(57)【要約】ユーザの頭部にフィット可能で光束（９）を発生する複数の画素から画像を生成する表示装置（１）のための結像光学システムが提供される。結像光学システム（７）は、第１の入射面（Ｆ１）および湾曲した出射面（Ｆ３）を有する光学要素（８）と、湾曲した第２の入射面（Ｆ４）およびそこから離間した結合出力セクション（１３）を有する眼鏡レンズ（３，４）とを備える。湾曲した出射面（Ｆ３）は、湾曲した第２の入射面（Ｆ４）に接続され、結像光学システム（７）は生成画像を虚像として結像する。光学要素（８）は、光学要素（８）に供給される光束（９）を、第１の入射面（Ｆ１）を介して湾曲した出射面（Ｆ３）へとガイドし、後者からのそれらを、湾曲した第２の入射面（Ｆ４）を介して眼鏡レンズ（３，４）へと結合する。それらは結合出力セクション（１３）へとガイドされ、虚像を生成するために結合出力セクション（１３）を介して結合出力される。結果として、光学要素（８）は第１の結像要素として用いられ、眼鏡レンズ（３，４）は第２の結像要素として用いられる。虚像の結像における横方向の色収差を低減するために、２つの結像要素（３，４；８）が異なる材料から製造される。２つの結像要素（３，４；８）の一方は正の度数を有し、２つの結像要素（３，４；８）の他方は負の度数を有する。虚像を結像するためである。
2018529998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示装置（１）のための結像光学システムであって、
前記表示装置（１）はユーザの頭部にフィット可能であり、
前記表示装置（１）は、光束（９）を発生する複数の画素から画像を生成する、
結像光学システムにおいて、
前記結像光学システム（７）は光学要素（８）および眼鏡レンズ（３，４）を備え、
前記光学要素（８）は、第１の入射面（Ｆ１）と、湾曲した出射面（Ｆ３）とを有し、
前記眼鏡レンズ（３，４）は、湾曲した第２の入射面（Ｆ４）と、そこから離間した結合出力セクション（１３）とを有し、
前記湾曲した出射面（Ｆ３）は前記湾曲した第２の入射面（Ｆ４）に接続され、
前記結像光学システム（７）は、生成画像を虚像として結像し、
そこにおいて、前記光学要素（８）は、前記第１の入射面（Ｆ１）を介して前記光学要素（８）に供給される前記光束（９）を前記湾曲した出射面（Ｆ３）へとガイドし、後者からのそれらを、前記湾曲した第２の入射面（Ｆ４）を介して前記眼鏡レンズ（３，４）内へと結合し、そこにおいて、それらは、前記虚像を生成するために、前記結合出力セクション（１３）へとガイドされ、前記結合出力セクション（１３）を介して結合出力され、結果として、前記光学要素（８）は、第１の結像要素として用いられ、前記眼鏡レンズ（３，４）は第２の結像要素として用いられ、
前記虚像を結像するために、前記虚像の前記結像における横方向の色収差を低減するために、前記２つの結像要素（３，４；８）は異なる材料から製造され、前記２つの結像要素（３，４；８）の一方は正の度数を有し、前記２つの結像要素（３，４；８）の他方は負の度数を有する、結像光学システム。
【請求項２】
前記眼鏡レンズ（３，４）は負の度数を有し、前記光学要素（８）は正の度数を有し、前記眼鏡レンズ（３，４）は前記光学要素（８）より低いアッベ数を有する、請求項１に記載の結像光学システム。
【請求項３】
双方の結像要素（３，４；８）が塑性材料から製造される、請求項１または２に記載の結像光学システム。
【請求項４】
前記眼鏡レンズ（３，４）内へと結合される前記光束（９）は、前記眼鏡レンズ（３，４）内において、少なくとも１回の反射および／または少なくとも１回の全反射によって、前記結合出力セクション（１３）へとガイドされる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の結像光学システム。
【請求項５】
前記結合出力セクション（１３）は、反射性または部分的に反射性の、１つ以上の反射性偏向面（１４）を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の結像光学システム。
