JP2022547647A - ホログラフィック拡散器ディスプレイとシースルーレンズアセンブリとを備えたディスプレイデバイス - Google Patents
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Abstract
ディスプレイデバイスは、画像光を受光したことに応答して、画像光と同じ偏光を有する拡散画像光(492)を出力するように構成された光拡散器を含む。光拡散器はまた、周囲光(490)を透過させるように構成される。ディスプレイデバイスはまた、基板(710)と、基板に結合された反射板(712)と、基板に結合されたビームスプリッタ(714)とを含む光学アセンブリ(700)を含む。光学アセンブリは、反射板およびビームスプリッタで拡散画像光を反射することによって拡散画像光を第1の光パワーで透過させ、透過する周囲光を、反射板でもビームスプリッタでも反射することなく、第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで透過させるように構成される。光をディスプレイデバイスに透過させる方法も開示されている。【選択図】図7A
Description
関連出願
本出願は、2019年9月17日に出願された米国仮出願第62/901,706の利益および優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、2019年9月17日に出願された米国仮出願第62/901,706の利益および優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、本明細書と同時出願された(1)「Thin See-Through Pancake Lens Assembly and Display Device Including the Same」(代理人整理番号010235-01-5278-US)という名称の米国特許出願第____号、(2)本明細書と同時出願された「Curved See-Through Pancake Lens Assembly and Display Device Including the Same」(代理人整理番号010235-01-5279-US)という名称の米国特許出願第____号、(3)本明細書と同時出願された「Lens Assembly Including a Volume Bragg Grating and Display Device Including the Same」(代理人整理番号010235-01-5280-US)という名称の米国特許出願第____号、(4)本明細書と同時出願された「Display Device with Transparent Emissive Display and See-Through Lens Assembly」(代理人整理番号010235-01-5281-US)という名称の米国特許出願第____号、(5)本明細書と同時出願された「Display Device with Switchable Diffusive Display and See-Through Lens Assembly」(代理人整理番号010235-01-5283-US)という名称の米国特許出願第____号、および(6)本明細書と同時出願された「Display Device with Diffusive Display and See-Through Lens Assembly」(代理人整理番号010235-01-5284-US)という名称の米国特許出願第____号に関し、これらはすべて、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、一般に、ディスプレイデバイスに関連し、より詳細には、ヘッドマウントディスプレイデバイスに関する。
ヘッドマウントディスプレイデバイス(本明細書ではヘッドマウントディスプレイとも呼ぶ)は、ユーザに視覚情報を提供するための手段として人気が高まっている。たとえば、一部のヘッドマウントディスプレイデバイスは、仮想現実および拡張現実の動作に使用される。
ヘッドマウントディスプレイデバイスをAR用途に使用する場合、ディスプレイデバイスは、1つまたは複数の画像をユーザの眼に投影しながら、周囲光をユーザの眼にシームレスに透過させることが望ましい場合がある。
したがって、光学収差を低減した状態で、画像光をユーザの眼に投射し、周囲光をユーザの眼に透過させることができるヘッドマウントディスプレイデバイスが必要とされている。光学系において、光学収差は、光学系内の光学要素の完全または理想的な光学性能からの逸脱である。これらの収差は、画質の低下につながる可能性があり、たとえば、画像のぼやけまたは歪みが生じる可能性がある。幸いにも、綿密なレンズ設計によって多くの光学収差を補正することができ、それにより、完全またはほぼ完全な光学系は、光学収差を低減した状態で画像を作成することが可能になる(理想的には、光学収差は最小限であるか、まったくない)。
したがって、従来のヘッドマウントディスプレイデバイスに関連する上記の欠陥および他の問題は、開示するディスプレイデバイスによって低減または排除される。
いくつかの実施形態によれば、光学アセンブリは、第1の表面と、第1の表面と対向して実質的に平行である第2の表面とを有する基板を含む。光学アセンブリはまた、基板にそれぞれ結合された反射板とビームスプリッタとを含む。光学アセンブリはまた、第1の表面で受光された第1の光を、第1の光が第2の表面から出力される前に、反射板での反射およびビームスプリッタでの反射を含む光路において透過させるように構成される。光学アセンブリはまた、第1の表面で受光された第2の光を、第2の光が反射板での反射もビームスプリッタでの反射も受けることなく第2の表面から出力されるように透過させるように構成される。
いくつかの実施形態によれば、ディスプレイデバイスは、ディスプレイと、光学アセンブリとを含む。ディスプレイは、画像光を出力し、周囲光を透過させるように構成される。光学アセンブリは、第1の表面と、第1の表面と対向して実質的に平行である第2の表面とを有する基板を含む。光学アセンブリはまた、基板にそれぞれ結合された反射板とビームスプリッタとを含む。光学アセンブリはまた、第1の表面で受光された第1の光を、第1の光が第2の表面から出力される前に、反射板での反射およびビームスプリッタでの反射を含む光路において透過させるように構成される。光学アセンブリはまた、第1の表面で受光された第2の光を、第2の光が反射板での反射もビームスプリッタでの反射も受けることなく第2の表面から出力されるように透過させるように構成される。
いくつかの実施形態によれば、光学アセンブリに光を透過させる方法は、画像光を第1の光路において透過させることと、周囲光を第1の光路とは異なる第2の光路において透過させることとを含む。画像光を透過させることは、第1の表面と対向して実質的に平行である第2の表面と、基板に結合された反射板と、基板に結合されたビームスプリッタとを含む基板の第1の表面で画像光を受光することを含む。画像光を透過させることは、第1の光路が反射板での反射およびビームスプリッタでの反射を含むように、第2の表面から画像光を出力することも含む。周囲光を透過させることは、第1の表面で周囲光を受光することと、周囲光を反射板での反射もビームスプリッタでの反射も受けることなく第2の表面から出力することとを含む。
いくつかの実施形態によれば、光学アセンブリは、第1の湾曲輪郭を有する第1の表面と、第2の湾曲輪郭を有し、第1の表面と対向して平行である第2の表面とを有する基板を含む。光学アセンブリは、第1の表面上に配置され、第1の表面の第1の湾曲輪郭に一致する、ビームスプリッタも含む。光学アセンブリは、第2の表面上に配置され、第2の表面の第2の湾曲輪郭に一致する、反射板をさらに含む。光学アセンブリは、第1の表面で第1の光を受光し、第1の光を反射板から出力する前に、第1の光を反射板で反射し、続いてビームスプリッタで反射するように構成される。第1の光は、光学アセンブリを第1の光パワーで透過する。光学アセンブリはまた、第2の光を反射板で反射することなく光学アセンブリに透過させるように構成される。第2の光は、第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで光学アセンブリを透過する。
いくつかの実施形態によれば、ディスプレイデバイスは、画像光を出力するように構成され、周囲光を透過させるように構成可能である、ディスプレイを含む。ディスプレイデバイスは、第1の湾曲輪郭を有する第1の表面と、第2の湾曲輪郭を有し、第1の表面と平行である第2の表面とを含む光学アセンブリも含む。光学アセンブリは、第1の表面上に配置され、第1の表面の第1の湾曲輪郭に一致する、ビームスプリッタも含む。光学アセンブリは、第2の表面上に配置され、第2の表面の第2の湾曲輪郭に一致する、反射板も含む。光学アセンブリは、画像光を第1の表面で受光し、画像光を反射板から出力する前に、画像光を反射板で反射し、続いてビームスプリッタで反射するように構成される。画像光は、光学アセンブリを第1の非ゼロ光パワーで透過する。光学アセンブリはまた、周囲光を、反射板で反射することなく光学アセンブリに透過させるように構成される。周囲光は、第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで光学アセンブリを透過する。
いくつかの実施形態によれば、光学アセンブリに光を透過させる方法は、画像光を第1の光路において透過させることと、周囲光を第1の光路とは異なる第2の光路において透過させることとを含む。画像光を透過させることは、第1の湾曲輪郭を有する基板の第1の表面で画像光を受光することを含む。画像光を透過させることはまた、第2の湾曲輪郭を有し、基板の第1の表面に実質的に平行である反射板で画像光を反射することと、第1の基板上に配置され、第1の表面の第1の湾曲輪郭に一致するビームスプリッタで画像光を反射することと、画像光を反射板から第1の光パワーで出力することとを含む。周囲光を透過させることは、第1の表面で周囲光を受光することと、周囲光を反射板で反射することなく光学アセンブリに透過させることと、周囲光を第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで光学アセンブリから出力することとを含む。
いくつかの実施形態によれば、光学アセンブリは、第1の表面と、第1の表面と対向して実質的に平行である第2の表面とを有する基板を含む。光学アセンブリはまた、基板に結合された反射板と、基板に結合された体積型ブラッグ格子とを含む。体積型ブラッグ格子は、第1の所定の角度範囲内の入射角で体積型ブラッグ格子に入射する光を透過させ、第1の角度範囲とは異なる第2の所定の角度範囲内の入射角で体積型ブラッグ格子に入射する光を反射するように構成される。光学アセンブリは、第1の表面で受光された第1の光を、第1の光が第2の表面から出力される前に、反射板での反射と体積型ブラッグ格子での反射とを含む光路において透過させるように構成される。光学アセンブリはまた、第1の表面で受光された第2の光を、第2の光が反射板での反射も体積型ブラッグ格子での反射も受けることなく第2の表面から出力されるように透過させるように構成される。
いくつかの実施形態によれば、ディスプレイデバイスは、ディスプレイと、光学アセンブリとを含む。ディスプレイは、画像光を出力し、周囲光を透過させるように構成される。光学アセンブリは、第1の表面と、第1の表面と対向して実質的に平行である第2の表面とを有する基板を含む。光学アセンブリはまた、基板に結合された反射板と、基板に結合された体積型ブラッグ格子とを含む。体積型ブラッグ格子は、第1の所定の角度範囲内にある入射角で体積型ブラッグ格子に入射する画像を透過させ、第1の角度範囲とは異なる第2の所定の角度範囲内にある入射角で体積型ブラッグ格子に入射する画像光を反射し、周囲光を透過させるように構成される。光学アセンブリは、画像光が第2の表面から出力される前に、反射板での反射および体積型ブラッグ格子での反射を含む光路において、第1の表面で画像光を透過させるように構成される。光学アセンブリはまた、周囲光が反射板での反射も体積型ブラッグ格子での反射も受けることなく第2の表面から出力されるように、周囲光を透過させるように構成される。
いくつかの実施形態によれば、光学アセンブリに光を透過させる方法は、画像光を第1の光路において透過させることと、周囲光を第1の光路とは異なる第2の光路において透過させることとを含む。画像光を透過させることは、基板の第1の表面で画像光を受光することを含む。基板は、第1の表面と対向して実質的に平行である第2の表面と、基板に結合された反射板と、基板に結合された体積型ブラッグ格子とを含む。体積型ブラッグ格子は、第1の所定の角度範囲内の入射角で体積型ブラッグ格子に入射する画像光を透過させ、第1の角度範囲とは異なる第2の所定の角度範囲内の入射角で体積型ブラッグ格子に入射する画像光を反射するように構成される。画像光を透過させる方法はまた、反射板での反射および体積型ブラッグ格子での反射を含む光路を介して、画像光を第2の表面から第1の光パワーで出力することを含む。周囲光を透過させることは、第1の表面で周囲光を受光することと、反射板での反射も体積型ブラッグ格子での反射も含まない光路を介して、周囲光を第2の表面から第2の光パワーで出力することとを含む。第2の光パワーは、第1の光パワーよりも小さい。
いくつかの実施形態によれば、ディスプレイデバイスは、ディスプレイと、光学アセンブリとを含む。ディスプレイは、前面と、対向する背面とを有する。ディスプレイは、前面から画像光を出力し、背面から前面に周囲光を透過させるように構成される。光学アセンブリは、実質的に均一な厚さを有する基板と、基板に結合されたビームスプリッタと、基板に結合された反射板とを含む。光学アセンブリは、画像光を受光し、ディスプレイの前面から出力された画像光の一部分を、反射板での反射およびビームスプリッタでの反射を含む光路を介して第1の非ゼロ光パワーで透過させるように構成される。光学アセンブリはまた、周囲光を受光し、周囲光の一部分を、反射板で反射することなく光学アセンブリに第2の光パワーで透過させるように構成される。第2の光パワーは、第1の光パワーよりも小さい。
いくつかの実施形態によれば、1つまたは複数の画像を表示する方法は、ディスプレイの前面から画像光を出力することを含む。ディスプレイは、前面と対向する背面も含む。方法はまた、背面から前面に周囲光を透過させることと、光学アセンブリで前面から出力された画像光を受光することと、画像光の一部分を第1の光パワーで透過させることとを含む。方法は、光学アセンブリで前面から出力された周囲光を受光することと、周囲光の一部分を第1の光パワーとは異なる第2の光パワーで透過させることとをさらに含む。
いくつかの実施形態によれば、ディスプレイデバイスは、画像光を受光したことに応答して拡散画像を出力するように構成された光拡散器を含む。光拡散器から出力される拡散画像光は、受光された画像光と同じ偏光を有する。光拡散器はまた、周囲を受光し、周囲光の少なくとも第1の部分を、周囲光の偏光を変えることなく出力するように構成される。ディスプレイデバイスは、第1の表面および第1の表面と対向して実質的に平行である第2の表面を有する基板と、基板に結合された反射板と、基板に結合されたビームスプリッタとを含む光学アセンブリも含む。光学アセンブリは、拡散画像光を反射板およびビームスプリッタで反射することによって、拡散画像光を第1の非ゼロ光パワーで透過させるように構成される。光学アセンブリはまた、周囲光の第2の部分が第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで光学アセンブリを透過するように、周囲光の第2の部分を反射板でもビームスプリッタでも反射することなく光学アセンブリに透過させるように構成される。
いくつかの実施形態によれば、方法は、光拡散器で画像光を受光することと、光拡散器から拡散画像光を出力することと、拡散画像光を第1の非ゼロ光パワーで光学アセンブリに透過させることとを含む。光拡散器から出力される拡散画像光は、受光された画像光と同じ偏光を有する。方法はまた、光拡散器で周囲光を受光することと、光拡散器から周囲光の少なくとも第1の部分を出力することとを含む。方法は、周囲光の第2の部分を、第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで光学アセンブリに透過させることをさらに含む。光学アセンブリは、第1の表面および第1の表面と対向して実質的に平行である第2の表面を有する基板と、基板に結合された反射板と、基板に結合されたビームスプリッタとを含む。拡散画像光を第1の非ゼロ光パワーで光学アセンブリに透過させることは、拡散画像光を反射板およびビームスプリッタで反射することを含む。周囲光の第2の部分が第2の光パワーで光学アセンブリを透過するように、周囲光の第2の部分は、反射板でもビームスプリッタでも反射することなく光学アセンブリを透過する。
いくつかの実施形態によれば、ディスプレイデバイスは、前面、前面と対向する背面、および前面と背面との間に配置された光学的異方性分子を有する、ディスプレイを含む。ディスプレイは、前面で画像光を受光し、画像光を拡散して前面から拡散画像光を出力するように、または背面で周囲光を受光し、前面から周囲光を出力するように構成可能である。ディスプレイデバイスは、実質的に均一な厚さの光学アセンブリ基板と、光学アセンブリ基板に結合された反射板と、光学アセンブリ基板に結合されたビームスプリッタとを有する光学アセンブリも含む。光学アセンブリは、拡散画像光の一部分を、反射板での反射およびビームスプリッタでの反射を含む光路を介して第1の光パワーで透過させ、ディスプレイの前面から出力される周囲光の一部分を、反射板で反射することなく第2の光パワーで透過させるように構成可能である。第2の光パワーは、第1の光パワーよりも小さい。
いくつかの実施形態によれば、ディスプレイデバイスを動作させるための方法は、ディスプレイデバイスを第1のモードで動作させることを含む。ディスプレイデバイスを第1のモードで動作させることは、ディスプレイの前面で画像光を受光することと、画像光を拡散して、前面から拡散画像光を出力することと、少なくとも1つの折り畳みを含む第1の光路を介して、拡散画像光の一部分を光学アセンブリに第1の光パワーで透過させることとを含む。ディスプレイデバイスを動作させるための方法は、ディスプレイデバイスを第2のモードで動作させることも含む。ディスプレイデバイスを第2のモードで動作させることは、ディスプレイの前面と対向する背面で周囲光を受光することと、周囲光をディスプレイに透過させることと、第2の光路を介して周囲光の一部分を光学アセンブリに第2の光パワーで透過させることとを含む。第2の光パワーは第1の光パワーよりも小さく、第2の光路は折り畳みを一切含まない。
いくつかの実施形態によれば、ディスプレイデバイスは、画像光を投射するように構成された1つまたは複数のプロジェクタと、第1の表面および第2の表面を有するディスプレイとを含む。ディスプレイは、1つまたは複数のプロジェクタからの画像光を受光し、第1の表面から拡散画像光を出力し、第2の表面で周囲光を受光し、第1の表面から周囲光を出力するように構成される。ディスプレイデバイスはまた、実質的に均一な厚さを有する基板を有する光学アセンブリと、基板に結合されたビームスプリッタと、基板に結合された反射板とを含む。光学アセンブリは、ディスプレイの第1の表面から出力された拡散画像光を受光し、拡散画像光の一部分を、反射板での反射およびビームスプリッタでの反射を含む光路を介して第1の光パワーで透過させるように構成される。光学アセンブリはまた、ディスプレイの第1の表面から出力された周囲光を受光し、周囲光の一部分を、反射板で反射することなく光学アセンブリに第2の光パワーで透過させるように構成される。第2の光パワーは、第1の光パワーよりも小さい。
いくつかの実施形態によれば、1つまたは複数の画像を表示する方法は、1つまたは複数のプロジェクタから画像光の投射することと、1つまたは複数のプロジェクタから投射された画像光をディスプレイで受光することと、画像光をディスプレイで拡散することと、ディスプレイの第1の表面から拡散画像光を出力することとを含む。方法はまた、ディスプレイの第2の表面で周囲光を受光することと、ディスプレイの第1の表面から周囲光を出力することとを含む。第2の表面は、第1の表面と対向する。方法は、ディスプレイの第1の表面から出力された拡散画像光および周囲光を光学アセンブリで受光することと、1つまたは複数の折り畳みを含む第1の光路において拡散画像光を透過させることと、第1の光路とは異なる第2の光路において周囲光を透過させることとをさらに含む。
したがって、開示する実施形態は、第1の偏光を有する画像光を方向付けることができ、かつ大幅な収差または歪みを加えることなく第1の偏光とは異なる偏光を有する周囲光を透過させることが可能な光学アセンブリを含むディスプレイデバイスを提供する。
いくつかの実施形態によれば、ヘッドマウントディスプレイデバイスは、回折および/またはホログラフィック光学系を含み、これらは折り畳まれた光路を可能にし、結果としてよりコンパクトでより軽いディスプレイデバイスをもたらす。
いくつかの実施形態によれば、ヘッドマウントディスプレイデバイス用の光学デバイスは、第1の部分反射板と、第2の部分反射板が、第1の部分反射板を透過した第1の光を受光し、第1の光の一部分を第2の光として第1の部分反射板に向けて部分的に反射するように、第1の部分反射板に対して相対的に配置された第2の部分反射板とを含む。第2の光の一部分は、第1の部分反射板によって第3の光として反射され、第3の光の一部分は、第2の部分反射板を透過する。第1の部分反射板または第2の部分反射板のうちの少なくとも1つは、反射ホログラフィック要素を備える。いくつかの実施形態によれば、光学デバイスは、ディスプレイデバイス(たとえば、ディスプレイパネル)を備えた光学系に含まれる。
記載された様々な実施形態をよりよく理解するために、同様の参照番号が図全体の対応する部分を指す以下の図面と併せて、以下の発明を実施するための形態を参照されたい。
これらの図は、特に明記しない限り、一定の縮尺で描写されていない。
本開示は、画像光を投射するとともに周囲光をユーザの眼に向けて透過させるヘッドマウントディスプレイデバイス(またはディスプレイデバイス)を提供する。ディスプレイデバイスのユーザが外部環境内の物体を正確に知覚し、その物体と対話できるようにするために、周囲光は、ディスプレイデバイスの光学構成要素からの大幅な光学収差なしに視聴者に透過される。
次に、実施形態を参照し、その例を添付の図面に示す。以下の説明では、説明する様々な実施形態への理解を深めるために、詳細を多数具体的に記載している。しかしながら、記載された様々な実施形態がこれらの具体的な詳細なしで実施され得ることは当業者には明らかであろう。他の例では、実施形態の態様を不必要に不明瞭にしないように、よく知られている方法、手順、構成要素、回路、およびネットワークについては詳細に説明していない。
場合によっては、本明細書において様々な要素を説明するために第1、第2などの用語が使用されるが、その様々な要素がこれらの用語によって限定されるべきではないことも理解されよう。これらの用語は、ある要素を別の要素と区別するためにのみ使用される。たとえば、記載された様々な実施形態の範囲から逸脱することなく、第1の投光器は、第2の投光器と呼ばれ得、同様に、第2の投光器は、第1の投光器と呼ばれ得る。第1の投光器と第2の投光器はいずれも、投光器であるが、同じ投光器ではない。
本明細書に記載の様々な実施形態の説明で使用される専門用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、限定することを意図するものではない。単数形「a」、「an」、および「the」は、記載された様々な実施形態および添付の特許請求の範囲の説明において使用される場合、文脈上特に明記されていない限り複数形も含むことを意図する。本明細書で使用される「および/または」という用語は、列挙された関連する項目のうちの1つまたは複数のありとあらゆる可能な組合せを指し、その組合せを包含することも理解されよう。「含む(includes)」、「含む(including)」、「備える(comprises)」、および/または「備える(comprising)」という用語は、本明細書で使用される場合、記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素、および/または構成要素の存在を明示するが、1つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および/またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではないことがさらに理解されよう。本明細書において、「例示的」という用語は、「例、実例、または例示としての役割を果たす」という意味で使用されており、「その種の最良のものを表す」という意味ではない。
図1は、いくつかの実施形態によるディスプレイデバイス100の斜視図である。いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス100は、(たとえば、図1に示すような眼鏡(spectacles)または眼鏡(eyeglasses)の形態を有することによって)ユーザの頭部に装着されるように、(またはユーザによって装着されるヘルメットの一部として含まれるように)構成される。ディスプレイデバイス100がユーザの頭部に装着されるように構成される場合、ディスプレイデバイス100は、ヘッドマウントディスプレイと呼ばれる。代替として、ディスプレイデバイス100は、頭部に取り付けられることなく、固定された場所でユーザの1つまたは複数の眼の近くに配置されるように構成される(たとえば、ディスプレイデバイス100は、ユーザの1つまたは複数の眼の前への配置のために、自動車または飛行機などの車両内に取り付けられる)。図1に示すように、ディスプレイデバイス100は、ディスプレイ110を含む。ディスプレイ110は、視覚的コンテンツ(たとえば、拡張現実コンテンツ、仮想現実コンテンツ、複合現実コンテンツ、またはそれらの任意の組合せ)をユーザに提示するように構成される。
いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス100は、図2に関してここで説明する1つまたは複数の構成要素を含む。いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス100は、図2に示されていない追加の構成要素を含む。
図2は、いくつかの実施形態によるシステム200のブロック図である。図2に示すシステム200は、コンソール210にそれぞれ結合された、(図1に示すディスプレイデバイス100に対応する)ディスプレイデバイス205と、画像化デバイス235と、入力インターフェース240とを含む。図2は、ディスプレイデバイス205と、画像化デバイス235と、入力インターフェース240とを含むシステム200の一例を示しているが、他の実施形態では、これらの任意の数の構成要素がシステム200に含まれ得る。たとえば、ディスプレイデバイス205が複数存在してもよく、それぞれ、関連する入力インターフェース240を有し、1つまたは複数の画像化デバイス235によって監視され、ディスプレイデバイス205、入力インターフェース240、および画像化デバイス235は、コンソール210と通信する。代替構成では、異なる構成要素および/または追加の構成要素がシステム200に含まれ得る。たとえば、いくつかの実施形態において、コンソール210は、ネットワーク(たとえば、インターネット)を介してシステム200に接続されるか、またはディスプレイデバイス205の一部として自己内蔵される(たとえば、ディスプレイデバイス205の内部に物理的に配置される)。いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス205は、実際の周囲のビューを組み込むことによって複合現実を作成するために使用される。したがって、ここで説明するディスプレイデバイス205およびシステム200は、拡張現実、仮想現実、および複合現実を実現させることができる。
いくつかの実施形態において、図1に示すように、ディスプレイデバイス205は、ユーザに媒体を提示するヘッドマウントディスプレイである。ディスプレイデバイス205によって提示される媒体の例には、1つまたは複数の画像、映像、音声、またはそれらの何らかの組合せが含まれる。いくつかの実施形態において、音声は、ディスプレイデバイス205、コンソール210、またはその両方から音声情報を受信して、音声情報に基づいて音声データを提示する、外部デバイス(たとえば、スピーカおよび/またはヘッドホン)を介して提示される。いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス205は、ユーザを拡張環境に没入させる。
いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス205は、拡張現実(AR)ヘッドセットとしても機能する。これらの実施形態において、ディスプレイデバイス205は、コンピュータによって生成された要素(たとえば、画像、映像、音声など)を用いて、物理的な実世界の環境のビューを拡張する。さらに、いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス205は、異なるタイプの動作間を循環することが可能である。したがって、ディスプレイデバイス205は、アプリケーションエンジン255からの指示に基づいて、仮想現実(VR)デバイス、拡張現実(AR)デバイスとして、眼鏡またはそれらの何らかの組合せ(たとえば、光学補正のない眼鏡、ユーザ用に光学補正された眼鏡、サングラス、またはそれらの何らかの組合せ)として動作する。
ディスプレイデバイス205は、電子ディスプレイ215、1つまたは複数のプロセッサ216、眼追跡モジュール217、調整モジュール218、1つまたは複数のロケータ220、1つまたは複数の位置センサ225、1つまたは複数の位置カメラ222、メモリ228、慣性測定ユニット(IMU)230、1つまたは複数の光学アセンブリ260、またはそのサブセットもしくはスーパーセットを含む(たとえば、ディスプレイデバイス205は、電子ディスプレイ215および光学アセンブリ260を備え、他の列挙された構成要素を備えない)。ディスプレイデバイス205のいくつかの実施形態は、ここで説明するモジュールとは異なるモジュールを有する。同様に、機能は、ここで説明する方法とは異なる方法で、モジュール間で分散され得る。
1つまたは複数のプロセッサ216(たとえば、処理ユニットまたは処理コア)は、メモリ228に記憶された命令を実行する。メモリ228は、DRAM、SRAM、DDR RAM、または他のランダムアクセスソリッドステートメモリデバイスなどの高速ランダムアクセスメモリを含み、1つまたは複数の磁気ディスク記憶デバイス、光ディスク記憶デバイス、フラッシュメモリデバイス、または他の不揮発性ソリッドステート記憶デバイスなどの不揮発性メモリを含み得る。メモリ228、あるいはメモリ228内の不揮発性メモリデバイスは、非一過性のコンピュータ可読記憶媒体を含む。いくつかの実施形態において、メモリ228またはメモリ228のコンピュータ可読記憶媒体は、プログラム、モジュール、およびデータ構造、ならびに/または電子ディスプレイ215上に1つもしくは複数の画像を表示するための命令を記憶する。
電子ディスプレイ215は、コンソール210および/またはプロセッサ216から受信したデータに従って、画像をユーザに対して表示する。様々な実施形態において、電子ディスプレイ215は、単一の調整可能な表示要素または複数の調整可能な表示要素(たとえば、ユーザの各眼用のディスプレイ)を備え得る。いくつかの実施形態において、電子ディスプレイ215は、1つまたは複数の光学アセンブリ260を介して画像をユーザに対して投影するように構成される。
いくつかの実施形態において、表示要素は、1つまたは複数の発光デバイス、および対応する空間光変調器のアレイを含む。空間光変調器は、電気光学画素アレイ、光電子画素アレイ、各デバイスによって透過される光の量を動的に調整するデバイスの何らかの他のアレイ、またはそれらの組合せである。これらの画素は、1つまたは複数のレンズの背後に配置される。いくつかの実施形態において、空間光変調器は、LCD(液晶ディスプレイ)内の液晶ベースの画素アレイである。発光デバイスの例には、有機発光ダイオード、アクティブマトリックス式有機発光ダイオード、発光ダイオード、フレキシブルディスプレイに配置することができる何らかのタイプのデバイス、またはそれらの何らかの組合せが含まれる。発光デバイスは、画像生成に使用される可視光(たとえば、赤、緑、青など)を生成することが可能なデバイスを含む。空間光変調器は、個々の発光デバイス、発光デバイスのグループ、またはそれらの何らかの組合せを選択的に減衰させるように構成される。あるいは、発光デバイスが、個々の発光デバイスおよび/または発光デバイスのグループを選択的に減衰するように構成される場合、表示要素は、別個の放射強度アレイなしの、そのような発光デバイスのアレイを含む。
1つまたは複数の光学アセンブリ260内の1つまたは複数の光学構成要素は、光を、発光デバイスのアレイから(任意選択で放射強度アレイを介して)各アイボックス内の位置へ方向付ける。アイボックスは、ディスプレイデバイス205から画像を見ているディスプレイデバイス205のユーザ(たとえば、ディスプレイデバイス205を装着しているユーザ)の眼が視認できる領域である。いくつかの実施形態において、アイボックスは、10mm×10mmの正方形として表される。いくつかの実施形態において、1つまたは複数の光学構成要素は、反射防止コーティングなどの1つまたは複数のコーティングを含む。
いくつかの実施形態において、表示要素は、見ているユーザの網膜、角膜の表面、眼の水晶体、またはそれらの何らかの組合せから再帰反射される赤外線(IR)光を検出するIR検出器アレイを含む。IR検出器アレイは、1つのIRセンサまたは複数のIRセンサを含み、これらはそれぞれ、見ているユーザの眼の瞳孔の異なる位置に対応する。代替の実施形態において、他の眼追跡システムも使用され得る。
眼追跡モジュール217は、ユーザの眼の各瞳孔の位置を決定する。いくつかの実施形態において、眼追跡モジュール217は、電子ディスプレイ215に、(たとえば、表示要素内のIR発光デバイスを介して)IR光によってアイボックスを照明するように指示する。
放射されたIR光の一部分は、見ているユーザの瞳孔を通過し、網膜からIR検出器アレイに向けて再帰反射され、IR検出器アレイを使用して瞳孔の位置が決定される。代替として、瞳孔の位置を決定するために、眼の表面での反射も使用される。IR検出器アレイは再帰反射を走査し、再帰反射が検出されたときにどのIR放射デバイスがアクティブであるかを識別する。眼追跡モジュール217は、追跡ルックアップテーブルおよび識別されたIR放射デバイスを使用して、各眼の瞳孔位置を決定することができる。追跡ルックアップテーブルは、IR検出器アレイ上で受信した信号を(瞳孔の位置に対応する)各アイボックス内の位置にマッピングする。いくつかの実施形態において、追跡ルックアップテーブルは、較正手順によって生成される(たとえば、ユーザは、画像内の様々な既知の基準点を見ており、眼追跡モジュール217は、ユーザが基準点を見ている間のユーザの瞳孔の位置を、IR追跡アレイ上で受信された対応する信号にマッピングする)。上記のように、いくつかの実施形態において、システム200は、本明細書に記載の埋め込み型IRシステム以外の眼追跡システムを使用し得る。
調整モジュール218は、瞳孔の決定された位置に基づいて画像フレームを生成する。いくつかの実施形態において、この調整モジュール218は、離散画像をディスプレイに送信し、ディスプレイはサブ画像を互いに並べて表示し、したがって、コヒーレントなステッチ画像が網膜の裏側に表示される。調整モジュール218は、瞳孔の検出された位置に基づいて、電子ディスプレイ215の出力(すなわち、生成された画像フレーム)を調整する。調整モジュール218は、電子ディスプレイ215の一部に、瞳孔の決定された位置に画像光を通過させるように指示する。いくつかの実施形態において、調整モジュール218はまた、電子ディスプレイに、瞳孔の決定された位置以外の位置に画像光を通過させないように指示する。調整モジュール218は、たとえば、画像光が決定された瞳孔位置から外れている発光デバイスを遮断および/もしくは停止すること、決定された瞳孔位置内にある画像光を他の発光デバイスが放射できるようにすること、1つまたは複数の表示要素を並進および/もしくは回転させること、レンズ(たとえば、マイクロレンズ)アレイ内の1つまたは複数のアクティブレンズの曲率および/もしくは屈折力を動的に調整すること、またはそれらの何らかの組合せを行うことができる。
