JP7127049B2 - ヘッドマウントディスプレイ用光学機器及びそれを拡張現実用に内蔵するヘッドマウント機器 - Google Patents

Description

本発明は、光伝導素子と、光学レンズを形成するように設計されてもよい少なくとも１つの基板と、を含む、特にヘッドマウントディスプレイ内で使用可能な光学機器と、ヘッドマウント機器の装用者のために拡張現実の情報表示を提供するように構成された、かかる光学機器を含むヘッドマウント機器に関する。本発明は特に、導光光学素子を有していてもよい光伝導素子を内蔵する光学機器に関するが、光波を誘導できる何れの光伝導素子が使用されてもよい。

ヘッドマウント機器は、装用者の頭部に装着される電気光学機器である。通常、ヘッドマウント機器は、異なるステージ間での切り替えを行うか、又は装用者に対して情報を表示するように電子的に制御され、電子的に制御される光学レンズを有するフレームを含む。基本的に、ヘッドマウント機器はシーアラウンド又はシースルー機構を含んでいてもよく、没入型パターン（すなわち、外部の視野を遮断する）又は非没入型パターン（すなわち、装用者が自分の環境と相互作用できる）で使用されてもよい。特に、シースルー型のヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）は、情報、例えばコンピュータ生成情報（例えば、テキスト及び／又は画像）を実世界の視野の上に重ねることができる。このようなシースルーＨＭＤは、特に拡張現実を装用者に提供するために使用される。

ＨＭＤは通常、２つの基板を含んでいてもよい光学機器と、光源、コリメートモジュール、及び光伝導素子、例えば導光光学素子（ＬＯＥ：ｌｉｇｈｔ－ｇｕｉｄｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）を連続して有する表示ユニットと、を含んでいてもよい。一般に知られているように、ＬＯＥは、発せられた光波を、その外側主要面からの全内部反射により捕捉して、光を装用者の目に向かって射出させるように構成される。基板は典型的には、それを取り付けることによってＬＯＥの内部の光波の全反射、又はＬＯＥへの、及びそこからの光波の結合を劣化させないようにＬＯＥの主要面に取り付けられる。

国際公開第２０１６／０７５６８９ Ａ１号パンフレットは、この取り付けのために、ナノ構造のエアギャップフィルム、例えばモスアイフィルムを使用することを教示しており、これは対応する基板に接着され、ＬＯＥの主要面に接着剤で取り付けられた先細のナノ突起を作り、それによって各基板とＬＯＥとの間に挟まれたエアギャップフィルムはこの主要面との界面において屈折率を急激に変化させ、それがＬＯＥ内の光波の全内部反射の保存を可能にする。

この文献で開示されている各基板とＬＯＥとの間のこれらの介在手段の主な欠点は、各エアギャップフィルムがＬＯＥの対応する主要面の全面積を覆わなければならないことと、このフィルムが十分な防水及び防塵性を有していないかもしれないことにある。

変形型として、ＬＯＥを接着剤又は成型手段により取り囲むことも知られており、これは水や埃の侵入を十分に防止できないというこの欠点を修復する。しかしながら、このようにＬＯＥを取り囲むことの主な欠点は、ＬＯＥ内部の光波の全内部反射を保存するために必要な、ＬＯＥ主要面の追加の絶縁処理にある。

国際公開第２０１７／００１４０２号 国際公開第２０１７／００１４０３号 米国特許第９２１３１７８号明細書 米国特許出願公開第２０１４／０１６８２６０号明細書

本発明の１つの目的は、上記の欠点を修復する、特にヘッドマウントディスプレイで使用可能な光学機器を提供することであり、この光学機器は、
－ 第一の屈折率を有する光伝導素子であって、光源と２つの第一及び第二の反対側の主要面に連結された入射ゾーンを有し、前記光源から受け取った光を入射させて、前記主要面間の全内部反射によりこれを伝導し、伝導された光を前記光伝導素子から部分的に射出させるように構成された光伝導素子と、
－ 前記光伝導素子の前記第一の主要面に面する内面を含む少なくとも１つの基板と、
－ 前記第一の主要面及び前記内面と接触し、それらの間に、前記第一の屈折率より低いギャップ屈折率を有し、前記光伝導素子を光学的に絶縁するギャップを画定する介在手段と、
を含む。

この目的のために、前記介在手段は、周辺長さを有し、前記周辺長さに沿って、前記内面の周辺領域と前記第一の主要面の、前記周辺領域に面するゾーンと密着接触して延びる周辺シール機構を含み－有利な点として含み－、前記シール機構の、前記周辺長さに沿った少なくとも１部分では、前記周辺長さの残りの部分と比較して、局所的に前記第一の主要面との光結合の減少を示し、前記光伝導素子内部の前記少なくとも１部分において前記内部反射が保存されるように構成される。

本発明のこれらの介在手段は、有利な点として周辺のみにあり、光伝導素子の対向面と基板の全面積を連続的に覆う国際公開第２０１６／０７５６８９ Ａ１号パンフレットの、取り付けられたエアギャップフィルムとは異なっており、このエアギャップフィルムは各基板と光伝導素子との間の空間のほとんどを満たすことに留意されたい。

また、前記周辺シール機構の内部の自由空間により画定される本発明の前記ギャップは、光伝導素子内の光波の全内部反射を可能にする絶縁機能を有することもわかるであろう。

さらに、この周辺シール機構は使用中に前記少なくとも１つの基板と光伝導素子との間に水や埃が入り込むことに対する有効なシールバリアを形成し、それが機器全体の全体の透明性と組み合わされて、環境から生じるあらゆる劣化から射出光の品質を保護することができることに留意されたい。このように得られたシールは、有利な点として、その主要面の多層絶縁処理を必要とする上述のような光伝導素子を取り囲む既知の方法により得られるものとは異なっており、それは、本発明のシールはこの絶縁処理を行わなくてよいからである。

