JP2024518894A - ニアアイディスプレイの視野の増大 - Google Patents

Abstract

ニアアイディスプレイ内に画像を生成するための方法は、画像を第１のサブ画像及び第２のサブ画像に分割することと、第１のサブ画像及び第２のサブ画像を、チャネルを通じて順次伝送することと、第１の偏光における第１のサブ画像に対応する光、及び、第２の偏光における第２のサブ画像に対応する光を抽出することと、第１の偏光における光の第１の次数を第１の方向に偏向させることと、第２の偏光における光の反対の次数を、第１の方向とは異なる反対の方向に偏向させることと、を含み得る。得られた画像幅は、より広い視野に対応する。

Description

本開示は、比較的広いＦＯＶを有するＮＥＤ内で使用するための光学システムに関する。

ニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）は、現在、拡張現実（ＡＲ）及び仮想現実（ＶＲ）アプリケーションの定番である。拡張現実ディスプレイは、例えば、典型的には、眼に近い透明又は半透明なディスプレイを含み、これを介して、ユーザは、周囲環境を見ることができ、同時にまた、周囲環境の一部として、かつ／又は周囲環境上に重ねられて現れる仮想対象物（例えば、テキスト、グラフィックス、ビデオ等）を見ることもできる。

ＮＥＤデバイスは、ユーザが拡張現実環境内で見ることができる表示される仮想画像を再現するために、光導波路を利用することが多い。この光導波路は、多くの場合、そのようなデバイスの性能及び／又は形状因子に関する制限を提示する。特に、例えば、ヘッドマウンテドディスプレイ（ＨＭＤ）などの、光導波路を利用するＮＥＤデバイスでは、光は、限定された範囲の内角にわたって、光導波路を通って伝播する。表面法線に対する入射角が、光導波路が作製される材料に関連付けられたある臨界角よりも大きい場合に限り、ある入射角で光導波路の内面に伝播する光は、光導波路内を移動し、その表面の間を行き来する。他の入射角で伝播する光は、光導波路から逃げることになる。したがって、光導波路を使用するＮＥＤデバイスにおける光の角度幅は、光導波路によって本質的に制限される。これら、及び光導波路に固有の他の要因は、光導波路ベースのディスプレイによって裏付けられ得る視野（ＦＯＶ）を制限する傾向がある。

光導波路ベースのディスプレイのＦＯＶを増大させる試みは、伝統的に、サイズの妥協が付いてきた。ＦＯＶを改善するために、設計者は、ＮＥＤデバイスをかさばらせ、かつ扱いにくくする必要があったため、これは、消費者にとって望ましくない属性である。したがって、当技術分野において、かさばらず、かつ扱いやすい、改良されたＦＯＶを有するＮＥＤが必要である。

本開示は、比較的広いＦＯＶを有するＮＥＤ内で使用するための光学システムに関する。一実施形態によれば、この光学システムは、光伝送基板を含む光ガイド光学素子（ＬＯＥ）を含む。光伝送基板は、互いに平行な第１の主要表面及び第２の主要表面と、光伝送基板中に入射光を結合し、それによって、全反射により第１の主要表面と第２の主要表面との間に光を閉じ込めるように構成された１つ以上の光入力結合素子、及び、基板から外へ光を結合するように構成された１つ以上の光出力結合素子を含む。この実施形態では、光学システムは、一対の相補的な偏光回折格子を更に含む。この対からの第１の偏光回折格子は、第１の主要表面に対応する光伝送基板の第１の側面上に配設され、かつ、この対からの第２の偏光回折格子は、第２の主要表面に対応する光伝送基板の第２の側面上に配設される。この実施形態では、光学システムは、光の偏光を、第１の偏光とその第１の偏光とは異なる第２の偏光との間で切り替えて、第２の偏光回折格子が、第１の方向への第１の偏光の光、及び第１の方向とは異なる第２の方向への第２の偏光の光を偏向させるように構成された少なくとも１つの切り替え偏光素子を更に含む。

偏光回折格子は、時分割多重化方式に従って、画像からの偏光された光を２つの異なる方向に偏向させる。第１の時点において、第１の偏光で偏光された第１のサブ画像光は、第１の方向に偏向され、第２の後続の時点において、第２の偏光で偏光された第２のサブ画像光は、第２の方向に偏向される。第１の方向に偏向された光と、時分割多重化によって第２の方向に偏向された光との効果的な組み合わせにより、画像のＦＯＶが大幅に拡大する。

この技法により、コンパクトな光導波路、プロジェクタ等の使用が可能になる。したがって、本明細書に開示される本発明は、それらのサイズを大幅に増大させることなく、ＮＥＤの改善されたＦＯＶを可能にする。

一実施形態では、光学システムは、偏光された光を、第１の主要表面及び第２の主要表面の法線の中心にある方向に放出するように構成されたプロジェクタを含む。

一実施形態では、少なくとも１つの切り替え偏光素子は、入射光が、光伝送基板に結合する前に、第１の偏光と第２の偏光との間で切り替わるように、プロジェクタと第１の主要表面との間に配設される。

一実施形態では、少なくとも１つの切り替え偏光素子は、第１の切り替え偏光素子及び第２の切り替え偏光素子を含み、第１の切り替え偏光素子は、ＬＯＥと第１の偏光回折格子との間に配設され、第２の切り替え偏光素子は、入射光が光伝送基板中に結合したときに第１の偏光で偏光されたままであるように、ＬＯＥと第２の偏光回折格子との間に配設される。

一実施形態では、光学システムは、相補的な偏光回折格子の第２の対、第１の主要表面に対応する光伝送基板の第１の側面上に配設された第２の対からの第３の偏光回折格子、及び、第２の主要表面に対応する光伝送基板の第２の側面上に配設された第２の対からの第４の偏光回折格子を含む。少なくとも１つの切り替え偏光素子は、第３の切り替え偏光素子及び第４の切り替え偏光素子を含み、第３の切り替え偏光素子は、第１の偏光回折格子と第３の偏光回折格子との間に配設され、第４の切り替え偏光素子は、第２の偏光回折格子と第４の偏光回折格子との間に配設される。

一実施形態では、少なくとも１つの切り替え偏光素子は、第１、第２、及び第３の切り替え偏光素子を含み、第１の切り替え偏光素子は、ＬＯＥと第１の偏光回折格子との間に配設され、第２の切り替え偏光素子は、ＬＯＥと第２の偏光回折格子との間に配設され、かつ、第３の切り替え偏光素子は、プロジェクタと第１の偏光回折格子との間に配設され、第１の切り替え偏光素子は、第２の切り替え偏光素子及び第３の切り替え偏光素子の反対側に切り替えるように構成される。

一実施形態では、光学システムは、プロジェクタ及び少なくとも１つの切り替え偏光素子に動作可能に接続され、かつ、第１の偏光と第２の偏光との間の光の偏光を画像フレームに少なくとも１回時分割多重化するように構成されたプロセッサを含む。

一実施形態では、プロジェクタは、少なくとも２つのサブフレームに分割された画像フレームを投影するように構成されており、光学システムは、プロジェクタ及び少なくとも１つの切り替え偏光素子に動作可能に接続され、かつ、少なくとも２つのサブフレームからの第１のサブフレーム及び第２のサブフレームの投影にそれぞれ同期された、第１の偏光と第２の偏光との間の光の偏光を時分割多重化するように構成されたプロセッサを含む。

