JP2023535350A - 頭部装着型表示装置 - Google Patents

Abstract

頭部装着型表示装置は、画像を表示するために光を放出するように構成された複数の画素素子を備えたシースルー素子（２６）を備える。特定の実施形態では、この複数の画素素子は、複数のクラスタ（４０）を形成するように、このシースルー素子の表示領域（３０）にわたって分配され、この複数のクラスタのそれぞれは、複数の表示セグメント（３２）を含み、この複数の表示セグメントのそれぞれは、この複数の画素素子のうち一部の複数の画素素子を含む。隣接するクラスタ間のクラスタ距離（Ｃｘ、Ｃｙ）は、この隣接するクラスタのそれぞれにおける隣接する表示セグメント間のセグメント距離（Ｓｘ、Ｓｙ）よりも大きい。このセグメント距離は、この隣接する表示セグメントのそれぞれにおける隣接する画素素子間の画素距離よりも大きい。【選択図】図３

Description

本発明は、頭部装着型表示（ＨＭＤ）装置に関する。

ＨＭＤ装置は、拡張現実アプリケーションに役立つ可能性がある。従来のＨＭＤ装置（例えば、ＷＯ２０１４／０６３７１６Ａ１を参照）では、透明シート部材が画素素子のアレイとともに供給され、これを駆動して、例えば、数字、記号、アイコン、文字、グラフィックス、テキスト、またはその他の画像表現の形式で、絵画的表現を表示することができる。以下で簡単に「画像」とも呼ばれるこの絵画的表現は、従来技術では、レンズ効果および／またはミラー効果を有する光学構造のシステムを使用して、ＨＭＤ装置の装着者の眼に伝達される。この光学構造は、この透明シート部材上にこの画素素子と共に形成され、この画素素子から出射する光ビームに対してコリメーティング効果を有する。この画素素子によって表示されるこの画像は、例えば、有益な情報を表すか、または有益なコンテンツのないアートワークを表すことができる。この画素素子は、ＨＭＤ装置の装着者の片眼または両眼の視野内に位置するシート領域内のこの透明なシート部材全体に分配され、この画素素子によって表示されるこの画像に加えて、この装着者がこの透明シート部材を通して現実世界のライブビューを見ることができるように、十分なスペースを残す。

ＨＭＤ装置に関連する挑戦の１つは、このＨＭＤ装置のユーザーが、避けられない回転眼球運動にもかかわらず、鮮明な（つまり、焦点が合った）拡張現実画像を見ることができるようにすることである。したがって、本明細書で開示される本発明の実施形態の目的は、ユーザーが彼の又は彼女の眼の異なる回転位置で鮮明な拡張現実画像を見ることを可能にするＨＭＤ装置を提供することである。

本発明の上記および／または他の目的は、添付の特許請求の範囲に定義され、本明細書に示され、説明されるＨＭＤ装置によって達成される。

本発明のある実施形態によれば、画像を表示するために光を放出するように構成された複数の画素素子を備えるシースルー素子を含む頭部装着型表示装置が提供される。前記複数の画素素子は、複数の表示セグメントを形成するように前記シースルー素子の表示領域全体に分配される。前記複数の表示セグメントのそれぞれは、前記複数の画素素子のうち一部の複数の画素素子を含み、隣接する表示セグメントに属する隣接する画素素子間の画素距離は、前記隣接する表示セグメントのそれぞれにおける隣接する画素素子間の画素距離よりも大きい。この表示装置はさらに、元の画像の画素の前記複数の画素素子へのマッピングに基づいて、前記複数の画素素子のそれぞれを電気的に駆動するための制御回路を含む。前記制御回路は、前記元の画像の複数の異なる画像部分を前記複数の表示セグメントのそれぞれ異なる部分にマッピングするように適合されるものであって、前記制御回路は、前記複数の異なる画像部分のそれぞれをそれぞれの異なるセグメントセットにマッピングするように適合され、それぞれのセグメントセットは、第１の表示セグメントと少なくとも１つの第２の表示セグメントとを含む。ある実施形態では、前記第１の表示セグメントとそれぞれのセグメントセットの前記少なくとも１つの第２の表示セグメントのそれぞれとの間に、少なくとも１つの他のセグメントセットからの少なくとも１つの表示セグメントが配置される。

前記元の画像の複数の画像部分の少なくともいくつかまたは全ては、前記元の画像の単一の画素をそれぞれ含むことができる。追加的または代替的に、前記元の画像の複数の画像部分の少なくともいくつかまたは全ては、前記元の画像の複数の画素をそれぞれ含むことができる。ある実施形態では、前記複数の画像部分の少なくとも一部または全てがそれぞれ、表示セグメントに含まれる画素素子の数と同数の前記元の画像の画素を含む。

セグメントセットは、ある実施形態では、前記第１の表示セグメントとは異なる方向に位置する複数の第２の表示セグメントを含む。前記複数の第２の表示セグメントは、前記第１の表示セグメントの周りに均一な角度間隔で分配してもよい。前記セグメントセットには、全部で４、８、または１６個の第２の表示セグメントがあってもよい。

前記表示セグメントは、クラスタ化された方法で配置される場合と配置されない場合がある。表示セグメントのクラスタ化された配置を有する本発明の実施形態は、画像を表示するために光を放出するように構成された複数の画素素子を備えたシースルー素子を含む頭部装着型表示装置を提供してもよく、ここで、前記複数の画素素子は、複数の表示セグメントを形成するように前記シースルー素子の表示領域全体に分配される。前記複数の表示セグメントのそれぞれは、前記複数の画素素子のうち一部の複数の画素素子を含み、隣接する表示セグメントに属する隣接する画素素子間の画素距離は、前記隣接する表示セグメントのそれぞれにおける隣接する画素素子間の画素距離よりも大きい。前記複数の表示セグメントが、複数のクラスタを形成するように、前記シースルー素子の前記表示領域全体に分配され、前記複数のクラスタのそれぞれは、前記複数の表示セグメントのうち一部の複数の表示セグメントを含む。隣接するクラスタに属する隣接する画素素子間の画素距離は、前記隣接するクラスタのそれぞれにおける隣接する表示セグメントに属する隣接する画素素子間の画素距離よりも大きい。これらの距離関係は、前記表示領域の少なくとも一次元に適用される。ある実施形態では、前記クラスタは、例えば、二次または平行四辺形のグリッドパターンに従って、前記表示領域全体に二次元に分配される。このような実施形態では、上記の距離関係は、二次元のそれぞれにおいて別々に適用してもよい。前記クラスタの二次元に分配された配置を有する実施形態では、前記クラスタ距離は、二次元のそれぞれにおいて同じであってもよい。

上記の前記セグメントセットのそれぞれは、クラスタのそれぞれの異なるセットに含まれてもよく、それぞれのクラスタセットは２つ以上のクラスタを含む。いくつかの実施形態において、少なくとも１つのクラスタセットの前記クラスタは、隣接するクラスタの少なくとも１つの対を含む。ある実施形態では、少なくとも１つのクラスタセットの前記クラスタは全て隣接していない。それぞれのセグメントセットの前記表示セグメントは、少なくとも１つのクラスタセットのそれぞれの前記クラスタ内のそれぞれの異なるセグメント位置に配置されてもよい。

