ホーム > 特許ランキング > Ｌｕｍｕｓ Ｌｔｄ．
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-12-12
(54)【発明の名称】選択的照明を含む光学システム
(51)【国際特許分類】
G02B 27/02 20060101AFI20231205BHJP
【ＦＩ】
G02B27/02 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023532233
(86)(22)【出願日】2021-12-06
(85)【翻訳文提出日】2023-05-25
(86)【国際出願番号】 US2021061942
(87)【国際公開番号】W WO2022120262
(87)【国際公開日】2022-06-09
(31)【優先権主張番号】63/121,937
(32)【優先日】2020-12-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/130,957
(32)【優先日】2020-12-28
(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】518105275
【氏名又は名称】ルーマス リミテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｌｕｍｕｓ Ｌｔｄ．
(74)【代理人】
【識別番号】110000523
【氏名又は名称】アクシス国際弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】シモン・グレイバーニク
(72)【発明者】
【氏名】ツィオン・アイゼンフェルト
【テーマコード（参考）】
2H199
【Ｆターム（参考）】
2H199CA24
2H199CA25
2H199CA27
2H199CA29
2H199CA30
2H199CA34
2H199CA43
2H199CA47
2H199CA48
2H199CA50
2H199CA59
2H199CA64
2H199CA65
2H199CA66
2H199CA67
2H199CA77
2H199CA83
2H199CA92
2H199CA96
(57)【要約】
実施形態では、少なくとも１つのプロセッサを含む装置が開示される。少なくとも１つのプロセッサは、アイモーションボックスに対する眼の瞳孔の場所に少なくとも部分的に基づいて、複数の光源から光源を選択するように構成されている。選択された光源は、光ビームで瞳孔の場所に対応するアイモーションボックスの部分を照明するように構成されている。少なくとも１つのプロセッサは、選択された光源を活性化して、アイモーションボックスの部分を照明するように更に構成されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも１つのプロセッサを備える装置であって、前記少なくとも１つのプロセッサが、アイモーションボックスに対する眼の瞳孔の場所に少なくとも部分的に基づいて、複数の光源から光源を選択することであって、前記選択された光源が、光ビームで前記瞳孔の前記場所に対応する前記アイモーションボックスの部分を照明するように構成されている、選択することと、
前記選択された光源を活性化して、前記アイモーションボックスの前記部分を照明することと、を行うように構成されている、装置。
【請求項2】
前記選択された光源が、前記光ビームで前記瞳孔の部分のみに対応する前記アイモーションボックスの前記部分を照明するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項3】
前記少なくとも１つのプロセッサが、前記選択された光源に少なくとも部分的に基づいて、前記光ビームに適用される歪みを判定することと、
前記判定された歪みに少なくとも部分的に基づいて、前記光ビームの修正を引き起こすことと、を行うように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項4】
前記選択された光源に少なくとも部分的に基づいて、前記光ビームに適用される前記歪みを判定することが、コリメータによって誘導される収差のための前記光ビームへの補正を判定することを含む、請求項３に記載の装置。
【請求項5】
前記判定された歪みに少なくとも部分的に基づいて、前記光ビームの前記修正を引き起こすことが、前記判定された歪みに少なくとも部分的に基づいて、空間光変調器に前記光ビームを修正させることを含む、請求項３に記載の装置。
【請求項6】
前記光ビームが、カップリングアウト配置の複数の要素に少なくとも部分的に基づいて、前記アイモーションボックスの前記部分を照明し、前記要素の各々の反射率及び強度のうちの少なくとも１つが、少なくとも２つの状態の間で選択的に調整可能であり、前記少なくとも１つのプロセッサが、
前記選択された光源に少なくとも部分的に基づいて、前記複数の要素のうちの所与の要素の標的状態を判定することと、
前記所与の要素を前記標的状態に設定させることと、を行うように更に構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項7】
前記光源が、第１の光源であり、前記少なくとも１つのプロセッサが、前記複数の光源のうちの第２の光源を選択するように構成されており、前記第２の光源が、前記アイモーションボックスの前記部分を照明するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項8】
方法であって、アイモーションボックスに対する眼の瞳孔の場所に少なくとも部分的に基づいて、複数の光源から光源を選択することであって、前記選択された光源が、光ビームで前記瞳孔の前記場所に対応する前記アイモーションボックスの部分を照明するように構成されている、選択することと、
前記選択された光源を活性化して、前記アイモーションボックスの前記部分を照明することと、を含む、方法。
【請求項9】
前記選択された光源が、前記光ビームで前記瞳孔の部分のみに対応する前記アイモーションボックスの前記部分を照明するように構成されている、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記選択された光源に少なくとも部分的に基づいて、前記光ビームに適用される歪みを判定することと、前記判定された歪みに少なくとも部分的に基づいて、前記光ビームの修正を引き起こすことと、を更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項11】
前記選択された光源に少なくとも部分的に基づいて、前記光ビームに適用される前記歪みを判定することが、コリメータによって誘導される収差のための前記光ビームへの補正を判定することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記判定された歪みに少なくとも部分的に基づいて、前記光ビームの前記修正を引き起こすことが、前記判定された歪みに少なくとも部分的に基づいて、空間光変調器に前記光ビームを修正させることを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項13】
前記光ビームが、カップリングアウト配置の複数の要素に少なくとも部分的に基づいて、前記アイモーションボックスの前記部分を照明し、前記要素の各々の反射率及び強度のうちの少なくとも１つが、少なくとも２つの状態の間で選択的に調整可能であり、前記方法が、
前記選択された光源に少なくとも部分的に基づいて、前記複数の要素のうちの所与の要素の標的状態を判定することと、
前記所与の要素を前記標的状態に設定させることと、を更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項14】
前記光源が、第１の光源であり、前記方法が、前記複数の光源のうちの第２の光源を選択することを更に含み、前記第２の光源が、前記アイモーションボックスの前記部分を照明するように構成されている、請求項８に記載の方法。
【請求項15】
光学システムであって、複数の光源と、
導光光学要素であって、前記複数の光源から受け取った光ビームを前記光学システムのアイモーションボックスに向かって方向付けるように構成されているカップリングアウト配置を備える、導光光学要素と、
コントローラであって、
前記アイモーションボックスに対する眼の瞳孔の場所に少なくとも部分的に基づいて、前記複数の光源から光源を選択することであって、前記選択された光源が、前記カップリングアウト配置によって方向付けられたときに、前記瞳孔の前記場所に対応する前記アイモーションボックスの部分を照明する光ビームを発するように構成されている、選択することと、
前記選択された光源を活性化して、前記アイモーションボックスの前記部分を照明することと、行うように構成されている、コントローラと、を備える、光学システム。
【請求項16】
前記瞳孔の前記場所を判定するように構成されているアイモーショントラッキングシステムを更に備え、前記コントローラが、前記アイモーショントラッキングシステムによって判定された前記瞳孔の前記場所に対応する前記アイモーションボックスの前記部分を判定するように構成されている、請求項１５に記載の光学システム。
【請求項17】
前記複数の光源と前記導光光学要素との間に配設された空間光変調器を更に備え、前記コントローラが、前記選択された光源に少なくとも部分的に基づいて、前記光ビームに適用される歪みを判定するように構成されており、
前記空間光変調器が、前記判定された歪みに少なくとも部分的に基づいて、前記光ビームを修正するように構成されている、請求項１５に記載の光学システム。
【請求項18】
前記選択された光源から前記空間光変調器に向かって前記光ビームを方向付けるように構成されている光学配置を更に備え、前記光学配置が、第１のレンズと、
第２のレンズと、
前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間に配設された第１のマイクロレンズアレイと、
前記第１のマイクロレンズアレイと前記第２のレンズとの間に配設された第２のマイクロレンズアレイと、を備える、請求項１７に記載の光学システム。
【請求項19】
前記複数の光源が、前記第１のレンズの焦点面に位置しており、前記第２のマイクロレンズアレイが、前記第１のマイクロレンズアレイの焦点面に位置しており、前記空間光変調器が、前記第２のレンズの前記焦点面に位置している、請求項１８に記載の光学システム。
【請求項20】
