(57)【要約】ニアアイ表示装置は、第１及び第２の主外表面（１１Ａ、１１Ｂ）を有する導光光学要素（ＬＯＥ）（１０）を含んでいる。第１及び第２の主外表面は、面状であり、かつ相互に平行である。画像プロジェクター（２）は画像に対応するＬＯＥ照明へ導入する。その結果、主外表面における内部反射によって前記ＬＯＥ内で照明が伝播する。外方連結構成は、観察者の目に向かうＬＯＥの外方で照明を連結する。外方連結構成は、ＬＯＥ内に斜角で展開された１セットの互に平行な部分反射面（１２Ａ）であり得る。周辺視界の減少を回避するように配向されたバッフルを妨害すること、様々な非抗反射コーティングおよび様々な偏光フィルターを含む。【選択図】図２A
2021535412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察者の目に画像を投影するためのニアアイ表示装置であって、
前記ニアアイ表示装置は、
（ａ）面状かつ互いに平行かつエッジを有する第１及び第２の主外表面を有するＬＯＥ（導光光学要素）と、
（ｂ）観察者の目との対向関係で前記第２の主外表面によって観察者の頭に対する前記ＬＯＥを支持するために構成された支持構成と、
（ｃ）画像に対応する照明を投影するための画像プロジェクターであって、前記画像プロジェクターは前記ＬＯＥ内に照明を導入するように前記ＬＯＥに光学的に結合され、その結果、前記第１及び第２の主外表面において内部反射によって前記ＬＯＥは内部で伝播する画像プロジェクターと、
（ｄ）観察者の目に向かって前記ＬＯＥの外方に照明を結合するために展開された外方結合構成と、
（ｅ）前記ＬＯＥの前記エッジの１つの大部分に沿って伸び、前記第２の主外表面の平面から突出し、その結果、すれすれの角度の範囲から入射光線が前記第２の主外表面の少なくとも一部に到達しないようにする光阻止バッフルであって、前記バッフルは観察者の目に向かう方向に突出し、前記第２の主外表面と鋭角を形成してなる、バッフルと、
を含んでなるニアアイ表示装置。
【請求項２】
前記光阻止バッフルが観察者の眼球の中心へ向かう方向に突出する、請求項１に記載のニアアイ表示装置.
【請求項３】
前記外方結合構成は、複数の互いに平行で、部分反射面であって、前記第１の主外表面に対して斜角で前記ＬＯＥの内部で展開された部分反射面を含む、請求項１に記載のニアアイ表示装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の主外表面に侵入し、前記部分反射面の１つから前記反射を受けた後、観察者の目に到達しないように光線路を除外する、請求項３に記載のニアアイ表示装置。
【請求項５】
前記部分反射面は、前記第２の主外表面の延長方向に平行な延長方向を有し,
前記バッフルは、前記部分反射面の延長方向に実質的に平行なエッジの１つの大部分に沿って延長する、請求項３に記載のニアアイ表示装置。
【請求項６】
前記光阻止バッフルは前記ＬＯＥへの取り付けによって機械的に支持される、請求項１に記載のニアアイ表示装置。
【請求項７】
前記光阻止バッフルは、前記支持構成への取り付けによって機械的に支持される、請求項１記載のニアアイ表示装置。
【請求項８】
観察者の目に画像を投影するためのニアアイ表示装置であって、
当該ニアアイ表示装置は、
（ａ）面状かつ互いに平行な第１及び第２の主外表面を有するＬＯＥ（導光光学要素）と、
（ｂ）観察者の目との対向関係で前記第２の主外表面によって観察者の頭に対する前記ＬＯＥを支持するために構成された支持構成と、
（ｃ）画像に対応する照明を投影するための画像プロジェクターであって、前記画像プロジェクターは前記ＬＯＥ内に照明を導入するように前記ＬＯＥに光学的に結合され、その結果、前記第１及び第２の主外表面において内部反射によって前記ＬＯＥは内部で伝播する、画像プロジェクターと、
（ｄ）観察者の目に向かって前記ＬＯＥの外方に照明を結合するために展開された外方結合であって、第１の主外表面が多層コーティングで被覆され、４０度未満の入射角で入射する可視光線の抗反射特性を提供するように構成され、かつ少なくとも７０度を超える入射角で入射する可視光線の少なくとも第１偏光に高い反射率を提供するように構成されてなる、外方結合と、
を含んでなる、ニアアイ表示装置。
【請求項９】
第２の主外表面が多層コーティングで被覆され、４０度未満の入射角で入射する可視光線の抗反反射特性を提供するように構成され、かつ７０度と８５度の間の入射角で入射する前記第１偏光に垂直な可視光線の第２偏光に低反射率を提供するように構成されてなる、請求項８に記載のニアアイ表示装置。
【請求項１０】
観察者の目に画像を投影するためのニアアイ表示装置であって、
当該ニアアイ表示装置は、
（ａ）面状かつ互いに平行な第１及び第２の主外表面を有するＬＯＥ（導光光学要素）と、
（ｂ）観察者の目との対向関係で前記第２の主外表面によって観察者の頭に対する前記ＬＯＥを支持するために構成された支持構成と、
（ｃ）画像に対応する照明を投影するための画像プロジェクターであって、前記画像プロジェクターは前記ＬＯＥ内に照明を導入するように前記ＬＯＥに光学的に結合され、その結果、前記第１及び第２の主外表面において内部反射によって前記ＬＯＥ内部で伝播する、画像プロジェクターと、
（ｄ）観察者の目に向かって前記ＬＯＥの外方に照明を結合するために展開された外方結合構成と、
（ｅ）前記ＬＯＥの前記第１の主外表面と関連付けられたマイクロルーバー層であって、前記マイクロルーバー層は、少なくとも一つの方向がら７０度を超える入射角で入射する光がＬＯＥに侵入しないように阻止するマイクロルーバー層と、
を含むニアアイ表示装置。
【請求項１１】
前記マイクロルーバー層は、延長方向を有するマイクロルーバーの１次元アレイを含み、前記マイクロルーバー層は、実質的に水平の前記延長方向で展開される、請求項１０に記載のニアアイ表示装置。
【請求項１２】
前記マイクロルーバー層は、実質的に垂直の延長方向を有するマイクロルーバーの２つのアレイを含む、請求項１０に記載のニアアイ表示装置。
【請求項１３】
観察者の目に画像を投影するためのニアアイ表示装置であって、
当該ニアアイ表示装置は、
（ａ）面状かつ互いに平行な第１及び第２の主外表面を有するＬＯＥ（導光光学要素）と、
（ｂ）観察者の目との対向関係で前記第２の主外表面によって観察者の頭に対する前記ＬＯＥを支持するために構成された支持構成と、
（ｃ）画像に対応する照明を投影するための画像プロジェクターであって、
前記画像プロジェクターは前記ＬＯＥ内に照明を導入するように前記ＬＯＥに光学的に結合され、その結果、前記第１及び第２の主外表面において内部反射によって前記ＬＯＥ内で伝播する画像プロジェクターと、
（ｄ）前記観察者の目に向かってＬＯＥの外方に照明を結合するために展開された外方結合構成であって、前記ＬＯＥ及び前記外方結合構成は、６０度を超える入射角で前記第１及び第２の主外表面の１つに入射し、観察者の目に向かって前記ＬＯＥを出る、少なくとも１つの高入射角偏光依存性光を定義し、前記偏光依存性の光路は、好ましくは偏光配向を有してなる外方結合構成と、
（ｅ）前記偏光の恩恵を受けた配向によって偏光依存性の光路に沿って前進する外部光が観察者の目に達するのを防ぐように展開された偏光フィルターと、
を含むニアアイ表示装置。
【請求項１４】
前記偏光フィルターは前記第１の主外表面に侵入する光をフィルタリングするために展開する、請求項１３に記載のニアアイ表示装置。
【請求項１５】
前記偏光フィルターは観察者の目に向かって前記第２の主外表面を出る光をフィルタリングするために展開する、請求項１３に記載のニアアイ表示装置。
