(57)【要約】  本発明は、ユーザに情報を表示するためのシステムであって、  ユーザに情報を表示するために光を放出するように構成された放出デバイスであって、光の強度が高値と低値との間で変化するように光をパルス状に放出するように適合された、放出デバイスと、  パネルを備えた選択的観視デバイスであって、パネルが、ユーザが放出デバイスによって放出される光をそのパネルを通じて観視し、それによって、表示されている情報を視覚的に知覚することができるように適合され、パネルが、高透過率状態と低透過率状態との間で変化することのできる可変透過率を有する、選択的観視デバイスとを備え、  システムが、放出デバイスが光を高強度値で放出する状態と選択的観視デバイスのパネルの高透過率状態とが時間的にオーバーラップするように、放出デバイスと選択的観視デバイスとを同期させるように適合され、  放出デバイスが、デューティサイクルが1/10以下のパルス状に光が放出されるように適合され、選択的観視デバイスのパネルが、基本的に同じデューティサイクルで動作するように適合される、システムに関する。
2021515915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザに情報を表示するためのシステムであって、
ユーザに情報を表示するために光を放出するように構成された放出デバイス(12、112)であって、前記光の強度が高値と低値との間で変化するように前記光をパルス状に放出するように適合された、放出デバイス(12、112)と、
パネルを備えた選択的観視デバイス(16、116)であって、前記パネルが、前記ユーザが前記放出デバイス(12、112)によって放出される前記光をそのパネルを通じて観視し、それによって、表示されている前記情報を視覚的に知覚することができるように適合され、前記パネルが、高透過率状態と低透過率状態との間で変化することのできる可変透過率を有する、選択的観視デバイス(16、116)と
を備え、
前記システムが、前記放出デバイス(12、112)が光を高強度値で放出する状態と前記選択的観視デバイス(16、116)の前記パネルの高透過率状態とが時間的にオーバーラップするように、前記放出デバイス(12、112)と前記選択的観視デバイス(16、116)とを同期させるように適合され、
前記放出デバイス(12、112)が、デューティサイクルが1/10以下のパルス状に前記光が放出されるように適合され、前記選択的観視デバイス(16、116)の前記パネルが、基本的に同じデューティサイクルで動作するように適合され、
前記選択的観視デバイス(116)が、眼鏡の形態を有し、前記パネルが、前記眼鏡のガラスのうちの1つまたは複数である、
システム。
【請求項２】
前記放出デバイス(12、112)の前記デューティサイクルが、1/20以下であり、好ましくは1/100以下であり、より好ましくは1/250以下である、請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
前記選択的観視デバイス(16、116)が高透過率を有する状態が、前記放出デバイスが光を高強度で放出する時間期間内にあるか、または
前記放出デバイス(12、112)が光を高強度で放出する状態が、前記選択的観視デバイスが高透過率を有する時間期間内にあり、
好ましくは、前記放出デバイス(12、112)が光を高強度で放出する状態が、前記選択的観視デバイスが高透過率を有する時間期間と実質的に同時発生する、
請求項1または2に記載のシステム。
【請求項４】
前記放出デバイス(12、112)が、コンピュータスクリーンとして、モバイル電話で、ラップトップコンピュータで、タブレットコンピュータで、デジタルカメラ上で、ナビゲーションシステムでおよび/またはテレビ受像機で使用するのに適したスクリーンを備え、前記スクリーンが、前記光をパルス状に、好ましくは500ルクスよりも大きい、好ましくは2000ルクスよりも大きい、さらにより好ましくは5000ルクスよりも大きい、さらにより好ましくは30000ルクスよりも大きい、さらにより好ましくは100000ルクスよりも大きい、最も好ましくは500000ルクスよりも大きいピーク照度で放出するように適合される、請求項1から3のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記放出デバイス(112)が、前記情報を周囲上に投影するように適合され、投影デバイスが、前記光をパルス状に放出するように適合される、請求項1から3のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記システムが、ヘッドマウントレーザプロジェクタであり、前記放出デバイス(112)が、可視レーザ光を放出するための、好ましくは1μWを上回り、かつ好ましくは10mW未満の、より好ましくは3mW未満の、さらにより好ましくは1mW未満の、最も好ましくは100μW未満の時間平均光出力を有するレーザ光源であり、ピーク強度が前記時間平均レーザ出力を、10倍を上回って、好ましくは50倍を上回って、最も好ましくは250倍を上回って超える、請求項5に記載のシステム。
【請求項７】
前記システムが、ヘッドマウントLEDプロジェクタであり、前記放出デバイス(112)が、好ましくは、1μWを上回る時間平均光出力、かつ5W未満の、好ましくは250mW未満の、より好ましくは10mW未満の、最も好ましくは250μW未満の出力を有するLED光源であり、ピーク強度が前記時間平均光出力を、10倍を上回って、好ましくは50倍を上回って、最も好ましくは250倍を上回って超える、請求項5に記載のシステム。
【請求項８】
前記システムが、家庭またはシアター環境下でビデオを投影するように構成され、前記放出デバイス(112)が、好ましくは、光を、10,000ルーメンを上回る、好ましくは50,000ルーメンを上回る、より好ましくは100,000ルーメンを上回る、最も好ましくは500,000ルーメンを上回るピーク光束で放出するように構成される、請求項5に記載のシステム。
【請求項９】
前記放出デバイスが、前記眼鏡に組み込まれるかまたは取り付けられる、請求項6または7に記載のシステム。
【請求項１０】
