特表 2023-545653 ディスプレイパネルを照明するためのアーキテクチャ

(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】2023-10-31

(54)【発明の名称】ディスプレイパネルを照明するためのアーキテクチャ

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20231024BHJP

   F21L 4/00 20060101ALI20231024BHJP

   F21V 9/20 20180101ALI20231024BHJP

   F21V 9/14 20060101ALI20231024BHJP

   F21V 7/28 20180101ALI20231024BHJP

   F21Y 113/10 20160101ALN20231024BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20231024BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20231024BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

F21L4/00 600

F21V9/20

F21V9/14

F21V7/28 240

F21Y113:10

F21Y115:10

F21Y115:30

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023519199

(86)(22)【出願日】2021-09-29

(85)【翻訳文提出日】2023-03-27

(86)【国際出願番号】 US2021071650

(87)【国際公開番号】W WO2022073013

(87)【国際公開日】2022-04-07

(31)【優先権主張番号】63/085,120

(32)【優先日】2020-09-29

(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】521245463

【氏名又は名称】エイヴギャント コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】110001656

【氏名又は名称】弁理士法人谷川国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】イーシュ，アーロン マシュー

(72)【発明者】

【氏名】グロス，アンドリュー ジョン

(72)【発明者】

【氏名】タング，エドワード チア ニン

(72)【発明者】

【氏名】ウエストラ，クリストファー，デビッド

(72)【発明者】

【氏名】ウェルチ，ウォーレン，コーニーリアス アイアイアイ

(72)【発明者】

【氏名】ヤング，マイケル アレキサンダー

【テーマコード（参考）】

2H199

【Ｆターム（参考）】

2H199CA12

2H199CA24

2H199CA30

2H199CA42

2H199CA45

2H199CA49

2H199CA56

2H199CA63

2H199CA64

2H199CA65

2H199CA66

2H199CA68

2H199CA69

2H199CA70

(57)【要約】

１つ以上の光源からの光を投影光学機械システムの限界射出瞳に向ける照明システムと、投影光学機械システムからの光を変調し、変調光を投影光学機械システムに向けて戻す液晶オンシリコンディスプレイパネル（ＬＣＯＳ）と、ＬＣＯＳからの変調光が投影光学機械システムを通過した後に変調光を受光するコンバイナ導波路へのインカプラとを備えるシステム。一実施形態におけるシステムは、照明システムから投影光学機械システムを通過する光が、投影光学機械システムの限界射出瞳内のＬＣＯＳに到達するように設計される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

システムであって、
光学素子と、
１つ以上の光源からの光を前記前記光学素子に向ける照明システムと、
前記光学素子からの前記光を変調し、変調光を前記光学素子に戻すように向けるための液晶オンシリコンディスプレイパネル（ＬＣＯＳ）と、
前記変調光が前記光学素子を通過した後に前記ＬＣＯＳから前記変調光を受光するためのコンバイナ導波路へのインカプラとを備え、
前記ＬＣＯＳパネルへの前記照明光及び前記ＬＣＯＳパネルからの前記変調光の両方が、前記光学素子の共有サブセットを通過する、システム。

【請求項2】

前記照明システムを出て前記ＬＣＯＳに到達する前記光が、前記光学素子の限界射出瞳を形成する前記光の体積内に入る、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記光学素子が偏光フィルタを含む、請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記照明システムが、
１つ以上のＬＥＤと、
照明導波路とを備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

前記照明導波路のアウトカプラが、前記光を前記投影光学機械システムに向け、
前記ＬＣＯＳからの光が、前記コンバイナ導波路の前記インカプラに入る前に、前記照明導波路を通過する、請求項４に記載のシステム。

【請求項6】

前記照明導波路が、入力部分と出力部分とを有し、
前記入力部分と前記出力部分との間の角度の変更を可能にするための、前記入力部分と前記出力部分との間の前記照明導波路内の転向カプラを更に備える、請求項４に記載のシステム。

【請求項7】

前記照明導波路が、入力部分と、出力部分と、前記入力部分と前記出力部分との間の可撓性部分とを備える、請求項４に記載のシステム。

【請求項8】

前記照明導波路が、前記光の各色について別個の照明導波路を備える、請求項４に記載のシステム。

【請求項9】

前記コンバイナ導波路が、前記光の各色について別個の導波路を備える、請求項８に記載のシステム。

【請求項10】

前記照明導波路のアウトカプラからの光が、前記投影光学機械システムを通過する前に、前記コンバイナ導波路の一部を通過する、請求項４に記載のシステム。

【請求項11】

前記照明導波路が、第１の偏光状態を有する前記光のための第１のアウトカプラと、第２の偏光状態を有する前記光のための第２のアウトカプラとを更に備え、
前記投影光学機械システム及び前記ＬＣＯＳが、ユーザの第１の眼への表示のために前記第１の偏光状態を有する前記光を変調し、
前記ユーザの第２の眼への表示のために前記第２の偏光状態を有する前記光を変調するための、第２の投影光学機械システムと、第２のコンバイナ導波路とを更に備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項12】

前記投影光学機械システムが、
偏光ビームスプリッタと、
２つのミラーであって、各々が関連する１／４波長板を有する、２つのミラーとを備え、
前記光が前記投影光学機械システムに入るとき、前記光が、前記ＬＣＯＳに衝突する前に、第１のミラーから反射され、前記１／４波長板を２回通過するように構成されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項13】

前記投影光学機械システムを通過した後の前記光を分割する偏光ビームスプリッタを更に備え、
第１の偏光を有する光が前記ＬＣＯＳを通過し、第２の偏光を有する光が操向可能光学システムに向けられ、前記操向可能光学システムが、
操向可能光学素子と、
操向素子と、
操向可能ディスプレイＬＣＯＳとを備え、
前記操向可能光学システムによって配置された光が、前記第１の偏光を有する光と組み合わされるように前記偏光ビームスプリッタに戻り、前記コンバイナ導波路内にインカップリングされる、請求項１に記載のシステム。

【請求項14】

第１の偏光を有する光をアウトカップリングするための第１のアウトカプラであって、前記第１の偏光を有する前記光が、前記投影光学機械システムを通過して前記ＬＣＯＳに入る、第１のアウトカプラと、第２の偏光を有する光をアウトカップリングするための第２のアウトカプラであって、前記第２の偏光を有する前記光が、操向可能ディスプレイ光学素子及び操向可能ディスプレイＬＣＯＳを通して向けられる、第２のアウトカプラとを含む照明導波路を更に備え、
前記コンバイナ導波路の前記インカプラが、前記第１の偏光を有する光をインカップリングし、前記コンバイナ導波路が、前記操向可能ディスプレイＬＣＯＳからの前記光をインカップリングするための第２のインカプラを含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項15】

照明導波路であって、前記照明導波路内の無偏光を第１の偏光に変換するための偏光変換器を含む、照明導波路を更に備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項16】

前記照明システム、前記投影光学機械システム、及び前記ＬＣＯＳディスプレイパネルが、光エンジンを備え、前記コンバイナ導波路が、スマートグラスのレンズの一部である、請求項１に記載のシステム。

【請求項17】

前記光エンジンを保護するエンクロージャに力を加えることなく前記アームを折り畳むための、前記スマートグラスのアーム上のヒンジを更に備える、請求項１６に記載のシステム。

