JP6399792B2

JP6399792B2 - Virtual image observation device and inner optical system of virtual image observation device

Info

Publication number: JP6399792B2
Application number: JP2014085751A
Authority: JP
Inventors: 良平杉原; 高橋　真也; 真也高橋; 井場　陽一; 陽一井場; 成示龍田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2018-10-03
Anticipated expiration: 2034-04-17
Also published as: JP2015206839A

Description

本発明は、観察者の眼に画像光を虚像として表示させる虚像観察装置、及び虚像観察装置に用いられるインナー光学系に関する。 The present invention relates to a virtual image observation apparatus that displays image light as a virtual image on an observer's eye, and an inner optical system used in the virtual image observation apparatus.

従来、表示素子上に表示される映像が接眼光学部を介して観察される映像表示装置において、表示素子が接眼光学部に対して光軸方向に沿って移動（スライド）されることにより、視度を変化させるものが知られている（例えば、特許文献１）。 Conventionally, in an image display device in which an image displayed on a display element is observed through an eyepiece optical unit, the display element is moved (slid) along the optical axis direction with respect to the eyepiece optical unit. What changes the degree is known (for example, Patent Document 1).

特開平８−１５２５９１号公報JP-A-8-152591

しかしながら、引用文献１の技術では、様々な視力の観察者に対応するためには、表示素子のスライド可能なスペースを大きく確保する必要があるため、装置が大型化するという問題があった。つまり小型な装置の限られたスペースでは、観察者それぞれに応じた表示が不可能であった。そのため、予め様々な種類の接眼光学部を準備して、観察者に応じて適切な接眼光学部に交換、カスタマイズすることも考えられる。しかし、接眼光学部は、一般的に光路を観察者の眼球に向けて折り曲げるプリズムとして構成されるため、多種類の接眼光学部を製造する場合にはコストが大幅に増大するおそれがあった。 However, the technique of the cited document 1 has a problem that the apparatus becomes large because it is necessary to secure a large slidable space for the display element in order to cope with observers with various visual acuities. In other words, in a limited space of a small device, display according to each observer was impossible. Therefore, it is also conceivable to prepare various types of eyepiece optical units in advance and replace and customize them with appropriate eyepiece optical units according to the observer. However, since the eyepiece optical unit is generally configured as a prism that bends the optical path toward the observer's eyeball, there is a risk that the cost may increase significantly when manufacturing various types of eyepiece optical units.

したがって、これらの点に着目してなされた本発明の目的は、装置の大型化や多種類の接眼光学部の準備を要することなく、所望の機能が得られる虚像観察装置及び虚像観察装置のインナー光学系を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention made by paying attention to these points is to provide a virtual image observation apparatus and a virtual image observation apparatus that can obtain a desired function without requiring an increase in size of the apparatus and preparation of various types of eyepiece optical units. It is to provide an optical system.

上記目的を達成する虚像観察装置の発明は、
表示素子と、
前記表示素子からの画像光を観察者の眼球に導光して虚像として表示させる接眼光学部と、
前記表示素子及び前記接眼光学部を保持する筐体と、
前記表示素子と前記接眼光学部との間の前記画像光の光路内で、前記表示素子と前記接眼光学部の相対位置を固定したまま交換されることによって光学的機能を変更するインナー光学系と、
前記インナー光学系を前記筐体に交換可能に装着するための装着部と、
を備え、
前記装着部は、前記インナー光学系として第１インナー光学系と第２インナー光学系とを交換可能に装着するものであり、
前記第１インナー光学系は、前記装着部に装着された状態で前記画像光の光路と交差する外光の透過光路を形成せずに画像光の透過光路を形成し、
前記第２インナー光学系は、前記装着部に装着された状態で、前記画像光の光路と交差する外光の透過光路を形成するとともに、画像光の透過光路を形成していることを特徴とする。 The invention of the virtual image observation apparatus that achieves the above object is as follows.
A display element;
An eyepiece optical unit that guides image light from the display element to an observer's eyeball and displays it as a virtual image;
A housing for holding the display element and the eyepiece optical unit;
An inner optical system that changes an optical function by exchanging the display element and the eyepiece optical unit while fixing a relative position in the optical path of the image light between the display element and the eyepiece optical unit; ,
A mounting portion for mounting the inner optical system in a replaceable manner on the housing;
Equipped with a,
The mounting portion is configured to mount the first inner optical system and the second inner optical system interchangeably as the inner optical system,
The first inner optical system forms a transmission optical path of image light without forming a transmission optical path of external light that intersects the optical path of the image light in a state of being mounted on the mounting portion,
When the second inner optical system is mounted on the mounting portion, the second inner optical system forms a transmission optical path of external light that intersects the optical path of the image light, and forms a transmission optical path of the image light. To do.

上記の虚像観察装置の発明において、
前記画像光を形成するための照明光を発する光源部をさらに備え、
前記第２インナー光学系は、前記外光の透過光路を経て入射する外光を受光する受光素子を備え、
前記受光素子の出力に基づいて前記光源部の出力を変化させることによって前記虚像の輝度を制御するようにしてもよい。 In the invention of the virtual image observation apparatus,
A light source unit that emits illumination light for forming the image light;
The second inner optical system includes a light receiving element that receives external light incident through a transmission optical path of the external light,
You may make it control the brightness | luminance of the said virtual image by changing the output of the said light source part based on the output of the said light receiving element.

上記の虚像観察装置の発明において、
前記第２インナー光学系は、前記外光の透過光路を経て外界像を撮影する撮影光学系及び撮像素子を備えてもよい。 In the invention of the virtual image observation apparatus,
The second inner optical system may include an imaging optical system and an imaging element that captures an external image through the transmission path of the external light.

上記の虚像観察装置の発明において、
前記第２インナー光学系は、前記観察者の眼で反射されて前記接眼光学部から入射する逆入射光を前記画像光の光路から分離して前記逆入射光の導光路に偏向するハーフミラーと、前記逆入射光の導光路に偏向された前記逆入射光を撮影する撮影光学系及び撮像素子と、を備え、
前記撮像素子から得られる画像信号に基づいて前記観察者の瞳孔位置、ひいては視線を検出するようにしてもよい。 In the invention of the virtual image observation apparatus,
The second inner optical system includes a half mirror that separates the reverse incident light reflected from the eye of the observer and incident from the eyepiece optical unit from the optical path of the image light and deflects it to the light guide path of the reverse incident light. A photographing optical system and an image sensor for photographing the reverse incident light deflected in the light guide path of the reverse incident light,
The observer's pupil position, and hence the line of sight, may be detected based on an image signal obtained from the image sensor.

また、上記目的を達成する虚像観察装置のインナー光学系の発明は、
表示素子と、
前記表示素子からの画像光を観察者の眼球に導光して虚像として表示させる接眼光学部と、
前記表示素子及び前記接眼光学部を保持する筐体と、
前記表示素子と前記接眼光学部との間の前記画像光の光路内で、前記表示素子と前記接眼光学部の相対位置を固定したまま交換されることによって光学的機能を変更するインナー光学系と、
前記インナー光学系を前記筐体に交換可能に装着するための装着部と、
を備えた虚像観察装置のインナー光学系であって、
前記装着部に装着された状態で、前記画像光の光路と交差する外光の透過光路を形成するとともに、画像光の透過光路を形成することを特徴とする。
また、上記目的を達成する虚像観察装置の他の発明は、
表示素子と、
前記表示素子からの画像光を観察者の眼球に導光して虚像として表示させる接眼光学部と、
前記表示素子及び前記接眼光学部を保持する筐体と、
前記表示素子と前記接眼光学部との間の前記画像光の光路内で、前記表示素子と前記接眼光学部の相対位置を固定したまま交換されることによって光学的機能を変更するインナー光学系と、
前記インナー光学系を前記筐体に交換可能に装着するための装着部と、
を備え、
前記インナー光学系は、前記画像光の透過光路に添う方向に厚みを有し、前記画像光の透過光路長の調整により前記虚像の視度を調整するものである。
また、上記の虚像観察装置の発明において、
前記装着部は、前記インナー光学系として第３インナー光学系と第４インナー光学系とを交換可能に装着するものであり、
前記第４インナー光学系は、前記画像光の透過光路に添う方向に前記第３インナー光学系と異なる厚みを有することが好ましい。 Further, the invention of the inner optical system of the virtual image observation apparatus that achieves the above object
A display element;
An eyepiece optical unit that guides image light from the display element to an observer's eyeball and displays it as a virtual image;
A housing for holding the display element and the eyepiece optical unit;
An inner optical system that changes an optical function by exchanging the display element and the eyepiece optical unit while fixing a relative position in the optical path of the image light between the display element and the eyepiece optical unit; ,
A mounting portion for mounting the inner optical system in a replaceable manner on the housing;
An inner optical system of a virtual image observation apparatus comprising:
In a state of being mounted on the mounting portion, an external light transmission optical path intersecting with the optical path of the image light is formed and a transmission optical path of the image light is formed.
In addition, another invention of the virtual image observation apparatus that achieves the above object
A display element;
An eyepiece optical unit that guides image light from the display element to an observer's eyeball and displays it as a virtual image;
A housing for holding the display element and the eyepiece optical unit;
An inner optical system that changes an optical function by being exchanged while fixing a relative position of the display element and the eyepiece optical unit in an optical path of the image light between the display element and the eyepiece optical unit; ,
A mounting portion for mounting the inner optical system in a replaceable manner on the housing;
With
The inner optical system has a thickness in a direction accompany the transmission optical path of the image light, Ru der adjusts the diopter of the virtual image by adjusting the transmission optical path length of said image light.
In the invention of the virtual image observation apparatus,
The mounting part is configured to replace the third inner optical system and the fourth inner optical system as the inner optical system,
The fourth inner optical system preferably has a thickness different from that of the third inner optical system in a direction along the transmission optical path of the image light.

本発明によれば、装置の大型化や多種類の接眼光学部の準備を要することなく、所望の機能が得られる虚像観察装置及び虚像観察装置のインナー光学系を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the inner optical system of the virtual image observation apparatus and virtual image observation apparatus which can obtain a desired function can be provided, without requiring the enlargement of an apparatus and the preparation of many types of eyepiece optical parts.

