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特表2022-552701ゴーストイメージ遮断機能及び広視野角を有するコンパクト型拡張現実用光学装置

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-12-19

(54)【発明の名称】ゴーストイメージ遮断機能及び広視野角を有するコンパクト型拡張現実用光学装置

(51)【国際特許分類】

G02B 27/02 20060101AFI20221212BHJP

H04N 5/64 20060101ALI20221212BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

H04N5/64 511A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022522914

(86)(22)【出願日】2020-10-26

(85)【翻訳文提出日】2022-04-15

(86)【国際出願番号】 KR2020014638

(87)【国際公開番号】W WO2021085960

(87)【国際公開日】2021-05-06

(31)【優先権主張番号】10-2019-0138757

(32)【優先日】2019-11-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2019-0174648

(32)【優先日】2019-12-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【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

【テーマコード（参考）】

2H199

【Ｆターム（参考）】

2H199CA07

2H199CA12

2H199CA42

2H199CA45

2H199CA46

2H199CA47

2H199CA67

2H199CA69

2H199CA70

2H199CA85

2H199CA86

2H199CA96

(57)【要約】

本発明は、ゴーストイメージ遮断機能及び広視野角を有するコンパクト型拡張現実用光学装置に関し、実際事物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る光学手段と、前記光学手段の内部に配置され、画像出射部から出射する拡張現実画像光を第２反射手段に伝達する第１反射手段と、前記光学手段の内部に配置され、前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光を使用者の目の瞳孔に向けて反射させ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第２反射手段とを含み、前記光学手段は、実際事物画像光が入射する第１面と、前記第２反射手段を介して伝達される拡張現実画像光及び実際事物画像光が使用者の目の瞳孔に向かって出射する第２面とを含み、前記拡張現実画像光を反射させる第１反射手段の反射面は実際事物画像光が入射する光学手段の第１面に向かうように配置され、前記第２反射手段は前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光をそれぞれ反射させて使用者の瞳孔に伝達するように前記光学手段の内部に配置される複数の反射部から構成され、前記第２反射手段を構成する複数の反射部は、前記第１反射手段からの距離が遠いほど前記光学手段の第２面に段々近くなるように前記光学手段の内部に配置される拡張現実用光学装置を提供する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ゴーストイメージ遮断機能及び広視野角を有するコンパクト型拡張現実用光学装置であって、
実際事物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る光学手段と、
前記光学手段の内部に配置され、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である拡張現実画像光を第２反射手段に伝達する第１反射手段と、
前記光学手段の内部に配置され、前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光を使用者の目の瞳孔に向けて反射させ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第２反射手段と、
を含み、
前記光学手段は、実際事物画像光が入射する第１面と、前記第２反射手段を介して伝達される拡張現実画像光及び実際事物画像光が使用者の目の瞳孔に向かって出射する第２面とを含み、
前記画像出射部から出射した拡張現実画像光は前記光学手段の内部を通して前記第１反射手段に伝達されるか、あるいは前記光学手段の内面で全反射されて第１反射手段に伝達され、
前記拡張現実画像光を反射させる第１反射手段の反射面は、実際事物画像光が入射する光学手段の第１面に向かうように配置され、
前記第２反射手段は、前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光をそれぞれ反射させて使用者の瞳孔に伝達するように前記光学手段の内部に配置される複数の反射部から構成され、
前記第２反射手段を構成する複数の反射部は、前記第１反射手段からの距離が遠いほど前記光学手段の第２面に段々近くなるように前記光学手段の内部に配置されることを特徴とする、拡張現実用光学装置。

【請求項2】

前記第１反射手段は前記第２反射手段を挟んで画像出射部と対向するように前記光学手段の内部に配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項3】

前記第１反射手段の反射面は曲面に形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項4】

前記第１反射手段の反射面は光学手段の第１面側に凹むように形成されたことを特徴とする、請求項３に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項5】

前記第１反射手段の幅方向の長さは４ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項6】

前記第１反射手段は、光を部分的に反射させるハーフミラー（ｈａｌｆｍｉｒｒｏｒ）または光を波長によって選択的に透過させるノッチフィルターから形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項7】

前記第１反射手段は、屈折素子または回折素子から形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項8】

前記第１反射手段の拡張現実画像光を反射させる反射面の反対面が光を反射せずに吸収する素材でコーティングされたことを特徴とする、請求項１に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項9】

前記第２反射手段を構成する複数の反射部は、前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光を瞳孔に向けて反射させて伝達するように前記光学手段の第２面に対して傾斜角を有するように配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項10】

前記複数の反射部のそれぞれは、４ｍｍ以下の大きさに形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項11】

前記複数の反射部のそれぞれの大きさは、各反射部の縁境界線上の任意の２点間の最大長であることを特徴とする、請求項１０に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項12】

前記複数の反射部のそれぞれの大きさは、使用者の瞳孔と各反射部との間の直線に垂直でありながら瞳孔の中心を含む平面に反射部を投映した正射影の縁境界線上の任意の２点間の最大長であることを特徴とする、請求項１０に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項13】

前記複数の反射部のそれぞれは、前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光が他の反射部によって遮断されないように配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項14】

前記複数の反射部のそれぞれの大きさは部分的に互いに異なることを特徴とする、請求項１に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項15】

前記複数の反射部の中で少なくとも一部の反射部の間隔が他の反射部の間隔と異なるように配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項16】

前記複数の反射部の中で少なくとも一部は光を部分的に反射させるハーフミラー、または光を波長によって選択的に透過させるノッチフィルターから形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項17】

前記複数の反射部の中で少なくとも一部は屈折素子または回折素子から形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項18】

前記複数の反射部の中で少なくとも一部において、拡張現実画像光を反射させる面の反対面が光を反射せずに吸収する素材でコーティングされたことを特徴とする、請求項１に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項19】

前記複数の反射部の中で少なくとも一部の表面が曲面に形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項20】

前記複数の反射部の中で少なくとも一部の前記光学手段に対する傾斜角は他の反射部と異なるように形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項21】

前記第２反射手段は複数から構成され、
前記光学手段を使用者の瞳孔の正面に置いたとき、瞳孔から正面の方向をｘ軸とすれば、前記画像出射部はｘ軸と直交する直線上に位置するように光学手段の外部または内部に配置され、
前記画像出射部からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に沿って平行でありながら光学手段の第１面と第２面との間を通る線分の中でいずれか一つをｙ軸といい、これらのｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、前記複数の第２反射手段は前記ｚ軸方向に沿って互いに平行に離隔して配置されることを特徴とする、請求項１に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項22】

前記それぞれの第２反射手段を構成する複数の反射部は、隣接した第２反射手段を構成する複数の反射部の中でいずれか一つと一緒にｚ軸に平行な仮想の直線に沿って位置するように並んで配置されることを特徴とする、請求項２１に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項23】

前記それぞれの第２反射手段を構成する複数の反射部の中で少なくとも一部は、隣接した第２反射手段を構成する複数の反射部に対してｚ軸に平行な仮想の直線上に並んで位置しないように配置されることを特徴とする、請求項２１に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項24】

前記光学手段を使用者の瞳孔の正面に置いたとき、瞳孔から正面の方向をｘ軸とすれば、画像出射部はｘ軸と直交する直線上に位置するように光学手段の外部または内部に配置され、
前記画像出射部からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に沿って平行でありながら光学手段の第１面と第２面との間を通る線分の中でいずれか一つをｙ軸といい、これらのｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、前記複数の反射部は前記ｚ軸に平行な仮想の直線に沿って延びたバー状に形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項25】

前記第１反射手段は、前記ｘ軸方向に見たとき、中央部から左右の両端部側に行くほど第２反射部に段々近くなるように延びて形成されることを特徴とする、請求項２１から２４のいずれか一項に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項26】

ゴーストイメージ遮断機能及び広視野角を有するコンパクト型拡張現実用光学装置であって、
実際事物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る光学手段と、
前記光学手段の内部に埋め込まれて配置され、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である拡張現実画像光を第２反射手段に伝達する第１反射手段と、
前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光を使用者の目の瞳孔に向けて反射させて伝達するように前記光学手段の内部に埋め込まれて配置される複数の反射部を含む第２反射手段と、
を含み、
前記光学手段は、実際事物画像光が入射する第１面と、前記第２反射手段を介して伝達される拡張現実画像光及び実際事物画像光が使用者の目の瞳孔に向かって出射する第２面とを含み、
前記第２反射手段は、
前記第１反射手段からの距離にかかわらず、前記光学手段の第２面に対して同じ距離を有するか、第１反射手段からの距離が遠いほど前記光学手段の第２面に対して段々遠くなるように光学手段の内部に埋め込まれて配置される反射部から構成される第１反射部グループと、
前記第１反射手段からの距離が遠いほど前記光学手段の第２面に対して段々近くなるように光学手段の内部に埋め込まれて配置される反射部から構成される第２反射部グループと、
を含み、
前記第２反射部グループと前記第１反射手段との距離は前記第１反射部グループと前記第１反射手段との距離より小さいことを特徴とする、拡張現実用光学装置。

【請求項27】

前記画像出射部から出射した拡張現実画像光は前記光学手段の内部を通して前記第１反射手段に伝達されるか、または前記光学手段の内面で少なくとも１回以上全反射されて第１反射手段に伝達されることを特徴とする、請求項２６に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項28】

前記拡張現実画像光を反射させる第１反射手段の反射面は、実際事物画像光が入射する光学手段の第１面に向かうように配置されたことを特徴とする、請求項２６に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項29】

前記第１反射手段の反射面は曲面に形成されたことを特徴とする、請求項２６に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項30】

前記第１反射手段の反射面は光学手段の第１面側に凹むように形成されたことを特徴とする、請求項２９に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項31】

前記第１反射手段の幅方向の長さは４ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項２６に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項32】

前記第２反射手段を構成する複数の反射部は、前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光を瞳孔に向けて反射させて伝達するように前記光学手段の第２面に対して傾斜角を有するように配置されることを特徴とする、請求項２６に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項33】

前記複数の反射部のそれぞれは、４ｍｍ以下の大きさを有するように形成されたことを特徴とする、請求項２６に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項34】

前記複数の反射部の中で少なくとも一部は、ハーフミラー、屈折素子または回折素子の中で少なくとも一つから形成されたことを特徴とする、請求項２６に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項35】

前記複数の反射部の中で少なくとも一部は、拡張現実画像光を反射させる面の反対面が光を反射せずに吸収する素材でコートされたことを特徴とする、請求項２６に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項36】

【請求項37】

前記第２反射手段のそれぞれは、それぞれの第２反射手段を構成する複数の反射部が、隣接した第２反射手段を構成する複数の反射部の中でいずれか一つと一緒にｚ軸に平行な仮想の直線に沿って位置するように並んで配置されることを特徴とする、請求項３６に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項38】