任意選択のロケータ220は、互いに相対的でディスプレイデバイス205上の特定の基準点と相対的なディスプレイデバイス205上の特定の位置に配置されるオブジェクトである。ロケータ220は、発光ダイオード(LED)、コーナーキューブリフレクタ、反射マーカ、ディスプレイデバイス205が動作する環境と対比する一種の光源、またはそれらの何らかの組合せであり得る。ロケータ220がアクティブである実施形態(すなわち、LEDまたは他のタイプの発光デバイス)では、ロケータ220は、可視帯域(たとえば、約400nmから750nm)、赤外線帯域(たとえば、約750nmから1mm)、紫外線帯域(約100nm~400nm)、電磁スペクトルの何らかの他の部分、またはそれらの何らかの組合せの中で光を放射し得る。
いくつかの実施形態において、ロケータ220は、ロケータ220によって放射または反射される光の波長に対して透過性であるか、またはロケータ220によって放射もしくは反射される光を実質的に減衰させない程度に薄い、ディスプレイデバイス205の外面の下方に配置される。さらに、いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス205の外面または他の部分は、光の波長の可視帯域において不透過性である。したがって、ロケータ220は、IR帯域では透過性であるが可視帯域では不透過性である外面の下のIR帯域内で光を放射し得る。
IMU230は、1つまたは複数の位置センサ225から受信した測定信号に基づいて較正データを生成する電子デバイスである。位置センサ225は、ディスプレイデバイス205の動きに応答して1つまたは複数の測定信号を生成する。位置センサ225の例には、1つまたは複数の加速度計、1つまたは複数のジャイロスコープ、1つまたは複数の磁力計、動きを検出する別の適切なタイプのセンサ、IMU230の誤り訂正に使用されるタイプのセンサ、またはそれらの何らかの組合せが含まれる。位置センサ225は、IMU230の外部、IMU230の内部、またはそれらの何らかの組合せに配置され得る。
IMU230は、1つまたは複数の位置センサ225からの1つまたは複数の測定信号に基づいて、ディスプレイデバイス205の初期位置に対するディスプレイデバイス205の推定位置を示す第1の較正データを生成する。たとえば、位置センサ225は、並進運動(前/後、上/下、左/右)を測定するための複数の加速度計と、回転運動(たとえば、ピッチ、ヨー、ロール)を測定するための複数のジャイロスコープとを含む。いくつかの実施形態において、IMU230は、測定信号を迅速にサンプリングし、サンプリングされたデータからディスプレイデバイス205の推定位置を算出する。たとえば、IMU230は、加速度計から受信した測定信号を経時的に積分して速度ベクトルを推定し、速度ベクトルを経時的に積分してディスプレイデバイス205上の基準点の推定位置を決定する。代替として、IMU230は、サンプリングされた測定信号をコンソール210に提供し、コンソール210が、第1の較正データを決定する。基準点は、ディスプレイデバイス205の位置を説明するために使用され得る点である。基準点は通常、空間内の点として定義され得る。しかしながら、実際には、基準点は、ディスプレイデバイス205内の点(たとえば、IMU230の中心)として定義される。
いくつかの実施形態において、IMU230は、コンソール210から1つまたは複数の較正パラメータを受信する。さらに後述するように、1つまたは複数の較正パラメータは、ディスプレイデバイス205の追跡を維持するために使用される。IMU230は、受信した較正パラメータに基づいて、1つまたは複数のIMUパラメータ(たとえば、サンプルレート)を調整し得る。いくつかの実施形態において、ある一定の較正パラメータにより、IMU230が、基準点の初期位置を、基準点の次の較正位置に対応するように更新できるようになる。基準点の初期位置を基準点の次の較正位置として更新することは、決定された推定位置に関連する累積誤差を低減するのに役立つ。累積誤差は、ドリフト誤差とも呼ばれ、基準点の推定位置が基準点の実際の位置から経時的に「ドリフト」する原因となる。
画像化デバイス235は、コンソール210から受信した較正パラメータに従って較正データを生成する。較正データは、画像化デバイス235によって検出可能なロケータ220の観察された位置を示す1つまたは複数の画像を含む。いくつかの実施形態において、画像化デバイス235は、1つまたは複数のスチルカメラ、1つまたは複数のビデオカメラ、1つまたは複数のロケータ220を含む画像を捕捉することが可能な任意の他のデバイス、またはそれらの何らかの組合せを含む。さらに、画像化デバイス235は、(たとえば、信号対雑音比を増加させるために使用される)1つまたは複数のフィルタを含み得る。画像化デバイス235は、画像化デバイス235の視野内でロケータ220から放射または反射された光を任意選択で検出するように構成される。ロケータ220が受動要素(たとえば、再帰反射板)を含む実施形態では、画像化デバイス235は、ロケータ220の一部または全部を照明する光源を含み得、ロケータ220は、画像化デバイス235内の光源に向けて光を再帰反射する。画像化デバイス235からコンソール210に第2の較正データが通信され、画像化デバイス235は、1つまたは複数の画像化パラメータ(たとえば、焦点距離、焦点、フレームレート、ISO、センサ温度、シャッタ速度、絞りなど)を調整するための1つまたは複数の較正パラメータを、コンソール210から受信する。
いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス205は、単一の光学アセンブリ260または複数の光学アセンブリ260(たとえば、ユーザの各眼のための光学アセンブリ260)を含むことができる、1つまたは複数の光学アセンブリ260を含む。いくつかの実施形態において、1つまたは複数の光学アセンブリ260は、コンピュータで生成された画像の画像光を電子ディスプレイ215から受光し、画像光をユーザの1つまたは複数の眼へ方向付ける。コンピュータ生成画像には、静止画像、アニメーション画像、および/またはそれらの組合せが含まれる。コンピュータ生成画像には、2次元および/または3次元のオブジェクトのように表示されるオブジェクトが含まれる。
いくつかの実施形態において、電子ディスプレイ215は、コンピュータ生成画像を1つまたは複数の反射要素(図示せず)に投影し、1つまたは複数の光学アセンブリ260は、1つまたは複数の反射要素から画像光を受光し、画像光をユーザの眼へ方向付ける。いくつかの実施形態において、1つまたは複数の反射要素は、部分的に透過性であり(たとえば、1つまたは複数の反射要素の透過率は、少なくとも15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、または50%である)、これにより周囲光の透過が可能になる。そのような実施形態では、電子ディスプレイ215によって投影されたコンピュータ生成画像が、透過した周囲光(たとえば、透過した周囲画像)と重ね合わされて、拡張現実画像を提供する。
入力インターフェース240は、ユーザがコンソール210にアクション要求を送信することを可能にするデバイスである。アクション要求は、特定のアクションを実行するための要求である。たとえば、アクション要求は、アプリケーションを開始もしくは終了すること、またはアプリケーション内で特定のアクションを実行することであり得る。入力インターフェース240は、1つまたは複数の入力デバイスを含み得る。入力デバイスの例には、キーボード、マウス、ゲームコントローラ、脳信号からのデータ、人体の他の部分からのデータ、またはアクション要求を受信し、受信したアクション要求をコンソール210に通信するための任意の他の適切なデバイスが含まれる。入力インターフェース240によって受信されたアクション要求は、コンソール210に通信され、コンソール210は、アクション要求に対応するアクションを実行する。いくつかの実施形態において、入力インターフェース240は、コンソール210から受信した指示に従って、触覚フィードバックをユーザに提供し得る。たとえば、触覚フィードバックは、アクション要求が受信されるときに提供されるか、またはコンソール210がアクションを実行するときに、コンソール210が、入力インターフェース240に命令を通信して、入力インターフェース240に触覚フィードバックを生成させる。
コンソール210は、画像化デバイス235、ディスプレイデバイス205、および入力インターフェース240のうちの1つまたは複数から受信した情報に従って、ユーザに提示するための媒体をディスプレイデバイス205に提供する。図2に示す例では、コンソール210は、アプリケーションストア245、追跡モジュール250、およびアプリケーションエンジン255を含む。コンソール210のいくつかの実施形態は、図2に関連して説明したモジュールとは異なるモジュールを有する。同様に、本明細書でさらに説明する機能は、ここで説明する方法とは異なる方法で、コンソール210の構成要素間で分散され得る。
アプリケーションストア245がコンソール210に含まれる場合、アプリケーションストア245は、コンソール210が実行するための1つまたは複数のアプリケーションを記憶する。アプリケーションは命令のグループであり、命令のグループは、プロセッサによって実行されたときに、ユーザに提示するコンテンツを生成するために使用される。アプリケーションに基づいてプロセッサによって生成されるコンテンツは、ディスプレイデバイス205または入力インターフェース240の動きを介してユーザから受信された入力に応答し得る。アプリケーションの例には、ゲームアプリケーション、会議アプリケーション、ビデオ再生アプリケーション、または他の適切なアプリケーションが含まれる。
追跡モジュール250がコンソール210に含まれる場合、追跡モジュール250は、1つまたは複数の較正パラメータを使用してシステム200を較正し、ディスプレイデバイス205の位置の決定における誤差を低減するように1つまたは複数の較正パラメータを調整し得る。たとえば、追跡モジュール250は、画像化デバイス235の焦点を調整して、ディスプレイデバイス205上で観察されたロケータのより正確な位置を取得する。さらに、追跡モジュール250によって実行される較正は、IMU230から受信した情報にも対処する。さらに、ディスプレイデバイス205の追跡が失われた場合(たとえば、画像化デバイス235が少なくともロケータ220の閾値数の視線を失った場合)、追跡モジュール250は、システム200の一部または全部を再較正する。
いくつかの実施形態において、追跡モジュール250は、画像化デバイス235からの第2の較正データを使用して、ディスプレイデバイス205の動きを追跡する。たとえば、追跡モジュール250は、第2の較正データおよびディスプレイデバイス205のモデルから観察されたロケータを使用して、ディスプレイデバイス205の基準点の位置を決定する。いくつかの実施形態において、追跡モジュール250はまた、第1の較正データからの位置情報を使用して、ディスプレイデバイス205の基準点の位置を決定する。さらに、いくつかの実施形態において、追跡モジュール250は、第1の較正データ、第2の較正データ、またはそれらの何らかの組合せの一部を使用して、ディスプレイデバイス205の将来の位置を予測し得る。追跡モジュール250は、ディスプレイデバイス205の推定または予測された将来の位置をアプリケーションエンジン255に提供する。
アプリケーションエンジン255は、システム200内でアプリケーションを実行し、ディスプレイデバイス205の位置情報、加速度情報、速度情報、予測される将来の位置、またはそれらの何らかの組合せを、追跡モジュール250から受信する。アプリケーションエンジン255は、受信した情報に基づいて、ユーザへの提示のためにディスプレイデバイス205に提供するコンテンツを決定する。たとえば、受信した情報が、ユーザが左を向いたことを示す場合、アプリケーションエンジン255は、拡張環境におけるユーザの動きをミラーリングする、ディスプレイデバイス205のコンテンツを生成する。さらに、アプリケーションエンジン255は、入力インターフェース240から受信したアクション要求に応答して、コンソール210上で実行されているアプリケーション内でアクションを実行し、アクションが実行されたことをユーザにフィードバックする。提供されるフィードバックは、ディスプレイデバイス205を介した視覚的または聴覚的フィードバック、または入力インターフェース240を介した触覚フィードバックであり得る。
図3は、いくつかの実施形態による、ディスプレイデバイス100(図1を参照)の一部または全部に対応する、ディスプレイデバイス300の等角図である。いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス300は、発光デバイスアレイ310(たとえば、発光デバイスアレイまたは反射要素)と、1つまたは複数の光学構成要素330(たとえば、レンズ)を有する光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ260)とを含む。いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス300は、IR検出器アレイも含む。
いくつかの実施形態において、発光デバイスアレイ310は、画像光および任意選択のIR光を光学構成要素330に向けて放射する。発光デバイスアレイ310は、たとえば、LEDのアレイ、マイクロLEDのアレイ、OLEDのアレイ、またはそれらの何らかの組合せであり得る。発光デバイスアレイ310は、可視光で光を放射する発光デバイス310を含む(任意選択で、IRで光を放射するデバイスを含む)。
いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス300は、発光デバイスアレイ310から放射される光を選択的に減衰させるように構成された放射強度アレイを含む。いくつかの実施形態において、放射強度アレイは、複数の液晶セルまたは液晶画素、発光デバイスのグループ、またはそれらの何らかの組合せから構成される。液晶セルはそれぞれ、またはいくつかの実施形態において液晶セルのグループは、特定のレベルの減衰を有するようにアドレス指定可能である。たとえば、所与の時間において、液晶セルのうちのいくつかは、減衰なしに設定され得、他の液晶セルは、最大減衰に設定され得る。このようにして、放射強度アレイは、発光デバイスアレイ310から放射された画像光のどの部分が1つまたは複数の光学構成要素330に渡されるかを制御することが可能である。いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス300は、放射強度アレイを使用して、ユーザの眼340の瞳孔350の位置への画像光の提供を容易にし、アイボックス内の他の領域に提供される画像光の量を最小限に抑える。
任意選択のIR検出器アレイは、眼340の網膜、眼340の角膜、眼340の水晶体、またはそれらの何らかの組合せから再帰反射されたIR光を検出する。IR検出器アレイは、単一のIRセンサまたは複数のIR高感度検出器(たとえば、フォトダイオード)のいずれかを含む。いくつかの実施形態において、IR検出器アレイは、発光デバイスアレイ310から分離されている。いくつかの実施形態において、IR検出器アレイは、発光デバイスアレイ310に統合されている。
いくつかの実施形態において、発光デバイスアレイ310および放射強度アレイは、表示要素を構成する。代替として、表示要素は、(たとえば、発光デバイスアレイ310が個別に調整可能な画素を含む場合)放射強度アレイなしで、発光デバイスアレイ310を含む。いくつかの実施形態において、表示要素は、IRアレイをさらに含む。いくつかの実施形態において、表示要素は、瞳孔350の決定された位置に対応して、表示要素によって出力された光が1つまたは複数の光学構成要素330によって瞳孔350の決定された位置に向けて屈折され、別の推定位置に向けて屈折されないように、放射された画像光を調整する。
いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス300は、発光デバイスアレイ310に加えて、または発光デバイスアレイ310に代わりに、複数のカラーフィルタと結合された1つまたは複数の広帯域光源(たとえば、1つまたは複数の白色LED)を含む。
1つまたは複数の光学構成要素330は、発光デバイスアレイ310から画像光(または修正された画像光、たとえば、減衰光)を受光し、画像光を、ユーザの眼340の瞳孔350の検出されたまたは推定された位置へ方向付ける。いくつかの実施形態において、1つまたは複数の光学構成要素は、1つまたは複数の光学アセンブリ260を含む。
図4A~図4Bは、いくつかの実施形態による、ディスプレイデバイス400を示す概略図である。図4Aに示すように、ディスプレイデバイス400は、ディスプレイ410と、光学アセンブリ412とを含む。いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス400は、切替可能ウィンドウ414およびフレーム416のうちの1つまたは複数も含み得る。いくつかの実施形態において、フレーム416、ディスプレイ410、および切替可能ウィンドウ414は、ハウジングを形成し、ディスプレイデバイス400のための内部空間を画定する。いくつかの実施形態において、図示のように、ディスプレイデバイス400は、シャッタアセンブリ418も含み得る。このような場合、シャッタアセンブリ418、フレーム416、および切替可能ウィンドウ414は、ハウジングを形成し、ディスプレイデバイス400のための内部空間を画定する。光学アセンブリ412は、(デバイスが使用されているとき)ディスプレイ410とユーザの眼340との間のハウジング内(たとえば、内部空間内)に配置され、同じくハウジング内に配置されるディスプレイ410は、光学アセンブリ42とシャッタアセンブリ418との間に配置される。
いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス400は、ヘッドマウントディスプレイデバイスであり、フレーム416および光学アセンブリ412の形状および寸法は、ユーザの眉骨との干渉を回避するように設計される。
いくつかの実施形態において、切替可能ウィンドウ414およびシャッタアセンブリ418は、ディスプレイデバイス400の外部の環境からの光など、ハウジングの外部から発生する周囲光490-1、490-2、および490-3の透過を遮断または可能にするように構成可能である。図示のように、周囲光の一部(たとえば、周囲光490-1)は、アイボックス480に到達する前に、シャッタアセンブリ418(存在する場合)、ディスプレイ410、および光学アセンブリ412を透過する。また、周囲光の一部(たとえば、周囲光490-2)は、アイボックス480に到達する前に、切替可能ウィンドウ414および光学アセンブリ412を透過し、周囲光の一部(たとえば、周囲光490-3)は、切替可能ウィンドウ414を通してディスプレイデバイス400の内部空間に入り、光学アセンブリ412を透過することなくアイボックス480に向けて伝搬する。
いくつかの実施形態において、ディスプレイ410は、周囲光490-1を透過し、画像光492を出力するように構成された透過性のディスプレイである。光学アセンブリ412は、ディスプレイ410から出力された画像光492を受光し、画像光492を、ユーザの眼340の瞳孔350を表すアイボックス480に向けて、第1の光パワーで透過させるように構成される。光学アセンブリ412はまた、周囲光490-1および周囲光490-2のいずれかを、第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーでアイボックス480に向けて透過させるように構成される。いくつかの実施形態において、第2の光パワーはゼロである。いくつかの実施形態において、光学アセンブリ412は、大幅な光学収差を加えることなく、周囲光490-1および周囲光490-2のいずれかを透過させるように構成される。図4Cに示すように、ディスプレイ410は、画像光492を放射するように構成された透過性の発光ディスプレイ410-Aであり得る。代替として、図4Dに示すように、ディスプレイ410は、プロジェクタなどの1つまたは複数の光源430から投射された画像光432を受光し、画像光432を受光したことに応答して、拡散画像光492を出力(たとえば、反射、拡散)するように構成された、透過性の非発光ディスプレイ410-Bであり得る。
いくつかの実施形態において、図4Bに示すように、切替可能ウィンドウ414は、切替可能ウィンドウ414の第1の縁部がディスプレイ410に隣接し、切替可能ウィンドウ414の第1の縁部と対向する第2の縁部が光学アセンブリ412に隣接するように、ディスプレイ410と光学アセンブリ412との間に配置され得る。
図5A~図5Eは、いくつかの実施形態による、光学アセンブリ412に対応する光学アセンブリ500を示す概略図である。図5Aに示すように、光学アセンブリ500は、互いに実質的に平行である(たとえば、89度から91度の間の角度を形成する)対向する表面510-1および表面510-2を有する基板510を含む。いくつかの実施形態において、基板510は、実質的に均一な厚さを有する。光学アセンブリ500は、第2の表面510-2に光学的に結合された反射板512も含む。光学アセンブリ500は、表面510-1と510-2の間に配置されて複数のフレネル構造を含む、ビームスプリッタ514をさらに含む。ビームスプリッタ514は、入射光を受光したことに応答して、入射光の少なくとも一部分を透過させ、入射光の別の部分を透過させるように構成される。いくつかの実施形態において、ビームスプリッタ514は、入射光の同等の部分を透過および反射するように構成される(たとえば、反射50%および透過50%)。ビームスプリッタ514は、任意の反射対透過比(たとえば、反射30%および透過70%、反射10%および透過90%など)を有するように構成され得る。いくつかの実施形態において、図示のように、複数のフレネル構造は、平面上に配置され得る。代替として、複数のフレネル構造は、曲面(たとえば、凸面、凹面、球面、および非球面)上に配置され得る。
図5Aおよび図5Bに示すように、光学アセンブリ500は、画像光492を第1の光パワーで透過させ、周囲光490-1および周囲光490-2を第2の光パワーで透過させるように構成される。図5Aに示すように、ディスプレイ410および(たとえば、光学アセンブリ412の中央部分412-Cに対応する)光学アセンブリ500の中央部分を透過する周囲光490-1、ならびに切替可能ウィンドウ414および(たとえば、光学アセンブリ412の周辺部分412-Pに対応する)光学アセンブリ500の周辺部分を透過する周囲光490-2は、折り畳みを一切含まない光路を有する。図示のように、周囲光490-1および周囲光490-2は、ビームスプリッタ514および反射板512で反射することなく、ビームスプリッタ514および反射板512を透過する。図5Bは、光学アセンブリ500の中央部分から出力されて光学アセンブリ500の中央部分を透過する画像光492-Cの光路、およびディスプレイ410の周辺部分から出力されて光学アセンブリ500の周辺部分を透過する画像光492-Pの光路を示す。図示のように、画像光492-Cおよび画像光492-P(総称して、また個別に、画像光492と呼ぶ)は、表面510-1で受光され、表面510-2から出力される前に、反射板512での反射およびビームスプリッタ514での反射を含む折り畳まれた光路を通過する(たとえば、画像光492の光路は、1つまたは複数の折り畳みを含む)。
図5Cを参照すると、挿入図Aは、ビームスプリッタ514の複数のフレネル構造のうちのあるフレネル構造の詳細を示している。各フレネル構造は、傾斜ファセット520およびドラフトファセット522を含む。ドラフトファセット522は、ドラフト角度φを特徴とする(たとえば、ドラフトファセット522は、基準軸524からドラフト角度φだけ傾いている)。いくつかの実施形態において、ドラフトファセット522は平坦面である。いくつかの実施形態において、ドラフトファセット522は曲面であり、ドラフト角度はドラフトファセットの平均ドラフト角度である。いくつかの実施形態において、傾斜ファセット520は、傾斜角θを特徴とする(たとえば、傾斜ファセット520は、基準軸526から傾斜角θだけ傾いている)。いくつかの実施形態において、傾斜ファセット520は平坦面である。いくつかの実施形態において、傾斜ファセット520は曲面であり、傾斜角は傾斜ファセットの平均傾斜角である。各フレネル構造は、フレネル構造の幅に対応するピッチ528も有する。
いくつかの実施形態において、複数のフレネル構造は可変ピッチを有する(たとえば、複数のフレネル構造のうちのあるフレネル構造は、複数のフレネル構造のうちの別のフレネル構造のピッチとは異なるピッチを有する)。そのような場合、それぞれのフレネル構造のピッチは、それぞれのフレネル構造の、ビームスプリッタ514の光軸529(たとえば、中心軸または対称軸)からの距離に基づく。たとえば、複数のフレネル構造が可変ピッチを有する場合、光軸529の近くにあるフレネル構造は、光軸529から離れているフレネル構造よりも大きいピッチを有する。フレネル構造のピッチをビームスプリッタ514の縁部に向けて減少させると、一定のピッチを伴うフレネル構造を有する場合と比較して、リングパターンの視認性が低下し、それにより、投影された画像の均一性および品質が改善される。したがって、いくつかの実施形態において、可変ピッチを伴うフレネル構造を有することが望ましい場合がある。
いくつかの実施形態において、複数のフレネル構造は動的ドラフトを有する(たとえば、複数のフレネル構造のうちのあるフレネル構造は、複数のフレネル構造のうちの別のフレネル構造のドラフト角度とは異なるドラフト角度を有する)。そのような場合、それぞれのフレネル構造のドラフト角度は、それぞれのフレネル構造の、ビームスプリッタ514の光軸529からの距離に基づく。たとえば、複数のフレネル構造が動的ドラフトを有する場合、光軸529の近くにあるフレネル構造は、光軸529から離れているフレネル構造よりも小さいドラフト角度を有する。フレネル構造のドラフト角度をビームスプリッタ514の縁部に向けて増加させると、均一なドラフト角度を有するフレネル構造と比較して、リングパターンの視認性が低下し、それにより、投影された画像の均一性および品質が改善される。したがって、いくつかの実施形態において、可変ピッチを伴うフレネル構造を有することが望ましい場合がある。図5Dを参照すると、反射板512は、反射偏光子512B(たとえば、偏光感受性反射板)と、光学リターダ512A(たとえば、4分の1波長板)とを含む。反射偏光子512Bは、第1の直線偏光を有する光を反射し、第1の直線偏光とは異なる(たとえば、直交する)第2の直線偏光を有する光を透過させるように構成される。光学リターダ512Aは、入射偏光を有する光を受光し、光の偏光を異なる偏光に変換しながら光を透過させるように構成される。いくつかの実施形態において、図示のように、光学リターダ512Aおよび反射偏光子512Bは、互いに分離されている。代替として、光学リターダ512Aおよび反射偏光子512Bは、表面510-2上に積み重ねられるかまたは積層される2層の光学コーティングであり得る。
画像光492の光路、ならびに周囲光490-1および周囲光490-2の光路を、図5Dに示す。ディスプレイ410は、第1の偏光(たとえば、第1の円偏光)を有する画像光492を出力し、第2の偏光(たとえば、第2の円偏光)を有する周囲光490-1を透過させるように構成される。図示のように、切替可能ウィンドウ414を透過する周囲光490-2も、第2の偏光を有する。いくつかの実施形態において、第1の偏光は左回りの円偏光(LCP)であり、第2の偏光は右回りの円偏光(RCP)であり、またはその逆である。
図示のように、光学アセンブリ500は、表面510-1で画像光492を受光し、画像光492が表面510-2から第1の方向に出力される前に、反射偏光子512Bおよびビームスプリッタ514での反射を含む光路において画像光492を集束および出力するように構成される。光学アセンブリ500はまた、第2の方向に伝搬する周囲光490-1を表面510-1で受光し、その方向(たとえば、1度未満である第2の方向との角度を形成する、光学アセンブリ500から出力される周囲光490-1の方向)を実質的に変えることなく、表面510-2から周囲光490-1を出力するように構成される。いくつかの実施形態において、画像光492および周囲光490-1に関して図示されているように、第1の方向および第2の方向は、ほぼ同じであり、同じ場所または互いに近い場所から来るものとしてユーザによって知覚され得る。光学アセンブリ500を通る周囲光490-2の光路は、周囲光490-1の光路に類似しており、したがって、簡潔にするために繰り返さない。
図5Dの挿入図Bは、光学アセンブリ500内の画像光492の光路、および周囲光490-1および周囲光490-2の光路、ならびに光のそれぞれの光路に沿った光のそれぞれの偏光を示している。
画像光492の光路を参照すると、表面510-1は、第1の偏光(たとえば、LCP)を有する画像光492を受光し、画像光492をビームスプリッタ514に向けて透過させるように構成される。ビームスプリッタ514は、画像光492の少なくとも第1の部分を反射板512に向けて透過させるように構成される。反射板512の光学リターダ512Aは、画像光492の第1の部分を第3の偏光(たとえば、第1の直線偏光)に変換しながら、画像光492の第1の部分を反射偏光子512Bに向けて透過させるように構成される。反射偏光子512Bは、第3の偏光を有する画像光492の第1の部分を光学リターダ512Aに向けて反射するように構成される。光学リターダ512Aは、画像光492の第1の部分を第3の偏光から第1の偏光に変換しながら、画像光492の第1の部分をビームスプリッタ514に向けて透過させるように構成される。ビームスプリッタ514は、第1の偏光を有する画像光492の第1の部分を受光し、画像光492の反射された第2の部分が第2の偏光を有するように、画像光492の第2の部分を反射板512に向けて反射するように構成される。光学リターダ512Aは、画像光492の第2の部分を第4の偏光(たとえば、第2の直線偏光)に変換しながら、第2の偏光を有する画像光492の第2の部分を反射偏光子512Bに向けて透過させるように構成される。反射偏光子512Bは、第4の偏光を有する画像光492の第2の部分が第1の光パワーで表面510-2から出力されるように、画像光492の第2の部分を透過させるように構成される。ビームスプリッタ514での反射により、複数のフレネル構造は、第1の光パワーに寄与する。
周囲光490-1および周囲光490-2の光路を参照すると、表面510-1は、第2の偏光(たとえば、RCP)を有する周囲光490を受光し、周囲光490-1および周囲光490-2をビームスプリッタ514に向けて透過させるように構成される。ビームスプリッタ514は、周囲光490-1および周囲光490-2の少なくとも第1の部分を反射板512に向けて透過させるように構成される。光学リターダ512Aは、周囲光490-1および周囲光490-2の第1の部分を第4の偏光に変換しながら、周囲光490-1および周囲光490-2の第1の部分を反射偏光子512Bに向けて透過させるように構成される。反射偏光子512Bは、第4の偏光を有する周囲光490-1および周囲光490-2の第1の部分が表面510-2から第2の光パワーで出力されるように、周囲光490-1および周囲光490-2の第1の部分を透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、反射偏光子512Bは、(i)第1の直線偏光および所定の波長範囲の波長を有する光を反射し、(ii)第2の直線偏光および所定の波長範囲の波長を有する光、ならびに偏光に関係なく所定の波長範囲外の波長を有する光を透過させるように構成された、狭帯域反射偏光子であり得る。さらに、反射偏光子512Bが狭帯域反射偏光子である場合、光学アセンブリ500は、所定の波長範囲に対応する(たとえば、所定の波長範囲と同じであるか、または少なくとも部分的に重なる)狭帯域出力を有する画像光492を方向付けるように構成される。たとえば、画像光は、レーザなどの狭帯域光源からの光を含み得る。したがって、狭帯域反射偏光子512Bを含む光学アセンブリ500は、狭帯域反射偏光子ではない(たとえば、広帯域反射偏光子である)反射偏光子512Bを含む光学アセンブリと比較して、周囲光490-1および周囲光490-2のより大きい部分(たとえば、スペクトル範囲のより大きな割合、または強度のより大きい部分)を透過させるように構成される。たとえば、狭帯域反射偏光子を含む光学アセンブリ500は、周囲光の90%、95%、99%またはそれ以上を透過させ得る。
いくつかの実施形態において、ビームスプリッタ514は、所定の波長範囲(たとえば、幅が100nm未満、50nm未満、または30nm未満、20nm未満、10nm未満の波長範囲)の波長を有する光のビームを分割し(たとえば、反射50%および透過50%)、所定の波長範囲外の波長を有する光を透過させるように構成された狭帯域ビームスプリッタなどの、波長選択性ビームスプリッタである。たとえば、ビームスプリッタ514が狭帯域ビームスプリッタである場合、ビームスプリッタ514は、画像光が狭い所定の波長範囲の波長を有するとき、ディスプレイから出力された画像光の50%を反射し、50%を透過させるように構成される。狭帯域ビームスプリッタ514はまた、所定の波長範囲外の波長を有する光(たとえば、所定の波長範囲外の可視光)に対して100%に近い透過率(たとえば、90%を超えるまたは80%を超える透過率)を提供するように構成される。さらに、ビームスプリッタ514が狭帯域ビームスプリッタである場合、光学アセンブリ500は、所定の波長範囲と少なくとも部分的に重なる(または、所定の波長範囲と同じ、もしくは所定の波長範囲内の)狭帯域出力を有する画像光492を方向付けるように構成される。たとえば、画像光は、レーザなどの狭帯域光源からの光を含み得る。したがって、狭帯域ビームスプリッタを含む光学アセンブリ500は、狭帯域ビームスプリッタではない(たとえば、広帯域ビームスプリッタである)ビームスプリッタを含む光学アセンブリと比較して、周囲光490-1および周囲光490-2のより大きい部分(たとえば、スペクトル範囲のより大きい割合、または強度のより大きい部分)を透過させるように構成される。たとえば、狭帯域ビームスプリッタを含む光学アセンブリ500は、周囲光の90%、95%、99%またはそれ以上を透過させ得る。
いくつかの実施形態において、図5A~図5Cに示すように、表面510-1および表面510-2は平面である。そのような場合、ビームスプリッタ514の複数のフレネル構造は、実質的に平面の輪郭(たとえば、平坦な輪郭、たとえば100メートルよりも大きい曲率半径)を有する。いくつかの実施形態において、表面510-1および表面510-2は曲面であり得る。たとえば、図5Eに示すように、光学アセンブリ500と同じである光学アセンブリ500’は、表面510-1’および510-2’が曲面であることを示している。表面510-1’および510-2’は同じ曲率半径を有し、したがって、互いに実質的に平行である(たとえば、89度から91度の間の角度を形成する)。そのような場合、ビームスプリッタ514’の複数のフレネル構造は、表面510-1’と同じ曲率を有する湾曲輪郭を形成する。ビームスプリッタ514’の複数のフレネル構造が、湾曲輪郭を形成する場合、湾曲輪郭の曲率半径も、第1の光パワーに寄与し得る。いくつかの実施形態において、曲率半径は75ミリメートルよりも大きい。
図5F~図5Hは、いくつかの実施形態による、光学アセンブリ412に対応する光学アセンブリ501を示す概略図である。光学アセンブリ500と同様に、光学アセンブリ501は、互いに対向して実質的に平行である(たとえば、89度から91度の間の角度を形成する)対向する表面510-1および表面510-2を有する基板510を含む。光学アセンブリ501は、反射板512’およびビームスプリッタ514も含む。画像光492の光路ならびに周囲光490-1および周囲光490-2の光路を、図5Fおよび図5Gに示す。
