(57)【要約】  表示装置は、面から画像担持光を生成する画像生成部と、画像生成部から離間して、画像生成部に対して凹状の非球面入射屈折面、および、画像生成部に対して凹状の非球面反射面を有するレンズとを含み、反射面の主軸は、画像生成部に垂直である。画像生成部とレンズの間の自由空間に配置されたビームスプリッタ板は、観察者の視線に斜めで、互いに平行な第１および第２の表面を有する。レンズおよびビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、画像担持光について、観察者の視線に沿って画定する。
2019505843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示装置において、
画像担持光を生成する少なくとも１つの画像生成部と、
前記画像生成部から離間して、該画像生成部に対して凹状の非球面入射屈折面、および、該画像生成部に対して凹状の非球面反射面を有するレンズと、
前記画像生成部と前記レンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
を含み、
前記レンズおよび前記ビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、前記画像担持光について、前記観察者の視線に沿って画定するものである装置。
【請求項２】
前記ビームスプリッタ板の前記第１および第２の表面が、５０秒角以内で、好ましくは、２０秒角以内で、互いに平行である、請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記反射面の主軸に平行である軸を中心とした前記画像生成部の回転を、調節するように構成された調節部を、
更に含む、請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記画像生成部は、平坦表示面から、画像担持光の平坦領域を生成し、
前記レンズは、前記反射面の主軸が前記画像生成部に垂直となるように、該画像生成部から離間し、
前記ビームスプリッタ板の前記第１および第２の表面は、略平行で、前記観察者の視線に斜めである、請求項１に記載の表示装置。
【請求項５】
（ｉ）前記ビームスプリッタは、前記画像生成部に向いた面上に反射防止膜を含むものであるか、
（ｉｉ）前記ビームスプリッタは、偏光ビームスプリッタであるか、
（ｉｉｉ）前記ビームスプリッタは、偏光ビームスプリッタであり、前記表示装置は、前記画像生成部に隣接した偏光板、および、前記レンズと該ビームスプリッタの間に位置する１／４波長板を更に含むものであるか、
（ｉｖ）前記ビームスプリッタ板は、フュージョンドロー処理を用いて形成されたものであるか、または、
（ｖ）前記ビームスプリッタ板は、２５グラム未満の重量を有し、４０度を超える水平方向の全視野角を提供するものであるか、および／または、
前記ビームスプリッタ板は、３〜１５グラムの重量を有するものである、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記観察者によってウエアラブルである、請求項４に記載の表示装置。
【請求項７】
（ｉ）前記画像担持光の光路内のフィールドレンズか、または、
（ｉｉ）前記画像担持光の光路内のフィールドレンズであって、該フィールドレンズは、前記画像生成部に直に隣接して位置し、非球面を含むものであるレンズか、
を更に含む、請求項４に記載の表示装置。
【請求項８】
表示装置において、
ａ）平坦画像生成部と、
ｂ）前記画像生成部から離間して、該画像生成部に対して凹状の非球面入射屈折面、および、該画像生成部に対して凹状で、該画像生成部に垂直である主軸を有する非球面反射面を有するレンズと、
ｃ）前記画像生成部と前記レンズの間の自由空間に、観察者の物体シーンの視線に沿って配置されて、前記視線に斜めで互いに略平行の第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
を含み、
更に、前記ビームスプリッタ板は、前記画像生成部からの画像担持光を前記レンズへと透過するように、配置され、
前記ビームスプリッタ板および前記レンズは、前記画像担持光を前記非球面入射屈折面で第１の屈折を生じるために送り、屈折した該光を前記非球面反射面で反射し、反射した該光を該非球面入射屈折面で屈折して、該レンズからの該光を観察者アイボックスに向けて前記観察者の視線に沿って反射する該ビームスプリッタ板へ戻す光路を、画定するものである装置。
【請求項９】
表示装置において、
平行な第１および第２の表面を有し、第１の観察者アイボックスを観察者の視線に沿って画定するように配置された第１のビームスプリッタ板と、
第１の仮想画像を前記第１の観察者アイボックスで形成する第１の仮想画像形成装置と、
を含み、
前記第１の仮想画像形成装置は、
（ｉ）前記第１のビームスプリッタ板から離間して、前記画像担持光の第１の平坦領域を該第１のビームスプリッタ板の前記第１の表面に向ける第１の画像生成部と、
（ｉｉ）前記第１の画像生成部に対して凹状の第１の非球面入射屈折面、および、該第１の画像生成部に対して凹状の第１の非球面反射面を有する第１のレンズと、
を含み、
前記第１の反射面の第１の主軸が、前記第１の画像生成部に垂直である装置。
【請求項１０】
平行な第３および第４の表面を有し、第２の観察者アイボックスを前記観察者の視線に沿って画定するように配置された第２のビームスプリッタ板と、
第２の仮想画像を前記第２の観察者アイボックスで形成する第２の仮想画像形成装置と、
を含み、
前記第２の仮想画像形成装置は、
（ｉ）前記第２のビームスプリッタ板から離間して、画像担持光の第２の平坦領域を該第２のビームスプリッタ板の前記第３の表面に向ける第２の画像生成部と、
（ｉｉ）前記第２の画像生成部に対して凹状の第２の非球面入射屈折面、および、該第２の画像生成部に対して凹状の第２の非球面反射面を有する第２のレンズと、
を含み、
前記第２の反射面の第２の主軸が、前記第２の画像生成部に垂直である、請求項９に記載装置。
【請求項１１】
前記第１および第２の画像生成部は、前記画像担持光を、対向する方向に向けるものである、請求項１０に記載の表示装置。
【請求項１２】
表示装置において、
左目および右目観察者アイボックスを観察者の対応する視線に沿って画定するように配置されて、前記視線に斜めで、互いに平行である第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
対応する前記観察者アイボックスで見る対応する左目または右目仮想画像を形成するように各々配置された左目仮想画像形成装置および右目仮想画像形成装置と、
を含み、
各前記仮想画像形成装置は、
（ｉ）前記のビームスプリッタ板から離間して、画像担持光の平坦領域を該ビームスプリッタ板の前記第１の表面に向ける画像生成部と、
（ｉｉ）前記ビームスプリッタ板の前記第２の表面から離間して、前記画像生成部に対して凹状の非球面入射屈折面、および、該画像生成部に対して凹状の非球面反射面を有する一体成形レンズと、
を含み、
前記反射面の主軸が、前記画像生成部に垂直である装置。
【請求項１３】
（ｉ）前記ビームスプリッタ板の第１の縁部が、前記一体成形レンズにヒンジ部で連結されたものであるか、
（ｉｉ）前記ビームスプリッタ板の第２の縁部が、個人用通信装置を前記画像生成部として受け付ける筐体に連結されたものであるか、
（ｉｉｉ）前記表示装置は、垂直方向について折り畳み自在であるか、または、
（ｉｖ）前記表示装置は、前記反射面の主軸に平行である軸を中心とした前記画像生成部の回転を調節するように構成された調節部を、更に含むものである、請求項１２に記載の表示装置
【請求項１４】
（ｉ）前記ビームスプリッタ板によって結合された後の物理的シーンからの光を透過する湾曲した保護遮蔽部か、
（ｉｉ）前記ビームスプリッタ板によって結合された後の前記物理的シーンからの光を透過すると共に、前記観察者に向いた面上に反射防止膜を含むものである湾曲した保護遮蔽部か、または、
（ｉｉｉ）前記ビームスプリッタ板によって結合された後の物理的シーンからの光を透過すると共に、撥油および／または曇り防止膜を含む湾曲した保護遮蔽部か、
を更に含む、請求項１から１３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１５】
物体シーンについての前記観察者の視野角が、仮想画像が形成される視野角より大きくなるように、前記ビームスプリッタ、前記画像生成部、および、前記レンズの寸法および向きを選択したものである、請求項１から１３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１６】
ＧＰＳセンサ、少なくとも片目のアイトラッキングセンサ、加速度計、および、前記観察者の目、または、該観察者が観察しているシーンを見るように構成されたカメラの少なくとも１つを、
更に含む、請求項１から１５のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１７】
前記観察者の目、または、該観察者が観察しているシーンを見るように構成された少なくとも１つのカメラを、
更に含む、請求項１から１６のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１８】
実施形態５９  
画像担持光を観察者に送る方法において、
（ａ）前記観察者の真っ直ぐな視線の近傍であるが、その外側に位置する画像生成部から、画像担持光を出射する工程と、
（ｂ）前記画像担持光を、ビームスプリッタ板を通って進行するように向ける工程と、
（ｃ）前記画像担持光を、１回目に屈折する工程と、
（ｄ）前記画像担持光を、レンズから、前記ビームスプリッタに向けて戻すように反射する工程と、
（ｅ）前記ビームスプリッタに進行する前に、前記画像担持光を、２回目に屈折する工程と、
（ｆ）前記２回目の屈折工程の後に、前記画像担持光を、前記ビームスプリッタから離れて、前記観察者の視線の中に反射する工程と、
を含む方法。
【請求項１９】
前記１回目および２回目の屈折工程、並びに、前記反射工程は、前記画像を反射する反射性凹面を有する単一のレンズを用いて実現されるものである、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、米国特許法第１１９条の下、２０１６年１月２２日出願の米国仮特許出願第６２／２８６０１９号、２０１６年１０月１１日出願の米国仮特許出願第６２／４０６６７４号、および、２０１６年９月２０日出願の米国仮特許出願第６２／３９７１３８号の優先権の利益を主張し、それらの内容は依拠され、全体として参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、概して、パーソナル表示装置、特に、瞳撮像システムを有する広視野のヘッドマウント型、または、他の一人用表示装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
パーソナル表示装置は、従来の表示画面の使用が邪魔になるような利用例において、観察者に、画像コンテントを提供するのを可能にする。表示ゴーグルなどのヘッドマウント型装置（ＨＭＤ）は、軍事、医学、歯学、産業、および、ゲーム表現などに亘る様々な分野で使用できる利便性の高いウエアラブルパーソナル表示装置だと考えられている。立体視イメージングは、優れた空間表現と改良された関連細部表現が可能であり、特に、二次元の（２‐Ｄ）フラット表示装置より、本物に近く、より正確に奥行き情報を示す画像を提供するのに便利でありうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ウエアラブル表示装置の使用性、サイズ、コスト、および、性能を改良するために、多くの改善があったが、まだ、かなり改良の余地がある。特に、電子処理された画像を観察者に提供するイメージング光学技術は、期待通りのものではない。従来の設計アプローチは、サイズ、重量、および、配置要件に合わせて寸法を変えるのが難しいことを立証しており、視野角およびディストーションに関する光学的問題、アイレリーフ、瞳サイズ、および、他の諸元についての解決が不十分なものが多かった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の態様によれば、表示装置を提供し、それは、
画像担持光を生成する画像生成部と、
画像生成部から離間して、画像生成部に対して凹状の非球面入射屈折面、および、画像生成部に対して凹状の非球面反射面を有するレンズと、
画像生成部とレンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板とを含み、
レンズおよびビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、画像担持光について、観察者の視線に沿って画定するものである。
【０００６】
いくつかの実施形態によれば、画像生成部は、平坦表示源などの平面から、画像担持光を生成する。いくつかの実施形態によれば、ビームスプリッタ板は、互いに略平行である第１および第２の表面を有する。少なくともいくつかの実施形態によれば、レンズの反射面の主軸は、画像生成部の平面に対し垂直である。
【０００７】
本開示の態様によれば、表示装置を提供し、それは、
平面から、画像担持光の平坦領域を生成する画像生成部と、
画像生成部から離間して、画像生成部に対して凹状の非球面入射屈折面、および、画像生成部に対して凹状の非球面反射面を有するレンズと、
画像生成部とレンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めで、互いに平行な第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
を含み、
反射面の主軸は、画像生成部に垂直であり、
レンズおよびビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、画像担持光について、観察者の視線に沿って画定するものである。
【０００８】
本明細書に記載の表示装置の設計は、他の設計と比べて低コストでありながら、視野角を広げ、画像の収差を削減し、大きい瞳サイズを実現するものであり、それにより、製造が容易で、かつ、人間の視覚システムに本来的に適合しうるパーソナル表示装置の設計を提供する。更なる特徴および利点を、以下の詳細な記載に示し、当業者には、部分的には、その記載から容易に明らかであるか、または、明細書および請求項、並びに、添付の図面に示した実施形態を実施することで分かるだろう。
【０００９】
上記概略的記載および以下の詳細な記載の両方が、例示的なものにすぎず、請求項の本質および特徴を理解するための概観または枠組みを提供することを意図していると理解すべきである。
【００１０】
添付の図面は、更なる理解のために含められたものであり、本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。図面は、１つ以上の実施形態を示し、記載と共に、様々な実施形態の原理および動作を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】観察者の目に対して仮想画像を形成するための光学特性および関係を、概略的に示す側面図である。
【図１Ｂ】観察者の目に対して仮想画像を形成するための他の実施形態の光学特性および関係を、概略的に示す側面図である。
【図２】観察者アイボックスで、両眼視または立体視画像を形成するための表示装置を示す斜視図である。
【図３Ａ】表示装置の一実施形態の斜視図である。
【図３Ｂ】表示装置の一実施形態の側面図である。
【図３Ｃ】表示装置の一実施形態の正面図である。
【図４Ａ】表示装置の代わりの実施形態の斜視図である。
【図４Ｂ】表示装置の代わりの実施形態の側面図である。
【図４Ｃ】表示装置の代わりの実施形態の正面図である。
【図５Ａ】表示装置の他の代わりの実施形態の斜視図である。
【図５Ｂ】表示装置の他の代わりの実施形態の側面図である。
【図５Ｃ】表示装置の他の代わりの実施形態の正面図である。
【図５Ｄ】左目と右目の仮想画像形成装置に別々のビームスプリッタ板を用いた、代わりの実施形態を示す斜視図である。
【図５Ｅ】ビームスプリッタ板が対向して斜角で配置された、代わりの実施形態を示す斜視図である。
【図６Ａ】光をビームスプリッタ板に向けるために偏光を用いた、代わりの実施形態を概略的に示す側面図である。
【図６Ｂ】光をビームスプリッタ板に向けるために偏光を用いた、代わりの実施形態を概略的に示す側面図である。
【図７】視野角の一部を遮る代わりの実施形態を概略的に示す斜視図である。
【図８Ａ】本開示の実施形態による表示装置について、折り畳み自在の実装配置を示す側面図である。
【図８Ｂ】本開示の実施形態による表示装置について、折り畳み自在の実装配置を示す側面図である。
【図９】保護遮蔽部および周辺窓を有する機械的筐体内の表示装置の実施形態を示している。
