JP2016533518A - ユーザの頭部に装着可能な、画像を生成する表示装置用の眼鏡レンズ、及び該眼鏡レンズを備えた表示装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ユーザの頭部に装着可能な、画像を生成する表示装置（１）用の眼鏡レンズに関し、眼鏡レンズは、前面（８）及び背面（９）を備える眼鏡レンズ本体（７）であって、前面（８）及び／又は背面（９）は湾曲しており、眼鏡レンズ本体（７）は、少なくとも第１の部分的な本体（３５）及び第２の部分的な本体（３６）を含み、第１の部分的な本体（３５）及び第２の部分的な本体（３６）の相互に面する境界面（３８、３９）は直接接触する眼鏡レンズ本体（７）と、眼鏡レンズ（３、４）を上面から見た場合の、眼鏡レンズ（３、４）のエッジ領域（１２）内のカップリングインセクション（１７）及び眼鏡レンズ（３、４）の中央領域（１３）のカップリングアウトセクション（１６）とを有し、眼鏡レンズ（３、４）は、眼鏡レンズの前記カップリングインセクションを介して眼鏡レンズ（３、４）中にカップリングインされる、生成された画像のピクセルの光束（２４）を、眼鏡レンズ（３、４）においてカップリングアウトセクション（１６）まで案内するとともに、カップリングアウトセクション（１６）を介して眼鏡レンズ（３、４）からカップリングアウトさせるのに好適であり、平坦な第１の反射表面（１８、３１）と、第１の反射表面（１８、３１）から離間した平坦な第２の反射表面（１９、３２）とが眼鏡レンズ本体（７）に設けられ、平坦な第１の反射表面（１８、３１）及び平坦な第２の反射表面（１９、３２）はそれぞれ、カップリングインセクション（１７）からカップリングアウトセクション（１６）への方向に延びるとともに、それぞれ、眼鏡レンズ本体（７）の前面（８）及び背面（９）から離間し、光束（２４）は、第１の反射表面（１８、３１）及び第２の反射表面（１９、３２）における反射によって、カップリングインセクション（１７）からカップリングアウトセクション（１６）への方向に案内され、第１の反射表面（１８、３１）及び第２の反射表面（１９、３２）のうちの少なくとも一方は、第１の部分的な本体（３５）又は第２の部分的な本体（３６）に設けられ、第１の部分的な本体（３５）から第２の部分的な本体（３６）への方向に対応する部分的な本体（３５、３６）の境界面（３８、３９）からオフセットされる。

Description

本発明は、ユーザの頭部に装着可能な、画像を生成する表示装置用の眼鏡レンズ、及び該眼鏡レンズを備えた表示装置に関する。

そのような眼鏡レンズはしばしば、眼鏡レンズを上面から見た場合、眼鏡レンズのエッジ領域にカップリングインセクションを備えるとともに、眼鏡レンズの中央領域にカップリングアウトセクションを備え、眼鏡レンズは、生成された画像のピクセルの光束を案内するのに好適であり、光束は、眼鏡レンズのカップリングインセクションを介して眼鏡レンズに、眼鏡レンズにおいてカップリングアウトセクションまでカップリングインされ、カップリングアウトセクションを介して眼鏡レンズからカップリングアウトされる。カップリングインセクションとカップリングアウトセクションとの間で案内するために、眼鏡レンズの前面及び背面における内部全反射がしばしば用いられ、前面及び／又は背面が湾曲している場合、非点収差及びコマ収差のような収差が、全反射によって引き起こされる湾曲した表面への斜めの入射の結果として生じる可能性がある。光が眼鏡レンズに入る前にコリメートされるか否かは問題ではない。

原則として、カップリングインセクション及び／又はカップリングアウトセクションの対応する形成によって、これらの収差を相殺することが可能である。しかし、それぞれ異なるように湾曲した前面及び／又は背面に関して、必要な補正を計算して対応する眼鏡レンズを個々に製造しなければならないため、これは極めて複雑である。これは、非常に高いコスト及び非常に高い物流の支出につながる。

したがって、ここから始めると、本発明の目的は、ユーザの頭部に装着可能であるとともに画像を生成する表示装置用の眼鏡レンズを提供することであり、この眼鏡レンズにより、冒頭において挙げた困難を可能な限り完全に克服することができる。

この目的は、ユーザの頭部に装着可能な、画像を生成する表示装置用の眼鏡レンズによって達成され、眼鏡レンズは、前面及び背面を備える眼鏡レンズ本体であって、前面及び／又は背面は湾曲しており、眼鏡レンズ本体は、少なくとも第１の部分的な本体及び第２の部分的な本体を含み、第１の部分的な本体及び第２の部分的な本体の相互に面する境界面は直接接触する眼鏡レンズ本体と、眼鏡レンズを上面から見た場合の、眼鏡レンズのエッジ領域内のカップリングインセクション及び眼鏡レンズの中央領域のカップリングアウトセクションとを備え、眼鏡レンズは、眼鏡レンズのカップリングインセクションを介して眼鏡レンズ中にカップリングインされる、生成された画像のピクセルの光束を、眼鏡レンズにおいてカップリングアウトセクションまで案内するとともに、カップリングアウトセクションを介して眼鏡レンズからカップリングアウトさせるのに好適であり、平坦な第１の反射表面と、第１の反射表面から離間した平坦な第２の反射表面とが眼鏡レンズ本体に設けられ、平坦な第１の反射表面及び平坦な第２の反射表面はそれぞれ、カップリングインセクションからカップリングアウトセクションへの方向に延びるとともに、それぞれ、眼鏡レンズ本体の前面及び背面から離間し、光束は、第１の反射表面及び第２の反射表面における反射によって、カップリングインセクションからカップリングアウトセクションへの方向に案内され、第１の反射表面及び第２の反射表面のうちの少なくとも一方は、第１の部分的な本体又は第２の部分的な本体に設けられ、第１の部分的な本体から第２の部分的な本体への方向に対応する部分的な本体の境界面からオフセットされる。したがって、対応する反射表面は、一方の部分的な本体から他方の本体への方向に対応する部分的な本体の境界面に対してオフセットして配置される。対応する反射表面は、対応する部分的な本体に埋め込まれる反射表面と称することもできる。

