ホーム > 特許ランキング > Ｌｕｍｕｓ Ｌｔｄ．
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-21
(45)【発行日】2024-01-04
(54)【発明の名称】選択的に活性化可能なファセットを含む光学系
(51)【国際特許分類】
G02B 27/02 20060101AFI20231222BHJP
【ＦＩ】
G02B27/02 Z
【請求項の数】
19
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023017091
(22)【出願日】2023-02-07
(65)【公開番号】P2023115915
(43)【公開日】2023-08-21
【審査請求日】2023-09-14
(31)【優先権主張番号】17/667,044
(32)【優先日】2022-02-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】518105275
【氏名又は名称】ルーマス リミテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｌｕｍｕｓ Ｌｔｄ．
(74)【代理人】
【識別番号】110000523
【氏名又は名称】アクシス国際弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】シモン・グレイバーニク
(72)【発明者】
【氏名】ツィオン・アイゼンフェルト
(72)【発明者】
【氏名】エラド・シャーリン
【審査官】井亀 諭
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２３２６５１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１１－１７９６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－９０２３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／０７７６０１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０２１／００６３７５４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】韓国登録特許第１０－２１５６４１７（ＫＲ，Ｂ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ２７／０１－２７／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも１つのプロセッサを備える装置であって、前記少なくとも１つのプロセッサが、アイモーションボックスのターゲット部分を判定することと、
導光光学素子の主表面に対して斜角で前記導光光学素子内に配置された複数のファセットのうちの１以上のファセットを識別することであって、前記識別された１以上のファセットが、画像視野の少なくとも一部分を含む光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって方向付けるように構成され、前記識別された１以上のファセットが、少なくとも、前記光線の少なくとも一部分が前記識別された１以上のファセットを通って透過することを可能にするように前記識別された１以上のファセットが構成される第１の状態と、前記光線の前記少なくとも一部分が前記識別された１以上のファセットによって反射される第２の状態との間で、選択的に活性化可能である、１以上のファセットを識別することと、
画像生成器の複数の表示領域のうちの１つの表示領域を識別することであって、前記識別された表示領域が、前記識別された１以上のファセットと連動して前記光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって方向付けるように構成される角度で、前記光線を前記導光光学素子内に注入するように構成されている、表示領域を識別することと、
前記識別された１以上のファセットを前記第１の状態から前記第２の状態に選択的に活性化させ、かつ前記識別された表示領域を選択的に活性化させて、前記光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって方向付けることと、を行うように構成されている、装置。
【請求項2】
前記複数の表示領域の各表示領域が、光線を異なる角度で前記導光光学素子に注入するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項3】
前記光線が、第１の光線を含み、前記識別された１以上のファセットが、前記複数のファセットのうちの第１のファセットを備え、
前記表示領域が、前記複数の表示領域のうちの第１の表示領域を備え、前記第１のファセット及び前記第１の表示領域が、一緒に第１の組み合わせを画定し、前記第１の表示領域が、前記第１の光線を第１の角度で前記導光光学素子内に注入するように構成され、
前記少なくとも１つのプロセッサが、
一緒に第２の組み合わせを画定する、前記複数のファセットのうちの第２のファセット及び前記複数の表示領域のうちの第２の表示領域を識別することであって、前記第２の表示領域が、前記画像視野の少なくとも第２の一部分を含む第２の光線を、前記第２のファセットと連動して前記第２の光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって方向付けるように構成される第２の角度で、前記導光光学素子内に注入するように構成されている、第２の表示領域を識別することと、
前記第１の組み合わせ及び前記第２の組み合わせを連続的に活性化及び不活性化させて、前記第１の光線及び前記第２の光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって連続して方向付けることと、を行うように更に構成されている、請求項２に記載の装置。
【請求項4】
前記第１の組み合わせ及び前記第２の組み合わせを連続的に活性化及び不活性化させて、前記第１の光線及び前記第２の光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって連続して方向付けることが、前記第１のファセットを前記第２の状態に設定することと、
前記第２のファセットを前記第１の状態に設定することと、
前記第１の表示領域を活性化させて、前記第１の光線を前記第１の角度で前記導光光学素子に注入することと、
前記第１のファセットを前記第１の状態に設定することと、
前記第２のファセットを前記第２の状態に設定することと、
前記第２の表示領域を活性化させて、前記第２の光線を前記第２の角度で前記導光光学素子に注入することと、を含む、請求項３に記載の装置。
【請求項5】
前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分を判定することが、アイトラッキングシステムから位置情報を取得することであって、前記アイトラッキングシステムが、眼の瞳孔の位置を監視するように構成されている、位置情報を取得することと、
前記取得された位置情報に少なくとも部分的に基づいて、前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分を判定することと、を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項6】
前記１以上のファセットが、第１のファセットを備え、前記複数のファセットが、第１の複数のファセットを備え、
前記導光光学素子が、第１の導光光学素子を備え、
前記少なくとも１つのプロセッサが、第２の導光光学素子の第２の複数のファセットのうちの第２のファセットを識別するように更に構成され、前記第２の導光光学素子が、前記画像生成器と前記第１の導光光学素子との間に配設され、
前記識別された表示領域が、前記光線を前記第２の導光光学素子を介して前記第１の導光光学素子内に注入して、前記第１のファセット及び前記第２のファセットと連動して前記光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって方向付けるように構成され、
前記識別された１以上のファセット及び前記識別された表示領域を選択的に活性化させて、前記光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって方向付けることが、前記第１のファセット、前記第２のファセット、及び前記識別された表示領域を選択的に活性化させて、前記光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって方向付けることを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項7】
前記識別された１以上のファセットが、第１のファセットを備え、前記少なくとも１つのプロセッサが、
外部光源が外部光線を前記導光光学素子内に注入していると判定することと、
前記外部光源が前記外部光線を前記導光光学素子内に注入しているという前記判定に少なくとも部分的に基づいて、前記複数のファセットのうちの第２のファセットを選択的に不活性化させることと、を行うように更に構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項8】
前記第２のファセットを選択的に不活性化させることが、前記第２のファセットを完全に透過性の状態に設定すること、及び前記第２のファセットを部分的に透過性の状態に設定すること、のうちの１つを含む、請求項７に記載の装置。
