JP2004511935A - 個人的視覚化システム - Google Patents

Abstract

本発明は、マイクロスクリーン上に表示されたイメージを目から近距離の空中イメージ（６）に変換するためのイメージ映写手段（７）と、近距離の空中イメージ（６）を無限遠のイメージに変換するイメージ構成手段（５）とを含み、映写手段及び構成手段が、互いに離隔していることを特徴とする、マイクロスクリーン上に表示されたイメージを個人的に視覚化するシステムに関する。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ユーザが、小さすぎて肉眼で見ることができないイメージを見ることを可能にする個人的視覚化システムに関する。
【０００２】
本発明は、多数の分野で用途があり、詳細には、携帯用マルチメディア端末のマイクロスクリーン上に表示されたイメージを視覚化することを可能にするための通信分野で用途がある。本発明により、例えば、インターネットからのイメージ、および携帯電話機のマイクロスクリーン上に表示されたイメージを見ることができるようになる。また、本発明により、テレビ電話を介してユーザが電話通信している相手の人を視覚化できるようにすることができる。また、本発明により、携帯読取装置上で再生される映画、例えば、ＤＶＤを個人的に視覚化することができる。
【０００３】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
今日では、個人通信手段が非常に急速に発展している。様々な携帯通信装置および個人的通信装置が、ますます小型化している。このため、それらの装置の表示スクリーンは非常に小さくなっているが（「マイクロスクリーン」と呼ばれる）、表示される情報の量は、ますます多くなっている。このため、非常に良好な解像度で使用しても、マイクロスクリーン上に表示されるイメージは、目の分解能のせいで、目で正しく見ることができない。したがって、それらの通信装置に、マイクロスクリーン上に表示されるイメージを拡大することを可能にする拡大光学系を付加して、そのイメージをユーザが見ることができるようにすることが必要である。
【０００４】
現在、ヘルメット上に装着される個人的視覚化デバイスが存在している。このデバイスは、軍事用途または外科手術用途などの特定の専門職業的な用途のために使用されている。そのようなデバイスは、現在、個別用途に合わせては開発されていない。というのは、日常の生活でそのようなヘルメットを頭に被っているのは、楽でないからである。
【０００５】
その他、米国特許出願Ａ−４８０６０１１に記載されている視覚化デバイスが存在する。眼鏡の上に直接に装着されるこの視覚化デバイスは、イメージを拡大することを可能にする光学手段に結合された表示マイクロスクリーンを含む。
【０００６】
このデバイスは、眼鏡が相当に重くなり、そのため、眼鏡の使用がユーザにとって快適でないものになるという不都合がある。
【０００７】
マイクロスクリーンのイメージを拡大することを目的とする別の視覚化デバイスが、インターネット・サイト、ｗｗｗ．ｄｉｇｉｌｅｎｓ．ｃｏｍに記載されている。このデバイスは、片眼鏡（眼鏡の片方）の上に装着され、光学系の積分率を高めることを目的とするブラッグ反射器から成る。このブラッグ反射器は、Ｗ．ＧＡＭＢＯＧＩ他の論文「ＨＯＥ Ｉｍａｇｉｎｇ ｉｎ Ｄｕｐｏｎｔ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｓ」、Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ａｎｄ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、ＳＰＩＥ、Ｖ２１５２、ロサンジェルス、１９９４年に記載されているものなどのホログラフィ・フィルムで片眼鏡のレンズを置き換えることで実現される。このホログラフィ・フィルムの中には立体ホログラムが記録されており、ある入射角でマイクロスクリーンから来る光を回折させる。したがって、ホログラフィ・フィルムは、重ね合わせで現実の視界を提供するシステムの折り返しの鏡（ｍｉｒｏｉｒ ｄｅ ｒｅｐｌｉｅｍｅｎｔ）の役割をする。
【０００８】
