(57)【要約】表示画面（２）を見るための装置（５）であって、表示画面（２）の前に配置することのできる広い領域の視覚媒体（１）を含み、視覚媒体（２）の焦点距離ｆは、少なくとも６１５ｍｍであることを特徴とする。視覚媒体（１）は、好ましくは、両目（４）で表示画面（２）全体を見るために最適にされる広域レンズ（１）である。
2006510047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示画面（２）を見るための装置であって、当該表示画面（２）の前に配置され得る広い表面の視覚媒体（１）を含み、当該視覚媒体（１）の焦点距離（ｆ）は、少なくとも６１５ｍｍであることを特徴とする、装置。
【請求項２】
両目（４）で完全な表示画面（２）を見るために最適化されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
２２０ｍｍを超える目距離（ａ）で見られることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
２２０ｍｍから１５００ｍｍの目距離（ａ）で見られることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
１００ｍｍから１５００ｍｍの物体距離（ｇ）で見られることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
焦点距離（ｆ）が６２０ｍｍから２０００ｍｍであることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
焦点距離（ｆ）が８００ｍｍを超えることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
直径が２５０ｍｍから１０００ｍｍであることを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
直径が３７０ｍｍを超えることを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
複数のレンズ系を含むことを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
単レンズ１を含むことを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
当該レンズ（１）は平凸、凹凸、または両凸であることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
当該レンズ（１）は両凸であり、かつ３００ｍｍから１０００ｍｍの領域における第１の曲率半径（ｒ１）と、−６００ｍｍから−１００００ｍｍの領域における第２の曲率半径（ｒ２）とを有することを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
当該レンズ（１）は凹凸であり、かつ３００ｍｍから１０００ｍｍの領域における第１の曲率半径（ｒ１）と、１０００ｍｍから１００００ｍｍの領域における第２の曲率半径（ｒ２）とを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
当該レンズ（１）は平凸であり、かつ５５０ｍｍから６６０ｍｍの間、好ましくは５８５ｍｍから６０５ｍｍの間の領域における曲率半径を有することを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
当該レンズは、固着される薄膜または積層によって、少なくとも一方側で反射防止され
ることを特徴とする、請求項１から１５のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
当該レンズは、蒸着されるまたは浸漬法によって堆積される１つ以上の光学活性層によって、少なくとも一方側で反射防止されることを特徴とする、請求項１から１６のいずれかに記載の装置。
【請求項１８】
当該表示画面（２）の前に当該視覚媒体（１）を配置するための保持手段（５３，５１，５２）を含む、請求項１から１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
当該保持手段は、テーブル（５４）に固定され得る複数の自由度を有する調整可能なアーム（５３）である、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
