KR100254730B1 - Observation apparatus - Google Patents

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KR100254730B1
KR100254730B1 KR1019990041863A KR19990041863A KR100254730B1 KR 100254730 B1 KR100254730 B1 KR 100254730B1 KR 1019990041863 A KR1019990041863 A KR 1019990041863A KR 19990041863 A KR19990041863 A KR 19990041863A KR 100254730 B1 KR100254730 B1 KR 100254730B1
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야마자키쇼이치
니시무라타케시
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미다라이 후지오
캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

PURPOSE: An observation device is provided to make an observation optical system guiding the original picture of an LCD(Liquid Crystal Display) to the eyeballs of an observer. CONSTITUTION: An observation device includes a display unit(4) for forming an original picture, a first surface(5) transmitting the light of the original picture, a second surface(1) being the curved surface totally reflecting the light transmitted through the first surface and a third surface reflecting the light totally reflected on the second surface. Also, the first or the third surface is formed as the surface in a prism(3a). Then, the light reflected on the third surface is transmitted through the second surface and guided to the eyeballs.

Description

관찰장치{OBSERVATION APPARATUS}Observation apparatus {OBSERVATION APPARATUS}

본 발명은 관찰광학계에 관한 것으로, 특히 헤드업디스플레이나 안경형 디스플레이라 불리우는 장치에 적합한 광학계에 관한 것이다.The present invention relates to an observation optical system, and more particularly to an optical system suitable for a device called a head-up display or an eyeglass display.

종래부터 브라운관(CRT)이나 액정표시장치(LCD)를 관찰자의 두부근방에 배치하고, CRT 및 LCD가 형성하는 상을 관찰할 수 있도록 한 표시장치의 제안이 계속되고 있다. 예를들면, 미국 특허공보 제 4,081,209호 및 제 4,969,724호, 일본국 특허공개공보 소 58-78116호, 평2-297516호 및 평 3-101709호가 있다. 일본국 특허공개공보 평3-101709호에는 원화상을 재결상시키는 실상타입의 비교적 보기쉬운 관찰장치를 기재하고 있다. 그러나 재결상시키기 위한 광학렌즈를 사용하고 있기 때문에 상당한 대형화가 불가피하게 되어있다.Background Art [0002] Conventionally, a display device in which a CRT or a liquid crystal display (LCD) is disposed near the head of an observer and the image formed by the CRT and the LCD can be observed has been continued. For example, there are U.S. Patent Nos. 4,081,209 and 4,969,724, Japanese Patent Laid-Open Nos. 58-78116, H2-297516 and H3 3-101709. Japanese Patent Laid-Open No. Hei 3-101709 describes a relatively easy-to-view observation apparatus of a true image type for re-imaging of an original image. However, since an optical lens for reimaging is used, considerable enlargement is inevitable.

한편, 미국특허공보 제 4,081,209호와 제4,969,724호, 일본국 특허공개공보 소58-78116호와 평2-297516호에는 보기쉽다고 하는 점에서는 약간 떨어지지만, 소형화를 도모한다는 점에서는 유리한 허상을 관찰하는 타입의 관찰장치를 기재하고 있다.On the other hand, US Patent Publication Nos. 4,081,209 and 4,969,724, Japanese Patent Laid-Open Publication Nos. 58-78116 and 2-297516 are slightly different in terms of being easy to see, but in view of miniaturization, they are advantageous to observe virtual images. A type observation device is described.

후자의 타입의 관찰장치에서는 확실히 실상타입에 비해서 소형화를 도모할 수 있다고 말할 수는 있으나, 아직 충분하다고는 말할 수 없었다. 앞의 선행기술중에서 비교적 소형화를 도모하고 있는 예로서 일본국 특허공개공보 소 58-78116호를 들 수 있지만, 역시 눈의 광축방향의 두께가 두껍게 되어있다. 또, 관찰되는 상에 광학적뒤틀림, 비점수차, 코마수차 등이 발생하는 것이 기재되어 있다. 관련기술은 또한 미국특허출원 제 08/317,529호에 기재되어 있다.In the latter type of observation device, it can be said that the size of the device can be miniaturized as compared with the actual type, but it cannot be said that it is enough. Japanese Patent Laid-Open No. 58-78116 is an example of relatively miniaturization in the prior art, but the thickness in the optical axis direction of the eye is also thick. Moreover, it is described that optical distortion, astigmatism, coma, etc. generate | occur | produce in the observed image. The related art is also described in US patent application Ser. No. 08 / 317,529.

본 발명은 이와 같은 점을 감안해서 소형이고 또 박형인 관찰광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a compact and thin observation optical system in view of such a point.

또, 수차발생이 적은 관찰광학계의 제공을 목적으로 한다.Moreover, it aims at providing the observation optical system with few aberrations.

본 발명의 특징에 의하면, 상술한 목적들은, 정보를 표시하는 표시수단과, 광을 상기 표시수단으로부터 안구에 안내하는 곡면들을 가진 광학수단에 의해 달성할 수 있으며, 상기 광학수단은, 눈의 진행방향으로 순서대로, 광을 도입하는 광입사면, 광을 전반사하는 곡면 및 광을 안구에 반사하는 눈에 대해 오목한 면을 구비하며, 그 결과 광은 이들 곡면을 거쳐 눈에 도달해서 양호하게 억제된 수차를 갖는 소형의 표시장치를 얻을 수 있다.According to a feature of the invention, the above objects can be attained by an optical means having display means for displaying information and curved surfaces for guiding light from the display means to the eye, wherein the optical means is an eye progression. In order in the direction, the light incidence plane for introducing the light, the curved surface for total reflection of the light, and the concave surface for the eye that reflects the light to the eye, with the result that the light reaches the eye through these curved surfaces and is well suppressed. A compact display device having aberration can be obtained.

본 발명의 또다른 목적은 상기 표시수단의 표시상태를 제어하는 시선검출계를 가진 상술한 표시장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a display device as described above having a line of sight detection system for controlling the display state of the display means.

도 1A 및 도 1B는 본 발명의 관찰광학계에서의 광로를 도시하는 도면1A and 1B show an optical path in an observation optical system of the present invention.

도 2A 및 도 2B는 본 발명의 수치실시예 1의 관찰광학계에서의 단면 및 광로를 도시하는 도면2A and 2B show a cross section and an optical path in the observation optical system of Numerical Example 1 of the present invention.

도 3A 및 도 3B는 본 발명의 수치예 2의 관찰광학계에서의 단면 및 광로를 도시하는 도면3A and 3B show a cross section and an optical path in the observation optical system of Numerical Example 2 of the present invention;

도 4A 및 도 4B는 본 발명의 수치실시예 3의 관찰광학계에서의 단면 및 광로를 도시하는 도면4A and 4B show a cross section and an optical path in the observation optical system of Numerical Example 3 of the present invention.

도 5A 및 도 5B는 본 발명의 수치실시예 4의 관찰광학계에서의 단면 및 광로를 도시하는 도면5A and 5B show a cross section and an optical path in the observation optical system of Numerical Example 4 of the present invention.

도 6 및 도 7은 본 발명의 관찰광학계의 기본원리를 도시하는 광학단면도6 and 7 are optical cross-sectional views showing the basic principle of the observation optical system of the present invention.

도 8A 및 도 8B는 본 발명의 관찰광학계의 광로를 도시하는 개략도8A and 8B are schematic diagrams showing the optical path of the observation optical system of the present invention.

도 9는 본 발명에 사용된 시선검출계의 광로를 도시하는 개략도9 is a schematic diagram showing an optical path of a gaze detection system used in the present invention.

도 10 및 도 11은 본 발명의 표시장치를 관찰차가 장착했을 때의 상태를 도시하는 개략도10 and 11 are schematic diagrams showing a state when an observation car is mounted on the display device of the present invention.

도 12A 및 도 12B는 도 8A 및 도 8B의 부분확대도12A and 12B are partially enlarged views of FIGS. 8A and 8B.

도 13은 본 발명의 실시예 6에서의 프리즘부재 근방의 부분개략도Fig. 13 is a partial schematic view of the vicinity of the prism member in the sixth embodiment of the present invention;

도 14는 본 발명의 실시예 7에서의 프리즘부재 근방의 부분개략도14 is a partial schematic view of the vicinity of the prism member in the seventh embodiment of the present invention;

도 15는 본 발명의 실시예 8에서의 프리즘부재 근방의 부분개략도Fig. 15 is a partial schematic view of the vicinity of the prism member in the eighth embodiment of the present invention;

도 16은 본 발명의 실시예 9에서의 프리즘부재 근방의 부분개략도Fig. 16 is a partial schematic view of the vicinity of the prism member in the ninth embodiment of the present invention;

도 17A 및 도 17B는 본 발명의 실시예 8에서의 관찰계 및 시선검출계의 광로를 도시하는 개략도17A and 17B are schematic diagrams showing optical paths of an observation system and a gaze detection system in Example 8 of the present invention;

도 18A 및 도 18B는 본 발명의 실시예 9에서의 관찰계 및 시선검출계의 광로를 도시하는 개략도18A and 18B are schematic diagrams showing optical paths of an observation system and a gaze detection system in a ninth embodiment of the present invention;

도 19A 및 도 19B는 각각 본 발명의 관찰광학계 및 시선검출광학계의 부분개략도19A and 19B are partial schematic views of an observation optical system and an eye detection optical system, respectively, of the present invention;

도 20은 본 발명의 제어순서를 표시하는 흐름도20 is a flowchart showing the control procedure of the present invention.

도 21은 본 발명에서의 선택가능한 표시영역을 도시하는 개략도21 is a schematic diagram showing a selectable display area in the present invention.

도 22는 본 발명에서의 표시영역선택을 위한 지점을 도시하는 개략도Fig. 22 is a schematic diagram showing a point for display area selection in the present invention.

도 23A 및 도 23B는 각각 본 발명의 관찰광학계 및 시선검출광학계의 부분개략도23A and 23B are partial schematic views of an observation optical system and an eye detection optical system, respectively, of the present invention;

도 24는 본 발명의 제어순서를 도시하는 흐름도24 is a flowchart showing the control procedure of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

(0) … 눈동자 (1) ... 전반사면(또는 투과면)(0) … Pupil (1) ... total reflection (or transmission)

(2) ... 오목면미러 (3) ... 프리즘부재(2) ... concave mirror (3) ... prism member

(3a),(3A) ... 제 1광학부재 (3b),(3B) ... 제 2광학부재(3a), (3A) ... first optical member (3b), (3B) ... second optical member

(4) ... 표시수단 (5) ... 입사면(4) ... indicating means (5) ... entrance face

(6) ... 광입사면 (7) ... 다이크로익미러(6) ... light incident surface (7) ... dichroic mirror

(8) ... 시선검출용의 결상렌즈 (9) ... 촬상소자(8) ... imaging lens for eye detection (9) ... imaging element

(10) ... 광학부재(프리즘) (11) … 반사면(10) ... optical member (prism) (11). Reflective surface

(12) … 광원 (13) … 측벽(12). Light source 13. Sidewall

(14) … 시각라인검출회로 (15) …판별수단(14). Visual line detection circuit 15. Discrimination means

(16) 제어수단 (101) ... 관찰자(16) Control means (101) ... observer

(102) ... 광원수단 (103) ... 안구(102) ... light source means (103) ... eyeball

(104) ... 광축 (105) ... CD-ROM(104) ... optical axis (105) ... CD-ROM

(106) ... 비디오카메라(106) ... video camera

본 발명의 그외의 다른 목적 및 그 특징은 다음 실시예의 설명으로부터 충분히 명백해질 것이다.Other objects and features of the present invention will become apparent from the description of the following examples.

우선, 도 1A, 도 1B, 도 6을 참조해서 본 발명의 표시광학계의 기본원리를 설명한다. (4)는 원화상이 되는 문자나 무늬등의 영상표시가 행해지는 표시수단으로, 예를들면, 공지의 액정표시(LCD)장치로 구성된다. (3a)는 표시수단(4)으로부터의 광을 관찰자의 눈에 안내하기 위한 제 1광학부재, (3b)는 제 2광학부재이다. 표시수단(4)으로부터의 광은 우선 제 1광학부재(3a)에 입사하고, 다음에 제 1광학부재의 눈쪽의 전반사면(1)에서 전반사되어, 해프미러로 구성되는 관찰자오목면을 향한 오목미러(2)에서 반사되어, 먼저의 전반사면(1)을 투과해서 눈으로 안내되도록 되어있다.First, the basic principle of the display optical system of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A, 1B, and 6. Reference numeral 4 denotes display means for displaying an image such as a character or a pattern that becomes an original image, and constitutes a known liquid crystal display (LCD) device, for example. Denoted at 3a is a first optical member for guiding light from the display means 4 to the observer's eye, and 3b is a second optical member. The light from the display means 4 first enters the first optical member 3a, and then totally reflects from the total reflection surface 1 on the eye side of the first optical member, concave toward the observer concave surface composed of a half mirror. Reflected by the mirror 2, it is transmitted through the first total reflection surface 1 and guided to the eye.

도 1A 및 도 1B는 각각 두부 및 측두부로부터 본 광로도를 표시한다.1A and 1B show optical path views from the head and temporal heads, respectively.

오목면미러(2)는 해프미러로 이루어져 있기 때문에 관찰자는 밖의 풍경과 중첩된, 표시수단(4)의 화상을 관찰할 수 있다. 본 실시예에서는 중첩장치를 구비하고 있지만, 단지 화상표시를 관찰만하는 장치를 구비해도 되며, 이 경우에는 오목면미러는 거울이 된다.Since the concave mirror 2 consists of a half mirror, an observer can observe the image of the display means 4 superimposed on the exterior scenery. In the present embodiment, the superimposition device is provided, but the device may be provided only to observe the image display, in which case the concave mirror becomes a mirror.

본 실시예에서는, 후술의 실시예를 포함해서 이와 같은 구성으로 되어 있기 때문에 광학계의 두께가 10mm∼15mm정도로 극히 얇은 소형의 표시장치를 달성하고 있다. 또한, 시야화각이 수평방향으로 ??16.8°정도, 수직방향으로 ??11.4°정도로 광각시야를 달성하고 있다.In the present embodiment, such a configuration is included, including the embodiments described later, and thus an extremely thin display device having an optical thickness of about 10 mm to 15 mm is achieved. In addition, the field of view angle achieves a wide-angle field of view of about 16.8 degrees in the horizontal direction and about 11.4 degrees in the vertical direction.

그리고 이와 같은 소형화 및 광각화를 도모하고, 양호하게 광학성능이 도모된 것의 요인으로서 본 실시예에서는 관찰자쪽의 면을 전반사면 또한 투과면으로서 이용한 것, 또한 오목면미러(2)를 눈의 광축에 대해서 상당히 편심시킨 것을 들 수 있지만, 이에 덧붙여서 후술하는 수치실시예에서 도시하는 바와 같이 전반사면을 곡면, 특히 방위각(azimuthal angle)에 의해 광학적 파워가 다른 곡면으로 한 것, 또는 이 오목면미러(2)에 방위각에 의해 광학적 파워를 준 것 등의 각각의 요소가 크게 기여하고 있다.In addition, in this embodiment, the observer's surface is used as the total reflection surface and the transmissive surface, and the concave mirror 2 is used as the factor for achieving such miniaturization and wide angle, and the optical performance satisfactorily. Although it is considerably eccentric with respect to this, in addition to this, as shown in the numerical example described later, the total reflection surface is a curved surface, in particular, a curved surface having different optical power by an azimuthal angle, or this concave mirror ( Each of the factors such as the optical power given by the azimuth in 2) is greatly contributed.

특히 오목면미러(2)에 방위각에 의한 광학적 파워를 준 것에 의해, 오목면미러자체가 편심되어 있음으로써 발생하는 편심수차를 충분히 제거할 수 있도록 하였다. 또한, 전반사면도 마찬가지로 곡면으로 구성됨으로써 오목면미러에 의해 발생하는 수차를 보정하도록 하고 있다. 이후, 광의 절첩방향을 모선방향, 그리고 이것과 직교하는 방향을 자오선방향이라 부르기로 한다. 본 실시예에 있어서는 자오선방향의 화각을 넓게 취하도록 하고 있고, 오목면미러가 비교적 강한 정의 굴절력을 가지고 있어 수차가 발생하게 되지만, 이 정의 파워에 의해 발생하는 수차를 전반사면의 자오선단면에 있어서 역으로 부의 광학적 파워를 주고 이것을 보정하도록하고 있다. 특히 자오선단면으로부터 보면 표시장치쪽 또는 관찰자의 눈쪽으로부터 광로를 따라가 보면, 순서대로, 부의 굴절력, 정의 굴절력(오목면미러), 부의 굴절력과 각 면이 그 작용을 다하게 되기 때문에 대칭형의 굴절력배치가 되어 제수차를 제거하기 쉬운 파워배치를 채용하고 있다.In particular, by giving the concave mirror 2 optical power at an azimuth angle, the eccentric aberration generated by the concave mirror itself being eccentric can be sufficiently eliminated. In addition, the total reflection surface is similarly configured to correct the aberration generated by the concave mirror. Thereafter, the folding direction of the light is called the mother line direction and the direction orthogonal to this is called the meridian direction. In this embodiment, the angle of view in the meridian direction is wide, and the concave mirror has a relatively strong positive refractive power, which causes aberration. However, the aberration generated by this positive power is reversed in the meridian section of the total reflection surface. It gives negative optical power and corrects this. In particular, when looking from the meridian cross section and following the optical path from the display device side or the observer's eye side, the negative refractive power, positive refractive power (concave mirror), negative refractive power, and each surface perform their functions, and thus the symmetrical refractive power. It adopts power arrangement that it is arranged and is easy to remove aberration.

그리고 눈의 광축방향에 대한 두께를 단축시키려면 광학계(3)를 세우도록 각 요소를 설정하는 것이 바람직하며, 구체적으로는 도 7을 참조하면 전반사면(1)의 면정점에 있어서의 접선의, 눈의 광축과 수직한 선에 대한 각도(틸트각)를 ??라 할 때에In order to shorten the thickness of the eye in the optical axis direction, it is preferable to set each element so that the optical system 3 is erected. Specifically, referring to FIG. 7, the tangent at the vertex of the total reflection surface 1, The angle (tilt angle) of the line perpendicular to the optical axis of the eye

|α|≤20°Α | ≤20 °

를 만족하면 된다. 이 범위를 초과함으로써 광축방향의 두께가 두껍게되어 대형화되게 한다. 또한, 풍경에 대해서 영상을 중첩하는 경우에는 광학부재의 기울기가 크게되어 풍경자체에 뒤틀림을 주게되기 때문에 바람직하지 않다.You just need to satisfy By exceeding this range, the thickness in the optical axis direction becomes thicker and larger. In addition, when the image is superimposed on the landscape, it is not preferable because the tilt of the optical member is increased, which causes distortion of the landscape itself.

그리고 보다 바람직하게는And more preferably

-15°≤α≤5°-15 ° ≤α≤5 °

를 만족하면 좋다. 하한을 초과하면 안구의 광축과 평행한 방향으로 얇게할 수 있지만, 비틀림이 크게된다. 상한을 초과하면 안구의 광축과 평행한 방향의 두께가 두껍게되고, 프리즘전체 중량이 무겁게 되어 바람직하지 않다.If you satisfy. If the lower limit is exceeded, it can be thinned in a direction parallel to the optical axis of the eyeball, but the torsion becomes large. If the upper limit is exceeded, the thickness in the direction parallel to the optical axis of the eyeball becomes thick, and the entire prism weight becomes heavy, which is undesirable.

