(57)【要約】画像担持光を生成する湾曲表示面を有する、少なくとも１つの画像生成器であって、表示面が、少なくとも１つの曲率半径ｒ１ｄを有する画像生成器と、画像生成器から離間した反射部品であって、画像に対し凹である入射反射面及び少なくとも１つの曲率半径ｒ１ｒを有し、湾曲表示面の仮想画像を生成するように配置された反射部品と、画像生成器と反射部品との間の自由空間に配置され、視聴者の視線に対し傾斜した第１及び第２の表面を有するビームスプリッター板とを備え、反射部品とビームスプリッター板とによって、視聴者の視線に沿って、画像担持光の視聴者アイボックスが画成され、湾曲表示面と反射面とが実質的に同心である表示装置。
2019536089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示装置であって、
画像担持光を生成する湾曲表示面を有する、少なくとも１つの画像生成器であって、前記表示面が、少なくとも１つの曲率半径ｒ１ｄを有する画像生成器と、
前記画像生成器から離間した反射部品であって、画像に対し凹である入射反射面及び少なくとも１つの曲率半径ｒ１ｒを有し、前記湾曲表示面の仮想画像を生成するように配置された反射部品と、
前記画像生成器と前記反射部品との間の自由空間に配置され、視聴者の視線に対し傾斜した第１及び第２の表面を有するビームスプリッター板と、
を備え、
前記反射部品と前記ビームスプリッター板とによって、前記視聴者の前記視線に沿って、前記画像担持光の視聴者アイボックスが画成され、前記湾曲表示面と前記反射面とが実質的に同心であることを特徴とする、装置。
【請求項２】
前記湾曲表示面と前記反射面とが、３ｍｍ以内で同心であることを特徴とする、請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
（ｉ）前記表示面が円筒形であり、前記反射部品の凹面である前記入射反射面が球形であり、（ｉｉ）前記表示面が円筒形であり、前記反射部品の凹面である入射反射面が回転対称であり、又は（ｉｉｉ）前記表示面がトロイダルであり、前記反射部品の凹面である前記入射反射面が回転対称であることを特徴とする、請求項１又は２記載の表示装置。
【請求項４】
２．１≧ｒ１ｒ／ｒ１ｄ＞１．５、１２０ｍｍ≧ｒ１ｒ≧６０ｍｍ、及び５０ｍｍ≧ｒ１ｄ≧４５ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜３いずれか１項記載の表示装置。
【請求項５】
前記反射部品が、少なくとも１つの湾曲表面と該表面上の反射コーティングとを備えた本体を有し、前記本体が、アクリル、スチレン、ポリカーボネート、光学ガラス、又はこれ等の組み合わせから成る群から選択される材料を含むことを特徴とする、請求項１〜４いずれか１項記載の表示装置。
【請求項６】
前記視聴者の前記視線に沿って、前記ビームスプリッターを通過する視認可能な光景からの光を更に含み、前記視認可能な光景からの前記光が、前記画像担持光と同時に前記視聴者に提示されることを特徴とする、請求項１〜５いずれか１項記載の表示装置。
【請求項７】
前記ビームスプリッターによって結合された後の物理的光景からの光を透過する湾曲保護シールドを更に備え、該シールドが、前記視聴者に面する側に、反射防止コーティング含み、及び／又は疎油性及び／又は防曇コーティングを備えていることが好ましいことを特徴とする、請求項１〜６いずれか１項記載の表示装置。
【請求項８】
前記画像生成器が、ＬＣＤディスプレイ若しくは有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、又はパーソナル通信装置を備えていることを特徴とする、請求項１〜７いずれか１項記載の表示装置。
【請求項９】
前記ビームスプリッター板が、２６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をもたらすことを特徴とする、請求項１〜８いずれか１項記載の表示装置。
【請求項１０】
物理的光景からの光が、前記ビームスプリッター板を透過して視聴者の目に伝達され、前記画像生成器によって提供される前記光に結合され、好ましくは、前記物理的光景からの前記光が、前記ビームスプリッター板によって結合される前に、ポリカーボネートの湾曲保護シールドを透過することを特徴とする、請求項１〜９いずれか１項記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【関連技術の相互参照】
【０００１】
本願は、その内容に依拠し、参照により、全内容が本明細書に組み込まれる、２０１６年１０月３１日出願の米国仮特許出願第６２／４１５，０５９号の米国特許法第１１９条に基づく優先権を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、概してパーソナル表示装置に関し、より詳細には、瞳撮像システムを有する広視野頭部装着型ディスプレイ又は他の一人視聴者向けディスプレイのための装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
パーソナル表示装置は、従来の表示スクリーンの使用が負担になると思われる用途において、画像コンテンツを視聴者に提供することができる。ディスプレイゴーグル等の頭部装着型ディスプレイ（ＨＭＤ）は、  様々な分野、特に、軍、医療、歯科、工業、ゲーム等の用途に使用できる有用な種類のウェアラブルパーソナル表示装置として考えられている。空間表現及び関連詳細表現が向上した立体画像化は、２次元（２−Ｄ）フラットディスプレイが可能である以上に、よりリアルでより正確に奥行き情報を示す画像の提示に特に有用であり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ウェアラブル表示装置の使い勝手、大きさ、コスト、及び性能を改善するための多くの進歩がなされてきたが、依然としてかなりの改善の余地が存在している。特に、電子的に処理された画像を視聴者に提示する結像光学系については期待外れである。従来の設計手法は、要求される大きさ、重量、配置要件に対応するは困難であることが証明され、視野や歪み、瞳距離、瞳径、及びその他の要因に関連する光学的問題への対処が不十分であることが多い。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の態様によれば、表示装置であって
画像担持光を生成する湾曲表示面を有する、少なくとも１つの画像生成器であって、表示面が少なくとも１つの曲率半径ｒ１ｄを有する画像生成器と、
画像生成器から離間した反射部品であって、画像に対し凹である入射反射面及び少なくとも１つの曲率半径ｒ１ｒを有し、湾曲表示面の仮想画像を生成するように配置された反射部品と、
画像生成器と反射部品との間の自由空間に配置され、視聴者の視線に対し傾斜した第１及び第２の表面を有するビームスプリッター板と、
を備え、
反射部品とビームスプリッター板とによって、視聴者の視線に沿って、画像担持光の視聴者アイボックスが画成され、湾曲表示面と反射面とが実質的に同心である、
表示装置が提供される。
【０００６】
本明細書に記載の表示装置の構成は、他の構成と比較して、低コストで視野の拡大、像収差の低減、及び大きい瞳径をもたらすことによって、容易に製造可能であり、本質的に人間の視覚系に適応するパーソナル表示装置の構成を提供する。更なる特徴及び効果は、これに続く詳細な説明に述べてあり、当業者はその記述から、一部は容易に明らかであり、これに続く詳細な説明、特許請求の範囲、及び添付図面を含め、本明細書に記載の実施形態を実施することによって認識できるであろう。
【０００７】
前述の概要説明及び以下の詳細な説明は、いずれも単なる例示であって、特許請求の範囲の性質及び特徴を理解するための概要、及び枠組みの提供を意図したものであることを理解されたい。
【０００８】
添付図面は、更なる理解が得られることを意図して添付したもので、本明細書に組み込まれ、その一部を構成するものである。図面は１つ以上の実施形態を示すもので、その説明と併せ、様々な実施形態の原理及び作用の説明に役立つものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】視聴者の目に仮想画像を形成するための光学特性及び関係を示す概略側面図。
【図１Ｂ】図１Ａに示す光学部品間の関係を示す概略図。
【図２】視聴者のアイボックスに両眼又は立体画像を形成する表示装置を示す斜視図。
【図３】図２に示す装置の側面図。
【図４Ａ】表示装置の１つの実施形態の斜視図。
【図４Ｂ】表示装置の１つの実施形態の側面図。
【図４Ｃ】表示装置の１つの実施形態の正面図。
【図５Ａ】表示装置の別の代替実施形態の斜視図。
【図５Ｂ】表示装置の別の代替実施形態の斜視図。
