特許 6522158 積層された光導波路を有するニアアイディスプレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6522158

(24)【登録日】2019年5月10日

(45)【発行日】2019年5月29日

(54)【発明の名称】積層された光導波路を有するニアアイディスプレイ

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20190520BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20190520BHJP

   H04N 5/64 20060101ALI20190520BHJP

【ＦＩ】

   G02B27/02 Z

   G02B6/42

   H04N5/64 511A

【請求項の数】15

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-557090(P2017-557090)

(86)(22)【出願日】2016年7月6日

(65)【公表番号】特表2018-522262(P2018-522262A)

(43)【公表日】2018年8月9日

(86)【国際出願番号】US2016041186

(87)【国際公開番号】WO2017027131

(87)【国際公開日】20170216

【審査請求日】2018年1月16日

(31)【優先権主張番号】14/824,445

(32)【優先日】2015年8月12日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】502208397

【氏名又は名称】グーグル エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ラッフル，ヘイズ・エス

(72)【発明者】

【氏名】カクマクシ，オザン

(72)【発明者】

【氏名】マルティネス，オスカー・エイ

【審査官】 越河 勉

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０２０７８８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１５−５０８１８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／１１２７０５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０８６６５１７８（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００６２９９８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０３２２８１０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１９２７７７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２７／００−２７／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面と、前記表面から隔てて設けられた裏面と、それ自体の周囲を形成する端部とを有するアイピースであって、目から反射された目測光を前記アイピース内に向け、かつ、前記アイピースからのディスプレイ光を前記目に向ける傾斜面を内部に有するアイピースと、
前記アイピース内に形成され、前記傾斜面から前記端部に延在し、第１の表面処理部を有する前記傾斜面の第１の部分に光学的に結合された第１の導波管と、
前記アイピース内に形成され、前記傾斜面から前記端部に延在し、第２の表面処理部を有する前記傾斜面の第２の部分に光学的に結合された第２の導波管と、
を備え、
前記第１および前記第２の導波管は互いに積層されている、装置。

【請求項2】

表面と、前記表面から隔てて設けられた裏面と、それ自体の周囲を形成する端部とを有するアイピースであって、目から反射された目測光を前記アイピース内に向け、かつ、前記アイピースからのディスプレイ光を前記目に向ける傾斜面を内部に有するアイピースと、
前記アイピース内に形成され、前記傾斜面から前記端部に延在し、第１の表面処理部を有する前記傾斜面の第１の部分に光学的に結合された第１の導波管と、
前記アイピース内に形成され、前記傾斜面から前記端部に延在し、第２の表面処理部を有する前記傾斜面の第２の部分に光学的に結合された第２の導波管と、
を備え、
前記第１および前記第２の導波管は、一方の導波管が前記表面付近に、かつ、他方の導波管が前記裏面付近にある状態で、一方の導波管が他方の導波管の前方に積層されている、装置。

【請求項3】

前記第１の表面処理部は、前記傾斜面の前記第１の部分を５０／５０ミラーにする、請求項１または２に記載の装置。

【請求項4】

前記第２の表面処理部は、前記傾斜面の前記第２の部分を、赤外線放射を反射するものの可視光波長に部分的に透明な赤外線反射器にする、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。

【請求項5】

前記端部に設けられ、前記第１の導波管に光学的に結合され、前記ディスプレイ光を前記第１の導波管内へと放つことが可能なディスプレイと、
前記端部に設けられ、前記第２の導波管に光学的に結合され、前記第２の導波管からの目測放射を捉えることが可能なカメラと、
をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。

【請求項6】

前記ディスプレイおよび前記カメラは、光カプラによって前記端部に光学的に結合されている、請求項５に記載の装置。

【請求項7】

前記第１および前記第２の導波管は当接している、請求項１に記載の装置。

【請求項8】

別の傾斜面をさらに備え、前記第１の導波管は前記第１の表面処理部を有する前記傾斜面の前記第１の部分に光学的に結合されており、前記第２の導波管は前記第２の表面処理部を有する前記別の傾斜面の一部に光学的に結合されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。

