特許 6788597 光学要素を製造する方法及び表示デバイスを製造する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6788597

(24)【登録日】2020年11月4日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】光学要素を製造する方法及び表示デバイスを製造する方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20201116BHJP

   H04N 5/64 20060101ALI20201116BHJP

   H04N 13/344 20180101ALI20201116BHJP

【ＦＩ】

   G02B27/02 Z

   H04N5/64 511A

   H04N13/344

【請求項の数】9

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-541964(P2017-541964)

(86)(22)【出願日】2016年2月11日

(65)【公表番号】特表2018-506743(P2018-506743A)

(43)【公表日】2018年3月8日

(86)【国際出願番号】EP2016052917

(87)【国際公開番号】WO2016128512

(87)【国際公開日】20160818

【審査請求日】2019年2月8日

(31)【優先権主張番号】102015102032.7

(32)【優先日】2015年2月12日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】516087698

【氏名又は名称】トーツ・テクノロジーズ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＴＯＯＺ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100110423

【弁理士】

【氏名又は名称】曾我 道治

(74)【代理人】

【識別番号】100111648

【弁理士】

【氏名又は名称】梶並 順

(74)【代理人】

【識別番号】100166235

【弁理士】

【氏名又は名称】大井 一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100179914

【弁理士】

【氏名又は名称】光永 和宏

(74)【代理人】

【識別番号】100179936

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 明日香

(72)【発明者】

【氏名】ホフマン、イェンス

(72)【発明者】

【氏名】ピュッツ、ヨルク

(72)【発明者】

【氏名】ミヘルス、ゲオルク

(72)【発明者】

【氏名】クラウス、ヴォルフ

(72)【発明者】

【氏名】ケルヒ、ゲルハルト

【審査官】 鈴木 俊光

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０２０８２３８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−０７６８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５０６３４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５１８１６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２７／０１ − ２７／０２

Ｈ０４Ｎ ５／６４

Ｈ０４Ｎ １３／３４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の波長範囲を透過すると共に光学的反射構造が組み込まれる、光学要素を製造する方法であって、
ａ）前記所定の波長範囲を透過すると共に一体形成されて、上面に構造化セクションを備える第１の部分であって、前記上面が、前記構造化セクションを除き平滑面として形成される、第１の部分を提供するステップと、
ｂ）前記所定の波長範囲に対して光学的に有効であるコーティングを前記構造化セクションに行うことにより、前記光学的反射構造を形成するステップと、
ｃ）前記所定の波長範囲を透過すると共に一体形成されて前記上面の平滑面の形状と相補的な形状を有する平滑な下面を備える第２の部分を提供するステップと、
ｄ）前記所定の波長範囲を透過する接着層を前記第１の部分の上面及び／又は前記第２の部分の下面に塗布するステップと、
ｅ）前記接着層によって前記第１の部分の上面を前記第２の部分の下面に接合するステップであって、その結果、光学的反射構造が埋め込まれた光学要素が製造される、接合するステップと
を含む、方法。

【請求項2】

前記第１の部分は、ステップａ）で、前記第１の部分に、重力以外の力が作用しないとき、前記第１の部分の形状を維持するように、提供され、
前記第２の部分は、ステップｃ）で、前記第２の部分に、重力以外の力が作用しないとき、前記第２の部分の形状を維持するように、提供される請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第１の部分及び前記第２の部分は、上面及び下面が湾曲して形成されるように、ステップａ）及びｃ）において提供される、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

ステップｂ）後、前記構造化セクションによって形成される少なくとも１つの溝は、上面まで材料が充填される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

ステップａ）及びｂ）は、前記光学的反射構造が互いから離間された反射偏向面を備えるように実行される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

ステップａ）及びｂ）は、前記光学的反射構造が１つだけの反射偏向面を備えるように実行される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

ステップｄ）において、前記接着層は、前記第１の部分の上面の全体及び／又は前記第２の部分の下面の全体に塗布される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学要素を製造する方法であって、
前記光学要素は、ユーザの頭部に取り付けることができてイメージを生成することができる表示デバイス（１）のための眼鏡レンズとして形成され、
前記眼鏡レンズは、
正面（１８）及び裏面（１５）と、
結合セクション（１１）及び該結合セクション（１１）から離間された脱結合セクション（１３）と、
導光チャネル（１２）であって、該導光チャネル（１２）は、前記光学要素（３）の前記結合セクション（１１）を介して前記光学要素（３）内に入力される前記生成されたイメージのピクセルの光束（９）を、前記光学要素（３）内において前記脱結合セクション（１３）まで導くのに適しており、前記光束（９）は前記光学要素（３）から脱結合される、導光チャネル（１２）と
を備え、
前記脱結合セクション（１３）は、前記光学的反射構造を備え、
前記光学的反射構造は、前記脱結合に向けて前記光束（９）を偏向させ、
前記正面（１８）は、前記第１の部分（２２）の反対側に面する前記第２の部分（１９）の面（２０）により形成され、
前記裏面（１５）は、前記第２の部分（１９）の反対側に面する前記第１の部分（２２）の面（２３）により形成される、
光学要素を製造する方法。

