JP2012520487A - バイザー型ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

着用者に１つ以上のヘッドアップディスプレイを提供する着用可能な装置を示す。データソースが画像生成器に、静止または動きのある文字またはグラフィック表示である１つ以上の表示画像を生成するのに十分である情報を提供する。画像生成器からの出力画像は、レンズを通過し、曲面鏡で反射し、および反対方向にレンズを通過して戻る。次いで画像は、２つの非複レンズを通過し、それら非複レンズ間に中間像が存在する。画像は眼鏡の「レンズ」またはバイザーで反射し、着用者の目の瞳孔まで進む。代替的な実施形態では、最終反射にヘルメットバイザー、鏡、または他の（少なくとも部分的な）反射面を使用する。

Description

本書で説明する一部の実施形態は光学系および光学素子に関し、特に、ヘッドアップディスプレイを有する光学系に関する。

本発明の原理の理解を促進するために、以下、本開示に示す特定の実施形態について説明し、および本発明を説明するために特定の用語を使用する。それにより本発明の範囲を限定するものではないことが理解され、説明の装置における代替およびさらなる修正ならびにそこで説明する本発明の原理のさらなる応用は、本発明に関係する当業者が通常思い付くものであると考慮される。

軍事利用用に設計されたヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）は、民生利用に望ましいまたは必須の品質を提供していないことが多い。例えば、多くの軍用ＨＵＤに付随する嵩、重量、および費用は、それらの設計が商業市場、特にエンターテイメント市場に浸透する妨げとなっている。

本発明は、ＨＵＤ装置を、以前の多くの軍用設計のものよりも小さくて軽い設計とすることができる。種々の実施形態は、標準サイズの眼鏡に適合し、画像を向上させ、３５°（対角）までの視界を提供し、および多くの携帯用電子機器とインターフェースをとる。

一実施形態による単眼式ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）眼鏡の前面図である。 第２の実施形態による両眼式ＨＵＤ眼鏡の前面図である。 明確にするために折り畳み式平面鏡を広げた状態での、図１の実施形態の光学系を通る光路の概略図である。 図２の実施形態の上面図である。 図１の実施形態による機械的なハウジングに囲まれた光学レンズおよび鏡を備える単眼式ＨＵＤ眼鏡の後面図を示す。

一般的に、図１に、本書で説明する一部の実施形態によるバイザー型ヘッドアップディスプレイを示し、図２に別の実施形態によるものを示す。本開示を考慮すると、当業者はヘルメットベースの形態、ミラーベースの形態、および他の形態を思い付くであろうが、これらのバイザーの実施形態はラップアラウンド型眼鏡の形態である。明確にするために、用語「バイザー」は、着用者の視界内にあり、そこに、生成された１つまたは複数の画像を反射させる物体を指すために使用されるが、用語「バイザー」が一般にそれを説明するために使用されるかどうかに関わらず、その物体は、レンズ、鏡、または他の（少なくとも部分的に反射する）物体であればそのほうがよい。

図１を見ると、単眼式ＨＵＤ眼鏡１００は、通例によりまたは望ましくは、フレーム１１０、テンプル１２０、およびバイザー１３０を含む。光学系１４０が、バイザー１３０の表面上に、着用者の片目で見える表示画像を生成する。種々の実施形態では、この表示画像は、使用者または使用者の活動に関連するデータおよび／または画像を含む。一部の実施形態では、表示画像はゲーム、電子メールまたは動画像に関する一方、他の実施形態では、表示画像は、着用者に生理学的データ（心拍数、血圧、または他のデータなど）、運転およびナビゲーションデータ、または当業者が思い付く他の情報を反映する。

図２に示すように、第２の実施形態は、対の光学系２４０および２４５を含む両眼式ＨＵＤ眼鏡であり、各光学系が、使用者の目の一方に画像を提供する。図１について説明したディスプレイに加えて、種々の実施形態において、これら光学系は、当業者が思い付くようなデータ、画像、立体像、および／または３Ｄ画像を表示する。

図３は、実質的に同様に機能する図１および図２に示す光学系１４０、２４０、または２４５の１つの光路の概略図を提供する。明確にするために、平面鏡１６２を広げた状態で示す。この図示の実施形態では、データソース１７０が画像生成器１５２に情報を提供し、それにより、ヘッドアップディスプレイに画像を生成する。画像生成器１５２は、ＯＬＥＤまたはＬＣＤタイプのディスプレイとし得るが、当業者が思い付くように、他のＨＵＤディスプレイ生成器および技術をこの装置に使用することができる。

