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公開番号2025100642
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-03
出願番号2025063761,2024025370
出願日2025-04-08,2019-09-25
発明の名称屈折力を有する回折光学要素
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】屈折力を有する回折光学要素の提供。
【解決手段】頭部搭載型ディスプレイシステムは、カメラと、少なくとも1つの導波管と、光が、該導波管の中に結合され、その中で誘導されるように構成される、少なくとも1つの結合光学要素と、少なくとも1つの外部結合要素とを含むことができる。少なくとも1つの外部結合要素は、該導波管内で誘導される光を該導波管から外に結合し、該光を該カメラに指向するように構成されることができる。少なくとも1つの結合要素は、屈折力を有する、回折光学要素を備えてもよい。
【選択図】図26
特許請求の範囲【請求項１】
本明細書に記載の発明。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）下、それぞれ、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、２０１８年９月２６日に出願され、「ＤＩＦＦＲＡＣＴＩＶＥＯＰＴＩＣＡＬＥＬＥＭＥＮＴＳＷＩＴＨＯＰＴＩＣＡＬＰＯＷＥＲ」と題された、米国仮出願第６２／７３７，０４２号の優先権の利益を主張する。
続きを表示（約 4,700 文字）【０００２】
本開示は、拡張現実結像および可視化システムを含む、光学デバイスに関する。
【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、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、すなわち、「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、すなわち、「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シナリオは、実世界内のオブジェクトによって遮断されて見える、または別様にそれと相互作用するように知覚される、ＡＲ画像コンテンツを含んでもよい。
【０００４】
図１を参照すると、拡張現実場面１０が、描写されている。ＡＲ技術のユーザには、人々、木々、背景における建物、コンクリートプラットフォーム３０を特徴とする、実世界公園状設定２０が見える。ユーザはまた、実世界プラットフォーム３０上に立っているロボット像４０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５０等の「仮想コンテンツ」とが「見える」と知覚する。これらの要素５０、４０は、実世界内には存在しないという点で、「仮想」である。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の中で仮想画像要素の快適で、自然な感覚で、かつ豊かな提示を促進する、ＡＲ技術を生産することは、困難である。
【０００５】
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。
【０００６】
偏光ビームスプリッタが、ディスプレイシステムにおいて、偏光を光変調器に指向し、次いで、本光を視認者に指向するために使用されてもよい。概して、ディスプレイシステムのサイズを低減させることの継続的需要が存在し、その結果、偏光ビームスプリッタを利用する構成部分を含む、ディスプレイシステムの構成部分のサイズを低減させる需要もまた存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書に説明される種々の実装は、照明および／または画像投影を眼に提供するように構成される、ディスプレイシステムを含む。加えて、または代替として、ディスプレイシステムは、眼および／または環境を結像することができる。
【０００８】
いくつかの実施形態では、頭部搭載型ディスプレイシステムは、光をユーザの眼に投影し、拡張現実画像コンテンツを該ユーザの視野内に表示するように構成される。頭部搭載型ディスプレイシステムは、ユーザの頭部上に支持されるように構成される、フレームを含むことができる。ディスプレイシステムはまた、画像をユーザの眼の中に投影し、画像コンテンツをユーザの視野内に表示するように構成される、画像プロジェクタを含むことができる。ディスプレイシステムは、カメラと、少なくとも１つの導波管と、光が、該導波管の中に結合され、その中で誘導されるように構成される、少なくとも１つの結合光学要素と、少なくとも１つの外部結合要素とを含むことができる。少なくとも１つの外部結合要素は、該導波管内で誘導される光を該導波管から外に結合し、該光を該カメラに指向するように構成されることができる。カメラは、画像が、該カメラによって捕捉され得るように、結合要素を介して、導波管の中に結合され、その中で誘導され、該外部結合結合要素によって、該導波管から外に結合される、光の少なくとも一部を受け取るために、該少なくとも１つの外部結合光学要素に対して光学経路内に配置されることができる。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
光をユーザの眼に投影し、拡張現実画像コンテンツを前記ユーザの視野内に表示するように構成される頭部搭載型ディスプレイシステムであって、前記頭部搭載型ディスプレイシステムは、
ユーザの頭部上に支持されるように構成されるフレームと、
画像をユーザの眼の中に投影し、画像コンテンツをユーザの視野内に表示するように構成される画像プロジェクタと、
少なくとも１つのカメラと、
少なくとも１つの導波管と、
