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公開番号2025010161
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-20
出願番号2024177033,2022120353
出願日2024-10-09,2018-02-22
発明の名称偏光変換に基づく可変焦点画像デバイス
出願人マジックリープ, インコーポレイテッド,Magic Leap,Inc.
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類G02B 27/02 20060101AFI20250109BHJP(光学)
要約【課題】好適な偏光変換に基づく可変焦点画像デバイスを提供すること。
【解決手段】例示的ディスプレイデバイスは、導波管の主要表面と平行方向に全内部反射下で可視光を伝搬するように構成される、導波管を含む。導波管は、その上に形成された、導波管の主要表面に対する法線の方向に可視光の一部を外部結合するように構成される、外部結合要素を有する。例示的ディスプレイデバイスは、加えて、導波管の第1の側に配置され、第2の偏光を有する可視光の一部を透過させながら、第1の偏光を有する可視光を反射させるように構成される、偏光選択的ノッチ反射体を含む。例示的ディスプレイデバイスはさらに、導波管の第2の側に配置され、第1の偏光および第2の偏光を有する可視光を反射させるように構成される、偏光無依存ノッチ反射体を含み、偏光無依存ノッチ反射体は、そこから反射する可視光の偏光を変換するように構成される。
【選択図】図25A
特許請求の範囲【請求項１】
動的集束ディスプレイシステムであって、前記動的集束ディスプレイシステムは、
第１の円偏光状態で円偏光を出力するように構成されるディスプレイであって、前記ディスプレイは、光学軸に沿って配置され、前方側と、後方側とを有し、前記後方側は、前記前方側よりもユーザの眼に近く、前記光学ディスプレイは、前記後方側に向かって波長範囲を有する光を出力するように構成される、ディスプレイと、
前記光学軸に沿った第１の切替可能光学要素であって、前記第１の切替可能光学要素は、アクティブ化されたときに、前記第１の切替可能光学要素を通して透過される光の前記円偏光状態を、前記第１の円偏光状態から第２の異なる円偏光状態に変化させるように構成される、第１の切替可能光学要素と、
前記光学軸に沿って前記第１の切替可能光学要素の前方に配置される第１のコレステリック液晶（ＣＬＣ）レンズと、
前記光学軸に沿って前記第１のＣＬＣレンズの前方に配置される第２の切替可能光学要素であって、前記第２の切替可能光学要素は、アクティブ化されたときに、前記第２の切替可能光学要素を通して透過される光の前記円偏光状態を、前記第２の円偏光状態から前記第１の円偏光状態に変化させるように構成される、第２の切替可能光学要素と、
前記光学軸に沿って前記第２の切替可能光学要素の前方に配置される第２のＣＬＣレンズと、
前記第１および第２の切替可能光学要素の前記状態を電子的に切り替えることにより、前記第１のＣＬＣレンズまたは前記第２のＣＬＣレンズのいずれかを動的に選択するように構成されるコントローラと
を備える、動的集束ディスプレイシステム。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記第１のＣＬＣレンズの選択に応答して、前記第１の切替可能光学要素は、前記第１の偏光状態を有する光の透過を可能にするように切り替えられ、
前記第２のＣＬＣレンズの選択に応答して、前記第１の切替可能光学要素は、光の偏光を前記第１の円偏光状態から前記第２の円偏光状態に変化させるように切り替えられ、前記第２の切替可能光学要素は、光の偏光を前記第２の円偏光状態から前記第１の円偏光状態に変化させるように切り替えられる、請求項１に記載の動的集束ディスプレイシステム。
【請求項３】
前記第１および第２の切替可能光学要素は、２分の１波長板を備える、請求項１に記載の動的集束ディスプレイシステム。
【請求項４】
請求項１に記載の動的集束ディスプレイシステムを備えるウェアラブル拡張現実ディスプレイシステム。
【請求項５】
前記光学軸に沿って前記第２のＣＬＣレンズの前方に配置される第３の切替可能光学要素であって、前記第３の切替可能光学要素は、アクティブ化されたときに、前記第３の切替可能光学要素を通して透過される光の前記円偏光状態を、前記第２の円偏光状態から前記第１の円偏光状態に変化させるように構成される、第３の切替可能光学要素と、
前記光学軸に沿って前記第３の切替可能光学要素の前方に配置される第３のＣＬＣレンズと
をさらに備え、