前記第２反射手段のそれぞれは、複数の第２反射手段のそれぞれを構成する複数の反射部の中で少なくとも一部が、隣接した第２反射手段を構成する複数の反射部に対してｚ軸に平行な仮想の直線に沿って並んで位置しないように配置されることを特徴とする、請求項３６に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項39】

【請求項40】

前記第１反射手段は、ｘ軸方向に見たとき、中央部から左右の両端部側に行くほど第２反射手段に段々近くなるように延びて形成されることを特徴とする、請求項３６から３９のいずれか一項に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項41】

前記画像出射部から出射した拡張現実画像光が光学手段に入射する第３面が屈折能を有するように曲面に形成されたことを特徴とする、請求項１または２６に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項42】

前記画像出射部と前記第３面との間に補助光学手段が配置されたことを特徴とする、請求項４１に記載の拡張現実用光学装置。

【請求項43】

前記第２反射手段は複数から構成され、
前記光学手段を使用者の瞳孔の正面に置いたとき、瞳孔から正面の方向をｘ軸といい、画像出射部からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に沿って平行でありながら光学手段の内面の間を通る線分の中でいずれか一つをｙ軸といい、前記ｘ軸及びｙ軸と直交しながら光学手段の内面の間を通る線分をｚ軸というとき、前記それぞれの第２反射手段と光学手段の第２面との距離が全部同一でないように配置される第２反射手段が少なくとも一つ以上存在することを特徴とする、請求項１または２６に記載の拡張現実用光学装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は拡張現実用光学装置に関し、より詳しくは大きさ、厚さ、重さ及び嵩を著しく減らすことができ、ゴーストイメージを効率的に遮断することにより、より鮮明な拡張現実用画像を提供するとともに広い視野角を提供することができるゴーストイメージ遮断機能及び広視野角を有するコンパクト型拡張現実用光学装置に関する。

【背景技術】

【0002】

拡張現実（ＡｕｇｍｅｎｔｅｄＲｅａｌｉｔｙ、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（ＨｅａｄＭｏｕｎｔｅｄＤｉｓｐｌａｙ）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１００を示す図である。

【0008】

図１の拡張現実用光学装置１００は、光学手段１０、反射部３０、画像出射部４０及びフレーム部６０を含む。

【0009】

光学手段１０は実際事物から出射した画像光である実際事物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３０が埋め込まれている。また、光学手段１０は反射部３０から反射された拡張現実画像光を瞳孔に伝達するように透過させる機能も果たす。

【0010】

フレーム部６０は画像出射部４０と光学手段１０とを固定及び支持する手段であり、例えばメガネの枠のようなものであることができる。

【0011】

画像出射部４０は拡張現実用画像に相応する画像光である拡張現実画像光を出射する手段であり、例えば拡張現実用画像を画面に表示して拡張現実画像光を放射する小型ディスプレイ装置と、ディスプレイ装置から放射される画像光を平行光に視準するためのコリメーター（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）とを備えることができる。

【0012】

反射部３０は画像出射部４０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。

【0013】

図１の反射部３０は、人の瞳孔の大きさより小さい大きさ、すなわち８ｍｍ以下に形成されている。このように反射部３０を瞳孔の大きさより小さく形成すれば、反射部３０を通して瞳孔に入射する光に対する深度をほぼ無限大に近く、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（ＤｅｐｔｈｏｆＦｉｅｌｄ）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大きくなることを意味し、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、これに関係なく拡張現実用画像の焦点はいつも合う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（ｐｉｎｈｏｌｅｅｆｆｅｃｔ）と言える。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かかわらず、拡張現実用画像に対してはいつも鮮明な仮想映像を提供することができる。

【0014】

しかし、このような技術は画像出射部４０に平行光のためのコリメーターなどのような追加的な光学手段が必要であるので、装置の大きさ、厚さ及び嵩が大きくなるという限界がある。

【0015】

このような問題を解決するために、画像出射部４０にコリメーターを使わず、光学手段１０の内部に凹面鏡のような反射部を埋め込んで配置することによってコリメーターの機能を果たすようにする方法を思うことができる。このような構成によれば、画像出射部４０の大きさ、厚さ及び嵩を減らすことができる利点がある。

【0016】

図２は画像出射部４０にコリメーターを備えた図１の拡張現実用光学装置１００と、コリメーターの機能を果たす補助反射部２０が内部に配置された拡張現実用光学装置１００－１との側面図を比較して示した図である。

【0017】

図２の左側に示す図１の拡張現実用光学装置１００は画像出射部４０がディスプレイ装置４１とコリメーター４２とからなり、図２の右側の拡張現実用光学装置１００－１は画像出射部４０がコリメーター４２なしにディスプレイ装置４１のみからなっていることが分かる。

【0018】

図２の右側の拡張現実用光学装置１００－１は、画像出射部４０にコリメーター４２を使わない代わり、光学手段１０の内部にコリメーターの機能を果たすことができる凹面鏡形態の補助反射部２０が配置されており、画像出射部４０から出射した拡張現実画像光は補助反射部２０によって反射されてから反射部３０に伝達され、反射部３０は伝達された拡張現実画像光を瞳孔に伝達することになる。

【0019】

このように、図２の右側に示すような拡張現実用光学装置１００－１は図１の拡張現実用光学装置１００のような機能を果たしながらも、画像出射部４０にコリメーターのような構成を使わないので、図２の左側に示すような外装型コリメーターを使う拡張現実用光学装置１００に比べて、大きさ、嵩、厚さ、重さなどのフォームファクターを著しく減らすことができる利点がある。

【0020】

しかし、図２の右側に示すような拡張現実用光学装置１００－１は、ゴーストイメージを発生させる意図せぬ実際事物画像光も瞳孔に伝達することがあるという問題がある。

【0021】

図３は拡張現実用光学装置１００－１のゴーストイメージの発生原理を説明するための図である。

【0022】

図３を参照すると、実際事物からの画像光である実際事物画像光は光学手段１０を介して瞳孔に直接伝達されるとともに、補助反射部２０によって反射されて瞳孔に伝達される雑光が存在し、雑光によって瞳孔に伝達された実際事物画像光は光学手段１０を介して瞳孔に直接伝達された実際事物画像光と違う位置に像が形成されることによってゴーストイメージを発生させることになる。

【0023】

したがって、フォームファクターを減らすために補助反射部２０を使う図２のような内装型コリメーターを使う拡張現実用光学装置１００－１で発生し得るゴーストイメージの問題を解決するとともに、前述したように、視野角（ＦＯＶ、ＦｉｅｌｄｏｆＶｉｅｗ）を拡張させ、装置の大きさ、厚さ、重さ及び嵩を減らすことができ、拡張現実画像光の光効率を高めることができるコンパクト型拡張現実用光学装置が要望されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0024】

【特許文献1】韓国登録特許第１０－１６６０５１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0025】

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、大きさ、厚さ、重さ及び嵩を著しく減らすことができ、ゴーストイメージを効率的に遮断するとともに広い視野角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ことを目的とする。

【0026】

また、本発明は、ゴーストイメージを発生させることができる実際世界の画像光が使用者の瞳孔側に進行することを最小化することにより、シースルー（ｓｅｅ－ｔｈｒｏｕｇｈ）性をより極大化するとともに鮮明な仮想イメージを提供することができ、拡張現実画像光を瞳孔に反射させて伝達する複数の反射部の配置構造を用いることにより広い視野角を提供するとともに拡張現実画像光がアイボックスに伝達される光効率を改善することができるコンパクト型拡張現実用光学装置を提供することを他の目的とする。

【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、ゴーストイメージ遮断機能及び広視野角を有するコンパクト型拡張現実用光学装置であって、実際事物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る光学手段と、前記光学手段の内部に配置され、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である拡張現実画像光を第２反射手段に伝達する第１反射手段と、前記光学手段の内部に配置され、前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光を使用者の目の瞳孔に向けて反射させ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第２反射手段とを含み、前記光学手段は、実際事物画像光が入射する第１面と、前記第２反射手段を介して伝達される拡張現実画像光及び実際事物画像光が使用者の目の瞳孔に向かって出射する第２面とを含み、前記画像出射部から出射した拡張現実画像光は前記光学手段の内部を通して前記第１反射手段に伝達されるか、あるいは前記光学手段の内面で全反射されて第１反射手段に伝達され、前記拡張現実画像光を反射させる第１反射手段の反射面は、実際事物画像光が入射する光学手段の第１面に向かうように配置され、前記第２反射手段は、前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光をそれぞれ反射させて使用者の瞳孔に伝達するように前記光学手段の内部に配置される複数の反射部から構成され、前記第２反射手段を構成する複数の反射部は、前記第１反射手段からの距離が遠いほど前記光学手段の第２面に段々近くなるように前記光学手段の内部に配置されることを特徴とする拡張現実用光学装置を提供する。

【0028】

ここで、前記第１反射手段は前記第２反射手段を挟んで画像出射部と対向するように前記光学手段の内部に配置されることができる。

【0029】

また、前記第１反射手段の反射面は曲面に形成されることができる。

【0030】

また、前記第１反射手段の反射面は光学手段の第１面側に凹むように形成されることができる。

【0031】

また、前記第１反射手段の幅方向の長さは４ｍｍ以下であることができる。

【0032】

また、前記第１反射手段は、光を部分的に反射させるハーフミラー（ｈａｌｆｍｉｒｒｏｒ）または光を波長によって選択的に透過させるノッチフィルターから形成されることができる。

【0033】

また、前記第１反射手段は、屈折素子または回折素子から形成されることができる。

【0034】

また、前記第１反射手段の拡張現実画像光を反射させる反射面の反対面が光を反射せずに吸収する素材でコーティングされることができる。

【0035】

また、前記第２反射手段を構成する複数の反射部は、前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光を瞳孔に向けて反射させて伝達するように前記光学手段の第２面に対して傾斜角を有するように配置されることができる。

【0036】

また、前記複数の反射部のそれぞれは、４ｍｍ以下の大きさに形成されることができる。

【0037】

また、前記複数の反射部のそれぞれの大きさは、各反射部の縁境界線上の任意の２点間の最大長であることができる。

【0038】

また、前記複数の反射部のそれぞれの大きさは、使用者の瞳孔と各反射部との間の直線に垂直でありながら瞳孔の中心を含む平面に反射部を投映した正射影の縁境界線上の任意の２点間の最大長であることができる。

【0039】

また、前記複数の反射部のそれぞれは、前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光が他の反射部によって遮断されないように配置されることができる。

【0040】

また、前記複数の反射部のそれぞれの大きさは部分的に互いに異なることができる。

【0041】

また、前記複数の反射部の中で少なくとも一部の反射部の間隔が他の反射部の間隔と異なるように配置されることができる。

【0042】

また、前記複数の反射部の中で少なくとも一部は光を部分的に反射させるハーフミラー、または光を波長によって選択的に透過させるノッチフィルターから形成されることができる。