当該保持手段は、当該視覚媒体（１）の高さおよび／または傾斜を調整するための手段（５２）を有するテーブルスタンド（５１）である、請求項１８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示画面を見るための視覚補助機器の分野に関し、請求項１のプリアンブルに記載の表示画面を見るための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術
このような装置は、たとえば米国特許第６，４１７，８９４号において周知である。ここでは補助レンズについて記載され、この補助レンズは、保持アームによってコンピュータ画面に固定され、レンズの前で５ｃｍから２０ｃｍの目距離で見られる。このようにして、はっきり見える無限の画像距離を達成し得、これによって老眼のユーザの目の調節が簡単になる。しかしながら、複数の人間工学的な問題および生理機能の作用に関する問題が残されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
発明の説明
したがって、本発明の目的は、作業環境を改善しかつ疲れずに見ることのできる、表示画面を見るための装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的は、請求項１の特徴を有する画面を見るための装置によって達成される。
【０００５】
本発明は、以下の利点を提供する。
【０００６】
見る人に対して全体にわたっておよび比較的広い態様で画像が表示されるということから、見ることよって、頭の動きが連続的で、僅かな動きになり、これは首および肩の筋肉系の硬直を和らげる。
【０００７】
装置の光学的な有効径が比較的大きいために、完全な画面を両眼で見ることが可能になる。この画像は、画像から発せられた光が集束するために、ユーザには明るく見える。
【０００８】
装置の拡大効果によって、画像距離、すなわち見られる物体または画面がユーザに表示される距離が大きくなる。このため、調節によって目への負担が減じられる。画像距離は無限に選択され得るが、或る残りの調節が有利であることがわかっている。同時に、画像距離は、見る人の「視界の最低値」よりも近接すべきではない。若い人の最小の明瞭な視界は２５ｃｍまでであり得、歳が上がるにつれて約１ｍまで増加する。通常の視覚行為に対応する０．５ｍから２ｍの明瞭な視界が有利である。
【０００９】
好ましくは、光媒体の焦点距離ｆは６５０ｍｍから２０００ｍｍである。拡大する広い面のレンズは、広い焦点距離のために比較的薄い態様で設計され得る。
【００１０】
この選択は、視覚媒体の大きさおよび重量の最適条件に対応する。特に大きな画面でも、見る人、レンズおよび画面の間の小さな距離が可能である個々のレンズの大きさおよび重量の最適条件に対応する。したがって、画面は、制限された空間条件でも完全な態様で、かつ快適な距離で表示されるために、必要とされる視力調節が少なくてすむ。
【００１１】
好ましくは単レンズを用いると、そのパラメータ、特にレンズの２つの側の曲率半径は
、非点収差およびコマ収差が少なく、かつこれらが画像全体にわたって両目のために補償されるように選択される。同時に、物体距離および目距離との組合せにおける焦点距離の好適な選択によって、画像のゆがみまたはひずみが最小になる。このような種類のレンズのパラメータ化は、従来の手順とは異なる。すなわち、従来、レンズまたはレンズ系は、光軸またはレンズ軸上の観察点のために最適化されている。これは、両眼用眼鏡の片方または片目で用いられる拡大鏡に適している。しかしながら、大きなレンズを通した両眼の視覚では異なる要求がなされる。両眼で用いられる従来のレンズまたは拡大鏡では、レンズ、目および物体の正確な配置が要求され、その場合でも色彩の歪みおよび画像の歪みが許容できる使用可能な小さな領域を有するのみである。
【００１２】
本発明に従ったこのような種類のパラメータ化は、知覚される画像点への物点の画像化のシミュレーションによって行なわれる。同時に、レンズ軸の外部にある目による知覚を想定し、物点の異なる色の構成要素について画像化が行なわれる。物点はぼやける、すなわち物点は、特にレンズのコマ収差の効果および色収差のために異なる画像点に映される。したがって、画像は僅かにぼやける。本発明に従うパラメータ化は、画像全体に不鮮明さの均一の分布が生じるまで、レンズのパラメータを系統的に変化させるによって導き出される。
【００１３】
