JP2023543887A - 直線配置光学構造を有するコンパクト型拡張現実用光学装置及び光学手段の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、実際事物画像光の少なくとも一部を使用者の目の瞳孔に向けて透過させる光学手段と、画像出射部から出射する拡張現実画像光を第２反射手段に伝達する第１反射手段と、前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光を瞳孔に向かって伝達する複数の反射部を含む第２反射手段とを含み、前記第２反射手段は前記光学手段の内部に埋め込まれて配置される複数の反射部を含み、前記光学手段を使用者の瞳孔の正面に配置し、瞳孔から正面の方向をｘ軸とするとき、画像出射部からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に平行でありながら光学手段の第１面と第２面との間を通る線分のうちのいずれか一つをｙ軸とし、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸とするとき、前記複数の反射部のうちの少なくとも二つ以上の反射部は、外部から前記ｚ軸に垂直な面に向かって前記光学手段を見たとき、その中心が第１直線上に位置するように前記光学手段の内部に配置される第１反射部グループを形成し、前記複数の反射部のうち、前記第１反射部グループを形成する反射部を除いた残りの反射部のうちの少なくとも二つ以上の反射部は、外部から前記ｚ軸に垂直な面に向かって前記光学手段を見たとき、その中心が前記第１直線に平行でない第２直線上に位置するように前記光学手段の内部に配置される第２反射部グループを形成する、コンパクト型拡張現実用光学装置及びこれに使われる光学手段の製造方法を提供する。

Description

本発明は、拡張現実用光学装置及び光学手段の製造方法に関するものであり、より詳しくは画像出射部から出射する拡張現実画像光を瞳孔に伝達する光学構造を直線配置構造に形成することにより、光効率を改善し、製造工程を単純化することができるコンパクト型拡張現実用光学装置及びこれに使用される光学手段の製造方法に関するものである。

拡張現実（ＡＲ：Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）とは、周知のように、現実世界の実際映像にコンピュータなどによって提供される仮想の映像またはイメージを重ねて提供することを意味する。

このような拡張現実を具現するためには、コンピュータのようなデバイスによって生成される仮想の映像またはイメージを現実世界の映像に重ねて提供することができるようにする光学系を必要とする。このような光学系としては、ＨＭＤ（Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ）やメガネ型の装置を用いて仮想映像を反射または屈折させるプリズムなどのような光学手段を使う技術が知られている。

しかし、このような従来の光学系を用いた装置は、その構成が複雑であって重さ及び体積が相当であるので、使用者が着用するのに不便さがあり、製造工程も複雑であって製造コストが高いという問題がある。

また、従来の装置は、使用者が現実世界を見つめるときに焦点距離を変更する場合、仮想映像の焦点が合わなくなるという限界がある。

これを解決するために、仮想映像に対する焦点距離を調節することができるプリズムのような構成を用いるか焦点距離の変更によって可変型焦点レンズを電気的に制御するなどの技術が提案されている。しかし、このような技術も焦点距離を調節するために使用者が別に操作しなければならないかまたは焦点距離の制御のための別途のプロセッサなどのようなハードウェア及び別途のソフトウェアを必要とするという点で問題がある。

このような従来技術の問題点を解決するために、本出願人は特許文献１に記載されているように、ヒトの瞳孔より小さいサイズの反射部を用いて仮想映像を瞳孔を通して網膜に投映することによって拡張現実を具現することができる装置を開発したことがある。

図１は特許文献１に開示されたような拡張現実用光学装置１００を示す図である。

図１の拡張現実用光学装置１００は、光学手段１０、反射部３０、画像出射部４０及びフレーム部６０を含む。

光学手段１０は実際事物から出射した画像光である実際事物画像光の少なくとも一部を透過させる手段であり、例えばメガネレンズであってもよく、その内部には反射部３０が埋め込まれて配置されている。また、光学手段１０は反射部３０から反射された拡張現実画像光を瞳孔に伝達するように透過させる機能も果たす。

フレーム部６０は、画像出射部４０と光学手段１０とを固定及び支持する手段であり、例えばメガネの枠のようなものであり得る。

画像出射部４０は、拡張現実用画像に相応する画像光である拡張現実画像光を出射する手段であり、例えば拡張現実用画像を画面に表示して拡張現実画像光を放射する小型ディスプレイ装置と、ディスプレイ装置から放射される画像光を平行光に視準するためのコリメーター（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）とを備えることができる。

反射部３０は、画像出射部４０から出射した拡張現実用画像光を使用者の瞳孔に向けて反射させることによって拡張現実用画像を提供する。

図１の反射部３０は、ヒトの瞳孔のサイズより小さいサイズ、すなわち８ｍｍ以下に形成されている。このように、反射部３０を瞳孔のサイズより小さく形成すれば、反射部３０を通して瞳孔に入射する光に対する深度をほぼ無限大に近く、すなわち深度を非常に深くすることができる。

ここで、深度（Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｆｉｅｌｄ）とは、焦点が合うものと認識される範囲を言う。深度が深くなるというのは拡張現実用画像に対する焦点距離も深くなることを意味する。

したがって、使用者が実際世界を見つめながら実際世界に対する焦点距離を変更しても、それに関係なく使用者は拡張現実用画像の焦点が常に合っているものと認識するようになる。これは一種のピンホール効果（ｐｉｎｈｏｌｅ ｅｆｆｅｃｔ）と言える。

したがって、使用者が実際事物を見つめながら焦点距離を変更しても、使用者は拡張現実用画像に対しては常に鮮明な仮想映像を見ることができる。

しかし、このような技術は、画像出射部４０に平行光のためのコリメーターなどのような追加的な光学手段を使うので、装置のサイズ、厚さ及び体積が大きくなるという限界がある。

このような問題を解決するために、画像出射部４０にコリメーターを使わず、光学手段１０の内部に凹面鏡のような反射部を埋め込んで配置することにより、コリメーターの機能を果たすようにする方法を思うことができる。

図２は、画像出射部４０にコリメーターが備えられた図１の拡張現実用光学装置１００の側面図及びコリメーターの機能を果たす補助反射部２０が内部に配置された拡張現実用光学装置１００－１の側面図を比較して示す図である。

図２の左側に示す図１の拡張現実用光学装置１００は、画像出射部４０がディスプレイ装置４１及びコリメーター４２から構成されており、図２の右側の拡張現実用光学装置１００－１は、画像出射部４０がコリメーター４２なしにディスプレイ装置４１のみから構成されていることが分かる。

図２の右側の拡張現実用光学装置１００－１は、画像出射部４０にコリメーター４２を使わない代わりに、光学手段１０の内部にコリメーターの機能を果たすことができる凹面鏡形態の補助反射部２０が配置されており、画像出射部４０から出射した拡張現実画像光は補助反射部２０によって反射された後、反射部３０に伝達され、反射部３０は伝達された拡張現実画像光を瞳孔に伝達するようになる。

このように、図２の右側に示すような拡張現実用光学装置１００－１は図１の拡張現実用光学装置１００と同じ機能を果たしながらも、画像出射部４０にコリメーターのような構成を使わないので、図２の左側に示すような外装型コリメーターを使う拡張現実用光学装置１００に比べて、サイズ、体積、厚さ、重さなどのフォームファクターを著しく減らすことができる利点がある。

しかし、図２の右側に示すような拡張現実用光学装置１００－１は、ゴーストイメージを発生させる意図せぬ実際事物画像光も瞳孔に伝達することがあるという問題がある。

図３は、拡張現実用光学装置１００－１においてゴーストイメージが発生する現象を説明するための図である。

図３を参照すると、実際事物から出射する画像光である実際事物画像光は、光学手段１０を通して瞳孔に直接伝達される一方で、補助反射部２０によって反射されて瞳孔に伝達される雑光を有する。このような雑光によって、瞳孔に伝達された実際事物画像光は光学手段１０を通して瞳孔に直接伝達された実際事物画像光と異なる位置に像が形成されるので、ゴーストイメージを発生させるようになる。

したがって、フォームファクターを減らすために、図２のような補助反射部２０である内装型コリメーターを使う拡張現実用光学装置１００－１で発生し得るゴーストイメージの問題を解決するとともに、前述したように、視野角（ＦＯＶ、Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ）を拡張させ、装置のサイズ、厚さ、重さ及び体積を減らすことができ、拡張現実画像光に対する光効率を高めることができるコンパクト型拡張現実用光学装置が要望されている。

韓国登録特許１０－１６６０５１９号公報

本発明は、画像出射部から出射する拡張現実画像光を瞳孔に伝達する光学構造を直線配置構造に形成することにより、光効率を改善し、製造工程を単純化することができるコンパクト型拡張現実用光学装置及びこれに使用される光学手段の製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、サイズ、厚さ、重さ及び体積を著しく減らすことができ、広い視野角を提供することができ、ゴーストイメージを発生させ得る実際世界の画像光が使用者の瞳孔側に流出することを最小化することで、シースルー（ｓｅｅ－ｔｈｒｏｕｇｈ）性をより極大化するとともに鮮明な仮想イメージを提供することができる拡張現実用光学装置を提供することを他の目的とする。

前述したような課題を解決するために、本発明は、実際事物画像光の少なくとも一部を使用者の目の瞳孔に向けて透過させる光学手段と、前記光学手段の内部に埋め込まれて配置され、画像出射部から出射する拡張現実用画像に相応する画像光である拡張現実画像光を第２反射手段に伝達する第１反射手段と、前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光を使用者の目の瞳孔に向かって反射させて伝達するように前記光学手段の内部に埋め込まれて配置される複数の反射部を含む第２反射手段とを含み、前記光学手段は、実際事物画像光が入射する第１面及び前記第２反射手段を通して伝達される拡張現実画像光及び実際事物画像光が使用者の目の瞳孔に向かって出射する第２面を有し、前記第２反射手段は、前記光学手段の内部に埋め込まれて配置されるサイズ４ｍｍ以下の複数の反射部を含み、前記光学手段を使用者の瞳孔の正面に配置し、瞳孔から正面の方向をｘ軸とするとき、前記画像出射部は、前記ｘ軸と直交する直線上に位置するように光学手段の外部または内部に配置され、前記画像出射部からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に沿って平行でありながら光学手段の第１面と第２面との間を通る線分のうちのいずれか一つをｙ軸とし、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸とするとき、前記複数の反射部のうちの少なくとも二つ以上の反射部は、外部から前記ｚ軸に垂直な面に向かって前記光学手段を見たとき、その中心が第１直線上に位置するように前記光学手段の内部に配置される第１反射部グループを形成し、前記複数の反射部のうち、前記第１反射部グループを形成する反射部を除いた残りの反射部のうちの少なくとも二つ以上の反射部は、外部から前記ｚ軸に垂直な面に向かって前記光学手段を見たとき、その中心が前記第１直線に平行でない第２直線上に位置するように前記光学手段の内部に配置される第２反射部グループを形成し、前記第１反射部グループを形成する反射部は、第１反射手段からの距離が大きいほど前記光学手段の第２面に段々近く位置するように前記光学手段の内部に配置され、前記第１反射部グループは前記第２反射部グループよりも前記第１反射手段に近く位置するように配置されることを特徴とするコンパクト型拡張現実用光学装置を提供する。

ここで、前記第２反射部グループを構成する反射部は、前記第１反射手段からの距離に関係なく前記光学手段の第２面に対して同じ距離を有することができる。

また、前記第２反射部グループを形成する反射部は、前記第１反射手段からの距離が大きいほど前記光学手段の第２面に段々多く配置されることができる。

また、前記第１直線及び第２直線は前記ｚ軸に垂直ないずれか一平面に含まれることができる。

また、前記画像出射部から出射する拡張現実画像光は、前記光学手段の内部を通して前記第１反射手段に直接伝達されるか、または前記光学手段の内面で少なくとも１回以上全反射された後、前記第１反射手段に伝達されることができる。

