(57)【要約】本発明はパーソナルディスプレイ装置に関し、特にそのための接眼レンズに関する。接眼レンズは、接眼レンズの一方の側の画像平面から接眼レンズの反対側の射出瞳を通って像を投影するように適合され、画像平面と射出瞳との間の光軸に沿って静止レンズ群に対して移動可能な少なくとも１つの静止レンズ群と少なくとも２つの可動レンズ群とを備える。本発明によれば、レンズ群は正‐負‐正の構成で配置され、可動レンズ群は第１の視野を提供する第１の状態と、第１の視野よりも小さい第２の視野を画像平面に提供する第２の状態との間で光軸に沿って移動するように配置される。本発明は、パーソナルディスプレイ装置の光学性能及びユーザ体験を改善することを可能にする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の側の画像平面から反対側の射出瞳を通して、画像を投影するための接眼レンズであって、
少なくとも１つの固定レンズ群と、
前記画像平面と前記射出瞳との間の光軸に沿って固定レンズ群に対して可動である、少なくとも２つの可動レンズ群、
を備え、
レンズ群は正‐負‐正の構成で配置され、
前記可動レンズ群は、第１の視野を提供する第１の状態と、第１の視野よりも小さい第２の視野を画像平面に提供する第２の状態との間で、前記光軸に沿って移動するように配置され、
前記第１の状態および前記第２の状態において、前記射出瞳における前記画像平面の実質的に等しいサイズの領域の画像を提供するように適合される、
接眼レンズ。
【請求項２】
前記レンズ群は、
前記射出瞳に最も近い位置にある可動な正の第１のレンズ群と、
前記画像平面に最も近い位置にある静止した正の第３のレンズ群と、
前記第１のレンズ群と前記第３のレンズ群との間にある可動な負の第２のレンズ群、
を備え、
前記第１のレンズ群および前記第２のレンズ群は、前記第１の状態から前記第２の状態に移動するときに、前記第３のレンズ群からより遠く、互いにより近くに移動するように適合される、
請求項１に記載の接眼レンズ。
【請求項３】
前記第２のレンズ群は、
前記第１の状態では前記第３のレンズ群の近傍にあり、
前記第２の状態では前記第１のレンズ群の近傍にある、
請求項２に記載の接眼レンズ。
【請求項４】
前記第１の視野は１００度以上であり、前記第２の視野は６５度以下である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の接眼レンズ。
【請求項５】
各レンズ群は、最大で２つのレンズ要素を備え、
特に、レンズ群の少なくとも２つは１つのレンズ要素のみを備える、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の接眼レンズ。
【請求項６】
ディスプレイ素子を固定位置に取り付けるためのディスプレイ素子または手段と、
前記ディスプレイ素子から観察者の眼に画像を投影するための接眼レンズ、
を備え、
前記接眼レンズは請求項１〜５のいずれか１項に記載の接眼レンズを備え、
前記ディスプレイ素子は前記画像平面に配置される、
パーソナルディスプレイ装置。
【請求項７】
前記ディスプレイ素子上にコンテンツを表示するために、前記ディスプレイ素子に機能的に接続された処理ユニットを備える、
請求項６に記載のパーソナルディスプレイ装置。
【請求項８】
接眼レンズの状態を第１の状態と第２の状態との間で変化させることを可能にするように適合された接眼レンズ調整手段を備える、
請求項６または７に記載のパーソナルディスプレイ装置。
【請求項９】
双眼構成の２つの前記接眼レンズを含む、
請求項６〜８のいずれか１項に記載のパーソナルディスプレイ装置。
【請求項１０】
装置がウェアラブル装置である、
