JP2010539525A - 透過性の特性を備えている、埋設された開口数拡大器 - Google Patents

Abstract

簡潔に、一又は二以上の実施形態によれば、埋設された開口数拡大器（１００）は、より広い空間、より大きな表示手段、またはより大きな光学部品を要求することなく、より大きい視野で、ヘッドアップディスプレイ又は仮想ディスプレイを提供するために利用されることができる。反射光がより大きい視野に拡大されるように、埋設された開口数拡大器は、ディスプレイから放射されている光を選択的に反射することができる。それと同時に、埋設された開口数拡大器を通して見ても性能に悪影響を与えることがなく、開口数拡大器をフロントガラスまたは窓に組み合わせて配置することができるように、開口数拡大器は、他の光を、拡張せずに通過させて送出することができる。
【選択図】図３

Description

背景
車両に、工場でヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）が装備される機会が増加している。ヘッドアップディスプレイがより広く利用されており、予防安全性技術が車両により広く搭載されているので、多数の自動車メーカーおよび運転者は、ヘッドアップディスプレイの実装が、運転者の状況認識度を増加させるとともに、高い有用性をもって適応走行制御、衝突回避、夜間視認、車線逸脱警報、および死角検出を含む現在の車両の予防安全性技術を向上させることに気づくであろう。これに加えて、ヘッドアップディスプレイがより広く利用されるにつれて、多くのユーザは、工場出荷時にヘッドアップディスプレイを装備しなかった車両にヘッドアップディスプレイを装備するために、アフターマーケット（修理保守や部品・付属品販売の市場）の利用を選択するであろう。ヘッドアップディスプレイを作成するためには、一般に、発光する画像面をダッシュボードと平行に配置し、そこで発生した光をフロントガラスに反射させて観る者の目に到達させることが行われる。このような発光による画像は、従来のフラットパネルから作成することができる。例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）を利用したディスプレイ、若しくは有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を利用したディスプレイの如きフラットパネル表示手段から作成することができる。又、代替的に、走査型のレーザービームディスプレイ、デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）方式のディスプレイ、または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、マイクロ・ディスプレイ、シリコン液晶ディスプレイのような、投影技術を利用した表示手段から作成することができる。

典型的には、この種の表示手段（ディスプレイ）は、ヘッドアップディスプレイに必要とされる画像の大きさに対応した装置の大きさの要求に取り組んでいる。より大きな視野（ＦＯＶ）を持つヘッドアップディスプレイを作るには、必要な拡大率を得るために、より大きな表示手段、および／又は嵩張る光学部品が、必要となるからである。しかしながら、一般的に、車内空間は、車両においては非常に付加価値の高いものである。そして車両の中は、より大きな表示手段または光学部品を装備するほどの、充分な広さを備えていないことが多い。

特許請求の範囲に記載された対象は、明細書の結論づけられた一部分を、特定して指摘し明確に特許請求の範囲に記載したものである。記載された対象は、部分的に指摘し、明確に主張しているものである。しかしながら、この対象は、以下の詳細な説明を参照し、添付の図面と共に読むことによって、理解されるであろう。

図ＩＡは、一又は二以上の実施形態に対応する、射出瞳拡大器を備える埋設された開口数拡大器の断面の概略図である。 図ＩＢは、一又は二以上の実施形態に対応する、非対称の射出瞳拡大器を備えた埋設された開口数拡大器の他の実施形態の断面の概略図である、 図２は、一又は二以上の実施形態に対応する、車両に配置されたヘッドアップディスプレイシステム又は同種のものの概略図である。 図３は、一又は二以上の実施形態に対応する、フロントガラス又は同種のものに埋設されている開口数拡大器の断面の概略図である。 図４は、一又は二以上の実施形態に対応する、フロントガラス又は同種のものに埋設された開口数拡大器を利用する多重表示システムの概略図である。 図５は、一又は二以上の実施形態に対応する、建物または車両の窓に組み合わされて配置される埋設された開口数拡大器の概略図である。 図６は、一又は二以上の実施形態に対応する、埋設された開口数拡大器を利用している交通データ表示システムの概略図である。 図７は、一又は二以上の実施形態に対応する、表示手段と埋設された開口数拡大器とが組み合わされて利用できる、情報処理システムのブロック図である。

当然のことながら、図示の単純化、および／または図示の明快さのために、図に示される要素が、必ずしも一定の縮尺で描かれているというわけではない。例えば、一部の要素の寸法は、明確に区別するために他の要素に対して相対的に大きさが誇張されていることがある。更に、適当であるとみなされる場合、参照番号は、対応する要素および／または類似した同種の要素を示すために図の中で繰り返し使用されている。

詳細な説明
以下の詳細な説明においては、多くの特定の詳細項目が、特許請求の範囲に記載された対象の完全な理解を提供するために記載される。しかしながら、本技術分野における通常の知識を有する者は、特許請求の範囲に記載された対象が、これらの特定の詳細項目なしに実施が可能であることを、理解するであろう。他の例では、周知の方法、手順、構成要素および／または回路については、詳しく述べられていない。

以下の記載および／または特許請求の範囲において、「結合される」および／または「接続される」との用語は、それらの派生語と同様に使用することができる。特別な実施形態において、「接続される」とは、二又はそれ以上の要素がお互いに、直接、物理的および／または電気的に互いに接触した状態にあることを示すために使用されることがある。「結合される」とは、２又はそれ以上の要素が、直接、物理的及び又は電気的に接触した状態にあることを意味することができる。しかしながら、「結合される」とは、また、二又はそれ以上の要素が、必ずしも直接互いに接触した状態にはないが、いまだに協同しおよび／相互に作用することを意味する場合がある。例えば、「結合される」とは、二又はそれ以上の要素が互いに接触してないが、しかし、これらの要素は、他の要素や複数の中間の要素を介在させて間接的に組み合わされていることを意味する場合がある。最後に、「の上に」、「を覆っている」、「の上方に」との用語は、以下の記載と特許請求の範囲に使用される。「の上に」、「を覆っている」、「の上方に」とは、二又はそれ以上の要素が、直接、互いに物理的に接触していることを指し示すために使用される。しかし「の上方に」の用語は、２又はそれ以上の要素が、互いに直接接触していいない状態を示すためにもまた使用される場合がある。例えば、「の上方に」とは、一つの要素がもう一つの要素の上にあるがしかし互いに接触していない場合であり、そしてもう一つの要素又は複数の要素が二つの要素の間にある場合を意味することがある。さらにまた、特許請求の範囲の記載がこの点で限定されるものではないが、「および／または」とは、「および」を意味する場合と、「または」を意味する場合と、「エクスクルーシブ＝オア（排他的なまたは、二つの内いずれか一方のみ）」を意味する場合と、「一つ」を意味する場合と、「いくらか、しかし全てではない」を意味する場合と、「どちらでもない」を意味する場合と、「両方」を意味する場合とがある。以下の明細書の記載および／または特許請求の範囲において、「構成される」と「含まれる」との用語は、その派生語と共に、互いに同義語と見なされて使用される場合がある。