また、前記第１反射手段は、拡張現実画像光を直接第２反射手段に伝達するか、または前記光学手段の内面で少なくとも１回以上全反射させた後、第２反射手段に伝達することができる。

また、前記拡張現実画像光を反射させる第１反射手段の反射面は、実際事物画像光が入射する光学手段の第１面に向かうように配置されることができる。

また、前記第１反射手段の反射面は、前記光学手段の第１面側に凹んでいるように形成された曲面として形成されることができる。

また、前記第１反射手段は、瞳孔から正面の方向に向かって光学手段を見たとき、中央部分から左右の両端部側に行くほど第２反射手段に段々近くなるように延設されることができる。

また、前記第１反射手段の幅方向の長さは４ｍｍ以下とすることができる。

また、前記第２反射手段は複数から構成され、前記複数の第２反射手段は前記ｚ軸方向に沿って平行に間隔を置いて配置されることができる。

また、前記各第２反射手段は、それぞれの第２反射手段を構成するそれぞれの反射部が、隣接した第２反射手段を構成する反射部のうちのいずれか一つとｚ軸に平行な仮想の直線に沿って整列されるように配置されることができる。

また、前記各第２反射手段は、それぞれの第２反射手段を構成するそれぞれの反射部が、隣接した第２反射手段を構成するすべての反射部とｚ軸に平行な仮想の直線に沿って整列されないように配置されることができる。

また、前記複数の反射部は、前記ｚ軸に平行な仮想の直線に沿って延びたバー（ｂａｒ）状に形成されることができる。

また、それぞれの第２反射手段と前記光学手段の第２面との距離が全部同一ではないように配置される第２反射手段が少なくとも一つ以上存在することができる。

また、前記第１反射手段は、ｘ軸に垂直な面に向かって光学手段を見たとき、中央部分から左右の両端部側に行くほど第２反射手段に段々近くなるように延設されることができる。

また、前記画像出射部から出射した拡張現実画像光が光学手段に入射する第３面が屈折力を有するように曲面として形成されることができる。

また、前記画像出射部と前記第３面との間に補助光学手段が配置されることができる。

また、前記複数の反射部のうちの少なくとも一部はハーフミラーまたは屈折素子から形成されることができる。

また、前記複数の反射部のうちの少なくとも一部は、拡張現実画像光を反射させる面の反対面に光を反射せずに吸収する材質でコートされることができる。

また、前記複数の反射部のうちの少なくとも一部の表面は曲面として形成されることができる。

また、前記複数の反射部のうちの少なくとも一部は、回折光学素子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ、ＤＯＥ）またはホログラフィック光学素子（Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ、ＨＯＥ）から形成されることができる。

本発明の他の側面によれば、前記のような拡張現実用光学装置の光学手段を製造する方法であって、下部ベース基板の表面に第１方向に沿って反射部を形成する第１段階と、複数の第１基板及び複数の第２基板のそれぞれの表面に前記第１方向に平行な方向に沿って反射部を形成する第２段階と、前記下部ベース基板の表面上に複数の第１基板を順次接着して積層する第３段階と、前記第３段階の後、最上部の第１基板上に複数の第２基板を順次接着して積層することで第２反射手段を構成する第４段階と、前記最上部の第２基板上に第１反射手段を含む上部ベース基板を接着して積層することで光学手段母材を形成する第５段階と、前記光学手段母材を加工して光学手段を形成する第６段階とを含み、前記第２段階は、外部から前記第１方向に垂直な面に向かって前記第１基板及び第２基板を見たとき、前記第１基板のそれぞれの表面に形成された反射部の中心を連結した線が直線を成し、前記第２基板のそれぞれの表面に形成された反射部の中心を連結した線が直線を成すように、前記第１基板及び第２基板のそれぞれの表面に反射部を形成し、前記第１基板に形成された反射部の中心を連結した直線と前記第２基板に形成された反射部の中心を連結した直線とは互いに平行でなく、前記第６段階は、前記第１方向に垂直な面に向かって前記光学手段母材を見たとき、前記反射部がその間に全部含まれるようにする互いに平行な２本の直線に沿って前記第１方向に平行な方向に前記光学手段母材を切削して光学手段を形成することを特徴とする光学手段製造方法を提供する。

また、本発明のさらに他の側面によれば、前記のような拡張現実用光学装置の光学手段を製造する方法であって、下部ベース基板の表面に第１方向に沿って反射部を形成する第１段階と、前記下部ベース基板の表面上に複数の第１基板を順次接着して積層するにあたり、複数の第１基板のそれぞれの表面に前記第１方向に平行な方向に沿って反射部を形成する第２段階と、前記第２段階の後、最上部の第１基板上に複数の第２基板を順次接着して積層するにあたり、複数の第２基板のそれぞれの表面に前記第１方向に平行な方向に沿って反射部を形成して第２反射手段を構成する第３段階と、前記最上部の第２基板上に第１反射手段を含む上部ベース基板を接着して積層して光学手段母材を形成する第４段階と、前記光学手段母材を加工して光学手段を形成する第５段階とを含み、前記第２段階は、外部から前記第１方向に垂直な面に向かって前記第１基板を見たとき、前記第１基板のそれぞれの表面に形成された反射部の中心を連結した線が直線を成すように前記第１基板のそれぞれの表面に反射部を形成し、前記第３段階は、外部から前記第１方向に垂直な面に向かって前記第２基板を見たとき、前記第２基板のそれぞれの表面に形成された反射部の中心を連結した線が直線を成すように前記第２基板のそれぞれの表面に反射部を形成し、
前記第１基板に形成された反射部の中心を連結した直線と前記第２基板に形成された反射部の中心を連結した直線とは互いに平行でなく、前記第５段階は、前記第１方向に垂直な面に向かって前記光学手段母材を見たとき、前記反射部がその間に全部含まれるようにする互いに平行な二つの直線に沿って前記第１方向に平行な方向に前記光学手段母材を切削することを特徴とする光学手段製造方法を提供する。

ここで、前記複数の第１基板は互いに同じ形状を有し、前記複数の第２基板は互いに同じ形状を有することができ、前記複数の第１基板と前記複数の第２基板とは互いに異なる形状を有することができる。

また、前記第１方向に垂直な面に向かって前記光学手段母材を見たとき、前記複数の第１基板の両端部及び前記複数の第２基板の両端部のうちのいずれか一端部の高さは他端部の高さより高くてもよい。

本発明のさらに他の側面によれば、直線配置光学構造を有する拡張現実用光学装置であって、実際事物画像光の少なくとも一部を使用者の目の瞳孔に向けて透過させる光学手段と、前記光学手段の内部に埋め込まれて配置され、画像出射部から出射する拡張現実用画像に相応する画像光である拡張現実画像光を光学素子に伝達する第１反射手段と、前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光を使用者の目の瞳孔に向かって反射させて伝達するように前記光学手段の内部に埋め込まれて配置される光学素子とを含み、前記光学手段は、実際事物画像光が入射する第１面、及び前記光学素子を通して伝達される拡張現実画像光及び実際事物画像光が使用者の目の瞳孔に向かって出射する第２面を有し、前記光学素子は、回折光学素子またはホログラフィック光学素子であり、前記光学手段を使用者の瞳孔の正面に配置し、瞳孔から正面の方向をｘ軸とするとき、前記画像出射部は前記ｘ軸と直交する直線上に位置するように光学手段の外部または内部に配置され、前記画像出射部からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に沿って平行でありながら光学手段の第１面と第２面との間を通る線分のうちのいずれか一つをｙ軸とし、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸とするとき、前記光学素子は、単一の平面状に形成され、前記ｚ軸に垂直な面に向かって前記光学手段を見たとき、互いに平行でない少なくとも二つ以上の直線が連結された形態に折り曲げられて見えるように前記光学手段の内部に配置されることを特徴とする、直線配置光学構造を有するコンパクト型拡張現実用光学装置を提供する。

本発明のさらに他の側面によれば、直線配置光学構造を有するコンパクト型拡張現実用光学装置であって、実際事物画像光の少なくとも一部を使用者の目の瞳孔に向けて透過させる光学手段と、前記光学手段の内部に埋め込まれて配置され、画像出射部から出射する拡張現実用画像に相応する画像光である拡張現実画像光を第２反射手段に伝達する第１反射手段と、前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光を使用者の目の瞳孔に向かって反射させて伝達するように前記光学手段の内部に埋め込まれて配置される複数の反射部を含む第２反射手段とを含み、前記光学手段は、実際事物画像光が入射する第１面及び前記第２反射手段を通して伝達される拡張現実画像光及び実際事物画像光が使用者の目の瞳孔に向かって出射する第２面を有し、前記第２反射手段は、前記光学手段の内部に埋め込まれて配置されるサイズ４ｍｍ以下の複数の反射部を含み、前記光学手段を使用者の瞳孔の正面に配置し、瞳孔から正面の方向をｘ軸とするとき、前記画像出射部は、前記ｘ軸と直交する直線上に位置するように光学手段の外部または内部に配置され、前記画像出射部からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に沿って平行でありながら光学手段の第１面と第２面との間を通る線分のうちのいずれか一つをｙ軸とし、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸とするとき、前記複数の反射部は、外部から前記ｚ軸に垂直な面に向かって前記光学手段を見たとき、その中心が単一の直線上に位置するように前記光学手段の内部に配置されることを特徴とする直線配置光学構造を有するコンパクト型拡張現実用光学装置を提供する。

ここで、前記第２反射手段は複数から構成され、前記複数の第２反射手段は前記ｚ軸方向に沿って平行に間隔を置いて配置されることができる。

本発明のさらに他の側面によれば、直線配置光学構造を有するコンパクト型拡張現実用光学装置であって、実際事物画像光の少なくとも一部を使用者の目の瞳孔に向けて透過させる光学手段と、前記光学手段の内部に埋め込まれて配置され、画像出射部から出射する拡張現実用画像に相応する画像光である拡張現実画像光を光学素子に伝達する第１反射手段と、前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光を使用者の目の瞳孔に向かって反射させて伝達するように前記光学手段の内部に埋め込まれて配置される光学素子とを含み、前記光学手段は、実際事物画像光が入射する第１面及び前記光学素子を通して伝達される拡張現実画像光及び実際事物画像光が使用者の目の瞳孔に向かって出射する第２面を有し、前記光学素子は回折光学素子またはボログラフィック光学素子であり、前記光学手段を使用者の瞳孔正面に配置し、瞳孔から正面の方向をｘ軸とするとき、前記画像出射部は前記ｘ軸と直交する直線上に位置するように光学手段の外部または内部に配置され、前記画像出射部からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に平行でありながら光学手段の第１面と第２面との間を通る線分のうちのいずれか一つをｙ軸とし、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸とするとき、前記光学素子は単一の平面形態に形成され、前記ｚ軸に垂直な面に向かって前記光学手段を見たとき、単一の直線形態として見えるように前記光学手段の内部に配置されることを特徴とする直線配置光学構造を有するコンパクト型拡張現実用光学装置を提供する。

本発明によれば、画像出射部から出射する拡張現実画像光を瞳孔に伝達する光学構造を直線配置構造に形成することにより、光効率を改善し、製造工程を単純化することができるコンパクト型拡張現実用光学装置及びこれに使用される光学手段の製造方法を提供することができる。

また、本発明は、サイズ、厚さ、重さ及び体積を著しく減らすことができ、広い視野角を提供することができ、ゴーストイメージを発生させ得る実際世界の画像光が使用者の瞳孔側に流出することを最小化することで、シースルー（ｓｅｅ－ｔｈｒｏｕｇｈ）性をより極大化するとともに、鮮明な仮想イメージを提供することができる拡張現実用光学装置を提供することができる。

