(57)【要約】      （修正有）【課題】カップリングアウトされた画像を観察者の目へ導く、リフレクタを伴う導光ディスプレイを提供する。【解決手段】ディスプレイは、導光光学素子（ＬＯＥ）２０と、画像を、ＬＯＥ内で主要面のペアでの内部反射によって伝播するようにＬＯＥの中へ注入するための、プロジェクタ配置１０ａと、を含む。画像は、内部部分反射表面２２ｂとして本明細書で例示されるカップリングアウト配置によって、ＬＯＥからカップリングアウトされる。画像は、ＬＯＥから、観察者の目２６から離れる方向へカップリングアウトされ、そしてリフレクタ３０は、カップリングアウトされた画像を、ＬＯＥを通して再び観察者の目の方へ反射する。リフレクタは、好ましくは、選択的部分的リフレクタであり、望ましい見かけの画像距離を提供するために、凸状であっても良い。【選択図】図２
0003234728.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
画像を観察者の目に表示するためのディスプレイであって、前記ディスプレイは、
（ａ）平行な主要面のペアを有する導光光学素子（ＬＯＥ）と、
（ｂ）画像を、前記ＬＯＥ内で前記主要面のペアでの内部反射によって伝播するように前記ＬＯＥの中へ注入するための、プロジェクタ配置と、
（ｃ）画像を、前記ＬＯＥから、観察者の目から離れる方向へカップリングアウトするための、カップリングアウト配置と、および、
（ｄ）カップリングアウトされた画像を、前記ＬＯＥを通して再び観察者の目の方へ反射するように配置された、リフレクタと、
を含む、ディスプレイ。
【請求項２】
前記リフレクタは、部分的に透過的な部分的リフレクタであり、観察者が導光路および前記部分的リフレクタを通して実際の光景を見ることを可能にする、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項３】
前記部分的リフレクタは、偏光選択的リフレクタである、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項４】
前記プロジェクタ配置は、少なくとも１つのレーザーからの光によって照らされる前記画像を投影し、前記レーザーは、特徴的波長を有し、そして、ここで、前記リフレクタは、前記特徴的波長を含む、波長の限られた範囲を反射するように構成された、色彩選択的リフレクタである、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項５】
前記プロジェクタ配置は、少なくとも第１のレーザーからの光によって照らされる前記画像を投影し、前記第１のレーザーは、第１の特徴的波長と、少なくとも第２のレーザーからの光によって照らされる第２の画像とを有し、前記第２のレーザーは、前記第１の特徴的波長と異なる第２の特徴的波長を有し、第１および第２の特徴的波長は、同じ知覚色に対応し、そして、ここで、前記リフレクタは、前記第１の特徴的波長を含む、波長の限られた範囲を反射するように構成され、一方で、前記第２の特徴的波長に対して実質的に透過的である、色彩選択的リフレクタであり、ディスプレイは、前記第２の特徴的波長を含む、波長の限られた範囲を反射するように構成された、第２の色彩選択的リフレクタをさらに含み、第１および第２のリフレクタは、前記画像と前記第２の画像が異なる見かけの焦点距離で、観察者の目の方へ反射されるように、異なる曲率で形成される、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項６】
前記リフレクタは、凸状リフレクタである、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項７】
前記凸状リフレクタは、球状リフレクタである、請求項６に記載のディスプレイ。
【請求項８】
前記凸状リフレクタは、少なくとも１つの方向に調節可能な曲率を有する、調節可能曲率リフレクタである、請求項６に記載のディスプレイ。
【請求項９】
前記凸状リフレクタは、可変焦点リフレクタである、請求項６に記載のディスプレイ。
【請求項１０】
前記リフレクタは、屈折レンズと一体化された表面であり、前記屈折レンズは、前記屈折レンズの先の光景を見る観察者のために、屈折的視覚補正を提供するように構成される、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項１１】
前記屈折レンズと一体化された前記リフレクタは、観察者の耳に係合するサイド部分と観察者の鼻に係合するブリッジ部分を備えた、視覚補正眼鏡の一部であり、そして、前記ＬＯＥ、前記プロジェクタ配置、および前記カップリングアウト配置は、前記視覚補正眼鏡との解除可能な係合のために構成される、取り外し可能なユニットとして実装される、請求項１０に記載のディスプレイ。
【請求項１２】
（ａ）平行な主要面のペアを有する第２のＬＯＥであって、前記第２のＬＯＥは、視認方向に沿って視認された時に、前記ＬＯＥと重複関係で配置される第２のＬＯＥと、
（ｂ）第２の画像を、前記第２のＬＯＥ内で前記主要面のペアでの内部反射によって伝播するように前記第２のＬＯＥの中へ注入するための、第２のプロジェクタ配置と、および、
（ｃ）第２の画像を、前記第２のＬＯＥからカップリングアウトするための、第２のカップリングアウト配置と、
をさらに含む、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項１３】
前記第２のカップリングアウト配置は、第２の画像を、前記第２のＬＯＥから観察者の目に向かう方向へ、カップリングアウトするように構成される、請求項１２に記載のディスプレイ。
【請求項１４】
前記第２のカップリングアウト配置は、第２の画像を、前記第２のＬＯＥから、観察者の目から離れる方向へ、カップリングアウトするように構成され、ディスプレイは、カップリングアウトされた第２の画像を、第２のＬＯＥを通して再び観察者の目の方へ反射するように配置された、リフレクタをさらに含み、前記第２のリフレクタは、前記画像と前記第２の画像が異なる見かけの焦点距離で、観察者の目の方へ反射されるように、前記リフレクタと異なる曲率を有する、請求項１２に記載のディスプレイ。
【請求項１５】
前記リフレクタと前記第２のリフレクタは両方共、偏光選択的リフレクタである、請求項１４に記載のディスプレイ。
【請求項１６】
前記第２のリフレクタは、前記リフレクタの偏光反射軸に対して垂直な偏光反射軸を有する、請求項１５に記載のディスプレイ。
【請求項１７】
前記第２のリフレクタは、前記リフレクタの偏光反射軸に対して平行な偏光反射軸を有し、そして、半波長プレートが、前記第２のリフレクタと前記ＬＯＥとの間に置かれる、
請求項１５に記載のディスプレイ。
【請求項１８】
前記カップリングアウト配置は、前記ＬＯＥ内で、前記平行な主要面のペアに対して斜角に配置された、複数の部分反射表面を含む、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項１９】
第２の画像を、前記ＬＯＥ内で、前記主要面のペアでの内部反射によって、前記画像の伝搬の方向と異なる伝搬の方向で伝播するように、前記ＬＯＥの中へ注入するための、第２のプロジェクタ配置を、さらに含み、前記第２の画像は、前記部分反射表面によって観察者の目に向かう方向へ、前記ＬＯＥからカップリングアウトされる、請求項１８に記載のディスプレイ。
