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JPH0519130B2 - - Google Patents
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JPH0519130B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0519130B2
JPH0519130B2 JP57180539A JP18053982A JPH0519130B2 JP H0519130 B2 JPH0519130 B2 JP H0519130B2 JP 57180539 A JP57180539 A JP 57180539A JP 18053982 A JP18053982 A JP 18053982A JP H0519130 B2 JPH0519130 B2 JP H0519130B2
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JP
Japan
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optical
image
optical device
input surface
output surface
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP57180539A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5878116A (en
Inventor
Marukamu Erisu Sutafuoodo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MAAKONI ABINYONIKUSU Ltd
Original Assignee
MAAKONI ABINYONIKUSU Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by MAAKONI ABINYONIKUSU Ltd filed Critical MAAKONI ABINYONIKUSU Ltd
Publication of JPS5878116A publication Critical patent/JPS5878116A/en
Publication of JPH0519130B2 publication Critical patent/JPH0519130B2/ja
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  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光学装置に関し、特に、頭上表示装
置(ヘツドアツプデイスプレー)およびいわゆる
ナイト・ビジヨン・ゴーグルに使用するのに適し
た光学装置に関し、更に、そのような光学装置を
組入れた頭上表示装置およびナイト・ビジヨン・
ゴーグルに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an optical device, in particular to an optical device suitable for use in head-up display devices and so-called night vision goggles; Overhead display and night vision devices incorporating
Regarding goggles.

現在入手しうるナイト・ビジヨン・ゴーグル
は、一般に、高性能の飛行機のコツクピツト内で
使用するには不適当であり、寸法が大きくて扱い
にくく、光学性能の点でも不適当である。
Currently available night vision goggles are generally unsuitable for use in the cabins of high performance aircraft, are bulky and unwieldy, and have inadequate optical performance.

本発明の目的は、高性能飛行機の操縦士が使用
するのに適する型式のナイト・ビジヨン・ゴーグ
ルを構成するのに好適な光学装置を提供すること
である。
It is an object of the present invention to provide an optical device suitable for constructing night vision goggles of a type suitable for use by pilots of high performance aircraft.

略述すれば、本発明は、ヘルメツトに装着され
たヘツド・アツプ・デイスプレー又はナイト・ビ
ジヨン・ゴーグルのための光学装置であつて、表
示すべき光学データの実像を所定の像平面上に結
像させるめの光学プロジエクタと、観察者が上記
像をみるための接眼鏡の役割を果す光屈折性材製
の素子とから成る光学装置であつて、前記素子
は、前記像平面に対してほぼ平行な第1外部入力
面と、平坦な外部出力面と、該出力面に平行な第
2外部入力面と、該出力面と第2外部入力面との
間に配置された半透光性、半反射性の内部面を備
えており、観察者が、その前方の場面の像を、前
記平行な外部出力面と第2外部入力面、及び光学
データの実像を重ねられた前記内部面を通し、前
記接眼鏡を通してみることができるようになされ
た光学装置において、 前記接眼鏡の前記平行な外部出力面と第2外部
入力面は、前記第1外部入力面に対して傾斜させ
てあり、前記半透光性、半反射性の内部面は、該
外部出力面の方に向つて凹面状に湾曲しており、
それによつて、前記光学データの実像から発して
前記第1入力面から前記素子に進入した光線が、
該第1入力面において屈折され、前記接眼鏡内で
前記内部面に向けて完全に内部反射され、該内部
面において反射されて、最後に外部出力面を透過
して観察者にみられるようになされていることを
特徴とする光学装置を提供する。
Briefly, the present invention is an optical device for a helmet-mounted head-up display or night vision goggle, which forms a real image of optical data to be displayed on a predetermined image plane. An optical device comprising an optical projector for projecting an image, and an element made of a light refractive material serving as an eyepiece for viewing the image by an observer, the element being approximately oriented relative to the image plane. a parallel first external input surface, a flat external output surface, a second external input surface parallel to the output surface, and a semi-transparent surface disposed between the output surface and the second external input surface; a semi-reflective internal surface, through which an observer receives an image of a scene in front of the observer through the parallel external output surface, a second external input surface, and a real image of optical data superimposed thereon; , an optical device adapted to be viewed through the eyepiece, wherein the parallel external output surface and the second external input surface of the eyepiece are inclined with respect to the first external input surface; the semi-transparent, semi-reflective internal surface is concavely curved toward the external output surface;
Thereby, a ray of light originating from the real image of optical data and entering the element from the first input surface,
refracted at the first input surface, fully internally reflected within the eyepiece toward the internal surface, reflected at the internal surface, and finally transmitted through the external output surface for viewing by the viewer. An optical device is provided.

前記光線は、前記外部出力面において完全に内
部へ反射され、該外部出力面の縁部分には、前記
第1入力面から前記素子に進入した後、該素子の
屈折性素材のもつ臨界角より小さい角度で該外部
出力面に入射した前記実像からの光線をも前記内
部面へ反射させる完全反射性コーチングが施すこ
とができる。
The light beam is completely reflected inwardly at the external output surface, and the edge portion of the external output surface has an angle smaller than the critical angle of the refractive material of the element after entering the element from the first input surface. A fully reflective coating can be applied which causes rays from the real image that are incident on the external output surface at small angles to be reflected back to the internal surface.