또한, 본 실시예에서는 전반사면이 안구쪽으로 오목면을 향하고 있으므로 바깥쪽의 광입사면(6)도 이것과 실질적으로 같은 형상의 곡면을 주어서 풍경이 뒤틀리지 않도록 하고 있다.In addition, in the present embodiment, since the total reflection surface faces the concave surface toward the eyeball, the outer light incidence surface 6 also gives a curved surface having substantially the same shape as this to prevent the landscape from twisting.

다음에 오목면미러(2)는 눈의 광축에 대해서 상당히 편심되어 있어, 이 면에서 편심수차가 발생하게 된다. 그러나 이 편심수차를 제거하기 위해서 전반사면으로 하고, 그리고 오목면미러(2)를 전술한 바와 같이 방위각에 의해 곡률이 다른 면(토릭면 또는 아나모픽면(toric or anamorphic surface))을 채용해서 이들의 편심수차를 양호하게 억제하도록 연구하고 있다. 그리고 바람직하게는 이들의 면에 비구면(토릭비구면 또는 아나모픽비구면)을 채용해서 극히 양호한 광학성능을 얻고 있다.Next, the concave mirror 2 is considerably eccentric with respect to the optical axis of the eye, and eccentric aberration occurs in this plane. However, in order to remove this eccentric aberration, the total reflection surface is used, and the concave mirror 2 adopts a surface (toric or anamorphic surface) different in curvature by azimuth as described above. Research is being conducted to suppress eccentric aberrations well. An aspherical surface (toric aspherical surface or anamorphic aspherical surface) is preferably used for these surfaces to obtain extremely good optical performance.

광선의 절첩방향을 모선방향(y방향), 이들과 수직한 방향을 자오선방향(x방향)으로 할 때에, 방위각의 차이에 의해 광학적파워를 다르게 하도록 각 면을 설정하도록 하고 있지만, 전계로서 볼 때, 각 방향에 대한 근축(近軸)에서의 초점거리가 거의 일정, 즉 모선방향단면 및 자오선방향단면에 있어서의 각 전계에서의 근축초점거리를 fx,fy라 할 때에When the folding direction of the light beam is the busbar direction (y direction) and the direction perpendicular to these is the meridian direction (x direction), each surface is set so that the optical power varies depending on the azimuth angle. When the focal length at the paraxial axis in each direction is almost constant, i.e., the paraxial focal length at each electric field in the busbar cross section and the meridian cross section is f x , f y .

0.9<|fy/fx|<1.10.9 <| f y / f x | <1.1

를 만족시키는 것이 바람직하다.It is desirable to satisfy.

또한, 전반사면(또는 투과면) 또는 오목면미러는 전술한 바와 같이 방위각의 차이에 의해 광학적파워가 다르도록 설정해서 편심수차를 억제하도록 했지만, 각 면의 모선방향단면 및 자오선방향단면에 있어서의 근축곡선반경을 각각 ry,rx라 할때에In addition, the total reflection surface (or transmission surface) or the concave mirror is set so that the optical power is different according to the difference in the azimuth angle as described above, so as to suppress the eccentric aberration. If the paraxial curve radius is r y , r x

|rx|<|ryR x | <| r y |

를 만족하도록 하면 된다.This can be satisfied.

본 실시예에서는 모선방향이 절첩방향이고, 소형을 도모하기 위해서 이 방향으로 오목면미러(2)가 크게 틸트(편심)되어 있기 때문에 이 모선방향에 대해서 편심수차가 자오선방향에 비해서 많이 발생한다. 이에 대해서 모선방향단면에 있어서의 광학적파워를 자오선방향의 단면에 있어서의 파워보다 약하게하고, 즉 모선방향의 근축곡률반경을, 조건식으로 표시하는 바와 같이, 길게해서 모선방향의 편심수차의 발생을 억제하도록 하고있다.In the present embodiment, the bus bar direction is a folding direction, and the concave mirror 2 is largely tilted (eccentric) in this direction in order to achieve a small size, so that eccentric aberration occurs more in this bus bar direction than in the meridian direction. On the other hand, the optical power in the busbar cross section is made weaker than the power in the meridian cross section, that is, the paraxial curvature radius in the busbar direction is lengthened as indicated by the conditional expression to suppress the occurrence of eccentric aberration in the busbar direction. I have to.

그리고 바람직하게는 이들의 곡률의 관계가And preferably the relationship between their curvature

|rx/ry|<0.85R x / r y | <0.85

를 만족하도록 설정하는 것이 좋다. 이 범위를 초과하면 편심수차의 발생이 현저히 크게된다.It is good to set it to satisfy. If it exceeds this range, the occurrence of eccentric aberration is remarkably large.

한편, 후에 표시하는 수치실시예 2∼4와 같이, 입사면(5)에 방위각의 차이에 의해 광학적 파워가 다른 면을 형성했을 때에는 먼저의 조건식과는 역으로On the other hand, as in Numerical Examples 2 to 4 shown later, when the incidence surface 5 is formed with a different optical power due to a difference in azimuth angle, it is inversely opposite to the previous conditional expression.

|rx|>|ry | R x |> | r y |

가 되는 조건식을 만족하므로 편심수차의 발생을 억제할 수 있게된다.Since the following conditional expression is satisfied, the occurrence of eccentric aberration can be suppressed.

그리고 더욱 수차를 양호하게 보정하기 위해서는 전반사면(또는 투과면)(1) 및 오목면미러(2)의 각각의 자오선방향단면에 있어서의 근축곡률반경을 rx2,rx3라 했을 때,Further, in order to correct the aberration better, when the paraxial curvature radii at the meridian cross-sections of the total reflection surface (or transmission surface) 1 and the concave mirror 2 are r x2 , r x3 ,

-2.0<2fx/rx2<-0.1 .......(a)-2.0 <2f x / r x2 <-0.1 ....... (a)

-2.5<2fx/rx3<-0.5 .......(b)-2.5 <2f x / r x3 <-0.5 ....... (b)

가 되는 조건의 범위에서 설정하면 된다.This can be set within the range of conditions.

식(a)의 하한을 초과하면 자오선방향의 전반사면의 곡률(부의 파워)이 강해져서 뒤틀림보정이 곤란하게 된다. 식(b)의 하한을 초과하면 자오선방향의 오목면미러의 곡률(정의 파워)이 강해져서 비점수차보정이 곤란하게 된다. 한편, 식(a)의 상한을 초과하는 자오선방향의 전반사면의 곡률이 정의 파워를 가지는 방향이 되기 때문에 전반사조건을 만족하는 것이 곤란하게 된다. 또한, 식(b)의 상한을 초과하면 자오선방향의 오목면미러의 정파워가 약해지는 방향으로 안구의 광축과 평행한 방향의 두께가 두껍게되어 대형화해서 바람직하지 않다.When the lower limit of the formula (a) is exceeded, the curvature (part power) of the total reflection surface in the meridian direction becomes strong, and distortion correction becomes difficult. When the lower limit of the formula (b) is exceeded, the curvature (positive power) of the concave mirror in the meridian direction becomes stronger, which makes astigmatism correction difficult. On the other hand, since the curvature of the total reflection surface in the meridian direction exceeding the upper limit of equation (a) becomes a direction having positive power, it becomes difficult to satisfy the total reflection condition. Moreover, when the upper limit of Formula (b) is exceeded, the thickness of the direction parallel to the optical axis of the eyeball becomes thick in the direction of weakening of the forward power of the concave mirror in the meridian direction, which is not preferable to increase in size.

또한, 모선방향의 전계초점거리를 fy, 전반사면의 곡률반경을 ry2, 오목면미러의 곡률반경을 ry3라 할 때In addition, when the field focal length in the bus bar direction is f y , the radius of curvature of the total reflection surface is r y2 , and the radius of curvature of the concave mirror is r y3 .

-1.0<2fy/ry2<0 .......(c)-1.0 <2f y / r y2 <0 ....... (c)

-2.5<2fy/ry3<-0.2 .......(d)-2.5 <2f y / r y3 <-0.2 ....... (d)

를 만족하도록 설정하면 된다.You can set it to satisfy.

식(c)의 하한을 초과하면 모선방향의 전반사면의 부의 파워가 강해져서, 편심디스토션의 보정이 어렵게 된다. 식(d)의 하한을 초과하면 모선방향의 오목면미러의 정의 파워가 강해져서, 편심비점수차의 발생이 크게된다. 또한, 식(c)의 상한을 초과하면 모선방향의 전반사조건과 상충하기 때문에 이것을 초과하면 전반사조건을 만족하기가 곤란하게 된다. 또한, 식(d)은 모선방향 오목면미러의 파워에 관한 것으로, 상한을 초과하면 파워가 약해지기 때문에 모선방향으로 전장이 뻗어 대형화하는 경향으로 된다.When the lower limit of the formula (c) is exceeded, the negative power of the total reflection surface in the bus bar direction becomes stronger, and it becomes difficult to correct the eccentric distortion. When the lower limit of the formula (d) is exceeded, the positive power of the concave mirror in the bus bar direction becomes stronger, and the occurrence of eccentric astigmatism becomes large. In addition, if the upper limit of the formula (c) is exceeded, the total reflection condition in the bus bar direction is in conflict, and if it exceeds this, it becomes difficult to satisfy the total reflection condition. In addition, equation (d) relates to the power of the bus bar concave mirror, and when the upper limit is exceeded, the power is weakened, so that the electric field extends in the bus bar direction and becomes large.

이상의 설명은 전반사면(또는 투과면)(1) 및 오목면미러(2)를 곡률을 중심으로해서 설명했지만, 본 실시예에서는 오목면미러(2)는 안구의 광축으로부터 모선방향(y방향)에서 오리지널화상쪽(+)으로 평행편심되어 있다(제 7도). 이렇게함으로써 모선방향에서의 편심디스토션도 작게 억제하고 있다.In the above description, the total reflection surface (or transmissive surface) 1 and the concave mirror 2 are described with the curvature as the center, but in the present embodiment, the concave mirror 2 is the busbar direction (y direction) from the optical axis of the eyeball. Is parallel to the original image (+) in Fig. 7 (Fig. 7). By doing so, the eccentric distortion in the bus bar direction is also suppressed small.

이 평행편심의 시프트량(안구의 광축으로부터 곡면미러의 면정점까지의 모선방향에서의 거리)를 E라 하면(도 7 참조)If this shift amount of parallel eccentricity (distance in the busbar direction from the optical axis of the eye to the vertex of the curved mirror) is E (see Fig. 7).

E≥2.5mmE≥2.5mm

를 만족하도록 평행편심시킴으로서 편심디스토션을 억제시킬 수 있게 된다. 또한, 후술하는 실시예 1에서는 이 편심량 E의 값이 5.2mm로 되어 있지만, 다른 실시예와 같이 이 양 E를 크게 함으로써 양호하게 수차보정을 행할 수 있게 되며, 보다 바람직하게는 E≥23mm로 하면 좋다.By parallelizing the eccentric to satisfy the eccentric distortion can be suppressed. In addition, in Example 1 mentioned later, the value of this eccentricity E is set to 5.2 mm. However, as in the other examples, the aberration correction can be satisfactorily performed by increasing this amount E, and more preferably E≥23 mm. good.

다음에 입사면(5)에 착안해서 설명하면, 도 7에 도시한 바와 같이, 모선방향에서의 표시수단인 원화상면과 입사면이 이루는 각도 θβ가Next, focusing on the incident surface 5, as shown in FIG. 7, the angle θβ formed between the original image surface, which is the display means in the bus bar direction, and the incident surface is

5°≤θβ≤30°5 ° ≤θβ≤30 °

를 만족하도록 설정하면 좋다. 하한을 하회하면 입사평면과 원화상면이 평행에 가까워지기 때문에 안구의 광축과 평행한 방향에서 원화상이 두껍게되어 좋지 않다. 역으로 상한을 초과하면 원화상이 안구의 광축과 평행한 방향에 대해 수직이 된다.It is good to set it to satisfy. Below the lower limit, the incidence plane and the original image plane become parallel, which is not good because the original image becomes thick in a direction parallel to the optical axis of the eye. Conversely, if the upper limit is exceeded, the original image is perpendicular to the direction parallel to the optical axis of the eye.

본 실시예에 있어서는 원화상을 조명하는 것을 도시하고 있지 않지만, 백라이트 조명 또는 다이렉트한 자연광조명을 사용하는 것을 상정하고 있다. 여기서 원화상이, 전술한 바와 같이, 이 광축에 대해 수직이 되면 다이렉트한 자연광조명을 생각할 때 아무리해도 자연광이 효율좋게 얻어지기 어렵게 되며, 반사광학계에 의해 얻어지는 허상의 상이 어둡게 된다. 따라서 본 실시예에서는 자연광이 강한 낮 등은 자연광조명으로 하고, 자연광이 없는 밤 등은 백라이트조명과 외부의 밝기를 검출해서, 자연광조명 및 백라이트조명을 선택적으로 사용하고 있다.In the present embodiment, the illumination of the original image is not shown, but it is assumed that backlight illumination or direct natural light is used. As described above, when the original image is perpendicular to the optical axis, natural light cannot be obtained efficiently in consideration of direct natural light illumination, and the virtual image obtained by the reflective optical system becomes dark. Therefore, in the present embodiment, daytime light with strong natural light is natural light, and nighttime light without natural light detects backlight light and external brightness and selectively uses natural light and backlight light.

그런데, 원화상이 형성되는 표시수단(4)에는 액정표시소자(LCD)를 사용함으로써 장치전체의 소형을 도모하고 있지만, 이때 원화상의 화상중심의 광축과 원화상을 사출하는 사출광의 주광선(안구를 조리개라 했을 때의 조리개의 중심광속)이 이루는 각도 γ(도 7 참조)는By the way, the liquid crystal display element (LCD) is used for the display means 4 in which the original image is formed, but the whole apparatus is miniaturized. At this time, the optical axis of the image center of the original image and the chief ray of the emitted light emitting the original image (eyeball) Γ (see FIG. 7) formed by the central beam of the aperture when

|γ|≤10°Γγ≤10 °

를 만족하면 좋다. 이것은 원화상면으로 액정디바이스를 사용할 때에 필요한 조건이다. 일반적으로 액정은 볼 수 있는 시야각도가 좁기 때문에 액정에 비스듬히 입사하고, 사출하게 되는 광은 소멸하게 된다. 그래서 액정면에 대해 광을 가능한한 수직으로 입사, 사출시키지 않으면 밝은 허상은 얻을 수 없다. 그래서 이 조건식을 만족함으로써 충분한 밝은 상이 관찰되도록 된다.If you satisfy. This is a condition necessary when using a liquid crystal device as the original image plane. In general, since the liquid crystal has a small viewing angle, the incident liquid is obliquely incident on the liquid crystal and the light emitted is dissipated. Therefore, a bright virtual image cannot be obtained unless light is incident and emitted as perpendicular to the liquid crystal plane as possible. Thus, by satisfying this conditional expression, a sufficient bright image can be observed.

도 2A 내지 도 5B는 각각 이하에 표시하는 수치실시예 1,2,3,4의 광학단면도를 표시하고 있다. 도 2A 및 도 2B에서는 오목면미러와 전반사면 모두 토릭비구면을 사용하고 있다. 도 3A 및 도 3B는 오목면미러, 전반사면, 광입사면 모두 아나모픽(anamorphic)비구면을 사용하고 있다. 제 4A도 내지 제 5B도에서도 모든 면에 아나모픽비구면을 사용하고 있다.2A to 5B show optical cross-sectional views of numerical examples 1, 2, 3, and 4 shown below, respectively. 2A and 2B, a toric aspheric surface is used for both the concave mirror and the total reflection surface. 3A and 3B use an anamorphic aspheric surface for both the concave mirror, the total reflection surface, and the light incident surface. 4A to 5B also use anamorphic aspherical surfaces on all surfaces.

또한, 도 3A 내지 도 5B에 대응하는 수치실시예 2∼4에서는 한층더 양호한 수차보정을 달성하기 위해서 입사면(5)에도 곡률을 가지게 하고 있다.In addition, in numerical examples 2 to 4 corresponding to Figs. 3A to 5B, the incidence surface 5 has a curvature in order to achieve even better aberration correction.

또한, 본 실시예에 있어서 광학부재로서 모두 아크릴을 사용하고 있지만, 유리재를 사용해도 되는 것은 말할 것도 없다.In addition, although acryl is used for all as optical members in a present Example, it goes without saying that you may use a glass material.

다음에 본 발명실시예의 수치를 이하에 표시한다. 또 TAL은 토릭비구면, AAL은 아나모픽비구면을 표시한다.Next, the numerical value of the Example of this invention is shown below. TAL is a toric aspheric surface, and AAL is an anamorphic aspheric surface.

TAL의 정의식은The definition of TAL is

여기서 i는 면의 번호를 표시한다.Where i denotes the face number.

또한, AAL의 정의식은Also, the definition of AAL is

+ARi{(1+APi)y2+(1-APi)x2}2+BRi{(1+BPi)y2+(1-BRi)x2}3 + AR i {(1 + AP i ) y 2 + (1-AP i ) x 2 } 2 + BR i {(1 + BP i ) y 2 + (1-BR i ) x 2 } 3

+CRi{(1+CPi)y2+(1-CPi)x2}4+DRi{(1+DPi)y2+(1-DPi)x2}5 + CR i {(1 + CP i ) y 2 + (1-CP i ) x 2 } 4 + DR i {(1 + DP i ) y 2 + (1-DP i ) x 2 } 5

여기서 i는 면의 번호를 표시한다.Where i denotes the face number.

각 Ai,Bi,…는 각각 비구면계수이다.Each A i , B i ,.. Are aspheric coefficients, respectively.

또한, 이하에 표시하는 실시예에서는 적어도 전반사면에 방위각에 의해 굴절력이 다른 면을 채용했지만, 이 면을 회전대칭형 구면 또는 비구면으로 구성하는 것도 가능하다.In addition, although the surface which differs in refractive power by the azimuth angle was employ | adopted in the Example shown below at least in the total reflection surface, this surface can also be comprised as a rotationally symmetric spherical surface or an aspherical surface.

