特許 7493467 ユーザの頭部上にフィット可能であると共に画像を生成するディスプレイ装置用の眼鏡レンズ

(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】

(24)【登録日】2024-05-23

(45)【発行日】2024-05-31

(54)【発明の名称】ユーザの頭部上にフィット可能であると共に画像を生成するディスプレイ装置用の眼鏡レンズ

(51)【国際特許分類】

   G02C 7/02 20060101AFI20240524BHJP

   G02B 17/08 20060101ALI20240524BHJP

   G02B 27/02 20060101ALI20240524BHJP

   G02C 7/00 20060101ALI20240524BHJP

   G02C 11/00 20060101ALI20240524BHJP

   H04N 5/64 20060101ALI20240524BHJP

【ＦＩ】

G02C7/02

G02B17/08

G02B27/02 Z

G02C7/00

G02C11/00

H04N5/64 511A

【請求項の数】 14

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021003863

(22)【出願日】2021-01-14

(62)【分割の表示】P 2016562819の分割

【原出願日】2015-04-16

(65)【公開番号】P2021060625

(43)【公開日】2021-04-15

【審査請求日】2021-01-14

【審判番号】

【審判請求日】2023-06-07

(31)【優先権主張番号】102014207499.1

(32)【優先日】2014-04-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】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

【住所又は居所原語表記】Ｔｕｒｎｓｔｒａｓｓｅ ２７， ７３４３０ Ａａｌｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(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】100221729

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 圭介

(72)【発明者】

【氏名】リーデル、リーザ

(72)【発明者】

【氏名】ドプシャル、ハンス－ユルゲン

(72)【発明者】

【氏名】リンディッグ、カーステン

(72)【発明者】

【氏名】モール、マンフレート

(72)【発明者】

【氏名】ダーヴィトコーファ、モムチル

(72)【発明者】

【氏名】トノヴァ、ディアナ

(72)【発明者】

【氏名】ピュッツ、ヨルク

(72)【発明者】

【氏名】クラウス、ヴォルフ

(72)【発明者】

【氏名】ミヘルス、ゲオルク

(72)【発明者】

【氏名】ケルヒ、ゲルハルト

【合議体】

【審判長】里村 利光

【審判官】大▲瀬▼ 裕久

【審判官】井口 猶二

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００５／１１１６６９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１３－５２１５７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３８７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００３－５０２７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／０２００７３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

G02C 7/00,7/02,11/00, G02B17/08,27/02, H04N5/64

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ユーザの頭部上にフィット可能であると共に画像を生成するディスプレイ装置（１）用の眼鏡レンズであって、
前記眼鏡レンズ（３）は、湾曲した前面（１８）と、湾曲した後面（１５）と、結合入射セクション（１１）と、該結合入射セクション（１１）から離隔した結合出射セクション（１３）と、
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）内に結合されて生成される画像のピクセルの光束（９）を、前記眼鏡レンズ（３）内において、前記光束（９）が前記眼鏡レンズ（３）から外に結合される前記結合出射セクション（１３）までガイドするのに適した光ガイドチャネル（１２）と
を有する眼鏡レンズにおいて、
前記眼鏡レンズ（３）は、幾つかのシェルを有するように構築されて、外側シェル（１９）と、該外側シェル（１９）に結合される内側シェル（２０）とを有し、
湾曲した第１反射表面（２４）と湾曲した第２反射表面（２５）とを有する湾曲したチャネルシェル（２１）が、前記外側シェルと内側シェル（１９、２０）の間に構成され、
前記光ガイドチャネル（１２）は、前記光束（９）が反射されて前記結合入射セクション（１１）から前記結合出射セクション（１３）までガイドされる、前記チャネルシェル（２１）及び前記２つの反射表面（２４、２５）の少なくとも１つのセクションを有し、
前記湾曲したチャネルシェル（２１）は、前記湾曲した第１反射表面（２４）を介して前記外側シェル（１９）に接触して結合されると共に、前記湾曲した第２反射表面（２５）を介して前記内側シェル（２０）に接触して結合され、互いに対向している前記内側シェル（２０）と前記チャネルシェル（２１）及び前記外側シェル（１９）と前記チャネルシェル（２１）の各面が互いに接触して結合され、
前記チャネルシェル（２１）は、前記外側シェルと内側シェル（１９、２０）の間にスペーサシェルとして構成され、これにより、前記外側シェルと内側シェル（１９、２０）が直接接触せず、
前記眼鏡レンズ（３）の前記結合入射セクション（１１）は湾曲した前記後面（１５）に設けられており、前記後面（１５）は、不良視力の矯正が実現されるように選択された曲がりを有することを特徴とする、眼鏡レンズ。