前記カップリングアウト配置が、複数の要素を備え、前記コントローラが、前記要素の各々の反射率及び強度のうちの少なくとも１つを、少なくとも２つの状態の間で選択的に調整するように構成されている、請求項１５に記載の光学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年１２月２８日に出願された「ＤＩＳＰＬＡＹＳ ＥＭＰＬＯＹＩＮＧ ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ ＥＹＥ ＰＵＰＩＬ ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ ＷＩＴＨ ＯＰＴＩＯＮＡＬ ＬＩＧＨＴ ＦＩＥＬＤ ＰＲＯＪＥＣＴＩＯＮ」と題する米国仮出願第６３／１３０，９５７号の利益、及び２０２０年１２月６日に出願された「ＤＩＳＰＬＡＹＳ ＥＭＰＬＯＹＩＮＧ ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ ＥＹＥ ＭＯＴＩＯＮ ＢＯＸ ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ」と題する米国仮出願第６３／１２１，９３７号の利益を主張し、これらの各々の内容全体は参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２０年１２月２８日に出願された「ＤＩＳＰＬＡＹＳ ＥＭＰＬＯＹＩＮＧ ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ ＥＹＥ ＰＵＰＩＬ ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ ＷＩＴＨ ＯＰＴＩＯＮＡＬ ＬＩＧＨＴ ＦＩＥＬＤ ＰＲＯＪＥＣＴＩＯＮ」と題する米国仮出願第６３／１３０，９５７号の利益、及び２０２０年１２月６日に出願された「ＤＩＳＰＬＡＹＳ ＥＭＰＬＯＹＩＮＧ ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ ＥＹＥ ＭＯＴＩＯＮ ＢＯＸ ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ」と題する米国仮出願第６３／１２１，９３７号の利益を主張し、これらの各々の内容全体は参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
本開示は、光学システムに関する。より具体的には、本開示は、いくつかの実施形態では、ニアアイディスプレイシステムで使用され得る、選択的照明を有する光学システムに関する。
【0003】
ニアアイディスプレイシステムなどの光学システムは、典型的には、画像品質の低減をもたらす潜在的な収差につながる可能性のある方法でユーザの眼を照明する。例えば、光学システムは、画像の光ビームで瞳孔全体を照明し得る。例えば、コマ収差、非点収差、又は他の収差などの光ビームの収差のために、画像の部分は、それらの部分が瞳孔を通過して網膜に到達すると、ぼやけて、歪む可能性がある。
【発明の概要】
【0004】
実施形態では、少なくとも１つのプロセッサを含む装置が開示される。少なくとも１つのプロセッサは、アイモーションボックスに対する眼の瞳孔の場所に少なくとも部分的に基づいて、複数の光源から光源を選択するように構成されている。選択された光源は、光ビームで瞳孔の場所に対応するアイモーションボックスの一部分を照明するように構成されている。少なくとも１つのプロセッサは、選択された光源を活性化して、アイモーションボックスの部分を照明するように更に構成されている。
【0005】
いくつかの実施形態では、選択された光源は、光ビームで瞳孔の部分のみに対応するアイモーションボックスの部分を照明するように構成されている。
【0006】
実施形態では、少なくとも１つのプロセッサは、選択された光源に少なくとも部分的に基づいて光ビームに適用される歪みを判定し、かつ判定された歪みに少なくとも部分的に基づいて光ビームの修正を引き起こすように構成されている。
【0007】
別の実施形態では、選択された光源に少なくとも部分的に基づいて、光ビームに適用される歪みを判定することは、コリメータによって誘導される収差についての光ビームへの補正を判定することを含む。
【0008】
いくつかの実施形態では、判定された歪みに少なくとも部分的に基づいて光ビームの修正を引き起こすことは、判定された歪みに少なくとも部分的に基づいて、空間光変調器に光ビームを修正させることを含む。
【0009】
実施形態では、光ビームは、カップリングアウト配置の複数の要素に少なくとも部分的に基づいて、アイモーションボックスの部分を照明する。要素の各々の反射率及び強度のうちの少なくとも１つは、少なくとも２つの状態の間で選択的に調整可能である。少なくとも１つのプロセッサは、選択された光源に少なくとも部分的に基づいて複数の要素のうちの所与の要素の標的状態を判定し、所与の要素を標的状態に設定させるように更に構成されている。
【0010】
別の実施形態では、光源は第１の光源であり、少なくとも１つのプロセッサは、複数の光源のうちの第２の光源を選択するように構成されている。第２の光源は、アイモーションボックスの部分を照明するように構成されている。
【0011】
いくつかの実施形態では、アイモーションボックスに対する眼の瞳孔の場所に少なくとも部分的に基づいて、複数の光源から光源を選択することを含む方法が開示される。選択された光源は、光ビームで瞳孔の場所に対応するアイモーションボックスの部分を照明するように構成されている。方法は、選択された光源を活性化して、アイモーションボックスの部分を照明することを更に含む。
【0012】
いくつかの実施形態では、選択された光源は、光ビームで瞳孔の部分のみに対応するアイモーションボックスの部分を照明するように構成されている。
【0013】
実施形態では、方法は、選択された光源に少なくとも部分的に基づいて光ビームに適用される歪みを判定することと、判定された歪みに少なくとも部分的に基づいて、光ビームの修正を引き起こすこととを更に含む。
【0014】
別の実施形態では、選択された光源に少なくとも部分的に基づいて、光ビームに適用される歪みを判定することは、コリメータによって誘導される収差についての光ビームへの補正を判定することを含む。
【0015】
いくつかの実施形態では、判定された歪みに少なくとも部分的に基づいて光ビームの修正を引き起こすことは、判定された歪みに少なくとも部分的に基づいて、空間光変調器に光ビームを修正させることを含む。
【0016】
実施形態では、光ビームは、要素の各々の反射率及び強度のうちの少なくとも１つが、少なくとも２つの状態の間で選択的に調整可能である、カップリングアウト配置の複数の要素に少なくとも部分的に基づいて、アイモーションボックスの部分を照明する。方法は、選択された光源に少なくとも部分的に基づいて、複数の要素のうちの所与の要素の標的状態を判定し、所与の要素を標的状態に設定させることを更に含む。
【0017】
別の実施形態では、光源は第１の光源であり、方法は、複数の光源のうちの第２の光源を選択することを更に含む。第２の光源は、アイモーションボックスの部分を照明するように構成されている。
【0018】
一実施形態では、光学システムが開示される。光学システムは、複数の光源を含み、導光光学要素は、複数の光源から受け取った光ビームを光学システムのアイモーションボックスに向かって方向付けるように構成されているカップリングアウト配置を含む。光学システムは、アイモーションボックスに対する眼の瞳孔の場所に少なくとも部分的に基づいて、複数の光源から光源を選択するように構成されているコントローラを更に含む。選択された光源は、カップリングアウト配置によって指示されたときに、瞳孔の場所に対応するアイモーションボックスの部分を照明する光ビームを発するように構成されている。コントローラは、選択された光源を活性化して、アイモーションボックスの部分を照明するように更に構成されている。
【0019】
いくつかの実施形態では、光学システムは、瞳孔の場所を判定するように構成されているアイモーショントラッキングシステムを更に含む。コントローラは、アイモーショントラッキングシステムによって判定された瞳孔の場所に対応するアイモーションボックスの部分を判定するように構成されている。
【0020】
実施形態では、光学システムは、複数の光源と導光光学要素との間に配設された空間光変調器を更に含む。コントローラは、選択された光源に少なくとも部分的に基づいて、光ビームに適用される歪みを判定するように構成されており、空間光変調器は、判定された歪みに少なくとも部分的に基づいて、光ビームを修正するように構成されている。
【0021】
別の実施形態では、光学システムは、選択された光源から空間光変調器に向かって光ビームを方向付けるように構成されている光学配置を更に含む。光学配置は、第１のレンズ、第２のレンズ、第１のレンズと第２のレンズとの間に配設された第１のマイクロレンズアレイ、及び第１のマイクロレンズアレイと第２のレンズとの間に配設された第２のマイクロレンズアレイを含む。
【0022】
いくつかの実施形態では、複数の光源は、第１のレンズの焦点面に位置しており、第２のマイクロレンズアレイは、第１のマイクロレンズアレイの焦点面に位置しており、空間光変調器は、第２のレンズの焦点面に位置している。
【0023】
実施形態では、カップリングアウト配置は、複数の要素を含む。コントローラは、少なくとも２つの状態の間で、要素の各々の反射率及び強度のうちの少なくとも１つを選択的に調整するように構成されている。
【0024】
前述の概要は、例解的であるにすぎず、いかなる形であれ限定することを意図するものではない。図面及び以下の詳細な説明を参照することで、上で説明される例解的な態様、実施形態、及び特徴に加えて、更なる態様、実施形態、及び特徴が明らかになるであろう。図面において、同様の参照番号は、同じ、又は機能的に同様の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】実施形態による、例示的な光学システムの概略図である。
【図4】実施形態による、光ビームの表面上への投影を例解する図である。
【図13A】実施形態による、部分的な眼瞳孔照明及び選択的アイモーションボックス（ＥＭＢ）照明のための例示的なプロセスを例解する図である。
【図20】実施形態による、瞳孔上に投影された光ビームに対する眼内の調節変化の効果を例解する図である。
【図21】実施形態による、瞳孔上に投影された光ビームに対する眼内の調節変化の効果を例解する図である。
【図24】実施形態による、時間多重明視野像を例解する図である。
【図29】実施形態による、時間多重明視野イメージングを用いた、部分的な眼瞳孔照明及び選択的アイモーションボックス（ＥＭＢ）照明のための例示的なプロセスのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
ニアアイディスプレイシステムなどの光学システムでは、光線は、ディスプレイシステムから、ディスプレイシステムに近接しているユーザの眼などのターゲット表面に出力される。しばしば、そのような光学システムは、画像を投影するときに眼全体又は眼の瞳孔全体を照明する。場合によっては、眼又は瞳孔のそのような包括的照明は、光学投影システムの収差と組み合わされ、ユーザに対して結果として生じる画像の品質を低下させる可能性がある。例えば、光ビームが眼のレンズを通過し、網膜上に集束されると、画像のいくつかの部分がぼやけるか、歪むか、又はユーザから見て他の収差を有する可能性がある。
【0027】