실시예 1Example 1

ry1[mm] rx1[mm] y, zr y1 [mm] r x1 [mm] y, z

모선곡률반경 자오선곡률반경 정점좌표 모선방향틸트각도Busy curvature radius Meridian curvature Radius Vertex coordinates Bus direction Tilt angle

i=1 ∞ (0, 0) 0i = 1 ∞ (0, 0) 0

2 -548.019 -74.077 (-0.05, 19.80) T A L 0 프리즘내에서2 -548.019 -74.077 (-0.05, 19.80) T A L 0 Within prism

3 -57.595 -40.526 (5.10, 29.14) T A L -22 프리즘내에서3 -57.595 -40.526 (5.10, 29.14) T A L -22 within prism

4 -548.019 -74.077 (-0.05, 19.80) T A L 0 프리즘내에서4 -548.019 -74.077 (-0.05, 19.80) T A L 0 Within prism

5 ∞ (18.58, 28.07) 68.90 프리즘내에서5 ∞ (18.58, 28.07) in a 68.90 prism

6 ∞ (21.38, 29.15) 51.176 ∞ (21.38, 29.15) 51.17

K2, K4A2, A4B2, B4C2, C4D2, D4 K 2 , K 4 A 2 , A 4 B 2 , B 4 C 2 , C 4 D 2 , D 4

(TAL2,4) 613.869 -0.473E-5 0.326E-7 -0.940E-10 0.991E-13(TAL2,4) 613.869 -0.473E-5 0.326E-7 -0.940E-10 0.991E-13

K3A3B3C3D3 K 3 A 3 B 3 C 3 D 3

(TAL3) -1.360 0.345E-5 -0.301E-7 0.944E-10 -0.113E-12(TAL3) -1.360 0.345E-5 -0.301E-7 0.944E-10 -0.113E-12

프리즘의(d선) 굴절률 1.49171 모선초첨거리 fy=21.07mmRefractive index of the prism (d line) 1.49171 Mother-of-the-field f y = 21.07mm

프리즘의 (d선)아베수 57.4 자오선초점거리 fx=21.86mmPrism's (d line) Abbe's 57.4 Meridian Focal Length f x = 21.86mm

(수치데이터)(Numeric data)

α=-1.8° E = 5.2mmα = -1.8 ° E = 5.2 mm

|fy/fx|= 0.96 γ= 1.36F y / f x | = 0.96 γ = 1.36

|rx/ry|= 0.7 β= 17.7R x / r y | = 0.7 β = 17.7

2fx/rx2= -0.592f x / r x2 = -0.59

2fx/rx3= -1.082f x / r x3 = -1.08

2fy/ry2= -0.082f y / r y2 = -0.08

2fy/ry3= 0.732f y / r y3 = 0.73

실시예 2Example 2

ry1[mm] rx1[mm] y, zr y1 [mm] r x1 [mm] y, z

모선곡률반경 자오선곡률반경 정점좌표 모선방향틸트각도Busy curvature radius Meridian curvature Radius Vertex coordinates Bus direction Tilt angle

i=1 ∞ (0, 0) 0i = 1 ∞ (0, 0) 0

2 -2158.074 -32.224 (0.60, 19.83) AAL -10.552 -2158.074 -32.224 (0.60, 19.83) AAL -10.55

3 -63.157 -32.870 (34.76, 30.90) AAL 15.81 프리즘내에서3 -63.157 -32.870 (34.76, 30.90) AAL within 15.81 prism

4 -2158.074 -32.224 (0.60, 19.83) AAL -10.55 프리즘내에서4 -2158.074 -32.224 (0.60, 19.83) AAL -10.55 within prism

5 72.108 1049.744 (14.82, 29.00) AAL 53.74 프리즘내에서5 72.108 1049.744 (14.82, 29.00) AAL 53.74 within prism

6 ∞ (17.03, 30.62) 42.916 ∞ (17.03, 30.62) 42.91

(AAL2, 4) Ky2,4Kx2,4AR2,4BR2,4CR2,4DR2,4 (AAL2, 4) K y2,4 K x2,4 AR 2,4 BR 2,4 CR 2,4 DR 2,4

-13763.5 -3.896 -0.170E-4 0.401E-7 -0.154E-9 0.223E-12-13763.5 -3.896 -0.170E-4 0.401E-7 -0.154E-9 0.223E-12

AP2,4BP2,4CP2,4DP2,4 AP 2,4 BP 2,4 CP 2,4 DP 2,4

-0.245 0.416E1-1 0.870E-1 0.203E-1-0.245 0.416E1-1 0.870E-1 0.203E-1

(AAL3) Ky3Kx3AR3BR3CR3DR3 (AAL3) K y3 K x3 AR 3 BR 3 CR 3 DR 3

1.238 0.279 -0.317E-5 0.248E-8 -0.179E-11 0.608E-151.238 0.279 -0.317E-5 0.248E-8 -0.179E-11 0.608E-15

AP3BP3CP3DP3 AP 3 BP 3 CP 3 DP 3

0.249 0.327E-2 -0.192E-1 0.181E-10.249 0.327E-2 -0.192E-1 0.181E-1

(AAA5) Ky5Kx5AR5BR5CR5DR5 (AAA5) K y5 K x5 AR 5 BR 5 CR 5 DR 5

6.285 -1.33E-6 -0.114E-4 -0.402E-6 0.113E-8 -0.411E-106.285 -1.33E-6 -0.114E-4 -0.402E-6 0.113E-8 -0.411E-10

AP5BP5CP5DP5 AP 5 BP 5 CP 5 DP 5

0.273E1 0.155E1 0.160E1 -0.6440.273E1 0.155E1 0.160E1 -0.644

프리즘의(d선) 굴절률 1.49171 모선초첨거리 fy=23.20mmRefractive index of the prism (d line) 1.49171 Mother-of-the-field f y = 23.20mm

프리즘의 (d선)아베수 57.4 자오선초점거리 fx=24.09mmPride's (d line) Abbe's 57.4 Meridian Focal Length f x = 24.09mm

(수치데이터)(Numeric data)

α=-10.5° 2fx/rx2= -1.5 2fy/ry3= -0.73α = -10.5 ° 2f x / r x2 = -1.5 2f y / r y3 = -0.73

|fy/fx|= 0.96 2fx/rx3= -1.47 E = 5.2mmF y / f x | = 0.96 2f x / r x3 = -1.47 E = 5.2mm

rx|/ry= 0.52 2fy/ry2= -0.02 γ= 0.23°r x | / r y = 0.52 2f y / r y2 = -0.02 γ = 0.23 °

β= 10.8°β = 10.8 °

실시예 3Example 3

ry1[mm] rx1[mm] y, zr y1 [mm] r x1 [mm] y, z

모선곡률반경 자오선곡률반경 정점좌표 모선방향틸트각도Busy curvature radius Meridian curvature Radius Vertex coordinates Bus direction Tilt angle

I=1 ∞ (0, 0) 0I = 1 ∞ (0, 0) 0

2 -3945.723 -49.792 (3.665, 20.415) AAL 0.042 -3945.723 -49.792 (3.665, 20.415) AAL 0.04

3 -67.136 -38.803 (36.403, 32.01) AAL 14.60 프리즘내에서3 -67.136 -38.803 (36.403, 32.01) AAL within 14.60 prism

4 -3945.723 -49.792 (3.665, 20.415) AAL 0.04 프리즘내에서4 -3945.723 -49.792 (3.665, 20.415) within AAL 0.04 prism

5 123.302 843.030 (19.610, 28.357) AAL 61.72 프리즘내에서5 123.302 843.030 (19.610, 28.357) AAL 61.72 within prism

6 ∞ (22.402, 29.859) 52.546 ∞ (22.402, 29.859) 52.54

(AAL2, 4) Ky2,4Kx2,4AR2,4BR2,4CR2,4DR2,4 (AAL2, 4) K y2,4 K x2,4 AR 2,4 BR 2,4 CR 2,4 DR 2,4

7202.73 -7.709 -0.142E-7 0.379E-7 - 0.154E-9 0.198E-127202.73 -7.709 -0.142E-7 0.379E-7-0.154E-9 0.198E-12

AP2,4BP2,4CP2,4DP2,4 AP 2,4 BP 2,4 CP 2,4 DP 2,4

-0.183 0.710E-1 0.514E-1 0.203E-1-0.183 0.710E-1 0.514E-1 0.203E-1

(AAL3) Ky3Kx3AR3BR3CR3DR3 (AAL3) K y3 K x3 AR 3 BR 3 CR 3 DR 3

1.066 0.193 -0.222E-5 0.321-8 -0.188E-11 0.461E-151.066 0.193 -0.222E-5 0.321-8 -0.188E-11 0.461E-15

AP3BP3CP3DP3 AP 3 BP 3 CP 3 DP 3

0.390 0.586E-1 -0.185E-1 -0.222E-10.390 0.586E-1 -0.185E-1 -0.222E-1

(AAA5) Ky5Kx5AR5BR5CR5DR5 (AAA5) K y5 K x5 AR 5 BR 5 CR 5 DR 5

-85.544 916252 -0.913E-6 -0.204E-9 0.117E-13 -0.227E-10-85.544 916252 -0.913E-6 -0.204E-9 0.117E-13 -0.227E-10

AP5BP5CP5DP5 AP 5 BP 5 CP 5 DP 5

0.989E1 0.128E1 0.128E2 -0.952E-10.989E1 0.128E1 0.128E2 -0.952E-1

프리즘의(d선) 굴절률 1.49171 모선초첨거리 fy=23.71mmRefractive index of the prism (d line) 1.49171 Mother-of-the-field f y = 23.71mm

프리즘의 (d선)아베수 57.4 자오선초점거리 fx=23.70mmPrism's (d line) Abbe's 57.4 Meridian Focal Length f x = 23.70mm

(수치데이터)(Numeric data)

α= 0.05° 2fx/rx2= -0.95 2fy/ry3= -0.71α = 0.05 ° 2f x / r x2 = -0.95 2f y / r y3 = -0.71

|fy/fx|= 1.0 2fx/rx3= -1.22 E = 25.6mmF y / f x | = 1.0 2f x / r x3 = -1.22 E = 25.6mm

rx|/ry= 0.58 2fy/ry2= -0.01 γ= 1.97°r x | / r y = 0.58 2f y / r y2 = -0.01 γ = 1.97 °

β= 15.5°β = 15.5 °

실시예 4Example 4

ry1[mm] rx1[mm] y, zr y1 [mm] r x1 [mm] y, z

모선곡률반경 자오선곡률반경 정점좌표 모선방향틸트각도Busy curvature radius Meridian curvature Radius Vertex coordinates Bus direction Tilt angle

i=1 ∞ (0, 0) 0i = 1 ∞ (0, 0) 0

2 -3752.581 -50.580 (2.85,23.13) AAL 0 프리즘내에서2 -3752.581 -50.580 (2.85,23.13) AAL 0 Within Prism

3 -66.938 -38.651 (36.37, 34.72) AAL 14.15 프리즘내에서3 -66.938 -38.651 (36.37, 34.72) AAL 14.15 In Prism

4 -3752.581 -50.580 (2.85, 23.13) AAL 0 프리즘내에서4 -3752.581 -50.580 (2.85, 23.13) AAL 0 Within Prism

5 306.125 1095.447 (18.59, 31.48) AAL 69.84 프리즘내에서5 306.125 1095.447 (18.59, 31.48) AAL 69.84 within a prism

6 ∞ (21.46, 32.54) 51.206 ∞ (21.46, 32.54) 51.20

(AAL2, 4) Ky2,4Kx2,4AR2,4BR2,4CR2,4DR2,4 (AAL2, 4) K y2,4 K x2,4 AR 2,4 BR 2,4 CR 2,4 DR 2,4

-33820.5 -11.350 -0.144E-4 0.398E-7 -0.153E-9 0.201E-12-33820.5 -11.350 -0.144E-4 0.398E-7 -0.153E-9 0.201E-12

AP2,4BP2,4CP2,4DP2,4 AP 2,4 BP 2,4 CP 2,4 DP 2,4

-0.152 0.730E-1 0.494E-1 0.255E-1-0.152 0.730E-1 0.494E-1 0.255E-1

(AAL3) Ky3Kx3AR3BR3CR3DR3 (AAL3) K y3 K x3 AR 3 BR 3 CR 3 DR 3

1.063 0.127 -0.225E-5 0.326E-8 -0.188E-11 0.474E-151.063 0.127 -0.225E-5 0.326E-8 -0.188E-11 0.474E-15

AP3BP3CP3DP3 AP 3 BP 3 CP 3 DP 3

0.372 0.568E-1 -0.168E-1 -0.208E-10.372 0.568E-1 -0.168E-1 -0.208E-1

(AAA5) Ky5Kx5AR5BR5CR5DR5 (AAA5) K y5 K x5 AR 5 BR 5 CR 5 DR 5

745.334 -651374 -0.656E-6 0.124E-6 0.474E-12 -0.972E-11745.334 -651374 -0.656E-6 0.124E-6 0.474E-12 -0.972E-11

AP5BP5CP5DP5 AP 5 BP 5 CP 5 DP 5

0.837E1 -0.273 0.563E1 -0.5380.837E1 -0.273 0.563E1 -0.538

프리즘의(d선) 굴절률 1.49171 모선초첨거리 fy=23.09mmRefractive index of the prism (d line) 1.49171 Mother-of-the-field f y = 23.09mm

프리즘의 (d선)아베수 57.4 자오선초점거리 fx=23.09mmPrism's (d line) Abbe's 57.4 Meridian Focal Length f x = 23.09mm

(수치데이터)(Numeric data)

α= 0° 2fx/rx2= -0.91 2fy/ry3= -0.69α = 0 ° 2f x / r x2 = -0.91 2f y / r y3 = -0.69

|fy/fx|= 1.0 2fx/rx3= -1.19 E = 33.5mmF y / f x | = 1.0 2f x / r x3 = -1.19 E = 33.5mm

rx|/ry= 0.58 2fy/ry2= -0.01 γ= 1.52°r x | / r y = 0.58 2f y / r y2 = -0.01 γ = 1.52 °

β= 18.6°β = 18.6 °

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 수평화각 ±6.8°, 수직화각 ±As described above, according to the present invention, the horizontal angle of view ± 6.8 °, the vertical angle of view ±

11.4°의 광시야화각(고확대배율)과, 안구의 광축과 평행한 방향으로 약 10mm∼15mm의 극도로 얇은 두께를 가진 안경형디스플레이를 개발할 수 있었다. 게다가 밝고 양호한 광학성능을 얻을 수 있다. 또한 오목면미러를 반투과면으로 함으로써 풍경을 왜곡시키는 일없이, 이 풍경에 대해서 밝은 원화상의 허상을 중첩하는 것이 가능하다.A spectacle-type display with a wide field of view (high magnification) of 11.4 ° and an extremely thin thickness of about 10 mm to 15 mm in a direction parallel to the optical axis of the eye could be developed. In addition, bright and good optical performance can be obtained. Furthermore, by making the concave mirror the transflective surface, it is possible to superimpose a virtual image of a bright original image without distorting the landscape.

또한 본 발명은 광시야화각으로 설정하였지만, 좀더 협시야화각으로 설정해서 본 발명을 사용하면 두께를 더 얇게할 수 있게 된다. 왜냐하면 본 발명의 두께는 화각의 넓이에 의해 정해지게 되기 때문이다.In addition, although the present invention is set to a wide field of view angle, the use of the present invention by setting to a narrower field of view angle can be made thinner. This is because the thickness of the present invention is determined by the area of view.

다음 실시예에서 헤드업표시장치의 표시에 관한 광학계를 원리적으로 설명한다. 다음에 상술한 광학계에 의거하고 시선검출기능을 더 구비한 장치에 대해서 설명한다.In the following embodiment, the optical system relating to the display of the head-up display device will be described in principle. Next, the apparatus further equipped with the line of sight detection function based on the optical system mentioned above is demonstrated.

도 8A는, 도 8B는 본 발명의 일실시예에 의한 관찰계와 시선검출계의 광로를 표시하는 부분단면도이며, 한편 도 9는 도 8A도, 도 8B에 표시한 계의 부분평면도, 그리고 도 10, 도 11은 본 발명의 장치를 관찰자의 두부에 장착했을 때의 개략도이다.8A is a partial cross-sectional view showing an optical path of an observation system and a gaze detection system according to an embodiment of the present invention, while FIG. 9 is a partial plan view of the system shown in FIGS. 8A and 8B, and FIG. 10 and 11 are schematic diagrams when the apparatus of the present invention is mounted on the head of an observer.

도면에서, (101)은 관찰자, (4)는 표시수단으로, 예를들면, 액정표시소자로 이루어지고 가시영역의 영상정보를 표시하고 있다. 표시수단(4)은 CD-ROM(105)이나 비디오카메라(106)등의 영상정보공급수단으로부터의 신호에 의거해서 영상정보를 표시하고 있다. (10)은 투명한 평행평면판으로 이루어진 광학부재이며, 그 내부에는 빔스플리터로서, 가시광을 통과시키고 적외광을 반사하는 다이크로익미러(7)가 설치되어 있다. 다이크로익미러(7)대신에 단순한 해프미러를 사용해도 된다.In the figure, reference numeral 101 denotes an observer, 4 denotes display means, for example, a liquid crystal display element, and displays image information of a visible region. The display means 4 displays the video information on the basis of signals from the video information supply means such as the CD-ROM 105 or the video camera 106. Reference numeral 10 denotes an optical member made of a transparent parallel plane plate, and a dichroic mirror 7 is provided inside the beam splitter for passing visible light and reflecting infrared light. Instead of the dichroic mirror (7), a simple half mirror may be used.

(3)은 프리즘부재로서, 토릭비구면으로 이루어진, 일부에 전반사를 이용한 전면(1), 투명 또는 비투명의 평면 또는 곡률을 가진 면으로 이루어진 후면(6), 프리즘부재(3)속에 설치한 반투과 또는 경면반사의 토릭비구면으로 이루어진 오목면(2), 및 입사면(5)을 가지고 있다. (104)는 광축(중심축)이며, 이것은 안구(103)의 광축과 일치하고 있다. 표시수단(4)으로부터 안구(103)에 이르는 광로중의 각 요소로 표시수단(4)에서 표시한 영상정보의 허상을 관찰하는 관찰계를 구성하고 있다. (102)는 광원수단이며, 관찰자(101)의 안구(103)의 시선을 검출하기 위하여 풀킨예스상(Pulkinye's image)을 형성하도록 안구(103)에 적외광(파장800nm 부근)을 투광하고 있다.(3) is a prism member, which consists of a toric aspherical surface, part of the front surface (1) using total reflection, a back surface (6) made of a transparent or non-transparent plane or curvature, and a half installed in the prism member (3). It has the concave surface 2 which consists of the toric aspherical surface of permeation | transmission or specular reflection, and the incident surface 5. 104 is an optical axis (center axis), which coincides with the optical axis of the eyeball 103. Each element in the optical path from the display means 4 to the eyeball 103 constitutes an observation system for observing the virtual image of the video information displayed by the display means 4. Reference numeral 102 denotes a light source, and emits infrared light (a wavelength of around 800 nm) to the eyeball 103 so as to form a Pulkinye's image in order to detect the eye of the eyeball 103 of the observer 101.

(8)은 결상광학계(결상렌즈)이며, 도 2B에 표시한 바와 같이, 광원수단(102)으로부터의 적외광을 관찰자(101)의 안구(103)에 조사했을 때, 이 안구(103)의 각막으로부터의 반사광에 의한 각막반사상과 동공등의 결상위치등을 프리즘부재(3)와 광학부재(10)의 다이크로익미러(7)를 개재해서 CCD등의 촬상소자(9)면상에 결상하고 있다. 결상렌즈(8)는 표시수단(4)의 영상정보의 허상을 관찰하는 관찰계와는 독립적으로 설치되어 있다. 광원수단(102)으로부터의 안구(103)를 개재해서 촬상소자(9)에 이르는 광로중의 각 요소로 관찰자(101)의 안구(103)의 시선을 검출하는 시선검출계를 구성하고 있다. 본 실시예에서는, 이상과 같이, 관찰계와 시선검출계의 각 요소를 설정함으로써 2개의 계를 사용했을 때의 광학계전체의 소형화를 용이하게 하고 있다.(8) is an imaging optical system (imaging lens), and as shown in FIG. 2B, when the infrared light from the light source means 102 is irradiated to the eyeball 103 of the observer 101, The corneal reflection image and the imaging position of the pupil, etc. by the reflected light from the cornea are imaged on the surface of the image pickup device 9 such as a CCD via the dichroic mirror 7 of the prism member 3 and the optical member 10. have. The imaging lens 8 is provided independently of the observation system for observing the virtual image of the image information of the display means 4. A gaze detection system is configured to detect the line of sight of the eyeball 103 of the observer 101 by each element in the optical path leading to the image pickup device 9 via the eyeball 103 from the light source means 102. In the present embodiment, as described above, by setting each element of the observation system and the line of sight detection system, the miniaturization of the whole optical system when two systems are used is facilitated.