画像生成器１５２によって生成された表示画像は、曲面（例えば、球面、非球面、双曲面、楕円、放物面、またはトロイド）鏡１５６での反射の前後双方で、薄型のプラスチックのメニスカスタイプの「補正」レンズであるレンズ１５４を通過する。一実施形態では、球面鏡１５６とシリンドリカルレンズ１５４のこの組み合わせは、球面バイザー反射体１３０に起因する非点収差および歪曲を補正する。この実施形態において、鏡１５６は、好ましくは球面の前面鏡であるが、マンギンミラーの機能を果たすために裏面鏡ともし得る。鏡は、任意の好適な材料で作製でき、プラスチックからも作製できる。レンズ１５８はレンズ１６０およびレンズ１５４に適合されて、画像を使用者の目の瞳孔３０１に位置合わせしてコリメートする。レンズ１６０、１５８、および１５４は、この実施形態ではプラスチックメニスカスレンズであり、レンズ１６０とレンズ１５８との間に中間像が現れる。装置の様々なレンズおよび鏡が、ガラス、プラスチック、または任意の他の好適な材料から作製できる。様々なレンズおよび鏡に、異なるプラスチックの組み合わせを用いることによって、装置の良好な色消しをもたらし、嵩張って重いガラスタイプの色消しレンズの必要性を低減させる。

最後に、画像は、ＨＵＤ眼鏡のバイザー１３０から観察者の瞳孔３０１へ反射する。この実施形態のバイザー１３０は球面であるが、他の実施形態では、形状を非球面、放物面、またはトロイダルまたは当業者が思い付くようにさらに別の形状とすることができる。さらに、この実施形態のバイザー１３０は、通常、均一な反射性、部分反射性、またはいくつかの従来のサングラスのレンズにおけるように垂直に変化する反射性を有する。球面バイザーを有する設計は、製造において一部の他の設計よりも柔軟性があり、わずかな変化によって受ける影響が少ない。

この実施形態では、画像生成器１５２は、好ましくはｅＭａｇｉｎ社からのＯＬＥＤタイプのＳＶＧＡマイクロディスプレイである。他の実施形態では、Ｋｏｐｉｎ社または同様の発売元からのＬＣＤタイプのＳＶＧＡディスプレイを使用し得る。これらのディスプレイのいずれも、単色モードまたはフルカラーモードで使用できる。しかしながら、この例示的な実施形態では、ＯＬＥＤタイプのディスプレイが、高輝度で消費電力が少ないために好ましい。

レンズ１５４および１６０は、好ましくは軽量なプラスチック材料、例えばアクリルまたはポリカーボネートなどから作製されるが、当業者が思い付くように他のレンズ材料も使用することができる。同様に、鏡１５６は、レンズ１５４と装置の残りの構成要素の好適な組み合わせを形成するために、球面、非球面、放物面、トロイダル、または別の形状とし得る。種々の実施形態では、当業者に明白であるように、鏡１５６はプラスチック、ガラス、金属、または他の材料から作製される。鏡１５６および１６２は、複製プロセスを使用して作製してもよい。

レンズ１５８は、好ましくは、ポリスチレンまたはポリカーボネートタイプのプラスチックである。これらのプラスチック材料の一部は、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社などの企業によって製造／流通されている。当業者が思い付くように、他の実施形態では他のレンズを使用してもよい。

バイザー１３０はまた、好ましくはプラスチックであり、種々の実施形態では、着色されているか、非着色であるか、可変および／または感光性の動的色付け（ｄｙｎａｍｉｃ ｔｉｎｔｉｎｇ）で処理されているか、または薄膜反射コーティングによって片側が被覆されている。この薄膜は、片側全体にまたは単にパッチとして、貼り付けることができる。バイザーは、好ましくはポリカーボネートプラスチック、または目の保護性を高めるために別の飛散防止材料で作製され、当業者が思い付く様々な手段のいずれかを使用してフレーム１１０に取り付けられる。

図２に示す眼鏡は、使用者の目の一方にヘッドアップディスプレイ画像をそれぞれ提供する対の光学系２４０、２４５を含む。各光学系は画像生成器２５２、レンズ２５４、鏡２５６、レンズ２５８、鏡２６２、およびレンズ２６０を含み、ここでも、生成されたＨＵＤ画像をバイザー２３０から反射させる。

説明すると、この実施形態は、レンズ１５４を使用するＨＵＤディスプレイ装置１４０であり、レンズ１５４は光路に整列され、表示画像はレンズ１５４を２度通過する（曲面鏡１５６で反射する前に一度、および反射後に一度）。さらに、本書の説明では、レンズ１５４と組み合わせて２つの非複レンズ１５８および１６０を使用するＨＵＤディスプレイ装置を示し、装置において、レンズ１５８と１６０との間に中間像が生成される。

図５を見ると、この実施形態は、取付機構１７２、１７４、および１７６によってフレーム１１０に取り付けられた光学組立体１８０を示す。種々の他の実施形態では、これらの機構は、数および位置が変化してもよく、眼鏡１００のバイザー１３０に対して特定の相対位置に光学組立体１８０を支持するために、ネジ、溶接継ぎ手、成形後付け、および当業者が思い付く他の取付方法を使用する。図５に示すように、光学組立体１８０はプラスチックハウジング、全てのレンズおよび鏡、および画像生成器で構成されている。この実施形態において組立体１８０の生成器部分１８２は、本書の他の箇所で説明したように、画像生成器１５２（この紙面の左側にその出力を生成する）、レンズ１５４、および鏡１５６を含む。組立体１８０の出力部分１８４は、レンズ１５８および１６０、および折り畳み式鏡１６２を含む。出力部分１８４からの出力画像は、バイザー１３０で、使用者の瞳孔１３１の方へ反射する。

