特許 7285579 拡張現実装置、およびそのための光学系

(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】

(24)【登録日】2023-05-25

(45)【発行日】2023-06-02

(54)【発明の名称】拡張現実装置、およびそのための光学系

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20230526BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20230526BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

G02B5/30

【請求項の数】 36

(21)【出願番号】P 2020565011

(86)(22)【出願日】2019-02-12

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-05-27

(86)【国際出願番号】 CN2019074876

(87)【国際公開番号】W WO2019154432

(87)【国際公開日】2019-08-15

【審査請求日】2020-10-09

(31)【優先権主張番号】201810146738.7

(32)【優先日】2018-02-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】201810146751.2

(32)【優先日】2018-02-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】201810146912.8

(32)【優先日】2018-02-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】201810146905.8

(32)【優先日】2018-02-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】201810147326.5

(32)【優先日】2018-02-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】201810147336.9

(32)【優先日】2018-02-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】201810147325.0

(32)【優先日】2018-02-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】201810146915.1

(32)【優先日】2018-02-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】201810147330.1

(32)【優先日】2018-02-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】201810147332.0

(32)【優先日】2018-02-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】201810147328.4

(32)【優先日】2018-02-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】520302774

【氏名又は名称】マトリックスド、リアリティー、テクノロジー、カンパニー、リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＭＡＴＲＩＸＥＤ ＲＥＡＬＩＴＹ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ．， ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】100187160

【弁理士】

【氏名又は名称】副田 圭介

(74)【代理人】

【識別番号】100106655

【弁理士】

【氏名又は名称】森 秀行

(72)【発明者】

【氏名】シャオ、ビン

(72)【発明者】

【氏名】リャン、シャオビン

(72)【発明者】

【氏名】シュ、チー

【審査官】井亀 諭

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－０５９２１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１２２８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１４８５５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１２０３１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５０８３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２４３７５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１５６０９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２００８－００４４０４０（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開平１１－３０８６４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２７／０１－２７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＡＲ装置用の光学系であって、
画像投射源と、
前記画像投射源に隣接するビームスプリット側と前記画像投射源の反対側を向く透過側とを有する偏光ビームスプリッタであって、前記偏光ビームスプリッタは、前記画像投射源から放射された光が、前記ビームスプリット側に非垂直方向に入射し得るとともに前記ビームスプリット側により少なくとも部分的に反射し得るように配置され、前記偏光ビームスプリッタは、光が前記ビームスプリット側に入射すると、第１方向に偏光した偏光成分が前記偏光ビームスプリッタを通過して前記透過側を透過するように、かつ、前記第１方向に対して垂直な第２方向に偏光した偏光成分が前記ビームスプリット側から反射するように構成されている、前記偏光ビームスプリッタと、
を備え、
前記光学系は、偏光子をさらに備え、前記偏光子は、前記第２方向に偏光した偏光を透過させるとともに、前記第１方向に偏光した偏光を吸収するように構成されており、
前記画像投射源は、光を照射するために制御される画像源と、前記照射された光を合焦させるレンズとを含み、前記偏光子は、前記画像源と前記レンズとの間に位置し、
前記画像投射源は、前記画像源と前記レンズとの間に位置する整合部を含み、前記整合部は、空気ではない屈折率が１より大きな光透過性の媒体により形成され、前記偏光子は、前記画像源と前記整合部との間、あるいは前記整合部と前記レンズとの間に位置しており、
前記画像源、前記偏光子、および前記レンズは一体に接着されており、
前記画像投射源は、前記画像源から放射された光の光路に配置されて前記画像源から放射された光線をコリメートすること、成形すること、および／または結合することを行うビーム成形素子を含み、前記ビーム成形素子は前記レンズから形成されており、前記整合部は、液体および／または液晶媒体により形成され、前記画像投射源は、液体および／または液晶媒体を前記画像源と前記ビーム成形素子との間に封止するシール構造を含み、
前記ビーム成形素子を形成する前記レンズの媒質の屈折率と前記整合部の媒質の屈折率との差が、前記ビーム成形素子を形成する前記レンズの媒質の屈折率と空気の屈折率との差より小さく、
前記シール構造は、前記画像源との間にシールがもたらされるように前記画像源に接着されたシールフレームを備え、前記シールフレームと前記ビーム成形要素をなす前記レンズとの間のシールは、それらの間のインレー係合によりもたらされる、光学系。

【請求項2】

前記第２方向に偏光した偏光が前記画像投射源から放射されるように、前記偏光子は前記画像投射源に一体化されている、請求項１に記載の光学系。

【請求項3】

前記光学系は、
前記ビームスプリット側に隣接する波長板であって、前記画像投射源から放射された前記光は、前記ビームスプリット側により少なくとも部分的に反射して前記波長板に向かうことができる、前記波長板と、
反射光の光路において前記波長板の下流に配置されたセミリフレクタと、を更に備え、
前記波長板は１／４波長板である、
請求項１または２に記載の光学系。

【請求項4】

前記波長板は、前記セミリフレクタの近位側表面に付着された位相差フィルムである、請求項３に記載の光学系。

【請求項5】

前記偏光子は、反射光の光路を損なわないように配置されている、請求項３または４に記載の光学系。

【請求項6】

前記偏光子は、前記画像源および前記レンズのうちの一方に接着されている、請求項１から５のうちのいずれか一項に記載の光学系。

【請求項7】

前記偏光子は偏光フィルムである、請求項６に記載の光学系。

【請求項8】

前記偏光子は、前記レンズの表面に付着された偏光フィルムである、請求項７に記載の光学系。

【請求項9】

前記整合部、前記偏光子、および前記レンズは一体に接着されているか、またはこれに代えて、前記偏光子は、前記画像源、前記整合部、および前記レンズのうちの１つに接着されている、請求項８に記載の光学系。

【請求項10】

前記偏光子は偏光フィルムである、請求項８または９に記載の光学系。

【請求項11】

前記光学系は、追加の波長板および追加の偏光子であって、当該順序で前記セミリフレクタの遠位側に配置された追加の波長板および追加の偏光子を更に備え、前記追加の波長板は、それに円偏光が入射すると、直線偏光を出射し得るように構成されるとともに、前記追加の偏光子は、前記出射した直線偏光を吸収するように構成され、前記追加の波長板は、１／４波長板である、請求項３から１０のうちのいずれか一項に記載の光学系。

【請求項12】

前記追加の波長板は、それに円偏光が入射すると、前記第１方向に偏光した偏光成分が出射し得るように構成され、前記追加の偏光子は、前記第１方向に偏光した前記偏光成分を吸収するように構成される、請求項１１に記載の光学系。

【請求項13】

前記追加の波長板は、それに円偏光が入射すると、前記第２方向に偏光した偏光成分が出射し得るように構成され、前記追加の偏光子は、前記第２方向に偏光した前記偏光成分を吸収するように構成されている、請求項１１に記載の光学系。

【請求項14】

前記セミリフレクタは、透明基板と、前記基板の表面に付着されたセミ反射フィルムと、を備えている、請求項１１から１３のうちのいずれか一項に記載の光学系。

【請求項15】

前記追加の波長板と前記追加の偏光子とは、一体に接着されている、請求項１１から１４のうちのいずれか一項に記載の光学系。

【請求項16】

前記セミリフレクタは湾曲したセミリフレクタであり、前記追加の波長板および前記追加の偏光子の横手方向における輪郭は、前記セミリフレクタの湾曲形状に実質的に追従している、請求項１５に記載の光学系。

【請求項17】

前記セミリフレクタは湾曲したセミリフレクタであり、前記追加の波長板および前記追加の偏光子の、前記横手方向に対して実質的に垂直な長手方向における輪郭は、前記セミリフレクタの湾曲形状に実質的に追従している、請求項１５または１６に記載の光学系。

【請求項18】

前記セミリフレクタは湾曲したセミリフレクタであり、前記追加の波長板および前記追加の偏光子の輪郭は、前記セミリフレクタの湾曲形状に実質的に追従している、請求項１５に記載の光学系。

【請求項19】

前記光学系は、前記追加の偏光子の遠位側に配置された透明保護シートをも備え、前記透明保護シートは、減光シート、フォトクロミックシート、またはエレクトロクロミックシートである、請求項１１から１８のうちのいずれか一項に記載の光学系。

【請求項20】

前記追加の波長板および／または前記追加の偏光子は、それぞれ、前記セミリフレクタに一体化された追加の位相差フィルムおよび／または追加の偏光フィルムであり、前記追加の位相差フィルムは、１／４位相差フィルムである、請求項１４から１９のうちのいずれか一項に記載の光学系。

【請求項21】

前記基板の前記表面は近位側表面であり、前記追加の位相差フィルムは、前記基板の遠位側表面に付着されているか、および／または、前記追加の偏光フィルムは、前記追加の位相差フィルムの遠位側表面に付着されている、請求項２０に記載の光学系。

【請求項22】

前記基板の前記表面は遠位側表面であり、前記追加の位相差フィルムは、前記セミ反射フィルムの遠位側表面に付着されているか、および／または、前記追加の偏光フィルムは、前記追加の位相差フィルムの遠位側表面に付着されている、請求項２０に記載の光学系。

【請求項23】

前記画像源は、有機発光ダイオードとして構成されている、請求項１から２２のうちのいずれか一項に記載の光学系。

【請求項24】

ＡＲ装置用の光学系であって、
画像投射源と、
前記画像投射源に隣接するビームスプリット側と前記画像投射源の反対側を向く透過側とを有する偏光ビームスプリッタと、
前記ビームスプリット側に隣接する第１波長板であって、前記偏光スプリッタは、前記画像投射源から放射された光が前記ビームスプリット側に非垂直方向に入射し得るとともに少なくとも部分的に反射して前記第１波長板に向かい得るように配置されている、前記第１波長板と、
反射光の光路において前記第１波長板の下流に配置されたセミリフレクタであって、前記偏光ビームスプリッタは、前記画像投射源からの光が前記ビームスプリット側に入射すると、第１方向に偏光した偏光成分が前記偏光ビームスプリッタを通過してその前記透過側を透過するように、かつ前記第１方向に対して垂直な第２方向に偏光した偏光成分が前記ビームスプリット側から反射して前記第１波長板に向かうように構成されている、前記セミリフレクタと、
を備え、
前記光学系は、第２波長板および第１偏光子であって、当該順序で前記セミリフレクタの遠位側に配置された第２波長板および第１偏光子をも備え、前記第２波長板は、それに円偏光が入射すると、直線偏光が出射し得るように構成されるとともに、前記第１偏光子は、前記出射した直線偏光を吸収するように構成され、前記第１および／または第２波長板は、１／４波長板であり、
前記画像投射源は、光を照射するために制御される画像源と、前記照射された光を合焦させるレンズとを含み、第２偏光子が、前記画像源と前記レンズとの間に位置しており、
前記画像投射源は、前記画像源と前記レンズとの間に位置する整合部を含み、前記整合部は、空気ではない屈折率が１より大きな光透過性の媒体により形成され、前記第２偏光子は、前記画像源と前記整合部との間、あるいは前記整合部と前記レンズとの間に位置しており、
前記画像源、前記偏光子、および前記レンズは一体に接着されており、
前記画像投射源は、前記画像源から放射された光の光路に配置されて前記画像源から放射された光線をコリメートすること、成形すること、および／または結合することを行うビーム成形素子を含み、前記ビーム成形素子は前記レンズから形成されており、前記整合部は、液体および／または液晶媒体により形成され、前記画像投射源は、液体および／または液晶媒体を前記画像源と前記ビーム成形素子との間に封止するシール構造を含み、
前記ビーム成形素子を形成する前記レンズの媒質の屈折率と前記整合部の媒質の屈折率との差が、前記ビーム成形素子を形成する前記レンズの媒質の屈折率と空気の屈折率との差より小さく、
前記シール構造は、前記画像源との間にシールがもたらされるように前記画像源に接着されたシールフレームを備え、前記シールフレームと前記ビーム成形要素をなす前記レンズとの間のシールは、それらの間のインレー係合によりもたらされ、
前記セミリフレクタは、透明基板と、前記基板の表面に付着されたセミ反射フィルムと、を備え、
前記第２波長板は第２位相差フィルムであり、前記第１偏光子は偏光フィルムであり、前記第２位相差フィルムおよび前記偏光フィルムは、前記セミリフレクタ上で一体化されている、光学系。

