JP2017523480A

JP2017523480A - プレートを用いた画像表示装置、システム及び方法

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Publication number: JP2017523480A
Application number: JP2017513599A
Authority: JP
Inventors: アラントーマスエヴァンス; アンドリュージョングロス; クリストファーデイヴィッドウェストラ; ディースコットデワルト; ジェフリーマイケルヒル; ウォーレンコーニーリアスザサードウェルチ
Original assignee: エイヴギャントコーポレイション
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2015-05-19
Publication date: 2017-08-17
Also published as: CN106605171A; EP3146389A2; EP3146389A4; WO2015179455A3; WO2015179455A2

Abstract

画像（８８０）を表示する装置（１１０）、システム（１００）及び方法（９００）を提供する。ＤＭＤ（３２４）に及びＤＭＤ（３２４）から光を誘導するためにＴＩＲプリズム（３１１）又はＲＴＩＲプリズム（３１２）などの高価なプリズム（３１０）構成を使用する代わりに、透過特性（３７４）、反射特性（３７２）及び／又は偏光特性（３７３）を有するプレート（３４０）を使用する。このプレート（３４０）は、様々な異なるコンポーネント及び構成を用いて様々な異なる実施形態で実装することができる。【選択図】図１ｂ

Description

〔関連出願〕
本一般特許出願は、（１）２０１４年１月６日に出願された「ニア・アイ・ディスプレイ装置及び方法（ＮＥＡＲ−ＥＹＥＤＩＳＰＬＡＹＡＰＰＡＲＡＴＵＳＡＮＤＭＥＴＨＯＤ）」（米国特許出願第６１／９２４，２０９号）、（２）２０１４年５月１９日に出願された「ニア・アイ・ディスプレイの照明装置及び方法（ＡＰＰＡＲＡＴＵＳＡＮＤＭＥＴＨＯＤＦＯＲＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＮＧＡＮＥＡＲ−ＥＹＥＤＩＳＰＬＡＹ）」（米国特許出願第６１／９９４，９９７号）、（３）「メディア体験の没入を選択的に変化させる装置、システム及び方法（ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ，ＳＹＳＴＥＭ，ＡＮＤＭＥＴＨＯＤＦＯＲＳＥＬＥＣＴＩＶＥＬＹＶＡＲＹＩＮＧＴＨＥＩＭＭＥＲＳＩＯＮＯＦＡＭＥＤＩＡＥＸＰＥＲＩＥＮＣＥ）」（米国特許出願第１４／６７８，９７４号）、及び（４）２０１５年１月６日に出願された「曲面ミラー及び部分的透明プレートを用いた画像表示システム、方法及び装置（ＳＹＳＴＥＭ，ＭＥＴＨＯＤ，ＡＮＤＡＰＰＡＲＡＴＵＳＦＯＲＤＩＳＰＬＡＹＩＮＧＡＮＩＭＡＧＥＵＳＩＮＧＡＣＵＲＶＥＤＭＩＲＲＯＲＡＮＤＡＰＡＲＴＩＡＬＬＹＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴＰＬＡＴＥ）」（米国特許出願第１４／５９０，９５３号）に対する優先権を主張するものであり、これらの特許出願はその全体が引用により本明細書に組み入れられる。本出願には、上記の引用する出願に含まれるもの以外の主題も含まれる。

本発明は、ビューアに画像を表示できる装置、システム及び方法（まとめて「システム」）である。具体的には、このシステムは、ＴＩＲ又はＲＴＩＲプリズムなどの高価なプリズムの代わりに、一部が透過性で一部が反射性のプレートを利用して変調器に及び変調器から光を誘導することができる。

あらゆる画像表示装置において鍵となる要因は光である。光は、あらゆる画像表示装置における重要な素材である。光は、光源によって生成され、画像に変調された後に、ビューアがアクセスできる画像に仕上げられて焦点を結ぶ。これらの異なる動作ステップでは、光をあちこちに向ける必要がある。光は、互いに無関係に移動できる非常に小さな単位で構成されているので、管理が困難な資源となり得る。光は、非常に速く移動し、異なる物体に衝突すると直ちに向きを変える。人間の視覚は、光が跳ね返って様々な物体に衝突して人間の眼に到達することに基づいている。

米国特許出願第１３／３６７，２６１号明細書

画像表示装置の人工的に形成される画像の文脈では、光は、従来貴重な資源と考えられている。画像表示装置の光学コンポーネントの多くは、光学チェーン内の１つの場所から光学チェーンの次のステップに光を向ける機能を実行する。これは容易な作業ではない。光は、処理中の各ステップにおいて必ず失われる。過度の光が失われた場合、画像を表示するのに十分な照度が存在しなくなる。この結果、画像表示装置の歴史は、光学効率を最優先とする要望によって支配されてきた。

画像表示装置の分野における技術革新を妨げてきたこの従来の考えは、ヘッドマウントディスプレイ及び他の形態のニア・アイ・ディスプレイなどの個人用ディスプレイの文脈では特に望ましくない不適切なものである。

このプレートは、（ＤＭＤなどの）変調器に到達して画像を形成する光、及び変調されて所望の画像を形成する、ＤＭＤ（又は他のタイプの変調器）から離れる光の「交通警官（ｔｒａｆｆｉｃｃｏｐ）」としての役割を果たす。通常、この機能は、ＴＩＲプリズム、ＲＴＩＲプリズム、及び当業者に周知のその他のプリズム（まとめて「プリズム」）などのプリズムによって実行される。このようなプリズムは非常に高価であり、本システムは、このようなプリズムを使用せずに実装しながらも、依然として高品質な画像をビューアに提供することができる。

システムのプレートは、様々な異なる材料及び構成を用いて様々な異なる方法で実装することができる。システムの様々な実施形態は、適用可能なプリズムを単に置き換えることをしのぐ特定の利点及び機能を提供することができる。