前記放出デバイスが前記選択的観視デバイスと同期するように、前記システムが構成される、請求項1から9のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記システムが、外部に設けられたクロック、好ましくはラジオの時報と同期する、請求項1から9のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
放出される前記光のピーク強度が、前記放出デバイスの周囲の強度と同等であり、好ましくは、前記放出デバイスの周囲の強度よりも少なくとも3倍高いように、前記システムが構成される、請求項1から11のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記放出デバイスの周囲の強度を感知するための少なくとも1つの明るさセンサをさらに備える、請求項12に記載のシステム。
【請求項１４】
前記放出デバイスが、LEDまたはレーザ光源利用のプロジェクタであり、それがモバイル電話、タブレットコンピュータ、ラップトップ、または他のポータブル電子デバイスの一部である、請求項5に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像を選択的に観視し表示するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばラップトップのスクリーンまたは昨今のスマートフォンを、例えば日中の屋外など、明るく照光された環境下で使用するときによくあるのが、デバイスの明るさが、表示されているコンテンツを読み取るのに適していない、ということである。簡単に言うと、周囲光がスクリーンの明るさと比べて、良好なコントラストを可能にするにはあまりにも明るすぎるのである。言うまでもなく、これは、屋内環境、または一般にそれほど十分に照光されていない環境に移動することによって、矯正することができる。しかし、そのようにすることは、実際的ではない場合がある。さらに、こうせざるを得ないことにより、デバイスの使いやすさが減じてしまう。
【０００３】
屋内でさえ、強烈に照光された場の正面に置いてある、例えば明るい夏の日に面する窓の正面に置かれたときのスクリーンについて、コントラストが低下することがある。この場合、観視者は、スクリーンによって表示されたコンテンツを快適に見るには周囲光強度があまりにも高すぎるので、スクリーンを見たときに乏しいコントラストを知覚することがある。
【０００４】
同様に、スクリーン自体の上での反射のため、例えば周囲からの明るい光がスクリーンから反射されて、表示された情報をマスクする場合に、やはりコントラストの低下を受けることがある。
【０００５】
この問題に(偶然にも)関係する1つの文献が、米国特許出願公開第2012/0194657A1号であり、そこには、コントラストに影響を及ぼす現象について、次の段落に記載されているように説明されている。
シャッタガラスの一般的な目的は、2dディスプレイから3d視を可能にすることである。この目的のために、反同期の個別の2つのシャッタガラス要素を備えた1対のシャッタガラスが、光を左右の目に交互する形で透過するように構成されており、その結果、一方が左目用であり一方が右目用である2つのインターレースビデオ信号がインターレース解除され、つまり、左右の目に対して適切にゲーティングされる。簡単に言うと、各シャッタガラスは、その背後の目(左または右)が適切な画像に晒されるように開放すると同時に、不適切な画像が示されているときには閉鎖される。
【０００６】
しばしば、左画像と右画像を切り替えるときの短い暗黒ギャップを活用することによって、放出スクリーンとそのようなシャッタガラスとの間のロバストな同期が促進される。
【０００７】
これらの光放出ギャップには、ビデオスクリーンの一部であるLCD液晶が2つの連続する画像間で再配向するときに発生するおそれのあるアーチファクトの抑制を含めて、複数の目的がある。シャッタガラスをビデオスクリーンと同期させる場合、これらの暗黒ギャップは有益となり得、というのも、これらの暗黒ギャップを使用して、確実に、前の画像または後続の画像に属する光を透過するというリスクを負わずに、意図する画像フレームにつき大部分の光を透過するのに十分なほどシャッタ開放時間が長くなるようにすることができるためである。スクリーン暗黒期間内にシャッタガラスを切り替えることは、シャッタガラスのオンからオフへの(またはその逆の)切替え時間が、観視周期全体のかなりの部分と同程度に長い場合、特に有益となり得る。
【０００８】
そのような3Dビデオシャッタガラスの典型的な動作特性は、ビデオスクリーンの放出レートである120Hz、つまりシャッタガラス要素につき60Hzであり、それは、16.66ms継続する周期全体に等しく、一方、典型的な開放時間および閉鎖時間は、フル周期につき合計で数ミリ秒になることがある。
【０００９】
ビデオスクリーンによって放出される画像フレーム間の短い暗黒期間が、ゆっくりと反応するシャッタガラスとのゲーティングをよりロバストにする、ということは容易に分かるが、精密同期と組み合わせることは、フル観視周期のかなりの部分の間中ずっとシャッタガラスが1つも開放しない、ということを意味する。副作用として、周囲光が明らかに低減する。
【００１０】
米国特許出願公開第2012/0194657A1号は、この現象が、特定の低光量環境下で問題を招くおそれがあり、その場合、ユーザは、ナビゲーション上の問題、また薄暗がりの家庭環境内に位置することのある障害物をユーザがそれ以上確認できないという問題を抱えるおそれがある、と説明している。
【００１１】
米国特許出願公開第2012/0194657A1号は、シャッタガラスの開放時間を、ディスプレイの放出時間を超えて、つまりスクリーン暗黒期間内に延長することによって、周囲光の低減というこの影響を打ち消すことを提案している。このより新たな方式は、それ以前の精密同期の方式に比べて周囲光の強度を増大させており、というのもこの場合、周囲光は、知覚される画像よりも長い時間にわたってゲーティングされるためである。
【００１２】
本発明者らは、以前に報告された低光強度における周囲光の低減という問題が、より明るい環境の文脈では利点に転じ得る、ということに気付いた。これは、キーとなるパラメータを認識し、それらの典型的に使用される範囲をはるかに超えて規定し、それらを協調的に変更するときに、可能になる。
【００１３】