この最適化から得られる個々のレンズの好ましいパラメータは、１０００ｍｍから１２００ｍｍの間の焦点距離、３００ｍｍから６００ｍの間のレンズに対する目距離、および３００ｍｍから５００ｍｍの間のレンズに対する物体の距離である。両眼用レンズについて、内側のレンズ表面の半径は、好ましくは３００ｍｍから１０００ｍｍの間であり、特に４５０ｍｍから７００ｍｍの間であり、外側のレンズ表面の半径は、好ましくは−６００ｍｍから−１００００ｍｍの間であり、特に−１２００ｍｍから−１００００ｍｍである。凹凸レンズについて、内側のレンズ表面の半径は、好ましくは３００ｍｍから１０００ｍｍの間であり、特に４５０ｍｍから７００ｍｍの間であり、外側の凹面レンズ表面の半径は、好ましくは１０００ｍｍから１００００ｍｍの間であり、特に４０００ｍｍから６０００ｍｍの間である。
【００１４】
このような態様で最適化された実施例を用いると、本発明のさらなる利点が生じる、すなわち、チューブまたはＬＣＤの画面の個々の画像点は理想的な態様には拡大されないが、僅かに互いにぼやけるということである。画素の印象がなくなる。画像のこの平坦化は、驚いたことに、非常に心地よいものと主観的に知覚される。画面の理想的な拡大によって、画像点が拡大され、これらがより認識可能なものになる。これは理論家にとってはよい知らせであるが、見る人にとっては迷惑なものである。というのも見る人は、個々の画像点に関心があるのではなく、画像全体に関心があるからである。
【００１５】
レンズは、プラスチックで、特にＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）またはＣＲ３９で有利に製造される。ＣＲ３９は通常、眼鏡のプラスチックレンズを製造するために用いられる。
【００１６】
本発明のさらに好ましい実施例において、視覚媒体が複数のレンズ系を含む。これらは、好ましくは正の嵌め合いと互いに接続される。
【００１７】
さらなる好ましい実施例が、従属請求項から導かれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下で、本発明の主題は、添付の図面に表わされた好ましい実施例によってより詳細に説明される。
【００１９】
図面で用いられる参照番号およびその意味は参照番号のリストに記載されている。基本的に、同じ部品は図面において同じ参照番号で示されている。
【００２０】
発明の実施する方法
光学の基本的要素を説明するために、図１は、光学系におけるビーム経路の概略図を示している。レンズ１、物体２および見る人の目４が、レンズ軸６または光軸に連続的に沿って破線の態様で示されている。目距離は、レンズ１に対する目４の距離に、より正確に言うと、通常規定されるレンズ中央部からの目の距離に等しく、物体距離ｇはレンズ１に対する物体２の距離に等しい。物体２の一部は太字の矢印として示されている。レンズがなければ、これは見る人には角αおよび距離ａ＋ｇに見える。レンズ１の効果によって、これは見る人には角βおよび距離ａ＋ｂの事実上の画像３として拡大されたように見え、ｂはレンズ１に対する画像距離である。この画像化は等式
【００２１】
【数１】
2006510047.tif 000003
【００２２】
によってまとめられ、ｆはレンズ１の焦点距離であり、物体距離ｇは従来負の符号を有する。画像３と物体２のサイズの比率は、理論上の拡大ｖｔとして示されている。したがって以下のものが適用される。
【００２３】
【数２】
2006510047.tif 000004
【００２４】
目４は、レンズ１がない状態の角度αよりも大きなレンズ１を通した角度βで物体２を見る。それに応じて視覚化された拡大ｖｓは角度の比率によって規定される。
【００２５】
【数３】
2006510047.tif 000005
【００２６】
正レンズを用いて、視覚化された拡大ｖｓは理論上の拡大ｖｔよりも小さい。
【００２７】
画像距離ｂおよび物体距離ｇを焦点距離ｆに関連付けると、関連した変数が得られる。
【００２８】
【数４】
2006510047.tif 000006
【００２９】
これを用いて視覚化された拡大ｖｓは以下のように表わされ得る。
【００３０】
【数５】
2006510047.tif 000007
【００３１】
ｃおよびｅの値が０から１の間でｖｓの依存性をプロットすると、視覚化された拡大ｖｓは０．５よりも小さいｃおよびｅのそれぞれの値において、その最大の増加を達成することが明らかである。特に、拡大ｖｓは、ｅの値が、０から０．５の間で増加し、０．５から１の間で比較的弱い態様で増加する。目距離が増すと、拡大における増加がゆるやかになるだけである。コンピュータ画面では、目距離は、物体距離ｇまたは画像距離よりも大きく有利に選択されるため、好ましくは０．２および０．６の間のｃの値および０．３および０．７の間のｅの値が選択される。これらによって０．８ｍから２ｍの焦点距離ｆが可能になる。
【００３２】
