(57)【要約】画像を視認者の眼に投影させるための接眼レンズユニットは、世界側と、世界側と反対の視認者側とを有する、接眼レンズを含む。接眼レンズユニットはまた、接眼レンズの世界側に隣接して配置される、偏光器を含む。ある実施例では、偏光器は、ワイヤグリッド偏光器を備える。いくつかの実施形態では、ワイヤグリッド偏光器は、Ｐ−偏光を透過させ、Ｓ−偏光を反射させるように動作可能である。いくつかの実施形態では、偏光器は、吸収性偏光器を含むことができる。
2020510859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を視認者の眼に投影させるための接眼レンズユニットであって、前記接眼レンズユニットは、
世界側と、前記世界側と反対の視認者側とを有する接眼レンズと、
前記接眼レンズの世界側に隣接して配置される偏光器と
を備える、接眼レンズユニット。
【請求項２】
前記偏光器は、ワイヤグリッド偏光器を備える、請求項１に記載の接眼レンズユニット。
【請求項３】
前記ワイヤグリッド偏光器は、第１の偏光を有する光を透過させ、前記第１の偏光に直交する第２の偏光を有する光を反射させるように動作可能である、請求項２に記載の接眼レンズユニット。
【請求項４】
液晶要素であって、前記ワイヤグリッド偏光器は、前記液晶要素と前記接眼レンズとの間に配置される、液晶要素と、
ダイクロイック偏光器であって、前記液晶要素は、前記ワイヤグリッド偏光器と前記ダイクロイック偏光器との間に配置される、ダイクロイック偏光器と
をさらに備える、請求項２に記載の接眼レンズユニット。
【請求項５】
前記接眼レンズは、３７度を上回る入射角における光に関する偏光感度によって特徴付けられる、請求項２に記載の接眼レンズユニット。
【請求項６】
前記偏光感度は、１を上回る前記第１の偏光を有する光に関する結合効率に対する前記第２の偏光を有する光に関する結合効率の比によって特徴付けられる、請求項５に記載の接眼レンズユニット。
【請求項７】
前記比は、３：１を上回る、請求項６に記載の接眼レンズユニット。
【請求項８】
前記比は、２０：１を上回る、請求項７に記載の接眼レンズユニット。
【請求項９】
前記接眼レンズは、入力結合回折光学要素と、直交瞳エクスパンダ回折光学要素と、射出瞳エクスパンダ回折光学要素とを含み、前記偏光感度は、前記射出瞳エクスパンダと関連付けられる、請求項５に記載の接眼レンズユニット。
【請求項１０】
前記入力結合回折光学要素は、格子を備え、前記直交瞳エクスパンダ回折光学要素は、格子を備え、前記射出瞳エクスパンダ回折光学要素は、格子を備える、請求項９に記載の接眼レンズユニット。
【請求項１１】
前記偏光器は、吸収性偏光器を備える、請求項１に記載の接眼レンズユニット。
【請求項１２】
前記接眼レンズと前記偏光器との間に配置される波長板をさらに備える、請求項１に記載の接眼レンズユニット。
【請求項１３】
前記波長板は、３７度を上回る入射角において可視波長における１／４波長板を備える、請求項１２に記載の接眼レンズユニット。
【請求項１４】
審美用レンズをさらに備え、前記偏光器は、前記審美用レンズと前記接眼レンズとの間に配置される、請求項１に記載の接眼レンズユニット。
【請求項１５】
前記審美用レンズは、湾曲審美用レンズを備える、請求項１４に記載の接眼レンズユニット。
【請求項１６】
前記接眼レンズ、前記湾曲審美用レンズ、および前記偏光器は、光学軸に沿って位置付けられ、前記偏光器は、ワイヤグリッド偏光器を備え、前記ワイヤグリッド偏光器のワイヤグリッドは、前記光学軸に直交して配向される、請求項１５に記載の接眼レンズユニット。
【請求項１７】
前記偏光器と前記湾曲審美用レンズとの間に配置される液晶要素と、
前記液晶要素と前記湾曲審美用レンズとの間に配置されるダイクロイック偏光器と
をさらに備える、請求項１５に記載の接眼レンズユニット。
【請求項１８】
前記偏光器および前記ダイクロイック偏光器は、第１の偏光を有する光を透過させるように動作可能である、請求項１７に記載の接眼レンズユニット。
【請求項１９】
画像を視認者の眼に投影させるための接眼レンズユニットであって、前記接眼レンズユニットは、
世界側と、前記世界側と反対の視認者側とを有する接眼レンズと、
前記接眼レンズの世界側に隣接して配置される湾曲審美用レンズと、
前記接眼レンズと前記湾曲審美用レンズとの間に配置される偏光器と、
前記接眼レンズと前記偏光器との間に配置される１／４波長板と
を備える、接眼レンズユニット。
【請求項２０】
前記偏光器は、ワイヤグリッド偏光器を備える、請求項１９に記載の接眼レンズユニット。
【請求項２１】
ワイヤグリッド偏光器と前記１／４波長板との間に位置付けられる、ダイクロイック偏光器をさらに備える、請求項２０に記載の接眼レンズユニット。
【請求項２２】
前記偏光器は、ダイクロイック偏光器を備える、請求項１９に記載の接眼レンズユニット。
【請求項２３】
画像を視認者の眼に投影させるための接眼レンズユニットであって、前記接眼レンズユニットは、
世界側と、前記世界側と反対の視認者側とを有する接眼レンズと、
前記接眼レンズの世界側に隣接して配置される液晶減衰器であって、前記液晶減衰器は、
前記接眼レンズの世界側に隣接するワイヤグリッド偏光器と、
液晶要素であって、前記ワイヤグリッド偏光器は、前記液晶要素と前記接眼レンズとの間に配置される、液晶要素と、
ダイクロイック偏光器であって、前記液晶要素は、前記ワイヤグリッド偏光器と前記ダイクロイック偏光器との間に配置される、ダイクロイック偏光器と
を備える、液晶減衰器と
を備える、接眼レンズユニット。
【請求項２４】
湾曲審美用レンズをさらに備え、前記ダイクロイック偏光器は、前記液晶要素と湾曲審美用レンズとの間に配置される、請求項２３に記載の接眼レンズユニット。
【請求項２５】
前記湾曲審美用レンズは、屈折力によって特徴付けられる、請求項２４に記載の接眼レンズユニット。
【請求項２６】
