(57)【要約】  本発明は、後面及び前面を、後面と前面との間の流体と共に有する調節可能な流体充填のレンズに関する。レンズは、流体内部に回折パターンが実装されている。一つ以上の係るレンズを実装したアイウェアの製品も開示される。
2016514278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
後面と、
前面と、
前記前面と後面との間に充填された流体と、
前記流体内に実装された回折パターンとを備える、
調節可能な流体充填のレンズ。
【請求項２】
前記回折パターンは、前記レンズと前記流体との間の境界面に配設される、又は前記前面及び後面から離間する前記流体内で支持される、
請求項１に記載の調節可能な流体充填のレンズ。
【請求項３】
前記前面は、弾性又は粘弾性の膜であって、前記膜が支持部材によってその縁部の周りで保持される弾性又は粘弾性の膜を備え、前記膜は前記後面から離間しており、前記流体の圧力は、前記膜の形状を調節することによって第１の像に焦点を合わせるよう前記レンズの度数を変化させるために調節可能である、
請求項１又は請求項２に記載の調節可能な流体充填のレンズ。
【請求項４】
前記レンズは、前記レンズの第１の領域において前記レンズを通して見ることのできる物体の第１の像に焦点を合わせるよう作動可能であり、前記回折パターンは、前記レンズの重なり合う領域において前記回折パターン上に投影される第２の像に焦点を合わせるよう作動可能である、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の調節可能な流体充填のレンズ。
【請求項５】
前記後面は、前記回折パターンが配設される後カバーによって画成される、
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の調節可能な流体充填のレンズ。
【請求項６】
前記支持部材及び前記後カバーは、それらの縁部の周りで一緒に可撓性をもって接合されて、前記流体が収容される封止エンベロープを形成する、
請求項５に記載の調節可能な流体充填のレンズ。
【請求項７】
前記流体が収容されるエンベロープをさらに備え、前記エンベロープの一つの壁は前記前面を画成し、前記後面は前記エンベロープの別の壁を備え、前記別の壁は前記後カバーに固定して取り付けられ、前記回折パターンは前記エンベロープ内に配設される、
請求項５に記載の調節可能な流体充填のレンズ。
【請求項８】
前記流体及び前記回折パターンは、屈折率が一致している、
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の調節可能な流体充填のレンズ。
【請求項９】
前記レンズの前記後面を介して前記第２の像を受信するように構成された、
請求項４に記載の調節可能な流体充填のレンズ。
【請求項１０】
前記後面に対して１０°から９０°の間の角度で前記第２の像を受信するように構成された、
請求項９に記載の調節可能な流体充填のレンズ。
【請求項１１】
前記後面に実質的に平行に、前記レンズの側面を介して前記第２の像を受信するように構成された、
請求項４に記載の調節可能な流体充填のレンズ。
【請求項１２】
前記レンズは、前記前面及び後面を貫通する軸線と、前記第１及び第２の側面の間で前記レンズを横断する幅とを有し、前記回折パターンは、前記軸線に実質的に垂直で、前記軸線に対して鋭角で、前記レンズの側面領域を横断し、前記レンズの中央部分を横断し、又は、前記レンズの幅全体を実質的に横断して配置される、
請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の調節可能な流体充填のレンズ。
【請求項１３】
前記回折パターンは：回折素子、回折格子、バルクホログラム素子、光学素子、射出瞳拡大器、ビームスプリッタ、エッチングされた素子、フィルム、及びコーティング、のうちの一つ以上を備える、
請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の調節可能な流体充填のレンズ。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載のレンズを備えるアイウェアの物品。
【請求項１５】
第２の像を前記光学素子に投影するよう配置される像生成装置をさらに備え、任意ではあるが、前記像生成装置はカメラを備える、
請求項１４に記載のアイウェアの物品。
【請求項１６】
前記像生成装置は、マイクロＬＣＤディスプレイ又はＯＬＥＤディスプレイを備える、
請求項１５に記載のアイウェアの物品。
【請求項１７】
前記レンズを保持するフレームと、前記フレームに取り付けられる、又は前記フレーム一部として形成されるテンプルとをさらに備え、前記像生成装置及び／又は前記カメラは前記フレーム又は前記テンプルに担持される、
請求項１５又は請求項１６に記載のアイウェアの物品。
【請求項１８】
前記像生成装置及び／又は前記カメラは：前記フレームのブリッジ；前記フレーム及びテンプルが前記レンズの前記後面と実質的に平行に前記第２の像を投影するために接合される領域内；並びに、前記後面に対して１０°から９０°の間の角度で前記第２の像を投影するための前記テンプルの領域内；のうちの一つ以上に配設される、
請求項１７に記載のアイウェアの物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は調節可能な流体充填のレンズに関し、特には、回折パターンを実装するレンズ及び係るレンズを含むアイウェア（メガネ又は眼に装着するメガネ状用具）の物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の圧力を内部で用いて流体と接触する弾性膜の形状を制御する類の流体充填のレンズは、当該技術分野では知られている。一般に、これらのレンズは、膜が一方の側で境界を成すエンベロープ（包被体）内で流体量が制御される「流体注入」型であっても、膜が一方の側で境界を成し、かつ固定量の流体を収容するエンベロープの容積が調節される「流体圧縮」型であってもよい。それぞれの場合、エンベロープ内の流体の圧力は、エンベロープに流体を加えたりそこから除去したりすることにより、又は、エンベロープの容積を変えることにより膜に作用する流体圧を制御することで、調整し、それにより膜の形状を制御する。