特許文献１に開示したような拡張現実用光学装置（１００）を示す図である。 画像出射部（４０）にコリメーターが備えられた図１の拡張現実用光学装置（１００）の側面図及びコリメーターの機能を果たす補助反射部（２０）が配置された拡張現実用光学装置（１００－１）の側面図を比較して示す図である。 拡張現実用光学装置（１００－１）においてゴーストイメージが発生する現象を説明するための図である。 本発明の一実施例による直線配置光学構造を有するコンパクト型拡張現実用光学装置（２００）の側面図である。 本発明の一実施例による直線配置光学構造を有するコンパクト型拡張現実用光学装置（２００）の斜視図である。 本発明の一実施例による直線配置光学構造を有するコンパクト型拡張現実用光学装置（２００）の正面図である。 第１反射手段（２０）がゴーストイメージを遮断する原理を説明するための図である。 図４～図６で説明した反射部（３１～３９）の配置構造を説明するための図である。 第２反射手段（３０）の他の配置構造を示す図である。 第２反射手段（３０）の他の配置構造を示す図である。 光学手段（１０）の内部での全反射構造を説明するための図である。 光学手段（１０）の内部での全反射構造を説明するための図である。 光学手段（１０）の内部での全反射構造を説明するための図である。 光学手段（１０）の内部での全反射構造を説明するための図である。 光学手段（１０）の内部での全反射構造を説明するための図である。 光学手段（１０）の内部での全反射構造を説明するための図である。 本発明の他の実施例による拡張現実用光学装置（３００）の斜視図である。 本発明の他の実施例による拡張現実用光学装置（３００）の正面図である。 本発明のさらに他の実施例による拡張現実用光学装置（４００）の斜視図である。 本発明のさらに他の実施例による拡張現実用光学装置（４００）の正面図である。 本発明のさらに他の実施例による拡張現実用光学装置（５００）の斜視図である。 本発明のさらに他の実施例による拡張現実用光学装置（５００）の正面図である。 本発明のさらに他の実施例による拡張現実用光学装置（６００）を示す図であって、ｚ軸に垂直な平面に向かって拡張現実用光学装置（６００）を見た側面図である。 本発明のさらに他の実施例による拡張現実用光学装置（７００）を示す図であって、ｚ軸に垂直な平面に向かって拡張現実用光学装置（７００）を見た側面図である。 本発明のさらに他の実施例による拡張現実用光学装置（８００）の正面図である。 本発明のさらに他の実施例による拡張現実用光学装置（８００）の側面図である。 本発明のさらに他の実施例による拡張現実用光学装置（８００）の平面図である。 下部ベース基板（１０Ａ）の斜視図である。 光学手段母材（１０Ｅ）の側面図である。 光学手段母材（１０Ｅ）の斜視図である。 第１基板（１０Ｂ）及び第２基板（１０Ｃ）の側面図である。 光学手段母材（１０Ｅ）を切削して光学手段（１０）を形成する方法を説明するための図である。 本発明のさらに他の実施例による直線配置反射構造を有する拡張現実用光学装置（９００）の斜視図である。 本発明のさらに他の実施例による直線配置反射構造を有する拡張現実用光学装置（９００）の正面図である。 本発明のさらに他の実施例による直線配置反射構造を有する拡張現実用光学装置（９００）の側面図である。 本発明のさらに他の実施例による拡張現実用光学装置（１０００）の斜視図である。 本発明のさらに他の実施例による拡張現実用光学装置（１０００）の側面図である。 本発明のさらに他の実施例による拡張現実用光学装置（１０００）の正面図である。 本発明のさらに他の実施例による拡張現実用光学装置（１１００）の斜視図である。 本発明のさらに他の実施例による拡張現実用光学装置（１１００）の側面図である。

以下、添付図面に基づいて本発明による実施例を詳細に説明する。

図４～図６は本発明の一実施例による直線配置光学構造を有するコンパクト型拡張現実用光学装置２００（以下、簡単に“拡張現実用光学装置２００”と言う）の側面図、斜視図及び正面図である。

図４～図６を参照すると、本実施例の拡張現実用光学装置２００は、光学手段１０、第１反射手段２０、及び第２反射手段３０を含む。

光学手段１０は実際事物から出射した画像光である実際事物画像光の少なくとも一部を使用者の目の瞳孔５０に向けて透過させる手段である。

ここで、実際事物画像光の少なくとも一部を瞳孔５０に向けて透過させるというのは、実際事物画像光の光透過率が必ずしも１００％である必要はないという意味である。

光学手段１０は、互いに対向するように配置された第１面１１及び第２面１２を備える。第１面１１は実際事物画像光が入射する面であり、第２面１２は第２反射手段３０で反射された拡張現実用画像に相応する拡張現実画像光及び第１面１１を通過した実際事物画像光が使用者の目の瞳孔５０に向かって出射する面である。

図４～図６の実施例で、光学手段１０の第１面１１と第２面１２とは互いに平行に配置されているが、これは例示的なものであるだけで、互いに平行でないように配置されることもできるというのは言うまでもない。

図４～図６で、点線は画像出射部４０から出射した拡張現実画像光が瞳孔５０を通して網膜に到逹するときまでの光経路を示すものである。

図示のように、図４～図６の実施例では、画像出射部４０から出射する拡張現実画像光は光学手段１０の第１面１１で全反射されて第１反射手段２０に伝達され、第１反射手段２０で反射された拡張現実画像光は第１面１１に向かって出射し、第１面１１で全反射されて第２反射手段３０に伝達される。

また、第２反射手段３０で反射された拡張現実画像光は光学手段１０の第２面１２を通して瞳孔５０に出射し、瞳孔５０を通して網膜に到逹して拡張現実用画像に対する像を形成するように構成されている。

図４～図６の実施例では、画像出射部４０から出射する拡張現実画像光が光学手段１０の第１面１１で１回全反射されて第１反射手段２０に伝達されるものとして示したが、これは例示的なものであり、画像出射部４０から出射する拡張現実画像光は全反射されずまたは２回以上全反射されて第１反射手段２０に伝達されることもできる。

また、第１反射手段２０で反射された拡張現実画像光は光学手段１０の第１面１１で１回全反射されて第２反射手段３０に伝達されるものとして示したが、これも例示的なものであり、全反射されずまたは２回以上全反射されて第２反射手段３０に伝達されることもできる。

ここで、第２反射手段３０は複数の反射部３１～３７から構成される。本明細書で、第２反射手段３０は複数の反射部３１～３７を通称するものとする。第２反射手段３０の詳細構成については後述する。

画像出射部４０は拡張現実用画像に相応する画像光である拡張現実画像光を出射する手段であり、例えば小型ＬＣＤのようなディスプレイ装置であり得る。

このような画像出射部４０自体は本発明の直接的な目的ではなく、従来技術に知られているものであるので、ここでは詳細説明は省略する。ただし、本実施例の画像出射部４０は先に背景技術で説明したようなコリメーターのような構成は含まない。

一方、拡張現実用画像とは、画像出射部４０、光学手段１０、第１反射手段２０、及び第２反射手段３０を通して使用者の瞳孔５０に伝達される仮想画像（ｖｉｒｔｕａｌ ｉｍａｇｅ）を意味し、例えばイメージ形態の静止映像や動画のようなものであり得る。

このような拡張現実用画像は、画像出射部４０、光学手段１０、第１反射手段２０及び第２反射手段３０によって使用者の瞳孔５０に伝達されることによって使用者に仮想画像として提供され、これと同時に、使用者は実際世界に存在する実際事物から出射する実際事物画像光を光学手段１０を通して受けることで、拡張現実サービスを受けることができるようになる。

次に、第１反射手段２０について説明する。

第１反射手段２０は、光学手段１０の内部に埋め込まれて配置され、画像出射部４０から出射した拡張現実画像光を第２反射手段３０に伝達する手段である。

図４～図６の実施例では、前述したように、画像出射部４０は光学手段１０の第１面１１に向けて拡張現実画像光を出射し、光学手段１０の第１面１１で全反射された拡張現実画像光は第１反射手段２０に伝達される。

その後、第１反射手段２０で反射された拡張現実画像光は光学手段１０の第１面１１でさらに全反射されてから第２反射手段３０に伝達され、第２反射手段３０でさらに反射されて瞳孔５０に向かって出射する。

第１反射手段２０は、図４～図６に示すように、第２反射手段３０を間に挟んで画像出射部４０と対向するように光学手段１０の内部に埋め込まれて配置される。

また、第１反射手段２０は、拡張現実用画像光を第２反射手段３０に伝達することができるように、光学手段１０の第１面１１と第２面１２との間の内部に埋め込まれて配置される。

すなわち、第１反射手段２０は、画像出射部４０から出射して光学手段１０の第１面１１で全反射されて入射する拡張現実画像光を光学手段１０の第１面１１に向けて出射し、光学手段１０の第１面１１で全反射された拡張現実画像光が第２反射手段３０に伝達されるように、画像出射部４０、第２反射手段３０及び瞳孔５０の相対的な位置を考慮して、光学手段１０の第１面１１と第２面１２との間の光学手段１０の内部の適切な位置に配置される。

このために、図４～図６の実施例では、第１反射手段２０は、拡張現実画像光を反射させる第１反射手段２０の反射面２１が実際事物画像光が入射する面、すなわち、光学手段１０の第１面１１に向かうように、光学手段１０の内部に埋め込まれて配置される。

ここで、第１反射手段２０が光学手段１０の内部に埋め込まれて配置されるというのは、第１反射手段２０の端部が光学手段１０の第１面１１及び第２面１２からそれぞれ離隔して光学手段１０の内部に配置されることを意味する。

このような配置構造により、第１反射手段２０が拡張現実画像光を第１面１１に向けて出射する一方で、実際事物から出射してゴーストイメージを発生させることができる雑光が瞳孔５０側に伝達されることを遮断することができる。

第１反射手段２０の反射面２１は曲面として形成されることができる。例えば、第１反射手段２０の反射面２１は光学手段１０の第１面１１の方向に凹んでいるように形成された凹面鏡であり得る。このような構成により、第１反射手段２０は画像出射部４０から出射した拡張現実画像光を視準させるコリメーター（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）としての役割を果たすことができ、よって画像出射部４０にコリメーターのような構成を使う必要がない。

図７は第１反射手段２０がゴーストイメージを遮断する原理を説明するための図である。

図７では、説明の便宜のために、第２反射手段３０は省略した。

図７を参照すると、前述したように、第１反射手段２０は、実際事物画像光が入射する光学手段１０の第１面１１に向かうように配置されている。よって、実際事物から出射して第１反射手段２０に入射するゴーストイメージを発生させることができる実際事物画像光（雑光）は第１面１１に向かって凹んでいるように配置された第１反射手段２０の反射面２１で反射されて光学手段１０の第２面１２に向かって出射し、光学手段１０の第２面１２でさらに全反射されて画像出射部４０の方向に伝達されることが分かる。

したがって、実際事物から出射してゴーストイメージを発生させることができる雑光は光学手段１０の内部で消滅し、瞳孔５０側に流出しないことが分かる。

ただ、このような原理は第１反射手段２０で反射された実際事物画像光（雑光）が光学手段１０の外部に流出しないための基本的な原理を例示的に説明したものであり、実際には、光学手段１０の形態、屈折率、目及び第１反射手段２０の位置、瞳孔５０のサイズ及びアイレリーフ（ｅｙｅ ｒｅｌｉｅｆ）などを考慮して、第１反射手段２０で反射されて瞳孔５０に入る雑光を最小化させるように、第１反射手段２０の位置及び方向を適切に調節しなければならない。

一方、後述するように、第２反射手段３０のサイズはヒトの一般的な瞳孔のサイズである８ｍｍ以下に、より好ましくは４ｍｍ以下に形成される。このような点を考慮して、第１反射手段２０の幅方向の長さは第２反射手段３０のサイズに相応するように８ｍｍ以下に、より好ましくは４ｍｍ以下に形成する。

ここで、第１反射手段２０の幅方向とは、図４～図６では光学手段１０の第１面１１と第２面１２との間の方向を意味する。図５を参照すると、第１反射手段２０の幅方向の長さはｚ軸に垂直な平面に向かって光学手段１０を見たときの第１反射手段２０の長さに相当する。

