JP2020515914A - ヘッドセットシステム及び光学素子 - Google Patents

Abstract

本明細書では、フレームおよび光学素子を含むいくつかの構成を含むヘッドセットシステムについて説明する。ヘッドセットシステムには、フレームと光学素子を取り付けるための取り付け機構、フレームに対する所定の相対位置に光学素子を位置合わせする位置合わせ機構、挿入されたモバイルデバイスをフレームに対する所定の相対位置でフレームに保持する保持機構、１つ以上のストラップを含むヘッドレストシステム、およびそれらの組み合わせの様々な組み合わせを含むことができる。保持機構は、フレーム上に弾性カバーを含むことができる。ストラップは、補強構成、嵌合接続構成、およびそれらの組み合わせを含むことができる。補強構成は、ストラップの内面に凹状で卵形の窪みを含むことができる。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２０１７年４月３日に出願された米国特許出願第６２／４８０，９９２号、２０１７年７月１７日に出願された米国特許出願第６２／５３３，６０６号、２０１７年９月１日に出願された米国特許出願第６２／５５３，６９２号、２０１７年９月１８日に出願された米国特許出願第６２／５６０，０３２号、および２０１７年１１月２８日に出願された米国特許出願第６２／５９１，７６０号の優先権を主張し、これらのそれぞれは、参照により全体として本出願に組み込まれる。

本発明は、ヘッドセットシステム及び光学素子に関する。

ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）は、ディスプレイに対して固定位置で１人が見ることを目的とした画像を生成する。ＨＭＤは、仮想現実（ＶＲ）または拡張現実（ＡＲ）体験用に使用され得る。バーチャルリアリティ体験のＨＭＤは、ユーザの視野全体を没頭させ、外の世界の画像を提供しない。拡張現実体験のＨＭＤは、外界の上に仮想または事前に記録された画像を重ねて表示する。

拡張現実ヘッドセットは、ビデオパススルーと光学シースルーの２つのカテゴリに分類され得る。ビデオパススルー拡張現実ヘッドセットでは、ユーザはヘッドセットの前面にある１つ以上のカメラでキャプチャされた世界の連続ライブ映像を表示している画面を見ている。仮想画像はビデオフィードに重畳される。光学シースルー拡張現実ヘッドセットでは、ユーザは透明なレンズまたは他の光学部品を通して現実世界を直接見ている。光学システムは、ユーザの視野外で生成された画像を取得し、物理的に知覚される世界の上に現れるか、その中に統合されるように、その画像を仮想オーバーレイとして表示する。

ビデオパススルー拡張現実ヘッドセットは、設計がより簡単で、従来よりも大幅に安価であるため、より一般的である。しかしながら、光学シースルー拡張現実ヘッドセットは、軽量で、眼の快適性が高く、より多くの状況で使用でき、気分が悪くなるのを大幅に軽減し、社会的状況でのアイコンタクトを可能にし、より魅力的な体験を提供する。

市販の光学シースルー拡張現実ヘッドセットはほとんどない。ほとんどの既存のヘッドセットは高価で、重く、かさばる。一部のヘッドセットは視野が狭く、これは重畳された画像がユーザの視覚の一部にのみ表示されることを意味する。既存のシステムは、ヘッドセットに統合されたコンピュータ全体を含むか、または強力な外部コンピュータに接続して動作する必要がある。既存の拡張現実ヘッドセットには、位置追跡用の統合カメラまたは外部追跡システムが搭載されている。統合カメラは高価であり、ヘッドセットにバルクを追加し、外部追跡システムはヘッドセットを使用できる場所を制限する。

本明細書で説明する例示的な実施形態は、ユーザのモバイルデバイスを支持するように構成されたフレームと、モバイルデバイスによって表示される画像をユーザに反射するように構成されたフレームに結合される光学素子とを有するヘッドセットシステムを含む。したがって、例示的な実施形態を使用して、モバイルデバイス上に表示された仮想物体をユーザの視野に重畳させることができる。例示的な一実施形態では、光学素子は、ユーザが光学素子を通して見る物理的環境に重ねられた仮想物体をユーザが見ることができるように、部分的に反射し部分的に透明になるように構成できる。

本明細書で説明される例示的な実施形態は、いくつかの独自の構成および構成要素を含む。１つの構成または構成要素が本発明に不可欠であるとは見なされず、任意の組み合わせで使用されたり、その他のデバイスまたはシステムに組み込まれたりすることが可能である。例えば、本明細書で説明する例示的な実施形態は、一般に拡張現実システムに関するものであるが、本明細書で説明する構成および構成要素は、仮想現実システムまたは他のヘッドマウントシステムに等しく適用でき得る。したがって、ヘッドセットシステムは、拡張現実および仮想現実システムを含むがこれらに限定されない、あらゆるヘッドマウントシステムを包含することを意図している。

例示的な一実施形態では、ヘッドセットシステムは、光学素子をフレームに取り外し可能および／または枢動可能に取り付けるために、フレームと光学素子との間に取り付け機構を含む。例えば、取り付け機構は、フレームの第１の取り付け機構内の第１の複数の磁石と、光学素子の第２の取り付け機構内の第２の複数の磁石とを含むことができ、第１の複数の磁石が、前向きの方向に極性を交互に変えるように、第１の複数の磁石の隣接する磁石は、向きを交互に変える。次いで、第２の複数の磁石は、第２の複数の磁石のそれぞれが、第１の複数の磁石のうちの１つと位置合わせして嵌合し、第２の複数の磁石が、第１の複数の磁石のうちの対応する１つに対して反対の極性を向けるように位置決めされ配向され得る。

例示的な実施形態では、ヘッドセットはまた、保持機構を含むことができる。例えば、保持機構は、フレームの上部の弾性カバーとすることができる。弾性カバーは、フレームの所望の表面または縁部に対してモバイルデバイスを位置決めするために、挿入されたモバイルデバイスを押すかまたはそれに力を加えるように構成することができる。例えば、フレームのコンパートメントは、背面と、背面から外向きに延在する第１の側面と、第１の側面から背面の反対側の端部で背面から外側に延在する第２の側面と、背面から延在する底面側とを含むことができ、底面側は、フランジ付き縁部を含むことができる。弾性カバーは、挿入されたモバイルデバイスを背面から離れて、底面側およびフランジ付き縁部に向かって位置決めするように構成することができる。背面はまた、底面側と同じ縁部に沿って窪みを含むこともできる。

例示的な一実施形態では、光学素子は、第１のセクションおよび第２のセクションを含むことができ、第１および第２のセクションは、互いの鏡面反射として成形およびサイズ決めされる。第１のセクションおよび第２のセクションは、第１の断面に第１の曲率半径を有する曲面と、第１の断面に垂直な第２の断面に第２の曲率半径を有する曲面とを画定する。第１のセクションの第１の凹面および第２のセクションの第２の凹面は、反射コーティングを含むことができる。光学素子はまた、反射防止コーティング、疎水性コーティング、および耐摩耗性コーティングも含み得る。

ユーザの頭部に配置された、本明細書に記載の実施形態に係る例示的なヘッドセットシステム１０の例示的な側面プロファイル図を示す。 相対的な構成要素の向きを示すためにヘッドセットの要素が取り除かれた図１の例示的なシステムを示す。 本明細書に記載の実施形態に係る光学素子を使用した表示画面からユーザの眼への例示的な光の伝播を示す。 ユーザの眼を中心とする座標系に対する図２の要素の例示的な表現を示す。 本明細書に記載の実施形態に係る例示的な光学素子を示す。 本明細書に記載の実施形態に係る例示的な光学素子を示す。 本明細書に記載の実施形態に係る例示的な光学素子を示す。 本明細書に記載の実施形態に係るヘッドセット用に準備された光学素子の例示的な一実施形態を示す。 ヘッドセットフレームの対応する取り付け機構に隣接して配置された図６の光学素子を示す。 格納された構成から使用中の構成に移行する光学素子を備えた例示的なヘッドセットを示す。 格納された構成から使用中の構成に移行する光学素子を備えた例示的なヘッドセットを示す。 格納された構成から使用中の構成に移行する光学素子を備えた例示的なヘッドセットを示す。 モバイルデバイスが挿入されていないコンパートメントの例示的な一実施形態を示す。 挿入されたモバイルデバイスおよび遮光および／または保持要素のコンパートメントの例示的な一実施形態を示す。 挿入されたモバイルデバイスのカメラによって観察される視野を拡大および／または方向変更するための光学部品用の光線追跡／光路を示す。 ヘッドセットをユーザの頭部に固定するためのヘッドレストを含むヘッドセットの例示的な一実施形態の異なる斜視図を示す。 ヘッドセットをユーザの頭部に固定するためのヘッドレストを含むヘッドセットの例示的な一実施形態の異なる斜視図を示す。 上から見たときの２つのヘッドストラップを含む例示的な構成要素セットを示す。 側面から見たときの図１３の例示的なヘッドストラップを示す。 構成要素部品内の例示的なヘッドセットシステムを示す。

