特許 7356181 近接距離の拡張現実用画像を提供することができる拡張現実用光学装置

(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】2023-09-26

(45)【発行日】2023-10-04

(54)【発明の名称】近接距離の拡張現実用画像を提供することができる拡張現実用光学装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20230927BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021547177

(86)(22)【出願日】2019-10-17

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-30

(86)【国際出願番号】 KR2019013628

(87)【国際公開番号】W WO2020166785

(87)【国際公開日】2020-08-20

【審査請求日】2021-08-12

(31)【優先権主張番号】10-2019-0016903

(32)【優先日】2019-02-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】518374631

【氏名又は名称】レティノル カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100132883

【弁理士】

【氏名又は名称】森川 泰司

(74)【代理人】

【識別番号】100148633

【弁理士】

【氏名又は名称】桜田 圭

(74)【代理人】

【識別番号】100147924

【弁理士】

【氏名又は名称】美恵 英樹

(72)【発明者】

【氏名】ハ、ジョンフン

【審査官】井亀 諭

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０８２９４９９４（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１８－００２８３３９（ＫＲ，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】

近接距離の拡張現実用画像を提供することができる拡張現実用光学装置であって、
拡張現実用画像に相応する画像光を出射する画像出射部と、
実際事物から出射した画像光の少なくとも一部を使用者の目の瞳孔に向けて透過させ、前記画像出射部から出射する拡張現実用画像に相応する画像光を内面で少なくとも１回以上反射させて光学素子に伝達する光学手段と、
前記光学手段の内部に配置され、前記光学手段を介して伝達される拡張現実用画像に相応する画像光を使用者の目の瞳孔に向けて伝達することによって使用者に拡張現実用画像を提供する少なくとも一つ以上の光学素子と、
を含み、
前記光学手段は、実際事物から出射した画像光が入射する第１面と、前記光学素子を介して伝達される拡張現実用画像に相応する画像光が出射する第２面とを有し、
前記画像出射部は、前記光学手段の前記第２面の一端部に向かって拡張現実用画像に相応する画像光を出射するように配置され、
前記第２面は、使用者の瞳孔から前方に延びる方向に対して垂直の平面であり、
前記第１面は、前記第２面とは互いに平行でないように、前記第２面の前記一端部から徐々に瞳孔から離れるように延びて形成され、前記第２面に対して傾斜角θで傾斜した平面であり、
前記画像出射部から出射する画像光は、互いに平行ではなく、
前記画像出射部から出射した画像光は、前記光学手段の内面に配置された反射ミラーによって反射された後、前記第１面及び前記第２面で少なくとも１回以上全反射されて光学素子に伝達され、
前記画像出射部から出射する拡張現実用画像に相応する画像光に相応する拡張現実用画像の焦点距離をＤとし、前記画像出射部から前記光学手段の前記反射ミラーに入射する広さをＳとしたときに、前記傾斜角θは、ｔａｎ^－１（Ｓ／Ｄ）の数式によって設定されることを特徴とする、
近接距離の拡張現実用画像を提供することができる拡張現実用光学装置。

【請求項2】

前記光学素子は、８ｍｍ以下の反射手段からなることを特徴とする、請求項１に記載の近接距離の拡張現実用画像を提供することができる拡張現実用光学装置。

【請求項3】

前記傾斜角θは０．０１５°～４．６°の範囲の値を有することを特徴とする、請求項１に記載の近接距離の拡張現実用画像を提供することができる拡張現実用光学装置。

【請求項4】

前記光学手段の前記第１面及び前記第２面の少なくとも一つは少なくとも一部が曲面に形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の近接距離の拡張現実用画像を提供することができる拡張現実用光学装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は近接距離の拡張現実用画像を提供することができる拡張現実用光学装置に関するもので、より詳しくは無限大の焦点距離ではない近接焦点距離を有する拡張現実用画像を歪みや切れなしに鮮やかに使用者に提供することができる拡張現実用光学装置に関する。

【背景技術】

【0002】

拡張現実（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ、ＡＲ）とは、周知のように、現実世界の実際映像にコンピュータなどによって生成される仮想の映像やイメージを重ねて提供することを意味する。