本発明の第１実施形態に係る虚像観察装置を取付けたメガネを、観察者が頭部に装着した状態で示す、外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows the spectacles which attached the virtual image observation apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention in the state with which the observer was mounted | worn to the head. 図１の虚像観察装置の水平断面図である。It is a horizontal sectional view of the virtual image observation apparatus of FIG. 図２の接眼光学部をＹ軸負方向に見たときの外観図である。It is an external view when the eyepiece optical part of FIG. 2 is seen in the Y-axis negative direction. 図２の表示素子及び導光部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the display element and light guide part of FIG. 図４のインナー光学系を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the inner optical system of FIG. インナー光学系の変形例を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the modification of an inner optical system. 本発明の第２実施形態に係る虚像観察装置の表示素子及び導光部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the display element and light guide part of the virtual image observation apparatus which concern on 2nd Embodiment of this invention. 図７のインナー光学系を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the inner optical system of FIG. 本発明の第３実施形態に係る虚像観察装置のインナー光学系を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the inner optical system of the virtual image observation apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 筐体にインナー光学系を装着するための機構の変形例を説明するための水平断面図である。It is a horizontal sectional view for explaining a modification of a mechanism for attaching an inner optical system to a case.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１実施形態）
図１〜図６を参照して、本発明の第１実施形態を説明する。図１に示す虚像観察装置１００は、本体部１０１と導光部１０２とを備えている。本体部１０１は、フックなどの係合部材１０３を用いて、メガネ１０４のテンプル１０５に取付け可能である。導光部１０２は、メガネ１０４を観察者が装着した状態で、本体部１０１から観察者の眼球の正面まで延びるように形成される。本体部１０１は、観察させる画像を形成して画像光として射出し、導光部１０２は、本体部１０１からの画像光を観察者の眼球に導光する。 (First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. A virtual image observation apparatus 100 illustrated in FIG. 1 includes a main body unit 101 and a light guide unit 102. The main body 101 can be attached to the temple 105 of the glasses 104 using an engaging member 103 such as a hook. The light guide unit 102 is formed to extend from the main body unit 101 to the front of the viewer's eyeball in a state where the viewer wears the glasses 104. The main body 101 forms an image to be observed and emits it as image light, and the light guide 102 guides the image light from the main body 101 to the observer's eyeball.

本明細書では、説明の便宜上、虚像観察装置１００をメガネ１０４を介して装着している観察者を正面から観たときの左（図のＸ軸正方向）、右（図のＸ軸負方向）、前（図のＹ軸正方向。観察者から遠い側。）、後（図のＹ軸負方向。観察者に近い側。）、上（図のＺ軸正方向）、下（図のＺ軸負方向）、水平（図のＸＹ平面方向）、及び鉛直（図のＺ軸方向）を、それぞれ単に「左」、「右」、「前」、「後」、「上」、「下」、「水平」、及び「鉛直」という場合がある。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、互いに垂直である。
ただし、虚像観察装置１００は図の例のものを左右反転や上下反転して構成されてもよい。左右反転して構成される場合は、虚像観察装置１００をメガネ１０４を介して装着している観察者を正面から観たときの左及び右が、それぞれＸ軸負方向、Ｘ軸正方向となる。上下反転して構成される場合は、虚像観察装置１００をメガネ１０４を介して装着している観察者を正面から観たときの上及び下が、それぞれＺ軸負方向、Ｚ軸正方向となる。 In this specification, for convenience of explanation, left (X-axis positive direction in the figure) and right (X-axis negative direction in the figure) when an observer wearing the virtual image observation apparatus 100 via the glasses 104 is viewed from the front. ), Front (Y-axis positive direction in the figure, side far from the observer), back (Y-axis negative direction in the figure. Side closer to the observer), up (Z-axis positive direction in the figure), down (in the figure) Z-axis negative direction), horizontal (XY plane direction in the figure), and vertical (Z-axis direction in the figure) are simply “left”, “right”, “front”, “back”, “up”, “down”, respectively. ”,“ Horizontal ”, and“ vertical ”. The X axis, the Y axis, and the Z axis are perpendicular to each other.
However, the virtual image observation apparatus 100 may be configured by horizontally flipping or vertically flipping the example shown in the figure. When configured to be reversed left and right, the left and right when the observer wearing the virtual image observation apparatus 100 via the glasses 104 is viewed from the front are the X axis negative direction and the X axis positive direction, respectively. . When configured upside down, when the observer wearing the virtual image observation apparatus 100 via the glasses 104 is viewed from the front, the top and bottom are the Z-axis negative direction and the Z-axis positive direction, respectively. .

図２に示すように、本体部１０１は、筐体１１４と、筐体１１４内に配置された光源１０６、照明プリズム１０７、及び表示素子１０８とを、有する。光源１０６は、例えばＬＥＤであり、照明光を発する。 As shown in FIG. 2, the main body 101 includes a housing 114, and a light source 106, an illumination prism 107, and a display element 108 disposed in the housing 114. The light source 106 is, for example, an LED, and emits illumination light.

照明プリズム１０７は、入射面１０９、射出面１１０、および反射面１１１を有する。光源１０６が発する照明光が照明プリズム１０７の入射面１０９に入射するように、照明プリズム１０７は配置される。照明プリズム１０７に入射した照明光を射出面１１０が反射面１１１に向けて全反射し、全反射された照明光を射出面１１０に略垂直に入射するように反射面１１１が照明光を反射し、略垂直に入射する照明光が射出面１１０を透過するように、照明プリズム１０７は形成され、配置される。 The illumination prism 107 has an entrance surface 109, an exit surface 110, and a reflection surface 111. The illumination prism 107 is arranged so that the illumination light emitted from the light source 106 enters the incident surface 109 of the illumination prism 107. The illumination surface incident on the illumination prism 107 is totally reflected by the exit surface 110 toward the reflection surface 111, and the reflection surface 111 reflects the illumination light so that the totally reflected illumination light is incident on the exit surface 110 substantially perpendicularly. The illumination prism 107 is formed and arranged so that the illumination light incident substantially perpendicularly passes through the exit surface 110.

照明プリズム１０７の射出面１１０を透過した照明光は、表示素子１０８に入射される。表示素子１０８は、例えば透過型ＬＣＤ表示素子である。表示素子１０８は、入射される照明光の光束を、２次元状に配置された画素毎に変調することにより、観察者に観察させる画像に相当する画像光を形成し、射出する。 The illumination light that has passed through the exit surface 110 of the illumination prism 107 is incident on the display element 108. The display element 108 is, for example, a transmissive LCD display element. The display element 108 forms and emits image light corresponding to an image to be observed by an observer by modulating the incident illumination light beam for each pixel arranged two-dimensionally.

図２に示すように、導光部１０２は、筐体１３２と、左端側が筐体１３２内に収納されているとともに右端側が筐体１３２の外部へ露出している接眼光学部１３１と、筐体１３２内に格納されたインナー光学系１４０とを、有している。 As shown in FIG. 2, the light guide unit 102 includes a housing 132, an eyepiece optical unit 131 in which the left end side is housed in the housing 132 and the right end side is exposed to the outside of the housing 132, and the housing And an inner optical system 140 stored in 132.

後に詳しく説明するように、本例では、導光部１０２の筐体１３２が、表示素子１０８と接眼光学部１３１との間の画像光の光路内で、筐体１３２にインナー光学系１４０を交換可能に装着するための装着部１３２ａを有している。インナー光学系１４０は、保持枠１３３と、保持枠１３３内に収納されるとともに、表示素子１０８と接眼光学部１３１との間の画像光の光路内に配置される、インナー光学素子１３０とを、有している。 As will be described in detail later, in this example, the inner optical system 140 is replaced with the casing 132 in the optical path of the image light between the display element 108 and the eyepiece optical section 131 when the casing 132 of the light guide unit 102 is replaced. It has a mounting part 132a for mounting as possible. The inner optical system 140 includes a holding frame 133 and an inner optical element 130 that is housed in the holding frame 133 and is disposed in the optical path of the image light between the display element 108 and the eyepiece optical unit 131. Have.

導光部１０２の筐体１３２と本体部１０１の筐体１１４とは、互いに連結されており、これらの筐体１３２、１１４によって、表示素子１０８と接眼光学部１３１とが保持されて、これらの相対位置が固定される。本体部１０１の筐体１１４と、導光部１０２の筐体１３２とには、表示素子１０８とインナー光学素子１３０との間で画像光を通過可能にするための開口が、それぞれ形成されている。 The housing 132 of the light guide unit 102 and the housing 114 of the main body unit 101 are connected to each other, and the display element 108 and the eyepiece optical unit 131 are held by these housings 132 and 114, and these The relative position is fixed. An opening for allowing image light to pass between the display element 108 and the inner optical element 130 is formed in the housing 114 of the main body 101 and the housing 132 of the light guide 102. .

接眼光学部１３１は、表示素子１０８からインナー光学素子１３０を介して入射された画像光を、観察者の眼球に導光して、虚像として表示させる。本例における接眼光学部１３１は、導光プリズム１１５と接眼部１１６（接眼面）とによって構成されている（図２参照）。 The eyepiece optical unit 131 guides the image light incident from the display element 108 via the inner optical element 130 to the eyeball of the observer and displays it as a virtual image. The eyepiece optical unit 131 in this example includes a light guide prism 115 and an eyepiece unit 116 (eyepiece surface) (see FIG. 2).

接眼光学部１３１の導光プリズム１１５は、第１〜第６面を有するプリズムである。前後に互いに対向する第１面１１７および第２面１１８は、等脚台形状であり（図３参照）、ＸＺ平面方向に沿って延在している。インナー光学素子１３０からの画像光の入射面となる第３面１１９は、第１面１１７および第２面１１８の左端側の面であり、ＹＺ平面方向に沿って延在している（図２、図３参照）。第４面１２０は、第３面１１９に対向する面であって、第１面１１７および第３面１１９に対して４５°傾斜している。第５面及び第６面は、それぞれ上面及び下面である。導光プリズム１１５は、図３に示すように、右側（Ｘ軸負側）に向かうにつれて徐々に上下方向の長さが短くなるように形成されており、その上下方向の長さは、少なくとも接眼部１１６において、例えば４ｍｍ以下である。 The light guide prism 115 of the eyepiece optical unit 131 is a prism having first to sixth surfaces. The first surface 117 and the second surface 118 that face each other in the front-rear direction are isosceles trapezoidal shapes (see FIG. 3), and extend along the XZ plane direction. The third surface 119 serving as an incident surface for image light from the inner optical element 130 is a surface on the left end side of the first surface 117 and the second surface 118, and extends along the YZ plane direction (FIG. 2). FIG. 3). The fourth surface 120 is a surface facing the third surface 119 and is inclined by 45 ° with respect to the first surface 117 and the third surface 119. The fifth surface and the sixth surface are an upper surface and a lower surface, respectively. As shown in FIG. 3, the light guide prism 115 is formed such that the length in the vertical direction gradually decreases toward the right side (X-axis negative side). In the eye part 116, it is 4 mm or less, for example.