本発明者らは、従来技術のデバイスはまた、典型的には光放出デバイスのため、エネルギー消費が不必要に大きい、ということに気付いた。モバイルデバイス(モバイル電話、ラップトップ、タブレット)の場合、これによりバッテリ寿命が縮まり、頻繁なバッテリ再充電が必要となることがある。また、(据置き型スクリーンを含む)任意の光放出デバイスの不必要な電力消費は、過度の熱の発生を増大させることがあり、それによりハードウェアの強力なヒートシンクの使用が必要になることがあり、それが大電流対応電源とともに、デバイスのフォームファクタを増大させることがある。
【００１４】
しかし、本発明者らは、従来技術のテクノロジに他の問題がある、ということも見出した。具体的には、本発明者らは、それらのデバイスが乏しい画像コントラストを招く、ということを見出した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許出願公開第2012/0194657A1号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、それらの問題のうちの少なくともいくつかを少なくとも軽減することに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、請求項1によって定められる。好ましい実施形態は、従属請求項において定められる。
【００１８】
請求項1によれば、情報を表示するためのシステムは、ユーザに情報を表示するために光を放出するように構成された放出デバイスを備える。そのような放出デバイスは、例えば、コンピュータスクリーンとすることができる。それは、例えばホームシネマ環境または公共上映環境において使用される投影デバイスとすることもできる。
【００１９】
放出デバイスは、光の強度が高値と低値との間で変化するように光をパルス状に放出するように適合される。それらの強度変化の結果、知覚される光の明るさが変化する。光がパルス状に放出されるとは、典型的には繰り返す形で、光が、いくつかの時間期間にわたってより高い強度値で放出され、それらの時間期間と時間期間との間により低い強度で放出される、ということを意味する。高強度パルスの繰返しレートは、ちらつきを回避するように十分大きく選択される(通常、繰返しレートは50Hzよりも大きい)。
【００２０】
情報を表示するためのシステムはさらに、パネルを備えた選択的観視デバイスを備える。そのような選択的観視デバイスは、例えば、ユーザによって装着される眼鏡とすることができ、その場合、その眼鏡のガラスがパネルをなす。パネルは、ユーザが放出デバイスによって放出される光をそのパネルを通じて観視し、それによって、表示されている情報を視覚的に知覚することができるように適合される。パネルは、高透過率状態と低透過率状態との間で変化することのできる可変透過率を有する。高透過率および低透過率とは、可視光が、低透過率状態において大いに阻止され、高透過率状態においてパネルを通じたその透過が大幅に増大する、ということを意味する。低透過率と比べて、高透過率状態は、光の透過が少なくとも50倍多く、好ましくは少なくとも500倍多い状態を指す。
パネルがLCDシャッタガラスを備える本発明の実際的な実施形態では、時間依存の透過関数の、完全なトップハット関数からの偏差が生じ、それによって、境界がそれほどはっきりとは画定されないことがある。
【００２１】
システムは、放出デバイスが光を高強度値で放出する状態と選択的観視デバイスのパネルの高透過率状態とが時間的にオーバーラップするように、放出デバイスと選択的観視デバイスとを同期させるように適合される。オーバーラップするとは、それらが少なくとも、それらの高透過率値/高強度値のいくつかの部分について同時に(すなわち同じ時間に)生じる、ということを意味する。そのようにすることによって、放出デバイスが光を高強度値で放出するときはいつでも、選択的観視デバイスも高透過率にあることが確実になり、したがって、放出された光を観視者が観視することが可能になる。これにより、放出デバイスによって放出される光を選択的に観視するとともに、残りの時間の間に周囲に存在し得る光を無効にするかまたは少なくとも抑制することが可能になる。
【００２２】
放出デバイスは、デューティサイクルが1/10以下の周期的に繰り返すパルス状に光が放出されるように適合され、選択的観視デバイスのパネルは、放出デバイスと基本的に同じデューティサイクルで動作するように適合される。デューティサイクルとは、光が高強度値で放出される時間を、通常はパルスの繰返し周波数の逆数であるフル放出周期の時間と比べた比を指す。
【００２３】
典型的には、それらのピークの強度はわずかに変動し、すなわち、高強度放出を表す完全なトップハット関数は得られない。したがって、デューティサイクルとは、放出される光の強度がそのデバイスによって特定の繰返し周期の間に放出されるピーク強度の90%以上である時間期間を、それらの高強度ピークのフル繰返し周期で割った比を指す。光の強度が低強度値にある時間期間は、強度がその周期の間の高強度ピーク値の50%未満であることによって定義される。
【００２４】
好ましい実装形態は、シャッタガラスの2値の開放状態および閉鎖状態とそれぞれ時間的に整合する、スクリーンの2値のオン状態およびオフ状態を使用するが、この方式の変形形態は、コントラストのいくらかの低下を招くこともある。所与の時間期間の間に放出される全ての光のかなりの部分が、フル期間のうちの1つまたは複数の短いサブ期間の間に放出され、ゲーティングされることが不可欠である。特性として、スクリーンの時間依存の放出信号には、3D視の用途用に動作するシャッタガラスに比べて、大幅に増大した標準偏差がある。
【００２５】
周囲光が眼鏡によって選択的に抑制され、したがって、ビデオスクリーンから放出された光がより高いコントラストで知覚されるという基本方式を暗に示す、従来技術の解決策と比べて、特許請求される解決策は、より高いコントラストおよび/もしくはより低いエネルギー消費を実現し、かつ/または使用されている光の波長範囲にそれほど制約を課さない。提案されたこれらの方針の実施形態は、特定の光放出ビデオスクリーンの周波数特性を選択的に透過するように調整された光学素子およびフィルタを含む。具体的には、従来技術の解決策は、第一に、そのようなビデオスクリーンによって放出される特定の狭い周波数範囲(波長範囲)の光の選択的ゲーティングに基づく、周囲光の阻止について示唆している。さらに、それらの解決策は、時間変調されたビデオスクリーンと同じ周波数でそのビデオスクリーンと同期して動作するビデオシャッタガラスを使用すると、放出される光波の振動周波数より何桁も低い周波数(典型的には50〜240Hz)でシャッタガラスが動作するにもかかわらず、そのコントラストが向上し得る、ということを示唆している。主観的には、一般的なシャッタガラスを装着しているとき、特にガラスが放出ビデオスクリーンと同期されるときに、それらの画像が比較的高い強度で観視され得る。
