JPH0413111A - 映像重畳装置のフィルタ - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、映像情報を重畳させて表示する際の濃度差を
設ける映像１ｍ！装置のフィルタに関する。

近年、映像重畳装置は、ヘッドアップデイスプレィ、顕
微鏡等に実用化されている。このような映像重畳装置は
、視野内の景色、映像等に別の映像情報を重畳表示する
もので、大きな動作を伴うことなく、より多くの情報を
同時に認識することができる。従って、より多くの情報
を正確に認識するために、表示される映像のコントラス
トが良好であることが要求されている。このため、表示
映像の明るさを低下させずに、その背景のみに濃度差を
設ける必要がある。

〔従来の技術〕

第７図に、従来の映像重畳装置を適用した顕微鏡の構成
図を示す。第７図における顕微Ｒ５０は、観測物体５１
の実像を対物レンズ５２．結像レンズ５３を介して位［
５６に形成し、観察者５５は、接眼レンズ５４を透して
、その正立虚像を認識する。一方、対物レンズ５２と結
像レンズ５３との間には、反射率と透過率が適宜設定さ
れた板（以下、「イメージコンバイナＪと称す。）５７
が設けられ１例えばハーフミラ−のようなイメージコン
バイナ５７に表示管５８の情報映像がコリメータレンズ
５９を介して入射する。すなわち、イメージコンバイナ
５７は、比率により観測物体５１の映像を透過し、表示
管５８の情報映像を反射させて、二つの映像を重畳させ
るものである。

一般に、顕微鏡は、物体の微細構造の観察、精密作業等
を行う際に利用され、単眼式のものと立体視可能な実体
顕微鏡を含む双眼式のものがある。

このような顕微鏡に上記のような映像重畳を適用させる
ことは、当該顕微鏡の視野内に作業条件や映像情報等を
重ねて表示できることがら、該顕微鏡の機能が拡大し、
顕微鏡内の視野内から眼を離して外部の表示等を参照す
るという手間を省くことができると共に、眼の疲労を低
減することもできる。

ここで、第７図におけるイメージコンバイナ５７の位置
は、顕微鏡光学系における平行光部分に配設される。こ
れは、平板又はキューブ状のイメージコンバイナ５７を
挿入することによって、発生する多重反射光がゴースト
の原因とならないからであり、また、既存の顕微鏡に容
易に配置できるからでもある。例えば、写真撮影用のビ
ームスプリッタが平行光部分に配置されており、これを
置換することにより容易に映像を重畳することができる
。

一般に視野内の表示を見やすくするためには、表示と観
察像とが高いコントラストを成すようにする必要がある
。しかし、観察像の明るさ、色、パターンによって表示
が極めて見にく（なる場合が存在する。表示器の輝度を
上げることによりコントラストを高めることはできるが
、表示が明る過ぎることにより、眩しくなったり観察像
が見にくくなってしまう場合も存在する。そこで１表示
する部分の背景のみを周囲より暗くすることができれば
、全体の明るさを一定に保ちつつ、表示のコントラスト
を上げることが可能となる。表示する位置については、
観察対象、作業内容によって興なるが、−船釣には視野
の中央部以外の周辺部分である。

そこで、表示部分の背景を暗くする方法として、濃度分
布を有するフィルタを用いるものがあり、第８図にその
概念図を示す。第８図（Ａ＞はフィルタ　６０を示して
おり、フィルタ６０は透明平板６１の所定区画部分に暗
部領域６２を設けたものである。このフィルタ６０が、
第７図の顕微鏡５０の実像位置５６に配置される。そし
て、第８図（Ｂ）は、この場合の顕微鏡視野を示してお
り、フィルタ６０の濃度分布に対応して領域６３゜６４
に濃度差が形成される。これにより、ＩＩ！される表示
部分（映像情報部分）の背景のみを周囲より暗くするも
のである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記フィルタ６０は、顕微鏡光学系の実像位置
に配置され、しがも実像位置は接眼レンズ５４の近傍に
位置する。従って、重畳される表示映像自体も、該フィ
ルタ６ｏにより明るさが低下し、効率が悪化するという
問題がある。

そこで、本発明は上記課題に鑑みなされたもので、表示
映像の明るさを低下させずに、観察像とのコントラドを
＾めて効率を向上させる映像重畳装置のフィルタを提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、視野像の光束を平行光に変換し、該平行光
の視野像に表示映像を重畳させ、視野内の重畳された映
像に濃度差を設ける映像重畳装置のフィルタにおいて、
前記フィルタは、屈折率が同様な第１及び第２の屈折手
段を対向させ、該対向面の全面又は所定箇所に該屈折手
段と屈折率の異なる屈折層を介在させて、形成すると共
に、前記平行光中の、前記表示映像が重畳される前に配
置されるように構成することにより解決される。

