JP2005121732A

JP2005121732A - 走査型表示装置とこれを有するカメラ

Info

Publication number: JP2005121732A
Application number: JP2003354031A
Authority: JP
Inventors: Toru Iwane; 透岩根
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-10-14
Filing date: 2003-10-14
Publication date: 2005-05-12

Abstract

【課題】観察光学系の光路中に設置可能なコンパクトな走査型表示装置とこれを有するカメラを提供すること。
【解決手段】物体像を観察する観察光学系の光路中に配置され、電子像を前記物体像に重畳させて観察可能にする重畳手段１３と、前記重畳手段１３の前記電子像の入射端面に配置されたマイクロレンズアレイ１７と、前記電子像用の光源１９と、前記光源１９からの光を前記マイクロレンズアレイ１７に集光する集光手段２３と、前記光を前記マイクロレンズアレイ１７に走査する走査手段２１とを有し、前記マイクロレンズアレイ１７上に形成される像を観察可能にする。
【選択図】図３

Description

本発明は、観察光学系の光学像に電子像を重畳させて観察可能にする走査型表示装置とこれを有するカメラに関する。

従来、観察光学系の光路内に観察光学系の情報等を表示し観察光学系の光学像と共に観察することができる情報表示装置が知られている。特に、走査型光学系を用いて観察眼の網膜に電子像を結像させ、光学像と共に電子像を観察可能とする走査型表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
米国特許第２００１００３４０７７号明細書

しかしながら、上記走査型表示装置の例は、複数の反射ミラー等の光学部材から構成されているために走査型表示装置のサイズが大きくなり、カメラや望遠鏡などの小型の観察光学系（ファインダ等）に搭載することが難しいという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みて行われたものであり、観察光学系の光路中に設置可能なコンパクトな走査型表示装置とこれを有するカメラを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明では、物体像を観察する観察光学系の光路中に配置され、電子像を前記物体像に重畳させて観察可能にする重畳手段と、前記重畳手段の前記電子像の入射端面に配置されたマイクロレンズアレイと、前記電子像用の光源と、前記光源からの光を前記マイクロレンズアレイに集光する集光手段と、前記光を前記マイクロレンズアレイに走査する走査手段とを有し、前記マイクロレンズアレイ上に形成される像を観察可能にすることを特徴とする走査型表示装置を提供する。

また、本発明では、物体像を観察する観察光学系の光路中に配置され、電子像を前記物体像に重畳させて観察可能にする重畳手段と、前記電子像用の光源と、前記光源からの光を前記重畳手段の入射端面に集光する集光手段と、前記光を前記入射端面に走査する走査手段とを有し、前記重畳手段は、前記観察光学系の光路中に略４５度の角度をなして配置され、前記入射端面からの光を反射する偏光ビームスプリッタと、前記観察光学系の光路中に配置され、前記観察光学系の光を透過し、前記偏光ビームスプリッタからの光を反射させる反射集光部材と、前記偏光ビームスプリッタと前記反射集光部材との間に配置される１／４波長板とを有することを特徴とする走査型表示装置を提供する。

また、本発明の走査型表示装置では、前記重畳手段は、前記観察光学系の光路中に略４５度の角度をなして配置され、前記マイクロレンズアレイからの光を反射する偏光ビームスプリッタと、前記観察光学系の光路中に配置され、前記観察光学系の光を透過し、前記偏光ビームスプリッタからの光を反射させる反射集光部材と、前記偏光ビームスプリッタと前記反射集光部材との間に配置される１／４波長板とを有することが好ましい。

また、本発明の表示装置では、前記重畳手段は、前記観察光学系の光路中に略４５度の角度をなして配置され、前記観察光学系の光を透過し、前記マイクロレンズアレイからの光を反射させる反射型ホログラムを有することが好ましい。

また、本発明の走査型表示装置では、前記マイクロレンズアレイは、平行平面光学部材の前記入射端面に刻まれて形成されているか、または成型された前記マイクロレンズアレイが前記入射端面に貼り付けられて形成されていることが好ましい。

