JP4961594B2 - オフサルミックレンズ及び光学結像器インサートを備えたオフサルミックディスプレイ - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、オフサルミックレンズ及び、画像又はマルチメディアタイプの情報を投影することを可能にする光学結像器を備えたオフサルミックディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
「レンズ」という用語は、より詳細には、一対の眼鏡のフレームに取り付けるのに適した任意補正レンズに関する。このようなオフサルミックレンズは、例えば従来の視力矯正、反射防止、汚れ防止、引っかき防止機能を示すことができる。
【０００３】
米国特許第５８８６８２２号は、投影インサートを示すオフサルミックレンズを開示している。このような投影インサートは、小型スクリーン、レーザダイオード、又は発光ダイオード（ＬＥＤ）タイプの電子信号から光ビームを発生する電子及び光学システムから生じる光ビームを成形する光学結像器によって構成されている。光学結像器は、光ビームを着用者の眼に向けて、その情報内容を見ることを可能にする。
【０００４】
図１は、このような既知のオフサルミックディスプレイの平面図である。
レンズ３００内には、プリズム４０１Ａと、バッキングプリズム４０１Ｂと、四分波プレート４０４と、マンジャン鏡４０３とから構成された光学結像器インサート４００が埋め込まれている。光学結像器インサート４００は、薄膜の被覆物の形で実施することができる偏光分離処理部４０２を備えている。
【０００５】
電子信号伝達情報は、図示していないケーブルによって小型スクリーンに運ばれる。小型スクリーン３２０は、バックライトプロジェクタによって照射され、情報に応じた画素画像を発生させることによってこの信号に応答する。
【０００６】
小型スクリーン３２０から生じて点線で示した経路に続く光ビームは、中を偏光分離処理部４０２に到達するように通過するオフサルミックレンズ内でレンズ３６０及び鏡３２５を介して伝達される。スクリーンによって発せられる光ビームの偏光は、偏光分離処理部４０２上の光線の入射面にあるように向けられる。これは、Ｐ方向に向けられると言われる。光ビームは、その後バッキングプリズム４０１Ｂを通し、その後四分波プレート４０４を通してマンジャン鏡４０３まで伝播され、そこで四分波プレート４０４を通して反対方向に通過するように反射される。マンジャン鏡４０３の役割は、スクリーンの情報画像Ｉを作り出し、これをユーザに対して快適な視野距離にあるように位置決めすることである。普通、この視野距離は、画像が１メートル先にあるようにユーザに見えるように調節される。さらに、画像の見かけの寸法は、光学結像器インサート４００の特徴に応じて対角線に沿って約１２度であってもよい。
【０００７】
四分波プレート４０４は、光ビームの分光に対して４５度に向けられた軸を有する。したがって、光ビームの第１の通過の際、円形の偏光状態で出る。最後に、第２の通過の終わりには、光ビームは直線偏光状態にあるが、初期偏光に対して９０度に向けられている。このように、マンジャン鏡４０３によって反射した光ビームが四分波プレート４０４を通して２回通過すると、偏光分離処理が行なわれ、そこで普通はＳと書かれた入射平面に垂直な偏光方向を有する。したがって、マンジャン鏡４０３を介して小型スクリーン３２０の情報画像Ｉを見る着用者の眼に対して高い測光効率で反射される。
【０００８】
このようなディスプレイは、以下の問題を呈する。
光学結像器インサート４００は、光学結像器インサート４００の前部領域に等しい面積の立方体を実質的に占めており、この領域内では周囲の視界が遮られる。立方体の外側では、眼鏡の着用者はオフサルミックレンズ３００を通して周囲を見ることができる。
システムによって表示される情報画像Ｉは、外部環境から来る光の重なりによりコントラストの損失が起こることが分かった。この現象は、情報眼鏡が外で使用される場合に特に顕著である。
【０００９】
コントラストは以下のように定義される：
Ｃ＝（Ｉｏｎ−Ｉｏｆｆ）／（Ｉｏｎ＋Ｉｏｆｆ）
式中、Ｉｏｎは周囲の前に配置された情報画像を見る場合に眼が受ける強度であり、Ｉｏｆｆは情報画像なしで周囲を見る場合に眼が受ける画像である。
【００１０】