【請求項２０】
車両のフロントガラスの表面上に、補完リフレクタをさらに含み、前記補完リフレクタは、前記ＬＯＥと観察者の目との間の光学経路に配置され、ここで、前記補完リフレクタは、非球状曲率を有し、そして、ここで、前記リフレクタは、前記補完リフレクタの前記非球状曲率を光学的に補完するように構成された非球状曲率で実装される、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項２１】
画像を観察者の目に表示するためのディスプレイであって、前記ディスプレイは、
（ａ）車両のフロントガラスの表面上の部分的リフレクタと、および、
（ｂ）画像照明を、観察者の目の方へ反射されて画像として観察者の目によって視認されるように、前記リフレクタの方へ投影するように配置された、画像プロジェクタアセンブリと、
を含み、
ここで、前記部分的リフレクタは、部分的リフレクタによって観察者の目の方へ反射される前記画像照明の割合が、前記部分的リフレクタによって前記フロントガラスを通過することから除外される外部光景からの光の割合よりも、大きくなるような、選択的リフレクタである、ディスプレイ。
【請求項２２】
前記画像プロジェクタアセンブリによって投影される前記画像照明は、少なくとも部分的に偏光され、そして、前記部分的リフレクタは、偏光選択的リフレクタである、請求項２１に記載のディスプレイ。
【請求項２３】
前記画像プロジェクタアセンブリによって投影される前記画像照明は、特徴的波長を有する少なくとも１つのレーザーによって生成され、そして、前記部分的リフレクタは、前記特徴的波長を含む、波長の限られた範囲を反射するように構成された、色彩選択的リフレクタである、請求項２１に記載のディスプレイ。
【請求項２４】
前記画像プロジェクタアセンブリは、
（ａ）平行な主要面のペアを有する導光光学素子（ＬＯＥ）と、
（ｂ）画像を、前記ＬＯＥ内で前記主要面のペアでの内部反射によって伝播するように前記ＬＯＥの中へ注入するための、プロジェクタ配置と、
（ｃ）画像を、前記ＬＯＥから、前記部分的リフレクタから離れる方向へカップリングアウトするための、カップリングアウト配置と、および、
（ｄ）カップリングアウトされた画像を、前記ＬＯＥを通して再び部分的リフレクタの方へ反射するように配置された、プロジェクタリフレクタと、
を含む、請求項２１に記載のディスプレイ。
【請求項２５】
前記部分的リフレクタは、非球状曲率を有し、そして、ここで、前記プロジェクタリフレクタは、前記部分的リフレクタの前記非球状曲率を光学的に補完するように構成された非球状曲率で実装される、請求項２４に記載のディスプレイ。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案はディスプレイに関し、そして特に、１以上のリフレクタが、導光光学素子からカップリングアウトされた画像を観察者の目の方へ導くのに利用される、ディスプレイを開示する。
【背景技術】
【０００２】
画像がディスプレイから目の方へ投影される、ニアアイディスプレイシステムなどのある用途において、画像は、近傍のオブジェクトから発生した光線のように現れるように、収束されるべきである。しかし、導波路に依存するニアアイディスプレイシステムは一般に、無限遠に発生するコリメートされた画像を、本質的に生成する。屈折レンズは、必要な見かけの深度を実装するために、導入され得る。
【０００３】
図１Ａは、導波路に基づくディスプレイの、基本的アーキテクチャを示す。プロジェクタ（１０ａ）は、無限にコリメートされた画像光を、導波路内での全内部反射（ＴＩＲ）によって伝播するように、導光光学素子または「ＬＯＥ」（交換可能に「導波路」と呼ばれる）（２０）の中へ、注入する。本明細書において、カップリングアウト配置は、光（２４ａ）を観察者の目（２６）の方へ反射するように、導波路の主要平行表面に対して斜角に配向された導波路内の、部分的反射内部表面（交換可能に「ファセット」と呼ばれる）（２２ａ）によって、例示される。ファセットの反射率は一般に、偏光に対する感度が高く、したがって、光（２４ａ）のほとんどが偏光される。周辺光（２８）は、導波路および最小限の歪を有するファセットを通過する。
【０００４】
図１Ｂは、有限距離に現われる、導波路からの仮想画像を生成する、従来技術アプローチを示す。導波路（２０）は、無限にコリメーとされた画像を投影し、その一方でレンズ（２１）は、有限距離で画像を仮想画像に変換する。レンズ（２３）は、（２１）に対する反対の光パワーであり、そのため、背景からの光は、観察者（２６）へとシステムを通過する時に、収束しない（つまり、元のアパーチャ深度を維持する）。レンズ（２１）および（２３）は、それらの表面にわたり可変光パワーを有することができ（つまり、進行的または「可変焦点」レンズであり）、それによって、仮想画像の可変の見かけの距離を生成している。この例で、（２５）は近傍の仮想画像であり、そして（２７）はより遠くの仮想画像である。これらの原理に基づいた様々な構成は、特許文献１として公開される、共同で割り当てられた特許出願で開示され、当該出願は、本明細書で以下に説明される原理を使用して有意に実装され得る特徴および構成を開示する目的で、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００５】
導波路（２０）と観察者の目（２６）との間にレンズ（２１）を配置すると、導波路は一般に、他の場合に比べて、目からより遠くに位置する必要があり、そして結果として、所与の視野に対して、導波路、およびプロジェクタの寸法に関する要求を増加させる。
【０００６】
導波路から光をカップリングアウトすることは、（図１Ａに説明される通りの）ファセットによって、または回折格子によって実行され得る。以下の説明は、単に非限定的な例として、画像のカップリングアウトのためのファセットを利用する実装に言及するが、本考案は、当業者には明らかなように、画像のカップリングインおよび／またはカップリングアウトのための回折光学素子を使用して、等しく実装されても良い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ２０１８／１３８７１４Ａ１
【考案の概要】
【０００８】
本考案は、リフレクタを備えた導光ディスプレイである。
【０００９】
本考案の実施形態の教示によれば、画像を観察者の目に表示するためのディスプレイが提供され、当該ディスプレイは、（ａ）平行な主要面のペアを有する導光光学素子（ＬＯＥ）と、（ｂ）画像を、ＬＯＥ内で主要面のペアでの内部反射によって伝播するようにＬＯＥの中へ注入するための、プロジェクタ配置と、（ｃ）画像を、ＬＯＥから、観察者の目から離れる方向へカップリングアウトするための、カップリングアウト配置と、および、（ｄ）カップリングアウトされた画像を、ＬＯＥを通して再び観察者の目の方へ反射するように配置された、リフレクタと、を含む。
【００１０】
本考案の実施形態のさらなる特徴によれば、リフレクタは、部分的に透過的な部分的リフレクタであり、観察者が導光路および部分的リフレクタを通して実際の光景を見ることを可能にする。