前記内部面は、例えば多層コーチング又はホロ
グラフイツクコーチングのような調整された光学
的コーチングによつて構成するのが好ましい。
Preferably, said internal surface is constituted by a tailored optical coating, such as a multilayer coating or a holographic coating.

本発明は、又、ナイト・ビジヨン・ゴーグルの
ための光学装置において、前記光学プロジエクタ
は、前記接眼鏡を通して観察される観察者の前方
の場面の増強された像を前記像平面上に創生する
像増強鏡を備えていることを特徴とする光学装置
を提供する。
The invention also provides an optical device for night vision goggles, wherein the optical projector creates on the image plane an enhanced image of a scene in front of the observer viewed through the eyepiece. An optical device is provided, characterized in that it is equipped with an image intensifying mirror.

前記光学プロジエクタは、前記像増強鏡と、観
察者の前方の場面との間に対物レンズ及び屋根型
プリズムを備えたものとするのが好ましい。その
ような構成においては、対物レンズと屋根型プリ
ズムは、対物レンズからの光線を像増強鏡へ差し
向けるように該光線の光軸を屈折するように配置
する。
Preferably, the optical projector comprises an objective lens and a roof prism between the image intensifier mirror and the scene in front of the viewer. In such a configuration, the objective lens and roof prism are arranged to refract the optical axis of the rays from the objective lens so as to direct the rays to the image intensifier.

以下の実施例においては、本発明の光学装置を
組入れた、飛行機の操縦士用の双眼ナイト・ビジ
ヨン・ゴーグルについて説明する。
In the following example, a binocular night vision goggle for an airplane pilot incorporating the optical device of the present invention is described.

第1〜8図の第1実施例においては、ゴーグル
11は取付具15によつてヘルメツト13に固着
されている。ゴーグル11は、左眼位置の光学プ
ロゼクタ19aと接眼鏡21aから成る光学装置
17aと、右眼位置に設けられる同様の光学装置
17bを備えている。
In the first embodiment shown in FIGS. 1-8, goggles 11 are secured to a helmet 13 by means of a fitting 15. In the first embodiment shown in FIGS. The goggles 11 include an optical device 17a consisting of an optical projector 19a and an eyepiece 21a in the left eye position, and a similar optical device 17b provided in the right eye position.

光学装置17a,17bは、取付具15に付設
されたハウジング20に装着されている。接眼鏡
21aと21Bbとは、所定の両眼間の間隔だけ
離隔させてある。
The optical devices 17a and 17b are mounted on a housing 20 attached to the fixture 15. The eyepieces 21a and 21Bb are separated by a predetermined distance between the eyes.

取付具15は、溝形部材であり、その両側フラ
ンジ23は、前方から後方へテーパしており、外
方に折曲げた耳片25を有している。フランジ2
3の全体は、ヘルメツト13の外表面の輸郭にほ
ぼ合致する形状であり、耳片25に通したねじ2
7によつてヘルメツトに固定されている。
The fixture 15 is a channel-shaped member, and both side flanges 23 thereof are tapered from the front to the rear and have outwardly bent ears 25. Flange 2
3 has a shape that almost matches the contour of the outer surface of the helmet 13, and the screw 2 passed through the ear piece 25
It is fixed to the helmet by 7.

ハウジング20は、軽量ハウジングであり、3
つの主要室31a,31b,31cを画定してい
る。それらのうちの2つの室31a,31bは、
それぞれ光学プロゼクタ19a,19bの光学要
素を収容している。室31cは、光学プロジエク
タ19a,19bのための電源を収容している。
The housing 20 is a lightweight housing, and includes 3
Two main chambers 31a, 31b, and 31c are defined. Two of them, 31a and 31b, are
Each accommodates the optical elements of optical projectors 19a and 19b. Chamber 31c houses the power supply for optical projectors 19a, 19b.

詳細すれば、各室31a,31bは、それぞ
れ、像増強鏡33a,33bおよび屋根型プリズ
ム35a,35bを収容している。各室の前壁3
7a,37bのねじ付孔に光学プロジエクタ19
a,19bの対物レンズ39a,39bを収容し
たケーシング41a,41bが螺着されている。
Specifically, each chamber 31a, 31b accommodates an image intensifying mirror 33a, 33b and a roof prism 35a, 35b, respectively. Front wall 3 of each room
Optical projector 19 is inserted into the threaded holes 7a and 37b.
Casings 41a and 41b housing objective lenses 39a and 39b of lenses a and 19b are screwed onto the casings 41a and 41b, respectively.