【請求項25】

前記第１波長板は、前記セミリフレクタの近位側表面に付着された第１位相差フィルムである、請求項２４に記載の光学系。

【請求項26】

前記第２波長板は、それに円偏光が入射すると、そこから前記第１方向に偏光した偏光成分が出射し得るように構成され、前記第１偏光子は、前記第１方向に偏光した前記偏光成分を吸収するように構成されている、請求項２４または２５に記載の光学系。

【請求項27】

前記第２波長板と前記第１偏光子とは、互いに接着されている、請求項２４から２６のうちのいずれか一項に記載の光学系。

【請求項28】

前記セミリフレクタは湾曲したセミリフレクタであり、前記第２波長板および前記第１偏光子の横手方向における輪郭は、前記セミリフレクタの湾曲形状に実質的に追従している、請求項２４から２７のうちのいずれか一項に記載の光学系。

【請求項29】

前記セミリフレクタは湾曲したセミリフレクタであり、前記第２波長板および前記第１偏光子の、前記横手方向に対して全体として垂直な長手方向における輪郭は、前記セミリフレクタの湾曲形状に実質的に追従している、請求項２４から２８のうちのいずれか一項に記載の光学系。

【請求項30】

前記セミリフレクタは湾曲したセミリフレクタであり、前記第２波長板および前記第１偏光子の輪郭は、前記セミリフレクタの湾曲形状に実質的に追従している、請求項２４から２７のうちのいずれか一項に記載の光学系。

【請求項31】

前記光学系は、前記偏光子の遠位側に配置された透明保護シートをも備え、前記透明保護シートは、減光シート、フォトクロミックシート、またはエレクトロクロミックシートである、請求項２４から３０のうちのいずれか一項に記載の光学系。

【請求項32】

前記第２波長板は、それに円偏光が入射すると、そこから前記第２方向に偏光した偏光が出射するように構成され、前記第１偏光子は、前記第２方向に偏光した前記偏光を吸収するように構成されている、請求項２４から３１のうちのいずれか一項に記載の光学系。

【請求項33】

前記基板の前記表面は近位側表面であり、前記第２位相差フィルムは、前記基板の遠位側表面に付着されているか、および／または、前記偏光フィルムは、前記第２位相差フィルムの遠位側表面に付着されている、請求項３２に記載の光学系。

【請求項34】

前記基板の前記表面は遠位側表面であり、前記第２位相差フィルムは、前記セミリフレクタの遠位側表面に付着されているか、および／または前記偏光フィルムは、前記第２位相差フィルムの遠位側表面に付着されている、請求項３２に記載の光学系。

【請求項35】

ブラケットと、請求項１から３４のうちのいずれか一項に記載の光学系であって、前記ブラケットに一体化された光学系と、を備えた、拡張現実装置、具体的には頭部装着型拡張現実装置。

【請求項36】

前記ブラケットは眼鏡フレームである、請求項３５に記載の拡張現実装置。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の相互参照】

【0001】

本願は、２０１９年２月１２に出願された継続中のＰＣＴ国際出願番号ＰＣＴ／ＣＮ２０１９／０７４８７６の一部継続出願であり、２０１８年２月１２日に出願された中国特許出願番号２０１８１０１４６７３８．７、２０１８年２月１２日に出願された中国特許出願番号２０１８１０１４６７５１．２、２０１８年２月１２日に出願された中国特許出願番号２０１８１０１４６９１２．８、２０１８年２月１２日に出願された中国特許出願番号２０１８１０１４６９０５．８、２０１８年２月１２日に出願された中国特許出願番号２０１８１０１４７３２６．５、２０１８年２月１２日に出願された中国特許出願番号２０１８１０１４７３３６．９、２０１８年２月１２日に出願された中国特許出願番号２０１８１０１４７３２５．０、２０１８年２月１２日に出願された中国特許出願番号２０１８１０１４６９１５．１、２０１８年２月１２日に出願された中国特許出願番号２０１８１０１４７３３０．１、および２０１８年２月１２日に出願された中国特許出願番号２０１８１０１４７３３２．０、２０１８年２月１２日に出願された中国特許出願番号２０１８１０１４７３２８．４に基づいて優先権を主張する。上記ＰＣＴ出願および前述の全ての中国特許出願の全内容を参照してここに組み入れたものとする。

【技術分野】

【0002】

本願は、拡張現実装置、具体的には頭部装着型拡張現実装置に関する。また、本願は、拡張現実装置のための光学系に関する。

【背景技術】

【0003】

拡張現実（ＡＲ）技術は、混合表示技術と呼ぶことができる。その原理は、コンピュータにより制御可能な画像投射源を使用して、ユーザに表示される画像をユーザの目に提示し、提示された画像を、ユーザの目に直接見える現実の周囲環境画像に重ね合わせることにより、コンピュータを介して提示された画像で拡張された実際のシーン情報がユーザに提供される、というものである。この種のテクノロジーは、設計者が工業製品の設計と開発をしやすくなるという点でますます重要になっている。頭部装着型拡張現実（ＡＲ）装置は、一般的にＡＲ眼鏡またはヘルメットの形状を有する。

【0004】

従来の頭部装着型拡張現実装置の設計によれば、ＡＲ眼鏡またはヘルメットを装着したユーザに、画像投射源から放射された光が直接見えることがある。この原因は、装置の構成部品での光反射や、ユーザが装置を正しく装着していない（例えばユーザがＡＲ眼鏡またはヘルメットを斜めに装着している）ことである。このことにより、人の目について必要な画質だけでなく、最終的な結像のコントラストまでもが損なわれ得るとともに、拡張現実装置を装着しているユーザの不快感にもつながり得る（なぜならば、彼／彼女の目が、画像投射源から直接放射された光の一部で眩んでしまうからである）。

【0005】

更に、従来の頭部装着型拡張現実装置の設計において、画像投射源から放射された光の一部が、最終的に拡張現実装置のセミリフレクタ側から出射することがある。拡張現実装置のユーザとの対話を望んで彼／彼女の向かい側に立っている別の人に、光の出射部分が直接見えると、ユーザの目の表現を通じた判断が損なわれる場合がある。これは、二人の対話に不利となるであろう。更に、追加のレンズ（近視レンズ等）が拡張現実装置の外側に配置されている場合、光の出射部分がレンズで反射して最終的な画質が損なわれることがある。

【発明の概要】

【0006】

上述の問題に関して、本願は、ユーザの目に装置の画像投射源が直接見えることを防止するとともに、対話に影響を与え、かつ装置のユーザのプライバシーを改善するように、画像投射源から放射された光が装置を出射しないようなＡＲ装置用の光学系を提供することを目的とする。

【0007】

本願の一態様によれば、ＡＲ装置用の光学系が提供され、当該光学系は、
画像投射源と、
前記画像投射源に隣接するビームスプリット側と前記画像投射源の反対側を向く透過側とを有する偏光ビームスプリッタであって、前記偏光ビームスプリッタは、前記画像源から放射された光が、前記ビームスプリット側に非垂直方向に入射し得るとともにこれにより少なくとも部分的に反射し得るように配置され、前記偏光ビームスプリッタは、光が前記ビームスプリット側に入射すると、第１方向に偏光した偏光成分が前記偏光ビームスプリッタを通過して前記透過側を透過するように、かつ、前記第１方向に対して垂直な第２方向に偏光した偏光成分が前記ビームスプリット側から反射するように構成される、前記偏光ビームスプリッタと、を備え、
前記光学系は、前記画像投射源と前記偏光ビームスプリッタのビームスプリット側との間に配置された偏光子をも備え、前記偏光子は、前記第２方向に偏光した偏光を透過させるとともに、前記第１方向に偏光した偏光を吸収するように構成される。

【0008】

偏光子を設けることにより、画像投射源から放射された光が、偏光ビームスプリッタにより反射されることなく人の目に見える可能性が低減または排除され得る。これにより、ユーザの装着快適さレベルが改善され得る。

【0009】

任意選択的に、前記第２方向に偏光した偏光が前記画像投射源から放射されるように、前記偏光子は前記画像投射源に一体化される。このようにして、光学系の体積を小さくすることができ、拡張現実装置をよりコンパクトにすることができる。

【0010】

任意選択的に、前記光学系は、前記ビームスプリット側に隣接する波長板と、セミリフレクタと、をも備え、前記画像投射源から放射された前記光は、前記ビームスプリット側により少なくとも部分的に反射して前記波長板に向かうことができ、前記セミリフレクタは、反射光の光路において前記波長板の下流に配置され、前記波長板は、好適には１／４波長板である。このようにして、光学系の光利用効率が高められ、拡張現実装置の消費電力を削減することができる。

【0011】

任意選択的に、前記波長板は、前記セミリフレクタの近位側表面に付着された位相差フィルムである。このようにして、光学系の体積を小さくすることができ、拡張現実装置をよりコンパクトにすることができる。更に、反射界面の個数を削減することができ、光学系全体に対する迷光を減少させ得るとともに、光学系のコントラストが改善され得る。

【0012】

任意選択的に、前記偏光子は、反射光の光路を損なわないように配置される。したがって、人の目における最終的な画質は損なわれないであろう。

【0013】

任意選択的に、前記画像投射源は、光を放射するように制御される画像源と、放射された光を集束するレンズと、を備え、前記偏光子は、前記画像源と前記レンズとの間に配置される。