また、第１反射手段２０は、使用者がなるべく認識することができないようにするために、使用者が瞳孔５０を通して正面から見たときの厚さを非常に薄くすることが好ましい。

また、第１反射手段２０は、光を部分的に反射させるハーフミラー（ｈａｌｆ ｍｉｒｒｏｒ）のような手段から構成することもできる。

また、第１反射手段２０は、反射手段の他の他屈折素子または回折光学素子から形成することもできる。

また、第１反射手段２０は、光を波長によって選択的に透過させるノッチフィルター（ｎｏｔｃｈ ｆｉｌｔｅｒ）などのような光学素子から形成することもできる。

また、第１反射手段２０の拡張現実画像光を反射させる反射面２１の反対面を光を反射せずに吸収する材質でコーティングすることもできる。

次に、第２反射手段３０について説明する。

第２反射手段３０は光学手段１０の内部に埋め込まれて配置され、第１反射手段２０から伝達される拡張現実画像光を使用者の目の瞳孔５０に向けて反射させて伝達することで使用者に拡張現実用画像を提供する手段であり、複数の反射部３１～３７から形成される。

図４～図６の実施例では、前述したように、第１反射手段２０で反射された拡張現実画像光は光学手段１０の第１面１１に向かって出射し、光学手段１０の第１面１１でさらに全反射されてから第２反射手段３０に伝達される。

第２反射手段３０を構成する複数の反射部３１～３７は、第１反射手段２０から伝達される拡張現実画像光をそれぞれ反射させて使用者の瞳孔５０に伝達することができるように光学手段１０の内部に埋め込まれて配置される。

ここで、第２反射手段２０を構成する複数の反射部３１～３７が光学手段１０の内部に埋め込まれて配置されるというのは、複数反射部３１～３７のそれぞれの端部が光学手段１０の第１面１１及び第２面１２からそれぞれ離隔して光学手段１０の内部に配置されることを意味する。

前述したように、画像出射部４０から出射した拡張現実画像光は第１反射手段２０及び光学手段１０の第１面１１を通して第２反射手段３０に伝達されるので、第２反射手段３０を構成する複数の反射部３１～３７は第１反射手段２０及び瞳孔５０の位置を考慮して、光学手段１０の第２面１２に対して適切な傾斜角を有するように配置される。

複数の反射部３１～３７のそれぞれは、背景技術で説明したように、深度を深くしてピンホール効果を得ることができるように、ヒトの瞳孔のサイズより小さいサイズ、すなわち、８ｍｍ以下、より好ましくは４ｍｍ以下に形成される。

すなわち、複数の反射部３１～３７のそれぞれは、ヒトの一般的な瞳孔のサイズより小さいサイズに形成される。これにより、それぞれの反射部３１～３７を通して瞳孔５０に入射する光の深度（Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｆｉｅｌｄ）をほとんど無限大に近く、すなわち、深度を非常に深くすることができる。したがって、使用者が実際世界を見つめながら実際世界に対する焦点距離を変更しても、これに関係なく拡張現実用画像の焦点は常に合うものとして認識するようにするピンホール効果（ｐｉｎｈｏｌｅ ｅｆｆｅｃｔ）を発生させることができる。

ここで、複数の反射部３１～３７のそれぞれのサイズとは、それぞれの反射部３１～３７の縁境界線上の任意の２点の間の最大長を意味するものと定義する。

また、複数の反射部３１～３７のそれぞれのサイズは、瞳孔５０と反射部３１～３７との間の直線に垂直でありながら瞳孔５０の中心を含む平面にそれぞれの反射部３１～３７を投映した正射影の縁境界線上の任意の２点の間の最大長であり得る。

一方、本発明で、反射部３１～３７のサイズがあまりにも小さい場合には、反射部３１～３７での回折（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）現象が大きくなるので、反射部３１～３７のそれぞれのサイズは、例えば０．３ｍｍよりは大きいことが好ましい。

また、反射部３１～３７のそれぞれの形状は円形であることが好ましい。ここで、反射部３１～３７の形状は瞳孔５０から反射部３１～３７を見たとき、円形と見えるように形成することもできる。

一方、複数反射部３１～３７のそれぞれは、第１反射手段２０から伝達される拡張現実画像光が他の反射部３１～３７によって遮断されないように配置される。このために、第２反射手段３０及び複数の反射部３１～３７を次のように構成する。

まず、図４～図６に示すように、光学手段１０を使用者の瞳孔５０の正面に配置し、瞳孔５０から正面の方向をｘ軸とするとき、画像出射部４０はｘ軸と直交する直線のうちのいずれか一つ上に位置するように光学手段１０の外部または内部に配置される。

ここで、画像出射部４０からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に沿って平行でありながら光学手段１０の第１面１１と第２面１２との間を通る線分のうちの一つをｙ軸とし、ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸とするとき、複数の反射部３１～３７のうちの少なくとも二つ以上の反射部３５～３７は、外部から前記ｚ軸に垂直な面に向かって光学手段１０を見たとき、その中心が一直線（これを“第１直線”という）上に位置するように光学手段１０の内部に配置される第１反射部グループ３０Ａを形成する。

また、前記第１反射部グループ３０Ａを形成する反射部３５～３７を除いた残りの反射部３１～３３のうちの少なくとも二つ以上の反射部３１～３４は、外部からｚ軸に垂直な面に向かって光学手段１０を見たとき、その中心が前記第１直線に平行でないさらに他の直線（これを“第２直線”という）上に位置するように光学手段１０の内部に配置される第２反射部グループ３０Ｂを形成する。

ここで、前記第１反射部グループ３０Ａを構成する反射部３５～３７は、第１反射手段２０からの距離が大きいほど光学手段１０の第２面１２に段々近く配置される。

また、前記第２反射部グループ３０Ｂを構成する反射部３１～３４は、第１反射手段２０からの距離に関係なく光学手段１０の第２面１２に対して同じ距離を有するか、または第１反射手段２０からの距離が遠いほど光学手段１０の第２面１２から段々多く配置されることができる。

ここで、光学手段１０の第１面１１及び第２面１２のうちの少なくとも一つが曲面に形成されるかまたは瞳孔５０の中心から正面の方向への直線（ｘ軸）に対する垂直平面に平行でなく傾斜角を有するように形成される場合があり得るので、第１反射手段２０からの距離が遠いほど光学手段１０の第２面１２に段々近く配置されるというのは、第１反射手段２０からの距離が遠いほど瞳孔５０から正面の方向への直線に対する垂直平面であって、第２面１２と瞳孔５０との間に存在する垂直平面に段々近く配置されることを意味する。

同様に、第１反射手段２０からの距離が遠いほど光学手段１０の第２面１２から段々遠く配置されるというのは、第１反射手段２０からの距離が遠いほど瞳孔５０から正面の方向への直線に対する垂直平面であって、第２面１２と瞳孔５０との間に存在する垂直平面から段々遠く位置するように配置されることを意味する。

ここで、前記第１直線及び第２直線は前記ｚ軸に垂直ないずれか一平面に含まれることができる。これは、第１反射部グループ３０Ａ及び第２反射部グループ３０Ｂを形成する複数の反射部３１～３７がｚ軸に垂直ないずれか同一平面に全部含まれるように光学手段１０の内部に配置されることを意味する。

すなわち、図４～図６の実施例を参照すると、光学手段１０を瞳孔５０の正面に配置し、図４のように、外部からｚ軸に垂直な面に向かって光学手段１０を見たとき（光学手段１０を図４の紙面方向に見たとき）、反射部グループ３０Ａを構成する反射部３５～３７の中心を連結した線が第１直線を形成し、反射部グループ３０Ｂを構成する反射部３１～３４の中心を連結した線も第２直線を形成し、第１直線と第２直線とは互いに平行でないように配置される。

また、第２反射部グループ３０Ｂは第１反射部グループ３０Ａよりも第１反射手段２０から遠く位置するように配置される。これは、図４で第１反射部グループ３０Ａが第２反射部グループ３０Ｂよりも下側に位置して第１反射手段１０側にもっと近く配置されることを意味する。

一方、図４～図６では、第１反射部グループ３０Ａを構成するそれぞれの反射部３５～３７は隣接した反射部３５～３７によって連続的に構成されたものとして示しているが、これは例示的なものであり、例えば、隣接しない反射部から第１反射部グループ３０Ａを構成することもできる。これは、第２反射部グループ３０Ｂの場合にも同様である。

また、第１反射部グループ３０Ａ及び第２反射部グループ３０Ｂのうちの少なくとも一方は複数から構成することもできるというのは言うまでもない。

また、第２反射手段３０を構成する複数の反射部３１～３７の全部が第１反射部グループ３０Ａ及び第２反射部グループ３０Ｂのいずれか一方に必ずしも含まれなければならないものではなく、第２反射手段３０を構成する複数の反射部３１～３７の一部のみで第１反射部グループ３０Ａ及び第２反射部グループ３０Ｂを構成することができるというのは言うまでもない。

図８は図４～図６で説明した反射部３１～３９の配置構造を説明するための図であり、図８では、説明の便宜のために、反射部３１～３９が９個配置されたものとして示した。

図８を参照すると、前述したように、第２反射手段３０は第１反射部グループ３０Ａ及び第２反射部グループ３０Ｂの二つの反射部グループの集合から構成され、第１反射部グループ３０Ａは複数の反射部３６～３９を含み、第２反射部グループ３０Ｂも複数の反射部３１～３５をそれぞれ含む。

図８に示すように、第１反射部グループ３０Ａを構成する反射部３６～３９の中心を仮想線で連結すると直線Ａ（第１直線）を成し、第２反射部グループ３０Ｂを構成する反射部３１～３５の中心を仮想線で連結すると直線Ｂ（第２直線）を成し、直線Ａと直線Ｂとは互いに平行でないように反射部３１～３９が光学手段１０の内部で第１面１１と第２面１２との間の空間に配置されることが分かる。

ここで、第１反射部グループ３０Ａを構成する反射部３６～３９は、第１反射手段２０からの距離が大きいほど光学手段１０の第２面１２に段々近く配置されており、第２反射部グループ３０Ｂを構成する反射部３１～３５は、第１反射手段２０からの距離に関係なく光学手段１０の第２面１２に対して同じ距離を有するように配置されていることが分かる。

図８では二つの反射部グループ３０Ａ、３０Ｂから反射手段３０が構成された場合を示したが、これは例示的なものであり、三つ以上の反射部グループから第２反射手段３０を構成し、反射部３１～３９の中心を連結した直線が三つ以上になるように形成することもできるというのは言うまでもない。

図９及び図１０は第２反射手段３０の他の配置構造を示した図である。

図９では、説明の便宜のために、第１反射手段２０は省略し、第２反射手段３０のみを示す。

図９を参照すると、第２反射手段３０は３個の反射部グループ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの集合から構成され、それぞれの反射部グループ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを構成する反射部はいずれも、光学手段１０の側面、すなわち、ｚ軸に垂直な面に向かって光学手段１０を見るとき、それぞれの反射部の中心を連結した線が互いに平行でない３本の直線を成すように配置されていることが分かる。

ここで、反射部グループ３０Ｃを構成する反射部は、第１反射手段２０からの距離にかかわらず、光学手段１０の第２面１２に対して同じ距離を有するが、反射部グループ３０Ｂを構成する反射部は、反射部グループ３０Ａを構成する反射部と同様に、第１反射手段２０からの距離が遠いほど光学手段１０の第２面１２に段々近く配置されていることが分かる。

この場合は、第１反射手段２０からの距離が遠いほど光学手段１０の第２面１２に段々近く配置される反射部から構成される反射部グループ３０Ａが複数存在する場合と見なすことができる。ただ、この場合にも、それぞれの反射部グループ３０Ａ、３０Ｂを構成する直線は互いに平行でないように配置される。