【0003】

このような拡張現実を具現するためには、コンピュータのようなデバイスによって生成される仮想の映像やイメージを現実世界の映像に重ねて提供することができるようにする光学系を必要とする。このような光学系としては、ＨＭＤ（Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ）又はメガネ型装置を用いて仮想映像を反射又は屈折させるプリズムなどのような光学手段を使う技術が知られている。

【0004】

しかし、このような従来の光学系を用いた装置は、その構成が複雑であって重さ及び体積が相当なので使用者が着用するのに不便さがあり、製造工程も複雑なので製造コストが高いという問題がある。

【0005】

また、従来の装置は、使用者が現実世界を見つめるときに焦点距離を変更する場合、仮想映像の焦点が合わなくなるという限界がある。これを解決するために、仮想映像に対する焦点距離を調節することができるプリズムのような構成を用いるか焦点距離の変更によって可変型焦点レンズを電気的に制御するなどの技術が提案されている。しかし、このような技術も焦点距離を調節するために使用者が別に操作しなければならないか焦点距離の制御のための別途のプロセッサなどのようなハードウェア及びソフトウェアを必要とするという点で問題がある。

【0006】

このような従来技術の問題点を解決するために、本出願人は特許文献１に記載されているように、人の瞳孔より小さいサイズの反射部を用いて仮想映像を瞳孔を通して網膜に投映することによって拡張現実を具現することができる装置を開発したことがある。

【0007】

図１は前記特許文献１に開示されたような拡張現実用光学装置を示す図である。

【0008】

図１を参照すると、画像出射部３０は拡張現実用画像に相応する画像光を出射する手段であり、例えば小型ディスプレイ装置によって具現されることができる。反射部２０は画像出射部３０から出射した拡張現実用画像に相応する画像光を使用者の瞳孔に向けて反射させることによって拡張現実用画像を提供する。

【0009】

光学手段１０は実際の事物から出射した画像光の少なくとも一部を透過させる手段であり、例えばメガネレンズであることができ、その内部に反射部２０が埋め込まれている。フレーム部４０は画像出射部３０と光学手段１０を固定及び支持する手段である。

【0010】

図１の反射部２０は、人の瞳孔サイズより小さなサイズ、すなわち８ｍｍ以下に形成されている。このように反射部２０を瞳孔サイズより小さく形成することにより、反射部２０を介して瞳孔に入射する光に対する深度（Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｆｉｅｌｄ）をほとんど無限大に近く、すなわち深度を非常に深くすることができる。ここで、深度とは焦点が合うものと認識される範囲を言う。深度が深くなれば拡張現実用画像に対する焦点距離も深くなるということを意味し、よって使用者が実際世界を見つめながら実際世界に対する焦点距離を変更しても、これにかかわらず拡張現実用画像の焦点はいつも合っているものと認識することになる。これは一種のピンホール効果（ｐｉｎ ｈｏｌｅ ｅｆｆｅｃｔ）と見なすことができる。したがって、使用者が実際世界に存在する実際事物を見つめながら焦点距離を変更することに関係なく、拡張現実用画像に対してはいつも鮮やかな仮想映像を提供することができる。

【0011】

図２は本出願人によって開発された拡張現実用光学装置の他の例を示す図である。

【0012】

図２の拡張現実用光学装置は、図１で説明したような利点をそのまま有するが、画像出射部３０から出射した拡張現実用画像光が光学手段１０の内面で反射されて反射部２０に伝達され、反射部２０はこれを瞳孔４０に向けて反射させることによって拡張現実用画像を提供することを特徴とする。

【0013】

しかし、図２の拡張現実用光学装置は、拡張現実用画像の焦点が無限大の場合にのみ正常に像が表現されるという問題点がある。すなわち、画像出射部３０から出射する拡張現実用画像光は、図２に示すように、原則的に完璧な形態の平行光ではなければならない。

【0014】

図３及び図４は画像出射部３０から出射する画像光が平行光の場合と平行光ではない場合を比較して説明するための図である。

【0015】

図３を参照すると、画像出射部３０から出射した拡張現実用画像に相応する画像光Ａ、Ｂは平行光であり、これらは反射ミラー５０で反射された後、光学手段１０の内面で全反射されて反射部２０に伝達される。

