特表 2024-530801 独立した共役画像生成

(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】2024-08-23

(54)【発明の名称】独立した共役画像生成

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20240816BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20240816BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20240816BHJP

   G02C 11/00 20060101ALN20240816BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

G02B5/30

G02B5/18

G02C11/00

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024514415

(86)(22)【出願日】2022-09-02

(85)【翻訳文提出日】2024-04-25

(86)【国際出願番号】 IB2022058271

(87)【国際公開番号】W WO2023031874

(87)【国際公開日】2023-03-09

(31)【優先権主張番号】63/240,951

(32)【優先日】2021-09-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/245,869

(32)【優先日】2021-09-19

(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】518010049

【氏名又は名称】ルムス エルティーディー．

【氏名又は名称原語表記】Ｌｕｍｕｓ Ｌｔｄ．

【住所又は居所原語表記】８ Ｐｉｎｃｈａｓ Ｓａｐｉｒ Ｓｔｒｅｅｔ， ７４０３６３１ Ｎｅｓｓ Ｚｉｏｎａ， Ｉｓｒａｅｌ

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100229448

【弁理士】

【氏名又は名称】中槇 利明

(72)【発明者】

【氏名】ダンツィガー，ヨハイ

(72)【発明者】

【氏名】ロネン，エイタン

【テーマコード（参考）】

2H006

2H149

2H199

2H249

【Ｆターム（参考）】

2H006CA00

2H149AA01

2H149BA03

2H199CA23

2H199CA24

2H199CA25

2H199CA29

2H199CA30

2H199CA32

2H199CA42

2H199CA45

2H199CA47

2H199CA48

2H199CA50

2H199CA54

2H199CA64

2H199CA67

2H249AA12

2H249AA60

2H249AA62

2H249AA64

2H249AA65

(57)【要約】

光学システムは、（ａ）導光光学素子（ＬＯＥ）であって、透明な材料から形成されており、かつ第１及び第２の主外面での内部反射による画像の伝播を支持するための少なくとも第１及び第２の相互に平行な主外面を有し、ＬＯＥは、ユーザの眼の方に画像を結合出力するための結合出力配置を有し、ＬＯＥは結合入力配置を有する、導光光学素子（ＬＯＥ）と、（ｂ）画像プロジェクタであって、画像を生成するための画像生成器、及び共役画像を生成するための画像共役生成器を備え、画像生成器及び画像共役生成器は、それぞれ、ＬＯＥの真正面ではない方向から、画像及び共役画像を投影するように配設された、画像プロジェクタと、を含み得る。
【選択図】図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

閲覧するためにユーザの方に画像を向けるための光学システムであって、前記光学システムは、
（ａ）導光光学素子（ＬＯＥ）であって、透明な材料から形成されており、かつ第１及び第２の主外面での内部反射による画像の伝播を支持するための少なくとも第１及び第２の相互に平行な主外面を有し、前記ＬＯＥは、前記ユーザの眼の方に前記画像を結合出力するための結合出力配置を有し、前記ＬＯＥは結合入力配置を有する、導光光学素子（ＬＯＥ）と、
（ｂ）画像プロジェクタであって、画像を生成するための画像生成器、及び前記画像の共役画像を生成するための画像共役生成器を備え、前記画像プロジェクタは、前記画像及びその共役画像を、前記画像及び前記共役画像が前記少なくとも第１及び第２の主外面のいずれかに当たる前に、結合入力開口部に導入するように、前記結合入力開口部に結合されており、前記画像生成器及び前記画像共役生成器は、それぞれ、ＬＯＥ１０の真正面ではない方向から、前記画像及び前記共役画像を投影するように配設された、画像プロジェクタと、を備える、光学システム。

【請求項2】

前記ＬＯＥは、前記画像プロジェクタからの光が、前記第１の主外面の側面から、又は前記第２の主外面の場合には側面から前記ＬＯＥに結合するように、前記第１及び第２の主外面に対して斜めに展開された結合入力反射器を更に備える、請求項１に記載の光学システム。

【請求項3】

前記システムが、
前記第１及び第２の主外面に対して斜めに展開された結合入力反射器と、
前記結合入力反射器に動作可能に接続されており、前記画像及び前記共役画像を生成する前記画像生成器及び前記画像共役生成器と協調して前記結合入力反射器を順次枢動させるように構成されたピボットと、を備える、請求項１に記載の光学システム。

【請求項4】

２つ以上の隣接する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、第１のＰＢＳ及び第２のＰＢＳと、
前記ビームスプリッタに動作可能に接続された２つ以上の再集束反射レンズと、
前記第１のＰＢＳの第１の側面に配設されており、出射された偏光ビームが前記第１のＰＢＳを通って透過し、前記再集束反射レンズに当たるように、第１の偏光の前記偏光ビームを出射するように構成された光源であって、前記再集束反射レンズは、反射ビームが前記第１のＰＢＳから、前記第２のＰＢＳに向かって反射するように、入射ビームを反射し、前記入射ビームの偏光を回転させ、前記反射ビームは、前記第２のＰＢＳから前記画像プロジェクタに反射して前記画像生成器及び前記共役画像生成器を照らし、投影された前記画像及び共役画像が前記第２のＰＢＳを通って透過し、第２の再集束反射レンズに当たり、前記再集束反射レンズは、前記反射ビームが前記第２のＰＢＳから前記ＬＯＥに反射するように、前記入射ビームを反射し、前記入射ビームの偏光を回転させる、光源と、を備える、請求項１に記載の光学システム。

【請求項5】

前記画像プロジェクタが、前記画像生成器及び少なくとも３つの共役画像生成器を備える、請求項１に記載の光学システム。

【請求項6】

前記システムが、高解像度の元の画像を、前記画像及び前記共役画像として生成されるより低い解像度のサブ画像に補間する、請求項５に記載の光学システム。

【請求項7】

前記画像プロジェクタが、前記画像生成器と、前記共役画像生成器と、１つ以上の追加の共役画像を生成するための前記主外面と不連続の少なくとも１つの反射面と、を備える、請求項１に記載の光学システム。

【請求項8】

前記画像生成器及び前記共役画像生成器が、１つの単一マトリックスの一部ではなく、代わりに、異なる位置又は配向に配設されており、異なる方向に光を投影する、請求項１に記載の光学システム。

【請求項9】

前記結合入力配置の前に配設されており、特定の角度で伝播する画像のビームを反射し、それと同時に他の角度で伝播するビームに対して透明であるように構成された角度選択ミラーを備え、
前記画像生成器が、ＰＢＳからコリメート反射レンズに反射され、かつ前記角度選択ミラーを通って、前記画像を前記結合入力配置に向かって反射されるように前記角度選択ミラーに反射し返すミラーに反射されるように、第１の偏光で偏光された前記画像を生成する、請求項１に記載の光学システム。

【請求項10】

前記画像生成器及び前記共役画像生成器が、マトリックスと組み合わせて第１及び第２のレーザーに対応する、請求項１に記載の光学システム。

【請求項11】

前記画像生成器及び前記共役画像生成器が、マトリックスと組み合わせて第１及び第２のレーザーに対応し、第１のレーザーが前記画像を照らし、第２のレーザーが前記共役画像を照らし、画像ビームが、レンズによって集束され、次いで、ミラースキャナを通って、ＰＢＳによってマトリックス上に反射され、前記マトリックスから、再度前記ＰＢＳを通って、反射レンズによって再集束され、かつ前記ＰＢＳによって、ディフューザ又はマイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）上に反射される、請求項１に記載の光学システム。

【請求項12】

前記画像生成器及び前記共役画像生成器が、互いに対して傾斜しているか、又は角度をなしている、請求項１に記載の光学システム。

【請求項13】

１つ以上のコリメート反射レンズを備え、前記画像生成器及び前記共役画像生成器が、互いに対して、及び前記コリメート反射レンズに対して傾斜しているか、又は角度をなしている、請求項１２に記載の光学システム。

