(57)【要約】本発明は、画像源（２３０）により発生されるバーチャルな画像を光学的な終端エレメント（１２８）へと変向するための、光学的な終端エレメント（１２８）を備えた少なくとも１つの光学的な変向装置（１２０）が設けられている、頭部装着式の光学的な透視システムに関する。光学的な終端エレメントによりバーチャルな画像が使用者の視野内でその眼前に出現する。光学的な変向装置（１２０）はフレーム（１３０）により使用者の頭部に取り付けられる。本発明の課題は、この種の公知の透視システムを改良して、使用者の解剖学的および視覚的な特性に関して、ならびに使用特有の視線要件に関してより良好に適合可能な透視システムを提供することである。この課題は、少なくとも光学的な終端エレメント（１２８）の位置を実質的に使用者の視野に対して平行な平面内で可変に変更するための、フレーム（１３０）に取り付けられた調節装置（１４０）により解決される。
2005500728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
頭部装着式の光学的な透視システム（ヘッドマウントディスプレイ：ＨＭＤ）であって、光学的な終端エレメント（１２８）を備えた少なくとも１つの光学的な変向装置（１２０）が、画像源（２３０）により発生されるバーチャルな画像を、該バーチャルな画像を使用者の視野内で使用者の眼前に出力する光学的な終端エレメント（１２８）へと変向するために設けられており、かつ使用者の頭部に取り付けられるフレーム（１３０）が、変向装置（１２０）を支持するために設けられている形式のものにおいて、フレーム（１３０）に取り付けられた調節装置（１４０）が、少なくとも光学的な終端エレメント（１２８）の位置を実質的に使用者の視野に対して平行な平面内で可変に変更するために設けられていることを特徴とする、頭部装着式の光学的な透視システム。
【請求項２】
調節装置（１４０）が、フレームに取り付けられた水平または垂直のガイドレール（１４４）を有しており、さらに光学的な終端エレメント（１２８）が可動にスライダ（１４８）に支承されていて、該スライダ（１４８）がガイドレール（１４４）に沿って走行可能である、請求項１記載の透視システム。
【請求項３】
調節装置（１４０）が、終端エレメント（１２８）の位置を連続的または段階的に変更するために形成されている、請求項１または２記載の透視システム。
【請求項４】
光学的な終端エレメント（１２８）を備えた変向装置（１２０）が、該変向装置（１２０）により使用者の眼前に提供されるバーチャルな画像の所望のサイズに関して、調節可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載の透視システム。
【請求項５】
光学的な終端エレメント（１２８）がプリズムとして形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の透視システム。
【請求項６】
プリズムのサイズが選択可能である、請求項４または５記載の透視システム。
【請求項７】
プリズムの表面が少なくとも部分的に湾曲している、請求項５または６記載の透視システム。
【請求項８】
変向装置（１２０）が少なくとも１つの光学的な変向エレメント（１２２，１２４）を、画像源（２３０）により発生されるバーチャルな画像を光学的な終端エレメント（１２８）へと変向するために有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の透視システム。
【請求項９】
光学的な変向エレメント（１２２，１２４）がプリズムとして形成されている、請求項８記載の透視システム。
【請求項１０】
プリズムの表面が少なくとも部分的に湾曲している、請求項９記載の透視システム。
【請求項１１】
光学的な変向装置（１２０）が光学的なレンズシステム（１２６）を有しており、該レンズシステム（１２６）が、使用者の、バーチャルな画像により表示されるバーチャルな対象物を認識するバーチャルな視線深度を変更するために、調節可能である、請求項１から１０までのいずれか１項記載の透視システム。
【請求項１２】
トラッキングシステムが、使用者の現在の視線方向および実際の視線深度に応じたレンズシステム（１２６）の調節を閉ループ制御するために設けられている、請求項１１記載の透視システム。
【請求項１３】
変向装置（１２０）が少なくとも使用者の視野の外で、閉鎖されたハウジング内に組み込まれている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の透視システム。
【請求項１４】
変向装置（１２０）がフレーム（１３０）に解離可能またはフラップ式に折り畳み可能に取り付けられている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の透視システム。
【請求項１５】
第２の光学的な終端エレメント（１２８′）を備えた第２の変向装置（１２０′）が、第２の画像源により発生される第２のバーチャルな画像を第２の変向装置の光学的な終端エレメントへと変向するために設けられており、その際、第１および第２の光学的な終端エレメント（１２８，１２８′）が使用者の別々の目の前に配置されている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の透視システム。
【請求項１６】
第１の画像源と第２の画像源とが同一である、請求項１５記載の透視システム。
【請求項１７】
フレーム（１３０）が、使用者に合ったメガネレンズを備えたメガネ縁として形成されている、請求項１から１６までのいずれか１項記載の透視システム。
【請求項１８】
