(57)【要約】  ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）のディスプレイアセンブリが、パンケーキレンズディスプレイアセンブリを備える。パンケーキディスプレイアセンブリは、４分の１波長板及び部分反射面を含む第１のレンズと、反射偏光子を含む第２のレンズと、ディスプレイと、を含む。位置合わせシステムが、第２のレンズの反射偏光子を第１のレンズの４分の１波長板と位置合わせするために、第１のレンズを第２のレンズに対して位置決めする。位置合わせシステムは、第１のレンズを光軸の周りで回転させて、第１のレンズ上の４分の１波長板を位置決めし、これにより、４分の１波長板と第２のレンズ上の反射偏光子とは、第２のレンズ、次いで第１のレンズを透過する光が実質的に円偏光される角度にある。位置合わせシステムは、４分の１波長板が反射偏光子に対して上記或る角度にあるように、第２のレンズをレンズハウジングに取り付ける。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
方法であって、
ディスプレイアセンブリの第１のレンズを位置決めすることであって、前記第１のレンズは、レンズハウジングに結合された第２のレンズと光学的に直列にある、第１のレンズを位置決めすることと、
位置合わせシステムを用いて、前記第１のレンズをパンケーキレンズディスプレイアセンブリの光軸の周りで回転させて、前記第１のレンズ上の４分の１波長板の第１の配向軸を、当該第１の配向軸が前記第２のレンズ上の反射偏光子の第２の配向軸に対して或る角度にあるように、位置決めすることであって、前記或る角度は、前記第２のレンズ、次いで前記第１のレンズを透過した光が実質的に円偏光されるような角度である、第１の配向軸を位置決めすることと、
前記レンズハウジングに前記第１のレンズを取り付けることであって、前記第１のレンズは、前記４分の１波長板が前記反射偏光子に対して前記或る角度にあるように、前記レンズハウジングに取り付けられる、前記第１のレンズを取り付けること
を含む、方法。
【請求項２】
前記第１のレンズを前記パンケーキレンズディスプレイアセンブリの前記光軸の周りで回転させ、前記第１のレンズ上の前記４分の１波長板の前記第１の配向軸を、当該第１の配向軸が前記第２のレンズ上の前記反射偏光子の前記第２の配向軸に対して前記或る角度にあるように、位置決めすることは、
前記第１のレンズを介して試験光を方向付けることであって、方向付けられた前記試験光の一部が、前記第２のレンズの前記反射偏光子によってカメラへと伝達される、試験光を方向付けることと、
前記カメラを用いて、方向付けられた前記試験光の前記一部を結像させることであって、前記方向付けられた試験光の前記一部がゴースト像を形成し、前記或る角度は、前記ゴースト像の輝度が閾値より低くなるような角度である、試験光の前記一部を結像させること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記試験光が、照射源から前記第１のレンズを介して方向付けられ、前記照射源は、クロムオンガラスターゲットであるか、又は前記パンケーキレンズディスプレイアセンブリのディスプレイである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記試験光の照射源が、円偏光された試験光を放射するよう構成されたフィルムスタックを含み、
前記円偏光された試験光は、前記第１のレンズの前記４分の１波長板を透過し、前記４分の１波長板が、前記円偏光された試験光を直線偏光された試験光へと変化させ、直線偏光された前記試験光の少なくとも一部が、前記第２のレンズの前記反射偏光子を透過して、前記カメラによって前記ゴースト像として結像されることが可能となる、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のレンズを前記パンケーキレンズディスプレイアセンブリの前記光軸の周りで回転させ、前記第１のレンズ上の前記４分の１波長板の前記第１の配向軸を、当該第１の配向軸が前記第２のレンズ上の前記反射偏光子の前記第２の配向軸に対して前記或る角度にあるように、位置決めすることは、
照明源から、前記第２のレンズを介して試験光を方向付けることであって、前記試験光が、次いで前記第１のレンズによってストークス・スナップショット偏光計へと伝達される、試験光を方向付けることと、
前記ストークス・スナップショット偏光計を用いて、前記試験光における円偏光の量を決定することであって、前記或る角度は、前記ストークス・スナップショット偏光計で受け取られる円偏光の量が少なくとも何らかの閾値であるような角度である、円偏光の量を決定すること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
回転ステージを使用して、前記第１のレンズ及び前記第２のレンズと光学的に直列に、前記パンケーキレンズディスプレイアセンブリの電子ディスプレイを位置決めすることであって、前記電子ディスプレイが円偏光を放射するよう構成される、電子ディスプレイを位置決めすることと、
前記電子ディスプレイ上に試験画像を表示することであって、カメラが、当該カメラと前記電子ディスプレイとの間の前記第１のレンズ及び前記第２のレンズにより、前記光軸上で前記電子ディスプレイに焦点が合わせられ、前記電子ディスプレイからの前記円偏光の一部が、前記カメラにおいてゴースト像を形成する、試験画像を表示することと、
前記回転ステージを介して、或る角度範囲にわたって前記電子ディスプレイを回転させることと、
前記ゴースト像の輝度が閾値より低くなるように、前記電子ディスプレイの角度を決定すること
をさらに含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記第１のレンズを前記第２のレンズと光学的に直列に位置決めすることは、
前記第２のレンズを前記レンズハウジングに取り付けることと、
前記レンズハウジング上の前記第１のレンズの取付位置から所定の間隔を置いて、前記第１のレンズを位置決めすること
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のレンズと前記レンズハウジングとの間に感圧接着剤を施すことと、
前記位置合わせシステムを使用して、前記第１のレンズと前記レンズハウジングとの間の前記感圧接着剤に対する圧力を生成して、前記第１のレンズを前記レンズハウジングに取り付けること
をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】
電子ディスプレイとディスプレイハウジングとの間に感圧接着剤を施すことと、
前記ディスプレイハウジング上での前記電子ディスプレイの位置合わせを決定することと、
前記感圧接着剤を介して前記電子ディスプレイを前記ディスプレイハウジングに取り付けることと、
任意選択的に、
前記ディスプレイハウジングを前記レンズハウジングに装着することと、
異なる視野角をそれぞれがカバーする複数の光学的位置合わせカメラによって、前記第１のレンズ及び前記第２のレンズを介して見える試験画像を、前記電子ディスプレイ上に表示することと、
前記複数の光学的位置合わせカメラからの画像に基づいて、前記電子ディスプレイを前記光軸、先端、及び傾斜のうちの少なくとも１つに沿って調整すること
をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
システムであって、
中央取付部と、
前記中央取付部に接続され、当該中央取付部の周りを回転するよう構成された回転カラーと、
前記回転カラーに取り付けられた２つ以上の保持プロングであって、
前記回転カラーが第１のレンズを、当該第１レンズと光学的に直列の第２のレンズを含むパンケーキレンズディスプレイアセンブリの光軸の周りで回転させる間、保持するよう構成されるとともに、
前記回転カラーは、前記第１のレンズを回転させて、前記第１のレンズ上の４分の１波長板の第１の配向軸を、当該第１の配向軸が前記第２のレンズ上の反射偏光子の第２の配向軸に対して或る角度にあるように位置決めする、２つ以上の保持プロングと、
前記第１のレンズ及び前記第２のレンズを介して試験光を放射するよう構成された照射源と、
前記照射源によって放射された前記試験光を受け取るよう構成されたセンサであって、前記或る角度は、前記第２のレンズ、次いで前記第１のレンズを透過した光が実質的に円偏光されるような角度である、照射源と
を備える、システム。
【請求項１１】
前記照射源が、前記取付部に結合されており、前記第１のレンズ、次いで前記第２のレンズを介して、円偏光された試験光を放射するようさらに構成され、
前記第１のレンズ、次いで前記第２のレンズを透過した前記円偏光された試験光が、前記センサによってゴースト像として結像され、
前記或る角度は、前記ゴースト像の輝度が閾値よりも低くなるような角度であり、
任意選択的に、
前記照射源からの前記円偏光された試験光が、前記第１のレンズの前記４分の１波長板を透過し、前記４分の１波長板が、前記円偏光された試験光を、直線偏光された試験光へと変化させ、前記直線偏光された試験光の少なくとも一部が、前記第２のレンズの前記反射偏光子を透過して、前記センサによって前記ゴースト像として結像されることが可能となり、
任意選択的に、
前記照射源は、クロムオンガラスターゲットであるか、又はパンケーキレンズディスプレイアセンブリのディスプレイである、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記センサは、前記照射源から放射された前記光を、当該光が前記第２のレンズ、次いで前記第１のレンズを透過した後に受け取るよう構成されたストークス・スナップショット偏光計であり、
前記照射源は、前記第２のレンズ、次いで前記第１のレンズを介して前記ストークス・スナップショット偏光計へと直線偏光を放射するようさらに構成され、
前記ストークス・スナップショット偏光計で受け取られる円偏光の量が少なくとも何らかの閾値である場合の前記或る角度を決定するために、前記回転カラーが、前記第１のレンズを或る角度範囲にわたって回転させるようさらに構成される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
カメラ、及び回転ステージを含むディスプレイ位置合わせシステムであって、
前記回転ステージを用いて、前記パンケーキレンズディスプレイアセンブリの電子ディスプレイを、前記第１のレンズ及び前記第２のレンズと光学的に直列に位置決めすることであって、前記電子ディスプレイが円偏光を放射するよう構成される、電子ディスプレイを位置決めすることと、
前記電子ディスプレイ上に試験画像を表示させることであって、
前記カメラが、当該カメラと前記電子ディスプレイとの間の前記第１のレンズ及び前記第２のレンズにより、光軸上で前記電子ディスプレイにおいて焦点が合わせられ、
前記電子ディスプレイからの前記円偏光の一部が、前記カメラにおいてゴースト像を形成する、試験画像を表示させることと、
前記回転ステージを用いて或る角度範囲にわたって前記電子ディスプレイを回転させることによって、前記ゴースト像の輝度が閾値より低くなる前記電子ディスプレイの角度を決定すること
を行うよう構成されたディスプレイ位置合わせシステム
をさらに含み、
前記システムは、任意選択に、
前記第１のレンズと、レンズハウジング上の感圧粘着剤との間に圧力を生成して、前記第１のレンズを前記レンズハウジングに取り付けるよう構成された視覚システムをさらに備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
複数の光学的位置合わせカメラを備えるディスプレイ位置合わせシステムであって、
電子ディスプレイをディスプレイハウジングに取り付けることと、
前記ディスプレイハウジングをレンズハウジングに取り付けることと、
異なる視野角をそれぞれがカバーする複数の位置合わせ光学カメラによって見える試験画像を、前記電子ディスプレイ上に表示することと、
前記複数の位置合わせ光学カメラからの画像に基づいて、前記光軸、先端、及び傾斜のうちの少なくとも１つに沿って、前記電子ディスプレイを調整すること