【請求項18】

嵌合の可撓性を提供するためにレンズリムに取り付けられた第１のヒンジと、前記アームが折り畳まれる第２のヒンジとを更に備える、請求項１７に記載のシステム。

【請求項19】

システムであって、
１つ以上の光源からの光を向ける照明システムと、投影光学素子と、
前記投影光学素子から前記光を受光し、前記光を変調し、変調光を前記投影光学素子に戻す液晶オンシリコンディスプレイパネル（ＬＣＯＳ）と、
前記投影光学素子を通して前記変調光を受光するためのコンバイナ導波路へのインカプラであって、前記コンバイナ導波路が、画像をユーザに表示するために使用される、インカプラとを備え、
前記照明システムから前記投影光学機械システムを通過する前記光が、前記投影光学機械システムの限界射出瞳内の前記ＬＣＯＳに到達する、システム。

【請求項20】

コリメート光学素子を含む光源と、
前記光源からの光を受光するように構成されたインカプラと、アウトカプラとを有する照明導波路と、
前記照明導波路の前記アウトカプラの前に配置されたアウトバウンド偏光子と、
前記アウトバウンド偏光子を通して、前記アウトカプラから前記光を受光するように構成された投影光学素子と、
前記光が前記投影光学素子を通過した後に前記光を受光し、前記光を変調し、変調光を前記投影光学素子に戻すように構成された液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）ディスプレイと、
前記変調光が前記投影光学素子を通過した後に前記変調光を受光するように構成されたインバウンド偏光子と、
前記変調光が前記インバウンド偏光子を通過した後に前記変調光を受光するように構成されたコンバイナ導波路であって、画像データをユーザに表示するように構成されたコンバイナ導波路とを備え、
前記照明導波路から前記投影光学素子を通過する前記光が、前記投影光学素子の限界射出瞳内の前記ＬＣＯＳに到達する、ニアアイディスプレイシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願）
本出願は、２０２０年９月２９日に出願された米国仮特許出願第６３／０８５，１２０号の優先権を主張し、その出願全体を参照により組み込む。

【0002】

（発明の分野）
本発明は、コンバイナ導波路を利用してディスプレイパネルを照明するためのアーキテクチャに関する。

【背景技術】

【0003】

照明及び投影光学素子を含む従来のＬＣＯＳ（液晶オンシリコン）システムが、図１Ａ～図１Ｃに示されている。ＬＣＯＳは、偏光照明の外部光源を必要とする反射ディスプレイ技術である。光は、多くの場合、別個の赤色、緑色、及び青色ＬＥＤ（発光ダイオード）によって提供される。従来技術の構成では、ＬＥＤからの光は、３つの異なるＬＥＤからの光を組み合わせるためにＸキューブを使用して組み合わされ、異なる色を提供する。いくつかの実施形態では、光を集束させるためにＬＥＤの前にレンズが使用される。Ｘキューブの出力は、ＭＬＡ（マイクロレンズアレイ）を通過し、ＭＬＡは光を中間光学素子に集束させる。

【0004】

コンデンサレンズ、マイクロレンズアレイ、及びリレーレンズを含む一連のフィルタ及び光学素子は、ＬＣＯＳパネルのフットプリントに整合するように光を成形し、投影光学素子に必要な角度特性を与える。この光は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を使用してＬＣＯＳパネルの表面上に反射される。ＬＣＯＳパネルによって変調された光は、次いで、ＰＢＳを通過し、投影光学素子に入る。拡張現実（ＡＲ）用途において導波路（ＷＧ）とともに使用されるとき、導波路のインカプラは、投影光学素子の射出瞳に配置される。

【図面の簡単な説明】

【0005】

本発明は、添付の図面の図において、限定としてではなく例として示され、同様の参照番号は同様の要素を指す。

【図1A】ＬＣＯＳベースのシステムの従来技術の構成を示す。

【図1B】ＬＣＯＳベースのシステムの従来技術の構成を示す。

【図1C】ＬＣＯＳベースのシステムの従来技術の構成を示す。

【図2】照明システム及びコンバイナ導波路の使用の一実施形態を示す。

【図3】照明導波路がコーナーを含む代替構成の一実施形態を示す。

【図4】湾曲素子を含む照明導波路の一実施形態を示す。

【図5】偏光ビームスプリッタが素子のシフトを可能にするために使用される照明導波路の一実施形態を示す。

【図6】投影光学素子が反射ミラーを含む構成の一実施形態を示す。

【図7A】照明導波路の出力及びコンバイナ導波路の入力が互いに対してオフセットされる、二重導波路の一実施形態を示す。

【図7B】オフセットされた二重導波路の別の実施形態を示す。

【図8】照明導波路がコンバイナ導波路の後ろに配置される別の実施形態を示す。

【図9】照明導波路がコンバイナ導波路と完全に重なり合う導波路の一実施形態を示す。

【図10】照明導波路がコンバイナ導波路に隣接している導波路の一実施形態を示す。

【図11】照明導波路のアウトカプラとコンバイナ導波路のインカプラとが互いに隣り合っている導波路の別の図の一実施形態を示す。

【図12】照明導波路及びコンバイナ導波路の両方を形成するガラス又は他の材料の単一部品の別の図の一実施形態を示す。

【図13A】各色が別個の照明導波路を有するシステムの一実施形態の異なる視点を示す。

【図13B】各色が別個の照明導波路を有するシステムの一実施形態の異なる視点を示す。

【図13C】各色が別個の照明導波路を有するシステムの一実施形態の異なる視点を示す。

【図13D】各色が別個のコンバイナ導波路を有するシステムの一実施形態を示す。

【図14A】両眼ディスプレイのための導波路システムの一実施形態を示す。

【図14B】両眼ディスプレイのための導波路システムの一実施形態を示す。

【図15】操向可能ディスプレイとともに使用される導波路の一実施形態を示す。

【図16】フィールドディスプレイ及び操向可能ディスプレイとともに使用される導波路の別の実施形態を示す。

【図17】フィールドディスプレイ及び操向可能ディスプレイのために光を分離するために、偏光選択性アウトカップリング及びインカップリングを使用する一実施形態を示す。

【図18A】一実施形態における偏光変換器を含む照明導波路の側面図を示す。

【図18B】図１８Ａの照明導波路の偏光変換器の一実施形態を示す。

【図19】照明システムとして光コンバイナを使用するシステムの一実施形態を示す。

【図20】照明システムとして光コンバイナを使用するシステムの別の実施形態を示す。

【図21A】色の各々について別個の光及びインカプラを有するコンバイナ導波路の一実施形態を示す。

【図21B】色分離コンバイナ導波路の一実施形態を示す。

【図22】導波路ディスプレイが使用されてもよいスマートグラスの一実施形態の図である。

【図23A】スマートグラスのための二重ヒンジシステムの一実施形態を示す。

【図23B】スマートグラスのための二重ヒンジシステムの一実施形態を示す。

【図23C】スマートグラスのための二重ヒンジシステムの一実施形態を示す。

【図24A】切り欠きを有するアームの一実施形態を示す。

【図24B】切り欠きを有するアームの一実施形態を示す。

【図24C】切り欠きを有するアームの一実施形態を示す。

【図24D】切り欠きを有するアームの別の実施形態を示す。

【図24E】内側ヒンジを有する切り欠きを有するアームの一実施形態を示す。

【図24F】内側ヒンジを有する切り欠きを有するアームの一実施形態を示す。

【図25A】光エンジンを保護するためのアームの別の実施形態を示す。

【図25B】光エンジンを保護するためのアームの別の実施形態を示す。

【図25C】光エンジンを保護するためのアームの別の実施形態を示す。

【図26A】ヒンジ素子の実施形態を示す。

【図26B】ヒンジ素子の実施形態を示す。

【図26C】外側ヒンジを有するアームの開構成及び閉構成を示す。

【図26D】外側ヒンジを有するアームの開構成及び閉構成を示す。

【図27A】アームが回転して開閉する回転ヒンジの一実施形態を示す。

【図27B】アームが回転して開閉する回転ヒンジの一実施形態を示す。

【図27C】アームが回転して開閉する回転ヒンジの一実施形態を示す。

【図28】二重ヒンジの一実施形態を示す。

【図29A】閉位置ではアームがレンズの前にある、前部回転アームを有するグラスの一実施形態を示す。

【図29B】閉位置ではアームがレンズの前にある、前部回転アームを有するグラスの一実施形態を示す。

【図29C】閉位置ではアームがレンズの前にある、前部回転アームを有するグラスの一実施形態を示す。

【図29D】閉位置ではアームがレンズの前にある、前部回転アームを有するグラスの一実施形態を示す。

【図30A】オーバーエンジンヒンジの一実施形態を示す。

【図30B】オーバーエンジンヒンジの一実施形態を示す。

【図31】折り畳み可能なブリッジを有するグラスの一実施形態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0006】