【請求項9】

請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法に従って光学要素（３）を製造するステップと、
ユーザの頭部に取り付けることができるホルダ（２）に、前記光学要素（３）及びイメージを生成するイメージ生成モジュール（５）を固定して、前記ホルダ（２）が前記ユーザの頭部に取り付けられると、前記ユーザがイメージをバーチャルイメージとして知覚することができるように、前記生成されたイメージを導く、光学システム（７）を組み立てるステップとを有する、表示デバイスを製造する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、所定の波長範囲を透過すると共に光学的有効構造が組み込まれる、光学要素を製造する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

そのような光学要素は、例えば、ユーザの頭部に取り付けることができてイメージを生成することができる、表示デバイス用の眼鏡レンズとして使用することができる。この場合、光学要素は、表示デバイス及び撮像光学システムの撮像光学システムの一部であることができる。表示デバイスがユーザの頭部に取り付けられると、ユーザがイメージをバーチャルイメージとして知覚することができるように、生成イメージを撮像する。

【0003】

埋め込まれた光学的有効構造を有するそのような光学要素を大量に高精度で製造可能であることが、ますます必要とされている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

したがって、本発明の目的は、所定の波長範囲を透過すると共に光学的有効構造が組み込まれる、光学要素を製造する方法を提供することであり、この方法は高品質の光学要素を大量に製造することを可能にする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

この目的は、本発明によれば、所定の波長範囲を透過すると共に光学的有効構造が組み込まれる、光学要素を製造する方法により達成される。この方法は、
ａ）所定の波長範囲を透過すると共に一体形成されて、上面に構造化セクションを備える第１のシェルを提供するステップと、
ｂ）所定の波長範囲に対して有効であるコーティングを構造化セクションに塗布するステップであって、それにより、光学的有効構造を形成する、塗布するステップと、
ｃ）所定の波長範囲を透過すると共に一体形成されて、上面の形状と相補的な形状を有する平滑な下面を備える第２のシェルを提供するステップと、
ｄ）所定の波長範囲を透過する接着層を第１のシェルの上面及び／又は第２のシェルの下面に塗布するステップと、
ｅ）接着層によって第１のシェルの上面を第２のシェルの下面に接合するステップであって、その結果、光学的有効構造が埋め込まれるか又は組み込まれる、２シェル光学要素が製造される、接合するステップと
を含む。

【0006】

本発明によるこの方法を用いる場合、２つのシェル（特に厳密に２つのシェル）のみを有する光学要素は、所望の精度で大量に製造することができる。

【0007】

特に、第１のシェル及び第２のシェルは、ステップａ）及びｃ）のそれぞれで、寸法安定シェルとして提供することができる。寸法安定シェルとは、特に、重力以外の力がシェルに作用しないとき、形状を維持するシェルであることを意味する。

【0008】

さらに、第１のシェル及び第２のシェルは、上面及び下面が湾曲して形成されるように、ステップａ）及びｃ）において提供することができる。加えて、第１のシェル及び第２のシェルは、上面又は下面の反対側に面する面がそれぞれ、湾曲して形成されるように提供することができる。曲率は、球面曲率、非球面曲率、又は別の曲率であることができる。

【0009】

第１のシェルは、上面が構造化セクションを除き平滑面として形成されるように、ステップａ）において提供することができる。

【0010】

加えて、ステップｂ）の後、構造化セクションによって形成される少なくとも１つの溝は、上面まで材料を充填することができる。好ましくは、第１のシェルが形成される材料と同じ材料がここでも使用される。

【0011】

充填は、１ステップで実行することもでき、又は幾つかの充填ステップで実行することもできる。特に、充填は、平滑で連続した上面があるように実行される。したがって、充填された構造化セクションは、上面の残りの部分と一緒に連続面を形成する。

【0012】

本発明による方法では、ステップｄ）において、接着層を第１のシェルの上面全体及び／又は第２のシェルの下面全体に塗布することができる。特に、構造化セクション（好ましくは、構造化セクションが上面まで材料で充填される場合）に接着層を提供することもできる。

【0013】

接着層は、例えば、光学接着剤又は光学セメントであることができる。特に、接着層は、接着性又は結合性が活性化により生成される接着層であることができる。接着層は、例えば、ＵＶ接着剤であることができる。