以下で簡単に説明する様々な図面には、システムの多くの特徴及び発明態様を示す。しかしながら、発明の潜在的な実施形態の全てを言葉又は図面で明確に開示できる特許出願は存在しない。既知の同等物の変形例も非明示的に含まれる。特許法の規定に従い、システム、装置及び方法（まとめて「システム」）の原理、機能及び動作モードをいくつかの好ましい実施形態の形で説明し図示する。しかしながら、本発明のシステムは、本発明の思想又は範囲から逸脱することなく、具体的に説明し図示する以外の方法でも実施できると理解しなければならない。以下の図面に示す、要素番号に関連する全てのコンポーネントについては、詳細な説明の節に示す表１において指定し、説明する。

プリズムを用いてＤＭＤに及びＤＭＤから光を誘導する先行技術の画像表示の例を示すブロック図である。プリズム構成の代わりにプレートを利用したシステムの例を示すブロック図である。プリズム構成の代わりにプレートを利用したシステムの例を、処理中に光８００が失われるいくつかの例と共に示すブロック図である。プレートを利用して画像を表示する方法の例を示すフローチャート図である。光が照明アセンブリからプレートに伝わる時に生じる、光の約５０％がＤＭＤに向かって反射され、光の約５０％がプレートを通過することによって失われる異なる光経路の例を示す図である。光がＤＭＤからプレートに向かって伝わる時に生じる、光の約５０％がプレートを透過し、光の約５０％がプレートから反射することによって失われる異なる光経路の例を示す図である。プレートを能動的に用いて画像を表示するシステムの例を示すブロック図である。プレートが占める空間を低減する圧縮動作モードにおけるシステムの例を示すブロック図である。システムが画像を表示している間の２つのレンズに対するプレートの位置の例を示すブロック図である。システムが圧縮動作モードにある間の２つのレンズに対するプレートの位置の例を示すブロック図である。様々なアセンブリ及びシステムのコンポーネントに光の流れを向ける際にプレートがどのように交通警官として機能できるかについての例を示すブロック図である。システムの動作において存在できる異なるアセンブリ、コンポーネント及び光の例を示すブロック図である。開示するシステムが（センサアセンブリと呼ぶこともできる）追跡アセンブリ及び拡張アセンブリも含む点を除き、図２ａと同様のブロック図である。照明アセンブリに含めることができる異なるコンポーネントの例を示す階層図である。イメージングアセンブリに含めることができる異なるコンポーネントの例を示す階層図である。投影アセンブリに含めることができる異なるコンポーネントの例を示す階層図である。（追跡アセンブリと呼ぶこともできる）センサアセンブリに含めることができる異なるコンポーネントの例を示す階層図である。システムの構造及び機能に含めることができる異なるタイプの支持コンポーネントの例を示す階層図である。本発明の一実施形態を説明するための図である。システムのＶＲＤ装置の実施形態の斜視図である。システムを具体化するＶＲＤ装置を着用したユーザの側面図の例を示す環境図である。ＶＲＤ装置において使用できるコンポーネントの例を示す構造図である。スタジアムのスコアボードなどの巨大システムから、個人ユーザの網膜に視覚画像を直接投影するＶＲＤバイザーシステムに及ぶ、革新的システムを潜在的に実装できるディスプレイシステムの異なるカテゴリの例を示す階層図である。ディスプレイ装置の異なるカテゴリの例を示す階層図である。統合ＶＲＤバイザー装置を着用したユーザの例を示す斜視図である。システムに組み込むことができる、ＤＬＰベースアプリケーションなどの異なる表示／投影技術の例を示す階層図である。没入及び拡張に関するシステムの異なる動作モードの例を示す階層図である。センサを用いたユーザの属性検出及び／又はユーザによるシステムの使用に関するシステムの異なる動作モードの例を示す階層図である。（単複の）装置がメディアプレーヤコンポーネントと一体化されているか否かに基づく、システム実装の異なるカテゴリの例を示す階層図である。画像のビューア及びシステムのオペレータとしての、ユーザの２つの役割又はタイプの例を示す階層図である。メディアコンテンツに関連することができる異なる属性の例を示す階層図である。異なる画像コンテキストの例を示す階層図である。

本発明は、ビューアに画像を表示できる装置、システム及び方法（まとめて「システム」）である。具体的には、このシステムは、ＴＩＲ又はＲＴＩＲプリズムなどの高価なプリズムの代わりに、一部が透過性で一部が反射性のプレートを利用してＤＭＤに及びＤＭＤから光を誘導することができる。以下の本文において参照する全ての要素番号については、さらに以下で提示する表１において参照する。

Ｉ．概要
あらゆる画像表示システム又は装置は、（１）画像を形成する光を供給する照明アセンブリ、（２）この光を表示画像になるものに変調するイメージングアセンブリ、及び（３）１又は２以上のビューアがアクセスできる目的地に変調光を投影する投影アセンブリ、という少なくとも３つの主要コンポーネントに分割することができる。通常、変調光を投影する第３のステップは、集光処理と、何らかの点で光を修正する他の処理とを伴う。従って、画像を構成する光は、イメージングアセンブリを離れてからビューアの眼に到達するまでの時間に何らかの形で修正されるので、イメージングアセンブリによって生成された画像は、実際は暫定画像にすぎないと言うことができる。

あらゆる画像表示装置の心臓部は、イメージングアセンブリである。イメージングアセンブリでは、変調器が、光源によって生成された光をビューアが見たいと望む何かに変換する。変調器の一般的な例としては、ＤＭＤ、ＬＣＯＳパネル及びＬＣＤパネルが挙げられる。ＤＭＤは、反射式変調器である。ＤＭＤは、＿を表す。