前記ワイヤグリッド偏光器は、前記接眼レンズにラミネートされる、請求項２３に記載の接眼レンズユニット。
【請求項２７】
前記ワイヤグリッド偏光器は、前記液晶要素にラミネートされる、請求項２３に記載の接眼レンズユニット。
【請求項２８】
前記ワイヤグリッド偏光器は、第１の偏光を有する光を透過させ、前記第１の偏光に直交する第２の偏光を有する光を反射させるように動作可能である、請求項２３に記載の接眼レンズユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１７年２月１６日に出願され、”Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ”と題された米国仮特許出願第６２／４５９，９８４号に対する優先権を主張するものであり、該米国仮特許出願の開示の全体は、あらゆる目的のために参照により本明細書中に援用される。
【背景技術】
【０００２】
現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、いわゆる「仮想現実」（「ＶＲ」）または「拡張現実」（「ＡＲ」）体験のためのシステムの開発を促進しており、デジタル的に再現された画像またはその一部が、現実であるように見える、またはそのように知覚され得る様式で、視認者に提示される。ＶＲシナリオは、典型的には、他の実際の実世界の視覚的入力に対する透過性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴い、ＡＲシナリオは、典型的には、視認者の周囲の実際の世界の可視化に対する拡張としての、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。
【０００３】
これらのディスプレイ技術において成された進歩にもかかわらず、当技術分野において、拡張現実システム、特に、ディスプレイシステムに関連する改良された方法およびシステムの必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示は、概して、ウェアラブルディスプレイを含む、投影ディスプレイシステムに関連する方法およびシステムに関する。より具体的には、本開示の実施形態は、１つ以上の統合された偏光器および改良されたシステム性能を伴う、接眼レンズユニットのための方法およびシステムを提供する。本開示は、コンピュータビジョンおよび画像ディスプレイシステムにおける種々の用途に適用可能である。
【０００５】
いくつかの投影ディスプレイシステムでは、プロジェクタからの光が、接眼レンズの中に結合されることができ、これは、ひいては、画像を視認者の眼に投影する。視認者の眼のために意図されるプロジェクタからの光に加え、プロジェクタ以外の源から生じる光、例えば、視認者の近傍の天井灯からの光も、接眼レンズの中に結合され、それによって、視認者に提示されるアーチファクトをもたらし得る。
【０００６】
本開示の実施形態によると、光学要素、例えば、偏光器、波長板、および／または湾曲され得る、審美用レンズが、接眼レンズと統合される。これらの光学要素と接眼レンズの統合は、偏光制御が、利用され、プロジェクタ以外の源からの光の結合効率を減少させるため、低レベルのアーチファクト生産をもたらし得る。
【０００７】
本開示のある実施形態によると、画像を視認者の眼に投影させるための接眼レンズユニットが、提供される。接眼レンズユニットは、世界側と、世界側と反対の視認者側とを有する、接眼レンズと、接眼レンズの世界側に隣接して配置される、偏光器とを含む。ある実施例では、偏光器は、ワイヤグリッド偏光器を備える。いくつかの実施形態では、ワイヤグリッド偏光器は、ｐ−偏光を透過させ、ｓ−偏光を反射させるように動作可能である。いくつかの実施形態では、偏光器は、吸収性偏光器を含むことができる。
【０００８】
別の本開示の実施形態によると、画像を視認者の眼に投影させるための接眼レンズユニットは、世界側と、世界側と反対の視認者側とを有する、接眼レンズと、接眼レンズの世界側に隣接して配置される、湾曲審美用レンズと、接眼レンズと湾曲審美用レンズとの間に配置される、偏光器とを含む。
【０００９】
本開示の別の実施形態によると、画像を視認者の眼に投影させるための接眼レンズユニットは、世界側と、世界側と反対の視認者側とを有する、接眼レンズと、接眼レンズの世界側に隣接して配置される、湾曲審美用レンズと、接眼レンズと湾曲審美用レンズとの間に配置される、偏光器とを含む。
【００１０】
本開示のさらに別の実施形態によると、画像を視認者の眼に投影させるための接眼レンズユニットは、世界側と、世界側と反対の視認者側とを有する、接眼レンズと、接眼レンズの世界側に隣接して配置される、湾曲審美用レンズと、接眼レンズと湾曲審美用レンズとの間に配置される、偏光器と、接眼レンズと偏光器との間に配置される、１／４波長板とを含む。ある実施形態では、偏光器は、ワイヤグリッド偏光器を備える。ある実施形態では、接眼レンズユニットはまた、ワイヤグリッド偏光器と１／４波長板との間に位置付けられる、ダイクロイック偏光器を含むことができる。
【００１１】
従来の技法に優る多数の利点が、本開示の方法によって達成される。例えば、本開示の実施形態は、視認者体験に悪影響を及ぼし得る、望ましくないアーチファクトを低減させる方法およびシステムを提供する。加えて、いくつかの実施形態は、世界光、接眼レンズによって放出される光、または両方を再利用する。動的減衰機能性が、いくつかの実施形態によって、例えば、接眼レンズによって放出される光の再利用と組み合わせて提供される。本開示のこれらおよび他の実施形態は、その利点および特徴の多くとともに、下記のテキストおよび添付の図と併せてより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本明細書に開示される実施形態の教示は、付随の図面と併せて以下の詳細な説明を検討することによって容易に理解されることができる。