以下の詳細な説明は、本発明の原理を限定ではなく例として示す。この説明は、当業者が本発明を作成および使用することを明らかに可能にし、本発明を実施する最良のモードであると現在考えられているものを含む、本発明のいくつかの実施形態、適応、変形、代替、および使用を説明する。図面は、本発明の例示的な実施形態の図式的かつ概略的な表現であり、本発明を限定するものではなく、必ずしも縮尺通りに描かれているわけではないことを理解すべきである。

本明細書で説明する例示的な実施形態は、モバイルデバイスを支持するように構成されたコンパートメントを備えたフレームと、モバイルデバイスに表示される画像を反射するように構成されたフレームに結合される光学素子とを有するヘッドセットシステムを含む。ヘッドセットは、フレームへの光学素子の取り外し可能および／または枢動可能な取り付けのために、フレームと光学素子との間に取り付け機構を含み得る。ヘッドセットは、係合時にフレームに対して光学素子を位置決めするための位置合わせ機構を含むことができる。ヘッドセットは、フレームに対して事前定義された相対的な位置に挿入されたモバイルデバイスを位置決めする保持機能を含むことができる。例示的な一実施形態では、保持機構は弾性カバーである。ヘッドセットは、ヘッドレストシステムを含むことができる。

例示的な一実施形態では、取り付け機構は、フレームの第１の取り付け機構内の第１の複数の磁石と、光学素子の第２の取り付け機構内の第２の複数の磁石とを含むことができ、第１の複数の磁石が、前向きの方向に極性を交互に変えるように、第１の複数の磁石の隣接する磁石は、向きを交互に変える。第２の複数の磁石は、第２の複数の磁石のそれぞれが、第１の複数の磁石のうちの１つと位置合わせして嵌合し、第２の複数の磁石が、第１の複数の磁石のうちの対応する１つに対して反対の極性を向けるように位置決めされ配向され得る。

例示的な実施形態では、位置合わせ機構は、フレーム上の第１の面が光学素子上の第２の面の嵌合相手となるように、嵌合面を含むことができる。嵌合面は、例えば、窪みおよび戻り止めを含むことができる。

例示的な実施形態では、ヘッドレストシステムは、フレームから延在する一対のストラップを含むことができる。一対のストラップのうちの少なくとも一方は、一対のストラップのうちの少なくとも一方の第１の端部が一対のストラップのうちの少なくとも一方の第２の端部よりも薄くなるようなテーパを有することができる。一対のストラップのうちのそれぞれは、一対のストラップのうちのそれぞれの内面に卵形を画定する窪みを含むことができる。光学素子は、第１のセクションおよび第２のセクションを含むことができ、第１のセクションおよび第２のセクションは、反射軸の周りで他方の鏡映として現れるように成形および配向されるように鏡像化された反対側とすることができる。鏡像化された反対側を画定する反射軸は、第１のセクションと第２のセクションとの間に延在する軸の周りとすることができる。

一実施形態では、第１のセクションおよび第２のセクションは、第１の断面に第１の曲率半径を有する曲面と、第１の断面に垂直な第２の断面に第２の曲率半径を有する曲面とを画定することができる。第１のセクションの第１の凹面および第２のセクションの第２の凹面は、反射コーティングを含むことができる。光学素子はまた、反射防止コーティング、疎水性コーティング、および耐摩耗性コーティング、およびそれらの組み合わせを含むことができる。

例示的な一実施形態では、フレームは、モバイルデバイスの画面をフレームから離れて光学素子に向かって斜めに位置決めするように構成され、フレームは、モバイルデバイスの前向きカメラに入る光を妨げないように構成され、モバイルデバイスの他のポートおよび制御機能へのアクセスを提供する。

本明細書では本発明の実施形態を拡張現実システムに関して説明および図示するが、本発明の実施形態はそれに限定されず、仮想現実システムにさらに適用可能であることを理解すべきである。システムの構成はまた、任意のヘッドマウントシステムにも適用可能であり得る。例示的な実施形態はまた、本明細書に記載されるような構成の任意の組み合わせを含み得る。したがって、説明されている構成、構成要素、または要素の任意の組み合わせを使用することができ、それでも本説明の範囲内に収まる。

図１は、ユーザの頭部に配置された、本明細書に記載の実施形態に係る例示的なヘッドセットシステム１０の例示的な側面プロファイル図を示す。ヘッドセットシステム１０は、フレーム１２、光学素子１４、および取り付けシステム１６を含む。ヘッドセットシステム１０は、挿入されたモバイルデバイス１８を光学素子１４およびユーザに対して位置決めするように構成される。

ヘッドセット１０の例示的な実施形態は、挿入されたモバイルデバイス１８の位置決めを確保するためのフレーム１２、モバイルデバイス１８の画面によって生成される仮想画像を反射し、未修正または最小限修正された物理的世界の視像と組み合わせるための光学素子１４、および挿入されたモバイルデバイス１８および取り付けられた光学素子１４を動作中にユーザに対して支持するフレーム１２を取り付けて固定する取り付けシステム１６を含むことができる。

例示的な実施形態は、仮想物体をレンダリングするためのディスプレイと仮想物体をユーザの物理的な視野に重畳させるためのユーザの眼との間の光学部品の数を単一の光学部品に減らすことにより、拡張現実ヘッドセットのコスト、重量、および複雑さを低減できる「自由空間」光学アセンブリを含み得る。自由空間光学アセンブリはまた、他のほとんどのアプローチよりも大幅に広い視野を示す。

図２は、ヘッドセットの要素が取り除かれた図１の例示的な図を示す。図２は、使用中にヘッドセット内に位置決めされたときのユーザに対する挿入されたモバイルデバイスの相対位置を示す。例示的な一実施形態では、ヘッドセット１０は、ディスプレイ１８をヘッドセット１０に固定するためのフレーム１２を含む。画面が光学素子１４に向けられユーザの眼から離れるようにモバイルデバイスが位置決めされる任意の取り付けまたは支持が使用され得る。フレーム１２およびヘッドセット１０は、モバイルデバイス１８がユーザの物理的視野の外側に位置決めされ、したがってユーザの眼と光学素子１４との間に自由空間２４を画定するように構成され得る。システムの例示的な実施形態は、モバイルデバイスがフレームに完全に着座または取り付けられたときに、光学素子とモバイルデバイスの画面との相対位置が事前に定義され、静止するように構成される。

図２に最もよく見られるように、ヘッドセット１０は、光学素子１４ならびにユーザの頭および／またはユーザの眼に対してモバイルデバイス１８を位置決めするように構成される。モバイルデバイス１８は、画像を生成することができるディスプレイ画面２２を有する。画像は、ユーザの視野内に重ねられる仮想物体に対応することができる。モバイルデバイス１８は、ディスプレイ画面２２が光学素子１４に面するようにヘッドセット１０内に位置決めされる。光学素子は、表示される画像の一部を反射するように構成される。モバイルデバイス、光学素子、およびヘッドセットの向きは、表示された画像が光学素子によってユーザの眼に向かって反射されるようになっているため、ユーザは視野内で仮想物体を知覚する。

例示的な一実施形態では、モバイルデバイス２２は、ユーザの通常の視野外に位置決めされる。ユーザの通常の視野は、顔の正面を真正面から見たときにユーザが見る領域とすることができる。例示的な一実施形態では、モバイルデバイス２２は、電話が周辺視野で見えるように、通常の視野の周辺縁部に位置決めされ得る。したがって、この構成には、ディスプレイの光路とユーザの眼に沿って表示された画像を反射するための単一の光学素子のみを有し得る。

図３は、光学素子１４を使用した、表示画面からユーザの眼までの例示的な光伝播を示す。図４は、ユーザの眼を中心とする座標系に対する図２の要素の例示的な表現を示す。

光学素子の曲率と画像ディスプレイ／プロジェクタに対する光学素子の位置決めは、明瞭さ、収差、視野、および焦点距離を含むがこれらに限定されない、ヘッドセット着用者によって見られる結合された画像の視覚特性の多くを決定し得る。視覚特性を最適化するために、光学素子の曲率とその位置決めを協調して設計することができる。様々な実施形態では、光学素子の湾曲は、本質的に球形、楕円形、トロイダル、または自由形状とすることができる。