【００１１】
本考案の実施形態のさらなる特徴によれば、リフレクタは、偏光選択的リフレクタである。
【００１２】
本考案の実施形態のさらなる特徴によれば、プロジェクタ配置は、少なくとも１つのレーザーからの光によって照らされる画像を投影し、当該レーザーは、特徴的波長を有し、そして、ここで、リフレクタは、特徴的波長を含む、波長の限られた範囲を反射するように構成された、色彩選択的リフレクタである。
【００１３】
本考案の実施形態のさらなる特徴によれば、プロジェクタ配置は、少なくとも第１のレーザーからの光によって照らされる画像を投影し、当該第１のレーザーは、第１の特徴的波長と、少なくとも第２のレーザーからの光によって照らされる第２の画像とを有し、当該第２のレーザーは、第１の特徴的波長と異なる第２の特徴的波長を有し、第１および第２の特徴的波長は、同じ知覚色に対応し、そして、ここで、リフレクタは、第１の特徴的波長を含む、波長の限られた範囲を反射するように構成され、一方で、第２の特徴的波長に対して実質的に透過的である、色彩選択的リフレクタであり、ディスプレイは、第２の特徴的波長を含む、波長の限られた範囲を反射するように構成された、第２の色彩選択的リフレクタをさらに含み、第１および第２のリフレクタは、画像と第２の画像が異なる見かけの焦点距離で、観察者の目の方へ反射されるように、異なる曲率で形成される。
【００１４】
本考案の実施形態のさらなる特徴によれば、リフレクタは、凸状リフレクタである。
【００１５】
本考案の実施形態のさらなる特徴によれば、凸状リフレクタは、球状リフレクタである。
【００１６】
本考案の実施形態のさらなる特徴によれば、凸状リフレクタは、少なくとも１つの方向に調節可能な曲率を有する、調節可能曲率リフレクタである。
【００１７】
本考案の実施形態のさらなる特徴によれば、凸状リフレクタは、可変焦点リフレクタである。
【００１８】
本考案の実施形態のさらなる特徴によれば、リフレクタは、屈折レンズと一体化された表面であり、当該屈折レンズは、屈折レンズの先の光景を見る観察者のために、屈折的視覚補正を提供するように構成される。
【００１９】
本考案の実施形態のさらなる特徴によれば、屈折レンズと一体化されたリフレクタは、観察者の耳に係合するサイド部分と観察者の鼻に係合するブリッジ部分を備えた、視覚補正眼鏡の一部であり、そして、ここで、ＬＯＥ、プロジェクタ配置、およびカップリングアウト配置は、視覚補正眼鏡との解除可能な係合のために構成される、取り外し可能なユニットとして実装される。
【００２０】
本考案の実施形態のさらなる特徴によれば、（ａ）平行な主要面のペアを有する第２のＬＯＥであって、当該第２のＬＯＥは、視認方向に沿って視認された時に、ＬＯＥと重複関係で配置される第２のＬＯＥと、（ｂ）第２の画像を、第２のＬＯＥ内で主要面のペアでの内部反射によって伝播するように第２のＬＯＥの中へ注入するための、第２のプロジェクタ配置と、および、（ｃ）第２の画像を、第２のＬＯＥからカップリングアウトするための、第２のカップリングアウト配置と、がさらに提供される。
【００２１】
本考案の実施形態のさらなる特徴によれば、第２のカップリングアウト配置は、第２の画像を、第２のＬＯＥから観察者の目に向かう方向へ、カップリングアウトするように構成される。
【００２２】
本考案の実施形態のさらなる特徴によれば、第２のカップリングアウト配置は、第２の画像を、第２のＬＯＥから、観察者の目から離れる方向へ、カップリングアウトするように構成され、ディスプレイは、カップリングアウトされた第２の画像を、第２のＬＯＥを通して再び観察者の目の方へ反射するように配置された、リフレクタをさらに含み、第２のリフレクタは、画像と第２の画像が異なる見かけの焦点距離で、観察者の目の方へ反射されるように、リフレクタと異なる曲率を有する。
【００２３】
本考案の実施形態のさらなる特徴によれば、リフレクタと第２のリフレクタは両方共、偏光選択的リフレクタである。
【００２４】
本考案の実施形態のさらなる特徴によれば、第２のリフレクタは、リフレクタの偏光反射軸に対して垂直な偏光反射軸を有する。
【００２５】
本考案の実施形態のさらなる特徴によれば、第２のリフレクタは、リフレクタの偏光反射軸に対して平行な偏光反射軸を有し、そして、ここで、半波長プレートが、第２のリフレクタとＬＯＥとの間に置かれる。
【００２６】
本考案の実施形態のさらなる特徴によれば、カップリングアウト配置は、ＬＯＥ内で、平行な主要面のペアに対して斜角に配置された、複数の部分反射表面を含む。
【００２７】
本考案の実施形態のさらなる特徴によれば、第２の画像を、ＬＯＥ内で、主要面のペアでの内部反射によって、画像の伝搬の方向と異なる伝搬の方向で伝播するように、ＬＯＥの中へ注入するための、第２のプロジェクタ配置が、さらに提供され、第２の画像は、部分反射表面によって観察者の目に向かう方向へ、ＬＯＥからカップリングアウトされる。
【００２８】
本考案の実施形態のさらなる特徴によれば、車両のフロントガラスの表面上に、補完リフレクタが、さらに提供され、当該補完リフレクタは、ＬＯＥと観察者の目との間の光学経路に配置され、ここで、補完リフレクタは、非球状曲率を有し、そして、ここで、リフレクタは、補完リフレクタの非球状曲率を光学的に補完するように構成された非球状曲率で実装される。
【００２９】
本考案の実施形態の教示によって、画像を観察者の目に表示するためのディスプレイも提供され、当該ディスプレイは、（ａ）車両のフロントガラスの表面上の部分的リフレクタと、および、（ｂ）画像照明を、観察者の目の方へ反射されて画像として観察者の目によって視認されるように、リフレクタの方へ投影するように配置された、画像プロジェクタアセンブリと、を含み、ここで、部分的リフレクタは、部分的リフレクタによって観察者の目の方へ反射される画像照明の割合が、部分的リフレクタによってフロントガラスを通過することから除外される外部光景からの光の割合よりも、大きくなるような、選択的リフレクタである。
【００３０】
本考案の実施形態のさらなる特徴によれば、画像プロジェクタアセンブリによって投影される画像照明は、少なくとも部分的に偏光され、そして、ここで、部分的リフレクタは、偏光選択的リフレクタである。
【００３１】
本考案の実施形態のさらなる特徴によれば、画像プロジェクタアセンブリによって投影される画像照明は、特徴的波長を有する少なくとも１つのレーザーによって生成され、そして、ここで、部分的フレクタは、特徴的波長を含む、波長の限られた範囲を反射するように構成された、色彩選択的リフレクタである。
【００３２】
本考案の実施形態のさらなる特徴によれば、画像プロジェクタアセンブリは、（ａ）平行な主要面のペアを有する導光光学素子（ＬＯＥ）と、（ｂ）画像を、ＬＯＥ内で主要面のペアでの内部反射によって伝播するようにＬＯＥの中へ注入するための、プロジェクタ配置と、（ｃ）画像を、ＬＯＥから、部分的リフレクタと離れる方向へカップリングアウトするための、カップリングアウト配置と、および、（ｄ）カップリングアウトされた画像を、ＬＯＥを通して再び部分的リフレクタの方へ反射するように配置された、プロジェクタリフレクタと、を含む。
【００３３】
