JP7357976B2 - 光効率を改善した拡張現実用光学装置 - Google Patents

光効率を改善した拡張現実用光学装置 Download PDF

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Description

本発明は拡張現実用光学装置に関し、より詳しくは画像出射部から出射して瞳孔に伝達される拡張現実画像光の光効率を改善した拡張現実用光学装置に関する。
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。
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）やメガネ型装置を用いて仮想映像を反射また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。
図１及び図２は従来技術による拡張現実具現装置に使われる光学系の一例を示す図である。
図１を参照すると、仮想の映像を提供するための拡張現実画像光はディスプレイ装置（図示せず）などから出射して光学手段の内面で反射された後、使用者の瞳孔が位置する領域（ｅｙｅ ｂｏｘ）に入射するようにする構成を使う。ここで、光学手段の内面（出射瞳孔、ｅｘｉｔ ｐｕｐｉｌ）から出射する拡張現実画像光は、図１に示すように、アイボックス（ｅｙｅ ｂｏｘ）に入射することができなくて使われない光が存在することになり、これは光効率を低下させる要因になる。
これは、図２に示すように、光学手段の内部で全反射される場合、出射瞳孔のすべての所から全方向に光が出射するので、光学手段に入射した拡張現実画像光の一部はアイボックスに正常に入射するが（０で表示）、一部はアイボックス以外の方向に出射（Ｘで表示）することが分かる。
このように、従来の拡張現実光学装置においては、画像出射部から出射した拡張現実画像光の一部がアイボックスに伝達できない問題があり、拡張現実画像光が瞳孔に伝達される光効率を低下させる要因として作用している。
韓国登録特許第１０－１６６０５１９号公報
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、アイボックスに伝達される拡張現実画像光の光効率を改善した拡張現実用光学装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、画像出射部から出射する拡張現実画像光を瞳孔に伝達する反射手段をＣ字形に近い曲線配置構造に形成することにより、アイボックスに伝達される拡張現実画像光の光効率を改善した拡張現実用光学装置を提供することを他の目的とする。
前述したような課題を解決するために、本発明は、光効率を改善した拡張現実用光学装置であって、画像出射部から出射した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反射手段と、前記反射手段が埋め込まれて配置され、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に向けて透過させる光学手段と、を含み、前記光学手段は、前記反射手段で反射された拡張現実画像光と実際事物画像光の少なくとも一部が使用者の瞳孔に向けて出射される第１面と、前記第１面に対向し、実際事物画像光が入射する第２面とを備え、前記反射手段は、反射手段に伝達された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埋め込まれて配置されるサイズ４ｍｍ以下の複数の反射部を含み、前記複数の反射部の中で少なくとも２以上の反射部は、前記画像出射部からの距離が遠いほど光学手段の第２面にもっと近く配置されることを特徴とする、光効率を改善した拡張現実用光学装置を提供する。
ここで、前記画像出射部から出射する拡張現実用画像光は前記光学手段の内部を通して前記反射手段に直接伝達されるか、または前記光学手段の内面で少なくとも１回以上全反射された後、前記反射手段に伝達されることができる。
また、前記複数の反射部のそれぞれは、使用者の瞳孔の中心から正面方向に対して少なくとも４５度以下の角度を有することが好ましい。
また、前記反射手段は複数から構成され、拡張現実用光学装置を使用者の瞳孔の前方に置いたとき、瞳孔から正面方向をｘ軸といい、画像出射部とｘ軸との間の垂直線に対して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、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、前記複数の反射手段は前記ｚ軸方向に沿って平行に離隔して配置されることができる。
また、前記各反射手段は、各反射手段を構成するそれぞれの反射部が、隣接した反射手段を構成する反射部の中でいずれか一つとｚ軸に平行な仮想の直線に沿って位置するように配置されることができる。
また、前記各反射手段は、各反射手段を構成するそれぞれの反射部が、隣接した反射手段を構成するすべての反射部と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ることができる。
また、拡張現実用光学装置を使用者の瞳孔の前方に置いたとき、瞳孔から正面方向をｘ軸といい、画像出射部とｘ軸との間の垂直線に対して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、前記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軸方向に沿って延びたバー状に形成されることができる。
また、前記反射部の少なくとも一部のサイズは互いに異なることができる。
また、前記反射部の少なくとも一部の反射部の間隔を他の反射部の間隔と異なるように配置することができる。
また、前記反射部の少なくとも一部は、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。
また、前記反射部の少なくとも一部は、拡張現実画像光を反射させる面の反対面に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。
また、前記反射部の少なくとも一部の表面は曲面に形成されることができる。
また、前記曲面に形成される表面は、光学手段の第１面側に凹んでいる凹面または光学手段の第１面側に膨らんでいる凸面に形成されることができる。
また、反射部を使用者の瞳孔の前方に置いたとき、瞳孔から正面方向をｘ軸といい、画像出射部とｘ軸との間の垂直線に対して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、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、前記反射部の少なくとも一部はｘ軸方向への長さよりｚ軸方向への長さが長く形成されるか、ｚ軸方向への長さよりｙ軸方向への長さが長く形成されることができる。
また、前記ｘ軸方向への長さよりｚ軸方向への長さが長く形成された反射部またはｚ軸方向への長さよりｙ軸方向への長さが長く形成された反射部の表面は、光学手段の第１面側に凹んでいる凹面または光学手段の第１面側に膨らんでいる凸面に形成されることができる。
本発明の他の側面によれば、光効率を改善した拡張現実用光学装置であって、画像出射部から出射した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反射手段と、前記反射手段が埋め込まれて配置され、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に向けて透過させる光学手段と、を含み、前記光学手段は、前記反射手段で反射された拡張現実画像光と実際事物画像光の少なくとも一部が使用者の瞳孔に向けて出射される第１面と、前記第１面に対向し、実際事物画像光が入射する第２面とを備え、前記反射手段は、反射手段に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埋め込まれて配置されるサイズ４ｍｍ以下の複数の反射部を含み、前記反射手段は、前記画像出射部からの距離が遠いほど前記光学手段の第１面にもっと近いように前記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、前記画像出射部からの距離が遠いほど光学手段の第１面からもっと遠いように前記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反射部グループとから構成され、前記第２反射部グループと画像出射部との距離は、前記第１反射部グループと画像出射部との距離より大きいように配置されることを特徴とする、光効率を改善した拡張現実用光学装置を提供する。
ここで、前記画像出射部から出射する拡張現実画像光は、前記光学手段の内部を通して前記反射手段に直接伝達されるか、前記光学手段の内面で少なくとも１回以上全反射された後、前記反射手段に伝達されることができる。
また、前記複数の反射部のそれぞれは、使用者の瞳孔の中心から正面方向への直線に対して少なくとも４５度以下の角度を有することが好ましい。
また、前記反射手段は複数から構成され、拡張現実用光学装置を使用者の瞳孔の前方に置いたとき、瞳孔から正面方向をｘ軸といい、画像出射部からｘ軸への垂直線に対して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、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、前記複数の反射手段は前記ｚ軸方向に沿って平行に離隔して配置されることができる。
また、前記各反射手段は、各反射手段を構成するそれぞれの反射部が、隣接した反射手段を構成する反射部の中でいずれか一つとｚ軸に平行な仮想の直線に沿って位置するように配置されることができる。
また、前記各反射手段は、各反射手段を構成するそれぞれの反射部が、隣接した反射手段を構成するすべての反射部と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ることができる。
また、拡張現実用光学装置を使用者の瞳孔の前方に置いたとき、瞳孔から正面方向をｘ軸といい、画像出射部からｘ軸への垂直線に対して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、前記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。
また、前記複数の反射部の少なくとも一部は、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。
また、前記複数の反射部の少なくとも一部は、拡張現実画像光を反射させる面の反対面に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。
また、前記複数の反射部の少なくとも一部の表面は曲面に形成されることができる。
また、拡張現実用光学装置を使用者の瞳孔の前方に置いたとき、瞳孔から正面方向をｘ軸といい、画像出射部からｘ軸への垂直線に対して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、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、前記複数の反射部の少なくとも一部は、ｘ軸またはｙ軸方向への長さよりｚ軸方向への長さが長く形成されるか、ｚ軸方向への長さよりｘ軸またはｙ軸方向への長さが長く形成されることができる。
また、前記反射部の表面は、光学手段の第１面側に凹んでいる凹面または光学手段の第１面側に膨らんでいる凸面に形成されることができる。
また、前記反射手段は複数から構成され、拡張現実用光学装置を使用者の瞳孔の前方に置いたとき、瞳孔から正面方向をｘ軸といい、画像出射部からｘ軸への垂直線に対して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、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、前記各反射手段と光学手段の第１面との距離が全部同一ではないように配置される反射手段が少なくとも一つ以上存在することができる。
本発明によれば、アイボックスに伝達される拡張現実画像光の光効率を改善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。