各屋根型プリズム35a,35bは、ブラケツ
ト43a(第6図)に固定されている。各ブラケ
ツト43aは、対応する室31a,31bに設け
られた支持台47a,49aまたは47b,49
b上に座置するウエブ部分45aを有している。
プリズム35a,35bは、ゴム取付体50a
(第6図)によつてブラケツトから隔絶されてい
る。ブラケツト43aは、それぞれの支持台47
a,49aまたは47b,49bにねじ51(第
3図)に固定されている。
Each roof prism 35a, 35b is fixed to a bracket 43a (FIG. 6). Each bracket 43a is supported by a support stand 47a, 49a or 47b, 49 provided in the corresponding chamber 31a, 31b.
It has a web portion 45a that sits on top of the web portion 45a.
The prisms 35a and 35b are attached to a rubber mounting body 50a.
(FIG. 6) from the bracket. The bracket 43a is attached to each support stand 47.
a, 49a or 47b, 49b with screws 51 (FIG. 3).

屋根型プリズム35a,35bは、対物レンズ
39a,39bの光軸と、それに対してほぼ垂直
をなす像増強鏡33a,33bの光軸との交差部
における光路内にある。
The roof prisms 35a, 35b are located in the optical path at the intersection of the optical axes of the objective lenses 39a, 39b and the optical axes of the image intensifying mirrors 33a, 33b substantially perpendicular thereto.

第3の室31cは、室31aと31bの間にあ
り、先に述べたように、それぞれ像増強鏡33
a,33bのための電源51a,51bを収容し
ている。電源51a,51bは、溝形取付具15
内を通して延長させた導線52によつてバツテ
リ・パツク(図示せず)に接続することができ
る。
The third chamber 31c is located between the chambers 31a and 31b, each having an image intensifying mirror 33, as mentioned above.
It accommodates power supplies 51a and 51b for power supplies 51a and 33b. The power supplies 51a and 51b are connected to the groove-shaped fixture 15.
It can be connected to a battery pack (not shown) by a conductor 52 extending therethrough.

接眼鏡21a,21bは、視準整正接眼鏡であ
る。各接眼鏡は、第4図の接眼鏡21aについて
説明すると、ハウジング20に固定されたフレー
ム53a内に嵌められたガラスまたはプラスチツ
ク材の如き光屈折性材料で作られた2部分体から
成つている。各接眼鏡21aの2部分55aと5
7aの間には、球面状の半透光性、半反射性の界
面54aが介設されている。接眼鏡の第1部分5
5aは、入力面59aと出力面63aを有してい
る。入力面59は、像増強鏡33aの出力面61
aにほぼ平行な平面内にある。出力面63aは、
平面状であり、入力面59aに対して鋭角に傾斜
している。
The eyepieces 21a and 21b are collimating eyepieces. Each eyepiece, referring to eyepiece 21a of FIG. 4, consists of a two-part body made of a light-refractive material, such as glass or plastic, fitted within a frame 53a secured to housing 20. . Two parts 55a and 5 of each eyepiece 21a
A spherical, semi-transparent, semi-reflective interface 54a is interposed between the surfaces 7a. Eyepiece first part 5
5a has an input surface 59a and an output surface 63a. The input surface 59 is the output surface 61 of the image intensifying mirror 33a.
It lies in a plane approximately parallel to a. The output surface 63a is
It has a planar shape and is inclined at an acute angle with respect to the input surface 59a.

接眼鏡21aの第2部分57aは、部分55a
と補完関係をなす形状であり、部分55aの出力
面63aに平行な平面状の入力面67aを有して
いる。
The second portion 57a of the eyepiece 21a is the portion 55a.
The input surface 67a has a planar shape parallel to the output surface 63a of the portion 55a.

各界面54a,54bによつて構成される鏡面
の光軸は、対物レンズ39a,39bの光軸に平
行である。
The optical axes of the mirror surfaces formed by the interfaces 54a and 54b are parallel to the optical axes of the objective lenses 39a and 39b.

ゴーグル11は、第5図に示されるように使用
位置Aと不使用位置Bとの間で移動自在である。
この移動は、ハウジング20を取付具15に対す
る螺着軸線を中心として枢動させることによつて
行われる。ゴーグルは、ハウジング20の突起7
3に取付けられたボール端付短軸71と、一端を
取付具15に固定された板ばね75とから成る止
め機構によつて使用位置および不使用位置に掛止
めされる。即ち、ボール端付短軸71のボール
は、ゴーグル11の使用位置においては板ばね7
5の孔77に、そして不使用位置においては板ば
ねの孔79に係合してゴーグルを保持する。
The goggles 11 are movable between a use position A and a non-use position B, as shown in FIG.
This movement is accomplished by pivoting the housing 20 about the threaded axis relative to the fitting 15. The goggles are attached to the protrusion 7 of the housing 20.
It is latched in the use position and the non-use position by a locking mechanism consisting of a short shaft 71 with a ball end attached to 3 and a leaf spring 75 whose one end is fixed to the fixture 15. That is, the ball of the short shaft 71 with a ball end is connected to the leaf spring 7 in the use position of the goggles 11.
5, and in the non-use position engages with the hole 79 of the leaf spring to hold the goggles.