以下に説明するように、前記介在手段のみを形成してもよいこの周辺シール機構は、その、又は各基板と光伝導素子との間にこのシールを提供するだけでなく、前記又は各基板を、処方データに基づいて視力矯正用に設計された表面を有する眼科レンズを形成するように設計することにより、光学機器のための処方も提供できることもわかるであろう。

有利な点として、前記ギャップは好ましくは空気により満たされ、その厚さは前記光源の発光波長より大きいか、それと等しく、少なくとも７００ｎｍ、好ましくは少なくとも１μｍである。

前述のように、このようなエアギャップは、光伝導素子に関して、その中の全反射を保存し、最終的に、透過によって情報光又は画像の出力を得られるようにすることにより、アイソレータとして機能する。

このエアギャップにより、前述の既知の多層アイソレータと比較して、この透過を改善し、光学機器の視覚的な審美性も向上させながら前記処方を提供することが可能となることに留意されたい。

本発明の他の特徴によれば、前記周辺シール機構は、閉又は開ループの形態で前記周辺長さにわたって延びてもよい少なくとも１つの弾性又は可塑性周辺シールを含んでいてもよく、また、前記少なくとも１部分で前記光結合の減少を示すように構成され、前記少なくとも１つの周辺シール及び前記第一の主要面と接触する、光絶縁手段をさらに内蔵してもよい。

これもまた有利な点として、前記少なくとも１部分は前記周辺シール装置の近接区間を含み得、これは前記光伝導素子の、前記光源に隣接する前記入射ゾーンに面する。

そのフレームに埋め込まれ、前記光源を形成する光源（例えば、ＰＯＤとして知られるマイクロディスプレイプロジェクタ）に連結された光伝導素子の入射ゾーンは、ＨＭＤの場合に射出光の品質と、その結果として得られる画像にとって重要であることと、この入射ゾーンに直に隣接し、それに面するこの近接区間は、有利な点として、前記光絶縁手段を内蔵し、それによって、この入射ゾーンにおける前記シールの不利な影響による、結果として得られる射出光の劣化は一切観察されないことに留意されたい。

本発明の他の特徴によれば、前記少なくとも１つの周辺シールは、水や埃が前記ギャップの中に侵入するのを防止するようになされ、
－ 好ましくは正方形又は円形である多角形又は長円形断面を有するゴム製シールと、
－ 任意選択によりマイクロビーズを含み、好ましくは、例えば感圧層であり、例えばトリアセチルセルロースである内層の両側に提供される２つの外層を含む多層熱可塑性接着シール
から選択されてよい。

本発明のまた別の特徴によれば、前記光絶縁手段は、
（ｉ）前記フィルムと前記第一の主要面との間の界面において屈折率の急激な変化を画定することのできるナノ突起を有するナノ構造フィルム、
（ｉｉ）結合された光を前記第一の主要面で反射させることができ、前記第一の主要面との接触領域を示す単層又は多層ミラーフィルム、
（ｉｉｉ）前記第一の主要面と接触せず、前記光源及び前記少なくとも１つの基板の周辺縁と接触して取り付けられたシール部材であって、前記光源は前記光伝導素子にその接続ゾーン上で接続されており、前記周辺シールに局所的に置き換わり、前記開ループにより画定される開口部においてそれに接続されるシール部材、及び／又は
（ｉｖ）前記第一の主要面と前記内面との間で圧縮され、前記第一の主要面との接触領域を示す柔軟なガスケット
から選択されてよく、
前記接触領域は、（ｉｉ）及び（ｉｖ）の場合において、その周辺方向においては、前記少なくとも１部分の長さと、前記長さに垂直な横方向においては、前記第一の主要面と接触する前記少なくとも１部分の幅により画定される。

有利な点として、前記第一の周辺シール機構は、前記少なくとも１つの基板の前記内面及び前記光伝導素子の前記第一の面と非接着接触していてもよく、前記光絶縁手段は前記少なくとも１つの周辺シールと接着又は非接着接触していてもよい。

上記（ｉ）の場合に関する本発明の第一の実施形態によれば、前記光絶縁手段は前記ナノ構造フィルムを含み、これは、各々が例えば実質的に円錐状にその底部から端へと先細である前記ナノ突起により画定され、それが示す実際の屈折率は前記底部から前記端へと連続的に減少するようなモスアイフィルムであり、前記ナノ構造フィルムは、前記少なくとも１つの周辺シールに接着剤で結合され、好ましくは、前記第一の主要面と、前記先細のナノ突起の前記端により接触する。

上記（ｉｉ）の場合に関する本発明の第二の実施形態によれば、前記光絶縁手段は前記単層又は多層ミラーフィルムを含み、これは、前記第一の主要面の上に、例えばアルミニウム層の、又は反射インクの物理蒸着により堆積され、好ましくは２００μｍ未満の、前記第一の主要面と接触する前記幅を有する。

上記（ｉｉｉ）の場合に関する本発明の第三の実施形態によれば、前記シール部材は例えば、
－ 前記周辺縁と接触するシール本体及び、前記シール本体を延ばし、前記光源と接触するシールリップ又は、
－ 前記光源を取り囲み、それぞれ前記周辺縁及び前記光源と接触する２つの局所シールが設けられた２つの突出する対向面を画定する接続ゾーンの領域に結合された接続素子
を含んでいてもよい。

上記（ｉｖ）の場合に関する本発明の第四の実施形態によれば、前記光絶縁手段は前記圧縮された柔軟なガスケットを含み、これは、２００μｍ未満であり、好ましくは３０μｍ～２００μｍの間である、前記第一の主要面と接触する前記幅を有する。