接眼光学部１３１の接眼部１１６は、後方（Ｙ軸負方向）に向けて突出した平凸レンズであって、前側の平面が、導光プリズム１１５の第１面１１７の右端部に接着され又は導光プリズム１１５と一体に形成される（図２参照）。接眼部１１６は、第１面１１７の位置での上下方向の長さが例えば４ｍｍ以下である。接眼部１１６は、メガネ１０４を介した虚像観察装置１００の観察者による装着時に、観察者の眼球にほぼ対向することとなる。 The eyepiece 116 of the eyepiece optical unit 131 is a plano-convex lens protruding rearward (Y-axis negative direction), and the front plane is adhered to the right end of the first surface 117 of the light guide prism 115 or It is formed integrally with the light guide prism 115 (see FIG. 2). The eyepiece 116 has a vertical length of, for example, 4 mm or less at the position of the first surface 117. The eyepiece 116 substantially faces the eyeball of the observer when the virtual image observation apparatus 100 is worn by the observer via the glasses 104.

インナー光学素子１３０から接眼光学部１３１の第３面１１９に入射する画像光は、第４面１２０において接眼部１１６の方向に反射される。さらに画像光は接眼部１１６から射出されることにより、観察者の眼球に入射し、観察者は画像を観察できるようになる。 Image light incident on the third surface 119 of the eyepiece optical unit 131 from the inner optical element 130 is reflected on the fourth surface 120 in the direction of the eyepiece unit 116. Further, the image light is emitted from the eyepiece unit 116 to enter the eyeball of the observer, and the observer can observe the image.

なお、本実施形態では、虚像観察装置１００の各構成要素（照明プリズム１０７、表示素子１０８、接眼光学部１３１等）が上述の構成を有するものとして説明するが、これらはそのような構成を有するものに限定されない。例えば、照明プリズム１０７や接眼光学部１３１の形状及び寸法は、本例以外のものでもよい。また、表示素子１０８は、透過型表示素子以外にも、反射型表示素子（ＬＣＯＳ表示素子等）や、自発光型表示素子（有機ＥＬ等。その場合は光源１０６を省略できる。）等で、構成してもよい。また、光源１０６と照明プリズム１０７を、ＬＣＤ用の平面バックライトに置き換えてもよい。また、本体部１０１は、メガネ１０４に対して係合部材１０３以外の手段によって取り付け可能にしてもよいし、あるいはメガネ１０４と一体化（固定）されていてもよい。また、接眼光学部１３１は、本例のように左右方向に延在するように配置される場合以外にも、例えば接眼部１１６側が下側となるように上下方向に延在するように配置されてもよい。 In the present embodiment, each component (the illumination prism 107, the display element 108, the eyepiece optical unit 131, etc.) of the virtual image observation apparatus 100 is described as having the above-described configuration, but these have such a configuration. It is not limited to things. For example, the shapes and dimensions of the illumination prism 107 and the eyepiece optical unit 131 may be other than this example. In addition to the transmissive display element, the display element 108 is a reflective display element (LCOS display element or the like), a self-luminous display element (organic EL or the like, in which case the light source 106 can be omitted), or the like. It may be configured. Further, the light source 106 and the illumination prism 107 may be replaced with a flat backlight for LCD. The main body 101 may be attachable to the glasses 104 by means other than the engaging member 103 or may be integrated (fixed) with the glasses 104. In addition to the case where the eyepiece optical unit 131 is arranged so as to extend in the left-right direction as in this example, for example, the eyepiece optical unit 131 is arranged so as to extend in the vertical direction so that the eyepiece unit 116 side is on the lower side. May be.

次に、図４及び図５を参照して、インナー光学系１４０の構成についてさらに詳しく説明する。図４及び図５は、表示素子１０８及び導光部１０２の一例を示している。図４は表示素子１０８及び導光部１０２の外観を示している。本例では、第１インナー光学系１４０ａと第２インナー光学系１４０ｂとが、相互に交換可能である。図５は、表示素子１０８と、導光部１０２のうち筐体１３２及び保持枠１３３を除く部分とを示しており、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、それぞれ第１及び第２インナー光学系１４０ａ、１４０ｂが筐体１３２に装着された場合を示している。なお、以下では、第１及び第２インナー光学系１４０ａ、１４０ｂを、互いに区別せずに「インナー光学系１４０」という場合がある。 Next, the configuration of the inner optical system 140 will be described in more detail with reference to FIGS. 4 and 5. 4 and 5 show an example of the display element 108 and the light guide unit 102. FIG. 4 shows the appearance of the display element 108 and the light guide unit 102. In this example, the first inner optical system 140a and the second inner optical system 140b are interchangeable. FIG. 5 shows the display element 108 and the portion of the light guide unit 102 excluding the housing 132 and the holding frame 133. FIGS. 5A and 5B show the first and second parts, respectively. The case where the inner optical systems 140a and 140b are attached to the housing 132 is shown. In the following description, the first and second inner optical systems 140a and 140b may be referred to as “inner optical systems 140” without being distinguished from each other.

図４に示すように、導光部１０２の筐体１３２の上端壁には、表示素子１０８と接眼光学部１３１との間の領域に対応する位置に、矩形断面の貫通孔１３２ａが形成されている。後述するように、この貫通孔１３２ａは、表示素子１０８と接眼光学部１３１との間の画像光の光路内で、筐体１３２にインナー光学系１４０を交換可能に装着するための装着部の機能を有する。 As shown in FIG. 4, a through hole 132 a having a rectangular cross section is formed in the upper end wall of the housing 132 of the light guide unit 102 at a position corresponding to a region between the display element 108 and the eyepiece optical unit 131. Yes. As will be described later, the through hole 132a functions as a mounting portion for mounting the inner optical system 140 to the housing 132 in a replaceable manner in the optical path of the image light between the display element 108 and the eyepiece optical unit 131. Have

第１及び第２インナー光学系１４０ａ、１４０ｂは、それぞれ、保持枠１３３と、保持枠１３３内に収納されたインナー光学素子１３０とを、有している。第１及び第２インナー光学系１４０ａ、１４０ｂのそれぞれの保持枠１３３の構成は同じである。第１及び第２インナー光学系１４０ａ、１４０ｂのインナー光学素子１３０を、それぞれ第１及び第２インナー光学素子１３０ａ、１３０ｂとする。
図４に示す例において、保持枠１３３は、略矩形管状に形成されており、その内部には、インナー光学素子１３０が接着等により固定されている。第１及び第２インナー光学素子１３０ａ、１３０ｂは、いずれも、直方体に形成されている。 Each of the first and second inner optical systems 140a and 140b has a holding frame 133 and an inner optical element 130 housed in the holding frame 133. The configuration of the holding frame 133 of each of the first and second inner optical systems 140a and 140b is the same. The inner optical elements 130 of the first and second inner optical systems 140a and 140b are referred to as first and second inner optical elements 130a and 130b, respectively.
In the example shown in FIG. 4, the holding frame 133 is formed in a substantially rectangular tubular shape, and the inner optical element 130 is fixed therein by bonding or the like. The first and second inner optical elements 130a and 130b are both formed in a rectangular parallelepiped.

インナー光学系１４０は、例えば使用者によって筐体１３２に装着される。その際、使用者は、まず、筐体１３２の貫通孔１３２ａの上側で、保持枠１３３の管軸方向両側の開口１３３ａをそれぞれ表示素子１０８及び接眼光学部１３１側に向けて、貫通孔１３２ａを介して筐体１３２内へ挿入し、筐体１３２の床面１３２ｂ上に載置する。このとき、インナー光学素子１３０は、表示素子１０８と接眼光学系１３１との間の画像光の光路内に配置される。また、このとき、保持枠１３３の鉛直に延在する４つの側壁面の上部（被装着部）１３３ｂが、筐体１３２の貫通孔（装着部）１３２ａの内周面と係合することで、保持枠１３３が筐体１３２に対して水平方向に位置決めされ、これによりインナー光学系１４０が筐体１３２に脱着可能に（ひいては交換可能に）装着される。 The inner optical system 140 is attached to the housing 132 by a user, for example. At that time, the user first sets the through hole 132a on the upper side of the through hole 132a of the housing 132 with the openings 133a on both sides in the tube axis direction of the holding frame 133 facing the display element 108 and the eyepiece optical unit 131, respectively. Inserted into the housing 132 and placed on the floor surface 132 b of the housing 132. At this time, the inner optical element 130 is disposed in the optical path of the image light between the display element 108 and the eyepiece optical system 131. At this time, the upper part (attached part) 133b of the four side wall surfaces extending vertically of the holding frame 133 is engaged with the inner peripheral surface of the through hole (attaching part) 132a of the housing 132, The holding frame 133 is positioned in the horizontal direction with respect to the housing 132, so that the inner optical system 140 is detachably attached to the housing 132 (and thus replaceable).

図４及び図５に示すように、インナー光学系１４０が筐体１３２に装着された状態において、インナー光学素子１３０は、保持枠１３３の左側（Ｘ軸正側）の開口１３３ａを介して表示素子１０８と対向する面１５１が画像光の入射面となり、保持枠１３３の右側の開口１３３ａを介して接眼光学部１３１と対向する面１５３が画像光の射出面となる。このとき、保持枠１３３の左右両側の開口１３３ａは、画像光の通過を許容する画像光窓となる。図の例では、画像光の入射面１５１及び射出面１５３が、画像光の入射方向（Ｘ軸方向）に対して垂直となる。 As shown in FIGS. 4 and 5, in a state where the inner optical system 140 is mounted on the housing 132, the inner optical element 130 is displayed on the display element via the opening 133 a on the left side (X-axis positive side) of the holding frame 133. A surface 151 facing the image 108 becomes an image light incident surface, and a surface 153 facing the eyepiece optical unit 131 through the opening 133a on the right side of the holding frame 133 becomes an image light exit surface. At this time, the openings 133a on the left and right sides of the holding frame 133 serve as image light windows that allow image light to pass therethrough. In the illustrated example, the image light incident surface 151 and the light exit surface 153 are perpendicular to the image light incident direction (X-axis direction).