を行うよう構成されたディスプレイ位置合わせシステムをさらに含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ディスプレイハウジングが、２つ以上の調整可能なネジを介して前記レンズハウジングに取り付けられ、前記光軸、前記先端、及び前記傾斜のうちの少なくとも１つに沿った前記調整が、前記２つ以上の調整可能なネジを調整することで行われ、又は、
前記ディスプレイハウジングが、接着剤を介して前記レンズハウジングに取り付けられ、前記光軸、前記先端、及び前記傾斜のうちの少なくとも１つに沿った前記調整が、前記接着剤が硬化する前に、前記ディスプレイ位置合わせシステムを用いて行われる、請求項１４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本開示は、概して、パンケーキレンズディスプレイアセンブリの位置合わせ光学系に関し、特に、パンケーキレンズベースのディスプレイアセンブリの能動的位置合わせに関する。
【０００２】
従来の構成では、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ：ｈｅａｄ−ｍｏｕｎｔｅｄ  ｄｉｓｐｌａｙ）は取付アセンブリを含み、この取付アセンブリでは、光学的アセンブリの１つ以上の光学素子が、１つ以上の接着要素を介してハウジングに固定されている。しかしながら、従来の構成では、画質を確保するために様々な偏光素子間で満たす必要がある比較的厳しい公差に起因して、パンケーキレンズの光学素子の位置合わせが困難である可能性がある。
【発明の概要】
【０００３】
ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）のパンケーキレンズディスプレイアセンブリは、パンケーキレンズと、電子ディスプレイと、を含む。パンケーキレンズは、４分の１波長板及び部分反射面（例えば、５０／５０ミラー）を含む第１のレンズと、反射偏光子を含む第２のレンズと、を含む。位置合わせシステムが、第２のレンズの反射偏光子を第１のレンズの４分の１波長板と位置合わせするために、第１のレンズを第２のレンズに対して位置決めする。パンケーキレンズは、レンズハウジングを備え、位置合わせシステムが、第２のレンズをレンズハウジングに取り付け、第１のレンズを、当該第１のレンズがレンズハウジングに取り付けられるところから或る間隔を置いて、第２のレンズと光学的に直列に位置決めする。位置合わせシステムは、第１のレンズを光軸の周りで回転させて、第１のレンズ上の４分の１波長板の第１の配向軸を、当該第１の配向軸が第２のレンズ上の反射偏光子の第２の配向軸に対して、第２のレンズ次いで第１のレンズを透過した光が実質的に円偏光される角度にあるように、位置決めする。次いで、位置合わせシステムは、４分の１波長板が反射偏光子に対して上記角度にあるように、レンズハウジングに第２のレンズを取り付ける。
【０００４】
一実施形態において、位置合わせシステムは、試験ディスプレイを使用し、この試験ディスプレイは、試験光を第１のレンズ及び第２のレンズを介してセンサへと方向付ける。一実施形態において、センサはカメラである。第１のレンズの部分反射面が、試験光の第１の部分を第２のレンズへと伝達する。試験光の第１の部分の一部が、第２のレンズの反射偏光子によって反射されるが、試験光の第２の部分は伝達される。伝達された試験光によって、結果的に、カメラにより結像されたゴースト像が得られる。従って、位置合わせシステムは、第１のレンズを、或る角度範囲にわたって、第２のレンズに対して光軸の周りで回転させ、第１のレンズ上の４分の１波長板の第１の配向軸と、第２のレンズ上の反射偏光子の第２の配向軸との間の角度を特定する。本実施形態において、上記角度は、ゴースト像の輝度が、或る角度範囲における他の角度に対して閾値強度を下回る角度である。
【０００５】
一実施形態において、位置合わせシステムは、第２のレンズ、次いで第１のレンズを介して円偏光計（例えば、ストークス・スナップショット偏光計）へと試験光を方向付ける試験照射源を使用し、この試験照射源は、試験光の円偏光の量を決定することが可能である。従って、位置合わせシステムは、第１のレンズを、或る角度範囲にわたって、第２のレンズに対して光軸の周りで回転させ、第１のレンズ上の４分の１波長板の第１の配向軸と、第２のレンズ上の反射偏光子の第２の配向軸と、の間の角度を特定する。本実施形態において、上記角度は、円偏光計で受け取られる円偏光の量が、或る角度範囲における他の角度に対して閾値量を上回る角度である。
【０００６】
本発明の一態様によれば、方法であって、
ディスプレイアセンブリの第１のレンズを位置決めすることであって、第１のレンズは、レンズハウジングに結合された第２のレンズと光学的に直列にある、第１のレンズを位置決めすることと、
位置合わせシステムを用いて、第１のレンズをパンケーキレンズディスプレイアセンブリの光軸の周りで回転させて、第１のレンズ上の４分の１波長板の第１の配向軸を、当該第１の配向軸が第２のレンズ上の反射偏光子の第２の配向軸に対して或る角度にあるように位置決めすることであって、或る角度は、第２のレンズ、次いで第１のレンズを透過した光が実質的に円偏光されるような角度である、第１の配向軸を位置決めすることと、
レンズハウジングに第１のレンズを取り付けることであって、第１のレンズは、４分の１波長板が反射偏光子に対して上記或る角度にあるように、レンズハウジングに取り付けられる、第１のレンズを取り付けること
を含む、方法が提供される。
【０００７】
本発明の一実施形態において、本方法では、第１のレンズをパンケーキレンズディスプレイアセンブリの光軸の周りで回転させ、第１のレンズ上の４分の１波長板の第１の配向軸を、当該第１の配向軸が第２のレンズ上の反射偏光子の第２の配向軸に対して上記或る角度にあるように、位置決めすることは、
第１のレンズを介して試験光を方向付けることであって、方向付けられた試験光の一部が第２のレンズの反射偏光子によってカメラへと伝達される、試験光を方向付けることと、
カメラを用いて、方向付けられた試験光の一部を結像させることであって、方向付けられた試験光の一部がゴースト像を形成し、上記或る角度は、ゴースト像の輝度が閾値より低くなるような角度である、試験光の一部を結像させること
をさらに含みうる。
【０００８】
本発明の他の実施形態において、本方法の試験光が、照射源から第１のレンズを介して方向付けられてよく、照射源は、クロムオンガラスターゲットであるか、又はパンケーキレンズディスプレイアセンブリのディスプレイであってよい。
【０００９】
本発明のさらに別の実施形態において、本方法では、試験光の照射源は、円偏光された試験光を放射するよう構成されたフィルムスタックを含んでよく、円偏光された試験光は、第１のレンズの４分の１波長板を透過することができ、４分の１波長板が、円偏光された試験光を直線偏光された試験光へと変化させることができ、直線偏光された試験光の少なくとも一部が、第２のレンズの反射偏光子を透過して、カメラによってゴースト像として結像されることが可能となる。
【００１０】
本発明のさらなる実施形態において、本方法では、
第１のレンズをパンケーキレンズディスプレイアセンブリの光軸の周りで回転させ、第１のレンズ上の４分の１波長板の第１の配向軸を、当該第１の配向軸が第２のレンズ上の反射偏光子の第２の配向軸に対して上記或る角度にあるように、位置決めするステップは、
照射源から、第２のレンズを介して試験光を方向付けることであって、試験光が、次いで第１のレンズによってストークス・スナップショット偏光計へと伝達される、試験光を方向付けることと、
ストークス・スナップショット偏光計を用いて、試験光における円偏光の量を決定することであって、上記或る角度は、ストークス・スナップショット偏光計で受け取られる円偏光の量が少なくとも何らかの閾値であるような角度である、円偏光の量を決定すること
をさらに含む。
【００１１】
本発明のさらに別の実施形態において、本方法は、
回転ステージを使用して、第１のレンズ及び第２のレンズと光学的に直列に、パンケーキレンズディスプレイアセンブリの電子ディスプレイを位置決めすることであって、電子ディスプレイが円偏光を放射するよう構成される、電子ディスプレイを位置決めすることと、
電子ディスプレイ上に試験画像を表示することであって、カメラが、当該カメラと電子ディスプレイとの間の第１のレンズ及び第２のレンズにより、光軸上で電子ディスプレイに焦点が合わせられ、電子ディスプレイからの円偏光の一部が、カメラにおいてゴースト像を形成する、試験画像を表示することと、
回転ステージを介して、或る角度範囲にわたって電子ディスプレイを回転させることと、
ゴースト像の輝度が閾値より低くなるように、電子ディスプレイの角度を決定すること
をさらに含みうる。
【００１２】
本発明のさらなる実施形態において、本方法では、第１のレンズを第２のレンズと光学的に直列に位置決めするステップは、
第２のレンズをレンズハウジングに取り付けることと、
レンズハウジング上の第１のレンズの取付位置から所定の間隔を置いて、第１のレンズを位置決めすること
をさらに含みうる。
【００１３】
本発明のさらに別の実施形態において、本方法は、
第１のレンズとレンズハウジングとの間に感圧接着剤を施すことと、
位置合わせシステムを使用して、第１のレンズとレンズハウジングとの間の感圧接着剤に対する圧力を生成して、第１のレンズをレンズハウジングに取り付けること
をさらに含みうる。
【００１４】
本発明のさらなる実施形態において、本方法は、
電子ディスプレイとディスプレイハウジングとの間に感圧接着剤を施すことと、
ディスプレイハウジング上での電子ディスプレイの位置合わせを決定することと、
感圧接着剤を介して電子ディスプレイをディスプレイハウジングに取り付けること
をさらに含みうる。
【００１５】
本発明のさらに別の実施形態において、本方法は、
ディスプレイハウジングをレンジハウジングに装着することと、
異なる視野角をそれぞれがカバーする複数の光学的位置合わせカメラによって、第１のレンズ及び第２のレンズを通して見える試験画像を、電子ディスプレイ上に表示することと、
複数の光学的位置合わせカメラからの画像に基づいて、電子ディスプレイを光軸、先端、及び傾斜のうちの少なくとも１つに沿って調整すること
をさらに含みうる。
【００１６】
本発明の一態様によれば、
中央取付部と、
中央取付部に接続され、中央取付部の周りを回転するよう構成された回転カラーと、
回転カラーに取り付けられた２つ以上の保持プロングであって、
回転カラーが第１のレンズを、当該第１レンズと光学的に直列の第２のレンズを含むパンケーキレンズディスプレイアセンブリの光軸の周りで回転させる間、保持するよう構成されるとともに、
回転カラーは、第１のレンズを回転させて、第１のレンズ上の４分の１波長板の第１の配向軸を、当該第１の配向軸が第２のレンズ上の反射偏光子の第２の配向軸に対して或る角度にあるように位置決めする、２つ以上の保持プロングと、
第１のレンズ及び第２のレンズを介して試験光を放射するよう構成された照射源と、
照射源によって放射された試験光を受け取るよう構成されたセンサであって、上記或る角度は、第２のレンズ、次いで第１のレンズを透過した光が実質的に円偏光されるような角度である、照射源と
を備える、システムが提供される。
【００１７】
本発明に係るシステムの一実施形態において、照射源が、取付部に結合されてよく、第１のレンズ、次いで第２のレンズを介して、円偏光された試験光を放射するようさらに構成されてよく、第１のレンズ、次いで第２のレンズを透過する円偏光された試験光が、センサによってゴースト像として結像され、或る角度は、ゴースト像の輝度が閾値よりも低くなるような角度である。
【００１８】
本発明のシステムの他の実施形態において、照射源からの円偏光された試験光が、第１のレンズの４分の１波長板を透過することができ、４分の１波長板が、円偏光された試験光を、直線偏光された試験光へと変化させることができ、直線偏光された試験光の少なくとも一部が、第２のレンズの反射偏光子を透過して、センサによってゴースト像として結像されることが可能となる。
【００１９】
本発明に係るシステムのさらに別の実施形態において、照射源は、クロムオンガラスターゲットであるか、又はパンケーキレンズディスプレイアセンブリのディスプレイである。
【００２０】