カップリングインセクションからカップリングアウトセクションへの光束の案内は、２つの平坦な反射表面を介して、したがって、前面及び背面とは独立して生じるため、光の案内を前面及び背面とは独立して光学的に扱うことができる。したがって、２つの反射表面と併せたカップリングアウトセクション及び／又はカップリングインセクションを、背面の曲率とは独立して所望の通りに設計することができる。したがって、光束の案内及び光束のカップリングアウトに関して、異なる視覚欠陥を同じように矯正する種々の眼鏡レンズさえも扱うことが可能である。

加えて、カップリングインセクションとカップリングアウトセクションとの間の案内中に生じる可能性がある望まない収差（例えば、非点収差及びコマ収差）を最小限に抑えることができる。

本発明による眼鏡レンズの場合、第１の反射表面は、第１の部分的な本体に設けられるとともに、第１の部分的な本体の境界面から離間してもよく、第２の反射表面は、第２の部分的な本体に設けられるとともに、第２の部分的な本体の境界面から離間してもよい。代替的に、第１の反射表面は、第１の部分的な本体に設けられるとともに、第１の部分的な本体の境界面から離間し、第２の反射表面は、第２の部分的な本体の境界面に形成されている。

眼鏡レンズ本体は、少なくとも第１の部分的な本体及び第２の部分的な本体を含むため、反射表面を容易に製造することができ、所望の眼鏡レンズを得るために次に、２つの部分的な本体を互いに接続することができる。

カップリングアウトセクションは光束の瞳孔エキスパンダーを備えてもよい。従って、ユーザに大きな射出瞳を提供することができる。

特に、第１の反射表面及び第２の反射表面は互いに平行である。

カップリングアウトセクションは、光束を、背面を介してカップリングアウトさせるように背面の方向に偏向させる、反射性のフレネル構造を有する第１の偏向セクションを備えてもよい。特に、フレネル構造は、エッジ領域から中央領域への方向に互いに隣に配置される幾つかの反射性のファセットを含んでもよい。ファセットは、部分反射性のファセットであるか、純粋に反射性（可能な場合は１００％の反射）のファセットでもよい。加えて、ファセットを、隙間なく（ファセットを上面から見ると、ファセットはしたがってコヒーレントな表面を形成する）互いに（横方向に）隣に配置することができるか、又は、隙間を設けることができる（ファセットを上面から見ると、この場合は隙間が見える）。

特に、ファセットの透明度は、エッジ領域から中央領域への方向に低下してもよい（したがって、この方向に反射性を増加できる）。

さらに、２つの直接隣り合うファセットはそれぞれ、透明又は部分的に透明な面によって接続されてもよい。

第１の反射表面はカップリングアウトセクション内に延びてもよく、フレネル構造は、第１の反射表面に当たる光束の方向に見た場合、第１の反射表面の前方にある。特に、ファセットは第１の反射表面に形成されてもよく、その結果、フレネル構造が存在する。さらに、ファセットと第１の反射表面との間の領域は、第１の反射表面がある部分的な本体の材料に相当する材料で満たされてもよい。ファセットはしたがって、埋め込みファセットと称することもできる。この形成は、それぞれのファセットによって反射されずに透過される光束の部分が、第１の反射表面において第２の反射表面の方向に反射し、さらに、これによって、ファセット（前回のカップリングアウトに対して横方向に離間したファセット）に偏向されるという利点を達成する。射出瞳の所望の拡大がこのように達成される。

第２の反射表面はカップリングアウトセクション内へ延びてもよく、フレネル構造は、第２の反射表面に当たる光束の方向に見た場合、第２の反射表面の前方にある。

本発明による眼鏡レンズの場合、第１の反射表面及び第２の反射表面は、第１の部分的な本体及び／又は第２の部分的な本体に挿入される案内プレートの境界面によって形成されてもよい。それによって、大部分の様々な眼鏡レンズのために所望の光の案内及びカップリングアウトを提供する要素を設けることができる。特に、案内プレートは、光束をカップリングアウトさせるフレネル構造を含む。加えて、案内プレートは、光束が２つの反射表面からカップリングアウトセクションに案内されるように、当たる光束を偏向させる屈折及び／又は反射カップリングイン光学システムも含むことができる。

さらに、第１の反射表面及び／又は第２の反射表面は、第１の部分的な本体及び／又は第２の部分的な本体に形成されることが可能である。

ファセットは特に、表面の一部分、表面要素又は表面を意味する。表面の一部分、表面要素又は表面は、説明するファセットの光学的効果を提供することができる。

さらに、ユーザの頭部に装着可能な、画像を生成する表示装置用の眼鏡レンズが提供され、眼鏡レンズは、前面及び背面を備える眼鏡レンズ本体であって、前面及び／又は背面は湾曲しており、ワンピースで形成されている眼鏡レンズ本体と、眼鏡レンズを上面から見た場合の、眼鏡レンズのエッジ領域内のカップリングインセクション及び眼鏡レンズの中央領域のカップリングアウトセクションとを備え、眼鏡レンズは、眼鏡レンズのカップリングインセクションを介して眼鏡レンズ中にカップリングインされる、生成された画像のピクセルの光束を、眼鏡レンズにおいてカップリングアウトセクションまで案内するとともに、カップリングアウトセクションを介して眼鏡レンズからカップリングアウトさせるのに好適であり、平坦な第１の反射表面と、第１の反射表面から離間した平坦な第２の反射表面とが眼鏡レンズ本体に設けられ、平坦な第１の反射表面及び平坦な第２の反射表面はそれぞれ、カップリングインセクションからカップリングアウトセクションへの方向に延びるとともに、それぞれ、眼鏡レンズ本体の前面及び背面から離間し、光束は、第１の反射表面及び第２の反射表面における反射によって、カップリングインセクションからカップリングアウトセクションへの方向に案内される。

２つの平坦な反射表面によって、背面の曲率とは独立に光の案内を行うことができ、その結果、一方で、光の案内中の望まない収差を最小限に抑えることがき、他方で、光の案内を、前面及び背面の曲率とは独立に提供することができる。

第１の反射表面及び第２の反射表面は、ワンピースの眼鏡レンズ本体に挿入される案内プレートの境界面によって形成されてもよい。特に、ワンピースの眼鏡レンズ本体は、前面及び背面を接続する端面を含んでもよく、端面から、凹部が眼鏡レンズ本体内に延び、案内プレートは凹部内に位置する。