図５に示すように、第１及び第２インナー光学素子１３０ａ、１３０ｂは、保持枠１３３を介して筐体１３２に装着された状態での、画像光の透過光路に沿う方向の厚みａ、ｂがそれぞれ異なる。本明細書において「画像光の透過光路に沿う方向の厚み」とは、インナー光学素子１３０を透過する画像光の中心光線ＣＲに沿って測った厚みを指す。第１インナー光学系１４０ａが筐体１３２に装着されたときと、第２インナー光学系１４０ｂが筐体１３２に装着されたときとで、インナー光学素子１３０の画像光の透過光路に沿う方向の厚みが異なるので、画像光の透過光路の光路長を異ならせることができ、ゆえに虚像の前後方向の表示位置、すなわち視度を異ならせることができる。 As shown in FIG. 5, the first and second inner optical elements 130 a and 130 b have the thicknesses a and b in the direction along the transmission light path of the image light in a state where the first and second inner optical elements 130 a and 130 b are attached to the housing 132 via the holding frame 133. Are different. In this specification, the “thickness in the direction along the transmission optical path of image light” refers to the thickness measured along the central ray CR of the image light transmitted through the inner optical element 130. The thickness of the inner optical element 130 in the direction along the transmission light path of the image light when the first inner optical system 140a is attached to the housing 132 and when the second inner optical system 140b is attached to the housing 132. Therefore, the optical path length of the transmission optical path of the image light can be made different, and therefore the display position of the virtual image in the front-rear direction, that is, the diopter can be made different.

例えば、接眼光学部１３１の焦点距離fを26mmとし、第１及び第２インナー光学素子１３０ａ、１３０ｂの画像光の透過光路に沿う方向の厚みa, bをそれぞれ4mm, 6mmとし、第１及び第２インナー光学素子１３０ａ、１３０ｂの屈折率を1.5とする。このとき、第１インナー光学系１４０ａから第２インナー光学系１４０ｂへの交換を行う場合、表示素子１０８から観察者の眼球までに至る空気換算光路長の変化x'は、
x' = (6-4) - (6-4) / 1.5 = 0.666 mm
となる。したがって、虚像の前後方向の表示位置の変化Xは、レンズの公式（ニュートンの式）より、
X = f² / x' = 26² / 0.666 = 1015 mm
となり、すなわち約1D（ディオプタ）となる。
よって、この虚像観察装置１によれば、使用者は、第１インナー光学系１４０ａから第２インナー光学系１４０ｂへの交換によって、例えば無限遠（0D）から1m先（-1D）への虚像表示位置の変更や、例えば2m先（-0.5D）から0.66m先（-1.5D）への虚像表示位置の変更等を行うことができる。
虚像表示位置を観察者から遠くへ変位させる第１インナー光学系１４０ａは、例えば観察者がウォーキング中で遠くの物を見ることが多い場合等に好適であり、虚像表示位置を観察者の近くへ変位させる第２インナー光学系１４０ｂは、例えば観察者がデスクワーク中で近くの物を見ることが多い場合等に好適である。 For example, the focal length f of the eyepiece optical unit 131 is 26 mm, the thicknesses a and b of the first and second inner optical elements 130a and 130b in the direction along the transmission optical path of the image light are 4 mm and 6 mm, respectively. The refractive index of the two inner optical elements 130a and 130b is 1.5. At this time, when the replacement from the first inner optical system 140a to the second inner optical system 140b is performed, the change x ′ of the air equivalent optical path length from the display element 108 to the eyeball of the observer is:
x '= (6-4)-(6-4) / 1.5 = 0.666 mm
It becomes. Therefore, the change X of the display position in the front-rear direction of the virtual image is given by the lens formula (Newton's formula)
X = f ² / x '= 26 ² / 0.666 = 1015 mm
That is, about 1D (diopter).
Therefore, according to the virtual image observation apparatus 1, the user can display a virtual image from, for example, infinity (0D) to 1m ahead (-1D) by exchanging the first inner optical system 140a with the second inner optical system 140b. The position can be changed, for example, the virtual image display position can be changed from 2 m ahead (−0.5 D) to 0.66 m ahead (−1.5 D), and the like.
The first inner optical system 140a that displaces the virtual image display position far from the observer is suitable, for example, when the observer often sees distant objects while walking, and the virtual image display position is close to the observer. The second inner optical system 140b to be displaced is suitable, for example, when the observer often sees a nearby object in the desk work.

第１実施形態によれば、第１及び第２インナー光学系１４０ａ、１４０ｂを相互に交換することで、インナー光学素子１３０の画像光の透過光路に沿う方向の厚みを変化させて、画像光の透過光路の光路長を変化させることにより、虚像表示位置、すなわち視度を変化させることができる。このようにインナー光学系１４０を交換可能としたことにより、表示素子１０８及び接眼光学部１３１の構成及び相対位置を変えることなく（すなわち表示素子１０８及び接眼光学部１３１を筐体１１４、１３２に固定したまま）、光学的機能を変えることができる。よって、上述したような虚像観察装置１の大型化や多種類の接眼光学部１３１の準備を要することなく、所望の光学的機能を得ることができる。 According to the first embodiment, the first and second inner optical systems 140a and 140b are interchanged to change the thickness of the inner optical element 130 in the direction along the transmission light path of the image light, thereby By changing the optical path length of the transmitted light path, the virtual image display position, that is, the diopter can be changed. Since the inner optical system 140 can be replaced in this way, the configuration and relative position of the display element 108 and the eyepiece optical unit 131 are not changed (that is, the display element 108 and the eyepiece optical unit 131 are fixed to the casings 114 and 132). The optical function can be changed. Therefore, it is possible to obtain a desired optical function without requiring an increase in size of the virtual image observation apparatus 1 as described above and preparation of various types of eyepiece optical units 131.

なお、第１実施形態において、互いにインナー光学素子１３０の構成が異なる３つ以上のインナー光学系１４０を、相互に交換可能にしてもよい。 In the first embodiment, three or more inner optical systems 140 having different inner optical element 130 configurations may be interchangeable.

また、第１実施形態では、各インナー光学素子１３０の画像光の透過光路に沿う方向の厚みを異ならせること以外にも、他の任意の方法で各インナー光学素子１３０の構成（形状、寸法、屈折率）を互いに異ならせることで、インナー光学系１４０の交換により光学的機能を変更できるようにしてもよい。 In the first embodiment, in addition to changing the thickness of each inner optical element 130 in the direction along the transmission optical path of the image light, the configuration (shape, size, By changing the refractive index), the optical function may be changed by exchanging the inner optical system 140.

図６は、インナー光学素子１３０の変形例を示している。図６では、図５と同様に、筐体１３２及び保持枠１３３の図示を省略しているが、これらの構成は、図４の例と同様でよい。図６の例では、第１〜第３インナー光学素子１３０ａ〜１３０ｃをそれぞれ有する第１〜第３インナー光学系１４０ａ〜１４０ｃが、相互に交換可能である。図６（ａ）〜図６（ｃ）は、それぞれ第１〜第３インナー光学系１４０ａ〜１４０ｃが筐体１３２に装着された場合を示している。第１〜第３インナー光学素子１３０ａ〜１３０ｃは、保持枠１３３を介した筐体１３２への装着状態における画像光の入射面１５１（以下、単に「画像光の入射面１５１」という場合がある。）が、曲面状に形成されており、レンズ機能を有する。 FIG. 6 shows a modification of the inner optical element 130. 6, illustration of the housing 132 and the holding frame 133 is omitted as in FIG. 5, but these configurations may be the same as in the example of FIG. In the example of FIG. 6, the first to third inner optical systems 140a to 140c having the first to third inner optical elements 130a to 130c, respectively, are interchangeable. 6A to 6C show cases where the first to third inner optical systems 140a to 140c are mounted on the housing 132, respectively. The first to third inner optical elements 130 a to 130 c may be referred to as an image light incident surface 151 (hereinafter simply referred to as “image light incident surface 151”) when mounted on the housing 132 via the holding frame 133. ) Is formed in a curved surface and has a lens function.

より具体的には、図６の例において、第１インナー光学素子１３０ａは、画像光の入射面１５１がインナー光学素子１３０の外側に向けて突出した凸状の曲面からなり、また、入射面１５１に対向する画像光の射出面１５３が平面からなることで、平凸レンズの機能を有する。第２インナー光学素子１３０ｂは、画像光の入射面１５１がインナー光学素子１３０の外側に向けて突出する湾曲形状が、鉛直方向に沿って延在する、凸状の円柱状曲面からなり、また、画像光の射出面１５３が平面からなることで、平凸円柱レンズの機能を有する。第３インナー光学素子１３０ｃは、画像光の入射面１５１がインナー光学素子１３０の内側に向けて窪んだ凹状の曲面からなり、また、画像光の射出面１５３が平面からなることで、平凹レンズの機能を有する。このように、第１〜第３インナー光学素子１３０ａ〜１３０ｃは、それぞれ異なるレンズ機能を有する。 More specifically, in the example of FIG. 6, the first inner optical element 130 a has a convex curved surface in which the incident surface 151 for image light protrudes toward the outside of the inner optical element 130, and the incident surface 151. Since the image light exit surface 153 facing the surface is a flat surface, it has the function of a plano-convex lens. The second inner optical element 130b is a convex cylindrical curved surface in which the curved shape in which the incident surface 151 of the image light protrudes toward the outside of the inner optical element 130 extends along the vertical direction. Since the image light exit surface 153 is a flat surface, it has a function of a plano-convex cylindrical lens. The third inner optical element 130c has a concave curved surface in which the image light incident surface 151 is recessed toward the inner side of the inner optical element 130, and the image light emission surface 153 is a flat surface. It has a function. Thus, the first to third inner optical elements 130a to 130c have different lens functions.