図示のように、反射板512’は、光学アセンブリ500の光学リターダ512Aおよび反射偏光子512Bとそれぞれ同様に、光学リターダ512A’および反射偏光子512B’を含む。反射偏光子512Bとは異なり、反射偏光子512B’は、ビームスプリッタ514と表面510-2との間に配置され、湾曲した反射面を有する。いくつかの実施形態において、反射偏光子512B’は、表面510-1および表面510-2のそれぞれから離間している。いくつかの実施形態において、反射偏光子512B’は、表面510-2上に配置される。いくつかの実施形態において、図示のように、光学リターダ512B’は平面を有する。代替として、光学リターダ512A’は、反射偏光子512B’の湾曲した反射面の表面輪郭に沿った曲面を有し得る。光学アセンブリ500に関して上述したように、ビームスプリッタ514は、表面510-1と表面510-2との間に配置され、複数のフレネル構造を含む。複数のフレネル構造に関する詳細は、光学アセンブリ500の複数のフレネル構造に類似しており、簡潔にするためにここでは繰り返さない。画像光492が光学アセンブリ500を透過するときの第1の光パワーへの寄与が(ある場合でも)ごくわずかである反射偏光子512Bの反射面と比較して、反射偏光子512B’の湾曲した反射面の曲率半径とビームスプリッタ514の複数のフレネル構造はどちらも、画像光492が光学アセンブリ501を透過するときの第1の光パワーに寄与する。
図5Hを参照すると、挿入図Cは、画像光492の光路、周囲光490-1および周囲光490-2の光路、ならびに光のそれぞれの光路に沿った光のそれぞれの偏光を示しており、これらは、光学アセンブリ500に関して上述したそれぞれの光路および偏光と同じであり、したがって、簡潔にするためにここでは繰り返さない。
図5I~図5Kは、いくつかの実施形態による、光学アセンブリ412に対応する光学アセンブリ502を示す概略図である。光学アセンブリ500と同様に、光学アセンブリ502は、互いに対向して実質的に平行である(たとえば、89度から91度の間の角度を形成する)対向する表面510-1および表面510-2を有する基板510を含む。光学アセンブリ501は、反射板512およびビームスプリッタ514’’も含む。画像光492の光路ならびに周囲光490-1および周囲光490-2の光路を、図5Iおよび図5Jに示す。
図5Iに示すように、反射板512は、光学リターダ512Aおよび反射偏光子512Bを含む。ビームスプリッタ514’’は、光学アセンブリ500に関して上述したように、表面510-1と表面510-2との間に配置され、複数のフレネル構造を含む。図示のように、複数のフレネル構造は、湾曲輪郭を形成し、したがって、ビームスプリッタ514’’は、表面510-1および表面510-2のそれぞれから離間している。画像光492が光学アセンブリ502から第1の光パワーで出力されるとき、ビームスプリッタ514’’の複数のフレネル構造の湾曲輪郭も、第1の光パワーに寄与する。
図5Kを参照すると、挿入図Dは、画像光492の光路、周囲光490-1および周囲光490-2の光路、ならびに光のそれぞれの光路に沿った光のそれぞれの偏光を示しており、これらは、光学アセンブリ500に関して上述したそれぞれの光路および偏光と同じであり、したがって、簡潔にするためにここでは繰り返さない。
図5L~図5Mは、いくつかの実施形態による、光学アセンブリ412に対応する光学アセンブリ503を示す概略図である。光学アセンブリ500と同様に、光学アセンブリ503は、互いに対向して実質的に平行である(たとえば、89度から91度の間の角度を形成する)対向する表面510-1および表面510-2を有する基板510を含む。光学アセンブリ503は、反射板512’’およびビームスプリッタ514’’’も含む。画像光492の光路ならびに周囲光490-1および周囲光490-2の光路を、図5Lおよび図5Mに示す。
図5Lに示すように、反射板512’’は、表面510-2上に配置され、偏光感受性ホログラム(PSH)512Cを含む。PSH512Cは、選択された偏光を有する光(たとえば、LCP)を、選択された偏光を有する光が表面510-2から第1の光パワーで出力されるように、反射するように構成される。PSH512Cはまた、異なる(たとえば、直交)偏光(たとえば、RCP)を有する光を、選択された偏光とは異なる偏光を有する光が光学アセンブリ503から第2の光パワーで出力されるように、透過させるように構成される。ビームスプリッタ514は、表面510-1上に配置される。図示のように、ビームスプリッタ514’’’は、表面510-1の表面輪郭に沿っており、フレネル構造を一切含まない。画像光が光学アセンブリ503を透過するとき、反射板512’’のPSH512Cは、第1の光パワーに寄与する。
図5Mを参照すると、挿入図Eは、画像光492、周囲光490-1、および490-2の光路、ならびに光のそれぞれの光路に沿った光のそれぞれの偏光を示している。
画像光492の光路を参照すると、表面510-1上に配置されたビームスプリッタ514’’’は、第1の偏光(たとえば、LCP)を有する画像光492を受光し、画像光492の第1の部分を反射板512’’に向けて透過させるように構成される。反射板512’’は、画像光492の第1の部分を受光し、第1の偏光を有する画像光492の第1の部分をビームスプリッタ514’’’に向けて第1の光パワーで反射するように構成される。ビームスプリッタ514’’’は、第1の偏光を有する画像光492の第1の部分を受光し、第2の偏光(たとえば、RCP)を有する画像光492の第2の部分を反射板512’’に向けて反射するように構成される。反射板512’’は、画像光492の第2の部分が表面510-2から第1の光パワーで出力されるように、画像光492の第2の部分を透過させるように構成される。
周囲光490-1および周囲光490-2の光路を参照すると、表面510-1は、第2の偏光(たとえば、RCP)を有する周囲光490-1および周囲光490-2を受光し、周囲光490-1および周囲光490-2の第1の部分を反射板512’’に向けて透過させるように構成される。反射板512’’は、周囲光490-1および周囲光490-2の第1の部分が光学アセンブリ503から第2の光パワーで出力されるように、周囲光490-1および周囲光490-2の第1の部分を透過させるように構成される。
図5N~図5Oは、いくつかの実施形態による、光学アセンブリ504を示す概略図である。光学アセンブリ503と同様に、光学アセンブリ504は、互いに実質的に平行である(たとえば、89度から91度の間の角度を形成する)対向する表面510-1および表面510-2を有する基板510を含む。光学アセンブリ504は、反射板512’’、ビームスプリッタ514’’’、およびクリーンアップ偏光子516も含む。図示のように、クリーンアップ偏光子516は、表面510-2に隣接している。場合によっては、クリーンアップ偏光子は、表面510-2上に配置され得る。画像光492の光路、ならびに周囲光490-1および周囲光490-2の光路を、図5Nおよび図5Oに示す。
光学アセンブリ503と同様に、反射板512’’は、PSH512Cを含み、その詳細は、図5Lに関して上述されており、簡潔にするためにここでは繰り返さない。図示のように、反射板512’’は表面510-1上に配置され、ビームスプリッタ514は、表面510-2上に配置され、フレネル構造を一切含まない。したがって、ビームスプリッタ514’’’は、表面510-1の表面輪郭に沿っている。画像光が光学アセンブリ504を透過するとき、反射板512’’のPSH512Cは、第1の光パワーに寄与する。
図5Oを参照すると、挿入図Fは、画像光492、周囲光490-1、および490-2の光路、ならびに光のそれぞれの光路に沿った光のそれぞれの偏光を示している。
画像光492の光路を参照すると、反射板512’’は、第1の偏光(たとえば、LCP)を有する画像光492を受光し、画像光492を第2の偏光(たとえば、RCP)に変換しながら、画像光492をビームスプリッタ514’’’に向けて透過させるように構成される。ビームスプリッタ514’’’は、第2の偏光を有する画像光492を受光し、第1の偏光を有する画像光492の第1の部分を、反射板512’’に向けて反射するように構成される。反射板512’’は、偏光を変化させることなく、画像光492の第1の部分をビームスプリッタ514’’’に向けて第1の光パワーで反射するように構成される。ビームスプリッタ514’’は、第1の偏光を有する画像光492の第1の部分を受光し、画像光492の第3の部分が光学アセンブリ504から第1の光パワーで出力されるように、画像光492の第3の部分を透過させるように構成される。表面510-2上にまたは表面510-2に隣接して配置されたクリーンアップ偏光子516は、ビームスプリッタ514’’’を透過した、画像光492の第3の部分を含むがこれに限定されない任意の光を受光し、第1の偏光とは異なる偏光を有する光がアイボックス480に向けて透過するのを遮断しながら、第1の偏光を有する光を透過させるように構成される。
周囲光490-1および周囲光490-2の光路を参照すると、反射板512’’は、第2の偏光を有する周囲光490-1および周囲光490-2を受光し、周囲光490-1および周囲光490-2を第1の偏光に変換しながら、周囲光490-1および周囲光490-2をビームスプリッタ514’’’に向けて透過させるように構成される。ビームスプリッタ514’’’は、第1の偏光を有する周囲光490-1および周囲光490-2の第1の部分が、光学アセンブリ504から第2の光パワーで出力されるように、周囲光490-1および周囲光490-2の第1の部分を透過させるように構成される。
図6A~図6Cは、いくつかの実施形態による、光学アセンブリ412に対応する光学アセンブリ600を示す。光学アセンブリ600は、互いに実質的に平行である(たとえば、89度から91度の間の角度を形成する)対向する曲面610-1および曲面610-2を含む。図示のように、曲面610-1および曲面610-2はそれぞれ湾曲輪郭を有する。光学アセンブリ600は、反射板612およびビームスプリッタ614も含む。反射板612は、曲面610-2上に配置され、曲面610-2の湾曲輪郭に一致する。ビームスプリッタ614は、曲面610-1上に配置され、曲面610-1の湾曲輪郭に一致する。ビームスプリッタ614は、ビームスプリッタ514’’’に対応し(たとえば、ビームスプリッタ514’’’と同じであり)、したがって、ビームスプリッタ614の動作については簡潔にするためにここでは繰り返さない。いくつかの実施形態において、曲面610-1および曲面610-2の湾曲輪郭は、同心球形輪郭である。いくつかの実施形態において、曲面610-1および曲面610-2は同じ曲率を有する。いくつかの実施形態において、基板610の厚さは、実質的に均一である。
図6Aおよび図6Bに示すように、光学アセンブリ600は、画像光492を第1の光パワーで透過させ、周囲光490-1および周囲光490-2を第2の光パワーで透過させるように構成される。いくつかの実施形態において、第1の光パワーは、反射偏光子612Bおよびビームスプリッタ614の曲率に依存する。図6Aは、ディスプレイ410の中央領域と周辺領域の両方からの画像光492の光路を示す。図6Bは、(たとえば、光学アセンブリ412の中央部分412-Cに対応する)光学アセンブリ600の中央部分から出力されて光学アセンブリ600の中央部分を透過する画像光492-Cの光路、およびディスプレイ410の周辺部分から出力されて(たとえば、光学アセンブリ412の周辺部分412-Pに対応する)光学アセンブリ600の周辺部分を透過する画像光492-Pの光路を示す。図示のように、画像光492-Cおよび画像光492-P(総称して、また個別に、本明細書において画像光492と呼ぶ)は、曲面610-1で受光され、曲面610-2から出力される前に、反射板612での反射およびビームスプリッタ614での反射を含む折り畳まれた光路を通過する(たとえば、画像光492の光路は、1つまたは複数の折り畳みを含む)。図6Bに示すように、ディスプレイ410および光学アセンブリ600の中央部分を透過する周囲光490-1、ならびに切替可能ウィンドウ414および光学アセンブリ600の周辺部分を透過する周囲光490-2は、折り畳みを一切含まない光路を有する。図示のように、周囲光490-1および周囲光490-2は、ビームスプリッタ614および反射板612で反射することなく、ビームスプリッタ614および反射板612を透過する。
図6Aに示すように、反射板612は、反射偏光子612B(たとえば、偏光感受性反射板)と、光学リターダ612A(たとえば、4分の1波長板)とを含む。反射偏光子612Bは、反射偏光子512Bに対応し(たとえば、反射偏光子512Bと同じであり)、したがって、反射偏光子612Bの動作については簡潔にするためにここでは繰り返さない。いくつかの実施形態において、光学リターダ612Aおよび反射偏光子612Bは、図示のように、互いに分離されている。代替として、光学リターダ612Aおよび反射偏光子612Bは、曲面610-2上に積み重ねられるかまたは積層される2層の光学コーティングであり得る。
図6Cは、光学アセンブリ600における画像光492の光路、および周囲光490-1および周囲光490-2の光路、ならびに光のそれぞれの光路に沿った光のそれぞれの偏光を示しており、これらは、光学アセンブリ500に関して上述したそれぞれの光路および偏光と同じであり、したがって、簡潔にするためにここでは繰り返さない。説明を簡単にするために、光学リターダ612Aは、図6Cにおいて間隔を置いて示されている。
上記のように、光学アセンブリ500~504および600はそれぞれ、入射光の少なくとも第1の部分を透過させ、入射光の少なくとも第2の部分を反射するように構成された、ビームスプリッタ(たとえば、ビームスプリッタ514、514’、514’’、514’’’、および614)を含む。たとえば、反射50%および透過50%を提供するビームスプリッタを含む光学アセンブリの場合、光学アセンブリを透過した画像光492は、光学アセンブリから出力される前に、その強度の75%を損失することになる(たとえば、画像光492が最初にビームスプリッタを透過すると50%の損失が生じ、画像光の透過部分がビームスプリッタで反射されるとさらに50%の損失が生じる)。同じ光学アセンブリを透過した周囲光490-1または490-2も、光学アセンブリから出力される前にその強度の50%を損失することになる。光学アセンブリの効率を高め、光学的損失を低減するために、光学アセンブリのビームスプリッタは、図7Aに示すように、体積型ブラッグ格子(VBG)714によって置き換えられ得る。
図7Aは、光学アセンブリ700が、光学アセンブリ500~504および600に含まれるビームスプリッタの代わりにVBG714を含むことを除いて、光学アセンブリ412ならびに光学アセンブリ500~504および600のいずれかと同様である光学アセンブリ700を示す概略図である。図示のように、光学アセンブリ700は、表面710-1および表面710-2を有する、基板510および基板610のいずれかに対応する基板710を含む。光学アセンブリ700は、反射板512、512’、512’’、および612のいずれかに対応する反射板712、ならびにビームスプリッタ514、514’、514’’、514’’’、および614のいずれかの代わりにVBG714も含む。基板710および反射板712に関する詳細は、簡潔にするためにここでは繰り返さない。図7Aは、VBG714が表面710-1上に配置されていることを示している。しかしながら、VBG714は、表面710-1上に配置される、(図7Eに示すように)表面710-2上に配置される、または表面710-1と表面710-2との間に配置されるなど、任意の方法で基板710に結合され得る。VBG714は、偏光選択性および角度選択性であるように構成される。たとえば、図7Bに示すように、VBG714は、第1の偏光(たとえば、LCP)を有するとともに第1の所定の角度範囲θ1内でVBG714に入射する光780を透過させ、かつ方向転換(たとえば、回折する)ように構成される。VBG714はまた、第1の偏光を有するとともに第2の所定の角度範囲θ2内でVBG714に入射する光782を反射および方向転換するように構成される。所定の第1の角度範囲θ1と所定の第2の角度範囲θ1の両方から外れる入射角でVBG714に入射する第1の偏光を有する光784、および光の入射角に関係なく第2の偏光(たとえば、RCP)を有する光786は、方向も偏光も変化することなくVBG714を透過する。さらに、VBG714はまた、VBG714のどこに光が入射するかに応じて、光を異なる回折次数で方向転換(たとえば、回折)するように設計され得る。たとえば、図7Cに示すように、VBG714は、第1の所定の角度範囲内にある入射角でVBGに入射する第1の偏光を有する発散光を実質的にコリメートする光学特性を有し得る。
図示のように、ディスプレイ410は、画像光492を光学アセンブリ700に向けて出力するように構成され、光学アセンブリ700は、反射板712での反射およびVBG714での反射を含む光路で画像光492を透過させるように構成される。光学アセンブリ700はまた、周囲光490-1および周囲光490-2を受光し、反射板712またはVBG714のいずれかでの反射を含まない光路において透過させるように構成される。
挿入図Gを参照すると、光線792-1~792-1’’’は画像光492の光路を示す。図示のように、光線792-1は、第1の偏光を有し、第1の所定の角度(たとえば、受容角範囲)内の入射角でVBG714に入射する。したがって、光線792-1は、光線792-1の伝搬方向とは異なる方向に伝搬する光線792-1’として、VBG714を透過し、VBG714によって方向転換される。光線792-1’は、反射板712で光線792-1’’として反射される。第2の所定の角度範囲内にある(たとえば、受容角範囲外の)入射角でVBG714に入射する光線791-1’’は、VBG714によって、第2の偏光(たとえば、RCP)を有する光線792-1’’’として反射および方向転換される。光線792-1’’’は反射板712を透過する。光線792-2~792-2’’’は、光線792-1~792-1’’’に関して説明した光路と同様の光路をたどる。しかしながら、光線792-2および792-2’’は、光線792-1および光線792-1’’とは異なる位置でVBG714に入射するので、光線792-1’’’と光線792-2’’’との両方が光学アセンブリ700を出るときに互いに実質的に平行になる(たとえば、5度未満の角度を形成する)ように、光線792-2および792-2’’は、光線792-1および光線792-1’’とは異なる方向に方向転換される。
挿入図Hを参照すると、第2の偏光を有する周囲光490-1および周囲光490-2は、方向が変化することなく、(反射板712およびVBG714を含む)光学アセンブリ700を透過する。
VBG714は、1つまたは複数のVBG層を含み得る。たとえば、VBG714は、複数のVBG層を含み得、各VBG層は、異なる受容角範囲を有し、その結果、複数のVBGを有するVBG714は、単一のVBG層(または単一のVBG層を含むVBG714)の受容角範囲よりも大きい受容角範囲を有する。したがって、複数のVBG層を有するVBG714を含む光学アセンブリ700は、単一のVBG層を有するVBG714を含む光学アセンブリ700と比較して、より広い範囲の瞳孔サイズおよびより広い範囲の注視角に対応し得る。
いくつかの実施形態において、VBG714の代わりに、図7Dに示すハイブリッド光学要素715が光学アセンブリ700で使用される。いくつかの実施形態において、ハイブリッド光学要素715はディスク形状であり、図7Dは、ハイブリッド光学要素715の正面図を示す。ハイブリッド光学要素715は、中央部分715-1と、中央部分715-1を取り囲む周辺部分715-2とを含む。中央部分715-1は、ビームを分割するように構成されたビームスプリッタ(たとえば、入射光の一部分を反射し、入射光の一部分を透過させ、場合によっては、50/50ミラーなどの入射光の偏光とは無関係に動作する、部分反射板)を含み、周辺部分715-2は、偏光および/または入射角に基づいて光を選択的に透過させ、または反射するように構成されたVBGを含む。いくつかの実施形態において、中央部分715-1は、部分反射板を含むコーティングを含み、周辺部分715-2は、1つまたは複数のVBG層を含むコーティングを含む。いくつかの実施形態において、中央部分715-1内のビームスプリッタと周辺部分715-2内のVBGとの間の遷移は急激である。いくつかの実施形態において、中央部分715-1内のビームスプリッタと周辺部分715-2内のVBGとの間の遷移は連続的である。いくつかの実施形態において、ハイブリッド光学要素715は、平滑で連続的な表面を有する。
図7Eは、光学アセンブリが反射板712の代わりにVBG713を含むことを除いて、光学アセンブリ700と同様である光学アセンブリ701を示す概略図である。図示のように、光学アセンブリ701は、基板510、610、および710のいずれかに対応する基板730を含み、基板730は、表面730-1および表面730-2を有する。光学アセンブリ701は、ビームスプリッタ514、514’、514’’、514’’’、および614のいずれかに対応し得るビームスプリッタ716も含む。基板730、反射板712、およびビームスプリッタ716に関する詳細は、簡潔にするためにここでは繰り返さない。いくつかの実施形態において、VBG713は、偏光選択性および角度選択性であるように構成され、その詳細については、図7Aに関して上述している。画像光(たとえば、光792-1から792-1’’’および光792-2から792-2’’’)の光路を挿入図Iに示し、周囲光490-1および周囲光490-2の光路を挿入図Jに示す。
光学アセンブリ412、500~504、600、および700を含む上記の光学アセンブリは、同じ基板の表面上に配置された反射板およびビームスプリッタを示しているが、いくつかの実施形態において、反射板およびビームスプリッタは、異なる(たとえば、別個の)基板の表面上に配置され得る。たとえば、以下の図8Aに示す光学アセンブリ412は、2つの別個の基板412-1および基板412-2を含む。ビームスプリッタは基板412-2の表面上に配置され得、反射板は基板412-2の表面上に配置され得る。
光学アセンブリ412、500~504、600、および700を含む上記の光学アセンブリは、ディスプレイデバイス400などのディスプレイデバイスの一部として使用され得る。このようなディスプレイデバイスは、表示される画像が実世界の環境と混合される拡張現実(AR)アプリケーションにおいて使用され得る。画像光によって表示される画像と周囲光によって透過される実世界からの画像とを混合するために、ディスプレイデバイスは、画像光と周囲光がディスプレイデバイス内で同時に透過される時間同時動作、またはディスプレイデバイスが画像光の表示と周囲光の透過とを切り替える時系列動作のいずれかを有することができる。図8A~図8Bおよび図9A~図9Dはそれぞれ、ディスプレイデバイスの時間同時動作および時系列動作を示している。
図8A~図8Bは、いくつかの実施形態による、ディスプレイデバイス400の時間同時動作を示す概略図である。図4A~図4Bに関して上述したように、ディスプレイデバイス400は、ディスプレイ410、光学アセンブリ412、および任意選択でシャッタアセンブリ418を含む。シャッタアセンブリ418は、存在する場合、周囲光490-1を選択的に透過させるように構成される。ディスプレイ410は、対向する表面410-1と表面410-2を有する透過性のディスプレイである。ディスプレイ410は、表面410-2から画像光492を出力し、周囲光490-1を表面410-1から表面410-2に透過させるように構成された、(図4Cに示す)発光ディスプレイである。図示のように、光学アセンブリは、画像光492を第1の光路で透過させ、周囲光490-1を第1の光路とは異なる第2の光路で透過させるように構成される。光学アセンブリ412は、光学アセンブリ500~504および600のいずれかであり得、画像光492および周囲光490-1の光路に関する詳細は、それぞれの光学アセンブリに関して上記で提供されている。ディスプレイデバイス400の時間同時動作では、図8A~図8Bに示すように、画像光492および周囲光490-1は、アイボックス480に向かって光学アセンブリ412を並行して(たとえば、同時に)透過する。
図8Bは、ディスプレイデバイス400内の画像光492および周囲光490-1の光路、ならびに光のそれぞれの光路に沿った光のそれぞれの偏光を示している。
図示のように、図8Bにおいて、光学アセンブリ412は、光学リターダ812および816(たとえば、4分の1波長板)と、(ビームスプリッタ514、514’’、514’’’、および614のいずれかに対応する)ビームスプリッタ814と、(反射板512、512’’、および612のいずれかに対応する)反射板818とを含む。ディスプレイ410は、第3の偏光(たとえば、第1の直線偏光)を有する画像光492を光学アセンブリ412に向けて出力するように構成される。いくつかの実施形態において、ディスプレイ410は、直線偏光によって画像光492がディスプレイ410から出力されることを可能にする直線偏光子を含む。光学リターダ812は、画像光492を受光し、ディスプレイ410から出力し、画像光492の偏光を第3の偏光から第2の偏光(たとえば、LCP)に変換しながら画像光492を透過させるように構成される。ビームスプリッタ814は、画像光492の第1の部分を光学リターダ816に向けて透過させるように構成される。光学リターダ816は、画像光492の第1の部分を受光し、画像光492の第1の部分の偏光を第3の偏光に変換しながら、画像光492の第1の部分を透過させるように構成される。反射板818は、光学リターダ816を透過した画像光492の第1の部分を受光し、画像光492の第1の部分を再び光学リターダ816に向けて反射するように構成される。光学リターダ816は、反射板818から反射された画像光492の第1の部分を受光し、画像光492の第1の部分の偏光を第3の偏光から第2の偏光に変換しながら画像光492の第1の部分を透過させるように構成される。ビームスプリッタ814は、第2の偏光を有する画像光492の第1の部分を受光し、第1の偏光(たとえば、RCP)を有する画像光492の第2の部分を光学リターダ816に向けて反射するように構成される。光学リターダ816は、画像光492の第2の部分の偏光を第4の偏光(たとえば、第2の直線偏光)に変換しながら、画像光492の第2の部分を反射板818に向けて透過させるように構成される。反射板818は、画像光492の第2の部分が光学アセンブリ412から出力されるように画像光492の第2の部分を透過させるように構成される。
周囲光490-1の光路を参照すると、ここではコントローラ840に電気的に結合されたものとして示されているシャッタアセンブリ418が、周囲光490-1の透過を可能にする(たとえば、コントローラ840がシャッタアセンブリ418を制御して「開」状態にする)ように構成されるとき、周囲光490-1は、シャッタアセンブリ418を透過する。いくつかの実施形態において、シャッタアセンブリ418は、シャッタアセンブリ418から出力される周囲光490-1が直線偏光を有するような直線偏光子を含み得る。図示のように、シャッタアセンブリ418を透過した周囲光490-1は、第4の偏光を有する。周囲光490-1は、ディスプレイ410を透過し、光学リターダ812に入射する。光学リターダ812は、周囲光490-1の偏光を第4の偏光から第1の偏光に変換しながら、周囲光490-1を透過させるように構成される。ビームスプリッタ814は、周囲光490-1の第1の部分を光学リターダ816に向けて透過させるように構成される。光学リターダ816は、周囲光490-1の第1の部分の偏光を第4の偏光に変換しながら、周囲光490-1の第1の部分を透過させるように構成される。反射板818は、周囲光490-1の第1の部分が光学アセンブリ412から出力されるように、第4の偏光を有する周囲光490-1の第1の部分を透過させるように構成される。
図8Aおよび図8Bに示すように、画像光492は、ディスプレイ410を透過した周囲光490-1と並行して、ディスプレイ410から出力される。さらに、画像光492および周囲光490-1は光学アセンブリ412を同時に透過し、その結果、画像光492の第2の部分および周囲光490-1の第1の部分が並行して光学アセンブリ412から出力される。
図9A~図9Dは、いくつかの実施形態による、ディスプレイデバイス400の時系列動作を示す概略図である。ディスプレイデバイス400に関する詳細は、図4A~図4Bおよび図8Aに関して上記で提供されており、簡潔にするためにここでは繰り返さない。ディスプレイデバイス400の時系列動作において、ディスプレイデバイスは、画像光492がディスプレイデバイス400を透過する、図9Aに示す第1のモードと、周囲光490-1がディスプレイデバイス400を透過する、図9Bに示す第2のモードとを交互に入れ替える。表示される画像光492と透過した周囲光490-1とを効率的に混合するために、ディスプレイデバイスは、フリッカ融合閾値(通常、ほとんどの表示条件で60ヘルツから90ヘルツの間)よりも速い速度で、第1モードと第2モードを交互に入れ替える(たとえば、切り替える)。
図9Aは、第1のモードでのディスプレイデバイス400の動作を示す。図示のように、ここでは制御部840に電気的に結合されるものとして示すシャッタアセンブリ418は、周囲光490-1の透過を可能にしない閉状態にある(たとえば、周囲光490-1は、ディスプレイデバイス400に入るのを遮断される)。ディスプレイ410は、画像光492を出力するように構成され、光学アセンブリ412は、画像光492をアイボックス480に向けて透過させるように構成される。
図9Bは、第2のモードでのディスプレイデバイス400の動作を示す。図示のように、シャッタアセンブリ418は、周囲光490-1の透過を可能にする開状態にある。このモードでは、ディスプレイ410は、画像光492を出力せずに周囲光490-1を透過させるように構成される。光学アセンブリ412は、周囲光490-1をアイボックス480に向けて透過させるように構成される。
ディスプレイデバイス400が第1のモードにあるときにディスプレイデバイス400内の光路に沿って伝搬する画像光492の偏光に関する詳細を、図9Cに示す。図9Cに示すように、光学アセンブリ412は、切替可能光学リターダ912(たとえば、アクティブ半波長板)と、(ビームスプリッタ514、514’’、514’’’および614のいずれかに対応する)ビームスプリッタ914と、光学リターダ916(たとえば、4分の1波長板)と、(反射板512、512’’、および612のいずれかに対応する)反射板918とを含む。第1のモードでは、シャッタアセンブリ418は「閉」状態にあり、周囲光490-1の透過を遮断するように構成される。ディスプレイ410は、第2の偏光(たとえば、LCP)を有する画像光492を光学アセンブリ412に向けて出力するように構成される。いくつかの実施形態において、ディスプレイ410は、円偏光によって画像光492がディスプレイ410から出力されることを可能にする円偏光子を含む。ここではコントローラ940に電気的に結合されたものとして示されている切替可能光学リターダ912は、「オフ」状態にあり、画像光492の偏光を変えることなく画像光492を透過させるように構成される。ビームスプリッタ914は、画像光492を受光し、画像光492の第1の部分を光学リターダ916に向けて透過させるように構成される。光学リターダ916は、画像光492の第1の部分を受光し、画像光492の第1の部分の偏光を第2の偏光から第3の偏光に変換しながら、画像光492の第1の部分を透過させるように構成される。反射板918は、光学リターダ916を透過した画像光492の第1の部分を受光し、画像光492の第1の部分を再び光学リターダ916に向けて反射するように構成される。光学リターダ916は、反射板918から反射された画像光492の第1の部分を受光し、画像光492の第1の部分の偏光を第3の偏光から第2の偏光に変換しながら画像光492の第1の部分を透過させるように構成される。ビームスプリッタ914は、第2の偏光を有する画像光492の第1の部分を受光し、第1の偏光(たとえば、RCP)を有する画像光492の第2の部分を光学リターダ916に向けて反射するように構成される。光学リターダ916は、画像光492の第2の部分の偏光を第4の偏光(たとえば、第2の直線偏光)に変換しながら、画像光492の第2の部分を反射板918に向けて透過させるように構成される。反射板918は、画像光492の第2の部分が光学アセンブリ412から出力されるように画像光492の第2の部分を透過させるように構成される。
ディスプレイデバイス400が第2のモードにあるときにディスプレイデバイス400内の光路に沿って伝搬する周囲光490-1の偏光に関する詳細を、図9Dに示す。第2のモードでは、シャッタアセンブリ418は「開」状態にあり、周囲光490-1の透過を可能にするように構成される。ディスプレイ410は、周囲光490-1を光学アセンブリ412に向けて透過させるように構成される。いくつかの実施形態において、シャッタアセンブリ418またはディスプレイ410は、シャッタアセンブリ418およびディスプレイ410を透過した周囲光490-1が円偏光を有するような円偏光子を含み得る。図示のように、シャッタアセンブリ418およびディスプレイ410を透過する周囲光490-1は、第2の偏光を有する。周囲光490-1は、切替可能光学リターダ912に入射する。切替可能光学リターダ912は「オフ」状態にあり、周囲光490-1の偏光を第2の偏光から第1の偏光に変換しながら、周囲光490-1を透過させるように構成される。ビームスプリッタ914は、周囲光490-1の第1の部分を光学リターダ916に向けて透過させるように構成される。光学リターダ916は、周囲光490-1の第1の部分の偏光を第4の偏光に変換しながら、周囲光490-1の第1の部分を透過させるように構成される。反射板918は、周囲光490-1の第1の部分が光学アセンブリ412から出力されるように、第4の偏光を有する周囲光490-1の第1の部分を透過させるように構成される。
図9Cおよび図9Dに示すように、ディスプレイデバイス400の時系列動作において、ディスプレイデバイス400は、(画像光492を表示する)第1のモードと(周囲光490-1を透過させる)第2のモードとを交互に入れ替える。したがって、所与の時点で、ディスプレイ410は、画像光492を出力するか周囲光490-1を透過させるように構成され、光学アセンブリ412は、画像光492を出力するか周囲光490-1を出力するように構成される。
いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス400は、モーションブラーアーチファクトを回避するために、低残像モードで動作し得る(たとえば、各フレームが短時間表示され、次のフレームが表示されるまで空白または暗い画面が残る)。そのような場合、ディスプレイ410は、総動作時間の10%~20%の間だけ画像光492を出力し得る。したがって、残りの動作時間(たとえば、動作時間の残りの80%~90%)の間、ディスプレイデバイス400は、周囲光490-1がユーザの眼に透過することを可能にすることができる。場合によっては、ディスプレイデバイス400は、(たとえば、周囲光をユーザの眼に透過させるための時間を調整することによって)ユーザの眼に透過される周囲光490-1の量を調整し得る。たとえば、ユーザに対して一定の輝度レベルを維持するために、周囲光490-1は、周囲照明レベルの測定値に基づいて調整され得る。別の例では、仮想画像のコントラストを強化するためのグローバル調光機能を提供するために、周囲光490-1は、仮想画像のシーンの必要性に基づいて調整され得る(たとえば、拡張現実(AR)アプリケーションでは、表示される画像の妨害を低減するために、周囲光490-1の一部、全部より少ない部分が遮断または調光され得る)。
図10は、いくつかの実施形態による、ディスプレイデバイス400に対応するディスプレイデバイス1000を示す概略図である。図示のように、ディスプレイデバイス1000は、プロジェクタ1010、光拡散器ディスプレイ1020、および光学アセンブリ1030を含む。プロジェクタ1010は、画像光1090を光拡散器ディスプレイ1020に向けて投射するように構成される。光拡散器ディスプレイ1020は、図4Dに示すディスプレイ410に対応する非発光ディスプレイであり、画像光1090を受光し、画像光492に対応する拡散画像光1092を出力するように構成される。拡散画像光1092と周囲光490-1の両方が、光拡散器ディスプレイ1020から、光学アセンブリ412、500~504、および600のいずれかに対応する光学アセンブリ1030に向けて出力される。
いくつかの実施形態において、画像光1090が直線偏光を有するときなどに、光拡散器ディスプレイ1020は、画像光1090の偏光が維持されるように、画像光1090を拡散するように動作可能である。結果として、光拡散器ディスプレイ1020から出力された拡散画像光1092は、光拡散器ディスプレイ1020に投影された画像光1090と同じ直線偏光を有することができる。たとえば、図示のように、画像光1090は、第1の直線偏光を有し、拡散画像光1092も、第1の直線偏光を有する。光拡散器ディスプレイ1020はまた、周囲光490-1を透過させるように動作可能である。同様に、周囲光490-1が直線偏光を有する場合、光拡散器ディスプレイ1020は、その偏光を変化させることなく周囲光490-1を透過させるように構成される。たとえば、周囲光490-1は、第1の直線偏光に直交する第2の直線偏光を有し得る。そのような場合、周囲光490-1は、光拡散器ディスプレイ1020を透過した後、同じ偏光(たとえば、第2の直線偏光)を維持する。