【0014】

第１のシェルは、第１の部分体又は第１の半完成品と呼ぶこともでき、第１のポリマー材料から製造することができる。第２のシェルは、第２の部分体又は第２の半完成品と呼ぶこともでき、第２のポリマー材料から製造することができる。第１のポリマー材料及び第２のポリマー材料はそれぞれ、熱可塑性材料及び／又は熱硬化性材料であることができる。熱可塑性材料としては、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート、例えばＰｌｅｘｉｇｌａｓ）、ＰＡ（ポリアミド、例えばＴｒｏｇａｍｉｄ ＣＸ）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー、例えばＺｅｏｎｅｘ）、ＰＣ（ポリカーボネート、ポリ（ビスフェノールＡカーボネート）、例えば、Ｍａｋｒｏｌｏｎ、特にＬＱ２６４７）、ＬＳＲ（液体シリコーンゴム、例えば、Ｓｉｌｏｐｒｅｎ、Ｅｌａｓｔｏｓｉｌ）、ＰＳＵ（ポリスルホン、例えば、Ｕｌｔｒａｓｏｎ）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、及び／又は、ＰＡＳ（ポリ（アリレンスルホン））が使用可能である。熱硬化性材料としては、例えば、ＡＤＣ（アリルジグリコールカーボネート、例えばＣＲ−３９）、アクリル酸塩（例えばＳｐｅｃｔｒａｌｉｔｅ）、ＰＵＲ（ポリウレタン、例えばＲＡＶｏｌｕｔｉｏｎ）、ＰＵ／ＰＵＲ（ポリ尿素、ポリウレタン、例えばＴｒｉｖｅｘ）、ＰＴＵ（ポリチオウレタン、例えば、ＭＲ−８、ＭＲ−７）、及び／又は、エピスルフィド／ポリチオール（例えばＭＲ−１７４）をベースとするポリマーが使用可能である。

【0015】

特に、光学的有効構造は、光学要素内に完全に組み込むことができ、その結果、光学的有効要素は、光学要素のいかなる外側境界面まで及ばない。光学的有効構造の寸法は、好ましくは光学要素の寸法よりも小さい。光学的有効構造が、光学要素の部分のみに形成されると言うこともできる。組み込まれる光学的有効構造は、光学要素の最大横寸法よりも小さな最大横寸法を有することができる。特に、光学的有効構造の横寸法は、光学要素の横寸法の５０％未満であるか、又は光学要素の横寸法の４０％未満、３０％未満、若しくは２０％未満であることができる。したがって、光学的有効構造は、好ましくは、光学要素に組み込まれるが、部分的にのみ提供される。

【0016】

本発明による方法では、ステップｂ）の後かつステップｄ）の前、熱硬化性材料で作られる保護層を注入によって、光学的有効コーティングに塗布することができる。このために、特にＲＩＭプロセス（反応射出成形プロセス）を使用することができる。ここで、例えば、金型への射出直前、２つの構成要素を混合することができ、その結果、構成要素は互いと反応し、所望の化学的に架橋されたポリマーを形成することができる。第１のシェルは、好ましくは、対応する金型に位置決めされ、その結果、所望の保護層を形成することができる。

【0017】

光学的有効構造は、例えば、反射構造及び／又は回折構造として形成することができる。特に、光学的有効構造は、部分的反射構造及び／又は波長依存反射構造として形成することができる。

【0018】

第１のシェル及び／又は第２のシェルの形成はそれぞれ、特に、少なくとも２つの連続した部分ステップで実行することができる。これは、第１のシェル又は第２のシェルの製造中の収縮の低減に繋がる。

【0019】

本発明による方法では、少なくとも１つの波長での屈折率における、所定の波長範囲からの差が０．００５又は０．００１以下である材料を第１及び第２のポリマー材料として使用することができる。特に、屈折率の差は０．０００５以下であることができる。屈折率の差がそのように小さい場合、２つのポリマー材料間の境界面は、所定の波長範囲で光学的にほぼ消失する。特に、ポリマー材料は、所定の波長範囲で同じ分散を有するように選ぶことができる。

【0020】

所定の波長範囲は、可視波長範囲、近赤外線範囲、赤外線範囲、及び／又はＵＶ範囲であることができる。

【0021】

ステップａ）によって第１のシェルを提供し、ステップｃ）によって第２のシェルを提供するために、それぞれで、成形プロセス（例えば、射出成形、射出圧縮成形、ＲＩＭ、鋳造等）、形成プロセス（例えば、熱成形、熱エンボス加工等）、取り出し及び／又は切断プロセス（例えば、ダイアモンド切削、イオン爆射、エッチング等）を使用することができる。当然ながら、第１のシェル又は第２のシェルに互いを提供するために、これらのプロセスを組み合わせることも可能である。