本考案の実施形態のさらなる特徴によれば、部分的リフレクタは、非球状曲率を有し、そして、ここで、プロジェクタリフレクタは、部分的リフレクタの非球状曲率を光学的に補完するように構成された非球状曲率で実装される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
本考案は、添付の図面を参照して、例示のみによって、本明細書で説明される。
【図１Ａ】導光光学素子（ＬＯＥ）を利用する従来の拡張現実（ＡＲ）ディスプレイの、上記の概略側面図である。
【図１Ｂ】特許文献１に開示される通りの、フィールドの、見かけの段階的深度を備えた拡張現実ディスプレイの、上記の概略側面図である。
【図２】本考案の実施形態の教示に従って、構築されそして作動するディスプレイの、概略側面図であり、ここで、ＬＯＥから、観察者から離れる方向へカップリングアウトされる画像が、リフレクタによって、ＬＯＥを通して観察者の目の方へ再び反射される。
【図３】図２に類似する図の概略側面図であり、偏光選択的リフレクタを使用した図２のディスプレイの実装を図示する。
【図４Ａ】図２のディスプレイの変化形実装の概略側面図であり、２つのプロジェクタを利用して、画像への異なる見かけの距離で、２つの画像を表示する。
【図４Ｂ】本考案の変化形実装に従う、２つの色彩選択的リフレクタのための反射率スペクトルを図示するグラフである。
【図４Ｃ】図２のディスプレイの変化形実装の概略側面図であり、２つの色彩選択的リフレクタを利用して、画像への異なる見かけの距離で、２つの画像を表示する。
【図５】図４Ａのディスプレイの変化形実装の概略側面図であり、ここで、各画像は別々のＬＯＥを介して伝えられる。
【図６】図２のディスプレイの変化形実装の概略側面図であり、可変曲率リフレクタを利用して、図１Ｂの装置と機能的に等価なディスプレイを提供する。
【図７Ａ】図２のディスプレイのさらなる変化形実装の概略側面図であり、リフレクタの、それぞれ、屈折レンズの前表面と後表面との一体化を図示する。
【図７Ｂ】図２のディスプレイのさらなる変化形実装の概略側面図であり、リフレクタの、それぞれ、屈折レンズの前表面と後表面との一体化を図示する。
【図７Ｃ】取り外し可能な拡張現実ユニットと共に使用される、ＡＲ用眼鏡の概略等角図であり、それぞれ、拡張現実ユニットを取り外した状態と拡張現実ユニットを装着した状態で示される。
【図７Ｄ】取り外し可能な拡張現実ユニットと共に使用される、ＡＲ用眼鏡の概略等角図であり、それぞれ、拡張現実ユニットを取り外した状態と拡張現実ユニットを装着した状態で示される。
【図８】図２のディスプレイのさらなる変化形実装の概略側面図であり、調節可能な可変曲率を有するリフレクタを利用する。
【図９Ａ】図２のディスプレイのさらなる変化形実装の概略側面図であり、液晶の調節可能な光学素子を内含する。
【図９Ｂ】図２のディスプレイのさらなる変化形実装の概略側面図であり、複数の追加的屈折レンズを内含するための随意の位置を図示する。
【図１０】図２のディスプレイのさらなる変化形実装の概略側面図であり、非対称的に調節可能な可変曲率を有するリフレクタを利用する。
【図１１Ａ】図２のディスプレイのさらなる変化形実装の概略側面図であり、二重構造を利用して、画像への４つの異なる見かけの距離で、４つの画像の投影を達成する。
【図１１Ｂ】図１１Ａに類似するディスプレイの概略等角図であるが、一方のサブシステムが、半ラムダ波プレートの必要性を回避するために、他方に対して回転させられる。
【図１２Ａ】ヘッド装着構成の図２に類似する２つのディスプレイを使用して実装されるニアアイディスプレイの平面図であり、そして、観察者の目の方へ反射され得る外部照明の可能な経路を図示する。
【図１２Ｂ】図１２Ａに類似する図であり、ディスプレイの側面の側腹部に適用される偏光フィルタが、どのように使用されて、図１２Ａの問題となる反射を除去し得るかを示す。そして、
【図１３】車両用などの、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）の状態での、本考案の態様の実装を図示する、概略側面図である。
【考案を実施するための形態】
【００３５】
本考案は、リフレクタを備えた導光ディスプレイである。
【００３６】
本考案に係るディスプレイの原理および働きは、図面およびそれに伴う説明を参照することで、一層よく理解され得る。
【００３７】
本考案の第１の態様への一般的な導入によって、図２によって例示される本考案のある実施形態は、画像を観察者の目に表示するためのディスプレイを提供し、ここで、ディスプレイは、平行な主要面のペアを有する導光光学素子（ＬＯＥ）（２０）と、ＬＯＥ内で主要面のペアでの内部反射によって伝播するように画像をＬＯＥの中へ注入するための、プロジェクタ配置（１０ａ）と、を含む。画像は、内部部分反射表面（またはファセット）（２２ｂ）として本明細書で例示される、カップリングアウト配置によって、ＬＯＥからカップリングアウトされる。本考案のこの第１の態様によれば、カップリングアウト配置は、反射ファセットまたは回折素子のいずれかに基づいて、観察者の目から離れる方向（光線２４ｂ）へ、画像をＬＯＥからカップリングアウトするように、特別に構成され、そして、リフレクタ（３０）は、カップリングアウトされた画像を、光線（３２）として、ＬＯＥを通して観察者（２６）の目の方へ再び反射するように配置される。
【００３８】
観察者に画像を再び反射するために、ＬＯＥ（２０）の遠方面でリフレクタ（３０）を使用することは、１以上の著しい利点を提供し得る。第１に、目とリフレクタとの間のＬＯＥの位置決めは、一般に、射出瞳距離が低減した実装を容易にし、これによって、ＬＯＥとプロジェクタのサイズの低減が容易になる。さらに、リフレクタの位置は、従来の視覚補正眼鏡とデバイスとの一体化のために、見かけの深度、または調節可能な見かけの画像深度の１以上のレベルで画像をレンダリングする、新しい可能性を開き、そして、以下にさらに説明される通り、他の追加的特徴の領域をも容易にする。
【００３９】
本考案の第２の態様は、最も好ましくは、上述のディスプレイアーキテクチャとの相乗作用において使用されるが、リフレクタが画像プロジェクタと観察者との間の光路に置かれる、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）構成などの、他のディスプレイアーキテクチャの領域に対しても適用可能である。この第２の態様によれば、それを通して現実世界が視認される画像結合リフレクタ（例えば、図２のリフレクタ（３０）、または、図１３のリフレクタ（１００２））は、選択的部分的リフレクタであり、この選択的部分的リフレクタは、部分的リフレクタによって観察者の方へ反射される画像照明の割合が、部分的リフレクタによってリフレクタを通過することから除外される外部光景からの光の割合よりも、大きくなるように、実装される。この概念の実装は、全て以下にさらに詳述される通りの、偏光選択的リフレクタまたは色彩選択的リフレクタのいずれかの使用に基づいて、説明される。
【００４０】
