(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
投射側かつ観察側となる凹状の第１の主面、反対側の第２の主面、及びその間に配置された埋め込み型リフレクターを有するレンズと、
第１の偏光方向と整列され、前記凹状の第１の主面に隣接して配置された反射型偏光子と、
前記第１の偏光方向と位相角度をなして整列された速軸を有する、前記反射型偏光子と前記埋め込み型リフレクターとの間の位相子と、を有し、
前記埋め込み型リフレクターの全体の向きは、前記凹状の第１の主面の全体の向きに対して傾斜している、光学素子。
【請求項２】
投射側かつ観察側となる凹状の第１の主面、反対側の第２の主面、及びその間に配置された埋め込み型リフレクターを有するレンズと、
第１の偏光方向と整列され、前記凹状の第１の主面に隣接して配置された反射型偏光子と、
前記第１の偏光方向と位相角度をなして整列された速軸を有する、前記凹状の第１の主面と前記反射型偏光子との間の位相子と、
前記第１の偏光方向に偏光された光を含む画像光線を、前記凹状の第１の主面に向けて投射するように配置された画像形成装置と、を有し、
前記埋め込み型リフレクターの全体の向きは、前記凹状の第１の主面の全体の向きに対して傾斜しており、
前記画像光線の少なくとも一部を、前記画像形成装置に隣接して配置される目に向けることが可能である、ヘッドマウントディスプレイ。
【請求項３】
前記画像形成装置に隣接して配置されたイルミネーターであって、前記反射型偏光子に向けてイルミネーターの光線を投射することが可能なイルミネーターと、
前記イルミネーターに隣接して配置された画像受信装置と、をさらに有し、
前記反射型偏光子、前記位相子、及び前記埋め込み型リフレクターがともに、前記イルミネーターに隣接して配置される前記目を照らすことが可能であり、前記画像受信装置が前記照らされた目の画像を受信することが可能である、
請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
ウェアラブル装置の大きな流れとして、使用者にデータを提供するだけでなく、使用者から重要な情報を検知することも行われるようになっている。使用者の目は、使用者が画面全体を検索するのを補助し、使用者の健康及び注意力をモニターし、異なる情報源に対する使用者の反応についてのフィードバックを提供する重要な情報を与えることができる。目のモニタリングには、一般的に、通常は赤外光のような照明源を目の前方に配置することを必要とする。この前方の照明は、アイウェアの非常に目立ちやすい部分に装置及び電気的接続が取り付けられるため、設計上の美観をしばしば制限する。更に、電気的接続はしばしばアイウェアのヒンジに通されるため、ヒンジが曲げにくくなるか、電気的接続の信頼性が低下するか、又はその両方が結果として生じる。目のモニタリング用の照明システムをアイウェアの他の場所に配置することが求められている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
本開示は、目の瞳孔を照らすための光学装置において有用な光学素子、詳細にはアイトラッキング（視線計測）機能を備えることができるヘッドマウントディスプレイと使用するための光学素子を提供するものである。本光学装置は、光源と、光を透過する光学素子とを有し、光源から放射された光が光学素子によって目の瞳孔に向けられることで、カメラなどの光学センサによって目の特性を検出することができる。光源は、人の目には見えない赤外光を放射することができるため、ヘッドマントディスプレイの世界像及び／又は合成デジタル画像の質を低下させない。
【０００３】
一態様では、本開示は、凹状の第１の主面、反対側の第２の主面、及びその間の埋め込み型リフレクターを有するレンズと、第１の偏光方向と整列され、凹状の第１の主面に隣接して配置された反射型偏光子と、第１の偏光方向と移相角度をなして整列された速軸を有する、反射型偏光子と埋め込み型リフレクターとの間の移相子と、を有する、光学素子を提供する。
【０００４】
別の態様では、本開示は、凹状の第１の主面、反対側の第２の主面、及びその間の埋め込み型リフレクターを有するレンズと、第１の偏光方向と整列され、凹状の第１の主面に隣接して配置された反射型偏光子と、第１の偏光方向と移相角度をなして整列された速軸を有する、凹状の第１の主面と反射型偏光子との間の移相子と、を有する、ヘッドマウントディスプレイを提供する。ヘッドマウントディスプレイは、第１の偏光方向に偏光された光を含む画像光線を凹状の第１の主面に向けて投射するように配置された画像形成装置を更に有し、画像光線の少なくとも一部を、画像形成装置に隣接して配置される目に向けることが可能である。
【０００５】
更に別の態様では、本開示は、凹状の第１の主面及び反対側の第２の主面を有するレンズと、凹状の第１の主面に隣接して配置された部分リフレクターと、部分リフレクターに向けて光線を投射するように配置されたイルミネーターであって、光線の一部が部分リフレクターによって反射され、イルミネーターに隣接して配置される目を照らすことが可能なイルミネーターと、イルミネーターに隣接して配置され、部分リフレクターから反射された照らされた目の画像を受信することが可能な画像受信装置と、を有する、ヘッドマウントトラッキング装置を提供する。
【０００６】
