(57)【要約】  １実施形態によると、表示システムは、ディスプレイ用の像誘導基板を通じてアングルマップ画像担持光線を発射するように動作可能なアングルマップディスプレイエンジンを含む。１実施形態によると、表示システムは、画質を向上させるように構成される入力および／または出力構造を有する像誘導基板を含む。１実施形態によると、表示システムは、用途に合わせて調整される像誘導基板構成を提供するように動作可能な構造を含む。  【選択図】  図５
2009516862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接眼レンズを使用せずに可視像に対応するアングルマップ光線を生成するように動作可能なアングルマップディスプレイエンジンと、
から直接アングルマップ光線を受信するように並べられ、可視像に対応する光線を発射するように構成される像誘導基板と、
を備えることを特徴とするディスプレイ。
【請求項２】
アングルマップ光線は可視光線を含むことを特徴とする請求項１のディスプレイ。
【請求項３】
アングルマップディスプレイエンジンは走査ビームディスプレイエンジンを含むことを特徴とする請求項１のディスプレイ。
【請求項４】
アングルマップディスプレイエンジンおよび像誘導基板は、アングルマップディスプレイエンジンおよび像誘導基板内に像面を形成せずに、視聴者に可視像を提供するように構成されることを特徴とする請求項１のディスプレイ。
【請求項５】
像誘導基板は、アングルマップ光線を受信するように構成される入力光学素子と、
近位端と遠位端で入力光学素子からアングルマップ光線を伝播するように構成される基板と、
伝播されたアングルマップ光線を受信し、伝播されたアングルマップ光線を可視領域に発射するように構成される出力光学素子と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１のディスプレイ。
【請求項６】
少なくとも１つの入力光学素子および出力光学素子は１つまたはそれ以上のホログラフィック光学素子を含むことを特徴とする請求項５のディスプレイ。
【請求項７】
少なくとも１つの入力光学素子および出力光学素子は１つまたはそれ以上の反射素子を含むことを特徴とする請求項５のディスプレイ。
【請求項８】
像誘導基板は、可視領域に可視像に対応する光線を発射するように構成され、可視領域に入る周辺光の量を減衰するように構成される部分透過素子をさらに備えることを特徴とする請求項１のディスプレイ。
【請求項９】
部分透過素子は可変透過素子を含むことを特徴とする請求項８のディスプレイ。
【請求項１０】
像誘導基板は直線スラブを含むことを特徴とする請求項１のディスプレイ。
【請求項１１】
像誘導基板は少なくとも１つの折り目を含むことを特徴とする請求項１のディスプレイ。
【請求項１２】
映像信号を受信し、ディスプレイエンジンを駆動して対応するアングルマップ光線を生成するように動作可能なコントローラをさらに備えることを特徴とする請求項１のディスプレイ。
【請求項１３】
アングルマップ光線は略モノクロームの光を含むことを特徴とする請求項１のディスプレイ。
【請求項１４】
アングルマップ光線は複数の光波長を含むことを特徴とする請求項１のディスプレイ。
【請求項１５】
アングルマップ光線は赤色、緑色、および青色光の波長を含むことを特徴とする請求項１のディスプレイ。
【請求項１６】
アングルマップディスプレイエンジンでアングルマップ光線を生成することと、
アングルマップ光線を像誘導基板に結合することと、
アングルマップ光線を可視領域に発射することと、
を備えることを特徴とする可視像の表示方法。
【請求項１７】
アングルマップ光線は可視光線を含むことを特徴とする請求項１６の可視像の表示方法。
【請求項１８】
アングルマップディスプレイエンジンは走査ビームディスプレイエンジンを含むことを特徴とする請求項１６の可視像の表示方法。
【請求項１９】
アングルマップディスプレイエンジンでアングルマップ光線を生成することと、アングルマップ光線を像誘導基板に結合することとは、アングルマップディスプレイエンジンおよび像誘導基板内に像面を形成せずに実行されることを特徴とする請求項１６の可視像の表示方法。
【請求項２０】
アングルマップ光線を像誘導基板に結合することは、アングルマップディスプレイエンジンからアングルマップ光線を受信することと、アングルマップ光線を受信するように構成される入力光学素子でアングルマップ光線を受信することとを含み、
アングルマップ光線を可視領域に発射することは、アングルマップ光線を出力光学素子で可視領域に方向付けることを含み、
基板を介して入力光学素子から出力光学素子へアングルマップ光線を伝播することをさらに含むことを特徴とする請求項１６の可視像の表示方法。
【請求項２１】
少なくとも１つの入力光学素子および出力光学素子は１つまたはそれ以上のホログラフィック光学素子を含むことを特徴とする請求項２０の可視像の表示方法。
【請求項２２】
少なくとも１つの入力光学素子および出力光学素子は１つまたはそれ以上の反射素子を含むことを特徴とする請求項２０の可視像の表示方法。
【請求項２３】
部分透過素子で可視領域に入る周辺光の量を減衰することをさらに備えることを特徴とする請求項１６の可視像の表示方法。
【請求項２４】
部分透過素子は可変透過素子を含むことを特徴とする請求項２３の可視像の表示方法。
【請求項２５】
像誘導基板は直線スラブを含むことを特徴とする請求項１６の可視像の表示方法。
【請求項２６】
像誘導基板は少なくとも１つの折り目を含むことを特徴とする請求項１６の可視像の表示方法。
【請求項２７】
コントローラで映像信号を受信することと、ディスプレイエンジンを駆動して対応するアングルマップ光線を生成することとをさらに備えることを特徴とする請求項１６の可視像の表示方法。
【請求項２８】
アングルマップ光線は略モノクロームの光を含むことを特徴とする請求項１６の可視像の表示方法。
【請求項２９】
アングルマップ光線は複数の光波長を含むことを特徴とする請求項１６の可視像の表示方法。
【請求項３０】
アングルマップ光線は赤色、緑色、および青色の光波長を含むことを特徴とする請求項１６の可視像の表示方法。
【請求項３１】
複数の変調光ビームを生成するように動作可能な複数の光源と、
複数の変調光ビームを合成変調光ビームに結合するように構成されるビーム結合器と、
合成変調光ビームを２次元パターンで走査するように動作可能なビームスキャナと、
走査された合成変調光ビームを受信し、入力位置から出力位置へ走査された合成変調光ビームを誘導し、出力位置から可視領域へ走査された合成変調光ビームを発射するように構成される誘導基板と、
を備えることを特徴とする像発生器。
【請求項３２】
ビーム結合器は、平行軸に沿った変調光ビームのうちの少なくとも２つを受信するように構成されることを特徴とする請求項３１の像発生器。
【請求項３３】
ビーム結合器は誘導基板に機械的に結合されることを特徴とする請求項３１の像発生器。
【請求項３４】
少なくとも１つの複数の光源が誘導基板に機械的に結合されることを特徴とする請求項３１の像発生器。
【請求項３５】
ビームスキャナは誘導基板に機械的に結合されることを特徴とする請求項３１の像発生器。
【請求項３６】
ビームスキャナは、誘導基板を通過する軸に沿って合成変調光ビームを受信するように並べられることを特徴とする請求項３１の像発生器。
【請求項３７】
偏光回転子をさらに含み、
誘導基板は、合成変調光ビームを通過させ、回転された光ビームを反射するように構成される偏光選択入力構造を含み、
合成変調光ビームは、偏光選択入力構造および偏光回転子を通ってビームスキャナまで送信され、
ビームスキャナは、偏光回転子を通って入力構造まで合成変調光ビームを走査するように構成されることを特徴とする請求項３１の像発生器。
【請求項３８】
合成変調光ビームは偏光選択入力構造を通過するように選択される第１の偏光に対応し、偏光回転子は、２度送信された偏光を偏光選択入力構造によって反射されるように選択される第２の偏光に回転させるように構成されることを特徴とする請求項３７の像発生器。
【請求項３９】
伝播された光線を受信し、伝播された光線を可視領域に向けて発射するように構成される複数のミラーを含む像出力部を備える像誘導基板であって、各ミラーは約１／Ｙ＊１／（Ｘ＋１）の部分反射率を有し、Ｘはミラーによって発射されない光線の部分によって横断されるミラーの数であり、１／Ｙは遮蔽であることを特徴とする像誘導基板。
【請求項４０】
Ｙは約１で、完全に遮蔽された可視領域に対応することを特徴とする請求項３９の像誘導基板。
【請求項４１】
Ｙは約２で、約０．５の遮蔽に対応することを特徴とする請求項３９の像誘導基板。
【請求項４２】
少なくとも１つのミラーは部分広帯域反射板を含むことを特徴とする請求項３９の像誘導基板。
【請求項４３】
少なくとも１つのミラーは偏光選択反射板を含むことを特徴とする請求項３９の像誘導基板。
【請求項４４】
少なくとも１つのミラーは部分広帯域反射板および偏光選択反射板を含むことを特徴とする請求項３９の像誘導基板。
【請求項４５】
少なくとも１つのミラーは角度選択反射板を含むことを特徴とする請求項３９の像誘導基板。
【請求項４６】
少なくとも１つのミラーは、奇数回反射された光線と偶数回反射された光線とを分類するように構成される偏光選択反射板を含むことを特徴とする請求項３９の像誘導基板。
【請求項４７】
光線がそこから反射されるたびに９０度偏光を回転させるように構成される基板壁をさらに含み、
少なくとも１つのミラーが、奇数回反射された光線と偶数回反射された光線とを分類するように構成される偏光選択反射板を含むことを特徴とする請求項３９の像誘導基板。
【請求項４８】
Ｗ番目のミラーで光線を受信し、Ｗが１〜Ｚであることと、
光線のパワーを可視領域に向けて約１／（Ｘ＋１）反射させ、Ｘ＝Ｚ−Ｗであることと、
Ｗ＝Ｚでない場合、光線のパワーを（Ｗ＋１）番目のミラーに約１−（１／Ｘ＋１）送ることと、を含む複数の出力ミラーＺを有する出力部を含む像誘導基板で像を表示する方法。
【請求項４９】
Ｗ番目のミラーは部分広帯域反射板を含むことを特徴とする請求項４８の方法。
【請求項５０】
Ｗ番目のミラーは偏光選択反射板を含むことを特徴とする請求項４８の方法。
【請求項５１】
Ｗ番目のミラーは部分広帯域反射板および偏光選択反射板を含むことを特徴とする請求項４８の方法。
【請求項５２】
Ｗ番目のミラーは角度選択反射板を含むことを特徴とする請求項４８の方法。
【請求項５３】
Ｗ番目のミラーは、奇数回反射された光線と偶数回反射された光線を分類するように構成される偏光選択反射板を含むことを特徴とする請求項４８の方法。
【請求項５４】
Ｗ番目のミラーで光線を受信する前に、光線がそこから反射されるたびに９０度で光線の偏光を回転させるように構成される壁を有する像誘導基板に光線を誘導することをさらに備え、
Ｗ番目のミラーは、奇数回反射された光線と偶数回反射された光線を分類するように構成される偏光選択反射板を含むことを特徴とする請求項４８の方法。
【請求項５５】
像を生成し、像に対応する光線を提供するように動作可能なディスプレイエンジンと、
ディスプレイエンジンから光線を受信し、光線を出力部に伝播し、出力部から可視領域に向けて光線を発射するように構成される像誘導基板と、を備え、
像誘導基板の出力部は複数の出力ミラーを含み、各出力ミラーの反射率は、出力部全体でバランスの取れた光学パワーを提供するように選択されることを特徴とするディスプレイ。
【請求項５６】
各出力ミラーの反射率は入射角選択度を含むことを特徴とする請求項５５のディスプレイ。
【請求項５７】
各出力ミラーの反射率は偏光角選択度を含むことを特徴とする請求項５５のディスプレイ。
【請求項５８】
各出力ミラーの反射率は広帯域部分反射率を含むことを特徴とする請求項５５のディスプレイ。
【請求項５９】
各出力ミラーの反射率はスペクトル選択度を含むことを特徴とする請求項５５のディスプレイ。
【請求項６０】
ディスプレイエンジンはアングルマップディスプレイエンジンを含むことを特徴とする請求項５５のディスプレイ。
【請求項６１】