本発明のある実施形態によれば、画像を表示するために光を放出するように構成された複数の画素素子を備えるシースルー素子を含み、前記複数の画素素子は、複数の表示セグメントを形成するように前記シースルー素子の表示領域全体に分配される頭部装着型表示装置がさらに提供される。前記複数の表示セグメントのそれぞれは、前記複数の画素素子のうち一部の複数の画素素子を含み、隣接する表示セグメントに属する隣接する画素素子間の画素距離は、前記隣接する表示セグメントのそれぞれにおける隣接する画素素子間の画素距離よりも大きい。前記表示装置は、前記複数の表示セグメントのそれぞれによって放出される発散光ビームのその発散を低減するための光学システムをさらに備え、前記光学システムは、それぞれの異なるセグメントグループにそれぞれ関連付けられた複数の光学素子を含む。それぞれのセグメントグループは、前記複数の表示セグメントのうち一部の複数の表示セグメントを含む。セグメントグループのそれぞれの表示セグメントによって放出された光ビームは、前記の関連付けられた光学素子によって、前記頭部装着型表示装置を装着したユーザーの眼の網膜で前記光ビームを受信できる位置に向けられる。前記表示装置はまた、元の画像の同じ画像部分（マルチ画素部分またはシングル画素部分）を表示するようにセグメントセットのそれぞれの表示セグメントを駆動するように適合された制御回路を含む。前記セグメントセットは、前記複数の表示セグメントからの２つ以上の表示セグメントを含み、セグメントセットのそれぞれの表示セグメントは、異なるセグメントグループに含まれる。

光学素子は、ホログラフィックおよび回折光学素子のうちの少なくとも１つを含み得る。ホログラフィック光学素子は、透過光学構造および／または反射光学構造を実装してもよい。回折光学素子は、マイクロレンズ構造、ピンホール構造、およびマイクロ反射ミラー（例えば、放物面ミラー）のうちの少なくとも１つを含み得る。

前記表示セグメントのクラスタ化された配置を有する実施形態では、複数のクラスタのそれぞれが、それぞれの異なるセグメントグループに対応し得る。しかしながら、前記複数の光学素子のそれぞれの、それぞれの異なるセグメントグループへの関連付けを確立するための前記表示セグメントのグループ化は、前記表示セグメントの物理的クラスタリングに依存せず、同様に、前記表示領域全体にわたって前記表示セグメントの一様な分配を示す実施形態において実施され得ることを理解されたい。

前記シースルー素子は、ある実施形態では、プレート、シート、スライスまたはレンズの形態の透明なベース部材（または本体）を含む。前記表示領域は、前記シースルー素子の連続した中断のない領域である。本発明の前記ＨＭＤ装置は、複数のシースルー素子を含んでもよい。前記ＨＭＤ装置が、物理的に異なる透明なベース部材を有する２つ以上のシースルー素子を含む場合、任意の数の前記２つ以上のシースルー素子が、本発明に従ってそれぞれの複数の画素素子を含んでもよい。本明細書で使用されるように、透明という用語は、クリアビューの透明度を指すだけでなく、ユーザーが前記シースルー素子を通して現実世界を見て認識することを可能にするレベルまでの半透明および不透明性も含むことを意味する。完全な透明と完全な不透明の間のスケールで特定のレベルの透明度を定義するのではなく、透明という用語は、本開示の文脈において、可視波長範囲の光が前記シースルー素子を通過して、前記ＨＭＤ装置の装着者が前記シースルー素子を通して現実世界を見ることを可能にする前記シースルー素子の特性を指す。

前記複数の画素素子及び前記複数の表示セグメントは、前記表示領域内に二次元に分配されてもよい。さらに、前記複数のクラスタおよび／または前記複数のセグメントグループは、前記表示領域内に二次元に分配されてもよい。本発明のある実施形態は、以下のうちの少なくとも１つを提供する。
－ 前記複数のクラスタは、前記二次元のそれぞれに均等に分配される。
－ 前記複数のクラスタのそれぞれに含まれる前記複数の表示セグメントは、前記二次元のそれぞれに均等に分配される。そして、
－ 前記複数の表示セグメントのそれぞれに含まれる前記一部の複数の画素素子は、前記二次元のそれぞれに均等に分配される。

前記のクラスタ、セグメント及び画素素子の分配パターンは、同じでも異なっていてもよい。前記のクラスタ、クラスタ当たりのセグメント及びセグメント当たりの画素素子の少なくとも１つの可能な二次元分配パターンは、二次、長方形、六角形、平行四辺形または三角形の格子パターンを含む。

ある実施形態において、前記複数の画素素子は、第１の方向と、第１の方向に垂直な第２の方向とに沿って分配される。前記表示セグメントのそれぞれは、画素素子の正方形の配列、例えば画素素子の２×２または３×３配列、を含んでもよく、前記クラスタのそれぞれは、セグメントの正方形の配列、例えばセグメントの３×３配列を含み得る。前記同じ表示セグメントに属する隣接する画素素子間の第１および／または第２の方向の画素距離は、前記複数の表示セグメント全体で等しくても異なっていてもよく、前記同じ表示セグメントクラスタに属する隣接する表示セグメント間の第１および／または第２の方向のセグメント距離は、前記複数のクラスタ全体で等しくても異なっていてもよい。それぞれの表示セグメントの前記一部の複数の画素素子は、前記第１及び第２の方向のそれぞれに所定の画素距離で相互に間隔を空けて配置される。前記複数のクラスタは、前記第１の方向及び第２の方向のそれぞれに所定のクラスタ距離で相互に間隔を空けて配置される。そして、それぞれのクラスタの前記複数の表示セグメントは、前記第１の方向及び第２方向のそれぞれに所定のセグメント距離で相互に間隔を空けて配置される。前記セグメント距離は、前記第１及び前記第２方向の少なくとも一方における前記クラスタ距離よりも小さく、前記画素距離は、前記第１及び前記第２方向の少なくとも一方における前記セグメント距離よりも小さい。

ある実施形態において、複数の画素素子のそれぞれは、波長が不変な光を放出するように設計されるか、または波長が制御可能な光を放出するように設計される。前記画素素子のそれぞれは、可視光（すなわち、人間の眼にとって可視である）を放出するように適合されてもよい。前記画素素子の放出波長の変化は、電気制御によって生じ得る。

ある実施形態において、前記表示装置は光学システムを含むものであって、前記複数の画素素子から放出された光を受信し、それぞれのセグメントの前記画素素子から放出された光を、複数のコリメートされた、実質的に平行で、空間的に相対的にオフセットされた光ビームに整形し、それぞれが、前記セグメントセットのそれぞれの異なる前記表示セグメントから生じる光を運ぶものである。したがって、元の画像のその同じ部分から発信されて複製された画像情報は、相互に変位した方法でユーザーの眼に届けられる。

本発明の頭部装着型表示装置は、人の頭部に装着されるように設計された任意の表示装置とすることができ、例えば、ヘルメットの一部であってもよいし、ユーザーの頭部上でＨＭＤ装置を支持するための独自の支持構造を有していてもよい。このような支持構造は、例えば、ユーザーの耳および／または鼻の上に載る頑丈なフレームの形態をとり得るか、または頭の上を滑るための弾性ストラップまたは頭の周りに結ぶための織物バンドを含み得る。ある実施形態において、頭部装着型表示装置は、一対のメガネまたはバイザーであるか、またはその一部である。本開示の頭部装着型表示装置は、装着者（すなわち頭部装着型表示装置を装着している人）の片眼のみの前に複数の表示セグメントクラスタを提供するように設計されてもよいし、装着者の右眼及び左眼のそれぞれの前方にそれぞれの複数の表示セグメントクラスタを提供するように設計されてもよい。

前記シースルー素子は、可視光に対して透明性を示す前記表示装置の一部または部分であり、前記シースルー素子を通してユーザーの周囲の物理的な世界をユーザーが見ることができる。透明性を示す前記シースルー素子の領域をシースルー領域と呼ぶことがある。前記画素素子は、前記シースルー素子の透明な本体の少なくとも１つの外面に配置されてもよい。前記本体は、例えば、シート、プレートまたはレンズの形態であってもよい。前記画素素子は、例えば、接着または他の接続技術を用いて、前記画素素子を有する透明フィルムまたはシートを前記本体に取り付けることによって、前記本体の少なくとも一つの外面に設けてもよい。