【０００３】
調節可能なレンズは、例えば、カメラ及び他の光学機器のような様々な用途が見込まれるが、その一つはアイウェアでの使用である。調節可能なレンズは、特に、老眼の矯正に役立つ（老眼とは、加齢とともに、近い物体に対して焦点を合わせる眼の能力が次第に低下する症状を示す）。着用者が、さらに、遠くに見える物体に正しく焦点を合わせられない症状の近眼（近視）を患う場合、調節可能なレンズを負の矯正レンズと組み合わせて用いて近眼に対処することができる。調節可能なレンズは、着用者が遠距離から近距離までの距離範囲の視野を通して正しい視力を得ることができるので有利である。レンズは、通常、近づいて見る必要がある場合に調節できるように設計され、遠くの物体を見る場合のレンズの同じ領域で物体に焦点を合わせてもよい。これは、近距離視の矯正がレンズの底部領域で得られ、それによって着用者が下を見た時にだけ近くの物体に焦点を合わせて見ることができる、２焦点レンズよりも人間工学的である。
【０００４】
ヘルメットマウントディスプレイ（ＨＭＤ）は、着用者の眼に像を投影するようにディスプレイを実装したヘッドウェア製品である。このディスプレイは透明であってもよく、それによって、着用者は引き続き視野を得ながら像を見ることができる。この場合、像を視野の一部に投影しても視野の全部に投影してもよい。代りに、ディスプレイを、着用者の視野が一方の眼を介して得られるように、像を他方の眼に投影するように構成してもよい。投影像はプロジェクタにより生成され、通常は、データとして受信され、プロジェクタに処理されて像が得られる。データは多くの場合、着用者の環境に関係し、例えば、戦闘機のパイロットはＨＭＤを用いて対気速度、高度、又は目標範囲等の情報を見ながら、それまで通り自身の周りを見て飛行機を操縦できる。像は、通常、陰極線管（ＣＲＴ）像装置により、又は発光ダイオード（ＬＥＤ）照明を有する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等のマイクロディスプレイにより生成される。
【０００５】
上で説明したＨＭＤのタイプの欠点は、着用者が何らかの種類の視力矯正を必要とする場合、ＨＭＤに加え、メガネ又はコンタクトレンズを着用する必要がある点である。これは快適さの観点から不便であり、また、遠くの物体から近くの物体へ焦点を変えていくとき、ディスプレイからの投影像は、一方又は両方の状況において最適とはいえない位置にある像の可能性があるので、不便である。
【０００６】
視野に加えて、投影像を見るためのディスプレイを実装する調節可能なレンズを提供することが望ましい。さらに、上で検討した問題を軽減するＨＭＤ等のアイウェアの物品を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の第１の局面の調節可能な流体充填のレンズは、後面と、前面と、その間の流体とを有する調節可能な流体充填のレンズであって、前記レンズは前記流体内に回折パターンを実装する。
【０００８】
前記回折パターンは、前記レンズと前記流体との間の境界面に配設されてもよく、又は前記前面及び後面から離間する前記流体内で支持されてもよい。
【０００９】
前記調節可能な流体充填のレンズの前面は、好ましくは、弾性又は粘弾性の膜であって、前記膜が支持部材によってその縁部の周りで保持される弾性又は粘弾性の膜を備え、前記膜は前記後面から離間している。前記流体の圧力は、前記膜の形状を調節することによって第１の像に焦点を合わせるよう前記レンズの度数を変化させるために調節可能であってもよい。
【００１０】
好ましくは、前記レンズは、前記レンズの第１の領域において前記レンズを通して見ることのできる物体の第１の像に焦点を合わせるよう作動可能であってもよく、前記光学素子は、前記レンズの重なり合う領域において前記回折パターン上に投影される第２の像に焦点を合わせるよう作動可能であってもよい。好ましくは、レンズは、第１の像に焦点を合わせるようにレンズを調節する間、実質的に一定の位置に留まる光学中心を有してもよい。
【００１１】
前記後面が、前記回折パターンが配設される後カバーによって画成される実施の形態もある。
【００１２】
前記支持部材及び前記後カバーが、それらの縁部の周りで一緒に可撓性をもって接合されて、前記流体が収容される封止エンベロープを形成する実施の形態もある。レンズは、中に流体を収容するエンベロープを含んでもよく、エンベロープの一つの壁は前記前面を画成（定め形成）する。後面は、エンベロープの別の壁により画成されてもよく、この壁は後カバーに固定して取り付けられる。回折パターンをエンベロープ内に配設してもよい。
【００１３】
好ましくは、流体及び回折パターンは屈折率が一致する。屈折率が一致とは、第１の像が、回折パターンの存在によってゆがんで見えない程度に、又は無視できるほどのゆがみにすぎない程度に一致していればよい。
【００１４】
実施の形態によっては、第２の像は、レンズの後面を介して受信されてもよい。第２の像は、後面に対して１０°から９０°の間の角度で受信されてもよい。
【００１５】
実施の形態によっては、第２の像は、後面に実質的に平行に、レンズの側面を介して受信されてもよい。
【００１６】
前記レンズは、前記前面及び後面を貫通する軸線と、前記第１及び第２の側面の間で前記レンズを横断する（横切る）幅とを有するものとしてもよい。応用次第で、又は好ましくは、前記回折パターンは、前記軸線に実質的に垂直で、前記軸線に対して鋭角で、前記レンズの側面領域を横断し、前記レンズの中央部分を横断し、又は、前記レンズの幅全体を実質的に横断して配置されてもよい。
【００１７】
回折パターンは：回折素子、回折格子、バルクホログラム素子、のうちの一つ以上を含んでもよい。それは、任意に射出瞳拡大器(exit pupil expander) であってもよく、機能を組み合わせて用いてもよい。実施の形態によっては、回折パターンは、フィルムの形態で流体内の表面に付与されるか、表面にエッチングされるか、表面レリーフとしてエッチングされてもよい。
【００１８】