Ａ．先行技術
図１ａは、先行技術による画像表示方法の例を示すブロック図である。照明アセンブリ２００は光８００を生成する。この光は、２つのプリズム３１０の構成に衝突し、この構成は、照明アセンブリ２００からの非変調光８００をＤＭＤ３２４に向け、ＤＭＤからの変調光８００を投影アセンブリ４００に向けるように共同して、１又は２以上のビューア９６が画像８８０にアクセスできるようにする。

包括的な例を示すために、最終的に表示画像８８０を構成する光８００の流れを単一線の光８００によって表示している。実際には、照明アセンブリ２００によって生成される光線８００は数多く存在する。これらの光線８００の一部は、処理中の各ステップにおいて失われる。図１ａには、画像８８０までこぎつける光８００の経路を示しており、処理中に失われる光は示していない。図１ａに示すように、（１）照明アセンブリ２００によって生成された非変調光８００は、左側のプリズム３１０に到達し、第２のプリズム３１０によってＤＭＤ３２４（又は他の形態の変調器３２０）に向かって反射され、（２）ＤＭＤ３２４（又は他の形態の変調器３２０）からの変調光８００は、プリズム３１０の構成を通過して投影アセンブリ４００に至り、ここでビューア９６は、画像８８０の形の光８００にアクセスできるようになる。

光８００は、図の別のコンポーネントに到達する度に処理から失われる。しかしながら、プリズム３１０の構成は、高い光学効率を有する。

Ｂ．プレートの使用
図１ｂは、図１ａの先行技術による方法の代替例を示すブロック図である。図１ｂにはプリズム３１０が存在しない。その代わりに、反射特性３７２及び透過特性３７４の両方を有するプレート３４０を用いて非変調光８００をＤＭＤ３２４に向ける。実際に到達する光８００の（光学経路８７０と呼ぶこともできる）光学チェーン８７０を連続線で示している。

光８００が２つのプリズム３１０の間の接合部によって変調器３２０に向かって反射される図１ａとは対照的に、図１ｂにおいて光８００を変調器３２０に向けて反射するのはプレート３４０の表面である。変調器３２０に向かう下向き矢印によって示す光８００は、プレート３４０の反射特性３７２に遭遇した光８００を示す。これとは逆に、変調器３２０からプレート３４０を通じて投影アセンブリ４００に向かう上向き矢印によって示す光８００は、プレート３４０の透過的側面３７４に遭遇した変調光８００を表す。プレート３４０は、光８００の反射体、及び光８００が通過する透明物体の両方として機能する。

図１ｃは、失われる光８００の一部を示している点で図１ｂの若干複雑なバージョンである。例えば、右側に向かう水平の点線は、プレート３４０によって偏向されるのではなく、プレート３４０を透過する光８００を表す。この光８００は、画像形成処理から失われる。同様に、プレート３４０からＤＭＤ３２４に向かう斜め下向きの点線は、プレート３４０を透過するのではなく反射されたＤＭＤ３２４からの変調光８００を表す。

Ｃ．処理フロー図
図１ｄは、プレート３４０を利用して画像８８０を表示する方法９００のフローチャートである。９１０において、システム１００は、照明アセンブリ２００を利用して光８００を生成する。この光８００は、プレート３４０に到達する。９１０からの光の一部は、プレート３４０の透過的側面３７４によって失われ、９１０からの他の光線９１０は、９２２において変調器３２０に向かって反射される。変調器３２０は、光８００を変調して暫定画像８５０を形成し、これを再びプレート３４０に向ける。この光８００の一部は、プレート３４０の反射特性３７２によって失われ、他の光線８００は９２６において透過して、ビューア９６に表示される画像８８０に含まれるようになる。

Ｄ．プレートの変形例
プレート３４０は、ガラス３４２、プラスチックフィルム３４４、又はガラス３４２とプラスチック３４４との組み合わせで構成することができる。プレート３４４のいくつかの実施形態は、複数の層３４６及び様々なコーティング３４８を含むことができる。プレート３４０は、動的プレート３４１として実装することができる。プレート３４０のプラスチックフィルム３４４の実施形態は、変調フィルム３４５の実施形態として実装することができる。

プレート３４０は、その透過性３７４の影響を高めるために、アパーチャ３５０、さらには画像毎に変化する動的アパーチャ３５２を用いて実装することができる。プレート３４０は、調整可能な回折勾配３６４などの調整可能な勾配３６２を含む様々な異なる勾配３６０を含むことができる。異なるプレート３４０は、異なる大きさの反射性３７２及び透過性３７４を有することができる。いくつかのプレート３４０は、プレート３４０に到達する光８００の偏光３７３に影響を与えることができる。調整可能な勾配３６２を用いて、所望の光学的効果３８０を実現することができる。プレート３４０は、ホログラフィック要素３８２を含むことができ、マイクロレンズアレイ３８４として具体化することができる。プレート３４０は、システム１００が画像８８０を表示していない時にプレート３４０の占める空間を減少させるように、折り畳み式プレート３４０として具体化することもできる。

反射性３７２、透過性３７４及び偏光３７３の大きさは、プレート３４０の異なる実施形態によって異なるだけでなく、このような特性は、光８００がスペクトル８０２の光波長のどこに存在するかに対しても異なることができる。いくつかの実施形態は、光８０３のフルスペクトル８０３にわたる一様な属性を伴うことができる。他の実施形態は、赤外光８０６、紫外光８０７及び可視光８０４間、或いは可視光８０４の部分スペクトル内において異なることができる。

図１ｅ及び図１ｆには、約５０％が反射性３７２であり、５０％が透過性３７４であるプレート３４０の例を示す。多くの実施形態は、約６０／４０％と４０／６０％との間の範囲を伴う。しかしながら、システム１００は、これらの範囲から大きく外れて実装することもできる。