一実施形態では、プロジェクタは、第１の色の光が、第１の色とは異なる、第２の色の光とは異なる視野で投影される多色画像を投影するように構成される。一実施形態では、第１の偏光回折格子は、その上に入射する非偏光の光を直交偏光に分割し、その直交偏光は、第１の主要表面上に入射し、基板を通って伝播し、かつ、その直交偏光を、第１の偏光回折格子上に入射する光と等しい角度方向を有する光に偏向させる第２の偏光回折格子上に入射する。

本明細書に組み込まれ、かつ本明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の態様の様々な例示的な実施形態を示す様々な例示的なシステム、方法などを示す。図中に図示される要素の境界（例えば、ボックス、ボックスのグループ、又は他の形状）は、それらの境界のうちの一例を表すことが理解されるであろう。当業者は、１つの要素が複数の要素として設計され得るか、又は複数の要素が１つの要素として設計され得ることを理解するであろう。別の要素の内部構成要素として示される要素は、外部構成要素として実装され得、その逆もまた同様である。更に、要素は、縮尺通りには描かれていない場合がある。

ニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）のための典型的な光学システムの概略図を示す。 偏光回折格子対の動作を典型的に実証する概略図を示す。 偏光回折格子対の動作を典型的に実証する概略図を示す。 ＮＥＤのための別の典型的な光学システムの概略図を示す。 ＮＥＤのための更に別の典型的な光学システムの概略図を示す。 ＮＥＤのための典型的なＦＯＶを例証する概略図を示す。 ＮＥＤのための典型的なＦＯＶを例証する概略図を示す。 ＮＥＤのための更に別の典型的な光学システムの概略図を示す。 ＮＥＤのための更に別の典型的な光学システムの概略図を示す。 ＮＥＤにおける拡大されたＦＯＶ画像を生成するための典型的な方法のためのフロー図を示す。 ＮＥＤにおける拡大されたＦＯＶのための典型的なシステムのブロック図を示す。

図１は、ニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）のための典型的な光学システム１００の概略図を示している。

この光学システム１００は、光ガイド光学素子（ＬＯＥ）５０を含む。ＬＯＥ５０の例については、例えば、Ａｍｉｔａｉによる米国特許第７，６４３，２１４号及び同第７，７２４，４４２号に有意に詳細に説明されている。ＬＯＥ５０は、互いに平行な第１の主要表面５２ａ及び第２の主要表面５２ｂ、並びにエッジ部５２ｃ、５２ｄを有する光伝送基板５２を含む。第１の主要表面５２ａはまた、前方主要表面又は前面としても本明細書に説明され、主要表面５２ａに関連する要素はまた、前面に関連するものとしても説明される。同様に、第２の主要表面５２ｂは、後方主要表面又は後面として本明細書に説明される場合があり、主要表面５２ｂに関連する要素は、後面に関連するものとしても説明される。これは、ＮＥＤアプリケーションにおいて、前方主要表面５２ａ及び関連要素が、ユーザの眼から離れて、ＮＥＤレンズの前面に配設され、これに対して、後方主要表面５２ｂ及びその関連要素は、ユーザの眼の近くのＮＥＤレンズの後面に配設されるためである。ＬＯＥ５０はまた、第１の主要表面５２ａ及び第２の主要表面５２ｂに対して非平行である平面表面５４を含む。表面５４は、その上に入射する光（光線３１によって表される）を光伝送基板５２に結合させる。表面５４は、反射性又は回折性であり得、したがって、光３１（光線３２によって表される反射）を反射又は回折し得、それによって、全反射により、第１の主要表面５２ａと第２の主要表面５２ｂとの間に光を閉じ込める。例示された実施形態では、表面５４は、光入力結合素子として使用されるが、他の実施形態では、光は、表面５４などの反射又は回折表面以外の、又はそれに加えて、光入力結合素子を使用してＬＯＥ５０に結合され得る。例えば、エッジ部５２ｃ、５２ｄは、光入力結合素子として使用され得る。すなわち、光は、エッジ部５２ｃ、５２ｄのうちの１つ以上において、ＬＯＥ５０に直接注入され得る。別の例では、光は、屈折技法を使用してＬＯＥ ５０に結合され得、したがって、光入力結合素子は、屈折素子を含み得る。

ＬＯＥ５０はまた、１つ以上の光出力素子も含み得る。例示された実施形態では、ＬＯＥ５０は、第１の主要表面５２ａ及び第２の主要表面５２ｂに対して非平行である表面５６に複数部分的に反射する光出力要素として含む。表面５６は、光３２を基板５２から外へ結合させる（光線３３によって表される出力光）。

光学システム１００はまた、一対の相補的な偏光回折格子３、５も含む。第１の偏光回折格子３は、第１の主要表面５２ａに対応する光伝送基板５２の前方側面上に配設され、第２の偏光回折格子５は、第２の主要表面５２ｂに対応する光伝送基板５２の後方側面上に配設されている。偏光回折格子は、光の偏光の機能として光を偏向させるために使用される光学デバイスである。偏光感知回折格子の例としては、パンチャラトナムベリー位相（幾何学的位相）に基づく回折格子が挙げられる。１つの具体的な例は、液晶分子によって作製された回折格子であり、これは、光の円偏光の機能として光を偏向させ得る。そのような回折格子は、右円偏光（ＲＨＣＰ）及び左円偏光（ＬＨＣＰ）を有する光に対して反対側の偏向角を生成し得、ほとんどの場合、偏向された光の偏光は、切り替えられる（回転する）ことになる。すなわち、そのような回折格子について、右偏光（ＲＨＣＰ）の光は、第１の方向に偏向された左円偏光（ＬＨＣＰ）の光を結果としてもたらし、これに対し、左円偏光（ＬＨＣＰ）の光は、第１の方向とは異なる第２の方向に偏向された右円偏光（ＲＨＣＰ）をもたらすであろう。本明細書では、円偏光回折格子を使用して光の偏向を達成しているが、直線偏光回折格子などの他の偏光回折格子は、２つの直交偏光に対して異なる偏向を有することができ、本明細書に開示されたシステムにおいても使用され得ることに留意されたい。更に、偏光回折格子は、能動型又は受動型の液晶素子、ポリマー、サブ波長空間変化型回折格子、又は空間変化型偏光子を含む様々な方法で実現することができるが、これらに限定されない。

説明の手段として、図２Ａは、単一の円偏光回折格子３の概略図を例示している。ＲＨＣＰの光線１、及びＬＨＣＰの光線２が、偏光回折格子３上に入射している。偏光回折格子３は、それらの偏光状態に応じて、光線１、光線２を偏向させて、それらの偏光状態を切り替え、その結果、ＲＨＣＰの光線１は、ＬＨＣＰを用いて光線１１を一方の方向に偏向し、ＬＨＣＰの光線２は、ＲＨＣＰを用いて光線１２を反対方向に偏向する。光線１１及び光線１２は、偏光回折格子３の何らかの回折次数ｍ及び－ｍに偏向される。入射する非偏光の光の場合、偏光回折格子は、偏光ビームスプリッタとして機能することになり、この場合、入射強度の半分は、ＲＨＣＰを伴って一方の方向に偏向されることになり、他の半分は、ＬＨＣＰを伴って反対方向に偏向されることになる。