【図６】偏光を用いて、ビームスプリッター板に光を誘導する代替実施形態の概略側面図。
【図７Ａ】本開示の実施形態による、表示装置の折り畳み式パケージング構成の側面図。
【図７Ｂ】本開示の実施形態による、表示装置の折り畳み式パケージング構成の側面図。
【図８】保護シールドと周辺窓、カメラの上方に配置された画像生成装置の視線方向を折り曲げるための光学部品、及び太陽のまぶしい光を最小限に抑制するバイザーを有する、機械的ハウジング内の表示装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書に示し説明する図は、様々な実施形態による光学装置の動作及び構造の重要な原理を説明するためのものであって、これ等の図の多くは実際の大きさ又は縮尺を示すことを意図して描いたものではない。基本的な構造上の関係や動作原理を強調するためには、多少の誇張が必要であり得る。
【００１１】
提示した図は、光学マウント、電源、画像データ源、及び表示装置に使用される標準的な機構用の関連取り付け構造体を含む、様々な支持構成要素を示していない場合がある。光学分野の当業者であれば、本発明の実施形態が、ウェアラブル表示装置及びハンドヘルド表示装置の両方で使用されるものを含む、任意の種類の標準マウント及び支持構成要素を使用することができることが理解できる。
【００１２】
本開示の文脈において、「上端」及び「下端」、又は「上方」及び「下方」若しくは「真下」等の用語は相対的なものであって、構成要素又は表面の必要な向きを示すものではなく、単に構成要素又は装置内の表示、対向面、空間的関係、又は異なる光路に言及、及び区別するために用いているものである。同様に、「水平」及び「垂直」という用語は、標準的な視聴条件に対する異なる平面内の構成要素又は光の相対的直交関係を説明するために、図に関して使用することができ、例えば、実際の水平方向及び垂直方向に対する構成要素の必須の方向を示すものではない。
【００１３】
「第１」、「第２」、「第３」等々の用語は、使用されている場合、必ずしも順序関係又は優先関係を意味するものではなく、１つの要素又は時間間隔を別の同様の要素からより明確に区別するために使用されているものである。これ等の記述子は、本開示及び特許請求の範囲の文脈において、１つの要素を別の類似の要素から明確に区別するために使用されているものである。
【００１４】
本開示の文脈において、「視聴者」、「観察者」、及び「ユーザー」という用語は、互換的に使用することができ、パーソナル表示装置からの画像を見る人を意味する。
【００１５】
本明細書において、「活性可能」という用語は、電力を受信したとき、及び必要に応じ、１つ以上のイネーブル信号を受信したとき、指示された機能を実行する装置又は構成要素のセットに関わるものである。例えば、光源は、光線を放射するように活性可能であって、画像データ信号に従って変調し、画像を提示することができる。
【００１６】
本開示の文脈において、２つの平面、方向ベクトル、又は他の幾何学的構造は、その実際又は投影された交差角が９０度±４度以内であるとき、実質的に直交していると見なされる。
【００１７】
本開示の文脈において、「傾斜」という用語又は「傾斜角」という語句は、法線と異なるように傾斜した非法線角、即ち、少なくとも１つの軸に沿って、少なくとも約４度以上、９０度又は９０度の整数倍と異なることを意味するために使用される。例えば、この一般的な定義を使用すると、傾斜角は、９０度より少なくとも約４度大きくても小さくてもよい。
【００１８】
本開示の文脈において、「連結」という用語は、１つ構成要素の配置が、それが結合されている構成要素の空間的配置に影響を与えるように、２つ以上の構成要素間の機械的関連、接続、関係、又は結合を示すことを意図している。機械的連結に関しては、２つの構成要素が直接接触している必要はなく、１つ以上の仲介構成要素を通して連結することができる。
【００１９】
本開示の文脈において、「左目画像」という用語は、視聴者の左目によって見られる仮想画像を表し、「右目画像」は視聴者の右目によって見られる対応する仮想画像を意味する。「左目」及び「右目」という語句は、その概念が立体画像形成分野の当業者によって広く理解されているように、立体画像対の各画像を形成するための画像形成要素を区別するための形容詞として使用することができる。
【００２０】
「少なくとも１つ」という用語は、列挙された項目のうちの１つ以上が選択され得ることを意味するために使用されている。「約」又は「略」という用語は、寸法の測定値又は位置に関して使用される場合、実用上受け入れられている、測定誤差及び不正確さに対する予想される許容範囲を意味する。公称値からの偏差によって、プロセス又は構造が、図示の実施形態の要件に適合しないという結果にならない限り、列挙された表現値は公称値から多少変更することができる。
【００２１】
寸法に関して、「実質的に」という用語は、幾何学的に正確な寸法の±１２％以下の範囲を意味する。従って、例えば、第１の寸法値が、第２の値の約４４％〜約５６％の範囲にある場合、第１の値は実質的に第２の値の半分である。空間における位置は、曲率半径、焦点、構成要素の位置、又は光軸上の別の点等の適切な基準次元に対し、距離次元が実質的に同じで、約１２％以上離れていない場合、好ましくは互いに５％、３％、１％、又はそれ以下の範囲である場合、互いに「近い」又は近接している。
【００２２】
「作動可能」という用語は、例えば、電気信号に応答して等、刺激に応答して動作を実行することができる装置又は構成要素に関する従来の意味を有する。
【００２３】
本願において「信号通信する」という用語は、２つ以上の装置及び／又は構成要素が、何等かの信号経路を伝播する信号を介して互いに通信することができることを意味する。信号通信は有線でも無線でもよい。信号は、第１の装置及び／又は構成要素と第２の装置及び／又は構成要素との間の信号経路に沿って、第１の装置及び／又は構成要素から、第２の装置及び／又は構成要素に情報、電力、及び／又はエネルギーを伝達することができる通信、電力、データ、又はエネルギー信号とすることができる。信号経路は、第１の装置及び／又は構成要素と第２の装置及び／又は構成要素との間の物理的、電気的、磁気的、電磁気的、光学的、有線及び／又は無線接続を含むことができる。信号経路は、第１の装置及び／又は構成要素と第２の装置及び／又は構成要素との間に追加の装置及び／又は構成要素を含むこともできる。
【００２４】
「例示的」という用語は、それが理想であることを意味するのではなく、当該説明が例として使用されていることを示している。
【００２５】
光学装置の構成要素の位置若しくは曲率中心又は他の機構に関し、「近い」という用語は、予想される製造公差及び測定誤差、並びに、例えば、理論的な光の挙動と実際の光の挙動との間の予想される違いを考慮して、光学設計分野の当業者によって使用されると思われる標準的な意味を有している。
【００２６】
周知のように、特定の光学系内部及びそこからの配光は、系の全体的な構成に依存し、適切な性能にとって、幾何学的に完全又は理想的な対称性を示す必要はない。例えば、湾曲ミラーの配光は、焦点を中心とした小さい領域に焦点が合っていると、より正確に説明することができるが、説明のために、「焦点」又は「焦点領域」等の従来の用語が使用される。「アイボックス」という用語は、光学系によって形成された仮想画像をそこから見ることができる領域を意味する。
【００２７】
１つの位置から見た光景を両方の目の位置で観察者に提示すると、その表示は奥行き感に欠ける、即ち、三次元効果を有していない。このように見た光景をバイオキュラーと呼ぶ。しかし、１つの光景を僅かであっても互いに離れた２つの位置から見た場合、観察者に提示される表示は奥行き感を有する。このように見た光景をバイノキュラーと呼ぶ。１つの目の位置から見て、１つの位置から生成した光景をモノオキュラーと呼び、三次元効果を有していない。
【００２８】
イメージング分野の当業者周知のように、仮想画像は、光学系から目に供給されアイボックスの空間で見られる光線の発散によって合成的に模倣される。光学系は、所与の位置及び距離において、観察者の視野に現れる仮想画像を形成する。光線が実際に発散する視野には、対応する「実」物体は存在していない。所謂「拡張現実」表示システムは、仮想撮像システムを用いて、視聴者の視線に沿って見られる現実世界の被写界に仮想画像を重ね合わせる。視聴者の視野内の被写界像コンテンツと組み合わせることができる仮想画像を形成するこの能力によって、拡張現実イメージング装置は、現実の光景からの光を同時に見ることができず、仮想画像のみを視聴者に提供する他の表示装置から区別される。
【００２９】