更に別の態様では、本開示は、凹状の第１の主面、反対側の第２の主面、及び埋め込み型リフレクターを有するレンズと、第１の偏光方向と整列され、凹状の第１の主面に隣接して配置された反射型偏光子と、第１の偏光方向と移相角度をなして整列された速軸を有する、凹状の第１の主面と反射型偏光子との間の移相子と、を有する、トラッキングヘッドマウントディスプレイを提供する。トラッキングヘッドマウントディスプレイは、第１の偏光方向に偏光された光を含む画像光線を凹状の第１の主面に向けて投射するように配置された画像形成装置であって、画像光線の少なくとも一部を、画像形成装置に隣接して配置される目に向けることが可能である、画像形成装置と、画像形成装置に隣接して配置されたイルミネーターであって、反射型偏光子に向けてイルミネーターの光線を投射することが可能なイルミネーターと、イルミネーターに隣接して配置された画像受信装置と、を更に有し、反射型偏光子、移相子、及び埋め込み型リフレクターはともに、イルミネーターに隣接して配置される目を照らすことが可能であり、画像受信装置が照らされた目の画像を受信することが可能である。
【０００７】
上記の「課題を解決するための手段」は、開示される各実施形態、又は本開示のすべての実現形態を記載することを目的としたものではない。以下の図面及び詳細な説明により、実例となる実施形態をより具体的に例示する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本明細書の全体を通じて添付の図面を参照するが、図中、同様の参照符合は、同様の要素を示す。
【図１Ａ】ヘッドマウントディスプレイシステムの概略断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの光学素子の概略断面図である。
【図２】ヘッドマウントトラッキング装置の概略断面図である。
【図３】ヘッドマウントトラッキング装置の概略断面図である。
【図４】ヘッドマウントトラッキング装置の概略断面図である。
【図５】ヘッドマウントトラッキング装置の概略断面図である。
【図６】ヘッドマウントトラッキングディスプレイシステムの斜視図である。
【０００９】
図の縮尺は必ずしも一定ではない。図中に用いられる同様の数字は、同様の構成要素を示す。しかしながら、特定の図中のある構成要素を指した数字の使用は、同じ数字によって示される別の図中のその構成要素を限定しようとするものではないことは理解されるであろう。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示は、目の瞳孔を照らすための光学装置において有用な光学素子、詳細にはアイトラッキング（視線計測）機能を備えることができるヘッドマウントディスプレイと使用するための光学素子を提供するものである。本光学装置は、光源と、光を透過する光学素子とを有し、光源から放射された光が光学素子によって目の瞳孔に向けられることで、カメラなどの光学センサによって目の特性を検出することができる。光源は、人の目には見えない赤外光を放射することができるため、ヘッドマントディスプレイの世界像及び／又は合成デジタル画像の質を低下させない。
【００１１】
以下の説明では、本明細書の一部をなし、例示を目的として示される添付図面を参照する。本開示の範囲又は趣旨から逸脱することなく、他の実施形態が想到され、実施されうる点を理解されたい。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で理解されるべきではない。
【００１２】
本明細書で使用するすべての科学的及び技術的用語は、特に断らないかぎり、当該技術分野において一般的に用いられる意味を有する。本明細書において与えられる定義は、本明細書中で頻繁に使用される特定の用語の理解を助けるためのものであり、本開示の範囲を限定するためのものではない。
【００１３】
特に断らないかぎり、本明細書及び「特許請求の範囲」で使用される要素の大きさ、量、及び物理的特性を表わすすべての数字は、いずれの場合においても「約」なる語によって修飾されているものとして理解されるべきである。したがって、そうでない旨が示されないかぎり、上記の明細書及び添付の「特許請求の範囲」において示される数値パラメータは、本明細書に開示される教示を利用して当業者が得ようとする所望の特性に応じて変わりうる近似値である。
【００１４】
本明細書及び添付の「特許請求の範囲」において使用される単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、その内容によりそうでない旨が明示されないかぎり、複数の指示対象を有する実施形態を包含する。本明細書及び添付の「特許請求の範囲」において使用するところの「又は」なる語は、その内容によりそうでない旨が明示されないかぎり、一般に「及び／又は」を含む意味で用いられる。
【００１５】
これらに限定されるものではないが、「下側」、「上側」、「〜の下」、「下方」、「上方」、及び「〜の上」をはじめとする、空間に関する用語は、本明細書で使用される場合、ある要素の別の要素に対する空間的関係を述べる説明を容易にするために利用される。このような空間に関する用語には、図面に示され、本明細書で説明される特定の向き以外にも、使用時又は動作時の装置の異なる向きが含まれる。例えば、図面に示される物体が反転又は裏返される場合、それ以前に他の要素の下方又はその下にあるものとして説明されていた部分は、これらの他の要素の上方となるであろう。
【００１６】
本明細書で使用される場合、ある要素、部材若しくは層が、例えば、別の要素、部材若しくは層と「一致する境界面」を形成するか、これらの「上にある」、これらと「連結された」、「結合された」、又は「接触した」ものとして述べられる場合、その要素、部材若しくは層は、例えば、特定の要素、部材若しくは層の直接上にあるか、これらと直接連結されるか、直接結合されるか、直接接触してよく、又は介在する要素、部材若しくは層が特定の要素、部材若しくは層の上にあるか、これらと連結されるか、結合されるか、若しくは接触してよい。例えばある要素、部材、又は層が、別の要素の「直接上にある」か、別の要素と「直接連結される」、「直接結合される」、又は「直接接触する」と述べられる場合、例えば介在する要素、部材、又は層は存在しない。
【００１７】
