JP2018508036A - ウェアラブルヘッドアップディスプレイにおけるアイボックス拡張のためのシステム、機器、及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ヘッドマウントディスプレイは、使用者の頭部に装着され、そのように装着されると、使用者の頭の位置又は向きに関係なく、少なくとも1つの電子表示が使用者の眼の少なくとも一方の可視域内に固定される電子機器である。ウェアラブルヘッドアップディスプレイは、使用者が表示された内容を見ることができるだけでなく、使用者からその外部環境が見えなくならないようにするヘッドマウントディスプレイである。ウェアラブルヘッドアップディスプレイの「表示用」コンポーネントは透明であるか、又は使用者の視野の周辺にあり、使用者からその外部環境が完全に見えなくならないようになっている。ウェアラブルヘッドアップディスプレイの例としては、わずかな例を挙げれば、Google Glass(登録商標)、Optinvent Ora(登録商標)、Epson Moverio(登録商標)、及びSony Glasstron(登録商標)が含まれる。
ライフルスコープやウェアラブルヘッドアップディスプレイ等の接眼光学機器において、その機器により提供される具体的な内容/映像が使用者から見える(機器自体に関する)眼位置の範囲は一般に、「アイボックス」と呼ばれる。内容/映像が1つの、又は狭い範囲の眼位置からしか見えない利用例は「小さいアイボックス」を有し、内容/映像が広い範囲の眼位置から見える利用例は「大きいアイボックス」を有する。アイボックスは、光学機器の付近にある空間の体積と考えてもよい。使用者の眼(より詳しくは、使用者の眼の瞳孔)がこの体積内に位置付けられ、機器と対面しているとき、使用者はその機器により提供される内容/映像のすべてを見ることができる。使用者の眼がこの体積の外に位置付けられているとき、使用者には機器により提供される内容/映像のうちの少なくとも一部が見えない。
Claims (31)
- ウェアラブルヘッドアップディスプレイであって、
使用時に使用者の頭部に装着される支持構造と、
前記支持構造により担持されるレーザ走査式プロジェクタと、
前記支持構造により担持されるホログラフィックコンバイナであって、前記支持構造が前記使用者の前記頭部に装着されたときに前記使用者の片眼の視野内に位置付けられるホログラフィックコンバイナと、
前記支持構造により担持され、前記レーザ走査式プロジェクタと前記ホログラフィックコンバイナとの間の光路内に位置付けられた射出瞳選択器と、を含み、前記射出瞳選択器は、N種類の配置のそれぞれ1つに、及びそれらの間に制御可能に切り換え可能であり、Nは1より大きい整数であり、前記N種類の配置の各々1つにおいて、前記射出瞳選択器は、前記レーザ走査式プロジェクタにより生成された少なくとも1つの光信号を受け取り、前記少なくとも1つの光信号を、実用的には、前記レーザ走査式プロジェクタに関する空間的に分離されたN個の仮想位置のそれぞれ1つから前記ホログラフィックコンバイナへと方向転換させるような位置及び向きとされ、前記ホログラフィックコンバイナは、前記射出瞳選択器から受け取った光信号を前記使用者の前記眼に向かって方向転換させるような位置及び向きとされた少なくとも1つのホログラムを含むウェアラブルヘッドアップディスプレイ。 - 前記射出瞳選択器は、前記N種類の配置のそれぞれ1つへと、及びそれらの間に、前記射出瞳選択器の少なくとも1つの光学素子の並進運動、前記射出瞳選択器の少なくとも1つの光学素子の回転、及び前記射出瞳選択器の少なくとも1つの光学素子の移動からなる群から選択される少なくとも1つの形態の運動により制御可能に切り換え可能である、請求項1に記載のウェアラブルヘッドアップディスプレイ。
- 前記射出瞳選択器は、少なくとも1つのマイクロエレクトロメカニカルシステム(「MEMS」)型光学素子及び少なくとも1つのピエゾ型光学素子からなる群から選択される少なくとも1つのダイナミック光学素子を含む、請求項1に記載のウェアラブルヘッドアップディスプレイ。