【0022】

第１のシェル及び第２のシェルはそれぞれ、特に、接着層によって互いに接合される寸法安定半完成品として形成される。

【0023】

特に、第１のシェルは平均厚範囲２ｍｍ〜５ｍｍ（例えば、３．５ｍｍ）を有することができ、第２のシェルは平均厚範囲０．１５ｍｍ〜２ｍｍ又は０．１５ｍｍ〜０．２５ｍｍ（例えば、０．１７ｍｍ）を有することができる。第１のシェルの平均厚と第２のシェルの平均厚との比率は、５〜４０、１０〜３５、１５〜２５、又は１８〜２２（例えば、２０、２０．５、又は２１）の範囲内にあることができる。

【0024】

第１のシェルは、縁部（又は辺縁エリア）において、第１のシェルの平均厚よりも大きい厚さを有するエリアを備えることができる。辺縁エリアは、好ましくは、第１のシェルの平均厚を特定するに当たり考慮されない。加えて、辺縁エリアは、第１のシェルと一体形成されてもよく、又は第１のシェルに接合される別個の要素であってもよい。例えば、辺縁エリアは、第１のシェルに接着剤又はセメントによって取り付けることができる。辺縁エリアは、少なくとも１つの更なる光学機能を提供するように形成することができる。これは、特に、回折光学機能及び／又は反射光学機能であることができる。特に、第１のシェルは、辺縁エリアと共に、Ｌ字形であるように形成することができる。

【0025】

ステップｂ）による光学的有効コーティングの塗布は、例えば、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ（化学蒸着）、液状塗料等によって行うことができる。コーティングは、単層であることができる。しかしながら、幾つかの層を塗布することも可能である。特に、界面層システムを塗布することもできる。さらに、接着促進用の少なくとも１つの層、機械的補償用の１層、及び保護層（拡散／移動、熱保護、化学的保護、ＵＶ保護等）を更に塗布することができる。光学的有効コーティングは、特定の波長又はスペクトル範囲に向けて設計することができる。さらに、光学的有効コーティングの機能は、追加又は代替として、入射角、偏光、及び／又は更なる光学特性に依存することができる。光学的有効構造は、反射性、特に高度に反射性（ミラー様）、部分的に透明／部分的に反射性であってもよく、及び／又はフィルタリング効果を提供してもよい。さらに、光学的有効コーティングは、回折光学要素であることができる。

【0026】

光学的有効コーティングは、構造化セクションのみに塗布することができる。代替的には、光学的有効コーティングを全表面に塗布し、それから、必要ない表面セクションで光学的有効コーティングを除去することが可能である。例えば、化学エッチング又はイオンエッチングが、そのような除去に使用可能である。

【0027】

少なくとも１つの金属、少なくとも１つの金属酸化物、又は少なくとも１つの金属窒化物が、光学的有効コーティングに使用可能である。有機材料及び／又はポリマー材料も使用可能である。さらに、例えば、有機−無機ハイブリッドシステム又は有機修飾したシラン／ポリシロキサン等のいわゆるハイブリッド材料が使用可能である。

【0028】

本発明による方法では、ステップａ）〜ｅ）は、光学的有効構造が透明体内に完全に組み込まれるように実行することができる。したがって、光学的有効構造は、透明体の任意の材料境界面に及ばない。

【0029】

さらに、ステップａ）〜ｅ）は、光学的有効構造が、所望の光学機能を提供する、互いから離間された表面を備えるように実行することができる。表面は、例えば、反射面片であることができる。反射面片は、完全反射（略１００％）を生じさせることもでき、又は部分的反射（部分反射面片）のみを生じさせることもできる。特に、反射面は共通平面にない。反射面片は、互いと平行にオフセットすることができる。

【0030】

一緒に、反射面片は偏向効果を提供することができ、任意選択的に、反射面はさらに、別の撮像効果を提供することもできる。

【0031】

表面はそれぞれ、平面として、又は湾曲形成される表面としても、別個に形成することができる。

【0032】

ステップａ）〜ｅ）、特にステップａ）及びｂ）は、光学的有効構造が、所望の光学機能を提供する厳密に１つの表面を備えるように実行することもできる。表面は、例えば、反射面であることができる。反射面片は、完全反射（略１００％）を生じさせることもでき、又は部分反射（部分反射面片）を生じさせることもできる。表面は、平面又は曲面として形成することができる。特に、表面は、その形成（好ましくはその湾曲形成）により、偏向効果に加えて別の撮像効果を有することもできる。

【0033】

光学的有効構造が厳密に１つの表面を備える場合、ステップａ）における構造化セクションは、第１のシェルにおいて厳密に１つの溝を備えることができる。この溝は、上面まで材料で充填することができる。好ましくは、第１のシェルが形成される材料と同じ材料がここでも使用される。

【0034】

充填は、１つのステップで実行してもよく、又は幾つかの充填ステップで実行してもよい。特に、充填は、平滑で連続した上面があるように実行される。したがって、充填された構造化セクションは、上面の残りの部分と一緒に連続面を形成する。