画素素子は、画像の単色または多色の画素を表示する素子である。単色の場合、各画素素子は、単一の発光ダイオードを含み得る。多色の場合、それぞれの画素素子は、異なる色（例えば、赤、緑及び青）の複数の個別に制御可能な発光ダイオードを含み得る。画素素子には、例えば、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）またはマイクロＬＥＤまたはＬＣＤ素子が含まれ得る。

画素素子の分配のどの方向においても、隣接する画素素子は、互いに３つの距離のいずれかを有し得る。比較的短いセグメント内の画素距離；比較的長いクラスタ内、セグメント間の画素距離（または単に非クラスタの実施形態ではセグメント間の画素距離）；と、さらに比較的長いクラスタ間の画素距離（クラスタ化された実施形態、すなわち前記表示セグメントのクラスタ化された配置を有する実施形態の場合のみ）。前記セグメント内の画素距離は、前記の同じ表示セグメントに属する、隣り合う（すなわち隣接する）画素素子間の距離である。前記セグメント内の画素距離は、単に画素距離と呼ばれることもある。前記クラスタ内のセグメント間の画素距離は、前記同じクラスタ内の隣接する表示セグメントに属する隣接する画素素子間の距離（または単に非クラスタの実施形態における隣接する表示セグメントに属する隣接する画素素子間の距離）である。この距離は、単にセグメント距離と呼ばれることがある。前記クラスタ間の画素距離は、隣接するクラスタに属する隣接する画素素子間の距離である（クラスタ化された実施形態の場合のみ）。この距離は、単にクラスタ距離と呼ばれることがある。いくつかの実施形態では、クラスタ間の画素距離は、隣接するクラスタ間のその距離（すなわちクラスタ距離）の代表的な尺度としてもよく、前記クラスタ内、セグメント間の画素距離は、前記同じ表示セグメントクラスタに属する隣接する表示セグメント間のその距離（すなわちセグメント距離）の代表的な尺度としてもよい。

したがって、本開示のある実施形態は、前記同じ表示セグメント内に位置する画素素子が比較的小さい画素距離で相互に間隔を空けており、前記同じ表示セグメントクラスタ内に位置する表示セグメントが比較的大きなセグメント距離で相互に間隔を空けており、隣接する表示セグメントクラスタの対が、さらに比較的大きなクラスタ距離で間隔を空けている表示装置を提供する。

従来のＨＭＤ装置では、元の画像の画素は、前記ＨＭＤ装置のそれぞれの画素素子に１対１でマッピングされる。本発明のある実施形態では、逆に、複数の画素素子に対する元の画像の画素の一対多マッピングが確立される。このような実施形態では、元の画像の１つの画素は、画素素子の前記グループがそれぞれ同じ１つの画素を表示するように、画素素子のグループにマッピングされる。これにより、前記ＨＭＤ装置に対して回転眼球運動が存在する場合でも、ユーザーの眼に鮮明な画像を提供することができるビーム複製技術の実装が可能となる。このようなビーム複製技術を用いて、本発明のＨＭＤ装置のための大きなアイボックスを得ることができる。画素素子の前記グループは、それぞれ異なる表示セグメントに配置され、画素素子の前記グループを含む前記表示セグメントは、それぞれ異なるクラスタまたは異なるセグメントグループに配置され得る（これにより、それぞれのセグメントグループは、前記光学システムの異なる光学素子と関連付けられる）。ある実施形態では、１つの表示セグメントのサイズに対応する画像コンテンツは、表示領域全体に複数回複製され、すなわち、複数の相互に離れた表示セグメント（それぞれが異なるクラスタに配置されてもよい）が制御され、元の画像の同じ部分を同時に表示するように駆動される。

ぞれぞれの表示セグメントの前記画素素子は、前記それぞれの表示セグメントの前記領域内に規則的または不規則に分配し得る。同様に、それぞれのクラスタの前記表示セグメントは、前記それぞれのクラスタの前記領域内に規則的または不規則に分配されてもよく、前記クラスタは、前記シースルー素子の前記表示領域内に同様に規則的または不規則に分布してもよい。

本発明のさらなる詳細、利点および態様は、図面と組み合わせられた場合のある実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。図面は、
例示的な実施形態によるＨＭＤ装置を実装する眼鏡を概略的に示す。 本発明の例示的な実施形態によるＨＭＤ装置のシースルー素子の一部を概略的かつ全体的に示す。 図２のシースルー素子のより大きな部分を概略的かつ平面図で示す。 図２と図３のシースルー素子の一部を概略的かつ平面図で示す。そして、 本発明の実施形態によるＨＭＤ装置の光学動作の概略図である。

最初に図１を参照する。眼鏡は、一般に１０のように指定され、フレーム１２と、フレーム１２によって所定の位置に保持された２つのレンズ（またはガラス）１４とを含む。フレーム１２は、慣用的に知られている方法であるが、サイドアーム１６およびブリッジ１８を含む。使用者が装着する場合、眼鏡１０は、サイドアーム１６を使用者の耳に載せるとともに、ブリッジ１８を使用者の鼻に載せる。レンズ／ガラス１４は、眼鏡１０の装着者の眼の視力欠損（例えば、近視、乱視、遠視、老眼）を軽減するのに有用な視力矯正効果を提供する光学レンズであってもよいし、あるいは、透明な基材からなり、視力矯正効果をもたらさない単純なシート、スライスまたはプレートであってもよい。より一般的な用語では、レンズ／ガラス１４はそれぞれ、本開示の意味の範囲内でシースルー素子を実装する。ユーザーの眼は、図１において２０と指定されている。本発明によるＨＭＤ装置は、眼鏡での実施に限定されないことを理解されたい。他の形態の実施が可能であり、当業者によって容易に想像され得る。例えば、ヘルメットのバイザーは、本発明によるＨＭＤ装置の別の実施形態であってもよい。この装置の装着者の片眼または両眼の前にシースルー素子を配置するのに好適な頭部装着型支持構造を備える任意の装置が、本発明を実施するために使用され得る。この頭部装着型支持構造は、１つ以上の頑丈なまたは剛性構造部品（例えば、フレーム１２）および／または１つ以上の可撓性のある部品、例えば、弾性ストラップ、織物リボン、ワイヤ部材などから形成され得る。

この眼鏡１０は、以下では一般にＨＭＤ装置とも称される。

レンズ／ガラス１４の少なくとも一方は、画素素子層２２および光学素子層２４を備えている。図１に示す実施形態の例では、両方のレンズ／ガラス１４は、それぞれ画素素子層２２および光学素子層２４を備えている。この画素素子層２２は複数の画素素子を含み、この光学素子層２４は複数の光学素子を含む。画素素子も光学素子も図１には具体的に示されていない。これらの素子について、図２～図５を参照してより詳細に説明する。この画素素子は、関連するレンズ／ガラス１４の領域全体に全く不規則に分配され、それぞれが複数の表示セグメント（以下、簡単に「セグメント」）を含む複数の表示セグメントクラスタ（以下、簡単に「クラスタ」）を形成する。それぞれのセグメントには、複数の画素素子が含まれている。前記画素素子層２２のそれぞれの画素素子は、ＨＭＤ装置１０によって表示される元の画像のそれぞれの画素を表示する役割を果たす。