ディスプレイエンジンはロケーションマップディスプレイエンジンと、ロケーションマップ像情報を像に対応する光線に変換するように構成される接眼とを含むことを特徴とする請求項５５のディスプレイ。
【請求項６２】
電気信号に応答して変調フォトニック出力を生成するように動作可能なディスプレイエンジンと、
ディスプレイエンジンの変調フォトニック出力を受信し、ディスプレイエンジンと協働して選択された変更を有する変調フォトニック出力を発射するように構成される入力光学素子と、  
入力光学素子から変調フォトニック出力を受信し、近位位置から遠位位置に変調フォトニック出力を誘導するように構成される像リレイスラブと、
像リレイスラブから変調フォトニック出力を受信し、可視領域に向けて変調フォトニック出力を発射するように構成される出力光学素子と、
を備えることを特徴とする誘導基板ディスプレイ。
【請求項６３】
ディスプレイエンジンは、選択された偏光を有する変調フォトニック出力を生成するように動作可能であることを特徴とする、請求項６２の誘導基板ディスプレイ。
【請求項６４】
ディスプレイエンジンは、選択された偏光を有する光を生成するように動作可能な複数の光源を含むことを特徴とする、請求項６２の誘導基板ディスプレイ。
【請求項６５】
入力光学素子は、発射された変調フォトニック出力上に選択された偏光を与えるように構成されることを特徴とする、請求項６２の誘導基板ディスプレイ。
【請求項６６】
出力光学素子は、変調フォトニック出力の偏光に応じて可視領域の方に変調フォトニック出力を選択的に発射するように構成されることを特徴とする、請求項６２の誘導基板ディスプレイ。
【請求項６７】
出力光学素子は、変調フォトニック出力の偏光に応じて可視領域の方に変調フォトニック出力を選択的に発射するように構成され、
出力光学素子はさらに、変調フォトニック出力が出力光学素子を横断する際に変調フォトニック出力の偏光を修正するように構成される
ことを特徴とする、請求項６２の誘導基板ディスプレイ。
【請求項６８】
像リレイスラブは、変調フォトニック出力が像リレイスラブを横断する際、変調フォトニック出力の偏光を修正するように構成されることを特徴とする、請求項６２の誘導基板ディスプレイ。
【請求項６９】
入力光学素子および出力光学素子は像リレイスラブに一体化されることを特徴とする、請求項６２の誘導基板ディスプレイ。
【請求項７０】
映像に対応する電気信号を生成するように動作可能なコントローラと、
電気信号の受信に応答して映像を生成するように動作可能なディスプレイエンジンと、
映像を受信するように並べられる像誘導基板と、を備え、
像誘導基板は像出力部を有し、像出力部は、伝播された光線を受信し、伝播された光線を可視領域に向けて発射するように構成される複数のミラーを含み、各ミラーは約１／Ｙ＊１／（Ｘ＋１）の部分反射率を有し、Ｘはミラーによって発射されない光線の部分によって横断されるミラーの数であり、１／Ｙは遮蔽であることを特徴とする、可視像を提供するように動作可能なシステム。
【請求項７１】
システムは携帯電話を含み、コントローラは受信した無線信号に応じた電気信号を生成するように動作可能であることを特徴とする請求項７０のシステム。
【請求項７２】
システムは自動車を含み、像誘導基板はヘッドアップディスプレイとして構成されることを特徴とする請求項７０のシステム。
【請求項７３】
システムはテレビモニタを含み、像誘導基板はフラットパネルディスプレイとして構成されることを特徴とする請求項７０のシステム。
【請求項７４】
像を生成するように動作可能なディスプレイエンジンと、
ディスプレイエンジンからの像を受信し、可視領域で可視像を生成するように並べられる像誘導基板と、
可視領域の反対側で像誘導基板に結合される遮蔽部材と、
を備えることを特徴とするディスプレイ。
【請求項７５】
ディスプレイエンジンは、像を担持するロケーションマップ画素を生成するように動作可能なロケーションマップディスプレイエンジンとロケーションマップ画素を像を担持する対応アングルマップ光線に変換するように動作可能な接眼光学素子とを含み、像誘導基板は、像を担持するアングルマップ光線を受信するように並べられ、アングルマップ光線の角度を維持しつつアングルマップ光線を誘導するように構成されることを特徴とする請求項７４のディスプレイ。
【請求項７６】
遮蔽部材は、周囲環境からの光が像誘導基板を貫通し、可視領域に到達するのをほぼ回避するように構成されることを特徴とする請求項７４のディスプレイ。
【請求項７７】
遮蔽部材は周囲環境からの光を減衰するように構成されることを特徴とする請求項７４のディスプレイ。
【請求項７８】
遮蔽部材は、周囲環境からの光を可変で減衰するように動作可能な可変減衰部材を含むことを特徴とする請求項７４のディスプレイ。
【請求項７９】
像を受信するように構成される入力領域と、
入力領域からの像を誘導するように構成される像誘導領域と、
像誘導領域からの像を受信し、像を可視領域に投射するように構成される出力領域と、
可視領域に入る周辺光を減衰するように構成される遮蔽部材と、
を備えることを特徴とする像誘導基板。
【請求項８０】
遮蔽部材は、周囲環境からの光が出力領域を貫通し、可視領域に到達するのをほぼ回避するように構成されることを特徴とする請求項７９の像誘導基板。
【請求項８１】
遮蔽部材は、周囲環境からの光の１部が出力領域を貫通して、可視領域に到達できるように構成されることを特徴とする請求項７９の像誘導基板。
【請求項８２】
遮蔽部材は、周囲環境からの光を可変に減衰するように動作可能であることを特徴とする請求項７９の像誘導基板。
【請求項８３】
遮蔽部材は、周辺光の変化に応じて構成されるフォトクロミック材を含むことを特徴とする請求項７９の像誘導基板。
【請求項８４】
遮蔽部材は、コントローラからの信号に応答するように構成されるエレクトロクロミック材を含むことを特徴とする請求項７９の像誘導基板。
【請求項８５】
像を生成するように動作可能なディスプレイエンジンと、
像を受信するように並べられ、折り目の周囲で受信像を出力領域に伝播するように構成される折畳み像誘導基板であって、出力領域が可視領域に像を投射するように構成される折畳み像誘導基板と、
を備えることを特徴とするディスプレイ。
【請求項８６】
ディスプレイエンジンは、ロケーションマップ画素発生器と、ロケーションマップ画素をアングルマップ光線に変換するように構成される接眼とを含むことを特徴とする請求項８５のディスプレイ。
【請求項８７】
折畳み像誘導基板は、内部全反射を用いて光伝播路を折り畳むように構成される傾斜面を含むことを特徴とする請求項８５のディスプレイ。
【請求項８８】
折畳み像誘導基板は、反射を用いて光伝播路を折り畳むように構成されるミラー傾斜面を含むことを特徴とする請求項８５のディスプレイ。
【請求項８９】
折畳み像誘導基板は単独の折り目を含むことを特徴とする請求項８５のディスプレイ。
【請求項９０】
折畳み像誘導基板は複数の折り目を含むことを特徴とする請求項８５のディスプレイ。
【請求項９１】
伝播された像は誘導光線を含み、像誘導基板の折り目は、伝播された像を備えるほぼすべての光線による等価面での同じ回数の反射を維持するように構成されることを特徴とする請求項８５のディスプレイ。
【請求項９２】
折り目は回析光学素子を含むことを特徴とする請求項８５のディスプレイ。
【請求項９３】
折り目は複数の部分反射面を含むことを特徴とする請求項８５のディスプレイ。
【請求項９４】
折り目は、伝播された光線が互いに近づくノードに配置されることを特徴とする請求項８５のディスプレイ。
【請求項９５】
折畳み像誘導基板は、ヘッドマウントディスプレイの１部として装着された際、視聴者の頭の側面周りで折り畳めるように構成されることを特徴とする請求項８５のディスプレイ。
【請求項９６】
折畳み像誘導基板はコンピュータモニタの１部として構成されることを特徴とする請求項８５のディスプレイ。
【請求項９７】
折畳み像誘導基板はテレビモニタの１部として構成されることを特徴とする請求項８５のディスプレイ。
【請求項９８】
折畳み像誘導基板はヘッドアップディスプレイの１部として構成されることを特徴とする請求項８５のディスプレイ。
【請求項９９】
ディスプレイエンジンから像を受信するように構成される像入力領域と、
第１の軸に沿って像を誘導するように構成される第１の像誘導領域と、
第１の軸に沿って像を受信し、第２の軸に沿って像を方向付けるように構成される折り目と、
第２の軸に沿って像を誘導するように構成される第２の像誘導領域と、
像を可視領域に方向付けるように構成される像出力領域と、
を備えることを特徴とする、折畳み像誘導基板。
【請求項１００】
折り目は、略内部全反射を用いて第２の軸に沿って像を方向付けるように構成される屈折率を含むことを特徴とする、請求項９９の折畳み像誘導基板。
【請求項１０１】
折り目は、反射を用いて第２の軸に沿って像を方向付けるように構成されるミラーを含むことを特徴とする、請求項９９の折畳み像誘導基板。
【請求項１０２】
折り目はホログラフィック光学素子を含むことを特徴とする、請求項９９の折畳み像誘導基板。
【請求項１０３】
折り目は複数の部分反射面を含むことを特徴とする、請求項９９の折畳み像誘導基板。
【請求項１０４】
像は複数の角度で光線として誘導され、光線は像入力領域と像出力領域との間の少なくとも１つのノードを通過することを特徴とする、請求項９９の折畳み像誘導基板。
【請求項１０５】
像は複数の角度で光線として誘導され、光線は像入力領域と像出力領域との間の少なくとも１つのノードを通過し、折り目はノードに配置される少なくとも１部を含むことを特徴とする、請求項９９の折畳み像誘導基板。
【請求項１０６】
像は複数の角度で光線として誘導され、光線は像入力領域と像出力領域との間の複数のノードを通過し、
折り目は複数の折り目を含み、
複数の折り目は複数のノードのうちの少なくとも２つに略対応する位置に配置されることを特徴とする、請求項９９の折畳み像誘導基板。
【請求項１０７】
第１の像誘導部は像入力領域から像を受信するように並べられ、第２の像誘導部は像出力領域へ像を送信するように並べられることを特徴とする、請求項９９の折畳み像誘導基板。
【請求項１０８】
像入力領域および像出力領域の少なくとも１つは１つまたはそれ以上のミラーを含むことを特徴とする、請求項９９の折畳み像誘導基板。
【請求項１０９】
像入力領域および像出力領域の少なくとも１つはホログラフィック素子を含むことを特徴とする、請求項９９の折畳み像誘導基板。
【請求項１１０】
像情報を担持する光線を入力領域で受信することと、
第１の軸にほぼ沿って透過基板に光線を伝播させることと、
透過基板を通り第２の軸にほぼ沿って光線を方向付けることと、
光線を可視領域に出力することと、
を備えることを特徴とする視聴者に像を提供する方法。
【請求項１１１】
光線を出力する平均方向は、第１の軸にほぼ逆平行であることを特徴とする請求項１１０の視聴者に像を提供する方法。
【請求項１１２】
第１および第２の軸は、視聴者の頭の周りの光伝播を折り曲げることに相当することを特徴とする請求項１１０の視聴者に像を提供する方法。
【請求項１１３】
光線の受信と出力の少なくとも１つは複数のミラーの反射を含むことを特徴とする請求項１１０の視聴者に像を提供する方法。
【請求項１１４】
光線の受信と出力の少なくとも１つはホログラフィック光学素子の透過を含むことを特徴とする請求項１１０の視聴者に像を提供する方法。
【請求項１１５】
光線は、像入力領域と像出力領域との間の少なくとも１つのノードを通過することを特徴とする請求項１１０の視聴者に像を提供する方法。
【請求項１１６】
光線は、像入力領域と像出力領域との間の少なくとも１つのノードを通過し、透過基板を通り第２の軸にほぼ沿って光線を方向付けることは、ノードに対応する位置で行われることを特徴とする請求項１１０の視聴者に像を提供する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はディスプレイ、特に像誘導基板光学素子を使用する走査ビームディスプレイに関する。
【０００２】
