特許 7418706 拡張現実装置及びそのための光学システム

(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】2024-01-12

(45)【発行日】2024-01-22

(54)【発明の名称】拡張現実装置及びそのための光学システム

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20240115BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20240115BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

G02B5/30

【請求項の数】 22

(21)【出願番号】P 2020565008

(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】 CN2019074852

(87)【国際公開番号】W WO2019154426

(87)【国際公開日】2019-08-15

【審査請求日】2020-09-24

(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

【前置審査】

(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】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】肖 冰

(72)【発明者】

【氏名】梁 ▲暁▼斌

(72)【発明者】

【氏名】徐 ▲馳▼

【審査官】井亀 諭

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０７５８９５４６（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開平１１－３２６８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５０８３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０５９２１７（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】

拡張現実装置用の光学システムであって、
イメージ投影ソース；
前記イメージ投影ソースに隣接するビーム分割側面と、前記イメージ投影ソースと反対側を向く透過側面と、を有するビームスプリッタコンポーネント；
前記ビーム分割側面に隣接する波長板であって、前記ビームスプリッタコンポーネントは、前記イメージ投影ソースから射出された光が非垂直に前記ビーム分割側面に入射し、少なくとも部分的に前記波長板に向けて反射されるように配置された、波長板； 及び、
反射光の光路で前記波長板の下流に配置された半反射体；
を備え、
前記ビームスプリッタコンポーネントは、前記イメージ投影ソースから射出された光が前記ビーム分割側面に入射すると、偏光方向が第１の方向である偏光成分が、前記透過側面を透過するように前記ビームスプリッタコンポーネントを通過し、偏光方向が前記第１の方向に垂直な第２の方向である偏光成分は、前記ビーム分割側面で前記波長板に向かって反射され、かつ、
前記ビームスプリッタコンポーネントは、光が前記透過側面に入射すると、前記第１の方向に偏光された光の偏光成分は、前記ビーム分割側面を透過するように前記ビームスプリッタコンポーネントを通過し得、前記第２の方向に偏光された光の偏光成分は、前記ビームスプリッタコンポーネントに吸収され得るように構成され、
前記波長板は、１／４波長板であり、
前記イメージ投影ソースは、光を射出するために調整されるイメージソースを備え、
前記イメージ投影ソースは、レンズとして形成されたビーム成形素子をさらに備え、前記ビーム成形素子は、前記イメージソースから離間して配置されており、より鮮明な画像を得るために前記イメージソースから射出された前記光を集束し、かつ、前記ビーム成形素子と前記イメージソースとの間に形成されたスペースに密封された中間整合部を介して前記イメージソースに一体化されるように構成されており、前記中間整合部は、空気ではない、屈折率が１より大きい整合媒体によって形成され、前記ビーム成形素子を形成する前記レンズの屈折率と前記中間整合部の屈折率との差は、前記ビーム成形素子を形成する前記レンズの屈折率と空気の屈折率との差よりも小さく、これにより、画像解像度を上げることを特徴とする光学システム。

【請求項2】

前記ビームスプリッタコンポーネントは、偏光ビーム分割フィルム及び偏光フィルムを備え、前記偏光ビーム分割フィルムは、前記第１の方向に偏光された光が透過し得、かつ、前記第２の方向に偏光された光が反射されるように構成され、
前記偏光フィルムは、第１の方向に偏光された光が透過され得、かつ、前記第２の方向に偏光された光が吸収されるように構成され、
前記イメージ投影ソースから射出される光の方向で見る際、前記偏光ビーム分割フィルムは、前記ビーム分割側面を画定するように前記偏光フィルムの上流に配置されることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。

【請求項3】

前記透過側面は、前記偏光フィルムによって画定されることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。

【請求項4】

前記ビームスプリッタコンポーネントは、スプリッタ基材をさらに備え、前記スプリッタ基材は、前記偏光ビーム分割フィルムと前記偏光フィルムとの間に配置されることを特徴とする請求項２または３に記載の光学システム。

【請求項5】

前記ビームスプリッタコンポーネントは、スプリッタ基材をさらに備え、前記偏光フィルムは、前記スプリッタ基材と前記偏光ビーム分割フィルムとの間に配置され、前記透過側面は、前記スプリッタ基材によって画定されることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。

【請求項6】

前記ビームスプリッタコンポーネントは、スプリッタ基材をさらに備え、前記偏光ビーム分割フィルムが前記スプリッタ基材と前記偏光フィルムとの間に配置され、前記透過側面が前記偏光フィルムによって画定されることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。

【請求項7】

前記ビームスプリッタコンポーネントは、位相差フィルムをさらに備え、前記偏光フィルムが前記位相差フィルムと前記偏光ビーム分割フィルムとの間に配置され、前記位相差フィルムが１／４位相差フィルムであることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。

【請求項8】

前記ビーム分割側面は、前記偏光ビーム分割フィルムによって画定され、前記透過側面は、前記位相差フィルムによって画定されることを特徴とする請求項７に記載の光学システム。

【請求項9】

前記ビームスプリッタコンポーネントは、スプリッタ基材をさらに備え、前記位相差フィルム及び前記偏光フィルムは、前記スプリッタ基材と前記偏光ビーム分割フィルムとの間に配置され、かつ、前記透過側面は、前記スプリッタ基材によって画定されることを特徴とする請求項７に記載の光学システム。

【請求項10】

前記ビームスプリッタコンポーネントは、スプリッタ基材をさらに備え、前記スプリッタ基材及び前記偏光フィルムは、前記位相差フィルムと前記偏光ビーム分割フィルムとの間に配置され、かつ、前記透過側面は、前記位相差フィルムによって画定されることを特徴とする請求項７に記載の光学システム。

【請求項11】

前記ビームスプリッタコンポーネントは、スプリッタ基材をさらに備え、前記偏光ビーム分割フィルムは、前記偏光フィルムと前記スプリッタ基材との間に配置されることを特徴とする請求項７に記載の光学システム。

【請求項12】

前記イメージソースは、光を射出するための平面イメージソースであり、前記ビームスプリッタコンポーネントの前記ビーム分割側面が位置する平面は、前記イメージソースの法線に対して第１の角度（β）にあり、第１の角度は１１°～７９°の値を有し、かつ／または、前記ビームスプリッタコンポーネントの前記ビーム分割側面が位置する平面は、半反射体の光軸に対して第２の角度にあり、０＜第２の角度（α)＜９０°であり、かつ、第１の角度（β）－１０°≦第２の角度（α）≦第１の角度（β）＋１０°であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の光学システム。

【請求項13】

前記波長板は、前記半反射体と一緒に一体化されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の光学システム。

【請求項14】

前記第１の角度は２０°～７０°の値を有することを特徴とする請求項１２に記載の光学システム。

【請求項15】

前記第１の角度は３０°～６０°の値を有することを特徴とする請求項１２に記載の光学システム。

【請求項16】

前記第１の角度は４０°～５５°の値を有することを特徴とする請求項１２に記載の光学システム。

【請求項17】

前記第１の角度は４０°～５０°の値を有することを特徴とする請求項１２に記載の光学システム。

【請求項18】

二次１／４波長板及び偏光子が、前記半反射体の遠位に連続して配置されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の光学システム。

【請求項19】

前記ビーム成形素子は、前記イメージソースの光源から射出される光の光路内に配置され、これにより、前記イメージソースから射出されるビームをコリメートし、形状化及び／または組み合わせ、前記中間整合部は液体及び／または液晶媒体によって形成され、かつ、前記イメージソースは、前記液体及び／または液晶媒体が前記イメージソースと前記ビーム成形素子との間に密封されるシール構造を備えることを特徴とする請求項１～１８のいずれか一項に記載の光学システム。

【請求項20】

前記シール構造は、前記イメージソースに取り付けられたシールフレームを備え、前記イメージソースと前記シールフレームとの間に密封を達成し、前記シールフレームと前記ビーム成形素子の前記レンズとの間の密封はそれらの間でインレイ係合によって達成されることを特徴とする請求項１９に記載の光学システム。

【請求項21】

フレームと、請求項１から２０のいずれか一項に記載され光学システムと、を備えることを特徴とするヘッドマウント拡張現実装置。

【請求項22】

前記フレームは、眼鏡フレームであることを特徴とする請求項２１に記載のヘッドマウント拡張現実装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連する特許出願への相互参照］
この特許出願は、２０１９年２月１２日に出願された同時係属中のＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＣＮ２０１９０／７４８５２の一部継続出願であり、２０１８年２月１２日に提出された中国特許出願番号２０１８１０１４６７３８．７； ２０１８年２月１２日に提出された中国特許出願番号２０１８１０１４６７５１．２； ２０１８年２月１２日に提出された中国特許出願番号２０１８１０１４６９１２．８； ２０１８年２月１２日に提出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日に提出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日に提出された中国特許出願番号２０１８１０１４６９１５．１； ２０１８年２月１２日に提出された中国特許出願番号２０１８１０１４７３３０．１； ２０１８年２月１２日に提出された中国特許出願番号２０１８１０１４７３３２．０； 及び、２０１８年２月１２日に提出された中国特許出願番号２０１８１０１４７３２８．４の利益を主張する。上記のＰＣＴ出願及び上記で参照されたすべての中国特許出願のすべての教示及び開示は、それらを参照することにより本明細書に組み込まれる。

【0002】

本出願は、拡張現実装置、特にヘッドマウント拡張現実装置に関する。本出願はまた、拡張現実装置のための光学システムに関する。

【背景技術】

【0003】

拡張現実（ＡＲ）技術は、混合ディスプレイ技術と称され得る。その原理は、コンピュータで制御可能なイメージ投影ソースを使用して、使用者に表示される画像を使用者の目に提示し、提示された画像に、使用者の目によって直接視認できる実際の環境画像を重ねて、これにより、コンピュータを介して提示された画像で増強された実際のシーン情報が使用者に提供される。この種のテクノロジーは、設計者による工業製品の設計及び開発を促進する上でますます重要な役割を果たしている。