請求項６〜９のいずれか１項に記載のパーソナルディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えば、バーチャルリアリティ（ＶＲ）および拡張リアリティ（ＡＲ）アプリケーションで使用される、パーソナルディスプレイシステムの光学系に関する。特に、本発明は、パーソナルディスプレイに使用するための可変焦点接眼レンズ、およびそのような接眼レンズを含むパーソナルディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロディスプレイおよびニア・ツー・アイ・ディスプレイ（ＮＥＤ）技術の最近の開発および進歩により、仮想および拡張現実ヘッドセットがより一般的になってきている。いくつかの製品は主にバーチャルリアリティアプリケーション、ゲームおよび他の娯楽のために、消費者市場に既に発売されている。これらのヘッドセットは典型的には投影のための広角接眼レンズを備え、接眼レンズは、非球面であり得るとともに重量を低減するためにフレネル溝を備え得る単一レンズを備える。これらのシステムは通常、ディスプレイが典型的にはランバートパターンで放射するので、射出瞳形成ではないが、この特性にかかわらず、投影光学系はそれにもかかわらず、快適な観察体験のために特定の射出瞳値のために設計される必要がある。
【０００３】
人間の目との適合性のために、非瞳孔形成または瞳孔形成（ｐｕｐｉｌ−ｆｏｒｍｉｎｇ）のいずれかである接眼レンズの設計射出瞳は、レンズアセンブリ自体の外側に配置されなければならない。アイレンズと射出瞳との間の最小推奨距離は、典型的には８〜１２ミリメートルの範囲である。この距離は、アイレリーフ（ｅｙｅ-ｒｅｌｉｅｆ）とも呼ばれる。アイレリーフが８ミリメートル未満である場合、使用者が接眼レンズに対して自分のまつげをつぶす可能性が非常に高く、これは身体的な不快感を引き起こす。
【０００４】
これらのシステムでは没入（ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ）のために広い視野が非常に重要であり、典型的な視野は単一のレンズ素子に対して１１５度から９５度の範囲である。ディスプレイパネルのような画像源は、典型的にはレンズ自体よりも大きい。ｆ*ｔａｎ（θ）射影法則から得られる典型的な歪みは、既存の広角接眼レンズにおいて５０％を容易に超え得る。しかしながら、この歪みは、歪み効果をソフトウェアで補正することができ、その結果、ユーザは著しい歪みを知覚せず、通常、ディスプレイパネル上の画像周辺で解像度の変化を見ないので、ほとんど重要ではない。これは、このような歪みが容易に受け入れられない従来の接眼レンズ設計から逸脱する。
【０００５】
広角投影用に設計された従来技術のＶＲおよびＡＲ接眼レンズ光学系は、意図がゲームである場合には、仮想または拡張現実投影アプリケーションに対して通常十分に機能する。しかしながら、この構成は、広角投影における画像周辺が従来技術の視覚システムでは十分に解像されないので、ユーザが他の何かのためにヘッドセットを使用したい場合に問題となる。画像をより小さく切り取ることはより快適な視聴体験のための１つの解決策であるが、この動作は表示画素の５０％以上を容易に失うことがあり、それによって、画質が損なわれる。
【０００６】
従来技術のシステムは、視野が対角４０度までに切り取られた場合に全画像情報の８０％ほどが、そして対角６０度までに切り取られた場合にはおよそ６５％ほどが、失われ得ることを示唆している。対角線に沿った約２４００ピクセルは、人間の視覚システムが知覚される解像度（１アーク分（ａｒｃ  ｍｉｎ）)を制限する４０度の視覚体験のために必要とされる。これは、９０〜１１０度の仮想現実投影で使用されるディスプレイが対角線に沿って５４００〜６６００ピクセルの間のどこかを必要とすることを意味する。これは手頃なバーチャルリアリティヘッドセットの現在の領域外であり、したがって、視聴体験は今後数年間、ディスプレイ解像度によって制限される。
【０００７】
１つの既存の接眼レンズが、米国特許第３７６８８９０号に開示されている。接眼レンズはレンズの２つの群で実施される内部焦点合わせを有し、２つの群の間の空間の変化を採用する。しかしながら、このような接眼レンズは、没入型ＶＲ又はＡＲ用途のために十分に広角の画像を投影することができない。一方、米国特許第７１５４６８３号は、全ての正レンズが同様の平凸レンズである構成を有する接眼レンズを開示している。この接眼レンズは、連続的なズームのために設計されておらず、広角用途のために必要な視野を提供することもできない。
