JPH11508373A - ヘッドギア・ディスプレイシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ヘッドギア・ディスプレイ・システムは、一対のレンズおよび光結合器を利用して視覚画像を観測者の目に視準する、簡単な軸外れの光投影系を組み込む。

Description

【発明の詳細な説明】 ヘッドギア・ディスプレイシステム 発明の背景 発明の分野 本発明は、一般に、このヘッドギア・ディスプレイ・システムの使用者に、そ の人の視野から見た外部シーンと同時に視覚情報を提供するヘッドギア・ディス プレイ・システムに関する。 関連技術の説明 コンピュータまたはその他のソースが生成した視覚情報および／または画像を 、直接見える外部シーンとともに、またはそれに重ねて、あるいはその両方で、 同時に見ることの可能な、「ヘルメット・ディスプレイ・システム」、「頭部装 着ディスプレイ」、「ヘッドアップ・ディスプレイ」などと呼ばれることがある ヘッドギア・ディスプレイは周知である。 このようなヘッドギア・ディスプレイ・システムは、訓練、機械制御、娯楽な ど多くの領域で有用である。このようなシステムは、乗物の操縦者および武器の 制御者に情報を与えなければならない軍事分野で特に有用である。航空機のパイ ロットは、航空機の操縦、気象レーダの提示、地図、武器の照準、および彼らの 飛行任務で有効または望まれる情報に関係したその他の情報を与えるのにこのよ うなシステムが便利であることを認めている。 いくつかのシステムでは、視覚情報または視覚画像を、ヘルメット・バイザで あることもあるヘッドギアに装着した光結合器上に、使用者の目すなわち観測者 の視線を考慮して重ねる。これらの視覚画像は、陰極線管、光ファイバ・ディス プレイ、フラット・スクリーン液晶、またはエレクトロルミナンス装置を含む様 々なディスプレイ・ソースから得ることができるが、そのいくつかは画像強調装 置、および適当な光学リレー・システムで動作する写真プロジェクタを含み、そ れらは全て観測者に視覚情報を与えることができる。 画像を表示するヘルメット装着式システムは、ＣＲＴディスプレイから複数の 反射鏡を含む光学系によって導かれ、最終的に観測者の視野中で通常の視線より わずかに上に画像を置くヘルメット装着式ディスプレイを教示する、Ｓｔａｎｔ ｏｎに発行された米国特許第３０５９５１９号で周知である。 Ｖｉｚｅｎｏｒに発行された米国特許第３７８７１０９号は、一対の放物面バ イザをヘルメットが備えるディスプレイを開示する。バイザは、光を通す光結合 器または鏡として機能し、ディスプレイ・ソースの画像をバイザから観測者の目 に反射させるために一部に主光学素子として機能する反射する被覆を内側表面に 有している。 Ｔａｓｋ他に発行された米国特許第４４６５３４７号は、バイザの内側表面上 に画像を投影する望遠鏡的光学系から画像を得るシステムを開示する。視覚画像 はヘルメットの平面鏡に反射され、もう一度バイザに反射され、そこで視覚者の 目に向けられ、外部シーンの一部となって現れる。 大幅に複雑になったヘルメット・ディスプレイが、Ｂｏｓｓｅｒｍａｎに発行 された米国特許第４３６１３８４号に開示されている。開示されるのは、薄膜フ ラット・パネル・ディスプレイおよびウェハ・ダイオード映像増倍管を組み合わ せた装置である。複数の半透明光学系により、画像はフラット・パネル・ディス プレイから観測者の目に向けられる。映像増倍装置もまた、同じ光学系を使用し て視覚画像を目に向け、そこでそれをバイザを介して観測した外部シーンから受 ける画像の上に重ねることができる。したがって、観測者は、バイザおよびフラ ット・パネル・ディスプレイの画像の両方を通して外部を見る。反射させるため に、バイザをホログラフィ状、円環面状、非球面状、または球面状にすることが できる。 