【0004】

ヘッドマウント拡張現実装置の場合、それは通常、ＡＲ眼鏡またはヘルメットの形態である。従って、ＡＲメガネまたはヘルメットを着用すると、イメージソースからの光情報と環境光情報に加えて、さまざまな方向の不要な光が人の目に入る可能性がある。このような不要な光は、画質及び人の目のシーン観察に影響を与える可能性があるため、可能な限り排除する必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述の課題を解決するために、本願は、拡張現実装置の画質上不要な光の影響を受けないように拡張現実装置に用いられる光学システムを提案することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本出願の一態様では、拡張現実（ＡＲ）装置用の光学システムが提供され、この光学システムは、
イメージ投影ソース；
イメージ投影ソースに隣接するビーム分割側面と、イメージソースと反対側を向く透過側面と、を有するビームスプリッタコンポーネント；
ビーム分割側面に隣接する波長板であって、ビームスプリッタコンポーネントは、イメージ投影ソースから射出された光が非垂直にビーム分割側面に入射し、少なくとも部分的に波長板に向けて反射されるように配置された、波長板； 及び、
反射光の光路で波長板の下流に配置された半反射体；
を備え、
ビームスプリッタコンポーネントは、イメージ投影ソースから射出された光がビーム分割側面に入射すると、偏光方向が第１の方向である偏光成分が、透過側面を透過するようにビームスプリッタコンポーネントを通過し、偏光方向が第１の方向に垂直な第２の方向である偏光成分は、ビーム分割側面で波長板に向かって反射され、かつ、ビームスプリッタコンポーネントは、光が透過側面に入射すると、第１の方向に偏光された光の偏光成分は、ビーム分割側面を透過するようにビームスプリッタコンポーネントを通過し得、第２の方向に偏光された光の偏光成分は、ビームスプリッタコンポーネントに吸収され得るように構成され、波長板は、好ましくは１／４波長板である。従って、イメージソースから射出され使用者の人の目に入る光の一部のエネルギーが比較的増加し、人の目に入るシーン以外の不要な光及び環境光が、遮蔽または排除され、これにより、画像の品質と鮮鋭度を向上させることができるため、ＡＲ装置の消費電力を節約できる。

【0007】

任意選択で、ビームスプリッタコンポーネントは、偏光ビーム分割フィルム及び偏光フィルムを備え、偏光ビーム分割フィルムは、第１の方向に偏光された光が透過し得、かつ、第２の方向に偏光された光が反射されるように構成され、偏光フィルムは、第１の方向に偏光された光が透過され得、かつ、第２の方向に偏光された光が吸収されるように構成され、イメージ投影ソースから射出される光の方向で見る際、偏光ビーム分割フィルムは、ビーム分割側面を画定するように偏光フィルムの上流に配置される。従って、第２の方向の偏光成分は、偏光ビーム分割フィルムによって確実に反射され得、その後、波長板または１／４波長板及び半反射体によって処理されて、その中で画像化する使用者の目に入る。

【0008】

任意選択で、透過側面は、偏光フィルムによって画定され、これにより、光エネルギーの利用効率を高めることができる。

【0009】

任意選択で、ビームスプリッタコンポーネントは、スプリッタ基材をさらに備え、スプリッタ基材は、偏光ビーム分割フィルムと偏光フィルムとの間に配置され、これにより、ビームスプリッタコンポーネント全体の構造強度を高め得る。

【0010】

任意選択で、ビームスプリッタコンポーネントは、スプリッタ基材をさらに備え、偏光フィルムは、スプリッタ基材と偏光ビーム分割フィルムとの間に配置され、透過側面は、スプリッタ基材によって画定され、これにより、ビームスプリッタコンポーネント全体の構造強度を高め得る。

【0011】

任意選択で、ビームスプリッタコンポーネントは、スプリッタ基材をさらに備え、偏光ビーム分割フィルムがスプリッタ基材と偏光フィルムとの間に配置され、透過側面が偏光フィルムによって画定され、これにより、ビームスプリッタコンポーネント全体の構造強度を高め得る。

【0012】

任意選択で、ビームスプリッタコンポーネントは、位相差フィルムをさらに備え、偏光フィルムが位相差フィルムと偏光ビーム分割フィルムとの間に配置され、これにより、迷光及び「ゴーストの干渉」影響を排除または弱めることができる。光エネルギーの利用効率を向上させることができる。位相差フィルムは、好ましくは、１／４位相差フィルムである。

【0013】

任意選択で、ビーム分割側面は偏光ビーム分割フィルムによって定義され、透過側面は位相差フィルムによって定義されるため、迷光及び「ゴーストの干渉」影響を排除または弱めることができ、利用効率が向上する。光エネルギーの改善することができる。

【0014】

任意選択で、ビームスプリッタコンポーネントは、スプリッタ基材をさらに備え、位相差フィルム及び偏光フィルムは、スプリッタ基材と偏光ビーム分割フィルムとの間に配置され、かつ、透過側面は、スプリッタ基材によって画定される、これにより、迷光及び「ゴーストの干渉」影響を排除または弱めることができ、ビームスプリッタコンポーネント全体の構造強度を高め得る。

【0015】

任意選択で、ビームスプリッタコンポーネントは、スプリッタ基材をさらに備え、スプリッタ基材及び偏光フィルムは、位相差フィルムと偏光ビーム分割フィルムとの間に配置され、かつ、透過側面は、位相差フィルムによって画定され、これにより、迷光及び「ゴーストの干渉」影響を排除または弱めることができ、ビームスプリッタコンポーネント全体の構造強度を高め得る。

【0016】

任意選択で、ビームスプリッタコンポーネントは、スプリッタ基材をさらに備え、偏光ビーム分割フィルムは、偏光フィルムとスプリッタ基材との間に配置され、これにより、迷光及び「ゴーストの干渉」影響を排除または弱めることができ、ビームスプリッタコンポーネント全体の構造強度を高め得る。

【0017】

任意選択で、イメージ投影ソースは、光を射出するための平面イメージソースを備え、ビームスプリッタコンポーネントのビーム分割側面が位置する平面は、イメージソースの法線に対して第１の角度（β）にあり、第１の角度は１１°～７９°、好ましくは２０°～７０°、より好ましくは３０°～６０°、より好ましくは４０°～５５°、最も好ましくは４０°～５０°の値を有し、かつ／または、ビームスプリッタのビーム分割側面が位置する平面は、半反射体の光軸に対して第２の角度にあり、０＜第２の角度＜９０°であり、かつ、第１の角度（β）－１０°≦第２の角度（α）≦第１の角度（β）＋１０°である。

【0018】

任意選択で、波長板は、システム全体の体積を減少させることができるように、半反射体と一体化される。さらに、このような一体化は、反射インターフェースの数を減らすことができ、その結果、光学システム全体の迷光及び「ゴースト」効果を排除または弱めることができ、光学システムのコントラストを改善することができる。

【0019】

本出願の別の態様では、拡張現実装置、特にヘッドマウント拡張現実装置が提供され、この装置は、フレームと、フレームに組み込まれた前述の光学システムと、を備える。

【0020】

任意選択で、フレームは眼鏡フレームである。

【0021】

本発明の技術的手段を使用して、光学システムの画質上の、シーン以外の不要な光及び環境光の影響を排除または弱めることができ、これにより、使用者は画像をより明確に外乱なく見ることができる。さらに、迷光が画像品質に及ぼす影響が排除または弱められる。

【0022】

本願の前述及び他の態様は、添付の図面と組み合わせて以下の詳細な説明によって十分に理解され得る。図面は、明確にするために異なる縮尺で示されている場合があるが、これは、本出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】

【0023】

【図1】従来のＡＲ装置の光学システムを模式的に示す図である。

【図2】図１に対して変更されたＡＲ装置の光学システムを概略的に示す図である。

【図3a】本願の第１の実施形態に係るＡＲ装置の光学システムを概略的に示す図である。

【図3b】図３ａで使用される、本出願の一実施形態による光学システムのビームスプリッタコンポーネントを概略的に示す拡大図である。

【図4a】本願の第２の実施形態に係るＡＲ装置の光学システムを概略的に示す図である。

【図4b】図４ａで使用される、本出願の一実施形態による光学システムのビームスプリッタコンポーネントを概略的に示す拡大図である。

【図5】本願の実施形態に係るＡＲ装置のイメージ投影ソースを概略的に示す断面図である。

【図6】本出願の別の実施形態によるＡＲ装置のイメージ投影ソースを概略的に示す断面図である。

【図7】本願の一実施形態に係る半反射体を概略的に示す断面図である。

【図8】本出願の別の実施形態による半反射体を概略的に示す断面図である。

【図9】本出願の別の実施形態による半反射体を概略的に示す断面図である。

【図10】本出願の別の実施形態によるＡＲ装置の光学システム２０００Ａを概略的に示す図である。

【図11】本出願の一実施形態による半反射体を概略的に示す断面図である。

【図12】本願の他の実施形態に係る半反射体を概略的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本願の図面において、同じ構成または類似の機能を有するそれらの特徴は、同じ符号によって表される。

