(57)【要約】      （修正有）【課題】眼球前のレンズにイメ−ジを投影する眼鏡形状のゴルフ練習用光学装置において、ゴ−ストが少なく背景に対して投影したイメ−ジが見やすい光学装置を提供する。【解決手段】  着色されたレンズを有する眼鏡形状のゴルフ練習用の光学装置であって、一方のレンズは傾いており、内面に投影されるイメージがユーザの目に反射するようになっている。このイメージは、ゴルファーのストローク練習に役立つ。ゴーストイメージを低減し、両目で見ることを可能とし、かつ、投影されたイメージを背景に重畳するために、レンズは６０％〜８０％の光吸収率を有している。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザが第１の眼球で背景を見ることができ、光透過性であり、第１の境界面において大気と触れる外部反射面と第２の境界面において大気と触れる内側反射面とを有する少なくとも第１のレンズと、第１の眼球に第１の光度をもって反射する外部反射面にイメージを投影する装置とを備え、第１のレンズを、少なくとも５６０ｎｍ〜６６０ｎｍのスペクトル範囲において少なくとも６０％の光吸収率Ａを有する材料で形成し、それにより、内部反射面によって第１の眼球へ反射されて投影される第２のイメージは、第１のイメージの１６％以下の光度となるようにした光学装置。
【請求項２】
レンズの材料は、４００ｎｍ〜７００ｎｍのスペクトル範囲において、少なくとも６０％の光吸収率を有している、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
レンズの材料は、少なくとも７０％の光吸収率を有している、請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項４】
第２の光度は、第１の光度の９％以下である、請求項３に記載の光学装置。
【請求項５】
レンズの材料は、少なくとも８０％の光吸収率を有している、請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項６】
第２の光度は、第１の光度の４％以下である、請求項５に記載の光学装置。
【請求項７】
レンズの材料は光反射率ｎを有し、かつ光要因は
【数１】
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により求められ、０．１０以下である、請求項１に記載の光学装置。
【請求項８】
光要因は、０．０５以下である、請求項７に記載の光学装置。
【請求項９】
第１のレンズの厚さは均一である、請求項１〜８のいずれかに記載の光学装置。
【請求項１０】
第１のレンズの厚さは２．０ｍｍ以下である、請求項９に記載の光学装置。
【請求項１１】
ユーザの第２の眼球に隣接し、第１のレンズと同じ材料で形成された第２のレンズを備えている、請求項１〜１０のいずれかに記載の光学装置。
【請求項１２】
第２の眼球の視野方向が、第２の眼球と対向する第２のレンズの表面と直交するように、ユーザに対して第２のレンズを方向付けし、第２の眼球と隣接する側で、第１の眼球の視野方向が第１のレンズの第１の表面と鋭角をなすように、ユーザに対して第１のレンズを方向付けする支持部を備えている、請求項１１に記載の光学装置。
【請求項１３】
イメージ発生装置は、イメージを区切る少なくとも１つの光透過部を有するシールドを備えている、請求項１〜１２のいずれかに記載の光学装置。
【請求項１４】
光透過部を、シールドの少なくとも１つの細長いスリットにより形成してある、請求項１３に記載の光学装置。
【請求項１５】
シールドに隣接し、イメージを所望の色に着色するフィルタを備えている、請求項１３または１４に記載の光学装置。
【請求項１６】
第１のレンズを、少なくとも１．１の光屈折率を有する材料で形成してある、請求項１〜１５のいずれかに記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴルファー用の練習補助具として好適な、背景に対するイメージを形成する光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の状況において、背景に重畳されるイメージを形成することが望まれている。例えば、通常の視界に、ゴルファーのみが見ることのできるイメージが重畳されると、打球体勢にあるゴルファーの打球に役立つ。この種の例は、例えば国際出願PCT/IB02/00953に開示されている。
【０００３】