各光学装置17の作動は、第8図を作照するこ
とによつて容易に理解される。(第8図において、
参照番号からa,bの符号を除去してあるのは、
a,bに共通のものとして説明するためである。)
第8図から分るように、ゴーグルを着用した観察
者の前方の遠くの場面Fからの光線は、対物レン
ズ39によつて反転され、屋根型プリズム35に
よつて屈折および反転された後、像増強鏡33へ
向けられて像増強鏡の出力面61に前方場面の増
強された実像を結ぶ。この実像からの光線は、次
いで、接眼鏡21にその第1部分55の入力面5
9を経て進入して屈折を受け、次いでその出力面
63で完全に反射され、次いで視準整正用の球面
状の半反射性界面54において反射され、最後に
出力面63を透過して観察者へ向けられる。接眼
鏡21の第2部分57の入力面67と、第1部分
55の出力面63とが平行であるため、遠方場面
Fは、接眼鏡21を通して歪みを生じることなく
観察される。
The operation of each optical device 17 can be easily understood by referring to FIG. (In Figure 8,
The symbols a and b are removed from the reference numbers as follows:
This is to explain it as something common to a and b. )
As can be seen in FIG. 8, the light rays from the distant scene F in front of the observer wearing goggles are inverted by the objective lens 39, and after being refracted and inverted by the roof prism 35, It is directed to the image intensifier mirror 33 to form an intensified real image of the front scene on the output surface 61 of the image intensifier mirror. The rays from this real image are then transmitted to the input surface 5 of the first portion 55 of the eyepiece 21.
9 and undergoes refraction, then is completely reflected at its output surface 63, then reflected at a spherical semi-reflective interface 54 for collimation, and finally transmitted through the output surface 63 for observation. directed towards the person. Because the input surface 67 of the second portion 57 of the eyepiece 21 and the output surface 63 of the first portion 55 are parallel, the far scene F is viewed through the eyepiece 21 without distortion.

光学装置17a,17bは、出力面61におけ
る実像の面積の多部分に関して広範囲の角度の光
線が入力面59において屈折され、出力面63か
ら発出するように設計されている。
The optical devices 17a, 17b are designed such that light rays at a wide range of angles are refracted at the input surface 59 and exit from the output surface 63 over a large portion of the area of the real image at the output surface 61.

出力面63における反射は、光が接眼鏡21の
素材の臨界角に等しいか、それより大きい角度で
入射することにより生じるのであるが、観察者の
視野を大きくするために、出力面63の1つまた
はそれ以上の縁部に完全反射コーチングを施し、
面63の該縁部に臨界角以下の角度で入射してく
る光線をも反射させるようにすることができる。
Reflection at the output surface 63 occurs when the light is incident at an angle equal to or greater than the critical angle of the material of the eyepiece 21; fully reflective coating on one or more edges;
It is also possible to reflect light rays incident on the edge of the surface 63 at an angle less than the critical angle.

球面状の反射面54は、慣用の半透光性、半反
射性コーチングによつて形成することができる
が、例えば英国特許第2971866号に記載されてい
るような多層コーチングまたはホログラフイツク
コーチングなどの光学的に調整されたコーチング
によつて形成することができる。
The spherical reflective surface 54 may be formed by a conventional semi-transparent, semi-reflective coating, such as a multilayer coating or a holographic coating as described in GB 2971866. It can be formed by an optically tuned coating.

第1〜8図の変型実施例として、このゴーグル
の着用者の視野内へ更に追加の光学データを投入
させるための手段を設けることができる。そのよ
うな変型実施例の1つが第9図に示されている。
この実施例では、ゴーグル11の接眼鏡の1つ、
例えば接眼鏡21bへの光路内にビームスプリツ
タの機能を果す複合プリズム36を設ける。プリ
ズム36は、先に述べたものと同様の屋根型プリ
ズム35bと、該屋根型プリズムの上に重ね合せ
た追加のプリズム素子35cとから成る。プリズ
ム素子35cの、屋根型プリズム35bとの界面
における表面は屋根型プリズムの屋根表面と補完
関係をなす形状である。
As a variant of the embodiment of FIGS. 1-8, means can be provided for introducing additional optical data into the field of view of the wearer of the goggles. One such variant embodiment is shown in FIG.
In this embodiment, one of the eyepieces of the goggles 11,
For example, a compound prism 36 functioning as a beam splitter is provided in the optical path to the eyepiece 21b. Prism 36 consists of a roof prism 35b similar to that previously described and an additional prism element 35c superimposed on the roof prism. The surface of the prism element 35c at the interface with the roof prism 35b has a shape complementary to the roof surface of the roof prism.