【請求項１６】
観察者のために向かう前記ＬＯＥの外方の照明は画像偏光によって実質的に偏光化され、前記偏光フィルターは前記画像偏光に垂直な偏光を有する光を阻止するために展開する、請求項１５に記載のニアアイ表示装置。
【請求項１７】
前記第１の主外表面に侵入する光をフィルタリングために展開された第２偏光フィルターを更に含み、前記第１偏光フィルターと前記第２偏光フィルターが同じ偏光を伝達するように整列されている、請求項１５に記載のニアアイ表示装置。
【請求項１８】
観察者の目と前記ＬＯＥとの間の経路に沿った少なくとも１方向から光をフィルタリングするための横偏光シェード要素をさらに含み、前記横偏光シェード要素の偏光軸は、前記偏光フィルターの偏光軸に対して交差した角度で存在する、請求項１５に記載のニアアイ表示装置。
【請求項１９】
観察者の目と前記ＬＯＥとの間の経路に沿った少なくとも１つの方向からの光をフィルタリングするための横偏光シェード要素をさらに含む、請求項１３に記載のニアアイ表示装置。
【請求項２０】
前記外方結合構成は、複数の互いに平行で、部分反射面であって、前記第１の主外表面に対して斜角で前記ＬＯＥの内部で展開された部分反射面を含む、請求項８乃至１９のいずれか１項に記載のニアアイ表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はニアアイ（ｎｅａｒ  ｅｙｅ）表示装置に関するものであり、さらに詳しくは、明るい物体のゴースト画像を抑えるために様々な特徴を備えたニアアイ表示装置に関する。
【０００２】
多くのニアアイ表示システム装置は、透明な導光光学要素（ＬＯＥ）あるいはユーザーの目の前に置かれた「導光路」を含んでいる。かかるニアアイ表示装置は、内部反射によってＬＯＥの内の画像を伝え、次に、ユーザーの目への適切な出力結合機構によって画像を結合する。出力結合機構は埋め込まれた部分的な反射体あるいは「切子面」に基づきうるか、あるいは回折のパターンを使用し得る。下記の記載は主として切子面に基づいた外方結合構成に言及するが、本発明の様々な特徴が回折の構成に適用可能であることは認識されるべきである。回折の構成に適用される場合、本明細書に言及された切子面の伸展の方向は、回折格子の要素の方向に言及するために得ることができる。
【０００３】
導光路と切子面は少なくとも、部分的に透明である。その結果、ユーザーに現実世界の直接の視界を与えて、環境（風景）からの光がそれを通り抜けることができる。風景光線のうちのいくつかは切子面によって反射され、様々な角度で目に達して、それによって、現実世界の望まれない「ゴースト」画像（反射）を生成する。
【発明の概要】
【０００４】
本発明はニアアイ表示装置である。
【０００５】
本発明の実施形態の教示によれば、観察者の目に画像を投影するためのニアアイ表示装置が提供され、当該ニアアイ表示装置は、（ａ）第１及び第２の主外表面を有するＬＯＥ（導光光学エレメント）であって、当該第１及び第２の外表面は、面状であり、互いに平行であり、かつエッジを有し、（ｂ）観察者の目と対向する関係で前記第２の主外表面によって観察者の頭に対して前記ＬＯＥを支持するために構成された支持構造、（ｃ）画像に対応する照明を投影するための画像プロジェクターであって、前記ＬＯＥに照明を導入するように前記ＬＯＥに光学的に結合され、その結果、照明が第１及び第２の主外表面で内部反射によってＬＯＥの内部で広がる、画像プロジェクター、（ｄ）観察者の目に向かって前記ＬＯＥの外方に照明を結合するために展開した外方結合構成、及び（ｅ）前記ＬＯＥのエッジのうちの一つの主要部に沿って伸び、かつ前記第２の主外表面の平面から突出する光阻止バッフルであって、それによって、視射角の範囲から入射する放射が前記第２の主外表面の少なくとも一部に到達するのを阻止し、前記第２の主外表面によって鋭角を形成して観察者の目に向かう方向に投影する光阻止バッフル、を含んでなるニアアイ表示装置。
【０００６】
本発明の実施形態の更なる特徴によれば、前記光阻止バッフルは観察者の眼球の中心に向かう方向に突出する。
【０００７】
本発明の実施形態の更なる特徴によれば、外方結合構成は、前記第１の主外表面に対して斜角でＬＯＥの内部に展開した複数の互に平行な、部分反射面を含む。
【０００８】
本発明の実施形態の更なる特徴によれば、前記バッフルと、前記部分反射面の展開は、前記第１及び第２の主外表面のうちの１つに入り、部分反射面のうちの１つから一度反射した後に、光路が観察者の目に到達することを排除する。
【０００９】
本発明の実施形態の更なる特徴によれば、部分反射面は前記第２の主外表面に平行な延長方向を有し、前記バッフルは、部分反射面の延長方向に本質的に平行なエッジのうちの１つの主要部に沿って伸びる。
【００１０】
本発明の実施形態の更なる特徴によれば、光阻止バッフルは、ＬＯＥへの取り付けによって機械的に支持される。
【００１１】
本発明の実施形態の更なる特徴によれば、光阻止バッフルは、支持構造への取り付けによって機械的に支持される。
【００１２】
本発明の一実施形態の教示にしたがって観察者の目に画像を投影するためのニアアイ表示装置が提供され、当該ニアアイ表示装置は、（ａ）第１及び第２の主外表面を有するＬＯＥ（導光光学エレメント）であって、面状であり、かつ互いに平行なＬＯＥ、（ｂ）観察者の目と対向する関係で前記第２の主外表面によって観察者の頭に対して前記ＬＯＥを支持するために構成された支持構造、（ｃ）画像に対応する照明を投影するための画像プロジェクターであって、前記ＬＯＥに照明を導入するように前記ＬＯＥに光学的に結合され、その結果、照明が第１及び第２の主外表面で内部反射によってＬＯＥの内部で広がる、画像プロジェクター、及び（ｄ）観察者の目に向かってＬＯＥの外方に照明と結合するための外方結合構成であって、前記第１の主外表面は、４０度未満の入射角で可視光が入射する抗反射特性を提供するように、かつ７０度を超える入射角で可視光の少なくとも第１偏光が入射する高い反射率を提供するように、構成された多層コーティングで被覆されてなる外方結合構成、を含んでなるニアアイ表示装置。
【００１３】
本発明の実施形態の更なる特徴によれば、第２の主外表面は、４０度未満の入射角で可視光が入射する抗反射特性を提供するように、かつ７０度と８５度の間の入射角での第１偏光入射に対して直角の第２偏光のために低反射率を提供するように、構成された多層コーティングで被覆される。
【００１４】
本発明の一実施形態の教示にしたがって観察者の目に画像を投影するためのニアアイ表示装置が提供され、当該ニアアイ表示装置は、（ａ）第１及び第２の主外表面を有するＬＯＥ（導光光学エレメント）であって、面状であり、かつ互いに平行なＬＯＥ、（ｂ）観察者の目と対向する関係で前記第２の主外表面によって観察者の頭に対して前記ＬＯＥを支持するために構成された支持構造、（ｃ）画像に対応する照明を投影するための画像プロジェクターであって、前記ＬＯＥに照明を導入するように前記ＬＯＥに光学的に結合され、その結果、照明が第１及び第２の主外表面で内部反射によってＬＯＥの内部で広がる、画像プロジェクター、（ｄ）観察者の目に向かって前記ＬＯＥの外方に照明を結合するために展開した外方結合構成、及び（ｅ）前記ＬＯＥの第１の主外表面に関連付けられたマイクロルーバー層であって、前記ＬＯＥに入る少なくとも一つの方向からの７０度を超える入射角で入射光を阻止する、マイクロルーバー層、を含む。
【００１５】
本発明の実施形態の更なる特徴によれば、マイクロルーバー層は、延長する方向を有するマイクロルーバーの１次元配列を含んでおり、マイクロルーバー層は本質的に水平の延長する方向で展開する。