本出願は、一実施形態において、照明システムの出力を投影光学素子の射出瞳に位置合わせすることによって、従来の照明光学素子の体積を低減する。この文脈において、位置合わせとは、照明瞳及び撮像瞳が投影光学素子の射出瞳内に入ることを意味する。しかしながら、それらは光軸に沿って位置合わせされる必要はない。一実施形態では、この設計は、照明源からＬＣＯＳパネルに１回、及びＬＣＯＳパネルから戻りコンバイナ導波路のインカプラに１回と、光が２回進む光学素子のセットを利用する。一実施形態では、この設計はまた、従来の照明光学素子の多くを、その出力が投影光学素子の射出瞳に位置合わせされた照明導波路又は照明プリズム、Ｘキューブコンバイナ、又は他の結合素子などの照明結合素子で置換し、照明及び投影に同じ光学素子を使用する。一実施形態では、本システムは、視覚コンテンツをユーザに表示するために、グラスなどの頭部装着型装置（ＨＭＤ）に統合されてもよい。一実施形態では、そのようなグラスは、光エンジンのための構造を提供しながら、従来のグラスヒンジのように機能するヒンジ機構を有するグラス構成において示されるディスプレイ構成を可能にするヒンジシステムで実装されてもよい。

【0007】

本発明の実施形態の以下の詳細な説明は、同様の参照番号が同様の要素を示し、本発明を実施する特定の実施形態を例示として示す添付の図面を参照する。これらの実施形態の説明は、当業者が本発明を実施することを可能にするのに十分に詳細である。当業者は、他の実施形態が利用されてもよく、論理的、機械的、電気的、機能的、及び他の変更が、本発明の範囲から逸脱することなく行われてもよいことを理解する。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ定義される。

【0008】

図２は、システム２００の一実施形態を示す。図示された設計は、一方の眼のための光源及び導波路を示す。一実施形態では、同一の構成が、仮想現実、拡張現実、又は複合現実コンテンツをユーザに表示するために、１対のグラス又はゴーグルの他方の眼のために使用される。一実施形態では、光エンジン２０５は、アウトカプラ２８０を介してユーザが見るために画像をアウトカップリングするコンバイナ導波路２７０にディスプレイ２５０のための画像を出力する。アウトカプラ２８０は、スマートグラス、ゴーグル、又は同様のビューイング装置のレンズに組み込まれてもよい。

【0009】

照明システム２２５は、照明源２１０及び照明光コンバイナ２３０を含む。一実施形態では、照明源２１０は、別個の赤色、緑色、及び青色のＬＥＤ ２１５Ａ、２１５Ｂ、２１５Ｃからなり、各々が別個のコリメート光学素子２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃを有する。一実施形態では、３つのＬＥＤを単一のパッケージに組み込むことができ、コリメート光学素子のセットを利用することができる。一実施形態では、これらのコリメート光学素子２２０は、正方形、長方形、六角形、及び円形を含む様々な形状を有してもよい複合放物面集光器（ＣＰＣ）を含む。一実施形態では、照明システムは反射屈折型である。一実施形態では、コリメート光学素子２２０は、屈折光学素子を含む。一実施形態では、コリメート光学素子２２０は回折光学素子を含む。一実施形態では、コリメート光学素子２２０は、ＣＰＣと屈折光学素子又は回折光学素子との組み合わせを含む。一実施形態では、照明源２１０はマイクロＬＥＤアレイである。一実施形態では、照明源２１０は１つ以上のレーザである。

【0010】

照明源２１０からの光は、照明導波路２３０にインカップリングされる。照明導波路２３０はまた、照明システムと称されることができ、プリズム、Ｘキューブ、又は他のタイプの照明光コンバイナによって置換されてもよい。いくつかの実施形態では、以下に示されるように、照明導波路２３０は、光コンバイナ及びコリメート光学素子と置換されてもよい。別の実施形態では、照明システムは、以下で説明されるように、光が通過するコンバイナ導波路の一部によって置換されてもよい。照明導波路２３０は短い導波路として示されているが、その長さは、光源２１０からの光をコンバイナに移動させるように調整可能であってもよい。

【0011】

一実施形態では、インカプラ２３５はダイクロイックフィルタであってもよい。別の実施形態では、インカプラ２３５は回折格子である。一実施形態では、インカプラ２３５は体積ホログラムである。一実施形態では、インカプラ２３５はミラーであり、照明源２１０からの色は、照明導波路２３０に結合する前に組み合わされる。他のタイプのインカプラ２３５が使用されてもよい。

【0012】

照明導波路２３０のアウトカプラ２４０は、コンバイナ導波路のインカプラ２７５の前に配置され、光を光学機械システム２９０に向ける。光学機械システム２９０は、一実施形態では、投影光学素子２５５及びＬＣＯＳパネル２５０を含む。一実施形態では、アウトカプラ２４０は、プロジェクタの射出瞳の面積に整合するようにサイズ決めされ、アウトカップリングされた光の角度は、投影光学素子２５５の視野に整合する。一実施形態では、アウトカプラ２４０は、１つ以上の偏光ビームスプリッタである。一実施形態では、アウトカプラ２４０のビームスプリッタは、誘電体膜で作製される。一実施形態では、アウトカプラ２４０のビームスプリッタは、ワイヤグリッド偏光子で作製される。一実施形態では、アウトカプラ２４０は、１つ以上の部分反射素子である。一実施形態では、アウトカプラ２４０は回折素子である。一実施形態では、回折素子は表面レリーフ格子である。一実施形態では、回折素子は体積ホログラムである。他のタイプのアウトカプラ２４０が使用されてもよい。

【0013】

照明導波路２３０を出た後、光は、投影光学素子２５５を通ってＬＣＯＳパネル２５０の表面に進む。投影光学素子２５５は、１つ以上のレンズ及び他の光学素子を備える。投影光学素子は、ＬＣＯＳ ２５０と直線的に位置合わせされて示されているが、実際の構成では、アウトカプラ２４０によって出力された光は、任意の角度で方向転換されてもよい。

【0014】

一実施形態では、照明導波路２３０が偏光選択性アウトカプラ２４０を使用しない場合、偏光フィルタ２６０又はビームスプリッタが投影光学素子に含まれる。偏光フィルタ２６０はまた、照明導波路からの入射光が偏光されるとき、クリーンアップフィルタとして使用されてもよい。偏光フィルタ２６０は、入射光が偏光されない場合、照明導波路とＬＣＯＳパネルとの間の任意の場所に配置されてもよい。一実施形態では、照明導波路２３０からの光が偏光される場合、偏光フィルタは、照明導波路とＬＣＯＳパネルとの間、又はＬＣＯＳパネルとコンバイナ導波路のインカプラとの間のどこにあってもよい。ＬＣＯＳパネル２５０は、光の偏光を変調し、それを反射して投影光学素子２５５を通して戻す。変調光の一部は、照明導波路のアウトカプラ２４０を通過し、コンバイナ導波路２７０（ＣＷＧ）のインカプラ２７５に入る。