- 前記支持構造は、眼鏡フレームの全体的形状と外観を有する、請求項1に記載のウェアラブルヘッドアップディスプレイ。
- 処方眼鏡レンズをさらに含み、前記ホログラフィックコンバイナは前記処方眼鏡レンズにより担持される、請求項4に記載のウェアラブルヘッドアップディスプレイ。
- 前記射出瞳選択器の前記N種類の配置の各々1つについて、前記ホログラフィックコンバイナの前記少なくとも1つのホログラムは、前記射出瞳選択器から受け取った光信号を、前記使用者の前記眼における、又はその付近のN個の射出瞳のそれぞれ1つに収束させる、請求項1に記載のウェアラブルヘッドアップディスプレイ。
- 前記ホログラフィックコンバイナは、少なくともN個の多重ホログラムを含み、前記射出瞳選択器の前記N種類の配置の各々1つについて、前記少なくともN個の多重ホログラムのそれぞれ1つは、前記射出瞳選択器から受け取った光信号を前記使用者の前記眼における、又はその付近の前記N個の射出瞳のそれぞれ1つに収束させる、請求項6に記載のウェアラブルヘッドアップディスプレイ。
- 前記レーザ走査式プロジェクタは、赤色レーザダイオード、緑色レーザダイオード、及び青色レーザダイオードを含み、
前記ホログラフィックコンバイナは、少なくとも1つの赤色ホログラム、少なくとも1つの緑色ホログラム、及び少なくとも1つの青色ホログラムを含む波長多重ホログラフィックコンバイナを含み、前記射出瞳選択器の前記N種類の配置の各々1つについて、
前記少なくとも1つの赤色ホログラムは前記射出瞳選択器から受け取った光信号の赤色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近の前記N個の射出瞳のそれぞれ1つに収束させ、前記少なくとも1つの緑色ホログラムは前記射出瞳選択器から受け取った光信号の緑色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近の前記N個の射出瞳のそれぞれ1つに収束させ、前記少なくとも1つの青色ホログラムは前記射出瞳選択器から受け取った光信号の青色成分を、前記使用者の前記眼における、又はその付近の前記N個の射出瞳のそれぞれ1つに収束させる、
請求項6に記載のウェアラブルヘッドアップディスプレイ。 - 前記ホログラフィックコンバイナは、少なくともN個の角度多重赤色ホログラム、少なくともN個の角度多重緑色ホログラム、及び少なくともN個の角度多重青色ホログラムを含む波長多重及び角度多重ホログラフィックコンバイナを含み、前記射出瞳選択器の前記N種類の配置の各々1つについて、
前記少なくともN個の角度多重赤色ホログラムのそれぞれ1つは、前記射出瞳選択器から受け取った光信号の赤色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近の前記N個の射出瞳のそれぞれ1つに収束させ、前記少なくともN個の角度多重緑色ホログラムのそれぞれ1つは、前記射出瞳選択器から受け取った光信号の緑色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近の前記N個の射出瞳のそれぞれ1つに収束させ、前記少なくともN個の角度多重青色ホログラムのそれぞれ1つは、前記射出瞳選択器から受け取った光信号の青色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近の前記N個の射出瞳のそれぞれ1つに収束させる、
請求項8に記載のウェアラブルヘッドアップディスプレイ。 - 前記レーザ走査式プロジェクタと前記ホログラフィックコンバイナとの間の前記光路は、前記レーザ走査式プロジェクタの走査レンジθを含み、前記射出瞳選択器の前記N種類の配置の各々1つについて、前記射出瞳選択器は、前記レーザ走査式プロジェクタによる前記走査レンジθのスイープに対応するすべての光信号を受け取り、前記レーザ走査式プロジェクタの前記走査レンジθの前記スイープに対応するすべての光信号を、実用的には、前記レーザ走査式プロジェクタに関する前記空間的に分離されたN個の仮想位置のそれぞれ1つから前記ホログラフィックコンバイナへと方向転換させるような位置及び向きとされる、請求項1に記載のウェアラブルヘッドアップディスプレイ。