図２Ｂは、交互に設置された２つの相補的な偏光回折格子３、偏光回折格子５の構成を例示している。ＬＨＣＰを伴う垂直入射光線２及び斜め入射光線２’は、両方とも、偏光回折格子３によって、ＲＨＣＰを伴う光線１２及び光線１２’に偏向される。次いで、光線１２及び光線１２’は、偏光回折格子５に当たり、そこを通って、ＲＨＣＰを伴う偏光した光線２２及び光線２２’を伝播する。光線２２及び光線２２’は、偏光回折格子５の０次の回折次数に偏向され、したがって、これらの光線の角度配向は、入射する光線２及び光線２’の角度配向と同じである。回折格子の偏向角は、波長に依存するが、光線２２及び光線２２’の配向が光線２及び光線２’の配向と同じであるため、有彩色の破損は、伝送された画像に対しては、予想されない。

いくつかのより風変わりな又は従来とは異なった偏光回折格子が、光線１１及び光線１２は、入射する光線１及び光線２とそれぞれ同じ偏光を有するであろうように設計され得ることに留意されたい。これらの要素はまた、追加的な波長板が各偏光回折格子の後ろに含まれる場合、光線１１及び光線１２の偏光を回転させるように、発明者らの方法で使用され得る。代替的に、これらの要素は、それらが互いに反対方向に光を偏向させ、すなわち、回折格子３がＲＨＣＰ光線を何らかの回折次数ｍに偏向させ、かつ回折格子５がＲＨＣＰを反対方向で反対の回折次数－ｍに偏向させるように設計されている場合に使用され得る。物理的に、そのような回折格子は、図２Ａの要素として偏光を回転させる従来の偏光回折格子として作製され得るが、次いで、元の入射偏光に対して偏光を回転させる別の半波長板も有する。発明者らは、より風変わりな／従来とは異なった偏光回折格子に関するこの説明を提案して、本発明が従来の偏光回折格子に限定されないことを示す。

図１に戻ると、システム１００において、偏光感知回折格子３及び５は、ＬＯＥ５０の各側面（前方及び後方）上に配設され得る。

典型的なシステム１００はまた、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）変調器、又は、デジタル光処理（ＤＬＰ）システム、ＯＬＥＤアレイ、若しくは無機ＬＥＤアレイのデジタルマイクロミラーデバイスなどの空間光変調器（ＳＬＭ）を含み得る投影光学デバイス（ＰＯＤ）６０も含む。代替的に、それは、レーザビームスキャンニングシステム（ＬＢＳ）を含むことができる。ＰＯＤ６０は、コリメートされた画像、すなわち、各画像画素の光が、画像内の画素位置に対応する角度方向で、無限遠にコリメートされた平行ビームを生成し得る。したがって、画像照光は、２次元の視野角に対応する角度範囲に及んでおり、そのうちの全ては、内部反射によってＬＯＥ５０内に閉じ込められ得、次いで外へ結合され得る。ＰＯＤ６０は、少なくとも１つの光源、典型的には、ＬＥＤ又はレーザを含み、それらは、ＬＣＯＳチップなどのＳＬＭを照光するように展開され得る。ＳＬＭは、画像の各画素の投影強度を変調し、それによって、画像を生成する。システム１００では、ＰＯＤ６０は、第１の偏光において、光の偏光波を生成し得る。

典型的なシステム１００はまた、切り替え偏光素子（ＳＰＥ）６１を含み、これは、その上に入射する光の偏光を、第１の偏光から、第１の偏光とは異なる第２の偏光に制御可能に／動的に切り替え又は回転させるように構成されたデバイスである。

例えば、ＳＰＥ６１は、その出力光の偏光方向が印可電圧の関数として制御され得るデバイスであり得る。そのようなケースでは、ＳＰＥ６１は、電圧制御された波長板と考えられ得る。そのようなＳＰＥ６１の例は、液晶（ＬＣ）偏光回転子であり、機械的な動きを伴わずに直線偏光入力ビームの偏光状態を回転させることができるデバイスである。そのようなＬＣ偏光回転子は、液晶可変遅延器及び石英ゼロ次４分の１波長板からなり得る。液晶セル側から偏光回転子上に入射する直線偏光を用いて、出力偏光の回転は、液晶遅延を調整することによって達成することができる。次に、液晶遅延が、印可電圧の関数として制御され得る。

他の例では、ＳＰＥ６１は、出力光の偏光方向が他の変数（例えば、電流、音等）の関数として制御され得るデバイスであり得る。したがって、ＳＰＥ６１は、電気光学デバイス、音響光学などのデバイス、又は更には、上部に入射する光の偏光を動的に切り替え若しくは回転させるための変調器として機能する機械式可動素子であり得る。

システム１００は、システム１００が取り付けられているＮＥＤに対して、ユーザの眼の位置に対応するアイモーションボックス（ＥＭＢ）７０の前方に提示され得る。

動作中、ＰＯＤ６０は、第１の偏光において偏光された光（光線３０によって表される）を投影する。ＰＯＤ６０は、光ビームを多数の方向（視野）に光らせることになるが、説明を簡略化するため、単一の光線３０が示されている。光３０は、ＳＰＥ６１を介して伝播し、これは、光３０の偏光を動的に変化させ得る。例示された実施形態では、ＳＰＥ６１の出力は、光３１であり、これは、ＬＯＥ５０に注入されて、表面５４によってＬＯＥ５０に結合され、光線３２になる。この光線３２は、ファセット５６によってＬＯＥ５０から外へ結合され、光線３３になる。最後に、光線３３は、回折格子５を通って伝播し、その偏光に応じて、光線３４又は光線３５によって表された第１の方向又は第２の方向に向かってそれぞれ偏向される。ＳＰＥ６１が画像のＰＯＤ６０の投影（フレーム毎に少なくとも１つの偏光切り替え）に同期して光３０の偏光を順次変化させるように動作するときに、光３３は、第１の方向３４及び第２の方向３５の方向にそれぞれ順次偏向される。したがって、ＳＰＥ６１において偏光を切り替えることによって、ＥＭＢ７０に到達するＦＯＶの方向は、変化され得る。

同時に、景色（ユーザの周囲）からＬＯＥ５０上に入射する光１は、回折格子３によって光線１０及び光線１１に分割されるが、回折格子５によって引き起こされる相補的な効果のために、最終的には、光線１２及び光線１３として入ってくる光線１と平行に出てくることになる。その結果、最終的に、景色ＦＯＶは、システム１００によって変化しない。

ＦＯＶ偏向の原理は、ＬＯＥ５０、すなわち、反射ファセットを有する１Ｄの拡大光導波路の文脈で本明細書に開示されているが、システム１００はまた、例えば、ホログラフィック回折格子若しくは回折格子を有する光導波路、液晶光導波路、ＦＯＶを２次元以上に拡大する光導波路、及び更にはビームスプリッタ若しくは水盤を有する自由形式光学素子のような光導波路を有しないシステム、又はＮＥＤのために使用される任意の他の方法などの、他のタイプの光導波路を使用して実装され得る。これらの原理は、ＡＲの文脈で本明細書に開示されているが、それらの原理は、（例えば、前方回折格子３などの景色要素を取り除くことによる）ＶＲアプリケーション及び他のＮＥＤアプリケーションにおいて等しく適用可能である。