【請求項14】

閲覧するためにユーザの方に画像を向けるための光学システムであって、前記光学システムは、
（ａ）導光光学素子（ＬＯＥ）であって、透明な材料から形成されており、かつ第１及び第２の主外面での内部反射による画像の伝播を支持するための少なくとも第１及び第２の相互に平行な主外面を有し、前記ＬＯＥは、前記ユーザの眼の方に前記画像を結合出力するための結合出力配置を有し、前記ＬＯＥは結合入力配置を有する、導光光学素子（ＬＯＥ）と、
（ｂ）画像プロジェクタであって、画像及び前記画像の共役画像を順次生成するように構成された画像生成器を備え、前記画像プロジェクタは、前記画像及びその共役画像を、前記画像及び前記共役画像が前記少なくとも第１及び第２の主外面のいずれかに当たる前に、結合入力開口部に導入するように、前記結合入力開口部に結合されており、前記画像生成器は、前記ＬＯＥの真正面ではない方向から、前記画像及び前記共役画像を投影するように配設された、画像プロジェクタと、を備える、光学システム。

【請求項15】

液晶偏光スイッチを備え、前記液晶偏光スイッチは、前記画像が生成されているときに前記スイッチが偏光を回転させず、前記共役画像が生成されているときに偏光を回転させるように、又はその逆になるように、前記画像プロジェクタと協調して動くように構成されている、請求項１４に記載のシステム。

【請求項16】

前記第１及び第２の主外面に対して斜めに展開された結合入力反射器と、
前記結合入力反射器に動作可能に接続されており、前記画像及び前記共役画像を生成する前記画像生成器及び前記画像共役生成器と協調して前記結合入力反射器を順次枢動させるように構成されたピボットと、を備える、請求項１４に記載の光学システム。

【請求項17】

閲覧するためにユーザの方に画像を向けるための光学システムであって、前記光学システムは、
（ａ）導光光学素子（ＬＯＥ）であって、透明な材料から形成されており、かつ第１及び第２の主外面での内部反射による画像の伝播を支持するための少なくとも第１及び第２の相互に平行な主外面を有し、前記ＬＯＥは、前記ユーザの眼の方に前記画像を結合出力するための結合出力配置を有し、前記ＬＯＥは結合入力配置を有する、導光光学素子（ＬＯＥ）と、
（ｂ）画像及び前記画像の共役画像を生成するための画像プロジェクタであって、前記画像プロジェクタは、前記画像及びその共役画像を、前記画像及び前記共役画像が前記少なくとも第１及び第２の主外面のいずれかに当たる前に、結合入力開口部に導入するように、前記結合入力開口部に結合されており、前記画像プロジェクタは、それぞれ、ＬＯＥ１０の真正面ではない方向から、前記画像及び前記共役画像を投影するように配設された、画像プロジェクタと、を備える、光学システム。

【請求項18】

前記画像プロジェクタが、２つのミラー画像を並べて生成する単一の液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）マトリックスである、請求項１７に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学システムに関し、特に、ユーザに画像を表示するための光学システムに関する。

【背景技術】

【0002】

様々な種類のディスプレイ、特にニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）は、典型的には１つ以上の導波管を採用し、その導波管内で画像が全内部反射（ＴＩＲ）によって伝播するように画像プロジェクタから画像が入射され、次いで、１つ以上の結合出力要素（例えば、部分反射性内面（「ファセット」）、回折格子など）を介して観察者の眼に向かって結合出力される。そのような導波管は、一対の平行な主外面を有する透明な基板から作られ、その一対の主外面が導波管の長さに沿って延在し、それらの間で画像及びその共役画像が反射される。画像はコリメートされた画像であることが好ましく、導波管は平面であることが好ましい。性能を最良化するためには、画像の各画素及び共役画像の各画素に対応する照明が導波管の厚さ内の（ユーザの眼に到達することができる出力画像に寄与する導波管の領域に対して）全ての点に存在するように、画像とその共役画像の双方が導波管を完全に充填する必要がある。

【0003】

その導波管の充填は、入射された画像の主光線にほぼ垂直に配向された結合入力（ｃｏｕｐｌｉｎｇ－ｉｎ）面を有する結合入力プリズムを提供することによって達成することができ、それにより、共役画像を生成するように画像が導波管の１つの表面の拡張領域上に到達することが可能になる。しかしながら、特に、画像が主外面に対して比較的浅い角度（すなわち、表面の法線に９０度近く）で入射される実装態様では、共役画像で導波管を充填するために必要な結合入力領域の長さを導波管の寸法に追加することが重要である。これは、導波管１０への典型的な結合入力を示す図２Ａに示されている。導波管基板から切断された、又は導波管基板に取り付けられた結合入力プリズム１４を使用して、光線４０、４１を浅い角度で導波管に向ける。光線４０、４１が導波管内を伝播すると、光線４１が導波管の上面から反射され、それによって光線４０の共役光となる。図２Ａから明らかなように、結合入力プリズムを用いても、導波管内に浅い光線の共役光を生み出すためには、比較的大きな入力開口部（したがって、より大きなプロジェクタ）が必要となる。

【0004】

図２Ｂに示される導波管を充填するための代替の手法では、主外面間の導波管１０の厚さを細分化し、かつ外面に平行な導波管の長さに沿った経路の少なくとも一部に延びる中間点付近で、導波管１０の内部に５０％ビームスプリッタ（又は「ミキサ」）１３が用いられている。ビームスプリッタ１３は、光線を部分的に反射して、導波管１０内でその共役光（例えば、光線４１）を生成するのに効果的であり、入力開口部及びウェッジプリズム１４をより小さくすることが可能になる（図２Ａと比較した場合）。

【0005】

ミキサ１３の存在によって、より小さいプロジェクタ開口部及び結合プリズムが使用可能となるが、重要なこととして、ミキサ自体が導波管の寸法に追加される。ミキサ１３に必要な最短の長さは、式ｌ_ｍｉｎ＝ω・ｔａｎΦによって表すことができ、式中、ωは導波管の幅であり、Φは（ＬＯＥ主面の法線に対して）視野角の伝播である。したがって、ミキサの最短の長さに対する上記の制約によって、ミキサを収容するために導波管をより長くすることが必要となる。更に、ミキサを導波管内に組み込むことは、導波管表面との平行性が必要となるために、導波管を生み出す際により高い精度が必要となる。

【発明の概要】

【0006】

本発明の実施形態の教示によれば、光学システムであって、（ａ）導光光学素子（ＬＯＥ）であって、透明な材料から形成されており、かつ第１及び第２の主外面での内部反射による画像の伝播を支持するための少なくとも第１及び第２の相互に平行な主外面を有し、ＬＯＥは、ユーザの眼の方に画像を結合出力するための結合出力配置を有し、ＬＯＥは結合入力配置を有する、導光光学素子（ＬＯＥ）と、（ｂ）画像プロジェクタであって、画像を生成するための画像生成器、及び共役画像を生成するための画像共役生成器を備え、画像生成器及び画像共役生成器は、それぞれ、ＬＯＥ１０の真正面ではない方向から、画像及び共役画像を投影するように配設された、画像プロジェクタと、を備える、光学システムが提供される。

【0007】

本発明の別の実施形態の教示によれば、閲覧するためにユーザの方に画像を向けるための光学システムであって、光学システムは、（ａ）導光光学素子（ＬＯＥ）であって、透明な材料から形成されており、かつ第１及び第２の主外面での内部反射による画像の伝播を支持するための少なくとも第１及び第２の相互に平行な主外面を有し、ＬＯＥは、ユーザの眼の方に画像を結合出力するための結合出力配置を有し、ＬＯＥは結合入力配置を有する、導光光学素子（ＬＯＥ）と、（ｂ）画像及び画像の共役画像を順次生成するように構成された画像生成器を備える画像プロジェクタであって、当該画像プロジェクタは、画像及びその共役画像を、当該画像及び当該共役画像が当該少なくとも第１及び第２の主外面のいずれかに当たる前に、結合入力開口部に導入するように、当該結合入力開口部に結合されており、画像生成器は、ＬＯＥの真正面ではない方向から、画像及び共役画像を投影するように配設された、画像プロジェクタと、を備える、光学システムが提供される。