【０００８】
したがって、広角および狭角の両方の解決策において良好に機能する能力を有する、パーソナルディスプレイのための新規な接眼レンズ解決策が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第３７６８８９０号
【特許文献２】米国特許第７１５４６８３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、上述の問題の少なくともいくつかを解決し、パーソナルディスプレイに使用され、パーソナルディスプレイのユーザ体験を改善することができる接眼レンズを提供することである。１つの目的は、広範囲の用途（例えば、映画の視聴およびゲーム）に良好に適合し、特に、没入型用途のための広角画像および狭角画像用途における光学的により良好な画像を可能にする接眼レンズを提供することである。さらに、１つの目的は、ディスプレイのコーナーのような周辺領域においても良好な光学性能を必要とする用途において、ディスプレイ領域全体の利用を可能にすることである。さらなる目的は、広角および狭角の両方の用途において光学的により良好に機能する接眼レンズを提供することである。
【００１１】
特定の目的は、上述したような改善されたユーザ体験および/または光学性能を有する新しいパーソナルディスプレイ、特に、外部ディスプレイ素子を取り付けるための内蔵ディスプレイ素子または手段と、ディスプレイから観察者の目にイメージを投影し、改善された映画観察体験を提供するための接眼レンズとを備える着用可能なパーソナルデバイス（ヘッドセット）を提供することである。
【００１２】
この目的は、本明細書に記載され、特許請求される本発明によって達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、反対側の射出瞳を通して接眼レンズの一方の側の画像平面上に像を投影するための接眼レンズを提供するという考えに基づいており、接眼レンズは、少なくとも１つの固定レンズ群と、画像平面と射出瞳との間の光軸に沿って固定レンズ群に対して移動可能な少なくとも２つの可動レンズ群とを備える。本発明によれば、レンズ群は正‐負‐正の構成で配置され、可動レンズ群は第１の視野を提供する第１の状態と、第１の視野よりも小さい第２の視野を画像平面に提供する第２の状態との間で光軸に沿って移動するように配置される。
【００１４】
本発明のパーソナルディスプレイ装置は、外部ディスプレイ素子をその固定位置に収容し、固定するためのディスプレイ素子または専用空間および手段と、ディスプレイ素子から観察者の目に像を投影するための上述の種類の接眼レンズとを備える。ディスプレイ素子は接眼レンズの画像平面に固定され、これにより、ディスプレイ上に可変視野を提供する。
【００１５】
より具体的には、本発明は独立請求項に記載された内容を特徴とする。
【００１６】
本発明は、著しい利点を提供する。特に、本発明は、広角投影に使用されるのと同じディスプレイが狭い投影角度用途においてその画素数を保持することを可能にする。これは、本発明によって、所望の焦点距離、したがって視野にシステムを適応させるために、適切な光学構成で移動群を使用し、依然としてディスプレイ素子の全領域を利用することによって達成される。画像を切り取る必要はない。
【００１７】
画像の中央部分内にユーザの注意を必要とし、周辺に重要な細部を依然として含む用途では、特定の利点が得られる。そのようなアプリケーションの例は、テレビまたは映画を見ることである。これは、従来技術のＶＲ/ＡＲ装置における画像がクロッピングされるか、または非常に広い視野上に必然的に投影され、その結果、目は画像の周辺上の詳細を知覚するために、中心から比較的大きく回転する必要があるためである。その結果、観察体験が損なわれ、目がストレスを受ける。特に、映画を見ることは、アクションが非常に広い視野で起こるので、疲れてしまう。人間の目の解像度が悪く、そこで眼球を傾けると眼精疲労を引き起こす、重要な細部が周辺に生じることがあるので、映画に集中することは困難である。加えて、研究によれば、人々は比較的狭い視野、典型的には約２０度に適合する顔を思い出すが、これは従って、顔にとって最も自然で最も便利な視野でもある。広角状態のみが利用可能である場合、例えば、映画上に現れる顔は、あまりにも侵入的であるように見える。