【0015】

一実施形態では、照明導波路２３０を出てＬＣＯＳパネル２５０に到達する照明光のすべても、投影光学素子の限界射出瞳を形成する光の体積内に入る。「投影光学素子の限界射出瞳」は、投影光学機械システム２９０によって形成される仮想射出瞳として定義され、ディスプレイは、投影光学素子によってサポートされる最大ｆ／＃で照明される。

【0016】

ここで、光学機械システム２９０は、光学経路を制限する設計における光学素子及び任意の機械構成要素を意味する。一実施形態では、追加の光、限界射出瞳の外側で照明システムから出るが、光のこの部分は、ＬＣＯＳパネル２５０に到達しない。

【0017】

一実施形態では、照明システムを出てＬＣＯＳパネル２５０に到達する光は、投影光学素子２５５のすべての素子を通過する。

【0018】

可能な照明導波路（ＩＷＧ）のいくつかの異なる配置がある。一実施形態では、ＩＷＧ ２３０は、ＣＷＧ ２７０と投影光学素子２５５との間にあり、ＩＷＧ ２３０は、図２に示すように直線である。

【0019】

一実施形態では、照明システムの限界開口及び撮像瞳は、両方とも投影光学素子の限界射出瞳内にあるが、システムの光軸に沿って同一平面上にない（すなわち、投影光学素子から光軸の方向に沿って異なる距離を有する）。別の実施形態では、照明瞳及び撮像瞳は、システムの光軸に沿って同一平面上にある。

【0020】

一実施形態では、システムは、照明導波路２３０のアウトカプラに光パワーを加えてもよい。光パワーは、偏光固有であってもよい。一実施形態では、これは、光パワーが、アウトカップリングされた光にのみ印加され、照明導波路のアウトカプラ２４０を通過してコンバイナ導波路２７０のインカプラ２７５に入る光には印加されないことを意味する。

【0021】

図３は、照明システムがコーナーを含む代替構成の一実施形態を示す。一実施形態では、照明システムは、ＬＥＤ ３１０と、コリメート光学素子３１５と、照明導波路３３０と、転向カプラ３３５とを含む。ＩＷＧ ３３０は、転向カプラ３３５を使用して、ＬＥＤ ３１０からの光をコーナーの周りに操向する。一実施形態では、転向カプラ３３５は表面レリーフ格子である。一実施形態では、転向カプラ３３５はミラーである。一実施形態では、転向カプラ３３５は反射素子である。この実施形態では、照明導波路３３０は、２つの部分、すなわち入力部分３２０と出力部分３２５とを含む。入力部分３２０はインカプラを含み、出力部分３２５はアウトカプラ３４０を含む。２つの部品は直角に示されているが、この構成は、面外を含む、出力部分３２５と比較して様々な角度で照明導波路３３０の入力部分３２０を有してもよい。一実施形態では、導波路３２０の入力部分は、転向カプラ３３５を使用して方向転換され得る任意の角度であってもよい。導波路３３０の入力部分３２０は、（紙面から突出する）Ｚ軸を含む３次元すべてに沿って延在してもよい。ＩＷＧ ３３０のアウトカプラ３４０によってアウトカップリングされた光は、投影光学素子３５５を通ってＬＣＯＳ ３５０に進む。ＬＣＯＳ ３５０によって戻された変調光は、再び投影光学素子３５５を通過し、コンバイナ導波路３７０のインカプラ３７５に入る。

【0022】

別の実施形態では、照明導波路は、湾曲素子を含む。図４は、湾曲素子を含む照明導波路の一実施形態を示す。光源４１０からの光は、照明導波路４３０を湾曲させることによって操向される。導波路の湾曲部分４２２は、可撓性であってもよく、又は剛性であってもよい。一実施形態では、この構成において、照明導波路４３０は、３つの部分、入力部分４２０と、出力部分４２５と、それらの間の湾曲部分４２２とを有する。一実施形態では、照明導波路４３０の湾曲部分４２２は、光ファイバケーブルである。一実施形態では、照明導波路４３０の湾曲部分４２２は、光ファイバ束である。別の実施形態では、照明導波路４３０の湾曲部分４２２は、光ガイドである。図は、照明導波路４３０の入力部分４２０及び出力部分４２５と同一平面内にある湾曲部分４２２を示すが、様々な素子は、平面内になくてもよく、むしろ、任意の方法で角度を付けられてもよい。湾曲部分４２２を有する照明導波路を使用する利点は、照明導波路４３０の入力部分４２０及び出力部分４２５の相対的な配置が、任意の関係を有することができ、任意の距離にあることができることである。一実施形態において、インカプラ４７５及びアウトカプラ４８０を有する、残りの素子、投影光学素子４５５、ＬＣＯＳ ４５０、コンバイナ導波路４７０は、前述した構成と同様に動作する。

【0023】

図５は、偏光ビームスプリッタが素子のシフトを可能にするために使用される照明導波路の一実施形態を示す。一実施形態では、偏光ビームスプリッタ５６０は、図５に示すように、照明導波路５３０のアウトカプラ５４０と投影光学素子５５５との間に配置される。これは、投影光学素子５５５の再配向と、ＬＥＤ ５１０及びコリメート光学素子５１５を含む光源の交互の配置とを可能にする。他の構成が使用されてもよい。照明及び光学モジュール５０５は、コンバイナ導波路５７０のインカプラの中心軸５０９を中心に任意の角度に回転され得る。照明導波路５３０は、撮像システム５０７の中心光軸５０８を中心に回転され得る。コンバイナ導波路５７０のインカプラ５７５は、サイズ及び配向が光学素子と整合している。

【0024】

図６は、投影光学素子が反射ミラーを含む構成の一実施形態を示す。そのような実施形態では、一対の反射ミラー６６５を使用して、照明導波路６３０からの光をＬＣＯＳパネル６５０に向けてもよい。一実施形態では、ＬＥＤ ６１０からの光は偏光される。別の実施形態では、光は、偏光フィルタ６１７によって照明導波路６３０に入る前に偏光され、その結果、照明導波路を出るすべての光は均一な偏光を有する。別の実施形態では、照明導波路６３０は、以下により詳細に説明される偏光変換器を含んでもよい。

【0025】

この構成では、照明導波路６３０のアウトカプラ６４０からの光は、偏光ビームスプリッタ６５５を通過し、次いで、１／４波長板６６０を通過し、第１のミラー６６５によって跳ね返される。１／４波長板６６０のために、偏光は回転され、偏光ビームスプリッタ６５５は光をＬＣＯＳ ６５０に反射する。ＬＣＯＳ変調光は、次いで、偏光ビームスプリッタ６５５を通過し、第２の１／４波長板６６０を通過する。これは、第２のミラー６６５によって反射され、その回転された偏光で、偏光ビームスプリッタ６５５によってコンバイナ導波路６７０のインカプラ６７５に反射される。一実施形態では、コンバイナ導波路６７０のインカプラ６７５の前に直線偏光子６９０がある。したがって、この実施形態における投影光学素子６５２は、２つのミラー６６５と、２つの１／４波長板６６０と、偏光ビームスプリッタ６５５とを含む。一実施形態では、ミラーの曲率は光パワーを印加する。

【0026】

図７Ａは、照明導波路７３０の出力及びコンバイナ導波路７７０の入力が互いに対してオフセットされている二重導波路の一実施形態を示す。この場合、照明導波路７３０からの照明光は、ＬＣＯＳ ７５０から戻って投影光学素子７５５を通る光から空間的にオフセットされる。この配置は、追加の構成オプションを可能にする。