【0016】

この際、図３に示すように、画像光Ａ、Ｂは光学手段１０の内面で反射された後、互いに重畳することが分かる。よって、このような場合、反射部２０で反射されて瞳孔４０に向かうとき、使用者の立場では正常に結ばれた像を見ることができるであろう。

【0017】

一方、図４では、画像出射部３０から出射する画像光Ａ、Ｂは平行光ではない。このような場合、反射ミラー５０を経て互いに異なる角度で光学手段１０の内面に入射するから、光学手段１０の内面で全反射されるとき、図３のように重畳せずに互いに異なる角度で全反射されて進行することが分かる。よって、図４のような場合には、反射部２０を介して瞳孔４０に伝達される画像光によって形成される像はずれるか割れたように見えることになる。言い換えれば、無限大の焦点を有する拡張現実用画像ではない場合には像が正常に結ばないことがあるという問題があり、これは無限大ではない焦点を有する近接焦点距離の拡張現実用画像を正常に表現しにくいということを意味する。このような問題を光路長整合（ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ ｌｅｎｇｔｈ ｍａｔｃｈｉｎｇ）又は光路長調節（ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ ｌｅｎｇｔｈ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ）問題といい、図４の場合には光路長整合が不完全になって像切れ現象が発生する。

【0018】

図５～図７は像切れ現象を示す実際画面である。

【0019】

図５は図４で説明したように画像出射部３０から出射する画像光Ａ、Ｂが完全な平行光ではない場合であり、近距離の焦点距離を有する仮想事物（鉛筆）の像が切れて表示されることが分かる。よって、仮想事物に相応する画像光が光学手段１０を介して伝達されるとき、イメージが自然に連結されずに不完全な状態で結合されて光路長整合が不完全であるので、仮想事物（鉛筆）が部分的に切れて提供されることが分かる。

【0020】

図６は図５の場合より焦点距離が少し長くなった場合である。この場合にもやはり仮想事物の像は自然に連結されなく、光路長整合が不完全であることが分かる。

【0021】

一方、図７は図６の場合より焦点距離がかなり長くなった場合である。この場合は仮想事物の焦点距離が無限大に近いものと見なすことができる。したがって、仮想事物から出射する画像光Ａ、Ｂは、図３に示すように、光学手段１０に平行光として入射するので、歪みがなくかつ像切れ現象がほとんどない像を使用者に提供することができる。これは光路長整合がほぼ完全な形態と見なすことができる。

【0022】

このような問題点を解決するためには図８のような方法を思うことができる。

【0023】

図８は近接焦点距離の拡張現実用画像を表示するための従来の構成を示す図である。図８に示すように、光学手段１０の前後に凸レンズ及び凹レンズの対を配置し、近接焦点距離を有する拡張現実用画像（仮想事物）に対しては、反射部２０で反射された後、凹レンズを介して画像光が外側に屈折されるようにする。この場合、凹レンズのみ使えば、使用者が光学手段１０を介して認識する実際世界に存在する実際事物に対する像は歪むことができるが、光学手段１０の外面に配置された凸レンズによって実際事物に対する像は内側に屈折されて光学手段１０に入射した後、凹レンズを介して再び外側に屈折されるから、実際世界の事物に対する像は正常に形成されることができる。よって、図８のような構造を使えば、近接焦点距離の拡張現実用画像を正常に表現することができる。

【0024】

しかし、図８のような構成は、光学手段１０の外部に凹レンズ及び凸レンズのような追加の構成を必要とするから、体積が大きくなり、装置の重さが増加するという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0025】

【文献】韓国登録特許１０－１６６０５１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0026】

本発明は前述したような問題点を解決するためのものであり、無限大の焦点距離ではない近接焦点距離を有する拡張現実用画像を歪みや切れなしに鮮やかに使用者に提供することができる拡張現実用光学装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0027】