本明細書で使用されるところの「有する（have、having）」、「含む（include、including、comprise、comprising）」などは、オープンエンドの意味で用いられており、一般に「含むが、これらに限定されない」ことを意味する。「〜からなる」及び「〜から本質的になる」なる語は、「〜を含む」及びこれに類する語に含まれることが理解されよう。
【００１８】
合成型すなわち「コンバイナー」型のニアアイディスプレイは、現実世界像を使用者へと透過し、更に目に二次的な（例えばデジタル）画像を投射するうえで光学素子の使用に頼っている。コンバイナーディスプレイの１つのタイプでは、世界像の一部を透過し、更に二次的画像の一部を反射することができる５０％可視光透過（ＶＬＴ）ミラーのような部分ミラーを使用することができる。別のタイプのコンバイナーディスプレイは、世界像の１つの偏光状態を使用者へとほぼ完全に透過し、更に偏光された二次的画像を使用者へとほぼ完全に（又は少なくとも部分的に）反射することができる反射型又は弱反射型偏光子を使用することができる。別のタイプのコンバイナーディスプレイは、ある波長帯域の光（例えば、第１の波長域の光）をある程度反射するが、他の波長帯域（例えば、第２又はそれよりも多くの波長域の光）を透過するか又は反射波長帯域を部分的に透過することもできるダイクロイック、「ノッチ」、又は「くし」型リフレクターを使用することができる。
【００１９】
本明細書で提供されるヘッドマウントディスプレイは、使用者の目に現実世界像を透過する一方で、デジタルディスプレイによって生成されるものなどの二次的画像を反射又は透過することもできる。特定の一実施形態では、レンズなどの光学素子が、ダイクロイック、「ノッチ」、又は「くし」型の透過及び反射プロファイルを有するコーティング又はフィルムを有する。特定の一実施形態では、光学素子は、１つの偏光状態（例えば、第１の偏光方向）を反射し、別の偏光状態（例えば、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向）を異なる程度で透過する反射型偏光子を含む。特定の場合では、光学素子はまた、１／４波長移相子のような移相層を更に含むことができる。特定の場合では、光学素子の形状は、二次的画像若しくは現実世界像のいずれか、又はその両方の倍率を与えることができるものである。
【００２０】
このような光学素子の透過／反射プロファイル（偏光状態に依存するか、波長に依存するか、又はそれらとは独立しているかによらず）は、現実世界像及び二次的画像の波長及び／又は偏光状態に基づいて、二次的画像と「合成された」現実世界像を使用者に同時に見えるようにするものである。光学素子は、それ自体で、又は別の屈折素子及び／若しくはフィルム及び／若しくはコーティングとの組み合わせで、曲面を通過する際の屈折及び／又は曲面からの反射に基づいて画像の倍率を与えることができる。
【００２１】
目の瞳孔を照らすための光学装置、及び目の特性を収集するための画像センサ（例えば、カメラ）を、スタンドアローン式の目のモニタリング装置として使用するか、又はヘッドマウントディスプレイと連動させて用いることができる。本発明において有用なヘッドマウントディスプレイの更なる説明として、例えば、２０１４年３月１８日出願の発明の名称が「Ｌｏｗ  Ｐｒｏｆｉｌｅ  Ｉｍａｇｅ  Ｃｏｍｂｉｎｅｒ  ｆｏｒ  Ｎｅａｒ−Ｅｙｅ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ」である、同時係属中の米国仮特許出願第６１／９５４，６９０号に、また、２０１４年４月９日出願の発明の名称が「Ｎｅａｒ  Ｅｙｅ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｓｙｓｔｅｍ」である米国仮特許出願第６１／９７７，１６６号がある。特定の一実施形態では、瞳孔を照らすための光学装置は、現実世界像と二次的画像とを合成するヘッドマウントディスプレイに二次的画像を生成するためにデジタルディスプレイに隣接して配置することができる。特定の場合では、デジタルディスプレイと画像センサを同じイメージング装置内に配置することにより、アイトラッキング機能を備えることができるヘッドマウントディスプレイと使用する電子部品を更に減らすことができる。本明細書に述べられる目の照明及び検知装置のいずれも、合成された世界像及びデジタル画像を与えることが可能なヘッドマウントディスプレイと使用することができることが理解される。
【００２２】
図１Ａは、ヘッドマウントディスプレイシステム１００の概略断面図を示し、図１Ｂは、本開示の一態様に基づく図１Ａの光学素子の概略断面図を示す。ヘッドマウントディスプレイ１００は、ヘッドマウントディスプレイシステムを使用者の頭部（図に示されていない）に配置するために使用することができるフレーム１４０を有している。フレーム１４０は、主光線１０３によって画像を生成する画像源１０１を支持している。画像源１０１は、画像生成装置１０１ａ及びカメラのような画像センサ１０１ｂの両方を含むことができる。画像生成装置１０１ａは、他で述べるように、現実世界像１５０と合成することができる二次的画像を生成するために使用することができる。ヘッドマウントディスプレイはまた、他で述べるように、フレーム１４０に取り付けられた光源１０２を更に有することができる。主光線１０３は、１／４波長移相子１０９と接合された、第１の表面１１４を有するベースレンズ１１３を有する光学素子１０５に向けられており、１／４波長移相子１０９は更に線形反射型偏光子１０７と接合されている。光学素子１０５もフレーム１４０に取り付けられている。
【００２３】