【請求項2】

前記内側シェル（２０）と対向していない前記外側シェル（１９）の第１の面が、前記眼鏡レンズ（３）の前記前面（１８）を形成すると共に、前記外側シェル（１９）と対向していない前記内側シェル（２０）の第１の面が、前記眼鏡レンズ（３）の前記後面（１５）を形成することを特徴とする、請求項１に記載の眼鏡レンズ。

【請求項3】

前記結合出射セクション（１３）は、前記チャネルシェル（２１）の一部分であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の眼鏡レンズ。

【請求項4】

前記内側シェル（２０）、前記チャネルシェル（２１）及び前記外側シェル（１９）は、同一の材料から形成され、前記第１反射表面（２４）及び前記第２反射表面（２５）は、少なくとも部分的に反射性の被覆であることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。

【請求項5】

前記内側シェル（２０）は、前記チャネルシェル（２１）に面と面とで結合されると共に、前記チャネルシェル（２１）は、前記外側シェル（１９）に面と面とで結合されることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。

【請求項6】

前記結合出射セクション（１３）は、互いに近接した状態で構成される幾つかの反射性偏向表面（１４）を有することを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。

【請求項7】

前記結合出射セクション（１３）は、前記眼鏡レンズ（３）内に埋め込まれた状態で形成され、従って、前記前面（１８）及び前記後面（１５）の両方から離隔していることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。

【請求項8】

前記前面（１８）上にフォトトロピック層が形成されることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。

【請求項9】

前記チャネルシェル（２１）の厚さは、前記光ガイドチャネル（１２）のエリア内において、残りのエリア内におけるものよりも厚いことを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。

【請求項10】

前記２つの反射表面（２４、２５）の間の距離は、前記結合入射セクション（１１）から前記結合出射セクション（１３）の方向へと減少していることを特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。

【請求項11】

前記２つの反射表面（２４、２５）のうちの少なくとも１つは、結像特性を有することを特徴とする、請求項１～１０のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。

【請求項12】

前記２つの反射表面（２４、２５）のうちの少なくとも１つは、相対的に大きな屈折率と小さな屈折率を有する交互に変化する薄い層を有することを特徴とする、請求項１～１１のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。

【請求項13】

前記２つの反射表面（２４，２５）のうちの少なくとも１つは、０°～最大で９０°未満の既定の第１臨界角の範囲内の入射角については透過性を有し、既定の第２臨界角を上回る入射角については反射性を有するように形成され、前記第２臨界角は前記第１臨界角以上であることを特徴とする、請求項１～１２のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ。

【請求項14】

ディスプレイ装置であって、
ユーザの頭部上にフィット可能なホルダ（２）と、
前記ホルダ（２）に固定されて画像を生成する画像生成モジュール（５）と、
請求項１～１３のいずれか一項に記載の眼鏡レンズ（３）を有し、前記ホルダ（２）が前記ユーザの頭部上にフィットした際に、前記ユーザが仮想画像として知覚することが出来るように、前記生成された画像を結像する、前記ホルダ（２）に固定された結像光学系（７）と
を有する装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ユーザの頭部上にフィット可能であると共に画像を生成するディスプレイ装置用の眼鏡レンズに関する。眼鏡レンズは、湾曲した前面、湾曲した後面、結合入射セクション、及び結合入射セクションから離隔した結合出射セクション、並びに、光ガイドチャネルを有する。光ガイドチャネルは、眼鏡レンズの結合入射セクションを介して眼鏡レンズ内に結合されて生成される画像のピクセルの光束を、眼鏡レンズ内において、ピクセルの光束が眼鏡レンズから外に結合される結合出射セクションまでガイドするのに適している。

【背景技術】

【0002】

湾曲した前部及び後面に起因し、光ガイドチャネルを有するこのような眼鏡レンズの製造は困難である。具体的には、所望の光学特性を有する光ガイドチャネルの製造は、技術的に困難である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

従って、これにより、本発明の目的は、製造が容易な、冒頭において命名されたタイプの眼鏡レンズを開発するというものである。

【課題を解決するための手段】

【0004】

この目的は、眼鏡レンズが、幾つかのシェルによって構築されて、外側シェルと、外側シェルに結合される内側シェルとを有し、湾曲した第１反射表面と湾曲した第２反射表面とを有する湾曲したチャネルシェルが、外側シェルと内側シェルの間に構成され、光ガイドチャネルは、光束が反射されて結合入射セクションから結合出射セクションまでガイドされる、チャネルシェル及び２つの反射表面の少なくとも１つのセクションを有する、冒頭において命名されたタイプの眼鏡レンズにおいて実現される。