いくつかの実施形態において、光拡散器ディスプレイ1020は、一定の入射角範囲内の入射角で光拡散器ディスプレイ1020に入射する光を拡散し、一定の入射角範囲外の入射角で光拡散器ディスプレイ1020に入射する光を透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、光拡散器ディスプレイ1020は、偏光選択性である。たとえば、光拡散器ディスプレイ1020は、第1の直線偏光を有する光を拡散し、第2の直線偏光を有する光を透過させるように構成され得る。
いくつかの実施形態において、光拡散器ディスプレイ1020は、ホログラフィック光学要素(HOE)(たとえば、ホログラフィック拡散器)である。
いくつかの実施形態において、図示のように、光拡散器ディスプレイ1020は、対向する表面1020-1および表面1020-2を有する。図示のように、光拡散器ディスプレイ1020は、表面1020-1で画像光1090を受光し、拡散画像光1092が表面1020-1から出力されるように画像光1090を拡散するように構成される。画像光1090は、たとえば、(法線1011に対して)第1の角度θ1と第2の角度θ2との間、すなわちθ1<α<θ2である入射角αで、表面1020-1に入射する。光拡散器ディスプレイ1020はまた、表面1020-2で周囲光490-1を受光し、周囲光490-1が方向を変えることなく表面1020-1から出力されるように周囲光490-1を透過させるように構成される。周囲光490-は、第1の角度θ1よりも小さい、すなわちβ<θ1である入射角βで表面1020-2に入射する。拡散画像光1092および周囲光490-1は、光学アセンブリ1030によって、図4A~図4B、図5A~図5O、および図6A~図6Cに関して上述した光路を通してアイボックス480へ方向付けられる。いくつかの実施形態において、θ1は30度以下であり、θ2は60度以上である。
図11Aは、いくつかの実施形態による、切替可能ディスプレイ1110とシャッタアセンブリ1120とを含むディスプレイデバイス1100を示す概略図である。いくつかの実施形態において、切替可能ディスプレイ1110は、ディスプレイ410および図4Dに示す透過性の非発光ディスプレイに対応し、シャッタアセンブリ1120は、シャッタアセンブリ418に対応する。図示のように、切替可能ディスプレイ1110は、コントローラ1146に結合され、シャッタアセンブリ1120は、コントローラ1142に結合される。ディスプレイデバイス1100は、光学アセンブリ412ならびに光学アセンブリ500~504および600に対応する、光学アセンブリ1130も含む。図示のように、切替可能ディスプレイ1110は、シャッタアセンブリ1120と光学アセンブリ1130との間に配置される。いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス1100は、コントローラ1144に結合された1つまたは複数の画像源1140(たとえば、プロジェクタ)も含み得る。
挿入図Kは、いくつかの実施形態による、切替可能ディスプレイ1110の詳細を示している。図示のように、切替可能ディスプレイ1110は、前面1110-1、前面1110-1と対向する背面1110-2、および前面1110-1と背面1110-2との間に配置された光学的異方性分子1110-3を含む。いくつかの実施形態において、図示のように、切替可能ディスプレイ1110は、前面1110-1に結合された(たとえば、被覆された)前面電極1112-1、および背面1110-2に結合された(たとえば、被覆された)背面電極1112-2も含む。このような場合、前面電極および背面電極は、電圧源V1に動作可能に(たとえば、電気的に)結合される。いくつかの実施形態において、電圧源V1は、コントローラ1146に電気的に接続される。電圧源V1の電圧を変更することによって、光学的異方性分子1110-3(したがって、切替可能ディスプレイ1110)は、(1)入射光を拡散するか、または(2)入射光を拡散せずに入射光を透過させるように構成され得る。
挿入図Lは、いくつかの実施形態によるシャッタアセンブリ1120の詳細を示している。図示のように、シャッタアセンブリ1120は、対向する基板1120-1および基板1120-2、ならびに基板1120-1と基板1120-2との間に配置された光学的異方性分子1120-3を含む。いくつかの実施形態において、図示のように、ディスプレイは、基板1120-1に結合された(たとえば、被覆された)電極1122-1、および基板1120-2に結合された(たとえば、被覆された)電極1122-2も含む。このような場合、電極1122-1および電極1122-2は、調整可能電圧源V2に動作可能に(たとえば、電気的に)結合される。いくつかの実施形態において、電圧源V2は、コントローラ1142に電気的に接続されるか、またはコントローラ1142の一部である。光学的異方性分子1120-3(したがって、シャッタアセンブリ1120)は、シャッタアセンブリ1120を透過した周囲光490-1の強度I(たとえば、0%≦I<100%)を、電圧源V2の電圧を調整することによって、変調するように構成され得る。
いくつかの実施形態において、図11Bに示すように、シャッタアセンブリ1120は、シャッタ(たとえば、シャッタ1120-A1、1120-A2...1120-E6)の2次元アレイである。このような場合、それぞれのシャッタは、それぞれのシャッタを透過する周囲光490-1のそれぞれの部分を変調するように構成される。さらに、それぞれのシャッタは、基板1120-1上のそれぞれの電極および基板1120-2上のそれぞれの電極を含む。たとえば、図11Aの挿入図Mに示すように、(図11Bに示す)シャッタ1120-A1は、基板1120-1上に配置された電極1122-1Aと、基板1120-2上に配置された電極1122-2Aとを含む。(図11Bに示す)別のシャッタ1120-B1は、基板1120-1上に配置された電極1122-1Bと、基板1120-2上に配置された電極1122-2Bとを含む。シャッタ1120-Aの電極1122-1Aおよび電極1122-2Aは、調整可能電圧源VAに動作可能に結合され、シャッタ1120-Bの電極1122-1Bおよび電極1122-2Bは、異なる調整可能電圧源VBに動作可能に結合される。したがって、シャッタ1120-A1は、シャッタ1120-A1を透過する周囲光の一部の強度を、(たとえば、調整可能電圧源VAの電圧を調整することによって)変調するように独立して構成可能であり、シャッタ1120-B1は、シャッタ1120-B1を透過する周囲光の一部の強度を、(たとえば、調整可能電圧源VBの電圧を調整することによって)変調するように独立して構成可能である。たとえば図11Bに示すように、シャッタ1120-A1、1120-A2、1120-A3、および1120-A4は、周囲光490-1の対応する部分を第1の強度(たとえば、99.9%)で透過させるように構成され、シャッタ1112-A5および1120-A6は、周囲光490-1の対応する部分を第2の強度(たとえば、50%)で透過させるように構成され、シャッタ112-B4は、周囲光490-1の対応する部分を第3の強度(たとえば、20%)で透過させるように構成され、シャッタ1112-B5は、周囲光490-1の対応する部分の透過を遮断するように構成される(たとえば、0%透過)。
図11Cおよび図11Dに示すように、ディスプレイデバイス1100は、(図11Cに示す)第1のモードと(図11Dに示す)第2のモードとを交互に入れ替えるように構成される。
図11Cを参照すると、ディスプレイデバイス1100が第1のモードにあるとき、1つまたは複数の画像源1140は、画像光1190を切替可能ディスプレイ1110に向けて投射するように構成される。切替可能ディスプレイ1110の前面1110-1は、1つまたは複数の画像源1140から投射された画像光1190を受光し、拡散画像光492が切替可能ディスプレイ1110の前面1110-1から出力されるように、画像光1190を拡散するように構成される。切替可能ディスプレイ1110から出力された拡散画像光492は、光学アセンブリ1130によって第1の光パワーでアイボックス480へ方向付けられる。第1のモードでは、シャッタアセンブリ1120は、周囲光490-1の透過を遮断するように構成され、その結果、周囲光490-1は、シャッタアセンブリ1120を透過せず、周囲光490-1の一部たりとも(たとえば、Iは約0%)、切替可能ディスプレイ1110の背面1110-2に入射しない。
図11Dを参照すると、ディスプレイデバイス1100が第2のモードにあるとき、1つまたは複数の画像源1140は、画像光1190を切替可能ディスプレイ1110に向けて投射しないように構成される(たとえば、1つまたは複数の画像源1140がオフにされるか、または画像光1190が1つまたは複数の画像源1140から出るのを遮断される)。シャッタアセンブリ1120は、周囲光490-1の少なくとも一部が、周囲光490-1の強度よりも小さい強度(たとえば、I<100%)で周囲光490-1’としてシャッタアセンブリ1120を透過するように、シャッタアセンブリ1120を透過する周囲光490-1の強度を変調する(たとえば、変更するまたは変化させる)ように構成される。したがって、ディスプレイデバイス1100が第2のモードにあるとき、周囲光490-1’は、周囲光490-1の強度の0%から100%の間である強度Iを有することができる。切替可能ディスプレイ1110の背面1110-2は、周囲光490-1’を受光し、周囲光490-1’を光学アセンブリ1130に向けて透過させるように構成される。光学アセンブリ1130は、周囲光490-1’の方向に大きな変化を与えることなく、第2の光パワーで周囲光490-1’を透過させるように構成される。いくつかの実施形態において、周囲光490-1の強度は、シャッタアセンブリ1120を透過する周囲光490-1’が、切替可能ディスプレイ1110から出力される拡散画像光492の強度に適合する強度を有するように変調(たとえば、変化、変更)される。(たとえば、周囲光490-1’、およびディスプレイ1110から出力された拡散画像光492は、それらがユーザの眼340に到達するときに同等の強度を有する)。
第1のモードと第2のモードとを交互に入れ替えることによって、ディスプレイデバイス1100は、(画像光1190および拡散画像光492に対応する)画像光を時系列的に方向付け、(周囲光490-1および490-1’に対応する)周囲光をユーザの眼340へ透過させることが可能であり、その結果、画像光によって表示される仮想画像と、周囲光として透過した実世界からの画像とが混合されて、拡張現実環境を表示する。
図11E~図11Fは、いくつかの実施形態による、高分子分散液晶を備えた切替可能ディスプレイ1110を示す概略図である。いくつかの実施形態において、1つまたは複数の光学的異方性分子1110-3は、(図11Eおよび図11Fに示すように)高分子マトリックス1116中に形成された(たとえば、懸濁された)液晶ドメイン1114を含む高分子分散液晶(PDLC:polymer dispersed liquid crystal)媒体であり得る。たとえば、PDLC媒体は、モノマおよび/またはオリゴマの感光性組成物などのプレポリマーならびに光開始剤と混合される、ネマティック液晶などの液晶を含み得る。液晶とプレポリマーの混合物が露光されて、プレポリマーの光重合を活性化し、「スイスチーズ」形態またはポリマーボール形態のいずれかをもたらす。(図11Eおよび図11Fに示す)「スイスチーズ」形態では、ポリマー構造は、液晶によって充填される球状の空隙を含む。ポリマーボールの形態(図示せず)では、ポリマー構造は、液晶によって充填される相互連結された細孔を含む。
図示のように、PDLC媒体は、(図11Eに示すように)入射光を拡散するように、または(図11Fに示すように)入射光を拡散せずに入射光を透過させるように構成可能である。図11Eを参照すると、電圧源V1がオフである(たとえば、開回路を作成するためにオフに切り替えられるか、またはゼロ電圧を有するように設定される)場合、異なる液晶ドメイン1114中の液晶は、互いにランダムな方向を向いている。したがって、PDLC媒体は、画像光1190を受光すると、拡散画像光492を出力するように構成される。図11Fを参照すると、電圧源V1が非ゼロ電圧を生成するように(たとえば、前面1110-1と背面1110-2との間に電圧差があるように)設定されると、各液晶ドメイン1114中の液晶は整列する。したがって、PDLC媒体は、周囲光490-1’を拡散することなく(たとえば、周囲光490-1’の方向を実質的に変化させることなく)周囲光490-1’を透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、液晶によって充填された空隙は、非球形(たとえば、楕円体、または偏長回転楕円体もしくは偏球回転楕円体などの回転楕円体)である。いくつかの実施形態において、空隙中または相互連結された細孔中の液晶は、切替可能ディスプレイ1110の(たとえば、前面1110-1または背面1110-2に平行な方向に電圧を印加することによって)前面1110-1または背面1110-2に平行な方向に配列され、その結果、第1の偏光を有する光が透過され、第1の偏光に直交する第2の偏光を有する光が散乱される。
図11G~図11Hは、いくつかの実施形態による、高分子安定化液晶を備えた切替可能ディスプレイ1110を示す概略図である。いくつかの実施形態において、1つまたは複数の光学的異方性分子1110-3は、(図11Gおよび図11Hに示す)高分子網目1119によって安定化されたコレステリック液晶1118を含む高分子安定化コレステリック組織(PSCT:polymer stabilized cholesteric texture)媒体であり得る。いくつかの実施形態において、1つまたは複数の光学的異方性分子1110-3は、高分子網目1119によって安定化されたネマティック液晶を含み得る。
PSCT媒体は、入射光を拡散するように(図11Gに示す)、または入射光を拡散することなく入射光を透過させるように(図11Hに示す)構成可能である。図11Gを参照すると、電圧源V1がオフである(たとえば、開回路を作成するためにオフに切り替えられるか、またはゼロ電圧を有するように設定される)場合、らせん構造を有する(したがってキラルである)コレステリック液晶1118は、ランダムな方向を向いているドメインを形成するフォーカルコニック状態である。ランダムな方向を向いているドメインにより、PSCT媒体は、画像光492を受光すると、拡散画像光492を出力することが可能になる。図11Hを参照すると、電圧源V1が非ゼロ電圧を生成するように(たとえば、前面1110-1と背面1110-2との間に電圧差があるように)設定されると、コレステリック液晶1118はホメオトロピック状態に整列し、それにより、PSCT媒体は、周囲光490-1’を拡散することなく(たとえば、周囲光490-1’の方向を実質的に変化させることなく)周囲光490-1’を透過させることが可能になる。図示していないが、PSCT媒体は、逆モードでも動作し得る。逆モードでは、コレステリック液晶1118は、電圧差がゼロであるとき、ホメオトロピック状態に整列し、電圧差がゼロ以外であるとき、ランダムな方向を向いているドメインを有するフォーカルコニック状態になる。代替として、PSCT媒体は、2周波双安定モードでも動作し得る。2周波双安定モードでは、コレステリック液晶1118は、高周波電圧が印加されるとホメオトロピック状態からフォーカルコニック状態に移行し、コレステリック液晶1118は、低周波数電圧が印加されるとフォーカルコニック状態からホメオトロピック状態に移行する。
いくつかの実施形態において、切替可能ディスプレイ1110の光学的異方性分子1110-3は、ネマティック液晶などの液晶、およびネマティック相で液晶中に分散している無機ナノ粒子(たとえば、シリカ)を含み得る。このような場合、光学的異方性分子1110-3は、双安定であり、電圧源V1が非ゼロ電圧を生成するように(たとえば、前面1110-1と背面1110-2との間に電圧差があるように)設定することによって、透過性になるように構成され得る。このような場合、光学的異方性分子1110-3は、電圧源V1が非ゼロ電圧を生成するように設定することによって、周囲光490-1’を透過させるように構成可能である。電圧源V1がオフにされた(たとえば、電圧がゼロである)場合、光学的異方性分子1110-3は、透過性を維持するように構成される。光学的異方性分子1110-3はまた、光学的異方性分子1110-3をレーザ書き込みすること(たとえば、光学的異方性分子1110-3をレーザ光で照射すること)によって、画像光1190を散乱させるように構成可能である。光学的異方性分子1110-3は、レーザ書き込みが完了した後も散乱状態を維持し、(たとえば、非ゼロ電圧を生成するように電圧源V1を設定することによって)光学的異方性分子1110-3に非ゼロ電圧が印加されるまで、散乱状態を維持する。
図11I~図11Jは、いくつかの実施形態による、液晶および色素を備えたシャッタアセンブリ1120を示す概略図である。いくつかの実施形態において、シャッタアセンブリ1120の光学的異方性分子1120-3は、ネマティック液晶などの液晶1124、および色素(たとえば、二色性色素)1126を含む。たとえば、色素1126は、異方性分子吸収を有する二色性色素であり得る。このような場合、二色性色素は伸長分子である。いくつかの実施形態において、色素1126は、多くの異なるタイプの色素分子の組合せを含む。このような場合、色素分子の組合せは、光の可視範囲(たとえば、380nm~740nm)全体などの広範囲の波長にわたって吸収を提供するように構成される。説明したように、光学的異方性分子1120-3は、入射光の強度を変調するように構成可能である。
図11Iを参照すると、調整可能電圧源V2がオフである(たとえば、開回路を作成するためにオフに切り替えられるか、またはゼロ電圧を有するように設定される)場合、液晶1124および色素1126分子は、光の透過を可能にしない第1の方向に整列する。したがって、液晶1124および色素1126分子は、周囲光490-1の透過を遮断するように構成される。図11Jを参照すると、調整可能電圧源V2が所定の電圧Vsetに設定されると、液晶1124および色素1126は、第1の方向に直交する第2の方向に整列する。この場合、液晶1124および色素1126分子は、(100%に近い)最大強度の周囲光490-1を周囲光490-1’として透過させるように構成される。調整可能電圧源V2の電圧をゼロとVsetとの間で調整すること(たとえば、変更すること、変化させること)によって、液晶1124および色素1126分子は、第1の方向と第2の方向との間で回転し、光学的異方性分子1120-3を透過する光の量(たとえば、強度)は、液晶1124および色素1126分子の回転の程度(したがって、調整可能電圧源V2の電圧)に比例する。
代替として、調整可能電圧源V2がオフである(たとえば、開回路を作成するためにオフに切り替えられるか、またはゼロ電圧を有するように設定される)場合、液晶1124および色素1126分子が、(100%に近い)最大強度の周囲光490-1を周囲光490-1’として透過させるように構成され、調整可能電圧源V2がゼロ以外の所定の電圧Vsetに設定される場合、液晶1124および色素1126分子が、周囲光490-1の透過を遮断するように構成されるように、液晶1124および色素1126分子は整列し得る。
図11K~図11Lは、いくつかの実施形態による、ねじれネマティック液晶を備えたシャッタアセンブリ1120を示す概略図である。いくつかの実施形態において、シャッタアセンブリ1120は、シャッタアセンブリ1120の第1の側に配置される偏光子1127-1、およびシャッタアセンブリ1120の第2の側に配置される偏光子1127-2も含む。いくつかの実施形態において、各偏光子は、それぞれのシャッタ基板上に被覆または配置され得る(たとえば、偏光子1127-1は、基板1120-1上に配置され得、偏光子1127-2は、基板1120-2上に配置され得る)。2つの偏光子1127-1および1127-2は、直交偏光を選択的に透過させるように構成される。たとえば、偏光子1127-1は、第1の直線偏光を有する光を透過させるように構成され、偏光子1127-2は、第2の直線偏光を有する光を透過させるように構成されるか、またはその逆である。1つまたは複数の光学的異方性分子1120-3は、ネマティック状態の液晶1128を含む。図11Kに示すように、2つの基板1120-1および1120-2は、液晶1128が2つの基板1120-1と1120-2との間に位置し、電圧源V2がオフである(たとえば、開回路を作成するためにオフに切り替えられるか、またはゼロ電圧を有するように設定される)場合に、液晶1128が90度のねじれを形成することを指示するパターン化光配向層を含み得る。この場合、第1の直線偏光を有する周囲光490-1の一部分は、偏光子1127-1を透過し、(液晶1128のねじれ構造に起因して)第1の直線偏光から第2の直線偏光に変換されながら、光学的異方性分子1120-3を周囲光490-1’として透過する。第2の直線偏光を有する周囲光490-1’は、偏光子1127-2を透過する。電圧源V2が非ゼロ電圧を生成するように(たとえば、基板1120-1と基板1120-2との間に電圧差があるように)設定されると、液晶1128はホメオトロピック配向となるように構成される。この場合、第1の直線偏光を有する周囲光490-1の一部分は、偏光子1127-1を透過し、(液晶1128のホメオトロピック配向に起因して)偏光を変化させることなく光学的異方性分子1120-3を周囲光490-1’として透過する。第1の直線偏光を有する周囲光490-1’は、偏光子1127-2を透過しない。したがって、電圧V2が非ゼロ電圧を生成するように設定されると、シャッタアセンブリ1120は、周囲光490-1の透過を遮断するように構成される。
図11M~図11Nは、いくつかの実施形態による、高分子分散液晶を備えたシャッタアセンブリ1120を示す概略図である。いくつかの実施形態において、1つまたは複数の光学的異方性分子1120-3は、図11Eおよび図11Fに関して上述したように、高分子マトリックス1116中に懸濁された液晶ドメイン1114を含む高分子分散液晶(PDLC)媒体であり得る。PDLC媒体は、(図11Mに示すように)周囲光490-1を拡散することによって周囲光490-1の透過を遮断するように、または(図11Nに示すように)周囲光490-1を拡散せずに周囲光490-1’として透過させるように構成可能である。図11Mを参照すると、電圧源V2がオフである(たとえば、開回路を作成するためにオフに切り替えられるか、またはゼロ電圧を有するように設定される)場合、異なる液晶ドメイン1114中の液晶は、互いにランダムな方向を向いており、PDLC媒体は、周囲光490-1の透過を遮断するように構成される。図11Nを参照すると、電圧源V2が非ゼロ電圧を生成するように(たとえば、基板1120-1と基板1120-2との間に電圧差があるように)設定されると、各液晶ドメイン1114中の液晶は整列する。したがって、PDLC媒体は、周囲光490-1を拡散することなく(たとえば、周囲光490-1の方向を実質的に変化させることなく)周囲光490-1を透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、PDLC媒体は、1つまたは複数の二色性色素分子も含み得る。1つまたは複数の二色性色素分子を含むPDLC媒体は、事前定義された波長範囲内の波長を有する光を透過させる、または遮断するように構成され得る。
図11O~図11Pは、いくつかの実施形態による、高分子安定化液晶を備えたシャッタアセンブリ1120を示す概略図である。いくつかの実施形態において、1つまたは複数の光学的異方性分子1120-3は、高分子網目1119によって安定化されるコレステリック液晶1118を含む高分子安定化コレステリック組織(PSCT)媒体であり得る。PSCT媒体は、(図11Oに示すように)周囲光490-1を遮断するように、または(図11Pに示すように)周囲光490-1を拡散せずに周囲光490-1’として透過させるように構成可能である。図11Oを参照すると、電圧源V2がオフである(たとえば、開回路を作成するためにオフに切り替えられるか、またはゼロ電圧を有するように設定される)場合、コレステリック液晶1118は、周囲光490-1の透過を遮断するように構成される。図11Pを参照すると、電圧源V2が非ゼロ電圧を生成するように(たとえば、基板1120-1と基板1120-2との間に電圧差があるように)設定されると、コレステリック液晶1118はホメオトロピック状態で整列し、それにより、PSCT媒体は、周囲光490-1を拡散せずに(たとえば、周囲光490-1の方向を実質的に変化させることなく)透過させることが可能になる。逆モードおよび2周波双安定モードでのPSCT媒体の動作に関する詳細は、図11G~図11Hに関して上記で提供されており、簡潔にするためにここでは繰り返さない。
いくつかの実施形態において、シャッタアセンブリ1120の光学的異方性分子1120-3は、ネマティック液晶などの液晶、およびネマティック相で液晶中に分散している無機ナノ粒子(たとえば、シリカ)を含み得る。このような場合、光学的異方性分子1120-3は、双安定であり、電圧源V2が非ゼロ電圧を生成するように(たとえば、基板1120-1と基板1120-2との間に電圧差があるように)設定することによって、透過性になるように構成され得る。このような場合、光学的異方性分子1120-3は、電圧源V2が非ゼロ電圧を生成するように設定することによって、周囲光490-1’を透過させるように構成可能である。電圧源V2がオフにされた(たとえば、電圧がゼロである)場合、光学的異方性分子1120-3は、透過性を維持するように構成される。光学的異方性分子1120-3はまた、光学的異方性分子1120-3をレーザ書き込みすること(たとえば、光学的異方性分子1120-3をレーザ光で照射すること)によって、周囲光490-1’を散乱させるように構成可能である。光学的異方性分子1120-3は、レーザ書き込みが完了した後も散乱状態を維持し、(たとえば、非ゼロ電圧を生成するように電圧源V1を設定することによって)光学的異方性分子1120-3に非ゼロ電圧が印加されるまで、散乱状態を維持する。
図12A~図12Bは、いくつかの実施形態による、ディスプレイデバイス1200を示す概略図である。ディスプレイデバイス1200は、図4Dに示す1つまたは複数の光源430に対応するプロジェクタ(たとえば、短焦点プロジェクタ)1210と、ディスプレイ410に対応する拡散ディスプレイ1214と、光学アセンブリ412に対応する光学アセンブリ1218とを含む。いくつかの実施形態において、拡散ディスプレイ1214は、非発光ディスプレイであり、図4Dに示す非発光ディスプレイ410-Bに対応する。図示のように、プロジェクタ1210は、画像光1212を拡散ディスプレイ1214の表面1214-1に向けて投射するように構成される。拡散ディスプレイ1214は、プロジェクタ1210から投射された画像光1212を受光し、表面1212-1から拡散画像光492を出力するように構成される。光学アセンブリ1218は、拡散ディスプレイ1214から出力された拡散画像光492を受光し、拡散画像光492をアイボックス480へ方向付けるように構成される。光学アセンブリ1218を通る拡散画像光492の光路に関する詳細は、図5A~図5O、図6A~図6C、および図7A~図7Cに関して上述しており、簡潔にするためにここでは繰り返さない。
いくつかの実施形態において、拡散ディスプレイ1214は、1つまたは複数の拡散光学要素を含み得る。いくつかの実施形態において、拡散ディスプレイ1214の表面1214-1は、拡散特性を有し、光を拡散するように構成され得る。
いくつかの実施形態において、プロジェクタ1210は、サイズがコンパクトである。たとえば、プロジェクタ1210は、5センチメートル(長さ)×5センチメートル(幅)×5センチメートル(高さ)を超えない寸法を有し得る。いくつかの実施形態において、プロジェクタ1210は、2センチメートル(長さ)×2センチメートル(幅)×2センチメートル(高さ)を超えない寸法を有し得る。いくつかの実施形態において、プロジェクタ1210は、1センチメートル(長さ)×1センチメートル(幅)×1センチメートル(高さ)を超えない寸法を有し得る。いくつかの実施形態において、プロジェクタ1210は、2センチメートルから20センチメートルの間である作動距離dを有する。いくつかの実施形態において、プロジェクタ1210は、1センチメートル、2センチメートル、3センチメートル、5センチメートル、10センチメートル、15センチメートル、20センチメートル、25センチメートル、または30センチメートルのいずれか以下である作動距離dを有する。いくつかの実施形態において、拡散ディスプレイ1214は、プロジェクタ1210の画像平面上(たとえば、プロジェクタ1210の作動距離d内、または作動距離dに)配置される。
図12Aおよび図12Bに示すように、拡散ディスプレイ1214は、拡散ディスプレイ1214の中央(たとえば、中心)と交差する表面1214-1への法線方向(たとえば、y軸)に沿った光軸1216(たとえば、中心軸)を有する。いくつかの実施形態において、図示のように、プロジェクタ1210は、拡散ディスプレイ1214の中央からオフセットされた位置に配置される(たとえば、光軸1216は、拡散ディスプレイ1214の光軸1216に対して1つまたは複数の方向で軸外の位置であるプロジェクタ1210と交差しない)。図12Bに示すように、プロジェクタ1210は、拡散ディスプレイ1214の左もしくは右、および/または拡散ディスプレイ1214の上もしくは下に配置され得る。
図12Aおよび図12Bには1つのプロジェクタ1210のみを示しているが、ディスプレイデバイス1200は、1つまたは複数のプロジェクタを含み得る。たとえば、ディスプレイデバイス1200は、それぞれ赤色光、緑色光、および青色光に対応する波長を有する光を出力するように構成された3つのプロジェクタを含み得る。
図12Cおよび図12Dは、いくつかの実施形態による、ディスプレイデバイス1202を示す概略図である。図12Cに示すように、ディスプレイデバイス1202は、図4Dに示す1つまたは複数の光源430に対応する1つまたは複数のプロジェクタ1222と、図4Dに示す非発光ディスプレイ410-Bに対応するナノ粒子ディスプレイ1224と、光学アセンブリ1225とを含む。ナノ粒子ディスプレイ1224は、対向する表面1224-1および表面1224-2を有し、透過性材料1226(たとえば、アクリルまたは他の任意の透過性の高いプラスチック)を含む。ナノ粒子ディスプレイ1224は、透過性材料1226に埋め込まれ、かつ表面1224-1と表面1224-5との間に配置された複数のナノ粒子1228(たとえば、銀ナノ粒子)も含む。複数のナノ粒子は、特定の波長範囲内の光を散乱(または拡散)させるように構成される。
1つまたは複数のプロジェクタ1222は、画像光1232をナノ粒子ディスプレイ1224の表面1224-1に向けて投射するように構成される。ナノ粒子ディスプレイ1224は、画像光1232を受光し、画像光1232を拡散し、拡散画像光492を出力するように構成される。画像光1232が特定の波長範囲内にある波長を有する場合、複数のナノ粒子1228は、拡散画像光492がナノ粒子ディスプレイ1224の表面1224-1から出力されるように、画像光1232を拡散するように構成される。光学アセンブリ1225は、ナノ粒子ディスプレイ1224から出力された拡散画像光492を受光し、拡散画像光492をアイボックス480へ方向付けるように構成される。光学アセンブリ1225を通る拡散画像光492の光路に関する詳細は、図5A~図5O、図6A~図6C、および図7A~図7Cに関して上述しており、簡潔にするためにここでは繰り返さない。
ナノ粒子ディスプレイ1224はまた、表面1224-2で周囲光490-1を受光し、周囲光490-1を比較的低い損失(たとえば、10%未満の損失)で表面1224-2から表面1224-1に透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、複数のナノ粒子1228は、比較的狭いスペクトル範囲(たとえば、ある一定の波長の+/-20nm)内で光を散乱させるように構成される。このような場合、ナノ粒子ディスプレイ1224は、周囲光490-1を効率的に透過させることが可能であり(たとえば、>90%の透過)、これにより高い視認性が可能になる。いくつかの実施形態において、複数のナノ粒子1228は、赤外(IR)光を散乱させることなく可視光を散乱させるように構成される。
いくつかの実施形態において、たとえば、ディスプレイがAR用途に使用されない場合、複数のナノ粒子1228は、広帯域可視光(たとえば、400nm~700nm)を散乱させるように構成され得る。
いくつかの実施形態において、図12Dに示すように、ディスプレイデバイス1202は、2つ以上のプロジェクタ1222を含み得る。たとえば、図示のように、1つまたは複数のプロジェクタ1222は、3つのプロジェクタ、すなわち、赤色光(たとえば、赤色画像光)に対応する波長を有する画像光1232-1を投射するように構成されたプロジェクタ1222-1と、緑色光(たとえば、緑色画像光)に対応する波長を有する画像光1232-2を投射するように構成されたプロジェクタ1222-2と、青色光(たとえば、青色画像光)に対応する波長を有する画像光1232-3を投射するように構成されたプロジェクタ1222-3 1とを含み得る。さらに、プロジェクタ1222は、ユーザの眼の周辺のあらゆる場所に配置され得る。たとえば、プロジェクタ1222-1は、ユーザの右眼の上に配置され得、プロジェクタ1222-2は、ユーザの右眼の下に配置され得る。いくつかの実施形態において、各プロジェクタは、ナノ粒子ディスプレイ1224の異なる領域を照明するように構成され得る。たとえば、プロジェクタ1222-1は、ナノ粒子ディスプレイ1224の上部領域を照明するように構成され得、プロジェクタ1222-2は、ナノ粒子ディスプレイ1224の中央領域を照明するように構成され得、プロジェクタ1222-3は、ナノ粒子ディスプレイ1224の下部領域を照明するように構成され得る。いくつかの実施形態において、異なる領域のうちの各領域は、少なくとも1つの他の領域と重複し得る。代替として、異なる領域は、互いに重複しない別個の領域であり得る。
また図12Dに示すように、複数のナノ粒子1228は、異なるサイズのナノ粒子を含み得る。たとえば、図12Dの複数のナノ粒子は、第1のサイズを有するナノ粒子1228-1(たとえば、白い円)と、第2のサイズを有するナノ粒子1228-2(たとえば、灰色の円)と、第3のサイズを有するナノ粒子1228-3(たとえば、黒い円)とを含む。第1のサイズ、第2のサイズ、および第3のサイズは互いに異なる。いくつかの実施形態において、ナノ粒子のサイズは事前に決定されており、ナノ粒子が散乱させるように構成されている光の特定の波長に対応する。たとえば、ナノ粒子1228-1は、赤色光(たとえば、約630nm+/-20nm)を散乱させるように構成され得(たとえば、所定のサイズを有し得)、ナノ粒子1228-2は、緑色光(たとえば、約530nm+/-20nm)を散乱させるように構成され得(たとえば、所定のサイズを有し得)、ナノ粒子1228-3は、青色光(たとえば、約420nm+/-20nm)を散乱させるように構成され得る(たとえば、所定のサイズを有し得る)。したがって、プロジェクタ1222-1から出力された赤色画像光1232-1は、ナノ粒子1228-1によって散乱され、その結果、拡散した赤色画像光1232-1Dがナノ粒子ディスプレイ1224の表面1224-1から出力される。同様に、プロジェクタ1222-2から出力された緑色画像光1232-2は、ナノ粒子1228-2によって散乱され、その結果、拡散した緑色画像光1232-2Dがナノ粒子ディスプレイ1224の表面1224-1から出力され、プロジェクタ1222-3から出力された青色画像光1232-3は、ナノ粒子1228-3によって散乱され、その結果、拡散した青色画像光1232-3Dがナノ粒子ディスプレイ1224の表面1224-1から出力される。複数のナノ粒子に3つの異なるサイズのナノ粒子を含めることによって、異なるサイズのナノ粒子は、異なる狭いスペクトル範囲(たとえば、420nm+/-20nm、530nm+/20nm、および630nm+/-20nm)内で光を散乱させるように構成され、画像光1232(たとえば、赤色画像光1232-1、緑色画像光1232-2、および青色画像光1232-3)を使用して、表示される画像においてトゥルーカラーを作成することによって、色混合を実現できると同時に、(たとえば、低損失の)周囲光490-1が、ナノ粒子ディスプレイ1224を効率的に透過する。