本発明の他の特徴によれば、光学機器は、第一及び第二の前記基板の少なくとも１つのペアを含み得、これらはそれぞれ、前記光伝導素子の前記第一及び第二の主要面に面する第一及び第二の前記内面を有し、前記光学機器は、
－ 前記第一の内面の第一の前記周辺領域と前記第一の周辺領域に面する前記第一の主要面の第一の前記ゾーンとの間の、好ましくはそれらと非接着接触する第一の前記周辺シール機構、及び／又は
－ 前記第二の内面の第二の前記周辺領域と前記第二の周辺領域に面する前記第二の主要面の第二の前記ゾーンとの間の、好ましくはそれらと非接着接触する第二の前記周辺シール機構
を含む。

有利な点として、前記第一及び第二の基板の前記少なくとも１つのペアはそれぞれ、
－ 好ましくは、平面である前記第一の内面と、凸状の第一の反対の外面を有する前側眼科レンズと、
－ 装用者の眼に近い、好ましくは、平面である前記第二の内面と第二の反対の外面を有する後側眼科レンズ
を形成するように設計されてもよく、
前記第一及び第二の基板の前記少なくとも１つのペアは、前記レンズにより提供される光学的補正を介して、前記光学機器に、光学屈折力、乱視度数、及び／又は加入度を含む所定の処方データを付与するように適合される。

本発明の他の態様によれば、前記光伝導素子は、好ましくは導光光学素子（ＬＯＥ）であり、
－ 前記ヘッドマウントディスプレイによる拡張現実の情報表示を提供し、前記光伝導素子が伝導された光を前記少なくとも１つの基板を通じて装用者の眼に向かって部分的に射出させ、
－ 照明又は測定を提供する
ように構成されてもよい。

したがって、本発明の機器において使用可能な前記光伝導素子はＬＯＥ以外、例えばＭａｇｉｃ Ｌｅａｐ社により設計されるシステム（これは、情報を含む画像を表示できるＨＭＤである）で使用されるもの、又はイメージング以外の用途のために設計される導波路等であってもよい。

本発明によるヘッドマウント機器は、装用者のために拡張現実の情報表示を提供するように構成され、このヘッドマウント機器は、それが上で定義したような光学機器を含むことを特徴とし、ヘッドマウント機器は好ましくは、そのフレームに埋め込まれ、前記光伝導素子が連結される前記光源を形成するマイクロディスプレイプロジェクタ（ＰＯＤ）を含む。

有利な点として、ヘッドマウント機器は、装用者の眼科データに、及びより好ましくは、光学屈折力、乱視度数、及び／又は加入度を含む装用者の処方データに合わせて、前記光伝導素子の両側に配置され、第一の前記周辺シール機構により、及び第二の前記周辺シール機構によりそれから分離され、好ましくは非接着接触する、光学的補正を行う眼科レンズを形成する２つの第一及び第二の前記基板の少なくとも１つのペアによって適合されてもよい。

非接着接触により、特定のＬＯＥを内蔵する情報ＨＭＤ、例えば矯正レンズの周辺において全内部反射の少なくとも１つのゾーンを有する情報シースルー型グラスに可変的な処方を提供でき、それは本発明の介在手段の周辺シール機構がこの場合、異なる処方のレンズを形成する他の基板を含む他の機器に組み込まれる光学機器から容易に取り外せるからであることに留意されたい。

具体的には、そこに何れの接着剤も使用しないことは、ＨＭＤを装用者の、又は装用者群の視力に合わせて、その人物がそれを通じて実世界を見るように、適当な矯正用眼科レンズ（又は、光減衰、色認識等のその他の視覚的にニーズへの対応）によってカスタム化するという現在のニーズを満たす。

すでに知られているように、装用者の処方とは、装用者の視覚的異常を矯正するために、例えばその人物の眼の前に置かれたレンズによって眼科医が特定する、光学屈折力、乱視度数、及び／又は加入度の光学特性の集合である。例えば、累進屈折力レンズのための処方は、光学屈折力の、及び遠見点における乱視度数の、及び適当である場合は加入度の値を含む。

本発明を説明するために、以下のような定義を下に提供する。

「ヘッドマウント表示機器」（ＨＭＤ）は、既知のように、装用者の頭部に、又はその周辺に装着されることになり、ヘルメット装着ディスプレイ、光学的ヘッドマウントディスプレイ、頭部装着ディスプレイ、及びその他を含む。これらは、装用者が視覚化するための画像を表示する光学手段を含む。ＨＭＤは、コンピュータ生成画像と「現実の」視野を重ね合わせた可視化を提供してもよい。ＨＭＤは、単眼型（片方の眼）又は両眼型（両方の眼）であってもよい。本発明のＨＭＤは、眼鏡、スキー用又は運転用マスク等のマスク、ゴーグル等を含む様々な形態を取ることができる。ＨＭＤは、１つ又は複数のレンズを含んでいてもよい。前記レンズは、処方レンズ等の眼科レンズから選択できる。好ましい実施形態において、ＨＭＤはレンズを備える眼鏡である。

「コンピュータ生成画像」は、既知のように、２Ｄ又は３Ｄ回折像、２Ｄ又は３Ｄコンピュータ生成ホログラフィ像、何れかの振幅像等を含む。コンピュータ生成画像は、仮想画像として使用されてよい。幾つかの実施形態において、画像（データ）は、光学収差、例えばディスプレイの固定の収差（固有の収差又は、回折ミラーの正面でのその向き又は位置に関連する）、及びディスプレイのこの向き又は位置で使用される回折ミラーの収差を少なくとも部分的に修正するために計算できる。