【0005】

この２つの反射表面の埋込み型の設計を通じて、眼鏡レンズの前面及び／又は後面が汚れている際にも、光束が良好にガイドされることを保証することが出来る。更には、眼鏡レンズを良好に製造することも可能である。その理由は、第１及び第２の反射表面を、例えばチャネルシェル上に形成することが可能であり、次いで３つのシェルを互いに結合することが出来るからである。この結果、製造プロセスが簡単になる。

【0006】

本発明による眼鏡レンズにおいては、湾曲したチャネルシェルは、湾曲した第１反射表面を介して外側シェルに結合させると共に、湾曲した第２反射表面を介して内側シェルに結合させることができる。

【0007】

しかしながら、湾曲した第１反射表面及び／又は湾曲した第２反射表面は、チャネルシェルと外側シェル及び／又は内側シェルとの間に空隙が存在するように、形成することも出来る。この場合においては、反射は全内部反射を通じて発生することが出来る。従って、湾曲した第１又は第２の反射表面は、空隙に対するチャネルシェルの境界表面によって形成される。空隙は、好ましくは光ガイドチャネルのエリア内にのみ存在し、チャネルシェルは、好ましくは、光ガイドチャネルに隣接したエリア内で外側シェル及び／又は内側シェルに機械的に接続される。これは例えば、光学セメント又は光学接着剤により、実現することが出来る。

【0008】

具体的には、チャネルシェルは、外側シェルと内側シェルとの間にスペーサシェルとして構成することが可能であり、これにより、外側シェルと内側シェルが直接接触しない。従って、チャネル層は、その第１材料境界表面を介してその全体表面にわたって外側シェルとの間で接触状態にあると共に、その第２材料境界表面を介してその全体表面にわたって内側シェルとの間で接触状態にある。従って、３シェル構造が存在する。眼鏡レンズの平面図において観察されるように、外側シェル、チャネルシェル、及び内側シェルは、好ましくは同一の寸法を有する。

【0009】

更には、内側シェルと対向していない外側シェルの第１の面が眼鏡レンズの前面を形成することが可能であると共に、外側シェルと対向していない内側シェルの第１の面が眼鏡レンズの後面を形成することが出来る。

【0010】

更には、後面は、不良視力の矯正が実現されるように選択された曲がりを有することが出来る。この結果、光束が内側シェルの後面を介して眼鏡レンズを離脱するように、光束が結合出射されるのに伴って、結合出射された光束についての不良視力の望ましい矯正がもたらされるという利点も得られる。

【0011】

従って、本発明による眼鏡レンズによれば、光束のガイドは、チャネルシェルにより、望ましい結像との関係において最適化させることができる。これとは独立的に、内側シェルにより、不良視力の望ましい矯正も最適化させることができる。従って、本発明による眼鏡レンズによれば、互いに独立的に、一方においては結像特性をチャネルシェルを介して設計及び設定することが可能であり、他方においては不良視力特性の矯正を内側シェルを介して設計及び設定することが出来る。

【0012】

更には、結合出射セクションは、チャネルシェルの一部分であってもよい。この結果、本発明による眼鏡レンズの製造の更なる単純化がもたらされる。

【0013】

更には、内側シェル、チャネルシェル、及び外側シェルは、同一の材料から形成することができる。この場合には、３つのシェルはすべて同一の屈折率を有する。しかしながら、チャネルシェルは、内側シェル及び／又は外側シェルとは異なる材料から形成することも出来る。具体的には、３つのシェルをすべて異なる材料から形成することが出来る。

【0014】

更には、内側シェルはチャネルシェルに対してフラットに結合させることが可能であると共に、チャネルシェルは外側シェルに対してフラットに結合させることが出来る。これらのシェルは、例えば、互いに接合又はセメント結合させることが出来る。

【0015】

互いに対向している内側シェルとチャネルシェル及び外側シェルとチャネルシェルの各面は、好ましくは互いに相補的に形成されている。具体的には、互いに対向しているこれらの側部は、球状に湾曲させることが出来る。

【0016】

更には、前面及び／又は後面も、球状に湾曲させることが出来る。

【0017】

この複数シェル構造を通じて、眼鏡レンズの厚さを可能な限り小さく維持することが出来る。同時に、光ガイドチャネルは、望ましい良好な結像特性が保証されうるように形成することが出来る。

【0018】

結合出射セクションは、互いに隣接するように構成される幾つかの反射性偏向表面を有することが出来る。また、反射性偏向表面は、反射性ファセットとも呼称することが出来る。これらはほとんど１００％の反射率を有することも可能であり、この場合にはミラー表面と呼称することが出来る。また、これらは相対的に小さな反射率を有することも可能であり、従って、部分的に透明に形成することが出来る。