本発明の第２の局面によれば、上で説明したレンズを備えるアイウェアの物品が提供される。
【００１９】
アイウェアの物品は、第２の像を回折パターンに投影するように配置される像生成装置を更に備えてもよい、又は担持してもよい。像生成装置は、マイクロＬＣＤ（液晶）ディスプレイ又はＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）ディスプレイを含んでもよい。ＯＬＥＤディスプレイは単色又は多色であってもよい。アイウェアの物品は、像、例えば着用者の眼の像、を記録するように構成されたカメラを備えても、又は担持してもよい。カメラは像生成装置に実装されても、担持されてもよい。
【００２０】
実施の形態によっては、アイウェアの物品は、レンズを保持するフレーム及び、フレームに取り付けられる又はフレームの一部として形成されるテンプルとを備える。像生成装置及び／又はカメラはフレーム又はテンプルに担持されてもよい。像生成装置及び／又はカメラは：フレームのブリッジ；フレーム及びテンプルがレンズの後面と実質的に平行に第２の像を投影するために接合される領域内；及び、後面に対して１０°と９０°の間の角度で第２の像を投影するためのテンプルの領域内；のうちの、一つ以上に配設されてもよい。
【００２１】
本発明の実施の形態を、単なる例として、添付図面を参照してここで説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、一組のメガネの前上方からの斜視図であり、メガネは、本発明の第１の実施の形態による２つの流体充填のレンズアセンブリに嵌合するフレームを含む図である。
【００２３】
【図２ａ】図２ａは、図１のメガネの左側の左上方からの斜視図であり、第１の実施の形態のレンズアセンブリの一方がどのようにフレームに嵌合するのかを示す図である。
【００２４】
【図２ｂ】図２ｂは、図１のメガネの反対側の（即ち、着用者側からの）上方からの斜視図であり、同様にレンズアセンブリがどのようにフレームに嵌合するのかを示す図である。
【００２５】
【図３】図３は、第１の実施の形態の一方のレンズアセンブリの分解図であり、アセンブリの部品を示す図である。
【００２６】
【図４】図４は、図２の、調節前の一方のレンズアセンブリの正面図である。
【００２７】
【図５ａ】図５ａは、図４の一方のレンズアセンブリのＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５ｂ】図５ｂは、レンズアセンブリが調節されたときの対応図である。
【００２８】
【図６ａ】図６ａは、図４の一方のレンズアセンブリのＶ−Ｖ断面図であり、本発明の実施の形態による像の投影を示す図である。
【図６ｂ】図６ｂは、レンズアセンブリが調節された場合の対応図である。
【００２９】
【図７ａ】図７ａは、光学素子を実装した調節可能なレンズアセンブリの一つの構成を略示する図である。
【図７ｂ】図７ｂは、光学素子を実装した調節可能なレンズアセンブリの別の構成を略示する図である。
【図７ｃ】図７ｃは、光学素子を実装した調節可能なレンズアセンブリのさらに別の構成を略示する図である。
【図７ｄ】図７ｄは、光学素子を実装した調節可能なレンズアセンブリのさらに別の構成を略示する図である。
【図７ｅ】図７ｅは、光学素子を実装した調節可能なレンズアセンブリのさらに別の構成を略示する図である。
【図７ｆ】図７ｆは、光学素子を実装した調節可能なレンズアセンブリのさらに別の構成を略示する図である。
【００３０】
【図８】図８は、本発明による調節可能なレンズアセンブリに実装された光学素子を用いてもよいコンピュータで生成したバルクホログラムの実施例を示す図である。
【００３１】
【図９ａ】図９ａは、アイボックスの実施例を示す図である。
【図９ｂ】図９ｂは、図８に示す種類のバルクホログラムを本発明による調節可能なレンズに実装した光学素子において用いられたときのアイボックスの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図中、同様の符号は同様の部品を示す。
【００３３】
図１に示すように、一組のメガネ９０は、２つのリム部９３を有するフレーム９２と、２つのテンプル９４とを含む。両リム部９３は、ブリッジ９５を介して結ばれ、各リム部９３は、本発明の実施の形態に従って、それぞれのレンズアセンブリ１、１’を担持する形状寸法を有する。レンズアセンブリの一方１はメガネの左側で用いられ、他方１’は右側で用いられる。図２ｂに示すように、リム部９３は、レンズアセンブリ１、１’のそれぞれを収容する凹部１０１を後側に形成されている。各レンズアセンブリ１、１’は、それらの各凹部１０１、１０１’にスナップ嵌合する。
【００３４】
図１及び図２ｂに示されるように、左右のレンズアセンブリ１、１’は、互いに鏡像であり、それらの構造は、鏡像であることを除き同一である。左側のレンズアセンブリ１だけを、以下、詳細に説明するが、右側アセンブリ１’の構造及び作動が実質的に同じであることは言うまでもない（「実質的に同じ」とは、同一ではなくとも、その効果を奏する限り多少の違いはあっても同じと見ることを意味する。実質的に一定、実質的に並行等も同様である）。
【００３５】
図２ａ及び図２ｂに示すように、フレーム（リム部）９２は、切頭テンプル９６、９６’を含む。レンズアセンブリ１、１’は、各テンプル９４、９４’に担持されるねじ及びロケータ（位置決め子）編成１１０、１１０’によって各凹部１０１、１０１’にスナップ嵌合した後、メガネ９０内の所定位置に保持されてもよい。したがって、レンズアセンブリ１、１’は、一方の側で切頭テンプル９６、９６’とテンプル９４との間に挟持されることによって、それぞれリム部９３、９３’に保持される。
【００３６】
図２ｂからは、切頭テンプル９６、９６’とテンプル９４、９４’との間に保持される一方の側において、レンズアセンブリは、アジャス（調整器）タホイール１０８、１０８’を含むアジャスタ１０４、１０４’を含むことが見て取れる。以下、さらに詳細に説明するように、各ホイール１０８、１０８’を手動で回転して各調節可能なレンズアセンブリ１０１、１０１’を操作し、それによってレンズ１、１’の集光力を調節することができる。