【００２６】
電磁周波数(波長)による選択的光ゲーティングの説明に問題的にかつ論理的に即して、従来技術のデバイスでは、周囲光の低減というこの現象を、放出スクリーンとシャッタガラスとの間の周波数特性を整合させる方法と見なしている。そのようにする際、それらのデバイスでは、精密な繰返し周波数の整合にだけでなく可能な時間的オフセットにも特別な注意を払う。従来技術の解決策によれば、周囲光の低減の影響を減じることのできる可能なオフセットは、シャッタガラスがスクリーンの放出時間と同期されているという方式によって、最小限に抑えることができる。いくつかの従来技術のデバイスの文脈において目的が主として3D視ではないので、提案された従来技術のデバイスでは、各シャッタガラスが同時に開放する方式を使用する。しかし、ガラスごとの開放時間は、3Dシャッタガラスの個々の開放時間と同等のままであり、したがって、ほんのわずかな周囲光の減衰の効果が著しく変わるかまたは改善されることはない。
【００２７】
従来技術のデバイスは、いくつかの環境下では、または波長によるゲーティングとの組み合わせで、場合によっては有益であるものの、シャッタガラスゲーティングのみに基づいて強烈な周囲日光を相応に大幅に選択的減衰させることは、可能ではない。
【００２８】
つまり、従来技術のデバイスは、この現象をより低光量の条件下で生じるおそれのある問題であると記載した米国特許出願公開第2012/0194657A1号に記載されているのと同程度にしか、周囲光を低減させることができない。具体的には、従来技術のデバイスは、(光度がおそらくは100,000ルクスを超す)強烈な日光が、典型的には500lx未満の明るさで放出する典型的なラップトップのスクリーンよりも数百倍明るくなり得るというこの問題に、システマティックに対処していない。
【００２９】
強烈な日照環境下で満足のゆくコントラストをビデオスクリーンが有する程度に、コントラスト強調を最適化するという課題は、目によって知覚される周囲光を増大させるために従来技術(米国特許出願公開第2012/0194657A1号)が使用した方式を逆にすることによっても達成することができない。そのような推論に従って、スクリーンの放出時間よりも短いシャッタの開放時間を使用しようと試みることができる。しかし、この結果、放出時間と精密同期されるシャッタガラスを用いて知覚されるのと同じコントラストとなり、さらなるコントラスト強調は得られない。
【００３０】
本発明者らは、特許請求されるシステムが、いくつかの実施形態では、従来技術のシステムよりもはるかに良好なコントラストを生み出すことを見出した。具体的には、本発明者らは、従来技術によって以前に実現されず、規定されず、かつ/または言及されなかった、短いデューティサイクルを使うことの重要性に気付いた。さらに、光が放出される期間の間、光が「普通の」デバイスの場合よりも高い強度で放出される場合、有利である。したがって、それらの期間の間、放出される光は、比較的「明るく」、観察者にとってより見やすい。さらに、光は一時的にしか放出されないので、エネルギー消費が低減し得る。この新たな、特許請求される解決策では、米国特許出願公開第2012/0194657A1号に欠点として報告されているものが、その欠点が利点に転じるように定性的にも定量的にも改良および拡張されている。
【００３１】
本発明では、従来技術の解決策によって言及および/または規定されていなかったパラメータを変更する方式を利用する。
【００３２】
電磁振動周波数を整合させることによるコントラスト最適化に即して、従来技術の解決策では、周波数、および同期方式によるオフセット最小化を、重要なパラメータとして主として規定していた。
【００３３】
1つの重要なパラメータは、波長整合の分野に類似する点がなく、したがって、シャッタガラスの使用による効率的なコントラスト最適化にとって高い関連性があるものとは認識されなかった可能性がある。これはデューティサイクルであり、1周期の間のON時間の比を規定するものである。
【００３４】
典型的には約40%であるこのデューティサイクルを、10%未満の、好ましくは0.5%未満の値に短縮することが、ここで報告する本発明の実現に向けての第1のステップである。この修正だけで、ディスプレイ照明用光源のエネルギーコストを、およそ4分の1から100分の1に低減させることができ、いくつかのシナリオでは、この修正だけでこのエネルギー消費が、従来技術に比べて500分の1に低減し得る。
【００３５】
強烈な日光下でビデオスクリーンの使用を可能にするために最適化することが好ましい第2のパラメータは、放出パルス/フラッシュの持続期間の間にスクリーンの強度を大幅に増大させるというものである。普通のコンピュータスクリーンは、光を500lx以下という典型的な最大強度で放出するが、本発明者らは、強度が100(好ましくは500)倍高い光源を使用することが大いに有益であると認識した。
【００３６】
まとめると、デューティサイクル(従来技術のデバイスにおいて利用されていなかったパラメータ)を正しく選択し、高強度パルス(やはり従来技術のデバイスにおいて利用されていない)を使用すると、より大きなエネルギー消費という犠牲を生じさせることなく、強烈な日照環境下でビデオスクリーンを見ることが可能になる。
【００３７】
従来技術のデバイスは、これらの2つのパラメータ(デューティサイクル、パルス強度)に焦点を当てていなかった。したがって、従来技術の方式は、シャッタゲーティングによる周囲光の変わらぬわずかな低減を繰り返し生み出すにすぎず、それについては、以前に米国特許出願公開第2012/0194657A1号によって報告されていた。具体的には、従来技術のデバイスでは、強烈な日照環境下で高コントラストビデオスクリーンを観視することは、可能ではない。
【００３８】