【請求項9】

システムであって、
ユーザの目の前方で１つ以上のニアアイディスプレイを保持するフレームを備え、前記１つ以上のニアアイディスプレイのうちの少なくとも１つは、
表面と、前記表面から隔てて設けられた裏面と、それ自体の周囲を形成する端部とを有するアイピースであって、目から反射された目測光を前記アイピース内に向け、かつ、前記アイピースからのディスプレイ光を前記目に向ける傾斜面を内部に有するアイピースと、
前記アイピース内に形成され、前記傾斜面から前記端部に延在し、第１の表面処理部を有する前記傾斜面の第１の部分に光学的に結合された第１の導波管と、
前記アイピース内に形成され、前記傾斜面から前記端部に延在し、第２の表面処理部を有する前記傾斜面の第２の部分に光学的に結合された第２の導波管とを含み、前記システムはさらに、
前記端部に設けられ、前記第１の導波管に光学的に結合され、前記ディスプレイ光を前記第１の導波管内へと放つことが可能なディスプレイと、
前記端部に設けられ、前記第２の導波管に光学的に結合され、前記第２の導波管からの目測放射を捉えることが可能なカメラと、
を備え、
前記第１および前記第２の導波管は互いに積層されている、システム。

【請求項10】

システムであって、
ユーザの目の前方で１つ以上のニアアイディスプレイを保持するフレームを備え、前記１つ以上のニアアイディスプレイのうちの少なくとも１つは、
表面と、前記表面から隔てて設けられた裏面と、それ自体の周囲を形成する端部とを有するアイピースであって、目から反射された目測光を前記アイピース内に向け、かつ、前記アイピースからのディスプレイ光を前記目に向ける傾斜面を内部に有するアイピースと、
前記アイピース内に形成され、前記傾斜面から前記端部に延在し、第１の表面処理部を有する前記傾斜面の第１の部分に光学的に結合された第１の導波管と、
前記アイピース内に形成され、前記傾斜面から前記端部に延在し、第２の表面処理部を有する前記傾斜面の第２の部分に光学的に結合された第２の導波管とを含み、前記システムはさらに、
前記端部に設けられ、前記第１の導波管に光学的に結合され、前記ディスプレイ光を前記第１の導波管内へと放つことが可能なディスプレイと、
前記端部に設けられ、前記第２の導波管に光学的に結合され、前記第２の導波管からの目測放射を捉えることが可能なカメラと、
を備え、
前記第１および前記第２の導波管は、一方の導波管が前記表面付近に、かつ、他方の導波管が前記裏面付近にある状態で、一方の導波管が他方の導波管の前方に積層されている、システム。

【請求項11】

前記第１の表面処理部は、前記傾斜面の前記第１の部分を５０／５０ミラーにする、請求項９または１０に記載のシステム。

【請求項12】

前記第２の表面処理部は、前記傾斜面の前記第２の部分を、赤外線放射を反射するものの可視光波長に部分的に透明な赤外線反射器にする、請求項９〜１１のいずれかに記載のシステム。

【請求項13】

前記ディスプレイおよび前記カメラは、光カプラによって前記端部に光学的に結合されている、請求項９〜１２のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項14】

前記第１および前記第２の導波管は当接している、請求項９に記載のシステム。

【請求項15】

別の傾斜面をさらに備え、前記第１の導波管は前記第１の表面処理部を有する前記傾斜面の前記第１の部分に光学的に結合され、前記第２の導波管は前記第２の表面処理部を有する前記別の傾斜面の一部に光学的に結合されている、請求項９〜１４のいずれか１項に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

開示された実施形態は、一般にニアアイディスプレイに関し、特に積層された光導波路を有するニアアイディスプレイに関するが、それらに限定されるわけではない。

【背景技術】

【0002】

背景
ヘッドアップディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ、ＨＭＤとしても知られる）によって、ユーザは関連情報がシーンに重ねられた状態でシーンを眺めることができ、その結果、ヘッドアップディスプレイを通して眺めているユーザは、シーンと関連情報とを同時に見ることができる。たとえば、飛行機を着陸させつつヘッドアップディスプレイを通して眺めているパイロットは、ヘッドアップディスプレイがパイロットが飛行機を着陸させるために必要とする、速度、機首方位および高度（関連情報）を投影している状態で、ヘッドアップディスプレイを通して前方の空港（シーン）を同時に見ている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