また、本発明の走査型表示装置では、前記マイクロレンズアレイは、ホログラムデバイスから形成されていることが好ましい。

また、本発明の走査型表示装置では、前記反射集光部材は、ホログラムデバイスから形成されていることが好ましい。

また、本発明の走査型表示装置では、前記走査手段は、可動ミラーまたは光音響素子から形成されていることが好ましい。

また、本発明の走査型表示装置は、前記光源から前記走査手段への光の入射光軸と、前記観察光学系の光軸とが略同方向であることが好ましい。

また、本発明の走査型表示装置は、前記光源から前記走査手段への光の入射光軸と、前記観察光学系の光軸とが略垂直であり、前記走査手段と前記偏光ビームスプリッタとの間に１／２波長板が設けられていることが好ましい。

また、本発明では、前記走査型表示装置を有するカメラを提供する。

本発明では、観察光学系の光路中に設置可能なコンパクトな走査型表示装置とこれを有するカメラを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の第１実施の形態にかかる走査型表示装置を搭載したカメラの概略構成図を示す。図２は、第１実施の形態における走査型表示装置の走査状態の例を示す。図３は、本発明の第２実施の形態にかかる走査型表示装置を搭載したカメラの概略構成図を示す。図４は、本発明の第３実施の形態に係る走査型表示装置を搭載したカメラの概略構成図を示す。

（第１実施の形態）
図１において、不図示の被写体からの光は、撮影レンズ３を通してミラー（例えば、ハーフミラーやクイックリターンミラー等）５に導かれ、ミラー５で反射されて焦点板７に結像される。焦点板７に結像された被写体像は、ペンタプリズム９を介して接眼レンズ１１に入射し、アイポイントＥＰに位置する撮影者の眼で観察される。このようにして観察光学系１が構成されている。

また、ペンタプリズム９と接眼レンズ１１との間の観察光学系１の光路中には、被写体像に重畳して撮影情報等の電子像を表示するための重畳手段１３が挿入されている。重畳手段１３は、観察光学系１の光軸ＩＰに略垂直な一対の平面１５ａ、１５ｂと、平面１５ａ、１５ｂに略垂直な平面１５ｃとからなる平行平面光学部材１４を有している。電子像が入射される平面１５ｃには二次元的に配列されたマイクロレンズアレイ１７が配置されている。マイクロレンズアレイ１７の近傍には光源１９からの光を略９０度折り曲げてマクロレンズアレイ１７に二次元的に走査する走査手段２１が設けられている。また、光源１９からの光は、コリメータレンズ系２３でマイクロレンズアレイ１７に集光されている。光源１９には光源の明るさやＯＮ／ＯＦＦ等を制御する光源変調手段３１が設けられている。走査手段２１には入射した光を二次元的に走査制御する走査制御手段３３が設けられ、光源変調手段３１と走査制御手段３３とが同期して動作するように制御する同期制御手段３５が設けられている。

重畳手段１３には、観察光学系１の光軸ＩＰと表示光学系の光軸ＩＳにそれぞれ略４５度の傾きをなして偏光ビームスプリッタ（以後、ＰＢＳと記す）２５が設けられ、マイクロレンズアレイ１７に結像された電子像（以後、表示画像とも記す）からの光を、ペンタプリズム９側へ反射する。反射された光は、ペンタプリズム９側の平面１５ａ上で、観察光学系１の光路中に配置された１／４波長板２７に入射および透過し、ＰＢＳ２５側に戻す反射集光部材２９に入射してＰＢＳ２５側に反射される。１／４波長板２７と反射集光部材２９は、観察光学系１の光路中の光に対して略透明な部材で構成されており、被写体像の劣化はほとんど生じない構成としている。ＰＢＳ２５側に戻された光は、後述するようにＰＢＳ２５を透過して、接眼レンズ１１を介して観察される。このようにして、観察光学系１からの被写体像にマイクロレンズアレイ１７からの表示画像を重畳して観察可能にする走査型表示装置３０が構成されている。

