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公開番号2025100621
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-03
出願番号2025063022,2024147375
出願日2025-04-07,2020-06-18
発明の名称拡張現実ディスプレイシステムのための接眼レンズ
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 20060101AFI20250626BHJP(光学)
要約【課題】拡張現実ディスプレイシステムのための接眼レンズを提供する。
【解決手段】拡張現実ディスプレイシステム。本システムは、第1の入力結合格子(ICG)領域を伴う第1の接眼レンズ導波管を含み得る。第1のICG領域は、対応する視野(FOV)を有する入力画像に対応する光の入力ビームのセットを受け取り得、入力ビームの第1のサブセットを内部結合し得る。入力ビームの第1のサブセットは、FOVの第1のサブ部分に対応し得る。本システムはまた、第2のICG領域を伴う、第2の接眼レンズ導波管を含み得る。第2のICG領域は、少なくとも入力ビームの第2のサブセットを受け取り得、内部結合し得る。入力ビームの第2のサブセットは、FOVの第2のサブ部分に対応し得る。FOVの第1および第2のサブ部分は、少なくとも部分的に、異なるが、ともに、入力画像の完全FOVを含み得る。
【選択図】図27A
特許請求の範囲【請求項1】
拡張現実ディスプレイシステムであって、
第1の光学的に透過性の基板を備える第1の接眼レンズ導波管と、
前記第1の接眼レンズ導波管上または前記第1の接眼レンズ導波管内に形成される第1の入力結合格子(ICG)領域であって、前記第1のICG領域は、光の入力ビームのセットを受け取ることであって、前記入力ビームのセットは、入力画像に対応するk-空間内のk-ベクトルのセットと関連付けられる、ことと、前記k-ベクトルの第1のサブセットが、前記第1の接眼レンズ導波管と関連付けられる第1のk-空間環の内側にあるように、前記k-ベクトルのセットをk-空間内の場所に平行移動させることとを行うように構成され、前記第1のk-空間環は、前記第1の接眼レンズ導波管内で誘導伝搬と関連付けられるk-空間内の領域に対応する、第1のICG領域と、
第2の光学的に透過性の基板を備える第2の接眼レンズ導波管と、
前記第2の接眼レンズ導波管上または前記第2の接眼レンズ導波管内に形成される第2の入力結合格子(ICG)領域であって、前記第2のICG領域は、前記光の入力ビームのセットの少なくとも一部を受け取ることと、前記k-ベクトルの第2のサブセットが、前記第2の接眼レンズ導波管と関連付けられる第2のk-空間環の内側にあるように、前記k-ベクトルのセットをk-空間内の場所に平行移動させることとを行うように構成され、前記第2のk-空間環は、前記第2の接眼レンズ導波管内で誘導伝搬と関連付けられるk-空間内の領域に対応する、第2のICG領域と
を備え、
前記k-ベクトルの第1および第2のサブセットは、少なくとも部分的に異なるが、ともに前記入力画像に対応するk-ベクトルの完全セットを含み、
前記入力画像に対応する前記k-ベクトルのセットは、前記第1および第2のk-空間環の幅より大きい少なくとも1つの寸法をk-空間内に有する、拡張現実ディスプレイシステム。
続きを表示(約 1,900 文字)【請求項2】
前記ディスプレイシステムは、方程式
JPEG
2025100621000047.jpg
10
24
を充足させ、式中、nは、前記第1および第2の接眼レンズ導波管の屈折率であり、λ
Blue
は、青色入力光の中心波長であり、Λ

は、前記第2のICG領域の周期であり、k
FoV
は、ICGベクトルの方向における前記入力画像のk-空間寸法である、請求項1に記載の拡張現実ディスプレイシステム。
【請求項3】
前記ディスプレイシステムは、方程式
JPEG
2025100621000048.jpg
10
34
を充足させ、式中、nは、前記第1および第2の接眼レンズ導波管の屈折率であり、λ
Green
は、緑色入力光の中心波長であり、Λ

は、前記第1のICG領域の周期であり、Λ

は、前記第2のICG領域の周期である、請求項1に記載の拡張現実ディスプレイシステム。
【請求項4】
前記ディスプレイシステムは、方程式
JPEG
2025100621000049.jpg
9
29
を充足させ、式中、nは、前記第1および第2の接眼レンズ導波管の屈折率であり、λ
Red
は、赤色入力光の中心波長であり、Λ

は、前記第1のICG領域の周期であり、Λ

は、前記第2のICG領域の周期である、請求項1に記載の拡張現実ディスプレイシステム。
【請求項5】
前記ディスプレイシステムは、方程式
JPEG
2025100621000050.jpg
10
19
を充足させ、式中、nは、前記第1および第2の接眼レンズ導波管の屈折率であり、λ
Blue
は、青色入力光の中心波長であり、Λ

