JP2762677B2

JP2762677B2 - 光学装置

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Publication number: JP2762677B2
Application number: JP2108079A
Authority: JP
Inventors: 彰川村; 和夫外川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-04-24
Filing date: 1990-04-24
Publication date: 1998-06-04
Anticipated expiration: 2013-06-04
Also published as: EP0454443B1; KR910018827A; EP0454443A3; DE69113101T2; EP0454443A2; US5153569A; KR0184006B1; JPH046590A; DE69113101D1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はレンズで像を拡大し虚像として表示する虚像
ディスプレイ等に用いて好適な光学装置に関する。

〔発明の概要〕

本発明はレンズで像を拡大し、虚像として表示する虚
像ディスプレイ等に用いて好適な光学装置に関し、第１
の本発明は１枚乃至複数枚のレンズで構成されたレンズ
系を有する光軸と、光軸上に像を映出させるディスプレ
イと、レンズ系下部に光軸に対し所定角度傾けて配設し
たビームスプリッタと、ビームスプリッタの前方に配設
した液晶シャッタとを具備し、ビームスプリッタ後方か
らのぞくことでディスプレイ上の像を虚像として観察す
る際に外景も瞬時に確認出来る様にしたものである。第
２の本発明は第１の発明に於ける光学装置に於いて、両
眼球から虚像に至る視線内の少くとも一方に液晶シャッ
タ等の遮蔽手段を配設し、片方の視覚情報を欠落させる
様にして片眼で虚像を見て、両眼で見ている効果を出
し、両眼の傾きと水晶体のピント調整間の矛盾を解消さ
せらる様にしたものである。

〔従来の技術〕

近時レンズと液晶パネルを用いた立体テレビ等が例え
ば特開昭59−117889号公報等に提案されている。第９図
はこの様な立体テレビの原理説明図である。図に於い
て、（６）は実際は複数のレンズから構成された凸レン
ズであり、この凸レンズ（６）の前方に透過型液晶ディ
スプレイ（７）を保持手段（８）で凸レンズ（６）と共
に保持し、透過型液晶ディスプレイ（７）の表示面
（９）に映像を映出させる。この透過型液晶パネル
（７）は凸レンズ（６）の焦点距離ｆ内に配設する様に
されている。又、眼（５）は凸レンズ（６）に対し透過
型液晶ディスプレイ（７）の反対側で１〜3cmの距離に
位置されている。上述の構成で透過型液晶ディスプレイ
（７）は凸レンズ（６）の焦点距離ｆ内に配設されてい
るため、照射される自然光域は案内光（10）によって透
過型液晶ディスプレイ（７）の画像（９）を眼（５）側
から凸レンズ（６）を介してみた場合には実際の映像画
像（９）のある位置よりも遠くに拡大して虚像（４）を
みることが出来る。第10図は第９図の光学系の平面図で
あり、左右眼（5L）（5R）と左右の透過型液晶ディスプ
レイ（7L）（7R）間に拡大用の左右凸レンズ（6L）（6
R）を設け、左右の透過型液晶ディスプレイ（7L）（7
R）に映出した映像を拡大させると共に立体化された虚
像を左右虚像面（4L）（4R）上に映出させる様にしてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

第９図及び第10図で説明した従来のレンズ拡大型の虚
像ディスプレイでは左右両眼（5L）（5R）の直前に左右
凸レンズ（6L）（6R）が配設されているために、この様
な構成の虚像ディスプレイを装着すると、外景の確認が
全く出来ずこの装置を外さなければ外景を見ることが出
来ないため大変危険であった。

更に、左右眼球（5L）（5R）の傾（輻輳角）と水晶体
のピント調整間に矛盾を生ずる。一般には第10図で示し
た左右眼（5L）（5R）で視る左右虚像面（4L）（4R）上
の映像を一致させる必要がある。一方人間の左右眼（5
L）（5R）間の間隔l₁は個人的に異なるため左右凸レン
ズ（6L）（6R）間の距離l₂を動かす必要が生ずる。する
と左右虚像面（4L）（4R）に映出される映像位置がずれ
る問題が発生する。第11図は左右の虚像面がずれた例を
説明するための線図である。第11図で（4L）は左目用の
虚像面、（4R）は右目用の虚像面である。左眼（5L）で
みた虚像面（4L）上の所定の点A_L、と右眼（5R）でみた
虚像面（4R）上の所定の点A_Rは本来同一場所に表示され
るべきものである。

