特表 2022-528275 可変解像度スクリーンのための方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-06-09

(54)【発明の名称】可変解像度スクリーンのための方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20220602BHJP

   G02B 26/08 20060101ALI20220602BHJP

   G02B 27/02 20060101ALI20220602BHJP

   G09G 5/00 20060101ALI20220602BHJP

   H04N 5/74 20060101ALI20220602BHJP

【ＦＩ】

G03B21/14 Z

G02B26/08 D

G02B27/02 Z

G02B26/08 E

G09G5/00 510B

G09G5/00 550C

H04N5/74 A

H04N5/74 D

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021560376

(86)(22)【出願日】2020-03-19

(85)【翻訳文提出日】2021-11-10

(86)【国際出願番号】 US2020023695

(87)【国際公開番号】W WO2020205269

(87)【国際公開日】2020-10-08

(31)【優先権主張番号】16/370,694

(32)【優先日】2019-03-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/565,327

(32)【優先日】2019-09-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/565,328

(32)【優先日】2019-09-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/719,824

(32)【優先日】2019-12-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521440921

【氏名又は名称】ガザリアン ラズミク

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100144451

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 博子

(74)【代理人】

【識別番号】100168871

【弁理士】

【氏名又は名称】岩上 健

(72)【発明者】

【氏名】ガザリアン ラズミク

【テーマコード（参考）】

2H141

2H199

2K203

5C058

5C182

【Ｆターム（参考）】

2H141MA12

2H141MB23

2H141MB26

2H141MB37

2H141MB39

2H141ME01

2H141ME06

2H141ME09

2H141ME11

2H199CA06

2H199CA23

2H199CA29

2H199CA30

2H199CA32

2H199CA42

2H199CA45

2H199CA47

2H199CA48

2H199CA64

2H199CA66

2H199CA68

2H199CA70

2H199CA74

2H199CA96

2K203FA02

2K203FA44

2K203FA62

2K203FA80

2K203FA82

2K203FA91

2K203GC07

2K203GC20

2K203HA03

2K203HA82

2K203HA99

2K203HB13

2K203HB22

2K203MA01

5C058BA25

5C058BA35

5C058EA02

5C058EA05

5C058EA12

5C058EA13

5C182AA02

5C182AA03

5C182AA04

5C182AA21

5C182AB33

5C182BA56

5C182BB04

5C182CB01

5C182CB44

(57)【要約】

マイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタからの画像を可変解像度画像に変形するための可変解像度スクリーン装置及び方法を本明細書に説明する。装置及び方法は、高解像度部分と低解像度部分を取ることができ、これらは、２つに分割するために覆い隠された画像の連続ストリームとして又は時間によって分離された２つの交互画像として（又はその両方で）生成され得る。２つの画像ストリームは、様々な光学実施形態を用いて高解像度部分が低解像度背景の中に再編成される。様々な実施形態は、可変解像度画像を生成するためにビーム分割器、ビーム結合器、シャッター、光学マスク、レンズ、ミラー、光学スラブ、レンズアレイ、及び他の光学系を様々な組合せで使用する。マイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタからの画像は、分割され（一部の実施形態では）、変形され、かつ再結合されてスクリーン又は視認者の網膜上に表示される。この装置は、仮想現実ヘッドセットに実施することができると考えられる。
【選択図】 図４Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光学装置であって、
第１の画像成分と第２の画像成分とを出力するように構成された画像ソースと、
前記第１の画像成分を受け入れてスクリーンの上にフォーカスされた高解像度小画像を出力し、
前記第２の画像成分を受け入れて前記スクリーンの上にフォーカスされた低解像度大画像を出力する、
ように構成された１又は２以上の光学要素と、
を含み、
前記高解像度小画像及び前記低解像度大画像は、前記スクリーン上で可変解像度画像として現れる、
光学装置。

【請求項2】

前記画像ソースは、プロジェクタ、ディスプレイ、又はマイクロディスプレイのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の光学装置。

【請求項3】

前記１又は２以上の光学要素は、
前記第１の画像成分を受け入れてスクリーンの上にフォーカスされた前記高解像度小画像を出力するように構成された小画像光学要素と、
前記第２の画像成分を受け入れて前記スクリーンの上にフォーカスされた前記低解像度大画像を出力するように構成された大画像光学要素と、
を含む、
請求項１に記載の光学装置。

【請求項4】

前記第１の画像成分を前記小画像光学要素に向け、前記第２の画像成分を前記大画像光学要素に向ける画像ステアリング要素、
を更に含む請求項３に記載の光学装置。

【請求項5】

前記小画像光学要素及び前記大画像光学要素は、それらの構成要素のうちの１又は２以上を共有する、請求項３に記載の光学装置。

【請求項6】

前記小画像光学要素は、複製要素と光学遮蔽要素とを含む、請求項３に記載の光学装置。

【請求項7】

前記光学遮蔽要素は、該光学遮蔽要素からのスクリーンドア効果を低減するために中間画像平面から僅かにオフセットされる、請求項６に記載の光学装置。

【請求項8】

前記光学遮蔽要素は、更に、前記高解像度小画像のコピーを表示し、
前記高解像度小画像の単一複製物が、該高解像度小画像の前記コピーと融合して該高解像度小画像に増大したコントラスト又は増大した色深度のうちの少なくとも一方を提供する、
請求項６に記載の光学装置。

【請求項9】

前記複製要素は、前記高解像度小画像を受け入れて該高解像度小画像の複数の複製物を出力し、
前記光学遮蔽要素は、前記高解像度小画像の１又は２以上の複製物の部分が残るように該高解像度小画像の該複数の複製物の１又は２以上を覆い隠し、該高解像度小画像の該１又は２以上の複製物の該部分は、前記スクリーン上のターゲット位置の上にフォーカスされる該高解像度小画像の完全な単一複製物を共に形成する、
請求項６に記載の光学装置。

【請求項10】

前記高解像度小画像の前記１又は２以上の複製物の前記部分は、該高解像度小画像の少なくとも４つの複製物のデジタル的に再配置された部分を含み、
前記光学遮蔽要素は、前記高解像度小画像の前記少なくとも４つの複製物の前記デジタル的に再配置された部分から該高解像度小画像の前記完全な単一複製物を再構成するように構成される、
請求項９に記載の光学装置。

【請求項11】

前記１又は２以上の光学要素は、遮蔽要素を含み、
前記遮蔽要素は、前記低解像度大画像のコピーを表示し、
前記低解像度大画像は、該低解像度大画像の前記コピーと融合して該低解像度大画像に増大したコントラスト又は増大した色深度のうちの少なくとも一方を提供する、
請求項１に記載の光学装置。

【請求項12】

前記第１の画像成分及び前記第２の画像成分は、画像ストリームの個別のフレームであり、
前記画像ソースは、前記個別のフレーム内の前記第１の画像成分及び前記第２の画像成分を時間多重化方式で出力するように構成される、
請求項１に記載の光学装置。

【請求項13】

前記画像ソースは、前記第１の画像成分と前記第２の画像成分とを含む初期画像を出力するように構成され、
前記第１の画像成分は、前記初期画像の第１の複数のピクセルを含み、前記第２の画像成分は、該初期画像の第２の複数のピクセルを含む、
請求項１に記載の光学装置。

【請求項14】

前記１又は２以上の光学要素は、１又は２以上の電気的に調整可能なレンズ又はミラーを含み、
前記電気的に調整可能なレンズ又はミラーは、前記スクリーン上の前記高解像度小画像又は前記低解像度大画像のうちの少なくとも一方のサイズを制御するためのズームレンズ又はミラーとして機能する、
請求項１に記載の光学装置。

【請求項15】

前記１又は２以上の光学要素は、１又は２以上の電気的に調整可能なレンズ又はミラーを含み、
前記１又は２以上の電気的に調整可能なレンズ又はミラーは、前記スクリーン上の前記高解像度小画像又は前記低解像度大画像のうちの少なくとも一方のフォーカスを制御するためのフォーカスレンズ又はミラーとして機能する、
請求項１に記載の光学装置。

【請求項16】

前記小画像光学要素から出力された前記高解像度小画像を含む画像ストリームをステアリングする回転光学スラブを更に含む、請求項１に記載の光学装置。

【請求項17】

前記スクリーンは、視認者の網膜を含む、請求項１に記載の光学装置。

【請求項18】

前記画像ソースは、レーザビームステアリング（ＬＢＳ）プロジェクタを含み、
前記第１の画像成分は、前記ＬＢＳプロジェクタによって生成された幅狭ビームであり、
前記第２の画像成分は、前記ＬＢＳプロジェクタによって生成された幅広ビームである、
請求項１に記載の光学装置。

【請求項19】

前記スクリーン上の前記高解像度小画像の位置が、前記ＬＢＳプロジェクタに関連付けられた角度によって決定される、請求項１８に記載の光学装置。

【請求項20】

視認者の中心窩視野を検出する視線追跡要素、
を更に含み、
前記高解像度小画像又は該高解像度小画像の単一複製物の位置が、前記視認者の前記中心窩視野に対応する、
請求項１に記載の光学装置。

【請求項21】

光学装置であって、
低解像度大画像を出力するように構成された第１の画像ソースと、
高解像度小画像を出力するように構成された第２の画像ソースと、
前記高解像度小画像を受け入れて該高解像度小画像の複数の複製物を出力する画像複製要素と、
前記高解像度小画像の１又は２以上の複製物の部分が残るように該高解像度小画像の前記複数の複製物のうちの１又は２以上を覆い隠す光学遮蔽要素であって、該高解像度小画像の該１又は２以上の複製物の該部分が、スクリーン上のターゲット位置の上にフォーカスされる該高解像度小画像の完全な単一複製物を共に形成する前記光学遮蔽要素と、
を含み、
前記高解像度小画像の前記単一複製物及び前記低解像度大画像は、前記スクリーン上で可変解像度画像として現れる、
光学装置。

【請求項22】

前記第１の画像ソース又は前記第２の画像ソースのうちの少なくとも一方が、プロジェクタ、ディスプレイ、又はマイクロディスプレイのうちの少なくとも１つを含む、請求項２１に記載の光学装置。

【請求項23】

前記スクリーン上の前記高解像度小画像、該高解像度小画像の前記単一複製物、又は前記低解像度大画像のうちの少なくとも１つのサイズを制御するためのズームレンズ又はミラーとして機能する１又は２以上の電気的に調整可能なレンズ又はミラー、
を更に含む請求項２１に記載の光学装置。

【請求項24】

前記スクリーン上の前記高解像度小画像、該高解像度小画像の前記単一複製物、又は前記低解像度大画像のうちの少なくとも１つのフォーカスを制御するためのフォーカスレンズ又はミラーとして機能する１又は２以上の電気的に調整可能なレンズ又はミラー、
を更に含む請求項２１に記載の光学装置。

【請求項25】

前記光学遮蔽要素は、該光学遮蔽要素からのスクリーンドア効果を低減するために中間画像平面から僅かにオフセットされる、請求項２１に記載の光学装置。

【請求項26】

前記光学遮蔽要素は、更に、前記高解像度小画像のコピーを表示し、
前記高解像度小画像の単一複製物が、該高解像度小画像の前記コピーと融合して該高解像度小画像の該単一複製物に増大したコントラスト又は増大した色深度のうちの少なくとも一方を提供する、
請求項２１に記載の光学装置。

【請求項27】

前記光学遮蔽要素は、更に、前記低解像度大画像のコピーを表示し、
前記低解像度大画像は、該低解像度大画像の前記コピーと融合して該低解像度大画像に増大したコントラスト又は増大した色深度のうちの少なくとも一方を提供する、
請求項２１に記載の光学装置。

【請求項28】

前記スクリーンは、視認者の網膜を含む、請求項２１に記載の光学装置。

【請求項29】

視認者の中心窩視野を検出する視線追跡要素、
を更に含み、
前記高解像度小画像の前記単一複製物の一部分が、前記視認者の前記中心窩視野に対応する、
請求項２１に記載の光学装置。

【請求項30】

前記高解像度小画像の前記１又は２以上の複製物の前記部分は、該高解像度小画像の少なくとも４つの複製物のデジタル的に再配置された部分を含み、
前記光学遮蔽要素は、前記高解像度小画像の前記少なくとも４つの複製物の前記デジタル的に再配置された部分から該高解像度小画像の前記完全な単一複製物を再構成するように構成される、
請求項２１に記載の光学装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に説明するシステム、装置、及び方法は、一般的にビデオ投影システムに関し、特に仮想現実ヘッドセットのような近眼ディスプレイのためのビデオ投影システムに関する。

【背景技術】

【0002】

コンピュータ及びテレビジョンの初期から、表示システムは、スクリーンにわたる視覚情報の表示に頼っている。年月を経て、処理パワー及び小型化によってスクリーン解像度を劇的に高めることが可能になったが、スクリーンにわたってピクセルを均一に表示するという基本手法が優勢である。しかし、この手法は、解像度が高まる時にピクセルの全てを送出するための通信及び計算性能の有意な増大を要求する。これらの問題は、限定ではないがアイピース又は導波管を通して視認した時の画像が従来のディスプレイと比較して有意な量の視認者の視野を覆い、かつそれらのピクセルの一部が通常は又は常に視認者の周辺視野に又はその近くにあることをもたらす仮想現実ヘッドセットの出現と共に特に深刻になっている。

【0003】

従来のディスプレイは、平坦又は僅かに湾曲したクリーン上に典型的には規則的グリッド又は類似の均一に分散したピクセル又は走査線パターンで固定のサイズ及び互いからの距離を有するピクセル又は走査線を有する。ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）又はＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）コンピュータディスプレイ又はテレビジョンディスプレイのような表示デバイスへの単一ピクセル手法１０１を示す図１Ａを参照されたい。図１Ｂは、ＣＲＴ（ブラウン管）コンピュータディスプレイ又はテレビジョンディスプレイ及びＣＲＴ又はＬＢＳ（レーザビームステアリング）ビデオ投影機のような他の表示デバイスに使用される走査線手法１０２を示している。しかし、眼は、図１Ｃに見られるように、中心１０４では高解像度で、周辺１０５では低い視力で、視野１０３を解釈する。人間の視覚は、単一ピクセル１０１又は走査線１０２設計とはかなり異なっており、中心視覚１０４に遥かに多い視細胞及び高い視力を有するが、この種の固定及び一様分布のピクセル又は走査線は、スクリーンのどの部分をも多くの距離及び角度から見る時に類似の品質の画像を保証する。

【0004】

ピクセル又は走査線のこの均一分布が適用されない今日の例は、例えば３ｄ面がビデオ投影機のスクリーンとして頻繁に使用される投影マッピング業界では、非常に限られており、ほとんど意図的なものではない。

【0005】

最近では、高解像度のマイクロディスプレイ、ディスプレイ、及びプロジェクタの益々高まる製造コスト、及び従来スクリーンに対して生成された表示コンテンツに関する特に仮想現実ヘッドセット、拡張現実ヘッドセット、及び混合現実ヘッドセット（以後「ＸＲヘッドセット」と呼ぶ）でのそれらの益々増大する解像度及び視野に起因する遙かに厳しい計算、帯域幅、及びストレージ要件の理由から可変解像度スクリーン１０３に対する必要性が出現している。

【0006】

現在のＸＲヘッドセットは、眼球の回転を考慮して平均で水平に２７０度掛ける垂直に１３５度である人間の視野に近い視野を提供することを目標としており、かつ通常はそれよりも小さく、例えば、仮想現実ヘッドセットに対して水平に９０度掛ける垂直に１００度であり、拡張現実ヘッドセットに対して水平に５０度未満掛ける垂直に５０度であるが、これは、依然としてモニタ、ＴＶ、及び投影スクリーンのような通常の視認距離での多くのスクリーンよりも大きい。

【0007】

他の例は、非常に広く投影し、かつ通常視認距離でのＣＲＴ、ＬＣＤ、ＯＬＥＤ、又はマイクロＬＥＤモニタ、及びＴＶ及び投影スクリーンのような表示技術を使用するよりも視認者の視野のより多くを網羅するように設定することができるビデオ投影機である。

【0008】

ＨＭＰＤ（ヘッド装着式投影ディスプレイ）によって明らかにされたような上記２つの混成もこの方法及び表示装置に対する潜在的な使用事例であり、これらの両方は、ヘッド装着式デバイスであるが、他のＸＲヘッドセットと同様にアイピースレンズ又は他の光学系を用いて視認される導波管又は投影スクリーンに使用される以外にビデオ投影機に使用されるもののような再帰反射投影スクリーンの上に投影する。

【0009】

そのような大きい視野では、同じ量のピクセル又は走査線は、視認者の視野の角度当たりより少ないピクセル又は走査線を与え、かつ詳細の顕著な欠如、ピクセル化及びスクリーンドア効果、又は走査線間のギャップを受ける可能性がある。

【0010】

周辺に少ないピクセルを表示する現在の方法は、ディスプレイ上のどの場所でも非常に高いピクセル密度を有し、かつ視認者の周辺視野の近くに又は周辺視野に表示されたピクセル上にそもそもそこに少ないピクセル又は走査線を有するのではなく低い解像度で表示することによって行われる。これは、Ｓｏｎｙ ＰｌａｙＳｔａｔｉｏｎ ＶＲ（登録商標）及びＯｃｕｌｕｓ Ｇｏ（登録商標）ヘッド装着式ディスプレイが用いる技術である（１０３と類似）。

【0011】

ディスプレイ上のピクセル又は走査線カウントを均一に増大するこの手法は、特に、正常視力に必要とされる角度解像度当たり６０個のピクセルに対して片眼毎に水平に約１１，７００個のピクセル及び垂直に８１００個のピクセルを必要とすると考えられる水平に２７０度（片眼毎に１９５度）掛ける垂直に１３５度の平均人間視野に関して、大きい視野を網羅するのに遥かに多くのピクセル又は走査線を必要とするのでコストと計算の両方に課題を課すものである。

【0012】

視認者の中心窩視野が到達することができるより多くのピクセルを有するカスタムスクリーンを製造することは、非常に高価であり、かつカスタム表示コントローラを必要とすることになる。

【0013】

それが仮に可能であり、かつ経済的に実現可能であったとしても、そのようなスクリーンに関して上述した実時間中心窩コンテンツを生成するのに必要な計算パワーは、より詳細な仮想現実画像を実時間でレンダリングして表示するような他のタスクに使用することができると考えられる。

【0014】

ビーム分割器を用いるなどで可変解像度スクリーンを達成するために２つのプロジェクタ又はディスプレイを光学的に組み合わせる方法をここまで提案した。この手法には、より高いコスト、重量、サイズ、異なるディスプレイ又はプロジェクタ間の色補正及び同期に関する要件のような欠点があり、かつ２つのディスプレイ又はプロジェクタを用いて画像上に１つの高解像度部分と１つの低解像度部分とを有することできるのみである（以下の特許：ＵＳ２０１６０２４００１３Ａ１、ＵＳ９７１１０７２Ｂ１、ＵＳ９９８３４１３Ｂ１、ＵＳ９９８９７７４Ｂ１、ＵＳ９７１１１１４Ｂ１、ＵＳ９９０５１４３Ｂ１での教示を参照されたい）。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

同じく、高解像度区域を再配置するためにビーム分割器を傾斜させること又はミラー又はプリズムを用いて画像をステアリングすることも困難であり、本明細書に説明する方法の一部が解消する遠近歪み及び一部の光学収差をもたらす。これに加えて、傾斜又は回転する機械部品は、本明細書に説明する方法の一部が解消する機械的移動部品に関連付けられた欠点を有する。