光学的な終端エレメント（１２８，１２８′）が使用者から見てメガネレンズの手前に配置されている、請求項１７記載の透視システム。
【請求項１９】
光学的な終端エレメント（１２８）がメガネレンズ上に取り付け可能である、請求項１記載の透視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載された形式の頭部装着式の光学的な透視システム（ヘッドマウントディスプレイ：Ｈｅａｄ  Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ）に関する。
【０００２】
それによれば、背景技術、特にアメリカ合衆国特許第５８８６８８２号明細書から公知の透視システムは、少なくとも１つの光学的な変向装置２１０を有しており、変向装置２１０はフレーム２２０を用いて使用者の頭部に取り付けられている（図２参照）。光学的な変向装置２１０は光学的な終端（端子）エレメント２１５を有しており、画像源２３０により発生されるバーチャルな画像を光学的な終端エレメント２１５へと変向するために役立つ。光学的な終端エレメントにより、バーチャルな画像は使用者の視野内でその眼前に出力される。
【０００３】
しかしながら、この種の公知の透視システムは、それ程利用者にとって快適なものでもないし、また使い易いものでもないという欠点を有している。
【０００４】
それゆえ、この背景技術から出発した本発明の課題は、公知の頭部装着式の光学的な透視システムを改良して、使用者の解剖学的および視覚的な特性に関連して、ならびに使用者の現在の、課題に起因する主視線方向に関連して適合可能な透視システムを提供することである。
【０００５】
この課題は本発明により、請求項１の特徴部に記載された特徴によって解決される。それによれば、頭部装着式の光学的な透視システムは、少なくとも光学的な終端エレメントの位置を実質的に使用者の視野に対して平行な平面内で可変に変更するための、フレームに取り付けられた調節装置を有している。
【０００６】
光学的な終端エレメントの位置を変更、ひいては使用者がバーチャルな画像をその視野内に入射という形で得る位置を変更する、本発明による可能性は以下の利点を提供する。すなわち第一に、この位置を使用者の個人的な頭部寸法および個人的な目の位置に適合することが可能である。第二に、バーチャルな画像の位置は使用者の個人的な目の特性ならびに現在の、課題に特有の主視線方向に適合されることができる。後者は有利にはトラッキングシステムを用いて実施され得る。
【０００７】
有利には、光学的な終端エレメントがプリズムとして形成されている。このことが有する利点は、プリズムが半透光性であるために、一方ではバーチャルな画像を使用者の眼前に提供することが可能であって、他方では使用者の、現実世界への視線を完全に遮断してしまうことはないという点にある。
【０００８】
有利には、変向装置、特に変向装置内に含まれるレンズシステム、および／または終端エレメントとしてのプリズムのサイズが、バーチャルな画像の画質およびサイズを最適化する目的で可変に選択可能である。
【０００９】
同じくバーチャルな画像の画質およびサイズを最適化するために、それぞれプリズムとして形成されている、変向装置内の光学的な変向エレメントおよび／または光学的な終端エレメントの表面が少なくとも部分的に凸面状または凹面状に湾曲されているとさらに有利である。
【００１０】
本発明による透視システムは第１の変向装置の他に、第２の画像源により発生される第２のバーチャルな画像を第２の光学的な終端エレメントへと変向するための、第２の光学的な終端エレメントを備えた第２の変向装置を有することもできる。これにより、第２のバーチャルな画像を使用者の眼前に挿入する可能性が存在する。有利には、但し必ず必要というわけではないが、第１および第２の光学的な終端エレメントが使用者の別々の目の前に配置される。このようにして、使用者にとって単純視もしくは立体視を可能にする両眼視が実現される。
【００１１】
光学式の変向装置を支持するためのフレームが、使用者に合ったメガネレンズを備えたメガネ縁として形成されていると、このことは、こうすることで使用者の非正視が現実世界の観察時のみならずバーチャルな画像の観察時においてもメガネレンズにより矯正されるという利点を有している。
【００１２】
その際、特に有利な解決策は、光学的な終端エレメントがメガネレンズ上に取り付けられている、例えば接着されていることにある。
【００１３】
本発明の別の有利な構成は従属請求項の対象である。
【００１４】
以下に図面を参照しながら本発明の実施例について詳説する。
【００１５】
図１には、本発明による頭部装着式の光学的な透視システム（Ｄｕｒｃｈｓｉｃｈｔｓｓｙｓｔｅｍ）１００が示されている。透視システム１００は、画像源２３０により発生されるバーチャルな画像（虚像）を使用者の視野内に変向するための光学的な変向装置１２０を有している。この目的のために変向装置１２０は、画像源２３０により発生されるバーチャルな画像を、やはり光学的な変向装置１２０の構成部分である光学的な終端エレメント１２８へと変向するための、有利にはプリズムとして形成された光学的な変向エレメント１２２，１２４を有している。光学的な終端エレメントにより、バーチャルな画像が使用者の視野内でその眼前に出現する。一般的に、変向装置はフレーム１３０を利用して使用者の頭部に取り付けられる。さらに、変向装置１２０は最適な画像鮮鋭度を実現するためのレンズまたはレンズシステム１２６を有している。
【００１６】
