JP6675387B2 - ユーザの頭部に配置可能であると共にイメージを生成する表示デバイス用の眼鏡レンズ、及びそのような眼鏡レンズを含む表示デバイス - Google Patents

Description

本発明は、ユーザの頭部に取付け可能であると共にイメージを生成し、また請求項１に記載のプリアンブルの特徴を有する、表示デバイス用の眼鏡レンズ、及びそのような眼鏡レンズを含む表示デバイスに関する。

そのような眼鏡レンズでは、結合出射セクションは、多くの場合、眼鏡レンズ内に埋め込まれた少なくとも１つの反射表面を含む。そのため、そのような眼鏡レンズの製造は複雑になる。

ここから出発して、本発明の目的は、冒頭で述べたタイプの眼鏡レンズを容易に製造できるように開発することである。

この目的は、眼鏡レンズが、幾つかのパーツで構成され、第１の部分眼鏡レンズと、それに接続される第２の部分眼鏡レンズとを含み、導光チャネルが第１の部分眼鏡レンズ内を通り、２つの部分眼鏡レンズが、一方ではとくにフロント面からリア面まで（すなわち眼鏡レンズの全厚さにわたり）、他方では第１の方向に対して横方向を向く第２の方向に、眼鏡レンズのエッジから所与の長さに沿って延在する接触表面を介して、互いに接続されることによって、冒頭で述べたタイプの眼鏡レンズにおいて、本発明に従って達成される。

この構成により、眼鏡レンズは、第１の方向に対して横方向に分割される。その結果、一方では、結合出射セクションは、一方又は両方の部分眼鏡レンズ内に容易に形成され、他方では、２つの部分眼鏡レンズは、接触表面を介して互いにしっかりと十分に接続される。

特に、接触表面は、互いにグルー接合又はセメント接合が可能である。

結合出射セクションは、第１及び／又は第２の部分眼鏡レンズ内に形成される少なくとも１つの反射表面を含む。少なくとも１つの反射表面は、特に湾曲表面である。さらに、結合出射セクションは、反射ファセットとも呼ぶことのできる幾つかの反射表面を含む。反射ファセットは、ジグザグラインや鋸歯状ラインのように、互いにオフセットして配置可能である。

少なくとも１つの反射表面は、眼鏡レンズのフロント面からリア面まで延在可能である。しかしながら、少なくとも１つの反射表面は、必ずしも眼鏡レンズの全厚さ（フロント面からリア面までの範囲）にわたって延在するとは限らず、例えば、その一部分のみにわたって延在することもできる。特に、反射表面は、埋込み反射表面として形成可能であり、その結果、眼鏡レンズのフロント面及び／又はリア面に延在しない。反射表面は、例えば、眼鏡レンズのフロント面からリア面までの範囲の２０〜８０％にわたって延在可能である。また、眼鏡レンズのフロント面からリア面までの厚さの３０〜７０％又は４０〜６０％の範囲内で延在することも可能である。

特に、結合出射セクションは、ビーム偏向性及び／又はイメージング性を有することができる。

本発明に係る眼鏡レンズでは、結合出射セクションを形成するために、２つの部分眼鏡レンズの一方に凹部を形成可能であり、それに相補的な突出セクションを２つの部分眼鏡レンズの他方に形成可能である。したがって、２つの部分眼鏡レンズは、ほぼプラグ接合によって一体化可能である。

本発明に係る眼鏡レンズでは、接触表面の少なくとも１つは、眼鏡レンズのエッジから第２の方向に沿って、結合出射セクションまで延在可能である。特に、２つの部分眼鏡レンズは、それぞれ、眼鏡レンズのエッジから第２の方向に沿って結合出射セクションまで延在する２つの接触表面を含むことができる。凹部と突出セクションとを形成する場合、２つの接触表面は、それぞれ、凹部からエッジまで又は突出セクションからエッジまでを覆うことができる。第１及び第２の部分眼鏡レンズの２つの接触表面は、いずれの場合も、一平面内に位置することができる。第１又は第２の部分眼鏡レンズの２つの接触表面は、互いにオフセットした状態及び／又はチルトした状態にすることも可能である。特に、部分眼鏡レンズの接触表面は、アセンブルされた眼鏡レンズにおいて、フロント面及び／又はリア面が連続表面として形成されるようにアライメントされる。

２つの部分眼鏡レンズは、特に同一の材料から形成される。

少なくとも１つの反射表面は、反射コーティングを含むことができる。この場合、ほぼ１００％の反射率を達成可能である。しかしながら、より低い反射率を提供することも可能であり、その結果、反射表面は、部分反射表面として使用可能である。