- 前記少なくとも1つの光信号は、少なくとも2つの画素を含む画像を含む、請求項1に記載のウェアラブルヘッドアップディスプレイ。
- 前記N種類の配置の各々1つにおいて、前記射出瞳選択器は、前記レーザ走査式プロジェクタにより生成された前記画像のそれぞれのインスタンスを受け取り、前記画像の前記それぞれのインスタンスを、実用的には、前記レーザ走査式プロジェクタに関する前記空間的に分離されたN個の仮想位置のそれぞれ1つから前記ホログラフィックコンバイナへと方向転換させるような位置及び向きとされ、前記ホログラフィックコンバイナの前記少なくとも1つのホログラムは、前記射出瞳選択器から受け取った前記画像の各インスタンスを、前記使用者の前記眼へと方向転換させるような位置及び向きとされる、請求項11に記載のウェアラブルヘッドアップディスプレイ。
- 前記N種類の配置の各々1つにおいて、前記射出瞳選択器は、前記レーザ走査式プロジェクタにより生成された同じ画像の異なるインスタンスにおける同じ画素のそれぞれのインスタンスを受け取り、前記同じ画像の前記異なるインスタンスにおける前記同じ画素の前記それぞれのインスタンスを、実用的には、前記レーザ走査式プロジェクタに関する前記空間的に分離されたN個の仮想位置のそれぞれ1つから前記ホログラフィックコンバイナへと方向転換させるような位置及び向きとされ、前記ホログラフィックコンバイナの少なくとも1つのホログラムは、前記射出瞳選択器から受け取った前記同じ画像の前記異なるインスタンスにおける前記同じ画素の各インスタンスを前記使用者の前記眼へと方向転換させるような位置及び向きとされる、請求項1に記載のウェアラブルヘッドアップディスプレイ。
- 前記支持構造により担持され、前記使用者の前記眼の視線方向を判断するような位置及び向きとされているアイトラッカをさらに含み、前記射出瞳選択器は、前記アイトラッカにより判断された前記使用者の前記眼の前記視線方向に基づいて、前記N種類の配置のそれぞれ1つへと、及びそれらの間に制御可能に切り換え可能である、請求項1に記載のウェアラブルヘッドアップディスプレイ。
- ウェアラブルヘッドアップディスプレイであって、
使用時に使用者の頭部に装着される支持構造と、
前記支持構造により担持されるレーザ走査式プロジェクタと、
前記支持構造により担持されるホログラフィックコンバイナであって、前記支持構造が前記使用者の前記頭部に装着されたときに前記使用者の片眼の視野内に位置付けられるホログラフィックコンバイナと、
前記支持構造により担持され、前記レーザ走査式プロジェクタと前記ホログラフィックコンバイナとの間の光路内に位置付けられた前記射出瞳選択器と、を含み、前記射出瞳選択器は、N種類の配置のそれぞれ1つに、及びそれらの間に制御可能に切り換え可能であり、Nは1より大きい整数であり、前記N種類の配置の各々1つにおいて、前記射出瞳選択器は、前記レーザ走査式プロジェクタにより生成された少なくとも1つの光信号を受け取り、前記少なくとも1つの光信号を、前記射出瞳選択器と前記ホログラフィックコンバイナとの間のそれぞれの光路に沿って前記ホログラフィックコンバイナへと方向転換させるような位置及び向きとされており、前記ホログラフィックコンバイナは、前記射出瞳選択器から受け取った光信号を前記使用者の前記眼に向かって方向転換させるような位置及び向きとされた少なくとも1つのホログラムを含むウェアラブルヘッドアップディスプレイ。 - 前記射出瞳選択器の前記N種類の配置の各々1つについて、前記ホログラフィックコンバイナの前記少なくとも1つのホログラムは、前記射出瞳選択器から受け取った光信号を前記使用者の前記眼における、又はその付近のN個の射出瞳のそれぞれ1つに収束させる、請求項15に記載のウェアラブルヘッドアップディスプレイ。