【００１６】
本発明の実施形態のさらなる特徴によれば、マイクロルーバー層は、本質的に垂直な延長する方向を有するマイクロルーバーの２つの配列を含んでいる。
【００１７】
本発明の一実施形態の教示にしたがって観察者の目に画像を投影するためのニアアイ表示装置が提供され、当該ニアアイ表示装置は、（ａ）第１及び第２の主外表面を有するＬＯＥ（導光光学エレメント）であって、面状であり、かつ互いに平行なＬＯＥ、
（ｂ）観察者の目と対向する関係で前記第２の主外表面によって観察者の頭に対して前記ＬＯＥを支持するために構成された支持構造、（ｃ）画像に対応する照明を投影するための画像プロジェクターであって、前記ＬＯＥに照明を導入するように前記ＬＯＥに光学的に結合され、その結果、照明が第１及び第２の主外表面で内部反射によってＬＯＥの内部で広がる、画像プロジェクター、（ｄ）観察者の目に向かってＬＯＥの外方に照明と結合するための外方結合構成であって、６０度を超える入射角で第１及び第２の主外表面のうちの１つに入射し、観察者の目に向かってＬＯＥを出る少なくとも１つの高入射角の偏光依存性の光路を定義し、偏光依存性の光路は、偏光によって支持された配向を有してなる外方結合構成、及び（ｅ）偏光フィルタであって、支持された配向をもつ偏光依存の光路に沿って進む外界光が、観察者の目に達するのを防ぐために展開されてなる偏光フィルタ、を含んでいる。
【００１８】
本発明の実施形態の更なる特徴によれば、偏光フィルタは第１の主外表面に入る光をフィルタリングするために展開する。
【００１９】
本発明の実施形態の更なる特徴によれば、偏光フィルタは観察者の目に向かう第２の主外表面を出る光をフィルタリングするために展開する。
【００２０】
本発明の実施形態の更なる特徴によれば、観察者の目に向かうＬＯＥ外の照明は、画像偏光で本質的に偏光され、偏光フィルタは画像偏光に垂直な偏光を有する光を阻止するために展開する。
【００２１】
本発明の実施形態の更なる特徴によれば、第１の主外表面に入る光をフィルタリングするために展開した第２の偏光フィルタがさらに提供され、同じ偏光を伝達するように、第１の偏光フィルタおよび第２の偏光フィルタは一列に並んでいる。
【００２２】
本発明の実施形態の更なる特徴によれば、観察者とＬＯＥの間の光路に沿う少なくとも一つの方向からの光をフィルタリングするための横偏光シェード要素がさらに提供され、横偏光シェード要素の偏光軸は、偏光フィルタの偏光軸と交差する角度を有する。
【００２３】
本発明の実施形態の更なる特徴によれば、観察者とＬＯＥの間の光路に沿う少なくとも一つの方向からの光をフィルタリングするための横偏光シェード要素がさらに提供される。
【００２４】
本発明の実施形態の更なる特徴によれば、外方結合構成は、前記第１の主外表面に対して斜角でＬＯＥの内部に展開した複数の互に平行な、部分反射面を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
添付図面を参照しつつ本発明を説明したが、あくまでも一例にすぎない。
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の教示に従って構築され、動作し、抑えられるべき反射を生じさせ得る種々の周囲の光源を例証するニアアイ表示装置を使用する観察者の概略側面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の教示に従って構築され、動作し、種々の周囲の抑えられるべき反射を生じさせ得る光源を例証するニアアイ表示装置を使用する観察者の概略平面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１Ａのニアアイ表示装置の拡大概略側面図であり、画像照明用と、周囲の光源からの典型的な「ゴースト」光路用との光線経路を例証している。
【図２Ｂ】図２Ｂは、画像光路用の光線経路と、図２Ａのゴースト光路の種々の部品間の角度の関係を例証する角度のある図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、画像光路用の光線経路と図２Ａのゴースト光路の様々な部品間の角度の関係を例証する角度のある図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図１Ａのニアアイ表示装置からの導光光学要素の拡大概略側面図であり、導光光学要素の背部側の周囲光源からの典型的な「ゴースト」光路の代替的なセットを例証している。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａのゴースト光路のための光線路の種々の部品間の角度関係を例証する角度の図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図１Ａのニアアイ表示装置からの導光光学要素の変形例の拡大概略側面図である。
【図４】図４は、図１Ａのニアアイ表示装置を通じて観察者の動眼視野の範囲を例証する概略平面図である。
【図５】図５は、図１Ａのニアアイ表示装置を通じて観察者の動眼視野の範囲を例証する概略平面図である。
【図６】図６は、角度の範囲を例証する図４に類似した図であり、その入射角度で導光光学要素の後部からの周囲光線は、導光光学要素の内部切子面で単一の反射の後で観察者の目に到達することができる。
【図７】図７は、変形例を例証する図６に類似した図であり、内部切子面を含む領域は、観察者の目に到達しないように特定のゴースト光路を抑制するために制限されている。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の実施形態の更なる態様による妨害バッフルの使用を例証する図７に類似した図であり、典型的な光線路と共に示された、観察者の目に到達しないようにゴ特定のースト光路を阻止する。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明の実施形態の更なる態様による妨害バッフルの使用を例証する図７に類似した図であり、典型的な光線路なしに示された、観察者の目に到達しないようにゴースト光路をブロックする。
【図８Ｃ】図８Ｃは、２つの面一でない導光光学要素を使用する本発明の態様による双眼鏡式のニアアイ表示装置の変形例を例証する図８Ａに類似した図であり、当該導光光学要素は、１０−３０度の間の角度で展開し、当該導光光学要素間で顔の曲率に、よりよく一致し、バッフルの幾何学的形状に対応する傾きの影響を例証している。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の実施形態に従う典型的な部分反射面（切子面）のコーティングに対する入射角に対応する反射率を例証するグラフである。
【図９Ｂ】図９Ｂは、非変更式のフレネル反射に対する反射率の対応するグラフである。
【図１０Ａ】図１０Ａは、外部偏光フィルタを使用する変形例を例証する図１Ａに類似した概略側面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、内部偏光フィルタを使用する変形例を例証する図１０Ａに類似した図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、横偏光フィルタのない横偏光フィルタを備えた変形例の平面図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、横偏光フィルタを備えた図１０Ｂに類似した変形例の平面図である。