【課題を解決するための手段】

【0016】

ビデオソースに接続されたプロジェクタからなる可変解像度画像ストリームをスクリーン上に生成するための光学装置を本明細書に説明し、プロジェクタは、光画像ストリームを高解像度小画像成分と低解像度大画像成分との形態で伝送する。可変解像度画像ストリームの各フレームは、ａ）低解像度大画像、ｂ）高解像度小画像、又は高解像度小画像と低解像度大画像との重ね合わせのうちの１つである又はそれを含むことができる。この光画像ストリームは、高解像度小画像成分と低解像度大画像成分とを小画像光学要素と大画像光学要素とに向ける画像ステアリング要素に送られる。これに加えて、画像ステアリング要素は、実施形態では、画像分離要素として機能することができ、かつ第１の画像成分を第２の画像成分から分離することができる。光学装置はまた、高解像度小画像成分と低解像度大画像成分とを高解像度小画像ストリームと低解像度大画像ストリームとに分離する画像分離要素を含むことができ、小画像光学要素と大画像光学要素は、低解像度大画像ストリームと高解像度小画像ストリームとがスクリーン上で可変解像度画像ストリームとして現れるように、低解像度大画像ストリームと高解像度小画像ストリームとをスクリーンの上にフォーカスさせる。

【0017】

一部の実施形態では、プロジェクタからの光画像ストリームは、第１のフレーム（フレームｎ）内の高解像度小画像成分と次のフレーム（フレームｎ＋１）内の低解像度大画像成分との間で時間多重化される。画像分離要素は、時間多重化を管理する光学シャッターとすることができるであろう。これに代えて、プロジェクタからの光画像ストリームは、各画像の１つの部分上に高解像度小画像成分と画像の別の部分上に低解像度大画像成分とを有することができると考えられる。画像分離要素は、この実施形態をサポートする光学マスク（ステンシル）とすることができるであろう。

【0018】

一部の実施形態では、スクリーンは、仮想現実ヘッドセットに埋め込まれる。小画像光学要素は、レンズアレイを含むことができると考えられる。画像ステアリング要素は、回転光学スラブ、ミラー、ビーム分割器（例えば、偏光子ビーム分割器又は反射偏光子ビーム分割器）、楔（Ｒｉｓｌｅｙ）プリズム、液晶切換可能ミラー、光学シャッター、又は光学遮蔽要素とすることができるであろう。大画像光学要素は、低解像度大画像ストリームをスクリーン又は視認者の視野の外側部分にフォーカスするレンズ又は他の光学系とすることができるであろう。小画像光学要素は、高解像度小画像ストリームをスクリーン又は視認者の視野の中心部分にフォーカスするレンズ又は他の光学系とすることができると考えられる。

【0019】

可変解像度画像ストリームをスクリーン上に生成する光学方法を本明細書に説明し、本方法は、ビデオソースに接続されたプロジェクタを用いて高解像度小画像成分及び低解像度大画像成分の形態にある光画像ストリームを生成する段階と、画像又はビームステアリング要素を用いて高解像度小画像成分及び低解像度大画像成分を小画像光学要素に及び大画像光学要素に向ける段階と、画像分離要素を用いて高解像度小画像成分及び低解像度大画像成分を高解像度小画像ストリーム及び低解像度大画像ストリームに分離する段階と、小画像光学要素及び大画像光学要素により、低解像度大画像ストリーム及び高解像度小画像ストリームをフォーカスさせてスクリーン上に可変解像度画像ストリームを形成する段階とを含む。

【0020】

光学方法の一部の実施形態では、プロジェクタからの光画像ストリームは、第１のフレーム（フレームｎ）内の高解像度小画像成分と第２のフレーム（フレームｎ＋１）内の低解像度大画像成分との間で時間多重化される。これらの成分の分離は、画像分離要素のための光学シャッターを使用することによって達成することができると考えられる。光学方法の別の実施形態では、プロジェクタからの光画像ストリームは、各画像の１つの部分上に高解像度小画像成分と画像の別の部分上に低解像度大画像成分とを有することができると考えられ、画像分離要素は、光学マスク（ステンシル）とすることができると考えられる。

【0021】

光学方法の一部の実施形態では、スクリーンは、仮想現実ヘッドセットに埋め込まれる。小画像光学要素は、レンズアレイを含むことができると考えられる。画像ステアリング要素は、回転光学スラブ、ミラー、ビーム分割器、楔（Ｒｉｓｌｅｙ）プリズム、光学シャッター、液晶切換可能ミラー、又は光学遮蔽要素とすることができるであろう。大画像光学要素は、低解像度大画像ストリームをスクリーン又は視認者の視野の外側部分にフォーカスするレンズ又は他の光学系とすることができると考えられる。小画像光学要素は、高解像度小画像ストリームをスクリーン又は視認者の視野の中心部分にフォーカスするレンズ又は他の光学系とすることができるであろう。スクリーンは、平坦又は湾曲拡散投影スクリーン、平坦又は湾曲再帰反射投影スクリーン、平坦又は湾曲ホログラフィック拡散器投影スクリーン、第１の面又は投影スクリーンに結合された平坦又は湾曲光ファイバ先細部、又は視認者の網膜の上に投影をフォーカスする平坦又は湾曲ミラー又はフレネルミラー（平行化ディスプレイシステムに使用されるものような）とすることができると考えられる。スクリーンはまた、視認者の網膜とすることができるであろう。プロジェクタは、マイクロディスプレイ又はディスプレイとすることができると考えられる。

【0022】

本発明の開示の実施形態の様々な異なる例示的実施を以下に列挙する。

【0023】

１．第１の画像成分と第２の画像成分とを出力するように構成された画像ソースと、第１の画像成分を受け入れて、スクリーンの上にフォーカスされた高解像度小画像を出力し、第２の画像成分を受け入れて、スクリーンの上にフォーカスされた低解像度大画像を出力するように構成された１又は２以上の光学要素とを含み、高解像度小画像と低解像度大画像とがスクリーン上で可変解像度画像として現れる光学装置。

【0024】

２．画像ソースが、プロジェクタ、ディスプレイ、又はマイクロディスプレイのうちの少なくとも１つを含む実施例１の光学装置。

【0025】

３．１又は２以上の光学要素が、第１の画像成分を受け入れて、スクリーンの上にフォーカスされた高解像度小画像を出力するように構成された小画像光学要素と、第２の画像成分を受け入れて、スクリーンの上にフォーカスされた低解像度大画像を出力するように構成された大画像光学要素とを含む実施例１の光学装置。

【0026】

４．第１の画像成分を小画像光学要素に向け、第２の画像成分を大画像光学要素に向ける画像ステアリング要素を更に含む実施例３の光学装置。

【0027】

５．小画像光学要素と大画像光学要素がそれらの構成要素のうちの１又は２以上を共有する実施例３の光学装置。

【0028】

６．小画像光学要素が複製要素と光学遮蔽要素とを含む実施例３の光学装置。

【0029】

７．光学遮蔽要素が、光学遮蔽要素からのスクリーンドア効果を低減するために中間画像平面から僅かにオフセットされる実施例６の光学装置。

【0030】

８．光学遮蔽要素が、更に高解像度小画像のコピーを表示し、高解像度小画像の単一複製物が高解像度小画像のコピーと融合して高解像度小画像に増大したコントラスト又は増大した色深度のうちの少なくとも一方を提供する実施例６の光学装置。

【0031】

９．複製要素が、高解像度小画像を受け入れて、高解像度小画像の複数の複製物を出力し、光学遮蔽要素が、スクリーン上のターゲット位置の上にフォーカスされる高解像度小画像の完全な単一複製物を共に形成する高解像度小画像の１又は２以上の複製物の部分が残るように高解像度小画像の複数の複製物のうちの１又は２以上を覆い隠すことになる実施例６の光学装置。

【0032】

１０．高解像度小画像の１又は２以上の複製物の部分が、高解像度小画像の少なくとも４つの複製物のデジタル的に再配置された部分を含み、光学遮蔽要素が、高解像度小画像の少なくとも４つの複製物のデジタル的に再配置された部分から高解像度小画像の完全な単一複製物を再構成するように構成される実施例９の光学装置。

【0033】

１１．１又は２以上の光学要素が、遮蔽要素を含み、遮蔽要素が、低解像度大画像のコピーを表示し、低解像度大画像が、低解像度大画像のコピーと融合して低解像度大画像に増大したコントラスト又は増大した色深度のうちの少なくとも一方を提供する実施例１の光学装置。

【0034】

１２．第１の画像成分と第２の画像成分が、画像ストリームの個別のフレームであり、画像ソースが、第１の画像成分と第２の画像成分とを個別のフレーム内において時間多重化方式により出力するように構成される実施例１の光学装置。

【0035】

１３．画像ソースが、第１の画像成分と第２の画像成分とを含む初期画像を出力するように構成され、第１の画像成分が、初期画像の第１の複数のピクセルを含み、第２の画像成分が、初期画像の第２の複数のピクセルを含む実施例１の光学装置。

【0036】

１４．１又は２以上の光学要素が、１又は２以上の電気的に調整可能なレンズ又はミラーを含み、電気的に調整可能なレンズ又はミラーが、スクリーン上の高解像度小画像又は低解像度大画像のうちの少なくとも一方のサイズを制御するためのズームレンズ又はミラーとして機能する実施例１の光学装置。

【0037】

１５．１又は２以上の光学要素が、１又は２以上の電気的に調整可能なレンズ又はミラーを含み、１又は２以上の電気的に調整可能なレンズ又はミラーが、スクリーン上の高解像度小画像又は低解像度大画像のうちの少なくとも一方のフォーカスを制御するためのフォーカスレンズ又はミラーとして機能する実施例１の光学装置。

【0038】

１６．小画像光学要素から出力された高解像度小画像を含む画像ストリームをステアリングするための回転光学スラブを更に含む実施例１の光学装置。

【0039】

１７．スクリーンが視認者の網膜を含む実施例１の光学装置。

【0040】

１８．画像ソースが、レーザビームステアリング（ＬＢＳ）プロジェクタを含み、第１の画像成分が、ＬＢＳプロジェクタによって生成された幅狭ビームであり、第２の画像成分が、ＬＢＳプロジェクタによって生成された幅広ビームである実施例１の光学装置。

【0041】

１９．スクリーン上の高解像度小画像の位置が、ＬＢＳプロジェクタに関連付けられた角度によって決定される実施例１８の光学装置。

【0042】

２０．視認者の中心窩視野を検出するための視線追跡要素を更に含み、高解像度小画像又は高解像度小画像の単一複製物の位置が視認者の中心窩視野に対応する実施例１の光学装置。

【0043】

２１．低解像度大画像を出力するように構成された第１の画像ソースと、高解像度小画像を出力するように構成された第２の画像ソースと、高解像度小画像を受け入れて高解像度小画像の複数の複製物を出力するための画像複製要素と、スクリーン上のターゲット位置の上にフォーカスされる高解像度小画像の完全な単一複製物を共に形成する高解像度小画像の１又は２以上の複製物の部分が残るように高解像度小画像の複数の複製物のうちの１又は２以上を覆い隠すための光学遮蔽要素とを含み、高解像度小画像の単一複製物と低解像度大画像とがスクリーン上で可変解像度画像として現れる光学装置。

【0044】

２２．第１の画像ソース又は第２の画像ソースの少なくとも一方が、プロジェクタ、ディスプレイ、又はマイクロディスプレイのうちの少なくとも１つを含む実施例２１の光学装置。

【0045】

２３．スクリーン上の高解像度小画像、高解像度小画像の単一複製物、又は低解像度大画像のうちの少なくとも１つのサイズを制御するためのズームレンズ又はミラーとして機能する１又は２以上の電気的に調整可能なレンズ又はミラーを更に含む実施例２１の光学装置。

【0046】

２４．スクリーン上の高解像度小画像、高解像度小画像の単一複製物、又は低解像度大画像のうちの少なくとも１つのフォーカスを制御するためのフォーカスレンズ又はミラーとして機能する１又は２以上の電気的に調整可能なレンズ又はミラーを更に含む実施例２１の光学装置。

【0047】

２５．光学遮蔽要素が、光学遮蔽要素からのスクリーンドア効果を低減するために中間画像平面から僅かにオフセットされる実施例２１の光学装置。

【0048】

２６．光学遮蔽要素が、更に高解像度小画像のコピーを表示し、高解像度小画像の単一複製物が高解像度小画像のコピーと融合して高解像度小画像の単一複製物に増大したコントラスト又は増大した色深度のうちの少なくとも一方を提供する実施例２１の光学装置。

【0049】

２７．光学遮蔽要素が、更に低解像度大画像のコピーを表示し、低解像度大画像が、低解像度大画像のコピーと融合して低解像度大画像に増大したコントラスト又は増大した色深度のうちの少なくとも一方を提供する実施例２１の光学装置。

【0050】

２８．スクリーンが視認者の網膜を含む実施例２１の光学装置。

【0051】

２９．視認者の中心窩視野を検出するための視線追跡要素を更に含み、高解像度小画像の単一複製物の一部分が、視認者の中心窩視野に対応する実施例２１の光学装置。

【0052】

３０．高解像度小画像の１又は２以上の複製物の部分が、高解像度小画像の少なくとも４つの複製物のデジタル的に再配置された部分を含み、光学遮蔽要素が、高解像度小画像の少なくとも４つの複製物のデジタル的に再配置された部分から高解像度小画像の完全な単一複製物を再構成するように構成される実施例２１の光学装置。

【0053】

３１．第１の画像成分と第２の画像成分とを出力するように構成された画像ソースと、小画像光学要素が、第１の画像成分を受け入れて、中間画像平面上にフォーカスされる高解像度小画像の複数の複製物を出力するように構成され、大画像光学要素が、第２の画像成分を受け入れて低解像度大画像を出力するように構成される第１の画像成分を小画像光学要素に向けて第２の画像成分を大画像光学要素に向けるように構成された画像ステアリング要素と、高解像度小画像の複数の複製物のうちの１又は２以上を覆い隠すための光学遮蔽要素とを含み、高解像度小画像の複数の複製物のうちの１又は２以上と低解像度大画像との重ね合わせが結合画像を形成する光学装置。

【0054】

３２．高解像度小画像の複数の複製物のうちの１又は２以上と低解像度大画像とを結合して結合画像を生成するためのビーム結合器を更に含む実施例３１の光学装置。

【0055】

３３，光学遮蔽要素が、小画像光学要素とビーム結合器の間にあり、結合画像が、高解像度小画像の単一複製物を含む実施例３２の光学装置。

【0056】

３４．結合画像が、低解像度大画像と高解像度小画像の複数の複製物とを含み、光学装置が、結合画像を高解像度小画像の複数の複製物と低解像度大画像とに分割し、高解像度小画像の複数の複製物を第１のスクリーンの上に向け、低解像度大画像を第２のスクリーンの上に向けるための第２の画像ステアリング要素を更に含み、光学遮蔽要素が、第１のスクリーンとビーム分割器の間にあり、高解像度小画像の単一複製物が第１のスクリーンに到達するように高解像度小画像の複数の複製物のうちの１又は２以上を覆い隠すことになり、高解像度小画像の単一複製物と低解像度大画像とが再結合して可変解像度画像を生成することになる実施例３１の光学装置。

【0057】

３５．第２の画像ステアリング要素がビーム分割器を含む実施例３４の光学装置。

【0058】

３６．ビーム分割器が、更に高解像度小画像の単一複製物を低解像度大画像と再結合させて可変解像度画像を生成することになる実施例３５の光学装置。

【0059】

３７．第１のスクリーン及び第２のスクリーンが、仮想現実ヘッドセットに含められる実施例３４の光学装置。

【0060】

３８．小画像光学要素又は大画像光学要素の少なくとも一方が、ユーザ制御ズームレンズを含む実施例３１の光学装置。

【0061】

３９．結合画像が、視認者の眼の上にフォーカスする可変解像度画像である実施例３１の光学装置。

【0062】

４０．アイピース又は導波管を更に含み、結合画像が、アイピース又は導波管に向けられる可変解像度画像である実施例３１の光学装置。

【0063】

４１．画像ソースが、プロジェクタ、ディスプレイ、又はマイクロディスプレイのうちの少なくとも１つを含む実施例３１の光学装置。

【0064】

４２．画像ソースが、複数の色チャネルの各色チャネルに対して個別のディスプレイパネル又はマイクロディスプレイパネルを含み、光学装置が、複数の色チャネルを光学的に結合するために三色プリズム、Ｘキューブプリズム、又は二色フィルタのうちの少なくとも１つを更に含む実施例４１の光学装置。

【0065】

４３．視認者の中心窩視野を検出するための視線追跡要素を更に含み、高解像度小画像の単一複製物が、低解像度大画像上で視認者の中心窩視野に対応する位置に配置されることになる実施例３１の光学装置。

【0066】

４４．小画像光学要素がレンズアレイを含む実施例３１の光学装置。

【0067】

４５．光学遮蔽要素が、更に高解像度小画像のコピーを表示し、高解像度小画像の単一複製物が高解像度小画像のコピーと融合して高解像度小画像に増大したコントラスト又は増大した色深度のうちの少なくとも一方を提供する実施例３１の光学装置。

【0068】

４６．光学遮蔽要素が、高解像度小画像の単一複製物が残るように高解像度小画像の複数の複製物のうちの１又は２以上を覆い隠すことになる実施例３１の光学装置。

【0069】

４７．高解像度小画像を出力するように構成された第１の画像ソースと、高解像度小画像を受け入れて高解像度小画像の複数の複製物を出力するように構成された小画像光学要素と、高解像度小画像の複数の複製物をスクリーンの上に向けるための画像ステアリング要素と、高解像度小画像の単一複製物が残るように高解像度小画像の複数の複製物のうちの１又は２以上を覆い隠すための光学遮蔽要素と、低解像度大画像を出力するように構成された第２の画像ソースとを含み、高解像度小画像の単一複製物が、低解像度大画像と結合して可変解像度画像を生成する光学装置。

【0070】

４８．画像ステアリング要素が、ビーム分割器を含み、光学遮蔽要素が、スクリーンとビーム分割器の間にあり、高解像度小画像の単一複製物が、ビーム分割器に向けられ、ビーム分割器が、高解像度小画像の単一複製物を低解像度大画像と結合して可変解像度画像を生成する実施例４７の光学装置。

【0071】

４９．可変解像度画像が視認者の眼の上にフォーカスされる実施例４７の光学装置。

【0072】

５０．第１の画像ソースが、プロジェクタ、ディスプレイ、又はマイクロディスプレイのうちの少なくとも１つを含む実施例４７の光学装置。

【0073】

５１．画像ソースが、複数の色チャネルの各色チャネルに対して個別のディスプレイパネル又はマイクロディスプレイパネルを含み、光学装置が、複数の色チャネルを光学的に結合するために三色プリズム、Ｘキューブプリズム、又は二色フィルタのうちの少なくとも１つを更に含む実施例５０の光学装置。

【0074】

５２．小画像光学要素が、ユーザ制御ズームレンズを含む実施例４７の光学装置。

【0075】

５３．第２の画像ソースが、ディスプレイを含む実施例４７の光学装置。

【0076】

５４．ディスプレイが、液晶ディスプレイ又は発光ダイオードディスプレイである実施例５３の光学装置。

【0077】

５５．スクリーン及び第２の画像ソースが、仮想現実ヘッドセットに含められる実施例４７の光学装置。

【0078】

５６．小画像光学要素がレンズアレイを含む実施例４７の光学装置。

【0079】

５７．視認者の中心窩視野を検出するための視線追跡要素を更に含み、高解像度小画像の単一複製物が、低解像度大画像上で視認者の中心窩視野に対応する位置に配置される実施例４７の光学装置。

