(57)【要約】従来型のヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）は、仮想画像を固定焦点（例えば、無限遠焦点）で表示できる。ユーザが、仮想画像より近くに出現する物体を見る場合、ユーザの眼の調節によって、仮想画像がぼやけて見える。本明細書に開示のＨＭＤは、ユーザの眼の調節を考慮するように仮想画像の焦点を変更する動的電気活性集束素子を含む。この動的電気活性集束素子は、静的凹面鏡と、ビームスプリッタもしくは他の光学素子上の凸面との間に配置された、ネマチックまたは双安定（例えば、コレステリック）液晶等の電気活性材料の湾曲した層を含んでよい。電気活性材料の屈折率を変更して、動的電気活性集束素子の焦点を変更し、ユーザの眼が焦点を変えるのに合わせて仮想画像の焦点を移動させることを可能にする。【選択図】図３Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッドマウントディスプレイ装置であって、
ディスプレイと、
前記ディスプレイと光通信して、前記ディスプレイが発した光を透過するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタと光通信して、前記ディスプレイが発し、前記ビームスプリッタが透過した前記光を受信し、且つ、前記ディスプレイの画像を前記ビームスプリッタを介して前記ヘッドマウントディスプレイ装置の装着者に反射する凹反射面と、
前記ビームスプリッタと前記凹反射面の間に配置され、可変の屈折力を有して、前記装着者に反射される前記ディスプレイの前記画像の焦点を変える調節可能レンズと、
を含む、前記ヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項２】
前記ディスプレイは、前記調節可能レンズの光軸に垂直な軸に沿って偏光された光を発するように構成される、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項３】
前記調節可能レンズは、前記ビームスプリッタと前記凹反射面との間に配置されたネマチック液晶材料層を含む、請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項４】
前記調節可能レンズは、前記ビームスプリッタと前記凹反射面との間に配置された双安定液晶材料層を含む、請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項５】
前記ビームスプリッタは、周囲光を前記装着者に透過するように構成される、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項６】
前記ビームスプリッタは、凸面を画定し、
前記調節可能レンズは、前記凸面と前記凹反射面との間に配置された電気活性材料を含む、
請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項７】
前記凹反射面は、前記電気活性材料と電気通信するグラウンドプレーンの少なくとも一部を形成する、請求項６に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項８】
前記電気活性材料と前記凸面との間に配置されて、前記電気活性材料の屈折率を変えるように、前記電気活性材料に電圧勾配を印加する複数の電極、
をさらに含む、請求項６に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項９】
前記調節可能レンズは、前記ビームスプリッタと光通信するように配置された変形可能な湾曲した膜を有する液体レンズを含む、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記可撓膜は、前記凹反射面を画定する、請求項９に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記調節可能レンズに動作可能に結合されて、前記装着者からの入力に応答して、前記調節可能レンズを作動させるコントローラ
をさらに含む、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記調節可能レンズと前記ディスプレイとに動作可能に結合されて、前記ディスプレイの画像に応答して、前記調節可能レンズを作動させるコントローラ
をさらに含む、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項１３】
ヘッドマウントディスプレイ装置に情報を表示する方法であって、
前記ヘッドマウントディスプレイ装置の装着者に、前記装着者の眼の調節に一致するように選択された焦点で、前記ヘッドマウントディスプレイ装置を介して、情報含有画像を表示するステップ、
を含む、前記方法。
【請求項１４】
前記情報含有画像を表示するステップは、
前記ヘッドマウントディスプレイ装置のディスプレイで前記情報含有画像を生成するステップと、
ビームスプリッタと凹反射面との間に配置された調節可能レンズを通して前記情報含有画像を送信するステップと、
前記凹反射面と前記ビームスプリッタとを介して前記情報含有画像を前記装着者に反射するステップと、
を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記情報含有画像の前記焦点を変えるように前記調節可能レンズを作動させるステップ
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記調節可能レンズを作動させるステップは、前記装着者からのコマンドに応答して、前記電気活性材料を作動させるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記調節可能レンズを作動させるステップは、前記情報含有画像の情報に応答して、前記調節可能レンズを作動させるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記調節可能レンズを作動させるステップは、液晶材料に印加される電圧を変えるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記調節可能レンズを作動させるステップは、液体レンズと流体リザーバとの間で流体を汲み上げるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
ヘッドマウントディスプレイ装置であって、
偏光された光を発するディスプレイと、
前記ディスプレイと光通信して、前記ディスプレイが発した前記偏光された光の一部を透過するビームスプリッタであって、凸面を画定する前記ビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタと光通信して、前記ビームスプリッタが透過した前記偏光された光の前記一部を受信し、且つ、前記ビームスプリッタを介して、前記ディスプレイの画像を前記ヘッドマウントディスプレイ装置の装着者に反射する凹反射面と、
前記凸面と前記凹反射面との間に配置されて、前記装着者に反射される前記ディスプレイの前記画像の焦点を変える液晶層と、
を含む、前記ヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項２１】
ヘッドマウントディスプレイ装置であって、
ディスプレイと、
前記ディスプレイと光通信して、前記ディスプレイが発した光を透過するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタと光通信して、可変の屈折力を提供する液体レンズと、
前記液体レンズと前記ビームスプリッタと光通信して、前記液体レンズを介して、前記ディスプレイが発し、前記ビームスプリッタが透過した前記光を受信し、且つ、前記ヘッドマウントディスプレイ装置の装着者に前記液体レンズを介して前記ディスプレイの画像を反射する鏡と、
を含む、前記ヘッドマウントディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年１２月２２日に出願された米国特許出願第６２／２７０，８９６号の優先権を主張し、参照により、その全体を本明細書に組み込む。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）は、ユーザが頭部または頭部周辺に装着して情報を見る装置である。見る情報は、現実世界で観察されている画像に重ねられる（拡張現実と呼ばれる場合もある）、現実世界の画像を除く提示される情報（仮想画像と呼ばれる場合もある）、または、これらの組み合わせ（仮想／拡張、または、複合現実と呼ばれる場合もある）であってよい。
【０００３】
典型的に、今日のＨＭＤに提示される情報含有画像は、単焦点に設定される。最も一般的な焦点は、無限遠、すなわち、「遠距離」である。これによって、ユーザは、拡張現実アプリケーションの場合には、遠くにある現実世界の物体と同時に情報画像に焦点を合わせて見ることができ、仮想現実の場合には、遠距離の情報のみを見ることができる。
【０００４】
情報含有画像が、ＨＭＤにおいて無限遠焦点でユーザに提示される時、幾つかの問題が生じる。拡張現実を用いる時、情報含有（ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ−ｂｅａｒｉｎｇ）画像（仮想画像とも呼ばれる）が、遠距離焦点に設定される場合、ユーザは、視線をより近くにある物体、例えば、ハンドヘルドアイテムに移動させたい場合があり、そうすると、仮想画像に焦点が合わなくなる。ユーザが普通に本を読む距離でハンドヘルドタブレットを見る場合に、こういう事が起こり得る。ユーザの眼で調節できる場合、ユーザの眼はタブレットに焦点が合うように焦点を変えるが、仮想画像が遠距離焦点に設定されているので、タブレット画像に焦点を合わせると、仮想画像に焦点が合わない。この場合、仮想画像の焦点を、タブレットと同じ距離に定め直して、仮想画像とタブレットに同時に焦点が合うのが望ましい。
【０００５】
ＨＭＤを用いて情報含有画像を表示して仮想現実を見る時、同様の問題が生じる。リアリティのある三次元仮想画像を作成するために、仮想画像の焦点は、人間の眼が動的に焦点を変えるように変更されるべきであり、そうすることによって、画像が近いか遠いかを人間の脳に納得させる。情報含有画像が、遠距離焦点のみであり、変化する距離をシミュレーションする他の手段が、焦点距離を変えずに使用される場合、効果は、焦点距離も変更された場合ほどのリアリティがない。仮想現実体験を強化するために、仮想画像は、変化する距離に動的に焦点を定め直すことが望ましい。
【発明の概要】
【０００６】
従来型レンズを使用して、情報含有画像の焦点を変更することができる。しかし、従来型レンズは、ガラスやプラスチックから形成され、比較的重い。さらに、従来型レンズは、一般的に、焦点を変更するために、電気モータ等の電気機械アクチュエータを用いて移動させなければならない。アクチュエータは、重さ、かさ、複雑さをさらに加える。アクチュエータは、比較的大量の電力も消費し得、これは、電源の重さ、かさ、費用も増やし得る。
【０００７】