図２、およびこの文書全体を通して、画像プロジェクタ（１０ａ）は、長方形としてほんの概略的に表わされる。本画像プロジェクタは、好ましくは、コリメートされた画像を生成するように構成され、すなわちそこでは、各画像画素の光は、画素位置に対応する角度方向で無限にコリメートされた平行なビームである。そのため、画像照明は、二次元の視野の画角に対応する一連の角度に広がり、それらのすべては、内部反射によってＬＯＥ内に捕捉され、その後にカップリングアウトされるべきである。
【００４１】
画像プロジェクタ（１４ａ）は、一般にＬＥＤまたはレーザーである、少なくとも１つの光源を含み、光源は、ＬＣＯＳチップなどの空間光変調器を照らすように配置されても良い。空間光変調器は、画像の各画素の投影明度を変調し、それによって画像を生成する。あるいは、画像プロジェクタは、高速スキャンミラーを使用して一般に実装されるスキャン配置を含むことが可能であり、このスキャン配置は、画素ベースの動きと同期してビームの明度が変化する間、プロジェクタの画像平面にわたってレーザー光源からの照明をスキャンし、それによって、各画素に望ましい明度を投影する。どちらの場合も、無限にコリメートされる出力投影画像を生成するためのコリメート光学系が提供される。上記の構成要素の一部または全ては、一般に、当技術分野で周知の、１以上の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）キューブ、または他のプリズム配列の表面に配置される。
【００４２】
画像プロジェクタ（１４ａ）のＬＯＥ（２０）への光学カップリングは、本明細書では構成要素の隣接によって簡易的に表わされているが、一般には、例えば、斜めに角度付けられた入力表面を備えるカップリングプリズムを介して、反射カップリング配置を介して、またはＬＯＥの側端および／または主要外部表面の１つを介してなどの、適切な光学カップリングを使用して、実際に実装される。カップリングイン構成の詳細は、本考案にとって重要ではなく、したがって、本明細書では説明を簡便化するために省略される。
【００４３】
ディスプレイが、画像プロジェクタを始動させるためのコントローラ、小型の搭載バッテリーなどの電力供給部、またはいくつかの他の適切な電源を一般に含む、様々な追加的構成要素をも含むことが、認識されるであろう。コントローラは、全て当技術分野で知られる通り、画像プロジェクタを駆動するための少なくとも１つのプロセッサまたは処理回路などの、必要な電子部品を全て含む。本明細書ではまた、これらの構成要素はそれ自体本考案の一部ではなく、したがって、詳細に議論されない。しばしばＰＯＤＳと呼ばれる、適切な画像プロジェクタは、様々なソースから市販で入手可能である。
【００４４】
再び図２を参照すると、この場合、導波路（２０）のファセット（２２ｂ）（あるいは、回折アーキテクチャの場合は回折パターン）は、「外側に面して」実装され、つまり、画像を観察者（２６）から離れて外側へ反射するように配向付けられる。結果として、光（２４ｂ）は、導波路からリフレクタ表面（３０）へカップリングアウトされる。リフレクタ面は凸状に湾曲しており、凸状反射レンズとして機能する。その結果として、面（３０）から反射するカップリングアウトされた光（２４ｂ）は、光（３２）として分岐する。分岐光（３２）は、（無限遠でない）望ましい範囲にある仮想画像（５２）を生成する。リフレクタ（３０）の曲率は、反射レンズの正常な原理に従って、この仮想画像の距離を決定する。リフレクタ（３０）は、部分的リフレクタであり、その結果、周辺光（２８）が（いくらかの明度低下を伴って）通過し、そして、背景は観察者（２６）により視認可能である。反射コーティングは、（以下にさらに説明される通り）部分的リフレクタまたは偏光リフレクタであり得る。
【００４５】
反射コーティングは、代替的に、表面（３１）に適用されることが可能であり、そのことによって、低減された曲率で同じ光パワーを達成することが可能になり、その理由としては、反射が空気よりも屈折率が著しく高い媒体内で生じるからである。
【００４６】
挿入語句的ではあるが、添付図面に図示される表面（３０）の曲率が、図示を目的として大きく誇張されていることに留意されたい。一般的用途のために、望ましい見かけの画像深度を提供するのに必要な曲率の範囲は、１−８メートルの半径の曲率の範囲内にあり、この範囲は、目の前に位置する、レンズサイズの部分的リフレクタにわたる表面の、ほとんど知覚不能なたわみに相当する。
【００４７】
非反射表面（この例で（３１））は、好ましくは、背景からの光のために、最小限の歪を導入するように設計される。ほとんどの場合、それは（３０）とほぼ同じ形状を有することになる。表面（３０）と（３１）を提供する要素は、薄いガラス、またはプラスチックのシートまたはレンズであっても良く、あるいは、いくつかの場合、部分反射フォイルまたはフィルム用の、中空のフレームタイプ支持構造であっても良い。
【００４８】
図３は、図２と同じ基本的アーキテクチャを示すが、偏光リフレクタ表面（３０）が、（本明細書では、ファセット（２２ｂ）によって反射される偏光に対して平行であると定義される）Ｓ偏光を反射するように、そしてＰ偏光を透過するように、配向付けられる。そのような偏光反射コーティング（垂直入射光に対する偏光子）は、様々なソースから市販で入手可能であり、そして、例えば３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（アメリカ）から入手できる。代替的に、ワイヤーグリッドフィルム（ｗｉｒｅ−ｇｒｉｄ  ｆｉｌｍ）を使用することもできる。
【００４９】
偏向されていない周辺光（２８）は入射するが、光線（２９）としてのＳ偏光は、リフレクタ（３０）によって反射され、一方で、Ｐ偏光は観察者へと通過する。このこと自体有益である、というのも、周辺光のＳ偏光は、ファセットによって散乱され、視認性を損なう傾向があるためである。
【００５０】
表面（３１）または下部のシート／レンズはさらに、外部光景からのＳ偏光光の反射を防ぎ、そしてそれによって、眼鏡の「ミラー（ｍｉｒｒｏｒ）」の出現を防ぐ、Ｓ偏光を吸収する吸収性偏光子として実装され得る。
【００５１】
基材（２０）からリフレクタ表面（３０）の方へカップリングアウトされた仮想画像光（２４ｂ）は、Ｓ偏光され、したがって、表面（３０）によって、照明（３２）として観察者（２６）の方へ反射される。ファセットから反射される画像照明の偏光に従って配向付けられる偏光選択的リフレクタ（３０）の使用は、仮想画像のパワー損失を最小化し、一方で、周辺光にはわずか５０％の損失を導く。この損失は、リフレクタ（３０）に偏光選択的部分的リフレクタを利用することによってさらに低下させることができ、この場合、目に向かう仮想画像の反射率の低下が犠牲となり、結果的にパワー効率を低下させる。例えば、もしリフレクタ（３０）がＳ偏光光の４０パーセントを反射し、そしてＰ偏光に対して実質的に透過的であれば、それは、導波路からカップリングアウトされる画像照明の４０％を反射し、一方で、外部光景からの偏光されていない照明の全面的な明度は、約２０％低下させるのみである。偏光選択的部分的リフレクタは、例えば、適切なワイヤの太さと間隔を選択した、ワイヤーグリッドフィルムなどの、上述のものと同じ技術を使用して実装することができる。
【００５２】
ある特に好ましい実装によれば、導波路（２０）の外面は、仮想画像の複数の望まれない反射を抑えるために、反射防止用（ＡＲ）コーティングが施されている。