図１Ａを参照して、本発明の一又は二以上の実施形態に対応する、射出瞳拡大器を有した埋設された開口数拡大器の断面図を解説する。実施形態においては、埋設された開口拡大器１００は特定の入射光線１１８を反射するように設計されており、反射される光線１２０は要求されている広がりを有する出力拡大円錐１２８（出力されて拡大されたコーン型形状１２８）に拡大され、反射された画像のより大きな視野（ＦＯＶ）を提供する。反射される光線１２０を拡大する特性は、開口数（ＮＡ）拡大として参照される。さらにまた、埋設された開口数拡大器１００は、特定の透過されるべき光線１２２および１２６が、少なくとも部分的に、埋設された開口数拡大器１００のいずれか一方の側部を透過して移動することを許容するように構成される。このように、この種の反射と透過の特性を有する埋設された開口数拡大器１００は、表示手段（ディスプレイ）がガラス板又は類似のものの表面に配置できるような、種々の用途に利用できる。このときガラス板又は類似の表面枠部材の上に画像が表示されることが好ましいが、ユーザがこのガラス板の上に表示された画像を見ると同時にこのガラス板を透かして向こう側を見ることを許容するために、ガラス板が少なくとも部分的に透過性を備えている（透明である）ことが望ましい。このような利用形態には、例えば車両のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）が含まれる。このようなヘッドアップディスプレイ形態と他の利用形態を、以下で更に詳細に説明する。一以上の実施形態において、埋設された開口数拡大器１００によって反射され拡大される入射光線１１８は、表示手段から発せられる。そして、光線１２２と光線１２６とは、環境光および／または他の物体に反射された光であることができる。更にまた、結果的に、環境光１２６の一部分は、表示手段からの入射光線１１８とは異なる入射角度で埋設された開口数拡大器１００に照射され、通過して移動するよりもむしろ反射される。反射された環境光１２６は、出力拡大円錐１２８から外れた方向に向けられ、投射画像の観察者の眼には入らない方向に向けられる。特許請求の範囲に記載された対象は、この事項によって限定されない。

一又は二以上の実施形態において、埋設された開口数拡大器１００は、光透過性である第一層１１２を含む。一又は二以上の実施形態では、第一層１１２はガラス、プラスチック、マイラー（登録商標：ポリエステル製のフィルム）またはそれに類するもの等で製造されており、剛体であるか、または代替的には、埋設された開口数拡大器１００を湾曲させたり、要求されている形状または要求されている曲率に加工することが許される程度の柔軟性がある。射出瞳拡大器１１０は第一層１１２に隣接して配置され、射出瞳拡大器１１０は、例えば実施形態においては、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）で構成されることができる。射出瞳拡大器１１０は、例えば、成型液体ポリマーで構成することができ、あるいは他の方法によって形成できる。例えば、射出瞳拡大器１１０は、ロールエンボス加工法によって第一層１１２の上に浮き出し加工を行うことができる。一又は二以上の実施形態によっては、射出瞳拡大器１１０は、ガラス、プラスチックビーズ、マイクロスフィア、ナノスフィア、又はこれらと類似した形状の物体であって、散光器および／またはレンズとして機能することができる物体で構成することができる。射出瞳拡大器１１０は、調節された角度で射出瞳拡大器１１０から反射される入射光線を拡大させるように、および／またはスペックル効果を最小とするように、および／または反射される光線１２０による干渉を抑制するように射出瞳拡大器１１０を形成する要素のピッチ、半径、および／または間隙を適宜選択することによって得られる光学特性を備えることができる。さらに、射出瞳拡大器１１０は様々なホログラフィック素子、回折格子および／または反射される光線１２０を光学的に拡大させることができる他の任意の光学要素を含むことができ、反射角を調節し、および／または干渉パターンを調節することができる。特許請求の範囲に記載された対象は、これらの事項によって限定されない。

一又は二以上の実施形態においては、反射層１１４が射出瞳拡大器１１０の上に配置され、射出瞳拡大器１１０の上に反射特性を付与する。反射層１１４は、望ましい波長での反射特性を有する薄いアルミニウム被膜（コーティング）か、あるいは他の好適な金属の薄い被膜で構成されることができる。このような金属被膜は、約５０オングストロームの厚みを有するものとし、一部の光線が反射層１１４で反射され、一部の光線が反射層１１４を透過するように構成することができる。この反射体は、反射層１１４を提供するために、誘電性材料の薄膜または薄板の積層構造とであるか、あるいは誘電性材料と金属との組み合わせであることが可能である。このような構成の反射層１１４は、広帯域の部分的な反射体であることができる。しかし、請求項に記載された対象の範囲は、この点には限定されない。一又は二以上の実施形態では、反射層１１４は部分的な反射体であり、反射層に対する全ての入射光線を反射させるものではない。例えば、光線１１８からの入射光線の約３０％は光線１２０として反射層１１４で反射され、光線１１８からの入射光線の約７０％は反射されずに反射層１１４を透過することができる。ただし、請求項に記載された発明の対象の範囲は、この点には限定されない。一又は二以上の実施形態では、反射層１１４は偏光依存型反射体であり、第一の偏光特性を有した光線１１８からの反射光線は、拡大光線１２０として反射層１１４によって反射され、第二の偏光特性を有する光線１１８からの入射光線は、反射されずに反射層１１４を透過する。一又は二以上の実施形態では、反射層１１４は色彩選択性フィルタで構成されることが可能であり、第一の波長を有する光線１１８からの入射光線は、拡大光線１２０として反射層１１４により反射され、第二の波長を有する光線１１８からの入射光線は、反射されずに反射層１１４を透過する。さらにまた、反射層１１４は、射出瞳拡大器１１０の第一の領域を第一の偏光材料で構成し、その第一の領域で第一の偏光特性を有する光線を反射し、且つ射出瞳拡大器１１０の第二の領域を第二の偏光材料で構成し、その第二の領域で第二の偏光特性を有する光線を反射し、結果として二重または多重の表示を得ることができる。同様に、反射層１１４に一又は二以上の色彩フィルタを使用することで、複数の反射選択性が提供されることができる。このように、反射層１１４は、一以上の広帯域の反射体、偏光特性を有する被膜、および／または狭帯域の被膜、またはそれらの組み合わせをで構成されることができる。しかしこれらは、反射層１１４に選択的な反射と透過の特性とを付与するために、どのように反射層が構築されるかを示す単なる例示であって、請求項に記載された発明の対象の範囲を限定するものではない。