【0027】

一実施形態では、照明導波路７３０は、コンバイナ導波路７７０と投影光学素子７５５との間に配置される。図は、２つの位置における光波を示しているが、当然ながら、実際の光は、領域全体にわたって延在することに留意されたい。照明導波路のアウトカプラ７４０とコンバイナ導波路のインカプラ７７５との間のオフセットは、右にあるように示されているが、当業者は、オフセットが任意の寸法に沿って、任意の方向にあってもよいことを理解するであろう。一実施形態では、インカプラ７７５及びアウトカプラ７４０は同じ平面内にない。

【0028】

図７Ｂは、二重導波路の修正バージョンを示す。この実施形態では、照明導波路７３０は、ＩＷＧアウトカプラ７４０を越えて延在しない。加えて、システムは、光が照明導波路７３０のアウトカプラ７４０から通過するアウトバウンド偏光子７６４と、光がコンバイナ導波路７７０のインカプラ７７５に入る前にＬＣＯＳ ７５０から戻るときに光が通過する別個のインバウンド偏光子７６２とを含む。一実施形態では、アウトバウンド偏光子７６４及びインバウンド偏光子７６２は、同一平面上にある。別の実施形態では、インバウンド偏光子及びアウトバウンド偏光子は、同一平面上にない。一実施形態では、インバウンド偏光子及びアウトバウンド偏光子は、速軸が互いに直交する直線偏光子である。

【0029】

図８は、照明導波路がコンバイナ導波路の後ろに配置される別の実施形態を示す。光は、図７Ａ及び図７Ｂの光と同様のパターンで進み、照明導波路８３０のアウトカプラ８４０からの光は、投影光学素子８５５に当たる前にコンバイナ導波路８７０を通って進む。ＬＣＯＳ ８５０からの戻る光は、照明導波路８３０を通って進まず、コンバイナ導波路８７０のインカプラ８７５に直接入射する。一実施形態では、偏光フィルタ８６０は、図７Ｂに示されるように、別個のインバウンド偏光フィルタ及びアウトバウンド偏光フィルタによって置換されてもよい。

【0030】

図９は、照明導波路がコンバイナ導波路と完全に重なり合う導波路の一実施形態を示す。一実施形態では、照明導波路９３０は、コンバイナ導波路９７０の後ろに配置され、コリメート光学素子９１５からの光９２０は、図９のように、照明導波路９３０に入る前に、インカプラ９３５を通ってコンバイナ導波路９７０を通過する。

【0031】

図１０は、照明導波路がコンバイナ導波路に隣接している導波路の一実施形態を示す。一実施形態では、照明導波路１０３０のアウトカプラ１０４０は、コンバイナ導波路１０７０のインカプラ１０７５に直接隣接している。一実施形態では、コンバイナ導波路１０７０及び照明導波路１０３０は、単一部品から作製されてもよい。一実施形態では、照明導波路１０３０のアウトカプラ１０４０は、光学境界素子１０４５を介してコンバイナ導波路１０７０のインカプラ１０７５から分離される。光学境界素子１０４５は、光が２つの導波路１０３０、１０７０の間で交差するのを防ぐ。一実施形態では、光学境界素子１０４５は非反射性である。一実施形態では、光学境界素子１０４５は、光吸収塗料若しくはインク、金属、薄膜ブラックカーボン、偏光子材料、カーボンの層であってもよく、又は別の可視光吸収層が使用されてもよい。一実施形態では、光学境界１０４５は、素子のＩＷＧ側で反射性である。

【0032】

図１１は、照明導波路のアウトカプラとコンバイナ導波路のインカプラとが互いに隣り合っている導波路の別の図の一実施形態を示す。一実施形態では、照明導波路１１１０は、ＬＥＤの各々についてインカプラ１１１５を有する。別の実施形態では、インカプラは、上に示したような単一のインカプラであってもよい。

【0033】

照明導波路１１１０のアウトカプラ１１２０は、図示される場合、図面の外に延在するであろうＬＣＯＳ（図示せず）に向かって光をアウトカップリングする。ＬＣＯＳからの変調光は、インカプラ１１５０内のコンバイナ導波路１１４０内に反射される。一実施形態では、拡張格子１１６０が使用され、光はコンバイナ導波路１１４０のアウトカプラ１１７０に向けられる。

【0034】

図１２は、照明導波路及びコンバイナ導波路の両方を形成するガラス又は他の材料の単一部品の別の図の一実施形態を示す。この構成では、導波路は同じガラス部品上にあってもよい。一実施形態では、照明導波路１２１０は、コンバイナ導波路１２４０に平行に配置される。照明導波路のアウトカプラ１２２０は、導波路の平面から延在するＬＣＯＳ（図示せず）に光をアウトカップリングする。ＬＣＯＳから戻る光は、コンバイナ導波路のインカプラ１２５０を介してコンバイナ導波路１２４０にインカップリングされる。一実施形態では、拡張格子１２６０が、光をコンバイナ導波路のアウトカプラ１２７０に向ける。

【0035】

図１３Ａ～１３Ｃは、各色が別個の照明導波路を有する、システムの一実施形態の異なる視点を示す。図１３Ａは、別の図を示し、照明導波路１３１０、１３２０、１３３０を示し、各々が、あるパターンで配置されたアウトカプラ１３１５、１３２５、１３３５を有する。コンバイナ導波路１３４０は、色／照明導波路の各々について別個のインカプラ１３５０、１３５５、１３６０を有する。一実施形態では、アウトカプラ１３１５、１３２５、１３３５及びコンバイナ導波路のインカプラ１３５０、１３５５、１３６０の配置は円形であり、対応するインカプラ及びアウトカプラが位置合わせされている。照明導波路のアウトカプラ１３１５、１３２５、１３３５によってアウトカップリングされた光は、ＬＣＯＳ（図示せず）によって反射され、次いで、コンバイナ導波路のインカプラ１３５０、１３５５、１３６０内にインカップリングされる。一実施形態では、拡張格子１３９０は、光がコンバイナ導波路のアウトカプラ１３９５によって出力される前に、光を拡張する。

【0036】

図１３Ｂは、３つの照明導波路１３１０のうちの１つのみを、関連する光源１３７０及びコリメート光学素子１３７５とともに示す側面図を示す。この図から分かるように、ＬＥＤ １３７０からの光は、コリメート光学素子１３７５を通過し、インカプラ１３０５を通って照明導波路１３１０に入る。照明導波路のアウトカプラ１３１５は、光学素子１３８５を介してＬＣＯＳ １３８０に向けて光をアウトカップリングする。ＬＣＯＳ １３８０によって変調された光は、中間光学素子１３８５を通過し、コンバイナ導波路１３４０のインカプラ１３５０に入る。一実施形態では、別個の照明導波路１３１０、１３２０、１３３０は、異なるＺ深度にあってもよい。

【0037】

一実施形態では、各色について別個のコンバイナ導波路があってもよい。一実施形態では、ＣＷＧインカプラ１３５０、１３５５、１３６０は、異なるＺ深度にあってもよい。

【0038】

図１３Ｃは、異なる視点を示し、３つの別個の光源を示し、各々は、それらの対応するコリメート光学素子、及び照明導波路を有する。この図では、ＬＥＤが中間光学素子１３８５と一直線上にあるように見えるが、実際には、ＬＥＤは、Ｚ軸（紙面の内外）において除去される。

【0039】

図１３Ｄは、各色について別個のコンバイナ導波路１３９６がある代替実施形態を示す。一実施形態では、コンバイナ導波路１３９６は、互いに積み重ねられ、ＣＷＧインカプラ１３５０、１３５５、１３６０は、照明導波路の変位の変位に対応するパターンで互いから変位される。これらは図面では重なり合って示されているが、ＣＷＧインカプラ１３５０、１３５５、１３６０は互いに変位されている。