【0035】

本発明による方法では、光学要素は、ステップｅ）が実行された後、仕上げることができる。しかしながら、例えば、第１のシェルの反対側に面する第２のシェルの境界面を機械加工又は刻み出すために、更に少なくとも１つの材料除去処理ステップを実行することも可能である。同じ事が、第２のシェルの反対側に面する第１のシェルの境界面に対しても施される。

【0036】

当然ながら、例えば、反射防止コーティング、ハードコーティング等の塗布等の更に少なくとも１つの表面仕上げ方法ステップを実行することもできる。特に、眼鏡レンズの製造から既知の仕上げプロセスを実行することができる。

【0037】

したがって、仕上げられた光学要素は、本発明による方法を使用して提供することができる。しかしながら、意図される用途に使用することができるように光学要素を仕上げるために、更に多くの方法ステップが必要なこともあり得る。

【0038】

さらに、所定の波長範囲を透過すると共に光学的有効構造が組み込まれる、光学要素が提供される。光学要素は、本発明による方法のステップ（その更なる展開を含め）を使用して製造される。

【0039】

特に、光学要素は、ユーザの頭部に取り付けることができてイメージを生成することができる表示デバイスの眼鏡レンズとして形成することができる。光学要素は、正面及び裏面と、結合セクション及び結合セクションから離間された脱結合セクションと、導光チャネル（１２）であって、当該導光チャネル（１２）は、光学要素（３）の結合セクション（１１）を介して光学要素（３）内に入力される生成されたイメージのピクセルの光束（９）を、光学要素（３）内において脱結合セクション（１３）まで導くのに適しており、脱結合セクションによって、光束は眼鏡レンズから脱結合され、脱結合セクションは、脱結合するように光束を偏向させる光学的有効構造を備え、正面は、第１のシェルの反対側に面する第２のシェルの面により形成され、裏面は、第２のシェルの反対側に面する第１のシェルの面により形成される、導光チャネルとを備えることができる。

【0040】

導光チャネルでの光束の導きは、特に、１つ若しくは複数の反射又は全内反射によって生じさせることができる。反射又は全内反射は、眼鏡レンズの正面及び裏面で生じさせることができる。しかしながら、１つ、幾つか、又は全ての反射を眼鏡レンズ内部で生じさせることも可能である。このために、１つ又は２つの対応する反射層を提供することができる。

【0041】

光学要素では、光学的有効構造は、厳密に１つの反射面片を備えることができる。反射面片は、完全反射（略１００％）を生じさせることもでき、又は部分反射のみを生じさせることもできる。

【0042】

単一の反射面片は、好ましくは湾曲形成される。したがって、単一の反射面片は、偏向光学特性に加えて、別の撮像光学特性を有することもできる。

【0043】

当然ながら、光学的有効構造が、幾つかの反射面片を備えることも可能である。これらは、好ましくは、互いから離間される。幾つかの反射面片は、別個に平坦に及び／又は湾曲して形成することができる。さらに、幾つかの反射面片は一緒になって撮像特性を提供することができる。幾つかの反射面片はそれぞれ、完全反射（略１００％）を生じさせることもでき、又は部分反射のみ（部分反射面片）を生じさせてもよい。

【0044】

さらに、ユーザの頭部に取り付けることができるホルダと、ホルダに固定されて、イメージを生成するイメージ生成モジュールと、ホルダに固定されて、本発明による光学要素を備える撮像光学システムであって、ホルダがユーザの頭部に取り付けられると、ユーザがイメージをバーチャルイメージとして知覚することができるように、生成されたイメージを撮像する撮像光学システムとを有する表示デバイスが提供される。

【0045】

撮像光学システムは、唯一の光学要素として上記光学要素を備えることができる。しかしながら、撮像光学システムが、上記光学要素に加えて、少なくとも１つの更なる光学要素を備えることも可能である。

【0046】

表示デバイスは、イメージ生成モジュールを作動させる制御ユニットを備えることができる。

【0047】

イメージ生成モジュールは、特に２次元撮像システム、例えば、ＬＣＤモジュール、ＬＣｏＳモジュール、ＯＬＥＤモジュール、又は傾斜ミラーマトリックス等を備えることができる。撮像システムは複数のピクセルを備えることができ、複数のピクセルは、例えば、行及び列に配置することができる。撮像システムは、自発光であってもよく、又は自発光でなくてもよい。

【0048】

イメージ生成モジュールは、特に、モノクロイメージ又はマルチカラーイメージを生成するように形成することができる。

【0049】

本発明による表示デバイスは、動作に必要な、当業者に既知の更なる要素を備えることができる。

【0050】

さらに、記載した表示デバイスを製造する方法が提供される。本発明による光学要素は、本発明による製造方法により製造され、本発明によるそうして製造された光学要素は、本発明による表示デバイス（その更なる展開を含む）が製造されるように、表示デバイスの更なる要素と組み合せられる（又は組み付けられる）。