「画像源」（ＩＳ：ｉｍａｇｅ ｓｏｕｒｃｅ）とは、既知のように、装用者が可視化するための画像を表示するのに適した（配置された、構成された）光ビームを発することのできるあらゆる光源である。可視化は、画像源から発せられた照明ビームがシースルーミラーへと反射された後に起こる。ホログラフィ像の表示に関して、光ビームはホログラムのための参照ビームを含む。画像は画像データ（例えば、コンピュータ生成画像データ）から表示できる。ＩＳは多層構造を有していてもよく、装用者のこめかみの付近に、例えば、眼鏡のテンプル部品等、ＨＭＤのテンプル部品上に位置付けられてもよいという点で、「オフアクシス」であるかもしれない。ＩＳは、バーチャル画像（コンピュータ生成画像）の表示のために構成されたあらゆる画像源であってよい。それは、スクリーン（例えば、ＯＬＥＤ、ＬＣＤ、ＬＣＯＳ等）、その光源（例えば、レーザ、ダイオードレーザ等）と組み合わせられる位相及び／又は振幅ＳＬＭ（空間光変調器：Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）、ピコプロジェクタ等のプロジェクタ（ＬＥＤ、ダイオード、レーザ等を使用してよいＭＥＭＳ又はＤＬＰ）、又は他の何れの光源であってもよい。ＩＳはまた、他の何れの画像源（コンピュータ生成画像源）及び／又は制御電子部品及び／又は電源及び／又は任意選択による光学素子等も含んでいてよい。

「装用者眼科データ」又は「眼科データ」（ＯＤ：ｏｐｈｔｈａｌｍｉｃ ｄａｔａ）とは、既知のように、装用者の処方データ（ＰＤ：ｐｒｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｄａｔａ）、装用者眼感度データ（ＳＤ：ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｄａｔａ）、及び装用者眼バイオメトリデータ（ＢＤ：ｂｉｏｍｅｔｒｙ ｄａｔａ）、及び一般的に装用者のあらゆる視覚異常に関するデータ、例えば色収差、水晶体欠損（無水晶体）等に関するデータを含む。

「処方データ」（ＰＤ：ｐｒｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｄａｔａ）とは、装用者のために取得された、各眼について、各眼の屈折異常及び／又は老眼を矯正するのに適した処方遠見平均屈折力Ｐ_ＦＶ及び／又は処方乱視値ＣＹＬ_ＦＶ及び／又は処方乱視軸ＡＸＥ_ＦＶ及び／又は処方加入度Ａを示す１つ又は複数のデータを指す。平均屈折力Ｐ_ＦＶは、処方された乱視値ＣＹＬ_ＦＶの半値を処方された球面値ＳＰＨ_ＦＶに加えることにより得られる：Ｐ_ＦＶ＝ＳＰＨ_ＦＶ＋ＣＹＬ_ＦＶ／２。次に、近（近距離）見時の各眼についての平均屈折力は、同じ眼についての処方加入度Ａを遠見平均屈折力Ｐ_ＦＶに加えることにより得られる：Ｐ_ＮＶ＝Ｐ_ＦＶ＋Ａ。累進レンズ用の処方の場合、処方データは、各眼について、ＳＰＨ_ＦＶ、ＣＹＬ_ＦＶ、Ａ、及び乱視軸ＡＸＥ_ＦＶを示す装用者データを含む。好ましい実施形態において、装用者処方データＰＤは、乱視モジュール、乱視軸、屈折力、プリズム及び加入度、ならびにより一般的に、何れかの特定の視覚異常の矯正を示すあらゆるデータから選択される。このような異常は、部分的網膜剥離、網膜又は虹彩又は角膜の奇形に起因するかもしれない。

本発明の上記の特徴は、その他のものと共に、例示を目的に与えられ、本発明を限定しようとしていない本発明の幾つかの例に関する以下の説明を読むことによって、より明確に理解され、前記説明は下記のような添付の図面に関している。

図２で見ることのできる、本発明による光学機器の底面概略平面図である。 図１による本発明の光学機器の、そのＩＩ－ＩＩ切断線に沿って得た概略断面図である。 図２と同様の、本発明の他の光学機器の縁辺ゾーンの詳細を示す概略部分断面図である。 図２の光学機器の縁辺ゾーンの詳細を示す概略部分断面図である。 本発明の第一の実施形態による、図２の光学機器の各周辺シール機構及び光伝導素子をより拡大して示す概略部分断面図である。 本発明の第二の実施形態による、図２の各周辺シール機構及び光伝導素子をより拡大して示す概略部分断面図である。 本発明のこの第二の実施形態の変形型による、図２の各周辺シール機構及び光伝導素子をより拡大して示す概略部分断面図である。 光源を備える光伝導素子の例示的な組み合わせを示す概略斜視図であり、前記組合せは本発明の光学機器において使用可能である。 図７の組合せと、本発明の第三の実施形態による周辺シール機構を備える基板を含む本発明の他の光学機器の概略断面図である。 図７の組合せと、本発明のこの第三の実施形態の変形型による周辺シール機構を備える基板を含む本発明の他の光学機器の概略断面図である。

図１～４で見ることのできる光学機器１、１’は各々、第一及び第二の基板２及び３を含み、これらはそれぞれ、前側眼科レンズ（装用者の眼から遠い）及び後側眼科レンズ（装用者の眼に近い）を形成するように設計され、それぞれ、光伝導素子４の第一及び第二の主要面４ａ及び４ｂに面する第一及び第二の平坦な内面２ａ及び３ａ（図２～４参照）を有する。例えばＬＯＥ型の素子４は、例えば光学機器１、１’を内蔵するヘッドマウント機器（例えば、ＨＭＤ）のフレームに埋め込まれたマイクロディスプレイプロジェクタ（ＰＯＤ）等の光源５により発せられた光波を捕捉するように設計される。図２で見ることができるように、発せられた光ビーム６は、素子４の主要面４ａ及び４ｂの内側から全内部反射メカニズムにより連続的に反射されるが、事前に決められた幾つかの特定の位置においては、これらの反射ビームはその後、射出光７として特定の角度で第二の主要面４ｂから第二の基板３に向かって伝送され、最終的にこれらはヘッドマウント機器の装用者の眼に到達する。