【００３７】
図３に示すように、レンズアセンブリ１は、透明な前カバープレート４と、透明な後カバープレート１６と、レンズアセンブリ１の部品を一緒に保持する保持リング６（前シェル６ａ、後シェル６ｂ）の形態の２部品構成ハウジングとを含み、前後カバープレート４、１６は、前後軸線（図３に示すようなｚ軸）上で離間している。保持リング６は、前シェル６ａと後シェル６ｂとを含む。
【００３８】
前カバープレート４は、ガラス又は適切な透明高分子材料からできていてもよい。この実施の形態のレンズアセンブリ１において、前カバープレートの厚さは１．５ｍｍであるが、これは変えてもよい。実施の形態によっては、前カバープレート４は、固定集光力（例えば、単焦点（単一度数）、多重焦点（２つ以上の度数）、累進（傾斜度数）、更には調節可能要素）のレンズを含む。図４に示すように、例えば、この実施の形態において、前カバープレート４は平凸である。
【００３９】
後カバープレート１６はガラス又は透明なポリマからできていてもよい。この実施の形態において、後カバープレート１６の厚さは１．５ｍｍであるが、これは必要に応じて変えてもよい。前カバープレート４と同様に、実施の形態によっては、後カバープレート１６は、固定集光力のレンズを形成していてもよい。この実施の形態において、例えば、図４から最も良くわかるように、後カバープレート１６はメニスカスレンズである。
【００４０】
レンズアセンブリ１を組み立てるために、前シェル６ａ及び後シェル６ｂは、その間にあるレンズアセンブリ１の他のコンポーネント（これらのコンポーネントには、前カバープレート４と後カバープレート１６は含まれない）と一緒に押圧される。後シェル６ｂは前シェル６ａを背にして、これに嵌合する寸法を有している。前後シェル６ａ、６ｂは一緒に嵌合できる一方、レンズアセンブリ１の他のコンポーネントのために、両シェル間に挟持するための空間が与えられる。２つを一緒に接着してもよい。
【００４１】
上で指摘したように、図３において、後カバープレート１６は後シェル６ｂの外側にあるとして示され、前カバープレート４は、前シェル６ａの外側にあるとして示されている。前シェル６ａ及び前カバープレート４は、前シェル６ａとメガネ９０のリム９３の凹部１０１との間で前カバープレート４の堅固な嵌合を容易にするのに対応するベベル面（傾斜面）を有する。
【００４２】
図２ｂで最も良くわかるように、保持リング６（前シェル６ａ、後シェル６ｂ）は、レンズアセンブリ１が、図２ｂを参照して上で説明したように保持される場合、それが動くことなく安定的に保持されるように、フレーム９３内にぴったり受容される形状及び寸法が与えられている。したがって、保持リング６は、安定的な固定支持を形成する。
【００４３】
上記レンズアセンブリ１の他のコンポーネントは可動コンポーネントであり、以下で説明する。
【００４４】
後部保持リング６ｂに隣接するのは、可撓性側壁１８と、後壁１９と、前封止フランジ２０とを有する皿形部品１２である。この実施の形態において、皿形部品１２は、透明なＤｕＰｏｎｔ（登録商標）ｂｏＰＥＴ（二軸延伸ポリエチレンテレフタレート）からできており、厚さは約６μであるが、皿形部品に他の適切な材料を用いて厚さを適宜に調節してもよい。皿形部品１２の後壁１９は、後カバープレート１６の前面１７に隣接させて接合される。接合用に、例えば、３Ｍ（登録商標）８２１１接着剤等の透明な感圧接着剤（ＰＳＡ）を用いてもよい。この実施の形態では、厚さ約２５μのＰＳＡ層を用いるが、これはレンズアセンブリ１の可動部に対する要件に応じて変えてもよい。
【００４５】
皿形部品１２の側壁１８は、後シェル６ｂに隣接して、保持リング６（前シェル６ａ、後シェル６ｂ）内を自由に動ける。この浮動配置により、皿形部品は、使用時に圧縮されることが可能になり、レンズアセンブリ１の他の可動部品は、より詳細に以下説明するように、保持リング６（前シェル６ａ、後シェル６ｂ）に妨げられずに作動することが可能になる。
【００４６】
皿形部品１２の前封止フランジ２０は、ディスク２４を含む透明ダイヤフラムの後面に接合される。この実施の形態において、図７で最も良く示されように、ディスク２４は、厚さ約０．５ｍｍのポリカーボネートの平プレートを含むが、以下で説明する要求特性を備える適切な代替材料を用いてもよい。この実施の形態のレンズアセンブリにおいて、ディスク２４は透明であって、メガネ９０の着用者にも、それを見る人のどちらにも不可視である。
【００４７】
透明なディスク２４の前面は、前リング２及び後リング１０を備える一対の弾性的に曲げることのできる膜支持リング間に挟持される透明な非多孔性弾性膜８を備える膜サブアセンブリに対して封止されている。リング２、１０の全体的な寸法形状は、互いに実質的に同一であり、前リング２が保持リングの前シェル６ａに隣接して着座するように、保持リング内に収容される寸法となっている。しかし、前リング２と前シェル６ａとの間には、レンズの使用中にリング２、１０が形状を変え、動けるような空間がある。前後リング２、１０は一緒になって、弾性膜８のための支持部材を形成する。この実施の形態においては、リング２、１０はステンレス鋼シートから切り抜かれ、前リング２の厚さが約０．３ｍｍである一方、後リング１０の厚さは約０．０５ｍｍである。他の材料を用いて、所望の剛性が得られるように厚さを適宜に調節してもよい。例えば、前リング２の厚さは、０．２〜０．７５ｍｍの範囲、適切には０．３〜０．５ｍｍ又は０．４ｍｍから０．５ｍｍの範囲であってもよい。後リング１０の厚さは、０．０１〜０．２５ｍｍの範囲、適切には０．０２５〜０．１ｍｍの範囲、例えば約０．０５ｍｍであってもよい。
【００４８】
この実施の形態において、膜８はポリエチレンテレフタレート（例えば、Ｍｙｌａｒ（登録商標））からできていて、厚さが約０．５ｍｍであるが、適切な弾性率を持つ代替材料を要望に応じて用いてもよい。例えば、膜８は、代替として、他のポリエステル、シリコーンエラストマ（例えば、ポリ（ジメチルシロキサン）、架橋ポリウレタンを含む熱可塑性ポリウレタン（例えば、Ｔｕｆｔａｎｅ（登録商標））、塩化ビニリデン重合体（例えば、Ｓａｒａｎ（登録商標））、又は適切な厚さのガラスからできていてもよい。
【００４９】