図２は、本発明に従った光学系におけるビーム経路の概略図を示している。概観をよくするために、物体２および画像３は全体として描かれておらず、それぞれの代表的な矢印のみが描かれている。物体２の平面における矢印先端の端部の物体２１および目４の間のビームの経路が概略的に描かれている。両目４は、広い表面のレンズ１を通して物点２１を同時に見て、それを画像点３１として見る。両目４は、それぞれ、目の間の距離の半分ｙａほど、レンズ軸６から距離を置かれる。
【００３３】
従来の理論とは対照的に、レンズは、レンズ軸６上で個々の目について最適化されるのではなく、距離をおいた２つの目４について最適化される。それぞれの知覚される画像点３１が、物点２１から、特に物点２１から発せられた光のさまざまなスペクトルの構成要素について、決定される。このため、物点２１および観察される目４の既知の位置、ならびに所与のものと仮定されるレンズの配置および幾何学的形状から、物点２１から目４までのビーム経路を決定するために、境界値の問題が解かれる。屈折の法則が同時に、レンズ１の表面で、したがって内側のレンズ表面１１および外側のレンズ表面１２で実行されなければならない。
【００３４】
規定されたビーム経路に対応するビームの入射角ε1および出射角ε2は外角である。以下を適用する。
【００３５】
【数６】
2006510047.tif 000008
【００３６】
入射角ε1および出射角ε2が互いに等しい場合に、光ビームは最も小さな屈折およびしたがって最も小さな誤差を生じる。しかしながら、この要件は、完全な画像領域にわたって、広い表面のレンズおよび拡張された物体のために実行されなくてもよい。目４は、画像点３１から入ってくる、物点２１によって発せられた光ビームの束を知覚する。この束の開口角は、瞳孔の小さな開口のために比較的小さい。この束は、非点収差およびコマ収差のために正確な態様で画像点３１に映されない。非点収差は傾斜した態様でレンズ１を通過するビーム束に関係し、コマ収差は広く開かれたビーム束に関係する。色彩の誤差によって、束は、色に依存して、または束のスペクトルの構成要素は、正確な態様で画像点３１で知覚されなくなる。たとえば、物体の平面上で重複し、したがって同じ位置にある緑、赤および青の物点２１は、画面の同じ位置にない。したがって、これらは異なる位置にあるものと知覚される。色彩の誤差は、個々のレンズで補正されないかもしれないため
、小さな分散を有する物質、たとえばＰＭＭＡが用いられる。
【００３７】
白い物点２１は、したがってぼやけたまたは歪んだ画像点３１として知覚される。以下の態様において最適条件が見出されて、ぼやけが均一に分配される。すなわち、画像点３１のぼやけまたは歪みは、複数の、たとえば２８個の物点２１について決定され、これらの物点は、物体２の完全な表面の四分円または、平面形状の四分円にわたって均一に分配される。たとえば、８個の青、緑および赤のビーム束それぞれの画像化が各々の点につき決定される。偏差の平均二乗誤差が、各点の偏差の測定値として合計される。最適化のために、誤差は、すべての点にわたっておよび両目について、したがって合計で５６の点につき合計される。さらに、ぼやけは経験的に概算される。所与の焦点距離ｆにつき、内側のレンズ表面１１の半径ｒ１および外側のレンズ表面１２の半径ｒ２は、すべての観察される物点２１におけるぼやけの分布が、全体で最小になり、最適化され、一様になるまで、系統的に変更され、このように画像全体のための、また両目４のための半径ｒ１と半径ｒ２が定められる。レンズ１は、このようにして両目４で物体２全体を見るために最適化される。この半径の変化は、他の焦点距離ｆおよびそれぞれの物体の距離ｇならびに場合によっては画像の距離ｂについて繰返され得る。
【００３８】
好ましくは、内側のレンズ表面１１の半径ｒ１は、外側のレンズ表面１２の半径ｒ２よりも小さい。この方法により、歪みは逆の場合よりも小さくなる。
【００３９】
しかしながら、レンズの設計のための従来の方法は、レンズ軸６上の片目のみのために最適な画像化をもたらす。物点２１から出る比較的大きな束の光ビームについても最適化される。上述の方法に従った方法とは異なる、レンズ１または半径ｒ１およびｒ２の曲率が決定される。このため、レンズ軸６への目の間の距離ｙａが増すとさまざまなぼやけおよび歪みが増加して、視野の小部分のみが十分に明確な態様で見られかつ実際に用いられ得る。ぼやけた領域は、見る人を苛立たせ、画像の或る領域を明確な態様で見ようとするときに困難な動きをもたらす。
【００４０】
本発明に従った上述の最適化の方法を用いると、たとえば６８ｍｍ（すべての単位はミリメートルである）の平均の目の間の距離ｙａについて以下の好ましい値が生じる。
【００４１】
【表１】
2006510047.tif 000009
【００４２】