図６の例では、第１〜第３インナー光学系１４０ａ〜１４０ｃを相互に交換することにより、インナー光学素子１３０のレンズ機能、ひいては、視度調整、乱視調整、画角等の虚像の表示状態調整等の光学的機能を変えることができる。このようにインナー光学系１４０を交換可能とすることにより、表示素子１０８及び接眼光学部１３１の構成及び相対位置を変えることなく、光学的機能を変えることができる。よって、虚像観察装置１の大型化や多種類の接眼光学部１３１の準備を要することなく、所望の光学的機能を得ることができる。 In the example of FIG. 6, the first to third inner optical systems 140 a to 140 c are exchanged with each other, so that the lens function of the inner optical element 130, and thus the display state of a virtual image such as diopter adjustment, astigmatism adjustment, field angle, etc. Optical functions such as adjustment can be changed. By making the inner optical system 140 replaceable in this way, the optical function can be changed without changing the configuration and relative position of the display element 108 and the eyepiece optical unit 131. Therefore, a desired optical function can be obtained without requiring an increase in size of the virtual image observation apparatus 1 or preparation of various types of eyepiece optical units 131.

なお、インナー光学素子１３０の画像光の射出面１５３が、凸状の曲面又は凹状の曲面からなってもよい。 The image light exit surface 153 of the inner optical element 130 may be a convex curved surface or a concave curved surface.

また、図５の例のようにレンズ機能を有しないインナー光学素子１３０を内蔵したインナー光学系１４０と、図６の例のようにレンズ機能を有するインナー光学素子１３０を内蔵したインナー光学系１４０とを、相互に交換可能としてもよい。 Further, an inner optical system 140 including an inner optical element 130 having no lens function as in the example of FIG. 5, and an inner optical system 140 including an inner optical element 130 having a lens function as in the example of FIG. May be interchangeable.

（第２実施形態）
図７〜図８を参照して、本発明の第２実施形態を、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。図７及び図８は、第２実施形態の虚像観察装置１００における表示素子１０８及び導光部１０２の一例を示す斜視図であり、それぞれ図４及び図５に対応する図である。本例では、第１〜第３インナー光学系１４０ａ〜１４０ｃ（以下、これらを互いに区別せずに「インナー光学系１４０」という場合がある。）が、相互に交換可能である。図８（ａ）〜図８（ｃ）は、それぞれ第１〜第３インナー光学系１４０ａ〜１４０ｃが筐体１３２に装着された場合を示している。 (Second Embodiment)
With reference to FIGS. 7-8, 2nd Embodiment of this invention is described centering on a different part from 1st Embodiment. 7 and 8 are perspective views illustrating examples of the display element 108 and the light guide unit 102 in the virtual image observation apparatus 100 according to the second embodiment, and correspond to FIGS. 4 and 5, respectively. In this example, the first to third inner optical systems 140a to 140c (hereinafter, they may be referred to as “inner optical systems 140” without being distinguished from each other) are interchangeable. FIGS. 8A to 8C show cases where the first to third inner optical systems 140a to 140c are mounted on the housing 132, respectively.

導光部１０２の筐体１３２の前端壁（Ｙ軸正側の壁）には、画像素子１０８と接眼光学部１３１との間の領域に対応する位置に、長方形断面の貫通孔１３２ａが形成されている。後述するように、この貫通孔１３２ａは、表示素子１０８と接眼光学部１３１との間の画像光の光路内で、筐体１３２にインナー光学系１４０を交換可能に装着するための装着部の機能を有する。 A through-hole 132a having a rectangular cross section is formed at a position corresponding to a region between the image element 108 and the eyepiece optical unit 131 on the front end wall (Y-axis positive side wall) of the housing 132 of the light guide unit 102. ing. As will be described later, the through hole 132a functions as a mounting portion for mounting the inner optical system 140 to the housing 132 in a replaceable manner in the optical path of the image light between the display element 108 and the eyepiece optical unit 131. Have

各インナー光学系１４０は、いずれも、略直方体の保持枠１３３と、保持枠１３３内に収納された直方体のインナー光学素子１３０とを、有している。保持枠１３３の互いに対向する一対の側壁には、インナー光学系１４０の筐体１３２への装着状態において、画像光の通過を許容する画像光窓１３３ａが形成されている。各インナー光学系１４０のインナー光学素子１３０の構成は、それぞれ同じである。 Each inner optical system 140 includes a substantially rectangular parallelepiped holding frame 133 and a rectangular parallelepiped inner optical element 130 housed in the holding frame 133. An image light window 133a that allows the passage of image light when the inner optical system 140 is attached to the housing 132 is formed on a pair of side walls facing each other of the holding frame 133. The configuration of the inner optical element 130 of each inner optical system 140 is the same.

インナー光学系１４０は、例えば使用者によって筐体１３２に装着される。その際、使用者は、まず、筐体１３２の貫通孔１３２ａの前側（Ｙ軸正側）で、保持枠１３３の一対の画像光窓１３３ａをそれぞれ表示素子１０８及び接眼光学部１３１側に向けて、貫通孔１３２ａを介して筐体１３２内へ挿入し、筐体１３２の後側の内壁面に当接させる。このとき、インナー光学素子１３０は、表示素子１０８と接眼光学系１３１との間の画像光の光路内に配置される。また、このとき、保持枠１３３の前後方向に延在する４つの側壁面の前端部（被装着部）１３３ｂが、筐体１３２の貫通孔（装着部）１３２ａの内周面と係合することで、保持枠１３３が筐体１３２に対してＸＺ平面方向に位置決めされ、これによりインナー光学系１４０が筐体１３２に脱着可能に（ひいては交換可能に）装着される。図７及び図８に示すように、インナー光学系１４０が筐体１３２に装着された状態において、インナー光学素子１３０は、保持枠１３３の左側の画像光窓１３３ａを介して表示素子１０８と対向する面１５１が画像光の入射面となり、保持枠１３３の右側の画像光窓１３３ａを介して接眼光学部１３１と対向する面１５３が画像光の射出面となる。画像光の入射面１５１及び射出面１５３は、画像光の入射方向（Ｘ軸方向）に対して垂直となる。 The inner optical system 140 is attached to the housing 132 by a user, for example. At that time, the user first sets the pair of image light windows 133a of the holding frame 133 toward the display element 108 and the eyepiece optical unit 131 side on the front side (Y axis positive side) of the through hole 132a of the housing 132, respectively. Then, it is inserted into the housing 132 through the through-hole 132a and brought into contact with the inner wall surface on the rear side of the housing 132. At this time, the inner optical element 130 is disposed in the optical path of the image light between the display element 108 and the eyepiece optical system 131. At this time, the front end portions (attached portions) 133b of the four side wall surfaces extending in the front-rear direction of the holding frame 133 are engaged with the inner peripheral surface of the through-hole (attachment portion) 132a of the housing 132. Thus, the holding frame 133 is positioned in the XZ plane direction with respect to the housing 132, and thereby the inner optical system 140 is detachably attached to the housing 132 (and thus replaceable). As shown in FIGS. 7 and 8, the inner optical element 130 faces the display element 108 through the image light window 133 a on the left side of the holding frame 133 in a state where the inner optical system 140 is mounted on the housing 132. The surface 151 is an image light incident surface, and the surface 153 facing the eyepiece optical unit 131 via the image light window 133a on the right side of the holding frame 133 is an image light emission surface. The image light incident surface 151 and the exit surface 153 are perpendicular to the image light incident direction (X-axis direction).

第１インナー光学系１４０ａは、図４の例と同様に、保持枠１３３内にインナー光学素子１３０のみが収納されている。このインナー光学素子１３０の画像光の透過光路に沿う方向の厚みを適切に設定することによって、所望の光学的機能（視度等）が得られる。 In the first inner optical system 140a, only the inner optical element 130 is accommodated in the holding frame 133, as in the example of FIG. A desired optical function (such as diopter) can be obtained by appropriately setting the thickness of the inner optical element 130 in the direction along the transmission optical path of the image light.

第２インナー光学系１４０ｂは、インナー光学素子１３０に加えて、保持枠１３３内に、インナー光学素子１３０の後側に配置された受光素子１６０と、受光素子１６０をインナー光学素子１３０に対向させた状態でインナー光学素子１３０に対して固定する回路基板１６１とを、さらに有している。第２インナー光学系１４０ｂの保持枠１３３の前端壁には、受光素子１６０と前後方向に対向する位置に、外光を取り入れるための外光窓１３３ｃが設けられている。受光素子１６０は例えばフォトダイオード等から構成されており、外光窓１３３ｃ及びインナー光学素子１３０を介して入射される外光を検出し、その検出結果を回路基板１６１に出力する。回路基板１６１は、受光素子１６０からの出力を明るさ情報に変換して、この明るさ情報を、光源部１０６の制御手段（図示せず）に出力する。そして、光源部１０６の制御手段は、外光の明るさ情報に基づいて、光源部１０６の出力ひいては虚像の輝度を、調整する。第２インナー光学系１４０ｂを筐体１３２に装着した場合、虚像観察装置１は、外光窓１３３ｃからインナー光学素子１３０を介して受光素子１６０までに至る外光の透過光路を利用して、虚像の輝度調整機能を実現できる。例えば、外部環境が明るいときは虚像の輝度を上げて、外部環境が暗いときは虚像の輝度を下げるようにすると、観察者が虚像を観察し易くなる。 In addition to the inner optical element 130, the second inner optical system 140b has the light receiving element 160 disposed on the rear side of the inner optical element 130 in the holding frame 133, and the light receiving element 160 opposed to the inner optical element 130. And a circuit board 161 that is fixed to the inner optical element 130 in a state. On the front end wall of the holding frame 133 of the second inner optical system 140b, an outside light window 133c for taking in outside light is provided at a position facing the light receiving element 160 in the front-rear direction. The light receiving element 160 is composed of a photodiode or the like, for example, detects external light incident through the external light window 133 c and the inner optical element 130, and outputs the detection result to the circuit board 161. The circuit board 161 converts the output from the light receiving element 160 into brightness information, and outputs this brightness information to the control means (not shown) of the light source unit 106. Then, the control means of the light source unit 106 adjusts the output of the light source unit 106 and thus the brightness of the virtual image based on the brightness information of the external light. When the second inner optical system 140b is mounted on the housing 132, the virtual image observation apparatus 1 uses a transmitted light path of external light from the external light window 133c to the light receiving element 160 via the inner optical element 130, thereby forming a virtual image. The brightness adjustment function can be realized. For example, if the brightness of the virtual image is increased when the external environment is bright and the brightness of the virtual image is decreased when the external environment is dark, the observer can easily observe the virtual image.