前記コントローラは、前記第１、第２および第３の切替可能光学要素の前記状態を電子的に切り替えることにより、前記第１のＣＬＣレンズ、前記第２のＣＬＣレンズまたは前記第３のＣＬＣレンズのいずれかを動的に選択するように構成される、請求項１に記載の動的集束ディスプレイシステム。
【請求項６】
前記第１、第２および第３の切替可能光学要素ならびに前記第１、第２および第３のＣＬＣレンズは、前記第１、第２および第３のＣＬＣレンズが前記第１、第２および第３の切替可能光学要素と交互になるように、スタックされた構成にある、請求項５に記載の動的集束ディスプレイシステム。
【請求項７】
前記コントローラは、前記第１および第２の切替可能光学要素の前記状態を電子的に切り替えて、前記第１のＣＬＣレンズまたは前記第２のＣＬＣレンズのいずれかを動的に選択することにより、異なる焦点距離の間の動的切替を提供するように構成される、請求項１に記載の動的集束ディスプレイシステム。
【請求項８】
前記第１、第２および第３のＣＬＣレンズの各々は、多層回折レンズであり、前記多層回折レンズの各々は、複数のレンズを有する、請求項１に記載の動的集束ディスプレイシステム。
【請求項９】
前記第１の切替可能光学要素が非アクティブ化されたときに、光が、前記第１のＣＬＣレンズによって動作中に反射され、画像焦点が、前記第１のＣＬＣレンズによって決定される、請求項１に記載の動的集束ディスプレイシステム。
【請求項１０】
前記第１および第２の切替可能光学要素の両方がアクティブ化されたときに、光が、前記第１のＣＬＣレンズによって動作中に反射されない代わりに、前記第２のＣＬＣレンズによって反射され、画像焦点が、前記第２のＣＬＣレンズによって決定される、請求項１に記載の動的集束ディスプレイシステム。
（【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】
（参照による援用）
本願は、２０１７年２月２３日に出願され“ＶＡＲＩＡＢＬＥ－ＦＯＣＵＳＶＩＲＴＵＡＬＩＭＡＧＥＤＥＶＩＣＥＳ”と題された米国仮特許出願第６２／４６２，８５０号の利益を主張するものであり、該米国仮特許出願は、その全体が参照により本明細書中に援用される。この仮特許出願は、以下のセクションを含み、これらの両方が、参照により援用され、本願の一部を形成している。
１．セクションＩ：“ＤＩＳＰＬＡＹＳＹＳＴＥＭＷＩＴＨＶＡＲＩＡＢＬＥＰＯＷＥＲＲＥＦＬＥＣＴＯＲ”（「可変屈折力反射体を有するディスプレイシステム」）と題された出願の部分に対する明細書および図面
２．セクションＩＩ：“ＶＡＲＩＡＢＬＥ－ＦＯＣＵＳＶＩＲＴＵＡＬＩＭＡＧＥＤＥＶＩＣＥＳＢＡＳＥＤＯＮＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ”（「偏光変換に基づく可変焦点仮想画像デバイス」）と題された明細書および図面
続きを表示（約 2,700 文字）【０００２】
セクションＩおよびセクションＩＩの両方は、可変焦点または可変屈折力デバイスおよびこれらのデバイスに関連付けられた特徴を議論しており、両セクションは、本願の議論の一部を等しく形成している。したがって、セクションＩに議論されている種々の特徴、要素、構造、方法等は、任意の組み合わせにおいて、セクションＩＩに議論されている特徴、要素、構造、方法等とともに用いられ得、組み合わされ得、組み込まれ得、または、別様にこれらと両立し得る。同様に、セクションＩＩに議論されている種々の特徴、要素、構造、方法等は、任意の組み合わせにおいて、セクションＩにおいて議論されている特徴、要素、構造、方法等とともに用いられ得、組み合わされ得、組み込まれ得、または、別様に両立し得る。
【０００３】
本願はまた、以下の特許出願の各々の全体を参照により援用するものである：米国出願第１４／５５５，５８５号（出願日２０１４年１１月２７日）；米国出願第１４／６９０，４０１号（出願日２０１５年４月１８日）；米国出願第１４／２１２，９６１号（出願日２０１４年３月１４日）；および米国出願第１４／３３１，２１８号（出願日２０１４年７月１４日）。
【０００４】
（分野）
本開示は、ディスプレイシステムに関し、より具体的には、少なくとも部分的に偏光変換に基づく回折デバイス備える、拡張現実ディスプレイシステムに関する。
【背景技術】
【０００５】