【図１０】図９の表示装置を示し、保護遮蔽部が、その間の光学システムの外側および内側に位置している。
【図１１】画像生成部を回転させるための調節機構を示す表示装置の断面図である。
【図１２】機械的筐体内に画像生成部を含む表示装置の実施形態を示し、カメラの上に位置して、画像生成部の視線方向を曲げるための光学要素を有している。
【図１３】太陽のグレアを最小にする日除けを含む機械的筐体内の表示装置の実施形態を示している。
【図１４】本明細書に記載の表示装置の他の実施形態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図示し、更に本明細書に記載した図面は、様々な実施形態による光学装置について、動作および製作主要原理を示すために提供したものであり、これらの図面の多くは、実際のサイズまたは縮尺を示すことを意図していない。基本的構造関係または動作原理を強調するために、ある程度誇張して示す必要もありうる。
【００１３】
提供した図面は、光学装着部を含む様々な支持部、電源、画像データ源、および、表示装置で使用される標準特徴物に関連する装着構造物を示していないこともありうる。光学技術における当業者であれば、本発明の実施形態が、ウエアラブルで、かつ、手で持てる表示装置で使用されるものを含む多数のタイプの標準装着部および支持部のいずれも使用しうることが、分かるだろう。
【００１４】
本開示の文脈において、「上部」および「底部」、若しくは、「上方」および「下方」または「下に」などの用語は、相対的なものであり、構成要素または面に要求される向きを示すのではなく、単に、図面、反対側の面、空間的関係、若しくは、構成要素または装置内の異なる光路のことを称し、それを区別するために使用している。同様に、「水平」および「垂直」という用語を図面について使用して、標準的な見る状況について、異なる平面内の構成要素または光の相対的直交関係を記載するのに使用してもよく、例えば、構成要素に要求される向きを、真の水平および垂直方向に対して示すものではない。
【００１５】
「第１の」、「第２の」および「第３の」などの用語を使用する場合には、必ずしも、任意の順序または優先順位を示すのではなく、１つの構成要素または時間間隔を、他からより明確に区別するために使用している。これらの序数を使用することで、本明細書および請求項の文脈で、１つの構成要素を他の同様の構成要素から明確に区別している。
【００１６】
「観察者」、「観察人」および「ユーザ」という用語は、本開示の文脈で交換可能であり、パーソナル表示装置から画像を見る人のことを示す。
【００１７】
本明細書で使用するように、「電力で作動しうる」という用語は、電力を受けて、更に、任意で１つ以上の作動信号を受けて、示した機能を行う装置または一組の構成要素に関する。例えば、光源を電力で作動して、光線を出射し、画像データ信号による画像を示すように変調しうる。
【００１８】
本開示の文脈において、２つの平面、方向ベクトル、または、他の幾何学構造物は、実際の、または、投射した交差角度が９０度の＋／−４度以内の場合に、略直交と考えるものとする。
【００１９】
本開示の文脈において、「斜め」または「斜角」という用語は、垂直とは異なり傾いた、つまり、少なくとも１つの軸に沿って、９０度または９０度の整数倍から少なくとも約４度以上ずれた非垂直角度を意味している。この概略的定義を用いて、例えば、斜角は、９０度より、少なくとも約４度大きいか、または、小さくてもよい。
【００２０】
本開示の文脈において、「連結した」という用語は、１つの構成要素の配置が、それが連結された構成要素の空間配置に影響するような、２つ以上の構成要素の間の機械的関連、接続、関係、または、繋がりを示すことを意図する。機械的連結のために、２つの構成要素が直に接続する必要はなく、１つ以上の中間の構成要素を介して繋がりうる。
【００２１】
本開示の文脈において、「左目画像」という用語は、観察者の左目で見る仮想画像を示し、「右目画像」という用語は、観察者の右目で見る対応した仮想画像を示す。この概念は、立体視イメージング技術の当業者によって広く理解されており、「左目」および「右目」という用語を形容詞として用いて、一対の立体視画像の各画像を形成するためのイメージング部を区別しうる。
【００２２】
「少なくとも１つの」という用語は、列挙したものから１つ以上を選択しうることを意味するのに用いる。「約」または「およそ」という用語を寸法測定値または位置について使用する場合は、予想される許容測定誤差、および、実際に許容可能な不正確さの範囲内であることを意味する。設計基準値からのずれが、処理または構造に不備を生じず、示した実施形態の要求を満たす限りは、明示して列挙した値を、設計基準値から多少は変えてもよい。
【００２３】
寸法について、「略」という用語は、幾何学的に正確な寸法の＋／−１２％以内であることを意味する。したがって、例えば、第１の寸法値が第２の値の約４４％から約５６％の範囲の場合には、第１の寸法値は、第２の寸法値の略半分である。曲率半径、焦点、構成要素の位置、または、光軸上の他の点などの適切な基準寸法に対して、距離寸法が略同じか、または、約１２％以内か、好ましくは、５％以内または１％以内で互いに離間する場合に、空間での位置は、互いに「近い」か、または、近傍に位置するものである。
【００２４】
「作動可能」という用語は、例えば電気信号などの刺激に応じて作動しうる装置または構成要素に関する従来の意味を有する。
【００２５】
利用例で用いる「信号通信において」という用語は、２つ以上の装置および／または構成要素が、何らかのタイプの信号路を通って進行する信号を介して、互いに通信可能なことを意味する。信号通信は、有線でも、無線であってもよい。信号は、情報、電力、および／または、エネルギーを、第１の装置および／または構成要素から第２の装置および／または構成要素へ、第１の装置および／または構成要素と第２の装置および／または構成要素の間の信号路に沿って送る通信、電力、データ、または、エネルギー信号であってもよい。信号路は、第１の装置および／または構成要素と第２の装置および／または構成要素の間の物理的、電気的、磁気の、電磁気の、光学、有線、および／または、無線接続を含みうる。信号路は、更なる装置および／または構成要素を、第１の装置および／または構成要素と第２の装置および／または構成要素の間に、更に含みうる。
【００２６】
「例示的」という用語は、記載が、それが理想的だと意味するのではなく、例であることを示す。
【００２７】
構成要素の位置、または、曲率中心、または、光学装置の他の特徴物について、「近い」という用語は、光学設計技術の当業者が用いるであろう標準的意味を有し、予想される製造許容誤差、および、測定の不正確さ、更に、例えば、光の理論的挙動と実際の挙動の予想される違いを考慮したものである。
【００２８】
よく知られるように、特定の光学システム内、および、そこからの光分布は、その全体構成に応じたものであり、適切な性能を得るために、幾何学的に完全である必要も、理想的な対称を示す必要もない。例えば、湾曲したミラーについての光分布を、焦点を略中心とした小さい領域に絞って、より正確に記載しうるが、記載のために、「焦点」または「焦点領域」などの従来の用語を用いている。「アイボックス」という用語は、光学システムによって形成された仮想画像を、そこから見ることが可能な領域を意味する。
【００２９】
シーンを、１つの位置から見て、それを、観察人に両目の位置で提供した場合、奥行き感、つまり、三次元効果が不足した情景となる。このように見たシーンは、２つの目によるものと称される。しかしながら、１つのシーンを、僅かでも互いに離間した２つの位置から見た場合には、奥行き感を有する情景が、観察者に提供される。このように見たシーンは、両眼視によるものと称される。片目の位置から見て、１つの位置から生成されたシーンは、単眼によるものと称され、三次元効果が不足している。
【００３０】
イメージング技術の当業者によく知られたように、仮想画像は、光学システムから目に提供される光線の発散によって合成シミュレートされて、アイボックス内の空間で見るものである。光学システムは、所定の位置および距離の観察者の視野角内に現れる仮想画像を形成する。視野角内に、そこから実際に光線が発散される、対応する「現実の」物体は存在しない。いわゆる「拡張現実」ビューイングシステムは、仮想イメージングシステムを採用して、観察者の視線に沿って見る現実世界物体シーン上に、仮想画像を重ね合わせる。このように観察者の視野角内の物体シーンの画像コンテントと組み合わせうる仮想画像を形成することができることは、拡張現実イメージング装置が、観察者に現実画像だけを提供する他の表示装置と区別される特徴である。
【００３１】
図１Ａの概略図を参照すると、アイボックスＥ内の目の瞳Ｐが見る仮想画像を形成する仮想画像形成装置１０を、側面図で示している。平行な第１および第２の表面Ｓ１、Ｓ２を有するビームスプリッタ板２６（板状ビームスプリッタ、ビームスプリッタなどとも称される）は、観察者の視線１２に沿って斜めに配置され、画像を提供する画像生成部２４から離間して、更に、画像生成部２４とレンズＬ１の間の自由空間に配置されている。示した実施形態において、画像生成部２４は、画像を提供するための表示面２４′を有する表示源である。いくつかの実施形態において、図１に示すように、画像生成部の表面２４′は平坦であり、したがって、画像担持光の平坦領域を生成する。例えば、表示面は、携帯電話、または、「スマートフォン」の平坦表示面であってもよい。しかしながら、他の実施形態において、画像生成部２４の表示面２４′は、僅かに湾曲していてもよい。
【００３２】
図１Ａは、本実施形態において、レンズＬ１が、変形メニスカスレンズであることを示している。より具体的には、レンズＬ１は、画像生成部２４に対して凹状の非球面屈折面２２、および、画像生成部２４に対して同じく凹状の非球面反射面２０を有する。図１Ａの実施形態において、レンズＬ１は、反射屈折光学要素、つまり、その要素の後側面で、平坦画像領域（つまり、視野角に亘る平坦画像面）で球面収差を生じることなく、光を画像生成部２４に向けて戻すように反射する湾曲ミラーを形成する反射面を有するメニスカスレンズであってもよい。非球面反射面２０の主軸Ａは、画像生成部２４に垂直である。画像生成部２４は、電力で作動されて、画像担持光の平坦領域を、ビームスプリッタ板２６の離間した面Ｓ２に向けうる。画像生成部２４、ビームスプリッタ板２６、および、レンズＬ１は、アイボックスＥで視線１２に沿って見ることが可能な仮想画像を形成するように共に動作し、構成される。いくつかの実施形態において、画像生成部２４は、観察者の目より上方に位置し、レンズは、観察者の目より下方に位置してもよい。いくつかの実施形態において、画像生成部２４は、観察者の目より下方に位置し、レンズＬ１は、観察者の目より上方に位置してもよい。
【００３３】
ビームスプリッタ板２６およびレンズＬ１は、片目のための画像について、ビームスプリッタ板２６からの光が、非球面入射屈折面２２で第１の方向に１回目の屈折を生じるために、自由空間を通って、それに沿って送られる光路４０を画定する。屈折した光は、非球面反射面２０で反射して、続けて、光路４０に沿って戻り、反射光は、非球面入射屈折面２２で、２回目に屈折する。次に、光は、自由空間を通って進行し、レンズＬ１からの光を観察者アイボックスＥに向けて遮られない光路を通って観察者の視線１２に沿って反射するビームスプリッタ板２６に戻り、一方、物体シーンについての視線１２は、ビームスプリッタ板２６を通って延伸する。ビームスプリッタ板２６は、それを通して物体シーンを見ることが可能な傾いた窓を提供する。したがって、ビームスプリッタは、画像生成部が生成した画像担持光が、レンズに向かって伝播する時に、ビームスプリッタを横断し、更に、レンズによって反射された後に、ビームスプリッタから反射するように構成配置される。いくつかの実施形態によれば、ビームスプリッタ板２６は、２５グラム未満（例えば、＜２０グラム、＜１５グラム、＜１０グラム）の重量を有し、少なくとも３０度、いくつかの実施形態においては４０度を超える（例えば、４０〜７０度、例えば、５０〜６０度）水平方向の全視野角を提供する。いくつかの実施形態において、ビームスプリッタ板２６は、２〜１０グラム、例えば、５グラム未満、更に、いくつかの実施形態においては、２から５グラムの重量を有する。いくつかの実施形態によれば、ビームスプリッタ板２６は、部分的反射面を有し、部分的反射面は、レンズＬ１、Ｌ２に向くように配置される。本明細書に記載の例示的な実施形態において、部分的反射面は、可視領域において、光の少なくとも２５％（例えば、２５％から７５％、または、３０％から７０％、または、４０から６０％、または、４５から６５％）を反射し、可視領域において、光の少なくとも２５％（例えば、２５％から７５％、または、３０％から７０％、または、４０から６０％、または、４５から６５％）を透過する。例えば、部分的反射面は、可視領域において、（ｉ）光の４５％を透過し、光の５５％を反射するか、または、（ｉｉ）光の５０％を透過し、光の５０％を反射するか、または、（ｉｉｉ）光の５５％を透過し、光の４５％を反射してもよい。
【００３４】
但し、イメージング光学要素が、（画像生成部２４に向いた屈折面、および、裏側の反射面を有する）レンズＬ１ではなく、単に球面ミラーの場合には、生じる領域は、非常に焦点がぼけたものとなる。この焦点のボケは、視野角を大きく減少させることによって解決しうる。しかしながら、本明細書に記載の実施形態に示すように、屈折レンズ面および反射レンズ面（本実施形態においては、両方とも非球面）を有する光学要素Ｌ１、Ｌ２を含むことによって、視野角が４０度を超える場合でも、（瞳および視野領域に亘る）画像の収差を補正し、よく合焦された画像を得ることが可能である。画像生成部２４からの光は、屈折面２２を２回通るので、レンズＬ１は、３つの非球面を提供するのと等しく、単純で、単一で、コンパクトで、軽量の要素を介して、多数の光学収差を、４０度を超える広い視野角に亘って補正することが可能である。いくつかの実施形態において、非球面の１つ以上は、異なる曲率半径、円錐定数、または非球面の光学特性を画定する他の諸元（例えば、以下に記載の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ）などの諸元を有しうる。いくつかの実施形態において、全ての非球面が、そのように異なる曲率半径、および／または、他の諸元を有してもよい。
【００３５】
本明細書において、「平坦画像領域」は、視野角に亘って平坦な画像平面のことを称する。本明細書において、「画像の平坦領域」、および、画像生成部２４によって生成された「画像担持光の平坦領域」は、平坦表示面２４′、または、供給源２４によって表示された（物体）視野角に亘って、この表面から出射される光のことを称する。
【００３６】
本開示の実施形態によれば、レンズＬ１は、仮想画像の像面湾曲を補正するように設計される。他の実施形態において、像面湾曲を相殺する代わりのアプローチは、画像生成部２４の近傍に配置されたフィールドレンズを使用するものである。しかしながら、一体成形レンズを、光路４０に沿った反射面で使用することで、同じ機能を提供することが可能であり、簡易さ、光学配置要件の削減、および、例えば、サイズおよびアスペクト比が異なりうる表示装置を含む多数のタイプの表示装置の任意のものを使用可能である点で、有利である。
【００３７】
画像のディストーションは、その代わりに、１つ以上の更なるレンズＬ１′、Ｌ２′（不図示）を光学システムで用いて補正しうる。それでも、ディストーションは、デジタル処理で、画像データを適切に調節することによって、直接補正しうる。
【００３８】
図１Ａは、１つの左目または右目画像を形成する仮想画像形成装置１０の構成要素の配置を示している。図２の概略図は、表示装置３０が、単一のビームスプリッタ板２６を用いて、各々のアイボックスＥＬ、ＥＲで見ることが可能な左目および右目画像で、両眼視仮想画像を、いかに形成するかを示している。単一の画像生成部２４は、現実の左目および右目画像３２Ｌ、３２Ｒを生成する。左目画像３２Ｌからの画像担持光の平坦領域は、ビームスプリッタ板２６を透過して、レンズＬ１に入射する。この配置で、画像生成部２４およびレンズＬ１は、ビームスプリッタ板２６と共に、左目仮想画像形成装置１０Ｌを形成する。同様に、右目画像３２Ｒからの光は、ビームスプリッタ板２６を透過して、レンズＬ２に入射する。画像生成部２４およびレンズＬ２は、ビームスプリッタ板２６と共に、右目仮想画像形成装置１０Ｒを形成する。単一のビームスプリッタ板２６およびレンズＬ１、Ｌ２を用いて、左目および右目仮想画像の両方についてアイボックスの位置を画定することは、部品数を削減し、構成要素の装着を簡単にする点で有利である。図２の配置は、適切な左目および右目画像コンテントが提供された場合に、立体視ビューイングを提供することが可能である。画像コンテントは、立体的であっても、その代わりに、非立体的であってもよい。更に、フィールドレンズを、例えば、画像生成部とビームスプリッタ板２６の間に追加して、収差を更に補正しうる。例えば、フィールドレンズは、画像生成部に隣接して位置してもよい。
