JPH10307263A5

JPH10307263A5 -

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Publication number: JPH10307263A5
Application number: JP1997116724A
Authority: JP
Filing date: 1997-05-07
Publication date: 2005-02-03

Description

【００１５】
本発明による１つの像観察装置は、像形成手段と、前記像形成手段によって形成された像を観察眼球に導く作用を持った接眼光学系とを有する像観察装置において、前記接眼光学系が、間を屈折率（ｎ）が１よりも大きい（ｎ＞１）単体媒質で埋めた少なくとも３つの面を備えた面構成を持つプリズム部材を有し、前記プリズム部材が、前記像形成手段から射出された光線を少なくとも３回内部反射させる作用を有し、かつ、その少なくとも３回の内部反射作用のうちの少なくとも２回の内部反射は、全反射作用による反射となるように構成されており、前記少なくとも２回の全反射作用のうちの少なくとも１回の反射は、前記プリズム部材の単体媒質の観察者側に配置された面によって行われ、かつ、その面は、前記プリズム部材の内部反射によって生じる収差を補正する作用を持った曲面形状に形成され、さらに、前記プリズム部材の少なくとも３つの面のうち少なくとも２つの面を通して外界観察を行うことができるように、前記少なくとも２つの面の配置が、前記単体媒質を挟んで外界を観察するときに発生する歪みを低下させるような対向配置となっていることを特徴とするものである。

【００１６】
本発明のもう１つの像観察装置は、像形成手段と、前記像形成手段によって形成された像を観察眼球に導く作用を持った接眼光学系とを有する像観察装置において、前記接眼光学系が少なくともプリズム部材を含み、前記プリズム部材は、その面構成のうち、透過又は反射の光学作用を持った光学作用面が少なくとも４つ設けられ、かつ、その４つの光学作用面とそれ以外の面で囲まれた間を、屈折率（ｎ）が１よりも大きい（ｎ＞１）単体媒質で埋めて構成され、前記４つの光学作用面は、透過作用と反射作用とを有し観察者眼球側に配置された第１面と、前記第１面に対して前記媒質を挟んで対向配置され、かつ観察者視軸に対して少なくとも偏心あるいは傾いて配置された反射作用を有する第２面と、前記第１面に対して前記媒質を挟んで対向配置され、かつ前記第２面に略隣接配置された反射作用を有する第３面と、一方の端部を前記第１面に略隣接させ、他方の端部を前記第３面に略近接させるように配置した第４面とからなり、少なくとも前記第３面は全反射作用を有するように、前記プリズム部材が構成されていると共に、前記第１面と前記単体媒質と前記第３面とを通して外界を観察することが可能な外界観察作用を有するように、前記第１面と前記単体媒質と前記第３面とが構成されていることを特徴とするものである。

【００１７】
本発明のさらにもう１つの像観察装置は、像形成手段と、前記像形成手段によって形成された像を観察眼球に導く作用を持った接眼光学系とを有する像観察装置において、前記接眼光学系が少なくともプリズム部材を含み、前記プリズム部材は、その面構成のうち、透過又は反射の光学作用を持った光学作用面が少なくとも４つ設けられ、かつ、その４つの光学作用面で囲まれた間を、屈折率（ｎ）が１よりも大きい（ｎ＞１）単体媒質で埋めて構成され、前記４つの光学作用面は、透過作用と反射作用とを有し観察者眼球側に配置された第１面と、前記第１面に対して前記媒質を挟んで対向配置され、かつ観察者視軸に対して少なくとも偏心あるいは傾いて配置された反射作用を有する第２面と、前記第１面に対して前記媒質を挟んで対向配置され、かつ前記第２面に略隣接配置された反射作用を有する第３面と、一方の端部を前記第１面に略隣接させ、他方の端部を前記第３面に略近接させるように配置した第４面とからなり、少なくとも前記第２面又は前記第３面が全反射作用を有するように、前記プリズム部材が構成されていると共に、前記全反射作用を有する前記第２面又は前記第３面の全反射作用を生じる領域近傍に、観察者の視線を検出する作用を持った視線検出手段を配置したことを特徴とするものである。