主光線の第１の偏光方向は線形反射型偏光子１０７により透過され、直線偏光された光が円偏光された光線１１５に変換され、第１の表面１１４と反対側の第２の表面との間に配置されたベースレンズ１１３内部の埋め込み型リフレクター１１１により反射される。反射光線１１９は、円偏光された光線１１５とは逆の円偏光を有している。反射光線１１９は、１／４波長移相子１０９を透過して、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向に直線偏光され、線形反射型偏光子１０７によって反射され、再び１／４波長移相子１０９を透過して、反射光線１１９とは逆方向に円偏光される。生じた光線１２１は、リフレクター１１１により反射されて光線１２５となり、再び円偏光の方向が切り替わる。光線１２５は１／４波長移相子１０９を透過し、反射型偏光子１０７を通過して第１の偏光方向を有するデジタル画像光線１２７となる。ここで、デジタル画像光線１２７は目１２９で視認できる。リフレクター１１１は部分リフレクターであってよく、部分透過光１１７及び１２３を形成することができる。部分リフレクターは、他で述べるように、ディスプレイ画像と合成された世界像が使用者に見えるようにするものである。
【００２４】
１／４波長移相子１０９は、直線偏光を円偏光に変換し、円偏光を直線偏光に変換する周知の光学装置である。適当な材料の例としては、Ｚｅｏｎ  Ｃｏｒｐ．（日本）より販売されるＺｅｏｎｏｒＦｉｌｍ（登録商標）ＺＭ１６−１３８が挙げられる。このフィルムは、フィルムの延伸軸が線形反射型偏光子の遮蔽偏光軸から４５°の角度となるような向きとされることが好ましい。特定の場合では、移相子は反射型偏光子１０７に直接隣接して配置することができるが、特定の場合では、代わりに移相子をリフレクター１１１に直接隣接して配置してもよい。
【００２５】
部分リフレクターは、少なくとも第１の波長域の光を反射し、他の波長域の光は透過することができるダイクロイックリフレクターとしてもよく、又は部分リフレクターは広帯域の部分ミラーとすることもできる。特定の場合では、埋め込み型リフレクター１１１は曲面リフレクター又は平面リフレクターとすることができる。
【００２６】
図２は、本開示の一態様に基づく、ヘッドマウントトラッキング装置２００の概略断面図を示す。図２に示される要素２０１〜２５０のそれぞれは、上記に述べた図１に示される同様の番号が付された要素１０１〜１５０に対応している。例えば、図２に示されるフレーム２４０は、図１のフレーム１４０に対応している、といった具合である。図２では、ヘッドマウントトラッキング装置２００は目２２９の光彩を光で照らしており、光源２０２（イルミネーター２０２とも呼ばれる）が光線束２０４を形成する光を放射し、光線束２０４はここで部分リフレクター２０７を備えた表面を有する光学素子２０５を照らしている。光線束２０３の少なくとも一部は部分リフレクター２０７により反射されて光線束２０６を形成し、これが目２２９の光彩を照らす。カメラ２０１ｂが光彩の画像を生成し、この画像を処理することで目２２９の１つ以上の特性を測定することができる。
【００２７】
検出することが可能な目２２９のこうした特性としては、以下のもの、すなわち、目の視線の方向、瞳孔の直径及び直径の変化、まぶたの瞬き、目が追跡する物体、及び衝動性眼球運動（サッケード運動）の１つ以上が挙げられる。アイトラッキングのパラメータとしては、眼球の回転の速度、及び物体の運動と眼球の運動との間の時間のずれ又は位相が挙げられる。サッケード運動としては、運動の時間的長さ、速度、及びパターンを挙げることができる。
【００２８】
部分リフレクター２０７は、反射を生じるために各層と隣接層との間の屈折率の差を用いた、光学的に透明な材料の１以上の層で構成されたダイクロイックコーティングで形成することができる。部分リフレクターはまた、アルミニウム又は銀などの薄い金属コーティングで形成することもできる。特定の場合では、部分リフレクターは反射型偏光子で形成することもできる。部分リフレクターは１以上の方向に湾曲してもよく、又は平坦であってもよい。適当な光学的に透明な材料としては、一酸化ケイ素、二酸化ケイ素、フッ化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素、二酸化チタン、ポリマー層、他の有機又は無機材料、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
【００２９】
光源２０２は、非偏光、偏光、可視光、紫外光、赤外光、又はこれらの組み合わせを放射することができる。光の全体又は一部が直線偏光又は円偏光されてもよい。偏光を用いることで目への照明パターンを変えることができる（例えば、図２に示される照明経路、又は図３に示される照明経路、又は両者の組み合わせが可能となる）。
【００３０】
図３は、本開示の一態様に基づく、ヘッドマウントトラッキング装置３００の概略断面図を示す。図３に示される要素３０１〜３５０のそれぞれは、上記に述べた図１に示される同様の番号が付された要素１０１〜１５０に対応している。例えば、図３に示されるフレーム３４０は、図１のフレーム１４０に対応している、といった具合である。図３では、図１に示される光路と同様の要領で異なる光路が生じ、部分リフレクター３１１からの円偏光の反射が含まれる。光源３０２は、光線束３０４ａを形成する光を放射し、光線束３０４ａの少なくとも一部は反射型偏光子３０７により透過される。透過した光線は、１／４波長移相子３０９を通過し部分リフレクター３１１へと至る。部分リフレクター３１１によって反射された光線は、再び１／４波長移相子３０９を通過し、反射型偏光子３０７で反射し、再び１／４波長移相子３０９を通過し、部分リフレクター３１１で反射し、最後に１／４波長移相子３０９を通過し、反射型偏光子３０７を通過して、光線束３０６ａを形成し、この光線束３０６ａが目３２９の光彩を照らす。
【００３１】