それに加えて、反射表面は、全内部反射によって実現可能である。

本発明に係る眼鏡レンズは、正確に２つの部分眼鏡レンズを含むことができる。

それに加えて、本発明に係る眼鏡レンズの意図された使用では、第２の方向は垂直に延在可能である。

導光チャネル内での導光は、例えば、眼鏡レンズのフロント面及びリア面での反射によって実施可能である。これは、全内部反射であることもできるし、又は対応する部分反射コーティング若しくは反射コーティングによる反射であることもできる。しかしながら、眼鏡レンズ内の反射層によって導光を引き起こすことも可能である。この場合、反射層は、フロント面又はリア面がさらなる反射表面として機能するように設けることが可能である。しかしながら、互いに離間した２つの反射層を設けることも可能である。

さらに、ユーザの頭部に取付け可能なホルダーと、ホルダーに固定されてイメージを生成するイメージ生成モジュールと、ホルダーに固定されて、本発明に係る眼鏡レンズを含み、ホルダーがユーザの頭部に取り付けられた際に、ユーザがそれをバーチャルイメージとして知覚できるようにイメージを映し出す、イメージング光学システムと、を含む表示デバイスが提供される。

イメージング光学システムは、唯一の光学エレメントとして、眼鏡レンズを含むことができる。しかしながら、イメージング光学システムは、眼鏡レンズの他に、少なくとも１つのさらなる光学エレメントを含むことも可能である。少なくとも１つのさらなる光学エレメントは、例えば、２つの部分眼鏡レンズの一方とワンピースで形成可能である。

表示デバイスは、イメージ生成モジュールを制御する制御ユニットを含むことができる。

イメージ生成モジュールは、特に２次元イメージングシステム、例えば、ＬＣＤモジュール、ＬＣｏＳモジュール、ＯＬＥＤモジュール、又はチルトミラーマトリックスを含むことができる。イメージングシステムは、例えば、行及び列に配置可能な複数のピクセルを含むことができる。イメージングシステムは、自発光のものでもよいし、自発光でないものでもよい。

イメージ生成モジュールは、特に単色像又は多色像を生成するように形成可能である。

本発明に係る表示デバイスは、その操作に必要な当業者に公知のさらなるエレメントを含むことができる。

上述した特徴及びこれから以下に説明される特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、明記された組合せだけでなく、他の組合せでも単独でも使用可能であるものと理解されたい。

例として添付の図面を参照しながら以下に本発明をさらにより詳細に説明する、これらの図面もまた本発明に不可欠な特徴を開示する。

本発明に係る、表示デバイスの実施形態の模式斜視図である。 イメージ生成モジュールの模式図を含む、第１の眼鏡レンズの拡大部分断面図である。 第１の眼鏡レンズ３の模式斜視図である。 第１の眼鏡レンズ３の模式斜視分解図である。 さらなる実施形態に係る、イメージ生成モジュールの模式図を含む、第１の眼鏡レンズの拡大部分断面図である。 さらなる実施形態に係る、イメージ生成モジュールの模式図を含む、第１の眼鏡レンズの拡大部分断面図である。 さらなる実施形態に係る、イメージ生成モジュールの模式図を含む、第１の眼鏡レンズの拡大部分断面図である。 さらなる実施形態に係る、第１の眼鏡レンズの模式斜視図である。

図１に示される実施形態では、本発明に係る表示デバイス１は、ユーザの頭部に取付け可能であると共に例えば従来の眼鏡フレームのように形成可能であるホルダー２と、さらにはホルダー２に固定された第１及び第２の眼鏡レンズ３、４とを含んでいる。眼鏡レンズ３、４を有するホルダー２は、例えば、スポーツグラス、サングラス、及び／又は、視力異常矯正用眼鏡として形成可能であり、その場合、以下に記載されるように、第１の眼鏡レンズ３を介して、ユーザの視野内にバーチャルイメージを映し出すことができる。

この目的のために、表示デバイス１は、図１に模式的に示されるように、ホルダー２の右側テンプルステムの領域内に配置可能なイメージ生成モジュール５を含んでいる。イメージ生成モジュール５は、例えば、行及び列に配置された複数のピクセルを有する２次元イメージ生成エレメント６（図２）であり、例えば、ＯＬＥＤチップ、ＬＣＤチップ、ＬＣｏＳチップ、チルトミラーマトリックスなどを含むことができる。