また、本発明によれば、画像出射部から出射する拡張現実画像光を瞳孔に伝達する反射手段をＣ字形に近い曲線配置構造に形成することにより、アイボックスに伝達される拡張現実画像光の光効率を改善した拡張現実用光学装置を提供することができる。
従来技術による拡張現実具現装置に使われる光学系の一例を示す図である。 従来技術による拡張現実具現装置に使われる光学系の一例を示す図である。 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。 本発明の第１実施例による光効率を改善した拡張現実用光学装置２００を示す図である。 反射部２１～２９の配置構造を説明するための図である。 図４及び図５で説明した拡張現実用光学装置２００の斜視図である。 反射部２１～２９の配置構造の効果を説明するための図である。 反射部２１～２９の傾斜角を説明するための図である。 反射部２１～２９の傾斜角を説明するための図である。 本発明の第１実施例による拡張現実用光学装置２００の全体的な作用を説明するための図である。 本発明の第１実施例による拡張現実用光学装置２００の全体的な作用を説明するための図である。 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る。 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る。 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る。 反射部２１～２９の表面が曲面に形成されたことを説明するための図である。 反射部２１～２９の曲面形態の他の例を示す図である。 本発明の第２実施例による拡張現実用光学装置６００を示す図である。 図１７で説明した反射部２１～２９の配置構造を説明するための図である。 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。 本発明の第２実施例による拡張現実用光学装置６００の反射部２１～２９の配置構造の効果を説明するための図である。 拡張現実画像光が光学手段３０で全反射される回数を説明するための図である。 拡張現実画像光が光学手段３０で全反射される回数を説明するための図である。 拡張現実画像光が光学手段３０で全反射される回数を説明するための図である。 拡張現実用光学装置６００の全体的な作用を説明するための図である。 拡張現実用光学装置６００の全体的な作用を説明するための図である。 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る。 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る。 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る。 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１０００を説明するための図である。 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１０００を説明するための図である。 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１０００を説明するための図である。 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１１００を示す図である。 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１２００を示す図である。 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１３００を示す図である。
以下、添付図面に基づいて本発明による実施例を詳細に説明する。
まず、本発明の基本原理を前記先行技術文献に基づいて手短に説明する。
前記従来技術として 先行技術文献に記載した技術は次のような既存の光学系を用いた拡張現実具現装置の問題点を解決するためのものである。
すなわち、既存の拡張現実具現装置は構成が複雑であり、重さや嵩が大きくなるので、使用者が着用するのに不便さがあり、製造工程も複雑であって製造コストが高いという問題点を解決するためのものである。
また、既存の拡張現実具現装置は、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。このような問題点を解決するために、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現実世界に対する焦点距離の変更によって仮想映像の焦点距離を変更させることができる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、仮想映像に対する焦点距離を調節するために使用者が別途の操作を行わなければならないか、または別途の物理的装置や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。
したがって、本出願人は、前記 先行技術文献１を介して、ヒトの瞳孔より小さな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り、嵩及び重さを著しく減らし、製造工程を単純化することができ、使用者の焦点距離変更有無にかかわらず、いつも鮮明な仮想映像を提供することができる拡張現実具現装置を提案したことがある。
図３は前記 先行技術文献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３の拡張現実用光学装置１００は、画像出射部１０、反射部２０及び光学手段３０を含む。
画像出射部１０は拡張現実用画像に相応する拡張現実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可能である。
反射部２０は、画像出射部１０から出射した拡張現実画像光を使用者の瞳孔に向けて反射させることにより、使用者に拡張現実用画像を提供する。反射部２０は、画像出射部１０から出射する拡張現実用画像に相応する画像光を瞳孔に反射させることができるように画像出射部１０と瞳孔との間で適切な角度を持って光学手段３０の内部に埋め込まれて配置される。
光学手段３０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、光学手段３０の内部には反射部２０が埋め込まれている。
一方、フレーム部４０は画像出射部１０と光学手段３０とを固定及び支持する手段であり、例えばメガネ状に形成されることができる。
図３の反射部２０は、ヒトの平均的な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をヒトの平均的な瞳孔サイズより小さく形成することにより、反射部２０を通して瞳孔に入射する光に対する深度（Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｆｉｅｌｄ）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する。したがって、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それにかかわらず仮想映像である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（ｐｉｎ ｈｏｌｅ ｅｆｆｅｃｔ）と見なすことができる。
したがって、図３に示すような拡張現実用光学装置１００は、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しても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。
本発明はこのような 先行技術文献に記載したような技術に基づく拡張現実用光学装置を提供することを特徴とする。以下、図４以降を参照して本発明による光効率を改善した拡張現実用光学装置２００～１３００を詳細に説明する。
［第１実施例］
図４は本発明の第１実施例による光効率を改善した拡張現実用光学装置２００を示す図である。
図４を参照すると、光効率を改善した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）は、反射手段２０及び光学手段３０を含む。
画像出射部１０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光学手段３０に向けて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することにより、画面を介して拡張現実画像光を出射する小型ＬＣＤのようなディスプレイ装置１１と、ディスプレイ装置１１から出射する拡張現実画像光を視準した光を出射するコリメーター(collimator)１２とを含んでなることができる。
コリメーター１２は必須なものではなく、省略することができる。また、コリメーター１２と、ディスプレイ装置１１から出射する拡張現実画像光を反射、屈折または回折させて光学手段３０に伝達する反射手段、屈折手段または回折手段の中で少なくとも一つとの組合せからなるその他の多様な光学素子を使うこともできる。
このような画像出射部１０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。
一方、拡張現実用画像とは、画像出射部１０のディスプレイ装置１１の画面に表示され、反射手段２０及び光学手段３０を通して使用者の瞳孔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や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画像出射部１０から現実用画像に相応する拡張現実画像光として出射し、反射手段２０及び光学手段３０を通して使用者の瞳孔４０に伝達されることにより、使用者に仮想画像を提供し、これと同時に使用者は光学手段３０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である実際事物画像光を目で直接受けることにより、拡張現実サービスの提供を受けるようになる。
図４の実施例では、光学手段３０の内面で１回全反射される構成を示すので、画像出射部１０は図４に示すような位置に配置されるが、これは例示的なものであり、全反射構造を使わないか２回以上の全反射を使う場合、画像出射部１０は拡張現実画像光を光学手段３０を通して反射手段２０に伝達するための適切な位置に配置される。どの場合であっても、画像出射部１０は後述する反射手段２０の位置、角度及び瞳孔４０の位置を考慮して適切な位置に配置されることができる。
反射手段２０は、画像出射部１０から出射した拡張現実用画像に相応する拡張現実画像光を使用者の目の瞳孔４０に向けて反射させて伝達することにより、使用者に仮想画像である拡張現実用画像を提供する手段である。
図４で、反射手段２０は複数の反射部２１～２９から構成され、図面符号２０はこのような複数の反射部２１～２９全体を通称するものである。
このような反射手段２０は、図４に示すように、光学手段３０の内部に埋め込まれて配置される。
後述するように、光学手段３０は、反射手段２０で反射された拡張現実画像光と実際事物画像光の少なくとも一部が使用者の瞳孔４０に向けて出射する第１面３１と、前記第１面３１に対向し、実際事物画像光が入射する第２面３２とを備える。反射手段２０はこのような光学手段３０の第１面３１と第２面３２との間の内部空間に埋め込まれて配置される。
光学手段３０の第１面３１は、使用者が拡張現実用光学装置２００を瞳孔４０の前方に置いたとき、使用者の瞳孔４０に向かう面になり、第２面３２はその反対面、すなわち実際世界の事物に向かう面になり、反射手段２０はこのような光学手段３０の第１面３１と第２面３２との間の内部空間に配置される。
一方、図４の実施例では、画像出射部１０から出射する拡張現実画像光は光学手段３０の内面で１回全反射された後、反射手段２０に伝達されるものとして示したが、これは例示的なものであり、全反射を使わず画像出射部１０から出射する拡張現実画像光は光学手段３０の内部を通して反射手段２０に直接伝達されるか、または光学手段３０の内面で少なくとも１回以上全反射された後、反射手段２０に伝達されるようにすることもできる。