【0025】

図１は、従来技術によるＡＲ装置の光学システムの光路図を概略的に示す。従来技術によるＡＲ装置の光学システムは、一般的に、コンピュータ（図示せず）によって制御可能なイメージ投影ソース１０、スプリッタ２０及び半反射体３０を備える。コンピュータの制御下で、イメージ投影ソース１０は光Ｌ１０を射出し、所望の画像を表示し得る。イメージソースから射出された光Ｌ１０に沿って、スプリッタ２０はイメージ投影ソース１０の下流に配置される。イメージソースから射出された光Ｌ１０の一部はスプリッタ２０によって反射され、イメージソースから射出された光Ｌ１０の他の部分は、スプリッタ２０を透過する。イメージソースから射出された光Ｌ１０の反射光の光路に沿って、半反射体３０は、スプリッタ２０の下流に配置される。イメージソースから射出された光Ｌ１０の反射光は、部分的に半反射体３０を通って外側に透過し、同じ半反射体によって部分的に反射される。光の一部は、再びスプリッタ２０を部分的に通過して、人の目で観察される。同時に、環境光Ｌ３０は、それぞれ半反射体３０を通過し、次に部分的にスプリッタ２０を通過して、人の目４０によって見られ得る。従って、イメージソースから射出された光Ｌ１０の一部によって提示される画像と、環境光Ｌ３０によって提示される環境画像とが、人の目４０において重ね合わされ、これにより、使用者が現実のシーンの拡張現実効果を体験できる。先行技術による上記の光学システムでは、スプリッタ２０を透過する、イメージソースから射出された光Ｌ１０の一部が、再び戻って画像化に影響を与えないことを確実にするために、イメージソースから射出された光Ｌ１０の一部が周囲環境にスムーズに出ることを可能にする必要がある。これにより、望ましくない光Ｌ２０の入射がイメージ投影ソース１０に対向するスプリッタ２０の側面から起こり得る。従って、不要な光Ｌ２０の一部は、スプリッタ２０によって人の目４０に向かって反射され得、これは使用者の観察効果に影響し得る。

【0026】

イメージソースから出射された光Ｌ１０のエネルギー利用効率を高めるために、図２に示すＡＲ装置の光学システムが提案されている。明確にするために、図１に示されている光学システムとは異なるＡＲ装置の光学システムの特徴のみを以下に説明する。他の素子については、すでに説明した内容を参照できる。図２に示すように、ＡＲ装置の光学システムは、スプリッタ２０の代わりに偏光ビームスプリッタ２１を備える。例えば、偏光ビームスプリッタは、（非偏光）スプリッタ基材に変更ブーム分割フィルムを適用することによって作られ得る。偏光ビームスプリッタ２１は、その偏光ビーム分割フィルムがイメージ投影ソース１０に隣接するように配置される。スプリッタ基材は、図１に示されるスプリッタ２０と同じ機能を達成することができる。偏光ビームスプリッタフィルムは、偏光方向が第１の方向である偏光を通過させ、かつ、偏光方向が第１の方向に垂直な第２の方向である偏光がそれによって反射され得るように使用される。説明を明確にするために、偏光方向が第１の方向である偏光及び偏光方向が第２の方向である偏光は、それぞれ、例えば、Ｐ偏光及びＳ偏光と称される。追加的に、偏光ビームスプリッタ２１と半反射体３０との間の光路上には、１／４波長板５０が配置されている。

【0027】

さらに、図２に示すように、イメージ投影ソース１０から射出された光Ｌ１０が偏光ビームスプリッタ２１を通過すると、イメージソースから射出された光Ｌ１０のＰ偏光成分Ｌ１０ｐがスプリッタを透過し、イメージソースから射出された光Ｌ１０のＳ偏光成分Ｌ１０ｓは、半反射体３０または１／４波長板５０に向かって反射される。１／４波長板５０を通過した後、Ｓ偏光成分Ｌ１０ｓは、円偏光（または楕円偏光）に変換される。次に、円偏光（または楕円偏光）は、半反射体３０によって部分的に反射され、半反射体３０を部分的に透過する。１／４波長板５０を通過すると、反射された円偏光（または反射された楕円偏光）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、偏光ビームスプリッタ２１を通過して、人の目４０によって見られ得る。一方、環境光Ｌ３０も、順次、半反射体３０及び１／４波長板５０を通過し、さらに、不要な光Ｌ２０は、偏光ビームスプリッタ２０に入射した後、スプリッタ２１を透過したＰ偏光成分Ｌ２０ｐと、スプリッタによって反射されたＳ偏光成分Ｌ２０ｓと、に変換され、Ｓ偏光成分Ｌ２０ｓのみが人の目４０によって見られ得る。

【0028】

図１に示される光学システムにおいて、イメージソースから射出された光Ｌ１０の光エネルギーは、スプリッタ２０に入射した後、半分を失う。次に、光の光エネルギーは、半反射体３０に入射した後、半分を失う。次に、光の光エネルギーは、戻されて再びスプリッタ２０に入射した後、半分を失う。すなわち、イメージソースから射出された初期の光Ｌ１０の光エネルギーの８分の１のみが、人の目４０での画像化に使用され得る。これに対して、図２に示す光学システムでは、イメージソースから射出された光Ｌ１０は、スプリッタ２１に入射した後、半分を失う。次に、光の光エネルギーは、半反射体３０に入射した後、半分を失うが、光の光エネルギーは、戻されて、スプリッタ２０に再び入射した後は、何も失われない。すなわち、イメージソースから射出された初期の光Ｌ１０の光エネルギーの４分の１が人の目４０での画像化に使用され、これにより、画像化の明るさ及びコントラストが大幅に改善され、従って装置の電力消費が削減される。しかしながら、図１に示される光学システムも図２に示される光学システムも、不要な光Ｌ２０の影響をどのように除去または弱めるかについては考慮していない。

【0029】

本願の第１の実施形態によるＡＲ装置の光学システム１０００を、以下の図３ａに関して説明する。光学システム１０００は、イメージ投影ソース１００、ビームスプリッタコンポーネント２２、１／４波長板５００、及び半反射体３００を備える。例えば、ＡＲ装置は、光学システム１０００が組み込まれるホルダを備え得る。ＡＲ装置がヘッドマウントＡＲ装置である場合、ホルダは眼鏡フレームであり得る。従って、光学システム１０００を眼鏡フレームに組み込んで、ヘッドマウントＡＲ装置の視覚撮像部分を構成し得る。

【0030】

例えば、イメージ投影ソース１００は、イメージソース及びレンズサブアセンブリを備え得る。イメージソースは、コンピュータの制御下で、人の目４０に提示する必要のある画像を表示するために光を射出するために使用される。任意選択で、イメージソースは、例えば、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）、液晶ダイオード（ＬＣＤ）などの光学系から作られる平面的なまたは湾曲したイメージソースでああり得る。レンズサブアセンブリは、より鮮明な画像を得るためにイメージソースから射出された光を集束するために使用される１つまたは複数のレンズを備え得る。

【0031】

任意選択で、光透過の効率を改善するために、イメージソース１００はまた、イメージソースとレンズサブアセンブリとの間に整合レンズを備え得る。整合レンズは、イメージソースの発光側及びレンズサブアセンブリのレンズ側それぞれしっかりと取り付けられ得る。

【0032】

半反射体３００は、湾曲した半反射体とすることができる。例えば、半反射体は、部分的に球形、部分的に円筒形、または半球形である光学表面を有し得、半反射体の曲率中心は、ビームスプリッタコンポーネント２２に近い。半反射体は、部分的に回転対称（非球形）の形状、または任意の適切な自由曲面形状であり得る。１／４波長板５００は、ビームスプリッタコンポーネント２２と半反射体３００との間に配置される。別の実施形態では、１／４波長板５００は、半反射体３００の表面に一致するように形作られ得、これにより、半反射体３００に直接取り付けられて、一体型光学デバイスを構成し得る。さらに、「半反射体」という用語は、それに入射する光のエネルギーの半分が反射されること、及び光のエネルギーの半分が半反射体を透過することを意味しないことを当業者は理解すべきである。むしろ、反射光エネルギーと透過光エネルギーとの間の比率は、例えば、「半反射体」自体の特性に依存し得る。

【0033】

図３ｂは、図３ａのビームスプリッタコンポーネント２２を示す拡大図である。ビームスプリッタコンポーネントは３層構造であり、スプリッタ基材２２ａ、偏光フィルム２２ｂ、偏光ビーム分割フィルム２２ｃをこの順に備えている。スプリッタ基材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し得る。偏光フィルム２２ｂは、第１の方向の偏光を透過するが、第１の方向と直交する第２の方向の偏光を吸収するフィルムである。偏光ビーム分割フィルム２２ｃは、第１の方向に偏光した偏光を透過させ、第２の方向に偏光した偏光を透過させるフィルムである。

【0034】

明確に説明するために、以下では、偏光方向がＰ方向である偏光は、偏光方向が第１の方向である偏光とし、偏光方向がＳ方向である偏光は、偏光方向が第２の方向にある偏光とする。しかしながら、当業者は、これらの偏光方向が互いに垂直であることを保証するという前提の下で、Ｐ偏光及びＳ偏光が、光が伝搬する経路に沿って回転され得ることを理解するであろう。従って、第１の方向に偏光された光は、偏光方向がＰ方向に対してある角度である偏光であり、かつ、第２の方向に偏光された光は、偏光方向がＳ方向に対して同一の角度である偏光であり得る。

【0035】

本明細書の文脈において、「フィルム」または「板」という用語は、「フィルム」または「板」の形で別の薄層構造に取り付けることができる薄層構造を指すか、または単一の薄層構造を指す。