以下、走査型表示装置３０について詳説する。

光源１９からの光は、走査手段２１で略垂直に曲げられ、所定の角度範囲を走査される。走査された光は、重畳手段１３の平行平面光学部材１４の入射端面１５ｃに二次元的に配列されたマイクロレンズアレイ１７に入射し表示画像を形成する。

図２は、マイクロレンズアレイ１７における光の走査状態を説明する図である。例えば、図１において走査手段２１が光源１９からの光を水平方向に約４度、紙面に垂直方向に約３度走査できる場合、水平方向に２８．８ＫＨｚ、垂直方向に６０Ｈｚで走査すると、マイクロレンズアレイ１７を４８０本の走査線で走査し、これを１秒間に６０回繰り返すことになる。この際、光源１９が常に点灯していると、マイクロレンズアレイ１７では光が一様に輝いて観察される。そこで、走査制御手段３３と光源１９の放射強度を制御する光源変調手段３１とを、同期制御手段３５により同期させて光源１９を点灯することによって、例えば、文字Ａをマイクロレンズアレイ１７に点像として表示させることが可能となる。

走査される点像の大きさが全体の像の分解能を決定するため、マクロレンズアレイ１７に光源１９からの光が集光している必要があり、光源１９からの光はコリメータレンズ系２３によりマイクロレンズアレイ１７に集光されている。

マイクロレンズアレイ１７を射出した光は、波長選択性のあるＰＢＳ２５で反射されペンタプリズム９側に進行する。そして平行平面光学部材１４の平面１５ａ上に設けられた１／４波長板２７を通過して、ホログラムまたは波長選択膜が付着された反射集光部材２９（以後、代表してホログラムと記す）で反射されて、再びＰＢＳ２５側に戻される。この戻された光は、後述するように偏光方向が変化しているためＰＢＳ２５を透過して、重畳手段１３の平面１５ｂから射出して観察可能となる。

走査手段２１（例えば、二次元可動ミラーや光音響素子等）は、マイクロレンズアレイ１７、ホログラム２９および接眼レンズ１１の屈折力によってアイポイントＥＰ（観察眼の瞳孔が位置する）と共役な関係となっている。この結果、走査手段２１によって光源１９からの光は瞳孔を支点とし網膜Ｒ上を走査しているとみなす事ができる。

また、マイクロレンズアレイ１７は、ホログラム２９および接眼レンズ１１の屈折力によってアイポイントＥＰ位置で観察中の観察者の網膜Ｒと略共役になるように構成されており、マイクロレンズアレイ１７での点像がそのまま観察眼の網膜Ｒに投影されるため、点像が走査手段２１によって走査されることで、表示画像として観察者に認識される。

なお、光源１９がＬＥＤなどの有限系の光源のときは光源１９と共役な位置に、レーザー（例えば、半導体レーザー）の場合にはコリメータレンズ系２３の焦点位置にマクロレンズアレイ１７を配置すればよい。また、光源１９にレーザーを使用する場合には、後述するＰＢＳ２５で反射するようにレーザー光の偏光方向を合わせておく必要が有る。また、光源１９にＲＧＢの複数の光源を用い、マイクロレンズアレイ１７で重ね合わせるように構成することで、表示内容をカラーにすることも可能である。

マイクロレンズアレイ１７に集光された光は、重畳手段１３に入射し、光軸ＩＳに沿って進み、重畳手段１３内に設けられたＰＢＳ２５により（例えば、Ｐ偏光成分）反射され、１／４波長板２７およびホログラム２９側へ進行する。平面１５ａ上に設けられた１／４波長板２７を通過した光は円偏光に変換されホログラム２９で反射され、再び１／４波長板２７を透過してＰＢＳ２５に入射する、この光は、マイクロレンズアレイ１７からＰＢＳ２５に入射する光とは偏光方向が９０度回転した直線偏光に変換されるため、ＰＢＳ２５を透過して重畳手段１３の平面１５ｂから射出して観察者に観察可能となる。