投影された画像のＰＯＤ６０の投影に同期した、ＳＰＥ６１の連続した偏光に関して、投影された画像は、２つのサブ画像、すなわち、何らかの回折次数ｍの方向に偏向されるべき第１のサブ画像（光線３４）、及び、回折次数－ｍの反対方向に偏向されるべき第２のサブ画像（光線３５）に効果的に分割され得る。例えば、ＡＲシステムは、（主要表面５２ａ、５２ｂに垂直である）ＬＯＥ５０に法線を中心とするＰＧの偏向軸に沿って、２０度のＦＯＶを有する画像３０を表示し得る。上で説明されているように、第１の偏光Ｐ１に対してＳＰＥ６１を制御することにより、偏光回折格子５に、光３４を約＋１０度である回折次数ｍ＝１の方向に偏向させる。Ｐ１画像は、ＬＯＥ５０から出現する－１０～１０度ではなく、０～２０度の角度のＦＯＶ分布で眼に到達することになる（ＥＭＢ７０によって表される）。偏光を、Ｐ１に直交する第２の偏光Ｐ２に変化させることにより、光３５を、約－１０度である回折次数ｍ＝－１の方向に偏向させることになる。ＳＰＥ６１が第１のサブ画像及び第２のサブ画像のＰＯＤ６０の投影と同期して光３０の偏光を順次変化させるように動作するときに、ユーザによって知覚される全体的な画像は、－２０度から２０度、すなわち、４０度のＦＯＶに拡張し、元の画像のＦＯＶを２倍にすることになる。説明を簡略化するために、この説明は、分散の効果を無視している。分散効果については、以下で考察される。

図３～５は、他の可能性のある実施形態を例示している。

図３は、ＮＥＤのための典型的な光学システム２００の概略図を例示している。いくつかの光導波路及び他のＮＥＤシステムは、２つの偏光で光を伝播又は表示することができない。そのような場合、システム２００は、ＬＯＥ５０を通って伝播する光が常に１つの偏光内にあるように使用され得る。システム２００では、ＳＰＥ６１は、もはや、ＰＯＤ６０とＬＯＥ５０との間にはない。そのため、光線３０、３２、及び３３は、光がＬＯＥ５０を通って伝播するにつれて、動的には変化しない特定の偏光（すなわち、第１の偏光）にある。１つのＳＰＥ６１ではなく、システム２００は、２つのＳＰＥ６２、６３を使用する。ＳＰＥ６２は、入射光３３の偏光を動的に切り替え又は回転させて、光３６をもたらす。光３６は、次に、回折格子５に入射し、この場合、システム１００と同様に、光線３６は、光３６の偏光に応じて、光線３４及び光線３５に順次偏向される。

景色に関して、ＳＰＥ６３は、光線１２、１３が光線１と同じ角度を有するように、ＳＰＥ６２と同期して制御される。光線１０及び光線１１は、一般に、偏光に敏感である５０の内部構造によって伝送されるため、ＳＰＥ６３は、ＳＰＥ６３が５０の内部構造とともにＳＰＥ６２の効果を相殺するように、ＳＰＥ６２と同期して制御される。このようにして、光線１としてシステム２００に入る光は、最初に回折格子３、及びそれが変更されるＳＰＥ６３に当たるが、次いで、ＳＰＥ６２、及び効果が相殺させる回折格子５に当たって、光線１と同じ角度で光線１２、光線１３をもたらす。その結果、最終的に、景色ＦＯＶは、システム２００によって変化しない。

いくつかのＮＥＤシステムは、直線偏光でのみ光を表示することができる。回折格子３及び回折格子５が円偏光に対応する角度を偏向させる場合、４分の１波長板（ＱＷＰ）は、直線偏光に変換するために、回折格子構造の一部として使用され得る。

上記の例は、偏光回折格子５において投影された画像の１つの単一偏向のみを有する実施形態について説明しているが、他の実施形態では、いくつかの偏光回折格子をともに積層し、必要に応じてそれらの間にＳＰＥを挿入することによって、複数の連続した偏向が可能である。

図４は、ＮＥＤのための典型的な光学システム３００の概略図を例示している。このシステム３００は、ＦＯＶを、図３のシステム２００よりも更に増加させ得る。図４では、図３のシステム２００の回折格子３及び回折格子５、並びにＳＰＥ６２及びＳＰＥ６３に加えて、２つの追加的な回折格子７及び回折格子９、並びにＳＰＥ６４及びＳＰＥ６５が導入されている。ただし、動作の原理は、同様である。とりわけ、回折格子対３、５は、常に、互いに相補的な効果を有するであろう。同じことが、回折格子対７、９についても当てはまり、それらは、常に、互いに相補的な効果を有するであろう。同様に、ＳＰＥ対６２、６３は、動的に、互いに相補的なＳＰＥ効果を有し、ＳＰＥ対６４、６５もまた、動的に、互いに相補的なＳＰＥ効果を有するであろう。これは、景色ＦＯＶに対する変化をもたらさないが、投影された画像の制御された連続した偏向を達成し得る。連続する偏向のレベルは、第１の偏光Ｐ１又は第２の偏光Ｐ２に対してＳＰＥ６２及びＳＰＥ６４を別々に制御することによって、制御され得る。

一例として、ＳＰＥ６２及びＳＰＥ６４は、両方とも、第１の偏光Ｐ１に対して設定され、回折格子５は、光３６を＋１０度だけ偏向させ、回折格子９は、得られた光を追加的に＋５度だけ偏向させ、結局、全体として＋１５度の偏向がもたらされる。別の例として、ＳＰＥ６２は、第１の偏光Ｐ１に対して設定され、ＳＰＥ６４は、第２の偏光Ｐ２に対して設定され、回折格子５は、光３６を＋１０度だけ偏向させ、回折格子９は、得られた光を－５度だけ偏向させ、結局、全体として、＋５度の偏向がもたらされる。したがって、ＳＰＥを制御して各回折格子において偏光を変化させることによって、異なる偏向が達成され得る。例示的なシステム３００では、各回折格子における偏光の機能としての偏向は、以下の通りである。

したがって、システム３００は、少なくとも４つの異なる構成で設定され得、システムの元のＦＯＶが１０（＋５～－５）度である場合、上で説明したように、時間多重化によって、システム３００のＦＯＶを制御して、全体的なＦＯＶを＋２０～－２０度に及ぼすことができる。回折格子は、同じ偏向角、又は更には偏向の異なる方向を有し得、より多くの数の回折格子もまた、想定される。また、偏向は、離散的なステップ（例えば、５、１０、１５、２０、…）で上記のように表現されているが、ＳＰＥにおける偏光を第１の偏光から第２の偏光まで連続的に変化させることによって、ＦＯＶを、単に離散的ではなく連続的に制御することが可能であり得る。

一般に、偏光回折格子の偏向角は、入射角度に非直線的に依存する。したがって、投影された画像の異なるフィールドは、異なる角度によって偏向されることになり、その結果、画像は、歪むことになる。したがって、偏光回折格子の非直線的な応答を同期的に補償する歪んだ画像を投影することによって、この歪みを補正する必要がある。

ほとんどの回折格子の場合、偏向角は、波長に依存する。したがって、単一の狭い波長光源を用いて、本明細書に開示された技法を使用することには利点があり得る。単色システムの場合、システムのＦＯＶは、２αであり得、回折格子の偏向は、±αであり得、得られたＦＯＶは、４αに倍増するであろう。しかしながら、ほとんどのＮＥＤの場合、光源は、多色（例えば、ＲＧＢ）であり、これは、異なる結果をもたらすことになる。