【0008】

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の態様の様々な例示的な実施形態を示す様々な例示的なシステム、方法などを示す。図中の示される要素の境界（例えば、ボックス、ボックスのグループ、又は他の形状）は、境界の一例を表すことが理解されよう。当業者は、１つの要素が複数の要素として設計されてもよく、又は複数の要素が１つの要素として設計されてもよいことを理解するであろう。別の要素の内部コンポーネントとして示される要素は、外部コンポーネントとして実装され得、その逆もまた同様である。更に、要素は、縮尺通りに描画されない場合がある。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1A】本発明の教示に従って構築され、かつ動作可能である、導光光学素子（ＬＯＥ）を使用して実装された光学システムの概略等角図であり、上から下の構成を示す。

【図1B】本発明の教示に従って構築され、かつ動作可能である、導光光学素子（ＬＯＥ）を使用して実装された光学システムの概略等角図であり、側方入射構成を示す。

【図2A】結合プリズムを介してＬＯＥへの画像の従来の結合入力を示す概略側面図である（上述）。

【図2B】一体化されたビーム増倍器を有するＬＯＥへの画像の従来の結合入力を示す概略側面図である（上述）。

【図3】画像－共役画像対のＬＯＥへの結合入力を示す、図１Ａ及び図１Ｂの光学システムの一部の概略側面図である。

【図4A】２つの反射する表面のみを有する一次元ＬＯＥを示す。

【図4B】２つの反射する表面のみを有する一次元ＬＯＥを示す。

【図5A】４つの反射する表面を有する二次元ＬＯＥを示す。

【図5B】４つの反射する表面を有する二次元ＬＯＥを示す。

【図6】ハイブリッド配置で４つの反射する表面を有する二次元ＬＯＥを示す。

【図7】結合入力配置として機能するためのＬＯＥの一部を形成する反射面を含む例示的な光学システムを示す。

【図8】結合入力配置として機能するためのＬＯＥに隣接して配設された反射面を含む例示的な光学システムを示す。

【図9】結合入力された画像を順次変化させる結合入力配置として機能するためのピボット上の反射面を含む例示的な光学システムを示す。

【図10】２つの偏光ビームスプリッタを組み込んだ実施形態を示す。

【図11】超解像又は是正解像のための技術の概略図を示す。

【図12A】画像生成器が同じマトリックスの一部ではなく、代わりに、マトリックスが複数のマトリックスに分割された実施形態を示す。

【図12B】画像生成器が同じマトリックスの一部ではなく、代わりに、マトリックスが複数のマトリックスに分割された実施形態を示す。

【図12C】画像生成器が同じマトリックスの一部ではなく、代わりに、マトリックスが複数のマトリックスに分割された実施形態を示す。

【図13A】画像及び共役画像を順次生成するために、単一のマトリックス１１４が時間的に多重化される実施形態を示す。

【図13B】画像及び共役画像を順次生成するために、単一のマトリックス１１４が時間的に多重化される実施形態を示す。

【図13C】画像及び共役画像を順次生成するために、単一のマトリックス１１４が時間的に多重化される実施形態を示す。

【図14A】図１３Ａ～図１３Ｃと同等であるが、ＰＢＳが２つに分割されている実施形態を示す。

【図14B】図１３Ａ～図１３Ｃと同等であるが、ＰＢＳが２つに分割されている実施形態を示す。

【図14C】図１３Ａ～図１３Ｃと同等であるが、ＰＢＳが２つに分割されている実施形態を示す。

【図15】ＬＣＯＳマトリックスにわたって走査レーザーを利用する実施形態を示す。

【図16A】画像及びその共役画像が互いに角度的に分離され、開口部の前に配設された角度選択ミラーを含む実施形態を示す。

【図16B】画像及びその共役画像が互いに角度的に分離され、開口部の前に配設された角度選択ミラーを含む実施形態を示す。

【図16C】画像及びその共役画像が互いに角度的に分離され、開口部の前に配設された角度選択ミラーを含む実施形態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の特定の実施形態は、仮想現実ディスプレイ、又はより好ましくは拡大現実ディスプレイであり得る、ヘッドアップディスプレイ、最も好ましくはニアアイディスプレイの目的で、光学的開口拡大を達成するための導光光学素子（ＬＯＥ）を含む光学系を提供する。

【0011】

ＬＯＥ１０を採用し、かつ概して１００で示された本発明の一実施形態の教示に従ったニアアイディスプレイの形態のデバイスの例示的な実装態様が図１Ａ及び図１Ｂに概略的に示されている。ニアアイディスプレイ１００は、画像光が、１つの次元において、相互に平行な平面状外面のセットにおける内部反射によって捕捉されるＬＯＥ（互換的に、「導波管」、「基板」、又は「スラブ」と称される）１０内に画像を入射するように光学的に結合されたコンパクトな画像プロジェクタ（又は「ＰＯＤ」）１１４を採用している。

【0012】

光学開口部の拡大は、画像照明を連続的に向け直すための１つ以上の配置によってＬＯＥ１０内で達成され、典型的には、相互に平行で、かつ画像光の伝播方向に斜めに傾斜した一組の部分反射面（互換的に「ファセット」と称される）を採用し、各連続するファセットが、画像光の一部分を偏向方向に偏向させる。一次元の開口部を拡大するために、ファセットはまた、画像光をユーザの眼に向かって結合出力する。場合によっては、ここに示されるように、二次元の開口部の拡大は、領域１１６内の第１の組のファセットを採用して、内部反射によって補足／誘導された画像照明を連続的にＬＯＥ内に向け直すことによって達成される。次いで、偏向された画像照明は、隣接する別個の基板として、又は単一の基板の延長部として実装され得る第２の基板領域１１８に入り、その中では、外部結合配置（例えば、部分反射ファセットの更なるセット）が、眼球運動ボックス（ＥＭＢ）として画定される領域内に位置する観察者の眼に向かって、ある割合の画像照明を次第に外部結合し、それによって、光学的開口部拡大の第２の寸法が達成される。同様の機能が、領域１１６及び１１８の一方又は両方内で画像照明を向け直し、かつ／又は結合出力するための回折光学素子（ＤＯＥ）を使用して得られ得る。

【0013】

デバイス全体は、各眼に対して別々に実装されてもよく、好ましくは、各ＬＯＥ１０がユーザの対応する眼に対向する状態で、ユーザの頭部に対して支持される。ここに示されたような１つの特に好ましい選択肢では、支持構成は、ユーザの耳に対してデバイスを支持するための側部１２０を有する眼鏡フレームとして実装される。ヘッドバンド、サンバイザ、又はヘルメットから吊り下げられたデバイスを含むがそれらに限定されない、他の形態の支持構成も使用され得る。

【0014】

本明細書では、図面及び特許請求の範囲において、ＬＯＥの第１の領域の一般的な延在方向において水平（図１Ａ）又は垂直（図１Ｂ）に延在するＸ軸、及びそれに垂直に、すなわち図１Ａでは垂直に、図１Ｂでは水平に、延在するＹ軸が参照される。非常に大まかに言えば、第１のＬＯＥ、又はＬＯＥ１０の第１の領域１１６は、Ｘ方向の開口部拡大を達成するとみなされ得、一方で、第２のＬＯＥ、又はＬＯＥ１０の第２の領域１１８は、Ｙ方向の開口部拡大を達成する。視野の異なる部分が伝搬する角方向の広がりの詳細については、以下でより正確に説明する。図１Ａに示されたような配向は、ＬＯＥの主部（第２の領域）に入る画像照明が上縁部から入る「上から下」の実装態様とみなされ得、図１Ｂに示された配向は、ここではＹ軸と称される軸が水平に展開されている、「側方入射」の実装態様とみなされ得ることに留意されたい。残りの図面では、本発明の特定の実施形態の様々な特徴は、図１Ａと同様の「上から下」の配向の文脈で示される。しかしながら、これらの特徴の全ては、側方入射実装態様にも等しく適用可能であり、それもまた発明の範囲内にあることが理解されるべきである。特定の場合では、他の中間配向も適用可能であり、明示的に除外される場合を除き、本発明の範囲内に含まれる。ここに示される二次元拡大の実施形態は単なる例示であるが、本発明は、ＬＯＥによって単一次元の開口部拡大のみが実行される実施形態にも適用可能である。