前リング２は、その範囲周りに、前リング２の全体形状から外向きに、すなわち、その中央の囲まれた領域から離れる方向に、リング２の中央の囲まれた領域を有する平面内で突出する多数のタブ１２０を備えている。厚さはさておき、後リング１０の形状と寸法は、何らのタブも有していない点を除いて、前リング２と同様である。これらのタブ１２０は、選択された個別の位置でサブアセンブリを保持リング６（前シェル６ａ、後シェル６ｂ）にヒンジ接続するため、そして、レンズ１が好ましくない面外曲げを受けないためのヒンジ点として用いられる。リングの可撓性を考慮し、ディスク２４は、好ましくない面内曲げを緩和する曲げ制御部材として働く。
【００５０】
さらに図５及び図６を参照すると、皿形部品１２、膜８、後部支持リング１０、及びダイヤフラム２４は、透明な流体で満たされ封止された内部キャビティ２２を画成する。この実施の形態において、キャビティ２２は透明オイル１１で満たされる。この実施の形態で使用するのは、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）ＤＣ７０５シリコーンオイル（分子量５４６．８８の１，３，５−トリメチル−１，１，３，５，５−ペンタフェニルトリシロキサン）であるが、他の適切な無色オイル、特には、多数のメーカーが製造する高屈折率のシロキサンオイル類の中から利用できる。オイル１１は、洩れても着用者の眼に有害とならないように選択すべきである。
【００５１】
最後に、図３でも見えるように、カムプレート１２２及びカムフォロア１２６がある。これらは、アジャスタホイール１０８を含むアジャスタ１０４と一緒に用いて、使用中にレンズ１の焦点を調節する。
【００５２】
操作では、アジャスタホイール１０８を回すことにより、歯車列１０７を介して、カムプレート１２２が並進移動する。カムフォロア１２６は、レンズアセンブリの短辺７上のタブ１２０のうちの３つで前リング２に固定されて取り付けられているので、短辺７の前後リング２、１０を後シェル６ｂに対して移動させる。したがって、キャビティ２２の容積を選択的に減少又は増加させることができ、それに応じて、流体圧がそれぞれ増加又は減少する。流体圧の増加により、膜８は凸状に膨張し、それにより、レンズの集光力を増加させる。アジャスタホイール１０８を反対方向へ回すことにより、膨張度が小さくなり、したがってレンズの集光力が低下する。
【００５３】
この実施の形態の調節可能なレンズは、同時係属中のＰＣＴ／ＥＰ２０１２／０７５５４９及びＰＣＴ／ＧＢ２０１２／０５１４２６で詳細に述べられており、その内容を引用して本願に組み込む。
【００５４】
図４で最も良く分かるように、この実施の形態において、左側レンズアセンブリ１は、上記のように２つの対向する長辺３、５と２つの短辺７、９とを有する略矩形であり、リム部９３の対応する凹部１０１に嵌合するような形状及び寸法になっている。長辺３、５はレンズアセンブリ１の幅を画成するよう考慮され、短辺７、９はレンズアセンブリ１の高さを画成するよう考慮されている。図示のレンズアセンブリの形状は適切な形状の一例にすぎず、本発明によるレンズアセンブリは各種の異なる形状であってもよいことが正しく理解されよう。レンズアセンブリ１は、使用中に膜８の最大膨張点である光学中心ＯＣを有する。光学中心ＯＣは、レンズアセンブリ１の幾何学的中心とは正確に一致しないかもしれないが、その理由は、それがブリッジ９５に近い方向にあることが人間工学的又は生理学的な理由で好ましいからである。
【００５５】
この実施の形態において、レンズアセンブリ１の集光力（度数）は、それが実質的に平面である場合にゼロである。上記のように操作される場合、前後リング２、１０の短辺７は、保持リング６ａ、６ｂの後シェル６ｂに向かって選択的に移動すると、膜８を膨張させ、それによって、膜８の曲率に鑑みててレンズアセンブリ１の集光力が高まる。本明細書で用語「調節の前に」は、実質的に平面状態にある場合のレンズアセンブリ１を意味する。実際の着用者によるレンズの使用を考慮する場合、この用語は、レンズは、可能性のある状態のいずれの範囲にもあり、その後に、調節又は再調節できるような、ある程度任意であることは言うまでもない。しかし、この専門用語は、本発明の実施の形態を説明するために便宜上用いる。
【００５６】
以下で検討する図６ａ及び図６ｂは、レンズアセンブリ１の断面図である。図示の光路及び図中の他の要素の相対位置に関して、これらの図は純粋に説明することを目的とし、コンポーネント間の距離又はそれらの相対的な大きさをスケール化して示すことを目的とはしていない。光路及び光線は、本発明の実施の形態がどのように働くかを示すように概略的に示されている。メガネ９０の着用者の眼は単にその表現として示されている。すなわち、断面Ｖ−Ｖは光学中心ＯＣを通ってはいないので、着用者の眼１０２の中心を、実際は、図６の図からＹ方向に、すなわち、ページ内へ配置してもよい。実際には、像の焦点合わせはレンズアセンブリ１内で生じ、この焦点合わせは着用者の焦点合わせ能力に追加されて、その人の網膜で像に焦点を合わせ、結果として、着用者に分かるような像を生じることは、当業者が認識するところである。像の焦点合わせに関して以下で用いる用語及び「焦点を合わせられた像」は、像をその後に着用者の眼によって明確に弁別できるような、レンズアセンブリ１によってもたらされる追加及び補助的な焦点を指す。
【００５７】
ここで、図４のレンズアセンブリ１のＶ−Ｖ断面図である図６ａを参照すると、レンズアセンブリ１は、メガネ９０の着用者の眼１０２に対して示されており、眼１０２はレンズアセンブリ１の後ろ、すなわち、後カバー１６の後方にある。図示のような眼は、単に網膜上での像の焦点合わせを示す表現にすぎない。着用者は、第１の距離ｄ１で物体Ｏ１を注視している。光１０４は、物体Ｏ１からレンズアセンブリ１へ、前カバー４を介して透過する。前カバー４は、眼１０２のところで物体Ｏ１の第１の像に焦点を合わせるレンズを備えている。この図に示すレンズアセンブリ１は調節前である、したがって、膜８を含むレンズアセンブリ１は、実質的に平面で示されている。この状態において、膜８によってもたらされる度数はゼロである。
【００５８】