【0043】

また、前記複数の反射部の中で少なくとも一部は屈折素子または回折素子から形成されることができる。

【0044】

また、前記複数の反射部の中で少なくとも一部において、拡張現実画像光を反射させる面の反対面が光を反射せずに吸収する素材でコーティングされることができる。

【0045】

また、前記複数の反射部の中で少なくとも一部の表面が曲面に形成されることができる。

【0046】

また、前記複数の反射部の中で少なくとも一部の前記光学手段に対する傾斜角は他の反射部と異なるように形成されることができる。

【0047】

また、前記第２反射手段は複数から構成され、前記光学手段を使用者の瞳孔の正面に置いたとき、瞳孔から正面の方向をｘ軸とすれば、前記画像出射部はｘ軸と直交する直線上に位置するように光学手段の外部または内部に配置され、前記画像出射部からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に沿って平行でありながら光学手段の第１面と第２面との間を通る線分の中でいずれか一つをｙ軸といい、これらのｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、前記複数の第２反射手段は前記ｚ軸方向に沿って互いに平行に離隔して配置されることができる。

【0048】

また、前記それぞれの第２反射手段を構成する複数の反射部は、隣接した第２反射手段を構成する複数の反射部の中でいずれか一つと一緒にｚ軸に平行な仮想の直線に沿って位置するように並んで配置されることができる。

【0049】

また、前記それぞれの第２反射手段を構成する複数の反射部の中で少なくとも一部は、隣接した第２反射手段を構成する複数の反射部に対してｚ軸に平行な仮想の直線上に並んで位置しないように配置されることができる。

【0050】

また、前記光学手段を使用者の瞳孔の正面に置いたとき、瞳孔から正面の方向をｘ軸とすれば、画像出射部はｘ軸と直交する直線上に位置するように光学手段の外部または内部に配置され、前記画像出射部からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に沿って平行でありながら光学手段の第１面と第２面との間を通る線分の中でいずれか一つをｙ軸といい、これらのｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、前記複数の反射部は前記ｚ軸に平行な仮想の直線に沿って延びたバー状に形成されることができる。

【0051】

また、前記第１反射手段は、前記ｘ軸方向に見たとき、中央部から左右の両端部側に行くほど第２反射部に段々近くなるように延びて形成されることができる。

【0052】

本発明の他の側面によれば、ゴーストイメージ遮断機能及び広視野角を有するコンパクト型拡張現実用光学装置であって、実際事物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る光学手段と、前記光学手段の内部に埋め込まれて配置され、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である拡張現実画像光を第２反射手段に伝達する第１反射手段と、前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光を使用者の目の瞳孔に向けて反射させて伝達するように前記光学手段の内部に埋め込まれて配置される複数の反射部を含む第２反射手段とを含み、前記光学手段は、実際事物画像光が入射する第１面と、前記第２反射手段を介して伝達される拡張現実画像光及び実際事物画像光が使用者の目の瞳孔に向かって出射する第２面とを含み、前記第２反射手段は、前記第１反射手段からの距離にかかわらず、前記光学手段の第２面に対して同じ距離を有するか、第１反射手段からの距離が遠いほど前記光学手段の第２面に対して段々遠くなるように光学手段の内部に埋め込まれて配置される反射部から構成される第１反射部グループと、前記第１反射手段からの距離が遠いほど前記光学手段の第２面に対して段々近くなるように光学手段の内部に埋め込まれて配置される反射部から構成される第２反射部グループとを含み、前記第２反射部グループと前記第１反射手段との距離は前記第１反射部グループと前記第１反射手段との距離より小さいことを特徴とする拡張現実用光学装置を提供する。

【0053】

ここで、前記画像出射部から出射した拡張現実画像光は前記光学手段の内部を通して前記第１反射手段に伝達されるか、または前記光学手段の内面で少なくとも１回以上全反射されて第１反射手段に伝達されることができる。

【0054】

また、前記拡張現実画像光を反射させる第１反射手段の反射面は、実際事物画像光が入射する光学手段の第１面に向かうように配置されることができる。

【0055】

また、前記第１反射手段の反射面は曲面に形成されることができる。

【0056】

また、前記第１反射手段の反射面は光学手段の第１面側に凹むように形成されることができる。

【0057】

また、前記第１反射手段の幅方向の長さは４ｍｍ以下であることができる。

【0058】

【0059】

また、前記複数の反射部のそれぞれは、４ｍｍ以下の大きさを有するように形成されることができる。

【0060】

また、前記複数の反射部の中で少なくとも一部は、ハーフミラー、屈折素子または回折素子の中で少なくとも一つから形成されることができる。

【0061】

また、前記複数の反射部の中で少なくとも一部は、拡張現実画像光を反射させる面の反対面が光を反射せずに吸収する素材でコートされることができる。

【0062】

【0063】

また、前記第２反射手段のそれぞれは、それぞれの第２反射手段を構成する複数の反射部が、隣接した第２反射手段を構成する複数の反射部の中でいずれか一つと一緒にｚ軸に平行な仮想の直線に沿って位置するように並んで配置されることができる。

【0064】

また、前記第２反射手段のそれぞれは、複数の第２反射手段のそれぞれを構成する複数の反射部の中で少なくとも一部が、隣接した第２反射手段を構成する複数の反射部に対してｚ軸に平行な仮想の直線に沿って並んで位置しないように配置されることができる。

【0065】

【0066】

また、前記第１反射手段は、ｘ軸方向に見たとき、中央部から左右の両端部側に行くほど第２反射手段に段々近くなるように延びて形成されることができる。

【0067】

また、前記画像出射部から出射した拡張現実画像光が光学手段に入射する第３面が屈折能を有するように曲面に形成されることができる。

【0068】

また、前記画像出射部と前記第３面との間に補助光学手段が配置されることができる。

【0069】

また、前記第２反射手段は複数から構成され、前記光学手段を使用者の瞳孔の正面に置いたとき、瞳孔から正面の方向をｘ軸といい、画像出射部からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に沿って平行でありながら光学手段の内面の間を通る線分の中でいずれか一つをｙ軸といい、前記ｘ軸及びｙ軸と直交しながら光学手段の内面の間を通る線分をｚ軸というとき、前記それぞれの第２反射手段と光学手段の第２面との距離が全部同一でないように配置される第２反射手段が少なくとも一つ以上存在することができる。

【発明の効果】

【0070】

本発明によれば、大きさ、厚さ、重さ及び嵩を著しく減らすことができ、ゴーストイメージを効率的に遮断するとともに広い視野角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ことができる。

【0071】

また、本発明によれば、ゴーストイメージを発生させることができる実際世界の画像光が使用者の瞳孔側に進行することを最小化することによりシースルー（ｓｅｅ－ｔｈｒｏｕｇｈ）性をより極大化するとともに鮮明な仮想イメージを提供することができ、拡張現実画像光を瞳孔に反射させて伝達する複数の反射部の配置構造を用いることにより広い視野角を提供するとともに拡張現実画像光がアイボックスに伝達される光効率を改善することができるコンパクト型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】

【0072】

【図1】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１００を示す図である。

【図2】画像出射部４０にコリメーターを備えた図１の拡張現実用光学装置１００とコリメーターの機能を果たす補助反射部２０が内部に配置された拡張現実用光学装置１００－１との側面図を比較して示す図である。

【図3】拡張現実用光学装置１００－１のゴーストイメージの発生原理を説明するための図である。

【図4】本発明の第１実施例によるゴーストイメージ遮断機能及び広視野角を有するコンパクト型拡張現実用光学装置２００の構成を説明するための図であり、図４は拡張現実用光学装置２００の側面図である。

【図5】本発明の第１実施例によるゴーストイメージ遮断機能及び広視野角を有するコンパクト型拡張現実用光学装置２００の構成を説明するための図であり、図５は拡張現実用光学装置２００の斜視図である。

【図6】第１反射手段２０がゴーストイメージを遮断する原理を説明するための図である。

【図7】本発明の第１実施例の変形実施例による拡張現実用光学装置３００の構成を示す図であり、図７は拡張現実用光学装置３００の斜視図である。

【図8】本発明の第１実施例の変形実施例による拡張現実用光学装置３００の構成を示す図であり、図８は拡張現実用光学装置３００の正面図である。

【図9】本発明の第１実施例の他の変形実施例による拡張現実用光学装置４００の構成を示す図であり、図９は拡張現実用光学装置４００の斜視図である。

【図10】本発明の第１実施例の他の変形実施例による拡張現実用光学装置４００の構成を示す図であり、図１０は拡張現実用光学装置４００の正面図である。

【図11】本発明の第１実施例のさらに他の変形実施例による拡張現実用光学装置５００の構成を示す図であり、図１１は拡張現実用光学装置５００の斜視図である。

【図12】本発明の第１実施例のさらに他の変形実施例による拡張現実用光学装置５００の構成を示す図であり、図１２は拡張現実用光学装置５００の正面図である。

【図13】本発明の第２実施例による拡張現実用光学装置６００の側面図である。

【図14】本発明の第２実施例による拡張現実用光学装置６００の斜視図である。

【図15】光学手段１０の内面での全反射構造を説明するための図である。

【図16】光学手段１０の内面での全反射構造を説明するための図である。

【図17】光学手段１０の内面での全反射構造を説明するための図である。

【図18】光学手段１０の内面での全反射構造を説明するための図である。

【図19】光学手段１０の内面での全反射構造を説明するための図である。

【図20】光学手段１０の内面での全反射構造を説明するための図である。

【図21】本発明の第２実施例の変形実施例による拡張現実用光学装置７００の構成を示す図であり、図２１は拡張現実用光学装置７００の斜視図である。

【図22】本発明の第２実施例の変形実施例による拡張現実用光学装置７００の構成を示す図であり、図２２は拡張現実用光学装置７００の正面図である。

【図23】本発明の第２実施例の他の変形実施例による拡張現実用光学装置８００の構成を示す図であり、図２３は拡張現実用光学装置８００の斜視図である。

【図24】本発明の第２実施例の他の変形実施例による拡張現実用光学装置８００の構成を示す図であり、図２４は拡張現実用光学装置８００の正面図である。

【図25】本発明の第２実施例のさらに他の変形実施例による拡張現実用光学装置９００の構成を示す図であり、図２５は拡張現実用光学装置９００の斜視図である。

【図26】本発明の第２実施例のさらに他の変形実施例による拡張現実用光学装置９００の構成を示す図であり、図２６は拡張現実用光学装置９００の正面図である。

【図27】本発明の第３実施例による拡張現実用光学装置１０００の側面図である。

【図28】本発明の第３実施例の変形実施例による拡張現実用光学装置１１００の側面図である。

【図29】本発明の第４実施例による拡張現実用光学装置１２００を説明するための図であり、図２９は拡張現実用光学装置１２００を瞳孔５０側から見た正面図である。

【図30】本発明の第４実施例による拡張現実用光学装置１２００を説明するための図であり、図３０は拡張現実用光学装置１２００をｚ軸に垂直な面に向かって見たときの側面図である。