この様なディスプレイを人間が視ると左右眼（5L）
（5R）の傾きは左右夫々θ₁，θ₂となり、平面S₁上のＡ
点を仮想的に視ていることになる。ところが、左右眼
（5L）（5R）は虚像面（4R）（4L）の点A_R，A_Lにピント
を合せているため水晶体のピント調整と両眼の傾きが一
致せずに眼球疲労へとつながる問題があった。

本発明は叙上の問題点を解決するために成されたもの
で、その第１の目的とするところは虚像をハーフミラに
反射させて確認できる様にすると共にハーフミラー前方
に液晶シャッタを配設して外光の調整が出来る様にし
て、外景を瞬時に確認てきる様にしたものである。本発
明の第２の目的とするところは一方の目の手前に液晶シ
ャッタを置き、他の片眼で虚像を視て、両眼で虚像を見
る効果を出すので水晶体のピント調整に矛盾を生じない
ものが得られる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の光学装置はその例が第１図に示されているよ
うに第１の発明は１枚乃至複数枚のレンズで構成された
レンズ系（６）を有する光軸oxと、光学ox上に像を映出
させるディスプレイ（７）と、レンズ系下部に光軸に対
し所定角度傾けて配設したビームスプリッタ（２）と、
このビームスプリッタ（２）の前方に配設した液晶シャ
ッタ（３）とを具備し、ビームスプリッタ（２）後方か
らのぞくことでディスプレイ（７）上の像を虚像として
観察する様にしたものであり、第２の発明は第２図に示
されている様に第１の請求項に於ける光学装置に於い
て、両眼球（5L）（5R）から虚像（4L）（4R）に至る視
線（12）内の少くとも一方に液晶シャッタ等の遮蔽手段
（13）を配設し、片方の視覚情報を欠落させる様にして
成るものである。

〔作用〕

第１の本発明はディスプレイ（７）の発光を止めて液
晶シャッタ（３）を透過状態にすれば外景を瞬時に確認
することが出来る。又、ディスプレイ（７）を発光状態
にして像を映出させ、液晶シャッタ（３）を透過状態に
すれば外景と虚像の両方を確認することの出来る光学装
置が得られるので外景の確認を上述のいずれかで行なえ
るので外景が眼鏡等を外さなければ行なえない弊害が除
去出来る。

第２の発明では片方の視線内に液晶シャッタ（13）を
介在させて、両眼の傾きと水晶体のピント調整の矛盾を
解消し得るものが得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の光学装置をレンズを像で拡大し、虚像
として表示する虚像ディスプレイ装置について説明す
る。

第１図は本発明の光学装置の基本的構成を示す模式図
である。第１図に於いて、１枚乃至数枚のレンズで構成
された凸レンズ（簡単のため１枚の凸レンズで示してあ
る。）系（６）の光学oxに対しミラー（１）を45°傾け
て配置し、光軸oxを90°折り曲げて、上記凸レンズ系の
焦点F₁とミラー（１）の中間に折り曲げた光学oxに対し
て垂直にビューファインダ用ディスプレイ（７）を配設
する。更に凸レンズ系（６）の下側にビームスプリッタ
（本例ではハーフミラー、ハーフプリズム、ダブルウォ
ラストプリズム等も含めてビームスプリッタと記す）
（２）を光学oxに対し45°傾けて配設する。このビーム
スプリッタ（２）の前方に液晶シャッタ（３）を設け、
この液晶シャッタ（３）を閉じた状態で液晶シャッタ
（３）の前方の眼（５）の位置からのぞくとビューファ
インダ用ディスプレイ（７）に映出した像を虚像（４）
として観察することが出来る。ビューファインダ用ディ
スプレイ（７）は光学ox上に配したミラー（１）で反射
することで工学的には（11）の位置にあると考えられ、
焦点もＦ位置にあると考えてよいのでビューファインダ
用ディスプレイ（７）とミラー（１）を移動させれば凸
レンズ（６）と（11）の位置が変化し、虚像（４）の位
置を第１図の矢印Ｄ−Ｄ′で示す様に移動させて視度を
調整することが可能となる。又、外景の確認を瞬間的に
行ないたい時にはビューファインダ用ディスプレイ
（７）の発光を停止させ、液晶シャッタ（３）を透過状
態にする様に成せばよい。又、外景と虚像の両者を確認
したい時にはビューファインダ用ディスプレイ（７）を
発光状態にし、液晶シャッタ（３）を透過状態にすれば
よいので外景の確認を上述の両者のいずれかで容易に行
なうことが出来る。

