JP2018528446A - シースルーヘッドウェアラブルディスプレイのためのアイピースに対する処方修正の追加 - Google Patents
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Abstract
Description
ヘッドマウントディスプレイ(HMD)、すなわちヘッドウェアラブルディスプレイは、頭または頭の周りに装着されるディスプレイ装置である。通常、HMDは、ユーザの数メートル前方に配置された拡大仮想画像を生成するように、何らかのタイプのニアアイ(near-to-eye)光学システムを組み込んでいる。単眼用ディスプレイは単眼HMDと呼ばれ、両眼用ディスプレイは両眼HMDと呼ばれる。HMDのなかには、コンピュータ生成画像(computer generated image: CGI)のみを表示するものもあれば、CGIを実世界ビューに重ねることが可能な種類のものもある。後者のタイプのHMDは、何らかの形のシースルーアイピースを含んでいることが典型的であり、拡張現実を実現するためのハードウェアプラットフォームとして機能し得る。拡張現実では、視聴者の世界のイメージがその上に重なるCGIで拡張され、ヘッドアップディスプレイ(heads-up display: HUD)とも呼ばれる。
処方レンズ効果を発揮するヘッドウェアラブルディスプレイのアイピースのためのシステムおよび装置の実施形態について、ここで説明する。以下の説明では、実施形態を完全に理解できるように、数多くの特定の詳細が説明される。しかしながら、当業者であれば、ここで説明される技術は、それらの特定の詳細の1つ以上がなくても、または、他の方法、構成要素、材料などと一緒に実施可能であると理解するであろう。他の場合では、周知の構造、材料、または動作は、特定の態様を不明瞭にするのを避けるために、詳細に図示または説明されない。
Claims (21)
- 目対向側および世界対向側を有し、表示領域から離れて位置する入力領域において受光されたディスプレイ光を案内し、前記表示領域において目方向に沿って前記ディスプレイ光を放つための湾曲した光導波路要素と、
前記ディスプレイ光の方向を前記目方向に向けて変更して前記ディスプレイ光を前記湾曲した光導波路要素から出力するように前記表示領域に配設され、前記表示領域がシースルーになるように前記世界対向側を通って入射する周囲光に対して少なくとも部分的に透光性を有する出力カプラと、
前記湾曲した光導波路要素の前記世界対向側と結合された、湾曲したシースルー要素と、
前記湾曲した光導波路要素の前記目対向側に結合された第1の側と、前記表示領域において前記アイピースから出る前記周囲光および前記ディスプレイ光の双方に処方レンズ効果を導入する曲率を有する第2の側とを有する処方層と、
を備える、ヘッドウェアラブルディスプレイのためのアイピース。 - コンフォーマル接合を形成するために前記処方層と前記湾曲した光導波路要素との間に配設された第1の接着剤層をさらに備え、前記第1の接着剤層は、前記ディスプレイ光が前記第1の接着剤層と前記湾曲した光導波路要素との間の界面に沿って前記入力領域から前記表示領域へ内部全反射(TIR)によって案内されるように、前記湾曲した光導波路要素の第2の屈折率よりも低い第1の屈折率を有する、請求項1に記載のアイピース。
- 前記湾曲した光導波路要素と前記湾曲したシースルー要素との間に配設され、前記第2の屈折率よりも低い前記第1の屈折率を有する第2の接着剤層をさらに備え、
前記ディスプレイ光は、前記入力領域と前記出力カプラとの間で全体的にTIRによって案内される、請求項2に記載のアイピース。 - 前記処方層と前記湾曲した光導波路要素との間の第1の界面に沿って前記入力領域から前記表示領域に前記ディスプレイ光を案内するように、前記処方層の前記第1の側と前記湾曲した光導波路の前記目対向側との間に配設された第1の角度選択コーティングと、
前記湾曲した光導波路要素の前記世界対向側と前記湾曲したシースルー要素との間の第2の界面に沿って前記入力領域から前記表示領域に前記ディスプレイ光を案内するように、前記第2の界面に沿って配設された第2の角度選択コーティングと、
