JP2019514057A - 拡張現実のためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、米国仮出願第62/319,566号(2016年4月7日出願、名称「SYSTEM AND METHOD FOR AUGMENTED REALITY」、代理人事件番号ML.30065.00)に対する優先権を主張する。本願は、米国特許出願第14/331,218号(2014年7月14日出願、名称「PLANAR WAVEGUIDE APPARATUS WITH DIFFRACTION ELEMENT(S) AND SYSTEM EMPLOYING SAME」、代理人事件番号ML.20020.00)、米国特許出願第14/555,585号(2014年11月27日出願、名称「VIRTUAL AND AUGMENTED REALITY SYSTEMS AND METHODS」、代理人事件番号ML.20011.00)、米国特許出願第14/726,424号(2015年5月29日出願、名称「METHODS AND SYSTEMS FOR VIRTUAL AND AUGMENTED REALITY」、代理人事件番号ML.20016.00)、米国特許出願第14/726,429号(2015年5月29日出願、名称「METHODS AND SYSTEMS FOR CREATING FOCAL PLANES IN VIRTUAL AND AUGMENTED REALITY」、代理人事件番号ML.20017.00)、および、米国特許出願第14/726,396号(2015年5月29日出願、名称「METHODS AND SYSTEMS FOR DISPLAYING STEREOSCOPY WITH A FREEFORM OPTICAL SYSTEM WITH ADDRESSABLE FOCUS FOR VIRTUAL AND AUGMENTED REALITY」、代理人事件番号ML. ML.20018.00)に関連する。上記出願の内容は、それらが完全に記載されている場合と同様に、それらの全体が参照により本明細書に引用される。
現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、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様式で、もしくはそのように知覚され得る様式でユーザに提示される、いわゆる「拡張現実」体験のためのシステムの開発を促進している。拡張現実、すなわち、「AR」シナリオは、典型的には、ユーザの周囲の実際の世界の視覚化の拡張として、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う(すなわち、他の実際の実世界視覚的入力に対して透過性)。故に、ARシナリオは、他の実際の実世界の視覚的入力に対して透過性を伴うデジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。ヒトの視知覚系は、非常に複雑であり、他の仮想または実世界画像要素間における仮想画像要素の快適で、自然のような感覚で、かつ豊かな提示を促進するAR技術の生成は、困難である。
一実施形態において、拡張現実システムは、仮想光ビームを生成するように構成される光源を含む。システムは、入射部分、出射部分、および表面を有する光誘導光学要素を含み、表面は、表面に隣接して配置されているダイバータも有する。光源および光誘導光学要素は、仮想光ビームが、入射部分を通って光誘導光学要素に入射し、少なくとも部分的に表面から反射することによって、光誘導光学要素を通って伝搬し、出射部分を通って光誘導光学要素から出射するように構成される。光誘導光学要素は、第1の実世界光ビームに対して透過性である。ダイバータは、表面において第2の実世界光ビームの光経路を修正するように構成される。
本発明の種々の実施形態は、単一実施形態または複数の実施形態において光学システムを実装するためのシステム、方法、および製造品を対象とする。本発明の他の目的、特徴、および利点は、発明を実施するための形態、図、および請求項に説明される。
実世界光が通過することを可能にしながら、仮想画像を種々の深度に生成するための光学システムの1つのタイプは、少なくとも部分的に透過性の光誘導光学要素(例えば、回折光学要素を含む、プリズム)を含む。しかしながら、これらの光誘導光学要素は、実世界オブジェクトからの実世界光を意図せずに内部結合し得る。偶発的に内部結合された実世界光は、光誘導光学要素からユーザの眼に向かって外部結合し得る。外部結合された実世界光は、光誘導光学要素から変化した角度で出射し、それによって、水平線の下方に現れる太陽の「残影」画像またはアーチファクト等のアーチファクトをARシナリオに生成する。残影アーチファクトは、調和がなく、状況と矛盾した画像でARシナリオの効果を妨害するだけではなく、両眼離反運動‐遠近調節衝突からユーザ不快感をも生じさせ得る。
コーティングされた光誘導光学要素の実施形態の詳細を説明する前に、本開示は、ここで、例証的ARシステムの簡単な説明を提供するであろう。
上記に議論されるLOE190は、加えて、射出瞳エクスパンダ196(「EPE」)として機能し、光源120の開口数を増加させ、それによって、システム100の分解能を増加させることができる。光源120は、小径/スポットサイズの光を生成するので、EPE196は、LOE190から出射する光の瞳の見掛けサイズを拡張させ、システム分解能を増加させる。ARシステム100の他の実施形態において、システムは、EPE196に加え、直交瞳エクスパンダ194(「OPE」)をさらに備え、XおよびY方向の両方において光を拡張させ得る。EPE196およびOPE194についてのさらなる詳細は、前述の米国実用特許出願第14/555,585号および米国実用特許出願第14/726,424号に説明されており、その内容は、参照することによって前述に組み込まれている。