【請求項9】
前記外部光源が前記外部光線を前記導光光学素子内に注入していると判定することが、光源検出システムから、前記外部光源に対応する位置情報を取得することを含み、前記外部光源が前記外部光線を前記導光光学素子内に注入しているという前記判定に少なくとも部分的に基づいて、前記複数のファセットのうちの前記第２のファセットを選択的に不活性化させることが、
前記位置情報に少なくとも部分的に基づいて、前記外部光線が前記第２のファセットに向かって方向付けられると判定することと、
前記外部光線が前記第２のファセットに向かって方向付けられるという前記判定に少なくとも部分的に基づいて、前記第２のファセットを選択的に不活性化させることと、を含む、請求項７に記載の装置。
【請求項10】
前記１以上のファセットが、複数のセグメントを備え、前記複数のセグメントの各セグメントが、前記画像生成器からの光線を方向付けるように別々に活性化可能であり、前記１以上のファセットを識別することが、前記光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって方向付けるように構成される前記複数のセグメントのうちの１つのセグメントを識別することを含み、
前記識別された１以上のファセットを選択的に活性化させることが、前記識別されたセグメントを選択的に活性化させて、前記光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって方向付けることであって、前記識別された１以上のファセットが選択的に活性化されたときに、前記１以上のファセットの少なくとも１つの他のセグメントが、不活性である、方向付けることを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項11】
方法であって、アイモーションボックスのターゲット部分を判定することと、
導光光学素子の主表面に対して斜角で前記導光光学素子内に配置された複数のファセットのうちの１以上のファセットを識別することであって、前記識別された１以上のファセットが、画像視野の少なくとも一部分を含む光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって方向付けるように構成され、前記識別された１以上のファセットが、少なくとも、前記光線の少なくとも一部分が前記識別された１以上のファセットを通って透過することを可能にするように前記識別された１以上のファセットが構成される第１の状態と、前記光線の前記少なくとも一部分が前記識別された１以上のファセットによって反射される第２の状態との間で選択的に活性化可能である、１以上のファセットを識別することと、
画像生成器の複数の表示領域のうちの１つの表示領域を識別することであって、前記識別された表示領域が、前記識別された１以上のファセットと連動して前記光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって方向付けるように構成される角度で、前記光線を前記導光光学素子内に注入するように構成されている、表示領域を識別することと、
前記識別された１以上のファセットを前記第１の状態から前記第２の状態に選択的に活性化させ、かつ前記識別された表示領域を選択的に活性化させて、前記光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって方向付けることと、含む、方法。
【請求項12】
前記光線が、第１の光線を含み、前記１以上のファセットが、前記複数のファセットのうちの第１のファセットを備え、
前記表示領域が、前記複数の表示領域のうちの第１の表示領域を備え、前記第１のファセット及び前記第１の表示領域が、一緒に第１の組み合わせを画定し、前記第１の表示領域が、前記第１の光線を第１の角度で前記導光光学素子内に注入するように構成され、
前記方法が、
一緒に第２の組み合わせを画定する、前記複数のファセットのうちの第２のファセット及び前記複数の表示領域のうちの第２の表示領域を識別することであって、前記第２の表示領域が、前記画像視野の少なくとも第２の一部分を含む第２の光線を、前記第２のファセットと連動して前記第２の光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって方向付けるように構成される第２の角度で、前記導光光学素子内に注入するように構成されている、第２の表示領域を識別することと、
前記第１の組み合わせ及び前記第２の組み合わせを連続的に活性化及び不活性化させて、前記第１の光線及び前記第２の光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって連続して方向付けることと、を更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記第１の組み合わせ及び前記第２の組み合わせを連続的に活性化及び不活性化させて、前記第１の光線及び前記第２の光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって連続して方向付けることが、前記第１のファセットを前記第２の状態に設定することと、
前記第２のファセットを前記第１の状態に設定することと、
前記第１の表示領域を活性化させて、前記第１の光線を前記第１の角度で前記導光光学素子に注入することと、
前記第１のファセットを前記第１の状態に設定することと、
前記第２のファセットを前記第２の状態に設定することと、
前記第２の表示領域を活性化させて、前記第２の光線を前記第２の角度で前記導光光学素子に注入することと、を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記識別された１以上のファセットが、第１のファセットを備え、前記複数のファセットが、第１の複数のファセットを備え、
前記導光光学素子が、第１の導光光学素子を備え、
前記方法が、第２の導光光学素子の第２の複数のファセットのうちの第２のファセットを識別することを更に含み、前記第２の導光光学素子が、前記画像生成器と前記第１の導光光学素子との間に配設され、
前記識別された表示領域が、前記光線を前記第２の導光光学素子を介して前記第１の導光光学素子内に注入して、前記第１のファセット及び前記第２のファセットと連動して前記光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって方向付けるように構成され、
前記方法が、前記識別された１以上のファセット及び前記識別された表示領域を選択的に活性化させて、前記光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって方向付けることが、前記第１のファセット、前記第２のファセット、及び前記識別された表示領域を選択的に活性化させて、前記光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって方向付けることを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項15】
前記１以上のファセットが、第１のファセットを備え、前記方法が、
外部光源が外部光線を前記導光光学素子内に注入していると判定することと、
前記外部光源が前記外部光線を前記導光光学素子内に注入しているという前記判定に少なくとも部分的に基づいて、前記複数のファセットのうちの第２のファセットを選択的に不活性化させることであって、前記第２のファセットの前記選択的な不活性化が、前記第２のファセットを完全に透過性の状態に設定することと、前記第２のファセットを部分的に透過性の状態に設定することと、のうちの１つを含む、選択的不活性化させることと、を更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項16】
前記１以上のファセットが、複数のセグメントを備え、前記複数のセグメントの各セグメントが、前記画像生成器からの光線を方向付けるように別々に活性化可能であり、前記１以上のファセットを識別することが、前記光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって方向付けるように構成される前記複数のセグメントのうちの１つのセグメントを識別することを含み、
前記識別された１以上のファセットを選択的に活性化させることが、前記識別されたセグメントを選択的に活性化させて、前記光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって方向付けることであって、前記識別された１以上のファセットが選択的に活性化されたときに、前記１以上のファセットの少なくとも１つの他のセグメントが不活性である、方向付けることを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項17】
光学系であって、複数のファセットを備える導光光学素子であって、各ファセットが、少なくとも、前記ファセットが、光線が前記ファセットを通って透過することを可能にするように構成される第１の状態と、前記ファセットが前記光線を反射するように構成される第２の状態との間で選択的に活性化可能であり、前記第２の状態にあるときに、前記複数のファセットが、画像視野に対応する光線をアイモーションボックスのターゲット部分に向かって方向付けるように構成される、導光光学素子と、
複数の表示領域を備える画像生成器であって、前記表示領域が、前記画像視野に対応する光線を異なる角度で前記導光光学素子に注入するように選択的に活性化可能である、画像生成器と、