例示的な光学素子は、ディスプレイまたはプロジェクタからの画像を反射するように機能し、その結果、画像は、光学素子を通して見たときにユーザの物理的世界の視像と「結合」しているように見える。この機能を実現するために、光学素子は、特定の透明／半透明特性および／または反射特性を有する。光学素子は、着用者に世界の歪みのない視像を提示するために屈折性でなくてもよい。光学素子は、透明であるか、または部分的に透明であり得る。いくつかの実施形態では、光学素子は、色合いまたは着色を有することができる。光学素子は部分的に反射性であることが可能であり、したがって、挿入された電話画面と着用者の眼に面するその表面に、ビーム分割またはビーム結合効果が生じる。

例示的な一実施形態では、光学素子１４は球面湾曲を画定する。したがって、光学素子は、光学素子が第１の方向に横断されるときに第１の単一曲率半径を有し、光学素子が第２の方向に横断されるときに第２の単一曲率半径を有する。第１および第２の方向は直交していてもよい。例示的な一実施形態では、第１の方向は上から下への鉛直方向であり、第２の方向は側部から側部への横方向である。第１の曲率半径は、第２の曲率半径と同じでも異なっていてもよい。例示的な一実施形態では、水平曲率半径は鉛直曲率半径よりも大きい。例示的な一実施形態では、光学素子１４は、第１の単一曲率半径のみを有し、第２の方向に湾曲していない。光学素子は、第１の断面に垂直な第２の断面においてほぼ直線状であってもよい。例示的な一実施形態では、曲率半径の中心は、ユーザの眼の想定位置または予想位置の上および下にある。上記は、ヘッドセットが使用中の位置にあり、後ろが光学素子よりもユーザの眼の反対側の方向、またはユーザの頭部の後ろに向かう方向にある場合の鉛直上方向を指す。例示的な一実施形態では、光学素子１４は均一な厚さを有する。例示的な一実施形態では、光学素子の平均厚さは約１．０〜２．０ｍｍである。

例えば、図４は、光学素子の例示的な側面断面図を示す。図示されるように、素子がその頂部から底部まで横断されるときに、光学素子が凹面または内向きの湾曲を有するように、光学素子は第１の曲率半径を画定し得る。言い換えれば、光学素子の垂直断面は曲線を画定し得る。曲率は、単一の曲率半径のみからなり得る。光学素子は、それぞれが単一の同じ曲率半径を有する（統合された、または分離した）２つの部分を含み得る。図示されるように、光学素子は、（曲率の平面が光学素子に垂直で紙面に平行である図４に示される）第１の平面内に曲率を画定する。したがって、断面で見ると、光学素子は曲率半径を画定する。例示的な一実施形態では、曲率半径は約１００ミリメートル（ｍｍ）〜１５０ｍｍであり、より近似的には１２５ｍｍ〜１３５ｍｍである。例示的な一実施形態では、第１の曲率半径は約１２５〜１３０ｍｍであり、第２の曲率半径は約１２５〜１３５ｍｍである。例示的な一実施形態では、曲率半径の中心は、ユーザの眼の上方約５０〜６０ｍｍであり、ユーザの眼の後方２５〜４０ｍｍである。図４は、光学素子の曲率中心を「Ｃ」として表し、ユーザの眼を「Ｅ」として表す。近似は、当業者の誤差範囲内である。本出願において、近似は、光学素子部品を作成するための誤差範囲、ならびにユーザへの反射画像に対して誤差が有する視覚効果に基づく。例えば、半径の近似値は、±０．２インチ（０．５ｃｍ）以内であり得る。

例示的な一実施形態では、光学素子は、片面または両面に１つ以上のコーティングを含み得る。コーティングを使用して、反射特性、耐引掻性、耐汚れ性、強度、粉砕耐性、およびそれらの組み合わせを改善または低減することができる。

第１のコーティング３２は、部分反射を生成する反射コーティングであってもよい。第１のコーティングは、光学素子の凹面側にあってもよい。例示的な一実施形態では、反射コーティングは、入射光の約２５〜４５％を反射するように構成される。反射コーティングは、誘電体または金属材料とすることができる。

第２のコーティング３４は、反射した入射光を低減するための反射防止コーティングとすることができる。第２のコーティングは、光学素子の凸面上にあってもよい。

第３のコーティング３６は、光学素子の片側または両側にあってもよい。第３のコーティングは、ハードコーティングまたは保護層とすることができる。第３のコーティングは、耐摩耗性をもつ、強度を向上する、粉砕を低減する、スクラッチを低減する、他の層のうちの１つ以上と光学素子とを結合する、およびそれらの組み合わせを行うように構成され得る。第３のコーティングは、機能の所望の組み合わせを達成するための１つ以上の材料の１つ以上のコーティングとすることができる。

第４のコーティング３８は、光学素子の片側または両側にあってもよい。第４のコーティングは、疎水性層であってもよい。第４のコーティングは、光学素子の最終的な外面の外側にあってもよい。

本明細書では光学素子の特定の構成が提供されるが、他の構成も本明細書では考えられる。さらに、本発明の光学素子の代わりに任意の光学素子が使用され、本発明の範囲内にとどまることができる。例えば、自由形状の光学素子も使用でき、コーティングと表面処理の任意の組み合わせと配置を使用でき、光学素子の任意の配置を使用できる。

図５Ａ〜図５Ｃは、本明細書に記載の実施形態に係る例示的な光学素子を示す。例示的な一実施形態では、光学素子は、着用者に平面視画像を反射する単一の構成要素１４Ａである。例えば、図５Ａに見られるように、単一のモノリシック集積光学素子が視域を横切って延びて両眼に対して画像を表示する。システムはまた、単一の構成要素１４Ａを使用して立体画像を反射し、個別の画像が各々の眼で見るために個別に提供されるように構成することもできる。光学素子は、光学素子全体で一貫した連続的な形状を有していてもよい。

例示的な一実施形態では、光学素子１４Ｂ１、１４Ｂ２、１４Ｃ１、１４Ｃ２は、着用者の左眼および右眼に異なる画像を反射することにより立体画像を生成する２つの同一のサブ構成要素を含む。したがって、仮想要素を生成するためのディスプレイまたはプロジェクタは、各々の領域がそれぞれの眼に対して表示するための画像を生成する第１および第２の領域を作成する。例えば、図５Ａおよび図５Ｂに見られるように、光学素子１４Ｂ１、１４Ｂ２および１４Ｃ１、１４Ｃ２は、別々の画像を着用者の左眼および右眼に反射することにより立体画像を生成する２つの隣接する構成要素１４Ｂ１、１４Ｂ２または１４Ｃ１、１４Ｃ２を含む。例示的な一実施形態では、光学素子は、２つの半同一の隣接する構成要素を含むことができ、隣接する構成要素は、２つの構成要素を分離する平面の周りの互いの鏡映バージョンである。これらの要素は、例えば、図５Ｂに見られるように１つのモノリシック連続構成部品１４Ｂ１、１４Ｂ２に統合され得るか、または図５Ｃに見られるように１４Ｃ１、１４Ｃ２の間に直接または間接的に接触するか、またはそれらの間に空間隙間を有する２つの構成要素に分離され得る。光学素子が２つのサブ構成要素または２つの隣接する構成要素を含む実施形態では、電話画面および着用者の眼に面する２つのサブ構成要素または隣接する構成要素の表面の曲率は同一であるため、曲線は２つのサブ構成要素または隣接する構成要素を分割する軸に沿って鏡像化され得る。本明細書では、個々の光学素子の曲率は、光学素子の曲率と呼ばれる。光学素子の曲率は、光学素子に沿って単一の半径を画定することができ、または光学素子を横切る１つ以上の半径を含むことができる。

図６は、本明細書に記載の実施形態に係るヘッドセット用に準備された光学素子の例示的な一実施形態を示す。図示されるように、光学部品１４は、第１のセクション１４’および第２のセクション１４”に分割され、第１のセクションおよび第２のセクションは、互いに鏡像化された反対側である。第１のセクションと第２のセクションは、直接接触して単一の光学素子を画定してもよい。光学素子は、上面、底面側、および２つの側面を有する。上面は、仮想画像を作成するためのディスプレイ／プロジェクタとほぼ同じ長さであり得る。例えば、上面は、スマートフォンなどのモバイル電子デバイスの長さに近い可能性がある。底面側は上面とほぼ等しいか、またはそれより大きくてもよい。光学部品の終端部は、光学素子の内部の視点から１つ以上の光学部品の端部が凹状になるように曲面を画定してもよい。例示的な一実施形態では、第１のセクション１４’および第２のセクション１４”の外側の側面は湾曲していてもよい。第１のセクション１４’および第２のセクション１４”の下側の底面側は湾曲していてもよい。各セクションの下側の底面側は、光学素子領域の内部から見たときに底縁部の大部分が凹状になるような複合曲面を有してもよい。複合曲面は、第１と第２のセクション間の移行部にわたって凸状連続曲面が画定されるように、第１と第２のセクションが交わる第２の曲面を画定してもよい。凸曲線は、光学素子の残りの部分に比べて高さが低い領域を画定する。第１のセクションと第２のセクションは、互いの鏡面反射である。