眼と観察する画像との間に配置された液晶レンズ等の電気活性レンズを用いて、眼の焦点を変えることもできる。しかしながら、視線を変えると、眼は上下に動くので、電気活性レンズは、眼の瞳孔よりずっと大きくなければならない。例えば、６ｍｍの瞳孔は、典型的な凝視角の変化を可能にする十分なカバー範囲を目の前に提供するために、約４０ｍｍ幅の光学素子を典型的に必要とする。電気活性レンズを用いて達成できる光路差（ＯＰＤ）の変化に制限があるために、電気活性レンズは、典型的に、積層や位相ラッピング等、光学的に妥協して、所望の光学サイズの必要な屈折力を達成する。これらの光学的妥協は、通常、電力消費を増加させ、より高速の切り替えを必要とし、その両方とも、より大きいサイズ、重量、及び、費用につながる。
【０００８】
本技術の実施形態は、ＨＭＤと協働して仮想画像の焦点を変更できる小型で効率的な光学システムを含む。ある実施態様においては、この光学システムは、軽量で、広範囲の母集団にわたって眼の調節範囲を補償する十分な屈折力（例えば、約１ジオプターから約１５ジオプター）を提供し、かつ、非常に少ない電力しか消費しない。また、この光学システムは、可動部無しに実施できる。
【０００９】
例えば、本技術は、ＨＭＤ装置として実施されてよく、ＨＭＤ装置は、ディスプレイ、ディスプレイと光通信するビームスプリッタ、ビームスプリッタと光通信する凹反射面、及び、ビームスプリッタと凹反射面の間に配置される調節可能レンズを含む。凹反射面は、屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズもしくはフレネル構造等の別の集束構成要素を用いて補強、または、置き換えられてもよい。操作時、ビームスプリッタは、ディスプレイが発した光を透過する。（ビームスプリッタは、ＨＭＤ装置の装着者に周囲光を透過してもよい。）凹反射面は、ディスプレイが発し、ビームスプリッタが透過した光を受信して、ディスプレイの画像を、ビームスプリッタを介して装着者に反射する。調節可能レンズは、装着者に反射されるディスプレイの画像の焦点を変える。
【００１０】
ある場合には、ディスプレイは、電気活性材料の光軸に平行な軸に沿って偏光された光を発する。電気活性材料は、ネマチック液晶または双安定液晶を含んでよい。ディスプレイが、偏光された光を発するので、電気活性材料は、従来の装置で必要とされる２層のネマチック液晶層の代わりに、単層のネマチック液晶層として実施されてよい。これによって、装置の大きさ、重量、電力消費、費用、及び、複雑さが低減される。
【００１１】
ビームスプリッタは、凸面を画定でき、この場合、電気活性材料は、凸面と凹反射面の間に配置される。凹反射面は、電気活性材料と電気通信するグラウンドプレーンの少なくとも一部を形成してよい。ＨＭＤ装置は、電気活性材料の可変屈折率を変えるように電気活性材料に電圧勾配を印加するために、電気活性材料と凸面の間に配置された複数の電極も含んでよい。
【００１２】
他の場合には、調節可能レンズは、ビームスプリッタと光通信するように配置された変形可能な湾曲した膜を有する液体レンズを含む。この場合には、可撓膜が、凹反射面を画定でき、凹反射面は、凹反射面によって少なくとも部分的に画定された空洞に流体が汲み入れられたり、空洞から汲み上げられたりすると、形を変える。
【００１３】
ヘッドマウントディスプレイ装置は、コントローラを含むことができ、コントローラは、調節可能レンズに動作可能に結合されて、装着者からの入力に応答して調節可能レンズを作動させる。さらに、コントローラは、ディスプレイ上の画像に応答して、調節可能レンズを作動できる。
【００１４】
本技術は、ＨＭＤに情報を表示する方法としても実施されてよい。一例において、ＨＭＤは、装着者の眼の調節に一致するように選択された焦点で、ＨＭＤの装着者に、情報含有画像を表示する。ＨＭＤは、情報含有画像をディスプレイに生成し、ビームスプリッタと凹反射面の間に配置された電気活性材料を通して、情報含有画像を送信し、凹反射面とビームスプリッタを介して装着者に情報含有画像を反射してよい。ＨＭＤは、情報含有画像の焦点を変えるように電気活性材料を作動させてよい。ある場合には、ＨＭＤは、装着者からのコマンドに応答して、及び／または、情報含有画像の情報に応答して、電気活性材料を作動させる。ＨＭＤは、眼の調節センサからの信号に応答して、電気活性材料を作動させてもよい。眼の調節センサは、視線の輻輳点を決定する瞳孔間距離を測定し、入射光の波面を検出し、瞳孔径と光レベル等を測定し得る。
【００１５】
本技術の他の実施形態は、ディスプレイと、ディスプレイと光通信するビームスプリッタと、ビームスプリッタと光通信する凹反射面と、凸面と凹反射面との間に配置された液晶層とを含むヘッドマウントディスプレイ装置を含む。操作時、ディスプレイは、偏光された光を発する。ビームスプリッタは、ディスプレイが発した偏光された光の一部を透過させる。凹反射面は、ビームスプリッタが透過させた偏光された光の一部を受信し、ディスプレイの画像をビームスプリッタを介してヘッドマウントディスプレイ装置の装着者に反射する。液晶層は、装着者に対して反射されるディスプレイの画像の焦点を変える。
【００１６】
本技術のさらに別の実施形態は、ディスプレイと、ディスプレイと光通信するビームスプリッタと、ビームスプリッタと光通信する液体レンズと、液体レンズ及びビームスプリッタと光通信する鏡とを含むヘッドマウントディスプレイ装置を含む。操作時、ビームスプリッタは、ディスプレイが発した光を透過する。液体レンズは、可変の屈折力を提供する。また、鏡は、ディスプレイが発し、ビームスプリッタが透過した光を液体レンズを介して受信して、ディスプレイの画像を液体レンズを介してヘッドマウントディスプレイ装置の装着者に反射する。
【００１７】
上記概念と、以下でさらに詳細に論じる追加の概念の組み合わせは全て（このような概念が互いに矛盾しないことを条件として）、本明細書に開示の発明の主題の一部であるとみなされることを理解されたい。特に、本開示の最後に記載する特許請求する主題の組み合わせは全て、本明細書に開示の発明の主題の一部であるとみなされる。参照によって組み込まれた任意の開示にも出現し得る本明細書で明示的に採用された用語は、本明細書に開示の具体的な概念と最も一致する意味であることも理解されたい。
【００１８】
図面は主に、説明的な目的であり、本明細書に記載の発明の主題の範囲を制限することを意図していないことを、当業者は理解されよう。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、場合によっては、本明細書に開示の発明の主題の様々な面が、異なる特徴の理解を容易にするために、図面において、誇張または拡大されて示されている場合がある。図面において、類似の参照番号は、一般的に、類似の特徴（例えば、機能的に類似する、及び／または、構造的に類似する素子）を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）の従来型のバードバス光学素子の側面図である。
【図２】ＨＭＤの従来型のバードバス光学素子の側面図である。
【図３Ａ】湾曲した電気活性集束素子を有する可変焦点バードバス光学素子の分解図である。
【図３Ｂ】交差した電気活性円筒形レンズ対を有する可変焦点バードバス光学素子の断面図である。
【図３Ｃ】図３Ａに示す可変焦点バードバス光学素子を有するＨＭＤの斜視図である。
【図４】図３Ａに示す湾曲した電気活性集束素子を作動させるための同心円の環状電極を形成するようにパターニングされた導電と絶縁の材料の層を示す図である。
【図５】図４に示す導電と絶縁の材料の層を示す別の図である。
【図６】図３Ａに示す湾曲した電気活性集束素子のパッドと電極との電気的接続を示す図である。
【図７Ａ】膜ベースの動的集束バードバス光学素子を示す図である。
【図７Ｂ】膜ベースの動的集束バードバス光学素子を示す図である。
【図８Ａ】遠くの物体に装着者の焦点を合わせ、仮想画像が無限遠焦点に設定された、可変焦点バードバス光学素子を備えたＨＭＤを通した光景を示す図である。
【図８Ｂ】近くの物体に装着者の焦点を合わせ、仮想画像が無限遠焦点に設定された、可変焦点バードバス光学素子を備えたＨＭＤを通した光景を示す図である。
【図８Ｃ】近くの物体に装着者の焦点を合わせ、仮想画像の焦点をユーザの眼の調節に一致させた、可変焦点バードバス光学素子を備えたＨＭＤを通した光景を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
電気活性レンズ凹面鏡等の動的集束素子を有するバードバスは、眼の調節を補償するために、または、奥行の錯覚を強めるために、仮想画像の焦点の動的変更を可能にする。バードバスは、ユーザの屈折異常を補償する能力も提供し、ユーザが、ＨＭＤを用いる時、ＨＭＤデバイスと眼の間に眼鏡等の矯正レンズを装着する必要がなくなる。このようなバードバスシステムによって、電力消費が少なく可動（機械）部分が無いＨＭＤによって表示された仮想画像の焦点を動的に変更できる。
【００２１】
発明のＨＭＤデバイスの用途は、運転中、道路から目を離す必要のない地図案内、同じ視野内でバイタルサインデータを提供されながら手術をすること、修理または補修中の現実の物体に仮想の指示図を重ねて修理、補修マニュアルを利用すること、軍事要員や警察官に、「目標から目」を離さない状態で、追加の戦術情報を与えて、軍事要員や警察官の状況認識を向上させることを含むが、これらに限らない。
【００２２】
ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）の従来型バードバス
図１は、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）と共に使用される従来型の「バードバス」光学素子１００を示す。光学素子１００は、小型ディスプレイまたは他のディスプレイソース５、光学ブロック１０、ビームスプリッタ２５、及び、凹面鏡３５を含む。小型ディスプレイまたは他のディスプレイソース５からの情報含有画像は、光学ブロック１０（この場合、固体であるが、気体であってもよい）に入り、ビームスプリッタ２５にぶつかる。ビームスプリッタ２５は、光の一部を眼からそらせ、光の一部が鏡３５に向かい続けるのを可能にする。この例において、鏡３５は、ある角度をなして入射光線４０を反射する湾曲した凹面鏡で、光線４０を焦点に集束させる。光線４０は、再度、ビームスプリッタ２５にぶつかり、集束する光線４５を眼５０の方に反射する。
【００２３】
鏡３５は凹形なので、目に近付く波面も凹形、または、「定焦点」であり、眼の光学要素（すなわち、角膜及び水晶体）が、眼がデバイスのかなり近くにある状態で、網膜上に画像を結ぶのを可能にする。鏡３５が平らであれば、画像に焦点を合わせるために眼を助ける矯正用光学素子が眼の前に必要となるが、鏡３５の曲率によって、矯正用光学素子は必要なくなる。しかしながら、眼の調節無しに画像の焦点が合うためには、眼はデバイスから所定の距離になければならない。典型的な所定の距離は、１１〜１５ｍｍである。これらの距離で、眼の前にデバイスがあると、人は、心地よく感じる。
【００２４】
図２は、図１に示す凹面鏡３５より短い曲率半径を有する凹面鏡６５を含む以外は、図１のデバイス１００に類似したバードバス光学素子２００を示す。鏡の曲率半径が短くなると、眼の調節も矯正用光学素子も用いずに画像に焦点が合うためには、眼５０がデバイス２００に近付く必要がある。すなわち、図２は、バードバス２００の凹面鏡３５の曲率の変更は、光線５５と６０の集束角度を変更することによって、バードバス２００によって提供される仮想画像の焦点を変えることを示す。
【００２５】
ＨＭＤの液晶動的集束鏡バードバス