【００３９】
いくつかの実施形態において（例えば、図１Ｂを参照）、レンズＬ１、Ｌ２の１つの面だけ（つまり、レンズＬ１、Ｌ２の反射面または屈折面のいずれか）が非球面である。図１Ｂの実施形態は、図１Ａの実施形態と同様であるが、更に、画像生成部に隣接して、または、接触して位置するフィールドレンズＬＦを含むものである。図１Ｂの実施形態において、フィールドレンズＬＦは、少なくとも１つの非球面、例えば、表面Ｓ１を有する。
【００４０】
図２の表示装置３０の設計は、各レンズＬ１、Ｌ２の焦点距離に応じて、寸法を変えうる。図３Ａから５Ｄは、異なる焦点距離で可能である異なる例示的な配置を示し、焦点距離に基づいて、より長い、または、より短いアイレリーフを有することが可能である。更に、表示装置３０の構成要素の垂直方向の間隔を多少詰めて、様々なウエアラブルおよびヘッドマウント型構成、並びに、手で持てる構成、若しくは、表示装置３０を他の器具に静止装着した構成に合わせて、表示装置の寸法を変えうる。
【００４１】
図３Ａは、左目および右目画像コンテントを、表示画面の異なる部分から、各対応するアイボックスの各瞳Ｐ（観察者の目の瞳）へ提供する、単一の画像生成部２４を有する表示装置３０の構成を前方から見た斜視図を示している。図３Ｂは、図３Ａの構成の側面図を示している。図３Ｃは、図３Ａの構成の正面図を示している。図３Ｃの正面平面図が示すように、各目の視野角は、水平方向に非対称でありうる。つまり、目の外側への視野角である、水平方向左右に延伸する周辺視野は、目の内側へ延伸する視野より広くてもよい。
【００４２】
図３Ａ以降の実施形態において、左目に対応する左視線または右目に対応する右視線１２が存在する。
【００４３】
別々の左目画像生成部２４Ｌおよび右目画像生成部２４Ｒを用いた実施形態について、図４Ａは、斜視図、図４Ｂは、側面図、図４Ｃは、正面平面図を示している。画像生成部２４Ｌ、２４Ｒ、および／または、表示面２４Ｌ′、２４Ｒ′は、同じ平面に位置するか、若しくは、互いにずれるか、傾くか、若しくは、例えば、実装を改良するか、または、観察者の解剖学的形態に合うように調節されてもよい。
【００４４】
別々の左目画像生成部２４Ｌおよび右目画像生成部２４Ｒを有して、単一のビームスプリッタ板２６を用いる代わりの実施形態について、図５Ａは、斜視図、図５Ｂは、側面図、図５Ｃは、正面図を示している。
【００４５】
図５Ｄは、代わりの実施形態を示す斜視図であり、ビームスプリッタ板２６Ｌを左目仮想画像形成装置１０Ｌのために、ビームスプリッタ板２６Ｒを右目仮想画像形成装置１０Ｒのために、別々に使用する。各ビームスプリッタ板２６Ｌ、２６Ｒは、対応する左目の左視線または右目の右視線１２に沿って位置する。
【００４６】
図５Ｅの斜視図は、左目および右目仮想画像形成装置のために個別のビームスプリッタ板２６Ｌ、２６Ｒを用いた代わりの実施形態を示している。左および右ビームスプリッタ板２６Ｌ、２６Ｒが、視線１２に対して斜角で対向して配置されている。画像生成部２４Ｌ、２４Ｒ、および、レンズＬ１、Ｌ２の位置も、仮想画像形成装置１０Ｌ、１０Ｒ同士の間で逆になっている。左目および右目画像生成部２４Ｌ、２４Ｒは、各々、画像担持光を対向する方向に向ける。このような代わりの配置も、例えば、よりコンパクトに実装するために便利でありうる。
【００４７】
図５Ａ〜５Ｅの実施形態を、例えば、ＯＬＥＤを用いた画像生成装置で利用しうる。一実施形態において、そのようなＯＬＥＤを用いた画像生成装置は、４４マイクロメートル×４４マイクロメートル、４０マイクロメートル×４０マイクロメートル、３０マイクロメートル×３０マイクロメートル、２４マイクロメートル×２４マイクロメートル、または、２０マイクロメートル×２０マイクロメートル以下の画素サイズを有するか、若しくは、画像生成装置は、更に小さいサイズの画素を有してもよい。
【００４８】
いくつかの実施形態によれば、表示装置は、光学システムを含む。光学システムは、（ｉ）画像生成部表示面から、画像担持光を生成する画像生成部と、（ｉｉ）画像生成部から離間した少なくとも２枚のレンズであって、各々、画像生成部に対して凹状の入射屈折面、および、画像生成部に対して凹状の反射面を有し、反射面および屈折面の少なくとも１つが非球面であるレンズと、（ｉｉｉ）画像生成部とレンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板とを含み、レンズおよびビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、画像担持光について、観察者の視線に沿って画定する。本明細書に開示した表示装置設計は、結果的に、８ｍｍと４０ｍｍの間（例えば、１０ｍｍから３０ｍｍ）のアイレリーフ距離（つまり、目の瞳とビームスプリッタの最も近い縁部の間の水平方向の距離）、３０と７０度の間の水平ＦＯＶ（例えば、４０から７０度）、および、１分／画素と４分／画素の間の解像度を生じうる。約１分／画素の解像度は、例えば、２０×２０μｍ画素のＯＬＥＤ表示装置などの画像生成部を用いることで達成しうる。いくつかの実施形態によれば、レンズＬ１、Ｌ２の反射面および屈折面は、レンズの光軸が、１分角以内で互いに平行で、５０ｍｍと８０ｍｍの間の距離（例えば、６０〜７０ｍｍ）で互いに離間するように構成される。表示装置の光学システムは、Ｄｐ≧７ｍｍ、例えば、７ｍｍ≦Ｄｐ≦２０ｍｍ（例えば、８ｍｍ、１０ｍｍ、１２ｍｍ、１５ｍｍ、１８ｍｍ、２０ｍｍ、または、それらの間）の射出瞳直径Ｄｐを有する射出瞳を、更に含む。
【００４９】
いくつかの実施形態によれば、光学システムは、Ｄｐ≧７ｍｍの射出瞳直径Ｄｐを有する射出瞳を、更に含み、水平視野角の垂直視野角に対する比がＦＯＶｈ／ＦＯＶｖ＞１．５である垂直方向の全視野角ＦＯＶｖおよび水平方向の全視野角ＦＯＶｈも有する。いくつかの実施形態において、ＦＯＶｈ／ＦＯＶｖ＞１．７、例えば、３≧ＦＯＶｈ／ＦＯＶｖ＞１．７である。
【００５０】
いくつかの実施形態によれば、画像生成部２４とレンズＬ１、Ｌ２の間の距離は、２０〜６０ｍｍ、例えば、３０〜５０ｍｍである。
【００５１】
いくつかの実施形態によれば、表示装置は、（ｉ）画像生成部表示面から、画像担持光を生成する画像生成部と、（ｉｉ）画像生成部から離間して、画像生成部に対して凹状の入射屈折面、および、画像生成部に対して凹状の反射面を有し、表面の少なくとも１つが非球面であるレンズと、（ｉｉｉ）画像生成部とレンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板とを含み、レンズおよびビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、画像担持光について、観察者の視線に沿って画定するものであり、表示装置は、（ａ）３０と７０度の間の水平視野角、５ｍｍと５０ｍｍの間のアイレリーフ距離、３０ｍｍと７０ｍｍの間のレンズの焦点距離、７ｍｍと２０ｍｍの間の射出瞳直径、および、３０ｍｍから７０ｍｍのレンズと表示面の間の距離と、（ｂ）５ｍｍと４０ｍｍの間のアイレリーフ距離、３０と７０度の間の水平ＦＯＶ、および、１分／画素と４分／画素の間の解像度との少なくとも１つを示すものである。いくつかの実施形態によれば、表示装置は、４４マイクロメートル未満の倍率色収差を示す（横色収差は、（赤、緑、青（Ｒ、Ｇ、Ｂ））による倍率の違いである）。いくつかの実施形態によれば、表示装置は、画素サイズ未満の倍率色収差を示し、つまり、Ｒ、Ｇ、Ｂ光線が、同じ画素内になる。いくつかの実施形態によれば、表示装置は、画像生成部の画素サイズ以下の倍率色収差を示す。
【００５２】
次の表（表１）は、図３Ａ〜５Ｃに示した多数の例示的な実施形態の様々な性能を示す表である。
【００５３】
【表１】
2019505843.tif 000003
【００５４】
注１：表１中、最初の３つの実施形態の角解像度の値は、０．０４４ｍｍの表示画素を有する市販のスマートフォンに基づく。表１中、実施形態４〜７の角解像度の値は、０．０２ｍｍの画素サイズを有する表示装置（例えば、ＯＬＥＤ表示装置）に基づく。
【００５５】
物体シーンについて（つまり、観察者の視野角内の現実の物体）の観察者の視野角は、その中に仮想画像が形成される視野角より大きいことに、留意すべきである。本開示の実施形態の光学配置は、拡張現実表示装置について、広い視野角（ＦＯＶ）を提供する。
【００５６】
有利なことに、ビームスプリッタ板は、軽量である。例示的な実施形態によれば、４０度より大きい水平ＦＯＶに適した、８０×１５０ｍｍのビームスプリッタ板などのビームスプリッタ板は、２５グラム未満の重量を有する。ビームスプリッタ板の表面間の光学厚さは、３ｍｍ未満（例えば、０．５ｍｍ、１ｍｍ、１．５ｍｍ、２ｍｍ、または、それらの間）である。
【００５７】
これと比べて、他の提案された拡張現実表示装置設計では、プリズムを用いている。しかしながら、プリズム系光学システムは、大きいＦＯＶを提供するためには、それに対応した大きいプリズムを必要とし、大きいＦＯＶの利用例に合わせて、プリズム系設計の寸法を変えるのを難しくする。名目値で４０度の水平ＦＯＶについて、単一のビームスプリッタプリズムを両目のために用いたヘッドマウント型装置は、７００グラムを明らかに超えた重量のプリズムを支持しなくてはならない。大きいプリズムの重量が加わることで、大きさ、および、重量が、かなり増加するだけではなく、利用できるＦＯＶが事実上制限される。
【００５８】
図６の概略的側面図は、光をビームスプリッタ板２６に向けるために偏光を用いる代わりの実施形態を示している。画像生成部２４は、画像コンテントを、第１の偏光状態（例えば、ｐ偏光）を有する偏光として提供する。偏光ビームスプリッタとして構成されたビームスプリッタ板２６は、第１の状態の偏光（矢印で示したようなｐ偏光）を透過し、直交状態（点で示したようなｓ偏光）を反射する。１／４波長板４０を２回通過（透過）すると、第１の（ｐ）偏光状態は、ビームスプリッタ板２６から反射される、直交した（ｓ）偏光状態に変換される。波長板４０は、（本明細書で、１／４波長板とも称される）１／４波長リターダであってもよい。波長板４０は、アクロマティック１／４波長板であってもよい。好ましくは、波長板４０は、可視領域に亘って、アクロマティックである。図６Ａの実施形態において、波長板４０は、レンズＬ１とビームスプリッタ板２６の間に位置する。図６Ｂは、図６Ａと同様であるが、本実施形態が、画像生成部２４に隣接して位置する偏光板４０”を使うことも示している。偏光板４０”は、画像生成部２４からの光を偏光させるように機能し、可視領域に亘ってアクロマティックである。
【００５９】
図７の斜視図は、物体シーンの視認度を制限可能にする代わりの実施形態を示している。右の仮想画像形成装置１０Ｒ用のレンズＬ２は、視線１２を部分的に遮るように配置され、左の仮想画像形成装置１０Ｌ用のレンズＬ１は、他の図面に示したのと同じ位置であり、ビームスプリッタ板２６を通した物体シーンを視認可能にする。
【００６０】
完全な仮想現実ビューイングを行うには、レンズＬ１、Ｌ２の両方を、視線１２を遮るように配置しうる。
【００６１】
画像生成部 
本明細書で用いるように、画像生成部２４は、観察者の片目または両目に画像を形成する画像担持光を出射しうる任意の供給源であってもよく、手で持てる個人用通信装置、スマートフォン、パッド、コンピュータ画面、若しくは、他の表示源または画像投射源を含む。いくつかの実施形態において、画像生成部は、平坦な画像担持光を出射することが可能で、つまり、湾曲した画像が送られるのではない。使用可能な画像生成装置は、携帯電話、何らかのタイプの移動オペレーティングシステムを提供する所謂「スマートフォン」、少なくとも何らかの計算表示可能手段を有するフィーチャーフォン、「スマートウオッチ」、および、様々なタイプの電子パッドなどのフラットパネル個人用通信装置、コンピュータタブレット、並びに、グラフィックコンテントを表示可能な表示領域を少なくとも含む同様の装置を含む。次の表に示した値から明らかなように、本開示の装置は、特に、スマートフォン、または、他のタイプの携帯式個人用通信装置から生成された画像を用いる利用例に、適している。いくつかの実施形態において、画像生成部２４は、ＧＰＳセンサ、ユーザが見たシーンを見て撮影する第１のカメラ、および、第１のカメラと反対を向いた更なるカメラ「自撮りカメラ」の少なくとも１つを組み込んだスマートフォン装置である。
【００６２】
画像生成部２４は、任意の画像生成源であってもよく、人間の目によって、画像表示装置として使うことができなくてもよい。いくつかの実施形態によれば、画像生成部は、他の装置によって、その上に画像が投射される画面である（例えば、プロジェクタ）。
【００６３】
適切に適合して、画像担持光を生成しうる他のタイプの画像生成部は、様々なタイプの空間光変調器（ＳＬＭ）要素を含む。例えば、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、Ｄａｌｌａｓ、ＴＸの販売するＤｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ（ＤＬＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、ＬＣＯＳ（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ）装置、または、格子電気機械装置を含む様々なタイプのＳＬＭ装置を用いうる。その代わりに、線形光変調器を用いうる。
【００６４】
光学フィールドレンズを備えて、画像生成部によって提供された画像領域を適切な形状にして、ディストーションの削減を助けたりしうる。
【００６５】
ビームスプリッタ板２６ 
本明細書に記載の実施形態を用いると、有利なことに、ビームスプリッタ板２６だけが、観察者の視線１２に位置する。この配置は、物体シーンコンテントについて、非常に広い水平視野角（ＦＯＶ）を提供し、そのガラス板によって遮蔽されない視線から、垂直方向に、僅かだけ、ずれた情景を提供する。
【００６６】
実施形態によれば、ビームスプリッタ板２６を、５０秒角、より有利には、３０秒角、または、更に２０秒角未満などの厳しい許容誤差内で平行である表面を有するガラス基板上に形成しうる。いくつかの実施形態において、ビームスプリッタ２６のガラス基板は、１０秒角未満（例えば、８秒角から１０秒角）の範囲で平行である表面を有する。互いに平行な表面は、非常に有利であり、ビームスプリッタの面が僅かにでもウェッジ状の場合に生じるゴーストおよび他の影響を、最小にする。
【００６７】
ビームスプリッタ板２６を、フュージョンドロー処理で得たガラスシート上に形成しうる。この方法は、両面が高い基準で平行であるガラスシートを提供する。標準タイプのガラスは、ビームスプリッタ板の表面が高い基準で平行でない場合に発生するゴーストを削減するために、両面研磨を必要としうる。
【００６８】
理想的には、ビームスプリッタ板２６を、できるだけ薄くして、視野角を、できるだけ大きくする。いくつかの実施形態において、ビームスプリッタ板２６は、４ｍｍ未満、より好ましくは、３ｍｍ未満、更に好ましくは、２ｍｍ未満、更により好ましくは、１ｍｍ未満（例えば、０．３から０．７ｍｍ）の厚さを有する。そのような薄い厚さのビームスプリッタを組み込むことによって、画像担持光が両面から出て、観察者の目に向かって反射された場合に、これらの２つの反射位置同士の距離が十分に短いので、観察者は、二重画像を「見る」ことがない。いくつかの実施形態において、ビームスプリッタ板２６は、第１および第２の主表面を有し、ビームスプリッタ板のこれらの表面は、５０秒角以内で、互いに平行である。いくつかの実施形態において、ビームスプリッタ板２６は、第１および第２の主表面を有し、ビームスプリッタ板のこれらの表面は、１分角以内か、または、７５秒角以内か、より好ましくは、５５秒角以内か、４５秒角以内か、更に好ましくは、４０秒角以内で互いに平行である。いくつかの実施形態において、ビームスプリッタ板２６は、第１および第２の主表面を有し、ビームスプリッタ板のこれらの表面は、３０秒角、または、更に、２０秒角以内で互いに平行である。ビームスプリッタ板は、例えば、Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから入手可能な溶融形成されたガラスで形成されて、１０秒角（例えば、４秒角から１０秒角）内で平行である表面を有しうる。いくつかの実施形態において、ビームスプリッタ板２６は、（ガラスの中央の９０％より広い領域（例えば、ガラス領域の少なくとも９５％より広い領域）、または、少なくとも、そこを通して画像を見る領域に亘って）２０マイクロメートル未満の山から谷（ＰＶ）の平面度、および、０．０２５ｍｍ未満の厚さ変化を有する。いくつかの実施形態において、ビームスプリッタ板２６は、１０マイクロメートル未満の平面度（山から谷）、および、０．０２ｍｍ未満（例えば、０．００２ｍｍから０．０１ｍｍ）の厚さ変化を有する。いくつかの実施形態において、ビームスプリッタ板２６は、例えば、７５ｍｍまたは１００ｍｍの表面の長さに亘って、若しくは、ビームスプリッタの長さに亘って、７マイクロメートル未満の平面度ＰＶ（例えば、４または５マイクロメートルのＰＶ）、および、０．０１５ｍｍ未満、または、０．０１ｍｍ以下（例えば、０．００２ｍｍ、０．００５ｍｍ、または、０．０１ｍｍ、若しくは、それらの間）の厚さ変化を有する。