コントローラであって、
前記複数のファセットのうちの１以上のファセットを識別することであって、前記識別された１以上のファセットが、前記画像視野の少なくとも一部分を含む光線を、前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって方向付けるように構成されている、識別することと、
前記複数の表示領域のうちの１つの表示領域を識別することであって、前記識別された表示領域が、前記識別された１以上のファセットと連動して前記光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって方向付けるように構成される角度で、前記画像視野の前記少なくとも一部分を含む前記光線を前記導光光学素子内に注入するように構成されている、表示領域を識別することと、
前記識別された１以上のファセットを前記第１の状態から前記第２の状態に選択的に活性化させ、かつ前記識別された表示領域を選択的に活性化させて、前記光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって方向付けることと、を行うように構成されている、コントローラと、を備える、光学系。
【請求項18】
前記光学系が、光源検出システムを更に備え、前記光源検出システムが、外部光源に関する情報を前記コントローラに提供するように構成され、前記コントローラが、
前記光源検出システムによって提供された前記情報に少なくとも部分的に基づいて、前記外部光源が外部光線を前記導光光学素子内に注入していると判定することと、
前記外部光源が前記外部光線を前記導光光学素子内に注入しているという前記判定に少なくとも部分的に基づいて、前記複数のファセットのうちの第２のファセットを選択的に不活性化させることであって、前記外部光線が前記導光光学素子を通過するときに、前記第２のファセットの前記選択的な不活性化が、前記外部光線が前記第２のファセットに反射することを抑制するように構成されている、選択的に不活性化させることと、を行うように更に構成されている、請求項１７に記載の光学系。
【請求項19】
前記１以上のファセットが、複数のセグメントを備え、前記複数のセグメントの各セグメントが、前記画像生成器からの光線を方向付けるように別々に活性化可能であり、前記１以上のファセットを識別することが、前記光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって方向付けるように構成される前記識別された１以上のファセットの前記複数のセグメントのうちの１つのセグメントを識別することを含み、
前記識別された１以上のファセットを選択的に活性化させることが、前記識別されたファセットの前記識別されたセグメントを選択的に活性化させて、前記光線を前記アイモーションボックスの前記ターゲット部分に向かって方向付け、前記識別された１以上のファセットが選択的に活性化されたときに、前記１以上のファセットの少なくとも１つの他のセグメントが不活性である、請求項１７に記載の光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、光学系に関する。より具体的には、本開示は、いくつかの実施形態では、ニアアイディスプレイシステムで使用され得る、選択的に活性化可能なファセットを有する光学系に関する。
【背景技術】
【0002】
ニアアイディスプレイシステムなどの光学系は、典型的には、画像でユーザの眼を照明する。場合によっては、光学系は、瞳孔が位置する場所にかかわらず、画像の光線によって眼全体又は瞳孔全体を照明し得る。場合によっては、外部光は、光学系による反射のため、ゴースト像を生成する場合がある。しかしながら、眼全体又は瞳孔全体の照明が非効率的である場合があり、また、ゴースト像が望ましくない場合がある。
【発明の概要】
【0003】
一実施形態では、少なくとも１つのプロセッサを備える装置が開示される。少なくとも１つのプロセッサは、アイモーションボックスのターゲット部分を判定して、導光光学素子の複数のファセットのうちの１つのファセットを識別するように構成されている。識別されたファセットは、画像視野の少なくとも一部分を含む光線をアイモーションボックスのターゲット部分に向かって方向付けるように構成されている。少なくとも１つのプロセッサは、画像生成器の複数の表示領域のうちの１つの表示領域を識別するように更に構成されている。識別された表示領域は、識別されたファセットと連動して光線をアイモーションボックスのターゲット部分に向かって方向付けるように構成される角度で、光線を導光光学素子に注入するように構成されている。少なくとも１つのプロセッサは、識別されたファセット及び識別された表示領域を選択的に活性化させて、光線をアイモーションボックスのターゲット部分に向かって方向付けるように更に構成されている。
【0004】
いくつかの実施形態では、アイモーションボックスのターゲット部分を判定することと、導光光学素子の複数のファセットのうちの１つのファセットを識別することと、を含む方法が開示される。識別されたファセットは、画像視野の少なくとも一部分を含む光線をアイモーションボックスのターゲット部分に向かって方向付けるように構成されている。本方法は、画像生成器の複数の表示領域のうちの１つの表示領域を識別することを更に含む。識別された表示領域は、識別されたファセットと連動して光線をアイモーションボックスのターゲット部分に向かって方向付けるように構成される角度で、光線を導光光学素子に注入するように構成されている。本方法は、識別されたファセット及び識別された表示領域を選択的に活性化させて、光線をアイモーションボックスのターゲット部分に向かって方向付けることを更に含む。
【0005】
一実施形態では、光学系が開示される。光学系は、複数のファセットを備える導光光学素子を備える。各ファセットは、少なくとも、ファセットが、光線がファセットを通って透過することを可能にするように構成される第１の状態と、ファセットが光線を反射するように構成される第２の状態との間で選択的に活性化可能である。ファセットは、第２の状態にあるときに、画像視野に対応する光線をアイモーションボックスのターゲット部分に向かって方向付けるように構成されている。光学系は、複数の表示領域を備える画像生成器を更に備える。表示領域は、画像視野に対応する光線を異なる角度で導光光学素子内に注入するように選択的に活性化可能である。光学系は、複数のファセットのうちの１つのファセットを識別するように構成されているコントローラを更に備える。識別されたファセットは、画像視野の少なくとも一部分を含む光線をアイモーションボックスのターゲット部分に向かって方向付けるように構成されている。コントローラは、複数の表示領域のうちの１つの表示領域を識別するように更に構成されている。識別された表示領域は、識別されたファセットと連動して光線をアイモーションボックスのターゲット部分に向かって方向付けるように構成される角度で、光線を画像視野の少なくとも一部分を含む導光光学素子内に注入するように構成されている。コントローラは、識別されたファセット及び識別された表示領域を選択的に活性化させて、光線をアイモーションボックスのターゲット部分に向かって方向付けるように更に構成されている。
【0006】
前述の概要は、例解的であるにすぎず、いかなる形であれ限定することを意図するものではない。図面及び以下の詳細な説明を参照することで、上で説明される例解的な態様、実施形態、及び特徴に加えて、更なる態様、実施形態、及び特徴が明らかになるであろう。図面において、同様の参照番号は、同じ、又は機能的に同様の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1A】一実施形態による、第１のファセットを活性化させた例示的な光学系の概略図である。
【図10A】一実施形態による、二次元（２Ｄ）展開のための追加的なＬＯＥを有する例示的な光学系の概略図である。
【図12】一実施形態による、ゴースト像を眼上に作成する外部光源を示す、例示的なＬＯＥの概略図である。
【図15】一実施形態による、ＬＯＥ内を伝搬する光線が半反射ファセットの反射によってゴースト像を生じさせることを示す、例示的なＬＯＥの概略図である。
【図16A】一実施形態による、２Ｄ展開のための追加的なＬＯＥを有する例示的な光学系の概略図である。
【図17】一実施形態による、例示的なプロセスのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
ニアアイディスプレイシステムなどの光学系では、光線は、ディスプレイシステムから、ディスプレイシステムに近接しているユーザの眼などのターゲット表面に出力される。しばしば、そのような光学系は、画像を投影するときに眼全体又は眼の瞳孔全体を照明する。場合によっては、眼又は瞳孔のそのような包括的な照明は、ニアアイディスプレイシステムの電力効率に関して高コストになり得、バッテリ寿命の低下又は電力消費量の増加をもたらす。
【0009】
場合によっては、外部光源は、光学系に、ゴースト像を眼に提示させ得る。例えば、外部光源からの光線は、光学系に進入し、眼上へ方向付けられ、同時に、光学系によってターゲット画像として生成され得る。そのようなゴースト像は、ユーザの気を散らし、グレアを生じさせ、又は眼に投影されるターゲット画像の質に悪影響を及ぼし得る。
【0010】
図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、及び図５を参照しながら、例示的な光学系１００を説明する。光学系１００は、画像投影アセンブリ１１０と、コントローラ１４０と、を備える。いくつかの実施形態では、光学系１００はまた、アイトラッキングシステム６００及び光源検出システム６０２のうちの１つ以上を備え得る。