【0080】

５８．小画像光学要素によって出力された高解像度小画像の複数の複製物が、中間画像平面上にフォーカスされ、光学遮蔽要素が、ピクセル又はサブピクセルのうちの少なくとも一方とピクセル又はサブピクセルのうちの少なくとも一方の間のギャップとを含むディスプレイ又はマイクロディスプレイであり、ディスプレイ又はマイクロディスプレイが、中間画像平面からオフセットされる実施例４７の光学装置。

【0081】

５９．光学遮蔽要素が、更に高解像度小画像のコピーを表示し、高解像度小画像の単一複製物が、高解像度小画像のコピーと融合して高解像度小画像に増大したコントラスト又は増大した色深度のうちの少なくとも一方を提供する実施例４７の光学装置。

【0082】

６０．アイピース又は導波管を更に含み、可変解像度画像が、アイピース又は導波管に向けられる実施例４７の光学装置。

【0083】

６１．第１の画像成分と第２の画像成分とを出力するように構成された画像ソースと、小画像光学要素が、第１の画像成分を受け入れて、スクリーンの上にフォーカスされた高解像度小画像を出力するように構成され、大画像光学要素が、第２の画像成分を受け入れて、スクリーンの上にフォーカスされた低解像度大画像を出力するように構成される第１の画像成分を小画像光学要素に向けて第２の画像成分を大画像光学要素に向けるように構成された画像ステアリング要素とを含み、高解像度小画像と低解像度大画像が、スクリーン上で可変解像度画像として現れる光学装置。

【0084】

６２．画像ソースが、プロジェクタ、ディスプレイ、又はマイクロディスプレイのうちの少なくとも１つを含む実施例６１の光学装置。

【0085】

６３．第１の画像成分と第２の画像成分が、画像ストリームの個別のフレームであり、画像ソースが、第１の画像成分と第２の画像成分とを個別のフレーム内において時間多重化方式により出力するように構成される実施例６１の光学装置。

【0086】

６４．画像ソースが、第１の画像成分と第２の画像成分とを含む初期画像を出力するように構成され、第１の画像成分が、初期画像の第１の複数のピクセルを含み、第２の画像成分が、初期画像の第２の複数のピクセルを含む実施例６１の光学装置。

【0087】

６５．第１の画像成分を第２の画像成分から分離する画像分離要素を更に含み、画像分離要素が光学マスクを含む実施例６１の光学装置。

【0088】

６６．スクリーンが仮想現実ヘッドセットに含められる実施例６１の光学装置。

【0089】

６７．小画像光学要素が、高解像度小画像の複数の複製物を出力するように構成されたレンズアレイを含む実施例６１の光学装置。

【0090】

６８．高解像度小画像の複数の複製物のうちの１又は２以上の少なくとも一部分を覆い隠すための光学遮蔽要素を更に含む実施例６７の光学装置。

【0091】

６９．光学遮蔽要素が、ディスプレイを含み、レンズアレイが、高解像度小画像の複数の複製物をディスプレイのピクセルの上にフォーカスさせるように構成され、光学装置が、高解像度小画像の単一複製物をスクリーンの上にフォーカスさせるための第２のレンズアレイ又はレンズを含む実施例６８の光学装置。

【0092】

７０．光学遮蔽要素が、マイクロディスプレイを含み、レンズアレイが、高解像度小画像の複数の複製物をマイクロディスプレイのピクセルの上にフォーカスさせるように構成され、光学装置が、高解像度小画像の単一複製物をスクリーンの上にフォーカスさせるための第２のレンズアレイ又はレンズを含む実施例６８の光学装置。

【0093】

７１．光学遮蔽要素が、高解像度小画像の少なくとも４つの複製物のデジタル的に再配置された部分から高解像度小画像の単一複製物を再構成するように構成される実施例６８の光学装置。

【0094】

７２．スクリーン上の高解像度小画像の配置を制御するための第２の画像ステアリング要素を更に含む実施例６１の光学装置。

【0095】

７３．大画像光学要素が、低解像度大画像を視認者の視野上にフォーカスさせるように構成された少なくとも１つのレンズを含み、小画像光学要素が、高解像度小画像を視認者の視野の内側部分の上にフォーカスさせるように構成された少なくとも１つのレンズを含む実施例６１の光学装置。

【0096】

７４．画像ステアリング要素が、第１の画像成分を第２の画像成分から分離するように更に構成される実施例６１の光学装置。

【0097】

７５．第１の画像成分を第２の画像成分から分離して光学シャッターを含む画像分離要素を更に含む実施例６１の光学装置。

【0098】

７６．画像ステアリング要素が、切換可能液晶偏光回転子及び偏光ビーム分割器を含む実施例６１の光学装置。

【0099】

７７．高解像度小画像と重なる低解像度大画像の部分を覆い隠すためのマスクを更に含む実施例６１の光学装置。

【0100】

７８．視認者の中心窩視野を検出するための視線追跡要素を更に含み、高解像度小画像が、低解像度大画像上で視認者の中心窩視野に対応する位置に配置される実施例６１の光学装置。

【0101】

７９．スクリーン上への出力のために高解像度小画像と低解像度大画像とを結合して可変解像度画像を生成するためのビーム結合器を更に含む実施例６１の光学装置。

【0102】

８０．スクリーンが視認者の網膜を含む実施例６１の光学装置。

【0103】

８１．スクリーンの上にフォーカスされた低解像度大画像を出力するように構成された第１の画像ソースと、高解像度小画像を出力するように構成された第２の画像ソースと、高解像度小画像を受け入れて高解像度小画像の複数の複製物を出力するための画像複製要素と、スクリーン上のターゲット位置の上にフォーカスされる高解像度小画像の完全な単一複製物を共に形成する高解像度小画像の１又は２以上の複製物の部分が残るように高解像度小画像の複数の複製物のうちの１又は２以上を覆い隠すための光学遮蔽要素とを含み、高解像度小画像と低解像度大画像が、スクリーン上で可変解像度画像として現れる光学装置。

【0104】

８２．第１の画像ソース又は第２の画像ソースの少なくとも一方が、プロジェクタ、ディスプレイ、又はマイクロディスプレイのうちの少なくとも１つを含む実施例８１の光学装置。

【0105】

８３．スクリーンが仮想現実ヘッドセットに含められる実施例８１の光学装置。

【0106】

８４．画像複製要素がレンズアレイを含む実施例８１の光学装置。

【0107】

８５．光学遮蔽要素が、ディスプレイを含み、レンズアレイが、高解像度小画像の複数の複製物をディスプレイのピクセルの上にフォーカスさせるように構成され、光学装置が、高解像度小画像の単一複製物をスクリーンの上にフォーカスさせるための第２のレンズアレイ又はレンズを含む実施例８４の光学装置。

【0108】

８６．光学遮蔽要素が、マイクロディスプレイを含み、レンズアレイが、高解像度小画像の複数の複製物をマイクロディスプレイのピクセルの上にフォーカスさせるように構成され、光学装置が、高解像度小画像の単一複製物をスクリーンの上にフォーカスさせるための第２のレンズアレイ又はレンズを含む実施例８４の光学装置。

【0109】

８７．スクリーンが視認者の網膜を含む実施例８１の光学装置。

【0110】

８８．視認者の中心窩視野を検出するための視線追跡要素を更に含み、高解像度小画像の単一複製物が、低解像度大画像上で視認者の中心窩視野に対応する位置に配置される実施例８１の光学装置。

【0111】

８９．高解像度小画像の１又は２以上の複製物の部分が、高解像度小画像の少なくとも４つの複製物のデジタル的に再配置された部分を含み、遮蔽要素が、高解像度小画像の少なくとも４つの複製物のデジタル的に再配置された部分から高解像度小画像の完全な単一複製物を再構成するように構成される実施例８１の光学装置。

【0112】

９０．スクリーン上への出力のために高解像度小画像を低解像度大画像と結合して可変解像度画像を生成するためのビーム結合器を更に含む実施例８１の光学装置。

【0113】

９１．ビデオソースに接続され、高解像度小画像成分と低解像度大画像成分との形態にある光画像ストリームを伝送するプロジェクタと、高解像度小画像成分と低解像度大画像成分とを小画像光学要素と大画像光学要素とに向ける画像ステアリング要素と、高解像度小画像成分と低解像度大画像成分とを高解像度小画像ストリームと低解像度大画像ストリームとに分離する画像分離要素とを含み、小画像光学要素と大画像光学要素が、スクリーン上で低解像度大画像ストリームと高解像度小画像ストリームとが可変解像度画像ストリームとして現れるように、低解像度大画像ストリームと高解像度小画像ストリームとをスクリーン上にフォーカスさせるスクリーン上に可変解像度画像ストリームを生成するための光学装置。

【0114】

９２．プロジェクタからの光画像ストリームが、第１のフレーム内の高解像度小画像成分と次のフレーム内の低解像度大画像成分との間で時間多重化される実施例９１の装置。

【0115】

９３．画像分離要素が光学シャッターである実施例９２の装置。

【0116】

９４．プロジェクタからの光画像ストリームが、各画像の１つの部分上に高解像度小画像成分を有し、各画像の別の部分上に低解像度大画像成分を有する実施例９１の装置。

【0117】

９５．画像分離要素が光学マスクである実施例９４の装置。

【0118】

９６．スクリーンが仮想現実ヘッドセットに埋め込まれる実施例９１の装置。

【0119】

９７．小画像光学要素がレンズアレイを含む実施例９１の装置。

【0120】

９８．レンズアレイからの高解像度小画像ストリームの不使用部分を覆い隠すための遮蔽ディスプレイを更に含む実施例９７の装置。

【0121】

９９．レンズアレイからの高解像度小画像ストリームの不使用部分を覆い隠すための遮蔽マイクロディスプレイを更に含む実施例９７の装置。

【0122】

１００．小画像光学要素からの高解像度小画像ストリームをステアリングするための回転光学スラブを更に含む実施例９１の装置。

【0123】

１０１．大画像光学要素が、低解像度大画像ストリームを視認者の視野の外側部分にフォーカスさせるレンズである実施例９１の装置。

【0124】

１０２．小画像光学要素が、高解像度小画像ストリームを視認者の視野の中心部分にフォーカスさせるレンズである実施例９１の装置。

【0125】

１０３．スクリーンが視認者の網膜である実施例９１の装置。

【0126】

１０４．プロジェクタがマイクロディスプレイである実施例９１の装置。

【0127】

１０５．プロジェクタがディスプレイである実施例９１の装置。

【0128】

１０６．ビデオソースに接続されたプロジェクタを用いて高解像度小画像成分と低解像度大画像成分との形態にある光画像ストリームを生成する段階と、画像ステアリング要素を用いて高解像度小画像成分と低解像度大画像成分とを小画像光学系要素と大画像光学系要素とに向ける段階と、画像分離要素を用いて高解像度小画像成分と低解像度大画像成分とを高解像度小画像ストリームと低解像度大画像ストリームとに分離する段階と、小画像光学要素と大画像光学要素とによって低解像度大画像ストリームと高解像度小画像ストリームとをフォーカスさせてスクリーン上に可変解像度画像ストリームを形成する段階とを含むスクリーン上に可変解像度画像ストリームを生成するための光学方法。

【0129】

１０７．プロジェクタからの光画像ストリームが、第１のフレーム内の高解像度小画像成分と次のフレーム内の低解像度大画像成分との間で時間多重化される実施例１０６の方法。

【0130】

１０８．画像分離要素が光学シャッターである実施例１０７の方法。

【0131】

１０９．プロジェクタからの光画像ストリームが、各画像の１つの部分上に高解像度小画像成分を有し、各画像の別の部分上に低解像度大画像成分を有する実施例１０６の方法。

【0132】

１１０．画像分離要素が光学マスクである実施例１０９の方法。

【0133】

１１１．スクリーンが仮想現実ヘッドセットに埋め込まれる実施例１０６の方法。

【0134】

１１２．小画像光学要素がレンズアレイを含む実施例１０６の方法。

【0135】

１１３．レンズアレイからの高解像度小画像ストリームの不使用部分を遮蔽ディスプレイを用いて覆い隠す段階を更に含む実施例１１２の方法。

【0136】

１１４．レンズアレイからの高解像度小画像ストリームの不使用部分を遮蔽マイクロディスプレイを用いて覆い隠す段階を更に含む実施例１１２の方法。

【0137】

１１５．小画像光学要素からの高解像度小画像ストリームを回転光学スラブを用いてステアリングする段階を更に含む実施例１０６の方法。

【0138】

１１６．大画像光学要素が、低解像度大画像ストリームを視認者の視野の外側部分にフォーカスさせるレンズである実施例１０６の方法。

【0139】

１１７．小画像光学要素が、高解像度大画像ストリームを視認者の視野の中心部分にフォーカスさせるレンズである実施例１０６の方法。

【0140】

１１８．スクリーンが視認者の網膜である実施例１０６の方法。

【0141】

１１９．プロジェクタがマイクロディスプレイである実施例１０６の方法。

【0142】

１２０．プロジェクタがディスプレイである実施例１０６の方法。

【図面の簡単な説明】

【0143】

【図1A】表示デバイスに対する単一ピクセル手法を示す図である。

【図1B】表示デバイスに対する走査線手法を示す図である。

【図1C】ディスプレイに対する多重フォーカス手法を示す図である。

【図2】２つの連続フレームからの画像を１つの最終画像に配合するのに視覚の存続を用いることを示す図である。

【図3】マイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタの画像を結合される２つの部分に分割することを示す図である。

【図4A】最も簡単な実施形態での光学機能を通る光の機能的流れの図である。

【図4B】最も簡単な実施形態での光学要素を通る光のハードウエア流れの図である。

【図5A】僅かにより複雑な実施形態での光学機能を通る光の機能的流れの図である。

【図5B】僅かにより複雑な実施形態での光学要素を通る光のハードウエア流れの図である。

【図5C】光学マスク（ステンシル）を有する直前の図面と類似の光学要素を通る光のハードウエア流れの図である。

【図5D】ヘッド装着式ディスプレイ内の各眼に対して図５Ｂと類似の光学要素を通る光のハードウエア流れの図である。

【図5E】光学スラブ要素を使用する実施形態を例示する図である。

【図5F】スクリーンを使用する僅かにより複雑な実施形態での光学要素を通る光のハードウエア流れの図である。

【図5G】光学マスクを有してスクリーンを使用する直前の図面と類似の光学要素を通る光のハードウエア流れの図である。

【図5H】ヘッド装着式ディスプレイ内の各スクリーンに対して図５Ｆと類似の光学要素を通る光のハードウエア流れの図である。

【図6A】個々のピクセルを表す四角形を有する図である。

【図6B】実際の画像を表示する個々のピクセルを有する図である。

【図7A】原画像を示す図である。

【図7B】遠近歪み画像を示す図である。

【図8A】歪み又は歪み不整合が補正されていない画像を示す図である。

【図8B】歪み不整合を有する画像を示す図である。

【図9A】光学スラブを通過する光を示す図である。

【図9B】ある角度で光学スラブを通過する光を示す図である。

【図9C】異なる角度で光学スラブを通過する光を示す図である。

【図9D】同じ光学スラブを２つの反対の最大角度で通過する光の重ね合わせを示す図である。

【図10A】４５度だけ傾斜された２つのミラーを用いて画像又はビームをオフセットすることを例示する図である。

【図10B】４０度だけ傾斜された２つのミラーを用いて画像又はビームをオフセットすることを例示する図である。

【図11】４つのミラーのセットを用いて画像又はビームをオフセットすることを例示する図である。

【図12】ダブプリズム及び４つのミラーのセットを用いて画像又はビームをオフセットすることを例示する図である。

【図13】レンズアレイ実施形態内の光学機能を通る光の機能的流れの図である。

【図14】第２のレンズアレイ実施形態内の光学機能を通る光の機能的流れの図である。

【図15】１レンズアレイ実施形態の要素を通る光の流れを示す図である。

【図16A】画像を例示する図である。

【図16B】レンズアレイを用いた後にスクリーン又は視認者の網膜上で見られる図１６Ａの画像を例示する図である。

【図17A】レンズアレイの適合セットと光学遮蔽要素とを使用する実施形態を示す図である。

【図17B】光学遮蔽要素に対して使用される反射マイクロディスプレイを明らかにする図である。

【図17C】光学遮蔽要素として反射層及びバックライト層が取り外されたＬＣＤディスプレイのようなディスプレイの使用を示す図である。

【図17D】予め光学的に結合された大部分と小部分とを有する画像を発生させるために小部分の複製画像を隠し、それらのうちの１つを示す機能を有する要素を例示する図である。

【図17E】予め光学的に結合された大部分と小部分とを有する画像を発生させるために小部分の複製画像を隠し、それらのうちの１つを示す機能を有する要素を示す図である。

【図17F】予め光学的に結合された大部分と小部分とを有する画像を発生させるために小部分の複製画像を隠し、それらのうちの１つを示す機能を有する別の実施形態のための要素を明らかにする図である。

【図17G】予め光学的に結合された大部分と小部分とを有する画像を発生させるために小部分の複製画像を隠し、それらのうちの１つを示す機能を有する要素の別の実施形態を提示する図である。

【図18】画像の各部分をデジタル的及び光学的に再配置することを例示する図である。

【図19】光学的及びデジタル的に再配置される画像の各部分を画像の中央から仕切らなくてもよいことを示す図である。

【図20】物理的サイズが低減されたヘッド装着式ディスプレイ内への本発明の装着の実施形態を示す図である。

【図21】ユニットの物理的サイズを低減するためにミラーを使用するヘッド装着式ディスプレイ内への本発明の装着の実施形態を示す図である。

【図22】ユニットの物理的サイズを低減するためにミラー及びビーム分割器を使用するヘッド装着式ディスプレイ内への本発明の装着の実施形態を示す図である。

【図23】可変解像度画像の第１の部分を示すために画像をスクリーンの上に出力する第１の光ソースと可変解像度画像の第２の部分を示すための第２の光ソースとの組合せを使用する実施形態の例示する図である。

【図24A】実施形態によるソース画像を例示する図である。

【図24B】実施形態による中間画像平面上である光学遮蔽要素上での図２４Ａのソース画像を例示する図である。

【図24C】実施形態による中間画像平面から僅かにオフセットされた光学遮蔽要素上での図２４Ａのソース画像を例示する図である。

【図25】左から右に画像を２度変調すること又は原画像の異なるビット深度（色深度）情報を格納する２つの画像を空間的に変調することが右側のより増大したコントラスト及び／又はより高いビット深度（色深度）画像を生成する方法を示す図である。

【図26】左から右に高解像度小画像を再度空間的に変調すること又は光学遮蔽要素上の高解像度小画像の異なるビット深度（色深度）情報をそれがより低い解像度で表示される場合に空間的に変調することが右側により増大したコントラスト及び／又はより高いビット深度（色深度）画像を生成する方法を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0144】

本発明は、視認者の視野の前にあって中心視覚が最も高い解像度を予想する区域が、周辺視野がより低い解像度及び鮮明度を予想する周囲上のスクリーンの区域よりも高い解像度にある可変解像度スクリーンを実施するためのシステム及び方法を説明する。この出願では、４つの主要な（及び多くの副次的な）実施形態を説明する。

【0145】

以下の発明は、直接視認した時又はアイピース（視認者の眼に最も近いレンズ）又は導波管であるがこれらに限定されないものによって視認した時に、画像がそれ自体にわたって均一ではなく、視認者の視野の中心のような画像上で必要とされる場所で多めのピクセル又は走査線及び画像の１又は複数の他の部分で少なめのピクセル又は走査線が視認者に対して可視である解像度を与えることを可能にするスクリーンとして定めることができる可変解像度スクリーンを達成する方法及び表示装置を説明する。