現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、いわゆる「仮想現実」または「拡張現実」体験のためのシステムの開発を促進しており、デジタル的に再現された画像またはその一部が、現実であるように見える、またはそのように知覚され得る様式でユーザに提示される。仮想現実、すなわち、「ＶＲ」シナリオは、典型的には、他の実際の実世界の視覚的入力に対する透過性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴い、拡張現実または「ＡＲ」シナリオは、典型的には、ユーザの周囲の実際の世界の可視化に対する拡張としてのデジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。複合現実または「ＭＲ」シナリオは、一種のＡＲシナリオであって、典型的には、自然世界の中に統合され、それに応答する、仮想オブジェクトを伴う。例えば、ＭＲシナリオでは、ＡＲ画像コンテンツは、実世界内のオブジェクトによってブロックされて見える、または別様にそれと相互作用するように知覚され得る。
【０００６】
図１を参照すると、拡張現実場面１が、描写され、ＡＲ技術のユーザには、人々、木々、背景における建物、およびコンクリートプラットフォーム１１２０を特徴とする、実世界公園状設定１１００が見える。これらのアイテムに加え、ＡＲ技術のユーザはまた、これらの要素１１３０、１１１０が実世界内に存在しないにもかかわらず、実世界プラットフォーム１１２０上に立っているロボット像１１１０と、マルハナバチの擬人化のように見える、飛んでいる漫画のようなアバタキャラクタ１１３０等の「仮想コンテンツ」を「見ている」と知覚する。ヒトの視知覚系は、複雑であって、他の仮想または実世界画像要素間における仮想画像要素の快適で、自然のような感覚で、かつ豊かな提示を促進する、ＡＲ技術の生産は、困難である。
【０００７】
本明細書に開示されるシステムおよび方法は、ＡＲまたはＶＲ技術に関連する種々の課題に対処する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願は、可変屈折力を提供するために採用され得る、システムおよび方法の議論を含む。可変焦点または可変屈折力デバイスは、画像が異なる深度から生じた場合のように画像を投影する、特定の頭部搭載型ディスプレイデバイスにおいて用途を見出し得る。頭部搭載型ディスプレイデバイス内の光学要素の屈折力を変化させることによって、頭部搭載型ディスプレイデバイスの装着者に提示される画像は、装着者から異なる距離に位置した場合のように見える。可変焦点または可変屈折力光学デバイスは、したがって、画像コンテンツがユーザに対して異なる場所に位置する場合のように、異なる画像コンテンツを表示させるように変調されることができる。いくつかの可変屈折力要素は、可動膜を備える、反射体を備える。他の可変屈折力要素は、切替可能液晶要素を使用して屈折力レベルを切り替え得る、液晶切替可能デバイスを備える。本明細書に説明されるいくつかの可変焦点デバイスは、光の偏光性質を利用し、１つの焦点から別の焦点に切り替わることを促進する。
【０００９】
ある側面では、ディスプレイデバイスは、導波管の主要表面と平行方向に全内部反射下で可視光を伝搬するように構成される、導波管と、導波管上に形成され、導波管の主要表面に対する法線の方向に可視光の一部を外部結合するように構成される、外部結合要素とを備える。ディスプレイデバイスは、加えて、導波管の第１の側に配置され、第２の偏光を有する可視光の一部を透過させながら、第１の偏光を有する可視光を反射させるように構成される、偏光選択的ノッチ反射体を備える。ディスプレイデバイスはさらに、導波管の第２の側に配置され、第１の偏光を有する可視光および第２の偏光を有する可視光を反射させるように構成される、偏光無依存ノッチ反射体を備え、偏光無依存ノッチ反射体は、そこから反射する可視光の偏光を変換するように構成される。
【００１０】
別の側面では、ディスプレイデバイスは、第１の切替可能レンズと第２の切替可能レンズとの間に介在される導波デバイスを備え、導波デバイスは、それぞれ、複数のキラル構造を備える、１つ以上のコレステリック液晶（ＣＬＣ）層を備え、各キラル構造は、層深度方向に延在し、第１の回転方向に連続的に回転される、複数の液晶分子を備え、キラル構造の液晶分子の配列は、１つ以上のＣＬＣ層が入射光をブラッグ反射させるように構成されるように、層深度方向と垂直な側方方向に周期的に変動する。導波デバイスは、加えて、１つ以上のＣＬＣ層にわたって形成され、導波管の主要表面と平行方向に全内部反射（ＴＩＲ）下で可視光を伝搬するように、かつ可視光を、１つ以上のＣＬＣ層に、またはそこから光学的に結合するように構成される、１つ以上の導波管を含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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