図１０の場合にも、第２反射手段３０は３個の反射部グループ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの集合から構成され、それぞれの反射部グループ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを構成する反射部はいずれも、光学手段１０の側面から見るとき、それぞれの反射部の中心を連結した線が３個の直線を成すように配置されていることが分かる。

図１０では、反射部グループ３０Ａを構成する反射部は第１反射手段２０からの距離が遠いほど光学手段１０の第２面１２に段々近く配置されており、反射部グループ３０Ｂを構成する反射部は、第１反射手段２０からの距離にかかわらず、光学手段１０の第２面１２に対して同じ距離を有するように配置されている。

また、反射部グループ３０Ｃを構成する反射部は、第１反射手段２０からの距離が遠いほど光学手段１０の第２面１２から段々遠くなるように配置されていることが分かる。

一方、前記実施例において、それぞれの反射部グループ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの反射部の中心を連結した直線は互いに連結されるように反射部が配置されることが好ましいが、必ずしも互いに連結されている必要はない。

一方、図４～図６の実施例では、画像出射部４０から出射した拡張現実画像光が光学手段１０の第１面１１で１回全反射されてから第１反射手段２０に伝達されるものとして説明したが、全反射されないかまたは２回以上全反射される構成も可能である。

また、図４～図６の実施例では、第１反射手段２０と第２反射手段３０との間の拡張現実画像光は光学手段１０の第１面１１によって１回全反射されるものとして示したが、直接伝達されるかまたは２回以上全反射されて伝達される構成も可能である。

図１１～図１６は、光学手段１０の内部での全反射構造を説明するための図である。

図１１は、光学手段１０の内面で全反射されない場合を示す図である。図示のように、画像出射部４０から出射する拡張現実画像光は全反射なしに第１反射手段２０に光学手段１０の内部を通して直接伝達され、第１反射手段２０で反射された拡張現実画像光は第２反射手段３０、すなわち、複数の反射部３１～３７に直接伝達され、それぞれの反射部３１～３７で反射されて瞳孔５０に伝達されることが分かる。

図１２は、光学手段１０の内面で２回全反射される場合を示す図である。図示のように、画像出射部４０から出射する拡張現実画像光は光学手段１０の第１面１１で全反射されて第１反射手段２０に伝達され、第１反射手段２０で反射された拡張現実画像光はさらに光学手段１０の第１面１１側に出射し、第１面１１でさらに全反射されてから第２反射手段３０に伝達され、ここでさらに反射されて瞳孔５０に伝達されることが分かる。

図１２は、図４～図６で説明した実施例と同様であり、図１１の光学手段１０を、図４～図６で説明したように、ｘ軸上で二等分した後、二等分線を第１面１１とし、これを基準に図１１の第１反射手段２０を対称移動させたものと実質的に同一であることが分かる。

図１３は、光学手段１０の内面で全反射されないさらに他の場合を示す図である。図示のように、画像出射部４０から出射する拡張現実画像光は全反射されず、第１反射手段２０に光学手段１０の内部を通して直接伝達され、第１反射手段２０で反射された拡張現実画像光は第２反射手段３０、すなわち、複数の反射部３１～３７に直接伝達された後、複数の反射部３１～３７で反射されて瞳孔５０に伝達されることが分かる。図１３の例は図１１と類似しているが、画像出射部４０の位置及び第１反射手段２０の位置に違いがある。

図１４は、光学手段１０の内面で１回全反射されるさらに他の場合を示す図である。図示のように、画像出射部４０から出射する拡張現実画像光は第１反射手段２０に直接伝達され、第１反射手段２０で反射された拡張現実画像光は光学手段１０の第１面１１側に出射し、第１面１１で全反射されてから第２反射手段３０に伝達され、ここでさらに反射されて瞳孔５０に伝達されることが分かる。

図１４は、図４～図６で説明したように、ｚ軸方向に図１３の光学手段１０を見るとき、光学手段１０をｘ軸上で二等分した後、二等分線を第１面１１とし、これを基準に図１３の第１反射手段２０を対称移動させたものと実質的に同一であることが分かる。

図１５は、光学手段１０の内面で全反射されないさらに他の例を示す図である。図示のように、画像出射部４０から出射する拡張現実画像光は全反射されず、第１反射手段２０に光学手段１０の内部を通して直接伝達され、第１反射手段２０で反射された拡張現実画像光は第２反射手段３０、すなわち、複数の反射部３１～３７に直接伝達され、ここでさらに反射されて瞳孔５０に伝達されることが分かる。図１５の例は図１１及び図１３と類似しているが、画像出射部４０の位置及びサイズと第１反射手段２０の位置及び角度に違いがある。

図１６は、光学手段１０の内面で２回全反射されるさらに他の場合を示す図である。図示のように、画像出射部４０から出射する拡張現実画像光は第１反射手段２０に直接伝達され、第１反射手段２０で反射された拡張現実画像光は光学手段１０の第２面１２側に出射し、第２面１２で全反射されてから第１面１１に伝達され、第１面１１でさらに全反射されて第２反射手段３０に伝達され、ここでさらに反射されて瞳孔５０に伝達されることが分かる。

図１６は、図４～図６で説明したように、ｚ軸方向に図１５の光学手段１０を見るとき、光学手段１０をｘ軸上で三等分した後、三等分線のうち瞳孔５０側に近い線を第１面１１とし、三等分線を基準に図１５の第１反射手段２０を２回対称移動させたものと実質的に同一であることが分かる。

図１１～図１６は、光学手段１０の内部で全反射されないかまたは少なくとも１回以上全反射される構造を例示的に示す図であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の回数の全反射によって拡張現実画像光を第１反射手段２０及び第２反射手段３０に伝達することができるその他の多様な構造が可能であるというのは言うまでもない。

図１７及び図１８は、本発明の他の実施例による拡張現実用光学装置３００の構成を示す図である。図１７は拡張現実用光学装置３００の斜視図であり、図１８は拡張現実用光学装置３００の正面図である。

図１７及び図１８の拡張現実用光学装置３００は、図４～図６を参照して説明した実施例の拡張現実用光学装置２００と基本的な構成は同一であるが、複数の反射部３１～３７から構成される第２反射手段３０１～３０５が複数から形成されたことを特徴とする。

ここで、複数の第２反射手段３０１～３０５は次のような配置構造を有する。すなわち、前述したように、光学手段１０を使用者の瞳孔５０の正面に配置したとき、瞳孔５０から正面の方向をｘ軸とし、画像出射部４０からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に平行でありながら光学手段１０の内面の間を通る線分のうちのいずれか一つをｙ軸とするとき、ｚ軸は前記ｘ軸及びｙ軸と直交しながら光学手段１０の内面の間を通る線分になる。ここで、複数の第２反射手段３０１～３０５は前記ｚ軸に平行な仮想の直線に沿って平行に互いに間隔を置いて配置される。

ここで、それぞれの第２反射手段３０１～３０５を構成する複数の反射部３１～３７のそれぞれは、隣接した第２反射手段３０１～３０５、すなわち、両側の第２反射手段３０１～３０５を構成する複数の反射部３１～３７のうちのいずれか一つとｚ軸に平行な仮想の直線に沿って整列されるように並んで配置されることができる。

したがって、複数の第２反射手段３０１～３０５をｚ軸方向に見たとき、図４と同一に見えるようになる。

図１７及び図１８の実施例によれば、図４～図６を参照して説明したような作用効果を有しながらｚ軸方向の視野角及びアイボックス（ｅｙｅ ｂｏｘ）を広げることができる利点がある。

図１９及び図２０は、本発明のさらに他の実施例による拡張現実用光学装置４００の構成を示す図である。図１９は拡張現実用光学装置４００の斜視図であり、図２０は拡張現実用光学装置４００の正面図である。

図１９及び図２０の実施例の拡張現実用光学装置４００は、図１７及び図１８で説明した実施例の拡張現実用光学装置３００と基本的に同一であるが、複数の第２反射手段３０１～３０５のそれぞれを構成する複数の反射部３１～３７のうちの少なくとも一部が、隣接した第２反射手段３０１～３０５を構成する複数の反射部３１～３７に対してｚ軸に平行な仮想の直線に沿って並んで整列されないように配置されることを特徴とする。

すなわち、図１９及び図２０に示すように、ｚ軸の右側方向から互いに隣接する一番目第２反射手段３０１の反射部３１～３７と二番目第２反射手段３０２の反射部３１～３６とをｙ軸方向の上側（画像出射部４０側）から順に比較して見ると、一番目第２反射手段３０１のそれぞれの反射部３１～３７は二番目第２反射手段３０２のすべての反射部３１～３６とｚ軸に平行な仮想の直線に沿って整列されように配置されていることが分かる。

すなわち、一番目第２反射手段３０１の反射部３１～３７と二番目第２反射手段３０２の反射部３１～３６とは、ｘ軸方向に見るとき、ｚ軸に平行な仮想の直線に沿って並んで整列されておらず、互いにずれるように配置されていることが分かる。

図２１及び図２２は、本発明のさらに他の実施例による拡張現実用光学装置５００の構成を示す図である。図２１は拡張現実用光学装置５００の斜視図であり、図２２は拡張現実用光学装置５００の正面図である。

図２１及び図２２の拡張現実用光学装置５００は図４～図６を参照して説明した実施例と基本的な構成は同一であるが、複数の反射部３１～３７のそれぞれがｚ軸に平行な仮想の直線に沿って延びたバー（ｂａｒ）状に形成されたことを特徴とする。

ここで、複数の反射部３１～３７のそれぞれは次のような配置構造を有する。すなわち、前述したように、拡張現実用光学装置５００を使用者の瞳孔５０の正面に配置したとき、瞳孔５０から正面の方向をｘ軸とし、画像出射部４０からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に平行でありながら光学手段１０の内面の間を通る線分のうちのいずれか一つをｙ軸とするとき、ｚ軸は前記ｘ軸及びｙ軸と直交しながら光学手段１０の内面の間を通る線分になる。ここで、複数の反射部３１～３７は前記ｚ軸に平行な仮想の直線に沿って延びるバー（ｂａｒ）状に形成される。

本実施例の場合にも、光学手段１０をｚ軸に垂直な平面に向かって見たとき、複数の反射部３１～３７は図４に示したものと同一に見えるようになる。

一方、図４～図２２の実施例において、第１反射手段２０は、瞳孔５０から正面の方向、すなわち、ｘ軸に垂直な面に向かって光学手段１０を見たとき、第１反射手段２０は中央部分から左右の両端部側に行くほど第２反射手段３０１～３０５に段々近くなるように延設されることで、全体的に緩やかな「Ｕ」字形のバー（ｂａｒ）状に形成されている。これは、第１反射手段２０がコリメーターとしての機能をよりうまく果たすことができるようにするためである。

第１反射手段２０のｚ軸方向への全長は、複数の第２反射手段３０１～３０５の全部のｚ軸方向への長さに相応するように形成される。

この場合にも、前述したように、第１反射手段２０の幅方向の長さは４ｍｍ以下に形成されることが好ましい。

その他にも、先に図４～図６で説明した第１反射手段２０の他の特徴も図１７～図２２の実施例にそのまま適用することができる。

図２３は、本発明のさらに他の実施例による拡張現実用光学装置６００を示す図であって、ｚ軸に垂直な平面に向かって拡張現実用光学装置６００を見た側面図である。

図２３の実施例は、図４～図６の実施例と基本的に同一であるが、画像出射部４０から出射した拡張現実画像光が光学手段１０に入射する第３面１３が屈折力（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ）を有するように曲面として形成されたことを特徴とする。

このような第３面１３は画像出射部４０側に突出した屈曲面として形成されることで、画像出射部４０から入射する拡張現実画像光に対するコリメーターとしての機能を果たすことができる。よって、コリメーターとしての機能を果たす第１反射手段２０と一緒に第３面１３を補助的なコリメーターとして使うことができるので、コリメーターとしての全体的な性能を向上させることができる。