本発明のシステムのさらなる実施形態において、センサは、照射源から放射された光を、当該光が第２のレンズ、次いで第１のレンズを透過した後に受け取るよう構成されたストークス・スナップショット偏光計であってよく、照射源は、第２のレンズ、次いで第１のレンズを介してストークス・スナップショット偏光計へと直線偏光を放射するようさらに構成されてよく、ストークス・スナップショット偏光計で受け取られる円偏光の量が少なくとも何らかの閾値である場合の或る角度を決定するために、回転カラーが、第１のレンズを或る角度範囲にわたって回転させるようさらに構成される。
【００２１】
本発明のさらに別の実施形態において、本システムは、
カメラ、及び回転ステージを含むディスプレイ位置合わせシステムであって、
回転ステージを用いて、パンケーキレンズディスプレイアセンブリの電子ディスプレイを、第１のレンズ及び第２のレンズと光学的に直列に位置決めすることであって、電子ディスプレイが円偏光を放射するよう構成される、電子ディスプレイを位置決めすることと、
電子ディスプレイ上に試験画像を表示させることであって、カメラが、当該カメラと電子ディスプレイとの間の第１のレンズ及び第２のレンズにより、光軸上で電子ディスプレイにおいて焦点が合わせられ、電子ディスプレイからの円偏光の一部が、カメラにおいてゴースト像を形成する、試験画像を表示させることと、
回転ステージを用いて或る角度範囲にわたって電子ディスプレイを回転させることによって、ゴースト像の輝度が閾値より低くなる電子ディスプレイの角度を決定すること
を行うよう構成されたディスプレイ位置合わせシステム
をさらに含みうる。
【００２２】
本発明のさらなる実施形態において、本システムは、第１のレンズとレンズハウジング上の感圧粘着剤との間に圧力を生成して、第１のレンズをレンズハウジングに取り付けるよう構成された視覚システムをさらに含みうる。
【００２３】
本発明のさらに別の実施形態において、本システムは、
複数の光学的位置合わせカメラを備えるディスプレイ位置合わせシステムであって、
電子ディスプレイをディスプレイハウジングに取り付けることと、
ディスプレイハウジングをレンズハウジングに取り付けることと、
異なる視野角をそれぞれがカバーする複数の光学的位置合わせカメラによって見える試験画像を、電子ディスプレイ上に表示することと、
複数の光学的位置合わせカメラからの画像に基づいて、光軸、先端、及び傾斜のうちの少なくとも１つに沿って、電子ディスプレイを調整すること
を行うよう構成されたディスプレイ位置合わせシステム
をさらに含みうる。
【００２４】
本発明のシステムのさらなる実施形態において、ディスプレイハウジングが、２つ以上の調整可能なネジを介して前記レンズハウジングに取り付けられ、光軸、先端、及び傾斜のうちの少なくとも１つに沿った調整が、２つ以上の調整可能なネジを調整することによって行われうる。
【００２５】
本発明のシステムのさらに別の実施形態において、ディスプレイハウジングが、接着剤を介してレンズハウジングに取り付けられ、光軸、先端、及び傾斜のうちの少なくとも１つに沿った調整が、接着剤が硬化する前に、ディスプレイ位置合わせシステムを用いて行われる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】１つ以上の実施形態に係るパンケーキレンズディスプレイアセンブリの折り畳まれた光路を示す。
【図１Ｂ】１つ以上の実施形態に係るパンケーキレンズディスプレイアセンブリの能動的な位置合わせのための例示的なシステムである。
【図２】１つ以上の実施形態に係る、能動的な位置合わせプロセスの第１のステップを示し、パンケーキレンズの第２のレンズをレンズハウジングに取り付けることが含まれる。
【図３】１つ以上の実施形態に係る、能動的位置合わせプロセスの第２のステップを示し、パンケーキレンズの第２のレンズをレンズハウジングに取り付け、第１のレンズを取り付けるために接着剤及び圧迫発泡体をレンズハウジングに施すことが含まれる。
【図４】１つ以上の実施形態に係る、能動的位置合わせプロセスの第３のステップを示し、第２のレンズに対して第１のレンズを保持し及び回転させるよう構成された取り付け部が含まれる。
【図５】１つ以上の実施形態に係る、能動的位置合わせプロセスの第４のステップを示し、ディスプレイをディスプレイハウジングに取り付けるために、ディスプレイハウジングに接着剤が施されることが含まれる。
【図６】１つ以上の実施形態に係る、能動的位置合わせプロセスの第５のステップを示し、ディスプレイハウジングが、調節可能なネジを介してレンズハウジングに取り付けられ、レンズハウジングに対して位置合わせされることが含まれる。
【図７】１つ以上の実施形態に係る、能動的位置合わせプロセスの代替的な第３のステップを示し、第２のレンズに対して第１のレンズを保持し及び回転させるよう構成された取り付け部が含まれる。
【図８】１つ以上の実施形態に係る、代替的な第３のステップに付随する追加のステップを示し、ディスプレイハウジングが、図７のレンズハウジングに取り付けられ、位置合わせされることを含む。
【図９Ａ】一実施形態に係る、パンケーキレンズディスプレイアセンブリを能動的に位置合わせするためのプロセスを示すフローチャートである。
【図９Ｂ】一実施形態に係る、パンケーキレンズディスプレイアセンブリを能動的に位置合わせするためのプロセスを示す他のフロー図である。
【図１０】一実施形態に係るＨＭＤの図である。
【図１１】一実施形態に係る、図１０に示すＨＭＤの前部剛体の断面図である。
【図１２】少なくとも１つの実施形態に係る、パンケーキレンズを含むＨＭＤが動作するシステム環境である。
【００２７】
図面は、単に説明のために本開示の実施形態を示している。当業者は、以下の明細書の記載から、本明細書に記載される本開示の原則又は提示される利益から逸脱することなく、本明細書に示された構造及び方法の代替的な実施形態が採用されうることが容易に分かるであろう。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の実施形態は、人工現実システム（ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ  ｒｅａｌｉｔｙ  ｓｙｓｔｅｍ）を含んでよく、又は、人工現実システムと関連して実現されてよい。人工現実は、ユーザに提示される前に何らかの方式で調整された現実の一形態であり、例えば、仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）、混合現実（ＭＲ）、ハイブリッド現実、又はこれらの何らかの組み合わせ及び／又は派生物を含みうる。人工現実コンテンツは、完全に生成されたコンテンツ、又は、撮像された（例えば現実世界の）コンテンツと組み合わせて生成されたコンテンツを含みうる。人工現実コンテンツは、映像、音声、触覚フィードバック、又は、これらの何らかの組み合わせを含んでよく、これらのうちのいずれも、単一のチャネル若しくは複数のチャネル（視聴者に三次元効果をもたらすステレオビデオ（ｓｔｅｒｅｏ  ｖｉｄｅｏ）等）において提示されうる。加えて、幾つかの実施形態において、人工現実は、或る人工現実においてコンテンツを制作するために使用され及び／又は或る人工現実において別様に使用されるアプリケーション、製品、アクセサリ、サービス、又はこれらの幾つかの組み合わせと関連付けられてもよい。人工現実コンテンツを提供する人工現実システムは、ホストコンピュータシステムに接続されたウェラブルデバイス（例えば、ヘッドセット）、スタンドアローンのウェラブルデバイス（例えば、ヘッドセット）、携帯機器、若しくは計算システム、又は、１人以上の視聴者に人工現実コンテンツを提供することが可能な任意の他のハードウェアプラットフォームを含む、様々なプラットフォーム上に実装されうる。
【００２９】
パンケーキレンズの折り畳まれた光路
図１Ａは、１つ以上の実施形態に係るパンケーキレンズディスプレイアセンブリ１００の折り畳まれた光路を示している。パンケーキレンズディスプレイアセンブリ１００は、ディスプレイ１０５、第１のレンズ１１０、及び第２のレンズ１１５を含む。第１のレンズ１１０及び／又は第２のレンズ１１５の１つ以上の表面は、像面湾曲を補正するよう成形することが可能であり、例えば、球状凹面（例えば、球体の一部）、球状凸面、平面、回転対称非球面、自由形状、又は、像面湾曲を軽減する他の何らかの形状となるよう成形されうる。いくつかの実施形態において、第１のレンズ１１０及び／又は第２のレンズ１１５の１つ以上の表面の形状は、他の形態の光学収差を追加的に補正するよう設計することが可能である。いくつかの実施形態において、パンケーキレンズディスプレイアセンブリ１００内の１つ以上の光学素子は、反射防止コーティングといった１つ以上のコーティングを有し、コントラストを向上しうる。ディスプレイ１０５は、ディスプレイ１０５から放射された光を円偏光に変換する円偏光子１２０を含む。一実施形態において、円偏光子１２０は、ディスプレイ１０５の表面上のフィルムである。第１のレンズ１１０は、部分反射体１２５と、４分の１波長板（ＱＷＰ：ｑｕａｒｔｅｒ−ｗａｖｅｐｌａｔｅ）１３０と、を含む。部分反射体１２５（例えば、５０／５０ミラー）は、その表面に入射する光の１の部分を反射し、他の部分を透過するよう構成されている。ＱＷＰ１３０は、円偏光を直線偏光に変換し、及びその逆方向に変換するよう構成されている。第２のレンズ１１５は、所望の偏光状態を、他の偏光状態を反射しながら伝達するよう構成された反射偏光子１３５を含む。
【００３０】
動作中に、光１４０が、ディスプレイ１０５及び円偏光子１２０から部分反射体１２５へと方向付けられる。光１４０は、円偏光されている。光１４０の第１の部分が、部分反射体１２５によって反射され、光１４０の第２の部分が、部分反射体１２５によりＱＷＰ１３０に向かって伝達される。いくつかの実施形態において、部分反射体１２５は、入射光（例えば、光１４０、光１５５等）の５０％を反射するよう構成される。ＱＷＰ１３０は、光１４０の偏光を、円形から（光１４５と称される）線形へと変える。光１４５は反射偏光子１３５に入射し、反射偏光子１３５は、遮断方向（例えばｘ方向）に偏光された光を反射し、遮断方向に対して直交する方向（例えば、ｙ方向）に偏光された光を透過する。このポイントにおいて、光１４５は、遮断方向に直線偏光される。従って、反射偏光子１３５は光１４５を反射し、この反射された光は、光１５０と称される。光１５０は、ＱＷＰ１３０に入射し、ＱＷＰ１３０は、上述のように、直線偏光されている光１５０を円偏光された光１５５へと変化させ、部分反射体１２５が、光１５５の一部分を、（他の部分を透過させる一方で）反射する。光１５５の反射された部分は、同じく円偏光された光１６０として、ＱＷＰ１３０に向かって反射して戻される。しかしながら、その対掌性が、部分反射体１２５からの反射に起因して、光１５５及び１４５と逆である。従って、ＱＷＰ１３０が、光１６０の偏光を、円偏光された状態から直線偏光された光１６５へと変える。しかしながら、光１６０の対掌性が光１４５とは逆であるため、光１６５の偏光は、光１４５の偏光に対して直交している。従って、光１６５は、遮断方向（例えば、ｘ方向）に直交する方向（例えば、ｙ方向）に直線偏光されており、従って、反射偏光子１３５によって光１６５としてユーザの目１６６へと伝達される。パンケーキレンズディスプレイアセンブリ、及び他の変形例の動作は、２０１６年１０月１２日に出願した米国特許出願第１５／２９２，１０８号（Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｏ．１５／２９２，１０８）にさらに記載されており、その全体が参照により組み込まれる。
【００３１】