さらに、レンズに含まれる偏光分離立方体である光学結像器インサート４００は、外から見え、魅力のない外観効果が生じる。これは、全体の５０％の非偏光周辺光しか通過させることができない偏光分離多層処理によるものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、適切なコントラストを画像内で保護することを可能にし、ほとんど見えなくするように立方体を隠すことによって、これらの問題を解決することを可能にするオフサルミックディスプレイを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、情報画像（Ｉ）を提供する小型スクリーン（３２０）を備え、着用者は光学結像器インサート（４００）を介して前記小型スクリーン（３２０）からの前記情報画像（Ｉ）を見るオフサルミックディスプレイであって、第１偏光方向の偏光透過度を有して光ビームを通過させ、着用者の眼（１）に向けて、前記情報画像（Ｉ）が見られるようにする前記光学結像器インサート（４００）を有し、周囲からの光を通すオフサルミックレンズ（３００）を備え、第２偏光方向を有する偏光子（２Ａ）と偏光方向を調節可能なエレメント（２Ｂ）から構成され前記オフサルミックレンズ（３００）の周囲の光が入る前面の全体に配置される少なくとも１つの偏光器エレメント（２）を含み、前記光学結像器インサート（４００）を介して前記情報画像（Ｉ）を見る場合に、偏光方向を調節可能な前記エレメント（２Ｂ）は 第１の偏光方向に垂直な偏光として前記光学結像器インサート（４００）を通過する前記周囲からの光を遮り、前記光学結像器インサート（４００）を介して前記情報画像（Ｉ）を見ない場合は、前記エレメント（２Ｂ）は、光の偏光方向を第１偏光方向に平行な偏光にして、前記偏光器エレメント（２）は前記光学結像器インサート（４００）を隠す、ことを特徴とする。
【００１３】
本発明のオフサルミックディスプレイによれば、適切なコントラストを画像内で保護することを可能にし、偏光分離立方体である光学結像器インサート４００が不透明になり、したがって光学結像器インサート４００は、外部の観察者にはあまり見えなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の好ましい実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図２は、本発明の略図である。
図３は、特定の実施形態における、本発明によるオフサルミックディスプレイの断面図である。
図４は、別の特定の実施形態を構成する、本発明によるオフサルミックディスプレイを示す。
【００１５】
図２は、光学結像器インサート４００を含むオフサルミックレンズ３００を示している。例として、光学結像器インサート４００は、上記米国特許第５８８６８２２号に記載されたものと同じタイプであってもよい。
【００１６】
本発明によるオフサルミックディスプレイは、偏光方向をＰにする光学結像器インサート４００を含むオフサルミックレンズ３００を備え、光ビームを形成して、これらをユーザの眼１に向け、情報内容を見ることができるようにしている。オフサルミックディスプレイはまた、オフサルミックレンズ３００の面の一方、好ましくはその前面に配置するための偏光器エレメント２を備えている。
【００１７】
このような偏光分離器立方体である光学結像器インサート４００は、ほぼ９０％以上の高いＰ偏光透過度、及び低いＳ偏光透過度を示し、これはほぼ９０％以上の高いＳ偏光反射、及び低いＰ偏光反射を示す。
【００１８】
従って、光学結像器インサート４００は、Ｐ偏光を有し、この実施形態で偏光器２は光学結像器インサート４００と平行に偏光する。
【００１９】
この構成では、偏光分離器立方体である光学結像器インサート４００の偏光方向Ｐへの偏光器２の偏光方向の位置合わせは、透過度をレンズ全体の上でより均一にする効果を有する。外部の観察者への多層処理４０４の視認性はしたがって、かなり減少する。
【００２０】
例として、偏光器なしのオフサルミックレンズ３００が白色シート上に配置されると仮定する。レンズの残りの部分を通した周囲の透過度はそれにより、ほぼ１００％であり、偏光分離器立方体である光学結像器インサート４００を通した周囲の透過度は偏光されていない光ではほぼ５０％である。偏光分離器立方体である光学結像器インサート４００はその後、０．３３のコントラストを備えると考えられ、したがって明らかに見える。
【００２１】
次に、オフサルミックレンズ３００の前面が、光学結像器インサート４００と平行な偏光方向に向けられた偏光器エレメント２を有すると仮定する。レンズの残りを通した周囲の透過度はほぼ５０％であり、偏光分離器立方体である光学結像器インサート４００を通した周囲の透過度はほぼ４５％である。偏光分離器立方体である光学結像器インサート４００はその後、約０．０５のコントラストを備えると考えられ、これはほとんど見えない物体を示している。
【００２２】
偏光器エレメント２は、フック又はマグネット部によってフレームに固定される適切なクリップにより眼鏡のフレームに固定することができ、取り外し可能なプレートによって構成することができる。
【００２３】
偏光器エレメント２は、永久に又は一時的にレンズに接着結合されるのに適切なフィルムによって構成することができる。
