JP2011510329A - 視野向上のための光学系 - Google Patents

Abstract

所定の視野（ＦＯＶ）で物体を見るためにユーザによって着用可能であり、それを通過する光線が通常の歪みを伴う前側部分を含む視覚デバイスと、前側部分から延び、それを通過する光線を前側部分の歪みよりも大きい拡大歪みを伴って歪ませてＦＯＶを拡大するアナモフィック光学素子とを含む光学系。

Description

本発明は、一般に周辺視野に関し、より具体的には、人の周辺視野を大きくするための方法および装置に関する。

周辺視野の拡大は、オートバイまたは自転車のライダー、ドライバー、スポーツ選手など、多くの用途において必要である。人の視覚は、直視から最大１００°外れた或いは両眼で２００°外れた移動物体を検出できる能力を有するが、この範囲を超えることが制限される。この制限を克服するため、小さい視野（ＦＯＶ）を有し且つ背後の物体を見ることができるようにする側視ミラーなどの装置が使用される。車では、これらのミラーを実装することが非常に簡単であるが、オートバイや他の車両では更に面倒である。また、後方視ミラーをヘルメットや眼鏡に配置することも知られている。後方視ミラーは欠点を有する。後方視ミラーは前方ＦＯＶの一部を見えなくする。反射ＦＯＶが非常に小さい。それらは扱い難くなる傾向があり、調整が困難である。

本発明は、以下で更に詳しく説明されるように、従来技術の前述した欠点の全てを伴うことなく周辺視野を拡大するための改良された光学系を提供しようとする。

上記光学系は、ミラーを何ら使用することなく均一的に人の周辺視野を２００°を超えて大きくする。本発明の１つの実施形態は、例えば７０°よりも大きい周辺ＦＯＶの縁部で段階的な屈折力またはプリズム屈折力をバイザーまたはグラス（例えば、眼鏡、サングラスなど）に対して加える。屈折力はマイナスであり、そのため、通常の２００°ＦＯＶが更に大きくなる可能性があり、それにより、最大で２４０°以上まで大きくなる。ＦＯＶの縁部における人の眼の光学的な鋭敏さは非常に低いため、質の高い結像は不要である。

屈折力は、ＦＯＶの縁部に加えられる屈折性または回折性のアナモフィック光学素子（歪曲光学素子とも称される）の形態をなす。例えば、本発明は、発散光学素子のセグメント、発散フレネル素子のセグメント、回折発散光学素子のセグメント、または、段階的格子、あるいは、これらの任意の組み合わせを用いて行なうことができる（以下の図５から図７Ｄを参照して説明する）。本発明の光学素子は、周辺視野を拡大するために、例えばこれらに限定されないが、ヘルメット、バイザー、眼鏡、または、コンタクトレンズなどのユーザによって着用される視覚デバイスに対して加えることができる（用語「視覚デバイス」および「バイザー」は、ユーザによって着用される任意の視覚デバイスに関し、明細書および特許請求の範囲全体にわたって一般用語として置き換え可能に使用される）。本発明の利点は多数である。例えば、本発明により、オートバイのライダーは、頭を回転させることなく２００°を超えて見ることができ、それにより、事故が排除され、運転の危険が減少する。それは戦闘機の航空機操縦士にとって非常に重要である。一般に、拡大された周辺視野は、空間における空間的定位を向上させる。