【００１８】
本発明はまた、パーソナルディスプレイの接眼レンズとして使用するのに適した投影光学アセンブリのための全く新規な光学構造を提供する。特に、光学構造は、画像平面の一方の側、すなわち射出瞳の一方の側でレンズ素子を動かすだけで、視野を変える、すなわちズームすることを提供する。さらに、それは、ユーザに十分なアイレリーフを提供し、歪みの制御を伴い、広角用途に十分な投影角度を提供し、一方、例えば、ズーム構成のテレビまたは映画用途に高画質を維持する。
【００１９】
本発明により、表示対角線を市販の従来技術による表示対角線の約６０％に縮小することができ、視野を１１０度から４０度に変更することができる。これは、特に、本明細書に記載の本発明の３レンズ構成によって可能になる。達成可能な視野または画質を妥協することなく、ディスプレイデバイス全体をより小さく、より軽量にすることができるので、より小さいディスプレイは有益である。したがって、最大限のユーザ体験を、例えば、ゲームおよび映画を含む広範囲のアプリケーションにおいて提供することができる。ディスプレイ素子の全ての利用可能な画素を利用する一方で、画像は最適なユーザ体験のために、全ての場合において、良好な没入又は便利でストレスのない映画の視聴であるかに関わらず、拡大又は圧縮され得る。
【００２０】
従属請求項は、本発明の選択された実施形態を対象とする。
【００２１】
一実施形態によれば、接眼レンズは、第１および第２の状態において、前記射出瞳における画像平面の実質的に等しいサイズの領域の像を提供するように適合される。すなわち、画像平面のクロッピングは行われないが、画像平面に位置するディスプレイ素子の全ての画素は両方の状態によって利用され、最大の画像品質を提供する。これはまた、表示装置が、観察者がどの状態を使用しているかを「知る」必要がなく、単に利用可能な画像領域全体を使用することができるので、有益である。「本質的に等しいサイズの領域」という用語は、利用可能な表示領域を（非）クロッピングすることに関して使用されることに留意されたい。したがって、これは、潜在的な画像歪みが生じる場合をカバーする。
【００２２】
一実施形態によれば、レンズ群は、射出瞳に最も近くに配置された第１の可動正レンズ群と、画像平面に最も近くに配置された第３の静止正レンズ群と、第１のレンズ群と第３のレンズ群との間の第２の可動負レンズ群とを含む。さらなる実施形態では、第１のレンズ群および第２のレンズ群が第１の状態から第２の状態に移動するときに、第３のレンズ群から離れて、互いに近づくように適合される。この構成はいわゆるＤｏｎｄｅｒｓズーム構成に似ているが、接眼レンズに適用されてもよい。これは、ディスプレイ上に可変視野を提供し、双眼収束較正を有効に保ち、又は少なくとも較正誤差の可能性を常に低減する。
【００２３】
一実施形態によれば、第２のレンズ群は第１の状態では第３のレンズ群の近傍（例えば、本質的に接触している）にあり、第２の状態では第１のレンズ群の近傍（例えば、本質的に接触している）にあるように適合される。これは、接眼レンズの所与の全伸長で視野の最大変化を提供する。
【００２４】
一実施形態によれば、第１の視野は１００度以上、例えば１１０度以上、さらには１１５度以上であり、第２の視野は６５度以下、典型的には６０度以下、例えば５０度以下、さらには４０度以下である。第１の視野は例えば、１００度と１３０度との間で、第２の視野は例えば、３０度と６５度との間で選択することができる。このようなズームファクタは一方では広角状態において接眼レンズに近い大きな表示領域を利用するのに十分な投影角度を可能にし、他方では、ズーム状態において高い画質を可能にするシステム長の合理的な増加を可能にする。