【図31】本発明の第４実施例による拡張現実用光学装置１２００を説明するための図であり、図３１は拡張現実用光学装置１２００をｙ軸に垂直な面に向かって見たときの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0073】

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。

【0074】

［第１実施例］

【0075】

まず、図４～図１２を参照して本発明による第１実施例及びその変形実施例について説明する。

【0076】

図４及び図５は本発明の第１実施例によるゴーストイメージ遮断機能及び広視野角を有するコンパクト型拡張現実用光学装置２００（以下、簡単に“拡張現実用光学装置２００”と言う）の構成を説明するための図であり、図４は拡張現実用光学装置２００の側面図、図５は拡張現実用光学装置２００の斜視図である。

【0077】

図４及び図５を参照すると、本実施例による拡張現実用光学装置２００は、光学手段１０、第１反射手段２０及び第２反射手段３０を含む。

【0078】

光学手段１０は、実際事物から出射した画像光である実際事物画像光の少なくとも一部を使用者の目の瞳孔５０に向けて透過させる手段である。

【0079】

ここで、実際事物画像光の少なくとも一部を瞳孔５０に向けて透過させるというのは実際事物画像光の光透過率が必ずしも１００％である必要はないという意味である。

【0080】

光学手段１０は、互いに対向するように配置された第１面１１及び第２面１２を備える。第１面１１は実際事物画像光が入射する面であり、第２面１２は第２反射手段３０で反射された拡張現実画像光及び第１面１１を通過した実際事物画像光が使用者の目の瞳孔５０に向かって出射する面である。

【0081】

図４及び図５は、画像出射部４０から出射する拡張現実画像光が光学手段１０の第１面１１で全反射されて第１反射手段２０に伝達される全反射構造を示すが、画像出射部４０から出射する拡張現実画像光は全反射されず、光学手段１０の内部を通して直接第１反射手段２０に伝達されることもできる。

【0082】

全反射構造を使わない場合、すなわち画像出射部４０から出射する拡張現実画像光が第１反射手段２０に直接伝達される場合には、第１反射手段２０の角度を考慮して画像出射部４０を光学手段１０の外部または内部の適切な位置に配置することができる。

【0083】

光学手段１０の内面で全反射される全反射構造を使う場合、図４及び図５に示すように、画像出射部４０から出射する拡張現実画像光は光学手段１０の第１面１１で全反射されて第１反射手段２０に伝達され、第１反射手段２０で反射された拡張現実画像光は第２反射手段３０でさらに反射されて光学手段１０の第２面１２を通して瞳孔５０に出射する。

【0084】

ここで、第２反射手段３０は複数の反射部３１～３５から構成され、本明細書で、第２反射手段３０は複数の反射部３１～３５を通称するものとする。第２反射手段３０の詳細構成については後述する。

【0085】

画像出射部４０は拡張現実用画像に相応する画像光である拡張現実画像光を出射する手段である。画像出射部４０は、前述したように、拡張現実画像光を第１反射手段２０に出射させるか光学手段１０の第１面１１側に出射させ、例えば小型のＬＣＤのようなディスプレイ装置であることができる。このような画像出射部４０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、ここでは詳細説明は省略する。ただし、本実施例画像出射部４０は、先に背景技術の部分で説明したようなコリメーターのような構成は含まない。

【0086】

一方、拡張現実用画像とは、画像出射部４０、光学手段１０、第１反射手段２０及び第２反射手段３０を介して使用者の瞳孔５０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または動画のようなものであることができる。

【0087】

このような拡張現実用画像は画像出射部４０、光学手段１０、第１反射手段２０及び第２反射手段３０によって使用者の瞳孔５０に伝達されることにより使用者に仮想画像として提供され、これと同時に使用者は実際世界に存在する実際事物から出射する実際事物画像光を光学手段１０を介して伝達されることによって拡張現実サービスを受けることができる。

【0088】

第１反射手段２０は光学手段１０の内部に配置され、画像出射部４０から出射した拡張現実画像光を第２反射手段３０に伝達する手段である。

【0089】

前述したように、画像出射部４０は第１反射手段２０または光学手段１０の第１面１１に向けて拡張現実画像光を出射させる。全反射構造を使う場合、光学手段１０の第１面１１で全反射された拡張現実画像光は第１反射手段２０に伝達され、第１反射手段２０で反射された拡張現実画像光は第２反射手段３０に伝達され、第２反射手段３０でさらに反射されて瞳孔５０に向かって出射する。

【0090】

全反射構造ではない場合、画像出射部４０から出射した拡張現実画像光は第１反射手段２０に直接伝達され、第１反射手段２０で反射された拡張現実画像光は第２反射手段３０に伝達される。第２反射手段３０に伝達された拡張現実画像光は第２反射手段３０でさらに反射されて瞳孔５０に向かって出射する。

【0091】

第１反射手段２０は、全反射構造を使う場合、第２反射手段３０を挟んで画像出射部４０と対向するように光学手段１０の内部に配置される。

【0092】

また、第１反射手段２０は、第２反射手段３０に向けて拡張現実用画像光を反射させることができるように、光学手段１０の第１面１１と第２面１２との間の内部に埋め込まれて配置される。すなわち、第１反射手段２０は画像出射部４０から出射した拡張現実画像光または光学手段１０の第１面１１で反射されて伝達される拡張現実画像光を第２反射手段３０で反射させて伝達することができるように、第１面１１と第２面１２との間の光学手段１０の内部に埋め込まれて配置される。ここで、埋め込まれて配置されるというのは、第１反射手段２０が光学手段１０の第１面１１及び第２面１２から距離を置いて離隔して光学手段１０の内部空間に配置されることを意味する。

【0093】

また、第１反射手段２０は、拡張現実画像光を反射させる第１反射手段２０の反射面２１が実際事物画像光が入射する光学手段１０の第１面１１に向かうように、光学手段１０の内部に配置される。このような構成によって、第１反射手段２０は拡張現実画像光を第２反射手段３０に伝達するとともに、実際事物から出射する実際事物画像光の中でゴーストイメージを発生させる雑光を第２反射手段３０または光学手段１０の第２面１２を介して瞳孔５０に伝達せずに濾す機能を果たすことができる。

【0094】

一方、第１反射手段２０の反射面２１は曲面に形成されることができる。例えば、第１反射手段２０の反射面２１は、図４及び図５に示すように、光学手段１０の第１面１１の方向に凹むように形成された凹面鏡であることができる。このような場合、第１反射手段２０が画像出射部４０から出射した拡張現実画像光を視準させるコリメーター（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）としての役割を果たすことができ、よって画像出射部４０にコリメーターのような構成を使う必要がない。

【0095】

図６は第１反射手段２０がゴーストイメージを遮断する原理を説明するための図である。

【0096】

図６では、説明の便宜のために、第２反射手段３０は省略した。

【0097】

図６に示すように、実際事物から出射してゴーストイメージを発生させることができる実際事物画像光（雑光）は第１反射手段２０に入射する。ここで、前述したように、第１反射手段２０は実際事物画像光が入射する光学手段１０の第１面１１に向かうように配置されているので、第１反射手段２０の反射面２１で反射された実際事物画像光（雑光）は光学手段１０の第２面１２に向かって出射し、光学手段１０の第２面１２でさらに全反射されて画像出射部４０の方向に伝達されることが分かる。よって、実際事物から出射してゴーストイメージを発生させることができる雑光である実際事物画像光は光学手段１０の内部で消滅され、瞳孔５０側に進行しないことが分かる。

【0098】

ただ、このような原理は第１反射手段２０で反射された実際事物画像光（雑光）が光学手段１０の外部に進行しないようにするための基本的な原理を説明したものであり、実際には光学手段１０の形態、屈折率、目と第１反射手段２０の位置、瞳孔の大きさ及びアイレリーフ（ｅｙｅｒｅｌｉｅｆ）などを考慮して第１反射手段２０で反射されて瞳孔５０に入る外部光（雑光）を最小化することができるように第１反射手段２０の位置及び方向を適宜調節しなければならない。

【0099】

一方、後述するように、第２反射手段３０の大きさはヒトの一般的な瞳孔の大きさである８ｍｍ以下、より好ましくは４ｍｍ以下である。このような点を考慮して、第１反射手段２０の幅方向の長さは第２反射手段３０の大きさに相応するように８ｍｍ以下、より好ましくは４ｍｍ以下である。

【0100】

ここで、第１反射手段２０の幅方向の長さとは、図４及び図５では、光学手段１０の第１面１１と第２面１２との間の長さを意味する。

【0101】

また、第１反射手段２０の幅方向の長さは、図５で、外部からｚ軸の方向に垂直な面に向かって第１反射手段２０を見るとき、第１反射手段２０の両端部の間の長さであることができる。

【0102】

また、第１反射手段２０は、使用者が瞳孔５０を通して第１反射手段２０をできるだけ認識することができないようにするために、使用者が瞳孔５０を通して正面から光学手段１０を見たときに見える厚さを非常に薄くすることが好ましい。

【0103】

また、第１反射手段２０は光を部分的に反射させるハーフミラー（ｈａｌｆｍｉｒｒｏｒ）のような手段から構成されることもできる。

【0104】

また、第１反射手段２０は反射手段の他の屈折素子または回折素子から形成されることもできる。

【0105】

また、第１反射手段２０は、光を波長によって選択的に透過させるノッチフィルター（ｎｏｔｃｈｆｉｌｔｅｒ）などのような光学素子から形成されることもできる。

【0106】

また、第１反射手段２０の拡張現実画像光を反射させる反射面２１の反対面を、光を反射せずに吸収する素材でコーティングすることもできる。

【0107】

また、図４及び図５を参照して第２反射手段３０について説明する。

【0108】

第２反射手段３０は光学手段１０の内部に配置され、第１反射手段２０から伝達される拡張現実画像光を使用者の目の瞳孔５０に向けて反射させ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手段であり、複数の反射部３１～３５から形成される。

【0109】

複数の反射部３１～３５は、第１反射手段２０から伝達される拡張現実画像光をそれぞれ反射させて使用者の瞳孔５０に伝達することができるように、光学手段１０の内部に埋め込まれて配置される。すなわち、複数の反射部３１～３５も光学手段１０の第１面１１及び第２面１２から距離を置いて離隔して光学手段１０の内部空間に配置される。

【0110】

前述したように、画像出射部４０から出射した拡張現実画像光は第１反射手段２０を介して第２反射手段３０に伝達されるので、第２反射手段３０を構成する複数の反射部３１～３５は第１反射手段２０及び瞳孔５０の位置を考慮して光学手段１０の第２面１２に対して適切な傾斜角を有するように配置される。