【0015】

ニアアイディスプレイ１００は、典型的には小さな搭載電池（図示せず）又は何らかの他の好適な電源からの電力を採用して、典型的には画像プロジェクタ１１４を作動させるためのコントローラ１２２を含む、様々な追加の構成要素を含むことが理解されよう。コントローラ１２２は、画像プロジェクタを駆動するための少なくとも１つのプロセッサ又は処理回路などの全ての必要な電子部品を含むことが理解されよう。

【0016】

本発明の一態様は、コリメートされた画像及びその共役画像の双方を画像プロジェクタがＬＯＥ１０に入射させるように配置された画像共役生成器を含む画像プロジェクタ１１４の実装態様に関する。画像共役生成器の様々な非限定的な例が、図３～図１６を参照して以下に本明細書に示される。したがって、図３を参照すると、閲覧するためにユーザの方に画像を向けるための、図１の光学システムの拡大概略部分図が示されている。この光学システムは、透明な材料から形成されており、それらの面での内部反射による画像の伝播を支持するための相互に平行な第１及び第２の主外面１１ａ及び１１ｂを有するＬＯＥ１０を含む。ＬＯＥ１０はまた、ユーザの眼の方に画像を結合出力するための（上記のように、かつ、ここには示されていない図１の領域１１８内の）結合出力配置と、この場合、ＬＯＥ１０の側縁部として示される結合入力開口部１５と、を有する。

【0017】

画像共役対を生成するためにＬＯＥ１０と一体化された構造体に依拠する代わりに、本発明の本態様による画像プロジェクタ１１４は、コリメートされた画像又は共役画像のいずれかがＬＯＥ１０の主外面１１ａ及び１１ｂのいずれかに当たる前に画像共役対を生成する画像共役生成器を含む。

【0018】

したがって、図３の例では、画像プロジェクタ１１４が、画像を生成するための画像生成器３２と、画像をコリメートするためのコリメート光学系３１と、画像共役生成器（ここでは、共役画像を生成する第２の画像生成器３３として実装される）と、を含む。ここに示された例では、画像生成器３２及び３３は、共通のコリメート光学系３１を共有する。画像プロジェクタ１１４は、コリメートされた画像又はその共役画像がＬＯＥ１０の主外面ＩＩａ及び１１ｂのいずれかに当たる前に、コリメートされた画像及びその共役画像をＬＯＥ１０内に直接導入するように、結合入力開口部１５に結合されている。

【0019】

この解決策は、主外面（又はこれらの表面と連続し、本明細書ではこの目的のためにＬＯＥの主外面の一部であると定義される結合プリズムの表面）からの反射によって共役画像がＬＯＥ自体内で生成される、図２Ａ及び図２Ｂの結合入力配置と明らかに対照的であることが理解されるであろう。

【0020】

２つの画像生成器３２及び３３は、一方が反転した同じ画像を生成するように駆動され、各フィールドが両方のフィールドから同一に示されている。デバイスの組み立て中に、画像生成器上で２つの画像を移動させて、それらがＬＯＥ内で相補的共役画像として位置合わせされるようにするために、機械的調整によって、又はより好ましくは画像表示位置のデジタル補正によって、能動的位置合わせが使用されることが好ましい。したがって、ＬＯＥは、結合入力開口部からＬＯＥ全体にわたって主画像とその共役画像の両方で「充填」され、そのような充填を達成するためにＬＯＥの拡張を必要としない。

【0021】

以前の開示では、共役画像を生成するために、主外面と不連続の少なくとも１つの反射面として「画像共役生成器」が実装されている。代わりに、本開示の文脈における画像生成器という用語は、当該技術分野で知られている任意の種類のマイクロディスプレイ画像生成器を意味する。好適な例には、ＬＣＤディスプレイなどの透過型ＳＬＭと、ＬＣＯＳディスプレイなどの反射型ＳＬＭと、ＯＬＥＤディスプレイなどのアクティブ発光ディスプレイと、を含む空間光変調器（ＳＬＭ）が含まれるが、これらに限定されない。また、高速走査レーザービームがその走査運動と同期して変調される走査画像生成器は、本発明による画像生成器として使用され得る。そのようなシステムでは、図３に示される光学配置は、単一の走査ミラーが、平面１５に光学的に撮像される平面上に位置するように配置されている。画像面はまた、ビーム拡大のためのマイクロレンズアレイ及び／又は更なる画像解像度向上のための画像変調器（ＬＣＯＳ）を含み得る。本開示は、画像共役生成器を含むために、共役画像を生み出すための１つの画像生成器によって投影された画像を反射する少なくとも１つの反射面と併せて１つの画像生成器のみを含む実施形態を考慮しない。代わりに、本開示は、（１）少なくとも２つの画像生成器、（２）同じ生成器によって順次生成される２つの画像、又は（３）同時に２つの画像を生成する単一のマトリックスを含む様々な実施形態を開示する。

【0022】

例えば、図４Ａ及び図４Ｂは、２つの反射する表面１１ａ及び１１ｂのみを有する一次元（すなわち、一軸拡張）ＬＯＥ１０を示す。図４Ａの実施形態は、反射面２９（例えば、プリズム１４の下面）を使用して、共役画像を生み出す。画像生成器は、実質的に２つの平行ビームに分割された光ビームを生成する。第１のビームは、開口部１５を介してＬＯＥ１０に入る。第２の光ビームは、反射面２９によって反射され、開口部１５を介して第１の光ビームとともにＬＯＥ１０に入る共役光ビームを生み出す。事実上、反射面２９は、第１のビーム及び共役ビームがそれぞれＬＯＥ１０に入ることができる２つの共役開口部１５ａ、１５ｂを生み出す。次いで、第１のビーム及び共役ビームは、ファセットがビームをユーザの眼に反射するまで、表面１１ａ及び１１ｂによって反射されながら、正確に対向する角度で伝播し得る。一方、図４Ｂの実施形態は、共役画像を生成するための第２の画像生成器３３を含む。画像プロジェクタ１１４は、光ビームを生成する画像生成器３２と、共役光ビームを生成する第２の画像生成器３３とを含む。画像生成器３２からの第１のビームは、開口部１５を介してＬＯＥ１０に入る。共役生成器３３からの第２の共役光ビームは、開口部１５を介して第１の光ビームとともにＬＯＥ１０に入る。次いで、第１のビーム及び共役ビームは、ファセットがビームをユーザの眼に反射するまで、表面１１ａ及び１１ｂによって反射されながら、正確に対向する角度で伝播し得る。このようにして、反射器２９は必要なく、場合によっては、光学系のサイズ及び複雑さを低減する。また、単一の画像生成マトリックス１１４を使用することも可能であり、ここで、３２及び３３は、この１つのマトリックス内で並んで生成された画像である。これらの画像は、互いの鏡像として生成される（太い矢印によって概略的に説明されている）。

【0023】

別の例では、図５Ａ及び図５Ｂは、米国特許出願第１６／１７２，８９７号として開示され、米国特許第１０，５６４，４１７号として公開されており、４つの反射する表面１１ａ～１１ｄを有する二次元ＬＯＥ１０（渦導光光学素子（ＶＬＯＥ）を示す。ＶＬＯＥは、多次元（すなわち、多軸拡張）導光光学素子である。