光学素子層２４の光学素子は、前記画素素子層２２の前記画素素子によって放出される光ビームを成形および／または方向付けするのに有効な任意の素子を含み得る。光学素子は、回折構造、屈折構造、透過構造および反射構造のいずれかを含み得る。ある実施形態では、前記光学素子は、前記画素素子によって放出される光ビームに対して反射されるミラーを実装するホログラフィック光学素子によって形成される。他の実施形態では、前記光学素子は、前記画素素子によって放出される光ビームに対して透過性である収束レンズ構造を実装するホログラフィック光学素子によって形成される。いくつかの実施形態において、前記画素素子層２２および前記光学素子層２４は、関連するレンズ／ガラス１４の同じ面に設けられ、他の実施形態では、前記の層２２、２４は、関連するレンズ／ガラス１４の反対側の面に設けられる。図１に示す例示的な事例では、前記画素素子層２２は、左眼または右眼２０を向くように関連するレンズ／ガラス１４の側に配置され、前記光学素子層２２は、左眼または右眼２０から外方を向くようにレンズ／ガラス１４の反対側に配置される。この場合、前記画素素子層２２の前記画素素子は、左／右眼２０から離れる方向に光ビームを放出し、前記光学素子層２４の前記光学素子は、受光した前記光ビームを反射して左／右眼２０に向けることが有効である。前記画素素子層２２および前記光学素子層２４は、別々に製造されたフィルムまたはシートによって形成されてもよく、これらは、例えば、適切な接着剤の使用を通じてレンズ／ガラス１４に固定されてもよい。

前記ＨＭＤ装置１０は、前記画素素子層２２の前記画素素子によって放出された光ビームを左または右眼２０に向けるように設計されているので、左／右眼２０に入る前記光ビームは、人間の角膜と人間のレンズによって網膜上に焦点が合う。ある実施形態では、前記光学素子層２４は、前記画素素子層２２の前記画素素子によって放出される光ビームに対してコリメート効果を有する。前記画素素子によって放出されると、これらの光ビームは一般的には発散し、前記光学素子層２４は前記光ビームの発散量を減らして、光ビームを実質的にゼロの発散（及びゼロの収束）または残りわずかな量の発散を有するコリメート光ビームに変換します。

レンズ／ガラス１４の材料は、一般に、可視波長スペクトルの光に対して透過性である（すなわち、人間の眼に見える）。同時に、前記画素素子層２２は、前記ＨＭＤ装置１０の装着者が画素素子層２２を通して彼または彼女の周りの物理的な世界の画像を観察できるように、隣接する画素素子間に十分な隙間を残す。これらの隙間は、異なるセグメントまたは異なるクラスタに属する隣接する画素素子間に残され、前記の同じセグメントに属する隣接する画素素子間に残されることもある。このようにして、前記ＨＭＤ装置１０の前記ユーザーは、彼または彼女の周りの物理的な世界を見ることができ、同時に、前記光学素子層２４と併せて前記画素素子層２２によって作成された拡張現実画像を見ることができる。

ここで、シースルー素子２６の表示領域３０内に不規則に分配された複数の画素素子２８を備えたシースルー素子２６の一部を概略的に示す図２をさらに参照する。前記シースルー素子２６はベース材料で形成されるかまたはベース材料を含み、ベース材料は可視波長範囲の光に対して透過性であり、ガラスまたはプラスチック材料でできていてもよい。前記シースルー素子２６は、図１のＨＭＤ装置１０のレンズ／ガラス１４のいずれかによって形成されてもよい。そのような場合、前記画素素子２８は、前記画素素子層２２に含まれてもよい。図２から、前記画素素子２８はセグメント３２にグループ化され、それぞれのセグメントは図示の例示的な実施形態では４つの画素素子２８の規則的な２×２配列を含む。それぞれのセグメント３２内の画素素子２８の数は４つに限定されず、他の複数の数の画素素子２８を代わりにそれぞれのセグメント３２に含めることができることを理解されたい。それぞれのセグメント３２内の前記画素素子２８の配列パターンは、二次マトリックス配列（例えば、２×２、５×５、または２０×２０マトリックスなど）に限定されず、以下を含むがこれらに限定されない任意のパターンとすることができる。例えば、長方形のマトリックス配列（例えば、３×２、５×３または１０×５）、三角形のマトリックス配列、菱形のマトリックス配列などである。全体として、セグメント３２当たりの画素素子２８の総数は、２から１００を超える範囲のどこかであり得る。さらに、画素素子２８のその数は、すべてのセグメント３２で同じであってもよく、同じでなくてもよいことを理解されたい。

図２に示される実施形態では、前記セグメント３２は行および列に規則的に配置され、行方向（第１の方向、またはｘ方向）に隣接するセグメント３２間の距離Ｓｘと、列方向（第２の方向、またはｙ方向）に隣接するセグメント３２間の距離Ｓｙ、を有する。距離Ｓｘは、例えば、行方向に互いに隣接し、それぞれが隣接するセグメント３２の対とは異なるセグメント３２に属する２つの画素素子２８の中心から中心までを測定することができる。あるいは、距離Ｓｘは、前記隣接する画素素子２８間の端から端までのギャップとして測定してもよい。距離Ｓｘは、行方向のクラスタ内のセグメント間の画素距離を表し、セグメント３２の同じクラスタ内の、隣接するセグメント３２間のｘ距離に適用される。距離Ｓｙは、同様に定義することができ、列方向のクラスタ内のセグメント間の画素距離を表す。距離Ｓｘと距離Ｓｙは、等しくてもよいし、異なっていてもよい。ある実施形態では、距離Ｓｘは、行方向に互いに隣接し、同じクラスタに属するセグメント３２のすべての対について同じである。同様に、距離Ｓｙは、ある実施形態では、列方向に互いに隣接し、同じクラスタに属するセグメント３２のすべての対について同じである。さらに、ある実施形態は、距離Ｓｘがすべてのクラスタにわたって同じであること、および／または距離Ｓｙがすべてのクラスタにわたって同じであることを提供する。距離Ｓｘは、行方向のセグメント距離と略称することがあり、距離Ｓｙは、列方向のセグメント距離と略称することがある。

図２からさらに分かるように、それぞれのセグメント３２の前記画素素子２８は、前記セグメント３２と同じ行方向および列方向に沿って分配され、行方向に互いにセグメント内の画素距離Ｐｘ、列方向で互いにセグメント内の画素距離Ｐｙを有する。距離ＰｘとＰｙは同じであっても異なっていてもよい。ここでも、前記距離ＰｘおよびＰｙは、例えば、同じセグメント３２に属する２つの隣接する画素素子２８の中心から中心まで測定することができる、または前記２つの隣接する画素素子２８の間の端から端までのギャップとして測定してもよい。ある実施形態では、前記距離Ｐｘは、行方向に互いに隣接し、同じセグメント３２に属する画素素子２８のすべての対について同じである（行方向においてセグメント３２ごとに３つ以上の画素素子２８が提供される場合にのみ適用可能）。同様に、前記距離Ｐｙは、ある実施形態では、列方向に互いに隣接し、同じセグメント３２に属する画素素子２８のすべての対について同じである（列方向においてセグメント３２ごとに３つ以上の画素素子２８が提供される場合にのみ適用可能）。さらに、ある実施形態は、前記距離Ｐｘがクラスタのすべてのセグメント３２全体にわたって同じであることを提供し、場合によってはすべてのクラスタ全体にわたって同じであることを提供する、および／または前記距離Ｐｙがクラスタのすべてのセグメント３２全体にわたって同じであることを提供し、場合によってはすべてのクラスタ全体にわたって同じであることを提供する。前記距離Ｐｘは、行方向の画素距離または画素ピッチと簡単に呼ばれることがあり、前記距離Ｐｙは、列方向の画素距離または画素ピッチと簡単に呼ばれることがある。

図２の例から容易に理解できるように、行方向の前記セグメント距離Ｓｘは前記画素距離Ｐｘよりも大きく、列方向の前記セグメント距離Ｓｙは前記画素距離Ｐｙよりも大きい。例えば、前記セグメント距離Ｓｘは、要因によって前記画素距離Ｐｘよりも２倍、３倍、５倍、１０倍、２０倍、またはそれ以上大きくてもよく、前記セグメント距離Ｓｙは、要因によって前記画素距離Ｐｙよりも２倍、３倍、５倍、１０倍、２０倍、またはそれ以上大きくてもよい。前記セグメント距離Ｓｘが前記画素距離Ｐｘよりも大きい要因は、前記セグメント距離Ｓｙが前記画素距離Ｐｙよりも大きい要因と、同じであってもよいし、異なっていてもよい。したがって、前記セグメント３２およびそれぞれのセグメント３２内の画素素子２８は、異なる距離で配置される。