いくつかの実施形態では、開示された光学システムは、ユーザが良好な品質で画像を見るために必要とされる瞳孔の部分のみを選択的に照明することによって、そのような収差を低減又は阻害するように構成されている。そのような選択的照明は、本明細書では部分眼瞳孔照明とも称される。例えば、部分眼瞳孔照明は、完全眼照明と比較して改善された画像品質を達成するのに有益であり得、より複雑でない光学システムを利用し得る。いくつかの実施形態では、部分眼瞳孔照明は、投影された画像の変位と組み合わせて、輻輳調節矛盾（ＶＡＣ）の問題の解決策を提供し得る時間多重明視野像を創出し得る。ＶＡＣは、脳が、両眼離反運動とも称されることがある、仮想三次元（３Ｄ）オブジェクトの距離と、調節と称されることもある、眼が仮想３Ｄオブジェクトに焦点を合わせるために必要な集束距離との間の不整合キューを受け取るときに発生する。
【0028】
いくつかの実施形態では、開示された光学システムはまた、又は代替的に、アイモーションボックス（ＥＭＢ）の部分のみを一度に照明するように構成されており、例えば、本明細書では選択的ＥＭＢ照明とも称される、眼の瞳孔が現在位置するＥＭＢの部分のみを照明するように構成されている。選択的ＥＭＢ照明は、画像照明が部分ＥＭＢ照明によってより小さい領域上に分布されるため、完全ＥＭＢの照明と比較して光学システムにおいて電力効率の増加を提供し得る。
【0029】
部分眼瞳孔照明、時間多重明視野イメージング、及び選択的ＥＭＢ照明は、別々に又は一緒に利用され得、ニアアイディスプレイシステムとして構成され得る光学システムに、上で言及される利点及び他の利点を提供し得る。
【0030】
ここで図１及び図２Ａ～図２Ｃを参照すると、例示的な光学システム１００が説明されている。光学システム１００は、画像投影アセンブリ１１０、コントローラ１４０、及びアイトラッキングシステム１６０を含む。アイトラッキングシステム１６０は、任意選択的であり得、ユーザの眼１８０の瞳孔の場所を追跡して、対応する場所情報をコントローラ１４０に提供するように構成されている。画像投影アセンブリ１１０は、投影光学デバイス（ＰＯＤ）１１２及び導光光学要素（ＬＯＥ）１１４を含み、二次元（２Ｄ）の瞳孔拡大を利用して、ユーザの眼１８０に画像を投影するように構成されている。
【0031】
ＰＯＤ１１２は、画像生成器、空間光変調器（ＳＬＭ）３０４（図１０）、又は典型的には画像投影アセンブリに含まれる他の構成要素を含む。これらの構成要素のうちのいくつか又は全ては、１つ以上の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）キューブの表面に配列され得るか、又は他のプリズム配列であり得る。画像生成器は、ユーザの眼１８０に投影される画像に対応する、光ビーム又はレーザビームなどの照明を提供する照明源を含む。例示的な照明源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、マイクロＬＥＤ又は他の照明源を含み得る。
【0032】
ＳＬＭ３０４は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ要素、バックライト付き液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル、マイクロＬＥＤディスプレイ、デジタル光処理（ＤＬＰ）チップ、若しくは別の発光構成要素などの構成要素を含む発光ＳＬＭとして実装され得るか、又はシリコン上の液晶（ＬＣＯＳ）チップなどの反射ＳＬＭとして実装され得る。ビームスプリッタキューブブロックは、コリメート光学系とＳＬＭ３０４との間に介在させて、ＳＬＭ３０４の表面への照明の送達を許容し得る。
【0033】
ＳＬＭ３０４は、画像を生成するために、照明の各画素の投影強度を変調するように構成される。いくつかの実施形態では、ＳＬＭ３０４は、ディスプレイの各画素から、ＬＯＥ１１４の平面内で、例えば、以下で説明される主要外部表面１１６及び１１８の平面内で発散する光ビームを提供し得る。光ビームは、ＬＯＥ１１４の反射光学配置１２２からの反射の後、ＬＯＥ１１４の平面内でコリメートされ得る。いくつかの実施形態では、光ビームは、ＬＯＥ１１４の平面内でコリメートされ得るが、ＬＯＥ１１４に直交する平面内でコリメートされない可能性がある。
【0034】
代替的に、ＰＯＤ１１２は、走査配置、例えば、高速走査ミラーを含み得、これは、ＰＯＤ１１２の画像平面全体にわたって光源からの照明を走査し、一方で、照明の強度を画素ごとの運動と同期的に変化させて、画素ごとに所望の強度を投影する。
【0035】
ＰＯＤ１１２はまた、画像の照明をＬＯＥ１１４内に注入するためのカップリングイン配置、例えば、カップリングイン反射器、角度付き結合プリズム、又は任意の他のカップリングイン配置を含む。いくつかの実施形態では、ＰＯＤ１１２とＬＯＥ１１４との間の結合は、直接結合を含み得、例えば、ＰＯＤ１１２は、ＬＯＥ１１４の部分と接触し得るか、又は画像がＬＯＥ１１４の平面に注入される開口の寸法を拡大するための追加的な開口拡大配置を介した結合を含み得る。
【0036】
ＰＯＤ１１２はまた、照明のサイズを制限するために利用され得る開口又は他の構成要素を含む。例えば、図２Ａに見られるように、ＰＯＤ１１２は、ＬＯＥ１１４の反射光学配置１２２によって一旦コリメートされた光ビーム１２６が幅Ｄを有するように、第１の開口サイズを使用して光ビーム１２６を出力するように構成され得、ＬＯＥ１１４の反射光学配置１２２によって一旦コリメートされた光ビーム１３０が幅Ｄよりも小さい幅ｄを有するように、第１の開口サイズよりも小さい第２の開口サイズを使用して第２の光ビーム１３０を出力するように構成され得る。
【0037】
ＬＯＥ１１４は、例えば図２Ｃに示されるように、光学的に活性でない、平行な第１の主要外部表面１１６及び第２の外部表面１１８と、縁部と、を含む、導波路を含む。ＬＯＥ１１４はまた、カップリングアウト配置１２０と、レンズなどの反射光学配置１２２と、を含む。反射光学配置１２２は、例えば、図２Ａに見られるように、ＬＯＥ１１４を通過する照明を方向転換してカップリングアウト配置１２０に向かって戻す一方で、照明をコリメートするように構成されている。反射光学配置１２２は、反射レンズとして上で説明されているが、ガラス又はプラスチックから形成される球形、非球形又は自由形の屈折レンズ、回折レンズ、フレネルレンズ、反射レンズ、及び上記の任意の組み合わせを含むが、これらに限定されない、広範囲の他のレンズタイプ及び実装形態が代替的に利用され得る。
【0038】
カップリングアウト配置１２０は、ユーザの眼１８０上に投影するために、ＬＯＥ１１４からＥＭＢ１２８に向かって照明を方向付けるように構成されている。いくつかの実施形態では、カップリングアウト配置は、ＬＯＥ１１４の主要外部表面１１６及び１１８に対して斜角でＬＯＥ１１４内に配置される、本明細書ではファセット１２４とも称される、複数の平行な部分反射面として例解される。ファセット１２４は、特定の角度で高い透過率及び他の角度での部分反射を提供する角度依存性コーティングを含む。
【0039】
例えば、光ビーム１２６は、図２Ｃに見られるように、主要外部表面１１６及び１１８で反射することによって、ＬＯＥ１１４を通って反射光学配置１２２に向かって移動する。光ビーム１２６は、例えば、移動角度での高透過性に起因して、ファセット１２４を通って反射光学配置１２２に移動し、反射光学配置１２２は、光ビーム１２６を幅Ｄでファセット１２４に向かって反射させ、方向転換し、かつコリメートして戻す。反射光学配置１２２による反射の後、コリメートされた光ビーム１２６がファセット１２４に直面すると、光ビーム１２６は、例えば、光ビーム１２６の移動角度での部分反射に起因して、ＥＭＢ１２８の幅とほぼ同じ幅のＤEMBで、ＥＭＢ１２８に向かってファセット１２４によって方向転換される。
【0040】
本明細書の説明は、ファセットベースのカップリングアウト配置を参照するが、例えば、回折性光学要素を有するカップリングアウト配置を含む、任意の他のカップリングアウト配置が代替的に利用され得る。
【0041】
反射光学配置１２２は、主要外部表面１１６及び１１８からの内部反射によって面内方向でファセット１２４に向かって戻る照明の少なくとも一部を反射する円筒形の光学パワーを有し得る。反射光学配置１２２からの反射後の照明は、主要外部表面１１６及び１１８に垂直な平面内及び平行な平面内の両方でコリメートされる。反射光学配置１２２は、ＬＯＥ１１４の縁部と統合され得、ＬＯＥ１１４の主要外部表面１１６及び１１８に垂直な円筒軸を有し得る。いくつかの実施形態では、反射光学配置１２２は、ＬＯＥ１１４内に統合された円筒形パワーを有する回折性光学要素を含み得る。
【0042】
反射光学配置１２２は、ＬＯＥ１１４を通って伝播するときの照明に対応する角度の範囲では高い反射率を有し、この範囲外の角度では低い反射率、例えば、透過性又は吸収性を有し得る。このようにして、反射光学配置１２２は、任意の他の光源からの光の反射が阻害され得る間、内部反射によってＬＯＥ１１４内を伝播するＰＯＤ１１２によって発せられた光を反射する。例えば、太陽のような外界の光源からの光は、低反射率の範囲の角度で反射光学配置１２２に到達し、ＬＯＥ１１４から離れて反射されるか、又は吸収される。このように、外部の光源によって引き起こされる潜在的なゴースト画像の強度は、低減される。いくつかの実施形態では、反射光学配置１２２は、例えば、選択的反射率及び所望の角度を提供する多層コーティング技術を使用して、光の入射角に依存する反射率で形成される。別の実施形態では、比較的狭い範囲の角度で高い回折効率を有する１つ以上の体積ブラッグ格子を利用して、反射光学配置１２２を形成し得る。
【0043】
図３を参照しながら、別の実施形態による例示的な画像投影アセンブリ２１０を説明する。図３に例解されるように、同様の要素は、図１及び図２Ａ～図２Ｃの画像投影アセンブリ１１０と同様の参照番号を有する。例えば、画像投影アセンブリ２１０は、ＰＯＤ２１２、ＬＯＥ２１４、主要外部表面（図示せず）、カップリングアウト配置２２０、ファセット２２４、及び画像投影アセンブリ１１０について上で説明されるものと同様の他の構成要素を含む。画像投影アセンブリ２１０は、一次元（１Ｄ）瞳孔拡大を利用して、画像をユーザの眼１８０上に投影するように構成されている。画像投影アセンブリ２１０の実施形態では、ＰＯＤ２１２は、照明を方向転換してファセット２２４上に戻すために反射光学配置１２２を使用する代わりに、ＰＯＤ２１２が上部でＬＯＥ２１４に取り付けられる。例えば、ＰＯＤ２１２から発せられた照明は、ＬＯＥ２１４を通って伝搬し、カップリングアウト配置２２０のファセット２２４を介してＥＭＢ（図示せず）に向かって徐々に発せられる。この実施形態では、ＰＯＤ２１２によって出力される照明は、それがＬＯＥ２１４に入るときには既にコリメートされている。
【0044】
図１に戻って参照すると、コントローラ１４０は、１つ以上の処理デバイス、メモリ又は他の構成要素を有するコンピューティングデバイスを含む。例えば、コントローラ１４０は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、マイクロコントローラ、専用回路、又は任意の他の構成要素を備え得る。コントローラ１４０は、以下でより詳細に説明するように、ＰＯＤ１１２を制御して、ユーザの眼１８０に投影するために、画像を生成し、ＬＯＥ１１４に出力するように構成されている。