前述したような課題を解決するために、本発明は、近接距離の拡張現実用画像を提供することができる拡張現実用光学装置であって、実際事物から出射した画像光の少なくとも一部を使用者の目の瞳孔に向けて透過させ、画像出射部から出射する拡張現実用画像に相応する画像光を内面で少なくとも１回以上反射させて光学素子に伝達する光学手段と、前記光学手段の内部に配置され、前記光学手段を介して伝達される拡張現実用画像に相応する画像光を使用者の目の瞳孔に向けて伝達することによって使用者に拡張現実用画像を提供する少なくとも一つ以上の光学素子とを含み、前記光学手段は、実際事物から出射した画像光が入射する第１面と、前記光学素子を介して伝達される拡張現実用画像に相応する画像光が出射する第２面とを有し、前記第１面と第２面は互いに平行でないように傾斜角θを有することを特徴とする近接距離の拡張現実用画像を提供することができる拡張現実用光学装置を提供する。

【0028】

ここで、前記光学素子は、８ｍｍ以下の反射手段からなることが好ましい。

【0029】

また、前記画像出射部のある一点から出射する画像光は互いに平行でないことが好ましい。

【0030】

また、前記画像出射部から出射した画像光は、前記光学手段の内面に配置された反射ミラーによって反射された後、前記第１面及び第２面で少なくとも１回以上全反射されて光学素子に伝達されるようにすることができる。

【0031】

また、前記傾斜角θは、画像出射部から出射する拡張現実用画像に相応する画像光に相応する拡張現実用画像の焦点距離Ｄ及び前記画像出射部から光学手段の反射ミラーに入射する広さＳに基づいて設定されるように構成することができる。

【0032】

また、前記傾斜角θはｔａｎ^－１（Ｓ／Ｄ）の数式によって設定されることが好ましい。

【0033】

また、前記傾斜角θは０．０１５°～４．６°の範囲の値を有することが好ましい。

【0034】

また、前記光学手段の第１面及び第２面の少なくとも一つは少なくとも一部が曲面に形成されることができる。

【0035】

また、前記光学手段の第１面と第２面は部分的に傾斜角θを有することができる。

【発明の効果】

【0036】

本発明によれば、無限大の焦点距離ではない近接焦点距離を有する拡張現実用画像を歪みや切れなしに鮮やかに使用者に提供することができる拡張現実用光学装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0037】

【図1】特許文献１に開示されたような拡張現実用光学装置を示す図である。

【図2】本出願人によって開発された拡張現実用光学装置の他の例を示す図である。

【図3】画像出射部３０から出射する画像光が平行光である場合と平行光ではない場合を比較して説明するための図である。

【図4】画像出射部３０から出射する画像光が平行光である場合と平行光ではない場合を比較して説明するための図である。

【図5】像切れ現象を示す実際画面である。

【図6】像切れ現象を示す実際画面である。

【図7】像切れ現象を示す実際画面である。

【図8】近接焦点距離の拡張現実用画像を表示するための従来の構成を示す図である。

【図9】本発明の一実施例による拡張現実用光学装置１００の全体的な構成を示す図である。

【図10】図９のような構成による実際事物に対する画像光の屈折及びこれによる影響を説明するための図である。

【図11】図９のような構成による実際事物に対する画像光の屈折及びこれによる影響を説明するための図である。

【図12】光学手段１０の第１面１１と第２面１２の傾斜角θを設定する過程を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0038】

以下、添付図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する。

【0039】

図９は本発明の一実施例による拡張現実用光学装置１００の全体的な構成を示す図である。

【0040】

図９を参照すると、本実施例の拡張現実用光学装置１００（以下、簡単に“光学装置１００”と言う）は、光学手段１０及び光学素子２０を含む。

【0041】

光学手段１０は、実際事物から出射した画像光の少なくとも一部を使用者の瞳孔４０に向けて透過させ、画像出射部３０から出射する拡張現実用画像に相応する画像光を内面で少なくとも１回以上反射させて光学素子２０に伝達する手段である。

【0042】

また、光学手段１０は、実際事物から出射した画像光が入射する第１面１１と、光学素子２０を介して伝達された拡張現実用画像に相応する画像光が出射する第２面１２とを有し、前記第１面１１と第２面１２は互いに平行でないように傾斜角θを持って配置される。

【0043】

光学素子２０は光学手段１０の内部に配置され、光学手段１０を介して伝達される拡張現実用画像に相応する画像光を使用者の瞳孔４０に向けて伝達することにより、使用者に拡張現実用画像を提供する機能を果たす。