前記画素素子２８は、電気的制御下で光を放出するのに適した任意のデザインを有することができる。ある実施形態では、前記画素素子２８は、発光ダイオード（有機発光ダイオード、ＯＬＥＤ、およびマイクロＬＥＤを含む）から形成される。他の実施形態では、マイクロレーザ構造および液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）素子を含む、他のタイプの発光構造が前記画素素子２８の実装に用いられてもよい。

前記画素素子２８の発光スペクトルは、単色または多色であり得る。多色スペクトルの場合、それぞれの画素素子２８は、複数（例えば、３つ）のサブ画素素子から構成されてもよく、それぞれのサブ画素素子は、異なる単色、例えば赤、青及び緑の光を発するように適合される。適切な電気駆動回路を用いて前記サブ画素素子を個別に制御することにより、多色の色範囲から多数の色を生成することができる。それぞれのサブ画素素子は、例えば、発光ダイオード、有機発光ダイオード、ＬＣＤ素子またはマイクロレーザとして構成され得る。

図２はさらに、電気画素駆動回路３６と、前記セグメント３２に含まれる前記画素素子２８を個別に制御するための電子制御ユニット３８とを含む制御回路３４を示す。前記制御回路３４によって提供される制御は、前記画素素子２８のオンオフ制御を含み、ある実施形態では、それぞれの画素素子２８によって放出される光の強度および色のうちの少なくとも１つの制御をさらに含む。オンオフ制御は、それぞれの画素素子２８がアクティブに発光しているか（すなわちオン状態）、または暗いままであるか（オフ状態）を決定する。前記制御ユニット３８は、元の画素化された画像の画素情報をそこに記憶しているか、またはそこにアクセスしており、前記元の画像の前記画素情報を前記シースルー素子の前記画素素子２８にマッピングするように（例えば、プログラミングによって）適切に構成されている。前記マッピングに基づいて、前記制御ユニット３８は、前記画素駆動回路３６を制御して、前記画素素子２８を電気的に駆動する。

ここで、図２のシースルー素子２６のより大きな部分を示す図３をさらに参照する。図３では、前記シースルー素子２６の画素素子２８は個別には描かれていない。代わりに、図３は、前記表示領域３０にわたる前記シースルー素子２６の前記セグメント３２の分配のみを示している。図からわかるように、前記セグメント３２は、クラスタ４０にグループ化され、図２の前記セグメント３２と同じｘおよびｙ方向（行および列方向）に規則的に分配され、行方向に隣接するクラスタ３４間に距離Ｃｘが存在し、列方向に隣接するクラスタ３４間に距離Ｃｙが存在する。図３に示される例示的な実施形態では、それぞれのクラスタ４０は、３×３マトリックスアレイに配置された全部で９つのセグメント３２から構成される。それぞれのクラスタ４０に含まれるセグメント３２の総数は、９つに限定されず、他の実施形態では、任意の他の複数のセグメント３２を含み得ることが理解されるべきである。しかし、本発明の原理を説明するために、以下では、それぞれのクラスタ４０が合計９個のセグメント３２を含むと仮定する。さらに、それぞれのクラスタ４０における前記セグメント３２の配置パターンは、二次マトリックス配列（例えば、２×２、３×３、４×４、または５×５行列など）に限定されず、例えば、長方形のマトリックス配列（例えば、、３×２、４×３、または５×２）、三角形のマトリックス配列、菱形のマトリックス配列などを含む任意のパターンであることができる。全体として、クラスタ４０当たりのセグメント３２の総数は、２から２０を超える範囲のどこかであり得る。

前記距離Ｃｘは、例えば、行方向に互いに隣接し、隣接するクラスタ４０の対とは異なるクラスタ４０にそれぞれが属する２つの画素素子２８の中心から中心までを測定することができる。あるいは、前記距離Ｃｘは、前記隣接する画素素子２８間の端から端までのギャップとして測定されてもよい。距離Ｃｘは、行方向のクラスタ間の画素距離を表す。前記距離Ｃｙも同様に定義でき、列方向のクラスタ間の画素距離を表す。前記距離ＣｘとＣｙは、等しくても異なっていてもよい。ある実施形態では、前記距離Ｃｘは、行方向に互いに隣接するクラスタ４０のすべての対について同じである。同様に、前記距離Ｃｙは、ある実施形態では、列方向に互いに隣接するクラスタ４０のすべての対について同じである。距離ＣｘおよびＣｙは、それぞれ行方向および列方向のクラスタ距離と簡単に呼ばれることがある。

図３から容易に理解できるように、行方向の前記クラスタ距離Ｃｘは前記セグメント距離Ｓｘよりも大きく、列方向の前記クラスタ距離Ｃｙは前記セグメント距離Ｓｙよりも大きい。例えば、前記クラスター距離Ｃｘは、前記セグメント距離Ｓｘよりも２倍、３倍、５倍、１０倍、またはそれ以上大きくてもよく、前記クラスター距離Ｃｙは、前記セグメント距離Ｓｙよりも２倍、３倍、５倍、１０倍、またはそれ以上大きくてもよい。前記クラスタ距離Ｃｘが前記セグメント距離Ｓｘよりも大きい要因は、前記クラスタ距離Ｃｙが前記セグメント距離Ｓｙよりも大きい要因と同じであってもよいし、異なっていてもよい。したがって、前記クラスタ４０および前記セグメント３２は、異なる距離で配置される。クラスタリングは、隣接するセグメント３２のいくつかの対（すなわち、隣接するセグメント３２が異なるクラスタに位置する対）を、隣接するセグメント３２の他の対（すなわち、隣接するセグメント３２が前記同じクラスター内に位置する対）よりも大きな間隔を有するようにする。

前記画素素子２８、セグメント３２、及びクラスタ４０のサイズおよび密度は、前記画素素子２８、セグメント３２、及びクラスタ４０の間の空間において前記シースルー素子２６を通過する光からユーザが物理的な世界を認識するために、画素素子２８、セグメント３２、およびクラスタ４０の間に十分な空間を残すよう適切に選択される。

図２および図３の実施形態では、前記セグメント３２の前記クラスタリングを利用して、特定のクラスタ４０に位置する特定のセグメント３２によって放出される光ビームをいわば複製することができ、それは、１つまたは複数の他のクラスタ４０に位置する１つまたは複数の他のセグメント３２を制御して、特定のセグメント３２によって現在表示されている元の画像の同じ部分を同時に表示することによる。特に、ある実施形態では、画素素子２８を制御するように適切に構成される制御回路３４を提供するものであり、特定のクラスタ４０に位置する特定のセグメント３２によって現在表示されている元の画像部分が、異なる隣接するクラスタ４０にそれぞれ位置する複数の他のセグメント３２によって複製される（すなわち、同時に表示される）ようにする。制御回路３４は、元の画像の特定の画像部分を異なるクラスタ４０に位置する複数のセグメント３２に必要なマッピングを行うことができる。図２および３の前記表示セグメント３２のクラスタ化された配置を使用する元の画像部分の表示の複製は、図４および５を参照して以下により詳細に説明される。

図４は、図２および３の前記シースルー素子２６の一部を平面図で示す。９つの表示セグメントクラスタ４０－１から４０－９が、３×３配列で図４にまとめて示されている。図４の前記クラスタ４０－１から４０－９のそれぞれは、図３の前記クラスタ４０の１つに対応し、図３のように、３×３のマトリックスに配置された合計９個の表示セグメント３２を含む。図４では中央のクラスタを４０－１で示し、前記中央のクラスタ４０－１を囲む前記クラスタを４０－２～４０－９で示している。したがって、前記クラスタ４０－２～４０－９のそれぞれは、前記中央のクラスタ４０－１に隣接する。図４に示す例では、前記周囲のクラスタ４０－２から４０－９は、前記中央のクラスタ４０－１の周りに均一な角度間隔で分配されている。明らかに、中央のクラスタという用語は、図４に示されるクラスタセット内のクラスタ４０－１の中心位置のみを指すが、中央のクラスタ４０－１は、前記シースルー素子２６の中心に配置する必要はなく、代わりに、前記シースルー素子２６の前記表示領域３０内のどこにでも配置することができる。