光学素子の例示的な一実施形態は、約１．５〜１．７、または約１．５９の屈折率を有するポリカーボネートである。光学素子は、光学素子全体にわたってほぼ一定の曲率半径の半径を有するように球形に湾曲していてもよい。例えば、光学素子は、０．２ｍｍ以下の変動幅で約１２７ｍｍの内面に第１の曲率半径（Ｓ１）を有し（すなわち、凹面）、および０．５ｍｍ以下の変動幅で約１２９ｍｍの外面に第２の曲率半径（Ｓ２）を有する（すなわち、凸面）ことができる。光学素子の厚さがほぼ一定になるように、第１の面と第２の面の半径の中心はほぼ同じにする必要がある。例示的な光学素子は、輪郭測定機、またはパワー、ピストン、および傾斜を取り除いた反射モードの干渉計で測定した、有効口径にわたって２５μｍＰＶ未満のＳ１の表面形状と、パワー、ピストン、および傾斜を取り除いた透過モードの干渉計で測定した、有効口径にわたって２５μｍＰＶ未満のＳ１＋Ｓ２の表面形状とを有する。光学素子の表面粗さは、有効口径内のどこでも直径約４．０ｍｍの検査領域によって定義され得る。Ｓ１面は、輪郭測定機、またはパワー、ピストン、傾斜を取り除いた屈曲モードの干渉計で測定して、２５ｎｍ二乗平均平方根（ｒｍｓ）未満であり、Ｓ１＋Ｓ２面は、パワー、ピストン、および傾斜を取り除いた透過モードの干渉計で測定して、６３ｎｍ二乗平均平方根（ｒｍｓ）未満である。例示的な光学素子は、１．５〜２．２ｍｍの平均厚さを含む。例示的な光学素子は、幅が約６９．８５ｍｍ、高さが８２．５５ｍｍ、厚さが１．７７８ｍｍであってもよい。例示的な光学素子はまた、コーティングを含み得る。凹状の内面のコーティングは、反射性の誘電体コーティングであって、４００ｎｍ〜７００ｎｍかつ入射角（ＡＯＩ）０度〜４５度の変動幅のもとで４％以下の約３０〜３５％の反射コーティングとハードコーティングを含むことができる。凸状の外面は、４００ｎｍ〜７００ｎｍかつ入射角（ＡＯＩ）０度〜４５度で反射率（Ｒ）が３％以下の反射防止コーティングとハードコーティングを含む。光学素子の例示的な実施形態は、ポリカーボネートから作られている。例示的な光学素子は、第１の面および第２の面を有し、第１および第２の面は鏡面反射である。光学素子の面間の偏差は、眼精疲労および疲労感をもたらす可能性のある、光学素子から反射される仮想物体の異なる配置およびスケーリングをもたらす可能性がある。個々のコンバイナーの中心に対する公称位置からの第１の面と第２の面との間の偏差は、ユーザの眼の間の線に平行な水平位置（図４のページへのｘ方向）で８０マイクロメートル、鉛直方向（すなわち、図４のｙ方向）で１３０マイクロメートル、およびユーザの顔から外側の水平方向（すなわち、図４のｚ方向）に８０マイクロメートルであり、ｘおよびｙ方向の角度偏差は０．０４度であり、角度ｚ方向に０．０８度である。原点は、図４に関して定義された座標系で、左眼と右眼の瞳孔位置の間の中点として定義される。この基準フレームでは、光学素子は、球体の中心から原点までのｘ位置が約２９．６１〜３３．６１ｍｍ、球体の中心から原点までのｙ位置が５１．９１〜５５．４１ｍｍ、球体の中心から原点までのｚ位置が−４２．４８〜−２７．７８ｍｍ、原点からディスプレイ下縁部までのｙ位置が１３．９ｍｍ、原点からディスプレイ下縁部までのｚ位置がマイナス２５．４０ｍｍ、光学素子の枢動点のｘ軸周りのＳ１の傾斜が−２．０〜０．７度、光学素子の枢動点のｙ軸周りのＳ１の傾斜が−２．０〜２．０度、ｚ調整された光学素子の枢動点のｘ軸周りのＳ２の傾斜が−１．１〜０．８度、ｚ調整された光学素子の枢動点のｙ軸周りのＳ２の傾斜が−１．１〜１．１度とすることができる。ｚ調整された枢動点は、ｚ軸に沿って瞳孔から２ｍｍ離れている。例示的な一実施形態では、ヘッドセットは、下縁部中心位置から原点までを−２．０〜２．０ｍｍに、下縁部ｙ位置から原点までを１１．９〜１５．９ｍｍ、下縁部ｚ位置から原点までを２４．４〜２７．４０ｍｍ、下縁部ｘ軸周りの傾斜を３７．２２〜４０．０２度、下縁部ｙ軸周りの傾斜を−２．０〜２．０ｍｍであるようにディスプレイを位置決めするように構成される。例示的な一実施形態では、近似は、反射における２ピクセル以下および／または透過における眼の解像度の名眼上の場合について、フィールド上のＲＭＳぼけを制限することに基づいている。

本明細書で説明する例示的な実施形態は、ディスプレイまたはプロジェクタおよび光学素子を使用して仮想物体をユーザの視野に重畳させる拡張現実ヘッドセットを含み得る。例示的な光学素子により、ユーザは素子を通して見ることができ、ディスプレイまたはプロジェクタからの画像を反射することができる。

例示的な一実施形態では、フレーム１２は、１つ以上の構成要素または素子の取り外し可能または折り畳み可能な取り付けを可能にし得る。例えば、光学素子は、ヒンジ、または光学素子がフレームに対して回転または並進し得る他の機構上に位置決めすることなどにより、折り畳み可能とすることができる。光学素子はまた、フレームから取り外し可能であってもよい。この場合、光学素子は、フレームの開口部に滑り込むことができるか、またはフレームに磁気的に結合することができるか、または他の方法でフレームに取り外し可能に取り付けることができる。例示的な一実施形態では、再取り付けは、光学素子をフレームに対して特定の位置に位置決めするように構成される。したがって、フレームおよび／または光学素子は、磁石、戻り止め、窪み、摩擦要素、ラッチ、フック、ベルト、およびそれらの組み合わせなどの構成要素が嵌合されたときに、相対位置を所定の方向にロックまたは位置合わせする嵌合面または嵌合構成を含むことができる。

図６は、取り付け機構を有する光学素子の例示的な一実施形態を示す。図７は、ヘッドセットフレームの対応する取り付け機構に隣接して配置された図６の光学素子を示す。取り付け機構は、光学素子１４上の第１の部分７２と、フレーム上の第２の部分７４とを含み得る。第１の部分と第２の部分は取り外し可能に結合することができる。図示されるように、第１の部分７２および第２の部分７４は磁性である。例示的な一実施形態では、第１の部分および第２の部分はそれぞれ、複数の磁気要素を含むことができる。磁気要素は、それぞれの構成要素の長さに沿って極性を交互に変えてもよい。第１の部分および第２の部分は、それらの長さに沿って反対の極性の磁気要素を有し、その結果、各構成要素の対応する磁気要素は嵌合可能に引き付けることができる。同じ構成要素内の反対の極性を使用して、光学素子をフレームに位置合わせすることができる。例示的な一実施形態では、光学素子およびフレームはそれぞれ４つの磁気要素を有する。例示的な一実施形態では、光学素子およびフレームの位置合わせ機構は、それぞれの構成要素の対向する面の上縁部にある。

例示的な一実施形態では、取り付け機構は位置合わせ機構を含むことができる。説明したように、取り付け機構自体は、取り付け機構内の磁石の極性を交互にすることなどにより、位置合わせを提供することができる。取り付け機構は、付加的または代替的に取り付け機構に追加することができる。例えば、位置合わせ機構７６がフレームおよび／または光学素子に含まれてもよい。位置合わせ機構７６は、完全に取り付けられたときに、フレームに対して定義された位置に光学素子を位置決めし得る。図示されるように、位置合わせ機構は、フレームの表面が所定の方法で嵌合し、光学素子の対応する嵌合面に位置するような嵌合面である。嵌合面は、テクスチャ、窪み、突起、開口部、フック、摩擦要素、ラッチ、ベルト、テーパ面、起伏のある面、曲面、およびそれらの組み合わせを介してもよい。図示されるように、フレームは、光学素子取り付け機構の対向する端部の２つの窪みと嵌合するフレーム取り付け機構の前面の対向する端部に２つの突起を含む。例示的な一実施形態では、磁気構成は、光学素子をフレームとほぼ位置合わせするように設計され、嵌合面は、最終取り付けおよび位置合わせのために光学素子をフレームにさらに正確に位置合わせするように構成される。