【0044】

すなわち、実際世界に存在する実際事物から出射する画像光は光学手段１０を介して使用者の瞳孔４０に伝達され、画像出射部３０から出射する拡張現実用画像光に相応する画像光は光学手段１０及び光学素子２０によって使用者の瞳孔４０に伝達されるので、使用者は実際事物を見つめながら拡張現実用画像を受けることができる。

【0045】

ここで、画像出射部３０は拡張現実用画像に相応する画像光を光学手段１０に向けて出射する手段であり、例えば小型のＬＣＤのようなディスプレイ装置であるか、ディスプレイ装置から出射する画像光を反射又は屈折させて光学手段１０に向けて伝達する反射手段又は屈折手段であることができる。

【0046】

すなわち、画像出射部３０は拡張現実用画像を表示するディスプレイ装置であるか、このようなディスプレイ装置から出射した画像光を最終的に光学手段１０に伝達する反射又は屈折手段などのその他の多様な手段を意味し、画像出射部３０自体は本発明の直接的な目的ではなく従来技術に知られているものなので、ここでは詳細は説明を省略する。

【0047】

一方、拡張現実用画像とは、ディスプレイ装置に表示されて光学手段１０及び光学素子２０を介して使用者の瞳孔４０に伝達される仮想画像を意味し、イメージ形態の静止映像又は動画のようなものであることができる。このような拡張現実用画像はディスプレイ装置から画像光として出射し、光学手段１０及び光学素子２０を介して使用者の瞳孔４０に伝達されることによって仮想画像として提供され、これと同時に、使用者は光学手段１０を介して実際世界に存在する実際事物から出射する画像光を目で直接見つめることにより拡張現実サービスを受けるようになる。

【0048】

一方、図９に光学素子２０は１個のみ示したが、複数が形成されることもできる。複数が形成される場合、図９に横方向に一列に配置されることができる。また、図９の紙面方向に一列に形成されるか横方向及び紙面方向の組合せによる行列状に形成されることもできる。

【0049】

一方、光学素子２０は、前記背景技術で説明したように、深度を深くしてピンホール効果が得られるように、人の瞳孔サイズより小さなサイズ、すなわち８ｍｍ以下に形成されることが好ましい。

【0050】

また、光学素子２０は、例えば小型ミラー又はハーフミラーのような反射手段であるか回折手段などのようなものであることができ、人の瞳孔サイズより小さなサイズ、すなわち８ｍｍ以下の反射手段から形成されることが好ましい。

【0051】

一方、光学手段１０の内面には反射ミラー５０が配置されている。これは画像出射部３０から出射した画像光Ａ、Ｂを反射させて光学手段１０の内面に反射させ、全反射によって画像光Ａ、Ｂが光学素子２０に伝達されるようにするための手段である。

【0052】

ただ、反射ミラー５０は図９のように画像出射部３０が配置された場合に必要なものである。例えば、画像出射部３０から出射する画像光Ａ、Ｂが直接光学手段１０の内面で全反射されるようにする位置に配置される場合には省略することができる。

【0053】

一方、図９で、画像出射部３０の表面のある一点から出射する画像光は、先に図４で説明したように、互いに平行でない画像光Ａ、Ｂであり、これらは反射ミラー５０によって反射された後、光学手段１０の第１面１１及び第２面１２で少なくとも１回以上全反射された後、光学素子２０に入射する。

【0054】

ここで、光学手段１０の第１面１１と第２面１２は互いに平行でないように傾斜角θを有するように配置されているから、画像光Ａと画像光Ｂは互いに異なる角度を持って光学手段１０の第１面１１で全反射され、光学手段１０の第１面１１で初めて画像光Ａと画像光Ｂが会う点からは画像光Ａと画像光Ｂは重畳して光学素子２０に伝達される。

【0055】

一方、このような構成によれば、第１面１１と第２面が互いに傾斜角θだけ傾くように形成されているので、光学手段１０の第１面１１を介して瞳孔４０に入射する実際世界の映像、すなわち実際事物から出射した画像光は光学手段１０を通過するときに屈折されることができ、これは実際事物に対する像に影響を与えることができる。

【0056】

図１０及び図１１は図９のような構成による実際事物に対する画像光の屈折及びこれによる影響を説明するための図である。

【0057】

図１０を参照すると、第１面１１と第２面が傾斜角θを持って配置され、光学手段１０の屈折率をｎというとき、実際事物から出射する画像光が光学手段１０に入射して屈折されてから出射する出射角θ’は次のような関係を満たす。