【請求項６】
前記１つ以上の反射性偏向面（１４）は前記眼鏡レンズ（３，４）内に埋め込まれる、請求項５に記載の結像光学システム。
【請求項７】
前記結像光学システム（７）は、前記虚像が前記眼鏡レンズ（３，４）を通して視認可能な周囲に重畳して認識可能となるように前記虚像を生成する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の結像光学システム。
【請求項８】
前記眼鏡レンズ（３，４）はポリカーボネートから製造され、前記光学要素（８）はＺｅｏｎｅｘから製造される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の結像光学システム。
【請求項９】
前記光学要素（８）の前記湾曲した出射面（Ｆ３）は、前記眼鏡レンズ（３，４）の前記湾曲した第２の入射面（Ｆ４）に接着される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の結像光学システム。
【請求項１０】
前記光学要素（８）の前記湾曲した出射面（Ｆ３）は、前記眼鏡レンズ（３，４）の前記湾曲した第２の入射面（Ｆ４）に対して相補的な形状を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の結像光学システム。
【請求項１１】
前記光学要素（８）の前記湾曲した出射面（Ｆ３）は球面状に湾曲する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の結像光学システム。
【請求項１２】
前記光学要素（８）は、前記眼鏡レンズ（３，４）とともにＬ字形状に配置される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の結像光学システム。
【請求項１３】
ユーザの頭部にフィット可能なホルダ（２）と、
前記ホルダ上に製造されて画像を生成する画像生成モジュール（５）と、
前記ホルダ（２）に固定された、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の結像光学システム（７）であって、前記ホルダ（２）が前記頭部にフィットしている時に、前記ユーザが前記生成画像を虚像として認識可能となるように前記生成画像を結像する、結像光学システム（７）と、
を有する表示装置。
【請求項１４】
前記ホルダ（２）が前記頭部にフィットしている時に、前記結像光学システム（７）は、前記ユーザが周囲に重畳して虚像を認識可能となるように、前記生成画像を前記虚像として結像する、請求項１３に記載の表示装置。
【請求項１５】
前記ホルダ（２）は、二眼の眼鏡のように形成され、第１および第２のテンプル幹（Ｂ１，Ｂ２）を備え、
前記光学要素（８）は、少なくとも部分的に、前記２つのテンプル幹（Ｂ１，Ｂ２）の一方の内部に配置される、請求項１３または１４に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザの頭部にフィット可能な表示装置のための結像光学システムであって、光束が出力される複数の画素から画像を生成するものに関し、また、そのような結像光学システムを有する表示装置に関する。
【０００２】
しばしば、結像光学システムは、湾曲した後面（ユーザに対する虚像の生成のために、この後面を介して画像の光束が眼鏡レンズから結合出力される）を有する眼鏡レンズを備える。この湾曲した後面における眼鏡レンズ‐空気の遷移は、望ましくない態様で横方向の色収差につながる。
【０００３】
したがって、ここから開始して、本発明の目的は、望ましくない横方向の色収差がなるべく低減されるような、冒頭に述べたタイプの結像光学システムを発展させることである。
【０００４】