図13A~図13Bは、いくつかの実施形態による、浸漬拡散反射板ディスプレイ1310を含むディスプレイデバイス1300を示す概略図である。図示のように、ディスプレイデバイス1300は、図4Dに示す1つまたは複数の光源430に対応する1つまたは複数の光源(たとえば、1つまたは複数のプロジェクタ、画像源)1312と、図4Dに示す非発光ディスプレイ410-Bに対応する浸漬拡散反射板ディスプレイ1310と、光学アセンブリ1316とを含む。浸漬拡散反射板ディスプレイ1310は、対向する表面1310-1および表面1310-2、ならびに表面1310-1と表面1310-2との間に位置する拡散表面1310-3を含む。浸漬拡散反射板ディスプレイ1310は、表面1310-1と拡散面1310-3との間に位置する第1の表示部分1310-4、および拡散面1310-3と表面1310-2との間に位置する第2の表示部分1310-5も含む。第1の表示部分1310-4は、第1の屈折率を有する第1の材料と、第1の屈折率と実質的に同じである第2の屈折率を有する第2の材料の第2の表示部分1310-5で構成される。いくつかの実施形態において、第2の材料は第1の材料と同じであり、したがって、第2の屈折率は第1の屈折率と同じである。したがって、拡散面1310-3は、第1の表示部分1310-4と第2の表示部分1310-5との間に浸漬されるか、または挟まれている。拡散面1310-3は、第1の表示部分1310-4または第2の表示部分1310-5のテクスチャ加工された(平滑ではない)表面であり得、その上に、反射偏光子またはビームスプリッタ(たとえば、50/50ミラー)などの反射コーティングが形成される。したがって、拡散面は、入射する光の少なくとも一部分を反射および散乱(または拡散)するように構成される。
1つまたは複数の光源1312は、図4Dに示す画像光432に対応する画像光1314を浸漬拡散反射板ディスプレイ1310の表面1310-1に向けて放射するように構成される。浸漬拡散反射板ディスプレイ1310は、画像光1314を受光し、画像光1314の少なくとも一部分を、画像光1314の透過した部分が拡散面1310-3に入射するように、第1の表示部分1310-4に透過させるように構成される。拡散面1310-3は、画像光1314の透過した部分を受光したことに応答して、画像光1314の部分を拡散画像光492として反射および拡散(たとえば、散乱)するように構成される。拡散画像光492の少なくとも一部分は、第1の表示部分1310-4を透過し、ディスプレイ1310の表面1310-1から出力される。光学アセンブリ1316は、浸漬拡散反射板ディスプレイ1310から出力された拡散画像光492を受光し、拡散画像光492をアイボックス480へ方向付けるように構成される。光学アセンブリ1316を通る拡散画像光492の光路に関する詳細は、図5A~図5O、図6A~図6C、および図7A~図7Cに関して上述しており、簡潔にするためにここでは繰り返さない。
浸漬拡散反射板ディスプレイ1310はまた、表面1310-2で周囲光490-1を受光し、周囲光490-1を表面1310-2から表面1310-1に透過させるように構成される。第1の表示部分1310-4および第2の表示部分1310-5は、実質的に同様の屈折率(理想的には、同じ屈折率)を有するので、周囲光490-1の一部分は、浸漬拡散反射板ディスプレイ1310の第1の表示部分1310-4および第2の表示部分1310-5を高効率(たとえば、低損失)で透過する。
いくつかの実施形態において、拡散面1310-3は、ビームスプリッタまたは50/50ミラーとしても機能する。このような場合、画像光1314の少なくとも半分は、拡散面1310-3を通って第2の表示部分1310-5へ透過し、したがって、拡散面1310-3で反射および拡散されない(たとえば、画像光1314の少なくとも50%が失われる)。同様に、周囲光490-1の少なくとも半分は、拡散面1310-3で反射され、したがって、第1の表示部分1310-4に透過されない(たとえば、周囲光490-1の少なくとも50%は、反射して周囲に戻る)。
いくつかの実施形態において、拡散面1310-3は、第1の偏光(たとえば、第1の直線偏光)を有する光を反射し、第1の偏光に直交する第2の偏光(たとえば、第2の直線偏光)を有する光を透過させるように構成された反射偏光子を含む。このような場合、図13Bに示すように、画像光1314は、画像光1314が拡散面1310-3で拡散画像光492として拡散および反射されるように、第1の直線偏光を有するように構成される。いくつかの実施形態において、表面1310-1から出力された拡散画像光492も、第1の偏光を有する。第2の直線偏光を有する周囲光490-1の一部分は、拡散面1310-3を透過する。このような場合、浸漬拡散反射板ディスプレイ1310は、拡散画像光492を出力し、周囲光490-1の一部分を高効率かつ低損失で透過させることが可能である。
図14Aは、いくつかの実施形態による、くさび形導波路1410を含むディスプレイデバイス1400を示す概略図である。図示のように、ディスプレイデバイス1400は、1つまたは複数のプロジェクタ1412と、くさび形導波路1410と、くさび形導波路1410に結合された光拡散器1416と、光学アセンブリ1420とを含む。くさび形導波路1410は、くさび形導波路1410の第1の端部の近くに位置する誘導部分1410-Gと、くさび形導波路1410の第2の端部の近くに位置する出力部分1410-O(たとえば、くさび形部分)とを含む。くさび形導波路1410は、くさび形導波路1410の第1の端部に配置された入力面1410-1も含む。誘導部分1410-Gにおいて、くさび形導波路1410は、互いに実質的に平行である(たとえば、5度未満の角度を形成する)2つの対向する表面1410-2および表面1410-3を含む。いくつかの実施形態において、図示のように、入力面1410-1は、くさび形導波路1410の誘導部分1410-G内の対向する表面1410-2および表面1410-3のいずれにも垂直ではない。出力部分1410-Oにおいて、くさび形導波路は、出力面1410-4と、出力面1410-4に対して角度θ(たとえば、鋭角)を形成する対向する表面1410-5とを有する。出力面1410-4は、光拡散器1416の表面1416-1に(たとえば、光学的に)結合される。光拡散器1416は、2つの対向する表面1416-1および表面1416-2を有する。
1つまたは複数のプロジェクタ1412は、くさび形導波路1410の入力面1410-1に向けて画像光1414を出力するように構成される。画像光1414は、入力面1410-1を透過し、導波路の第2の端部に向けて伝搬する。くさび形導波路1410の誘導部分1410-Gでは、画像光1414が、非常に低い損失(たとえば、1%未満の損失)で全内部反射によって誘導される。くさび形導波路1410の出力部分1410-Oでは、画像光1414が、出力面1410-2でくさび形導波路1410から出力される。出力面1410-2と表面1410-3との間の角度θに起因して、画像光1414は、全内部反射の条件を満たさない角度で出力面1410-2の様々な部分に入射する(たとえば、画像光1414は、臨界角よりも小さい角度で出力面1410-2の様々な部分に入射する)。したがって、画像光1414は、出力面1410-2でくさび形導波路1410から出力され、光拡散器1416の中に結合される。光拡散器1416は、くさび形導波路の出力面1410-2から出力された画像光1414を受光し、光拡散器1416の表面1416-2から拡散画像光492を出力するように構成される。光学アセンブリ1420は、光拡散器1416から出力された拡散画像光492を受光し、拡散画像光492をアイボックス480へ方向付けるように構成される。光学アセンブリ1420を通る拡散画像光492の光路に関する詳細は、図5A~図5O、図6A~図6C、および図7A~図7Cに関して上述しており、簡潔にするためにここでは繰り返さない。
図14Bは、いくつかの実施形態による、くさび形導波路内の光路の例を示す概略図である。図示のように、画像光1414は、入力面1410-1を介してくさび形導波路1410に入る。画像光1414は、くさび形導波路1410の誘導部分1410-Gにおける全内部反射によって誘導される。くさび形導波路1410の出力部分1410-Oでは、画像光1414が出力面1410-2から出力される。図14Bには、くさび形導波路1410を透過した画像光1414の光路が示されており、異なる破線は、入力面1410-1への異なる入射角を有する光線を表す。
いくつかの実施形態において、図14Bに示すように、くさび形導波路1410は、プロジェクタ1412から出力された画像光1414を受光し、画像光1414を入力面1410-1を介してくさび形導波路1410の中に結合するように構成された、結合構成要素(たとえば、結合プリズム、結合光学要素、カスタマイズされたレンズまたはカスタマイズされたホログラフィック光学要素などのカスタマイズされた光学部品)を含む。
図15は、いくつかの実施形態による、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ412、500~504、600)に光を透過させる方法1500を示す流れ図である。方法1500は、(ステップ1510)画像光492を第1の光路で透過させることを含み、画像光492を第1の光路で透過させることは、(ステップ1512)基板510の表面510-1で画像光492を受光することを含む。基板510はまた、表面510-1と対向して実質的に平行である(たとえば、89度から91度の間の角度を形成する)表面510-2、ならびに基板510に結合された反射板512、および基板510に結合されたビームスプリッタ514を含む。方法1500はまた、(ステップ1514)第1の光路が反射板およびビームスプリッタでの反射を含むように、第2の表面から画像光を出力することを含む。方法1500は、(ステップ1520)周囲光490-1および周囲光490-2を第1の光路とは異なる第2の光路で透過させることをさらに含む。周囲光を透過させることは、(ステップ1522)表面510-1で周囲光490を受光することと、(ステップ1524)周囲光490-1および周囲光490-2を反射板512での反射もビームスプリッタ514での反射も受けることなく第2の表面510-2から出力することとを含む。
いくつかの実施形態において、方法1500は、画像光492を第1の光パワーで出力することと、周囲光を第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで透過させることとを含む。いくつかの実施形態において、第2の光パワーはゼロである。
いくつかの実施形態において、方法1500は、大幅な光学的歪みおよび/または収差を加えることなく、周囲光490-1および周囲光490-2を透過させることも含む。
図16は、いくつかの実施形態による、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ600)に光を透過させる方法1600を示す流れ図である。(ステップ1610)画像光492を透過させる方法1600は、(ステップ1612)基板610の曲面610-1で画像光492を受光することを含む。曲面610-1は、第1の湾曲輪郭を有する。方法1600はまた、(ステップ1614)第2の湾曲輪郭を有し、曲面610-1に実質的に平行である反射板612で画像光492を反射することと、(ステップ1616)ビームスプリッタ614で画像光492を反射することとを含む。ビームスプリッタ614は、曲面610-1上にあり、曲面610-1の湾曲輪郭に一致する。方法1600は、(ステップ1618)画像光を反射板612から第1の光パワーで出力することも含む。(ステップ1620)周囲光490-1および周囲光490-2を透過させる方法1600は、(ステップ1622)曲面610-1で周囲光490-1および周囲光490-2を受光することと、(ステップ1624)周囲光490-1および周囲光490-2を、反射板612で反射することなく光学アセンブリ600に透過させることとを含む。方法1600は、(ステップ1626)周囲光490-1および周囲光490-2を第1のパワーよりも小さい第2のパワーで光学アセンブリ600から出力することも含む。いくつかの実施形態において、第2の光パワーはゼロである。
いくつかの実施形態において、方法1500は、大幅な光学的歪みおよび/または収差を加えることなく、周囲光490-1および周囲光490-2を透過させることも含む。
図17は、いくつかの実施形態による、VBG714を含む光学アセンブリ700に光を透過させる方法1700を示す流れ図である。方法1700は、(ステップ1710)画像光492を第1の光路で透過させることと、(ステップ1720)周囲光490-1を第1の光路とは異なる第2の光路で透過させることとを含む。画像光492を透過させることは、(ステップ1712)基板710の第1の表面710-1で画像光492を受光することを含む。基板710はまた、第1の表面710-1と対向して実質的に平行である第2の表面710-2と、反射板712と、VBG714とを含む。VBG714は、第1の所定の角度範囲θ1内の入射角でVBGに入射する光を透過させ、第1の所定の角度範囲とは異なる第2の所定の角度範囲θ2内の入射角でVBGに入射する光を反射するように構成される。画像光492を透過させることは、(ステップ1714)反射板712およびVBG714での反射を含む光路を介して、画像光492を第2の表面710-2から第1の光パワーで出力することも含む。方法1700は、(ステップ1720)周囲光490-1を第1の光路とは異なる第2の光路で透過させることも含む。周囲光490-1を透過させることは、(ステップ1722)第1の表面で周囲光490-1を受光することと、(ステップ1724)反射板712での反射もVBG714での反射も含まない第2の光路を介して、周囲光490-1を第2の表面710-2から第2の光パワーで出力することとを含む。第2の光パワーは、第1の光パワーよりも小さい。
図18は、いくつかの実施形態による、拡張現実アプリケーションのためのディスプレイデバイス400を動作させる方法1800を示す流れ図である。方法1800は、(ステップ1810)ディスプレイ410の前面410-2から画像光492を出力することを含む。ディスプレイ410は、前面410-2と対向する背面410-1も含む。方法1800は、(ステップ1820)周囲光490-1を背面410-1から前面410-2に透過させることも含む。方法1800は、(ステップ1830)光学アセンブリ412で前面410-2から出力された画像光492を受光することと、(ステップ1840)画像光492の一部分を第1の光パワーで透過させることとをさらに含む。方法1800はまた、(ステップ1850)光学アセンブリ412で前面410-2から出力された周囲光490-1を受光することと、(ステップ1860)周囲光490-1の一部分を第1の光パワーとは異なる第2の光パワーで透過させることとを含む。いくつかの実施形態において、第2の光パワーは、第1の光パワーよりも小さい。いくつかの実施形態において、第2の光パワーは、ゼロまたはごくわずかである。
いくつかの実施形態において、(ステップ1822)画像光492がディスプレイ410の前面410-2から出力されると同時に、周囲光490-1がディスプレイ410の前面410-2から出力される。
いくつかの実施形態において、(ステップ1824)ディスプレイ410の前面410-2から周囲光490-1が出力されることと、ディスプレイ410の前面410-2から画像光492が出力されることとが交互に繰り返される。
いくつかの実施形態において、(ステップ1832)画像光492は、第1の偏光(たとえば、RCP)を有し、(ステップ1852)周囲光490-1は、第1の偏光とは異なる(たとえば、直交する)第2の偏光を有する。
いくつかの実施形態において、(ステップ1842)画像光492の部分は、1つまたは複数の折り畳みを含む光路を介して光学アセンブリ412を透過し、(ステップ1862)周囲光490-1の部分は、折り畳みを一切含まない異なる光路を介して光学アセンブリ412を透過する。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ412は、大幅な光学収差なしに周囲光490-1の部分を透過させるように構成される。
図19は、いくつかの実施形態による、光拡散器ディスプレイを含むディスプレイデバイスにおいて光を透過させる方法1900を示す流れ図である。方法1900は、(ステップ1910)光拡散器ディスプレイ1020において画像光1090を受光することと、画像光1090を受光したことに応答して、(ステップ1920)画像光の偏光を変化させることなく光拡散器ディスプレイ1020から拡散画像光1092を出力することとを含む。方法1900は、(ステップ1930)拡散画像光1092を光学アセンブリ1030に第1の非ゼロ光パワーで透過させることも含む。ステップ1932に示すように、光学アセンブリ1030は、第1の表面と、第1の表面と対向して実質的に平行である第2の表面とを有する基板、基板に結合された反射板、および基板に結合されたビームスプリッタを含む。拡散画像光1092を光学アセンブリ1030に第1の非ゼロ光パワーで透過させることは、(ステップ1934)反射板およびビームスプリッタで拡散画像光1092を反射することを含む。方法1900は、(ステップ1940)光拡散器ディスプレイ1020において周囲光490-1を受光することと、(ステップ1950)光拡散器ディスプレイ1020から、周囲光490-1の少なくとも第1の部分を出力することとをさらに含む。方法1900は、(ステップ1960)周囲光490-1の第2の部分を、第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで光学アセンブリ1030に透過させることも含む。ステップ1962に示すように、周囲光490-1の第2の部分は、反射板でもビームスプリッタでも反射することなく光学アセンブリ1030を透過する。
いくつかの実施形態において、画像光1090および拡散画像光1092は、第1の直線偏光を有し、周囲光は、第1の直線偏光に直交する第2の直線偏光を有する。
いくつかの実施形態において、方法1900はまた、プロジェクタ1010から光拡散器ディスプレイ1020に向けて画像光1090を投射することと、光拡散器ディスプレイ1020で画像光1090を受光することと、光拡散器ディスプレイ1020から拡散画像光1092が出力されるように、光拡散器ディスプレイ1020で画像光1090を拡散することとを含む。
いくつかの実施形態において、画像光1090は、光拡散器ディスプレイ1020の第2の表面1020-2で受光され、拡散画像光1092は、光拡散器ディスプレイ1020の第2の表面1020-2から出力される。
いくつかの実施形態において、光拡散器ディスプレイ1020は、第1の方向に伝搬する画像光1090を受光し、拡散画像光1092が複数の方向に伝搬するように、画像光1090を拡散するように構成される。
いくつかの実施形態において、拡散画像光1092が光拡散器ディスプレイ1020から出力されると同時に、周囲光490-1の第1の部分が光拡散器ディスプレイ1020に透過され、周囲光490-1の第2の部分および拡散画像光1092は、光学アセンブリ1030を同時に透過する。
いくつかの実施形態において、第2の光パワーはゼロである。
いくつかの実施形態において、周囲光490-1の第2の部分は、大幅な光学収差なしに、好ましくは光学収差なしに、光学アセンブリ1030を透過する。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ1030の基板は、実質的に均一な厚さを有する。
図20A~図20Cは、いくつかの実施形態による、切替可能ディスプレイデバイス1100を動作させる方法2000を示す流れ図である。方法2000は、(ステップ2010)切替可能ディスプレイデバイス1100を第1のモードで動作させることを含む。切替可能ディスプレイデバイス1100を動作させることは、(ステップ2012)切替可能ディスプレイ1110の前面1110-1で画像光1190を受光することと、(ステップ2016)画像光1190を拡散して前面1110-1から拡散画像光492を出力することと、少なくとも1つの折り畳みを含む第1の光路を介して、拡散画像光492の一部分を光学アセンブリ1130に第1の光パワーで透過させることとを含む。いくつかの実施形態において、(ステップ2014)切替可能ディスプレイ1110は、前面1110-1に結合された前面電極1112-1、背面1110-2に結合された背面電極1112-2、および前面1110-1と背面1110-2との間に配置された光学的異方性分子1110-3を含む。前面電極1112-1および背面電極1112-2は、第1の電圧源V1に動作可能に結合される。ディスプレイデバイス1100を第1のモードで動作させることは、第1の電圧源V1をオフにすることを含む。
方法2000は、(ステップ2020)ディスプレイデバイス1100を第2のモードで動作させることも含み、ディスプレイデバイス1100を第2のモードで動作させることは、(ステップ2022)切替可能ディスプレイ1110の背面1110-2で周囲光490-1を受光することを含む。いくつかの実施形態において、(ステップ2022-A)周囲光490-1は、2つの基板1120-1および1120-2と、2つのシャッタ基板の間に配置された光学的異方性分子1120-3とを含むシャッタアセンブリ1120を透過する。いくつかの実施形態において、(ステップ2022-A1)シャッタアセンブリ1120は、基板のうちの一方1120-1に結合された第1の電極1122-1と、他方の基板1120-2に結合された第2の電極1122-2とを含む。第1の電極および第2の電極は、調整可能な電圧を有する第2の電圧源V2に動作可能に結合される。いくつかの実施形態において、方法2000は、(ステップ2024)光学的異方性分子1120-3を構成することによって、周囲光490-1を変調する(たとえば、周囲光490-1の強度を変調する)ことも含む。周囲光490-1を変調することは、(ステップ2024-A)第2の電圧源V2の調整可能な電圧を調整することを含み得る。いくつかの実施形態において、シャッタアセンブリ1120を透過する周囲光490-1’の強度を、切替可能ディスプレイ1110から出力される拡散画像光492の強度に一致するように変更するために、第2の電圧源V2の調整可能な電圧が調整される。いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス1100を第2のモードで動作させることはまた、(ステップ2026)第1の電圧源V1を第1の電圧に設定することと、(ステップ2028)周囲光490-1’を切替可能ディスプレイ1110に透過させることと、(ステップ2029)折り畳みを一切含まない第2の光路を介して、周囲光490-1’の一部分を、第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで光学アセンブリ1130に透過させることとを含む。
いくつかの実施形態において、方法2000は、(ステップ2030)ディスプレイデバイス1100が拡張現実アプリケーションを実行しているかどうかを検出することも含む。(ステップ3032)ディスプレイデバイス1100が拡張現実アプリケーションを実行しているとの検出に応答して、第1のモードと第2のモードとを交互に入れ替えることによってディスプレイデバイス1100を動作させること、および(ステップ3034)ディスプレイデバイス1100が拡張現実アプリケーションを実行していないとの検出に応答して、ディスプレイデバイスを第1のモードで動作させること。
図21A~図21Dは、1つまたは複数の画像を表示する方法2100を示す流れ図である。方法2100は、(ステップ2112)1つまたは複数のプロジェクタ(たとえば、1つまたは複数のプロジェクタ1210、1222、1312、1412)から画像光(たとえば、画像光1212、1232、1314、1414、432)を投射することを含む。方法2100はまた、(ステップ2112)1つまたは複数のプロジェクタから投射された画像光を、ディスプレイ(たとえば、ディスプレイ1214、1224、1310、1400、410)で受光することと、(ステップ2114)画像光をディスプレイで拡散することと、(ステップ2116)拡散画像光(たとえば、拡散画像光492、1232-1D、1232-2D、1232-3D)をディスプレイの第1の表面(たとえば、表面1214-1、1224-1、1310-1、1416-2)から出力することとを含む。方法は、(ステップ2118)ディスプレイの第2の表面(たとえば、表面1214-2、1224-2、1310-2、1410-2)で周囲光(たとえば、周囲光490-1)を受光することと、(ステップ2020)ディスプレイの第1の表面から周囲光を出力することとをさらに含む。第2の表面は、第1の表面と対向する。方法2100はまた、(ステップ2122)画像光と周囲光のいずれかを光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ1218、1225、1316、1240、412、500~504、600)で受光することと、(ステップ2124)1つまたは複数の折り畳みを含む第1の光路において画像光を透過させることと、(ステップ2126)第1の光路とは異なる第2の光路において周囲光を透過させることとを含む。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリは、拡散画像光を第1の非ゼロ光パワーで透過させ、周囲光を第1の光パワーとは異なる(たとえば、より少ない)第2の光パワーで透過させるように構成される。いくつかの実施形態において、第2の光パワーはゼロである。
いくつかの実施形態において、(ステップ2110-A)1つまたは複数のプロジェクタは、ディスプレイの光軸に対して軸外の位置に配置され、1つまたは複数のプロジェクタは、ディスプレイから2インチ未満に位置する。
いくつかの実施形態において、図21Bに示すように、ステップ2130において、ディスプレイ1310は、ディスプレイ1310の第1の表面1310-1と第2の表面1310-2との間に位置する拡散面1310-3を含む。ディスプレイ1310は、ディスプレイの第1の表面1310-1と拡散面1310-3との間に位置し、第1の屈折率を有する、第1の表示部分1310-4)も含む。ディスプレイは、拡散面1310-3と第2の表面1310-2との間に位置し、第1の屈折率に等しい第2の屈折率を有する、第2の表示部分1310-5も含む。拡散面は、画像光1314を拡散するように構成される。このような場合、(ステップ2132)ディスプレイ1310で画像光1314を拡散することは、拡散面1310-3で画像光1314を拡散することを含む。
いくつかの実施形態において、図21Cに示すように、ステップ2112-Aにおいて、ディスプレイは、くさび形導波路1410と、くさび形導波路1410の表面1410-2に結合された光拡散器1416とを含む。くさび形導波路1410の少なくとも一部分1410-Oは、ディスプレイの第1の表面と第2の表面との間に配置される。このような場合、(ステップ2112-B)1つまたは複数のプロジェクタ1412から画像光1414を投射することは、画像光1414をくさび形導波路1410の入力面1410-1に投射することを含む。方法2100は、(ステップ2112-C)1つまたは複数のプロジェクタ1412からの画像光1414をくさび形導波路1410で受光することと、(ステップ2112-D)画像光1414を全内部反射によって光拡散器1416に向けて伝搬することと、(ステップ2112-E)導波路の表面1410-2から画像光を出力することとを含む。このような場合、(ステップ2114-A)画像光1414をディスプレイで拡散することは、くさび形導波路1410から出力された画像光1414を受光したことに応答して、光拡散器1416で画像光1414を拡散することを含む。
いくつかの実施形態において、図21Dに示すように、ステップ2113-Aにおいて、ディスプレイ1224は、第1の表面1224-1と第2の表面1224-2との間に複数のナノ粒子1228を含む。このような場合、(ステップ2114-B)ディスプレイ1224で画像光1232を拡散することは、1つまたは複数のプロジェクタ1222からの画像光1232を、複数のナノ粒子1228によって散乱させることを含む。
これらの原理に照らして、次に、光学アセンブリおよびディスプレイデバイスの特定の実施形態に移る。
いくつかの実施形態によれば、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ500~504)は、基板(たとえば、基板510)を含む。基板は、第1の表面(たとえば、第1の表面510-1)と、第1の表面と対向して実質的に平行である(たとえば、89度から91度の間の角度を形成する)第2の表面(たとえば、第2の表面510-2)とを有する。光学アセンブリは、反射板(たとえば、反射板512B)およびビームスプリッタ(たとえば、ビームスプリッタ514)も含み、これらはそれぞれ基板に結合される。光学アセンブリは、第1の表面で受光された第1の光(たとえば、画像光492)を、第1の光が第2の表面から出力される前に、反射板での反射およびビームスプリッタでの反射を含む光路において透過させるように構成される。光学アセンブリはまた、第1の表面で受光された第2の光(たとえば、周囲光490-1および周囲光490-2)を、第2の光が反射板での反射もビームスプリッタでの反射も受けることなく第2の表面から出力されるように透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ500~504)はまた、第1の光(たとえば、画像光492)を第1の光パワー(たとえば、非ゼロ光パワー)で出力し、第2の光(たとえば、周囲光490-1および周囲光490-2)を第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで透過させるように構成される。いくつかの実施形態において、第2の光パワーはゼロである。いくつかの実施形態において、光学アセンブリは、大幅な光学収差を加えることなく第2の光を透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、反射板(たとえば、反射板512)は、反射偏光子(たとえば、反射偏光子512B)と、光学リターダ(たとえば、光学リターダ512A)とを含む。
いくつかの実施形態において、ビームスプリッタ(たとえば、ビームスプリッタ514)は、第1の表面(たとえば、第1の表面510-1)と第2の表面(たとえば、第2の表面510-2)との間に配置される。ビームスプリッタは、第1の光パワーに寄与する複数のフレネル構造を含む。いくつかの実施形態において、フレネル構造は、可変ピッチおよび動的ドラフトのうちの1つまたは複数を有する。いくつかの実施形態において、フレネル構造は、平面(たとえば、平坦な)輪郭を形成する。
いくつかの実施形態において、反射板(たとえば、反射板512)は、湾曲した反射面を有し、ビームスプリッタ(たとえば、ビームスプリッタ514)と第2の表面(たとえば、第2の面510-2)との間に配置される。湾曲した反射面は、第1の光パワーに寄与する第1の曲率半径を有する。いくつかの実施形態において、フレネル構造は、可変ピッチおよび動的ドラフトのうちの1つまたは複数を有する。いくつかの実施形態において、反射板は、第1の表面および第2の表面のそれぞれから離間している。
いくつかの実施形態において、反射板(たとえば、反射板512)は、ビームスプリッタ(たとえば、ビームスプリッタ514)と第2の表面(たとえば、第2の表面510-2)との間に配置される。いくつかの実施形態において、フレネル構造は、第1の光パワーに寄与する第2の曲率半径を有する湾曲輪郭を形成する。いくつかの実施形態において、フレネル構造は、可変ピッチおよび動的ドラフトのうちの1つまたは複数を有する。いくつかの実施形態において、ビームスプリッタは、第1の表面(たとえば、第1の表面)および第2の表面のうちの1つまたは複数から離間している。いくつかの実施形態において、反射偏光子(たとえば、反射偏光子512B)および光学リターダ(たとえば、光学リターダ512A)は、平坦である(たとえば、平面輪郭を有する)。
いくつかの実施形態において、ビームスプリッタ(たとえば、ビームスプリッタ514)は、第1の表面(たとえば、第1の表面510-1)上に配置され、反射板(たとえば、反射板512)は、第2の表面(たとえば、第2の表面)上に配置される。反射板は、第1の光(たとえば、画像光492)を第1の光が第1の光パワーで出力されるように反射し、第2の光(たとえば、周囲光490-1および周囲光490-2)を第2の光が第2の光パワーで出力されるように透過させるように構成された、偏光感受性ホログラム(PSH)(たとえば、PSH512C)を含む。
いくつかの実施形態において、ビームスプリッタ(たとえば、ビームスプリッタ514)は、第2の表面(たとえば、第2の表面512)上に配置される。反射板(たとえば、反射板512)は、第1の表面(たとえば、第1の表面510-1)上に配置され、PSH(たとえば、PSH512C)を含む。PSHは、第1の光(たとえば、画像光492)を第1の光が第1の光パワーで出力されるように反射し、第2の光(たとえば、周囲光490-1および周囲光490-2)を第2の光が第2の光パワーで出力されるに透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、第1の表面(たとえば、第1の表面510-1)および第2の表面(たとえば、第2の表面510-2)は、平面である。
いくつかの実施形態において、第1の表面(たとえば、第1の表面510-1)および第2の表面(たとえば、第2の表面510-2)はそれぞれ、第3の曲率半径を有する。いくつかの実施形態において、第3の曲率半径は75ミリメートルより大きい。
いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス(たとえば、ディスプレイデバイス400)は、ディスプレイ(たとえば、ディスプレイ410)と、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ500~504)とを含む。ディスプレイは、画像光(たとえば、画像光492)を出力し、周囲光(たとえば、周囲光490-1および周囲光490-2)を透過させるように構成される。光学アセンブリは、基板(たとえば、基板510)と、基板に結合された反射板(たとえば、反射板512)と、基板に結合されたビームスプリッタ(たとえば、ビームスプリッタ514)とを含む。光学アセンブリは、ディスプレイから出力された画像光を第1の表面で受光し、画像光が第2の表面から出力される前に、画像光を反射板での反射およびビームスプリッタでの反射を含む光路において透過させるように構成される。光学アセンブリはまた、周囲光(たとえば、周囲光490-1および周囲光490-2)を第1の表面で受光し、周囲光が反射板での反射もビームスプリッタでの反射も受けることなく第2の表面から出力されるように、周囲光を透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ500~504)は、画像光(たとえば、画像光492)を第1の光パワー(たとえば、非ゼロ光パワー)で出力し、周囲光(たとえば、周囲光490)を第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、ビームスプリッタ(たとえば、ビームスプリッタ514)は、第1の表面(たとえば、第1の表面510-1)と第2の表面(たとえば、第2の表面510-2)との間に配置される。ビームスプリッタは、第1の光パワーに寄与する複数のフレネル構造を含む。いくつかの実施形態において、フレネル構造は、可変ピッチおよび動的ドラフトのうちの1つまたは複数を有する。いくつかの実施形態において、フレネル構造は、平面(たとえば、平坦な)輪郭を形成する。
いくつかの実施形態において、反射板(たとえば、反射板512)は、湾曲した反射面を有し、ビームスプリッタ(たとえば、ビームスプリッタ514)と第2の表面(たとえば、第2の表面510-2)との間に配置される。湾曲した反射面は、第1の光パワーに寄与する第1の曲率半径を有する。いくつかの実施形態において、フレネル構造は、可変ピッチおよび動的ドラフトのうちの1つまたは複数を有する。いくつかの実施形態において、反射板は、第1の表面および第2の表面のそれぞれから離間している。