光学機器１、１’は、
－ 第一の内面２ａの第一の周辺領域２ａａと第一の主要面４ａの、第一の周辺領域２ａａに面する第一の周辺ゾーン４ａａとの間の、好ましくはそれらと非接着接触する第一の周辺シール機構１０ａと、
－ 第二の内面３ａの第一の周辺領域３ａａと第二の主要面４ｂの、第二の周辺領域に面する第二の周辺ゾーン４ｂａとの間の、好ましくはそれらと非接着接触する第二の周辺シール機構１０ｂと、
を含む。

図２で見ることができるように、第一の基板２は凸状の第一の外面２ｂ（第一の平坦な内面２ａの反対）を有し、第二の基板３は、この例示的実施形態においては凹状の第二の外面３ｂ（第二の平坦な内面３ａの反対）（しかしながら、この第二の外面３ｂは、凸状であっても、累進的であっても、又は例えば乱視を矯正するために設計されていてもよい）を有する。

前述のように、図１～６の光学機器１、１’は、前記レンズにより提供される光学的矯正を通じた、ヘッドマウント機器のそれらのような情報グラスに所定の処方を提供するように構成され、これには例えば光学屈折力、乱視度数、及び／又は加入度が含まれる。

特に図１及び２で見ることができるように、２つの第一及び第二の周辺シール機構１０ａ及び１０ｂはそれぞれ、第一の主要面４ａと第一の内面２ａ、及び第二の主要面４ｂと第二の内面３ａとの間に、それらと接触して挿入され、それらの間にエアギャップ１１ａ、１１ｂ（又はより一般的には、光伝導素子のそれより低い屈折率を有する媒質のギャップ）を画定する。このギャップ１１ａ、１１ｂにより、素子４を光学的に絶縁できる。シール機構１０ａ、１０ｂは、その周辺長さに沿って、周辺領域２ａａ、３ａａ（基板２、３の周辺縁２ｃ、３ｃに直に隣接する）及び対向する周辺ゾーン４ａａ、４ｂａ（素子４の周辺縁４ｃに隣接する）と接触して延びる。

本発明のこの例示的実施形態によれば、周辺シール機構１０ａ、１０ｂは各々、
－ 閉ループの形態で（図１参照）対応する内面２ａ、３ａ及び周辺ゾーン４ａａ、４ｂａの長大長さ部分４’（図１で見ることができる）と接触して連続的に延びる弾性又は可塑性周辺シール１２ａ、１２ｂであって、水や埃がギャップ１１ａ、１１ｂの中に侵入するのを防止するようになされたシール１２ａ、１２ｂと、
－ 周辺シール１２ａ、１２ｂの短い区間と、周辺ゾーン４ａａ、４ｂａの短小長さ部分４’’（図１参照）と接触して取り付けられ、長大長さ部分４’と比較して局所的に光結合の減少を示し、主要面４ａ、４ｂの内側に向かう全内部反射を保存し、それによって光ビームがこの区間で素子４から漏れないように構成された光絶縁手段１３ａ、１３ｂと、
を含む。

図１により示されているように、シール１２ａ、１２ｂの、光絶縁手段１３ａ、１３ｂを備える区間は、シール機構１０ａ、１０ｂのこの短い部分を画定し、これは光源５に隣接して連結された光伝導素子４の少なくとも入射ゾーンに面する。入射ゾーンは素子４から射出される光７の品質にとって重要であるため、周辺シール１２ａ、１２ｂの一部と局所的に置き換わる絶縁手段１３ａ、１３ｂにより、この入射ゾーンにシール１２ａ、１２ｂを挿入することから生じ得る、ＨＭＤのための結果として得られる出力画像の劣化を回避でき、これは、絶縁手段１３ａ、１３ｂを持たないシール機構１０ａ、１０ｂの残りの部分と比較して、主要面４ａ、４ｂとの光結合がこのように局所的に減少していることによる。

図２に示されるシール１２ａ、１２ｂは各々、正方形の断面を有するが、これらは多角形（例えば長方形）の断面等、閉じた折れ線により画定される他の何れの形状を有していてもよい。

図３に示されるシール１２ｃ、１２ｄは各々、円形の断面を有するが、これらは、長円、楕円、単円弧、又は多円弧断面等、閉じた曲線により画定される他の何れの形状を有していてもよい。この湾曲形状は、この場合、例えば実質的にドーナツ状等、シール１２ｃ、１２ｄに凸状（例えば丸い）形状を付与してもよい。

図１～６で見ることのできるシール１２ａ、１２ｂ及び１２ｃ、１２ｄは、任意選択によりマイクロビーズを含み、好ましくは例えば感圧層である２つの接着剤外層を含むゴム及び多層熱可塑性接着剤から選択される材料、例えばサンドイッチ状のＰＳＡ／ＴＡＣ／ＰＳＡ（ＰＳＡは感圧性接着剤であり、ＴＡＣはトリアセチルセルロースである）で製作されてもよい。

図４ａで見ることのできる光絶縁手段はナノ構造フィルム１３’からなり、これは例えばシール１２ａ、１２ｂに接着剤で結合され、フィルム１３’と主要面４ａ、４ｂとの界面において屈折率の急激な変化を画定するナノ突起１４を有する。フィルム１３’は、好ましくはモスアイ型（例えば、三菱レーヨンのＭｏｓｍｉｔｅ（登録商標））であり、その底部１４ａから、主要面４ａ、４ｂと接触するその端１４ｂへと円錐状に先細のこれらのナノ突起１４を有する。フィルム１３’はそれゆえ、底部１４ａから端１４ｂへと連続的に減少する実際の屈折率を示す。