動的集束バードバスは、電気活性レンズまたは液体レンズ等、鏡と組み合わされ、バードバスシステムの内側に組み込まれた調節可能レンズを含む。調節可能な焦点距離を有するレンズをディスプレイとバードバスの凹面鏡との間に（例えば、図１の鏡３５、または、図２の鏡６５の上に）配置することによって、凹面鏡のパワーと仮想画像の焦点とを可動部無しに変えることを可能にする。これによって、システム全体を少なくとも以下のように改良する。
【００２６】
第１に、鏡を調節可能レンズと組み合わせることによって、動的集束バードバス光学素子を通してユーザが見る情報含有画像の焦点が、ユーザが動的集束バードバス光学素子を通して見る現実の世界の画像の焦点に影響を与えずに、調整されてよい。これは、自分の眼で調節する人にとって非常に有用である。
【００２７】
第２に、調節可能レンズは、光が鏡に向かう途中でレンズを通り、その後、反射された後、再度、通るように鏡と協働するので、レンズは、光を二度、妨害し、その屈折力の範囲を効果的に２倍にする。これによって、電力消費、デバイスの複雑さ、及び、光散乱を低減する。
【００２８】
第３に、バードバス光学素子内部で凹面鏡と組み合わされ、偏光された出力を発するディスプレイエンジンと共に使用される液晶光学素子として実施される時、ネマチック液晶または他の偏光感受性材料の単層しか必要なく、複雑さ、費用、電力消費、及び、光損失を低減する。逆に、動的補償液晶光学素子が、単一パス形状で配置されると、入射周囲光は必ずしも偏光されていないので、各補償素子は、２層の液晶（各偏光状態に関して１層）を必要とする。２つの別個の補償レンズを有するデバイスは、最大４つの液晶層を有し、各補償レンズは、２つの直角に整列したネマチック液晶層を有する。ネマチック液晶は、一度に１つの偏光状態を変えることができるので、各補償レンズは、２つの直角に整列した液晶層を有する。偏光されていない光に作用するために、ビームスプリッタ、または、補償レンズの偏光子対は、ネマチック液晶層によって変調できる直交の偏光状態に偏光されていない光を変化させる。これによって、両方の偏光状態の光を両方とも同時に変えることを確実にする。対照的に、電気活性凹面鏡を有するバードバス光学素子は、単層の液晶層で実施することができ、単層の液晶層は、ディスプレイエンジンから来る偏光された光を集束させ、現実の世界から来る偏光されていない光を集束させる必要はない。
【００２９】
図３Ａは、液晶ベースの動的に調節可能な凹面鏡３１０を有する可変焦点バードバス光学素子３００の例示的な構造を断面で示す。図１、図２に示すバードバス同様、図３Ａのバードバス光学素子３００は、ディスプレイ５と、ビームスプリッタ２５及び透明な凸面７０を画定する光学ブロック１０とを含む。しかしながら、従来型のバードバス光学素子とは異なって、バードバス光学素子３００は、透明な凸面７０と凹面反射層１００との間に挟まれた幾つかの層を含む。これらの層は、一緒になって、液晶ベースの動的に調節可能な凹面鏡３１０を形成する。
【００３０】
図３Ａに示すように、透明な凸面７０は、４０ｎｍ厚さのインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）層等、（実質的に）透明な導電性材料層７５を塗布される。層８０は、ラビングしたポリイミド等の配向層である。層８５は、液晶材料層、例えば、１５ミクロンの厚さのＭｅｒｃｋ  ＭＬＣ−２１４０の層である。層９０は、別の配向層であり、ラビングしたポリイミドであってもよい。
【００３１】
層９５は、液晶材料を作動させる電極を形成するようにパターニングされた導電性材料と絶縁材料とを含む。例えば、層９５は、例えば、図４〜図６に関して以下に詳細に記載するように、一連の同心円状の導電リングにパターニングされてよい。層９５は、直角に配置、積層された線形電極を含む、異なる形状でパターニングされた電極を含んでもよく、電極は個々に、円柱屈折力を生成し、併せて、球面屈折力を生成する。層９５は、個々にアドレス可能なピクセルで構成された領域（ピクセル）を形成するようにパターニングされてもよく、各ピクセル領域は個々に、作用して、ピストンのみ位相差（ｐｉｓｔｏｎ−ｏｎｌｙ  ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ）を生成する。これらのピクセルは、まとめて作動されて、球形、円筒形、または、任意の波面形状を生成できる。
【００３２】
凹面反射層１００は、反射面を形成し、アルミニウムまたは他の適切な反射材料から形成できる、または、アルミニウムまたは他の適切な反射材料を含み得る。表面１０５は、層７５から層１００までを表面１０５と表面７０との間に閉じ込めるエンドキャップである。上記層のそれぞれの外面には、Ｎｏｒｌａｎｄ６５または他の接着剤等のシーリング材（図示せず）があって、液晶が無くなるまたは漏れ出るのを防ぐ。
【００３３】
透明な凸面７０と凹面反射層１００との間に挟まれた各層は、均一の厚さ、または、液晶ベースの動的に調節可能な凹面鏡３１０の光軸からの距離によって変わる厚さを有し得る。言い換えると、透明な凸面７０と凹面反射層１００は、同じ曲率半径を有してもよく、異なる曲率半径を有してもよい。正の屈折力のために構成された単極を有する動的に調節可能な凹面鏡３１０において、例えば、液晶層８５は、動的に調節可能な凹面鏡３１０の中心で厚く、動的に調節可能な凹面鏡３１０の端で薄くてよい。液晶層８５はネマチック、コレステリック、または、他の双安定液晶材料を含んでよい。この場合、凹面反射層１００は、透明な凸面７０より小さい曲率半径を有する。負の屈折力を有するレンズに関しては、逆のことが当てはまる、すなわち、液晶層８５は、中心で薄く、端で厚い。
【００３４】
複数の電極を有する動的に調節可能な凹面鏡３１０において、液晶層８５は、よりプラスの屈折力を有するように屈折力を偏らせるために、動的に調節可能な凹面鏡３１０の中心で厚く、動的に調節可能な凹面鏡３１０の端で薄くてよい。例えば、無限のステップでゼロから３ジオプターに調節できる代わりに、一度、個別のジャンプでゼロから１ジオプターに調節し、次に、無限のステップで１から４ジオプターに調節するように設計されてよい。この場合、凹面反射層１００は、透明な凸面７０より小さい曲率半径を有する。この構成の逆、すなわち、端より中央の方が薄い電気活性素子を用いると、より負の屈折力を有する方にレンズを偏らせる。
【００３５】
凹面反射層１００と透明な凸面７０との曲率半径も、動的に調節可能な凹面鏡３１０の所望の焦点距離によって決まる。光学分野ではよく知られているように、凹面鏡の焦点距離は、以下の式で与えられる。
2019507591.tif 000003
ここで、ｓ０は、鏡から物体の距離、ｓ１は、鏡から画像の距離、Ｒは、鏡の曲率半径、ｆは、鏡の焦点距離である。一般的に言えば、凹面反射層１００と透明な凸面７０との曲率半径は、物体の距離が、２ｍｍから無限遠の間の距離、画像の距離が、２ｍｍから無限遠の間の距離であるように、この式に従って選択されてよい。動的液晶レンズを湾曲した鏡に追加する時、湾曲した鏡の新しい調節された焦点距離は、結果として得られる焦点距離に、鏡に向かう、また、鏡から離れるように進む光線に対する液晶の効果の影響を追加または減じることによって計算できる。例えば、固定の鏡が、１０ジオプターの屈折力（すなわち、焦点距離１００ｍｍ）を生成し、液晶レンズが、２ジオプターのプラスの屈折力（すなわち、焦点距離５００ｍｍ）を加える場合、新しい焦点距離は、１２ジオプター（すなわち、焦点距離８３．３ｍｍ）である。
【００３６】
図３Ｂは、直交軸に沿って可変の円筒形パワーを提供する対になった交差した液晶レンズ３１１ａ、３１１ｂ（まとめて、液晶レンズ３１１）を含むバードバス光学素子３０１を示す。各液晶レンズ３１１は、対応する配向層の対３８０ａ／３８０ｂと３９０ａ／３９０ｂの間に挟まれた対応する液晶層３８５ａ／３８５ｂを含む。また、各液晶層３８５ａ／３８５ｂは、ネマチック液晶材料またはコレステリックもしくは他の双安定液晶材料を含んでよい。共通のグラウンドプレーン３９５が、配向層３９０ａと３９０ｂの間に配置される。各液晶レンズ３１１は、線形電極セット３７５ａ／３７ｂも含む。図３Ｂに示すように、これらの線形電極セット３７５ａ／３７５ｂは交差している。この例において、線形電極３７５ａは、ｙ軸に平行に配列され、線形電極３７５ｂは、ｚ軸に平行に配列される。一般的に、線形電極は、バードバス光学素子の光軸に垂直なプレーン（図３ＢのＸ軸）において任意の対の直交方向に配列できる。
【００３７】
交差した動的に調節可能なレンズ３１１は、一緒になって、適切な波形を電極に印加することによって個々に調整できる円柱屈折力を提供する。屈折力は、例えば、ユーザの眼または光路の他の箇所の非点収差を補償するために、正味の球面屈折力を生成するように、または、所望の量の非点収差を生成するように選択されてよい。
【００３８】
バードバス光学素子３００がより多いまたは少ない構成要素を含み得ることを、当業者は容易に理解されよう。例えば、液晶ベースの動的に調節可能な凹面鏡３１０は、液晶と電極の追加の層を含む、より多いまたはより少ない層を含んでよい。層は、異なる順番で配置されてもよい。また、バードバス光学素子３００の入射窓及び出射窓は、グレアを低減する偏光フィルタ、反射防止コーティング、及び／または、傷防止コーティングを塗布されてよい。
【００３９】
図３Ａ、図３Ｂに示す電気活性レンズによって提供された可変の屈折力は、代わりに、または、他の種類のデバイスに追加して、提供され得ることも当業者は理解されよう。例えば、電気活性レンズは、例えば、米国特許第９，３２９，３０９号に開示された反射フレネルレンズを含んでよく、同特許は、参照によりその全体を本明細書に組み込まれる。同様に、各電気活性レンズの液晶部分は、グレーデッドインデックス（ＧＲＩＮ）液晶レンズ、回折液晶レンズ、フロート電極を有する液晶レンズ、可変液晶厚レンズ、様々な配向層強度の液晶レンズ、様々なポリマーネットワーク密度の液晶レンズ、または、様々な光配向露光の液晶レンズとして実施されてよい。ＧＲＩＮレンズとして実施される場合、電気活性レンズは、液晶から様々な間隔をおいた電力供給電極、高誘電率絶縁層とホールパターニングされた電極、厚い絶縁層とホールパターニングされた電極、高抵抗導電層、または、ホールとリングベースの電極を有してよい。電気活性レンズは、ブルー相偏光不感受性レンズ、ダークコングロメレート相偏光不感受性レンズ、ねじれネマチック（ＴＮ）液晶透過ベースのフレネルゾーンプレート、または、空間光変調器（ＳＬＭ）適応光学システムとして実施されてもよい。
【００４０】
動的に調節可能な凹面鏡の制御
図３Ａに示すバードバス光学素子３００は、従来型のバードバスディスプレイにはない他の素子、すなわち、コントローラ３１５とオプションのアンテナ３２０を有する電子機器アセンブリ３２５も含む。この電子機器アセンブリ３２５は、図３ＣのＨＭＤ３０２の一部として示されるハウジング３３５内に取り付けられてよく、ハウジング３３５は、ディスプレイソース５と、電源及び任意の他の電子機器も含み得る。例えば、ハウジング３３５は、センサ３４０も保持してよく、センサ３４０は、周囲光のレベル、動き、範囲、または、バードバス光学素子３００及び／またはディスプレイソース５の作動に使用し得る任意の他のパラメータを検出する。
【００４１】
操作時、コントローラ３１５は、電極を介して液晶層８５に印加する電圧を変えることによって情報含有画像（仮想画像）の焦点を制御する（図４〜図６に関して以下に記載する）。バリエーションは、電極、コントローラ３１５、及び、焦点を制御するユーザインタフェースに応じて、２値（例えば、近いまたは遠い）、位置の範囲を通じて段階的（例えば、無限遠焦点、２メートル焦点、１メートル焦点、５０ｃｍ焦点、２５ｃｍ焦点等）、または、特定の範囲にわたって連続的に変化（例えば、無限遠焦点から２５ｃｍ）であってよい。