本発明は、図面と併せて解釈される以下の詳細な説明から更に十分に理解されて認識される。

人の視野の概略的な透視図である。 人の視野の極線図である。 水平視野を示している。 拡大された視野の極線図である。 本発明の実施形態にしたがって構成されて作用するＦＯＶを拡大するためのアナモフィックセグメントを伴うバイザーの概略図である。 本発明の実施形態にしたがって構成されて作用するＦＯＶを拡大するためのアナモフィックセグメントを伴うバイザーの概略図である。 本発明の一実施形態に係るＦＯＶを拡大するための屈折アナモフィックセグメントを示している。 本発明の一実施形態に係るＦＯＶを拡大するための屈折アナモフィックセグメントを示している。 本発明の一実施形態に係るＦＯＶを拡大するための屈折アナモフィックセグメントを示している。 本発明の一実施形態に係るＦＯＶを拡大するためのフレネルアナモフィックセグメントを示している。 本発明の一実施形態に係るＦＯＶを拡大するためのフレネルアナモフィックセグメントを示している。 本発明の一実施形態に係るＦＯＶを拡大するためのフレネルアナモフィックセグメントを示している。 本発明の一実施形態に係るＦＯＶを拡大するためのフレネルアナモフィックセグメントを示している。 本発明の一実施形態に係るＦＯＶを拡大するための回折アナモフィックセグメントを示している。 本発明の一実施形態に係るＦＯＶを拡大するための回折アナモフィックセグメントを示している。 本発明の一実施形態に係るＦＯＶを拡大するための回折アナモフィックセグメントを示している。 本発明の一実施形態にしたがって構成されて作用するバイザーのアナモフィックセグメントの実施を示している。 本発明の一実施形態にしたがって構成されて作用するサングラスのアナモフィックセグメントの実施を示している。 本発明の一実施形態にしたがって構成されて作用する眼鏡のアナモフィックセグメントの実施を示している。 従来技術−３ジオプターレンズを示している。 従来技術−３ジオプターレンズの歪みを示している。 本発明の一実施形態に係るアナモフィックセグメントを有するレンズを示している。 図１１Ｄのレンズの拡大された歪みを示している。 本発明の一実施形態にしたがって構成されて作用するダイビングマスクのアナモフィックセグメントの実施を示している。 本発明の一実施形態にしたがって構成されて作用するコンタクトレンズのアナモフィックセグメントの実施を示している。 本発明の一実施形態にしたがって構成されて作用するＦＯＶを拡大するためのアナモフィックセグメントを伴う光学系の概略図である。

ここで、人の眼の視野（ＦＯＶ）を示す図１を参照する。垂直上側最大ＦＯＶ（１３）は約６０°であり、下側ＦＯＶ（１４）は約７０°である。右側水平ＦＯＶ（１１）は約１００°であり、左側ＦＯＶ（１２）は約６０°である。

ここで、両眼の全ＦＯＶを示す概略極線図である図２を参照する。水平全ＦＯＶが約２００°である。図３は、両眼の水平面内でのＦＯＶを示している。

本発明は、例えば水平空間内で全ＦＯＶを広げるための構造を提供する。図４は、通常のＦＯＶ（４１）、および、本発明にしたがって構成されるアナモフィックセグメント（後述する）を用いて広げられた拡大ＦＯＶ（４２）の極線図を示している。図４は、右側領域（４３）および左側領域（４４）におけるアナモフィックセグメントの面積を示している。

ここで、本発明の一実施形態にしたがって構成されて作用する、基本的に水平ＦＯＶ（しかし、垂直ＦＯＶも同様）を拡大するためのバイザー（５１）の一部としてのアナモフィックセグメント（５２、５４）を示す図５Ａを参照する。バイザー（５１）は、３つの部分、すなわち、前側部分（５０）、左側アナモフィックセグメント（ＡＳ）（５２）、および、右側ＡＳ（５４）に分けられる。ユーザの眼（５６）へ向けて前側部分（５０）を通過する光線は、バイザーの前側部分の低い屈折力に起因して最小屈折を有する。一方、右側ＡＳおよび左側ＡＳを通過する周辺ＦＯＶ（５９）の縁部の光線は、ＡＳを横切る入射位置に応じて曲がる。例えば、ＡＳの縁部の光線（５７）は最も大きい偏向を有し、一方、バイザーの前側部分（５０）により近い光線（５８）は最も低い偏向を有する。