本発明によれば、この目的は、表示装置のための結像光学システムによって達成される。結像光学システムは、ユーザの頭部にフィット可能であり、光束が出力される複数の画素から画像を生成する。結像光学システムは、光学要素（第１の入射面および湾曲した出射面を有する）と、眼鏡レンズ（湾曲した第２の入射面と、そこから離間した結合出力セクションと、湾曲した後面とを有する）とを備える。湾曲した出射面は、湾曲した第２の入射面に接続され、結像光学システムは、生成画像を虚像として結像する。光学要素は、第１の入射面を介して光学要素に供給される光束を、湾曲した出射面へとガイドし、後者からの光束を、湾曲した第２の入射面を介して眼鏡レンズへと結合し、そこにおいて光束は結合出力セクションへとガイドされ、虚像を生成するために、結合出力セクションによって、湾曲した後面を介して結合出力される。結果として、光学要素は第１の結像要素として用いられ、眼鏡レンズは第２の結像要素として用いられる。虚像の結像における横方向の色収差を低減するために、２つの結像要素が異なる材料から製造される。虚像を結像するために、２つの結像要素の一方は正の度数（refractive power）を有し、２つの結像要素の他方は負の度数を有する。
【０００５】
したがって、２つの結像要素に対する異なる材料によって無彩色のシステムが提供され、２つの結像要素間の接続は湾曲した出射面を介し、横方向の色収差において望ましい低減を生じさせる。
【０００６】
本発明による結像光学システムの有利な発展は、特許請求の範囲の従属項において示される。
【０００７】
眼鏡レンズは負の度数を有してもよく、光学要素は正の度数を有してもよく、眼鏡レンズは光学要素より低いアッベ数を有してもよい。
【０００８】
さらに、双方の結像要素は塑性材料から製造可能である。とくに、射出成形に適したプラスチックを用いることができる。
【０００９】
光学要素は、ポリカーボネートから製造することができ、光学要素はＺｅｏｎｅｘ（シクロオレフィンポリマーの商品名）から製造することができる。
【００１０】
２つの結像要素の度数は、異なるように選択されると好適であり、２つの結像要素の分散は、望ましい横方向の色収差補正が達成されるように逆となるように選択される。とくに、２つの結像要素の度数および材料は、条件ｆ１ｖ１＝−ｆ２ｖ２が満たされるように選択される。ただしｆ１およびｆ２は２つの結像要素の焦点距離であり、ｖ１およびｖ２は２つの結像要素のアッベ数である。
【００１１】
光学要素から眼鏡レンズへの接続は、好ましくはエアギャップなしである。とくに、接続される光学要素および眼鏡レンズは、エアギャップを持たないようにすることができる。
【００１２】
光学要素の湾曲した出射面は、眼鏡レンズの湾曲した第２の入射面に接着されてもよい。
【００１３】
光学要素の湾曲した出射面は、眼鏡レンズの湾曲した第２の入射面に対して相補的となる形状を有してもよい。
【００１４】
とくに、光学要素の湾曲した出射面は、球面状に湾曲してもよい。
【００１５】
さらに、光学要素は、眼鏡レンズとともにＬ字形状に配置可能である。
【００１６】
とくに、光学要素は単一部品として形成可能である。しかしながら、これは、いくつかの部品に形成され、それらの部品が互いに直接的に接触して（たとえば接着または接合されて）、結果として単一の光学要素が提供されるようにすることも可能である。とくに、光学要素は、生成画像または対応する光が光学要素内でガイドされることを特徴とし、これはエアギャップなしで（たとえばプラスチックまたはガラスから）形成可能である。
【００１７】
光学要素の第１の入射面は、平坦に形成されることが好ましい。しかしながら、これは代替的には湾曲していてもよい。
【００１８】
加えて、入射面は生成画像をガイドするための反射面としての機能を果たしてもよい。反射は、たとえば全反射によって生じてもよい。このように、入射面は、生成画像の結合入力の間は透過的に作用してもよく、結合入力のガイディングの間は反射的に作用してもよい。さらに、入射面を部分的に反射性となるように形成することも可能である（たとえば適切な反射層を適用することにより）。
【００１９】
さらに、出射面は、生成画像をガイドするための反射面としての機能を果たしてもよい。
【００２０】