ヘッドアップディスプレイの使用においては、シーンのどの部分をユーザが眺めているかを知ることが役立つ場合もある。このための１つの方法は目測技術によって実現されるが、既存の目測技術にはいくつか欠点もある。既存の目測技術の中には、目測および表示のために別々の光路を使用するが、ヘッドアップディスプレイはより嵩張って複雑になり、流線形でなくなってしまう。

【0004】

ＨＭＤにはユーザの目の前方および目の付近に位置するコンパクトなニアアイディスプレイを含むものもある。人間工学的な調整およびアルゴリズムの複雑さの双方を解消しつつ、カメラおよびディスプレイがオフアクシスのときにニアアイディスプレイを有するＨＭＤにおいて目測を可能にすることは、困難である。たとえば、ディスプレイおよびアイセンサの双方について同じ光導波路を使用するオンアクシス法が開発されたが、全てのディスプレイ設計がこの方法に対応しているわけではない。この問題は２次元解を用いるため、ディスプレイおよびアイセンサがほぼ同軸構成で配置されると、同問題ははるかに単純になる。

【0005】

以下の図面を参照して説明される本発明の実施形態は限定的でも網羅的でもなく、特に指定されない限り、同様の参照符号はさまざまな図面にわたって同様の部分を示す。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1A】ニアアイディスプレイの実施形態の上面図である。

【図1B】ニアアイディスプレイの実施形態の正面図である。

【図1C】ニアアイディスプレイの代替実施形態の正面図である。

【図1D】ニアアイディスプレイの代替実施形態の正面図である。

【図2A】ニアアイディスプレイの代替実施形態の上面図である。

【図2B】ニアアイディスプレイの代替実施形態の上面図である。

【図3】上述のニアアイディスプレイの実施形態を含むヘッドマウントディスプレイの実施形態の斜視図である。

【図4】ニアアイディスプレイの別の実施形態の上面図である。

【図5】図１Ａ、図１Ｂに示すようなニアアイディスプレイを形成するためのプロセスの実施形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

図示された実施形態の詳細な説明
積層された導波管を有するニアアイディスプレイのための装置、システム、および方法の実施形態について説明する。実施形態を理解するために具体的な詳細について説明を行なうが、当業者であれば、本発明は、説明される詳細に説明されたもののうち１つ以上がなくても、または、他の方法、構成要素、材料などと一緒に実施可能であると理解するであろう。いくつかの例では、周知の構造、材料、もしくは動作は詳細に図示または説明されないが、それでもなお、本発明の範囲内に包含されている。

【0008】

本明細書を通じて、「１つの実施形態」または「ある実施形態」という言及は、説明される特徴、構造、または特性が少なくとも１つの説明される実施形態に含まれ得ることを意味するため、「一実施形態において」または「ある実施形態において」は、必ずしも同じ実施形態を指すわけではない。さらに、説明される特徴、構造、または特性は、１つ以上の実施形態において好適ないかなる態様でも組み合わせることが可能である。

【0009】

図１Ａおよび図１Ｂは、どちらもニアアイディスプレイ１００の実施形態を示す図である。図１Ａは上面図（ｘ−ｚ平面における）であり、図１Ｂは側面図（ユーザの目１０から眺めたｘ−ｙ平面における）である。ディスプレイ１００は、その周囲に表面１０１、裏面１０３および端部１０５を有するアイピース１０２を含む。アイピース１０２は対象の波長において実質的に透明ないかなる種類の材料でも形成され得る。たとえば、アイピース１０２は、一実施形態ではポリカーボネートまたは光学グレードアクリルなどのプラスチック材料で形成可能であるが、他の実施形態ではガラスなど異なる材料で形成可能である。図示された実施形態では表面１０１および裏面１０３は平面であり、そのためアイピース１０２は実質的に平坦になっているが、他の実施形態では、表面１０１および裏面１０３は湾曲していることがあり、それによって、アイピース１０２も湾曲している（たとえば、図３を参照）。