図５及び６で見ることのできる光絶縁手段は、各実施形態において、シール１２ａ、１２ｂ及び光伝導素子４に取り付けられ、これらはどちらも、主要面４ａ、４ｂからの結合された光６を反射できるミラーフィルム１３’’及び１３’’’からなる。ミラーフィルム１３’’、１３’’’は主要面４ａ、４ｂとの接触領域を示し、これは、周辺方向にはフィルム長さＬ（Ｌは図１の短小部分４’’の長さである）と、横方向にはフィルム幅Ｗ（図５～６参照）とにより画定される。このフィルム幅Ｗは２００μｍ未満、好ましくは３０μｍ～２００μｍの間である。どちらの場合も、ミラーフィルム１３’’、１３’’’は主要面４ａ、４ｂの上に真空蒸着法（例えば、物理蒸着）により堆積されてもよい。

具体的には、図５のミラーフィルム１３’’は、例えばアルミニウム層又は反射インクからなる単層フィルムからなり、図６のミラーフィルム１３’’’は、例えば真空蒸着により行われる連続的処理ステップにより得られる多層フィルムからなる。

図８及び９は、各々、光源５（例えばＰＯＤ）を備える光伝導素子４（例えば、ＬＯＥ）を示す図７に関しており、本発明の上記の第三の実施形態による、基板３に設けられる周辺シール機構１０ｂ’、１０ｂ’’を示す。具体的には、光源５は図７において、光伝導素子４の主要面４ｂから延びて、素子４と光源５との間に接続ゾーン４ｄを画定する面取り縁４ｄの形態の傾斜面に固定されている。

図８～９の各例示的光学機器１’’、１’’’で見ることができるように、光絶縁手段は追加のシール部材１５、１６からなり、これらは主要面４ｂと接触せず、光源５及び基板３の周辺縁３ｃと接触して、取外し可能に（すなわち、切り離し可能に）取り付けられる。このシール部材１５、１６は、開ループの形態で延びる周辺シール１２ｂ’、１２ｂ’’と局所的に置き換えて取り付けられる（すなわち、したがってシール１２ｂ’、１２ｂ’’はこのループの開放部分に存在する）。具体的には、本発明の次の２つの実施形態は、機構１０ｂ’、１０ｂ’’に関する図８～９において想定され、シール部材（例えば１５）と周辺シール（例えば１２ｂ’）は、
－ 例えば、局所的に相互に異なる別の区間を有する単独ピース、又は、
－ ２つ又はそれ以上の異なるピース
で構成されてよい。

図８の代替的実施形態において、シール部材１５は、周辺縁３ｃと接触するシール本体１５ａと、シール本体１５ａを拡張し、光源５と接触する柔軟なシールリップ１５ｂを含む。

図９の代替案において、シール部材１６は接続素子１６ａを含み、これは接続ゾーン４ｄの、光源５を取り囲む領域４ｄａに結合され、この接続ゾーン４ｄから光源５と基板３の間に、それらの正面で突出する。素子１６ａは、その片側に、周辺縁３ｃと接触する第一の局所シール１６ｂ（第一のシール１６ｂは、通常のリップシールで作られてよい）と、その反対側に光源５と接触する第二の局所シール１６ｃ（第二のシール１６ｃは、例えばシリコーン接着剤で作られてよい）とが設けられる。この接続素子１６ａは、中間挿入物を形成し、このようにして、光伝導素子４の面取り縁４ｄのおかげで固定されてもよく、ヘッドマウント機器のフレームそのもの、又はこのようなフレームの一部を構成してもよい。それに加えて、基板３の縁３ｃと接続素子１６ａとの間のシールは、平面に沿って実現されてもよく、これによって光学機器１’’’の取付工程におけるそのセンタリング中に、基板３の位置を制御できる。

図８及び９のどちらの代替案も、有利な点として、光伝導素子４の繊細なゾーンを圧迫しないようにすることができ、また、素子４と取り付けられた光源５との間に大きすぎる応力を発生させないようにすることもできる。

Claims (24)