複合プリズム36の上流には、中継レンズ系3
8を設ける。陰極線管(CRT)42から成るデ
イスプレー(表示)装置からの光を鏡40のよう
な光屈折素子によつて偏向させ、中継レンズ系3
8を通して複合プリズム36へ入射させるように
する。像増強鏡33bの入力面は、中継レンズ3
8の焦平面内に位置させ、CRTデイスプレー装
置からの実像が像増強鏡33bの出力面に形成さ
れるようにする。CRT42は、遠隔点に取付け
られた赤外線または低光線テレビジヨン感知器
(図示せず)を含む副システムの最終要素を構成
するものとすることができる。この遠隔感知器か
らの信号が、CRTの走査作動中ブライトアツプ
(bright up)の制御に使用され、それによつて
CRTのスクリーン上に実際の前方場面の像を形
成する。ここではデイスプレー装置の例として
CRTを挙げたが、例えば発光ダイオード(LED)
配列体のような他の型式の像形成装置を使用する
ことができる。
Upstream of the compound prism 36, a relay lens system 3 is provided.
8 will be provided. Light from a display device consisting of a cathode ray tube (CRT) 42 is deflected by a light refractive element such as a mirror 40, and the relay lens system 3
8 and enters the composite prism 36. The input surface of the image intensifying mirror 33b is connected to the relay lens 3.
8, so that a real image from the CRT display device is formed on the output surface of the image intensifier mirror 33b. CRT 42 may constitute the final element of a subsystem that includes a remotely mounted infrared or low light television sensor (not shown). The signal from this remote sensor is used to control bright up during the CRT's scanning operation, thereby
Forms an image of the actual front scene on the CRT screen. Here is an example of a display device.
I mentioned CRT, but for example, light emitting diode (LED)
Other types of imaging devices such as arrays can be used.

また、ゴーグルの視野内に合成像データを供給
することが望ましい場合がある。第9図にみられ
るように、この目的のために接眼鏡の一方、例え
ば接眼鏡21bへの光路内にレチクル44を設け
ることができる。レチクル44は、図示のよう
に、像増強鏡33bの出力面と接眼鏡21bの間
に配置したグラチキユールと、それに組合せた照
射源48とで構成することができる。図示のグラ
チキユールは、例えば図示のような十字線または
その他の目盛りなどの合成データを刻設したガラ
ス円板46から成るものであるが、別法として、
グラチキユールは、一群の光学繊維(図示せず)
から成り、各繊維の一端を例えば発光ダイオード
(LED)によつて照射し、他端を像増強鏡33b
の出力面と接眼鏡21bの間に配置したものであ
つてもよい。後者の場合、数個のLEDが付勢さ
れると、対応する光学繊維の遠隔端に合成データ
を構成する光揮点のパターンを創生し、それが接
眼鏡を通してみられる。そのような合成データ
は、接眼鏡21bを直接通してみられる前方場面
の上に、または、像増強鏡33bによつて増強さ
れた後接眼鏡21bによつて観察者の方へ反射さ
れる前方場面の像の上に重合される。
It may also be desirable to provide composite image data within the field of view of the goggles. As can be seen in FIG. 9, a reticle 44 can be provided for this purpose in the optical path to one of the eyepieces, for example eyepiece 21b. The reticle 44 may be comprised of a graticule disposed between the output surface of the image intensifier mirror 33b and the eyepiece 21b, and an associated illumination source 48, as shown. The illustrated graticule consists of a glass disc 46 engraved with composite data, such as crosshairs or other graduations as shown, but alternatively,
Graticule is a group of optical fibers (not shown)
One end of each fiber is illuminated by, for example, a light emitting diode (LED), and the other end is illuminated by an image intensifying mirror 33b.
It may be placed between the output surface of the eyepiece 21b and the eyepiece 21b. In the latter case, when several LEDs are energized, they create a pattern of optical volatile points that constitute the composite data at the remote end of the corresponding optical fiber, which is viewed through the eyepiece. Such composite data can be either on the front scene viewed directly through the eyepiece 21b or on the front scene reflected towards the viewer by the rear eyepiece 21b intensified by the image intensifier 33b. Superimposed onto the image of the scene.

第9図のゴーグルは、第10図および11図に
はヘルメツトに取付けられた状態で示されてい
る。陰極線管42およびそれに組合されたHV電
源は、側方へ突出した防護カバー68内に収容さ
れている。像増強鏡33a,33bのためのオ
ン・オフスイツチ80が設けられており、対物レ
ンズ9a,39bの焦点を変えるためのレバー8
1a,81bが設けられている。このゴーグルに
おいては、接眼鏡の両眼間隔は、ゴーグルの中央
に配置された調節ねじを備えた刻付きつまみ82
によつて調節することができる。像増強鏡のため
の電源83a,83bは、それぞれ光学プロゼク
タ19aの左方および光学プロジエクタ19bの
右方に収容されている。
The goggles of FIG. 9 are shown mounted on a helmet in FIGS. 10 and 11. The cathode ray tube 42 and its associated HV power supply are housed within a protective cover 68 that projects laterally. On/off switches 80 are provided for the image intensifiers 33a, 33b, and a lever 8 is provided for changing the focus of the objective lenses 9a, 39b.
1a and 81b are provided. In this goggle, the interocular distance of the eyepiece is adjusted by a knurled knob 82 with an adjustment screw located in the center of the goggle.
It can be adjusted by. Power supplies 83a, 83b for the image intensifier mirrors are housed to the left of optical projector 19a and to the right of optical projector 19b, respectively.