図１Ａの概略図は、アイボックスＥの瞳Ｐによって見られ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。第１及び第２の平行面Ｓ１及びＳ２を有するビームスプリッター板２６（あるいは、プレート型ビームスプリッター、ビームスプリッター、又はビーム スプリッターと呼ばれている）が、視線１２に沿って傾斜配置され、画像を提供するための画像生成器２４と反射要素Ｒｃとの間の自由空間に離間配置されている。図示の実施形態において、画像生成器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。一部の実施形態において、図１Ａに示すように、画像生成器の表示面２４’は湾曲を成し、従って、湾曲画像フィールド担持光を生成する。例えば、表示面は、「スマートウォッチ」又は手首装着型装置の円筒面であってよい。
【００３０】
図１Ａは、本実施形態において、反射部品Ｒｃが、画像生成器２４に対して凹である反射面２０を有することを示している。反射面２０は画像生成器２４に向けて光を反射して戻す。反射面２０の主軸Ａは、画像生成器２４の表示面２４’の主軸Ａ’に対して実質的に平行であって、共線である（同一線上にある）ことが好ましい。
【００３１】
画像生成器２４は、画像担持光をビームスプリッター板２６の離間面Ｓ２に向けるように活性可能である。画像生成器２４、ビームスプリッター板２６、及び反射部品Ｒｃが協働して、アイボックスＥの視線１２沿って見ることができる仮想画像を形成するように構成されている。一部の実施形態において、画像生成器２４を観察者の目線の上方に配置することができ、反射部品Ｒｃを観察者の目線の下方に配置することができる。一部の実施形態において、画像生成器２４を観察者の目線の下方に配置することができ、反射部品Ｒｃを観察者の目線の上方に配置することができる。
【００３２】
一部の例示的な実施形態において、湾曲表示面２４’は本質的に円筒形である、即ち、１つの断面において、この面は１００ｍｍ未満、好ましくは６０ｍｍ以下、例えば、２０〜６０ｍｍ等であることが好ましい、半径Ｒ１ｄを有するように湾曲を成し、別の断面において、この面は本質的に平面、又は（１００ｍ超、好ましくは５００ｍ超、より好ましくは無限大の半径を有する）平面である。
【００３３】
表示面２４’の湾曲面と反射部品の湾曲面（反射面２０）とは実質的に同心である。一部の実施形態において、湾曲表示面２４’と反射面２０とは５ｍｍ以内で同心である。湾曲表示面２４’と反射面２０とが５ｍｍ以内で同心である場合、表示装置によって形成され、視聴者に提示される仮想画像は、全湾曲ＦＯＶにわたり（好ましくは水平方向に）実質的に合焦している。
【００３４】
一部の実施形態において、湾曲表示面２４’と反射面２０とは３ｍｍ以内で同心である。一部の実施形態において、湾曲表示面２４’と反射面２０とは２ｍｍ以内で同心である。一部の実施形態において、湾曲表示面２４’と反射面２０とは１ｍｍ以内で同心である。一部の実施形態において、湾曲表示面２４’と反射面２０とは０．５ｍｍ以内で同心である。湾曲表示面２４’と反射面２０とは同心（例えば、図１Ｂを参照）であることが好ましい。湾曲表示面２４’と反射面２０とが同心である場合、ディスプレイ（より具体的には曲率半径ｒ１ｒを有する反射面２０）によって形成され、視聴者に提示される仮想画像は、全湾曲ＦＯＶにわたり（好ましくは水平方向である、ディスプレイの視野方向）において合焦している。
【００３５】
従って、一部の実施形態によれば、表示装置は、
（ａ）画像担持光６０を生成する湾曲表示面２４’を有する、少なくとも１つの画像生成器２４であって、湾曲表示面が少なくとも１つの曲率半径ｒ１ｄを有する、画像生成器と、
（ｂ）画像生成器２４から離間した反射部品Ｒｃであって、画像に対し凹である入射反射面２０及び少なくとも１つの曲率半径ｒ１ｒを有し、湾曲表示面２４’の仮想画像を生成するように配置された反射部品と、
（ｃ）画像生成器２４と反射部品Ｒｃとの間の自由空間に配置され、視聴者の視線に対し傾斜した第１及び第２の表面を有するビームスプリッター板２６と、
を備え、
反射部品Ｒｃとビームスプリッター板２６とによって、視聴者の視線に沿って、画像担持光の視聴者アイボックスが画成され、湾曲表示面２４’と湾曲反射面２０とが少なくとも１つの断面（例えば、水平方向）において実質的に同心である。
【００３６】
本明細書に記載の一部の実施形態によれば、拡張現実ディスプレイは、視聴者の左目用の左表示装置と視聴者の右目用の右表示装置とを備え、左右の表示装置の各々が前述の表示装置を含んでいる。前述のように、少なくとも一部の実施形態において、拡張現実表示装置は、視聴者の左目用の左表示装置と視聴者の右目用の右表示装置とを備えている。（各々が表示面２４’を有する）２つの別々の画像生成器が、これ等の実施形態において利用される場合、これ等２つの表示装置の各々は、各々の表示装置の反射面２０の主軸Ａが、対応する画像生成器２４の表示面２４’の主軸Ａ’に対して実質的に共線（好ましくは共線）になるように構成される。
【００３７】
ビームスプリッター板２６及び反射部品Ｒｃによって、ビームスプリッター板２６からの光が、それに沿って自由空間を通して第１の方向に伝達され、反射部品Ｒｃの反射面２０に入射する、片方の目の画像の光路４０が画成される。その後、光は、反射面２０から反射され、引き続き光路４０に沿って、自由空間を通してビームスプリッター板２６に戻る。ビームスプリッター板２６の表面Ｓ１は、視聴者の視線１２に沿った、視聴者のアイボックスＥに向けた途切れのない経路に沿って、反射部品Ｒｃから戻ってくる光を反射し、被写界の視線１２がビームスプリッター板２６を通して延びている。ビームスプリッター板２６は傾斜窓を提供し、それを通して被写界を見ることができる。従って、ビームスプリッターは、画像生成器によって生成された画像担持光が、反射部品Ｒｃに向かって伝播するとき、ビームスプリッターを横断させ、反射部品Ｒｃによって反射された後、ビームスプリッターから反射させるように構成され、配置される。一部の実施形態によれば、ビームスプリッター板２６の重量は２５グラム未満（例えば、２０グラム未満、１５グラム未満、１０グラム未満）であり、少なくとも３０度、一部の実施形態において４０度を超える（例えば、４０〜７０度、例えば５０〜６０度）水平方向の全視野をもたらす。一部の実施形態において、ビームスプリッター板２６の重量は、２〜１０グラム、例えば、５グラム以下であり、一部の実施形態において、２〜５グラムである。一部の実施形態によれば、ビームスプリッター板２６は、部分反射面を有し、部分反射面は反射部品Ｒｃに面するように配置されている。本明細書に記載の例示的な実施形態において、部分反射面は、可視スペクトルの透過において、少なくとも２５％（例えば、２５％〜７５％、３０％〜７０％、４０〜６０％、又は４５〜６５％）の光を反射し、可視スペクトルの透過において、可視スペクトルの少なくとも２５％（例えば、２５％〜７５％、３０％〜７０％、４０〜６０％、又は４５〜６５％）の光を透過する。例えば、部分反射面は、可視スペクトルにおいて（ｉ）４５％の光を透過し、５５％の光を反射することができる、（ｉｉ）５０％の光を透過し、５０％の光を反射することができる、又は（ｉｉｉ）５５％の光を透過し、４５％の光を反射することができる。
【００３８】
一部の実施形態によれば、表示面２４’は円筒形を成し、反射部品Ｒｃの凹面の入射反射面が回転対称である。一部の実施形態において、表示面はトロイダルであり、反射部品の凹面の入射反射面が回転対称である。
【００３９】
反射部品Ｒｃの湾曲反射面２０は、回転対称であることが好ましく、一部の実施形態によれば、曲率半径ｒ１ｒを有する球形である。一部の実施形態において、湾曲表示面２４’は、曲率半径がｒ１ｄの円筒形である。２つの表面の曲率中心が互いに近く、より具体的には、互いに５ｍｍ以内に位置している、即ち、２つの半径ｒ１ｄ及びｒ１ｒが同じ、又は略同じ点を起点としていることが好ましい。例えば、一部の実施形態において、２つの表面Ｒｃ及び２４’の曲率中心は３ｍｍ以内、一部の実施形態において、互いに１ｍｍ以内に位置している。
【００４０】
この構成は、湾曲した視野が４０度を超えても合焦画像を得ることができ有利である。
【００４１】
本明細書に記載の実施形態によれば、２．１≧ｒ１ｒ／ｒ１ｄ＞１．５であることが好ましい。一部の実施形態において、１２０ｍｍ≧ｒ１ｒ≧６０ｍｍ、及び６０ｍｍ≧ｒ１ｄ≧３０ｍｍである。一部の実施形態において、１００ｍｍ≧ｒ１ｒ≧５０ｍｍ、及び５０ｍｍ≧ｒ１ｄ≧４５ｍｍである。例えば、一部の実施形態において、ｒ１ｒ＝１００ｍｍ、ｒ１ｄ＝５０ｍｍ、ｒ１ｒ／ｒ１ｄ＝２である。例えば、一部の実施形態において、ｒ１ｒ＝１００ｍｍ、及びｒ１ｄ＝５５ｍｍである。一部の実施形態において、ｒ１ｒ＝８０ｍｍ、及びｒ１ｄ＝４５ｍｍである。
【００４２】