本発明によって得られるさらなる利点は、システムの光放出デバイスを小型化できる、ということである。具体的には、時間平均強度およびエネルギー消費が低減され得るため、LEDベースの光放出デバイスの一部としてのヒートシンクのサイズが縮小可能となり得る。一般に、光を高強度で生み出すとき、熱の発生が主要な懸念事項となり得る。これが、光源自体、電子回路、ならびにシステムの光学素子に対して問題を引き起こすおそれがある。さらに、ヘッドマウントデバイスを装着しているとき、過度の熱の発生が、不快さとさらには損傷までもを、ユーザに対して引き起こすおそれがある。本明細書において説明する本発明によって、より少ないエネルギーが消費されるので、熱の発生も低減され得る。本発明のいくつかの実施形態では、これにより、特にバッテリ、熱管理ハードウェア、および光源の物理的寸法に関して、システムの小型化が可能となり得る。
【００３９】
本発明の好ましい一変形形態では、放出デバイスのデューティサイクルが、好ましくは1/20以下であり、より好ましくは1/100以下であり、さらにより好ましくは1/250以下である。そのようなデューティサイクルは、観視体験をさらに一層向上させる。
【００４０】
さらに好ましい一変形形態では、選択的観視デバイスが高透過率を有する状態が、放出デバイスが光を高強度で放出する時間期間内にある。すなわち、高透過率の状態は、放出デバイスの高強度時間期間と完全にオーバーラップする。これにより、観視が特に効率的であることが確実になり、というのも、放出デバイスが光を高強度で放出しているときにだけ、放出デバイスを観視するためである。したがって、周囲からの光の影響がさらに減少する。
【００４１】
その代わりにまたはそれに加えて、放出デバイスが光を高強度で放出する状態が、選択的観視デバイスが高透過率を有する時間期間内にあることが好ましい。これは、放出デバイスの高強度状態が、選択的観視デバイスが高透過率を有する時間期間とオーバーラップし、それによって、放出デバイスの高強度の状態がそれらの高透過率時間を超えて延長しない、ということを意味する。これは、光放出デバイスによって放出される光が特に効率的に使用される、ということを意味し、というのも、光は、選択的観視デバイスが低透過率を有するとき(その場合光はそれほど容易に観察することができない)、放出されないためである。
【００４２】
さらなる好ましい一実施形態では、放出デバイスが光を高強度で放出する状態が、選択的観視デバイスが高透過率を有する時間期間と実質的に同時発生することが好ましい。すなわち、それらの状態は基本的に同じ時間的パターンに従う。それらが実質的に同時発生するとは、好ましくは、それぞれの高強度状態/高透過率状態の5%以下が、放出デバイス/選択的観視デバイスのうちのそれぞれに対応する他方の状態の外側にあり、特に、透過関数が最大透過の50%未満である時間の間は放出されない、ということを意味する。これは、先に列挙した利点を併せ持っている。
【００４３】
本発明の好ましい1つの変形形態では、放出デバイスが、コンピュータスクリーンとして使用するか、またはモバイル電話で、ラップトップコンピュータで、タブレットコンピュータで使用するのに適したスクリーン、デジタルカメラもしくはテレビ受像機上のスクリーンを備え、スクリーンは、光を高強度値でかつパルス状に、500ルクスよりも大きい、好ましくは2000ルクスよりも大きい、さらにより好ましくは5000ルクスよりも大きい、さらにより好ましくは30,000ルクスよりも大きい、さらにより好ましくは100,000ルクスよりも大きい、最も好ましくは500,000ルクスよりも大きいピーク照度で放出するように適合される。この照度は、確実に、放出デバイスによって放出される光が周囲の光、特にそれ自体が最大で100,000ルクス以上の周囲光レベルの要因となり得る日光に「匹敵」し得るようにするものである。
【００４４】
本発明の別の好ましい変形形態は、放出デバイスが、情報を周囲上に投影するように適合されるというものである。放出デバイスがスクリーンを備える、先に説明した本発明の変形形態に比べて、情報を周囲上に投影するように構成された放出デバイスを有するシステムでは、プロジェクタが、観視者によって観視されることになる画像を、他の何らかの、通常は非光放出物体(例えば壁面、または例えばシネマの場合には1枚のキャンバス)上に生成する。観視される画像が形成されるのは、この非光放出物体上である。
【００４５】
対照的に、先に説明したようなスクリーンの場合、スクリーンは光を放出し、それ自体で画像を形成する。本発明者らは、プロジェクタを選択的観視デバイスとともに使うことにより、実生活状況下で光を周囲上に投影することが可能になる、ということに気付いた。これは、例えば、注釈付き現実システム(annotated reality system)の形態をとることができ、その場合、投影デバイスは情報を周囲上に投影し、その情報は、近くに位置する、選択的観視デバイスを着けていない人物にとって見えないことがある。例えば、これはナビゲーションシステムの形態をとることができ、その場合、例えば、人物に自身がどこにいくべきかを示すために矢印が舗道上に投影される。選択的観視デバイスのおかげで、この矢印は、近くに位置する人にとって見えるよりもはるかによく、その選択的観視デバイスを装着している人物にとって見え、したがって、その近くに位置する人の妨げになることが回避されている。
【００４６】
その文脈において、1つの変形形態は、システムが、ヘッドマウントレーザプロジェクタであり、放出デバイスが、好ましくは1μWを上回り、かつ好ましくは10mW未満の、より好ましくは3mW未満の、さらにより好ましくは1mW未満の、最も好ましくは100μW未満の時間平均光出力(optical output power)を有するレーザ光源である、というものである。そのようなレーザプロジェクタは、少なくともそのシステムを使用した人物のごく近くの周囲上に投影するとき、確実に、知覚される強度または明るさが日光下で観視するのに十分なものであるようにする。さらに、そのような低減された時間平均レーザ放出出力は、近くに位置する人に対するレーザ光線障害を低減させ、したがって、レーザ安全要件を満たすことができる。レーザは、ピークレーザ強度が時間平均レーザ出力を、10倍を上回って、好ましくは50倍を上回って、最も好ましくは250倍を上回って超えるように、(周波数が通常は20Hzよりも高い)パルスレートで放出される。これにより、確実に、レーザ安全規制の下で放射が近くに位置する人にとって危険とはなり得ないようになるとともに、良好な観視コントラストが可能になる。