【0111】

複数の反射部３１～３５は、先に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を得ることができるように、ヒトの瞳孔の大きさより小さい大きさ、すなわち８ｍｍ以下、より好ましくは４ｍｍ以下に形成される。

【0112】

すなわち、複数の反射部３１～３５はヒトの一般的な瞳孔の大きさより小さい大きさを有するように形成される。これにより、各反射部３１～３５を介して瞳孔５０に入射する光に対する深度（ＤｅｐｔｈｏｆＦｉｅｌｄ）をほぼ無限大に近く、すなわち深度を非常に深くすることができ、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、これに関係なく拡張現実用画像の焦点はいつも合うものと認識するようにするピンホール効果（ｐｉｎｈｏｌｅｅｆｆｅｃｔ）を発生させることができる。

【0113】

ここで、複数の反射部３１～３５のそれぞれの大きさとは、各反射部３１～３５の縁境界線上の任意の２点間の最大長を意味するものと定義する。

【0114】

また、複数の反射部３１～３５のそれぞれの大きさは、瞳孔５０と反射部３１～３５との間の直線に垂直でありながら瞳孔５０の中心を含む平面に各反射部３１～３５を投映した正射影の縁境界線上の任意の２点間の最大長であることができる。

【0115】

一方、本発明で、反射部３１～３５の大きさがあまりにも小さい場合には反射部３１～３５での回折（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）現象が大きくなることができるので、反射部３１～３５のそれぞれの大きさは、例えば０．３ｍｍよりは大きいことが好ましい。

【0116】

また、反射部３１～３５のそれぞれの形状は円形であることが好ましい。ここで、反射部３１～３５の形状は、瞳孔５０から反射部３１～３７を見たとき、円形と見えるように形成することもできる。

【0117】

一方、複数の反射部３１～３５のそれぞれは第１反射手段２０から伝達される拡張現実画像光が他の反射部３１～３５によって遮断されないように配置される。このために、複数の反射部３１～３５は、図４及び図５の実施例で、第１反射手段２０からの距離が遠いほど拡張現実画像光が瞳孔５０に向かって出射する光学手段１０の内面、すなわち光学手段１０の第２面１２に段々近くなるように光学手段１０の内部に配置されることができる。

【0118】

図４及び図５に示すように、光学手段１０を使用者の瞳孔５０の正面に置いたとき、瞳孔５０から正面方向をｘ軸とすれば、画像出射部４０はｘ軸と直交する直線上に位置するように光学手段１０の外部または内部に配置される。

【0119】

ここで、画像出射部４０からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に沿って平行でありながら光学手段１０の第１面１１と第２面１２との間を通る線分の中でいずれか一つをｙ軸といい、これらのｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸とするとき、複数の反射部３１～３５は、外部から前記ｚ軸に垂直な面に向かって光学手段１０を見たとき、図４に示すように、第１反射手段２０からの距離が遠いほど光学手段１０の第２面１２に段々近くなるように光学手段１０の内部に配置される。

【0120】

このような構成によれば、画像出射部４０のいずれか一点から出射した拡張現実画像光は光学手段１０の第１面１１で全反射され、コリメーターとしての機能を果たす第１反射手段２０に伝達され、第１反射手段２０で反射された拡張現実画像光は複数の反射部３１～３５にそれぞれ伝達され、それぞれの反射部３１～３５で反射された拡張現実画像光は瞳孔５０を通して使用者の網膜の一点に伝達されて像を形成することが分かる。

【0121】

ここで、複数の反射部３１～３５の大きさは全部同一である必要はなく、部分的に互いに異なるようにすることもできる。

【0122】

また、複数の反射部３１～３５は互いに同じ離隔して配置されることが好ましいが、少なくとも一部の反射部３１～３５の間隔を他の反射部３１～３５の間隔と異なるように配置することもできる。

【0123】

また、複数の反射部３１～３５の少なくとも一部は光を部分的に反射させるハーフミラー（ｈａｌｆｍｉｒｒｏｒ）のような手段から構成することもできる。

【0124】

また、複数の反射部３１～３５の少なくとも一部は、反射手段の他の屈折素子または回折素子から形成することもできる。

【0125】

また、複数の反射部３１～３５の中で少なくとも一部は光を波長によって選択的に透過させるノッチフィルター（ｎｏｔｃｈｆｉｌｔｅｒ）などのような光学素子から構成されることができる。

【0126】

また、複数の反射部３１～３５の中で少なくとも一部に対して、拡張現実画像光を反射させる面の反対面を、光を反射せずに吸収する素材でコーティングすることもできる。

【0127】

また、複数の反射部３１～３５の中で少なくとも一部の表面を曲面に形成することもできる。ここで、前記曲面は凹面または凸面であることができる。

【0128】

また、複数の反射部３１～３５の中で少なくとも一部の光学手段１０に対する傾斜角は他の反射部３１～３５と異なるように形成することができる。

【0129】

図７及び図８は本発明の第１実施例の変形実施例による拡張現実用光学装置３００の構成を示す図であり、図７は拡張現実用光学装置３００の斜視図、図８は拡張現実用光学装置３００の正面図である。

【0130】

図７及び図８の拡張現実用光学装置３００は、図４～図６の拡張現実用光学装置２００と基本的な構成は同一であるが、複数の反射部３１～３５から構成される第２反射手段３０１～３０４が複数から形成されたことを特徴とする。

【0131】

ここで、複数の第２反射手段３０１～３０４は次のような配置構造を有する。すなわち、前述したように、光学手段１０を使用者の瞳孔５０の正面に置いたとき、瞳孔５０から正面方向をｘ軸とすれば、画像出射部４０はｘ軸と直交する直線上に位置するように光学手段１０の外部または内部に配置される。

【0132】

また、画像出射部４０からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に沿って平行でありながら光学手段１０の第１面１１と第２面１２との間を通る線分の中でいずれか一つをｙ軸といい、これらのｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、複数の第２反射手段３０１～３０４は前記ｚ軸方向に沿って互いに平行に離隔して配置される。

【0133】

ここで、それぞれの第２反射手段３０１～３０４を構成する複数の反射部３１～３５のそれぞれは、隣接した第２反射手段３０１～３０４、すなわち両側の第２反射手段３０１～３０４を構成する複数の反射部３１～３５の中でいずれか一つと一緒にｚ軸に平行な仮想の直線に沿って位置するように並んで配置されることができる。この場合、光学手段１０をｚ軸に垂直な平面に向かって見れば、複数の第２反射手段３０１～３０４は図４に示したものと同じに見える。

【0134】

図７及び図８の実施例によれば、図４～図６の拡張現実用光学装置２００と同じ作用効果を有しながらもｚ軸方向の視野角及びアイボックス（ｅｙｅｂｏｘ）を広げることができる利点がある。

【0135】

図９及び図１０は本発明の第１実施例の他の変形実施例による拡張現実用光学装置４００の構成を示す図であり、図９は拡張現実用光学装置４００の斜視図、図１０は拡張現実用光学装置４００の正面図である。

【0136】

図９及び図１０の実施例の拡張現実用光学装置４００は、図７及び図８で説明した拡張現実用光学装置３００と基本的に同様であるが、複数の第２反射手段３０１～３０４のそれぞれを構成する複数の反射部３１～３５の中で少なくとも一部は、隣接した第２反射手段３０１～３０４を構成する複数の反射部３１～３５に対してｚ軸に平行な仮想の直線上に並んで位置しないように配置されることを特徴とする。

【0137】

すなわち、図９及び図１０に示すように、ｚ軸の右側方向から互いに隣り合う一番目の第２反射手段３０１の反射部３１～３５と二番目の第２反射手段３０２の反射部３１～３５とをｙ軸方向の上側（画像出射部４０側）から順に比較してみれば、一番目の第２反射手段３０１のそれぞれの反射部３１～３５は二番目の第２反射手段３０２のすべての反射部３１～３５に対してｚ軸に平行な仮想の直線に沿って位置しないように配置されていることが分かる。すなわち、一番目の第２反射手段３０１の反射部３１～３５と二番目の第２反射手段３０２の反射部３１～３５とは、ｚ軸方向に垂直な面に向かって外部から見るとき、ｚ軸に平行に整列されておらず互いにずれて配置されていることが分かる。

【0138】

図１１及び図１２は本発明の第１実施例のさらに他の変形実施例による拡張現実用光学装置５００の構成を示す図であり、図１１は拡張現実用光学装置５００の斜視図、図１２は拡張現実用光学装置５００の正面図である。

【0139】

図１１及び図１２の拡張現実用光学装置５００は図４及び図５を参照して説明した実施例と基本的に同様であるが、複数の反射部３１～３５がｚ軸に平行な仮想の直線に沿って延びたバー（ｂａｒ）状に形成されたことを特徴とする。

【0140】

すなわち、前述したように、光学手段１０を使用者の瞳孔５０の正面に置いたとき、瞳孔５０から正面方向をｘ軸とすれば、画像出射部４０はｘ軸と直交する直線上に位置するように光学手段１０の外部または内部に配置される。

【0141】

また、画像出射部４０からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に沿って平行でありながら光学手段１０の第１面１１と第２面１２との間を通る線分の中でいずれか一つをｙ軸といい、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、複数の反射部３１～３５は前記ｚ軸に平行な仮想の直線に沿って延びたバー（ｂａｒ）状に形成される。

【0142】

本実施例の場合にも、ｚ軸に垂直な平面に向かって光学手段１０を見たとき、複数の反射部３１～３５は図４に示したものと同じに見える。

【0143】

一方、図４～図１２の実施例で、第１反射手段２０は、ｘ軸に垂直な面に向かって光学手段１０を見たとき、中央部から左右の両端部側に行くほど第２反射手段３０１～３０４に段々近くなるように延びて形成され、全体的に緩やかな“Ｕ”字形のバー状に形成される。

【0144】

ここで、第１反射手段２０のｚ軸方向への全長は、複数の第２反射手段３０１～３０４の全体のｚ軸方向の長さに相応するかこれよりちょっと長いように延設されることができる。

【0145】

この場合にも、第１反射手段２０の幅方向の長さは４ｍｍ以下であり、拡張現実画像光を反射させる反射面２１が実際事物画像光が入射する光学手段１０の第１面１１に向かって凹んでいる形態に形成されることができる。

【0146】

［第２実施例］

【0147】

以下、図１３～図３１を参照して本発明による第２実施例及び第２実施例の変形実施例について説明する。

【0148】

図１３及び図１４は本発明の第２実施例による拡張現実用光学装置６００の側面図及び斜視図を示す図である。

【0149】

図１３及び図１４を参照すると、本実施例による拡張現実用光学装置６００は、光学手段１０、第１反射手段２０及び第２反射手段３０を含む。

【0150】

本実施例による拡張現実用光学装置６００は、図４及び図５を参照して説明した拡張現実用光学装置２００と基本的に同様であるが、第２反射手段３０を構成する複数の反射部３１～３５の配置構造に違いがある。