【0010】

傾斜面１０４が、目１０と実質的に一直線に並ぶ（図示された実施形態では、アイピースの実質的に中央において）アイピース１０２の一部において横方向に位置している（すなわち、ｘ方向において）。傾斜面１０４は、ディスプレイ１１６から進むディスプレイ光をアイピース１０２を介してユーザの目１０に導くように、かつ、目１０によって反射された目測放射をアイピース１０２を介してカメラ１１８に導くように向けられている。図示された実施形態では、傾斜面１０４は、表から裏に（すなわち、ｚ方向において）実質的にアイピース１０２の全奥行にわたって延在し、上から下に（すなわち、ｙ方向に）実質的にアイピース１０２の全高にわたって延在する。しかしながら、他の実施形態では、傾斜面１０４はアイピース１０２の全奥行または全高にわたって延在する必要はない。

【0011】

傾斜面１０４は、第１の表面処理部を有する第１の部分１０８と、第２の表面処理部を有する第２の部分１１２とを含む。例示された実施形態では、第１の部分１０８および第２の部分１１２は互いに隣接するが、他の実施形態では隣接する必要はない。さらに、例示された実施形態では、第１の部分１０８は第２の部分１１２の上にあるが、他の実施形態では、これらの位置は反対でもよい（たとえば、図１Ｃおよび図１Ｄを参照）。一実施形態では、第１の表面処理部によって第１の部分１０８は５０／５０（５０％透過、５０％反射）ミラーとなり、第２の表面処理部は、光の可視波長を透過させつつ、第２の部分１１２に赤外線などの目に見えない目測放射を実質的に反射させる被覆である。当然のことながら、他の実施形態は第１の部分１０８および第２の部分１１２のために他の第１および第２の表面処理部を用いてもよい。

【0012】

第１の導波管１０６および第２の導波管１１０が、傾斜面１０４の第１の部分１０８および傾斜面１０４の第２の部分１１２に異なる表面処理部が形成されたことによって、アイピース１０２内に形成される。第１の導波管１０６は、ディスプレイ１１６から光カプラ１１４およびアイピース１０２を通って、傾斜面１０４の第１の部分１０８まで実質的に延在する。第２の導波管１１０は、傾斜面１０４の第２の部分１１２からアイピース１０２および光カプラ１１４を通ってカメラ１１８まで実質的に延在する。第１の導波管１０６および第２の導波管１１０の高さ（すなわち、ｙ方向の広がり）および奥行（すなわち、ｚ方向の広がり）は、概して、傾斜面１０４の第１の部分１０８および第２の部分１１２の高さおよび奥行と関連する。例示された実施形態では、第１の導波管１０６および第２の導波管１１０は、アイピース１０２内における別々の導波管として示されているが、他の実施形態では、導波管１０６と１１０との間に物理的または光学的な分離は必要ではない。

【0013】

光カプラ１１４は、ディスプレイ１１６およびカメラ１１８がアイピース１０２に光学的に結合されるように、端部１０５に沿って設けられている。より詳細には、光カプラ１１４は、ディスプレイ１１６を第１の導波管１０６に結合し、目測カメラ１１８を第２の導波管１１０に結合する。例示された実施形態では、光カプラ１１４はプリズムまたはプリズムのような素子であるが、他の実施形態では、他の種類の光カプラを使用可能である。また、例示された実施形態では、光カプラ１１４はディスプレイ１１６およびカメラ１１８の双方をアイピース１０２に結合する一体構造であるが、他の実施形態では、ディスプレイ１１６およびカメラ１１８が別々の光カプラによってアイピース１０２に結合されるように、複数の光カプラであってもよい。また、例示された実施形態では、たとえば、光学的に透明な接着剤を用いて光カプラ１１４はアイピース１０２に取付けられているが、他の実施形態では、光カプラ１１４はアイピース１０２と一体形成可能である。