【0019】

それぞれの場合において、反射性偏向表面は、フラットに又は湾曲した状態に形成することが出来る。更には、偏向表面は、純粋なビーム偏向に加えて結像特性をも有するフレネル方式により、湾曲した反射表面を再生することも出来る。

【0020】

結合出射セクションは、眼鏡レンズ内に埋め込むことが可能であり、従って、前部及び後面から離隔させることが出来る。具体的には、結合出射セクションは、チャネル層の材料境界表面上に形成することが可能であり、或いは、チャネル層内に埋め込むことも出来る。

【0021】

前面上にフォトトロピック層を形成することが出来る。フォトトロピック層は、受動型の層として又は能動型の層として形成することが出来る。

【0022】

チャネルシェルの厚さは、光ガイドチャネルのエリア内において、残りの部分内におけるよりも厚くすることが出来る。しかしながら、チャネルシェルは、（実質的に一定の）厚さを有することも可能であり、或いは、チャネルシェルの厚さが結合入射セクションから結合出射セクションの方向へと減少することも出来る。

【0023】

２つの反射表面の間の距離は、結合入射セクションから結合出射セクションの方向へと減少することも可能であり、或いは一定であってもよい。

【0024】

更には、２つの反射表面のうちの少なくとも１つは、結像特性を有することが出来る。具体的には、結像特性は、反射表面の曲がりにより付与される。

【0025】

２つの反射表面のうちの少なくとも１つは、干渉層系を有することが出来る。干渉層系は、異なる屈折率を有する少なくとも２つの異なる材料から形成することが出来る。具体的には、干渉層系は、２つ、３つ、４つ又は５つの異なる材料を有することが出来る。材料の屈折率は、５４６ｎｍの波長において、１．４～２．５の範囲内に位置することが出来る。

【0026】

具体的には、２つの反射表面のうちの少なくとも１つは、０°～最大で９０°未満の既定の第１臨界角の範囲内の入射角については透過性を有し、第１臨界角以上である既定の第２臨界角を上回る入射角については反射性を有するように形成することが出来る。これらの透過／反射特性は、好ましくは可視波長範囲の放射について存在している。第１臨界角は、例えば３０°～６０°の範囲内に、好ましくは３５°～４５°の範囲内に位置することが出来る。第２臨界角は、例えば４５°～６５°の範囲内に、好ましくは５０°～６０°の範囲内に位置することが出来る。

【0027】

更には、２つの反射表面のうちの少なくとも１つは、部分的に反射性の被覆として、又は反射性の被覆（ミラー層）として、形成することが出来る。これを目的として、例えば金属製被覆を使用することが出来る。従って、事実上、ある種の後部表面ミラーが存在する。

【0028】

更には、２つの反射表面のうちの少なくとも１つは、第１偏光状態を有する光を反射すると共に、これに対して直交した偏光状態を有する光を透過するように形成することが出来る。この場合において、光束は、好ましくは第１偏光状態を有するように生成される。

【0029】

結合入射セクションは、眼鏡レンズのエッジエリア内に形成することが可能であり、結合出射セクションは、眼鏡レンズの中央エリア内に形成することが可能である。結合入射は、例えば眼鏡レンズの端部面を介して、又は眼鏡レンズの後面を介して、発生することが出来る。

【0030】

内側シェル、チャネルシェル、及び外側シェルは、それぞれの場合において、一つの部品として形成することが出来る。しかしながら、内側シェル、チャネルシェル、及び／又は外側シェルは、幾つかの部品として形成することも出来る。

【0031】

更には、ディスプレイ装置が、ユーザの頭部上にフィット可能なホルダと、ホルダに固定されて画像を生成する画像生成モジュールと、上述の請求項のうちの一項に記載の眼鏡レンズを有し、ホルダがユーザの頭部上にフィットした際に、ユーザが仮想画像として知覚することが出来るように、生成された画像を結像する、ホルダに固定された結像光学系とを有するように、提供される。

【0032】

結像光学系は、眼鏡レンズを唯一の光学要素として有することが出来る。しかしながら、結像光学系は、眼鏡レンズに加えて、少なくとも１つの更なる光学要素を有することも出来る。具体的には、外側シェルは、少なくとも１つの更なる光学要素と共に一つの部品として形成することが出来る。代替的には、外側シェルは、少なくとも１つの更なる光学要素に（例えばセメント結合又は接合を通じて）結合させることも出来る。更には、少なくとも１つの更なる光学要素は、外側シェルから離隔させることも出来る。

【0033】

少なくとも１つの更なる光学要素は、例えば、眼鏡レンズと画像生成モジュールとの間に構成されたコリメーション光学系であってもよく、これにより、画像生成モジュールからの光束が、コリメートされた光束として眼鏡レンズ内に結合される。