例えば、ＮＥＤが、赤色及び青色の波長（６３０及び４５０ｎｍ）の光を表示すると仮定する。赤色の波長は、特定の角度、すなわち、α度で偏向されることになり、青色の光は、約０．７α度のみで偏向されることになる（直線近似の下で）。それは、青色の光に対するＦＯＶが１．４αだけ拡張され得るのに対して、ＦＯＶの最小幅が２αであることを意味する。したがって、得られたＦＯＶは、約３．４αとなる。したがって、上で説明されるように、画像を異なるサブ画像に分割したとき、画像の約８５％のみが表示されて、全ての色の間のＦＯＶを保存し得る。より小さい偏向を伴う色（一般には、より短い波長）の場合、約８５％のみが表示されて、不均一な明るさ分布を引き起こす、２つの画像の重複を防止し得る。更に、より大きな偏向角を伴う色の場合、内部８５％の領域のみが表示されて、より大きな偏向角の色のＦＯＶが、より小さい偏向角の色のＦＯＶよりも広くなることを防止し得る。

図５Ａ及び５Ｂは、ＮＥＤのための典型的なＦＯＶを例証する概略図を例示している。図５Ａは、赤色の光の場合のＦＯＶを例示し、一方、図５Ｂは、青色の光の場合のＦＯＶを例示している。図５Ａ及び５Ｂの両方において、長方形は、左ＦＯＶ及び右ＦＯＶを表し、組み合わされた長方形の外側フレームは、ＮＥＤが表示することができる幅を表している。図５Ａに示すように、赤色の光の場合、比較的より大きな偏向がもたらされ、その表示の内側部分が、上部に表示されている。これは、長方形の内側部分を塗りつぶすことによって示されている。図５Ｂに示すように、青色の光の場合、比較的より小さい偏向がもたらされ、したがって、ＦＯＶの外側部分が、代わりに使用される。ＦＯＶの外側部分は、塗りつぶされている。

図４に示すような２つ以上の回折格子対を使用することはまた、偏向が無彩色になることを可能にする際にも役立ち得る。ＮＥＤが赤色の波長及び青色の波長（６３０ｎｍ及び４５０ｎｍ）の光を照らすと仮定する。図３にあるように、単一の回折格子対を使用すると、赤色の波長は、特定の角度、例えば、８．５度の状態にあり、一方、青色の光は、より小さい角度、例えば、５．９５度のみに偏向されることになる。しかしながら、図４にあるように、２つの回折格子対を使用すると、例えば、赤色については１．５度、青色については１．０５度のより小さい偏向角を伴って、第２の回折格子対が導入され得る。第２の回折格子対が、赤色の光については第１の回折格子対の反対方向に光を偏向させるように調整され、青色の光については第１の回折格子対と同じ方向に光を偏向させるように調整される場合、両方の色について、α＝８．５－１．５＝５．９５＋１．０５＝７を得る。両方の色についての偏向は，同じである。したがって、１つの回折格子の効果を赤色画像と青色画像との間で切り替えることによって、より少ない回折差が達成され得る。

一実施形態では、ＲＧＢ光源は、１つの単色サブ画像内の色収差を低減するように、狭い帯域幅である。例えば、本明細書に開示される技法は、約６３３ｎｍの赤色画像について１分未満の円弧ＦＯＶ分散を有するように、１ｎｍ未満の半値全幅（ＦＷＨＭ）の光源を使用して実装され得る。

回折効果を克服する別の方法は、図６に示されているように、ＰＯＤ６０からの光に２つの回折格子を使用することである。

図６は、ＮＥＤのための典型的な光学システム４００の概略図を例示している。例示された構成は、投影された画像の光が回折格子３及び５の両方を通って移動するように、ＰＯＤ６０から光を受け取るための回折格子３の拡張を除いて、図３に示されたものと同様である。図３との他の違いは、ＰＯＤ６０からの光の出口でのＳＰＥ６６の追加、及び、回折格子３の拡張部と、ＬＯＥ５０との間へのＳＰＥ６３の拡張部である。図３のシステム２００と同様に、システム４００では、ＰＯＤ６０から外へ出てくる光は、回折格子５を通過し、その回折格子は、その偏光に応じて、当該光の方向を偏向させる。ただし、ここで、光は、最初に回折格子３を通過し、その回折格子は、その角度幅を減少させるように光を偏向させる。最終的に、ＥＭＢ７０に到達する光（光線３４、３５）は、ＰＯＤ６０から外へ出てくる光（光線４４、４５）と同じ角度幅を有する。ただし、ＬＯＥ５０の内側では、光の角度分布は、より小さくなるであろう（光線３０～３３）。

典型的には、ＬＯＥ５０などのＬＯＥは、１つの偏光のみの光を伝播させる。また、典型的には、ＰＯＤ６０などのＰＯＤは、１つの偏光のみで光を照らすことになる。これに対処するために、ＳＰＥ６３及びＳＰＥ６６が、図示された位置に導入されて、同期的に制御される。これにより、ＰＯＤ６０からＬＯＥ５０への一定の偏光を維持しながら、光偏向に必要とされる偏光シフトをもたらす。

動作中、ＰＯＤ６０からの偏光された光４４、４５は、ＳＰＥ６６によって第１の偏光又は第２の偏光に設定される。回折格子３は、光を偏向して、その光の角度幅を減少させる。ＳＰＥ６３は、ＳＰＥ６６とは反対側で動作するため、ＬＯＥ５０に入る光は、ＰＯＤ６０からのその元の偏光状態にある。光は、ＬＯＥ５０を通って移動して（光線３０、３２、３３）、外へ結合される。ＳＰＥ６２は、ＬＯＥ出力光の偏光を第１の偏光から第２の偏光に変化させるように動作される。偏光回折格子５は、光を、その光の偏光に応じて反対方向に偏向させる。

本開示では、偏光回折格子及びＳＰＥの組み合わせを使用して、回折格子／ＳＰＥセットの動作を切り替える（すなわち、ＳＰＥは、偏光回折格子が光をある方向又は別の方向に偏向させる結果となる偏光を制御する）。他の可能性のある構造が、同様の結果を達成するために使用され得る。例えば、切り替え可能な回折格子が使用され得る。切り替え可能な回折格子は、それらの光学的効果を動的にスイッチオン及びオフすることができる回折格子であり、主に、光を動的に偏向させることができるシステムの一部である。そのような切り替え可能な回折格子は、上で説明されるように、相補的な対で使用され得、動的な相補的回折格子対、すなわち、他方の回折格子の効果を相殺し、また、動的にスイッチオン及びオフすることができる２つの回折格子がもたらされる。

図７は、ＮＥＤのための典型的な光学システム５００の概略図を例示している。このシステム５００は、アクティブ透明液晶素子（ＳＬＭ及びＬＣＯＳなど）１０３、１０５がＳＰＥ及び偏光回折格子の代わりに使用することができることを除いて、上で説明されるシステム２００と同様である。要素１０５を使用して、入射フィールドを異なる角度配向に偏向させるように、制御された直線位相を、光線３３によって表される入射偏光の光に適用することができ、その結果、光線３４、３５によって表された偏光された光がもたらされる。そのような要素１０５を使用して、入射光を２つ以上の角度配向に時間動的に偏向させることができる。同様の相補的な第２の要素１０３は、第１の要素１０５の効果を補償するように、光導波路５０の前に設置することができ、その結果、伝送された光景は、歪まないであろう。