第３インナー光学系１４０ｃは、インナー光学素子１３０に加えて、保持枠１３３内に、インナー光学素子１３０の後側に配置された撮像素子１６２と、撮像素子１６２をインナー光学素子１３０に対向させた状態でインナー光学素子１３０に対して固定する回路基板１６１と、インナー光学素子１３０の前側に配置された撮影光学系１６４とを、さらに有するとともに、保持枠１３３の前端面に設けられた絞り板１６５をも有している。第３インナー光学系１４０ｃの保持枠１３３の前端壁には、撮影光学系１６４と前後方向に対向する位置に、外光を取り入れるための外光窓１３３ｃが設けられている。絞り板１６５には、撮影光学系１６４と前後方向に対向する位置に、開口１６５ａが形成されている。撮影光学系１６４は、１つ以上の（図の例では３つの）レンズを含み、絞り板１６５の開口１６５ａから入ってくる外光を撮像素子１６２の受光平面に結像させる。撮像素子１６２は、例えばＣＣＤ等から構成されており、電源ＯＮにより、撮影光学系１６４によって結像された外界像は画像信号に変換される。使用者による図示しないシャッターボタンの操作に応じて、画像信号は、例えば本体部１０１に設けられる図示しない画像処理部に出力されて、そこでの画像処理によって、撮影画像が生成される。第３インナー光学系１４０ｃを筐体１３２に装着した場合、虚像観察装置１は、絞り板１６５の開口１６５ａから撮影光学系１６４及びインナー光学素子１３０を介して撮像素子１６２までに至る外光の透過光路を利用して、風景の外界像等を撮影するカメラ機能を実現できる。 In addition to the inner optical element 130, the third inner optical system 140c has an imaging element 162 disposed on the rear side of the inner optical element 130 in the holding frame 133, and the imaging element 162 opposed to the inner optical element 130. The aperture plate 165 further includes a circuit board 161 that is fixed to the inner optical element 130 in a state and a photographing optical system 164 disposed on the front side of the inner optical element 130, and is provided on the front end surface of the holding frame 133. It also has. On the front end wall of the holding frame 133 of the third inner optical system 140c, an external light window 133c for taking in external light is provided at a position facing the photographing optical system 164 in the front-rear direction. An aperture 165a is formed in the diaphragm plate 165 at a position facing the photographing optical system 164 in the front-rear direction. The photographing optical system 164 includes one or more (three in the illustrated example) lenses, and forms an image of external light that enters from the opening 165 a of the diaphragm plate 165 on the light receiving plane of the image sensor 162. The image sensor 162 is composed of, for example, a CCD or the like. When the power is turned on, an external field image formed by the photographing optical system 164 is converted into an image signal. In response to an operation of a shutter button (not shown) by the user, the image signal is output to an image processing unit (not shown) provided in the main body 101, for example, and a captured image is generated by image processing there. When the third inner optical system 140c is attached to the housing 132, the virtual image observation apparatus 1 transmits external light from the opening 165a of the aperture plate 165 to the image sensor 162 through the photographing optical system 164 and the inner optical element 130. Using the optical path, it is possible to realize a camera function for photographing an external image of a landscape.

なお、第３インナー光学系１４０ｃでは、カメラ機能に加えて、撮像素子１６２の画素信号を用いて、第２インナー光学系１４０ｂと同様に虚像の輝度調整機能を実現させてもよい。 Note that, in the third inner optical system 140c, in addition to the camera function, a pixel image signal of the image sensor 162 may be used to realize the brightness adjustment function of the virtual image as in the second inner optical system 140b.

第２実施形態によれば、第１〜第３インナー光学系１４０ａ〜１４０ｃを相互に交換可能としたので、例えば、所望の光学的機能だけを得たい場合には第１インナー光学系１４０ａに交換し、所望の光学的機能に加えて虚像の輝度調整機能を得たい場合には第２インナー光学系１４０ｂに交換し、あるいは、所望の光学的機能に加えてカメラ機能を得たい場合には第３インナー光学系１４０ｃに交換するだけで、これらの機能を得ることができる。よって、表示素子１０８及び接眼光学部１３１の構成及び相対位置を変えることなく（ひいては虚像観察装置１の大型化や多種類の接眼光学部１３１の準備を要することなく）、所望の機能を得ることができる。 According to the second embodiment, the first to third inner optical systems 140a to 140c can be exchanged with each other. For example, when only a desired optical function is desired, the first inner optical system 140a is replaced with the first inner optical system 140a. If it is desired to obtain the brightness adjustment function of the virtual image in addition to the desired optical function, the second inner optical system 140b is replaced. Alternatively, if the camera function is desired in addition to the desired optical function, the second inner optical system 140b is used. These functions can be obtained simply by replacing the three inner optical system 140c. Therefore, a desired function can be obtained without changing the configuration and relative position of the display element 108 and the eyepiece optical unit 131 (and without requiring the enlargement of the virtual image observation apparatus 1 and preparation of various types of eyepiece optical units 131). Can do.

また、本例のように、第２及び第３インナー光学系１４０ｂ、１４０ｃが、それぞれ、筐体１３２に装着された状態で、画像光の光路と交差する外光の透過光路を形成するようにした場合には、付加的な機能（輝度調整機能やカメラ機能）を実現しつつ、仮に画像光の光路と交差しない外光の透過光路を形成する場合に比べて、両光路の利用スペースを低減でき、虚像観察装置１を小型化できる。
ただし、外光の透過光路を画像光の光路と交差させなくてもよく、例えば、第２インナー光学系１４０ｂにおいて、受光素子１６０及び回路基板１６１を、インナー光学素子１３０の前側に配置してもよいし、また、第３インナー光学系１４０ｃにおいて、撮像素子１６２及び回路基板１６１を、インナー光学素子１３０の前側に配置してもよい。 Further, as in the present example, the second and third inner optical systems 140b and 140c each form a transmitted light path of external light that intersects with the optical path of the image light in a state of being mounted on the housing 132. In this case, while using additional functions (brightness adjustment function and camera function), the use space of both light paths is reduced compared to the case of forming a transmission light path of outside light that does not intersect the light path of image light. The virtual image observation apparatus 1 can be reduced in size.
However, the transmitted light path of the external light may not intersect with the optical path of the image light. For example, in the second inner optical system 140b, the light receiving element 160 and the circuit board 161 may be disposed on the front side of the inner optical element 130. In addition, in the third inner optical system 140c, the imaging element 162 and the circuit board 161 may be disposed on the front side of the inner optical element 130.

また、本例のように、第１〜第３インナー光学系１４０ａ〜１４０ｃの各インナー光学素子１３０の構成（形状、寸法、屈折率等）を同一とした場合には、第１インナー光学系１４０ａから第２又は第３インナー光学系１４０ｂ、１４０ｃへの交換によって、画像光の光軸に影響を与えないようにすることができる。ここで、「画像光の光軸に影響を与えない」とは、画像光の光軸の例えば位置、方向等が変化されないことであり、ひいては、表示素子から接眼部の射出面までの画像光の光軸経路が変化されないことを、意味する。なお、インナー光学系の屈折率による光路長の変化は、画像光の光軸の位置、方向等が変化していないため「画像光の光軸に影響を与えない」といえる。これによって、使用者は、第１〜第３インナー光学系１４０ａ〜１４０ｃの中から、付加的機能の観点から自分の望むものを選択できるので、使用者の利便性を向上できる。
ただし、第１〜第３インナー光学系１４０ａ〜１４０ｃの各インナー光学素子１３０の構成は、それぞれ異なっていてもよい。 Further, as in this example, when the configurations (shape, dimensions, refractive index, etc.) of the inner optical elements 130 of the first to third inner optical systems 140a to 140c are the same, the first inner optical system 140a. By changing from to the second or third inner optical system 140b, 140c, the optical axis of the image light can be prevented from being affected. Here, “does not affect the optical axis of the image light” means that, for example, the position, direction, etc. of the optical axis of the image light is not changed, and as a result, the image from the display element to the exit surface of the eyepiece part. It means that the optical axis path of light is not changed. The change in the optical path length due to the refractive index of the inner optical system can be said to be “not affecting the optical axis of the image light” because the position and direction of the optical axis of the image light are not changed. Thereby, the user can select what he / she desires from the viewpoint of additional functions from the first to third inner optical systems 140a to 140c, so that the convenience of the user can be improved.
However, the configurations of the inner optical elements 130 of the first to third inner optical systems 140a to 140c may be different from each other.

（第３実施形態）
図９を参照して、本発明の第３実施形態を、第２実施形態と異なる部分を中心に説明する。図９は、第３実施形態の虚像観察装置１００における表示素子１０８及び導光部１０２の一部を示す斜視図であり、図８に対応する図である。本例では、第１及び第２インナー光学系１４０ａ、１４０ｂ（以下、これらを互いに区別せずに「インナー光学系１４０」という場合がある。）が、相互に交換可能である。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、それぞれ第１及び第２インナー光学系１４０ａ、１４０ｂが筐体１３２に装着された場合を示している。 (Third embodiment)
With reference to FIG. 9, a third embodiment of the present invention will be described with a focus on differences from the second embodiment. FIG. 9 is a perspective view illustrating a part of the display element 108 and the light guide unit 102 in the virtual image observation apparatus 100 according to the third embodiment, and corresponds to FIG. 8. In this example, the first and second inner optical systems 140a and 140b (hereinafter, they may be referred to as “inner optical system 140” without being distinguished from each other) are interchangeable. FIGS. 9A and 9B show a case where the first and second inner optical systems 140a and 140b are mounted on the housing 132, respectively.

第１インナー光学系１４０ａは、図７〜図８の例における第１インナー光学系１４０ａと同じである。 The first inner optical system 140a is the same as the first inner optical system 140a in the examples of FIGS.