【0014】

任意選択的に、前記画像源、前記偏光子、および前記レンズは一体に接着されるか、またはこれに代えて、前記偏光子は、前記画像源および前記レンズのうちの一方に接着される。一体に接着することにより、光学素子間の反射界面が確実に削減され得るため、光エネルギーのロスをなくすことができる。したがって、迷光の作用を緩和または抑制することで画質が向上し得る。

【0015】

任意選択的に、前記偏光子は偏光フィルムである。

【0016】

任意選択的に、前記画像投射源は、光を放射するように制御される画像源と、放射された光を集束するレンズと、を備え、前記レンズは、前記画像源と前記偏光子との間に配置される。

【0017】

任意選択的に、前記偏光子は、前記レンズの表面に付着された偏光フィルムである。

【0018】

任意選択的に、前記画像投射源は、前記画像源と前記レンズとの間に配置された整合部をも備え、前記偏光子は、前記画像源と前記整合部との間、または前記整合部と前記レンズとの間に配置される。

【0019】

任意選択的に、前記画像源、前記整合部、前記偏光子、および前記レンズは一体に接着されるか、またはこれに代えて、前記偏光子は、前記画像源、前記整合部、および前記レンズのうちの１つに接着される。

【0020】

任意選択的に、前記偏光子は偏光フィルムである。

【0021】

任意選択的に、前記画像源は、前記画像源と前記レンズとの間に配置された整合部をも備える。

【0022】

任意選択的に、前記光学系は、追加の波長板および追加の偏光子であって、当該順序で前記セミリフレクタの遠位側に配置された追加の波長板および追加の偏光子をも備え、前記追加の波長板は、それに円偏光が入射すると、そこから直線偏光が出射し得るように構成されるとともに、前記追加の偏光子は、前記出射した直線偏光を吸収するように構成され、前記追加の波長板は、好適には１／４波長板である。このようにして、画像源からの光が拡張現実装置のセミリフレクタが配置された側から出射する可能性が排除または軽減され得る。ユーザのプライバシーおよび対話が改善され得る。その一方で、セミリフレクタを介して遠位側に放射された光であって、保護シートで部分的に反射して最終的に人の目に入射する光により引き起こされる迷光または「ゴースト」の悪影響を排除または軽減することができる。

【0023】

任意選択的に、前記追加の波長板と前記追加の偏光子とは、一体に接着される。

【0024】

任意選択的に、前記セミリフレクタは湾曲したセミリフレクタであり、前記追加の波長板および前記追加の偏光子の横手方向における輪郭は、前記セミリフレクタの湾曲形状に実質的に追従する。

【0025】

任意選択的に、前記セミリフレクタは湾曲したセミリフレクタであり、前記追加の波長板および前記追加の偏光子の、前記横手方向に対して実質的に垂直な長手方向における輪郭は、前記セミリフレクタの湾曲形状に実質的に追従する。

【0026】

任意選択的に、前記セミリフレクタは湾曲したセミリフレクタであり、前記追加の波長板および前記追加の偏光子の輪郭は、前記セミリフレクタの湾曲形状に実質的に追従する。

【0027】

任意選択的に、前記光学系は、前記追加の偏光子の遠位側に配置された透明保護シートをも備え、前記透明保護シートは、好適には、減光シート、フォトクロミックシート、またはエレクトロクロミックシートである。この場合、追加の波長板と追加の偏光子とを設けることにより、セミリフレクタから出射して透明保護シートで反射し、最終的に人の目に入射する光により引き起こされる迷光または「ゴースト」の悪影響を排除または軽減することができる。

【0028】

任意選択的に、前記追加の波長板は、それに円偏光が入射すると、そこから前記第１方向に偏光した偏光成分が出射し得るように構成され、前記追加の偏光子は、前記第１方向に偏光した前記偏光成分を吸収するように構成される。

【0029】

任意選択的に、前記追加の波長板は、それに円偏光が入射すると、前記第２方向に偏光した偏光成分が出ることができるように構成され、前記追加の偏光子は、前記第２方向に偏光した前記偏光成分を吸収するように構成される。

【0030】

任意選択的に、前記セミリフレクタは、透明基板と、前記基板の表面に付着されたセミ反射フィルムと、を備える。

【0031】

任意選択的に、前記追加の波長板および／または前記追加の偏光子は、それぞれ、前記セミリフレクタに一体化された追加の位相差フィルムおよび／または追加の偏光フィルムであり、前記追加の位相差フィルムは、好適には１／４位相差フィルムである。このようにして、光学系の体積を小さくすることができ、拡張現実装置をよりコンパクトにすることができる。更に、反射界面の個数を削減することができるため、光学系の迷光をなくすとともに光学系のコントラストを改善できる。

【0032】

任意選択的に、前記基板の前記表面は近位側表面であり、前記追加の位相差フィルムは、前記基板の遠位側表面に付着されるか、および／または、前記追加の偏光フィルムは、前記追加の位相差フィルムの遠位側表面に付着される。

【0033】

任意選択的に、前記基板の前記表面は遠位側表面であり、前記追加の位相差フィルムは、前記セミ反射フィルムの遠位側表面に付着されるか、および／または、前記追加の偏光フィルムは、前記追加の位相差フィルムの遠位側表面に付着される。

【0034】

本願の別の態様によれば、ＡＲ装置用の光学系が提供され、当該光学系は、
画像投射源と、
前記画像投射源に隣接するビームスプリット側と前記画像投射源の反対側を向く透過側とを有する偏光ビームスプリッタと、
前記ビームスプリット側に隣接する第１波長板であって、前記偏光スプリッタは、前記画像投射源から放射された光が前記ビームスプリット側に非垂直方向に入射し得るとともに少なくとも部分的に反射して前記第１波長板に向かい得るように配置されている、前記第１波長板と、
反射光の光路において前記第１波長板の下流に配置されたセミリフレクタであって、前記偏光ビームスプリッタは、前記画像投射源からの光が前記ビームスプリット側に入射すると、第１方向に偏光した偏光成分が前記偏光ビームスプリッタを通過してその前記透過側を透過するように、かつ前記第１方向に対して垂直な第２方向に偏光した偏光成分が前記ビームスプリット側から反射して前記第１波長板に向かうように構成される、前記セミリフレクタと、
を備え、
前記光学系は、第２波長板および偏光子であって、当該順序で前記セミリフレクタの遠位側に配置された第２波長板および偏光子をも備え、前記第２波長板は、そこに円偏光が入射すると、そこから直線偏光が出射し得るように構成されるとともに、前記偏光子は、前記出射した直線偏光を吸収するように構成され、前記第１および／または第２波長板は、好適には１／４波長板である。
このようにして、画像光が拡張現実装置のセミリフレクタ側から出射する可能性が排除または軽減され得る。ユーザのプライバシーおよび対話が改善され得る。その一方で、セミリフレクタを介して遠位側に放射された光であって、保護シートで部分的に反射して最終的に人の目に入射する光により引き起こされる迷光または「ゴースト」の影響を排除または軽減することができる。

【0035】

任意選択的に、前記第２波長板と前記偏光子とは、互いに接着される。

【0036】

任意選択的に、前記セミリフレクタは湾曲したセミリフレクタであり、
前記第２波長板および前記偏光子の横手方向における輪郭は、前記セミリフレクタの湾曲形状に実質的に追従する。

【0037】

任意選択的に、前記セミリフレクタは湾曲したセミリフレクタであり、前記第２波長板および前記偏光子の、前記横手方向に対して全体として垂直な長手方向における輪郭は、前記セミリフレクタの湾曲形状に実質的に追従する。

【0038】

任意選択的に、前記セミリフレクタは湾曲したセミリフレクタであり、前記第２波長板および前記偏光子の輪郭は、前記セミリフレクタの湾曲形状に実質的に追従する。

【0039】

任意選択的に、前記光学系は、前記偏光子の遠位側に配置された透明保護シートをも備え、前記透明保護シートは、好適には、減光シート、フォトクロミックシート、またはエレクトロクロミックシートである。この場合、追加の波長板と追加の偏光子とを設けることにより、セミリフレクタから出射して透明保護シートで反射し、最終的に人の目に入射する光により引き起こされる迷光または「ゴースト」の悪影響を排除または軽減することができる。

【0040】

任意選択的に、前記第１波長板は、前記セミリフレクタの近位側表面に付着された第１位相差フィルムである。

【0041】

任意選択的に、前記第２波長板は、それに円偏光が入射すると、前記第１方向に偏光した偏光成分が出射し得るように構成され、前記偏光子は、前記第１方向に偏光した前記偏光成分を吸収するように構成される。

【0042】

任意選択的に、前記第２波長板は、それに円偏光が入射すると、前記第２方向に偏光した偏光が出射するように構成され、前記偏光子は、前記第２方向に偏光した前記偏光を吸収するように構成される。

【0043】

任意選択的に、前記セミリフレクタは、透明基板と、前記基板の表面に付着されたセミ反射フィルムと、を備える。

【0044】

任意選択的に、前記第２波長板および／または前記偏光子は、前記セミリフレクタに一体化された第２位相差フィルムおよび／または偏光フィルムである。

【0045】

任意選択的に、前記基板の前記表面は近位側表面であり、前記第２位相差フィルムは、前記基板の遠位側表面に付着されるか、および／または、前記偏光フィルムは、前記第２位相差フィルムの遠位側表面に付着される。

【0046】

任意選択的に、前記基板の前記表面は遠位側表面であり、前記第２位相差フィルムは、前記セミリフレクタの遠位側表面に付着される、および／または前記偏光フィルムは、前記第２位相差フィルムの遠位側表面に付着される。

【0047】

本願の別の態様によれば、ブラケットと、前記ブラケットに一体化された上述の光学系と、を備える、拡張現実装置、具体的には頭部装着型拡張現実装置が提供される。

【0048】

任意選択的に、前記ブラケットは眼鏡フレームである。

【0049】

上述の本発明の技術手段によれば、画像投射源から放射された光が、偏光ビームスプリッタで反射されずにユーザの目に見える可能性が低減または排除され得るため、使用中の装置の快適さレベルが向上する。更に、光が拡張現実装置のセミリフレクタ側から出射する可能性が低減または排除されるため、ユーザのプライバシーが向上するとともに対話しやすくなる。

【0050】

本願の上述および他の態様は、添付図面と併せた以下の詳細な説明により十分に理解することができる。図面は、明確性を期して異なる縮尺で与えられている場合があるが、このことは本願の理解に影響を与えないことに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0051】

