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公開番号2024166275
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-28
出願番号2024154186,2021576052
出願日2024-09-06,2020-03-16
発明の名称拡張ビームによるニアアイビューイング用ウェアラブルディスプレイ
出願人アマルガメイテッドヴィジョンエルエルシー
代理人弁理士法人YKI国際特許事務所
主分類G02B 27/02 20060101AFI20241121BHJP(光学)
要約【課題】看者の視認性が阻害にくいウェアラブルビューイング装置を提供する。
【解決手段】光学装置であり、変調ビームを走査鏡の方へと差し向けるレーザ光源を有する。対物レンズ1220とその鏡1214とにより、その走査鏡に曲率中心がある湾曲合焦面を画定する。数値開口(NA)エキスパンダ960をそれに対し同心な湾曲合焦面に対し形状一致させる。瞳リレー光学系により入射瞳を看者の出射瞳へと中継し、その瞳リレー光学系により入射瞳・出射瞳看光路を画定する。その光路が、その変調ビーム由来の光のうち半分を透過させる湾曲鏡面を有し、且つ入射瞳在の第1曲率中心を有する。その光路上の第1偏向ビームスプリッタPBSが走査鏡から受光し、第1偏向の入射光を反射、第2偏向の入射光を透過させる。その光路により、その変調光ビームを第1偏光子へと2回差し向ける。
【選択図】図14
特許請求の範囲【請求項１】
看者により着用される光学装置であって、
変調ビームを走査鏡の方に差し向けるよう励振可能なレーザ光源と、
前記走査鏡に向かう前記変調ビームの経路上にある対物レンズと、
を備え、前記対物レンズ及び前記走査鏡により前記走査された変調ビームに係る湾曲合焦面が画定され、その湾曲合焦面が前記走査鏡在の合焦面曲率中心を有する光学装置であり、
前記画定された湾曲合焦面に対し位置及び湾曲の面で一致するエキスパンション面を有し、そのエキスパンション面により前記走査された変調ビームの数値開口（ＮＡ）を増大させるＮＡエキスパンダであり、屈折力を有していないＮＡエキスパンダと、
前記走査鏡在の入射瞳を前記看者の眼水晶体在の出射瞳へと中継するよう配置されており、それら入射瞳・出射瞳間の光路を画定する瞳リレー光学系と、
を備え、前記光路が、
（ｉ）前記変調ビーム由来の入射光のうち実質的に半分を透過させるよう配置されており前記出射瞳在の第１曲率中心を有する湾曲鏡面と、
（ｉｉ）前記走査鏡からの光を受光すべく前記光路上に配置されており、第１偏向の入射光を前記湾曲鏡面の方へ反射させるよう且つその第１偏向に直交する第２偏向の入射光を透過させるよう形成されている第１偏光子と、を備え、前記瞳リレー光学系により画定された前記光路により前記変調光ビームが前記第１偏光子に２回差し向けられ、その第１偏光子上に２回入射した前記変調光ビームが平行化され前記出射瞳の方へと差し向けられる光学装置。
続きを表示（約 710 文字）【請求項２】
請求項１の光学装置であって、更に、前記対物レンズ・前記走査鏡間の集束光路上にビームスプリッタとして配置された第２偏光子を備え、その第２偏光子が、前記対物レンズ・前記走査鏡間に延びる光軸に対し約５～３０度の斜角に向けられている光学装置。
【請求項３】
請求項１の光学装置であって、更に、前記対物系から前記走査鏡に向かいそこから前記数値開口（ＮＡ）エキスパンダに向かう経路に沿い、前記変調ビームの前記経路を屈曲させる偏向性反射レンズを備える光学装置。
【請求項４】
請求項１の光学装置であって、前記ＮＡエキスパンダがレンズレットアレイである光学装置。
【請求項５】
請求項１の光学装置であって、前記ＮＡエキスパンダが拡散性光学素子である光学装置。
【請求項６】
請求項１の光学装置であって、前記ＮＡエキスパンダがホログラフィック光学素子である光学装置。
【請求項７】
請求項１の光学装置であって、更に、前記光路沿いに１枚又は複数枚の１／４波長板が備わる光学装置。
【請求項８】
請求項１の光学装置であって、更に、前記ＮＡエキスパンダと凹レンズ表面の間に配置された円偏光子が備わる光学装置。
【請求項９】
請求項８の光学装置であって、前記円偏光子が円柱状湾曲面を有する光学装置。
【請求項１０】
請求項１の光学装置であって、前記瞳リレー光学系が、更に、前記ＮＡエキスパンダのところに形成された像を看者の網膜へと中継する光学装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
［関連出願への相互参照］
本願では、「拡張ビームによるニアアイビューイング用ウェアラブルディスプレイ」(WEARABLE DISPLAY FOR NEAR-TO-EYE VIEWING WITH EXPANDED BEAM)と題するＤａｖｉｄＫｅｓｓｌｅｒ及びＡｄａｍＪ．Ｄａｖｉｓ名義の２０１９年６月１９日付米国暫定特許出願第６２／８６３３００号に基づく利益を主張し、その全容を本願に繰り入れる。同一譲受人による係属中の「ニアアイビューイング用ウェアラブルディスプレイ」(WEARABLE DISPLAY FOR NEAR-TO-EYE VIEWING)と題するＫｅｓｓｌｅｒｅｔａｌ．名義の特許文献１を参照する。
続きを表示（約 2,800 文字）【０００２】
［技術分野］
本件開示は総じてニアアイ(near-to-eye)ディスプレイに関し、より具体的には、同心デザインを呈する瞳リレー（中継）構成を採るイメージング装置を採用したディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００３】