拡張現実画像光が光学手段３０の内面で少なくとも１回以上全反射される場合において、全反射回数が偶数（２ｎ、ｎは自然数）の場合には、画像出射部１０から出射する拡張現実用画像光は、図４に示すように、光学手段３０の第２面３２に先に入射するものではなく、第１面３１に向けて入射した後、第２面３２と第１面３１との間で２ｎ回全反射された後、反射手段２０に伝達される。したがって、この場合には、画像出射部１０から出射する拡張現実画像光は、図４に示したものとは違い、第１面３１に向けて出射するようになる。
拡張現実画像光が光学手段３０の内面で少なくとも１回以上全反射される場合において、全反射回数が奇数（２ｎ－１、ｎは自然数）の場合には、画像出射部１０から出射する拡張現実用画像光は、図４に示したものと同様に、光学手段３０の第２面３２に向けて入射した後、第１面３１と第２面３２との間で２ｎ－１回全反射された後、反射手段２０に伝達される。
全反射を使う構成の場合には、どの場合であっても、反射手段２０に拡張現実画像光が入射する直前の光学手段３０の内面は第２面３２になる。
図４の実施例で、反射手段２０は複数の反射部２１～２９を含み、それぞれの反射部２１～２９は、反射部２１～２９に伝達された拡張現実画像光をそれぞれ反射させて使用者の瞳孔４０に伝達するように画像出射部１０と瞳孔４０の位置を考慮して光学手段３０の内部に適切に配置される。
図４に示すように、画像出射部１０から出射した拡張現実画像光が光学手段３０の第２面３２で１回全反射されて反射部２１～２９に伝達される構成を使う場合、画像出射部１０から光学手段３０の第２面３２に入射する拡張現実画像光と、第２面３２で全反射されて反射部２１～２９に出射する拡張現実画像光と、瞳孔４０との位置を考慮して反射部２１～２９の傾斜角を適切に配置する。
一方、反射部２１～２９のそれぞれは、先に図３を参照して説明したように、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、ヒトの瞳孔サイズより小さなサイズ、すなわち８ｍｍ以下に、より好ましくは４ｍｍ以下に形成されることが好ましい。
すなわち、反射部２１～２９のそれぞれは、ヒトの一般的な瞳孔サイズより小さなサイズ、すなわち８ｍｍ以下、より好ましくは４ｍｍ以下に形成される。これにより、反射部２１～２９のそれぞれを通して瞳孔に入射する光に対する深度（Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｆｉｅｌｄ）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、これにかかわらず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（ｐｉｎ ｈｏｌｅ ｅｆｆｅｃｔ）を発生させることができる。
ここで、反射部２１～２９のそれぞれのサイズは、各反射部２１～２９の周縁の境界線上の任意の２点間の最大長を意味するものと定義する。
また、反射部２１～２９のそれぞれのサイズは、瞳孔４０と反射部２１～２９との間の直線に垂直でありながら瞳孔４０の中心を含む平面に各反射部２１～２９を投映した正射影の周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。
一方、反射部２１～２９が、図４に示すように、２以上の複数で備えられた場合、反射部２１～２９のそれぞれは光学手段３０の第２面３２で全反射された拡張現実画像光が他の反射部２１～２９に伝達されることを遮断しないように配置されなければならない。このために、本実施例で、複数の反射部２１～２９の中で少なくとも二つ以上の反射部２５～２９は、画像出射部１０からの距離が遠いほど光学手段３０の第２面３２にもっと近く配置される。言い換えれば、これは、複数の反射部２１～２９の中で少なくとも２以上の反射部２５～２９は、画像出射部１０からの距離が遠いほど光学手段３０の第１面３１、すなわち瞳孔４０からもっと遠くなるように配置されることを意味する。
ここで、光学手段３０の第２面３２が曲面に形成されるか瞳孔４０に対して斜めに配置される場合があり得るので、反射部２１～２９の中で少なくとも２以上の反射部２５～２９が画像出射部１０からの距離が遠いほど光学手段３０の第２面３２にもっと近く配置されるというのは、画像出射部１０からの距離が遠いほど瞳孔４０から正面方向への直線が光学手段３０の第２面３２が会う点に垂直な平面との距離がもっと小さい反射部２５～２９が少なくとも２以上存在することを意味する。
図５は反射部２１～２９の配置構造を説明するための図である。
図５を参照すると、反射部２１～２９は光学手段３０の第１面３１と第２面３２との間に埋め込まれて配置されている。光学手段３０を側面から見たとき、反射部２１～２４は光学手段３０の第２面３２との距離が同一であるが、反射部２５～２９は画像出射部１０からの距離が遠いほど光学手段３０の第２面３２にもっと近く配置される。
図５では、光学手段３０を側面から見たとき、反射部２１～２４はその中心を連結した仮想の線が第２面３２に平行な直線を成すように配置され、反射部２５～２９はその中心を連結した仮想の線が曲線を成すように配置される。すなわち、反射部２１～２４は直線に沿って配置され、反射部２５～２９は曲線に沿って配置される。
図５では、４個の反射部２１～２４が直線に沿って配置され、５個の反射部２５～２９が曲線に沿って配置されたものを示すが、これは例示的なものであり、直線及び曲線に沿って配置された反射部のそれぞれの数は使用例によって変更可能であるというのは言うまでもない。また、すべての反射部２１～２９が曲線に沿って配置されるようにすることもできる。
ここで、直線または曲線とは、光学手段３０の側面から見たときの２次元平面での形態であるが、画像出射部１０が、図４に示すように、瞳孔４０の上側に位置せずに側面に位置する場合には、反射部２１～２９は光学手段３０の上面または下面から見たときの２次元平面で直線または曲線に沿って配置されることもできる。
図６は図４及び図５で説明した拡張現実用光学装置２００の斜視図である。
図６を参照すると、拡張現実用光学装置２００を使用者の瞳孔４０の前方に置いたとき、瞳孔４０から正面方向をｘ軸といい、画像出射部１０とｘ軸との間の垂直線に対してｘ軸に沿って平行でありながら光学手段３０の第１面３１と第２面３２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、ｚ軸に垂直な面に向けて拡張現実用光学装置２００を見れば、反射部２１～２９は図５に示したもののように見える。
すなわち、ｚ軸に垂直な面に向けて光学手段３０を見たとき、複数の反射部２１～２９の中で少なくとも２以上の反射部２５～２９は、画像出射部１０からの距離が遠いほど光学手段３０の第１面３１と第２面３２との間の内部空間で光学手段３０の第２面３２にもっと近く配置される。
ここで、複数の反射部２１～２９は、外部でｚ軸に垂直な面に向けて光学手段３０を見たとき、ｚ軸に垂直ないすれか一つの平面に含まれるように光学手段３０の内部に配置されることができる。
一方、図５及び図６に示すように、反射部２１～２４は光学手段３０の第１面３１に近く配置されていることが分かる。
ここで、第２面３２は、前述したように、実際事物画像光が入射する面である。これは、全反射構造を使う場合、反射部２１～２９に入射する直前に拡張現実画像光が最終的に全反射される面になる。
一方、反射部２５～２９は、下側に行くほど光学手段３０の第２面３２にもっと近く配置される形態に曲線を成すように配置されることが分かる。すなわち、反射部２５～２９は画像出射部１０からの距離が遠いほど第２面３２にもっと近く配置される。
図７は反射部２１～２９の配置構造の効果を説明するための図である。
図７の（ａ）は反射部２１～２９が図４～図６で説明したような構造、すなわち反射部２１～２９の一部２５～２９が画像出射部１０から距離が遠いほど第２面３２にもっと近く配置された場合を示すものであり、図７の（ｂ）はすべての反射部２１～２９が一直線上に配置された場合、すなわちすべての反射部２１～２９が画像出射部１０からの距離にかかわらず第２面３２から同じ距離を有するように配置された場合を示すものである。
図７の（ｂ）を参照すると、すべての反射部２１～２９が瞳孔４０から正面方向に対して垂直な方向の一直線に沿って配置（すなわち、すべての反射部２１～２９が画像出射部１０からの距離にかかわらず光学手段３０の第２面３２との距離が同じになるように配置）されているので、この場合、下側の反射部２８、２９には光学手段３０の第２面３２で全反射された拡張現実画像光が正常に到逹しないことが分かる。
これに対して、図７の（ａ）を参照すると、反射部２５～２９は画像出射部１０からの距離が遠いほど光学手段３０の第２面３２にもっと近く配置されているので、光学手段３０の第２面３２で全反射された拡張現実画像光はすべての反射部２１～２９に伝達されることが分かる。
一方、反射部２１～２９は、前述したように、反射部２１～２９に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４０に伝達するように適切な傾斜角に斜めに配置され、各反射部２１～２９は、使用者の瞳孔４０中心から正面方向に対して少なくとも４５度以下の傾斜角を有するように配置される。
図８及び図９は反射部２１～２９の傾斜角を説明するための図である。
図８では、説明の便宜のために一つの反射部２１のみを示す。図８を参照すると、反射部２１は使用者の瞳孔４０の中心の正面方向に対して傾斜角θを有するように斜めに配置され、この傾斜角は４５度以下であることが好ましい。これは、反射部２１の傾斜角θが４５度以上の場合には反射部２１に入射する拡張現実画像光を瞳孔４０の方向に正常に伝達することができないからである。
図９の（ａ）は反射部２０の傾斜角θが４５度以下の場合、図９の（ｂ）は傾斜角θが４５度を超える場合をそれぞれ示すものである。
図９の（ａ）を参照すると、反射部２０の傾斜角θが４５度以下に形成されている。この場合、光学手段３０の第２面３２（インプット（ｉｎｐｕｔ）面）で全反射された拡張現実画像光が反射部２０を通して瞳孔４０に収斂することが分かる。
図９の（ａ）で、光学手段３０の第２面３２の外部に表示された点線は、光学手段３０の第２面３２で全反射されて反射部２０に入射する拡張現実画像光を光学手段３０の第２面３２の外側に延ばして示したものである。この点線は光学手段３０の第２面３２の外部の一点で会うことが分かり、これは反射部２０を通して瞳孔４０に伝達される拡張現実画像光が瞳孔４０に収斂することを意味する。
一方、図９の（ｂ）に示すように、反射部２０の傾斜角θが４５度を超える場合には、瞳孔４０から画像光が出射したと仮定するとき、画像光は反射部２０を通して収斂せずに発散することが分かる。よって、画像出射部１０から拡張現実画像光が出射する場合を考えて見れば、拡張現実画像光の光経路は瞳孔４０に収斂することができないので、同じ位置のインプット面を有することができないことを意味し、これは結局画像出射部１０から出射した拡張現実画像光が光学手段３０の内面で全反射された後、反射部２０を通して瞳孔４０に正常に伝達されることができないことを意味する。
図９は拡張現実画像光が光学手段３０の第２面３２で１回全反射される場合を例示的に示したものであるが、全反射を使わないか２回以上の全反射を使う場合にも同様である。全反射を使わない場合には、光学手段３０の第２面３２と反射部２０を連結した線の第２面３２側の延長線上に画像出射部１０が位置し、この場合にも同様に反射部２０は使用者の瞳孔４０の中心から正面方向に対して少なくとも４５度以下の角度を有する。
一方、光学手段３０は、反射部２１～２９が埋め込まれて配置され、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４０に向けて透過させる手段である。
ここで、実際事物画像光の少なくとも一部を瞳孔４０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。
また、光学手段３０は、前述したように、画像出射部１０から出射する拡張現実用画像光を光学手段３０の内部を通して反射部２１～２９に直接伝達するかまたは光学手段３０の内面で少なくとも１回以上全反射させた後、反射部２１～２９に伝達する。