いくつかの実施形態において、反射板(たとえば、反射板512)は、ビームスプリッタ(たとえば、ビームスプリッタ514)と第2の表面(たとえば、第2の表面510-2)との間に配置される。いくつかの実施形態において、フレネル構造は、第1の光パワーに寄与する第2の曲率半径を有する湾曲輪郭を形成する。いくつかの実施形態において、フレネル構造は、可変ピッチおよび動的ドラフトのうちの1つまたは複数を有する。いくつかの実施形態において、ビームスプリッタは、第1の表面(たとえば、第1の表面)および第2の表面のうちの1つまたは複数から離間している。いくつかの実施形態において、反射偏光子(たとえば、反射偏光子512B)および光学リターダ(たとえば、光学リターダ512A)は、平坦である(たとえば、平面輪郭を有する)。
いくつかの実施形態において、ビームスプリッタ(たとえば、ビームスプリッタ514)は、第1の表面(たとえば、第1の表面510-1)上に配置され、反射板(たとえば、反射板512)は、第2の表面(たとえば、第2の表面)上に配置される。反射板は、第1の光(たとえば、画像光492)を第1の光が第1の光パワーで出力されるように反射し、第2の光(たとえば、周囲光490-1および周囲光490-2)を第2の光が第2の光パワーで出力されるように透過させるように構成された、PSH(たとえば、PSH512C)を含む。
いくつかの実施形態において、ビームスプリッタ(たとえば、ビームスプリッタ514)は、第2の表面(たとえば、第2の表面512)上に配置される。反射板(たとえば、反射板512)は、第1の表面(たとえば、第1の表面510-1)上に配置され、PSH(たとえば、PSH512C)を含む。PSHは、第1の光(たとえば、画像光492)を第1の光が第1の光パワーで出力されるように反射し、第2の光(たとえば、周囲光490-1および周囲光490-2)を第2の光が第2の光パワーで出力されるに透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、第1の表面(たとえば、第1の表面510-1)および第2の表面(たとえば、第2の表面510-2)は、平面である。
いくつかの実施形態において、第1の表面(たとえば、第1の表面510-1)および第2の表面(たとえば、第2の表面510-2)はそれぞれ、第3の曲率半径を有する。いくつかの実施形態において、第3の曲率半径は75ミリメートルより大きい。
いくつかの実施形態によれば、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ500~504)に光を透過させる方法(たとえば、方法1500)は、(ステップ1510)画像光(たとえば、画像光492)を第1の光路において透過させることと、(ステップ1520)周囲光(たとえば、周囲光490-1および周囲光490-2)を第1の光路とは異なる第2の光路において透過させることとを含む。画像光を第1の光路において透過させることは、(ステップ1512)基板(たとえば、基板510)の第1の表面(たとえば、第1の表面510-1)で画像光を受光すること含む。基板は、第1の表面と対向して実質的に平行である(たとえば、89度から91度の間の角度を形成する)第2の表面(たとえば、第2の表面510-2)と、基板に結合された反射板(たとえば、反射板512)と、基板に結合されたビームスプリッタ(たとえば、ビームスプリッタ514)とを含む。画像光を透過させることは、(ステップ1514)画像光を第2の表面から出力することも含む。第1の光路は、反射板とビームスプリッタの両方での反射を含む(たとえば、第1の光路は、1つまたは複数の折り畳みを含む)。(ステップ1520)周囲光を第2の光路において透過させることは、(ステップ1522)第1の表面で周囲光を受光することと、(ステップ1524)周囲光を反射板での反射もビームスプリッタでの反射も受けることなく第2の表面から出力することとを含む(たとえば、第2の光路は、折り畳みを一切含まない)。
いくつかの実施形態によれば、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ600)は、第1の湾曲輪郭を有する第1の表面(たとえば、第1の表面610-1)を有する基板(たとえば、基板610)を含む。光学アセンブリは、第2の湾曲輪郭を有し、第1の表面と対向して平行である、第2の表面(たとえば、第2の表面610-2)も含む。光学アセンブリは、第1の表面上に配置され、第1の表面の第1の湾曲輪郭に一致する、ビームスプリッタ(たとえば、ビームスプリッタ614)も含む。光学アセンブリは、第2の表面上に配置され、第2の表面の第2の湾曲輪郭に一致する、反射板(たとえば、反射偏光子612B)をさらに含む。光学アセンブリは、第1の光(たとえば、画像光492)を第1の表面で受光し、第1の光を反射板から出力する前に、第1の光を反射板で反射し、続いてビームスプリッタで反射するように構成される。第1の光は、光学アセンブリを第1の非ゼロ光パワーで透過する。光学アセンブリはまた、第2の光(たとえば、周囲光490-1および周囲光490-2)を、反射板で反射することなく光学アセンブリに透過させるように構成される。第2の光は、第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで光学アセンブリを透過する。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ600)は、ビームスプリッタと反射板(たとえば、反射偏光子612B)との間に配置された光学リターダ(たとえば、光学リターダ612A)をさらに含む。
いくつかの実施形態において、第2の光パワーはゼロである。
いくつかの実施形態において、第1の表面(たとえば、第1の表面610-1)および第2の表面(たとえば、第2の表面610-2)はそれぞれ、曲率を有する。第1の光パワーは曲率に依存する。
いくつかの実施形態において、第1の表面(たとえば、第1の表面610-1)で受光された第1の光(たとえば、画像光492)は、第1の方向に伝搬している。第1の光は、第1の方向とは異なる第2の方向に反射板(たとえば、反射偏光子612B)から出力される。第1の表面で受光された第2の光(たとえば、周囲光490-1および周囲光490-2)は、第3の方向に伝搬しており、第2の光は、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ600)から、第3の方向に実質的に平行である(たとえば、1度未満の角度を形成する)第4の方向に出力される。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ600)は、大幅な光学収差なしに第2の光(たとえば、周囲光490-1および周囲光490-2)を透過させるように構成される。いくつかの実施形態において、光学アセンブリは、光学収差なしに第2の光を透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、第1の表面(たとえば、第1の表面610-1)で受光される第1の光(たとえば、画像光492)は、第1の偏光を有し、反射板(たとえば、反射偏光子612B)から出力される第1の光は、第1の偏光とは異なる第2の偏光を有し、第1の表面で受光される第2の光は、第1の偏光および第2の偏光のそれぞれとは異なる第3の偏光を有し、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ600)から出力される第2の光は、第2の偏光を有する。
いくつかの実施形態において、反射板(たとえば、反射偏光子612B)は、反射板に入射する光を、光の偏光に応じて反射または透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、基板(たとえば、基板610)は、実質的に均一な厚さを有する。
いくつかの実施形態において、第1の湾曲輪郭および第2の湾曲輪郭は、同心球形輪郭である。
いくつかの実施形態によれば、ディスプレイデバイス(たとえば、ディスプレイデバイス400)は、画像光(たとえば、画像光492)を出力するように構成され、周囲光(たとえば、周囲光490-1)を透過させるように構成可能な、ディスプレイ(たとえば、ディスプレイ410)を含む。ディスプレイデバイスは、第1の湾曲輪郭を有する第1の表面(たとえば、第1の表面610-1)と、第2の湾曲輪郭を有し、第1の表面と平行である第2の表面(たとえば、第2の表面610-2)とを含む光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ600)も含む。光学アセンブリは、第1の表面上に配置され、第1の表面の第1の湾曲輪郭に一致する、ビームスプリッタ(たとえば、ビームスプリッタ614)も含む。光学アセンブリは、第2の表面上に配置され、第2の表面の第2の湾曲輪郭に一致する、反射板(たとえば、反射板612)も含む。光学アセンブリは、画像光を第1の表面で受光し、画像光を反射板から出力する前に、画像光を反射板で反射し、続いてビームスプリッタで反射するように構成される。画像光は、光学アセンブリを第1の非ゼロ光パワーで透過する。光学アセンブリはまた、周囲光を、反射板で反射することなく光学アセンブリに透過させるように構成される。周囲光は、第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで光学アセンブリを透過する。いくつかの実施形態において、ディスプレイは、光を直線偏光から円偏光に変換するように構成された4分の1波長板を含む。いくつかの実施形態において、ディスプレイは、可視光に対して透過性である。いくつかの実施形態において、ディスプレイはまた、近赤外光および/または赤外光に対して透過性である。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ600)は、ビームスプリッタと反射偏光子612B)との間に配置された光学リターダ(たとえば、光学リターダ612A)をさらに含む。
いくつかの実施形態において、第2の光パワーはゼロである。
いくつかの実施形態において、第1の表面(たとえば、第1の表面610-1)および第2の表面(たとえば、第2の表面610-2)はそれぞれ、曲率を有する。第1の光パワーは曲率に依存する。
いくつかの実施形態において、第1の表面(たとえば、第1の表面610-1)で受光された画像光(たとえば、画像光492)は、第1の方向に伝搬している。第1の光は、第1の方向とは異なる第2の方向に反射板(たとえば、反射偏光子612B)から出力される。第1の表面で受光された周囲光(たとえば、周囲光490-1および周囲光490-2)は、第3の方向に伝搬しており、第2の光は、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ600)から、第3の方向に実質的に平行である(たとえば、1度未満の角度を形成する)第4の方向に出力される。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ600)は、大幅な光学収差なしに第2の光(たとえば、周囲光490-1および周囲光490-2)を透過させるように構成される。いくつかの実施形態において、光学アセンブリは、光学収差なしに第2の光を透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、第1の表面(たとえば、第1の表面610-1)で受光される画像光(たとえば、画像光492)は、第1の偏光を有し、反射板(たとえば、反射偏光子612B)から出力される画像光は、第1の偏光とは異なる第2の偏光を有し、第1の表面で受光される周囲光は、第1の偏光および第2の偏光のそれぞれとは異なる第3の偏光を有し、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ600)から出力される周囲光は、第2の偏光を有する。
いくつかの実施形態において、反射板(たとえば、反射偏光子612B)は、反射板に入射する光を、光の偏光に応じて反射または透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス(たとえば、ディスプレイデバイス400)は、ヘッドマウントディスプレイデバイスである。
いくつかの実施形態によれば、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ600)に光を透過させる方法(たとえば、方法1600)は、(ステップ1610)画像光(たとえば、画像光492)を第1の光路において透過させることと、(ステップ1620)周囲光(たとえば、周囲光490-1および周囲光490-2)を、第1の光路とは異なる第2の光路において透過させることとを含む。画像光を透過させることは、(ステップ1612)第1の湾曲輪郭を有する基板(たとえば、基板610)の第1の表面(たとえば、第1の表面610-1)で画像光を受光することを含む。画像光を透過させることはまた、(ステップ1614)第2の湾曲輪郭を有し、基板の第1の表面に実質的に平行である反射板(たとえば、反射偏光子612B)で画像光を反射することと、(ステップ1616)第1の基板上に配置され、第1の表面の第1の湾曲輪郭に一致するビームスプリッタ(たとえば、ビームスプリッタ614)で画像光を反射することと、(ステップ1618)画像光を反射板から第1の光パワーで出力することとを含む。周囲光を透過させることは、(ステップ1622)第1の表面で周囲光を受光することと、(ステップ1624)周囲光を反射板で反射することなく光学アセンブリに透過させることと、(ステップ1626)周囲光を第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで光学アセンブリから出力することとを含む。
いくつかの実施形態によれば、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ700)は、第1の表面(たとえば、表面710-1)と、第1の表面と対向して実質的に平行である第2の表面(たとえば、表面710-2)と、基板に結合された反射板(たとえば、反射板712)と、基板に結合された体積型ブラッグ格子(VBG)(たとえば、VBG714)とを有する基板(たとえば、基板710)を含む。VBGは、第1の所定の角度範囲(たとえば、角度範囲θ1)内の入射角でVBGに入射する光を透過させ、第1の角度範囲とは異なる第2の所定の角度範囲(たとえば、角度範囲θ2)内の入射角でVBGに入射する光を反射するように構成される。光学アセンブリは、第1の表面で受光された第1の光を、第1の光が第2の表面から出力される前に、反射板での反射およびVBGでの反射を含む光路において透過させるように構成される。光学アセンブリはまた、第1の表面で受光された第2の光を、第2の光が反射板での反射もVBGでの反射も受けることなく第2の表面から出力されるように透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、VBG(たとえば、VBG714)は、第1の表面(たとえば、表面710-1)上に配置され、反射板(たとえば、反射板712)は、第2の表面(たとえば、表面710-2)上に配置される。第1の表面で受光された第1の光は、第1の所定の角度範囲(たとえば、角度範囲θ1)内の入射角でVBGに入射し、反射板から反射された第1の光は、第2の所定の角度範囲(たとえば、角度範囲θ2)内の入射角で体積型ブラッグ格子に入射する。
いくつかの実施形態において、第1の光は第1の偏光を有し、第2の光は第1の偏光に直交する第2の偏光を有する。
いくつかの実施形態において、VBG(たとえば、VBG714)は、偏光選択性であり、光の入射角に関係なく第1の偏光とは異なる偏光を有する光を透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、反射板(たとえば、反射板712)は、偏光感受性ホログラム(PSH)(たとえば、PSH512C)を含む。VBG(たとえば、VBG714)は、第2の表面(たとえば、表面710-2)上に配置され、反射板(たとえば、反射板712)は、第1の表面(たとえば、表面710-1)上に配置される。第1の表面および反射板を透過した第1の光は、第2の所定の角度範囲(たとえば、角度範囲θ2)内の入射角でVBGに入射し、反射板から反射された第1の光は、第1の所定の角度範囲(たとえば、角度範囲θ1)内の入射角でVBGに入射する。
いくつかの実施形態において、第1の表面(たとえば、表面710-1)および第2の表面(たとえば、表面710-2)は、平面である。
いくつかの実施形態において、第1の表面(たとえば、表面710-1)および第2の表面(たとえば、表面710-2)は、同じ曲率半径を有する。
いくつかの実施形態において、第2の光は、大幅な光学収差なしに透過する。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ700)は、第1の光を第1の光パワーで出力し、第2の光を第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、ゼロである第2の光パワー。
いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイスは、ディスプレイ(たとえば、ディスプレイ410)と、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ700)とを含む。ディスプレイは、画像光を出力し、周囲光を透過させるように構成される。光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ700)は、第1の表面(たとえば、表面710-1)と、第1の表面と対向して実質的に平行である第2の表面(たとえば、表面710-2)と、基板に結合された反射板(たとえば、反射板712)と、基板に結合された体積型ブラッグ格子(VBG)(たとえば、VBG714)とを有する基板(たとえば、基板710)を含む。VBGは、第1の所定の角度範囲(たとえば、角度範囲θ1)内の入射角でVBGに入射する光を透過させ、第1の角度範囲とは異なる第2の所定の角度範囲(たとえば、角度範囲θ2)内の入射角でVBGに入射する光を反射するように構成される。光学アセンブリは、第1の表面で受光された第1の光を、第1の光が第2の表面から出力される前に、反射板での反射およびVBGでの反射を含む光路において透過させるように構成される。光学アセンブリはまた、第1の表面で受光された第2の光を、第2の光が反射板での反射もVBGでの反射も受けることなく第2の表面から出力されるように透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、VBG(たとえば、VBG714)は、第1の表面(たとえば、表面710-1)上に配置され、反射板(たとえば、反射板712)は、第2の表面反射板(たとえば、表面710-2)上に配置される。第1の表面で受光された第1の光は、第1の所定の角度範囲(たとえば、角度範囲θ1)内の入射角でVBGに入射し、反射板から反射された第1の光は、第2の所定の角度範囲(たとえば、角度範囲θ2)内の入射角でVBGに入射する。
いくつかの実施形態において、第1の光は第1の偏光を有し、第2の光は第1の偏光に直交する第2の偏光を有する。
いくつかの実施形態において、VBG(たとえば、VBG714)は、偏光選択性であり、光の入射角に関係なく第1の偏光とは異なる偏光を有する光を透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、反射板(たとえば、反射板712)は、基板(たとえば、基板710)の第1の表面(たとえば、表面710-1)上に配置されたPSH(たとえば、PSH512C)と、基板(たとえば、基板710)の第2の表面(たとえば、表面710-2)上に配置されたVBG(たとえば、VBG714)とを含む。第1の表面および反射板を透過した第1の光は、第2の所定の角度範囲(たとえば、角度範囲θ2)内の入射角でVBGに入射し、反射板から反射された第1の光は、第1の所定の角度範囲(たとえば、角度範囲θ1)内の入射角でVBGに入射する。
いくつかの実施形態において、第1の表面(たとえば、表面710-1)および第2の表面(たとえば、表面710-2)は、平面である。
いくつかの実施形態において、第1の表面(たとえば、表面710-1)および第2の表面(たとえば、表面710-2)は、同じ曲率半径を有する。
いくつかの実施形態において、第2の光は、大幅な光学収差なしに透過する。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ700)は、第1の光を第1の光パワーで出力し、第2の光を第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ700)に光を透過させる方法(たとえば、方法1700)は、画像光(たとえば、画像光492)を透過させることを含む。画像光を透過させることは、画像光を基板(たとえば、基板710)の第1の表面(たとえば、表面710-1)で受光することを含む。基板は、第1の表面と対向して実質的に平行である第2の表面(たとえば、表面710-2)と、反射板(たとえば、反射板712)と、VBG(たとえば、VBG714)とを含む。VBGは、第1の所定の角度範囲(たとえば、角度範囲θ1)内の入射角でVBGに入射する光を透過させ、第1の角度範囲とは異なる第2の所定の角度範囲(たとえば、角度範囲θ2)内の入射角でVBGに入射する光を反射するように構成される。画像光を透過させることは、反射板での反射およびVBGでの反射を含む光路を介して、画像光を第2の表面から第1の光パワーで出力することも含む。方法は、周囲光を第1の光路とは異なる第2の光路において透過させることをさらに含む。周囲光を透過させることは、第1の表面で周囲光を受光することと、反射板での反射もVBGでの反射も含まない光路を介して、周囲光を第2の表面から第2の光パワーで出力することとを含む。第2の光パワーは、第1の光パワーよりも小さい。
いくつかの実施形態によれば、ディスプレイデバイス(たとえば、ディスプレイデバイス400)は、前面(たとえば、表面410-2)と、前面と対向する背面(たとえば、表面410-1)とを有するディスプレイ(たとえば、ディスプレイ410)を含む。ディスプレイは、前面から画像光(たとえば、画像光492)を出力し、背面から前面に周囲光(たとえば、周囲光490-1)を透過させるように構成される。ディスプレイデバイスは、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ412、500~504、600)も含む。光学アセンブリは、実質的に均一な厚さを有する基板(たとえば、基板510、610)と、基板に結合されたビームスプリッタ(たとえば、ビームスプリッタ814、916、514、514’、514’’、514’’’)と、基板に結合された反射板(たとえば、反射板818、918、512、512’、512’’、612)とを含む。光学アセンブリは、画像光を受光し、ディスプレイの前面から出力された画像光の一部分を、反射板での反射およびビームスプリッタでの反射を含む光路を介して第1の光パワーで透過させるように構成される。光学アセンブリはまた、周囲光を受光し、周囲光の一部分を、反射板で反射することなく、第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで光学アセンブリに透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、ディスプレイ(たとえば、ディスプレイ410)は、前面(たとえば、表面410-2)から画像光(たとえば、画像光492)および周囲光(たとえば、周囲光490-1)を同時に出力するように構成される。いくつかの実施形態において、画像光および周囲光は、直交偏光を有する。
いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス(たとえば、ディスプレイデバイス400)は、ディスプレイ(たとえば、ディスプレイ410)の前面(たとえば、表面410-2)から画像光(たとえば、画像光492)を出力することと、ディスプレイの前面から周囲光(たとえば、周囲光490-1)を出力することとを交互に繰り返すように構成される。いくつかの実施形態において、画像光および周囲光は、直交偏光を有する。いくつかの実施形態において、画像光および周囲光は、同じ偏光を有する。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ412、500~504、600)で受光される画像光(たとえば、画像光492)は、第1の偏光を有し、光学アセンブリで受光される周囲光(たとえば、周囲光490-1)は、第1の偏光に直交する第2の偏光を有する。いくつかの実施形態において、画像光の一部分および光学アセンブリから出力される周囲光の一部分は、同じ偏光を有する。
いくつかの実施形態において、画像光(たとえば、画像光492)の光路は、1つまたは複数の折り畳みを含み(たとえば、反射板での反射およびビームスプリッタまたはVBGでの反射を含み)、周囲光(たとえば、周囲光490-1)の一部分は、折り畳みを一切含まない異なる光路を介して透過する(たとえば、反射を受けることなく光学アセンブリを透過する)。
いくつかの実施形態において、第2の光パワーはゼロである。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ412、500~504、600)は、大幅な光学収差なしに周囲光(たとえば、周囲光490-1)の一部分を透過させるように構成される。いくつかの実施形態において、光学アセンブリは、画像光(たとえば、画像光492)の一部分と比較して光学収差を低減した状態で周囲光の一部分を透過させるように構成される。いくつかの実施形態において、光学アセンブリは、大幅な光学収差なしに周囲光の一部分を透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ412、500~504、600)の基板(たとえば、基板510、610)は、第1の表面(たとえば、表面510-1、610-1)と、第1の表面と対向して平行な第2の表面(たとえば、表面510-2、610-2)とを含む。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ412、600)の基板(たとえば、基板510)は、第1の表面(たとえば、表面610-1)と、第1の表面と対向する第2の表面(たとえば、表面610-2)とを含む。第1の表面は第1の湾曲輪郭を有し、第2の表面は第2の湾曲輪郭を有する。ビームスプリッタ(たとえば、ビームスプリッタ614)は、第1の表面上に配置され、第1の表面の第1の湾曲輪郭に一致する。反射板(たとえば、反射板612)は、反射偏光子(たとえば、反射偏光子612B)および4分の1波長板(たとえば、光学リターダ612A)を含む。反射偏光子は、第2の表面上に配置され、第2の表面の第2の湾曲輪郭に一致する。いくつかの実施形態において、第1の表面および第2の表面はそれぞれ曲率を有し、第1の光パワーは曲率に依存する。いくつかの実施形態において、第1の湾曲輪郭および第2の湾曲輪郭は、同心球形輪郭である。いくつかの実施形態において、反射偏光子は、光の偏光に応じて光を反射または透過するように構成される。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ412、500~502)の基板(たとえば、基板510)は、第1の表面(たとえば、表面510-1)と、第1の表面と対向する第2の表面(たとえば、表面510-1)とを含む。ビームスプリッタ(たとえば、ビームスプリッタ514、514’、514’’)は、第1の表面と第2の表面との間に配置され、第1の光パワーに寄与する複数のフレネル構造を含む。
いくつかの実施形態において、反射偏光子(たとえば、反射偏光子512B’)は、湾曲した反射面を有し、ビームスプリッタ(たとえば、ビームスプリッタ514)と第2の表面(たとえば、表面510-2)との間に配置される。湾曲した反射面は、第1の光パワーに寄与する第1の曲率半径を有する。
いくつかの実施形態において、反射板(たとえば、反射板512’)は、ビームスプリッタ(たとえば、ビームスプリッタ514)と第2の表面(たとえば、表面510-2)との間に配置される。フレネル構造は、第1の光パワーに寄与する第2の曲率半径を有する湾曲輪郭を形成する。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリの基板(たとえば、基板510)は、第1の表面(たとえば、表面510-1)と、第1の表面と対向する第2の表面(たとえば、表面510-2)とを含む。ビームスプリッタ(たとえば、ビームスプリッタ512’’)は、第1の表面上に配置され、反射板(たとえば、反射板514’’’)は、第2の表面上に配置され、偏光感受性ホログラム(たとえば、偏光感受性ホログラム512C)を含む。偏光感受性ホログラムは、画像光(たとえば、画像光492)を、画像光が第1の光パワーで出力されるように反射するように構成される。偏光感受性ホログラムはまた、周囲光(たとえば、周囲光490-1)を、周囲光が第2の光パワーで出力されるように透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス(たとえば、ディスプレイデバイス400)は、ヘッドマウントディスプレイデバイスである。
いくつかの実施形態において、方法(たとえば、方法1800)は、ディスプレイ(たとえば、ディスプレイ410)の前面(たとえば、表面410-2)から画像光(たとえば、画像光492)を出力することを含む。ディスプレイは、前面と対向する背面(たとえば、表面410-1)も含む。方法はまた、背面から前面に周囲光(たとえば、周囲光490-1)を透過させることと、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ412、500~504、600)で前面から出力された画像光を受光することと、折り畳まれた光路を介して画像光の一部分を第1の光パワーで透過させることとを含む。方法は、光学アセンブリで前面から出力された周囲光を受光することと、第1の光路とは異なる第2の光路を介して、周囲光の一部分を第1の光パワーとは異なる第2の光パワーで透過させることとをさらに含む。いくつかの実施形態において、周囲光の一部分は、光学アセンブリで受光される周囲光の方向に実質的に平行な方向で光学アセンブリから出力される。いくつかの実施形態において、周囲光は、大幅な光学収差を加えることなく、かつ光パワーを加えることなく透過する。いくつかの実施形態において、第2の光パワーは、第1の光パワーよりも小さい。いくつかの実施形態において、第2の光パワーは、ゼロである。
いくつかの実施形態において、画像光(たとえば、画像光492)および周囲光(たとえば、周囲光490-1)は、ディスプレイ(たとえば、ディスプレイ410)の前面(たとえば、表面410-2)から同時に出力される。
いくつかの実施形態において、画像光(たとえば、画像光492)の一部分および周囲光(たとえば、周囲光490-1)の一部分は、ディスプレイ(たとえば、ディスプレイ410)の前面(たとえば、表面410-2)から交互に出力される。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ412、500~504、600)で受光される画像光(たとえば、画像光492)は、第1の偏光を有し、光学アセンブリで受光される周囲光(たとえば、周囲光490-1)は、第1の偏光に直交する第2の偏光を有する。いくつかの実施形態において、第1の偏光および第2の偏光は直線偏光である。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ412、500~504、600)で受光される画像光(たとえば、画像光492)および周囲光(たとえば、周囲光490-1)は、同じ偏光を有する。いくつかの実施形態において、偏光は円偏光である。
いくつかの実施形態において、画像光(たとえば、画像光492)の一部分は、1つまたは複数の折り畳みを含む光路を介して光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ412、500~504、600)を透過し、周囲光(たとえば、周囲光490-1)の一部分は、折り畳みを一切含まない異なる光路を介して光学アセンブリを透過する。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ412、500~504、600)は、大幅な光学収差なしに周囲光(たとえば、周囲光490-1)の一部分を透過させるように構成される。いくつかの実施形態において、光学アセンブリは、透過した画像光と比較して光学収差を低減した状態で周囲光の一部分を透過させるように構成される。いくつかの実施形態において、光学アセンブリは、光学収差なしに周囲光の一部分を透過させるように構成される。
いくつかの実施形態によれば、ディスプレイデバイス(たとえば、ディスプレイデバイス1000)は、画像光(たとえば、画像光1090)を受光したことに応答して、画像光を拡散し、拡散画像光(たとえば、拡散画像光1022)を出力するように構成された、光拡散器(たとえば、光拡散器ディスプレイ1020)を含む。光拡散器から出力される拡散画像光は、受光された画像光と同じ偏光を有する。光拡散器はまた、周囲光(たとえば、周囲光490-1)を受光し、周囲光の少なくとも第1の部分を出力するように構成される。ディスプレイデバイスは、第1の表面および第1の表面と対向して実質的に平行である第2の表面を有する基板と、基板に結合された反射板と、基板に結合されたビームスプリッタとを含む光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ1030)も含む。光学アセンブリは、拡散画像光を反射板およびビームスプリッタで反射することによって、拡散画像光を第1の非ゼロ光パワーで透過させるように構成される。光学アセンブリはまた、周囲光の第1の部分以外の周囲光の第2の部分を、周囲光の第2の部分が第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで光学アセンブリを透過するように、反射板でもビームスプリッタでも反射することなく光学アセンブリに透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、画像光は第1の直線偏光を有する。光拡散器は、第1の直線偏光を有する拡散画像光が光拡散器から出力されるように、第1の直線偏光を有する画像光を拡散するように構成される。いくつかの実施形態において、周囲光の第1の部分は、第1の直線偏光に直交する第2の直線偏光を有する。いくつかの実施形態において、光拡散器は、第2の直線偏光を有する周囲光の第1の部分が光拡散器から出力されるように、周囲光の偏光を変えることなく周囲光の第1の部分を透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス(たとえば、ディスプレイデバイス1000)は、画像光(たとえば、画像光1090)を光拡散器(たとえば、光拡散器ディスプレイ1020)に向けて投射するように構成されたプロジェクタ(たとえば、プロジェクタ1010)をさらに含む。
いくつかの実施形態において、画像光(たとえば、画像光1090)は、一定の入射角範囲内の入射角で光拡散器(たとえば、光拡散器ディスプレイ1020)に入射し、周囲光(たとえば、周囲光490-1)は、一定の入射角範囲外の入射角で光拡散器に入射する。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ1030)の第1の表面および光学アセンブリの第2の表面は、平面である。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ1030)の第1の表面は、第1の湾曲輪郭を有し、光学アセンブリの第2の表面は、第2の湾曲輪郭を有する。
いくつかの実施形態において、第1の湾曲輪郭および第2の湾曲輪郭は、同じ曲率半径を有し、第1の光パワーは、曲率半径に依存する。
いくつかの実施形態において、第1の湾曲輪郭および第2の湾曲輪郭は、同心球形輪郭である。