光学素子１００の形での回折パターンが、後カバープレート１６に配設されている。この実施の形態において、これは、それ自体が後カバー１６に接着されるエンベロープ１２の後壁１９へフィルムを適用することによって達成される。実際には、フィルムとして形成されるように非常に薄いが、その大きさは、図面では便宜上、誇張して示されている。この光学素子１００は、図１乃至５に示されているが、封止された内部キャビティ２２内に配設されているため、図１乃至４では点線で示している。これら図面のいずれも比例尺で示しておらず、これらの図面は単に光学中心ＯＣに対する光学素子１００のおおよその位置を示すにすぎない。それは図５の断面図に示されているが、再度、この角度から見るその深さは誇張されている。この実施の形態において、光学素子１００は、着用者の眼１０２の左方向及び僅かに上に位置しており、後カバープレート１６の一部のみを横断して、すなわち、レンズアセンブリ１の幅の部分的範囲のみを越えて延在している。また、それはレンズアセンブリ１の全高内で部分的にのみ延在している。したがって、光学素子１００は、レンズアセンブリ１の光学中心ＯＣの左方向及び僅かに上に配設され、レンズアセンブリ１の大きさに対して小さい。また、それは、着用者がそれを通して自然にその人の視野を得る光学中心ＯＣの周囲のレンズアセンブリ１の範囲に対しても小さい。この実施の形態において、光学素子は、バルクホログラムとしてコンピュータで生成し、フォトレジストでエッチングした射出瞳拡大器である。これは後カバープレート１６にフィルムとして貼付けられたものであり、それによって、後カバープレート１６上で光学素子１００を形成している。
【００５９】
射出瞳拡大器のデザインの視覚表示を図８に示し、他の光学素子を凌ぐ、提供された改良を図９に示す。図９ａと比較して図９ｂから見て取れるように、この種の素子は、投影像を確認できる領域を増やし、それによって、さまざまな顔面寸法の着用者たちが、所定のパラメータセットの大きさと形状を持つメガネを着用する場合に像を見ることができる。
【００６０】
図６ａにはマイクロＬＣＤプロジェクタ１０８も示す。これは、光ビーム１０９を光学素子１００上へ投影できるように、レンズアセンブリ１の後ろに配設される。光ビーム１０９は、これ以降は第２の像と呼ばれる、プロジェクタ１０８によって生成された像を搬送する。プロジェクタ１０８は、投影対象である第２の像に関する信号をプロジェクタ１０８へ送信する装置に接続される。この装置は、携帯電話等、無線周波又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）送信機、ＧＰＳ装置等のいずれであってもよく、第２の像は、受信信号に従って経時変化してもよい。プロジェクタ１０８は、この実施の形態では垂直に対して略３０°の角度θで、光ビーム１０９を光学素子１００上に投影するよう配置される。この角度は、プロジェクタ１０８がテンプル９４のうちのひとつに収容できるような角度とする。このような位置は、結果としてメガネ９０の人間工学的な重量バランスを得ることができるという点で有利である。プロジェクタ１０８は、図１で左側のテンプル９４上に示されており、光ビーム１０９を角度θで光学素子１００に投影している。
【００６１】
光学素子１００は、受信した第２の像に一つ以上の光学的効果を適用する。光学的効果は、焦点合わせ、膨張又は収縮、回折、反射、又は透過、もしくは、それらのいずれかの組み合わせを含んでもよい。この実施の形態で用いられる射出瞳拡大器の場合、受信像は主に、図９に関して先に検討したように、焦点合わせ、反射（少量、約２％が光学素子１００を透過してもよい）、及び拡大が行われる。したがって、光学素子１００上に投影されるような第２の像からの光は、第２の像を着用者の眼１０２で見ることができるように、光学素子から反射される。
【００６２】
レンズアセンブリ１内の光学素子１００の位置のゆえに、着用者は、プロジェクタ１０８からの投影像が光学素子１００上に現れると、その像を視認することになる。したがって、第２の像は、着用者の眼の左側、及び、物体Ｏ１がレンズアセンブリ１の光学中心ＯＣを介して確認される箇所よりも僅かに高い位置に表示される。物体Ｏ１はユーザの遠距離視野を表し、したがって、第２の像が第１の像の一部に重ね合わされるため、着用者は視野と第２の像の両方を同時に確認できることは言うまでもない。ユーザの左側に表示されるが、それでも第２の像はレンズの光学中心ＯＣの十分近傍に表示され、メガネ９０の着用者は、仮にそうであるとしても、それ程、眼を動かす必要なく快適に見ることができる。
【００６３】
ここで図６ｂに転ずると、図６ａと同じ断面でレンズアセンブリ１が示されている。着用者の眼１０２及びプロジェクタ１０８は、図６ａと同じ位置に示されている。プロジェクタ１０８は、図６ａに関して説明したように、着用者の眼の網膜で見ることができるように、第２の像を光学素子１００に投影する。しかし、この図において、レンズアセンブリ１は、その度数を高めるよう調節されている。その結果、膜８は凸状に膨張し、したがって、度数をプラスに高めている。レンズアセンブリ１は、着用者の眼１０２から距離ｄ２に位置する第２の物体Ｏ２を見るよう、この状態で用いられ、距離ｄ２は図６ａに示す距離ｄ１よりも短い。したがって、レンズアセンブリ１は、着用者が至近距離の物体Ｏ２を見ることができるように、第１の像への焦点合わせを支援している。
【００６４】
光学素子１００は流体１１中に配設されているが、第２の像は膜８を介して投影されていないため、膜８を介して着用者の視野から入射される像に焦点を合わせるためのレンズの度数が変化したとしても、第２の像を、着用者の眼１０２で引き続き正しく見ることができる。さらに、膜８がＯＣを中心として膨張するため、ユーザの視野における物体Ｏ２の位置は、図６ａに示す状態で物体Ｏ１を見る際と実質的に同じＸＹ平面の位置で見られる。その結果、着用者がその人の視野内で観察する物体がより近くにあったとしても、着用者によってその人の視野内の同じ位置で第２の像を見続けることができ、遠く及び近くの物体に焦点を合わせるために必要な焦点距離の相違を吸収できる。
【００６５】