図１ｇ及び図１ｌには、プレート３４０を用いて画像８８０を表示するシステム１００の例を示す。図１ｈ及び図１ｍには、システム１００が画像８８０を表示するために使用されていない間、空間を節約するようにプレート３４０が折り畳まれる圧縮モード１２８におけるこのようなプレート３４０の対応する例を示す。

図１ｎは、プレート３４０を利用して光８００の流れに対する「交通警官」の機能を実行できる異なるアセンブリ及びコンポーネントの例である。

ＩＩ．アセンブリ及びコンポーネント
システム１００は、システム１００の動作をサポートする様々な機能を実行するコンポーネントのアセンブリの面から説明することができる。図２ａは、イメージングアセンブリ３００に光８００を供給する照明アセンブリ２００で構成されたシステム１００のブロック図である。イメージングアセンブリ３００の変調器３２０は、照明アセンブリ２００からの光８００を用いて、システム１００が表示する画像８８０を形成する。この図は、画像８８０を形成する光８００の経路から見たものであり、従って光８００は、変調器３２０に到達する前と変調器３２０を離れた後にプレート３４０に達するので、イメージングアセンブリ３００内ではプレート３４０が２回出現する。

図示のように、システム１００は、イメージングアセンブリ３００からの画像８８０を１又は２以上のユーザ９０がアクセスできる位置に向ける投影アセンブリ４００と、ディスプレイ４１０とを含むこともできる。イメージングアセンブリ３００によって生成された画像８８０は、システム１００によってユーザ９０に表示される前に何らかの形で修正されることが多く、従って暫定画像８５０又は未完成画像８５０と呼ぶこともできる。

Ａ．照明アセンブリ
照明アセンブリ２００は、画像８８０を表示できるようにシステム１００に光８００を供給する機能を実行する。照明アセンブリ２００は、光８００を生成する光源２１０を含むことができる。照明アセンブリ２００は、システム１００の他のアセンブリによって使用され処理される光８００を生成する。

図２ｃは、照明アセンブリ２００に含めることができる異なるコンポーネントの例を示す階層図である。これらのコンポーネントは、以下に限定されるわけではないが、幅広い光源２１０、ディフューザアセンブリ２８０、及び様々な支持コンポーネント１５０を含むことができる。光源２１０の例は、以下に限定されるわけではないが、マルチバルブ光源２１１、ＬＥＤランプ２１２、３色ＬＥＤランプ２１３、レーザ２１４、ＯＬＥＤ２１５、ＣＦＬ２１６、白熱ランプ２１８、及び角度非依存型ランプ２１９などを挙げることができる。光源２１０は、光８００が生成され、システム１００の残り部分全体を通じて移動する場所である。従って、各光源２１０は、光８００が生み出される場所２３０である。

多くの場合、赤色、緑色及び青色の原色毎に１つのＬＥＤが指定される３色ＬＥＤランプ２１３を光源として使用することが望ましい。

Ｂ．イメージングアセンブリ
イメージングアセンブリ３００は、照明アセンブリ２００によって供給された光８００から画像８８０を作成する機能を実行する。図２ａに示すように、変調器３２０は、照明アセンブリ２００によって供給された光８００を、システム１００が表示する画像８８０に変換することができる。図２ｂに示すように、イメージングアセンブリ３００によって生成された画像８８０は、１又は２以上のユーザ９０が体験できる場所に向けられる前に合焦され、又はある程度まで別様に修正することができるので、暫定画像８５０と呼ぶこともできる。

イメージングアセンブリ３００は、画像を形成するために使用される技術のタイプに基づいて大きく変化することができる。イメージングアセンブリ３００内の実質的に異なるコンポーネントには、ＤＬＰ（デジタル光処理）、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＬＣＯＳ（反射型液晶）などのディスプレイ技術、及びその他の方法が関与することができる。

図２ｆは、システム１００のイメージングアセンブリ３００において利用できる異なるコンポーネントのいくつかの例を示す階層図である。プリズム３１０は、変調器３２０に及び／又は変調器３２０から光を誘導する上で非常に有用なコンポーネントとすることができる。通常、ＤＬＰアプリケーションは、ＴＩＲプリズム３１１又はＲＴＩＲプリズム３１２のアレイを用いてＤＭＤ３２４に及びＤＭＤ３２４から光を誘導する。上述したように、プレート３４０は、システム１００において使用されるプリズム３１０の必要性に取って代わることができる。

（光変調器３２０と呼ばれることもある）変調器３２０は、光８００を修正又は変更し、表示すべき画像８８０を生成する装置である。変調器３２０は、変調器３２０の様々な異なる特性を用いて動作することができる。反射式変調器３２２は、変調器３２０の反射特性を用いて、供給された光８００から画像８８０を形成する。反射式変調器３２２の例としては、以下に限定されるわけではないが、ＤＬＰディスプレイのＤＭＤ３２４及びいくつかのＬＣＯＳ（反射型液晶）パネル３４０が挙げられる。透過式変調器３２１は、変調器３２０の透過特性を用いて、供給された光８００から画像８８０を形成する。透過式変調器３２１の例としては、以下に限定されるわけではないが、ＬＣＤディスプレイのＬＣＤ（液晶ディスプレイ）及びいくつかのＬＣＯＳパネル３４０が挙げられる。通常、ＬＣＯＳ又はＬＣＤシステム１００のイメージングアセンブリ３００は、コンバイナキューブ、又は単一の画像８８０に異なる単色画像を組み込むための何らかの同様の装置を有する。