Ｂｏｓｓｅｒｍａｎ他に発行された米国特許第４０２６６４１号は、円環面凸 状物体面を有し、光伝達装置として機能して補助ディスプレイから円環面凸状物 体面に視覚情報を伝達する光ファイバ束を含む、ヘッドギア・ディスプレイ・シ ステムを開示する。視覚画像は、ヘッドギア・ディスプレイ・システムの使用者 の目に視覚画像を向けるように機能する円環面状光結合器に向けられる。 多くの場合、従来技術のヘッドギア・ディスプレイ・システムでは一般に、光 結合器として機能してヘッドギア・バイザに視覚画像を投影する投影系のために その内部で利用する光学素子を含む、軸上の光学系（すなわち中央の光軸の周り で対称的に配列され、時には折り重ねられる系）を利用する。しかし、米国特許 第４９６８１１７号は、プリズムおよび一連の光学素子を含み、その光軸がプリ ズム面からの射出画像に対して軸外れになっている複雑な投影系を備えた非球面 状結合器の利用を開示する。開示される光学系は、光学リレー系、およびその後 に続く視覚画像をヘッドギア・ディスプレイ・システムの使用者の目に向けて視 準する体系を例示している。 現在利用可能な従来のヘッドギア・ディスプレイ・システムそれぞれの問題は 、そのサイズおよび容積である。これは主に、意図した機能を達成するために選 択した光学系によるものである。従来技術のシステムに関する第２の問題は、よ り大きいアイレリーフを形成できないことである。 発明の概要 本発明の目的は、従来技術のシステムより大きいアイレリーフをもたらすヘッ ドギア・ディスプレイ・システムを提供することである。 本発明の目的は、ディスプレイ・ソースの電力要件を低くし、ヘッドギア・デ ィスプレイ・システムの総重量を軽くするような光効率を有するヘッドギア・デ ィスプレイ・システムを提供することである。 本発明によれば、視覚情報と外部シーンを観測者の視野中で同時に重ねるヘッ ドギア・ディスプレイ・システムが提供される。このヘッドギア・ディスプレイ ・システムは、観測者の頭部に装着するように適合されたヘッドギアに取り付け るためのものである。このヘッドギア・ディスプレイ・システムは、視覚画像を 生成して視覚情報を表示するディスプレイ・ソースを含む。本発明によるディス プレイ・システムはさらに、一対のレンズ、および視覚画像をヘッドギア・ディ スプレイ・システムの使用者の目に向けて視準するように構成された光結合器を 含む。 図面の簡単な説明 第１図は、ディスプレイ・ソース、光投影系、および使用者の目の位置の相対 位置を示す、従来技術のヘッドギア・ディスプレイ・システムを示す図である。 第２図は、本発明によるヘッドギア・ディスプレイ・システムを示す図である 。 第３図は、本発明によるヘッドギア・ディスプレイ・システムで利用される光 学構成要素の関係を示すダイアグラムである。 第４図は、第２図および第３図に示す光学構成要素を利用することによって生 じる、ソースから目までの視覚画像の光線を示すダイアグラムである。 第５図は、本発明のヘッドギア・ディスプレイ・システムから生じる視覚画像 を観測したものを示す概略図である。 第６図は、従来技術の軸上のヘッドギア・ディスプレイ・システムから生じる 視覚画像を観測したものを示す概略図である。 好ましい実施形態の説明 第１図は、当技術分野では周知であり、Ｒａｌｌｉｓｏｎに発行された米国特 許第５３０３０８５号に記載のそれと完全に同様ではないが類似している、軸上 の光学構成を示す図である。このヘッドギア・ディスプレイ・システムは、一般 にディスプレイ・ソース１１０と、光を通す結合器として、また外部シーンを見 るためのヘルメット・バイザとしても機能することができる光結合器手段１４０ 上に視覚情報を投影するように機能するレンズ１２０およびビーム・スプリッタ １３０を含む光投影系とを含む。従来のヘッドギア・ディスプレイ・システムの 前記構成要素は、一般にヘッドギア（図示せず）に装着される。第１図に示すよ うに従来技術の全ての光学構成要素は、軸上の光学素子である。