【００２５】
一実施形態によれば、レンズ群の各々は多くても２つのレンズ素子を含み、特に、レンズ群のうちの少なくとも２つは、単一のレンズ素子のみを含む。
【００２６】
一実施形態によれば、射出瞳はレンズ系の外側に、すなわちレンズ群から距離を置いて配置される。
【００２７】
一実施形態によれば、接眼レンズは、第１の状態（第１の視野）と第２の状態（第２の視野）との間で継続的にズームするための手段を備える。すなわち、ユーザは、第１の状態と第２の状態との間およびそれらを含む任意の所望の位置にレンズ群を固定して、画像平面の鮮明な像が射出瞳に形成されるようにすることができる。
【００２８】
パーソナルディスプレイ装置の一実施形態によれば、ディスプレイ素子および接眼レンズに加えて、装置は、ディスプレイ素子に内容を表示するためにディスプレイ素子に機能的に接続された処理ユニットと、第１の状態と第２の状態との間で接眼レンズの状態を変更するための、すなわち可動レンズ群を適切に移動させるための調整手段とを備える。
【００２９】
さらなる実施形態によれば、接眼レンズおよび/または接眼レンズが使用されるパーソナルディスプレイデバイスは、ユーザが接眼レンズの第１の状態と第２の状態とを切り替えるための機械的および/または電気的調節手段を備える。
【００３０】
ディスプレイ素子は、装置の一体部分であってもよく、またはそれに取り付け可能な別個の要素であってもよい。特に、ディスプレイ素子は携帯電話のスクリーンを含むことができ、携帯電話のスクリーンは、そのスクリーンが接眼レンズの画像平面に来るようにパーソナルディスプレイ装置に取り付けることができる。
【００３１】
一実施形態によれば、装置は、双眼構成で配置され、同じディスプレイ素子の異なる部分上、または別個のディスプレイ素子上のいずれかを目標とする２つの同様の接眼レンズを備える。
【００３２】
次に、本発明の選択された実施形態およびその利点について、添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１Ａ】広角状態における一実施形態による接眼レンズの光学構成を示す。
【図１Ｂ】テレ状態における一実施形態による接眼レンズの光学構成を示す。
【図２Ａ】本発明の接眼レンズを含むパーソナルディスプレイ装置を側面図で概略的に示す。
【図２Ｂ】本発明の接眼レンズを含むパーソナルディスプレイ装置を上面図で概略的に示す。
【図３Ａ】テレ状態における例示的な接眼レンズの歪みグラフを示す。
【図３Ｂ】広角状態における例示的な接眼レンズの歪みグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
「接眼レンズ」という用語は一般に、装置の一方の側の画像平面から、装置の反対側に位置する射出瞳を通って、そこからゼロでない距離で画像を投影するように設計された光学装置を指す。この種の接眼レンズは、裸眼で画像平面の鮮明で拡大された像を見ることを可能にする。
【００３５】
「レンズ素子」という用語は、所定の相互構成の単一レンズまたは２つ以上のレンズのいずれかを含むことができる「レンズ群」という用語とは対照的に、単一の光学レンズを指す。
【００３６】
ここで、用語「広角」状態（第１の状態）は１００度以上の視野を指し、用語「テレ」または「ズーム」状態（第２の状態）は、６５度以下の視野を指す。
【００３７】
図１Ａおよび図１Ｂでは、接眼レンズの例示的なレンズ系の輪郭がそれぞれ広角および狭角視野構成で示されている。ディスプレイ表面のような画像平面は、ここでは参照番号１４で示され、一方、射出瞳は参照番号１０で示される。レンズ系の支持構造は図示されていないが、必要なレンズ群を保持し、可動レンズ群を移動させるための何らかの機械的構造を設けて、操作接眼レンズを形成しなければならないことは当業者には理解されよう。様々なこのような構造自体が知られている。
【００３８】