【００４２】
ある場合には、コントローラ３１５は、例えば、バードバス光学素子３００を制御するために装着者が使用する別個のデバイスから、アンテナ３２０によって受信された信号に応答して、情報含有画像の焦点を変更する。例えば、装着者は、スマートフォン、スマートウォッチ、フォブ型コントローラ、または、他の適切なデバイスからコントローラ３１５に無線制御信号（例えば、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈまたはＷｉｆｉ信号）を送信してよい。
【００４３】
装着者は、ボタンを押すことによって、または、バードバス光学素子３００が取り付けられたヘッドマウントディスプレイ３０２のテンプルまたはフレーム上の領域３４５をスワイプすることによって、情報含有画像の焦点を調節してもよい。ボタンに一度タッチする、または、第１の方向に領域３４５をスワイプすることによって、焦点を近くにしてよく、ボタンに二度タッチする、または、第２の方向に領域をスワイプすることによって、焦点を遠くにしてよい。
【００４４】
コントローラ３１５は、情報含有画像自体に基づいて、情報含有画像の焦点を変えてもよい。これらの場合、コントローラ３１５は、ディスプレイ５に動作可能に結合されて、制御してよい、及び／または、ディスプレイ５を制御するプロセッサ（図示せず）に動作可能に結合されて、プロセッサからの制御信号を受信してよい。ディスプレイ５が、食料品店の棚の商品に関する情報等、短焦点で見られることを意図した情報を表示する場合、コントローラ３１５は、自動的に、情報含有画像が短焦点で見えるようにしてよい。同様に、ディスプレイ５が、高速道路の次の出口に関する情報等、無限遠焦点で見られることを意図した情報を表示する場合、コントローラ３１５は、自動的に、情報含有画像が無限遠焦点で見えるようにしてよい。装着者は、バードバス光学素子３００を介して異なる種類の情報を見ることによって、情報含有画像の焦点を間接的に制御してよいことに注意されたい。
【００４５】
コントローラ３１５は、解剖学的トリガに応答してもよい。例えば、コントローラ３１５は、周囲光レベル及び／または瞳孔径を検出する光検出器（例えば、図３Ｃのセンサ３４０）からの信号に基づいて、眼の調節を検出してよい。コントローラ３１５は、加速度計及び／またはジャイロスコープからの信号に基づいて、装着者の頭部の位置または向きを検出してもよい。コントローラ３１５が、加速度計及び／またはジャイロスコープの信号に基づいて、装着者が見下ろしていることを検出した場合、コントローラ３１５は、情報含有画像を短焦点にしてよい。また、コントローラ３１５が、加速度計及び／またはジャイロスコープの信号に基づいて、装着者が見上げていることを検出した場合、コントローラ３１５は、情報含有画像を無限遠焦点にしてよい。コントローラ３１５は、神経インパルスまたは脳波の電気的検出に基づいて、情報含有画像の焦点を変えるように構成されてもよい。
【００４６】
動的に調節可能な凹面鏡の電極
図４及び図５は、電極層９５をより詳細に示す。図４は、層９５を真横から見た図で、層９５は、反射層１００上に位置してよく、反射層１００は、エンドキャップ１０５上に位置している。図４に示された視点は、凹面内にエンドキャップを見ている視点である。電極層９５の一部を含んで、導電性で光透過性の材料からできた一連の同心円状電極１１０が、層１００上にパターニングされる。電極１１０の上に、電気絶縁層（図示せず）があって、電極と、電極間の隙間とを覆っている。絶縁層内にパターニングされたホール１１５が、図５に示すように、電極１１０のそれぞれの小さい領域を露出させている。絶縁層は、典型的に２４０ｎｍの厚さの二酸化ケイ素であってよく、または、電子リソグラフィを用いて処理できる任意の他の電気的に絶縁の実質的に透明な材料であってよい。
【００４７】
図６は、（図５で記号を付した）７つのホール１１５を７つの電気接続パッド１２５に接続する一連の７つのバスライン１２０を示す。この構成を用いて、電力を各パッド１２５に印加できる、また、バスライン１２０が他の電極１１０の上を超えて通るので、電流は、短絡無しに、対応する電極１１０に流れる。バスライン１２０とパッド１２５は、例えば、約１２０ｎｍの厚さにスパッタリングされた、ニッケルまたは他の適切な導電材料から形成できる。
【００４８】
電子活性凹面鏡の焦点を変えるために、回路の反対側をグラウンドプレーン（層７５）に接続して、勾配状に各電極に電位が印加される。例示の電圧プロファイルは、中心から外側の電極に向かって、それぞれ、０．６、０．７、０．８、０．９５、１．２、１．５５、及び、１．９ボルトであってよい。この電圧プロファイルは、屈折力を反射面に追加する。電圧シーケンスを逆にすると（例えば、中心から外側の電極に向かって、それぞれ、１．９、１．５５、１．２、０．９５、０．８、０．７、及び、０．６ボルト）、レンズ全体の屈折力が下がる。これによって、ユーザが、（正の屈折力を用いて）仮想画像が近くに見えるようにし、または、（負の屈折力を用いて）遠くに見えるようにすることを可能にする。
【００４９】
この例示の実施形態において、パターニングされた電極は、層９５にあり、グラウンドプレーンは、層７５である。しかしながら、グラウンドプレーンが層９５であるように、２つを逆転することによって、層９５は、反射層１００と結合して、光学的な反射面と電気的なグラウンドプレーンの両方として働き、複雑さと費用を低減してよい。
【００５０】
この例示の実施形態において、７つの電極がある。設計に応じて、より多くの電極を使用することによって、より高品質の光学的結果を生成し得る。例えば、典型的な高品質設計は、１０ｍｍの直径を有するレンズに１００以上の電極を利用してよい。同様に、図４〜図６は、円形の電極を示すが、球面屈折力に可変非点収差を提供するように互いに直交に配置された２つの円筒形レンズを生成するように構成された線形電極を含む、他の形状も使用されてよい。
【００５１】
図３〜図６に示される動的に調節可能な凹面鏡３１０は、液晶層の屈折率に勾配をもたせることができる複数の電極を含む。この勾配は、液晶層に入射する光を集束させる。他の技術を使用して凹面鏡の屈折力を変更できることを、当業者は容易に理解されよう。例えば、動的に調節可能な凹面鏡は、印加された応力、張力、または、電磁場に応答して屈折率が変化する電気光学ポリマーまた結晶を含んでよい。
【００５２】
ＨＭＤ用の液体レンズ動的集束鏡バードバス
あるいは、反射面は、可撓膜上に形成されてよく、可撓膜は、バードバスの凸面と共に封止された空洞を画定する。封止された空洞内に屈折率整合流体を汲み入れることによって、膜を膨らませ、動的に調節可能な凹面鏡の焦点距離を変える。空洞から液体を引き出すことにより、膨らみを軽減して、焦点距離を元の値に戻す。可撓膜は、静電的に、圧電機械的に、熱的に、または、任意の他の適切な技術を用いて、作動させることもできる。
【００５３】
図７Ａ及び図７Ｂは、膜ベースの動的集束鏡７１０を有するバードバス７００を示す。膜ベースの動的集束鏡７１０は、透明の剛性壁７２５の反対側に配置された変形可能な湾曲した膜７２０を含む。湾曲した膜７２０は、反射性、または、反射コーティングを塗布されて、入射光を透明な剛性壁７２５に向かって反射する。湾曲した膜７２０と透明な剛性壁７２５は、一緒に、空洞７２１を画定し、空洞７２１は、開口７３０と流体チャネル７０９を通して流体リザーバ７０５と流体連通する。膜ベースの動的集束鏡７１０は、ポンプ７０６も含み、ポンプ７０６は、流体リザーバ７０５に結合される（あるいは、流体通路の別の部分に結合されてもよい）。また、バードバス７００は、ポンプ７０６を制御するコントローラ７１５を含む。
【００５４】
操作時、コントローラ７１５は、アンテナ３２０、センサ３４０、スイッチ（例えば、ユーザがアクティブ化する領域）３４５等からの信号に応答して、ポンプ７０６を作動させる。ポンプ７０６は、流体リザーバ７０５と空洞７２１の間で透明な流体７０７を汲み上げることによって、コントローラ７１５からの作動信号に応答する。例えば、ポンプ７０６は、流体７０７を空洞７２１に押し入れて、湾曲した膜７２０を図７Ａに示すように透明な剛性壁７２５から離してよい。これによって、集束鏡の曲率半径を減らして、その屈折力を増加させる。同様に、ポンプ７０６は、空洞７２１から流体７０７を押し出すことによって、湾曲した膜７２０を図７Ｂに示すように透明な剛性壁７２５の方に移動させてもよい。これによって、集束鏡の曲率半径を大きくして、その屈折力を減じる。屈折力の正確な変化は、空洞７２１の流体の量と圧力によって決まり、コントローラ７１５によって、連続的に（アナログで）または段階的に（デジタルで）制御できる。
【００５５】
集束して眼の調節を補償し得るバードバス光学素子は、図７Ａ及び図７Ｂに示すポンプベースの流体レンズに加えて、多くの種類の液体ベースのレンズを用いて実施できることを、当業者は容易に理解されよう。例えば、オイル、生理食塩水、及び／または、他の流体を使用して、可変の屈折力を提供するエレクトロウェッティングレンズを用いて実施できる。また、電気的に制御された形状変形カプセルレンズを用いて実施できる。
【００５６】
動的に調節可能な凹面鏡を通して仮想画像を見ること
図８Ａ〜図８Ｃは、図３Ａ、図７Ａ、図７Ｂに示すような動的に調節可能な凹面鏡を含むバードバス光学素子を有するヘッドマウントディスプレイを通して、眼を調節する装着者が見る実像及び仮想画像を示す。図８Ａは、装着者が、無限遠焦点にある、または、その近くにある物体８０５ａをバードバス光学素子を通して見ている時、装着者に見える光景を示す。無限遠焦点にある物体８０５ａは、はっきりと焦点が合って見えるが、左下にあるワインボトル８０１ａ等の近くの物体は、かすんで、または、不明瞭に見える。装着者の眼が、遠くの物体８０５ａに焦点を合わせているので、動的に調節可能な凹面鏡は、無限遠焦点にある仮想画像８０３ａ（ここでは、物体のラベル）にもはっきりと焦点が合って見えるように設定される。
【００５７】
図８Ｂは、装着者が、仮想画像の焦点を変更すること無しに、バードバス光学素子を通して近くの物体を見ている時、装着者に見える光景を示す。この場合、ワインボトル８０１ｂと最前面の他の物体は、はっきりと焦点が合って見えるが、背景の物体８０５ｂは、かすんで、または、焦点が合ってないように見える。装着者の眼が調節されるので、無限遠焦点にある情報含有画像８０３ｂはいずれも、かすんで、または、焦点がずれて見える。（上記のように、従来型のバードバス光学素子は、眼の調節を考慮できないので、従来型のバードバス光学素子が表示する情報含有画像は、焦点が変わる装着者にとって焦点がずれて見える場合がある。）
【００５８】
図８Ｃは、仮想画像の焦点を変更して、装着者が、バードバス光学素子を通して、近くの物体を見ている時、装着者に見える光景を示す。再び、ワインボトル８０１ｃと最前面の他の物体は、はっきりと焦点が合って見えるが、背景の物体８０５ｃは、かすんで、または、焦点がずれて見える。この場合、しかしながら、バードバス光学素子の焦点は、短焦点で情報含有画像８０３ｃを生成するように選択されて、そうすることによって、画像８０３ｃもはっきりと焦点が合って見える。この選択は、バードバス光学素子上の、もしくは、バードバス光学素子に結合されたアクチュエータを介して、または、スマートフォン、スマートウォッチ、もしくは、専用デバイス等のリモートコントロールを介して、ユーザによって行われてよい。バードバス光学素子は、できれば、表示されている情報に基づいた、ディスプレイコントローラからの信号に応答して、または、周囲光のレベルの変化がない瞳孔径の変化等の、解剖学的手掛かりの検出に応答して、自動的に焦点を調節してもよい。