すなわち、図示 のように折り重なる光学構成要素の中央軸または光学軸の周りで対称的に配列さ れる。 第１図に示すヘッドギア・ディスプレイ・システムは、以下のように動作する 。例えば、小型フラット・パネル・ディスプレイ・ソースであるディスプレイ・ ソース１１０は、像平面１１４に垂直な中央画像参照軸１１６を有する像平面１ １４を規定する像面１１２を含む。 像平面１１４から発出する視覚画像からの光線は、最初に通常は視野フラット ナ（field flattner）として利用するレンズ１２０を通過する。光線は、次に部 分反射ビーム・スプリッタ１３０に伝搬し、そこで光結合器１４０の部分反射表 面１４２に向けて反射される。これらの光線は、次に部分反射表面１４２で反射 されてビーム・スプリッタ１３０に戻り、これを通過して観測者すなわちヘッド ギア・ディスプレイ・システムの使用者の目１５０に向かう。 第１図に示すヘッドギア・ディスプレイ・システムを適切に機能させるために 、この軸上の機械装置で利用するビーム・スプリッタ１３０と結合器１４０の光 学被覆は、考えられる２つの方式の一方に従って構成される可能性が高い。第１ に、１つの手法は、ビーム・スプリッタ１３０および結合器１４０の両方に対し て、５０％反射（したがって５０％透過）のニュートラル被覆を使用するもので ある。もう１つの手法は、あるスペクトル・バンド（モノクロ・ディスプレイの 場合にはディスプレイ・ソースのスペクトル出力に集中させ、カラー・ディスプ レイの場合には複数のスペクトル・バンドにする）内で反射係数の高い狭スペク トル・バンド被覆を使用するものである。どちらの場合でも、光透過効率の損失 は、光線がビーム・スプリッタおよび結合器表面のそれぞれで繰り返しはね返さ れるために生じる。例えば、ニュートラル被覆を使用する場合、３つすなわちビ ーム・スプリッタ−結合器−ビーム・スプリッタの反射表面による光透過率は、 レンズ１２０による損失が小さいものと想定すると、概算で以下のようになる。 ０．５×０．５×０．５＝０．１２５ 狭スペクトル・フィルタ被覆を使用する場合は、透過率の損失はこれほど大き くはならないが依然として相当量であり、観測者が見る外部シーンの色変化が不 快になることがある。しかし、これもまた全光経路中に３回の反射を含む（ビー ム・スプリッタからの反射が２回、光を通す結合器からの反射が１回である）。 第２図は、本発明による軸外れの光学構成を利用するヘッドギア・ディスプレ イ・システムを示す図である。第１図と同様、この図には、像平面１１４および 中央画像参照軸１１６を決める像面１１２を備えているディスプレイ・ソース１ １０を示す。 光投影系は、それを通して観測者が外部シーンを見ると同時にディスプレイ・ ソースが提供する投影された視覚画像を見ることができる光を通すまたは部分反 射の光結合器２５０上に視覚画像を投影する球面レンズ２２０および２４０によ り形成される。光結合器２５０は、一般に５０％反射の観測者側表面２５２、お よび面２５２の反対側の一般に抗反射被覆を有する外部シーン側表面２５４を含 む。 本発明の好ましい実施形態の投影系では、第２図に示すレンズ２２０および２ ４０の偏心部分のみを利用する。このことを、コア・レンズ２２０および２４０ をそれぞれ切り出すことになる完全な対称形球面レンズ３２０および３４０の側 面図を示す第３図の図に詳細に図示する。第３図に、本発明により利用する光学 構成要素の光学的関係をさらに示す。 次に第３図を参照すると、この場合もやはりディスプレイ・ソースの像平面１ １４および中央画像参照軸１１６が示されている。球面レンズ３２０の中央レン ズ軸３２２は、球面レンズ３４０の中央レンズ軸３４２と位置合わせされる。レ ンズ３２０および３４０は、それらそれぞれの中央レンズ軸がともに、中央画像 参照軸１１６に対して偏心化され、角度αだけ傾くように向きを調節される。