図４は、本開示の一態様に基づく、ヘッドマウントトラッキング装置４００の概略断面図を示す。図４に示される要素４０１〜４５０のそれぞれは、上記に述べた図１に示される同様の番号が付された要素１０１〜１５０に対応している。例えば、図４に示されるフレーム４４０は、図１のフレーム１４０に対応している、といった具合である。図４は、光源４０２の配置の変形例を示したものである。光源４０２は、カメラ４０１ｂに隣接して配置することができ、当業者には周知であるように、ビームスプリッター（図に示されていない）を使用することによってカメラビューの中心軸と同一直線上に置くことができる。光源４０２は、光線束４０４ａを形成する光を放射し、光線束４０４ａの少なくとも一部は反射型偏光子４０７により透過される。透過した光線は、１／４波長移相子４０９を部分リフレクター４１１へと通過する。部分リフレクター４１１によって反射された光線は、再び１／４波長移相子４０９を通過し、反射型偏光子４０７で反射し、再び１／４波長移相子４０９を通過し、部分リフレクター４１１で反射し、最後に１／４波長移相子４０９を通過し、反射型偏光子４０７を通過して、光線束４０６ａを形成し、この光線束４０６ａが目４２９の光彩を照らす。非偏光に加えて、複数の光源４０２を使用することで、例えば、１以上の光線束２０６、３０６ａ、又は４０６ａを組み合わせた照明が可能となる。
【００３２】
図５は、本開示の一態様に基づく、ヘッドマウントトラッキング装置５００の概略断面図を示す。図５に示される要素５０１〜５５０のそれぞれは、上記に述べた図１に示される同様の番号が付された要素１０１〜１５０に対応している。例えば、図５に示されるフレーム５４０は、図１のフレーム１４０に対応している、といった具合である。図５は、別の変形を示したものであり、光源５０２が光線束５０４ｂを形成する光を放射し、この光線束５０４ｂがレンズ５１３中に埋め込まれた反射面５１１ｂで形成された光学素子５０５によって反射される。反射光は光線束５０６ｂを形成し、これが目５２９の光彩を照らす。目によって反射された光は、カメラ５０１ｂへと主光線５０３を概ね辿る光線を形成する。反射面５１１ｂは反射型偏光子とすることができる。反射型偏光子は、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙより販売されるＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ  Ｆｉｌｍなどの複屈折性ポリマー光学積層体、ワイヤグリッド偏光子、コレステリック反射型偏光子、又は他の任意の適当な反射型偏光子から形成することができる。
【００３３】
図６は、本開示の一態様に基づく、ヘッドマウントトラッキングディスプレイシステム６００の斜視図である。図６に示される要素６０１〜６４０及び６０１’〜６４０’のそれぞれは、上記に述べた図１に示される同様の番号が付された要素１０１〜１４０に対応している。例えば、図６に示されるフレーム６４０は、図１のフレーム６４０に対応している、といった具合である。ヘッドマウントトラッキングディスプレイシステム６００は、他で述べるように、第１の光学素子６０５に向けて画像光を投射するように配置された第１の画像源６０１、及び、必要に応じて設けられる第２の光学素子６０５’に向けて第２の画像光を投射するように配置された必要に応じて設けられる第２の画像源６０１’を有している。ヘッドマウントトラッキングディスプレイシステム６００は、他で述べるように、第１及び第２の光学素子６０５，６０５’に向けて光をそれぞれ投射するように配置された第１の光源６０２、及び必要に応じて設けられる第２の光源６０２’を更に有している。第１及び必要に応じて設けられる第２の光学素子６０５，６０５’、第１及び必要に応じて設けられる第２の画像源６０１、６０１’、並びに第１及び必要に応じて設けられる第２の光源６０２，６０２’はそれぞれ、眼鏡と同様にして使用者の頭部（図に示されていない）に配置することができる第１及び第２のフレーム６４０，６４０’に取り付けることができる。ヘッドマウントトラッキングディスプレイシステム６００は、第１及び第２の光学素子６０５，６０５’を互いに連結するブリッジ６４５を更に有している。
【００３４】
本明細書に述べられる目のモニタリングシステムのいずれも、本明細書と同日に出願された、発明の名称が「Ｎｅａｒ−Ｅｙｅ  Ｄｉｓｐｌａｙ」である、代理人整理番号が７４９７５ＵＳ００２である同時係属中の米国特許出願に述べられるものなどのペリクル反射素子を有するニアアイディスプレイシステムと組み合わせることができる点は理解されよう。検出することが可能な目のモニタリング特性としては、以下のもの、すなわち、目の視線の方向、瞳孔の直径及び直径の変化、まぶたの瞬き、目が追跡する物体、及び衝動性眼球運動（サッケード運動）の１つ以上が挙げられる。アイトラッキングのパラメータとしては、眼球の回転の速度、及び物体の運動と眼球の運動との間の時間のずれ又は位相が挙げられる。サッケード運動としては、運動の時間的長さ、速度、及びパターンを挙げることができる。記載したペリクルは、当業者には直ちに理解されるように、瞳孔イルミネーター及び画像受信光学素子の反射面を与えるうえで、また、ニアアイディスプレイの反射面を与えるうえで有用でありうる。
【００３５】
以下に、本開示の実施形態を列挙する
項目１は、凹状の第１の主面、反対側の第２の主面、及びその間に配置された埋め込み型リフレクターを有するレンズと、第１の偏光方向と整列され、凹状の第１の主面に隣接して配置された反射型偏光子と、第１の偏光方向と移相角度をなして整列された速軸を有する、反射型偏光子と埋め込み型リフレクターとの間の移相子と、を有する、光学素子である。
【００３６】
項目２は、移相子が、反射型偏光子に直接隣接して配置された、項目１の光学素子である。
【００３７】
項目３は、移相子が、埋め込み型リフレクターと直接隣接して配置された、項目１又は項目２の光学素子である。
【００３８】
項目４は、移相子が１／４波長移相子であり、移相角度が約４５°である、項目１〜項目３の光学素子である。
【００３９】
項目５は、埋め込み型リフレクターが部分リフレクターを含む、項目１〜項目４の光学素子である。