図８Ａ〜図８Ｃは、格納された構成から光学素子が取り外された例示的なヘッドセットを示す。例示的な一実施形態では、取り付け機構により、その光学素子をフレームに対してコンパクトな構成で格納することが可能になる。コンパクトな構成の寸法は、使用中の構成のヘッドセットの寸法よりも小さい。例えば、図に示すように、ヘッドセットの高さは、格納された構成では、光学素子がフレームに対して回転および折り畳まれるため、低くなる。

例示的な一実施形態では、ヘッドセットシステムは格納容器８２を含むことができる。格納容器は、ヘッドセットシステムの１つ以上の構成要素を格納するように構成された窪みまたは位置を含み得る。図示されるように、窪みは、フレームの除去がフレームに対して光学素子を自動的に再配置するように、光学素子をフレームに近接して位置決めするように構成され得る。例えば、光学素子は、フレームが容器から取り外されるときに、フレームへの光学素子の取り付け機構が係合するのに十分に近接していてもよい。取り付け機構は、容器内の格納位置から容器外の使用位置まで、フレームに対して光学素子を自動的に位置合わせするように構成され得る。例えば、格納された構成は、フレームが容器から取り外されるときに、取り付け機構の位置の磁気引力がレンズをフレームにもたらすように、フレームに十分に近接して光学素子を位置決めし得る。

例示的な一実施形態では、ヘッドセットは、格納された構成と使用中の構成を含む。格納された構成の高さ寸法は、使用中の構成の高さ寸法よりも小さい可能性がある。ヘッドセットは、フレームに対して光学素子を回転させることにより、格納された構成から使用中の構成に移行できる。ヘッドセットは、光学素子の一部をフレームから分離することにより、格納された構成から使用中の構成に移行することができる。例示的な一実施形態では、格納された構成は、容器からフレームを取り外すと、取り付け機構間の磁気引力がヘッドセットに自動的に係合し、ヘッドセットを格納された構成から使用中の構成に移行するように、取り付け機構を十分に近くに位置決めし得る。

例示的な一実施形態では、ヘッドセットのフレーム１２は、モバイルデバイスをヘッドセットに固定するためのコンパートメントを含む。画面が光学素子に向けられた状態でモバイルデバイスが位置決めされ、モバイルデバイスがユーザの物理的な視野の外側に位置決めされ、したがってユーザの眼と光学素子との間の自由空間を画定する任意の取り付け具または支持体が使用され得る。

コンパートメントの例示的な実施形態は、前方に面するカメラを妨害することなく、光学素子に対してヘッドセット内のモバイルデバイスを静的に位置決めするためのスロットを含む。図９は、モバイルデバイスが挿入されていない第１の方向からのコンパートメントの例示的な一実施形態を示し、図１０は、モバイルデバイスおよび遮光要素および／または保持要素が挿入された第２の方向からのコンパートメントの例示的な一実施形態を示す。

図１０に見られるように、フレームは、挿入されたモバイルデバイスを支持および位置決めするように構成された第１の部分８１と、挿入されたモバイルデバイスに対して光学素子を支持するように構成された第２の部分８２とを含み得る。第１の部分は、第２の部分に対して傾斜していてもよい。図４に関して先に示したように、フレームは、モバイルデバイスを傾け、モバイルデバイスを光学素子に対して所定の構成に向けて位置決めするように構成されてもよい。図４に関して示されるように、モバイルデバイス画面の下縁部Ｄ１およびモバイルデバイス画面の上縁部Ｄ２は、画面の向きを定義する。画面の向きは、モバイルデバイスの画面を鉛直方向に対して傾ける。角度θは、約３５〜４５度、または好ましくは約３９〜４０度である。例示的な一実施形態では、フレームは、モバイルデバイスＤ１の下縁部を、予想される眼の位置の前方および上方に、前方約２０〜３０ｍｍ、上方１０〜２０ｍｍ、または前方約２３〜２７ｍｍおよび眼の位置の上方１０〜１５ｍｍに位置決めするように構成される。例示的な一実施形態では、光学素子の枢動位置Ｐは、モバイルデバイス画面の前に位置決めされる。ユーザの眼の位置に対して、フレームへの光学素子の枢動または取り付け位置は、ユーザの眼の位置の前約９０〜１００ｍｍ、上４５〜５５ｍｍ、または眼の位置Ｅの前約９４〜９５ｍｍ、上４７〜５０ｍｍである。

例示的な一実施形態では、第１の部分８１は、モバイルデバイスを位置決めおよび保持するためのコンパートメントを画定する。コンパートメントは、モバイルデバイスを保持し、フレームに対する１つ以上の方向へのモバイルデバイスの動きを制限するために、１つ以上の側部、後部、および前部を含み得る。図示されるように、前部は、後部から延在するようにリップまたはフランジが画定されるように、側部からの延長部であってもよい。コンパートメントは、コンパートメントの背面に垂直に突出する対向する側面８４によって画定されてもよい。コンパートメントは底面側８３を含んでもよい。底面側は、コンパートメント内に着座すると、モバイルデバイスの下縁部を支持するように構成され得る。底面側８３は、挿入された移動体の前に位置決めされるフランジ付き縁部８５を含み得る。フランジ付き縁部は、底面側の端部からコンパートメントの背面に平行な方向に延在し得る。底面側８３は、背面の一部が底面側によって境界付けられないように隙間を含んでもよい。図示されるように、底面側は、背面の対向する端部に位置決めされてもよい。背面は、底面側の隙間で広がった部分に沿って窪みを含んでもよい。コンパートメントは、モバイルデバイスがコンパートメント内に完全に着座または位置決めされると、モバイルデバイスの画面、カメラ、光学素子、ユーザの視野、およびそれらの組み合わせの所定の位置と向きが既知であり、定義されるように構成され得る。

コンパートメントは、電話をコンパートメントにしっかりと固定するため、および／またはモバイルデバイスがコンパートメント内に完全かつ適切に着座されていることを確認するために、戻り止め、窪み、摩擦要素、ラッチ、フック、ベルト、およびそれらの他の組み合わせを含み得る。例示的な一実施形態では、底面側８３は、挿入されたモバイルデバイスの下縁部を支持し、ヘッドセットに対してデバイス画面の下縁部の位置を事前定義するように構成された内面を画定する。例示的な一実施形態では、フランジ８５は、挿入されたモバイルデバイスの前面を支持し、ヘッドセットに対してモバイルデバイスの画面平面の位置を事前定義するように構成された内面を含む。フレームの第２の部分８２は、モバイルデバイスの前面に接触し、ヘッドセットに対してモバイルデバイスの画面平面の位置を事前定義するように同様に構成された突起８７などの追加の位置構成を含み得る。

図９に示されるように、フレームは、モバイルデバイスを受け入れ、モバイルデバイスがフレームの第２の部分８２を通って延在することを可能にするように構成された開口部８６を含み得る。図１０に示されるように、モバイルデバイスがフレーム内に完全に着座すると、モバイルデバイスはフレームの上面の上方に延在する。

例示的な一実施形態では、フレームは、フレーム内にモバイルデバイスを固定する保持機構９２を含むことができる。図示されるように、保持機構は、底面側の内面およびフランジの内面に向かってモバイルデバイスに圧力を加えるように構成された弾性材料である。したがって、弾性材料は、モバイルデバイスをフレームの位置面に向けて保持するように構成される。フレームの位置決め面は、フレーム、モバイルデバイス、および光学素子の相対位置を画定して、ユーザの視野内に仮想要素をより正確かつ意図的に位置決めすることにより仮想体験を向上させる。保持機構はまた、ストラップ、ラチェット、ひも、留め金、引き糸など、他の構造であってもよい。保持機構は、接着、摩擦嵌め、スナップ、留め金、フックおよびループファスナー、ベルトループ、開口部からの突起などによってフレームに結合されてもよい。

例示的な一実施形態では、弾性材料は、フレームの上部にわたって位置決めされるシートである。弾性材料は、日よけとして機能し、頭上の光が意図せずに光学素子に接触して反射するのを減らすことができる。したがって、弾性材料は不透明とすることができる。弾性材料は、フレームの第２の部分８２の一部にわたって延在することができる。弾性材料はまた、バンド、ループ、または他の構成であってもよい。

