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公開番号2025013789
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-28
出願番号2024168877,2022568918
出願日2024-09-27,2020-05-12
発明の名称アイウェアデバイス及び方法
出願人グーグルエルエルシー,Google LLC
代理人弁理士法人深見特許事務所
主分類G02B 27/02 20060101AFI20250121BHJP(光学)
要約【課題】すべてのユーザが、ウェアラブル電子アイウェアデバイスによって表示される画像を見ることができるわけではない。
【解決手段】世界側表面および眼側表面を有するライトガイドと、
前記ライトガイドに向けて光を放出するよう配向されたディスプレイと、
前記ライトガイドの前記眼側表面と前記アイウェアデバイスのユーザの眼との間の光路に沿って位置決めされた偏光グレーティングを含むビームステアリング素子とを備え、前記偏光グレーティングは、前記ディスプレイによって放出される光を、異なる視野FOVに選択的に伝達するよう構成され、前記アイウェアデバイスはさらに、
前記ライトガイド、前記ディスプレイ、および前記偏光グレーティングを支持するフレームを備える、アイウェアデバイス。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
アイウェアデバイスであって、
世界側表面および眼側表面を有するライトガイドと、
前記ライトガイドに向けて光を放出するよう配向されたディスプレイと、
前記ディスプレイと前記ライトガイドとの間の光路に沿って位置決めされた第１の偏光グレーティングを含むビームステアリング素子とを備え、前記第１の偏光グレーティングは、前記ディスプレイによって放出される光を、異なる偏光を有する複数の次数に回折するよう構成され、前記複数の次数は、異なるアイボックスに選択的に伝達され、前記アイウェアデバイスはさらに、
前記ライトガイド、前記ディスプレイ、および前記第１の偏光グレーティングを支持するフレームを備える、アイウェアデバイス。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記異なる偏光は、右円偏光または左円偏光を含む、請求項１に記載のアイウェアデバイス。
【請求項３】
前記右円偏光は前記偏光グレーティングの＋１次に対応し、前記左円偏光は前記偏光グレーティングの－１次に対応する、先行する請求項のいずれかに記載のアイウェアデバイス。
【請求項４】
前記第１の偏光グレーティングは、右円偏光された光に対しては正のオフセット角だけ、左円偏光された光に対しては負のオフセット角だけ、光を回折する、先行する請求項のいずれかに記載のアイウェアデバイス。
【請求項５】
前記第１の偏光グレーティングは、実質的に色消しの液晶偏光グレーティングである、先行する請求項のいずれかに記載のアイウェアデバイス。
【請求項６】
前記ビームステアリング素子は、前記第１の偏光グレーティングから受け取った光を濾波する偏光依存フィルタを含み、前記偏光依存フィルタは、第１の状態において右円偏光された光を濾波し、第２の状態において左円偏光された光を濾波する、先行する請求項のいずれかに記載のアイウェアデバイス。
【請求項７】
前記ライトガイドの前記眼側表面に近接して位置決めされる第２の偏光グレーティングをさらに備え、前記第２の偏光グレーティングは、前記ディスプレイによって放出される光を、異なる視野ＦＯＶに選択的に伝達するよう構成される、請求項１に記載のアイウェアデバイス。
【請求項８】
前記第２の偏光グレーティングは、前記異なるＦＯＶを表すコンテンツを時間多重化して、前記アイウェアデバイスを装着しているユーザによって知覚されるとおりの、より大きい有効ＦＯＶを与えるよう構成される、請求項７に記載のアイウェアデバイス。
【請求項９】
前記第２の偏光グレーティングは、前記異なるＦＯＶを表す前記コンテンツを時間多重化するために偏光間で切替える切替可能な偏光グレーティングを含む、請求項７または請求項８に記載のアイウェアデバイス。
【請求項１０】
方法であって、