【図１０Ｅ】図１０Ｅは、内部偏光フィルタおよび外部偏光フィルタの両方を使用する変形例を例証する図１０Ａに類似した図である。
【図１１】図１１は、観察者によって直接見られたシーンの動眼視野と比較した、周囲光源からの光線の典型的な入射角を例証する本発明の変形例の概略平面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態の態様による導光光学要素の表面に対する入射角の対応する好適な抗反射コーティングの反射率特性を例証するグラフである。
【図１３】図１３は、本発明の実施形態の更なる態様によるニアアイ表示装置の実施形態で使用されるマイクロルーバーフィルムの概略図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、異なる配向での部分反射面の２つの別個のセットを含む導光光学要素を使用しているニアアイ表示装置の種々の実施形態での切子面位置に対する目の位置の概略図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、異なる配向での部分反射面の２つの別個のセットを含む導光光学要素を使用しているニアアイ表示装置の種々の実施形態での切子面位置に対する目の位置の概略図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、異なる配向での部分反射面の２つの別個のセットを含む導光光学要素を使用しているニアアイ表示装置の種々の実施形態での切子面位置に対する目の位置の概略図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、導光光学要素を使用して、ニアアイ表示装置のさらなる実施例の概略図であり、当該導光光学要素は異なる配向で部分反射面の２つの別個のセットを含み、切子面の両方のセットに対する主反射偏向ベクトルは同様に一列に並ぶ。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、図１５Ａの導光光学要素による使用に適した偏光フィルタの配向の概略図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、図１４Ａの導光光学要素に基づいたニアアイ表示装置の部分概略図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、非一様偏光フィルタを備えた双眼鏡式の表示装置として実施された図１６Ａのニアアイ表示装置の概略平面図である。
【図１６Ｃ】図１６Ｃは、図１６Ａおよび１６Ｂの実施形態での導光光学要素の部分反射面に対する入射角の対応する反射率を例証するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明はニアアイ表示装置である。
【００２７】
本発明によるニアアイ表示装置の原理および動作は、図面および添付の明細書を参照して一層よく理解され得る。
【００２８】
「ゴースト画像」の導入および分類
本発明の種々の態様を完全に理解するために、種々の方向を識別することは重要であり、種々の方向の入射光から導光光学要素（ＬＯＥ）に達する入射光は「ゴースト」を生成し得、潜在的に観察者の目を悩ませる。
【００２９】
導入として、図１Ａは、ニアアイ表示装置を通して見る観察者を概略的に示す。一般的な用語では、ニアアイ表示装置は第１及び第２の主外表面１１Ａおよび１１Ｂを持っている、導光光学要素（ＬＯＥ）あるいは「導光路」１０を含んでいて、それは、面状或いは互いに平行で、典型的には光学的に活性でないエッジを持っている。画像プロジェクター２は、画像に対応するＬＯＥ照明に導入するようにＬＯＥ  １０に光学的に結合され、その結果、主外表面１１Ａおよび１１Ｂにおける内部反射によって、照明が前記ＬＯＥの内部で伝播する。ＬＯＥ  １０への画像プロジェクター２の光結合は傾斜した角度の入力表面を備えたカップリング・プリズムを介して、あるいは反射結合構成、ＬＯＥの側端面および／または主外表面のうちの１つを介して、達成され得る。
【００３０】
適切な画像プロジェクター（あるいは「ＰＯＤ」）の例は、例えば、イルミネーション光源、空間光変調器、例えば、典型的には１つ以上のＰＢＳの立方体あるいは他のプリズム構成の表面上にすべて配置されたＬＣＯＳチップおよび平行光学系などは、当該技術において周知である。同様に、内部結合式反射器の使用、あるいは適切に角をつけられた結合プリズムによってＬＯＥに画像を結合するのに適した内部結合式構成は、当該技術において周知である。画像プロジェクターとＬＯＥの間の結合は直接であり得、あるいは隙間の寸法の拡大のための追加の隙間拡大構成を介し得、当該隙間を横切って、画像はＬＯＥの面に導入される。表示を簡単にするために、プロジェクターも内部結合構成も本明細書において更に議論されないだろう。また、それらの組み合わせは本明細書で単に概略的に表わされる。
【００３１】
ニアアイ表示装置は、観察者が見るために観察者の目に向かってＬＯＥからの照明を結合するために展開された外方結合構成を含んでいる。外方結合構成は、主外表面１１Ａおよび１１Ｂに対する斜角でＬＯＥ  １０の内部で展開した、複数の相互に平行な部分反射面（あるいは「切子面」）１２Ａとしてここに例証される。さらに下に議論されるように、切子面は、ある特定の角度で高透過率を提供し、他の角度で部分反射を提供する典型的には角度依存コーティングを持っている。そのような切子面を含むＬＯＥの様々な実装は、ルムス・エルティー（イスラエル）から市場で入手可能である。本明細書の記載は主として切子面に基づいた外方結合構成に言及するが、本発明の種々の態様が、回折光学要素に基づいた、外方結合構成などの代替的な外方結合構成にも適用可能であることは当業者であれば認識するであろう。
【００３２】
本発明のニアアイ表示装置は典型的には頭部装着型表示装置で、観察者の目との対向関係で第２の主外表面１１Ｂを持った観察者の頭に対してＬＯＥ  １０を支持するために構成された支持構成を含んでいることが好ましい。支持構成は、観察者の耳に関連のある表示装置の支持のために側部１５を含む眼鏡フレーム構造体として図１Ｂの中で概略的に示される。これは、さらにヘッドバンドをマウントされた構造、およびヘルメットに関連した表示装置を含む多くのオプションのうちの１つにすぎない。支持構造の詳細は、本発明にはそれ自体臨界的でなく、本明細書に詳細に記述されないだろう。
【００３３】
図１Ａで概略的に例証されるように、プロジェクター２は導光路に所望の画像（黒矢印）に対応する光を注入し、この光は観察者の目に向かって導光路の外方で結合される。風景の対象物４からの光は、観察者まで特定の強度はいくぶん劣るものの導光路を通過する（二点鎖線）。外来の外部光の種々の潜在的な入射方向は、方向を示す２つの文字記号と参照符号６の二つの文字コードで標識付けされる：上方、下方または側方（それぞれＵ、ＤまたはＳ）および正面、あるいは背面（それぞれＦあるいはＢ）。側方向は図１Ｂの平面図でより明白に例証される。
【００３４】
図２Ａは拡大概略図であり、プロジェクター２、導光路１０および導光路の正面及び背面を形成する主平行外面に対して角度１３を有する選択された内面を示している。本明細書で例証された典型的な構成では、プロジェクターは頂部に存在する（図１Ａのように）。切子面はこの場合典型的には水平に伸びる部分反射器であり、部分反射器は必ずしも水平ではないが、導光路からの光を外方結合し、観察者の目に向かう。この実施例において、画像の１本の光ビームだけが表現の明瞭さのために示されるが、実際には、画像の角度のある広がり典型的には無限に照準されて、導光路に沿って投影され、目に向かって外方に結合される。反射の経路の例証を促進するために、同一でないものとして、切子面の間隔が示される。しかし典型的には一様でない。