少なくとも１つの結合光学要素であって、前記少なくとも１つの結合光学要素は、光が、前記導波管の中に結合され、その中で誘導されるように構成され、前記少なくとも１つの結合光学要素は、屈折力を有する回折光学要素を備える、少なくとも１つの結合光学要素と、
導波管内で誘導される光を前記導波管から外に結合し、前記光を前記カメラに指向するように構成される少なくとも１つの外部結合要素と
を備え、
カメラは、画像が、前記カメラによって捕捉され得るように、前記結合光学要素を介して、前記導波管の中に結合され、その中で誘導され、外部結合結合要素によって、導波管から外に結合される光の少なくとも一部を受け取るために、前記少なくとも１つの外部結合光学要素に対して光学経路内に配置される、頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目２）
前記少なくとも１つの結合光学要素は、前記眼の画像が、前記少なくとも１つのカメラによって捕捉され得るように、前記頭部搭載型ディスプレイシステムを装着しているユーザの眼から反射された光が、前記少なくとも１つの導波管の中に結合され、その中で誘導されるように構成される、項目１に記載のシステム。
（項目３）
前記少なくとも１つの結合光学要素は、前記眼の画像が、前記カメラによって捕捉され得、前記少なくとも１つのカメラが、前記眼の前部部分の画像を捕捉するように、前記頭部搭載型ディスプレイシステムを装着している前記ユーザの眼の前部部分から反射された光が、前記導波管の中に結合され、その中で誘導されるように構成される、項目１に記載のシステム。
（項目４）
前記少なくとも１つの結合光学要素は、前記眼の画像が、前記カメラによって捕捉され得、前記少なくとも１つのカメラが、前記眼の角膜表面の画像を捕捉し得るように、前記頭部搭載型ディスプレイシステムを装着している前記ユーザの眼の角膜表面から反射された光が、前記導波管の中に結合され、その中で誘導されるように構成される、項目１に記載のシステム。
（項目５）
前記結合光学要素の屈折力は、前記導波管の中に結合され、前記カメラに誘導される前記眼から反射された光のコリメーションを増加させるように構成される、項目１に記載のシステム。
（項目６）
前記結合光学要素の屈折力は、前記導波管の中に結合され、前記カメラに誘導される前記眼の前部部分から反射された光のコリメーションを増加させるように構成される、項目１に記載のシステム。
（項目７）
前記結合光学要素の屈折力は、前記導波管の中に結合され、前記カメラに誘導される前記眼の角膜から反射された光のコリメーションを増加させるように構成される、項目１に記載のシステム。
（項目８）
前記屈折力は、正の屈折力を備える、項目１に記載のシステム。
（項目９）
フレーム上に配置される接眼レンズをさらに備え、前記接眼レンズは、光を前記ユーザの眼の中に指向し、拡張現実画像コンテンツを前記ユーザの視野に表示するように構成され、前記接眼レンズの少なくとも一部は、透明であり、前記透明部分が、前記ユーザの正面の環境からの光を前記ユーザの眼に透過させ、前記ユーザの正面の環境のビューを提供するように、前記ユーザが前記頭部搭載型ディスプレイを装着すると、前記ユーザの眼の正面の場所に配置される、項目１に記載のシステム。
（項目１０）
前記接眼レンズは、前記画像プロジェクタからの光を受け取り、前記光を前記ユーザの眼の中に指向し、前記拡張現実画像コンテンツを前記ユーザの視野に表示するように構成される、項目９に記載のシステム。
（項目１１）
前記接眼レンズは、前記少なくとも１つの導波管を備える、項目９に記載のシステム。
（項目１２）
前記画像プロジェクタは、光を前記接眼レンズの縁の中に指向するように構成される、項目９に記載のシステム。
（項目１３）
前記画像コンテンツを前記ユーザの眼に提供するために、前記画像プロジェクタからの光を誘導するように、前記画像プロジェクタからの光を前記少なくとも１つの導波管の中に内部結合するように構成される少なくとも１つの内部結合光学要素をさらに備える、項目１に記載のシステム。
（項目１４）
画像コンテンツが、前記ユーザの眼によって視認され得るように、前記導波管内で誘導される前記画像プロジェクタからの光を前記少なくとも１つの導波管から外に結合するように構成される少なくとも１つの画像コンテンツ外部結合光学要素をさらに備える、項目１に記載のシステム。
（項目１５）
前記少なくとも１つの結合光学要素は、頭部搭載型結像システムを装着している前記ユーザの眼に向いており、前記眼からの光を受け取る、項目１に記載のシステム。
（項目１６）
前記少なくとも１つの結合光学要素は、前記環境の画像が、前記カメラによって捕捉され得るように、頭部搭載型結像システムを装着している前記ユーザの正面の環境からの光が、前記少なくとも１つの導波管の中に結合され、その中で誘導されるように構成される、項目１に記載のシステム。
（項目１７）
前記少なくとも１つの結合光学要素は、頭部搭載型結像システムを装着している前記ユーザの正面の環境に向いており、前記環境からの光を受け取る、項目１に記載のシステム。
（項目１８）
前記少なくとも１つの結合光学要素は、光が、第１の導波管の中に結合され、その中で前記カメラへと誘導されるように構成され、前記少なくとも１つの画像コンテンツ外部結合光学要素は、第２の導波管内で誘導される画像プロジェクタからの光を前記第２の導波管から外に結合するように構成される、項目１４に記載のシステム。
（項目１９）
前記少なくとも１つの結合光学要素は、光が、第１の導波管の中に結合され、その中で前記カメラへと誘導されるように構成され、前記画像プロジェクタは、光を第２の導波管の中に結合し、画像コンテンツを前記眼に提供するように構成される、項目１に記載のシステム。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、ＡＲデバイスを通した拡張現実（ＡＲ）のユーザのビューを図示する。
【００１０】
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。
（【００１１】以降は省略されています）

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