第２インナー光学系１４０ｂは、図７〜図８の例における第３インナー光学系１４０ｃと同様に、保持枠１３３内に、インナー光学素子１３０と、インナー光学素子１３０の後側に配置された撮像素子１６２と、撮像素子１６２をインナー光学素子１３０に対向させた状態でインナー光学素子１３０に対して固定する回路基板１６１とを、有する。ただし、インナー光学素子１３０には、ハーフミラー１５７が内蔵されており、ハーフミラー１５７は、観察者の眼で反射されて接眼光学部１３１から入射する逆入射光を画像光の光路から分離して逆入射光の導光路に偏向する。また、第２インナー光学系１４０ｂは、保持枠１３３内に、インナー光学素子１３０の前側（Ｙ軸正側）に配置されて、前側に向けて突出する湾曲面状の反射型レンズ１７０（撮影光学系）を、さらに有する。反射型レンズ１７０及び撮像素子１６２は、逆入射光の導光路に偏向された逆入射光、すなわち眼の像を撮影する。
そして、第２インナー光学系１４０ｂが筐体１３２に装着された状態においては、観察者の眼から反射された光が、接眼光学部１３１の接眼部１１６から入射されて、接眼光学部１３１によりインナー光学素子１３０に向けて導光されて、接眼光学部１３１の左端面（第３面）１１９から射出されると、インナー光学素子１３０の右側面に入射して、その一部がハーフミラー１５７により反射されてインナー光学素子１３０の前側面から射出され、反射型レンズ１７０に入射する。そして、反射型レンズ１７０により反射されて、インナー光学素子１３０及びハーフミラー１５７を透過して、撮像素子１６２に入射される。このとき、反射型レンズ１７０のレンズ作用により、撮像素子１６２の受光平面に、観察者の眼の像が結像される。撮像素子１６２は、電源ＯＮにより、反射型レンズ１７０によって結像された像を画像信号に変換する。画像信号は、例えば本体部１０１に設けられる図示しない画像処理部に出力されて、そこでの画像処理によって、観察者の眼の撮影画像が生成される。そして、図示しない処理手段によって、この眼の撮影画像を処理することにより、観察者の瞳孔位置、ひいては視線を検出する。第２インナー光学系１４０ｂを筐体１３２に装着した場合、虚像観察装置１は、接眼光学部１３１から、ハーフミラー１５７、インナー光学素子１３０、及び反射型レンズ１７０を介して、撮像素子１６２までに至る逆入射光の導光路を利用して、観察者の視線検出機能を実現できる。 The second inner optical system 140b is, like the third inner optical system 140c in the examples of FIGS. 7 to 8, the inner optical element 130 and the imaging disposed on the rear side of the inner optical element 130 in the holding frame 133. An element 162 and a circuit board 161 that is fixed to the inner optical element 130 with the imaging element 162 facing the inner optical element 130 are provided. However, the inner optical element 130 has a built-in half mirror 157 that separates the reverse incident light reflected from the eye of the observer and incident from the eyepiece optical unit 131 from the optical path of the image light. The light is deflected to the light guide path of the reverse incident light. The second inner optical system 140b is disposed in the holding frame 133 on the front side (Y-axis positive side) of the inner optical element 130, and is a curved reflective lens 170 (shooting optical) that protrudes toward the front side. System). The reflective lens 170 and the image sensor 162 capture back-incident light that is deflected into the light-guide path of reverse-incident light, that is, an eye image.
In a state where the second inner optical system 140 b is mounted on the housing 132, the light reflected from the observer's eye is incident from the eyepiece 116 of the eyepiece optical unit 131 and is reflected by the eyepiece optical unit 131. When the light is guided toward the inner optical element 130 and emitted from the left end surface (third surface) 119 of the eyepiece optical unit 131, the light enters the right side surface of the inner optical element 130, and a part thereof is the half mirror 157. And is emitted from the front side surface of the inner optical element 130 and enters the reflective lens 170. Then, the light is reflected by the reflective lens 170, passes through the inner optical element 130 and the half mirror 157, and enters the image sensor 162. At this time, an image of the observer's eye is formed on the light receiving plane of the image sensor 162 by the lens action of the reflective lens 170. The imaging element 162 converts the image formed by the reflective lens 170 into an image signal when the power is turned on. The image signal is output to, for example, an image processing unit (not shown) provided in the main body unit 101, and a captured image of the observer's eye is generated by image processing there. Then, the captured image of the eye is processed by a processing unit (not shown) to detect the pupil position of the observer and thus the line of sight. When the second inner optical system 140b is attached to the housing 132, the virtual image observation apparatus 1 extends from the eyepiece optical unit 131 to the image sensor 162 through the half mirror 157, the inner optical element 130, and the reflective lens 170. An observer's line-of-sight detection function can be realized by using the light guide path of the back incident light.

そして、観察者の視線検出結果に基づいて、例えば、観察者が虚像を観ているか否かを判断し、その判断結果に基づいて、光源１０６のＯＮ／ＯＦＦを切り換える（ひいては虚像の表示のＯＮ／ＯＦＦを切り換える）ようにした場合には、省エネ効果を向上できる。
あるいは、虚像に対する視線を検出して観察者がどこを見ているか同定し、見ている部分に関連する情報をポップアップ表示させるようにしてもよい。 Then, based on the observer's line-of-sight detection result, for example, it is determined whether or not the observer is viewing a virtual image, and the light source 106 is switched on / off based on the determination result (and thus the display of the virtual image is turned on). In the case of switching / OFF), the energy saving effect can be improved.
Alternatively, the line of sight of the virtual image may be detected to identify where the observer is looking, and information related to the part being viewed may be displayed in a pop-up manner.

なお、第２インナー光学系１４０ｂでは、視線検出機能に加えて、撮像素子１６２の画素信号を用いて、第２実施形態の第２インナー光学系１４０ｂと同様に虚像の輝度調整機能を実現させてもよい。 In the second inner optical system 140b, in addition to the line-of-sight detection function, a virtual image luminance adjustment function is realized using the pixel signal of the image sensor 162 in the same manner as the second inner optical system 140b of the second embodiment. Also good.

第３実施形態によれば、第１及び第２インナー光学系１４０ａ、１４０ｂを相互に交換可能としたので、例えば、所望の光学的機能だけを得たい場合には第１インナー光学系１４０ａに交換し、または、所望の光学的機能に加えて観察者の視線検出機能を得たい場合には第２インナー光学系１４０ｂに交換するだけで、これらの機能を得ることができる。よって、表示素子１０８及び接眼光学部１３１の構成及び相対位置を変えることなく（ひいては虚像観察装置１の大型化や多種類の接眼光学部１３１の準備を要することなく）、所望の機能を得ることができる。 According to the third embodiment, the first and second inner optical systems 140a and 140b are interchangeable. For example, when only a desired optical function is desired, the first inner optical system 140a is replaced. Alternatively, when it is desired to obtain an observer's line-of-sight detection function in addition to a desired optical function, these functions can be obtained by simply replacing the second inner optical system 140b. Therefore, a desired function can be obtained without changing the configuration and relative position of the display element 108 and the eyepiece optical unit 131 (and without requiring the enlargement of the virtual image observation apparatus 1 and preparation of various types of eyepiece optical units 131). Can do.

また、本例のように、第２インナー光学系１４０ｂが、筐体１３２に装着された状態で、画像光の光路と交差する外光の透過光路を形成するようにした場合には、付加的な機能（視線検出機能）を実現しつつ、虚像観察装置１を小型化できる。 Further, as in this example, when the second inner optical system 140b is mounted on the housing 132 and forms a transmitted optical path of external light that intersects the optical path of the image light, an additional operation is performed. The virtual image observation apparatus 1 can be reduced in size while realizing a simple function (line-of-sight detection function).

また、第１及び第２インナー光学系１４０ａ、１４０ｂの各インナー光学素子１３０の構成（形状、寸法、屈折率等）を同一とした場合には、第１インナー光学系１４０ａから第２インナー光学系１４０ｂへの交換によって、ハーフミラー１５７による光量の減少を除いて、画像光の光路に影響を与えないようにすることができる。これによって、使用者は、同じ光学的機能を実現できる第１及び第２インナー光学系１４０ａ、１４０ｂのうち、付加的機能の観点から自分の望むほうを選択できるので、使用者の利便性を向上できる。
ただし、第１及び第２インナー光学系１４０ａ、１４０ｂの各インナー光学素子１３０の構成は、それぞれ異なっていてもよい。 Further, when the configurations (shape, dimensions, refractive index, etc.) of the inner optical elements 130 of the first and second inner optical systems 140a and 140b are the same, the first inner optical system 140a to the second inner optical system are used. By exchanging with 140b, the optical path of the image light can be prevented from being affected, except for a decrease in the amount of light by the half mirror 157. Accordingly, the user can select the desired one from the viewpoint of the additional function among the first and second inner optical systems 140a and 140b capable of realizing the same optical function, thereby improving the convenience of the user. it can.
However, the configurations of the inner optical elements 130 of the first and second inner optical systems 140a and 140b may be different from each other.

なお、上記各実施形態において、筐体１３２にインナー光学系１４０を交換可能（脱着可能）に装着するための機構としては、上述したものに限られない。
例えば、筐体１３２の貫通孔１３２ａ（装着部）とインナー光学系１４０の保持枠１３３とを係合させる機構に代えて、筐体１３２の内壁面に設けたレール（装着部）により保持枠１３３を摺動可能に支持する機構や、筐体１３２に取り付けられたバネ（装着部）によって保持枠１３３を係止する機構等も可能である。
また、筐体１３２内へインナー光学系１４０を挿入する機構に代えて、例えば、図１０に水平断面図で示すように、表示素子１０８を格納する本体部１０１の筐体１１４と、接眼光学部１３１を格納する導光部１０２の筐体１３２とが、インナー光学系１４０を介して、脱着可能にドッキングできるようにしてもよい。この場合、例えば、各筐体１１４、１３２の外壁面に設けたレール１３４（装着部）により保持枠１３３を（図１０の例では上下方向に）摺動可能に支持する機構等を用いることが考えられる。
あるいは、筐体１３２に保持枠１３３を装着する代わりに、保持枠１３３を省略して、筐体１３２にインナー光学系１４０を構成する部品（インナー光学素子１３０等）を直接装着するようにしてもよい。 In each of the above embodiments, the mechanism for detachably mounting the inner optical system 140 on the housing 132 is not limited to the one described above.
For example, instead of a mechanism for engaging the through hole 132a (mounting portion) of the housing 132 with the holding frame 133 of the inner optical system 140, the holding frame 133 is provided by a rail (mounting portion) provided on the inner wall surface of the housing 132. A mechanism for slidably supporting the frame, a mechanism for locking the holding frame 133 by a spring (mounting portion) attached to the housing 132, and the like are also possible.
Further, instead of the mechanism for inserting the inner optical system 140 into the housing 132, for example, as shown in a horizontal sectional view in FIG. 10, the housing 114 of the main body 101 for storing the display element 108 and the eyepiece optical unit The housing 132 of the light guide unit 102 that stores 131 may be detachably dockable via the inner optical system 140. In this case, for example, a mechanism that supports the holding frame 133 slidably (in the vertical direction in the example of FIG. 10) by rails 134 (mounting portions) provided on the outer wall surfaces of the respective casings 114 and 132 is used. Conceivable.
Alternatively, instead of attaching the holding frame 133 to the housing 132, the holding frame 133 may be omitted, and the components (the inner optical element 130 and the like) constituting the inner optical system 140 may be directly attached to the housing 132. Good.

