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公開番号2025123285
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-22
出願番号2025097071,2021506543
出願日2025-06-10,2020-05-06
発明の名称シーン及びニア・アイ・ディスプレイを観るための透明ライトガイド
出願人ルーマスリミテッド,Lumus Ltd.
代理人アクシス国際弁理士法人
主分類G02B 27/02 20060101AFI20250815BHJP(光学)
要約【課題】外部結合器は、外部の観察者に見られ難く、又は目に見えないことが望ましいだろう。
【解決手段】実際のシーンとライトガイド光学素子(LOE (Light-guide Optical Element))に導入された投影イメージの同時観察のためのライトガイド光学素子であって、透明ブロックにして、これに沿って投影イメージを搬送する光が内部反射により伝搬する透明ブロックと、斜めに配向され、光の一部を外部結合するように構成された複数の内部の部分的に反射する面を有し、部分的に反射する面それぞれの反射率は、外部結合される光の全パワーが、LOEに導入された光の全パワーの1/3未満になるように設定される。幾つかの実施形態においては、投影イメージの光が偏光され、直交方位に偏光された光に関して部分的に反射する面の反射率がかなり低減される。幾つかの実施形態においては、観者に到達しない光について部分的に反射する面の反射率がかなり低減される。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
観者の目による、実際のシーンとライトガイド光学素子（ＬＯＥ (Light-guide Optical Element)）に導入された投影イメージの同時観察のためのライトガイド光学素子であって、
第１主面と前記第１主面に平行な第２主面を有する透明材料のブロックにして、前記ライトガイド光学素子に導入された投影イメージを搬送する光が、前記第１及び第２主面で内部反射により前記ライトガイド光学素子内で伝搬する、ブロックと、
前記ブロック内にあり、前記第１主面に対して斜めに配向された、複数のお互いに平行な部分的に反射する面にして、当該部分的に反射する面は、前記第２主面を介して前記光の一部を外部結合するように構成される、複数のお互いに平行な部分的に反射する面を備え、
前記部分的に反射する面それぞれの反射率は、前記外部結合される光の全パワーが、前記ライトガイド光学素子に導入された前記投影イメージを搬送する前記光の全パワーの１／３未満になるように設定される、ライトガイド光学素子。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記部分的に反射する面それぞれの反射率は、前記外部結合される光の全パワーが、前記ライトガイド光学素子に導入された前記投影イメージを搬送する前記光の全パワーの１／５未満になるように設定される、請求項１に記載のライトガイド光学素子。
【請求項３】
前記部分的に反射する面それぞれの反射率は、前記外部結合される光の全パワーが、前記ライトガイド光学素子に導入された前記投影イメージを搬送する前記光の全パワーの１／１０未満になるように設定される、請求項１に記載のライトガイド光学素子。
【請求項４】
前記部分的に反射する面それぞれの反射率が１３％未満である、請求項１に記載のライトガイド光学素子。
【請求項５】
前記部分的に反射する面それぞれの反射率が５％未満である、請求項１に記載のライトガイド光学素子。
【請求項６】
観者の目による、実際のシーンと、第１方位に偏光され、かつライトガイド光学素子（ＬＯＥ (Light-guide Optical Element)）に導入された光により搬送される投影イメージの同時観察のためのライトガイド光学素子であって、
第１主面と前記第１主面に平行な第２主面を有する透明材料のブロックにして、前記ライトガイド光学素子に導入された投影イメージを搬送する光が、前記第１及び第２主面で内部反射により前記ライトガイド光学素子内で伝搬する、ブロックと、
前記ブロック内にあり、前記観者の目に向けて前記光の一部を外部結合するように前記第１主面に対して斜めに配向された、複数のお互いに平行な部分的に反射する面を備え、
前記第１方位に直交する第２方位に偏光された光に関する前記第１及び第２主面に垂直な方向における前記部分的に反射する面それぞれの反射率は、前記第１方位に偏光された光に関する前記方向におけるその反射率の１／３未満である、ライトガイド光学素子。
【請求項７】
前記第１偏光方位が、前記部分的に反射する面に関してＳ偏光である、請求項６に記載のライトガイド光学素子。
【請求項８】
前記部分的に反射する面は、前記第１主面に垂直な方向を含む少なくとも約３０度の角度範囲についてＰ偏光を実質的に透過する、請求項７に記載のライトガイド光学素子。
【請求項９】
観者の目による、実際のシーンとライトガイド光学素子（ＬＯＥ (Light-guide Optical Element)）に導入された投影イメージの同時観察のためのライトガイド光学素子であって、
第１主面と前記第１主面に平行な第２主面を有する透明材料のブロックにして、前記ライトガイド光学素子に導入された投影イメージを搬送する光が、前記第１及び第２主面で内部反射により前記ライトガイド光学素子に沿って第１方向に伝搬し、前記第１主面の外部で、かつこれに平行な平面において、所定サイズのアイ・モーション・ボックス（eye motion box）が定義される、ブロックと、
前記ブロック内にあると共に、前記第１方向に沿って順に配置され、かつ前記アイ・モーション・ボックスに向けて前記光の一部を外部結合するべく前記第１主面に対して斜めに配向された、複数のお互いに平行で部分的に反射する面を備え、
前記アイ・モーション・ボックス内の任意の点に向けてそこから外部結合される前記光の一部に関する前記部分的に反射する面の配列の最後のものの反射率が、前記第１及び第２主面に垂直な方向に伝搬する光に関するその反射率の少なくとも２倍である、ライトガイド光学素子。
【請求項１０】