イメージングアセンブリ３００は、様々な支持コンポーネント１５０を含むこともできる。

Ｃ．投影アセンブリ
図２ｂに示すように、投影アセンブリ４００は、ユーザ９００が画像８８０にアクセスできるシステム１００内の最終目的地に画像８８０を誘導するタスクを実行することができる。多くの場合、イメージングアセンブリ３００によって作成された画像８８０は、変調器３２０による画像８８０の生成とユーザ９０に対する画像８８０の表示との間で少なくともわずかに修正される。従って、イメージングアセンブリ３００の変調器３２０によって作成された画像８８０は暫定画像８５０にすぎず、実際にユーザ９０に表示される最終版の画像８８０ではない。

図２ｅは、投影アセンブリ４００の一部とすることができる異なるコンポーネントの例を示す階層図である。ディスプレイ４１０は、画像８８０の最終的な目的地、すなわちユーザ９０がアクセスできる画像８８０の場所及び形態である。ディスプレイ４１０の例としては、能動的画面４１２、受動的画面４１４、接眼部４１６及びＶＲＤ接眼部４１８を挙げることができる。

投影アセンブリ４００は、後述する様々な支持コンポーネント１５０を含むこともできる。プレート３４０は、図２ｂに示すようにシステム１００の異なるコンポーネント間で光８００の流れを管理する優れたツールであるため、投影アセンブリ４００内のコンポーネントとしての役割を果たすこともできる。

Ｄ．センサ／追跡アセンブリ
図２ｂには、（センサアセンブリ５００とも呼ばれる）追跡アセンブリ５００を含むシステム１００の例を示す。センサアセンブリ５００は、ユーザ９０、ユーザと画像８８０の相互作用、及び／又はユーザ９０及びシステム１００が物理的に存在する外部環境に関する情報を取り込むために使用することができる。

図２ｆに示すように、センサアセンブリ５００は、通常はビューア９６の眼の動きに関する視線追跡属性５３０を取り込む赤外線カメラなどのカメラであるセンサ５１０を含むことができる。赤外線カメラの機能をサポートする赤外線光源などのランプ５２０、及び様々な異なる支持コンポーネント１５０。追跡アセンブリ５００を含むシステム１００の多くの実施形態では、追跡アセンブリ５００が、部分的透明プレート３４０と協働する曲面ミラー４２０の構成などの投影アセンブリ４００のコンポーネントを利用する。このような構成を用いて、ビューア９６の眼９２に画像８８０を送達すると同時にビューア９６の眼９２の赤外線画像を取り込むことができる。

センサアセンブリ５００は、動作環境８０から視覚画像、ビデオ、音声、動き、位置及びその他の情報を取り込むためのセンサ５１０を含むこともできる。

Ｅ．拡張アセンブリ
拡張アセンブリ６００は、システム１００内の開閉可能なウィンドウコンポーネント６２０（ウィンドウコンポーネント６２０はシャッタコンポーネント６１０を含むことができる）を通じて外部環境８０からの自然光が侵入できるようにすることができる。

Ｆ．支持コンポーネント
光８００は、管理が困難な資源となり得る。光８００は動きが速く、ほとんどの入力又は原料物質を制約できる方法と同じ方法で制約することができない。図２ｊは、いくつかの支持コンポーネント１５０の例を示す階層図であり、これらの多くは従来の光学コンポーネントである。（ダイクロイックミラー１５２を含む）ミラー１４１、レンズ１６０、コリメータ１７０及びプレート１８０などの従来の光学コンポーネントには、いずかのディスプレイ技術アプリケーションが伴う。同様に、あらゆる電動装置は電源１９１を必要とし、画像８８０を表示できる装置は、プロセッサ１９０を有する可能性が高い。

ＩＩＩ．ＶＲＤバイザーの実施形態
システム１００は、ＤＬＰシステム１４１、ＬＣＤシステム１４２及びＬＣＯＳシステム１４３を含む様々な異なるディスプレイ技術１４０に関して実装することができる。プレート３４０は、ＴＩＲプリズム３１１及びＲＴＩＲプリズム３１２の代用品として特に有用であると考えられるので、様々な図面は、ＤＬＰシステム１４１に重点を置いている。

図３ａは、ＶＲＤバイザー装置１１６の例を示す斜視図である。２つのＶＲＤ接眼部４１８は、画像８８０をユーザ９０の眼に直接投影できるようにする。

図３ｂは、ＶＲＤバイザー装置１１６をユーザ９０の頭部９４に着用した例を示す側面図である。装置１１６がユーザ９０の眼９２に画像８８０を投影する位置にある場合、ユーザ９０の眼９２は、装置１１６自体によって塞がれる。

図３ｃは、左眼９２用のＶＲＤバイザー装置１１６の例を示すコンポーネント図である。右眼９２には、図３ｃの鏡像が関連する。

３色ＬＥＤ光源２１３が光を生成し、この光が集光レンズ１６０を通過し、集光レンズ１６０が光８００をミラー１５１に向け、ミラー１５１が光８００を成形レンズ１６０に向けて反射し、その後、光８００は、プレート３４０及びＤＭＤ３２４で構成されたイメージングアセンブリ３００に入射する。イメージングアセンブリ３００からの暫定画像８５０は、別のレンズ１６０を通過し、これらのレンズが暫定画像８５０を最終画像８８０に合焦し、接眼部４１６を通じてユーザ９０に見えるようになる。

ＩＶ．別の実施形態
発明の潜在的な実施形態の全てを言葉又は図面で明確に開示できる特許出願は存在しない。既知の同等物の変形例も非明示的に含まれる。特許法の規定に従い、システム１００、方法９００及び装置１１０（まとめて「システム」１００）の原理、機能及び動作モードをいくつかの好ましい実施形態の形で説明し図示する。しかしながら、本発明のシステム１００は、本発明の思想又は範囲から逸脱することなく、具体的に説明し図示する以外の方法でも実施できると理解しなければならない。