上述した明細書に記載の発明では、光が集光部材により集光され、焦点板（光グリッド）を通過する。焦点板は、光を焦点板からの光を眼球へ反射するとともに、通常の視野方向からの光を通過させるビームスプリッタである反射板へ、イメージを向ける。通常、このようなビームスプリッタには、レンズの内面、すなわち、眼球と対向する面を反射コーティングする必要がある。この種の反射コーティングは高価であり、適切な材料でコーティングされていない場合には、引っ掻きや磨耗等により損傷しやすい。
【０００４】
また、この種のレンズでは、焦点板からのイメージが投影されないユーザの他方の眼球は、通常の視界に直接的に触れる。すなわち、イメージが投影される一方の眼球は、レンズを介して通常の視界を見、他方の眼球に対しては、通常の視界との間に、レンズが設けられていない。この不均衡は、両目を覆う外部レンズやバイザーにより幾分補償されるが、製品の全体的な外観に満足できないユーザもいる。また、ユーザの両目に異なる光度の光が入射されると、ユーザの視界及び平衡感覚が低下する。
【０００５】
米国特許第3,498,293号には、ユーザの方向付け装置が開示されている。この装置では、波長に依存する、すなわち、選択的に光を反射するミラー型またはビームスプリッタ型のレンズと、重力に依存する装置が用いられている。
【０００６】
ユーザが方向を定める時の問題は、打球体勢の時の問題とは全く異なるものである。この明細書は、ゴルフボールの方向付けに関するものであり、どのようにして、ゴルフボールを標的にするかに関しては記載しない。また、実施例におけるレンズは半透明であるが、レンズのその他の特性に関しては言及しない。
【０００７】
半透明レンズは、ゴーストイメージである第２のイメージを形成できるが、それによる問題は、前記米国特許には認識及び言及されていない。
【０００８】
米国特許第4,806,011号には、一部が反射面であり、ユーザの眼球にイメージを投影する小型の第２レンズを有する光学装置が記載されている。第２レンズの位置及び大きさが問題となり、また、ユーザには物理的な危険物となりうる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ゴルフ練習補助具として用いられる光学装置は、不当に大きくなく、製造が容易で安価であり、かつ通常の眼鏡やサングラスの形状をしているのが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ユーザが第１の眼球で背景を見ることのでき、光透過性であり、第１の表面の境界面において大気と触れる外部反射面と、第２の表面の境界面において、大気と触れる内側反射面とを有する少なくとも第１のレンズと、第１の眼球に第１の光度をもって反射する外部反射面にイメージを投影する装置とを備え、第１のレンズを、少なくとも５６０ｎｍ〜６６０ｎｍのスペクトル範囲において、少なくとも６０％の光吸収率Ａを有する材料で形成し、それにより、内部反射面により、第１の眼球に反射されて投影される第２のイメージは、第１のイメージの１６％以下の光度となり、背景にイメージを形成するようにした光学装置を提供するものである。
【００１１】
レンズの材料は、４００ｎｍ〜７００ｎｍのスペクトル範囲において、少なくとも６０％の光吸収率を有している。ユーザには、狭いスペクトル範囲（５６０ｎｍ〜６０ｎｍ）のイメージが最もよく知覚されるが、より広いスペクトル範囲、例えば４００ｎｍ〜７００ｎｍのイメージも知覚される。
【００１２】
許容できる第１のイメージを形成するために、種々の要素を考慮する必要がある。ゴーストイメージである第２のイメージは、第１のイメージである主イメージの光度よりも低くなくてはならない。後述するように、相対的な光度は、レンズの材料の光吸収率及び光反射率を適切に選択することにより設定可能である。許容できる光度の主イメージを形成するためには、十分な光エネルギーを外部反射面で反射する必要がある。このイメージは、第１のレンズにより形成され、背景と対比されるので見やすくなっている。
【００１３】
一般的に、光吸収率が高まると、第１のイメージに対する第２のイメージの光度は低くなる。しかしながら、光吸収率が高まると、ユーザの通常の視野方向からの光を透過させるレンズの透過性は低くなる。後述する他の問題は、一方の眼球への光度と他方の眼球への光度との差が約１２％以上になると、ユーザは両目で見なくなることである。
【００１４】
上述したパラメータは、個人ベースに基づいて考慮しなければならない。実験によれば、光吸収率Ａが少なくとも６０％で、２つのイメージの光度比が１６％以下の場合、許容可能であるイメージが形成されるとするゴルファーもいる。
【００１５】
レンズの材料は、少なくとも７０％の光吸収率を有しているのが好ましく、それにより、第２のイメージは、第１のイメージの約９％以下の光度となる。このため、第２のイメージの「強度」は、かなり小さくなる。
【００１６】