【0051】

上記で挙げた特徴及び以下に説明される特徴が、述べられた組合せで使用可能であるのみならず、本発明の範囲から逸脱せずに、他の組合せ又は単独でも使用可能なことが理解される。

【0052】

本発明について、本発明にとって重要な特徴も開示する添付図面を参照して、例として以下により詳細に説明する。より明確にするために、一定の縮尺及び比例した表現及び陰影付けは、図において少なくとも時折省かれる。

【図面の簡単な説明】

【0053】

【図1】本発明による表示デバイスの実施形態である。

【図2】画像生成モジュールの概略表現を含む、本発明による光学要素１の拡大部分断面図である。

【図3】本発明による光学要素の製造を説明する部分断面図である。

【図4】本発明による光学要素の製造を説明する部分断面図である。

【図5】本発明による光学要素の製造を説明する部分断面図である。

【図6】本発明による光学要素の製造を説明する部分断面図である。

【図7】本発明による光学要素の製造を説明する部分断面図である。

【図8】本発明による光学要素を製造する代替の様式を説明するための部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0054】

図１に示される実施形態では、本発明による表示デバイス１は、ユーザの頭部に取り付けることができ、例えば従来の眼鏡フレームのように形成することができるホルダ２と、ホルダ２に固定された第１の眼鏡レンズ３及び第２の眼鏡レンズ４とを備える。眼鏡レンズ３、４を有するホルダ２は、例えば、スポーツ用眼鏡、サングラス、及び／又は、視覚異常を矯正する眼鏡として形成することができる。後述するように、第１の眼鏡レンズ３を介してユーザの視野にバーチャルイメージを反射することができる。

【0055】

このために、表示デバイス１は、イメージ生成モジュール５を備える。イメージ生成モジュール５は、図１に概略的に表されるように、ホルダ２の左右テンプルステムのエリアに配置することができる。イメージ生成モジュール５は、例えば、ＯＬＥＤ、ＬＣＤ若しくはＬＣｏＳチップ、又は傾斜ミラーマトリックス等の２次元イメージ生成要素６（図２）を備えることができ、複数のピクセルは、例えば列及び行に配置される。

【0056】

単なる例示として、眼鏡レンズ３及び４、特に第１の眼鏡レンズ３について、本発明による表示デバイス１と一緒に説明する。眼鏡レンズ３、４のそれぞれ、又は少なくとも第１の眼鏡レンズ３は、本発明による眼鏡レンズ３、４として、又は本発明による光学要素として、別個に形成される。本発明による光学要素は、本明細書に記載される表示デバイス１以外と組み合わせて使用することもできる。したがって、光学要素は、眼鏡レンズとして形成される場合、当然ながら、第２の眼鏡レンズ４として形成することもできる。

【0057】

図２の拡大概略部分断面図から最もよく分かるように、表示デバイス１は撮像光学システム７を備え、撮像光学システム７は、イメージ生成要素６又は撮像システム６と第１の眼鏡レンズ３との間に配置される光学要素８を含む。加えて、第１の眼鏡レンズ３それ自体は、撮像光学システム７の一部としても機能する。

【0058】

光束９が、撮像システム６の各ピクセルから現れることができる。所望のイメージは、イメージ生成モジュール５の一部であることができる制御ユニット１０により、対応する撮像システム６のピクセルを作動させることによって生成することができる。図２では、光ビームのビーム路は、光束９を表すように描かれている。そのため、光ビーム９についても、以下で考察する。

【0059】

撮像システム６から現れた光ビーム９は、光学要素８を通り、結合セクション１１（ここでは、第１の眼鏡レンズの端面）を介して第１の眼鏡レンズ３内に入り、眼鏡レンズ３内において、導光チャネル１２に沿って脱結合セクション１３まで導かれる。脱結合セクション１３は、互いに隣接して配置される幾つかの反射偏向面１４（反射ファセットと呼ぶこともできる）を備える。この反射偏向面１４において、第１の眼鏡レンズ３の裏面１５の方向への光ビーム９の反射が行われ、その結果、光ビーム９は、裏面１５を介して第１の眼鏡レンズ３を出る。代替的には、脱結合セクション１３は、厳密に１つの反射偏向面１４を備えることもできる。

【0060】

したがって、ユーザは、意図されるように本発明による表示デバイス１を頭部に装着し、脱結合セクション１３を見ると、撮像システム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することができる。ここで説明される実施形態では、ユーザは、前方視のビュー方向Ｇに関して右約４０度を見なければならない。図２では、例示のために、ユーザの目の回転中心１６及び撮像光学システム７のアイボックス１７又は射出瞳１７が描かれている。アイボックス１７とは、ユーザの目が動くことができて、それでもなお生成されたイメージをバーチャルイメージとして常に見ることができる、表示デバイス１によって提供されるエリアである。