【0146】

そのようなスクリーンは、そのような可変解像度コンテンツ表示方法が、コンテンツの高解像度部分をスクリーンの当該部分を用いて可能な装置固有の解像度に制限するので、事前レンダリング又は実時間レンダリング中心窩コンテンツを表示する既存スクリーンとは異なる。「スクリーン」という用語は、視認者の網膜を表すのに使用する場合もある。

【0147】

中心窩コンテンツは、例えば、視認者が見ている、見ることができる、又は見ようとする場所により高い解像度を示すために各画像上で解像度が画像にわたって変化する画像、ビデオ、又は実時間生成画像である。

【0148】

本明細書に説明する可変解像度スクリーン方法及び装置は、本明細書に説明する方法によらずに使用された時のマイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタによって可能なものよりも高い画像の１又は２以上の部分で可視である解像度を獲得することを可能にする。

【0149】

説明する方法は、それに向けて事前レンダリング又は実時間レンダリングのコンテンツを供給するＰＣ、携帯電話、又はタブレットのような既存コンピュータハードウエアを用いて実施することができる。

【0150】

本方法は、１つの可変解像度スクリーンに対して僅か１つのＤＬＰ（デジタル光処理）、ＬＣｏＳ（シリコン上液晶）、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）、マイクロＬＥＤ又は類似のマイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタ、ＬＢＳ（レーザビームステアリング）、又は類似のプロジェクタ４０１、４１１、５０１、５１１、５２１、５５１、２３０１、５１１１、５１２１、５１５１、１４０１のみを用いて、又は例えばヘッド装着式ディスプレイに向けて片眼毎に１つの可変解像度スクリーンに対してこれらのもののうちの僅か１つのみを用いて実施することができる。マイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタを僅か１つしか用いないこと、又は片眼毎に僅か１つしか用いないことにより、そのような可変解像度スクリーン装置を生産するコストを最小にし、装置の重量及びサイズを低減することを可能にする。各色チャネルに対して個別のディスプレイパネル又はマイクロディスプレイパネルが使用され、これらの色チャネルが三色プリズム、Ｘキューブプリズム、又は二色フィルタなどを用いて光学的に結合される場合に、単一マイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタは、複数のマイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタを意味する場合もある。この光学結合は、色分離（「レインボーアーチファクト」として公知）を排除すること及びリフレッシュ速度を増大させることのような異なる理由から有利とすることができる。

【0151】

そのような可変解像度スクリーンの用途は、仮想現実ヘッドセット、拡張現実ヘッドセット、及び複合現実ヘッドセット（「ＸＲヘッドセット」）、並びにビデオ投影機であるがこれらに限定されない。

【0152】

ミラー又は楔プリズムを用いた低解像度大画像の上への高解像度小画像の位置決め
一実施形態では、可変解像度スクリーンは、ミラー又は楔（Ｒｉｓｌｅｙ）プリズムを用いて高解像度小画像を低解像度大画像の上に配置することによって達成することができる。

【0153】

可変解像度スクリーンを達成するために、マイクロディスプレイ又はディスプレイ４０１、４１１、５０１、５１１、５２１、５５１のような単一表示技術が、高いリフレッシュ速度で作動される。各連続フレーム（フレームｎ＋１）では、マイクロディスプレイ又はディスプレイを用いてフレーム２０１、２０２及び最終画像２０５のリフレッシュ速度を最終画像２０５の２又は３以上の部分２０３、２０４の間で共有することにより、小さい高解像度部分２０４又は最終画像の一部２０５、又は大きい低解像度部分２０３又は最終画像の一部２０５のいずれかが表示される。視覚の存続が２つの部分２０３、２０４を１つの最終画像２０５に配合する。図２を参照されたい。

【0154】

図２では、これらのフレームは交替し、低解像度フレームｎ ２０１が表示され、それに高解像度フレームｎ＋１ ２０２が続く。十分なリフレッシュ速度を有することにより、眼は、これら２つを単一画像２０５として解釈する。結合スクリーンの低解像度部分２０３は、高解像度区域２０４内では無彩色（黒色）を有することができる。更に、結合スクリーンの高解像度部分２０４は、低解像度区域２０３内では無彩色（黒色）を有することができる。これらの領域２０３、２０４が重なる混合領域を有することにより、２つの領域２０３、２０４間の僅かな重なりが有意な継ぎ目又はギャップを防止することになる。別の実施形態では、高解像度が存在する区域内では低解像度セクション２０３は覆い隠されず、高解像度部分２０４と配合する。

【0155】

これに代えて、可変解像度スクリーンを達成するために、マイクロディスプレイ又はディスプレイのような単一表示技術が、２又は３以上の部分３０１、３０２に光学的に分割される。この方法は、１又は複数の部分３０１が最終画像上で多めのピクセルを使用することを最終画像上の別の１又は複数の部分３０２の解像度を犠牲にすることによって可能にする。図３を参照されたい。

【0156】

例えば、単一マイクロディスプレイ又はディスプレイを用いてヘッド装着式ディスプレイ内で両眼に対する最終画像を生成するために、上記２つの方法を組み合わせて最終画像上により多くの部分を生成すること又は２又は３以上の最終画像を生成することをこれらの部分の間でマイクロディスプレイ又はディスプレイの解像度とリフレッシュ速度との両方を共有することによって可能にすることができる。

【0157】

図３には、２つの部分３０１、３０２に分割されたアスペクト比１６：９のマイクロディスプレイ又はディスプレイが示されており、例えば、１９２０ｘ１０８０ピクセルのマイクロディスプレイ又はディスプレイが、小さい１０８０ｘ１０８０ピクセル高解像度部分３０１と大きい８４０ｘ１０８０ピクセル低解像度部分３０２とに分割される（低解像度部分３０２は、その後に、より良いアスペクト比を達成するために光学的に９０度反転させることができる）。

【0158】

光学的又は光学機械的な及び同じく任意的にデジタルの方法を用いて、部分３０１と３０２をサイズ変更し、互いに重ねることができる３０５。小さい高解像度部分が３０４であり、かつ大きい低解像度部分と小さい高解像度部分が重なる場所では、大きい低解像度部分３０３を覆い隠すことができる。

【0159】

更に、高解像度小画像内でデジタル解像度低下によって遷移をそれ程急激ではなくすること又は両方の画像上での低下によってピクセルを調光することによってエッジを光学的又はデジタル的に配合することでこの遮蔽をより継ぎ目のないものにすることができる。

【0160】

２つの部分の間の輝度レベルを中立密度フィルタなどを用いて光学的に又はデジタル的に均衡させることができる。

【0161】

図４Ａ及び図４Ｂを参照されたい。図２に記載の第１の方法を用いて最終画像４０５上で異なるサイズ及び位置を有する各部分に対して同じマイクロディスプレイ又はディスプレイ４０１、４１１を使用することができるように、マイクロディスプレイ又はディスプレイの画像が、回転ミラー又はビーム分割器４０２、４１２及び任意的なミラー４１３等であるがこれらに限定されないステアリング要素によって各フレームに関して２つの光学要素４０３、４０４、４１４、４１５の一方に光学機械的又は光学的にステアリングされる。画像ステアリング要素の他の例は、液晶切換可能ミラー、光学シャッター、楔プリズム、回転光学スラブ、及び光学遮蔽要素である。画像ステアリング要素は、画像分離要素として機能することができる。これに代えて、画像ステアリング要素に加えて、個別の画像分離要素を使用することができる。画像分離要素の例は、光学遮蔽要素、ビーム分割器、光学シャッター、及び液晶切換可能ミラー等々を含む。ステアリング要素として回転ミラーの代わりにビーム分割器を使用する場合に、光学要素４０３、４１４と４０４、４１５が、異なる連続フレームの異なる画像の代わりに全てのフレームの同じ画像を受け入れることを防止するために、ＬＣＤシャッターのような光学シャッター又は機械シャッターを用いて各画像の各フレームを４０３、４０４、４１４、４１５の前、内側、又は後ろで相応に遮断するか又は通過させることができる。当然ながら、この遮断又は通過は、偏光子ビーム分割器又は反射偏光子ビーム分割器が使用され、各フレームがビーム分割器に到達する前に切換可能液晶偏光回転子などを用いて画像の偏光を各フレームで制御することができる場合は必要ではない。反射偏光子ビーム分割器の使用は、半透鏡ビーム分割器又は吸収型偏光子ビーム分割器又は吸収型偏光子ビーム分割器と比較して改善された画像コントラスト及び／又は光スループットを与えることができる。

【0162】

図３に記載の第２の方法を用いて最終画像４０５上で異なるサイズ及び位置を有する各部分に対して同じマイクロディスプレイ又はディスプレイ４０１、４１１を使用することができるように、マイクロディスプレイ又はディスプレイ４０１、４１１の画像は、画像平面上のビーム分割器、ミラー、又は他の上述の光学ステアリング要素４０２、４１２のうちのいずれかの要素等であるがこれらに限定されないステアリング要素を用いて２つの光学要素４０３、４０４、４１４、４１５までステアリングされる。画像平面上でミラーではなくビーム分割器を使用する場合に、各画像は、光学要素４０３、４０４、４１４、４１５の前、内側、又は後ろでステンシルのような光学遮蔽要素を用いて覆い隠される。鮮明なカットを生成するために、ミラー又はステンシルは画像平面上に存在することが可能である。

【0163】

ステアリング要素４０２、４１２は、１又は複数のミラー、ビーム分割器、及びこれらのうちの１つと組み合わされた１又は複数の光学シャッター又は機械シャッター（例えば、液晶切換可能ミラー）とすることができるがこれらに限定されない。ステアリング要素４０２、４１２は、第１の画像成分を小画像光学要素に向け、第２の画像成分を大画像光学要素に向けるように構成することができる。一部の実施形態では、大画像光学要素と小画像光学要素は完全に個別のものである。他の実施形態では、小画像光学要素と大画像光学要素は、それらの構成要素のうちの１又は２以上を共有することができる。例えば、小画像光学要素と大画像光学要素は、そのレンズのうちの殆どを共有することができ、大画像光学要素は、ビームを反射偏光子ビーム分割器に起因して幅狭ビームに到達不能な幅広のものにするための追加のレンズを有することができる。一部の実施形態では、単一光学要素が、大画像光学要素（又は大画像光学要素の構成要素）及び小画像光学要素（又は小画像光学要素の構成要素）として機能する。例えば、この単一光学要素は、１又は２以上の電気的フォーカス可変レンズ（例えば、液体レンズ及び／又は液晶レンズ）を含むことができる。電気的フォーカス可変レンズは、その焦点距離を電気的に変化させることができ、これは、時系列実施形態のために他のレンズと適正に統合された場合に、単一光学要素が、１つのフレームでは大画像光学要素として機能し、次いで、次のフレームでは小画像光学要素として機能することができることを意味する。従って、この単一光学要素が、第１の時間において大画像光学要素の少なくとも一部分になることができ、第２の時間において小画像光学要素の少なくとも一部分になることができる。更に、ステアリング要素４０２、４１２は、画像分離要素として機能することができ、第１の画像成分を第２の画像成分から分離することができる。

【0164】

光学要素４０３、４０４、４１４、４１５は、レンズ、ミラー、プリズム、自由形状ミラーのうちの１つ又はその組合せとすることができるがこれらに限定されない。

【0165】

光学要素のうちの一方４０４、４１５は、小画像４１７を生成することができ、他方の光学要素４０３、４１４は、比較的大きい画像４１６を生成することができる。

【0166】

図４Ａでは、マイクロディスプレイ又はディスプレイ４０１は画像を生成し、それを画像又はビームステアリング要素４０２に光学的に送ることができる。画像ステアリング要素４０２は、画像を２つ（又はそれよりも多く）の画像に分割し、これらの画像を低解像度大画像を生成する光学系４０３と、高解像度小画像を生成する光学系４０４とに送る。光学系４０３、４０４の光学出力は、スクリーン４１８に送られるか、又は最終画像４０５が生成される視認者の網膜上に送られる。

【0167】

図４Ｂを参照すると、マイクロディスプレイ又はディスプレイ４１１は画像を生成し、この画像は、ビーム分割器（半透鏡又は偏光子ビーム分割器のような）４１２により、異なる方向に進行する２つの同じ画像に分割される。一方は、大画像を生成する光学系４１４に向けられ、それに対して他方は、ミラー４１３を通して、小画像を生成する別の光学系４１５に進行する。大画像光学系４１４は、より低い解像度の画像４１６を生成する。小画像光学系４１５は、より高い解像度の画像４１７を生成する。低め４１６と高め４１７の両方の解像度の画像が、スクリーン４１８上又は図５Ｂに見られる視認者の網膜上に投影される。

【0168】

小画像４１７が存在する大画像４１６の区域の遮蔽は、ここでもまたその場所に黒色ピクセルを表示させることによってデジタル的に又は例えば光学系の内側、前、又は後ろのいずれかの場所にある画像平面上のステンシルに投影ビームの当該部分を遮蔽によって物理的（光学的）に遮断させることによって光学的に達成することができる。

【0169】

次いで、任意的に、図５Ａに見られるように、ミラーを有するアクチュエータ、ガルバノメータスキャナ、楔（Ｒｉｓｌｅｙ）プリズムを有するアクチュエータ、傾斜レンズ又はシフトレンズを有するアクチュエータのうちの１又は２以上であるがこれらに限定されないものを用いて小画像の位置決めを達成することができる。

【0170】

図５Ａは、画像又はビームステアリング要素５０２（ビーム分割器とすることができる）に送られる画像を生成するマイクロディスプレイ又はディスプレイ５０１を示している。２つの同じ画像の一方は、大画像光学要素第５０３に送られ、他方の画像は、小画像光学要素５０４に送られる。一部の実施形態では、大画像光学要素第５０３と小画像光学要素５０４とは完全に個別のものである。他の実施形態では、小画像光学要素５０４と大画像光学要素５０３は、それらの構成要素のうちの１又は２以上を共有することができる。例えば、小画像光学要素５０４と大画像光学要素５０３は、そのレンズのうちの殆どを共有することができ、大画像光学要素５０３は、ビームを反射偏光子ビーム分割器に起因して幅狭ビームに到達不能である幅広のものにするための追加のレンズを有することができる。小画像光学要素５０４は、画像を画像又はビームステアリング要素５０６（ミラーとすることができる）に送る。次いで、これらの画像は、最終画像５０５に（例えば、２つの画像の重ね合わせに）結合される。

【0171】

一実施形態では、単一光学要素が、大画像光学要素５０３（又は大画像光学要素５０３の構成要素）及び小画像光学要素５０４（又は小画像光学要素５０４の構成要素）として機能する。例えば、この単一光学要素は、１又は２以上の電気的フォーカス可変レンズ（例えば、液体レンズ及び／又は液晶レンズ）を含むことができる。電気的フォーカス可変レンズは、その焦点距離を電気的に変化させることができ、これは、時系列実施形態のために他のレンズと適正に統合された場合に、単一光学要素が、１つのフレームでは大画像光学要素として機能し、次いで、次のフレームでは小画像光学要素として機能することができることを意味する。

【0172】

２つの画像は、ビーム分割器などを用いて光学的に結合され、直接に又はアイピース又は導波管であるがこれらに限定されないものを通して視認される。光学結合画像は、２つの画像の重ね合わせとすることができる。

【0173】

図５Ｂを参照すると、光学要素が示されている。マイクロディスプレイ又はディスプレイ５１１は、画像をビーム分割器又は回転ミラー５１２に送り、ビーム分割器又は回転ミラー５１２は、画像を大画像光学系５１４とミラー５１３に送り、ミラー５１３は、画像を小画像光学系５１５に送る。小画像光学系５１５から、画像はミラー５１９に、次いで、ビーム結合器５１８（例えば、ビーム分割器）に送られて大画像光学系５１４の出力と結合する。ビーム結合器５１８から、大画像５１６と小画像５１７は、結合画像（２つの画像の重ね合わせ）として視認者の網膜５１０に送られる。ステアリング要素として回転ミラーの代わりにビーム分割器を使用する場合に、光学要素５１４と５１５は、異なる連続フレームの異なる画像の代わりに全てのフレームの同じ画像を受け入れることを防止するために、ＬＣＤシャッターのような光学シャッター又は機械シャッターを用いて各画像の各フレームを５１４、５１５の前、内側、又は後ろで相応に遮断するか又は通過させることができる。当然ながら、この遮断又は通過は、偏光子ビーム分割器（例えば、反射偏光子ビーム分割器）が使用され、各フレームがビーム分割器に到達する前に切換可能液晶偏光回転子などを用いて画像の偏光を各フレームで制御することができる場合は必要ではない。

【0174】

図５Ｂと図５Ｃの間の１つの相違点は、光学遮蔽要素に到達する手前で画像が１つの線ではなく２つの線として例示されている点である。この例示は、画像が光学遮蔽要素５３０、５３１によってどのように遮蔽／切り取られるかを示すために行ったものである。

【0175】

図５Ｃを参照すると、図３に記載の画像構造を処理するための光学要素が示されている。マイクロディスプレイ又はディスプレイ５２１は、画像をビーム分割器５２２に送り、ビーム分割器５２２は、２つの同じ画像を一方を最初にミラー５２３に送ることで光学遮蔽要素（画像の一部を隠すためのステンシル、物理的遮断壁）５３０、５３１に送る。鮮明なカットを生成するために、ステンシルは画像平面上に存在することができ、従って、光学系（５２４及び５２５）の内側又は後ろに存在することも可能である。

【0176】

画像は、ステンシル５３０、５３１から射出し、大画像光学系５２４と小画像光学系５２５に至る。小画像光学系５２５から、画像はミラー５２９に、次いで、ビーム結合器５２８（例えば、ビーム分割器）に送られて大画像光学系５２４の出力と結合する。ビーム結合器５２８から、大画像５２６と小画像５２７が結合画像として視認者の網膜５２０に送られる。

【0177】

図５Ｄを参照すると、両方の眼に対して個々のマイクロディスプレイ又はディスプレイ５５１を使用するヘッド装着式ディスプレイ実施形態が見られる。最初に、マイクロディスプレイ又はディスプレイの解像度が眼と眼の間で分割され、次いで、各フレームを１つの投影（大画像又は小画像）に対して使用することができる。例えば、２４０ＨｚＤＬＰマイクロディスプレイを使用する場合に、このマイクロディスプレイは、画像毎、片眼毎に１２０Ｈｚのリフレッシュ速度を与える。

【0178】

マイクロディスプレイ又はディスプレイ５５１は、画像をビーム分割器５６０に送り、ビーム分割器５６０は、２つの同じ画像を一方を最初にミラー５８０に送ることでステンシル５６１、５７１に送り、ステンシル５６１、５７１は、特定の眼のためのものではない方の画像の一部分を覆い隠す。一実施形態では、図２に見られる事例でのように、ステンシル５６１、５７１は、ＬＣＤシャッター又はＬＣＤｐｉセルのようなシャッターとすることができ、従って、各フレームを１つの光学系に送り、光学系５５４、５５５、５７４、５７５のうちの残りのものに対して遮断することができる。別の実施形態では、図２に見られる事例でのように、ステンシル５６１、５７１は取り外すことができ、従って、各フレームの全体画像は、光学系５５４、５５５、５７４、５７５のうちの残りのものに対して遮断することができる。例えば、２４０ＨｚＤＬＰマイクロディスプレイを使用する場合に、このマイクロディスプレイは、画像毎、片眼毎に６０Ｈｚのリフレッシュ速度を与える。

【0179】

左のステンシル（図の上部）５６１は、図２の実施形態のために画像を第２のビーム分割器５５２に送り、第２のビーム分割器５５２は、２つの同じ画像を一方を最初にミラー５５３に送ることで２つのＬＣＤシャッター５６２、５６３に送る。シャッター５６２、５６３は、図３の実施形態のためにステンシル（画像の一部を隠すための物理的遮断壁）で置換することができる。鮮明なカットを生成するために、ステンシルは画像平面上に存在しなければならず、従って、光学系（５５４及び５５５）の内側又は後ろに存在することも可能である。