다음에 도 8A, 도 8B를 사용해서 표시수단(4)에 표시한 영상정보의 허상을 관찰하는 관찰계에 대해서 설명한다. 본 실시예에서는 표시수단(4)에 표시된 영상정보에 의거해서 광속을 광학부재(10)의 다이크로익미러(7)를 통과시켜 프리즘부재(3)에 그 입사면(5)으로부터 도입하고 있다. 그리고 프리즘부재(3)의 전면(1)에서 전반사시킨 후에 오목면(2)에서 반사집광해서 전면(1)을 통과시켜서 관찰자(101)의 안구(103)에 안내하고 있다. 이 때 전면(1), 오목면(2)의 곡률을 적절히 설정함으로써 표시수단(4)에 표시한 영상정보를 도중에서 결상시키는 일없이, 즉 1차 결상면을 형성하지 않고 이 영상정보의 허상을 관찰자(101)의 전방에 표시하고 있다.Next, the observation system which observes the virtual image of the video information displayed on the display means 4 using FIG. 8A and FIG. 8B is demonstrated. In this embodiment, the luminous flux is passed through the dichroic mirror 7 of the optical member 10 and introduced into the prism member 3 from the incident surface 5 based on the image information displayed on the display means 4. . After total reflection at the front surface 1 of the prism member 3, the light is reflected and collected at the concave surface 2 and passed through the front surface 1 to guide the eyeball 103 of the observer 101. At this time, by appropriately setting the curvature of the front surface 1 and the concave surface 2, the image information displayed on the display means 4 is not imaged in the middle, that is, the virtual image of the image information is not formed without forming a primary image formation surface. Is displayed in front of the observer 101.

이와 같이 본 실시예에서는 관찰계를 허상타입으로 구성하고, 이에 의해 관찰자(101)는 이영상정보의 허상을 관찰하도록 하고 있다. 또한, 본 실시예에 있어서, 오목면(2)을 반투과면, 후면(6)을 투과면으로 해서, 후면(6)의 곡률을 적절히 설정함으로써 외부의 화상정보와 표시수단(4)의 영상정보의 허상을 공간적으로 중첩해서 쌍방을 동일시야에서 동일 시도(視度)로서 관찰하도록 해도 된다.As described above, in the present embodiment, the observation system is configured as a virtual image type, whereby the observer 101 observes the virtual image of the image information. In addition, in the present embodiment, by setting the curvature of the rear surface 6 with the concave surface 2 as the transflective surface and the rear surface 6 as the transmissive surface, the external image information and the image of the display means 4 The virtual images of information may be superimposed spatially so that both can be observed as the same attempt at the same field of view.

본 실시예의 관찰계에서는, 도 10나 도 11에 도시한 바와 같이, 관찰자(101)가 가지고 있는 CD-ROM(105)이나 비디오카메라(106)등의 영상정보공급수단으로부터의 영상정보를 표시수단(4)에 표시할 때에 시선검출계에서 얻어진 관찰자의 안구의 시선정보를 이용해서 예를들면, 오토포커스(비디오카메라의 초점맞춤), 전자줌(시선방향의 정보를 전기적으로 확대), 줌구동(시선에서 추출한 화면치수로 되도록 비디오카메라의 초점거리 f를 연산하고, 그 초점거리에 맞춤), 및 메뉴시선선택(측광, 플래시파노라마 크기 등)등의 제어를 하고 있다.In the observation system of the present embodiment, as shown in Figs. 10 and 11, the display means displays the image information from the image information supply means such as the CD-ROM 105 or the video camera 106 which the observer 101 has. For example, autofocus (focusing on the video camera), electronic zoom (electrically expanding information in the visual direction), and zooming, using the eyeball information of the observer's eye obtained from the gaze detection system when displayed in (4). (The focal length f of the video camera is calculated to be the screen dimension extracted from the line of sight, and adjusted to the focal length), and the menu line selection (metering, flash panorama size, etc.) is controlled.

다음에 도 9를 사용해서 관찰자(101)의 안구(103)의 시선을 검출하는 시선검출계에 대해서 설명한다. 광원수단(102)으로부터의 적외광으로 관찰자(101)의 안구(103)를 조명한다. 안구(103)의 각막에서 반사한 적외광을 프리즘부재(3)의 전면(1)을 통과시키고, 오목면(2)에서 반사시켜서 전면(1)에서 전반사시킨 후에 입사면(5)으로부터 사출해서 광학부재(10)에 안내하고 있다. 그리고 광학부재(10)의 다이크로익미러(7)에서 반사시키고, 이어서 광학부재(10)의 면(10a)에서 전반사시킨 후에 결상렌즈(8)에 의해 촬상소자(9)에 입사시키고 있다.Next, the line of sight detection system which detects the line of sight of the eyeball 103 of the observer 101 is demonstrated using FIG. Infrared light from the light source means 102 illuminates the eyeball 103 of the observer 101. The infrared light reflected by the cornea of the eyeball 103 passes through the front surface 1 of the prism member 3, is reflected on the concave surface 2, totally reflected on the front surface 1, and then exits from the incident surface 5 The optical member 10 is guided. The light is reflected by the dichroic mirror 7 of the optical member 10 and subsequently totally reflected by the surface 10a of the optical member 10 and then incident on the imaging device 9 by the imaging lens 8.

결상렌즈(8)에 의해 촬상소자(9)면상에 안구(103)의 각막반사상이나 동공 등의 안구(103)에 관한 상이 형성된다. 그리고 상기 촬상소자(9)로부터의 신호를 사용해서 안구(103)의 시선을 검출하고 있다.The imaging lens 8 forms a corneal reflection image of the eyeball 103 and an image of the eyeball 103 such as a pupil on the image pickup device 9 surface. The gaze of the eyeball 103 is detected using the signal from the imaging device 9.

본 실시예에 있어서의 안구의 시선의 검출방법으로서는, 예를들면, 본출원인이 먼저 제안했던 일본국 특허공개공보 평1-274736호나 동 특허공개공보 평 3-11492호 등에서 개시한 방법을 사용하고 있다.As the detection method of the eyeball of the eye in this embodiment, for example, the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. Hei 1-274736, Japanese Patent Laid-Open No. 3-11492 or the like which was first proposed by the present applicant is used. have.

도 12A, 도 12B는 본 실시예에서 사용하고 있는 프리즘부재(3)의 개략단면도이다. 이들 도면에서는 프리즘부재(3)를 관찰계로서 사용한 경우를 표시했지만, 시선검출계로서 사용하는 경우는 광로가 역으로 될 뿐이고, 광학작용은 동일하다. 표시수단(4)의 표시면으로부터 수직으로 발생한 광속(4a)은 프리즘부재(3)의 입사면(5)을 개재해서 토릭비구면으로 이루어진 전면(1)에 입사각도 43도 이상으로 전면(1)에서 전반사하도록 입사시키고 있다. 전면(1)에서 전반사한 광속(4a)을 토릭비구면으로 이루어진 오목면(2)에 입사각도 43도이하로 반사시켜 전면(1)으로부터 사출시키고 있다.12A and 12B are schematic sectional views of the prism member 3 used in this embodiment. In these figures, the case where the prism member 3 is used as an observation system is shown, but when the prism member 3 is used as an eye detection system, the optical path is reversed only, and the optical action is the same. The light beam 4a generated perpendicularly from the display surface of the display means 4 is incident on the front surface 1 of the toric aspheric surface via the incidence surface 5 of the prism member 3 with an incident angle of 43 degrees or more on the front surface 1. I am making a total reflection at The light beam 4a totally reflected from the front surface 1 is reflected at the incidence angle of 43 degrees or less on the concave surface 2 formed of the toric aspherical surface, and is emitted from the front surface 1.

전면(1)은 곡률을 가지고 있어, 일부에서 전반사작용을 행하고, 다른 일부에서 투과작용을 하도록하고 있다. 이에 의해 2개의 곡면을 가지는 것과 등가로되고, 오목면(2)과 결합해서 전체로서 3개의 곡률을 가진 반사광학계를 구성하고 있다. 이에 의해 광학계전체의 초점거리를 짧게하고(후술하는 수치실시예에서는 20∼25mm), 광학계전체의 소형화를 도모하고 있다.The front surface 1 has a curvature so as to perform total reflection in one part and transmit in another part. Thereby, it is equivalent to having two curved surfaces, and it combines with the concave surface 2, and comprises the reflection optical system which has three curvature as a whole. As a result, the focal length of the optical system is shortened (20 to 25 mm in the numerical example described later), and the optical system can be miniaturized.

본 실시예에서는 관찰계와 시선검출계에 방위각에 의해 굴절력이 다른, 즉 방위각에 의해 곡률이 다른 토릭면 또는 토릭비구면 또는 아나모픽비구면을 전면(1)과 오목면(2) 그리고 입사면(5)에 적용하고 있다. 이에 의해 오목면(2)에의 입사광선과 반사광선이 이루는 각도를 크게해서 광학계전체의 소형화를 도모했을 때에 발생하게 되는 편심수차를 양호하게 보정하고 있다.In the present embodiment, the toric or toric aspherical surface or anamorphic aspherical surface having different refractive powers according to the azimuth angle, that is, the curvature by the azimuth angle is different from the observation system and the gaze detection system. Is being applied to. As a result, the eccentric aberration generated when the angle between the incident light and the reflected light on the concave surface 2 is increased to reduce the size of the optical system is well corrected.

전면(1)과 후면(6)의 곡률은, 광이 쌍방의 면을 통과할 때, 굴절력이 작은 메니스커스형상의 렌즈형상이 되도록하고 있다. 이에 의해 후면(6)을 개재해서 외부의 풍경등의 화상정보를 관찰할 때에 화상정보가 양호하게 관찰되도록 하고 있다.The curvature of the front surface 1 and the back surface 6 is made to be a lens shape of a meniscus with a small refractive power when light passes through both surfaces. As a result, when observing image information such as an external landscape through the rear surface 6, the image information is observed satisfactorily.

또한, 자오선단면내에 있어서 전면(1)이 부의 굴절력을 가지도록 해서 오목면(2)의 정의 굴절력에 의해 발생하는 제수차를 보정하고 있다. 여기서 자오선이라 함은 설계치의 안구중심에 광이 안내되는 표시수단의 화상중심으로부터의 광로를 포함하는 면과 수직한 면이다(즉 도 12A, 도 12B의 지면과 수직방향).In addition, within the meridian cross section, the front face 1 has negative refractive power, and the aberration generated by the positive refractive power of the concave surface 2 is corrected. Here, the meridian is a plane perpendicular to the plane including the light path from the image center of the display means in which light is guided to the eye center of the design value (ie, perpendicular to the ground of Figs. 12A and 12B).

또한, 본 실시예에 있어서는 전면(1)의 모선단면에 부의 굴절력을 가지도록 해도 되며, 이에 의하면 자오선단면을 부의 굴절력으로 하는 것도 마찬가지의 효과가 얻어진다. 여기서 모선단면이란 설계치의 안구중심에 광이 안내되는 표시수단의 화상중심으로부터의 광로를 포함하는 면이다(즉 도 12A, 도 12B의 지면내).In addition, in this embodiment, it is possible to have negative refractive power on the busbar cross section of the front surface 1, whereby the same effect can be obtained by making the meridian cross section a negative refractive power. Here, the busbar cross section is a plane including an optical path from the image center of the display means in which light is guided to the eye center of the design value (that is, in the ground of Figs. 12A and 12B).

도 12B에 도시한 바와 같이, 전면(1)의 면정점에 있어서의 모선단면에서의 접선 L과 안구의 광축(104)과 수직으로 전면(1)의 면정점을 통과하는 선 m과 이루는 각도(틸트각도)를 라 했을 때,As shown in Fig. 12B, the angle formed by the tangent L at the busbar section at the vertex of the front face 1 and the line m passing through the vertex of the front face 1 perpendicular to the optical axis 104 of the eyeball ( When the tilt angle)

|α|≤20° .......(1)Α | ≤20 ° ....... (1)

가 되도록 하고 있다. 조건식(1)과 같이, 각도 α를 20보다도 작게하고, 이에 의해 표시수단(4)의 영상정보의 허상과 외부의 풍경등의 화상정보를 공간적으로 중첩시켜서 쌍방을 관찰할 때의 뒤틀림을 작게하고, 또한 광축방향의 프리즘의 두께를 얇게하고 있다.To be. As in the conditional expression (1), the angle α is made smaller than 20, thereby spatially superimposing image information such as the virtual image of the image information of the display means 4 and the external landscape, thereby reducing the distortion when observing both sides. In addition, the thickness of the prism in the optical axis direction is thinned.

다음에 본 실시예의 표시수단(4)으로부터 안구(103)에 이르는 광로중에 각 요소(입사면(5), 전면(1), 오목면(2)를 가진 관찰계 및 시선검출계의 전술한 것이 되어 특징에 대하여 설명한다.Next, in the optical path from the display means 4 of the present embodiment to the eyeball 103, the above-described observation system and eye detection system having each element (incident surface 5, front surface 1, concave surface 2) The features will be described.

(2-1) 본 실시예에 있어서 결상렌즈(8)의 안구(103)로부터 촬상소자(9)로의 결상배율 β는(2-1) In this embodiment, the imaging magnification β from the eyeball 103 of the imaging lens 8 to the imaging device 9 is

0.02<|β|<0.18 ........ (2)0.02 <| β | <0.18 ........ (2)

로 하고 있다. 여기서 조건식(2)의 상한치를 초과하면 안구상의 배율이 너무 크게되어 촬상소자의 유효경이 증대되기 때문에 좋지 않다. 또한 조건식(2)의 하한치를 초과하면 시선검출계의 초점거리를 한층더 짧게하지 않으면 안되며, 그 결과, 제수차의 발생이 많게되어서 양호한 안구상이 얻어지지 않게된다.I am doing it. If the upper limit of the conditional expression (2) is exceeded, the magnification of the eyeball becomes too large and the effective diameter of the image pickup device is increased. In addition, if the lower limit value of the conditional expression (2) is exceeded, the focal length of the line of sight detection system must be further shortened. As a result, the occurrence of aberration increases, and a good eye image cannot be obtained.

(2-2) 관찰계에 있어서의 모선단면과 자오선단면의 전계의 초점거리를 각각 fy,fx라 했을 때,(2-2) When the focal lengths of the electric field of the busbar section and the meridian section in the observation system are f y and f x , respectively,

0.9<|fy/fx|<1.1 .........(3)0.9 <| f y / f x | <1.1 ......... (3)

로 되는 조건을 만족하도록 하고 있다. 이에 의해 어떤 방위각에 있어서도 전계의 초점거리가 거의 일정하게 되도록해서, 표시수단으로 표시된 영상정보의 모선방향과 자오선방향의 애스펙트비의 보정을 불필요하게 하고 있다.This condition is satisfied. As a result, the focal length of the electric field becomes substantially constant at any azimuth angle, thereby making it unnecessary to correct the aspect ratio of the busbar direction and the meridian direction of the video information displayed by the display means.

(2-3) 오목면(2)의 모선단면과 자오선단면의 근축곡률반경을 각각 Ry,Rx라 할 때,(2-3) When the paraxial curvature radii of the busbar section and the meridian section of the concave surface (2) are R y and R x , respectively,

|Rx|<|Ry| ..........(4)| R x | <| R y | .......... (4)

로 되는 조건을 만족하도록 하고 있다. 관찰계를 소형으로 하려면 모선단면에서 오목면의 광축을 안구의 광축으로부터 시계방향으로 크게 틸트시킬 필요가 있고, 그리하면 편심수차가 많이 발생하게 된다. 이에 대해서 자오선단면은 편심시키는 곳이 적기 때문에 편심수차의 발생이 적다. 그리고 본 실시예에서는 조건식(4)에서 표시한 바와 같이, 모선단면의 곡률반경 Ry를 자오선단면의 곡률반경 Rx보다 크게해서, 즉 모선방향의 굴절력을 자오선방향의 굴절력에 비해서 약하게 해서 모선단면에서의 편심수차를 작게하고 있다.This condition is satisfied. In order to make the observation system small, it is necessary to tilt the optical axis of the concave surface in the clockwise direction from the optical axis of the eye at the busbar section, and a large amount of eccentric aberration occurs. On the other hand, the meridian cross section has less eccentricity, so less eccentric aberration occurs. In this embodiment, as indicated by the conditional formula (4), the radius of curvature R y of the busbar cross section is made larger than the radius of curvature R x of the meridian cross section, i.e., the refractive power in the busbar direction is weaker than the refractive power in the meridian direction, so that Eccentric aberration is reduced.

본 실시예에서, 편심수차의 수정을 위하여, 조건(4)은 다음과 같이 설정되는 것이 바람직하다.In this embodiment, in order to correct the eccentric aberration, the condition (4) is preferably set as follows.

|Rx/Ry|<0.85 ...........(5)R x / R y | <0.85 ........... (5)

(2-4) 프리즘부재(3)의 입사면(5)이 토릭면이나 아나모픽면으로 구성될 때, 조건이 선택된다:(2-4) When the incident surface 5 of the prism member 3 consists of a toric surface or an anamorphic surface, a condition is selected:

|Ry5|<|Rx5| ........(6)| R y5 | <| R x5 | ........ (6)

여기에서 Ry5와 Rx5는 각각 모선단면과 자오선단면에서의 곡률반경이다. 입사면(5)은 모선단면에서 비교적 작은 편심수차를 발생시킨다. 따라서, 오목면(2)과 전면(1)이 모선단면에서 주어진 강한 굴절력이 될 수 없더라도, 입사면(5)은 모선단면에서 강한 굴절력을 주기 때문에, 전체계에서의 어떤 방위각에서 사실상 일정한 초점거리를 실현할수 있다.Where R y5 and R x5 are the radii of curvature at the busbar section and the meridian section, respectively. The incident surface 5 generates relatively small eccentric aberration in the busbar section. Thus, even if the concave surface 2 and the front surface 1 cannot be given a strong refractive power at the busbar cross section, the incident surface 5 gives a strong refractive power at the busbar cross section, so that the focal length is substantially constant at any azimuth angle in the whole system. Can be realized.

(2-5) 전면(1)의 전반사면적에 부의 굴절력을, 오목면(2)에 정의 굴절력 그리고 전면(1)의 투과면적에 부의 굴절력을 줌으로써 자오선단면에 만족스런 광학성능을 실현한다. 입사면(5)이 굴절력을 가지는 경우에 있어서, 전체계에서의 모선단면에서 정의 굴절력의 부족을 커버하기 위하여, 그것은 모선단면에서 정으로 선택되는 것이 바람직하다.(2-5) A satisfactory optical performance is realized in the meridian section by giving negative refractive power to the total reflection area of the front surface 1, positive refractive power to the concave surface 2 and negative refractive power to the transmission area of the front surface 1. In the case where the incident surface 5 has refractive power, in order to cover the lack of positive refractive power in the busbar cross section in the whole system, it is preferably selected as positive in the bus cross section.