しかしながら、上述したプロセスは、理想化された形の現実である。パンケーキレンズディスプレイアセンブリ内では、光学素子の１つ以上の不完全性に起因して、あまり理想的ではない他の光路が存在する可能性があり、この不完全性によって、光漏れ、ゴースト像等が引き起こされる可能性がある。理論的には、光漏れは解消可能であるが、実際には、光の波長が（例えば、可視スペクトルにわたって）変動し、ＱＷＰ１３０のリターダンスが波長の関数であり、波長によって変動する。従って、ＱＷＰ１３０は、実際には、入射する光の全可能な波長にわたって、４分の１波長のリターダンスを提供できないこともある。従って、第２のレンズ１１５の反射偏光子１３５と、第１のレンズ１１０のＱＷＰ１３０と、の位置合わせが、画質を確保するためにこれら要素間で満たす必要がある比較的厳しい公差に因り困難となりうる。特に、ＱＷＰ１３０の第１の配向軸と、反射偏光子１３５の第２の配向軸と、の間の角度があまり最適ではないと、ディスプレイ１０５からの一部の光が、第１のレンズ１１０及び第２のレンズ１１５を真っすぐに（すなわち、前述の如何なる反射も受けずに）透過し、眼１６６においてゴースト像として観察される。従って、第２のレンズ１１５の反射偏光子１３５を、第１のレンズ１１０のＱＷＰ１３０に対して能動的に位置合わせして、光漏れ、ゴースト像等を少なくとも最小に抑えるためのシステム及び方法が開示される。
【００３２】
位置合わせシステム
図１Ｂは、一実施形態に係る、パンケーキレンズディスプレイアセンブリの第２のレンズに対する、第１のレンズの能動的な位置合わせのための例示的な位置合わせシステム１７０を示している。位置合わせシステム１７０は、視覚システム１７５、偏光位置合わせシステム１８０、ディスプレイ位置合わせシステム１８５、及びコントローラ１９０を含む。他の実施形態において、位置合わせシステム１７０は、列挙されている構成要素と、任意の追加のシステム、モジュール、又は構成要素と、の任意の組み合わせを有することが可能である。
【００３３】
視覚システム１７５は、位置合わせプロセスの１つ以上のステップを自動化するコンピュータ視覚ベースのシステムである。視覚システム１７５は、プロセッサと、１つ以上のカメラと、回転可能なステージ上のレンズ装着要素（例えば、１つ以上のレンズ保持プロング、真空チャック等）と、とりわけ、部品選択、接着剤及び圧縮発泡体の適用、第２のレンズの位置合わせ及び取り付け、並びに、品質保証といったタスクを実行するソフトウェアと、を含みうる。他の実施形態において、位置合わせシステム１７０は、列挙されている構成要素と、任意の追加のシステム、モジュール、又は構成要素と、の任意の組み合わせを有することが可能である。
【００３４】
視覚システム１７５は、パンケーキレンズディスプレイアセンブリのレンズハウジングを、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）のレンズハウジング固定取付部に取り付けるよう構成される。一実施形態において、視覚システム１７５の１つ以上のカメラが、レンズハウジング固定取付部上のデータムを利用して、レンズハウジングの配置を案内する。データムは、視覚システム１０５のための視覚インジケータとして機能し、レンズハウジング固定取付部に対するレンズハウジングの位置合わせ及び配置を案内する。視覚システム１７５はまた、パンケーキディスプレイアセンブリの第２のレンズをレンズハウジングに取り付けるために、レンズハウジングに接着剤を施し、次いで、第２のレンズをレンズハウジングに取り付けるよう構成されうる。このことは、第２のレンズのノーズカットをレンズハウジング上の対応するノーズカットに位置合わせし、レンズ装着要素を介して第２のレンズを所定の位置に動かし、第２のレンズをレンズハウジング上の接着剤に押し付けることを含む。視覚システム１７５はまた、感圧接着剤（ＰＳＡ：ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ａｄｈｅｓｉｖｅ）及び圧縮発泡体をレンズハウジングに施して、第１のレンズをレンズハウジングに取り付けるよう構成されてうる。これらのプロセスは、図２〜図３に関してより詳細に説明する。
【００３５】
視覚システム１７５はまた、ＨＭＤのディスプレイを、ディスプレイハウジングに取り付けるよう構成される。このことは、ディスプレイハウジングにＰＳＡを施すことと、ディスプレイハウジング上のＰＳＡにディスプレイを接着させるために、当該ディスプレイを、正しい位置合わせでディスプレイハウジング上の適所に案内することを含む。一実施形態において、視覚システム１７５の１つ以上のカメラが、ディスプレイのｘ、ｙ方向における配置及びｚ方向を中心とする回転を案内し、視覚システム１７５のレンズ装着要素が、ディスプレイとディスプレイハウジングとの間に力を加えて、ＰＳＡに、ディスプレイとディスプレイハウジングとを接着させる。上記プロセスは、図５に関してより詳細に説明する。図１は、ここで記載する単一の視覚システム１７５を、レンズとディスプレイの両方の取り付けを行うものとして示しているが、これらの別々のステップの一方を実行することに特化された２つの異なる視覚システムが存在しうるであろう。例えば、組立ラインにおいて、第１の視覚システムが、第２のレンズをレンズハウジングに取り付け、第２の視覚システムが、ディスプレイをディスプレイハウジングに取り付けることが可能であろう。
【００３６】
偏光位置合わせシステム１８０は、中央取付部と、中央取付部に対して回転する回転カラーと、回転カラーに取り付けられ、回転カラーを回転させるレンズ装着要素と、センサと、を含む。一実施形態において、レンズ装着要素は、視覚システム１７５に関して説明したのと同じレンズ装着要素でありうる。レンズ装着要素は、第１のレンズがレンズハウジングに取り付けられる位置から或る間隔を置いて、第１のレンズを保持するよう構成され、回転カラーは、第１のレンズを、パンケーキレンズディスプレイアセンブリの光軸の周りで回転させる。第１のレンズは、第１のレンズ上の４分の１波長板の第１の配向軸が第２のレンズ上の反射偏光子の第２の配向軸に対して或る角度となるまで、回転させられる。上記或る角度がどのように決定されるのかについて、以下でより詳細に説明する。
【００３７】
一実施形態において、中央取付部は、光のパターンを表示する照射源と、照射源からの試験光を円偏光された試験光に変換するよう構成されたフィルムスタックと、を含む。偏光位置合わせシステムは、第２のレンズ、次いで第１のレンズを通る真っ直ぐな経路で照射源において焦点が合わせられたカメラを追加的に含む。第２のレンズ、次いで第１のレンズを通る光の真っ直ぐな経路とは、何らの反射も受けない照射源から真っ直ぐな光路である。センサ（例えば、カメラ）が、ユーザの目が位置するであろうところに位置付けられ、照射源が、ＨＭＤのディスプレイが位置するであろうところに位置付けられている。本実施形態において、円偏光された試験光は、第１のレンズを透過し、次いで第２のレンズを透過し、センサによってゴースト像として結像される。従って、第１のレンズ上の４分の１波長板の第１の配向軸と、第２のレンズ上の反射偏光子の第２の配向軸と、の間の角度は、第１のレンズと第２のレンズとの相対的位置に対応しており、これにより、ゴースト像の輝度は、閾値より低い（又は、第１のレンズがそれを介して回転する他の角度に対して最小となる）。一実施形態において、許容可能な閾値の範囲は０．３〜０．７％であろう。しかしながら、閾値は、全システム性能に基いており、照射源からの光のパターンの主要画像に対して、ゴースト像の信号を最小化するよう設定される可能性が最も高い。一実施形態において、このことは、第１のレンズ上の４分の１波長板の第１の配向軸と、第２のレンズ上の反射偏光子の第２の配向軸と、の間の角度がゴースト像の輝度に基づいて特定されるまで、第１のレンズを回転させることを含む。偏光位置合わせシステム１８０はその後、上記角度において、第２のレンズをレンズハウジングに取り付けるよう構成される。本プロセスは、図４に関してより詳細に説明する。
【００３８】
ディスプレイ位置合わせシステム１８５は、レンズハウジングにディスプレイハウジングを取り付けるよう構成されている。このことは、第１のレンズ及び第２のレンズに対してディスプレイを位置合わせするよう調節可能な２つ以上のネジを介して、ディスプレイハウジングをレンズハウジングと嵌合させることを含む。従って、ディスプレイ位置合わせシステム１８５は、複数の光学的位置合わせカメラを含み、当該光学的位置合わせカメラのそれぞれが、様々な視野角で第２のレンズ及び第１のレンズを介してディスプレイに向けられている。ディスプレイ位置合わせシステム１８５はまた、ＨＭＤのディスプレイに電源を入れ、複数の光学的位置合わせカメラを用いて光学的位置合わせを行うための試験画像（例えば、パターン、グリッド、３オフセットドット等）を表示させ、２つ以上のネジを用いて、ｚ方向におけるディスプレイの位置を調整しうる。本プロセスは、図６に関してより詳細に説明する。
【００３９】
代替的な実施形態において、偏光位置合わせシステム１８０は、照射源と、中央開口部を含む中央取付部と、円偏光計（例えば、ストークス・スナップショット偏光計）と、中央取付部に対して回転する回転カラーと、回転カラーに取り付けられ、当該回転カラーと共に回転するレンズ装着要素（例えば、レンズ保持プロング）と、を含む。本実施形態において、センサは、ストークス・スナップショット偏光計である。照射源は、パンケーキレンズディスプレイアセンブリの目側に位置しており、第２のレンズ、次いで第１のレンズ、最後に中央取付部の中央開口部を介して試験光を方向付けて、ストークス・スナップショット偏光計に至らせるよう構成されている。レンズ装着要素は、第１のレンズがパンケーキレンズディスプレイアセンブリの光軸の周りを回転させられる間、第１のレンズがレンズハウジングに装着される位置から或る間隔を置いて、第１のレンズを保持するよう構成されている。従って、第１のレンズ上の４分の１波長板の第１の配向軸と、第２のレンズ上の反射偏光子の第２の配向軸と、の間の角度は、第１のレンズと第２のレンズとの相対的位置に対応しており、これにより、円偏光計によって受け取られる円偏光の量（又は、楕円率）が、閾値より大きくなる（又は、第１のレンズがそれを介して回転する他の角度に対して最大となる）。一実施形態において、許容可能な閾値の範囲は、円偏光（又は楕円率）の９６％より大きいであろう。上記値は、いくつかの異なる視野角及び波長において測定可能であろうし、より複雑な重み付けメトリックを使用し、スコアリングメトリックが最小化又は最大化されるまで回転を最適化しうるであろう。
【００４０】
一実施形態において、第１のレンズが、第１のレンズ上の４分の１波長板の第１の配向軸と、第２のレンズ上の反射偏光子の第２の配向軸と、の間の角度が、ストークス・スネープショット偏光計によって受け取られる円偏光量に基づいて特定されるまで、回転させられる。偏光位置合わせシステム１８０はその後、上記角度において、第２のレンズをレンズハウジングに取り付けるよう構成される。本プロセスは、図７に関してより詳細に説明する。
【００４１】
本代替的な実施形態において、ディスプレイ位置合わせシステム１８５は、回転ステージと、ディスプレイ真空チャックと、カメラと、を含む。ディスプレイ真空チャックは、ディスプレイハウジングがレンズハウジングに取り付けられるところから或る間隔を置いて、ディスプレイハウジングを配置し、ディスプレイハウジングが自在に回転することを可能とするよう構成されている。ディスプレイが、（円偏光された試験光を放射する）試験画像を表示するために電源が入れられ、カメラが、真っ直ぐな経路上で焦点が合わせられており、第２のレンズ及び第１のレンズの他方の側で観察される、上記試験画像に対応するゴースト像が得られる。（ディスプレイを含む）ディスプレイハウジングが、或る角度範囲にわたって回転ステージを介して回転させられ、ゴースト像の輝度が閾値より低い（又は、ディスプレイがそれを介して回転する他の角度に対して最小となる）ディスプレイの位置が特定される。次いで、ディスプレイ真空チャックが、ディスプレイハウジングがレンズハウジングの圧縮発泡体に接触するまで、ディスプレイハウジングをｚ方向に適所に動かし、１つ以上の調整ネジが、ディスプレイハウジングを取り付けるために所定の位置へと回転させられる。その後、ディスプレイ真空チャックが、ディスプレイを解放する。本プロセスは、図８に関してより詳細に説明する。
【００４２】
コントローラ１９０は、視覚システム１７５の１つ以上のカメラ、センサ（例えば、カメラ、ストークス・スナップショット偏光計等）、及び／又は、複数の光学的位置合わせカメラからの情報を処理し、上述のような、視覚システム１７５、偏光位置合わせシステム１８０、及び、ディスプレイ位置合わせシステム１８５に対するコマンドを生成して、パンケーキレンズディスプレイアセンブリ内で、第１のレンズを第２のレンズに対して位置合わせするよう構成されている。コントローラ１９０は、プロセッサと、コンピュータ可読記憶媒体と、を含みうる。