種々の実施形態では、ディスプレイに表示される、情報、画像、および／またはビデオの動的表示を形成するために使用されたデータは、当業者が思い付くように、異なる実施形態において様々な方法でデータソース１７０によって第１の画像生成器に動的に供給される。例えば、データを文字形式で表示して、使用者に記号、グラフィックスまたはビデオ画像、またはそれらの任意の組み合わせを示し得る。このデータは、センサ（例えば、ＧＰＳまたはバイオメトリックなど）またはスマートフォン（例えば、画像または媒体）などの外部デバイスによって画像生成器に提供され得る。同様に、静止および動きのあるグラフィックスをビデオゲーム、ポータブルメディアプレーヤーなどによって生成し、かつ当業者が思い付くように、有線のおよび／または無線のデータ転送技術（例えば、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ−Ｍａｘなどを含む）を介して画像生成器１５２に通信できる。

本発明を図面および上述の説明において詳細に図示し説明したが、これらは例示であり、特徴を限定するものではないと考えられ、かつ、好ましい実施形態を図示して説明したこと、および本発明の趣旨内に入る変更および修正の保護も望まれることが理解される。

Claims (13)

1. 使用者が着用するためのヘッドアップディスプレイ装置であって、
   第１の出力画像を生成する第１の画像生成器；
   第１のレンズ；
   第１の曲面鏡；
   曲面反射面を有する第１のバイザー；および
   いずれも複レンズではない第２のレンズおよび第３のレンズ
   を含み、
   前記第１の画像生成器、第１のレンズ、第１の曲面鏡、第２のレンズ、第３のレンズ、および第１のバイザーが、
   前記第１の出力画像が前記第１のレンズを通過し、前記第１の曲面鏡で反射し、再び前記第１のレンズを通過し、前記第２のレンズおよび第３のレンズを通過し、および前記第１のバイザーの前記反射面で前記使用者の第１の目の方へ反射し；および
   前記第２のレンズと前記第３のレンズとの間に中間像が現れるように、
   相対位置に固定されている、ヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記第１のレンズがメニスカスレンズである、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１のバイザーが眼鏡のレンズである、請求項１に記載の装置。
4. 第２の出力画像を生成する第２の画像生成器；
   いずれも複レンズではない第４のレンズ、第５のレンズ、および第６のレンズ；
   第４の曲面鏡；および
   曲面反射面を有する第４のバイザー；
   をさらに含み、
   前記第２の画像生成器、第４のレンズ、第５のレンズ、第６のレンズ、第２の曲面鏡、および第２のバイザーが、前記第２の出力画像が前記第４のレンズを通過し、前記第２の曲面鏡で反射し、再び前記第２のレンズを通過し、前記第５のレンズおよび第６のレンズを通過し、および前記第２のバイザーの前記反射面で前記使用者の第２の目の方へ反射するように、
   相対位置に固定されており；および
   前記第５のレンズと第６のレンズとの間に中間像が現れる、請求項１に記載の装置。
5. 第１の折り畳み式平面鏡および第２の折り畳み式平面鏡をさらに含み；
   前記第１の折り畳み式平面鏡が、前記第２のレンズと第３のレンズとの間に前記第１の出力画像を反射させ；および
   前記第２の折り畳み式平面鏡が、前記第５のレンズと第６のレンズとの間に前記第２の出力画像を反射させる、請求項４に記載の装置。
6. 前記第１のバイザーが眼鏡のレンズであり、および
   前記第２のバイザーが前記眼鏡のレンズである、請求項４に記載の装置。
7. 前記第１のバイザーおよび前記第２のバイザーが、同じ眼鏡の異なるレンズである、請求項６に記載の装置。
8. 前記第１のバイザーおよび前記第２のバイザーが眼鏡の同じレンズである、請求項６に記載の装置。
9. 前記第１の鏡が、
   トロイダル鏡、
   非球面鏡、
   双曲面鏡、
   楕円鏡、
   放物面鏡、および
   球面鏡
   からなる鏡の型分類から選択される、請求項１に記載の装置。
10. 前記第１の画像生成器に、前記使用者にデータの動的表示を生成するのに十分な情報を動的に供給するデータソースをさらに含む、請求項１に記載の装置。
11. 前記データソースがポータブルメディアプレーヤーである、請求項１０に記載の装置。
12. 第１の折り畳み式平面鏡をさらに含み、
    前記第１の折り畳み式平面鏡が、前記第２のレンズと第３のレンズとの間に前記第１の出力画像を反射させる、請求項１に記載の装置。
13. 前記第１の画像生成器、第１のレンズ、第１の曲面鏡、第２のレンズ、第３のレンズ、および第１のバイザーをそれらの相対位置に固定させるフレームをさらに含む、請求項１に記載の装置。

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