ここで、バイザーの一部としてのそのようなアナモフィックセグメントの一例を示す図５Ｂを参照する。内面（５５）および外面（５３）は、最大Ｘ^２０の高次の非球面度と１５０ｍｍおよび１５２ｍｍのそれぞれの基本半径とを有する非球面形状の輪郭をなす。

以下は、高次の非球面度を有する水平断面（Ｘ方向）における方程式である。

ここで、Ｚは、表面の弛み
Ｘは、表面座標
ｃは、表面基本曲率
ｋは、円錐係数
ＡおよびＭは、第４、第６、第ｎ次の各変形係数

この例は以下の値を有する。

図６Ａから図６Ｃは、本発明の一実施形態に係るＦＯＶを拡大するための異なる屈折アナモフィックセグメントを示している。図６Ａでは、バイザー（６２）の外面（６１）が滑らかであり、一方、内面（６３）がアナモフィック形状を有する。図６Ｂでは、外面（６４）がアナモフィック形状を有し、一方、内面（６５）が滑らかな形状を有する。図６Ｃでは、内面および外面（６６、６７）の両方がアナモフィック形状を有する。

拡大されるＦＯＶを得るための他の方法は、アナモフィックセグメントをアナモフィックフレネル部分へと変えることによる。図７Ａから図７Ｄは、本発明の一実施形態に係るＦＯＶを拡大するための異なるフレネルアナモフィックセグメントを示している。図７Ａは、アナモフィックフレネル部分（７１）を内面（７２）に有する実施形態を示している。図７Ｂおよび図７Ｂ’は、外側（７３）のアナモフィックフレネル部分（７４）を示している（図７Ｂでは、アナモフィックフレネル部分がバイザーに取り付けられ、図７Ｂ’では、アナモフィックフレネル部分がバイザーと一体に形成される）。図７Ｃは、バイザーの両側（７５、７６）にアナモフィックフレネル部分を有する実施形態を示している。図７Ｄに示される他の選択肢は、ＦＯＶの縁部でバイザーを２つの部分（７７、７８）に分割して、その分割縁部の１つまたは２つの内面（７９、７０）に対してフレネル部分を適用することである。

前述した方法は、光を歪み拡大方式で偏向する手段として屈折力を使用する。以下の実施形態は、光を歪み拡大方式で偏向して同じ結果を得るために回折光学素子（回折アナモフィックセグメント）を使用する。図８Ａから図８Ｃは、バイザー上の回折アナモフィックセグメントを示している。図８Ａでは、１つ以上の回折アナモフィックセグメント（８１）がバイザーの内面上にある。図８Ｂでは、１つ以上の回折アナモフィックセグメント（８２）がバイザーの外面上にある。図８Ｃでは、１つ以上の回折アナモフィックセグメント（８３）がバイザーの内面と外面との間にある。

本発明は多くの用途を有し、そのうちの一部を以下の図面を参照して説明する。

図９は、バイザーに対するアナモフィックセグメントの実施を示している。バイザー自体により、ユーザは２００°のＦＯＶを有することができ、アナモフィックセグメントはＦＯＶを約２４０°以上まで拡大することができる。

図１０は、サングラスに対するアナモフィックセグメントの実施を示している。従来技術の典型的なサングラスは、約１６０〜１７０の小さいＦＯＶを有する。本発明によれば、ＡＳを加えることにより、ＦＯＶを２００°以上まで増大することができる。

図１１Ａは、眼鏡に対するアナモフィックセグメントの実施を示している。この場合、観察者のＦＯＶは非常に小さく、約１２０°〜１６０°である。ＡＳを加えることによって、ＦＯＶを１６０°〜１８０°まで拡大することができる。

図１１Ｂは、その通常の歪みが図１１Ｃに示される通常の（従来技術の）−３ジオプターレンズ（１１０）を示している。図１１Ｄに示されるようにレンズの縁部にアナモフィックセグメント（１１１）を加えることにより、図１１Ｅに示されるように拡大された歪みが得られ、ユーザのＦＯＶが増大する。

