Display device

本発明は、像を生成する像生成要素と、眼鏡レンズを有する眼鏡と、眼鏡をかけているユーザの視野内に生成された像を結像させる結像要素を有する第一光学構成要素とを備えた表示装置に関する。

この装置はＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）とも称され、例えば、欠陥視力を矯正する眼鏡を必要とする人々に適している。 この表示装置、および第一光学構成要素は、（欠陥視力を較正するよう）眼鏡のつる上に取付けられる。 つる上に取付けられた装置は、多くの場合、安定性を欠き、従って、例えば眼鏡に対して第一光学構成要素が移動すると、像生成要素による生成像もまた、眼鏡をかけているユーザが所望しない移動を行うため好ましくない。

本発明の目的は、像を生成する像生成要素と、眼鏡レンズを有する眼鏡と、眼鏡をかけているユーザの視野内に生成像を結像させる結像要素を有する第一光学構成要素とを備え、結像要素が眼鏡に関して堅固に固定された表示装置を提供することにある。

本発明によれば、上述の目的は、像を生成する像生成要素と、眼鏡レンズを有する眼鏡と、眼鏡をかけているユーザの視野内に生成像を結像させる結像要素を有する第一光学構成要素とを備え、第一光学構成要素、または第一光学構成要素に連結され得る支持体は、形状固定連結によって第一眼鏡レンズに取付けられ、かつ結像要素と眼鏡レンズとは、空隙を介して離間されている表示装置により達成される。

第一眼鏡レンズに対して形状固定連結によって、第一眼鏡レンズに関する結像要素の位置が確実に不変になり、卓越した像表示が保証され得る。 本願に使用される形状固定連結とは、第一眼鏡レンズに関する第一光学構成要素の移動を防止するために使用される、少なくとも２個の要素間における固定された相互連結を意味する。

結像要素と第一眼鏡レンズとは、空隙を介して離間されているため、眼鏡レンズが欠陥視力の矯正に使用される場合、第一眼鏡レンズの視力矯正効果が不変であるという更なる利点が存在する。 結像要素と眼鏡レンズとが接触している場合、このような利点は存在しないであろう。

眼鏡の眼鏡レンズの双方（ユーザの各眼に使用される各眼鏡レンズ）、または片方のみが、欠陥視力を矯正する役割を果たし得る。 眼鏡レンズの双方が欠陥視力を矯正しない場合もあり得る。 これは例えば、眼鏡が保護ゴーグルである場合に当てはまる。

本発明による表示装置の有利な一実施形態において、第一光学構成要素または第一支持体は、ねじにより第一眼鏡レンズ上に取付けられる。 この場合、ねじと、同ねじに対応する眼鏡レンズ内の孔、および第一光学構成要素または第一支持体内の孔とで、形状固定連結が形成される。 このタイプの連結は、縁なし眼鏡に対してつるおよびブリッジを取付けるのと同様に容易に行われ得る。 この連結によって、第一眼鏡レンズに対する結像要素の確実で正確な固定位置が保証され、像生成要素により生成される像のディスプレイの質が非常に向上される。

ねじによる接続は、例えば第一眼鏡内の貫通孔を介して、第一光学構成要素内、または第一支持体内のねじ切りされた貫通孔、もしくはねじ切りされた止まり孔内に螺入される少なくとも１個のボルト、少なくとも１個のキャップスクリュー、または少なくとも１個の装着ねじによって各々行われる。

より詳細には、第一光学構成要素または第一支持体は、少なくとも２個のねじによって第一眼鏡レンズに取付けられ得る。 それによって、取付けが非常に安定する。
さらに、本発明による表示装置では、第一光学構成要素または第一支持体は、第一眼鏡レンズの縁部領域内、好ましくは上部縁領域内において第一眼鏡レンズに取付けられ得る。 この場合、第一光学構成要素または第一支持体を取付けることによる、眼鏡をかけるユーザの視野の狭まりが殆ど発生しないという利点が提供される。

第一眼鏡レンズは特に、結像要素と、眼鏡をかけるユーザの眼との間に位置し得る。 この配置において、結像要素は、ユーザの反対側の第一眼鏡レンズの片面上に取付け配置され得るため、結像要素のための十分な空間が存在している。

本発明による表示装置の特に好ましい一実施形態において、第一光学構成要素、または第一光学構成要素の支持体は、更なる形状固定連結によって第一支持体に連結され得る。 これにより、第一支持体を介した第一光学構成要素と第一眼鏡レンズとの永久連結が保証される。

さらに、本発明による表示装置において、第一光学構成要素、または第一光学構成要素の支持体は、第一支持体に対して着脱可能に連結されてもよい。 それにより、第一光学構成要素は、必要な場合にのみ眼鏡に取付けられ、第一光学構成要素が取付けられない場合は、（欠陥視力を矯正する）眼鏡の通常使用が可能になり得るという利点が生じる。