方法
典型的な方法が、図８のフロー図を参照して、より良く理解され得る。説明を簡単にするために、例示された方法論は、一連のブロックとして図示及び説明されるが、いくつかのブロックは、異なる順番で、又は、図示及び説明される他のブロックと同時に生じる可能性があるため、それらの方法論は、ブロックの順番によって限定されないことを理解されたい。更に、典型的な方法論を実装するために、例示された全てのブロックよりも少ないブロックが必要とされ得る。更に、追加的な方法論、代替的な方法論、又はその両方は、例示されていない追加的なブロックを採用することができる。

フロー図において、ブロックは、ロジックを用いて実装され得る「処理ブロック」を意味する。処理ブロックは、方法ステップを実行するための方法ステップ又は装置要素を表し得る。フロー図は、いかなる特定のプログラミング言語、方法論、又はスタイル（例えば、手続き型、オブジェクト指向型）のための構文も描写しない。むしろ、フロー図は、当業者が採用して、ロジックを開発し、例示された処理を実行し得る機能情報を例示する。いくつかの例では、一時変数、ルーチンループなどのプログラム要素が示されていないことが理解されるであろう。電子的アプリケーション及びソフトウェアアプリケーションは、動的かつ柔軟なプロセスを含み得、その結果、例示されたブロックは、それらが示されたものとは異なる、又は、ブロックが組み合わされ得るか、若しくは複数の構成要素に分離され得る、他の順序で実行することができることが更に理解されるであろう。プロセスは、機械言語、手続き型、オブジェクト指向型、又は人工知能技法のような様々なプログラミング手法を使用して実装され得ることが理解されるであろう。

図８は、ＮＥＤにおける画像を生成するための典型的な方法７００のためのフロー図を例示している。７１０において、方法７００は、ＮＥＤによって投影されるべき画像を第１のサブ画像及び第２のサブ画像に分割することを含み得る。例えば、動画は、フレームと称される一連の静止画からなる。フレームは、２つ以上のサブフレームに効果的に分割され得る。すなわち、同じフレーム画像は、第１の偏光と同期して第１に伝送され得、第２の偏光と同期して第２に伝送され得るなどである。このステップはまた、必要とされる補正歪みの計算及び実装を含み得、その補正歪みは、サブ画像に適用されて、（所与の色について）入射角度の関数として、得られた色収差及び非直線偏向を補正又は補償しなければならない。

７２０において、方法７００は、チャネルを通じて第１のサブ画像及び第２のサブ画像を順次伝送することを含む。このチャネルは、例えば、上で説明されるＬＯＥ５０などのＬＯＥであり得る。方法７００はまた、７３０において、第１の偏光における第１のサブ画像に対応する光、及び第２の偏光における第２のサブ画像に対応する光を抽出することを含み得る。例えば、ＳＰＥは、上で説明されるように、光の偏光を動的に制御するために使用され得る。

７４０において、光が第１の偏光状態にある場合、方法７００は、７５０において、第１の偏光における第１の次数の光を第１の方向に偏向させる。しかしながら、光が第２の偏光状態にある場合、７６０において、第１の次数の光が、第２の偏光において、第１の方向とは異なる第２の方向に偏向される。例えば、偏光回折格子は、第１の偏光における光を第１の方向に、かつ第２の偏光における光を第２の方向に偏向させるために使用され得る。例示された実施形態では、画像又はフレームは、２つのサブ画像に効果的に分割されるが、他の実施形態では、任意の画像又はフレームは、より多くの（例えば、４つ、６つ等の）サブ画像に分割され得る。すなわち、同じフレーム画像は、第１の偏光と同期して第１に伝送され得、第２の偏光と同期して第２に伝送され得、第１の偏光（又はある他の偏光）と同期して第３に伝送され得、第２の偏光（又はある他の偏光）と同期して第４に伝送され得るなどである。画像をサブ画像に分割することは、必ずしも、画像又はフレームの元のタイミング又は長さを変更する必要はない。画像をサブ画像に分割することは、画像がその元の時間の間に伝送され得るが、当該時間の一部の間にその画像が第１の偏光と同期して伝送され、時間の一部の間にその画像が第２の偏光と同期して伝送されるなどを意味する。

一実施形態では、光を偏向させることは、後方偏光回折格子が抽出された光を受け取って、第１の偏光における光を第１の方向に偏向させ、かつ第２の偏光における光を第２の方向に偏向させることを含む。

一実施形態では、方法は、光を抽出し、偏向させることと同時に、前方偏光回折格子上に入射した非偏光の光を、前方偏光回折格子、チャネル、及び後方偏光回折格子を通って伝送することを更に含み、その結果、非偏光の光は、前方偏光回折格子上に入射したときに、非偏光の光と等しい角度方向を有する後方偏光回折格子を出ていく。

一実施形態では、第１の偏光における第１のサブ画像に対応する光、及び第２の偏光における第２のサブ画像に対応する光は、時分割多重化方式でＬＯＥを通じて順次伝送される。

一実施形態では、第１のサブ画像及び第２のサブ画像を順次伝送することは、第１の偏光と第２の偏光との間の光の偏光を画像フレームに少なくとも１回時分割多重化することを含む。

一実施形態では、第１のサブ画像及び第２のサブ画像を順次伝送することは、それぞれ、第１のサブ画像及び第２のサブ画像の投影に同期された第１の偏光と第２の偏光との間の光の偏光を時分割多重化することを含む。

一実施形態では、第１のサブ画像に対応する光、及び第２のサブ画像に対応する光は、共通の偏光でＬＯＥを通って伝送され、第１の偏光における第１のサブ画像に対応する光の偏光、又は、第２の偏光における第２のサブ画像に対応する光の偏光は、その後発生する。

一実施形態では、第１の偏光における光を偏向させること、及び第２の偏光における光を偏向させることは、全体的な偏向につながる複数の偏向を伴うステップで発生する。

一実施形態では、第１のサブ画像及び第２のサブ画像を順次伝送することは、第１の色の光が、その第１の色とは異なる、第２の色の光とは異なる視野で投影される、多色画像を投影することを含む。

各図は、連続して発生する様々な動作を例示しているが、例示された様々な動作は、実質的に並行して発生し得ることが理解されるべきであり、動作が並行して発生するように示されている場合があるが、これらの動作は、実質的に連続して発生し得ることが理解されるべきである。例示された方法に関連して、いくつかのプロセスが説明されているが、より多くの又はより少ない数のプロセスが採用される可能性があること、並びに、軽量なプロセス、通常のプロセス、スレッド、及び他の手法が採用される可能性があることを理解されたい。他の典型的な方法もまた、場合によっては、実質的に並行して発生する動作を含み得ることも理解されたい。例示された典型的な方法及び他の実施形態は、リアルタイムで、ソフトウェア若しくはハードウェア、又はハイブリッドソフトウェア／ハードウェア実装ではリアルタイムよりも高速で、あるいは、ソフトウェア若しくはハードウェア、又はハイブリッドソフトウェア／ハードウェア実装ではリアルタイムよりも低速で、動作し得る。