上述の実施例では、各接眼鏡21は、半透光
性、半反射性表面を備えた光学的に屈折性素材の
2部片55,57とから成り、両部片の間の界面
54が(上述の実施例では出力面63の方に向つ
て)球状凹面状に湾曲されているが、光学的性能
を高めるために、2部片55,57のどちらか一
方または両方を、屈折率の異る2つ以上のセグメ
ントから成る複合部片とすることができる。この
構成によれば、色収差を減少または完全に回避す
ることができる。
In the embodiment described above, each eyepiece 21 consists of two pieces 55, 57 of optically refractive material with semi-transparent, semi-reflective surfaces such that the interface 54 between the pieces is Although curved in a spherically concave manner (toward the output surface 63 in the embodiment described above), one or both of the two pieces 55, 57 may have an index of refraction to enhance optical performance. It can be a composite piece consisting of two or more different segments. With this configuration, chromatic aberration can be reduced or completely avoided.

以上に説明した本発明のゴーグルは、下記のよ
うな利点を有する。
The goggles of the present invention described above have the following advantages.

(a) 眼と接眼鏡との間隔が大きいので、着用者
は、接眼鏡の周りをみることができ、飛行機の
コツクピツトの計器類や、実際の風景の他の部
分を観察することができる。また、通常の眼鏡
をかけることもできる。
(a) The large distance between the eye and the eyepiece allows the wearer to see around the eyepiece and observe the instruments in the airplane's cockpit and other parts of the real scene. You can also wear regular glasses.

(b) このゴーグルは、コンパクトであるから、操
縦士は、ヘルメツトおよびゴーグルを着用した
ままで行動し易い。
(b) Since the goggles are compact, pilots can easily operate while wearing the helmet and goggles.

(c) このゴーグルの反射光学系は、増強された風
景を重ね合せて完全な切れ目のない周囲の光像
を提供する。これは、コツクピツトの計器類を
読取る上で理想的である。
(c) The goggle's reflective optics superimpose the enhanced landscape to provide a complete, unbroken, ambient light image. This is ideal for reading cockpit gauges.

(d) このゴーグルは双眼鏡型式であるので光学機
構を簡略化し、立体画面を提供する。
(d) Since these goggles are of the binocular type, the optical mechanism is simplified and a three-dimensional screen is provided.

(e) 各々の像増強鏡は、比較的小さい角度(上述
の実施例では30゜)をカバーすればよいので、
解像度が良くなる。
(e) Since each image intensifier mirror only needs to cover a relatively small angle (30° in the example described above),
Improves resolution.

(f) 複式光学系統により信頼性および安全性が高
められる。
(f) Dual optical system increases reliability and safety.

ただし、上述の実施例のゴーグルも、例えば光
学的歪み、非点収差、コマなどの欠点を必ずしも
回避するとができない。そのような欠点を軽減す
るための手段については上述の実施例では具体的
に説明しなかつたが、もちろん、ゴーグルの光学
系内に上記欠点を軽減するためのプリズムや、レ
ンズなどの光学素子を追加することができる。例
えば、そのような追加の光学素子は、観察者の観
察位置(眼)と接眼鏡21の面63との間に配置
してもよく、あるいは、接眼鏡21の入力面に近
接した位置、あるいはそれらの両方の位置、また
は系の光路内の他の部位に配置してもよい。
However, the goggles of the above embodiments cannot necessarily avoid drawbacks such as optical distortion, astigmatism, and coma. Means for reducing such drawbacks were not specifically explained in the above embodiments, but of course, optical elements such as prisms and lenses to reduce the above drawbacks may be included in the optical system of the goggles. can be added. For example, such additional optical elements may be placed between the viewing position (eye) of the observer and the face 63 of the eyepiece 21, or alternatively, in close proximity to the input face of the eyepiece 21, or They may be placed in both positions or elsewhere in the optical path of the system.