【0040】

図１４Ａ～１４Ｂは、両眼ディスプレイのための導波路システムの一実施形態を示す。一般に、設計のすべては、両眼使用を意図しているが、図１４Ａ～１４Ｂに示される実施形態では、両眼設計は、単一の照明導波路１４１０を利用する。この実施形態では、照明導波路１４１０は、光源１４２０を含み、一実施形態における光は、コリメート光学素子１４２５を通って照明導波路１４１０に入る。照明導波路１４１０は、２つのアウトカプラ１４３０、１４３５を含み、第１の偏光を有する光は、第１のアウトカプラ１４３５を通してアウトカップリングされ、第２の偏光を有する光は、第２のアウトカプラ１４３０を通してアウトカップリングされる。

【0041】

各アウトカプラ１４３０、１４３５は、関連する中間光学素子１４４０、１４４５及びＬＣＯＳ １４５０、１４５５を有する。一実施形態では、任意選択の偏光フィルタ１４４７、１４４２を、光学素子１４４０、１４４５とＬＣＯＳ １４５０、１４５５との間、又はアウトカプラ１４３０、１４３５と光学素子１４４０、１４４５との間、又はアウトカプラ１４３０、１４３５とインカプラ１４６５、１４７５との間に配置されてもよい。ＬＣＯＳ １４５０、１４５５から戻る光は、光学素子１４４０、１４４５を通って、それぞれのインカプラ１４６５、１４７５を通ってコンバイナ導波路１４６０、１４７０のうちの適切な１つに戻るように向けられる。図１４Ｂは、図１４Ａに示される両眼ディスプレイの一実施形態の別の図である。図示されるように、照明導波路１４１０は、右拡張格子１４９０と重なり合うように見えるが、２つは、Ｚ軸に沿って変位され、したがって、照明導波路は、コンバイナ導波路１４６０、１４７０の上方又は下方にある。

【0042】

図１５は、操向可能ディスプレイとともに使用される導波路の一実施形態を示す。操向可能ディスプレイは、操向素子を利用して、ユーザのための画像をビューイング領域内に配置する。一実施形態では、操向可能ディスプレイは、フィールドディスプレイとも称される固定ディスプレイと組み合わせて表示される。一実施形態では、操向素子はミラーである。配置は、いくつかの実施形態では、高解像度操向可能画像をユーザの中心窩の中心に配置することであってもよい。一実施形態では、操向可能ディスプレイは、２つのディスプレイ部分、すなわち、第１の解像度を有する操向可能ディスプレイと、第２のより低い解像度であるがより大きい視野を有する非操向可能ディスプレイ又はフィールドディスプレイとを含む。一実施形態では、システムは、「Ｓｔｅｅｒａｂｌｅ Ｈｉｇｈ－Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ」と題され、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、米国特許第１０，５１４，５４６号の操向可能ディスプレイ及びフィールドディスプレイを利用する。

【0043】

照明導波路１５１０は、インカプラ１５１５を通して光源１５１４から光を受光する。照明導波路１５１０のアウトカプラ１５２０は、第１のセットの光学素子１５２５を通して光を向ける。一実施形態では、照明導波路１５１０のアウトカプラ１５２０は、両方の偏光の光がこの設計で使用されるので、偏光選択性ではない。偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１５３０は、第１の偏光を有する光がフィールドディスプレイＬＣＯＳ １５４０に進み、第２の偏光を有する光が操向可能な光学素子１５６０に反射されるように、光を分割する。フィールドディスプレイＬＣＯＳ １５４０からの光は、フィールドディスプレイＬＣＯＳ １５４０からＰＢＳ １５３０を通ってコンバイナ導波路１５５０のインカプラ１５５５に戻るように向けられる。

【0044】

ＰＢＳ １５３０によって操向可能な光学素子１５６０に反射された光は、操向素子１５７０に向けられる。操向素子１５７０は、画像部分の光を出力のための適切な位置に配置し、それを最終光学素子１５８０を通して操向可能ディスプレイＬＣＯＳ １５８５に通過させる。操向可能ディスプレイＬＣＯＳ １５８５から戻された光は、再び操向素子１５７０によって反射され、操向可能光学素子１５６０を通過し、ＰＢＳ １５３０によって反射されて第１のセットの光学素子１５２５を通過した後、コンバイナ導波路１５５０のインカプラ１５５５に入る。このようにして、コンバイナ導波路１５５０は、ユーザへの出力のために、フィールド画像及び操向可能画像の両方を受信する。光は操向ミラー１５７０によって２回反射されるので、操向ミラー１５７０の位置は、位置の２つの変化を考慮に入れ、その結果、最終的な位置は、操向可能画像の選択された目的地を反射する。

【0045】

一実施形態では、フィールドディスプレイ及び操向可能ディスプレイの両方を含む組み合わせられた画像を有する代わりに、システムは、操向可能ディスプレイのみを含んでもよい。そのような構成では、ＰＢＳ １５３０、操向光学素子１５６０、及びフィールドディスプレイＬＣＯＳ １５４０を除去してもよい。したがって、この構成では、ＩＷＧアウトカプラ１５２０からの画像は、第１のセットの光学素子を通過して操向素子に入り、操向可能ディスプレイＬＣＯＳ １５８５に入り、戻る。いくつかの実施形態では、光学素子１５２５、１５８０のうちの別の１つを除去してもよい。一実施形態では、そのような構成において、偏光フィルタは、第１のセットの光学素子１５２５の前又は後に配置されてもよい。

【0046】

図１６は、フィールドディスプレイ及び操向可能ディスプレイの別の実施形態を示す。この構成では、光は操向素子１６７０から１回だけ反射される。照明導波路１６１０のアウトカプラ１６２０からの光は、第１のセットの光学素子１６２５を通過し、ＰＢＳ １６３０によってフィールドディスプレイＬＣＯＳ １６４０又は操向可能ディスプレイＬＣＯＳ １６８５に向かって分割される。

【0047】

操向可能ディスプレイＬＯＣＳ １６８５に向かって分割された光は、操向光学素子１６６０を通過する。操向光学素子１６６０からの光は、ＰＢＳ １６６５によって固定ミラー１６９５に反射され、１／４波長板１６９０を２回通過する。次いで、それはＰＢＳ １６６５を通過して操向可能ディスプレイＬＣＯＳ １６８５に入る。操向可能ディスプレイＬＣＯＳ １６８５からの光は、ＰＢＳ １６６５によって反射され、１／４波長板１６７５を通過し、操向素子１６７０によって反射される。それが１／４波長板１６７５を２回通過するので、光は次いでＰＢＳ １６６５を通過して操向光学素子１６６０に戻り、そこからＰＢＳ １６３０及び第１のセットの光学素子１６２５を介してコンバイナ導波路１６５０のインカプラ１６５５に入る。この構成では、システムが操向可能ディスプレイ部分のみを含む場合、第１のＰＢＳ １６３０、フィールドディスプレイＬＣＯＳ １６４０、及び操縦光学素子１６６０は除去されてもよい。一実施形態では、そのような構成において、偏光フィルタは、第１のセットの光学素子１６２５の前又は後に配置されてもよい。

【0048】

図１７は、偏光選択性アウトカップリング及びインカップリングを使用して、フィールド画像及び操向可能画像のための光を別個のアウトカプラで分離する一実施形態を示す。照明導波路１７１０は、各偏光状態に１つずつ、２つのアウトカプラ１７２０、１７４５を含む。第１の偏光状態は、第１のアウトカプラ１７２０を通して出力され、フィールドディスプレイ光学素子１７２５を通過し、フィールドディスプレイＬＣＯＳ １７３０からコンバイナ導波路１７４０のフィールドディスプレイインカプラ１７３５に反射される。