【0061】

記載される実施形態では、結合（coupling-in）は第１の眼鏡レンズ３の端面を介して実行され、したがって、結合セクション１１が第１の眼鏡レンズ３の端面に形成されるが、第１の眼鏡レンズの裏面１５を介して結合を実行することも可能である。

【0062】

図２の概略表現に示されるように、第１の眼鏡レンズ３の裏面１５及び正面１８は、
両方とも湾曲して形成される。

【0063】

第１の眼鏡レンズ３は、特に図２の表現から分かるように、二重シェルとして更に形成され、第１の面２０及び第２の面２１を有する外側シェル１９と、第１の面２３及び第２の面２４を有する内側シェル２２とを備える。

【0064】

外側シェル１９の第１の面２０は、第１の眼鏡レンズ３の正面１８を形成し、内側シェル２２の第１の面２３は、第１の眼鏡レンズ３の裏面１５を形成する。外側シェル１８の第２の面２１と内側シェル２２の第２の面２４とは互いに面し、相補的な曲率を有し、接着層３１を介してそれぞれの表面にわたって互いに接合される。

【0065】

導光チャネル１２は、光ビーム９の所望の導きが結合セクション１１から脱結合セクション１３まで行われるように形成される。これは例えば、正面１８（＝外側シェル１９の第１の面２０）及び裏面１５（＝内側シェル２２の第１の面２３）における全内反射によって行うことができる。当然ながら、光ビーム９の所望の反射を生じさせる反射コーティングを、導光チャネル１２のエリアの正面１８及び／又は裏面１５に形成することも可能である。反射コーティングの反射率は、例えば、可能な限り大きい反射率（約１００％）又は可能な限り小さい反射率であることができる。したがって、反射コーティングは、ミラー層又は部分反射層として形成することができる。

【0066】

ここで説明される実施形態では、外側シェル１９の両面２０、２１は球面湾曲し、外側シェル１９の第１の面２０は曲率半径９４ｍｍを有し、外側シェル１９の第２の面２１は曲率半径９２ｍｍを有する。したがって、外側シェルの厚さは２ｍｍである。しかしながら、外側シェル１９は、小さな厚さで形成することもできる。したがって、外側シェル１９の厚さは、０．１５ｍｍから２ｍｍ未満の範囲内にある。特に、外側シェル１９は、寸法安定膜（dimensionally stable film）として形成することができる。ここで、寸法安定（dimensionally stable）が意味することとは、膜が少なくとも重力に耐え、したがって、他の力が作用してない場合、形状を維持することを意味する。

【0067】

内側シェル２２の第２の面２４は球面湾曲し、外側シェル１９の第２の面２１の半径に対応する曲率半径を有する。したがって、ここでは、これは半径９２ｍｍである。内側シェル２２の第１の面２３は球面湾曲し、ユーザの視覚の矯正に必要な曲率半径を有する（例えば、ＰＭＭＡが内側シェル２２の材料として使用される場合、１５０ｍｍ）。当然ながら、内側シェルの第１の面２３は、非球面湾曲することもできる。外側シェル１９の材料は、好ましくは内側シェル２２の材料と同じである。内側シェル２２の厚さは実質的に、内側シェル２２の第２の面２４の半径と内側シェル２２の第１の面２３の半径との差に依存し、ここに記載される例では、約３ｍｍである。

【0068】

既に述べたように、内側シェル２２及び外側シェル１９の材料は、好ましくは同じであり、その結果、これらのシェルは同一の屈折率を有する。内側シェル２２及び外側シェル１９は、好ましくは接着層を介して一緒に全面が接着され、その結果、コンパクトな第１の眼鏡レンズ３が提供される。

【0069】

ここで説明される実施形態の第１の眼鏡レンズ３は、＋２ジオプタの矯正を提供する。

【0070】

本発明による光学要素は、以下のように製造することができる。

【0071】

第１のステップにおいて、第１の半仕上げ品２５が、熱可塑性ポリマーの射出成形によって製造される。図３の拡大部分断面図に示されるように、第１の半仕上げ品２５は、第１の面２３と第２の面２４を備える。第２の面２４には、所望の反射ファセット１４の形状を予め画定する微細構造２６が形成される。

【0072】

次に、第１の半仕上げ品２５は、微細構造２６のエリアが光学的有効層２７によってコーティングされる。光学的有効層２７は、破線で表されている（表現を簡潔にするために、図２では層２７は描かれていない）。このために、既知のコーティング方法、例えば、化学蒸着（ＣＶＤ）又は物理蒸着（ＰＶＤ）等が使用可能である。光学的有効層２７は、図４では破線で表され、記載された相対ファセット１４が提供されるように選ばれる。