【００４０】
項目６は、部分リフレクターが、少なくとも第１の波長域の光を反射し、他の波長域の光は透過することが可能なダイクロイックリフレクターを含む、項目５の光学素子である。
【００４１】
項目７は、部分リフレクターが広帯域部分ミラーを含む、項目５の光学素子である。
【００４２】
項目８は、埋め込み型リフレクターが平面リフレクターである、項目１〜項目７の光学素子である。
【００４３】
項目９は、埋め込み型リフレクターが、入射光線をコリメートすることが可能な曲面リフレクターである、項目１〜項目８の光学素子である。
【００４４】
項目１０は、凹状の第１の主面、反対側の第２の主面、及びその間に配置された埋め込み型リフレクターを有するレンズと、第１の偏光方向と整列され、凹状の第１の主面に隣接して配置された反射型偏光子と、第１の偏光方向と移相角度をなして整列された速軸を有する、凹状の第１の主面と反射型偏光子との間の移相子と、第１の偏光方向に偏光された光を含む画像光線を凹状の第１の主面に向けて投射するように配置された画像形成装置と、を有し、画像光線の少なくとも一部を、画像形成装置に隣接して配置される目に向けることが可能である、ヘッドマウントディスプレイ。
【００４５】
項目１１は、移相子が、反射型偏光子に直接隣接して配置された、項目１０のヘッドマウントディスプレイである。
【００４６】
項目１２は、移相子が、埋め込み型リフレクターと直接隣接して配置された、項目１０又は項目１１のヘッドマウントディスプレイである。
【００４７】
項目１３は、移相子が１／４波長移相子であり、移相角度が約４５°である、項目１０〜項目１２のヘッドマウントディスプレイである。
【００４８】
項目１４は、埋め込み型リフレクターが部分リフレクターを含む、項目１０〜項目１３のヘッドマウントディスプレイである。
【００４９】
項目１５は、部分リフレクターが、少なくとも第１の波長域の光を反射し、他の波長域の光は透過することが可能なダイクロイックリフレクターを含む、項目１４のヘッドマウントディスプレイである。
【００５０】
項目１６は、部分リフレクターが広帯域部分ミラーを含む、項目１４のヘッドマウントディスプレイである。
【００５１】
項目１７は、埋め込み型リフレクターが平面リフレクターを含む、項目１０〜項目１６のヘッドマウントディスプレイである。
【００５２】
項目１８は、埋め込み型リフレクターが、入射光線をコリメートすることが可能な曲面リフレクターである、項目１０〜項目１７のヘッドマウントディスプレイである。
【００５３】
項目１９は、目の視線の方向、目の瞳孔の直径、目の瞳孔の直径の変化、まぶたの瞬き、目が追跡する物体、サッケード眼球運動、又はこれらの組み合わせを検出するように配置されたトラッキング装置を更に有する、項目１０〜項目１８のヘッドマウントディスプレイである。
【００５４】
項目２０は、トラッキング装置が、埋め込み型リフレクターに向けて光線を投射するように配置されたイルミネーターであって、光線の一部が反射されてイルミネーターに隣接して配置される目を照らす、イルミネーターと、イルミネーターに隣接して配置され、照らされた目の画像を受信することが可能な画像受信装置と、を有する、項目１９のヘッドマウントディスプレイである。
【００５５】
項目２１は、凹状の第１の主面及び反対側の第２の主面を有するレンズと、凹状の第１の主面に隣接して配置された部分リフレクターと、部分リフレクターに向けて光線を投射するように配置されたイルミネーターであって、光線の一部が部分リフレクターによって反射され、イルミネーターに隣接して配置される目を照らすことが可能なイルミネーターと、イルミネーターに隣接して配置され、部分リフレクターから反射された照らされた目の画像を受信することが可能な画像受信装置と、を有する、ヘッドマウントトラッキング装置である。
【００５６】
項目２２は、部分リフレクターが、少なくとも第１の波長域の光を反射し、他の波長域の光は透過することが可能なダイクロイックリフレクターを含む、項目２１のヘッドマウントトラッキング装置である。
【００５７】
項目２３は、部分リフレクターが広帯域部分ミラーを含む、項目２１又は項目２２のヘッドマウントトラッキング装置である。
【００５８】
項目２４は、部分リフレクターが、第１の偏光方向と整列され、凹状の第１の主面に隣接して配置された反射型偏光子を含む、項目２１〜項目２３のヘッドマウントトラッキング装置である。
【００５９】
項目２５は、画像受信装置が、目の視線の方向、目の瞳孔の直径、目の瞳孔の直径の変化、まぶたの瞬き、目が追跡する物体、サッケード眼球運動、又はこれらの組み合わせを検出することが可能である、項目２１〜項目２４のヘッドマウントトラッキング装置である。
【００６０】
項目２６は、凹状の第１の主面、反対側の第２の主面、及び埋め込み型リフレクターを有するレンズと、第１の偏光方向と整列され、凹状の第１の主面に隣接して配置された反射型偏光子と、第１の偏光方向と移相角度をなして整列された速軸を有する、凹状の第１の主面と反射型偏光子との間の移相子と、第１の偏光方向に偏光された光を含む画像光線を凹状の第１の主面に向けて投射するように配置された画像形成装置であって、画像光線の少なくとも一部を、画像形成装置に隣接して配置される目に向けることが可能である、画像形成装置と、画像形成装置に隣接して配置されたイルミネーターであって、反射型偏光子に向けてイルミネーターの光線を投射することが可能なイルミネーターと、イルミネーターに隣接して配置された画像受信装置と、を有し、反射型偏光子、移相子、及び埋め込み型リフレクターがともに、イルミネーターに隣接して配置される目を照らすことが可能であり、画像受信装置が照らされた目の画像を受信することが可能である、トラッキングヘッドマウントディスプレイである。
【００６１】
項目２７は、移相子が、反射型偏光子に直接隣接して配置された、項目２６のトラッキングヘッドマウントディスプレイである。