なお、走査手段２１の反射による偏光方向を考慮して、光源１９の光の光軸と、重畳手段１３から射出する光の光軸は、互いに同じ方向であることが望ましい。また、光源１９の光を図１の紙面前方または後方から入射する場合には、マイクロレンズアレイ１７と走査手段２１との間に、１／２波長板を挿入することで、ＰＢＳ２５に入射する光の偏光方向を上述の状態にすることが可能となる。また、表示画像をマイクロレンズアレイ１７に結像させることで、表示画像を観察する際の瞳径（画角）を拡大する効果を有し、観察眼の位置が光軸からずれたり、傾いたりした場合でも、観察者の網膜Ｒに表示画像を確実に結像させることができるようになる。また、表示画像の光量は、ほぼ偏光に係る分のみの減衰（約５０％）で抑えられるため、表示画像の高輝度化も達成することができる。

このようにして、撮影レンズ３を通過した不図示の被写体像と、マイクロレンズアレイ１７における表示画像とを網膜Ｒで重畳して観察することのできる走査型表示装置３０と、これを搭載したカメラが可能となる。

なお、本実施の形態にかかる走査型表示装置３０は、カメラに限らず望遠鏡等の他の観察光学系に配置して、被写体像と表示画像とを重畳して観察可能とする構成も可能である。

本第１実施の形態では、重畳手段１３をペンタプリズム９と接眼レンズ１１の間に配置している。このため、観察者の視度差を接眼レンズ１１で調整するようにすることができ、被写体像と表示画像とをより良く観察することが可能となる。なお、ホログラム２９の屈折力は接眼レンズ１１の屈折力を考慮して決めることにより、焦点板７に結像した被写体像とマイクロレンズアレイ１７に結像した表示画像とを観察眼の網膜Ｒで重畳させることが可能となる。

（第２実施の形態）
次に、本発明の第２実施の形態に係る走査型表示装置とカメラについて説明する。本第２実施の形態が第１実施の形態と異なる点は、重畳手段１３を接眼レンズ１１とアイポイントＥＰとの間に配置したことにある。第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。

図３において、接眼レンズ１１とアイポイントＥＰとの間の観察光学系１の光路中に、被写体像に重畳して撮影情報等の電子像を表示するための重畳手段１３が挿入されている。その他の構成、作用等は、第１実施の形態と同様であり説明を省略する。

本第２実施の形態では、走査型表示装置４０を従来あるファインダ光学系に配置して、撮影レンズ１１による不図示の被写体像とマイクロレンズアレイ１７の表示画像とを重畳して観察することが可能となる。

なお、反射集光部材３９の屈折力（反射力）は、観察光学系の光には作用しないため、マイクロレンズアレイ１７の表示画像がアイポイントＥＰに位置する観察者の眼の網膜Ｒに結像するように構成されていればよい。

（第３実施の形態）
次に、本発明の第３実施の形態に係る走査型表示装置とカメラについて説明する。本第３実施の形態が第１実施の形態と異なる点は、偏光ビームスプリッタを反射型ホログラムに変更したことにある。第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。

図４において、重畳手段４３には、観察光学系の光軸ＩＰと表示光の光軸ＩＳにそれぞれ略４５度の傾きをなして反射型ホログラム４５が設けられ、マイクロレンズアレイ１７に結像された表示画像からの光を、アイポイントＥＰ側へ反射する。反射された光は、接眼レンズ１１を介してアイポイントＥＰ位置で観察される。反射型ホログラム４５は、観察光学系１の光路中の光に対して略透明な部材で構成されており、被写体像の劣化はほとんど生じない構成としている。このようにして、観察光学系１からの被写体像にマイクロレンズアレイ１７からの表示画像を重畳して観察可能にする走査型表示装置５０が構成されている。

なお、第２実施の形態と同様に、重畳手段４３を接眼レンズ１１とアイポイントＥＰとの間に配置しても良い。

以上述べたように、本実施の形態に係る走査型表示装置によれば、コンパクトで、かつ光学像の画質をほとんど損なうことなく、光学像と高輝度かつ高分解能の表示画像とを重畳して観察できる走査型表示装置と、これを搭載したカメラを提供することができる。

なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。

本発明の第１実施の形態にかかる走査型表示装置を搭載したカメラの概略構成図を示す。第１実施の形態における走査型表示装置の走査状態の例を示す。本発明の第２実施の形態にかかる走査型表示装置を搭載したカメラの概略構成図を示す。本発明の第３実施の形態にかかる走査型表示装置を搭載したカメラの概略構成図を示す。

符号の説明

１観察光学系
３撮影レンズ
５クイックリターンミラー
７焦点板
９ペンタプリズム
１１接眼レンズ
１３重畳手段
１４平行平面光学部材
１７マイクロレンズアレイ
１９光源
２１走査手段
２３リレーレンズ系
２５偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
２７１／４波長板
２９反射集光部材（ホログラム）
３０、４０走査型表示装置
３１光源変調手段
３３走査制御手段
３５同期制御手段
４３重畳手段
４５反射型ホログラム
ＥＰアイポイント
Ｒ網膜
ＩＰ観察光学系の光軸
ＩＳ表示光学系の光軸

Claims

物体像を観察する観察光学系の光路中に配置され、電子像を前記物体像に重畳させて観察可能にする重畳手段と、
前記重畳手段の前記電子像の入射端面に配置されたマイクロレンズアレイと、
前記電子像用の光源と、
前記光源からの光を前記マイクロレンズアレイに集光する集光手段と、
前記光を前記マイクロレンズアレイに走査する走査手段とを有し、
前記マイクロレンズアレイ上に形成される像を観察可能にすることを特徴とする走査型表示装置。
物体像を観察する観察光学系の光路中に配置され、電子像を前記物体像に重畳させて観察可能にする重畳手段と、
前記電子像用の光源と、
前記光源からの光を前記重畳手段の入射端面に集光する集光手段と、
前記光を前記入射端面に走査する走査手段とを有し、
前記重畳手段は、前記観察光学系の光路中に略４５度の角度をなして配置され、前記入射端面からの光を反射する偏光ビームスプリッタと、
前記観察光学系の光路中に配置され、前記観察光学系の光を透過し、前記偏光ビームスプリッタからの光を反射させる反射集光部材と、
前記偏光ビームスプリッタと前記反射集光部材との間に配置される１／４波長板とを有することを特徴とする走査型表示装置。
前記重畳手段は、前記観察光学系の光路中に略４５度の角度をなして配置され、前記マイクロレンズアレイからの光を反射する偏光ビームスプリッタと、
前記観察光学系の光路中に配置され、前記観察光学系の光を透過し、前記偏光ビームスプリッタからの光を反射させる反射集光部材と、
前記偏光ビームスプリッタと前記反射集光部材との間に配置される１／４波長板とを有することを特徴とする請求項１に記載の走査型表示装置。
前記重畳手段は、前記観察光学系の光路中に略４５度の角度をなして配置され、前記観察光学系の光を透過し、前記マイクロレンズアレイからの光を反射させる反射型ホログラムを有することを特徴とする請求項１または３に記載の走査型表示装置。
前記マイクロレンズアレイは、平行平面光学部材の前記入射端面に刻まれて形成されているか、または成型された前記マイクロレンズアレイが前記入射端面に貼り付けられて形成されていることを特徴とする請求項１または３または４に記載の走査型表示装置。
前記マイクロレンズアレイは、ホログラムデバイスから形成されていることを特徴とする請求項１または３または４または５に記載の走査型表示装置。
前記反射集光部材は、ホログラムデバイスから形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の走査型表示装置。
前記走査手段は、可動ミラーまたは光音響素子から形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の走査型表示装置。
前記光源から前記走査手段への光の入射光軸と、前記観察光学系の光軸とが略同方向であることを特徴とする請求項１または２に記載の走査型表示装置。
前記光源から前記走査手段への光の入射光軸と、前記観察光学系の光軸とが略垂直であり、前記走査手段と前記偏光ビームスプリッタとの間に１／２波長板が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の走査型表示装置。
請求項１から１０のいずれか１項に記載の走査型表示装置を搭載したことを特徴とするカメラ。