正レンズ群１１（第１レンズ群）、１３（第３レンズ群）に囲まれた負中間レンズ群１２（第２レンズ群）が設けられている。第２レンズ群１２はバリエータレンズ群として機能する。第３レンズ群１３はディスプレイ１４に最も近接して固定され、一方、第１レンズ群１１及び第２レンズ群１２は移動可能である。
【００３９】
一般に、各レンズ群１１、１２、１３は１つ以上のレンズ素子を含むことができ、屈折力は、素子間で分割される。
【００４０】
一実施形態によれば、第１のレンズ群１１は、２つのレンズ素子１１Ａ、１１Ｂを含み、好ましくはそれらからなる。一実施形態によれば、眼に最も近づく第１のレンズ素子１１Ａは平坦面が眼に面する平凸レンズであり、隣接する第２のレンズ素子１１Ｂはメニスカスレンズなどである。一実施形態によれば、第２のレンズ要素１１Ｂは正メニスカスレンズであるが、いくつかの構成では負メニスカスレンズであってもよい。典型的には、第２のレンズ素子１１Ｂが図１Ａおよび１Ｂに示すように非球面である。レンズは、必ずしも単一のカテゴリに直接分類可能である必要はなく、カスタム非球面特徴を有することに留意されたい。
【００４１】
別の実施例によれば、第１のレンズ群１１は単一のフレネルレンズ素子を含む、特にそれからなる。しかしながら、画質上の理由から、２レンズの解決策が好ましい。
【００４２】
一実施形態によれば、第２のレンズ群１２は、第３のレンズ群１３およびディスプレイ１４に面する平側面を有する平凹レンズ要素１２Ａを含む、特にそれからなることが好ましい。
【００４３】
一実施形態によれば、第３のレンズ群１３は、画像源に近い波面の形状を補正する働きをする波面補正レンズ素子１３Ａを含む、好ましくはそれからなる。典型的には、第３のレンズ素子１３Ａは非球面である。第３のレンズは、ディスプレイに対して静止している。
【００４４】
一実施形態によれば、第１および第２のレンズ群１１および１２は第１の状態（広角状態）と第２の状態（テレ状態）との間で移動可能であり、第３のレンズ群からのそれらの距離は、第１の状態から第２の状態に向かって移動されるときに増加される。一実施形態では、第１のレンズ群は第１の距離を移動し、第２のレンズ群は、第３のレンズ群の近傍の第１の位置から第１のレンズ群の近傍の第２の位置まで第２のより長い距離を移動する。
【００４５】
別の実施例によれば、第１のレンズ群１１は静止しており、レンズ群１２および１３は可動である。しかしながら、これはまた、ディスプレイが移動することを必要とし、両眼収束較正を有効に保つために、群１１および１２が移動可能であるオプションほど好ましくない。
【００４６】
ズームファクタは、主にシステム長の増加によって制限される。光学系の全長が変化しない内部ズーム原理の方法でシステムを設計することも可能である。しかしながら、拡張可能な構造を有する本実施形態は、広角状態における接眼レンズの可能な限り短い寸法が望まれる用途において好ましい。
【００４７】
いくつかの実施形態では、射出瞳がレンズ群から少なくとも８ｍｍの距離に位置する。これは、便利な観察を可能にし、まつげが接眼レンズに当たることを防止する。
【００４８】
また、接眼レンズに機能的に接続された、それ自体公知の視度調整手段を設けてもよい。
【００４９】
図２Ａは、一実施形態によるパーソナルディスプレイ２３を示す。ディスプレイ２３は、ディスプレイ素子２４と、ディスプレイ素子２４が広角状態（したがってテレ状態）で接眼レンズ２６の視野α全体を覆うように配置された本発明の接眼レンズ２６とを備える。したがって、視聴者の目２０は、射出瞳に近づけられ、または射出瞳にもたらされ、ディスプレイ素子に提示される画像を捕捉する。
【００５０】
図２Ｂはパーソナルディスプレイ装置２３の実施形態を示しており、ここでは、本発明の２つの接眼レンズ２６Ａ、２６Ｂが双眼構成で提供され、単一のディスプレイ素子２４の異なる部分上に、かつユーザの両眼２０Ａ、２０Ｂへ向けられる。もちろん、各接眼レンズに１つずつ、２つのディスプレイ素子があってもよい。このようにして、各目２０Ａ、２０Ｂに対してディスプレイ素子２４または適切に配置されたディスプレイ素子２４の適切な位置に適切に異なる画像コンテンツを提示することによって、３次元体験をユーザに提供することができる。