【0058】

【数1】

【0059】

【数2】

【0060】

【数3】

【0061】

したがって、使用者の瞳孔４０の正面方向の実際事物に対する画像光の出射角θｓは次のように求めることができる。

【0062】

【数4】

【0063】

ここで、θが０に近い値を有すればｓｉｎθはθに収斂し、ｓｉｎ－１（ｎｓｉｎθ）はｎθと見なすことができる。また、ガラス材の光学手段１０の場合、屈折率ｎは１．５であるので、結局

【数5】

になる。

【0064】

これは、光学手段１０の第１面１１と第２面１２が傾斜角θを持って配置される場合、実際事物は瞳孔４０の正面方向に対して

【数6】

だけ屈折されるということを意味する。

【0065】

一方、図１１を参照すると、画像出射部３０から出射した互いに平行でない画像光Ａ及び画像光Ｂが光学手段１０の第１面１１の一点で全反射された後、光学手段１０の第２面１２に出射するとき、傾斜角θｃを有することになり、これは次のような関係を満たす。

【0066】

θｃ＝２θ

【0067】

前述したように、θは２θｓであるので、θｃ≒４θｓになる。

【0068】

これは、光学手段１０の第１面１１と第２面１２が傾斜角θを有する場合、拡張現実用画像に相応する画像光に対する影響が実際世界の実際事物に対する画像光に及ぶ影響より４倍ほど大きいということを意味する。よって、拡張現実用画像に相応する画像光に対する像整合効果は大きくなるが、これに比べて実際世界の画像光に対する屈折効果は大きくないということを意味する。

【0069】

図１２は光学手段１０の第１面１１と第２面１２の傾斜角θを設定する過程を説明するための図である。

【0070】

図１２を参照すると、比較的近距離の焦点距離Ｄを有する仮想事物（虚像）を拡張現実用画像として提供しようとする場合、仮想事物に相応する画像光が反射ミラー５０に入射する広さＳは次のような関係を有する。

【0071】

ｔａｎθ≒Ｓ／Ｄ

【0072】

ここで、θは仮想事物の中心から反射ミラー５０の最外殻に入射する画像光の経路間の角度であり、これを光学手段１０の第１面１１と第２面１２との間の傾斜角θに設定することができる。

【0073】

したがって、ｔａｎ^－１（Ｓ／Ｄ）を計算して傾斜角θを計算することができ、この計算された結果に近似した値に光学手段１０の第１面１１と第２面１２との間の傾斜角θを設定することができる。

【0074】

すなわち、光学手段１０の第１面１１と第２面１２との間の傾斜角θは拡張現実用画像の焦点距離Ｄをどこに置くかによって設定することができることを意味する。

【0075】

一般に、人の目の深度範囲は±０．３ジオプターであると知られている。よって、前述したような従来の無限大焦点距離を有する構造では、焦点距離を３．３３３ｍｍ（＝１／０．３）より近くすることが不可能である。また、人はおよそ１２５ｍｍ以上の場合にのみ焦点を合わせることができ、それ以下の場合には焦点を合わせることができないと知られている。本発明は、このような点を考慮し、拡張現実用画像、すなわち仮想イメージの焦点を３．３３３ｍｍ～１２５ｍｍの範囲に置くことができるように構成することを特徴とする。

【0076】

したがって、傾斜角θが有することができる好ましい最小値と最大値は次のように計算することができる。

【0077】

最小傾斜角θはＳ＝３．３３３ｍｍの場合であるので、Ｄは人の瞳孔サイズに相応するので１ｍｍ～１０ｍｍの範囲の値を有し、最小傾斜角θの場合にはＤが最小値を有しなければならないのでＤ＝１ｍｍとすれば、ｔａｎθ≒Ｓ／Ｄ≒０．０１７°になる。

【0078】

最大傾斜角θはＳ＝１２５ｍｍの場合であるので、Ｄは人の瞳孔サイズに相応するので１ｍｍ～１０ｍｍの範囲の値を有し、最大傾斜角θの場合にはＤが最大値を有しなければならないので、Ｄ＝１０ｍｍとすれば、ｔａｎθ≒Ｓ／Ｄ≒４．５７４°になる。