光学手段３０は、前述したように、反射部２１～２９で反射された拡張現実画像光と実際事物画像光の少なくとも一部が使用者の瞳孔に向けて出射する第１面３１と、前記第１面３１に対向して実際事物画像光が入射する第２面３２とを備え、反射部２１～２９は第１面３１と第２面３２との間の内部に埋め込まれて配置される。
光学手段３０は、ガラスまたはプラスチック素材及びその他の合成樹脂材のレンズから形成することができ、多様な屈折率及び透明度を有することができる。
光学手段３０の第１面３１と第２面３２とは互いに平行なものとして示したが、これは例示的なものであり、互いに平行ではないように構成することもできる。
また、光学手段３０の第１面３１と第２面３２の中で少なくとも一つは曲面に形成されることができる。すなわち、第１面３１または第２面３２の中でいずれか一方が曲面であることができ、第１面３１及び第２面３２が共に曲面に形成されることができる。
ここで、前記曲面は凹面または凸面であることができる。凹面とは、当該面を正面から見たとき、中央部が周縁部より薄く形成されて凹んでいることを意味し、凸面とは、当該面を正面から見たとき、中央部が周縁部より厚く形成されて膨らむように突出したことを意味する。
図１０及び図１１は図４～図９を参照して説明した実施例による拡張現実用光学装置２００の全体的な作用を説明するための図であり、図４に示すような全反射構造を使う場合に対するものである。
図１０では、説明の便宜のために、反射部２１～２５は５個のみを示す。
図１０の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を参照すると、互いに異なる角度の拡張現実画像光が光学手段３０の第２面３２で全反射された後、前述したような傾斜角及び配置構造を有する反射部２１～２５によってアイボックス（ｅｙｅ ｂｏｘ）に伝達されることが分かる。
図１０の（ａ）では反射部２１～２３が使われ、図１０の（ｂ）では反射部２２～２４が使われ、図１０の（ｃ）では反射部２３～２５が使われる。これらは拡張現実画像光の光経路の入射角、すなわち画像出射部１０から出射する拡張現実画像光の光経路の出射角にそれぞれ相応して拡張現実画像光をアイボックス（ｅｙｅ ｂｏｘ）に伝達することが分かる。
ここで、アイボックス（ｅｙｅ ｂｏｘ）は、画像出射部１０から出るそのままの拡張現実画像光を見るのにあたり、使用者の瞳孔４０が位置することができる最大空間と見なすことができ、光学手段３０の第２面３２はインプット面として作用し、インプット面で全反射された拡張現実画像光は反射部２１～２５を通して全部アイボックスの方向に出射する。
一方、図１１は図１０の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）で示した拡張現実画像光を一緒に示すものであり、画像出射部１０から出射した拡張現実画像光が入射瞳孔（ｉｎｐｕｔ ｐｕｐｉｌ）として機能する光学手段３０の上部を通して入射し、光学手段３０の第２面３２で全反射された後、反射部２０で反射された後、出射瞳孔（ｅｘｉｔ ｐｕｐｉｌ）として作用する光学手段３０の第１面３１を通してアイボックス（ｅｙｅ ｂｏｘ）に伝達されることが分かる。ここで、瞳孔４０が位置することができるアイボックス（ｅｙｅ ｂｏｘ）と光学手段３０との間の距離はアイレリーフ（ｅｙｅ ｒｅｌｉｅｆ）になる。
図１０及び図１１に示すように、画像出射部１０から出射して光学手段３０のインプット面で全反射された拡張現実画像光は前述したような反射部２０の傾斜角構造及び配置構造によって全部アイボックス（ｅｙｅ ｂｏｘ）に伝達されるので、拡張現実画像光の光効率を著しく改善することができることが分かる。
図１２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る。
図１２の実施例の拡張現実用光学装置３００は、図４～図１１を参照して説明した実施例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２１～２９から構成される反射手段２０が複数形成されることを特徴とする。
ここで、複数の反射手段２０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、拡張現実用光学装置３００を使用者の瞳孔４０の前方に置いたとき、瞳孔４０から正面方向をｘ軸といい、画像出射部１０とｘ軸との間の垂直線に対してｘ軸に沿って平行でありながら光学手段３０の第１面３１と第２面３２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、複数の反射手段２０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。
ここで、それぞれの反射手段２０は、各反射手段２０を構成するそれぞれの反射部２１～２９が、隣接した反射手段２０を構成する反射部２１～２９の中でいずれか一つとｚ軸に平行な仮想の直線に沿って位置するように配置されることができる。よって、ｚ軸に垂直な面に向けて見たとき、複数の反射手段２０は図５に示したように見える。
図１２の実施例によれば、図４～図１１を参照して説明したような作用効果を有しながらｚ軸方向の視野角及びアイボックス（ｅｙｅ ｂｏｘ）を広げることができる利点がある。
図１３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る。
図１３の実施例の拡張現実用光学装置４００は、図１２で説明した実施例の拡張現実用光学装置３００と同様に反射手段２０が複数から構成されるが、各反射手段２０は、各反射手段２０を構成するそれぞれの反射部２１～２９が、隣接した反射手段２０を構成するすべての反射部２１～２９と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ることを特徴とする。
すなわち、図１３に示すように、ｚ軸の右側方向から互いに隣り合う第1反射手段２０の反射部２１～２９と第2反射手段２０の反射部２１～２９とをｙ軸方向の上側（画像出射部１０側）から順に比較してみれば、第１反射手段２０のそれぞれの反射部２１～２９は第２反射手段２０のすべての反射部２１～２９と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、第１反射手段２０の反射部２１～２９と第２反射手段２０の反射部２１～２９とは、ｚ軸方向に見るとき、ｚ軸に平行な直線に沿って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。
図１４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る。
図１４の実施例の拡張現実用光学装置５００は、図４～図１１を参照して説明した実施例の拡張現実用光学装置２００と基本的に同様であるが、各反射部２１～２９がｚ軸方向に延びたバー（ｂａｒ）状に形成されることを特徴とする。
すなわち、前述したように、拡張現実用光学装置５００を使用者の瞳孔４０の前方に置いたとき、瞳孔４０から正面方向をｘ軸といい、画像出射部１０とｘ軸との間の垂直線に対してｘ軸に沿って平行でありながら光学手段３０の第１面３１と第２面３２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２１～２９は前記ｚ軸方向に沿って延びたバー（ｂａｒ）状に形成される。
このような場合、ｚ軸に垂直な面に向けて見たとき、各反射部２１～２９のサイズは４ｍｍ以下に形成されることが好ましい。
一方、本実施例の場合にも、ｚ軸に垂直な平面に向けて光学手段３０を見たとき、各反射部２１～２９の形態は図５に示したものと同様に見える。
一方、前記実施例において、反射部２１～２９の少なくとも一部のサイズは互いに異なるようにすることもできる。このような場合にも、各反射部２１～２９のサイズは、前述したように、４ｍｍ以下に形成することが好ましい。
また、各反射部２１～２９は等間隔で配置されることが好ましいが、少なくとも一部の反射部２１～２９の間隔を他の反射部２１～２９の間隔と異なるように配置することもできる。
また、各反射部２１～２９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のような手段から構成することもできる。
また、反射部２１～２９の少なくとも一部は、反射手段の他に屈折素子または回折素子から形成することもできる。
また、反射部２１～２９の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などのような光学素子から構成されることができる。
また、反射部２１～２９の少なくとも一部は、拡張現実画像光を反射させる面の反対面に光を反射せずに吸収する素材からコーティングされることもできる。
また、反射部２１～２９の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。
図１５は反射部２１～２９の表面が曲面に形成されたものを説明するための図であり、説明の便宜のために、一つの反射部２１のみを示す。
図１５に示すように、反射部２１の表面は曲面に形成されている。この場合、曲面に形成される表面は光学手段３０の第１面３１側に膨らんでいる凸面に形成されることができる。
図１５では、第１面３１側に膨らんでいる凸面を有する反射部２１を示すが、これは例示的なものであり、第１面３１側に凹んでいる凹面を有するように反射部２１を形成することもできる。
図１６は反射部２１～２９の曲面形態の他の例を示す図であり、説明の便宜のために、一つの反射部２１のみを示す。
図１６の反射部２１は曲面に形成され、反射部２１を使用者の瞳孔の前方に置いたとき、瞳孔から正面方向をｘ軸といい、画像出射部１０とｘ軸との間の垂直線に対してｘ軸に沿って平行でありながら光学手段３０の第１面３１と第２面３２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軸と言えば、反射部２１のｘ軸方向への長さよりｚ軸方向への長さが長く形成されることを特徴とする。
すなわち、図１６の反射部２１は光学手段３０の内面でｚ軸方向にバー（ｂａｒ）状に延びるように形成され、全体的には円筒（ｃｙｌｉｎｄｅｒ）状の反射部２１を長手方向に切開した形態に形成されることを特徴とする。
図示のように、図１６の反射部２１は、ｚ軸方向への長さがｘ軸方向への長さより長く形成され、また光学手段３０の第１面３１側に膨らんでいる凸面に形成されていることが分かる。
一方、図１６で、反射部２１はｚ軸方向に延びたバー状であるが、ｙ軸方向に延びたバー状になるように、すなわちｙ軸方向への長さがｚ軸方向への長さより長く形成されることもできる。
また、図１６の反射部２１は全体的に円筒状を長手方向に切開した形態に形成されるので、ｙ軸方向に反射部２１を見たとき、長方形を有するが、これは例示的なものであり、ｙ軸方向に見たとき、反射部２１が全体的に円形、三角形、四角形などのその他の形態を有するように形成することもできる。また、反射部２１をｙ軸方向に見たとき、ｘ軸方向に長軸を有する楕円形に形成することもできる。
また、図１６では光学手段３０の第１面３１側に膨らんでいる凸面を有する反射部２１を示すが、これは例示的なものであり、第１面３１側に凹んでいる凹面を有するように反射部２１を形成することもできるというのは言うまでもない。
また、図１４の実施例で説明した反射部２０を図１６に示すような形態に形成することもできる。この場合、図１４の反射部２０は光学手段３０の内部でｚ軸方向に沿って全体的に延びて単一のバー状に形成されるが、図１６の反射部２１は図１４のバー状が分割されて形成されたものと見なすことができる。
［第２実施例］
次に、図１７以降を参照して本発明による第２実施例による拡張現実用光学装置６００～１３００について説明する。
図１７は本発明の第２実施例による拡張現実用光学装置６００を示す図である。
図１７の第２実施例の拡張現実用光学装置６００は、図４で説明した第１実施例と基本的な構成は同様であるが、反射手段２０を構成する反射部２１～２９の配置構造のみに違いがある。
すなわち、図１７の第２実施例の拡張現実用光学装置６００の反射手段２０は、複数の反射部２１～２４を含む第１反射部グループ２０Ａと、複数の反射部２５～２９を含む第２反射部グループ２０Ｂとから構成され、第２反射部グループ２０Ｂと画像出射部１０との間の距離は第１反射部グループ２０Ａと画像出射部１０との間の距離より大きいように光学手段３０の内部に埋め込まれて配置される。