【００５９】
結論
様々な発明の実施形態を本明細書に記載、示してきたが、機能を行うための、及び／または、結果、及び／または、本明細書に記載の利点の１つまたは複数を得るための様々な他の手段及び／または構造を、当業者は容易に構想されよう。また、このような変形及び／または修正のそれぞれは、本明細書に記載の発明の実施形態の範囲内にあるとみなされる。より一般的にいうと、本明細書に記載の全てのパラメータ、寸法、材料、及び、構成は、例示的なものであり、実際のパラメータ、寸法、材料、及び／または、構成は、発明の教示を使用する特定の用途（複数可）によって決まることを当業者は容易に理解されよう。当業者は、単に日常的な実験を用いて、本明細書に記載の特定の発明の実施形態の多くの均等物を認識、または、確認できよう。よって、上記実施形態は、例としてのみ提示したものであり、添付の請求項とその均等物の範囲内で、発明の実施形態は、詳細に記載し、特許請求するのと別の方法で実践されてよいことを理解されたい。本開示の発明の実施形態は、本明細書に記載の各個々の特徴、システム、品物、材料、キット、及び／または、方法に関する。さらに、２つ以上のこのような特徴、システム、品物、材料、キット、及び／または、方法の任意の組み合わせは、このような特徴、システム、品物、材料、キット、及び／または方法が互いに矛盾しない場合、本開示の発明の範囲内に含まれる。
【００６０】
上記実施形態は、多くの方法のいずれかで実施できる。例えば、本明細書に開示の技術を設計、作成する実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、または、それらの組み合わせを用いて実施されてよい。ソフトウェアで実施される時、１つのコンピュータに備えられる、または、複数のコンピュータ間に分散される、任意の適切なプロセッサまたはプロセッサの集まり上で、ソフトウェアコードを実行できる。
【００６１】
さらに、コンピュータは、ラックマウント式コンピュータ、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、または、タブレットコンピュータ等の多くの形態のいずれかで実現されてよいことを理解されたい。さらに、コンピュータは、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、スマートフォン、または、任意の他の適切なポータブルもしくは固定の電子デバイスを含む、一般的にコンピュータとはみなされないが、適切な処理能力を備えたデバイスに埋め込まれてよい。
【００６２】
また、コンピュータは、１つまたは複数の入力装置及び出力装置を有してよい。これらの装置を使用して、特に、ユーザインタフェースを提示できる。ユーザインタフェースを提供するのに使用できる出力装置の例は、出力を視覚的に提示するためのプリンタまたはディスプレイ画面と、出力を聴覚的に提示するためのスピーカまたは他の音声生成装置とを含む。ユーザインタフェースに使用できる入力装置の例は、キーボードならびに、マウス、タッチパッド、及び、デジタルタブレット等のポインティングデバイスを含む。別の例としては、コンピュータは、音声認識を通して、または、他の可聴フォーマットで入力情報を受信してよい。
【００６３】
このようなコンピュータは、企業ネットワーク及びインテリジェントネットワーク（ＩＮ）またはインターネット等のローカルエリアネットワークまたは広域ネットワークを含む、任意の適切な形式の１つまたは複数のネットワークによって接続されてよい。このようなネットワークは、任意の適切な技術に基づいてよく、任意の適切なプロトコルに従って動作してよく、また、無線ネットワーク、有線ネットワーク、または、光ファイバネットワークを含んでよい。
【００６４】
本明細書に概要を述べた（例えば、前述した技術を設計、製作する）様々な方法またはプロセスは、様々なオペレーティングシステムまたはプラットフォームの任意の１つを採用する１つまたは複数のプロセッサ上で実行可能なソフトウェアとしてコード化されてよい。さらに、このようなソフトウェアは、多くの適切なプログラミング言語、及び／または、プログラミングもしくはスクリプティングツールのいずれかを用いて書かれてよく、また、フレームワークもしくは仮想マシンで実行される実行可能機械語コードまたは中間コードとしてコンパイルされてよい。
【００６５】
この点で、１つまたは複数のコンピュータまたは他のプロセッサ上で実行されると、上記発明の様々な実施形態を実施する方法を行う１つまたは複数のプログラムを用いて符号化されたンピュータ可読記憶媒体（または、複数のコンピュータ可読記憶媒体）（例えば、コンピュータメモリ、１つまたは複数のフロッピーディスク、コンパクトディスク、光学ディスク、磁気テープ、フラッシュメモリ、フィールドプログラマブルゲートアレイもしくは他の半導体装置の回路構成、または、他の非一時的媒体もしくは有形のコンピュータ記憶媒体）として、様々な発明の概念が実現されてよい。コンピュータ可読媒体（複数可）は、そこに記憶されたプログラム（複数可）が、１つまたは複数の異なるコンピュータまたは他のプロセッサ上にロードされて、上記のような本発明の様々な態様を実施できるように、可搬であってよい。
【００６６】
「プログラム」または「ソフトウェア」という語は、本明細書では一般的な意味で使用され、上記実施形態の様々な態様を実施するようにコンピュータまたは他のプロセッサをプログラムするように採用できる任意の種類のコンピュータコードまたはコンピュータ実行可能命令セットを指す。さらに、一態様によると、実行されると、本発明の方法を行う１つまたは複数のコンピュータプログラムは、１つのコンピュータまたはプロセッサに常駐する必要はなく、多くの異なるコンピュータまたはプロセッサ間にモジュール式に分散されて、本発明の様々な態様を実施してよいことを、理解されたい。
【００６７】
コンピュータ実行可能命令は、１つまたは複数のコンピュータまたは他の装置によって実行される、プログラムモジュール等、多くの形態であってよい。一般的に、プログラムモジュールは、特定のタスクを行う、または、特定の抽象データ型を実施するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造等を含む。典型的に、プログラムモジュールの機能は、様々な実施形態で所望のように組み合わされてよい、または、分散されてよい。
【００６８】
また、データ構造は、任意の適切な形式でコンピュータ可読媒体に記憶されてよい。説明を簡単にするために、データ構造は、データ構造の位置を通して関連するフィールドを有するように示されてよい。このような関係は、同様に、フィールド間の関係を伝えるコンピュータ可読媒体の位置を有するフィールドにストレージを割り当てることによって達成されてよい。しかしながら、ポインタ、タグ、または、データ要素間の関係を構築する他の機構の使用を含む、任意の適切な機構を使用して、データ構造のフィールドの情報同士の関係を構築してよい。
【００６９】
また、様々な発明の概念は、１つまたは複数の方法として実現されてよく、その例を記載してきた。方法の一部として行われる行為は、任意の適切な方法で順番付けられてよい。従って、例示したのとは異なる順番で行為が行われる実施形態が構築されてもよく、説明のための実施形態においては順次的な行為として示したが、幾つかの行為を同時に行うことを含んでよい。
【００７０】
本明細書で定義し、使用した、全ての定義は、辞書の定義、参照によって組み込んだ書類の定義、及び／または、定義された用語の通常の意味に優先すると理解されたい。
【００７１】
明細書及び請求項で使用される不定冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、明確に別段の記載の無い限り、「少なくとも１つ」を意味すると理解されたい。
【００７２】
明細書及び請求項で使用される「及び／または」という句は、それによって結合された要素の「いずれか、または、両方」、すなわち、ある場合には、接続的に存在する要素、また、他の場合には、離接的に存在する要素を意味すると理解されたい。「及び／または」と共に列挙された複数の要素は、同様に、すなわち、それによって結合された要素の「１つまたは複数」と解釈されるべきである。「及び／または」の節で具体的に特定された要素以外の、具体的に特定されたこれらの要素に関連する、または、関連しない他の要素が、オプションで存在してよい。従って、非制限的な例として、「Ａ及び／またはＢ」は、「含む」等のオープンエンドの語と共に使用される時、一実施形態においては、Ａのみ（オプションで、Ｂ以外の要素を含む）を指し、別の実施形態においては、Ｂのみ（オプションで、Ａ以外の要素を含む）を指し、さらに別の実施形態においては、ＡとＢの両方（オプションで、他の要素を含む）を指す等である。
【００７３】
明細書及び請求項で使用される場合、「または」は、上に定義した「及び／または」と同じ意味を有すると理解されたい。例えば、リスト内の項目を分ける時、「または」または「及び／または」は、包括的、すなわち、要素の数またはリストのうち、少なくとも１つを含むが、２つ以上も含む、また、オプションで、追加の列挙されていない項目も含むとして解釈される。「〜の１つのみ」もしくは「〜のちょうど１つ」、または、請求項で使用される「〜から成る」等の明らかに逆を示す用語は、要素の数またはリストのうちの１つの要素だけを含むことを指す。一般的に本明細書で使用される「または」という語は、「ｅｉｔｈｅｒ（いずれか）」、「〜の１つ」、「〜の１つのみ」、または、「〜のちょうど１つ」等の排他的な語の後に来るとき、排他的な代替（すなわち、「一方または他方であるが、両方ではない」）を示すとだけ解釈される。請求項で使用される時、「実質的に〜から成る」は特許法の分野で使用される通常の意味を有する。
【００７４】
明細書及び請求項で使用される場合、１つまたは複数の要素のリストに言及して「少なくとも１つ」という句は、要素のリスト内に具体的に列挙された各要素及びあらゆる要素の少なくとも１つを必ずしも含まず、要素のリスト内の要素の任意の組み合わせを除外しない、要素のリストにある要素の任意の１つまたは複数から選択された少なくとも１つの要素を意味すると理解されたい。この定義は、「少なくとも１つ」という句が指す要素のリスト内に具体的に特定された要素以外の、具体的に特定された要素に関連する、または、関連しない要素が、オプションで存在してよいことも可能にする。従って、非制限的な例として、「ＡとＢの少なくとも１つ」（または、同等で、「ＡまたはＢの少なくとも１つ」または、同等で、Ａ及び／またはＢの少なくとも１つ）は、一実施形態においては、オプションで２つ以上を含む、少なくとも１つのＡで、Ｂは存在せず（及び、オプションで、Ｂ以外の要素を含む）を指すことができ、別の実施形態においては、オプションで２つ以上を含む、少なくとも１つのＢで、Ａは存在せず（及び、オプションで、Ａ以外の要素を含む）を指すことができ、さらに別の実施形態においては、オプションで２つ以上を含む少なくとも１つのＡと、オプションで２つ以上を含む少なくとも１つのＢ（及び、オプションで、他の要素を含む）を指すことができる等である。
【００７５】