前記中央のクラスタ４０－１は、図４に記された数字１でラベル付けされた中央のセグメント３２（第１のセグメント）を有する。中央のセグメントという用語は、検討中の前記クラスタのセグメントの前記３×３マトリックスの中心に位置するセグメントを指す。周囲のクラスタ４０－２～４０－９はそれぞれ、記された数字１’でラベル付けされた周辺のセグメント３２（第２のセグメント）を有する。周辺のセグメントという用語は、検討中の前記クラスタのセグメントの３×３マトリックスの中央のセグメントではないセグメントのいずれかを指す。数字１は、ある時点で前記中央のクラスタ４０－１の前記中央のセグメント３２によって表示される元の画像の特定の部分を示す。数字１’は、同じ元の画像部分の複製または「コピー」を示す。隣接する、すなわち周囲のクラスタ４０－２～４０－９のそれぞれは、前記中央のクラスタ４０－１の前記中央のセグメント３２が前記元の画像部分１を表示するのと同じ時点で「コピー」１’を表示する周辺のセグメント３２を有する。前記元の画像部分１を表示する前記セグメント３２と、前記元の画像部分１の「コピー」１’を表示する前記セグメント３２とが一緒になってセグメントセットを形成し、そのメンバーはそれぞれ前記制御回路３４によって駆動されて同時に同じ画像コンテンツを表示する。前記制御ユニット３８は、同一の元の画像部分を前記セグメントセットの全てのメンバーにマッピングする機能を有する。

図４から分かるように、前記元の画像部分１の「コピー」１’を表示する前記周辺のセグメント３２は、前記クラスタ４０－２から４０－９内のそれぞれ異なる周辺位置に配置される。図４の例示的な実施形態では、前記中央のクラスタ４０－１の左上隣である前記クラスタ４０－２は、その右下隅のセグメント３２に「コピー」１’を表示するが、これは前記中央のクラスタ４０－１に最も近い。同様に、右上、右下、および左下の隣接するクラスタ４０－４、４０－６、および４０－８はそれぞれ、左下、左上、および右上のコーナーのセグメント３２にそれぞれ「コピー」１’を表示する。上、右、下、および左の隣接するクラスタ４０－３、４０－５、４０－７、および４０－９は、それらの下、左、上、および右の中央端部のセグメント３２にそれぞれ「コピー」１’を表示する。

図４に示される実施形態では、前記クラスタ４０－１から４０－９は一緒になって、本開示の意味でのクラスタセットを形成する。前記クラスタセットのそれぞれのクラスタは、前記元の画像の同じ画素セット、すなわち同じ元の画像部分を表示するセグメント３２を有する。上述のように、前記クラスタ４０－２から４０－９のそれぞれは、前記中央のクラスタ４０－１に隣接している。しかし、「コピー」１’を表示する前記クラスタ４０－２～４０－９が前記中央のクラスタ４０－１に隣接する必要はないことを理解されたい。代わりに、クラスタセットが相互の近隣を含まないことは、本開示の範囲内である。したがって、クラスタセットは、互いに隣接するクラスタ４０の対を含まなくてもよい。例えば、クラスタセットが中央のクラスタ４０を含み、複数の周囲のクラスタ４０が中央クラスタ４０を例えば均一な角度間隔で取り囲む実施形態を想定することができる。それぞれの前記周囲のクラスタ４０と前記中央のクラスタ４０との間に、すなわち、前記中央クラスタ４０から半径方向に見た場合、異なるクラスタセットに属する少なくとも１つの他のクラスタ４０が配置され得る。

上記の複製パターンを使用して、特定のクラスタ４０の前記中央のセグメント３２に表示される元の画像部分を、８つの周囲のクラスタ４０のそれぞれの異なる周辺セグメント３２（前記クラスタ周辺に沿った位置の点で異なる）によって合計８回複製することができる。次に、それぞれのクラスタ４０の前記セグメント３２は、前記元の画像の異なる部分をそれぞれ表示するが、中央のセグメント３２は、いわゆる「オリジナル」の画像部分を表示し、残りの（つまり、周辺の）セグメント３２はそれぞれ「レプリカ」を表示します。ここで説明する前記複製パターンは、前記シースルー素子２６の前記表示領域３０に設けられたすべてのクラスタ４０に適用することができるが、前記表示領域３０の周辺に位置するクラスタ４０が、他のクラスタ４０によってすべての側面が取り囲まれるのではなく、隣接するクラスタ４０の数が減るだけである、という制限に従う。

上記で想定された例示的なシナリオでは、前記「オリジナル」画像部分の８つの「レプリカ」は、ｘ－ｙ平面において、検討中の画像部分の「オリジナル」を表示するセグメント３２によって生成される光ビーム（すなわち、「オリジナル」光ビーム）に関して、シフトまたは変位された８つの「複製された」光ビームで表される。ある実施形態では、前記複製された光ビームおよび前記元の光ビームは、前記シースルー素子２６から前記ＨＭＤ装置の装着者の眼まで、互いに実質的に平行なコリメートされた光ビームとして移動する。これらの光ビームは、空間的にばらばらであるか、部分的に重なり合っている可能性がある。

次に図５をさらに参照すると、同じまたは同様の構成要素は、図１から図４と同じ参照番号を使用して示されているが、図５に挿入された参照番号に文字「ａ」が付加されて区別する。図５の以下の説明がその他のことを伝えていない限り、これらの構成要素の説明については、図１から図４の前述の説明を参照されたい。

図５では、本発明の一実施形態によるＨＭＤ装置は、一般に４２ａで示され、図示のように、ＨＭＤ装置４２ａを装着したユーザの眼２０ａの前で適切に使用するために配置される。前記ＨＭＤ装置４２ａは、シースルー素子（図示されていないが、例えば、図２から４のシースルー素子２６によって形成される）上に設けられた複数の画素素子（図５には示されていない）を含み、そして、クラスタ化された配置を有する複数の表示セグメント３２ａにグループ化される。前記画素素子の前記セグメント３２ａへのグループ化は、図２に関連して説明したのと同じ原理に従うことができ、前記表示セグメント３２ａの前記クラスタ４０ａへのクラスタ化は、図３および４に関連して説明したのと同じ原理に従うことができる。図５には、それぞれのクラスタ４０ａ－１、４０ａ－２、４０ａ－３内に３つのセグメント３２ａを有する３つのクラスタ４０ａ－１、４０ａ－２、および４０ａ－３が示されている。それぞれのクラスタ４０ａ－１、４０ａ－２、または４０ａ－３内のセグメント３２ａの総数は、３つより大きくてもよく、たとえば９つ（図３および４のように）でもよいことを理解されたい。図５のＨＭＤ装置４２ａの図は、図３および４の前記シースルー素子２６の断面図に対応するので、図５の図面平面の前方および後方の平面に位置するセグメント３２ａは、図５の断面図には見られない。