埋設された開口数拡大器１００の構築は、第二層１２４を、射出瞳拡大器１１０にエポキシ樹脂１１６又はこれと類似のものを利用して固定することで、完了することができる。第二層１２４は第一層１１２と同一であるか若しくは類似した材料で構成されることができる。一又は二以上の実施形態において、第一層１１２と第二層１２４、射出瞳拡大器１１０、及びエポキシ樹脂は、同一であるか、ほぼ同一である屈折率を有した材料を含み、埋設された開口数拡大器１００を貫通して透過する光線１２２に対して、著しい影響を与えずに、あるいは大きく歪ませることなく透過させ、例えば、光線１２２が埋設された開口数拡大器１００を離れる角度と、光線１２２が埋設された開口数拡大器１００に入射する角度を同一またはほぼ同一となるようにしている。但し、僅かな角度のずれは許容することが可能である。一部の光を拡大させて反射し、一部の光を拡大せずに透過させる埋設された開口数拡大器１００のこのような特性は、埋設された開口数拡大器に様々な利用形態における仮想表示（仮想的な表示、バーチャル表示）を提供させる。その一部の例を以下において説明する。

図１Ｂを参照しつつ、一又は二以上の実施形態に対応する、非対称な射出瞳拡大器を有する埋設された開口数拡大器の代替的な実施形態の断面の概略図を解説する。図１Ｂに示される埋設された開口数拡大器１００は、その違いが以下に示される、図１Ｂに示された埋設された開口数拡大器と実質的に同一である。図１Ｂに示される射出瞳拡大器１１０は非対称構造を有しており、射出瞳拡大器１１０の構造に付与された対称性に従って、反射光線１２０が 要求された方向に方向付けされるように設計されている。例えば、射出瞳拡大器１１０は非対称な構造を有し、射出瞳拡大器１１０が非対称であったとするなら発生するであろう反射角からの方向的な偏り（バイアス）を反射光線１２０に引き起こし、反射光線１２０の反射角が入射光線１１８の入射角と異ならせることが可能である。図１Ｂで示す例では、射出瞳拡大器１１０は、反射光線１２０を下方に偏らせるように非対称性を有しており、その結果、対称な射出瞳拡大器１１０にて発生したであろう角度とは異なる角度に、出力拡大円錐１２８を同様に下方に方向付ける。あるいは、射出瞳拡大器１１０は非対称性を有し、反射光線１２０を上方に偏向し、対称な射出瞳拡大器で発生したであろう角度とは異なる角度で、出力拡大円錐１２８を上方に方向付ける。埋設された開口数拡大器が利用される特定の適用形態においては、射出瞳拡大器１１０のこのような非対称な構造は、埋設された開口数拡大器が利用される特別な用途に従って要求される位置に出力拡大円錐１２８を形成するために利用される。例えば、自動車のヘッドアップディスプレイの応用例においては、埋設された開口数拡大器はフロントガラスの上に、またはフロントガラスの内部に埋め込んで設置でき、運転者が対面する方向に対して所定の角度で配置することが可能である。従って、射出瞳拡大器１１０は、運転者が表示手段によって投影された光線１１８をたどって画像を見られるように、出力拡大円錐１２８を運転者の眼の方向に向けるための適正な非対称性を有するように設計することが可能である。一般的に、射出瞳拡大器の非対称性は、表示手段の配置と、表示手段から発光される光線１１８の入射角と、埋設された開口数拡大器１００の配置及び角度と、表示される画像の観察者との位置取りとの組み合わせを考慮して選択される。

さらにまた、一又は二以上の実施形態によると、射出瞳拡大器１１０の非対称性は、射出瞳拡大器の要素間で変化させることが可能である。例えば、射出瞳拡大器１１０の端部側に位置する要素の非対称性は、射出瞳拡大器１１０の中央寄りに位置する要素よりも非対称性が高く、中央部に位置する要素はほとんど、あるいは全く非対称性を有さないことが可能である。射出瞳拡大器１１０の中央部に向かうこのような変化する非対称性は、さらに小さく、さらに狭角の出力拡大円錐１２８を生じさせることに利用され、射出瞳拡大器１１０の中央部から離れる方向に向かうこのような変化する非対称性は、さらに大きく、さらに広角の出力拡大円錐１２８を生じさせることに利用される。埋設された開口数拡大器が利用される利用形態においては、射出瞳拡大器１１０に対するその他の非対称性も同様に付与される。しかし、この特徴は請求項に記載された発明の対象の範囲を限定するものではない。同様に、図１Ａで示されるように、非対称射出瞳拡大器１１０で、観察者が位置するのと同じ側から発生し、且つ光線１１８の入射角とは異なる入射角で入射する反射された環境光１２６は、出力拡大円錐１２８の外側で反射し、観察者の眼から遠ざかる。しかし、この特徴は請求項に記載された発明の対象の範囲を限定するものではない。