【００５３】
偏光スキームが以下に説明される実施形態で明白に議論されているわけではないが、図３の実装の偏光管理は、本明細書で以下に説明される変化形実装の各々において、有益となるように実装され得ることが理解されるべきである。
【００５４】
図４Ａは、第２のプロジェクタ（１０ｂ）が導波路の反対側（反対の端部）に導入されるアーキテクチャを示す。このプロジェクタからの画像照明（破線矢印によって概略的に表わされる）は、画像照明（３４）として、ファセットによって、観察者の目（２６）の方へ直接反射される。したがって、（１０ｂ）からの仮想画像は、コリメート（無限収束）され、一方で、（１０ａ）からの仮想画像は、凸状リフレクタによって定義される有限距離に存在する。相互作用を有していないが異なる見かけの距離に位置する２つの画像を、同時に表示する能力は、観察者に、改善された、深度の知覚を提供する。
【００５５】
本考案のある実装によれば、レーザー光源は、空間光変調器の表面を照らすための照明ソースで、または、ビームがスキャニングパターンに沿ってスキャニングされることから、レーザー明度の変調による画像の直接生成を通して、のいずれかで、プロジェクタ（１０）で、画像照明に使用することができる。レーザーは、レーザーの特徴的波長に緊密に対応する、狭いスペクトル幅を有する。本考案のある特に好ましい実装によれば、画像を生成するために使用される１以上のレーザーの特徴的波長を含む、波長の狭帯域の反射率を有し、そして他の可視波長に対して透過的な、色彩選択的リフレクタが使用される。この状態の「狭帯域」は、標的波長の周りに局現化される反射率を指すために使用され、その可視スペクトルにわたる広帯域白色照明の明度透過率全体に対する影響は、各「狭帯域」の明度全体の２％未満に相当し、そして好ましくは、各帯域について１％未満に相当する。追加的にまたは代替的に、「狭帯域」は、それが約５ｎｍ以下、そしてより好ましくは約３ｎｍ以下の波長領域Δλを超える高い反射率を有する点で特徴付けることができる。
【００５６】
そのようなリフレクタは、レーザー光だけを透過するわけではなく、可視スペクトルのほとんどを透過することができ、そして外部光景の視野へは、小さな影響を与えるのみである。そのようなリフレクタは、誘電性コーティング、またはブラッグホログラム（Ｂｒａｇｇ  ｈｏｌｏｇｒａｍ）（または「厚いホログラム」）に基づき得る。図４Ｂの実線は、３つの別々の波長に対して反射的で、画像の照明ＲＧＢ成分に対して使用される、３つのレーザー（赤、緑、そして青）の特徴的波長で反射的となるように効果的に「調整」された、そのようなコーティングのスペクトルを示す。異なるコーティングのスペクトル反射率は、破線でマークされており、波長の最初のセットから変位させられた波長の、しかしながら、好ましくは、それでも、視認者によって、カラー画像の照明成分として適切な赤、緑、青として知覚される範囲の、波長の異なるセットに調整されるリフレクタに対応する。たとえ両フィルタが順に使用されたとしても、ほとんどのスペクトルが反射されないことは、明らかである。これらのフィルタは、図４Ｃに説明されるアーキテクチャで使用される。
【００５７】
図４Ｃで、プロジェクタ（１０ａ）は、２つの画像を、図４Ｂの反射率スペクトルに従って異なる波長を有する６つのレーザーを使用して、投影する。レーザーの３つは、実線の反射率スペクトルのピーク反射波長に相当する波長を有し、そして、別の３つのレーザーは、図４Ｂの破線スペクトルのピーク反射波長に相当する波長を有する。２つの画像は、プロジェクタ（１０ａ）から導波路の中へ注入され、画像の各々は、レーザーのセットのうちの１つからのＲＧＢ照明によって照らされ、そして、両画像は、既述の通り、導波路から、観察者の目から離れる方向へカップリングアウトされる。表面（１３０）は、光線（３５）として、図４ｂの実線の反射率スペクトルを示すようにコーティングされ、一方で、表面（１３２）は、光線（３７）として、図４ｂの破線の反射率スペクトルを示すようにコーティングされる。２つの反射表面（１３０）と（１３２）は、異なる曲率を有するため、異なる焦点距離（見かけの深度）を有する２つの画像を生成する。この構成は、図４Ｂで示されるような、スペクトルの残りの高い透過率のために、高い背景透過率を可能にし得る。
【００５８】
図４ｃの装置の代替実装は、説明される通り、図４ｂの実線に従う反射率で、スペクトル選択的反射表面としての表面（１３０）を含むことができ、そして、上に説明される通りにＳ偏光を反射する表面（１３２）は、それによって、２つの、スペクトル的に選択的である表面の必要性を回避できる。
【００５９】
図５は、２つのフィールド（つまり、異なる距離での２つの画像）を生成するための、別の任意の実装を示す。第２のプロジェクタ（１０ｃ）は、（破線によって概略的に表される）画像を、既述の、導波路（２０）に隣接する導波路（３８）の中へ投影する。導波路（３８）のカップリングアウトファセットは、（２０）のファセットに対して逆向きであり、それによって、画像を、（１０ｃ）から直接観察者の目の方へ、無限にコリメートされた仮想画像として、カップリングアウトする。このアーキテクチャは、そのため、図４のそれと機能において完全に等価であるが、２つの異なる導波路間の投影画像の分離は、いくつかの場合には、ファセットの各セットの設計パラメータを最適化するのに有用な追加的柔軟性を提供し得る。
【００６０】
反射レンズ表面の曲率は、任意の望ましい曲率であっても良く、または、ある適用では水平であっても良い。多くの実装で、わずかに凸の球状表面は、特に単純で有用な実装を提供し、望ましい見かけの画像焦点深度を定義する。しかし、様々なタイプおよび特性の非球状レンズも、以下の多くの例によって例示される通り、有益となるように使用され得る。
【００６１】
図６は、湾曲した反射表面（４０）（（３０）と等価）がその長さにわたる可変曲率を有する、アーキテクチャを示す。この例で、上部セクションは、曲率０、またはわずかな曲率を有し、その結果、このセクションによって反射される仮想画像（２７）は、遠くまたは無限遠に位置するだろう。下部セクションは、逓増する曲率を有し、その結果、下部フィールドの仮想画像（２５）は、近くにあるように現われるだろう。連続的な曲率変化は、好ましくは、焦点距離（あるいは「可変焦点」レンズ）の進行的変化に対応する、傾斜した仮想画像平面（２９）を生成するために、使用される。ニアアイディスプレイの状態で（屈折）可変焦点レンズを使用する概念に基づく追加的な実装は、参照によって本明細書に組込まれる、前述の特許文献１に提示される。これらの実装の各々は、本考案の教示に従う反射光学系に基づく可変焦点レンズを使用して、有利に、そしてより簡易的に実装され得る。最小限の歪は、平面（４０）とそれに隣接する平面（（３０）と（３１））によって、背景光に導入され、そして、実際の光景からの光の歪を補正するための追加的な光学的構成要素を必要としない。
【００６２】
図７Ａは、上に説明される通りに反射レンズとして機能する、近接部分反射表面で、現実世界の光景を視認するための、屈折レンズの組み合わせを示す。観察者が（焦点、円筒的、または進行的パラメータを有する）処方眼鏡を必要とする場合、処方光学パラメータを、導波路（２０）からさらに遠くに配置されるレンズ（４４ａ）、つまり、目からより遠い位置にある導光路の側面に、導入すると有益である。目と導波路との間の短い距離は、導波路サイズの縮小を可能にし、結果的に光力を保存する。