本明細書において、「湾曲画像フィールド」とは、視野にわたる湾曲像面を意味する。本明細書において、画像生成器２４によって生成された「湾曲画像フィールド」及び「湾曲画像フィールド担持光」とは、湾曲表示面２４’又はこの表面から発せられた、供給源２４によって表示された（物体）視野にわたる光を意味する。
【００４３】
光学系内の１つ以上の追加のレンズＬ１、Ｌ２（図示せず）を使用して、交互に画像歪みを補正することができる。しかし、画像データを適切に調整することによって、直接的に歪みをデジタル補正することもできる。
【００４４】
図１Ａは、左目又は右目画像の一方を形成する（表示装置３０の）仮想画像形成装置１０の構成要素の配置を示す図である。図２の概略図は、表示面の異なる部分から、それぞれ対応するアイボックスのそれぞれの瞳Ｐ（視聴者の目の瞳）に、左目及び右目画像コンテンツを提供している表示装置３０の構成の正面からの斜視図である。より具体的には、図２は、表示装置３０が、単一のビームスプリッター板２６を使用して、左目画像及び右目画像をそれぞれのアイボックスＥＬ及びＥＲにおいて見ることができる、両目仮想画像を形成する様子を示している。この実施形態において、それぞれ湾曲（円筒）表面２４’Ｌ及び２４’Ｒを有する２つの画像生成器２４Ｌ及び２４Ｒが、それぞれ実左目画像及び右目画像３２Ｌ、３２Ｒを生成する。左目画像３２Ｌからの湾曲画像フィールド担持光は、ビームスプリッター板２６及び左反射部品ＲｃＬを透過する。この配置において、画像生成器２４Ｌと反射部品ＲｃＬとが、ビームスプリッター板２６と協働して左目仮想画像形成装置１０Ｌを構成する。同様に、右目画像３２Ｒからの湾曲画像フィールド担持光は、ビームスプリッター板２６及び右反射部品ＲｃＲを透過する。画像生成器２４Ｒと反射部品ＲｃＲとが、ビームスプリッター板２６と協働して右目仮想画像形成装置１０Ｒを構成する。単一のビームスプリッター板２６、及び２つの反射部品ＲｃＬ、ＲｃＲを使用して、左目及び右目両方の仮想画像のアイボックス位置を規定することは、部品点数の削減及び構成要素の実装を簡素化する上で有利ある。図２の構成は、適切な左目画像コンテンツ及び右目画像コンテンツが提供されたとき、立体視をもたらすことができる。画像コンテンツは立体的又は非立体的であってよい。
【００４５】
図３は、（分かり易くするために）、図２に示す仮想画像形成装置１０の１つの目のみの部分（左又は右のいずれか）に対応する側面図である。勿論、２つの（左右の目）画像形成装置が存在し、対応する左右の目に対応する左右の視線１２が存在している。図２及び３に示すように、各々の画像生成器２４Ｒ、２４Ｌは、円筒表面２４’Ｒ、２４’Ｌを有する一方、反射部品Ｒｃの表面２０は球形である。各々の目の視野は水平方向に非対称であり得ることに注意されたい。即ち、目の外側に対する視野、つまり水平方向に左右に延びる周辺視野は、目の内側に対する視野より大きい可能性がある。
【００４６】
図４Ａは、別の実施形態の斜視図、図４Ｂは側面図、図４Ｃは別々の左目画像生成器２４Ｌ及び右目画像生成器２４Ｒをそれぞれ使用する、別の実施形態の正面図である。画像生成器２４Ｌ及び２４Ｒは、例えば、同一平面内にあっても、互いにずれていてもよく、例えば、パッケージングの改善又は視聴者の解剖学的構造に合わせるために、傾斜又は調整されていてもよい。
【００４７】
図５Ａ及び５Ｂはそれぞれ、別々の左目及び右目画像生成器２４Ｌ、２４Ｒと単一のビームスプリッター板２６を使用する別の実施形態の斜視図である。この代替構成は、例えば、よりコンパクトなパッケージングを実現する上で有用であり得る。
【００４８】
図１〜５Ｂの実施形態は、例えば、ＬＣＤ又はＯＬＥＤベースの画像生成装置のいずれかと一緒に用いることができる。１つの実施形態において、ＬＥＤベースの画像生成装置は、４４マイクロメートル×４４マイクロメートル以下のピクセルを有している。１つの実施形態において、かかるＯＬＥＤベースの画像生成装置は、４４マイクロメートル×４４マイクロメートル以下、４０マイクロメートル×４０マイクロメートル以下、３０マイクロメートル×３０マイクロメートル以下、２４マイクロメートル×２４マイクロメートル以下、２０マイクロメートル×２０マイクロメートル以下、又は画像生成装置は更に小さいサイズのピクセルを有することができる。他の画像生成装置も使用することができる。本明細書に開示のディスプレイの構成によって、８ｍｍ〜４０ｍｍ（例えば、１０ｍｍ〜３０ｍｍ）のアイレリーフ距離（即ち、目の瞳とビームスプリッターの最も近い端部との水平距離）、３０〜７０度（例えば、４０〜７０度）の水平ＦＯＶ、及び１分／ピクセル〜７分／ピクセルの解像度を実現することができる。一部の実施形態において、解像度は４分／ピクセルである。一部の実施形態において、解像度は２分／ピクセルである。例えば、２０×２０μｍのピクセルを有するＯＬＥＤディスプレイ等の画像生成器を使用すれば、約１分／ピクセルの解像度を達成することができる。一部の実施形態によれば、反射部品Ｒｃの反射面２０は、反射面２０の光軸が弧の１分以内で互いに平行であり、かつ５０ｍｍ〜８０ｍｍの距離（例えば６０〜７０ｍｍ）だけ互いに離間するように構成されている。表示装置の光学系は、７ｍｍ以上の射出瞳径Ｄｐ、例えば、７ｍｍ≦Ｄｐ≦２０ｍｍ（例えば、８ｍｍ、１０ｍｍ、１２ｍｍ、１５ｍｍ、１８ｍｍ、２０ｍｍ、又はこれ等の間）射出瞳径を有する射出瞳を更に有している。
【００４９】
一部の実施形態によれば、光学系は、７ｍｍ以上の射出瞳径Ｄｐを更に有すると共に、垂直方向の全視野ＦＯＶｖ及び水平方向の全視野ＦＯＶｈも有し、垂直視野に対する水平視野の比ＦＯＶｈ／ＦＯＶｖが １．５より大きい。一部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】
一部の実施形態によれば、画像生成器２４と反射部品Ｒｃとの距離は、２０〜６０ｍｍ、例えば、３０〜５０ｍｍ、２０〜４５ｍｍ、３０〜４５ｍｍ、又は３５〜４５ｍｍである。一部の実施形態によれば、表示装置は、（ａ）３０〜７０度の水平視野、５ｍｍ〜５０ｍｍのアイレリーフ距離、３０ｍｍ〜６０ｍｍの反射部品Ｒｃの焦点距離、７ｍｍ〜２０ｍｍの射出瞳径、及び３０ｍｍ〜７０ｍｍの反射部品Ｒｃと表示面２４’との距離、又は（ｂ）５ｍｍ〜４０ｍｍのアイレリーフ距離、３０〜７０度の水平ＦＯＶ、及び１分／ピクセル〜４分／ピクセルの解像度のうちの少なくとも一方を示す。一部の実施形態によれば、表示装置は倍率色収差を示さない。（倍率色収差は、色（赤、緑、青）（Ｒ、Ｇ、Ｂ）による倍率の変化である。）一部の実施形態によれば、表示装置の倍率色収差は、ピクセルのサイズより小さい、即ち、Ｒ、Ｇ、及びＢ光線が、同じピクセル内に入る。一部の実施形態によれば、表示装置の倍率色収差は、画像生成器のピクセルサイズ以下である。
【００５１】
以下の表１は、図４ｂ〜図４ｃに対応する幾つかの例示的な実施形態の様々な性能特性を示している。表１において、実施形態の湾曲表示面２４’は円筒形であり、即ち、１つの断面において、この表面は湾曲を成し、１００ｍｍ未満、好ましくは６０ｍｍ以下の半径Ｒ１ｄを有し、別の断面において、この表面は本質的に平面である。
【００５２】
【表１】
2019536089.tif 000003
【００５３】
被写界（即ち、視聴者の視野における実際のオブジェクト）に対する視聴者の視野は、仮想画像が形成される視野より大きいことに留意されたい。開示した実施形態の光学配置は、拡張現実表示のための広い視野（ＦＯＶ）を提供する。
【００５４】
有益なことに、ビームスプリッター板は軽量である。例示的な実施形態によれば、８０×１５０ｍｍのビームスプリッター板等、４０度を超える水平ＦＯＶに適したビームスプリッター板の重量は、２５グラム未満である。ビームスプリッター板の表面間の光学的厚さは、３ｍｍ未満（例えば、０．５ｍｍ、１ｍｍ、１．５ｍｍ、２ｍｍ、またはこれ等の間）である。
【００５５】
比較として、別の提案されている拡張現実表示構成は、プリズムを使用している。しかし、プリズムをベースとする光学系は、大きなＦＯＶを提供するために、対応する大きなプリズムを必要とし、プリズムをベースとする構成を大きなＦＯＶ用途に拡張することを困難にしている。両目の公称４０度の水平ＦＯＶに対して単一のビームスプリッタープリズムを使用する頭部装着型装置は、７００グラムを遥かに超えるプリズム重量を支持する必要がある。大きなプリズムを追加すると、有効なＦＯＶが制限されるだけでなく、かなり嵩張り重量が追加される。
【００５６】