【００３１】
また、第３面における反射角が大きすぎると、プリズム光学素子が視軸の垂直方向（タンジェンシャル方向）に長いものになってしまう。特に、広画角な画像表示装置の場合は、軸外光線が次に反射する第１面に到達できない程広がり、実現不能になる。したがって、画像表示素子から発した任意の光線は第３面において（１）式の上限である６０°以下に設定されていることが望ましい。

【００５０】
また、プリズム部材の移動が視軸に垂直方向へ移動可能であると、装置全体のレイアウトや移動機構が容易であるのは言うまでもなく、接眼光学系の移動後も観察者前面への突出量は変わらないので、小型でコンパクトな画像表示装置を提供できる。

【００５５】
この像形成装置において、像形成手段としては、第４面に像形成画面を対向配置させたＬＣＤ、ＣＲＴ等の画像表示素子（リレー光学系によってリレーされるものは予定していない。）であり、第２面は曲面にて形成されていることが望ましい。

【００５７】
また、上記の像形成装置において、観察者眼球直前に配置してある面と接眼光学系の外界側に配置してある面は、外界光に対して前記２つの面の任意の場所における合成パワーが略ゼロであるようにすることが望ましい。外界光に対する２つの面の合成パワーが略ゼロであると、外界像を観察する状態が裸眼で観察するのと略同等となり、より自然な外界を観察することができる。したがって、危険防止や緊急時には外界を的確に認識することができるため、非常に安全な画像表示装置を提供することができる。

【００５８】
この場合、第１面と第３面とを曲面、球面、あるいは、平面にて形成することができる。観察者が外界を観察するとき、外界からの光線は外界側に配置された内部反射面の中、全反射している領域と、観察者眼球直前に配置してある屈折面を透過して観察者瞳に投影される。ここで、この２つの面が非球面ではなく球面とすることで、各面の曲率の変化がないため、軸外においてより自然な外界像を観察することが容易になる。また、観察者眼球直前に配置してある第１面と接眼光学系の外界側に配置してある第３面が平面であると、各面にはパワーがないので自然な外界を観察できる。さらに、その２つの面が観察者視軸に対して垂直であり、互いに平行に配備されている場合には、単に透明の板を通して外界を観察することになるため、非常に自然な外界像を観察することが可能となる。

【０１３６】
また、前フレーム３２における上記の後フレーム３３との接合近傍には、弾性体からなり例えば金属板バネ等で構成されたリヤプレート３５が接合されている。このリヤプレート３５は、上記支持部材の一翼を担うリヤカバー３６が観察者の後頭部から首のつけねにかかる部分で耳の後方に位置して支持可能となるように接合されている（図２２の場合）。リヤプレート３５又はリヤカバー３６内側の観察者の耳に対応する位置にスピーカ３９が取り付けられている。