請求項と上記明細書とおいて、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、「ｃａｒｒｙｉｎｇ（有する）」、「ｈａｖｉｎｇ（有する）」、「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ（含む）」、「ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ（伴う）」、「ｈｏｌｄｉｎｇ（保持する）」、「ｃｏｍｐｏｓｅｄ  ｏｆ（〜から構成される）」等の移行句は全て、オープンエンド、すなわち、〜を含むが、〜に限らないと理解されるべきである。「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ（〜から成る）」及び「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ（実質的に〜成る）」という移行句のみは、Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｐａｔｅｎｔ  Ｏｆｆｉｃｅ  Ｍａｎｕａｌ  ｏｆ  Ｐａｔｅｎｔ  Ｅｘａｍｉｎｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ，Ｓｅｃｔｉｏｎ  ２１１１．０３に記載されるように、それぞれ、クローズド、または、セミクローズドの移行句である。
【図１】
2019507591.tif 000004
【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４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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2019507591.tif 000019
【誤訳訂正書】
【提出日】平成30年8月16日(2018.8.16)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】特許請求の範囲
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不溶性耐性デンプン、可溶性繊維、及び少なくとも１種の炭水化物酵素阻害剤を含むか又はそれらからなる、食料品の血糖指数を低下させるための組成物の形態にある先端食品素材であって、
前記耐性デンプンが前記組成物の４０〜８０重量％の範囲から選択される量で存在する、前記先端食品素材。
【請求項２】
不溶性耐性デンプンが、それらの間にある０．１％毎の整数を含めて、４０％、４１％、４２％、４３％、４４％、４５％、４６％、４７％、４８％、４９％、５０％、５１％、５２％、５３％、５４％、５５％、５６％、５７％、５８％、５９％、６０％、６１％、６２％、６３％、６４％、６５％、６６％、６７％、６８％、６９％、７０％、７１％、７２％、７３％、７４％、７５％、７６％、７７％、７８％、７９％及び８０％を含むか又はそれらからなる群から選択される量で存在する、請求項１に記載の先端食品素材。
【請求項３】
不溶性耐性デンプンが、人工的に製造されるか又は天然源に由来する、請求項１又は２に記載の先端食品素材。
【請求項４】
不溶性耐性デンプンが、穀物、種子、マメ科作物、トウモロコシ、コメ、オート麦、大麦、堅果、オオバコ、タピオカ、ジャガイモ、豆、果実及びプランテーンを含む群から選択される天然源に由来する、請求項３に記載の先端食品素材。
【請求項５】
不溶性耐性デンプンが、ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３及びＲＳ４を含む群から選択されるサブタイプである、請求項１〜４のいずれかに記載の先端食品素材。
【請求項６】
不溶性耐性デンプンが、サブタイプＲＳ２又はＲＳ３である、請求項５に記載の先端食品素材。
【請求項７】
可溶性繊維が、組成物の１〜２０重量％の範囲から選択される量で存在する、請求項１〜６のいずれかに記載の先端食品素材。
【請求項８】
可溶性繊維が、それらの間にある０．１％毎の整数を含めて、１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％、１０％、１１％、１２％、１３％、１４％、１５％、１６％、１７％、１８％、１９％及び２０％を含むか又はそれらからなる群から選択される量で存在する、請求項７に記載の先端食品素材。
【請求項９】
可溶性繊維が、チコリーの根、穀物、種子、トウモロコシ、コメ、オート麦、大麦、堅果、オオバコ、タピオカ、豆及び果実を含む群から選択される天然源に由来する、請求項１〜８のいずれかに記載の先端食品素材。
【請求項１０】
炭水化物酵素阻害剤がデンプン酵素阻害剤である、請求項１〜９のいずれかに記載の先端食品素材。
【請求項１１】
デンプン酵素阻害剤が、アミラーゼ阻害剤、スクロース阻害剤、マルターゼ阻害剤、及びグルコシダーゼ阻害剤を含む群から選択される、請求項１０に記載の先端食品素材。
【請求項１２】
酵素阻害剤が、組成物の０．１〜１０重量％の範囲から選択される量で存在する、請求項１〜１１のいずれかに記載の先端食品素材。
【請求項１３】
酵素阻害剤が、それらの間にある０．１％毎の整数を含めて、１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％及び１０％を含むか又はそれらからなる群から選択される量で存在する、請求項１２に記載の先端食品素材。
【請求項１４】
組成物が、前記組成物の０．１〜１０重量％の範囲から選択される量で存在するタンパク質をさらに含む、請求項１〜１３のいずれかに記載の先端食品素材。
【請求項１５】
タンパク質が、それらの間にある０．１％毎の整数を含めて、１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％及び１０％を含むか又はそれらからなる群から選択される量で存在する、請求項１４に記載の先端食品素材。
【請求項１６】
タンパク質が、大豆、小麦、エンドウ、コメ、及びホエイを含むか又はそれらからなる群から選択される天然源に由来する、請求項１４又は１５に記載の先端食品素材。
【請求項１７】
組成物が、前記組成物の０．１〜１０重量％の範囲から選択される量で存在する少なくとも１種のハイドロコロイドをさらに含む、請求項１〜１６のいずれかに記載の先端食品素材。
【請求項１８】
ハイドロコロイドが、それらの間にある０．１％毎の整数を含めて、１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％及び１０％を含むか又はそれらからなる群から選択される量で存在する、請求項１７に記載の先端食品素材。
【請求項１９】
ハイドロコロイドが、キサンタンガム、ローカストビーンガム、寒天、アルギネート、カラギーナン、及びグアーガムを含む群から選択される、請求項１７又は１８に記載の先端食品素材。
【請求項２０】
不溶性耐性デンプンが約７０重量％の量で存在し、可溶性繊維が約１５重量％の量で存在し、酵素阻害剤が約０．５％の量で存在し、タンパク質が約２重量％の量で存在し、ハイドロコロイドが約０．５重量％の量で存在する、請求項１７又は１８に記載の先端食品素材。
【請求項２１】
不溶性耐性デンプンが約５０重量％の量で存在し、可溶性繊維が約１０重量％の量で存在し、酵素阻害剤が約１％の量で存在し、タンパク質が約２重量％の量で存在し、ハイドロコロイドが約０．５重量％の量で存在する、請求項１７又は１８に記載の先端食品素材。
【請求項２２】
水が残りの構成成分を供給する、請求項２０又は２１に記載の先端食品素材。
【請求項２３】
組成物が、ビタミン、ミネラル、脂肪酸、脂質微量栄養素、及び補酵素を含むか又はそれからなる群から選択される少なくとも１種の強化剤をさらに含む、請求項１〜２２のいずれかに記載の先端食品素材。
【請求項２４】
組成物が少なくとも１種の安定剤をさらに含む、請求項１〜２２のいずれかに記載の先端食品素材。
【請求項２５】
組成物が粉末の形態で提供される、請求項１〜２４のいずれかに記載の先端食品素材。
【請求項２６】
穀粒、ヌードル、リボン、レイヤー、チャンク、シェル、フレーク、スレッド及び顆粒を含む群から選択される食品粒子に形成される、請求項１〜２５のいずれかに記載の先端食品素材。
【請求項２７】
請求項１〜２６のいずれかに記載の先端食品素材と少なくとも１種の食料品とを含む複合材であって、前記食料品が血糖指数を有し、前記血糖指数が前記素材の添加によって低下する、前記複合材。
【請求項２８】
有効量の先端食品素材が、食料品及び／又は複合材の血糖指数を消費者にとって有益である範囲内に持っていくように、前記複合材に添加される、請求項２７に記載の複合材。
【請求項２９】
実質的に本明細書に記載されている先端食品素材。
【誤訳訂正２】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、食料品の血糖指数を低下させるための組成物の形態にある先端食品素材及び前記組成物と前記食料品とを含む複合材に関し、特に、限定されないが、前記食料品が、前記素材の添加によって好都合にも低下する血糖指数を有する。
【背景技術】
【０００２】
高血糖症を招くいくつかの病態がある；最も周知であるものが糖尿病である。糖尿病は、本質的に、膵臓が十分なインスリンを産生しないことによるか、又は、身体の細胞が産生されたインスリンに適切に応答しないことによるかいずれかである。糖尿病は、タイプ１又はタイプ２のものであり得る：
・  タイプ１糖尿病は、自己免疫疾患であり、これは、対象が十分なレベルのインスリンを産生することができないことを意味する膵臓β細胞の破壊を招く；
・  タイプ２糖尿病は、より複雑な状態であり、いくつかの関連する病気に起因し得るが、インスリンの代謝作用に対する耐性を一般に伴う。例えば、タイプ２糖尿病は、年齢、肥満及び座っていることの多い生活様式に関連付けられ、これらの全てがインスリン耐性を招く。
【０００３】
血流中に十分なインスリンがないと、炭水化物に富む食事の後、血流中のグルコースは細胞に出入ができない。血糖レベルは上昇し、これは高血糖として知られている。糖尿病のあらゆる形態によって長期合併症に関するリスクが上昇する。こういった合併症は、何年か（１０〜２０年）後には通常には発症するが、その時以前に診断を受けていなかった場合の人において、最初の症状であり得る。治療しなければ、高血糖は、心血管疾患、神経障害、糖尿病性腎症、失明を招く可能性のある糖尿病網膜症、及び切断を招く可能性のある深刻な四肢感染症等の長期合併症を引き起こす恐れがある。
【０００４】
世界的に、上記症例の９０％までもの原因となるタイプ２糖尿病に罹患している３億８７００万人の糖尿病患者がいる。糖尿病は人の死亡リスクを少なくとも倍にし、２０３５年までには糖尿病に罹患している人々の数は５億９２００万人に増えると予測されている。
【０００５】
糖尿病は慢性疾患であり、これに対して、非常に特定の状況を除いて公知の治癒はない。タイプ２糖尿病の臨床上の治療目標は、血糖レベルを低下させて糖尿病関連合併症を未然に防ぐことに主として焦点を合わせており、インスリンの投与があってもなくても管理可能である。
【０００６】
糖尿病患者の血糖レベルを維持するため糖尿病患者への推奨の１つとして、特定の食事計画に従うことであるが、何が最適な糖尿病食に相当するのかということについて、多くの意見の相違が存在する。炭水化物は、血糖レベルを最も深刻に上げる主要栄養素であることから、最大の議論は、食物は一体どのくらい低炭水化物であることが必要であるのかということに関するものである。なぜなら、炭水化物摂取量の低下は血糖レベルの低減をもたらすが、炭水化物は、ほとんどの現代食における主エネルギー源と従来から考えられており、低炭水化物食は、脂肪及び飽和脂肪由来の増大した量のカロリーを含む可能性が高いからである。最も合意されている推奨とは、食物は、糖及び精製炭水化物は低くありながら、食物繊維が、特に可溶性繊維が比較的高いことである。同様に、糖尿病に罹患している人々には、高い血糖指数（ＧＩ，glycemic index）を有する炭水化物の摂取を低減すること、したがって低ＧＩ食に従うことを奨励し得る。