眼鏡レンズ３及び４、特に第１の眼鏡レンズ３は、例として本発明に係る表示デバイス１と共に記載されているにすぎない。眼鏡レンズ３、４、又は少なくとも第１の眼鏡レンズ３は、いずれの場合も、本発明に係る眼鏡レンズ３、４として、又は本発明に係る光学エレメントとして、個別に形成される。本発明に係る光学エレメントは、本明細書に記載の表示デバイス１以外の状況でも使用可能である。したがって、光学エレメントは、眼鏡レンズとして形成される場合には、当然ながら第２の眼鏡レンズ４としても形成可能である。

図２の拡大模式部分断面図から最もよく分かるように、表示デバイス１は、イメージ生成エレメント６又はイメージングシステム６と第１の眼鏡レンズ３との間に配置された光学エレメント８を含有する、イメージング光学システム７を含んでいる。それに加えて、第１の眼鏡レンズ３は、それ自体がイメージング光学システム７の一部としても機能する。

光束９は、イメージングシステム６の各ピクセルから出現可能である。それに対応してイメージ生成モジュール５の一部であり得る制御ユニット１０によってイメージングシステム６のピクセルを制御することにより、所望のイメージを生成可能である。図２では、光ビームのビーム経路は光束９を表すように描かれているので、以下では光ビーム９についても考察される。

イメージングシステム６から出現する光ビーム９は、光学エレメント８を通り抜け、結合入射セクション１１を介して第１の眼鏡レンズ３に入り、この中で導光チャネル１２に沿って結合出射セクション１３に導かれる。結合出射セクション１３は、第１の眼鏡レンズ３のリア面１５の方向に光ビーム９を反射させる反射偏向表面１４を含み、その結果、光ビーム９は、リア面１５を介して第１の眼鏡レンズ３から出射する。

したがって、意図されるようにユーザが自身の頭部に本発明に係る表示デバイス１を着用した場合、結合出射セクション１３を見た時に、イメージングシステム６によって生成されたイメージをバーチャルイメージとして知覚可能である。ここに記載の実施形態では、ユーザは、前方視野の視野方向Ｇに対して約４０°右を見なければならない。図２では、明確にするために、ユーザの眼の回旋点１６、さらにはアイボックス１７又はイメージング光学システム７の出射瞳１７が描かれている。アイボックス１７は、表示デバイス１によって提供されてユーザの眼が移動可能である領域であり、ユーザは依然として常に生成イメージをバーチャルイメージとして知覚可能である。

図２の模式図に示されるように、第１の眼鏡レンズ３のリア面１５及びフロント面１８は、両方とも湾曲状態に形成されている。

導光チャネル１２内における光束９の導光は、フロント面１８及びリア面１５での全内部反射によって実施可能である。フロント面１８及び／又はリア面１５は、所望の導光を引き起こすために、導光チャネルの領域内に反射コーティング又は部分反射コーティングを含むことも可能である。

特に、図３の第１の眼鏡レンズ３の模式斜視図、及び図４の第１の眼鏡レンズ３の模式斜視分解図から分かるように、第１の眼鏡レンズ３は、幾つかのパーツで形成されている。ここに記載の実施形態では、第１の眼鏡レンズ３は、第１の部分眼鏡レンズ１９と第２の部分眼鏡レンズ２０とを含んでいる。図３及び図４では、図を単純化するために、フロント面及びリア面１８、１５は、湾曲状態ではなくフラット状態で示されている。

フロント面及びリア面１８、１５は、エッジ２１によって互いに接続されている。図２に見られるように、光束９の結合入射は、エッジ２１のセクション１１を介して行われる。しかしながら、光束９は、例えば、リア面１５を介して第１の眼鏡レンズ３に結合入射することも可能である。

第１の眼鏡レンズ３の２パーツ構成により、結合出射セクション１３は簡単に形成可能である。したがって、反射偏向表面１４の形状は、凹部２２によって第１の部分眼鏡レンズ１９内に形成可能であり、必要なコーティングをそれに施すことができる。次いで、第１の部分眼鏡レンズ１９は、凹部２２の領域内に相補的な形状を有する突出セクション２３を含む、第２の部分眼鏡レンズ２０に接続可能である。

ここに記載の実施形態例では、導光チャネル１２は、完全に第１の部分眼鏡レンズ１９内に形成され、例えばｙ方向を向く。したがって、結合入射光束９は、第１の部分眼鏡レンズ１９内においてｙ方向に、結合出射セクション１３に又は反射偏向表面１４に導かれる。