【0151】

すなわち、図１３及び図１４の拡張現実用光学装置６００の第２反射手段３０を複数の反射部３１、３２から構成される第１反射部グループ３０Ａと、複数の反射部３３～３５から構成される第２反射部グループ３０Ｂとから構成し、第２反射部グループ３０Ｂと第１反射手段２０との間の距離を第１反射部グループ３０Ａと第１反射手段２０との間の距離より小さくしたことを特徴とする。

【0152】

ここで、第１反射部グループ３０Ａを構成する複数の反射部３１、３２は、図１３に示すように、第１反射手段２０からの距離が遠いほど光学手段１０の第２面１２に対して段々遠くなるように光学手段１０の内部に埋め込まれて配置される。ただ、これは例示的なものであり、複数の反射部３１、３２は、第１反射手段２０からの距離にかかわらず、光学手段１０の第２面１２に対して同じ距離を有することもできる。

【0153】

また、第２反射部グループ３０Ｂを構成する複数の反射部３３～３５は、第１反射手段２０からの距離が遠いほど光学手段１０の第２面１２に対して段々近くなるように光学手段１０の内部に埋め込まれて配置される。

【0154】

図１３及び図１４を参照すると、光学手段１０を使用者の瞳孔５０の正面に置いたとき、瞳孔５０から正面方向をｘ軸とすれば、画像出射部４０はｘ軸と直交する直線上に位置するように光学手段１０の外部または内部に配置される。

【0155】

また、画像出射部４０からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に沿って平行でありながら光学手段１０の第１面１１と第２面１２との間を通る線分の中でいずれか一つをｙ軸といい、これらのｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、ｚ軸に垂直な面に向かって光学手段１０を見たとき、複数の反射部３１～３５は、図１３に示すもののように、全体的に緩やかな“Ｃ”字形に配置されたもののように見える。

【0156】

図１３及び図１４は第１反射部グループ３０Ａを構成する複数の反射部３１、３２が第１反射手段２０からの距離が遠いほど光学手段１０の第２面１２に対して段々遠くなるように配置された形態のみを示すが、第１反射部グループ３０Ａを構成する複数の反射部３１、３２は、第１反射手段２０からの距離にかかわらず、光学手段の第２面１２に対して同じ距離を有するように配置されることもできる。

【0157】

ここで、光学手段１０の第１面１１及び第２面１２の中で少なくとも一つが曲面に形成されるか、瞳孔５０の中心から正面方向の直線、すなわちｘ軸に対する垂直平面に平行でなく傾斜角を有するように形成される場合があり得るので、第１反射手段２０からの距離が遠いほど光学手段１０の第２面１２に対して段々遠く配置されるというのは、第１反射手段２０からの距離が遠いほど瞳孔５０から正面方向の直線に対する垂直平面であって第２面１２と瞳孔５０との間に存在する垂直平面に対して段々遠く配置されることを意味する。

【0158】

同様に、第１反射手段２０からの距離が遠いほど光学手段１０の第２面１２に段々近く配置されるというのは、第１反射手段２０からの距離が遠いほど瞳孔５０から正面方向の直線に対する垂直平面であって第２面１２と瞳孔５０との間に存在する垂直平面に段々近く位置するように配置されることを意味する。

【0159】

このような構成によれば、図１３に示すように、画像出射部４０のいずれか一点から出射した拡張現実画像光はコリメーターの機能を果たす第１反射手段２０によって反射されて複数の反射部３１～３５にそれぞれ伝達され、それぞれの反射部３１～３５で反射された拡張現実画像光は瞳孔５０を通して使用者の網膜の一点に伝達されて像を形成することが分かる。

【0160】

一方、図１３及び図１４は、第１反射部グループ３０Ａが互いに隣り合う反射部３１、３２によって連続的に構成されるものとして示したが、これは例示的なものであり、例えば、隣り合わない反射部によって第１反射部グループ３０Ａを構成することもできる。これは第２反射部グループ３０Ｂの場合にも同様である。

【0161】

また、第１反射部グループ３０Ａ及び第２反射部グループ３０Ｂは複数から構成することもできるというのは言うまでもない。

【0162】

また、第２反射手段３０を構成する複数の反射部３１～３５のすべてが第１反射部グループ３０Ａ及び第２反射部グループ３０Ｂのいずれか一つに必ず含まれなければならないものではなく、第２反射手段３０を構成する複数の反射部３１～３５の一部のみで第１反射部グループ３０Ａ及び第２反射部グループ３０Ｂを構成することもできる。

【0163】

一方、図１３及び図１４の実施例で、第２反射手段３０のその他の構成上の特徴と光学手段１０及び第１反射手段２０は先に図４～図１２を参照して説明した第１実施例と同様であるので、その詳細説明は省略する。

【0164】

一方、第２実施例でも、画像出射部４０から出射した拡張現実画像光が光学手段１０の第１面１１で１回全反射されてから第１反射手段２０に伝達されるものとして説明したが、全反射されないかまたは２回以上全反射される構成も可能である。

【0165】

図１５～図２０は光学手段１０の内面での全反射構造を説明するための図である。

【0166】

図１５は光学手段１０の内面で全反射されない場合を示す図である。図示のように、画像出射部４０から出射する拡張現実画像光は全反射なしに第１反射手段２０に光学手段１０の内部を通して直接伝達され、第１反射手段２０で反射された拡張現実画像光は第２反射手段３０、すなわち複数の反射部３１～３５で反射されて瞳孔５０に伝達されることが分かる。

【0167】

図１６は光学手段１０の内面で２回全反射される場合を示す図である。図示のように、画像出射部４０から出射する拡張現実画像光は光学手段１０の第１面１１で全反射されて第１反射手段２０に伝達され、第１反射手段２０で反射された拡張現実画像光はさらに光学手段１０の第１面１１側に出射して第１面１１でさらに全反射されてから第２反射手段３０に伝達され、ここでさらに反射されて瞳孔５０に伝達されることが分かる。

【0168】

図１６は、ｚ軸に垂直な面に向かって図１５の光学手段１０を見るとき、図１５の光学手段１０をｘ軸上で二等分した後、二等分線を第１面１１とし、これを基準に図１５の第１反射手段２０を対称移動させたものと実質的に同一であることが分かる。

【0169】

図１７は光学手段１０の内面で全反射されない他の場合を示す図である。図示のように、画像出射部４０から出射する拡張現実画像光は全反射なしに第１反射手段２０に光学手段１０の内部を通して直接伝達され、第１反射手段２０で反射された拡張現実画像光は第２反射手段３０、すなわち複数の反射部３１～３５で反射されて瞳孔５０に伝達されることが分かる。

【0170】

図１７の例は図１５と類似しているが、画像出射部４０の位置及び第１反射手段２０の位置及び角度に違いがある。

【0171】

図１８は光学手段１０の内面で１回全反射されるさらに他の場合を示す図である。図示のように、画像出射部４０から出射する拡張現実画像光は第１反射手段２０に伝達され、第１反射手段２０で反射された拡張現実画像光は光学手段１０の第１面１１側に出射し、第１面１１でさらに全反射されてから第２反射手段３０に伝達され、ここでさらに反射されて瞳孔５０に伝達されることが分かる。

【0172】

図１８はｚ軸方向に垂直な面に向かって図１７の光学手段１０を見るとき、図１７の光学手段１０をｘ軸上で二等分した後、二等分線を第１面１１とし、これを基準に図１７の第１反射手段２０を対称移動させたものと実質的に同一であることが分かる。

【0173】

図１９は光学手段１０の内面で全反射されないさらに他の例を示す図である。図示のように、画像出射部４０から出射する拡張現実画像光は全反射なしに第１反射手段２０に光学手段１０の内部を通して直接伝達され、第１反射手段２０で反射された拡張現実画像光は第２反射手段３０、すなわち複数の反射部３１～３５で反射されて瞳孔５０に伝達されることが分かる。

【0174】

図１９の例は図１５及び図１７と類似しているが、画像出射部４０の位置及び大きさと第１反射手段２０の位置及び角度に違いがある。

【0175】

図２０は光学手段１０の内面で２回全反射されるさらに他の場合を示す図である。図示のように、画像出射部４０から出射する拡張現実画像光は第１反射手段２０に伝達され、第１反射手段２０で反射された拡張現実画像光は光学手段１０の第２面１２側に出射し、第２面１２でさらに全反射されてから第１面１１に伝達され、第１面１１でさらに全反射されて第２反射手段３０に伝達され、ここでさらに反射されて瞳孔５０に伝達されることが分かる。

【0176】

図２０はｚ軸に垂直な面に向かって図１９の光学手段１０を見るとき、光学手段１０をｘ軸上で三等分した後、三等分線のうち瞳孔５０に近い線を第１面１１として、三等分線を基準に図１９の第１反射手段２０を２回対称移動させたものと実質的に同一であることが分かる。

【0177】

図１５～図２０は光学手段１０の内部で全反射されないか少なくとも１回以上全反射される構造を例示的に示すが、これに限定されるものではなく、その他の全反射回数によって拡張現実画像光を反射手段２０に伝達することができるその他の多様な構造が可能であるというのは言うまでもない。

【0178】

また、図１５～図２０で説明した構造は、第１実施例にもそのまま適用することができるというのは言うまでもない。

【0179】

図２１及び図２２は本発明の第２実施例の変形実施例による拡張現実用光学装置７００の構成を示す図であり、図２１は拡張現実用光学装置７００の斜視図、図２２は拡張現実用光学装置７００の正面図である。

【0180】

図２１及び図２２の拡張現実用光学装置７００は、図１３及び図１４の拡張現実用光学装置６００と基本的な構成は同一であるが、複数の反射部３１～３５から構成される第２反射手段３０１～３０４が複数から形成されたことを特徴とする。

【0181】

ここで、複数の第２反射手段３０１、３０２、３０３、３０４は次のような配置構造を有する。すなわち、光学手段１０を使用者の瞳孔５０の正面に置いたとき、瞳孔５０から正面方向をｘ軸とすれば、画像出射部４０はｘ軸と直交する直線上に位置するように光学手段１０の外部または内部に配置される。

【0182】

ここで、画像出射部４０からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に沿って平行でありながら光学手段１０の第１面１１と第２面１２との間を通る線分をｙ軸といい、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、複数の第２反射手段３０１～３０４は前記ｚ軸方向に互いに平行に離隔して配置される。

