器１がその陰極線管のスクリーンの上に像を生じ
る。光学コリメーション装置はその像を無限遠に形成す
る。対称化スラブ３は像を均等部分に分割する光学装置
であって、水平面に対して対称的な像を生じる。第１部
材４０は同一視野の光線をビームスプリッタ４１〜４４
の上に均等に分布させる。これらのビームスプリッタ４
１〜４４はそれぞれの相異なる視野を反射して、装置か
ら一定距離に観察瞳孔を形成する。この観察瞳孔におい
て、観察者の目は像発生器１の生じた像と彼の前方の光
景とを見る事ができる。

【００１２】この公知の光学装置においては、対称化ス
ラブを使用し、またプレート４の縁、すなわちプレート
４の小さな上面における反射の故に、光学コリメーショ
ン装置の高さを半減する事ができる。しかし、文頭に述
べたように、この光学装置は二、三の欠点を有し、本発
明による装置がその欠点を防止し少なくとも緩和する事
ができる。

【００１３】図１は、観察者の視野の中に重ね合わされ
た像を導入する本発明の光学装置を観察者の目の配置さ
れる側から見た図である。図１において２本のＸＸとＹ
Ｙはそれぞれ図２と図３に示す断面図に対応する。

【００１４】図１、図２および図３による光学装置は第
１透明プレート５を有し、この第１プレートは５は集中
スラブ６によって第２透明プレート７に接続され、この
スラブ６はそれぞれ８mm×１０mm長方形の反射鏡の堆積
によって構成される。プレート５は相互間隔８mmの平行
大面５ａと５ｂを有する。プレート７も相互に平行な２
大面７ａと７ｂを有し、これらの面７ａと７ｂはそれぞ
れ前記の面５ａおよび５ｂと同一面に配置される。

【００１５】図３に図示の陰極線管１につづいて光学コ
リメーション要素２が配置され、コリメーティッド像、
すなわち無限遠に形成された像を生じる。この像の光線
が、前記の大面５ａおよび５ｂに対して５５゜傾斜した
端面Ｃからプレート５の中に入る。これらの２大面の中
間に、半反射鏡５０が配置される。

【００１６】プレート５の相互に平行な２大面は疑似直
角三角形を成し一方の鋭角は前記のコリメーティッド像
を受けるための端面Ｃに対応する直線で切られた切頭形
を成し、この切頭鋭角の対向辺はスラブ６の側面に接触
する。

【００１７】スラブ６を構成する反射鏡は、プレート６
の大面と、面５ａ、５ｂの三角形の切頭円錐角に対向す
る側面とに対して垂直面を成す。光学コリメーション要
素２から出る光は、下記の図５について説明するように
奇数の反射後にスラブ６を通過し、プレート７の中に入
る。

【００１８】プレート７の２大面も疑似直角三角形を成
し、その一方の鋭角は円弧状の切断線によって切頭さ
れ、この切頭角の反対側辺は、スラブ６と接触したプレ
ート７の縁に対応している。コリメーティッド像の光が
プレート５とスラブ６を通過した後にこの辺を通ってプ
レート７の中に入る。

【００１９】図１と図２に図示のように、スラブ６と接
触しないプレート７の縁は面取りされている。従って、
これらの縁は、光学装置の観察瞳孔Ｐに配置された観察
者の目Ｖの視野の中にマスクを作らない。目Ｖと観察瞳
孔Ｐは図２に図示され、これらは大面７ｂ側に、疑似三
角形の切頭円弧の中心まで垂直方向に、この面７ｂから
約２７mmの距離に配置される。

【００２０】プレート７は二つのビームスプリッタ７
１、７２を有し、これらのビームスプリッタはそれぞれ
半反射鏡から成り、その反射指数は３０％である。これ
らのビームスプリッタは大面７ａと７ｂに対して２７゜
傾斜し、また相互に6.9mm の距離にある。