【００３５】
画像のガイドされた光は、導光路の外面から反射する光線１４Ａおよび１６Ａによってここで表わされる。光線１６Ａが切子面のうちの１つにあたり、その一部が観察者に向かう光線１８Ａとして反射する。図２Ｂは角度間隔で対応する光線の方向を示し、１２Ｂは切子面１２Ａの平面の角度に対応し、二重の矢は、この平面のベクトルを表している（回折要素が外方結合を行なうとき、適用可能な平面に垂直である）。ベクトル１４Ｂ、１６Ｂおよび１８Ｂは、それぞれ光線１４Ａ、１６Ａおよび１８Ａの方向を表わす。図２Ｂおよび２Ｃの破線の角は、導光路１０の外表面のＴＩＲ角度を表わす、すなわち、１８Ｂなどの光線であり、光線は例証された角度範囲内に含まれ、導光路から逃げる一方で、その範囲外の光線の方向は内部で反射されるであろう。
【００３６】
導光路および出力結合機構の如何なるアーキテクチャも風景からの反射の固有的に望まれない種々の機構を有している。光線２０はソース６ＵＦから始まる。（ユーザーの正面、および導光路を介して観察された現実世界の正常な視界上のソースであり、典型的には日光或いは頭上光のシナリオである）そして、光線２２Ａとして導光路内で屈折する。この光線は、ベクトル２２Ｂとして図２ｃの角度間隔で示される。ほとんどのこの光線は導光路を通り抜けて、光線２０Ａとして導光路の外で屈折するだろう、この光線は、正常な視界の外に存在するが、観察者の邪魔をしない。しかしながら、光線２２Ａの一部は光線２４Ａ（ベクトル２４Ｂ）として切子面１２Ａ（平面１２Ｂ）のうちの１つから反射し得る。この光線は光線２６Ａ（ベクトル２６Ｂ）としてＬＯＥの外表面によって反射され、光線２８Ａ（ベクトル２８Ｂ）として切子面１２Ａのうちの１つによってもう一度反射される。ベクトル２８Ｂはほぼベクトル１４Ｂと同じである。したがって、光線は観察者の目に向かって１４Ａ（１４Ｂ）と同じ方法で広がり続けるだろう。これは、光線３０Ａ（１６Ａと等価）および３２Ａ（１８Ａと等価）として示される。
【００３７】
気がかりなゴースト照明を生成する他の可能な機構は、ＬＯＥの背面１１Ｂからの光線２２Ａの部分反射および、それによって出力光線２３Ａを生成することに続く、切子面１２Ａからその光線の部分反射することである。
【００３８】
図３Ａは、導光路への画像の側部注入の場合における、実際のスペースでソース１０２からの「単一の反射」の光学経路について記述する、切子面の延長方向は略垂直である。このソースは、図１Ｂのソース６ＳＢに似ている。図３Ｂは、角度間隔で同じプロセスについて記述している。ソースからの光は光線１０６Ａ（ベクトル１０６Ｂ）として導光路に屈折し、光線１１２Ａ（ベクトル１１２Ｂ）として切子面１０４Ａ（平面１０４Ｂ）によって導光路へ反射され、屈折する。このプロセスは、多数の切子面反射を含んでいる他のタイプの反射経路とは対照的に、切子面によるたった１つの反射を含んでいる。従って、この単一の同じ側部反射は幾つかの場合において特に明るい反射であり得る。光線１１０Ａおよび１１２Ａと光線１０６Ａおよび１０８Ａとを比較することにより例証されるように、風景ソースがすれすれの入射から更なる角度で照射すると、反射角はより大きくなる。
【００３９】
導光路の幾何学的特徴と、目に対するその位置が、目に達する反射の角度分布を決定する。図４および５は、観察者の頭の平面図を示す。導光路とユーザーの目の相対的な位置決めは、眼鏡フレーム支持構造物あるいは他の幾つかの頭部取り付け式の支持構造物のような支持構造体によって決定されるが、表現の単純性のためにここで省略している。この実施例において、導光路１０は実線の矢および切子面角度から明白なものとして、側部から導入されて照射される画像で構成される。この実施例における切子面は「垂直の切子面」と呼ばれる。
【００４０】
ひとみは特定の位置および配向の範囲内で移動することができるが、中央の領域からの中心光線は、図４および５に示されるような観察の全方向において窩に向かう眼球１０１の中心と交差する。観察者に関心がある角度の特定の範囲は角度１００と呼ばれる。等価な角は垂直に存在する。清澄性については、角１００を拡大させることに対する他の考慮は、ＩＰＤ或いはアイボックス（ｅｙｅ−ｂｏｘ）許容差などの記載に含んでいない。
【００４１】
背面側ゴーストの幾何学的な阻止
図８Ａ−８Ｃで例証された本発明の実施形態の第１の態様によれば、ニアアイ表示装置には、ＬＯＥのエッジのうちの１つの大部分に沿って伸びて、第２の主外表面から突出する、光阻止バッフル（１３０Ｌ、１３０Ｒ）が設けられる。それによって、視射角の範囲からの入射する放射が前記第２の主外表面の少なくとも一部に到達するのを阻止し、バッフルは第２の主外表面によって鋭角を形成する観察者の目に向かう方向に突出し、最も好ましくは、観察者の眼球の中心へ向かう方向に突出する。これは、観察者に無制限の視界の印象を残して、観察者の周辺の視界にバッフルが最小の影響を及ぼすことを保証する。
【００４２】
バッフルは、好ましくは主表面と平行な部分反射面の延伸方向と実質的に平行なＬＯＥのエッジに沿って伸びる。幾何学的な定義によれば、主表面と平行な切子面の延長方向は、部分反射面の一つが位置する平面と第１の主外表面の平面間の交差する線として定義され得る。本明細書において使用される「実質的に平行な」とは、平行あるいは互いに約２０度以内である方向を言う。
【００４３】
第一のオプションによれば、光阻止バッフル１３０Ｌ、１３０Ｒは、ＬＯＥ  １０への結合によって機械的に支持される。代替的に光阻止バッフルは、支持構成（当該図で示されない）への結合に機械的に支持される。
【００４４】
バッフルを実施するための好ましい幾何学条件は以下のとおりである。上で説明したとおり、図３Ａ−３Ｃは光線の角度依存性を示しており、光線は、導光路（３Ａ、３Ｂ）の背面側での照明の入射角或いは正面側からの単一の反射の入射角度に応じた単一の反射を受けた。図６は、観察者の頭上で展開したニアアイ表示装置の平面図におけるこの角度依存性の意味を例証する。導光路１０は導光路の点１２１Ｒから眼球１０１の中心に向かう風景光線、すなわち点１２３Ｒからの光線１２２と点１２５Ｒからのすれすれの光線１２４を反射する。
【００４５】
本発明の特定の実施形態によれば、最後の切子面（すなわち、画像プロジェクターから最も遠い）が位置づけられ、風景（１２４ＲまたはＬ）からのすれすれの入射光線に起因する臨界角度光線からの反射が、もはや図７の１２５によって示された目の中心１０１に達することができない。右（あるいは左）目の導光路の切子面は、光線１２４Ｒ（Ｌ）が目の中心１０１上で反射する点で終了する。図６から、そこで光を反射する切子面がないので、他の如何なる光線も１０１上で反射することができないことは明白である。
【００４６】
上記のアプローチがいくつかのシナリオの背面側の周囲照明からの単一の反射のブライトゴースト（ｂｒｉｇｈｔ  ｇｈｏｓｔ）を回避するのに有効であり得る一方で、「最後の切子面」の位置に対する幾何学的な制限は、いくつかの適用に十分な角度のある視界を提供しないかもしれない。本発明の更なる態様によれば、図６において例証された幾何学的関係を用いて、要求される角度のある視界の広がりを識別した後（例えば、図６で例証される位置１２３Ｒまで延長して）、角度の制限された範囲を識別することができる（例えば、光線１２２の角度を介して光線１２４から）。当該角度の制限された範囲は、アウトプット切子面を要求する部位から観察者の中心視に達しないように単一の反射ゴーストを回避する必要がある。