第１の眼鏡レンズ３は、分割が第１の方向に対して横方向に、すなわちｘ方向に行われるように分割される。分割は、ｘ方向に第１の眼鏡レンズの全範囲にわたって延在する。したがって、いずれの場合も互いに向き合う接触表面２４及び２５並びに２６及び２７は、２つの部分眼鏡レンズ１９及び２０上に形成される。接触表面２４〜２７は、いずれの場合も、第１の眼鏡レンズの全厚さにわたって、すなわちフロント面１８からリア面１５まで延在し、導光チャネル１２内の導光方向に対して横方向に延在することを特徴とする。したがって、２つの部分眼鏡レンズ１９及び２０は、いずれの場合も、互いに向き合う接触表面２４及び２５並びに２６及び２７を、グルー接合することによって接続可能である。したがって、有利には、反射偏向表面１４に相補的突出セクション２３をグルー接合しないで済ませることが可能である。当然ながら、所望により、２つの部分眼鏡レンズ１９及び２０におけるこれら２つのパーツを、互いにグルー接合することも可能である。

接触表面２４〜２７は、特に、いずれの場合も、導光チャネル１２内の導光方向に対して横方向に、すなわちここではｘ方向に沿って、第１の眼鏡レンズ３のエッジ２１から延在することを特徴とする。それらは、好ましくは、図３及び図４に見られるように、反射偏向表面１４まで延在する。

当然ながら、第１の部分眼鏡レンズ１９の凹部２２及び第２の部分眼鏡レンズ２０の突出セクション２３は、アセンブルされた状態において、それらの間にエアギャップが存在するように形成可能である。その場合、結合出射は、結合出射セクション１３を介して全内部反射によって行われる。

エアギャップを有するそのような実施形態は、図２に記載の断面図で図５に模式的に示されている。図２及び図５の断面図は、セクションが反射偏向表面１４を通って延在するように選択されている。

それに加えて、反射ファセットとも呼ぶことのできる互いに隣接して配置された幾つかの偏向表面１４が提供されるように、凹部２２を形成することも可能である。対応する図は、図６に示されている。それに対応して、凹部２２及び突出セクション２３は両方とも、図６の断面図に示されるように形成可能である。

さらに、幾つかの反射偏向表面１４を凹部２２のみに設けて平滑上面を有する後者を形成することも可能であり、その結果、突出セクション２３は、図３及び図４に記載の実施形態のように形成可能である。対応する断面図は、図７に示されている。ライン２８は、突出セクション２３の平滑下面を表している。平滑上面を形成するために、凹部２２の反射偏向表面１４を第２の眼鏡部分体２０と同一の材料で充填する場合、断面図のライン２８は目には見えない。

接触表面２４及び２６は、好ましくは同一平面内に位置する。しかしながら、それらはまた、互いにオフセット状態、及び／又は、互いにチルト状態であってもよい。同様のことが、接触表面２５及び２７にも当てはまる。

図８には、本発明に係る第１の眼鏡レンズ３のさらなる実施形態が示されている。この実施形態は、第１の眼鏡レンズ３のエッジ２１から導光チャネル１２内の導光方向に沿って、すなわちｙ方向に延在する接触表面２９及び３０が、２つの接触表面２６及び２７の代わりに設けられるという点で、これまでに記載の実施形態とは異なっている。したがって、この場合、第１の部分眼鏡レンズ１９は本質的にＬ字形に形成され、第２の部分眼鏡レンズ２０は本質的に四分円又は四分楕円の形状を有し、その結果、アセンブルされた眼鏡レンズ３は、上記と同一の形状を有する。さらには、接触表面２９及び３０は、互いにグルー接合が可能である。この実施形態で重要なことは、接触表面２４及び２５が導光方向に対して横方向に、すなわちｘ方向に沿って、エッジ２１から延在することである。

示されていない変更形態では、第２の部分眼鏡レンズは本質的にＬ字形に形成可能であり、第１の部分眼鏡レンズ１９は四分円又は四分楕円の形状を有してもよい。

接触表面２９及び３０はｙ方向に沿って延在する必要はなく、他の方向でもよい。本質的に、アセンブルされた第１の眼鏡レンズ３は、２つの部分眼鏡レンズ１９及び２０で作製された、連続するフロント面及びリア面１８、１５を有することが好ましい。

２つの部分眼鏡レンズ１９及び２０の材料は好ましくは同一であり、その結果、同一の屈折率を有する。

本発明に係る表示デバイス１では、ユーザの視野内へのバーチャルイメージの映し出しは、第１の眼鏡レンズ３を介して行われる。当然ながら、第２の眼鏡レンズ４を介する映し出しもまた可能である。そのほかに、表示デバイス１は、情報項目又はバーチャルイメージが眼鏡レンズ３、４の両方を介して映し出されるように形成することも可能である。映し出しは、３次元像の印象を生じるように行うことができる。しかしながら、これは絶対に必要というわけではない。