本発明の表示装置では、結像要素は、像生成要素から入射する像の光線の光路を屈曲させることが可能である。 それにより、像生成要素、および所望であれば第一光学構成要素の更なる光学要素を、結像要素の上部に配置することが可能となり、ユーザの視野方向における表示装置の奥行を小さく保持し得る。

より詳細には、結像要素は、ビーム・スプリッタにより光路を屈曲させる。 ビーム・スプリッタは、眼鏡をかけているユーザが、生成された像を周囲の風景に重ね合わせて視覚できるように構成されている。 それにより、ユーザが周囲の風景像に加えて生成像を視覚し得るように生成像が反射される、通称、拡張表現が可能となる。

結像要素は、光路を屈曲させる反射鏡を備えていてもよい。 以上のように、光路を屈曲させるための単純な手段が提供されて、非常に高品質な像が提供され得る。
本発明の更なる好ましい実施形態の表示装置は、像生成に必要とする更なる要素を備えていてもよい（例、像生成要素のための制御ユニット、電圧源または電源）。 これら更なる要素は、ハウジング内、またはハウジング上に設けられるか、またはハウジングに対して接続され得る。 特に、制御ユニットは、無線により、または電線を介して、像生成要素に接続され得る。 象生成に必要なデータは、無線により、または電線を介して、制御ユニットへ伝達され得る。

本発明による表示装置は、更に調整装置を備えていてもよい。 調整装置を使用することによって、結像要素および／または第一光学構成要素の、第一光学レンズに対する配置と配向とを調整かつ固定することが可能となる。 これを目的として、適切な調整装置が、例えば、第一支持体上、または第一光学構成要素の支持体上に設けられ得る。

この実施形態では、第一眼鏡レンズに関する結像要素および第一光学構成要素の少なくともいずれか一方の調整が容易になり、眼鏡レンズに関して結像要素および第一光学構成要素が最適に整合していない場合、調整装置によって形状固定連結を修正することが可能である。

本発明による特に好ましい実施形態の表示装置は、更なる像を生成する更なる像生成要素と、眼鏡をかけているユーザの視野内に更なる像を結像させる更なる結像要素とを有する第二光学構成要素とを備える。 第二光学構成要素、または第二光学構成要素に連結され得る第二支持体は、形状固定連結によって第二眼鏡レンズ上に取付けられ、かつ第二光学構成要素の更なる結像要素と第二眼鏡レンズとは、空隙を介して離間されている。 従って、ユーザの双方の眼に対して異なる像が生成され提供されて、特に三次元ディスプレイが可能となる。

更なる結像要素、または第二支持体は、各々、第一光学構成要素の結像要素、または第一支持体と同様に実体化され得る。
像生成要素に、後方照射ＬＣＤまたはＬＥＤ等の発光表示装置を用いてもよく、あるいは非発光表示装置を用いてもよい。 像生成要素は、例えば複数のライン状かつ柱状に配置された複数の傾斜ミラーを有する、通称、（空間）光弁（例、テキサス・インストルメンツ社（Texas Instruments)から市販されている傾斜ミラーマトリクス等）を備えていてもよい。

本発明を、図面を参照にしてより詳細に説明する。
図１に示すように、本発明による表示装置は、第一眼鏡レンズ２と第二眼鏡レンズ３とを有する眼鏡１を備える。 第一眼鏡レンズ２と第二眼鏡レンズ３とは、ブリッジＢと２個のつるＳ１，Ｓ２と、ＨＭＤモジュール５とを有する従来の眼鏡フレーム４により保持されている。

図１にて概略的に示すＨＭＤモジュール５は、像を生成可能な像生成要素６（例、後方照射ＬＣＤモジュール）を有し、生成された像は、第一光学構成要素７を介して眼鏡１を装着しているユーザの第一視野内に結像されるためユーザは像を視覚することができる。

第一光学構成要素７は、図面中にレンズとして概略的に描かれる結像光学系８と、本願に開示する実施形態ではスプリッタ・キューブである結像要素９とを備えている。
結像光学系８と像生成要素６とは、ハウジング１０内に配置されている。 結像光学系８と像生成要素６とは、実際にはカバー１０により隠蔽されており、図１では不可視であるために、比較的薄い線で図示されている。 スプリッタ・キューブ９は、ハウジング１０の底部解放端においてハウジング１０に連結されている。

図１の前面図に示すように、ハウジング１０は、側方に突出した２個のフランジ１１，１２を更に有し、同フランジ１１，１２は眼鏡レンズ２内に堅固にねじにて止められている。 これを目的として、各フランジ１１，１２には貫通孔が形成され、フランジ１１，１２の貫通孔と対応する２個の貫通孔が、第一眼鏡レンズ２内に形成されている。 図２に示すように、第一眼鏡レンズ２の観察者側から、貫通孔を介してねじ１３が貫通されている。 ねじ１３には、眼鏡レンズ２の他方側からナット１４が螺合してフランジ１１，１２は第一眼鏡レンズ２に対して押圧されて、ハウジング１０と第一眼鏡レンズ２とが形状固定連結される。

