JP2023046260A - 瞳拡張器の完全性 - Google Patents
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Abstract
Description
実施形態では、本方法は、システムのコントローラによって、観察者追跡システムによって出力された信号に応答するステップをさらに含む。実施例では、応答するステップは、表示装置の光源への駆動信号を低減すること、または光源をオフにすることを含んでもよい。
図1は、コンピュータ生成ホログラムが単一の空間光変調器で符号化される実施形態を示している。コンピュータ生成ホログラムは、再構成のための対象物のフーリエ変換である。したがって、ホログラムは対象物のフーリエ領域または周波数領域またはスペクトル領域の表現であると言える。この実施形態では、空間光変調器は、シリコン上の反射型液晶「LCOS」デバイスである。ホログラムは空間光変調器で符号化され、ホログラフィック再構成が再生フィールド、例えばスクリーンやディフューザなどの受光面で形成される。
いくつかの実施形態では、コンピュータ生成ホログラムは、正レンズのフーリエ変換特性を利用することにより遠方場で画像が再構成されるフーリエ変換ホログラム、または単にフーリエホログラムまたはフーリエベースのホログラムである。フーリエホログラムは、再生平面内の所望の光場をフーリエ変換してレンズ平面に戻すことによって計算される。コンピュータで生成されたフーリエホログラムは、フーリエ変換を使用して計算できる。
F’は逆フーリエ変換であり、
Fは順フーリエ変換であり、
R[x、y]は、第3の処理ブロック256によって出力される複素データセットであり、
T[x、y]は、入力または目標画像であり、
∠は位相成分であり、
Ψは位相限定ホログラム280Bであり、
ηは振幅値211Bの新しい分布であり、
αは利得係数である。
空間光変調器を使用して、コンピュータ生成ホログラムを含む回折パターンを表示することができる。ホログラムが位相限定ホログラムである場合には、位相を変調する空間光変調器が必要である。ホログラムが完全複素ホログラムである場合には、位相と振幅を変調する空間光変調器を使用してもよいし、位相を変調する第1の空間光変調器と振幅を変調する第2の空間光変調器とを使用してもよい。
ヘッドアップディスプレイ(HUD)などの投影システムでは、アイボックス領域または視認窓に対応するシステムの射出瞳を拡大することが望ましい。特に、空間光変調器などの表示装置の開口部は、システムの制限開口部である。すなわち、空間光変調器の開口部、より具体的には、光変調画素のアレイを画定する領域のサイズは、システムを出ることができる光線束のサイズ(例えば、空間的範囲)を決定する。これは通常小さい。しかしながら、観察者は、頭を動かして、アイボックス/観察距離の領域/体積内の任意の位置から完全な画像を見ることができる必要がある。これは、アイモーションボックス(EMB)または視認窓として知られている。したがって、瞳拡張器を使用して、EMBまたは視認窓の寸法を拡大することができる。したがって、本開示によれば、システムの射出瞳は導波路瞳拡張器によって拡張されると述べられる。瞳拡張器は、受け取った瞳の大きさを拡張/増加させるとも言える。
図5は、本開示の第1の例示的な実施形態による導波路瞳拡張器を含むホログラフィック表示システムを示す。
図6は、本開示の第2の例示的な実施形態による、導波路瞳拡張器を形成する導波路を含むホログラフィック表示システムを示す。