をさらに備える、請求項1に記載のアイピース。 - 前記湾曲した光導波路要素の第2の屈折率は、前記湾曲したシースルー要素の第3の屈折率に実質的に等しい、請求項1に記載のアイピース。
- 前記湾曲した光導波路要素と前記湾曲したシースルー要素とを組み合わせることによって、光学パワーを前記アイピースの前記表示領域を透過する周囲光に導入しない一方で、前記処方層は前記処方レンズ効果を前記表示領域を透過する前記周囲光に導入する、請求項5に記載のアイピース。
- 前記湾曲したシースルー要素は薄肉部および厚肉部を有し、前記湾曲した光導波路要素は薄肉部および厚肉部を有し、前記湾曲したシースルー要素の前記薄肉部は前記湾曲した光導波路要素の前記厚肉部に一致して結合し、前記湾曲した光導波路要素の前記薄肉部は前記湾曲したシースルー要素の前記厚肉部に一致して結合し、前記出力カプラは、前記湾曲したシースルー要素と前記湾曲した光導波路要素との間の界面において前記厚肉部から前記薄肉部への遷移部に配設されている、請求項1に記載のアイピース。
- 前記湾曲したシースルー要素は薄肉部および厚肉部を有し、前記湾曲したシースルー要素の前記薄肉部は前記湾曲した光導波路要素の前記世界対向側に一致して結合し、前記出力カプラは前記湾曲したシースルー要素と前記湾曲した光導波路要素との間の界面において前記厚肉部から前記薄肉部への遷移表面に沿って配設され、前記処方層の前記第1の側、前記湾曲した光導波路要素、および湾曲したシースルー要素は全て前記遷移表面の一方の側に沿って延びている継ぎ目で合流する、請求項1に記載のアイピース。
- 前記出力カプラは、自由形状部分反射面、回折格子、プリズム構造の配列、ホログラム、または複数の部分反射ミラー部分のうちの1つを含む、請求項1に記載のアイピース。
- 前記ディスプレイ光を前記湾曲した光導波路要素に結合するように、前記入力領域に配設された入力カプラをさらに備える、請求項1に記載のアイピース。
- ヘッドウェアラブルディスプレイであって、
周辺位置においてディスプレイ光を生成するディスプレイソースと、
アイピースとを備え、前記アイピースは、
目対向側および世界対向側を有し、表示領域から離れて位置する入力領域において受光された前記ディスプレイ光を案内し、前記表示領域において目方向に沿って前記ディスプレイ光を放つための湾曲した光導波路要素と、
前記ディスプレイ光の方向を前記目方向に向けて変更して前記ディスプレイ光を前記湾曲した光導波路要素から出力するように前記表示領域に配設され、前記表示領域がシースルーになるように前記世界対向側を通って入射する周囲光に対して少なくとも部分的に透光性を有する出力カプラと、
前記湾曲した光導波路要素の前記世界対向側に結合された湾曲したシースルー要素と、
前記湾曲した光導波路要素の前記目対向側に結合される第1の側と、前記表示領域において前記アイピースから出る前記周囲光および前記ディスプレイ光の双方に処方レンズ効果を導入する曲率を有する第2の側とを有する処方層と、
を含み、前記ヘッドウェアラブルディスプレイはさらに、
前記表示領域がユーザの目の前方に位置する状態で前記ユーザの頭に装着するために、前記アイピースおよび前記ディスプレイソースを支持するフレームアセンブリを備える、ヘッドウェアラブルディスプレイ。 - 前記アイピースは、コンフォーマル接合を形成するために前記処方層と前記湾曲した光導波路要素との間に配設された第1の接着剤層をさらに含み、前記接着剤層は、前記第1の接着剤層と前記湾曲した光導波路要素との間の界面に沿って前記第1の入力領域から前記表示領域へ内部全反射(TIR)によって前記ディスプレイ光が案内されるように、前記湾曲した光導波路要素の第2の屈折率よりも低い第1の屈折率を有する、請求項11に記載のヘッドウェアラブルディスプレイ。
- 前記アイピースは、前記湾曲した光導波路要素と前記湾曲したシースルー要素との間に配設され、前記第2の屈折率よりも低い前記第1の屈折率を有する第2の接着剤層をさらに含み、
前記ディスプレイ光は、前記入力領域と前記出力カプラとの間で全体的にTIRによって案内される、請求項12に記載のヘッドウェアラブルディスプレイ。 - 前記アイピースはさらに、