案内プレートは、カップリングアウトセクションに、光束を、背面を介してカップリングアウトさせるように背面の方向に偏向させる、反射性のフレネル構造を有する第１の偏向セクションを含んでもよい。

第１の偏向セクションのフレネル構造は、エッジ領域から中央領域への方向に互いに隣に配置される幾つかの反射性のファセットを含んでもよい。反射性のファセットは、互いから離間して（上面図では間隙が見える）、又は、スペースなしに（上面図では反射性のファセットは連続的な表面を形成する）配置することができる。

ファセットは、部分反射性のファセット又は純粋に反射性（可能な場合は１００％の反射）のファセットとして形成されてもよい。部分反射性のファセットの透明度は、エッジ領域から前記中央領域への方向に低下してもよい（したがって、この方向に反射性が増加される）。

２つの直接隣り合うファセットはそれぞれ、透明又は部分的に透明な面によって接続されることが可能である。

さらに、ファセットと第１の反射表面との間の領域は、第１の反射表面がファセットの領域において平滑な表面として形成されるように、案内プレートの材料で満たされてもよい。

本発明による眼鏡レンズの場合、第１の反射表面及び／又は第２の反射表面は、内部全反射によって光束を反射させてもよい。

代替的に、第１の反射表面及び／又は第２の反射表面は、反射性の層によって形成されることが可能である。この反射層は、単層または層システムにもすることができる。

さらに、光束が第１の反射表面及び第２の反射表面における反射によってカップリングアウトセクションに案内されるように光束を偏向させる第２の偏向セクションが、カップリングインセクションの領域に設けられてもよい。

さらに、カップリングインセクション及び／又はカップリングアウトセクションはイメージング効果を有してもよい。さらに、カップリングインセクションはコリメーション効果を有してもよい。さらに、カップリングインセクションは屈折性及び／又は反射性であってもよい。

本発明による眼鏡レンズの場合、案内プレートは眼鏡レンズ本体を越えて横方向に突出してもよく、カップリングインセクションは案内プレートの突出する部分に形成される。

ファセットは好ましくは、所望の回折効果を生じないように形成される。

さらに、ユーザの頭部に装着可能なホルダーと、画像を生成する、ホルダーに固定される画像生成モジュールと、ホルダーに固定されるイメージング光学システムであって、上記発明の眼鏡レンズを備え、ホルダーが頭部に装着されたとき、ユーザが生成された画像を仮想画像として知覚することができるように生成された画像を画像化する、イメージング光学システムとを有する表示装置が提供される。

イメージング光学システムは、眼鏡レンズを唯一の光学要素として備えることができる。ただし、イメージング光学システムは、眼鏡レンズに加えて、少なくとも１つのさらなる光学要素を備えることも可能である。

したがって、このさらなる光学要素は、例えば、眼鏡レンズと画像生成モジュールとの間に配置されるコリメート光学システムであってもよく、その結果、画像生成モジュールからの光束は、コリメートされた束として眼鏡レンズ中にカップリングされる。

画像生成モジュールは特に、例えば、ＬＣＤモジュール、ＬＣｏＳモジュール、ＯＬＥＤモジュール又は傾斜ミラーマトリックスのような２次元イメージングシステムを備えることができる。イメージングシステムは自己発光性又は非自己発光性とすることができる。

画像生成モジュールは、それが単色画像又は多色画像を生成するように特に形成することができる。

本発明による表示装置は、その動作のために必要である当業者に知られているさらなる要素を備えることができる。

上記で挙げた特徴及び以下でさらに説明する特徴は、述べられる組合せにおいてだけでなく、本発明の範囲から逸脱することなく他の組合せにおいても又は単独でも使用され得ることを理解されたい。

本発明にとって本質的な特徴をも開示する添付の図面を参照しながら、本発明について、以下で例としてより一層詳細に説明し、以下に図示する。

本発明による表示装置のある実施形態の概略斜視図である。 図１の第１の眼鏡レンズ３の詳細断面図である。 カップリングインセクションの領域における案内プレート１４の拡大断面図である。 カップリングアウトセクションの領域における案内プレート１４の拡大断面図である。 第１の眼鏡レンズ３の概略断面図である。 射出瞳における照光を説明するための眼鏡レンズの断面図である。 射出瞳における照光を説明するための眼鏡レンズの断面図である。 射出瞳における照光を説明するための眼鏡レンズの断面図である。 目の瞳孔が同じ位置にある視野点のカップリングアウトされた光束の上面図である。 目の瞳孔が同じ位置にある視野点のカップリングアウトされた光束の上面図である。 目の瞳孔が同じ位置にある視野点のカップリングアウトされた光束の上面図である。 目の瞳孔が同じ位置にある視野点のカップリングアウトされた光束の上面図である。 目の瞳孔が同じ位置にある視野点のカップリングアウトされた光束の上面図である。 目の瞳孔が同じ位置にある視野点のカップリングアウトされた光束の上面図である。 目の瞳孔が同じ位置にある視野点のカップリングアウトされた光束の上面図である。 さらなる実施形態による右側の眼鏡レンズの断面図である。 さらなる実施形態による右側の眼鏡レンズの断面図である。 さらなる実施形態による右側の眼鏡レンズの断面図である。 さらなる実施形態による右側の眼鏡レンズの断面図である。 図１９による２つの部分的な本体３５及び３６の断面図である。 案内プレート１４が挿入された状態の２つの部分的な本体の断面図である。 図２０による２つの部分的な本体の変形例である。 図２０による２つの部分的な本体の変形例である。 さらなる実施形態による右側の眼鏡レンズの断面図である。 図２５の実施形態の部分的な本体３５の図である。 本発明による眼鏡レンズの製造を説明するための、図２５の細部Ｂの拡大図である。 本発明による眼鏡レンズの製造を説明するための、図２５の細部Ｂの拡大図である。 本発明による眼鏡レンズの製造を説明するための、図２５の細部Ｂの拡大図である。