【0036】

図１～３に示される実施形態では、図３ａ及び３ｂに示されるように、偏光ビーム分割フィルム２２ｃ及びスプリッタ基材２２ａは、ビームスプリッタコンポーネント２２のビーム分割側面及び透過側面をそれぞれ画定する。本明細書の文脈において、ビームスプリッタコンポーネントのビーム分割側面は、ビームスプリッタコンポーネントの構成部分によって画定される表面またはインターフェースを指し、光は表面またはインターフェースに入射し、かつ／または部分的に反射され、そこを部分的に透過し得る。ビームスプリッタコンポーネントの透過側面とは、ビームスプリッタコンポーネントの構成部分によって画定される表面またはインターフェースを指し、光は表面またはインターフェースに入射することができ、かつ／またはビームスプリッタコンポーネントからそこを透過することができる。図示する実施形態では、ビームスプリッタコンポーネント２２のビーム分割側面はイメージソース１００に近接し、ビームスプリッタコンポーネント２２の透過側面イメージ投影ソース１００から離れる方向を向いている。

【0037】

本明細書の文脈において、スプリッタまたはビームスプリッタコンポーネントのビーム分割サイドは、スプリッタまたはビームスプリッタコンポーネントの構成部分によって画定される表面またはインターフェースを指し、光は、表面またはインターフェースに入射し得、かつ／または、部分的に反射され、部分的にそれを透過し得る。スプリッタまたはスプリッタセンブラーの透過側面とは、ビームスプリッタコンポーネントの構成部分によって画定される表面またはインターフェースを指し、光は、表面またはインターフェースに入射し得、かつ／または、そこを通ってビームスプリッタ外に透過し得る。図２に示す実施形態では、スプリッタ２１の偏光ビーム分割フィルムがそのビーム分割側面を画定し、スプリッタ基材がスプリッタの透過側面を画定する。図１に示すスプリッタ２０では、イメージ投影ソース１０に隣接するスプリッタ２０の表面がビーム分割側面であり、イメージ投影ソース１０とは反対側のスプリッタ２０の表面が透過側面である。

【0038】

さらに、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材）は、立方体または平面であり得ることが理解されるべきである。例えば、２つの直角二等辺三角形プリズムで構成される立方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分割側面を構成する。例えば、平面的なスプリッタでは、スプリッタの平面基材の平面がスプリッタのビーム分割側面を構成する。

【0039】

図３ａに示される光学システム１０００において、ビームスプリッタコンポーネント２２のビーム分割側面が位置する平面は、偏光ビーム分割フィルム２２ｃが実質的に位置する平面である。イメージ投影ソースは、光を射出するために使用される平面イメージソースを備える。本明細書の文脈において、平面イメージソースは、それが実質的に平面的な発光側面を有することを意味する。ビームスプリッタコンポーネント２２のビーム分割側面が位置する平面は、イメージソースの法線に対して角度βにある。角度βは、１１°～７９°、好ましくは２０°～７０°、より好ましくは３０°～６０°、より好ましくは４０°～５５°、最も好ましくは４０°～５０°の値を有する。ビームスプリッタコンポーネント２２のビーム分割側面が位置する平面は、半反射器３００の光軸に対して角度αにあり、角度αは、β－１０°～β＋１０°であり、０°＜а＜９０°である。これにより、光エネルギーの最大の利用効率を達成し得る。

【0040】

ビームスプリッタコンポーネント２２では、ビーム分割側面は、偏光フィルムによって透過側面から分離されている。ビームスプリッタコンポーネント２２は、そのビーム分割側面がイメージ投影ソース１００及び／または１／４波長板５００に隣接し、その透過側面がイメージ投影ソース１００とは反対側を向くように配置されている。イメージ投影ソース１００からビームスプリッタコンポーネント２２の偏光ビーム分割フィルム２２ｃ（ビーム分割側面）に入射すると、イメージソースから射出された光Ｌ１０のＰ偏光成分Ｌ１０ｐは、偏光ビーム分割フィルム２２ｃを透過し、及び、さらに偏光フィルム２２ｂを通過して、ビームスプリッタコンポーネント２２の透過側面から外に出る。イメージソースから射出された光Ｌ１０のＳ偏光成分Ｌ１０ｓは、１／４波長板５００に向けて反射される。１／４波長板５００を通過する際に、Ｓ偏光成分Ｌ１０ｓは円偏光に変換される。半反射体３００に到達すると、円偏光された光は半反射体３００を部分的に透過し、かつ、半反射体３００によって部分的に反射される。反射された円偏光は、再び１／４波長板５００を通過し、Ｐ偏光成分Ｌ１０ｐに変換される。続いて、Ｐ偏光成分Ｌ１０ｐは、ビームスプリッタコンポーネント２２の偏光ビーム分割フィルム２２ｃ（ビーム分割側面）に入射し、偏光フィルム２２ｂを透過して人の目４０で視認される。その間、環境光Ｌ３０は、半反射体３００及び１／４波長板５００をこの順序で通過し、部分的にビームスプリッタコンポーネント２２を通過して、人の目４０によって視認される。さらに、不要な光Ｌ２０がビームスプリッタコンポーネント２２のスプリッタ基材２２ａ（透過側面）に入射すると、不要光のＳ偏光成分が偏光フィルム２２ｂに吸収され、かつ、不要光のＰ偏光成分が偏光フィルム２２ｂを通過した後、偏光フィルム２２ｂを通過し、次いで偏光ビーム分割フィルム２２ｃを通過する。従って、図３ａによって示される光学システムでは、理想的には、不要な光Ｌ２０の光成分は人の目４０に向かって透過することができず、これにより、使用者の観察に対する不要な光の影響が排除または弱められる。

【0041】

別の実施形態では、スプリッタ基材２２ａ及び偏光フィルム２２ｂの位置は交換可能である。別の実施形態においてさえ、スプリッタ基材２２を省くことができる。

【0042】

実際の製造では、スプリッタ基材またはフィルム自体が厚さを有するので、ビームスプリッタコンポーネント２２に入射すると、イメージソースから射出された光Ｌ１０のすべてが偏光フィルム２２ｂ及び偏光ビーム分割フィルム２２ｃによって変調され、すなわち、イメージソースから射出された光Ｌ１０の成分のごく一部がビームスプリッタコンポーネント２２の透過側面に透過する可能性がある。透過側面と空気との界面により、イメージソースから射出された光Ｌ１０の成分のこのごく一部が、偏光フィルム２２ｂ及び偏光ビーム分割フィルム２２ｃに向かって反射され得る。最後に、イメージソースから射出された光Ｌ１０の成分のこの非常に小さい部分は、光学システム全体の画像化における「ゴーストの干渉」をもたらす可能性があり、従って、人の目４０によって視認できる画像品質に影響を与える。

【0043】

このような「ゴーストの干渉」を排除または弱めるための本出願の第２の実施形態に係るＡＲ装置の光学システム２０００について、図４ａ及び図４ｂを参照して以下に説明する。光学システム２０００は、イメージ投影ソース１００、ビームスプリッタコンポーネント２３、１／４波長板５００、及び、半反射体３００を備える。イメージ投影ソース１００に関する内容に関して、１／４波長板５００及び半反射体３００については、光学システム１０００の説明を参照されたい。以下では、光学システム１０００と異なる光学システム２０００の特徴のみを説明する。

【0044】

光学システム２０００において、ビームスプリッタコンポーネント２３は、４層構造であり、スプリッタ基材２３ａ、１／４位相差フィルム２３ｂ、偏光フィルム２３ｃ、及び、偏光ビーム分割フィルム２３ｄをこの順に備える。例えば、これらは一体部品として順次一緒に接着される。偏光ビーム分割フィルム２３ｄは、ビームスプリッタコンポーネント２３のビーム分割側面を画定し、スプリッタ基材２３ａは、ビームスプリッタコンポーネント２３の透過側面を画定する。ビームスプリッタコンポーネント２３では、ビーム分割側面及び透過側面は、１／４位相差フィルム２３ｂ及び偏光フィルム２３ｃにより分離されている。

【0045】

図４ａに示される光学システム２０００において、イメージ投影ソース１００から射出された光Ｌ１０がビームスプリッタコンポーネント２３の偏光ビーム分割フィルム２３ｄ（ビーム分割側面）に入射すると、イメージソースから発せられた光Ｌ１０のＰ偏光成分Ｌ１０ｐは、偏光ビーム分割フィルム２３ｄ、続いて偏光フィルム２３ｃを通過し、１／４位相差フィルム２３ｂにより円偏光に変換され、ビームスプリッタコンポーネントの透過側面から外に出る。イメージソースから射出さられた光Ｌ１０のＳ偏光成分Ｌ１０ｓは、１／４波長板５００に向かって反射される。１／４波長板５００を通過するとき、Ｓ偏光成分Ｌ１０ｓは円偏光に偏光され、この円偏光は、半反射体３００に到達すると、半反射体３００を部分的に透過し、かつ、半反射体３００によって部分的に反射される。反射された円偏光は、再び１／４波長板５００を通過することにより、Ｐ偏光成分Ｌ１０ｐに変換される。そして、このＰ偏光成分Ｌ１０ｐは、ビームスプリッタ２３の偏光ビーム分割フィルム膜２３ｄ（ビーム分割側面）に入射する。偏光ビーム分離膜２３ｄ及び偏光フィルム２３ｃを通過するとき、このＰ偏光光成分Ｌ１０ｐは、１／４位相差フィルム２３ｂによって円偏光に変換され、この円偏光は、最終的にスプリッタ基板２３ａを通過して、人の目４０に視認される。一方、環境光Ｌ３０も、半反射体３００及び１／４波長板５００をこの順序で通過し、部分的にビームスプリッタコンポーネント２３を通過して人の目４０によって視認され得る。さらに、不要な光Ｌ２０がビームのスプリッタ基板２３ａ（透過側面）に入射した後、不要光のＰ偏光成分Ｌ２０ｐのみが偏光フィルム２３ｃを通過し、さらに偏光ビーム分割フィルム２３ｄを通過し得る。