本発明のこの実施の形態の別の重要な特徴は、光学素子１００を担持するフィルムが透明である点である。図９に示すエッチングされた表面の特徴も、光学素子が実質的に見えないように透明である。したがって、着用者の視野は、第２の像が第１の像の前又はユーザの近くに表示されるように、光学素子１００を介して観察できる。
【００６６】
さらに、光学素子の屈折率は、実質的にオイル１１の屈折率と一致している。その結果、膜８を通る経路上の光学素子１００を通過する第１の像を表すいずれの光ビームも、それらが光学素子１００を通過しない場合にそれらが屈折する以上には屈折しない。したがって、第１の像は、光学素子１００の存在によってゆがむことはない、又は無視できるほどのゆがみにすぎない。加えて、光学素子１００は、着用者のメガネを観察する傍観者には実質的に見えない、したがって、メガネ９０の美的外観は向上する。これらの効果を達成できるのは、光学素子１００がオイル１１に隣接する、又はその内部に配設されているからである。
【００６７】
オイル１１に隣接して、レンズの封止ユニット内に光学素子を配置するさらなる利点は、光学素子を損傷から保護することにある。
【００６８】
図７は、本発明のいくつかの実施の形態における光学素子１００のための構成のいくつかの代替の実施例を概略的に示す。図７ａ乃至７ｆの全ては、レンズアセンブリ１に配設される光学素子１００を示す。レンズアセンブリ１の部品のうちの一部のみを示し、特には、前カバー４、後カバー１６、膜８、エンベロープ１２、及びオイル１１を示す。これらの実施の形態において、後カバー１６は、後側の曲率を要望に応じて変えられるレンズを含んでいる。これらの図は、図５ａと同様の方法で、レンズアセンブリ１を略断面で示す。
【００６９】
図７（ａ）において、光学素子１００ａは、レンズアセンブリのＸ−Ｙ光学的平面に対して角度をなして配設されている。言い換えると、光学素子１００ａは、レンズアセンブリ１の幅の両端において、レンズの一方の側が反対側よりも後カバー１６の後面に接近しており、したがって、角度をなしてレンズ１の軸線を通過している。この角度は、後カバー１６上に光回折格子をエッチングすることによってこの実施の形態において達成される。上で説明した実施の形態とは対照的に、光学素子１００ａは、レンズアセンブリ１の幅全体にわたって実質的に延在しており、それによって、第２の像が着用者の視野全体にわたって見えることを可能にしている。光学素子１００ａの角度は、プロジェクタ１０８がレンズアセンブリ１の光軸に実質的に垂直な方向で第２の像を投影するように配置される本発明のいくつかの実施の形態において特に有利である。これらの実施の形態において、プロジェクタ１０８は、テンプルの前端に近い方向に、又はメガネ９０のリム９３上に、又は２つが結合する領域に配設されてもよい。第２の像は、したがって、レンズアセンブリ１の側面を介して受信される。特に、それは、光学素子１００ａに到達する前にオイル１１の一部を通過するように、エンベロープ１２の可撓性側壁１８を介して短辺７から入射する。
【００７０】
図７ａの実施の形態において、コンポーネント同士の相対位置及び第２の像がレンズアセンブリ１に入る方向を考慮すると、用いられる光学素子１００ａは回折格子である。これにより、入射像は、回折されるように光学素子１００ａを通過することが実質的に可能になる。
【００７１】
従って、光学素子１００は回折パターン２４を含む。回折パターン２４の特性は、プロジェクタ１０８が発する光が光学素子１００ａと着用者の瞳との間の角度を介して回折するように設計する必要がある。当業者は、これをどのように行うかについては、明確に示さずとも、光が回折格子によって回折される角度が以下の式によって与えられることを知ることで、十分に認識するであろう。
2016514278.tif 000003
【００７２】
ここで、θｍは回折角であり、ｍは回折次数、λは光の波長、ｄは回折パターン内のスリット間の間隔（又は他の回折の特徴）、及びθｉはプロジェクタ１０８からの光の入射角である。この式により、ｄに対する最適な値を選択することによって回折パターンを設計して、光がユーザの瞳に回折するように、プロジェクタ１０８から発する光を適切に回折させることは容易である。
【００７３】
図７（ｂ）において、光学素子１００ｂは、図７（ａ）の実施の形態と同様の角度で配設されているが、レンズアセンブリ１の中央部分にわたってのみ延在している。この実施の形態は、図７（ａ）の実施の形態と同様に配設されるプロジェクタ１０８との使用に適しているが、第２の像は着用者の視野の中央部分のみで見ることができる。回折パターンは、この実施の形態に適した光学素子１００ｂを形成する。
【００７４】
図７（ｃ）において、光学素子１００ｃは、図７（ａ）及び図７（ｂ）の実施の形態と同様の角度で配設されているが、レンズアセンブリ１の一方の側の一部分にわたってのみ延在している。この実施の形態は、図７（ａ）及び図７（ｂ）の実施の形態と同様に配設されるプロジェクタ１０８との使用に適しているが、第２の像は着用者の視野の一方の側で見ることができる。回折パターンは、この実施の形態に適した光学素子１００ｂを形成する。
【００７５】
図７（ｄ）において、光学素子１００ｄは、図１乃至図６を参照して上で説明した実施の形態におけるように、Ｘ−Ｙ平面に平行に配設されている。しかし、この実施の形態では、光学素子は、レンズアセンブリ１の実質的に幅全体にわたって延在しており、それによって、第２の像が着用者の視野全体にわたって見えることを可能にしている。
【００７６】
図７（ｅ）において、光学素子１００ｅも、図７（ｄ）の実施の形態におけるように、Ｘ−Ｙ平面に平行に配設されている。しかし、光学素子１００ｅは、レンズアセンブリ１の中央部分にわたってのみ延在しており、したがって、第２の像が着用者の視野の中央部分でのみ見えることを可能にしている。
【００７７】
図７（ｆ）において、光学素子１００ｆも、図７（ｄ）及び図７（ｅ）の実施の形態におけるように、Ｘ−Ｙ平面に平行に配設されている。しかし、光学素子１００ｆは、レンズアセンブリ１の一方の側の部分にわたってのみ延在しており、したがって、第２の像が着用者の視野の一方の側でのみ見えることを可能にしている。
【００７８】