図１に示された実施形態において、本発明による表示装置１は、ユーザの頭部に装着可能な、例えば従来の眼鏡フレームの様式で形成され得るホルダー２と、ホルダー２に固定される第１の眼鏡レンズ３及び第２の眼鏡レンズ４とを備えている。眼鏡レンズ３及び４を有するホルダー２は、例えば、スポーツ用眼鏡、サングラス及び／又は視覚欠陥を矯正する眼鏡として形成することができ、後述するように、仮想の画像を、第１の眼鏡レンズ３を介してユーザの視野に反射させることができる。

眼鏡レンズ３、４、特に右側の眼鏡レンズ３のみを例として、本発明による表示装置１とともに記載する。眼鏡レンズ３、４又は少なくとも右側の眼鏡レンズ３はそれぞれ、本発明に従って眼鏡レンズ３、４として別個に形成される。本発明による右側の眼鏡レンズ３は当然ながら左側の眼鏡レンズとして形成することもできる。

図２（ホルダー２は表されていない）における第１の（右側の）眼鏡レンズ３の詳細断面図から最も良く分かるように、表示装置１は、画像生成モジュール５と、制御ユニット６と、カップリングイン光学システム１５とを備えている。画像生成モジュール５と、制御ユニット６と、カップリングイン光学システム１５とは、単に概略的に表され、好ましくはホルダー２に固定される。画像生成モジュール５は、例えば列及び行に配置される複数のピクセルを有する、例えば２次元光変調器（例えば、ＯＬＥＤ、ＣＭＯＳ又はＬＣｏＳチップ若しくは傾斜ミラーマトリックスのような）を含むことができる。光束２４が各ピクセルから出ることができる。

右側の眼鏡レンズ３は、球状に湾曲した前面８と、湾曲した背面９と、端面１０とを有するワンピースの眼鏡レンズ本体７を備えている。眼鏡レンズ３は、記載される実施形態の例において視覚欠陥を矯正するように働くため、背面９の曲率は、視覚欠陥の所望の矯正が存在するように選択される。この場合、前面８の球面曲率は、背面の必要な補正（ディオプトリー数）に応じて生じる標準的な半径に対応することができる。

図２において分かるように、眼鏡レンズ本体７はスリット形状の凹部１１を含み、凹部１１は、端面１０から延び、したがって眼鏡レンズのエッジ領域１２から中央領域１３まで延びている。

凹部１１には、平行平面案内プレート１４が挿入され、平行平面案内プレート１４は、画像生成モジュール５によって生成される画像（したがって、各ピクセルから出る光束２４）を、エッジ領域１３から中央領域１２まで案内し、表示装置１を装着するユーザが画像を（好ましくは、周囲と重ね合わせられる）仮想の画像として知覚することができるように中央領域においてカップリングアウトするよう働く。

このために、案内プレート１４は、第１の偏向セクション１６及び第２の偏向セクション１７を備え、それぞれ、案内プレート１４の第１の面１８が凹部１１の対向する第１の壁面２０から離間するとともに、案内プレート１４の第２の面１９が凹部１１の対向する第２の壁面２１から離間するように、凹部１１に挿入される。したがって、平行平面案内プレート１４の双方の面１８、１９にはそれぞれ、空隙２２、２３が存在し、空隙２２、２３は、画像生成モジュール５から来る画像（又は画像のピクセルの対応する光ビーム又は光束２４）を、第１の面１８及び第２の面１９における内部全反射によって第２の偏向セクション１７と第１の偏向セクション１６との間で案内するのに用いられる。２つの面１８、１９はしたがって、２つの偏向セクション１６、１７の間に平坦な反射表面をそれぞれ形成する。

図２では、光ビーム２４は概略的に描かれており、光ビーム２４は、画像生成モジュール５からカップリングイン光学システム１５を介して案内プレート１４の第２の偏向セクション１７（カップリングインセクションと称することもできる）に当たり、そこで偏向され、それによって、第１の面１８及び第２の面１９における内部全反射によって、第１の偏向セクション１６（カップリングアウトセクションと称することもできる）に案内される。第１の偏向セクション１６において、光ビーム２４は、表示装置１を装着するユーザの目の瞳孔の方向に偏向され、その結果、光ビーム２４は、案内プレートの面１９を通って（偏向に起因して存在する小さい入射角度のために、内部全反射が面１９ではもはや生じない）、背面９を介して、眼鏡レンズ本体７を出て、次に、領域２５においてユーザの目によって検出されることができる。

図３では、第２の偏向セクション１７が、案内プレート１４の拡大詳細図で概略的に表されている。第２の偏向セクション１７は、入射光２４を、２つの面１９及び１８における内部全反射によって第１の偏向セクション１６に案内することができるように入射光２４を偏向させる複数の反射性のファセット２６を含んでいる。図３に示される実施形態では、ファセット２６によって存在する窪みが案内プレート１４の材料で満たされ、その結果、第１の面１８も第２の偏向セクション１７の領域において平坦に形成される。ファセット２６は埋め込みファセットと称することもできる。

図４では、第１の偏向セクション１６が拡大詳細図で概略的に表されている。第１の偏向セクション１６は、複数の部分反射ファセット２７を含み、それぞれ、２つの直接的に隣り合う部分反射性のファセットは面２８によって接続されている。面２８は反射性とすることができる。しかし、面２８は好ましくは、部分反射性又は透明である。

光ビーム２４に関して、ファセット２７における偏向が概略的に表されている。ファセット２７の部分反射性の形成によって、ファセット２７において反射されない部分２４’（破線で表されている）が透過され、内部全反射が生じる第１の面１８に当たり、面２８を通って進み、その結果、第２の面１９におけるさらなる内部全反射の後でさらなるファセット２７に当たり、領域２５に偏向される。

ファセット２７によって透過された部分が面２８を通って進み、次のファセット２７に当たり、次のファセット２７によって反射されることでカップリングアウトされること（光ビーム２４”）も可能である。この次のファセット２７において、当然ながら、光ビーム２４”の一部が再び同様に透過され、これが第１の面１８において内部全反射によって反射され、第２の面１９に当たり、第２の面１９におけるさらなる内部全反射の後で、さらなるファセット２７に当たり、さらなるファセット２７によって領域２５に偏向される（光ビーム２４”）。