例示的な一実施形態では、ヘッドセットが使用されていないとき、弾性材料は、ヘッドセットの上部を横切る平面を画定する。ヘッドセットが使用中の場合、挿入されたモバイルデバイスは弾性材料を変形させる。モバイルデバイスをヘッドセット内に位置決めするために、ユーザはフレームの第１の部分８１とセクション部分８２との間の開口部８６を通してモバイルデバイスを挿入することができる。ユーザは、底面側に沿った窪みを使用して、モバイルデバイスをフランジの上方および上に位置決めできる。次に、モバイルデバイスをフランジと背面の間に位置決めできる。モバイルデバイスが解放されると、弾性材料は、モバイルデバイスをフランジと背面の間の空間に押し込み、モバイルデバイスの下縁部をフレームコンパートメントの底面側の内面と接触させるように構成され得る。

側面、およびフランジ付き面は、モバイルデバイスの周囲の部分を支持し、カメラ、ライト、マイク、スピーカー、タッチ画面、および／またはモバイルデバイスの入力／出力デバイスの任意の組み合わせを妨げないように輪郭付けすることができる。コンパートメントは、ボタン、ポートなどのモバイルデバイスの他の構成へのアクセスを提供するために、開口部、切り欠き、凹部、または他の構成を含み得る。コンパートメントはまた、カメラからのモバイルデバイスの視野がユーザの前の空間内にあるように、モバイルデバイスの前向きカメラを妨げないように構成することもできる。

例示的な一実施形態では、ヘッドセットは、１つ以上のヘッドレストを通してユーザの頭部に固定される。ヘッドレストは、１つ以上のストラップ、表面、キャップ、カバー、他の物体、またはそれらの組み合わせを含み得る。図１２Ａ〜図１２Ｂは、ヘッドセットをユーザの頭部に固定するためのヘッドレスト１２０を含むヘッドセットの例示的な一実施形態の斜視図を示す。図１３は、２つのヘッドストラップを含む例示的な構成要素セットを上から見た図であり、図１４は、図１３の例示的なヘッドストラップを側面から見た図である。

図１３〜図１４に見られるように、例示的なヘッドレストは、２つ以上のストラップを含み得る。２つ以上のストラップは、ヘッドセットをユーザの頭部に合わせて調整可能に結合するように構成され得る。第１のストラップ１３２および第２のストラップ１３３は、ヘッドレストの全長を調整するために結合することができる。例示的な一実施形態では、第１および第２のストラップは、第１のストラップを第２のストラップに結合するためのフックおよびループファスナー（例えば、ベルクロ（登録商標））、フック、ループ、バックル、スナップ、およびそれらの組み合わせを含み得る。図示されるように、第１のストラップ１３２は、取り外し可能に取り付けられるフックおよびループファスナー１３６、１３７を含むことができ、第２のストラップ１３３は、フックおよびループファスナーに直接接触するように第１のストラップを介して第１のストラップをそれ自体に戻して二重にして位置決めするためのループを含むことができる。例示的な一実施形態では、第１のストラップは、第１の端部と第２の端部との間に２つの異なるストラップ厚さを画定するテーパ部分１３５を含むことができる。ストラップの厚さの薄い部分は柔軟性を促進し、ストラップがより簡単に曲がり、フードおよびループファスナーに直接接触して強力な取り付けを可能にする。例示的な一実施形態では、第１のストラップはまた、バックル１３８を通してストラップを把持および引っ張り、フードおよびループファスナーにしっかりと接触して取り付けられるタブまたは他の摩擦部品１３９を含み得る。

デバイスと支持されるモバイルデバイスの重量の大部分がユーザの顔の前方に伸びているため、ヘッドセットはヘッドセットにかなりの前方重量をかける。ヘッドレストは、システム全体をしっかりと支持することが好ましい。例示的な一実施形態では、ストラップ１３２、１３３の内面は窪み１３４を含む。窪みは一般的に卵形であり、ストラップの内面に凹面を画定する。窪みは、ヘッドレストに安定性を追加し、ストラップが望ましくない方向に屈曲する、または曲がる可能性を低減し得る。例示的な一実施形態では、窪みはストラップの長さに沿って約４〜７インチ延在する。例示的な一実施形態では、窪みは、ストラップのヘッドセットフレームへの取り付け部の近くからユーザの耳の後ろの位置まで延在するように構成される。

例示的な一実施形態では、ヘッドレストはヘッドセットフレームに取り外し可能に結合される。ストラップは、フレームの両側の嵌合面に挿入され得る。例示的な一実施形態では、ストラップが所定の向きで嵌合面内に係合するように、嵌合面にキーが付けられる。例えば、ストラップは、（ストラップ自体にロゴまたはその他の文字が表示される）予め定義された上方の向きを有し得る。ストラップは、第１のストラップが第１の嵌合面にのみ係合し、第２のストラップが第２の嵌合面にのみ係合するように、ヘッドセットに嵌合可能に結合し得る。第１のストラップは、キー付き嵌合面により画定されるように所定の向きで第１嵌合面に係合するように構成され得る。例えば、フレームは、ストラップからの突起が挿入される開口部または窪みを含み得る。フレームの窪みは、ストラップの突起の湾曲したまたは成形された縁部と嵌合する湾曲したまたは成形された縁部を含み得る。嵌合面により、ストラップを単一の方向に取り付けることができる。

例示的な一実施形態では、ヘッドセットは、フレームの内面に結合された前額部クッションを含むことができる。前額部クッションは、ユーザの頭部に対するヘッドセットの快適な接触領域を提供し得る。例示的な一実施形態では、前額部クッションは、フックおよびループファスナー、接着剤、摩擦係合、スナップ、ボタン、フック、ループ、およびそれらの組み合わせなどにより、フレームに取り外し可能に結合することができる。

例示的な一実施形態では、ヘッドレストは、フレームおよび／または前額部クッションと第１または第２のストラップとの間に位置決めされた第３のストラップを含み得る。例えば、第３のストラップは、第１または第２のループの一部を取り囲むためのループ端部を含み得る。スナップ、フックおよびループファスナー、ボタン、摩擦係合、ループ、フード、それらの組み合わせなど、他の取り付け機構も使用され得る。次いで、第３のストラップは、同様の取り付け手段などを介して前額部クッションに結合することができる。例えば、第３のストラップは、前額部クッションの周りに輪を作るか、額クッションの一部に留めるかスナップするか、またはその他の方法で前額部クッションに取り付けて、ヘッドレストの頭上支持を作成することができる。

例示的な一実施形態では、ヘッドセットの他の構成はモジュール式である。例えば、光学素子はフレームに取り外し可能に取り付けられる；モバイルデバイスコンパートメントは、フレームに取り外し可能に取り付けることができる；保持機構は、フレームに取り外し可能に取り付けることができる；ストラップは、フレームに取り外し可能に取り付けることができる；クッションはフレームに取り外し可能に取り付けることができる；およびそれらの任意の組み合わせである。構成要素間の取り外し可能な取り付けにより、システムは構成要素を交換可能に受け入れる、または収容することができる。交換可能な構成要素は、特定のユーザに合わせてヘッドセットをカスタマイズしたり、部品を交換して簡単に修理したり、クリーニングやメンテナンスを行ったり、その他の理由のためのものとすることができる。例示的な一実施形態では、システムは、処方および非処方または透明または色付きの使用などのための交換可能な光学素子をサポートすることができる。システムは、より堅牢な支持のための快適性を高めるために、交換可能なヘッドレストをサポートすることができる。

図１５は、光学素子１４、フレーム１２、および取り付けシステム１６を含むモジュール式システムの例示的な一実施形態を示す。図示されるように、光学素子および頭部装着システムは、フレームに取り外し可能に結合できる。図示されるように、頭部装着システムは、フレームの開口部に挿入できる別個のストラップを含むことができる。頭部装着システムのインサートは、フレームに対して完全に位置決めされたときに、ストラップをラッチして固定するロック機構を含むことができる。ロック機構を解除して、フレームからストラップを解放することができる。図示されるように、解放は、フレーム上の嵌合面からロックを結合解除するために押し下げられるボタンまたはタブを介することができる。ロック位置では、ボタンまたはタブは、フレームの表面に接触することができ、フレームからの挿入が外れるのを防止する。光学素子は、磁石または他の取り付け機構などを介してフレームに取り外し可能に結合することができる。