上述したように、空間光変調器などの表示装置を含むシステム(例えば、投影システム)は、視認窓を1つまたは複数の次元に拡張するための1つまたは複数の瞳拡張器を含む。瞳拡張器は、典型的には、図4を参照して上述したように平面平行(主要)反射面を含むバルク光学導波路として実装される。しかしながら、実際には、この種の導波路瞳拡張器は、比較的大きな部品(例えば、最大2つの寸法/主面の寸法はそれぞれ数百ミリメートルである)であり、ガラスなどの光学的に透明な固体材料から形成される。したがって、システムが車両内のヘッドアップディスプレイなどの特定の用途で使用される場合、導波路瞳拡張器は、車両衝突などの衝撃の場合に破損する危険性がある。導波路内のガラスの破損は、瞳拡張器の構造的完全性を損なう可能性がある。例えば、そのような破損ガラスは、望ましくないことに、損傷を引き起こす可能性がある含有されていない大きなガラス破片の生成につながる可能性がある。さらに、導波路のガラスが飛散しても、破片を放出することなく、飛散したガラスは瞳拡張器の機能的完全性を損なう可能性がある。例えば、ガラス内の亀裂は、導波路を通る光の伝搬方向を変化させ、望ましくない反射および散乱をもたらす可能性がある。これは、画質を低下させるだけでなく、観察者に向かってレーザ光を散乱させる可能性があり、危険な場合がある。
本開示の第1の態様による導波路瞳拡張器の構造は、本明細書では「層状ガラス構造」と呼ばれるガラスなどの壊れやすい光学的に透明な(固体)材料を含む様々な異なる層状形態をとることができる。例は、図7~図10を参照して以下に説明される。
当業者には理解されるように、図8~図10を参照して上述した例による層状ガラス構造の層は、従来のガラスまたはエアキャビティと比較して、入力ポートと射出瞳/視認窓との間の導波路の層状構造を通って導かれる光の光路の複屈折を変更することができる。したがって、本開示によるシステム(すなわち、導波路瞳拡張器が実装されている)は、導波路の長さに沿った異なる位置における任意のそのような複屈折およびその効果を考慮するように適合される必要がある。したがって、例えば、図5または図6に示すようなホログラフィック投影システムは、観察者追跡システムを使用して観察者の眼の位置を決定し、SLMに表示される回折パターンを調整して、光の伝搬(例えば、層状構造の異なる伝搬距離/より多くの層を介して)による波面誤差を補償することができる。
本明細書に記載のシステムでは、他の安全機構が使用されてもよい。
実施形態は、単なる例として、電気的に活性化されるLCOS空間光変調器を指す。本開示の教示は、例えば、任意の電気的に作動されるSLM、光学的に作動されるSLM、デジタルマイクロミラーデバイスまたは微小電気機械デバイスなど、本開示によるコンピュータ生成ホログラムを表示することができる任意の空間光変調器で等しく実施することができる。
Claims (20)
- システムであって、
空間変調光を出力して画像を形成するように配置された空間光変調器を含む表示装置と、
前記表示装置からの空間変調光を入力ポートで受信し、前記システムの視認窓を拡張するように構成された導波路瞳拡張器と、
前記導波路瞳拡張器のガラスの破損の検出などの前記導波路瞳拡張器の機械的、構造的または光学的な障害を示す信号に応答するように配置されたコントローラと、を含む
システム。 - 前記コントローラは、前記表示装置によって出力された前記空間変調光を、前記空間変調光のさらなる放射を防止するなど、前記信号に応答して制御するように構成されている、
請求項1に記載のシステム。 - 前記コントローラは、光源の駆動信号を低減する、または前記光源をオフにするなど、前記信号に応答して前記表示装置の前記光源を制御するように構成されている、
請求項2に記載のシステム。 - 観察者の顔を監視して、前記観察者の顔に入射する迷光を検出し、任意選択的に、検出時に前記信号を前記コントローラに提供するように配置された観察者追跡システムをさらに含む、
請求項1に記載のシステム。 - 前記観察者追跡システムは、前記観察者の顔に向けられて迷可視光を検出する光検出器を含む、
請求項4に記載のシステム。 - 前記可視光は、前記表示装置および前記導波路瞳拡張器を含む投影システムの可視レーザ光である、
請求項5に記載のシステム。 - 前記観察者追跡システムは、前記観察者の顔を周期的に照らすように構成された赤外光源を含み、前記光検出器は、迷赤外光を検出するように構成され、任意選択的に、前記光検出器は、赤外波長および可視波長の光を検出するように構成されている、