横方向にオフセットされた位置におけるこのタイプの複数回のカップリングアウトによって、いわゆる瞳孔エキスパンダーが実現され、その結果、領域２５において、大きい射出瞳又は大きいアイボックス（表示装置１によって提供されるとともにユーザの目が動くことができユーザが依然としてカップリングアウトされた画像を常に知覚することができる領域）が提供される。

この複数回のカップリングアウトを実現するために、第１の偏向セクション１６において、ファセット２７によって存在する窪みが、第１の面１８が第１の偏向セクション１６の領域において平坦であるように、案内プレート１４の材料で満たされる。これによって、ファセット２７によって透過される光の所望の全反射を第１の面１８において達成することができる。ファセット２７は埋め込みファセットと称することができる。

アイボックスにおける均一な明るさを達成するために、部分反射性のファセット２７は、第２の偏向セクション１７から第１の偏向セクション１６の方向に（すなわち、図４において下から上に）それらの透明度が低下し、したがって、それらの反射率がこの方向に高まるように形成される。

本明細書において記載される実施形態では、第１の面１８及び第２の面１９は、０．８ｍｍだけ互いから離間している。１５°×１０°の視野の場合に１０ｍｍの横方向寸法の（すなわちｙ方向への）アイボックスを得るために、視野点、又は、画像生成モジュール５によって生成される画像の中心のピクセルの位置に応じて、５つ〜９つの水平なカップリングアウトが必要とされる。

ここで、案内プレートの長さは、２０ｍｍ〜２５ｍｍ（第２の偏向セクション１７から第１の偏向セクション１６への方向への範囲）であり、２つの空隙２２、２３の幅はそれぞれ０．１ｍｍである。眼鏡レンズ３は、９０ｍｍの前面８の半径の場合に、３．５ｍｍの厚さを有する。

非常に薄いプレート１４のために、１回のカップリングアウトの光束の直径は、アイボックス２５を横方向に満たすには十分ではない。したがって、各視野点に関して、アイボックス２５に位置するユーザの目の瞳孔を満たすために、例えば２つ又は３つの隣り合うカップリングアウトが必要とされる。これらの、例えば２つ又は３つのカップリングアウトはしたがって、網膜の同じ画像点（目の解像度内にある）に映される。したがって、一致が存在する。これは特に、１ｍｉｎ未満の目の解像度の範囲において、網膜の同じ位置に当たることを意味する。１つの視野点のこれらの隣り合うカップリングアウトに同じメインビーム角度が存在するとも言える。

これは、部分反射性のファセット２７が単にビーム偏向特性を有するだけではなく、イメージング機能も有するという点で達成することができる。これは、最適化計算によって容易に求めることができる。湾曲した反射表面が始点として用いられ、これはこの場合、部分反射性のファセット２７によって近似される。個々のファセット２７は平坦であるか又は湾曲しているものとすることができる。そのような手順は、例えば国際公開第２０１０／０９７４４２号公報及び国際公開第２０１０／０９７４３９号公報に記載されており、これらの公開された文献の対応する記載は、図面とともに本開示に援用される。

ユーザに提示される可能な限り良好な仮想の画像を周囲に重ね合わせることを達成するために、光束２４、２４’、２４”、２４’’’は、第１の偏向セクション１６において偏向した後で、球状の前面８を通過したかのような方向を有する。第１の偏向セクション１６における偏向後に、光束２４、２４’、２４”、２４’’’はしたがって、球状の前面８の効果を有する。これは、例えば、第１の偏向セクション１６及び／又は第２の偏向セクション１７の対応する設計によって実現することができる。カップリングイン光学システム１５の対応する設計によってこの効果を支援することも可能である。

周囲を観察するときのユーザの視覚欠陥の矯正は、前面８及び背面９の曲率によって生成され、第１の偏向セクション１６において偏向される光束２４、２４’、２４”、２４’’’は背面９も通って進むため、これらは、周囲の光ビームと同じようにユーザのために補正される。ユーザはしたがって、周囲及び反射された仮想の画像の双方を鮮明に知覚することができる。

本発明による眼鏡レンズ３又は本発明による表示装置１の場合に、画像は前面８及び／又は背面９における反射によって案内されないため、この案内は、背面９の特定の形成とは独立して扱うことができる。これは、一方では、イメージング誤差を回避することがより容易であるという利点につながる。他方で、同じ案内プレート１４を、補正することなく異なる眼鏡レンズ３（特に、視覚欠陥の矯正に関して異なる眼鏡レンズ３）に用いることができる。元の眼鏡レンズはその通常の厚さで用いることができる。その通常の厚さが十分ではない場合、２つの空隙２２、２３を含む案内プレート１４には、比較的小さい予備の厚さ（およそ１ｍｍ）しか提供する必要がない。

図５では、図２と同様に、眼鏡レンズ３が、画像生成モジュール５及び制御ユニット６とともに断面図で表されているが、表示装置を装着するユーザの目の網膜の位置２９も概略的に描かれており、９つのカップリングアウトが示されている。

９つのカップリングアウトを示すために、図６では、生成された画像の画像点の全てのアクティブなカップリングアウトが、ｙ方向に１０ｍｍの範囲を有するアイボックス２５全体とともに視野中心に表されている。

図７及び図８では、下側視野縁の点又は上側視野縁の点の全てのアクティブなカップリングアウトがそれぞれ、同様にアイボックス２５全体とともにそれぞれ示されている。

図９では、目の瞳孔３０の照光が示されており、ここでは、始点は３ｍｍの目の瞳孔の直径である。この場合、目の瞳孔３０がアイボックスの中央に位置するとき、第４、第５及び第６のカップリングアウトが視野中心を構成する（第１のカップリングアウト〜第９のカップリングアウトにはＡ１〜Ａ９が付されている）。２つの視野縁に関しては、図１０及び図１１に示されるように、目の瞳孔３０がアイボックスの中央にあるときは、カップリングアウト６〜８又は２〜４が関連する。

目の瞳孔がアイボックスの上縁にある（すなわち、＋３．５ｍｍだけ中心から外れた）場合、図１２及び図１３に示されるように、カップリングアウト４〜６又は８、９が２つの視野縁の照光に関連する。目の瞳孔が−３．５ｍｍだけ中心から外れた場合、図１４、図１５に示されるように、カップリングアウト４〜６又は１及び２が２つの視野縁を構成する。