【0049】

第２の偏光状態を有する光は、第２の照明導波路のアウトカプラ１７４５を通して出力される。光は、一実施形態では、次いで、第１の操向可能ディスプレイ光学素子１７５０及び第２の操向可能ディスプレイ光学素子１７５５を通過し、操向素子１７６０からＬＣＯＳ １７７０に反射される。この実施形態は、固定ミラー１７９５及びＰＢＳ １７６５を有する２つの１／４波長板１７９０、１７７５と対にされた操向素子１７６０を示す。図１５に示す操向ミラー用途の他の構成も、ここで使用してもよい。一実施形態では、偏光フィルタ１７４２は、迷光を除去するために、操向可能ディスプレイインカプラ１７９７の前に配置される。光は、ＬＣＯＳ １７７０によって変調された後、コンバイナ導波路１７４０に入る前に、偏光フィルタ１７４２を通過する。

【0050】

図１８Ａは、一実施形態における偏光変換器を含む照明導波路の側面図を示す。照明導波路１８１０は、ＬＥＤ １８０５からの光のためのインカプラを有する。照明導波路１８１０に沿って進む光は、アウトカプラ１８３０に到達する前に、偏光変換器１８２０を通過する。アウトカプラ１８３０は、光学素子１８３５及び任意選択で偏光フィルタ１８４０を通して光をＬＣＯＳ １８４５に導波する。ＬＣＯＳ １８４５からの変調光は、偏光フィルタ１８４０、光学素子１８３５を通過して、コンバイナ導波路１８１５のインカプラに入る。偏光変換器１８２０の使用は、導波路内の光のすべてが同じ偏光状態を有することを確実にする。

【0051】

図１８Ｂは、図１８Ａの偏光変換器１８２０の一実施形態を示す。偏光変換器１８２０は、導波路１８１０を交差する偏光ビームスプリッタ１８５０を含む。第１の偏光状態にある光の部分は、ＰＢＳ １８５０を通過する。第２の偏光状態にある部分は、ミラー１８６０又は第２のＰＢＳに反射される。ミラー１８６０は光を反射し、光は半波長板１８７０を通過する。半波長板は光の偏光を変えるので、導波路内の光はすべて第１の偏光状態である。このようにして、偏光変換器１８２０の後の照明導波路１８１０内の光のすべては、第１の偏光状態である。

【0052】

これは、２つの厚さを有する照明導波路を必要とする。このタイプの偏光再捕捉は、偏光状態に基づく光分離を使用しない上記の設計のいずれにおいても利用してもよい。

【0053】

図１９は、非導波路照明システムを有するシステムの一実施形態を示す。ＬＥＤ １９１０からの光は、コリメート光学素子１９３０を通過し、光コンバイナ１９２０によって組み合わされる。一実施形態では、照明光コンバイナ１９２０は、Ｘキューブプリズム又は照明プリズムである。他のタイプの照明光コンバイナが使用されてもよい。光コンバイナ１９２０の出力は、一実施形態では、コリメート光学素子１９３０の第２の部分を通過する。ＬＥＤ １９１０、照明光コンバイナ１９２０、及びコリメート光学素子１９３０はともに、照明システム１９３５である。

【0054】

コリメート光学素子１９３０の第２の部分の出力は、一実施形態では、コンバイナ導波路１９６０を通過する。次いで、それは投影光学素子１９４０を通過し、任意選択で偏光フィルタ１９４５を通過してＬＣＯＳ １９５０に入る。ＬＣＯＳ １９５０によって変調された光は、投影光学素子１９４０を通過して戻り、コンバイナ導波路のインカプラ１９６５に入る。図から分かるように、この実施形態では、光は、照明システム１９３５からＬＣＯＳ １９５０へ、及びＬＣＯＳ １９５０からコンバイナ導波路のインカプラ１９６５へと投影光学素子１９４０を通過する。

【0055】

図２０は、非導波路照明システムを有するシステムの別の実施形態を示す。照明システム２０２５は、コリメート光学素子２０３０及び光コンバイナ２０２０を含む。照明システム２０２５の出力は、ＰＢＳ ２０３５によって反射され、投影光学素子２０４０を通過する。光は、ＬＣＯＳ ２０５０に衝突する前に、任意選択の偏光フィルタ２０４５を通過する。ＬＣＯＳ ２０５０によって変調された光は、インカプラ２０６５内のコンバイナ導波路２０６０に入る前に、光学素子２０４０を通過し、ＰＢＳ ２０３５を通過する。

【0056】

図２１Ａは、色の各々について別個の光及びインカプラを有するコンバイナ導波路の一実施形態を示す。ＬＥＤ ２１１０は、コンバイナ導波路２１５０を通過し、光学素子２１２０、任意選択の偏光フィルタ２１２５を通過して、ＬＣＯＳ ２１３０に入る。ＬＣＯＳ ２１３０からの変調光は、コンバイナ導波路のインカプラ２１４０に入る前に光学素子２１２０を通過する。一実施形態では、ＬＥＤ ２１１０は色分離され、各色についてそれぞれのインカプラ２１４０に整合される。コンバイナ導波路２１５０は、光を導波し、コンバイナ導波路のアウトカプラ２１６０を介して光を出力する。示された他の図は、照明及びインカプラの構成の一実施形態を示す。もちろん、光学素子２１２０を２回通過し、ＬＣＯＳ ２１３０によって変調された後に、各ＬＥＤからの光が適切なインカプラに入力結合されることをシステムが可能にする限り、他の配置が使用されてもよい。

【0057】

図２１Ｂは、色分離コンバイナ導波路の一実施形態を示す。ＬＥＤ光源２１１０は、色分離コンバイナ導波路２１７０を通過して光学素子２１２０に入り、ＬＣＯＳ ２１３０によって変調される。偏光フィルタ２１２５は、導波路２１７０と光学素子２１２０との間、又は光学素子２１２０とＬＣＯＳ ２１３０との間に配置してもよい。図は、Ｘ軸に沿って変位されたコンバイナ導波路のインカプラ２１７５を示すが、図２１Ａに示されるように、変位は２つの軸に沿ってもよい。一実施形態におけるコンバイナウェーブアウトカプラ２１８０は重なり合っており、異なる色を出力する。

【0058】

一般に、図示した射出瞳照明システムの様々な実施形態間の変形形態は、他の構成にも適用してもよい。例えば、照明システムは、照明導波路であってもよいし、導波路のいずれかにおけるコリメート光学素子及び光コンバイナであってもよい。照明導波路のアウトカプラに印加される光パワーは、照明導波路を含む任意の構成に印加してもよい。照明瞳及び投影瞳は、いずれの構成においてもオフセット又は重なり合ってもよい。照明光ガイドの可撓性部分又は転向カプラは、任意の他の構成のためにも使用されてもよい。したがって、図示された構成は、排他的であることを意図するものではなく、むしろ、ＬＣＯＳパネルへの照明光及びＬＣＯＳパネルからの変調光の両方が光学素子の共有サブセットを通過する様々な方法を含む。

【0059】

したがって、本システムは、光が、照明システムからＬＣＯＳまで、及びＬＣＯＳからコンバイナ導波路のインカプラまで光学素子を通過する設計を提供する。したがって、光学素子は二重の目的を果たす。加えて、一実施形態では、光学素子を出てＬＣＯＳに到達する光も、照明経路上の光学素子の限界射出瞳を形成する光の体積内に入る。この設計は、ユーザにコンテンツを示すためにグラスのレンズの一部としてコンバイナ導波路を使用することによって、スマートグラスのための機構を提供するために使用されてもよい。しかしながら、ＬＥＤ、光学素子、及びＬＣＯＳ素子の関係は、変更されないままである必要がある。したがって、以下に示されるスマートグラス設計は、標準的なグラスの着用快適性、及び保管のためにグラスのアームを閉じる能力を提供する、光エンジンが定位置に留まることを可能にする機構を提供する。