【0079】

したがって、傾斜角θは０．０１７°～４．５７４°の範囲の値を有することが好ましく、およそ０．０１５°～４．６°の範囲内であれば十分である。

【0080】

一方、光学手段１０の第１面１１と第２面１２は平面のものとして示したが、これらの中で少なくとも一つは少なくとも一部が曲面に形成されることもできる。

【0081】

また、光学手段１０の第１面１１と第２面１２はいずれも平面に形成されているので、第１面１１と第２面１２は全面に対して傾斜角θを有するものになっているが、第１面１１と第２面１２は部分的にのみ傾斜角θを有するようにしても良い。例えば、瞳孔４０の周辺部のみ傾斜角θを有するようにし、残部は第１面１１と第２面１２が平行になるようにすることもできる。

【0082】

以上で説明した本発明による拡張現実用光学装置１０は無限大の焦点距離を有しない近距離の焦点距離を有する仮想事物を図７の場合のように使用者に提供することができる効果を有する。

【0083】

以上で、本発明の好適な実施例に基づいて本発明を説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その他の多様な修正及び変形実施が可能であるというのは言うまでもない。

【0084】

（付記）
（付記１）
近接距離の拡張現実用画像を提供することができる拡張現実用光学装置であって、
実際事物から出射した画像光の少なくとも一部を使用者の目の瞳孔に向けて透過させ、画像出射部から出射する拡張現実用画像に相応する画像光を内面で少なくとも１回以上反射させて光学素子に伝達する光学手段と、
前記光学手段の内部に配置され、前記光学手段を介して伝達される拡張現実用画像に相応する画像光を使用者の目の瞳孔に向けて伝達することによって使用者に拡張現実用画像を提供する少なくとも一つ以上の光学素子と、
を含み、
前記光学手段は、実際事物から出射した画像光が入射する第１面と、前記光学素子を介して伝達される拡張現実用画像に相応する画像光が出射する第２面とを有し、前記第１面と第２面は互いに平行でないように傾斜角θを有することを特徴とする、
近接距離の拡張現実用画像を提供することができる拡張現実用光学装置。

【0085】

（付記２）
前記光学素子は、８ｍｍ以下の反射手段からなることを特徴とする、付記１に記載の近接距離の拡張現実用画像を提供することができる拡張現実用光学装置。

【0086】

（付記３）
前記画像出射部のある一点から出射する画像光は互いに平行でないことを特徴とする、付記１に記載の近接距離の拡張現実用画像を提供することができる拡張現実用光学装置。

【0087】

（付記４）
前記画像出射部から出射した画像光は、前記光学手段の内面に配置された反射ミラーによって反射された後、前記第１面及び第２面で少なくとも１回以上全反射されて光学素子に伝達されることを特徴とする、付記１に記載の近接距離の拡張現実用画像を提供することができる拡張現実用光学装置。

【0088】

（付記５）
前記傾斜角θは、画像出射部から出射する拡張現実用画像に相応する画像光に相応する拡張現実用画像の焦点距離Ｄ及び前記画像出射部から光学手段の反射ミラーに入射する広さＳに基づいて設定されることを特徴とする、付記４に記載の近接距離の拡張現実用画像を提供することができる拡張現実用光学装置。

【0089】

（付記６）
前記傾斜角θはｔａｎ^－１（Ｓ／Ｄ）の数式によって設定されることを特徴とする、付記５に記載の近接距離の拡張現実用画像を提供することができる拡張現実用光学装置。

【0090】

（付記７）
前記傾斜角θは０．０１５°～４．６°の範囲の値を有することを特徴とする、付記６に記載の近接距離の拡張現実用画像を提供することができる拡張現実用光学装置。

【0091】

（付記８）
前記光学手段の第１面及び第２面の少なくとも一つは少なくとも一部が曲面に形成されたことを特徴とする、付記１に記載の近接距離の拡張現実用画像を提供することができる拡張現実用光学装置。

【0092】

（付記９）
前記光学手段の第１面と第２面は部分的に傾斜角θを有することを特徴とする、付記１に記載の近接距離の拡張現実用画像を提供することができる拡張現実用光学装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】