【００４３】
位置合わせ方法
図２は、一実施形態に係る、パンケーキレンズベースのディスプレイアセンブリのための能動的位置合わせプロセスにおける第１のステップ２００を示している。第１のステップ２００では、視覚システム１７５が、最初に、パンケーキレンズディスプレイアセンブリのレンズハウジング２１０を、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）のフレーム（又はその一部）に取り付けられたレンズハウジング固定取付部２１５に取り付ける。視覚システム１７５はまた、第２のレンズ２０５をレンズハウジング２１０に取り付けるために、レンズハウジング２１０に接着剤２２０を施し、その後、第２のレンズ２０５をレンズハウジング２１０に取り付けてもよい。一実施形態において、このことは、第２のレンズ２０５のノーズカットを、レンズハウジング２１０の対応するノーズカット外形に対して位置合わせすることと、第２のレンズ２０５を所定の位置に移動させることと、第２のレンズ２０５をレンズハウジング２１０に接着させるために、第２のレンズ２０５とレンズハウジング２１０上の接着剤２２０との間に圧力を加えることを含む。
【００４４】
図３は、一実施形態に係る能動的位置合わせプロセスの第２のステップ３００を示し、第１のレンズを取り付けるために、接着剤３１０及び圧縮発泡体３０５をレンズハウジング２１０に施すことが含まれている。一実施形態において、接着剤３１０は、感圧接着剤（ＰＳＡ：ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ａｄｈｅｓｉｖｅ）であり、第１のレンズとレンズハウジング２１０との間に圧力が加わったときに、第１のレンズをレンズハウジング２１０に接着させる。
【００４５】
図４は、一実施形態における能動的位置合わせプロセスにおける第３のステップ４００を示し、第１のレンズ４０５を第２のレンズ２０５に対して回転させて、ゴースト像の輝度が閾値より低くなる角度を特定することが含まれる。本実施形態において、偏光位置合わせシステム１８０は、中央取付部４１０と、中央取付部４１０に対して回転する回転カラー４２５と、回転カラー４２５に取り付けられ、当該カラー４２５と共に回転する保持プロング４１５と、を含む。偏光位置合わせシステム１８０は、保持プロング４１５を用いて、レンズハウジング２１０に結合された第２のレンズ２０５と光学的に直列に、第１のレンズ４０５を位置決めする。保持プロング４１５は、上記角度を特定するために第１のレンズ４０５を回転させる間、第１のレンズ４０５がレンズハウジング２１０に取り付けられる位置から或る間隔（Δｚ）を置いて、第１のレンズ４０５を保持するよう構成されている。
【００４６】
中央取付部４１０は、照射源４２０と、クロムオンガラスターゲット４３０と、偏光フィルムスタック４３５と、を追加的に含む。照射源４２０が、試験光を放射し、偏光フィルムスタック４３５が、試験光を円偏光された試験光へと変換し、当該円偏光された試験光が、第１のレンズ４０５の表面上の４分の１波長板（ＱＷＰ）４６０へと方向付けられる。図１Ａに関して記載したように、ＱＷＰ４６０は、試験光が第２のレンズ２０５の表面上の反射偏光子４６５へと進むときに、円偏光された試験光を直線偏光された試験光に変換する。反射偏光子４６５は、直線偏光を、遮断方向（例えば、ｘ方向）において反射し、遮断方向に対して直交する方向（例えば、ｙ方向）に偏光された光を透過させる。このポイントでの光の偏光の向きは、反射偏光子４６５の偏光の向きと未だ位置調整されていないため、試験光は、反射偏光子４６５の偏光軸に対して正確には平行ではなく又は直交していない。従って、試験光の一部が、真っ直ぐな経路上を（すなわち、反射されずに）透過し、これにより、この光がカメラ４４０により結像されたところでゴースト像が形成される。反射偏光子４６５を透過する試験光の量は、ＱＷＰ４６０の第１の配向軸と反射偏光子４６５の第２の配向軸との間の角度に基づいて変動する。
【００４７】
従って、第１のレンズ４０５が、保持プロング４１５及び回転カラー４２５を介して、光軸４５５の周りを回転させられ（４５０）、ＱＷＰ４６０の第１の配向軸が、当該第１の配向軸と、第２のレンズ２０５上の反射偏光子４６５の第２の配向軸とが、ゴースト像の輝度が最小となる（又は閾値強度の値より低くなる）上記角度にあるように、位置決めされる。従って、カメラ４４０によって、ゴースト像が最小となる角度を特定されるまで、回転カラー４２５が、或る角度範囲にわたって第１のレンズ４０５を回転させる。加えて、この角度において、第１のレンズ４０５、次いで第２のレンズ２０５を透過した光が、実質的に円偏光される。
【００４８】
ゴースト像の輝度が最小となる（又は、閾値強度の値よりも低くなる）角度が特定されると、保持プロング４１５が、第１のレンズ４０５をレンズハウジング２１０に取り付ける。このことは、保持プロング４１５が、上記特定された角度において第１のレンズ４０５を適所に動かし、第１のレンズ４０５と、レンズハウジング２１０上の接着剤３１０及び圧縮発泡体３０５と、を接触させることを含む。一実施形態において、接着剤３１０は感圧接着剤であり、偏光位置合わせシステム１８０は、第１のレンズ４０５と、レンズハウジング２１０上の接着剤３１０及び発泡体３０５と、の間に圧力を生成して、第１のレンズ４０５をレンズハウジング２１０に取り付けるよう構成される。
【００４９】
図５は、一実施形態に係る、能動的位置合わせプロセスにおける第４のステップ５００を示し、ディスプレイ５０５をディスプレイハウジング５１０に取り付けるために、ディスプレイハウジング５１０に接着剤５１５が施されることが含まれる。一実施形態において、視覚システム１７５が、ＨＭＤのディスプレイ５０５をディスプレイハウジング５１０に取り付けるよう構成される。このことは、ディスプレイハウジング５１０に接着剤５１５を施すことと、ディスプレイ５０５を、位置に正しく位置合わせによりディスプレイハウジング５１０上の適所に案内し、ディスプレイハウジング２１０上の接着剤５１５にディスプレイ５０５を接着させることを含む。一実施形態において、接着剤５１５は感圧接着剤（ＰＳＡ）であり、視覚システム１７５は、ディスプレイ５０５とディスプレイハウジング５１０との間に圧力を生成して、接着剤５１５に、ディスプレイ５０５をディスプレイハウジング５１０に接着させるよう構成される。
【００５０】
図６は、一実施形態に係る、能動的位置合わせプロセスにおける第５のステップ６００を示し、ディスプレイハウジング５１０が、レンズハウジング２１０に取り付けられ、レンズハウジング２１０に対して位置合わせされることを含む。ディスプレイ５０５を、第１のレンズ４０５及び第２のレンズ２０５に対してｚ方向に、光軸に沿って、及び先端／傾斜において位置合わせするよう調節可能な２つ以上の調整ネジ６０５（例えば、３つの調整ネジ）を介して、ディスプレイ位置合わせシステム１８５が、ディスプレイハウジング５１０をレンズハウジング２１０に嵌合させる。ディスプレイ位置合わせシステム１８５は、複数の光学的位置合わせカメラ６１０を含み、複数の光学的位置合わせカメラ６１０はそれぞれ、第２のレンズ２０５及び第１のレンズ４０５を介して、第２のレンズ２０５及び第１のレンズ４０５の光軸に対して、様々な視野角又は角度でディスプレイ５０５に向けられている。
【００５１】
従って、ＨＭＤのディスプレイ５０５は、試験画像（例えば、パターン、グリッド、３つのオフセットドット等）を表示するために電源が入れられ、複数の光学的位置合わせカメラ６１０のそれぞれが、約１〜４ｍ（例えば、２．５ｍ）にある試験画像上に焦点が合わせられる。次いで、ディスプレイ５０５は、複数の光学的位置合わせカメラ６１０を用いて、ディスプレイ５０５全体で等しい焦点を実現するために、ｚ軸に沿って先端及び傾斜が調整される。ｚ軸に沿った先端及び傾斜における調整は、２つ以上の調整ネジ６０５を用いて行われる。一実施形態において、３つの調整ネジ６０５が存在する。先端及び傾斜における調節は、例えば、１つの調整ネジ６０５を他の２つの調整ネジ６０５に対してさらに締めることで、圧縮発泡体３０５を介してレンズハウジング２１０とディスプレイハウジング５１０との間の角度を変えることによって、行うことが可能である。ディスプレイハウジング５１０の調整が完了すると、紫外線（ＵＶ）硬化接着剤又は他の接着剤を施して、調整ネジ６０５を所定の位置に固定しうる。代替的な実施形態において、ディスプレイ位置合わせシステム１８５は、接着剤といった他の固着方法を用いて、ディスプレイハウジング５１０をレンズハウジング２１０に嵌合させる。本実施形態では、固着方法が完了する（例えば、接着剤が硬化する）まで、ディスプレイ真空チャック８０５（又は、他の取付部）が、ディスプレイ５０５を保持し、ディスプレイ５０５及びディスプレイハウジング５１０を所定の位置に保持しながら、光軸、先端、及び傾斜に沿って能動的な調整を行う。従って、一実施形態において、接着剤が硬化する前に、光軸に沿った先端及び／又は傾斜における調整が、ディスプレイ位置合わせシステム１８５を用いて行われる。
【００５２】
図７は、一実施形態に係る、能動的位置合わせプロセスにおける代替的な第３のステップ７００を示し、第２のレンズ２０５に対して第１のレンズ４０５を保持して、回転させる（４５０）よう構成された取付部７０５を含む。本実施形態において、偏光位置合わせシステム１８０は、照射源７１０と、中央開口部を含む取付部７０５と、円偏光計７２０と、取付部７０５に対して回転する回転カラー７２５と、回転カラー７２５に取り付けられ、回転カラー７２５と共に回転する保持プロング４１５と、を含む。照射源７１０は、第２のレンズ２０５の目側に位置しており、第２のレンズ２０５、次いで第１のレンズ４０５、最後に取付部７０５の中央開口部を介して試験光を方向付けて、ストークス・スナップショット偏光計７２０に至らせるよう構成されている。
【００５３】
上述のように、偏光位置合わせシステム１８０は、保持プロング４１５を用いて、レンズハウジング２１０に結合された第２のレンズ２０５と光学的に直列に、第１のレンズ４０５を位置決めする。保持プロング４１５は、第１のレンズ４０５を光軸４５５の周りで回転させる（４５０）間、第１のレンズ４０５がレンズハウジング２１０に取り付けられるところから或る間隔（Δｚ）を置いて、第１のレンズ４０５を保持し、本実施形態では、ストークススネークスナップショット偏光計７２０により受け取られる円偏光の量が閾値よりも大きくなる（又は、第１のレンズ４０５がそれを介して回転する他の角度に対して最大となる）角度を特定するよう構成されている。
【００５４】
照射源７１０は、試験光を放射するよう構成されており、試験光から、直線偏光された試験光を生成するよう構成されたフィルタリング光学系を追加的に含む。照射源７１０から放射される直線偏光された試験光は、第２のレンズ２０５の表面上の反射偏光子４６５を透過して、第１のレンズ４０５の表面上のＱＷＰ４６０に至る。第１のレンズ４０５の表面上のＱＷＰ４６０は、試験光が取付部７０５の中央開口部を介してストークス・スナップショット偏光計７２０へと進むときに、直線偏光された試験光を、円偏光された試験光へと変換する。
【００５５】
従って、第１のレンズ４０５上のＱＷＰ４６０の第１の配向軸と、第２のレンズ２０５上の反射偏光子４６５の第２の配向軸と、の間の角度は、第１のレンズ４０５と第２のレンズ２０５との相対的位置に対応しており、これにより、ストークス・スナップショット偏光計７２０によって受け取られる円偏光量が、閾値よりも大きい。一実施形態において、ＱＷＰ４６０の第１の配向軸と、反射偏光子４６５の第２の配向軸と、の間の角度が、ストークス・スナップショット偏光計７２０によって受け取られた円偏光量に基いて特定されるまで、第１のレンズ４０５が回転させられる（４５０）。次いで、偏光位置合わせシステム１８０は、上記角度において第１のレンズ４０５をレンズハウジング２１０に取り付けるよう構成される。
【００５６】