さ らに、光結合器２５０の中央軸２５６は、レンズ３２０および３４０の中央レン ズ軸に関して偏心化され、角度βだけ傾けられる。 第４図は、像平面１１４からコア切り出しレンズ２２０および２４０を通って 次々に投影され、光結合器２５０の観測者側表面２５２で反射され、観測者の目 １５０に向かう光線を示す図である。図示するように、本発明による一対のレン ズおよび光結合器からなる簡単な光学系は、観測者の目に虚像を生じさせる視準 用光学系を提供する。 本発明の好ましい実施形態では、結合器２５０は非球面型のトロイドに、レン ズ２２０および２４０は球面型に構成することが好ましい。当業者には周知のよ うに、これらの光学構成要素の曲率半径、厚さ、非球面および球面の係数、選択 した光学材料、ならびにそれらの間の相対的な間隔は、虚像が意図通りに観測者 の目に視準されるように選択および配列されなければならない。したがって、第 ３図に示す光学構成要素の寸法および向きは単なる例示であり、当業者には周知 のようにその他の組合せが可能である。 図面に示した簡単な光学系は当技術分野の技術水準の範囲内で変化させること ができ、その全てが本発明の趣旨および範囲内にあるように意図されていること が、当業者なら理解できるはずである。さらに具体的には、本発明の趣旨および 範囲を逸脱することなく、レンズ３２０および３４０それぞれからのレンズ２２ ０および２４０の中心部切り出しは、球面状にすることも非球面状にすることも でき、同様に、円環面上の光結合器２５０もまた球面状にすることも非球面状に することもできる。 当業者には理解されるように、第２図に示した構成では、使用者の目と外部シ ーンの間にただ１つの反射表面しか含まない（外部シーンは光を通す結合器２５ ０を介して見る）。したがって、本発明では、ディスプレイ・ソースの視覚画像 の光出力は、光を通す結合器２５０が達成する光結合器２５０のビーム・スプリ ッタ機能によって５０％しか減少しない。従来技術と比較して、本発明を利用す ることにより光の効率は４倍にも改善される。これは、ディスプレイ・ソース１ １０が必要とする電力を、軸上の光学機械装置を使用する従来技術で使用するそ れよりも７５％減少させることができることを意味する。電力消失が減少すると 、ヒート・シンク構造が必要とする重量が減少し、その両方がバッテリ動作式携 帯用システムでは特に重要であるので、このことはヘッドギア・ディスプレイ・ システムでは最も重要である。 本発明の第２の利点は、それが第１図に示す従来技術と比較して付加的なアイ レリーフを与えることができる点である。アイレリーフはユーザの目とヘッドギ ア・ディスプレイ・システムの最も近い光学素子との間の距離であると定義され るので、そのようになる。このことは、眼鏡をかけた人が実用的なアイレリーフ を有することになる点で特に重要である。第１図の従来技術と第２図の技術とを 比較して、従来技術よりも本発明のアイレリーフの方が大きくなるのは、従来技 術の光学機械装置では目と光を通す結合器の間にビーム・スプリッタを必要とす るためである。それに対して本発明では、光結合器は遮られることなく観測者の 視野にあるので、アイレリーフが増加する。 本発明による軸外れの光学機械装置を利用することにより、一般に、第６図に 示す従来技術の軸上の機械装置の光学歪曲と比較して第５図に詳細に示すような 光学的に歪曲した画像が生じることがある。しかし、本発明による光学機械装置 を利用することにより生じる軸外れによる歪曲は、少なくとも２つの技法によっ て補正することができる。 第１に、この歪曲は、第５図に示すものと同様の予見した歪曲パターンに従っ て画像または記号の位置を計算することにより、ディスプレイ駆動電子回路中で 電子工学的に補正することができる（すなわち軸外れの機械装置の歪曲が小さく なるように、画像をあらかじめ歪曲させておく）。