【0073】

微細構造２６によって存在する、第２の面２４から半仕上げ品２５まで延在する溝は、続くステップにおいて平滑で連続した第２の面２４が生じる（図５）ように充填される。この溝を充填するために、半仕上げ品２５を製造する材料と同じ材料２８を使用してもよいし、又は光学セメント若しくは光学接着剤２８を使用してもよい。

【0074】

次に、外側シェル１９が、第１の面２０及び第２の面２１を備えるように、熱可塑性ポリマーからの射出成形により、第２の半仕上げ品３０として製造される。第２の半仕上げ品３０は、代替的には、第１の半仕上げ品２５の製造前又は第１の半仕上げ品２５と同時に製造することもできる。次に、この第２の半仕上げ品２８は、第１の半仕上げ品２５の全面に接着される。このために、第２の半仕上げ品３０の第２の面２１、及び／又は、半仕上げ品２５の第２の面２４は、光学接着剤又は光学セメントによってコーティングされ、接着層３１を形成することができる。図６には、第１の半仕上げ品２５の第２の面２４が接着層３１でコーティングされる事例が示される。次に、２つの半仕上げ品は、図６の矢印Ｐ１で示されるように、接着層３１を介して表面２１及び２４で互いと接触し、接着層３１が硬化することにより、図７に示されるように、本発明による光学要素３が製造される。こうして、本発明による光学要素３が存在することになり、光学要素３は二重シェルで構築される。ここで、２つのシェル１９及び２２の外面２３及び２０は、第１の眼鏡レンズ３の裏面１５及び正面１８を形成する。

【0075】

２つの半仕上げ品２５及び３０の材料として、異なる材料も使用可能である。しかしながら、好ましくは、同じ材料が半仕上げ品２５及び３０の両方に使用される。特に、熱可塑性ポリマー及び／又は熱硬化性ポリマーが使用される。

【0076】

熱可塑性ポリマー、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート、例えばＰｌｅｘｉｇｌａｓ）、ＰＡ（ポリアミド、例えばＴｒｏｇａｍｉｄ ＣＸ）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー、例えばＺｅｏｎｅｘ）、ＰＣ（ポリカーボネート、ポリ（ビスフェノールＡカーボネート）、例えばＭａｋｒｏｌｏｎ）、ＬＳＲ（液体シリコーンゴム、例えば、Ｓｉｌｏｐｒｅｎ、Ｅｌａｓｔｏｓｉｌ）、ＰＳＵ（ポリスルホン、例えばＵｌｔｒａｓｏｎ）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、及び／又は、ＰＡＳ（ポリ（アリレンスルホン））が使用可能である。熱硬化性ポリマーとしては、例えば、ＡＤＣ（アリルジグリコールカーボネート、例えばＣＲ−３９）、アクリル酸塩（例えばＳｐｅｃｔｒａｌｉｔｅ）、ＰＵＲ（ポリウレタン、例えばＲＡＶｏｌｕｔｉｏｎ）、ＰＵ／ＰＵＲ（ポリ尿素、ポリウレタン、例えばＴｒｉｖｅｘ）、ＰＴＵ（ポリチオウレタン、例えば、ＭＲ−８、ＭＲ−７）、及び／又は、エピスルフィド／ポリチオール（例えばＭＲ−１７４）をベースとするポリマーが使用可能である。

【0077】

図８では、微細構造２６及び光学的有効層２７を有する第１の半仕上げ品２５が、拡大断面表現で示されている。微細構造２６の上述した１ステップでの充填とは異なり、図８による変形において、これは２ステップで実行される。そうして、充填層２８_１、２８_２（充填層２８_１、次に充填層２８_２）の材料の硬化中に生じ得る望ましくない収縮を低減することができる。当然ながら、充填は、３つ以上のステップ、例えば、３ステップ、４ステップ、５ステップ、又は６ステップで実行することもできる。

【0078】

本発明による表示デバイス１では、ユーザの視野へのバーチャルイメージの反射は、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を介する反射も可能である。加えて、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の両方を介して反射されるように形成することもできる。ここで、反射は、３次元イメージの印象が形成されるように行うことができる。しかしながら、これは必ずしも必要なことではない。

【0079】

眼鏡レンズ３、４は、屈折力０又はゼロ以外の屈折力（特に、視覚異常を矯正する場合）を有することができる。図に示されるように、眼鏡レンズ３の正面１１及び裏面１２は湾曲して形成される。正面１１は、特に球面湾曲することができる。視覚異常を矯正するために、眼鏡レンズがゼロ以外の屈折力を有する場合、規則として、裏面１５の曲率はそれに対応して選ばれて対応する矯正を達成する。裏面１５は、球形からずれた曲率を有することもできる。

【0080】

ホルダ２は、眼鏡型ホルダとして形成される必要はない。表示デバイスを取り付けることのできるホルダ、又はユーザの頭部に装着できる任意の他のタイプのホルダも可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】