(2-6) 전면(1)의 전반사면적에 부의 굴절력을 그리고 오목면(2)에 정의 굴절력을 줌으로써 모선단면에서 만족스런 광학성능을 실현한다. 입사면(5)이 굴절력을 가지는 경우에 있어서, 그것이 자오선단면에서 정으로 선택되므로, 자오선단면에서의 수차를 줄일 수 있다.(2-6) A satisfactory optical performance is realized in the bus bar section by applying negative refractive power to the total reflection area of the front surface 1 and positive refractive power to the concave surface 2. In the case where the incident surface 5 has refractive power, since it is positively selected from the meridian cross section, the aberration at the meridian cross section can be reduced.

(2-7) 자오선단면에서, 다음 조건이 만족된다:(2-7) In the meridian section, the following conditions are satisfied:

0.1<|2fx/Rx1|<2.0 .......(7)0.1 <| 2f x / R x1 | <2.0 ....... (7)

0.5<|2fx/Rx2|<2.5 .......(8)0.5 <| 2f x / R x2 | <2.5 ....... (8)

여기에서, Rx1,Rx2는 각각 전면(1)과 오목면(2)의 전반사면적의 곡률반경이고, fx는 전체계의 초점거리이다. 조건(7),(8)의 상한은 상기 곡률의 더욱 강한 굴절력에 대응하고, 하한은 더욱 약한 굴절력에 대응한다. 조건(7)의 상한위에서, 뒤틀림수차는 수정하기 어렵게되고, 하한아래에서 전체적인 반사조건은 만족하기 어렵게 된다. 또한 조건(8)의 상한 위에서, 비점수차는 수정하기 어렵게되고, 하한아래에서, 전체 광학장치는 더욱 크게되고, 특히 광축과 평행한 방향으로 도욱 큰 두께를 가져 더욱 크게된다.Here, R x1 and R x2 are the radius of curvature of the total reflection areas of the front surface 1 and the concave surface 2, respectively, and f x is the focal length of the whole system. The upper limit of the conditions (7) and (8) corresponds to the stronger refractive power of the curvature, and the lower limit corresponds to the weaker refractive power. Above the upper limit of condition (7), the distortion aberration becomes difficult to correct, and below the lower limit, the overall reflection condition becomes difficult to be satisfied. In addition, above the upper limit of the condition (8), astigmatism becomes difficult to correct, and below the lower limit, the entire optical device becomes larger, especially with a great thickness in the direction parallel to the optical axis.

(2-8) 모선단면에서, 다음 조건이 만족된다:(2-8) In the busbar section, the following conditions are met:

0<|2fy/Ry1|<1.0 ....(9)0 <| 2f y / R y1 | <1.0 .... (9)

0.2<|2fy/Ry2|<2.5 .....(10)0.2 <| 2f y / R y2 | <2.5 ..... (10)

여기에서, Ry1,Ry2는 각각 전면(1)과 오목면(2)의 전체반사면적의 곡률반경이고, fy는 전체계의 초점거리이다. 조건(9)와 (10)의 상한은 상기 곡률의 더욱 강한 굴절력에 대응하고, 반면에 하한은 더욱 약한 굴절력에 대응한다. 조건(9)의 상한위에서, 편심뒤틀림수차는 수정하기 어렵게되고, 반면에 하한아래에서, 전반사조건을 만족시키는 것이 어렵게 된다. 또한 조건(10)의 상한위에서, 편심비점수차가 중대하게 발생되고, 하한아래에서, 전체렌즈의 길이는 증가하고 전체광학계는 바람직하지 못하게 부피가 크게된다.Here, R y1 and R y2 are the radius of curvature of the total reflection area of the front surface 1 and the concave surface 2, respectively, and f y is the focal length of the entire system. The upper limits of conditions (9) and (10) correspond to the stronger refractive power of the curvature, while the lower limit corresponds to the weaker refractive power. Above the upper limit of condition (9), the eccentric twist aberration becomes difficult to correct, while below the lower limit, it becomes difficult to satisfy the total reflection condition. In addition, above the upper limit of the condition (10), eccentric astigmatism is greatly generated, and below the lower limit, the length of the entire lens increases and the whole optical system becomes undesirably bulky.

(2-9) 오목면(2)은 디스플레이수단(4)을 향하여 눈의 광축(104)으로부터 모선단면(Y방향)에서 평행한 방법으로 시프트되어, 모선단면의 편심뒤틀림수차를 억제할 수 있다. 평행시프트(도 12B에 나타낸 바와 같이 광축(104)에서 오목면(2)의 정점까지의 거리)의 양(E)은 25≤E ......(11)를 만족하도록 선택됨으로써 편심뒤틀림을 만족스럽게 수정할 수 있다.(2-9) The concave surface 2 is shifted in a parallel manner from the optical axis 104 of the eye toward the display means 4 in the busbar section (Y direction), so that the eccentric distortion of the busbar section can be suppressed. . The amount E of parallel shift (distance from the optical axis 104 to the apex of the concave surface 2, as shown in Fig. 12B) is chosen so as to satisfy 25 &lt; Can be modified satisfactorily.

(2-10) 조건(1)에서의 경사각(??)은 전체광학계를 효과적으로 콤팩트화하기 위하여 다음을 만족하도록 유지된다:(2-10) The tilt angle under condition (1) is maintained to satisfy the following in order to effectively compact the whole optical system:

-15°≤α≤5° ......... (12)-15 ° ≤α≤5 ° ......... (12)

조건(12)의 하한아래에서, 화상정보는 중대하게 왜곡되게되는 반면에, 상한위에서, 프리즘부재(3)는 광축(104)방향으로 더욱 두껍게 된다.Under the lower limit of the condition 12, the image information is significantly distorted, while on the upper limit, the prism member 3 becomes thicker in the direction of the optical axis 104.

도 13 내지 도 16은 프리즘부재(3)의 부근에서 시각라인검출장치의 일부분의 변형을 나타내는 개략도이다.13 to 16 are schematic views showing deformation of a part of the visual line detection apparatus in the vicinity of the prism member 3.

도 13에 나타낸 실시예는 화상렌즈(8)와 화상센서(9)의 대응위치결정으로 관찰자의 눈(103)과 프리즘부재(3)사이에 광학부재(10)가 설치된다고 하는 점에서 전술한 실시예와 다르다. 이 실시예는 편심면이 시각라인(visual line)검출장치에 포함되지 않으므로 시각라인의 정확한 검출의 장점을 제공한다.The embodiment shown in FIG. 13 has been described above in that the optical member 10 is provided between the observer's eye 103 and the prism member 3 by the corresponding positioning of the image lens 8 and the image sensor 9. It differs from an Example. This embodiment provides the advantage of accurate detection of visual lines since the eccentric plane is not included in the visual line detection apparatus.

도 14에 나타낸 실시예에서, 다이크로익면(7)이 화상렌즈(8)와 화상센서(9)의 대응하는 위치결정으로 프리즘부재(3)의 내부에서 경사진 방식으로 설치된다. 이 실시예는 전체광학장치의 추가의 콤팩트화로 인도하는 감소된 수의 부품에 의해 특징지워진다.In the embodiment shown in FIG. 14, the dichroic surface 7 is installed in an inclined manner inside the prism member 3 with corresponding positioning of the image lens 8 and the image sensor 9. This embodiment is characterized by a reduced number of parts leading to further compactization of the total optical device.

도 15에 나타낸 실시예에서, 광학부재(10)는 눈(103)으로부터 프리즘부재(3)보다도 더욱 멀리 위치하게 된다. 또한 오목면(2)은 가시광을 반사하고 적외광을 투과하는 다이크로익필름을 구비한다. 광학부재(10)는 반투과, 전반사 또는 다이크로익필름을 가지는 경사진 반사면(11)을 구비하고, 따라서 화상렌즈(8)와 화상센서(9)가 위치하게 된다. 관찰자의 머리위에 본 실시예장치의 설치상태를 제 17A 및 17B도에 개략적으로 예시한다.In the embodiment shown in FIG. 15, the optical member 10 is located farther than the prism member 3 from the eye 103. The concave surface 2 also includes a dichroic film that reflects visible light and transmits infrared light. The optical member 10 has an inclined reflecting surface 11 having semi-transmissive, total reflection or dichroic film, whereby the image lens 8 and the image sensor 9 are positioned. The installation state of the present apparatus on the observer's head is schematically illustrated in FIGS. 17A and 17B.

도 16에 나타낸 실시예에서, 평행면 평판을 구성하는 광학부재(10)는 프리즘부재(3)의 입사면(5)위에 설치되어 가시광을 투과하고 적외광을 반사하는 다이크로익미러(7)에 의해 대체되고, 따라서 화상렌즈(8)와 화상센서(9)가 위치결정되게된다. 관찰자의 머리위에서의 본 발명장치의 설치상태를 제 18A 및 18B도에 개략적으로 예시한다.In the embodiment shown in Fig. 16, the optical member 10 constituting the parallel plane flat plate is mounted on the incident surface 5 of the prism member 3 to a dichroic mirror 7 which transmits visible light and reflects infrared light. Are replaced, and the image lens 8 and the image sensor 9 are thus positioned. The installation of the apparatus of the present invention on the observer's head is schematically illustrated in FIGS. 18A and 18B.

위에서 설명한 실시예의 시각라인검출장치를 활용하는 디스플레이(표시)장치는 소위 헤드업디스플레이장치에 직접 적용될 수 있다.The display (display) apparatus utilizing the visual line detection apparatus of the above-described embodiment can be directly applied to the so-called head-up display apparatus.

다음에 도 8A, 8B 및 도 9를 참조하여 장치의 요소들을 다음과 같이 나타내는 본 실시예의 수치예를 나타낸다:Next, with reference to Figs. 8A, 8B and 9, numerical examples of the present embodiment, in which the elements of the apparatus are shown as follows:

(1) 안구(103)은 좌표계의 원점(0,0)으로서 선택되고;(1) the eyeball 103 is selected as the origin (0,0) of the coordinate system;

(2) 안구(103)로부터 광을 추적하는 시각라인검출장치에서;(2) in a visual line detection apparatus for tracking light from the eyeball 103;

i=1 안구i = 1 eyeball

i=2 전면(1)(투과면)i = 2 front (1) (transparent)

i=3 오목면(2)i = 3 concave (2)

i=4 전면(전반사면)i = 4 front (total slope)

i=5 입사면(5)i = 5 incidence plane (5)

i=6 광학부재(10)의 입사면i = 6 incident surface of the optical member 10

i=7 다이크로익면i = 7 dichroic plane

i=8i = 8

i=9 광학부재(10)의 사출면i = 9 exit surface of the optical member 10

i=10 화상렌즈의 입사면incident surface of the i = 10 image lens

i=11 화상렌즈의 사출면exit surface of the i = 11 image lens

i=12 화상센서i = 12 image sensor

관찰장치에서;In the observation device;

i=8 화상정보의 입사면incidence plane of i = 8 image information

i=9 화상정보의 디스플레이면i = 9 Display surface of image information

(3) TAL은 토릭비구면을 나타내고; ALL은 아나모픽비구면을 나타낸다.(3) TAL represents a toric aspheric surface; ALL represents an anamorphic aspherical surface.

TAL은 다음 비구면식에 의해 모선(Y-Z)단면에서 정의된다;TAL is defined in the parent (Y-Z) section by the following aspherical formula;

여기에서 i는 면수이고, 자오선(X-Z)단면에서의 구면이다. 또한 AAL은Where i is the surface number and the spherical surface in the meridian (X-Z) section. AAL also

+ARi{(1+APi)y2+(1-APi)X2}2+BRi{(1+BPi)y2+(1-BPi)x2}3 + ARi {(1 + APi) y 2 + (1-APi) X 2 } 2 + BRi {(1 + BPi) y 2 + (1-BPi) x 2 } 3

+CRi{(1+CPi)y2+(1-CPi)X2}4+DRi{(1+DPi)y2+(1-DPi)x2}5 + CRi {(1 + CPi) y 2 + (1-CPi) X 2 } 4 + DRi {(1 + DPi) y 2 + (1-DPi) x 2 } 5

에 의해 정의되고, 여기에서 i는 면수이다. 또한 본 발명에서, AL은 다음에 의해 정의되는 회전대칭 비구면을 나타내고:Defined by, where i is a face number. Also in the present invention, AL represents a rotationally symmetric aspheric surface defined by:

여기에서 i는 면수를 나타낸다. 면정점좌표(Y,Z)는 안구면의 정점이 (0,0)으로서 취해질 때의 절대좌표이다. 모선단면의 경사각은 안구의 광축에 대하여 각면의 광축의 경사각을 나타내고, 상기 각은 정의 반시계방향으로 취해진다. 반사면(전반사면을 포함하는)은 접미사 M으로 나타낸다. nd와 νd는 각각 d라인을 위한 굴절지수와 아베수를 나타낸다.Where i represents the number of faces. Vertex coordinates (Y, Z) are absolute coordinates when the eye vertex is taken as (0,0). The inclination angle of the busbar cross section represents the inclination angle of the optical axis of each surface with respect to the optical axis of the eyeball, and the angle is taken in the positive counterclockwise direction. The reflecting surface (including the total reflecting surface) is indicated by the suffix M. nd and v d represent the refractive index and Abbe's number for d-line, respectively.

[수치예 5]Numerical Example 5

(시각라인 검출장치)(Visual line detection device)

ry1rxi r y1 r xi

모선단면의 자오선단면의Of meridian cross section

곡률반경 곡률반경Radius of curvature radius of curvature

정점좌표 y, z 모선단면의 경사각Vertex coordinate y, z angle of inclination of busbar section

i= 1 ∞ (0, 0) 0° eyei = 1 ∞ (0, 0) 0 ° eye

nd=1.49171,νd=57.4인 경우when nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 2 -514.575 -52.805 (0, 21.15) 0 TALi = 2 -514.575 -52.805 (0, 21.15) 0 TAL

nd=1.49171,νd=57.4인 경우when nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 3 -63.546 42.575 (26.30, 35.96) -3.33 TAL-Mi = 3 -63.546 42.575 (26.30, 35.96) -3.33 TAL-M

nd=1.49171,νd=57.4인 경우when nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 4 -514.575 -52.805 (0, 21.15) 0 TAL-Mi = 4 -514.575 -52.805 (0, 21.15) 0 TAL-M

nd=1.49171,νd=57.4인 경우when nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 5 ∞ (20.72, 28.06) 65.37i = 5 ∞ (20.72, 28.06) 65.37

nd=1.51633,νd=64.1인 경우nd = 1.51633, νd = 64.1

i= 6 ∞ (21.18, 28.27) 65.37i = 6 ∞ (21.18, 28.27) 65.37

nd=1.51633,νd=64.1인 경우nd = 1.51633, νd = 64.1

i= 7 ∞ (23.41, 28.20) 30.37 Mi = 7 ∞ (23.41, 28.20) 30.37 M

nd=1.51633,νd=64.1인 경우nd = 1.51633, νd = 64.1

i= 8 ∞ (21.18, 28.27) 65.37 Mi = 8 ∞ (21.18, 28.27) 65.37 M

nd=1.51633,νd=64.1인 경우nd = 1.51633, νd = 64.1

i= 9 ∞ (24.93, 20.09) -54.64i = 9 ∞ (24.93, 20.09) -54.64

nd=1.49171,νd=57.4인 경우when nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 10 -1.889 (26.90, 21.14) -54.64 ALi = 10 -1.889 (26.90, 21.14) -54.64 AL

nd=1.49171,νd=57.4인 경우when nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 11 1.426 (29.35, 19.41) -54.64 ALi = 11 1.426 (29.35, 19.41) -54.64 AL

i= 12 ∞ (30.51, 18.95) -51.60 화상센서i = 12 ∞ (30.51, 18.95) -51.60 Image sensor

( 관 찰 계 )Observation

nd=1.51633,νd=64.1인 경우nd = 1.51633, νd = 64.1

i= 8 ∞ (23.91, 29.52) 65.37i = 8 ∞ (23.91, 29.52) 65.37

i= 9 ∞ (24.98, 30.01) 59.37 화상정보i = 9 ∞ (24.98, 30.01) 59.37 Image Information

(TAL, AL 데이터)(TAL, AL data)

TAL2, 4 : K=460.670, A=-0.227E-5, B=0.179E-7, C=-0.453E-10, D=0.429E-13TAL2, 4: K = 460.670, A = -0.227E-5, B = 0.179E-7, C = -0.453E-10, D = 0.429E-13

TAL3 : K=1.105, A=0.709E-6, B= -0.273E-8, C=-0.191E-11, D=0.631E-15TAL3: K = 1.105, A = 0.709E-6, B = -0.273E-8, C = -0.191E-11, D = 0.631E-15

AL10 : K=-3.858, A=0.851E-2, B=-0.101, C=0.149, D=-0.755E-1AL10: K = -3.858, A = 0.851E-2, B = -0.101, C = 0.149, D = -0.755E-1

AL11 : K=-0.113, A=0.195, B=-0.590, C=0.471, D=-0.138AL11: K = -0.113, A = 0.195, B = -0.590, C = 0.471, D = -0.138

(1) α= 0 (5) |Rx1/Rt1|= 0.10 (8) 2fx/Rx2= -1.09 (11) E= 26.3(1) α = 0 (5) | Rx1 / Rt1 | = 0.10 (8) 2fx / Rx2 = -1.09 (11) E = 26.3

(2) |β|= 0.10 |Rx2/Ry2|= 0.67 (9) 2fy/Ry1= -0.04(2) | β | = 0.10 | Rx2 / Ry2 | = 0.67 (9) 2fy / Ry1 = -0.04

(3) |fy/fx|= 1.00 (7) 2fx/Rx1= -0.88 (10) 2fy/Ry2= -0.36(3) | fy / fx | = 1.00 (7) 2fx / Rx1 = -0.88 (10) 2fy / Ry2 = -0.36

[수치예 6]Numerical Example 6

(시각라인 검출장치)(Visual line detection device)

ry1rxi r y1 r xi

모선단면의 자오선단면의Of meridian cross section

곡률반경 곡률반경Radius of curvature radius of curvature

정점좌표 y, z 모선단면의 경사각Vertex coordinate y, z angle of inclination of busbar section

nd=1.49171,νd=57.4인 경우when nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 1 ∞ (0, 0) 0° eye nd=1.49171,νd=57.4인 경우i = 1 ∞ (0, 0) for 0 ° eye nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 2 -514.575 -52.805 (0, 21.15) 0 TAL nd=1.49171,νd=57.4인 경우i = 2 -514.575 -52.805 (0, 21.15) when 0 TAL nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 3 -63.546 42.575 (26.30, 35.96) -3.33 TAL nd=1.49171,νd=57.4인 경우i = 3 -63.546 42.575 (26.30, 35.96) -3.33 When TAL nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 4 -514.575 -52.805 (0, 34.15) 0 TALi = 4 -514.575 -52.805 (0, 34.15) 0 TAL

i= 5 ∞ (0.37, 15) 45 Mi = 5 ∞ (0.37, 15) 45 M

nd=1.49171,νd=57.4인 경우when nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 6 -1889 (-13.0, 37.15) 90 AL nd=1.49171,νd=57.4인 경우i = 6 -1889 (-13.0, 37.15) 90 AL nd = 1.49171, v d = 57.4

i= 7 1.426 (-16.0, 37.15) 90 ALi = 7 1.426 (-16.0, 37.15) 90 AL

i= 8 ∞ (-17.27, 37.15) 90 화상센서i = 8 ∞ (-17.27, 37.15) 90 Image sensor

( 관 찰 계 )Observation

nd=1.51633,νd=64.1인 경우nd = 1.51633, νd = 64.1

i= 3 -63.546 42.575 (26.30, 35.96) -3.33 TAL-M nd=1.51633,νd=64.1인 경우i = 3 -63.546 42.575 (26.30, 35.96) -3.33 when TAL-M nd = 1.51633, νd = 64.1

i= 4 -514.575 -52.805 (0, 21.15) 0 TAL-Mi = 4 -514.575 -52.805 (0, 21.15) 0 TAL-M

nd=1.51633,νd=64.1인 경우nd = 1.51633, νd = 64.1

i= 5 ∞ (20.72, 28.06) 65.37i = 5 ∞ (20.72, 28.06) 65.37

i= 6 ∞ (24.05, 29.59) 54.25 화상정보i = 6 ∞ (24.05, 29.59) 54.25 Image Information

(TAL, AL 데이터)(TAL, AL data)

