特許 6238974 導波路リフレクタアレイプロジェクタを用いる複数の深度平面３次元ディスプレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6238974

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】導波路リフレクタアレイプロジェクタを用いる複数の深度平面３次元ディスプレイ

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/22 20060101AFI20171120BHJP

   G02B 6/00 20060101ALI20171120BHJP

   H04N 13/04 20060101ALI20171120BHJP

【ＦＩ】

   G02B27/22

   G02B6/00 301

   H04N13/04 020

【請求項の数】27

【全頁数】32

(21)【出願番号】特願2015-517371(P2015-517371)

(86)(22)【出願日】2013年6月11日

(65)【公表番号】特表2015-528919(P2015-528919A)

(43)【公表日】2015年10月1日

(86)【国際出願番号】US2013045267

(87)【国際公開番号】WO2013188464

(87)【国際公開日】20131219

【審査請求日】2016年6月7日

(31)【優先権主張番号】61/658,355

(32)【優先日】2012年6月11日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】514108838

【氏名又は名称】マジック リープ， インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｍａｇｉｃ Ｌｅａｐ，Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100181674

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 貴敏

(74)【代理人】

【識別番号】100181641

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】230113332

【弁護士】

【氏名又は名称】山本 健策

(72)【発明者】

【氏名】マクナマラ， ジョン グラハム

【審査官】 佐藤 洋允

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００９−５１１９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５２７３９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平１０−５０３２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５２０６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５３６１０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１６４５４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０２８１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０２９６６４４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ２７／００−２７／６４

Ｇ０２Ｂ６／００

Ｈ０４Ｎ１３／００−１７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置であって、前記導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置は、
第１の平面セットの複数の矩形導波路であって、前記第１の平面セット内の矩形導波路のそれぞれは、少なくとも、第１の側面、第２の側面、第１の面、および第２の面を有し、前記第２の側面は、前記矩形導波路の長さに沿って前記第１の側面に対向し、少なくとも前記第１および第２の側面は、前記矩形導波路の長さの少なくとも一部に沿って、少なくとも部分内部反射光学経路を形成し、前記第１の平面セット内の矩形導波路のそれぞれは、個別の矩形導波路の長さの少なくとも一部に沿った個別の位置において、前記第１の側面と前記第２の側面との間に配置された個別の複数の湾曲マイクロリフレクタを含み、前記個別の矩形導波路の第１の面から外向きに球面波面の個別の部分を部分的に反射させる、第１の平面セットの複数の矩形導波路と、
少なくとも第２の平面セットの複数の矩形導波路であって、前記第２の平面セット内の矩形導波路のそれぞれは、少なくとも、第１の側面、第２の側面、第１の面、および第２の面を有し、前記第２の側面は、前記矩形導波路の長さに沿って前記第１の側面に対向し、少なくとも前記第１および第２の側面は、前記矩形導波路の長さの少なくとも一部に沿って、少なくとも部分内部反射光学経路を形成し、前記第２の平面セット内の矩形導波路のそれぞれは、個別の矩形導波路の長さの少なくとも一部に沿った個別の位置において、前記第１の側面と前記第２の側面との間に配置された個別の複数の湾曲マイクロリフレクタを含み、前記個別の矩形導波路の第１の面から外向きに個別の部分を部分的に反射させる、少なくとも第２の平面セットの複数の矩形導波路と
を備え、
前記第２の平面セットの矩形導波路は、第１の横（Ｚ）軸に沿って、前記第１の平面セットの矩形導波路に隣接して配列され、前記第１の横軸は、縦軸（Ｘ）に垂直であり、前記縦（Ｘ）軸は、少なくとも前記第１および第２の平面セットの矩形導波路の長さに平行である、導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【請求項2】

前記第１の平面セットおよび少なくとも前記第２の平面セットのそれぞれ内の矩形導波路は、第２の横（Ｙ）軸に沿って側面方に配列され、前記第２の横（Ｙ）軸は、前記第１の横軸および前記縦軸に直交する、請求項１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【請求項3】

前記第２の平面セットの矩形導波路の第１の面は、前記第１の平面セットの矩形導波路の第１の面に平行である、請求項１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【請求項4】

前記第２の平面セットの導波路は、前記第１の平面セットの導波路に直接隣接する、請求項１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【請求項5】

複数の付加的平面セットの導波路をさらに備え、前記第１、第２、および複数の付加的セットの導波路は、前記第１の横（Ｚ）軸に沿った積層内の個別の層として配列される、請求項１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【請求項6】

個別の前記第１、第２、および付加的平面セットを備える、前記第１、第２、および付加的平面セットの矩形導波路毎に、前記矩形導波路は、前記第２の横（Ｙ）軸に沿って相互の連続する矩形導波路に直接隣接して積層される、請求項５に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【請求項7】

前記第１、第２、および付加的平面セットの矩形導波路の各連続する平面セット内の矩形導波路は、前記第１の横（Ｚ）軸に沿って相互の連続する矩形導波路に直接隣接して積層される、請求項６に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【請求項8】

複数の第２の横（Ｙ）軸分散光結合器のセットをさらに備え、前記セット内の前記第２の横（Ｙ）軸分散光結合器のそれぞれは、個別の光学経路を前記第１、第２、および付加的平面セットの複数の矩形導波路の個別の矩形導波路に提供するように光学的に結合される、請求項５に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【請求項9】

第１の横（Ｚ）軸分散結合器をさらに備え、前記第１の横（Ｚ）軸分散結合器は、第１の端部と、前記第１の横（Ｚ）軸分散結合器の長さに沿って前記第１の端部から離間された第２の端部と、前記横軸分散結合器の第１の端部と前記複数の第２の横（Ｙ）軸分散結合器のセットの前記第２の横（Ｙ）軸分散結合器の個別の分散結合器との間に光学経路を提供する、複数の少なくとも部分的に反射する要素とを有する、請求項８に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【請求項10】