反射は、たとえば全反射によって生じてもよい。このように、出射面は、結合入力された画像のガイディングの間は反射的に作用してもよく、生成画像の結合出力の間は透過的に作用してもよい。さらに、出射面を部分的に反射性となるように形成することも可能である（たとえば適切な反射層を適用することにより）。
【００２１】
さらに、第１の入射面および出射面は、空間的に互いに位置ずれして(spatially offset)いてもよく、互いに独立な少なくとも２本の空間的軸の周りに（好ましくは、互いに独立な３本の空間的軸の周りに）傾斜していてもよい。
【００２２】
本発明による結像光学システムでは、光学要素は、眼鏡レンズの第２の入射面と、光学要素の出射面で直接的に接触していてもよい。これら２つの面は、たとえば接着または接合されてもよい。このように、非常にコンパクトな設計の結像光学システムが提供される。さらに、したがって、光学要素と眼鏡レンズとの耐久性のある位置整合が確実になる。
【００２３】
光学要素と眼鏡レンズとのこの接触を通して、迷光または散乱光の低減がさらに有利に達成される。
【００２４】
光学要素は、生成画像をガイドするために、第１の入射面および出射面の間で反射を実現しないものであってもよく、１回の反射を実現してもよく、数回の反射を実現してもよい。好ましくは、少なくとも１回、２回、３回、４回または５回の反射が実現される。反射回数は、好ましくは２回から１０回までの範囲内であり、好ましくは画像生成モジュールの結像システムの位置と結像光学システムの焦点距離とに応じて選択される。
【００２５】
本発明による結像光学システムでは、生成画像をガイドするためおよび／または結合入力または結合出力するために用いられない光学要素の境界面は、黒くされてもよく、および／または、光吸収性であってもよい。これによって、散乱光がよく抑えられる。
【００２６】
眼鏡レンズは、湾曲したまたは平坦な前面を有してもよい。結合出力セクションは、結像効果を有してもよく、反射性、透過性および／または屈折性であってもよい。
【００２７】
眼鏡レンズおよび光学要素は、それぞれ、たとえばガラスまたはプラスチックから製造することができる。
【００２８】
本発明による結像光学システムでは、眼鏡レンズおよび光学要素が一緒になって、上方から見てＬ字形状を有してもよい。とくに、光学要素は眼鏡レンズの後面から突出してもよい。これは上述のＬ字形状につながり得る。
【００２９】
光学要素内および眼鏡レンズ内での生成画像または光束のガイディングは、反射および／または全反射によって発生してもよい。ガイディングが反射によって実現される場合には、反射性コーティングまたは反射面が提供される可能性がある。反射は、眼鏡レンズおよび／または光学要素の外境界面（たとえば、眼鏡レンズの前面および後面）において実現されてもよく、および／または、内表面において実現されてもよい。
【００３０】
結合出力セクションは、第２の入射面から横方向に離間する。したがって、好ましくは、生成画像が眼鏡レンズ内へと結合入力された後に、生成画像を結合出力セクションへとガイドするために、眼鏡レンズ内で常に、少なくとも１回の反射またはいくつかの反射が発生する（たとえば、眼鏡レンズの後面で１回、前面で１回）。このように、結合出力セクションは、光学要素から横方向に離間していることが好ましい。
【００３１】
とくに、光学要素の、１つの反射面は、非球面として形成されてもよい。非球面は、とくに、回転対称性を持たないものであってもよい。とくに、これは、自由曲面として形成されてもよい。本明細書において、自由曲面(freeform surface)とは、とくに、２つの異なる主平面において異なる湾曲を有する曲面を意味し、および／または、湾曲しており回転対称性を持たない曲面を意味する。
【００３２】
光学要素の他の反射面も、それぞれ非球面として形成されてもよく、とくに、自由曲面として形成されてもよい。
【００３３】
結合出力セクションは、光束に対して反射性または部分的に反射性の、１つ以上の反射性偏向面を備えてもよい。反射性偏向面は、反射性ファセットと呼ばれる場合もある。
【００３４】