【0034】

更には、ディスプレイ装置は、画像生成モジュールを作動させる制御ユニットを有することが出来る。

【0035】

画像生成モジュールは、具体的には、例えば、ＬＣＤモジュール、ＬＣｏＳモジュール、ＯＬＥＤモジュール、又は傾動ミラーマトリックスなどの二次元結像系を有することが出来る。結像系は、例えば行と列で構成される複数のピクセルを有することが出来る。結像系は、自己発光型であってもよく、或いはそうでなくてもよい。

【0036】

画像生成モジュールは、具体的には、モノクロ又はマルチカラーの画像を生成するように形成することが出来る。

【0037】

本発明によるディスプレイ装置は、その動作に必要とされる、当業者には既知の更なる要素を有することが出来る。

【0038】

以上において命名された特徴及び以下において更に説明される特徴は、本発明の範囲を逸脱することなしに、記述されている組合せにおいてのみならず、その他の組合せにおいても、或いは単独で、使用することが出来ることを理解されたい。

【0039】

以下、一例として添付図面を参照し、本発明について更に詳細に説明する。添付図面は、本発明にとって必須である特徴をも開示している。添付図面の内訳は、以下のとおりである。

【図面の簡単な説明】

【0040】

【図1】本発明によるディスプレイ装置の一実施形態の概略斜視図である。

【図2】画像生成モジュールの概略図を含む第１眼鏡レンズ３の拡大部分断面図である。

【図3】入射角に依存する透過率／反射率の図である。

【図4】反射表面２４及び２５の角度依存性を説明するための概略図である。

【図5】第２反射表面２４用の干渉層系の層の順序及び層の厚さを示す図である。

【図6】更なる反射表面を有していない、チャネルシェル２１と外側シェル１９との間の透過の振る舞いである。

【図7】更なる反射表面２４を有する、チャネルシェル２１と外側シェル１９との間の透過の振る舞いである。

【図8】図７の実施形態による反射表面の層構造である。

【図9】本発明による眼鏡レンズにおける反射表面の更なる実施形態の透過の振る舞いである。

【図10】図９による実施形態の反射表面の層構造である。

【図11】画像生成モジュールの概略図を含む第１眼鏡レンズ３の更なる実施形態の拡大部分断面図である。

【図12】画像生成モジュールの概略図を含む第１眼鏡レンズ３の更なる実施形態の拡大部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0041】

図１に示されている実施形態においては、本発明によるディスプレイ装置１は、ユーザの頭部上にフィット可能であると共に、例えば従来の眼鏡フレームの方式によって形成されるホルダ２と、ホルダ２に固定された第１眼鏡レンズ３及び第２眼鏡レンズ４とを有する。眼鏡レンズ３，４を有するホルダ２は、例えば、スポーツ眼鏡、サングラス、及び／又は不良視力を矯正する眼鏡として形成することが可能であり、後述するように、仮想画像を第１眼鏡レンズ３を介してユーザの視野内に反射することが出来る。

【0042】

これを目的として、ディスプレイ装置１は、画像生成モジュール５を有する。画像生成モジュール５は、図１において概略的に示されているように、ホルダ２の右手側テンプルステムのエリア内に構成することが出来る。画像生成モジュール５は、例えば行と列で構成される複数のピクセルを有する、例えば、ＯＬＥＤ、ＣＭＯＳ又はＬＣｏＳチップ、或いは、傾動ミラーマトリックスなどの２次元画像生成要素６（図２）を有することが出来る。

【0043】

一例として、本発明によるディスプレイ装置１に伴って、眼鏡レンズ３及び４、具体的には、第１眼鏡レンズ３のみについて説明する。眼鏡レンズ３，４、又は少なくとも第１眼鏡レンズ３は、それぞれの場合において、本発明による眼鏡レンズ３，４として、或いは本発明による光学要素として、個々に形成される。また、本発明による光学要素は、ここで説明されるディスプレイ装置１とは別の環境において使用することも出来る。従って、光学要素は、眼鏡レンズとして形成される際には、当然のことながら、第２眼鏡レンズ４として形成することも出来る。

【0044】

図２の拡大概略部分断面図から最良に観察されうるように、ディスプレイ装置１は、画像生成要素６又は結像系６と第１眼鏡レンズ３との間において構成される光学要素８を含む結像光学系７を有する。更には、第１眼鏡レンズ３自体も、結像光学系７の一部分として機能している。

【0045】

結像系６のそれぞれのピクセルから光束９が発生する。画像生成モジュール５の一部分であることが出来る制御ユニット１０によって、対応する結像系６のピクセルを作動させることにより、所望の画像を生成することが出来る。図２においては、光束９を表すために光ビームのビーム経路が描かれており、以下においては光ビーム９とも呼称する。