前記第１の横（Ｚ）軸分散結合器の前記少なくとも部分的に反射する要素は、いくつかの光学ゲートを備え、
前記導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置は、
少なくとも１つの光源であって、前記少なくとも１つの光源は、赤色、緑色、および青色画素パターンを放出するように動作可能である、少なくとも１つの光源と、
前記赤色、緑色、および青色画素パターンの強度を変調させ、変調された赤色、緑色、および青色画素パターンを生成するように動作可能な強度変調器と、
ビーム偏向器であって、前記ビーム偏向器は、少なくとも１つの光源と列分散結合器の線形アレイとの間に光学的に結合され、前記変調された赤色、緑色、および青色画素パターンを偏向させるように動作可能であり、前記光学ゲートは、前記ビーム偏向器と同期して動作するように制御される、ビーム偏向器と、
入力ファイバであって、前記入力ファイバは、少なくとも前記入力ファイバの第１の端部に近接して前記第１の横（Ｚ）軸分散結合器に光学的に結合され、前記導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置を介して投影されることになる画像の少なくとも一部を表す光の入力円錐として、強度変調されたビーム偏向画素パターンを提供する、入力ファイバと
をさらに備える、請求項９に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【請求項11】

複数の入力ファイバをさらに備え、前記複数の入力ファイバは、前記第２の横（Ｙ）軸分散結合器の個別の分散結合器に光学的に結合され、前記導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置を介して投影されることになる画像の少なくとも一部を表す光の入力円錐を提供する、請求項８に記載の光学装置。

【請求項12】

前記第１の平面セットの前記複数の矩形導波路の前記複数の湾曲マイクロリフレクタは、前記第１の横（Ｚ）軸に沿って、前記第２の平面セットの前記複数の矩形導波路の前記複数の湾曲マイクロリフレクタと整列している、請求項１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【請求項13】

前記湾曲マイクロリフレクタは、球面波面において前記個別の矩形導波路の面から光の一部を反射させるように配向される、請求項１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【請求項14】

前記湾曲マイクロリフレクタはそれぞれ、前記個別の矩形導波路の面から光線の円錐形投影を反射させ、球面波面の個別の部分を形成するように配向される、請求項１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【請求項15】

前記湾曲マイクロリフレクタはそれぞれ、第２の横（Ｙ）軸を中心として個別の角度に配向され、球面波面において前記個別の矩形導波路の面から光の一部を反射させ、前記第２の横（Ｙ）軸は、前記第１の横（Ｚ）軸および前記縦（Ｘ）軸に直交する、請求項１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【請求項16】

前記矩形導波路のうちの少なくともいくつか毎に、前記個別の湾曲マイクロリフレクタのそれぞれの前記第２の横（Ｙ）軸を中心とする個別の角度は、前記縦（Ｘ）軸を横断するにつれて、前記個別の湾曲マイクロリフレクタのうちの直前の湾曲マイクロリフレクタの個別の角度を上回る、請求項１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【請求項17】

前記湾曲マイクロリフレクタはそれぞれ、前記縦（Ｘ）軸を中心とする個別の角度に配向され、球面波面において前記個別の矩形導波路の面から光の一部を反射する、請求項１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【請求項18】

前記湾曲マイクロリフレクタはそれぞれ、第２の横（Ｙ）軸を中心とする個別の第１の角度および前記個別の第１の角度がある平面に垂直の軸を中心とする個別の第２の角度の両方に配向され、球面波面において前記個別の矩形導波路の面から光の一部を反射させ、前記第２の横（Ｙ）軸は、前記第１の横（Ｚ）軸および前記縦（Ｘ）軸に直交する、請求項１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【請求項19】

前記湾曲マイクロリフレクタはそれぞれ、少なくとも２つの異なる軸の両方を中心とする個別の角度に配向され、具体的半径方向距離において、無限遠集束光を再集束させる、請求項１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【請求項20】

前記湾曲マイクロリフレクタはそれぞれ、前記個別の矩形導波路の第１の面から前記個別の矩形導波路の端部を介して受光された光を反射するように配向され、前記光が前記個別の矩形導波路から外向きに反射される前記第１の面は、前記光が受光される端部に垂直である、請求項１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【請求項21】

前記湾曲マイクロリフレクタは、前記第１の面に対して個別の角度で、前記個別の矩形導波路から外向きに前記光を反射させる、請求項２０に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【請求項22】

前記第１の横（Ｚ）軸に沿って相互に連続して側面方に配列される前記矩形導波路は、少なくとも１つの方向に、相互の前記湾曲マイクロリフレクタから反射される光を少なくとも部分的に透過させる、請求項２１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【請求項23】

前記第１の横（Ｚ）軸に沿って相互に連続して側面方に配列される前記矩形導波路は、１つのみの方向に、相互の前記湾曲マイクロリフレクタから反射される光を少なくとも部分的に透過させる、請求項２２に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【請求項24】

前記矩形導波路のうちの少なくともいくつかに対して、前記複数の湾曲マイクロリフレクタはそれぞれ、個別の第１の曲率半径を有し、前記湾曲マイクロリフレクタのうちの少なくとも１つに対する第１の曲率半径は、前記個別の矩形導波路の前記湾曲マイクロリフレクタのうちの少なくとも別の湾曲マイクロリフレクタの第１の曲率半径と異なる、請求項１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【請求項25】

前記矩形導波路のうちの少なくともいくつかに対して、前記複数の湾曲マイクロリフレクタはそれぞれ、第１の軸を中心とする個別の第１の曲率半径および第２の軸を中心とする個別の第２の曲率半径を有し、前記第２の軸は、前記第１の軸と共線ではない、請求項１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【請求項26】

前記矩形導波路のうちの少なくともいくつかに対して、湾曲マイクロリフレクタのうちの少なくとも１つの前記個別の第１の曲率半径および前記個別の第２の曲率半径は、前記個別の矩形導波路の前記湾曲マイクロリフレクタのうちの少なくとも第２の湾曲マイクロリフレクタの前記個別の第１の曲率半径および前記個別の第２の曲率半径と異なる、請求項２５に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【請求項27】

前記矩形導波路のそれぞれに対して、前記第１の側面、前記第２の側面、前記第１の面、または前記第２の面のうちの少なくとも１つは、実質的に、前記矩形導波路内に第１のセットの角度モードを留保し、実質的に、第２のセットの角度モードを前記矩形導波路から通過させ、前記矩形導波路の前記個別の湾曲マイクロリフレクタは、実質的に、前記第２のセットの角度モードを反射させ、実質的に、前記第１のセットの角度モードを通過させ、前記個別の矩形導波路の長さに沿って横断させる、請求項２５に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

（背景）
明視野は、各方向に進行する空間内の各点における全光線を包含する。明視野は、３次元空間の各点がまた、４次元である関連付けられた方向を有するため、４次元と見なされる。