- ウェアラブルヘッドアップディスプレイの動作方法であって、前記ウェアラブルヘッドアップディスプレイは、レーザ走査式プロジェクタと、制御可能に切り換え可能な射出瞳選択器と、前記ウェアラブルヘッドアップディスプレイが使用者の頭部に装着されたときに前記使用者の片眼の視野内に位置付けられるホログラフィックコンバイナと、を含む方法であって、
前記レーザ走査式プロジェクタにより光信号のN個のインスタンスの第一のシーケンスを生成するステップであって、Nは1より大きい整数であるステップと、
前記射出瞳選択器をN種類の配置の第一のシーケンスへと、及びそれらの間に制御可能に切り換えるステップと、
前記N種類の配置のそれぞれ1つにある前記射出瞳選択器により前記光信号の前記N個のインスタンスのそれぞれ1つを受け取るステップと、
前記N種類の配置のそれぞれ1つにある前記射出瞳選択器により、前記光信号の前記N個のインスタンスの各々1つを、それぞれの光路に沿って前記ホログラフィックコンバイナへと方向転換させるステップと、
前記ホログラフィックコンバイナにより、前記光信号の前記N個のインスタンスのそれぞれ1つを前記使用者の前記眼へと方向転換させるステップと、
を含む方法。 - 前記射出瞳選択器を前記N種類の配置の第一のシーケンスへと、及びそれらの間に制御可能に切り換えるステップは、前記射出瞳選択器を前記N種類の配置のそれぞれ1つに、及びそれらの間に、前記射出瞳選択器の少なくとも1つの光学素子の並進運動、前記射出瞳選択器の少なくとも1つの光学素子の回転、及び前記射出瞳選択器の少なくとも1つの光学素子の移動からなる群から選択される少なくとも1つの形態の運動によって制御可能に切り換えるステップを含む、請求項17に記載の方法。
- 前記ホログラフィックコンバイナにより、前記光信号の前記N個のインスタンスのそれぞれ1つを前記使用者の前記眼へと方向転換させるステップは、前記ホログラフィックコンバイナにより、前記光信号の前記N個のインスタンスのそれぞれ1つを相互に空間的に平行に前記使用者の前記眼のN個のそれぞれの領域へと方向転換させるステップを含む、請求項17に記載の方法。
- 前記ホログラフィックコンバイナによって前記光信号の前記N個のインスタンスのそれぞれ1つを前記使用者の前記眼へと方向転換させるステップは、前記ホログラフィックコンバイナによって前記光信号の前記N個のインスタンスのそれぞれ1つを前記使用者の前記眼における、又はその付近のN個の射出瞳のそれぞれ1つに収束させるステップを含む、請求項17に記載の方法。
- 前記ホログラフィックコンバイナは少なくともN個の多重ホログラムを含み、前記ホログラフィックコンバイナによって前記光信号の前記N個のインスタンスのそれぞれ1つを前記使用者の前記眼における、又はその付近のN個の射出瞳のそれぞれ1つに収束させるステップは、前記少なくともN個の多重ホログラムのそれぞれ1つによって前記光信号の前記N個のインスタンスの各々1つを前記使用者の前記眼における、又はその付近の前記N個の射出瞳のそれぞれ1つに収束させるステップを含む、請求項20に記載の方法。
- 前記レーザ走査式プロジェクタは、赤色レーザダイオード、緑色レーサダイオード、及び青色レーザダイオードを含み、
前記レーザ走査式プロジェクタにより生成される前記光信号の前記N個のインスタンスの各々は、それぞれの赤色成分、それぞれの緑色成分、及びそれぞれの青色成分を含み、
前記ホログラフィックコンバイナは、少なくとも1つの赤色ホログラム、少なくとも1つの緑色ホログラム、及び少なくとも1つの青色ホログラムを含む波長多重ホログラフィックコンバイナを含み、前記少なくともN個の多重ホログラムのそれぞれ1つにより前記光信号の前記N個のインスタンスの各々1つを前記使用者の前記眼における、又はその付近の前記N個の射出瞳のそれぞれ1つに収束させるステップは、
前記少なくとも1つの赤色ホログラムによって前記光信号の前記N個のインスタンスの各々1つのそれぞれの赤色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近の前記N個の射出瞳のそれぞれ1つに収束させるステップと、