ここで、第１反射部グループ２０Ａを構成する反射部２１～２４は、画像出射部１０からの距離が遠いほど光学手段３０の第１面３１にもっと近いように光学手段３０の内部に埋め込まれて配置され、第２反射部グループ２０Ｂを構成する反射部２５～２９は、画像出射部１０からの距離が遠いほど光学手段３０の第１面３１からもっと遠いように光学手段３０の内部に埋め込まれて配置される。
ここで、光学手段３０の第１面３１及び第２面３２の中で少なくとも一つが曲面に形成されるかまたは瞳孔４０の中心から正面方向への直線に対する垂直平面に平行では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、画像出射部１０からの距離が遠いほど光学手段３０の第１面３１にもっと近く配置されるというのは、画像出射部１０からの距離が遠いほど瞳孔４０から正面方向への直線に対する垂直平面であって、第１面３１と瞳孔４０との間に存在する垂直平面にもっと近く配置されることを意味する。
同様に、画像出射部１０からの距離が遠いほど光学手段３０の第１面３1からもっと遠いように配置されるというのは、画像出射部１０からの距離が遠いほど瞳孔４０から正面方向への直線に対する垂直平面であって、第１面３１と瞳孔４０との間に存在する垂直平面からもっと遠く位置するように配置されることを意味する。
その他の構成は前述した第１実施例と同一であるので、詳細説明は省略する。
図１８は図１７で説明した反射部２１～２９の配置構造を説明するための図である。
図１８を参照すると、前述したように、反射手段２０は第１反射部グループ２０Ａと第２反射部グループ２０Ｂとから構成され、第１反射部グループ２０Ａは複数の反射部２１～２４を含み、第２反射部グループ２０Ｂは複数の反射部２５～２９をそれぞれ含む。
第１反射部グループ２０Ａを構成する複数の反射部２１～２４と第２反射部グループ２０Ｂを構成する複数の反射部２５～２９とは、光学手段３０の第１面３１と第２面３２との間の内部空間に埋め込まれて配置されており、反射部２１～２９全体の中心を仮想の線で連結すれば全体的に緩やかな“Ｃ”字形の曲線を形成するように配置されていることが分かる。
一方、図１７及び図１８では、第１反射部グループ２０Ａを構成するそれぞれ反射部２１～２４は隣接した反射部２１～２４が連続的に構成されたものとして示したが、これは例示的なものであり、例えば、隣接しない３個の反射部２１、２５、２７から第１反射部グループ２０Ａを構成することもできる。これは第２反射部グループ２０Ｂの場合にも同様である。
また、第１反射部グループ２０Ａ及び第２反射部グループ２０Ｂは複数が存在するように構成することもできるというのは言うまでもない。
また、反射手段２０を構成する複数の反射部２１～２９の全部が第１反射部グループ２０Ａ及び第２反射部グループ２０Ｂの中でいずれ一方に必ずしも含まれなければならないものではなく、反射手段２０を構成する複数の反射部２１～２９の中で一部のみで第１反射部グループ２０Ａ及び第２反射部グループ２０Ｂを構成することができるというのは言うまでもない。
図１９は図１７及び図１８で説明した拡張現実用光学装置６００の斜視図である。
図１９を参照すると、拡張現実用光学装置６００を使用者の瞳孔４０の前方に置いたとき、瞳孔４０から正面方向をｘ軸といい、画像出射部１０からｘ軸への垂直線に対してｘ軸に沿って平行でありながら光学手段３０の第１面３１と第２面３２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軸と言えば、ｚ軸は光学手段３０の第１面３１と第２面３２との間を通る線分になる。ここで、ｚ軸に垂直な平面に向けて光学手段３０または拡張現実用光学装置６００を見たとき、反射部２１～２９は図１７及び図１８に示したもののように見える。
すなわち、ｚ軸に垂直な平面に向けて光学手段３０または拡張現実用光学装置６００を見たとき、複数の反射部２１～２９の中で、第１反射部グループ２０Ａを構成する複数の反射部２１～２４は画像出射部１０からの距離が遠いほど光学手段の第１面３１にもっと近いように光学手段３０の内部に埋め込まれて配置され、第２反射部グループ２０Ｂを構成する複数の反射部２５～２９は画像出射部１０からの距離が遠いほど光学手段の第１面３１からもっと遠いように光学手段３０の内部に埋め込まれて配置される。
また、第２反射部グループ２０Ｂと画像出射部１０との間の距離は、第１反射部グループ２０Ａと画像出射部１０との間の距離より大きいように配置される。これは、図１９のｚ軸に垂直な平面に向けて光学手段３０を見たとき、第１反射部グループ２０Ａが第２反射部グループ２０Ｂの上側に配置されることを意味する。
図２０は図１７～図１９の拡張現実用光学装置６００の反射部２１～２９の配置構造の効果を説明するための図である。
図２０の（ａ）は反射部２１～２９が図１７～図１９で説明したような配置構造を有する場合を示すものであり、図２０の（ｂ）はすべての反射部２１～２９が一直線上に配置された場合、すなわちすべての反射部２１～２９が画像出射部１０からの距離にかかわらず第１面３１と同じ距離を有するように配置された場合を示すものである。
図２０の（ｂ）を参照すると、すべての反射部２１～２９が画像出射部１０からの距離にかかわらず光学手段３０の第２面３２との距離が同じに配置されているので、下側の反射部２８、２９には光学手段３０の第２面３２で全反射された拡張現実画像光が正常に到逹しないことが分かる。
これに対して、図２０の（ａ）を参照すると、反射部２４～２９が図１７～図１９を参照して説明したように配置されるので、光学手段３０の第２面３２で全反射された拡張現実画像光はすべての反射部２１～２９に伝達されることが分かる。
一方、図１７～図１９を参照して説明した第２実施例の反射部２１～２９も第１実施例と同様に、各反射部２１～２９は使用者の瞳孔４０の中心から正面方向への直線に対して少なくとも４５度以下の傾斜角を有するように配置される。これは、先に図８及び図９を参照して説明したものと同様であるので、詳細説明は省略する。
一方、前述したように、画像出射部１０から出射する拡張現実用画像光は光学手段３０の内部で全反射されず反射部２１～２９に直接伝達されるか光学手段３０の内面で少なくとも１回以上全反射された後、反射部２１～２９に伝達されることができる。
図２１～図２３は拡張現実画像光が光学手段３０で全反射される回数を説明するための図であり、説明の便宜のために、反射部２１～２３は３個のみを示す。
図２１は拡張現実画像光が光学手段３０の内部で全反射されない場合を示す図である。
図２１に示すように、画像出射部１０から出射する拡張現実画像光は光学手段３０の内部で全反射されず反射部２１～２３に直接伝達され、反射部２１～２３で反射された後、瞳孔４０に伝達されることが分かる。
図２２は拡張現実画像光が光学手段３０の内部で１回全反射される場合を示す図である。
図２２に示すように、画像出射部１０から出射する拡張現実画像光は光学手段３０の第２面３２で１回全反射された後、反射部２１～２３に伝達され、その後、反射部２１～２３で反射されて瞳孔４０に伝達されることが分かる。図２２は図２１に示すような光学手段３０をｘ軸方向に対して２等分し、２等分線を光学手段３０の第２面３２にした場合と見なすことができる。
図２３は拡張現実画像光が光学手段３０の内部で２回全反射される場合を示す図である。
図２３を参照すると、画像出射部１０から出射する拡張現実画像光は光学手段３０の第１面３１で全反射され、その後、第２面３２でさらに全反射された後、反射部２１～２３に伝達され、その後、反射部２１～２３でさらに反射されて瞳孔４０に伝達されることが分かる。図２３は図２１に示すような光学手段３０をｘ軸方向に対して３等分し、３等分線の中で瞳孔４０に近い線を光学手段３０の第２面３２にした場合と見なすことができる。
図２１～図２３で、反射部２１～２３はｚ軸に垂直な平面に向けて光学手段３０を見たとき、直線に配置された形態として示したが、これは単純に説明の便宜のためのものであり、図１７～図１９を参照して説明したような配置構造を有する場合にも同様である。
図２４及び図２５は拡張現実用光学装置６００の全体的な作用を説明するための図である。
図２４及び図２５は、光学手段３０の内部で２回全反射される場合を例示的に示した図であり、説明の便宜のために、反射部２１～２５は５個のみを示す。
図２４の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を参照すると、互いに異なる角度の拡張現実画像光が光学手段３０の第１面３１及び第２面３２でそれぞれ全反射された後、前述したような傾斜角及び配置構造を有する反射部２１～２５によってアイボックス（ｅｙｅ ｂｏｘ）に伝達されることが分かる。
図２４の（ａ）では反射部２１～２３が使われ、図２４の（ｂ）では反射部２２～２４が使われ、図２４の（ｃ）では反射部２３～２５が使われる。これらは拡張現実画像光の光経路の入射角、すなわち画像出射部１０から出射する拡張現実画像光の光経路の出射角にそれぞれ相応して拡張現実画像光をアイボックス（ｅｙｅ ｂｏｘ）に伝達する。ここで、アイボックス（ｅｙｅ ｂｏｘ）は、画像出射部１０から出るそのままの拡張現実画像光を見るのにあたり、使用者の瞳孔４０が位置することができる最大空間と見なすことができ、光学手段３０の第１面３１及び第２面３２はインプット面として作用し、これらによって全反射された拡張現実画像光は反射部２１～２５によって全部アイボックスの方向に出射する。
一方、図２５は図２４の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）で示した拡張現実画像光を一緒に示した図である。画像出射部１０から出射した拡張現実画像光が入射瞳孔（ｉｎｐｕｔ ｐｕｐｉｌ）として機能する光学手段３０の上部を通して入射し、光学手段３０の第１面３１及び第２面３２によって２回全反射された後、反射部２１～２５によって反射された後、出射瞳孔（ｅｘｉｔ ｐｕｐｉｌ）として作用する光学手段３０の第１面３１を通してアイボックス（ｅｙｅ ｂｏｘ）に伝達されることが分かる。ここで、瞳孔４０が位置することができるアイボックス（ｅｙｅ ｂｏｘ）と光学手段３０との間の距離はアイレリーフ（ｅｙｅ ｒｅｌｉｅｆ）になる。
図２４及び図２５に示すように、画像出射部１０から出射して光学手段３０の第１面３１及び第２面３２で全反射された拡張現実画像光は前述したような反射部２１～２５の傾斜角構造及び配置構造によって全部アイボックス（ｅｙｅ ｂｏｘ）に向けて伝達されるので、拡張現実画像光の光効率を著しく改善することができることが分かる。
図２６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る。
図２６の実施例の拡張現実用光学装置７００は、図１７で説明した第２実施例の拡張現実用光学装置６００と基本的な構成は同様であるが、複数の反射部２１～２４を含む第１反射部グループ２０Ａ及び複数の反射部２５～２９を含む第２反射部グループ２０Ｂから構成される反射手段２０が複数形成されることを特徴とする。
ここで、複数の反射手段２０は、次のような配置構造を有する。すなわち、拡張現実用光学装置７００または光学手段３０を使用者の瞳孔４０の前方に置いたとき、瞳孔４０から正面方向をｘ軸といい、画像出射部１０からｘ軸への垂直線に対してｘ軸に沿って平行でありながら光学手段３０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軸と直交する線分をｚ軸というとき、反射手段２０は前記ｚ軸方向に沿って平行に互いに離隔して配置されることができる。
ここで、それぞれの反射手段２０は、各反射手段２０を構成するそれぞれの反射部２１～２９が、隣接した反射手段２０を構成する反射部２１～２９の中でいずれか一つとｚ軸に平行な仮想の直線に沿って平行に位置するように並んで配置されることができる。よって、ｚ軸に垂直な平面に向けて光学手段３０を見たとき、複数の反射手段２０は図１７及び図１８で示したものと同様に見える。
図２６の実施例によれば、図１７～図１９を参照して説明したような作用効果を有しながら視野角とｚ軸方向へのアイボックス（ｅｙｅ ｂｏｘ）を広げることができる利点がある。
図２７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る。
図２７の実施例の拡張現実用光学装置８００は、図２６で説明した実施例の拡張現実用光学装置７００のように反射手段２０が複数構成されるが、各反射手段２０は、各反射手段２０を構成するそれぞれの反射部２１～２９が、隣接した反射手段２０を構成するすべての反射部２１～２９と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ることを特徴とする。