【0011】
コントローラ１４０は、１つ以上の処理装置、メモリ、又は他の構成要素を有する、コンピューティングデバイスを備える。例えば、コントローラ１４０は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、マイクロコントローラ、専用回路、又は任意の他の構成要素を備え得る。下でより詳細に説明されるように、コントローラ１４０は、画像を生成して、眼に投影するための導光光学素子（ＬＯＥ）に出力するように、投影光学装置（ＰＯＤ）を制御するように構成されている。
【0012】
いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、画像投影アセンブリ１１０に一体化され得るか、又は眼鏡、ヘッドマウントディスプレイ、又は別の装置などの画像投影アセンブリ１１０を備える装置に一体化され得る。いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、画像投影アセンブリ１１０の遠隔に位置し得る。例えば、画像投影アセンブリ１１０は、コントローラ１４０と通信するように構成される有線又は無線通信デバイスを備え得る。一例として、コントローラ１４０は、モバイル装置、又は画像投影アセンブリ１１０とは別個のコンピューティング装置、又は画像投影アセンブリ１１０を含む装置の一部として含まれ得る。
【0013】
アイトラッキングシステム６００は、任意であり、ユーザの眼１８０の瞳孔の位置を追跡して、対応する位置情報をコントローラ１４０に提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、アイトラッキングシステム６００は、例えば、瞳孔の位置を追跡するように構成され得るか、若しくは瞳孔の位置を判定するために利用され得る情報を生成し得るカメラ又は他の装置を備え得る。
【0014】
光源検出システム６０２は、任意であり、光学系１００に影響を及ぼし得る光源、例えば、太陽、街灯、ヘッドライト、又は他の光源を検出して、対応する情報、例えば、光源の方向、光源の強度、又は光源に関する任意の他の情報をコントローラ１４０に提供するように構成されている。一例として、光源検出システム６０２は、カメラ、赤外線検出器、又は光学系１００の外部にある光源を検出するように構成される、又は、例えば光源に関する方向、強度、又は任意の他の情報などの、光源の特性を識別及び判定するためにコントローラ１４０によって利用され得る情報を生成するように構成される、任意の他の装置を備え得る。
【0015】
画像投影アセンブリ１１０は、投影光学装置（ＰＯＤ）１１２及び導光光学素子（ＬＯＥ）１１４を備え、一次元（１Ｄ）又は二次元（２Ｄ）の瞳孔拡大を利用して、ユーザの眼１８０に画像を投影するように構成されている。
【0016】
ＰＯＤ１１２は、画像生成器２００、コリメート光学系３００、又は画像投影アセンブリに含まれることもある、例えば、空間光変調器（ＳＬＭ）などの、他の構成要素を備える。いくつかの実施形態では、これらの構成要素のうちのいくつか又は全ては、１つ以上の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）キューブの表面に配列され得るか、又は他のプリズム配列であり得る。画像生成器２００は、ユーザの眼１８０上へ投影される画像に対応する照明、例えば、光線、レーザビーム、又は他の形態の照明を提供する、１つ以上の構成要素を備える。例えば、画像生成器２００は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）表示素子、バックライト付液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル、マイクロＬＥＤディスプレイ、デジタル光処理（ＤＬＰ）チップ、液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）チップ、又は他の構成要素を備える。
【0017】
ＰＯＤ１１２がＳＬＭ（図示せず）を備える場合、ＳＬＭは、例えばＯＬＥＤ表示素子、バックライト付ＬＣＤパネル、マイクロＬＥＤディスプレイ、ＤＬＰチップ、又は別の発光構成要素などの構成要素を備える発光ＳＬＭとして実装され得るか、又は例えばＬＣＯＳチップなどの構成要素を備える反射ＳＬＭとして実装され得る。ビームスプリッタキューブブロックは、コリメート光学系とＳＬＭとの間に介在させて、ＳＬＭの表面への照明の送達を可能にし得る。ＳＬＭは、画像を生成するために、照明の各画素の投影強度を変調するように構成され得る。例えば、ＳＬＭは、各表示画素から、ＬＯＥ１１４の平面内で、例えば、以下で説明される主ＬＯＥ表面１１６及び１１８の平面内で発散する光線を提供し得る。
【0018】
代替的に、ＰＯＤ１１２は、走査装置、例えば、高速走査ミラーを含み得、これは、ＰＯＤ１１２の画像平面全体にわたって光源からの照明を走査し、一方で、照明の強度を画素ごとの運動と同期的に変化させて、画素ごとに所望の強度を投影する。
【0019】
ＰＯＤ１１２はまた、画像の照明をＬＯＥ１１４内に注入するためのカップリングイン配列、例えば、カップリングイン反射器、角度付き結合プリズム、又は任意の他のカップリングイン配列を備える。いくつかの実施形態では、ＰＯＤ１１２とＬＯＥ１１４との間の結合は、直接結合を含み得、例えば、ＰＯＤ１１２は、ＬＯＥ１１４の一部分と接触し得るか、又は画像がＬＯＥ１１４の平面に注入されるアパーチャの寸法を拡大するための追加的なアパーチャ拡大配列を介した結合を含み得る。
【0020】
ＬＯＥ１１４は、例えば図１Ａ～図４Ｂに示されるように、光学的に活性でない、平行な第１の主ＬＯＥ表面１１６及び第２の主ＬＯＥ表面１１８と、縁部と、を含む、導波路を備える。ＬＯＥ１１４はまた、投影のためにＬＯＥ１１４からの照明をユーザの眼１８０上へ方向付けるように構成される、カップリングアウト配列１２０も備える。いくつかの実施形態では、カップリングアウト配列１２０は、ＬＯＥ１１４の主ＬＯＥ表面１１６及び１１８に対して斜角でＬＯＥ１１４内に配列される、本明細書ではファセット１２２1、１２２2、１２２3、及び１２２4と称される、複数の平行表面として例解される。ファセット１２２1、１２２2、１２２3、及び１２２4は、本明細書では、集合的に又は個々にファセット１２２と称され得る。例解的な一実施形態では、４つのファセット１２２1、１２２2、１２２3、及び１２２4が図１Ａ～図４Ｂに例解されているが、他の実施形態では、ＬＯＥ１１４は、代替的に、より多い数のファセット１２２又はより少ない数のファセット１２２を備え得る。
【0021】
各ファセット１２２は、ファセット１２２が光の高透過率を有する状態とファセット１２２が光の高反射率を有する状態との間で選択的に活性化可能である。一例として、いくつかの実施形態では、ファセット１２２1は、１００％の反射率及び０％の透過率を有するように活性化され得、また、０％の反射率及び１００％の透過率を有するように非活性化され得る。いくつかの実施形態では、反射率及び透過率の量は、ファセット１２２ごとに調整可能であり得、よって、例えば、ファセット１２２1は、部分的反射率及び部分的透過率を有するように、例えば、２５％の反射率及び７５％の透過率、５０％の反射率及び５０％の透過率、７５％の反射率及び２５％の透過率、又は任意の他の反射率及び透過率の量を有するように調整され得る。一例として、コントローラ１４０は、各ファセット１２２を選択的に活性化させて、その反射率及び透過率を調整するように構成され得る。いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、各ファセット１２２を活性化させて、特定の角度又は角度範囲の光線についてその反射率及び透過率を、例えば、いくつかの角度又は角度範囲の光線については高い透過率に、及び他の角度又は角度範囲の光線については高反射率に調整するように構成され得る。
【0022】
画像生成器２００は、ＬＯＥ１１４に進入し、かつ異なる角度で主ＬＯＥ表面１１６及び１１８に反射する、対応する光線Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3、及びＬ4を生成するようにコントローラ１４０によって選択的に活性化可能である、表示領域２０２1、２０２2、２０２3、及び２０２4を備える。表示領域２０２1、２０２2、２０２3、及び２０２4は、本明細書では、個々に及び集合的に表示領域２０２と称され得る。光線Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3、及びＬ4はまた、本明細書では、個々に又は集合的に光線Ｌと称され得る。図１Ｂ、図２Ｂ、図３Ｂ、及び図４Ｂの例示的な画像生成器２００には、４つの表示領域２０２及び対応する光線Ｌが示されているが、他の実施形態では、画像生成器２００は、より多い数の又はより少ない数の表示領域２０２及び対応する光線Ｌを含み得る。各表示領域２０２は、コントローラ１４０によって選択的に活性化され得る１つ以上の画素又は他の表示素子を備える。いくつかの実施形態では、例えば、各表示領域２０２は、単一の画素を備える。他の実施形態では、各表示領域２０２は、一群の画素、画素の水平線、画素の垂直線、又は任意の他の一群の画素を備え得る。
【0023】
