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公開番号2025122171
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-20
出願番号2025089102,2022535050
出願日2025-05-28,2020-12-11
発明の名称アレイオプティクスを備えるニアアイディスプレイ
出願人イー-ビジョンスマートオプティックス, インク.,E-VISION SMART OPTICS, INC.
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類G02B 27/02 20060101AFI20250813BHJP(光学)
要約【課題】透明な有機発光ダイオード(OLED)を用いたニアアイディスプレイの提供
【解決手段】画素からの光は調整可能なビームステアリング及び集束素子(調整可能マイクロレンズと呼称)により切替可能に調整及び/又は操向することができる。これらの調整可能マイクロレンズは、アレイ状に配置され、例えば眼鏡レンズに埋込むことにより画素アレイに結合される。調整可能マイクロレンズは画素からの光を選択的に集束及び/又は傾斜させる為に高速切替式半波長板を使用する。フリッカー融合閾値(60Hz)よりも速いレートで画素からの光を解像可能な位置/角度の間で切替えることにより調整可能マイクロレンズは、ニアアイディスプレイの見かけの解像度を2倍にできる。また同じレートで集束/非集束を切替えることにより調整可能マイクロレンズは、画素からの虚像を画素を通して眼に見える現実世界の像上に効果的に重ね合わせることができる。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
ニアアイディスプレイであって、
周辺光を透過し、前記ニアアイディスプレイ着用者の眼に向かって光を放射する、発光透明画素のアレイと、
前記発光透明画素のアレイと光学的に連通し、前記ニアアイディスプレイ着用者によって知覚される虚像を形成するように前記光を集束させるための、切替可能なマイクロレンズのアレイと、を備える、ニアアイディスプレイ。

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、米国特許法（３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．）１１９条（ｅ）の下で、２０１９年１２月１９日出願の米国特許出願第６２／９５０，７０７号、および２０１９年１２月１１日出願の米国特許出願第６２／９４６，４９８号の優先権を主張する。これら出願の各々は、その全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
典型的なニアアイディスプレイには、像を生成するためのイメージジェネレータ、像を周辺光と組み合わせるための光コンバイナ、およびニアアイディスプレイを使用する使用者のために像の焦点を合わせるための撮像光学素子が含まれる。イメージジェネレータは、光を反射する画素（例えば、シリコンデバイス上の液晶）または光を放射する画素（例えば、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のアレイ）を有してもよい。いずれの場合も、イメージジェネレータは、通常、使用者の視界内にない。代わりに、使用者の視野外にあって、使用者の視界に対してある角度を持つビームを投影してもよい。
【０００３】
光コンバイナは、イメージジェネレータからの光を使用者の視界内にもたらす。例えば、光コンバイナは、使用者の視界に対して垂直で、かつ使用者の眼に面する、一つの面またはポートを有するキューブビームスプリッターであってもよい。イメージジェネレータからの光は、ビームスプリッターの他のポートの一つに入り、使用者の眼に面したポートを通して再配向される。ニアアイディスプレイが拡張現実ディスプレイである場合、光コンバイナは、イメージジェネレータからの光を外部からの光と組み合わせ、組み合わされた光を使用者の眼に投影させる。
【０００４】