【0002】

装着式３次元ディスプレイとして、導光光学要素（ＬＯＥ）システムとしても知られる基板誘導光学デバイスが挙げられ得る。そのようなデバイスは、例えば、Ｌｕｍｕｓ Ｌｔｄ．によって製造されている。図１Ｂ−１、１Ｂ−２、および１Ｂ−３に図示されるように、ＬＯＥシステム１０は、２つの平行平面表面１４ａ、１４ｂから作製される、単一層導波路１２を使用する。光１６は、小型プロジェクタ（図示せず）およびリフレクタストリップ１８を使用して、ＬＯＥ導波路１２中に結合される。図１Ｂ−１、１Ｂ−２、および１Ｂ−３は、ＬＯＥシステム１０の導波路１２を図示し、３つの個別の角度において入射する光１６を示す。ＬＯＥシステム１０は、ある角度方向に沿ってのみ配向され、相互に平行に位置付けられる、平面マイクロリフレクタ２０ａ−２０ｎ（図面を明確にするために、２つのみ図示される）を使用する。しかしながら、ＬＯＥシステム１０は、ゼロの球面波面曲率を伴う無限遠に集束された単一深度平面のみを投影する。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

光学装置またはシステムが、例えば、光を発生または投影し、実際の３次元物体または景色から反射する光によって生成されるであろう、４次元（４Ｄ）明視野をシミュレートするために採用されてもよい。例えば、導波路リフレクタアレイプロジェクタ（ＷＲＡＰ）装置または複数の深度平面３次元（３Ｄ）ディスプレイシステム等の光学装置は個別の半径方向焦点距離において複数の仮想深度平面を発生または投影し、４Ｄ明視野をシミュレートしてもよい。ＷＲＡＰ装置または複数の深度平面３Ｄディスプレイシステムの形態における光学装置は、例えば、直接または間接的のいずれかにおいて、画像をユーザの各眼の中に投影させてもよい。仮想深度平面の数および半径方向場所が、半径方向距離の関数として、ヒト視覚系の深度分解能に匹敵するとき、離散セットの投影された深度平面は、実際の連続３次元物体または景色によって生成される心理物理学的効果を模倣する。
例えば、本願は以下の項目を提供する。
（項目１）
導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置であって、前記導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置は、
第１の平面セットの複数の矩形導波路であって、前記第１の平面セット内の矩形導波路のそれぞれは、少なくとも、第１の側面、第２の側面、第１の面、および第２の面を有し、前記第２の側面は、前記矩形導波路の長さに沿って前記第１の側面に対向し、少なくとも前記第１および第２の側面は、前記矩形導波路の長さの少なくとも一部に沿って、少なくとも部分内部反射光学経路を形成し、前記第１の平面セット内の矩形導波路のそれぞれは、前記個別の矩形導波路の長さの少なくとも一部に沿った個別の位置において、前記第１の側面と前記第２の側面との間に配置された個別の複数の湾曲マイクロリフレクタを含み、前記個別の矩形導波路の第１の面から外向きに球面波面の個別の部分を部分的に反射させる、第１の平面セットの複数の矩形導波路と、
少なくとも第２の平面セットの複数の矩形導波路であって、前記第２の平面セット内の前記矩形導波路のそれぞれは、少なくとも、第１の側面、第２の側面、第１の面、および第２の面を有し、前記第２の側面は、前記矩形導波路の長さに沿って前記第１の側面に対向し、少なくとも前記第１および第２の側面は、前記矩形導波路の長さの少なくとも一部に沿って、少なくとも部分内部反射光学経路を形成し、前記第２の平面セット内の矩形導波路のそれぞれは、前記個別の矩形導波路の長さの少なくとも一部に沿った個別の位置において、前記第１の側面と前記第２の側面との間に配置された個別の複数の湾曲マイクロリフレクタを含み、前記個別の矩形導波路の第１の面から外向きに個別の部分を部分的に反射させる、少なくとも第２の平面セットの複数の矩形導波路と
を備え、
前記第２の平面セットの矩形導波路は、第１の横（Ｚ）軸に沿って、前記第１の平面セットの矩形導波路の側面方に配列され、前記第１の横軸は、縦軸（Ｘ）に垂直であり、前記縦（Ｘ）軸は、少なくとも前記第１および第２の平面セットの矩形導波路の長さに平行である、導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目２）
前記第１の平面セットおよび少なくとも前記第２の平面セットのそれぞれ内の矩形導波路は、第２の横（Ｙ）軸に沿って側面方に配列され、前記第２の横（Ｙ）軸は、前記第１の横軸および前記縦軸に直交する、項目１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目３）
前記第２の平面セットの矩形導波路の第１の面は、前記第１の平面セットの矩形導波路の第１の面に平行である、項目１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目４）
前記第２の平面セットの導波路は、前記第１の平面セットの導波路に直接隣接する、項目１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目５）
複数の付加的平面セットの導波路をさらに備え、前記第１、第２、および複数の付加的セットの導波路は、前記第１の横（Ｚ）軸に沿った積層内の個別の層として配列される、項目１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目６）
個別の前記第１、第２、および付加的平面セットを備える、前記第１、第２、および付加的平面セットの矩形導波路毎に、前記矩形導波路は、前記第２の横（Ｙ）軸に沿って相互の連続する矩形導波路に直接隣接して積層される、項目５に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目７）
前記第１、第２、および付加的平面セットの矩形導波路の各連続する平面セット内の矩形導波路は、前記第１の横（Ｚ）軸に沿って相互の連続する矩形導波路に直接隣接して積層される、項目６に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目８）
複数の第２の横（Ｙ）軸分散光結合器のセットをさらに備え、前記セット内の前記第２の横（Ｙ）軸分散光結合器のそれぞれは、個別の光学経路を前記第１、第２、および付加的平面セットの複数の矩形導波路の個別の矩形導波路に提供するように光学的に結合される、項目５に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目９）
第１の横（Ｚ）軸分散結合器をさらに備え、前記第１の横（Ｚ）軸分散結合器は、第１の端部と、前記第１の横（Ｚ）軸分散結合器の長さに沿って前記第１の端部から離間された第２の端部と、前記横軸分散結合器の第１の端部と前記複数の第２の横（Ｙ）軸分散結合器のセットの前記第２の横（Ｙ）軸分散結合器の個別の分散結合器との間に光学経路を提供する、複数の少なくとも部分的に反射する要素とを有する、項目８に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目１０）
前記第１の横（Ｚ）軸分散結合器の前記少なくとも部分的に反射する要素は、いくつかの光学ゲートを備え、
前記導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置は、