例示的な実施形態は、追跡のためにモバイルデバイスのカメラを使用するように構成される。仮想物体は、静的ディスプレイ構成でユーザに対して表示できる。仮想物体はまた、あるいは代わりに、仮想体験に統合される、または視野内で知覚される物体に対して動的に移動することができる。この場合、カメラは、ユーザの物理的な視野に対して仮想物体を追跡、配置、または方向付けするために使用され得る環境内の画像を受け取ることができる。

図１１は、スマートフォンのカメラによって観察される視野を拡大および／または方向変更するための光学部品の光線追跡／光路を示す。

例示的な一実施形態では、光学部品は、コンパートメントに挿入された挿入モバイルデバイスの前向きカメラを覆うように、モバイルデバイスコンパートメントに組み込むことができる。光学部品は、前向きカメラに入る画像を修正して追跡領域を改善するように構成され得る。この光学部品の一例は、光学部品の視野の方向を修正するプリズムとすることができる。例えば、光学部品は、入ってくる画像を設定された度数だけ上下に偏向させることができる。正の偏向を伴うプリズムは、図１１に示すように、システムのユーザが観察する画像とより密接に整合する画像を前向きカメラに入射させることができる。例示的な一実施形態では、この光学部品は、カメラの視野を拡大する広角レンズであってもよい。

本明細書で説明する拡張現実システムは、ヘッドセット、ヘッドセットに挿入されるスマートフォン、およびスマートフォン上のメモリに保存されているか、またはスマートフォンのプロセッサによって実行されたときに本明細書で説明するようにヘッドセットが動作できるリモートアクセス可能な非一時的マシン可読媒体の形態のソフトウェアを含み得る。本発明のいくつかの実施形態は、追加の機能を可能にするためにヘッドセットに電気部品を含むこともできるが、例示的な実施形態は、ヘッドセット内またはスマートフォンの外部の完全にパッシブ（電子、検知、またはコンピュータシステムを使用しない）を含む。

例示的な一実施形態では、ユーザは、最初にソフトウェアを含むアプリケーションを開いて自分のスマートフォンで本明細書に記載の機能を実行することにより拡張現実システムを操作することができる。アプリケーションはスマートフォンにダウンロードまたは他の方法で保存され、スマートフォンのプロセッサによってコードを実行することで開かれる。スマートフォンはまた、ブラウザまたはその他のユーザインターフェイスなどのリモートソースから受信した画像を表示することもできる。その後、ユーザは、スマートフォンをヘッドセットの電話コンパートメントに挿入し、その結果、その画面が光学素子に面し、その前向きカメラが適切に配置され、ヘッドセットによって邪魔にならないようにする。次に、ユーザはクッションが前額部に接触した状態でヘッドセットを頭部に配置し、ストラップを締めて、ヘッドセットを固定する。これで、ユーザは光学素子を通して見ることができ、歪みのない修正されていない世界の視像を見ることができる。例示的な一実施形態では、光学素子は、光学素子を通してユーザが物理的世界を知覚できるように、ユーザの物理的視野を最小限に妨げるように構成される。しかしながら、ユーザの視野は、光学素子に反射された重畳仮想画像によって修正される。

例示的な一実施形態では、ソフトウェアは、前向きカメラから画像を取得するように構成される。受信された画像は、ユーザの物理的視野に隣接する、近接する、または重なり得る。ソフトウェアは、受信した画像を使用して仮想物体の配置を決定し、使用する仮想物体を決定し、仮想物体のサイズ、位置、または方向を決定し、ユーザの視野内の物体を認識し、ヘッドセットの動き、物体の追跡、および仮想物体の対応する位置配置、およびこれらの組み合わせを決定するように構成され得る。

したがって、例示的な実施形態は、正面表示画面および前向きカメラを有するスマートフォンを含み得る。スマートフォンは、ソフトウェアを実行するためのプロセッサと、非一時的なマシン可読媒体にソフトウェアを格納するためのメモリを含むことができる。例示的な実施形態は、プロセッサによって実行されると、本明細書で説明される構成の任意の組み合わせを実行するソフトウェアを含む。例示的な実施形態は、例示的な実施形態の表示および処理能力に対してスマートフォンに関して説明される。しかしながら、任意のモバイル電子デバイスを使用できる。例えば、専用の電子デバイス、タブレット、ファブレット、ゲーム機、小型テレビ、スマートディスプレイ、または他の電子ディスプレイを使用できる。例示的な実施形態はまた、本明細書に記載の方法の実行が電子デバイスから離れた電子デバイスで実行される、および電子デバイスに通信される、またはそれらの組み合わせとすることができるようにリモート処理能力を有するディスプレイを包含する。好ましくは、電子デバイスは、本明細書に記載の機能を実行するために画像を受信するための前向きカメラを含む。

拡張現実システムをサポートするソフトウェアの例示的な態様は、コンピュータビジョンコンポーネント、コンピュータビジョンコンポーネントによって決定された位置とソフトウェアレンダリングカメラとの間の関連する位置決め、立体的な実施形態での立体レンダリング、カウンターディストーションシェーダー、およびそれらの組み合わせを含む。

コンピュータビジョンコンポーネントの例示的な実施形態は、前向きカメラからのリアルタイムビデオストリームを処理して、物理的世界におけるヘッドセットの位置を決定することができる。コンピュータビジョンコンポーネントは、「６自由度」の位置追跡を可能にする。一実施形態では、コンピュータビジョンコンポーネントは、二次元画像または三次元物体を含み得る事前にプログラムされたマーカーを追跡する。この実施形態では、コンピュータビジョンコンポーネントは、単一のマーカーを個別に、複数のマーカーを独立して、または複数のマーカーを同時に識別することができる可能性がある。一実施形態では、コンピュータビジョンコンポーネントは、グローバルマッピングなしで環境的特徴を追跡する。一実施形態では、コンピュータビジョンコンポーネントは、同時位置特定およびマッピング（ＳＬＡＭ）技術を使用して、環境的特徴から閉ループグローバルマップを構築および参照する。一実施形態では、コンピュータビジョンコンポーネントは、既存のコンピュータビジョン、拡張現実追跡、またはＳＬＡＭライブラリをプラグインすることにより実装される。一実施形態では、追跡の品質またはマッピングを改善するために、前向きカメラフィードは、コンピュータビジョンコンポーネントに送られる前に事前に歪んでいない。

例示的な実施形態では、コンピュータビジョンコンポーネントは、実装によって事前に定義された座標系でｘ、ｙ、ｚ、ピッチ、ヨー、ロール座標を生成することができる。例示的な一実施形態では、コンピュータビジョンコンポーネントは、参照が原点からのものであり、コンポーネントが原点からの識別されたマーカーの変位ベクトルを出力するように構成され得る。

本明細書で説明する実施形態の実装は、スマートフォンの画面に表示され、光学素子を介して物理的な世界と結合されたときに仮想物体が正しい位置に表示されるように、前向きカメラと出力を生成する（１つまたは複数の）カメラとの間の事前に計算された位置関係を有することができる。この位置関係を計算する方法は、光学素子の設計に依存し得る。立体画像を生成する一実施形態では、事前に計算された位置関係は、左眼用と右眼用の別々の画像を生成するための２つのソフトウェアカメラのための位置を提供し得る。

例示的な一実施形態では、ソフトウェア方法はゲームエンジンで実装される。この実施形態では、これらの方法は、ソフトウェア開発キット（ＳＤＫ）の一部として配布され、開発者がこれらの方法を自身で実装することなくこれらの方法を統合するアプリを作成できるようにする。