【００６２】
項目２８は、移相子が、埋め込み型リフレクターと直接隣接して配置された、項目２６又は項目２７のトラッキングヘッドマウントディスプレイである。
【００６３】
項目２９は、移相子が１／４波長移相子であり、移相角度が約４５°である、項目２６〜項目２８のトラッキングヘッドマウントディスプレイである。
【００６４】
項目３０は、埋め込み型リフレクターが部分リフレクターを含む、項目２６〜項目２９のトラッキングヘッドマウントディスプレイである。
【００６５】
項目３１は、部分リフレクターが、少なくとも第１の波長域の光を反射し、他の波長域の光は透過することが可能なダイクロイックリフレクターを含む、項目３０のトラッキングヘッドマウントディスプレイである。
【００６６】
項目３２は、部分リフレクターが広帯域部分ミラーを含む、項目３０のトラッキングヘッドマウントディスプレイである。
【００６７】
項目３３は、埋め込み型リフレクターが平面リフレクターである、項目２６〜項目３２のトラッキングヘッドマウントディスプレイである。
【００６８】
項目３４は、埋め込み型リフレクターが、入射光線をコリメートすることが可能な曲面リフレクターである、項目２６〜項目３３のトラッキングヘッドマウントディスプレイである。
【００６９】
項目３５は、イルミネーターの光線が、第１の偏光方向と整列された偏光された光線を含む、項目２６〜項目３４のトラッキングヘッドマウントディスプレイである。
【００７０】
項目３６は、照らされた目の画像が、目の視線の方向、目の瞳孔の直径、目の瞳孔の直径の変化、まぶたの瞬き、目が追跡する物体、サッケード眼球運動、及びこれらの組み合わせを含む、項目２６〜項目３５のトラッキングヘッドマウントディスプレイである。
【００７１】
特に断らないかぎり、本明細書及び「特許請求の範囲」で使用される、要素の大きさ、量、及び物理的特性を表すすべての数字は、「約」なる語によって修飾されているものとして理解されるべきである。したがって、そうでない旨が示されないかぎり、上記の明細書及び添付の「特許請求の範囲」において示される数値パラメータは、本明細書に開示される教示を利用して当業者が得ようとする所望される特性に応じて変わりうる近似値である。
【００７２】
本明細書に引用されるすべての参考文献及び刊行物は、それらが本開示と直接矛盾しう
る場合を除き、それらの全容を参照によって本開示に明確に援用するものである。以上、
本明細書において具体的な実施形態を図示、説明したが、様々な代替的かつ／又は等価的
な実現形態を、本開示の範囲を逸脱することなく、図示及び説明された具体的な実施形態
に置き換えることができる点は、当業者であれば認識されるところであろう。本出願は、
本明細書において検討される具体的な実施形態のいかなる適合例又は変形例をも網羅しよ
うとするものである。したがって、本開示は、「特許請求の範囲」及びその等価物によっ
てのみ限定されるものとする。
〔項目１〕
凹状の第１の主面、反対側の第２の主面、及びその間に配置された埋め込み型リフレクターを有するレンズと、
第１の偏光方向と整列され、前記凹状の第１の主面に隣接して配置された反射型偏光子と、
前記第１の偏光方向と移相角度をなして整列された速軸を有する、前記反射型偏光子と前記埋め込み型リフレクターとの間の移相子と、を有する、光学素子。
〔項目２〕
前記移相子が、前記反射型偏光子に直接隣接して配置された、項目１に記載の光学素子。
〔項目３〕
前記移相子が、前記埋め込み型リフレクターと直接隣接して配置された、項目１に記載の光学素子。
〔項目４〕
前記移相子が１／４波長移相子であり、前記移相角度が約４５°である、項目１に記載の光学素子。
〔項目５〕
前記埋め込み型リフレクターが部分リフレクターを含む、項目１に記載の光学素子。
〔項目６〕
前記部分リフレクターが、少なくとも第１の波長域の光を反射し、他の波長域の光は透過することが可能なダイクロイックリフレクターを含む、項目５に記載の光学素子。
〔項目７〕
前記部分リフレクターが広帯域部分ミラーを含む、項目５に記載の光学素子。
〔項目８〕
前記埋め込み型リフレクターが平面リフレクターである、項目１に記載の光学素子。
〔項目９〕
前記埋め込み型リフレクターが、入射光線をコリメートすることが可能な曲面リフレクターである、項目１に記載の光学素子。
〔項目１０〕
凹状の第１の主面、反対側の第２の主面、及びその間に配置された埋め込み型リフレクターを有するレンズと、
第１の偏光方向と整列され、前記凹状の第１の主面に隣接して配置された反射型偏光子と、
前記第１の偏光方向と移相角度をなして整列された速軸を有する、前記凹状の第１の主面と前記反射型偏光子との間の移相子と、
前記第１の偏光方向に偏光された光を含む画像光線を、前記凹状の第１の主面に向けて投射するように配置された画像形成装置と、を有し、
前記画像光線の少なくとも一部を、前記画像形成装置に隣接して配置される目に向けることが可能である、ヘッドマウントディスプレイ。
〔項目１１〕
前記移相子が、前記反射型偏光子に直接隣接して配置された、項目１０に記載のヘッドマウントディスプレイ。
〔項目１２〕
前記移相子が、前記埋め込み型リフレクターと直接隣接して配置された、項目１０に記載のヘッドマウントディスプレイ。
〔項目１３〕
前記移相子が１／４波長移相子であり、前記移相角度が約４５°である、項目１０に記載のヘッドマウントディスプレイ。
〔項目１４〕
前記埋め込み型リフレクターが部分リフレクターを含む、項目１０に記載のヘッドマウントディスプレイ。
〔項目１５〕
前記部分リフレクターが、少なくとも第１の波長域の光を反射し、他の波長域の光は透過することが可能なダイクロイックリフレクターを含む、項目１４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
〔項目１６〕