【図1】従来のＡＲ装置用の光学系を概略的に示す図。

【図2】改良されたＡＲ装置用の光学系を概略的に示す図。

【図3】本願の一実施形態によるＡＲ装置用の光学系を概略的に示す図。

【図4a】本願の一実施形態による画像投射源を概略的に示す図。

【図4b】図４ａの画像投射源が使用された光学系を概略的に示す図。

【図5】本願の別の一実施形態によるＡＲ装置用の光学系を概略的に示す図。

【図6a】本願の一実施形態によるセミリフレクタを概略的に示す断面図。

【図6b】本願の別の実施形態によるセミリフレクタを概略的に示す断面図。

【図6c】図６ａまたは図６ｂのセミリフレクタが使用されたＡＲ装置用の光学系を概略的に示す図。

【図7】本願の一実施形態によるＡＲ装置用の画像投射源を概略的に示す図。

【図8】本願の別の一実施形態によるＡＲ装置用の画像投射源を概略的に示す図。

【図9】本願の一実施形態によるスプリッタを概略的に示す拡大図。

【図10】本願の別の一実施形態によるスプリッタを概略的に示す拡大図。

【図11】本願の一実施形態によるセミリフレクタを概略的に示す断面図。

【図12】本願の別の一実施形態によるセミリフレクタを概略的に示す断面図。

【図13】本願の別の一実施形態によるセミリフレクタを概略的に示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0052】

本願の図面において、同一の構成または類似の機能を有する特徴部は、同一の参照符号で示される。更に、例示のみを目的として、図面で示される光学系の光路は、光が伝搬する経路のみを示すことに留意されたい。但し、これは本願に係る光学系の光路に図示しない光路が存在しないことを意味するものではない。

【0053】

図１は、従来のＡＲ装置用の光学系の光路図を概略的に示す。従来のＡＲ装置の光学系は、一般的に、コンピュータ（図示せず）により制御可能な画像投射源１０と、スプリッタ２０と、セミリフレクタ３０と、を備えている。コンピュータによる制御の下で、画像投射源１０は、光Ｌ１０を放射して所望の画像を呈示する。画像源から放射された光Ｌ１０に沿って、スプリッタ２０が画像投射源１０の下流に配置されている。画像源から放射された光Ｌ１０の一部はスプリッタ２０により反射するが、画像源から放射された光の別の一部はスプリッタ２０を透過する。画像源から放射された光Ｌ１０のうちの反射光の光路に沿って、セミリフレクタがスプリッタ２０の下流に配置されている。画像源から放射された光Ｌ１０の反射光は、部分的にセミリフレクタ３０を透過して外方に向かうとともに、部分的に同一のセミリフレクタで反射する。光の反射部分は、再びスプリッタ２０を部分的に通過して人の目に見える。同時に、周囲光Ｌ３０が、セミリフレクタ３０を通過し、そしてスプリッタ２０を部分的に通過し得るため、人の目４０に見える。したがって、画像源から放射された光Ｌ１０の一部により呈示される画像と、周囲光Ｌ３０の一部により呈示される周囲環境画像とが人の目４０において重ね合わされ、これにより、ユーザは現実のシーンに対する拡張現実効果を体験できる。上述の従来の光学系においては、画像源から放射されてスプリッタ２０を透過した光Ｌ１０の一部が戻ることで結像を損なわないことを確保するように、画像源から放射された光Ｌ１０のこの一部を妨げなく出射させることが必要である。

【0054】

画像源から放射された光Ｌ１０のエネルギー利用効率を高めるように、図２に示す光学系がＡＲ装置のために提案されている。明確性を期して、図１に示す光学系と異なるＡＲ装置の光学系の特徴のみを以下に説明する。他の構成要素については、既に説明した内容を参照されたい。図２に示すように、ＡＲ装置の光学系は、スプリッタ２０に代えて偏光ビームスプリッタ２１を備えている。例えば、偏光ビームスプリッタは、偏光ビームスプリットフィルムを（非偏光）スプリッタ基板に付着させることにより作製することができる。偏光ビームスプリッタ２１は、その偏光ビームスプリットフィルムが画像投射源１０に隣接するように配置されている。スプリッタ基板は、図１に示すスプリッタ２０と同じ機能を果たし得る。偏光ビームスプリットフィルムは、第１方向に偏光した偏光を通過させ得るとともに、第１方向に対して垂直な第２方向に偏光した偏光を反射させ得るように使用される。説明を明確にするように、第１方向に偏光した偏光、および第２方向に偏光した偏光を、以下において、例えばＰ偏光およびＳ偏光とそれぞれ呼ぶ。また、１／４波長板５０が、光路において偏光ビームスプリッタ２１とセミリフレクタ３０との間に配置されている。

【0055】

本明細書の文脈において、スプリッタのビームスプリット側とは、スプリッタの構成部により規定される表面または界面であって、光が当該表面または界面に入射可能である側、および／または部分的に反射可能でありかつ部分的に透過可能である側を指す。スプリッタの透過側とは、スプリッタの構成部により規定される表面または界面であって、光が当該表面または界面に入射可能である側、および／またはスプリッタから外部に透過可能である側を指す。図２に示す実施形態において、スプリッタ２１の偏光ビームスプリットフィルムがそのビームスプリット側を規定し、スプリッタ基板がスプリッタの透過側を規定する。図１に示すスプリッタ２０においては、スプリッタ２０の画像投射源１０に隣接する表面がビームスプリット側であり、スプリッタ２０の画像投射源１０の反対側を向く表面が透過側である。

【0056】

更に、本明細書の文脈において、スプリッタ（またはそのスプリッタ基板）は、立方体または平面であり得ることを理解されたい。例えば、２つの直角二等辺三角形プリズムでからなる立体ビームスプリッタでは、プリズムの斜面がスプリッタのビームスプリット側を構成する。また例えば、平面スプリッタでは、スプリッタの平面基板の平らな表面がスプリッタのビームスプリット側を構成する。

【0057】

説明を明確にするように、以下において、Ｐ方向に偏光した偏光を第１方向に偏光した偏光と想定し、Ｓ方向に偏光した偏光を第２方向に偏光した偏光と想定するものとする。しかしながら、当業者には、Ｐ偏光およびＳ偏光が、それらの偏光方向が互いに垂直であることが確保されるという前提で、光が伝搬する経路を中心として回転可能であることが理解されるであろう。したがって、第１方向に偏光した光は、Ｐ方向に対して角度をなして偏光した偏光であり得るとともに、第２方向に偏光した光は、Ｓ方向に対して角度をなして偏光した偏光であり得る。

【0058】

本明細書の文脈において、「フィルム」または「プレート」という用語は、「フィルム」または「プレート」形状にある別の薄層構造体に取付可能な薄層構造体、または、単一の薄層構造体を指す。

【0059】

本明細書の文脈において、スプリッタアセンブリ２２のビームスプリット側が位置する平面は、ビームスプリット側が実質的に位置する平面である。画像投射源は、光を放射可能な平面状または湾曲状の画像源を備える。本発明の文脈において、平面状の画像源とは、それが実質的に平面状の放射側を有することを意味する。同様に、湾曲状の画像源とは、それが実質的に湾曲状の放射側を有することを意味する。画像源は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、シリコンオン液晶（ＬＣＯＳ）、液晶ダイオード（ＬＣＤ）等の光学装置から作製され得る。レンズ・サブアセンブリは、より鮮明な画像を得るように画像源から放射された光を集束するために使用される単数または複数のレンズを備え得る。スプリッタのビームスプリット側が位置する平面は、画像投射源の画像源の法線に対して角度βをなす。角度βは、１１°と７９°との間、好適には２０°と７０°との間、より好適には３０°と６０°との間、より好適には４０°と５５°との間、最も好適には４０°と５０°との間の値を有する。スプリッタのビームスプリット側が位置する平面は、セミリフレクタの光軸に対して角度αをなす。角度αは、β－１０°とβ＋１０°との間であってかつ０＜α＜９０°である。このようにして、光エネルギーの最大利用効率を達成することができる。本願の文脈において、値の範囲に関する「（～と～との）間」という用語は、範囲の両端の値も同様に考慮すべきであることを意味する。例えば、「値Ａが、値Ｂと値Ｃとの間である」とは、値Ａが、値Ｂ、値Ｃ、または値Ａより大きいが値Ｃより小さい値、であり得ることを意味する。

【0060】

セミリフレクタ３０は、透明基板と、透明基板の表面に付着されたセミ反射フィルムと、を備えている。セミ反射フィルムは、それに入射した光を部分的に反射し、かつ部分的にそれを透過させるように使用される。更に、当業者には、「セミリフレクタ」または「セミ反射フィルム」という用語は、これに入射した光のエネルギーの半分が反射され、当該光のエネルギーの半分がこれを透過するという意味ではないことが理解されるべきである。そうではなく、反射光エネルギーと投射光エネルギーとの比率は、例えば「セミリフレクタ」または「セミ反射フィルム」自体の特性に依存し得る。

【0061】

好適な実施形態において、セミリフレクタ自体の基板は、屈折補正のための光学レンズ、例えば屈折異常を補正するために使用される光学レンズである。

【0062】

更に、本願の文脈において、１つの光学素子（例えばセミリフレクタ）の遠位側または表面とは、人の目に入射する光の直線光路に沿って、同一光学素子の人の目の反対側を向く側または表面を指す。同様に、１つの光学素子の表面の近位側とは、人の目に入射する光の直線光路に沿って、同一光学素子の人の目に隣接する側または表面を指す。

【0063】

更に、図２に示すように、画像投射源１０から放射された光Ｌ１０が偏光ビームスプリッタ２１を通過するとき、画像源から放射された光Ｌ１０のＰ偏光成分Ｌ１０ｐがスプリッタを透過し、画像源から放射された光Ｌ１０のＳ偏光成分Ｌ１０ｓが反射してセミリフレクタ３０または１／４波長板５０に向かう。１／４波長板５０を通過するとき、Ｓ偏光成分Ｌ１０ｓは、円偏光（または楕円偏光）に変換される。次いで、円偏光（または楕円偏光）は、セミリフレクタ３０により部分的に反射するとともに、それを部分的に透過する。再び１／４波長板５０を通過するとき、反射した円偏光（または反射した楕円偏光）は、Ｐ偏光成分Ｌ１０ｐに変換される。続いて、このＰ偏光成分Ｌ１０ｐは、偏光スプリッタ２１を通過して人の目４０に見える。一方、周囲光Ｌ３０も、セミリフレクタ３０および１／４波長板５０を順次通過し、そして部分的にスプリッタ２１を通過して人の目４０に見える。更に、不要な光Ｌ２０が偏光ビームスプリッタ２１に入射すると、この光Ｌ２０は、スプリッタを透過するＰ偏光成分Ｌ２０ｐ、およびスプリッタで反射するＳ偏光成分Ｌ２０ｓに変換される。Ｓ偏光成分Ｌ２０ｓのみが人の目４０に見える。