偏光器エレメント２は、レンズ上のフィルム上に被着される層によって構成することができる。例えば、このタイプの偏光器はフィルム、ブラシがけされた分子、又は当業者に知られている種類のワイヤ偏光子によって構成することができる。
【００２４】
特定の実施形態では、偏光器エレメント２は調節可能な偏光を備えたエレメントによって構成される。このような状況で、大きさを調節可能である偏光回転を示すキラル分子に基づく活性フィルムによって構成することができる。
【００２５】
普通、このタイプの調節可能な偏光エレメントでは、液晶層には従来の偏光子が取り付けられている。制御電圧を加えることによって、全体として偏光子の方向を変更することが可能である。偏光方向制御は、制御部を使用してユーザによって設定される。有利には、制御部はオフサルミックディスプレイ用の全体の制御を行なう単一のハウジング内に一体化される。
【００２６】
この実施形態は、所望の効果を得るため、偏光子の方向を調節することを可能にする利点を示している。
【００２７】
光学結像器インサート４００と平行な偏光器システムの偏光方向を設定することによって、外側から見えるインサートは上述のとおり隠される。
【００２８】
偏光器システムの偏光方向を光学結像器インサート４００と垂直になるように調節することによって、周囲環境の画像の輝度が低くなる。
【００２９】
大きさの順序に関し、様々な照明状態において、約１２０カンデラ毎平方メートル（ｃｄ／ｍ２）の輝度を備えたオフサルミックレンズ３００によって表示される情報画像Ｉのコントラストは、本発明による偏光器を使用しない場合に、以下の表に示すように算出される。

【００３０】
偏光分離器立方体である光学結像器インサート４００に対して交差する方向の偏光器エレメント２では、偏光分離器立方体である光学結像器インサート４００を通る透過度はかなり減少する。偏光器エレメント２の効果がより大きくなり、偏光分離処理部４０２の分離処理がより良くなると、コントラストの改良も良くなる。理想的には、完全な偏光器エレメント２及び偏光分離処理部４０２では、得られるコントラストは１である。
【００３１】
周囲の輝度と比較した情報画像のコントラストを改良することが望ましい構成では、偏光器の方向は偏光分離器立方体である光学結像器インサート４００のＰ分光に交差する。このような状況では、レンズの残りの部分を通る周囲環境の透過度は約５０％であり、偏光分離器立方体である光学結像器インサート４００を通る周囲環境の透過度は０に近い。
【００３２】
偏光分離器立方体である光学結像器インサート４００がほぼ９０％の効率を示し、偏光器がほぼ９９％の効率を示すと仮定すると、以下のコントラスト値が本発明により得られる。

【００３３】
前の表と比較すると、コントラストはかなり大きく改善されており、「雲量」タイプの屋外状況、及びおそらく「日光」の状況でも装置を使用できることが容易に分かる。
【００３４】
偏光器エレメント２が調節可能な分光を提供するエレメントによって構成されない場合、オフサルミックディスプレイも、光学結像器インサート４００と同じ偏光を示し、オフサルミックレンズ３００の面の一方に配置する第２の偏光器エレメントを含むことが有利である。
【００３５】
装置が単に日光を補正するレンズとして使用される場合、ユーザは光学結像器インサート４００を隠すように働く第２の偏光器エレメント２を使用する。
装置が光学結像器インサート４００により情報画像Ｉを見るためのレンズとして使用される場合、ユーザは必要に応じて、周囲の輝度がかなりある場合でも画像のコントラストを最適化する第２の偏光器エレメント２を使用する。
【００３６】
【００３６】
図３に示す特定の実施形態では、偏光器エレメント２は光の振動方向を変更するエレメント（２Ａ、２Ｂ）から構成されオフサルミックレンズ（３００）の面上に配置される。
【００３７】
調節可能な偏光を有するエレメントの１つのタイプでは、液晶層２Ｂには従来の偏光子２Ａが取り付けられている。制御電圧３により、
液晶層２Ｂを通過する光の偏光方向を変えることが可能である。偏光方向の制御は、制御部を使用してユーザによって設定される。
【００３８】
静止状態では、液晶フィルム２Ｂには電圧は加えられない。したがって、液晶はレンズを通過する周囲からの光Ｌの偏光を変換しない。
【００３９】
偏光器エレメント２がＳ方向を有する場合、偏光分離器立方体である光学結像器インサート４００を通過する周囲からの光Ｌ１は偏光を持ち、偏光分離処理によって遮られるようになる。偏光分離器立方体である光学結像器インサート４００が不透明になり、その後情報画像Ｉのコントラストは周囲背景の画像の上で改善される。
【００４０】
逆に、偏光器エレメント２がＰ方向を有する場合、周囲からの光Ｌ１は、レンズの他の部分を通過する光Ｌとほぼ同等の透過度で偏光分離器立方体である光学結像器インサート４００を右に通過する。光学結像器インサート４００はしたがって、外部の観察者にはあまり見えなくなる。