【００４７】
これらの原理にしたがって実施される光を遮るバッフル１３０Ｌおよび１３０Ｒ、は、典型的には比較的小さく、全辺を遮る構成と比べて、観察者の周辺視野の大幅に低減された妨げにより光学的構成の周囲から略後方に伸びる。特定の特に好ましい実施例において、バッフルは目に略向かう光学的構成の周辺から伸びるように実施され、幾つかの場合において、プロジェクターおよび／またはフレーム側の幾つかの特徴と提携し、その結果観察者の周辺視野に僅かに影響があるか或いは影響がない。
【００４８】
図８Ａでは、遮光バッフルの一例が示される。本明細書ではバッフル１３０Ｒおよび１３０Ｌは水平な面として示され、導光路のエッジに位置づけられ、一点鎖線で示されるように１０１に向かって配向される。あらかじめ定められた仮想ＦＯＶのために、切子面を備えた導光路１０の長さが定義される１２３Ｒ（Ｌ）。後方反射の光路が定義され、バッフル１３０Ｒ（Ｌ）長さが、図８Ｂに示されるように最後の切子面によって反射された光線のこの光路を閉鎖するように設定される。傾けられた導光路はさらに図８Ｃに示されるように、この散乱ブロッキングを使用することができる。ユーザーの「顔の曲線」に審美的に一致することに加えて、そのような傾けられた導光路は、導光路の背面を横切るより長い「シャドー」にバッフルの所定長さを振り当てることにより、バッフルの寸法上の要求をさらに緩和する。
【００４９】
したがって最も好ましくは、バッフル１３０Ｌ、１３０Ｒおよび部分反射面の展開は、第一及び第二の主外表面のうちの１つに侵入し、部分反射面のうちの１つから単一の反射を受けた後に、観察者の目に達しないようにする。
【００５０】
高い入射角光線の排除
本発明の実施形態の更なる態様は、単独及び本明細書に記載された他の態様と組み合わせた両方で有用であるが、高い入射角度でのＬＯＥ  １０の第１の（外側の）主外表面１１Ａに接近する入射光線の処理のためのアプローチに関係がある。
【００５１】
図２Ａを再び参照して、本明細書で光線２０として概略的に例証されるように、高い角度での入射光線によって現実世界の光源の問題となる反射の多くが始まることは注目される。ＬＯＥへの侵入にそのような光線を除外することができれば、これは観察者の目に向かう面倒な反射を生成する入射放射を明白に回避するだろう。
【００５２】
導光路１０の外部切子面の適切なコーティングは図１１および１２に示されるような風景反射をこのように減ずることができる。角度１００は、観察者が導光路１０を通して周囲を見る角度範囲を表わす。
【００５３】
抗反射コーティングを有する導光路の第１の（外側の）角度のある表面の反射率の好ましい実施例が図１２に示される。角度範囲１６６は角度１００を表わす。この範囲では、導光路の透過率は最大であろう。範囲１００の外側にある風景からの光線は正面１６８又は背面１２０から始まる（切子面反射率、切子面あるいは観察者の顔を遮ることで制限される）。これらの光線の角度範囲は図１０Ｂで１７０として示される。本発明の一態様によれば、導光路の抗反射コーティングは、１７０での高い反射率と１６６での高い透過率を有するように修正される。（高い角度での高い反射率は、垂直の光入射のために設計されたＡＲコーティングの周知技術である。）これは、高角度で導光路に侵入し、目の上の内部切子面によって反射する導光路１０に侵入する風景照明を大幅に前後に縮小する。
【００５４】
したがって、本発明の実施形態のこの態様の１つの実施例によれば、第１の（外側の）主外表面１１Ａは多層コーティングで被覆され、４０度未満の入射角の可視光線の抗反射特性を提供するように、そして７０度を超える入射角での可視光線の少なくとも第１の偏光用の高い反射率を提供するように、構成される。ＬＯＥを通して観察者の関心の直接見られた視野に対する特定の要件と、問題ある周囲の照明が入射しがちな方向に依存して、５０度までの角度に対する抗反射特性及び／又は約６０度を超える角度に対する高い反射率を提供することが好適であり得る。しかしこれらの制限に近づけば近づくほど、実施するのに非現実的になるか、或いは実施するためには法外に複雑になる程までコーティング要件の要求は多くなる。この文脈では、「抗反射特性」とは、５％未満の反射率を言うのが好ましく。最も好ましくは３％未満を言う。この文脈中の「高い反射率」とは、反射率は７０％を超え、好適には８０％を超え、より好適には少なくとも９０％であり、幾つかの特定の好ましい場合において少なくとも９５％である。
【００５５】
外部照明が入射し得る角度範囲を考慮するとき、全ＦＯＶ、および全可視スペクトルに対して高い入射角（小さいすれすれの角度）の所望の排除を達成するのは難しいかもしれない。したがって、本発明の特に好ましい実施例では、この反射率の増強は高角度入射の照明のＳ偏光だけのために最適化される。下記に述べるように、代替的な解決策は、外部ソースからのＰ偏光照明からのゴーストの可視度を縮小するために提供される。
【００５６】
特に図２Ａの屈折光線２２Ａを参照して上記アプローチによれば、残余の光は、入射光線２０からの導光路の正面の主表面で屈折するか、そこを透過し、外表面のコーティングにより実質的にｐ偏光化されるだろう。ゴースト反射光路のいくつかは、ゴースト光線２３Ａを生成するように、基板の第２の（後部）主外表面１１Ｂで光線２２Ａのその後の反射を含んでいる。しかしながら、主表面の法線から離れた界面での屈折により、後部の主要な表面１１Ｂを透過するこの光の任意の部分は、急勾配の下方への経路２０Ａ上を継続し、当該経路は、ＬＯＥの正面の主表面に侵入する周囲光２０の伝達の方向と実質的に平行で、またニアアイ表示装置の着用者の目を妨害しないだろう。したがって、高い入射角光線の透過を増加させるために抗反射コーティングでＬＯＥの背面を覆うことが提案されている。すべての角でＰ偏光用の有効な抗反射コーティングを達成することはもっと実現可能である。その結果、本発明のこの第２の態様は、背面１１ＢでＰ偏光ゴースト照明の大部分が透過され得る一方で、正面１１Ａで外部反射によってＳ偏光をもつ入射外部ゴースト照明の大部分が除外され得る点で第１の態様を補足する。結果は、図２に例証される経路に続く全面的なゴースト照明が、既存のＬＯＥと比較して、大幅に縮小されるということである。
【００５７】
したがって、本発明のこの態様によれば、第２の主外表面１１Ｂは、多層コーティングで有利に覆われる。当該多層コーティングは４０度未満の入射角で可視光線の入射の抗反射特性を提供し、かつ７０度と少なくとも約８５度（できれば９０度近く）の間の入射角で入射する第１の偏光入射に対して垂直な可視光線の第２の偏光に対して低反射率を提供するように構成される。
【００５８】
ゴースト３２Ａを生成する代替の光路に関して、図２を再び参照すると、ゴーストは、ＬＯＥに入り込み、ついで表示装置信号が広がる角度（及び偏光配向）の範囲とは典型的に異なる、角度の比較的制限された範囲で導光路の部分反射切子面から（例えば光線２２Ａから光線２４Ａまで、あるいは光線２６Ａから光線２８Ａまで）反射する残余の周囲光によって形成され得る。したがって、角度のそれらの特別の範囲の１つ或いは両方の範囲内で反射率を縮小するために部分反射表面コーティングの設計を修正することが提案されている。具体的には、高角度光線のための反射を抑える切子面コーティングは、導波モードに侵入する光の量を最小化する傾向があるだろう（即ち、光線２２Ａから２４Ａまでの反射）、したがってゴースト３２Ａの強度を抑える。
【００５９】
マイクロルーバーフィルムの変形例