【0180】

画像は、シャッター（又はステンシル）５６２、５６３から射出し、大画像光学系５５４と小画像光学系５５５に至る。小画像光学系５５５から、画像はミラー５５９に、次いで、ビーム結合器５５８（例えば、ビーム分割器）に送られて大画像光学系５５４の出力と結合する。ビーム結合器５５８から、大画像５５６と小画像５５７が結合画像として視認者の網膜５５０に送られる。

【0181】

右のステンシル（図の下部）５７１は、図２の実施形態のために画像を第２のビーム分割器５７２に送り、第２のビーム分割器５７２は、２つの同じ画像を一方を最初にミラー５７３に送ることで２つのＬＣＤシャッター５８０、５８１に送る。シャッター５８０、５８１は、図３の実施形態のためにステンシルで置換することができる。鮮明なカットを生成するために、ステンシルは画像平面上に存在することができ、従って、光学系（５７４及び５７５）の内側又は後ろに存在することも可能である。

【0182】

画像は、シャッター（又はステンシル）５８０、５８１から射出し、大画像光学系５７４と小画像光学系５７５に至る。小画像光学系５７５から、画像はミラー５７９に、次いで、ビーム結合器５７８（例えば、ビーム分割器）に送られて大画像光学系５７４の出力と結合する。ビーム結合器５７８から、大画像５７６と小画像５７７が結合画像として視認者の網膜５７０に送られる。

【0183】

視覚の存続に起因して、図２に記載の方法を用いて図３に記載の方法による遮蔽を使用することにより、これら２つの部分は、図６Ｂに記載の１つの均一な画像６０４として現れる。

【0184】

図６Ａでは、この図は、個々のピクセル６０１を表す四角形を示している。図６Ｂは、実際の画像６０４を表示する個々のピクセルを有する図を示している。

【0185】

最終画像６０１、６０４内の小さい高解像度部分６０３、６０６は、上述の方法を用いない場合に可能なものよりも小さくすることができるので、本明細書に説明する可変解像度スクリーン方法及び装置は、本明細書に説明する方法と併用されない時に表示技術を用いて可能なものよりも高い、画像の１又は２以上の部分内で可視である解像度を達成することを可能にする。

【0186】

これは、視認者の視野の中心に高いピクセル密度又は走査線密度を有し、周辺に低い密度を有する可変解像度スクリーン、例えば、片眼毎に１つのマイクロディスプレイ又はディスプレイを使用するヘッド装着式ディスプレイスクリーンを達成することを可能にする。

【0187】

任意的に、視線追跡カメラ又は電極であるがこれらに限定されないものによる視標追跡を追加することにより、小さい高解像度部分６０３、６０６は、最終画像６０１、６０４上の大きい低解像度部分６０２、６０５上でいずれか所与の時点で視認者の中心窩視野が存在する場所に配置することができる。これは、いずれか所与の時点でより多くのピクセル又は走査線を視認者の中心窩視野内に及び任意的に近周囲視野内にも常に集中させることを可能にする。

【0188】

任意的に、例えば、眼球回転を考慮した視認者の全視野ではなく視認者の眼の視野内だけにピクセルを有するように、大きい低解像度部分６０２、６０５の位置決めは、小さい高解像度部分６０３、６０６の配置と同じ方法で達成することができる。

【0189】

中心窩視野、近周囲、及び遠周囲に対して１つずつ３つの部分のような２よりも多い部分が存在することも可能であり、これらの部分は、上述したものと同じ方法で結合し、任意的に配置することができる。

【0190】

当業者は、大画像と小画像が光学的に結合された後にこれらの画像を共にステアリングすること又は最終画像上により多くの小部分又は大部分を生成するためにより多くの要素を追加することのようないくつかの要素の順序を変更することができ、より多くの要素を追加することができることを理解するであろう。

【0191】

ミラー又は楔プリズムを用いた低解像度幅広投影ビームの上への高解像度幅狭投影ビームの位置決め
別の実施形態では、可変解像度スクリーンは、ミラー又は楔（Ｒｉｓｌｅｙ）プリズムを用いて高解像度幅狭ビデオ投影を低解像度幅広ビデオ投影の上に配置することによって達成される。

【0192】

可変解像度スクリーンを達成するために、単一照明マイクロディスプレイ、ディスプレイ、ＬＢＳ（レーザビームステアリング）プロジェクタ、又は他のタイプのビデオ投影機（以下では「プロジェクタ」と呼ぶ）４０１、４１１、５０１、５１１、５２１、５５１、５１１１、５１２１、５１５１のような単一ビデオ投影機が高いリフレッシュ速度で作動される。各連続フレーム（フレームｎ＋１）では、プロジェクタを用いてフレーム２０１、２０２及び最終画像２０５のリフレッシュ速度を最終画像２０５の２又は３以上の部分２０３、２０４の間で共有することによって小さい高解像度部分２０４又は最終画像の一部２０５、又は大きい低解像度部分２０３又は最終画像の一部２０５のいずれかが表示される。視覚の存続が、２つの部分２０３、２０４を１つの最終投影画像２０５に配合する。

【0193】

これに代えて、図３では、可変解像度スクリーン３０５をもたらすために、マイクロディスプレイ又はディスプレイのような単一表示技術又は単一照明マイクロディスプレイ、ディスプレイ、ＬＢＳ（レーザビームステアリング）プロジェクタ、又は他のタイプのビデオ投影機（以下では「プロジェクタ」と呼ぶ）が２又は３以上の部分３０１、３０２に光学的に分割される。この方法は、１又は複数の部分３０１、３０４が最終投影画像３０５上でより多くのピクセルを使用することを別の１又は複数の部分３０２、３０３の解像度を犠牲にすることによって可能にする。

【0194】

例えば、単一プロジェクタを用いてヘッド装着式ディスプレイ内で両眼に対する最終投影画像を生成するために、上記２つの方法を組み合わせて最終投影画像上により多くの部分を生成すること又は２又は３以上の最終投影画像を生成することをこれらの部分の間でプロジェクタの解像度とリフレッシュ速度の両方を共有することによって可能にすることができる。

【0195】

直接に又はレンズ又は他の光学系を通して視認される時にマイクロディスプレイ及びディスプレイではなくプロジェクタを使用することに以下のいくつかの利点がある。

【0196】

第１に、マイクロディスプレイを使用する時にマイクロディスプレイよりも大きいスクリーン上に投影し、このスクリーンをレンズ又はその代わりに他の光学系を通して視認するのにかなりより小さい投影レンズを使用することに対して拡大レンズ又は他の光学系を小さく軽量に保つことを試みながら幅広視野ヘッド装着式ディスプレイを設計するのは非常に困難である。

【0197】

第２に、ビデオ投影を使用することは、ステアリング要素を含む光学要素を光学設計において投影スクリーン上に大きい最終画像を生成する投影光学系の前又はこれらの光学系の間のいずれかの場所に配置することができるので、これらの光学要素の全てをかなり小さくすることを可能にするという利点を有する。

【0198】

第３に、ＬＣｏＳ、ＤＬＰのような反射マイクロディスプレイ及びＬＣＤのような透過マイクロディスプレイの外部照明性に起因して、各ピクセルに対するビーム角をＯＬＥＤ又はマイクロＬＥＤのような発光マイクロディスプレイを使用する場合よりも狭くすることができ、それによって視認者に同じか又はより高い輝度を与えながら少ない迷光しか伴わずにより効率的な光学系を提供することを可能にすることができる

【0199】

第４に、反射マイクロディスプレイ及び透過マイクロディスプレイの外部照明性に起因して、ＯＬＥＤ及びマイクロＬＥＤのように物理的なピクセル自体に光を放出させる発光マイクロディスプレイを使用する場合に、又は特にディスプレイの視野が拡大し、倍率が増大する時に十分な輝度を与えることを困難にするＬＣＤディスプレイを使用する場合に、又は光学系内に大量の光損失がある場合がある拡張現実ヘッド装着式ディスプレイに関するものよりも遥かに高い輝度を獲得可能である。

【0200】

図３では、アスペクト比１６：９の単一マイクロディスプレイ又はディスプレイが２つの部分に分割され、例えば、１９２０ｘ１０８０ピクセルのマイクロディスプレイ又はディスプレイが、小さい１０８０ｘ１０８０ピクセル高解像度部分３０１と大きい８４０ｘ１０８０ピクセル低解像度部分３０２とに分割される（低解像度部分３０２は、その後に、より良いアスペクト比を達成するために光学的に９０度反転させることができる）。

【0201】

光学的又は光学機械的で任意的にデジタルでもある方法を用いて、部分３０１と３０２をサイズ変更し、互いに重なることができ３０５、小さい高解像度部分３０４が存在し、かつ大きい低解像度部分３０３と小さい高解像度部分３０４とが重なる場所で大きい低解像度部分３０３を覆い隠すことができる。

【0202】

更に、高解像度小画像内でデジタル解像度低下によって遷移をそれ程急激ではなくすること又は両方の画像上での低下によってピクセルを調光することによってエッジを光学的又はデジタル的に配合することでこの遮蔽をより継ぎ目のないものにすることができる。

【0203】

２つの部分の間の輝度レベルを中立密度フィルタなどを用いて光学的に又はデジタル的に均衡させることができる。

【0204】

図４Ａ及び図４Ｂを参照されたい。図２に記載の第１の方法を用いて最終投影画像４０５上で異なるサイズ及び位置を有する各部分に対して同じプロジェクタ４０１、４１１を使用することができるように、プロジェクタのビームが、回転ミラー又はビーム分割器４０２、４１２及び任意的なミラー４１３等であるがこれらに限定されないステアリング要素によって各フレームに関して２つの光学要素４０３、４０４、４１４、４１５の一方に光学機械的又は光学的にステアリングされる。ステアリング要素として回転ミラーの代わりにビーム分割器を使用する場合に、光学要素４０３、４１４と４０４、４１５が、異なる連続フレームの異なるビームの代わりに全てのフレームの同じビームを受け入れることを防止するために、ＬＣＤシャッターのような光学シャッター又は機械シャッターを用いて各ビームの各フレームを４０３、４０４、４１４、４１５の前、内側、又は後ろで相応に遮断するか又は通過させることができる。当然ながら、この遮断又は通過は、偏光子ビーム分割器（例えば、反射偏光子ビーム分割器）が使用され、各フレームがビーム分割器に到達する前に切換可能液晶偏光回転子などを用いてビームの偏光を各フレームで制御することができる場合は必要ではない。

【0205】

図３に記載の第２の方法を用いてスクリーン４１８上の最終画像４０５上で異なるサイズ及び位置を有する各部分に対して同じプロジェクタ４０１、４１１を使用することができるように、プロジェクタ４０１、４１１のビームが、画像平面上のビーム分割器又はミラー４０２、４１２及び任意的なミラー４１３等であるがこれらに限定されないステアリング要素によって２つの光学要素４０３、４０４、４１４、４１５までステアリングされる。画像平面上でミラーではなくビーム分割器を使用する場合に、各ビームが、光学要素４０３、４０４、４１４、４１５の前、内側、又は後ろでステンシルのような光学遮蔽要素を用いて覆い隠される。鮮明なカットを生成するために、ミラー又はステンシルは画像平面上に存在することが可能である。

【0206】

ステアリング要素４０２、４１２は、１又は複数のミラー、ビーム分割器、及びこれらのうちの１つと組み合わされた１又は複数の光学シャッター又は機械シャッターとすることができるがこれらに限定されない。

【0207】

光学要素４０３、４０４、４１４、４１５は、レンズ、ミラー、プリズム、自由形状ミラーのうちの１つ又はその組合せとすることができるがこれらに限定されない。

【0208】

光学要素のうちの一方４０４、４１５は、幅狭ビーム４１７を生成することができ、他方の光学要素４０３、４１４は、比較的幅広のビーム４１６を生成することができる。

【0209】

図４Ｂを参照すると、プロジェクタ４１１は投影ビームを生成し、この投影ビームは、ビーム分割器（半透鏡又は偏光子ビーム分割器のような）４１２により、異なる方向に進行する２つの同じ投影ビームに分割される。一方は、幅広ビームを生成する光学系４１４に向けられ、それに対して他方は、ミラー４１３を通して、幅狭ビームを生成する別の光学系４１５に進行する。幅広ビーム光学系４１４は、より低い解像度の画像ビーム４１６を生成する。幅狭ビーム光学系４１５は、より高い解像度の画像ビーム４１７を生成する。低め４１６と高め４１７の両方の解像度のビームが、視認者の網膜又はスクリーン４１８上に投影される。

【0210】

幅狭ビーム４１７が存在する幅広ビーム４１６の区域の遮蔽は、ここでもまたその場所に黒色ピクセルを表示させることによってデジタル的に又は例えば光学系の内側、前、又は後ろのいずれかの場所にある画像平面上のステンシルに投影ビームの当該部分を遮蔽によって物理的（光学的）に遮断させることによって光学的に達成することができる。

【0211】

次いで、任意的に、図５Ａに見られるように、ミラーを有するアクチュエータ、ガルバノメータスキャナ、楔（Ｒｉｓｌｅｙ）プリズムを有するアクチュエータ、傾斜レンズ又はシフトレンズを有するアクチュエータのうちの１又は２以上であるがこれらに限定されないものを用いて幅狭ビームの小画像の位置決めを達成することができる。

【0212】

２つのビームは、図４Ｂで見られるように同じスクリーン上に投影され、又はビーム分割器などを用いて最初に光学的に結合されてからスクリーン上に投影され、直接に又はアイピース又は導波管であるがこれらに限定されないものを通して視認される。これは、図５Ｂに記載のビームステアリング要素５１９及び５１８に見られる。

【0213】

図５Ｆを参照すると、光学要素が示されている。プロジェクタ５１１１は、投影ビームをビーム分割器又は回転ミラー５１１２に送り、ビーム分割器又は回転ミラー５１１２は、投影ビームを幅広ビーム光学系５１１４とミラー５１１３とに送り、ミラー５１１３は、投影ビームを幅狭ビーム光学系５１１５に経路変更する。幅狭ビーム光学系５１１５から、ビームはミラー５１１９に、次いで、ビーム結合器５１１８（例えば、ビーム分割器）に送られて幅広ビーム光学系５１１４の出力と結合する。ビーム結合器５１１８から、幅広ビーム５１１６と幅狭ビーム５１１７とが結合投影ビームとして視認者の網膜又はスクリーン５１１０に送られる。ステアリング要素として回転ミラーの代わりにビーム分割器を使用する場合に、光学要素５１１４と５１１５が、異なる連続フレームの異なるビームの代わりに全てのフレームの同じビームを受け入れることを防止するために、ＬＣＤシャッターのような光学シャッター又は機械シャッターを用いて各ビームの各フレームを５１１４、５１１５の前、内側、又は後ろでの前、内側、又は後ろで相応に遮断するか又は通過させることができる。当然ながら、この遮断又は通過は、偏光子ビーム分割器が使用され、各フレームがビーム分割器に到達する前に切換可能液晶偏光回転子などを用いて画像の偏光を各フレームで制御することができる場合は必要ではない。

【0214】

図５Ｆと図５Ｇの間の１つの相違点は、光学遮蔽要素に到達する手前で投影ビームが１つの線ではなく２つの線として例示されている点である。この例示は、投影ビームが光学遮蔽要素５１３０、５１３１によってどのように遮蔽／切り取られるかを示すために行ったものである。

【0215】

図５Ｇを参照すると、図３に記載の画像構造を処理するための光学要素が示されている。プロジェクタ５１２１は、投影ビームをビーム分割器５１２２に送り、ビーム分割器５１２２は、２つの同じ投影ビームを一方を最初にミラー５１２３に送ることでステンシル（画像の一部を隠すための物理的遮断壁）５１３０、５１３１に送る。鮮明なカットを生成するために、ステンシルは画像平面上に存在することができ、従って、光学系（５１２４及び５１２５）の内側又は後ろに存在することも可能である。

【0216】

ビームは、ステンシル５１３０、５１３１から射出し、幅広ビーム光学系５１２４と幅狭ビーム光学系５１２５に至る。幅狭ビーム光学系５１２５から、ビームはミラー５１２９に、次いで、ビーム結合器５１２８（例えば、ビーム分割器）に送られて幅広ビーム光学系５１２４の出力と結合する。ビーム結合器５１２８から、幅広ビーム５１２６と幅狭ビーム５１２７とが結合投影ビームとして視認者の網膜又はスクリーン５１２０に送られる。

【0217】

図５Ｈを参照すると、両方のスクリーン（両方の眼）に対して個々のプロジェクタ５１５１を使用するヘッド装着式ディスプレイ実施形態が見られる。最初に、マイクロディスプレイ又はディスプレイの解像度が眼と眼との間で分割され、次いで、各フレームが１つの投影（大画像又は小画像）に対して使用される。例えば、２４０ＨｚＤＬＰプロジェクタを使用する場合に、このプロジェクタは、画像毎、スクリーン毎に１２０Ｈｚのリフレッシュ速度を与える。

【0218】

プロジェクタ５１５１は、ビームをビーム分割器５１６０に送り、ビーム分割器５１６０は、２つの同じビームを一方を最初にミラー５１８２から反射させることでステンシル５１６１、５１７１に送り、ステンシル５１６１、５１７１は、特定の眼のためのものではない画像の一部分を覆い隠す。一実施形態では、図２に見られる事例でのように、ステンシル５１６１、５１７１をＬＣＤシャッター又はＬＣＤｐｉセルのようなシャッターとすることができ、従って、各フレームが１つの光学系に送られ、光学系５１５４、５１５５、５１７４、５１７５のうちの残りのものに対して遮断されることになる。別の実施形態では、図２に見られる事例でのように、ステンシル５１６１、５１７１を取り外すことができ、従って、各フレームの全体画像が光学系５１５４、５１５５、５１７４、５１７５のうちの残りのものに対して遮断されることになる。例えば、２４０ＨｚＤＬＰプロジェクタを使用する場合に、このプロジェクタは、画像毎、片眼毎に６０Ｈｚのリフレッシュ速度を与える。

【0219】

左のステンシル（図の上部）５１６１は、図２の実施形態のためにビームを第２のビーム分割器５１５２に送り、第２のビーム分割器５１５２は、２つの同じビームを一方を最初にミラー５１５３に送ることで２つのＬＣＤシャッター５１６２、５１６３に送る。ＬＣＤシャッター５１６２、５１６３は、図３の実施形態のためにステンシル（投影ビームの一部を隠すための物理的遮断壁）で置換することができる。鮮明なカットを生成するために、ステンシルは画像平面上に存在することができ、従って、光学系（５１５４及び５１５５）の内側又は後ろに存在することも可能である。

【0220】

ビームは、シャッター（又はステンシル）５１６２、５１６３から射出し、幅広ビーム光学系５１５４と幅狭ビーム光学系５１５５に至る。幅狭ビーム光学系５１５５から、ビームはミラー５１５９に、次いで、ビーム結合器５１５８（例えば、ビーム分割器）に送られて幅広ビーム光学系５１５４の出力と結合する。ビーム結合器５１５８から、幅広ビーム５１５６と幅狭ビーム５１５７とが結合ビームとしてスクリーン５１５０又は視認者の網膜に送られる。

【0221】

右のステンシル（図の下部）５１７１は、図２の実施形態のためにビームを第２のビーム分割器５１７２に送り、第２のビーム分割器５１７２は、２つの同じビームを一方を最初にミラー５１７３に送ることで２つのＬＣＤシャッター５１８０、５１８１に送る。ＬＣＤシャッター５１８０、５１８１は、図３の実施形態のためにステンシル（画像の一部を隠すための物理的遮断壁）で置換することができる。鮮明なカットを生成するために、ステンシルは画像平面に存在しなければならず、従って、光学系（５１７４及び５１７５）の内側又は後ろに存在することも可能である。