TAL2, 4 : K=460.670, A=-0.227E-5, B=0.179E-7, C=-0.453E-10, D=0.429E-13TAL2, 4: K = 460.670, A = -0.227E-5, B = 0.179E-7, C = -0.453E-10, D = 0.429E-13

TAL3 : K=1.105, A=0.709E-6, B= -0.273E-8, C=-0.191E-11, D=0.631E-15TAL3: K = 1.105, A = 0.709E-6, B = -0.273E-8, C = -0.191E-11, D = 0.631E-15

AL6 : K=-3.858, A=0.851E-2, B=-0.101, C=0.149, D=-0.755E-1AL6: K = -3.858, A = 0.851E-2, B = -0.101, C = 0.149, D = -0.755E-1

AL7 : K=-0.113, A=0.195, B=-0.590, C=0.471, D=-0.138AL7: K = -0.113, A = 0.195, B = -0.590, C = 0.471, D = -0.138

(1) α= 0 (5) |Rx1/Rt1|= 0.10 (8) 2fx/Rx2= -1.09 (11) E= 26.3(1) α = 0 (5) | Rx1 / Rt1 | = 0.10 (8) 2fx / Rx2 = -1.09 (11) E = 26.3

(2) |β|= 0.5 |Rx2/Ry2|= 0.67 (9) 2fy/Ry1= -0.04(2) | β | = 0.5 | Rx2 / Ry2 | = 0.67 (9) 2fy / Ry1 = -0.04

(3) |fy/fx|= 1.00 (7) 2fx/Rx1= -0.88 (10) 2fy/Ry2= -0.36(3) | fy / fx | = 1.00 (7) 2fx / Rx1 = -0.88 (10) 2fy / Ry2 = -0.36

[수치예 7][Example 7]

(시각라인 검출장치)(Visual line detection device)

ry1rxi r y1 r xi

모선단면의 자오선단면의Of meridian cross section

곡률반경 곡률반경Radius of curvature radius of curvature

정점좌표 y, z 모선단면의 경사각Vertex coordinate y, z angle of inclination of busbar section

i= 1 ∞ (0, 0) 0° eyei = 1 ∞ (0, 0) 0 ° eye

nd=1.49171,νd=57.4인 경우when nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 2 -2158.074 -32.224 (0.60, 19.85) -10.55 AAL nd=1.49171,νd=57.4인 경우i = 2 -2158.074 -32.224 (0.60, 19.85) -10.55 AAL nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 3 -63.157 -32.870 (34.76, 30.92) 15.81 AAL-M nd=1.49171,νd=57.4인 경우i = 3 -63.157 -32.870 (34.76, 30.92) 15.81 AAL-M nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 4 -2158.074 -32.224 (0.60, 19.85) -10.55 AAL-M nd=1.49171,νd=57.4인 경우i = 4 -2158.074 -32.224 (0.60, 19.85) -10.55 AAL-M nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 5 72.108 1049.744 (14.82, 29.02) 53.74 AAL nd=1.49171,νd=57.4인 경우i = 5 72.108 1049.744 (14.82, 29.02) 53.74 AAL nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 6 ∞ (14.98, 29.14) 53.74i = 6 ∞ (14.98, 29.14) 53.74

nd=1.51633,νd=64.1인 경우nd = 1.51633, νd = 64.1

i= 7 ∞ (17.19, 29.51) 18.74 M nd=1.51633,νd=64.1인 경우i = 7 ∞ (17.19, 29.51) 18.74 M nd = 1.51633, v d = 64.1

i= 8 ∞ (14.98, 29.14) 53.74 M nd=1.51633,νd=64.1인 경우i = 8 ∞ (14.98, 29.14) 53.74 M nd = 1.51633, νd = 64.1

i= 9 ∞ (20.31, 21.88) -66.27 nd=1.51633,νd=64.1인 경우i = 9 ∞ (20.31, 21.88) -66.27 nd = 1.51633, νd = 64.1

i= 10 -1.889 (22.03, 23.31) -66.27 AL nd=1.49171,νd=57.4인 경우i = 10 -1.889 (22.03, 23.31) -66.27 AL nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 11 1.426 (24.77, 22.10) -66.27 AL nd=1.49171,νd=57.4인 경우i = 11 1.426 (24.77, 22.10) -66.27 AL nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 12 ∞ (25.96, 21.91) -63.23 화상센서i = 12 ∞ (25.96, 21.91) -63.23 Image sensor

( 관 찰 계 )Observation

nd=1.51633,νd=64.1인 경우nd = 1.51633, νd = 64.1

i= 8 ∞ (17.40, 30.91) 53.74i = 8 ∞ (17.40, 30.91) 53.74

i= 9 ∞ (18.21, 31.50) 44.74 화상정보i = 9 ∞ (18.21, 31.50) 44.74 Image Information

(AAL, AL 데이터)(AAL, AL data)

AAL2, 4:AAL2, 4:

Ky= -13763.5, AR= -0.170E-4, BR= 0.406E-7, CR= -0.154E-9, DR= 0.223E-12Ky = -13763.5, AR = -0.170E-4, BR = 0.406E-7, CR = -0.154E-9, DR = 0.223E-12

Kx= -13.896, AP= -0.245, BP= 0.416E-1, CP= 0.870E-1, DP= -0.203E-1Kx = -13.896, AP = -0.245, BP = 0.416E-1, CP = 0.870E-1, DP = -0.203E-1

AAL3:AAL3:

Ky= 1.238, AR= -0.3170E-5, BR= 0.240E-8, CR= -0.179E-11, DR= 0.608E-15Ky = 1.238, AR = -0.3170E-5, BR = 0.240E-8, CR = -0.179E-11, DR = 0.608E-15

Kx= 0.279, AP= -0.249, BP= 0.327E-2, CP= 0.192E-1, DP= 0.181E-1Kx = 0.279, AP = -0.249, BP = 0.327E-2, CP = 0.192E-1, DP = 0.181E-1

AAL5:AAL5:

Ky= 6.825, AR= -0.114E-4, BR= 0.402E-6, CR= 0.113E-8, DR= -0.411E-10Ky = 6.825, AR = -0.114E-4, BR = 0.402E-6, CR = 0.113E-8, DR = -0.411E-10

Kx= -1.33E+6, AP= 0.273E+1, BP= 0.155E+1, CP= 0.160E+1, DP= -0.644Kx = -1.33E + 6, AP = 0.273E + 1, BP = 0.155E + 1, CP = 0.160E + 1, DP = -0.644

AL10 : K= -3.858, A= 0.851E-2, B= -0.101, C= 0.149, D= -0.755E-1AL10: K = -3.858, A = 0.851E-2, B = -0.101, C = 0.149, D = -0.755E-1

AL11 : K= -0.113, A= 0.195, B= -0.590, C= 0.471, D= -0.138AL11: K = -0.113, A = 0.195, B = -0.590, C = 0.471, D = -0.138

(1) α= -10.5 (5) |Rx1/Rt1|= 0.01 (8) 2fx/Rx2= -1.47 (11) E= 34.8(1) α = -10.5 (5) | Rx1 / Rt1 | = 0.01 (8) 2fx / Rx2 = -1.47 (11) E = 34.8

(2) |β|= 0.12 |Rx2/Ry2|= 0.52 (9) 2fy/Ry1= -0.02(2) | β | = 0.12 | Rx2 / Ry2 | = 0.52 (9) 2fy / Ry1 = -0.02

(3) |fy/fx|= 0.96 (7) 2fx/Rx1= -1.5 (10) 2fy/Ry2= -0.73(3) | fy / fx | = 0.96 (7) 2fx / Rx1 = -1.5 (10) 2fy / Ry2 = -0.73

[수치예 8]Numerical Example 8

(시각라인 검출장치)(Visual line detection device)

ry1rxi r y1 r xi

모선단면의 자오선단면의Of meridian cross section

곡률반경 곡률반경Radius of curvature radius of curvature

정점좌표 y, z 모선단면의 경사각Vertex coordinate y, z angle of inclination of busbar section

i= 1 ∞ (0, 0) 0° eyei = 1 ∞ (0, 0) 0 ° eye

nd=1.49171,νd=57.4인 경우when nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 2 -9423.260 -47.769 (0.20, 38) 1.50 AAL nd=1.49171,νd=57.4인 경우i = 2 -9423.260 -47.769 (0.20, 38) 1.50 AAL nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 3 -65.701 -36.469 (33.13, 29.99) 14.29 AAL-M nd=1.49171,νd=57.4인 경우i = 3 -65.701 -36.469 (33.13, 29.99) 14.29 AAL-M nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 4 -9433.260 -47.769 (0, 20.38) 1.50 AAL-M nd=1.49171,νd=57.4인 경우i = 4 -9433.260 -47.769 (0, 20.38) 1.50 AAL-M nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 5 7188.930 -49.971 (16.33, 26.54) 62.55 AAL nd=1.49171,νd=57.4인 경우i = 5 7188.930 -49.971 (16.33, 26.54) 62.55 AAL nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 6 ∞ (19.89, 27.27) 21.55 Mi = 6 ∞ (19.89, 27.27) 21.55 M

nd=1.49171,νd=57.4인 경우when nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 7 -1.889 (21.28, 20.34) -11.45 AL nd=1.49171,νd=57.4인 경우i = 7 -1.889 (21.28, 20.34) -11.45 AL nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 8 1.426 (21.88, 17.39) -11.45 ALi = 8 1.426 (21.88, 17.39) -11.45 AL

i= 9 ∞ -8.45 화상센서i = 9 ∞ -8.45 Image sensor

( 관 찰 계 )Observation

i= 7 ∞ (21.11, 29.03) 55.43 화상정보i = 7 ∞ (21.11, 29.03) 55.43 Image Information

(AAL, AL 데이터)(AAL, AL data)

AAL2, 4:AAL2, 4:

Ky= -361850, AR= -0.183E-4, BR= 0.381E-7, CR= -0.114E-9, DR= 0.153E-12Ky = -361850, AR = -0.183E-4, BR = 0.381E-7, CR = -0.114E-9, DR = 0.153E-12

Kx= -13.802, AP= -0.317, BP= -0.602E-1, CP= 0.272E-1, DP= -0.211E-1Kx = -13.802, AP = -0.317, BP = -0.602E-1, CP = 0.272E-1, DP = -0.211E-1

AAL3:AAL3:

Ky= 1.227, AR= -0.209E-5, BR= 0.308E-8, CR= -0.190E-11, DR= 0.505E-15Ky = 1.227, AR = -0.209E-5, BR = 0.308E-8, CR = -0.190E-11, DR = 0.505E-15

Kx= 0.172, AP= 0.472, BP= 0.553E-1, CP= -0.265E-1, DP= 0.751E-2Kx = 0.172, AP = 0.472, BP = 0.553E-1, CP = -0.265E-1, DP = 0.751E-2

AAL5:AAL5:

Ky= 987000, AR= -0.871E-5, BR= -0.264E-6, CR= 0.469E-13, DR= 0.137E-11Ky = 987000, AR = -0.871E-5, BR = -0.264E-6, CR = 0.469E-13, DR = 0.137E-11

Kx= -70.169, AP= 41.763, BP= -0.395, CP= 0.183E+2, DP= -0.988Kx = -70.169, AP = 41.763, BP = -0.395, CP = 0.183E + 2, DP = -0.988

AL7 : K= -3.858, A= 0.851E-2, B= -0.101, C= 0.149, D= -0.755E-1AL7: K = -3.858, A = 0.851E-2, B = -0.101, C = 0.149, D = -0.755E-1

AL8 : K= -0.113, A= 0.195, B= -0.590, C= 0.471, D= -0.138AL8: K = -0.113, A = 0.195, B = -0.590, C = 0.471, D = -0.138

(1) α= 1.5 (5) |Rx1/Rt1|= 0.005 (8) 2fx/Rx2= -1.22 (11) E= 33.1(1) α = 1.5 (5) | Rx1 / Rt1 | = 0.005 (8) 2fx / Rx2 = -1.22 (11) E = 33.1

(2) |β|= 0.10 |Rx2/Ry2|= 0.56 (9) 2fy/Ry1= -0.46(2) | β | = 0.10 | Rx2 / Ry2 | = 0.56 (9) 2fy / Ry1 = -0.46

(3) |fy/fx|= 1.00 (7) 2fx/Rx1= -0.93 (10) 2fy/Ry2= -0.61(3) | fy / fx | = 1.00 (7) 2fx / Rx1 = -0.93 (10) 2fy / Ry2 = -0.61

[수치예 9]Numerical Example 9

(시각라인 검출장치)(Visual line detection device)

ry1rxi r y1 r xi

모선단면의 자오선단면의Of meridian cross section

곡률반경 곡률반경Radius of curvature radius of curvature

정점좌표 y, z 모선단면의 경사각Vertex coordinate y, z angle of inclination of busbar section

i= 1 ∞ (0, 0) 0° eyei = 1 ∞ (0, 0) 0 ° eye

nd=1.49171,νd=57.4인 경우when nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 2 -9538.246 -47.590 (0, 21.30) 7.28 AAL nd=1.49171,νd=57.4인 경우i = 2 -9538.246 -47.590 (0, 21.30) 7.28 AAL nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 3 -65.6 -36.035 (32.96, 31.40) 14.67 AAL-M nd=1.49171,νd=57.4인 경우i = 3 -65.6 -36.035 (32.96, 31.40) 14.67 AAL-M nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 4 -9538.246 -47.590 (0, 21.30) 0.28 AAL-M nd=1.49171,νd=57.4인 경우i = 4 -9538.246 -47.590 (0, 21.30) 0.28 AAL-M nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 5 225.188 727.642 (16.47, 28.45) 65.28 AAL nd=1.49171,νd=57.4인 경우i = 5 225.188 727.642 (16.47, 28.45) 65.28 AAL nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 6 ∞ (16.92, 28.60) 67.28 nd=1.51633,νd=64.1인 경우i = 6 ∞ (16.92, 28.60) 67.28 nd = 1.51633, νd = 64.1

i= 7 ∞ (19.15, 28.51) 35.28 M nd=1.51633,νd=64.1인 경우i = 7 ∞ (19.15, 28.51) 35.28 M nd = 1.51633, νd = 64.1

i= 8 ∞ (16.92, 28.66) 67.28 M nd=1.51633,νd=64.1인 경우i = 8 ∞ (16.92, 28.66) 67.28 M nd = 1.51633, νd = 64.1

i= 9 ∞ (19.69, 29.82) 67.28 M nd=1.51633,νd=64.1인 경우i = 9 ∞ (19.69, 29.82) 67.28 M nd = 1.51633, νd = 64.1

i= 10 ∞ (23.55, 20.60) -167.72 nd=1.51633,νd=64.1인 경우i = 10 ∞ (23.55, 20.60) -167.72 nd = 1.51633, νd = 64.1

i= 11 1.889 (21.38, 20.05) -167.72 AL nd=1.49171,νd=57.4인 경우i = 11 1.889 (21.38, 20.05) -167.72 AL nd = 1.49171, νd = 57.4

i= 12 -1.426 (20.74, 17.12) -167.72 ALi = 12 -1.426 (20.74, 17.12) -167.72 AL

nd=1.51633,νd=64.1인 경우nd = 1.51633, νd = 64.1

i= 13 ∞ (20.19, 16.01) -164.69 화상센서i = 13 ∞ (20.19, 16.01) -164.69 Image sensor

(관 찰 계)(Observation)

i= 8 ∞ (19.69, 29.82) 67.28i = 8 ∞ (19.69, 29.82) 67.28

i= 9 ∞ (22.02, 29.17) 54.10 화상정보i = 9 ∞ (22.02, 29.17) 54.10 Image Information

(AAL, AL 데이터)(AAL, AL data)

AAL2, 4:AAL2, 4:

Ky= -387540, AR= -0.183E-4, BR= 0.378E-7, CR= -0.117E-9, DR= 0.158E-12Ky = -387540, AR = -0.183E-4, BR = 0.378E-7, CR = -0.117E-9, DR = 0.158E-12

Kx= -20.897, AP= -0.300, BP= -0.548E-1, CP= 0.326E-1, DP= -0.228E-1Kx = -20.897, AP = -0.300, BP = -0.548E-1, CP = 0.326E-1, DP = -0.228E-1

AAL3:AAL3:

Ky= 1.213, AR= -0.224E-5, BR= 0.305E-8, CR= -0.190E-11, DR= 0.500E-15Ky = 1.213, AR = -0.224E-5, BR = 0.305E-8, CR = -0.190E-11, DR = 0.500E-15

Kx= 0.165, AP= -0.464, BP= 0.630E-1, CP= -0.251E-1, DP= 0.380E-2Kx = 0.165, AP = -0.464, BP = 0.630E-1, CP = -0.251E-1, DP = 0.380E-2

AAL5:AAL5:

Ky= 559.028, AR= -0.675E-5, BR= 0.182E-6, CR= 0.212E-12, DR= -0.189E-10Ky = 559.028, AR = -0.675E-5, BR = 0.182E-6, CR = 0.212E-12, DR = -0.189E-10

Kx= -99429.4, AP= 0.486E+1, BP= -0.125E+1, CP= 0.111E+2, DP= -0.789Kx = -99429.4, AP = 0.486E + 1, BP = -0.125E + 1, CP = 0.111E + 2, DP = -0.789

AL11 : K= -3.858, A= 0.851E-2, B= -0.101, C= 0.149, D= -0.755E-1AL11: K = -3.858, A = 0.851E-2, B = -0.101, C = 0.149, D = -0.755E-1

AL12 : K= -0.113, A= 0.195, B= -0.590, C= 0.471, D= -0.138AL12: K = -0.113, A = 0.195, B = -0.590, C = 0.471, D = -0.138

(1) α= 0.28 (5) |Rx1/Rt1|= 0.005 (8) 2fx/Rx2= -1.26 (11) E= 33.0(1) α = 0.28 (5) | Rx1 / Rt1 | = 0.005 (8) 2fx / Rx2 = -1.26 (11) E = 33.0

(2) |β|= 0.11 |Rx2/Ry2|= 0.55 (9) 2fy/Ry1= -0.005(2) | β | = 0.11 | Rx2 / Ry2 | = 0.55 (9) 2fy / Ry1 = -0.005

(3) |fy/fx|= 1.00 (7) 2fx/Rx1= -0.95 (10) 2fy/Ry2= -0.69(3) | fy / fx | = 1.00 (7) 2fx / Rx1 = -0.95 (10) 2fy / Ry2 = -0.69

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 콤팩트화할 수 있고, 관찰자의 시각라인을 검출하기 위하여 관찰장치의 일부분에 설치된 시각라인검출장치와 표시수단에 의해 표시된 화상정보를 관찰하기 위하여 상기 관찰장치를 적당히 설계하여, 관찰장치내의 표시수단에 의해 표시된 화상정보의 관찰상태, 시각라인정보에 의거하여, 제어할 수 있는 시각라인검출장치를 구비한 헤드마운트 디스플레이와 같은 표시장치가 제공된다.As described above, according to the present invention, the observation apparatus is suitably compacted, and the observation apparatus is suitably used for observing the image information displayed by the visual line detection apparatus and the display means provided in a part of the observation apparatus for detecting the visual line of the observer. There is provided a display device such as a head mounted display having a visual line detection device that can be designed and controlled on the basis of the observation state of the image information displayed by the display means in the observation device and the visual line information.