すなわち、図２７に示すように、ｚ軸の右側方向から互いに隣り合う第１反射手段２０の反射部２１～２９と第２反射手段２０の反射部２１～２９をｙ軸方向の上側（画像出射部１０側）から順に比較して見れば、第１反射手段２０のそれぞれの反射部２１～２９は第２反射手段２０のすべての反射部２１～２９と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、第１反射手段２０の反射部２１～２９と第２反射手段２０の反射部２１～２９とは、ｚ軸方向に見るとき、ｚ軸に平行に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。
図２８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る。
図２８の実施例の拡張現実用光学装置９００は、図１７及び図１８を参照して説明した実施例の拡張現実用光学装置６００と基本的に同様であるが、各反射部２１～２９がバー（ｂａｒ）状に形成されることを特徴とする。
ここで、各反射部２１～２９は、次のような配置構造を有する。すなわち、拡張現実用光学装置９００または光学手段３０を使用者の瞳孔４０の前方に置いたとき、瞳孔４０から正面方向をｘ軸といい、画像出射部１０からｘ軸への垂直線に対してｘ軸に沿って平行でありながら光学手段３０の第１面３１と第２面３２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２１～２９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。
本実施例の場合にも、光学手段３０をｚ軸に垂直な平面に向けて見たとき、各反射部２１～２９の形態は図１７及び図１８で示したものと同様に見える。
本実施例の場合、ｚ軸に垂直な平面に向けて見たとき、反射部２１～２９のサイズは４ｍｍ以下に形成されることが好ましい。
一方、第２実施例及び第２実施例の変形実施例において、各反射部２１～２９の少なくとも一部のサイズは他の反射部２１～２９と異なるように構成することもできる。このような場合にも、各反射部２１～２９のサイズは前述したように４ｍｍ以下に形成することが好ましい。
また、各反射部２１～２９は等間隔で配置されることが好ましいが、少なくとも一部の反射部２１～２９の間隔を他の反射部２１～２９の間隔と異なるように配置することもできる。
また、少なくとも一部の反射部２１～２９のｘ軸に対する傾斜角を他の反射部２１～２９と異なるように構成することもできる。
また、各反射部２１～２９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のような手段から構成することもできる。
また、反射部２１～２９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。
また、反射部２１～２９の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などのような光学素子から構成されることができる。
また、反射部２１～２９の少なくとも一部は、拡張現実画像光を反射させる面の反対面に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もできる。
また、反射部２１～２９の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。
ここで、反射部２１～２９の形状は図１５及び図１６で説明したような方式で形成されることもできる。
図２９～図３１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１０００を説明するための図である。図２９は拡張現実用光学装置１０００を瞳孔４０側から見た正面図、図３０は拡張現実用光学装置１０００を前述したようなｚ軸方向に見た側面図、図３１は拡張現実用光学装置１０００を前述したようなｙ軸方向に見た平面図である。
図２９～図３１に示した拡張現実用光学装置１０００は図２６の拡張現実用光学装置７００と同様に反射手段２０が複数から構成されるが、各反射手段２０と光学手段３０の第１面３１との距離が全部同一ではないように配置される反射手段２０が少なくとも一つ以上存在するという点に違いがある。
すなわち、前述したように、拡張現実用光学装置１０００または光学手段３０を使用者の瞳孔４０の前方に置いたとき、瞳孔４０から正面方向をｘ軸といい、画像出射部１０からｘ軸への垂直線に対してｘ軸に沿って平行でありながら光学手段３０の第１面３１と第２面３２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、各反射手段２０と光学手段３０の第１面３１との距離が全部同一ではないように配置される反射手段２０が少なくとも一つ以上存在することを特徴とする。
これは、変えて言えば、図３０に示すように、ｚ軸に垂直な平面に向けて光学手段３０を見たとき、複数の反射手段２０の少なくとも一部は重なって見えないように配置されることを意味する。
図２９～図３１の実施例では、斜線で示した２個の反射手段２０と光学手段３０の第１面３１との距離、黒色で示した２個の反射手段２０と光学手段３０の第１面３１との距離、内部を白色で示した１個の反射手段２０と光学手段３０の第１面３１との距離は互いに異なるように配置される。ここで、斜線で示した２個の反射手段２０のそれぞれと光学手段３０の第１面３１との距離は同一であり、黒色で示した２個の反射手段２０のそれぞれと光学手段３０の第１面３１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、すべての反射手段２０と光学手段３０の第１面３１との距離を全部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。
図２９～図３１の実施例での反射手段２０の配置構造は第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。
図３２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１１００を示す図で、画像出射部１０の多様な構成を説明するための図である。
本発明の画像出射部１０は、一般的には、前述したように、ディスプレイ装置１１とコリメーター１２とから構成される。図３２の拡張現実用光学装置１１００の画像出射部１０のコリメーター１２は、凹面鏡１２１とビームスプリッター１２２とを組み合わせて具現したという点を特徴とする。
図３２に示すように、ディスプレイ装置１１から出射した拡張現実画像光はビームスプリッター１２２によって凹面鏡１２１に伝達され、凹面鏡１２１で反射された拡張現実画像光はビームスプリッター１２２を通して光学手段３０の第２面３２に入射し、前述したような過程で瞳孔４０に伝達される。
図３３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１２００を示す図である。
図３３の拡張現実用光学装置１２００は図３２の実施例と同様であるが、２個の凹面鏡１２１を互いに対向するように配置して画像出射部１０を構成したという点を特徴とする。すなわち、図３３の実施例では、ディスプレイ装置１１から出射した拡張現実画像光はビームスプリッター１２２によって一つの凹面鏡１２１Ａに伝達され、凹面鏡１２１Ａで反射された後、ビームスプリッター１２２を通過して反対側の凹面鏡１２１Ｂに伝達され、ここでさらに反射された後、ビームスプリッター１２２を通して光学手段３０の第２面３２に伝達され、前述したような過程で瞳孔４０に伝達される。
図３４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１３００を示す図である。
図３４の実施例は図３２の実施例と同様であるが、画像出射部１０から出射した拡張現実画像光が補助反射部８０によって光学手段３０に伝達されるという点に違いがある。
すなわち、図３４の実施例では、ディスプレイ装置１１から出射した拡張現実画像光はビームスプリッター１２２によって凹面鏡１２１に伝達され、凹面鏡１２１で反射された拡張現実画像光はビームスプリッター１２２を通過して補助反射部８０に伝達され、補助反射部８０で反射されて光学手段３０の第２面３２に伝達され、前述したような過程で瞳孔４０に伝達される。
図３２～図３４の実施例は画像出射部１０の構成を例示した図であり、その他にも多様な形態に画像出射部１０を構成することができるというのは言うまでもない。
また、図３２～図３４の実施例は前述した第１実施例の画像出射部１０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。
以上で、本発明の好適な実施例を参照して本発明の構成を説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではないというのは言うまでもなく、本発明の範囲内で多様な修正及び変形実施が可能であるというのも言うまでもない。
例えば、前記実施例で、拡張現実用光学装置２００～１３００は画像出射部１０と独立的に製造できるので、画像出射部１０は拡張現実用光学装置２００～１３００の必須構成要素ではないものとして説明したが、図３２～図３４で説明したように画像出射部１０を含む一体型のモジュール形態に具現することも可能である。
［付記］
［付記１］
光効率を改善した拡張現実用光学装置であって、
画像出射部から出射した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反射手段と、
前記反射手段が埋め込まれて配置され、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に向けて透過させる光学手段と、
を含み、
前記光学手段は、前記反射手段で反射された拡張現実画像光と実際事物画像光の少なくとも一部が使用者の瞳孔に向けて出射される第１面と、前記第１面に対向し、実際事物画像光が入射する第２面とを備え、
前記反射手段は、反射手段に伝達された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埋め込まれて配置されるサイズ４ｍｍ以下の複数の反射部を含み、
前記複数の反射部の中で少なくとも２以上の反射部は、前記画像出射部からの距離が遠いほど光学手段の第２面にもっと近く配置されることを特徴とする、光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記２］
前記画像出射部から出射する拡張現実用画像光は前記光学手段の内部を通して前記反射手段に直接伝達されるか、または前記光学手段の内面で少なくとも１回以上全反射された後、前記反射手段に伝達されることを特徴とする、付記１に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記３］
前記複数の反射部のそれぞれは、使用者の瞳孔の中心から正面方向に対して少なくとも４５度以下の角度を有することを特徴とする、付記１に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記４］
前記反射手段は複数から構成され、
拡張現実用光学装置を使用者の瞳孔の前方に置いたとき、瞳孔から正面方向をｘ軸といい、画像出射部とｘ軸との間の垂直線に対して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、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、前記複数の反射手段は前記ｚ軸方向に沿って平行に離隔して配置されることを特徴とする、付記１に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記５］
前記各反射手段は、各反射手段を構成するそれぞれの反射部が、隣接した反射手段を構成する反射部の中でいずれか一つとｚ軸に平行な仮想の直線に沿って位置するように配置されることを特徴とする、付記４に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記６］