（関連出願の相互参照）：本発明は、２００５年１１月２１日に提出された米国仮特許出願第６０／７３８、４８４号の「像誘導基板を有するディスプレイ」からの優先権を主張し、引用により本明細書に組み込む。
【背景技術】
【０００３】
基板誘導光学像リレイの分野で、反射素子または回析素子は、基板に沿って像光線を誘導するために比較的薄い基板の表面と協働して、可視領域を生成することができる。これはたとえば、ディスプレイソースによって生成される像を目に近いディスプレイで視聴者の目と結合する、および／またはフラットパネルディスプレイなどの薄い形状因子を提供するために使用することができる。
【０００４】
実施形態は、簡易ディスプレイエンジン／基板インタフェース、高度な画質、広い適用構成可能性、およびその他の利点を提供する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る１側面は、像誘導基板に沿ってアングルマップ入力像を、像のアングルマッピングを維持するように像が出力される可視領域へと送信する装置と方法に関する。
【０００６】
各種実施形態によると、反射および／または回析（ホログラフィック）光学素子は、像誘導基板内で個々にまたは混合して用いることができる。
【０００７】
別の実施形態によると、アングルマップ像生成エンジンを、像誘導基板と一体化させることができる。アングルマップ像生成エンジンはたとえば、走査ビームディスプレイエンジンを含むことができる。
【０００８】
別の実施形態によると、入射角度選択被覆を、像誘導基板の出力反射器などの反射面に塗布することができる。上記角度選択被覆はたとえば、可視領域外の光線の発射を低減または除去することによってシステム効率を向上させるのに使用することができる。
【０００９】
別の実施形態によると、偏光選択被覆および偏光回転子などの偏光修正装置は、像誘導基板の出力反射器などの反射面に反射選択度を提供するのに使用することができる。いくつかの実施形態によると、偏光回転子は、波長板またはファラデー回転子を備えることができる。上記アプローチはたとえば、システム効率を向上させ、設計制限を拡大し、出力画質を向上させ、出力像の見かけの輝度の均一性を向上させるためなどに使用することができる。
【００１０】
別の実施形態によると、部分反射板反射率の連鎖が、出力パワー密度の均一性を向上させるために入力および／または出力反射器で使用することができる。
【００１１】
別の実施形態によると、反射面の偏光感度は、奇数回数反射された光線を、偶数回数反射された光線と区別するように構成することができる。上記アプローチは、たとえば奇数および偶数回反射された光線を混合することによって出力像の対象性を誘導するのを回避することができる。
【００１２】
別の実施形態によると、波長選択出力反射器は、入力波長を分類するのに使用することができる。
【００１３】
別の実施形態によると、合成角入力反射板を像誘導基板内で使用することができる。
【００１４】
別の実施形態によると、走査ビームディスプレイエンジンは、調節可能または可変調節および／または可視領域までの見かけ上の像距離を提供するように構成することができる。走査ビームは、ユーザの嗜好に応じて、ある量の収束、平行度、または発散として表される好適なビーム整形を提供するように選択することができる。像誘導基板の角度保持実施形態は選択されたビーム整形を維持し、可視領域を撮像するように選択された形状を送る。                              
【００１５】
別の実施形態によると、走査ビームディスプレイエンジンは、像に提供される３次元（３Ｄ）情報に応じて可変ビーム整形を提供するように構成することができる。上記実施形態は、可視領域で３Ｄ効果を有する可変調節像を提供する。
【００１６】
別の側面によると、像誘導基板は、周囲光景輝度の少なくとも１部を低減するように作用する遮蔽度を含むことができる。いくつかの実施形態では、周辺光景は完全に遮蔽される。いくつかの実施形態では、周辺光景の輝度を減衰することができる。いくつかの実施形態では、周辺光景の輝度は、たとえば周辺光景輝度の大きさ、合成像源のパワー出力、周辺情報と合成情報の相対的重要性などに応じて、可変で減衰させることができる。いくつかの実施形態では、可変減衰は、像誘導基板上または内に配備されるフォトクロミック材によって提供することができる。他の実施形態では、可変減衰は、周辺照明を受け取るように整列された光検出器からの周辺照明信号に基づき、液晶またはエレクトロクロミック可変減衰器を制御するコントローラ回路などの能動的減衰によって提供することができる。
【００１７】
別の実施形態によると、像誘導基板は１つまたはそれ以上の折り目を含むことができる。折り目はたとえば、像誘導基板を好適なパッケージ寸法または構造に形成するために有益であるかもしれない。
【００１８】
いくつかの実施形態によると、像誘導基板を用いるディスプレイは、目に近いディスプレイとして構成することができる。他の実施形態によると、像誘導基板を用いるディスプレイは、ある距離で視聴されるように構成することができる。上記アプローチはたとえば、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）またはデスクトップまたは携帯コンピュータモニタを提供するために使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、実施形態に係る像源としてフラットパネルディスプレイまたは走査中間像面などのロケーションマップディスプレイエンジン１０４を使用する反射素子を有する像誘導基板１０２を用いる表示システム１０１の概略図である。ディスプレイのロケーションマップ画素を基板１０２の下方への送信に適切なアングルマップ画素に変換するため、接眼レンズ１０６は、光線が像誘導基板１０２に入射する場所でまたはその近傍で第１の瞳孔１０８を通過する略平行光線の収束ファンを生成するために使用される。各略平行光線の角度は、ロケーションマップディスプレイエンジン１０４の像面の特定位置から出射する光に対応することができる。入力光線は、像誘導基板１０２の軸にほぼ沿って光線を方向付ける入力反射板１１０によって反射される。基板１０２の縁部に入射すると、光線は同等の逆の角度で反射され、基板を下り続ける。基板に沿った移動距離を通過した後、光線は視聴者１１６の目によって認知され得る可視領域１１４の方に光線を方向付ける一連の部分反射器１１２に入射する。可視領域１１４は、像のほぼ全体を認知できる出口瞳孔によって画定することができる。基板１０２の長さに沿った部分反射器１１２の分散は、出口瞳孔１１４の範囲が第１の瞳孔１０８より大きくなるように出口瞳孔を拡大させる。反射器１１２の分散は、基板の厚みよりも実質上寸法の大きな出口瞳孔１１４をもたらす点に注目することができる。いくつかの実施形態によると、基板の全長は約３０〜１００ミリメートルで、厚みは約１〜５ミリメートルとすることができるが、他の長さや厚みも可能である。
【００２０】
あるいはディスプレイ１０１の基板１０２の反射器の機能は、図２に概略的に示されるような回析（すなわち、ホログラフィック）光学素子によって提供することができる。図２の像誘導基板１０２は、図１の像誘導基板１０２の入力反射板１１０および出力部分反射器１１２に対応する機能をそれぞれ提供する入力回析光学素子１１０’および出力回析光学素子１１２’を含む。回析素子１１０’および１１２’は、ホログラフィック光学素子または単にホログラフィック素子と呼ぶことができる。図１のディスプレイ１０１と同様、図２のディスプレイ２０１は、フラットパネルディスプレイまたは走査中間像面などのロケーションマップディスプレイエンジンをロケーションマップ像源１０４として使用することができる。像源からの像は、入力回析光学素子１１０’上に接眼レンズ（もしくは、接眼回析素子または接眼反射素子）１０６によって焦点を合わせられる。
【００２１】
入力回析光学素子１１０’は図示される光線２０２によって示されるように、ほぼ像誘導基板１０２の可視端の方に入力光線を方向付けるように構成される。図示される光線２０２は、出力回析素子１１２’に入射するまで、像誘導基板１０２の壁に連続的に反射させることができる。認識されるように、ロケーションマップディスプレイエンジン１０４から出射する像光線は接眼レンズ１０６によって対応する角度に変換され、対応する角度で入力回析光学素子１１０’に入る。入力回析光学素子１１０’は、対応する入力光線角度および／または位置に応じて、選択された経路に沿って各光線を基板１０２に発射させることができる。出力回析光学素子１１２’は、基板１０２の壁に１回またはそれ以上の回数光線が反射された後、発射された光線を受け取り、視聴者１１６が見えるように光線を出口瞳孔１１４に結合する（すなわち、発射する）ように構成される。
【００２２】
図１および２の実施形態で使用されるロケーションマップディスプレイエンジンと対照的に、アングルマップディスプレイエンジンは像誘導基板の下方に発射するための像を生成するために使用することができる。図３Ａは、アングルマップ入力像源３０２から可視領域１１４へ像を送る像誘導基板１０２を有するディスプレイ実施形態３０１の概略図である。入力反射素子１１０はアングルマップディスプレイエンジン３０２から直接アングルマップ光線３０４を受け取り、基板１０２に沿って該光線を方向付ける。アングルマップディスプレイエンジン３０２の出力と入力反射素子１１０間に接眼レンズがないため、第１の瞳孔がなく、ロケーションマップディスプレイ入力がないため、（視聴者の目の他の）システム内に像面がない。出力反射器１１２は像を含むアングルマップ光線を受け取り、それを可視領域１１４に結合する。可視領域１１４の出口瞳孔は、いくつかの実施形態によるとシステム内の出口瞳孔のみである。
【００２３】
実施形態によると、アングルマップディスプレイエンジン３０２は走査ビームディスプレイエンジンである。図３Ｂは、図３Ａの走査ビームディスプレイエンジン３０２の主要な光学部品の詳細図である。
【００２４】
入力映像信号は、光源３０６、３０８、および３１０を連続して駆動してそれぞれの光ビーム３１２、３１４、および３１６を生成するコントローラ（図示せず）を駆動する。光源３０６、３０８、および３１９は、入力映像信号の画素値に対応するそれぞれの出力パワーまで駆動される。図示されるように、光源３０６は赤色光源に対応し、光源３０８は緑色光源に対応し、光源３１０は青色光源に対応する。よって、光源３０６は画素の赤色値に対応する出力パワーまで駆動され、光源３０８および３１０は同じ画素の緑色および青色値に対応する出力パワーまでそれぞれ駆動される。次の画素が記録されると、光源の出力パワーは次の画素の輝度と色調に対応して変調させることができる。各変調入力ビーム３１２、３１４、および３１６は、それらを結合し、主光線３２０によって示される変調出力ビームを生成するビーム結合器３０８内に発射される。出力ビーム３２０は、たとえばコリメータレンズを有することのできるビーム整形光学素子３２２によって整形することができる。整形された出力ビーム３２４はビームスキャナ３２６に入射する。コントローラ（図示せず）はビームスキャナ３２６を駆動して（もしくは、ビームスキャナによって駆動されて）、光源３０６、３０８、および３１０の変調と同時に走査ビーム３０４として可視領域全体で変調および整形された入力ビーム３２４を連続的に走査する。アングルマップ像を作製するため、光源は入力された映像画素の輝度に比例するパワーまで連続的に変調される。このようにして、アングルマップ像が走査ビーム３０４内で生成される。
【００２５】
光源は、たとえば、表面発光または端面発光ＬＥＤなどの発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ、熱源、アーク源、蛍光源、ガス放射源、またはその他の種類の照明器などの複数のエミッタを含むことができる。１実施形態では、モノクロームディスプレイは、約６３５〜６７０ナノメートル（ｎｍ）の波長を有する１つかそれ以上の赤色レーザダイオードを用いることによって作製することができる。単独の光源が使用される場合、ビーム結合器３１８を省略することができる。