これまで記載した実施形態の場合、画像は、第１の面１８及び第２の面１９における内部全反射によって案内プレート１４内に案内される。当然ながら、第１の面１８及び第２の面１９に反射性の又は部分反射性の層を設けることも可能である。特に、内部全反射の効果を調整する層システムを設けることができ、層が所定の入射角までは透過するように作用し、層が所定の入射角の後では反射するように作用するようにする。そのような反射層又はそのような反射層システム３１、３２は、図１６にハッチングで表されている。さらなる代替的な実施形態では、反射層又は反射層システム３１、３２は、第１の壁面２０及び第２の壁面２１に形成することもできる。

図１７には、図１〜図１５に従った本発明による表示装置１の実施形態のさらなる変更形態が表されている。図１７に示されるこの実施形態では、案内プレート１４は端面１０を越えて突出し、その結果、第２の偏向セクション１７が眼鏡レンズ本体７の外側にある。したがって、光束２４は、案内プレート１４へのカップリングインのために、湾曲した背面９を通って案内される必要がない。これは、湾曲した背面９の効果をもはや考慮する必要がないため、カップリングインを容易にする。

図１８には、図１６に従った実施形態の変更形態が示されている。この場合、案内プレート１４へのカップリングインが生じる背面９の領域は、平坦な領域３３として形成される。背面９の曲率はしたがって、カップリングインにおいてもはや考慮される必要がない。案内プレートへのカップリングインが生じる背面９の領域３３は、平坦である必要はないが、任意の所望の形状を有することができる。当然ながら、例えばカップリングイン光学システム１５を領域３３と一体的に形成することも可能である。

これまで記載した実施形態では、眼鏡レンズ本体７はワンピースで常に形成される。スリット形状の凹部１１は、例えば、端面１０を通して材料を除去する加工を用いて形成することができる。案内プレート１４は、端面１０の開口を介して凹部１１に挿入される挿入プレートと称することもできる。この場合、案内プレート１４を、例えば、端面１０の開口の領域及び端面１０から離れるように向く端の領域において眼鏡レンズキャリアに接続する（例えば、接着接合する）ことができる。

図１９には、本発明による表示装置１又は本発明による眼鏡レンズ３の実施形態が示されており、眼鏡レンズ本体７は、２つの部分的な本体３５及び３６から形成されている。２つの部分的な本体３５及び３６は互いに接続され、部分的な本体３５は、案内プレート１４を受け入れる凹部３７を備えている。

図２０では、２つの部分的な本体３５及び３６が別個の部分として表されている。第１の部分的な本体３５は、第２の部分的な本体３６に面する第１の境界面３８を含んでいる。凹部３７は第１の境界面３８に形成されている。第２の部分的な本体３６は、第１の部分的な本体３５に面する第２の境界面３９を含んでいる。この境界面３９は、配置される案内プレート１４の領域内で平坦に形成されている。

図１９に従った眼鏡レンズ３を製造するために、案内プレート１４が凹部３７に挿入され（図２１）、２つの部分的な本体３５及び３６が次に互いに接続される。これは、２つの境界面３８及び３９が次に直接接触するように行われる。例えば、２つの境界面３８及び３９は互いに結合される。

図２２には、図２１による２つの部分的な本体３５、３６の変更形態が示されている。この変更形態では、案内プレート１４の凹部３７は第２の部分的な本体３６に形成されている。

図２３による変更形態では、双方の部分的な本体３５及び３６はそれぞれ、凹部４０、４１を含み、凹部４０、４１は、案内プレート１４を境界面３８及び３９間に挿入することができるとともに、境界面３８及び３９が凹部４０、４１の隣の領域において互いに依然として直接接触するように、一緒に形成されている。

図１９〜図２３に示されるように、案内プレート１４は、第１の部分的な本体３５及び／又は第２の部分的な本体３６にほぼ埋め込まれている。案内プレート１４は、２つの部分的な本体３５、３６によって常に完全に包囲されている。これは、第１の面１８及び／又は第２の面１９、したがって第１の反射表面及び／又は第２の反射表面が、対応する境界面３８、３９から離間して配置されることにつながる。

図２４に示される発展形態では、凹部３７は、端面１０まで延びるように第１の部分的な本体３５に形成されている。当然ながら、案内プレートはそれに従って適合され、この場合、同様に端面１０まで延びている。

図示されていない変更形態では、案内プレートは当然ながら、端面１０を越えて延びることもできる（図１７による実施形態に匹敵する）。

さらに、図１９〜図２４による実施形態では、内部全反射によって第２の偏向セクション１７と第１の偏向セクション１６との間で画像を案内することができる。代替的に、対応する反射性の（又は部分反射性の）層３１、３２を設けることができる。この反射性又は部分反射性の層３１、３２は、案内プレート１４及び／又は２つの境界面３８及び３９の対応する領域（特に、凹部３７、４０、４１の領域）に直接形成することができる。

これまで記載した図１９〜図２４による実施形態では、第１の面１８において、第１の偏向セクション１６及び第２の偏向セクション１７にファセット２７、２６を含む平行平面の案内プレート１４が常に用いられていた。しかし、第２の面１９に形成される屈折ファセットを有する第２の偏向セクション１７を形成することも可能である。

さらに、別個の案内プレート１４なしで済まし、例えば、第１の部分的な本体３５の凹部３７に必要なファセットを直接形成することが可能である。必要な製造ステップを記載するために、図２４の眼鏡レンズ３の第１の部分的な本体３５が図２５に表されている。ここで、第１の偏向セクション１７に必要なファセット２７を形成するために（円Ｂによって示されている）、以下の手順を用いることができる。

まず、図２６の細部Ｂの拡大詳細図に示されるように、対応する反射性の層３１を凹部３７に適用する。

透明な層４２をこの反射性の層３１に適用する（図２７）。透明な層４２は好ましくは、第１の部分的な本体３５と同じ材料から形成される。

部分反射性のファセット２７の形状を透明な層４２に（例えばスタンピングプロセスを用いて）形成し、ファセット２７に次に、所望の部分反射性のコーティングを選択的に設ける（面２８はコーティングしない）（図２８）。