図６の概略側面図は、図１Ａに類似しているが、図６の実施形態は、ビームスプリッター板２６に光を向けるために偏光を利用している。図６に示すように、湾曲表面２４’を有する画像生成器２４は、第１の偏光状態（例えば、ｐ変更）を有する偏光として、画像コンテンツを提供する。偏光ビームスプリッターとして構成された、ビームスプリッター板２６は、第１の状態（ｐ偏光、矢印で示す）を透過し、直交状態（ｓ偏光、点で示す）を反射する。１／４波長板４０’を２回通過（パス）することによって、第１の（ｐ）偏光状態が、直交（ｓ）偏光状態に変換され、ビームスプリッター板２６から反射される。波長板４０’は、１／４波長位相差板（本明細書では１／４波長板とも呼ぶ）であってよい。波長板４０’は、無彩色１／４波長板であってよい。波長板４０’は、可視スペクトルにわたって無彩色であることが好ましい。図６の実施形態において、波長板４０’は、反射部品Ｒｃとビームスプリッター板２６との間に配置されている。
【００５７】
画像生成器
本明細書において、画像生成器２４は、ハンドヘルドパーソナル通信装置、スマートフォン、パッド、コンピュータ画面、又は他の表示源又は画像投影源を含む、視聴者の片目又は両目用の画像を形成するための画像担持光を発することができる任意の供給源であってよい。一部の実施形態において、画像生成器は、平坦画像担持光を発することができる、つまり、発信される画像が湾曲画像ではない。使用可能な画像生成装置には、携帯電話等の湾曲パネルパーソナル通信装置、ある種のモバイル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」、少なくともある程度の計算能力及び表示能力を有するフィーチャーフォン、「スマートウォッチ」、及び各種電子パッド、並びに少なくともグラフィックコンテンツを表示することができる表示領域を有する類似の装置が含まれる。本開示の装置は、前述の表に示された値から明らかなように、携帯電話、スマートウォッチ等の携帯パーソナル通信装置から生成された画像を使用する用途に特によく適している。一部の実施形態において、画像生成器２４は、ＧＰＳセンサー、ユーザーが見た光景の写真を閲覧及び撮影するための第１のカメラ、及び第１のカメラと反対の方向を向いている追加のカメラ「自撮りカメラ」のうちの少なくとも１つを組み込んだスマートフォン装置である。
【００５８】
画像生成器２４は、任意の画像生成源であってよく、人間の目による画像表示装置として使用可能である必要はない。一部の実施形態によれば、画像生成器は、別の装置（例えば、プロジェクター）によって投影された画像投影を有する湾曲画面である。
【００５９】
画像担持光を生成するために適切に適応させることができる他の種類の画像生成器には、様々な種類の空間光変調器（ＳＬＭ）構成要素が含まれる。例えば、テキサス州ダラスのテキサスインスツルメンツ社のＤｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ（ＤＬＰ）、液晶装置（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、ＬＣＯＳ（液晶オンシリコン）装置、又は格子電気機械装置を含む、様々な種類のＳＬＭ装置を使用することができる。線形光変調器を代わりに使用することもできる。
【００６０】
ビームスプリッター板２６
有益なことに、本明細書に記載の実施形態では、ビームスプリッター板２６のみが視聴者の視線１２内にある。この構成は、ガラス板によって遮られていない視線から垂直方向に僅かにオフセットされているだけの視野で、非常に広い被写界コンテンツのための水平視野（ＦＯＶ）を提供する。
【００６１】
実施形態によれば、ビームスプリッター板２６は、５０アーク秒未満、より好ましくは３０アーク秒以内、更には２０アーク秒以内等、厳しい許容誤差内で平行な表面を有するガラス基板上に形成することができる。一部の実施形態において、ビームスプリッター板２６のガラス基板は、１０アーク秒未満（例えば、８〜１０アーク秒）で平行な表面を有している。平行面は非常に有益であり、ゴーストの発生及び僅かにくさび状のビームスプリッター面からでも生じ得る他の影響を最小限に抑制する。
【００６２】
ビームスプリッター板２６は、フュージョンドロー処理を用いて得られたガラスシート上に形成することができる。この方法は、高度に平行な対向面を有するガラス板をもたらす。標準タイプのガラスは、ビームスプリッター板の表面が高度に平行ではない場合に発生し得るゴーストを減らすために両面研磨を必要とし得る。
【００６３】
理想的には、ビームスプリッター板２６は、できるだけ大きい視野を可能にするために、できるだけ薄いことが望ましい。一部の実施形態において、ビームスプリッター板２６は、４ｍｍ未満、より好ましくは３ｍｍ未満、更により好ましくは２ｍｍ未満、更により好ましくは１ｍｍ未満（例えば、０．３〜０．７ｍｍ）の幅を有している。かかる薄いビームスプリッターを組み込むことによって、両方の面から画像担持光が視聴者の目に向かって反射されるとき、これら２つの反射間の距離が十分に小さく、視聴者が二重像を「見る」ことはない。一部の実施形態において、ビームスプリッター板２６は、第１及び第２の主面を有し、ビームスプリッター板のこれ等の主面は、５０アーク秒以内で互いに平行トーンである。一部の実施形態において、ビームスプリッター板２６は、第１及び第２の主面を有し、ビームスプリッター板のこれ等の主面は、１アーク分以内、又は７５アーク秒以内、より好ましくは５５アーク秒以内、４５アーク秒以内、更により好ましくは４０アーク秒以内で互いに平行である。一部の実施形態において、ビームスプリッター板２６は、第１及び第２の主面を有し、ビームスプリッター板のこれ等の主面は、３０又は更には２０アーク秒以内で互いに平行である。ビームスプリッター板は、例えば、コーニング社から入手可能な溶融成形ガラスから構成することができ、１０アーク秒以内（例えば４〜１０アーク秒）以内で平行な表面を有することができる。一部の実施形態において、（ガラスの中央９０％領域にわたり（例えば、少なくともガラス領域の９５％超）、又は少なくともそこを通して画像が見られる領域における）ビームスプリッター板２６の山谷間（ＰＶ）平坦度が２０マイクロメートル未満であり、厚さ変動が０．０２５ｍｍ未満である。一部の実施形態において、ビームスプリッター板２６の（山谷間）平坦度が１０マイクロメートル未満、厚さ変動が０．０２ｍｍ未満（例えば、０．００２ｍｍ〜０．０１ｍｍ）である。一部の実施形態において、例えば、７５ｍｍ、又は１００ｍｍの表面の長さにわたり、又はビームスプリッターの長さにわたり、ビームスプリッター板２６のＰＶ平坦度が７マイクロメートル未満（例えば、ＰＶで４又は５マイクロメートル）であり、厚さ変動が０．０１５ｍｍ未満、更には０．０１ｍｍ以下（例えば、０．００２ｍｍ、０．００５、０．０１ｍｍ、又はこれ等の間）である。
【００６４】
３０アーク秒以内で互いに平行な表面を有する、全厚さ変動が０．０２ｍｍ未満のビームスプリッターガラスの例は、コーニング、ニューヨークのコーニング社から入手可能なＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラス、Ｌｏｔｕｓ（登録商標）ＸＴガラス、Ｌｏｔｕｓ（登録商標）ＮＸＴガラス、又はＥＡＧＬＥ（登録商標）ＸＧ（登録商標）ガラスである。かかる平坦度及び厚さ精度を有するガラスの使用によって、画像が両方の表面から反射する場合、互いに非常に接近しているため、網膜の実質的に同じ場所に届くため、ゴースト画像のない画質の大幅な改善につながる。ビームスプリッター板の片面を部分反射コーティングで被覆し、反対側の面を反射防止（ＡＲ）コーティングで被覆することが好ましい。部分反射体が５０％の反射率（スペクトルの可視領域にわたり、平均５０％の反射率を意味する）に非常に近づいたとき、例えば、部分反射体がスペクトルの可視領域にわたり約４０％〜６０％、より好ましくは約４５％〜５５％の反射率を達成したとき、及び反対側に反射防止コーティングがあるとき、表示システムのピーク効率が得られる。例えば、蒸着コーティング技術によって、アルミニウム金属コーティングを施して、かかる部分反射率を達成することができる。
【００６５】
一部の実施形態において、反射防止コーティングは、１０％未満、好ましくは５％未満、更により好ましくは２％、及び最も好ましくは１％未満又は０．５％未満の反射率（スペクトルの可視領域にわたり、平均０．５％未満の反射率）を示す。例えば、蒸着コーティング技術によって適用することができる誘電体層又は誘電体層のスタックを用いて、かかる反射防止特性を達成することができる。これによって、実世界の被写界からの光の５０％も遮断される。ビームスプリッターの反射が減少するにつれて、表示画像がより暗くなり、外の景色がより明るくなる。従って、これ等のコーティングパラメータを変更することによって、ディスプレイからの光のレベルと外の景色とのバランスを取るのに役立ち得る。
【００６６】
反射部品