【0024】

図５Ａの実施形態は、２つの反射面２７、２９（例えば、プリズムの２つの反射面）を使用して、共役画像を生み出す。画像生成器は、実質的に４つのビームに分割された光ビームを生成する。第１のビームは、開口部１５を介してＶＬＯＥ１０に入る。第２の光ビームは、反射面２７によって反射され、開口部１５を介して第１の光ビームとともにＶＬＯＥ１０に入る共役光ビームを生み出す。第３の光ビームは、反射面２９によって反射され、開口部１５を介して第１及び第２の光ビームとともにＶＬＯＥ１０に入る共役光ビームを生成する。第４の光ビームは、両方の反射面２７、２９によって反射され、開口部１５を介して第１、第２、及び第３の光ビームとともにＶＬＯＥ１０に入る共役光ビームを生み出す。事実上、反射面２７、２９は、第１のビーム及び共役ビームがＶＬＯＥ１０に入ることができる４つの共役開口部１５ａ～１５ｄを生み出す。次いで、その４つのビームは、ファセットがビームをＶＬＯＥ１０から反射するまで、表面１１ａ～１１ｄによって反射されながら、正確に対向する角度で伝播し得る。ここでも、１１４は、このマトリックス内に３２及び３３の画像を有する単一のマトリックスとすることができる。

【0025】

しかしながら、図５Ｂの実施形態は、共役画像を生成するために、第２、第３、及び第４の画像生成器３３、３４、３５を含む。画像プロジェクタ１１４は、光ビームを生成する画像生成器３２と、共役光ビームを生成する第２の画像生成器３３と、別の共役光ビームを生成する第３の画像生成器３４と、更に別の共役光ビームを生成する第４の画像生成器３５とを含む。画像生成器３２からの第１のビームは、開口部１５を介してＶＬＯＥ１０に入る。共役生成器３３、３４、３５からの共役光ビームは開口部１５を介して第１の光ビームとともにＶＬＯＥ１０に入る。次いで、第１のビーム及び共役ビームは、ファセットがビームをＶＬＯＥ１０から反射するまで、表面１１ａ～１１ｄによって反射されながら、正確に対向する角度で伝播し得る。このようにして、反射器２７、２９は必要なく、場合によっては、光学系のサイズ及び複雑さを低減する。

【0026】

したがって、本開示の文脈における画像生成器という用語は、当該技術分野で知られている任意の種類のマイクロディスプレイ画像生成器を意味する。以前の開示では、共役画像を生成するために主外面と不連続の少なくとも１つの反射面を使用し得るが、本開示は代わりに、本明細書で定義されるような少なくとも２つの画像生成器３２、３３、画像を生成するための第１の画像生成器、及び共役画像を生成するための少なくとも１つの追加の生成器を含む様々な実施形態を開示する。画像及び共役画像の正確な配置及び倍率は、光学配置が試験される際に電子的に較正される。したがって、光学配置の高精度を必要としない。

【0027】

一実施形態では、画像生成器３２、３３などは、（例えば、各マトリックスで異なる波長プレートを使用することによって）画像及び共役画像を異なる偏光で投影し得、それによって、ＬＯＥ１０内の偏光の混合を生成する。ＬＯＥ１０内の偏光のそのような混合は、ＬＯＥ１０内の光学素子によって導入され得る偏光に対抗するために偏光解消を促進するように使用され得る。偏光解消はまた、光学システムに少なくとも１つのアクティブ又はパッシブのデポラライザを導入することによって達成され得る。

【0028】

少なくとも２つの画像生成器３２、３３を含むそのような実施形態は、反射する表面と更に組み合わされてもよい。例えば、図６は、共役画像を生成するために反射面２９及び第２の画像生成器３３の両方を使用するハイブリッド実施形態を示す。図６は、４つの反射する表面１１ａ～１１ｄを有する二次元ＶＬＯＥ１０を示す。プロジェクタ１１４は、別個の生成器３２、３３を採用して、光ビーム及びその共役光ビームを生成する。第１のビーム及びその共役光３２、３３は、開口部１５を介してＶＬＯＥ１０に入る。第１のビーム及びその共役光ビームは、反射面２９によって反射されて、開口部１５を介してＶＬＯＥ１０に入る共役光ビームを生み出す。実際には、反射面２９は、２つの開口部、すなわち、生成された第１のビーム及び共役ビームがそれぞれを介してＶＬＯＥ１０に入ることができる開口部１５ａ、及び反射された共役ビームがＶＬＯＥ１０に入ることができる開口部１５ｂを生み出す。次いで、第１のビーム及び共役ビームは、ファセットがビームをＶＬＯＥ１０から反射するまで、表面１１ａ～１１ｄによって反射されながら、正確に対向する角度で伝播し得る。したがって、ＶＬＯＥ１０への画像結合は、図６に示されるように、光学画像乗算とデジタル画像乗算のハイブリッド組み合わせによって達成され得る。適切なアプローチは、ＬＯＥ１０内で伝播する画像の角度に依存する。概して、常にではないが、急な角度については、画像光学（すなわち、反射）乗算が好ましい場合があり、一方、浅い伝搬画像については、デジタル（すなわち、第２の画像生成器）乗算が好ましい場合がある。

【0029】

図３に戻ると、２つの画像生成器３２、３３は、ＬＯＥ１０の真正面の方向からの投影画像を示している。すなわち、２つの画像生成器３２、３３は、ＬＯＥ１０の長手方向中心軸αを基準にして互いに対称的に配設され、主外面１１ａ及び１１ｂに直交する平面π上に配設される。しかしながら、このトポロジ（ＬＯＥ１０の真正面の方向から画像を投影する）は、多くのニアアイディスプレイアプリケーションに理想的ではない場合がある。代わりに、本開示は、ＬＯＥ１０の真正面ではない方向から画像を投影するように画像生成器が配設される実施形態を開示する。図７～図１５は、そのような実施形態の例を示す。

【0030】

図７は、ＬＯＥ１０内の反射する表面２５を利用して（すなわち、側結合）、一次画像及びその共役画像をＬＯＥ１０内に結合する実施形態を示す。光源２０（例えば、レーザースキャナ、ＬＥＤなど）からの光は、光学系２２（例えば、レンズ、光導体など）によって収集され、画像生成器３２を照らし、共役画像生成器３３（例えば、ＬＣＯＳ、ＤＬＰなど）を共役する。いくつかの実施形態では、画像生成器３２、３３（例えば、ＬＣＯＳ、ＬＣＤなど）は、光源２０又は光学系２２なしで、それら自体の照明（例えば、ＯＬＥＤ、マイクロＬＥＤなど）を生成し得る。生成器３２、３３はまた、光源がコリメートレーザーである場合、走査ミラー及びマイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）に対応し得る。例示された実施形態では、ソース生成器３２、３３からの光は、コリメート光学系３１によってコリメートされ、ＬＯＥ１０に入射される。

【0031】

したがって、図７の例は、画像を生成するための画像生成器３２と、共役画像を生成するための画像共役生成器３３と、画像をコリメートするためのコリメート光学系３１とを含む。ここに示された例では、画像生成器３２及び３３は、共通のコリメート光学系３１を共有する。画像生成器３２、３３からの光は、コリメートされた画像及びその共役画像が主外面１１ａ及び１１ｂのいずれかに当たる前に、コリメートされた画像及びその共役画像をＬＯＥ１０内に直接導入するように、ＬＯＥ１０に結合入力されている。次いで、第１のビーム及び共役ビームは、ファセット５６がビームをＬＯＥ１０から反射するまで、表面１１ａ～１１ｂによって反射されながら、正確に対向する角度で伝播し得る。このＬＯＥ１０は、誘電体又は金属コーティングを有する反射する表面２５をその中に構築している。この構成の入射瞳は、反射する表面２５によって定義される。この構成では、光学系３１とＬＯＥ１０の上面１１ａとの間の間隔は、ＬＯＥ１０内の反射率を維持するように設定される。ＬＯＥ１０内の反射率は、全内部反射又はコーティングによって達成され得る。図７から容易に理解され得るように、画像生成器３２、３３は、ＬＯＥ１０の真正面の方向からではなく、側面方向から画像を投影するように配設されている。