【００２６】
別の実施形態では、３つのレーザは、光源３０６、３０８、および３１０：約６３５ｎｍ、５３２ｎｍ、および４７３ｎｍでそれぞれ赤色ダイオードレーザ、緑色ダイオード励起固体（ＤＰＳＳ）レーザ、および青色  ＤＰＳＳレーザとして使用される。直接変調することができるレーザもあれば、ＤＰＳＳレーザのように、たとえば音響光学変調器（ＡＯＭ）などの外部変調を必要とするレーザもある。外部変調器が使用される場合、それは本開示にとって光源の１部とみなされる。
【００２７】
図示されるように、複数エミッタの場合、ビーム結合器３１８は、エミッタの１部または全部を単独のビームに結合するのに使用することができる。ビーム結合器（使用される場合）は、図示されるような「スラブ結合器」に加えて、「ｘキューブ」などの様々な種類であってもよい。スラブビーム結合器３１８の動作は、２００４年４月２０日に提出され、引用により本明細書に組み込むＷａｔｓｏｎ．他の米国特許出願第１０／８２８、８７６号「複数の電磁ビームを合成ビームに結合する装置および方法」によってより完全に認識される。
【００２８】
ビーム整形光学素子３２２はたとえば、１つまたはそれ以上のコリメータレンズおよび／またはアパーチャを含むことができる。さらに、先の実施形態に記載される波長は光学的な可視範囲にあったが、他の波長も本発明の範囲に含めることができる。光ビーム３２４は単独ビームとして図示されるが、単独のスキャナ３２６または別個のスキャナ上に入射する複数のビームを含むことができる。
【００２９】
スキャナ３２６は、たとえば、回転ミラーポリゴン、Ｓｙｍｂｏｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ＳＥ９００スキャンエンジンで使用されるような小型バーコードスキャナ内で使用されるボイスコイル上のミラー、米国特許第４、３８７、２９７号の「携帯レーザ走査システム及び操作方法」に記載されるような高速モータに装着されるミラーまたはバイモルフビーム上のミラー、米国特許第６、３９０、３７０号の「光ビーム走査ペン、装置用の走査モジュールおよびその使用方法」に記載されるようなインラインまたは「軸」回転または「軸」走査素子、本願とともに共同で譲渡された米国特許出願第１０／００７、７８４号の「スキャナおよびターゲット全体にビームを掃射する方法」にあるような無動力走査アセンブリ、ＭＥＭＳスキャナ、またはその他の種類などの多くの既知の技術を用いて形成することができる。本段落で参照される特許および出願はすべて引用により本明細書に組み込む。
【００３０】
ＭＥＭＳスキャナは、米国特許第６、１４０、９７９号の「ピンチ、タイミング、およびねじれ補正を有する走査ディスプレイ」、第６、２４５、５９０号の「周波数調整可能共振スキャナおよびその製造方法」、第６、２８５、４８９号の「付属アームを有する周波数調整可能共振スキャナ」、第６、３３１、９０９号の「周波数調整可能共振スキャナ」、第６、３６２、９１２号の「切換フィードを有する走査撮像装置」、第６、３８４、４０６号の「ねじれ共振構造の能動的調整」、第６、４３３、９０７号の「複数の走査アセンブリを有する走査ディスプレイ」、第６、５１２、６２２号の「ねじれ共振構造の能動的調整」、第６、５１５、２７８号の「周波数調整可能共振スキャナおよびその製造方法」、第６、５１５、７８１号の「切換フィードを有する走査撮像装置」、第６、５２５、３１０号の「周波数調整可能共振スキャナ」、および／または米国特許出願第１０／９８４３２７号の「簡易ドライブを有するＭＥＭＳ装置」に記載される種類であってよく、これらはすべて、引用により本明細書に組み込む。
【００３１】
ＩＤスキャナの場合、スキャナは単独の軸に沿って出力ビーム３０４を走査するように駆動され、第２のスキャナは第２の軸で出力ビームを走査するように駆動される。上記システムでは、両スキャナはスキャナ３２６と称される。２Ｄスキャナの場合、スキャナ３２６は、アングルマップ画素を２次元で連続的に照射するように、複数の軸に沿って出力ビーム３０４を走査するように駆動される。
【００３２】
いくつかの表示システム３０１では、ＭＥＭＳスキャナが、高周波数、耐久性、再現性、および／または上記装置のエネルギー効率により好ましいかもしれない。塊状材料の微細加工または表面微細加工されたシリコンＭＥＭＳスキャナが、特定の性能、環境、または構造に応じていくつかの用途で好ましいかもしれない。他の用途では、他の実施形態が好ましいかもしれない。
【００３３】
２ＤＭＥＭＳスキャナ３２６は、フレーム周期内の像全体または像の選択領域に対応する角度のパターンで、高速で１つまたはそれ以上の光ビームを走査する。典型的なフレーム速度はたとえば６０Ｈｚであり得る。一方または両方の走査軸を共振して動作させることが有益な場合が多い。１実施形態では、一方の軸が約１９ＫＨｚで共振して動作され、他方の軸は鋸刃状パターンで非共振的に動作されて連続的な走査パターンを生成する。単独ビームで、約１９ＫＨｚの走査周波数で水平に走査し、６０Ｈｚの鋸刃状パターンで垂直に走査する連続的走査双方向アプローチは、ＳＶＧＡ解像度に近づけることができる。上記システムの１つでは、水平走査動作は静電的に駆動され、垂直走査動作は磁気的に駆動させることができる。もしくは、両方の水平走作を磁気的または容量的に駆動させることができる。静電駆動は、静電プレート、櫛形ドライバ  、または類似のアプローチを含むことができる。各種実施形態では、両軸を正弦波的または共振的に駆動させることができる。
【００３４】
ディスプレイ３０１は、モノクローム、フルカラー、または超スペクトルとして具体化することができる。いくつかの実施形態では、多くのカラーディスプレイで使用される従来のＲＧＢチャネル間にカラーチャネルを追加することも好ましい場合がある。本明細書では、グレイスケールという用語およびその関連説明は、各実施形態および本発明の範囲に含まれる他の方法または用途を指すものと理解するものとする。後述の制御装置および方法では、画素グレイレベルは、モノクロームシステムの場合には単独値を含むことができる、あるいは、カラーまたは超スペクトルシステムの場合にはＲＧＢの３つの組み合わせまたはそれ以上を含むことができる。特定のチャネル（たとえば赤色、緑色、および青色チャネル）の出力パワーを個々に制御する、あるいはチャネル、たとえば輝度変調としてすべてのチャネルを一括して制御することができる。
【００３５】
図３Ａに戻ると、ディスプレイ３０１の光学特性を向上させる方法が示されている。入力反射板１１０はたとえば偏光選択反射板であってもよい。この場合、入力反射板の伝達極性に対応する入力ビーム３２４の偏光コンテンツのみが通過する。たとえば４分の１波長板などの偏光回転子３２８は、ビームがビームスキャナ３２６に衝突する前に入力ビームを環状に分極することができる。走査ビーム３０４は後退して偏光回転子３２８を通過し、再び同じ方向に偏光を回転させる結果、走査ビーム３０４は入力ビーム３２４の偏光から９０度の直線偏光を有する。入力ビーム３２４の偏光から９０度の偏光は、偏光選択反射板１１０の反射偏光に相当する。この結果、像誘導基板１０２の軸に沿って発射される走査ビームのほぼ全パワーまでの比較的大きな部分となることがある。
【００３６】
４分の１波長板での回転が波長感知する程度まで、走査ビームの全パワーよりも幾分少ないパワーを、波長に応じて偏光選択入力反射板１１０によって像誘導基板１０２の下方に方向付けることができる。たとえば、緑色光の効率約１００％で反射される場合、赤色光および青色光は、調節されない場合、視聴者が見るときに幾分ぼやけることがある。上記の場合、視聴者に提供される像が適切にホワイトバランスされるように赤色および青色の光源の相対的なパワーを増大させることが有益であろう。
【００３７】
図３Ａに明白に示される構造によって、偏光選択反射板１１０の最初の通過において照射ビームパワーの半分が失われると指摘することができる。ただし、いくつかの実施形態によると、入力反射板１１０が５０％反射器として構成される場合はそれ以上の損失はなく、走査ビームにおける以後の５０％のパワー損失は改善される。効率をさらに向上させるため、入力ビームは、最初に入力反射板１１０を通過する前に平面偏光させることができる。これは、たとえば偏光回転子と結びつけた反射偏光子などのリサイクル偏光装置を用いて実行することができる。もしくは、あるいはさらに、多くの光源、特にレーザダイオードの自然な楕円偏光は、偏光の主軸と偏光選択反射板１１０の伝達偏光とを整列させることによって有効に使用することができる。
【００３８】
図３および３Ｂの実施形態では、走査ビームディスプレイエンジン３０２は像誘導基板１０２と一体化させることができ、後者は構造上の支持と整合を提供すると指摘することができる。
【００３９】
図４は、可視領域１１４に一体化された走査ビームディスプレイエンジン３０２によって生成される像を送信する回析光学素子を用いる像誘導基板の概略図である。図４に示される走査ビームディスプレイエンジン３０２は、図３Ａおよび３Ｂの走査ビームディスプレイエンジン３０２の別の実施形態である。それらの素子は、上述したのと同様に動作する。図４の実施形態では、ディスプレイエンジン３０２はアングルマップ像を生成する。本実施形態によると、ビーム結合器３１８から出力される合成変調ビーム３２４は、３６度でスキャナ３２６に発射され、ＭＥＭＳスキャナは中心が、隅部が第１の入力ミラーと交差するディスプレイエンジン像誘導基板の隅部と並ぶように配置され、ＭＥＭＳスキャナは反射面を像誘導基板の入口面から４ミリメートル離して配置される。
【００４０】
図５は、１実施形態に係る、反射面１１２に塗布される入射角度選択被覆を含む像誘導基板１０２を有するディスプレイ５０１の概略図である。反射器１１２上の部分反射被覆は、可視領域１１４にパワーを導く角度に達する反射光に有利に働くように選択される。図示されるように、図５の可視領域または「アイボックス」１１４は深さを有するように示され、その深さは図面の縦軸に示される。アイボックスの深さの範囲は最初図５に示され、この可視量は同様に他の実施形態でも存在するが、明瞭化のために省略してある。可視領域という用語は、容量アイボックスおよびその簡易化を指すことができる。
【００４１】
図示されるように、任意の１つの反射器１１２（もしくは回析素子１１２’）によって反射される光線の特定の範囲は、可視領域内の像全体に寄与する場合がある。図５の実施形態と図３Ａの実施形態とを比較することによって、可視領域の左側から発せされる左方向の光線は、像の右側を示すが、像の左側を示す重ね合わされた右方向の光線はないため像に寄与しないことが分かる。同様に、図３Ａの可視領域の右側を見ると、表示された像の左側に対応する情報を担持する右方向の光線を見ることができる。上記の右方向の光線は、表示像の右側に関連する情報を担持する重ね合わされた左方向の光線がないため、同様に値が制限される。
【００４２】
図５の実施形態は、最も役立ち、最も視聴者の目１１６に届きやすい可視領域１１４の場所に反射エネルギーを集中させることによってシステム効率を向上させることができる。具体的には、像の左側に関連する情報を担持する右方向の光線５０２は、可視領域１１４の主に左および中心部に生成される。像の右側に関連する情報を担持する左方向の光線５０４は、可視領域１１４の主に右および中心部に生成される。よって、好適な可視領域１１４は、像の範囲全体に関連する情報を含み、光エネルギーは通常、視聴者の目１１６に届かず、無駄にされるため、像の略全体範囲に関連する情報を含まない領域は光エネルギーを受け取らない。
【００４３】