本発明により、フレーム１３０には、少なくとも光学的な終端エレメント１２８の位置を可変に変更するための調節装置１４０が取り付けられている。調節装置１４０は光学的な終端エレメントの位置を実質的に使用者の視野に対して平行な平面で変更することを可能にしている。このようにして、バーチャルな画像の位置は使用者の視野内で光学的な終端エレメント１２８の位置を介して最適に使用者の個人的な特性または課題特有の視線要件に適合可能である。使用者の解剖学的な特性としては、特に頭部における目の位置が挙げられるし、課題特有の視線要件とは特に課題特有の主視線方向を意図している。終端エレメント１２８の位置を使用者の現在の視線状況に関連して適合することは、場合によってはトラッキングシステムを利用して可能である。
【００１７】
光学的な終端エレメント１２８の位置を調節するために、調節装置１４０は例えば、フレーム１３０に取り付けられた水平なガイドレール１４４を有している。このガイドレール１４４に沿ってスライダ１４８がＸ方向で走行可能に支承されている。スライダ１４８にはガイドエレメント１４９が取り付けられており、ガイドエレメント１４９に沿って、さらに光学的な終端エレメント１２８がＹ方向で走行可能に支承されている。ガイドエレメント１４９は例えば、ねじ山付スピンドルとして形成されていることができる。ねじ山付スピンドル１４９を適当に駆動すると同時に、互いに調整しつつスライダ１４８を走行させることにより、終端エレメントはほぼ任意に使用者の視野に対して平行な平面内でポジショニング可能である。当然のことであるが、ガイドレール１４４は垂直または任意の別の角度でフレーム１３０に取り付けられていることもできる。位置可能性はガイドレール１４４の長さならびにガイドエレメント１４９の長さによってのみ制限される。
【００１８】
有利には、光学的な変向エレメント１２４は固定的にスライダ１４８に結合されている。このようにして、バーチャルな画像が光学的な終端エレメント１２８のあらゆる位置で終端エレメント内に入射されることが保証される。
【００１９】
上記変向システムは上記調節装置と相俟って、観察者の片目のために、すなわち単眼視のために設けられていることができる。ただし、これに対して択一的には、変向システムを観察者の両目のために、すなわち両眼視での平面視または立体視のために準備する可能性も存在している。両眼式の画像供与にとって、単数または複数のバーチャルな画像が中央でフレーム１３０の中央ウェブを介して、特にメガネ縁を介して画像源２３０により供与されると有利である。光学式のレンズシステム１２６は有利には、使用者の、バーチャルな画像により表示されたバーチャルな対象物を認識するバーチャルな視線深度（Ｂｌｉｃｋｔｉｅｆｅ）を変更するために調節可能である。さらに、光学的なレンズシステム１２６は、バーチャルな画像のサイズおよび画質を調節するために調節可能に形成されていることもできる。
【００２０】
有利には、光学的な変向システム１２０は、すなわち光学的な変向エレメント１２２，１２４およびレンズシステム１２６に該当するが、少なくとも使用者の視野の外で、閉鎖されたハウジング内に組み入れられている。このようにして、上記の構成要素の表面は汚れから保護されており、バーチャルな画像の画質は異質な光の入射により劣化されることはない。
【００２１】
単数または複数の画像源２３０が使用されることができ、そのバーチャルな画像は２つの変向装置１２０によって偏光、格子ミラー（Ｇｉｔｔｅｒｓｐｉｅｇｅｌ）またはＬＣＤシャッターディスプレイの液晶ディスプレイにより使用者の両眼に分配され得る。
【００２２】
特にフレーム１３０がメガネフレームである場合に、変向装置１２０またはその内の少なくとも光学的な終端エレメント１２８のみが、ならびに調節装置１４０またはその内の少なくともガイドエレメント１４９のみが有利にはフレーム１３０から解離可能またはフラップ式に折り畳み可能に形成されている。このことが有する利点は、使用者がこれらの装置をもはや必要としなければ、これらを簡単にその視野から取り除くことができるという点にある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による頭部装着式の光学的な透視システムを示す図である。
【００２４】
【図２】背景技術による透視システムを示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１００  透視システム、  １２０  光学的な変向装置、  １２２  光学的な変向エレメント、  １２４，１２４′  光学的な変向エレメント、  １２６，１２６′  レンズシステム、  １２８，１２８′  光学的な終端エレメント、  １３０  フレーム、  １４０  調節装置、  １４４  ガイドレール、  １４８  スライダ、  １４９  ガイドエレメント、  ２１０  光学的な変向装置、  ２１５  光学的な終端エレメント、  ２２０  フレーム、  ２３０  画像源
【国際公開パンフレット】
2005500728.tif 000003
2005500728.tif 000004
2005500728.tif 000005
2005500728.tif 000006
2005500728.tif 000007
2005500728.tif 000008
2005500728.tif 000009
2005500728.tif 000010
2005500728.tif 000011
2005500728.tif 000012
2005500728.tif 000013
2005500728.tif 000014
【国際調査報告】
2005500728.tif 000015
2005500728.tif 000016
2005500728.tif 000017
2005500728.tif 000018
2005500728.tif 000019
2005500728.tif 000020