図８は、一実施形態に係る、代替的な第３のステップ７００に付随する追加のステップ８００を示し、ディスプレイハウジング２１０が、図７のレンズハウジング２１０に取り付けられ、当該レンズハウジング２１０と位置合わせされることを含む。第１のレンズ４０５がレンズハウジング２１０に取り付けられた後で、ディスプレイ５０５が、第２のレンズ２０５に対して第１のレンズ４０５を位置合わせするために利用された図４の位置合わせ方法と同様のプロセスで、第２のレンズ２０５及び第１のレンズ４０５に対して回転させられる。第１のレンズ４０５と第２のレンズ２０５とは既に位置合わせされており、ディスプレイが円偏光を出力しているが、いくつかの実施形態において、コラムがレンズハウジング２１０に対して配向されるようにディスプレイ５０５を回転させ、これにより、ヘッドマウントディスプレイにおいて、コラムがユーザの左目と右目の間に位置合わせされる（例えば、差＜０．５度）いう利点がある。本実施形態では、表示位置合わせシステム１８５は、回転ステージ８１０と、ディスプレイ真空チャック８０５と、カメラ８１５と、を含む。ディスプレイ真空チャック８０５は、ディスプレイハウジング５１０がレンズハウジング２１０に取り付けられるところから或る間隔を置いて、ディスプレイ５０５及びディスプレイハウジング５１０を保持して位置決めするように構成され、ディスプレイハウジング５１０が自在に回転することが可能となる。ディスプレイ５０５は、円偏光された試験光を放射するよう構成され、かつ試験画像を表示するために電源が入れられ、カメラ８１５が、真っ直ぐな経路上で焦点が合わせられており、パンケーキレンズディスプレイアセンブリの目側から観察される、上記試験画像により生成されるゴースト像が得られる。（ディスプレイ５０５を含む）ディスプレイハウジング５１０は、或る角度範囲にわたって、回転ステージ８１０を介して回転させられ（８５０）、ゴースト像の輝度が閾値より低くなる（又は、ディスプレイ５０５がそれを介して回転する他の角度に対して最小となる）ディスプレイ５０５の位置が特定される。
【００５７】
ゴースト像の輝度が閾値より低くなる角度が特定されると、ディスプレイ真空チャック８０５は、ディスプレイハウジングがレンズハウジング２１０の圧縮発泡体６０５に接触するまで、ディスプレイハウジング５１０をｚ方向に所定位置へと動かし、１つ以上の調整ネジ６０５が回転させられて所定の位置に収まり、ディスプレイハウジング５１０が装着される。その後、ディスプレイ真空チャック８０５は、ディスプレイ５０５を解放する。従って、図６に関して上述したように、ｚ軸に沿ったディスプレイ５０５の先端及び傾斜の調整が、２つ以上の調整ネジ６０５を用いて行われ、ＵＶ硬化接着剤又は他の接着剤が施されて、調整ネジ６０５が固定され所定位置に収まる。
【００５８】
パンケーキレンズディスプレイアセンブリを能動的に位置合わせする方法
図９Ａは、一実施形態に係る、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）のパンケーキレンズディスプレイアセンブリを能動的に位置合わせするプロセス９００を示すフローチャートである。図９Ａのプロセス９００は、装置の構成要素、例えば、位置合わせシステム１７０、視覚システム１７５、偏光位置合わせシステム１８０、ディスプレイ位置合わせシステム１８５によって実施されうる。同様に、実施形態は、異なる及び／又は追加のステップを含んでよく、又は、上記ステップを異なる順番で実行してよい。
【００５９】
位置合わせシステム１００が、第２のレンズをＨＭＤのレンズハウジングに取り付ける（９０５）。一実施形態において、このことは、第２のレンズのノーズカットを、レンズハウジングの対応するノーズカット外形に位置合わせすることと、第２のレンズを所定位置に動かすことと、第２のレンズとレンズハウジング上の接着剤との間に圧力を加えて、第２のレンズをレンズハウジングに接着させることを含む。
【００６０】
位置合わせシステム１７０は、第１のレンズを、第２のレンズと光学的に直列に位置決めする（９１０）。第１のレンズは、第１の表面上に部分反射コーティング（例えば、５０／５０ミラー）を含み、かつ第２の表面上に４分の１波長板（ＱＷＰ）を含み、第２のレンズは、第１の表面上に反射偏光子を含む。他の実施形態において、部分反射コーティング及びＱＷＰは、第１のレンズの第１の表面又は第２の表面のいずれかの上に共に積層された別々の層であってよく、反射偏光子は、第２のレンズの第１の表面又は第２の表面のいずれかの上にあってよい。第２のレンズが、レンズハウジングに取り付けられ、第１のレンズが、パンケーキレンズディスプレイアセンブリの光軸に沿って第１のレンズを回転させるよう構成された偏光位置合わせシステム１８０を用いて、第１のレンズと光学的に直列に位置決めされる。
【００６１】
位置合わせシステム１７０は、第１のレンズ及び第２のレンズを介して円偏光をセンサへと方向付ける（９１５）。本実施形態において、センサはカメラであり、第１のレンズの部分反射コーティング（例えば、５０／５０）は、光の第１の部分を第２のレンズへと透過させ、第２の部分を反射するよう構成される。第１レンズのＱＷＰが、円偏光を直線偏光へと変換し、直線偏光が、第２レンズの反射偏光子へと進む。この経路における直線偏光の軸配向は、第２のレンズの反射偏光子の軸配向と位置調整されていないが、反射偏光子が、光の第２の部分を透過させ、結果的に、カメラによってゴースト像が結像される。例えば、反射偏光子の軸配向が、ｘ軸に沿って配向された直線偏光を透過させ、ｙ軸に沿って配向された直線偏光を遮断するよう構成されてよい。この経路（すなわち、任意の反射の前の真っ直ぐな経路）における直線偏光は理論上、１００％ｙ軸に沿って配向される（反射偏光子によって完全に反射されるはずである）。しかしながら、実際にはそうならない。直線偏光は、主にｙ軸に沿って配向されるが、ｘ軸に沿って配向される光の僅かな部分が存在する可能性がある（例えば、９８％がｙ軸、２％がｘ軸）。直線偏光の上記僅かな部分（例えば、２％がｘ軸に沿って配向される）が、第１のレンズ及び第２のレンズを介して真っ直ぐに、反射偏光子によって反射されることなく透過してカメラに到達し、ゴースト像となる。
【００６２】
位置合わせシステム１７０は、或る角度範囲にわたって第１のレンズを光軸に沿って回転させる（９２０）。回転させながら、位置合わせシステム１７０は、上記角度範囲において他の角度に対してゴースト像の輝度が最小となる角度を決定する（９２５）。加えて、この角度において、第１のレンズ上のＱＷＰの第１の配向軸が、第２のレンズ、次いで第１のレンズを透過した光が実質的に円偏光されるように、第２のレンズ上の反射偏光子の第２の配向軸に対して位置決めされる。
【００６３】
位置合わせシステム１７０は、上記決定された角度において、第１のレンズをレンズハウジングに取り付ける（９３０）。このことには、保持プロングが、特定された角度において、第１のレンズを所定の位置に動かし、第１のレンズとレンズハウジング上の接着剤（例えば、感圧接着剤）及び圧縮発泡体とを接触させることを含む。一実施形態において、偏光位置合わせシステム１８０は、第１のレンズと、レンズハウジング上の接着剤及び圧縮発泡体との間に圧力を生成して、第１のレンズをレンズハウジングに取り付けるよう構成される。
【００６４】
位置合わせシステム１７０は、ＨＭＤのディスプレイをディスプレイハウジングに取り付ける（９３５）。このことには、ディスプレイハウジングに接着剤を施すことと、ディスプレイを正しい位置合わせにより、ディスプレイハウジング上の適所に案内し、ディスプレイをディスプレイハウジング上の接着剤に接着させることが含まれる。一実施形態において、接着剤は感圧接着剤（ＰＳＡ）であり、視覚システム１７５又はディスプレイ位置合わせシステム１８５は、ディスプレイとディスプレイハウジングとの間に圧力を生成して、ディスプレイをディスプレイハウジングに接着させるよう構成される。
【００６５】
位置合わせシステム１７０は、調整ネジを介して、ディスプレイハウジングをレンズハウジングに取り付けて、レンズハウジングに位置合わせする（９４０）。ディスプレイ位置合わせシステム１８５は、ディスプレイを、第１のレンズ及び第２のレンズに対してｚ方向に、光軸に沿って先端／傾斜において位置合わせするよう調整可能な２つ以上の調整ネジを介して、ディスプレイハウジングをレンズハウジングに嵌合させる。ディスプレイ位置合わせシステム１８５は、複数の光学的位置合わせカメラを含み、複数の光学的位置合わせカメラのそれぞれが、第２のレンズ及び第１のレンズを介して、当該第２のレンズ及び第１のレンズの光軸に対して様々な視野角又は角度においてディスプレイに向けられている。従って、ＨＭＤのディスプレイが、試験画像を表示するために電源が入れられ、複数の光学的位置合わせカメラがそれぞれ、約２．５ｍにある試験／試験画像上に焦点が合わせられている。次いで、ディスプレイが、ｚ軸に沿って先端及び傾斜が調整され、ディスプレイ全体にわたって等しい焦点が、複数の光学的位置合わせカメラを用いて実現される。ｚ軸方向に沿った先端及び傾斜の調整は、２つ以上の調整ネジを用いて行われる。先端及び傾斜の調整は、例えば、１つの調整ネジを他の２つの調整ネジに対してより多めに締めることで、圧縮発泡体を介してレンズハウジングとディスプレイハウジングとの間の角度を変えることによって行うことが可能である。ディスプレイハウジングの調整が完了すると、紫外線（ＵＶ）硬化接着剤又は他の接着剤が施され、調整ネジが固定されて所定位置に収まりうる。
【００６６】
図９Ｂは、一実施形態に係る、パンケーキレンズディスプレイアセンブリを能動的に位置合わせするプロセス９５０を示す他のフローチャートである。図９Ｂのプロセス９５０は、装置の構成要素、例えば、視覚システム１７５、偏光位置合わせシステム１８０、ディスプレイ位置合わせシステム１８５によって実施されうる。同様に、実施形態は、異なる及び／又は追加のステップを含んでよく、又は、上記ステップを異なる順番で実行してよい。
【００６７】
位置合わせシステム１００が、第２のレンズをＨＭＤのレンズハウジングに取り付ける（９５５）。一実施形態において、このことは、第２のレンズのノーズカットを、レンズハウジングの対応するノーズカット外形に位置合わせすることと、第２のレンズを所定位置に動かすことと、第２のレンズとレンズハウジング上の接着剤との間に圧力を加えて、第２のレンズをレンズハウジングに接着させることを含む。
【００６８】
位置合わせシステム１７０は、第１のレンズを、第２のレンズと光学的に直列に位置決めする（９６０）。第１のレンズは、第１の表面上に部分反射コーティング（例えば、５０／５０ミラー）を含み、かつ第２の表面上に４分の１波長板（ＱＷＰ）を含み、第１のレンズは、第１の表面上に反射偏光子を含む。上述のように、部分反射コーティング及びＱＷＰは、様々な実施形態において、第１のレンズの第１の表面又は第２の表面のいずれかの上に共に積層された別々の層であってよく、反射偏光子は、第２のレンズの第１の表面又は第２の表面のいずれかの上にあってもよい。第２のレンズが、レンズハウジングに取り付けられ、第１のレンズが、パンケーキレンズディスプレイアセンブリの光軸に沿って第１のレンズを回転させるよう構成された偏光位置合わせシステム１８０を用いて、第１のレンズと光学的に直列に位置決めされる。
【００６９】
位置合わせシステム１７０は、直線偏光を、第２のレンズ、次いで第１のレンズを介して、円偏光計（例えば、ストークス・スナップショット偏光計）へと方向付ける（９６５）。第１のレンズのＱＷＰは、直線偏光がＱＷＰを透過して部分反射コーティングへと進むときに、直線偏光を円偏光へと実質的に変換する。
【００７０】
位置合わせシステム１７０は、或る角度範囲にわたって第１のレンズを光軸に沿って回転させる（９７０）。回転させながら、位置合わせシステム１７０は、円偏光計によって受け取られる円偏光の量が、上記角度範囲において他の角度に対して閾値強度を上回る角度を決定する（９７５）。加えて、この角度において、第１のレンズ上のＱＷＰの第１の配向軸が、第２のレンズ、次いで第１のレンズを透過した光が実質的に円偏光されるように、第２のレンズ上の反射偏光子の第２の配向軸に対して位置決めされる。
【００７１】