【0222】

ビームは、ＬＣＤシャッター（又はステンシル）５１８０、５１８１から射出し、幅広ビーム光学系５１７４と幅狭ビーム光学系５１７５に至る。幅狭ビーム光学系５１７５から、ビームはミラー５１７９に、次いで、ビーム結合器５１７８（例えば、ビーム分割器）に送られて幅広ビーム光学系５１７４の出力と結合する。ビーム結合器５１７８から、幅広ビーム５１７６と幅狭ビーム５１７７とが結合投影ビームとしてスクリーン５１７０又は視認者の網膜に送られる。

【0223】

視覚の存続に起因して、図２に記載の方法を用いて図３に記載の方法による遮蔽を使用することにより、これら２つの部分は、図６Ｂに記載の１つの均一な投影画像６０４として現れる。

【0224】

図６Ａでは、この図は、個々のピクセル６０１を表す四角形を示している。図６Ｂは、実際の画像６０４を表示する個々のピクセルを有する図を示している。

【0225】

最終投影画像６０１、６０４内の小さい高解像度部分６０３、６０６は、上述の方法を用いない場合に可能なものよりも小さくすることができるので、本明細書に説明する可変解像度スクリーン方法及び装置は、本明細書に説明する方法と併用されない時にプロジェクタを用いて可能なものよりも高い、画像の１又は２以上の部分内で可視である解像度を達成することを可能にする。

【0226】

これは、視認者の視野の中心に高いピクセル密度又は走査線密度を有し、周辺に低い密度を有する可変解像度スクリーン、例えば、片眼毎に１つのプロジェクタを使用するヘッド装着式ディスプレイスクリーンを達成することを可能にする。

【0227】

任意的に、視線追跡カメラ又は電極であるがこれらに限定されないものによる視標追跡を追加することにより、小さい高解像度部分６０３、６０６を最終投影画像６０１、６０４上の大きい低解像度部分６０２、６０５上でいずれか所与の時点で視認者の中心窩視野が存在する場所に配置することができる。これは、いずれか所与の時点でより多くのピクセル又は走査線を視認者の中心窩視野内に及び任意的に近周囲視野内にも常に集中させることを可能にする。

【0228】

任意的に、例えば、眼球回転を考慮した視認者の全視野ではなく視認者の眼の視野内だけにピクセルを有するために、大きい低解像度部分６０２、６０５の位置決めを小さい高解像度部分６０３、６０６の配置と同じ方法で達成することができる。

【0229】

中心窩視野、近周囲、及び遠周囲に対して１つずつ３つの部分のような２よりも多い部分が存在することも可能であり、これらの部分を上述したものと同じ方法で結合し、任意的に配置することができる。

【0230】

当業者は、大画像と小画像が光学的に結合された後にこれらの画像を共にステアリングすること、又は最終投影画像上により多くの小部分又は大部分を生成するためにより多くの要素を追加することのように、いくつかの要素の順序を変更することができ、より多くの要素を追加することができることを理解するであろう。

【0231】

光学スラブ又はミラーを用いた低解像度大画像又は幅広投影ビームの上での高解像度小画像又は幅狭投影ビームのシフト
別の実施形態では、可変解像度スクリーンは、高解像度の小さい画像又は投影ビームを低解像度の大きい画像又は投影ビーム上で光学スラブ又はミラーを用いてシフト／オフセットすることによって達成される。

【0232】

可変解像度スクリーンを達成するために、マイクロディスプレイ又はディスプレイのような単一表示技術又は単一照明マイクロディスプレイ、ディスプレイ、ＬＢＳ（レーザビームステアリング）プロジェクタ、又は他のタイプのビデオ投影機（以下では「プロジェクタ」と呼ぶ）４０１、４１１、５０１、５１１、５２１、５５１、２３０１、５１１１、５１２１、５１５１のような単一ビデオ投影機は、高いリフレッシュ速度で作動される。図２では、各連続フレーム（フレームｎ＋１）では、マイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタを用いてフレーム２０１、２０２及び最終画像２０５のリフレッシュ速度を最終画像２０５の２又は３以上の部分２０３、２０４の間で共有することによって小さい高解像度部分２０４又は最終画像の一部２０５、又は大きい低解像度部分２０３又は最終画像の一部２０５のいずれかが表示又は投影される。視覚の存続は、２つの部分２０３、２０４を１つの最終画像２０５に配合する。

【0233】

図３は、可変解像度スクリーンを達成するために、マイクロディスプレイ又はディスプレイのような単一表示技術、又は単一照明マイクロディスプレイ、ディスプレイ、ＬＢＳ（レーザビームステアリング）プロジェクタ、又は他のタイプのビデオ投影機（以下では「プロジェクタ」と呼ぶ）のような単一ビデオ投影機が、２又は３以上の部分３０１、３０２に光学的に分割される代替実施形態を示している。この方法は、１又は複数の小さい高解像度部分３０４が最終画像３０５上でより多くのピクセルを使用することを１又は複数の大きい低解像度部分３０３の解像度を犠牲にすることによって可能にする。

【0234】

例えば、単一マイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタを用いてヘッド装着式ディスプレイ内で両眼に対する最終画像を生成するために、上記２つの方法を組み合わせて最終画像上により多くの部分を生成すること又は２又は３以上の最終画像を生成することをこれらの部分の間でマイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタの解像度とリフレッシュ速度の両方を共有することによって可能にすることができる。

【0235】

図３では、アスペクト比１６：９の単一マイクロディスプレイ又はディスプレイが２つの部分に分割され、例えば、１９２０ｘ１０８０ピクセルのマイクロディスプレイ又はディスプレイが、小さい１０８０ｘ１０８０ピクセル高解像度部分３０１と大きい８４０ｘ１０８０ピクセル低解像度部分３０２とに分割される（低解像度部分３０２は、その後に、より良いアスペクト比を達成するために光学的に９０度反転させることができる）。

【0236】

光学的又は光学機械的及び任意的にデジタルでもある方法を用いて、部分３０１と３０２をサイズ変更し、互いに重なることができ、小さい高解像度部分３０４が存在し、かつ大きい低解像度部分３０３と小さい高解像度部分３０４とが重なる場所で大きい低解像度部分３０３を覆い隠すことができる。

【0237】

更に、高解像度小画像３０４内でデジタル解像度低下によって遷移をそれ程急激ではなくすること又は両方の画像又はビーム上での低下によってピクセルを調光することによってエッジを光学的又はデジタル的に配合することでこの遮蔽をより継ぎ目のないものにすることができる。

【0238】

２つの部分の間の輝度レベルを中立密度フィルタなどを用いて光学的に又はデジタル的に均衡させることができる。

【0239】

図４Ａ及び図４Ｂを参照されたい。図２に記載の第１の方法を用いて最終画像４０５上で異なるサイズ及び位置を有する各部分に対して同じマイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタ４０１、４１１を使用することができるように、マイクロディスプレイ又はディスプレイの画像又はプロジェクタのビームは、回転ミラー又はビーム分割器４０２、４１２及び任意的なミラー４１３等であるがこれらに限定されないステアリング要素によって各フレームに関して２つの光学要素４０３、４０４、４１４、４１５の一方に光学機械的又は光学的にステアリングされる。ステアリング要素として回転ミラーの代わりにビーム分割器を使用する場合に、光学要素４０３、４１４と４０４、４１５は、異なる連続フレームの異なる画像又はビームの代わりに全てのフレームの同じ画像又はビームを受け入れることを防止するために、ＬＣＤシャッターのような光学シャッター又は機械シャッターを用いて各画像又は各ビームの各フレームを４０３、４０４、４１４、４１５の前、内側、又は後ろで相応に遮断するか又は通過させることができる。当然ながら、この遮断又は通過は、偏光子ビーム分割器が使用され、各フレームがビーム分割器に到達する前に切換可能液晶偏光回転子などを用いてビームの偏光を各フレームで制御することができる場合は必要ではない。

【0240】

図３に記載の第２の方法を用いて最終画像４０５上で異なるサイズ及び位置を有する各部分に対して同じマイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタ４０１、４１１を使用することができるように、マイクロディスプレイ又はディスプレイの画像又はプロジェクタ４０１、４１１のビームは、画像平面上のビーム分割器又はミラー４０２、４１２及び任意的なミラー４１３等であるがこれらに限定されないステアリング要素によって２つの光学要素４０３、４０４、４１４、４１５までステアリングされる。画像平面上でミラーではなくビーム分割器を使用する場合に、各画像又は各ビームは、光学要素４０３、４０４、４１４、４１５の前、内側、又は後ろでステンシルのような光学遮蔽要素を用いて覆い隠される。鮮明なカットを生成するために、ミラー又はステンシルは画像平面上に存在することが可能である。

【0241】

ステアリング要素４０２、４１２は、１又は複数のミラー、ビーム分割器、及びこれらのうちの１つと組み合わされた１又は複数の光学シャッター又は機械シャッターとすることができるがこれらに限定されない。

【0242】

光学要素４０３、４０４、４１４、４１５は、レンズ、ミラー、プリズム、自由形状ミラーのうちの１つ又はその組合せとすることができるがこれらに限定されない。

【0243】

光学要素のうちの一方４０４、４１５は、小画像又は幅狭ビーム４１７を生成することができ、他方の光学要素４０３、４１４は、比較的大きい画像又は比較的幅広のビーム４１６を生成することができる。

【0244】

図５Ａ及び図５Ｂに記載の実施形態では、小画像又は幅狭ビームの位置決めは、光学スラブ又はミラー５０６、５１９、５２９、５５９、５７９、２３１０、２３１１、５１１９、５１２９、５１５９、５１７９のうちの１又は２以上であるがこれらに限定されないものを用いて達成することができる。

【0245】

２つの画像又はビームは、ビーム分割器などを用いて光学的に結合され、直接に又はアイピース又は導波管であるがこれらに限定されないものを通して視認される。

【0246】

視覚の存続に起因して、図２に記載の方法を用いて図３に記載の方法による遮蔽を使用することにより、これら２つの部分は、図６Ｂに記載の１つの均一な画像６０４として現れる。

【0247】

図５Ｅを参照すると、２つの傾斜光学スラブ２３１０及び２３１１を使用する図５Ｂ又は図５Ｆの変形が見られる。マイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタ２３０１が、画像又はビームを生成し、この画像又はビームをビーム分割器又は回転ミラー２３０２を通して送る。ビーム分割器２３０２から、２つの同じ画像又はビームが送られる。一方の画像又はビームは、図３に記載の方法を使用する場合は高解像度部分を覆い隠す低解像度の大画像光学系又は幅広ビーム光学系２３０４を経由し、次いで、この場合はビーム結合器として使用されるビーム分割器２３０８に送られる。他方の画像又はビームは、ビーム分割器２３０２からミラー２３０３に、更に高解像度の小画像光学系又は幅狭ビーム光学系２３０５に送られて、図３に記載の方法を使用する場合はそこで低解像度画像が覆い隠される。小画像光学系又は幅狭ビーム光学系２３０５から、画像又はビームは、大画像又は幅広ビームの軸に小画像又は幅狭ビームをオフセットするために２つのビームステアリング要素２３１０、２３１１にミラー２３０９から反射される（その後に、ビーム結合器２３０８を用いて結合されることになる）。この図では、ビームステアリング要素は、Ｘ軸及びＹ軸それぞれで回転してこれら２つのそれぞれの軸に画像又はビームをオフセットする２つの厚肉光学スラブ２３１０、２３１１である。光学スラブ２３１０、２３１１各々に対して、少数の可能な代替実施形態を挙げると、両方の軸で回転する単一ミラー又は２つの回転／傾斜ミラーを代用することができる。第２の光学スラブ２３１１から、シフトした画像又はビームが、この場合はビーム結合器として使用されるビーム分割器２３０８に進行する。ビーム分割器２３０８から、低解像度の大画像又は幅広ビーム２３０６と高解像度の小画像又は幅狭ビーム２３０７が、スクリーン２３００又は視認者の網膜に進行する。

【0248】

ステアリング要素２３０２として回転ミラーの代わりにビーム分割器を用いて図２に記載の方法を使用する場合に、光学要素２３０４と２３０５が、異なる連続フレームの異なる画像の代わりに全てのフレームの同じ画像を受け入れることを防止するために、ＬＣＤシャッターのような光学シャッター又は機械シャッターを用いて各画像の各フレームを２３０４、２３０５の前、内側、又は後ろで相応に遮断するか又は通過させることができる。当然ながら、この遮断又は通過は、偏光子ビーム分割器が使用され、各フレームがビーム分割器に到達する前に切換可能液晶偏光回転子などを用いて画像の偏光を各フレームで制御することができる場合は必要ではない。

【0249】

図６Ａでは、この図は、個々のピクセル６０１を表す四角形を示している。図６Ｂは、実際の画像６０４を表示する個々のピクセルを有する図を示している。

【0250】

傾斜／回転ミラー及び回転楔（Ｒｉｓｌｅｙ）プリズムを用いて投影ビーム又は画像は、ステアリングされ、図７Ｂで見られる遠近歪みと、画像又はビームが中心から遠ざかるようにステアリングされる時に漸進的に悪化するいくつかの光学収差とを受ける。遠近歪みを解決するために、画像７０２を事前にデジタル的に歪ませることができ、それによって高解像度小画像の可能なサイズ及び利用ピクセル数が有意に低減する。

【0251】

同じく、位置決め中にいずれかの不正確性又は精度問題がある場合に、これらは非常に明白な歪みと、デジタル歪みとしての継ぎ目として可視であり、画像又は投影ビームは、図８Ａに見られるミラー、プリズム、又は他の傾斜要素による現在の位置決めに適合しない。

【0252】

図７Ａは原画像７０１であり、図７Ｂは遠近歪み画像７０２である。

【0253】

図８Ａでは、正しい画像８０１が見られる。右の画像８０２（図８Ｂ）には、デジタル画像生成及び画像位置決めと、これら２つの部分画像の間に歪み及び継ぎ目を引き起こす歪み不整合とが見られる。

【0254】

これに代えて、画像又はビームをシフト／オフセットすることにより、これらの問題は発生しない。

【0255】

ビーム又は画像は、各軸に対して１つずつ２つの傾斜／回転光学スラブ、Ｏｐｔｏｔｕｎｅ（登録商標）ＭＲ－１５－３０－ＰＳ－２５ｘ２５Ｄのような２つの二軸傾斜／回転ミラー、又は４つの傾斜／回転ミラー（軸毎に２つ）であるがこれらに限定されないものによってシフトさせることができる。

【0256】

図９Ａ～図９Ｄでは、光学スラブ９０２は、画像又は投影ビーム９０３をシフト／オフセットすることを可能にする可視スペクトル内で無色のガラススラブ又はプラスチックポリマースラブである。

【0257】

画像と投影ビームの両方９０３をこの方法でシフトさせることができる。この方法は、ヘッド装着式ディスプレイデバイス内のアイピースレンズ、導波管、又は類似の光学系によるそれ程大きい倍率を必要とせずに大きい投影画像を生成することができる投影光学系に投影ビームを向けることができるスラブ９０２を比較的小さくすることを可能にする。

【0258】

しかし、画像は、アイピース光学系が拡大を実施することができる時にもこの方法によってシフトさせることができ、限られた量のシフトしか必要とされないか、又はアイピースレンズ、導波管、又は類似の光学系による限られた量の倍率しか必要とされない。

【0259】

図９Ｂでは、平行な５ｍｍ幅の６３８ｎｍ波長ビーム９０３が通してシフトした２０ｘ２０ｘ２０ｍｍＰＭＭＡ（ポリ（メチルメタクリレート））ポリマー光学スラブ９０２が見られる。この例では、スラブは、ビームを＋３４度（範囲は±３４度である）だけ傾斜させ、最大で８．０４ｍｍだけオフセットすることができる。そのようなビームが後に投影レンズを通過し、アイピース又は導波管を通して見た時に５ｍｍビームが２０度の視野を網羅することが意図される状況を考えると、ビームが含む高解像度画像を平均的な人間が自分の眼球を快適に回転させることができる度数よりも大きい６４度又はそれよりも多くだけ移動することを１６．０８ｍｍのシフトが可能にすると考えられる。

【0260】

図９Ｂでは、ビーム９０３を８．０４ｍｍだけ下向きにオフセットするために光学スラブ９０４が－３４度だけ傾斜される。

【0261】

異なる軸で回転してビーム９０３を両方の軸にシフトさせることを可能にするか又は２つのスラブ９０２、９０４の間にこれらのスラブが同じ軸で回転することを可能にするダブプリズム又は同じミラーアセンブリのような光学構成要素を有するそのようなスラブ９０２、９０４が、図５Ｅに見られるように２つ必要とされることになる。

【0262】

この図は、例示目的なものに過ぎず、スラブ９０２、９０４に対する異なる材料及びサイズ、ビーム９０３に対する異なる寸法、及び異なる回転範囲が可能である。

【0263】

光学スラブ９０２、９０４によって引き起こされるＲＧＢ画像又は投影ビーム９０３の何らかの分散は、各色チャネルを数ピクセルだけ相応にデジタル的にオフセットすることによって補償することができる。オフセットは、より高い屈折率を有する１つ又は２つの色チャネルに対してしか行うことが必要とされない可能性があるので、１つ又は２つの色チャネルが画像又は投影ビーム９０３のエッジ上で同じオフセットに到達することができなくなり、これは、画像又は投影ビーム９０３をエッジ上で僅かにデジタル又は光学的に切り取ることによって解決することができ、こうして各色チャネル内のピクセルは、分散によって引き起こされる色チャネルの分離を元に戻すのに必要とされる量だけオフセットすることができる。エッジ上でのこのピクセル損失は、上述の実施形態による遠近歪みの補正に起因するピクセル／詳細の損失と比較して依然として無視することができる。

【0264】

±３４度の極値のスラブ傾斜の上述の例を使用すると、屈折角は、４４５ｎｍ波長で±２１．９度であり、６３８ｎｍ波長で±２２．１度である。その結果、画像又は投影ビーム９０３の赤色チャネルと青色チャネルの間に０．０６ｍｍの分散がもたらされる。この５ｍｍ幅の画像又は投影ビーム９０３の解像度が１０８０ピクセル×１０８０ピクセルであると仮定すると、これは、０．０６×１０８０／５＝１２．９６ピクセルになる。ビーム９０３の各エッジ上で１３ピクセルを犠牲にすることにより、色チャネルをデジタル的にオフセットしていずれの角度の分散の効果も元に戻すことが可能になる。

【0265】

特に図９Ａを参照すると、空気９０１を通ってスラブ９０２に移動するビーム９０３が見られる。スラブ９０２がビーム９０３に対して垂直であるので、ビーム９０３はスラブ９０２を真っ直ぐに通過する。

【0266】

図９Ｂでは、スラブ９０４は、－３４度だけ傾斜されてビーム９０３を８．０４ｍｍだけ下向きにオフセットしている。

【0267】

図９Ｃでは、スラブ９０２は、＋３４度だけ傾斜されてビーム９０３を８．０４ｍｍだけ上方にオフセットしている。

【0268】

図９Ｄでは、ビームが一方の角度から他方の角度までどの程度オフセットするかを例示するために単一スラブ９０２、９０４の２つの図が互いに重ね合わされている。スラブ図９０４は、－３４度だけ傾斜されてビーム９０３を８．０４ｍｍだけ下向きにオフセットしており、それに対してスラブ図９０２は、＋３４度だけ傾斜されてビーム９０３を８．０４ｍｍだけ上方にオフセットしている。従って、ビーム９０３を上下にオフセットして最大で１６．０８ｍｍ離間した画像又はビームを生成することができる。