ｒ２の負の値は両凸レンズに対応し、ｒ２の正の値は凹凸レンズに対応する。指定された値におよそ等しい半径の値が好ましい。およそ指定された値の約１０％から２０％の半径の変化は良い結果をもたらす。大きなｒ２、たとえば−１００００ｍｍを有するレンズの代わりに、平凸レンズを用いてもよい。
【００４３】
焦点距離ｆは、好ましくは少なくとも約６００、６５０または７００ｍｍであり、小さな焦点距離ｆで生じる歪みが、過度に大きくなることを防止しながら、大きな拡大が可能である。一方で、焦点距離ｆは好ましくは最大で２０００ｍｍである。なぜなら、意味のある物体距離ｇと共に値を大きくしても、結果として生じる拡大は十分ではないからである。したがって、好ましい焦点距離は８００ｍｍから１５００ｍｍの範囲にある。
【００４４】
物体の距離ｇは、好ましくは１６０ｍｍから１５００ｍｍであり、特に２００ｍｍから８００ｍｍである。たとえば３０ｍｍまで小さな値が可能であるが、それに応じてより小さな増幅が必要である。目距離は、好ましくは１００ｍｍから１５００ｍｍであり、特に２０５ｍｍから１４００ｍｍである。
【００４５】
レンズ１の直径は、好ましくは２５０ｍｍよりも大きく、特に３８０ｍｍ以上で１０００ｍｍよりも小さい。
【００４６】
本発明の好ましい実施例において、レンズは平凸であり、直径は約３８０ｍｍであり、凸側の歪みの半径は５５０ｍｍから６４０ｍｍの間であり、特に５８５ｍｍから６０５ｍｍであり、好ましくは少なくとも約５９４ｍｍである。
【００４７】
本発明の記載した実施例に従ったレンズは、好ましくは一方側または両側で反射防止される。この反射防止は、蒸着法もしく浸漬法において１つ以上の光学活性層を堆積することによって、または反射防止膜もしくは反射防止積層を貼り付けることによって、行なわれる。
【００４８】
たとえば約０．２ｍｍの厚さの積層は、通例複数の層で構成され、薄膜と比較して硬質かつ堅いために、大いに伸びないかもしれず、積層は好ましくは平凸レンズの平面側に貼り付けられる。
【００４９】
図３は、本発明に従った観察装置５の第１の実施例の正面図である。これは直径が３８０ｍｍの丸いレンズ１を含み、物質ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）からなり、重さは約１．３ｋｇである。この例において、レンズは両凸面であり、画像誤差を最小にするための異なる曲率を有する２つの半径を含む。観察装置５は、画面、特にコンピュータ画面の前にレンズ１を位置付けるための調整可能な保持アーム５３を含む。保持アーム５３は、テーブルに固定され得、好ましくはレンズ１を動かし得る５の自由度または６の自由度を有する。このレンズ１は楕円形もしくは矩形または正方形の態様で設計され得る。
【００５０】
図４は、本発明に従った観察装置５の第２の実施例の正面図である。適用されるレンズ１は矩形であり、矩形の対角線は本質的に先行の実施例のレンズの直径に等しい。レンズ１は、選択的な傾斜または固定装置５２を介して脚５１に固定され、この脚はテーブルの表面に配置され得る。脚５１は、たとえば、テーブル表面の上でレンズ１の異なる高さを達成するための交換可能な構成を含む。本発明のさらに他の実施例において、脚は橋状の態様で形成されて、大きな物体距離ｇを許容するコンピュータキーボードの上に配置され得る。もちろんこのような脚は、丸いまたは異なる形状のレンズ１と組合わせてもよい。
【００５１】
参照数字のリスト
ｆ  焦点距離、ｇ  物体距離、ｂ  画像距離、ａ  目距離、ｌ  視覚媒体、レンズ、１１  内側のレンズ表面、１２  外側のレンズ表面、２  物体、２１  物点、３  画像、３１  画像点、４  目、５  観察装置、５１  脚、５２  調整手段、５３  保持アーム、５４  テーブル、６  レンズ軸。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】光学系におけるビーム経路の概略図である。
【図２】本発明に従った光学系におけるビーム経路の概略図である。
【図３】本発明に従った装置の第１の実施例の形態の図である。
【図４】本発明に従った装置の第２の実施例の形態の平面図である。
【図１】
2006510047.tif 000010
【図２】
2006510047.tif 000011
【図３】
2006510047.tif 000012
【図４】
2006510047.tif 000013
【国際調査報告】
2006510047.tif 000014
2006510047.tif 000015
2006510047.tif 000016
2006510047.tif 000017
2006510047.tif 000018
2006510047.tif 000019