世界側表面および眼側表面を有するライトガイドを備えるアイウェアデバイスにおいて、ディスプレイから、第１の偏光グレーティングに向け、光を放出することと、
前記第１の偏光グレーティングから受け取った光を、異なる偏光を有する複数の次数に回折することと、
前記第１の偏光グレーティングを介して、前記回折された複数の次数のうちの１つを前記ライトガイドの眼側表面を介して複数のアイボックスのうちの１つに選択的に伝達することとを含む、方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【背景技術】
【０００１】
背景
ウェアラブル電子アイウェアデバイスは、表示画像を拡大し、仮想画像をユーザの視野（ＦＯＶ）に送達する、光学系を含む。このデバイスはまた、ユーザがレンズまたはシースルーアイピースを通して外界を見ることも可能にする。いくつかのウェアラブル電子アイウェアデバイスは、ユーザにコンテンツを表示するために、接眼光学系を組み込む。例えば、従来のアイウェア設計は、従来の眼鏡のような頭部装着可能フレームのテンプルまたはリム領域に配置されたマイクロディスプレイ（「ディスプレイ」）を含む。ディスプレイは、頭部装着可能フレームのレンズ（またはシースルーアイピース）内に配置された湾曲したライトガイドなどの光学素子によってユーザのＦＯＶ内に伝達されるコンピュータ生成画像（ＣＧＩ）などの画像を生成する。したがって、ウェアラブル電子アイウェアデバイスは、拡張現実（ＡＲ）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の役割を果たすことができる。拡張現実の、異なるモードは、光学シースルー拡張現実モード、ビデオシースルー拡張現実モード、または不透明（ＶＲ）モードを含む。
続きを表示（約 2,900 文字）【０００２】
概要
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電子的に強化されたアイウェアデバイスは、潜在的に複数の実用的およびレジャー用途を有するが、ウェアラブル電子アイウェアデバイスの開発および採用は、既存のアイウェアデバイスを実現するために使用される光学系の品質、コスト、サイズ、重量、厚み、視野、および効率によって課される制約によって制限されてきた。例えば、従来の設計の幾何学的形状および物理的制約は、ディスプレイの低視野（ＦＯＶ）につながる。さらに、潜在的なユーザの集団は、鼻の幾何学的形状の分布、耳の頂点から耳の頂点までの距離の分布、および瞳孔間距離（すなわち、ユーザの瞳孔の中心間の距離）の分布によって特徴付けられる、広範囲の顔の幾何学的形状を示す。単一のウェアラブル電子アイウェアデバイスでは、ウェアラブルデバイスのすべての物理的および幾何学的制約を満たしながら、すべてのユーザに最適な体験を提供する可能性が低い。例えば、ユーザは、ユーザの瞳孔が、ウェアラブル電子アイウェアデバイスに実現される光学系によって生成される「アイボックス」内に収まる場合にのみ、当該デバイスによって表示される画像の全体を見る。しかしながら、従来のウェアラブル電子アイウェアデバイスは、顔の幾何学的形状の分布全体にわたって瞳孔位置を包含しない、比較的小さいアイボックスを生成する。その結果、すべてのユーザが、ウェアラブル電子アイウェアデバイスによって表示される画像を見ることができるわけではない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
提案された解決策の一局面は、アイウェアデバイスに関し、それは、世界側表面と眼側表面とを有する導波路と、導波路に向けて光を放出するよう配向されるディスプレイと、ディスプレイと導波路との間の光路に沿って配置された第１の偏光グレーティングおよび偏光依存フィルタのうちの少なくとも１つを含むビームステアリング素子とを備え、ビームステアリング素子は、少なくとも２つの異なる状態で動作するよう構成され、少なくとも２つの異なる状態の第１の状態では、光は第１のアイボックスに向けられ、少なくとも２つの異なる状態の第２の状態では、光は、第１のアイボックスとは、その寸法、特にその体積において異なる、第２のアイボックスに向けられる。一実施形態では、第１の偏光グレーティングは、ディスプレイによって放出される光を、異なる偏光を有する複数の次