【0046】

また、図４（ｂ）に示すように、イメージ投影ソース１００から射出された光Ｌ１０がビームスプリッタコンポーネント２３の偏光ビーム分割フィルム２３ｄ（ビーム分割側面）に入射すると、イメージソースから射出された光Ｌ１０のＰ偏光成分Ｌ２０ｐは、１／４位相差フィルム２３ｂにより円偏光に変換される。スプリッタ基材２３ａを空気との界面（透過側面）に伝搬すると、円偏光のごく一部が界面でスプリッタ基材２３ａ内の１／４位相差フィルム２３ｂに向かって反射され、これは、空気と基材とは明らかに界面で互いに異なることによる。再び１／４位相差フィルム２３ｂを通過すると、反射された円偏光は、偏光方向が９０°変更されるため、Ｓ偏光成分に変換される。その後、Ｓ偏光成分は隣接する偏光フィルム２３ｃで吸収される。従って、迷光や「ゴーストの干渉」による悪影響を軽減または完全に排除し得る。

【0047】

図４ｂに示される実施形態では、ビームスプリッタコンポーネント２３の透過側面からビーム分割側面に向かって、スプリッタ基材２３ａ、１／４位相差フィルム２３ｂ、偏光フィルム２３ｃ、及び、偏光ビーム分割フィルム２３ｄが順番になっている。別の実施形態では、ビームスプリッタコンポーネント２３の透過側面からビーム分割側面に向かって、これらが、１／４位相差フィルム、スプリッタ基材、偏光フィルム、及び、偏光ビーム分割フィルという順番になるように再配置され得る。別の代替実施形態では、ビームスプリッタコンポーネント２３の透過側面からビーム分割側面に向かって、これらが、１／４位相差フィルム、偏光フィルム、スプリッタ基材、及び、偏光ビーム分割フィルムという順番になるように再配置され得る。別の代替の実施形態では、ビームスプリッタコンポーネント２３の透過側面からビーム分割側面に向かって、これらが、１／４位相差フィルム、偏光フィルム、偏光ビーム分割フィルム、及び、スプリッタ基材という順番になるように再配置され得る。別の代替実施形態では、スプリッタ基材でさえ省くことができる。

【0048】

本出願の説明を読んだ後、当業者は、１／４波長板またはフィルムがここで説明されたが、本出願では、板またはフィルムは、他の波長板または位相差フィルムまたは光学素子が本出願のすでに述べた技術的解決策と同様の機能を達成または実質的に達成できる限り、互いに垂直に偏光した２つの光の間に追加の光路差を生成できるようにする他の波長板または位相差フィルムまたは光学素子によって置き換えられ得ることを理解すべきある。

【0049】

イメージ投影ソースは、異なる形態で具現化され得る。図５及び図６は、イメージ投影ソースの２つの異なる実施形態を概略的に示す。

【0050】

イメージ投影ソースは、一般的に、イメージソース及びビーム成形素子を備える。

【0051】

本願によれば、イメージ投影ソースは、任意の適切な種類のイメージソースであり得る。いくつかの実施形態では、イメージソースは、単色または多色光源であり得る。いくつかの実施形態では、イメージソースは、レーザー光源または発光ダイオード（ＬＥＤ）光源、例えば、ＬＥＤディスプレイスクリーンであり得る。いくつかの実施形態では、イメージソースは、平面ディスプレイスクリーンなどの平面イメージソース、または代わりに、湾曲ディスプレイスクリーンなどの湾曲イメージソースであり得る。いくつかの実施形態では、イメージソースは、一体化されたイメージソースまたは単一のイメージソースであり得る。イメージソースの例には、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）、液晶ダイオード（ＬＣＤ）、ＭＥＭＳベースのディスプレイ、またはデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）が含まれますが、これらに限定されない。

【0052】

イメージ投影ソースのビーム成形素子は、イメージソースから射出される光ビームをコリメート、成形、及び／または結合するように、イメージソースから射出される光の光路内に配置される。

【0053】

本願によれば、ビーム成形素子はレンズとして構成することができる。本出願によるビーム成形素子を形成するためのレンズは、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とすることができる。レンズまたはレンズサブアセンブリの各レンズは、正レンズ、負レンズ、またはそれらの任意の組み合わせなどであり得る。レンズは、球面、非球面、または自由曲面などを有し得る。

【0054】

本願の原理によれば、ビーム成形素子は、接着などによる面嵌合の方法でイメージソースに直接組み込まれ得、または中間整合部を介してイメージソースに組み込まれ得る。言い換えると、本出願によるＡＲ装置のイメージ投影ソースのイメージソース及びビーム成形素子は、モノリシック片として、中間整合部によって直接的にまたは間接的に一体化され得る。中間整合部は、空気ではなく、屈折率が１より大きいような整合媒体によって形成される。このようにして、イメージソースから射出され、仮想画像情報を運ぶ光線ＶＬは、直接、または、屈折率が１より大きい整合媒体を介してビーム成形素子に入り得る。その後、光線ＶＬはビーム成形素子を通ってイメージ投影ソースから射出される。

【0055】

任意選択で、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、半固体媒体または固体媒体であり得る。中間整合部は、前述の媒体の少なくとも１つによって形成され得る。液体媒体は、水またはエチルアルコールなどの透明媒体であり得る。固体媒体は、ガラスまたは樹脂などの透明な固体媒体であり得る。

【0056】

図５は、本願に係るＡＲ装置のイメージ投影ソースの一例を示している。この例では、イメージソース１２及びビーム成形素子１４は、中間整合部１６によって間接的に一緒に一体化される。この例では、ビーム成形素子１４は、レンズとして提供され、中間整合部１６は、液体及び／または液体媒体によって形成される。その結果、イメージ投影ソース１０は、液体または液体媒体をイメージソース１２とビーム成形素子１４との間で密封することができるシール構造を備える。シール構造は、当技術分野で既知の任意の適切なシール構造でよいことが理解される。

【0057】

可能な一実施形態では、シール構造は、シールフレーム１８を含む。シールフレーム１８は、イメージソース１２に接着されて、それらの間のシールを達成する。シールフレーム１８とビーム成形素子１４のレンズとの間のシールは、それらの間のインレイ係合によって達成され得る。任意選択で、中間整合部１６を形成するためにどの種類の媒体が使用されるかに応じて、シールフレーム１８をビーム成形素子１４のレンズに接着することができる。

【0058】

このような構成によれば、イメージソース１２から射出され仮想画像を運ぶ光ビームは、最初に中間整合部１６に入り、次にレンズの形をしたビーム成形素子１４に入り得る。整合媒体の屈折率は空気の屈折率より大きいので、ビーム成形素子１４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１４のレンズが形成される媒体と、中間整合部１６とビーム形成素子との間の界面の空気と、に間の屈折率の差よりも小さい。従って、より多くの光線を屈折され得、これにより、光透過率を改善し、イメージ投影ソースの光学効率を高め得る。その結果、界面で反射する光線が少なくなり、迷光やゴーストの発生を抑制または低減することができる。

【0059】

これは、式Ｒ＝（０．６１＊λ）／（ｎ＊ｓｉｎθ）から観察され、Ｒはエアリーディスクの半径であり、λは光の波長であり、ｎは画像空間における屈折率であり、θは入射開口角であり、整合媒体の屈折率が大きくなると、生成されるエアリーディスクが小さくなり、画像解像度を上げ得る。さらに、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、周辺光線の曲げ角を小さくでき、設計の難易度を下げることができる。さらに、イメージソースがビーム成形素子と一体になっているので、光学構造はよりコンパクトであり、設置及び調整がより簡単であり、従ってよりシステチックになる。

【0060】

図６は、本出願によるＡＲ装置のイメージ投影ソースの別の例を示す。この例では、イメージソース１２及びビーム成形素子１４は、面嵌合の方法で一緒に一体化される。イメージソース１２及びビーム成形素子１４は、互いに嵌合され得る相補的な接触面を有する。一例として、ビーム成形素子１４が形成されるレンズは、イメージソース１２に接着される。或いは、イメージソース１２及びビーム成形素子１４は、当業者よって既知の他の任意の適切な方法を介して互いに嵌合され得る。

【0061】

このような構成によれば、イメージソース１２から射出された光ビームは、ビーム成形素子１４を形成するレンズに直接入る。このような構成は、図５に関して説明したものと同様のすべての利点を提供し得る。イメージソース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、より小さく、より軽量に、より快適に装着できる。よりコンパクトな構造により、設置及び調整が簡単になることが確約される。

【0062】

本願に係るイメージ投影ソースのいくつかの可能な例は、図２及び図３に関して説明した。これらは、本出願によるイメージ投影ソースの例のすべてではないことを当業者は理解すべきである。本願によれば、イメージ投影ソースがビーム成形素子と一体化されるそのような実施形態も実現可能である。本出願によれば、イメージ投影ソースは、モジュールがどのように構成されているか、またモジュールがどのような機能を有しているかに関係なく、光路モジュールと組み合わせて使用され得ることを当業者は理解するはずである。

【0063】

本出願の任意の実施形態によれば、イメージ投影ソースは、単一の部品として互いに一体化されたイメージソース及びビーム成形素子を備え、イメージ投影ソースから射出された光ビームは、ビーム成形素子によって成形され、イメージソースから外に出る。任意選択で、ビーム成形素子はイメージソースに直接一体化される。例えば、ビーム成形素子は、面嵌合によってイメージソースに接着される。任意選択で、ビーム成形素子は、中間整合部を介してイメージソースに間接的に一体化され得る。任意選択で、中間整合部は、液体媒体、液晶媒体、半固体媒体及び固体媒体からなる群から選択される少なくとも１つによって形成される。