しかしながら、レンズの材料は、８０％〜８５％の光吸収率を有しているのが好ましい。それにより、信号（第１のイメージ）とノイズ（第２のイメージ）との比率は、２５：１以上となり、第２のイメージは、第１のイメージの４％以下の光度となる。そのため、第１のイメージと第２のイメージとのコントラストが十分なものとなる。
【００１７】
本発明の別の態様によれば、第１のレンズは、光反射率ｎを有する材料で形成され、光要因は、
【数１】
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により求められ、０．１０以下となる。
【００１８】
光要因は、０．０５以下であるのが好ましい。
【００１９】
第１のレンズの厚さは均一であるのが好ましい。第１のレンズは、できる限り薄く、２ｍｍ以下であるのが好ましい。その理由は、レンズが薄くなると、第２のイメージが第１のイメージへ向かって移動するためである。第２のイメージは、別個または分離されたイメージとならずに、第１のイメージを僅かにぼやけさすこととなる。
【００２０】
光学装置を従来の眼鏡の形状とするために、本発明の光学装置は、ユーザの第２の眼球に隣接し、第１のレンズと同じ材料で形成された第２のレンズを備えているのが好ましい。
【００２１】
この光学装置は、第２の眼球の視野方向が第２の眼球と対向する第２のレンズの表面と直交するように、ユーザに対して第２のレンズを方向付けし、また、第２の眼球と隣接する側で、第１の眼球の視野方向が第１のレンズの第１の表面と鋭角をなすように、ユーザに対して第１のレンズを方向付けする支持部を備えている。
【００２２】
イメージを投影するために用いられるイメージ発生装置は、適切な型式であれば、いかなるものでもよい。本発明の範囲内として、イメージ発生装置は、バッテリ駆動型の光源を用いる能動部であるが、自然光や周囲光を用いるものが好ましい。この種のイメージ発生装置は、PCT/IB02/00953に記載されている。
【００２３】
イメージ発生装置は、イメージを区切る光透過部を有するシールドを備えているのが好ましい。光透過性部は、シールドに形成された細長い線状のスリットを備えている。光透過部は、変更または交換可能なフィルタとともに用いられ、それにより、イメージの色が変更される。この変更は、ユーザの要求に合致させたり、光要因を変更するためになされる。
【００２４】
シールドは、レンズの形状と相補的となるために、例えば曲線状とされており、ユーザに見られる投影されたイメージは、直線状のものを含んでいる。
【００２５】
能動的（バッテリ駆動型の）イメージ発生装置または少なくともバッテリと、その他の電子部品は、光学装置に着脱可能に取り付けられている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本発明の光学装置に用いられるレンズ（１０）の断面図である。レンズ（１０）は、光透過性材料、例えばガラスやポリカーボネートのようなプラスチックで形成され、外部反射面（１２）及び内部反射面（１４）を有している。レンズ（１０）の材料は、光吸収率Ａ及び光反射率ｎを有している。レンズ（１０）の厚さ（Ｔ）は一定であり、２ｍｍ以下であるのが好ましい。
【００２７】
図１には、外部反射面（１２）に到達する入射光（Ｉ1）が示されている。入射光（Ｉ1）は、反射光（ＩR1）及び屈折光（ＩT1）に分光される。屈折光（ＩT1）が内部反射面（１４）に到達すると、内側へ反射されて反射光（ＩR2）となり、さらに、外気と接触している外部反射面（１２）で屈折され、屈折光（ＩT2）となる。外気と接触している内部反射面からは、反射光（ＩR3）が投影される。
【００２８】
外部反射面（１２）からの光を眼球（１８）で見るユーザは、反射光（ＩR1）により形成された主イメージと、屈折光（ＩT2）により形成された副イメージとを見ることになる。これらのイメージは、同一ではないので、反射光（ＩR1）により形成された主イメージがぶれることとなる。
【００２９】
従って、屈折光（ＩT2）により形成されたイメージの光度を、反射光（ＩR1）により形成された主イメージの光度に比べて、できるだけ低くすることが望ましい。これは、レンズ（１０）の材料を着色したり、レンズ（１０）を好適な材料で形成することにより実現される。そのため、少なくとも５６０ｎｍ〜６６０ｎｍ、好ましくは４００ｎｍ〜７００ｎｍのスペクトル域において、レンズ（１０）は、少なくとも６０％、より好ましくは８０％〜８５％の光吸収率を有している。これらのパラメータは、シグナル（主イメージ）とノイズ（副イメージ）との比率が、６：１よりも大となるように設定されている。この比率は、最低「カットオフ」点であり、それ未満のイメージは、品質が許容できるものではない。
【００３０】
２つのイメージの光度の比率である「光要因」は、次式により得られる。