【０００７】
低ＧＩ食とは、循環血糖レベルの最小変化を基準として食品を選択しているものである。血糖指数（ＧＩ）及び糖負荷（ＧＬ，glycemic load）とは、炭水化物含有食品を消費後の血糖レベルに対する影響の尺度である。低血糖応答を伴う食品をベースとした食物が、糖尿病管理、血中脂質（コレステロール）の改善、及び心疾患のリスク低減に関連付けられてきた。
【０００８】
残念なことに、多くの食事が、コメ、ヌードル及び白パン等の、精製炭水化物を含んでいるので低ＧＩ食は容易には達成されない。例えば、コメは、世界人口の半分超の主食であり  −  ３５億人超の人々が、彼らの１日のカロリーの２０％超に対してコメに依存している。２００９年には、地球全体のヒト一人当たりのエネルギーの１９％を及び一人当たりのタンパク質の１３％を、コメが供給した。アジアは世界のコメ消費の９０％を占め、そこでの総コメ需要は増え続けている。アジアが豊かになるにつれて、単純炭水化物が高い精製コメ及びコメ製品の消費は高まる。先進アジア諸都市（アジアにおいて最も糖尿病患者がみられる）における、より全粒穀物並びに未精製コメ及びコメ製品をという推進にもかかわらず、精製コメ及び精製コメ製品に対する嗜好により、糖尿病患者にとって彼らの食物をコントロールすることが難しい課題となり、高血糖が引き起こされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者らは、本明細書において、その食味、食感、外観、調理方法及び保存寿命に悪影響を与えることがない、食料品の、特に精製炭水化物のものの血糖指数を低下させるための組成物の形態にある新規な先端食品素材を開示する。実際、本明細書に開示されている素材は、前記素材を添加すると通常では高ＧＩである食品を低ＧＩ食品とする程度に、血糖指数を低減させることが見出されていた複数の成分の正しいバランス及び量を含むことが、驚くべきことに見出された。したがって、素材は、食品のＧＩレベルを低減させるための当該食品への素材の添加において、また低ＧＩ食料品の調製及び製造において、並びに体重減少又は糖尿病の管理における低ＧＩ食の一部として、有用性を有する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、不溶性耐性デンプン、可溶性繊維、及び少なくとも１種の炭水化物酵素阻害剤を含むか又はそれらからなる、食料品の血糖指数を低下させるための組成物の形態にある先端食品素材であって、前記不溶性耐性デンプンが組成物の４０〜８０重量％の範囲から選択される量で存在する、先端食品素材が提供される。
【００１１】
血糖指数という用語は、当業者に周知であるものであり、人の血糖レベルに対する食品の影響を示す、消費後の特定のタイプの食品に対応付けられた数値を指す。血糖指数は、食品の分量及び実際に消費される、食品中の炭水化物の量に関連して通常適用されている。関連した尺度、糖負荷（ＧＬ）は、問題となっている食品の血糖指数を実際の一回分量の炭水化物含量で乗じることによって、これを要因として含む。
【００１２】
食品の血糖指数とは、１２時間の絶食及びある特定量の入手可能な炭水化物（通常５０ｇ）を含む食品の摂取後の２時間血糖応答曲線下増分面積（ＡＵＣ，area under the two-hour blood glucose response curve）として定義される。被験食品のＡＵＣは、標準品のＡＵＣ（グルコース又は白パンのいずれか、２つの異なる定義を与える）で除算し、１００を掛けたものである。平均ＧＩ値は、１０人のヒト対象で収集したデータから計算する。標準品と被験食品の両方に、同量の入手可能な炭水化物が含有されていなければならない。結果は、試験された各食品の相対ランキングを与える。値１００は、純粋なグルコースの当量である標準を表す。ＧＩ値は、グルコースに対する絶対スケール上のパーセンテージとして解釈することができ、一般に次のように解釈される：
ｉ）  低ＧＩ＝５５％以下；
ii）  中ＧＩ＝５６〜６９％；
iii）  高ＧＩ＝７０％以上。
【００１３】
当業者に公知であるように、低ＧＩ食品は、グルコースをよりゆっくりと着実に放出し、より適切な食後（食事後）の血糖読取をもたらす。高ＧＩ食品は、血糖レベルのより急速な増加を引き起こす。
【００１４】
本明細書において耐性デンプンへの言及は、胃又は小腸で消化吸収されず大腸へと通過する任意のデンプン又はデンプン製品を指し、これは細菌により消化されて、ブチレート等の短鎖脂肪酸を形成する。研究が示すところによれば、耐性デンプンは、食事後の血糖レベルを低下させるのに有効であるとともに、第２の食事効果に寄与する。また一部の研究が示すところによれば、耐性デンプンがインスリン感受性を上昇させる。
【００１５】
本発明の好ましい一実施形態では、前記耐性デンプンが、それらの間にある０．１％毎の整数を含めて、４０％、４１％、４２％、４３％、４４％、４５％、４６％、４７％、４８％、４９％、５０％、５１％、５２％、５３％、５４％、５５％、５６％、５７％、５８％、５９％、６０％、６１％、６２％、６３％、６４％、６５％、６６％、６７％、６８％、６９％、７０％、７１％、７２％、７３％、７４％、７５％、７６％、７７％、７８％、７９％及び８０％を含むか又はそれらからなる群から選択される量で存在する。
【００１６】
本明細書において不溶性耐性デンプンへの言及は、水において又は水溶液において本質的に不完全に可溶性（すなわち不溶性又は本質的に不溶性）である、先のデンプンを指す。
【００１７】
本明細書で開示されているように、本発明による組成物は、室温で、また調理後に水／水性不溶性を有する不溶性耐性デンプンを含むことを特徴とする。これによって、パン、小型の丸いパン、ヌードル、パスタ及び押出成形機を使用して様々な形状に押出成形されている製品（例えば、コメ状様穀粒等の）向け等の、これらに限定されないが、生地形成を必要とする固形食品への組成物の形成が有利には可能となる。
【００１８】
当業者であれば理解されるように、不溶性耐性デンプンは、食品中に天然に存在するが、単離又は製造されたタイプの不溶性耐性デンプンを添加することによって食品に添加することもできる。本発明の好ましい一実施形態では、前記不溶性耐性デンプンが、天然源に由来するか又は人工的に製造される。より好ましくは、前記不溶性耐性デンプンが、穀物、種子、マメ科作物、トウモロコシ、コメ、オート麦、大麦、堅果、オオバコ、タピオカ、ジャガイモ、豆、果実及びプランテーン等を含む群から選択される天然源に由来する。
【００１９】
当業者にさらに公知であるように、不溶性耐性デンプンは４つのタイプに通常分類される：
ｉ）  ＲＳ１  −  種子又はマメ科作物及び未加工の全粒穀物において見られるような物理的に到達不能な又は難消化性の不溶性耐性デンプン；
ii）  ＲＳ２  −  高アミローストウモロコシデンプンの場合と同様に、デンプンの高次構造のために酵素に到達不能な不溶性耐性デンプン；
iii）  ＲＳ３  −  パスタ等、デンプン含有食品が調理され、冷却されるときに形成される不溶性耐性デンプンであり、これは劣化によって生じ、水中で加熱され、溶解され、次いで冷却された後に、まとめて処理された可溶性デンプンが溶けにくくなる；又は
iv）  ＲＳ４  −  消化に抵抗するように化学的に改変された不溶性デンプン。
【００２０】
本発明の好ましい一実施形態では、前記不溶性耐性デンプンが、ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３及びＲＳ４を含む群から選択されるサブタイプである。さらにより好ましくは、前記不溶性耐性デンプンが、サブタイプＲＳ２若しくはＲＳ３であり、又は好ましさは劣るが、ＲＳ４である。
【００２１】
本明細書において可溶性繊維への言及は、体内で消化性であるとともに水と接触して粘性ゲルを通常には形成する任意の形態の繊維を指す。この形態では、このようなゲルは、ある特定の食品成分を捕捉し、それらを吸収で利用し難くすることができると考えられる。本発明の好ましい一実施形態では、前記可溶性繊維が、組成物の１〜２０重量％の範囲から選択される量で存在する。
【００２２】
さらにより好ましくは、前記可溶性繊維が、それらの間にある０．１％毎の整数を含めて、１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％、１０％、１１％、１２％、１３％、１４％、１５％、１６％、１７％、１８％、１９％及び２０％を含むか又はそれらからなる群から選択される量で存在する。
【００２３】
当業者に公知であるように、可溶性繊維は多くの天然食品源に見出すことができる。したがって、なお一層更に好ましい一実施形態では、前記可溶性繊維が、チコリーの根、穀物、種子、トウモロコシ、コメ、オート麦、大麦、堅果、オオバコ、タピオカ、豆及び果実等を含む群から選択される天然源に由来する。
【００２４】
ＧＩ吸収を遅くするその栄養学的機能に加えて可溶性繊維を添加する目的は、水を保持する組成物の能力を上昇させることである。この特徴によって、生地を形成し、したがって所望の食品粒子に成型及び成形することができる組成物が提供される。
【００２５】
本明細書において炭水化物酵素阻害剤への言及は、アミラーゼ阻害剤、スクロース阻害剤、マルターゼ阻害剤、及びグルコシダーゼ阻害剤等を含む群から選択されるデンプン酵素阻害剤等の、それらに限定されないが、炭水化物消化に関与する酵素の活性を低減させる又は妨げる任意の作用剤を指す。
【００２６】
本発明の好ましい一実施形態では、前記酵素阻害剤が、組成物の０．１〜１０重量％の範囲から選択される量で存在する。より好ましくは、前記酵素阻害剤が、それらの間にある０．１％毎の整数を含めて、１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％及び１０％を含むか又はそれらからなる群から選択される量で存在する。
【００２７】
本発明のなお一層更に好ましい一実施形態では、前記組成物が、組成物の０．１〜１０重量％の範囲から選択される量で存在するタンパク質をさらに含む。さらにより好ましくは、前記タンパク質が、それらの間にある０．１％毎の整数を含めて、１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％及び１０％を含むか又はそれらからなる群から選択される量で存在する。
【００２８】
当業者であれば理解されるように、前記タンパク質が、大豆、小麦、エンドウ、コメ、及びホエイ等を含むか又はそれらからなる群から選択される天然源等の、それらに限定されないが、多数の起源に由来することができる。
【００２９】
なお一層更に好ましい一実施形態では、前記組成物が、組成物の０．１〜１０重量％の範囲から選択される量で存在する少なくとも１種のハイドロコロイドをさらに含む。より好ましくは、前記ハイドロコロイドが、それらの間にある０．１％毎の整数を含めて、１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％及び１０％を含むか又はそれらからなる群から選択される量で存在する。
【００３０】