当該技術において既知な角度選択部分反射被覆は、反射器１１２に選択的に塗布されて、光線を選択的に生成する。アングルマップディスプレイエンジン３０２、もしくはロケーションマップディスプレイエンジンの接眼レンズによって生成されるアングルマッピングは、像誘導基板１０２に沿って送信される光線の角度によって画素位置を確定する。よって、像誘導基板１０２に沿った所与の地点で、像内の画素の各カラムは、共通角度で光線のカラムによって表される。光線のカラムが像誘導基板１０２の壁から偶数回反射されるか、あるいは奇数反射されるかに応じて、所与のカラムに相当する光線は通常、像誘導基板の上面に反射される下向き方向か、像誘導基板の下面に反射される上向き方向かの２つの角度のうちの１つを取る。２つの角度のみが図面で示されるが、光線が像誘導基板１０２の下方に伝播されるにつれ、ほぼ連続する角度の光線が像全体に存在する可能性があると理解される。個々の反射板１１２によって部分反射のために選択される特定の反射角度は、像誘導基板１０２の長を移動しつつ所与の光線が受ける壁反射の回数を含め、幾何学的な考慮事項に当然ながら左右される。１実施形態では、可視領域１１４に寄与しない光線は放棄されずに、選択的に反射されると指摘することができる。よって、光源パワーは、最も有効な場所に集中させることができる。
【００４４】
上記の説明は像誘導基板１０２の反射器ベースの実施形態を指すが、角度選択特性を同様に回析素子ベースの実施形態に実装させることもできると理解される。
【００４５】
図６Ａは、たとえば、波長板、ファラデー回転子、または半波長板などの偏光選択被覆および偏光制御層を少なくともいくつかの反射面１１２で使用する像誘導基板１０２を有するディスプレイ実施形態６０１の概略図である。図６Ｂは、１実施形態に係る、層状構造を示すいくつかの反射面１１２の詳細図である。
【００４６】
ディスプレイ６０１では、任意で偏光選択入力反射板１１０または入力回析素子１１０’と協働するディスプレイエンジン３０２が、選択された偏光を有する光線を像誘導基板１０２に発射するように構成される。選択された偏光は、直線、楕円、または円形の偏光を含むことができる。図６Ｂを参照すると、第１の偏光を有する光線６０２が受信され、反射板１１２Ｃによって発射光線６０４として部分的に反射され、反射板１１２Ｃは受信した光線６０２内に存在する選択偏光成分を有する光を少なくとも部分的に反射するように構成される。受信された光線６０２の非反射部は、光線６０６として反射板１１２ｃを通過して送信される。光線６０６がたとえば半波長板、ファラデー回転子、または任意の波長板である偏光変更素子または偏光制御層６０８を通過すると、光線の偏光状態が変化する。実施形態によると、光線６０６の偏光状態は、次の反射板１１２ｄからの光の所望の部分を部分的に反射するように選択された量だけ、偏光制御層６０８によって変更される。次に、光線６０６は、反射板１１２ｄに入射して、像誘導基板１０２の面に向けて反射光線６１０を発射し、非反射部６１２を送信する。
【００４７】
いくつかの実施形態によると、像誘導基板の出力領域全体で発射パワーを選択的に分散させるために、反射器１１２と偏光制御層６０８の組み合わせを使用することができる。このアプローチは、下記の図６Ｅの説明と組み合わせてより完全に説明する。入射光線６０２の偏光状態の選択、反射器１１２の偏光選択度、および偏光制御層６０８の偏光回転は、複数の出力ミラー１１２のそれぞれによる反射および発射の選択パーセントを定めることができると理解される。上記アプローチは、像誘導基板の出力領域の選択されたサブセット全体に所与の像光線に対応するパワーを分散するのに有効であるかもしれない。
【００４８】
いくつかの実施形態によると、偏光選択反射板１１２と偏光制御層６０８の組み合わせは、出力反射器での発射光線の複数回の反射を避けるために使用することができる。対照的に、密集した反射器１１２を使用する別の実施形態の場合、別の反射板と交差する角度で発射される光線６１０は、隣接する反射板の裏に反射し、光線６１１によって示されるように収差を引き起こすことができる。上記収差は、たとえば出力ミラー重複位置に対応するストライプでのパワー密度の減少を招く。ただし、代表的な実施形態では、偏光制御層６０８および偏光選択反射板１１２は、偏光制御層６０８を２度通過した光線を反射板１１２ｃを通過させるように構成することができる。もしくは、層は２回反射された光線を吸収するように配置することができる。いずれの場合も、光線は実質上２重に反射されず、パワー密度収差などの収差、色収差、および／または干渉効果を引き起こす。
【００４９】
図６Ａに示されるように、反射被覆１１２は、特定の角度範囲で光線を選択的に反射させるように構成することができる。これは、偏光優先と角度優先の両方を含むモノリシック反射層によって生成することができる、もしくは、別個の角度優先および偏光優先部分反射層を使用することができ、各相は反射エネルギーの１部に寄与する。図６Ｃは、偏光回転子６０８とともに別の角度選択反射板１１２ｃ’および偏光選択反射板１１２ｃを備える層状反射板を示す。いくつかの実施形態によると、偏光および角度選択反射特性は、単独の層で組み合わせることができる。２層システムの場合、第１の偏光および第１の角度を有する受信ビーム６０２は反射器１１２によって受け取られる。入射するビーム６０２の角度は反射板１１２ｃ’の角度優先に対応するため、第１の角度選択反射板１１２ｃ’は発射ビーム６０４’として受信されたビーム６０２を部分的に反射する。反射されないエネルギーは反射板１１２ｃ’を通過し、偏光選択反射板１１２ｃに入射する。受信ビーム６０２（角度選択反射板１１２ｃ’によってまだ反射されていない部分）の偏光は反射板１１２ｃの好適な偏光に相当するため、偏光選択反射板１１２ｃは発射ビーム６０４としてエネルギーの１部を反射する。非反射部は反射板１１２ｃを続いて通過し、偏光回転子６０８によって回転され、送信ビーム６０６として継続する。発射されたビーム６０４および６０４’は必ずしも重ね合わされる必要はなく、横に並び、平行であるため対応する像情報を伝える。光線６０４および６０４’の間隔に応じて、光線は共通角度で同時に視聴者の瞳孔に入り、単独の画素に相当する光エネルギーを提供する。ユーザの目がアイボックスに対して移動するにつれ、光線６０４’は視聴者の瞳孔の外側に移動するが、共通角度で別の対応する光線６０４”によって置き換えられ、画素輝度を維持する。
【００５０】
図６Ｄは、ビーム６０４が角度選択反射板１１２ｃ’によって選ばれない角度で受信されるが、偏光選択反射板１１２ｃによって選ばれる偏光を有する実施形態を示す。図示されるように、ビーム６１４は角度選択反射層１１２ｃ’を通過するが、偏光選択反射層１１２ｃによって部分的に反射されて、発射ビーム６１６を生成する。よって、送信されたビーム６０６は、２度部分的に反射されないため、図６Ｃの場合と比べて追加のエネルギーを有する。同様に、発射ビーム６１６は、図６Ｃの発射ビーム６０４および６０４’の合計よりも小さなエネルギーを有する。よって、偏光感度と角度感度の組み合わせを有する反射器を使用することができる。
【００５１】
明らかであるように、層６０８、１１２、および１１２’の順番および性質は、請求項の範囲内で変更することができる。
【００５２】
別の実施形態によると、カラーチャネル毎に、追加の光エミッタによって複数の波長を生成することができる。いくつかの実施形態によると、出力反射器１１２（および／または出力回析素子１１２’）は波長選択的に構成することができる。たとえば、２つの赤色チャネルソースは、６３５ナノメートル波長で赤色レーザダイオードと６５０ナノメートル波長で赤色レーザダイオードを含むことができる。代替のミラー１１２は２つの波長を選択的に反射することができる。すなわち、第１、第３、第５などのミラーは６３５ナノメートルの光を反射するが、６５０ナノメートルの光は通すように構成でき、第２、第４、第６などのミラーは６５０ナノメートルの光を反射するが、６３５ナノメートルの光は通すように構成することができる。よって、第３のミラーによって反射される６３５ナノメートル光の光線は、２度目は反射されずに第２のミラーを通過する。よって、ミラーは、光線が隣接する出力ミラー１１２によって二重に反射されることなく、密に詰め込むことができる。チャネル毎の複数の波長の相対強度は、共通の画素の色調および輝度を維持するように、白色点またはカラーバランスの差を調節することができる。
【００５３】
図６Ｅは、像誘導基板１０２の出力ミラーが単調増加する反射率を有し、可視領域１１４全体でほぼ均一に出力パワーを分布するように構成される実施形態６１３を示す。出力ミラー１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、および１１２ｅの段階的反射率は、可視領域１１４に発射されるビームの出力強度において高度な均一性を達成するのを助ける。示されるように、１実施形態では、反射率はミラー１１２ａ〜１１２ｅに対してそれぞれ２０％、２５％。３３％、５０％、および１００％（０．２０、０．２５、０．３３、０．５０、および１．００）として変動する。出力ミラー１１２上で使用される反射被覆は、本実施形態に係る広帯域部分反射として特徴付けることができる。上記被覆は広く利用可能である。
【００５４】
当然ながら、異なる数の出力反射器を使用することができる。たとえば、２１の出力ミラーディスプレイは、４．７％（第１のミラーの場合）、５％、５．３％、５．６％、５．９％、６．３％、６．７％、７．１％、７．７％、８．３％、９．１％、１０％、１１．１％、１２．５％、１４．３％、１６．７％、２０％、２５％、３３％、５０％、および１００％（最後のミラーの場合）の名目部分反射率をそれぞれ使用することができる。これらの反射率は、一連の１／２１、１／２０、１／１９、．．．、１／３、１／２、１に対応する。出力反射板の名目部分反射率を決定する一般的なアプローチは、反射率＝１／Ｙ＊１／（Ｘ＋１）であってもよく、ただし、Ｘはミラーによって発射されない光線の部分によって横断されるミラーの数であり、１／Ｙは遮蔽である（後述する）。完全に遮蔽されたディスプレイ（出力構造を通じて見られる背景像がない）の場合、第１項は一に単純化する。
【００５５】
概して言えば、±１％の反射率許容差は、部分広帯域反射板で比較的容易に達成可能である。許容差の改善は、検査、工程制御、工程機器設計などを向上させることによって達成することができる。名目反射率のいくらかの変動は、用途と人間の視界の感度とに応じて許容可能である。１実施形態によると、反射板スラブのバッチは、より円滑に変動する反射率を達成するために反射被覆の塗布後に選別することができる。たとえば、名目よりも低い反射率は、名目よりも低い別の反射率と同じグループに分けられ、名目よりも高い反射率は、名目よりも高い別の反射率と同じグループに分けることができる。このような手順は、許容差の下限で反射板に隣接して配置される許容差の上限での反射板の入射を減らすことによって、アーティファクトが見える程度を低減するのを助ける。
【００５６】
実施形態によると、偏光選択反射板および偏光制御素子は、部分広帯域反射板と結合することができる。たとえば、部分広帯域反射板は、所望の反射率よりも幾分低く反射するように選択することができる。偏光選択反射板は、全体反射率（よって、発射光線パワーのパーセンテージ）を結合素子に対する所望の値まで導くように部分広帯域反射板を増大させることができる。たとえば、先のミラーまたはミラーの組み合わせからの偏光回転量は、偏光制御素子によって選択することができる。入射ビーム、偏光制御素子、および偏光選択反射板の相対的偏光状態に応じて、選択された反射率の追加量は、所望のパーセントのビームエネルギーを可視領域に発射するように、結合された広帯域部分反射板および偏光選択反射板を「調整」するよう実現することができる。平面偏光を使用する実施形態の場合、たとえば、波長板は、所望の出力ビーム回転を達成するため入射ビーム偏光に対して回転させることによって、偏光角度の関数である偏光選択反射板の増強反射率の量を決定することができる。
【００５７】
いくつかの実施形態によると、高反射部分反射器は、部分広帯域反射板のように１つの工程を用いて形成することができ、低反射部分反射器は、選択された偏光回転または選択された偏光回転によって増大される部分広帯域のように別の工程を用いて形成することができる。所与の出力反射器に対してどのアプローチを使用するかという選択を伝えるために、コストバランスを利用することができる。
【００５８】