請求項5に記載のシステム。 - 前記導波路瞳拡張器は、前記ガラスの破砕のリスクを低減するために、前記導波路瞳拡張器の第1の完全反射面が、任意の衝撃を吸収するように配置された比較的大きく安定した構成要素に取り付けられ得るか、またはそれと一体化されるようにさらに構成されている、
請求項1に記載のシステム。 - 任意の衝撃を吸収するように配置された前記構成要素は、熱安定性を改善するように金属を含む、
請求項8に記載のシステム。 - 散乱光を監視するための光検出システムをさらに含む、
請求項1に記載のシステム。 - 前記光検出システムは、前記導波路瞳拡張器、前記システムの光学部品、および前記システムを取り囲むウインドスクリーンもしくはミラーなどの外部反射部品のうちの1つまたは複数からの散乱光を検出するように構成されている、
請求項10に記載のシステム。 - 事象の検出に応答して前記システムの1つまたは複数の光学部品を取り囲むように膨張可能な発泡体を放出するように配置された前記膨張可能な発泡体の容器をさらに含む、
請求項1に記載のシステム。 - 前記膨張可能な発泡体は、光吸収性充填材料を含む、
請求項12に記載のシステム。 - 瞳拡張器導波路などの前記システムの壊れやすい光学部品は、流体に浸漬され、
前記導波路とカバーガラスとの間に高屈折率液体が設けられ、および/または
光学的に透明な接着剤が前記導波路瞳拡張器を少なくとも部分的に取り囲む、
請求項1に記載のシステム。 - 前記導波路瞳拡張器は、
平行に配置され、光学的に透明な材料を間に有する第1および第2の実質的に平坦な反射面と、
入力光を受けるための入力ポートと、を含み、
前記第1の反射面は完全反射性であり、前記第2の反射面は部分反射性であり、それにより、入射光が、一連の内部反射によって前記入力ポートから前記第2の部分反射面における出力ポートに導かれ、
前記導波路は、ガラスが破損した場合に前記導波路の完全性を維持するように配置された層状ガラス構造によって形成されている、
請求項1に記載のシステム。 - ホログラフィック投影システムを含み、
前記表示装置は、前記画像のホログラムなどの回折パターンを表示し、前記回折パターンに従って空間変調光を出力して、前記画像に対応するホログラフィック再構成を形成するように配置された空間光変調器を含む、
請求項1に記載のシステム。 - 表示デバイスおよび導波路瞳拡張器を含むシステムを動作させるための方法であって、
画像の回折パターンを表示装置に表示するステップと、
前記表示装置によって、出力ポートを有する導波路瞳拡張器の入力ポートに空間変調光を出力するステップと、
前記導波路瞳拡張器によって、一連の内部反射によって前記空間変調光を前記出力ポートに導くステップと、
前記導波路瞳拡張器によって、前記出力ポートから前記空間変調光を出力して、前記システムの視認窓に画像を形成するステップと、
観察者追跡システムによって、前記画像の観察者の顔に入射する迷光を監視するステップと、を含み、
迷光の検出に応答して、前記方法は、
前記観察者追跡システムによって、システム障害事象を示す信号を出力するステップをさらに含む
方法。 - 前記監視するステップは、
前記観察者追跡システムによって、前記観察者の顔の照明を提供するステップと、前記観察者追跡システムによって、前記観察者の顔に入射する迷光を検出するステップと、を含む、
請求項17に記載の方法。 - 前記照明は、パルス赤外線照明などのパルス照明であり、前記観察者の顔に入射する迷光を検出するステップは、前記パルス照明のパルス間の迷光、例えば迷可視光などの反射を検出するステップを含む、
請求項18に記載の方法。 - 前記システムのコントローラによって、前記表示装置の光源への駆動信号を低減すること、または前記光源をオフにすることなどによって、前記観察者追跡システムによって出力された前記障害事象信号に応答するステップをさらに含む、
請求項17に記載の方法。
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