【0014】

ディスプレイ１１６およびカメラ１１８は、光カプラ１１４を介してアイピース１０２に光学的に結合されている。ディスプレイ１１６は、ディスプレイ１１６からのディスプレイ光が第１の導波管１０６内に入力されるように、第１の導波管１０６に光学的に結合されている。一実施形態では、ディスプレイ１１６は、リキッドクリスタル・オン・シリコン（ＬＣＯＳ）ディスプレイであるが、他の実施形態では、他の種類のディスプレイを使用可能である。ディスプレイ１１６は、ディスプレイ１１６によって放出されたディスプレイ光が第１の導波管１０６内に発せられる前にディスプレイ光を調整する（すなわち、焦点を合わせる、または平行にする）ように、別の光学素子も含み得る。

【0015】

目測カメラ１１８は、目１０で反射され、傾斜面１０４の第２の部分１１２によって第２の導波管１１０内に結合される目測放射を受け取るように第２の導波管１１０に光学的に結合されている。一実施形態では、カメラ１１８は、画像形成光学素子、ＣＭＯＳまたはＣＣＤイメージセンサなどのイメージセンサ（図４）、およびカメラによって取り込まれた画像を処理する処理回路および論理などの別の要素を含むカメラでもよい。目測放射は、可視域内または可視域外の波長を有し得るが、概して、ディスプレイ１１６によって出力される波長と異なる波長である。一実施形態では、目測放射は赤外線であり得る。

【0016】

ニアアイディスプレイ１００の動作中は、ディスプレイにおいて、ディスプレイ光路、目測放射路、および周辺光路の３つの光路が同時に作動し得る。ディスプレイ光路はディスプレイ１１６から始まり、ディスプレイ１１６は、第１の導波管１０６に入射し、傾斜面１０４の第１の部分１０８への全内部反射などのメカニズムによって導波管内を進むディスプレイ光を生成する。表面処理部のために、第１の部分１０８が５０／５０ミラーである一実施形態では、ディスプレイ光の５０％はミラー内を透過するが、５０％は、アイピース１０２から出てユーザの目１０に導かれるように進行方向を変えられる。

【0017】

第２の光路は、目測放射の経路である。目測放射は、ユーザの目１０によって傾斜面１０４の第２の部分１１２に向けて反射される。目１０によって反射される目測放射は、周囲光から生じてもよく、または、光を目測波長で放出し、目１０に向けて目測放射を導くように設けられた１つ以上の目測放射源から生じてもよい（たとえば、図４を参照）。第２の部分１１２に入射する目１０からの目測放射は、第２の部分によって反射されて第２の導波管１１０に入り、第２の導波管１１０を通ってカメラ１１８に進む。その後、目測カメラ１１８は受け取った目測放射を使用して、ユーザの目１０を結像し、その特性を測定することができる。

【0018】

第３の光路は、周囲光路である。第１の部分１０８が５０／５０ミラーであり第２の部分１１２が可視光を透過させる赤外線反射面である一実施形態では、シーン９９からの周囲光の可視部分の少なくとも一部は、第１の部分１０８および第２の部分１１２の双方を通って、かつ、アイピース１０２を通ってユーザの目１０に入る。それにより、ユーザは、シーン９９とディスプレイ１１６からの情報を同時に見ることができる。

【0019】

図１Ｃは、ヘッドアップディスプレイ１５０の別の実施形態を示す図である。ディスプレイ１５０は、ディスプレイ１００と構造が類似している。ディスプレイ１００と１５０との間の主な相違は、ディスプレイ１５０が、ディスプレイ１００の場合のように互いに隣接するのではなく、縦方向に互いに隔てられた第１の部分１０８および第２の部分１１２、したがって、第１の導波管１０６および第２の導波管１１０を有することである。ディスプレイ１５０における３つの光路は、ディスプレイ１００における光路と類似している。

【0020】

図１Ｄは、ヘッドアップディスプレイ１７５の別の実施形態を示す図である。ディスプレイ１７５は、ディスプレイ１５０と構造が類似している。つまり、主な相違は導波管の位置決めにある。ディスプレイ１７５では、第１の導波管１０６および第２の導波管１１０の位置が反対になっており、そのため、第２の導波管１１０は第１の導波管１０６の下ではなく上にある。ディスプレイ１７５は、ディスプレイ１００と同様に作動し、ディスプレイ光路、目測放射路、および周囲光路の３つの同時に作動する光路を有する。