図６Ｅに図示され、上述される反射率の漸増は、ユーザが表示像のみを見たいと望む場合の遮蔽されたディスプレイにとって特に適切である。用途によっては、図６Ｅのアプローチを用いて透明ディスプレイを構築することが望ましいかもしれない。たとえば、５０％の透明ディスプレイの場合、図６Ｅに示される、あるいは上述される反射率の値を２で割るとよい。７５％の透明ディスプレイの場合、その値を４で割るとよい。
【００５９】
入力反射板も同様に、均一の輝度を維持する助けとして反射率を漸増させて構成することができる。
【００６０】
反射率を漸増させて広帯域反射器を設ける代わりに（あるいはそれと組み合わせて）、図６Ｂに示されるように偏光制御層６０８と組み合わせて偏光ベースの反射器１１２を使用し、図６Ｅに示されるような反射率の漸増を実現することができる。よって、各出力ミラー１１２によって反射される光のパーセンテージは、特定の偏光選択ミラー１１２に入射する前に、入射光が（ミラーの偏光選択度に対して）変換される偏光を選択することによって制御することができる。
【００６１】
さらに、反射率の漸増する角度感知反射器または漸増する反射器と組み合わせた角度感知反射器を、たとえばシステム効率を向上させるために使用することができる。
【００６２】
実施形態によると、出力反射器、偏光制御素子などの間の層は、屈折率を変調するように作動可能な材料などの、１つまたはそれ以上の層内の１つまたはそれ以上の非線形光学材で形成することができる。このアプローチによると、材料層は、中間光線配送軸に対して反射器の見かけの角度を変更するように活性化することができる。インデックス変調層は、電気光学材、熱光学材、液晶材、その組み合わせを含む構造などから形成することができる。コントローラは任意で駆動信号を供給することができる。たとえば、周期的な走査作用をもたらすため、インデックスの周期的変動を利用することができる。別の例によると、ユーザまたはプログラムによって（直接的または間接的に）インデックスを制御して、たとえば、像をパンする、ズームする、（出力反射器の反射率）可変遮蔽を変更する、隠されたインデックスまたは画像部分を明らかにする、後方散乱像を変更することなどができる。駆動入力を組み合わせて複合作用をもたらすことができる。
【００６３】
図７Ａは、基板および偏光選択反射板１１２の面上に偏光回転子７０２を使用する像誘導基板１０２を有するディスプレイ７０１の概略図である。実施形態７０１の１つの作用は、奇数回反発する光線と偶数回反発する光線とを選別することによって、光線を可視領域１１４に好適に発射する。図７の実施形態の１つの作用は、図５と組み合わせて上述したように、システム効率を向上させることである。そのアプローチは、設計の自由度を向上させ、像誘導基板１０２に対するより多くの幾何学的選択を可能にするために使用することもできる。
【００６４】
任意で入力反射板１１０または回析素子１１０’と組み合わされ、本明細書ではアングルマップ走査ビームディスプレイエンジンとして示されるディスプレイエンジン３０２は、偏光光線を像誘導基板１０２に発射する。像光線のアングルマッピングは図示されるように、第１の角度で表示像の右部分に対応する発射光線７０４と、第２の角度で表示像の左部分に対応する発射光線７０６とを提供する。当然ながら、表示像の異なる領域に対応する光線の角度は他にも多数あるが、明瞭化のために２つの発射角度を示す。図示されるように、発射された光線７０４および７０６は、両頭矢印で示される共通の第１の偏光を共有する。発射光線７０４は、比較的浅い角度で発射され、地点７０８で像誘導基板１０２の壁に反射する。像誘導基板１０２の壁は、無彩４分の１波長板（２重の通過で９０度の偏光回転を提供する半波長板として機能する）のような偏光回転子を含む。偏光回転子は、受信した光線７０４の偏光を回転させ、同心円で示されるような９０度の回転などの回転偏光を有する反射光線７１０を生成する。出力反射器１１２は、光線７１０に対応する偏光を有する光線を優先的に部分的に反射させるように構成される。よって、出力反射器１１２は、出力光線７１２として可視領域１１４に光線７１０を部分的に反射させる。光線７１０は一連の反射器１１２を通過し続け、各反射器で部分的に反射される。最終的に、そのパワーは相当低下し、わずかなパワーが可視領域１１４に対応しない領域に放たれる。
【００６５】
表示像の左部分に対応する発射光線７０６に戻ると、該光線は光線７０４よりも幾分急な角度で発射され、地点７１４で反射されて、回転された偏光を有する反射光線７１６を生成する。反射光線７１６は、地点７１８で反射されて２度反射された光線７２０を生成し、たとえば光線７０６の偏光に対応する回転偏光を再び有するまで、像誘導基板１０２の下方へ伝播する。２回反射された光線７２０は、偏光選択部分反射器１１２によって優先的に反射されない偏光を有するため、最初の少数の反射器を通過し、実質上影響を受けない。次に、２回反射された光線７２０は、地点７２２で像誘導基板１０２の壁に反射し、そこでその偏光は再び回転されて３度反射される光線７２４を生成する。３度反射された光線７２４は、部分反射偏光選択反射板１１２の好適な偏光に対応する偏光を有する。よって、各反射板１１２では、３度反射された光線７２４は発射光線７２６として部分的に反射され、可視領域１１４に入る。
【００６６】
２回反射された光線７２０は反射器１１２によって実質上反射されていないので、表示像の左側に対応するエネルギーは、無駄にされるはずの可視領域１１４の右領域には発射されていないことに着目することができる。その代わりに、像の左側に対応するエネルギーは、可視領域１１４の中央または左領域に達するまで像誘導基板１０２内に残っている。同様に、像の右領域に対応する反射光線７１０は、可視領域１１４の右および中央領域で優先的に反射されて、可視領域の表示像の右側部分に対応する有効なエネルギーを生成する。
【００６７】
図示される例は、壁７０２から奇数回反射された光線から可視領域にエネルギーを発射する例を提示しているが、同様に像誘導基板１０２の幾何学形状および／またはその他の考慮事項に応じて、偶数回反射された光線を発射することが可能であり、好適であるかもしれない。
【００６８】
図７Ｂは、図示される光線の偏光回転を示す、像誘導基板１０２の偏光回転壁の詳細図である。例によると、入射光線７０６は、二重矢印で示されるように、像誘導基板１０２の塊状材料７２８を通過して移動する垂直偏光を有する。塊状材料７２８はたとえば、透過光線の波長を通すポリカーボネートまたはその他の適切な材料であってもよい。入射光線７０６は偏光回転層７０２に入射し、おそらくは、塊状材料７２８および回転層の屈折率に応じて示されるように屈折させられる。例では、光線は回転された偏光回転層７０２を通過し、たとえば環状に回転する光線となり、たとえばポリカーボネートまたはその他の適切な材料製である任意の硬質被覆層７３０に入射し、再び恐らくいくらかの量屈折させられる。地点７１４では、光線は硬質被覆７３０と周囲空気７３２との間のインタフェースにぶつかり、同等かつ反対の角度で反射される。光線反射地点７１４での反射は、内部全反射（ＴＩＲ）として通常称されるメカニズムに相当する。反射は通常、ビームの鋭角、および材料７３０の表面と周囲空気７３２との間の屈折率の対比から生じる。もしくは、層７３０の表面はミラー表面を含むことができる。
【００６９】
反射ビームが再び硬質被覆材７３０と偏光回転子７０２を通過した後、偏光回転子７０２は再び、たとえば反射ビーム７１６上の同心円によって示されるように、環状の偏光から水平な偏光までビームを回転させる。もしくは、硬質被覆層７３０は省略することができ、層７０２の２度の通過は、入射ビーム７０６の９０度の回転を提供し、反射ビーム７１６を生成する。もしくは、塊状材料７２８の表面で反射を起こさせることができ、たとえば偏光回転ホログラフィック素子を塗布することにより、偏光を回転させるように表面を処理することができる。よって、像誘導基板１０２の壁からの反射毎に、誘導光線の偏光を回転させることができる。
【００７０】
図８は、合成角入力反射板１１０を含む像誘導基板の透視図である。入力反射板１１０の合成角は、ここでは複数の反射器として示される。合成角はたとえば、発射光線へのバイアスを追加して、発射光線が反射せずに基板１０２の下方へ真っ直ぐ発射されることがないように利用することができる。さらに、またはもしくは、複数の反射器、またはパワーを有する１つまたはそれ以上の入力反射板は、垂直出口瞳孔を拡大することができる。合成角入力反射板１１０の機能は、入力回析素子１１０’によって実行することもできる。
【００７１】
図９は、調整可能または可変調節走査ビーム３０４’を像誘導基板に提供するように構成される走査ビームディスプレイエンジン３０２を含むディスプレイ９０１の概略図である。光源３０６、３０８、および３１０は図３Ｂと組み合わせて上述したようにビーム結合器３１８と組み合わされ、合成変調ビーム３２０を生成することができる。可変コリメーションまたは可変フォーカス光学素子３２２’は、可変整形走査ビーム３０４’として走査ミラー３２６によって走査される可変整形ビーム３２４’を生成し、入力ミラー１１０によって像誘導基板１０２の下方に発射される。
【００７２】
可変コリメーション光学素子３２２’は、ビーム３２４’、ひいては走査ビーム３０４’の可変開度または収束角度（たとえば、ゼロ収束または完全平行を含む）を生成するように構成することができる。いくつかの実施形態によると、可変コリメーション光学素子３２２’は、たとえば、視聴者からの像の見かけの距離を選択する、あるいは、たとえばユーザのジオプター嗜好に合わせて調節するために利用可能な好適な量のコリメーションに設定することができる。これは、たとえば、近視、遠視、または老眼などの視力低下を補正するために使用することができる。上記のような準固定ビーム整形実施形態の場合、可変コリメーション光学素子３２２’は、親指で締める、または各種レンズをスライドするなどして手動で調節する種類であってもよい、もしくは、ディスプレイコントローラ（図示せず）などによって制御される電子アクチュエータなどを使用し電気的に調節する任意の種類であってもよい。
【００７３】
もしくは、またはさらに、可変コリメーション光学素子３２２’は、画素選択ビーム整形を提供する素子として具体化することができる。各種アプローチは、迅速な変動を提供するために使用することができる。よって、画素選択ビーム整形実施形態では、３Ｄ情報は、様々な表示成分の距離を表す調節キューを用いて表示することができる。
【００７４】
図１０は、たとえば可視領域１１４から像誘導基板１０２の反対側で構成される周囲遮蔽部材１００２を含む像誘導基板１０２を有するディスプレイ１００１の概略図である。１実施形態によると、周囲遮蔽部材は、視聴者の目１１６に投射される像の背後の周辺光を拒否するようにほぼ不透明であってもよい。別の実施形態によると、周囲遮蔽部材１００２は、視聴者１１６を迷わせる可能性のある可視領域１１４の周辺光の量を低減する、あるいは表示像を見えにくくするために、中密度フィルタ、サングラスレンズ、または偏光レンズなどの固定減衰器であってもよい。別の実施形態によると、周囲遮蔽部材は、周辺光の条件に適合させるために可変減衰器であってもよい。たとえば、周囲遮蔽部材は、明るい条件では暗くなり、暗い条件では明るくなることによって、周囲条件の範囲全体で好ましい像視聴条件を維持するフォトクロミック材を含むことができる。いくつかの実施形態によると、周囲遮蔽部材１００２は、スナップインまたはスクリューオンレンズなどの構造によって、視聴者の選択にあわせてディスプレイ１００１に追加する、あるいは該ディスプレイから除去することができる。他の実施形態によると、部材１００２は、用途の嗜好に応じて、周辺光の減衰量を含む、あるいは含まない安全レンズとして構成してもよい。
【００７５】
図１１は、能動的に制御される周囲遮蔽部材１００２を有する像誘導基板１０２を含むディスプレイ１１０１の概略図である。能動的に制御される周囲遮蔽部材１００２は、たとえばＬＣＤパネル、エレクトロクロミックパネルなどの多くの種類であってもよい。周囲遮蔽部材１００２は、周辺光センサ１１０４および／または手動制御装置１１０６に応答する遮蔽コントローラ１１０２によって駆動することができる。遮蔽コントローラ１１０２はたとえば、図１１の線１１０８によって示されるように、従来の専用リード線、バス、無線インタフェースなどを介して周囲遮蔽部材１００２を駆動する。