システム
図９は、ＮＥＤのための典型的システム８００のブロック図を例示している。システム８００は、例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ等のプロセッサ８０を含み得る。プロセッサ８０は、上で説明されるシステム１００、２００、３００、及び４００において説明されたように、ＰＯＤ６０、及びＳＰＥ６１～６６のうちの適用可能なものに動作可能に接続され得る。プロセッサは、ＰＯＤ６０とともに画像の投影を制御し、又は少なくとも全体調整するように構成され、かつ、第１の偏光又は第２の偏光に対してＳＰＥ６１～６６を制御して、上で説明される時分割多重化方式を実装するように構成されている。

定義
以下は、本明細書で使用される選択された用語の定義を含む。これらの定義は、用語の範囲内に入り、かつ実施態様のために使用され得る、様々な例又は構成要素の形態を含む。それらの例は、限定するものであることを意図されていない。用語の単数形及び複数形の両方が、それらの定義内にあり得る。

「動作可能な接続」、又は、実在物が「動作可能に接続される」接続は、信号、物理的通信、又は論理的通信が送信又は受信され得る接続である。典型的には、動作可能な接続には、物理的インターフェース、電気的インターフェース、又はデータインターフェースが含まれるが、動作可能な接続は、動作可能な制御を可能にするのに十分である、これらの異なる組み合わせ又は他のタイプの接続を含み得ることに留意されたい。例えば、２つの実在物は、直接、又は、プロセッサ、オペレーティングシステム、ロジック、ソフトウェア、若しくは他の実在物のような１つ以上の中間の実在物を介して互いに信号を通信することができることによって、動作可能に接続することができる。論理的又は物理的な通信チャネルを使用して、動作可能な接続を作り出すことができる。

「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」又は「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語が詳細な説明又は特許請求の範囲において使用される限り、その用語は、特許請求の範囲において過度的な単語として使用されるときに、当該用語が解釈されるため、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語と同様の方法で包含されることが意図される。更に、「又は」という用語が発明の詳細な説明又は特許請求の範囲において使用される限り（例えば、Ａ又はＢ）、「Ａ若しくはＢ、又はその両方」を意味することが意図されている。出願人が「Ａ又はＢのみであるが、その両方ではない」ことを意図する場合、「Ａ又はＢのみであるが、その両方ではない」という用語が使用されるであろう。したがって、本明細書における「又は」という用語の使用は、包括的使用であり、排他的使用ではない。ＢｒｙａｎＡ．Ｇａｒｎｅｒ、Ａ Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ ｏｆ Ｍｏｄｅｒｎ Ｌｅｇａｌ Ｕｓａｇｅ６２４（２ｄ．Ｅｄ．１９９５）を参照されたい。

例示的なシステム、方法などが、例を説明することによって例示されており、また、それらの例がかなり詳細に説明されているが、そのような詳細の範囲を制限するか、又はいかなる方法でも限定することは、出願人の意図ではない。当然のことながら、本明細書に説明されたシステム、方法などを説明する目的のために、構成要素又は方法論の想定されるあらゆる組み合わせを説明することは不可能である。追加的な利点及び修正は、当業者には容易に着想されるであろう。したがって、本発明は、図示及び説明された特定の詳細事項、典型的な装置、及び例証的な例に限定されるものではない。したがって、本出願は、添付の特許請求の範囲の範囲内に収まる変更、修正、及び変形を含むことが意図されている。更に、前述の説明は、本発明の範囲を限定することを意味しない。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲、及びそれらの均等物によって決定されるべきである。

Claims (27)

1. ニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）のための光学システムであって、前記光学システムは、
   光伝送基板を含む光ガイド光学素子（ＬＯＥ）であって、前記光伝送基板が、
   互いに平行な第１の主要表面及び第２の主要表面と、
   前記光伝送基板中に入射光を結合し、それによって、全反射により前記第１の主要表面と前記第２の主要表面との間に前記光を閉じ込めるように構成された１つ以上の光入力結合素子、及び、前記基板から外へ前記光を結合するように構成された１つ以上の光出力結合素子を有する、光ガイド光学素子と、
   一対の偏光回折格子であって、前記第１の主要表面に対応する前記光伝送基板の第１の側面上に配設された前記対からの第１の偏光回折格子、及び、前記第２の主要表面に対応する前記光伝送基板の第２の側面上に配設された前記対からの第２の偏光回折格子を有する、一対の偏光回折格子と、
   前記光の偏光を、第１の偏光から前記第１の偏光とは異なる第２の偏光に切り替えて、前記第２の偏光回折格子が、第１の方向への前記第１の偏光の前記光、及び前記第１の方向とは異なる第２の方向への前記第２の偏光の前記光を偏向させるように構成された少なくとも１つの切り替え偏光素子と、を備える、光学システム。
2. 前記入射光を放出するように構成されたプロジェクタを備える、請求項１に記載の光学システム。
3. 前記少なくとも１つの切り替え偏光素子は、前記入射光が前記光伝送基板中に結合する前に前記第１の偏光と前記第２の偏光との間で切り替わるように、前記プロジェクタと前記第１の主要表面との間に配設されている、請求項２に記載の光学システム。
4. 前記少なくとも１つの切り替え偏光素子が、第１の切り替え偏光素子及び第２の切り替え偏光素子を含み、前記第１の切り替え偏光素子が、前記ＬＯＥと前記第１の偏光回折格子との間に配設され、前記第２の切り替え偏光素子が、前記ＬＯＥと前記第２の偏光回折格子との間に配設されている、請求項２に記載の光学システム。
5. 偏光回折格子の第２の対と、前記第１の主要表面に対応する前記光伝送基板の前記第１の側面上に配設された前記第２の対からの第３の偏光回折格子と、前記第２の主要表面に対応する前記光伝送基板の前記第２の側面上に配設された前記第２の対からの第４の偏光回折格子と、を備え、
   前記少なくとも１つの切り替え偏光素子が、第３の切り替え偏光素子及び第４の切り替え偏光素子を含み、前記第３の切り替え偏光素子が、前記第１の偏光回折格子と前記第３の偏光回折格子との間に配設され、前記第４の切り替え偏光素子が、前記第２の偏光回折格子と前記第４の偏光回折格子との間に配設されている、請求項４に記載の光学システム。
6. 前記少なくとも１つの切り替え偏光素子が、第１、第２、及び第３の切り替え偏光素子を含み、前記第１の切り替え偏光素子が、前記ＬＯＥと前記第１の偏光回折格子との間に配設され、前記第２の切り替え偏光素子が、前記ＬＯＥと前記第２の偏光回折格子との間に配設され、かつ、前記第３の切り替え偏光素子が、前記プロジェクタと前記第１の偏光回折格子との間に配設され、前記第１の切り替え偏光素子が、前記第２の切り替え偏光素子及び前記第３の切り替え偏光素子を同期して切り替えるように構成される、請求項２に記載の光学システム。
7. 前記プロジェクタ及び前記少なくとも１つの切り替え偏光素子に動作可能に接続され、かつ、前記第１の偏光と前記第２の偏光との間の前記光の偏光を画像フレームに少なくとも１回時分割多重化するように構成されたプロセッサを備える、請求項２に記載の光学システム。
8. 前記プロジェクタが、少なくとも２つのサブフレームに分割された画像フレームを投影するように構成され、前記光学システムが、
   前記プロジェクタ及び前記少なくとも１つの切り替え偏光素子に動作可能に接続され、かつ、前記少なくとも２つのサブフレームからの第１のサブフレーム及び第２のサブフレームの投影にそれぞれ同期された、前記第１の偏光と前記第２の偏光との間の前記光の偏光を時分割多重化するように構成されているプロセッサを備える、請求項２に記載の光学システム。
9. 前記プロジェクタは、第１の色の光が、前記第１の色とは異なる、第２の色の光とは異なる視野で投影される多色画像を投影するように構成されている、請求項８に記載の光学システム。
10. 前記第１の偏光回折格子が、その上に入射する非偏光の光をいくつかの部分に分割し、前記部分が、前記第１の主要表面に入射し、前記基板を通って伝播し、かつ前記第１の偏光回折格子に入射する前記光と等しい角度方向を有する光に前記部分を偏向させる前記第２の偏光回折格子に入射する、請求項１に記載の光学システム。
11. ニアアイディスプレイ内に画像を生成するための方法であって、
    画像を第１のサブ画像及び第２のサブ画像に分割することと、
    前記第１のサブ画像及び前記第２のサブ画像を、チャネルを通じて順次伝送することと、
    第１の偏光における前記第１のサブ画像に対応する光、及び、第２の偏光における前記第２のサブ画像に対応する光を抽出することと、
    前記第１の偏光における前記光の第１の次数を第１の方向に偏向させることと、
    前記第２の偏光における前記光の第１の次数を、前記第１の方向とは異なる第２の方向に偏向させることと、を含む、方法。
12. 前記偏向させることは、後方偏光回折格子が前記抽出された光を受け取り、並びに、前記第１の偏光における前記光を前記第１の方向に偏向させ、かつ、前記第２の偏光における前記光を前記第２の方向に偏向させること、を含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前方偏光回折格子に入射する非偏光の光を、前記前方偏光回折格子、前記チャネル、及び前記後方偏光回折格子を通って同時に伝送し、その結果、前記非偏光の光は、前記非偏光の光が前記前方偏光回折格子に入射したときに、前記非偏光の光と等しい角度方向を有する前記後方偏光回折格子を出ていくことを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記チャネルが、
    光伝送基板を含む光ガイド光学素子（ＬＯＥ）であって、前記光伝送基板が、
    互いに平行な第１の主要表面及び第２の主要表面と、
    前記光伝送基板中に入射光を結合し、それによって、全反射により前記第１の主要表面と前記第２の主要表面との間に前記光を閉じ込めるように構成された少なくとも１つの光入力結合素子、及び、前記第２の主要表面を通って前記基板から外へ前記光を結合するように構成された少なくとも１つの光出力結合素子を有する、光ガイド光学素子と、
    前記光の偏光を第１の偏光と第２の偏光との間で切り替えるように構成された少なくとも１つの切り替え偏光素子と、を含む、請求項１１に記載の方法。
15. 前記第１の偏光における前記第１のサブ画像に対応する前記光、及び、前記第２の偏光における前記第２のサブ画像に対応する前記光が、前記ＬＯＥを通って順次伝送される、請求項１４に記載の方法。
16. 前記第１のサブ画像に対応する前記光、及び、前記第２のサブ画像に対応する前記光が、共通の偏光で前記ＬＯＥを通って伝送され、前記第１の偏光における前記第１のサブ画像に対応する前記光の偏光、又は、前記第２の偏光における前記第２のサブ画像に対応する前記光の偏光が、その後、発生する、請求項１４に記載の方法。
17. 前記第１の偏光における前記光の前記偏向させること、及び、前記第２の偏光における前記光の前記偏向させることが、前記偏向させることにつながる多重偏向を伴うステップにおいて発生する、請求項１１に記載の方法。
18. 前記第１のサブ画像及び前記第２のサブ画像を前記順次伝送することが、前記第１の偏光と前記第２の偏光との間の前記光の偏光を画像フレームに少なくとも１回時分割多重化することを含む、請求項１１に記載の方法。
19. 前記第１のサブ画像及び前記第２のサブ画像を前記順次伝送することが、前記第１のサブ画像及び前記第２のサブ画像の投影にそれぞれ同期された、前記第１の偏光と前記第２の偏光との間の前記光の偏光を時分割多重化することを含む、請求項１１に記載の方法。
20. 前記第１のサブ画像及び前記第２のサブ画像を前記順次伝送することは、第１の色の光が、前記第１の色とは異なる、第２の色の光とは異なる視野で投影される多色画像を投影することを含む、請求項１１に記載の方法。
21. 前記第１の偏光における前記光を前記第１の方向に偏向させた後に、前記第１の偏光における前記光を、前記第１の方向及び前記第２の方向とは異なる第３の方向に偏向させることと、
    前記第２の偏光における前記光を前記第２の方向に偏向させた後に、前記第２の偏光における前記光を、前記第１の方向、前記第２の方向、及び前記第３の方向とは異なる第４の方向に偏向させることと、を含む、請求項１１に記載の方法。
22. ニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）のための光学システムであって、前記光学システムは、
    光伝送基板を含む光ガイド光学素子（ＬＯＥ）であって、前記光伝送基板が、
    互いに平行な第１の主要表面及び第２の主要表面と、
    前記光伝送基板中に入射光を結合し、それによって、全反射により前記第１の主要表面と前記第２の主要表面との間に前記光を閉じ込めるように構成された１つ以上の光入力結合素子、及び、前記基板から外へ前記光を結合するように構成された１つ以上の光出力結合素子を有する、光ガイド光学素子と、
    前記第１の主要表面に対応する前記光伝送基板の第１の側面上に配設された第１のアクティブ透明液晶素子であって、前記第１のアクティブ透明液晶素子が前記第１の偏光の前記光を第１の方向に偏向させ、かつ、前記第２の偏光の前記光を前記第１の方向とは異なる第２の方向に偏向させるように、前記第１のアクティブ透明液晶素子は、前記光の偏光を、第１の偏光から前記第１の偏光とは異なる第２の偏光に切り替えるように構成されている、第１のアクティブ透明液晶素子と、を備える、光学システム。
23. 前記入射光を放出するように構成されたプロジェクタを備える、請求項２２に記載の光学システム。
24. 前記プロジェクタ及び前記第１のアクティブ透明液晶素子に動作可能に接続され、かつ、前記第１の偏光と前記第２の偏光との間の前記光の偏光を画像フレームに少なくとも１回時分割多重化するように構成されたプロセッサを備える、請求項２３に記載の光学システム。
25. 前記プロジェクタが、少なくとも２つのサブフレームに分割された画像フレームを投影するように構成され、前記光学システムが、
    前記プロジェクタ及び前記第１のアクティブ透明液晶素子に動作可能に接続され、かつ、第１のサブフレーム及び第２のサブフレームの投影にそれぞれ同期された、前記第１の偏光と前記第２の偏光との間の前記光の偏光を、前記少なくとも２つのサブフレームから時分割多重化するように構成されたプロセッサを備える、請求項２３に記載の光学システム。
26. 前記プロジェクタは、第１の色の光が、前記第１の色とは異なる、第２の色の光とは異なる視野で投影される多色画像を投影するように構成されている、請求項２５に記載の光学システム。
27. 前記第２の主要表面に対応する前記光伝送基板の第２の側面上に配設された第２のアクティブ透明液晶素子であって、前記第２のアクティブ透明液晶素子が、その上に入射する光の偏光を、前記第１のアクティブ透明液晶素子と同期して切り替えるように構成されている、第２のアクティブ透明液晶素子を備える、請求項２２に記載の光学システム。