【００６３】
このレンズでは、反射面（４４ａ）（（３０）と等価）は、既定の仮想距離と処方された光学補正を有して、観察者へ、仮想画像を反射するように設計される。表面（４６ａ）は、屈折レンズ（４２ａ）の全体的な効果が、歪を伴わずにそして処方された光学パラメータで、背景を透過することであるように、設計される。表面（４６ａ）は、透過時に表面（４４ａ）によって導入される任意の歪の取り消しを含むべきである。
【００６４】
図７Ｂで、この場合には反射表面が外部表面（４６ｂ）であるという点を除いて、図７Ａと同じアーキテクチャが示される。この構成で、リフレクタの曲率を下げることができ（空気の代わりに屈折率で反射）、そして、反復を適用して、表面（４４ｂ）と（４６ｂ）の最適形状を生成し得る。
【００６５】
図７Ｃと７Ｄは、単独で従来の視覚補正眼鏡として使用されても良いが、図７Ａまたは７Ｂに関して上に定義されるデザイン面の配慮に従って形成される、部分的リフレクタ表面を既に含む、「ＡＲ用眼鏡」（５０４）の全体図を示す。リフレクタは、そのため、視覚補正眼鏡（５０４）の一部として屈折レンズと一体化され、視覚補正眼鏡は、観察者の耳に係合するサイド部分と観察者の鼻に係合するブリッジ部分を含む。ＬＯＥ、プロジェクタ配置、およびカップリングアウト配置は、単眼または両眼用に、視覚補正眼鏡（５０４）との解除可能な係合のために構成される、取り外し可能なユニット（または代替的に、両眼単視ユニット）として、一緒に実装される。図７Ｃは、眼鏡（５０４）が、従来の視覚補正眼鏡として別に使用され得る別の状態を示し、一方で、図７Ｄは、直接視認される光景が、プロジェクタ配置（５０２）から注入され、ＬＯＥ（５００）からの仮想画像で拡張され得る、拡張現実（ＡＲ）構成を示す。ここで、ＬＯＥは、観察者の目により近い側のレンズ後方に搭載される。
【００６６】
調節可能な焦点深度実装は、図８に概略的に示される。反射コーティング（３０ａ）は、柔軟なフォイル、または他のフレキシブル基板（５０）（拡張現実用途用には透過的であり、仮想現実用には非透過的である）に配置される。この位置（５０）では、表面（３０）は仮想画像（５２）（一点破線の収束）を生成する。フォイル（５４）に力を加えることによって、それは、位置（５６）で図示されるように形状を変化させ、異なる曲率を有する。この新しい曲率で、仮想画像は、より近付いてくる（５８）（二点破線の収束）。したがって、フォイルに加える力（５４）を変化させることで、仮想画像への距離を調節することができる。形状の変化は、望ましい、一般に球状のリフレクタ形状を維持するように実施されると、理想的であることに留意されたい。このことは、要素の形状を変更するための流体（ガスまたは液体）の圧力を使用して、あるいは電気容量の使用によって、有利に達成され得る。本明細書で図示されるような機械的駆動が使用されても良い。実践では、必要とされる変位は一般に、比較的小さく（そして、図８の概略的に図示される変位よりもはるかに小さい）、そして、必ずしも球状の形状を正確に保持していなくても良く、その理由としては、限られた程度の非点収差は、特にそれが一時的に発生する場合には、目によって十分に許容され得るからである。
【００６７】
図９Ａおよび９Ｂは、さらなる光パワーが追加的光学素子によって導入される、本考案の他の実装を示す。
【００６８】
図９Ａで、液晶の調節可能な光学素子（ＬＣＡＯＥ）（６０）が、導波路と（３０）との間に導入される。電圧がＬＣＡＯＥにかけられると、ＬＣＡＯＥは、導波路から開始された、透過されるＳ偏光の光パワーを変化させる。背景からのＰ偏光は、変化しないままである。この構成の（ＬＣＤを導波路の反対側に配置することに対する）優位性は、光が、ＬＣＡＯＥを２度通過し、それによって、光のダイナミックレンジ（ｄｙｎａｍｉｃ  ｒａｎｇｅ）が倍になることである。さらに、この構成では、導波路と目との間の距離は最小限のままであり、より小さな導波路とより少ない光力損失を可能にする。表面（３０）は、（描写の通り）湾曲していても良く、あるいは水平であるかもしれない。この用途に適したＬＣＡＯＥ装置は、Ｄｅｅｐ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｔｄ．（イスラエル）またはＨｉ  ｍａｘ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，  Ｉｎｃ（台湾）から市販で入手可能である。
【００６９】
図９Ｂは、レンズが、目と導波路（６４ｃ）との間に実装される、一般化されたアーキテクチャを示す。また、（６４ｂ）および（６４ａ）としてのリフレクタの両側に実装される。いくつかの場合には、これらのレンズの１以上が、最小限の収差で最適な画質を達成するために必要となる。レンズ（６４ａ）と（６４ｃ）は、背景、および仮想画像への異なる光パワーを得るために、複屈折であり得る。レンズの１つは、調節可能なレンズであり得る。以前同様、表面（３０ａ）は水平であるか、または湾曲しているかもしれない。
【００７０】
ある好ましい実装では、導波路の面は、名目上の画像と干渉し得る反射を低減するために、反射防止（ＡＲ）コーティングでコーティングされていることが望ましい。これらの反射の視認性のさらなる低下は、この構成のレンズ（６４ｃ）を使用することによって達成することができ、また、随意に、本明細書に記載される他の構成に対する追加物として、提供することができる。このレンズは、導波路表面からの反射の焦点をぼかし、それによって、その反射をより目立たなくさせる。
【００７１】
図１０は、この場合レンズ変更力（７０）が一方から非対称的に加えられていること以外は、図８と等価である。その結果、仮想画像（７２）は、より近くなるだけでなく、（図８の位置（５８）と比較して）変位する。この変位は、視差（収束）を光学的に補正して、見かけの画像範囲を一致させる必要がある場合に使用され得る。さらに細かな補正が、ディスプレイに送られるデジタル画像情報の操作によって、電子的に実行され得る。
【００７２】
図１１Ａは、「明視野」とも呼ばれる多焦点画像を生成するアーキテクチャを示す。プロジェクタ（８０ａ）と（８０ｂ）は、導波路の中へ画像を投影する。これらの画像の光は、図４Ａに説明されるアーキテクチャと等価に、観察者の方へアウトカップリングされる。半ラムダ波プレート（８２）は、投影された光の偏光をＳから、観察者の方へ、（（３０）と等価の）反射表面（８４）を通過するＰ偏光へと回転させる。プロジェクタ（１０ａ）および（１０ｂ）と、関連するＬＯＥおよび反射面（８４）もまた、図４Ａを参照して上に説明されるように機能する。そのため、プロジェクタ（１０ａ）、（１０ｂ）、（８０ａ）、および（８０ｂ）によって投影される４つの画像はすべて目（２６）に到達するが、各々が異なる光パワーと見かけの深度で到達する。（１０ｂ）からの画像は、無限遠にあるコリメートされた画像としてカップリングアウトされ、プロジェクタ（１０ａ）からの画像は、表面（８４）からの反射によってのみ変更され、プロジェクタ（８０ｂ）からの画像は、レンズの屈折効果によって変更され、その効果のために、表面（８４）が１つの表面を形成し、そして、プロジェクタ（８０ａ）からの画像は、表面（３０）からの反射、および屈折レンズによって変更される。そのため、屈折レンズおよび２つの反射面の形態の適切な選択によって、結合画像の異なる成分に対して４つの異なる見かけの画像を有する結合仮想画像を投影することが可能である。