位置合わせシステム１７０は、上記決定された角度において、第１のレンズをレンズハウジングに取り付ける（９８０）。このことには、保持プロングが、特定された角度において、第１のレンズを適所に動かし、第１のレンズとレンズハウジング上の接着剤（例えば、感圧接着剤）及び圧縮発泡体とを接触させることが含まれる。一実施形態において、偏光位置合わせシステム１８０は、第１のレンズと、レンズハウジング上の接着剤及び圧縮発泡体との間に圧力を生成して、第１のレンズをレンズハウジングに取り付けるよう構成される。
【００７２】
位置合わせシステム１７０は、ＨＭＤのディスプレイをディスプレイハウジングに取り付ける（９８５）。上述のように、このことは、感圧性の接着剤をディスプレイハウジングに施すことと、ディスプレイを、正しい位置合わせによりディスプレイハウジング上の適所に案内して、ディスプレイをディスプレイハウジング上の接着剤に接着させることを含みうる。
【００７３】
位置合わせシステム１７０は、ディスプレイハウジングをレンズハウジングに取り付け、レンズハウジングと位置合わせする（９９０）。第１のレンズがレンズハウジングに取り付けられた後に、ディスプレイが、第２のレンズ及び第１のレンズに対して回転させられる。本実施形態において、ディスプレイ位置合わせシステム１８５は、回転ステージと、ディスプレイ真空チャックと、カメラと、を含む。ディスプレイ真空チャックは、ディスプレイハウジングがレンズハウジングに取り付けられるところから或る間隔を置いて、ディスプレイ及びディスプレイハウジングを保持して位置決めするよう構成され、ディスプレイハウジングが自在に回転することが可能となる。ディスプレイは、円偏光された試験光を放射するよう構成され、かつ試験画像を表示するために電源が入れられ、カメラが、真っ直ぐな経路上で焦点が合わせられており、パンケーキレンズディスプレイアセンブリの目側から観察される、上記試験画像により生成されるゴースト像が得られる。ディスプレイハウジングが、或る角度範囲にわたって回転させられ、ゴースト像の輝度が閾値より低くなる（又は、ディスプレイがそれを介して回転する他の角度に対して最小となる）ディスプレイの位置が特定される。ゴースト像の輝度が閾値より低い角度が特定されると、ディスプレイ真空チャックは、ディスプレイハウジングがレンズハウジングの圧縮発泡体と接触するまでディスプレイハウジングをｚ方向に適所に動かし、１つ以上の調整ネジが回転させられて所定位置に収まり、ディスプレイハウジングが装着される。次いで、ディスプレイ真空チャックは、ディスプレイを解放する。
【００７４】
ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）
図１０は、一実施形態に係るＨＭＤ１０００の図である。ＨＭＤ１０００は、ユーザにメディアを提示する仮想現実（ＶＲ：Ｖｉｒｔｕａｌ  ｒｅａｌｉｔｙ）ヘッドセットでありうる。代替的に、ＨＭＤ１０００は、他の何らかの拡張現実、仮想現実、又は混合現実システムの一部であってよい。ＨＭＤ１０００によって提示されるメディアの例には、１つ以上の画像、映像、音声、又は、これらの何らかの組合せが含まれる。いくつかの実施形態において、音声が、音声情報に基づいて音声データを受け取る外部デバイス（例えば、スピーカ及び／又はヘッドフォン）を介して提示される。図１０に示すＨＭＤ１０００は、バンド１００５と、前部剛体１０１０と、を含む。バンド１００５は、ユーザが頭部にＨＭＤ１０００を装着するよう構成されている。前部剛体１０１０は、ユーザに対して一緒にメディアを表示する１つ以上の光学素子及びディスプレイパネルを含む。
【００７５】
図１１は、一実施形態に係る、図１０に示すＨＭＤ１０００の前部剛体１０１０の断面１１００である。図１１の実施形態において、前部剛体１０１０は、パンケーキディスプレイアセンブリ１１０５を含み、パンケーキディスプレイアセンブリ１１０５は、アイボックス１１１０へと画像光を一緒に提供するディスプレイ及び２つ以上の光学素子をさらに含む。一実施形態において、パンケーキディスプレイアセンブリ１１０５は、パンケーキレンズディスプレイアセンブリ１００である。アイボックス１１１０は、ユーザがＨＭＤ１０００を装着したときに、ユーザの眼１１１５が配置される位置である。例示を目的として、図１１は、１つの眼１１１５及び１つのパンケーキディスプレイアセンブリ１１０５と関連した断面を示すが、図示されない代替的な実施形態において、図１１に示すパンケーキディスプレイアセンブリ１１０５から分離した他のパンケーキディスプレイアセンブリが、ユーザのもう一方の眼に画像光を提供する。
【００７６】
システムの全体像
図１２は、１つ以上の実施形態に係る、ヘッドマウンテンディスプレイ（ＨＭＤ）１０００を含むシステム１２００である。システム１２００は、人工現実環境（例えば、仮想現実環境、拡張現実環境、複合現実環境、又は、これらのなんらかの組み合わせ）において動作しうる。図１２に示すシステム１２００は、ＨＭＤ１０００と、コンソール１２１５に接続された入力／出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース１２１０と、ネットワーク１２２０と、を含む。図１２は、１つのＨＭＤ１０００と、１つのＩ／Ｏインタフェース１２１０と、を含む例示的なシステム１２００を示すが、他の実施形態では、任意の数のこれらの構成要素がシステム１２００に含まれてよい。例えば、複数のヘッドセットがあってよく、それぞれのヘッドセットは、関連付けられたＩ／Ｏインタフェース１２１０を有し、各ヘッドセット及びＩ／Ｏインタフェース１２１０は、コンソール１２１５と通信する。代替的な構成において、異なる及び／又は追加の構成要素がシステム１２００に含まれてよい。さらに、図１２に示す１つ以上の構成要素に関連して記載する機能は、幾つかの実施形態において、図１２に関連して記載するのとは異なるやり方で構成要素間で分散されうる。例えば、コンソール１２１５の機能の一部又は全てが、ＨＭＤ１０００によって提供されうる。
【００７７】
ＨＭＤ１０００は、ディスプレイアセンブリ１２３０、パンケーキレンズブロック１２３５、１つ以上の位置センサ１２４０、及び、ＤＣＡ１２４５を含む。ＨＭＤ１０００の幾つかの実施形態は、図１２に関して説明されるものとは異なる構成要素を有する。さらに、図１２に関連して記載する様々な構成要素により提供される機能は、他の実施形態において、ＨＭＤ１０００の構成要素間で別様に分散されてよく、又は、ＨＭＤ１０００から離れた別個のアセンブリに取り込まれてよい。
【００７８】
電子ディスプレイ１２３０は、コンソール１２１５から受信したデータに従って、ユーザにコンテンツを表示する。ディスプレイアセンブリ１２３０は、１つ以上のディスプレイ要素（例えば、ディスプレイ５０５）を使用してコンテンツを表示する。ディスプレイ要素は、例えば、電子ディスプレイであってよい。様々な実施形態において、ディスプレイアセンブリ１２３０は、単一のディスプレイ要素又は複数のディスプレイ要素（例えば、ユーザの各眼用のディスプレイ）を含む。電子ディスプレイの例は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｉｓｐｌａｙ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：ｏｒｇａｎｉｃ  ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）ディスプレイ、アクティブマトリックス有機発光ダイオードディスプレイ（ＡＭＯＬＥＤ：ａｃｔｉｖｅ−ｍａｔｒｉｘ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）、導波路ディスプレイ、他の何らかのディスプレイ、又はこれらの何らかの組合わせを含む。いくつかの実施形態において、ディスプレイ５０５が、パンケーキレンズブロック１２３５の機能の一部又は全部を含んでもよいことに注意されたい。
【００７９】
パンケーキレンズブロック１２３５は、電子ディスプレイから受け取った画像光を拡大し、画像光に関連する光学誤差を補正し、補正した画像光をＨＭＤ１０００の、一方又は両方のアイボックスに提示するパンケーキレンズである。様々な実施形態において、パンケーキレンズブロック１２３５は、１つ以上の光学素子を含む。パンケーキレンズブロック１２３５に含まれる例示的な光学素子は、アパーチャ、フレネルレンズ、凸レンズ、凹レンズ、フィルタ、反射面、又は画像光に影響を及ぼす任意の他の好適な光学素子を含む。さらに、パンケーキレンズブロック１２３５は、様々な光学素子の組み合わせを含んでよい。幾つかの実施形態において、パンケーキレンズブロック１２３５内の１つ以上の光学素子は、部分反射又は反射防止コーティングといった、１つ以上のコーティングを有してよい。
【００８０】
パンケーキレンズブロック１２３５による画像光の拡大及び焦点調整により、電子ディスプレイを物理的により小型に、より軽量とし、より大きなディスプレイよりも消費電力を小さくすることが可能である。さらに、拡大により、電子ディスプレイによって提示されるコンテンツの視野が広がりうる。例えば、表示されるコンテンツの視野は、表示されるコンテンツがユーザの視野のほぼ全て（例えば、対角画角約１１０度）、及び場合によっては、当該視野の全てを使用して提示されるような視野である。さらに、幾つかの実施形態において、倍率は、光学素子を追加し又は外すこことで調整されうる。
【００８１】
幾つかの実施形態において、パンケーキレンズブロック１２３５は、１種類以上の光学誤差を補正するよう設計されてよい。光学誤差の例には、樽形若しくは糸巻き形のディストーション、縦方向の色収差、又は横方向の色収差が含まれる。さらに、他の種類の光学誤差には、球面収差、色収差、若しくはレンズの像面湾曲に起因する誤差、非点収差、又は任意の他の種類の光学誤差がさらに含まれうる。いくつかの実施形態において、表示するために電子ディスプレイに提供されるコンテンツが予め歪んでおり、パンケーキレンズブロック１２３５は、コンテンツに基づいて生成された電子ディスプレイからの画像光を受け取るときに、歪みを補正する。
【００８２】
位置センサ１２４０は、ＨＭＤ１０００の位置を示すデータを生成する電子デバイスである。位置センサ１２４０は、ＨＭＤ１０００の動きに応じて１つ以上の測定信号を生成する。位置センサ１９０は、位置センサ１２４０の一実施形態である。位置センサ１２４０の例は、１つ以上のＩＭＵ、１つ以上の加速度計、１つ以上のジャイロスコープ、１つ以上の磁力計、動きを検出する他の適切なタイプのセンサ、又はこれらの何らかの組合せを含む。位置センサ１２４０は、並進運動（前／後、上／下、左／右）を測定するための複数の加速度計と、回転運動（例えば、縦揺れ、偏揺れ、横揺れ）を測定するための複数のジャイロスコープと、を含む。いくつかの実施形態において、ＩＭＵは、測定信号を迅速にサンプリングし、サンプリングされたデータから、ＨＭＤ１０００の現在の推定位置を計算する。例えば、ＩＭＵは、加速度計から経時的に受信される測定信号を統合して速度ベクトルを推定し、さらに、速度ベクトルを経時的に統合してＨＭＤ１０００上の基準点の現在の推定位置を決定する。基準点は、ＨＭＤ１０００の位置を記述するために使用しうる点である。基準点は、概して、空間における或る点として定義されうるが、実際には、基準点は、ＨＭＤ１０００内の或る点として定義される。
【００８３】
ＤＣＡ１２４５は、ローカルエリアの一部についての奥行き情報を生成する。ＤＣＡは、１つ以上の撮像装置及びＤＣＡコントローラを含む。ＤＣＡ１２４５は、発光体も含みうる。ＤＣＡは、１つ以上の撮像デバイス及びＤＣＡコントローラを含み、発光体も含みうる。いくつかの実施形態において、発光体が、ローカルエリアの一部を光で照射する。光は、例えば、構造化された赤外線（ＩＲ：ｉｎｆｒａｒｅｄ）光（例えば、ドットパターン、バー等）、飛行時間のためのＩＲフラッシュ等であってよい。いくつかの実施形態において、１つ以上の撮像装置が、発光体１４０からの光を含むローカルエリアの一部の画像を撮像する。代替的な実施形態において、発光体は存在せず、少なくとも２つの撮像装置が存在する。ＤＣＡコントローラは、撮像された画像、及び１つ以上の奥行き決定技術を利用して、ローカルエリアの一部の奥行き情報を計算する。深度決定技術は、例えば、直接飛行時間（ＴｏＦ：ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ）深度センシング、間接ＴｏＦ深度センシング、構造化された光、受動的立体解析、能動的立体解析（発光体からの光によってシーンに追加されるテクスチャを使用する）、シーンの深度を決定するための他の何らかの技術、又は、それらの何らかの組み合わせであってよい。