【００１３】
【図１】図１は、いくつかの実施形態による、デジタルまたは仮想画像を視認者に提示するために使用され得る、視認光学アセンブリ（ＶＯＡ）内の光経路を図式的に図示する。
【００１４】
【図２】図２は、いくつかの実施形態による、接眼レンズと統合された偏光器を図示する、側面図である。
【００１５】
【図３】図３は、いくつかの実施形態による、接眼レンズと統合された、偏光器および波長板を図示する、側面図である。
【００１６】
【図４】図４は、いくつかの実施形態による、接眼レンズおよび湾曲レンズと統合された、偏光器を図示する、側面図である。
【００１７】
【図５】図５は、いくつかの実施形態による、接眼レンズおよび湾曲レンズと統合された、偏光器および波長板を図示する、側面図である。
【００１８】
【図６】図６は、いくつかの実施形態による、接眼レンズおよび湾曲レンズと統合された、吸収性偏光器および波長板を図示する、側面図である。
【００１９】
【図７】図７は、いくつかの実施形態による、接眼レンズおよび湾曲レンズと統合された、偏光器のセットおよび波長板を図示する、側面図である。
【００２０】
【図８】図８は、いくつかの実施形態による、接眼レンズと統合された偏光器を図示する、側面図である。
【００２１】
【図９】図９は、いくつかの実施形態による、接眼レンズと統合された、偏光器および波長板を図示する、側面図である。
【００２２】
【図１０】図１０は、いくつかの実施形態による、接眼レンズと統合された、偏光器のセットおよび液晶要素を図示する、側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図および以下の説明は、例証としてのみの種々の実施形態に関する。以下の議論から、本明細書に開示される構造および方法の代替実施形態が、本明細書で議論される原理から逸脱することなく、採用され得る実行可能代替物として容易に認識されるであろうことに留意されたい。ここで、その実施例が付随の図に図示される、いくつかの実施形態が、詳細に参照されるであろう。
【００２４】
本開示は、概して、ウェアラブルディスプレイを含む、投影ディスプレイシステムに関連する方法およびシステムに関する。より具体的には、本開示の実施形態は、１つ以上の統合された偏光器および改良されたシステム性能を伴う、接眼レンズユニットのための方法およびシステムを提供する。本開示は、コンピュータビジョンおよび画像ディスプレイシステムにおける種々の用途に適用可能である。
【００２５】
図１は、いくつかの実施形態による、デジタルまたは仮想画像を視認者に提示するために使用され得る、視認光学アセンブリ（ＶＯＡ）内の光経路を図式的に図示する。ＶＯＡは、プロジェクタ１０１と、視認者の眼１０２の周囲に装着され得る、接眼レンズ１００とを含む。いくつかの実施形態では、プロジェクタ１０１は、赤色ＬＥＤ群と、緑色ＬＥＤ群と、青色ＬＥＤ群とを含んでもよい。例えば、プロジェクタ１０１は、いくつかの実施形態によると、２つの赤色ＬＥＤと、２つの緑色ＬＥＤと、２つの青色ＬＥＤとを含んでもよい。接眼レンズ１００は、１つ以上の接眼レンズ層を含んでもよい。いくつかの実施形態では、接眼レンズ１００は、３つの色、すなわち、赤色、緑色、および青色の各々に対して１つの接眼レンズ層の、３つの接眼レンズ層を含む。いくつかの実施形態では、接眼レンズ１００は、６つの接眼レンズ層、すなわち、仮想画像を１つの深度平面に形成するために構成される、３つの色の各々に対する１セットの接眼レンズ層と、仮想画像を別の深度平面に形成するために構成される、３つの色の各々に対する別のセットの接眼レンズ層とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、接眼レンズ１００は、３つ以上の異なる深度平面のために、３つの色の各々に対して３つ以上の接眼レンズ層を含んでもよい。各接眼レンズ層は、平面導波管を含み、内部結合格子１０７と、直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）領域１０８と、射出瞳エクスパンダ（ＥＰＥ）領域１０９とを含んでもよい。
【００２６】
プロジェクタ１０１は、画像光を接眼レンズ１００の接眼レンズ層内の内部結合格子１０７上に投影する。内部結合格子１０７は、プロジェクタ１０１からの画像光を平面導波管の中に結合し、ＯＰＥ領域１０８に向かう方向に伝搬させる。平面導波管は、全内部反射（ＴＩＲ）によって、画像光を水平方向に伝搬させる。接眼レンズ層のＯＰＥ領域１０８はまた、ＥＰＥ領域１０９に向かって平面導波管内を伝搬する画像光の一部を結合かつ再指向する、回折要素を含む。ＥＰＥ領域１０９は、平面導波管内を伝搬する画像光の一部を接眼レンズ層の平面と略垂直方向に、視認者の眼１０２に向かって結合かつ指向する、回折要素を含む。本方式では、プロジェクタ１０１によって投影された画像が、視認者の眼１０２によって視認され得る。
【００２７】
上記に説明されるように、プロジェクタ１０１によって生成された画像光は、３原色、すなわち、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、および赤色（Ｒ）の光を含んでもよい。そのような画像光は、各構成色における画像光が接眼レンズ１００内の個別の導波管に結合され得るように、構成色に分離されることができる。
【００２８】
図２は、いくつかの実施形態による、接眼レンズと統合された偏光器を図示する、側面図である。図２は、接眼レンズ２１０と、偏光器２２０とを含む、接眼レンズユニット２００を図示する。接眼レンズユニット２００は、画像を視認者の眼に投影する。接眼レンズ２１０は、世界側２１２と、世界側２１２と反対の視認者側２１４とを含む。いくつかの実施形態では、偏光器２２０は、ワイヤグリッド偏光器であってもよく、いくつかの実施形態では、偏光器２２０は、例えば、ダイクロイック偏光器等の吸収性偏光器であってもよい。
【００２９】