反射性偏向面は、それぞれ、平坦に形成されても湾曲して形成されてもよい。さらに、偏向面は、フレネルのような態様で（in a Fresnel-like manner）、（純粋なビーム偏向に加え）結像特性を有する湾曲した反射面を再現してもよい。
【００３５】
反射性偏向面は、眼鏡レンズに埋め込まれて形成されてもよい。とくに、たとえば、眼鏡レンズの前面に形成されてもよい。前面が滑らかかつ連続的な面となるように、眼鏡レンズの材料で充填されてもよい。眼鏡レンズとは異なる材料で充填される場合には、双方の材料が同一の屈折率を有すると有利である。
【００３６】
結像光学システムは、眼鏡レンズを通して視認可能な周囲に重畳した虚像が認識可能となるように虚像を生成するように、発展可能である。このように、虚像がユーザの視野内へと反射される、いわゆる拡張表示（augmented display）が可能となる。ここで、ユーザは従来の態様で眼鏡レンズを使用し続けることができるということが重要である。このように、ユーザは眼鏡レンズを通して周囲を認識することができる。本発明による結像光学システムを用いて、たとえば、いわゆるスマートグラスを製造することができる。
【００３７】
眼鏡レンズの度数は、ゼロであってもよいし、ゼロでなくともよい（とくに欠陥のある視覚を補正するために）。
【００３８】
さらに、ユーザの頭部にフィット可能なホルダと、ホルダ上に製造されて画像を生成する画像生成モジュールと、ホルダに固定された本発明による結像光学システム（本発明によるさらなる発展形を含む）と、を持つ表示装置が提供され、これは、ホルダが頭部にフィットしている時に、生成された画像を、ユーザが虚像として認識するような方法で結像する。
【００３９】
ホルダは二眼の眼鏡のように形成され、第１および第２のテンプル幹を備え、光学要素は、少なくとも部分的に、これら２つのテンプル幹の１つの内部に配置されてもよい。
【００４０】
本発明による表示装置において、ホルダが頭部にフィットしている時に、結像光学システムは、ユーザが周囲に重畳して認識可能な虚像として、生成画像を結像することができる。このようにして、いわゆる拡張表示が可能となる。したがって、ユーザは従来の態様で眼鏡レンズを使用し続けることができる。とくに、ユーザは、眼鏡レンズを通して周囲を認識することができる。眼鏡レンズの度数は、ゼロであってもよいし、ゼロでなくともよい（とくに欠陥のある視覚を補正するために）。
【００４１】
画像生成モジュールは、とくに、２次元の結像システム（たとえばＬＣＤモジュール、ＬＣｏＳモジュール、ＯＬＥＤモジュールまたは傾斜鏡マトリクス等）を備えてもよい。とくに、結像システムは、ＯＬＥＤ、ＬＣＤ、ＬＣｏＳおよび／またはドットマトリクスマイクロディスプレイを備えてもよい。さらに、結像システムは、ＬＥＤセグメントディスプレイを備えてもよい。加えて、結像システムは直接走査レーザ表示モジュール（場合によっては瞳マッチング用の光学系を持つもの）を備えてもよい。さらに、結像システムは、走査レーザ表示モジュール（光学部品の前または眼鏡レンズの前の中間像平面に散乱媒体を持つもの）と瞳マッチング用の光学系とを備えてもよい。結像システムは、自己発光性のものであってもよく、自己発光性でないものであってもよい。
【００４２】
画像生成モジュールは、とくに、多色の画像が生成されるように形成されてもよい。
【００４３】
本発明による表示装置は、たとえば、生成画像が表示すべきデータを含むスマートグラスとして形成されてもよい。
【００４４】
本発明による表示装置は、その動作に必要な、当業者に既知のさらなる要素を備えてもよい。
【００４５】
上述の特徴および下記に説明される特徴は、記述された組み合わせのみならず、本発明の範囲から逸脱することなく、他の組み合わせまたは単独で、用いることができるということが理解される。
【００４６】
以下では、本発明が、添付の図面（これも、本発明に本質的な特徴を開示する）を参照して例示によりさらに詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明による表示装置の一実施形態を表す概略斜視図である。