従って、ディスプレイ・ソー スが生成したあらかじめ歪曲させた画像が図示のように光学素子によって投影さ れた時、観測者は所望の歪曲のない画像および／または記号を見ることができる 。 歪曲補正の第２の方式は、ディスプレイ手段の像平面を物理的に改変し、視覚 画像が軸外れの光学素子を介して投影された後で、観測者が一般に通常の歪曲の ない視覚画像を見るようにすることである。 既に指摘したように、レンズ２２０および２４０の細部は、光を通す光結合器 ２５０として利用する非球面トロイド２５０の曲率半径と同様に、実質上それら の空間における関係、特に光を通す結合器２５０、すなわち特定のヘッドギアま たはヘルメットに取り付けた時の観測者の目１５０と結合器２５０の間の距離に よって決まる。光学レンズ２２０および２４０の曲率半径は、構成の影響を等し く受けるので、本明細書ではその細部については説明しないが、当技術分野では 十分に理解されている。ただし、光を通す光結合器２５０の曲率半径は、観測者 が見たときにディスプレイが無限遠に位置するように見えるように選択されるこ とに留意されたい。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年７月１８日 【補正内容】 補正明細書Ａ Ｔａｓｋ他に発行された米国特許第４４６５３４７号は、バイザの内側表面上 に画像を投影する望遠鏡的光学系から画像を得るシステムを開示する。視覚画像 はヘルメットの平面鏡に反射され、もう一度バイザに反射され、そこで視覚者の 目に向けられ、外部シーンの一部となって現れる。 大幅に複雑になったヘルメット・ディスプレイが、Ｂｏｓｓｅｒｍａｎに発行 された米国特許第４３６１３８４号に開示されている。開示されるのは、薄膜フ ラット・パネル・ディスプレイおよびウェハ・ダイオード映像増倍管を組み合わ せた装置である。複数の半透明光学系により、画像はフラット・パネル・ディス プレイから観測者の目に向けられる。映像増倍装置もまた、同じ光学系を使用し て視覚画像を目に向け、そこでそれをバイザを介して観測した外部シーンから受 ける画像の上に重ねることができる。したがって、観測者は、バイザおよびフラ ット・パネル・ディスプレイの画像の両方を通して外部を見る。反射させるため に、バイザをホログラフィ状、円環面状、非球面状、または球面状にすることが てきる。 Ｂｏｓｓｅｒｍａｎ他に発行された米国特許第４０２６６４１号は、円環面凸 状物体面を有し、光伝達装置として機能して補助ディスプレイから円環面凸状物 体面に視覚情報を伝達する光ファイバ束を含む、ヘッドギア・ディスプレイ・シ ステムを開示する。視覚画像は、ヘッドギア・ディスプレイ・システムの使用者 の目に視覚画像を向けるように機能する円環面状光結合器に向けられる。 Ｔｏｇｉｎｏに発行された米国特許第５４３６７６５号には、４０度またはそ れを超える画角での観測を可能にし、その周辺部までは平らかつ鮮明な画像を提 供する頭部装着式ディスプレイ装置が開示されている。 Ｃｈｅｎ他に発行されたＷＯ特許第９５１００６２号には、独立して偏心化さ れ、ある角度傾いて収差を減少させるために利用できる自由度を増加させ、ディ スプレイ視野をかなり増加させる前部および後部レンズを有するヘッドギア・デ ィスプレイ・システムが開示されている。 多くの場合、従来技術のヘッドギア・ディスプレイ・システムでは一般に、光 結合器として機能してヘッドギア・バイザに視覚画像を投影する投影系のために その内部で利用する光学素子を含む、軸上の光学系（すなわち中央の光軸の周り て対称的に配列され、時には折り重ねられる系）を利用する。しかし、米国特許 第４９６８１１７号は、プリズムおよび一連の光学素子を含み、その光軸がプリ ズム面からの射出画像に対して軸外れになっている複雑な投影系を備えた非球面 状結合器の利用を開示する。 補正明細書Ｂ 電力消失が減少すると、ヒート・シンク構造が必要とする重量が減少し、その両 方がバッテリ動作式携帯用システムでは特に重要であるので、このことはヘッド ギア・ディスプレイ・システムでは最も重要である。 