上述及び後述のシステム１００の説明は、本明細書で説明する要素の全ての新規の自明でない別の組み合わせも含むと理解すべきであり、特許請求の範囲は、本出願において提示することも、或いはこれらの要素のあらゆる新規の自明でない組み合わせに対するその後の出願において提示することもできる。さらに、上述した実施形態は例示的なものであり、いずれの単一の特徴又は要素も、本出願又はその後の出願において特許請求できる全ての考えられる組み合わせにとって不可欠なものではない。

システム１００は、先行技術のディスプレイ技術に対する実質的な改善を表す。従来のディスプレイ技術が広範にわたるのと同様に、システム１００も、幅広い異なる形で実装することができる。プリズム３４０の代わりにプレート３４０を用いて光８００を誘導するという新たな手法は、没入的状況及び拡張的状況において、並びに（ユーザ９０からのセンサフィードバックがない）一方向の実施形態及び双方向（ユーザ９０からのセンサフィードバック）の実施形態の両方において、様々な異なるディスプレイ技術を利用して様々な異なる規模で実装することができる。

Ａ．規模の変形例
ディスプレイ装置は、様々な異なる規模で実装することができる。（ＪａｃｋｓｏｎｖｉｌｌｅＪａｇｕａｒｓのホームである）ＥｖｅｒＢａｎｋｓＦｉｅｌｄの巨大スコアボードは、高さ６０フィート、長さ３６２フィートの、３５５０万個のＬＥＤ電球で構成されたディスプレイシステムである。このスコアボードは、数万人もの人々によって同時に見られるように意図されている。この対極にあるＡｖｅｇａｎｔ社製のＧＬＹＰＨ（ＴＭ）バイザーは、ユーザの頭部に着用されて１人のビューアの眼に視覚画像を直接投影する装置である。これらの連続体の両端間には、様々な異なるディスプレイシステムが存在する。

システム１００は、低コヒーレンスの強化された光を用いてユーザ９０に視覚画像８０８を表示する。システム１００は、潜在的に様々な異なる規模で実装することができる。

図４ａは、一般的にはディスプレイシステムの、具体的にはシステム１００の実装規模に関連する様々なカテゴリ及びサブカテゴリを示す階層図である。図４ａに示すように、システム１００は、大規模システム１０１として実装することも、又はパーソナルシステム１０３として実装することもできる。

１．大規模システム
大規模システム１０１は、複数の同時ユーザ９０による使用を意図している。大規模システム１０１の例としては、映画館のプロジェクタ、バー、レストラン又は家庭内の大画面ＴＶ、及びその他の同様のディスプレイが挙げられる。大規模システム１０１は、スタジアムのスコアボード１０２ａ、タイムズスクエアのディスプレイ１０２ｂ、或いは高速道路から離れた広告板などの他の又は大型の屋外ディスプレイなどの巨大システム１０２というサブカテゴリを含む。

２．パーソナルシステム
パーソナルシステム１０３は、単一のユーザ９０による視聴のために設計されたシステム１００の実施形態である。パーソナルシステム１０３の例としては、デスクトップモニタ１０３ａ、ポータブルＴＶ１０３ｂ、ラップトップモニタ１０３ｃ、及びその他の同様の装置が挙げられる。パーソナルシステム１０３のカテゴリは、ニア・アイ・システム１０４というサブカテゴリも含む。

ａ．ニア・アイ・システム
ニア・アイ・システム１０４は、ユーザ９０の眼がディスプレイの約１２インチ内に存在するパーソナルシステム１０３のサブカテゴリである。ニア・アイ・システム１０４としては、タブレットコンピュータ１０４ａ、スマートフォン１０４ｂ、及びカメラ、顕微鏡などの接眼部応用１０４ｃ、並びにその他の同様の装置が挙げられる。ニア・アイ・システム１０４のサブカテゴリは、バイザーシステム１０５というサブカテゴリを含む。

ｂ．バイザーシステム
バイザーシステム１０５は、視覚画像２００を表示するシステム１００の一部がユーザ９０の頭部９４に実際に着用されるニア・アイ・システム１０４のサブカテゴリである。このようなシステム１０５の例としては、仮想現実バイザー、ＧｏｏｇｌｅＧｌａｓｓ（グーグルグラス）、及びその他の従来のヘッドマウントディスプレイ１０５ａが挙げられる。バイザーシステム１０５のカテゴリは、ＶＲＤバイザーシステム１０６というサブカテゴリを含む。

ｃ．ＶＲＤバイザーシステム
ＶＲＤバイザーシステム１０６は、ユーザの眼に視覚画像２００が直接投影されるバイザーシステム１０５の実装である。ビューアの眼に画像を直接投影する技術は、２０１２年２月６日に出願された「画像生成システム及び画像生成方法（ＩＭＡＧＥＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮＳＹＳＴＥＭＳＡＮＤＩＭＡＧＥＧＥＮＥＲＡＴＩＮＧＭＥＴＨＯＤＳ）」（米国特許出願第１３／３６７，２６１号）という名称の公開特許出願に開示されており、この特許出願の内容は引用により本明細書に組み入れられる。

３．統合装置
メディアコンポーネントは、時間と共に区分化され共有化されるようになる傾向がある。照明アセンブリ１２０が特定のイメージングアセンブリ１６０に一時的にしか接続されないディスプレイ装置の構想が可能である。しかしながら、システム１００の照明アセンブリ１２０及びイメージングアセンブリ１６０は、ほとんどの実施形態において、（少なくともユーザ９０の実用的見地から）単一の統合装置１１０に恒久的に組み込まれる。図４ｂは、装置１１０の異なるカテゴリ及びサブカテゴリの例を示す階層図である。図４ｂは、図５ａを厳密に反映する。潜在的な装置１１０の領域は、大型装置１１１及びパーソナル装置１１３というカテゴリを含む。大型装置１１１は、巨大装置１１２というサブカテゴリを含む。パーソナル装置１１３のカテゴリは、バイザー装置１１５というサブカテゴリを含むニア・アイ装置１１４というサブカテゴリを含む。ＶＲＤバイザー装置１１６は、仮想網膜ディスプレイを実装したバイザー装置１１５のカテゴリを構成し、すなわちＶＲＤバイザー装置１１６は、視覚画像２００をユーザ９０の眼に直接投影する。