【0021】

図２Ａは、ディスプレイ１００に多くの点で類似するニアアイディスプレイ２００を示す図である。ディスプレイ１００と２００との間の主な相違は、ディスプレイ２００では導波路が異なる態様で積層されていることである。

【0022】

ディスプレイ２００は、その周囲に表面２０１、裏面２０３、および端部２０５を有するアイピース２０２を含む。アイピース２０２は、ディスプレイ１００のようにｙ方向ではなくｚ方向に積層された第１の導波管２０４および第２の導波管２０８を含む。これは、１つの導波管が他方の導波管の上ではなく前方に積層されていることを意味している。例示された実施形態では、第２の導波管２０８は第１の導波管２０４の前方に積層されているが、他の実施形態では、これらの位置は反対でもよい。また、例示された実施形態では、第１および第２の導波管はアイピース２０２の全厚を構成している―すなわち、第１の導波管２０４が裏面２０３を形成して第２の導波管２０８が表面２０１を形成している―が、他の実施形態では、第１の導波管２０４および第２の導波管２０８は、アイピースの表面および裏面を形成しないように、アイピース２０２内に埋め込まれた状態で図示するように積層されてもよい。例示された実施形態では、アイピース２０２は実質的に平坦であるが、他の実施形態のディスプレイ１００のように、表面２０１および裏面２０３は湾曲していてもよく、それによって、アイピース２０２も湾曲している（たとえば、図３を参照）。

【0023】

第１の導波管２０４および第２の導波管２０８は、対象の波長において実質的に透明ないかなる種類の材料で構成されてもよい。たとえば、一実施形態では導波管２０４および２０６はポリカーボネートまたは光学グレードアクリルなどのようなプラスチック材料で構成され得るが、他の実施形態では、ガラスなどの異なる材料で形成可能である。いくつかの実施形態では、第１の導波管２０４および第２の導波管２０８はどちらも同じ屈折率を有する材料から構成され得るが、他の実施形態では、第１の導波管２０４および第２の導波管２０８の屈折率は、同じである必要はない。第１の導波管２０４および第２の導波管２０８が類似の屈折率を有する実施形態では、全内部反射が各導波管内で別々に発生し得るように、低指数光学接着剤を用いて界面２０７に沿って互いに接合されていてもよい。

【0024】

第１の傾斜面２０６は、目１０と実質的に一直線に並ぶアイピース２０２の一部において（例示された実施形態では、実質的にアイピースの中央において）横方向に（すなわち、ｘ方向において）設けられている。傾斜面２０６は、ディスプレイ２１４から進むディスプレイ光を導波管２０４を介して目１０の方へ導くように向けられている。一実施形態では、傾斜面２０６は、前方から後方に（すなわち、ｚ方向において）実質的に導波管２０４の全奥行にわたって、かつ、上から下に（すなわち、ｙ方向において）実質的に導波管２０４の全高にわたって延在してもよい。しかしながら、他の実施形態では、傾斜面２０６は導波管２０４の全奥行または全高にわたって延在する必要はない。傾斜面２０６の少なくとも一部が、傾斜面２０６の一部を部分的に反射性にする第１の表面処理部を有している。たとえば、一実施形態では、第１の表面処理部によって傾斜面２０６の第１の部分が５０／５０（５０％透過、５０％反射）ミラーになるが、当然のことながら、他の実施形態では他の第１の表面処理部を用いてもよい。

【0025】

第２の傾斜面２１０は、目１０と実質的に一直線に並ぶアイピース２０２の一部において（例示された実施形態ではアイピースの実質的に中央において）横方向に（すなわち、ｘ方向において）設けられている。第２の傾斜面２１０は、目１０によって反射された、入射した目測放射を受け取り、それをカメラ２１８まで進むように導波管２０８内に導くように向けられている。一実施形態では、傾斜面２１０は、前方から後方に（すなわち、ｚ方向において）導波管２０８の実質的に全奥行にわたって延在してもよく、上から下に（すなわち、ｙ方向において）導波管２０８の実質的に全高にわたって延在してもよい。しかしながら、他の実施形態では、傾斜面２１０は導波管２０８の全奥行または全高にわかって延在する必要はない。傾斜面２１０の少なくとも一部は、傾斜面２１０の処理部分を少なくとも部分的に目測放射に対して反射性にする第２の表面処理部を有する。一実施形態では、第２の表面処理部は、光の可視波長を透過させつつ赤外線などの非可視目測放射を実質的に反射する被覆でもよい。当然のことながら、他の実施形態では、他の第２の表面処理部を用いてもよい。