【００６９】
３０秒角以内で互いに平行な表面を有し、全厚さの変化が０．０２ｍｍ未満のビームスプリッタガラスの例は、Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ、Ｃｏｒｎｉｎｇ、ＮＹから入手可能なＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラス、Ｌｏｔｕｓ（商標）ＸＴガラス、Ｌｏｔｕｓ（商標）ＮＸＴガラス、または、ＥＡＧＬＥ  ＸＧ（登録商標）ガラスである。そのような平面度および厚さ精度を有するガラスを使用することで、画像が両面で反射した際に、それらは互いに非常に近いので、網膜上の略同じ位置に到着し、そのために、画質が非常に高まり、ゴーストのないものとなる。ビームスプリッタ板の１面を、部分反射膜で被膜し、他方の面を、反射防止（ＡＲ）膜で被膜するのが好ましい。部分反射膜が、５０％の反射力（可視領域にわたって５０％の反射率を意味する）に近づいた場合、例えば、可視領域に亘って、部分反射膜が、約４０％〜６０％の間、より好ましくは、約４５〜５５％の間の反射率を達成し、更に、他方の面に反射防止膜がある場合に、表示システムの最高効率が得られる。例えば、蒸着技術を介して、アルミニウム金属膜で被膜して、そのような部分反射率を実現しうる。
【００７０】
いくつかの実施形態において、反射防止膜は、１０％未満、より好ましくは、５％未満、更に好ましくは、２％未満、および、最も好ましくは、１未満か、更に０．５％未満（可視領域にわたって０．５％未満の反射率を意味する）の反射力を示す。例えば、誘電体層または積層誘電体を、蒸着技術を介して被覆して、そのような反射防止性を実現しうる。これも、現実世界物体シーンからの光の５０％も遮ることになるだろう。ビームスプリッタからの反射が減少するにつれて、表示画像は、減光して、外側のシーンが明るくなる。したがって、これらの被膜のパラメータを変えることで、表示装置からの光レベルと外側のシーンからの光レベルをバランスさせるのを助ける。
【００７１】
レンズＬ１、Ｌ２ 
レンズＬ１、Ｌ２は、成形されたプラスチックまたはガラスでありうる。材料の選択は、画像の色収差に影響しうる。例えば、アクリル（ＰＭＭＡ）などの低分散材料（アッベ数Ｖｄ＞４０）を用いて、色収差を削減しうる。したがって、いくつかの実施形態において、レンズＬ１、Ｌ２のアッベ数Ｖは、Ｖｄ≧５０であるか、更に、Ｖｄ≧５５であり、例えば、５０と７０の間、または、５０と６０の間である。例示的な一実施形態において、Ｖｄは、約５７である。
【００７２】
レンズＬ１、Ｌ２は、各々、一体成形されている。一体成形レンズは、単一構造物として製作される。このことが、一体成形レンズを、例えば、二重レンズなど、多数のレンズを接着させて形成した二重レンズまたは他の接合レンズアセンブリから区別して特徴付けている。本明細書に記載の実施形態において、レンズＬ１、Ｌ２は、合計で５グラムから８０グラム（例えば、４０〜６５グラム）の重量を有する。
【００７３】
いくつかの実施形態によれば、レンズＬ１、Ｌ２は、互いに接触して位置している。いくつかの実施形態によれば、レンズＬ１、Ｌ２は、１つの一体成形要素として、一緒に形成される（例えば、鋳型成形される）。本明細書に記載の実施形態によれば、レンズＬ１、Ｌ２は、観察者の鼻が少なくとも部分的に嵌るための空間を、２つの間に備えるように形成、または形状にされる。例えば、レンズＬ１、Ｌ２は、一体成形構造物として、一緒に鋳型成形され、それらの間に、「鼻挿入空間」を生成するように切欠き部または面取り部を有する。
【００７４】
いくつかの実施形態によれば、レンズＬ１、Ｌ２の反射面および屈折面は、レンズの光軸が、１分角以内で互いに平行で、５０ｍｍと８０ｍｍの間の距離（例えば、６０ｍｍ〜７０ｍｍ）互いに離間するように構成される。
【００７５】
メニスカスレンズレンズＬ１（または／およびＬ２）の凸状の外側面２０を、反射膜２０′で被膜する。実施形態によれば、反射膜は、ダイクロイック膜である。その代わりに、金属膜で被膜してもよい。
【００７６】
上記のように、レンズＬ１、Ｌ２を、単一の鋳型成形アセンブリとして、一緒に形成連結しうる。その代わりに、レンズＬ１、Ｌ２をダイヤモンド旋削によって製作しうる。典型的なレンズ厚さは、４〜１０ｍｍ、例えば、５〜９ｍｍでありうる。
【００７７】
例示的な一実施形態において、レンズＬ１、Ｌ２は、アクリルで、各レンズは、８ｍｍの中心厚さ、および、以下の式に示す２つの非球面２０、２２を有する。
【００７８】
【数１】
2019505843.tif 000004
【００７９】
但し、ｒは（頂点からレンズ面に沿った）半径距離、ｚは高さｒにおける表面のサグ、ｃは表面曲率（ｃ＝１／Ｒｉ、但し、Ｒｉは、表面ｉの半径）、ｋは円錐定数、更に、Ａ、Ｂ、Ｃは、より高次非球面係数である。本明細書に開示した例示的な実施形態において、非球面２０、２２は、少なくとも１つのゼロではない非球面係数Ａ、Ｂ、または、Ｃを有する。例えば、次に示す表２の実施形態において、レンズＬ１、Ｌ２のレンズ面２０に関連した非球面係数Ａ、Ｂ、および、Ｃの全てが、ゼロではない値である。
【００８０】
【表２】
2019505843.tif 000005
【００８１】
表２において、面１は、凹状の屈折面２２に対応し、面２は、その表面上に反射膜を有する凸状の面２０に対応する。本実施形態において、表面２２の頂点から、画像生成部２４の表面２４′までの距離は、５５．２８ｍｍである。ビームスプリッタ２６とレンズＬ１、Ｌ２の間の距離は、ビームスプリッタが瞳Ｐと位置合わせされるように選択される。本実施形態において、レンズＬ１、Ｌ２は、鋳型成形される。代わりの実施形態において、表面２０、２２は、ダイヤモンド旋削されうる。
【００８２】
実装オプション 
本開示の装置を、従来の眼鏡タイプのフレーム、ヘッドバンド、または、表示部を頭部に装着する他の機構を用いて、ヘッドマウント型装置の一部として組み立てうる。その代わりに、意図する利用例に応じて、装置を、頭部カバー、帽子、または、ヘルメットに連結しうる。
【００８３】
本開示の実施形態は、構成要素の数が少ないこと、許容誤差が大きいこと、重量が軽量化されたこと、および、ビームスプリッタ板２６基板の構造的剛性を有利に生かして、表示装置３０について、多数の改良された実装配置が可能である。
【００８４】
図８Ａおよび８Ｂの側面図は、本開示の実施形態による折り畳み自在の表示装置３０を簡略に示す図である。ビームスプリッタ板２６は、第１のヒンジ部４２または他のタイプの可撓連結手段によって、ビームスプリッタ板２６の縁部に沿って、レンズＬ１、Ｌ２に可撓的に連結されている。第２のヒンジ部４４は、ビームスプリッタ板２６を、例えば、スマートフォンを一時的に挿入して、そこから容易に取り外すための筐体など、画像生成部２４を支持する筐体または枠部４６に連結する。図８Ａは、見る動作を行うための構成の表示装置３０を示している。図８Ｂは、持ち運びか、保管のために折り畳んだ表示装置３０を示しており、画像生成部２４は取り外してある。垂直方向に折り畳み自在である表示装置３０を提供するために、少数の機械的構成要素だけを用いて、多数の可能な機械的配置を考えうることが、分かるだろう。
【００８５】
図９は、機械的筐体９０を含む表示装置３０の一実施形態を示している。本実施形態において、画像生成部２４（例えば、表示面２４′付き電話、不図示）を、目の高さより上方で筐体９０に装着する。面２４′は、筐体９０内で、その内側に位置する光学要素に向くように向けられる。観察者が観察している物理的シーンからの光は、視線１２（図１を参照）に沿って（筐体９０内に位置する）ビームスプリッタ２６を透過して、観察者の目に送られ、更に、画像生成部２４からの光と組み合わされて、拡張現実（ＡＲ）画像を形成する。更に、筐体９０は、外側の保護遮蔽部１００も支持する。外側の保護遮蔽部１００を、ポリカーボネートなどのプラスチックで製作して、表示装置３０の光学要素を埃および破損から保護しうる。外側の保護遮蔽部１００は、例えば、Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ、Ｃｏｒｎｉｎｇ、ＮＹから入手可能なＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラスなどの傷防止強化ガラスも含みうる。保護遮蔽部を、反射防止膜、または、現実シーンから観察者の目に送られる光量を制御する吸光膜で被膜しうる。例えば、いくつかの実施形態において、外側の保護遮蔽部１００は、フォトクロミック材料、または、偏光子を含みうる。本実施形態において、物理的シーンからの光は、外側の保護遮蔽部１００を通って表示装置３０に入射し、更に、画像生成部２４によって提供された光と重ね合わせられる。
【００８６】
更に、図９は、少なくとも部分的に筐体９０内に位置する電力作動部１１０（例えば、スプリングプランジャー、ボタン、または、他の構成要素）も示しており、画像生成部の電源を入れるために、ユーザが作動させると、画像生成部２４上の電源ボタンを押圧する。
【００８７】
更に、図９は、筐体９０の側面に位置する窓１３０Ｌも示しており、観察者／装置ユーザが、周辺の情景を見ることができるようにしている。筐体９０の右側には、対応する窓１３０Ｒが設けられている。
【００８８】
図１０は、図９の表示装置の外側の保護遮蔽部１００および内側の保護遮蔽部１０５を示している。内側の保護遮蔽部１０５も、光学要素を埃などから保護し、更に、観察者の目を、（例えば、その上にＵＶ保護膜を有する場合には、）ＵＶ光から、または、他の環境によるダメージから保護する役割を果たす。両方の遮蔽部１００、１０５を、ポリカーボネートで製作してもよい。内側の保護遮蔽部１０５を、反射防止膜で被膜して、迷光およびグレアを削減しうる。したがって、いくつかの実施形態によれば、表示装置３０は、ビームスプリッタによって結合される前の物理的シーンからの光を透過するポリカーボネートから製作した湾曲した保護遮蔽部１００を含む。いくつかの実施形態によれば、表示装置３０は、ビームスプリッタによって結合された後の物理的シーンからの光を透過するポリカーボネートから製作した湾曲した保護遮蔽部１０５を、更に含む。いくつかの実施形態によれば、湾曲した保護遮蔽部１０５は、観察者に向いた面上に反射防止膜を含む。いくつかの実施形態によれば、保護遮蔽部１００は、観察者に向いた面上に反射防止膜を含む。いくつかの実施形態によれば、保護遮蔽部１００、１０５の少なくとも１つは、撥油および／または曇り防止膜（不図示）を含む。
【００８９】
止めねじ１２０Ｒ、１２０Ｌは、画像生成部２４を通してスプリングプランジャー１２５Ｒ、１２５Ｌに力を加えるので、止めねじ１２０Ｒ、１２０Ｌを用いて画像生成部２４を回転させることによって、画像生成部２４を位置合わせしうる。図１１は、筐体９０に装着された表示装置の断面図である。この図において、１２０Ｒは、画像生成部２４を通して、スプリングプランジャー１２５Ｒに力を加える止めねじである。対応する止めねじ１２０Ｌおよびスプリングプランジャー１２５Ｌも用いて、画像生成部２４を、主軸Ａを中心に回転させる。
【００９０】
いくつかの実施形態によれば、表示装置３０は、反射面の主軸に平行である軸を中心とした画像生成部の回転を調節する手段を含む。図１１は、筐体９０が、ビームスプリッタ２６を支持するために内側に鋳型成形された支持構造物２６Ｓを含むことも示している。
【００９１】
図１２は、図９と同様であるが、画像生成部２４に関連した撮像システム２４０の視線方向を曲げる光学要素２５０を含む表示装置を、更に示している。例えば、図１２の実施形態において、画像生成部２４は、カメラ２４０（携帯電話の撮像システム）を含む携帯電話である。光路を曲げるミラーまたはプリズムなどの光学要素２５０が、カメラ２４０に隣接して位置している。光学要素２５０は、カメラの視線方向を曲げるように構成されている。したがって、カメラは、観察者がビームスプリッタを通して見る情景の少なくとも一部を「観る」または「見る」ことが可能である。つまり、カメラは、光学要素２５０の助けで、観察者が観察しているのと同じ方向を「見る」ことができる。例えば、いくつかの実施形態において、光学要素２５０は、反射面を含んで、カメラの画角が、ビームスプリッタを通した観察者の視線を含むようにする。反射面は、例えば、反射膜によって形成しうる。表示装置は、少なくとも１つの撮像システム２４０′（例えば、エンドユーザを撮影（「自撮り」）するように構成配置された携帯電話のカメラ）を、更に組み込みうる。撮像システム２４０′（例えば、カメラレンズ）を、例えば（上記光学要素２５０と同様であってもよい）光路を曲げる光学要素２５０′と組み合わせて、ビームスプリッタを通して、観察者の目を「見る」ように適合させ、それにより、観察者が観察している場所を追跡するようにする。
【００９２】
図１３も、図９と同様であるが、表示装置が、日光を遮る（太陽のグレアを最小にする）少なくとも１つの日除け３００Ａ、３００Ｂを含むことを、更に示している。図示した実施形態において、日除け３００Ａは、ヒンジ部で連結されており、観察者は、必要に応じて、その位置（角度）を調節しうる。その代わりの日除け３００Ｂは、必要に応じて、出したり、引っ込めたりするように、矢印Ａ−Ａが示す方向に摺動自在である。いくつかの実施形態によれば、側面の窓（および周辺窓１３０Ｌ、１３０Ｒ）の上に側面の日除け（不図示）も配置しうる。日除け３００Ａ、３００Ｂ、および、側面の日除けは、不透明であるか、若しくは、偏光子を含むか、または、太陽のグレアを最小にするフォトクロミック材料を含んでもよい。
【００９３】
いくつかの（不図示の）実施形態によれば、表示装置は、ＧＰＳセンサ、少なくとも１つのヘッドトラッキングセンサ、アイトラッキングセンサ、加速度計、および、２枚のレンズの間に位置して、ビームスプリッタを通して観察者の目を「見る」カメラの少なくとも１つを含む。
【００９４】
但し、図９〜１２に示した実施形態において、画像生成部２４は、観察者の目より上方に位置して、レンズは、観察者の目より下方に位置している。しかしながら、本明細書に開示した全ての実施形態において、画像生成部２４が、観察者の目の下方に位置し、レンズＬ１が、観察者の目の上方に位置していてもよい。つまり、装置の向きを、図９〜１２に示したものから１８０度「上下を逆にして」、それにより、日光がレンズＬ１、Ｌ２の屈折面に当たるのを防ぐので、太陽のグレアを最小にする利点がある（例えば、図１４を参照）。図１４は、表示装置のこの例示的な実施形態は、少なくとも１つのカメラ２４０、および、少なくとも、カメラの視線を曲げて観察者の視線と略平行にする光学要素２５０を含むことも示している。カメラ２４０を用いて、各目で見える画像を撮像し、ＡＲ重ね画像の仮想部分（画像生成部２４によって提供された画像）を、（各目について）適切な位置で、観察者が見た実際のシーン内へ配置しうる。
【００９５】
但し、図９〜１２の装置は、例えば、図４Ａおよび５Ａに示した２つの画像生成部２４Ｒ、２４Ｌを用いてもよい。２つの小さい画像生成部２４Ｒ、２４Ｌを用いることは、表示装置全体のサイズを削減するのに有利である。これらの画像生成部２４Ｒ、２４Ｌは、観察者の目より下方または上方に位置していてもよい。表示装置は、例えば光路を曲げる光学要素２５０′と組み合わせて、ビームスプリッタを通して観察者の目を「見る」ように適合または構成された１つまたは２つの（図１４に概略的に示したような）カメラ２４０′を更に組み込んで、観察者が観察している場所を追跡するようにしてもよい。例えば、撮像システムまたはカメラ２４０′は、画像生成部２４Ｒ、２４Ｌの近くに、または、隣接して位置してもよい。その代わりに、１つ以上のカメラ２４０′を、ビームスプリッタを通して観察者の目を「見る」２枚のレンズの間に位置させてもよい。カメラ２４０′は、表示装置の他の位置に配置されてもよく、例えば、保護遮蔽部１００または１０５に隣接して、または、その上に位置させて、観察者の目（または、目の瞳）を追跡するようにしてもよい。これらのカメラ２４０′だけで、または、他の光学要素と組み合わせて、目を追跡して、観察者が観察している現実シーンの位置を、表示装置が「知る」ことが可能になり、ＡＲ重ね画像の仮想部分を、（各目について）適切な位置で、観察者が見た実際のシーン内に配置しうる。これは、上記のように、例えば、多数のカメラを通して、レンズ／プリズム系、および／または、反射板を用いて、画像を適切な位置に重ねるようにして、達成される。更に、ソフトウェアアルゴリズムを、１つ以上のアイトラッキングカメラ（または、ユーザの視線トラッキングカメラ）と共に用いて、仮想画像を、観察者が観察している現実／実際のシーンに適切に重ねた画像を生成しうる。
【００９６】