このデバイスは、片眼鏡の上にイメージ光学部品（具体的には、マイクロスクリーン）とイメージ源を統合しており、これにより、ユーザは、優美でなく、快適でない形でデバイス全体を頭部に装着することを余儀なくされる。
【０００９】
別の個人的視覚化デバイスは、ＫＯＰＩＮ社によって提案されているテレビ電話機であり、このテレビ電話機は、電話機の下端部に連結式に装着された視覚化マイクロスクリーンを含む携帯電話機の形態で提供される。このデバイスは、インターネット・サイトｗｗｗ．ｋｏｐｉｎ．ｃｏｍに記載されている。
【００１０】
図１に、ＫＯＰＩＮの視覚化デバイスの光学図を示す。このデバイスでは、目によって表され、１で示されるユーザが、携帯電話機上に配置されたマイクロスクリーン３を見ている。このマイクロスクリーン３の手前側に、マイクロスクリーン３上に表示されたイメージの拡大を確実にする拡大鏡２が配置されている。やはり図１に、それぞれ細線および破線で、マイクロスクリーン３上のポイントＰ″１およびＰ″２とユーザの目の網膜上に形成されたイメージ・ポイントＰ１およびＰ２との間の光の経路ＲおよびＢを表している。このデバイスでは、マイクロスクリーン３によって放出された光線ＲおよびＢが、拡大鏡２によって屈折し（その後は、光線をＮで示す）、仮想スクリーン４上にイメージのポイントＰ′１およびＰ′２を形成する。言い換えれば、拡大鏡２は、マイクロスクリーン３上に表示されたイメージを拡大することを可能にし、したがって、目で見ることができる拡大されたイメージを含む仮想スクリーン４を形成する。仮想スクリーン４のイメージは、マイクロスクリーン３上に表示された実際のイメージのほぼ無限遠のイメージである。
【００１１】
この視覚化デバイスでは、ユーザがスクリーンを見る視野の角は、デバイスが目の近くに配置されるほど、より大きくなる。ユーザが目からイメージ源、つまりマイクロスクリーンを遠ざけた場合、視角（つまり視野の角）は小さくなる。したがって、イメージの可視フィールドは、ユーザの目の内部で、さらに小さく見える。したがって、ユーザは、マイクロスクリーンに非常に接近していなければならないため、比較的快適でない形でマイクロスクリーンを見ることを余儀なくされる。
【００１２】
この視覚化デバイスはテレビ電話機の枠組みにおいて使用されるので、ユーザがスクリーンを見るのは、電話による会話の時間中だけである。それでも、目の近くに配置されたマイクロスクリーンを見ることは快適でない。したがって、ユーザが、そのようなスクリーン上の一連のイメージを長い間、見ることができるとは考えにくい。
【００１３】
本発明は、まさに、以上に説明したデバイスの不都合を解決することを目的とする。この目的で、本発明は、イメージ源がイメージ光学部品から分離された、つまり、イメージを拡大することを目的とするイメージ光学部品だけが眼鏡の上に配置され、視覚化されるイメージを生成することを目的とするイメージ源は、その眼鏡から離れて配置された個人的視覚化システムを提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
より正確には、本発明は、マイクロスクリーン上に表示されたイメージを視覚化するシステムであって、
マイクロスクリーン上に表示されたイメージを目から近距離の空中イメージに変換するためのイメージ映写手段と、
近距離の空中イメージを無限遠のイメージに変換するためのイメージ構成手段とを含み、映写手段及び構成手段が、互いに離隔しているシステムに関する。
【００１５】
好適には、構成手段は、イメージ光線を平行光線に変換し、照明光線を集束させるのに適した接眼レンズを含む。
【００１６】
好ましくは、接眼レンズは、少なくとも１つのホログラフィ光学部品を含む。接眼レンズは、各レンズがホログラフィ・フィルムを含む眼鏡から成ることが可能である。
【００１７】
映写手段は、照明光線を放出する少なくとも１つの光源と、イメージ光線を放出する投光器とを含むことができる。好適には、光源は、離散した波長のスペクトルを有することができる。
【００１８】
構成手段は、映写手段の軸線とは異なる軸線に沿って配置することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明は、イメージ源がイメージ光学部品から分離され、目から離隔されているため、ユーザにとって快適で人間工学的なものになっている、個人的視覚化システムを提案する。