少なくとも１つの光源であって、前記少なくとも１つの光源は、赤色、緑色、および青色画素パターンを放出するように動作可能である、少なくとも１つの光源と、
前記赤色、緑色、および青色画素パターンの強度を変調させ、変調された赤色、緑色、および青色画素パターンを生成するように動作可能な強度変調器と、
ビーム偏向器であって、前記ビーム偏向器は、少なくとも１つの光源と列分散結合器の線形アレイとの間に光学的に結合され、前記変調された赤色、緑色、および青色画素パターンを偏向させるように動作可能であり、前記光学ゲートは、前記ビーム偏向器と同期して動作するように制御される、ビーム偏向器と、
入力ファイバであって、前記入力ファイバは、少なくとも前記入力ファイバの第１の端部に近接して前記第１の横（Ｚ）軸分散結合器に光学的に結合され、前記導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置を介して投影されることになる画像の少なくとも一部を表す光の入力円錐として、強度変調されたビーム偏向画素パターンを提供する、入力ファイバと
をさらに備える、項目９に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目１１）
複数の入力ファイバをさらに備え、前記複数の入力ファイバは、前記第２の横（Ｙ）軸分散結合器の個別の分散結合器に光学的に結合され、前記導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置を介して投影されることになる画像の少なくとも一部を表す光の入力円錐を提供する、項目８に記載の光学装置。
（項目１２）
前記矩形導波路毎に、前記複数の湾曲マイクロリフレクタは、線形アレイに整合される、項目１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目１３）
前記湾曲マイクロリフレクタは、球面波面における前記個別の矩形導波路の面からの光の一部を反射させるように配向される、項目１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目１４）
前記湾曲マイクロリフレクタはそれぞれ、前記個別の矩形導波路の面からの光線の円錐形投影を反射させ、球面波面の個別の部分を形成するように配向される、項目１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目１５）
前記湾曲マイクロリフレクタはそれぞれ、第２の横（Ｙ）軸を中心として個別の角度に配向され、球面波面における前記個別の矩形導波路の面から光の一部を反射させ、前記第２の横（Ｙ）軸は、前記第１の横（Ｚ）軸および前記縦（Ｘ）軸に直交する、項目１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目１６）
前記矩形導波路の少なくともいくつか毎に、前記個別の湾曲マイクロリフレクタの毎の前記第２の横（Ｙ）軸を中心とする個別の角度は、前記縦（Ｘ）軸を横断するにつれて、前記個別の湾曲マイクロリフレクタの直前の湾曲マイクロリフレクタの個別の角度を上回る、項目１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目１７）
前記湾曲マイクロリフレクタはそれぞれ、前記縦（Ｘ）軸を中心とする個別の角度に配向され、球面波面における前記個別の矩形導波路の面から光の一部を反射する、項目１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目１８）
前記湾曲マイクロリフレクタはそれぞれ、第２の横（Ｙ）軸を中心とする個別の第１の角度および前記個別の第１の角度がある平面に垂直の軸を中心とする個別の第２の角度の両方に配向され、球面波面において前記個別の矩形導波路の面から光の一部を反射させ、前記第２の横（Ｙ）軸は、前記第１の横（Ｚ）軸および前記縦（Ｘ）軸に直交する、項目１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目１９）
前記湾曲マイクロリフレクタはそれぞれ、少なくとも２つの異なる軸の両方を中心とする個別の角度に配向され、具体的半径方向距離において、無限遠集束光を再集束させる、項目１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目２０）
前記湾曲マイクロリフレクタはそれぞれ、前記個別の矩形導波路の第１の面から前記個別の矩形導波路の端部を介して受光された光を反射するように配向され、前記光が前記個別の矩形導波路から外向きに反射される前記第１の面は、前記光が受光される端部に垂直である、項目１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目２１）
前記湾曲マイクロリフレクタは、前記光が外向きに反射される第１の面に対して個別の角度で配向される個別の放射軸（Ｒ）に沿って、前記個別の矩形導波路から外向きに前記光を反射させる、項目２０に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目２２）
前記個別の放射軸（Ｒ）の少なくともいくつかは、前記光が外向きに反射される前記第１の面に対して個別の第１の非垂直角度および個別の第２の非垂直角度の両方で配向され、前記第１および第２の非垂直角度は、相互に非平面である、項目２１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目２３）
前記第１の横（Ｚ）軸に沿って相互に連続して側面方に配列される前記矩形導波路は、少なくとも１つの方向に、相互の前記湾曲マイクロリフレクタから反射される光を少なくとも部分的に透過させる、項目２２に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目２４）
前記第１の横（Ｚ）軸に沿って相互に連続して側面方に配列される前記矩形導波路は、１つのみの方向に、相互の前記湾曲マイクロリフレクタから反射される光を少なくとも部分的に透過させる、項目２３に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目２５）
前記第２の横（Ｙ）軸に沿って相互に連続して側面方に配列される前記矩形導波路は、相互の前記湾曲マイクロリフレクタから反射される光を透過させない、項目２３に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目２６）
前記矩形導波路の少なくともいくつかに対して、前記複数の湾曲マイクロリフレクタはそれぞれ、個別の第１の曲率半径を有し、前記湾曲マイクロリフレクタのうちの少なくとも１つに対する第１の曲率半径は、前記個別の矩形導波路の前記湾曲マイクロリフレクタの少なくとも別の湾曲マイクロリフレクタの第１の曲率半径と異なる、項目１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目２７）
前記矩形導波路の少なくともいくつかに対して、前記複数の湾曲マイクロリフレクタはそれぞれ、第１の軸を中心とする個別の第１の曲率半径および第２の軸を中心とする個別の第２の曲率半径を有し、前記第２の軸は、前記第１の軸と共線ではない、項目１に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目２８）