【0045】
いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、画像投影アセンブリ１１０に一体化され得るか、若しくは例えば眼鏡、ヘッドマウントディスプレイ、又は別のデバイスなどの画像投影アセンブリ１１０を含むデバイスに一体化され得る。いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、画像投影アセンブリ１１０の遠隔に位置し得る。例えば、画像投影アセンブリは、コントローラ１４０と通信するように構成されている有線又は無線通信デバイスを含み得る。実施例として、コントローラ１４０は、モバイルデバイス、又は画像投影アセンブリ１１０とは別個のコンピューティングデバイス、又は画像投影アセンブリ１１０を含むデバイスの一部として含まれ得る。
【0046】
アイトラッキングシステム１６０は、１つ以上のアイトラッキングカメラ、レーザ、又はユーザの眼１８０の瞳孔１８２の場所を判定し、かつ場所に対応する場所情報、例えば、座標又は他の場所情報を生成するように構成されている他の光学デバイスを含む。場所情報は、ＬＯＥ１１４に画像を生成及び出力するようにＰＯＤ１１２を制御する際に使用するためにコントローラ１４０に提供され得る。
【0047】
【0048】
ここで図４を参照すると、例示的なシナリオでは、理想的なレンズ４００は、開口Ｄ0を有する。レンズ４００は、平行ビーム４０２によって照明され、平行ビーム４０２では、波面は完全に平面ではなく、１つ以上の光学収差を包含する。この例示的なシナリオでは、レンズ４００は、レンズ４００の焦点面に位置する画面４０４上の点Ｐ0で画像を作製する。ビーム内に収差が存在するため、画像はぼかされ、サイズはｄ0である。
【0049】
ここで、図５を参照すると、別の例示的なシナリオでは、理想的なレンズ４００は、同じ収差ビーム４０２によって照明される。しかしながら、この例示的なシナリオでは、直径Ｄ1のサブ開口のみがビーム４０２によって照明されるように、ダイヤフラム４０６は、レンズ４００の前に配置され、ここで、Ｄ1は、Ｄ0よりも小さい。この例示的なシナリオでは、レンズ４００は、概して、図４の例示的なシナリオの点Ｐ0とは異なり得る、画面４０４上の点Ｐ1で画像を作製する。画像はぼやけ、図４の例示的なシナリオで作製された画像の画像サイズｄ0よりも小さいサイズｄ1を有する。
【0050】
図４及び図５の例示のシナリオに見られるように、レンズ４００がビーム４０２に露出される開口の直径を低減させることで、結果として生じる幾何学的画像サイズｄ1が開口の回折限界よりも大きい限り、画像品質が改善し得る。ビーム４０２に存在する収差のタイプに応じて、画像の位置は、照射されたサブ開口Ｄ1の位置に基づいて変化する。
【0051】
図６Ａ及び図６Ｂは、ビーム１３４によって照明されたＰＯＤ１１２の全開口角を有する画像投影アセンブリ１１０を使用する例示的なシナリオを例解する。反射光学配置１２２からの反射の後のコリメートビーム１３４の幅は、ＥＭＢ１２８の幅であるＤEMBに等しい。図６Ｂは、ユーザの眼１８０を例解しており、眼１８０の瞳孔１８２の幅ＤEPよりも大きい幅ＤEMBを有するコリメートビーム１３４は、眼１８０を照明し、画像Ｊ0を眼１８０のレンズ１８４を介して眼１８０の網膜１８６上に投影する。この例示的なシナリオでは、網膜１８６上に投影された結果として生じる画像Ｊ1は、瞳孔１８２によって収集されたビーム１３４の収差に起因して、ぼやけ、サイズｓ1を有する。
【0052】
図７Ａ及び図７Ｂは、例示的な実施形態による、画像投影アセンブリ１１０を使用する例示的なシナリオを例解しており、ＬＯＥ１１４の平面内のＰＯＤ１１２の開口角の一部のみがビーム１３６によって照明される。例えば、以下でより詳細に説明するような、ＰＯＤ１１２内の選択的照明システムは、ＰＯＤ１１２の開口角の部分のみを照明するために利用され得る。この例示的なシナリオでは、ＬＯＥ１１４の主要外部表面１１６及び１１８の平面に垂直な平面内のＰＯＤ１１２の開口角は、完全に照明され得る。反射光学配置１２２からの反射の後のコリメートビーム１３６の幅は、図７Ｂに示されるように、コリメートビーム１３６が瞳孔１８２の部分のみを照明するように、瞳孔１８２の幅ＤEPよりも小さいＤ2に等しい。コリメートビーム１３６は、画像Ｊ2を眼１８０のレンズ１８４を介して網膜１８６上に投影する。画像Ｊ2は、画像Ｊ1の位置とは異なる位置において網膜１８６上に投射され、ぼやけ、画像Ｊ1のサイズｓ1よりも小さいサイズｓ2を有する。
【0053】
図８Ａ及び図８Ｂは、例示的な実施形態による、画像投影アセンブリ１１０を使用する例示的なシナリオを例解しており、ＬＯＥ１１４の平面内のＰＯＤ１１２の開口角の別の一部のみがビーム１３８によって照明される。例えば、ＰＯＤ１１２内の選択的照明システムは、ＰＯＤ１１２の開口角の一部分のみを照明するために利用され得、この実施例では、開口角の照明された部分は、図７Ａ及び図７Ｂに示される部分とは異なり、ビーム１３６によって照明される。ビーム１３６と同様に、ＬＯＥ１１４の主要外部表面１１６及び１１８の平面に垂直な平面内のＰＯＤ１１２の開口角は、ビーム１３８によって完全に照明され得る。反射光学配置１２２からの反射の後のコリメートビーム１３８の幅は、図８Ｂに示されるように、コリメートビーム１３８が瞳孔１８２の部分のみを照明するように、瞳孔１８２の幅ＤEPよりも小さいＤ3に等しい。コリメートビーム１３８は、画像Ｊ3を眼１８０のレンズ１８４を介して網膜１８６上に投影する。画像Ｊ3は、画像Ｊ1及びＪ2の両方の位置とは異なる位置において網膜１８６上に投射され、ぼやけ、画像Ｊ1のサイズｓ1よりも小さいサイズｓ3を有する。
【0054】
各例示的なシナリオでは、網膜１８６上の投影された画像の位置Ｊ1、Ｊ2、及びＪ3は、照明された場所の重心として定義され得る。このようにして、図６Ａ～図８Ｂの投影画像のＪ1、Ｊ2及びＪ3の位置は、投影画像のうちの１つ以上の部分が網膜１８６上で重複しても異なっていると考えられる。
【0055】
図９Ａ～図９Ｃは、図６Ａ～図８Ｂについて上で説明される例示的なシナリオの各々に従って、ＬＯＥ１１４の端部において、例えば、シリンダミラーなどの反射光学配置１２２を有する光学システム１００の光学収差プロットを例解する。図９Ａ～図９Ｃでは、軸ｐｘは、瞳孔座標軸を指し、図６Ａ～図８Ｂの軸Ｘと一致し、軸ｅｙは、瞳孔入口半径の関数としての横光線誤差を指し、ａｃ、ｂｃ、及びｃｃは、反射光学配置１２２から生じる収差を指し、ａｆは、完全に照明された開口角を有するビームの幅を指し、ｂｆ及びｃｆは、ＰＯＤ１１２のサブ開口幅を指す。
【0056】
図９Ａは、ビーム１３４が瞳孔１８２の全領域を照明する、図６Ａ及び図６Ｂの例示的なシナリオの収差プロットを例解する。図９Ａに見られるように、反射光学配置１２２から生じる収差ａｃは、図９Ｂ及び図９Ｃに見られるものと比べて比較的大きい。
【0057】
図９Ｂは、ビーム１３６が瞳孔１８２の第１の部分を照明する、図７Ａ及び図７Ｂの例示的なシナリオの収差プロットを例解する。図９Ｂに見られるように、収差ｂｃは、収差プロット上で第１の破線長方形を形成するが、瞳孔１８２の全照明から生じた収差ａｃよりも小さい。
【0058】
図９Ｃは、ビーム１３８が瞳孔１８２の第２の部分を照明する、図８Ａ及び図８Ｂの例示的なシナリオの収差プロットを例解する。図９Ｃに見られるように、収差ｃｃは、瞳孔１８２の全照明から生じた収差ａｃよりも小さい、収差プロット上で第２の破線長方形を形成する。加えて、図９Ｂ及び図９Ｃに見られるように、ビーム１３６及び１３８によって形成される収差のタイプは異なり、例えば、ビーム１３８は、ビーム１３６の収差ｂｃと比較して、反射光学配置１２２に起因する、低減された収差ｃｃを有し得る。
【0059】
図１０～図１５を参照して、様々な実施形態による光学システム１００及びＰＯＤ１１２の例示的な光学アーキテクチャ及び構成を説明する。各実施形態におけるＰＯＤ１１２は、照明システム３００、投影光学系３０２、及びＳＬＭ３０４を含む。これらの実施形態における選択的眼瞳孔照明又は選択的ＥＭＢ照明は、ＰＯＤ１１２によって、２Ｄ拡大システム（図２Ａ～図２Ｃ）のＬＯＥ１１４又は１Ｄ拡大システム（図３）のＬＯＥ２１４のための画像生成器として利用され得る照明システム３００によって達成される。投影光学系３０２は、ＳＬＭ３０４の画素から来る光ビームをコリメートして、各画素がコリメートビームを生成し、異なる画素からのコリメートビームが異なる方向に伝播するように構成されている。投影光学系３０２はまた、画素の各々からのコリメートビームをＬＯＥ１１４又はＬＯＥ２１４内に注入するように構成されている。例えば、いくつかの実施形態では、投影光学系３０２は、レンズの焦点面に位置するＳＬＭ３０４を有する単一のレンズを含み得る。他の実施形態では、投影光学系３０２は、例えば、レンズ、ミラー、波長板、ビームスプリッタプリズム又は他の光学要素を含む、１つ以上の追加の又は代替的な光学要素を含み得る。
【0060】
図１０及び図１１は、実施形態による選択的眼瞳孔照明又は選択的ＥＭＢ照明が達成され得るＰＯＤ１１２の例示的な構成を示す。この実施形態では、照明システム３００は、コリメータレンズなどの光学配置３０８の焦点面内に位置する、光源３０６、例えば、ＬＥＤ又は他の選択的に活性化可能な光源のアレイを含む。光学配置３０８は、コリメータレンズとして説明されているが、ガラス又はプラスチックから形成される球形、非球形又は自由形の屈折レンズ、回折レンズ、フレネルレンズ、反射レンズ、及び上記の任意の組み合わせを含むがこれらに限定されない、広範囲のレンズタイプ及び実装形態が利用され得る。
【0061】
光源３０６のアレイは、赤色、緑色及び青色の光源、又は赤色、緑色、青色又は他の色を生成するように構成されている多色光源を含み得る。光源は、ＳＬＭ３０４の色順動作モードでカラー画像を生成するように構成されている。アレイ３０６は、図１０及び図１１で特定の数の光源を有するように例解されているが、アレイ３０６は、代替的に任意の他の数の光源を含み得る。例えば、よりスムーズなＥＭＢ走査を達成するために、追加の光源がアレイ３０６に含まれ得る。いくつかの実施形態では、開口走査は、図１０に示されるようにＹＺ平面で実行され得、一方、ＸＺ平面では、ＰＯＤ１１２の全開口は、図１１に示されるように照明され得る。いくつかの実施形態では、照明システム３００はまた、図１１に示されるように、ＸＺ平面における光ビームの発散を拡大する任意選択的な拡散器３１０を含み得る。他の実施形態では、シリンダレンズは、ＸＹ平面におけるビーム発散を減少させるために、拡散器３１０の代わりに光源の各々において利用され得る。
【0062】