【００７３】
変化形ではあるが、機能的に等価な実装では、波長プレート（８２）は省略されても良く、そしてプロジェクタ（８０ａ）、（８０ｂ）は、付属の導波路と共に、（観察者の視野のラインに沿った回転軸で）９０度回転させられる。そのような構成は、図１１Ｂに概略的に示される。
【００７４】
図１１Ａ−１１Ｂの構成で、４つの焦点面は、低い物理的体積を有するシステムから同時に投影される。この構成は、仮想現実（ＶＲ）に最も適用可能なものである。背景光は観察者への低透過率を有するため、拡張現実（ＡＲ）への適用は制限され得る。最右のリフレクタ（３０）とプロジェクタ（８０ａ）が省略される場合、３つの明確な見かけの画像深度を有するＡＲ適用が実装され得る。
【００７５】
図１２は、ニアアイディスプレイガラス（８７）とユーザー（８９）の概略平面図を示す。反射表面（３０）は、眼鏡の前方にあり、上に説明される実施形態のいずれかおよびすべてに対応する。背景（９０）からの偏光されていない光源は、リフレクタ（３０）を照らすことができ、そしていくつかの場合には、（３０）からのＳ反射がユーザーの目を照らし、視認性に逆効果をもたらし得る。
【００７６】
この考案のある好ましい実装のさらなる態様によれば、透過偏光子（９２）は、図１２Ｂに示されるような眼鏡の側面（上部も可）に配置される。この偏光子（９２）は、反射偏光子（３０）の透過軸と同じ配向を有する。その結果、（９２）を通って透過されるＰ偏光は、（３０）をも通って透過され、そして、観察者の目の方へ反射されることはないだろう。
【００７７】
本文書全体を通して、観察者の目（複数可）に対する、本考案の装置の配向および／または位置に関する言及がなされている場合、この配向および／または位置は、好ましくは、当該装置を観察者の顔または頭に対して支持する支持配置によって定義される。これは、観察者の鼻のブリッジ部、および耳の上の接触点を伴う眼鏡フレーム形成要素であるかもしれず、あるいは頭を直接グリップするヘッドバンドまたはヘルメットに基づくもの、または任意の他の支持構造であるかもしれない。
【００７８】
上記事例のいくつかで、特に、反射レンズが、ユーザーに視覚補正を提供する屈折レンズの一部として一体化される場合には、レンズは、単独で使用され得る従来の「ＡＲ用」眼鏡の一部として有利に実装されても良く、また、レンズは、望ましい使用のために追加的な拡張現実構成要素と組み合わされても良い。そのような場合、画像投影システムと導光路は、眼鏡への取り付け具によって直接支持されるように搭載されても良く、または上に説明される通り、画像投影システムと導光路に追加的な支持配置が提供されても良い。
【００７９】
考案はこれまで、ニアアイディスプレイの好ましいが非限定的な例の状態で説明されてきたが、本考案の様々な態様の実施形態は、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）を含むがこれに限定されない他の適用で、有益となるように使用され得ることに留意されたい。車両のためのＨＵＤの１つのサブセットは、特に興味を引くものであり、ここでは、画像照明が、最も好適に車両のフロントガラスの表面上に実装される、部分的リフレクタから反射され得る。そのような適用の一例は、図１３に概略的に図示され、ＨＵＤディスプレイ（１０００）は、車両（図示されず）のフロントガラスの表面上の部分的リフレクタ（１００２）と、画像照明を、観察者（１００６）の方へ反射されて画像として観察者によって視認されるように、投影するように配置される画像プロジェクタアセンブリ（１００４）とを含む。画像プロジェクタアセンブリ（１００４）は、単に概略的に表されるが、例えば、後方側面リフレクタと共に上に説明されるディスプレイアーキテクチャのいずれかに従って実装されても良い。後方側面リフレクタ（図示されてはいないが、上に説明されるリフレクタ（３０）または（１３０）と等価である）が使用される場合、プロジェクタリフレクタは、部分的リフレクタ（１００２）の非球状曲率を光学的に補正するように構成された非球状曲率で、有利に実装され得る。必要な光パワーを提供するための反射部品の使用は、光学的配置を過度に複雑にすることなく、色彩収差の問題を回避する。
【００８０】
本考案のさらなる態様によれば、上記のような後部リフレクタを備えた画像プロジェクタの状態、またの従来の画像プロジェクタの状態のいずれかで適用可能であり、部分的リフレクタによって観察者の目の方へ反射される画像照明の割合が、部分的リフレクタによってフロントガラスを通過することから除外される外部光景からの光の割合よりも、大きくなるように選択される選択的リフレクタである、部分的リフレクタ（１００２）を利用する。
【００８１】
そのような選択的反射率は、例えば既に上で説明された多くの方法で達成され得る。本考案のこの態様の実装の１つの群で、画像プロジェクタアセンブリ（１００４）によって投影される画像照明は、少なくとも部分的に偏光され、そして、部分的リフレクタ（１００２）は、偏光選択的リフレクタである。既述の実装で、少なくとも部分的リフレクタの一部が入射画像放射に対して垂直である場合、偏光選択性は、構造的偏光子リフレクタを使用して達成し得るのみである。画像が部分的リフレクタに斜角で入射する場合、偏光に対する感度が高い反射は、誘電性多層コーティングの適切な設計によって代替的に達成され、入射画像の全角度範囲にわたるＳ偏光の高い反射、およびＰ偏光の低反射率による偏光ビームスプリッタ効果を生む。画像プロジェクタアセンブリの配向が、出力画像にＳ偏光を提供するように選択される場合、高い割合の画像照明を反射することができ、一方で、外部風景からの偏光されていない光の少なくとも半分は、部分的リフレクタを通過して目に到達する。部分的に反射するビームスプリッタ（例えば、Ｓ偏光の４０％のリフレクタと最小限の反射のＰ偏光）が使用される場合、投影画像明度の４０％は観察者の方へ反映されるかもしれず、一方で、周辺の偏光されていない照明の場合、８０％が部分的リフレクタを通過し、わずか約２０％が退けられる。
【００８２】
さらに図４Ｂと４Ｃの状態で上に説明される代替的アプローチによれば、画像プロジェクタアセンブリによって投影される画像照明は、固有波長を有する少なくとも１つのレーザーによって生成され、そして、部分的リフレクタは、固有波長を含む波長の限られた範囲を反射するように構成される、色彩選択的リフレクタである。
【００８３】
上記の説明は例としての役割を果たすことのみを意図しており、添付の実用新案登録請求の範囲で定義される本考案の範囲内において、他の多くの実施形態が可能であることが理解されよう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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