第２の偏向セクション１７の反射性のファセット２６は原則的に、同じように製造することができる。しかし、この場合、反射性の層３１なしで済ますことができる。したがって、ファセット２６を凹部３７に直接形成することができる。代替的に、ファセット２６を透明な層４２に形成することが可能である。ファセット２６には、部分反射性又は反射性（可能な場合は１００％の反射）のコーティングを設けることができる。

第２の部分的な本体３６には、凹部３７に対向する領域に反射性の層を設ける（図示せず）。

次に、第１の部分的な本体３５を、第２の部分的な本体３６に接続し、その結果、凹部３７のためにキャビティが存在する。これは、好ましくは第１の部分的な本体３５及び第２の部分的な本体３６の材料と同じ材料である透明な材料で満たされる。

凹部３７は、２つの部分的な本体３５及び３６を接続する前に満たすこともできる。この場合、一つの変更形態では、反射性の層を、第２の部分的な本体３６にではなく凹部３７の充填物に形成することもできる。

当然ながら、その記載される実施形態及び特徴を（有意である限り）互いに組合せることもできる。

Claims (33)

1. ユーザの頭部に装着可能な、画像を生成する表示装置（１）用の眼鏡レンズであって、
   前面（８）及び背面（９）を備える眼鏡レンズ本体（７）であって、前記前面（８）及び／又は前記背面（９）は湾曲しており、前記眼鏡レンズ本体（７）は、少なくとも第１の部分的な本体（３５）及び第２の部分的な本体（３６）を含み、該第１の部分的な本体（３５）及び該第２の部分的な本体（３６）の相互に面する境界面（３８、３９）は直接接触する眼鏡レンズ本体（７）と、
   前記眼鏡レンズ（３、４）を上面から見た場合の、該眼鏡レンズ（３、４）のエッジ領域（１２）内のカップリングインセクション（１７）及び前記眼鏡レンズ（３、４）の中央領域（１３）のカップリングアウトセクション（１６）と
   を有し、
   前記眼鏡レンズ（３、４）は、該眼鏡レンズの前記カップリングインセクションを介して前記眼鏡レンズ（３、４）中にカップリングインされる、前記生成された画像のピクセルの光束（２４）を、前記眼鏡レンズ（３、４）において前記カップリングアウトセクション（１６）まで案内するとともに、該カップリングアウトセクション（１６）を介して前記眼鏡レンズ（３、４）からカップリングアウトさせるのに好適であり、
   平坦な第１の反射表面（１８、３１）と、該第１の反射表面（１８、３１）から離間した平坦な第２の反射表面（１９、３２）とが前記眼鏡レンズ本体（７）に設けられ、該平坦な第１の反射表面（１８、３１）及び該平坦な第２の反射表面（１９、３２）はそれぞれ、前記カップリングインセクション（１７）から前記カップリングアウトセクション（１６）への方向に延びるとともに、それぞれ、前記眼鏡レンズ本体（７）の前記前面（８）及び前記背面（９）から離間し、
   前記光束（２４）は、前記第１の反射表面（１８、３１）及び前記第２の反射表面（１９、３２）における反射によって、前記カップリングインセクション（１７）から前記カップリングアウトセクション（１６）への方向に案内され、前記第１の反射表面（１８、３１）及び前記第２の反射表面（１９、３２）のうちの少なくとも一方は、前記第１の部分的な本体（３５）又は前記第２の部分的な本体（３６）に設けられ、該第１の部分的な本体（３５）から該第２の部分的な本体（３６）への方向に対応する部分的な本体（３５、３６）の前記境界面（３８、３９）からオフセットされる眼鏡レンズ。
2. 前記第１の反射表面（３１）は、前記第１の部分的な本体（３５）に設けられるとともに、該第１の部分的な本体（３５）の前記境界面（３８）から離間し、前記第２の反射表面（３２）は、前記第２の部分的な本体（３６）に設けられるとともに、該第２の部分的な本体（３６）の前記境界面（３９）から離間する、請求項１に記載の眼鏡レンズ。
3. 前記第１の反射表面（３１）は、前記第１の部分的な本体（３５）に設けられるとともに、該第１の部分的な本体（３５）の前記境界面（２８）から離間し、前記第２の反射表面（３２）は、前記第２の部分的な本体（３６）の前記境界面（３９）に形成されている、請求項１に記載の眼鏡レンズ。
4. 前記カップリングアウトセクション（１６）は前記光束（２４）の瞳孔エキスパンダーを備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。
5. 前記第１の反射表面（１８、３１）及び前記第２の反射表面（１９、３２）は互いに平行である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。
6. 前記カップリングアウトセクション（１６）には、前記光束（２４、２４’、２４”、２４’’’）を、前記背面（９）を介してカップリングアウトさせるように該背面（９）の方向に偏向させる、反射性のフレネル構造を有する第１の偏向セクションが形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。
7. 前記フレネル構造は、前記エッジ領域（１２）から前記中央領域（１３）への方向に互いに隣に配置される幾つかの反射性のファセット（２７）を含む、請求項６に記載の眼鏡レンズ。
8. 前記ファセット（２７）は部分反射性のファセットとして形成されている、請求項７に記載の眼鏡レンズ。
9. 前記ファセット（２７）の透明度は、前記エッジ領域（１２）から前記中央領域（１３）への方向に低下する、請求項７または８に記載の眼鏡レンズ。
10. ２つの直接隣り合うファセット（２７）はそれぞれ、透明な面（２８）によって接続されている、請求項７〜９のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。
11. 前記第１の反射表面（１８、３１）は前記カップリングアウトセクション（１６）内に延び、前記フレネル構造は、前記第１の反射表面（１８、３１）に当たる前記光束（２４）の方向に見た場合、前記第１の反射表面（１８、３１）の前方にある、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。
12. 前記ファセット（２７）は前記第１の反射表面（３１）に形成され、前記ファセット（２７）と前記第１の反射表面（３１）との間の領域は、該第１の反射表面（３１）がある前記部分的な本体（３５）の材料に相当する材料で満たされている、請求項１１に記載の眼鏡レンズ。
13. 前記第２の反射表面（１９、３２）は前記カップリングアウトセクション（１６）内へ延び、前記フレネル構造は、前記第２の反射表面（１９、３２）に当たる前記光束の方向に見た場合、前記第２の反射表面（１９、３２）の前方にある、請求項６〜１２のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。
14. 前記第１の反射表面及び前記第２の反射表面（１９、３２）は、前記第１の部分的な本体（３５）及び／又は前記第２の部分的な本体（３６）に挿入される案内プレート（１４）の境界面によって形成されている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。