照明システム３００からのアレイ３０６内の各光源の出力光ビームは、投影光学系３０２を介してＳＬＭ３０４に提供される、コリメート又はほぼコリメートされた照明である。ＳＬＭ３０４におけるコリメートされた光ビームの角度は、アレイ３０６内のどの光源が活性化されるかに依存し、光源によって生成される照明の発散は、光源のサイズ及び任意選択的な拡散器３１０の散乱角範囲に依存する。アレイ３０６内の各光源は、例えば、アレイ３０６内のそれぞれの光源をオン及びオフに切り替えることによって、ＰＯＤ１１２のサブ開口角間の照明の切り替えが達成され得る、ＰＯＤ１１２の異なるサブ開口角に対応する。例えば、図１０に示されるように、光源３１２及び３１４は、それぞれ、光ビーム３１６及び３１８を生成し、これらは、光学配置３０８によってコリメートされ、任意選択的に拡散器３１０によって散乱された後にＳＬＭ３０４に提供される。図１０に見られるように、光ビーム３１６及び３１８は各々、ＰＯＤ１１２のＦＯＶＡとＦＯＶＢとの間の視野（ＦＯＶ）領域を照明する。
【0063】
図１２は、図１０及び図１１について上で説明されるＰＯＤ１１２の例示的な構成を使用した光学システム１００の例示的な実施形態を示す。アイトラッキングシステム１６０は、ＬＯＥ１１４に対する眼１８０の瞳孔１８２の場所を測定し、この測定された場所を場所情報としてコントローラ１４０に提供するように構成されている。コントローラ１４０は、場所情報に基づいて、測定された場所で瞳孔１８２上又は瞳孔１８２のサブ開口上に画像を投影する開口を照明するようにオンに切り替えられ得るか、又は別様に活性化され得るアレイ３０６内の光源を判定するように構成されている。いくつかの実施形態では、コントローラ１４０はまた、ＰＯＤ１１２及び反射光学配置１２２又はＬＯＥ１１４の他の構成要素によって引き起こされる任意の収差のために画像を補償するために、ＳＬＭ３０４に提供される画像に適用される任意の歪みを計算又は判定するように構成されている。
【0064】
ＳＬＭ３０４に提供される画像に適用される歪みは、例えば、アレイ３０６内のどの光源が活性化されるか、瞳孔１８２の場所、ＥＭＢのどの部分が照明されているか又は任意の他の基準に依存し得る。同じＦＯＶに対する網膜１８６上の画像の位置は、例えば、図７Ａ～図８Ｂに見られるように、例えば、瞳孔１８２によって観察されるサブ開口に応じて、異なり得る。網膜上の投影画像の位置は、サブ開口ごとに異なるため、ＳＬＭ３０４における画像にコントローラ１４０によって適用される歪みのタイプ及び量は、ＰＯＤ１１２のどのサブ開口又は対応する光源が活性化されるかに依存し得る。サブ開口又は光源が活性化される画像に基づいて歪みを適用することによって、かついくつかの実施形態では、画像が投影される網膜１８６上の場所に従って、各サブ開口又は光源から網膜１８６上に投影される画像は、ユーザが、画像を提供するためにどのサブ開口又は光源が活性化されるかにかかわらず、同一又はほぼ同一の画像を見るように位置合わせされ得る。例えば、ＳＬＭ３０４及び光源のアレイ３０６の制御は、コントローラ１４０によって同期されて、アイトラッキングシステム１６０によって追跡されるような瞳孔１８２の場所に基づいて光源間の高速切り替えを可能にし得る。ＳＬＭ３０４及び光源アレイ３０６の制御を同期させることによって、瞳孔１８２の場所の変化、又は光源がコントローラ１４０によって活性化される対応する変化に関係なく、収差のために補正された画像が投影され得る。
【0065】
ここで、図１３Ａ～図１３Ｄを参照して、アレイ３０６のどの光源が活性化されるかに基づいて、ＳＬＭ３０４によって光ビームに適用される画像歪みを判定するための例示的なプロセスについて説明する。例示的なプロセスは、単一のＦＯＶ点に対して、又はＦＯＶの小さい局所領域に対して利用され得る。
【0066】
ここで、図１３Ｄを参照して、光学システム１００を動作させるための例示的なプロセスについて説明する。本プロセスは、コントローラ１４０、アイトラッキングシステム１６０及びＰＯＤ１１２によって少なくとも部分的に行われ得るか、又は光学システム１００の他の部分によって少なくとも部分的に行われ得る。図１３Ｄのプロセスは、ステップ５００～５０８を含む。図１３Ｄのプロセスは、他の実施形態では、特定のステップ又は特定の順序のステップを有するように本明細書で説明されているが、本プロセスは、代替的に、任意の順序でステップを行い得るか、追加のステップを含み得るか、より少ないステップを含み得るか、又は以下で説明されるステップの部分のみを行い得る。
【0067】
ステップ５００において、アイトラッキングシステム１６０は、例えば、図１３Ａに示されるように、ＥＭＢ１２８内の瞳孔１８２の位置を探し出す。実施例として、アイトラッキングシステム１６０は、１つ以上のアイトラッキングカメラ又は他の光学要素を利用して、瞳孔１８２の位置を探し出し得る。アイトラッキングシステム１６０は、判定された場所に対応する場所情報、例えば、座標又は他の情報をコントローラ１４０に提供する。
【0068】
ステップ５０２において、コントローラ１４０は、瞳孔１８２の部分上に画像を投影するために活性化され得るアレイ３０６内の光源を判定する。例えば、コントローラ１４０は、どの光源がＥＭＢ１２８の各部分に対応するかを示すＥＭＢ１２８の座標マップを維持し得る。コントローラ１４０は、例えば、ＥＭＢ１２８に対する瞳孔１８２の場所を判定し、座標マップに基づいて対応する光源を識別することによって、少なくとも部分的に、場所情報と座標マップとの間の比較に基づいて活性化される光源を選択し得る。いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、光源アレイ３０６からの各光源に対して、ＥＭＢ１２８のどの領域が、各ＦＯＶ点又は小さいＦＯＶ局所領域に対して照明されるかを識別するように構成されている。瞳孔１８２の場所及び投影されるＦＯＶ点が与えられると、コントローラ１４０は、オンにされる光源を識別することができる。例えば、図１３Ａに見られるように、そのような光源は、瞳孔１８２にわたる領域を照明するビーム１４２を生成する。図１３Ａでは、座標（ｘ0、ｚ0）は、瞳孔１８２内の照明領域の中心に対応する。
【0069】
ステップ５０４において、コントローラ１４０は、選択された光源に少なくとも部分的に基づいて、ＳＬＭ３０４においてどの歪みが画像に適用するかを判定する。いくつかの実施形態では、歪みはまた、若しくは代替的に、例えば、複数の光源が同じ場所を照明するために利用され得るが、異なるコリメート角度を有する場合に、場所情報に少なくとも部分的に基づいて判定され得る。
【0070】
図１３Ｂ及び図１３Ｃは、反射光学配置１２２を有する光学システム１００について、図９Ａ～図９Ｃに示される曲線と同様の収差曲線を示す。図１３Ａ及び図１３Ｂの収差曲線は、ｘ軸に沿った、射出瞳、例えば、ＥＭＢ１２８における光線の位置に応じて、ユーザの網膜１８６における所与のＦＯＶ点に対応する光線の位置ｅｘ及びｅｙを示す。公称画像が射出瞳の中心を通過する光線に対応すると仮定すると、図１３Ｂ及び図１３Ｃの距離ｄｙ及びｄｘは、それぞれｙ軸及びｘ軸に沿った画像の局所変位を与える。ｄｘ及びｄｙに等しい歪みは、ビーム１４２と瞳孔１８２との交点によって画定されるサブ開口を通して投影される画像に適用することができる。
【0071】
いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、例えば、活性化される標的場所及び光源に基づいて事前定義された歪み値を有するルックアップテーブルを使用して、適用される歪みを判定し得る。例えば、ルックアップテーブルは、例えば、収差及び潜在的な歪みをシミュレート又はモデル化することによって、又は任意の他の方法で、眼１８０又は眼の表現に投影されるように、結果として生じる画像に基づいて歪みを調整するインバース法を使用することを含む種々の技法を使用して生成され得る。いくつかの実施形態では、照明されたビーム開口は、ＲＧＢ光源の各々についてわずかに異なる場合がある。そのような場合、コントローラ１４０はまた、赤色、緑色及び青色の画像に歪みを適用して、開口のそのような小さい差異を補正し、かつ投影光学系の可能な色の歪み、例えば、横方向の色を補正するときに、これらの差異を考慮に入れ得る。
【0072】
ステップ５０６において、コントローラ１４０は、選択された光源を活性化させて画像を出力する。
【0073】
ステップ５０８において、コントローラ１４０は、画像をＬＯＥ１１４に提供する前に、画像に適用されるべき判定された歪みをＳＬＭ３０４に提供する。次いで、画像は、ＬＯＥ１１４によって瞳孔１８２の部分上に投影され、プロセスはステップ５００に戻り、画像の各フレームについて続行する。このようにして、瞳孔１８２の場所の変化が考慮され、対応する光源が活性化され、適切な歪みが適用され、可能な限り歪みが少ない画像が生成される。
【0074】
いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、アレイ３０６内の各光源を順次活性化して、歪みが判定され、各光源についてＳＬＭ３０４において画像に適用され得る完全ＥＭＢスキャンを実行するように構成されている。実施例として、アイトラッキングシステム１６０が存在又は活性しておらず、かつ瞳孔１８２の場所が既知でない場合、そのような連続的な活性化を利用して、ＥＭＢ１２８の各部分に画像を迅速に提示し、少なくとも１つの歪み補正された画像が瞳孔１８２の場所上に投影されることを確実にし得る。
【0075】
図１４及び図１５は、別の実施形態による、選択的眼瞳孔照明又は選択的ＥＭＢ照明が達成され得る、ＰＯＤ１１２の例示的な構成を示す。この実施形態では、照明システム６００は、ＰＯＤ１１２内の照明システム３００に代わるものである。照明システム６００は、光源３０６のアレイと同様の光源６０６のアレイ、第１の光学配置６０８、第１のマイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）６１０、第２のマイクロレンズアレイ６１２及び第２の光学配置６１４を含む。
【0076】
第１及び第２の光学配置６０８及び６１４は、例えば、フレネルレンズ又は画像の光ビームをコリメートするために使用され得る回折レンズなどのレンズを含み得る。第１の光学配置６０８及び第２の光学配置６１４は、特定のタイプのレンズ又は光学構成要素を含むとして上記で説明されているが、ガラス又はプラスチックから形成される球形、非球形又は自由形の屈折レンズ、回折レンズ、フレネルレンズ、反射レンズ、及び上記の任意の組み合わせを含むが、これらに限定されない、広範囲の他のレンズタイプ又は光学構成要素及び実装形態が代替的に利用され得る。
【0077】
第１のＭＬＡ６１０及び第２のＭＬＡ６１２は、各々単一の要素として機能し得るレンズのアレイを含む。いくつかの実施形態では、第１及び第２のＭＬＡ６１０及び６１２のレンズは、屈折レンズを含み得る。いくつかの実施形態では、バッフル配置（図示せず）は、コリメート光学系間のクロストークを低減するために、第１のＭＬＡ６１０と第２のＭＬＡ６１２との間に介在され得る。第１のＭＬＡ６１０及び第２のＭＬＡ６１２は、特定のタイプのレンズ又は光学構成要素を含むとして上記で説明されているが、ガラス又はプラスチックから形成される球形、非球形又は自由形の屈折レンズ、回折レンズ、フレネルレンズ、反射レンズ、及び上記の任意の組み合わせを含むが、これらに限定されない、広範囲の他のレンズタイプ又は光学構成要素及び実装形態が利用され得る。
【0078】