【0064】

図１に示す光学系において、画像源から放射された光Ｌ１０の光エネルギーは、スプリッタ２０に入射するときに半分失われる。次いで、セミリフレクタ３０に入射するとき、光の光エネルギーは半分失われる。そして、再びスプリッタ２０に戻ってそれに入射するとき、光の光エネルギーは半分失われる。すなわち、画像源から放射された光Ｌ１０の光エネルギーの８分の１しか、人の目４０における結像に使用されない。これに対して、図２に示す光学系においては、画像源から放射された光Ｌ１０の光エネルギーは、スプリッタ２１に入射するとき半分失われ、セミリフレクタ３０への入射後に光の光エネルギーは半分失われるが、再びスプリッタ２０に戻ってそれに入射するときには失われない。すなわち、画像源から放射された光Ｌ１０の光エネルギーの４分の１が、人の目４０における結像に使用される。これにより、結像の明るさおよびコントラストが大幅に向上するとともに、装置の消費電力が削減される。

【0065】

画像投射源１０から放射されてスプリッタ２０または２１を直接透過する光Ｌ１０または光成分Ｌ１０ｓが、頭部装着型ＡＲ装置を所定の位置に装着していないユーザに見えることにより装着の快適さや結像のコントラストが損なわれ得るということが、図１および２から理解される。更に、光学素子の性能は理想的でないため、スプリッタ２０または２１で反射して人の目に向かう光または光成分が部分的に必ず存在する。これにより、最終的な画質が損なわれ得る。更に、画像投射源１０から放射された光Ｌ１０の一部が反射してセミリフレクタ３０を通って外部に向かうことにより、ユーザのそばにいる人に画像投射源１０が見えてしまい、ＡＲ装置のプライバシー性が貧弱なものとなることが、図１および２から理解される。更にまた、ユーザがＡＲ装置の他に近視用レンズ等の他のレンズを装着している場合、外部に放射する光の一部がこの他のレンズで反射し、人の目における画像の品質が更に損なわれることがある。

【0066】

図３は、本願の実施形態による光学系１０００を概略的に示す。光学系１０００は、一般的に、コンピュータ（図示せず）により制御可能な画像投射源１０と、偏光ビームスプリッタ２１と、セミリフレクタ３０と、を備え、１／４波長板５０が、光路において偏光ビームスプリッタ２１とセミリフレクタ３０との間に配置されている。画像投射源１０、偏光ビームスプリッタ２１、セミリフレクタ３０、および１／４波長板５０の設定については、上述の内容を参照されたい。また、光学系１０００において、画像源投射１０から放射された光Ｌ１０の光路から見て、偏光子６０が偏光ビームスプリッタ２１のビームスプリット側の上流に配置されている。偏光子６０は、第２方向に偏光した光を透過させ得るとともに、第１方向に偏光した光を吸収し得る光学素子である。すなわち、図３に示す実施形態において、画像投射源１０からの光Ｌ１０は、偏光子６０を通過するときに、Ｓ偏光成分Ｌ１０ｓに変換される。このＳ偏光成分Ｌ１０ｓは、偏光ビームスプリッタ２１に入射し、そのビームスプリット側で反射して４／１波長板５０に向かう。したがって、他の偏光成分は、偏光ビームスプリッタ２１の透過側から出射することができない。このようにして、人の目４０に偏光ビームスプリッタ２１を介して画像投射源１０が直接見える可能性を排除または低減することができる。当業者には、偏光子６０が、偏光ビームスプリッタ２１と４／１波長板５０との間の光路を損なわないように配置されるべきであることが理解されるであろう。

【0067】

本願の実施形態によれば、上述のように、偏光子６０は、画像投射源１０と偏光ビームスプリッタ２１との間に配置されている。これに代えて、画像投射源１０から放射される光がＳ偏光となるように、偏光子を画像投射源１０に一体化してもよい。

【0068】

図４ａは、本願の実施形態による画像投射源１０’を概略的に示す。画像投射源１０’は、画像源１１と、整合部１３と、レンズ１２と、を備えている。画像源１１は、コンピュータの制御下で、人の目に投影される画像を表示するように使用される。例えば、画像源は、平面的な画像源であって、ＯＬＥＤ、ＬＣＯＳ、ＬＣＤ等の表示装置を備え得るがこれらに限定されない。レンズ１２は、画像の鮮明度を向上させるように光を集束させる単一のレンズ、または複数のレンズからなるレンズ・サブアセンブリであり得る。整合部１３は、画像源１１とレンズ１２との間に配置され、透過材料から構成されている。透過材料の屈折率は空気よりも高いため、迷光を抑制または低減できるとともに「ゴースト」の影響を低減できる。図４ａに示す実施形態において、整合部１３の材料は液体である。したがって、封止フレームが、レンズ１２と画像源１１との間を囲むように設けられ、その中に整合部１３が封入されている。これに代えて、整合部１３は個体であって、接着剤によりレンズ１２および画像源１１に直接接着されていてもよい。

【0069】

更に図４ａに示すように、画像源１１から放射される光の光路において、画像投射源１０’は、レンズ１２の下流に配置された偏光子１４をも備えている。偏光子６０と同様に、偏光子１４は、第２方向に偏光した光を透過させるとともに、第１方向に偏光した光を吸収する。したがって、偏光子１４の作用により、画像投射源１０’から放射された光は第２方向に偏光した光となる。当業者には、偏光子１４がレンズ１２の表面を覆うように付着された偏光フィルムであり得ることが理解されるべきである。

【0070】

当業者には、代替実施形態において、偏光子１４は、画像源１１と整合部１３との間、または整合部１３とレンズ１２との間に設けられ得ることが理解されるべきである。また、当業者には、整合部１３は、画像投射源１０’から省かれ得ることが理解されるべきである。この場合、偏光子１４は、画像源１１とレンズ１２との間、またはレンズ１２の下流に設けられ得る。

【0071】

図４ｂは、図４ａの画像投射源１０’が採用される光学系１０１０を示す。光学系１０００と比較すると、光学系１０１０は、画像源１０および偏光子６０に代えて画像投射源１０’を備えている。光学系１０１０によれば、画像投射源１０’から放射された光は、Ｓ偏光成分Ｌ１０ｓであるため、このＳ偏光成分Ｌ１０ｓが偏光ビームスプリッタ２１に入射し、そしてそのビームスプリット側で反射して１／４波長板５０に向かう。このようにして、他の偏光線分は、偏光ビームスプリッタ２１の透過側を透過することができない。したがって、人の目４０に偏光ビームスプリッタ２１を介して画像投射源１０’が直接見える可能性を排除または低減することができる。

【0072】

図５は、本願の別の実施形態によるＡＲ装置用の光学系２０００を概略的に示す。光学系２０００は、一般的に、コンピュータ（図示せず）により制御可能な画像投射源１０と、偏光ビームスプリッタ２１と、セミリフレクタ３０と、を備え、１／４波長板５０が偏光ビームスプリッタ２１とセミリフレクタ３０との間の光路において配置されている。画像投射源１０、偏光ビームスプリッタ２１、セミリフレクタ３０、および１／４波長板５０の設定については、上述の内容を参照されたい。また、画像投射源１０から放射され、偏光ビームスプリッタのビームスプリット側で反射した光Ｌ１０の光路において、第２の１／４波長板７０および偏光子８０が、光学系２０００のセミリフレクタ３０の遠位側に当該順序で配置されている。偏光子８０は、第２１／４波長板７０の遠位側に配置されている。１／４波長板７０は、円偏光を偏光方向が第１または第２方向である直線偏光に偏光するように構成され、偏光子８０は、直線偏光を吸収するように構成される。例えば、偏光子８０は、Ｓ偏光を吸収するとともに、Ｐ偏光を透過させるように構成されている。例えば、１／４波長板７０は、円偏光をＳ偏光に変換するように構成され、偏光子８０は、Ｓ偏光を吸収するとともにＰ偏光を透過させるように構成される。また例えば、１／４波長板７０は、円偏光をＰ偏光に変換するように構成され得るとともに、偏光子８０はＰ偏光を吸収してＳ偏光を透過させるように構成される。１／４波長板７０の異常軸または通常軸は、偏光子８０を通過する直線偏光の偏光方向に対する角度を含むように構成され、この角度は３０°と６０°との間である。好適な実施形態において、波長板の異常軸または通常軸は、偏光子８０を通過する直線偏光の偏光方向に対して４５°となるように構成される。

【0073】

図５に示すように、画像投射源１０から放射された光が偏光ビームスプリッタ２１を通過するとき、画像源から放射された光Ｌ１０のＰ偏光成分Ｌ１０ｐはこれを透過し、画像源から放射された光Ｌ１０のＳ偏光成分Ｌ１０ｓは反射してセミリフレクタ３０または１／４波長板５０に向かう。Ｓ偏光成分Ｌ１０ｓは、１／４波長板５０により円偏光（または楕円偏光）に変換される。続いて、この円偏光（または楕円偏光）は、部分的にセミリフレクタ３０で反射されるとともに、部分的にそれを透過する。透過した円偏光は、１／４波長板７０によりＳ偏光（またはＰ偏光）に偏光され得る。そしてこの光は偏光子８０に入射して吸収される。この偏光子８０は、Ｓ偏光（またはＰ偏光）を吸収するとともにＰ偏光（またはＳ偏光）を透過させるように構成されている。したがって、画像源から放射された光Ｌ１０は、実質的にＡＲ装置から出射することはできない。楕円偏光の場合、ほとんどの光が吸収され、ＡＲ装置から出射することが防止されるであろう。したがって、ＡＲ装置のプライバシー性および対話性を大幅に改善することができる。

【0074】

任意の実施形態において、反射界面の個数を削減するように、１／４波長板７０と偏光子８０とを互いに接着してもよい。したがって、光のエネルギー利用が改善され得る。

【0075】

セミリフレクタ３０が湾曲したセミリフレクタである場合、波長板７０および偏光子８０の横手方向における輪郭は、セミリフレクタの湾曲した形状に実質的に追従するであろう。本明細書の文脈において、横手方向とは、一般的に、ユーザの体の左右方向を指す。したがって、迷光および「ゴースト」の悪影響を低減して画質を向上させることができる。任意選択的に、追加の波長板および追加の偏光子の、横手方向に対して実質的に垂直である長手方向における輪郭は、セミリフレクタの湾曲した形状に実質的に追従する。好適な実施形態において、セミリフレクタは湾曲したセミリフレクタであり、追加の波長板および追加の偏光子の輪郭は、セミリフレクタの湾曲した形状に実質的に追従することで、迷光および「ゴースト」の悪影響を最適に減少させるという結果が達成される。

【0076】

任意採択的な実施形態において、光学系は、追加の偏光子の遠位側に配置された透明な保護シートをも備える。セミリフレクタ３０と透明保護シートとの間に波長板７０および偏光子８０が配置されることにより、透明保護シートに入射するがセミリフレクタ３０の遠位側表面で反射する周囲光が引き起こす「ゴースト」の悪影響が軽減され得る。光学素子の性能を原因として偏光子８０から光が漏れたとしても、透明保護シートで反射した光が引き起こす「ゴースト」の悪影響が軽減され得る。透明保護シートは、減光シート、フォトクロミックシートまたはエレクトロクロミックシートであり得る。