【００２１】前述の本発明の光学装置の各部分の動作を
下記に説明する。

【００２２】プレート５の中の光の伝送は両側の大面５
ａと５ｂに全反射して実施される。

【００２３】半反射鏡５０は、像発生器から光学コリメ
ーション要素２を通して来たすべての光線をその入射方
向に係わらずビームスプリッタ７１、７２に投射させ
る。従ってこの反射鏡５０は図６による反射鏡４０と同
一役割を有する。

【００２４】集中スラブ６は光学コリメーション要素２
から来た光線を観察瞳孔Ｐに向かって再集中するために
使用される。光学コリメーション要素２から伝送された
光はスラブ６を通過し、つぎに観察瞳孔Ｐに向かって進
む前に奇数の反射を受ける。図５は、スラブ中の１回の
反射と一定スラブ幅Ｌとに対してスラブの反射鏡の可変
ピッチｅが決定される原理を示す。またこの図に示すＱ
とＲは、それぞれスラブ６から見られた光学コリメーシ
ョン２と、観察瞳孔の中心点とを示す。直線ＱＲはスラ
ブ６の長手方寸法に対して垂直であり、また点Ｑからス
ラブの２隣接反射鏡Ｍ１とＭ２に達する光線が１回だけ
反射されるためには、下記の関係が必要である。

【００２５】ｅ＝Ｌ．ｔａｎ ａ ここに、ａは直線ＱＲと、点Ｑから出て反射鏡Ｍ１をか
すめた後に反射鏡Ｍ２に達する光線との成す角度、また
ｅは反射鏡Ｍ１とＭ２との間隔である。

【００２６】光学コリメーション要素から出る光線に奇
数（１以上）の反射をさせた後に再集中する事が望まし
い。このようにして、順次の反射鏡の間のピッチｅが過
大になる場合にこれを縮小させる事ができ、また入射瞳
孔の直径を縮小させる事ができる。

【００２７】従って前記の式はさらに一般的に下記のよ
うに書く事ができる： ｅ＝Ｌ．ｔａｎ ａ／（２ｋ＋１） ここに、２ｋ＋１はスラブの２順次反射鏡間の反射数で
あり、ｋは−１より大きな整数である。

【００２８】下記のパラグラフのリストは図１乃至図４
の実施例におけるｅの値を示す。第１２ピッチ以降は２
順次半反射鏡の間に３反射が存在するのに対して、それ
以前は１反射である事を注意しなければならない。

【００２９】下記の数対において、第１数は直線ＰＱに
もっとも近いピッチからのピッチ順位に対応するが、第
２数はこのピッチの値ｍｍに対応する。

【００３０】1-1; 2-1; 3-1; 4-1; 5-1; 6-1.05; 7-1.2
6; 8-1.51;9-1.8; 10-2.16; 11-2.59; 12-1.04; 13-1.
1; 14-1.17;15-1.26; 16-1.33; 17-1.42; 18-1.52; 19-
1.61; 20-1.72;21-1.84; 22-1.95; 23-2.09; 24-2.22;
25-2.37; 26-2.52;27-2.52; 28-2.52 下記の式において、 ｅ＝Ｌ．ｔａｎ ａ／（２ｋ＋１） ａとｋは前記スラブの変数である。

【００３１】本発明による光学装置のスラブは、一定ピ
ッチとスラブの可変幅を有し、あるいはスラブ中の可変
数の反射を有する事ができる。図５はこのような変形を
示す。図５の実施態様において、光がスラブの中に入る
側面はまっすぐでなく、またスラブと接触してその形状
に合致するプレート５の側面もまっすぐでない。

【００３２】図１、図２、図４および図５によるスラブ
６は前述のように光学コリメーション要素から来る光線
を観察瞳孔の方に集中するために使用される。従ってこ
のスラブ６は図１のスラブ３と完全に異なる役割を有す
る。後者のスラブ３は、第２対称像を生じるために使用
され、目は場合によって下方視野において直接像を見る
が上方視野において間接像を見る。

【００３３】光学コリメーション要素から出た光線はス
ラブ６を通過後にプレート７の中に入り、そこで半反射
鏡７１、７２から成るビームスプリッタを通して目に向
かって反射される。これらのビームスプリッタは同時に
プレート７の外部にある外部光景を観察者に観察させる
ので、観察者はその視野の中に外部光景の像と重ね合わ
されたコリメーテッド像とを持つ。