【0064】

任意選択で、中間整合部品は、水、エチルアルコール、ガラス及び樹脂からなる群から選択されるいずれかによって形成される。

【0065】

任意選択で、中間整合部は、液体媒体及び／または液晶媒体によって形成され、イメージ投影ソースは、中間整合部を形成する媒体がイメージソースとビーム成形素子との間に密封されるシール構造を備える。

【0066】

任意選択で、中間整合部の媒体は、１～２．７の屈折率を有する。

【0067】

任意選択で、ビーム成形素子は、正レンズとして構成されるか、負レンズとして構成されるか、正レンズと負レンズの組み合わせとして構成される。

【0068】

図７は、本出願の一実施形態による半反射体３００Ａの一実施形態を概略的に示す断面図である。この半反射体３００Ａは、本出願によるそれらの光学システムで代替的に使用することができ、透明基材３０１と、透明基材３０１の遠位面を覆う半反射フィルム３０２と、を備える。

【0069】

従来の半反射体の場合、半反射フィルムは、通常、基材の近位面上に配置される。このような従来の半反射体が図示の光学システムで使用された場合、人の目４０またはその光成分に入るイメージソースから射出された光は、主に１回の反射で発生する。しかしながら、図７に示される半反射体３００Ａの場合、イメージソースから射出されて人の目４０に入る光またはその光成分は、少なくとも２つの屈折及び１つの反射が起こる。従って、本発明の技術的手段を使用して、光学システム全体の設計自由度を高めることができる。例えば、設計者は、基材３０１の厚さまたはその材料特性を変更し、光学システム全体の光学性能を変更できるように、基材３０１の近位面形態を変更することにより、光の屈折特性を再設計できる。さらに、基材３０１内の光の伝播は反射及び屈折に関連するため、最終屈折での光は、視野拡大の効果をもたらし、これにより、人の目での最終撮像結果が容易になる。

【0070】

図８は、本出願の別の実施形態による半反射体３０１を概略的に示す。半反射体３００Ａと同様に、半反射体３００は、透明基材３０１と、透明基材３０１の遠位面を覆う半反射フィルム３０２と、を備える。追加的に、半反射体３１０はまた、透明基材３０１の近位面を覆う反射防止フィルム３０３を備える。反射防止フィルム３０３は、基材に入る光のエネルギーを増加させ、屈折及び反射を介して変調される光のエネルギー利用効率を改善するために使用される。

【0071】

図９は、本出願の別の実施形態による半反射体４００を概略的に示す。半反射体４００は、１／４波長板４０１と、１／４波長板４０１の遠位面を覆う半反射フィルム４０２と、を備える。すなわち、この実施形態では、１／４波長板４０１は、半反射体４００の基材である。

【0072】

随意的な実施形態によれば、拡張現実（ＡＲ）装置のための光学システムが提供され、この光学システムは、
イメージ投影ソース；
イメージ投影ソースに隣接するビーム分割側面と、イメージ投影ソースとは反対側の透過側面とを有するスプリッタ；及び、
半反射体であって、半反射体は、ビーム分割側面に隣接して配置され、イメージ投影ソースから射出された光がビーム分割側面によって反射される光路に沿ってビーム分割側面の下流に位置し、スプリッタは、イメージ投影ソースから射出された光が、ビーム分割側面によって半反射体に向かって少なくとも部分的に反射され得る、半反射体；
を備え、
半反射体は、基材と、基材の遠位面上に配置された半反射フィルムと、を備える。

【0073】

半反射フィルムは、半反射体の基材の遠位表面上に配置されるので、イメージソースから射出された光は、画像化のために人の目に入る前に、半反射体で２つの屈折と１つの反射を生じ得、これにより、光学システム全体の設計の自由度を高められ得る。従って、調整可能なより多くのパラメータが提供され、光学システム全体の画質が向上する。一方で、これは視野の拡大をもたらすことができ、人の目による良好な画像結果を容易にする。

【0074】

任意選択で、波長板は、スプリッタと半反射体との間に配置される。好ましくは、波長板は１／４波長板である。波長板または１／４波長板を使用すると、画像の明るさとコントラストが向上し、装置の消費電力を削減できる。

【0075】

任意選択で、半反射体の基材は波長板である。好ましくは、波長板は１／４波長板である。波長板または１／４波長板を半反射板に一体化すると、半反射板の体積が減少し、光学システム全体の機械構造設計の柔軟性を向上させることができる。また、一体化により反射界面の数を減らすことができるため、光学システム全体で発生する迷光を低減したり、「ゴーストの干渉」の影響を弱めたりすることができ、光学システムのコントラストを高めることができる。

【0076】

任意選択で、反射防止フィルムは、基材の近位面を覆う。反射防止フィルムは、基材に入る光のエネルギーを増加させるために使用され、屈折及び反射を介して変調される光のエネルギー利用効率を改善する。

【0077】

任意選択で、スプリッタは、イメージ投影ソースから射出された光がビーム分割側面に入射するときに、偏光方向が第１の方向である偏光成分が透過側面を透過するようにスプリッタを通過し、かつ、偏光方向が第１の方向に垂直な第２の方向にある偏光成分がビーム分割側面によって波長板に向かって反射されるように構成される。また、スプリッタは、光が透過側面に入射すると、偏光方向が第１方向である光の偏光成分が透過側面を透過するようにスプリッタを通過し得るように、かつ、偏光方向が第２方向にある偏光成分がスプリッタに吸収され得るように構成されている。このようにして、環境光を除いて、人の目に入る不要な光を遮断または低減することができ、これにより、画質及び鮮明度を改善でき、ＡＲ装置の電力消費を節約できる。

【0078】

任意選択で、スプリッタは、偏光ビーム分割フィルム及び偏光フィルムを備え、偏光ビーム分割フィルムは、第１の方向に偏光された光が通過し、第２の方向に偏光された光が反射するように構成される。偏光フィルムは、第１の方向に偏光された光が通過し、第２の方向に偏光された光がそこに吸収されるように構成され、また、イメージ投影ソースから射出された光の方向から見て、偏光ビーム分割フィルムは、偏光フィルムの上流にあり、ビーム分割側面を画定する。これにより、偏光方向が第２の方向である偏光成分は、必然的に偏光ビーム分割フィルムによって反射されることを確実にし、その後に波長板または１／４波長板及び半反射板で処理され、人の目に入いり画像化される。任意選択で、波長板の異常軸及び通常軸は、それぞれ第１方向と第２方向に対して角度を含むように構成される。この角度は、１°～８９°、好ましくは３０°～６０°、より好ましくは４５°である。

【0079】

任意選択的に、イメージ投影ソースは、光を射出するための平面イメージソースを備え、スプリッタのビーム分割側面が位置する平面は、ライターエミッタ（lighter emitter）の法線に対して第１の角度にあり、第１の角度は、１１°～７９°、好ましくは２０°～７０°、より好ましくは３０°～６０°、より好ましくは４０°～５５°、最も好ましくは４０°～５０°であり、かつ／または、スプリッタのビーム分割側面が位置する平面は、半反射体の光軸に対して第２の角度にあり、０＜第２の角度＜９０°であり、第２の角度は、第１の角度－１０°～第１の角度＋１０°である。このようにして、スプリッタの利用効率を最大にすることができる。本出願の文脈において、値の範囲に関連する「～」という用語は、範囲の両端の値も考慮されることを意味する。例えば、「値Ａは値Ｂ～値Ｃである」とは、値Ａが値Ｂ、値Ｃ、または値Ａより大きく、値Ｃより小さい値になることを意味する。

【0080】

任意選択で、半反射体は、湾曲した半反射体である。

【0081】

任意選択で、湾曲した半反射体のジオプターは、±１５０度、好ましくは±１００度である。これにより、装置がシーンを見るように装備される際、使用者の快適さが影響を受けないことが保証され得る。

【0082】

本願の別の任意の実施形態によれば、前述の光学システム用の半反射体が提供され、半反射体は、基材と、基材の遠位面上の半反射フィルムと、を備える。このようにして、光学システム全体の画像品質を改善するために調整可能なより多くのパラメータが提供され、光学システム全体の設計自由度を高めることができる。その間、これにより視野を拡大し、人の目で最終的な画像化結果が容易になる。好ましい実施形態では、半反射体自体の基材は、屈折補正のための光学レンズ、例えば屈折収差を補正するために使用される光学レンズである。

【0083】

任意選択で、半反射体の基材は波長板であり、波長板は好ましくは１／４波長板であり、これにより、画像化の輝度及びコントラストを改善することができ、従って、装置の電力消費を節約し得る。

【0084】

任意選択で、反射防止フィルムが基材の近位面を覆って、基材に入る光のエネルギーを増加させ、屈折及び反射を介して変調される光のエネルギー利用効率を改善する。

【0085】

任意選択で、半反射体は、湾曲した半反射体である。

【0086】

任意選択で、湾曲した半反射体のジオプターは、±１５０度の間、好ましくは±１００度である。

【0087】

図１０は、本出願の別の実施形態によるＡＲ装置の光学システム２０００Ａを概略的に示す。光学システム２０００Ａは、一般的に、コンピュータ（図示せず）によって制御可能なイメージ投影ソース１０、偏光ビームスプリッタ２１、及び、半反射体３０を備え、１／４波長板５０は、偏光ビームスプリッタ２１間の光路に配置される。イメージ投影ソース１０、偏光ビームスプリッタ２１、半反射体３０及び１／４波長板５０の設計は、すでに述べた内容を参照することができる。さらに、イメージ投影ソース１０から射出された光がスプリッタのビーム分割側面で反射される光路に沿って、二次１／４波長板７０及び偏光子８０が、光学システム２０００Ａの半反射体３０の遠位に順次配置され、偏光子８０は、二次１／４波長板７０の遠位に配置される。１／４波長板７０は、円偏光を第１または第２の方向の偏光である直線偏光に変換することができるように構成され、偏光子８０は、この直線偏光を吸収するように構成される。繰り返すが例えば、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得、偏光子８０は、Ｐ偏光を通過させ、Ｓ偏光を吸収するように構成され得る。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、偏光子８０は、Ｓ偏光が偏光子８０を通過し、偏光子８０によってＰ偏光を吸収できるように構成され得る。１／４波長板７０の異常軸または通常軸は、軸が、偏光子８０を通過する偏光の偏光方向に対してある角度であることができるように構成され、その角度は３０°～６０°である。任意選択で、１／４波長板７０の異常軸または通常軸は、軸が偏光子８０を通過する偏光の偏光方向に対して４５°の角度になるように構成される。