撮像光学素子は、イメージジェネレータによって生成された像の焦点を合わせる。撮像光学素子は、瞳孔形成または非瞳孔形成とすることができる。瞳孔形成光学系は、イメージジェネレータと眼との間のある地点に中間像を生成する。この像は、眼が像に焦点を合わせるために、眼から十分に離れて形成されるべきである。非瞳孔形成光学系は、中間像を生成しない。代わりに、それらは通常は、像を無限大に集束させるため、眼が弛緩した状態で（すなわち、遠距離に焦点が合っている時に）焦点が合っているように見える。ニアアイディスプレイにおける撮像光学素子のパラメータには、（１）眼クリアランス（最後の光学素子の端と射出瞳との間の距離であり、典型的には２０ｍｍ）、（２）射出瞳距離（最後の光学素子の頂点と射出瞳との間の距離）、（３）アイボックス（しばしば射出瞳に相当）（射出瞳距離での眼の角位置および側方位置の範囲を含み、そこからディスプレイによって生成された像全体が見えるようになる）、（４）被写界深度および（５）視野が含まれる。
【発明の概要】
【０００５】
より最近では、シースルーイメージジェネレータが、透明なＯＬＥＤアレイの形で利用可能となった。透明なＯＬＥＤアレイまたは他のシースルーディスプレイを有するニアアイディスプレイは、光コンバイナを必要としない。代わりに、シースルーディスプレイは、使用者の視界内に直接配置され、変化する虚像を生成するように調節されうる。シースルーディスプレイと使用者の眼との間の光学素子は、虚像に焦点を合わせるのに役立つ。
【０００６】
本発明の技術は、シースルーディスプレイを利用し、それを動的で切替可能な光学素子に結合して、使用者のために虚像を集束させる。この技術は、例えば、メガネなど、眼のごく近くにもたらされ、拡張現実装置として使用することができる、ニアアイディスプレ
イとして実装することができる。こうしたニアアイディスプレイには、可動部品を持たない電子的に作動する構成要素を使用して光を集束できる光学素子が含まれる。これにより、各個人の光学処方に対して、ニアアイディスプレイを調整し、集束させることができる。また、光学素子を使用して、ニアアイディスプレイ内の虚像源に焦点を合わせて、望みどおりにオン・オフを切り替えることが可能になり、それによって、虚像が存在しない状態で現実世界を見ることができるようになる。光学素子はまた、虚像を現実世界の像と組み合わせて、観察者が仮想世界および現実世界の像を、それらが同時に見えているかのように知覚するように、急速にオフ・オンを切り替えることができる。さらに、光学素子は、虚像に焦点を合わせるレンズの焦点を迅速に平行移動または再配置することができる。この迅速な平行移動は、見かけの可視画素数を増加させるために使用でき、解像度を改善／増大させる。
【０００７】
本発明のニアアイディスプレイは、切替可能なマイクロレンズのアレイと光学的に連通する、発光透明画素のアレイを含みうる。動作中、発光透明画素のアレイは、周辺光を透過し、ニアアイディスプレイ着用者の眼に向かって光を放射する。切替可能なマイクロレンズのアレイは、ニアアイディスプレイ着用者によって知覚される虚像を形成するように光を集束させる。
【０００８】
発光透明画素のアレイおよび調整可能なマイクロレンズのアレイは、眼鏡レンズに埋め込まれてもよい。発光透明画素のアレイは、少なくとも１００画素×１００画素であってもよく、またはそれ以上であってもよい。発光透明画素のアレイ内に、発光透明画素１個当たり一つの切替可能なマイクロレンズがあってもよい。そして、切替可能なマイクロレンズのアレイは、少なくとも６０Ｈｚのレートで、集束状態と非集束状態との間で切り替えることができる。
【０００９】
各切替可能なマイクロレンズは、光が第一の偏光状態にある時に焦点に光を集束させ、光が第二の偏光状態にある時に焦点に光を集束させることなく光を透過する、電気活性レンズであってもよい。この場合には、ニアディスプレイは、電気活性レンズと光学的に連通する偏光調整器（例えば、動的半波長板）を含みうる。偏光調整器は、第一の偏光状態で光を放射する対応する透明な発光画素からの光を、少なくとも６０Ｈｚのレートで、第一の偏光状態と第二の偏光状態との間で切り替えることができる。
【００１０】
ニアアイディスプレイはまた、発光透明画素のアレイおよび切替可能なマイクロレンズのアレイと光学的に連通する、傾斜機構のアレイを含みうる。これらの傾斜機構は、発光透明画素のアレイによって放射される光を、例えば、少なくとも６０Ｈｚのレートで、解像可能な（resolvable）角度間で操向することができる。この場合には、発光透明画素のアレイ内に第一の画素数が存在してもよく、傾斜機構は、切替可能なレンズのアレイが、第一の画素数よりも大きな第二の画素数を有する虚像を形成するのに十分に速く、解像可能な点の間で光を操向することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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