したがって、本明細書に記載したように、表示システムのいくつかの実施形態は、ＧＰＳセンサ、少なくとも片目のトラッキング（または、アイトラッキング）センサ、加速度計、および、観察者の目または観察者が観察しているシーンを見るカメラの少なくとも１つを、更に含む。
【００９７】
以下のＡ１〜Ｏ１３の記載は、本明細書に開示した多数の例示的な実施形態を更に記載するものである。
【００９８】
Ａ１．  いくつかの実施形態によれば、表示装置（Ａ１）は、
画像担持光を生成する少なくとも１つの画像生成部と、
画像生成部から離間して、画像生成部に対して凹状の非球面入射屈折面、および、画像生成部に対して凹状の非球面反射面を有するレンズと、
画像生成部とレンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
を含み、
レンズおよびビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、画像担持光について、観察者の視線に沿って画定するものである。
【００９９】
Ａ２．  いくつかの実施形態によれば、Ａ１に記載の表示装置において、ビームスプリッタ板の第１および第２の表面が、５０秒角以内で、互いに平行である。
【０１００】
Ａ３〜Ａ４．  いくつかの実施形態において、ビームスプリッタ板の第１および第２の表面が、４０秒角以内で、互いに平行であり、いくつかにおいては、２０秒角以内である。
【０１０１】
Ａ５．  いくつかの実施形態によれば、Ａ１〜Ａ４のいずれか１つによる表示装置は、画像担持光の光路内に、フィールドレンズを、更に含む。
【０１０２】
Ａ６．  いくつかの実施形態によれば、Ａ１〜Ａ５のいずれか１つによる表示装置において、ビームスプリッタ板は、偏光ビームスプリッタであり、表示装置（Ａ１）は、ビームスプリッタ板とレンズの間に配置された１／４波長板を、更に含む。
【０１０３】
Ａ７．  いくつかの実施形態によれば、Ａ１〜Ａ６のいずれか１つによる表示装置は、ビームスプリッタによって結合された後の物理的シーンからの光を透過する湾曲した保護遮蔽部を、更に含む。
【０１０４】
Ａ８．  いくつかの実施形態によれば、Ａ７による表示装置の湾曲した保護遮蔽部は、観察者に向いた面上に反射防止膜を含む。
【０１０５】
Ａ９．  いくつかの実施形態によれば、Ａ１〜Ａ８のいずれか１つに記載の表示装置のレンズは、プラスチックレンズである。
【０１０６】
Ａ１０．  いくつかの実施形態によれば、Ａ１〜Ａ８のいずれか１つに記載の表示装置のレンズは、アクリルレンズである。
【０１０７】
Ａ１１．  いくつかの実施形態によれば、Ａ１〜Ａ１０のいずれか１つに記載の表示装置は、反射面の主軸に平行である軸を中心とした画像生成部の回転を、調節するように構成された調節部を、更に含む。
【０１０８】
Ａ１２．  Ａ１１に記載の表示装置のいくつかの実施形態によれば、調節部は、画像生成部と一方の側で係合した少なくとも１つのねじ、および、画像生成部と他方の側で係合した少なくとも１つのスプリングプランジャーを含むものである。
【０１０９】
Ａ１３．  Ａ１１に記載の表示装置のいくつかの実施形態によれば、調節部は、画像生成部と一方の側で係合した複数のねじ、および、画像生成部と他方の側で係合した複数のスプリングプランジャーを含むものである。
【０１１０】
Ａ１４．  Ａ１〜Ａ１３のいずれか１つに記載の表示装置のいくつかの実施形態によれば、画像生成部は、平坦表示面から、画像担持光の平坦領域を生成し、
レンズは、反射面の主軸が画像生成部に垂直となるように、画像生成部から離間し、ビームスプリッタ板の第１および第２の表面は、略平行で、観察者の視線に斜めである。
【０１１１】
Ａ１５．  Ａ１〜Ａ１４のいずれか１つに記載の表示装置のいくつかの実施形態によれば、ビームスプリッタは、画像生成部に向いた面上に反射防止膜を含むものである。
【０１１２】
Ａ１６．  Ａ１またはＡ１４に記載の表示装置のいくつかの実施形態によれば、ビームスプリッタは、偏光ビームスプリッタである。
【０１１３】
Ａ１７．  実施形態によれば、Ａ１６に記載の表示装置は、画像生成部に隣接した偏光板と、レンズとビームスプリッタの間に位置する１／４波長板とを更に含む。
【０１１４】
Ａ１８．  いくつかの実施形態によれば、Ａ１〜Ａ１７のいずれか１つに記載の表示装置は、観察者によってウエアラブルである、実施形態１４に記載の表示装置。
【０１１５】
Ａ１９．  Ａ１〜Ａ１８のいずれか１つに記載の表示装置であって、ビームスプリッタ板は、フュージョンドロー処理を用いて形成されたものである。
【０１１６】
Ａ２０．  Ａ１４に記載の表示装置であって、ビームスプリッタ板の第１および第２の表面が、３０秒角以内で、互いに平行である。
【０１１７】
Ａ２０．  Ａ１４に記載の表示装置であって、ビームスプリッタ板の第１および第２の表面が、３０秒角以内で、互いに平行である。
【０１１８】
Ａ２１．  Ａ１４に記載の表示装置であって、ビームスプリッタ板は、偏光ビームスプリッタであり、ビームスプリッタ板とレンズの間に配置された１／４波長板を、更に含む。
【０１１９】
Ａ２２．  Ａ１４に記載の表示装置であって、画像担持光の光路内に、フィールドレンズを、更に含む。
【０１２０】
Ａ２３．  Ａ２２に記載の表示装置であって、フィールドレンズは、画像生成部に直に隣接して位置し、非球面を含むものである。
【０１２１】
Ａ２４．  Ａ１〜Ａ２３のいずれか１つに記載の表示装置であって、画像生成部は、有機発光ダイオードを含むものである。
【０１２２】
Ａ２５．  Ａ１〜Ａ２４のいずれか１つに記載の表示装置であって、画像生成部は、個人用通信装置を含むものである。
【０１２３】
Ｂ１．表示装置において、
ａ）平坦画像生成部と、
ｂ）画像生成部から離間して、画像生成部に対して凹状の非球面入射屈折面、および、画像生成部に対して凹状で、画像生成部に垂直である主軸を有する非球面反射面を有するレンズと、
ｃ）画像生成部とレンズの間の自由空間に、観察者の物体シーンの視線に沿って配置されて、視線に斜めで互いに略平行の第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
を含み、
更に、ビームスプリッタ板は、画像生成部からの画像担持光をレンズへと透過するように、配置され、
ビームスプリッタ板およびレンズは、画像担持光を非球面入射屈折面で第１の屈折を生じるために送り、屈折した光を非球面反射面で反射し、反射した光を非球面入射屈折面で屈折して、レンズからの光を観察者アイボックスに向けて観察者の視線に沿って反射するビームスプリッタ板へ戻す光路を、画定するものである装置。
【０１２４】
Ｃ１．  表示装置において、
平行な第１および第２の表面を有し、第１の観察者アイボックスを観察者の視線に沿って画定するように配置された第１のビームスプリッタ板と、
第１の仮想画像を第１の観察者アイボックスで形成する第１の仮想画像形成装置と、
を含み、
第１の仮想画像形成装置は、
（ｉ）第１のビームスプリッタ板から離間して、画像担持光の第１の平坦領域を第１のビームスプリッタ板の第１の表面に向ける第１の画像生成部と、
（ｉｉ）第１の画像生成部に対して凹状の第１の非球面入射屈折面、および、第１の画像生成部に対して凹状の第１の非球面反射面を有する第１のレンズと、
を含み、
第１の反射面の第１の主軸が、第１の画像生成部に垂直である装置。
【０１２５】
Ｃ２．  Ｃ１に記載の表示装置であって、
平行な第３および第４の表面を有し、第２の観察者アイボックスを観察者の視線に沿って画定するように配置された第２のビームスプリッタ板と、
第２の仮想画像を第２の観察者アイボックスで形成する第２の仮想画像形成装置と、
を含み、
第２の仮想画像形成装置は、
（ｉ）第２のビームスプリッタ板から離間して、画像担持光の第２の平坦領域を第２のビームスプリッタ板の第３の表面に向ける第２の画像生成部と、
（ｉｉ）第２の画像生成部に対して凹状の第２の非球面入射屈折面、および、第２の画像生成部に対して凹状の第２の非球面反射面を有する第２のレンズと、
を含み、
第２の反射面の第２の主軸が、第２の画像生成部に垂直である装置。
【０１２６】
Ｃ２．  Ｃ１に記載の表示装置であって、
第１および第２の画像生成部は、画像担持光を、対向する方向に向けるものである装置。
【０１２７】
Ｃ３．  Ａ１、Ａ１４、Ｂ１、Ｃ１、および、Ｃ２のいずれか１つに記載の表示装置であって、ビームスプリッタ板は、フュージョンドロー処理を用いて形成されたものである装置。
【０１２８】
Ｃ４．  Ｃ１に記載の表示装置であって、Ｃ３である。Ｃ１に記載の表示装置であって、Ｃ３である。
【０１２９】
Ｃ５．  Ｃ４に記載の表示装置であって、ビームスプリッタ板の第１および第２の表面が、３０秒角以内で、互いに平行である装置。
【０１３０】
Ｄ１．表示装置において、
左目および右目観察者アイボックスを観察者の対応する視線に沿って画定するように配置されて、視線に斜めで、互いに平行の第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
対応する観察者アイボックスで見る対応する左目または右目仮想画像を形成するように各々配置された左目仮想画像形成装置および右目仮想画像形成装置と、
を含み、
各仮想画像形成装置は、
（ｉ）のビームスプリッタ板から離間して、画像担持光の平坦領域をビームスプリッタ板の第１の表面に向ける画像生成部と、
（ｉｉ）ビームスプリッタ板の第２の表面から離間して、画像生成部に対して凹状の非球面入射屈折面、および、画像生成部に対して凹状の非球面反射面を有する一体成形レンズと、
を含み、
反射面の主軸が、画像生成部に垂直である装置。
【０１３１】
Ｄ２．  Ｄ１に記載の表示装置であって、ビームスプリッタ板の第１の縁部が、一体成形レンズにヒンジ部で連結されたものである装置。
【０１３２】
Ｄ３．  Ｄ１に記載の表示装置であって、ビームスプリッタ板の第２の縁部が、個人用通信装置を画像生成部として受け付ける筐体に連結されたものである装置。
【０１３３】
Ｄ４．  Ｄ１に記載の表示装置であって、垂直方向について折り畳み自在である装置。
【０１３４】
Ｄ６．  Ｄ１に記載の表示装置であって、仮想画像形成装置の少なくとも１つについての一体成形レンズは、水平視野角の一部を遮るものである装置。
【０１３５】
Ｄ７．  Ａ１、Ａ１４、Ｂ１、Ｃ１、および、Ｄ１のいずれか１つに記載の表示装置であって、ビームスプリッタ板は、２５グラム未満の重量を有し、４０度を超える水平方向の全視野角を提供するものである装置。
【０１３６】
Ｄ８．  Ｄ７に記載の表示装置であって、ビームスプリッタ板は、例えば、３〜１５グラム、２〜１０グラム、３〜１０グラム、または、２〜５グラムなど、２から１５グラムの重量を有するものである表示装置。
【０１３７】
Ｄ９．  Ａ１、Ａ１４、Ｂ１、Ｃ１、および、Ｄ１のいずれか１つに記載の表示装置であって、レンズは、アクリルから成形されたものである装置。
【０１３８】
Ｄ１０．  Ａ１、Ａ１４、Ｂ１、Ｃ１、および、Ｄ１のいずれか１つに記載の表示装置であって、物理的シーンからの光は、ビームスプリッタ板を透過して観察者の目に送られ、画像生成部よって提供された光と組み合わされるものである装置。
【０１３９】
Ｄ１１．  Ｄ９に記載の表示装置であって、撥油および／または曇り防止膜を有する湾曲した保護遮蔽部を更に含む装置。
【０１４０】
Ｄ１２．  Ｄ９に記載の表示装置であって、ポリカーボネートから作られて、ビームスプリッタ板によって結合された後の物理的シーンからの光を透過する湾曲した保護遮蔽部を更に含む装置。
【０１４１】
Ｄ１３．  Ｄ１０に記載の表示装置であって、ポリカーボネートから作られて、ビームスプリッタ板によって結合された後の物理的シーンからの光を透過する湾曲した保護遮蔽部を更に含む装置。
【０１４２】
Ｄ１４．  Ａ１４、Ｂ１、Ｃ１、および、Ｄ１のいずれか１つに記載の表示装置であって、主軸に平行である軸を中心とした画像生成部の回転を調節するように構成された調節部を、更に含む装置。
【０１４３】
Ｄ１５．  Ｄ１４に記載の表示装置であって、調節部は、画像生成部をスプリングプランジャーに対して押圧するねじを含むものである装置。
【０１４４】
Ｄ１６．  Ａ１、Ａ１４、Ｂ１、Ｃ１、および、Ｄ１のいずれか１つに記載の表示装置であって、表示源を作動させる電力作動部を、
更に含む装置。
【０１４５】
Ｄ１７．  Ａ１〜Ｄ１６のいずれか１つに記載の表示装置であって、レンズは、５から１０ｍｍの中心厚さ、および、以下に示すのサグｚを有するように設計された２つの非球面を有し、
【０１４６】
【数２】
2019505843.tif 000006
【０１４７】
但し、非球面係数Ａ、ＢおよびＣの少なくとも１つは、ゼロでない装置。
【０１４８】
Ｄ１８．  Ａ１〜Ｄ１７のいずれか１つに記載の表示装置であって、物体シーンについての観察者の視野角が、仮想画像が形成される視野角より大きくなるように、ビームスプリッタ、画像生成部、および、レンズの寸法および向きを選択したものである装置。
【０１４９】
Ｅ１．  表示装置において、
画像担持光を生成しうる画像生成部を、観察者の真っ直ぐな視線の外で支持する支持構造物と、
画像生成部とレンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有する平坦ビームスプリッタ板と、
を含む装置。
【０１５０】
Ｅ２．  Ｅ１に記載の表示装置であって、画像生成部は、電気通信装置である装置。
【０１５１】
Ｅ３．  Ａ１〜Ｅ２のいずれか１つに記載の表示装置であって、画像生成部は、携帯電話である装置。
【０１５２】
Ｅ５．  Ａ１〜Ｅ３のいずれか１つに記載の表示装置であって、少なくとも１つの移動自在な光学要素を含む装置。
【０１５３】
Ｅ６．  Ｅ５に記載の表示装置であって、移動自在な光学要素は、平坦ビームスプリッタ板を含むものである表示装置。
【０１５４】
Ｅ７．  Ｅ６に記載の表示装置であって、平坦ビームスプリッタ板は、ヒンジ部で連結されたものである装置。
【０１５５】
Ｅ８．  Ｅ１に記載の表示装置であって、画像生成部から離間して、画像生成部に対して凹状の非球面入射屈折面、および、画像生成部に対して凹状の非球面反射面を有するレンズを更に含む装置。
【０１５６】
Ｅ９．  Ａ１、Ａ１４、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、および、Ｅ１のいずれか１つに記載の表示装置であって、レンズおよびビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、画像担持光について、観察者の視線に沿って画定するものである装置。
【０１５７】
Ｆ１．  画像担持光を観察者に送る方法において、
観察者の真っ直ぐな視線の近傍であるが、その外側に位置する画像生成部から、画像担持光を出射する工程と、
画像担持光を、ビームスプリッタ板を通って進行するように向ける工程と、
画像担持光を、１回目に屈折する工程と、
画像担持光を、レンズから、ビームスプリッタに向けて戻すように反射する工程と、
ビームスプリッタに進行する前に、画像担持光を、２回目に屈折する工程と、
２回目の屈折工程の後に、画像担持光を、ビームスプリッタから離れて、観察者の視線の中に反射する工程と、
を含む方法。
【０１５８】
Ｆ２．  Ｆ１に記載の方法であって、１回目および２回目の屈折工程、並びに、１回目および２回目の反射工程は、画像を反射する反射性凹面を有する単一のレンズを用いて実現されるものである方法。
【０１５９】
Ｆ１に記載の方法であって、画像担持光を１回目に屈折する工程は、画像生成部とビームスプリッタの間に位置する屈折ビーム部に、ビームを通す工程を含むものである方法。
【０１６０】
Ｇ１．  表示装置において、
（ｉ）画像生成部表示面から、画像担持光を生成する画像生成部と、
（ｉｉ）画像生成部から離間して、画像生成部に対して凹状の入射屈折面、および、画像生成部に対して凹状の反射面を有し、レンズ面の少なくとも１つが非球面であるレンズと、
（ｉｉｉ）画像生成部とレンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
（ｉｖ）画像担持光の光路内で画像生成部に隣接して位置し、少なくとも１つの非球面を含むフィールドレンズと、
を含み、
レンズおよびビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、画像担持光について、観察者の視線に沿ってを画定するものである装置。
【０１６１】
Ｇ２．  表示装置において、
画像生成部表示面から、画像担持光を生成する画像生成部と、
画像生成部から離間して、各々、光軸、画像生成部に対して凹状の入射屈折面、および、画像生成部に対して凹状の反射面を含み、面の少なくとも１つが非球面であり、面は、各レンズの光軸が、１分角以内で互いに平行で、かつ、５０ｍｍと８０ｍｍの間の距離で互いに離間するように構成されたものである２枚のレンズと、
画像生成部とレンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