前記部分リフレクターが広帯域部分ミラーを含む、項目１４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
〔項目１７〕
前記埋め込み型リフレクターが平面リフレクターである、項目１０に記載のヘッドマウントディスプレイ。
〔項目１８〕
前記埋め込み型リフレクターが、入射光線をコリメートすることが可能な曲面リフレクターである、項目１０に記載のヘッドマウントディスプレイ。
〔項目１９〕
目の視線の方向、目の瞳孔の直径、目の瞳孔の直径の変化、まぶたの瞬き、目が追跡する物体、サッケード眼球運動、又はこれらの組み合わせを検出するように配置されたトラッキング装置を更に有する、項目１０に記載のヘッドマウントディスプレイ。
〔項目２０〕
前記トラッキング装置が、
前記埋め込み型リフレクターに向けて光線を投射するように配置されたイルミネーターであって、前記光線の一部が反射されて前記イルミネーターに隣接して配置される前記目を照らす、イルミネーターと、
前記イルミネーターに隣接して配置され、前記照らされた目の画像を受信することが可能な画像受信装置と、を有する、項目１９に記載のヘッドマウントディスプレイ。
〔項目２１〕
凹状の第１の主面及び反対側の第２の主面を有するレンズと、
前記凹状の第１の主面に隣接して配置された部分リフレクターと、
前記部分リフレクターに向けて光線を投射するように配置されたイルミネーターであって、前記光線の一部が前記部分リフレクターによって反射され、前記イルミネーターに隣接して配置される目を照らすことが可能なイルミネーターと、
前記イルミネーターに隣接して配置され、前記部分リフレクターから反射された前記照らされた目の画像を受信することが可能な画像受信装置と、を有する、ヘッドマウントトラッキング装置。
〔項目２２〕
前記部分リフレクターが、少なくとも第１の波長域の光を反射し、他の波長域の光は透過することが可能なダイクロイックリフレクターを含む、項目２１に記載のヘッドマウントトラッキング装置。
〔項目２３〕
前記部分リフレクターが広帯域部分ミラーを含む、項目２１に記載のヘッドマウントトラッキング装置。
〔項目２４〕
前記部分リフレクターが、第１の偏光方向と整列され、前記凹状の第１の主面に隣接して配置された反射型偏光子を含む、項目２１に記載のヘッドマウントトラッキング装置。
〔項目２５〕
前記画像受信装置が、目の視線の方向、目の瞳孔の直径、目の瞳孔の直径の変化、まぶたの瞬き、目が追跡する物体、サッケード眼球運動、又はこれらの組み合わせを検出することが可能である、項目２１に記載のヘッドマウントトラッキング装置。
〔項目２６〕
凹状の第１の主面、反対側の第２の主面、及び埋め込み型リフレクターを有するレンズと、
第１の偏光方向と整列され、前記凹状の第１の主面に隣接して配置された反射型偏光子と、
前記第１の偏光方向と移相角度をなして整列された速軸を有する、前記凹状の第１の主面と前記反射型偏光子との間の移相子と、
前記第１の偏光方向に偏光された光を含む画像光線を前記凹状の第１の主面に向けて投射するように配置された画像形成装置であって、前記画像光線の少なくとも一部を、前記画像形成装置に隣接して配置される目に向けることが可能である、画像形成装置と、
前記画像形成装置に隣接して配置されたイルミネーターであって、前記反射型偏光子に向けてイルミネーターの光線を投射することが可能なイルミネーターと、
前記イルミネーターに隣接して配置された画像受信装置と、を有し、
前記反射型偏光子、前記移相子、及び前記埋め込み型リフレクターがともに、前記イルミネーターに隣接して配置される前記目を照らすことが可能であり、前記画像受信装置が前記照らされた目の画像を受信することが可能である、トラッキングヘッドマウントディスプレイ。
〔項目２７〕
前記移相子が、前記反射型偏光子に直接隣接して配置された、項目２６に記載のトラッキングヘッドマウントディスプレイ。
〔項目２８〕
前記移相子が、前記埋め込み型リフレクターと直接隣接して配置された、項目２６に記載のトラッキングヘッドマウントディスプレイ。
〔項目２９〕
前記移相子が１／４波長移相子であり、前記移相角度が約４５°である、項目２６に記載のトラッキングヘッドマウントディスプレイ。
〔項目３０〕
前記埋め込み型リフレクターが部分リフレクターを含む、項目２６に記載のトラッキングヘッドマウントディスプレイ。
〔項目３１〕
前記部分リフレクターが、少なくとも第１の波長域の光を反射し、他の波長域の光は透過することが可能なダイクロイックリフレクターを含む、項目３０に記載のトラッキングヘッドマウントディスプレイ。
〔項目３２〕
前記部分リフレクターが広帯域部分ミラーを含む、項目３０に記載のトラッキングヘッドマウントディスプレイ。
〔項目３３〕
前記埋め込み型リフレクターが平面リフレクターである、項目２６に記載のトラッキングヘッドマウントディスプレイ。
〔項目３４〕
前記埋め込み型リフレクターが、入射光線をコリメートすることが可能な曲面リフレクターである、項目２６に記載のトラッキングヘッドマウントディスプレイ。
〔項目３５〕
前記イルミネーターの光線が、前記第１の偏光方向と整列された偏光された光線を含む、項目２６に記載のトラッキングヘッドマウントディスプレイ。
〔項目３６〕
前記照らされた目の画像が、目の視線の方向、目の瞳孔の直径、目の瞳孔の直径の変化、まぶたの瞬き、目が追跡する物体、サッケード眼球運動、及びこれらの組み合わせを含む、項目２６に記載のトラッキングヘッドマウントディスプレイ。
【図１Ａ】
0006637440.tif 000002
【図１Ｂ】
0006637440.tif 000003
【図２】
0006637440.tif 000004
【図３】
0006637440.tif 000005
【図４】
0006637440.tif 000006
【図５】
0006637440.tif 000007
【図６】
0006637440.tif 000008