図１Ａ～図４Ｂに示されるように、例えば、光線Ｌは、主ＬＯＥ表面１１６及び１１８に反射することによって、ＬＯＥ１１４を通ってファセット１２２に向かって進行する。例えば、主ＬＯＥ表面１１６及び１１８は、ＬＯＥ１１４を通って進行する任意の光線Ｌに対して全反射（ＴＩＲ）を提供することができる。光線Ｌは、例えば不活性ファセット１２２の高透過率により、任意の不活性ファセット１２２を通って進行する。光線Ｌが活性ファセット１２２に遭遇したときに、光線Ｌは、活性ファセット１２２の高反射率のため、活性ファセット１２２によってＬＯＥ１１４から例えば眼１８０に向かって再方向付けされる。
【0024】
図１Ａは、表示領域２０２1及びファセット１２２1が活性であり、かつ表示領域２０２1によって生成された光線Ｌ1がＬＯＥ１１４を通って進行する、第１の例示的なシナリオを例解する。このシナリオでは、表示領域２０２2、２０２3、及び２０２4、並びにファセット１２２2、１２２3、及び１２２4は、不活性である。光線Ｌ1は、活性ファセット１２２1に反射して眼１８０に向かって再方向付けされる前に、主ＬＯＥ表面１１６及び１１８に反射し、不活性ファセット１２２4、１２２3、及び１２２2の順に通過する。
【0025】
図２Ａは、表示領域２０２2及びファセット１２２2が活性であり、かつ表示領域２０２2によって生成された光線Ｌ2がＬＯＥ１１４を通って進行する、第２の例示的なシナリオを例解する。このシナリオでは、表示領域２０２1、２０２3、及び２０２4、並びにファセット１２２1、１２２3、及び１２２4は、不活性である。光線Ｌ2は、活性ファセット１２２2に反射して、眼１８０に向かって再方向付けされる前に、主ＬＯＥ表面１１６及び１１８に反射して、不活性ファセット１２２4及び１２２3の順に通過する。このシナリオでは、ファセット１２２2が活性であり、かつ完全反射であるので、例えば１００％反射であるので、光線Ｌ2は、ファセット１２２1に到達しない。いくつかの実施形態では、ファセット１２２2は、活性であるときであっても、完全反射でない場合がある。そのような場合、ファセット１２２1が不活性であるので、光線Ｌ2は、ファセット１２２1に到達し得るが、反射されない。
【0026】
図３Ａは、表示領域２０２3及びファセット１２２3が活性であり、かつ表示領域２０２3によって生成された光線Ｌ3がＬＯＥ１１４を通って進行する、第３の例示的なシナリオを例解する。このシナリオでは、表示領域２０２1、２０２2、及び２０２4、並びにファセット１２２1、１２２2、及び１２２4は、不活性である。光線Ｌ3は、活性ファセット１２２3に反射して眼１８０に向かって再方向付けされる前に、主ＬＯＥ表面１１６及び１１８に反射し不活性ファセット１２２4を通過する。このシナリオでは、ファセット１２２3が活性であり、かつ完全反射であるので、例えば１００％反射であるので、光ビームＬ3は、ファセット１２２1及び１２２2に到達しない。いくつかの実施形態では、ファセット１２２3は、活性であるときであっても、完全反射でない場合がある。そのような場合、ファセット１２２1及び１２２2が不活性であるので、光線Ｌ3は、ファセット１２２1及び１２２2のうちの１つ以上に到達し得るが、反射されない。
【0027】
図４Ａは、表示領域２０２4及びファセット１２２4が活性であり、かつ表示領域２０２4によって生成された光線Ｌ4がＬＯＥ１１４を通って進行する、第４の例示的なシナリオを例解する。このシナリオでは、表示領域２０２1、２０２2、及び２０２3、並びにファセット１２２1、１２２2、及び１２２3は、不活性である。光線Ｌ4は、活性ファセット１２２4に反射し、眼１８０に向かって再方向付けされる前に、主ＬＯＥ表面１１６及び１１８に反射する。このシナリオでは、ファセット１２２4が活性であり、かつ完全反射であるので、例えば１００％反射であるので、光ビームＬ4は、ファセット１２２1、１２２2、及び１２２3に到達しない。いくつかの実施形態では、ファセット１２２4は、活性であるときであっても、完全反射でない場合がある。そのような場合、ファセット１２２1、１２２2、及び１２２3が不活性であるので、光線Ｌ4は、ファセット１２２1、１２２2、及び１２２3のうちの１つ以上に到達し得るが、反射されない。
【0028】
図１Ａ～図４Ｂに見られるように、各図では、表示領域２０２及びファセット１２２の異なる組み合わせが活性であるが、生成された光線Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3、及びＬ4は、それぞれ眼１８０に向かって方向付けられるが、角度が異なる。例えば、各ファセット１２２及び眼１８０の瞳孔の相対位置は、ファセット１２２によって投影することができる画像視野（ＦＯＶ）のどの部分が、各表示領域２０２によって眼１８０の瞳孔に向かうかを画定する。いくつかの実施形態では、光学系１００のエネルギー効率を最適化するために、各ファセット１２２によって投影することができる画像ＦＯＶの一部分のみが、対応する表示領域２０２によって生成される。例えば、画像ＦＯＶの特定の部分に対して、コントローラ１４０は、画像ＦＯＶのその部分を眼１８０の瞳孔の位置に方向付ける表示領域２０２及び対応するファセット１２２のみを活性化させることができる。
【0029】
図５を参照すると、いくつかの実施形態では、表示領域２０２及びファセット１２２の組み合わせを選択的にかつ連続的に活性化させて、同じ画像のフレームごとに画像ＦＯＶの異なる部分を眼１８０上へ投影し得る。
【0030】
一例として、ファセット１２２1及び表示領域２０２1を時間Ｔ1で活性化させて、第１のフレームの画像ＦＯＶの第１の部分を眼１８０上に方向付け得る、ファセット１２２2及び表示領域２０２2を時間Ｔ2で活性化させて、第１のフレームの画像ＦＯＶの第２の部分を眼１８０上に方向付け得る、ファセット１２２3及び表示領域２０２3を時間Ｔ3で活性化させて、第１のフレームの画像ＦＯＶの第３の部分を眼１８０上に方向付け得る、ファセット１２２4及び表示領域２０２4を時間Ｔ4で活性化させて、第１のフレームの画像ＦＯＶの第４の部分を眼１８０上に方向付け得る、ファセット１２２1及び表示領域２０２1を時間Ｔ5で活性化させて、第２のフレームの画像ＦＯＶの第１の部分を眼１８０上に方向付け得る、ファセット１２２2、表示領域２０２2を時間Ｔ6で活性化させて、第２のフレームの画像ＦＯＶの第２の部分を眼１８０上に方向付け得る、ファセット１２２3及び表示領域２０２3を時間Ｔ7で活性化させて、第２のフレームの画像ＦＯＶの第３の部分を眼１８０上に方向付け得る、ファセット１２２2、表示領域２０２2を時間Ｔ8で活性化させて、第２のフレームの画像ＦＯＶの第４の部分を眼１８０上に方向付け得る、などである。
【0031】
上で説明されるように、画像の第１のフレームの画像ＦＯＶの一部分は、時間Ｔ1～Ｔ4の間に連続的に生成されて、眼１８０上に方向付けられ得、一方で、画像の第２のフレームの画像ＦＯＶの一部分は、時間Ｔ5～Ｔ8の間に生成されて、眼１８０上へ方向付けられ得る。時間Ｔ1～Ｔ8は、画像のフレームを眼１８０上へ投影するためのターゲットフレームレートを提供するように構成される、任意の単位時間を含み得る。例えば、時間Ｔ1～Ｔ8は、ミリ秒（ｍｓ）で、又は任意の他の測定単位であり得る。
【0032】
活性ファセット１２２が完全反射であり、かつ全ての他のファセット１２２が完全に透過性である状態で、画像ＦＯＶの一部分を眼１８０上へ投影するために、１つの活性ファセット１２２及び１つの対応する表示領域２０２のみが一度に利用されるので、画像生成器２００によって生成される光線の潜在的に１００％又はほぼ１００％が、活性ファセット１２２によって眼１８０に向かってＬＯＥ１１４に反射されるので、ＰＯＤ１１２のエネルギー効率は、静的半反射ファセットを有する光学系を超えて改善される。
【0033】
例えば、いくつかのＬＯＥは、ＬＯＥ内を異なる角度で伝搬するＬＯＥからの光線を方向付けるように構成される半反射ファセットを備える。これらのＬＯＥでは、特定の角度の光線のみが各ファセットによって反射され、一方で、他の角度は、ファセットを通過することが可能になる。この効果のため、ＰＯＤによってＬＯＥに提供される光の一部分は、そうした一部分の光がユーザの眼に向かって方向付けられる場合であっても、１つを超えるファセットによって反射され得、ＰＯＤの無駄な電力及び非効率性をもたらし得る。
【0034】
加えて、選択的に活性化可能なファセット１２２及び表示領域２０２の使用は、静的半反射ファセットを備えたＬＯＥを有する光学系と比較して、光学系１００が、ファセット１２２ごとにより大きい利用可能な画像ＦＯＶを提供することを可能にする。例えば、各静的半反射ファセットは、光線が反射する角度に応じて、特定の画像ＦＯＶに対応する光線を眼に提供することだけが可能であり得る。ファセット１２２がより多くの角度からの光を再方向付けすることができるので、ファセット１２２は、活性化させたときに完全反射であり得るので、より大きい利用可能な画像ＦＯＶが可能である。
【0035】
いくつかの実施形態では、ファセット１２２は、特定の角度の光線が各ファセット１２２によって反射される上で説明される静的半反射ファセットと同様である半反射状態で、コントローラ１４０によって活性化され得、一方で、他の角度は、各ファセット１２２を通過することが可能になり、よって、ＰＯＤ２００によってＬＯＥ１１４に提供された光の一部分が、そうした光の一部分がユーザの眼に向かって方向付けられない場合であっても、１つを超えるファセットによって反射され得る。例えば、いくつかの実施形態では、ファセット１２２は、上で説明される静的半反射ファセットの機能を模倣するようにコントローラ１４０によって活性化され得る。
【0036】