は、前記第1のICG領域の周期であり、k
FoV
は、ICGベクトルの方向における前記入力画像のk-空間寸法である、請求項1に記載の拡張現実ディスプレイシステム。
【請求項6】
前記ディスプレイシステムは、方程式
JPEG
2025100621000051.jpg
10
25
を充足させ、式中、nは、前記第1および第2の接眼レンズ導波管の屈折率であり、λ
Blue
は、青色入力光の中心波長であり、Λ

は、前記第2のICG領域の周期であり、k
FoV
は、ICGベクトルの方向における前記入力画像のk-空間寸法である、請求項1に記載の拡張現実ディスプレイシステム。
【請求項7】
前記ディスプレイシステムは、方程式
JPEG
2025100621000052.jpg
10
18
を充足させ、式中、nは、前記第1および第2の接眼レンズ導波管の屈折率であり、λ
Green
は、緑色入力光の中心波長であり、Λ

は、前記第2のICG領域の周期であり、k
FoV
は、ICGベクトルの方向における前記入力画像のk-空間寸法である、請求項1に記載の拡張現実ディスプレイシステム。
【請求項8】
前記第1のICG領域は、第1の大きさを伴う一次格子ベクトルを有し、
前記第2のICG領域は、第2の大きさを伴う一次格子ベクトルを有し、
前記第1の大きさは、前記第2の大きさより大きい、請求項1に記載の拡張現実ディスプレイシステム。
【請求項9】
前記入力ビームのセットを前記第1および第2の接眼レンズ導波管に向かって投影するように構成されるプロジェクタシステムをさらに備え、
前記第1の接眼レンズ導波管は、前記入力ビームのセットの光学経路に沿って、前記第2の接眼レンズ導波管の前に位置する、請求項8に記載の拡張現実ディスプレイシステム。
【請求項10】
前記k-ベクトルの第1および第2のサブセットは、部分的に重複する、請求項1に記載の拡張現実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】
(任意の優先権出願に対する参照による組み込み)
本願は、2019年6月20日に出願され、「EYEPIECES FOR AUGMENTED REALITY DISPLAY SYSTEM」と題された、米国仮特許出願第62/863,871号、および2020年5月13日に出願され、「EYEPIECES FOR AUGMENTED REALITY DISPLAY SYSTEM」と題された、米国仮特許出願第63/024,343号の優先権を主張する。これらの出願のそれぞれおよびそれに関して外国または国内の優先権の主張が本願とともに出願されるような出願データシート内で識別されるあらゆる他の出願は、37CFR1.57下、参照することによって本明細書に組み込まれる。
続きを表示(約 5,300 文字)【0002】
本開示は、仮想現実、拡張現実、および複合現実システムのための接眼レンズに関する。
【背景技術】
【0003】
現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、仮想現実、拡張現実、および複合現実システムの開発を促進している。仮想現実、すなわち、「VR」システムは、ユーザが体験するためのシミュレートされた環境を作成する。これは、頭部搭載型ディスプレイを通して、コンピュータ生成画像データをユーザに提示することによって行われることができる。本画像データは、感覚体験を作成し、これは、ユーザをシミュレートされた環境内に没入させる。仮想現実シナリオは、典型的には、実際の実世界画像データもまた含むのではなく、コンピュータ生成画像データのみの提示を伴う。
【0004】
拡張現実システムは、概して、実世界環境をシミュレートされた要素で補完する。例えば、拡張現実、すなわち、「AR」システムは、頭部搭載型ディスプレイを介して、ユーザに、周囲実世界環境のビューを提供し得る。しかしながら、コンピュータ生成画像データもまた、ディスプレイ上に提示され、実世界環境を向上させることができる。本コンピュータ生成画像データは、実世界環境にコンテキスト的に関連する、要素を含むことができる。そのような要素は、シミュレートされたテキスト、画像、オブジェクト等を含むことができる。複合現実、すなわち、「MR」システムは、あるタイプのARシステムであって、これもシミュレートされたオブジェクトを実世界環境の中に導入するが、これらのオブジェクトは、典型的には、さらなる相互作用の程度を特徴とする。シミュレートされた要素は、多くの場合、リアルタイムで双方向性であることができる。
【0005】
図1は、例示的AR場面1を描写し、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20を特徴とする、実世界公園設定6が見える。これらのアイテムに加え、コンピュータ生成画像データもまた、ユーザに提示される。コンピュータ生成画像データは、例えば、実世界プラットフォーム20上に立っているロボット像10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2とを含むことができるが、これらの要素2、10は、実際には、実世界環境内に存在しない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0006】