本発明は、ナイトビジヨン(night vision)用
ゴーグルだけでなく、他のデイスプレー装置にも
適用することができる。例えば、本発明の光学装
置は、頭上表示システムのデイスプレー(表示)
ユニツト内に組入れることができる。その場合、
光学プロゼクタは、例えば陰極線管のスクリーン
のようにデイスプレー面と、そのデイスプレー面
に提供されるデイスプレーの像を像平面上に結像
させる副光学系とから成るものとすることがき
る。この副光学系は、ゴーグルの主光学系の収差
を修正するための光学素子を含むものとすること
が有利であるが、上述の実施例のナイトビジヨン
ゴーグルの場合と同様に、デイスプレーユニツト
の視準整正素子として、該ユニツトの接眼鏡内の
界面に凹面状反射面54を設けることができる。
The invention can be applied not only to night vision goggles, but also to other display devices. For example, the optical device of the present invention may be used as a display for an overhead display system.
can be incorporated into the unit. In that case,
The optical projector may consist of a display surface, such as the screen of a cathode ray tube, and a sub-optical system for forming an image of the display provided on the display surface onto an image plane. Advantageously, this secondary optical system includes optical elements for correcting aberrations of the main optical system of the goggles, but as in the case of the night vision goggles of the embodiment described above, the visual field of the display unit is As a quasi-correcting element, a concave reflective surface 54 can be provided at the interface within the eyepiece of the unit.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は操縦士のヘルメツトに装着した本発明
のゴーグルの透視図、第2図は第1図のヘルメツ
トおよびゴーグルの正面図、第3図は第1図のヘ
ルメツトおよびゴーグルの平面図、第4図は第3
図の線−に沿つてみた部分断面図、第5図は
第3図の線−に沿つてみた部分断面図、第6
図は第4図の要素35aおよび43aの断面図、
第7図は第4図の矢印の方向にみた部分透視図、
第8図はゴーグルの半分の各光学素子の分解透視
図、第9図は本発明の別の実施例によるゴーグル
の概略分解透視図、第10図は第9図のゴーグル
を支持するヘルメツトの正面図、第11図は第1
0図のヘルメツトおよびゴーグルの側面図であ
る。 図中、11はゴーグル、13はヘルメツト、1
5は取付具、17は光学装置、19は光学プロゼ
クタ、21は接眼鏡、33は像増強鏡、35は屋
根型プリズム、39は対物レンズ、55,57は
2部品素子、54は界面。
1 is a perspective view of goggles of the present invention worn on a pilot's helmet, FIG. 2 is a front view of the helmet and goggles of FIG. 1, and FIG. 3 is a plan view of the helmet and goggles of FIG. Figure 4 is the third
Fig. 5 is a partial sectional view taken along the line - of Fig. 3; Fig. 6 is a partial sectional view taken along the line - of Fig. 3;
The figure is a cross-sectional view of elements 35a and 43a of FIG.
Figure 7 is a partial perspective view seen in the direction of the arrow in Figure 4;
FIG. 8 is an exploded perspective view of each optical element of the goggle half, FIG. 9 is a schematic exploded perspective view of a goggle according to another embodiment of the invention, and FIG. 10 is a front view of a helmet supporting the goggles of FIG. Figure 11 is the first
FIG. 2 is a side view of the helmet and goggles of FIG. In the figure, 11 is goggles, 13 is helmet, 1
5 is a fixture, 17 is an optical device, 19 is an optical projector, 21 is an eyepiece, 33 is an image intensifier, 35 is a roof prism, 39 is an objective lens, 55 and 57 are two-component elements, and 54 is an interface.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ヘルメツトに装着されたヘツド・アツプ・デ
イスプレー又はナイト・ビジヨン・ゴーグルのた
めの光学装置であつて、表示すべき光学データF
の実像を所定の像平面上に結像させるための光学
プロジエクタ19と、観察者が上記像をみるため
の接眼鏡21a,21bの役割を果す光屈折性材
製の素子とから成る光学装置17であつて、前記
素子は、前記像平面に対してほぼ平行な第1外部
入力面59と、平坦な外部出力面63と、該出力
面に平行な第2外部入力面67と、該出力面と第
2外部入力面との間に配置された半透光性、半反
射性の内部面54を備えており、観察者が、その
前方の場面の像を、前記平行な外部出力面63と
第2外部入力面67、及び光学データFの実像を
重ねられた前記内部面54を通し、前記接眼鏡を
通してみることができるようになされた光学装置
において、 前記接眼鏡の前記平行な外部出力面63と第2
外部入力面67は、前記第1外部入力面59に対
して傾斜させてあり、前記半透光性、半反射性の
内部面54は、該外部出力面の方に向つて凹面状
に湾曲しており、それによつて、前記光学データ
Fの実像から発して前記第1入力面59から前記
素子に進入した光線が、該第1入力面において屈
折され、前記接眼鏡21a,21b内で前記内部
面54に向けて完全に内部反射され、該内部面5
4において反射されて、最後に外部出力面63を
透過して観察者にみられるようになされているこ
とを特徴とする光学装置。 2 前記光線は、前記外部出力面63において完
全に内部へ反射され、該外部出力面63の縁部分
には、前記第1入力面59から前記素子に進入し
た後、該素子の屈折性素材のもつ臨界角より小さ
い角度で該外部出力面63に入射した前記実像か
らの光線をも前記内部面54へ反射させる完全反
射性コーチングが施されている特許請求の範囲第
1項に記載の光学装置。 3 前記内部面54は、調整された光学的コーチ
ングによつて構成されている特許請求の範囲第1
項又は2項に記載の光学装置。 4 ナイト・ビジヨン・ゴーグルのための光学装
置であつて、前記光学プロジエクタ19は、前記
接眼鏡21a,21bを通して観察される観察者
の前方の場面の増強された像を前記像平面上に創
生する像増強鏡33a,33bを備えていること
を特徴とする特許請求の範囲第1〜3項のいずれ
かに記載の光学装置。 5 前記光学プロジエクタ19は、前記像増強鏡
33a,33bと、観察者の前方の場面との間に
対物レンズ39a,39b及び屋根型プリズム3
5a,35bを備えており、該対物レンズ39
a,39bと屋根型プリズム35a,35bは、
対物レンズからの光線を像増強鏡33a,33b
へ差し向けるように該光線の光軸を屈折するよう
に配置されていることを特徴とする特許請求の範
囲第4項に記載の光学装置。 6 観察者の視野内へ追加の光学的データを投入
するための手段を含み、該手段は、前記像増強鏡
33bと前記素子の第1入力面59との間に配置
されたレクチル44から成るものである特許請求
の範囲第4項又は5項に記載の光学装置。 7 観察者の視野内へ追加の光学的データを投入
するための手段を含み、該手段は、該追加の光学
的データの像を提供するデイスプレー装置42
と、該追加の光学的データの実像を前記像増強鏡
33bの入力面上へ投影する光学系36,38,
40とから成るものである特許請求の範囲第4〜
6項のいずれかに記載の光学装置。 8 前記光学系は、中継レンズ38とプリズム素
子35cを含むものである特許請求の範囲第7項
に記載の光学装置。 9 前記プリズム素子35cは、特許請求の範囲