眼鏡レンズ３、４は、ゼロの屈折力又はゼロとは異なる屈折力（特に視力異常矯正用）を有することができる。図に示されるように、フロント面１８及びリア面１５は、両方とも湾曲状態に形成される。フロント面１８は、特に球面状に湾曲している。視力異常を矯正するために、眼鏡レンズ３、４がゼロとは異なる屈折力を有する場合、通例、適切な矯正を達成するように、リア面１５の曲率が適切に選択される。リア面１５は、球面形から外れた曲率を有することもできる。

ホルダー２は、眼鏡タイプのホルダーとして形成する必要はない。表示デバイスを取り付けて頭部に着用可能な他のタイプのホルダーも可能である。

Claims (10)

1. ユーザの頭部に取付け可能であると共にイメージを生成する表示デバイス（１）用の眼鏡レンズであって、
   前記眼鏡レンズ（３）は、フロント面（１８）と、リア面（１５）と、前記フロント面と前記リア面（１８、１５）とを接続するエッジ（２１）と、
   結合入射セクション（１１）と、該結合入射セクション（１１）から離間した結合出射セクション（１３）と、並びに
   前記眼鏡レンズ（３）の前記結合入射セクション（１１）を介して前記眼鏡レンズ（３）に結合入射した生成イメージのピクセルの光束（９）を、前記眼鏡レンズ（３）内で第１の方向に沿って、前記眼鏡レンズ（３）から結合出射する前記結合出射セクション（１３）まで導くのに好適な、導光チャネル（１２）と
   を備え、
   前記眼鏡レンズ（３）は、幾つかのパーツで構成され、第１の部分眼鏡レンズ（１９）と、それに接続される第２の部分眼鏡レンズ（２０）とを含み、
   前記導光チャネル（１２）は、前記第１の部分眼鏡レンズ（１９）内を通り、
   前記２つの部分眼鏡レンズ（１９、２０）は、一方では前記フロント面（１８）から前記リア面（１５）まで、他方では前記第１の方向に対して垂直な第２の方向に、前記眼鏡レンズ（３）の前記エッジ（２１）から所与の長さに沿って延在する接触表面（２４、２５、２６、２７）を介して、互いに接続されることを特徴とする、眼鏡レンズ。
2. 前記結合出射セクション（１３）は、前記第１の部分眼鏡レンズ（１９）内に形成された少なくとも１つの反射表面（１４）を含む、請求項１に記載の眼鏡レンズ。
3. 前記結合出射セクション（１３）は、前記第２の部分眼鏡レンズ（２０）内に形成された少なくとも１つの反射表面（１４）を含む、請求項１又は２に記載の眼鏡レンズ。
4. 前記少なくとも１つの反射表面（１４）は、湾曲状態に形成される、請求項２又は３に記載の眼鏡レンズ。
5. 前記結合出射セクション（１３）を形成するために、前記２つの部分眼鏡レンズ（１９、２０）の一方に凹部（２２）が形成されると共に、それに相補的な突出セクション（２３）が前記２つの部分眼鏡レンズ（１９、２０）の他方に形成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。
6. 前記接触表面（２４〜２７）の少なくとも１つは、前記眼鏡レンズ（３）の前記エッジ（２１）から前記結合出射セクション（１３）まで延在する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。
7. 前記２つの部分眼鏡レンズ（１９、２０）は、それぞれ、前記眼鏡レンズの前記エッジ（２１）から前記結合出射セクション（１３）まで延在する２つの接触表面（２４〜２７）を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。
8. 前記第１及び第２の部分眼鏡レンズ（１９、２０）の前記２つの接触表面は、いずれの場合も一平面内に位置する、請求項７に記載の眼鏡レンズ。
9. 前記２つの部分眼鏡レンズは、同一の材料から形成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。
10. ユーザの頭部に取付け可能なホルダー（２）と、
    前記ホルダー（２）に固定されてイメージを生成する、イメージ生成モジュール（５）と、
    前記ホルダーに固定されて、請求項１〜９のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ（３）を含み、前記ホルダー（２）が前記ユーザの頭部に取り付けられた際に、前記ユーザがバーチャルイメージとして知覚できるように生成イメージを映し出す、イメージング光学システム（７）と
    を含む、表示デバイス。

Images