例示的な実施形態はまた、本明細書に記載されるような構成の任意の組み合わせを含み得る。したがって、説明されている構成、構成要素、または要素の任意の組み合わせを使用することができ、それでも本説明の範囲内に収まる。例えば、機能には、拡張現実体験のためのコンピューティングがヘッドセットに挿入されたスマートフォンによって行われること；挿入されたスマートフォンの前向きカメラは、光学素子を通して遮るもののない視野を有すること；スマートフォンの前向きカメラからの情報を使用して追跡が行われること；スマートフォンの画面上に出力が表示されること；光学素子は、スマートフォンの画面を反射してユーザの物理的な視野に画像を重ねるコンバイナーとして機能すること；ヘッドセットは、画面からの光が画面とユーザの眼の間で遭遇する単一の光学素子のみを有すること；ヘッドセットには、その光学素子の他に、ユーザの視野にデジタル画像を作成、生成、または重ねるための追加の光学部品はないこと；スマートフォンと光学素子は、動作中は固定位置にあること；ヘッドセットまたはシステムは、動作中に挿入されたモバイルデバイスの位置を固定するためのインサートを含むこと；ヘッドセットは様々なサイズの挿入されたモバイルデバイスを収容するための動的に調整可能な機構を含むこと；ヘッドセットは画面を保護し、モバイルデバイスをヘッドセットに対して保持する弾性カバーを含むこと；ヘッドセットは挿入されたモバイルデバイスを位置決めする保持機能を含むこと；ヘッドセットには電話の他に計算能力は含まれないこと；光学素子は取り外し可能であること；光学素子は、コンパートメントに対して格納または輸送するために折り畳むことができること；光学素子は、立体画像を表示する２つのサブ構成要素からなること；光学素子は、モバイルデバイスからの画像を反射するために第１の面にコーティングを含むこと；光学素子は、モバイルデバイスからの画像の反射を低減するために別の面に反射防止コーティングを含むこと；光学素子は、球面曲率を含むこと；光学素子の厚さは均一であること；光学素子には磁石が含まれ、コンパートメントまたはフレームには、光学素子をヘッドセットのフレームに取り付けたり取り外したりして、常に正しい位置にあるようにする嵌合磁石が含まれること；統合または取り外し可能なストラップまたはバンドは、ヘッドセットをユーザの顔に固定すること；コンパートメントは、使用中の快適さのために顔面クッションを有すること；コンパートメントは、スマートフォンの前向きカメラを覆う統合光学部品を有すること；スマートフォンの前向きカメラを覆う統合光学部品は、前向きカメラに入る画像を修正して、追跡領域を改善すること；光学部品はプリズムであること；光学部品は広角レンズであること；取り付けシステムは、モジュール式ストラップおよび支持フレームを含むこと；取り付けシステムのストラップは、構造的支持を高めるための表面構造を含むこと；取り付けシステムの支持構造は、ユーザの頭部に向かってストラップの幅広側に窪みを含むこと；取り付けシステムのストラップは、テーパ付きの厚さを含むこと；取り付けシステムは、方向または嵌合ペアを画定するキー付き嵌合面を含むこと；およびそれらのまたはその他の方法で本明細書に記載されていることの任意の組み合わせが含まれ得る。

添付図面を参照して本発明の実施形態を十分に説明したが、当業者には様々な変更および修正が明らかになることに留意されたい。そのような変更および修正は、添付の特許請求の範囲によって定義されるように、本開示の範囲内に含まれるものとして理解されるべきである。具体的には、例示的な構成要素が本明細書で説明される。これらの構成要素の任意の組み合わせは、任意の組み合わせ内で使用され得る。例えば、構成要素、構成、ステップ、または部品は、他の構成要素、構成、ステップ、または部品、またはそれ自体との任意の組み合わせ内において、統合、分離、細分化、削除、複製、追加、または使用することができ、本開示の範囲内に留まり得る。実施形態は単なる例示であり、構成の例示的な組み合わせを提供するが、それに限定されない。

本明細書および特許請求の範囲で使用される場合、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語およびそれらの変形は、指定された構成、ステップ、または整数が含まれることを意味する。これらの用語は、他の構成、ステップ、または構成要素の存在を除外するものと解釈されるべきではない。

前述の説明、または以下の特許請求の範囲、または添付の図面に開示され、特定の形式で、または開示された機能を実行するための手段、または開示された結果を達成するための方法またはプロセスの観点から表現される構成は、必要に応じて、個別に、またはそのような構成の任意の組み合わせで、本発明をその多様な形態で実現するために使用され得る。

Claims (21)

1. モバイルデバイスを支持するように構成されたコンパートメントを有するフレームと、
   前記モバイルデバイス上に表示される画像を反射するように構成された前記フレームに結合された光学素子と、
   を含む、
   ヘッドセットシステム。
2. 前記フレームへの前記光学素子の取り外し可能かつ枢動可能な取り付けのために、前記フレームと前記光学素子との間に取り付け機構を更に含む、
   請求項１に記載のヘッドセット。
3. 前記取り付け機構は、
   前記フレームの第１の取り付け機構内の第１の複数の磁石と、
   前記光学素子の第２の取り付け機構内の第２の複数の磁石と
   を含み、
   前記第１の複数の磁石が、前向きの方向に極性を交互に変えるように、前記第１の複数の磁石の隣接する磁石は、向きを交互に変える、
   請求項２に記載のヘッドセット。
4. 前記第２の複数の磁石は、前記第２の複数の磁石のそれぞれが、前記第１の複数の磁石のうちの１つと位置合わせして嵌合し、前記第２の複数の磁石が、前記第１の複数の磁石のうちの対応する１つに対して反対の極性を向けるように位置決めされ配向される、
   請求項３に記載のヘッドセット。
5. 係合されたときに前記フレームに対して前記光学素子を位置決めするための位置合わせ機構を更に含む、
   請求項３に記載のヘッドセット。
6. 前記位置合わせ機構は、前記フレーム上の第１の面が前記光学素子上の第２の面の嵌合相手となるように、嵌合面を含む、
   請求項５に記載のヘッドセット。
7. 前記嵌合面は、窪みおよび戻り止めを含む、
   請求項６に記載のヘッドセット。
8. 前記フレームの上部に弾性カバーを更に含む、
   請求項２に記載のヘッドセット。
9. 前記フレームの前記コンパートメントは、
   背面と、
   前記背面から外向きに延在する第１の側面と、
   前記第１の側面から前記背面の反対側の端部で前記背面から外側に延在する第２の側面と、
   前記背面から延在する底面側と
   を含む、
   請求項８に記載のヘッドセット。
10. 前記底面側はフランジ付き縁部を含み、
    前記背面は、前記底面側と同じ縁部に沿って窪みを含む、
    請求項９に記載のヘッドセット。
11. 前記フレームは、前記コンパートメントの上部領域から外側に延在する延長セクションを含み、
    前記延長セクションは、前記コンパートメントと前記光学素子との間の相対位置を画定し、
    前記延長セクションは、挿入されたモバイルデバイスを収容する開口部を有し、
    前記弾性カバーは、前記延長セクションの前記開口部の上に延在する、
    請求項１０に記載のヘッドセット。
12. 前記フレームをユーザの頭部に結合するように構成されたヘッドレストシステムを更に含む、
    請求項２に記載のヘッドセット。
13. 前記ヘッドレストシステムは、前記フレームから延在する一対のストラップを含み、
    前記一対のストラップの少なくとも一方は、前記一対のストラップの前記少なくとも一方の第１の端部が前記一対のストラップの少なくとも一方の第２の端部よりも薄くなるようにテーパを画定する、
    請求項１２に記載のヘッドセット。
14. 前記一対のストラップの各々は、前記一対のストラップの各々の内面に窪みを含み、前記窪みは卵形で凹面の湾曲面を画定する、
    請求項１３に記載のヘッドセット。
15. 前記光学素子は、第１のセクションおよび第２のセクションを含み、
    前記第１のセクションおよび第２のセクションは、鏡像化された反対側である、
    請求項２に記載のヘッドセット。
16. 前記鏡像化された反対側を画定する反射軸は、前記第１のセクションと前記第２のセクションとの間に延在する軸の周りにある、
    請求項１５に記載のヘッドセット。
17. 前記第１のセクションおよび前記第２のセクションは、第１の断面内に第１の曲率半径を有する曲面と、前記第１の断面に垂直な第２の断面内に第２の曲率半径を有する曲面とを画定する、
    請求項１６に記載のヘッドセット。
18. 前記第１のセクションの第１の凹面および前記第２のセクションの第２の凹面は、反射コーティングを含む、
    請求項１７に記載のヘッドセット。
19. 前記光学素子は、反射防止コーティング、疎水性コーティング、および耐摩耗性コーティングを含む、
    請求項１８に記載のヘッドセット。
20. 前記フレームは、前記モバイルデバイスの画面を、前記フレームから離れて前記光学素子に向かって斜めに位置決めするように構成され、
    前記フレームは、前記モバイルデバイスの前向きカメラに入る光を妨げず、前記モバイルデバイスの他のポートへのアクセスおよび制御機能を提供するように構成される、
    請求項２に記載のヘッドセット。
21. 光学素子であって、
    第１の部分と、
    前記第１の部分に隣接する第２の部分と
    を含み、
    前記第１の部分は、
    １２５ｍｍ〜１２９ｍｍの前記光学素子の凹面の第１の曲率半径と、
    １２８．５ｍｍ〜１２９．５ｍｍの前記光学素子の凸面の第２の曲率半径と、
    １．５ｍｍ〜２．２ｍｍの平均厚さと、
    ４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長に対して３０パーセント〜３９パーセントの反射を有する凹面上の反射誘電体コーティングと、
    ４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長に対して３％以下の反射を有する反射防止コーティングとを含み、
    前記第１の部分と前記第２の部分は鏡像である、
    光学素子。

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