【図２】画像生成モジュールの概略表現を含む結像光学システムの拡大部分断面図である。
【図３】画像生成モジュールの概略表現を含む結像光学システムのさらなる実施形態の拡大部分断面図である。
【図４】画像生成モジュールの概略表現を含む結像光学システムのさらなる実施形態の拡大部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１に示す実施形態において、本発明による表示装置１は、ユーザの頭部にフィット可能なホルダ２であってここに記述される実施形態では従来の眼鏡フレームとして形成されるホルダ２と、ホルダ２に固定される第１および第２の眼鏡レンズ３および４とを備える。眼鏡レンズ３および４を持つホルダ２は、たとえばスポーツ眼鏡、サングラス、および／または欠陥のある視覚を補正するための眼鏡として形成されてもよく、第１の眼鏡レンズ３を介して虚像がユーザの視野へと反射されてもよい（以下に説明するように）。
【００４９】
図２（ホルダ２は示されない）の拡大部分斜視図に最もよく現れるように、表示装置１は、虚像としてユーザの視野へと反射されるべき画像が生成可能な結像システム６（たとえばＯＬＥＤモジュール）を備える画像生成モジュール５を備える。このために、表示装置１は、結像システム６と第１の眼鏡レンズ３との間に配置される光学要素８を含む結像光学システム７を備える。加えて、第１の眼鏡レンズ３自体も、結像光学システム７の一部として機能する。
【００５０】
結像光学システム７自体は、本発明による結像光学システム７として形成され、好ましくは、ユーザの頭部にフィット可能で画像を生成する表示装置のために設計される。結像光学システム７は、本発明による構成を明確にするために、ここでは図１のホルダ２を伴ってのみ記載される。しかしながら、結像光学システム７は任意の他のホルダ用に設計されてもよい。
【００５１】
結像システム６は、複数の画素が（たとえば行および列に）配列された２次元結像システムとして形成され、各画素から光束９を発生可能である。（たとえば制御ユニット１０によって）各画素を対応して動作させることにより、所望の画像が生成可能である。図２において、光ビームのビーム経路は、光束９を表すために描かれており、結果として光ビーム９もまた後に議論される。
【００５２】
結像システム６から発生する光ビーム９は、光学要素８の湾曲した第１の入射面Ｆ１（代替的に、平坦であってもよい）を介して光学要素８に入射し、対向して配置される平坦な反射面Ｆ２に衝突する。光ビーム９は反射面Ｆ２から球面状に湾曲した出射面Ｆ３へと反射される。球面状に湾曲した出射面Ｆ３は、第１の眼鏡レンズ３の第２の入射面Ｆ４（湾曲した出射面Ｆ３に対して相補的に湾曲している）に接着される。
【００５３】
光束９は、第１の眼鏡レンズ３の湾曲した第２の入射面Ｆ４を介して第１の眼鏡レンズ９に入射し、そこにおいて、第１の眼鏡レンズ３の前面１８および後面１５での反射により、結合出力セクション１３へとガイドされる。結合出力セクション１３は、互いに隣接して配列されるいくつかの反射性偏向面１４（反射性ファセットとも呼ばれる）を備え、そこにおいて、第１の眼鏡レンズ３の後面１５の方向に、光束９の反射が発生し、結果として、光束９は後面１５を介して第１の眼鏡レンズ３から出射する。
【００５４】
このように、ユーザが意図する通り本発明による表示装置１を頭に着用している時に、ユーザが結合出力セクション１３を見る時には、ユーザは、結像システム６によって生成される画像を、虚像として認識することができる。ここに記載される実施形態では、ユーザは、前方視線の視線方向Ｇに対して約２０°〜４０°だけ右側を見なければならない。図２では、ユーザの眼の回転中心１６と、結像光学システムの出射瞳１７またはアイボックス(eyebox）１７とが、明確さのために描かれている。アイボックス１７は、表示装置１によって提供され、ユーザの眼の瞳が運動可能であり、ユーザが依然として常に生成画像を虚像として見ることができる領域である。
【００５５】
説明される光学要素８の光束ガイディングのために、光ガイド８（とくに、画像取得および／または結像光ガイド）と呼ばれることもある。