れる。このフィルタにより、視野内の暗くすべき領域に
達する光束を、映像重畳の重畳される前の光学系の平行
光部分において、光軸と所定の角度を成している光束群
を角度分離することにより除去する。すなわち、観察物
体における視野像の光束の一部を、屈折率の異なる屈折
層の境界で全反射させることにより角度分離を行い、表
示器からの光は該フィルタを透過させない。これにより
、視野像内に一部を暗くすることができ、表示映像内の
所定の位置の表示を視野像内の暗い領域に重ね合わせる
ことができる。この場合、表示映像の明るさが低下する
ことはない。　従って、表示映像の明るさを低下させず
に、視野１（観察像）とのコントラストを高めて、効率
を向上させることが可能となる。

〔作用〕

上述のように、本発明のフィルタは第１及び第２の屈折
手段が屈折層を介在させて対向し、平行光中であって、
表示映像が重畳される前に配置さ〔実施例〕 第１図に、本発明のフィルタを顕微鏡に適用した場合の
一実施例の構成図を示す。第１図において、顕微鏡１は
、観察物体２の光束が対物レンズ３により平行光とされ
、フィルタ４を介してイメージコンバイナ５に入射する
。一方、表示管６の表示映像がコリメータレンズ７によ
り平行光とされ、イメージコンバイナ５に入射する。イ
メージコンバイナ５は、フィルタ４からの観１！像とコ
リメータレンズ７からの表示映像を重畳させ、結像レン
ズ８．接眼レンズ９を介して、重畳映像が観察者１０に
認識される。

次に、第２図にフィルタの構成図を示す。第２図のフィ
ルタ４は、屈折率の等しい第１及び第２の屈折手段１１
，１２．例えば光学ガラス（ＢＫ７）顎の２個の直角プ
リズムの斜辺を対向させ、周囲にスペーサ１３により空
気層１４を設けて形成される。空気層１４は、第１及び
第２の屈折手段と屈折率が興なる屈折層であり、間隔ｔ
は数μ−〜数十μ−に設定される。この場合、光が通過
する面は、図中δ、γ、β、αであり、他の側面には反
射防止手段１５１例えば光吸収材が塗布される。

ここで、第３図に本発明のフィルタの原理を説明するた
めの図を示す。第３図における本発明のフィルタ４は、
屈折率が異なる媒質の界面で生じる全反射現象を利用し
たものである。いま、均質媒質（屈折率ｎｏの空気層）
中に、屈折率ｎ（＞ｎｏ）のプリズム状の透明体（第１
及び第２の屈折手段１１．１２＞を二つ近接して配置し
、面αとδ、βとγは互いに平行とすると共にβとγの
間隔は数μ霧〜数１−μ−程度にとする。第３図（Ａ）
の下方（第１の屈折手段１１）から境界面δを介して入
射した光線の内、臨界角θＣより大きい角度で面γに達
するものは、全反射される。

一方、θＣより小さい角度θで達するものは、媒質ｎ０
に入射し、さらに面βで屈折し、第２の屈折手段１２で
あるプリズム状透明体に入ったあと、上方の面αより媒
質ｎｏ中に出射する。面αとδが平行であれば、面αか
ら出射する光線は、面δに入射する光線と同じ方向であ
る。これにより光線（光束）を臨界角を境に角度分離す
ることが可能であり、しかも、全反射しない光線は、進
行方向が変わらない。

一方、第３図（Ｂ）は屈折率の波長分散が光線の角度分
離に与える影響を示したものである。−般の光学ガラス
では、短波長の光に対する屈折率は、長波長に対する屈
折率より大きい。ここで、光学ガラスとして最も一般的
なものの一つであるＢＫ７の屈折率、空気に対する臨界
角を３種類の表に示すように、臨界角は赤色光と青色光
とで０．４１度異なる。可視の波長域を４００〜７００
ｒｖとすると、０．６度弱の遠いとなる。境界面γへの
入射角θが青色波長に対する臨界角より小さければ、可
視域の全ての光は全反射することなく面βに達する（界
面での正反射は無視する）。境界面γへの入射角θ′が
臨界角の波長分散範囲内にある場合には、一部の波長帯
域が全反射により除去され、進行する光波には色味が生
じる。例えば、第３図（Ａ）において、ｎｏ−１（空気
）、ｎをＢＫ７の屈折率とすると、空気中の角度はガラ
ス内の角度の約１５倍となるため、０．６度弱は０．９
度弱に拡大される。全反射により可視域の波長が全て除
去され、視野内で映像が欠落する部分と、可視域の波長
が全てが到達し、観察物体そのものの色が見られる部分
の間に最大０．９度の分光域が存在する。視野内におけ
る分光域の幅は、実際に観察されるが、狭いため、背景
の一部を暗くするということに対しては問題にならない
。

そこで、第１図の顕微鏡１における視野を第４図に示す
。第４図において、円内１６は顕微鏡の視野を表し、観
察像（視野像）が見える領域である。上部の斜線を施し
た領域１７は、フィルタ４により、観察物体からの光が
除去された部分で、黒く映像が抜けている。この部分に
イメージコンバイナ５を介して映像を表示する。観察像
と映像が抜けた領域の境界には、先に述べた分光領域１
８が存在するが、幅は実用上問題とならない。