図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、アイトラッキングシステム６００から受信した位置情報を利用して、眼１８０の瞳孔１８２の位置を判定し、表示領域２０２及びファセット１２２の対応する組み合わせを活性化させて、画像ＦＯＶの一部分を、眼１８０の瞳孔１８２の判定された位置に対応するアイモーションボックス（ＥＭＢ）の一部分１８４に向かって投影し得る。例えば、図６Ａ及び図６Ｂには、活性ファセット１２２2によって眼１８０に向かって投影された画像ＦＯＶの一部分と、ＥＭＢのこの一部分１８４を通して投影される画像ＦＯＶの一部分を生成する画像生成器２００の対応する表示領域２０２2との関係が例解されている。
【0037】
光線２０４及び２０６は、ファセット１２２2の縁部と眼１８０の瞳孔１８２とを接続する。アイトラッキングシステム６００は、ＬＯＥ１１４に対する瞳孔１８２の位置に対応する位置情報を生成して、その位置情報をコントローラ１４０に提供する。コントローラ１４０は、位置情報を使用して、光線２０４及び２０６が、瞳孔１８２の位置に対応するＥＭＢの一部分１８４上へ投影されるように、ＬＯＥ１１４に対して進行する必要がある角度及び方向を判定する。例えば、コントローラ１４０は、光線２０４及び２０６を、ＬＯＥ１１４の主ＬＯＥ表面１１６に対してファセット１２２2に反射する必要がある角度２０８及び２１０を判定するように構成され得る。光線２０４と２０６との間の角度２１２は、ファセット１２２2によって瞳孔１８２内に投影される画像ＦＯＶの拡大を画定する。主ＬＯＥ表面１１６に対する光線２０４及び２０６の角度２０８及び２１０は、例えば幾何光学法、例えば光反射及び屈折の幾何学法を使用して、ＰＯＤ１１２の出口にプロジェクタ光軸２１４に関する光線２０４及び２０６の対応する角度に変換され得る。図６Ａに示されるように、プロジェクタ光軸２１４に対して、ＰＯＤ１１２の出口において、角度２０８は、角度２１６に対応し、角度２１０は、角度２１８に対応する。例えば、ＥＭＢ又は眼の瞳孔に向かって放出されたときに画像ＦＯＶの中心方向が主ＬＯＥ表面１１６に対して直角であり、画像ＦＯＶの中心方向がＰＯＤ１１２の光軸と一致するシステムでは、角度２１６は、９０度から角度２０８を減算した角度に等しく、角度２１８は、９０度から角度２１０を減算した角度に等しい。
【0038】
次いで、以下の式（１）及び（２）に従って、歪み法を適用して、コリメート光学系３００の焦点距離、角度α、すなわち、角度２１８、及び角度β、すなわち、角度２１６を介して、活性化させた表示領域２０２2の座標Ｘ１及びＸ２を判定し得る。
Ｘ１＝ｆ×ｔａｎ（α） （１）
Ｘ２＝ｆ×ｔａｎ（β） （２）
Ｘ１＝ｆ×ｔａｎ（α） （１）
Ｘ２＝ｆ×ｔａｎ（β） （２）
【0039】
このようにして、エネルギーが瞳孔１８２の位置のみを照明するために使用されるので、画像投影アセンブリ１１０によるエネルギー使用量が最適化され得、光学系１００のエネルギー効率が増加され得る。
【0040】
図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、例えばアイトラッキングシステム６００が存在しない、又は活性でない場合、瞳孔１８２に関する位置情報は、コントローラ１４０による使用に利用可能ではない場合がある。この実施形態では、瞳孔１８２の実際の場所は、コントローラ１４０に知られていない。そのような場合、瞳孔１８２の実際の場所に対応するＥＭＢの一部分１８４を使用する代わりに、ＥＭＢのより大きい部分１８６が計算に使用される。いくつかの実施形態では、部分１８６は、光学系１００の動作中に瞳孔１８２を位置付けることができるＥＭＢ全体に対応し、一方で、部分１８４は、ＥＭＢの一部のみに対応する。部分１８４の代わりにターゲットとして部分１８６を使用することで、コントローラ１４０は、図６Ａ及び図６Ｂについて上で説明されるものと同様の様式で、必要とされる光線に対応する角度を判定し、それに応じて、対応するファセット１２２及び表示領域２０２を活性化させ得る。
【0041】
いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、画像ＦＯＶの一部分をＥＭＢの一部分１８６に向かって投影するために、多数の表示領域２０２を活性化する必要があると判定し得る。そのような場合、コントローラ１４０は、例えば図７Ｂに示されるように組み合わせた表示領域２２０を活性化させるために、判定された表示領域２０２の各々を選択的に活性化させるように、又はいくつかの実施形態では、ＥＭＢの一部分１８６を照明するために必要である表示領域２０２の各々の選択画素のみを選択的に活性化させるように構成され得る。例えば、表示領域２２０は、表示領域２０２1の一部分及び２０２2の一部分を含む。いくつかの実施形態では、組み合わせた表示領域２２０の活性化は、アイトラッキングシステム６００が存在する場合であっても、図６Ａ及び図６Ｂの実施形態によって利用され得る。例えば、いくつかの実施形態では、判定された瞳孔１８２の位置は、コントローラ１４０による多数の表示領域２０２のうちの一部分の活性化を必要とし得る。
【0042】
いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、対応する画像ＦＯＶをＥＭＢ１８６内の瞳孔１８２のそれぞれの可能な場所に提供するために、多数のファセット１２２を表示領域２０２ごとに連続的に活性化させることが必要であると判定し得る。例えば、特定の表示領域２０２は、特定の画像ＦＯＶ又は特定の画像ＦＯＶの一部分を眼１８０に提供するように、コントローラ１４０によって活性化され得る。活性化されている特定の表示領域２０２について、各ファセット１２２は、活性化させたときに、画像ＦＯＶを異なる場所へ方向付けるように構成される。瞳孔１８２の場所に関して不確実性が存在する場合、対応する画像ＦＯＶがＥＭＢ１８６の瞳孔１８２の位置のサブセットに方向付けられることを確実にするために、ファセット１２２の少なくともいくつかが連続的に活性化され得る。
【0043】
場合によっては、ファセット１２２のいくつかだけが、特定の表示領域２０２からの光をＥＭＢ１８６上へ方向付けるように構成され得、一方で、他のファセット１２２は、例えばＬＯＥ１１４の光の角度に応じて、特定の表示領域２０２からの光をＥＭＢ１８６の外側に方向付けるように構成され得る。いくつかの実施形態では、特定の表示領域２０２からの光をＥＭＢ１８６上へ方向付けるように構成される一群のファセット１２２のみを連続的に活性化させて、特定の表示領域２０２から、瞳孔１８２が位置し得るＥＭＢ１８６の各部分上へ画像ＦＯＶを方向付け得、一方で、特定の表示領域２０２について画像ＦＯＶをＥＭＢ１８６上へ方向付けない他のファセット１２２は、活性化され得ない。いくつかの実施形態では、例えば各表示領域２０２が異なる角度で光をＬＯＥ１１４及びファセット１２２に提供するので、異なる一群のファセット１２２を表示領域２０２ごとに連続的に活性化させて、対応する画像ＦＯＶをＥＭＢ１８６の各部分上へ方向付けることが必要であり得る。
【0044】
図８を参照すると、例解的な実施形態では、ＬＯＥ１１４の活性ファセット１２２について眼１８０に向かって投影することができる利用可能な画像ＦＯＶは、活性ファセット１２２が完全反射であるので、上で説明されるような静的半反射ファセットによって投影され得る画像ＦＯＶよりもかなり大きくなり得る。これは、光線が完全に透過性であるので、光線の角度に関係なく、活性表示領域２０２によって生成される全ての光が、唯一の活性ファセット１２２によって反射されて、任意の不活性ファセット１２２を通過するからである。活性ファセット１２２の利用可能な画像ＦＯＶは、上で説明される半反射ファセットの場合のように特定の角度の光を反射することができるのではなく、ＬＯＥ１１４の主ＬＯＥ表面１１６及び１１８の全反射によってのみ制限される。
【0045】
例えば、図８に見られるように、光線Ｌ5及びＬ6は、画像生成器２００（図１Ａ）の対応する表示領域によって生成されて、該光線が活性ファセット１２２に到達するまで、ＬＯＥ１１４の主ＬＯＥ表面１１６及び１１８によって反射される。この実施例では、光線Ｌ5は、主ＬＯＥ表面１１６の法線にして垂直な角度１２４で主ＬＯＥ表面１１６に反射し、一方で、光線Ｌ6は、主ＬＯＥ表面１１６の法線に対して角度１２６で主ＬＯＥ表面１１６に反射する。光線Ｌ5は、浅い角度で活性ファセット１２２に反射するように示され、一方で、光線Ｌ6は、急な角度で活性ファセット１２２に反射するように示されている。一実施形態では、角度１２４は、ＬＯＥ１１４の最大伝搬角度であり、一方で、角度１２６は、ＬＯＥ１１４の全反射臨界角である。例えば、角度１２４は、９０度、８５度、又は任意の他の値で構成され得る。いくつかの実施形態では、最大使用可能角度１２４は、光線がＬＯＥ１１４に注入される様式に基づき得る。角度１２４及び角度１２６は、個々のファセット１２２によって提供することができる最大使用可能画像ＦＯＶを一緒に画定する。
【0046】
例示的な角度１２４及び１２６は、活性ファセット１２２全体を十分に利用して、活性ファセット１２２をＥＭＢ内の任意の場所で画像ＦＯＶを眼１８０上へ投影するために利用することを可能にする、利用可能な画像ＦＯＶを例解する。例えば、任意の眼１８０の位置について、光線が主ＬＯＥ表面１１６を通過するときに活性ファセット１２２に反射して主ＬＯＥ表面１１６によって屈折するときに、眼１８０の位置に対応する角度で、ＬＯＥ１１４内で反射する光線を生成するように構成される、対応する表示領域２０２が選択的に活性化されて、画像ＦＯＶを眼１８０に提示し得る。
【0047】
選択的に活性化可能なファセット１２２ごとの利用可能な画像ＦＯＶは、静的半反射ファセットよりも大きいので、いくつかの実施形態では、光学系１００の効率も高める同じ画像ＦＯＶの範囲を提供するために、より少ない数のファセット１２２が利用され得る。