を含み、
レンズおよびビームスプリッタの組合せで、画像担持光を、観察者の視線に沿って提供するものである装置。
【０１６２】
Ｇ３．  Ｄ１７、Ｅ１、Ｇ１、および、Ｇ２のいずれか１つに記載の表示装置であって、レンズは、３〜１２ｍｍの中心厚さを有するものである装置。
【０１６３】
Ｇ４．  Ｄ１７、Ｅ１、Ｇ１、および、Ｇ２のいずれか１つに記載の表示装置であって、レンズは、３〜１０ｍｍの厚さを有するものである装置。
【０１６４】
Ｇ５．  Ｄ１７、Ｅ１、Ｇ１、および、Ｇ２のいずれか１つに記載の表示装置であって、レンズは、４〜８ｍｍの厚さを有するものである装置。
【０１６５】
Ｇ６．  Ｇ１〜Ｇ５のいずれか１つに記載の表示装置であって、２枚のレンズは、合計で、５〜８０グラムの重量を有するものである装置。
【０１６６】
Ｇ７．  Ｇ６に記載の表示装置であって、ビームスプリッタは、５グラム未満の重量を有するものである装置。
【０１６７】
Ｇ８．  Ｇ７に記載の表示装置であって、ビームスプリッタは、２〜１０グラムの重量を有するものである装置。
【０１６８】
Ｇ９．  Ｇ１〜Ｇ８のいずれか１つに記載の表示装置であって、画像生成部は、「スマートフォン」である装置。
【０１６９】
Ｇ１０．  Ａ１〜Ｇ９のいずれか１つに記載の表示装置であって、画像生成部は、１つ以上（例えば、２つ）のＯＬＥＤ装置を含むものである装置。
【０１７０】
Ｇ１１．  Ａ１〜Ｇ９のいずれか１つに記載の表示装置であって、画像生成部は、液晶表示部を有する装置を含むものである装置。
【０１７１】
Ｇ１２．  Ａ１〜Ｇ１１のいずれか１つに記載の表示装置であって、ＧＰＳセンサ、ヘッドトラッキングセンサ、アイトラッキングセンサ、加速度計、および、２枚のレンズの間に配置されて、ビームスプリッタを通して観察者の目を見るように位置するカメラの少なくとも１つを、更に含む装置。
【０１７２】
Ｈ１．  表示装置において、
画像生成部表示面から、画像担持光を生成する画像生成部と、
画像生成部から離間して、画像生成部に対して凹状の入射屈折面、および、画像生成部に対して凹状の入射屈折面を有するレンズと、
画像生成部とレンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
を含み、
レンズおよびビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、画像担持光について、観察者の視線に沿ってを画定し、
画像生成部とレンズの間の距離が、２０〜６０ｍｍである装置。
【０１７３】
Ｈ２．  Ａ１〜Ｈ１のいずれか１つに記載の表示装置であって、画像生成部とレンズの間の距離が、３０〜５０ｍｍである装置。
【０１７４】
Ｈ３．  Ｈ２に記載の表示装置であって、レンズは、少なくとも１つの非球面（例えば、２つの非球面）を含むものである装置。
【０１７５】
Ｈ２．  Ａ１〜Ｈ１のいずれか１つに記載の表示装置であって、レンズは、Ｖ＞４０（例えば、＞５５、または、５０と７０の間、または、５５と６５の間）のアッベ数Ｖを有するものである装置。
【０１７６】
Ｉ１．  表示装置において、
光学システムを含み、
光学システムは、
（ｉ）表示面から、画像担持光を生成する画像生成部と、
（ｉｉ）画像生成部から離間して、画像生成部に対して凹状の入射屈折面、および、画像生成部に対して凹状の反射面を有し、面の少なくとも１つが非球面であるレンズと、
（ｉｉｉ）画像生成部とレンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
を含み、
レンズおよびビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、画像担持光について、観察者の視線に沿って画定するものであり、
光学システムは、
Ｄｐ≧７ｍｍの射出瞳直径を有する射出瞳を、
更に含むものである装置。
【０１７７】
Ｉ２．  Ｉ１に記載の表示装置であって、Ｄｐの値が、７と２０ｍｍの間である装置。
【０１７８】
Ｉ３．  Ｉ１に記載の表示装置であって、Ｄｐの値が、Ｄｐ＞１０ｍｍ（例えば、１０〜３０ｍｍ、または、１〜２０ｍｍ）である装置。
【０１７９】
Ｊ１．  表示装置において、
光学システムを含み、
光学システムは、
（ｉ）表示面から、画像担持光を生成する画像生成部と、
（ｉｉ）画像生成部から離間して、画像生成部に対して凹状の入射屈折面、および、画像生成部に対して凹状の反射面を有し、面の少なくとも１つが非球面であるレンズと、
（ｉｉｉ）画像生成部とレンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
を含み、
レンズおよびビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、画像担持光について、観察者の視線に沿って画定するものであり、
ビームスプリッタは、画像生成部によって生成された画像担持光が、レンズに向かって伝播する時に、ビームスプリッタを横断し、次に、レンズによって反射された後に、ビームスプリッタから反射されるように構成配置されたものである装置。
【０１８０】
Ｊ２．  Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１、Ｉ１、および、Ｊ１のいずれか１つに記載の表示装置であって、ビームスプリッタは、レンズに向くように配置された部分的反射面を有するものである装置。
【０１８１】
Ｊ３．  Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１、Ｉ１、および、Ｊ１のいずれか１つに記載の表示装置であって、Ｄｐ≧７ｍｍの射出瞳直径と、ＦＯＶｈ／ＦＯＶｖ＞１．５（例えば、３≧ＦＯＶｈ／ＦＯＶｖ＞１．５、または、５≧ＦＯＶｈ／ＦＯＶｖ＞１．５）である垂直方向の全視野角ＦＯＶｖおよび水平方向の全視野角ＦＯＶｈとを有する装置。
【０１８２】
Ｊ４．  Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１、Ｉ１、および、Ｊ１のいずれか１つに記載の表示装置であって、カメラ、および、カメラの近傍に位置する光学要素を更に含み、カメラが、観察者がビームスプリッタ板を通して見た情景の少なくとも一部を見ることが可能なように、光学要素は反射面を含み、位置するものである装置。
【０１８３】
Ｋ１．  表示装置において、
光学システムを含み、
光学システムは、
（ｉｉｉ）表示面から、画像担持光を生成する画像生成部と、
（ｉｉ）画像生成部から離間して、画像生成部に対して凹状の入射屈折面、および、画像生成部に対して凹状の非球面反射面を有し、面の少なくとも１つが非球面であるレンズと、
（ｉｖ）画像生成部とレンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有し、画像生成部によって生成された画像担持光が、レンズに向かって伝播する時に、ビームスプリッタを横断し、次に、レンズによって反射された後に、ビームスプリッタから反射されるように構成配置されたビームスプリッタ板と、
を含み、
光学システムは、
Ｄｐ≧７ｍｍの射出瞳直径である射出瞳と、
ＦＯＶｈ／ＦＯＶｖ＞１．５である垂直方向の全視野角ＦＯＶｖおよび水平方向の全視野角ＦＯＶｈと、
を更に含むものである装置。
【０１８４】
Ｋ２．  Ｊ３またはＫ１に記載の表示装置であって、ＦＯＶｈ／ＦＯＶｖ＞１．７（例えば、３≧ＦＯＶｈ／ＦＯＶｖ＞１．７、または、５≧ＦＯＶｈ／ＦＯＶｖ＞１．５）である装置。
【０１８５】
Ｌ１．  表示装置において、
光学システムを含み、
光学システムは、
（ｉ）画像生成部表示面から画像担持光を生成し、更に、カメラ、および、カメラに隣接して位置し、カメラの視線方向を曲げる光学要素を含む画像生成部と、
（ｉｉ）画像生成部から離間して、画像生成部に対して凹状の入射屈折面、および、画像生成部に対して凹状の非球面反射面を有し、面の少なくとも１つが非球面であるレンズと、
（ｉｉｉ）画像生成部とレンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
を含み、
レンズおよびビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、画像担持光について、観察者の視線に沿って画定するものである装置。
【０１８６】
Ｌ２．  Ｌ１に記載の表示装置であって、カメラが、観察者がビームスプリッタ板を通して見た情景の少なくとも一部を見ることが可能なように、光学要素は反射面またはプリズムを含むものである装置。
【０１８７】
Ｌ３．  Ｌ１に記載の表示装置であって、光学要素は、カメラの画角が観察者のビームスプリッタ板を通した視線を含むように構成された反射面またはプリズムを含むものである装置。
【０１８８】
Ｍ１．  表示装置において、
光学システムを含み、
光学システムは、
（ｉ）画像担持光を生成する画像生成部と、
（ｉｉ）画像生成部に隣接して位置する偏光板と、
（ｉｉ）表示源および偏光板から離間して、表示源に対して凹状の入射屈折面、および、表示源に対して凹状の非球面反射面を有し、面の少なくとも１つが非球面であるレンズと、
（ｉｉｉ）偏光板とレンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
（ｉｖ）レンズとビームスプリッタの間に位置する１／４波長リターダと、
を含み、
レンズおよびビームスプリッタ板が、観察者アイボックスを、画像担持光について、観察者の視線に沿って画定するものである装置。
【０１８９】
Ｍ２．  Ｍ１に記載の装置であって、１／４波長リターダは、可視領域に亘ってアクロマティックである装置。
【０１９０】
Ｍ３．  Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｇ１、Ｈ１、Ｉ１、Ｊ１、および、Ｋ１のいずれか１つに記載の表示装置であって、レンズとビームスプリッタの間に位置する１／４波長板リターダを更に含み、好ましくは、１／４波長板リターダは、可視領域に亘ってアクロマティックである装置。
【０１９１】
Ｎ１．  表示装置において、
画像生成部表示面から、画像担持光を生成する画像生成部と、
画像生成部から離間して、画像生成部に対して凹状の入射屈折面、および、画像生成部に対して凹状の反射面を有し、面の少なくとも１つが非球面であるレンズと、
画像生成部とレンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
を含み、
レンズおよびビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、画像担持光について、観察者の視線に沿って画定するものであり、
表示装置は、
（ａ）３０と７０度の間の水平視野角、５ｍｍと５０ｍｍの間（更に、好ましくは、少なくとも８ｍｍ）のアイレリーフ距離、３０ｍｍと７０ｍｍの間のレンズの焦点距離、７ｍｍと２０ｍｍの間の射出瞳直径、および、３０ｍｍから７０ｍｍのレンズと表示面の間の距離と、
（ｂ）５ｍｍと４０ｍｍの間（更に、好ましくは、少なくとも８ｍｍ）のアイレリーフ距離、３０と７０度の間の水平ＦＯＶ、および、１分／画素と４分／画素の間の解像度と
の少なくとも１つを示すものである装置。
【０１９２】
Ｎ２．  Ａ１〜Ｍ３のいずれか１つに記載の表示装置であって、
（ａ）３０と７０度の間の水平視野角、５ｍｍと５０ｍｍの間（更に、好ましくは、少なくとも８ｍｍ）のアイレリーフ距離、３０ｍｍと７０ｍｍの間のレンズの焦点距離、７ｍｍと２０ｍｍの間の射出瞳直径、および、３０ｍｍから７０ｍｍのレンズと表示面の間の距離と、
（ｂ）５ｍｍと４０ｍｍの間（更に、好ましくは、少なくとも８ｍｍ）のアイレリーフ距離、３０と７０度の間の水平ＦＯＶ、および、１分／画素と４．４分／画素の間（例えば、１分／画素〜４分／画素）の解像度との少なくとも１つを示すものである装置。
【０１９３】
Ｏ１．  表示装置において、
光学システムを含み、
光学システムは、
（ｉ）画像担持光を生成する画像生成部と、
（ｉｉ）画像生成部に隣接して位置する偏光板と、
（ｉｉ）表示源および偏光板から離間して、表示源に対して凹状の入射屈折面、および、表示源に対して凹状の非球面反射面を有し、面の少なくとも１つが非球面であるレンズと、
（ｉｉｉ）偏光板とレンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
を含み、
レンズおよびビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、画像担持光について、観察者の視線に沿って画定するものである装置。
【０１９４】
Ｏ２．  表示装置において、
画像生成部表示面から、画像担持光を生成する画像生成部と、
画像生成部から離間した少なくとも２枚のレンズであって、各々、画像生成部に対して凹状の入射屈折面、および、画像生成部に対して凹状の非球面反射面を有し、面の少なくとも１つが非球面であるレンズと、
画像生成部とレンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
を含み、
レンズおよびビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、画像担持光について、観察者の視線に沿って画定するものであり、
表示装置は、
（ｃ）３０と７０度の間の水平視野角、５ｍｍと５０ｍｍの間（更に、好ましくは、少なくとも８ｍｍ）のアイレリーフ距離、３０ｍｍと７０ｍｍの間のレンズの焦点距離、７ｍｍと２０ｍｍの間の射出瞳直径、および、３０ｍｍから７０ｍｍのレンズと表示面の間の距離と、
５ｍｍと４０ｍｍの間（更に、好ましくは、少なくとも８ｍｍ）のアイレリーフ距離、３０と７０度の間の水平ＦＯＶ、および、１分／画素と４分／画素の間の解像度と
の少なくとも１つを示すものである装置。
【０１９５】
Ｏ３．  Ｏ２に記載の表示装置であって、２枚のレンズは、互いに接触して位置するものである装置。
【０１９６】
Ｏ４．  Ｏ２に記載の表示装置であって、２枚のレンズは、一体成形単一要素として形成されたものである装置。
【０１９７】
Ｏ５．  Ｏ２に記載の表示装置であって、２枚のレンズは、観察者の鼻挿入空間を備える形状を有するものである装置。
【０１９８】
Ｏ６．  Ｏ２に記載の表示装置であって、各レンズは、光軸を有し、レンズは、光軸が、１分角以内（例えば、５０秒角以内、４０秒角以内、更に、３０秒角以内）で互いに平行であるように構成配置されたものである装置。
【０１９９】
Ｏ７．  Ｏ６に記載の表示装置であって、画像生成部表示面は、平面である装置。
【０２００】
Ｏ８．  Ａ１〜Ｏ６のいずれか１つに記載の表示装置であって、表示装置は、４４マイクロメートル未満の倍率色収差を示すものである。
【０２０１】
Ｏ９．  Ａ１〜Ｏ６のいずれか１つに記載の表示装置であって、表示装置は、表示デバイスの画素幅未満の倍率色収差を示すものである。
【０２０２】
Ｏ１０．  Ａ１〜Ｏ９のいずれか１つに記載の表示装置であって、画像生成部は、観察者の目の高さより上方に位置し、レンズは、観察者の目の高さより下方に位置するものである装置。
【０２０３】
Ｏ１１．  Ａ１〜Ｏ９のいずれか１つに記載の表示装置であって、画像生成部は、観察者の目の高さより下方に位置し、レンズは、観察者の目の高さより上方に位置するものである装置。
【０２０４】
Ｏ１２．  Ｇ１２〜Ｏ９のいずれか１つに記載の表示装置であって、ＧＰＳセンサ、少なくとも片目のアイトラッキングセンサ、加速度計、および、観察者の目、または、観察者が観察しているシーンを見るように構成されたカメラの少なくとも１つを更に含む装置。
【０２０５】
Ｏ１３．  Ａ１〜Ｏ１２のいずれか１つに記載の表示装置であって、観察者の目、または、観察者が観察しているシーンを見るように構成された少なくとも１つのカメラを更に含む装置。
【０２０６】
更に、拡張現実が望ましくなく、電子的に生成された画像だけが望ましい実施形態については、代わりに、片目、または、両目について、現実世界物体シーンからの光をシールドなどで遮ってもよいことにも留意すべきである。別段の記載がない限りは、本明細書に示した、いずれの方法も、その工程を特定の順序で行う必要があると解釈されることを、全く意図していない。したがって、方法の請求項が、工程を行う順序を実際に記載していないか、または、請求項または明細書で、工程は特定の順序に限定されると、具体的に記載しない限りは、特定の順序が推定されることを全く意図していない。
【０２０７】
当業者には、本発明の精神または範囲を逸脱することなく、様々な変更および変形が可能なことが明らかだろう。当業者には、本発明の精神および範囲を組み入れて、開示した実施形態の変更、組合せ、部分組合せ、および、変形が可能であるので、本発明は、添付の請求項および等価物の範囲の全てを包含すると解釈されるべきである。
【０２０８】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０２０９】
実施形態１  
表示装置において、