第２図は本発明の光学装置の他の基本構成光学系を示
すものである。第２図で、左右眼（5L）（5R）から左右
虚像が映出される虚像面（4L）（4R）に至る光路に於い
て、左右眼（5L）（5R）から左右虚像面（4L）（4R）に
至る視線の光路は図の様に四角錐（12L）（12R）と成さ
れている。今、右眼（5R）が右虚像面（4R）上に第１図
と同様の構成によって虚像をみている場合に、左眼（5
L）の左虚像面（4R）の手前に出来る四角錐（12L）の断
面に液晶シャッタ（13）を配設し、左眼（5R）が左虚像
面（4L）上にみるべき虚像の視覚情報を奪う様にする。
この場合に四角錐（12L）の光路に挿入する液晶シャッ
タ（13）を第３図A,Bに示す様に構成させる。第３図Ａ
は液晶シャッタ（13）が「オン」状態の透過率を示し、
第３図Ｂは液晶シャッタ（13）が「オフ」状態の透過率
を示している。第３図Ａの「オン」状態では中心の外光
の透過率は０％とし、液晶シャッタ（13）の周辺部では
25％、更にその外周部では50％、75％と周辺部に行くに
したがって透過率を高くしていく、ただし、50％と75％
の透過領域では透過率に波長依存性のないNDフィルタを
用い、透過率０％及び25％の部分は液晶シャッタとす
る。更に、液晶シャッタ（13）とNDフィルタ（13b）の
四隅（13a）に比較的大きなＲをつけて、液晶シャッタ
を眼の近くに配置した場合に輪郭がボケて液晶シャッタ
（13）の存在が意識されない様にする。第３図Ｂの「オ
フ」状態では液晶シャッタ（13）部分の透過率を50％に
選択してある。

この様な液晶シャッタ（13）を第２図に示す様に置い
て、この液晶シャッタ（13）を「オフ」状態にすると、
右眼（5R）だけで左虚像面（4R）上の虚像を視ていて
も、両眼で視ている錯覚を生ずる。勿論、液晶シャッタ
（13）を右眼（5R）側に設け、ビームスプリッタ及び液
晶シャッタ（３）を含む虚像拡大光学系を左眼（5L）側
に設けてもよい。この様な錯覚が生ずる理由を第４図で
説明する。第４図で左右眼（4L）（4R）の網膜（14L）
（14R）上の刺激は視神経（15L）（15R）を通じて視神
経交叉部（16）に送られてから視索（17）を介して反対
側の大脳右半球（18R）と大脳左半球（18L）に達する。
この様に視神経交叉部（16）で視神経が半交叉している
ために左右眼（5L）（5R）で視られた刺激は脳内で合致
されて両眼立体視が行なわれる。第２図の例によれば、
虚像を表示していない方の眼球における虚像表示領域
（第２図の四角錐（13）の領域）の視覚情報が欠落して
いるために人間の両眼視システムにおいては左眼の欠落
情報を右眼の視覚情報でおぎなって結局面眼で同じ虚像
を視る効果が生じると考えられる。