また、分光領域１８は着色しているものの、観察像が見
えるため、観察像と表示領域の境界をぼかす効果をもっ
ている。この場合、フィルタ４は平行光中であってイメ
ージコンバイナ５により重畳される前に配置されている
ことがら、領域１７は、フィルタ４を微小回転させて入
射角を変化させることにより、変更可能である（第１図
）。

なお、第１図に示す顕微Ｍ１は、ψ眼のもの、双眼のも
の、実体顕微鏡のいずれであってもよい。

実体顕微鏡の場合、光軸が２系統あるが、同図を紙面に
垂直な方向に２系統設けた構成にすればよい（但し、対
物レンズは共用させてもよい）。その際、第２図に示し
たフィルタ４も、紙面に垂直な方向に長い、２系統の光
学系をカバーできる長さにするか、２系統別々に設定す
ればよい。

次に、第５図に、本発明におけるフィルタの他の実施例
の構成図を示す。第５図のフィルタ４は、第２図におけ
る屈折層１４の一部（面βとγの一部）を光学接着剤１
９により接着したものである。

これにより、視野内の観察像の一部を完全に除去する代
わりに、ＮＤフィルタ（分光選択吸収を示さない中性濃
度フィルタ〉を通しだごとくに明るさを下げて、背景も
見える状態にすることができる。顕微鏡光学系の平行光
部分において、種々の方向に進行する光束それぞれに対
して、その一部に角度フィルタを作用させるものである
。視野内の状態としては、第４図における斜線部が、暗
くはなるが、観察像も薄く見えものとなる。本実施例は
、映像の完全欠落が無いため、観察像全体を把握する上
で有利である。

次に、第６図にフィルタにより生じる光軸のシフト補正
を説明するための図を示す。第２図における第１及び第
２の屈折手段１１．１２を４５度直角プリズム（ＢＫ７
）で作製した場合、第６図に示すように、臨界角を与え
る角度の関係から、面δに対する入射角が０度ではない
。従って、フィルタ４を透過した光束の光軸は平行移動
する。

既存の顕微鏡を改造せず、かつ光＊ｉ失を最低限に抑え
るために、イメージコンバイナ５の厚みを利用して、光
軸をもとに戻せばよい。或いは、面δに対する光軸の入
射角が０度となるように、フィルタ４を構成する２つの
プリズムの頂角を最適化したものを用いればよい。その
際、イメージコンバイナ５はプリズムを張り合わせたキ
ューブ状のものが好ましい。

上記実施例のように、顕微ａｔ視野内において、視野１
１（観察像）が明るい場合であっても見易い表示映像を
重畳することができる。また、フィルタの角度を変化さ
せることにより、必要に応じて表示映像の背１ｊ（視野
像）を完全に黒く抜いたり、暗くとも見える状態とする
ように、暗くする領域を変えることができると共に、暗
（する領域をなくすことも可能である。

なお、上記実施例は顕微鏡に適用した場合を示したが、
これに限らず望遠鏡等映像重畳装置が使用される光学系
に適用できるものである。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、屈折層を介在させて第１
及び第２の屈折手段を対向させ、平行光中であって表示
映像が重畳される前に配置することにより、表示映像の
明るさを低下させずに視野像とのコントラストを高めて
、効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のフィルタを顕微鏡に適用した場合の一
実施例の構成図、 第２図は本発明のフィルタの構成図、 第３図は本発明のフィルタの原理を説明するための図、 第４図は第１図における視野を示した図、第５図は本発
明におけるフィルタの他の実施例の構成図、 第６図はフィルタにより生じる光軸のシフト補正を説明
するための図、 第７図は従来の映像重畳装置を適用した顕微鏡の構成図
、 第８図は従来のフィルタによる濃度差を設けた概念図で
ある。 図において、 １は顕微鏡、 ２は観察物体、 ３は対物レンズ、 ４はフィルタ、 ５はイメージコンバイナ、 ６は表示管、 ７はコリメータレンズ、 ８は結像レンズ、 ９は接眼レンズ、 １０は観察者、 １１は第１の屈折手段、 １２は第２の屈折手段、 １４は屈折層（空気層） を示す。 本発明のフィルタを顕微ｗ８に適用した場合の一実施例
の構成図本発明のフィルタの構成図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 視野像の光束を平行光に変換し、該平行光の視野像に表
   示映像を重畳させ、視野内の重畳された映像に濃度差を
   設ける映像重畳装置のフィルタにおいて、 前記フィルタ（４）は、 屈折率が同様な第１及び第２の屈折手段（１１、１２）
   を対向させ、該対向面（γ、β）の全面又は所定箇所に
   該屈折手段（１１、１２）と屈折率の異なる屈折層（１
   ４）を介在させて、形成すると共に、 前記平行光中の、前記表示映像が重畳される前に配置さ
   れることを特徴とする映像重畳装置のフィルタ。