本発明の第２の利点は、それが第１図に示す従来技術と比較して付加的なアイ レリーフを与えることができる点である。アイレリーフはユーザの目とヘッドギ ア・ディスプレイ・システムの最も近い光学素子との間の距離であると定義され るので、そのようになる。このことは、眼鏡をかけた人が実用的なアイレリーフ を有することになる点で特に重要である。第１図の従来技術と第２図の技術とを 比較して、従来技術よりも本発明のアイレリーフの方が大きくなるのは、従来技 術の光学機械装置では目と光を通す結合器の間にビーム・スプリッタを必要とす るためである。それに対して本発明では、光結合器は遮られることなく観測者の 視野にあるので、アイレリーフが増加する。 本発明による軸外れの光学機械装置を利用することにより、一般に、第６図に 示す従来技術の軸上の機械装置の光学歪曲と比較して第５図に詳細に示すような 光学的に歪曲した画像が生じることがある。しかし、本発明による光学機械装置 を利用することにより生じる軸外れによる歪曲は、少なくとも２つの技法によっ て補正することができる。 第１に、この歪曲は、第５図に示すものと同様の予見した歪曲パターンに従っ て画像または記号の位置を計算することにより、ディスプレイ駆動電子回路中で 電子工学的に補正することができる（すなわち軸外れの機械装置の歪曲が小さく なるように、画像をあらかじめ歪曲させておく）。従って、ディスプレイ・ソー スが生成したあらかじめ歪曲させた画像が図示のように光学素子によって投影さ れた時、観測者は所望の歪曲のない画像および／または記号を見ることができる 。 歪曲補正の第２の方式は、ディスプレイ手段の像平面を物理的に改変し、視覚 画像が軸外れの光学素子を介して投影された後で、観測者が一般に通常の歪曲の ない視覚画像を見るようにすることである。 既に指摘したように、レンズ２２０および２４０の細部は、光を通す光結合器 ２５０として利用する非球面トロイド２５０の曲率半径と同様に、実質上それら の空間における関係、特に光を通す結合器２５０、すなわち特定のヘッドギアま たはヘルメットに取り付けた時の観測者の目１５０と結合器２５０の間の距離に よって決まる。光学レンズ２２０および２４０の曲率半径は、構成の影響を等し く受けるので、本明細書ではその細部については説明しないが、当技術分野では 十分に理解されている。ただし、光を通す光結合器２５０の曲率半径は、観測者 が見たときにディスプレイが無限遠に位置するように見えるように選択されるこ とに留意されたい。 補正請求の範囲 １．このヘッドギア・ディスプレイ・システムの使用者の目に向かって視覚情報 を投影する、ヘッドギアに装着するように意図したヘッドギア・ディスプレイ・ システムであって、 ヘッドギア・ディスプレイ・システムの使用者の目と外部シーンの間に空間的 に位置し、それに関連する中央光軸（２５６）を有する（非球面）円環面型反射 表面（２５０）と、 視覚画像を生成して視覚情報をディスプレイ表面（１１２）に与え、そのディ スプレイ表面（１１２）と関連する位置が像平面（１１４）とその像平面（１１ ４）と垂直な中央画像参照軸（１１６）である、ディスプレイ・ソース手段（１ １０）と、 前記視覚画像がその第１および第２レンズ（３２０、３４０）を次々に通過し 、前記円環面型反射表面（２５０）に入射するように空間的に位置決めされ、そ れらに関連した中央軸（３２２、３４２）をそれぞれに有し、前記第１レンズ（ ３２０）の前記中央軸（３２２）が前記第２レンズ（３４０）の前記中央レンズ 軸（３４２）と位置合わせされ、前記第１および第２レンズ（３２０、３４０） の前記中央軸（３２２、３４２）が前記中央画像参照軸（１１６）に対して傾き 、偏心化されている、第１および第２レンズ（３２０、３４０）とを含み、 前記円環面型反射表面（２５０）が、それに関連する前記中央軸（２５６）が 前記第１および第２レンズ（３２０、３４０）の前記中央軸（３２２、３４２） に対して傾き、偏心化されるように向きを調節され、また、前記円環面型反射表 面（２５０）が、少なくとも部分的に、前記の入射する視覚画像をそこで反射し 、前記ヘッドギア・ディスプレイ・システムの使用者の目に向けるように構成さ れ、一部を反射し、一部を透過する、 ヘッドギア・ディスプレイ・システム。 ２．前記第１および第２レンズが球面レンズであることを特徴とする請求項１に 記載のヘッドギア・ディスプレイ・システム。 ３．前記ディスプレイ・ソース手段（１１０）がフラット・パネル・ディスプレ イ（１１０）であることを特徴とする請求項１に記載のヘッドギア・ディスプレ イ・システム。 ４．前記フラット・パネル・ディスプレイ（１１０）が意図的に歪曲された視覚 画像を与え、その視覚画像が前記第１および第２レンズ（３２０、３４０）を通 過し、前記円環面型反射表面（２５０）で反射されることにより生じる、使用者 の目が観測したときの任意の光画像の歪曲を減少させることを特徴とする請求項 ３に記載のヘッドギア・ディスプレイ・システム。 ５．前記円環面型反射表面（２５０）により、使用者の目が前記視覚画像および 前記外部シーンを同時に見ることができることを特徴とする請求項１に記載のヘ ッドギア・ディスプレイ・システム。 ６．前記円環面型反射表面（２５０）が、遮られることなく使用者の目の視野に 位置することを特徴とする請求項１に記載のヘッドギア・ディスプレイ・システ ム。 ７．前記第１および第２レンズ（３２０、３４０）が、前記円環面型反射表面（ ２５０）と協働して前記視覚画像を前記の使用者の目に向けて視準することを特 徴とする請求項１に記載のヘッドギア・ディスプレイ・システム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 独占的所有または権利を請求する本発明の実施形態を、以下のように定義する 。 １．このヘッドギア・ディスプレイ・システムの使用者の目に向かって視覚情報 を投影する、ヘッドギアに装着するように意図したヘッドギア・ディスプレイ・ システムであって、 ヘッドギア・ディスプレイ・システムの使用者の目と外部シーンの間に空間的 に位置し、それに関連する中央光軸を有する円環面型反射表面と、 視覚画像を生成して視覚情報をディスプレイ表面に提供し、その前記ディスプ レイ表面と関連する位置が像平面および前記像平面と垂直な中央画像参照軸であ る、ディスプレイ・ソース手段と、 前記視覚画像がその第１および第２レンズを次々に通過し、前記円環面型反射 表面に衝突するように空間的に位置決めされ、それらに関連した中央軸をそれぞ れに有し、前記第１レンズの前記中央軸が前記第２レンズの前記中央レンズ軸と 位置合わせされ、前記第１および第２レンズの前記中央軸が前記中央画像参照軸 に関して傾き、偏心化されている、第１および第２レンズとを含み、 前記円環面型反射表面が、それに関連する前記中央軸が前記第１および第２レ ンズの前記中央軸に関して傾き、偏心化されるように向きを調節され、また、前 記円環面型反射表面が、少なくとも部分的に、前記の衝突する視覚画像をそこで 反射し、前記ヘッドギア・ディスプレイ・システムの使用者の目に向けるように 構成される、 ヘッドギア・ディスプレイ・システム。 ２．前記円環面型反射表面がほぼ非球面トロイドの形状であることを特徴とする 請求項１に記載のヘッドギア・ディスプレイ・システム。 ３．前記円環面型反射表面の一部が反射性であり、一部が透過性であることを特 徴とする請求項１に記載のヘッドギア・ディスプレイ・システム。 ４．前記第１および第２レンズが球面レンズであることを特徴とする請求項１に 記載のヘッドギア・ディスプレイ・システム。 ５．前記ディスプレイ・ソース手段がフラット・パネル・ディスプレイであるこ とを特徴とする請求項１に記載のヘッドギア・ディスプレイ・システム。 ６．前記フラット・パネル・ディスプレイが意図的に歪曲された視覚画像を提供 し、前記視覚画像が前記第１および第２レンズを通過し、前記円環面型反射表面 で反射されることにより生じる、使用者の目が観測したときの任意の光画像の歪 曲を減少させることを特徴とする請求項５に記載のヘッドギア・ディスプレイ・ システム。 ７．前記円環面型反射表面により、前記の使用者の目が前記視覚画像および前記 外部シーンを同時に見ることができることを特徴とする請求項３に記載のヘッド ギア・ディスプレイ・システム。 ８．前記円環面型反射表面が、遮られることなく前記の使用者の目の視野に位置 することを特徴とする請求項１に記載のヘッドギア・ディスプレイ・システム。 ９．前記第１および第２レンズが、前記円環面型反射表面と協働して前記視覚画 像を前記の使用者の目に向けて視準することを特徴とする請求項１に記載のヘッ ドギア・ディスプレイ・システム。 １０．このヘッドギア・ディスプレイ・システムの使用者の目に向かって視覚情 報を投影する、ヘッドギアに装着するように意図したヘッドギア・ディスプレイ ・システムであって、 このヘッドギア・ディスプレイ・システムの使用者の目と外部シーンの間に空 間的に位置し、一部が反射性であり一部が透過性である第１面、前記第１面の反 対側の第２面、およびそれらに関連する中央軸を有する光結合器と、 視覚画像を生成して視覚情報をディスプレイ表面に提供し、その前記ディスプ レイ表面と関連する位置が像平面および前記像平面と垂直な中央画像参照軸であ る、ディスプレイ・ソース手段と、 前記視覚画像がその第１および第２レンズを次々に通過し、前記光結合器の前 記第１面に衝突するように空間的に位置決めされ、それらに関連した中央軸をそ れぞれに有し、前記第１レンズの前記中央軸が前記第２レンズの前記中央レンズ 軸と位置合わせされ、前記第１および第２レンズの前記中央軸が前記中央画像参 照軸に関して傾き、偏心化されている、第１および第２レンズとを含み、 前記光結合器が、ぞれに関連する前記中央軸が前記第１および第２レンズの前 記中央軸に関して傾き、偏心化されるように向きを調節され、また、前記光結合 器の前記第１面が、少なくとも部分的に、前記の衝突する視覚画像をそこで反射 し、前記ヘッドギア・ディスプレイ・システムの使用者の目に向けるように構成 される、 ヘッドギア・ディスプレイ・システム。 １１．前記光結合器が、ほぼ非球面トロイドの形状であることを特徴とする請求 項１０に記載のヘッドギア・ディスプレイ・システム。 １２．前記光結合器が、ほぼ非球面トロイドの形状であることを特徴とする請求 項１０に記載のヘッドギア・ディスプレイ・システム。 １３．前記第１および第２レンズが球面レンズであることを特徴とする請求項１ ０に記載のヘッドギア・ディスプレイ・システム。 １４．前記ディスプレイ・ソースがフラット・パネル・ディスプレイであること を特徴とする請求項１０に記載のヘッドギア・ディスプレイ・システム。 １５．前記フラット・パネル・ディスプレイが意図的に歪曲された視覚画像を提 供し、前記視覚画像が前記第１および第２レンズを通過し、前記円環面型反射表 面で反射されることにより生じる、使用者の目が観測したときの任意の光画像の 歪曲を減少させることを特徴とする請求項１４に記載のヘッドギア・ディスプレ イ・システム。 １６．前記光結合器により、前記の使用者の目が前記視覚画像および前記外部シ ーンを同時に見ることができることを特徴とする請求項１０に記載のヘッドギア ・ディスプレイ・システム。 １７ 前記光結合器が、遮られることなく前記の使用者の目の視野に位置するこ とを特徴とする請求項１０に記載のヘッドギア・ディスプレイ・システム。 １８．前記第１および第２レンズが、前記光結合器と協働して前記視覚画像を前 記の使用者の目に向けて視準することを特徴とする請求項１に記載のヘッドギア ・ディスプレイ・システム。