Claims

屈折率（ｎ）が１よりも大きい（ｎ＞１）媒質を挟んだ複数の面によって形成されるプリズム光学素子において、
前記プリズム光学素子が、前記プリズム光学素子内部に光線を入射させるか、若しくは、前記プリズム光学素子内部から光線を射出させる透過作用及び前記プリズム光学素子内部での内部反射作用とを合わせて有した第１面と、
前記媒質を挟んで前記第１面と対向配置され前記プリズム光学素子内部での内部反射作用を有する第２面と、
前記第２面と略近接する位置に配置されかつ前記第１面と前記媒質を挟んで対向配置され前記プリズム光学素子内部での内部反射作用を有する第３面と、
前記第１面が光線を前記プリズム光学素子内部に入射させる作用を有するときには前記プリズム光学素子内部から光線を射出させる作用を有し、前記第１面が光線を前記プリズム光学素子内部から射出させる作用を有するときには前記プリズム光学素子内部に光線を入射させる作用を有するような透過作用を持った第４面とを有し、
前記媒質のｄ線における屈折率をｎ_d 、前記第３面における任意の光線の内部反射の角度をθ_r3とするとき、
ｓｉｎ^-1（１／ｎ_d ）≦θ_r3≦６０° ・・・（１）
を満たすことを特徴とするプリズム光学素子。
請求項１において、前記第１面の反射が全反射であることを特徴とするプリズム光学素子。
請求項１又は請求項２において、前記プリズム光学素子の媒質の屈折率（ｎ）が１．３よりも大きい（ｎ＞１．３）ことを特徴とするプリズム光学素子。
請求項１乃至請求項３の何れか１項において、前記プリズム光学素子を構成する少なくとも１面は平面であることを特徴とするプリズム光学素子。
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のプリズム光学素子を有する対物光学系と、像正立手段と接眼光学系を備えることを特徴とするカメラのファインダー光学系。
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のプリズム光学素子と、前記プリズム光学素子の前記第４面に対向配置された像形成手段と、前記プリズム光学素子と前記像形成手段を観察者顔面に保持する作用を持った保持部材とを有し、
前記像形成手段から射出した光束が、前記プリズム光学素子内部の光路順に、前記第４面に入射して、前記第３面で反射され、前記第１面で反射され、前記第２面で反射され、前記第１面より射出されることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
像形成手段と、前記像形成手段によって形成された像を観察眼球に導く作用を持った接眼光学系とを有する像観察装置において、
前記接眼光学系が、間を屈折率（ｎ）が１よりも大きい（ｎ＞１）単体媒質で埋めた少なくとも３つの面を備えた面構成を持つプリズム部材を有し、
前記プリズム部材が、前記像形成手段から射出された光線を少なくとも３回内部反射させる作用を有し、かつ、その少なくとも３回の内部反射作用のうちの少なくとも２回の内部反射は、全反射作用による反射となるように構成されており、
前記少なくとも２回の全反射作用のうちの少なくとも１回の反射は、前記プリズム部材の単体媒質の観察者側に配置された面によって行われ、かつ、その面は、前記プリズム部材の内部反射によって生じる収差を補正する作用を持った曲面形状に形成され、さらに、
前記プリズム部材の少なくとも３つの面のうちの少なくとも２つの面を通して外界観察を行うことができるように、前記少なくとも２つの面の配置が、前記単体媒質を挟んで外界を観察するときに発生する歪みを低下させるような対向配置となっていることを特徴とする像観察装置。
像形成手段と、前記像形成手段によって形成された像を観察眼球に導く作用を持った接眼光学系とを有する像観察装置において、
前記接眼光学系が少なくともプリズム部材を含み、
前記プリズム部材は、その面構成のうち、透過又は反射の光学作用を持った光学作用面が少なくとも４つ設けられ、かつ、その４つの光学作用面で囲まれた間を、屈折率（ｎ）が１よりも大きい（ｎ＞１）単体媒質で埋めて構成され、
前記４つの光学作用面は、透過作用と反射作用とを有し観察者眼球側に配置された第１面と、
前記第１面に対して前記媒質を挟んで対向配置され、かつ観察者視軸に対して少なくとも偏心あるいは傾いて配置された反射作用を有する第２面と、
前記第１面に対して前記媒質を挟んで対向配置され、かつ前記第２面に略隣接配置された反射作用を有する第３面と、
一方の端部を前記第１面に略隣接させ、他方の端部を前記第３面に略近接させるように配置した第４面とからなり、
少なくとも前記第３面は全反射作用を有するように、前記プリズム部材が構成されていると共に、
前記第１面と前記単体媒質と前記第３面とを通して外界を観察することが可能な外界観察作用を有するように、前記第１面と前記単体媒質と前記第３面とが構成されていることを特徴とする像観察装置。
請求項８において、前記像形成手段が前記第４面に像形成画面を対向配置させた画像表示素子であり、前記第２面が曲面にて形成されていることを特徴とする像観察装置。
請求項８又は請求項９において、前記第１面と前記第３面の少なくとも一部の領域における合成のパワーが略ゼロとなるように、前記第１面と前記第３面が形成されていることを特徴とする像観察装置。