【0032】

図８は、図７と同様の実装態様を示すが、ミラー４４を利用して、一次画像及びその共役画像をＬＯＥ１０に結合入力する。光源２０からの光は、光学系２２によって収集され、画像生成器３２及び共役画像生成器３３を照らす。いくつかの実施形態では、画像生成器３２、３３は、光源２０又は光学系２２なしで独自の照明を生成し得る。ソース生成器３２、３３からの光は、コリメート光学系３１によってコリメートされ、ミラー４４は、開口部１５を介してＬＯＥ１０に入射される光を反射する。ミラー４４は、一次画像及び共役画像が主外面１１ａ及び１１ｂのいずれかに当たる前に、それらをＬＯＥ１０内に導入するように、適切な角度に設定される。次いで、コリメートされたビーム及び共役ビームは、ファセット５６がビームをＬＯＥ１０から反射するまで、表面１１ａ～１１ｂによって反射されながら、正確に対向する角度で伝播し得る。図８から容易に理解され得るように、画像生成器３２、３３は、ＬＯＥ１０の真正面の方向からではなく、側面方向から画像を投影するように配設されている。

【0033】

図９は、図７及び図８のものと同様であるが、ピボット４５上の傾斜ミラー４４を利用する実装態様を示す。ミラー４４は、画像生成器３２、３３と協調して、適切な速度（例えば、毎秒３０回、毎秒６０回、毎秒１２０回など）で２つの角度の間で枢動するように作られ得、それによって、画像生成器３２、３３からの光ビームの連続した結合入力を可能にする。このアプローチは、光学系３１の大幅なサイズ縮小を可能にし、常に画像又は共役画像のうちの一方のみを伝送しなければならない。

【0034】

画像生成器３２は、開口部１５を介して画像を挿入するための適切な角度に設定された枢動ミラー４４と協調して画像を生成する。画像生成器３２からの光は、コリメートされた画像が主外面１１ａ及び１１ｂのいずれかに当たる前に、コリメートされた画像をＬＯＥ１０内に導入するように、ＬＯＥ１０に結合入力されている。その後、枢動ミラー４４は、開口部１５を介して共役画像を挿入するための適切な角度に枢動される。画像生成器３３は、開口部１５を介して共役画像を挿入するための適切な角度に設定された枢動ミラー４４と協調して共役画像を生成する。画像生成器３３からの光は、共役画像が主外面１１ａ及び１１ｂのいずれかに当たる前に、共役画像をＬＯＥ１０内に導入するように、ＬＯＥ１０に結合入力されている。次いで、コリメートされた画像及び共役ビームは、ファセット５６がビームをＬＯＥ１０から反射するまで、表面１１ａ～１１ｂによって反射されながら、正確に対向する角度で伝播し得る。枢動ミラー４４が十分に高い速度で枢動される場合、閲覧者は、ファセット５６によって出力された結果の画像を、図７及び図８のシステムによって出力されたものと同様に知覚するであろう。

【0035】

代替の実施形態では、図示の概念を使用して、ＬＯＥ１０中に入射される４つ以上の共役画像を生み出すことができる。画像生成器３２は、開口部１５を介して画像を挿入するための適切な角度に設定された枢動ミラー４４と協調して画像を生成し得る。画像生成器３２からの光は、コリメートされた画像が主外面１１ａ及び１１ｂのいずれかに当たる前に、コリメートされた画像をＬＯＥ１０内に導入するように、ＬＯＥ１０に結合入力されている。その後、枢動ミラー４４は、開口部１５を介して第１の共役画像を挿入するための適切な角度に枢動される。画像生成器３３は、開口部１５を介して第１の共役画像を挿入するための適切な角度に設定された枢動ミラー４４と協調して第１の共役画像を生成する。画像生成器３３からの光は、第１の共役画像が主外面１１ａ及び１１ｂのいずれかに当たる前に、第１の共役画像をＬＯＥ１０内に導入するように、ＬＯＥ１０に結合入力されている。その後、枢動ミラー４４は、開口部１５を介して第２の共役画像を挿入するための適切な角度に枢動される。画像生成器３２は、開口部１５を介して第２の共役画像を挿入するための適切な角度に設定された枢動ミラー４４と協調して第２の共役画像を生成する。画像生成器３２からの光は、第２の共役画像が主外面１１ａ及び１１ｂのいずれかに当たる前に、第２の共役画像をＬＯＥ１０内に導入するように、ＬＯＥ１０に結合入力されている。その後、枢動ミラー４４は、開口部１５を介して第３の共役画像を挿入するための適切な角度に枢動される。画像生成器３３は、開口部１５を介して第３の共役画像を挿入するための適切な角度に設定された枢動ミラー４４と協調して第３の共役画像を生成する。画像生成器３３からの光は、第３の共役画像が主外面１１ａ及び１１ｂのいずれかに当たる前に、第３の共役画像をＬＯＥ１０内に導入するように、ＬＯＥ１０に結合入力されている。次いで、コリメートされた画像及び共役画像は、ファセット５６がビームをＬＯＥ１０から反射するまで、ＬＯＥ１０（例えば、ＶＬＯＥ）に沿って伝播し得る。

【0036】

図９から容易に理解され得るように、画像生成器３２、３３は、ＬＯＥ１０の真正面の方向からではなく、側面方向から画像を投影するように配設されている。また、１つの画像生成器３２（３３ではない）のみを使用することが可能であり得、走査ミラーは２つの配向の間で反転し、画像生成器は２つの鏡像の間で反転する。

【0037】

図１０は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）（米国特許出願第１２／０９２，８１８号として開示され、米国特許第９，５５１，８８０号として公開されている）を利用する実装態様を示す。図１０の実施形態では、２つの隣接するＰＢＳ５１、５３が使用される。第１のＰＢＳ５１は、光源２０（例えば、ＬＥＤ又は走査レーザーミラー）、再集束反射レンズ５５、及び画像生成マトリックス１１４の間に配設されている。第２のＰＢＳ５３は、マトリックス１１４とコリメート反射レンズ５７との間に配設されている。ここで、マトリックス１１４は、図５Ｂの実施形態と同様に、複数の画像（一次画像及び１つ以上の共役画像）を生成する。図１０の図では、２つの画像生成器３２、３３のみが示され得るが、追加の画像生成器がページ内の軸に沿って配設され得る。

【0038】

実際には、光源２０からのｐ偏光は、ＰＢＳ５１を通して透過され、再集束反射レンズ５５に当たり、再集束反射レンズ５５が、入射ビームを反射し、変換する。現時点ではｓ偏光された反射ビームは、ＰＢＳ５１及びＰＢＳ５３から反射して、画像生成器マトリックス３２及び共役画像生成器マトリックス３３を照らす。いくつかの実施形態では、画像生成器マトリックス３２、３３は、光源２０なしで独自の照明を生成し得る。現時点ではｐ偏光されたソース生成器マトリックス３２、３３からの光は、ＰＢＳ５３を通して透過され、コリメート反射レンズ５７によってコリメートされ、反射される。最後に、現時点でｓ偏光されている反射ビームは、ＰＢＳ５３から反射して、開口部１５を介してＬＯＥ１０に入る。次いで、コリメートされたビーム及び共役ビームは、ファセット５６がビームをＬＯＥ１０から反射するまで、ＬＯＥ１０に沿った表面によって反射されながら、正確に対向する角度で伝播し得る。図１０から容易に理解され得るように、画像生成器３２、３３は、ＬＯＥ１０の真正面の方向からではなく、側面方向から画像を投影するように配設されている。