【0183】

ここで、それぞれの第２反射手段３０１～３０４を構成する複数の反射部３１～３５のそれぞれは、隣接した第２反射手段３０１～３０４、すなわち両側の第２反射手段３０１～３０４を構成する複数の反射部３１～３５の中でいずれか一つと一緒にｚ軸に平行な仮想の直線に沿って位置するように並んで配置されることができる。このような場合、複数の第２反射手段３０１～３０４をｚ軸に垂直な面に向かって外部から見れば、図１３と同じに見える。

【0184】

図２３及び図２４は本発明の第２実施例の他の変形実施例による拡張現実用光学装置８００の構成を示す図であり、図２３は拡張現実用光学装置８００の斜視図、図２４は拡張現実用光学装置８００の正面図である。

【0185】

図２３及び図２４の実施例の拡張現実用光学装置８００は、図２１及び図２２の拡張現実用光学装置７００と基本的に同様であるが、複数の第２反射手段３０１～３０４のそれぞれを構成する複数の反射部３１～３５の中で少なくとも一部は、隣接した第２反射手段３０１～３０４を構成する複数の反射部３１～３５に対してｚ軸に平行な仮想の直線に沿って並んで位置しないように配置されることを特徴とする。

【0186】

すなわち、図２３及び図２４に示すように、ｚ軸の右側方向から互いに隣り合う一番目の第２反射手段３０１の反射部３１～３５と二番目の第２反射手段３０２の反射部３１～３５とをｙ軸方向の上側（画像出射部４０側）から順に比較してみれば、一番目の第２反射手段３０１のそれぞれの反射部３１～３５は二番目の第２反射手段３０２のすべての反射部３１～３５に対してｚ軸に平行な仮想の直線に沿って位置しないように配置されていることが分かる。すなわち、一番目の第２反射手段３０１の反射部３１～３５と二番目の第２反射手段３０２の反射部３１～３５とはｘ軸方向に見るとき、ｚ軸に平行な仮想の直線に沿って並んで整列されておらず互いにずれて配置されていることが分かる。

【0187】

図２５及び図２６は本発明の第２実施例のさらに他の変形実施例による拡張現実用光学装置９００の構成を示す図であり、図２５は拡張現実用光学装置９００の斜視図、図２６は拡張現実用光学装置９００の正面図である。

【0188】

図２５及び図２６の拡張現実用光学装置９００は図１３及び図１４を参照して説明した実施例と同様であるが、複数の反射部３１～３５のそれぞれがｚ軸に平行な仮想の直線に沿って延びたバー（ｂａｒ）状に形成されたことを特徴とする。

【0189】

すなわち、光学手段１０を使用者の瞳孔５０の正面に置いたとき、瞳孔５０から正面の方向をｘ軸とすれば、画像出射部４０はｘ軸と直交する直線上に位置するように光学手段の外部または内部に配置される。

【0190】

ここで、画像出射部４０からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に沿って平行でありながら光学手段１０の第１面１１と第２面１２との間を通る線分の中でいずれか一つをｙ軸といい、これらのｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、複数の反射部３１～３５はｚ軸に平行な仮想の直線に沿って延びたバー（ｂａｒ）状に形成される。

【0191】

一方、図１３～図２６の実施例で、第１反射手段２０は、ｘ軸方向に見たとき、中央部から左右の両端部側に行くほど第２反射手段３０１、３０２、３０３、３０４に段々近くなるように延びて形成され、全体的に緩やかな“Ｕ”字形のバー（ｂａｒ）状に形成される。これは先に第１実施例で説明したものと同一であるので、その詳細説明は省略する。

【0192】

［第３実施例］

【0193】

図２７は本発明の第３実施例による拡張現実用光学装置１０００の側面図である。

【0194】

図２７の実施例は画像出射部４０から出射した拡張現実画像光が光学手段１０に入射する第３面１３が屈折能を有するように曲面に形成されたことを特徴とする。

【0195】

すなわち、拡張現実画像光が光学手段１０に入射する第３面１３を画像出射部４０側に突出した曲面に形成することにより、第３面１３が画像出射部４０から入射する拡張現実画像光に対するコリメーターとしての機能を果たすようにすることができる。

【0196】

前述したように、第１反射手段２０は光学手段１０の内部に内蔵されたコリメーターとしての機能を果たすから、第３面１３を補助的なコリメーターとして使えるので、拡張現実用光学装置１０００全体におけるコリメーターとしての全体性能を向上させることができる。

【0197】

図２７で、第３面１３は第１面１１と第２面１２との間に形成されたものとして示したが、これに限定されるものではなく、第３面１３は画像出射部４０から出射した拡張現実画像光が光学手段４０に入射する面を意味するという点を留意しなければならない。

【0198】

一方、図２７は第２実施例において第３面１３が突出した曲面に形成されたものとして示したが、第１実施例にも適用することができるというのは言うまでもない。

【0199】

図２８は本発明の第３実施例の変形実施例による拡張現実用光学装置１１００の側面図である。

【0200】

図２８の実施例は図２７の実施例と同様であるが、画像出射部４０と第３面１３との間に補助光学手段７０が配置されたことを特徴とする。

【0201】

図２８で、補助光学手段７０は凸レンズから形成されているが、これは例示的なものであり、その他の多様な反射手段、屈折手段または回折手段の中で少なくとも一つ以上の組合せを使うことができる。このような補助光学手段７０を適切に活用することにより、拡張現実用光学装置１１００の全体性能を向上させることができる。

【0202】

図２８の補助光学手段７０も第１実施例及び第２実施例の両方に適用することができる。

【0203】

［第４実施例］

【0204】

図２９～図３１は本発明の第４実施例による拡張現実用光学装置１２００を説明するための図であり、図２９は拡張現実用光学装置１２００を瞳孔５０側から見た正面図、図３０は拡張現実用光学装置１２００をｚ軸に垂直な面に向かって見たときの側面図、図３１は拡張現実用光学装置１２００をｙ軸に垂直な面に向かって見たときの平面図である。

【0205】

図２９～図３１に示す拡張現実用光学装置１２００は図１３及び図１４の拡張現実用光学装置７００と同様に第２反射手段３０１～３０５が複数から構成されるが、それぞれの第２反射手段３０１～３０５と光学手段１０の第２面１２との距離が全部同一でないように配置される第２反射手段３０１～３０５が少なくとも一つ以上存在するという点で違いがある。

【0206】

すなわち、前述したように、拡張現実用光学装置１２００を使用者の瞳孔５０の正面に置いたとき、瞳孔５０から正面の方向をｘ軸といい、画像出射部４０からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に沿って平行でありながら光学手段１０の第１面１１と第２面１２との間を通る線分の中でいずれか一つをｙ軸といい、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、第２反射手段３０１～３０５と光学手段１０の第２面１２との距離がすべて同一でないように配置される第２反射手段３０１～３０５が少なくとも一つ以上存在するように第２反射手段３０１～３０５が配置されることを特徴とする。

【0207】

言い換えれば、図３０に示すように、複数の第２反射手段３０１～３０５の中で少なくとも一部はｚ軸に垂直な面に向かって見たとき、重なって見えないように配置されることを意味する。

【0208】

図２９～図３１の実施例で、点線で示した２個の第２反射手段３０１、３０５と光学手段１０の第２面１２との距離と、黒色で示した２個の第２反射手段３０２、３０４と光学手段１０の第２面１２との距離と、白色で示した１個の第２反射手段３０３と光学手段１０の第１面１２との距離とは互いに異なるように配置される。

【0209】

ここで、点線で示した２個の第２反射手段３０１、３０５のそれぞれと光学手段１０の第２面１２との距離は同一であり、黒色で示した２個の第２反射手段３０２、３０４のそれぞれと光学手段１０の第２面１２との距離は同一であるものとして示したが、これは例示的なものであり、すべての第２反射手段３０１～３０５と光学手段１０の第２面１２との距離をそれぞれ異なるように配置することもできるというのは言うまでもない。

【0210】

図２９～図３１の実施例も第１実施例及び第２実施例の両方に適用することができるというのは言うまでもない。

【0211】

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。

【0212】

［付記１］
ゴーストイメージ遮断機能及び広視野角を有するコンパクト型拡張現実用光学装置であって、
実際事物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る光学手段と、
前記光学手段の内部に配置され、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である拡張現実画像光を第２反射手段に伝達する第１反射手段と、
前記光学手段の内部に配置され、前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光を使用者の目の瞳孔に向けて反射させ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第２反射手段と、
を含み、
前記光学手段は、実際事物画像光が入射する第１面と、前記第２反射手段を介して伝達される拡張現実画像光及び実際事物画像光が使用者の目の瞳孔に向かって出射する第２面とを含み、
前記画像出射部から出射した拡張現実画像光は前記光学手段の内部を通して前記第１反射手段に伝達されるか、あるいは前記光学手段の内面で全反射されて第１反射手段に伝達され、
前記拡張現実画像光を反射させる第１反射手段の反射面は、実際事物画像光が入射する光学手段の第１面に向かうように配置され、
前記第２反射手段は、前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光をそれぞれ反射させて使用者の瞳孔に伝達するように前記光学手段の内部に配置される複数の反射部から構成され、
前記第２反射手段を構成する複数の反射部は、前記第１反射手段からの距離が遠いほど前記光学手段の第２面に段々近くなるように前記光学手段の内部に配置されることを特徴とする、拡張現実用光学装置。

【0213】

［付記２］
前記第１反射手段は前記第２反射手段を挟んで画像出射部と対向するように前記光学手段の内部に配置されたことを特徴とする、付記１に記載の拡張現実用光学装置。

【0214】

［付記３］
前記第１反射手段の反射面は曲面に形成されたことを特徴とする、付記１に記載の拡張現実用光学装置。

【0215】

［付記４］
前記第１反射手段の反射面は光学手段の第１面側に凹むように形成されたことを特徴とする、付記３に記載の拡張現実用光学装置。

【0216】

［付記５］
前記第１反射手段の幅方向の長さは４ｍｍ以下であることを特徴とする、付記１に記載の拡張現実用光学装置。

【0217】

［付記６］
前記第１反射手段は、光を部分的に反射させるハーフミラー（ｈａｌｆｍｉｒｒｏｒ）または光を波長によって選択的に透過させるノッチフィルターから形成されたことを特徴とする、付記１に記載の拡張現実用光学装置。

【0218】

［付記７］
前記第１反射手段は、屈折素子または回折素子から形成されたことを特徴とする、付記１に記載の拡張現実用光学装置。

【0219】

［付記８］
前記第１反射手段の拡張現実画像光を反射させる反射面の反対面が光を反射せずに吸収する素材でコーティングされたことを特徴とする、付記１に記載の拡張現実用光学装置。

【0220】

［付記９］
前記第２反射手段を構成する複数の反射部は、前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光を瞳孔に向けて反射させて伝達するように前記光学手段の第２面に対して傾斜角を有するように配置されたことを特徴とする、付記１に記載の拡張現実用光学装置。