【0046】

結像系６から発生した光ビーム９は、光学要素８を通過し、結合入射セクション１１を介して第１眼鏡レンズ３（ここでは、第１眼鏡レンズ３の端部面）に進入し、この内部において、光ガイドチャネル１２に沿って結合出射セクション１３までガイドされる。結合出射セクション１３は、光ビーム９の反射がその上部において第１眼鏡レンズ３の後面１５の方向に発生する互いに隣接した状態で構成される幾つかの反射性偏向表面１４（反射性ファセットとも呼称することができる）を有する。これにより、光ビーム９は、後面１５を介して第１眼鏡レンズ３を離脱する。

【0047】

従って、ユーザが、意図されているように、自身の頭部上に本発明によるディスプレイ装置１を装用している際には、ユーザは、結合出射セクション１３を観察した際に、結像系６によって生成される画像を仮想画像として知覚することが出来る。ここで記述されている実施形態においては、ユーザは、前方視野の視野方向Ｇとの関係において約４０°だけ右に向かって観察しなければならない。図２においては、わかりやすくするために、ユーザの眼の回転の中心１６と、結像光学系７のアイボックス１７又は射出瞳１７とが描かれている。アイボックス１７とは、ディスプレイ装置１によって提供され、ユーザの眼が運動可能であると共に生成された画像をユーザが仮想画像として依然として常に観察可能であるエリアである。

【0048】

記述されている実施形態においては、結合入射は、第１眼鏡レンズ３の端部面を介して実行され、従って、結合入射セクション１１は第１眼鏡レンズ３の端部面上に形成されているが、第１眼鏡レンズの後面１５を介して結合入射を実行することも出来る。

【0049】

図２の概略図において示されているように、第１眼鏡レンズ３の後面１５及び前面１８は、いずれも湾曲した状態で形成されている。

【0050】

更には、図２からわかるように、第１眼鏡レンズは、３つのシェルを有するように形成されており、外側シェル１９と、内側シェル２０と、これらの間に構成されたチャネルシェル２１とを有する。

【0051】

内側シェル２０とは対向していない外側シェル１９の第１の面が、第１眼鏡レンズ３の湾曲した前面１８を形成している。外側シェル１９とは対向していない内側シェル２０の第１の面が、第１眼鏡レンズの後面１５を形成している。

【0052】

光ガイドチャネル１２を形成するために、第１反射表面２４が、チャネルシェル２１と外側シェル１９との間に形成されており、また、第２反射表面２５が、チャネルシェル２１と内側シェル２０との間に形成されている。２つの反射表面２４，２５は、結合入射セクション１１から結合出射セクション１３まで延在している。従って、光束９は、結合入射セクション１１から結合出射セクション１３まで、反射表面２４及び２５上における反射によりガイドされることが可能であり、これにより、光束９は、反射性偏向表面１４上における反射の後に、第１眼鏡レンズの後面１５を介して結合出射される。

【0053】

第１反射表面２４及び第２反射表面２５は、例えば、チャネルシェル２１上に形成することが出来る。しかしながら、第１反射表面を外側シェル１９上に形成し、第２反射表面を内側シェル２０上に形成することもまた可能である。図２に示されているように、それぞれの場合において、一方において、内側シェル２０とチャネルシェル２１とが互いにフラットな接触状態にあり、他方において、チャネルシェル２１と外側シェル１９とが互いにフラットな接触状態にある。これらは、例えば、互いに接合又はセメント結合させることが出来る。従って、光ガイドチャネル１２のエリア内において、チャネルシェル２１は、第１反射表面２４を介して外側シェル１９に結合されており、かつ、光ガイドチャネル１２のエリア内において、チャネルシェル２１は、第２反射表面２５を介して内側シェル２０に結合されていると表現することも出来る。

【0054】

第１反射表面２４及び／又は第２反射表面２５は、例えば部分的に反射性の被覆であってもよく、或いは反射性の被覆（ミラー層）であってもよい。これを目的として、例えば、金属製被覆を使用することが出来る。しかしながら、第１偏光状態については反射性を有すると共にこれに対して直交した偏光状態については透過性を有する被覆を使用することも可能である。この場合においては、光束９は第１偏光状態を有しており、これにより、光ガイドチャネル１２内におけるガイドが保証される。