【0269】

図１０Ａ及び図１０Ｂに見られるように、スラブ９０２、９０４は、２ｄミラー（Ｏｐｔｏｔｕｎｅ（登録商標）ＭＲ－１５－３０－ＰＳ－２５ｘ２５Ｄのような二軸傾斜／回転ミラー）又は２つのミラー１００１、１００２又は１００３、１００４と入れ替えることができる。この入れ替えは、より大きい空間要件を妥協した上でのコスト節減である。その一方、ミラーを使用する場合に、分散は問題ではない。

【0270】

図１０Ａでは、ミラー１００１、１００２が４５度だけ傾斜されており、図１０Ｂでは、ミラー１００３、１００４が４０度だけ傾斜されている。

【0271】

図１１に見られるように、２つの軸で回転する２つの２Ｄミラー又は４つのミラー１１０１、１１０２、１１０３、１１０４を用いてビーム又は画像を２つの軸にシフトさせることができる。

【0272】

図１１では、両方のミラー１１０１、１１０２は、単なる例示目的でトップダウン視野を有し、第２のミラーセット１１０３、１１０４は別の軸にある。

【0273】

図１２は、別の実施形態を示している。第２のミラーセット１２０４、１２０５を別の軸で反転及び回転させるか、又は１つの軸で空間を節約するためにダブプリズム１２０３又は同等のミラーアセンブリを２つの２ｄミラー又はミラー対１２０１、１２０２と１２０４、１２０５の間に位置決めして直前のセットによって実施されたオフセットの軸を反転させてビーム又は画像を同じ軸にシフト／オフセットするミラー及び構成要素を有するかのいずれかを行うことができる。

【0274】

図１２では、ダブプリズム１２０３を使用する場合に光線が進行する経路が見られる（ダブプリズムの寸法比率及び角度は、この図面では正確ではなく、ダブプリズム自体内で光線が進行する経路も正確ではない）。

【0275】

最終画像内の高解像度のより小さい部分は、上述の方法を用いない場合に可能なものよりも小さくすることができるので、本明細書に説明する可変解像度スクリーン方法及び装置は、本明細書に説明する方法と併用されない時にディスプレイ、マイクロディスプレイ、又はプロジェクタを用いて可能なものよりも高い、最終画像の１又は２以上の部分内で可視である解像度を達成することを可能にする。

【0276】

これは、視認者の視野の中心に高いピクセル密度又は走査線密度を有し、周辺に低い密度を有する可変解像度スクリーン、例えば、片眼毎に僅か１つのマイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタしか用いないヘッド装着式ディスプレイスクリーンを達成することを可能にする。

【0277】

視線追跡カメラ又は電極であるがこれらに限定されないものによる視標追跡を追加することにより、高解像度のより小さい部分は、最終画像又はスクリーン上の低解像度のより大きい部分の上でいずれか所与の時点で視認者の中心窩視野が存在する場所に配置することができる。これは、いずれか所与の時点でより多くのピクセル又は走査線を視認者の中心窩視野内に及び任意的に近周囲視野内にも常に集中させることを可能にする。

【0278】

任意的に、例えば、眼球回転を考慮した視認者の全視野ではなく視認者の眼の視野内だけにピクセルを有するために、低解像度のより大きい部分の位置決めを高解像度のより小さい部分の配置と同じ方法で達成することができる。

【0279】

２よりも多い部分が存在すること、例えば、中心窩視野、近周囲、及び遠周囲に対して１つずつの３つが存在することも可能であり、これらの部分を上述したものと同じ方法で結合することができる。

【0280】

当業者は、大画像と小画像が光学的に結合された後にこれら両方の画像を共にシフトさせること又は最終画像上により多くのより小さい部分又はより大きい部分を生成するためにより多くの要素を追加することのような図内のいくつかの要素の順序を変更することができ、より多くの要素を追加することができることを理解するであろう。

【0281】

移動部品を用いない可変解像度スクリーン
更に別の実施形態では、可変解像度スクリーンは、高解像度のより小さい画像又は投影を低解像度の大きい画像又は投影の上に生成し、機械的移動部品を用いずに光学的に位置決めすることによって達成される。

【0282】

少なくとも１つの大きい低解像度部分２０１に対する画像ソースと少なくとも１つの小さい高解像度部分２０２に対する画像ソースは、同じマイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタとすることができ、連続フレーム（フレームｎとフレームｎ＋１）は、最終の画像又はビームの２又は３以上の部分２０３、２０４の間で分散される（図２を参照されたい）。これに代えて、図３に記載のように、マイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタの画像の一部を２つ３０１、３０２又は３以上に光学的に分割し、少なくとも１つの大きい低解像度部分３０３と少なくとも１つの小さい高解像度部分３０４との間で割り当てることができる。これに代えて、図１３に記載のように、少なくとも１つの大きい低解像度部分と少なくとも１つの小さい高解像度部分は、画像ソースとして異なるマイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタを有することができる。

【0283】

アスペクト比１６：９の単一マイクロディスプレイ又はディスプレイが２つの部分に分割され、例えば、１９２０ｘ１０８０ピクセルのマイクロディスプレイ又はディスプレイが、小さい１０８０ｘ１０８０ピクセル高解像度部分３０１と大きい８４０ｘ１０８０ピクセル低解像度部分３０２とに分割される図３を参照されたい（低解像度部分３０２は、その後に、より良いアスペクト比を達成するために光学的に９０度反転させることができる）。

【0284】

機械的移動部品の欠如は、以下のいくつかの利点をもたらす。

【0285】

第１に、移動部品を排除することにより、振動に対する感受性、不整合、機械的故障、可聴ノイズ、又は機械的移動部品に関連付けられたいずれの他の問題も排除される。

【0286】

第２に、下記で説明するように使用される光学遮蔽要素の速度に基づくと、小さい高解像度部分の再配置が、数マイクロ秒から数ミリ秒程度の短い時間しか要さないことが可能である。それとは対照的に、モータをウェアラブルデバイスに向けて可能な限り小さく保ちながら、そのようなアクチュエータにミラー、プリズム、又はスラブを人間の眼球の断続性運動と同程度に高速に回転させることは困難である。

【0287】

第３に、位置決めは、小さい高解像度部分を位置決めしなければならない新しい位置に関係なく等しい時間量しか要さない。

【0288】

最初に、画像又は投影ビームは、スクリーン又は視認者の網膜の全体又は大部分又は人間の眼球が回転してフォーカスさせることができるスクリーンの一部にわたって光学的に複製される。

【0289】

この複製は、例えば、レンズアレイの使用によって達成することができる。例示及び実施例を示す目的で、片面又は両面のレンズアレイが使用されるが、複製画像又はビデオ投影内の光学収差を低減するために多要素レンズ及び／又はレンズアレイ構成を使用することができる。

【0290】

図１３は、レンズアレイを使用する２つのマイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタ１３０１、１３０２の実施形態を示している。大画像又は幅広ビームが第１のマイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタ１３０１によって生成されて最終画像１３０５に直接（又は大画像光学系又は幅広ビーム光学系を通して）送られる。第２のマイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタ１３０２は、小画像又は幅狭ビームを生成し、それをレンズアレイ（又は他の複製要素）１３０３に送り、次いで、示されることになる１つの複製画像の外側の区域内で複製物を覆い隠す（隠す）ために光学遮蔽要素１３０４に送られる。次いで、画像又はビームは、最終画像１３０５に進行し、そこで第１のマイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタ１３０１からの大画像又は幅広ビームと結合される。

【0291】

図１４は、単一マイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタ１４０１を使用する類似の実施形態を示している。画像又はビームは、マイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタ１４０１から画像又はビームステアリング要素１４０２に進行する。ステアリング要素１４０２は、画像又はビームを分割し、最終の画像又はビームの大部分画像が最終画像１４０５に直接（又は大画像光学系又は幅広ビーム光学系を通して）送られる（図３に記載のような一部の実施形態では、最初に画像は、大小の部分画像を抽出するために覆い隠される）。最終の画像又はビームの小部分画像は、レンズアレイ（又は他の複製要素）１４０３に送られ、次いで、示されることになる１つの複製画像の外側の区域内で複製物を覆い隠す（隠す）ために光学遮蔽要素１４０４に送られる。次いで、この小画像又は幅狭ビームは、ステアリング要素１４０２からの大画像又は幅広ビームと結合されて最終画像１４０５が形成される。

【0292】

図１５は、ディスプレイ、マイクロディスプレイ、又は投影ビームをこの方法でどのように複製することができるかの最も簡単な構成を示しており、図１６Ａ及び図１６Ｂは、シミュレーション結果を示している。

【0293】

図１５では、画像ソース（ディスプレイ、マイクロディスプレイ、又はプロジェクタ）１５０１が、画像をレンズ１５０２に送り、レンズ１５０２は、それを開口絞り１５０４に送る。次いで、画像又はビームは、レンズアレイ１５０３に、更にスクリーン１５０５又は視認者の網膜に進行することができる。

【0294】

図１６Ａ及び図１６Ｂは、シミュレーション結果を示している。図１６Ａは、ディスプレイ、マイクロディスプレイ、又はプロジェクタ１６０１からの原画像であり、図１６Ｂは、スクリーン又は視認者の網膜１６０２上に得られる画像である。

【0295】

図１７Ａは、光学遮蔽要素の１つの可能な位置を有する簡単な構成を示している。１７０１は、マイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタであり、１７０２は、１７０１からの単一ピクセルの光円錐（ビーム）である。１７０３は、多要素レンズの概略図である。１７０４は、ピクセル光円錐（ビーム）を中間画像平面上のＬＣＤマイクロディスプレイ光学遮蔽要素１７０５上のピクセルにフォーカスさせる第１のレンズアレイであり、１７０６は、ピクセル光円錐を投影スクリーン１７０７又は視認者の網膜上の最終画像平面上に再度フォーカスさせる第２のレンズアレイである。第２のレンズアレイ１７０６は、通常の投影レンズ又はアイピースレンズのような他の光学系で置換することができる。

【0296】

図１７Ｂは、光学遮蔽要素に対して使用されるＬＣｏＳ又はＤＬＰのような反射マイクロディスプレイを示している。１７１１は、画像又はビームを発生させるマイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタであり、１７１２は、１７１１からの単一ピクセルの光円錐（ビーム）であり、１７１３は、多要素レンズの概略図であり、１７１４は、ピクセル光円錐（ビーム）を中間画像平面上のＬＣｏＳマイクロディスプレイ光学遮蔽要素１７１５上のピクセルにフォーカスさせる第１のレンズアレイであり、１７１７は、ピクセル光円錐（ビーム）を投影スクリーン１７１８又は視認者の網膜上の最終画像平面上に再度フォーカスさせる第２のレンズアレイである。ＬＣｏＳマイクロディスプレイ光学遮蔽要素１７１５から反射された画像又はビームを第１のレンズアレイに戻すのではなく側方に９０度だけ経路変更するために偏光子ビーム分割器又はＰＢＳ（偏光子ビーム分割器）キューブ１７１６が使用される。第２のレンズアレイ１７１７は、通常の投影レンズ又はアイピースレンズのような他の光学系で置換することができる。ＤＬＰマイクロディスプレイを使用する場合に、偏光子ビーム分割器又はＰＢＳ（偏光子ビーム分割器）キューブ１７１６の代わりにＴＩＲ又はＲＴＩＲ（内部全反射）プリズムを使用することができる。

【0297】

図１７Ｃは、マイクロディスプレイではなく反射層及びバックライト層が取り外されたＬＣＤディスプレイのようなディスプレイを光学遮蔽要素として使用することができることを示している。１７２１は、画像又はビームを発生させるマイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタであり、１７２２は、１７２１からの単一ピクセルの光円錐（ビーム）であり、１７２３は、多要素レンズの概略図であり、１７２４は、ビーム分割器１７２５を用いてビームを反射させることによってピクセル光円錐（ビーム）をＬＣＤディスプレイ光学遮蔽要素１７２６の背後の画像平面上のスクリーン１７２７上のピクセルにフォーカスさせるレンズアレイである。第２のディスプレイ１７２８からの画像もビーム分割器から反射し、従って、第２のディスプレイとスクリーンの両方が眼１７２０によって直接に又はアイピース又は導波管１７２９を通して見られる。ここで、スクリーン１７２７は、ビーム分割器１７２５によって結合された最終結合画像の高解像度小画像を表示するのに使用され、ディスプレイ１７２８は、最終結合画像の低解像度大画像を表示するのに使用される。

【0298】

これに代えて、反射層及びバックライト層が取り外されたＬＣＤディスプレイを光学遮蔽要素として使用することができ、単一（又は図１３に見られるように２つ）のマイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタが、図１７Ｄに示すように第２のディスプレイ１７２８を用いずに画像又はビームを発生させる。図２で説明した時間多重化方式の場合に、ビーム分割器１７２５も、図２０及び図２１に示すように不要である。

【0299】

一実施形態では、ビーム分割器１７２５は反射偏光子ビーム分割器である。一実施形態では、ビーム分割器１７２５とスクリーン１７２８の間に第１の４分の１波長板（図示せず）を位置決めすることができ、ビーム分割器１７２５とスクリーン１７２７の間に第２の４分の１波長板（図示せず）を位置決めすることができる。４分の１波長板は、スクリーン１７２８及びスクリーン１７２７それぞれから反射された光の偏光を回転させることができる。

【0300】

図１７Ｄの図では、複製画像又は複製ビームを発生させるための要素は例示されておらず、マイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタ、又は２つのマイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタを表す１７３１に存在し、幅広ビームと複製ビームは、図１３及び図１４で上述したように予め光学的に結合されている。幅広ビーム１７３２の単一ピクセルの光円錐（ビーム）と複製ビーム１７３３の単一ピクセルの光円錐（ビーム）とは両方共に、ビーム分割器１７３４から反射されることによってＬＣＤディスプレイ光学遮蔽要素１７３５の背後の画像平面上のスクリーン１７３６上のピクセルにフォーカスする。スクリーン１７３６は、眼１７３８によって直接に又はアイピース又は導波管１７３７を通して見られる。

【0301】

一実施形態では、ビーム分割器１７３４は反射偏光子ビーム分割器である。ビーム分割器１７３４とスクリーン１７３６の間には、第１の４分の１波長板（図示せず）を位置決めすることができる。４分の１波長板は、スクリーン１７３６から反射された光の偏光を回転させることができる。

【0302】

図３に示すようにマイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタを２又は３以上の部分に分割する場合に、図１７Ｅに示すようにビーム分割器を使用することができ、更に第２のスクリーンを使用することができる。

【0303】

次の図である図１７Ｅでは、複製画像又は複製ビームを発生させるための要素は例示されておらず、マイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタ、２つのマイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタ、画像ステアリング要素、小画像光学要素及び／又は大画像光学要素、画像分離要素、及び／又はビーム結合器のうちの１又は２以上を表す光学系１７４１に存在する。一実施形態では、光学系１７４１は、１又は２以上の画像ソースと、画像ステアリング要素と、小画像光学要素と、大画像光学要素と、ビーム結合器とを含む。画像ステアリング要素は、画像を第１の画像成分と第２の画像成分に分離し、更に、第１の画像成分を第１の移動先に向け、第２の画像成分を第２の移動先に向けるように構成することができる。幅広ビーム（例えば、低解像度大画像を表す）と複製ビーム（例えば、高解像度小画像の複数の複製物を表す）は、光学系１７４１の出力において図１３及び図１４で上述したように光学的に既に結合されているとすることができる。幅広ビームは、低解像度大画像とするか又はそれを表すことができ、複製ビームは、高解像度小画像の複数の複製物とするか又はそれを表すことができる。低解像度大画像と高解像度小画像の複数の複製物は、図１３及び図１４で上述したように結合画像に光学的に既に結合されているとすることができる。

【0304】

幅広ビーム１７４２の単一ピクセルの光円錐（ビーム）と複製ビーム１７４３の単一ピクセルの光円錐（ビーム）とは、第２のスクリーン１７４７上のピクセルと、ビーム分割器１７４４から反射されることによって光学遮蔽要素１７４５（例えば、ＬＣＤディスプレイ光学遮蔽要素又は別のタイプの光学遮蔽要素とすることができる）の背後の画像平面上のスクリーン１７４６上のピクセルとにそれぞれフォーカスすることができる。幅広ビーム１７４２はビーム分割器１７４４を通過し、それとは逆に複製ビームは、異なる偏光を有する（又はビーム分割器が帯ゾーン通過フィルタ又は二色フィルタである場合は異なる光波長を有する）ことに起因してビーム分割器１７４４から反射される。実施例では、低解像度大画像は、ビーム分割器１７４４をスクリーン１７４７上に通過することができ、高解像度小画像の複数の複製物は、ビーム分割器１７４４からスクリーン１７４６上に反射させることができる。光学遮蔽要素１７４５は、スクリーン１７４６とビーム分割器１７４４の間に位置決めすることができ、上述のように高解像度小画像の単一複製物が残るように高解像度小画像の複数の複製物を覆い隠すことができる。スクリーン１７４６と１７４７は、ビーム分割器１７４４によって光学的に結合され、直接に又はアイピース又は導波管１７４８を通して眼１７４９によって見られる。従って、ビーム分割器１７４４は、高解像度小画像の単一複製物と低解像度大画像とを再結合し、アイピース又は導波管１７４８に向けることができるか又は視認者の眼１７４９の上に直接フォーカスされる可変解像度画像を生成することができる。

【0305】

一実施形態では、ビーム分割器１７４４は反射偏光子ビーム分割器である。一実施形態では、ビーム分割器１７４４とスクリーン１７４７の間に第１の４分の１波長板（図示せず）を位置決めすることができ、ビーム分割器１７４４とスクリーン１７４６の間に第２の４分の１波長板（図示せず）を位置決めすることができる。４分の１波長板は、スクリーン１７４７及びスクリーン１７４６それぞれから反射された光の偏光を回転させてスクリーン１７４７から反射された光がビーム分割器１７４４（反射偏光子ビーム分割器）から反射することを可能にし、スクリーン１７４６から反射された光がビーム分割器１７４４（反射偏光子ビーム分割器）を通して眼１７４９及び／又はアイピース又は導波管１７４８に到着することを可能にする。

【0306】

これに代えて、図３に示すようにマイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタを２又は３以上の部分に分割する場合に、図２に示す時間多重化の場合と同じく図１７Ｆ及び図１７Ｇに示すようにビーム分割器、並びに第２のスクリーンの両方が必要とされない。

【0307】

図１７Ｆでは、複製画像又は複製ビームを発生させるための要素は例示されておらず、マイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタ、又は２つのマイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタを表す１７５１に存在し、幅広ビームと複製ビームは、図１３及び図１４で上述したように光学的に既に結合されている。

【0308】

幅広ビーム１７５２の単一ピクセルの光円錐（ビーム）と複製ビーム１７５３の単一ピクセルの光円錐（ビーム）は、両方共にビーム分割器１７５４から反射されることによってＬＣＤディスプレイ光学遮蔽要素１７５５の背後の画像平面上のスクリーン１７５６上のピクセルにフォーカスする。スクリーン１７５６は、直接に又はアイピース又は導波管１７５７を通して眼１７５９によって見られる。