前記矩形導波路の少なくともいくつかに対して、湾曲マイクロリフレクタのうちの少なくとも１つの前記個別の第１の曲率半径および前記個別の第２の曲率半径は、前記個別の矩形導波路の前記湾曲マイクロリフレクタの少なくとも第２の湾曲マイクロリフレクタの前記個別の第１の曲率半径および前記個別の第２の曲率半径と異なる、項目２７に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目２９）
前記矩形導波路のそれぞれに対して、前記第１の側面、前記第２の側面、前記第１の面、または前記第２の面のうちの少なくとも１つは、実質的に、前記矩形導波路内に第１のセットの角度モードを留保し、実質的に、第２のセットの角度モードを前記矩形導波路から通過させ、前記矩形導波路の前記個別の湾曲マイクロリフレクタは、実質的に、前記第２のセットの角度モードを反射させ、実質的に、前記第１のセットの角度モードを通過させ、前記個別の矩形導波路の長さに沿って横断させる、項目２７に記載の導波路リフレクタアレイプロジェクタ装置。
（項目３０）
光学装置であって、前記光学装置は、
複数の行および列に配列される複数の導波路の２次元アレイであって、前記導波路のそれぞれは、第１の端部と、前記導波路の長さに沿って前記第１の端部から離間された第２の端部と、前記導波路の内部に向かって少なくとも部分的に反射し、前記導波路の長さに沿って光を反射させる少なくとも第１の対の対向側面とを有し、前記長さは、前記個別の導波路の主軸を画定し、前記導波路のそれぞれは、前記個別の導波路の長さに沿って個別の位置に配置され、少なくとも定義された波長を少なくとも部分的に反射させる、複数の湾曲マイクロリフレクタを有し、前記湾曲マイクロリフレクタは、前記個別の導波路の面に対して個別の角度で配向され、少なくとも前記第１の対の対向側面と併せて、前記導波路の面と第１の端部との間に延在する光学経路を提供する、複数の導波路の２次元アレイと、
前記複数の矩形導波路の２次元アレイの各列に対して個別の列分散結合器となる、列分散結合器の線形アレイであって、前記列分散結合器のそれぞれは、第１の端部と、前記列分散結合器の長さに沿って前記第１の端部から離間された第２の端部とを有し、前記列分散結合器のそれぞれは、前記列分散結合器の第１の端部と前記複数の導波路の２次元アレイの個別の列内の前記導波路の個別の１つとの間に光学経路を提供する、複数の要素を有する、列分散結合器の線形アレイと
を備える、光学装置。
（項目３１）
前記導波路のそれぞれは、矩形断面を有する、項目３０に記載の光学装置。
（項目３２）
前記湾曲マイクロリフレクタは、電磁エネルギーの一部を前記導波路の面から反射させるように配向される、項目３０に記載の光学装置。
（項目３３）
前記湾曲マイクロリフレクタは、電磁エネルギーの一部を球面波面において前記導波路の面から反射させるように配向される、項目３０に記載の光学装置。
（項目３４）
前記湾曲マイクロリフレクタはそれぞれ、光線の円錐形投影を前記導波路の面から反射させ、球面波面の個別の部分を形成するように配向される、項目３０に記載の光学装置。
（項目３５）
前記湾曲マイクロリフレクタはそれぞれ、電磁エネルギーの一部を球面波面において前記導波路の面から反射させるように、前記個別の導波路の横軸を中心として個別の角度で配向され、前記横軸は、前記主軸に垂直である、項目３０に記載の光学装置。
（項目３６）
前記湾曲マイクロリフレクタはそれぞれ、電磁エネルギーの一部を球面波面において前記導波路の面から反射させるように、前記主軸を中心として個別の角度で配向される、項目３０に記載の光学装置。
（項目３７）
前記湾曲マイクロリフレクタはそれぞれ、電磁エネルギーの一部を球面波面において前記導波路の面から反射させるように、前記個別の導波路の前記主軸および横軸の両方を中心として個別の角度で配向され、前記横軸は、前記主軸に垂直である、項目３０に記載の光学装置。
（項目３８）
前記湾曲マイクロリフレクタはそれぞれ、無限遠集束光を具体的半径方向距離に集束させるように、前記個別の導波路の前記主軸および横軸の両方を中心として個別の角度で配向され、前記横軸は、前記主軸に垂直である、項目３０に記載の光学装置。
（項目３９）
前記列分散結合器のそれぞれの個別の複数の要素は、少なくとも光の一部を前記複数の矩形導波路の２次元アレイの個別の列内の前記導波路の個別の導波路に向かって分割するように配向される、スプリッタの線形アレイを備える、項目３０に記載の光学装置。
（項目４０）
前記複数の矩形導波路の２次元アレイの各列は、４次元画像の個別の深度層を形成する、項目３０に記載の光学装置。
（項目４１）
横軸（Ｚ軸）分散結合器をさらに備え、前記横軸（Ｚ軸）分散結合器は、第１の端部と、前記横軸分散結合器の長さに沿って前記第１の端部から離間された第２の端部と、前記横軸分散結合器の第１の端部と前記列分散結合器の線形アレイの列分散結合器の個別の列分散結合器との間に光学経路を提供する、複数の少なくとも部分的に反射する要素とを有する、項目３０に記載の光学装置。
（項目４２）
入力ファイバをさらに備え、前記の入力ファイバは、前記入力ファイバの第１の端部に少なくとも近接して前記横軸分散結合器に（多重化され）光学的に結合され、前記光学装置を介して投影されることになる画像を表す入力光円錐を提供する、項目４１に記載の光学装置。
（項目４３）
前記横軸分散結合器の前記少なくとも部分的に反射する要素は、いくつかの光学ゲートを備える、項目４２に記載の光学装置。
（項目４４）
少なくとも１つの光源と前記列分散結合器の線形アレイとの間に光学的に結合されたビーム偏向器をさらに備え、前記光学ゲートは、前記ビーム偏向器と同期して動作するように制御される、項目４３に記載の光学装置。
（項目４５）
赤色、緑色、および青色光を放出するように動作可能な前記少なくとも１つの光源と、
前記赤色、緑色、および青色光の強度を変調させるように動作可能な強度変調器と、
前記少なくとも１つの光源と前記ビーム偏向器との間に光学的に結合された単一モード光ファイバと
をさらに備える、項目４４に記載の光学装置。
（項目４６）
複数の入力ファイバをさらに備え、前記複数の入力ファイバは、前記個別の列分散結合器の第１の端部に少なくとも近接して前記列分散結合器の個別の列分散結合器に（多重化されず）光学的に結合され、前記光学装置を介して投影されることになる画像を表す入力光円錐を提供する、項目３０に記載の光学装置。
（項目４７）
前記湾曲マイクロリフレクタは、少なくとも１つの制御信号に応答して、少なくとも１つの軸を中心として動的に変形可能または動的に配向可能のうちの少なくとも１つである、項目３０に記載の光学装置。
（項目４８）
前記湾曲マイクロリフレクタは、湾曲液晶表面を備える、項目４７に記載の光学装置。
（項目４９）
前記列毎に、前記列を構成する前記導波路は、相互の連続する導波路に直接隣接する第１の横軸に沿って積層され、前記第１の横軸は、前記導波路の主軸に垂直である、項目３０に記載の光学装置。
（項目５０）
前記複数の導波路の２次元アレイ内の複数の行毎に、前記行を構成する前記導波路は、相互の連続する導波路に直接隣接する第２の横軸に沿って積層され、前記第２の横軸は、前記主軸および前記第１の横軸と直交する、項目４９に記載の光学装置。
（項目５１）
前記複数の導波路の２次元アレイ内の複数の行毎に、前記個別の行を構成する前記導波路は、前記個別の行を構成する他の列からの前記導波路の湾曲マイクロリフレクタから反射される光を少なくとも部分的に透過させる、項目３０に記載の光学装置。
（項目５２）
前記複数の導波路の２次元アレイ内の列毎に、前記列を構成する前記導波路は、前記個別の列を構成する前記他の導波路の湾曲マイクロリフレクタから反射される光を透過させない、項目５１に記載の光学装置。