前記ＨＭＤ装置４２ａは、複数のホログラフィック光学素子４４ａを含む光学システム４３ａをさらに含み、これらは一緒になって図１の光学素子層２４を形成するか、またはそれに含まれてもよい。図５に示される例示的なシナリオでは、前記ホログラフィック光学素子４４ａは、眼２０ａに面する前記セグメント３２ａの側で前記セグメント３２ａから離れて配置され、前記セグメント３２ａによって生成される光ビーム４６ａに対して透過性である。前記セグメント３２ａに含まれる前記画素素子は、眼２０ａの一般的な方向に光を放出するように方向付けられる。別の実施形態では、前記セグメント３２ａに含まれる前記画素素子は、眼２０ａから離れる方向に光を発するように方向付けられる。そのような実施形態では、前記ＨＭＤ装置４２ａは、眼２０ａから離れて面する前記セグメント３２ａの側にセグメント３２ａから離れて配置され、光ビーム４６ａに反射効果を提供するホログラフィック光学素子を含む。前記ホログラフィック光学素子４４ａ（前記光ビーム４６ａに対して透過性であるか反射性であるかにかかわらず）は、セグメント３２ａから放出されると発散する光ビーム４６ａの発散を低減し、光ビーム４６ａをコリメートされた光ビーム４８ａに変換し、コリメートされた光ビーム４８ａを眼２０ａに向ける。同じ元の画像部分からの画像情報を運ぶ複数のコリメートされた光ビーム４８ａ（すなわち、元の光ビームおよび１つまたは複数の複製された光ビーム）は、図５に示すように、ホログラフィック光学素子４４ａの位置から眼２０ａまで互いに平行に伝播する。逆に、前記元の画像の異なる部分からの画像情報を搬送するコリメートされた光ビーム４８ａは、前記ホログラフィック光学素子４４ａの位置から眼２０ａまで平行に、または互いに角度を成して伝播することができる。

図５では、それぞれのホログラフィック光学素子４４ａは、それぞれ異なるクラスタ４０ａに関連付けられている。したがって、前記クラスタ４０ａ－１はホログラフィック光学素子４４ａ－１に関連付けられ、前記クラスタ４０ａ－２はホログラフィック光学素子４４ａ－２に関連付けられ、前記クラスタ４０ａ－３はホログラフィック光学素子４４ａ－３に関連付けられる。特定のクラスタ４０ａのセグメント３２ａから発生する光ビーム４６ａのみが、関連するホログラフィック光学素子４４ａによって適切にコリメートされ、眼２０ａに向けられる。特定のクラスタ４０ａに関連付けられていないホログラフィック光学素子４４ａの他のものは、前記特定のクラスタ４０ａの前記セグメント３２ａから現れる光ビーム４６ａを適切にコリメートして眼２０ａに向けない。

図５に示される例示的な状況では、クラスタ４０ａ－２の中央のセグメント３２ａ、クラスタ４０ａ－１の下部のセグメント３２ａ、およびクラスタ４０ａ－３の上部のセグメント３２ａによって生成される３つの光ビーム４６ａが、元の画像の同じ部分を表示する。上記で導入された用語を使用して、クラスタ４０ａ－２の中央のセグメント３２ａによって生成された光ビーム４６ａは、元の光ビームと呼ぶことができ、クラスタ４０ａ－１の下部のセグメント３２ａおよびクラスタ４０ａ－３の上部のセグメント３２ａによって生成された光ビーム４６ａは、複製された光ビームと呼ぶことができる。図から分かるように、これらの光ビームは、ホログラフィック光学素子４４ａ－１、４４ａ－２、４４ａ－３によるコリメーション後に、相互に平行なコリメート光ビーム４８ａとして眼２０ａに向かって進行し、それぞれ異なり、相対的に空間的にオフセットされた位置または領域で眼２０ａの前面に当たる。説明のために、図５のＨＭＤ装置４２ａが、図３および図４に示されるように、それぞれのクラスタ４０ａ内にセグメント３２ａの同じ３×３配列を有すると仮定すると、さらに６つの複製された光ビームが前記ＨＭＤ装置４２ａによって次のように生成される。前記クラスタ４０ａ－２の前記中央のセグメント３２ａから放出された前記元の光ビームの複製として、図５の図面平面の前方に位置するクラスタ４０ａ内のセグメント３２ａによって放射される３つと、図５の図面平面の後方に位置するクラスタ４０ａ内のセグメント３２ａによって放射される３つである。

要約すると、前記光学システム４３ａは、前記セグメント３２ａから受け取った光をコリメートされた光ビーム４８ａに成形する。前記光学システム４３ａは、同じ元の画像部分を同時に表示するセグメント３２ａから発生するコリメートされた光ビーム４８ａが、光学システム４３ａから眼２０ａへの同じ伝播方向を有し、互いに空間的にオフセットされるように構成される。逆に、元の画像の異なる画像部分を表示し、したがって異なる画像情報を運ぶセグメント３２ａから発生するコリメートされた光ビーム４８ａは、前記光学システム４３ａから眼２０ａまで互いに異なる方向で伝播することができる。

図５に示される例示的な実施形態では、前記ホログラフィック光学素子４４ａは、相互に重なり合って示されている。前記ホログラフィック光学素子４４ａが相互に重なることなく形成される他の実施形態が容易に考えられることが理解されるべきである。

本発明によるＨＭＤ装置は、ビーム複製を提供しない、すなわちＨＭＤ装置の画素素子のアレイの領域を横切る複数の空間的にオフセットされた位置で元の光ビームが複製されない従来のＨＭＤ装置よりも大きな射出瞳を提供することができる。前記射出瞳は、複数の空間的にオフセットされた光ビームの生成の結果として大きくなり得る。したがって、本発明の実施形態は、ＨＭＤ装置に対するユーザーの眼の動きが存在する場合でも、元の画像の画像情報がユーザーの瞳に到達して入ることができることを保証することができる。

本発明の実施形態によれば、表示セグメントのクラスタは、ＨＭＤ装置のシースルー素子の表示領域全体に均等に分配され得るものであり、それぞれのクラスタは表示セグメントの均等な分配を含むことができ、それぞれの表示セグメントは画素素子の均等な分配を含むことができる。表示セグメントのクラスタ化された配置を持たない他の実施形態では、前記表示セグメントは、前記シースルー素子の前記表示領域にわたって均等に分散され得る。ＨＭＤ装置の画素素子の複数のサブセットを制御して、複数のサブセットのそれぞれが元の画像の同じ（マルチ画素またはシングル画素の）画像部分を表示するようにすることができる。本発明の特定の実施形態は、元の画像の（マルチ画素またはシングル画素の）画像部分の、表示セグメントのそれぞれの異なるセットへの１対多のマッピングを提供し、それによりセグメントセットのそれぞれのセグメントが同じ元の画像部分を表示し、異なる元の画像部分が異なるセグメントセットによって表示されるようにする。それぞれのセグメントセットのセグメントは互いに隣接していなくてもよい、すなわち、少なくとも１つの他のセグメントセットからの１つまたは複数のセグメントが、特定のセグメントセットのセグメントのそれぞれの対の間に配置されてもよい。大型のアイボックスを提供するＨＭＤ装置は、相互に隣接しない表示セグメントのセットに画像コンテンツを複製することによって提供できます。前記ＨＭＤ装置の制御回路は、同じ画像部分を画素素子の前記サブセットのそれぞれにマッピングし、マッピングに従って前記サブセットの前記画素素子を駆動するように適切に構成され得る。このようにして、同じ元の画像部分から同じ画像情報を表す複数の光ビームを生成し、空間的に分配させてユーザーの眼に届けることができる。彼または彼女の眼の動きがあっても、ユーザーは常に前記ＨＭＤ装置によって表示される情報の鮮明な画像を見ることができる。