図２３において、第３面１３は、第１面１１と第２面１２との間に形成されたものとして示したが、これに限定されるものではない。第３面１３は画像出射部４０から出射した拡張現実画像光が光学手段４０に入射する面を意味するという点に気を付けなければならない。

図２４は本発明のさらに他の実施例による拡張現実用光学装置７００を示す図であって、ｚ軸に垂直な平面に向かって拡張現実用光学装置７００を見た側面図である。

図２４の実施例は図２３の実施例と基本的に同一であるが、画像出射部４０と第３面１３との間に補助光学手段７０がさらに配置されたことを特徴とする。

図２４では、補助光学手段７０は凸レンズから形成されているが、これは例示的なものであり、その他の多様な反射手段、屈折手段または回折手段のうちの少なくとも一つ以上の組合せを使うことができる。このような補助光学手段７０を適切に活用することで、拡張現実用光学装置７００の全体的な性能を向上させることができる。

図２５～図２７は、本発明のさらに他の実施例による拡張現実用光学装置８００を説明するための図である。図２５は拡張現実用光学装置８００を瞳孔５０側から見た正面図であり、図２６は拡張現実用光学装置８００を前述したようなｚ軸に垂直な平面に向かって見た側面図であり、図２７は拡張現実用光学装置８００を前述したようなｙ軸に垂直な面に向かって見た平面図である。

図２５～図２７に示した拡張現実用光学装置８００は図１８の拡張現実用光学装置３００と基本的な構成は同一であるが、複数の第２反射手段３０１～３０５のそれぞれと光学手段１０の第２面１２との距離が全部同一ではないように配置される第２反射手段３０１～３０５が少なくとも一つ以上存在するという点に違いがある。

すなわち、前述したように、拡張現実用光学装置８００を使用者の瞳孔５０の正面に配置したとき、瞳孔５０から正面の方向をｘ軸とし、画像出射部４０からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に平行でありながら光学手段１０の内面の間を通る線分のうちのいずれか一つをｙ軸とし、前記ｘ軸及びｙ軸と直交しながら光学手段１０の内面の間を通る線分をｚ軸とするとき、それぞれの第２反射手段３０１～３０５と光学手段１０の第２面１２との距離が全部同一ではないように配置される第２反射手段３０１～３０５が少なくとも一つ以上存在するように第２反射手段３０１～３０５が配置される。

これは、言い換えれば、図２６に示すように、ｚ軸に垂直な面に向かって拡張現実用光学装置８００を見たとき、複数の第２反射手段３０１～３０５のうちの少なくとも一部は重なって見えないように配置される第２反射手段３０１～３０５が少なくとも一つ以上存在することを意味する。

図２５～図２７の実施例では、点線で示す２個の第２反射手段３０１、３０５と光学手段１０の第２面１２との距離、黒色で示す２個の第２反射手段３０２、３０４と光学手段１０の第２面１２との距離、及び白色で示す１個の第２反射手段３０３と光学手段１０の第１面１２との距離は互いに異なるように配置される。

ここで、点線で示す２個の第２反射手段３０１、３０５のそれぞれと光学手段１０の第２面１２との距離は同一であり、黒色で示す２個の第２反射手段３０２、３０４のそれぞれと光学手段１０の第２面１２との距離は同一であるものとして示したが、これは例示的なものであり、すべての第２反射手段３０１～３０５と光学手段１０の第２面１２との距離が全部異なるように配置することもできるというのは言うまでもない。

一方、前記実施例において、複数反射部３１～３７のサイズは全部同一である必要はなく、少なくとも一部のサイズは他の反射部３１～３７と異なるように構成することができる。このような場合にも、それぞれの反射部３１～３７のサイズは、前述したように、４ｍｍ以下に形成することが好ましい。

また、複数の反射部３１～３７は互いに同じ間隔を置いて配置されることが好ましいが、少なくとも一部の反射部３１～３７の間隔を他の反射部３１～３７の間隔と異なるように配置することもできる。

また、少なくとも一部の反射部３１～３７のｘ軸に対する傾斜角が他の反射部３１～３７と異なるように構成することもできる。

また、複数反射部３１～３７のうちの少なくとも一部は光を部分的に反射させるハーフミラー（ｈａｌｆ ｍｉｒｒｏｒ）のような手段から構成することもできる。

また、複数の反射部３１～３７のうちの少なくとも一部は、反射手段以外の他屈折素子から形成することもできる。

また、複数反射部３１～３７のうちの少なくとも一部は光を波長によって選択的に透過させるノッチフィルター（ｎｏｔｃｈ ｆｉｌｔｅｒ）などのような光学素子から構成することができる。

また、複数の反射部３１～３７のうちの少なくとも一部に対して、拡張現実画像光を反射させる面の反対面を、光を反射せずに吸収する素材でコーティングすることもできる。

また、複数の反射部３１～３７のうちの少なくとも一部の表面を曲面として形成することもできる。ここで、前記曲面は凹面または凸面であり得る。

また、反射部３１～３７のうちの少なくとも一部は、回折光学素子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ、ＤＯＥ）またはボログラフィック光学素子（Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ、ＨＯＥ）のような光学素子から形成することもできる。

次に、図２８～図３２を参照して前記実施例で説明した拡張現実用光学装置２００～８００の光学手段１０を製造する方法について説明する。

図２８は下部ベース基板１０Ａの斜視図であり、図２９は光学手段母材１０Ｅの側面図であり、図３０は光学手段母材１０Ｅの斜視図であり、図３１は第１基板１０Ｂ及び第２基板１０Ｃの側面図であり、図３２は光学手段母材１０Ｅを切削して光学手段１０を形成する方法を説明するための図である。

前記実施例で説明した拡張現実用光学装置２００～８００の光学手段１０は、下部ベース基板１０Ａ、第１基板１０Ｂ、第２基板１０Ｃ、及び上部ベース基板１０Ｄを積層して光学手段母材１０Ｅを形成し、光学手段母材１０Ｅを切削する工程によって製造される。

このために、まず、図２８に示すように、下部ベース基板１０Ａの表面に第１方向に沿って複数の反射部３０－１を形成する。

ここで、下部ベース基板１０Ａは略直方体形状を有するが、これに限定されるものではない。

また、図２９及び図３０に示すような複数の第１基板１０Ｂの表面に前記第１方向に平行な方向に沿って複数の反射部３０－２～３０－１１を形成し、複数第２基板１０Ｃの表面にも前記第１方向に平行な方向に沿って複数の反射部３０－１２～３０－２２を形成する。

そして、図２９及び図３０に示すように、前記下部ベース基板１０Ａの表面上に複数の第１基板１０Ｂを順次接着して積層し、積層された第１基板１０Ｂのうちの最上部の第１基板１０Ｂ上に複数の第２基板１０Ｃを順次接着して積層することで第２反射手段３０を構成する。

ここで、複数の第１基板１０Ｂのそれぞれに形成される反射部３０－２～３０－１１は、外部から第１方向に垂直な面に向かって第１基板１０Ｂを見たとき、すなわち、図２９の紙面方向に第１基板１０Ｂを見たときに見える最前方の反射部３０－１～３０－１１の中心を連結した線が直線を成すように第１基板１０Ｂのそれぞれの表面に形成される。

また、複数の第２基板１０Ｃのそれぞれに形成される反射部３０－１２～３０－２２は、外部から前記第１方向に垂直な面に向かって前記第２基板１０Ｃを見たとき、すなわち、図２９の紙面方向に第２基板１０Ｃを見たときに見える最前方の反射部３０－１２～３０－２２の中心を連結した線が直線を成すように第２基板１０Ｃのそれぞれの表面に形成される。

ここで、反射部３０－１２～３０－２２は、前記反射部３０－１～３０－１１の中心を連結した直線と前記反射部３０－１２～３０－２２の中心を連結した直線とが互いに平行でないように配置される。

このような過程によって、反射部３０－１～３０－２２から第２反射手段３０を構成する。

一方、複数の第１基板１０Ｂは互いに同じ形状を有し、複数の第２基板１０Ｃも互いに同じ形状を有する。

また、複数の第１基板１０Ｂと複数の第２基板１０Ｃとは互いに異なる形状を有する。

また、図３１の（ａ）に示すように、第１基板１０Ｂは、第１方向に垂直な面に向かって第１基板１０Ｂを見たとき、それぞれの第１基板１０Ｂの両端部Ｅ１、Ｅ２のうちのいずれか一端部Ｅ２の高さＨＢ２は他端部Ｅ１の高さＨＢ１よりも高くなるように形成されている。

また、図３１の（ｂ）に示すように、第２基板１０Ｃは、第１方向に垂直な面に向かって第２基板１０Ｃを見たとき、それぞれの第２基板１０Ｃの両端部Ｅ１、Ｅ２のうちのいずれか一端部Ｅ２の高さＨＣ２は他端部Ｅ１の高さＨＣ１よりも高くなるように形成されている。

ここで、第１基板１０Ｂと第２基板１０Ｃとは互いに異なる形状なので、ＨＢ１≠ＨＣ１であり、ＨＢ２≠ＨＣ２である。また、ＨＢ１≠ＨＣ１であり、ＨＢ２＝ＨＣ２であることもでき、ＨＢ１＝ＨＣ１であり、ＨＢ２≠ＨＣ２であることもできる。

一方、反射部３０－１～３０－２２を下部ベース基板１０Ａ、第１基板１０Ｂ及び第２基板１０Ｃに形成するのに、例えばマスク蒸着方式などを用いるかまたは接着剤による接着方式を用いることができる。これは従来技術に知られているものであり、本発明の直接的な目的ではないので、詳細な説明は省略する。

このように、第２基板１０Ｃの積層を完了すると、積層された第２基板１０Ｃのうちの最上部の第２基板上に第１反射手段２０を含む上部ベース基板１０Ｄを接着して積層することで、図２９及び図３０に示したような光学手段母材１０Ｅを形成する。

ここで、上部ベース基板１０Ｄの内部には、図２９、図３０及び図３２に示すように、第１反射手段２０が配置されている。第１反射手段２０は、前述した実施例のように、画像出射部４０の位置、第１反射手段３０の位置及び瞳孔５０の位置を考慮して、上部ベース基板１０Ｄの内部の適切な位置に配置される。

一方、下部ベース基板１０Ａ、第１基板１０Ｂ、第２基板１０Ｃ、及び上部ベース基板１０Ｄの各基板の間の接着には、例えば基板の間に接着剤を投与し、両基板を密着して固定する方式を使うことができる。これもやはり従来技術に知られているものであり、本発明の直接的な目的ではないので、詳細な説明は省略する。

また、下部ベース基板１０Ａ、第１基板１０Ｂ、第２基板１０Ｃ、及び上部ベース基板１０Ｄは互いに同じ屈折率を有するガラス材またはプラスチック材から形成されることが好ましい。

このような過程によって光学手段母材１０Ｅが形成されれば、これを切削して光学手段１０を形成する。

すなわち、図３２に示すように、第２反射手段３０を構成する複数の反射部３１～３７が配置された第１方向に垂直な面に向かって光学手段母材１０Ｅを見たとき、反射部３１～３７がその間に全部含まれるようにする互いに平行な二つの直線Ｌ１、Ｌ２に沿って第１方向に平行な方向に光学手段母材１０Ｅを切削する。

ここで、直線Ｌ１に沿って第１方向に平行な方向に切削された面は前述したような光学手段１０の第１面１１になり、直線Ｌ２に沿って第１方向に平行な方向に切削された面は前述したような光学手段１０の第２面１２になる。

このような二つの直線Ｌ１、Ｌ２に垂直な法線の方向に瞳孔５０が位置するように光学手段１０を配置すると、例えば、図４のような形態の拡張現実用光学装置２００を得ることができる。

したがって、それぞれの反射部３１～３７が瞳孔５０から正面の方向（図４で、ｘ軸方向）に対してなす傾斜角はそれぞれの基板１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの境界面によって規定することができる。