図４ｃは、ユーザ９０の頭部９４に着用された統合ＶＲＤバイザー装置１０６の形で具体化されたＶＲＤバイザーシステム１０６の斜視図の例を示す図である。要素９２については、図ではユーザ９０の眼９２が装置１１６自体によって塞がれているという理由で点線を用いている。

Ｂ．ディスプレイ技術の異なるカテゴリ
先行技術は、以下に限定されるわけではないが、ＤＬＰ（デジタル光処理）、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）及びＬＣＯＳ（反射型液晶）を含む様々な異なるディスプレイ技術を含む。図４ｄは、システム２００を実装できる基本ディスプレイ技術に基づく、システム１００の異なるカテゴリを示す階層図である。システム１００は、ＤＬＰシステム１４１としての使用を意図されているものの、実装手段は明らかに異なり、実装理由は存在しないかもしれないが、潜在的にＬＣＯＳシステム１４３、或いはＬＣＤシステム１４２として使用することもできる。システム１００は、ディスプレイ技術の他のカテゴリ及びサブカテゴリにおいて実装することもできる。

Ｃ．没入対拡張
図４ｅは、没入と拡張の違いに基づいてカテゴリに体系化されたシステム１００の階層を示す階層図である。システム１００のいくつかの実施形態は、様々な異なる動作モード１２０を有することができる。没入モード１２１は、システム１００がユーザ９０に表示しているもののみにユーザ９０の焦点が合うように外部世界を遮断する機能を有する。対照的に、拡張モード１２２は、ユーザ９０の物理的環境に重ね合わせた視覚画像２００を表示するように意図される。システム１００の没入モードと拡張モードの違いは、特にニア・アイ・システム１０４及びバイザーシステム１０５の文脈において関連する。

システム１００のいくつかの実施形態は、ユーザ９０自身の判断で没入モード又は拡張モードのいずれかで動作するように構成することができる。一方で、システム１００の他の実施形態は、単一の動作モード１２０のみを有することもできる。

Ｄ．表示専用対表示／検出／追跡／モニタ
システム１００のいくつかの実施形態は、光学情報の一方向伝達のみのために構成される。他の実施形態は、ユーザ９０からの情報を視覚画像８８０として取り込み、潜在的にユーザ９０がメディア体験の他の態様にアクセスできるようにすることができる。図４ｆは、一方向システム１２４（非検知動作モード１２４）及び双方向システム１２３（検知動作モード１２３）のカテゴリを反映する階層図である。双方向システム１２３は、網膜スキャニング及びモニタリングなどの機能を含むことができる。ユーザ９０を識別することも、ユーザ９０の眼９２の焦点を追跡することも、他の同様の機能を提供することもできる。一方向システム１２４には、ユーザ９０に関する情報又はユーザ９０からの情報を取り込むセンサ又はセンサアレイが存在しない。

Ｅ．メディアプレーヤ−一体型対分離型
ディスプレイ装置は、メディアプレーヤと一体化されることもある。他の例では、メディアプレーヤがディスプレイ装置から完全に分離される。一例として、ラップトップコンピュータは、単一の統合装置内に、映画を表示する画面、ビデオ画像に伴う音声を伝えるスピーカ、ディスクから離れてソースメディアを再生するＤＶＤ又はＢＬＵ−ＲＡＹ（登録商標）プレーヤを含むことができる。このような装置は、ストリーミングを行うこともできる。

図４ｇは、システム１００がメディアプレーヤと一体化されているか否かに基づくシステム１００の様々な異なるカテゴリを示す階層図である。統合メディアプレーヤシステム１０７は、実際にメディアコンテンツを再生する能力及び画像８８０を表示する能力を含む。非統合メディアプレーヤシステム１０８は、メディアコンテンツを再生するためにメディアプレーヤと通信しなければならない。

Ｆ．ユーザ−ビューア対オペレータ
図４ｈは、ユーザ９０が果たすことができる異なる役割の例を示す階層図である。ビューア９６は、画像８８０にアクセスすることはできるが、それ以外にシステム１００の機能を制御することはできない。オペレータ９８は、システム１００の動作を制御することはできるが、画像８８０にアクセスすることはできない。映画館で言えば、ビューア９６は観客であり、オペレータ９８は映画館の従業員である。

Ｇ．メディアコンテンツの属性
図４ｉに示すように、メディアコンテンツ８４０は、様々な異なるタイプの属性を含むことができる。画像８８０を表示するシステム１００は、視覚属性８４１を含むメディアコンテンツ８４０を再生するシステム１００である。しかしながら、メディアコンテンツ８４０の多くの例は、音響属性８４２、さらには触覚属性も含む。嗅覚属性８４４を通信するいくつかの新たな技術も存在し、状況によっては、味覚属性８４５を伝える能力がメディア体験の一部になるのも時間の問題にすぎない。

図４ｊに示すように、いくつかの画像８８０は、さらに大量のビデオ８９０コンテキストの一部である。他のコンテキストでは、画像８８０を、単独型静止フレーム８８２とすることもできる。