いくつかの実施形態において、第2の光パワーはゼロである。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ1030)は、大幅な光学収差なしに周囲光(たとえば、周囲光490-1)の第2の部分を透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ1030)の基板は、実質的に均一な厚さを有する。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ1030)の反射板は、反射偏光子と、光学リターダ(たとえば、4分の1波長板)とを含む。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ1030)の反射板は、拡散画像光(たとえば、拡散画像光1092)を、拡散画像光が第1の光パワーで出力されるように反射するように構成された偏光感受性ホログラムを含む。偏光感受性ホログラムはまた、周囲光(たとえば、周囲光490-1)の第2の部分を、周囲光の第2の部分が第2の光パワーで出力されるように透過させるように構成される。
いくつかの実施形態によれば、方法(たとえば、方法1900)は、光拡散器(たとえば、光拡散器ディスプレイ1020)で画像光(たとえば、画像光1090)を受光することと、画像光を受光したことに応答して、画像光の偏光を変えることなく光拡散器から画像光を拡散することと、拡散画像光(たとえば、拡散画像光1092)を出力することとを含む。方法は、拡散画像光を第1の光パワーで光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ1030)に透過させることも含む。方法は、光拡散器で周囲光(たとえば、周囲光490-1)を受光することと、周囲光の少なくとも第1の部分を光拡散器から出力することとをさらに含む。方法は、周囲光の第1の部分以外の周囲光の第2の部分を、第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで光学アセンブリに透過させることも含む。光学アセンブリは、第1の表面および第1の表面と対向して実質的に平行である第2の表面を有する基板と、基板に結合された反射板と、基板に結合されたビームスプリッタとを含む。拡散画像光を第1の光パワーで光学アセンブリに透過させることは、拡散画像光を反射板およびビームスプリッタで反射することを含む。周囲光の第2の部分が第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで光学アセンブリを透過するように、周囲光の第2の部分は、反射板でもビームスプリッタでも反射することなく光学アセンブリを透過する。
いくつかの実施形態において、方法(たとえば、方法1900)はまた、プロジェクタ(たとえば、プロジェクタ1010)からの画像光(たとえば、画像光1090)を光拡散器(たとえば、光拡散器ディスプレイ1020)に向けて投射することと、光拡散器で画像光を受光することと、拡散画像光が光拡散器から出力されるように、画像光を光拡散器で拡散することとを含む。
いくつかの実施形態において、画像光(たとえば、画像光1090)は、光拡散器(たとえば、光拡散器ディスプレイ1020)の表面(たとえば、第1の表面1020-1)で受光され、拡散画像光は、光拡散器の表面から出力される。
いくつかの実施形態において、画像光(たとえば、画像光1090)は、一定の入射角範囲内の入射角で光拡散器(たとえば、光拡散器ディスプレイ1020)に入射し、周囲光(たとえば、周囲光490-1)は、一定の入射角範囲外の入射角で光拡散器に入射する。
いくつかの実施形態において、拡散画像光(たとえば、拡散画像光1092)が光拡散器(たとえば、光拡散器ディスプレイ1020)から出力されると同時に、周囲光(たとえば、周囲光490-1)の第1の部分が光拡散器を透過し、周囲光の第2の部分および拡散画像光は、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ1030)を同時に透過する。
いくつかの実施形態において、第2の光パワーはゼロである。
いくつかの実施形態において、周囲光(たとえば、周囲光490-1)の第2の部分は、大幅な光学収差なしに光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ1030)を透過する。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ1030)の基板は、実質的に均一な厚さを有する。
いくつかの実施形態によれば、ディスプレイデバイス(たとえば、ディスプレイデバイス1100)は、ディスプレイ(たとえば、切替可能ディスプレイ1110)と、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ1130)とを含む。ディスプレイは、前面(たとえば、前面1110-1)、前面と対向する背面(たとえば、背面1110-2)、および前面と背面との間に配置された第1の光学的異方性分子(たとえば、光学的異方性分子1110-3)を含む。ディスプレイは、前面で画像光(たとえば、画像光1190)を受光し、画像光を拡散して前面から拡散画像光(たとえば、拡散画像光492)を出力するか、または背面で周囲光490-1’を受光し、前面から周囲光を出力するように構成可能である。光学アセンブリは、実質的に均一な厚さを有する光学アセンブリ基板(たとえば、基板510、610、710)と、光学アセンブリ基板に結合された反射板(たとえば、反射板818、918、512、512’、512’’、612)と、光学アセンブリ基板に結合されたビームスプリッタ(たとえば、ビームスプリッタ814、916、514、514’、514’’、514’’’)とを含む。光学アセンブリは、拡散画像光の一部分を、反射板での反射およびビームスプリッタでの反射を含む光路を介して第1の光パワーで透過させ、ディスプレイの前面から出力される周囲光の一部分を、反射板で反射することなく第2の光パワーで透過させるように構成可能であり、第2の光パワーは、第1の光パワーよりも小さい。
いくつかの実施形態において、シャッタアセンブリ(たとえば、シャッタアセンブリ1120)は、第1のシャッタ基板(たとえば、基板1120-1)、第2のシャッタ基板(たとえば、基板1120-2)、第1のシャッタ基板と第2のシャッタ基板との間に配置された第2の光学的異方性分子(たとえば、光学的異方性分子1120-3)を含む。ディスプレイ(たとえば、切替可能ディスプレイ1110)の背面(たとえば、表面1110-1)で受光された周囲光(たとえば、周囲光490-1’)は、シャッタアセンブリを透過し、第2の光学的異方性分子は、周囲光を変調するように構成可能であり、ディスプレイは、シャッタアセンブリと光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ1130)との間に配置される。
いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス(たとえば、ディスプレイデバイス1100)は、第1のモードと第2のモードとを交互に入れ替えるように構成される。第1のモードでは、シャッタアセンブリ(たとえば、シャッタアセンブリ1120)は、周囲光(たとえば、周囲光490-1)がシャッタアセンブリを透過するのを遮断するように構成され、ディスプレイ(たとえば、切替可能ディスプレイ1110)は、画像光を拡散するように構成される。第2のモードでは、シャッタアセンブリは、周囲光を可変強度で透過するように構成され、ディスプレイは、周囲光を透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、ディスプレイ(たとえば、切替可能ディスプレイ1110)は、前面(たとえば、前面1110-1)に結合された前面電極(たとえば、前面電極1112-1)と、背面(たとえば、背面1110-2)に結合された背面電極(たとえば、背面電極1112-2)とをさらに含む。前面電極および背面電極は、第1の電圧源(たとえば、電圧源V1)に動作可能に結合される。第1の光学的異方性分子(たとえば、光学的異方性分子1110-3)は、第1の電圧源がオフである場合、画像光(たとえば、画像光1190)を拡散し、第1の電圧源が第1の電圧に設定される場合、周囲光(たとえば、周囲光490-1’)を透過させるように構成される。シャッタアセンブリ(たとえば、シャッタアセンブリ1120)は、第1のシャッタ基板(たとえば、基板1120-1)に結合された第1の電極(たとえば、電極1122-1)と、第2のシャッタ基板(たとえば、基板1120-2)に結合された第2の電極(たとえば、電極1122-2)とをさらに含む。第1の電極および第2の電極は、調整可能な電圧を調整することによって周囲光の強度の変調を可能にする調整可能な電圧を有する第2の電圧源(たとえば、電圧源V2)に動作可能に結合される。
いくつかの実施形態において、シャッタアセンブリ(たとえば、シャッタアセンブリ1120)は、複数のシャッタ(たとえば、シャッタ1120-A1、1120-A2、1120-A3、1120-A4、1120-A5、1120-A6、1120-B1、1120-B4、1120-B5)を含み、複数のシャッタのそれぞれのシャッタは、それぞれのシャッタを透過する周囲光(たとえば、周囲光490-1’)のそれぞれの部分の強度(たとえば、強度I)を変調するように独立して構成可能である。それぞれのシャッタ(たとえば、シャッタ1120-A1)は、それぞれの第1の電極(たとえば、電極1122-1A)と、それぞれの第2の電極(たとえば、電極1122-2A)とを含む。それぞれの第1の電極および第2の電極は、それぞれの調整可能電圧源(たとえば、調整可能電圧源VA)に結合される。
いくつかの実施形態において、周囲光(たとえば、周囲光490-1’)は、ディスプレイ(たとえば、切替可能ディスプレイ1110)から出力される拡散画像光(たとえば、拡散画像光492)の強度に一致するように変調される。
いくつかの実施形態において、シャッタアセンブリ(たとえば、シャッタアセンブリ1120)は、(i)第1のシャッタ基板(たとえば、基板1120-1)と第2のシャッタ基板(たとえば、基板1120-2)との間に配置され、第2の光学的異方性分子(たとえば、光学的異方性分子1120-3、1124)が散在している色素(たとえば、色素1126)、(ii)第1のシャッタ基板と第2のシャッタ基板との間に配置された高分子マトリックス(たとえば、高分子マトリックス1116)であって、第2の光学的異方性分子(たとえば、光学的異方性分子1120-3)が、高分子マトリックス中に懸濁されたドメイン(たとえば、液晶ドメイン1114)に形成された液晶分子である、高分子マトリックス、(iii)第1のシャッタ基板と第2のシャッタ基板との間に配置され、第2の光学的異方性分子(たとえば、光学的異方性分子1120-3、液晶分子1118)を安定化するように構成された高分子網目(たとえば、高分子網目1119)、または(iv)第1のシャッタ基板と第2のシャッタ基板との間に配置され、第1のシャッタ基板と第2のシャッタ基板との間に90度のねじれを形成する液晶(たとえば、液晶1128)のうちのいずれかをさらに含む。
いくつかの実施形態において、ディスプレイ(たとえば、切替可能ディスプレイ1110)は、前面(たとえば、表面1110-1)と背面(たとえば、表面1110-2)との間に配置された高分子マトリックス(たとえば、高分子マトリックス1116)をさらに含み、第1の光学的異方性分子(たとえば、光学的異方性分子1110-3)は、高分子マトリックス中に懸濁されたドメイン(たとえば、液晶ドメイン1114)を形成する液晶分子である。
いくつかの実施形態において、ディスプレイ(たとえば、切替可能ディスプレイ1110)は、前面(たとえば、表面1110-1)と背面(たとえば、表面1110-2)との間に配置された高分子網目(たとえば、高分子網目1119)をさらに含み、第1の光学的異方性分子(たとえば、液晶分子1110-3)は、高分子によって安定化される。
いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス(たとえば、切替可能ディスプレイ1110)を動作させる方法(たとえば、方法2000)は、ディスプレイデバイスを第1のモードで動作させることと、ディスプレイデバイスを第2のモードで動作させることとを含む。ディスプレイデバイスを動作させることは、ディスプレイ(たとえば、切替可能ディスプレイ1110)の前面(たとえば、表面1110-1)で画像光(たとえば、画像光1190)を受光することと、画像光を拡散して、前面から拡散画像光(たとえば、拡散画像光492)を出力することと、第1の光路を介して拡散画像光の一部分を光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ1130)に第1の光パワーで透過させることとを含む。第1の光路は、少なくとも1つの折り畳みを含む。ディスプレイデバイスを第2のモードで動作させることは、ディスプレイの前面と対向する背面(たとえば、表面1110-2)で周囲光(たとえば、周囲光490-1’)を受光することと、周囲光をディスプレイに透過させることと、第2の光路を介して周囲光の一部分を光学アセンブリに第2の光パワーで透過させることとを含む。第2の光パワーは第1の光パワーよりも小さく、第2の光路は折り畳みを一切含まない。
いくつかの実施形態において、ディスプレイ(たとえば、切替可能ディスプレイ1110)は、前面(たとえば、表面1110-1)に結合された前面電極(たとえば、前面電極1112-1)、背面(たとえば、表面1110-1)に結合された背面電極(たとえば、背面電極1112-2)、および表面と背面との間に配置された光学的異方性分子(たとえば、光学的異方性分子1110-3)を含む。前面電極および背面電極は、第1の電圧源(たとえば、電圧源V1)に動作可能に結合され、ディスプレイデバイスを第1のモードで動作させることは、第1の電圧源をオフにすることを含み、ディスプレイデバイスを第2のモードで動作させることは、第1の電圧源を第1の電圧に設定することを含む。
いくつかの実施形態において、周囲光(たとえば、周囲光490-1’)は、第1のシャッタ基板(たとえば、基板1120-1)と、第2のシャッタ基板(たとえば、基板1120-2)と、第1のシャッタ基板と第2のシャッタ基板との間に配置された光学的異方性分子(たとえば、光学的異方性分子1120-3)とを含むシャッタアセンブリ(たとえば、シャッタアセンブリ1120)を透過する。方法は、光学的異方性分子を構成することによって周囲光を変調することをさらに含む。
いくつかの実施形態において、シャッタアセンブリ(たとえば、シャッタアセンブリ1120)は、第1のシャッタ基板に結合された第1の電極(たとえば、電極1122-1)と、第2のシャッタ基板に結合された第2の電極(たとえば、電極1122-2)とをさらに含む。第1の電極および第2の電極は、調整可能な電圧を有する第2の電圧源(たとえば、電圧源V2)に動作可能に結合され、周囲光(たとえば、周囲光490-1)を変調することは、第2の電圧源の調整可能な電圧を調整することを含む。
いくつかの実施形態において、第2の電圧源(たとえば、電圧源V2)の調整可能な電圧を調整して、シャッタアセンブリ(たとえば、シャッタアセンブリ1120)を透過する周囲光(たとえば、周囲光490-1’)の強度(たとえば、強度I)を、ディスプレイ(たとえば、切替可能ディスプレイ1110)から出力される拡散画像光(たとえば、拡散画像光492)の強度に一致するように変更すること。
いくつかの実施形態において、シャッタアセンブリ(たとえば、シャッタアセンブリ1120)は、複数のシャッタ(たとえば、シャッタ1120-A1、1120-A2、1120-A3、1120-A4、1120-A5、1120-A6、1120-B1、1120-B4、1120-B5)を含む。複数のシャッタのそれぞれのシャッタは、それぞれのシャッタを透過する周囲光(たとえば、周囲光490-1’)のそれぞれの部分を変調するように独立して構成可能である。それぞれのシャッタ(たとえば、シャッタ1120-A1)は、それぞれの第1の電極(たとえば、電極1122-1A)と、それぞれの第2の電極(たとえば、電極1122-2A)とを含む。それぞれの第1の電極および第2の電極は、それぞれの調整可能電圧源(たとえば、調整可能電圧源VA)に結合される。
いくつかの実施形態において、第1のモードでは、シャッタアセンブリ(たとえば、シャッタアセンブリ1120)は、周囲光(たとえば、周囲光490-1)を遮断するように構成され、ディスプレイ(たとえば、切替可能ディスプレイ1110)は、画像光(たとえば、画像光1190)を拡散するように構成される。第2のモードでは、シャッタアセンブリは、周囲光の少なくとも一部分を透過させるように構成され、ディスプレイは、周囲光を拡散することなく周囲光を透過させるように構成される。
いくつかの実施形態において、シャッタアセンブリ(たとえば、シャッタアセンブリ1120)は、(i)第1のシャッタ基板(たとえば、基板1120-1)と第2のシャッタ基板(たとえば、基板1120-2)との間に配置され、第2の光学的異方性分子(たとえば、光学的異方性分子1120-3)が散在している色素(たとえば、色素1126)、(ii)第1のシャッタ基板と第2のシャッタ基板との間に配置された高分子マトリックス(たとえば、高分子マトリックス1116)であって、第2の光学的異方性分子が、高分子マトリックス中に懸濁されたドメイン(たとえば、液晶ドメイン1114)を形成する液晶分子である、高分子マトリックス、(iii)第1のシャッタ基板と第2のシャッタ基板との間に配置され、第2の光学的異方性分子(たとえば、液晶分子1118)を安定化するように構成された高分子網目(たとえば、高分子網目1119)、または(iv)第1のシャッタ基板と第2のシャッタ基板との間に配置され、第1のシャッタ基板と第2のシャッタ基板との間に90度のねじれを形成する液晶(たとえば、液晶1128)のうちのいずれかをさらに含む。
いくつかの実施形態において、ディスプレイ(たとえば、切替可能ディスプレイ1110)は、前面(たとえば、表面1110-1)と背面(たとえば、表面1110-2)との間に配置された高分子マトリックス(たとえば、高分子マトリックス1116)と、高分子マトリックス中に懸濁された液晶ドメイン(たとえば、液晶ドメイン1114)とをさらに含む。
いくつかの実施形態において、ディスプレイ(たとえば、切替可能ディスプレイ1110)は、前面(たとえば、表面1110-1)と背面(たとえば、表面1110-2)との間に配置された光学的異方性分子(たとえば、光学的異方性分子1110-3)、前面(たとえば、表面1110-1)と背面(たとえば、表面1110-2)との間に配置された高分子網目(たとえば、高分子網目1119)をさらに含む。光学的異方性分子(たとえば、光学的異方性分子1110-3)は、高分子によって安定化される。
いくつかの実施形態において、方法(たとえば、方法2000)は、ディスプレイデバイス(たとえば、ディスプレイデバイス1100)が拡張現実アプリケーションを実行しているかどうかを検出することをさらに含む。ディスプレイデバイスが拡張現実アプリケーションを実行しているとの検出に応答して、第1のモードと第2のモードとを交互に入れ替えることによってディスプレイデバイスを動作させること。ディスプレイデバイスが拡張現実アプリケーションを実行していないとの検出に応答して、ディスプレイデバイスを第1のモードで動作させること。
いくつかの実施形態によれば、ディスプレイデバイス(たとえば、ディスプレイアセンブリ1200、1202、1300、および1400を含む、ディスプレイデバイス100などのディスプレイデバイス)は、画像光(たとえば、画像光1212、1232、1314、1414、432)を投射するように構成された1つまたは複数のプロジェクタ(たとえば、1つまたは複数のプロジェクタ1210、1222、1312、1412)と、第1の表面(たとえば、表面1214-1、1224-1、1310-1、1410-1)および第2の表面(たとえば、表面1214-2、1224-2、1310-2、1410-2)を有するディスプレイ(たとえば、ディスプレイ1214、1224、1310、1410、410)とを含む。ディスプレイは、1つまたは複数のプロジェクタからの画像光を受光し、第1の表面から拡散画像光(たとえば、拡散画像光492、1232-1D、1232-2D、1232-3D)を出力し、第2の表面で周囲光(たとえば、周囲光490-1)を受光し、第1の表面から周囲光を出力するように構成される。ディスプレイデバイスはまた、実質的に均一な厚さを有する基板(たとえば、基板510、610)を有する光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ1218、1225、1316、1240、412、500~504、600)と、基板に結合されたビームスプリッタ(たとえば、ビームスプリッタ814、916、514、514’、514’’、514’’’)と、基板に結合された反射板(たとえば、反射板818、918、512、512’、512’’、612)とを含む。光学アセンブリは、拡散画像光を受光し、ディスプレイの第1の表面から出力された拡散画像光の一部分を、反射板での反射およびビームスプリッタでの反射を含む光路を介して第1の光パワーで透過させるように構成される。光学アセンブリはまた、周囲光を受光し、周囲光の一部分を、反射板で反射することなく光学アセンブリに第2の光パワーで透過させるように構成される。第2の光パワーは、第1の光パワーよりも小さい。
いくつかの実施形態において、光学アセンブリは、拡散画像光(たとえば、拡散画像光492、1232-1D、1232-2D、1232-3D)を第1の非ゼロ光パワーで透過させ、周囲光を第1の光パワーとは異なる(たとえば、より小さい)第2の光パワーで透過させるように構成される。いくつかの実施形態において、第2の光パワーはゼロである。
いくつかの実施形態において、ディスプレイ(たとえば、ディスプレイ1310)は、ディスプレイの第1の表面(たとえば、表面1310-1)と第2の表面(たとえば、表面1310-2)との間に位置する拡散面(たとえば、拡散面1310-3)をさらに含む。ディスプレイはまた、ディスプレイの第1の表面と拡散面との間に位置し、第1の屈折率を有する、第1の表示部分(たとえば、第1の表示部分1310-4)を含む。ディスプレイはまた、拡散面と第2の面との間に位置し、第1の屈折率に等しい第2の屈折率を有する、第2の表示部分(たとえば、第2の表示部分1310-5)を含む。拡散面は、画像光を拡散するように構成される。
いくつかの実施形態において、ディスプレイ(たとえば、拡散ディスプレイ1214)は、光学アセンブリ(たとえば、光学アセンブリ1218)の画像平面に配置される。
いくつかの実施形態において、1つまたは複数のプロジェクタ(たとえば、1つまたは複数のプロジェクタ1210)は、ディスプレイ(たとえば、拡散ディスプレイ1214)の光軸(たとえば、光軸1216)に対して軸外の位置に配置される。
いくつかの実施形態において、1つまたは複数のプロジェクタ(たとえば、1つまたは複数のプロジェクタ1210)の各プロジェクタは、その任意の寸法が2インチよりも小さい。
いくつかの実施形態において、1つまたは複数のプロジェクタ(たとえば、1つまたは複数のプロジェクタ1210)は、ディスプレイ(たとえば、拡散ディスプレイ1214)から2インチ未満に位置する。
いくつかの実施形態において、ディスプレイは、導波路(たとえば、くさび形導波路1410)と、導波路の出力面(たとえば、出力面1410-2)に結合された光拡散器(たとえば、光拡散器1416)とを含む。導波路の少なくとも一部分(たとえば、出力部分1410-O)は、ディスプレイの第1の表面と第2の表面との間に配置される。1つまたは複数のプロジェクタ(たとえば、1つまたは複数のプロジェクタ1412)は、導波路の入力面(たとえば、入力面1410-1)に画像光(たとえば、画像光1414)を投射するように構成される。導波路は、1つまたは複数のプロジェクタからの画像光を受光し、全内部反射を介して画像光を光拡散器に向けて伝搬し、導波路の出力面から画像光を出力するように構成される。光拡散器は、導波路から出力された画像光を受光したことに応答して、画像光を拡散するように構成される。
いくつかの実施形態において、第1の表面は、第2の表面に対して鋭角を形成する(たとえば、出力面1410-2および出力面1410-3は、互いに鋭角を形成する)。
いくつかの実施形態において、ディスプレイ(たとえば、ナノ粒子ディスプレイ1224)は、ディスプレイの第1の表面と第2の表面との間に位置する複数のナノ粒子(たとえば、ナノ粒子1228)を含む。複数のナノ粒子は、拡散画像光がディスプレイの第1の表面から出力されるように、1つまたは複数のプロジェクタからの画像光(たとえば、画像光1232)を散乱(たとえば、拡散散乱)させるように構成される。いくつかの実施形態において、ナノ粒子は、透過性材料(たとえば、透過性材料1226)に埋め込まれる。
いくつかの実施形態において、1つまたは複数のプロジェクタ(たとえば、1つまたは複数のプロジェクタ1222)は、第1の波長を有する第1の画像光(たとえば、画像光1232-1)を放射するように構成された第1のプロジェクタ(たとえば、プロジェクタ1222-1)を含む。複数のナノ粒子(たとえば、ナノ粒子1228)は、第1のサイズを有するナノ粒子(たとえば、ナノ粒子1228-1)を含む。第1のサイズを有するナノ粒子は、ディスプレイ(たとえば、ディスプレイ1224)の第1の表面(たとえば、表面1224-1)に入射する第1の画像光を、拡散された第1の画像光(たとえば、拡散光1232-1D)がディスプレイの第1の表面から出力されるように散乱(たとえば、拡散散乱)させるように構成される。
いくつかの実施形態において、1つまたは複数のプロジェクタ(たとえば、1つまたは複数のプロジェクタ1222)は、第1のプロジェクタとは異なる第2のプロジェクタ(たとえば、プロジェクタ1222-2)を含む。1つまたは複数のプロジェクタは、第1の波長とは異なる第2の波長を有する第2の画像光(たとえば、画像光1232-2)を出力するように構成される。複数のナノ粒子(たとえば、ナノ粒子1228)は、第2のサイズを有するナノ粒子(たとえば、ナノ粒子1228-2)を含む。第2のサイズを有するナノ粒子は、ディスプレイ(たとえば、ディスプレイ1224)の第1の表面(たとえば、表面1224-1)に入射する第2の画像光を、拡散された第2の画像光(たとえば、拡散光1232-2D)がディスプレイの第1の表面から出力されるように散乱させるように構成される。第2のサイズを有するナノ粒子は、第1の画像光に対して透過性であり、第1のサイズを有するナノ粒子は、第2の画像光に対して透過性である。
いくつかの実施形態において、第1の画像光および第2の画像光(たとえば、画像光1232-1および画像光1232-2)は可視光であり、ナノ粒子(たとえば、ナノ粒子1228、1228-1、1228-2)は赤外光に対して透過性であるように構成される。
いくつかの実施形態において、ナノ粒子(たとえば、ナノ粒子1228、1228-1、1228-2、1228-3)は、40ナノメートル以下のスペクトル帯域幅内で画像光を散乱させるように構成される。
いくつかの実施形態において、ナノ粒子(たとえば、ナノ粒子1228、1228-1、1228-2、1228-3)は、周囲光(たとえば、周囲光490-1)を周囲光の8%未満がナノ粒子によって散乱されるように透過させるように構成される。
いくつかの実施形態によれば、1つまたは複数の画像を表示する方法は、1つまたは複数のプロジェクタから画像光を投射することと、1つまたは複数のプロジェクタから投射された画像光をディスプレイで受光することと、画像光をディスプレイで拡散することと、ディスプレイの第1の表面から拡散画像光を出力することとを含む。方法はまた、ディスプレイの第2の表面で周囲光を受光することと、ディスプレイの第1の表面から周囲光を出力することとを含む。第2の表面は、第1の表面と対向する。方法は、画像光および周囲光のいずれかを光学アセンブリで受光することと、1つまたは複数の折り畳みを含む第1の光路において画像光を透過させることと、第1の光路とは異なる第2の光路において周囲光を透過させることとをさらに含む。
いくつかの実施形態において、ディスプレイは、第1の表面と第2の表面との間に位置する拡散面と、第1の表面と拡散面との間に位置し、第1の屈折率を有する第1の表示部分と、拡散面と第2の表面との間に位置し、第1の屈折率に等しい第2の屈折率を有する第2の表示部分とを含む。このような場合、画像光をディスプレイで拡散することは、画像光を拡散面で拡散することを含む。
いくつかの実施形態において、1つまたは複数のプロジェクタは、ディスプレイの光軸に対して軸外の位置に配置され、1つまたは複数のプロジェクタは、ディスプレイから2インチ未満に位置する。
いくつかの実施形態において、ディスプレイは、導波路と、導波路の出力面に結合された光拡散器とを含む。導波路の少なくとも一部分は、ディスプレイの第1の表面と第2の表面との間に配置される。いくつかの実施形態において、方法は、1つまたは複数のプロジェクタからの画像光を導波路の入力面で受光することと、全内部反射を介して画像光を光拡散器に向けて伝搬することと、導波路の出力面から画像光を出力することとをさらに含む。このような場合、1つまたは複数のプロジェクタから画像光を投射することは、導波路の入力面に画像光を投射することを含み、画像光をディスプレイで拡散することは、導波路から出力された画像光を受光したことに応答して、光拡散器で画像光を拡散することを含む。
いくつかの実施形態において、ディスプレイは、ディスプレイの第1の表面と第2の表面との間に配置された複数のナノ粒子を含む。このような場合、画像光をディスプレイで拡散することは、1つまたは複数のプロジェクタからの画像光を複数のナノ粒子によって散乱させることを含む。
様々な図面が、片方の眼に関する特定の構成要素または特定のグループの構成要素の動作を示しているが、当業者は、他方の眼または両眼に関して類似の動作を実行できることを理解するであろう。簡潔にするために、そのような詳細についてここでは繰り返さない。
様々な図のいくつかでは、いくつかの論理段階を特定の順序で示しているが、順序に依存しない段階を並べ替えてもよく、他の段階を組み合わせるか、または分割してもよい。並べ替えまたは他のグループ化についていくつか具体的に言及されているが、他のものは当業者には明らかであり、したがって、本明細書に提示されている順序付けおよびグループ化は、代替案の網羅的なリストではない。さらに、段階は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの任意の組合せで実装され得ることを認識しておくべきである。
前述の説明は、説明の目的で特定の実施形態を参照して説明されている。しかしながら、上記の例示的な考察は、網羅的であること、または特許請求の範囲を開示された厳密な形式に限定することを意図するものではない。上記の教示を考慮して、多くの修正形態および変形形態が可能である。実施形態は、特許請求の範囲の基礎となる原理およびその実際の適用例を最もよく説明し、それにより当業者が、企図される特定の使用に適した様々な修正を加えて実施形態を最もよく使用できるようにするために選択されたものである。
条項
条項1.
ヘッドマウントディスプレイデバイス用の光学デバイスであって、
第1の部分反射板と、
第2の部分反射板が前記第1の部分反射板を透過した第1の光を受光し、前記第1の光の少なくとも一部分を第2の光として前記第1の部分反射板に向けて反射するように、前記第1の部分反射板に対して相対的に配置された第2の部分反射板と
を備え、
前記第2の光の少なくとも一部分が前記第1の部分反射板によって第3の光として反射され、前記第3の光の少なくとも一部分が前記第2の部分反射板を透過し、
前記第1の部分反射板または前記第2の部分反射板のうちの少なくとも1つが反射ホログラフィック要素を備える、光学デバイス。
条項2.
前記反射ホログラフィック要素が自由形状の位相プロファイルを有する、条項1に記載の光学デバイス。
条項3.
前記反射ホログラフィック要素が、赤、緑、および青の波長のそれぞれに対して異なる位相プロファイルを有する波長感受性要素である、条項1に記載の光学デバイス。
条項4.
前記位相プロファイルが波長多重化によって前記反射ホログラフィックにおいて符号化される、条項3に記載の光学デバイス。
条項5.
前記反射ホログラフィック要素が2つ以上のホログラムのスタックを含み、それぞれが別個の波長範囲に対して感受性がある、条項3に記載の光学デバイス。
条項6.
前記反射ホログラフィック要素がピッチ勾配偏光体積型ホログラムを含む、条項1に記載の光学デバイス。
条項7.
前記ピッチ勾配偏光体積型ホログラムがコレステリック液晶を含む、条項6に記載の光学デバイス。
条項8.
第3の部分反射板をさらに備える、条項1に記載の光学デバイス。
条項9.
前記第3の部分反射板が反射ホログラフィック要素である、条項8に記載の光学デバイス。
条項10.
前記第1の部分反射板が体積型ブラッグ格子を備え、前記第2の部分反射板が反射偏光子を備える、条項1に記載の光学デバイス。
条項11.
前記反射ホログラフィック要素が、体積型ブラッグ格子、偏光体積型ホログラム、およびパンチャラトナムベリー位相要素からなる群から選択される、条項1に記載の光学デバイス。
条項12.
前記第1の部分反射板が体積型ブラッグ格子を備え、前記第2の光学要素が偏光体積型ホログラムを備える、条項1に記載の光学デバイス。
条項13.
前記第1の部分反射板が偏光体積型ホログラムを備え、前記第2の部分反射板が反射偏光子を備える、条項1に記載の光学デバイス。
条項14.
前記第1の部分反射板が光パワーを有し、前記第2の部分反射板が前記第1の部分反射板の焦点面から離れて配置される、条項1に記載の光学デバイス。
条項15.
前記第2の部分反射板が光パワーを有さない、条項14に記載の光学デバイス。
条項16.
前記第2の部分反射板が、前記第1の部分反射板から空隙分だけ離間しており、前記空隙のサイズが変化するように構成される、条項1に記載の光学デバイス。
条項17.
ヘッドマウントディスプレイデバイス用の光学デバイスであって、
第1の部分反射板と、
第2の部分反射板が前記第1の部分反射板を透過した第1の光を受光し、前記第1の光の少なくとも一部分を第2の光として前記第1の部分反射板に向けて反射するように、前記第1の部分反射板に対して相対的に配置された第2の部分反射板と
を備え、
前記第2の光の少なくとも一部分が前記第1の部分反射板によって第3の光として反射され、前記第3の光の少なくとも一部分が前記第2の部分反射板を透過し、前記第1の部分反射板および前記第2の部分反射板が光パワーを有さない、光学デバイス。
条項18.
ホログラフィック要素を含む第1の光学要素をさらに備える、条項17に記載の光学デバイス。
条項19.
前記第1の部分反射板がビームスプリッタを備え、前記第2の部分反射板が反射偏光子を備える、条項18に記載の光学デバイス。
条項20.
透過回折要素である第1の光学要素をさらに備える、条項17に記載の光学デバイス。
条項21.
第1の部分反射板、および
第2の部分反射板が前記第1の部分反射板を透過した第1の光を受光し、前記第1の光の少なくとも一部分を第2の光として前記第1の部分反射板に向けて反射するように、前記第1の部分反射板に対して相対的に配置された第2の部分反射板
を備える光学デバイスであって、
前記第2の光の少なくとも一部分が前記第1の部分反射板によって第3の光として反射され、前記第3の光の少なくとも一部分が前記第2の部分反射板を透過し、
前記第1の部分反射板または前記第2の部分反射板のうちの少なくとも1つが反射ホログラフィック要素を備える、光学デバイスと、
ディスプレイデバイスと
を備える、光学系。
条項22.
前記ディスプレイデバイスが実質的にコヒーレントな光源と結合される、条項221に記載の光学系。
条項23.
前記実質的にコヒーレントな光源がレーザを含む、条項222に記載の光学系。
条項24.
スペックル除去器をさらに備える、条項222に記載の光学系。
条項25.
前記スペックル除去器が、前記実質的にコヒーレントな光源から放射された光をスペックル除去するために配置される、条項224に記載の光学系。
条項26.
前記スペックル除去器が、前記ディスプレイデバイスから放射された光をスペックル除去するために配置される、条項224に記載の光学系。
条項27.
前記スペックル除去器が、時変拡散パターンを提供するように構成された電気活性高分子を含む、条項224に記載の光学系。
条項28.
前記第1の部分反射板が、前記ディスプレイデバイスのディスプレイパネルから放射された光を受光し、前記放射された光が、限定された放射円錐を有する、条項221に記載の光学系。
条項29.
前記放射円錐が前記ディスプレイパネル上で空間的に変化する、条項228に記載の光学系。
条項30.
前記ディスプレイパネルが、前記ディスプレイパネル上の第1の位置に、第1の放射円錐角を特徴とする第1の放射円錐を有する光を提供し、前記ディスプレイパネル上の前記第1の位置とは異なる第2の位置に、前記第1の放射円錐角とは異なる第2の放射円錐角を特徴とする第2の放射円錐を有する光を提供するように構成される、条項229に記載の光学系。
条項31.