そして、二つの直線Ｌ３、Ｌ４に沿って第１方向に平行な方向にさらに光学手段母材１０Ｅを切削することで、最終的に光学手段１０を形成する。ここで、前記二つの直線Ｌ３、Ｌ４に沿って第１方向に平行な方向に切削された面は、光学手段１０を瞳孔５０の正面に配置したとき、光学手段１０の上面及び下面に相応する面になる。

このような製造方法によると、互いに同じ形状を有する複数の第１基板１０Ｂ及び互いに同じ形状を有する複数の第２基板１０Ｃを用いて光学手段１０を形成することができ、従来の製造方式に比べて製造工程が単純であるので、不良率を著しく減らすことができるという利点がある。

一方、図２８～図３２の実施例では、下部ベース基板１０Ａ、複数の第１基板１０Ｂ、及び複数の第２基板１０Ｃに反射部３０－１～３０－２２を形成した後、これらの基板１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを接着するものとして説明したが、これは例示的なものである。

例えば、下部ベース基板１０Ａに反射部３０－１を形成した後、複数の第１基板１０Ｂのそれぞれに反射部３０－２～３０－１１を形成しながら第１基板１０Ｂを順次接着して積層する方式を使うことができる。これは第２基板１０Ｃの場合にも同様である。

次に、図３３～図３５を参照して本発明の他の実施例による拡張現実用光学装置９００について説明する。

図３３～図３５は、本発明のさらに他の実施例による直線配置反射構造を有する拡張現実用光学装置９００を示す図である。図３３は拡張現実用光学装置９００を瞳孔５０の正面に配置したときの斜視図であり、図３４は拡張現実用光学装置９００を瞳孔５０の正面に配置したときの正面図であり、図３５は拡張現実用光学装置９００を瞳孔５０の正面に配置したときの側面図である。

図３３～図３５の実施例による拡張現実用光学装置９００は、前述した実施例の拡張現実用光学装置２００～８００と基本的に同一であるが、複数の反射部３１～３７の代わりに、単一の面から形成された光学素子８０を使うという点に違いがある。

図３３～図３５の実施例において、光学素子８０は、第１反射手段２０から伝達される拡張現実画像光を使用者の目の瞳孔５０に向かって伝達することによって使用者に拡張現実用画像を提供するように、光学手段１０内に埋め込まれて配置される。

図３５で、矢印は拡張現実画像光の光経路を示す図である。図示のように、画像出射部４０から出射した拡張現実画像光は光学手段１０の第１面１１で全反射されて第１反射手段２０に伝達され、第１反射手段２０で反射された拡張現実画像光は光学手段１０の第１面１１でさらに全反射されてから光学素子８０に伝達され、光学素子８０を通して瞳孔５０に伝達される。

このような光学素子８０は、先に図１７～図２０を参照して説明した拡張現実用光学装置３００、４００内で複数の第２反射手段３０１～３０５を構成する複数の反射部３１～３７が配置された仮想の平面に相応する形態を有し、回折光学素子（ＤＯＥ、Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）またはホログラフィック光学素子（ＨＯＥ、Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）から形成される。

光学素子８０は、図３３～図３５に示すように、単一の平面状に形成され、前記単一の平面状の光学素子は、ｚ軸に垂直な面に向けて光学手段１０を見たとき、互いに平行でない少なくとも二つ以上の直線が連結された形態に折り曲げられて見えるように、光学手段１０の内部に配置される。

回折光学素子（ＤＯＥ）またはホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）は実際事物画像光を透過及び反射させる性質を有するので、光学素子８０は拡張現実画像光を瞳孔５０に伝達するとともに光学素子８０を透過して実際事物画像光を瞳孔５０に伝達することができる。ただし、実際事物画像光に対する光効率はちょっと落ちることがある。

このような光学素子８０を使う場合、不連続的に一定した周期で配置される前述した実施例の第２反射手段３０よりも均一な拡張現実画像を提供することができ、光学素子８０の平面構造に沿って延びた線によって構成される二枚の基板のみを使用して製造することができるので、製造工程がずっと簡便であるという利点を有する。

図３６～図３８は、本発明のさらに他の実施例による拡張現実用光学装置１０００を説明するための図である。図３６は拡張現実用光学装置１０００を瞳孔５０の正面に配置したときの斜視図であり、図３７は拡張現実用光学装置１０００を瞳孔５０の正面に配置したときの側面図であり、図３８は拡張現実用光学装置１０００を瞳孔５０の正面から見た正面図である。

図３６～図３８の実施例の拡張現実用光学装置１０００は、図１７～図２０を参照して説明した実施例の拡張現実用光学装置３００、４００と基本的に同一であるが、複数の第２反射手段３０１～３０５のそれぞれを構成する複数の反射部３１～３７の中心が単一の直線上に位置するように光学手段１０の内部に配置されるという点に違いがある。

すなわち、図３６～図３８の実施例の拡張現実用光学装置１０００は、光学手段１０を使用者の瞳孔５０の正面に配置し、瞳孔５０から正面の方向をｘ軸とし、画像出射部４０からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に平行でありながら光学手段１０の第１面１１と第２面１２との間を通る線分のうちのいずれか一つをｙ軸とし、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸とするとき、それぞれの第２反射手段３０１～３０５を構成するすべての複数の反射部３１～３７は、外部から前記ｚ軸に垂直な面に向かって光学手段１０を見たとき、その中心が単一の直線上に位置するように、光学手段１０の内部に配置される。

図３６～図３８では、第２反射手段３０１～３０５が複数形成されたものとして示したが、第２反射手段は、図４～図６に示すように、一つのみ形成されることもできるというのは言うまでもない。

図３７でも、矢印は拡張現実画像光の光経路を示すものであり、図３５で説明したものと同様に、画像出射部４０から出射した拡張現実画像光は光学手段１０の第１面１１で全反射されて第１反射手段２０に伝達され、第１反射手段２０で反射された拡張現実画像光は光学手段１０の第１面１１でさらに全反射されてから第２反射手段３０に伝達され、第２反射手段３０で反射されて瞳孔５０に伝達されることが分かる。

図３９及び図４０は、本発明のさらに他の実施例による拡張現実用光学装置１１００を示す図である。図３９は拡張現実用光学装置１１００を瞳孔５０の正面に配置したときの斜視図であり、図４０は拡張現実用光学装置１１００を瞳孔５０の正面に配置したときの側面図である。

図３９及び図４０の実施例の拡張現実用光学装置１１００は、図３３～図３５を参照して説明した拡張現実用光学装置９００と基本的に同一であるが、光学素子８０は、ｚ軸に垂直な面に向かって光学手段１０を見たとき、単一の直線形態として見えるように光学手段１０の内部に配置される単一の平面形態に形成されるという点に違いがある。

すなわち、図３９及び図４０に示すように、光学手段１０を使用者の瞳孔５０の正面に配置し、瞳孔５０から正面の方向をｘ軸とし、画像出射部４０からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に平行でありながら光学手段１０の第１面１１と第２面１２との間を通る線分のうちのいずれか一つをｙ軸とし、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸とするとき、光学素子８０は、前記ｚ軸に垂直な面に向かって前記光学手段１０を見たとき、単一の直線形態として見えるように光学手段１０の内部に配置される単一の平面形態に形成される。

図４０でも、矢印は拡張現実画像光の光経路を示すものであり、前述したものと同様に、画像出射部４０から出射した拡張現実画像光は光学手段１０の第１面１１で全反射されて第１反射手段２０に伝達され、第１反射手段２０で反射された拡張現実画像光は光学手段１０の第１面１１でさらに全反射されてから光学素子８０に伝達され、光学素子８０を通して瞳孔５０に伝達されることが分かる。

その他の構成は図３３～図３５で説明したものと同様であるので、その詳細説明は省略する。

以上で、本発明の好適な実施例を参照して本発明の構成を説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多様な修正及び変形実施が可能であるというのは言うまでもない。

例えば、近視または遠視を有する屈折異常の使用者のために、凹レンズまたは凸レンズを光学手段１０の第２面１２に付着する方法を使うことができる。ここで、付着される凹レンズまたは凸レンズは光学手段１０と一体に形成するかまたは別途のモジュールとして構成して着脱式で結合できるように構成することができる。

Claims (30)