【００５６】
各ファセット１４は、平坦にまたは湾曲して形成可能である。ファセットの湾曲した形成の場合には、結合出力セクション１３は全体として結像効果を有してもよい。
【００５７】
眼鏡レンズの後面１５は、球面状に湾曲していてもよい。さらに、眼鏡レンズの前面１８は、平坦であっても湾曲していてもよい。
【００５８】
後面１５の、および／または、各ファセット１４の、面Ｆ１〜Ｆ４の湾曲(curvature；曲率)は、球面状の湾曲であってもよく、非球面の湾曲であってもよく、自由局面の湾曲であってもよい。自由曲面(freeform surface)とは、とくに、２つの異なる主セクションにおいて異なる湾曲を有する曲面を意味し、および／または、湾曲しており回転対称性を持たない曲面を意味する。とくに、自由曲面の湾曲は、非球面かつ非回転対称であってもよい。
【００５９】
光学要素８は、ホルダ２の右側テンプル幹Ｂ１内に搭載できるように形成される。この場合、右側テンプル幹Ｂ１は、光学要素８用のハウジングとして機能する。表示装置がフィットすると、ユーザは眼鏡レンズ３および４を通して周囲を認識することができる。このように、虚像が周囲に重畳してユーザに提示される。
【００６０】
当然ながら、表示装置１は、虚像を位置合わせする視線方向が、まっすぐ前方の視線方向Ｇと一致するように形成することもできる。
【００６１】
好ましくは、光学要素８は、単一部品として形成され、ガラス材料または塑性材料から製造可能である。第１および第２の眼鏡レンズ３，４もまた、ガラス材料または塑性材料から製造可能である。
【００６２】
第１の眼鏡レンズ３とともに、光学要素８は、結像システム６によって生成された画像を、虚像として、ユーザが認識できるように結像する。この結像において、望ましくない横方向の色収差が発生する（たとえば後面１５における光束の眼鏡レンズ‐空気遷移の場合）。この横方向の色収差を低減するために、結像光学システム７は無彩色的に作用するよう設計される。このために、第１の眼鏡レンズ３および光学要素８は、それらのアッベ数ができるだけ明確に異なる、異なる材料から形成される。加えて、画像の結像のために、光学要素８は正の度数を有し、画像の結像のために、第１の眼鏡レンズ３は負の度数を有する。出射面Ｆ３の湾曲した構成とともに、実際上、観念上の無色彩システムが提供され、これによって、横方向の色収差における望ましい低減が達成される。
【００６３】
第１の眼鏡レンズ３のための材料として、たとえばアッベ数３０を有するポリカーボネートが使用可能であり、光学要素８のための材料として、たとえばアッベ数５６のＺｅｏｎｅｘが使用可能である。これらの材料は、射出成形による製造に有利に適している。
【００６４】
ポリカーボネートおよびＺｅｏｎｅｘの値を既知の光学ガラスの値と比較すると、Ｚｅｏｎｅｘはクラウンガラスに対応し、ポリカーボネートはフリントガラスに対応する。上述の、光学要素８の第１の眼鏡レンズ３への接着と、球面状出射面Ｆ３の適切な半径の選択とにより、当業者は望ましい無色彩化（achromatization）を達成することができる。光学要素８と第１の眼鏡レンズ３との間の分離点が（したがって球面状の出射面Ｆ３が）結像システム６に向かって近づけられるにつれて、横方向の色収差の補正が長さ方向の色収差より優勢となる（従来の光学から既知であるように）。
【００６５】
長さ方向の色収差は、ここでは、開口が比較的小さいのでそれほど破壊的ではなく、一般的にフィールド範囲の深さにおいて変化し、一方で、横方向の色収差は開口とは独立であり、すでに目立つほど視認可能である。本発明による結像光学システム７によれば、横方向の色収差は画素範囲未満に明確に低減可能であり、たとえば結像システム６の範囲に再計算して約１〜２μｍのみとすることができる。
【００６６】
さらに、国ごとに個別の安全規則により、ユーザの眼の前の領域ではある程度特定の材料のみが許容されるということに留意すべきである。ドイツについては、ポリカーボネートはこれに含まれ、結果として、これに関しても、この材料の使用は有利である。