前記少なくとも1つの緑色ホログラムによって前記光信号の前記N個のインスタンスの各々1つのそれぞれの緑色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近の前記N個の射出瞳のそれぞれ1つに収束させるステップと、
前記少なくとも1つの青色ホログラムにより、前記光信号の前記N個のインスタンスの各々1つのそれぞれの青色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近の前記N個の射出瞳のそれぞれ1つに収束させるステップと、
を含む、
請求項21に記載の方法。 - 前記ホログラフィックコンバイナは、少なくともN個の角度多重赤色ホログラム、少なくともN個の角度多重緑色ホログラム、及び少なくともN個の角度多重青色ホログラムを含む波長多重及び角度多重ホログフィックコンバイナを含み、
前記少なくとも1つの赤色ホログラムにより前記光信号の前記N個のインスタンスの各々1つのそれぞれの赤色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近の前記N個の射出瞳のそれぞれ1つに収束させるステップは、前記少なくともN個の角度多重赤色ホログラムのそれぞれ1つによって、前記光信号の前記N個のインスタンスの各々1つのそれぞれの赤色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近の前記N個の射出瞳のそれぞれ1つに収束させるステップを含み、
前記少なくとも1つの緑色ホログラムにより前記光信号の前記N個のインスタンスの各々1つのそれぞれの緑色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近の前記N個の射出瞳のそれぞれ1つに収束させるステップは、前記少なくともN個の角度多重緑色ホログラムのそれぞれ1つによって、前記光信号の前記N個のインスタンスの各々1つのそれぞれの緑色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近の前記N個の前記射出瞳のそれぞれ1つに収束させるステップを含み、
前記少なくとも1つの青色ホログラムにより前記光信号の前記N個のインスタンスの各々1つのそれぞれの青色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近の前記N個の射出瞳のそれぞれ1つに収束させるステップは、前記少なくともN個の角度多重青色ホログラムのそれぞれ1つによって、前記光信号の前記N個のインスタンスの各々1つのそれぞれの青色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近の前記N個の射出瞳のそれぞれ1つに収束させるステップを含む、
請求項22に記載の方法。 - 前記レーザ走査式プロジェクタによって光信号のN個のインスタンスの少なくとも第二のシーケンスを生成するステップと、
前記射出瞳選択器を前記N種類の配置の少なくとも第二のシーケンスに、及びそれらの間に制御可能に切り換えるステップと、
前記N種類の配置のそれぞれ1つにある前記射出瞳選択器によって前記光信号のN個のインスタンスの前記少なくとも第二のシーケンスのそれぞれ1つを受け取るステップと、
前記N種類の配置のそれぞれ1つにある前記射出瞳選択器によって前記光信号のN個のインスタンスの前記少なくとも第二のシーケンスにおける各光信号を、それぞれの光路に沿って前記ホログラフィックコンバイナへと方向転換させるステップと、
前記ホログラフィックコンバイナにより、前記光信号のN個のインスタンスの前記少なくとも第二のシーケンスのそれぞれ1つを前記使用者の前記眼へと方向転換させるステップと、
をさらに含む、請求項17に記載の方法。 - 前記ウェアラブルヘッドアップディスプレイはアイトラッカをさらに含み、前記方法は、