【0026】

ディスプレイ１００と同様に、ディスプレイ２００において、ディスプレイ光路、目測放射路、および周囲光路の３つの光路が同時に作動し得る。ディスプレイ光路はディスプレイ２１４から始まり、ディスプレイ２１４は、第１の導波管２０４に入射し、全内部反射などのメカニズムによって導波管内を傾斜面２０６の処理部分へ進むディスプレイ光を生成する。表面処理部によって第１の部分１０８が５０／５０ミラーである一実施形態では、ディスプレイ光の５０％はミラー内を透過するが、５０％はアイピース２０２から出てユーザの目１０内に導かれるように進行方向を変える。

【0027】

第２の光路は、目測放射の経路である。目測放射は、ユーザの目１０によって傾斜面２０６に向けて反射される。この面は５０／５０ミラーであるため、放射の半分を第２の傾斜面２１０に送る。第２の傾斜面２１０の処理部分に入射する目測放射は第２の導波管２０８内に反射され、この導波管を通して、目測放射がカメラ２１８まで進む。その後、目測カメラ２１８は受け取った目測放射を使用してユーザの目１０を結像し、その特性を測定することができる。

【0028】

第３の光路は、周囲光路である。第１の傾斜面２０６の少なくとも一部が５０／５０ミラーであり第２の傾斜面２１０の少なくとも一部が可視光を透過させる赤外線反射面である一実施形態では、シーン９９からの周囲光の可視部分の少なくとも一部は、第１の傾斜面２０６および第２の傾斜面２１０の双方を通って、かつ、アイピース１０２を通ってユーザの目１０に進む。それにより、ユーザはシーン９９とディスプレイ２１４からの情報を同時に見ることができる。

【0029】

図２Ｂは、ディスプレイ２００と多くの点で類似するニアアイディスプレイ２５０を示す図である。ディスプレイ２００と２５０との間の主な相違は、傾斜面が異なる態様で位置決めされていることである。ディスプレイ２５０では、第１の傾斜面２０６および第２の傾斜面は横方向にずれている（すなわち、ｘ方向においてずれている）が、依然として目１０の視野内にある。ディスプレイ２５０における３つの光路は、周囲光路および目測光路が傾斜面の双方を透過する必要がないという点を除き、ディスプレイ２００における３つの光路に類似している。

【0030】

図３は、眼鏡の対として実現されるヘッドアップディスプレイ３００の実施形態を示す図である。ヘッドアップディスプレイ３００はアイピース３０４の対を含み、少なくともそのうちの１つは、ニアアイディスプレイ１００、１５０、１７５、２００、または２５０などのニアアイディスプレイでもよい。図示された実施形態では、レンズ３０４は、第１の導波管３０８および第２の導波管３１０を含む。光カプラ３１２はレンズ３０４の端部上に設けられ、ディスプレイ／カメラアセンブリ３１４は、光カプラによって、レンズ３０４―したがって、第１の導波管３０８および第２の導波管３１０―に、光学的に結合されている。

【0031】

アイピース３０４はフレーム３０２に取付けられている。フレーム３０２は、アイピース３０４がユーザの目の前に適切に位置決めされた状態で、ユーザの頭上にディスプレイ３００が設けられた状態を保つため、左耳用アーム３０４および右耳用アーム（図示せず）を含む。図面は両眼用（２つのアイピース）の実施形態を示すが、ヘッドアップディスプレイ３００は、単眼用（１つのアイピース）の実施形態として実施されてもよい。当然のことながら、他の形状を有する他のフレームアセンブリも使用可能である（たとえば、耳用アームおよび鼻梁支持部を有するバイザー、単一の隣接するヘッドセット部材、ヘッドバンド、またはゴーグルタイプのアイウェアなど）。