【0048】
図９は、ＬＯＥ１１４及び共役ＦＯＶ１３０内を伝搬する例示的なＦＯＶ１３６を例解する。ＦＯＶ１３６は、ＬＯＥ１１４の主ＬＯＥ表面１１６及び１１８の全反射の結果として、共役ＦＯＶ１３０内へ反射する。図９に見られるように、活性ファセット１２２は、共役ＦＯＶ１３０を２つの部分、ＦＯＶ１３２及びＦＯＶ１３４に分ける。
【0049】
上で言及される静的半反射ファセットを有するＬＯＥでは、半反射ファセットは、結果として生じる画像に影響を及ぼすことなく、ＬＯＥ内を伝搬する共役ＦＯＶを分けることができない。例えば、半反射コーティングは、しばしば、大きい入射角で非常に高い反射率を有する。この非常に高い反射率のため、半反射ファセットの角度に近い角度で伝搬する共役ＦＯＶ１３０の一部分は、半反射ファセットによって反射され、ゴースト像の一因となる。そのようなゴースト像の存在を低減するために、半反射ファセットを備えたＬＯＥを有する光学系は、例えば浅い角度のＦＯＶ１３４内、又は例えば半反射コーティングによって反射されない十分に大きい角度のＦＯＶ１３２内、のいずれかに画像を提供し得るが、ファセットの角度に近い角度以下の完全共役ＦＯＶ１３０内には提供し得ない。
【0050】
例解的な実施形態では、ファセット１２２は、不活性化させて、ゴースト像を生成することなく、そのようなその共役ＦＯＶ１３０がファセットを通して伝搬するように、高い入射角であっても透過させることができる。これは、共役ＦＯＶ１３０を利用して、半反射ファセットを有するＬＯＥのＦＯＶと比較して、図８に示される活性ファセット１２２について、より大きい画像ＦＯＶを生成する能力をもたらす。１つの例示的なシナリオでは、ＬＯＥ１１４は、１．８の屈折率及び３３．７度の臨界角で構成され得る。ＬＯＥ１１４内で伝搬するＦＯＶは、約５１．３度で構成され得、この例示的なシナリオにおいてＬＯＥ１１４の活性ファセット１２２によって出力されるＦＯＶは、約９３度のＦＯＶで構成され得る。
【0051】
図１０Ａ及び図１０Ｂを参照しながら、別の実施形態による例示的な光学系４００を説明する。図１０Ａ及び図１０Ｂに例解されるように、同様の要素は、図１Ａ～図４Ｂの光学系１００と同様の参照番号を有する。例えば、光学系４００は、ＰＯＤ４１２及びＬＯＥ４１４を備える画像投影アセンブリ４１０と、コントローラ４４０と、光学系１００について上で説明されるものと同様の他の構成要素と、を備える。ＬＯＥ４１４は、主ＬＯＥ表面４１６及び４１８と、ファセット４２２1、４２２2、４２２3、及び４２２4を備えるカップリングアウト配列４２０と、を備える。図１０Ａ及び図１０Ｂの実施形態では、画像投影アセンブリ４１０は、ＰＯＤ４１２とＬＯＥ４１４との間に配設されたＬＯＥ５００を更に備える。
【0052】
ＬＯＥ５００は、本明細書において集合的に及び個々にファセット５０４とも称され得るファセット５０４1、５０４2、５０４3、５０４4、５０４5、５０４6、及び５０４7を備える、カップリングアウト配列５０２を備える。図１０Ａ及び図１０Ｂの例示的な光学系４００では７つのファセット５０４を備えるように例解されているが、他の実施形態では、ＬＯＥ５００は、代替的に、より多い数の又はより少ない数のファセット５０４を備え得る。
【0053】
ＬＯＥ５００及びファセット５０４は、ＬＯＥ射出瞳の２Ｄ拡大に使用される。いくつかの実施形態では、ファセット５０４は、上で言及される半反射ファセットなどの誘電コーティングを含む静的半反射ファセットを備え得る。他の実施形態では、ファセット５０４は、代替的に、図１Ａ～図４Ｂのファセット１２２と同様である選択的に活性化可能なファセットを備え得、また、例えば、１００％の透過率及び０％の反射率を有する不活性状態、０％の透過率及び１００％の反射率を有する活性状態、又は部分的透過率及び部分的反射率を有する別の状態に、ファセット１２２を参照して上で説明されるものと同様の様式でコントローラ４４０によって選択的に活性化可能であり得る。
【0054】
図１１Ａ及び図１１Ｂを参照しながら、光学系４００の別の実施形態を説明する。図１１Ａ及び図１１Ｂの実施形態では、画像投影アセンブリ４１０は、主ＬＯＥ表面４１６及び４１８に平行である、ＬＯＥ４１４の内側の半反射面を備える混合器５０６を更に備える。混合器５０６は、図１１Ａにおいて実線及び破線の矢印によって示されるように、ＬＯＥ４１４の光線を分ける。混合器５０６による分割は、画像投影アセンブリ４１０がＬＯＥ４１４のアパーチャを完全に満たすことを可能にする。
【0055】
図１２を参照すると、例示的な比較のシナリオでは、１つ以上の外部光源７００及び７０２は、ＬＯＥ７１４に入る光線を生成し得る。このシナリオのＬＯＥ７１４は、静的半反射ファセット７２２1、７２２2、７２２3、及び７２２4を備える。図１２に示されるように、外部光源７００からの光線７２４がＬＯＥ７１４に進入すると、該光線は、ファセット７２２4において、ファセット７２２4を通過してＬＯＥ７１４を出る第１の部分７２６と、ファセット７２２4に反射してＬＯＥ７１４を通って伝搬する第２の部分７２８とに分けられる。図１２に見られるように、第１の部分７２６は、眼１８０に影響を及ぼさないが、第２の部分７２８は、ファセット７２２2によってＬＯＥ７１４から眼１８０に向かって方向付けられる。このシナリオでのＬＯＥ７１４による眼１８０上への光線７２４の第２の部分７２８の伝搬及び方向は、眼１８０上へ投影されるゴースト像をもたらし得る。大部分の事例では、ゴースト像は、ＬＯＥの多数のファセットによる光線の反射からの外部光源に起因し、単一のファセットからの反射は、それ自体では、ＬＯＥからの光線をユーザの眼に向かって方向付けないことに留意することが重要である。
【0056】
図１３を参照すると、別の例示的なシナリオにおけるＬＯＥ１１４が例解されている。この実施例では、ファセット１２２4が不活性であるので、光線７２４は、ファセット１２２4によって分けられず、代わりに、眼１８０に影響を及ぼすことなく、ＬＯＥ１１４を通過する。加えて、活性ファセット１２２、この例示的なシナリオではファセット１２２2は、完全反射であるので、外部光源７０２によって生成された光線７３０は、ＬＯＥ１１４内に反射するが、ファセット１２２2によって分けられず、かつ眼１８０に向かって方向付けられない。ファセット１２２2が唯一の活性ファセットであるので、ゴースト像は、光線７２４及び７３０によって生成されない。
【0057】
図１４を参照すると、別の例示的なシナリオでは、平行光線７３０が外部光源７０２によって生成されて、光線７３２、７３４、及び７３８のそれぞれが、同じ角度でＬＯＥ１１４の異なる部分に進入する。光線７３０は、例えば該光線がＬＯＥ１１４内を伝搬する角度のため、ＬＯＥ１１４の主ＬＯＥ表面１１６上でフレネル反射を受ける。例えば、光線７３０がＬＯＥ１１４に進入する角度のため、該光線は、図１３の例示的なシナリオにおいて光線７２４が行った様式と同じ様式で主ＬＯＥ表面１１６を通過しない。そのような場合、単一の活性ファセット１２２2のみを有することは、依然として、例えば光線７３４によって示されるように、眼１８０の瞳孔１８２に向かって方向付けられているゴースト像をもたらし得る。しかしながら、ファセット１２２1及び１２２3のどちらかが活性である場合、対応する光線７３２及び７３６は、眼１８０の瞳孔１８２に向かって方向付けられず、かついかなるゴースト像も生じない。
【0058】
外部光源７００の位置は、光源検出システム６０２（図１Ａ）を使用してコントローラ１４０によって判定され得、一方で、瞳孔１８２の位置は、アイトラッキングシステム６００（図１Ａ）を使用してコントローラ１４０によって判定され得る。外部光源７００及び瞳孔１８２の既知の位置に基づいて、コントローラ１４０は、どのファセット１２２が瞳孔１８２上へゴースト像を投影し得るかを判定するように構成されている。いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、画像を生成するときの外部光源７００によるゴースト像の一因となるファセット１２２の活性化をスキップするように構成され得る。いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、外部光源７００によるゴースト像の一因となるファセット１２２の反射率を調整するように構成され得、例えば、ファセット１２２は、生成された画像を瞳孔１８２上へ投影するために少ない数の利用可能なＦＯＶを有することを代価にしてゴースト像を減衰させるために、１００％未満の反射率に設定することができる。
【0059】
図１５を参照すると、例示的な比較のシナリオでは、ＬＯＥ８１４は、ＰＯＤ（図示せず）から光線８２４を受ける。この例示的な比較のシナリオでは、ＬＯＥ８０４は、静的半反射ファセット８２２1、８２２2、８２２3、及び８２２4を備える。光線８２４がＬＯＥ８１４を通って伝搬すると、光線８２４は、１つ以上のファセット８２２によって、異なる伝搬角度を有する多数の部分に分けられ得る。例えば、図１５に示されるように、光線８２４は、半反射ファセット８２２4によって、光線８２４と同じ伝搬経路に沿って進む第１の部分８２６、例えば投影された画像と、変化した伝搬経路及び角度を有する第２の部分８２８、例えばゴースト光線とに分けられる。場合によっては、光線８２４の分けられた部分８２６及び８２８は、ファセット８２２のうちの１つ以上によって眼１８０上へ投影されるゴースト像を生じさせ得る。例えば、図１５に見られるように、第２の部分８２８は、ファセット８２２3によって眼１８０上へ部分的に反射され、一方で、第１の部分８２６は、ファセット８２２2によって眼１８０上へ部分的に反射され、その結果、第１の部分８２６による画像及び第２の部分８２８によるゴースト像の両方を眼１８０上に同時に投影する。