画像担持光を生成する少なくとも１つの画像生成部と、
前記画像生成部から離間して、該画像生成部に対して凹状の非球面入射屈折面、および、該画像生成部に対して凹状の非球面反射面を有するレンズと、
前記画像生成部と前記レンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
を含み、
前記レンズおよび前記ビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、前記画像担持光について、前記観察者の視線に沿って画定するものである装置。
【０２１０】
実施形態２  
前記ビームスプリッタ板の前記第１および第２の表面が、５０秒角以内で、互いに平行である、実施形態１に記載の表示装置。
【０２１１】
実施形態３  
前記ビームスプリッタ板の前記第１および第２の表面が、４０秒角以内で、互いに平行である、実施形態２に記載の表示装置。
【０２１２】
実施形態４  
前記ビームスプリッタ板の前記第１および第２の表面が、２０秒角以内で、互いに平行である、実施形態１に記載の表示装置。
【０２１３】
実施形態５  
前記画像担持光の光路内に、フィールドレンズを、
更に含む、実施形態１に記載の表示装置。
【０２１４】
実施形態６  
前記ビームスプリッタ板は、偏光ビームスプリッタであり、
前記ビームスプリッタ板と前記レンズの間に配置された１／４波長板を、
更に含む、実施形態１に記載の表示装置。
【０２１５】
実施形態７  
前記ビームスプリッタによって結合された後の物理的シーンからの光を透過する湾曲した保護遮蔽部を、
更に含む、実施形態１に記載の表示装置。
【０２１６】
実施形態８  
前記湾曲した保護遮蔽部は、前記観察者に向いた面上に反射防止膜を含むものである、実施形態１に記載の表示装置。
【０２１７】
実施形態９  
前記レンズは、プラスチックレンズである、実施形態１に記載の表示装置。
【０２１８】
実施形態１０  
前記レンズは、アクリルレンズである、実施形態１に記載の表示装置。
【０２１９】
実施形態１１  
前記反射面の主軸に平行である軸を中心とした前記画像生成部の回転を、調節するように構成された調節部を、
更に含む、実施形態１に記載の表示装置。
【０２２０】
実施形態１２  
前記調節部は、前記画像生成部と一方の側で係合した少なくとも１つのねじ、および、該画像生成部と他方の側で係合した少なくとも１つのスプリングプランジャーを含むものである、実施形態１１に記載の表示装置。
【０２２１】
実施形態１３  
前記調節部は、前記画像生成部と一方の側で係合した複数のねじ、および、該画像生成部と他方の側で係合した複数のスプリングプランジャーを含むものである、実施形態１１に記載の表示装置。
【０２２２】
実施形態１４  
前記画像生成部は、平坦表示面から、画像担持光の平坦領域を生成し、
前記レンズは、前記反射面の主軸が前記画像生成部に垂直となるように、該画像生成部から離間し、
前記ビームスプリッタ板の前記第１および第２の表面は、略平行で、前記観察者の視線に斜めである、実施形態１に記載の表示装置。
【０２２３】
実施形態１５  
前記ビームスプリッタは、前記画像生成部に向いた面上に反射防止膜を含むものである、実施形態１または１４に記載の表示装置。
【０２２４】
実施形態１６  
前記ビームスプリッタは、偏光ビームスプリッタである、実施形態１または１４に記載の表示装置。
【０２２５】
実施形態１７  
前記画像生成部に隣接した偏光板と、
前記レンズと前記ビームスプリッタの間に位置する１／４波長板と、
を更に含む、実施形態１６に記載の表示装置。
【０２２６】
実施形態１８  
前記観察者によってウエアラブルである、実施形態１４に記載の表示装置。
【０２２７】
実施形態１９  
前記ビームスプリッタ板は、フュージョンドロー処理を用いて形成されたものである、実施形態１４に記載の表示装置。
【０２２８】
実施形態２０  
前記ビームスプリッタ板の前記第１および第２の表面が、３０秒角以内で、互いに平行である、実施形態１４に記載の表示装置。
【０２２９】
実施形態２１  
前記ビームスプリッタ板は、偏光ビームスプリッタであり、
前記ビームスプリッタ板と前記レンズの間に配置された１／４波長板を、
更に含む、実施形態１４に記載の表示装置。
【０２３０】
実施形態２２  
前記画像担持光の光路内に、フィールドレンズを、
更に含む、実施形態１４に記載の表示装置。
【０２３１】
実施形態２３  
前記フィールドレンズは、前記画像生成部に直に隣接して位置し、非球面を含むものである、実施形態２２に記載の表示装置。
【０２３２】
実施形態２４  
前記画像生成部は、有機発光ダイオードを含むものである、実施形態１４に記載の表示装置。
【０２３３】
実施形態２５  
前記画像生成部は、個人用通信装置を含むものである、実施形態１４に記載の表示装置。
【０２３４】
実施形態２６  
表示装置において、
ａ）平坦画像生成部と、
ｂ）前記画像生成部から離間して、該画像生成部に対して凹状の非球面入射屈折面、および、該画像生成部に対して凹状で、該画像生成部に垂直である主軸を有する非球面反射面を有するレンズと、
ｃ）前記画像生成部と前記レンズの間の自由空間に、観察者の物体シーンの視線に沿って配置されて、前記視線に斜めで互いに略平行の第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
を含み、
更に、前記ビームスプリッタ板は、前記画像生成部からの画像担持光を前記レンズへと透過するように、配置され、
前記ビームスプリッタ板および前記レンズは、前記画像担持光を前記非球面入射屈折面で第１の屈折を生じるために送り、屈折した該光を前記非球面反射面で反射し、反射した該光を該非球面入射屈折面で屈折して、該レンズからの該光を観察者アイボックスに向けて前記観察者の視線に沿って反射する該ビームスプリッタ板へ戻す光路を、画定するものである装置。
【０２３５】
実施形態２７  
表示装置において、
平行な第１および第２の表面を有し、第１の観察者アイボックスを観察者の視線に沿って画定するように配置された第１のビームスプリッタ板と、
第１の仮想画像を前記第１の観察者アイボックスで形成する第１の仮想画像形成装置と、
を含み、
前記第１の仮想画像形成装置は、
（ｉ）前記第１のビームスプリッタ板から離間して、前記画像担持光の第１の平坦領域を該第１のビームスプリッタ板の前記第１の表面に向ける第１の画像生成部と、
（ｉｉ）前記第１の画像生成部に対して凹状の第１の非球面入射屈折面、および、該第１の画像生成部に対して凹状の第１の非球面反射面を有する第１のレンズと、
を含み、
前記第１の反射面の第１の主軸が、前記第１の画像生成部に垂直である装置。
【０２３６】
実施形態２８  
平行な第３および第４の表面を有し、第２の観察者アイボックスを前記観察者の視線に沿って画定するように配置された第２のビームスプリッタ板と、
第２の仮想画像を前記第２の観察者アイボックスで形成する第２の仮想画像形成装置と、
を含み、
前記第２の仮想画像形成装置は、
（ｉ）前記第２のビームスプリッタ板から離間して、画像担持光の第２の平坦領域を該第２のビームスプリッタ板の前記第３の表面に向ける第２の画像生成部と、
（ｉｉ）前記第２の画像生成部に対して凹状の第２の非球面入射屈折面、および、該第２の画像生成部に対して凹状の第２の非球面反射面を有する第２のレンズと、
を含み、
前記第２の反射面の第２の主軸が、前記第２の画像生成部に垂直である、実施形態２７に記載装置。
【０２３７】
実施形態２９  
前記第１および第２の画像生成部は、前記画像担持光を、対向する方向に向けるものである、実施形態２８に記載の表示装置。
【０２３８】
実施形態３０  
前記ビームスプリッタ板は、フュージョンドロー処理を用いて形成されたものである、実施形態１、１４、２６、２７、および、２８のいずれか１つに記載の表示装置。
【０２３９】
実施形態３１  
前記ビームスプリッタ板の前記第１および第２の表面が、３０秒角以内で、互いに平行である、実施形態３０に記載の表示装置。
【０２４０】
実施形態３２  
表示装置において、
左目および右目観察者アイボックスを観察者の対応する視線に沿って画定するように配置されて、前記視線に斜めで、互いに平行である第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
対応する前記観察者アイボックスで見る対応する左目または右目仮想画像を形成するように各々配置された左目仮想画像形成装置および右目仮想画像形成装置と、
を含み、
各前記仮想画像形成装置は、
（ｉ）前記のビームスプリッタ板から離間して、画像担持光の平坦領域を該ビームスプリッタ板の前記第１の表面に向ける画像生成部と、
（ｉｉ）前記ビームスプリッタ板の前記第２の表面から離間して、前記画像生成部に対して凹状の非球面入射屈折面、および、該画像生成部に対して凹状の非球面反射面を有する一体成形レンズと、
を含み、
前記反射面の主軸が、前記画像生成部に垂直である装置。
【０２４１】
実施形態３３  
前記ビームスプリッタ板の第１の縁部が、前記一体成形レンズにヒンジ部で連結されたものである、実施形態３２に記載の表示装置。
【０２４２】
実施形態３４  
前記ビームスプリッタ板の第２の縁部が、個人用通信装置を前記画像生成部として受け付ける筐体に連結されたものである、実施形態３２に記載の表示装置。
【０２４３】
実施形態３５  
垂直方向について折り畳み自在である、実施形態３２に記載の表示装置。
【０２４４】
実施形態３６  
前記仮想画像形成装置の少なくとも１つについての前記一体成形レンズは、水平視野角の一部を遮るものである、実施形態３２に記載の表示装置。
【０２４５】
実施形態３７  
前記ビームスプリッタ板は、２５グラム未満の重量を有し、４０度を超える水平方向の全視野角を提供するものである、実施形態１、１４、２６、２７、２８、および、３２のいずれか１つに記載の表示装置。
【０２４６】
実施形態３８  
前記ビームスプリッタ板は、３〜１５グラムの重量を有するものである、実施形態３７に記載の表示装置。
【０２４７】
実施形態３９  
前記レンズは、アクリルから成形されたものである、実施形態１、１４、２６、２７、２８、および、３２のいずれか１つに記載の表示装置。
【０２４８】
実施形態４０  
物理的シーンからの光は、ビームスプリッタ板を透過して観察者の目に送られ、前記画像生成部よって提供された前記光と組み合わされるものである、実施形態１４、２６、２７、２８、および、３２のいずれか１つに記載の表示装置。
【０２４９】
実施形態４１  
ポリカーボネートから作られて、前記ビームスプリッタ板によって結合される前の前記物理的シーンからの光を透過する湾曲した保護遮蔽部を、
更に含む、実施形態４０に記載の表示装置。
【０２５０】
実施形態４２  
前記湾曲した保護遮蔽部は、撥油および／または曇り防止膜を含むものである、実施形態４１に記載の表示装置。
【０２５１】
実施形態４３  
ポリカーボネートから作られて、前記ビームスプリッタ板によって結合された後の前記物理的シーンからの光を透過する湾曲した保護遮蔽部と、
前記主軸に平行である軸を中心とした前記画像生成部の回転を調節するように構成された調節部を、
更に含む、実施形態４１に記載の表示装置。
【０２５２】
実施形態４４  
前記湾曲した保護遮蔽部は、撥油および／または曇り防止膜を含むものである、実施形態４３に記載の表示装置。
【０２５３】
実施形態４５  
前記主軸に平行である軸を中心とした前記画像生成部の回転を調節するように構成された調節部を、
更に含む、実施形態１４、２６、２７、２８、および、３２のいずれか１つに記載の表示装置。
【０２５４】
実施形態４６  
前記調節部は、前記画像生成部をスプリングプランジャーに対して押圧するねじを含むものである、実施形態４５に記載の表示装置。
【０２５５】
実施形態４７  
表示源を作動させる電力作動部を、
更に含む、実施形態１４に記載の表示装置。
【０２５６】
実施形態４８  
前記レンズは、５から１０ｍｍの中心厚さ、および、以下に示すのサグｚを有するように設計された２つの非球面を有し、
【０２５７】
【数３】
2019505843.tif 000007
【０２５８】
但し、非球面係数Ａ、ＢおよびＣの少なくとも１つは、ゼロでない、実施形態１から４７のいずれか１つに記載の表示装置。
【０２５９】
実施形態４９  
物体シーンについての前記観察者の視野角が、仮想画像が形成される視野角より大きくなるように、前記ビームスプリッタ、前記画像生成部、および、前記レンズの寸法および向きを選択したものである、実施形態１から４８のいずれか１つに記載の表示装置。
【０２６０】
実施形態５０  
表示装置において、
画像担持光を生成しうる画像生成部を、観察者の真っ直ぐな視線の外で支持する支持構造物と、
前記画像生成部とレンズの間の自由空間に配置されて、前記観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有する平坦ビームスプリッタ板と、
を含む装置。
【０２６１】
実施形態５１  
前記画像生成部は、電気通信装置である、実施形態５０に記載の表示装置。
【０２６２】
実施形態５２  
前記画像生成部は、携帯電話である、実施形態５１に記載の表示装置。
【０２６３】
実施形態５３  
折り畳み自在である、実施形態１、１４、２６、２７、２８、および、３２のいずれか１つに記載の表示装置。
【０２６４】
実施形態５４  
少なくとも１つの移動自在な光学要素を含む、実施形態１から５３のいずれか１つに記載の表示装置。
【０２６５】
実施形態５５  
前記移動自在な光学要素は、平坦ビームスプリッタ板を含むものである、実施形態５４に記載の表示装置。
【０２６６】
実施形態５６  
前記平坦ビームスプリッタ板は、ヒンジ部で連結されたものである、実施形態５５に記載の表示装置。
【０２６７】
実施形態５７  
前記画像生成部から離間して、該画像生成部に対して凹状の非球面入射屈折面、および、該画像生成部に対して凹状の非球面反射面を有するレンズを、
更に含む、実施形態５０に記載の表示装置。
【０２６８】
実施形態５８  
前記レンズおよび前記ビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、前記画像担持光について、前記観察者の視線に沿って画定するものである、実施形態５７に記載の表示装置。
【０２６９】
実施形態５９  
画像担持光を観察者に送る方法において、
前記観察者の真っ直ぐな視線の近傍であるが、その外側に位置する画像生成部から、画像担持光を出射する工程と、
前記画像担持光を、ビームスプリッタ板を通って進行するように向ける工程と、
前記画像担持光を、１回目に屈折する工程と、
前記画像担持光を、レンズから、前記ビームスプリッタに向けて戻すように反射する工程と、
前記ビームスプリッタに進行する前に、前記画像担持光を、２回目に屈折する工程と、
前記２回目の屈折工程の後に、前記画像担持光を、前記ビームスプリッタから離れて、前記観察者の視線の中に反射する工程と、
を含む方法。
【０２７０】
実施形態６０  
前記１回目および２回目の屈折工程、並びに、前記反射工程は、前記画像を反射する反射性凹面を有する単一のレンズを用いて実現されるものである、実施形態５９に記載の方法。
【０２７１】
実施形態６１  
前記画像担持光を１回目に屈折する工程は、前記画像生成部と前記ビームスプリッタの間に位置する屈折ビーム部に、ビームを通す工程を含むものである、実施形態５９に記載の方法。
【０２７２】
実施形態６２  
表示装置において、
（ｉ）画像生成部表示面から、画像担持光を生成する画像生成部と、
（ｉｉ）前記画像生成部から離間して、該画像生成部に対して凹状の入射屈折面、および、該画像生成部に対して凹状の反射面を有し、前記レンズ面の少なくとも１つが非球面であるレンズと、
（ｉｉｉ）前記画像生成部と前記レンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
（ｉｖ）前記画像担持光の光路内で前記画像生成部に隣接して位置し、少なくとも１つの非球面を含むフィールドレンズと、
を含み、
前記レンズおよび前記ビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、前記画像担持光について、前記観察者の視線に沿ってを画定するものである装置。
【０２７３】
実施形態６３  
表示装置において、
画像生成部表示面から、画像担持光を生成する画像生成部と、
前記画像生成部から離間して、各々、光軸、該画像生成部に対して凹状の入射屈折面、および、該画像生成部に対して凹状の反射面を含み、前記面の少なくとも１つが非球面であり、該面は、各前記レンズの前記光軸が、１分角以内で互いに平行で、かつ、５０ｍｍと８０ｍｍの間の距離で互いに離間するように構成されたものである２枚のレンズと、
前記画像生成部と前記レンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
を含み、