前記各反射手段は、各反射手段を構成するそれぞれの反射部が、隣接した反射手段を構成するすべての反射部と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ることを特徴とする、付記４に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記７］
拡張現実用光学装置を使用者の瞳孔の前方に置いたとき、瞳孔から正面方向をｘ軸といい、画像出射部とｘ軸との間の垂直線に対して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、前記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軸方向に沿って延びたバー状に形成されることを特徴とする、付記１に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記８］
前記反射部の少なくとも一部のサイズは互いに異なることを特徴とする、付記１に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記９］
前記反射部の少なくとも一部の反射部の間隔を他の反射部の間隔と異なるように配置したことを特徴とする、付記１に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記１０］
前記反射部の少なくとも一部は、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を特徴とする、付記１に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記１１］
前記反射部の少なくとも一部は、拡張現実画像光を反射させる面の反対面に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に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記１２］
前記反射部の少なくとも一部の表面は曲面に形成されることを特徴とする、付記１に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記１３］
前記曲面に形成される表面は、光学手段の第１面側に凹んでいる凹面または光学手段の第１面側に膨らんでいる凸面に形成されることを特徴とする、付記１２に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記１４］
反射部を使用者の瞳孔の前方に置いたとき、瞳孔から正面方向をｘ軸といい、画像出射部とｘ軸との間の垂直線に対して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、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、前記反射部の少なくとも一部はｘ軸方向への長さよりｚ軸方向への長さが長く形成されるか、ｚ軸方向への長さよりｙ軸方向への長さが長く形成されることを特徴とする、付記１２に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記１５］
前記ｘ軸方向への長さよりｚ軸方向への長さが長く形成された反射部またはｚ軸方向への長さよりｙ軸方向への長さが長く形成された反射部の表面は、光学手段の第１面側に凹んでいる凹面または光学手段の第１面側に膨らんでいる凸面に形成されることを特徴とする、付記１４に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記１６］
光効率を改善した拡張現実用光学装置であって、
画像出射部から出射した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反射手段と、
前記反射手段が埋め込まれて配置され、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に向けて透過させる光学手段と、
を含み、
前記光学手段は、前記反射手段で反射された拡張現実画像光と実際事物画像光の少なくとも一部が使用者の瞳孔に向けて出射される第１面と、前記第１面に対向し、実際事物画像光が入射する第２面とを備え、
前記反射手段は、反射手段に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埋め込まれて配置されるサイズ４ｍｍ以下の複数の反射部を含み、
前記反射手段は、前記画像出射部からの距離が遠いほど前記光学手段の第１面にもっと近いように前記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、前記画像出射部からの距離が遠いほど光学手段の第１面からもっと遠いように前記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反射部グループとから構成され、
前記第２反射部グループと画像出射部との距離は、前記第１反射部グループと画像出射部との距離より大きいように配置されることを特徴とする、光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記１７］
前記画像出射部から出射する拡張現実画像光は、前記光学手段の内部を通して前記反射手段に直接伝達されるか、前記光学手段の内面で少なくとも１回以上全反射された後、前記反射手段に伝達されることを特徴とする、付記１６に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記１８］
前記複数の反射部のそれぞれは、使用者の瞳孔の中心から正面方向への直線に対して少なくとも４５度以下の角度を有することを特徴とする、付記１６に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記１９］
前記反射手段は複数から構成され、
拡張現実用光学装置を使用者の瞳孔の前方に置いたとき、瞳孔から正面方向をｘ軸といい、画像出射部からｘ軸への垂直線に対して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、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、前記複数の反射手段は前記ｚ軸方向に沿って平行に離隔して配置されることを特徴とする、付記１６に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記２０］
前記各反射手段は、各反射手段を構成するそれぞれの反射部が、隣接した反射手段を構成する反射部の中でいずれか一つとｚ軸に平行な仮想の直線に沿って位置するように配置されることを特徴とする、付記１９に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記２１］
前記各反射手段は、各反射手段を構成するそれぞれの反射部が、隣接した反射手段を構成するすべての反射部と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ることを特徴とする、付記１９に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記２２］
拡張現実用光学装置を使用者の瞳孔の前方に置いたとき、瞳孔から正面方向をｘ軸といい、画像出射部からｘ軸への垂直線に対して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、前記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を特徴とする、付記１６に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記２３］
前記複数の反射部の少なくとも一部は、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を特徴とする、付記１６に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記２４］
前記複数の反射部の少なくとも一部は、拡張現実画像光を反射させる面の反対面に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１６に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記２５］
前記複数の反射部の少なくとも一部の表面は曲面に形成されることを特徴とする、付記１６に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記２６］
拡張現実用光学装置を使用者の瞳孔の前方に置いたとき、瞳孔から正面方向をｘ軸といい、画像出射部からｘ軸への垂直線に対して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、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、前記複数の反射部の少なくとも一部は、ｘ軸またはｙ軸方向への長さよりｚ軸方向への長さが長く形成されるか、ｚ軸方向への長さよりｘ軸またはｙ軸方向への長さが長く形成されることを特徴とする、付記２５に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記２７］
前記反射部の表面は、光学手段の第１面側に凹んでいる凹面または光学手段の第１面側に膨らんでいる凸面に形成されることを特徴とする、付記２６に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
［付記２８］
前記反射手段は複数から構成され、
拡張現実用光学装置を使用者の瞳孔の前方に置いたとき、瞳孔から正面方向をｘ軸といい、画像出射部からｘ軸への垂直線に対して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、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、前記各反射手段と光学手段の第１面との距離が全部同一ではないように配置される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１６に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。

Claims (27)

  1. 光効率を改善した拡張現実用光学装置であって、
    画像出射部から出射した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反射手段と、
    前記反射手段が埋め込まれて配置され、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に向けて透過させる光学手段と、
    を含み、
    前記光学手段は、前記反射手段で反射された拡張現実画像光と実際事物画像光の少なくとも一部が使用者の瞳孔に向けて出射される第１面と、前記第１面に対向し、実際事物画像光が入射する第２面とを備え、
    前記反射手段は複数から構成され、
    拡張現実用光学装置を使用者の瞳孔の前方に置いたとき、瞳孔から正面方向をｘ軸といい、画像出射部とｘ軸との間の垂直線に対して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、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、前記複数の反射手段は前記ｚ軸方向に沿って平行に離隔して配置され、
    前記複数の反射手段は、それぞれの反射手段に伝達された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前記第１面と前記第２面との間の内部に互いに離隔して埋め込まれて配置されるサイズ４ｍｍ以下の複数の反射部を含み、
    前記複数の反射部それぞれのサイズは、各反射部の周縁の境界線上の任意の２点間の最大長であるか、使用者の瞳孔と反射部との間の直線に垂直でありながら使用者の瞳孔の中心を含む平面に各反射部を投映した正射影の周縁境界線上の任意の２点間の最大長であり、