画像コンテンツをウェアラブル（着用可能）デバイスから提供する策が多数提案されている。その装置を着用している看者(viewer)向けに画像コンテンツを表示するため、様々な種類のゴーグル、眼鏡その他の装置が発表されている。それらのデバイスのなかには完全没入型のものがあり、そうしたものによれば、デバイス着用時に看者に見えるのがその装置による生成像のみであり外界を見ることができない仮想現実（ＶＲ）表示を提供することができる。これに代え、現実世界の見え具合が様々に違うものが他のデザインで以て提供されており、そうしたものによれば、生成像を現実世界像上に重畳させて拡張現実（ＡＲ）又は複合現実（ＭＲ）表示にすることや、生成像を何らかのやり方で用い看者視野内の現実世界可視コンテンツを補強することができる。
【０００４】
ウェアラブル表示装置は情報提示及び補強画像表示に関し少なからぬ展望をもたらす装置であり、それにより多くの分野で性能及び効率を高めることができ、またそれを助けとして看者による視野内可視コンテンツ理解を増進することができる。医療及び歯科医療では、例えば、事前に格納された画像コンテンツやオプション的に後処理された画像コンテンツ、或いは別観点から現在取得中の画像コンテンツを見せる能力が助力となり、医療従事者が、診断及び処置の助けになるであろう詳細データをより正確に得ることができる。現状では高コストな３Ｄイメージングシステムからしか入手できないイメージングデータを、さほど高価でないウェアラブルイメージング器具上でのビューイング（看取）に使用可能なフォーマットにて提供することで、医療従事者がその情報を活発な臨床環境にて受け取ることが可能となる。その空間把握性が高く関連細部提示に秀でる立体イメージングは、医用イメージング案内又は医用データを用い患者を処置する者だけでなく他分野習熟者にとっても、ひときわ有用たりうる。加えて、非立体的２Ｄ画像コンテンツの提示であっても、阻害なく一次視野の明澄可視性をもたらしうるアイウェアにより提供されるのであれば、患者観察及び遠隔医療での使用や遠隔診断又は施療案内での使用、並びに産業用電子機器、コンシューマ向け電子機器その他の用途での使用を初め、様々な機能との関連で有用たりうる。
【０００５】
ウェアラブルディスプレイとの関連で提案されている装置の多くには、装置のサイズ、かさばり及び不便さ、部材及び像の配置、貧弱な画質、眼疲労その他の難点があるため、患者がその装置により何とはなしに煩わされている。より自然なビューイング体験を提供すべく多くの賢明な策が構想され、また画質向上を目指して多くの前進が導入されているとはいえ、それらの策の多くでフォームファクタがなおも、それらの装置の広域採用の獲得、とりわけ長期使用向けのそれや仕事又はレクリエーション活動時のそれを困難化させている。それらの嵩張ったサイズ及び外観がなお、多くの人々にとってのウェアラブルイメージング装置の訴求力を制限する重大な要因であると考えられる。
【０００６】
長年に亘る設計努力と最適化、例えば小型化とイメージングテクノロジ改良の積み重ねにもかかわらず、人間工学的に許容でき高画質なウェアラブルディスプレイデバイスを設計することは、明らかに継続的難題のままとなっている。自然な「感触」があり容易に着用及び使用できるウェアラブルディスプレイデバイスにする上首尾策を、捉えられないままとなっている。即ち、察せられる通り、高画質がもたらされ、軽量、安価で使いやすく従来デザインに比べ人間工学的に侵襲的でも面倒でもなく、しかも一次視野を阻害又は削減することなく拡張表示機会が提供されるような、単眼若しくは両眼２Ｄ表示又は両眼立体表示を行えるウェアラブルデバイスを求める需要が存している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
米国特許出願公開第２０１８／０１４９８６２号明細書
米国特許第３７４８０１５号明細書
米国特許第８２７４７２０号明細書
米国特許出願公開第２０１１／０２４２６３５号明細書
【非特許文献】
【０００８】
Jampel and Shi, “The Primary Position of the Eyes, The Resetting Saccade and the Transverse Visual Head Plane”, Investigative Ophthalmology and Visual Science, Vol 33, No.8, July 1992, page 2501
The Dictionary of Optometry and Visual Science, 8th Edition, Michel Milodot, Elsevier 2019
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本件開示の目的は直接的仮想網膜表示の分野、より一般にはウェアラブル装置からの仮想現実ビューイング向け虚像提示として知られている分野を、進歩させることにある。本件開示の諸実施形態では、好適画質が得られその視野に亘る看者の視認性がほとんど又は全く阻害されないウェアラブルビューイング装置が提供される。本件開示の諸実施形態によれば、従来型ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）の数多な光学的、生理学的及び人間工学的制約を減らして改善型ビューイング装置を提供することができる。本件開示の諸実施形態によれば、ウェアラブルビューイング装置の視野を広げ、走査、ビーム幅調整、多焦点明視野及び関連する光学諸部材による多用途配列を超ニアアイイメージング配列の態にすること、例えば光学部材が目の物焦点距離内に入り込んでいる諸実施形態を提供することができる。
【００１０】
これらの目的は専ら実証例として与えたものであり、その種の目的を以て本件開示の１個又は複数個の実施形態の代表例とすることができる。本願では、語「代表例」を、「一例、事案又は例証として働くもの」という意味で用いている。本願にて「代表例」として述べられている全ての態様が、必ずしも、他の諸態様に比べ好適又は有利であると解されるわけではない。
（【００１１】以降は省略されています）

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