다음에 전술한 시각라인검출기능을 활용하는 표시장치의 제어를 설명한다.Next, control of the display device utilizing the above-described visual line detection function will be described.

도 19A 및 도 19B는 본 발명의 광학장치에서의 관찰장치와 시각라인검출장치의 각 광학경로를 나타낸다.19A and 19B show respective optical paths of the observation apparatus and the visual line detection apparatus in the optical apparatus of the present invention.

표시수단(4)은 그것의 표시면위에 가시광선으로 문자나 패턴과 같은 화상을 표시하고, 플랫프리즘(10)은 두개의 부착프리즘으로 구성되고, 그것의 접합면은 시각라인검출을 위하여 가시광을 투과하고 적외광을 반사하는 다이크로익미러를 구비한다. 프리즘(10)은 측벽(13)을 가진다.The display means 4 displays an image, such as a character or a pattern, in visible light on its display surface, and the flat prism 10 is composed of two attachment prisms, and its bonding surface provides visible light for visual line detection. And a dichroic mirror for transmitting and reflecting infrared light. Prism 10 has sidewalls 13.

제 1광학부재(3A)는 평면(5), 곡선 또는 비구면(1), 및 정의 굴절력의 반투과 또는 전반사, 구면 또는 비구면(2a)을 구비한다.The first optical member 3A has a plane 5, a curved or aspherical surface 1, and a semi-transmissive or total reflection, spherical or aspherical surface 2a of positive refractive power.

본 실시예에서, 면(2a)은 해프미러로 이루어진다. 제 2광학부재(3B)는 투명하거나 불투명한, 평면 또는 곡면(6)과, 면(2a)과 같은 형상의 반투과 또는 전반사의 구면 또는 비구면으로 구성되는 오목면(2b)을 구비한다. 제 1광학부재(3A)의 면(2a)과 제 2광학부재(3B)의 면(2b)은 하나의 프리즘블록(3)을 구성하기 위하여 부착된다. 부착면(2)은 해프미러를 이룬다. 또한 시각라인검출을 위한 화상렌즈(8)와, CCD로 이루어지는 화상센서(9)와, 그리고 불가시(적외)광으로 상기 안구 E의 앞부분을 조명하여 관찰자의 안구 E의 시각라인을 검출하기 위한 광원(12)이 제공된다.In this embodiment, the face 2a is made of a half mirror. The second optical member 3B has a flat or curved surface 6 that is transparent or opaque, and a concave surface 2b composed of a semi-transparent or totally spherical or aspheric surface having the same shape as the surface 2a. The surface 2a of the first optical member 3A and the surface 2b of the second optical member 3B are attached to form one prism block 3. The attachment surface 2 forms a half mirror. In addition, an image lens 8 for visual line detection, an image sensor 9 made of a CCD, and an invisible (infrared) light are illuminated on the front of the eye E to detect the visual line of the eye E of the observer. The light source 12 is provided.

시각라인검출회로(14)는 안구 E의 시각라인정보를 검출한다. 판별수단(15)은 관찰자의 시각라인이 사실상 같은 방향으로 소정시간동안 고정되었는지 여부를 판별한다. 제어수단(16)은 화상정보원(S)으로부터 화상신호를 받고 판별수단(15)으로부터 시각라인정보에 의거하여 제어된 표시상태하에서 표시수단(4)의 표시면상에 상을 표시한다.The visual line detection circuit 14 detects visual line information of the eyeball E. FIG. The discriminating means 15 determines whether the observer's visual line has been fixed for a predetermined time in substantially the same direction. The control means 16 receives an image signal from the image information source S and displays an image on the display surface of the display means 4 under the display state controlled from the discriminating means 15 based on the visual line information.

프리즘(10)과 제 1광학부재(3A)는 화상관찰광학장치의 일부분을 구성하고 화상관찰광학장치와 제 2광학부재(3B)는 관찰광학장치의 일부를 구성한다.The prism 10 and the first optical member 3A constitute a part of the image observation optical device, and the image observation optical device and the second optical member 3B constitute a part of the observation optical device.

다음에서, 도 19A를 참조하여, 본 실시예의 관찰광학장치의 작용을 설명한다. 제어수단(16)은 화상정보원(S)으로부터의 신호에 의거하여 표시수단(4)의 표시면상에 화상을 표시한다. 표시수단(4)위에 표시된 상으로부터의 광빔(가시광선빔)은 프리즘(10)의 다이크로익미러(7)에 의해 투과된 다음 면(5)을 통하여 프리즘블록(3)속으로 도입되고, 면(1)에 의해 전반사되고, 다음에 해프미러면(2)에 의해 반사되고 집광되며, 그리고 관찰자의 눈동자(0)로 들어가도록 면(1)에서 나온다. 따라서, 디스플레이수단(4)위에 표시된 상의 허상(Y)은 관찰자의 앞에 형성되고, 관찰자에 의해 관찰될 수 있다.Next, referring to Fig. 19A, the operation of the observation optical device of this embodiment will be described. The control means 16 displays an image on the display surface of the display means 4 based on the signal from the image information source S. FIG. The light beam (visible light beam) from the image displayed on the display means 4 is introduced into the prism block 3 through the next surface 5 transmitted by the dichroic mirror 7 of the prism 10, It is totally reflected by face 1, then reflected and condensed by half mirror face 2, and exits face 1 to enter the observer's pupil 0. Thus, the virtual image Y of the image displayed on the display means 4 is formed in front of the viewer and can be observed by the viewer.

한편, 외부배경(G)로부터의 광빔은 프리즘블록(3)의 면(6)속으로 도입된 다음, 해프미러(2)에 의해 투과되고, 따라서 외부배경을 관찰할 수 있는 관찰자의 동공에 도달하도록 면(1)에서 나온다. 따라서 관찰자는 같은 시계내에서 디스플레이수단(4)위에 표시된 상의 허상(Y)과 포개진 외부배경을 관찰한다.On the other hand, the light beam from the outer background G is introduced into the surface 6 of the prism block 3 and then transmitted by the half mirror 2, thus reaching the pupil of the observer who can observe the outer background. To come out of face (1). The observer thus observes the virtual image Y and the superimposed outer background displayed on the display means 4 within the same field of view.

다음에 본 실시예의 시각라인검출광학장치의 작용을 설명한다. 도 17B에서, 관찰자의 안구 E의 앞부분에 의해 반사되고 흩어지고 광원(12)으로부터의 적외선에 의해 조명된 광은 프리즘블록(3)의 면(1)속으로 도입된 다음, 면(1)에 의해 전반사되고, 프리즘(10)으로 들어가도록 면(5)에서 나온다. 다음에, 이것은 다이크로익미러(7)에 의해 반사되고 프리즘(10)의 하부면에 의해 전반사되고 면(13)으로부터 나온다. 그다음 이것은 시각라인검출을 위하여 화상렌즈(8)에 의해 투과됨으로써 화상센서(9)위의 안구의 앞부분의 화상을 형성한다. 안구 E의 각막에 의해 반사된 광은 퍼어킨제의 화상(Purkinje's image)을 형성하고, 반면에 동공에 의해 흩어진광은 동공의 화상을 형성한다. 시각라인검출회로(14)는 퍼어킨제의 화상과 화상센서(9)로부터 얻어진 동공상에 의거하여 관찰자의 시각라인의 방향을 계산한다. 이 검출은 예를들면 본 출원인의 일본국 특개평 3-109029호 공보에 개시된 방법에 의해 달성될 수 있다.Next, the operation of the visual line detection optical device of this embodiment will be described. In FIG. 17B, the light reflected and scattered by the front part of the observer's eyeball E and illuminated by infrared light from the light source 12 is introduced into the face 1 of the prism block 3 and then to the face 1. Is totally reflected and exits the face 5 to enter the prism 10. Next, it is reflected by the dichroic mirror 7 and totally reflected by the lower surface of the prism 10 and emerges from the surface 13. This is then transmitted by the image lens 8 for visual line detection to form an image of the front part of the eyeball on the image sensor 9. The light reflected by the cornea of the eyeball E forms a Purkinje's image, while the light scattered by the pupil forms an image of the pupil. The visual line detection circuit 14 calculates the direction of the visual line of the observer based on the furkin's image and the pupil image obtained from the image sensor 9. This detection can be achieved, for example, by the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-109029 to the applicant.

광원(12),제 1광학부재(3A), 프리즘(10), 화상렌즈(8), 화상센서(9) 및 시각라인검출회로(14)는 시각라인검출수단의 일부분을 구성한다.The light source 12, the first optical member 3A, the prism 10, the image lens 8, the image sensor 9 and the visual line detection circuit 14 constitute a part of the visual line detection means.

도 20은 관찰자의 안구 E의 시각라인정보에 따른 본 발명의 제어수단(16)에 의해 외부화상과 겹쳐질 표시된 화상의 허상의 치수와 위치를 임의로 그리고 선택적으로 변화시키기 위한 본 발명의 제어순서를 나타내는 흐름도이다. 도 21은 표시면적, 즉 디스플레이수단(4)위의 화상표시에서 선택할 수 있는 디스플레이의 치수와 위치를 나타내는 계략도이다. 본 실시예에서 4개의 표시면적(1)∼(5)을 선택할 수 있는데, 여기에서 (1)∼(4)는 각각 직사각형면적에 대응하고, 각각은 표시면의 1/4과 같고, 반면에 (5)는 완전한 표시면에 대응한다.20 is a control sequence of the present invention for arbitrarily and selectively changing the size and position of the virtual image of the displayed image to be superimposed with the external image by the control means 16 of the present invention according to the visual line information of the observer's eyeball E. FIG. It is a flowchart showing. Fig. 21 is a schematic diagram showing the display area, i.e. the dimensions and positions of the display selectable in the image display on the display means 4; In the present embodiment, four display areas (1) to (5) can be selected, where (1) to (4) correspond to rectangular areas, respectively, each equal to one quarter of the display surface, while (5) corresponds to the complete display surface.

다음에서, 흐름도의 스텝들을 설명한다. 오른쪽에 있는 도면들은 각 스텝에서 관찰자에게 제공된 화상들을 나타낸다.In the following, the steps of the flowchart are described. The figures on the right show the images provided to the viewer at each step.

본 실시예에서, 관찰자의 시각라인의 방향은 일정하게 검출된다.In this embodiment, the direction of the observer's visual line is constantly detected.

스텝(21): 본 발명의 기능을 작동시키기 위하여 스위치를 켠다. 이를 위하여, 스위치마크가 보통 화상관찰동안 표시면내의 소정위치에서 표시되고, 관찰자가 소정시간동안 스위치마크의 허상을 보면, 시각라인검출수단과 판별수단(15)은 그러한 보는 상태를 검출하고 다음순서로 표시된 화상의 스위칭동작을 시작한다:Step 21: The switch is turned on to activate the function of the present invention. To this end, the switch mark is usually displayed at a predetermined position in the display surface during the image observation, and when the observer sees the virtual image of the switch mark for a predetermined time, the visual line detecting means and the discriminating means 15 detect such a viewing state and proceed to the next step. Starts the switching operation of the picture indicated by:

(1) 시각라인검출수단은 관찰자가 본 방향을 검출한다. 시각라인의 위치가 스위치마크나 그 부근과 일치하면, 판별수단(15)은 메모리속에 제 1시각라인정보로서 시각라인의 방향을 저장하고, 순서는 (2)로 나아간다.(1) The visual line detecting means detects the direction viewed by the observer. If the position of the visual line coincides with the switch mark or its vicinity, the discriminating means 15 stores the direction of the visual line as first visual line information in the memory, and the procedure goes to (2).

검출방향이 스위치마크와 일치하지 않으면, 판별수단은 관찰자가 표시된 상을 스위치하는 것을 원하지 않는다는 것을 확인하고, 순서는 (2)로 나아가지 않는다.If the detection direction does not coincide with the switch mark, the discriminating means confirms that the observer does not want to switch the displayed phase, and the procedure does not proceed to (2).

(2) 소정시간의 경과후에, 판별수단(15)은 시각라인검출수단에 의해 관찰자에 의해 관찰된 방향을 검출한다. 검출된 방향이 스위치마크와 일치하면, 판별수단(15)은 관찰자가 소정시간동안 스위치마크를 보았다고 판정하고, 스위치를 켜기 위하여 제어수단(16)에 신호를 보낸다. 그 다음 순서는 스텝 22로 나아간다.(2) After the elapse of the predetermined time, the discriminating means 15 detects the direction observed by the observer by the visual line detecting means. If the detected direction coincides with the switch mark, the discriminating means 15 determines that the observer has seen the switch mark for a predetermined time, and sends a signal to the control means 16 to turn on the switch. The procedure then proceeds to step 22.

한편, 검출방향이 스위치마크와 일치하지 않으면, 순서는 (1)로 복귀한다.On the other hand, if the detection direction does not coincide with the switch mark, the procedure returns to (1).

전술한 스텝들을 반복함으로써, 표시된 화상을 위한 스위칭동작은 관찰자가 소정시간동안 스위치마크를 볼 때 확실히 시작된다.By repeating the above steps, the switching operation for the displayed image is surely started when the viewer sees the switch mark for a predetermined time.

스텝(22): 스위치가 켜질 때, 제어수단(16)은 예를들면 디스플레이수단(4)의 표시면위에 제 22도에 나타낸 5개의 점을 표시한다. 따라서, 관찰자는 제 20도에서 화상(22a)을 본다.Step 22: When the switch is turned on, the control means 16 displays the five points shown in FIG. 22 on the display surface of the display means 4, for example. Thus, the observer sees the image 22a in FIG.

스텝(23): 표시면적을 결정하라.Step 23: Determine the display area.

관찰자는 소정시간동안 소망의 표시면적을 나타내는 점을 보고, 시각라인검출수단과 판별수단(15)은 다음순서에서 화상(22a)이내의 소정시간동안 관찰자가 본 점을 확인한다:The observer sees the point representing the desired display area for a predetermined time, and the visual line detecting means and the discriminating means 15 confirm the point of view for the predetermined time within the image 22a in the following procedure:

(1) 시각라인검출수단은 관찰자가 본 방향을 검출하고, 판별수단(15)은 검출된 방향이 다섯개의 점의 어느 것과 일치하는지 여부를 확인한다. 검출된 방향이 점의 어느 것과 일치하면, 검출방향이나 위치는 제 1시각라인정보로서 메모리에 저장된다.(1) The visual line detecting means detects the direction viewed by the observer, and the discriminating means 15 checks whether the detected direction coincides with any of the five points. If the detected direction coincides with any of the points, the detection direction or position is stored in the memory as the first time line information.

검출된 방향이 점의 어느 것과 일치하지 않으면, 시각라인의 검출은 시각라인이 점의 어느 것에 검출될 때까지 계속된다.If the detected direction does not match any of the points, detection of the visual line continues until the visual line is detected at any of the points.

(2) 소정시간의 경과후에, 판별수단(15)은 시각라인검출수단에 의하여 관찰자가 본 방향을 검출하고 제 2시각라인정보를 얻는다.(2) After the elapse of the predetermined time, the discriminating means 15 detects the direction viewed by the observer by the visual line detecting means and obtains the second visual line information.

(3) 판별수단(15)은 시각라인의 검출된 방향을 메모리속에 저장된 점에 대응하는 것과 비교한다.(3) The discriminating means 15 compares the detected direction of the visual line with the one corresponding to the point stored in the memory.

두개의 방향이 서로 일치하면, 판별수단은 검출된 방향에 대응하는 점이 화상표시를 위하여 관찰자에 의해 요구된 점이라고 판정하고, 제어수단(16)에 대응정보를 보내고, 순서는 스텝(24)로 나아간다.If the two directions coincide with each other, the discriminating means determines that the point corresponding to the detected direction is the point required by the observer for image display, sends corresponding information to the control means 16, and the procedure goes to step 24. Going forward

두개의 방향이 서로 일치하지 않으면, 순서는 (1)로 복귀한다.If the two directions do not coincide with each other, the sequence returns to (1).

관찰자가 본 점은 전술한 스텝을 반복하여 결정된다.The point of view of the observer is determined by repeating the above-described steps.

이러한 방법으로, 관찰자가 소정시간동안 점을 볼 때, 표시면적은 유일하게 상기 점에 대응하여 결정된다.In this way, when an observer looks at a point for a predetermined time, the display area is uniquely determined corresponding to the point.

스텝(24): 제어수단(16)은 상의 표시크기와 위치를 변화시키고 화상정보에 적당한 화상처리를 가하여 스텝(23)에서 결정된 표시면적내의 상을 표시한다. 예를 들면, 제 21도에 나타낸 점(5)이 선택되면, 화상은 표시면의 풀사이즈로 표시된다. 점(4)이 선택되면, 화상사이즈는 표시면의 1/4로 변경되고, (24a)로 나타낸 바와 같이 그것의 하부우측부에서 표시된다. 그러나 스위치마크는 별도로 다시 표시된다. 따라서 표시된 상의 스위칭은 완료된다.Step 24: The control means 16 changes the display size and position of the image and applies appropriate image processing to the image information to display the image in the display area determined in step 23. For example, when the point 5 shown in FIG. 21 is selected, the image is displayed at the full size of the display surface. When the point 4 is selected, the image size is changed to 1/4 of the display surface and displayed at its lower right side as indicated by 24a. However, the switch mark is displayed again separately. Thus the switching of the displayed phase is complete.

전술한 바와 같이, 본 실시예에서 겹칠 표시된 상의 허상의 사이즈와 위치는 화상관찰동안 그리고 외상의 상태에 따라서 어떤 수동동작없이 시계내의 특정위치에 단지 관찰자의 시각라인을 향하게 하여 변경될 수 있으므로, 극도로 만족스런 사용가능성을 얻는다. 그밖에, 본 실시예에서, 표시된 화상을 관찰하기 위한 화상관찰광학장치와 시각라인검출을 위한 시각라인검출광학장치의 부분적인 공통사용에 의하여 전체장치를 콤팩트화 할 수 있다.As described above, in this embodiment, the size and position of the virtual image of the displayed image to be superimposed may be changed only during the observation of the image and depending on the state of the trauma, only to a viewer's visual line at a specific position in the field of view without any manual operation. Satisfactory availability. In addition, in the present embodiment, the entire apparatus can be made compact by partial common use of an image observation optical device for observing a displayed image and a visual line detection optical device for visual line detection.