【００６７】
図２の概略表現に示されるように、第１の眼鏡レンズ３の後面１５および前面１８の双方が湾曲して形成される。
【００６８】
第２の入射面Ｆ４から結合出力セクション１３へと光をガイドするために、第１の眼鏡レンズ３は、互いに対向して配置される２つの反射層２１，２２を備える。これらはそれぞれ、第２の入射面Ｆ４から結合出力セクション１３へと延びる。第１の反射層２１は後面１５上に形成され、第２の反射層２２は前面１８上に形成される。反射層２１および２２のために、反射性偏向面１４と同一の材料を用いることができる。
【００６９】
反射層２１および２２は、省略することもできる。その場合には、第１の眼鏡レンズ３におけるガイディングは、第１の眼鏡レンズ３の後面１５および前面１８での全反射によって発生する。
【００７０】
各反射性ファセット１４は、埋め込まれて形成され、好ましくは、前面１８が滑らかかつ連続的な面となるように、眼鏡レンズ３の材料で充填される。これらが眼鏡レンズ３の材料とは異なる材料で充填される場合には、双方の材料が同一の屈折率を有すると有利である。
【００７１】
本発明による眼鏡レンズ２では、欠陥のある視覚を補正するために、とくに後面１５が湾曲を有することができる。光束９の結合出力は後面１５を介して実現され、これはユーザにとっての補正面であるので、これによって、表示される虚像がユーザによってくっきりと認識できるということも、有利に達成される。
【００７２】
ここまで説明される実施形態では、眼鏡レンズ３は単一シェル構造を有している。図３に示すように、二重シェル構造もまた可能である。この場合には、眼鏡レンズ３は、外側シェル１９および内側シェル２０を備える。反射層２２は内側シェル２０と外側シェル１９との間に形成される。
【００７３】
さらに、第１の眼鏡レンズ３は、３つ以上のシェルを有する構造を有してもよい。たとえば、内側シェル２０に接して配置されるさらなる内側シェルが提供されてもよい。この場合には、反射層２１および２２はいずれも眼鏡レンズ３に埋め込まれることになる。
【００７４】
図４には、図２の本発明による眼鏡レンズの修正例があり、この修正例では、第２の反射層２２は提供されず、代わりに前面１８で全反射が発生する。
【００７５】
内側シェル２０および外側シェル１９の材料は同一で、その結果としてこれらが同一の屈折率を有することが好ましい。内側シェル２０および外側シェル１９は、全表面にわたって互いに接着され、その結果としてコンパクトな第１の眼鏡レンズ３が存在することが好ましい。
【００７６】
本発明による表示装置１では、ユーザの視野内への虚像の反射は、第１の眼鏡レンズ３を介して実現される。当然ながら、第２の眼鏡レンズ４を介した反射もまた可能である。この場合には、光学要素８および画像生成モジュール５は、左側テンプル幹Ｂ２内に配置されてもよい。加えて、表示装置１は、情報項目または虚像が眼鏡レンズ３および４の双方を介して反射されるように形成されてもよい。ここで、反射は、３次元画像の印象が形成されるように実現されてもよい。しかしながら、これは絶対的に必要なことではない。
【００７７】
眼鏡レンズ３，４の度数は、ゼロであってもよく、ゼロでなくともよい（とくに、欠陥のある視覚を補正するために）。各図に示すように、眼鏡レンズ３の前面１８および後面１５の双方が湾曲して形成されてもよい。とくに、前面１８は、球面状に湾曲していてもよい。欠陥のある視覚を補正するために眼鏡レンズがゼロでない度数を有する場合には、一般的には、後面１５の湾曲が、対応する補正を達成するために対応して選択される。後面１５は、球面形状からずれた湾曲を有してもよく、したがって、とくに非球面に成形されてもよい。
【００７８】
ホルダ２は、眼鏡タイプのホルダとして形成される必要はない。ユーザの頭部に表示装置がフィット可能または着用可能な、任意の他のタイプのホルダが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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