図２を参照しつつ、一又は二以上の実施形態に対応する、車両で利用されるヘッドアップディスプレイシステム又は同種のものの概略図を解説する。図２に示すように、埋設された開口数拡大器１００は、仮想表示システム２００を提供するように活用される。この仮想表示システム２００は、ヘッドアップディスプレイ又は類似した仮想表示が要求される可能性のある、自動車、オートバイ、ボート、ヘリコプタ、飛行機、または任意の車両における、ヘッドアップディスプレイおよび／または仮想的な計器パネル（仮想計器パネル、バーチャル計器パネル）である。一又は二以上の実施形態によっては、埋設された開口数拡大器１００は車両のフロントガラス２１０に隣接して設置され、若しくはガラス上に固定され、またはガラス内に埋め込まれて配置されることが可能である。表示手段２１２は、車両のダッシュボード２１４の内部または類似の収容部の中に設置され、或いは固定されることができる。代替的には、表示手段２１２は、たとえばアフターマーケットでダッシュボードの外部上に設置され、あるいは固定されることができる。表示手段２１２は、仮想表示を提供するように埋設された開口数拡大器１００に画像を投影することができる任意の表示手段を用いることができる。一又は二以上の実施形態によっては、表示手段２１２は、米国ワシントン州レッドモンド市のマイクロビジョン社から入手できるＰｉｃｏＰ（登録商標）レーザー利用プロジェクタを利用することができる。表示手段２１２から発生され、埋設された開口数拡大器１００に照射される光線１１８は、光線１２０として反射されるように選択される。光線１２０は、埋設された開口数拡大器１００によって拡大され、光線１２０がユーザの眼２１６で検知されるように、表示の出力円錐内に表示手段２１２からの画像を投影する。このような配置の中で、ユーザの眼が光線１２０を受け取る位置にあるとき、ユーザは表示手段２１２で発生される画像を見ることができる。これに加えて、環境光２１２は、フロントガラス２１０と埋設された開口数拡大器１００とを透過し、ユーザは埋設された開口数拡大器１００を通して向こう側を見ることができ、視界の妨害なく車両の運転操作をすることができる。さらに又、図１Ａおよび図１Ｂで図示され説明されているように、観察者側で発生する環境光は、埋設された開口数拡大器１００により反射され、出力拡大円錐の外側に導かれ、車両の運転者の眼２１６あるいは表示手段２１２によって投影される画像の観察者の眼２１６からは外れて遠ざかる。しかし、この特徴は請求項に記載された発明の対象の範囲を限定するものではない。

一又は二以上の実施形態によると、表示手段２１２は、情報処理システム２１８に結合および／または組み込まれることが可能である。情報処理システム２１８は、表示手段２１２によって表示される画像が、保存され、発生され、および／または受信される。一又は二以上の実施形態によっては、情報処理システム２１８は、表示手段２１２を経由して表示を行うためにアンテナ２３０を経由した無線ネットワークから情報を受信できる携帯電話または類似の装置、表示手段２１２を経由して表示を行うためにアンテナ２３０を経由して処理される位置データを人工衛星群から受信することができる広域（グローバル）位置測定システム、ナビゲーションデータを表示手段２１２を経由して表示させるナビゲーションシステム、情報を表示手段２１２を経由して表示させる音楽プレーヤーまたはビデオプレーヤーの類のメディア装置、等である。このように、情報処理システム２１８は、工場で車両のダッシュボード２１４の内部に装備することや、あるいは車両を購入した後にユーザ自身または他者によって後付け装備を行うことが可能である。但しこの特徴は請求項に記載された発明の対象の範囲を限定するものではない。

一又は二以上の実施形態によると、埋設された開口数拡大器１００は、仮想計器パネルまたは仮想計器群を提供するために利用することが可能である。例えば、速度計、タコメータ、燃料計、走行距離計、トリップメータ、エンジン温度計、警告灯または指示灯、等々の類の車両の運転操作に関するデータを表示する。ある実施形態によると、このような情報は、環境光１２２を、埋設された開口数拡大器を透過させることで、ヘッドアップディスプレイ機構の埋設された開口数拡大器１００を経由して表示することが可能である。ある実施形態によると、このような表示手段の明暗比（コントラスト）は、埋設された開口数拡大器１００を透過する光線１２２の総量を減少または排除し、埋設された開口数拡大器１００に、表示手段２１２から発せられた光線を実質的に反射させて拡大させる機能を実行させることで、向上させることができる。ある実施形態によると、埋設された開口数拡大器１００は選択的な透過特性を有することが可能である。例えば、埋設された開口数拡大器１００が車両の乗客の前方に存在し、車両の運転者や操作者の前方には直接的に存在しない場合には、乗客に対して、埋設された開口数拡大器１００を経由して表示される映画や他のメディアを見せることができる。埋設された開口数拡大器１００は、例えば第一層１１２を電気互変性（エレクトロクロミック）材料または光互変性（フォトクロミック）材料で構成するか、或いは電気互変性材料または光互変性材料を射出瞳拡大器１１０と第一層１１２との間に挿入するかして、電気互変性材料への電圧の印加が埋設された開口数拡大器１００の透過性を減少させ、および／または埋設された開口数拡大器１００を反射して表示手段２１２から投影される可視画像のコントラストを増加させることで選択的透過性が付与されることが可能である。例えば可逆性の光互変性材料等の光互変性材料が利用される場合には、表示手段２１２および／または表示手段２２２から放射される光線１１８は、紫外線（ＵＶ）波長を有することができる。ＵＶ光線１１８は光互変性材料の透過性を変化させ、その結果表示手段２１２および／または表示手段２２２から投影される表示画像のコントラストを増加させる。ある実施形態にでは、別体の埋設された開口数拡大器２２４をダッシュボード２１４の内部に設置し、本来の表示手段２１２または代替的な異なる表示手段２２２を使用して、埋設された開口数拡大器２２４に光線１１８を照射し、反射光線１２０を拡大し、仮想計器群を表示することによって再構成可能な仮想計器群が実装可能になる。但しこの特徴は請求項に記載された発明の対象の範囲を限定するものではない。