（項目５３）
前記湾曲マイクロリフレクタはそれぞれ、前記個別の導波路の第１の端部を介して前記個別の導波路の面から受光された光を反射させるように配向され、前記光が前記個別の導波路から外向きに反射される面は、前記光が受光される前記第１の端部に垂直である、項目３０に記載の光学装置。
（項目５４）
前記導波路の少なくともいくつかに対して、前記複数の湾曲マイクロリフレクタはそれぞれ、個別の第１の曲率半径を有し、前記湾曲マイクロリフレクタのそれぞれに対する第１の曲率半径は、前記個別の導波路の湾曲マイクロリフレクタの相互の第１の曲率半径と異なる、項目３０に記載の光学装置。
（項目５５）
前記導波路の少なくともいくつかに対して、前記複数の湾曲マイクロリフレクタはそれぞれ、第１の軸を中心とする個別の第１の曲率半径および第２の軸を中心とする個別の第２の曲率半径を有し、前記第２の軸は、前記第１の軸と共線ではない、項目３０に記載の光学装置。
（項目５６）
前記導波路の少なくともいくつかに対して、湾曲マイクロリフレクタのうちの少なくとも１つの前記個別の第１の曲率半径および前記個別の第２の曲率半径は、前記個別の導波路の湾曲マイクロリフレクタの少なくとも第２の湾曲マイクロリフレクタの前記個別の第１の曲率半径および前記個別の第２の曲率半径と異なる、項目５５に記載の光学装置。
（項目５７）
前記湾曲マイクロリフレクタは、反射されない光の一部が、前記個別の導波路の長さに沿って横断することを可能にする、項目３０に記載の光学装置。
（項目５８）
前記導波路毎に、少なくとも前記第１および第２の側面は、実質的に、前記導波路内に第１のセットの角度モードを留保し、実質的に、第２のセットの角度モードを前記導波路から通過させ、前記導波路の個別の湾曲マイクロリフレクタは、実質的に、前記第２のセットの角度モードを反射させ、実質的に、前記第１のセットの角度モードを通過させ、前記個別の導波路の長さに沿って横断させる、項目３０に記載の光学装置。
（項目５９）
装置であって、前記装置は、
第１の方向に配向され、一連のビームスプリッタを有する、結合管であって、前記結合管は、入力光を受光するように構成され、さらに、前記ビームスプリッタのそれぞれは、前記ビームスプリッタに入射する光の一部を導波路に反射させ、光の第２の部分を透過させる、結合管と、
前記第１の方向と異なる第２の方向に配向された複数の導波路と、
複数のセットの湾曲マイクロリフレクタであって、一式の湾曲マイクロリフレクタは、前記複数の導波路のそれぞれ内に埋め込まれている、複数の湾曲マイクロリフレクタのセットと
を備え、
各セットのマイクロリフレクタは、光を３次元（３Ｄ）パターンに反射させる、装置。
（項目６０）
前記湾曲マイクロリフレクタのそれぞれは、部分的に透過性である、項目５９に記載のシステム。
（項目６１）
前記入力光は、光円錐である、項目５９に記載のシステム。
（項目６２）
前記マイクロリフレクタのそれぞれの第１の反射率は、対応する導波路の内側表面から反射される光円錐の角度モードを反射させ、他の角度モードに透過性である、項目６１に記載のシステム。
（項目６３）
前記導波路のそれぞれの第２の反射率は、対応するマイクロリフレクタから反射される角度モードを反射させず、前記導波路内の他の角度モードを反射させる、項目６１に記載のシステム。
（項目６４）
前記入力光は、前記３Ｄパターンにおいて前記マイクロリフレクタから反射される光間に間隙が存在しないように十分に広い、項目５９に記載のシステム。
（項目６５）
前記入力光を前記結合管中に指向させるように構成されたマルチモード光ファイバをさらに備える、項目５９に記載のシステム。
（項目６６）
前記入力光は、第１の軸に沿って偏光され、前記マイクロリフレクタおよび導波路表面は、前記第１の軸に沿って偏光された光のみ反射させる、項目５９に記載のシステム。
（項目６７）
前記装置を格納するディスプレイの外部は、外部光と前記３Ｄパターンにおいて反射される光との間のコントラストレベルを調節するように構成された直交偏光画面を有する、項目６６に記載のシステム。
（項目６８）
前記マイクロリフレクタの曲率および形状は、動的に変動される、項目５９に記載のシステム。
（項目６９）
前記３Ｄパターンは、所与のｘ座標、ｙ座標、およびｚ座標における仮想点光源によって生成される球面波面に対応する、項目５９に記載のシステム。
（項目７０）
前記ｘ座標および前記ｙ座標は、前記複数のセットの湾曲マイクロリフレクタ内の前記湾曲マイクロリフレクタのそれぞれの２Ｄ角度配向によって判定される、項目６９に記載のシステム。
（項目７１）
前記ｚ座標は、前記マイクロリフレクタのマイクロリフレクタ形状および２次元配向勾配の構成によって判定される、項目６９に記載のシステム。
（項目７２）
前記第２の方向は、実質的に、前記第１の方向に垂直である、項目５９に記載のシステム。
（項目７３）
項目５９に記載の複数の積層された装置を備える３次元投影システムであって、前記入力光は、別個のマルチモード光ファイバによって、各結合管中に指向される、システム。
（項目７４）
リフレクタのアレイを有するシステムであって、前記アレイは、入力光ビームを、ディスプレイ上の３次元ボリュームを再作成する仮想深度平面の２次元投影の積層に変換する、システム。
（項目７５）
前記入力光ビームを受光し、前記入力光ビームの複数のコピーを作成するように構成されている、複数のビームスプリッタを有する結合管をさらに備える、項目７４に記載のシステム。
（項目７６）
前記アレイ内のマイクロリフレクタは、部分的に透過性である、項目７４に記載のシステム。
（項目７７）
視認するための３次元ボリュームを再作成する方法であって、前記方法は、
複数の入力光ビームを受光することであって、各入力光ビームは、前記３次元ボリュームの異なる層内の視野の一部の強度パターンに対応する、ことと、
複数の中間光ビームのセットを前記複数の入力光ビームのそれぞれから作成することと、
各セットの複数の中間光ビームの少なくとも一部を仮想深度平面中に投影させることと
を含み、
ともに、前記仮想深度平面は、前記３次元ボリュームを再作成する、方法。
（項目７８）
前記複数の入力光ビームは、ある範囲の角度を有する光を含む、項目７７に記載の方法。
（項目７９）
複数の中間光ビームの各セットの少なくとも一部を仮想深度平面中に投影することは、独立して、セット毎に前記複数の中間光ビームのコピーを回転させることと、セット毎に仮想点から放射すると考えられる波面を投影することとを含む、項目７７に記載の方法。
（項目８０）
視認するための３次元ボリュームを再作成する方法であって、前記方法は、
単一の単一モードファイバを介して、時間多重化入力光を受光することであって、前記受光された入力光ビームは、前記３次元ボリュームの複数の深度平面に対する視野の一部の強度パターンに対応する、ことと、
前記受光された時間多重化入力光をｚ軸光結合器に転送することと、
前記ｚ軸光結合器によって、前記受光された時間多重化入力光の一部を一式のｙ軸分散光結合器の個別の分散光結合器に転送することと、
前記ｙ軸光結合器によって、前記受光された時間多重化入力光の一部を個別のセットの導波路に転送することと、
前記セットの導波路の少なくともいくつかのそれぞれの導波路を介して、前記受光された時間多重化入力光の少なくとも一部を投影させることであって、各セットの導波路は、個別の仮想深度平面を投影し、累積仮想深度平面は、視認するための前記３次元ボリュームを形成する、ことと
を含む、方法。