本発明の前記態様の代替、あるいは追加の実施態様として、高角度入射光の拒絶はＬＯＥの外表面の正面に展開され、高い角度から入射光を阻止するように構成されたルーバーフィルムを使用して達成することができ、所望の視野の範囲を超えた外部シーンからの光の高い透過率を提供する。マイクロルーバーフィルムは知られており、コンピューター・表示装置の可視度を所望の視角範囲に制限するための「プライバシー・フィルム」として一般に使用される。そのようなフィルムの例は、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｆｉｌｍ  （ＡＬＣＦ）の記載の下でスリーエム・カンパニーから市場で入手可能である。
【００６０】
そのようなフィルムの構造は、図１３に概略的に例証され、フィルムの内層が透明基板３０２に支持された不透明な（あるいは、高度に減じられた）マイクロルーバー３００のアレイを含み、透明基板は、入射光がフィルムを通り抜けることができる角度の幾何学的な限界を定義する。市場で入手できるプライバシー・フィルムは、典型的にはマイクロルーバーの１次元アレイを含んでおり、即ち、ルーバーはすべて同じ方向に伸びる。この場合、フィルムは好ましくはＬＯＥに対して展開し、その結果、ルーバーが水平に伸び、それによって上から来る高角度外部光源を阻止する。代替的に、２次元アレイのマイクロルーバー構造が使用され得、すべての側からの高角度外部光源の排除を提供するために２つの垂直な方向に伸びるマイクロルーバー（典型的にはフィルム構造の２つの別々の層で互いに重ねられている）を持っている。
【００６１】
主表面から内部反射のためのＬＯＥの光学的性質に影響を与えないようにするために、ＬＯＥ表面に光量制御フィルムを直接適用しないようにすることは典型的に望ましい。随意に、適切な構造がＬＯＥに隣接しているための空隙が維持されることを保証するために提供されるかもしれない。また、光量制御フィルムは、ＬＯＥからわずかに間隔を置かれた別々の光学要素（レンズなど）上で支持される。代替的に、ＬＯＥの光学的性質を保持するために、十分に低い実効屈折率を持っているバッファーあるいは「アイソレーション」層か設けられ得る。そのような層のふさわしい材料の例は市場で入手可能な、エアロゲル、および同様の目的に使用される様々な他の材料を含む。さらなる代替の実施例によれば、典型的には多層誘電体コーティングを使用して実施される角度選択的な反射コーティングが提供され得、小さな角度で高い透過率を可能にする一方でＬＯＥの内部に広がる画像のために角度の適切な範囲のためのＴＩＲをシミュレートする。このオプションは、さらにＬＯＥの光学的性質を損なわずに、ＬＯＥのコート面へのマイクロルーバーフィルムの直接の光学的付属物を可能にする。挿入語句的に、その光学的性質に影響を与えずに、ＬＯＥに対してマイクロルーバーフィルムを支持することに適用する前述のオプションはすべて、等しく適用可能である。ＬＯＥの１つの表面或いは両方の表面に関連付けられた偏光フィルタが本明細書に言及される。
【００６２】
特に好ましい実施例において、マイクロルーバー層３００は、ＬＯＥ  １０の第１の主外表面１１Ａに関連付けられ、入射光から少なくとも一方向から７０度を超える入射角で入射する光が少なくともＬＯＥに侵入することを阻止する。マイクロルーバーの１次元アレイを有するマイクロルーバー層３００が使用される場合、マイクロルーバー層は好適には略水平の延長な方向で展開する。代替的に、略垂直の延長方向を有するマイクロルーバーの２つのアレイがあるマイクロルーバー層は使用されてもよい。
【００６３】
偏光フィルタリング
切子面上のコーティングの設計は反射フィルタに重要な影響を及ぼす。図９Ａは、切子面１２Ａおよび４０Ａの上で使用される典型的なコーティングの角度のある反射率を示す。ほとんどの場合、さらに基礎的なフレネル反射特性（図９Ｂ）に固有のように、反射率は示されるように偏光に依存する（あるいは「偏光に敏感である」）。
【００６４】
矢印１５０は、反射２６Ａ（Ｂ）から２８Ａ（Ｂ）に対応する角度を示す。このコーティングに対しては、この入射角で、Ｐ−偏光はＳ偏光以上に反射する。矢印１５４は、低い反射率を有し、偏光選択性のない２２Ａ（Ｂ）から２４Ａ（Ｂ）の角度のある反射を示す。特定のＬＯＥの切子面のために使用された代替の実施例では、１５５と１５２は、明白に優勢なＳ偏光を有する反射角を表わす。本発明の実施例の態様によれば、切子面の傾斜角および／またはコーティングの輪郭の特別の選択は、ここに記述されるように現実世界の反射を抑える偏光依存特性を利用するために使用することができる。
【００６５】
（６ＵＦまたは６ＤＦなどの）反射は優性な偏光（例えば上述されるような適切な抗反射コーティングによるか、あるいは切子面自体の特性による）をあらかじめ定めたように制御することができるので、ゴースト反射減衰は、偏光フィルタあるいは図１０Ａで示されるような導光路の正面の「偏光子」１６０Ｕの使用により有利に達成される。任意の適切なタイプの偏光子が使用され得る、最も好ましくは、構造的（あるいは「デカルト」）偏光子、典型的には、吸収性偏光子が使用される。この偏光子は、風景４からの非偏光光を５０％まで低減するであろう（それらは多くの場合、とにかく必要かもしれないか望ましいかもしれない）。しかし、偏光化された上部正面の反射６ＵＦあるいは低部正面の反射６ＤＦをより多く減ずるだろう。偏光子の配向は好ましくは切子面反射の配向に対して設定されるべきである。（Ｓ又はＰ阻止に依存して切子面に垂直或いは水平）。
【００６６】
いくつかの場合に、ＬＯＥおよび外方結合構成が、６０度を超える入射角で第１及び第２の主外表面の１つに入射し、観察者の目に向かってＬＯＥを出る、少なくとも１つの高入射角偏光依存の光路を定義し、偏光依存の光路は、偏光の恩恵を受ける配向を有している。その後、偏光フィルタは偏光の恩恵を受ける配向を備えた偏光依存性の光路に沿って進む外部光が、観察者の目に達するのを防ぐために有利に展開する。図１０Ａの上記の例では、偏光フィルタ１６０Ｕは第１の（外側の）主外表面１１Ａに侵入する光をフィルタリングするために外部に展開する。
【００６７】
本発明の実施例の１つの実施例は切子面コーティングを有する導光路であり、切子面コーティングは偏光を有する現実世界のゴースト画像の反射を生成するように設計され、それは外方結合された投影画像の偏光に垂直である。この場合、偏光子は図１０Ｂおよび１０Ｃで１６０Ｉによって示されるような観察者に対向する内側に置くことができ、偏光フィルタは観察者の目に向かう第２の主外表面を出る光をフィルタリングするために展開する。この構成は、目に投影する反射を阻むことができ、これはまた導光路（例えば６ＳＢ）の後部から始まり、図１０Ｃから明白なように偏光子を２度通り抜ける。しかしながら、プロジェクター２によって投影された虚像がこの偏光子による、最小の希薄化あるいは歪曲で目を照射する場合のみ、この配置が使用されるべきである。言いかえれば、観察者の目に向かってＬＯＥから外方結合された画像照射が実質的に画像偏光で偏光され、偏光フィルタ１６０Ｉは画像偏光に対して垂直な偏光を有する光を阻止するように展開される。
【００６８】
偏光子が使用される各々の場合に、偏光子の配向が切子面構造によって規定され（例えば、少なくとも２０度だけ、あるいは少なくとも３０度だけ、および特定の場合に６０度乃至１２０度だけ）、切子面によって潜在的に反映される現実世界のゴースト照明の偏光化が減じられるように配向され、光路を通過するゴーストによるその特定の入射角で切子面のセットの少なくとも１つによって著しく反射されない。光路を通過することを可能にされた。これは、多くの場合、Ｐ偏光を透過し、水平面からのＳ偏光を拒絶する正常な偏光サングラス展開から角をなしてオフセットしている偏光配向に帰着する。