世界光と称され得、世界光線２０５によって表される、場面からの入射光は、ｓ−偏光と、ｐ−偏光との両方を含む。アーチファクトは、高角度光、すなわち、例えば、天井灯から、大入射角で接眼レンズユニット２００上に入射する光が、例えば、回折によって、ＥＰＥを通して視認者の眼１０２に向かって、接眼レンズユニット２００の中に結合されるときに生産され得る。
【００３０】
図２に図示される実施形態では、偏光器２２０は、ワイヤグリッド偏光器であって、第１の偏光（例えば、ｐ−偏光）を有する光を透過させ、第１の偏光に直交する第２の偏光を有する光（例えば、ｓ−偏光）を反射させるように配向される。図２に図示されるように、世界光線２０５のｐ−偏光は、接眼レンズ２１０上に衝突し、接眼レンズ２１０内に存在する回折光学要素を通して、接眼レンズ２１０の中に効率的に結合されることができない。偏光器２２０は、ワイヤグリッド偏光器であってもよい。ワイヤグリッド偏光器が、利用される場合、ワイヤグリッド偏光器の透過軸は、ワイヤグリッド偏光器が、ｐ−偏光を透過させ、ｓ−偏光を反射させ得るように、整合または配向されることができる。
【００３１】
偏光器２２０は、ダイクロイック偏光器であってもよい。ダイクロイック偏光器が、利用される場合、図２に図示されるように、ｓ−偏光を著しく反射させるのではなく、ｓ−偏光は、ダイクロイック偏光器によって実質的に吸収されるであろう。
【００３２】
本開示の実施形態によると、接眼レンズ２１０設計は、接眼レンズ２１０内の回折構造が偏光敏感な様式において光を回折するようなものとなる。その結果、例えば、ＥＰＥを通した回折による、接眼レンズ２１０の中への高入射角における光の結合は、一方の偏光が他方より強くなる、例えば、着目設計波長では、約１：３の偏光感度となる。故に、いくつかの設計では、ｓ−偏光は、ｐ−偏光より効率的に接眼レンズ２１０の中に結合され（例えば、３：１の比で）、これは、アーチファクト強度における７５％低減をもたらし得る。本開示は、本偏光感度に限定されず、他の偏光感度は、本開示の範囲内に含まれる。例えば、マルチステップ格子設計を伴う回折光学要素が、利用され、偏光感度を１：２０まで増加させ、設計波長における９５％のアーチファクト強度低減および他の波長に関する有意な低減（例えば、約８３％低減）をもたらすことができる。したがって、図２に図示されるように、ｓ−偏光を有する高角度光は、偏光器２２０によって遮断され、ｐ−偏光を有する光は、接眼レンズ２１０の中に殆ど結合されず、レインボーアーチファクトにおける低減をもたらす。
【００３３】
図２は、ワイヤグリッド偏光器として実装される偏光器２２０を図示するが、これは、本開示によって要求されず、吸収性偏光器もまた、本開示の実施形態において利用されることができる。当業者は、多くの変形例、修正、および代替物を認識するであろう。
【００３４】
実施形態では、接眼レンズ２１０は、基準角度を上回る入射角における光に関する偏光感度によって特徴付けられる。本基準角度は、構成に応じて変動し得る。例えば、いくつかの実施形態では、基準角度は、３７度である。本偏光感度は、１を上回るｐ−偏光に関する結合効率に対するｓ−偏光に関する結合効率の比をもたらし得る。図２に図示されるように、偏光器２２０は、ｓ−偏光を反射または吸収するため、接眼レンズ２１０上に入射するｐ−偏光は、接眼レンズ２１０の中に著しく結合されず、それによって、接眼レンズ２１０の視認者側２１４の右の減少振幅の点線光線によって表される、視認者に向かう入射光の回折を低減または排除する。図１に図示されるように、接眼レンズ１００は、入力結合回折光学要素（例えば、入力結合格子）と、直交瞳エクスパンダ回折光学要素（例えば、直交瞳エクスパンダ格子）と、射出瞳エクスパンダ回折光学要素（例えば、射出瞳エクスパンダ格子）とを含むことができ、偏光感度は、射出瞳エクスパンダ（例えば、格子）と関連付けられることができる。接眼レンズ１００／２１０の設計に応じて、比は、３：１を上回る、２０：１を上回る、または同等物であることができる。
【００３５】
当業者に明白となるであろうように、図２に図示される偏光状態は、接眼レンズ２１０および特定の接眼レンズ２１０の偏光感度の必要に応じて、切り替えられ得る。高入射角におけるｓ−偏光の結合効率が、ｐ−偏光の結合効率と比較して低い場合、ｓ−偏光は、透過され得、ｐ−偏光は、反射および／または吸収され得る。当業者は、多くの変形例、修正、および代替物を認識するであろう。
【００３６】
図３は、いくつかの実施形態による、接眼レンズと統合された、偏光器および波長板を図示する、側面図である。接眼レンズが、他の偏光状態に関する低結合効率によって特徴付けられる実装では、適切な角度に配置される波長板の統合が、利用され、視認者に向かって生成される低レベルのアーチファクトを生産することができる。接眼レンズユニット３００は、接眼レンズ２１０と偏光器２２０との間に配置される、波長板３１０を含む。図示される実施形態では、波長板３１０は、３７度を上回る入射角において可視波長における１／４波長板であって、光線３０５によって図示されるｐ−偏光の、光線３０７によって図示される円偏光への変換をもたらす。接眼レンズ２１０の中への円偏光の低結合効率は、低レベルのアーチファクト生成をもたらす。したがって、本開示のいくつかの実施形態によると、高結合効率を伴う偏光状態は、反射または吸収され、低結合効率を伴う偏光状態のみが接眼レンズ２１０上に衝突するように残し、それによって、望ましくないアーチファクトを低減させる。当業者は、多くの変形例、修正、および代替物を認識するであろう。
【００３７】
図２および３に図示されないが、本開示のいくつかの実施形態は、図４に図示されるもの等の審美用レンズを利用する。偏光器は、審美用レンズと接眼レンズとの間に配置されることができ、本明細書により完全に議論されるように、湾曲されることができる。
【００３８】