【0004】

図面中、同じ参照番号は、類似要素または作用を識別する。図面中の要素のサイズおよび相対的位置は、必ずしも、正確な縮尺で描かれていない。例えば、種々の要素の形状および角度は、正確な縮尺で描かれておらず、これらの要素のいくつかは、任意に拡大され、図面の視認性を改善するために位置付けられる。さらに、描かれるような要素の特定の形状は、特定の要素の実際の形状に関するいかなる情報も伝達することを意図するものではなく、図面中における認識を容易にするためにのみ選択されている。

【0005】

導波路リフレクタアレイプロジェクタ（ＷＲＡＰ）システムの実施例が、図に図示される。実施例および図は、限定ではなく、例証である。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1A】図１Ａは、具体的半径方向距離において無限遠に集束される光を再集束させる、例示的凸面球状ミラーを示す。

【図1B】図１Ｂ−１、１Ｂ−２、および１Ｂ−３は、３つの個別の角度において入射する入力光を伴う、単一深度平面を投影する導光光学要素（ＬＯＥ）技術を使用する、従来のシステムを示す。

【図2A】図２Ａは、仮想点光源から放射すると考えられる球面波面を生成するために使用される、例示的湾曲マイクロリフレクタの例証である。

【図2B】図２Ｂは、導波路内のマイクロリフレクタの例示的相対的配向角度を示す。

【図3A】図３Ａは、導波路リフレクタアレイプロジェクタ内の例示的層を示す。

【図3B】図３Ｂは、導波路内のマイクロリフレクタの例示的配向角度を示す。

【図3C】図３Ｃは、例示的湾曲マイクロリフレクタを示す。

【図4】図４は、例示的平坦および球面波面を図示する。

【図5A】図５Ａは、例示的複数の深度平面３Ｄディスプレイシステムまたは導波路リフレクタアレイプロジェクタ（ＷＲＡＰ）装置の形態における光学装置の等角図である。

【図5B】図５Ｂは、図５Ａの光学装置の一部の概略図であって、図示される実施形態による、４Ｄ明視野をシミュレートするために、いくつかの仮想点光源を表す個別の半径方向距離において光を投影し、個別の仮想深度平面を生成する、いくつかの導波路層を示す。

【図5C】図５Ｃは、図５Ａの光学装置の一部の概略図であって、図示される実施形態による、４Ｄ明視野をシミュレートするために、光を投影し、個別の半径方向距離において、球面波面を有する個別の仮想深度平面を生成する、いくつかの導波路層を示す。

【図6】図６は、ＷＲＡＰシステムのための例示的投影および伝搬光円錐を示す。

【図7】図７は、湾曲マイクロリフレクタから生じる縮小投影円錐の実施例を示す。

【図8】図８は、光学ゲートを具備するｚ軸結合管を伴う、複数の層多重化システムの実施例を示す。

【図9】図９は、ＷＲＡＰシステムを通した光伝搬の例示的例証を示す。

【図10】図１０は、例示的波面を生成するための変形可能反射表面の使用を図示する。

【図11】図１１は、規定方向に光を投影する画素を伴う、透過性ディスプレイ画面を使用する、例示的システムを図示する。

【図12】図１２は、３次元ボリュームがどのように２次元投影の積層から生成されるかの例示的例証である。

【図13】図１３は、仮想物体点に対する座標系を示す。

【図14】図１４は、ディスプレイ表面上の４Ｄ明視野に対する座標系を示す。

【図15】図１５は、２次元マイクロリフレクタ配向に対する座標系を示す。

【図16】図１６は、２次元明視野の深度インデックス化の実施例を示す。

【図17】図１７は、マイクロリフレクタとして使用される変形可能マイクロ流体の実施例を図示する。

【図18】図１８は、側面射出Ｆｒｅｓｎｅｌミラーと同様に機能する、マイクロリフレクタのアレイの実施例を図示する。

【図19】図１９は、単一狭角光ビームから光ビームの広角２次元アレイを発生させる、例示的導波管を図示する。

【図20】図２０は、光ビームアレイ内の間隙を最小限にするために十分に広くなければならない、光ビームの実施例を示す。

【図21】図２１は、複数の層導波路を平行に駆動することによって、３次元ボリュームをディスプレイ上に再作成する例示的プロセスを図示する、流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