ＩT2/ＩR1＝（１−Ｒ）2（１−Ａ）2
ただし、Ｒは、レンズ（１０）の光反射率であり、[（ｎ−１）/（ｎ＋１）]2で表わされ、Ａは、レンズ（１０）の材料の光吸収率である。
【００３１】
この比率が、少なくとも０．１６、好ましくは０．０５またはそれ以下となると、イメージを見ているユーザの眼球は順応し、１つのイメージ、すなわち、反射光（ＩR1）により形成された主イメージのみを「見る」ようになる。次に、この特性について説明する。
【００３２】
（１−Ａ）2による光要因への寄与率を、種々の光吸収率に関して示す。
Ａ＝６０％の場合、光要因への寄与率＝１６％
Ａ＝７０％の場合、光要因への寄与率＝９％
Ａ＝８０％の場合、光要因への寄与率＝４％
Ａ＝８５％の場合、光要因への寄与率＝２．２５％
【００３３】
通常のレンズ（１０）の材料は、１．１〜１．５の光屈折率を有している。１．４〜１．５（単なる例である）の光屈折率の場合、（１−Ｒ）2による光要因への寄与率は、次の通りである。
ｎ＝１．４の場合、光要因への寄与率＝９７．８％
ｎ＝１．５の場合、光要因への寄与率＝９６％
【００３４】
２つのイメージの光度の比率を低下させる一次的要因または決定的要因は、レンズ（１０）の材料の光吸収率である。フレネルの法則として公知である（１−Ｒ）2により、異なる光屈折率を有する２つの媒体の境界面において、法線入射された光の反射損が発生する。反射損を、十分な光度の主イメージがレンズ（１０）の外部反射面（１２）において発生されるように、十分高くする必要がある。反射損は、レンズ（１０）の材料の光屈折率に依存する。すなわち、光屈折率が大きいほど、光屈折率が少なくとも１．１に制限されることなく、主イメージが明るくなる。
【００３５】
光屈折率が大きくなると、通常の視界から、レンズ（１０）を介してユーザの眼球へ投影されるイメージが歪む。そのため、光屈折率が実質的に制限される。できる限り小さい光要因を得るには、光吸収率Ａを大きくする必要がある。
【００３６】
しかしながら、上述したように制限すると、視界から眼球に到達する光量が、大きな光吸収率により減少し、それにより、眼球により認識可能な通常の視界のイメージの質が低下する。
【００３７】
二次的要因は、２つ（ユーザの両目）の網膜イメージの光度が同一でない場合に発生するプルフリヒ現象である。この現象は、両目に入射される光量の差が約１２％以上となると、イメージが抑圧され、両目で見ることができなくなった時に知覚される。
【００３８】
図２は、本発明による光学装置（２０）の平面図であり、上述した説明に基づいた眼鏡形状となっている。
【００３９】
光学装置（２０）は、図１のレンズ（１０）と対応するレンズ（２２）、他方のレンズ（２４）、中央にあるブリッジ（２６）、ユーザの耳に公知のように支持されるアーム（２８）（３０）、及びイメージ発生装置（３２）を備えている。
【００４０】
レンズ（２４）は、光学装置（２０）を装着したユーザの左目の直線的な通常の視野方向（３４）と直交して設けられている。一方、レンズ（２２）は、右目の通常の視野方向（３４Ａ）に対して傾斜しており、右目と対向する外部反射面（１２）は、視野方向（３４Ａ）に対して、（鼻の側で、すなわち、第２の眼球に近い側で）鋭角をなしている。
【００４１】
この傾斜は、イメージ発生装置（３２）により外部反射面（１２）に投影される入射光（Ｉ1）が反射光（ＩR1）及び屈折光（ＩT2）としてユーザの右目に投影されるように設定されている。それとともに、右目は、レンズ（２２）を介して、視野方向（３４Ａ）に従来と同様に背景を見ることができる。
【００４２】
イメージ発生装置（３２）は、小さなカップ状のカバー（４０）及び曲線状のシールド（４２）を有している。格子状の多くのスリットまたはアパーチャ（４４）が、所望のパターンで、シールド（４２）に形成されている。このパターンは、光学装置（２０）の使用方式に基づいて設定されている。
【００４３】
シールド（４２）及びアパーチャ（４４）は、レンズの曲線に基づいて曲線状とされており、イメージ発生装置（３２）によりレンズ（２２）へ投影されるイメージは、直線的（曲線的ではない）となっている。イメージ発生装置（３２）は、カバー（４０）に挿入されてシールド（４２）と隣接する着脱可能な１つ以上のフィルタ（４６）を選択的に含んでいる。例えば、適切に着色されたプラスチック材料で各フィルタ（４６）を形成することができる。
【００４４】
このようにフィルタ（４６）を設けることにより、必要条件に応じて選択された特定色の光がアパーチャ（４４）を通過する。選択的にフィルタ（４６）が使用され、フィルタ（４６）が設けられない場合には、アパーチャ（４４）を通過する光は白色光、すなわち、大気の自然光となる。
【００４５】