いくつかの実装では、世界光と称され得る場面からの入射光が、湾曲審美用レンズを通して通過し、法線方向入射において接眼レンズから反射し、法線方向に対してある角度において湾曲審美用レンズの内側表面から反射されるときに、「世界残影」と称される効果が、形成され得る。これらの反射光線は、場面からの入射光に対してある角度で進行しているため、残影画像が、形成され、視認者体験に悪影響を及ぼし得る。残影画像は、異なる拡大率を有し得る。下記の図８に関連して議論されるように、反射コーティングによる湾曲審美用レンズの内側表面のコーティングは、接眼レンズから世界に向かって投影された光を反射させることによって、視認者プライバシを改良することができるが、また、接眼レンズに向かって反射をもたらし、残影画像を生産し得る。
【００３９】
図４は、いくつかの実施形態による、接眼レンズおよび湾曲レンズと統合された、偏光器を図示する、側面図である。図４は、接眼レンズ４１０と、偏光器４２０と、湾曲審美用レンズ４３０とを含む、接眼レンズユニット４００を図示する。接眼レンズユニット４００は、画像を視認者の眼に投影する。接眼レンズユニット４００は、世界残影のレベルを低減させ、視認者体験を改良する。接眼レンズ４１０は、世界側４１２と、世界側４１２と反対の視認者側４１４とを有する。接眼レンズ４１０は、世界側４１２または視認者側４１４上のいずれかにおいて、反射防止（ＡＲ）コーティングでコーティングされ、これらの表面からの反射を低減させることができる。偏光器４２０は、接眼レンズ４１０の世界側４１２に隣接して配置される。いくつかの実施形態では、偏光器２２０は、ワイヤグリッド偏光器であってもよく、いくつかの実施形態では、偏光器２２０は、例えば、ダイクロイック偏光器等の吸収性偏光器であってもよい。湾曲審美用レンズ４３０は、偏光器４２０が接眼レンズ４１０と湾曲審美用レンズ４３０との間にあるように、偏光器４２０に隣接して配置される。湾曲審美用レンズ４３０は、屈折力を有し、視認者のための処方箋レンズとして機能してもよい。他の実施形態では、湾曲審美用レンズ４３０は、屈折力を有していなくてもよく、その場合、審美用機能のみを果たす。
【００４０】
世界光と称され得、世界光線４０５によって表される、場面からの入射光は、ｓ−偏光と、ｐ−偏光との両方を含む。接眼レンズ４１０、湾曲審美用レンズ４３０、および偏光器４２０は、世界光線４０５と平行な光学軸に沿って位置付けられることができ、偏光器４２０は、光学軸に直交して配向されることができる。世界光線４０５内の光は、湾曲審美用レンズ４３０を通して通過し、偏光器４２０に向かって伝搬する。湾曲審美用レンズ４３０を通して通過する、世界光（すなわち、世界光線４０５）の一部は、光線４０７によって表される。光線４０７は、偏光器４２０上に衝突する。
【００４１】
図４に図示される実施形態では、偏光器４２０は、ワイヤグリッド偏光器であって、ｐ−偏光を透過させ、ｓ−偏光を反射させるように配向される。故に、ｐ−偏光は、偏光器４２０を通して通過し、接眼レンズ４１０上に衝突し、光線４０９として透過され、視認者によって視認される。
【００４２】
光線４０７が、偏光器４２０上に衝突するにつれて、ｓ−偏光状態における光は、反射光線４１１として、湾曲審美用レンズ４３０に向かって戻るように反射される。反射光線４１１は、接眼レンズ４１０の平面に対して法線方向となるであろうが、明確性の目的のために、角度付けられるように図示される。湾曲審美用レンズ４３０の内側表面（すなわち、右表面）からの反射後、ｓ−偏光の一部は、湾曲審美用レンズ４３０が湾曲されるため、法線方向に対して非ゼロ角度において、偏光器４２０および接眼レンズ４１０に向かって戻るように反射される。上記に議論されるように、非ゼロ角度において反射された本光は、法線方向入射における世界光から形成される画像と異なる拡大率を伴う画像（残影画像と称される）をもたらすであろう。光線４１３および４１５によって図示されるように、ｓ−偏光は、複数の反射を偏光器４２０と湾曲審美用レンズ４３０との間にもたらし、光の一部が、湾曲審美用レンズ４３０によって視認者に向かって反射され、光の一部が、湾曲審美用レンズ４３０を通して世界に向かって通過するにつれて、振幅を減少させるであろう。故に、本開示の実施形態は、偏光器４２０を使用して、一方の偏光を反射させ、視認者に到達し得る、非ゼロ入射角において湾曲審美用レンズ４３０の内側表面から反射される光の量を低減させることによって、世界残影の大きさを低減させる。
【００４３】
ｓ−偏光を反射させる、ワイヤグリッド偏光器が、図４に図示されるが、ダイクロイック偏光器も、本開示の実施形態に従って利用され得る。この場合、図４に図示されるように、ｓ−偏光を著しく反射させるのではなく、ｓ−偏光は、ダイクロイック偏光器によって、実質的に吸収されるであろう。当業者に明白となるであろうように、図４に図示される偏光状態は、特定の用途の必要に応じて切り替えられ得、ｓ−偏光は、透過され、ｐ−偏光は、反射および／または吸収される。当業者は、多くの変形例、修正、および代替物を認識するであろう。
【００４４】
図５は、いくつかの実施形態による、接眼レンズおよび湾曲レンズと統合された、偏光器および波長板を図示する、側面図である。図５は、接眼レンズ５１０と、偏光器５２０と、湾曲審美用レンズ５３０と、１／４波長板５４０とを含む、接眼レンズユニット５００を図示する。接眼レンズユニット５００は、画像を視認者の眼に投影する。接眼レンズ５１０は、世界側５１２と、世界側５１２と反対の視認者側５１４とを有する。接眼レンズ５１０は、１つ以上の表面上においてＡＲコーティングされ、それによって、反射を低減させ、システム性能を改良することができる。湾曲審美用レンズ５３０は、接眼レンズ５１０の世界側５１２に隣接して配置され、偏光器５２０は、接眼レンズ５２０と湾曲審美用レンズ５３０との間に配置され、１／４波長板５４０は、接眼レンズ５１０と偏光器５２０との間に配置される。
【００４５】