数に回折し、複数の次数を、異なるアイボックスに選択的に伝達するよう構成され、アイボックスは、アイウェアデバイスのユーザの眼の瞳孔のために空間において３次元体積として定義される。一般に、「アイボックス」は、電子アイウェアデバイス内の光導波路から出てくる光についての放射コーンによって生成される。したがって、アイウェアデバイスは、そのビームステアリング素子とともに、異なる幾何学的形状および／または寸法の放射コーンを提供するよう構成されてもよい。本明細書で使用する場合、「アイボックス」という文言は、１つ以上の視認体験基準を満たすために眼の瞳孔がその中に位置決めされる、空間における３次元（３Ｄ）体積を指す。視認体験基準の一例は、ユーザが拡大された仮想画像の４つの縁部を見ることである。その場合、アイボックスは、拡大された仮想画像の４つの縁部を見るためにユーザの瞳孔が位置決めされる、空間における３Ｄ体積である。いくつかの実施形態では、電子アイウェアデバイスによって生成されるアイボックスの体積および向きは、瞳孔直径、電子アイウェアデバイスによって生成される放射コーンの角度範囲、基準のセット、および基準のための閾値に基づいて評価される。アイウェアデバイスにおいてビームステアリング素子を使用することは、例えば、異なるアイボックスを生成する少なくとも２つの異なる状態でアイウェアデバイスを選択的に動作させることを可能にする。第１の状態では、画像を表す光線は、第１のアイボックスに向けられてもよく、第２の状態では、画像を表す光線は、第２のアイボックスに向けられてもよい。
【０００５】
一実施形態では、アイウェアデバイスは、ユーザによって、（例えば、アイウェアデバイスのスイッチ、ボタン、または他のデバイスを使用して、）選択的に第１の状態または第２の状態に置かれてもよく、それによって、生成されたアイボックスを、第１の画像および第２の画像に対応する範囲を通して移動させる。したがって、例えば、切替可能なビームステアリング素子を実現することによって、アイボックスの有効サイズを増大させてもよい。アイボックスのサイズは、ＡＲベースまたはＶＲベースのデバイスにおける人口カバー率に対処するために使用される測定可能なパラメータであってもよい。多くの状況において、アイボックスのサイズは、アイウェアデバイスを着用した際に何人のユーザが表示画像を見ることができるかを決定する。本明細書で説明される技術を使用して、一般集団において増加した人数に対応する大きなアイボックスを有する、ＡＲおよびＶＲ用途のためのアイウェアデバイスが作成される。したがって、アイボックスの位置または向きは、ビームステアリング素子の使用を通して、ある位置から別の位置にシフト可能であってもよい。例えば、ビームステアリング素子は、光がビームステアリング素子から現れる少なくとも２つの異なるステアリング角度、および少なくとも２つの異なるアイボックス体積に対応する、少なくとも２つの状態間で切替可能であってもよい。
【０００６】
いくつかの実施形態では、異なる偏光は、右円偏光または左円偏光を含む。
いくつかの実施形態では、右円偏光は偏光グレーティングの＋１次に対応し、左円偏光は偏光グレーティングの－１次に対応する。
【０００７】
いくつかの実施形態では、第１の偏光グレーティングは、右円偏光された光に対しては正のオフセット角だけ、左円偏光された光に対しては負のオフセット角だけ、光を回折する。
【０００８】
いくつかの実施形態では、第１の偏光グレーティングは、実質的に色消しの液晶偏光グレーティングである。
【０００９】
アイウェアデバイスのいくつかの実施形態は、第１の偏光グレーティングから受け取った光を濾波する偏光依存フィルタを含み、偏光依存フィルタは、第１の状態において右円偏光された光を濾波し、第２の状態において左円偏光された光を濾波する。
【００１０】
アイウェアデバイスのいくつかの実施形態は、ライトガイドの眼側表面に近接して位置決めされる第２の偏光グレーティングを含み、第２の偏光グレーティングは、ディスプレイによって放出される光を、異なる視野（ＦＯＶ）に選択的に伝達するよう構成される。
（【００１１】以降は省略されています）

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