【0032】

図４は、ニアアイディスプレイ４００の別の実施形態を示す図である。いくつかの実施形態では、目測放射はシーンからまたは周辺領域から生じる周囲光によって生じ得るが、他の実施形態では、目測波長で放射を発する照明を提供するために目測放射が必要な場合がある。ディスプレイ４００は、傾斜面１０４を中心として設けられた目測放射源４０２の対を含む。目測放射源４０２は、目測波長で放射を発し、目１０から反射された目測放射の少なくとも一部が傾斜面１０４に向けて導かれるように、ユーザの目１０に向けてそれらの目測放射を向けるように配置および配向がなされている。たとえば、図３に示すような眼鏡の実施形態では、放射源４０２は、フレーム上のどこかに設けることが可能である。一実施形態では、放射源４０２は赤外線ＬＥＤであり、それによって、目測光は赤外領域において波長を有する。しかしながら、他の実施形態では、放射源４０２は異なる波長または波長領域を発する、異なる放射線源でもよい。放射源４０２は概して、実質的に目１０を照射する広い放射ビームを放出することが望ましい。

【0033】

放射源４０２に加えて、またはそれらの代わりに、ディスプレイ４００は、カメラ１１８上にまたはその近くに設けられた目測放射源４０４を含み得る。図示された実施形態では、目測放射源４０４は、カメラ１１８と関連する撮像光学素子の両側に位置するため、目測放射はアイピース１０２において第２の導波管１１０を内を透過し（図１Ｂを参照）、第２の部分１１２で反射されて目１０に入る。その後、目１０は目測放射をアイピース１０２内に反射して戻し、そこで、目測放射は第２の部分１１２によって反射されて第２の導波管１１０内へ入り、カメラ１１８へと向かう。図示された実施形態は２つの放射源４０４を示すが、他の実施形態では、それより多いまたは少ない放射源が備えられていてもよい。さらに他の実施形態では、目測放射源４０４は、図示されたものとは異なる態様で設けられ得る。

【0034】

図５は、ニアアイディスプレイ１００を形成するためのプロセスの実施形態を示す図であるが、図示されたプロセスは、他の開示されたディスプレイの形成にも使用可能である。まず、アイピース１０２の第１の半分１０２Ａおよび第２の半分１０２Ｂが所望の材料で形成される。第１の半分１０２Ａは第１の傾斜面１０４Ａを含み、第２の半分１０２Ｂは第２の傾斜面１０４Ｂを含む。第１および第２の表面処理部は、第１の傾斜面１０４Ａ、第２の傾斜面１０４Ｂ、またはそれら双方に形成され、次に、第１の半分１０２Ａおよび第２の半分１０２Ｂは、傾斜面１０４Ａと１０４Ｂとが合わせられ、たとえば光学的に透明な接着剤で互いに接合されて傾斜面１０４を形成するように組み立てられる。アイピース１０２が半分１０２Ａおよび１０２Ｂを接合することによって形成されると、光カプラ１１４は光学的に透明な接着剤を用いてアイピースの端部に接着される。光カプラ１１４がアイピース１０２に接合されると、ディスプレイ１１６およびカメラ１１８が光学的に透明な接着剤または他の締結手段を用いて光カプラ１１４に接合される。他の実施形態では、当然のことながら、ディスプレイ１００は図示されたものとは別のプロセスによって構成可能である。

【0035】

要約書の説明を含む実施形態の上述の説明は、網羅的なものを意図したものではなく、また、本発明を説明された形態に制限するように意図したものでもない。本発明の特定の実施形態およびその例は、ここでは例示の目的で説明されたものであり、当業者にとって理解されるように、上述の説明に鑑みて、本発明の範囲内でさまざまな同等の修正形態が可能である。

【0036】

以下の特許請求の範囲で使用される用語を、本発明を明細書および特許請求の範囲で開示された特定の実施形態に限定するものと解釈するべきではない。そうではなく、本発明の範囲は、もっぱら以下の特許請求の範囲によって決定されるものであり、特許請求の範囲は、確立された特許請求の範囲の解釈の見解を用いて解釈されるものである。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】