ＶＩ．用語集／定義
表１に、要素番号、要素名及び要素の定義／説明を相関付けたチャートを示す。

１００システム
２００照明アセンブリ
３２４ＤＭＤ
３４０プレート
４００投影アセンブリ
８００光

Claims

複数の光（８００）で構成された画像（８８０）をビューア（９６）に表示するシステム（１００）であって、
前記複数の光（８００）を生成する照明アセンブリ（２００）と、
前記複数の光（８００）から前記画像（８８０）を生成するイメージングアセンブリ（３００）と、
を備え、前記イメージングアセンブリ（３００）は、
前記光（８００）を前記画像（８８０）に変調するＤＭＤ（３２４）と、
前記照明アセンブリ（２００）からの前記光（８００）を前記ＤＭＤ（３２４）に向け、前記ＤＭＤ（３２４）からの前記光（８００）をディスプレイ（４１０）に向けるプレート（３４０）と、
を含む、
ことを特徴とするシステム（１００）。
前記プレート（３４０）は、アパーチャ（３５０）を含む、
請求項１に記載のシステム（１００）。
前記プレート（３４０）は、プラスチックフィルム（３４４）を含む、
請求項１に記載のシステム（１００）。
前記プレート（３４０）は、プラスチックフィルム（３４４）を含み、該プラスチックフィルム（３４４）は、前記画像（８８０）を形成する際に前記光（８００）を修正して所望の光学効果（８６０）を生じる変調フィルム（３４５）である、
請求項１に記載のシステム（１００）。
前記プレート（３４０）は、複数のフィルム（３４４）で構成され、前記プレート（３４０）は、ガラス（３４２）で構成されない、
請求項１に記載のシステム（１００）。
前記プレート（３４０）は、動的アパーチャ（３５２）を定める複数の変調フィルム（３４５）を含む、
請求項１に記載のシステム（１００）。
前記システム（１００）は、接眼部（４１６）を含むバイザー装置（１１５）であり、前記接眼部（４１６）は、前記ディスプレイ（４１０）を含む、
請求項１に記載のシステム（１００）。
前記プレート（３４０）は、調整可能な回折勾配（３６４）を有するプラスチックフィルム（３４４）を含む、
請求項１に記載のシステム（１００）。
前記プレート（３４０）は、ガラス（３４２）及びプラスチックフィルム（３４４）を含む、
請求項１に記載のシステム（１００）。
前記プレート（３４０）は、フルスペクトル（８０２）に関連する反射性（３７１）を有する、
請求項１に記載のシステム（１００）。
前記プレート（３４０）は、部分スペクトル（８０５）に特有の反射性（３７１）を有する、
請求項１に記載のシステム（１００）。
前記プレート（３４０）は、前記光（８００）の偏光（３７３）を可能にする、
請求項１に記載のシステム（１００）。
前記プレート（３４０）は、マイクロレンズアレイ（３８０）である、
請求項１に記載のシステム（１００）。
前記プレート（３４０）は、未使用時に小容量の空間に折り畳むことができる折り畳み式プレート（３９０）である、
請求項１に記載のシステム（１００）。
複数の光（８００）で構成された画像（８８０）をビューア（９６）に表示するシステム（１００）であって、
前記複数の光（８００）をイメージングアセンブリ（３００）に供給する、光源（２１０）を含む照明アセンブリ（２００）と、
前記光（８００）を暫定画像（８５０）に変調する前記メージングアセンブリ（３００）と、
を備え、前記メージングアセンブリ（３００）は、
前記光（８００）を前記暫定画像（８５０）に変調するＤＭＤ（３２４）と、
前記照明アセンブリ（２００）からの前記光（８００）を前記ＤＭＤ（３２４）に向け、前記ＤＭＤ（３２４）からの前記光（８００）を前記投影アセンブリ（４００）に向けるプレート（３４０）と、
を含み、前記システムは、
前記暫定画像（８５０）からの前記画像（８８０）をディスプレイ（４１０）上に表示する投影アセンブリ（４００）をさらに備える、
ことを特徴とするシステム（１００）。
前記システム（１００）は、ＶＲＤバイザー装置（１１６）であり、前記ディスプレイ（４１０）は、前記ＶＲＤバイザー装置（１１６）の接眼部（４１６）の一部である、
請求項１５に記載のシステム（１００）。
前記プレート（４３０）は、ガラス（３４２）と、複数のプラスチックフィルム（３４４）とを含み、該プラスチックフィルム（３４４）は、前記ガラス（３４２）の第１の側の第１のプラスチックフィルム（３４４）と、及び前記ガラス（３４２）の第２の側の第２のプラスチックフィルム（３４４）とを含む、
請求項１５に記載のシステム（１００）。
前記プレート（３４０）は、アパーチャ（３５０）と、プラスチックフィルム（３４４）とを含み、該プラスチックフィルム（３４４）は、前記光（８００）を修正して所望の光学効果（８６０）を生じる変調フィルム（３４５）である、
請求項１５に記載のシステム（１００）。
前記プレート（３４０）は、動的アパーチャ（３５２）を定める複数の変調フィルム（３４５）と、調整可能な回折勾配（３６４）を有するプラスチックフィルム（３４４）とを含む、
請求項１５に記載のシステム（１００）。
プレート（４３０）を使用して、光（８００）で構成された画像（８８０）をビューア（９６）に表示する方法（９００）であって、
光源（２１０）によって前記複数の光（８００）を生成するステップ（９１０）と、
プレート（３４０）によって前記光（８００）をＤＭＤ（３２４）に向けて反射するステップ（９２２）と、
前記ＤＭＤ（３２４）によって前記複数の光（８００）を暫定画像（８５０）に変調するステップ（９２４）と、
前記プレート（３４０）によって前記暫定画像（８５０）内の前記光（８００）をディスプレイ（４１０）に向けて透過するステップ（９２６）と、
を含むことを特徴とする方法（９００）。