即ち、本例の他の実施例構成によれば虚像を片眼だけ
で表示しても、人間の視覚処理システム機能を利用して
両眼視効果を生みだすために従来の２眼虚像式の様に両
眼の傾きと水晶体のピント調整間の矛盾は発生しないこ
とになる。

上述の光学系の構成に於ける、ビューファインダ用デ
ィスプレイ（７）と液晶シャッタ（３）及び（13）の制
御回路を第５図に示す。第５図でビューファインダ用デ
ィスプレイ（７）を表示させるためのコントロール信号
（19b）はディスプレイコントロール回路（21）で生成
され、液晶シャッタ（３）及び（13）には液晶シャッタ
制御回路（38）からの電圧V₁及び／又はV₂で制御が成さ
れる。

先ず、ディスプレイコントロール回路（21）を説明す
る。コンポジットビデオ信号（20）はＲ（赤）,G
（緑）,B（青）のコンポーネントビデオ信号にデコード
するコンポジットRGBデコーダ（34）及びシンク信号に
分離するシンクセパレータ（22）に供給される。シンク
セパレータ（22）ではコンポジットビデオ信号（20）か
らコンポジットシンク信号（以下CSYNCと記す）（28）
が分離される。コンポジット−RGBデコーダ（34）から
はRGBのビデオ信号（35）がデコードされてディスプレ
イコントロール信号発生回路（33）に供給される。シン
クセパレータ（22）から出力されたCSYNC（28）はゲイ
ンロック（GEN LOCK）回路29（29）に供給されて、水平
垂直同期信号（以下HSYNC及びVSUNCと記す）（30）及び
（31）並にクロック信号（32）を生成しディスプレイコ
ントロール信号発生回路（33）に供給される。ディスプ
レイコントロール信号発生回路（33）では上述のHSYNC
（30）、VSYNC（31）並にクロック信号（32）と手動ス
イッチ（36）の操作で得られるオン／オフ切換え信号
（37）並にコンポジット−RGBデコーダ（34）からのRGB
ビデオ信号（35）からビューファインダ用ディスプレイ
（７）を制御するコントロール信号（19）を生成する。

液晶シャッタ制御回路（38）は液晶シャッタ（３）
（13）をオン、オフ制御する手動スイッチ（39）からの
オン／オフ切換信号（39a）を液晶シャッタ透過率コン
トロール回路（40）に供給し、液晶シャッタ（３）又は
／及び（13）をコントロールする電圧V₁又は／及びV₂を
生成する。ここで電圧V₁は液晶シャッタ（３）又は（1
3）の透過率を０％又は50％に設定する電圧であり、電
圧V₂は透過率を25％又は50％に設定する電圧であり、本
例では、電圧V₁を液晶シャッタ（３）に供給し、電圧V₁
及びV₂を液晶シャッタ（13）に供給する様にする。第６
図に上述した液晶シャッタ（13）の側断面図を示す。