【0088】

図１０に示すように、イメージ投影ソース１０から射出された光Ｌ１０が偏光ビームスプリッタ２１を通過すると、画像光源から射出された光Ｌ１０のＰ偏光成分Ｌ１０ｐは透過し、イメージソースから射出された光Ｌ１０のＳ偏光成分Ｌ１０ｓは、半反射板３０または１／４波長板５０に向けて反射される。１／４波長板５０を通過すると、Ｓ偏光成分Ｌ１０ｓは円偏光（または楕円偏光）に変換される。続いて、円偏光された光（または楕円偏光された光）は、半反射体３０によって部分的に反射され、半反射体３０を部分的に透過する。円偏光の場合、透過した円偏光は、１／４波長板７０を通過すると、Ｓ偏光（またはＰ偏光）に変換され得、次いでＳ偏光（またはＰ偏光）を吸収するように構成された偏光子８０に入射する。光）及びＰ偏光（またはＳ偏光）が透過することを可能にし、偏光子８０によって吸収される。このようにして、イメージソースから射出された光Ｌ１０はＡＲ装置から出ることはできない。楕円偏光された光の場合、透過された楕円偏光された光のほとんどが吸収されて、ＡＲ装置の外に漏れることが防止される。ＡＲ装置のプライバシーと使用者の双方向性を向上させることができる。これは、Ｓ偏光（またはＰ偏光）を吸収し、Ｐ偏光（またはＳ偏光）がそこを透過することを可能にするように構成され、偏光子８０によって吸収される。これにより、イメージソースから射出された光Ｌ１０がＡＲ装置から出て行くことができないか、または少ない。楕円偏光の場合、透過した楕円偏光の大部分は吸収されて、ＡＲ装置からの漏れを防止される。ＡＲ装置のプライバシーと使用者の双方向性を向上させることができる。これは、Ｓ偏光（またはＰ偏光）を吸収し、Ｐ偏光（またはＳ偏光）がそこを透過することを可能にするように構成され、偏光子８０によって吸収される。イメージソースから射出された光Ｌ１０がＡＲ装置から出て行くことができないか、または少ない。楕円偏光された光の場合、透過された楕円偏光された光の大部分は吸収され、これにより、ＡＲ装置からの漏れを防止する。ＡＲ装置の機密性と使用者のインタラクティビティを向上させることができる。

【0089】

任意の実施形態では、波長板７０は、それらを通過する光が透過または反射され得る界面の数を減らすために、偏光子８０に接着される。これにより、光の利用効率を高めることができる。

【0090】

半反射体３０が湾曲半反射体である場合、横方向における波長板７０及び偏光子８０の形状は、半反射体の湾曲形状に従う。本願の文脈では、横方向は一般的に、ＡＲ装置の使用者の額方向を指す。従って、「ゴースト」の悪影響を低減し、画質を向上させることができる任意選択で、追加の波長板及び追加の偏光子は、半反射体の湾曲形状に追従するように、額方向に略垂直な縦方向に成形される。任意選択で、半反射板は湾曲した半反射板であり、これにより、追加の波長板と追加の偏光子は、「ゴーストの干渉」を低減できる最適な効果を達成するように半反射板の湾曲した形状に実質的に追従するように成形される。

【0091】

追加的な実施形態では、光学システムはまた、追加の偏光子の遠位に配置された透明保護シートを備える。波長板７０及び偏光子８０は、半反射体３０と透明保護シートとの間に配置され、これにより、環境光が透明保護シートに入り、半反射体３０の遠位面で反射されることによって引き起こされる「ゴースト」の悪影響が軽減される。さらに、光学素子の性能により偏光子８０から光が漏れた場合に、漏れ出した光が透明保護シートで反射することによる「ゴースト」の悪影響も低減できる。透明保護シートは、光エネルギー減衰シート、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

【0092】

図１１は、本願の一実施形態による半反射体３０’を概略的に示す断面図である。半反射体３０’は、透明基材３１と、透明基材３１の近位面上に適用された半反射フィルム３２と、を備える。さらに、半反射体３０’はまた、１／４位相差フィルム７０’と偏光フィルム８０’とを備え、これらはこの順序で基材３１の遠位面上に適用される。１／４位相差フィルム７０’及び偏光フィルム８０’は、それぞれ１／４波長板７０及び偏光子８０と同様に構成される。従って、半反射体３０’自体が１／４位相差フィルム７０’及び偏光フィルム８０’と一体化しているため、光学システムをさらに削減し得る。一方、反射界面の数を減らすことで、光学システム全体に現れる迷光をなくし、光学システムのコントラストを上げることができる。

【0093】

任意選択で、図１２は、本願の別の実施形態による半反射体３０’’を概略的に示す断面図である。半反射体３０’’は、透明基材３１と、透明基材３１の遠位面上に適用された半反射フィルム３２と、を備える。さらに、半反射体３１’’はまた、１／４位相差フィルム７０’’と、半反射体３２の上にこの順序で適用される偏光フィルム８０’’と、を備える。１／４位相差フィルム７０’’及び偏光フィルム８０’’は、それぞれ１／４波長板７０及び偏光子８０と同様に構成される。

【0094】

半反射体３０’または半反射体３０’’が前述の光学システム（図２）で代替的に使用されている場合、Ｓ偏光成分Ｌ１０ｓは、ビームスプリッタのビーム分割側面で反射される際に、１／４波長板５０によって円偏光に変換される。この円偏光が半反射体３０’または３０’’に入射すると、半反射フィルム３２を透過した円偏光の光成分、または、半反射フィルム３２で直接反射されたもの以外の円偏光の光成分は、図１１に示される原理に従って直線偏光に変換され、その後吸収される。従って、イメージ投影ソース１０から射出された光がＡＲ装置の外に漏れることが防止される。これにより、ＡＲ装置の機密性と使用者のインタラクティビティを向上させることができる。

【0095】

別の実施形態では、半反射体３１’の基材３１は、１／４波長板７０の形態で形成され得る。従って、１／４位相差フィルム７０’は省くことができる。

【0096】

本願の任意の実施形態によれば、ＡＲ装置用の光学システムが提供され、この光学システムは：
イメージ投影ソース； 及び、
偏光ビームスプリッタであって、偏光ビームスプリッタは、イメージ投影ソースに隣接するビーム分割側面と、イメージ投影ソースとは反対側の透過側面と、を含み、偏光ビームスプリッタは、イメージ投影ソースから射出される光が、ビーム分割側面に非垂直に入射し、少なくとも部分的に反射することができ、偏光ビームスプリッタは、光がビーム分割側面に入射すると、偏光方向が第１の方向である偏光成分が、偏光ビームスプリッタを通過して透過側面を透過し、かつ、偏光方向が第１の方向に垂直な第２の方向である偏光成分は、ビーム分割側面で反射されるように構成された、偏光ビームスプリッタ；
を備え、
光学システムはまた、イメージ投影ソースと偏光ビームスプリッタのビーム分割側面との間に配置された偏光子を備え、偏光子は、第２の方向に偏光された光がそこを透過し、かつ、第１の方向に偏光された光が吸収され得るように構成される。

【0097】

偏光子を設けることにより、イメージ投影ソースから射出さられた光が偏光ビームスプリッタで反射されずに人の目で視認される可能性を低減または排除し、これにより、装置を使用する使用者の快適性が向上され得る。

【0098】

任意選択で、偏光子は、第２の方向に偏光された光がイメージ投影ソースから出ることができるようにイメージ投影ソース内に一体化される。これにより、光学システムの体積を小さくでき、装置のコンパクト化を図ることができる。さらに、反射界面の数を減らすことができるので、光学システム全体の迷光を減らすことができ、または「ゴースト」の影響を弱めることができ、従って、光学システムのコントラストを高めることができる。

【0099】

任意選択で、光学システムはまた、ビーム分割側面に隣接する波長板を備え、イメージ投影ソースから射出された光は、ビーム分割側面によって波長板に向かって部分的に反射され得る。また、光学システムは、反射光の光路において波長板の下流に配置された半反射体を備え、波長板は、好ましくは、１／４波長板である。これにより、光学システムの光エネルギー利用効率を向上させることができ、ＡＲ装置の消費電力を低減することができる。

【0100】

任意選択で、波長板は、半反射体の近位面を覆う位相差フィルムである。従って、光学システムの体積を小さくでき、装置のコンパクト化を図ることができる。さらに、反射界面の数を減らすことができるので、光学システム全体の迷光を減らすことができ、または「ゴースト」の影響を弱めることができ、従って、光学システムのコントラストを高めることができる。

【0101】

任意選択で、偏光子は、反射光の光路が影響を受けることができず、従って、人間の目での最終的な撮像結果が影響を受けないような方法で配置される。

【0102】

任意選択で、イメージ投影ソースは、光を射出するように制御可能なイメージソースと、射出光を集束させるためのレンズと、を備え、偏光子が、イメージソースとレンズとの間に配置される。