図１２は、ダイビングマスクに対するアナモフィックセグメントの実施を示している。

図１３は、コンタクトレンズに対するアナモフィックセグメント（１３１）の実施を示しており、これによりＦＯＶを２４０°以上まで増大できる。

ここで、本発明の一実施形態にしたがって構成されて作用するＦＯＶを拡大するための光学系１４１を示す図１４を参照する。

物体を所定の視野（ＦＯＶ）で見るために、光学デバイス１４４が光学系１４１に対して加えられる。光学デバイス１４４は、前側部分１４２を含み、前側部分を通過する光線は通常の歪みを伴う。１つ以上のアナモフィック光学素子１４３が前側部分１４２から延びており、アナモフィック光学素子は、それを通過する光線を前側部分１４２よりも拡大した歪みを伴って歪ませて、前述した本発明の任意の実施形態において説明したようにＦＯＶを拡大する。前述したのと同様、アナモフィック光学素子１４３は光学デバイス１４４の縁部に位置づけられる。アナモフィック光学素子１４３は屈折型であってもよく或いは回折型であってもよい。

明確にするために別個の実施形態との関連で説明される本発明の様々な特徴は、単一の実施形態に組み合わされてもよいことは認識される。逆に、簡潔さのために単一の実施形態との関連で説明される本発明の様々な特徴は、別個に或いは任意の適したサブコンビネーションで与えられてもよい。

Claims (17)

1. 所定の視野（ＦＯＶ）で物体を見るためにユーザによって着用可能であり、それを通過する光線が通常の歪みを伴う前側部分を含む視覚デバイスと、
   前記前側部分から延び、それを通過する光線を前記前側部分の歪みよりも大きい拡大歪みを伴って歪ませて前記ＦＯＶを拡大するアナモフィック光学素子と、
   を含む光学系。
2. 前記アナモフィック光学素子が前記視覚デバイスの縁部に位置づけられる、請求項１に記載の光学系。
3. 前記アナモフィック光学素子が屈折型である、請求項１に記載の光学系。
4. 前記アナモフィック光学素子が回折型である、請求項１に記載の光学系。
5. 前記アナモフィック光学素子は、発散光学素子のセグメント、発散フレネル素子のセグメント、回折発散素子のセグメント、および、段階的発散格子のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の光学系。
6. 前記視覚デバイスがサングラスを含む、請求項１に記載の光学系。
7. 前記視覚デバイスが眼鏡を含む、請求項１に記載の光学系。
8. 前記視覚デバイスがダイビングマスクを含む、請求項１に記載の光学系。
9. 前記視覚デバイスがコンタクトレンズを含む、請求項１に記載の光学系。
10. 前記視覚デバイスがバイザーを含む、請求項１に記載の光学系。
11. 前記前側部分が均一な厚さを有し、前記アナモフィック光学素子が変化する厚さを有する、請求項１に記載の光学系。
12. 前記アナモフィック光学素子は、高次の非球面形状の断面形状を有する、請求項１に記載の光学系。
13. 前記断面形状は、
    

    

    ここで、Ｚは、表面の弛み
    Ｘは、表面高さ
    ｃは、表面基本曲率
    ｋは、円錐係数
    ＡおよびＭは、第４、第６、第ｎ次の各変形係数
    によって規定される非球面性を有する、請求項１２に記載の光学系。
14. 所定の視野（ＦＯＶ）で物体を見るために光学系に加えられ、それを通過する光線が通常の歪みを伴う前側部分を含む光学デバイスと、
    前記前側部分から延び、それを通過する光線を前記前側部分よりも拡大された歪みを伴って歪ませて、前記ＦＯＶを拡大するアナモフィック光学素子と、
    を含む光学系。
15. 前記アナモフィック光学素子が前記光学デバイスの縁部に位置づけられる、請求項１４に記載の光学系。
16. 前記アナモフィック光学素子が屈折型である、請求項１４に記載の光学系。
17. 前記アナモフィック光学素子が回折型である、請求項１４に記載の光学系。

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