【0077】

図６ａは、本願の実施形態によるセミリフレクタ３０’を示す断面図である。セミリフレクタ３０’は、透明基板３１と、透明基板３１の近位側表面に付着されたセミ反射フィルム３２と、を備えている。更に、セミリフレクタ３０’は、１／４位相差フィルム７０’および偏光フィルム８０’であって、当該順序で基板３１の遠位側表面に対して付着された１／４位相差フィルム７０’および偏光フィルム８０’をも備えている。１／４位相差フィルム７０’および偏光フィルム８０’は、それぞれ１／４波長板７０および偏光子８０と同様に構成され得る。このようにして、セミリフレクタ３０’自体が１／４位相差フィルム７０’および偏光フィルム８０’に一体化されているため、光学系の体積が更に小さくなる。その一方で、反射界面の個数を削減することができるので、光学系全体の迷光が減少するとともに光学系のコントラストが向上する。

【0078】

任意選択的に、図６ｂは、本願の別の実施形態によるセミリフレクタ３０”を示す断面図である。セミリフレクタ３０”は、透明基板３１と、透明基板３１の遠位側表面に付着されたセミ反射フィルム３２と、を備えている。更に、セミリフレクタ３０”は、１／４位相差フィルム７０”および偏光フィルム８０”であって、当該順序でセミ反射フィルム３２に付着された１／４位相差フィルム７０”および偏光フィルム８０”をも備えている。１／４位相差フィルム７０”および偏光フィルム８０”は、それぞれ１／４波長板７０および偏光子８０と同様に構成され得る。

【0079】

図６Ｃは、図６ａまたは図６ｂのセミリフレクタが採用された光学系３０００を示す図である。光学系３０００は、図３の光学系１０００と同様に構成されるが、光学系１０００のセミリフレクタに代えてセミリフレクタ３０’または３０”が使用されている。したがって、光学系３０００の光学素子については、セミリフレクタ３０’または３０”を除き図３の説明を参照されたい。光学系３０００において、画像投射源１０から放射された光Ｌ１０は、偏光子６０を通過してＳ偏光成分Ｌ１０ｓに変換される。Ｓ偏光成分Ｌ１０ｓが偏光ビームスプリッタ２１に入射すると、Ｓ偏光成分Ｌ１０ｓはスプリッタのビームスプリット側で反射して１／４波長板５０に向かい、これによって円偏光に変換される。円偏光がセミリフレクタ３０’または３０”に入射すると、セミ反射フィルム３２を通過する、またはセミ反射フィルム３２で直接反射しない円偏光の光成分が、直線偏光に変換され、そして図５の原理に従って吸収される。したがって、画像投射源１０から放射された光Ｌ１０がＡＲ装置から出射することが防止され得る。このようにして、ＡＲ装置のプライバシー性およびユーザの対話性が改善され得る。

【0080】

代替実施形態において、セミリフレクタ３０’の基板３１を、１／４波長板７０と同様に形成してもよい。したがって、１／４位相差フィルム７０’を省くことができる。

【0081】

更に、当業者には、本願のセミリフレクタが、部分的に円筒形または部分的に球形であるように湾曲したものであり得ること、あるいはこれに代えて、部分的に回転対称（非球形）または他の態様で好適にまたは自由に湾曲したものであり得ることが理解されるべきである。また例えば、装置を装着して実際のシーンを見るユーザの快適さを損なわないように、本発明のセミリフレクタの全ジオプターは、±１５０度、好適には±１００度である。

【0082】

好適な実施形態において、セミリフレクタ４００は、光のエネルギー利用効率を高めるように、その近位側表面に付着された反射防止フィルムを備え得る。

【0083】

当業者には、１／４波長板またはフィルムについて説明したが、本願における板またはフィルムは、本願において他のいずれの波長板またはフィルム、または互いに垂直な２つの偏光した光の間に追加の光路差を生成できる光学素子に、これら他の波長板、または位相差フィルム、または光学素子が本願の上述の技術的解決策のように機能を達成または実質的に達成できる場合に限り代えてもよいことが、本願の説明の読了後に理解されるべきである。

【0084】

画像投射源は、主に、画像源とビーム成形素子とを備えている。

【0085】

本願によれば、画像投射源の画像源は、任意の適切な形態の画像源とすることができる。或る実施形態において、画像源はレーザー源、またはＬＥＤディスプレイ等のＬＥＤ源であり得る。或る実施形態において、画像源は、平面ディスプレイ等の平面画像源、またはこれに代えて湾曲ディスプレイ等の湾曲画像源であり得る。或る実施形態において、画像源は、一体型光源、または単一光源であり得る。画像源の例には、ＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）、ＬＣＤ（液晶オンシリコン）、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＭＥＭＳ（マイクロ電気機械システム）、ＤＭＥ（デジタルミラーデバイス）が含まれるがこれらに限定されない。

【0086】

画像投射源のビーム成形素子は、画像源の光源から放射された光の光路に配置されて、画像源から放射された光ビームをコリメートする、成形する、および／または結合する。

【0087】

本願によれば、ビーム成形素子は、レンズとして構成され得る。本願によるビーム成形素子のレンズは、１つのレンズまたは複数のレンズからなるレンズ・サブアセンブリであり得る。レンズ、またはレンズ・サブアセンブリの各レンズは、凸レンズ、凹レンズ、または凸レンズと凹レンズの組み合わせとすることができる。レンズ表面は、球面、非球面または自由曲面を有し得る。

【0088】

本願の原理によれば、ビーム成形素子は、例えば接着剤を介して面と面とを直接接着することにより画像源と一体とすることができ、あるいはこれに代えて、中間整合部を介して画像源と一体とすることができる。換言すれば、本願によるＡＲ装置の画像投射源の画像源およびビーム成形素子は、互いに直接的に一体とされるか、または一部品として中間整合部を介して間接的に一体とされる。中間整合部は、空気ではない、屈折率が１より大きい整合媒体により形成される。このようにして、画像源から放射されて虚像情報を運ぶ光ビームＶＬは、ビーム成形素子に直接的に、または屈折率が１より大きい整合媒体を介して入射する。その後、光ビームはビーム成形素子を介して画像投射源から照射される。

【0089】

好適には、中間整合部を形成するための整合媒体の屈折率は、１～２．７であり得る。中間整合部を形成するための整合媒体は、液体媒体、液晶媒体、半固体媒体、または個体媒体であり得る。中間整合部は、上述の媒体のうちの少なくとも１つにより形成され得る。液体媒体は、水やエチルアルコール等の透明媒体であり得る。個体媒体は、ガラスや樹脂等の透明な固体媒体であり得る。

【0090】

図７は、本願によるＡＲ装置の画像投射源の例を示す。本例において、画像源１２Ａとベーム成形素子１４Ａとは、中間整合部１６Ａにより間接的に一体とされている。本例において、ビーム成形素子１４Ａはレンズとして提供され、中間整合部１６Ａ液体および／または液晶媒体により形成されている。したがって、画像投射源１０は、画像源１２Ａとビーム成形素子１４Ａとの間に液体または液体媒体がシールされ得るシール構造を備えている。シール構造は、当技術分野で知られている任意の適切なシール構造であり得ることを理解されたい。

【0091】

実現可能な実施形態において、シール構造は、シールフレーム１８Ａを備えている。シールフレーム１８Ａは、画像源１２Ａに接着されてそれらの間のシールを達成している。シールフレーム１８とビーム成形素子１４Ａのレンズとの間のシールは、それらの間のインレー係合により達成され得る。任意選択的に、中間整合部１６Ａを形成するために使用される媒体の形態に応じて、シールフレーム１８Ａは、ビーム成形素子１４Ａのレンズに接着され得る。

【0092】

このような構成によれば、画像源１２Ａから放射されて虚像を担持する光ビームは、最初に中間整合部１６Ａに入射し、次いでレンズの形状にあるビーム成形素子１４Ａに入射することができる。整合媒体の屈折率は空気のものより大きいため、ビーム成形素子１４Ａのレンズが形成される媒体と整合媒体との間の屈折率の差は、ビーム成形素子１４Ａのレンズが形成される媒体と中間整合部１６Ａとビーム成形素子１４Ａとの界面にある空気との屈折率の差より小さい。したがって、より多くの光ビームを屈折させることができ、これにより光透過率を向上させ得るとともに、画像投射源の光学効率を増加させ得る。この結果、界面で反射する光ビームが少なくなり、迷光やゴースト画像の発生が抑制または低減され得る。

【0093】

Ｒがエアリー円盤の半径であり、λが光の波長であり、ｎが画像スペースの屈折率であり、θが入射開口角である式Ｒ＝（０．６１＊λ）／（ｎ＊ｓｉｎθ）より、整合媒体の屈折率が大きくなるほど、生成されるエアリー円盤が小さくなるため結像の解像度を向上させ得ることがわかる。更に、結像側で屈折率が大きくなるため、比較的小さい開口角で大きな開口数が得られるとともに、周辺光ビームの屈曲角を小さくできるため、設計の難易度が下がることとなる。更にまた、画像源がビーム成形素子と一体化されているため、光学構造がよりコンパクトになり、設置や調整がより簡単になり、よりシステム化される。

【0094】

図８は、本願によるＡＲ装置の画像投射源の別の例を示す。本例において、画像源１２Ａとビーム成形素子１４Ａとは、面嵌めの態様において一体化されている。画像源１２Ａとビーム成形素子１４Ａは、互いに嵌合することができる相補的な接触面を有している。一例として、ビーム成形素子１４Ａを形成するレンズが、画像源１２Ａに接着される。これに代えて、画像源１２Ａとビーム成形素子１４Ａとを、当業者に知られている他の好適な方法により互いにしっかりと嵌合させてもよい。

【0095】

このような構成によれば、画像源１２Ａから放射された光源光ビームは、ビーム成形素子１４Ａを形成するレンズに直接入射する。このような構成は、図７について説明した全ての利点を提供することができる。また、このような構成において、画像源はレンズに直接取り付けられるため、光学構造をよりコンパクトに、小さく、軽量にすることができるとともに、快適に装着することができる。よりコンパクトな構成により、設置や調整が簡単となる。

【0096】

本願による画像投射源の好適な例を、図７および８を参照して説明した。当業者には、これらが本願による画像投射源の例の全てではないことが理解されるべきである。本願によれば、画像源がビーム成形素子と一体化されているような実施形態も実現可能である。当業者には、本願によれば、画像投射源はどのように構成されていてもどのような種類の機能を有していても、光路モジュールと組み合わせて使用できることが理解されるべきである。本願による画像投射源と組み合わせて使用される光路モジュールは、任意の個数の光学素子、任意の機能を有する光学素子、実現可能に配置された光学素子の任意の組み合わせを備え得る。