【0060】
例解的な実施形態では、光線を眼１８０上へ方向付けるファセットだけしか活性させる必要がなく、よって、光線が分けられる機会が存在しないので、選択的に活性化可能なファセット１２２を有する開示されるＬＯＥ１１４は、この問題を克服する。加えて、活性ファセットが１００％の反射率に設定され得、一方で、不活性ファセットが１００％の透過率に設定され得るので、ＰＯＤ１１２から受けた光線は、活性ファセット１２２によってＬＯＥ１１４に完全反射され、ゴースト像を生じさせるいかなる有意な方法においても、不活性ファセット１２２によって影響を及ぼされない。
【0061】
図１６Ａ～図１６Ｃを参照すると、光学系４００の例示的な一実施形態が説明されている。図１６Ａ～図１６Ｃの実施形態では、画像投影アセンブリ４１０は、ＰＯＤ４１２とＬＯＥ４１４との間に配設されたＬＯＥ９００を更に備える。
【0062】
ＬＯＥ９００は、本明細書において集合的に及び個々にファセット９０４とも称され得るファセット９０４1、９０４2、９０４3、９０４4、９０４5、９０４6、及び９０４7を備える、カップリングアウト配列９０２を備える。図１６Ａ～図１６Ｃの例示的な光学系４００では７つのファセット９０４を備えるように例解されているが、他の実施形態では、ＬＯＥ９００は、代替的に、より多い数の又はより少ない数のファセット９０４を備え得る。
【0063】
ＬＯＥ９００及びファセット９０４は、ＬＯＥ射出瞳の２Ｄ拡大に使用される。図１６Ａ～図１６Ｃの実施形態では、ファセット９０４は、図１Ａ～図４Ｂのファセット１２２と同様である選択的に活性化可能なファセットを備え得、また、例えば、１００％の透過率及び０％の反射率を有する不活性状態、０％の透過率及び１００％の反射率を有する活性状態、又は部分的透過率及び部分的反射率を有する別の状態に、ファセット１２２を参照して上で説明されるものと同様の様式でコントローラ４４０によって選択的に活性化可能であり得る。加えて、図１６Ａ～図１６Ｃの実施形態では、ファセット９０４は、ファセット９０４全体を活性化させることなく、コントローラ４４０によって別々に活性化又は不活性化され得る、例えば実線によって示されるファセット９０４3の活性セグメントなどの、選択的に活性化可能なセグメント９０８を更に備える。いくつかの実施形態では、ＬＯＥ４１４のファセット４２２はまた、ファセット４２２全体を活性化させることなく、コントローラ４４０によって別々に活性化又は不活性化され得る、例えば実線によって示されるファセット４２２3の活性セグメントなどの、選択的に活性化可能なセグメント９１０も備え得る。
【0064】
図１６Ｃに示されるように、ＰＯＤ４１２は、グリッド状に配置された表示領域１００２を備える画像生成器１０００を備える。いくつかの実施形態では、各表示領域１００２は、画像生成器１０００の画素に対応し得る。他の実施形態では、各表示領域１００２は、一群の画像生成器１０００の画素に対応し得る。各表示領域１００２は、出口アパーチャ９０６を介して画像をＬＯＥ９００に投影するために、コントローラ４４０によって選択的に活性化可能である。例えば、いくつかの実施形態では、１つ以上の表示領域１００２が活性化されて、特定のＦＯＶの画像を投影し得る。
【0065】
図１６Ｂに見られるように、ＬＯＥ９００内の単一の活性化ファセット９０４及びセグメント９０８、並びにＬＯＥ４１４内の単一の活性化ファセット４２２及びセグメント９１０について、Ｘ軸に沿って眼１８０に向かって投影されるＦＯＶは、アイトラッキングシステム６００（図１Ａ）を伴う光学系内の瞳孔１８２の位置及びＰＯＤ４１２の出口アパーチャ９０６によって画定される。
【0066】
瞳孔１８２の位置を知ることによって、光線を瞳孔１８２の位置に向かって方向付けるために必要な角度が、図６Ａ及び図６Ｂについて上で説明されるものと同様の様式で、コントローラ４４０によって計算され得る。計算された角度は、出口アパーチャ９０６からの光線を、瞳孔１８２の判定された位置に対応するＥＭＢの一部分９１２に向かって方向付けるために活性化させる必要がある、表示領域１００２、ファセット９０４、セグメント９０８、ファセット４２２、及びセグメント９１０を画定する。この実施形態では、図６Ａ及び図６Ｂの実施形態についてコントローラ４４０によって実行される計算と比較して、ＬＯＥ９００の追加により、追加的な計算が必要であり得る。例えば、式（１）及び（２）の上で言及した歪み法を利用又は拡張して、ＥＭＢの、表示領域１００２から出口アパーチャ９０６までの、出口アパーチャ９０６からセグメント９０８までの、セグメント９０８からセグメント９１０までの、及びセグメント９１０から部分９１２までの、光線ごとの角度が計算され得る。
【0067】
アイトラッキングシステム６００を有しない光学系では、図７Ａ及び図７Ｂを参照して上で説明されるものと同様の様式で光線の角度及び方向を計算するために、ＥＭＢのより大きい部分１８６（図７Ａ）が使用され得る。
【0068】
以下、図１７を参照しながら、選択的に活性化可能なファセット１２２及び選択的に活性化可能な表示領域２０２の制御部を備える光学系１００を動作させるための例示的なプロセスが説明される。本プロセスは、コントローラ１４０、アイトラッキングシステム６００、ＰＯＤ１１２、及びＬＯＥ１１４によって少なくとも部分的に行われ得るか、又は光学系１００の任意の他の部分によって少なくとも部分的に行われ得る。
【0069】
図１７のプロセスは、ステップ１１００～１１０６を含む。図１７のプロセスは、他の実施形態では、特定のステップ又は特定の順序のステップを有するように本明細書で説明されているが、本プロセスは、代替的に、任意の順序でステップを行い得るか、追加のステップを含み得るか、より少ないステップを含み得るか、又は以下で説明されるステップの一部分だけを行い得る。
【0070】
ステップ１１００で、コントローラ１４０がＥＭＢのターゲット部分を判定する。例えば、いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、図６Ａ及び図６Ｂを参照して上で説明されるようにアイトラッキングシステム６００から取得した位置情報を使用して、ＥＭＢの一部分１８４としてターゲット部分を判定し得る。例えば、アイトラッキングシステム６００が含まれていないか、又は利用不能である、いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、図７Ａ及び図７Ｂを参照して上で説明されるように、ＥＭＢの一部分１８６としてターゲット部分を判定し得る。
【0071】
ステップ１１０２及び１１０４で、コントローラ１４０が、画像視野の少なくとも一部分を含む光線をＥＭＢのターゲット部分に向かって方向付けるように構成されている、ＬＯＥ１１４のファセット１２２及び画像生成器２００の表示領域２０２を識別する。例えば、ファセット１２２及び対応する表示領域２０２は、上の実施形態で説明されるコントローラ１４０によって識別され得る。ステップ１１０２及び１１０４は、特定の順序で行われるように例解されているが、任意の他の順序が使用され得る。加えて、いくつかの実施形態では、ステップ１１０２及び１１０４は、単一のステップを含み得る。
【0072】
ステップ１１０６で、コントローラ１４０が、識別されたファセット１２２及び識別された表示領域２０２を選択的に活性化させて、例えば図１Ａ～図４Ｂ又は上で説明される他の実施形態に示されるように、光線をアイモーションボックスのターゲット部分に向かって方向付ける。
【0073】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、単数形の「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、別途文脈が明確に示していない限り、複数形も含むことを意図している。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／又は「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用される場合、記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を指定するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はそれらの群の存在又は追加を除外しないことが更に理解されるであろう。
【0074】
以下の特許請求の範囲において、該当する場合、全てのミーンズプラスファンクション又はステッププラスファンクション要素の、対応する構造、材料、動作、及び均等物は、具体的に特許請求された他の特許請求された要素と組み合わせてその機能を行うための、あらゆる構造、材料、又は行為を含むことを意図している。本発明の開示される実施形態は、例解及び説明のために提示されているが、網羅的であること又は開示された形態の発明に限定されることを意図するものではない。多くの修正及び変形が、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく、当業者には明らかになるであろう。本発明の原理及び実際の用途を最良に説明し、想到される特定の使用に適するように様々な修正を加えた様々な実施形態について本発明を他の当業者が理解することを可能にするために、本実施形態を選択し、かつ説明した。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図16C】
【図17】