図6は、LOE190を有する従来技術ARシステム100の真横向き概略図である。LOE190は、図5に描写されるものに類似するが、ICG192およびEPE196のみが、図6に描写され、OPE194は、明確にするために省略される。種々の源からのいくつかの例示的光ビームが、上で述べられた残影アーチファクト問題を実証するために図示される。光源120によって生成された仮想光ビーム302は、ICG192によって、LOE190の中に内部結合される。仮想光ビーム302は、ARシステム100によって生成された仮想オブジェクトのための情報を搬送する。
図7は、一実施形態による、LOE190を有するARシステム100の真横向き概略図である。LOE190は、ICG192と、OPE(図示せず)と、EPE196と、選択的反射コーティング320とを有する。選択的反射コーティング320は、LOE190の外部表面310上に配置される。選択的反射コーティング320は、コーティング320が「調整」される方法に応じて、種々の特性を有する光を反射するように構成されることができる。一実施形態において、コーティングは、比較的に高AOIにおいて、コーティング320に衝突する光を選択的に反射する一方、比較的に低AOIにおいてコーティング320に衝突する光がコーティングを通過することを可能にするように調整される。コーティング320は、比較的に低AOI光が、その軌道角度を著しく変化させずに、それを通過することを可能にするように調整される。
Claims (20)
- 拡張現実システムであって、前記システムは、
仮想光ビームを生成するように構成されている光源と、
入射部分、出射部分、および表面を有する光誘導光学要素であって、前記表面は、前記表面に隣接して配置されているダイバータを有する、光誘導光学要素と
を備え、
前記光源および前記光誘導光学要素は、前記仮想光ビームが、
(a)前記入射部分を通って前記光誘導光学要素に入射し、
(b)少なくとも部分的に前記表面から反射することによって、前記光誘導光学要素を通って伝搬し、
(c)前記出射部分を通って前記光誘導光学要素から出射する
ように構成され、
前記光誘導光学要素は、第1の実世界光ビームに対して透過性であり、
前記ダイバータは、前記表面において第2の実世界光ビームの光経路を修正するように構成されている、システム。 - 前記ダイバータは、前記第2の実世界光ビームを反射するように構成されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記ダイバータは、前記第2の実世界光ビームを屈折させるように、または回折するように構成されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記ダイバータは、波長選択的である、請求項1に記載のシステム。
- 前記光源は、前記仮想光ビームが、前記ダイバータが少なくとも部分的に反射性である波長に対応する波長を有するように構成されている、請求項4に記載のシステム。
- 前記ダイバータは、入射角選択的である、請求項1に記載のシステム。
- 前記光源および前記光誘導光学要素は、前記仮想光ビームが、前記ダイバータが反射性である入射角に対応する入射角で前記表面から反射するように構成されている、請求項6に記載のシステム。
- 前記ダイバータは、偏光選択的である、請求項1に記載のシステム。
- 前記仮想光ビームは、前記ダイバータが反射性である偏光に対応する偏光を有する、請求項8に記載のシステム。
- 前記ダイバータは、前記ダイバータを伴わない前記表面と比較して、前記表面の臨界角を低減させるように構成されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記ダイバータは、薄膜ダイクロイックダイバータである、請求項1に記載のシステム。
- 前記光誘導光学要素は、第2の表面も有し、前記光源および前記光誘導光学要素は、前記仮想光ビームが、少なくとも部分的に前記表面および前記第2の表面から反射することによって、前記光誘導光学要素を通って伝搬するように構成されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記光誘導光学要素は、前記第2の表面に隣接して配置されている第2のダイバータも有し、前記第2のダイバータは、前記表面において第3の実世界光ビームの光経路を修正するように構成されている、請求項12に記載のシステム。
- 前記ダイバータは、コーティングである、請求項1に記載のシステム。
- 前記コーティングは、動的コーティングである、請求項14に記載のシステム。
- 前記動的コーティングは、誘電材料、液晶、またはニオブ酸リチウムを備えている、請求項15に記載のシステム。
- 前記ダイバータは、メタ表面材料を備えている、請求項1に記載のシステム。
- 前記ダイバータは、導波管外部結合器である、請求項1に記載のシステム。
- 拡張現実システムであって、前記システムは、
仮想光ビームを生成するように構成されている光源と、
入射部分、出射部分、第1の表面、および第2の表面を有する光誘導光学要素と
を備え
前記第1の表面は、前記第1の表面に隣接して配置されている第1のダイバータを有し、
前記第2の表面は、前記第2の表面に隣接して配置されている第2のダイバータを有し、
前記光源および前記光誘導光学要素は、前記仮想光ビームが、
(a)前記入射部分を通って前記光誘導光学要素に入射し、
(b)少なくとも部分的に前記第1および第2の表面の両方から反射することによって、前記光誘導光学要素を通って伝搬し、
(c)前記出射部分を通って前記光誘導光学要素から出射する
ように構成され、
前記光誘導光学要素は、第1の実世界光ビームに対して透過性であり、
前記第1および第2のダイバータの各々は、前記それぞれの第1および第2の表面において第2の実世界光ビームの反射を修正するように構成されている、システム。 - 前記第1および第2のダイバータの各々は、前記第2の実世界光ビームを反射するように構成されている、請求項19に記載のシステム。
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