【００６９】
図１０Ｄは、システム側への側偏光子１６０Ｓの実装を示す。偏光子が作用するこの方法は、導光路（６ＳＢ）から側反射する偏光を阻止する偏光子１６０Ｕとほとんど同じである。好ましくは、側偏光子は正面の偏光子１６０Ｕあるいは１６０Ｉで実施される。したがって、背景の強度可視度は正面あるいは周辺（側方）からと同じである。
【００７０】
１６０Ｉが１６０Ｓ（図１０Ｄで示されたとおり）と共に使用される場合、１６０Ｓの配向は好ましくは１６０Ｉに垂直である。（即ち、１つの垂直軸と１つの水平軸のような、交差した偏光軸）、周辺の可視度を維持する間にすべての側反射の完全な阻止に帰着する。
【００７１】
いくつかの導光路と切子面のアーキテクチャでは、仮想的な導入された画像は、線形偏光で目に影響を与える。そのような場合、偏光子は、ゴースト反射のうちのいくつかがフィルタリングされるという結果をもって、（１０Ｂで示さるように）目に接近して使用することができる。しかしながら、これに加えて、背景反射のうちのいくつかは、さらに導光路の偏光回転の後と同じ偏光で反射する。この偏光回転が直接の背景光線４に起こらないので、２３０と同じ配向を有する第２の偏光子２３２（図１０Ｅ）を導入することは、直接光線４に付加的作用を持たないが、反射６ＵＦおよび６ＤＦに追加の減衰を導入するだろう。
【００７２】
２セットの切子面を備えたＬＯＥのための変形例
本発明によるＬＯＥの特定の実施例は、ＬＯＥ内において二次元で光学的アパーチャ拡張（ｏｐｔｉｃａｌ  ａｐｅｒｔｕｒｅ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）を達成するために，部分反射面の２つの異なる非平行のセットを使用する。現実世界の照明（ゴースト）の望まれない反射を除去するか減ずる（総体として「抑える」）ための上記特徴の多くは、２Ｄ拡張ＬＯＥに等しく適用可能である。これらの適用のいくつかにおいて、様々な追加的考慮が、図１４Ａ−１６Ｃに関して以下に扱われる。
【００７３】
図１４Ａで、切子面６４Ａは目にガイドされた画像を反射するために目の正面に位置づけられる。切子面６８Ａは、導光路内の１つのガイドされた画像方向から異なるガイドされた画像方向に反射による光学的アパーチャ拡張に使用され、目に結合されない。これは、関連する視野からこれらの切子面を遠ざけて位置決めすることができ実現可能し、それらの直接の反射の可視性を除去する。図１４Ａは切子面６８Ａが目の中心より低く位置づけられる構成を示す。さらなるオーバーラップ減少（ｏｖｅｒｌａｐ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）は、図１４Ｂおよび１４Ｃに示されるようなオーバーラップしないアーキテクチャを介して可能であり、目は１つのタイプの切子面のみの部分を通してみる。
【００７４】
図１５Ａは、切子面の２つのオーバーラップするセットを示す。図１０Ａ−１０Ｅで示された偏光アーキテクチャは、両方の切子面のセットで同時に適用することができる。偏光子効率は、２００Ａと２０２Ａによって図１５Ａで示されるように一方がＰ偏光化され他方がＳ偏光されるように設定することにより、平行に接近するようにした両方の偏光からの反射を操作することにより改善される。図１５Ｂは、偏光配向（２００Ｂ及び２０２Ｂ）のオーバーレイと、組み合わされた偏光を阻止するために好ましい分極配向を示す。
【００７５】
代替的に、偏光子は主要な反射を生成する切子面に垂直に（あるいは平行）設定され得る。
【００７６】
図１６Ａは２つのセットの切子面がある導光路を示しており、切子面２２０の傾斜したセットが、導入される画像の垂直アパーチャ拡張に使用され、切子面２２２の垂直のセットが水平拡張に使用される。切子面２２０は、導光路の外部切子面に対して傾けることができる。この場合、図６に記載されているように、単一の切子面反射は典型的には背後から存在するであろう。しかしながら、切子面２２０が導光路の外面に垂直である（あるいは垂直方向に接近している）場合、図１６Ｂの矢印によって例証されるように、単一の反射が導光路の正面方向から生じるかもしれない。
【００７７】
図１６Ｃは、典型的な切子面コーティングの反射率を示しており（反射率は、ほぼあるいは正確に垂直の切子面を持っているので、３Ｃによって記載された通りである）、当該コーティングは典型的な反射角２２４および前面の単一の反射（図１６Ｂ）の角度２２６を持っている。背部の反射は垂直に近い角度２２４にある傾向があろうことは明白である、誘電体コーティングが偏光間の低いディファレンシエーション（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ）を有し、これに対し正面の反射角２２６はが高いディファレンシエーション（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ）を有するであろう。したがって、本発明の態様によれば、偏光子２２８はそうでなければ重要な単一の正面反射を生じさせることになる導光路の正面に置かれ、偏光化をフィルタリングする。
【００７８】
いくつかのコーティングは、さらにワイヤー・グリッドあるいは複屈折の誘電体（スリーエム社による）のような垂直の角で固有の偏光選択性を持っている。この場合、側部偏光子（図１０Ｄの１６０Ｓ）は有効な反射減衰を達成するために有利に使用することができる。
【００７９】
偏光子２２８は、２２０の正面で、および２２２の正面で異なる配向を有するように設計され得る。なぜなら切子面の異なる配向が異なる偏光を有する反射を生成するからである。随意に、２つの所望の偏光配向の間で徐々に移行する非線形の偏光子はくっきりした境界を回避するために使用され得る。
【００８０】
反射は１セット以上の切子面による繰返し反射から始まることができる。例えば、図１２Ａにおいて反射は、切子面６８Ａによる反射の後にある程度の線形偏光を有することができ、切子面６４Ａによる反射の後に任意の偏光に変更することができる。この場合、反射の特定の偏光は計算されるべきである、また非線形の偏光は導光路と共に使用される。これは、線形の偏光子を備えた波長板または他の複屈折材料を含んでいるかもしれない。
【００８１】
目につきあたる反射の光学的性質は導光路を横切って変わる場合がある。したがって、上述の方法論は、観察者の視界を横切って反射抑制をすべて達成するために導光路を横切って非一様に使用することができる。これは次のものを含んでいるかもしれない（制限されな）。
＊可変偏光子
＊可変波長板
＊平行な切子面及び平行でない切子面の可変コーティング
＊透過率と偏光を変えるための導光路の外面の可変コーティング
【００８２】
すべての上記の記載において、トップダウンの構成は側部構成と等価であり、垂直の切子面は水平の切子面と等価である。言いかえれば、構成は一般に交換可能である；９０度ずつシステムを回転させることは可能である。これはバッフル、コーティングおよび偏光を含んでいる。
【００８３】
上述の記載が単に一例として提供することが意図され、他の多くの実施形態が、添付の特許請求の範囲で定義されるような本発明の範囲内で可能であることは認識されるだろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【国際調査報告】
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