【００７６】
何種類かの検出器１１０４が、用途または構成に応じて適切であるかもしれない。たとえば、１実施形態では、検出器は、増幅器およびデジタイザに接続されるＰＩＮフォトダイオードを含むことができる。別の実施形態では、検出器８１６は、検出前に周辺光を成分に分離する分解とフィルタリングを含むことができる。検出された波長の比に応じて、コントローラ１１０２は、「屋外」または「屋内」の照明条件などの特定の環境特性を推論するようにプログラムすることができる。上記の推論された特性は、可変遮蔽部材１００２を駆動する可変遮蔽の最適量を決定するために任意で使用することができる。
【００７７】
ＰＩＮフォトダイオードの代替として、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）または光電子倍増管（ＰＭＴ）を特定の用途、とくに低光用途で選択することができる。各種アプローチでは、ＰＩＮフォトダイオード、ＡＰＤ、およびＰＭＴなどの光検出器は、比較的大きな周辺領域を検出する、もしくは視聴者１１６の（非遮蔽）視界に対応する領域などの比較的小さな周辺領域を検出するように配置することができる。いくつかの実施形態では、光検出器８１６は、像誘導基板１０２から分散される任意の光線表示像を除去するフィルタを介して光を収集する。
【００７８】
もしくは、またはさらに、検出器１１０４およびコントローラ１１０６は、周囲環境に応じて表示像の輝度を調節するために使用することができる。たとえば、高周辺輝度の検出後、ディスプレイエンジンコントローラと一体化可能なコントローラ１１０２は、ディスプレイエンジンに命令を送り、可読性を維持するように像輝度を向上させることができる。同様に、低周辺輝度領域では、表示像の輝度は、投射像と周辺照明間の快適なコントラストを維持するように低下させることができる。
【００７９】
いくつかの実施形態によると、ユーザは、ユーザ制御装置１１０６を用いて、輝度レベルおよび／または遮蔽レベルを手動でトグルまたは選択することができる。もしくは、像コンテンツを、適切な輝度／遮蔽の関係を判定するのに使用することができる。いくつかの実施形態によると、たとえば、ある部分での環境下でのユーザ視認性を維持しつつ、別の部分での表示像の可読性を向上させるため、遮蔽部材１００２の様々な部分を選択的にイネーブルにすることができる。これは、たとえば、フォトクロミック材を選択的に被覆する、あるいは遮蔽部材１００２のエレクトロクロミックまたはＬＣＤ部を選択的に駆動することによって実行することができる。
【００８０】
直線的な像誘導基板形状に加えて、像誘導基板は、図１２のディスプレイ１２０１に示されるように、１つまたはそれ以上の折り目１２０２を含むことができる。ディスプレイ１２０１は、像誘導基板１０２へ像を発射するために、接眼１０６と組み合わせてアングルマップディスプレイエンジン３０２またはロケーションマップディスプレイエンジン１０４を含む。像光線は基板１０２に発射された後、示されるように折り目１２０２で反射によって向きを変えることができる。折り目１２０２は水平面または垂直面であってもよいし、あるいは、垂直面および水平面の両方で光路を曲げる複合的な折り目であってもよい。その後、像光線は、出力ミラー１１２（または出力回析素子１１２’）によって可視領域１１４に発射される前に、任意で１つまたはそれ以上の追加の折り目を通って像誘導基板１０２の下方に進む。
【００８１】
折り目１２０２は、いくつかの角度を取ることができる。いくつかの実施形態によると、ほぼすべての光線が、スクランブル像を回避するため、同じ回数および角度の反射を受けるはずである。たとえば、１２０２での反射面は、像のすべての光線を反射し、光線が「近道し」、前方突出部の右側壁のみで反射した後、像誘導基板１０２の横方向突出部の前側壁で反射することによってバイパスするのを許さない。これは、たとえば予想される基板設計をたどる光線によって確保することができる。同様に、実施形態によると、複数の折り目を使用する際、基板の幾何学形状と折り目の幾何学形状は、すべての光線が等価面で同じ回数反射されるように維持されるべきである。
【００８２】
いくつかの実施形態によると、光線は、必ずしも同じ順序で等価面で反射させる必要はない。たとえば、図１２の像誘導基板１０２の前方突出部の上面は、横方向突出部の上面と等価面であるとみなすことができる。よって、像の完全性を維持しつつ、ある光線が表面の前方突出部で反射し、別の光線が表面の横方向突出部で反射することが許容可能である。さらに、またはもしくは、実施形態は、たとえばたとえ１回反射される光線もあれば、３回反射される光線がある場合でも、等価面でのすべての奇数回（または偶数回）の反射を許容することができる。すべての奇数回または偶数回の反射の組み合わせを許容する上記例は、図７の例に見ることができる。
【００８３】
別の実施形態によると、ディスプレイエンジンアセンブリ３０２または１０４および１０６によって生成される像は、非均一反射となるように調節することができる、および／または可視領域１１４は、スクランブル像部分の入射を低減または回避するようにマスクすることができる。
【００８４】
図１３は、いかにしてディスプレイエンジン像誘導基板１０２を所望の形状に適合させる、たとえば、視聴者１１６の額周囲を取り巻くように便利に折り畳むことができるかをより明瞭に示す、図１２の折り目を有する像誘導基板を含むディスプレイ１２０１の上面図である。
【００８５】
図１２および１３に示される折り目は単独の折り目として示されるが、上記折り目は、像誘導基板に沿って距離全体に配分される複数の折り目および／または折り目を含むことができる。たとえば、折り目は、複数の部分反射面、ホログラフィック光学素子、フォトニック結晶、像担持光線の送信軸を修正するように動作可能なその他の素子を含むことができる。また、折り目または一連の折り目は、誘導された光線の相対的相を維持することが好ましい。
【００８６】
像誘導基板によって誘導される像は通常、複数の角度での光線を備え、それらの角度は像をマップする。少なくともいくつかの実施形態では、光線は像誘導基板に沿って伝播しながらノードを通過することができ、ノードは、光線が少なくとも１つの軸で互いに接近する領域である。いくつかの実施形態では、折り目は、ノード位置に対応する像誘導基板に沿った距離に配置することができる。上記配置は、設計ソリューションを簡易化し、折り目寸法を低減し、（特に折り目近傍および折り目での）基板の横寸法の許容差を緩め、出力像のビネットまたはマスクの必要性を低減し、出力画像位置許容差を向上させる。
【００８７】
図１４は、デスクトップディスプレイまたはヘッドアップディスプレイなどの比較的大型のディスプレイとして構成される像誘導基板を含むディスプレイ実施形態１４０１の側面図である。上記用途の場合、像誘導基板１０２の露出部は、視聴者１１６が距離を置いて像可視領域１１４から投射される像を見ることができるように、可視深さを選択して配置することができる。具体的な距離範囲は、近い距離から、視聴者１１６により大きな視界を提供することができるより大きな距離まで、視界の嗜好に応じて選択することができる。ディスプレイエンジン（図示せず）および任意で像誘導基板の１つまたはそれ以上の折畳み部を、ベース１４０２内に配置することができる。ヘッドアップディスプレイの場合、たとえば、ベースは、飛行機または自動車のダッシュボードを備えることができる。ディスプレイ１４０１などの実施形態は任意で、基板の全部または１部を覆う像誘導基板１０２の裏に完全遮蔽部材を含むことができる、もしくは、ユーザおよびアプリケーションの嗜好に応じて、部分遮蔽部材、可変遮蔽部材を含んでもよく、あるいは遮蔽しなくてもよい。
【００８８】
図１５は、走査ビームディスプレイエンジン３０２とその他のシステム部品を有するコントローラ１５０２との間の関係を示すディスプレイ１５０１のブロック図である。１実施形態によると、コントローラは、バス１５０６を介して、１つまたはそれ以上のデータインタフェース１５０８、１つまたはそれ以上のユーザインタフェース１５１０、いくつかの異なる種類を含むことのできるメモリ１５１２、光源駆動モジュール１５１４、およびミラー駆動モジュール１５１６などを含むその他のコントローラ部品に結合されるマイクロプロセッサ１５０４を有する。システムは、１つまたはそれ以上のバッテリ１５１８またはＡＣコンバータ、燃料電池などのその他の電源をさらに含むことができる。データインタフェース１５０８は、アンテナ１５２０を有する無線インタフェースを介する、コンピュータ、ネットワークなどとのインタフェースを含むことができる。インタフェース１５０８を介して受信される１種類のデータは、像を形成するために処理する映像データまたはＨＴＭＬデータなどのディスプレイデータを含むことができる。もしくは、あるいはさらに、コントローラは、固体像源、ハードドライブ、ＣＤまたはＤＶＤドライブなどの内部像源（図示せず）を含むことができる。さらに、外部メモリ装置１５２２はソケット１５２４またはその他のインタフェースを介して接続されて、埋込プログラム材、像源材などを提供することができる。データインタフェース１５０８は、たとえば能動的可変遮蔽素子１００２に対するケーブル１０８、周囲光センサ１１０４に対するケーブル１５２６などの、周辺制御装置およびアクチュエータに対する１つまたはそれ以上のインタフェースも含むことができる。
【００８９】
ユーザインタフェース１５１０は、たとえば、ディスプレイエンジン３０２によって提供される輝度または可変遮蔽素子１００２によって提供される遮蔽量を上述するように制御する制御装置１１０６などのいくつかの制御装置を含むことができる。さらに、ユーザインタフェース１５１０は、その他のディスプレイ、またはジョイスティック、マウスまたはトラックボール、パフ感知ナビゲーション装置、音声認知性能などを有するマイクロフォン、ボアサイトカメラなどのカメラ、像コンテンツ、タイマリセット、高度計リセットおよび高度計を選択するセレクタ、音声カードおよびスピーカまたはヘッドフォン出力、およびキーボードを含むがそれらに限定されないコンピュータ制御監視装置およびシステムを含むことができる。さらに、遠隔制御装置、携帯電話などの外部ユーザＩ／Ｏ装置を、ユーザインタフェース１５１０および／またはデータインタフェース１５０８を介してコントローラ１５０２に結合することができる。
【００９０】
コントローラ１５０２がディスプレイに対して１つまたは一連の像を受信するとき、入力像をメモリにバッファ記憶することが有益かもしれない。その後、マイクロプロセッサは像を処理して、ディスプレイエンジン３０２の走査パターンに対応するディスプレイ解像度または画素パターンに変換することができる。像はさらにガンマ補正され、他の方法で処理されて光源グレイスケール値を導き出し、任意で反転またはその他の方法で処理されて像を透明環境に適合させる。
【００９１】
像は、ＲＧＢなどのデジタルグレイスケール値または彩度／輝度値として、光源駆動モジュール１５１４に解析することができる。光源駆動モジュール１５１４は連続的にデジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）（いくつかの実施形態では、ＲＡＭＤＡＣを含む）と増幅器を駆動して、ディスプレイエンジン３０２の光源３０６、３０８、および３１０を駆動させる。同時に、ミラー  駆動モジュール１５１６は、通常ＤＡＣおよび増幅器を介してミラーアクチュエータを駆動し、ミラー３２６に２次元での走査を実行させる。１つまたはそれ以上の同期信号をミラーおよび／または光検出器から回収してミラー相を判定することができる。光源３０６、３０８、および３１０は、瞬間的なミラー位置の連続に対応する画素に対し（映像によって判定される）適切な輝度まで光源を連続的に照射するように、ミラー相に同期して駆動される。
【００９２】