【００４１】
動的状態では、電圧Ｖが液晶フィルム２Ｂに加えられる。この電圧Ｖは、液晶が光の偏光を９０度回転させるような技術により算出される。したがって、偏光子２ＡがＰ偏光を向いている場合、液晶層２Ｂからの出口では、偏光はＳであり、偏光子２ＡがＳ偏光を向いている場合、液晶層からの出口ではＰとなるだろう。これにより、静止状態で得られる挙動と反対の挙動が提供される。
【００４２】
別の方法では、電圧Ｖを任意選択で連続的に、０ボルト（Ｖ）からＵボルトの範囲にわたって変え、液晶によって偏光に加えられる回転を変調することが可能になる。これにより、ユーザによって選択されたような、光学結像器インサート４００の小さな可視性と周囲に対するより優れたコントラストの間の妥協を得るように遷移挙動を得ることが可能になる。
【００４３】
図４に示すように、偏光方向を局所的に変調することができるように、液晶フィルム２Ｂを画素化することが可能である。各画素は、既知の角度で偏光を旋回させるように働く電気信号で個別に処理される。これらの技術は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）スクリーンの分野で知られている。これにより、制御可能な方法で、偏光の透過度を空間で変調することが可能になる。これは、インサート偽装機能、又は改良コントラスト機能の何れかを保持しながら、ユーザによって選択することができる状態で高度の偏光を示す周囲（水面、太陽と反対側の青空、反射止めガラスなど）を見るのに有用である。
【００４４】
例として、図４は周囲から来るガラスからの側部反射ＲＶを示している。液晶フィルム２Ｂは、偏光Ｓを有する画素ＰＩ（Ｓ）及び偏光Ｐを有する画素ＰＩ（Ｐ）を有する。第１の画素ＰＩ（Ｓ）は、周囲環境に対してコントラストを良くするように働く。第２の画素ＰＩ（Ｐ）は、側部から来る反射ＲＶを遮断するように働く。周囲環境からの残りの光は、矢印Ｌで示されている。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】既知のオフサルミックディスプレイの平面図である。
【図２】本発明の略図である。
【図３】本発明による特定の実施形態のオフサルミックディスプレイの断面図である。
【図４】本発明による他の特定の実施形態のオフサルミックディスプレイを示す。
【符号の説明】
【００４６】
１ 眼
２ 偏光器エレメント
３ 制御電圧
３００ オフサルミックレンズ
３２０ 小型スクリーン
３２５ 鏡
３６０ レンズ
４００ 光学結像器インサート、偏光分離器立方体
４０１Ａ プリズム
４０１Ｂ バッキングプリズム
４０２ 偏光分離処理部
４０３ マンジャン鏡
４０４ 四分波プレート
Ｉ 情報画像
ＰＩ（Ｐ） 偏光Ｓを有する画素
ＰＩ（Ｓ） 偏光Ｐを有する画素

Claims (3)

1. 情報画像（Ｉ）を提供する小型スクリーン（３２０）を備え、着用者は光学結像器インサート（４００）を介して前記小型スクリーン（３２０）からの前記情報画像（Ｉ）を見るオフサルミックディスプレイであって、
   第１偏光方向の偏光透過度を有して光ビームを通過させ、着用者の眼（１）に向けて、前記情報画像（Ｉ）が見られるようにする前記光学結像器インサート（４００）を有し、周囲からの光を通すオフサルミックレンズ（３００）を備え、
   第２偏光方向を有する偏光子（２Ａ）と偏光方向を調節可能なエレメント（２Ｂ）から構成され前記オフサルミックレンズ（３００）の周囲の光が入る前面の全体に配置される少なくとも１つの偏光器エレメント（２）を含み、
   前記光学結像器インサート（４００）を介して前記情報画像（Ｉ）を見る場合に、偏光方向を調節可能な前記エレメント（２Ｂ）は 第１の偏光方向に垂直な偏光に変換して通過させ、前記光学結像器インサート（４００）を通過する前記周囲からの光を遮り、
   前記光学結像器インサート（４００）を介して前記情報画像（Ｉ）を見ない場合は、前記エレメント（２Ｂ）は、光の偏光方向を第１偏光方向に平行な偏光に変換して通過させ、 前記偏光器エレメント（２）は前記光学結像器インサート（４００）を隠す、
   ことを特徴とするオフサルミックレンズ及び光学結像器インサートを備えたオフサルミックディスプレイ。
2. 前記偏光方向を調節可能なエレメント（２Ｂ）は、調節可能な大きさの偏光回転を示すキラル分子に基づく活性膜を備えることを特徴とする請求項１に記載のオフサルミックレンズ及び光学結像器インサートを備えたオフサルミックディスプレイ。
3. 前記活性膜は画素化され、各画素は電気信号を個別に受けることを特徴とする請求項２に記載のオフサルミックレンズ及び光学結像器インサートを備えたオフサルミックディスプレイ。

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