図３を参照しつつ、一又は二以上の実施形態に対応する、フロントガラス又は同種のものに埋設された開口数拡大器の断面図について解説する。図３で示すように、仮想表示フロントガラス３００はフロントガラス２１０の中に配置された、埋設された開口数拡大器１００を備えることが可能である。一又は二以上の実施形態によっては、埋設された開口数拡大器１００は図１で示し、図に関して説明した構造を有することが可能である。すなわち、埋設された開口数拡大器１００は、反射層１１４を有し、第一層１１２と、エポキシ樹脂層１１６を有した第二層１２４との間に挿入された射出瞳拡大器１１０とで構成されることが可能である。このような埋設された開口数拡大器１００は、フロントガラス２１０が製造される際にフロントガラス２１０の内部に配置される。代替的には、埋設された開口数拡大器１００は、反射層１１４を有し、第一層１１２および第二層１２４および／またはエポキシ樹脂層１１６を必要とせずにフロントガラス２１０内に埋め込まれた射出瞳拡大器１１０を含むことができる。なぜなら、フロントガラス２１０を構成する材料が、第一層１１２および第二層１２４および／またはエポキシ樹脂層１１６の機能を代わりに果たすからである。埋設された開口数拡大器１００のこのような構造物は埋込された部分反射層として参照される。一又は二以上の実施形態によれば、埋設された開口数拡大器１００は、表示手段２２２から放射される光線１１８の入射角に対して、偏光角（ブルースター角）で、またはその角度の近傍に位置するようにフロントガラス２１０の内部に配置される。更に、仮想表示フロントガラス３００を提供するように埋設された開口数拡大器１００をフロントガラス２１０の中に配置するような、埋設された開口数拡大器１００の配置は、２つの縁部をわずかに平行ではない状態にすることでゴースト画像を排除するようにフロントガラス２１０をくさび状とする必要性を、減少または排除する。但しこの特徴は請求項に記載された発明の対象の範囲を限定するものではない。

図４を参照しつつ、一又は二以上の実施形態に対応する、フロントガラス又は同種のものに埋め込まれた埋設された開口数拡大器を利用した多重表示システムを解説する。図４で示すように、多重表示システム４００は、第一の表示領域（ヘッドアップディスプレイ１、以下においてはＨＵＤ１とも記載）４０２と、第二の表示領域（ヘッドアップディスプレイ２、以下においてはＨＵＤ２とも記載）４１０とを備えている。一又は二以上の実施形態においては、埋設された開口数拡大器１００は、フロントガラス２１０の中に配置されて、表示手段４１２によって投影された画像を反射して拡大することが可能である。一方で、表示手段２１２で投影された画像は、埋設された開口数拡大器１００から反射されるよりもむしろ、フロントガラス２１０の内表面で反射されることが可能である。従って、表示領域４０２の中の画像は、結果的に、表示領域４１０の中の画像とは異なる焦点距離に位置する。第一のヘッドアップディスプレイの領域４０２は、より狭い視野（ＦＯＶ）の表示手段２１２によって提供される画像を受け取ることが可能であり、第二のヘッドアップディスプレイ領域４１０は、より広い視野（ＦＯＶ）の表示手段４１２によって提供される画像を受け取ることが可能である。一又は二以上の実施形態によっては、第一の表示領域４０２は、少なくとも部分的に第二の表示領域４１０の中に含まれる。表示手段２１２は、速度、回転数（ＲＰＭ）、等の車両の運転操作の情報を第一の表示領域４０２内に表示することができる。これをより高級の表示として参照することができる。なぜなら、表示手段２１２が提供する光線は、フロントガラス２１０の内表面で反射し、車両の外側で、フロントガラス２１０を越えた所定の距離でバーチャル画像を提供できるからである。表示手段２１２から放射される光線は、埋設された開口数拡大器１００から運転者のもとへ、それほど大量には反射されて戻ることはない。また、さらに小さな面積内にさらに高い画素密度および／またはさらに高い解像度を備えた第一表示領域４０２に情報が表示されるときには、表示手段２１２もまた高級の表示として参照することができる。表示手段４１２は、車両の運転者または操作者に有益な情報、例えば走行制御情報、適応型走行制御情報、暗視情報、衝突回避情報、走行レーン離脱検出および警告、駐車補助情報、および／または死角検出情報、等の他の情報も表示できる。これらは低級の表示として参照することができる。なぜなら、表示手段４１２が提供する光線は、フロントガラス２１０上またはフロントガラス付近に位置し、および／または第一の表示領域４０２に表示されたバーチャル画像よりも運転者のより近くに位置するバーチャル画像を提供するようにフロントガラス２１０の内部に配置された埋設された開口数拡大器１００で反射するからである。同様に、もし情報がさらに低い画素密度および／またはさらに低い解像度を有する第二の表示領域４１０の中に表示される場合には、表示手段４１２も低級の表示として参照することができる。一又は二以上の実施形態においては、表示手段２１２と表示手段４１２とは、同一モジュール内に含まれることができる。あるいは、実際には二以上の表示手段のための画像を提供することができる単体のモジュールが利用できる。但しこの特徴は請求項に記載された発明の対象の範囲を限定するものではない。

表示手段２１２および／または表示手段４１２によって表示される情報は、情報処理システム２１８によって保存され、処理され、且つ受信されることができる。例えば、検出器４１８は、車両前方の前方物体４２０の検出、および／または車両後方の後方物体４２２の検出に利用することができる。例えば、検出器４１８は測距装置（ＬＩＤＥＲ）、無線探知と測距装置（ＲＡＤＡＲ）、暗視装置、撮像装置、等で構成されることが可能であり、前方物体４２０および／または後方物体４２２を検出および／または画像化することができる。もしも前方物体４２０が検出器４１８によって車両の前方左側に検出された場合には、情報処理システム２１８は表示手段２１２に画像（Ｉ１）４２６を、第二の表示領域４１０の上方左角部に表示させることができる。もしも前方物体４２０が車両の前方右側に検出された場合には、画像（Ｉ２）４２８が、第二の表示領域４１０の上方右角部に表示されることができる。同様に、もし検出器が車両の後方左側または後方右側に後方物体４２２を検出すると、画像（Ｉ３）４３０若しくは画像（Ｉ４）４３２が、下方左側または下方右側に表示されて、車両に対する後方物体４２２の存在および相対位置が示されることができる。このような画像は物体を表す表示物または印で構成されることができる。あるいは、物体画像が検出器４１８によって捕捉された場合には、画像は検出された物体の実際の画像にすることができる。一又は二以上の実施形態によっては、画像は第一の表示領域４０２と第二の表示領域４１０の中で同時に表示されるが、この特徴は請求項に記載された発明の対象の範囲を限定するものではない。一又は二以上の実施形態によっては、第一の表示領域４０２および第二の表示領域４１０の一方または両方をフロントガラス２１０の中に埋め込むか、第一の表示領域４０２および第二の表示領域４１０の一方または両方をフロントガラス２１０表面に固定するかまたはそれに隣接させることができる。さらにまた一又は二以上の実施形態においては、表示手段２１２および表示手段４１２の一方または両方から放射される光線は、第二の表示領域４１０の予め選択されている一部の集団（サブセット）の方向に向けられ、低級の表示である第一の表示領域４０２の残りの部分に加えて、より高級の表示を提供する。例えば、画像は画像４３２の位置にて表示手段４１２に表示され、乗客用としてさらに高い解像度であり、さらに高い画素密度である画像を提供することができる。同様に、第一表示領域４０２および／または第二表示領域４１０の少なくとも一部は、前述の調整可能な透過性を有することができる。しかし、これらの特徴は多重表示システム４００がいかに機能するかを単に例示しているだけであり、これらの特徴は請求項に記載された発明の対象の範囲を限定するものではない。