第１の光学配置６０８及び第１のＭＬＡ６１０内のレンズの各々は、第２のＭＬＡ６１２の平面においてアレイ６０６の光源の画像を創出するように一緒に構成される。第２のＭＬＡ６１２及び第２の光学配置６１４は、ＳＬＭ３０４の平面において第１のＭＬＡ６１０のレンズレット要素の各々の画像を創出するように一緒に構成されている。例示的な構成では、光源のアレイ６０６は、光学配置６０８の焦点面内に位置し、第２のＭＬＡ６１２は、第１のＭＬＡ６１０の焦点面内に位置し、ＳＬＭ３０４は、光学配置６１４の焦点面内に位置する。ＥＭＢ１２８の選択的照明は、ＥＭＢ１２８の標的部分及び瞳孔１８２の対応する部分のみが照明されるように、アレイ６０６の光源を協調してタイミングよくオン及びオフを切り替えることによって達成される。例えば、図１４及び図１５に見られるように、画像の光ビーム６１６及び６１８は、例えば、異なる時間において、光源６２０及び６２２を選択的に活性化することによって生成され得る。光ビーム６１６及び６１８は、第１の光学配置６０８を通って、第１のＭＬＡ６１０の１つ以上のレンズを通って、第２のＭＬＡ６１２の１つ以上のレンズを通って、及び第２の光学配置６１４を通って移動し、照明システム６００から、投影光学系３０２を介して、コリメートビームとしてＳＬＭ３０４のＦＯＶＡ及びＦＯＶＢに出力される。次いで、ＳＬＭ３０４は、光ビーム６１６及び６１８の画像に歪みを適用し、図１３のプロセスについて上で説明されるものと同様の方法で、瞳孔１８２への投影のためにそれらをＬＯＥ１１４に出力する。
【0079】
図１６Ａ及び図１６Ｂを参照して、ここでいくつかの実施形態による画像投影アセンブリ７１０のＹＺ平面及びＸＺ平面の概略図をそれぞれ説明する。画像投影アセンブリ７１０は、そのような構成要素が同様の参照番号を有する画像投影アセンブリ１１０について上で説明されるものと同様の構成要素を含み得る。例えば、画像投影アセンブリ７１０は、ＰＯＤ７１２及びＬＯＥ７１４を含む。ＬＯＥ７１４は、主要外部表面７１６及び７１８、例えば、ファセット７２４を含むカップリングアウト配置７２０、並びにＬＯＥ１１４の構成要素に類似する反射光学配置７２２を含む。
【0080】
画像投影アセンブリ７１０は、ＰＯＤ７１２とＬＯＥ７１４との間に位置決めされたくさび７５０を更に含む。くさび７５０は、図９Ａ～図９Ｃに例解されるシリンダミラーの収差を低減するように構成されている。光ビーム７２６は、ＰＯＤ７１２からウェッジ７５０を介してＬＯＥ７１４内に結合され、導波路開口絞りはくさび７５０の後ろに位置する。いくつかの実施形態では、くさび７５０の表面７５２及び７５４は、ＰＯＤ７１２の光学収差を補償し、かつ画質を改善するために、任意選択的に一次元又は二次元の光学パワーを有し得る。ＬＯＥ７１４は、ミキサ７５６、例えば、主要外部表面７１６及び７１８に平行な半反射平面を更に含む。いくつかのシナリオでは、例えば、ＰＯＤ７１２の出力ビーム７２６は、ＬＯＥ７１４を完全に満たさない場合がある。ミキサ７５６は、ＬＯＥ７１４の全開口にわたってビーム７２６を分布させるために利用される。いくつかの実施形態では、ミキサ７５６は、例えば、図１６Ａに示されるように、くさび７５０とカップリングアウト配置７２０との間のＬＯＥ７１４の内部に位置し得る。他の実施形態では、ミキサ７５６は、カップリングアウト配置７２０と反射光学配置７２２との間のＬＯＥ７１４の内側に位置し得る。反射光学配置７２２はまた、カップリングアウト配置７２０と反射光学配置７２２、例えば、四分の一波長板との間に配設された波長板７２３を含み得る。ミキサ７５６がカップリングアウト配置７２０と反射光学配置７２２との間に位置する実施形態では、光ビームは、カップリングアウト配置７２０によってＬＯＥ７１４からＥＭＢ又は瞳孔に向かって方向付けられる前に、ミキサ７５６を２回通過する。このような場合、ミキサ７５６は、ミキサ７５６がくさび７５０とカップリングアウト配置７２０との間に位置する実施形態と比較して、ｚ方向に沿って短い長さを有し得る。
【0081】
画像投影アセンブリ７１０は、ＬＯＥ７１４とくさび７５０との間に配設された偏光子７２５を更に含み得る。いくつかの実施形態では、カップリングアウト配置７２０は、１つの偏光、例えば、偏光（複数可）に対して部分的に反射するが、直交偏光、例えば、偏光（ｐ）に対して本質的に透明である、表面、例えば、ファセット７２４を含む。ＰＯＤ７１２から出力される入力光ビーム７２６がｐ偏光される場合、それは、カップリングアウト配置７２０によって結合出力されることなく、反射光学配置７２２に向かって伝搬する。反射光学配置７２２から反射し、波長板７２３を通過した後、光はｓ偏光になり、反射光学配置７２２からＰＯＤ７１２に向かって戻って伝搬するとき、カップリングアウト配置７２０によってＬＯＥ７１４から結合出力される。偏光子７２５は、逆伝播光ビームがＰＯＤ７１２に入ることを阻害するように構成されている。
【0082】
いくつかの実施形態では、ＬＯＥ７１４はまた、ＬＯＥ７１４の主要外部表面７１６及び７１８上に配設された任意選択的なカバープレート７２７を含み得る。カバープレート７２７は、導波路主要表面に垂直な方向のカップリングアウト配置７２０の厚さが、ＬＯＥ７１４の総厚さよりも小さいという結果をもたらす。ＬＯＥ７１４はまた、ｐ偏光の通過を阻害するように構成されているＬＯＥ７１４の主要外部表面７１６及び７１８に平行に配設される任意選択的な偏光子（図示せず）を含み得る。例えば、そのような任意選択的な偏光子（図示せず）は、ＬＯＥ７１４の前、例えば、図１６ＡのＬＯＥ７１４の左側に配設され得、これは、カップリングアウト配置７２０によってＬＯＥ７１４から外部世界へ結合出力された光ビームを阻害するように構成されている。別の任意選択的な偏光子（図示せず）は、ＬＯＥ７１４の後ろに、例えば、図１６ＡのＬＯＥ７１４の右側に配設され得、これは、カップリングアウト配置７２０によって結合出力され、ユーザに向かって左の主要外部表面７１６によって反射された光ビームを阻害するように構成されている。
【0083】
ＰＯＤ７１２の照明システム８００は、図１６Ａに概略的に示され、より詳細には図１６Ｂに示される。照明システム８００は、光源８０２のアレイ、プリズム８０４及び８０６の配置間に配設された偏光ビームスプリッタ、四分の一波長板８０８並びに、例えば、反射レンズ又はミラーなどのコリメート光学配置８１０を含む。アレイ８０２内の光源によって発せられた光ビームは、光学配置８１０からの反射後に平行となり、ＰＯＤ７１２のプリズム８１６に向かって光を抽出するための２つの主要平面平行面及び１組の半反射ファセット８１４を有するＬＯＥ８１２、例えば、導波路内に投じられる。ＰＯＤ７１２はまた、ＬＯＥ８１２とＰＯＤ７１２のプリズム８１６との間の任意選択的な拡散器８１８を含み得る。照明システム８００はまた、プリズム８０４及び８０６とＬＯＥ８１２との間の任意選択的な拡散器（図示せず）を含み得る。プリズム８０４及び８０６からＬＯＥ８１２に結合出力された光ビームは、全内部反射によってＬＯＥ８１２を通って伝播し、ファセット８１４によってＰＯＤ７１２の任意選択的な拡散器８１８及びプリズム８１６に向かってＬＯＥ８１２から結合出力される。照明システム８００内の光ビームの伝播の例示的な経路は、図１６Ｂに矢印として示される。
【0084】
図１６Ａに示されるように、照明システム８００から受信された光ビームは、プリズム８１６に入り、ＳＬＭ８２０に向かって方向転換される。偏光ビームスプリッタ８２２は、ＰＯＤ７１２のプリズム８１６と別のプリズム８２４との間に配設され得る。ＳＬＭ８２０は、ＳＬＭ３０４と類似し得、コントローラ１４０によって制御されるように構成されている。この実施形態では、ＳＬＭ８２０は、ＳＬＭ３０４を参照して上で説明されるように、反射ＳＬＭ又は発光ＳＬＭとして実装され得る。
【0085】
照明光ビームは、例えば、ＳＬＭ３０４について上で説明されるものと同様にして、ＳＬＭ８２０によって変調され、偏光ビームスプリッタ８２２及びプリズム８２４を通してＰＯＤ７１２の反射光学配置８２６に向かって方向付けられる。次いで、反射光学配置８２６によって反射される光ビームは、プリズム８２４によってくさび７５０に向かって方向付けられる。
【0086】
図１６Ｃは、別の実施形態による、ＰＯＤ７１２及びＬＯＥ７１４と共に使用され得る照明システム９００を例解する。この実施形態では、照明システム９００は、図１６Ｂの照明システム８００に代わるものである。照明システム９００は、光源９０２のアレイと、光学要素９０４を含む撮像システムと、を含む。光学要素９０４は、屈折レンズ、フレネルレンズ、回折レンズ又は位相レンズ、例えば、パンチャラトナムベリーレンズ、又は任意の組み合わせの任意の他のタイプのレンズを含み得る。アレイ９０２内のソースによって発せられた光ビームは、光学要素９０４を通過した後にコリメートされ、プリズム９０８を通してＬＯＥ９０６内に投じられる。光は、全内部反射によってＬＯＥ９０６内を伝播し、半反射ファセット９１０によってＰＯＤ７１２のプリズム８１６内に方向付けられる。照明システム９００内の光伝搬経路は、図１６Ｃの矢印で示されている。照明システム８００と同様に、任意選択的な拡散器（図示せず）もまた、例えば、ＬＯＥ９０６とプリズム８１６との間、及び光学要素９０４とプリズム９０８との間に含まれ得る。
【0087】
図１７及び図１８Ａ～図１８Ｃは、ＳＬＭ３０４（図１０）の２つの画素が照明システム３００（図１０）からの光ビームを２つの光ビーム１０００及び１００２内に反射する、画像投影アセンブリ１１０の実施形態を例解する。ビーム１０００及び１００２は、ＦＯＶ、ＦＯＶＡ及びＦＯＶＢ内の２つの異なる点にそれぞれ対応するが、活性照明システムソースによって画定されるような、ＰＯＤ１１２の同じサブ開口角にも対応する。ビーム１０００及び１００２は、カップリングアウト配置１２０のファセット１２４によって拡大され、ＥＭＢ１２８上に投影される。
【0088】
図１８Ａ～図１８Ｃは、異なるＦＯＶのビーム１０００及び１００２が、ＥＭＢ１２８及び眼１８０（図６Ｂ）の瞳孔１８２（図６Ｂ）上に投影される例示的なシナリオを例解する。図１８Ａ～図１８Ｃにおいて、ビーム１０００及び１００２は、破線として例解され、瞳孔１８２の位置は、円として例解される。
【0089】
図１８Ａを参照して、瞳孔の２つの可能な位置１００４及び１００６が示される例示的なシナリオを説明する。位置１００４では、ビーム１０００及び１００２の両方が瞳孔を照明し、ＦＯＶＡ及びＦＯＶＢをユーザに示す。位置１００６では、ビーム１０００のみが瞳孔を照明し、ＦＯＶＡのみをユーザに示す。図１８Ａの例示的なシナリオは、ＰＯＤ１１２の異なるサブ開口が、特定のＦＯＶが瞳孔に可視であるように照明され得ることを示す。例えば、ＦＯＶＢが位置１００６で瞳孔に可視であるために、ＰＯＤ１１２の異なるサブ開口が照明され得る。
【0090】
図１８Ｂを参照して、ＥＭＢ１２８における光ビーム１００８（ＦＯＶＡ）及び１０１０（ＦＯＶＢ）の投影が、照明されているＰＯＤ１１２の異なるサブ開口に対応することが示される、別の例示的なシナリオを説明する。この例示的なシナリオでは、瞳孔の同じ２つの可能な位置１００４及び１００６が示される。位置１００４では、ビーム１００８及び１０１０の両方が瞳孔を照明し、ＦＯＶＡ及びＦＯＶＢの両方をユーザに示すが、ビーム１００８は、位置１００４において瞳孔１８２を部分的にのみ照明する。位置１００６では、ビーム１０１０のみが瞳孔を照明し、ＦＯＶＢをユーザに示す。ＦＯＶＢが位置１００６で瞳孔に可視であるために、ＰＯＤ１１２の異なるサブ開口が照明され得る。