反射部品Ｒｃは、成形プラスチック又はガラスであってよい。一部の実施形態によれば、反射部品ＲｃＬ、ＲｃＲは互いに接触配置されている。一部の実施形態によれば、反射部品ＲｃＬ、ＲｃＲは１つのモノリシック構成要素として、一体成形される（例えば、成形）。本明細書に記載の実施形態によれば、反射部品ＲｃＬ、ＲｃＲは、視聴者の鼻がこれ等の間に少なくとも部分的に嵌合するための空間が設けられるように成形又は形成される。例えば、反射部品ＲｃＬ、ＲｃＲは、間に「鼻挿入スペース」が設けられるように、ノッチ又は面取りを有するモノリシック構造体として一体成形することができる。
【００６７】
一部の実施形態によれば、反射部品Ｒｃの反射面及び屈折面は、２つの反射面２０の光軸が、１アーク分以内で互いに平行であり、５０ｍｍ〜８０ｍｍの距離（例えば、６０ｍｍ〜７０ｍｍ）だけ互いに離間するように構成されている。
【００６８】
反射コーティング２０’反射部品Ｒｃの反射面２０を形成することができる。実施形態によれば、反射コーティングは、二色性コーティング２０’である。あるいは、金属コーティングを適用することができる。前述のように、反射部品Ｒｃ１及びＲｃ２は、単一の成形アセンブリとして互いに接合成形することができる。
【００６９】
パッキングオプション
本開示の装置は、従来の眼鏡型フレーム、ヘッドバンド、又はディスプレイを頭部に取り付ける他の機構を使用して、頭部装着型装置の一部として組み立てることができる。あるいは、意図する用途に応じ、ヘッドカバー、防止、又はヘルメットに連結することができる。
【００７０】
本開示の実施形態は、少ない部品点数、緩い許容誤差、軽量、及びビームスプリッター板２６の構造的剛性を活かして、表示装置３０の多数の改良されたパッケージング構成を可能にすることができる。
【００７１】
図７Ａ及び図７Ｂの側面図は、本開示の実施形態による折り畳み可能バージョンの表示装置３０の簡略図である。ビームスプリッター板２６は、ビームスプリッター板２６の縁部等に沿って、第１のヒンジ４２又は別の種類のフレキシブルカップリングによって、反射部品ＲｃＬ、ＲｃＲを柔軟に連結する。第２のヒンジ４４は、例えば、スマートフォン装置を一時的に挿入及び容易に取り外すことができるハウジング等、画像生成器２４を支持するハウジング又はフレーム４６にビームスプリッター板２６を連結する。図７Ａは、視聴構成状態の表示装置３０を示す図である。図７Ｂは、（画像生成器２４を取り外した状態で）運搬又は保管のために折り畳まれた表示装置３０を示す図である。少ない機械的構成要素を用いて、垂直方向に関して折り畳み可能なバージョンの表示装置３０を提供するための多数の可能な機械的構成を考案することができる。
【００７２】
図８は機械的ハウジング９０を備える、表示装置３０の１つの実施形態を示す図である。この実施形態において、２つの画像生成器２４（例えば、表面２４’を有する２つの「スマート」ウォッチ、図示せず）が、目の高さより上のハウジング９０内に取り付けられている。表面２４’は、ハウジング９０内の内側に位置する光学部品に面するように配向されている。視聴者が見ている物理的光景からの光が、視線１２（図１Ａ参照）に沿って（ハウジング９０内部に位置する）ビームスプリッター２６を通して視聴者の目に伝達され、画像生成器２４からの光と結合され、拡張現実（ＡＲ）画像が形成される。ハウジング９０は、（図５Ｂにも概略的に示す）外部保護シールド１００も支持する。外部保護シールド１００は、ポリカーボネート等のプラスチックから構成して、表示装置３０の光学部品を埃や損傷から保護することができる。外部保護シールド１００は、擦過傷耐性を有する強化ガラス、例えば、ニューヨーク州コーニングのコーニング社から入手可能なＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラスを含むことができる。現実の光景から視聴者の目に届く光の量を制御することができる、反射防止コーティング又は吸収コーティングで保護シールドを被覆することができる。例えば、一部の実施形態において、外部保護シールド１００は、フォトクロミック材料又は偏光子を含むことができる。この実施形態において、物理的光景からの光が、外部保護シールド１００を通して表示装置３０に入り、画像生成器２４によって提供される光に重畳される。
【００７３】
図８は、少なくとも部分的にハウジング９０内に配置され、画像生成器をオンにするためにユーザーが関与したとき、画像生成器２４上の電源ボタンを押下する電源起動装置１１０（例えば、スプリングプランジャー、ボタン、又は別の構成要素）も示している。
【００７４】
図８は、ハウジング９０の側面に配置された窓１３０Ｌも示しており、視聴者／装置ユーザーが周囲を見ることができる。ハウジング９０の右側に切り込まれた対応する窓１３０Ｒがある。図８の表示装置は、内部保護シールド１０５（図８には示さず）も使用している。内側保護シールド１０５（図５Ｂ参照）も、光学部品を塵埃等から保護すると共に、（紫外線コーティングが施されている場合）紫外線から又は他の環境被害から、視聴者の目を保護するための追加の保護として機能することができる。シールド１００及び１０５は、いずれもポリカーボネートで構成することができる。内部保護シールド１０５を反射防止コーティングで被覆して、迷光及びグレアを低減することができる。従って、一部の実施形態によれば、表示装置３０は、ビームスプリッターによって結合される前の物理的光景からの光を透過する、ポリカーボネートで構成された湾曲保護シールド１０５を含んでいる。一部の実施形態によれば、表示装置３０は、ビームスプリッターによって結合された後の物理的光景からの光を透過する、ポリカーボネートで構成された湾曲保護シールド１０５を更に含んでいる。一部の実施形態によれば、湾曲保護シールド１０５は、視聴者に面する側に反射防止コーティングを有している。一部の実施形態によれば、外部保護シールド１００は、視聴者に面する側に反射防止コーティングを有している。一部の実施形態によれば、保護シールド１００、１０５の少なくとも一方が、疎油性及び／又は防曇コーティング（図示せず）を有している。
【００７５】
画像生成器２４は、止めねじ１２０Ｒ及び１２０Ｌを用いて、画像生成器２４を通してスプリングプランジャー１２５Ｒ及び１２５Ｌ（図示せず）に力を加えながら、画像生成器を回転させることによって位置合わせすることができる。例えば、部品１２０Ｒは、画像生成器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及びスプリングプランジャー１２５Ｌも、主軸Ａを中心に画像生成器２４を回転させるために使用される。一部の実施形態によれば、表示装置３０は、反射面の主軸に平行な軸を中心に、画像生成器の回転を調整する構成要素を含んでいる。
【００７６】
一部の実施形態によれば、表示装置３０は、反射面の主軸に平行な軸を中心に、画像生成器の回転を調整する手段を含んでいる。
【００７７】
表示装置は、画像生成器２４に関連する撮像システム２４０の視線方向を折り曲げる光学部品２５０を含むことができる。例えば、図８の実施形態において、画像生成器２４は、湾曲表示面２４’を有する携帯電話又は「スマート」ウォッチであってよく、カメラ２４０（例えば、携帯電話の撮像システム）を含むことができる。折り畳みミラー又はプリズム等の光学部品２５０が、カメラ２４０の近傍に配置されている。光学部品２５０は、カメラの視線方向を折り畳むように構成されている。従って、カメラは、ビームスプリッターを通して視聴者が見る光景の少なくとも一部を「眺望する」又は「見る」ことができる。即ち、カメラは、光学部品２５０の助力を得て、視聴者が見ているのと同じ方向を「見る」ことができる。例えば、一部の実施形態において、光学部品２５０は、カメラの視野が、ビームスプリッターを通した視聴者の視線を含むような反射面を備えている。反射面は、例えば、反射コーティングによって形成することができる。表示装置は、少なくとも１つの撮像システム２４０’（例えば、エンドユーザーの「自撮り」写真を撮影するように構成され、配置された携帯電話のカメラ）を更に組み込むことができる。撮像システム２４０’（例えば、カメラのレンズ）を改作するか、又は、例えば、（前述の光学部品２５０と同様であってよい）光学折り畳み光学部品２５０’と組み合わせて、視聴者の目線でビームスプリッターを通して「見る」、従って視聴者が見ている場所を追跡する。
【００７８】
表示装置は、（太陽のグレアを最小限に抑制するために）太陽を遮断する少なくとも１つのバイザー３００Ａ、３００Ｂも備えることができる。実施形態において、バイザー３００Ａはヒンジ連結され、必要に応じ、視聴者によって位置（角度）を調整することができる。代替のバイザー３００Ｂは、必要に応じ、所定の位置に出入りするようにスライド可能である。一部の実施形態（不図示）によれば、側面バイザーは、側面窓（及び周辺窓１３０Ｌ、１３０Ｒ）の上に配置することもできる。バイザー３００Ａ、３００Ｂ、及び側面バイザーは、太陽のグレアを最小限に抑制するために、不透明であるか、又は偏光子若しくはフォトクロミック材料を含むことができる。