第６図で液晶シャッタ（13）の周辺には第３図で説明
したNDフィルタ（13a）が設けられている。（13a″）は
透過率が75％のNDフィルタであり（13a′）は透過率が5
0％のNDフィルタである。液晶シャッタ（13）は前後ガ
ラス（41）（42）間に液晶（43）を封入し一方のガラス
（41）の電極を全面透明導電膜（44）として接地電位に
落とすと共に他方のガラスの電極を中心部電極（45）と
周辺部電極（46）に分離した透明導電膜とし、周辺部電
極（46）に電圧V₂を中心部電極（45）に電圧V₁を供給す
る様にしている。第７図及び第８図は本発明の光学装置
を眼鏡に取り付けた場合の実施例を示すものである。第
８図は第７図のＡ−Ａ方向に断面とした側断面の略線的
光学系を示すものであり、第７図及び第８図によって全
体的構成を説明する。図で（50）は本例の光学装置を眼
鏡に取り付けた全体的な構成を示し、眼鏡（51）の固定
具（52）で光学装置（50）が眼鏡（51）に固定されてい
る。光学装置は第８図に示されている様にビューファイ
ンダ用ディスプレイ（７）とミラー（１）を第１の筐体
（53）に固定すると共にこの第１の筐体（54）の外側に
延設したアーム（55）に眼鏡固定具（52）を垂下させ、
この固定具（52）で眼鏡（51）に固定する。第１の筐体
（53）には第２の筐体（54）が摺動自在に嵌着され、こ
の第２の筐体（54）に凸レンズ（６）系やビームスプリ
ッタ（２）及び液晶シャッタ（３）が固定され、第１及
び第２の筐体間の摩擦によってスライドが成され、先に
説明した視度調整が行なわれて、虚像位置をＤ−Ｄ′方
向に変化させる。片方の眼鏡（51）のレンズ面と平行に
液晶シャッタ（13）が固定具（52）で取り付けられてい
る。第５図で説明したディスプレイコントロール回路
（21）及び液晶シャッタ制御回路（38）は筐体（60）に
内蔵され、手動操作スイッチ（36）及び（39）は筐体
（60）の例えば左側面に取り付けられ、接栓（61）を介
してコントロール信号（19）及び電圧V₁及び／又はV₂が
ビューファインダ用ディスプレイと液晶シャッタ（３）
及び（13）に供給される。コンポジットビデオ信号（2
0）は小型VTR（62）から筐体（60）側に接栓（63）を介
して供給される。小型VTRと制御回路系の内蔵された筐
体（60）は一体化され、肩から下げるか、バンド等で腰
に固定する様に成されている。

尚、本発明は8mmVTRにカメラを接続すればカメラのビ
ューファインダの光学装置として利用することも出来
る。更に赤外線カメラを接続して液晶シャッタを透過状
態とすればヘッドアップディスプレイ（操縦者等が必要
とする情報をフロントガラス内面に虚像として外景と重
畳するディスプレイ）の光学装置に利用できるもので、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更し得ることは
明らかである。

〔発明の効果〕

本発明の光学装置によれば液晶シャッタを閉じて虚像
を視ている時に瞬間に外景だけを見ることが出来る様に
切り換えたり、液晶シャッタを開けたままで虚像と外景
を同時に確認することが出来るので、従来の様に外景の
確認を行なうとき光学装置を顔から外す必要がなく、瞬
間に外景の確認が出来る。更に片目だけで虚像を表示し
ているにもかかわらず両眼で虚像を視ている効果が得ら
れ、両眼の傾きと水晶体のピント調整に矛盾を生じない
光学装置を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学装置の一実施例を示す原理図、第
２図は本発明の光学装置の他の実施例を示す原理図、第
３図は本発明に用いる液晶シャッタの構成図、第４図は
両眼視効果の説明図、第５図は本発明の光学装置に用い
る制御回路の一実施例を示す系統図、第６図は本発明に
用いる液晶シャッタの側断面図、第７図は本発明の光学
装置の全体的な構成図、第８図は第７図のＡ−Ａ方向に
沿った側断面図、第９図は従来の液晶立体テレビの光学
系の模式図、第10図は従来の液晶立体テレビの平面図、
第11図は虚像面のずれを説明するための線図である。（２）はビームスプリッタ、（３）（13）は液晶シャッ
タ、（５）は眼、（６）は凸レンズ、（７）はビューフ
ァインダ用ディスプレイである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G09G 3/00 - 3/38 G09F 9/00 359 H04N 5/64 511 G02B 27/02 G03B 21/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】１枚乃至複数枚のレンズで構成されたレン
ズ系を有する光軸と、上記光軸上に像を映出させるディスプレイと、上記レンズ系下部に上記光軸に対し所定角度傾けて配設
したビームスプリッタと、上記ビームスプリッタの前方に配設した液晶シャッタと
を具備し、上記ビームスプリッタ後方からのぞくことで上記ディス
プレイ上の像を虚像として観察し得る様にして成ること
を特徴とする光学装置。
【請求項２】第１の請求項に於ける光学装置に於いて、
両眼球から虚像に至る視線内の少なくとも一方に液晶シ
ャッタ等の遮蔽手段を配設し、片方の視覚情報を欠落さ
せる様にして成ることを特徴とする光学装置。