1. － 第一の屈折率を有する光伝導素子（４）であって、光源（５）と２つの対向する第一及び第二の主要面（４ａ及び４ｂ）に連結された入射ゾーンを有し、前記光源から受け取った光（６）を入射させて、前記第一及び第二の主要面間の全内部反射によりこれを伝導し、前記伝導された光（７）を前記光伝導素子から部分的に射出させるように構成された光伝導素子と、
   － 前記光伝導素子の前記第一の主要面に面する内面（２ａ、３ａ）を含む少なくとも１つの基板（２、３）と、
   － 前記第一の主要面及び前記内面と接触し、それらの間に、ギャップ（１１ａ、１１ｂ）を画定する介在手段（１０ａ、１０ｂ、１０ｂ’、１０ｂ’’）であって、前記ギャップは、前記第一の屈折率より低いギャップ屈折率を有し、前記光伝導素子を光学的に絶縁する、介在手段（１０ａ、１０ｂ、１０ｂ’、１０ｂ’’）と、
   を含む、特にヘッドマウントディスプレイで使用可能な光学機器（１、１’、１’’、１’’’）において、
   前記介在手段は、周辺長さを有し、前記周辺長さに沿って、前記内面の周辺領域（２ａａ、３ａａ）と前記第一の主要面の、前記周辺領域に面するゾーン（４ａａ、４ｂａ）との間に、それらと密着接触して延びる周辺シール機構（１０ａ、１０ｂ、１０ｂ’、１０ｂ’’）を含み、前記周辺シール機構の、前記周辺長さに沿った少なくとも１部分（４’’）では、前記周辺長さの残りの部分（４’）と比較して局所的に前記第一の主要面との光結合の減少を示し、前記光伝導素子の内部で前記少なくとも１部分（４’’）における前記内部反射を保存するように構成されることを特徴とする光学機器。
2. 前記周辺シール機構（１０ａ、１０ｂ、１０ｂ’、１０ｂ’’）は、前記周辺長さにわたり、閉又は開ループの形態で延びる弾性又は可塑性の少なくとも１つの周辺シール（１２ａ、１２ｂ、１２ｂ’、１２ｂ’’、１２ｃ、１２ｄ）を含み、前記少なくとも１部分（４’’）で、前記光結合の減少を示すように構成され、前記少なくとも１つの周辺シール及び前記第一の主要面（４ａ、４ｂ）と接触する光絶縁手段（１３ａ、１３ｂ、１３’、１３’’、１３’’’、１５、１６）をさらに内蔵する、請求項１に記載の光学機器（１、１’、１’’、１’’’）。
3. 前記周辺シール機構（１０ａ、１０ｂ、１０ｂ’、１０ｂ’’）は、前記少なくとも１つの基板（２、３）の前記内面（２ａ、３ａ）及び前記光伝導素子（４）の第一の面（４ａ、４ｂ）と非接着接触し、前記光絶縁手段（１３ａ、１３ｂ、１３’、１３’’、１３’’’、１５、１６）は、前記少なくとも１つの周辺シール（１２ａ、１２ｂ、１２ｂ’、１２ｂ’’、１２ｃ、１２ｄ）と接着又は非接着接触している、請求項２に記載の光学機器（１、１’、１’’、１’’’）。
4. 前記少なくとも１つの周辺シール（１２ａ、１２ｂ、１２ｂ’、１２ｂ’’、１２ｃ、１２ｄ）は、前記ギャップ（１１ａ、１１ｂ）への水や埃の侵入を防止するように適合され、
   － 多角形又は長円形の断面を有するゴム製シールと、
   － 任意選択でマイクロビーズを含む多層熱可塑性接着シールと、
   から選択される、請求項２又は３に記載の光学機器（１、１’、１’’、１’’’）。
5. 前記光絶縁手段（１３ａ、１３ｂ、１５、１６）は、
   （ｉ）フィルムと前記第一の主要面（４ａ、４ｂ）との間の界面において屈折率の急激な変化を画定することのできるナノ突起（１４）を有するナノ構造フィルム（１３’）、
   （ｉｉ）前記第一の主要面からの前記光（７）を反射させることができ、前記第一の主要面との接触領域を示す単層又は多層ミラーフィルム（１３’’、１３’’’）、
   （ｉｉｉ）前記第一の主要面（４ｂ）と接触せず、前記光源（５）及び前記少なくとも１つの基板（３）の周辺縁（３ｃ）と接触して取り付けられ、前記光源は前記光伝導素子（４）にその接続ゾーン（４ｄ）上で接続されているシール部材（１５、１６）であって、前記周辺シール（１２ｂ’、１２ｂ’’）に局所的に置き換わり、前記開ループにより画定される開放部において前記周辺シール（１２ｂ’、１２ｂ’’）に接続される、シール部材（１５、１６）、及び／又は
   （ｉｖ）前記第一の主要面と前記内面（２ａ、３ａ）との間で圧縮され、前記第一の主要面との接触領域を示す柔軟なガスケット
   から選択され、
   前記接触領域は、その周辺方向においては、前記少なくとも１部分（４’’）の長さ（Ｌ）と、前記長さに垂直な横方向においては、前記第一の主要面と接触する前記少なくとも１部分の幅（Ｗ）により画定される、請求項２～４の何れか１項に記載の光学機器（１、１’、１’’、１’’’）。
6. 前記光絶縁手段（１３ａ、１３ｂ）は、各々がその底部（１４ａ）から端（１４ｂ）へと先細である前記ナノ突起（１４）により画定され、前記底部から前記端へと連続的に減少する、入射光により見られる実際の屈折率を示すモスアイフィルムである前記ナノ構造フィルム（１３’）を含み、前記ナノ構造フィルムは、前記少なくとも１つの周辺シール（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）に接着剤で結合される、請求項５に記載の光学機器（１、１’）。
7. 前記光絶縁手段（１３ａ、１３ｂ）は、前記第一の主要面（４ａ、４ｂ）の上に堆積される前記単層又は多層ミラーフィルム（１３’’、１３’’’）を含む、請求項５に記載の光学機器（１、１’）。
8. 前記光絶縁手段（１３ａ、１３ｂ）は、２００μｍ未満である前記第一の主要面（４ａ、４ｂ）と接触する前記幅（Ｗ）を有する前記圧縮された柔軟なガスケットを含む、請求項５に記載の光学機器（１、１’）。
9. 前記ギャップ（１１ａ、１１ｂ）は、前記光源（５）の発光波長より大きいか、それと等しく、少なくとも７００ｎｍである厚さを有する、請求項１～８の何れか１項に記載の光学機器（１、１’、１’’、１’’’）。