前記レンズおよび前記ビームスプリッタの組合せで、画像担持光を、前記観察者の視線に沿って提供するものである装置。
【０２７４】
実施形態６４  
前記レンズは、３〜１２ｍｍの中心厚さを有するものである、実施形態６３に記載の表示装置。
【０２７５】
実施形態６５  
前記レンズは、３〜１０ｍｍの厚さを有するものである、実施形態６３に記載の表示装置。
【０２７６】
実施形態６６  
前記レンズは、４〜８ｍｍの厚さを有するものである、実施形態６３に記載の表示装置。
【０２７７】
実施形態６７  
前記２枚のレンズは、合計で、５〜８０グラムの重量を有するものである、実施形態６３に記載の表示装置。
【０２７８】
実施形態６８  
前記ビームスプリッタは、５グラム未満の重量を有するものである、実施形態６７に記載の表示装置。
【０２７９】
実施形態６９  
前記ビームスプリッタは、２〜１０グラムの重量を有するものである、実施形態６７に記載の表示装置。
【０２８０】
実施形態７０  
前記画像生成部は、「スマートフォン」である、実施形態６２または６３に記載の表示装置。
【０２８１】
実施形態７１  
前記画像生成部は、ＯＬＥＤ装置を含むものである、実施形態６２または６３に記載の表示装置。
【０２８２】
実施形態７２  
前記画像生成部は、２つのＯＬＥＤ装置を含むものである、実施形態６９に記載の表示装置。
【０２８３】
実施形態７３  
前記画像生成部は、液晶表示部を有する装置を含むものである、実施形態６３に記載の表示装置。
【０２８４】
実施形態７４  
前記画像生成部は、他の装置によって画像が投射された画面である、実施形態６３に記載の表示装置。
【０２８５】
実施形態７５  
ＧＰＳセンサ、ヘッドトラッキングセンサ、アイトラッキングセンサ、加速度計、および、前記２枚のレンズの間に配置されて、前記ビームスプリッタを通して観察者の目を見るように位置するカメラの少なくとも１つを、
更に含む、実施形態６３に記載の表示装置。
【０２８６】
実施形態７６  
表示装置において、
画像生成部表示面から、画像担持光を生成する画像生成部と、
前記画像生成部から離間して、該画像生成部に対して凹状の入射屈折面、および、該画像生成部に対して凹状の入射屈折面を有するレンズと、
前記画像生成部と前記レンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
を含み、
前記レンズおよび前記ビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、前記画像担持光について、前記観察者の視線に沿ってを画定し、
前記画像生成部と前記レンズの間の距離が、２０〜６０ｍｍである装置。
【０２８７】
実施形態７７  
前記画像生成部と前記レンズの間の距離が、３０〜５０ｍｍである、実施形態１、１４、６２、６３、および７６のいずれか１つに記載の表示装置。
【０２８８】
実施形態７８  
前記レンズは、少なくとも１つの非球面を含むものである、実施形態７７に記載の表示装置。
【０２８９】
実施形態７９  
前記レンズは、２つの非球面を含むものである、実施形態７８に記載の表示装置。
【０２９０】
実施形態８０  
前記レンズは、Ｖ＞４０のアッベ数Ｖを有するものである、実施形態１、１４、６２、６３、および、７６のいずれか１つに記載の表示装置。
【０２９１】
実施形態８１  
前記レンズは、Ｖ＞５０のアッベ数Ｖを有するものである、実施形態８０に記載の表示装置。
【０２９２】
実施形態８２  
前記レンズは、Ｖ＞５５のアッベ数Ｖを有するものである、実施形態８１に記載の表示装置。
【０２９３】
実施形態８３  
前記レンズは、５０と７０の間のアッベ数Ｖを有するものである、実施形態８２に記載の表示装置。
【０２９４】
実施形態８４  
表示装置において、
光学システムを含み、
前記光学システムは、
（ｉｉｉ）表示面から、画像担持光を生成する画像生成部と、
（ｉｉ）前記画像生成部から離間して、該画像生成部に対して凹状の入射屈折面、および、該画像生成部に対して凹状の反射面を有し、前記面の少なくとも１つが非球面であるレンズと、
（ｉｖ）前記画像生成部と前記レンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
を含み、
前記レンズおよび前記ビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、前記画像担持光について、前記観察者の視線に沿って画定するものであり、
前記光学システムは、
Ｄｐ≧７ｍｍの射出瞳直径を有する射出瞳を、
更に含むものである装置。
【０２９５】
実施形態８５  
前記Ｄｐの値が、７と２０ｍｍの間である、実施形態８４に記載の表示装置。
【０２９６】
実施形態８６  
前記Ｄｐの値が、Ｄｐ＞１０ｍｍである、実施形態８４に記載の表示装置。
【０２９７】
実施形態８７  
表示装置において、
光学システムを含み、
前記光学システムは、
（ｖ）表示面から、画像担持光を生成する画像生成部と、
（ｉｉ）前記画像生成部から離間して、該画像生成部に対して凹状の入射屈折面、および、該画像生成部に対して凹状の反射面を有し、前記面の少なくとも１つが非球面であるレンズと、
（ｖｉ）前記画像生成部と前記レンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
を含み、
前記レンズおよび前記ビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、前記画像担持光について、前記観察者の視線に沿って画定するものであり、
前記ビームスプリッタは、前記画像生成部によって生成された前記画像担持光が、前記レンズに向かって伝播する時に、該ビームスプリッタを横断し、次に、該レンズによって反射された後に、該ビームスプリッタから反射されるように構成配置されたものである装置。
【０２９８】
実施形態８８  
前記ビームスプリッタは、前記レンズに向くように配置された部分的反射面を有するものである、実施形態８７に記載の表示装置。
【０２９９】
実施形態８９  
表示装置において、
光学システムを含み、
前記光学システムは、
（ｖｉｉ）表示面から、画像担持光を生成する画像生成部と、
（ｉｉ）前記画像生成部から離間して、該画像生成部に対して凹状の入射屈折面、および、該画像生成部に対して凹状の非球面反射面を有し、前記面の少なくとも１つが非球面であるレンズと、
（ｖｉｉｉ）前記画像生成部と前記レンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有し、該画像生成部によって生成された前記画像担持光が、該レンズに向かって伝播する時に、該ビームスプリッタを横断し、次に、該レンズによって反射された後に、該ビームスプリッタから反射されるように構成配置されたビームスプリッタ板と、
を含み、
前記光学システムは、
Ｄｐ≧７ｍｍの射出瞳直径である射出瞳と、
ＦＯＶｈ／ＦＯＶｖ＞１．５である垂直方向の全視野角ＦＯＶｖおよび水平方向の全視野角ＦＯＶｈと、
を更に含むものである装置。
【０３００】
実施形態９０  
ＦＯＶｈ／ＦＯＶｖ＞１．７である、実施形態８９に記載の表示装置。
【０３０１】
実施形態９１  
３≧ＦＯＶｈ／ＦＯＶｖ＞１．７である、実施形態８９に記載の表示装置。
【０３０２】
実施形態９２  
表示装置において、
光学システムを含み、
前記光学システムは、
（ｉｉｉ）画像生成部表示面から画像担持光を生成し、更に、カメラ、および、前記カメラに隣接して位置し、該カメラの視線方向を曲げる光学要素を含む画像生成部と、
（ｉｉ）前記画像生成部から離間して、該画像生成部に対して凹状の入射屈折面、および、該画像生成部に対して凹状の非球面反射面を有し、前記面の少なくとも１つが非球面であるレンズと、
（ｉｖ）前記画像生成部と前記レンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
を含み、
前記レンズおよび前記ビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、前記画像担持光について、前記観察者の視線に沿って画定するものである装置。
【０３０３】
実施形態９３  
前記カメラが、前記観察者がビームスプリッタ板を通して見た情景の少なくとも一部を見ることが可能なように、前記光学要素は反射面を含むものである、実施形態９２に記載の表示装置。
【０３０４】
実施形態９４  
前記カメラの画角が前記観察者のビームスプリッタ板を通した視線を含むように、前記光学要素は反射面を含むものである、実施形態９２に記載の表示装置。
【０３０５】
実施形態９５  
前記カメラが、前記観察者がビームスプリッタ板を通して見た情景の少なくとも一部を見ることが可能なように構成されたプリズムを、前記光学要素は含むものである、実施形態９２に記載の表示装置。
【０３０６】
実施形態９６  
前記カメラの画角が前記観察者の視線を含むように構成されたプリズムを、前記光学要素は含むものである、実施形態９２に記載の表示装置。
【０３０７】
実施形態９７  
表示装置において、
光学システムを含み、
前記光学システムは、
（ｖ）画像担持光を生成する画像生成部と、
（ｖｉ）前記画像生成部に隣接して位置する偏光板と、
（ｉｉ）前記表示源および前記偏光板から離間して、該表示源に対して凹状の入射屈折面、および、該表示源に対して凹状の非球面反射面を有し、前記面の少なくとも１つが非球面であるレンズと、
（ｖｉｉ）前記偏光板と前記レンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
（ｖｉｉｉ）前記レンズと前記ビームスプリッタの間に位置する１／４波長リターダと、
を含み、
前記レンズおよび前記ビームスプリッタ板が、観察者アイボックスを、前記画像担持光について、前記観察者の視線に沿って画定するものである装置。
【０３０８】
実施形態９８  
前記１／４波長リターダは、可視領域に亘ってアクロマティックである、実施形態９７に記載の表示装置。
【０３０９】
実施形態９９  
表示装置において、
画像生成部表示面から、画像担持光を生成する画像生成部と、
前記画像生成部から離間して、該画像生成部に対して凹状の入射屈折面、および、該画像生成部に対して凹状の反射面を有し、前記面の少なくとも１つが非球面であるレンズと、
前記画像生成部と前記レンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
を含み、
前記レンズおよび前記ビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、前記画像担持光について、前記観察者の視線に沿って画定するものであり、
前記表示装置は、
（ｄ）３０と７０度の間の水平視野角、５ｍｍと５０ｍｍの間のアイレリーフ距離、３０ｍｍと７０ｍｍの間の前記レンズの焦点距離、７ｍｍと２０ｍｍの間の射出瞳直径、および、３０ｍｍから７０ｍｍの該レンズと前記表示面の間の距離と、
（ｅ）５ｍｍと４０ｍｍの間のアイレリーフ距離、３０と７０度の間の水平ＦＯＶ、および、１分／画素と４分／画素の間の解像度と
の少なくとも１つを示すものである装置。
【０３１０】
実施形態１００  
表示装置において、
光学システムを含み、
前記光学システムは、
（ｉｖ）画像担持光を生成する画像生成部と、
（ｖ）前記画像生成部に隣接して位置する偏光板と、
（ｉｉ）前記表示源および前記偏光板から離間して、該表示源に対して凹状の入射屈折面、および、該表示源に対して凹状の非球面反射面を有し、前記面の少なくとも１つが非球面であるレンズと、
（ｖｉ）前記偏光板と前記レンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
を含み、
前記レンズおよび前記ビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、前記画像担持光について、前記観察者の視線に沿って画定するものである装置。
【０３１１】
実施形態１０１  
表示装置において、
画像生成部表示面から、画像担持光を生成する画像生成部と、
前記画像生成部から離間した少なくとも２枚のレンズであって、各々、該画像生成部に対して凹状の入射屈折面、および、該画像生成部に対して凹状の非球面反射面を有し、前記面の少なくとも１つが非球面であるレンズと、
前記画像生成部と前記レンズの間の自由空間に配置されて、観察者の視線に斜めである第１および第２の表面を有するビームスプリッタ板と、
を含み、
前記レンズおよび前記ビームスプリッタ板は、観察者アイボックスを、前記画像担持光について、前記観察者の視線に沿って画定するものであり、
前記表示装置は、
（ｆ）３０と７０度の間の水平視野角、５ｍｍと５０ｍｍの間のアイレリーフ距離、３０ｍｍと７０ｍｍの間の前記レンズの焦点距離、７ｍｍと２０ｍｍの間の射出瞳直径、および、３０ｍｍから７０ｍｍの該レンズと前記表示面の間の距離と、
（ｇ）５ｍｍと４０ｍｍの間のアイレリーフ距離、３０と７０度の間の水平ＦＯＶ、および、１分／画素と４分／画素の間の解像度と
の少なくとも１つを示すものである装置。
【０３１２】
実施形態１０２  
アイレリーフ距離が、少なくとも８ｍｍである、実施形態１０１に記載の表示装置。
【０３１３】
実施形態１０３  
前記２枚のレンズは、互いに接触して位置するものである、実施形態１０１に記載の表示装置。
【０３１４】
実施形態１０４  
前記２枚のレンズは、１つの一体成形要素として、一緒に成形されたものである、実施形態１０１に記載の表示装置。
【０３１５】
実施形態１０５  
前記２枚のレンズは、一体成形単一要素として形成されたものである、実施形態１０１に記載の表示装置。
【０３１６】
実施形態１０６  
前記２枚のレンズは、観察者の鼻挿入空間を備える形状を有するものである、実施形態１０１に記載の表示装置。
【０３１７】
実施形態１０７  
各前記レンズは、１分角以内で互いに平行である光軸を有するように構成配置されたものである、実施形態１０１に記載の表示装置。
【０３１８】
実施形態１０８  
各前記レンズは、５０秒角以内で互いに平行である光軸を有するように構成配置されたものである、実施形態１０７に記載の表示装置。
【０３１９】
実施形態１０９  
前記画像生成部表示面は、平面である、実施形態１０７に記載の表示装置。
【０３２０】
実施形態１１０  
前記表示装置は、４４マイクロメートル未満の倍率色収差を示すものである、実施形態１、１４、２６、３２、５０、５２、５３、５９、６２、７６、８４、８７、８９、９２、９３、９７、９９、１００、および、１０１のいずれか１つに記載の表示装置。
【０３２１】
実施形態１１１  
前記表示装置は、表示デバイスの画素幅未満の倍率色収差を示すものである、実施形態１、１４、２６、３２、５０、５２、５３、５９、６２、７６、８４、８７、８９、９２、９３、９７、９９、１００、および、１０１のいずれか１つに記載の表示装置。
【０３２２】
実施形態１１２  
前記画像生成部は、前記観察者の目の高さより上方に位置し、
前記レンズは、前記観察者の目の高さより下方に位置するものである、実施形態１、１４、２６、３２、５０、５３、５４、５９、６２、７６、８４、８５、８７、８８、８９、９０、９２、９３、９５、９７、９９、１００、１０１、および、１０３のいずれか１つに記載の表示装置。
【０３２３】
実施形態１１３  
前記画像生成部は、前記観察者の目の高さより下方に位置し、
前記レンズは、前記観察者の目の高さより上方に位置するものである、実施形態１、１４、２６、３２、５０、５３、５４、５９、６２、７６、８４、８５、８７、８８、８９、９０、９２、９３、９５、９７、９９、１００、１０１、および、１０３のいずれか１つに記載の表示装置。
【０３２４】
実施形態１１４  
ＧＰＳセンサ、少なくとも片目のアイトラッキングセンサ、加速度計、および、前記観察者の目、または、該観察者が観察しているシーンを見るように構成されたカメラの少なくとも１つを、
更に含む、実施形態１、２６、３２、５０、５９、６２、７６、８４、８７、９２、９９、および、１００のいずれか１つに記載の表示装置。
【０３２５】
実施形態１１５  
前記観察者の目、または、該観察者が観察しているシーンを見るように構成された少なくとも１つのカメラを、
更に含む、実施形態６３に記載の表示装置。
【符号の説明】
【０３２６】
１０  仮想画像形成装置
２０  反射面
２２  屈折面
２４  画像生成部、供給源
２４’  表示面
２６  ビームスプリッタ板
３０  表示装置
４０  波長板
４０”  偏光板
４２、４４  ヒンジ部
９０  筐体
１００、１０５  保護遮蔽部
１１０  電源作動部
１２０Ｒ、１２０Ｌ  止めねじ
１２５Ｒ、１２５Ｌ  プランジャー
１３０Ｒ、１３０Ｌ  周辺窓
２４０、２４０’  カメラ
２５０  光学要素
３００Ａ、３００Ｂ  日除け
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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