光学素子層２４の光学素子は、前記画素素子層２２の前記画素素子によって放出される光ビームを成形および／または方向付けするのに有効な任意の素子を含み得る。光学素子は、回折構造、屈折構造、透過構造および反射構造のいずれかを含み得る。ある実施形態では、前記光学素子は、前記画素素子によって放出される光ビームに対して反射されるミラーを実装するホログラフィック光学素子によって形成される。他の実施形態では、前記光学素子は、前記画素素子によって放出される光ビームに対して透過性である収束レンズ構造を実装するホログラフィック光学素子によって形成される。いくつかの実施形態において、前記画素素子層２２および前記光学素子層２４は、関連するレンズ／ガラス１４の同じ面に設けられ、他の実施形態では、前記の層２２、２４は、関連するレンズ／ガラス１４の反対側の面に設けられる。図１に示す例示的な事例では、前記画素素子層２２は、左眼または右眼２０を向くように関連するレンズ／ガラス１４の側に配置され、前記光学素子層２４は、左眼または右眼２０から背を向けるようにレンズ／ガラス１４の反対側に配置される。この場合、前記画素素子層２２の前記画素素子は、左／右眼２０から離れる方向に光ビームを放出し、前記光学素子層２４の前記光学素子は、受光した前記光ビームを反射して左／右眼２０に向けることが有効である。前記画素素子層２２および前記光学素子層２４は、別々に製造されたフィルムまたはシートによって形成されてもよく、これらは、例えば、適切な接着剤の使用を通じてレンズ／ガラス１４に固定されてもよい。

ここで、図２のシースルー素子２６のより大きな部分を示す図３をさらに参照する。図３では、前記シースルー素子２６の画素素子２８は個別には描かれていない。代わりに、図３は、前記表示領域３０にわたる前記シースルー素子２６の前記セグメント３２の分配のみを示している。図からわかるように、前記セグメント３２は、クラスタ４０にグループ化され、図２の前記セグメント３２と同じｘおよびｙ方向（行および列方向）に規則的に分配され、行方向に隣接するクラスタ４０間に距離Ｃｘが存在し、列方向に隣接するクラスタ４０間に距離Ｃｙが存在する。図３に示される例示的な実施形態では、それぞれのクラスタ４０は、３×３マトリックスアレイに配置された全部で９つのセグメント３２から構成される。それぞれのクラスタ４０に含まれるセグメント３２の総数は、９つに限定されず、他の実施形態では、任意の他の複数のセグメント３２を含み得ることが理解されるべきである。しかし、本発明の原理を説明するために、以下では、それぞれのクラスタ４０が合計９個のセグメント３２を含むと仮定する。さらに、それぞれのクラスタ４０における前記セグメント３２の配置パターンは、二次マトリックス配列（例えば、２×２、３×３、４×４、または５×５行列など）に限定されず、例えば、長方形のマトリックス配列（例えば、、３×２、４×３、または５×２）、三角形のマトリックス配列、菱形のマトリックス配列などを含む任意のパターンであることができる。全体として、クラスタ４０当たりのセグメント３２の総数は、２から２０を超える範囲のどこかであり得る。

Claims (15)

1. 画像を表示するために光を放出するように構成された複数の画素素子を備えるシースルー素子を含み、前記複数の画素素子は、複数の表示セグメントを形成するように前記シースルー素子の表示領域全体に分配され、前記複数の表示セグメントのそれぞれは、前記複数の画素素子のうち一部の複数の画素素子を含み、
   隣接する表示セグメントに属する隣接する画素素子間の画素距離は、前記隣接する表示セグメントのそれぞれにおける隣接する画素素子間の画素距離よりも大きい頭部装着型表示装置であって、
   元の画像の画素の前記複数の画素素子へのマッピングに基づいて、前記複数の画素素子のそれぞれを電気的に駆動するための制御回路であって、前記制御回路は、前記元の画像の複数の異なる画像部分を前記複数の表示セグメントのそれぞれ異なる部分にマッピングするように適合されるものであり、
   前記制御回路は、前記複数の異なる画像部分のそれぞれをそれぞれの異なるセグメントセットにマッピングするように適合され、それぞれのセグメントセットは、第１の表示セグメントと少なくとも１つの第２の表示セグメントとを含むことを特徴とする頭部装着型表示装置。
2. 前記複数の表示セグメントが、複数のクラスタを形成するように、前記シースルー素子の前記表示領域全体に分配されることを特徴とし、前記複数のクラスタのそれぞれは、前記複数の表示セグメントのうち一部の複数の表示セグメントを含み、
   隣接するクラスタに属する隣接する画素素子間の画素距離は、前記隣接するクラスタのそれぞれにおける隣接する表示セグメントに属する隣接する画素素子間の画素距離よりも大きいことを特徴とする請求項１又はその前提部に記載の表示装置。
3. 前記複数の表示セグメントのそれぞれによって放出される発散光ビームのその発散を低減するための光学システムをさらに備え、前記光学システムは、それぞれの異なるセグメントグループにそれぞれ関連付けられた複数の光学素子を含み、それぞれのセグメントグループは前記複数の表示セグメントのうち一部の複数の表示セグメントを含み、
   セグメントグループのそれぞれの表示セグメントによって放出された光ビームは、前記の関連付けられた光学素子によって、前記頭部装着型表示装置を装着したユーザーの眼の網膜で前記光ビームを受信できる位置に向けられ、
   前記表示装置は、元の画像の同じ画像部分を表示するようにセグメントセットのそれぞれの表示セグメントを駆動するように適合された制御回路を含み、前記セグメントセットは前記複数の表示セグメントからの２つ以上の表示セグメントを含み、
   セグメントセットのそれぞれの表示セグメントは、異なるセグメントグループに含まれることを特徴とする請求項２又はその前提部に記載の表示装置。
4. 前記第１の表示セグメントと前記セグメントセットの前記少なくとも１つの第２の表示セグメントのそれぞれとの間に、少なくとも１つの他のセグメントセットから少なくとも１つの表示セグメントが配置されることを特徴とする請求項１又は請求項１に従属する場合の請求項２～３のいずれか１項に記載の表示装置。
5. 前記セグメントセットは、前記第１の表示セグメントとは異なる方向に位置する複数の第２の表示セグメントを含むことを特徴とする請求項１又は請求項１に従属する場合の請求項２～４のいずれか１項に記載の表示装置。
6. 前記複数の第２の表示セグメントは、前記第１の表示セグメントの周りに均一な角度間隔で分配されることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
7. 前記複数の第２の表示セグメントは、４、８、または１６個の第２の表示セグメントであることを特徴とする請求項５又は６に記載の表示装置。
8. それぞれのセグメントセットは、クラスタのそれぞれの異なるセットに含まれ、それぞれのクラスタセットは、２つ以上のクラスタを含むことを特徴とする請求項１及び２、又は請求項１及び２に従属する場合の請求項３～７のいずれか１項に記載の表示装置。
9. 少なくとも１つのクラスタセットの前記クラスタは、隣接するクラスタの少なくとも１つの対を含むことを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
10. 少なくとも１つのクラスタセットの前記クラスタは全て隣接していないことを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
11. それぞれのセグメントセットの前記表示セグメントは、少なくとも１つのクラスタセットのそれぞれの前記クラスタ内のそれぞれの異なるセグメント位置に配置されることを特徴とする請求項８～１０のいずれか一項に記載の表示装置。
12. 前記複数の画素素子および前記複数の表示セグメントは、前記表示領域内で二次元に分配されることを特徴とする請求項１～１１のいずれか一項に記載の表示装置。
13. 前記複数のクラスタは、前記表示領域内で二次元に分配されることを特徴とする請求項２に従属する場合の請求項１２に記載の表示装置。
14. 前記複数のセグメントグループは、前記表示領域において二次元に分配されることを特徴とする請求項３又は請求項３に従属する場合の請求項４～１３のいずれか一項に記載の表示装置。
15. 前記複数の表示セグメントは、複数のクラスタを形成するように、前記シースルー素子の前記表示領域にわたって分配され、
    前記複数のクラスタのそれぞれが、それぞれの異なるセグメントグループに対応し、
    隣接するクラスタに属する隣接する画素素子間の画素距離は、前記隣接するクラスタのそれぞれにおける隣接する表示セグメントに属する隣接する画素素子間の画素距離よりも大きいことを特徴とする請求項３又は請求項３に従属する場合の請求項４～１４のいずれか一項に記載の表示装置。

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