【0309】

幅広ビームと複製ビームの両方を同じＬＣＤディスプレイ光学遮蔽要素に通すが、従来のＬＣＤディスプレイ光学遮蔽要素とは逆に複製ビームを遮断するために光学遮蔽要素を使用することができるように、偏光子を持たないＬＣＤディスプレイ光学遮蔽要素である切換可能液晶偏光回転子が使用される。ＬＣＤディスプレイ光学遮蔽要素及びＬＣＤディスプレイ上の場合のように２つではなく単一偏光子１７５８が、視認者の眼１７５９の前かつアイピース又は導波管１７５７の前方、又はその前又はＬＣＤディスプレイ光学遮蔽要素１７５５の左のいずれかの場所に配置される。

【0310】

この実施例の幅広ビームは偏光状態にないか、又は偏光状態では偏光子１７５８は、幅広ビームが切換可能液晶偏光回転子／ＬＣＤディスプレイ光学遮蔽要素１７５５を通した後にフィルタ除去を行うことにはならない。複製ビームは、ＬＣＤディスプレイ光学遮蔽要素１７５５及び偏光子１７５８の予想通りに遮蔽を受け、一方、幅広ビームは覆い隠されないか、又は複製ビームが覆い隠されない場合に遮蔽を受ける。

【0311】

一実施形態では、ビーム分割器１７５４は反射偏光子ビーム分割器である。一実施形態では、ビーム分割器１７５４とスクリーン１７５６の間に第１の４分の１波長板（図示せず）を位置決めすることができる。４分の１波長板は、スクリーン１７５６から反射された光の偏光を回転させることができる。

【0312】

上述のように、ビーム分割器１７５４は必要ではなく、装置の物理的寸法を縮小することのような理由から使用されない。図１７Ｇは、ビーム分割器１７５４のない図１７Ｆと同じシステムを示している。

【0313】

図１７Ｇでは、複製画像又は複製ビームを発生させるための要素は例示されておらず、マイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタ、又は２つのマイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタを表す１７６１に存在し、幅広ビームと複製ビームは、図１３及び図１４で上述したように光学的に既に結合されている。

【0314】

幅広ビーム１７６２の単一ピクセルの光円錐（ビーム）と複製ビーム１７６３の単一ピクセルの光円錐（ビーム）とは、両方共にＬＣＤディスプレイ光学遮蔽要素１７６４の背後の画像平面上のスクリーン１７６５上のピクセルにフォーカスする。スクリーン１７６５は、直接に又はアイピース又は導波管１７６６を通して眼１７６８によって見られる。

【0315】

幅広ビームと複製ビームを同じＬＣＤディスプレイ光学遮蔽要素に通すが、従来のＬＣＤディスプレイ光学遮蔽要素とは逆に複製ビームを遮断するために光学遮蔽要素を使用することができるように、偏光子を持たないＬＣＤディスプレイ光学遮蔽要素である切換可能液晶偏光回転子が使用される。ＬＣＤディスプレイ光学遮蔽要素及びＬＣＤディスプレイ上でのように２つではなく単一の偏光子１７６７が、視認者の眼１７６８の前かつアイピース又は導波管１７６６の前方、又はその前又はＬＣＤディスプレイ光学遮蔽要素１７６４の左のいずれかの場所に配置される。

【0316】

この実施例の幅広ビームは偏光状態にないか、又は偏光状態では偏光子１７６７は、幅広ビームが切換可能液晶偏光回転子／偏光子を持たないＬＣＤディスプレイ光学遮蔽要素１７６４を通した後にフィルタ除去を行うことにはならない。複製ビームは、偏光子を持たないＬＣＤディスプレイ光学遮蔽要素１７６４及び偏光子１７６７の予想通りに遮蔽を受け、一方、幅広ビームは覆い隠されないか、又は複製ビームが覆い隠されない場合に遮蔽を受ける。

【0317】

光学遮蔽要素を使用する場合に、１度に複製画像のうちの１つを示すことができるが、ソースフレームのデジタル操作を使用すると、複製画像アレイ区域上のいずれかの場所で原画像のデジタル再構成物及び光学的再構成物を可視にすることは、全ての他を隠しながら光学遮蔽要素のピクセル解像度まで細かい位置精度及び光学遮蔽要素の数マイクロ秒からミリ秒までに等しい位置決め速度で可能である。

【0318】

例として、図１８の項目１８０１に示すように、各複製画像が４つの部分１、２、３、及び４から構成される場合を考察する。図１８では、左の列にある項目は、これらの部分を数字を有する正方形として例示しており、それに対して右の列は、実際の部分画像を用いている。

【0319】

図１８では、４つのそのような複製画像が積み重ねられている１８０２。１つの複製物をこのアレイ１８０２の中心に表示したくても、項目１８０３に示すように無理であると考えられる。

【0320】

しかし、原画像１８０１を取得し、それを４つの画像片にデジタル的に分割し、これらの画像片を１８０４に記載のようにデジタル的に再位置決めした場合に、４つの複製物の各部分を１度に表示していたとしても望む結果を達成することになる。

【0321】

次いで、複製物は覆い隠され、原画像１８０１が１８０５で見られるように光学的及びデジタルな方法によって正しく再構成される。

【0322】

ＤＬＰマイクロディスプレイ、ＬＣｏＳマイクロディスプレイ、又はＬＣＤマイクロディスプレイ、又はＬＣＤディスプレイのような議論した光学遮蔽要素は通常はレンズアレイの解像度を２倍ではなくそれよりも遥かに高くするので、図１９に記載の１９０１、１９０２、１９０３、１９０４に見られるように画像を４つの四角形に分割し、画像の中央だけではなく画像上のいずれかの望ましい場所にもデジタル的に再配置することができ、考えられる制限は、ソース画像のディスプレイ、マイクロディスプレイ、又はプロジェクタの解像度及び光学遮蔽要素の解像度である。当然ながら、光学遮蔽要素からの可視部分は、アレイからの単一複製画像のサイズよりも大きくすることができない。

【0323】

ヘッド装着式ディスプレイ実施形態
上述の光学設計は、多くの異なるタイプの画像ディスプレイ及びビデオディスプレイに対して機能することができる。ヘッド装着式ディスプレイでは、小空間要件が追加の困難を呈する。

【0324】

図２０は、ヘッド装着式ディスプレイ内への本発明の装着の直接実施形態を示している。図４Ａ、図４Ｂ、図５、図１３、図１４、図１７に示すものと同様に、可変光学系２００３は、スクリーン２００４に直接送られる高解像度小画像２００５と低解像度大画像２００６とを生成する。人間の眼２００１は、スクリーン２００４上の画像からの光２００７を集光するレンズ２００２又は他の光学系を通して見る。

【0325】

図２１は、ヘッド装着式ディスプレイ内への本発明の装着の間接実施形態を示している。図４Ａ、図４Ｂ、図５、図１３、図１４、図１７に示すものと同様に、可変光学系２１０３は画像を生成し、この画像は、ミラー２１０８から反射される。高解像度小画像２１０５と低解像度大画像２１０６は、ミラー２１０８からスクリーン２１０４に送られる。人間の眼２１０１は、スクリーン２１０４上の画像からの光２１０７を集光するレンズ２１０２又は他の光学系を通して見る。

【0326】

図２２は、ヘッド装着式ディスプレイ内への本発明の装着のビーム分割器を用いた間接実施形態を示している。図４Ａ、図４Ｂ、図５、図１３、図１４、図１７に示すものと同様に、可変解像度光学系２２０３は画像を生成し、この画像は、ミラー２２０８から反射される。ミラー２２０８は、光をビーム分割器２２０９に反射し、ビーム分割器２２０９は、高解像度小画像２２０５と低解像度大画像２２０６とをスクリーン２２０４上に反射する。人間の眼２２０１は、スクリーン２２０４上の画像からの光２２０７を見るためにレンズ２２０２又は他の光学系を通して、更にビーム分割器２２０９を通して見る。

【0327】

一実施形態では、ビーム分割器２２０９は反射偏光子ビーム分割器である。一実施形態では、ビーム分割器２２０９とスクリーン２２０４の間に第１の４分の１波長板（図示せず）を位置決めすることができる。４分の１波長板は、スクリーン２２０４から反射された光の偏光を回転させてスクリーン２２０４から反射された光がビーム分割器２２０９（反射偏光子ビーム分割器）を通して眼２２０１及び／又はアイピース又は導波管２２０２に到着することを可能にする。

【0328】

図２３は、可変解像度画像の第１の部分を示すために画像をスクリーンの上に出力する第１の光ソースと可変解像度画像の第２の部分を示すための第２の光ソースとの組合せを使用する実施形態の例示している。一実施形態では、第１の光ソースは、投影スクリーン上に画像を投影するプロジェクタであり、第２の光ソースはディスプレイ又はマイクロディスプレイである。

【0329】

光学システム２３４１は、上記で議論したように複製画像又は複製ビームを発生させるための要素を含むことができる。この光学システムは、例えば、マイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタのような画像ソースを含むことができ、複製ビーム（例えば、高解像度小画像の複製物）を生成するレンズアレイを更に含むことができる。

【0330】

複製ビーム２３４３の単一ピクセルの光円錐（ビーム）は、スクリーン２３４６上のピクセルにフォーカスすることができる。スクリーン２３４６は、ビーム分割器２３４４から反射されることによって光学遮蔽要素２３４５（例えば、ＬＣＤディスプレイ光学遮蔽要素又は別のタイプの光学遮蔽要素とすることができる）の背後にある画像平面上に存在することができる。従って、高解像度小画像の複数の複製物をビーム分割器２３４４からスクリーン２３４６上に反射させることができる。光学遮蔽要素２３４５は、スクリーン２３４６とビーム分割器２３４４の間に位置決めすることができ、上述のように高解像度小画像の単一複製物が残るように高解像度小画像の複数の複製物のうちの１又は２以上を覆い隠すことができる。

【0331】

第２の画像ソース２３４７は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、又は他のスクリーンディスプレイのようなディスプレイ又はマイクロディスプレイとすることができる。

【0332】

第２の画像ソース２３４７は、低解像度大画像（単一ビーム２３４２で表す）を出力することができ、この画像は、ビーム分割器２３４４から眼２３４９、アイピース、及び／又は導波管２３４８に向けて反射することができる。高解像度小画像の単一の残りの複製物（単一ビーム２３７０で表す）は、この２３４９、アイピース、及び／又は導波管２３４８に向けてビーム分割器２３４４を通過することができる。高解像度小画像の単一の残りの複製物は、低解像度大画像と融合（例えば、その上に重ね合わせ）して可変解像度画像を形成することができ、この可変解像度画像は、アイピース又は導波管２３４８に向けるか又は視認者の眼２３４９の上に直接フォーカスさせることができる。

【0333】

ＤＬＰ、ＬＣｏＳ、及びＬＣＤのような反射性及び透過性マイクロディスプレイ又はディスプレイは、各個々のピクセル又はサブピクセルの間に不透明又は非反射性ギャップを有する。そのようなマイクロディスプレイ又はディスプレイが光学遮蔽要素として使用され、正確に中間画像平面上に配置され、かつその上に投影される画像のピクセルサイズがピクセルギャップのサイズよりも小さいか又はそれに近い場合に、一部のピクセルは、これらの不透明又は非反射性ギャップ上に完全又は部分的に投影されることに起因して解像度が失われることになる。この損失は、水平及び垂直の黒色の線のグリッドがピクセル間に出現する可能性がある「スクリーンドア効果」を引き起こす場合がある。更に、解像度が追加される場合に、光学遮蔽要素のマイクロディスプレイ又はディスプレイからのいずれかのスクリーンドア効果が残留することになる。この問題に対して可能な１つのソリューションは、光学遮蔽要素を中間画像平面に対して僅かにオフセットさせることである。例えば、光学遮蔽要素は、小画像光学要素の焦点面から、大画像光学要素の焦点面から、又は本明細書に説明する光学系の焦点面からオフセットさせることができる。このオフセットは、マスク及びマスクエッジのフォーカスをぼかすという副次効果を確かに有する。しかし、一部の実施形態では、上述のように、マスク及び／又はマスクエッジのデフォーカスは、実際には望ましい効果とすることができる。

【0334】

図２４Ａは、実施形態によるソース画像を例示している。図２４Ｂは、実施形態による中間画像平面上の光学遮蔽要素上での図２４Ａに記載のソース画像を例示している。図示のように、水平及び垂直の黒色の線のグリッドとして現れたピクセルギャップが存在する。図２４Ｃは、実施形態による中間画像平面（焦点面）から僅かにオフセットされた光学遮蔽要素上での図２４Ａに記載のソース画像を例示している。図示のように、スクリーンドア効果は最小にされる。

【0335】

光学遮蔽要素上の高解像度小画像の複数の複製物を１つの複製物のみを反射又は透過するように単純に覆い隠す代わりに、反射及び透過されることになる１又は複数の複製物は、低解像度であるにも関わらず同じ画像を同じく表示している光学遮蔽要素上の対応するピクセルを有することができる。同様に、光学遮蔽要素（又は異なる光学遮蔽要素）は、低解像度大画像を単純に完全透過又は完全反射することができるのではなく、同じ低解像度大画像を表示することができる。これは、２つの目的に寄与することができる：
１．潜在的により低い解像度での光学遮蔽要素のマイクロディスプレイ又はディスプレイ上にも関わらず、同じ画像を２度空間的に変調することにより、最終画像のコントラストを改善することができる。光学遮蔽要素が中間画像平面に対して僅かにオフセットされた場合に、光学遮蔽要素によって表示される画像の低解像度バージョンがぼけることになるが、そのピクセル上に鮮明なコーナを持たないことで利益も受ける。得られる効果は、ＬＣＤ ＴＶ及びＬＣＤモニタでの「フルアレイローカル調光」と呼ばれる技術によって得られるものと非常に類似している。この効果は、高解像度小画像と低解像度大画像との両方に対して使用することができる。
２．光学遮蔽要素の解像度は、フルアレイローカル調光のＬＣＤ ＴＶ及びＬＣＤモニタ内のＬＥＤアレイよりも有意に高くすることができるので、同じく低解像度大画像の解像度と光学遮蔽要素の解像度とを同じにすることができるので、同じく人間の視覚は、ルミナンス（輝度）に対してよりもクロマ（色）に対して低い鋭敏性を有するので、光学遮蔽要素は、更に、最終画像のコントラストを改善するためだけではなく、色深度（ビット深度）を改善するために使用することもできる。得られる効果は、「クロマサブサンプリング」と呼ばれるルミナンス（輝度）よりもクロマ（色）に対して低い解像度を有するビデオ符号化及び復号技術によって得られるものと非常に類似している。
これは、高解像度小画像と低解像度大画像との両方に対して使用することができる。

【0336】

図２５は、左から右に画像を２度空間的に変調すること、又は原画像の異なるビット深度（色深度）情報を格納する２つの画像を空間的に変調することが、右にあるより増大したコントラスト及び／又はより高いビット深度（色深度）の画像を生成する方法を示している。図２５では、原画像２５０５が光学マスクに通される。光学マスクは、画像のコピー２５１０を表示するディスプレイ又はマイクロディスプレイとすることができる。原画像２５０５と画像のコピー２５１０とを結合し、原画像２５０５と比較して改善されたコントラスト及び／又は改善された色深度（ビット深度）を有することができる融合画像２５１５を形成することができる。図２６は、左から右に高解像度小画像を再度空間的に変調すること、又は光学遮蔽要素上のより低い解像度で表示されている高解像度小画像の異なるビット深度（色深度）情報を空間的に変調することが、右にあるより増大したコントラスト及び／又はより高いビット深度（色深度）の画像を生成する方法を示している。図示のように、高解像度小画像の単一複製物２６０５をレンズアレイが出力することができる。光学遮蔽要素は、高解像度小画像の他の複製物を覆い隠すことができ、かつ高解像度小画像のコピー２６１０を表示することができる。高解像度小画像のコピー２６１０は、高解像度小画像の複製物２６０５よりも低い解像度を有することができる。高解像度小画像の単一複製物２６０５を高解像度小画像のコピー２６１０と結合し、高解像度小画像の単一複製物２６０５と比較して改善されたコントラスト及び／又は改善された色深度（ビット深度）を有することができる融合高解像度小画像２６１５を形成することができる。

【0337】

マイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタがサブピクセルを有する場合に、それは、最終画像のビット深度（色深度）の第１のセットを格納することができ、光学遮蔽要素のマイクロディスプレイ又はディスプレイは、残余を表示することができる。例えば、ＯＬＥＤマイクロディスプレイは、８ビットピクセルを表示することができ、次いで、光学遮蔽要素のＬＣｏＳ、ＬＣＤ、又はＤＬＰのマイクロディスプレイを用いて、最終画像上で１０ビット又はそれよりも多いビット深度（色深度）に到達するようにピクセルを再度変調することができる。

【0338】

マイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタが色を順次演算する場合に、それは、最終画像のビット深度（色深度）の第１のセットを格納することができ、光学遮蔽要素のマイクロディスプレイ又はディスプレイは、ここでもまた残余を表示することができる。例えば、ＬＣｏＳマイクロディスプレイは、８ビットピクセルを表示することができ、次いで、光学遮蔽要素のＬＣｏＳ、ＬＣＤ、又はＤＬＰのマイクロディスプレイを用いて、最終画像上で１０ビット又はそれよりも多いビット深度（色深度）に到達するようにピクセルを再度変調することができる。

【0339】

更に、上述のように、各色チャネルに対して個別のディスプレイパネル又はマイクロディスプレイパネルが使用され、これらの色チャネルが三色プリズム、Ｘキューブプリズム、又は二色フィルタなどを用いて光学的に結合される場合に、単一マイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタは、複数のマイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタを意味する場合もある。この事例では、例えば、３つのＬＣｏＳマイクロディスプレイは、各々８ビットピクセルを表示することができ、次いで、光学遮蔽要素のＬＣｏＳ、ＬＣＤ、又はＤＬＰのマイクロディスプレイを用いて、最終画像上で３０ビット又はそれよりも多いビット深度（色深度）に到達するように光学的に結合された２４（８×３）ビットピクセルを再度変調することができる。

【0340】

少なくとも１つの高解像度小光学要素と少なくとも１つの低解像度大光学要素とを有することは、ユーザがスクリーンの視野を制御するためにこれらの光学要素の間で切り換えを行うことを可能にするためにも可変解像度スクリーンを有利とすることができるので、最終可変解像度画像を生成することに加えてより多くの目的に寄与することができる。例えば、可変解像度スクリーン装置がウェアラブルディスプレイとして使用されることになる場合に、仮想ディスプレイのサイズを光学的に調節するために異なる小さい又は大きい光学系をその間で切り換えることができる。代わりにデジタル手段によってこの切り換えを行うと、解像度を劣化させる。更に、光学要素のうちの１つは、仮想ディスプレイのサイズを範囲内でいずれかの望ましいサイズに調節するためにユーザ制御式ズームレンズを含む場合がある。

【0341】

その実施を含む以上のデバイス及び作動は、当業者には馴染み深く、理解されるであろう。本明細書に用いた全てのサイズ及び寸法比率は、これらの発明の範囲に影響を及ぼすことなく拡大又は縮小又は変更することができると考えられる。

【0342】

実施形態、代替実施形態、及び特定の実施例の以上の説明は、例示として与えたものであり、限定して捉えるべきではない。更に、本発明の精神から逸脱することなく本発明の実施形態の範囲内で多くの変更及び修正を加えることができ、本発明は、そのような変更及び修正を含む。

【符号の説明】

【0343】

４０１ マイクロディスプレイ、ディスプレイ、又はプロジェクタ
４０２ 画像又はビームステアリング要素
４０３ 光学要素１
４０４ 光学要素２
４０５ 最終画像又はビーム

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】

【図5F】

【図5G】

【図5H】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図9D】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16A】

【図16B】

【図17A】

【図17B】

【図17C】

【図17D】

【図17E】

【図17F】

【図17G】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24A】

【図24B】

【図24C】

【図25】

【図26】

【国際調査報告】