図５を参照しつつ、一又は二以上の実施形態に対応する、建物または車両の窓に組み合わされて配置される、埋設された開口数拡大器の概略図を解説する。図５の表示システム５００は、埋設された開口数拡大器１００が、ヘッドアップディスプレイまたは仮想計器パネルに加えて配置されている一又は二以上の代替的な実施形態を示す。壁部５１０は、壁部５１０に配置された窓部５１２を有する建物の壁部、または列車、路面電車、バス、もしくは類似の車両等の、車両の壁部であることができる。壁部５１０が建物または類似した構造物の一部である場合には、ユーザまたは観察者は、建物の内部または外部に位置することができる。壁部５１０が車両の一部である場合には、ユーザまたは観察者は、車両の内部または外部に位置することができる。情報処理システム（ＩＨＳ）２１８と表示手段２１２とは、例えば広告または他の店舗情報あるいはビジネス情報を提供するように、窓部５１２に画像を表示するために利用されることができる。このように、ユーザあるいは観察者は、外部から内部、および／または内部から外部を窓部５１２を通して見ることができる。従って、表示手段２１２から放射される光線１１８は埋設された開口数拡大器１００で反射され、拡大された反射光線１２０を発生させ、ユーザの眼２１６が表示円錐の内部に位置するときには、ユーザまたは観察者はバーチャル画像を見ることができる。同様に、環境光１２２は埋設された開口数拡大器１００を透過し、ユーザの位置から壁部５１０の反対側に位置する物体５１４をユーザは同時的に見ることができる。一又は二以上の実施形態によれば、光線５１６は、壁部５１０の光線５１６の位置と同一側に位置する観察者が窓部５１２を透視することを妨害するが、同時に光線５１６の位置とは反対側である壁部５１０の側に位置する観察者に窓部５１２を透視させるように利用されることができる。同様に、ここで解説するように、埋設された開口数拡大器１００の透過性は、埋設された開口数拡大器に表示される画像の明暗比を調整するために、調整することが可能である。一又は二以上の実施形態によっては、表示システム５００はユーザの家庭での娯楽システムの一部として利用できる。埋設された開口数拡大器１００に表示手段２１２により投影されるテレビ番組、デジタルビデオディスク、映画、マルチメディアファイル、写真、スライドショー、プレゼンテーション、等をユーザは見ることができる。これに加えて、表示システム５００は、博物館や美術館、劇場、クラブ、マジックショー、等々の文化環境または娯楽環境に配置することができる。一又は二以上の実施形態において、表示システムは、広告掲示板又は他の看板とすることができる。埋設された開口数拡大器１００を経由した広告またはメッセージの表示は、広告掲示板または看板を、環境光に対して光透過性を与えて透明とし、景観を損なうことに対する広告掲示板や看板の影響度を減少または最少化することができる。しかし、これらの例は埋設された開口数拡大器１００をいかに活用するかの単なる例示であり、これらの特徴は請求項に記載された発明の対象の範囲を限定するものではない。

図６を参照しつつ、一又は二以上の実施形態に対応する、埋設された開口数拡大器を利用した交通データ表示システムの概略図を解説する。図６の交通データ表示システム６００において、埋設された開口数拡大器１００は、表示手段２１２に組み合わされて利用され、交通データシステム６２０から受信した交通データを表示する。交通データシステム６２０は、リアルタイム、またはリアルタイムに近い時間間隔で、無線リンク６２２を経由して車両の中に配置された情報処理システム２１８に提供される道路または交差点６１２の交通データを、例えば、種々な地中センサー、カメラ、ＲＡＤＡＲまたはＬＩＤＡＲ型センサーから収集する。情報処理システム２１８は、表示手段２１２にその情報を提供する。表示手段２１２は、交通データを、画像および／または印として、表示手段２１２から放射される光線１１８を反射して拡大する埋設された開口数拡大器１００に投影する。一又は二以上の実施形態においては、交通データは、例えば、車両が接近している周囲の交差点６１２の地図または画像を含むことが可能である。交通データは、近づきつつある交通信号６１８の状況、交差点６１２で、またはその近辺の他の車両６１４と６１６との位置、車両の速度および／または移動方向に関する情報を含む。例えば、埋設された開口数拡大器１００を経由して表示される交通データは、車両６１６が自身の車両の進路にあたる交差点６１２を曲がりつつあることを知らせ、自身の車両の運転者または操作者が、衝突を回避するために減速すべきであることを知らせるものとすることができる。図６の交通データ表示システム６００は、自身の車両に関連する他の車両の情報をヘッドアップディスプレイに表示するタイプのシステムの一つを示している。しかし、例えば、交通データ表示システム６００は、船舶上に配置されて自身の船舶の近辺に存在する他の船舶に関する情報を表示できる海上システム、あるいは航空システム、列車システム、路面電車システム、地下鉄システム、レース場の自動車レースシステム、戦車やヘリコプタや航空機に配備される軍隊用システム、等で利用される場合には他の種類の車両データ情報が表示される。これらの特徴は請求項に記載された発明の対象の範囲を限定するものではない。