【0221】

［付記１０］
前記複数の反射部のそれぞれは、４ｍｍ以下の大きさに形成されたことを特徴とする、付記１に記載の拡張現実用光学装置。

【0222】

［付記１１］
前記複数の反射部のそれぞれの大きさは、各反射部の縁境界線上の任意の２点間の最大長であることを特徴とする、付記１０に記載の拡張現実用光学装置。

【0223】

［付記１２］
前記複数の反射部のそれぞれの大きさは、使用者の瞳孔と各反射部との間の直線に垂直でありながら瞳孔の中心を含む平面に反射部を投映した正射影の縁境界線上の任意の２点間の最大長であることを特徴とする、付記１０に記載の拡張現実用光学装置。

【0224】

［付記１３］
前記複数の反射部のそれぞれは、前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光が他の反射部によって遮断されないように配置されたことを特徴とする、付記１に記載の拡張現実用光学装置。

【0225】

［付記１４］
前記複数の反射部のそれぞれの大きさは部分的に互いに異なることを特徴とする、付記１に記載の拡張現実用光学装置。

【0226】

［付記１５］
前記複数の反射部の中で少なくとも一部の反射部の間隔が他の反射部の間隔と異なるように配置されたことを特徴とする、付記１に記載の拡張現実用光学装置。

【0227】

［付記１６］
前記複数の反射部の中で少なくとも一部は光を部分的に反射させるハーフミラー、または光を波長によって選択的に透過させるノッチフィルターから形成されたことを特徴とする、付記１に記載の拡張現実用光学装置。

【0228】

［付記１７］
前記複数の反射部の中で少なくとも一部は屈折素子または回折素子から形成されたことを特徴とする、付記１に記載の拡張現実用光学装置。

【0229】

［付記１８］
前記複数の反射部の中で少なくとも一部において、拡張現実画像光を反射させる面の反対面が光を反射せずに吸収する素材でコーティングされたことを特徴とする、付記１に記載の拡張現実用光学装置。

【0230】

［付記１９］
前記複数の反射部の中で少なくとも一部の表面が曲面に形成されたことを特徴とする、付記１に記載の拡張現実用光学装置。

【0231】

［付記２０］
前記複数の反射部の中で少なくとも一部の前記光学手段に対する傾斜角は他の反射部と異なるように形成されたことを特徴とする、付記１に記載の拡張現実用光学装置。

【0232】

［付記２１］
前記第２反射手段は複数から構成され、
前記光学手段を使用者の瞳孔の正面に置いたとき、瞳孔から正面の方向をｘ軸とすれば、前記画像出射部はｘ軸と直交する直線上に位置するように光学手段の外部または内部に配置され、
前記画像出射部からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に沿って平行でありながら光学手段の第１面と第２面との間を通る線分の中でいずれか一つをｙ軸といい、これらのｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、前記複数の第２反射手段は前記ｚ軸方向に沿って互いに平行に離隔して配置されることを特徴とする、付記１に記載の拡張現実用光学装置。

【0233】

［付記２２］
前記それぞれの第２反射手段を構成する複数の反射部は、隣接した第２反射手段を構成する複数の反射部の中でいずれか一つと一緒にｚ軸に平行な仮想の直線に沿って位置するように並んで配置されることを特徴とする、付記２１に記載の拡張現実用光学装置。

【0234】

［付記２３］
前記それぞれの第２反射手段を構成する複数の反射部の中で少なくとも一部は、隣接した第２反射手段を構成する複数の反射部に対してｚ軸に平行な仮想の直線上に並んで位置しないように配置されることを特徴とする、付記２１に記載の拡張現実用光学装置。

【0235】

［付記２４］
前記光学手段を使用者の瞳孔の正面に置いたとき、瞳孔から正面の方向をｘ軸とすれば、画像出射部はｘ軸と直交する直線上に位置するように光学手段の外部または内部に配置され、
前記画像出射部からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に沿って平行でありながら光学手段の第１面と第２面との間を通る線分の中でいずれか一つをｙ軸といい、これらのｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、前記複数の反射部は前記ｚ軸に平行な仮想の直線に沿って延びたバー状に形成されたことを特徴とする、付記１に記載の拡張現実用光学装置。

【0236】

［付記２５］
前記第１反射手段は、前記ｘ軸方向に見たとき、中央部から左右の両端部側に行くほど第２反射部に段々近くなるように延びて形成されることを特徴とする、付記２１から２４のいずれか一つに記載の拡張現実用光学装置。

【0237】

［付記２６］
ゴーストイメージ遮断機能及び広視野角を有するコンパクト型拡張現実用光学装置であって、
実際事物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る光学手段と、
前記光学手段の内部に埋め込まれて配置され、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である拡張現実画像光を第２反射手段に伝達する第１反射手段と、
前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光を使用者の目の瞳孔に向けて反射させて伝達するように前記光学手段の内部に埋め込まれて配置される複数の反射部を含む第２反射手段と、
を含み、
前記光学手段は、実際事物画像光が入射する第１面と、前記第２反射手段を介して伝達される拡張現実画像光及び実際事物画像光が使用者の目の瞳孔に向かって出射する第２面とを含み、
前記第２反射手段は、
前記第１反射手段からの距離にかかわらず、前記光学手段の第２面に対して同じ距離を有するか、第１反射手段からの距離が遠いほど前記光学手段の第２面に対して段々遠くなるように光学手段の内部に埋め込まれて配置される反射部から構成される第１反射部グループと、
前記第１反射手段からの距離が遠いほど前記光学手段の第２面に対して段々近くなるように光学手段の内部に埋め込まれて配置される反射部から構成される第２反射部グループと、
を含み、
前記第２反射部グループと前記第１反射手段との距離は前記第１反射部グループと前記第１反射手段との距離より小さいことを特徴とする、拡張現実用光学装置。

【0238】

［付記２７］
前記画像出射部から出射した拡張現実画像光は前記光学手段の内部を通して前記第１反射手段に伝達されるか、または前記光学手段の内面で少なくとも１回以上全反射されて第１反射手段に伝達されることを特徴とする、付記２６に記載の拡張現実用光学装置。

【0239】

［付記２８］
前記拡張現実画像光を反射させる第１反射手段の反射面は、実際事物画像光が入射する光学手段の第１面に向かうように配置されたことを特徴とする、付記２６に記載の拡張現実用光学装置。

【0240】

［付記２９］
前記第１反射手段の反射面は曲面に形成されたことを特徴とする、付記２６に記載の拡張現実用光学装置。

【0241】

［付記３０］
前記第１反射手段の反射面は光学手段の第１面側に凹むように形成されたことを特徴とする、付記２９に記載の拡張現実用光学装置。

【0242】

［付記３１］
前記第１反射手段の幅方向の長さは４ｍｍ以下であることを特徴とする、付記２６に記載の拡張現実用光学装置。

【0243】

［付記３２］
前記第２反射手段を構成する複数の反射部は、前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光を瞳孔に向けて反射させて伝達するように前記光学手段の第２面に対して傾斜角を有するように配置されることを特徴とする、付記２６に記載の拡張現実用光学装置。

【0244】

［付記３３］
前記複数の反射部のそれぞれは、４ｍｍ以下の大きさを有するように形成されたことを特徴とする、付記２６に記載の拡張現実用光学装置。

【0245】

［付記３４］
前記複数の反射部の中で少なくとも一部は、ハーフミラー、屈折素子または回折素子の中で少なくとも一つから形成されたことを特徴とする、付記２６に記載の拡張現実用光学装置。

【0246】

［付記３５］
前記複数の反射部の中で少なくとも一部は、拡張現実画像光を反射させる面の反対面が光を反射せずに吸収する素材でコートされたことを特徴とする、付記２６に記載の拡張現実用光学装置。

【0247】

［付記３６］
前記第２反射手段は複数から構成され、
前記光学手段を使用者の瞳孔の正面に置いたとき、瞳孔から正面の方向をｘ軸とすれば、前記画像出射部はｘ軸と直交する直線上に位置するように光学手段の外部または内部に配置され、
前記画像出射部からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に沿って平行でありながら光学手段の第１面と第２面との間を通る線分の中でいずれか一つをｙ軸といい、これらのｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、前記複数の第２反射手段は前記ｚ軸方向に沿って互いに平行に離隔して配置されることを特徴とする、付記２６に記載の拡張現実用光学装置。

【0248】

［付記３７］
前記第２反射手段のそれぞれは、それぞれの第２反射手段を構成する複数の反射部が、隣接した第２反射手段を構成する複数の反射部の中でいずれか一つと一緒にｚ軸に平行な仮想の直線に沿って位置するように並んで配置されることを特徴とする、付記３６に記載の拡張現実用光学装置。

【0249】

［付記３８］
前記第２反射手段のそれぞれは、複数の第２反射手段のそれぞれを構成する複数の反射部の中で少なくとも一部が、隣接した第２反射手段を構成する複数の反射部に対してｚ軸に平行な仮想の直線に沿って並んで位置しないように配置されることを特徴とする、付記３６に記載の拡張現実用光学装置。

【0250】

［付記３９］
前記光学手段を使用者の瞳孔の正面に置いたとき、瞳孔から正面の方向をｘ軸とすれば、画像出射部はｘ軸と直交する直線上に位置するように光学手段の外部または内部に配置され、
前記画像出射部からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に沿って平行でありながら光学手段の第１面と第２面との間を通る線分の中でいずれか一つをｙ軸といい、これらのｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、前記複数の反射部は前記ｚ軸に平行な仮想の直線に沿って延びたバー状に形成されたことを特徴とする、付記２６に記載の拡張現実用光学装置。

【0251】

［付記４０］
前記第１反射手段は、ｘ軸方向に見たとき、中央部から左右の両端部側に行くほど第２反射手段に段々近くなるように延びて形成されることを特徴とする、付記３６から３９のいずれか一つに記載の拡張現実用光学装置。

【0252】

［付記４１］
前記画像出射部から出射した拡張現実画像光が光学手段に入射する第３面が屈折能を有するように曲面に形成されたことを特徴とする、付記１または２６に記載の拡張現実用光学装置。

【0253】

［付記４２］
前記画像出射部と前記第３面との間に補助光学手段が配置されたことを特徴とする、付記４１に記載の拡張現実用光学装置。

【0254】

［付記４３］
前記第２反射手段は複数から構成され、
前記光学手段を使用者の瞳孔の正面に置いたとき、瞳孔から正面の方向をｘ軸といい、画像出射部からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に沿って平行でありながら光学手段の内面の間を通る線分の中でいずれか一つをｙ軸といい、前記ｘ軸及びｙ軸と直交しながら光学手段の内面の間を通る線分をｚ軸というとき、前記それぞれの第２反射手段と光学手段の第２面との距離が全部同一でないように配置される第２反射手段が少なくとも一つ以上存在することを特徴とする、付記１または２６に記載の拡張現実用光学装置。

【図1】