【００２０】
本発明は、ユーザの目の前に空中イメージを映写することにより、イメージ源を離隔させることに伴う問題（ＫＯＰＩＮのデバイスの説明の際に説明した）を解決することを提案する。目から近距離のこの空中イメージは、このイメージを透過する光線が、やはり目に入らなければ、ユーザの目で見ることができない。したがって、システムにおいて光を集めるための開口光学部品の役割をすると同時に、求められる視角を提供するのに、つまり近距離のイメージを無限遠のイメージに変換するのに十分なだけ近い距離で目の焦点に合わせることを可能にする拡大鏡の役割もする収束用の接眼光学部品（ｏｐｔｉｑｕｅ ｄｅ ｖｉｓｉｏｎ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｔｅ）を、目に近いところで選択することが必要である。
【００２１】
この接眼光学部品は、眼鏡の形態で提供することのできる接眼レンズによって実現される。
【００２２】
したがって、本発明の視覚化システムは、２つの部分、すなわち、腕を伸ばして持つことができるイメージ源（イメージの映写手段とも呼ぶ）と、目に近接して配置され、ユーザの頭部に装着することが可能な接眼光学部品（イメージの構成手段とも呼ぶ）とに分離される。
【００２３】
図２に、本発明のシステムによって得られる一般的な光学図を示している。この図では、ユーザの目を１で示し、接眼光学部品（つまりイメージの構成手段）を５で示し、イメージ源（つまりイメージの映写手段）を７で示し、また目で見られる空中イメージを６で示している。
【００２４】
この空中イメージ６のポイントの１つをＰ′１で示す。ポイントＰ′１は、目の網膜のポイントＰ１に形成される。イメージＰ′１から、目の内部でイメージ・ポイントＰ１を得ることを可能にする光の経路をＲで示す。
【００２５】
光線が目の網膜上にイメージ・ポイントを形成することができるには、その光線が、目の瞳孔と平行に到達する必要があり、次いで瞳孔が、その光線を集束させる。図を見るとわかるように、図２で、イメージ・ポイントＰ′１から出た光線Ｒは、接眼レンズ５の屈折効果（拡大鏡）のために平行になる。次に、この光線Ｒは、目の水晶体１ａによって網膜上でポイントＰ１に集束される。
【００２６】
さらに、このポイントＰ１を目で検出するには、目が、光も受ける必要がある。この光、つまり照明を光の経路Ｖで図２に図式化している。この照明Ｖは、イメージ源７から直接に来て、接眼レンズ５によって目の内部に向けられる。このため、目は、イメージ・ポイントＰ′１をある光とともに検出することができ、このイメージ・ポイントが見えるようになる。
【００２７】
照明光線Ｖによって規定される光円錐は、目の位置で、目の動きにかかわらず視覚を可能にするだけ十分に大きくなければならない。
【００２８】
図２は、空中イメージ６が、つまり、実体のないイメージが、ＫＯＰＩＮの従来技術でマイクロスクリーンがある場所に生成されることも示している。したがって、本発明のシステムにより、空中イメージを生成することが可能になるだけでなく、その空中イメージを目で見ることも可能になる。そのために、接眼レンズ５は、以下の２重の役割をする。すなわち、
接眼レンズにより、調整なしに自然に視覚化するには目に近すぎる空中イメージに目の焦点を合わせることが可能になり、また
接眼レンズにより、イメージ源７から出た光線を回収して目の内部でイメージに照明するために、目に向けてその光線を偏向させることが可能になる。
【００２９】
本発明の好ましい実施形態によれば、接眼レンズは、レンズのそれぞれがホログラフィ・フィルムで覆われた眼鏡の形態で実現される。このホログラフィ・フィルムは、自然光に対して透過性でありながらも、離散した波長（例えば、レッド、グリーン、およびブルー）からの光出力を導入する特性を有するからである。したがって、そのような眼鏡は、自然な視界を妨げることなく、空中イメージの「拡大」を行う。光源は、例えば、レーザ、ＬＥＤなどとすることができる。
【００３０】
したがって、この眼鏡のレンズはそれぞれ、米国特許第５４７０６６２号明細書で説明されているものなどの材料で実現されたホログラフィ・フィルムで覆われる。
【００３１】