レンズ（２２）は、レンズ（１０）と同等であり、厚さは均一となっている。レンズ（２２）（２４）は、吸収率Ａを有している。従って、レンズ（２２）（２４）は、ユーザの各眼球に同等の光度のイメージを投影し、プルフリヒ現象が防止される。
【００４６】
本発明の一実施例において、レンズ（２２）（２４）は、光屈折率ｎ＝１．１８４を有するポリカーボネートで形成されている。従って、光反射率Ｒ＝０．０５１３となる。
光要因は、
ＩT2/ＩR1＝（１−Ｒ）2（１−Ａ）2
により求められる。ただし、少なくとも５６０ｎｍ〜６６０ｎｍのスペクトル範囲において、吸収率Ａ＝０．８５とする。
すなわち、ＩT2/ＩR1＝（１−０．０５１３）2（１−０．８５）2＝０．０２
となる。
【００４７】
従って、副（ゴースト）イメージは、主イメージの光度の約２％となり、ユーザは副イメージを認識できなくなる。
【００４８】
反射光（ＩR1）は、入射光（Ｉ1）の光度の５．１３％となり、屈折光（ＩT2）は、入射光（Ｉ1）の光度の０．０２×５．１３＝０．１％となる。
【００４９】
イメージ発生装置（３２）は、レンズ（２２）の外部反射面（１２）に所望のパターンのイメージを投影し、そのイメージは、図１に示すように、ユーザの右目にそれぞれ投影される２つのイメージ、すなわち、反射光（ＩR1）及び屈折光（ＩT2）として反射される。実施例では、右目だけがイメージを見るようになっている。
【００５０】
しかしながら、脳は、両目で見た通常の視野方向（３４）（３４Ａ）からのイメージに、投影されたイメージを重畳することができ、ユーザが、その一方の眼球のみが反射されたイメージを見ていることを知覚することがない。レンズ（２２）（２４）は、同等の光吸収率を有しているので、ユーザは両目で見続けることとなる。
【００５１】
イメージ発生装置（３２）により発生されるイメージは、必要条件により変化し、その色は、フィルタ（４６）を交換することにより容易に変更される。
【００５２】
イメージ発生装置（３２）は、周囲光を用い、レンズ（２２）へ所望のイメージを投影する。イメージ発生装置（３２）を、ＬＥＤ（５２）のような光源と、ＬＥＤ（５２）を駆動する小型のバッテリ（５４）とを備える能動部（５０）に置換することができる（図４参照）。ＬＥＤ（５２）からの光（５６）は、シールド（６０）の格子状であるパターン（５８）を通過し、それにより形成されたイメージ（６２）は、レンズ（２２）へ投影される。能動部（５０）は、好適な眼鏡フレームに着脱可能とされる。
【００５３】
図２に示すように、本発明の光学装置の外観は、多くの点で、従来の眼鏡と同様となっている。しかしながら、外側へ突出しているレンズ（２２）は、「眼鏡型」の外観とは異なっている。レンズ（２２）（２４）は着色されており、イメージ発生装置（３２）がユーザの眼球にイメージを投影する点を除いて、光学装置は、サングラスと同様に作用する。
【００５４】
通常の視野方向から眼球（１８）へ入射される光はレンズ（２２）を通過する。視野方向（３４）と直交しているレンズ（２４）の表面とは異なり、レンズ（２２）の表面は、視野方向（３４Ａ）に対して傾いている。従って、通常の視野からレンズ（２２）を介して入射されるイメージが少しだけ屈折する。屈折による歪みを低減させるために、上述したように、レンズの厚さを２ｍｍ以下にする必要がある。
【００５５】
投影されるイメージは、必要条件に基づいて変化しうるものであり、また、PCT/IB02/00953に記載された性質のものである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】従来技術におけるレンズの原理を示す断面図である。
【図２】本発明による眼鏡形状の光学装置の平面図である。
【図３】本発明による光学装置の側面図である。
【図４】本発明の光学装置の変形を示す略図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０      レンズ
１２      外部反射面
１４      内部反射面
２０      光学装置
２２、２４  レンズ
２６      ブリッジ
２８、３０  アーム
３２      イメージ発生装置
３４、３４Ａ  視野方向
４０      カバー
４２      シールド
４４      アパーチャ
４６      フィルタ
５０      能動部材
５２      ＬＥＤ
５４      バッテリ
５６      光
５８      パターン
６０      シールド
６２      イメージ
【図１】
2005181956.tif 000005
【図２】
2005181956.tif 000006
【図３】
2005181956.tif 000007
【図４】
2005181956.tif 000008