前記アイトラッカにより前記使用者の前記眼の視線方向を判断するステップと、
前記アイトラッカにより判断された前記使用者の前記眼の前記視線方向に基づいて、前記射出瞳選択器を前記N種類の配置の特定の1つへと制御可能に切り換えるステップと、
前記ホログラフィックコンバイナにより、前記光信号の前記N個のインスタンスの少なくとも1つを、前記使用者の前記眼の、前記使用者の前記眼の瞳孔を含む領域へと方向転換させるステップと、
をさらに含む、請求項17に記載の方法。 - 前記レーザ走査式プロジェクタにより光信号のN個のインスタンスの第一のシーケンスを生成するステップは、前記レーザ走査式プロジェクタにより、各々が同じ画像の異なるインスタンスの同じ画素のそれぞれのインスタンスに対応するN個の光信号の第一のシーケンスを生成するステップを含む、請求項17に記載の方法。
- 前記レーザ走査式プロジェクタにより光信号のN個のインスタンスの第一のシーケンスを生成するステップは、前記レーザ走査式プロジェクタにより、同じ画像のN個のインスタンスの第一のシーケンスを生成するステップを含む、請求項17に記載の方法。
- 前記N種類の配置のそれぞれ1つにおいて、前記射出瞳選択器により前記光信号の前記N個のインスタンスの各々1つをそれぞれの光路に沿って前記ホログラフィックコンバイナへと方向転換させるステップは、前記N種類の配置のそれぞれ1つにある前記射出瞳選択器により、前記光信号の前記N個のインスタンスのそれぞれ1つを、実用的には、前記レーザ走査式プロジェクタに関する空間的に分離されたN個の仮想位置のそれぞれ1つから前記ホログラフィックコンバイナへと方向転換させるステップを含む、請求項17に記載の方法。
- ウェアラブルヘッドアップディスプレイの動作方法であって、前記ウェアラブルヘッドアップディスプレイは、レーザ走査式プロジェクタと、制御可能に切り換え可能な射出瞳選択器と、前記ウェアラブルヘッドアップディスプレイが使用者の頭部に装着されたときに前記使用者の片眼の視野内に位置付けられるホログラフィックコンバイナと、を含む方法は、
前記レーザ走査式プロジェクタにより第一の光信号を生成するステップと、
前記射出瞳選択器を第一の配置へと制御可能に切り換えるステップと、
前記第一の配置にある前記射出瞳選択器により前記第一の光信号を受け取るステップと、
前記第一の配置にある前記射出瞳選択器により、前記第一の光信号を、実用的には、前記レーザ走査式プロジェクタに関する第一の仮想位置から前記ホログラフィックコンバイナへと方向転換させるステップと、
前記ホログラフィックコンバイナにより、前記第一の光信号を前記使用者の前記眼における第一の射出瞳へと方向転換させるステップと、
を含む方法。 - 前記レーザ走査式プロジェクタにより第二の光信号を生成するステップと、
前記射出瞳選択器を第二の配置へと制御可能に切り換えるステップと、
前記第二の配置にある前記射出瞳選択器により前記第二の光信号を受け取るステップと、
前記第二の配置にある前記射出瞳選択器により、前記第二の光信号を、実用的には、前記レーザ走査式プロジェクタに関する第二の仮想位置から前記ホログラフィックコンバイナへと方向転換させるステップであって、前記第二の仮想位置は前記第一の仮想位置から空間的に離れているステップと、
前記ホログラフィックコンバイナにより、前記第二の光信号を前記使用者の前記眼の第二の射出瞳へと方向転換させるステップであって、前記第二の射出瞳は前記第一の射出瞳から空間的に分離されているステップと、
をさらに含む、請求項29に記載の方法。 - 前記レーザ走査式プロジェクタにより前記第一の光信号を生成するステップは、前記レーザ走査式プロジェクタにより光信号の第一のインスタンスを生成するステップを含み、前記レーザ走査式プロジェクタにより前記第二の光信号を生成するステップは、前記レーザ走査式プロジェクタにより光信号の第二のインスタンスを生成するステップを含む、請求項30に記載の方法。
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