10. 前記少なくとも１部分（４’’）は、前記周辺シール機構（１０ａ、１０ｂ、１０’、１０ｂ’’）の、前記光伝導素子（４）の前記光源（５）に近い前記入射ゾーンに面する近接区間を含む、請求項１～９の何れか１項に記載の光学機器（１、１’、１’’、１’’’）。
11. 前記光伝導素子（４）は、
    － 前記ヘッドマウントディスプレイによる拡張現実の情報表示を提供し、前記光伝導素子は、前記少なくとも１つの基板（２、３）を通じて装用者の眼に向かって前記伝導された光を部分的に射出させ、又は
    － 照明もしくは測定を提供する
    ように構成される、請求項１～１０の何れか１項に記載の光学機器（１、１’、１’’、１’’’）。
12. それぞれ、前記光伝導素子（４）の前記第一及び第二の主要面（４ａ及び４ｂ）に面する第一及び第二の内面（２ａ及び３ａ）を有する第一及び第二の基板（２、３）の少なくとも１つのペアを含み、
    － 前記第一の内面の第一の前記周辺領域（２ａａ）及び前記第一の主要面の、前記第一の周辺領域に面する第一の前記ゾーン（４ａａ）との間の第一の前記周辺シール機構（１０ａ）、及び／又は
    － 前記第二の内面の第二の前記周辺領域（３ａａ）及び前記第二の主要面の、前記第二の周辺領域に面する第二の前記ゾーン（４ｂａ）との間の第二の前記周辺シール機構（１０ｂ）
    を含む、請求項１～１１の何れか１項に記載の光学機器（１、１’）。
13. 前記第一及び第二の基板（２及び３）の前記少なくとも１つのペアはそれぞれ、
    － 前側眼科レンズと、
    － 装用者の眼に近い、後側眼科レンズ
    を形成するように設計され、
    前記第一及び第二の基板の前記少なくとも１つのペアは、前記前側眼科レンズ及び前記後側眼科レンズにより提供される光学的補正を介して、前記光学機器に、光学力、乱視度数、及び／又は加入度を含む所定の処方データを付与するように適合される
    請求項１２に記載の光学機器（１、１’）。
14. 装用者のために拡張現実の情報表示を提供するように構成されたヘッドマウント機器において、
    請求項１～１３の何れか１項に記載の光学機器（１、１’、１’’、１’’’）を含むことを特徴とするヘッドマウント機器。
15. 光学力、乱視度数、及び／又は加入度を含む装用者の処方データに合わせて、前記光伝導素子（４）の両側に配置され、第一の前記周辺シール機構（１０ａ）により、及び第二の前記周辺シール機構（１０ｂ）によりそれから分離され、非接着接触する、光学的補正を行う眼科レンズを形成する２つの第一及び第二の前記基板（２及び３）の少なくとも１つのペアによって適合される、請求項１４に記載のヘッドマウント機器。
16. 前記少なくとも１つの周辺シール（１２ａ、１２ｂ、１２ｂ’、１２ｂ’’、１２ｃ、１２ｄ）は、
    － 正方形又は円形の断面を有するゴム製シールと、
    － 感圧層であり、トリアセチルセルロースである内層の両側に提供される２つの接着剤外層を含む多層熱可塑性接着シールと、
    から選択される、請求項４に記載の光学機器（１、１’、１’’、１’’’）。
17. 前記シール部材（１５、１６）が、
    － 前記周辺縁（３ｃ）と接触するシール本体（１５ａ）と、前記シール本体を延ばし、前記光源（５）と接触するシールリップ（１５ｂ）、又は
    － 前記接続ゾーン（４ｄ）の、前記光源（５）を取り囲む領域（４ｄａ）に結合され、それぞれ前記周辺縁（３ｃ）及び前記光源と接触する２つの局所シール（１６ｂ及び１６ｃ）が設けられた２つの突出する対向面を画定する接続素子（１６ａ）
    を含む、請求項５に記載の光学機器（１、１’、１’’、１’’’）。
18. 前記ナノ突起（１４）は、各々が実質的に円錐状にその底部（１４ａ）から端（１４ｂ）へと先細であり、前記ナノ構造フィルムは、前記第一の主要面（４ａ、４ｂ）と、前記先細のナノ突起の前記端により接触する、請求項６に記載の光学機器（１、１’）。
19. 前記単層又は多層ミラーフィルム（１３’’、１３’’’）は、前記第一の主要面（４ａ、４ｂ）の上に、アルミニウム層の、又は反射インクの物理蒸着により堆積され、２００μｍ未満の、前記第一の主要面と接触する前記幅（Ｗ）を有する、請求項７に記載の光学機器（１、１’）。
20. 前記ギャップ（１１ａ、１１ｂ）は空気で満たされ、少なくとも１μｍである、前記光源（５）の発光波長より大きいか、それと等しい、前記厚さを有する、請求項９に記載の光学機器（１、１’、１’’、１’’’）。
21. 前記光伝導素子（４）は、導光光学素子（ＬＯＥ）である、請求項１１に記載の光学機器（１、１’、１’’、１’’’）。
22. 前記光学機器が、
    － 前記第一の内面の第一の前記周辺領域（２ａａ）及び前記第一の主要面の、前記第一の周辺領域に面する第一の前記ゾーン（４ａａ）との間の、それらと非接着接触する前記第一の前記周辺シール機構（１０ａ）、及び／又は
    － 前記第二の内面の第二の前記周辺領域（３ａａ）及び前記第二の主要面の、前記第二の周辺領域に面する第二の前記ゾーン（４ｂａ）との間の、それらと非接着接触する前記第二の前記周辺シール機構（１０ｂ）
    を含む、請求項１２に記載の光学機器（１、１’）。
23. 前記第一及び第二の基板（２及び３）の前記少なくとも１つのペアはそれぞれ、
    － 平面である第一の内面（２ａ）と、凸状の第一の反対の外面（２ｂ）を有する前記前側眼科レンズと、
    － 平面である第二の内面（３ａ）と第二の反対の外面（３ｂ）を有する前記後側眼科レンズ
    を形成するように設計される、請求項１３に記載の光学機器（１、１’）。
24. ヘッドマウント機器が、そのフレームに埋め込まれ、前記光伝導素子（４）が連結される前記光源（５）を形成するマイクロディスプレイプロジェクタ（ＰＯＤ）を含む、請求項１４に記載のヘッドマウント機器。

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