【0060】

図２２は、導波路ディスプレイが使用されてもよいスマートグラスの一実施形態の図である。この構成は、ヒンジ２２４０を固定位置光エンジン２２２０の端部に取り付ける。固定位置光エンジン２２２０は、上述の素子、例えば、光源、光学素子、及びＬＣＯＳ素子を含み、グラス２２１０のレンズは、画像をユーザに表示するための導波路２２３０を含む。固定位置の光エンジン２２２０を提供することによって、本設計は、アーム２２５０が動くことによって素子の関係が経時的に変えられないことを確実にする。更に、一実施形態における素子は、損傷から保護される。一実施形態では、固定位置光エンジン２２２０は、それを保護し、素子間の関係を維持するために、中実プラスチックケーシング内に封入される。一実施形態における導波路２２３０は、シースルーであり、システムが拡張現実又は複合現実グラスのために使用されることを可能にする。

【0061】

図２３Ａ～図２３Ｃは、スマートグラスのための二重ヒンジシステムの一実施形態を示す。システムは、フレーム２３２０とアーム２３３０とを含む。アームは、二重ヒンジ配置を介して２つの位置で取り付けられる。グラスフレームの側部における取り付けは、着用快適性及び調節可能性を提供する屈曲ヒンジ２３５０を提供する。光エンジン２３６０の底部に取り付けられた折り畳みヒンジ２３４０は、保管のために閉じられたアームを折り畳む能力を提供する。

【0062】

図２４Ａ～図２４Ｃは、切り欠きを有するアームの一実施形態を示す。図示の構成は、レンズリムの上部に取り付けられた単一のヒンジを提供する。ヒンジ２４４０は、固定光エンジン２４６０の上部及び底部に配置され、切り欠きを使用してアーム２４３０を折り畳むことを可能にする。切り欠き２４３５は、アームが折り畳まれたときに光エンジン２４６０がアーム２４３０を通過することを可能にする。一実施形態では、アームはまた、ワイヤがそれに沿って導かれてもよいケーブル経路２４７０を含んでもよい。このワイヤは、例えば、システムの他の素子を取り付けるために、又は電力を供給するために使用されてもよい。

【0063】

図２４Ｄ～図２４Ｆは、切り欠きを有するアーム２４９２の別の実施形態を示す。この構成では、フレーム取り付け点２４８０は、固定光エンジン２４６０の上のレンズリムにある。アームは、アームが開位置にあるときに光エンジンを保護する光エンジンプロテクタ２４９０を有する。アームが閉位置にあるとき、光エンジン２４６０はアームの切り欠きを通過する。これは、図２４Ｆの開位置及び図２４Ｅの閉位置に示されるアームで更に見ることができる。

【0064】

図２５Ａは、光エンジンを保護するためのアームの別の実施形態を示す。アームは切り欠きを有し、回転ヒンジが光エンジン２５６０に取り付けられる。図２５Ｂは、ヒンジのわずかに異なる配置を示す。図２５Ｃは、ヒンジ２５４０が光エンジンに取り付けられている別の位置を示す。一実施形態では、この構成において、光エンジンケーシングは、ヒンジを支持することができる中実プラスチック又は金属材料から作製される。図２５Ｂに示される構成では、ヒンジ素子２５５０は、アームのための支持が、単一の取り付け点を有するのではなく、光エンジン２５６０の上部及び底部に提供されるように分割される。

【0065】

図２６Ａ及び図２６Ｂは、ヒンジ素子の実施形態を示す。ヒンジ素子２６２０、２６５０は、フレームの上部及び底部に取り付けられる。一実施形態では、図２６Ａに示されるように、アーム２６１０は、光エンジン２６３０のための切り欠きを有してもよい。一実施形態では、アームは前方に折り畳まれてもよい。一実施形態におけるこれらの外側ヒンジは、グラスフレームの側部に取り付けられる。図から分かるように、ヒンジ素子自体の形状を変更してもよい。図２６Ｃ及び図２６Ｄは、外側ヒンジ２６５０、２６７０を有するアーム２６８０、２６９０の開構成及び閉構成を示す。一実施形態におけるアームは、光エンジンのためのアーム切り欠き２６７５を有する。

【0066】

図２７Ａ～図２７Ｃは、アームが回転して開閉する回転ヒンジの一実施形態を示す。回転ヒンジは、軸を中心に回転してアーム２７３０を開閉するように構成されている。回転アーム２７３０は、回転ヒンジ２７２０に結合される。回転ヒンジは、開いているときに第１の位置にあり、閉位置に回転する。したがって、この構成では、ヒンジ内に屈曲素子がない。むしろ、アームは２つの位置の間で回転される。一実施形態では、ボールジョイント、ユニバーサルジョイント、ボールソケット、又は別のタイプのジョイントが使用される。

【0067】

図２８は、二重ヒンジの一実施形態を示す。二重ヒンジ２８３０は、ヒンジ接続を介して、フレーム取り付け具２８４０を介してフレーム２８０５に、及びアーム取り付け具２８４５を介してアームに取り付けられる。したがって、アーム２８２０は、光エンジン２８５０に衝突することなく移動することができる。

【0068】

図２９Ａ～図２９Ｄは、前部回転アームを有するグラスの一実施形態を示し、閉位置では、アームがレンズの前にある。図２９Ａは、アームが着用可能な構成にある開位置を示す。図２９Ｂは、アームがレンズの前に配置されている閉位置を示す。これは、一実施形態では、アーム２９３０及びグラスのフレームに取り付けられた二重ヒンジ２９４０を使用して実装される。一実施形態では、ヒンジ２９４０は、ジョイントの周りの自由な移動を提供し、アームがグラスから突出すること、及び前方に回転することを可能にする。一実施形態では、ヒンジ２９４０はまた、従来の構成における閉鎖を可能にする場合がある。

【0069】

図３０Ａ～図３０Ｂは、オーバーエンジンヒンジ３０２０の一実施形態を示す。フレーム取り付け素子は、光エンジン３０３０の上に薄いアーム３０４０を取り付ける。したがって、アーム３０４０は、光エンジン３０３０に衝突することなく、開位置と閉位置との間で自由に移動することができる。

【0070】

図３１は、折り畳み可能なブリッジを有するグラスの一実施形態を示す。折り畳み可能なブリッジ３１２０は、グラスを折り畳むことを可能にする中心ヒンジ３１３０を含む。一実施形態では、中心ヒンジ３１３０は、折り畳まれたときに２つの光エンジン３１４０が互いからオフセットされ、互いに衝突しないようにオフセットされる。これは、グラスをよりコンパクトに保管することを可能にする。一実施形態において、中心ヒンジ３１３０は、開かれたときに開位置にロックするロックヒンジであってもよい。

【0071】

前述の明細書において、本発明は、その特定の例示的な実施形態を参照して説明されている。しかしながら、添付の特許請求の範囲に記載された本発明のより広い精神及び範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変更をしてもよいことは明らかであろう。したがって、本明細書及び図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味で見なされるべきである。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図13C】

【図13D】

【図14A】

【図14B】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18A】

【図18B】

【図19】

【図20】

【図21A】

【図21B】

【図22】

【図23A】

【図23B】

【図23C】

【図24A】

【図24B】

【図24C】

【図24D】

【図24E】

【図24F】

【図25A】

【図25B】

【図25C】

【図26A】

【図26B】

【図26C】

【図26D】

【図27A】

【図27B】

【図27C】

【図28】

【図29A】

【図29B】

【図29C】

【図29D】

【図30A】

【図30B】

【図31】

【国際調査報告】