前記ディスプレイパネルからの放射円錐の中心光線が、前記ディスプレイパネルの前または後ろの共通点と交差する、条項229に記載の光学系。
条項32.
放射円錐が、前記光学系のユーザのアイボックスに入る光に実質的に対応する、条項228に記載の光学系。
条項33.
前記ディスプレイデバイスが指向性バックライトを含む、条項221に記載の光学系。
条項34.
前記指向性バックライトが体積型ホログラムを含む、条項33に記載の光学系。
条項35.
前記指向性バックライトが、無指向性光源および角度制限プレートを含む、条項33に記載の光学系。
条項36.
前記指向性バックライトが拡散器を含む、条項33に記載の光学系。
条項37.
前記ディスプレイデバイスが前記第1の部分反射板に近接して配置される、条項221に記載の光学系。
条項38.
前記光学系が、前記光学デバイスと前記ディスプレイデバイスとの間の前記空隙のサイズを変更するように構成される、条項221に記載の光学系。
条項39.
前記ディスプレイデバイスが、液晶ディスプレイ(LCD)パネルまたはシリコン上の液晶(LCOS:liquid crystal on silicon)パネルを含む、条項221に記載の光学系。
条項40.
ヘッドマウントディスプレイデバイス用の光学デバイスであって、
第1の部分反射板と、
第2の部分反射板が前記第1の部分反射板を透過した第1の光を受光し、前記第1の光の少なくとも一部分を第2の光として前記第1の部分反射板に向けて反射するように、前記第1の部分反射板に対して相対的に配置された第2の部分反射板と
を備え、
前記第2の光の少なくとも一部分が前記第1の部分反射板によって第3の光として反射され、前記第3の光の少なくとも一部分が前記第2の部分反射板を透過し、
前記第1の部分反射板または前記第2の部分反射板のうちの少なくとも1つが、メタ表面または多次回折要素を備える、光学デバイス。
条項
条項1.
ヘッドマウントディスプレイデバイス用の光学デバイスであって、
第1の部分反射板と、
第2の部分反射板が前記第1の部分反射板を透過した第1の光を受光し、前記第1の光の少なくとも一部分を第2の光として前記第1の部分反射板に向けて反射するように、前記第1の部分反射板に対して相対的に配置された第2の部分反射板と
を備え、
前記第2の光の少なくとも一部分が前記第1の部分反射板によって第3の光として反射され、前記第3の光の少なくとも一部分が前記第2の部分反射板を透過し、
前記第1の部分反射板または前記第2の部分反射板のうちの少なくとも1つが反射ホログラフィック要素を備える、光学デバイス。
条項2.
前記反射ホログラフィック要素が自由形状の位相プロファイルを有する、条項1に記載の光学デバイス。
条項3.
前記反射ホログラフィック要素が、赤、緑、および青の波長のそれぞれに対して異なる位相プロファイルを有する波長感受性要素である、条項1に記載の光学デバイス。
条項4.
前記位相プロファイルが波長多重化によって前記反射ホログラフィックにおいて符号化される、条項3に記載の光学デバイス。
条項5.
前記反射ホログラフィック要素が2つ以上のホログラムのスタックを含み、それぞれが別個の波長範囲に対して感受性がある、条項3に記載の光学デバイス。
条項6.
前記反射ホログラフィック要素がピッチ勾配偏光体積型ホログラムを含む、条項1に記載の光学デバイス。
条項7.
前記ピッチ勾配偏光体積型ホログラムがコレステリック液晶を含む、条項6に記載の光学デバイス。
条項8.
第3の部分反射板をさらに備える、条項1に記載の光学デバイス。
条項9.
前記第3の部分反射板が反射ホログラフィック要素である、条項8に記載の光学デバイス。
条項10.
前記第1の部分反射板が体積型ブラッグ格子を備え、前記第2の部分反射板が反射偏光子を備える、条項1に記載の光学デバイス。
条項11.
前記反射ホログラフィック要素が、体積型ブラッグ格子、偏光体積型ホログラム、およびパンチャラトナムベリー位相要素からなる群から選択される、条項1に記載の光学デバイス。
条項12.
前記第1の部分反射板が体積型ブラッグ格子を備え、前記第2の光学要素が偏光体積型ホログラムを備える、条項1に記載の光学デバイス。
条項13.
前記第1の部分反射板が偏光体積型ホログラムを備え、前記第2の部分反射板が反射偏光子を備える、条項1に記載の光学デバイス。
条項14.
前記第1の部分反射板が光パワーを有し、前記第2の部分反射板が前記第1の部分反射板の焦点面から離れて配置される、条項1に記載の光学デバイス。
条項15.
前記第2の部分反射板が光パワーを有さない、条項14に記載の光学デバイス。
条項16.
前記第2の部分反射板が、前記第1の部分反射板から空隙分だけ離間しており、前記空隙のサイズが変化するように構成される、条項1に記載の光学デバイス。
条項17.
ヘッドマウントディスプレイデバイス用の光学デバイスであって、
第1の部分反射板と、
第2の部分反射板が前記第1の部分反射板を透過した第1の光を受光し、前記第1の光の少なくとも一部分を第2の光として前記第1の部分反射板に向けて反射するように、前記第1の部分反射板に対して相対的に配置された第2の部分反射板と
を備え、
前記第2の光の少なくとも一部分が前記第1の部分反射板によって第3の光として反射され、前記第3の光の少なくとも一部分が前記第2の部分反射板を透過し、前記第1の部分反射板および前記第2の部分反射板が光パワーを有さない、光学デバイス。
条項18.
ホログラフィック要素を含む第1の光学要素をさらに備える、条項17に記載の光学デバイス。
条項19.
前記第1の部分反射板がビームスプリッタを備え、前記第2の部分反射板が反射偏光子を備える、条項18に記載の光学デバイス。
条項20.
透過回折要素である第1の光学要素をさらに備える、条項17に記載の光学デバイス。
条項21.
第1の部分反射板、および
第2の部分反射板が前記第1の部分反射板を透過した第1の光を受光し、前記第1の光の少なくとも一部分を第2の光として前記第1の部分反射板に向けて反射するように、前記第1の部分反射板に対して相対的に配置された第2の部分反射板
を備える光学デバイスであって、
前記第2の光の少なくとも一部分が前記第1の部分反射板によって第3の光として反射され、前記第3の光の少なくとも一部分が前記第2の部分反射板を透過し、
前記第1の部分反射板または前記第2の部分反射板のうちの少なくとも1つが反射ホログラフィック要素を備える、光学デバイスと、
ディスプレイデバイスと
を備える、光学系。
条項22.
前記ディスプレイデバイスが実質的にコヒーレントな光源と結合される、条項221に記載の光学系。
条項23.
前記実質的にコヒーレントな光源がレーザを含む、条項222に記載の光学系。
条項24.
スペックル除去器をさらに備える、条項222に記載の光学系。
条項25.
前記スペックル除去器が、前記実質的にコヒーレントな光源から放射された光をスペックル除去するために配置される、条項224に記載の光学系。
条項26.
前記スペックル除去器が、前記ディスプレイデバイスから放射された光をスペックル除去するために配置される、条項224に記載の光学系。
条項27.
前記スペックル除去器が、時変拡散パターンを提供するように構成された電気活性高分子を含む、条項224に記載の光学系。
条項28.
前記第1の部分反射板が、前記ディスプレイデバイスのディスプレイパネルから放射された光を受光し、前記放射された光が、限定された放射円錐を有する、条項221に記載の光学系。
条項29.
前記放射円錐が前記ディスプレイパネル上で空間的に変化する、条項228に記載の光学系。
条項30.
前記ディスプレイパネルが、前記ディスプレイパネル上の第1の位置に、第1の放射円錐角を特徴とする第1の放射円錐を有する光を提供し、前記ディスプレイパネル上の前記第1の位置とは異なる第2の位置に、前記第1の放射円錐角とは異なる第2の放射円錐角を特徴とする第2の放射円錐を有する光を提供するように構成される、条項229に記載の光学系。
条項31.
前記ディスプレイパネルからの放射円錐の中心光線が、前記ディスプレイパネルの前または後ろの共通点と交差する、条項229に記載の光学系。
条項32.
放射円錐が、前記光学系のユーザのアイボックスに入る光に実質的に対応する、条項228に記載の光学系。
条項33.
前記ディスプレイデバイスが指向性バックライトを含む、条項221に記載の光学系。
条項34.
前記指向性バックライトが体積型ホログラムを含む、条項33に記載の光学系。
条項35.
前記指向性バックライトが、無指向性光源および角度制限プレートを含む、条項33に記載の光学系。
条項36.
前記指向性バックライトが拡散器を含む、条項33に記載の光学系。
条項37.
前記ディスプレイデバイスが前記第1の部分反射板に近接して配置される、条項221に記載の光学系。
条項38.
前記光学系が、前記光学デバイスと前記ディスプレイデバイスとの間の前記空隙のサイズを変更するように構成される、条項221に記載の光学系。
条項39.
前記ディスプレイデバイスが、液晶ディスプレイ(LCD)パネルまたはシリコン上の液晶(LCOS:liquid crystal on silicon)パネルを含む、条項221に記載の光学系。
条項40.
ヘッドマウントディスプレイデバイス用の光学デバイスであって、
第1の部分反射板と、
第2の部分反射板が前記第1の部分反射板を透過した第1の光を受光し、前記第1の光の少なくとも一部分を第2の光として前記第1の部分反射板に向けて反射するように、前記第1の部分反射板に対して相対的に配置された第2の部分反射板と
を備え、
前記第2の光の少なくとも一部分が前記第1の部分反射板によって第3の光として反射され、前記第3の光の少なくとも一部分が前記第2の部分反射板を透過し、
前記第1の部分反射板または前記第2の部分反射板のうちの少なくとも1つが、メタ表面または多次回折要素を備える、光学デバイス。
Claims (80)
- 画像光を受光し、
前記画像光を受光したことに応答して、前記画像光を拡散し、
受光された前記画像光と同じ偏光を有する拡散画像光を出力し、
周囲光を受光し、前記周囲光の少なくとも第1の部分を、前記周囲光の前記第1の部分を拡散することなく出力する
ように構成された光拡散器と、
第1の表面および前記第1の表面と対向して実質的に平行である第2の表面を有する基板、
前記基板に結合された反射板、ならびに
前記基板に結合されたビームスプリッタ
を備える光学アセンブリと、
を備えるディスプレイデバイスであって、前記光学アセンブリが、
前記拡散画像光を前記反射板および前記ビームスプリッタで反射することによって、前記拡散画像光を第1の光パワーで透過させ、
前記周囲光の前記第1の部分以外の前記周囲光の第2の部分を、前記周囲光の前記第2の部分が前記第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで前記光学アセンブリを透過するように、前記反射板でも前記ビームスプリッタでも反射することなく前記光学アセンブリに透過させる
ように構成される、ディスプレイデバイス。 - 前記画像光を前記光拡散器に向けて投射するように構成されたプロジェクタをさらに備える、請求項1に記載のディスプレイデバイス。
- 前記画像光が、一定の入射角範囲内の入射角で前記光拡散器に入射し、
前記周囲光が、前記一定の入射角範囲外の入射角で前記光拡散器に入射する、
請求項1に記載のディスプレイデバイス。 - 前記第1の表面および前記第2の表面が平面である、請求項1に記載のディスプレイデバイス。
- 前記第1の表面が第1の湾曲輪郭を有し、前記第2の表面が第2の湾曲輪郭を有する、請求項1に記載のディスプレイデバイス。
- 前記第1の湾曲輪郭および前記第2の湾曲輪郭が、同じ曲率半径を有し、前記第1の光パワーが、前記曲率半径に依存する、請求項5に記載のディスプレイデバイス。
- 前記第1の湾曲輪郭および前記第2の湾曲輪郭が、同心球形輪郭である、請求項6に記載のディスプレイデバイス。
- 前記第2の光パワーがゼロである、請求項1に記載のディスプレイデバイス。
- 前記光学アセンブリが、大幅な光学収差なしに前記周囲光の前記第2の部分を透過させるように構成される、請求項1に記載のディスプレイデバイス。
- 前記基板が実質的に均一な厚さを有する、請求項1に記載のディスプレイデバイス。
- 前記反射板が、反射偏光子および光学リターダを含む、請求項1に記載のディスプレイデバイス。
- 前記反射板が、
前記拡散画像光を、前記拡散画像光が前記第1の光パワーで出力されるように反射し、
前記周囲光の前記第2の部分を、前記周囲光の前記第2の部分が前記第2の光パワーで出力されるように透過させる
ように構成された、偏光感受性ホログラムを含む、請求項1に記載のディスプレイデバイス。 - 光拡散器で画像光を受光することと、
前記画像光を受光したことに応答して、前記光拡散器から拡散画像光を出力することと、
前記拡散画像光を第1の光パワーで光学アセンブリに透過させることであって、前記拡散画像光が、受光された前記画像光と同じ偏光を有する、前記拡散画像光を透過させることと、
前記光拡散器で周囲光を受光することと、
前記光拡散器から、前記周囲光の少なくとも第1の部分を出力することと、
前記周囲光の第2の部分を、前記第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで前記光学アセンブリに透過させることと
を含む方法であって、前記光学アセンブリが、
第1の表面および前記第1の表面と対向して実質的に平行である第2の表面を有する基板と、
前記基板に結合された反射板と、
前記基板に結合されたビームスプリッタと
を含み、
前記拡散画像光を前記第1の光パワーで前記光学アセンブリに透過させることが、前記拡散画像光を前記反射板および前記ビームスプリッタで反射することを含み、
前記周囲光の前記第2の部分が前記第2の光パワーで前記光学アセンブリを透過するように、前記周囲光の前記第2の部分が、前記反射板でも前記ビームスプリッタでも反射することなく前記光学アセンブリを透過する、方法。 - プロジェクタからの前記画像光を前記光拡散器に向けて投射することと、
前記光拡散器で前記画像光を受光することと、
前記拡散画像光が前記光拡散器から出力されるように、前記画像光を前記光拡散器で拡散させることと
をさらに含む、請求項13に記載の方法。 - 前記画像光が、前記光拡散器の表面で受光され、
前記拡散画像光が、前記光拡散器の前記表面から出力される、
請求項14に記載の方法。 - 前記画像光が、一定の入射角範囲内の入射角で前記光拡散器に入射し、
前記周囲光が、前記一定の入射角範囲外の入射角で前記光拡散器に入射する、
請求項13に記載の方法。 - 前記拡散画像光が前記光拡散器から出力されると同時に、前記周囲光の前記第1の部分が前記光拡散器を透過し、
前記周囲光の前記第2の部分および拡散画像光が、前記光学アセンブリを同時に透過する、
請求項13に記載の方法。 - 前記第2の光パワーがゼロである、請求項13に記載の方法。
- 前記周囲光の前記第2の部分が、大幅な光学収差なしに前記光学アセンブリを透過する、請求項13に記載の方法。
- 前記基板が実質的に均一な厚さを有する、請求項13に記載の方法。
- 第1の表面および前記第1の表面と対向して実質的に平行である第2の表面を有する基板と、
前記基板に結合された反射板と、
前記基板に結合されたビームスプリッタと
を備える光学アセンブリであって、
前記第1の表面で受光された第1の光を、前記第1の光が前記第2の表面から出力される前に、前記反射板での反射および前記ビームスプリッタでの反射を含む光路において透過させ、
前記第1の表面で受光された第2の光を、前記第2の光が前記反射板での反射も前記ビームスプリッタでの反射も受けることなく前記第2の表面から出力されるように透過させる
ように構成される、光学アセンブリ。 - 前記光学アセンブリが、
前記第1の光を第1の光パワーで出力し、
前記第2の光を前記第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで透過させる
ように構成される、請求項21に記載の光学アセンブリ。 - 前記反射板が、反射偏光子および光学リターダを含む、請求項22に記載の光学アセンブリ。
- 前記ビームスプリッタが、前記第1の表面と前記第2の表面との間に配置され、
前記ビームスプリッタが、前記第1の光パワーに寄与する複数のフレネル構造を含む、
請求項23に記載の光学アセンブリ。 - 前記反射板が、湾曲した反射面を有し、前記ビームスプリッタと前記第2の表面との間に配置され、
前記湾曲した反射面が、前記第1の光パワーに寄与する第1の曲率半径を有する、
請求項24に記載の光学アセンブリ。 - 前記反射板が、前記ビームスプリッタと前記第2の表面との間に配置され、
前記フレネル構造が、湾曲輪郭を形成し、前記湾曲輪郭が、前記第1の光パワーに寄与する第2の曲率半径を有する、
請求項24に記載の光学アセンブリ。 - 前記ビームスプリッタが、前記第1の表面上に配置され、
前記反射板が、前記第2の表面上に配置され、
前記第1の光を、前記第1の光が前記第1の光パワーで出力されるように反射し、
前記第2の光を、前記第2の光が前記第2の光パワーで出力されるように透過させる
ように構成された偏光感受性ホログラムを含む、
請求項22に記載の光学アセンブリ。 - 前記ビームスプリッタが、前記第2の表面上に配置され、
前記反射板が、前記第1の表面上に配置され、
前記第1の光を、前記第1の光が前記第1の光パワーで出力されるように反射し、
前記第2の光を、前記第2の光が前記第2の光パワーで出力されるように透過させる
ように構成された偏光感受性ホログラムを含む、
請求項22に記載の光学アセンブリ。 - 前記第1の表面および前記第2の表面が平面である、請求項21に記載の光学アセンブリ。
- 前記第1の表面および前記第2の表面がそれぞれ第3の曲率半径を有する、請求項21に記載の光学アセンブリ。
- 画像光を出力し、周囲光を透過させるように構成されたディスプレイと、
第1の表面および前記第1の表面と対向して実質的に平行である第2の表面を有する基板、
前記基板に結合された反射板、ならびに
前記基板に結合されたビームスプリッタ
を備える光学アセンブリと
を備えるディスプレイデバイスであって、前記光学アセンブリが、
前記第1の表面で受光された画像光を、前記画像光が前記第2の表面から出力される前に、前記反射板での反射および前記ビームスプリッタでの反射を含む光路において透過させ、
前記第1の表面で受光された周囲光を、前記周囲光が前記反射板での反射も前記ビームスプリッタでの反射も受けることなく前記第2の表面から出力されるように透過させる
ように構成される、ディスプレイデバイス。 - 前記光学アセンブリが、
前記画像光を第1の光パワーで出力し、
前記周囲光を前記第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで透過させる
ように構成される、請求項31に記載のディスプレイデバイス。 - 前記ビームスプリッタが、前記第1の表面と前記第2の表面との間に配置され、
前記ビームスプリッタが、前記第1の光パワーに寄与する複数のフレネル構造を含む、
請求項32に記載のディスプレイデバイス。 - 前記反射板が、湾曲した反射面を有し、前記ビームスプリッタと前記第2の表面との間に配置され、
前記湾曲した反射面が、前記第1の光パワーに寄与する第1の曲率半径を有する、
請求項33に記載のディスプレイデバイス。 - 前記反射板が、前記ビームスプリッタと前記第2の表面との間に配置され、
前記フレネル構造が、湾曲輪郭を形成し、前記湾曲輪郭が、前記第1の光パワーに寄与する第2の曲率半径を有する、
請求項33に記載のディスプレイデバイス。 - 前記ビームスプリッタが、前記第1の表面上に配置され、
前記反射板が、前記第2の表面上に配置され、
前記画像光を、前記画像光が前記第1の光パワーで出力されるように反射し、
前記周囲光を、前記周囲光が前記第2の光パワーで出力されるように透過させる
ように構成された偏光感受性ホログラムを含む、
請求項32に記載のディスプレイデバイス。 - 前記ビームスプリッタが、前記第2の表面上に配置され、
前記反射板が、前記第1の表面上に配置され、
前記画像光を、前記画像光が前記第1の光パワーで出力されるように反射し、
前記周囲光を、前記周囲光が前記第2の光パワーで出力されるように透過させる
ように構成された偏光感受性ホログラムを含む、
請求項32に記載のディスプレイデバイス。 - 前記第1の表面および前記第2の表面が平面である、請求項31に記載のディスプレイデバイス。
- 前記第1の表面および前記第2の表面がそれぞれ第3の曲率半径を有する、請求項31に記載のディスプレイデバイス。
- 光学アセンブリに光を透過させる方法であって、
第1の光路において画像光を透過させることであって、
基板の第1の表面で前記画像光を受光することであって、前記基板が、
前記第1の表面と対向して実質的に平行である第2の表面、
前記基板に結合された反射板、および
前記基板に結合されたビームスプリッタ
を含む、前記画像光を受光すること、ならびに、
前記第2の表面から前記画像光を出力すること
を含み、第1の光路が、前記反射板での反射および前記ビームスプリッタでの反射を含む、第1の光路において画像光を透過させることと、
前記第1の光路とは異なる第2の光路において周囲光を透過させることであって、
前記第1の表面で前記周囲光を受光すること、および
前記周囲光を、前記反射板での反射も前記ビームスプリッタでの反射も受けることなく前記第2の表面から出力すること
を含む、第2の光路において周囲光を透過させることと
を含む、方法。 - 第1の表面および前記第1の表面と対向する第2の表面を有する基板であって、前記第1の表面が、第1の湾曲輪郭を有し、前記第2の表面が、第2の湾曲輪郭を有し、前記第1の表面と平行である、基板と、
前記第1の表面上にあり、前記第1の表面の前記第1の湾曲輪郭に一致するビームスプリッタと、
前記第2の表面上にあり、前記第2の表面の前記第2の湾曲輪郭と一致する反射板と
を備える光学アセンブリであって、
前記第1の表面で第1の光を受光し、前記第1の光を前記反射板から出力する前に、前記第1の光を前記反射板で反射し、続いて前記ビームスプリッタで反射し、それによって前記第1の光が第1の光パワーで前記光学アセンブリを透過するようにし、
第2の光を前記反射板で反射することなく前記光学アセンブリに透過させ、前記第2の光が、前記第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで前記光学アセンブリを透過するようにする
ように構成される、光学アセンブリ。 - 前記ビームスプリッタと前記反射板との間に配置された光学リターダをさらに備える、請求項41に記載の光学アセンブリ。
- 前記第2の光パワーがゼロである、請求項41に記載の光学アセンブリ。
- 前記第1の表面および前記第2の表面がそれぞれ曲率を有し、
前記第1の光パワーが前記曲率に依存する、
請求項41に記載の光学アセンブリ。 - 前記第1の表面で受光された前記第1の光が、第1の方向に伝搬しており、
前記第1の光が、前記第1の方向とは異なる第2の方向に前記反射板から出力され、
前記第1の表面で受光された前記第2の光が、第3の方向に伝搬しており、
前記第2の光が、前記第3の方向に実質的に平行な第4の方向に前記光学アセンブリから出力される、
請求項41に記載の光学アセンブリ。 - 前記光学アセンブリが、大幅な光学収差なしに前記第2の光を透過させるように構成される、請求項41に記載の光学アセンブリ。
- 前記第1の表面で受光される前記第1の光が、第1の偏光を有し、
前記反射板から出力される前記第1の光が、前記第1の偏光とは異なる第2の偏光を有し、
前記第1の表面で受光される前記第2の光が、前記第1の偏光および第2の偏光のそれぞれとは異なる第3の偏光を有し、
前記光学アセンブリから出力される前記第2の光が、前記第2の偏光を有する、
請求項41に記載の光学アセンブリ。 - 前記反射板が、前記反射板に入射する光を、前記光の偏光に応じて反射または透過させるように構成される、請求項47に記載の光学アセンブリ。
- 前記基板が実質的に均一な厚さを有する、請求項41に記載の光学アセンブリ。
- 前記第1の湾曲輪郭および前記第2の湾曲輪郭が、同心球形輪郭である、請求項41に記載の光学アセンブリ。
- 画像光を出力するように構成され、周囲光を透過するように構成可能なディスプレイと、
第1の湾曲輪郭を有する第1の表面、および第2の湾曲輪郭を有し、前記第1の表面と平行である第2の表面、
前記第1の表面上にあり、前記第1の表面の前記第1の湾曲輪郭に一致するビームスプリッタ、
第2の表面上にあり、前記第2の表面の前記第2の湾曲輪郭と一致する反射板
を含む光学アセンブリと
を備えるディスプレイデバイスであって、前記光学アセンブリが、
前記第1の表面で前記画像光を受光し、前記画像光を前記反射板から出力する前に、前記画像光を前記反射板で反射し、続いて前記ビームスプリッタで反射し、それによって前記画像光が第1の光パワーで前記光学アセンブリを透過するようにし、
前記周囲光を前記反射板で反射することなく前記光学アセンブリに透過させ、前記周囲光が、前記第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで前記光学アセンブリを透過するようにする
ように構成される、ディスプレイデバイス。 - 前記ビームスプリッタと前記反射板との間に配置された光学リターダをさらに備える、請求項51に記載のディスプレイデバイス。
- 前記光学アセンブリが、大幅な光学収差なしに前記周囲光を透過させるように構成される、請求項52に記載のディスプレイデバイス。
- 前記第2の光パワーがゼロである、請求項51に記載のディスプレイデバイス。
- 前記第1の表面および前記第2の表面がそれぞれ曲率を有し、
前記第1の光パワーが前記曲率に依存する、
請求項51に記載のディスプレイデバイス。 - 前記第1の表面で受光された前記画像光が、第1の方向に伝搬しており、
前記画像光が、前記第1の方向とは異なる第2の方向に前記反射板から出力され、
前記第1の表面で受光された前記周囲光が、第3の方向に伝搬しており、
前記周囲光が、前記第3の方向に実質的に平行な第4の方向に前記光学アセンブリから出力される、
請求項51に記載のディスプレイデバイス。 - 前記第1の表面で受光される前記画像光が、第1の偏光を有し、
前記反射板から出力される前記画像光が、前記第1の偏光とは異なる第2の偏光を有し、
前記第1の表面で受光される前記周囲光が、前記第1の偏光および第2の偏光のそれぞれとは異なる第3の偏光を有し、
前記光学アセンブリから出力される前記周囲光が、前記第2の偏光を有する、
請求項51に記載のディスプレイデバイス。 - 前記反射板が、前記反射板に入射する光を、前記光の偏光に応じて反射または透過させるように構成される、請求項57に記載のディスプレイデバイス。
- 前記ディスプレイデバイスが、ヘッドマウントディスプレイデバイスである、請求項51に記載のディスプレイデバイス。
- 光学アセンブリに光を透過させる方法であって、
画像光を透過させることであって、
第1の湾曲輪郭を有する基板の第1の表面で前記画像光を受光すること、
第2の湾曲輪郭を有し、前記第1の表面に実質的に平行である反射板で前記画像光を反射すること、
前記第1の基板上にあり、前記第1の表面の前記第1の湾曲輪郭に一致するビームスプリッタで前記画像光を反射すること、および
前記画像光を前記反射板から第1の光パワーで出力すること
を含む、画像光を透過させることと、
周囲光を透過させることであって、
前記第1の表面で前記周囲光を受光すること、
前記周囲光を前記反射板で反射することなく前記光学アセンブリに透過させること、および
前記周囲光を前記第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで前記光学アセンブリから出力すること
を含む、周囲光を透過させることと
を含む、方法。 - 前面および前記前面と対向する背面を有し、
前記前面から画像光を出力し、
前記背面から前記前面に周囲光を透過させる
ように構成された、ディスプレイと、
実質的に均一な厚さを有する基板、
前記基板に結合されたビームスプリッタ、および
前記基板に結合された反射板
を備える光学アセンブリと
を備える、ディスプレイデバイスであって、前記光学アセンブリが、
前記画像光を受光し、前記ディスプレイの前記前面から出力された前記画像光の一部分を、前記反射板での反射および前記ビームスプリッタでの反射を含む光路を介して第1の光パワーで透過させ、
前記周囲光を受光し、前記周囲光の一部分を、前記反射板で反射することなく、前記第1の光パワーよりも小さい第2の光パワーで前記光学アセンブリに透過させる
ように構成される、ディスプレイデバイス。 - 前記ディスプレイが、前記前面から前記画像光および前記周囲光を同時に出力するように構成される、請求項61に記載のディスプレイデバイス。
- 前記ディスプレイデバイスが、前記ディスプレイの前面から前記画像光を出力することと、前記ディスプレイの前記前面から前記周囲光を出力することとを交互に繰り返すように構成される、請求項61に記載のディスプレイデバイス。
- 前記光学アセンブリで受光される前記画像光が、第1の偏光を有し、
前記光学アセンブリで受光される前記周囲光が、前記第1の偏光に直交する第2の偏光を有する、
請求項61に記載のディスプレイデバイス。 - 前記光学アセンブリが、
前記画像光の前記光路が、1つまたは複数の折り畳みを含み、
前記周囲光の前記一部分が、折り畳みを一切含まない異なる光路を介して透過する
ように構成される、請求項61に記載のディスプレイデバイス。 - 前記第2の光パワーがゼロである、請求項61に記載のディスプレイデバイス。
- 前記光学アセンブリが、大幅な光学収差なしに前記周囲光の前記一部分を透過させるように構成される、請求項61に記載のディスプレイデバイス。
- 前記光学アセンブリの前記基板が、第1の表面、および前記第1の表面と対向して平行である第2の表面を含む、請求項61に記載のディスプレイデバイス。
- 前記光学アセンブリの前記基板が、第1の表面、および前記第1の表面と対向する第2の表面を含み、
前記第1の表面が第1の湾曲輪郭を有し、前記第2の表面が第2の湾曲輪郭を有し、
前記ビームスプリッタが、前記第1の表面上に配置され、前記第1の表面の前記第1の湾曲輪郭に一致し、
前記反射板が、反射偏光子および4分の1波長板を含み、
前記反射偏光子が、前記第2の表面上に配置され、前記第2の表面の前記第2の湾曲輪郭に一致する、
請求項61に記載のディスプレイデバイス。 - 前記光学アセンブリの前記基板が、第1の表面、および前記第1の表面と対向する第2の表面を含み、
前記ビームスプリッタが、前記第1の表面と前記第2の表面との間に配置され、
前記ビームスプリッタが、前記第1の光パワーに寄与する複数のフレネル構造を含む、
請求項61に記載のディスプレイデバイス。 - 反射偏光子が、湾曲した反射面を有し、前記ビームスプリッタと前記第2の表面との間に配置され、
前記湾曲した反射面が、前記第1の光パワーに寄与する第1の曲率半径を有する、
請求項70に記載のディスプレイデバイス。 - 前記反射板が、前記ビームスプリッタと前記第2の表面との間に配置され、
前記フレネル構造が、湾曲輪郭を形成し、前記湾曲輪郭が、前記第1の光パワーに寄与する第2の曲率半径を有する、
請求項71に記載のディスプレイデバイス。 - 前記光学アセンブリの前記基板が、第1の表面、および前記第1の表面と対向する第2の表面を含み、
前記ビームスプリッタが、前記第1の表面上に配置され、
前記反射板が、前記第2の表面上に配置され、
前記画像光を、前記画像光が前記第1の光パワーで出力されるように反射し、
前記周囲光を、前記周囲光が前記第2の光パワーで出力されるように透過させる
ように構成された偏光感受性ホログラムを含む、
請求項61に記載のディスプレイデバイス。 - 前記ディスプレイデバイスが、ヘッドマウントディスプレイデバイスである、請求項61に記載のディスプレイデバイス。
- 1つまたは複数の画像を表示する方法であって、
ディスプレイの前面から画像光を出力することであって、前記ディスプレイが、前記前面と対向する背面を有する、画像光を出力することと、
前記背面から前記前面に周囲光を透過させることと、
光学アセンブリで前記前面から出力された前記画像光を受光することと、
前記画像光の一部分を第1の光パワーで透過させることと、
前記光学アセンブリで前記前面から出力された前記周囲光を受光することと、
前記周囲光の一部分を前記第1の光パワーとは異なる第2の光パワーで透過させることと
を含む、方法。 - 前記画像光および前記周囲光が、前記ディスプレイの前記前面から同時に出力される、請求項75に記載の方法。
- 前記画像光の前記一部分および前記周囲光の前記一部分が、前記ディスプレイの前記前面から交互に出力される、請求項75に記載の方法。
- 前記光学アセンブリで受光される前記画像光が、第1の偏光を有し、
前記光学アセンブリで受光される前記周囲光が、前記第1の偏光に直交する第2の偏光を有する、
請求項75に記載の方法。 - 前記画像光の前記一部分が、1つまたは複数の折り畳みを含む光路を介して前記光学アセンブリを透過し、
前記周囲光の前記一部分が、折り畳みを一切含まない異なる光路を介して前記光学アセンブリを透過する、
請求項78に記載の方法。 - 前記光学アセンブリが、大幅な光学収差なしに前記周囲光の前記一部分を透過させるように構成される、請求項75に記載の方法。
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