【0039】

図１１は、本明細書に開示される実施形態のいくつか、特に二次元ＬＯＥ１０（ＶＬＯＥ）を利用する実施形態とともに場合によっては使用される画像処理フローの概略説明を示す。高解像度の元の画像３０をサブ画像３２、３３、３４、３５などにセグメント化するマトリックス１１４に関連した解像度の損失を最小限に抑える、及び／又は相殺するために、全てのサブ画像は、元の高解像度の元の画像３０から直接補間され得る。それらがともに画像３０を表すので、サブ画像３２、３３、３４、３５などの間にいくつかの重複があり得る。結果として、ファセット５６によって出力された最終画像のサブピクセル解像度は、眼に投影された全てのビームを組み合わせるときに観察者によって知覚されるように達成され得る。これは、本出願では、高解像度の元の画像３０をサブ画像３２、３３、３４、３５などにセグメント化することに関連した解像度の損失を最小限に抑える及び／又は相殺する超解像度の形態である。

【0040】

図１２Ａ～図１２Ｃは、本発明の技術の別の実装態様を示す。図１２Ａ～図１２Ｃは、画像生成器３２、３３が同じマトリックス１１４の一部ではなく、代わりに、マトリックス１１４が複数のマトリックス１１４ａ及び１１４ｂに分割された実施形態を示す。画像生成器３２は、第１のマトリックス１１４ａの一部を形成し、共役画像生成器は、第２のマトリックス１１４ｂの一部を形成する。２つのマトリックス１１４ａ、１１４ｂは、前述の実施形態で説明された単一のマトリックス１１４よりも小さい。このサイズの縮小、及び第１のマトリックス１１４ａ及び第２のマトリックス１１４ｂを互いに独立して位置することができる柔軟性は、重要な設計上の利点を生み出す。

【0041】

図１２Ａ～図１２Ｃでは、第１の画像生成器３２に対応する光が実線矢印で示され、共役画像生成器３３に対応する光が破線矢印で示されている。図１２Ａ～図１２Ｃの構成では、光学プリズム１１４ａ及び１１４ｂ並びにＬＣＯＳマトリックス３２、３３は傾斜しており、コリメート反射レンズ５７及び５８も同様である。この傾斜により、図示の実施形態は、全てのビームが光学系５７、５８及びプリズム１１４ａ、１１４ｂとほぼ垂直に相互作用するため、高品質を保ちながら、全てのビームを小さな光学配置で含むことができる。２つの隣接するＰＢＳ５１、５３が使用される。第１のＰＢＳ５１は、光源２０（例えば、ＬＥＤ又は走査レーザーミラー）と画像生成プリズム１１４ａ、１１４ｂとの間に配設されている。第２のＰＢＳ５３は、プリズム１１４ａ、１１４ｂとコリメート反射レンズ５７、５８との間に配設されている。

【0042】

図１２Ｂは、画像生成器３２（主画像）に関連付けられた光線チャートを示し、図１２Ｃは、共役画像生成器３３（共役画像）に関連付けられた光線チャートを示す。実際には、光源２０からのｐ偏光は、ＰＢＳ５１を通ってマトリックス１１４ａに透過され、画像生成器３２を照らす。画像生成器３２によって生成された画像は、ｓ偏光され、したがって、ＰＢＳ５１及びＰＢＳ５３をコリメート反射レンズ５７に反射する。現時点でｐ偏光されているレンズ５７から反射されたコリメート光は、ＰＢＳ５３を通って透過され、開口部１５を介してＬＯＥ１０に入る（ＬＯＥ１０の一部分のみが示されている）。同時に、光源２０からのｓ偏光は、ＰＢＳ５１からマトリックス１１４ｂに反射されて、共役画像生成器３３を照らす。共役画像生成器３３によって生成された画像はｐ偏光され、したがって、ＰＢＳ５１及びＰＢＳ５３を通ってコリメート反射レンズ５８に透過される。現時点でｓ偏光されているレンズ５８から反射されたコリメート光は、ＰＢＳ５３から反射して、開口部１５を介してＬＯＥ１０に入る。

【0043】

次いで、コリメートされたビーム及び共役ビームは、ファセット５６がビームをＬＯＥ１０から反射するまで、ＬＯＥ１０に沿った表面によって反射されながら、正確に対向する角度で伝播し得る。図１２Ａ～図１２Ｃから容易に理解され得るように、画像生成器３２、３３は、ＬＯＥ１０の真正面の方向からではなく、側面方向から画像を投影するように配設されている。

【0044】

図１３Ａ～図１３Ｃは、画像及び共役画像を順次生成するために、単一マトリックス１１４が時間的に多重化される本発明の実施形態を示す。２つの隣接するＰＢＳ５１、５３が使用される。第１のＰＢＳ５１は、光源２０（例えば、ＬＥＤ又は走査レーザーミラー）と画像生成マトリックス１１４との間、及び画像生成マトリックス１１４と液晶スイッチ６０との間に配設されている。第２のＰＢＳ５３は、液晶スイッチ６０とコリメート反射レンズ５７、５８との間に配設されている。図１３Ａ～図１３Ｃの構成では、コリメート反射レンズ５７及び５８は傾斜している。この傾斜により、図示の実施形態は、全てのビームが光学系５７、５８及びマトリックス１１４とほぼ垂直に相互作用するため、高品質を保ちながら、全てのビームを小さな光学配置で含むことができる。

【0045】

図１３Ｂは、主画像を生成する画像生成器３２／３３に関連付けられた光線チャートを示し、図１３Ｃは、共役画像を生成する共役画像生成器３２／３３に関連付けられた光線チャートを示す。

【0046】

主画像（図１３Ａ及び図１３Ｂ）を透過するために、光源２０からのｐ偏光（大矢印）は、ＰＢＳ５１を通ってマトリックス１１４に透過され、画像生成器３２を照らす。画像生成器３２によって生成された主画像（実線矢印）は、ｓ偏光され、したがって、スイッチ６０に向かってＰＢＳ５１から反射される。主画像の場合、液晶スイッチ６０は、偏光（ｓ偏光）を維持し、したがって、光（実線矢印）は、ＰＢＳ５３からコリメート反射レンズ５７に反射する。現時点でｐ偏光されているレンズ５７から反射されたコリメート光は、ＰＢＳ５３を通って透過され、開口部１５を介してＬＯＥ１０に入る。その後、共役画像（図１３Ａ及び図１３Ｃ）を透過するために、光源２０からのｐ偏光（大矢印）は、ＰＢＳ５１を通ってマトリックス１１４に透過され、画像生成器３３を照らす。画像生成器３３によって生成された共役画像（実線矢印）は、ｓ偏光され、したがって、スイッチ６０に向かってＰＢＳ５１から反射される。共役画像の場合、液晶スイッチ６０は、光（現時点でｐ偏光）の偏光を回転し、したがって、光（破線矢印）は、ＰＢＳ５３を通ってコリメート反射レンズ５８へ透過される。現時点でｓ偏光（実線矢印）されているレンズ５８から反射されたコリメート光は、ＰＢＳ５３から反射して、開口部１５を介してＬＯＥ１０に入る。２つの構成（スイッチ６０及びマトリックス１４上の適切な画像）の間の高速切り換えによって、ＬＯＥ１０への照明は、それが同時に画像及び共役画像であるかのように知覚される。

【0047】

次いで、コリメートされたビーム及び共役ビームは、ファセット５６がビームをＬＯＥ１０から反射するまで、ＬＯＥ１０に沿った表面によって反射されながら、正確に対向する角度で伝播し得る。図１３Ａ～図１３Ｃから容易に理解され得るように、画像生成器３２／３３は、ＬＯＥ１０の真正面の方向からではなく、側面方向から画像を投影するように配設されている。