【００４７】
別の変形形態は、システムが、ヘッドマウントLEDプロジェクタであり、放出デバイスが、1μWを上回り、かつ5W未満の、好ましくは250mW未満の、より好ましくは10mW未満の、最も好ましくは250μW未満の時間平均光出力を有するLED光源である、というものである。
【００４８】
ここでも、LED光は、ピーク強度が時間平均放出強度を、10倍を上回って、好ましくは50倍を上回って、最も好ましくは250倍を上回って超えるように、(周波数が通常は20Hzよりも高い)パルス状に放出される。やはり本発明は、プロジェクタによって放出される光が周囲光に匹敵し得るようにし、それととともに近くに位置する人の妨げになることを回避し、それとともに普通より重量のあるバッテリの必要性を回避し、かつ/または過度の熱の発生を回避する。大型バッテリであれば、長時間再充電が不要であり、また高いピーク電流も可能である。したがって、本発明の本実施形態は、ユーザフレンドリで、小型で、邪魔にならない、注釈付き現実システムの基盤を提供する。
【００４９】
投影システムの場合、各画像フレームは、基本色の複数の連続画像、すなわち赤色フレーム、青色フレーム、および緑色フレームにさらに分割され得る。この場合、本発明の一部としてのパネルは、表示されたサブフレームごとに光を透過することができる。好ましい1つの実施形態では、これらのサブフレームが時間的にオーバーラップした形で、またはほぼオーバーラップした形で放出され、したがって、パネルは、全く同一の画像フレームに属する個別のサブフレームとサブフレームとの間で非透過状態に切り替えられる必要がない。
【００５０】
さらなる一変形形態は、システムが、シアター環境下でビデオを投影するように構成される、というものである。これは、システムが、例えばホームシネマ環境の壁面上にビデオを投影するように構成される、ということを意味する。しかし、そのような投影システムが、公衆上映環境下で、例えば夏の間に頻繁に催されることのあるような野外映画上映に使用され得ることも企図される。そのようなシステムが先に説明したヘッドマウントシステムよりもはるかに大規模であることは、明らかである。放出デバイスはその場合、光を、10,000lmを上回る、好ましくは5000lmを上回る、より好ましくは100,000lmを上回る、最も好ましくは500,000lmを上回るピーク光束で放出するように構成される。やはりこれにより、システムが周囲光、特に日光に匹敵し得ることが確実になる。そのようなシステムは、日中にも使用することができ、したがって、より良好な有用性のため非常に有利である。例えば、野外シネマの運営者が自身のシネマを日中に運営できる場合、以前に、映画の上映が夜間だけに強いられていたときよりも、1日に数倍多くの映画を上映することが可能になる。これにより、野外シネマをはるかにより効率的に運営することが可能になる、ということが明白である。
【００５１】
注目すべきは、熱の発生の低減が本発明によりもたらされ得るので、以前に熱的制約によって制限されていた投影システムは、本発明によって規定されるような特に短いデューティサイクルでパルス化されると、より高い最大強度での動作が可能になり得る。場合によっては、ピーク強度の増大が、時間平均強度に対するデューティサイクルの短縮の影響を十分に補償することになるとは限らないので、本発明による選択的観視デバイスと組み合わせることにより、引き続き、エネルギー消費の減少をもたらすとともにコントラストを増大させることができる。
【００５２】
選択的観視デバイスが、眼鏡の形態を有し、パネルが、その眼鏡のガラスのうちの1つまたは複数であることが、さらに好ましい。そのようなシステムは、装着者によって容易に装着され得るため、特にユーザフレンドリである。
【００５３】
いくつかの文脈では、投影デバイスの形態をとる放出デバイスが、眼鏡に組み込まれるかまたは取り付けられることも好ましい。これにより、特にユーザフレンドリな注釈付き現実デバイスが可能になる。さらに、光源の放出される全体的な光強度が、従来技術に比べて比較的低いので、先に説明した投影デバイスは、容易に小型化することができ、次いで眼鏡に組み込むことができ、システム全体が装着できないほど嵩張らない。
【００５４】
最後に、放出デバイスが選択的観視デバイスと同期するように、システムが構成されることが、好ましい場合がある。すなわち、コンピュータシステムにおいて一般に使用されるマスタ/スレーブ関係という言葉を使用すると、放出デバイスは、選択的観視デバイスに対するスレーブデバイスとしての働きをする。これは、例えば、特定の選択的観視デバイスを着けているかまたは装着している人物は、自身が潜在的に対話し得る他の放出デバイスを全て、自身の選択的観視デバイスに同期させることができる、ということを意味し得る。これにより、ユーザの快適さが向上する。
【００５５】
システムが、外部に設けられたクロック、好ましくはラジオの時報と同期することも好ましい。これにより、いくつかのそのようなシステムが共同で稼働することが可能になり、これは、確実にこのタイプのデバイスの全てのユーザが同じ情報を知覚できるようにしたい場合に好適となり得る。例えば、これは、情報を人物グループ(すなわち対応する眼鏡を装着している人々)に選択的に表示するために使用することができる。
【００５６】
放出される光のピーク強度が、少なくとも放出デバイスの周囲の強度と同程度に高く、好ましくは、放出デバイスの周囲の強度よりも少なくとも3倍高いように、システムが構成されることも好ましい。これにより、知覚される画像の良好なコントラストが可能になる。
【００５７】
システムが、放出デバイスの周囲の強度を感知するための明るさセンサをさらに備える場合、特に好ましい。これにより、周囲の光の強度に対するシステムの自動調整が可能になる。
【００５８】
放出デバイスが、LEDまたはレーザ光源利用のプロジェクタであり、それがモバイル電話、タブレットコンピュータ、ラップトップ、または他のポータブル電子デバイスの一部である場合、やはり好ましい。そのようなデバイスは、先に言及した利点と、そのようなモバイルデバイスによって得られる利点とを併せ持っている。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】システムの1つの実施形態の構成を概略的に示す図である。