【0103】

任意選択で、イメージソース、偏光子、レンズが互いに接着される、または、代わりに、偏光子がイメージソース及びレンズのいずれかに接着される。一緒に接着することによって、光学素子間の反射界面の数を減らすことができるため、光エネルギーの損失を減らすことができ、迷光の影響を排除または弱めることができ、画質を向上させることができる。

【0104】

任意選択で、偏光子は偏光フィルムである。

【0105】

任意選択で、イメージ投影ソースは、光を射出するように制御可能なイメージソースと、射出光を集束させるためのレンズと、を備え、レンズは、イメージソースと偏光子との間に配置される。

【0106】

任意選択で、偏光子は、レンズの表面を覆う偏光フィルムである。

【0107】

任意選択で、イメージ投影ソースは、イメージソースとレンズとの間に配置された整合レンズも含み、偏光子は、イメージソースと整合レンズとの間、または整合レンズとレンズとの間に配置される。

【0108】

任意選択で、イメージソース、整合レンズ、偏光子、及び、レンズが一緒に接着される、または、代わりに、偏光子がイメージソース、整合レンズ、及び、レンズのいずれかに接着される。

【0109】

任意選択で、偏光子は偏光フィルムである。

【0110】

任意選択で、イメージ投影ソースはまた、イメージソースとレンズとの間に整合レンズを備える。

【0111】

任意選択で、光学システムはまた、半反射体の遠位に順次配置される追加の波長板と追加の偏光子も備え、追加の波長板は、円偏光が追加の波長板に入射すると、直線偏光された光がそこから出ることが可能であり、追加の偏光子が、出てきた直線偏光された光を吸収するように構成され、追加の波長板は、追加の１／４波長板であることが好ましい。これにより、イメージソースから射出された光がＡＲ装置の半反射体から発射する可能性が排除または低減され、ＡＲ装置の機密性及び使用者のインタラクティビティを改善することができる。

【0112】

任意選択で、追加の波長板と追加の偏光子とが一緒に接着される。

【0113】

任意選択で、半反射体は、湾曲した半反射体であり、追加の波長板及び追加の偏光子は、半反射体の湾曲した形状に実質的に追従するように横方向に形状化される。

【0114】

任意選択で、半反射体は、湾曲した半反射体であり、追加の波長板及び追加の偏光子は、半反射体の湾曲形状に実質的に追従するように、横方向に実質的に垂直な縦方向に成形される。

【0115】

任意選択で、半反射体は、湾曲した半反射体であり、追加の波長板及び追加の偏光子は、半反射体の湾曲した形状に実質的に追従するように形状化される。

【0116】

任意選択で、光学システムはまた、追加の偏光子の遠位に配置された透明保護シートを備え、透明保護シートは、好ましくは、光エネルギー減衰シート、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、追加の波長板及び追加の偏光子は、「ゴーストの干渉」の悪影響を排除または弱めるように設計されており、半反射体からの光によって生じる迷光は、透明保護シートによって反射され、最終的に人の目に入る。

【0117】

任意選択で、追加の波長板は、円偏光が入射すると、偏光方向が第１方向である偏光成分が透過できるように構成され、追加の偏光子は、偏光方向が第１方向である偏光成分が吸収され得るように構成される。

【0118】

任意選択で、追加の波長板は、円偏光が入射すると、偏光方向が第２方向である偏光成分が透過できるように構成され、追加の偏光子は、偏光方向が第２の方向である偏光成分が吸収され得るように構成される。

【0119】

任意選択で、半反射体は、透明基材と、基材の表面上に適用される半反射フィルムと、を備える。

【0120】

任意選択で、追加の波長板及び／または追加の偏光子は、半反射体上に一体化された追加の位相差フィルム及び／または追加の偏光フィルムであり、追加の位相差フィルムは、追加の１／４位相差フィルムであることが好ましい。従って、光学システムの体積が小さくなり、ＡＲ装置をよりコンパクトにすることができる。さらに、光の反射が発生する可能性のある干渉の数を減らすことができるため、光学システム全体の迷光を減らすことができ、「ゴースト」の影響を弱め、光学システムのコントラストを向上させることができる。

【0121】

任意選択で、基材の表面は基材の近位面であり、追加の位相差フィルムは基材の遠位面を覆い、かつ／または、追加の偏光フィルムは追加の位相差フィルムの遠位面を覆う。

【0122】

任意選択で、基材の表面は基材の遠位面であり、追加の位相差フィルムは基材の遠位面を覆い、かつ／または、追加の偏光フィルムは追加の位相差フィルムの遠位面を覆う。

【0123】

本願の別の任意の実施形態によれば、ＡＲ装置用の光学システムが提供され、この光学システムは：
イメージ投影ソース；
偏光ビームスプリッタであって、偏光ビームスプリッタは、イメージ投影ソースに隣接するビーム分割側面と、イメージ投影ソースとは反対側の透過側面と、を含む、偏光ビームスプリッタ；
ビーム分割側に隣接する第１の波長板であって、偏光ビームスプリッタは、イメージ投影ソースから射出された光が非垂直にビーム分割側面に入射し、第１の波長に向けて少なくとも部分的に反射されるように配置されている、第１の波長板； 及び、
反射光の光路において第１の波長板の下流に位置する半反射体であって、偏光ビームスプリッタは、イメージ投影ソースから射出された光がビーム分割側面に入射する際、偏光ビームスプリッタは、偏光方向が第１方向である光成分は、偏光ビームスプリッタを通過して透過側面を透過し、偏光方向が第１方向に垂直な第２方向である偏光成分は、第1の波長板に向かってビーム分割側面によって反射されるように構成される、半反射体；
を備え、
光学システムはまた、
半反射体の遠位に順次配置された第２の波長板及び偏光子を備え、第２の波長板は、円偏光がそこに入射すると、直線偏光がそこから透過できるように配置され、偏光子は、透過した直線偏光を吸収するように構成され、第１の波長板及び／または第２の波長板は、好ましくは１／４波長板である。これにより、イメージソースから射出された光がＡＲ装置の半反射体から出る可能性が排除または低減され、これにより気密性及び使用者のインタラクティビティが改善され得る。

【0124】

任意選択で、第２の波長板は偏光子と一緒に接着さる。

【0125】

任意選択で、半反射体は、湾曲した半反射体であり、第２の波長板及び偏光子は、半反射体の湾曲した形状に追従するように横方向に形状化される。

【0126】

任意選択で、半反射体は湾曲した半反射体であり、第２の波長板及び偏光子は、半反射体の湾曲形状に実質的に追従するように横方向に実質的に垂直な縦方向に形状化される。

【0127】

任意選択で、半反射体は、湾曲した半反射体であり、追加の波長板及び追加の偏光子は、半反射体の湾曲した形状に実質的に追従するように形状化される。

【0128】

任意選択で、光学システムはまた、偏光子の遠位に配置された透明保護シートも備え、透明保護シートは、好ましくは、光エネルギー減衰シート、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、追加の波長板及び追加の偏光板は、半反射板から出て透明保護シートで反射し、最終的に人の目に入る光によって引き起こされる「ゴーストの干渉」の悪影響を排除または弱めるように設計されている。

【0129】

任意選択で、第１の波長板は、半反射体の近位面を覆っている第１の位相差フィルムである。

【0130】

任意選択で、第２の波長板は、円偏光が入射すると、第１の方向に偏光された光が第２の波長板を透過できるように構成され、偏光子は、第１の方向に偏光された光を吸収するように構成される。

【0131】

任意選択で、第２の波長板は、円偏光が入射すると、第２の方向に偏光された光が第２の波長板を透過できるように構成され、偏光子は、第２の方向に偏光された光を吸収するように構成される。

【0132】

任意選択で、半反射体は、透明基材と、基材の表面を覆う半反射フィルムと、を備える。

【0133】

任意選択で、第２の波長板及び／または偏光子は、半反射体に一体化された第２の位相差フィルム及び／または偏光フィルムである。

【0134】

任意選択で、基材の表面はその近位面であり、第２の位相差フィルムは基材の遠位面を覆い、かつ／または、偏光フィルムは第２の位相差フィルムの遠位面を覆う。

【0135】

任意選択で、基材の表面はその遠位面であり、第２の位相差フィルムは半反射フィルムの遠位面を覆い、かつ／または、偏光フィルムは第２の位相差フィルムの遠位面を覆う。

【0136】

本願の文脈では、様々な実施形態が互いに任意に組み合わせされ得る。本願のいくつかの具体的な実施形態がここで説明されたが、それらは説明の目的のためだけに与えられ、決して本願の範囲を制約するものと見なされない。本願の精神及び範囲から離れることなく、様々な置換、修正、及び代替が企図され得る。

【0137】

１０ イメージソース
１２ イメージソース
１４ ビーム成形素子
１６ 中間整合部
１８ シールフレーム
２０ ビームスプリッタ
２１ ビームスプリッタ
２２ ビームスプリッタ
２３ ビームスプリッタ
３０ 半反射体
３０’ 半反射体
３０’’ 半反射体
３１ 透明基材
３１’ 半反射体
３１’’ 半反射体
３２ 半反射フィルム
４０ 目
５０ 波長板
７０ 波長板
７０’ 位相差フィルム
７０’’ 位相差フィルム
８０ 偏光子
８０’ 偏光フィルム
８０’’ 偏光フィルム
１００ イメージソース
３００ 半反射体
３０１ 透明基材
３０２ 半反射フィルム
３０３ 反射防止フィルム
３１０ 半反射体
４００ 半反射体
４０１ 波長板
４０２ 半反射フィルム
１０００ 光学システム
２０００ 光学システム

【図1】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図4a】

【図4b】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】