いくつかの実施形態では、拡張現実ディスプレイシステムは、第1の光学的に透過性の基板を備える、第1の接眼レンズ導波管と、第1の接眼レンズ導波管上または内に形成される、第1の入力結合格子(ICG)領域であって、第1のICG領域は、対応する視野を有する入力画像に対応する、光の入力ビームのセットを受け取り、誘導ビームの第1のセットとして、入力ビームの第1のサブセットを基板の中に結合するように構成され、入力ビームの第1のサブセットは、入力画像の視野の第1のサブ部分に対応する、第1のICG領域と、第2の光学的に透過性の基板を備える、第2の接眼レンズ導波管と、第2の接眼レンズ導波管上または内に形成される、第2の入力結合格子(ICG)領域であって、第2のICG領域は、入力画像に対応する、少なくとも光の入力ビームの第2のサブセットを受け取り、誘導ビームの第2のセットとして、入力ビームの第2のサブセットを基板の中に結合するように構成され、入力ビームの第2のサブセットは、入力画像の視野の第2のサブ部分に対応する、第2のICG領域とを備え、視野の第1および第2のサブ部分は、少なくとも部分的に、異なるが、ともに、入力画像の完全視野を含む。
【0007】
いくつかの実施形態では、拡張現実ディスプレイシステムは、第1の光学的に透過性の基板を備える、第1の接眼レンズ導波管と、第1の接眼レンズ導波管上または内に形成される、第1の入力結合格子(ICG)領域であって、第1のICG領域は、光の入力ビームのセットであって、入力画像に対応する、k-空間内のk-ベクトルのセットと関連付けられる、入力ビームのセットを受け取り、k-ベクトルの第1のサブセットが、第1の接眼レンズ導波管と関連付けられる第1のk-空間環の内側にあるように、k-ベクトルのセットをk-空間内の場所に平行移動させるように構成され、第1のk-空間環は、第1の接眼レンズ導波管内で誘導伝搬と関連付けられる、k-空間内の領域に対応する、第1のICG領域と、第2の光学的に透過性の基板を備える、第2の接眼レンズ導波管と、第2の接眼レンズ導波管上または内に形成される、第2の入力結合格子(ICG)領域であって、第2のICG領域は、光の入力ビームのセットの少なくとも一部を受け取り、k-ベクトルの第2のサブセットが、第2の接眼レンズ導波管と関連付けられる第2のk-空間環の内側にあるように、k-ベクトルのセットをk-空間内の場所に平行移動させるように構成され、第2のk-空間環は、第2の接眼レンズ導波管内で誘導伝搬と関連付けられる、k-空間内の領域に対応する、第2のICG領域とを備え、k-ベクトルの第1および第2のサブセットは、少なくとも部分的に、異なるが、ともに、入力画像に対応する、k-ベクトルの完全セットを含む。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
拡張現実ディスプレイシステムであって、
第1の光学的に透過性の基板を備える第1の接眼レンズ導波管と、
前記第1の接眼レンズ導波管上または前記第1の接眼レンズ導波管内に形成される第1の入力結合格子(ICG)領域であって、前記第1のICG領域は、対応する視野を有する入力画像に対応する光の入力ビームのセットを受け取り、誘導ビームの第1のセットとして、前記入力ビームの第1のサブセットを前記基板の中に結合するように構成され、前記入力ビームの第1のサブセットは、前記入力画像の視野の第1のサブ部分に対応する、第1のICG領域と、
第2の光学的に透過性の基板を備える第2の接眼レンズ導波管と、
前記第2の接眼レンズ導波管上または前記第2の接眼レンズ導波管内に形成される第2の入力結合格子(ICG)領域であって、前記第2のICG領域は、前記入力画像に対応する少なくとも前記光の入力ビームの第2のサブセットを受け取り、誘導ビームの第2のセットとして、前記入力ビームの第2のサブセットを前記基板の中に結合するように構成され、前記入力ビームの第2のサブセットは、前記入力画像の視野の第2のサブ部分に対応する、第2のICG領域と
を備え、
前記視野の前記第1および第2のサブ部分は、少なくとも部分的に異なるが、ともに前記入力画像の完全視野を含む、拡張現実ディスプレイシステム。
(項目2)
前記入力画像の視野は、少なくとも1つの寸法において、前記第1および第2の接眼レンズ導波管の厚さ方向における全内部反射伝搬角度の範囲より大きい、項目1に記載の拡張現実ディスプレイシステム。
(項目3)
第3の光学的に透過性の基板を備える第3の接眼レンズ導波管と、