【0091】
図１８Ａ及び図１８Ｂの両方の例示的なシナリオでは、瞳孔が位置１００６にあるとき、ＦＯＶＡ又はＦＯＶＢのいずれかを見ることができない。いくつかの実施形態では、コントローラ１４０（図１）は、瞳孔がＥＭＢ１２８上の特定の位置に位置するときに、ＦＯＶの完全なセットがユーザの眼に見えるようにするように、アレイ３０６内の１つ以上の光源を順次オン及びオフすることによって、この問題を説明するように構成されている。
【0092】
図１８Ｃを参照して、ＥＭＢ１２８における光ビーム１０１２（ＦＯＶＡ）及び１０１４（ＦＯＶＢ）の投影が、照明されているＰＯＤ１１２の異なるサブ開口に対応することが示される、別の例示的なシナリオを説明する。この例示的なシナリオでは、瞳孔の同じ２つの可能な位置１００４及び１００６が示される。位置１００４では、ビーム１０１２及び１０１４の両方が瞳孔を照明し、ＦＯＶＡ及びＦＯＶＢの両方をユーザに示す。位置１００６において、全ビーム１０１４は、瞳孔を照明し、ＦＯＶＢをユーザに示すが、ビーム１０１２の一部のみが瞳孔を照明する。そのような部分照明は、例えば、瞳孔の端部での回折に起因して、ＦＯＶＡの画像の劣化をもたらし得る。いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、ＦＯＶＡの劣化した画像の投影を阻害するために、瞳孔が位置１００６にある間にＰＯＤ１１２のこの特定のサブ開口を照明するとき、ＦＯＶＢを投影するがＦＯＶＡを投影しないようにＳＬＭ３０４に命令するように構成され得る。代わりに、ＦＯＶＡは、ＰＯＤ１１２の別のサブ開口又は光源の連続的な活性化によって、同じ位置１００６上に投影され得る。
【0093】
ここで、図１９Ａ～図１９Ｃを参照して、別の実施形態による照明システム１１００について説明する。照明システム１１００は、例えば、図１０に示されるように、ＰＯＤ１１２の照明システム３００の代わりになり得、図１４に示されるように、ＰＯＤ１１２の照明システム６００の代わりになり得、図１６Ａ及び図１６Ｂに示されるように、ＰＯＤ７１２の照明システム８００の代わりになり得、図１６Ｃに示されるように、ＰＯＤ７１２の照明システム９００の代わりになり得、又は任意の他のＰＯＤと共に使用され得る。照明システム１１００は、照明システム３００、６００、８００、及び９００のいずれかに見られるものと同様の構成要素を含み得る。
【0094】
図１９Ａでは、ＰＯＤ７１２に対応する参照番号を、照明システム１１００の説明と共に使用する。例えば、上で言及されるように、ＰＯＤ７１２は、プリズム８１６及び８２４、ＳＬＭ８２０、偏光ビームスプリッタ８２２、反射光学配置８２６及び任意選択的な拡散器８２８を含み、これらの全ては、照明システム１１００から光ビームを受信した後、図１６Ａ及び図１６Ｂを参照して上で説明されるように機能し得る。
【0095】
図１９Ａ～図１９Ｃに示されるように、照明システム１１００は、ＭＬＡ１１０２と、マイクロＬＥＤディスプレイ又は光源の他の配置などの光源１１０４のマトリックスと、を含む。照明システム１１００から出力される光ビームは、プリズム８１６に提供される。図１９Ｂに示されるように、ＭＬＡ１１０２内の各マイクロレンズは、それぞれの光源からの光をコリメートする。コリメートされた照明の方向又は角度は、マトリックス１１０４内のどの光源が活性化されるかに応じて、マイクロレンズごとに変化し得る。例えば、光源１１０６が活性化されると、光ビーム１１０８は、マイクロレンズ１１１０によってコリメートされ、第１の方向又は角度で出力されるが、光源１１１２が活性化されると、光ビーム１１１４は、同一のマイクロレンズ１１１０によってコリメートされるが、第１の方向又は角度とは異なる第２の方向又は角度で出力される。ＭＬＡ１１０２の構成及び光源１１０４のマトリックスは、コントローラ１４０がＳＬＭ８２０の異なる領域について異なる照明角度を提示することを可能にする。別の実施形態では、ＭＬＡ１１０２の代わりに、マイクロミラー（図示せず）のアレイが利用され得る。
【0096】
【0097】
【0098】
図２０に見られるように、眼１８０のレンズ１８４は無限遠に焦点を合わせられ、瞳孔１８２は、網膜１８６でそれぞれ画像Ｐ1及びＰ2を作製する２つの光のビームであるビーム１２００及びビーム１２０２によって照明される。図２１は、眼１８０のレンズ１８４が無限遠ではなく有限距離で焦点を合わせ、レンズ１８４がより短い焦点距離を有することを示している。図２１のレンズ１８４の焦点距離が短いため、画像Ｐ1、Ｐ2は単一の画像に収束する。画像Ｐ1及びＰ2は、小さいサブ開口を通して瞳孔１８２に投影されるため、眼１８０のレンズ１８４の焦点距離が変化すると、画像Ｐ1及びＰ2のぼやけが小さくなる。
【0099】
図２２及び図２３は、画像投影アセンブリ１１０及び２１０が、ＦＯＶ内の異なる点及びＰＯＤ１１２及び２１２の異なるサブ開口角に対応するビーム１３００及び１３０２をＥＭＢ１２８上に投影し、図２０及び図２１に示されるように瞳孔１８２の異なる領域を照明する実施形態を例解する。特定の構成要素を有するものとして示されているが、画像投影アセンブリ１１０及び２１０は各々、本明細書に説明される様々な実施形態で見られるＬＯＥ、ＰＯＤ、照明システム又は光学システム１００の他の部分の構成要素のいずれかを含み得る。
【0100】
ここで図２４を参照すると、いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、単一の画像の投影を、複数のフレーム、例えば、フレーム１、フレーム２．．．フレームｎに分割するように、かつ各フレームを順次ユーザの眼１８０に投影するように構成されている。この実施形態におけるコントローラ１４０は、図２４に示されるように、連続するフレーム１－ｎの画像１３００1、１３００2、．．．１３００n内のオブジェクトが前フレームに対してわずかにシフトするように、各連続フレーム１、２、．．．ｎにおける画像１３００1、１３００2、．．．１３００nの場所をシフトするように構成されている。コントローラ１４０は、フレームを一度に１つずつ高速で連続して投影するように構成されており、いくつかの実施形態では、アレイ３０６内の異なる光源を活性化することによって、ＰＯＤ１１２の異なるサブ開口を使用してシフトしたフレームのうちの１つ以上を投影し得る。例えば、図２４に見られるように、フレームｎの画像１３００nは、フレーム１の画像１３００1に対して距離ｅだけずれている。このようにして、コントローラ１４０は、画像のフレームの時間多重投影を使用して一次元明視野をシミュレートし得る。
【0101】
場合によっては、上で説明される時間多重明視野投影は、例えば、図２２の軸Ｘに沿って、一次元のみで創出される。軸Ｚに沿って、画像のビームは幅が広く、ファセット１２４による瞳孔の拡大により、Ｚ方向に眼の全開口を照明する。このため、Ｚ方向の画像が鮮明なのは無限遠に焦点を合わせた場合のみで、眼の調節が変化して有限の焦点距離になると、Ｚ方向の画像がぼやけてくる。
【0102】
図２５Ａ～図２５Ｃを参照すると、画像投影アセンブリ２１０の実施形態が例解され、ここでは、上で説明されるような時間多重明視野投影のＺ方向でのぼやけが克服され得る。例えば、Ｚ方向におけるビーム１４００の開口は、ファセット２２４のいくつかの反射率及び強度の少なくとも１つを動的に増加又は減少させることによって、例えば、動的にそれらをより反射的又はより透明にすることによって、制限され得る。実施例として、ＬＯＥ２１４のファセット２２４の反射率及び強度の一方又は両方は、図２５Ａ～図２５Ｃに示される実施形態で動的に調整されるように構成されている。画像投影アセンブリ２１０を参照して説明されているが、他の実施形態では、画像投影アセンブリ１１０が代替的に利用され得る。
【0103】
Ｘ次元におけるビーム１４００のサイズは、照明システム、例えば、本明細書に説明される照明システム３００、６００、８００、及び９００のいずれか又は他の構成要素に起因して制限されるが、Ｚ方向において、ビーム１４００は、図２５Ｂに示されるように、ファセット１４０２、１４０４、１４０６、及び１４０８からの反射によって完全なＥＭＢ１２８を照明する。図２５Ｂに示される実施例では、ファセット１４０４及び１４０６からの反射は、ＥＭＢ１２８内の特定の位置において瞳孔１８２を照明するが、他のファセット、例えば、ファセット１４０２、１４０８などからの反射は、ＥＭＢ１２８内の特定の位置において瞳孔１８２を照明することはない。ファセット１４０６が図２５Ｃに示されるように透明（非反射）になると、Ｚ方向の瞳孔１８２の一部のみが照明される。各ファセットの反射率及び強度の一方又は両方を動的に調整することによって、瞳孔１８２の任意の位置及び眼１８０のレンズ１８４の任意の調節について、網膜１８６上の点の画像をＺ方向で鮮明にされ得る。
【0104】
ここで図２６を参照すると、いくつかの実施形態によるファセット１５０２の反射率及び強度の一方又は両方を制御するための動的ファセット構造１５００が例解されている。ファセット１５０２は、ｐ偏光に対して高透過性であり、ｓ偏光に対して部分的に反射性であり得る。動的ファセット構造１５００は、第１の液晶層１５０４と第２の液晶層１５０６との間に配設されたファセット１５０２を含む。いくつかの実施形態では、液晶層１５０４及び１５０６は平行であり、ファセット１５０２に平行であり得る。液晶層１５０４及び１５０６の各々における液晶の状態は、例えば、コントローラ１４０（図１）によって、層に印加される電圧によって制御される。「オン」状態では、各液晶層１５０４及び１５０６の液晶は、ビーム１４００の偏光を９０度回転させる半波長板として機能する。「オフ」状態では、ビーム１４００の偏光状態は、液晶の層を通過した後に変化することはない。
【0105】
この実施形態では、ＬＯＥ２１４内で伝播するビーム１４００はｓ偏光され、ファセット１５０２は、上で言及されるように、ｐ偏光に対して高度に透過性であり、ｓ偏光に対して部分的に反射性である。他の実施形態では、ＬＯＥ２１４内で伝搬するビーム１４００は、ｐ偏光され得、ファセット１５０２は、ｓ偏光に対して高度に透過性であり、ｐ偏光に対して部分的に反射性であり得る。
【0106】
液晶層１５０４及び１５０６が「オフ」状態にある場合、ビーム１４００がファセット１５０２に直面するときのビーム１４００の偏光は、ｓ偏光であり、ファセット１５０２は、例えば、図２５Ｃのファセット１４０４によって示されるように、ビーム１４００に対して部分的に反射する。液晶層１５０４及び１５０６が「オン」状態にあるとき、ビーム偏光は、ファセット１５０２におけるｐ偏光であり、ファセット１５０２は、例えば、図２５Ｃのファセット１４０６によって示されるように、ビーム１４００に対して透明である。
【0107】