전술한 실시예에서, 4개의 방법으로 표시면적을 선택할 수 있으나, 관찰자에게 유효한 선택의 자유를 더욱 증가시키는 것이 또한 가능하다. 또한 스위치켬 동작을 수동으로 실행할 수 있다.In the above embodiment, the display area can be selected in four ways, but it is also possible to further increase the freedom of selection effective for the observer. You can also manually perform a switch-on operation.

도 23A 및 도 23B는 본 발명의 다른 하나의 광학장치에서의 관찰광학장치와 시각라인검출광학장치속의 광학경로를 각각 나타내는 개략도로, 여기에서 제 19A 및 19B도에서의 그것들과 같은 부품들은 같은 번호로 나타낸다.23A and 23B are schematic diagrams showing optical paths in an observation optical device and a visual line detection optical device, respectively, in another optical device of the present invention, wherein components like those in FIGS. 19A and 19B are the same number; Represented by

본 실시예는 전도액정장치(차폐부재)(11)가 외부로부터 프리즘블록(3)으로 들어가는 광빔이나 그것의 일부를 차단하기 위하여 제 2광학부재의 면(6)외부에 설치되는 점에서 도 19A 및 도 19B에 나타낸 것과 다르다. 안으로 들어오는 광의 이러한 차단은 표시된 화상의 허상(Y)과 외상의 겹침을 제거하여, 후자의 깨끗한 관찰을 할 수 있다.In this embodiment, Fig. 19A in that the conductive liquid crystal device (shielding member) 11 is installed outside the surface 6 of the second optical member to block the light beam or a part thereof entering the prism block 3 from the outside. And those shown in Fig. 19B. This blocking of the incoming light eliminates the overlap of the virtual image (Y) and the trauma of the displayed image, allowing a clear observation of the latter.

프리즘(10), 제 1광학부재(3A)등은 화상관찰광학장치의 일부분을 구성하고, 반면에 화상관찰광학장치, 제 2광학부재(3B) 및 액정장치(11)는 관찰광학장치의 일부분을 구성한다. 또한, 광원(12), 제 1광학부재(3A), 프리즘(10), 화상렌즈(8), 화상센서(9) 및 시각라인검출회로(14)는 시각라인검출수단의 일부분을 구성한다.The prism 10, the first optical member 3A, etc. constitute a part of the image observation optical device, while the image observation optical device, the second optical member 3B and the liquid crystal device 11 are part of the observation optical device. Configure Further, the light source 12, the first optical member 3A, the prism 10, the image lens 8, the image sensor 9, and the visual line detection circuit 14 constitute a part of the visual line detection means.

본 실시예에서의 화상관찰광학장치에 의해 표시된 화상관찰의 기능과 시각라인검출광학장치의 기능은 도 19A 및 도 19B에 나타낸 전술한 실시예에서의 기능과 같다.The functions of the image observation and the visual line detection optical apparatus displayed by the image observation optical apparatus in this embodiment are the same as those in the above-described embodiment shown in Figs. 19A and 19B.

다음에서 도 24에서 나타낸 흐름도를 참조하여 본 실시예의 제어순서를 설명한다. 흐름도의 오른쪽의 도면은 각 스텝에서의 관찰자에게 제공된 화상들을 개략적으로 예시한다.The following describes the control procedure of this embodiment with reference to the flowchart shown in FIG. The figure on the right side of the flowchart schematically illustrates the images provided to the observer at each step.

본 실시예에서, 관찰자의 시각라인방향은 일정하게 검출된다.In this embodiment, the visual line direction of the observer is constantly detected.

스텝(61): 본 발명의 기능을 동작시키기 위하여 스위치를 켜라. 전술한 실시예에서와 같이, 소정시간동안 관찰자가 외부화상으로 겹쳐진 표시 화상의 일부분의 스폿으로서 표시된 스위치마크의 허상을 볼 때, 시각라인검출수단과 판별수단(15)은 이러한 보는 상태를 검출하고 표시화상의 스위치동작을 개시한다.Step 61: Switch on to operate the function of the present invention. As in the above-described embodiment, when the observer sees the virtual image of the switch mark displayed as a spot of a portion of the display image superimposed on the external image for a predetermined time, the visual line detecting means and the discriminating means 15 detect this viewing state. The switch operation of the display image is started.

스텝(62): 표시화상의 표시사이즈정보를 넣어라. 제어수단(16)은 예를들면 관찰자에 의한 관찰을 위하여 표시화상(62a)의 허상을 표시한다. 상기 화상은 예를들면 풀사이즈 직사각형 표시프레임(S1), 수직 및 수평방향의 사이즈에서 1/2인 직사각형프레임(S2), 그리고 사이즈에서 1/4인 직사각형 프레임(S3)을 포함한다. 각각의 표시프레임은 모서리에서 보는 마크를 가진다(예시한 예에서 상부우측모서리). 관찰자가 소정시간동안 소망의 프레임에 속하는 주시마크를 볼 때, 시각라인검출수단과 판별수단(15)은 이러한 주시상태를 검출하고 관찰자가 대응하는 디스플레이사이즈를 선택했다는 것을 판정하고, 여기에서 디스플레이사이즈가 결정되고 대응정보가 제어수단(16)에 공급된다(이 동작을 위한 순서는 전술한 실시예의 스텝(23)에서 이미 설명한 것과 같다). 제한된 수의 디스플레이프레임으로부터의 그러한 선택순서는 디스플레이사이즈의 미세한 조정이 불가능하더라도 디스플레이사이즈의 급격한 설정을 할 수 있다. 일례로서, 프레임(S2)을 선택하는 경우를 고려해보자.Step 62: Insert the display size information of the display image. The control means 16 displays the virtual image of the display image 62a, for example for observation by the observer. The image includes, for example, a full-size rectangular display frame S1, a rectangular frame S2 1/2 of the size in the vertical and horizontal directions, and a rectangular frame S3 1/4 of the size. Each display frame has a mark that looks at the corner (the upper right corner in the example). When the observer sees the gaze marks belonging to the desired frame for a predetermined time, the visual line detecting means and the discriminating means 15 detect this gaze state and determine that the observer has selected the corresponding display size, where the display size Is determined and the corresponding information is supplied to the control means 16 (the procedure for this operation is the same as already described in step 23 of the above-described embodiment). Such order of selection from a limited number of display frames may result in a drastic setting of the display size even if fine adjustment of the display size is not possible. As an example, consider the case of selecting the frame S2.

스텝(63): 표시화상의 표시위치정보를 넣어라. 제어수단(16)은 예를들면 풀사이즈표시면이 외부화상과의 포갬으로 적당한 수의 격자패턴면적으로 분할되는 표시화상(63a)의 허상을 표시한다. 그다음 소정시간동안 관찰자는 이들 면적에서 소망의 화상표시위치(예를들면 'X'로 표시한)를 본다. 이에 응답하여, 시각라인검출수단과 판별수단(15)은 다음순서로 표시위치를 결정한다:Step 63: Insert the display position information of the display image. The control means 16 displays, for example, the virtual image of the display image 63a in which the full-size display surface is divided into an appropriate number of grid pattern areas by foaming with an external image. For a given time, the observer then looks at the desired image display position (e.g., indicated by 'X') in these areas. In response, the visual line detecting means and the discriminating means 15 determine the display position in the following order:

(1) 시각라인검출수단은 격자패턴에서 관찰자가 본 위치를 검출하고, 판별수단(15)은 제 1시각라인정보로서 메모리속에 검출면적수를 저장한다.(1) The visual line detecting means detects the position seen by the observer in the grid pattern, and the discriminating means 15 stores the number of detection areas in the memory as the first visual line information.

(2) 소정시간의 경과후, 판별수단(15)은 격자패턴에서 관찰자가 본 위치를 시각라인검출수단에 의해 검출하고, 검출된 면적수는 제 2시각라인정보로서 취해진다.(2) After the elapse of the predetermined time, the discriminating means 15 detects the position viewed by the observer in the grid pattern by the visual line detecting means, and the detected area number is taken as the second visual line information.

(3) 판별수단(15)은 이렇게 검출한 면적수를 메모리속에 저장된 것과 비교한다. 두개의 면적수가 상호 일치하면, 판별수단(15)은 이 면적을 관찰자에 의해 요구된 화상표시면적으로서 판정하고, 대응하는 정보를 제어수단(16)에 보낸다. 그다음 순서는 스텝(64)으로 진행한다.(3) The discriminating means 15 compares the detected area number with that stored in the memory. If the two area numbers coincide with each other, the discriminating means 15 determines this area as the image display area requested by the observer, and sends corresponding information to the control means 16. The procedure then proceeds to step 64.

만약 두개의 면적수가 서로서로 일치하지 않으면, 기억된 면적수는 새로이 검출된 면적수에 의해서 대체되고, 순서는 (2)로 복귀한다.If the two area numbers do not coincide with each other, the stored area numbers are replaced by the newly detected area numbers, and the procedure returns to (2).

관찰자에 의해 요구된 표시위치는 전술한 스텝들을 반복함으로써 결정된다. 이러한 순서는 관찰자가 위치정보의 입력상태동안 소정시간동안 소망면적의 근접을 보는한 관찰자의 시각라인이 다소 시프트되는 경우조차 위치정보의 확실한 기입을 할 수 있고 잘못된 입력을 피한다.The display position required by the viewer is determined by repeating the above steps. This order makes it possible to reliably write the positional information and avoid wrong input even if the observer's visual line is shifted somewhat as long as the observer sees the desired area for a predetermined time during the positional input of the positional information.

스텝(64): 제어수단(16)은 지정된 사이즈의 상기 관찰자에 의해 지정된 표시위치 둘레에 표시될 수 있는지 여부를 판별한다.Step 64: The control means 16 determines whether it can be displayed around the designated display position by the observer of the designated size.

이러한 표시가 가능하면, 표시면적은 따라서 결정되고 순서는 스텝(65)으로 진행한다.If such display is possible, the display area is determined accordingly and the procedure proceeds to step 65.

한편, 지정위치 둘레의 표시화상(P1)이 (64a)로 나타낸 바와 같이 표시면을 넘쳐 흐르게 하면, 순서는 스텝(66)으로 진행한다.On the other hand, if the display image P1 around the designated position overflows the display surface as indicated by 64a, the procedure proceeds to step 66.

스텝(66): 표시위치의 최소시프트로 화상(P1)의 지정사이즈를 유지하는 것을 허용하는 표시면적(P2)을 결정하기 위하여 표시화상(P1)의 표시위치를 시프트하기 위한 계산을 실행하라.Step 66: Perform a calculation for shifting the display position of the display image P1 to determine the display area P2 that allows to maintain the specified size of the image P1 at the minimum shift of the display position.

스텝(65): 제어수단(16)을 (65a)로 나타낸 바와 같이 화상겹침부에서 영으로 하기 위하여 액정장치(11)의 투과율을 시프트(변경)함으로써, 상기 부분에서의 외부화상을 차폐하고 이렇게 결정된 표시화상의 허상으로 외부화상의 간섭을 피한다.Step 65: By shifting (changing) the transmittance of the liquid crystal device 11 to zero the control means 16 at the image overlapping portion as indicated by 65a, the external image in the portion is shielded and thus Avoid interference of external images with the determined image of the displayed image.

스텝(67): 제어수단(16)은 화상정보에 적당한 화상처리를 가하여 화상표시의 사이즈와 위치를 변화시켜서 스텝(64)과 (66)에서 결정된 표시면적에 화상을 표시한다. 스위치마크는 겹침면적으로부터 분리되게 표시된다.Step 67: The control means 16 applies appropriate image processing to the image information to change the size and position of the image display to display the image on the display areas determined in steps 64 and 66. FIG. The switch mark is displayed separately from the overlap area.

표시화상의 스위칭은 이렇게 완성된다.The switching of the display image is thus completed.

본 실시예에서, 전술한 바와 같이, 겹쳐질 표시화상의 허상의 사이즈와 위치는 화상관찰동안 그리고 외부화상의 상태에 따라서 단지 관찰자의 시각라인을 시계내의 특정위치에 향하게 함으로써 변경될수 있고, 겹쳐진 부분에서의 외부화상은 차폐부재에 의해 적당히 차폐된다. 따라서, 표시화상을 변경시키기 위하여 어떤 수동작동을 요구하지 않고 표시화상의 허상(Y)의 명확한 관찰을 허용하는 극도로 만족스런 사용가능성에 의해 특징지워진 관찰광학장치가 얻어진다.In the present embodiment, as described above, the size and position of the virtual image of the overlapping display image can be changed only by directing the viewer's visual line to a specific position in the field of view during the image observation and according to the state of the external image, and the overlapping portion The external image at is properly shielded by a shielding member. Thus, an observation optical device characterized by extremely satisfactory usability which allows clear observation of the virtual image Y of the display image without requiring any manual operation to change the display image is obtained.

표시사이즈는 또한 예를들면 일단부가 풀사이즈 화상프레임에 대응하고 타단부가 1/4사이즈 화상프레임에 대응하는 선형패턴을 표시함으로써, 그리고 선형패턴상의 관찰자에 의해 보여진 위치에 의거하여 아날로그방식으로 관찰자에 의해 요구된 표시사이즈를 판정함으로써 들어가게 될 수 있다. 이러한 방식에서, 관찰자는 상당히 정밀한 방식으로 최대표시사이즈에 대한 표시사이즈의 비율을 넣을 수 있다.The display size may also be displayed in an analog manner, for example, by displaying a linear pattern at one end corresponding to a full size image frame and at the other end corresponding to a 1/4 size image frame, and based on the position shown by the observer on the linear pattern. It can be entered by determining the display size required by. In this way, the observer can put the ratio of the display size to the maximum display size in a fairly precise manner.

본 실시예에서, 격자패턴은 표시위치의 기입으로 표시되나, 그러한 격자패턴표시는 면제될 수 있다.In this embodiment, the grid pattern is displayed by writing of the display position, but such grid pattern display may be exempted.

전술한 구성에 의하여, 본 발명은 관찰자의 시각라인을 활용하여 관찰자의 소망이나 외부상태에 따라서, 시계내의 특정위치에 허상의 관찰이나 또는 외상으로 공간적으로 겹쳐진 그러한 허상의 관찰동안 표시면위에 표시된 상의 관찰을 위하여 허상의 표시사이즈와 위치를 임의로 변경시킬 수 있는 뛰어난 사용가능성의 관찰광학장치를 제공한다.According to the above-described configuration, the present invention utilizes the visual line of the observer, according to the observer's desire or external condition, the image displayed on the display surface during the observation of the virtual image at a specific position in the field of view or the observation of such virtual image spatially superimposed on the trauma. Provided is an observation optical device with excellent usability that can arbitrarily change the display size and position of the virtual image for observation.

게다가 표시상의 허상이 겹쳐지는 외상의 일부분을 차폐할 수 있으므로 이러한 허상의 극도로 깨끗한 관찰을 할 수 있는 관찰광학장치가 제공된다.In addition, since a part of the trauma in which the virtual image on the display overlaps can be shielded, an observation optical device capable of extremely clean observation of the virtual image is provided.

Claims (13)

원화상을 형성하는 표시수단과;Display means for forming an original image; 원화상의 광을 투과시키는 제 1면과, 상기 제 1면을 통해 투과된 광을 전반사시키는 곡면인 제 2면과, 상기 제 2면에 의해 전반사된 광을 반사시키는 제 3면을 가지고, 상기 제 1면, 제 2면 및 제 3면은 프리즘내의 면으로서 형성된 관찰광학계를 구비한 관찰장치로서, 상기 제 3면에 의해 반사된 광은 안구로 안내되도록 상기 제 2면을 투과하는 것을 특징으로 하는 관찰장치.A first surface that transmits light of an original image, a second surface that is a curved surface that totally reflects light transmitted through the first surface, and a third surface that reflects light totally reflected by the second surface, The first, second and third surfaces are observation devices having an observation optical system formed as a surface in a prism, wherein the light reflected by the third surface passes through the second surface to be guided to the eye. Observation device. 제 2항에 있어서, 상기 제 2면은 자오선섹션에서 부의 광학적 파워를 가지는 것을 특징으로 하는 관찰장치.3. An observation apparatus according to claim 2, wherein said second surface has negative optical power in the meridian section. 제 1항에 있어서, 상기 제 3면은 오목거울면이고, 상기 제 2면은 자오선섹션에서 부의 광학적파워를 가지는 것을 특징으로 하는 관찰장치.The observation device according to claim 1, wherein the third surface is a concave mirror surface, and the second surface has negative optical power in the meridian section. 제 1항에 있어서, 상기 관찰광학계의 전체 계의 각 방향에서 근축초점거리는 거의 일정한 것을 특징으로 하는 관찰장치.An observation apparatus according to claim 1, wherein the paraxial focal length is substantially constant in each direction of the entire system of the observation optical system. 제 1항에 있어서, 상기 제 1면은, 방위각에 따라 가변하는 광학파워를 가지는 곡면인 것을 특징으로 하는 관찰장치.The observation device according to claim 1, wherein the first surface is a curved surface having optical power that varies according to an azimuth angle. 제 1항에 있어서, 상기 제 3면은, 방위각에 따라 가변하는 광학파워를 가지는 곡면인 것을 특징으로 하는 관찰장치.The observation device according to claim 1, wherein the third surface is a curved surface having optical power that varies according to an azimuth angle. 제 1항에 있어서, 상기 제 1면은, 방위각에 따라 가변하는 광학적파워를 가지는 곡면이고, 상기 제 3면은 방위각에 따라 가변하는 광학적 파워를 가지는 곡면인 것을 특징으로 하는 관찰장치.The observation apparatus according to claim 1, wherein the first surface is a curved surface having optical power that varies with the azimuth angle, and the third surface is a curved surface having optical power that varies with the azimuth angle. 제 1항에 있어서, 상기 제 2면은 방위각에 따라 가변하는 광학적 파워를 가지는 곡면인 것을 특징으로 하는 관찰장치.The observation device according to claim 1, wherein the second surface is a curved surface having an optical power that varies according to an azimuth angle. 제 1항에 있어서, 상기 제 2면은 안구의 바로 앞에 위치 결정되어 있는 것을 특징으로 하는 관찰장치.The observation device according to claim 1, wherein the second surface is positioned immediately before the eyeball. 제 1항에 있어서, 조건 |α|≤20°를 만족하고, 여기서 α는 상기 제 2면의 정점에 대한 법선과 안구의 광축에 대해 수직인 선사이의 각도인 것을 특징으로 하는 관찰장치.An observation apparatus according to claim 1, wherein the condition | α | ≤20 ° is satisfied, wherein α is the angle of the Zenyi perpendicular to the normal to the apex of the second face and to the optical axis of the eye. 제 1항에 있어서, 상기 관찰광학계는 10mm 내지 15mm의 범위내의 두께를 가지는 안경형인 것을 특징으로 하는 관찰장치.The observation apparatus according to claim 1, wherein the observation optical system is spectacle type having a thickness in the range of 10 mm to 15 mm. 제 1항에 있어서, 상기 제 3면은 외부배경의 광의 입사면인 것을 특징으로 하는 관찰장치.The observation device according to claim 1, wherein the third surface is an incident surface of light of an outer background. 제 1항에 있어서, 외부 밝기는, 자연조명과 백라이트조명이 선택적으로 사용되도록, 원화상을 조명하기 위해 검출되는 것을 특징으로 하는 관찰장치.The observation apparatus according to claim 1, wherein the external brightness is detected to illuminate the original image such that natural light and backlight light are selectively used.
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