前記処方層と前記湾曲した光導波路要素との間の第1の界面に沿って前記入力領域から前記表示領域に前記ディスプレイ光を案内するように、前記処方層の前記第1の側と前記湾曲した光導波路の前記目対向側との間に配設された第1の角度選択コーティングと、
前記湾曲した光導波路要素の前記世界対向側と前記湾曲したシースルー要素との間の第2の界面に沿って前記入力領域から前記表示領域に前記ディスプレイ光を案内するように、前記第2の界面に沿って配設された第2の角度選択コーティングと、
を備える、請求項11に記載のヘッドウェアラブルディスプレイ。 - 前記湾曲した光導波路要素と前記湾曲したシースルー要素とを組み合わせることによって、光学パワーを前記アイピースの前記表示領域を透過する周囲光に導入しない一方で、前記処方層は前記処方レンズ効果を前記表示領域を透過する前記周囲光に導入する、請求項11に記載のヘッドウェアラブルディスプレイ。
- 前記湾曲したシースルー要素は薄肉部および厚肉部を有し、前記湾曲した光導波路要素は薄肉部および厚肉部を有し、前記湾曲したシースルー要素の前記薄肉部は前記湾曲した光導波路要素の前記厚肉部に一致して結合し、前記湾曲した光導波路要素の前記薄肉部は前記湾曲したシースルー要素の前記厚肉部に一致して結合し、前記出力カプラは前記湾曲したシースルー要素と前記湾曲した光導波路要素との間の界面において前記厚肉部から前記薄肉部への遷移部に配設されている、請求項11に記載のヘッドウェアラブルディスプレイ。
- 前記湾曲したシースルー要素は薄肉部および厚肉部を有し、前記湾曲したシースルー要素の前記薄肉部は前記湾曲した光導波路要素の前記世界対向側に一致して結合し、前記出力カプラは前記湾曲したシースルー要素と前記湾曲した光導波路要素との間の界面において前記厚肉部から前記薄肉部への遷移表面に沿って配設され、前記処方層の前記第1の側、前記湾曲した光導波路要素、および前記湾曲したシースルー要素は全て前記遷移表面の1つの側に沿って延びている継ぎ目で合流する、請求項11に記載のヘッドウェアラブルディスプレイ。
- ヘッドウェアラブルディスプレイのためのアイピースであって、
目対向側および世界対向側を有し、表示領域から離れて位置する入力領域において受光されたディスプレイ光を案内し、前記表示領域において目方向に沿って前記ディスプレイ光を放つための湾曲した光導波路要素と、
前記ディスプレイ光の方向を前記目方向に向けて変更して前記ディスプレイ光を前記湾曲した光導波路要素から出力するように前記表示領域に配設され、前記表示領域がシースルーになるように前記世界対向側を通って入射する周囲光に対して少なくとも部分的に透光性を有する出力カプラと、
前記湾曲した光導波路要素の前記世界対向側と結合された湾曲した第1の側、および第2の側を有するシースルー要素と、
を備え、
前記湾曲したシースルー要素の前記第2の側および前記湾曲した光導波路要素の前記目対向側のうちの一方は、処方レンズ効果を導入する処方曲率を有する、アイピース。 - コンフォーマル接合を形成するために前記湾曲した光導波路要素と前記湾曲したシースルー要素との間に配設された接着剤層をさらに備え、前記接着剤層は、前記接着剤層と前記湾曲した光導波路要素との間の界面に沿って前記入力領域から前記表示領域へ内部全反射(TIR)によって前記ディスプレイ光が案内されるように、前記湾曲した光導波路要素の第2の屈折率よりも低い第1の屈折率を有する、請求項18に記載のアイピース。
- 前記ディスプレイ光を前記入力領域から前記表示領域に案内するように、前記湾曲した光導波路要素と前記湾曲したシースルー要素との間に配設された第1の角度選択コーティングと、
前記ディスプレイ光を前記入力領域から前記表示領域に案内するように、前記湾曲した光導波路要素の前記目対向側に沿って配設された第2の角度選択コーティングと、
をさらに備える、請求項18に記載のアイピース。 - 前記湾曲したシースルー要素の前記第2の側のみが、前記アイピースから放出された前記ディスプレイ光に処方レンズ効果を導入することなく、前記アイピースを透過して進む前記周囲光だけに処方レンズ効果を導入する前記処方曲率を有する、請求項18に記載のアイピース。
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