【００８４】
Ｉ／Ｏインタフェース１２１０は、ユーザがアクション要求を送信し、コンソール１２１５から応答を受信することを可能とするデバイスである。アクション要求は、特定のアクションを実施するための要求である。例えば、アクション要求は、画像又は映像データの撮像を開始若しくは終了するための命令であってよく、又は、アプリケーション内で特定のアクションを実行するための命令であってよい。Ｉ／Ｏインタフェース１２１０は、１つ以上の入力デバイスを含みうる。例示的な入力デバイスは、キーボード、マウス、ゲームコントローラ、又は、アクション要求を受信してコンソール１２１５に伝えるための任意の他のデバイスを含む。Ｉ／Ｏインタフェース１２１０が受信したアクション要求は、コンソール１２１５に伝えられ、コンソール１２１５は、そのアクション要求に対応するアクションを実行する。いくつかの実施形態において、Ｉ／Ｏインタフェース１２１０は、Ｉ／Ｏインタフェース１２１０の初期位置に対するＩ／Ｏインタフェース１２１０の推定位置を示す較正データを取得するＩＭＵを含む。いくつかの実施形態において、Ｉ／Ｏインタフェース１２１０は、コンソール１２１５から受信した命令に従って、ユーザに触覚的フィードバックを提供しうる。例えば、アクション要求が受信されたときには触覚フィードバックが提供され、又は、コンソール１２１５が或るアクションを実行するときには、コンソール１２１５がＩ／Ｏインタフェース１２１０に命令を伝えて、Ｉ／Ｏインタフェース１２１０に触覚フィードバックを生成させる。
【００８５】
コンソール１２１５は、ＤＣＡ１２４５、ＨＭＤ１０００、及びＩ／Ｏインタフェース１２１０のうちの１つ以上から受信された情報に従って処理するために、コンテンツをＨＭＤ１０００に提供する。図１２に示す例では、コンソール１２１５は、アプリケーションストア１２５５と、追跡モジュール１２６０と、エンジン１２６５と、を含む。コンソール１２１５の幾つかの実施形態は、図１２に関連して記載するものと異なるモジュール又は構成要素を有する。同様に、以下で詳述する機能は、図１２に関連して記載するものと異なるやり方で、コンソール１２１５の構成要素間で分散されてよい。いくつかの実施形態では、コンソール１２１５に関して本明細書で説明する機能は、ＨＭＤ１０００又はリモートシステムで実現されうる。
【００８６】
アプリケーションストア１２５５は、コンソール１２１５によって実行するための１つ以上のアプリケーションを格納する。アプリケーションは、プロセッサによって実行されたときユーザへの提示のためのコンテンツを生成する命令の一群である。アプリケーションによって生成されるコンテンツは、ＨＭＤ１０００又はＩ／Ｏインタフェース１２１０の動きを介してユーザから受信された入力に応じうる。アプリケーションの実施例には、ゲームアプリケーション、会議アプリケーション、動画再生アプリケーション、又は、他の適切なアプリケーションが含まれる。
【００８７】
追跡モジュール１２６０は、ＤＣＡ１２４５、１つ以上の位置センサ１２４０、又はこれらの何らかの組み合わせからの情報を使用して、ＨＭＤ１０００又はＩ／Ｏインタフェース１２１０の動きを追跡する。例えば、追跡モジュール１２６０は、ＨＭＤ１０００からの情報に基づいて、ローカルエリアのマッピングにおいてＨＭＤ１０００の基準点の位置を決定する。追跡モジュール１２６０は、物体又は仮想オブジェクトの位置も決定しうる。さらに、いくつかの実施形態において、追跡モジュール１２６０は、位置センサ１２４０からのＨＭＤ１０００の位置を示すデータの一部、及び、ＤＣＡ１２４５からのローカルエリアの表示を使用して、ＨＭＤ１０００の将来の位置を予測しうる。追跡モジュール１２６０は、ＨＭＤ１０００又はＩ／Ｏインタフェース１２１０の推定又は予測された将来の位置をエンジン１２６５に提供する。
【００８８】
エンジン１２６５は、アプリケーションを実行し、ＨＭＤ１０００の位置情報、加速度情報、速度情報、予測される将来の位置、又は、これらの何らかの組み合わせを、追跡モジュール１２６０から受信する。受信された情報に基づいて、エンジン１２６５は、ユーザに提示するための、ＨＭＤ１０００に提供するコンテンツを決定する。例えば、ユーザが左を見たということを受信情報が示す場合には、エンジン１２６５は、仮想のローカルエリアにおける、又は、追加コンテンツによりローカルエリアを拡張するローカルエリアにおけるユーザの動きを反映したＨＭＤ１０００のためのコンテンツを生成する。さらに、エンジン１２６５は、Ｉ／Ｏインタフェース１２１０から受信されたアクション要求に応じて、コンソール１２１５上で実行されるアプリケーションの範囲内でアクションを実行し、アクションが実施されたというフィードバックをユーザに提供する。提供されるフィードバックは、ＨＭＤ１０００を介した視覚的又は可聴のフィードバックであってよく、又は、Ｉ／Ｏインタフェース１２１０を介した触感のフィードバックであってよい。
【００８９】
ネットワーク１２２０は、ＨＭＤ１０００及び／又はコンソール１２１５をマッピングサーバ１２２５に結合する。ネットワーク１２２０は、無線通信システム及び／又は有線通信システムの両方を使用するローカルエリアネットワーク及び／又は広域ネットワークの任意の組み合わせを含みうる。例えば、ネットワーク１２２０は、移動電話網と同様に、インターネットを含みうる。一実施形態において、ネットワーク１２２０は、標準的な通信技術及び／又はプロトコルを使用する。従って、ネットワーク１２２０は、イーサネット、８０２．１１、ＷｉＭＡＸ（ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ  ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ  ｆｏｒ  ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ａｃｃｅｓｓ）、２Ｇ／３Ｇ／４Ｇ移動通信プロトコル、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）、非同期転送モード（ＡＴＭ）、ＩｎｆｉｎｉＢａｎｄ、ＰＣＩ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ等といった技術を使用するリンクを含みうる。同様に、ネットワーク１２２０上で使用されるネットワーキングプロトコルは、ＭＰＬＳ（ｍｕｌｔｉｐｒｏｔｏｃｏｌ  ｌａｂｅｌ  ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）、伝送制御プロトコル／インターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）、ＵＤＰ（Ｕｓｅｒ  Ｄａｔａｇｒａｍ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、ＨＴＴＰ（ｈｙｐｅｒｔｅｘｔ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、ＳＭＴＰ（ｓｉｍｐｌｅ  ｍａｉｌ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、ファイル転送プロトコル（ＦＴＰ）等を含むことが可能である。ネットワーク１２２０を介して交換されるデータは、バイナリ形式（例えば、ＰＮＧ（Ｐｏｒｔａｂｌｅ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ））、ＨＴＭＬ（ｈｙｐｅｒｔｅｘｔ  ｍａｒｋｕｐ  ｌａｎｇｕａｇｅ）、ＸＭＬ（ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ  ｍａｒｋｕｐ  ｌａｎｇｕａｇｅ）等の画像データを含む技術及び／又はフォーマットを用いて表現することが可能である。さらに、リンクの全て又は一部を、ＳＳＬ（ｓｅｃｕｒｅ  ｓｏｃｋｅｔｓ  ｌａｙｅｒ）、ＴＬＳ（ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｌａｙｅｒ  ｓｅｃｕｒｉｔｙ）、ＶＰＮ（ｖｉｒｔｕａｌ  ｐｒｉｖａｔｅ  ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＩＰｓｅｃ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ  ｓｅｃｕｒｉｔｙ）等といった従来の暗号化技術を使用して暗号化することが可能である。
【００９０】
追加の設定情報
実施形態についての先の記載は、説明のために提示されており、網羅的であること、又は開示される厳密な形態に特許権を限定することは意図していない。当業者は、先の開示を考慮して多くの修正及び変更が可能であるこがを理解できるであろう。
【００９１】
本明細書の記載の幾つかの部分は、アルゴリズム及び情報に関する動作の象徴的な表現という観点から、実施形態を説明している。これらのアルゴリズムによる記述及び表現は、データ処理分野の当業者が、他の当業者に自らの研究の要旨を効果的に伝えるために、一般的に使用される。上記動作は、機能的に、コンピュータ計算的に、又は論理的に記述されるが、コンピュータプログラム又は等価な電気回路、マイクロコード等によって実行されるものと理解される。更に、動作のかかる構成をモジュールと称することが、一般性を失うことなく、ときに好都合であることも証明されている。説明されている動作及びその関連モジュールは、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、又はこれらの任意の組み合わせで具現化されうる。
【００９２】
本明細書で記載されるステップ、動作、又はプロセスのいずれも、１つ以上のハードウェア又はソフトウェアモジュールで、単独で又は他のデバイスとの組み合わせにおいて実施又は実現されうる。一実施形態において、ソフトウェアモジュールは、コンピュータプログラムコードを含むコンピュータ可読媒体を含むコンピュータプログラム製品で実装されており、コンピュータプログラムコードは、記載されるステップ、動作、又はプロセスのいずれか又は全てを実施するために、コンピュータプロセッサによって実行されうる。
【００９３】
本開示の実施形態は、本明細書の動作を実施するための装置にも関係しうる。この装置は、必要な目的のために特別に構築されてよく、及び／又は、コンピュータに格納されたコンピュータプログラムによって選択的に作動又は再構成される汎用の計算装置を含みうる。このようなコンピュータプログラムは、非一過性の有形のコンピュータ可読記憶媒体、又は、電子命令を格納するのに適した、コンピュータシステムバスに接続されうる任意の種類の媒体に格納されうる。さらに、明細書で言及されるいずれの計算システムも、単一のプロセッサを含んでよく、又は、向上した計算能力のために複数のプロセッサ設計を採用するアーキテクチャであってよい。
【００９４】
実施形態は、本明細書で記載される計算プロセスによって製造される製品にも関係しうる。このような製品は、計算プロセスから生じる情報を含むことが可能であり、この情報は、非一過性の有形コンピュータ可読記憶媒体に格納されており、本明細書で記載されるコンピュータプログラム製品又は他のデータの組合せの任意の実施形態を含みうる。
【００９５】
最後に、本明細書において使用される文言は、主に読みやすさ、及び指示を目的として選択されており、特許権を定め又は画するために選択されていないことがある。従って、特許権の範囲はこの詳細な明細書の記載によって限定されるのではなく、むしろ、明細書の記述に基づく適用に関して生じるあらゆる特許請求項によって限定されることが意図されている。従って、実施形態の開示は、以下の特許請求の範囲に記載される特許権の範囲を例示するものであり、限定するものではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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