1. 直線配置光学構造を有するコンパクト型拡張現実用光学装置であって、
   実際事物画像光の少なくとも一部を使用者の目の瞳孔に向けて透過させる光学手段と、
   前記光学手段の内部に埋め込まれて配置され、画像出射部から出射する拡張現実用画像に相応する画像光である拡張現実画像光を第２反射手段に伝達する第１反射手段と、
   前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光を使用者の目の瞳孔に向かって反射させて伝達するように前記光学手段の内部に埋め込まれて配置される複数の反射部を含む第２反射手段と、
   を含み、
   前記光学手段は、実際事物画像光が入射する第１面及び前記第２反射手段を通して伝達される拡張現実画像光及び実際事物画像光が使用者の目の瞳孔に向かって出射する第２面を有し、
   前記第２反射手段は、前記光学手段の内部に埋め込まれて配置されるサイズ４ｍｍ以下の複数の反射部を含み、
   前記光学手段を使用者の瞳孔の正面に配置し、瞳孔から正面の方向をｘ軸とするとき、前記画像出射部は、前記ｘ軸と直交する直線上に位置するように光学手段の外部または内部に配置され、
   前記画像出射部からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に沿って平行でありながら光学手段の第１面と第２面との間を通る線分のうちのいずれか一つをｙ軸とし、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸とするとき、
   前記複数の反射部のうちの少なくとも二つ以上の反射部は、外部から前記ｚ軸に垂直な面に向かって前記光学手段を見たとき、その中心が第１直線上に位置するように前記光学手段の内部に配置される第１反射部グループを形成し、
   前記複数の反射部のうち、前記第１反射部グループを形成する反射部を除いた残りの反射部のうちの少なくとも二つ以上の反射部は、外部から前記ｚ軸に垂直な面に向かって前記光学手段を見たとき、その中心が前記第１直線に平行でない第２直線上に位置するように前記光学手段の内部に配置される第２反射部グループを形成し、
   前記第１反射部グループを形成する反射部は、第１反射手段からの距離が大きいほど前記光学手段の第２面に段々近く位置するように前記光学手段の内部に配置され、
   前記第１反射部グループは前記第２反射部グループよりも前記第１反射手段に近く位置するように配置されることを特徴とするコンパクト型拡張現実用光学装置。
2. 前記第２反射部グループを構成する反射部は、前記第１反射手段からの距離に関係なく前記光学手段の第２面に対して同じ距離を有することを特徴とする、請求項１に記載のコンパクト型拡張現実用光学装置。
3. 前記第２反射部グループを形成する反射部は、前記第１反射手段からの距離が大きいほど前記光学手段の第２面に段々多く配置されることを特徴とする、請求項１に記載のコンパクト型拡張現実用光学装置。
4. 前記第１直線及び第２直線は前記ｚ軸に垂直ないずれか一平面に含まれることを特徴とする、請求項１に記載のコンパクト型拡張現実用光学装置。
5. 前記画像出射部から出射する拡張現実画像光は、前記光学手段の内部を通して前記第１反射手段に直接伝達されるか、または前記光学手段の内面で少なくとも１回以上全反射された後、前記第１反射手段に伝達されることを特徴とする、請求項１に記載のコンパクト型拡張現実用光学装置。
6. 前記第１反射手段は、拡張現実画像光を直接第２反射手段に伝達するか、または前記光学手段の内面で少なくとも１回以上全反射させた後、第２反射手段に伝達することを特徴とする、請求項１に記載のコンパクト型拡張現実用光学装置。
7. 前記拡張現実画像光を反射させる第１反射手段の反射面は、実際事物画像光が入射する光学手段の第１面に向かうように配置されることを特徴とする、請求項１に記載のコンパクト型拡張現実用光学装置。
8. 前記第１反射手段の反射面は、前記光学手段の第１面側に凹んでいるように形成された曲面として形成されることを特徴とする、請求項１に記載のコンパクト型拡張現実用光学装置。
9. 前記第１反射手段は、瞳孔から正面の方向に向かって光学手段を見たとき、中央部分から左右の両端部側に行くほど第２反射手段に段々近くなるように延設されることを特徴とする、請求項８に記載のコンパクト型拡張現実用光学装置。
10. 前記第１反射手段の幅方向の長さは４ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載のコンパクト型拡張現実用光学装置。
11. 前記第２反射手段は複数から構成され、前記複数の第２反射手段は前記ｚ軸方向に沿って平行に間隔を置いて配置されることを特徴とする、請求項１に記載のコンパクト型拡張現実用光学装置。
12. 前記各第２反射手段は、それぞれの第２反射手段を構成するそれぞれの反射部が、隣接した第２反射手段を構成する反射部のうちのいずれか一つとｚ軸に平行な仮想の直線に沿って整列されるように配置されることを特徴とする、請求項１１に記載のコンパクト型拡張現実用光学装置。
13. 前記各第２反射手段は、それぞれの第２反射手段を構成するそれぞれの反射部が、隣接した第２反射手段を構成するすべての反射部とｚ軸に平行な仮想の直線に沿って整列されないように配置されることを特徴とする、請求項１１に記載のコンパクト型拡張現実用光学装置。
14. 前記複数の反射部は、前記ｚ軸に平行な仮想の直線に沿って延びたバー（ｂａｒ）状に形成されることを特徴とする、請求項１に記載のコンパクト型拡張現実用光学装置。
15. それぞれの第２反射手段と前記光学手段の第２面との距離が全部同一ではないように配置される第２反射手段が少なくとも一つ以上存在することを特徴とする、請求項１１に記載のコンパクト型拡張現実用光学装置。
16. 前記第１反射手段は、ｘ軸に垂直な面に向かって光学手段を見たとき、中央部分から左右の両端部側に行くほど第２反射手段に段々近くなるように延設されることを特徴とする、請求項１に記載のコンパクト型拡張現実用光学装置。
17. 前記画像出射部から出射した拡張現実画像光が光学手段に入射する第３面が屈折力を有するように曲面として形成されることを特徴とする、請求項１に記載のコンパクト型拡張現実用光学装置。
18. 前記画像出射部と前記第３面との間に補助光学手段が配置されることを特徴とする、請求項１７に記載のコンパクト型拡張現実用光学装置。
19. 前記複数の反射部のうちの少なくとも一部はハーフミラーまたは屈折素子から形成されることを特徴とする、請求項１に記載のコンパクト型拡張現実用光学装置。
20. 前記複数の反射部のうちの少なくとも一部は、拡張現実画像光を反射させる面の反対面に光を反射せずに吸収する材質でコートされていることを特徴とする、請求項１に記載のコンパクト型拡張現実用光学装置。
21. 前記複数の反射部のうちの少なくとも一部の表面は曲面として形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のコンパクト型拡張現実用光学装置。
22. 前記複数の反射部のうちの少なくとも一部は、回折光学素子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ、ＤＯＥ）またはホログラフィック光学素子（Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ、ＨＯＥ）から形成されることを特徴とする、請求項１に記載のコンパクト型拡張現実用光学装置。
23. 請求項１～２２のいずれか一項に記載の光学手段を製造する方法であって、
    下部ベース基板の表面に第１方向に沿って反射部を形成する第１段階と、
    複数の第１基板のそれぞれの表面に前記第１方向に平行な方向に沿って反射部を形成し、前記複数の第２基板のそれぞれの表面に前記第１方向に平行な方向に沿って反射部を形成する第２段階と、
    前記下部ベース基板の表面上に複数の第１基板を順次接着して積層する第３段階と、
    前記第３段階の後、最上部の第１基板上に複数の第２基板を順次接着して積層することで第２反射手段を構成する第４段階と、
    前記最上部の第２基板上に第１反射手段を含む上部ベース基板を接着して積層することで光学手段母材を形成する第５段階と、
    前記光学手段母材を加工して光学手段を形成する第６段階と、
    を含み、
    前記第２段階は、外部から前記第１方向に垂直な面に向かって前記第１基板及び第２基板を見たとき、前記第１基板のそれぞれの表面に形成された反射部の中心を連結した線が直線を成し、前記第２基板のそれぞれの表面に形成された反射部の中心を連結した線が直線を成すように、前記第１基板及び第２基板のそれぞれの表面に反射部を形成し、
    前記第１基板に形成された反射部の中心を連結した直線と前記第２基板に形成された反射部の中心を連結した直線とは互いに平行でなく、
    前記第６段階は、前記第１方向に垂直な面に向かって前記光学手段母材を見たとき、前記反射部がその間に全部含まれるようにする互いに平行な２本の直線に沿って前記第１方向に平行な方向に前記光学手段母材を切削して光学手段を形成することを特徴とする、光学手段製造方法。
24. 請求項１～２２のいずれか一項に記載の光学手段を製造する方法であって、
    下部ベース基板の表面に第１方向に沿って反射部を形成する第１段階と、
    前記下部ベース基板の表面上に複数の第１基板を順次接着して積層するにあたり、複数の第１基板のそれぞれの表面に前記第１方向に平行な方向に沿って反射部を形成する第２段階と、
    前記第２段階の後、最上部の第１基板上に複数の第２基板を順次接着して積層するにあたり、複数の第２基板のそれぞれの表面に前記第１方向に平行な方向に沿って反射部を形成して第２反射手段を構成する第３段階と、
    前記最上部の第２基板上に第１反射手段を含む上部ベース基板を接着して積層して光学手段母材を形成する第４段階と、
    前記光学手段母材を加工して光学手段を形成する第５段階と、
    を含み、
    前記第２段階は、外部から前記第１方向に垂直な面に向かって前記第１基板を見たとき、前記第１基板のそれぞれの表面に形成された反射部の中心を連結した線が直線を成すように前記第１基板のそれぞれの表面に反射部を形成し、
    前記第３段階は、外部から前記第１方向に垂直な面に向かって前記第２基板を見たとき、前記第２基板のそれぞれの表面に形成された反射部の中心を連結した線が直線を成すように前記第２基板のそれぞれの表面に反射部を形成し、
    前記第１基板に形成された反射部の中心を連結した直線と前記第２基板に形成された反射部の中心を連結した直線とは互いに平行でなく、
    前記第５段階は、前記第１方向に垂直な面に向かって前記光学手段母材を見たとき、前記反射部がその間に全部含まれるようにする互いに平行な二つの直線に沿って前記第１方向に平行な方向に前記光学手段母材を切削することを特徴とする、光学手段製造方法。
25. 前記複数の第１基板は互いに同じ形状を有し、前記複数の第２基板は互いに同じ形状を有し、前記複数の第１基板と前記複数の第２基板とは互いに異なる形状を有することを特徴とする、請求項２３または２４に記載の光学手段製造方法。
26. 前記第１方向に垂直な面に向かって前記光学手段母材を見たとき、前記複数の第１基板の両端部及び前記複数の第２基板の両端部のうちのいずれか一端部の高さは他端部の高さより高いことを特徴とする、請求項２５に記載の光学手段製造方法。
27. 直線配置光学構造を有する拡張現実用光学装置であって、
    実際事物画像光の少なくとも一部を使用者の目の瞳孔に向けて透過させる光学手段と、
    前記光学手段の内部に埋め込まれて配置され、画像出射部から出射する拡張現実用画像に相応する画像光である拡張現実画像光を光学素子に伝達する第１反射手段と、
    前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光を使用者の目の瞳孔に向かって反射させて伝達するように前記光学手段の内部に埋め込まれて配置される光学素子と、
    を含み、
    前記光学手段は、実際事物画像光が入射する第１面、及び前記光学素子を通して伝達される拡張現実画像光及び実際事物画像光が使用者の目の瞳孔に向かって出射する第２面を有し、
    前記光学素子は、回折光学素子またはホログラフィック光学素子であり、
    前記光学手段を使用者の瞳孔の正面に配置し、瞳孔から正面の方向をｘ軸とするとき、前記画像出射部は前記ｘ軸と直交する直線上に位置するように光学手段の外部または内部に配置され、
    前記画像出射部からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に沿って平行でありながら光学手段の第１面と第２面との間を通る線分のうちのいずれか一つをｙ軸とし、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸とするとき、
    前記光学素子は、単一の平面状に形成され、前記ｚ軸に垂直な面に向かって前記光学手段を見たとき、互いに平行でない少なくとも二つ以上の直線が連結された形態に折り曲げられて見えるように前記光学手段の内部に配置されることを特徴とする、コンパクト型拡張現実用光学装置。
28. 直線配置光学構造を有するコンパクト型拡張現実用光学装置であって、
    実際事物画像光の少なくとも一部を使用者の目の瞳孔に向けて透過させる光学手段と、
    前記光学手段の内部に埋め込まれて配置され、画像出射部から出射する拡張現実用画像に相応する画像光である拡張現実画像光を第２反射手段に伝達する第１反射手段と、
    前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光を使用者の目の瞳孔に向かって反射させて伝達するように前記光学手段の内部に埋め込まれて配置される複数の反射部を含む第２反射手段と、
    を含み、
    前記光学手段は、実際事物画像光が入射する第１面及び前記第２反射手段を通して伝達される拡張現実画像光及び実際事物画像光が使用者の目の瞳孔に向かって出射する第２面を有し、
    前記第２反射手段は、前記光学手段の内部に埋め込まれて配置されるサイズ４ｍｍ以下の複数の反射部を含み、
    前記光学手段を使用者の瞳孔の正面に配置し、瞳孔から正面の方向をｘ軸とするとき、前記画像出射部は、前記ｘ軸と直交する直線上に位置するように光学手段の外部または内部に配置され、
    前記画像出射部からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に沿って平行でありながら光学手段の第１面と第２面との間を通る線分のうちのいずれか一つをｙ軸とし、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸とするとき、
    前記複数の反射部は、外部から前記ｚ軸に垂直な面に向かって前記光学手段を見たとき、その中心が単一の直線上に位置するように前記光学手段の内部に配置されることを特徴とする、コンパクト型拡張現実用光学装置。
29. 前記第２反射手段は複数から構成され、前記複数の第２反射手段は前記ｚ軸方向に沿って平行に間隔を置いて配置されることを特徴とする、請求項２８に記載のコンパクト型拡張現実用光学装置。
30. 直線配置光学構造を有するコンパクト型拡張現実用光学装置であって、
    実際事物画像光の少なくとも一部を使用者の目の瞳孔に向けて透過させる光学手段と、
    前記光学手段の内部に埋め込まれて配置され、画像出射部から出射する拡張現実用画像に相応する画像光である拡張現実画像光を光学素子に伝達する第１反射手段と、
    前記第１反射手段から伝達される拡張現実画像光を使用者の目の瞳孔に向かって反射させて伝達するように前記光学手段の内部に埋め込まれて配置される光学素子と、
    を含み、
    前記光学手段は、実際事物画像光が入射する第１面及び前記光学素子を通して伝達される拡張現実画像光及び実際事物画像光が使用者の目の瞳孔に向かって出射する第２面を有し、
    前記光学素子は回折光学素子またはボログラフィック光学素子であり、
    前記光学手段を使用者の瞳孔正面に配置し、瞳孔から正面の方向をｘ軸とするとき、前記画像出射部は前記ｘ軸と直交する直線上に位置するように光学手段の外部または内部に配置され、
    前記画像出射部からｘ軸への垂直線のうちｘ軸に平行でありながら光学手段の第１面と第２面との間を通る線分のうちのいずれか一つをｙ軸とし、前記ｘ軸及びｙ軸と直交する線分をｚ軸とするとき、
    前記光学素子は単一の平面形態に形成され、前記ｚ軸に垂直な面に向かって前記光学手段を見たとき、単一の直線形態として見えるように前記光学手段の内部に配置されることを特徴とする、コンパクト型拡張現実用光学装置。

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