上述したように、走査ミラー３２６に対して発射する前に、光源ビームはビーム結合器３１８によって結合され、合成ビームはビーム整形光学部品３２２によって整形される。ビーム整形光学部品３２２は、固定度数のコリメーション、選択度数のコリメーション、または完全可変度数のコリメーションを含むことができる。３Ｄの深さのキューに対して可変調節される表示像を生成するための可変コリメーションの場合、可変ビーム整形光学部品３２２を駆動して、所与の画素のｚ軸「位置」に対応する形状を生成する光源駆動モジュール１５１４から可変ビーム整形光学部品３２２を駆動することが有益かもしれない。
【００９３】
走査ビームディスプレイエンジン３０２は、たとえば、回析光学素子（すなわち、ホログラフィック光学素子）または入力ミラーでありうる入力光学素子１１０を走査する。入力光学素子１１０は、像誘導基板１０２の下方に光線を発射する。光線は、１つまたはそれ以上の出力光学素子１１２によって、視聴者の目１１６から見えるように回収されて、可視領域１１４に発射される。
【００９４】
ディスプレイ１５０１は、モノクローム、グレイスケールを有するモノクローム、グレイスケールを有するフルカラーなどとして具体化することができる。いくつかの実施形態では、多くのカラーディスプレイのために使用される従来のＲＧＢチャネル間にカラーチャネルを追加することも望ましいかもしれない。このような例の１つが上述されている。もしくは、複数のカラーチャネルは必ずしも、波長感知出力ミラーを伴う必要はない。本明細書では、グレイスケールという用語およびその関連説明は、各実施形態および本発明の範囲に含まれるその他の方法または用途を言及するように理解されるものとする。後述の制御装置および方法では、画素グレイレベルは、モノクロームシステムの場合に単独の値を含むことができる、あるいはＲＧＢの３つの組み合わせまたはそれ以上を含むことができる。制御は特定のチャネル（たとえば、赤色、緑色、および青色のチャネル）の出力パワーに個々に行うことができる、あるいは、たとえば輝度変調としてすべてのチャネルに一括して行うことができる。
【００９５】
容易に認識できるように、図１５のコントローラ１５０２は、プログラム可能なマイクロプロセッサ、ゲートアレイ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、ＤＳＰ、個別のハードウェア、またはその組み合わせを含むが、それらに限定されないいくつかの異なるハードウェア実施形態を含むことができる。コントローラ１５０２はさらに、追加の機能を実行するシステム内に内蔵させる、あるいは複数のサブシステム全体に分散させることができる。
図１５のシステムは、モノクロームデータまたは複数の波長チャネルで動作することができる。コントローラ１５０２は、ＲＧＢ値に基づき、もしくは彩度／輝度またはその他のカラーデスクリプタシステムを用いて動作することができる。
【００９６】
走査ビームディスプレイエンジンを詳細に説明したが、ＬＣＤ、ＬＣＯＳ、ミラー光線、ＣＲＴなどのその他のディスプレイエンジン技術を上述したように接眼レンズと組み合わせて使用することができる。
【００９７】
図１５に示される主要部品は、様々な方法で複数の物理的装置間で分散させる、あるいは単独の装置に一体化させることができる。たとえば、コントローラ１５０２、ディスプレイエンジン３０２、およびセンサ１１０４は、有線または無線コネクタを介して別個のプログラムソースに結合することのできるハウジングに一体化させることができる。他の例によると、プログラムソースは、たとえば、自動センサおよびゲージシステム、およびコントローラ、ディスプレイエンジン、およびヘッドアップディスプレイの１部として一体化されるセンサなどのより大型のシステムの１部であってもよい。上記システムでは、コントローラ１５０２は、表示像を作成するためにデータ操作とフォーマット化を実行することができる。
【００９８】
図１６は、たとえば、折畳み像誘導基板１０２付きのディスプレイを有する携帯電話などの携帯電子装置１６０１の透視図である。例によると、像誘導基板は、専用および／または高解像度表示像を提供することのできる可視領域１１４を露出させるように折り畳むことができる。
【００９９】
先行する概要、図面の簡単な説明、および詳細な説明は、読者が理解しやすいように、本発明に係る説明的な実施形態を記載している。その他の構造、方法、および等価物は本発明の範囲に含むことができる。本明細書に記載の発明の範囲は、請求項によってのみ限定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】１実施形態に係る、像源としてフラットパネルディスプレイまたは走査中間像面などのロケーションマップディスプレイエンジンを使用する反射素子を有する像誘導基板ディスプレイの概略図である。
【図２】１実施形態に係る、像源であるフラットパネルディスプレイまたは走査中間像面などのロケーションマップディスプレイエンジンを使用する、回析素子を有する像誘導基板ディスプレイの概略図である。
【図３Ａ】１実施形態に係る、アングルマップ入力像源から可視領域まで像を送信する反射光学素子を用いる像誘導基板ディスプレイの概略図である。
【図３Ｂ】１実施形態に係る、アングルマップディスプレイエンジンとして使用可能な走査ビームディスプレイエンジンの主要光学部品の詳細図である。
【図４】１実施形態に係る、統合走査ビームディスプレイエンジンアングルマップ入力像源を可視領域に送信する回析光学素子を用いる像誘導基板ディスプレイの概略図である。
【図５】１実施形態に係る、像誘導基板の反射面に塗布される入射角度選択被覆を有する像誘導基板ディスプレイの概略図である。
【図６Ａ】１実施形態に係る、反射面上で偏光選択被覆および偏光回転子を使用する像誘導基板ディスプレイの概略図である。
【図６Ｂ】１実施形態に係る、図６Ａの可視領域反射器の詳細図である。
【図６Ｃ】１実施形態に係る、別個の角度選択反射板および偏光選択反射板を備える層状反射板の詳細図である。
【図６Ｄ】１実施形態に係る、非好適な角度を有する光ビームの挙動を示す、図６Ｃの層状反射板の詳細図である。
【図６Ｅ】１実施形態に係る、可変反射率出力ミラーを含む像誘導基板ディスプレイの概略図である。
【図７Ａ】１実施形態に係る、偏光選択出力反射器と組み合わせて基板面に偏光回転子を含む像誘導基板ディスプレイを有するディスプレイの概略図である。
【図７Ｂ】１実施形態に係る像誘導基板の表面の詳細図である。
【図８】１実施形態に係る、合成角入力反射板を含む像誘導基板ディスプレイの透視図である。
【図９】１実施形態に係る、調節可能なまたは可変調節ビームを像誘導基板に提供するように構成される走査ビームディスプレイエンジンの概略図である。
【図１０】１実施形態に係る周囲遮蔽部材を含む像誘導基板ディスプレイの概略図である。
【図１１】１実施形態に係る、能動的に制御される周囲遮蔽部材を含む像誘導基板ディスプレイの概略図である。
【図１２】１実施形態に係る、折り目を含む像誘導基板ディスプレイの透視図である。
【図１３】１実施形態に係る、図１２の折り目を有する像誘導基板ディスプレイの上面図である。
【図１４】１実施形態に係る、デスクトップまたはヘッドアップディスプレイとして構成される像誘導基板ディスプレイの側面図である。
【図１５】１実施形態に係る、走査ビームディスプレイエンジンおよび像誘導基板を有するディスプレイのブロック図である。
【図１６】折り畳まれた像誘導基板を有するディスプレイ付きの携帯電子装置の図である。
【図１】
2009516862.tif 000003
【図２】
2009516862.tif 000004
【図３Ａ】
2009516862.tif 000005
【図３Ｂ】
2009516862.tif 000006
【図４】
2009516862.tif 000007
【図５】
2009516862.tif 000008
【図６Ａ】
2009516862.tif 000009
【図６Ｂ】
2009516862.tif 000010
【図６Ｃ】
2009516862.tif 000011
【図６Ｄ】
2009516862.tif 000012
【図６Ｅ】
2009516862.tif 000013
【図７Ａ】
2009516862.tif 000014
【図７Ｂ】
2009516862.tif 000015
【図８】
2009516862.tif 000016
【図９】
2009516862.tif 000017
【図１０】
2009516862.tif 000018
【図１１】
2009516862.tif 000019
【図１２】
2009516862.tif 000020
【図１３】
2009516862.tif 000021
【図１４】
2009516862.tif 000022
【図１５】
2009516862.tif 000023
【図１６】
2009516862.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月23日(2008.7.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接眼レンズを使用せずに可視像に対応するアングルマップ光線を生成するように動作可能なアングルマップディスプレイエンジンと、
から直接アングルマップ光線を受信するように並べられ、可視像に対応する光線を発射するように構成される像誘導基板と、
を備えることを特徴とするディスプレイ。
【請求項２】
アングルマップ光線は可視光線を含むことを特徴とする請求項１のディスプレイ。
【請求項３】
アングルマップディスプレイエンジンは走査ビームディスプレイエンジンを含むことを特徴とする請求項１のディスプレイ。
【請求項４】
アングルマップディスプレイエンジンおよび像誘導基板は、アングルマップディスプレイエンジンおよび像誘導基板内に像面を形成せずに、視聴者に可視像を提供するように構成されることを特徴とする請求項１のディスプレイ。
【請求項５】
像誘導基板は、アングルマップ光線を受信するように構成される入力光学素子と、
近位端と遠位端で入力光学素子からアングルマップ光線を伝播するように構成される基板と、
伝播されたアングルマップ光線を受信し、伝播されたアングルマップ光線を可視領域に発射するように構成される出力光学素子と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１のディスプレイ。
【請求項６】
複数の変調光ビームを生成するように動作可能な複数の光源と、
複数の変調光ビームを合成変調光ビームに結合するように構成されるビーム結合器と、
合成変調光ビームを２次元パターンで走査するように動作可能なビームスキャナと、
走査された合成変調光ビームを受信し、入力位置から出力位置へ走査された合成変調光ビームを誘導し、出力位置から可視領域へ走査された合成変調光ビームを発射するように構成される誘導基板と、
を備えることを特徴とする像発生器。
【請求項７】
ビーム結合器は、平行軸に沿った変調光ビームのうちの少なくとも２つを受信するように構成されることを特徴とする請求項６の像発生器。
【請求項８】
ビーム結合器は誘導基板に機械的に結合されることを特徴とする請求項６の像発生器。
【請求項９】
ビームスキャナは誘導基板に機械的に結合されることを特徴とする請求項６の像発生器。
【請求項１０】
ビームスキャナは、誘導基板を通過する軸に沿って合成変調光ビームを受信するように並べられることを特徴とする請求項６の像発生器。
【請求項１１】
偏光回転子をさらに含み、
誘導基板は、合成変調光ビームを通過させ、回転された光ビームを反射するように構成される偏光選択入力構造を含み、
合成変調光ビームは、偏光選択入力構造および偏光回転子を通ってビームスキャナまで送信され、
ビームスキャナは、偏光回転子を通って入力構造まで合成変調光ビームを走査するように構成されることを特徴とする請求項６の像発生器。
【国際調査報告】
2009516862.tif 000025
2009516862.tif 000026
2009516862.tif 000027
2009516862.tif 000028
2009516862.tif 000029
2009516862.tif 000030
2009516862.tif 000031