【００７９】
一部の実施形態（不図示）によれば、表示装置は、ＧＰＳセンサー、少なくとも１つのヘッドトラッキングセンサー、アイトラッキングセンサー、加速度計、又は視聴者の目線でビームスプリッターを通して「見る」２つのレンズの間に配置されたカメラのうちの少なくとも１つを含んでいる。
【００８０】
２つの小型画像生成器２４Ｒ、２４Ｌを用いることによって、表示装置全体の大きさが縮小され有益であることに留意されたい。これ等の生成器２４Ｒ、２４Ｌは、視聴者の目線の下方又は上方に配置することができる。表示装置は、例えば、光学折り畳み光学部品２５０’と組み合わせて、視聴者の目線でビームスプリッターを通して「見る」、従って、視聴者が見ている場所を追跡するように改作又は構成された（図８に概略的に示す）１つ又は２つのカメラ２４０’を更に組み込むことができる。例えば、撮像システム又はカメラ２４０’を画像生成器２４Ｒ、２４Ｌの近く又は近傍に配置することができる。あるいは、視聴者の目線でビームスプリッターを通して「見る」２つのレンズ間に、１つまたは複数のカメラ２４０’を配置することができる。カメラ２４０’は、視聴者の目線（又は目の瞳）を追跡することができるように、表示装置内の別の場所、例えば、保護シールド１００又は１０５の近傍又は上部に配置することができる。これ等のカメラ２４０’単独、又は別の光学部品と組み合わせて、視聴者が見た実際の光景の位置が表示装置に「分かり」、（各々の目に対して）視聴者が見た実際の光景内の適切な位置に、ＡＲオーバーレイの仮想部分を配置することができるように目線を追跡することができる。前述のように、これは、例えば、レンズ／プリズムシステム、及び／又は画像を適切な位置に多重化するための反射体を用いて、複数のカメラを通して達成することができる。加えて、１つ以上の視線追跡カメラ（又はユーザーの視線追跡カメラ）と組み合わせた、ソフトウェアアルゴリズムを使用して、視聴者が見ている現実／実際の光景上に、仮想画像の適切なオーバーレイを生成することができる。
【００８１】
従って、本明細書に記載のように、表示システムの一部の実施形態は、ＧＰＳセンサー、少なくとも１つのアイトラッキング（又はアイトラッキング）センサー、加速度計、又は視聴者の目線で若しくは視聴者が見る光景のいずれかを見るカメラのうちの少なくとも１つを含んでいる。
【００８２】
拡張現実が望ましくなく、電子的に生成された画像のみが望まれる実施形態については、現実世界の被写界からの光は、シールド等によって、片目又は両目に対して交互に遮断することができることに留意されたい。別に明記しない限り、本明細書に記載のすべての方法は、そのステップが特定の順序で実行されるべきであると解釈されることを決して意図するものではない。従って、方法クレームが、そのステップが従うべき順序を実際に記載していない場合、又は特許請求の範囲若しくは説明において、ステップが特定の順序に限定されるべきであると具体的に述べられていない場合、特定の順序が推測されることを決して意図するものではない。
【００８３】
態様１によれば、表示装置が、
画像担持光を生成する湾曲表示面を有する、少なくとも１つの画像生成器であって、表示面が、少なくとも１つの曲率半径ｒ１ｄを有する画像生成器と、
画像生成器から離間した反射部品であって、画像に対し凹である入射反射面及び少なくとも１つの曲率半径ｒ１ｒを有し、湾曲表示面の仮想画像を生成するように配置された反射部品と、
画像生成器と反射部品との間の自由空間に配置され、視聴者の視線に対し傾斜した第１及び第２の表面を有するビームスプリッター板と、
を備え、
反射部品とビームスプリッター板とによって、視聴者の視線に沿って、画像担持光の視聴者アイボックスが画成され、湾曲表示面と反射面とが実質的に同心である。
【００８４】
態様２によれば、態様１の表示装置において、湾曲表示面と反射面とが、５ｍｍ以内、好ましくは３ｍｍ以内、更には１ｍｍ以内で同心である。態様３によれば、湾曲表示面と反射面とは同心である。
【００８５】
態様４によれば、態様１〜３において、（ｉ）表示面が円筒形であり、反射部品の凹面である入射反射面が球形であり、（ｉｉ）表示面が円筒形であり、反射部品の凹面である入射反射面が回転対称であり、又は（ｉｉｉ）表示面がトロイダルであり、反射部品の凹面である入射反射面が回転対称である。
【００８６】
態様５によれば、態様１〜４において、２．１≧ｒ１ｒ／ｒ１ｄ＞１．５である。
【００８７】
態様６によれば、態様１〜５において、１２０ｍｍ≧ｒ１ｒ≧６０ｍｍ、例えば、６０ｍｍ≧ｒ１ｄ≧３０ｍｍ、又は１００ｍｍ≧ｒ１ｒ≧５０ｍｍである。
【００８８】
態様７によれば、態様６において、５０ｍｍ≧ｒ１ｄ≧４５ｍｍである。
【００８９】
態様８によれば、態様１〜７のいずれかによる表示装置において、ビームスプリッター板の第１及び第２の表面が、５０アーク秒以内、好ましくは４０アーク秒以内、例えば、２０アーク秒以内で平行である。
【００９０】
態様９によれば、態様１〜８のいずれかによる表示装置において、ビームスプリッター板が、溶融成形ガラスから構成されている。
【００９１】
態様１０によれば、態様１〜９のいずれかによる表示装置において、反射部品が、少なくとも１つの湾曲表面とその上の反射コーティングとを備えた本体を有し、本体が、アクリル、スチレン、ポリカーボネート、光学ガラス、又はこれ等の組み合わせから成る群から選択される材料を含んでいる。
【００９２】
態様１１によれば、態様１〜１０のいずれかによる表示装置が、視認可能な光景からの光が、視聴者の視線に沿ってビームスプリッターを通過し、視認可能な光景からの光が、画像担持光と同時に視聴者に提示されるように構成されている。
【００９３】
態様１２によれば、態様１〜１１のいずれかによる表示装置が、ビームスプリッターによって結合された後の物理的光景からの光を透過する湾曲保護シールドを更に備え、湾曲保護シールドが、視聴者に面する側に、反射防止コーティングを含み、及び／又は疎油性及び／又は防曇コーティングを備えていることが好ましい。
【００９４】
態様１３によれば、態様１〜１２のいずれかによる表示装置において、画像生成器がＬＣＤディスプレイ、又は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイを備えている。
【００９５】
態様１４によれば、態様１〜１３のいずれかによる表示装置において、画像生成器がパーソナル通信装置、例えば、手首装着型装置（例えば、時計）を備えている。
【００９６】
態様１５によれば、態様１〜１４のいずれかによる表示装置において、ビームスプリッター板が、２６グラム未満（例えば、２０グラム未満、又は１５グラム以下）の重量を有し、４０度を超える水平方向の全視野をもたらす。例えば、ビームスプリッター板は、３〜１５グラムの重量を有している。
【００９７】
態様１６によれば、態様１〜１５のいずれかによる表示装置において、物理的光景からの光が、ビームスプリッター板を透過して視聴者の目に伝達され、例えば、ビームスプリッター板によって結合される前に、物理的光景からの光を透過するポリカーボネートの湾曲保護シールド等、画像生成器によって提供される光に結合される。
【００９８】
態様１７によれば、態様１〜１６のいずれかによる表示装置において、ビームスプリッター板が偏光ビームスプリッターであり、ビームスプリッター板と反射部品との間に配置された１／４波長板を更に備えている。
【００９９】
態様１８によれば、態様１〜１７のいずれかによる表示装置が、（ｉ）画像生成器の軸を中心とした回転を調整、及び／又は表示装置の位置を調整する調整部品を更に備えている。
【０１００】
態様１９によれば、態様１〜１８のいずれかによる表示装置が、視聴者によって装着可能である。
【０１０１】
態様２０によれば、拡張現実ディスプレイが、視聴者の左目用の左表示装置、及び視聴者の右目用の右表示装置を備え、左及び右表示装置の各々が、態様１〜１９のいずれかによる表示装置を含んでいる。
【０１０２】
本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、様々な改良及び変更が可能であることは当業者には明らかであろう。本発明の精神及び本質を組み込んだ本開示の実施形態の改良、組み合わせ、部分組み合わせ、及び変形が当業者に想起され得るので、本発明は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内のすべてのものを含むと解釈されるべきである。
【０１０３】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０１０４】
実施形態１
表示装置であって、
画像担持光を生成する湾曲表示面を有する、少なくとも１つの画像生成器であって、前記表示面が、少なくとも１つの曲率半径ｒ１ｄを有する画像生成器と、