多くの変形を本発明の説明した実施の形態に対して行ってもよいことは、正しく理解されよう。第１に、レンズの形状は図示の実施の形態の形状と異なっていてもよいが、本発明の原理は依然として適用される。例えば、レンズアセンブリ１の種々の要素の形状及び大きさは異なっていてもよい。レンズアセンブリ１は、例えば円形等、異なった形状であってもよい。支持部材にとって、特に円形レンズに対しては、２つのリングを備える必要はなく、可撓性である必要もない。一つであっても複数であっても、リングの厚さを変更してもよい。レンズアセンブリは支持ディスク２４を必要としなくてもよい。タブ１２０によって設けられるヒンジ機構も必須ではない。調節機構は、図示のカムプレート機構とは異なっていてもよく、調節機構は、機械的、電気的、又は磁気的に操作されてもよく、及び／又は、例えば、形状記憶合金（ＳＭＡ）、ワックス、もしくは電気活性ポリマ等の相変化材料を利用するようにしてもよい。本発明は、流体の圧力が流体の追加によって調節される流体充填のレンズ（「流体注入」型）に等しく適用可能である。レンズアセンブリ１は、可能性のあるすべての膨張度に渡って動的に調節可能である必要はないが、代わりに、個別のレンズ度数で調節可能であってもよい。調節可能な膜は２つ以上であってもよく、前後カバー又はレンズの形状は異なっていてもよい。上記オイル以外に他の種類の流体を用いてもよい。光学素子１００は透明である必要はなく、流体と屈折率が一致する必要もないが、これらは好ましい特徴である。
【００７９】
上記の実施の形態において、流体はエンベロープ１２内に保持されている。上記の実施の形態において、エンベロープ１２は後カバープレート１６に配設されている。この配置を変更してもよい。例えば、エンベロープ１２の後面１９を省略してもよく、代わりに、エンベロープ１２の可撓性側壁１８を直接後カバー１６に接合してもよい。別の代替の実施の形態は、エンベロープ１２をさらに後カバー１６内に保持する。光学素子は、したがって、後カバー１６に配設され、その後カバーがレンズを備える場合、レンズ内にエッチングされてもよい。代替として、エンベロープ１２の後面１９に配設してもよい。
【００８０】
回折パターンの種類は、説明した実施の形態の光学素子１００とは異なっていてもよい。他に可能性のあるものは、ビームスプリッタ、薄膜スタック、他のバルクホログラム素子の形の回折パターン、エッチングされた素子、フィルム、及びコーティングである。光学素子は、流体と接触することを条件に、後カバー１６に直接に接触する必要はない。それは、オイル１１内に浮かんだ状態で保持されていてもよく、エンベロープ１２又は後カバー１６の表面のいずれか、又はすべてと接触しないように、その縁部の領域で支持してもよい。したがって、前及び／又は後カバー４、１６とオイルとの間の境界面にあってもよく、前カバー及び後カバー４、１６から離間するようにオイル内で支持してもよい。光学素子を、エッチング、成形、もしくは研削等の種々の手段によって、又は、フィルムの貼り付けによって形成してもよい。
【００８１】
図示の実施の形態の種々のコンポーネントの配置を変更してもよい。例えば、プロジェクタ１０８の位置を、図示および検討した実施例から変えてもよい。像の投影角度も、図１乃至６を参照して説明した実施の形態において示したものとは異なってもよい。例えば、１０〜５０°、１５〜４０°、２０〜３５°、又は２８〜３２°であってもよい。他の実施の形態において、投影角度は光軸に垂直であってもよいが、垂直から僅かに変わってもよく、例えば、８０〜１００°、８５〜９５°、又は８８〜９２°の範囲であってもよい。ＣＲＴプロジェクタ等の、異なる種類のプロジェクタを用いてもよい。本発明は、ヘッドアップディスプレイ又はＨＭＤ等の他のアイウェアに実装されてもよい。他の実施の形態はカメラを含んでもよい。カメラは、例えば、着用者の眼の像を記録するように成されていてもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１  レンズアセンブリ
２  前リング
３、５  長辺
４  前カバープレート
６  保持リング
６ａ  前シェル
６ｂ  後シェル
７、９  レンズアセンブリの短辺
８  弾性膜
１０  後リング
１１  流体
１２  皿形部品
１６  後カバープレート
１７  後カバープレートの前面
１８  可撓性側壁
１９  後壁
２０  前封止フランジ
２２  内部キャビティ
２４  ディスク
９０  メガネ
９２  フレーム
９３  リム部
９４  テンプル
９５  ブリッジ
９６  切頭テンプル
１００  光学素子
１０１  凹部
１０２  眼
１０４  アジャスタ
１０７  歯車列
１０８  アジャスタホイール
１０８  プロジェクタ
１０９  光ビーム
１１０  ロケータ（位置決め子）編成
１２０  タブ
１２２  カムプレート
１２６  カムフォロア
Ｏ１  第１の物体
Ｏ２  第２の物体
ＯＣ  光学中心
【図１】
2016514278.tif 000004
【図２ａ】
2016514278.tif 000005
【図２ｂ】
2016514278.tif 000006
【図３】
2016514278.tif 000007
【図４】
2016514278.tif 000008
【図５ａ】
2016514278.tif 000009
【図５ｂ】
2016514278.tif 000010
【図６ａ】
2016514278.tif 000011
【図６ｂ】
2016514278.tif 000012
【図７（ａ）】
2016514278.tif 000013
【図７（ｂ）】
2016514278.tif 000014
【図７（ｃ）】
2016514278.tif 000015
【図７（ｄ）】
2016514278.tif 000016
【図７（ｅ）】
2016514278.tif 000017
【図７（ｆ）】
2016514278.tif 000018
【図８】
2016514278.tif 000019
【図９（ａ）】
2016514278.tif 000020
【図９（ｂ）】
2016514278.tif 000021
【国際調査報告】
2016514278.tif 000022
2016514278.tif 000023
2016514278.tif 000024