請求項８乃至請求項１０の何れか１項において、前記第１面と前記第３面とが曲面にて形成されていることを特徴とする像観察装置。
請求項８乃至請求項１１の何れか１項において、前記第１面と前記第３面とが球面にて形成されていることを特徴とする像観察装置。
請求項８乃至請求項１０の何れか１項において、前記第１面と前記第３面とが平面にて形成されていることを特徴とする像観察装置。
請求項８乃至請求項１３の何れか１項において、前記第１面と前記第３面との任意の場所における合成のパワーをφ _t1 とする場合、
−０． 5 ≦φ _t1 ≦０． 5 （１／ｍｍ）・・・（３）
を満たすことを特徴とする像観察装置。
請求項８乃至請求項１４の何れか１項において、前記プリズム部材は、前記像形成手段によって形成された像の観察と前記外界像の観察とを切り替える切替手段を有し、前記切替手段は、前記プリズム部材を移動させる機能を有するように形成されていることを特徴とする像観察装置。
請求項１５において、前記切替手段は、前記像形成手段によって形成された像を観察する際の前記プリズム部材から観察者眼球に到る光路が、前記外界像を観察観察する際の前記プリズム部材から観察者眼球に到る光路と略一致するように、前記プリズム部材を移動させることを特徴とする像観察装置。
請求項１５又は請求項１６において、前記切替手段は、前記プリズム部材を軸上主光線の光路を含む面に沿った方向に移動可能となるように移動させる構成を有することを特徴とする像観察装置
請求項１５又は請求項１６において、前記切替手段は、前記プリズム部材を観察者の視軸に垂直方向に移動可能となるように移動させる構成を有することを特徴とする像観察装置。
請求項１５又は請求項１６において、前記切替手段は、前記プリズム部材を回動可能となるように移動させる構成を有することを特徴とする像観察装置。
請求項８乃至請求項１９の何れか１項記載の像観察装置と、該像観察装置を観察者眼球前方に保持する保持部材を有し
、前記プリズム部材は、前記画像表示素子から射出した光束が、前記第４面から入射し、その入射光束が前記第３面で反射され、その反射光束が前記第１面で反射され、その反射光束が前記第２面で反射され、その反射光束が前記第１面から射出されるように構成されたことを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
像形成手段と、前記像形成手段によって形成された像を観察眼球に導く作用を持った接眼光学系とを有する像観察装置において、
前記接眼光学系が少なくともプリズム部材を含み、
前記プリズム部材は、その面構成のうち、透過又は反射の光学作用を持った光学作用面が少なくとも４つ設けられ、かつ、その４つの光学作用面で囲まれた間を、屈折率（ｎ）が１よりも大きい（ｎ＞１）単体媒質で埋めて構成され、
前記４つの光学作用面は、透過作用と反射作用とを有し観察者眼球側に配置された第１面と、
前記第１面に対して前記媒質を挟んで対向配置され、かつ観察者視軸に対して少なくとも偏心あるいは傾いて配置された反射作用を有する第２面と、
前記第１面に対して前記媒質を挟んで対向配置され、かつ前記第２面に略隣接配置された反射作用を有する第３面と、
一方の端部を前記第１面に略隣接させ、他方の端部を前記第３面に略近接させるように配置した第４面とからなり、
少なくとも前記第２面又は前記第３面が全反射作用を有するように、前記プリズム部材が構成されていると共に、
前記全反射作用を有する前記第２面又は前記第３面の全反射作用を生じる領域近傍に、観察者の視線を検出する作用を持った視線検出手段を配置したことを特徴とする像観察装置。
請求項２１において、前記第１面が全反射作用を有するように前記プリズム部材が構成されていることを特徴とする像観察装置。
請求項２１又は請求項２２において、前記視線検出手段は、前記第２面又は前記第３面の全反射領域を通過して観察者の視線を検出する位置に配置されていることを特徴とする像観察装置。
請求項２１乃至請求項２３の何れか１項において、前記観察者眼球を照明する照明手段を有することを特徴とする像観察装置。
請求項２１乃至請求項２４の何れか１項において、前記照明手段は赤外光を用いるものであることを特徴とする像観察装置。
請求項２１乃至請求項２５の何れか１項に記載の像観察装置と、該像観察装置を観察者顔面の前方に保持する保持部材を備えていることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
請求項１乃至請求項４の何れか１項において、前記第２面及び前記第３面とが、光学作用的には別々の面として作用し、かつ、構成的には１つの面にて形成されていることを特徴とするプリズム光学素子。
請求項２７において、前記第２面と前記第３面とを構成する１つの面は、前記第４面に近い領域が第３面として作用し、前記第４面から遠い域が第２面として作用するように構成されていることを特徴とするプリズム光学素子。
請求項２８において、前記第２面と前記第３面とを構成する１つの面は、中央領域が第２面と第３面との両方の作用を兼用するするように構成されていることを特徴とするプリズム光学素子。