【００３４】図１および図１以降の付図に図示の光学装
置はその所要サイズが小であるので、プレート７の中に
２個の像結合用半反射鏡７１、７２のみを必要とする。
従って半反射鏡７１、７２は図１の実施態様の場合のよ
うに入射角度について選択的となるように処理される必
要はない。図１の場合、このような処理が行われなけれ
ば、光学コリメーション要素から出て目に入る像は、ビ
ームスプリッタ４１によって生じる部分がビームスプリ
ッタ４４によって生じる部分より遥かに明るくなるので
ビームスプリッタに対する光の損失を生じる。

【００３５】本発明は前記の説明のみに限定されるもの
でなく、その主旨の範囲内において任意に変更実施でき
る。特に、光学コリメーション要素の厚さ、角度および
形状はその使用条件とサイズに従って変更する事ができ
る。さらに、図１の面に対して鉛直な面を有し図１の線
分ＥＦ方向に延在する反射鏡によって縁に対して反射を
実施できるので、図１に図示の光学装置全体をこの線分
の上方部分に縮小する事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光学装置の平面図

【図２】図１の装置のＸＸ線に沿った断面図

【図３】図１の装置のｙｙ線に沿って断面図

【図４】図１の装置の１つの構成要素の機能を示す概略
図

【図５】図４の要素の他の実施態様を示す概略図

【図６】先行技術による光学装置の斜視図

【符号の説明】

１ 像発生器 ２ 光学コリメーション要素 ５ 第１透明プレート ５ａ、５ｂ 第１透明プレートの大面 ６ 集中スラブ ７ 第２透明プレート ７ａ，７ｂ 第２透明プレートの大面 ５０ 半反射鏡 ７１、７２ ビームスプリッタ Ｃ 端面 Ｖ 目 Ｐ 瞳孔 ｅ スラブの半反射鏡の間隔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】観察瞳孔を通して見る観察者の視野の中に
   重ね合わされた像を導入する光学装置において、前記光
   学装置は、２つの平坦な平行大面、前記大面の間に配置
   されて相互に対向する第１端部および第２端部、および
   前記の２大面から等距離に配置された半反射鏡を有する
   第１透明プレートであって、前記第１端部は像発生器に
   接続され、前記接続は像発生器から来る光線が前記の２
   大面上の全反射によって第１透明プレートの中に拡散さ
   れるように成された第１透明プレートと、それぞれ前記
   の第１透明プレートの２大面の延長上に配置された２大
   面および縁部分によって画成された第２透明プレートで
   あって、前記の２大面の間に配置された端部およびｎ個
   の半反射性平坦ビームスプリッタとを有し、ここにｎは
   １より大なる整数とし、前記ビームスプリッタは相互に
   平行であって、第２透明プレートの２大面の間に配置さ
   れ、これらの２大面に対して傾斜し、観察者の視野の中
   に配置されるように成された第２透明プレートと、平坦
   反射鏡の堆積から成る集中スラブであって、これらの反
   射鏡は前記大面に対して垂直な面を有し、これらの反射
   鏡の堆積の第１側面は前記第１プレートの第２端部に接
   触し、またこれらの反射鏡の堆積の第１側面と反対側の
   第２側面は前記第２プレートの端部と接触し、前記反射
   鏡の堆積と接触する前記の２端部の間に光学接続を成し
   て、像発生器から来た光線が奇数の反射後に前記スラブ
   を通過して前記ビームスプリッタに達し、そこで少なく
   とも部分的に観察瞳孔の方に反射される事を特徴とする
   光学装置。
2. 【請求項２】前記ビームスプリッタは２個であって、い
   ずれも同一値の入射光線を反射する事を特徴とする請求
   項１に記載の光学装置。
3. 【請求項３】前記第２プレートは、少なくともその端部
   以外において、観察者の視野の中にマスクを形成する事
   を防止するため、第２プレートの縁が面取りされている
   事を特徴とする請求項１に記載の光学装置。