図２に示すように、フランジ１１，１２は、ＨＭＤモジュール５が第一眼鏡レンズ２上に取付けられた状態にて、結像要素９（スプリッタ・キューブ）と第一眼鏡レンズ２との間に空隙１５（エアギャップ）が形成されるように設けられる。 このことは、眼鏡１が欠陥視力を矯正する眼鏡である場合、エアギャップが存在することによって、結像要素９が第一眼鏡レンズ２の視力矯正効果に影響を与えないため特に有利である。

図１に示す表示装置は、眼鏡１をかけているユーザ（眼Ａにて概略図に示す）が、像生成要素６により生成された（矢印Ｐ１，Ｐ２で示す）像がスプリッタ・キューブ９によって周囲の風景（矢印Ｐ３で示す）に重ね合わされて視覚し得るため、拡張表示にて提供されている。 勿論、スプリッタ・キューブ９の代わりに、例えば反射プリズムを使用してもよく、その場合、生成像は周囲の風景に重ね合わされず、ユーザは生成像の領域内で像のみを視覚し得る。

ＨＭＤモジュール５は、像の生成に必要な更なる要素（図示せず）、例えば、像生成要素６用の制御ユニット、および電圧源または電源等を備えてもよい。 これらの要素は、ハウジング１０内またはハウジング１０上に設けられるか、またはハウジング１０に対して接続され得る。 特に、制御ユニットは、無線により、または電線を介して像生成要素６に接続され得る。 像生成に必要なデータは、無線により、または電線を介して制御ユニットへ伝達され得る。

上記のボルト１３によるねじに加えて、ハウジング１０内に、例えば第一眼鏡レンズ２内の貫通孔と対応し、かつ該貫通孔に対応するねじが内部に挿入され得る、２個のねじ切りされた貫通孔（図示せず）または止まり孔（図示せず）を設けてもよい。 この止まり孔をスプリッタ・キューブ９自体内に設けてもよく、その場合、スプリッタ・キューブ９と第一眼鏡レンズとは形状固定連結される。

ＨＭＤモジュールを、第二眼鏡レンズ３上に取付けることも可能である。 このＨＭＤモジュールは、ＨＭＤモジュール５と同様の形態にて取付けられ得る。 この場合、ユーザの右眼と左眼とに対して像が別々に生成供給されるため、生成像による三次元ディスプレイが可能となる。 この場合、立体画像にて特に重要な眼距離は、ＨＭＤモジュールの正確な固定のみによって維持されるため、ＨＭＤモジュールを正確に固定することが特に有利である。

図３は、本発明の更なる実施形態による、支持体１６と、ハウジング１０上に取付けられた対応支持体１７を有する（図１のＨＭＤモジュール５とほぼ同一の形態を有し、モジュール５と同一の要素が同一の参照番号で示される）ＨＭＤモジュール５'の一部とを示す斜視図である。

支持体１６は２個の貫通孔１９，２０を有する取付け板１８を備え、貫通孔１９，２０は、図１および図２の実施形態と同様に、第一眼鏡レンズ２内の２個の貫通孔と対応している。 従って、支持体１６は（図１および図２の実施形態と同様に）、形状固定連結が形成されるように、第一眼鏡レンズ２に対して堅固にねじにて止められ得る。 取付け板１８は第一眼鏡レンズ２の湾曲に一致する形状を有してもよく、その場合、取付け板１８は、レンズ２に密着された状態でレンズ２と接触する。

Ｔ字状の案内要素２１は、（支持体１６に取付けられた状態にて）、第一眼鏡レンズ２に面していない取付け板の側面上に装着されている。 案内要素２１は、取付け板１８に連結された中心板２２と、側方板２３とを有する。

ハウジング１０上に取付けられている対応支持体１７は、Ｔ字状の溝２４を有する。 このＴ字溝は、対応支持体１７が案内要素２１の上方から摺動下降されることによって案内要素２１上に配置可能であり、かつ２個の自由脚部２５，２６が、案内要素２１の側方板２３の両側上を包囲するように形成されている。

さらに、対応支持体１７のＴ字溝２４内には、連結状態において案内要素２１の上部端面２８に支持される、停止要素２７が設けられている。 これにより、支持体１６とハウジング１０との間に着脱可能な（形状固定）連結が形成されて、ＨＭＤモジュール５'は所望に応じて眼鏡１に連結され得る。

本発明の第一実施形態による表示装置の略前面図。

図１に示した表示装置の拡大略側面図。

更なる実施形態による、眼鏡レンズに取付けられるべき支持体と、ＨＭＤモジュールとの略斜視図。