本明細書においてハイドロコロイドへの言及は、水の存在中でゲルを形成する物質を指す。理論に拘束されることを望むものではないが、ハイドロコロイドの存在によって食品の粘度が上昇し、その結果食品の消化速度が遅延すると考えられる。ハイドロコロイドは当業者に周知であり、これには、限定されないが、キサンタンガム、ローカストビーンガム、寒天、アルギネート、カラギーナン、及びグアーガムが含まれる。
【００３１】
本発明の更に好ましい一実施形態では、先端食品素材が、前記不溶性耐性デンプンが約５０重量％の量で存在し、前記可溶性繊維が約１０重量％の量で存在し、前記酵素阻害剤が約１重量％の量で存在し、前記タンパク質が約２重量％の量で存在し、前記ハイドロコロイドが約０．５重量％の量で存在する、組成物を理想的には含む。さらにより理想的には、前記先端食品素材は残りの構成成分を供給するために水をさらに含む。［ＶＧ１］［ＬＳ２］
【００３２】
本発明の代替の更に好ましい一実施形態では、先端食品素材が、前記不溶性耐性デンプンが約７０重量％の量で存在し、前記可溶性繊維が約１５重量％の量で存在し、前記酵素阻害剤が約０．５重量％の量で存在し、前記タンパク質が約２重量％の量で存在し、前記ハイドロコロイドが約０．５重量％の量で存在する、組成物を理想的には含む。さらにより理想的には、前記先端食品素材は残りの構成成分を供給するために水をさらに含む。
【００３３】
本発明のなお一層更に好ましい一実施形態では、前記組成物が、ビタミン、ミネラル、脂肪酸、脂質微量栄養素、及び補酵素等を含むか又はそれからなる群から選択される少なくとも１種の強化剤をさらに含む。当業者であれば理解されるように、食品の強化又は富栄養化とは、微量栄養素（必須微量元素及びビタミン）を食品に添加してその栄養価を改善するプロセスである。強化剤のこういった例としては、それらに限定されないが、ビタミン、ミネラル、脂肪酸、脂質微量栄養素、及び補酵素が挙げられる。しかし、任意の数の微量栄養素を組成物に添加することができ、これらについては当業者に周知である。
【００３４】
本発明のよりなお一層更に好ましい一実施形態では、前記組成物が少なくとも１種の安定剤をさらに含む。
【００３５】
本明細書において安定剤への言及は、通常食料品への、任意の添加剤を指し、これはその構造を保存する助けとなる。このような添加剤は食品調理の分野では通常使用されているものであり、当業者に公知である。
【００３６】
なお一層更に好ましい一実施形態では、前記組成物が粉末の形態で提供される。
【００３７】
なお一層更に好ましくは、前記先端食品素材が、穀粒、ヌードル、リボン、レイヤー、チャンク、シェル、フレーク、スレッド及び顆粒を含む群から選択される食品粒子に形成される。
【００３８】
なお一層更に好ましい一実施形態では、前記先端食品素材が、少なくとも１種のその他の食料品を有する複合材として提供され、前記食料品が、前記先端食品素材の添加によって低下する血糖指数を有する。より好ましくは、特定の有効量が、前記食料品及び／又は前記複合材の前記血糖指数を消費者にとって有益である範囲内に持っていくように、そのような量で前記先端食品素材が前記複合材に添加される。
【００３９】
本明細書で開示されているように、組成物の成分は、消化を遅延させ、血糖急上昇を回避するために、食品の血糖指数を低下させることが見出されていたようなものである。これに関して、好ましくは、前記ＧＩは、レベル５５以下に低下し、その結果、低ＧＩ食品として当業者によって一般に承認されているものを示す。したがって、前記複合材中の前記素材の有効量とは、例えば５５以下の、選択されたレベルにＧＩを低下させる量である。
【００４０】
開示されている素材が、食料品の血糖指数を効果的に低減させ、繊維含量を有利には上昇させるが、それが適用されているか又はそれが製造源とする食料品の食味又は食感を重要なことには損なわないように、開示されている素材は、複数の成分の正しいバランス及び量を含むことが見出された。
【００４１】
本明細書の記述及び特許請求の範囲全体にわたって、「含む（comprise）」及び「含有する（contain）」という単語、並びにこれらの単語の変化形態、例えば、「含んでいる（comprising）」及び「含む（comprises）」とは、「限定されないが、〜を含む（including but not limited to）」を意味し、そして他の部分、添加剤、成分、整数又はステップを排除するものではない。本明細書の記述及び特許請求の範囲全体にわたって、文脈上別段必要とされない限り、単数は複数を包含する。特に、不定冠詞が使用される場合、文脈上別段必要とされない限り、本明細書は、複数並びに単数を企図するものと理解されるべきである。
【００４２】
本明細書に引用される、あらゆる特許又は特許出願を含み、参考文献は全て参照により本明細書に組み込まれる。任意の参考文献が従来技術を構成することを承認するものではない。さらに、従来技術のいずれかが、当技術分野における通常の一般的知識の一部を構成することを承認するものではない。
【００４３】
本発明の各態様の好ましい特徴は、いずれかの他の態様に関連して記載した通りであり得る。
【００４４】
本発明の他の特徴は、以下の例により明らかになるであろう。一般に、本発明は、本明細書（添付の特許請求の範囲及び図面を含む）に開示された特徴の新規な任意のもの又は新規な任意の組合せまで及ぶ。したがって、本発明の特定の態様、実施形態又は例に関連して記載された特徴、整数、特性、化合物又は化学部分は、矛盾のない限り、本明細書に記載の他の任意の態様、実施形態又は例に適用可能であると理解される。
【００４５】
さらに、他に記載がない限り、本明細書に開示された任意の特徴は、同一又は類似の目的にかなう代替の特徴で置き換えてもよい。
【００４６】
ここで、本発明を以下の図面及び実施例を参照して、ほんの一例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】１００％デンプン、すなわちイヌリンで置換された、１０％小麦粉のパン「生地」を含む組成物を示す図である。しかし、この混合物を使用して、生地を形成することはできなかった。
【図２】コメ形状に押出成形された、不溶性耐性デンプン（７０重量％）、可溶性繊維（１５重量％）、酵素阻害剤（０．５重量％）、タンパク質（２重量％）及びハイドロコロイド（０．５重量％）を含む組成物を示す図である。水中での調理に続いて、食品素材は調理後その穀物粒形状を保持し、水中に完全には溶解しない。
【図３】種々の量の耐性デンプン及び可溶性繊維を含む組成物の成型性を比較する図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
本発明者らは、穀物、種子、マメ科作物、トウモロコシ、コメ、オート麦、大麦、堅果、オオバコ、タピオカ、ジャガイモ、豆、果実及びプランテーンを含む群から選択される天然源に由来する、不溶性耐性デンプン（ＲＳ，resistant starch）、特にＲＳ２及びＲＳ３が、約４０〜８０％である組成物を有する食品素材を開発した。
【００４９】
食品素材は可溶性繊維を含有する。可溶性繊維の分量を確立する基礎に、茶色の選択肢及び白色の選択肢又は天然低ＧＩ選択肢及びその精製された高ＧＩの選択肢を比較することにより着手したが、可溶性繊維は組成物の約１〜２０重量％の量で存在し、理想的には、繊維は、チコリーの根、穀物、種子、トウモロコシ、コメ、オート麦、大麦、堅果、オオバコ、タピオカ、豆及び果実等の天然源から供給する。ＧＩを遅くし繊維含量を上昇させるその栄養学的機能に加えて、可溶性繊維を添加する目的はまた、それが生地を形成することを可能とする水を保持する複合材の能力を上昇させることである；不溶性耐性デンプンのみを使用する場合と同様に、素材は全く水結合特性を有さず、食品粒子をこしらえることができる生地を形成することはできない（図１）。
【００５０】
食品素材はまた、デンプン酵素阻害剤、理想的には、アミラーゼ阻害剤、スクロース阻害剤、マルターゼ阻害剤、又はグルコシダーゼ阻害剤等の、炭水化物酵素阻害剤を含有し、最もよい結果を得るためには酵素阻害剤は、組成物の約０．１〜１０重量％の量で存在する。
【００５１】
成型可能な非付着性生地を実現するために、多数の試行錯誤実験及びいくつかのセレンディピティーを介して、本組成物は得られた。有利なことに、本発明者らの食品素材は、食料品の血糖指数を低下させるのに有用である。
【００５２】
非付着性生地として、本発明者らは組成物をコメ様穀粒に押出成形し、こういった押出成形穀粒を通常のジャスミンライスに添加し、そうすることにおいて、添加された本発明者らの食品素材の量につれて、コメ／穀粒のＧＩが徐々に低減した（インビトロでの方法によって測定した）（図２）。
タイジャスミンライスのＧＩ  −  １０９（高ＧＩ）
タイジャスミンライス＋４．５％押出成形穀粒のＧＩ  −  ６０（中ＧＩ）
タイジャスミンライス＋６．０％押出成形穀粒のＧＩ  −  ５５（低ＧＩ）
【００５３】
食品材料の性質をさらに高めるために、本発明者らは、ハイドロコロイド及びタンパク質を添加した  −  これらは乳化、結合を補助し食品製品を安定化させる。腸において、ハイドロコロイドは粘性ゲルを形成し、食後の消化を妨げる。タンパク質は、炭水化物ではないので、それ自体、血糖指数に影響を及ぼさないが、一緒に食べたときに炭水化物の消化速度を遅くする。したがって、ハイドロコロイド及びタンパク質はまた、血糖指数を低下させる助けとなる。
【００５４】
本発明者らの食品製品では、本発明者らは、組成物の約０．１〜１０重量％の量で存在し、理想的には、大豆、小麦、エンドウ、コメ、及びホエイ等の天然源に由来する、タンパク質を使用する。
【００５５】
本発明者らの製品で使用されるハイドロコロイドは、組成物の約０．１〜１０重量％の量で存在し、理想的には、キサンタンガム、ローカストビーンガム、寒天、アルギネート、カラギーナン、及びグアーガムに由来する。
【００５６】
本発明者らの食品製品の一実施形態は、約７０重量％の量の不溶性耐性デンプン、約１５重量％の量の可溶性繊維、約０．５重量％の量の酵素阻害剤、約２重量％の量のタンパク質及び約０．５重量％の量のハイドロコロイドを含む。
【００５７】
本発明者らの食品製品の別の実施形態は、約５０重量％の量の不溶性耐性デンプン、約１０重量％の量の可溶性繊維、約１重量％の量の酵素阻害剤、約２重量％の量のタンパク質及び約０．５重量％の量のハイドロコロイドを含む。
【００５８】
本発明者らは残りの構成成分を供給するために典型的には水を使用する。
【００５９】
本発明者らはまた、ビタミン、ミネラル、脂肪酸、脂質微量栄養素、及び補酵素等の少なくとも１種の強化剤等の、サプリメントを製品に添加してもよい。
【００６０】
少なくとも１種の安定剤を添加することも有利であろう。
【００６１】
食品製品は、従来の技法を使用してユーザーの要望に従ってこしらえることができ、粉末形態が好ましいが、穀粒、ヌードル、リボン、レイヤー、チャンク、シェル、フレーク、スレッド及び顆粒も好ましい。
【００６２】
選択された量の本発明者らの食品製品を、高ＧＩ食品のＧＩを低下させるために、調理前でも、調理中でも、調理後でも、高ＧＩ食品に添加してもよいが、使用する本発明者らの食品製品の量は、組合せ製品向けの所望のＧＩに従って決定され、公知の技法を使用して計算される。
【誤訳訂正３】
【訂正対象書類名】図面
【訂正対象項目名】全図
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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