【0055】

更には、第１反射表面２４及び／又は第２反射表面２５は、相対的に大きな屈折率と小さな屈折率を有する交互に変化する薄い層を有する干渉層系として形成することも出来る。一般的な場合においては、干渉層系は、それぞれの屈折率Ｎ_１、Ｎ_２、．．．Ｎ_ｍ（ｍ＞２）が異なるｍ個の材料Ｍ_１、Ｍ_２、．．．Ｍ_ｍ（ｍ＞２）からなる、ｋ個の光学層Ｓ_１、Ｓ_２、．．．Ｓ_ｋ（ｋ＞２）から形成することが出来る。屈折率は、例えば、５４６ｎｍの波長において、１．４～２．５の範囲内に位置することが出来る。このような干渉層系は、原則的に当業者には既知であり、望ましい光学特性との関係において最適化させることが出来る。ここで存在している実施形態においては、干渉層系は、０°～約３５°の入射角αについては透過性を有し（事実上、入射光の１００％が透過される）、５０°～９０°の範囲の入射角αについては反射性（ほとんど１００％の反射率）を有するように、可視スペクトル範囲との関係において最適化されている。３０°～５０°の遷移エリアにおいては、透過率は１００％から０％へと変化している。

【0056】

図３においては、°を単位とするｘ軸に沿った入射角αに対して、透過率が％を単位とするｙ軸に沿って示されている。曲線Ｋ１は、４００ｎｍの波長を有する放射の場合の層系の透過又は反射の振る舞いを示している。曲線Ｋ２は、４５０ｎｍの波長を有する放射の場合の振る舞いを示している。曲線Ｋ３は、６８０ｎｍの波長を有する放射の場合の振る舞いを示している。

【0057】

図４には、この振る舞いが、この場合にも概略的に示されている。光束９は、（対応する反射表面２４，２５の法線との関係において）５０°超の入射角α２で対応する反射表面２４及び２５に入射し、従って、反射されている。これに対して、周辺光２６は、反射表面２４，２５に、３５°未満の入射角α１で入射し、従って、透過されている。

【0058】

図３及び図４との関連においてここで記述されている実施形態の例においては、内側シェル２０、チャネルシェル２１、及び外側シェル１９は、それぞれの場合において、１．８１の屈折率を有するものと仮定されている。屈折率Ｎ_１＝１．７８７及びＮ_２＝１．４５９を有する２つの異なる材料が干渉層系に使用されており、ここでｋは１１３である。図５においては、第２反射性層２４の対応する構造が概略的に示されており、ｎｍを単位とした層の厚さがｘ軸（水平方向軸）に沿ってプロットされており、屈折率がｙ軸（垂直方向軸）に沿ってプロットされている。

【0059】

当然のことながら、第２反射表面２５も、第１反射表面２４と同一の方法により、図５による干渉層系として形成することが出来る。

【0060】

チャネルシェル２１の屈折率が内側シェル２０の屈折率及び外側シェル１９の屈折率を上回っている場合には、既定の臨界角から全内部反射が発生する。例えば、チャネル層２１の屈折率が１．８１であり、内側シェル２０及び外側シェル１９の屈折率がそれぞれの場合において１．５１９である場合には、臨界角は約５８°である。対応する透過の振る舞いが図６において概略的に示されており、°を単位とした入射角がｘ軸（水平方向軸）に沿ってプロットされており、％を単位とした透過率がｙ軸（垂直方向軸）に沿ってプロットされている。この図においては、波長４００ｎｍ、４５０ｎｍ、及び６８０ｎｍの場合の振る舞いを示す曲線Ｋ１、Ｋ２、及びＫ３が、図３と同一の方法によって示されている。

【0061】

次に、１１３個の層を有する屈折率１．７８７及び１．４５９を有する２つの材料を有する干渉層系が提供された場合には、図７に示されている透過の振る舞いを実現することが出来る。図７は図６に対応しており、波長４００ｎｍ（曲線Ｋ１）、４５０ｎｍ（曲線Ｋ２）、及び６８０ｎｍ（曲線Ｋ３）の場合の透過の振る舞いが描かれている。図６と図７の比較から、干渉層系上における反射による光のガイドは、最大で５０°の入射角まで提供されており、従って、干渉層系を有していないものよりも８°だけ大きいことがわかる。

【0062】

図８においては、対応する干渉層系の構造が、図５と同一の方法によって表されている。

【0063】

更なる実施形態においては、干渉層系は、屈折率１．７８７、１．４５９、及び２．４７２を有する３つの異なる材料を有することが可能であり、それぞれの場合において、屈折率１．６２を有する材料から形成された外側シェル１９とチャネルシェル２１との間に構成することが出来る。干渉層系用の２６３個の層を有する層系においては、図９に示されている透過の振る舞いを実現することが出来る。図９は図７に対応しており、波長４００ｎｍ（曲線Ｋ１）、４５０ｎｍ（曲線Ｋ２）、及び６８０ｎｍ（曲線Ｋ３）の場合の透過の振る舞いが、それぞれの場合において描かれている。