    前記複数の反射部の中で少なくとも２以上の反射部は、前記画像出射部からの距離が遠いほど光学手段の第２面にもっと近く配置され、前記少なくとも２以上の反射部を除く残りの反射部は前記光学手段の前記第２面との距離が同一になるように配置されることを特徴とする、光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  2. 前記画像出射部から出射する拡張現実用画像光は前記光学手段の内部を通して前記反射手段に直接伝達されるか、または前記光学手段の内面で少なくとも１回以上全反射された後、前記反射手段に伝達されることを特徴とする、請求項１に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  3. 前記複数の反射部のそれぞれは、使用者の瞳孔の中心から正面方向に平行な直線に対して４５度以下の角度を持つように前記光学手段内部に傾斜して配置されることを特徴とする、請求項１に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  4. 前記各反射手段は、各反射手段を構成するそれぞれの反射部が、隣接した反射手段を構成する反射部の中でいずれか一つとｚ軸に平行な仮想の直線に沿って位置するように配置されることを特徴とする、請求項１に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  5. 前記各反射手段は、各反射手段を構成するそれぞれの反射部が、隣接した反射手段を構成するすべての反射部と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ることを特徴とする、請求項１に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  6. 拡張現実用光学装置を使用者の瞳孔の前方に置いたとき、瞳孔から正面方向をｘ軸といい、画像出射部とｘ軸との間の垂直線に対して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、前記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軸方向に沿って延びたバー状に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  7. 前記反射部の少なくとも一部のサイズは互いに異なることを特徴とする、請求項１に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  8. 前記反射部の少なくとも一部の反射部の間隔を他の反射部の間隔と異なるように配置したことを特徴とする、請求項１に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  9. 前記反射部の少なくとも一部は、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を特徴とする、請求項１に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  10. 前記反射部の少なくとも一部は、拡張現実画像光を反射させる面の反対面に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に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  11. 前記反射部の少なくとも一部の表面は曲面に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  12. 前記曲面に形成される表面は、光学手段の第１面側に凹んでいる凹面または光学手段の第１面側に膨らんでいる凸面に形成されることを特徴とする、請求項１１に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  13. 反射部を使用者の瞳孔の前方に置いたとき、瞳孔から正面方向をｘ軸といい、画像出射部とｘ軸との間の垂直線に対して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、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、前記反射部の少なくとも一部はｘ軸方向への長さよりｚ軸方向への長さが長く形成されるか、ｚ軸方向への長さよりｙ軸方向への長さが長く形成されることを特徴とする、請求項１１に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  14. 前記ｘ軸方向への長さよりｚ軸方向への長さが長く形成された反射部またはｚ軸方向への長さよりｙ軸方向への長さが長く形成された反射部の表面は、光学手段の第１面側に凹んでいる凹面または光学手段の第１面側に膨らんでいる凸面に形成されることを特徴とする、請求項１３に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  15. 光効率を改善した拡張現実用光学装置であって、
    画像出射部から出射した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反射手段と、
    前記反射手段が埋め込まれて配置され、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に向けて透過させる光学手段と、
    を含み、
    前記光学手段は、前記反射手段で反射された拡張現実画像光と実際事物画像光の少なくとも一部が使用者の瞳孔に向けて出射される第１面と、前記第１面に対向し、実際事物画像光が入射する第２面とを備え、
    前記反射手段は、反射手段に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埋め込まれて配置されるサイズ４ｍｍ以下の複数の反射部を含み、
    前記複数の反射部それぞれのサイズは、各反射部の周縁の境界線上の任意の２点間の最大長であるか、使用者の瞳孔と反射部との間の直線に垂直でありながら使用者の瞳孔の中心を含む平面に各反射部を投映した正射影の周縁境界線上の任意の２点間の最大長であり、
    前記反射手段は、前記画像出射部からの距離が遠いほど前記光学手段の第１面にもっと近いように前記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、前記画像出射部からの距離が遠いほど光学手段の第１面からもっと遠いように前記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反射部グループとから構成され、
    前記第２反射部グループと画像出射部との距離は、前記第１反射部グループと画像出射部との距離より大きいように配置されることを特徴とする、光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  16. 前記画像出射部から出射する拡張現実画像光は、前記光学手段の内部を通して前記反射手段に直接伝達されるか、前記光学手段の内面で少なくとも１回以上全反射された後、前記反射手段に伝達されることを特徴とする、請求項１５に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  17. 前記複数の反射部のそれぞれは、使用者の瞳孔の中心から正面方向に平行な直線に対して少なくとも４５度以下の角度を持つように前記光学手段内部に傾斜して配置されることを特徴とする、請求項１５に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  18. 前記反射手段は複数から構成され、
    拡張現実用光学装置を使用者の瞳孔の前方に置いたとき、瞳孔から正面方向をｘ軸といい、画像出射部からｘ軸への垂直線に対して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、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、前記複数の反射手段は前記ｚ軸方向に沿って平行に離隔して配置されることを特徴とする、請求項１５に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  19. 前記各反射手段は、各反射手段を構成するそれぞれの反射部が、隣接した反射手段を構成する反射部の中でいずれか一つとｚ軸に平行な仮想の直線に沿って位置するように配置されることを特徴とする、請求項１８に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  20. 前記各反射手段は、各反射手段を構成するそれぞれの反射部が、隣接した反射手段を構成するすべての反射部と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ることを特徴とする、請求項１８に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  21. 拡張現実用光学装置を使用者の瞳孔の前方に置いたとき、瞳孔から正面方向をｘ軸といい、画像出射部からｘ軸への垂直線に対して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、前記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を特徴とする、請求項１５に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  22. 前記複数の反射部の少なくとも一部は、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を特徴とする、請求項１５に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  23. 前記複数の反射部の少なくとも一部は、拡張現実画像光を反射させる面の反対面に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１５に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  24. 前記複数の反射部の少なくとも一部の表面は曲面に形成されることを特徴とする、請求項１５に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  25. 拡張現実用光学装置を使用者の瞳孔の前方に置いたとき、瞳孔から正面方向をｘ軸といい、画像出射部からｘ軸への垂直線に対して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、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、前記複数の反射部の少なくとも一部は、ｘ軸またはｙ軸方向への長さよりｚ軸方向への長さが長く形成されるか、ｚ軸方向への長さよりｘ軸またはｙ軸方向への長さが長く形成されることを特徴とする、請求項２４に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  26. 前記反射部の表面は、光学手段の第１面側に凹んでいる凹面または光学手段の第１面側に膨らんでいる凸面に形成されることを特徴とする、請求項２５に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
  27. 前記反射手段は複数から構成され、
    拡張現実用光学装置を使用者の瞳孔の前方に置いたとき、瞳孔から正面方向をｘ軸といい、画像出射部からｘ軸への垂直線に対して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、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸というとき、前記各反射手段と光学手段の第１面との距離が全部同一ではないように配置される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１５に記載の光効率を改善した拡張現実用光学装置。
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