ｐ−偏光と、ｓ−偏光との両方を含む、世界光線５０５によって表される世界光は、湾曲審美用レンズ５３０上に入射し、それを通して通過する。偏光器５２０は、本実施形態では、ｓ−偏光が、吸収され、ｐ−偏光が、通過されるように、ダイクロイック偏光器として実装される。１／４波長板５４０は、偏光器５２０によって通過されたｐ−偏光が、回転され、接眼レンズ５１０上に衝突する円偏光（例えば、左円偏光）を生産するように、ｐ−偏光およびｓ−偏光軸に対して４５°の角度で配向される。円偏光の一部の反射が、反射光線５１５（例えば、右円偏光）によって図示されるように、もたらされ得る。偏光器（例えば、偏光器５２０）および１／４波長板（例えば、１／４波長板５４０）を伴わない接眼レンズユニットでは、反射光線５１５は、審美用レンズ（例えば、審美用レンズ５３０）に到達し、接眼レンズ（例えば、接眼レンズ５１０）に向かって戻るように反射され得る。反射画像は、審美用レンズ５３０に応じて、拡大または縮小され得る。これらの歪曲された反射画像は、世界残影画像をもたらし得る。いくつかの実施形態では、偏光器５２０は、ワイヤグリッド偏光器である。反射光線５１５は、１／４波長板５４０によって、ｓ−偏光５１６に変換されることができる。ｓ−偏光５１６は、ワイヤグリッド偏光器５２０によって反射され、ｓ−偏光５１７のままであることができ、これは、１／４波長板５４０によって変換され、円偏光５１８となる。円偏光５１８は、世界光線５０５と平行であるため、視認者のための明度を改良することができる。例えば、円偏光５１８は、世界光線５０５と同一画像／光を示す。これは、接眼レンズ５１０がフレネル反射を有する場合、接眼レンズ５１０のシースルー明度を増加させることに役立ち得る。さらに、世界残影画像は、生産されない。
【００４６】
いくつかの実施形態では、反射経路では、反射光線５１５は、ｓ−偏光に変換されることができる。ｓ−偏光は、ダイクロイック偏光器によって吸収されるであろう。ｐ−偏光は、反射経路内に存在する場合（例えば、１／４波長板５４０の不整合に起因して、または世界側５１４から湾曲審美用レンズ５３０に向かっての接眼レンズ５１０からの放出のため）、偏光器５２０によって反射され、１／４波長板５４０によって円偏光に変換され、接眼レンズ５１０に向かって伝搬することができる。円偏光５１８は、世界光線５０５と平行であるため、世界残影画像は、生産されず、接眼レンズ５１０から反射されたｐ−偏光における光は、再利用され、視認者のための明度を改良する。
【００４７】
図６は、いくつかの実施形態による、接眼レンズおよび湾曲レンズと統合された、吸収性偏光器および波長板を図示する、側面図である。図６に図示される実施形態は、図５に図示される実施形態と共通要素を共有し、図５に関連して提供される説明は、必要に応じて、図６に適用可能である。図６は、接眼レンズ６１０と、ダイクロイック偏光器６２０と、湾曲審美用レンズ６３０と、１／４波長板６４０とを含む、接眼レンズユニット６００を図示する。
【００４８】
世界光線６０５によって表される世界光は、ｐ−偏光と、ｓ−偏光との両方を含む。ｓ−偏光は、ダイクロイック偏光器６２０によって吸収され、ｐ−偏光は、１／４波長板６４０によって円偏光に変換される。接眼レンズ６１０から反射された光は、１／４波長板６４０によってｓ−偏光に変換され、ダイクロイック偏光器６２０によって吸収される。
【００４９】
図７は、いくつかの実施形態による、接眼レンズおよび湾曲レンズと統合された、偏光器のセットおよび波長板を図示する、側面図である。図７に図示される実施形態は、図４および６に図示される実施形態と共通要素を共有し、図４および６に関連して提供される説明は、必要に応じて、図７に適用可能である。例えば、湾曲審美用レンズとワイヤグリッド偏光器の組み合わせが、図４に図示され、ダイクロイック偏光器、１／４波長板、および接眼レンズの組み合わせが、図６に図示される。図７は、接眼レンズ７１０と、ワイヤグリッド偏光器７２０と、ダイクロイック偏光器７２５と、湾曲審美用レンズ７３０と、１／４波長板７４０とを含む、接眼レンズユニット７００を図示する。ダイクロイック偏光器７２５は、ワイヤグリッド偏光器７２０と１／４波長板７４０との間に位置付けられる。
【００５０】
世界光は、ｐ−偏光と、ｓ−偏光との両方を含む。ｓ−偏光は、ワイヤグリッド偏光器７２０によって湾曲審美用レンズ７３０に向かって反射される。図４に関連して議論されるように、ワイヤグリッド偏光器７２０によって反射されたｓ−偏光状態における光は、接眼レンズ７１０の平面に対して法線方向となるであろうが、明確性の目的のために、角度付けられるように図示される。湾曲審美用レンズ７３０の内側表面（すなわち、右表面）から反射後、ｓ−偏光の一部は、湾曲審美用レンズ７３０が湾曲されるため、法線方向に対して非ゼロ角度において、ワイヤグリッド偏光器７２０に向かって戻るように反射される。ｓ−偏光が、ワイヤグリッド偏光器７２０と湾曲審美用レンズ７３０との間で複数の反射を受けるにつれて、ｓ−偏光の振幅は、減少するであろう。
【００５１】
ワイヤグリッド偏光器７２０およびダイクロイック偏光器７２５を通して通過する、ｐ−偏光は、１／４波長板７４０によって円偏光に変換され、接眼レンズ７１０を通して視認者に通過し得る。接眼レンズ７１０から反射された光は、ｓ−偏光に変換され、ダイクロイック偏光器７２５によって吸収されるであろう。
【００５２】
接眼レンズ７１０を通して投影された光が、視認者および世界の両方に向かって投影される、実装では、世界に向かう光の投影は、視認者のための画像明度を減少させ得る。したがって、本開示の実施形態は、光再利用を実装し、視認者のための画像明度を増加させる。加えて、世界に向かって投影される光は、潜在的に、他者によっても視認され得るため、本開示の実施形態は、世界に向かって投影される光を低減させることによって、視認者のプライバシを改良する。
【００５３】