【0064】

図１０においては、層構造が、図８と同一の方法によって表されている。

【0065】

記述されている第１眼鏡レンズ３の３シェル構造を通じて、光ガイドチャネル１２内における光束９のガイドが、第１眼鏡レンズの前面１８及び／又は後面１５の清浄度とは無関係であるという利点が実現されている。従って、前面１８及び／又は後面１５上におけるいかなる汚れも、結合入射セクション１１から結合出射セクション１３までの光束９のガイドにおける劣化をもたらさない。

【0066】

更には、後面１５は、ユーザの不良視力を矯正可能な曲がりを有することが出来る。従って、有利な方式により、不良視力の矯正を内側シェル２０を介して実施することが可能であり、かつ、光のガイドをチャネルシェル２１を介して実行することが可能であり、これにより、一方においては不良視力の矯正が、他方においては光のガイドが、互いに光学的に独立的に、最適化することが出来る。有利な方式により、種々の視力不良に適合するように、同一のチャネルシェル２１を常に使用することが出来る。この目的のためには、個々の内側シェル２０を提供してチャネルシェル２１に結合させることのみが必要とされる。

【0067】

更には、前面１８にフォトトロピック層を適用することが出来る。このようなフォトトロピック層は、受動型の層として、又は能動型の層として、形成することが出来る。従って、本発明による眼鏡レンズの設計は、例えば、サングラス用の眼鏡レンズとして実現することが出来る。

【0068】

更には、ユーザは、有利には、自身に対して適合された後面１５を介した結合出射画像を知覚することになり、これにより、ユーザは、自身の不良視力にも拘らず、仮想画像を明瞭に知覚することが出来る。

【0069】

図２に示されている実施形態においては、チャネル層２１の厚さは、実質的に一定である。

【0070】

しかしながら、チャネル層の厚さは、特に、結合入射セクション１１から結合出射セクション１３への方向において、光ガイドチャネル１２のエリア内において減少することも出来る。

【0071】

具体的には、チャネル層２１の厚さは、光ガイドチャネル１２のエリア内よりも、光ガイドチャネル１２に隣接したエリア内において、小さくすることが出来る。図１１には、このような設計が示されている。

【0072】

上述の実施形態においては、チャネルシェル２１は、第１眼鏡レンズ３の全体にわたって延在している。また、この場合においては、チャネルシェル２１は、スペーサシェルと呼称することも可能である。その理由は、これが内側シェル２０と外側シェル１９との間に常に位置しており、これにより、内側シェル２０と外側シェル１９とが絶対に直接接触しないからである。

【0073】

また、チャネルシェル２１は、眼鏡レンズの全体にわたって延在しないことも可能である。具体的には、チャネルシェル２０は、光ガイドチャネル１２のエリア内でのみ延在してもよい。この場合においては、図１２に表されているように、チャネルシェル２１が設けられていないその他のエリア内においては、内側シェル２０と外側シェル１９との間の直接的な接触が存在する。

【0074】

前面１８及び後面１５は、それぞれの場合において、球状に湾曲させることも出来る。また、後面１５は、非球状の曲がりを有することも出来る。更には、チャネルシェル２１の２つの境界表面も、球状に湾曲させることが出来る。具体的には、互いに対向する対応するシェル１９、２０、及び２１の面の曲がりが、相補的になるように選択されており、これにり、フラットな接触を生成することが出来る。

【0075】

外側シェル１９、内側シェル２０、及びチャネルシェル２１の材料は、好ましくは同一の材料である。これにより、同一の屈折率となる。しかしながら、個々のシェル１９～２１に、異なる屈折率を有する材料を選択することも出来る。

【0076】

本発明によるディスプレイ装置１においては、ユーザの視野内への仮想画像の反射は、第１眼鏡レンズ３を介して発生する。当然のことながら、第２眼鏡レンズ４を介した反射も可能である。更には、ディスプレイ装置１は、情報項目又は仮想画像が両方の眼鏡レンズ３，４を介して反射されるように形成することも出来る。反射は、結果的に三次元画像の印象が得られるように発生することが出来る。しかしながら、これは必須ではない。

【0077】

眼鏡レンズ３，４は、ゼロの屈折力又は（特に視力不良を矯正するべく）ゼロとは異なる屈折力を有することが出来る。図に示されているように、眼鏡レンズ３の前面１１及び後面１２は、湾曲した状態で形成される。具体的には、前面１１は球状に湾曲させることが出来る。眼鏡レンズがゼロとは異なる屈折力を有する場合には、不良視力を矯正するべく、原則として、後面１５の曲がりが適宜適切な矯正を実現するように選択される。後面１５は、球状の形態を逸脱した曲がりを有することが出来る。

【0078】

ホルダ２は、眼鏡タイプのホルダとして形成する必要はない。ディスプレイ装置がユーザの頭部上にフィット又は装用される別のそ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】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】