図７を参照しつつ、一又は二以上の実施形態に対応する、表示手段と埋設された開口数拡大器とに組み合わされて利用されることが可能な情報処理システムのブロック図を解説する。図７の情報処理システム２１８では、図２、図４、図５又は図６で示し、それらの図に関して説明を行った情報処理システムが明確に具体化されている。情報処理システム２１８は、幾種類かのコンピュータプラットホームの中の一つの例を表しているが、情報処理システム２１８は図７で示すものより多い数の要素、あるいは少ない数の構成要素および／または異なる構成要素の配置を含むことができる。これらの特徴は請求項に記載された発明の対象の範囲を限定するものではない。

情報処理システム２１８は、プロセッサ７１０および／またはプロセッサ７１２のような一又は二以上のプロセッサを備えることができる。これらプロセッサは処理の中核（プロセッシングコア）を備えることができる。一又は二以上のプロセッサ７１０および／またはプロセッサ７１２は、メモリブリッジ７１４を経由して一又は二以上のメモリ７１６および／またはメモリ７１８と接続することができる。これらのメモリは、プロセッサ７１０および／またはプロセッサ７１２の外部に配置することができるが、代替的にはプロセッサ７１０および／またはプロセッサ７１２の内部に配置することができる。メモリ７１６および／またはメモリ７１８は、様々な種類の半導体を活用したメモリで構成されることができる、例えば、揮発性メモリおよび／または不揮発性メモリで構成することが可能である。メモリブリッジ７１４は、表示手段を駆動するために、グラフィックシステム７２０に接続することができる。例えば、情報処理システム２１８に接続された図２の表示手段２１２、または表示手段２２２のような表示手段を駆動することができる。

情報処理システム２１８は、更に、入出力（Ｉ／Ｏ）ブリッジ７２２を備えることができ、様々な種類のＩ／Ｏシステムに接続することができる。Ｉ／Ｏシステム７２４は、例えば、汎用のシリアルバス（ＵＳＢ）タイプのシステム、ＩＥＥＥ１３９４タイプのシステム、等で構成することが可能であり、情報処理システム２１８と周辺装置とを接続する。バスシステム７２６は、一又は二以上の周辺機器相互接続（ＰＣＩ）高速タイプのバス、等であるバスシステムで構成されることが可能であり、情報処理システム２１８に周辺機器を接続する。ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）制御システム７２８は、一又は二以上のハードディスクドライブ又はそれと同等のものを、情報処理システムに接続する。例えば、シリアルＡＴＡタイプドライブ又はそれと同等のもの、又は代替的にはフラッシュメモリ、相変化、および／またはカルコゲナイトタイプのメモリ、等からなる半導体を核とするドライブと情報処理システムとを接続する。スイッチ７３０は、一又は二以上の切替えが行われるデバイスとＩ／Ｏブリッジ７２２とを接続するために利用することができる。例えば、ギガビットイーサネットタイプのデバイス又ｈこれと同等のものが接続される。さらに、図７に示すように、情報処理システム２１８は、他の無線通信デバイスとおよび／または無線通信ネットワークを経由した無線通信のための無線周波数（ＲＦ）回路とデバイスとからなる無線周波数（ＲＦ）ブロック７３２とを備えることができる。但し、これらの特徴は請求項に記載された発明の対象の範囲を限定するものではない。

請求項に記載された発明の対象についてある程度詳細に解説したが、専門家であれば本発明で利用されている要素は本発明の精神および／または範囲から逸脱することなく変更が可能であることを理解するであろう。透過性を備えた埋設された開口数拡大器に関わる本発明の対象、および／またはその多くの付随的利用性を提供する本発明の対象は、前述の説明により理解されるであろうが、本発明の範囲および／または精神から逸脱せずに、あるいはその使用材料の特性を犠牲にすることなく、使用部材の形態、構造および／または配置において様々な変更を施すことが可能であることは明らかである。よって解説した本発明の実施形態は単なる例示である。本発明はこれら全ての変更を包含するものである。

２１２，２２２ 表示手段
２１８ 情報処理システム（ＩＨＳ）
４０２ ＨＵＤ１（ヘッドアップディスプレイ１）
４１０ ＨＵＤ２
４１２ 表示手段２
４１８ 検出器
４２０ 前方物体
４２２ 後方物体
５１４ 物体
６２０ 交通データシステム
７１０，７１２ プロセッサ
７１４ メモリブリッジ
７１６，７１８ メモリ
７２０ グラフィックス
７２２ Ｉ／Ｏブリッジ
７２６ バス
７２８ ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）
７３０ スイッチ
７３２ 無線周波数ブロック

Claims (25)