【0097】

本願の任意の実施形態によれば、画像投射源は、単一部品として互いに一体化された画像源とビーム成形素子とを備える。画像投射源から放射された光ビームは、ビーム成形素子により成形されて画像源から出射する。任意選択的に、ビーム成形素子は、画像源に直接的に一体化される。例えば、ビーム成形素子は、画像源に面嵌めの態様において接着される。任意選択的に、ビーム成形素子は、画像源に中間整合部を介して間接的に一体化され得る。任意選択的に、中間整合部は、液体媒体、液晶媒体、半固体媒体および固体媒体からなる群から選択される少なくとも１つから形成される。

【0098】

任意選択的に、中間整合部は、水、エチルアルコール、ガラス、および樹脂からなる群から選択されるいずれか１つにより形成される。

【0099】

任意選択的に、中間整合部は、液体媒体および／または液晶媒体により形成され、画像投射源は、中間整合部を形成する媒体が画像源とビーム成形素子との間で封止されるシール構造をも備える。

【0100】

任意選択的に、中間整合部の媒体は、１～２．７の屈折率を有する。

【0101】

任意選択的に、ビーム成形素子は、正レンズとして構成される、または負レンズとして構成される、または正レンズと負レンズとの組合せとして構成される。

【0102】

図９は、本願の実施形態によるスプリッタ２２の拡大図である。スプリッタは、スプリッタ基板２２ａと、偏光フィルム２２ｂと、偏光ビームスプリットフィルム２２ｃとを当該順序で備える三層構造である。スプリッタ基板２２ａは、当技術分野で周知の光スプリッタ、例えば非偏光ビームスプリッタとすることができる。偏光フィルム２２ｂは、第１方向に偏光した偏光を透過させるが、第１方向に対して垂直な第２方向に偏光した偏光を吸収するフィルムである。偏光ビームスプリットフィルム２２ｃは、第１方向に偏光した偏光を透過させるとともに、第２方向に偏光した偏光を反射するフィルムである。

【0103】

図２のスプリッタ２１に代えてスプリッタ２２を使用した代替実施形態において、画像投射源から放射された光Ｌ１０がスプリッタ２２の偏光ビームスプリットフィルム２２ｃ（ビームスプリット側）に入射すると、画像源から放射された光Ｌ１０のＰ偏光成分Ｌ１０ｐは偏光ビームスプリットフィルム２２ｃを透過し、更に偏光フィルム２２ｂを透過してスプリッタ２２の透過側から出射する。画像源から放射された光Ｌ１０のＳ偏光成分Ｌ１０ｓは、反射して１／４波長板に向かう。１／４波長板を通過する際に、Ｓ偏光成分Ｌ１０ｓは、円偏光に変換される。セミリフレクタ３０に到達すると、円偏光は部分的にそれを透過し、部分的にそれで反射される。反射した円偏光は、再度１／４波長板を通過して、Ｐ偏光成分Ｌ１０ｐに変換される。続いて、Ｐ偏光成分Ｌ１０ｐは、スプリッタ２２の偏光ビームスプリットフィルム２２ｃ（ビームスプリット側）に入射し、当該フィルムおよび偏光フィルム２２ｂを通過して人の目４０に見える。その一方で、周囲光Ｌ３０が、セミリフレクタ３０および１／４波長板を当該順序で通過し、そして部分的にスプリッタ・アセンブリ２２を通過して人の目４０に見える。更に、不要光Ｌ２０がスプリッタ２２のスプリッタ基板２２ａ（透過側）に入射すると、不要光のＳ偏光成分は偏光フィルム２２ｂに吸収され、不要光のＰ偏光成分は偏光フィルム２２ｂを通過し、次いで偏光ビームスプリットフィルム２２ｃを通過する。したがって、上述の光学系のスプリッタに代えてスプリッタ２２を使用した場合、理想的には、不要光Ｌ２０の光成分が透過して人の目４０に向かうことがあり得ないため、ユーザの観察に不要な光の影響が完全に排除されるか弱められ、光学系全体の画質が向上する。

【0104】

代替実施形態において、スプリッタ基板２２ａと偏光フィルム２２ｂの位置は交換可能である。更なる代替実施形態においては、スプリッタ基板２２ａを省いてもよい。

【0105】

実際の製品では、スプリッタ基板またはフィルムそれ自体が厚さを有するため、スプリッタ・アセンブリ２２への入射時に、画像源から放射される光Ｌ１０の全てが偏光フィルム２２ｂおよび偏光ビームスプリットフィルム２２ｃにより変調され得るわけではない。すなわち、画像源から放射された光Ｌ１０の成分のうちのごく一部が、スプリッタ・アセンブリ２２の透過側を透過する可能性がある。透過側の空気との界面を原因として、画像源から放射された光Ｌ１０の成分のごく一部は、反射して偏光フィルム２２ｂおよび偏光ビームスプリットフィルム２２ｃに向かう。最終的に、画像源から放射された光Ｌ１０の成分のこのごく一部は、光学系全体の結像に、人の目４０に見える画質を損なう「ゴーストの干渉」を引き起こす可能性がある。

【0106】

図１０は、本願の別の実施形態によるスプリッタ２３を示す拡大図である。スプリッタ２３は、スプリッタ基板２３ａと、１／４位相差フィルム２３ｂと、偏光フィルム２３と、偏光ビームスプリットフィルム２３ｄとを当該順序で備える四層構造である。例えば、これらは単一部品として順次一体に接着されている。偏光ビームスプリットフィルム２３ｄは、スプリッタ２３のビームスプリット側を規定し、スプリッタ基板２３ａはスプリッタ２３の透過側を規定している。スプリッタ２３において、ビームスプリット側と透過側とは１／４位相差フィルム２３ｂおよび偏光フィルム２３ｃにより分離されている。

【0107】

更に、図１０に示すように、画像投射源１００から放射された光Ｌ１０がスプリッタ２３の偏光ビームスプリットフィルム２３ｄ（ビーム偏光側）に入射すると、画像源から放射された光Ｌ１０のＰ偏光成分Ｌ１０ｐは、１／４位相差フィルム２３ｂにより円偏光に変換される。円偏光がスプリッタ基板２３ａ内を空気との界面側（透過側）に伝搬すると、円偏光の一部が界面で反射してスプリッタ基板２３ａの内部において１／４位相差フィルム２３ｂに向かう。これは、空気と基板の媒体パラメータが界面において互いに明らかに異なるためである。１／４位相差フィルム２３ｂを再度通過するとき、反射した円偏光は、その偏光方向が９０°変化するためＳ偏光成分に変換されるであろう。続いて、Ｓ偏光成分は、隣接する偏光フィルム２３ｃに吸収される。したがって、「ゴーストの干渉」を低減または解消することができる。図１０に示す実施形態において、スプリッタ２３の透過側からビームスプリット側に向かって、スプリッタ基板２３ａ、１／４位相差フィルム２３ｂ、偏光フィルム２３ｃ、および偏光ビームスプリットフィルム２３ｄが当該順序で配置されている。代替実施形態において、スプリッタ２３の透過側からビームスプリット側に向かって、１／４位相差フィルム、スプリッタ基板、偏光フィルム、および偏光ビームスプリットフィルムが当該順序で配置され得る。代替実施形態において、スプリッタ２３の透過側からビームスプリット側に向かって、１／４位相差フィルム、偏光フィルム、スプリッタ基板、および偏光ビームスプリットフィルムが当該順序で配置され得る。代替実施形態において、スプリッタ２３の透過側からビームスプリット側に向かって、１／４位相差フィルム、偏光フィルム、偏光ビームスプリットフィルム、およびスプリッタ基板が当該順序で配置され得る。代替実施形態において、スプリッタ基板を省いてもよい。

【0108】

本願の任意採択的な実施形態によれば、
画像投射源と、
画像投射源に隣接するビームスプリット側と画像投射源の反対側を向く透過側とを有するスプリッタと、
ビームスプリット側に隣接する波長板と、
セミリフレクタと、
を備え、
スプリッタは、画像投射源から放射された光がビームスプリット側に非垂直方向に入射し得るとともに、少なくとも部分的に反射して波長板に向かい得るように配置され、
セミリフレクタは、反射光路において波長板の下流に配置される拡張現実（ＡＲ）装置のための光学系であって、
スプリッタは、画像投射源から放射された光がビームスプリット側に入射すると、第１方向に偏光した偏光成分がスプリッタを通過して透過側を透過するように、かつ第１方向に対して垂直な第２方向に偏光した偏光成分がビームスプリット側で反射して波長板に向かうように構成され、
スプリッタは、光が透過側に入射すると、光の第１方向に偏光した偏光成分がスプリッタを通過してビームスプリット側から透過し得るように、かつ光の第２方向に偏光した偏光成分がスプリッタに吸収され得るようにも構成される光学系が提供される。波長板は、好適には１／４波長板である。したがって、画像源から放射されて人の目に入射する光のエネルギーを増加させることがでる。また人の目に入射する不要光を、周囲光を除いて遮断または低減することができる。これにより、画質および鮮明度を向上させ得るとともに、ＡＲ装置の消費電力が削減され得る。

【0109】

任意選択的に、スプリッタは、偏光ビームスプリットフィルムと偏光フィルムとを備える。偏光ビームスプリットフィルムは、第１方向に偏光した光を透過させるとともに、第２方向に偏光した光を反射するように構成される。偏光フィルムは、第１方向に偏光した光を透過させるとともに、第２方向に偏光した光を吸収するように構成される。画像投射源から放射された光の方向から見て、偏光ビームスプリットフィルムは、偏光フィルムの上流側に配置されてビームスプリット側を規定する。このようにして、第２方向に偏光した偏光成分は、偏光ビームスプリットフィルムで必ず反射し、次いで波長板または１／４波長板およびセミリフレクタで処理され、そして人の目に入射して結像することが保証される。

【0110】

任意選択的に、透過側は、光のエネルギー利用効率を高めるように偏光フィルムにより規定される。

【0111】

任意選択的に、スプリッタの全体強度を向上させるように、スプリッタは、偏光ビームスプリットフィルムと偏光フィルムとの間に配置されたスプリット基板をも備える。

【0112】

任意選択的に、スプリッタの全体強度を向上させるように、スプリッタはスプリッタ基板をも備える。偏光フィルムは、スプリッタ基板と偏光ビームスプリットフィルムとの間に配置される。透過側は、スプリッタ基板により規定される。

【0113】

任意選択的に、スプリッタの全体強度を向上させるように、スプリッタはスプリッタ基板をも備える。偏光ビームスプリットフィルムは、スプリッタ基板と偏光フィルムとの間に配置される。透過側は、偏光フィルムにより規定される。