図３で、本発明の好ましい実施形態の光学図を示している。この実施形態では、図２で既に示し、説明した要素に同じ符号が付けてある。図３は、イメージ源７をより詳細に示している。イメージ源は、例えば、現実のイメージを表示するマイクロスクリーン９とすることができる。非常に小さいサイズのイメージ、つまり、媒介するデバイスなしには小さすぎて目で見ることができないイメージを表示するあらゆる手段をマイクロスクリーンと呼ぶ。
【００３２】
マイクロスクリーンは、視野レンズ１０、および映写レンズ８（投光器とも呼ばれる）に結合することができる。視野レンズ１０は、スクリーンのサイズと同等のサイズを有し、また数センチメートルの程度の焦点距離を有する。視野レンズは、接眼レンズの位置を考慮に入れて、照明光線を目の瞳孔に向かわせる役割を有する。映写レンズ８は、空中イメージを構成する。
【００３３】
空中イメージは、マイクロスクリーンから、例えば、（１０μｍないし２０μｍのピッチを有し、ＶＧＡ形式、ＳＵＧＡ形式、ＸＶＧＡ形式の）ＬＣＤ型マイクロスクリーンから、または例えば、国際公開第９８／４１８９３号パンフレットで提案されるような網膜知覚の効果を利用するあらゆるイメージ合成手段から来ることが可能である。
【００３４】
説明を簡明にするため、マイクロスクリーン上に表示されたイメージのケースのみを説明する。
【００３５】
マイクロスクリーンは、上流で、特定の１つまたは複数の波長の光を放出する１つまたは複数の光源１１に結合することができる。これは、例えば、３色光源、つまり、レッドの光、グリーンの光、およびブルーの光を放出する光源とすることができる。その場合、ホログラフィ・フィルムは、レッドの波長、グリーンの波長、およびブルーの波長をそれぞれ回折させるため、薄いフィルムの３層のホログラフィ材料で構成される。
【００３６】
光源は、例えば、接眼レンズのホログラフィ効果が効率的であるように光線の幅が狭いＲＧＢ ＬＥＤ（「Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ」（発光ダイオード））とすることができる。この光源は、小さい形状の広がりを有することができ、光学系の収差を小さくするのに有利である。というのも、マイクロスクリーンの各ピクセルは狭い光束しか挟まず（ｓｏｕｓ−ｔｅｎｄ）、接眼レンズのホログラムの設計上の制約を緩和することができるからである。
【００３７】
イメージ源とユーザとの間の離隔に対する映写レンズ８と接眼レンズ５との間の距離により、スクリーンの空中イメージの倍率が決まる。空中イメージは、接眼レンズよりも形状的に小さくなければならないので、スクリーンのサイズはできる限り小さくなければならず、例えば、マイクロスクリーンの現在の技術でしばしばそうであるように、センチメートル単位未満のものでなければならない。
【００３８】
スクリーンに近接した映写レンズは、占有するスペースの制約を考慮した上で、できる限り長い焦点距離を有する。映写レンズは、例えば、数センチメートルとすることができる。好適には、映写レンズ８は、接眼レンズが設計により色収差の補正に寄与することが可能な限り、必ずしも色収差の補正を行う必要のない「望遠」タイプのものとすることができる。
【００３９】
さらに、空中イメージが映写手段７から出た光円錐を規定するので、この円錐は、接眼レンズの寸法に相応するものでなければならず、これにより、円錐のサイズは、およそ２０ｍｍないし４０ｍｍに決まる。
【００４０】
さらに、接眼レンズの前方の空中イメージの位置は、求められている視野の角に応じたものである。この視野の角を最大にするため、５０ｍｍ未満の接眼レンズの焦点距離を選択する。
【００４１】
図３で、Ｒで示されるイメージ光線が、マイクロスクリーン９のポイントＰ″１から、つまり、マイクロスクリーン９上に表示された実際のイメージから来ることが分かる。ポイントＰ″１から放出されたこの光線Ｒは、映写レンズ８によって集束されて空中イメージ６を形成し、詳細には、空中イメージのポイントＰ′１を形成する。次に、光線Ｒは、接眼レンズ５を介して目の瞳孔１ａ上に平行に伝達され、瞳孔は、この光線Ｒを集束させて目の内部でポイントＰ１を形成する。同様に、光線Ｂが、マイクロスクリーン９上に表示された実際のイメージのポイントＰ″２から放出される。この光線Ｂは、映写レンズ８によって集束されて空中イメージ６を形成し、より詳細には、空中イメージ６のポイントＰ′２を形成する。次に、光線Ｂは、接眼レンズ５を介して目の瞳孔１ｂ上に平行に伝達され、次に、瞳孔は、目の網膜上にイメージ・ポイントＰ２を形成する。