ファセット１５０２のいずれかの側に配設された液晶層、例えば、ファセット１５０２の一方の側に配設された液晶層１５０４及びファセット１５０２の反対側に配設された液晶層１５０６が存在するため、「オン」状態にある場合、ビーム１４００の偏光は、動的ファセット構造１５００に直面する前のｓ偏光から、液晶層１５０４を通過した後のｐ偏光に変化することに留意されたい。ビーム１４００は、ｐ偏光を有している間にファセット１５０２に直面し、ｐ偏光におけるファセット１５０２の高い透過率により、通過することになる。次いで、ビーム１４００は、ファセット１５０２の反対側に液晶層１５０６に直面し、ｐ偏光からｓ偏光に戻る。次いで、ビーム１４００は、ｓ偏光を有したまま動的ファセット構造１５００を出る。このようにして、各動的ファセット構造１５００は、他のファセットのいずれかに対するビーム１４００の偏光に影響を与えることなく、ビーム１４００を反射又は透過するようにコントローラ１４０（図１）によって独立して制御され得る。
【0108】
別の実施形態では、ファセット２２４の反射率及び強度の一方又は両方は、電気的に切り替え可能なブラッグ反射器を使用して代替的に動的に制御され得る。例えば、いくつかの実施形態では、カップリングアウト配置２２０のファセット２２４の各々は、その反射率、強度、又はその両方がコントローラ１４０によって電気的に制御され得る電気的に切り替え可能なブラッグ反射器を含み得る。
【0109】
ここで、図２７Ａ及び図２７Ｂを参照して、いくつかの実施形態による画像投影アセンブリ１６１０について説明する。画像投影アセンブリは、ＰＯＤ１１２、２１２又は本明細書に開示される任意の他のＰＯＤと同様の構成要素及び機能性を含み得るＰＯＤ１６１２を含む。画像投影アセンブリは、以下でより詳細に説明される場合を除き、ＬＯＥ１１４、２１４又は本明細書に開示される他のＬＯＥのいずれかと少なくともいくつかの同様の構成要素及び機能性を含み得るＬＯＥ１６１４を含む。ＰＯＤ１６１２は、ＥＭＢ１２８及び瞳孔１８２へのカップリングアウト構成１６２０によって方向付けられる光ビーム１６２６をＬＯＥ１６１４に出力するように構成されている。
【0110】
図２７Ａ及び図２７Ｂの実施形態では、カップリングアウト配置１６２０は、例えば、図２７Ａ及び図２７Ｂに示されるように、ＬＯＥ１６１４の主要外部表面１６１６又は１６１８のうちの１つに配設された切り替え可能なブラッグ反射器（ＳＢＲ）１６２４を含む。例えば、いくつかの実施形態では、ＳＢＲ１６２４は、主要外部表面１６１６内に統合され得る。「オン」状態にあるとき、ＳＢＲ１６２４は、光ビーム１６２６をＥＭＢ１２８内の瞳孔１８２の場所に向かって反射させるように構成されている。「オフ」状態にあるとき、ＳＢＲ１６２４は、光ビーム１６２６が導波路内で伝播するように、全内部反射率を提供する。いくつかの実施形態では、ＳＢＲ１６２４は、例えば、コントローラ１４０によって独立して制御され得る領域１６２８を含む、複数の選択的に活性化可能な領域に分割される。ＳＢＲ１６２４の選択領域を「オン」に切り替えることによって、例えば、図２７Ｂの選択領域１６２８に示されるように、瞳孔１８２の標的部分が照明され得る。別の実施形態では、ＳＢＲ１６２４の代わりに、透過性切り替え可能格子が代替的に使用され得る。
【0111】
図２８を参照すると、ここで、動的ファセット構造１５００又はＳＢＲ１６２４を制御するようにコントローラ１４０が更に構成されている２Ｄ明視野投影を有する光学システム１００の実施形態について説明する。例えば、アイトラッキングシステム１６０は、ＬＯＥ１１４に対する瞳孔１８２の場所を判定し、この場所を場所情報としてコントローラ１４０に提供する。コントローラ１４０は、場所情報を使用して、判定された場所において瞳孔１８２上に画像を投影するように活性化され得るアレイ３０６内の光源又は複数の光源を判定し、ＳＬＭ３０４によって画像に適用される歪みを判定し、上で説明されるように、図２Ａ～図２Ｃの２Ｄ拡大システムのＰＯＤ１１２及び反射光学配置１２２又は図３の１Ｄ拡大システムのＰＯＤ２１２内の収差に起因する網膜１８６上の画像移動を補償する。
【0112】
この実施形態では、コントローラ１４０はまた、ＬＯＥ１１４内のファセット１２４のうちのどのファセット１２４が、例えば、上で説明されるように、眼１８０のレンズ１８４の調節の変化に起因するＺ方向の画像の鮮明さを向上させるために、「オン」状態（半反射）及び「オフ」状態（透過）に設定されるように選択されるかを判定するように構成されている。例えば、無限遠に位置するオブジェクトの画像を投影するには、単一の画像のみを投影する必要がある。しかしながら、最終的な距離に位置するオブジェクトの画像を投影するために、例えば、図２０～図２４を参照して上で説明されるように、複数の画像を投影する必要がある。
【0113】
一実施例のシナリオでは、ユーザから有限距離に位置するオブジェクトの画像が投影される。瞳孔１８２の所与の位置について、複数の画像、例えば、２つの画像、３つの画像、…１００個以上の画像が、瞳孔１８２の異なるサブ開口を通して投影される。各サブ開口投影について、画像は２回ゆがめられる。第１の歪みは、図１３Ａ～図１３Ｃに示されるような収差によって引き起こされる歪みを補償するように構成されている。第２の歪みは、例えば、図２０及び図２１に示されるように、画像をシフトして明視野を創出するように構成されている。
【0114】
図２９を参照して、ここで、選択的に活性化可能なファセット１２４の制御を含む図２８の光学システム１００を動作させるための例示的なプロセスを説明する。本プロセスは、コントローラ１４０、アイトラッキングシステム１６０、ＰＯＤ１１２及びＬＯＥ１１４によって少なくとも部分的に行われ得るか、又は光学システム１００の他の部分によって少なくとも部分的に行われ得る。
【0115】
図２９のプロセスは、ステップ１７００～１７１２を含む。図２９のプロセスは、他の実施形態では、特定のステップ又は特定の順序のステップを有するように本明細書で説明されているが、本プロセスは、代替的に、任意の順序でステップを行い得るか、追加のステップを含み得るか、より少ないステップを含み得るか、又は以下で説明されるステップの部分のみを行い得る。
【0116】
ステップ１７００において、アイトラッキングシステム１６０は、例えば、１つ以上のアイトラッキングカメラ又は他の光学要素を使用して、瞳孔１８２の場所を判定し、判定された場所に対応する場所情報、例えば、座標又は他の情報をコントローラ１４０に提供する。
【0117】
ステップ１７０２において、コントローラ１４０は、瞳孔１８２の部分上に画像を投影するために活性化され得るアレイ３０６内の光源を判定する。例えば、コントローラ１４０は、どの光源がＥＭＢ１２８の各部分に対応するかを示すＥＭＢ１２８の座標マップを維持し得る。コントローラ１４０は、例えば、ＥＭＢ１２８に対する瞳孔１８２の場所を判定し、座標マップに基づいて対応する光源を識別することによって、少なくとも部分的に、場所情報と座標マップとの間の比較に基づいて活性化される光源を選択し得る。
【0118】
ステップ１７０４において、コントローラ１４０は、例えば、上で説明されるように、ファセット１２４のうちのどれを「オン」状態に設定する必要があり、ファセット１２４のうちのどれを「オフ」状態に設定する必要があるかを判定する。
【0119】
ステップ１７０６において、コントローラ１４０は、活性化される識別された光源に少なくとも部分的に基づいて、ＳＬＭ３０４においてどの歪みが画像に適用するかを判定する。いくつかの実施形態では、歪みはまた、若しくは代替的に、例えば、複数の光源が同じ場所を照明するために利用され得るが、異なるコリメート角度を有する場合に、場所情報に少なくとも部分的に基づいて判定され得る。いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、図１３のステップ５０４について上で説明されるものと同様の方法で、又は任意の他の方法で適用される歪みを判定し得る。
【0120】
ステップ１７０８において、コントローラ１４０は、適切な制御信号をファセット１２４に適用して、それらを判定された「オン」又は「オフ」状態に設定する。
【0121】
ステップ１７１０において、コントローラ１４０は、識別された光源を活性化させて画像を出力する。
【0122】
ステップ１７１２において、コントローラ１４０は、画像をＬＯＥ１１４に提供する前に、画像に適用されるべき判定された歪みをＳＬＭ３０４に提供する。次いで、画像は、「オン」状態に設定されたＬＯＥ１１４のファセット１２４によって瞳孔１８２の部分上に投影され、プロセスはステップ１７００に戻り、画像の各フレームについて続行する。このようにして、瞳孔１８２の場所の変化が考慮され、眼１８０の調節の変化が画像の鮮明さに及ぼす影響が軽減され、対応する光源が活性化され、適切な歪みが適用され、可能な限り歪みが少ない画像が生成される。
【0123】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、単数形の「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、別途文脈が明確に示していない限り、複数形も含むことを意図している。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／又は「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用される場合、記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を指定するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はそれらの群の存在又は追加を除外しないことが更に理解されるであろう。
【0124】
以下の特許請求の範囲において、該当する場合、全てのミーンズプラスファンクション又はステッププラスファンクション要素の、対応する構造、材料、動作、及び均等物は、具体的に特許請求された他の特許請求された要素と組み合わせてその機能を行うための、あらゆる構造、材料、又は行為を含むことを意図している。本発明の開示される実施形態は、例解及び説明のために提示されているが、網羅的であること又は開示された形態の発明に限定されることを意図するものではない。多くの修正及び変形が、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく、当業者には明らかになるであろう。本発明の原理及び実際の用途を最良に説明し、想到される特定の使用に適するように様々な修正を加えた様々な実施形態について本発明を他の当業者が理解することを可能にするために、本実施形態を選択し、かつ説明した。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図13D】
【図14】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図16C】
【図17】
【図18A】
【図18B】
【図18C】
【図19A】
【図19B】
【図19C】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25A】
【図25B】
【図25C】
【図26】
【図27A】
【図27B】
【図28】
【図29】
【国際調査報告】