第5項に記載の屋根型プリズムと組合わされた複
合プリズム36を構成するものである特許請求の
範囲第8項に記載の光学装置。 10 双眼鏡型のナイト・ビジヨン・ゴーグルを
構成するように共通の取付部材によつてヘルメツ
ト13上に支持された1対の光学装置から成る特
許請求の範囲第1〜9項のいずれかに記載の光学
装置。
[Scope of Claims] 1. An optical device for a head up display or night vision goggles attached to a helmet, which includes optical data F to be displayed.
An optical device 17 consisting of an optical projector 19 for forming a real image of on a predetermined image plane, and elements made of a light refractive material serving as eyepieces 21a and 21b for viewing the image by an observer. The element has a first external input surface 59 substantially parallel to the image plane, a flat external output surface 63, a second external input surface 67 parallel to the output surface, and the output surface. a semi-transparent, semi-reflective internal surface 54 disposed between the parallel external output surface 63 and the parallel external input surface 63; In an optical device adapted to be able to be viewed through the eyepiece through a second external input surface 67 and the inner surface 54 superimposed with a real image of optical data F, the parallel external output surface of the eyepiece 63 and 2nd
The external input surface 67 is inclined with respect to the first external input surface 59, and the semi-transparent, semi-reflective internal surface 54 is concavely curved toward the external output surface. Thereby, a ray of light originating from the real image of the optical data F and entering the element from the first input surface 59 is refracted at the first input surface and is refracted within the eyepiece 21a, 21b. completely internally reflected towards surface 54, which
4, and is finally transmitted through an external output surface 63 to be seen by an observer. 2. The light beam is completely reflected inwardly at the external output surface 63, and the edge portion of the external output surface 63 is exposed to the refractive material of the element after entering the element from the first input surface 59. 2. An optical device according to claim 1, wherein the optical device is provided with a fully reflective coating that causes rays from the real image incident on the external output surface 63 at angles smaller than a critical angle to be reflected back to the internal surface 54. . 3. The inner surface 54 is constituted by a tailored optical coating.
The optical device according to item 1 or 2. 4. An optical device for night vision goggles, wherein the optical projector 19 creates on the image plane an enhanced image of the scene in front of the observer viewed through the eyepieces 21a, 21b. 4. The optical device according to claim 1, further comprising image intensifying mirrors 33a and 33b. 5 The optical projector 19 has objective lenses 39a, 39b and a roof prism 3 between the image intensifying mirrors 33a, 33b and the scene in front of the observer.
5a and 35b, and the objective lens 39
a, 39b and roof prisms 35a, 35b,
Image intensifying mirrors 33a and 33b
5. The optical device according to claim 4, wherein the optical device is arranged so as to refract the optical axis of the light beam so as to direct the light beam. 6 comprising means for introducing additional optical data into the field of view of the observer, said means consisting of a reticle 44 arranged between said image intensifier mirror 33b and a first input surface 59 of said element; An optical device according to claim 4 or 5. 7 includes means for introducing additional optical data into the field of view of the observer, the means comprising a display device 42 providing an image of the additional optical data;
and an optical system 36, 38, which projects a real image of the additional optical data onto the input surface of the image intensifying mirror 33b.
Claims 4 to 40 consist of
The optical device according to any one of Item 6. 8. The optical device according to claim 7, wherein the optical system includes a relay lens 38 and a prism element 35c. 9. The optical device according to claim 8, wherein the prism element 35c constitutes a composite prism 36 combined with the roof-type prism according to claim 5. 10. A device according to any one of claims 1 to 9, comprising a pair of optical devices supported on a helmet 13 by a common mounting member to constitute a binocular-type night vision goggle. optical equipment.
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