1. 埋設された開口数拡大器であって、
   射出瞳拡大器と、
   前記射出瞳拡大器の上に提供された反射層と、
   を備えており、
   前記射出瞳拡大器と前記反射層とは１つの封体部の中に配置されており、前記射出瞳拡大器と前記封体部とは、同一またはほぼ同一である屈折率を有しており、
   前記射出瞳拡大器に照射される光線の一部は、前記反射層によって少なくとも部分的に反射され、さらに大きな出力開口数に拡大され、且つ前記射出瞳拡大器に照射される光線の一部は、実質的に歪むことなく前記反射層を少なくとも部分的に透過することを特徴とする埋設された開口数拡大器。
2. 前記射出瞳拡大器は、マイクロレンズアレイ、マイクロスフィア、ナノスフィア、散光器、ホログラフィック拡大器、回折格子、またはそれらの組み合わせのうちのいずれかで構成されていることを特徴とする請求項１記載の埋設された開口数拡大器。
3. 前記射出瞳拡大器と前記反射層とは、第一層と第二層の中に配置されており、
   前記第一層と前記第二層との間にはエポキシ樹脂が配置されており、
   前記射出瞳拡大器と、前記エポキシ樹脂と、前記第一層と、前記第二層とが、同一またはほぼ同一である反射率を有していることを特徴とする請求項１記載の埋設された開口数拡大器。
4. 前記反射層が金属でなり、且つ前記反射層の厚みがほぼ５０オングストロームであり、または誘電性材料の層を有しており、またはそれらの組み合わせからなることを特徴とする請求項１記載の埋設された開口数拡大器。
5. 前記射出瞳拡大器は、前記反射層から反射される画像のスペックルを減少させることができることを特徴とする請求項１記載の埋設された開口数拡大器。
6. 前記反射層を少なくとも部分的に透過する光線の量を調節することができる透過性の調節層を更に備えており、前記透過性の調節層が、電気互変性層、光互片変性層、液晶層、またはそれらの組み合わせで構成されていることを特徴とする請求項１記載の埋設された開口数拡大器。
7. 前記反射層が、広帯域の部分的な反射体、偏光依存型反射体、選択的な色彩フィルタ、またはそれらの組み合わせで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の埋設された開口数拡大器。
8. 前記射出瞳拡大器は、入射する環境光の少なくとも一部を、観察者の眼から外れるように前記反射層で反射させることができる構造を有していることを特徴とする請求項１記載の埋設された開口数拡大器。
9. 前記射出瞳拡大器は、投影された光線の入射角とは異なる角度で表示手段から投影される光線を、前記反射層で反射させることができる構造を有していることを特徴とする請求項１記載の埋設された開口数拡大器。
10. 表示システムであって、
    埋設された開口数拡大器と、
    前記埋設された開口数拡大器に画像を投影することができる表示手段と、
    を備えており、
    前記埋設された開口数拡大器は、調節された視野領域で見ることのできる投影された画像を提供するために、前記埋設された開口数拡大器上に投影される光線を拡大し、さらに、前記埋設された開口数拡大器を透過する光線を実質的に歪ませることなく透過させることができることを特徴とする表示システム。
11. 前記表示手段が、走査型のビームディスプレイ，デジタルライトプロセッシング方式のディスプレイ，液晶ディスプレイ，マイクロ・ディスプレイ，シリコン液晶ディスプレイ、またはそれらの組み合わせで構成されていることを特徴とする請求項１０記載の表示システム。
12. 前記埋設された開口数拡大器が、建造物または車両の窓の中に配置され、あるいは建造物または車両の前記窓の表面に提供され、あるいは建造物または車両の前記窓に隣接して提供され、またはそれらが組み合わせられた形態で提供されることを特徴とする請求項１０記載の表示システム。
13. 前記表示手段は、携帯電話、メディアプレーヤー、ナビゲーションシステム、あるいは広域位置測定システムのいずれかの内部に配置されるか、またはそれらを組み合わせた状態で配置されることを特徴とする請求項１０記載の表示システム。
14. 表示システムであって、
    第一の表示領域に対応する埋設された開口数拡大器と、
    前記埋設された開口数拡大器の位置とは異なる位置にバーチャル画像を投影することができる第一の表示手段と、
    前記埋設された開口数拡大器上に画像を投影することができる第二の表示手段と、
    を備えており、
    前記埋設された開口数拡大器は、前記第二の表示手段によって調節された視野領域の上で見ることのできる投影された画像を作成するために、前記埋設された開口数拡大器の上に投影される光線を拡大し、さらに、前記埋設された開口数拡大器を透過する他の光線を実質的に歪ませることなく透過させることができることを特徴とする表示システム。
15. 前記埋設された開口数拡大器から反射された画像の拡大された視野は、前記第一の表示手段によって投影される画像の視野よりも広いことを特徴とする請求項１４記載の表示システム。
16. 前記第二の表示手段に接続された検出器をさらに含んでおり、埋設された開口数拡大器に投影される画像は前記検知器を経由して得られる情報を含んでいることを特徴とする請求項１４記載の表示システム。
17. ヘッドアップディスプレイにおいて利用が可能なフロントガラスであって、
    フロントガラス層と、
    前記フロントガラス層に埋め込まれた射出瞳拡大器と、
    前記射出瞳拡大器上に配置された反射層と、
    を備えており、
    前記射出瞳拡大器に照射される光線の一部は、前記反射層によって少なくとも部分的に反射され、さらに大きな出力開口数に拡大され、且つ前記射出瞳拡大器に照射される光線の一部は、実質的に歪むことなく前記反射層を少なくとも部分的に透過することを特徴とするヘッドアップディスプレイに利用可能なフロントガラス。
18. 前記射出瞳拡大器若しくは前記反射層、またはそれらの組み合わせが、反射光線の入射角に対して、偏光角で、またはその近傍となる角度で、フロントガラスの層の中に配置されていることを特徴とする請求項１７記載のフロントガラス。
19. 埋設された開口数拡大器であって、
    射出瞳拡大器と、
    前記射出瞳拡大器の上に配置された反射層と、
    を備えており、
    前記射出瞳拡大器に照射される光線の一部は、前記反射層によって少なくとも部分的に反射され、さらに大きな出力開口数に拡大され、
    且つ埋設された開口数拡大器は、前記射出瞳拡大器に隣接して配置される不透明な層をさらに含んでおり、
    前記不透明な層は、前記不透明な層に最も近い側部から照射される光線の大部分を吸収することができ、同時に、前記射出瞳拡大器を部分的に透過する前記不透明な層から離れた側部から照射される光線の大きな部分をも吸収することができることを特徴とする埋設された開口数拡大器。
20. 前記射出瞳拡大器は、マイクロレンズアレイ、マイクロスフィア、ナノスフィア、散光器、ホログラフィック拡大器、回折格子、またはそれらの組み合わせのうちのいずれかで構成されていることを特徴とする請求項１９記載の埋設された開口数拡大器。
21. 前記反射層が金属でなり、且つ前記反射層の厚みがほぼ５０オングストロームであり、または誘電性材料の層を有しており、またはそれらの組み合わせからなることを特徴とする請求項１９記載の埋設された開口数拡大器。
22. 前記射出瞳拡大器は、前記反射層から反射される画像のスペックルを減少させることができることを特徴とする請求項１９記載の埋設された開口数拡大器。
23. 前記反射層が、広帯域の部分的な反射体、偏光依存型反射体、選択的な色彩フィルタ、またはそれらの組み合わせで構成されていることを特徴とする請求項１９に記載の埋設された開口数拡大器。
24. 前記射出瞳拡大器は、入射する環境光の少なくとも一部を、観察者の眼から外れるように前記反射層で反射させることができる構造を有していることを特徴とする請求項１９記載の埋設された開口数拡大器。
25. 前記射出瞳拡大器は、投影された光線の入射角とは異なる角度で表示手段から投影される光線を、前記反射層で反射させることができる構造を有していることを特徴とする請求項１９記載の埋設された開口数拡大器。

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