図８は、いくつかの実施形態による、接眼レンズと統合された偏光器を図示する、側面図である。図８に図示される実施形態は、図２に図示される実施形態と共通要素を共有し、図２に関連して提供される説明は、必要に応じて、図８に適用可能である。図８は、接眼レンズ８１０と、ワイヤグリッド偏光器８２０とを含む、接眼レンズユニット８００を図示する。接眼レンズ８１０は、世界側８１２と、世界側８１２と反対のユーザ側８１４とを有する。ｓ−偏光における接眼レンズ８１０の世界側８１２から世界に向かって放出される光は、ワイヤグリッド偏光器８２０によって接眼レンズ８１０に向かって反射される。したがって、視認者側８１４から放出されるｓ−偏光における光は、視認者に向かって指向され、世界側８１４から放出されるｓ−偏光における光は、ワイヤグリッド偏光器８２０からの反射によって再利用され、視認者に向かって指向される。故に、本開示の実施形態は、光再利用の実装を通して、視認者のための画像明度を増加させる。
【００５４】
図９は、いくつかの実施形態による、接眼レンズと統合された、偏光器および波長板を図示する、側面図である。図９に図示される実施形態は、図８に図示される実施形態と共通要素を共有し、図８に関連して提供される説明は、必要に応じて、図９に適用可能である。図９は、接眼レンズ９１０と、ワイヤグリッド偏光器９２０と、波長板９４０とを含む、接眼レンズユニット９００を図示する。波長板９４０は、光の偏光状態を変化させるための波長板である。いくつかの実施形態では、波長板９４０は、１／４波長板である。接眼レンズ９１０によって放出される光が、円形または楕円偏光である場合、放出される光の偏光状態は、ワイヤグリッド偏光器９２０の反射軸と整合される光を提供するように制御されることができる。図示される実施形態では、接眼レンズ９１０から放出される円偏光は、１／４波長板９４０によってｓ−偏光に変換され、ワイヤグリッド偏光器９２０によって反射され、視認者への透過のために再利用される。
【００５５】
世界光の再利用に加え、接眼レンズ９１０によって放出される光も、図８および９に図示されるように、再利用され得ることに留意されたい。これらの実施形態では、視認者プライバシは、接眼レンズ８１０／９１０によって放出される光が、接眼レンズユニット８００／９００を世界側から観察する者による視認のために殆ど利用可能ではないため、向上され得る。
【００５６】
図１０は、いくつかの実施形態による、接眼レンズと統合された、偏光器のセットおよび液晶要素を図示する、側面図である。液晶セルとも称される、液晶要素は、液晶減衰器の要素として動作し、動的減衰器機能性を有効にし、これは、視認者の周囲の明度に応じて、有用であり得る。液晶セルは、ピクセル化される場合、また、局在化オクルージョンを実施することができる。例えば、視認者が、屋内に居るとき、周囲光の量は、低くあり得、接眼レンズユニットによる減衰は、無視可能である、またはゼロまで低減され得る。しかしながら、視認者が、例えば、晴れた日に屋外を移動するとき、周囲光レベルは、著しく増加し得、接眼レンズユニットは、接眼レンズによって放出される光が、世界光と比較して、無視可能ではなくなるであろうように、世界光を動的に減衰させる能力から利点を享受し得る。
【００５７】
図１０は、接眼レンズ１０１０と、液晶減衰器１０２０と、随意の湾曲審美用レンズ１０３０とを含む、接眼レンズユニット１０００を図示する。接眼レンズ１０１０は、世界側１０１２と、世界側１０１２に隣接する視認者側１０１４とを有する。液晶減衰器１０２０は、湾曲審美用レンズ１０３０と接眼レンズ１０１０との間の接眼レンズ１０１０の世界側１０１２に隣接して配置される。液晶減衰器１０２０は、液晶要素１０２４の両面に隣接して、偏光器を含む。ワイヤグリッド偏光器１０２２は、接眼レンズ１０１０の世界側１０１２に隣接し、液晶要素１０２４は、ワイヤグリッド偏光器１０２２に隣接し、ダイクロイック偏光器１０２６は、液晶要素１０２４に隣接する。ワイヤグリッド偏光器１０２２およびダイクロイック偏光器１０２６は、液晶要素１０２４から空間的に分離されるように図示されるが、典型的には、これらの偏光器１０２２／１０２６は、液晶要素１０２４の表面と接触し得ることを理解されたい。例えば、ワイヤグリッド偏光器１０２２は、液晶要素１０２４にラミネートされることができる。加えて、空間分離は、ワイヤグリッド偏光器１０２２と接眼レンズ１０１０との間に図示されるが、これは、要求されず、これらの要素は、物理的に接触することができる。例えば、ワイヤグリッド偏光器１０２２は、接眼レンズ１０１０にラミネートされることができる。当業者は、多くの変形例、修正、および代替物を認識するであろう。
【００５８】
接眼レンズユニット１０００は、世界光の動的減衰および接眼レンズ１０１０から放出される光の再利用の両方を実施し、それによって、画像明度を増加させる。世界からの世界光線１００５入射は、ｐ−偏光と、ｓ−偏光との両方を含む。ダイクロイック偏光器１０２６は、ｓ−偏光を吸収し、ｐ−偏光を通過させる。透過モードでは、液晶要素１０２４は、光の偏光状態を変化させず、ｐ−偏光は、接眼レンズ１０１０を通して視認者まで通過する。減衰モードでは、液晶要素１０２４は、光の偏光をｓ−偏光に回転させるために使用され、これは、ワイヤグリッド偏光器１０２２によって反射される。したがって、液晶要素１０２４によって付与される偏光回転の制御を通して、動的減衰機能性が、達成される。図１０に図示される実施形態では、ワイヤグリッド偏光器１０２２は、ｐ−偏光を通過させ、ｓ−偏光を反射させるように動作可能であって、ダイクロイック偏光器１０２６は、ｐ−偏光を透過させるように動作可能であるが、これは、本開示によって要求されない。他の実施形態では、偏光状態は、特定の用途の必要に応じて、切り替えられることができる。当業者は、多くの変形例、修正、および代替物を認識するであろう。
【００５９】