【0048】

図１４Ａ～図１４Ｃは、図１３Ａ～図１３Ｃと同等であるが、これはＰＢＳ５３が２つ５３ａ及び５３ｂに分割されている実施形態を示す。動作は、主画像ビームが５３ａによって反射され、共役画像ビームが５３ｂによって反射されることを除いて、上述の図１３Ａ～図１３Ｃの動作と同一である。その結果、両方の代替案についてのマトリックス１１４上の照明が重複している。この実施形態によれば、スプリットＰＢＳ５３ａ、５３ｂを２マトリックス構成１１４ａ及び１１４ｂに実装することが可能であり（図１２Ａ～図１２Ｃを参照）、それによって主画像及び共役画像について同じ照明配向を達成し、それによって照明結合効率を改善する。

【0049】

図１４Ａ～図１４Ｃから容易に理解され得るように、画像生成器３２／３３は、ＬＯＥ１０の真正面の方向からではなく、側面方向から画像を投影するように配設されている。

【0050】

上記の全ての実施形態では、例えばＬＣＤ（光学経路を直接通る）又はＤＬＰ（非ＰＢＳプリズム）などのＰＢＳを必要としない他のタイプのマトリックスが使用され得る。

【0051】

図１５は、ＬＣＯＳマトリックス１１４にわたって走査レーザー１０を利用する実施形態を示す。そのような構成は、高解像度で高い光結合効率を達成することができる（ＬＣＯＳ１１４の大きなピクセル数を特徴とする）。示された実施形態では、明確さのために主画像光線のみが示される。２つのビームは、２つのレーザー７０によって生成される。これらのビームは、ミラースキャナ８０を通ってレンズ２２によって集束され、ＰＢＳ５１によってマトリックス１１４上に反射される。２つのビームは、マトリックス１１４上で２つの画像を生成し、マトリックス１１４は、画像解像度を更に改善するために変調される。２つのビームは、ＰＢＳ５１を通って透過し、反射レンズ５５によって再集束され、ＰＢＳ５１によってディフューザ又はマイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）４４上に反射される。ＭＬＡ４４は、ビームがＬＯＥ１０の開口部１５を充填するように、各ビームの発散を増加させる。コリメート光学系３１は、ＬＯＥ１０への入射の前にビームをコリメートする。

【0052】

示されるように、２つのビームを使用して主画像及び共役画像を生成することは、以下の実質的な利点を有する。１）走査速度が向上し、最小限のちらつき知覚が見えるようになり、及び２）２つのビームの使用は、実際の開口部サイズを減少させ、それによって広い発散ＭＬＡ４４の必要性を低減する。極端な場合（小開口部１５又は大きい初期ビーム）では、ＭＬＡ４４は必要ではない場合がある。

【0053】

図１５の構成は、ＬＣＯＳ１１４をＬＥＤで照らすときに使用され得る。更に、この構成は、上述したように、連続的な単一画像生成とともに使用され得る。

【0054】

画像とその共役画像が互いに角度的に分離されているシステムのための別の解決策が図１６Ａ～図１６Ｃに示されている。図１６Ａは、主画像と共役画像との両方を含む光線チャートを示す。図１６Ｂ及び図１６Ｃは、主画像及び共役画像をそれぞれ独立して示す光線チャートを示す。図１６Ａ～図１６Ｃのシステムは、開口部１５の前に配設された角度選択ミラー８２を含む。ミラー８２は、特定の角度（例えば、浅い角度）で伝播する画像のビームを反射する一方で、他の角度（例えば、急な角度）で伝播するビームに対して透明であるように設計されたコーティングを有し得る。そのようなコーティングは、国際公開第２００５／０２４４９１号として公開されている国際出願第ＰＣＴ／ＩＬ２００４／０００８１３号、及び国際公開第２０１６／１０３２５１号として公開されている国際出願第ＰＣＴ／ＩＬ２０１５／０５１２２２号で設計され、示された。

【0055】

動作中、画像生成器３２（例えば、ＳＬＭ）は、主画像（図１６Ｂ）を生成する。ｓ偏光画像は、ＰＢＳ５１からコリメート反射レンズ５７に反射される。現時点でｐ偏光されているレンズ５７から反射されたコリメート光は、ＰＢＳ５１を通って、（角度が非常に急で、ほぼ垂直であるため）角度選択ミラー８２を通って、ミラー４４に透過され、ミラー４４は、角度選択ミラー８２に向かって光を反射し返す。今回、光は、浅い角度で角度選択ミラー８２に到達し、したがって、開口部１５に向かって反射される。同時に、画像生成器３３（例えば、ＳＬＭ）は、共役画像（図１６Ｃ）を生成する。ｓ偏光画像は、ＰＢＳ５１からコリメート反射レンズ５７に反射される。現時点でｐ偏光されているレンズ５７から反射されたコリメート光は、ＰＢＳ５１を通って、（角度が非常に急であり、ほぼ垂直であるため）角度選択ミラー８２を通って開口部１５に透過される。同時に、画像生成器３３は、共役画像を生成する（図１６Ｃ）。したがって、ＬＣＯＳ１１４上では、２つの画像が近接セクションを占有し、ＬＣＯＳ１１４の総面積を減少させることができる。

【0056】

定義
以下に、本明細書で使用される選択された用語の定義を含む。この定義は、用語の範囲内にあり、実装態様のために使用され得る構成要素の様々な例又は形態を含む。例は、限定することを意図するものではない。用語の単数形及び複数形の両方が、定義内にあり得る。

【0057】

「動作可能な接続」、又は実体が「動作可能に接続されている」接続は、信号、物理通信、又は論理通信が送受信され得る接続である。典型的には、動作可能な接続は、物理インタフェース、電気インタフェース、又はデータインタフェースを含むが、動作可能な接続は、動作可能な制御を可能にするのに十分な上記又は他のタイプの接続の異なる組み合わせを含み得ることに留意されたい。例えば、２つの実体は、直接、又はプロセッサ、オペレーティングシステム、ロジック、ソフトウェア、若しくは他の実体のような１つ以上の中間実体を介して、互いに信号を通信することができることによって、動作可能に接続することができる。論理又は物理通信チャネルは、動作可能な接続を生み出すために使用され得る。

【0058】

用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」又は「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」が、詳細な説明又は特許請求の範囲内で使用される限り、その用語が、特許請求の範囲内の転換語として使用されるときに解釈される場合、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様の方法で包括的であることが意図される。更に、「又は」という用語が、詳細な説明又は特許請求の範囲で使用される限り（例えば、Ａ又はＢ）、「Ａ又はＢ又はその両方」を意味することが意図されている。出願人が「Ａ又はＢのみであって、両方ではない」ことを示すことを意図する場合、「Ａ又はＢのみであって、両方ではない」という用語が使用される。したがって、本明細書における「又は」という用語の使用は、包括的な使用であり、排他的な使用ではない。参照：Ｂｒｙａｎ Ａ．Ｇａｒｎｅｒ，Ａ Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ ｏｆ Ｍｏｄｅｒｎ Ｌｅｇａｌ Ｕｓａｇｅ ６２４（２ｄ．Ｅｄ．１９９５）。

【0059】

例示的なシステム、方法などは、例を説明することによって例解されており、例がかなり詳細に説明されているが、出願人の意図は、そのような詳細に範囲を制限する、又はいかなる方法でも範囲を制限することではない。当然ながら、本明細書で説明されるシステム、方法などを説明する目的で、構成要素又は方法論の考えられる全ての組み合わせを説明することは不可能である。追加の利点及び修正は、当業者には容易に現れるであろう。したがって、本発明は、示され、説明される具体的な詳細、代表的な装置、及び説明的な例に限定されない。そのため、本出願は、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲に入る変更、修正、及び変形を包含することが意図されている。更に、以上の説明は、本発明の範囲を限定することを意図されたものではない。あくまで、本発明の範囲は、添付される特許請求の範囲及びその均等物によって決定されるべきである。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図13A】

【図13B】

【図13C】

【図14A】

【図14B】

【図14C】

【図15】

【図16A】

【図16B】

【図16C】

【国際調査報告】