【0114】

任意選択的に、「ゴーストの干渉」の影響を排除し、かつ光のエネルギー利用効率を高めるように、スプリッタは位相差フィルムをも備える。偏光フィルムは、位相差フィルムと偏光ビームスプリットフィルムとの間に配置される。

【0115】

任意選択的に、「ゴーストの干渉」の影響を排除し、かつ光のエネルギー利用効率を高めるように、ビームスプリット側は、偏光ビームスプリットフィルムにより規定され、透過側は位相差フィルムにより規定される。

【0116】

任意選択的に、「ゴーストの干渉」の影響を排除し、かつスプリッタ構造の全体強度を向上させるように、スプリッタはスプリッタ基板をも備える。位相差フィルムおよび偏光フィルムは、スプリッタ基板と偏光ビームスプリットフィルムとの間に配置される。透過フィルムはスプリッタ基板により規定される。

【0117】

任意選択的に、「ゴーストの干渉」の影響を排除し、かつスプリッタ構造の全体強度を向上させるように、スプリッタはスプリッタ基板をも備える。スプリッタ基板および偏光フィルムは、位相差フィルムと偏光ビームスプリットフィルムとの間に配置される。透過側は、位相差フィルムにより規定される。

【0118】

任意選択的に、「ゴーストの干渉」の影響を排除し、かつスプリッタ構造の全体強度を向上させるように、スプリッタはスプリッタ基板をも備える。偏光ビームスプリットフィルムは、偏光フィルムとスプリッタ基板との間にある。

【0119】

任意選択的に、画像投射源は、光を放射するための平面状の画像源を備える。スプリッタのビームスプリット側が位置する平面は、画像源の法線に対して第１角度をなし、この第１角度は、１１°と７９°との間、好適には２０°と７０°との間、より好適には３０°と６０°との間、より好適には４０°と５５°との間、最も好適には４０°と５０°との間の値を有するか、および／または、スプリッタのビームスプリット側が位置する平面は、セミリフレクタの光軸に対して第２角度をなし、０＜第２角度＜９０°であり、かつ第２角度は、第１角度－１０°と第１角度＋１０°との間である。

【0120】

任意選択的に、系全体の体積を小さくするように、波長板は、セミリフレクタと一体化される。更に、一体化することにより反射界面の個数を削減することができるため、光学系全体で発生する迷光が減少したり、「ゴーストの干渉」の影響を弱めたりすることができ、光学系のコントラストが向上する。

【0121】

図１１は、本願の実施形態によるセミリフレクタ３００Ａを概略的に示す断面図である。セミリフレクタ３００Ａは、本願による光学系において代替的に使用可能であり、透明基板３０１と、透明基板３０１の遠位側表面に付着されたセミ反射フィルム３０２と、を備えている。

【0122】

従来のセミリフレクタの場合、セミ反射フィルムは、通常、基板の近位側表面に付着されている。したがって、図示の光学系の場合、画像源から放射されて人の目４０に入射する光またはその成分は、主として１回の反射作用を受けるであろう。しかしながら、図１１に示すセミリフレクタ３００Ａの場合、画像源から放射されて人の目４０に入射する光またはその成分は、少なくとも２回の屈折作用および１回の反射作用を受けることができる。したがって、本発明の技術手段によれば、光学系全体をより柔軟に設計することができる。例えば、設計者は、基板３０１の厚さや材料特性を変更し、基板３０１の近位側表面の形態を再形成することにより光の屈折を再設計することで、光学系全体の光学性能を変更することができる。更に、基板３０１内での光の伝搬は反射および屈折に関連するため、最終屈折での光は視野拡大という効果をもたらすので、人の目における最終結像結果が容易となる。

【0123】

図１２は、本願の別の実施形態によるセミリフレクタ３１０を概略的に示す。セミリフレクタ３００と同様に、セミリフレクタ３１０は、透明基板３０１と、透明基板３０１の遠位側表面に付着されたセミ反射フィルム３０２と、を備えている。更に、セミリフレクタ３１０は、透明基板３０１の近位側表面に付着された反射防止フィルム３０３をも備えている。反射防止フィルムは、基板に入射した光のエネルギーを増加させ、屈折および反射を介して変調される光のエネルギー利用効率を高めるために使用される。

【0124】

図１３は、本願の別の実施形態によるセミリフレクタ４００を概略的に示す。セミリフレクタ４００は、１／４波長板４０１と、１／４波長板４０１の遠位側表面に付着されたセミ反射フィルム４０２と、を備えている。すなわち、本実施形態において、１／４波長板４０１は、セミリフレクタ４００の基板である。例えば、１／４波長板４０１は、光学プラスチック材料、光学ガラス、光学結晶等の特定の複屈折材料から作製され得る。

【0125】

本願の一態様によれば、拡張現実（ＡＲ）装置のための光学系が提供され、当該光学系は、
画像投射源と、
スプリッタであって、画像投射源に隣接するビームスプリット側と画像投射源の反対側を向く透過側とを有するスプリッタと、
セミリフレクタであって、前記セミリフレクタは、ビームスプリット側に隣接して配置されるとともに、画像投射源から放射された光がビームスプリット側で反射する光路においてビームスプリット側の下流に配置され、前記スプリッタは、画像投射源から放射された光がビームスプリット側により部分的に反射して前記セミリフレクタに向かい得るように配置される、前記セミリフレクタと、
を備え、
前記セミリフレクタは、基板と、基板の遠位側表面上のセミ反射フィルムと、を備えている。

【0126】

セミ反射フィルムは、セミリフレクタの基板の遠位側表面の側にあるため、画像源から放射された光は、人の目に入射して結像する前に、セミリフレクタで２回の屈折作用および１回の反射作用を受ける。このようにして、光学系全体の設計自由度が高められる。光学系全体の設計自由度を高めるように調整可能なパラメータの個数が増加され得る。一方で、視野を拡大できるため、人の目における最終結像結果が容易となる。

【0127】

任意選択的に、波長板が、スプリッタとセミリフレクタとの間に配置される。波長板は、好適には１／４波長板である。波長板または１／４波長板は、結像の明るさおよびコントラストを改善して装置の消費電力を削減するために使用される。

【0128】

任意選択的に、セミリフレクタの基板は波長板であり、好適には、波長板は１／４波長板である。波長または１／４波長板をセミリフレクタに一体化することにより、セミリフレクタの体積が小さくなるため、光学系全体の機械的構造部をより柔軟に設計することができる。更に、一体化することにより反射界面の個数を減らすことができるため、光学系全体で発生する迷光が減少したり、「ゴースト」の影響を弱めたりすることができ、光学系のコントラストが向上する。

【0129】

任意選択的に、反射防止フィルムが、基板の近位側表面に付着される。反射防止フィルムは、基板に入射する光のエネルギーを増加させ、屈折および反射によって光を変調する際のエネルギー利用効率を高めるために使用される。

【0130】

任意選択的に、スプリッタは、画像投射源から放射された光がビームスプリット側に入射すると、第１方向に偏光した偏光成分がスプリッタを通過して透過側を透過するように、かつ第１方向に対して垂直な第２方向に偏光した偏光成分がビームスプリット側により反射して波長板に向かうように構成される。スプリッタは、光が透過側に入射すると、光の第１方向に偏光した偏光成分がスプリッタを通過してビームスプリット側から透過し得るように、かつ光の第２方向に偏光した偏光成分がスプリッタに吸収され得るようにも構成される。このようにして、周囲光を除く不要光が人の目に入射することが妨げられ、画質および鮮明度が改善され得る。ＡＲ装置の消費電力が削減され得る。

【0131】

任意選択的に、スプリッタは、偏光ビームスプリットフィルムと偏光フィルムとを備える。偏光ビームスプリットフィルムは、第１方向に偏光した光を透過させるとともに、第２方向に偏光した光を反射するように構成される。偏光フィルムは、第１方向に偏光した光を透過させるとともに、第２方向に偏光した光を吸収するように構成される。画像投射源から放射された光の方向から見て、偏光ビームスプリットフィルムは、偏光フィルムの上流側に配置されてビームスプリット側を規定する。このようにして、第２方向に偏光した偏光成分は、偏光ビームスプリットフィルムで必ず反射し、次いで波長板または１／４波長板およびセミリフレクタで処理されて最終的に人の目に入射して結像することが保証される。任意選択的に、波長板の異常軸および通常軸は、それぞれ第１および第２方向に対する角度を含むように構成され、この角度は、１°と８９°との間、好適には３０°と６０°との間、より好適には４５°である。

【0132】

任意選択的に、画像投射源は、光を放射するための平面状の画像源を備える。スプリッタのビームスプリット側が位置する平面は、画像源の法線に対して第１角度をなし、この第１角度は、１１°と７９°との間、好適には２０°と７０°との間、より好適には３０°と６０°との間、より好適には４０°と５５°との間、最も好適には４０°と５０°との間の値を有するか、および／または、スプリッタのビームスプリット側が位置する平面は、セミリフレクタの光軸に対して第２角度をなし、０＜第２角度＜９０°であり、かつ第２角度は、第１角度－１０°と第１角度＋１０°との間である。このようにして、スプリッタの利用効率を最大とすることができる。

【0133】

任意選択的に、セミリフレクタは湾曲したセミリフレクタである。

【0134】

任意選択的に、セミリフレクタは、±１５０度、好適には±１００度の屈折力を有する。このようにして、装置を使用するユーザの快適さを損ねないようにすることができる。

【0135】

本願の別の態様によれば、上述の光学系用のセミリフレクタが提供される。セミリフレクタは、基板と、基板の遠位側表面に配置されたセミ反射フィルムと、を備える。このようにして、光学系全体をより柔軟に設計することができる。光学系全体の設計自由度を高めるように調整可能なパラメータの個数が増加され得る。一方で、視野を拡大できるため、人の目における最終結像結果が容易となる。

【0136】

任意選択的に、結像の明るさおよびコントラストを改善し、更に装置の消費電力を削減するように、セミリフレクタの基板は波長板であり、好適には、波長板は１／４波長板である。

【0137】

任意選択的に、基板に入射する光のエネルギーを増加させ、屈折および反射によって光を変調する際のエネルギー利用効率を高めるように、反射防止フィルムが基板の近位側表面に付着される。

【0138】

任意選択的に、セミリフレクタは湾曲したセミリフレクタである。

【0139】

任意選択的に、セミリフレクタは、±１５０度、好適には±１００度の屈折力を有する。

【0140】

本願に文脈において、種々の実施形態を互いに任意に組み合わせることができる。本願の具体的ないくつかの実施形態について説明したが、これらは説明のみを目的として挙げたものであり、本願の範囲を制限するものとは決してみなされない。本願の制振および範囲から逸脱することなく、様々な置換、変更および代替が想定され得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図5】

【図6a】

【図6b】

【図6c】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】