動的減衰に加え、接眼レンズ１０１０から放出される光は、再利用される。再び、図１０を参照すると、ｓ−偏光における接眼レンズ１０１０の世界側１０１２から放出される光は、ワイヤグリッド偏光器１０２２によって接眼レンズ１０１０に向かって反射され、そこで、ｓ−偏光における接眼レンズ１０１０の視認者側１０１４から放出される光とともに、視認者に向かって伝搬する。ダイクロイック偏光器１０２６に隣接して配置される、湾曲審美用レンズ１０３０が、いくつかの実施形態では、随意に、追加されることができる。
【００６０】
本開示のいくつかの側面によると、画像を視認者の眼に投影させるための接眼レンズユニットが、提供される。接眼レンズユニットは、世界側と、世界側と反対の視認者側とを有する、接眼レンズと、接眼レンズの世界側に隣接して配置される、偏光器とを含む。偏光器は、例えば、ｐ−偏光を透過させ、ｓ−偏光を反射させるように動作可能である、ワイヤグリッド偏光器を含むことができる。接眼レンズユニットはまた、ワイヤグリッド偏光器に隣接する、液晶要素と、液晶要素に隣接する、ダイクロイック偏光器とを含むことができる。偏光器は、吸収性偏光器を含むことができる。一実施形態では、接眼レンズは、３７度を上回る入射角における光に関する偏光感度によって特徴付けられる。例えば、偏光感度は、１を上回るｐ−偏光の結合効率に対するｓ−偏光に関する結合効率の比によって特徴付けられることができる。比は、３：１を上回る、または２０：１を上回ることができる。接眼レンズは、入力結合回折光学要素と、直交瞳エクスパンダ回折光学要素と、射出瞳エクスパンダ回折光学要素とを含むことができ、偏光感度は、射出瞳エクスパンダと関連付けられる。
【００６１】
本開示のいくつかの側面によると、入力結合回折光学要素は、格子を含み、直交瞳エクスパンダ回折光学要素は、格子を含み、射出瞳エクスパンダ回折光学要素は、格子を含む。接眼レンズユニットはさらに、接眼レンズと偏光器との間に配置される、波長板を含むことができる。例えば、波長板は、３７度を上回る入射角において可視波長における１／４波長板を含む。さらに、接眼レンズユニットは、加えて、審美用レンズを含むことができ、偏光器は、審美用レンズと接眼レンズとの間に配置される。審美用レンズは、湾曲審美用レンズを含んでもよい。特定の実施例では、接眼レンズ、湾曲審美用レンズ、および偏光器は、光学軸に沿って位置付けられる。偏光器は、ワイヤグリッド偏光器を含むことができ、ワイヤグリッド偏光器のワイヤグリッドは、光学軸に直交して配向されることができる。
【００６２】
いくつかの側面では、接眼レンズユニットは、偏光器と湾曲審美用レンズとの間に配置される、液晶要素と、液晶要素と湾曲審美用レンズとの間に配置される、ダイクロイック偏光器とを含む。ワイヤグリッド偏光器およびダイクロイック偏光器は、ｐ−偏光を透過させるように動作可能であることができる。
【００６３】
本開示のいくつかの側面では、画像を視認者の眼に投影させるための接眼レンズユニットが、提供される。接眼レンズユニットは、世界側と、世界側と反対の視認者側とを有する、接眼レンズと、接眼レンズの世界側に隣接して配置される、湾曲審美用レンズと、接眼レンズと湾曲審美用レンズとの間に配置される、偏光器と、接眼レンズと偏光器との間に配置される、１／４波長板とを含む。偏光器は、ワイヤグリッド偏光器を含むことができる。接眼レンズユニットはまた、ワイヤグリッド偏光器と１／４波長板との間に位置付けられる、ダイクロイック偏光器を含むことができる。実施例として、偏光器は、ダイクロイック偏光器を含むことができる。
【００６４】
本開示のいくつかの側面では、画像を視認者の眼に投影させるための接眼レンズユニットが、提供される。接眼レンズユニットは、世界側と、世界側と反対の視認者側とを有する、接眼レンズと、接眼レンズの世界側に隣接して配置される、液晶減衰器とを含む。液晶減衰器は、接眼レンズの世界側に隣接する、ワイヤグリッド偏光器と、ワイヤグリッド偏光器に隣接する、液晶要素と、液晶要素に隣接する、ダイクロイック偏光器とを含む。ある実施例では、接眼レンズユニットはまた、ダイクロイック偏光器に隣接して配置される、湾曲審美用レンズを含む。例えば、湾曲審美用レンズは、屈折力によって特徴付けられることができる。ワイヤグリッド偏光器は、接眼レンズにラミネートされる、例えば、液晶要素にラミネートされることができる。ワイヤグリッド偏光器は、ｐ−偏光を通過させ、ｓ−偏光を反射させるように動作可能であることができる。
【００６５】
また、本明細書に説明される実施例および実施形態は、例証目的のためのものにすぎず、それに照らした種々の修正または変更が、当業者に示唆され、本願の精神および権限および添付の請求項の範囲内に含まれるものとすることを理解されたい。
【００６６】
本開示の熟読に応じて、当業者は、依然として、本明細書の開示される原理を通した運動ベースのコンテンツナビゲーションのためのシステムおよびプロセスに関する、付加的代替構造および機能設計を理解するであろう。したがって、特定の実施形態および用途が図示かつ説明されたが、開示される実施形態は、本明細書に開示される精密な構造およびコンポーネントに限定されないことを理解されたい。当業者に明白となるであろう、種々の修正、変更、および変形例が、添付の請求項に定義される精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に開示される方法および装置の配列、動作、および詳細において成され得る。
【図１】
2020510859.tif 000003
【図２】
2020510859.tif 000004
【図３】
2020510859.tif 000005
【図４】
2020510859.tif 000006
【図５】
2020510859.tif 000007
【図６】
2020510859.tif 000008
【図７】
2020510859.tif 000009
【図８】
2020510859.tif 000010
【図９】
2020510859.tif 000011
【図１０】
2020510859.tif 000012
【国際調査報告】
2020510859.tif 000013
2020510859.tif 000014