【図２】選択的観視デバイスと放出デバイスのタイミング関係を概略的に示す図である。
【図３】通常のビューおよび特許請求される本発明を使用してコンピュータスクリーンを見た様子を並べて示す図である。
【図３Ａ】本発明を使用してスクリーンを見た様子の別の例を示す図である。
【図４】特許請求されるシステムの潜在的応用例を示す図である。
【図５】本発明の第2の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
図1は、本発明の第1の実施形態を概略的に示す。光源12が、LCDマトリックス13を照明するように設けられている。そのような光源12は、コンピュータスクリーンのバックライトとすることができる。光源12に接続されているのが、ドライバ14bであり、ドライバ14bは、さらには、関数発生器15に接続されている。この関数発生器15は、第2のドライバ14aに接続されており、第2のドライバ14aは、さらには、シャッタガラス16に接続されている。光源12が光11'を放出し、それがLCDマトリックス13を通過することによって生成される画像を、観察者18が観視する。注意すべきことには、周囲光源10(例えば太陽)も存在し、光11を放出している。
【００６１】
シャッタガラス16は、図2に示すように、高透過率状態と低透過率状態との間で周期的に変化するように構成される。ここで、図2b)は、光源12の強度が時間変化することを示す。この強度変化と同期されるのが、図2c)に示すようにシャッタガラス16であり、ここで、「開放」というラベルは、シャッタガラスが高透過率を有していることを指し、「閉鎖」というラベルは、シャッタガラスが低透過率を有していることを指す。それとは対照的に、周囲光源10によって放出される光は、常に同じレベルにある(図2a)参照)。シャッタガラス16が高透過率を有している時間期間の間だけ光源12によって放出された光11'を得るためにシャッタガラス16を選択的に開放することによって、この光11'が、観察者18によって選択的に知覚される。人間の目は一般に、平均的な光強度を知覚するにすぎないので、また光源によって放出される光は、光が高強度で放出される時間期間の間、周囲光と少なくとも同程度に明るいかまたは周囲光よりもさらに明るいので、光源12によって放出された光がかくして主として観察される。その結果、知覚される画像コントラストが増大し、周囲強度の高い環境下でさえ、スクリーンを申し分なく見られるようにするのに十分となる。第1のドライバ14bおよび第2のドライバ14aに一般的な関数発生器15を使用すると、シャッタガラス16と光源12との同期をより実施しやすくなる、ということにも言及しておく。図2c)において、時間期間がTonおよびToffとして示されており、それらは、シャッタガラスが高透過率を有する時間期間(Ton)、およびシャッタガラスが低透過率を有する時間期間(Toff)を示している、ということにも言及しておく。この文脈では、デューティサイクルは、T Ton/(Ton+Toff)として定義することができる。Tonは50μsであり、Toffは0.00995sであり、それによって、200というコントラスト強調がもたらされる。
【００６２】
図3は、プロトタイプシステムを使用して得た結果を示す。左側の図では、家庭環境における、本発明者らのうちの1人が所有するラップトップの通常のビュー(すなわち本発明のテクノロジを用いていない)が見られる。ラップトップのスクリーンを見ることができるものの、コントラストが特別高くはないということも分かる。さらに、周囲光がはるかに明るいということが容易に分かる。その画像の右側では、同じ環境が、特許請求される発明を使用して示されている。周囲光がかなりの程度まで減光されているということが分かり、コンピュータスクリーン上のコントラストがはるかに高いということも分かる。すなわち、周囲光を選択的に「遮光」し、ラップトップの光を選択的に「ゲーティング」することによって、ラップトップのスクリーン上で見られる画像のより高いコントラストが達成される。そのような場合、スクリーンは、眼鏡に対する「スレーブ」としての働きをすることができる。
【００６３】
本発明の効果は、本発明を用いていないスクリーンの写真(写真50)および本発明を使用したスクリーンの写真(スクリーン50')を示す図3Aにも見ることができる。写真50から見ることができるように、観視されているスクリーンが位置する室内のキーボード54および他の物体56のアーチファクト(反射)が多数ある。これらの反射が、被観視物体である橋52の知覚を妨げていることは、明らかである。対照的に、写真50'には同じ橋52'が示されているが、アーチファクト54、56はない。実際のところ、それらのアーチファクト(参照番号56'、54')に対応する位置から見ることができるように、本発明を使用した写真50'には、アーチファクトは見えない。
【００６４】
図4は、本発明の別の応用例、すなわち注釈付き現実環境における応用例を示す。図4a)は、サッカーの試合の典型的な画像を示す。図4b)は、本テクノロジを適用することのできる、同じサッカーの試合の注釈付き現実画像を示す。図4に示す状況では、一方のチームのみ(この場合には白ジャージを着用しているチーム)の選手を選択的に照明するビデオプロジェクタが、それらの選手のみを照明する光スポットを放出するように構成される。さらにこのシステムは、図4b)に示すように、それらの光スポットに選手番号の注釈付けもする。それらの光スポットおよび注釈は、パルス光源を使用して投影される。そのような場合、選手の隣に投影された情報を特に読み取りたい人物は、それらの光スポットをなす光および注釈と同期される、本発明の選択的観視デバイスを構成する眼鏡を装着することができる。しかし、それらの光スポットは、その眼鏡を装着していない人物には知覚できず、というのも、裸眼で知覚されるときは周囲光に匹敵し得ないためである。
【００６５】