【００４２】
図３で、目の瞳孔は、目が受け取る光線の向きに応じて異なる符号を付けてあることに留意されたい。
【００４３】
図３は、実際のイメージのポイントと空中イメージのポイントとの間、および空中イメージのポイントと目の網膜上のポイントとの間で、ポイントごとの対応が存在することをよく示している。
【００４４】
図４Ａおよび４Ｂに、それぞれ映写手段が目の視線と同じ軸線上にある場合、および映写手段が目の視線の方向とは軸線がずれている場合の、空中イメージ６の視覚化の光学図を示している。
【００４５】
図４Ａおよび図４Ｂに付けられている符号は、図２および図３に付けられている符号と同一である。符号Ｄだけが追加されており、符号Ｄは、視線の方向を示す矢印を示す。
【００４６】
図４Ａに、映写手段７が、図２および図３の説明と同様に、目１の視線に揃えられている場合を示している。
【００４７】
図４Ｂに、軸線がずれた本発明のシステムの動作を示している。この場合は、映写手段７は、目の視線の方向Ｄとは軸線がずれている。この図は、その場合でさえ、照明光線Ｖが接眼レンズ５に伝達され、レンズ５がその光線を目１の瞳孔に向け直すことを示している。この場合、空中イメージ６は、軸線Ｄに関して非対称な形で生成されるが、光線ＲおよびＢは、図４Ａの場合と全く同じように扱われて、目の網膜上に全く同じように到達する。というのは、接眼レンズが、軸線がずれた動作に合わせて、つまり非対称システムに合わせて設計することができる収束させる光学機能を確実にするからであり、これにより、正常な視野が開かれる。これは、例えば、接眼レンズのホログラムの特定の設計によって実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＫＯＰＩＮのデバイスにおける光の経路を表す前述した図である。
【図２】本発明のシステムにおけるイメージ・ポイントを示した一般的な光学図である。
【図３】本発明のシステムにおける複数のイメージ・ポイントを示した光学図である。
【図４Ａ】本発明の２つの実施形態における２つのイメージ・ポイントを示した光学図のうちの一つである。
【図４Ｂ】本発明の２つの実施形態における２つのイメージ・ポイントを示した光学図のうちのもう一つである。
【符号の説明】
５　　　構成手段
６　　　空中イメージ
７　　　映写手段
８　　　投光器
１１　　　光源

Claims (7)

1. マイクロスクリーン上に表示されたイメージを視覚化するシステムであって、
   前記マイクロスクリーン上に表示された前記イメージを目から近距離の空中イメージ（６）に変換するためのイメージの映写手段（７）と、
   近距離の前記空中イメージ（６）を無限遠のイメージに変換するための前記イメージの構成手段（５）とを含み、前記映写手段および前記構成手段は、互いに離隔されていることを特徴とするシステム。
2. 無限遠の前記イメージが、イメージ光線および照明光線から構成されるシステムであって、
   前記構成手段は、イメージ光線を平行光線に変換し、かつ前記照明光線を集束させることのできる接眼レンズを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記接眼レンズは、少なくとも１つのホログラフィ光学部品を含むことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
4. 前記接眼レンズは、各レンズがホログラフィ・フィルムを含む眼鏡から構成されることを特徴とする請求項２または３に記載のシステム。
5. 前記映写手段は、照明光線を放出する少なくとも１つの光源（１１）と、イメージ光線を放出する投光器（８）とを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 前記光源は、離散した波長のスペクトルを有する光を放出することを特徴とする請求項５に記載のシステム。
7. 前記構成手段は、前記映写手段の軸線とは異なる軸線に沿って配置されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。