前記アイ・モーション・ボックス内の任意の点に向けてそこから外部結合される前記光の一部に関する前記部分的に反射する面の配列の最後のものの反射率が、前記第１及び第２主面に垂直な方向に伝搬する光に関するその反射率の少なくとも４倍以上である、請求項９に記載のライトガイド光学素子。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、ヘッドマウント・ディスプレイ装置に関し、特には、そのような装置の一部であるライトガイド光学素子に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
実際のシーンとディスプレイ装置からの投影イメージの同時観察のために観者により装着される装置が周知であり、「ヘッドマウント・ディスプレイ」（ＨＭＤ(head-mounted display)）又は「ニア・アイ・ディスプレイ」（ＮＥＤ(near-eye display)）として一般的に呼ばれている。そのような装置は、一般的に、ゴーグル又はめがね、若しくは、ヘルメット又はバイザー（visor）として構築されて観者の頭部に装着され、また、一つ又は二つのイメージ・プロジェクタ（各々が、電気光学ディスプレイ部品を含む）と、観者の目に投影イメージを伝送する光学部品を含む。本分野で知られているＨＭＤの幾つかの構成においては、そのような光学部品の一つは、観者の目それぞれの前に位置付けられるライトガイドである。
【０００３】
そのようなライトガイド（「導波路」又は「基板」と代替して言及される）は、視野（即ち、ディスプレイ部品のスクリーンの角度サイズ）と観察窓（即ち、この窓の範囲内で観者の目がディスプレイ・スクリーンの全体を見るように位置付けられ、「アイ・モーション・ボックス（eye motion box）」としても知られる）を拡大するように働く。一般的に、そのようなライトガイドは、透明材料のブロック（又はスラブ）であり、２つの平行な主面を有し、ディスプレイ部品から投射されて平行化されたイメージを搬送する光がそれらの主面に沿って全内部反射により伝搬する。ブロックは、対応する観者の目に向けて主面の一つを介してその光の一部が外部結合されるように機能する、構造的な外部結合器（structural coupling-out arrangement）を含む。
【０００４】
回折ライトガイドとして知られるライトガイドの幾つかの構成においては、外部結合器は、主面の一つ又は両方に回折構造を含む。反射ライトガイドや特には「ライトガイド光学素子（ＬＯＥ（lightguide optical elements））」として知られる他の構成では、外部結合器は、斜めに角度付けられ、お互いに平行な部分的に反射する面のセットを含み、ファセットとしても代替的に知られ、ブロック内にある。
【０００５】
ＨＭＤが眼鏡の形態にあるといった幾つかの場合、外部結合器は、外部の観察者に見られ難く、又は目に見えないことが望ましいだろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ヘッドマウント・ディスプレイ（ＨＭＤ）で用いられるライトガイドに改善を提供することを目指し、さもなければ、外部の観察者が、ＨＭＤを装着している観者の顔をそのようなライトガイドを介して観察する時に経験するような望まない視覚効果を低減する。そのような効果は、観者の目と顔から反射される光の一部がライトガイド内に結合されることにより生じ、従って、外部の観察者に到達する光を弱め、外部の観察者の視界においてライトガイドが明確に暗くなり、観者の顔と目をマスクする。先行技術のライトガイドにおける別の望まない視覚効果は、端面で反射されて後方に伝搬するライトガイド内の光により生じ、外部の観察者に向けて外部結合され、グレアとして感受される。従って、本発明の実施形態は、観者の顔と外部の観察者の間のライトガイドを介した光の透過を高め、外部の観察者に向けてライトガイドから放射される他の光の量を低減する様々な技術を提供する。
【０００７】
非排他的な例として、部分的に反射する面を含むライトガイドの構成の実施形態に関する改善が記述される。そのような反射ライトガイド、又は従来のライトガイド光学素子（ＬＯＥ）が、例えば、「基板により導光される光学ビーム拡大器」と題された米国特許第６，８２９，０９５号に記述されており、参照により本明細書に組み込まれる。しかしながら、本発明に係る改善は、全体又は部分において、ＨＭＤ用のライトガイドの他の実施形態及び構成に適用可能である。
【０００８】
詳細には、観者の目による、実際のシーンとライトガイド光学素子（ＬＯＥ（Light-guide Optical Element））に導入された投影イメージの同時観察のためのライトガイド光学素子が開示され、当該ＬＯＥが、第１主面と前記第１主面に平行な第２主面を有する透明材料のブロックにして、前記ライトガイド光学素子に導入された投影イメージを搬送する光が、前記第１及び第２主面で内部反射により前記ライトガイド光学素子内で伝搬する、ブロックと、前記ブロック内にあり、前記第１主面に対して斜めに配向された、複数のお互いに平行な部分的に反射する面にして、当該部分的に反射する面は、前記第２主面を介して前記光の一部を外部結合するように構成される、複数のお互いに平行な部分的に反射する面を備え、
前記部分的に反射する面それぞれの反射率は、前記外部結合される光の全パワー(the total power of the light)が、前記ライトガイド光学素子に導入された前記投影イメージを搬送する前記光の全パワーの１／３未満になるように設定される。
【０００９】
幾つかの実施形態においては、前記部分的に反射する面それぞれの反射率は、前記外部結合される光の全パワーが、前記ライトガイド光学素子に導入された前記投影イメージを搬送する前記光の全パワーの１／５未満、幾つかの実施形態では１／１０未満になるように設定される。
【００１０】
幾つかの実施形態においては、前記部分的に反射する面それぞれの反射率が１３％未満、幾つかの実施形態においては、５％未満である。
（【００１１】以降は省略されています）

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