前記第3の接眼レンズ導波管上または前記第3の接眼レンズ導波管内に形成される第3の入力結合格子(ICG)領域であって、前記第3のICG領域は、前記入力画像に対応する少なくとも前記光の入力ビームの第3のサブセットを受け取り、誘導ビームの第3のセットとして、前記入力ビームの第3のサブセットを前記基板の中に結合するように構成され、前記入力ビームの第3のサブセットは、前記入力画像の視野の第3のサブ部分に対応する、第3のICG領域と
をさらに備え、
前記視野の第1、第2、および第3のサブ部分は、少なくとも部分的に異なるが、ともに前記入力画像の完全視野を含む、項目1に記載の拡張現実ディスプレイシステム。
(項目4)
前記第1のICG領域は、第1の空間周期を伴う周期的回折特徴を備え、
前記第2のICG領域は、第2の空間周期を伴う周期的回折特徴を備え、
前記第3のICG領域は、第3の空間周期を伴う周期的回折特徴を備え、
前記第1の空間周期は、前記第2の空間周期より小さく、
前記第2の空間周期は、前記第3の空間周期より小さい、
項目3に記載の拡張現実ディスプレイシステム。
(項目5)
屈折率n≦1.5に関して、前記第1の空間周期は、<336nmであり、前記第2の空間周期は、408~458nmであり、前記第3の空間周期は、>546nmである、
屈折率1.5<n≦1.6に関して、前記第1の空間周期は、<325nmであり、前記第2の空間周期は、380~454nmであり、前記第3の空間周期は、>521nmである、
屈折率1.6<n≦1.7に関して、前記第1の空間周期は、<318nmであり、前記第2の空間周期は、359~427nmであり、前記第3の空間周期は、>492nmである、
屈折率1.7<n≦1.8に関して、前記第1の空間周期は、<314nmであり、前記第2の空間周期は、338~403nmであり、前記第3の空間周期は、>463nmである、
屈折率1.8<n≦1.9に関して、前記第1の空間周期は、<308nmであり、前記第2の空間周期は、321~382nmであり、前記第3の空間周期は、>440nmである、
屈折率1.9<n≦2.0に関して、前記第1の空間周期は、<302nmであり、前記第2の空間周期は、306~362nmであり、前記第3の空間周期は、>419nmである、または
屈折率2.0<n≦2.1に関して、前記第1の空間周期は、<298nmであり、前記第2の空間周期は、298~346nmであり、前記第3の空間周期は、>397nmである、
項目4に記載の拡張現実ディスプレイシステム。
(項目6)
前記入力画像に対応する前記入力ビームのセットを前記第1、第2、および第3の接眼レンズ導波管に向かって投影するように構成されるプロジェクタシステムをさらに備え、
前記第1の接眼レンズ導波管は、前記入力ビームのセットの光学経路に沿って、前記第2の接眼レンズ導波管の前に位置し、
前記第2の接眼レンズ導波管は、前記入力ビームのセットの光学経路に沿って、前記第3の接眼レンズ導波管の前に位置する、
項目4に記載の拡張現実ディスプレイシステム。
(項目7)
前記視野の前記第1および第2のサブ部分は、部分的に重複し、
前記視野の前記第2および第3のサブ部分は、部分的に重複する、
項目3に記載の拡張現実ディスプレイシステム。
(項目8)
前記第1、第2、および第3のICG領域は、側方に整合される、項目3に記載の拡張現実ディスプレイシステム。
(項目9)
前記第1、第2、および第3のICG領域は、前記入力画像の複数の色成分に対応する光の入力ビームを受け取るように構成され、
前記第1のICG領域は、誘導ビームの第1のセットとして、前記色成分のうちの2つ以上のもののための前記入力ビームの第1のサブセットを前記第1の基板の中に結合するように構成され、前記入力ビームの第1のサブセットは、前記入力画像の色成分の視野の第1のサブ部分に対応し、
前記第2のICG領域は、前記色成分のうちの2つ以上のもののための前記入力ビームの第2のサブセットを前記第2の基板の中に結合するように構成され、前記入力ビームの第2のサブセットは、前記入力画像の色成分の視野の第2のサブ部分に対応し、
前記第3のICG領域は、前記色成分のうちの2つ以上のもののための前記入力ビームの第3のサブセットを前記第3の基板の中に結合するように構成され、前記入力ビームの第3のサブセットは、前記入力画像の色成分の視野の第3のサブ部分に対応し、
前記入力画像の個別の色成分の視野の第1、第2、および第3のサブ部分は、少なくとも部分的に、異なるが、ともに、前記入力画像の色成分の完全視野を含む、
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1は、ARデバイスを通した拡張現実(AR)場面のユーザのビューを図示する。
【0009】
図2は、ウェアラブルディスプレイシステムの実施例を図示する。
【0010】
図3は、ユーザのための3次元画像データをシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。
(【0011】以降は省略されています)

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