図5は、本発明のさらなる一実施形態を示す。その環境では、投影デバイス112が眼鏡110のフレームに取り付けられている。さらに、変化することのできる透過率を有する選択的観視デバイスとしての働きをするガラス116が設けられている。放出デバイスとしての働きをする投影デバイス112が、この場合には、舗道120上に表示されるいくらかの情報の一例としての矢印122(例えばナビゲーションシステムの視覚刺激)を投影する。投影デバイス112は、矢印122を舗道120上に投影するように、光源12について先に説明したのと同様に光をパルス状に放出する。可変透過率を有するガラス116が、投影デバイス112によって放出された光と同期されるように構成され、それによって、装着者が舗道120上の矢印122を選択的に知覚することが可能になる。舗道上に画像が表示される繰返し周波数は、50Hzとすることができ、各周期の間のプロジェクタのオン時間は、0.08msとすることができ、したがって、システムのデューティサイクルは0.08ms/20ms=0.004である。結果として、本発明により得られるコントラスト強調は250倍となる。投影デバイス112は、ガラス116に統合されることに加えて、モバイル電話、タブレットコンピュータ、ラップトップなどのポータブル電子デバイスの一部とすることもできる。
【符号の説明】
【００６６】
10  周囲光源
11  光
11'  光
12  光源、放出デバイス
13  LCDマトリックス
14a  第2のドライバ
14b  第1のドライバ、ドライバ
15  関数発生器
16  シャッタガラス、選択的観視デバイス
18  観察者
50  写真
50'  スクリーン、写真
52  橋
52'  橋
54  キーボード、アーチファクト
54'  アーチファクト
56  物体、アーチファクト
56'  アーチファクト
110  眼鏡
112  投影デバイス、放出デバイス
116  ガラス、選択的観視デバイス
120  舗道
122  矢印
Ton  時間期間
Toff  時間期間
【図１】
2021515915.tif 000003
【図２】
2021515915.tif 000004
【図３】
2021515915.tif 000005
【図３Ａ】
2021515915.tif 000006
【図４ａ）】
2021515915.tif 000007
【図４ｂ）】
2021515915.tif 000008
【図５】
2021515915.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和2年11月10日(2020.11.10)
【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】
ユーザに情報を表示するためのシステムであって、
ユーザに情報を表示するために光を放出するように構成された放出デバイス(12、112)であって、前記光の強度が高値と低値との間で変化するように前記光をパルス状に放出するように適合された、放出デバイス(12、112)と、
パネルを備えた選択的観視デバイス(16、116)であって、前記パネルが、前記ユーザが前記放出デバイス(12、112)によって放出される前記光をそのパネルを通じて観視し、それによって、表示されている前記情報を視覚的に知覚することができるように適合され、前記パネルが、高透過率状態と低透過率状態との間で変化することのできる可変透過率を有する、選択的観視デバイス(16、116)と
を備え、
前記システムが、前記放出デバイス(12、112)が光を高強度値で放出する状態と前記選択的観視デバイス(16、116)の前記パネルの高透過率状態とが時間的にオーバーラップするように、前記放出デバイス(12、112)と前記選択的観視デバイス(16、116)とを同期させるように適合され、
前記放出デバイス(12、112)が、デューティサイクルが1/20以下のパルス状に前記光が放出されるように適合され、前記選択的観視デバイス(16、116)の前記パネルが、基本的に同じデューティサイクルで動作するように適合され、
前記選択的観視デバイス(116)が、眼鏡の形態を有し、前記パネルが、前記眼鏡のガラスのうちの1つまたは複数であり、
前記放出デバイス(12、112)が、コンピュータスクリーンとして、モバイル電話で、ラップトップコンピュータで、タブレットコンピュータで、デジタルカメラ上で、ナビゲーションシステムでおよび/またはテレビ受像機で使用するのに適したスクリーンを備え、前記スクリーンが、前記光をパルス状に、2000ルクスよりも大きいピーク照度で放出するように適合され、
前記放出デバイス(12、112)が光を高強度で放出する状態が、前記選択的観視デバイスが高透過率を有する時間期間と同時発生する、
システム。
【請求項２】
前記放出デバイス(12、112)の前記デューティサイクルが、1/100以下であり、好ましくは1/250以下である、請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
前記放出デバイス(12、112)が、コンピュータスクリーンとして、モバイル電話で、ラップトップコンピュータで、タブレットコンピュータで、デジタルカメラ上で、ナビゲーションシステムでおよび/またはテレビ受像機で使用するのに適したスクリーンを備え、前記スクリーンが、前記光をパルス状に、2000ルクスよりも大きいピーク照度で放出するように適合され、前記ピーク照度が、好ましくは5000ルクスよりも大きい、さらにより好ましくは30000ルクスよりも大きい、さらにより好ましくは100000ルクスよりも大きい、最も好ましくは500000ルクスよりも大きい、請求項1または2に記載のシステム。
【請求項４】
前記放出デバイスが前記選択的観視デバイスと同期するように、前記システムが構成される、請求項1から3のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記システムが、外部に設けられたクロック、好ましくはラジオの時報と同期する、請求項1から3のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
放出される前記光のピーク強度が、前記放出デバイスの周囲の強度と同等であり、好ましくは、前記放出デバイスの周囲の強度よりも少なくとも3倍高いように、前記システムが構成される、請求項1から5のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記放出デバイスの周囲の強度を感知するための少なくとも1つの明るさセンサをさらに備える、請求項6に記載のシステム。
【国際調査報告】
2021515915.tif 000010
2021515915.tif 000011