【００５１】
本明細書で使用される「パーソナルディスプレイシステム」という用語は、１人の人が見ることを意図したディスプレイシステムを指す。パーソナルディスプレイシステムの例には、仮想現実（ＶＲ）装置、拡張現実（ＡＲ）装置、およびいわゆるウェアラブルスマートディスプレイ装置などの様々なヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）が含まれる。
【００５２】
パーソナルディスプレイシステムは典型的にはディスプレイ素子及び接眼レンズを介してユーザのためのコンテンツを生成し、処理し、表示するための全ての必要な構成要素を含むことができ、又は、外部ソースから表示されるべきデータのみを受信するディスプレイユニットとして機能するように適合されることができる。典型的には、最小限の構成ではディスプレイ素子に機能的に接続された処理ユニットが提供され、処理ユニットは外部または内部ソースから表示されるコンテンツを表すデータ信号を受信し、それに応じてディスプレイ素子を制御して、ディスプレイ素子上にコンテンツを表示することができる。
【００５３】
一実施形態によれば、処理ユニットは、接眼レンズの光学的歪み特性を考慮して、表示される画像にソフトウェアベースの幾何学的補正を適用するように適合される。代替実施形態では、処理ユニットがそのような補正を実行しない。これは、特にテレ状態で良好に機能する本発明の光学システムによっても可能である。したがって、ユーザによって見られる画像は、ディスプレイ素子に表示される画像に本質的に幾何学的に対応することができる。
【００５４】
ディスプレイ素子２４は、不透明であっても、少なくとも部分的に透明であってもよい。後者の場合、表示装置が、ディスプレイ素子に表示された画像に加えて、同時に見るユーザにも周囲光を通すことができる、いわゆるシースルー表示装置を提供することができる。
【００５５】
［例］
図１Ａおよび図１Ｂによって概略的に表される例示的なレンズ構成は、表面パラメータ化式によって表され、ここで、ｒは半径によって制限される光軸からの距離であり、ｃは表面曲率（表面曲率半径の逆数）であり、ｋは円錐定数であり、αは非球面係数である。
【００５６】
2020522022.tif 000003
【００５７】
一例では、レンズの表面データは表１に列挙されるように、射出瞳（ＳＴＯＰ）から始まり、ディスプレイ（ＤＩＳＰ）に向かう。「厚さ」という用語は、「屈折率」および「アッベ数列」（空気に対して空である）に示される特性を有する材料を含む連続する表面の中心点間の距離を指す。
【００５８】
【表１】
2020522022.tif 000004
【００５９】
表面の非球面係数の例を表２に示す。
【００６０】
【表２】
2020522022.tif 000005
【００６１】
例示的な設計厚さを表３に示す。
【００６２】
【表３】
2020522022.tif 000006
【００６３】
例示的な接眼レンズの一般的な特性を表４に示す。
【００６４】
【表４】
2020522022.tif 000007
【００６５】
図３Ａおよび３Ｂは、それぞれ、（図１Ｂおよび１Ａの構成において光が左から入射するときに見られるように）テレ状態および広角状態における例示的な接眼レンズの歪みグラフを示す。
【図１Ａ】
2020522022.tif 000008
【図１Ｂ】
2020522022.tif 000009
【図２Ａ】
2020522022.tif 000010
【図２Ｂ】
2020522022.tif 000011
【図３Ａ】
2020522022.tif 000012
【図３Ｂ】
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【国際調査報告】
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