前記画像生成器から離間した反射部品であって、画像に対し凹である入射反射面及び少なくとも１つの曲率半径ｒ１ｒを有し、前記湾曲表示面の仮想画像を生成するように配置された反射部品と、
前記画像生成器と前記反射部品との間の自由空間に配置され、視聴者の視線に対し傾斜した第１及び第２の表面を有するビームスプリッター板と、
を備え、
前記反射部品と前記ビームスプリッター板とによって、前記視聴者の前記視線に沿って、前記画像担持光の視聴者アイボックスが画成され、前記湾曲表示面と前記反射面とが実質的に同心である、装置。
【０１０５】
実施形態２
前記湾曲表示面と前記反射面とが、５ｍｍ以内で同心である、実施形態１記載の表示装置。
【０１０６】
実施形態３
前記湾曲表示面と前記反射面とが、３ｍｍ以内で同心である、実施形態１記載の表示装置。
【０１０７】
実施形態４
前記湾曲表示面と前記反射面とが、１ｍｍ以内で同心である、実施形態１記載の表示装置。
【０１０８】
実施形態５
前記湾曲表示面と前記反射面とが同心である、実施形態１記載の表示装置。
【０１０９】
実施形態６
前記表示面が円筒形であり、前記反射部品の凹面である、前記入射反射面が球形である、実施形態１〜５いずれかに記載の表示装置。
【０１１０】
実施形態７
前記表示面が円筒形であり、前記反射部品の凹面である、前記入射反射面が回転対称である、実施形態１〜５いずれかに記載の表示装置。
【０１１１】
実施形態８
前記表示面がトロイダルであり、前記反射部品の凹面である、前記入射反射面が回転対称である、実施形態１〜５いずれかに記載の表示装置。
【０１１２】
実施形態９
２．１≧ｒ１ｒ／ｒ１ｄ＞１．５である、実施形態１〜８いずれかに記載の表示装置。
【０１１３】
実施形態１０
１２０ｍｍ≧ｒ１ｒ≧６０ｍｍである、実施形態１〜９いずれかに記載の表示装置。
【０１１４】
実施形態１１
６０ｍｍ≧ｒ１ｄ≧３０ｍｍである、実施形態１０記載の表示装置。
【０１１５】
実施形態１２
１００ｍｍ≧ｒ１ｒ≧５０ｍｍである、実施形態１０記載の表示装置。
【０１１６】
実施形態１３
５０ｍｍ≧ｒ１ｄ≧４５ｍｍである、実施形態１２記載の表示装置。
【０１１７】
実施形態１４
前記ビームスプリッター板の前記第１及び第２の表面が、５０アーク秒以内で平行である、実施形態１〜１３いずれかに記載の表示装置。
【０１１８】
実施形態１５
前記ビームスプリッター板の前記第１及び第２の表面が、４０アーク秒以内で平行である、実施形態１４記載の表示装置。
【０１１９】
実施形態１６
前記ビームスプリッター板の前記第１及び第２の表面が、２０アーク秒以内で平行である、実施形態１４記載の表示装置。
【０１２０】
実施形態１７
前記ビームスプリッター板が、溶融成形ガラスから構成されている、実施形態１４記載の表示装置。
【０１２１】
実施形態１８
前記反射部品が、少なくとも１つの湾曲表面と該表面上の反射コーティングとを備えた本体を有し、前記本体が、アクリル、スチレン、ポリカーボネート、光学ガラス、又はこれ等の組み合わせから成る群から選択される材料を含む、実施形態１〜１７いずれかに記載の表示装置。
【０１２２】
実施形態１９
前記視聴者の前記視線に沿って、前記ビームスプリッターを通過する視認可能な光景からの光を更に含み、前記視認可能な光景からの前記光が、前記画像担持光と同時に前記視聴者に提示される、実施形態１〜１８いずれかに記載の表示装置。
【０１２３】
実施形態２０
前記ビームスプリッターによって結合された後の物理的光景からの光を透過する湾曲保護シールドを更に備えた、実施形態１９記載の表示装置。
【０１２４】
実施形態２１
前記画像生成器が、ＬＣＤディスプレイを備えている、実施形態１〜２０いずれかに記載の表示装置。
【０１２５】
実施形態２２
前記画像生成器が、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイを備えている、実施形態１〜２１いずれかに記載の表示装置。
【０１２６】
実施形態２３
前記画像生成器が、パーソナル通信装置を備えている、実施形態１〜２２いずれかに記載の表示装置。
【０１２７】
実施形態２４
前記パーソナル通信装置が時計である、実施形態２３記載の表示装置。
【０１２８】
実施形態２５
前記パーソナル通信装置が手首装着型装置である、実施形態２４記載の表示装置。
【０１２９】
実施形態２６
前記湾曲保護シールドが、前記視聴者に面する側に、反射防止コーティングを備えた、実施形態２０記載の表示装置。
【０１３０】
実施形態２７
前記ビームスプリッター板が、２６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をもたらす、実施形態１〜２６いずれかに記載の表示装置。
【０１３１】
実施形態２８
前記ビームスプリッター板が、３〜１５グラムの重量を有する、実施形態２５記載の表示装置。
【０１３２】
実施形態２９
前記反射部品が、プラスチックで成形され、その表面に反射コーティングを有している、実施形態１〜２８いずれかに記載の表示装置。
【０１３３】
実施形態３０
物理的光景からの光が、前記ビームスプリッター板を透過して視聴者の目に伝達され、前記画像生成器によって提供される前記光に結合される、実施形態１〜２９いずれかに記載の表示装置。
【０１３４】
実施形態３１
前記ビームスプリッター板によって結合される前に、前記物理的光景からの前記光を透過する、ポリカーボネートの湾曲保護シールドを更に備えた、実施形態３０記載の表示装置。
【０１３５】
実施形態３２
前記湾曲保護シールドが、疎油性及び／又は防曇コーティングを有する、実施形態２０記載の表示装置。
【０１３６】
実施形態３３
前記ビームスプリッター板が偏光ビームスプリッターであり、前記ビームスプリッター板と前記反射部品との間に配置された１／４波長板を更に備えた、実施形態１〜３２いずれかに記載の表示装置。
【０１３７】
実施形態３４
前記画像生成器の軸を中心とした回転を調整する調整部品を更に備えた、実施形態１〜３３いずれかに記載の表示装置。
【０１３８】
実施形態３５
前記調整部品が、前記表示装置の位置を調整するように構成された調整部品を更に含む、実施形態３４記載の表示装置。
【０１３９】
実施形態３６
前記調整部品が、一方の側において、前記画像生成器と係合している少なくとも１つのねじと、他方の側において、前記画像生成器と係合している少なくとも１つのスプリングプランジャーとを含む、実施形態３５記載の表示装置。
【０１４０】
実施形態３７
前記調整部品が、一方の側において、前記画像生成器と係合する複数のねじと、他方の側において、前記画像生成器と係合している複数のスプリングプランジャーとを含む、実施形態３５記載の表示装置。
【０１４１】
実施形態３８
前記表示装置が視聴者によって装着可能である、実施形態１〜３６いずれかに記載の表示装置。
【０１４２】
実施形態３９
拡張現実ディスプレイであって、視聴者の左目用の左表示装置、及び視聴者の右目用の右表示装置を備え、前記左及び右表示装置の各々が、実施形態１〜３８いずれかに記載の表示装置を含む、ディスプレイ。
【符号の説明】
【０１４３】
１０  仮想画像形成装置
１２  視線
Ｐ  瞳
Ｒｃ  反射部品
２０  湾曲反射面
２４  画像生成器
２４’  湾曲表示面
２６  ビームスプリッター板
３０  表示装置
３２Ｌ  実左目画像
３２Ｒ  実右目画像
４０’  １／４波長板
４２、４４  ヒンジ
４６  ハウジング（フレーム）
９０  機械的ハウジング
１００  外部保護シールド
１１０  電源起動装置
１２０Ｌ、１２０Ｒ  止めねじ
１３０Ｌ、１３０Ｒ  窓
２４０  撮像システム
２５０  光学部品
【図１Ａ】
2019536089.tif 000004
【図１Ｂ】
2019536089.tif 000005
【図２】
2019536089.tif 000006
【図３】
2019536089.tif 000007
【図４Ａ】
2019536089.tif 000008
【図４Ｂ】
2019536089.tif 000009
【図４Ｃ】
2019536089.tif 000010
【図５Ａ】
2019536089.tif 000011
【図５Ｂ】
2019536089.tif 000012
【図６】
2019536089.tif 000013
【図７Ａ】
2019536089.tif 000014
【図７Ｂ】
2019536089.tif 000015
【図８】
2019536089.tif 000016
【国際調査報告】
2019536089.tif 000017
2019536089.tif 000018
2019536089.tif 000019
2019536089.tif 000020
2019536089.tif 000021