また、上記各実施形態において、相互に交換可能な複数のインナー光学系１４０のうち少なくとも１つは、インナー光学素子１３０が空気からなるものとしてもよい。 In each of the above embodiments, at least one of the plurality of inner optical systems 140 that can be exchanged with each other may have the inner optical element 130 made of air.

１００：虚像観察装置、１０１：本体部、１０２：導光部、１０３：係合部材、１０４：メガネ、１０５：テンプル、１０６：光源、１０７：照明プリズム、１０８：表示素子、１０９：入射面、１１０：射出面、１１１：反射面、１１２：開口、１１４：筐体、１１５：導光プリズム：１１６：接眼部、１１７：第１面、１１８：第２面、１１９：第３面、１２０：第４面、１３０、１３０ａ〜１３０ｃ：インナー光学素子、１３１：接眼光学部、１３２：筐体、１３２ａ：貫通孔（装着部）、１３２ｂ：床面、１３３：保持枠、１３３ａ：画像光窓、１３３ｂ：被装着部、１３３ｃ：外光窓、１３４：装着部、１４０、１４０ａ〜１４０ｃ：インナー光学系、１５１：入射面、１５３：射出面、１５７：ハーフミラー、１６０：受光素子、１６１：回路基板、１６２：撮像素子、１６４：撮影光学系、１６５：絞り板、１６５ａ：開口、１７０：反射型レンズ、ＣＲ：中心光線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100: Virtual image observation apparatus 101: Main-body part 102: Light guide part 103: Engagement member 104: Glasses 105: Temple 106: Light source 107: Illumination prism 108: Display element 109: Incidence surface 110: Ejection surface, 111: Reflection surface, 112: Opening, 114: Housing, 115: Light guide prism: 116: Eyepiece part, 117: First surface, 118: Second surface, 119: Third surface, 120 : 4th surface, 130, 130a-130c: Inner optical element, 131: Eyepiece optical part, 132: Housing, 132a: Through hole (mounting part), 132b: Floor surface, 133: Holding frame, 133a: Image light window 133b: Mounted portion, 133c: External light window, 134: Mounting portion, 140, 140a to 140c: Inner optical system, 151: Incident surface, 153: Ejection 157: half mirror, 160: light receiving element, 161: circuit board, 162: imaging element, 164: imaging optical system, 165: aperture plate, 165a: aperture, 170: reflective lens, CR: central beam

Claims

表示素子と、
前記表示素子からの画像光を観察者の眼球に導光して虚像として表示させる接眼光学部と、
前記表示素子及び前記接眼光学部を保持する筐体と、
前記表示素子と前記接眼光学部との間の前記画像光の光路内で、前記表示素子と前記接眼光学部の相対位置を固定したまま交換されることによって光学的機能を変更するインナー光学系と、
前記インナー光学系を前記筐体に交換可能に装着するための装着部と、
を備え、
前記装着部は、前記インナー光学系として第１インナー光学系と第２インナー光学系とを交換可能に装着するものであり、
前記第１インナー光学系は、前記装着部に装着された状態で前記画像光の光路と交差する外光の透過光路を形成せずに画像光の透過光路を形成し、
前記第２インナー光学系は、前記装着部に装着された状態で、前記画像光の光路と交差する外光の透過光路を形成するとともに、画像光の透過光路を形成していることを特徴とする、虚像観察装置。 A display element;
An eyepiece optical unit that guides image light from the display element to an observer's eyeball and displays it as a virtual image;
A housing for holding the display element and the eyepiece optical unit;
An inner optical system that changes an optical function by exchanging the display element and the eyepiece optical unit while fixing a relative position in the optical path of the image light between the display element and the eyepiece optical unit; ,
A mounting portion for mounting the inner optical system in a replaceable manner on the housing;
Equipped with a,
The mounting portion is configured to mount the first inner optical system and the second inner optical system interchangeably as the inner optical system,
The first inner optical system forms a transmission optical path of image light without forming a transmission optical path of external light that intersects the optical path of the image light in a state of being mounted on the mounting portion,
When the second inner optical system is mounted on the mounting portion, the second inner optical system forms a transmission optical path of external light that intersects the optical path of the image light, and forms a transmission optical path of the image light. Virtual image observation device.

前記画像光を形成するための照明光を発する光源部をさらに備え、
前記第２インナー光学系は、前記外光の透過光路を経て入射する外光を受光する受光素子を備え、
前記受光素子の出力に基づいて前記光源部の出力を変化させることによって前記虚像の輝度を制御する、請求項１に記載の虚像観察装置。 A light source unit that emits illumination light for forming the image light;
The second inner optical system includes a light receiving element that receives external light incident through a transmission optical path of the external light,
To control the brightness of the virtual image by changing the output of the light source portion based on an output of the light receiving elements, a virtual image observation apparatus according to claim 1.

前記第２インナー光学系は、前記外光の透過光路を経て外界像を撮影する撮影光学系及び撮像素子を備える、請求項１に記載の虚像観察装置。 The virtual image observation apparatus according to claim 1 , wherein the second inner optical system includes an imaging optical system and an imaging element that capture an external image through a transmission optical path of the external light.

前記第２インナー光学系は、前記観察者の眼で反射されて前記接眼光学部から入射する逆入射光を前記画像光の光路から分離して前記逆入射光の導光路に偏向するハーフミラーと、前記逆入射光の導光路に偏向された前記逆入射光を撮影する撮影光学系及び撮像素子と、を備え、
前記撮像素子から得られる画像信号に基づいて前記観察者の瞳孔位置、ひいては視線を検出する、請求項１に記載の虚像観察装置。 The second inner optical system includes a half mirror that separates the reverse incident light reflected from the eye of the observer and incident from the eyepiece optical unit from the optical path of the image light and deflects it to the light guide path of the reverse incident light. A photographing optical system and an image sensor for photographing the reverse incident light deflected in the light guide path of the reverse incident light,
The virtual image observation apparatus according to claim 1 , wherein the observer's pupillary position, and thus a line of sight, is detected based on an image signal obtained from the imaging element.

表示素子と、
前記表示素子からの画像光を観察者の眼球に導光して虚像として表示させる接眼光学部と、
前記表示素子及び前記接眼光学部を保持する筐体と、
前記表示素子と前記接眼光学部との間の前記画像光の光路内で、前記表示素子と前記接眼光学部の相対位置を固定したまま交換されることによって光学的機能を変更するインナー光学系と、
前記インナー光学系を前記筐体に交換可能に装着するための装着部と、
を備えた虚像観察装置のインナー光学系であって、
前記装着部に装着された状態で、前記画像光の光路と交差する外光の透過光路を形成するとともに、画像光の透過光路を形成することを特徴とする、インナー光学系。 A display element;
An eyepiece optical unit that guides image light from the display element to an observer's eyeball and displays it as a virtual image;
A housing for holding the display element and the eyepiece optical unit;
An inner optical system that changes an optical function by exchanging the display element and the eyepiece optical unit while fixing a relative position in the optical path of the image light between the display element and the eyepiece optical unit; ,
A mounting portion for mounting the inner optical system in a replaceable manner on the housing;
An inner optical system of a virtual image observation apparatus comprising:
An inner optical system, wherein the inner optical system forms a transmitted optical path of external light and a transmitted optical path of image light while being mounted on the mounting portion.

表示素子と、
前記表示素子からの画像光を観察者の眼球に導光して虚像として表示させる接眼光学部と、
前記表示素子及び前記接眼光学部を保持する筐体と、
前記表示素子と前記接眼光学部との間の前記画像光の光路内で、前記表示素子と前記接眼光学部の相対位置を固定したまま交換されることによって光学的機能を変更するインナー光学系と、
前記インナー光学系を前記筐体に交換可能に装着するための装着部と、
を備え、
前記インナー光学系は、前記画像光の透過光路に沿う方向に厚みを有し、前記画像光の透過光路長の調整により前記虚像の視度を調整するものであることを特徴とする虚像観察装置。 A display element;
An eyepiece optical unit that guides image light from the display element to an observer's eyeball and displays it as a virtual image;
A housing for holding the display element and the eyepiece optical unit;
An inner optical system that changes an optical function by exchanging the display element and the eyepiece optical unit while fixing a relative position in the optical path of the image light between the display element and the eyepiece optical unit; ,
A mounting portion for mounting the inner optical system in a replaceable manner on the housing;
With
The inner optical system has a thickness in a direction along the transmitted light path of the image light, an imaginary image you wherein the by adjusting the transmission optical path length of the image light and adjusts the diopter of the virtual image Observation device.

前記装着部は、前記インナー光学系として第３インナー光学系と第４インナー光学系とを交換可能に装着するものであり、
前記第４インナー光学系は、前記画像光の透過光路に沿う方向に前記第３インナー光学系と異なる厚みを有することを特徴とする、請求項６に記載の虚像観察装置。 The mounting part is configured to replace the third inner optical system and the fourth inner optical system as the inner optical system,
The virtual image observation apparatus according to claim 6 , wherein the fourth inner optical system has a thickness different from that of the third inner optical system in a direction along a transmission optical path of the image light.