15. 前記案内プレート（１４）は前記眼鏡レンズ本体（７）から横方向に突出し、前記カップリングインセクション（１７）は前記案内プレート（１４）の横方向に突出する部分に形成されている、請求項１４に記載の眼鏡レンズ。
16. 前記第１の反射表面（１８、３１）及び／又は前記第２の反射表面（１９、３２）は、前記第１の部分的な本体（３５）及び／又は前記第２の部分的な本体（３６）に形成されている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。
17. ユーザの頭部に装着可能な、画像を生成する表示装置（１）用の眼鏡レンズであって、
    前面（８）及び背面（９）を備える眼鏡レンズ本体（７）であって、前記前面（８）及び／又は前記背面（９）は湾曲しており、ワンピースで形成されている眼鏡レンズ本体（７）と、
    該眼鏡レンズ（３、４）を上面から見た場合の、該眼鏡レンズ（３、４）のエッジ領域（１２）内のカップリングインセクション（１７）及び前記眼鏡レンズ（３、４）の中央領域（１３）のカップリングアウトセクション（１６）と
    を有し、
    前記眼鏡レンズ（３、４）は、該眼鏡レンズの前記カップリングインセクション（１７）を介して前記眼鏡レンズ（３、４）中にカップリングインされる、前記生成された画像のピクセルの光束（２４）を、前記眼鏡レンズ（３、４）において前記カップリングアウトセクション（１６）まで案内するとともに、該カップリングアウトセクション（１６）を介して前記眼鏡レンズ（３、４）からカップリングアウトさせるのに好適であり、
    平坦な第１の反射表面（１８、３１）と、該第１の反射表面（１８、３１）から離間した平坦な第２の反射表面（１９、３２）とが前記眼鏡レンズ本体（７）に設けられ、前記平坦な第１の反射表面（１８、３１）及び前記平坦な第２の反射表面（１９、３２）はそれぞれ、前記カップリングインセクション（１７）から前記カップリングアウトセクション（１６）への方向に延びるとともに、それぞれ、前記眼鏡レンズ本体（７）の前記前面（８）及び前記背面（９）から離間し、
    前記光束（２４）は、前記第１の反射表面（１８、３１）及び前記第２の反射表面（１９、３２）における反射によって、前記カップリングインセクション（１７）から前記カップリングアウトセクション（１６）への方向に案内される眼鏡レンズ。
18. 前記第１の反射表面（１８）及び前記第２の反射表面（１９）は、前記眼鏡レンズ本体（７）に挿入される案内プレート（１４）の境界面によって形成されている、請求項１７に記載の眼鏡レンズ。
19. 前記案内プレート（１４）は前記眼鏡レンズ本体（７）から横方向に突出し、前記カップリングインセクション（１７）は前記案内プレート（１４）の突出する部分に形成されている、請求項１８に記載の眼鏡レンズ。
20. 前記眼鏡レンズ本体（７）は、前記前面（８）及び前記背面（９）を接続する端面（１０）を含み、該端面（１０）から、凹部（１１）が前記眼鏡レンズ本体（７）内に延び、前記案内プレート（１４）は前記凹部（１１）内に位置する、請求項１８または１９に記載の眼鏡レンズ。
21. 前記案内プレート（１４）は、前記カップリングアウトセクション（１６）に、前記光束（２４、２４’、２４”、２４’’’）を、前記背面（９）を介してカップリングアウトさせるように該背面（９）の方向に偏向させる、反射性のフレネル構造を有する第１の偏向セクションを含む、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。
22. 前記フレネル構造は、前記エッジ領域（１２）から前記中央領域（１３）への方向に互いに隣に配置される幾つかの反射性のファセット（２７）を含む、請求項２１に記載の眼鏡レンズ。
23. 前記ファセット（２７）は部分反射性のファセット（２７）として形成されている、請求項２２に記載の眼鏡レンズ。
24. 部分反射性の前記ファセット（２７）の透明度は、前記エッジ領域（１２）から前記中央領域（１３）への方向に低下する、請求項２３に記載の眼鏡レンズ。
25. ２つの直接隣り合うファセット（２７）はそれぞれ、透明な面（２８）によって接続されている、請求項２２〜２４のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。
26. 前記ファセット（２７）と前記第１の反射表面（１８、３１）との間の領域は、該第１の反射表面（１８、３１）が前記ファセット（２７）の領域において平滑な表面として形成されるように、前記案内プレート（１４）の材料で満たされている、請求項２２〜２５のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。
27. 前記第１の反射表面（１８）及び／又は前記第２の反射表面（１９）は、内部全反射によって前記光束を反射させる、請求項１７〜２６のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。
28. 前記第１の反射表面（３１）及び／又は前記第２の反射表面（３２）は、反射性の層（３１、３２）によって形成されている、請求項１７〜２７のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。
29. 前記光束（２４）が前記第１の反射表面（１８、３１）及び前記第２の反射表面（１９、３２）における反射によって前記カップリングアウトセクション（１６）に案内されるように前記光束（２４）を偏向させる第２の偏向セクションが、前記カップリングインセクション（１７）の領域に設けられている、請求項１７〜２８のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。
30. 前記カップリングインセクション（１７）及び／又は前記カップリングアウトセクション（１６）はイメージング効果を有する、請求項１７〜２９のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。
31. 前記カップリングインセクション（１７）はコリメーション効果を有する、請求項１７〜３０のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。
32. 前記カップリングインセクション（１７）は屈折性及び／又は反射性である、請求項１７〜３１のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。
33. ユーザの頭部に装着可能なホルダー（２）と、
    画像を生成する、前記ホルダー（２）に固定される画像生成モジュール（５）と、
    前記ホルダー（２）に固定されるイメージング光学システムであって、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ（３、４）を備え、前記ホルダー（２）が前記頭部に装着されたとき、前記ユーザが前記生成された画像を仮想画像として知覚することができるように前記生成された画像を画像化する、イメージング光学システムと
    を有する表示装置。

Images