（詳細な説明）
ここで、本発明の種々の側面および実施例が、説明される。以下の説明は、完全理解のための具体的詳細を提供し、これらの実施例の説明をもたらす。しかしながら、当業者は、本発明が、これらの詳細の多くを伴わずに実践されてもよいことを理解するであろう。加えて、いくつかの周知の構造または機能は、関連説明を不必要に曖昧にしないように、詳細に図示または説明されない場合がある。

【0008】

以下に提示される説明で使用される専門用語は、本技術のある具体的実施例の詳細な説明と併用される場合でも、その最も広範な合理的様式において解釈されることが意図される。ある用語は、以下でさらに強調される場合がある。しかしながら、任意の制限された様式で解釈されることが意図される任意の専門用語は、本発明を実施するための形態の項等において明白に具体的に定義されるであろう。

【0009】

ヒトが景色中の被写界深度を知覚する能力は、制限される、すなわち、ヒトは、異なる半径方向距離において制限された視覚的分解能を有する。その結果、ユーザが完全３Ｄ効果を経験するように、物体または景色を再作成するために、３Ｄボリューム中の可能性として考えられる焦点面が全て再作成される必要があるわけではない。３Ｄボリュームは、特定の３Ｄボリュームの制限されたいくつかのスライスを単に再生成することによって、ヒト知覚のために再作成されることができる。再作成される必要があるスライスの数に関する理論は、１６未満〜３６以上に及び、スライスの幅は、距離が眼に近いほど最も薄く、距離に伴って増加する。ヒト視覚系（すなわち、眼、網膜神経、脳）は、提示される情報の付加的スライスが、ヒトが３Ｄボリュームを知覚するために必要ではないように、これらの平面のそれぞれを局所的に折り畳む。必要とされるスライスの実際の数から独立して、基本前提として、有限数の３Ｄボリュームのスライスのみ、ヒトが完全３Ｄ効果を知覚するために再生成される必要がある。

【0010】

図５Ａに最も良く図示されるように、ＷＲＡＰ装置または複数の深度平面３Ｄディスプレイシステム５００の形態の光学装置は、複数の導波路５０４ａ−５０４ｎ（集合的に、５０４、図面を明確にするために、２つのみ図示される）の２Ｄアレイ５０２を含んでもよい。図示されるように、導波路５０４はそれぞれ、その長さまたは縦軸（本明細書では、ｘ軸として示される縦軸）を横断する矩形断面を有してもよい。導波路５０４は、複数の列５０６（例えば、図５Ａの図では、垂直に延在するｘｙ平面であって、図面を明確にするために、１つのみ図示される）および行５０８（例えば、図５Ａの図では、水平に延在するｘｚ平面であって、図面を明確にするために、１つのみ図示される）に配列されてもよい。列５０６は、２次元（２Ｄ）導波路または導波路のセット（それぞれ、参照番号５０６で識別される）として特徴付けられてもよい。２Ｄ導波路５０６は、例えば、本明細書では、ｚ軸として示される第１の横軸に沿って、層として積層されてもよい。本明細書に説明されるように、各２Ｄ平面導波路、導波路のセット、層、または列５０６は、個別の距離において個別の仮想深度平面を生成または発生させ、４Ｄ明視野を生成する。

【0011】

ＷＲＡＰ装置または複数の深度平面３Ｄディスプレイシステム５００は、導波路５０４へまたはそこからの１つ以上の光学経路を提供するための１つ以上の構成要素を含んでもよい。例えば、分散導波路５１０ａ−５１０ｎのセット（集合的に、５１０、図面を明確にするために、２つのみ図示される）である。分散導波路は、個別の列または層５０６内に導波路５０４への光学経路を提供してもよい。また、例えば、非多重化実装では、ＷＲＡＰ装置または複数の深度平面３Ｄディスプレイシステム５００は、矢印５１２（集合的に参照される）によって図示される、光学経路を分散導波路５１０の個別のもの（すなわち、各個別の列５０８）に提供する、複数の光結合器（例えば、光ファイバ）を含んでもよい。また、例えば、多重化実装では、ＷＲＡＰ装置または複数の深度平面３Ｄディスプレイシステム５００は、矢印５１４によって図示される、光学経路を分散導波路５１０のうちの２つ以上または全部に提供する、単一光結合器（例えば、光ファイバ）を含んでもよい。分散導波路５１０および／または光結合器５１２、５１４は、例えば、赤色／緑色／青色（ＲＧＢ）光源（図５Ａに図示せず）からの画素パターンとして、例えば、２Ｄアレイ５０２の導波路５０４への入力を提供してもよい。

【0012】

図５Ｂおよび５Ｃに最も良く図示されるように、各列または導波路層５０６ａ−５０６ｃ（３つのみ示される、集合的に、５０６）は、球面波面５２４ａ−５２４ｃ（３つのみ示される、集合的に、５２４）を有する個別のスライスまたは仮想深度平面５２２ａ−５２２ｃ（３つのみ示される、集合的に、５２２）を生成し、４Ｄ明視野５２６を累積的にシミュレートする。仮想深度平面５２２ａ−５２２ｃ毎の個別の仮想点光源５２８ａ−５２８ｃ（３つのみ示される、集合的に、５２８）の位置もまた、図示される。

【0013】

図３Ａは、一図示される実施形態による、導波路５０６の単一柱状２Ｄ平面導波路列、層、またはセットとともに、その個別の分散結合器５１０および光結合器５１２、５１４を示し、２Ｄ平面導波路または層５０６はそれぞれ、複数の線形導波路５０４ｅ、５０４ｆ（集合的に、５０４、図面を明確にするために、２つのみ図示される）から成る。２Ｄ平面導波路５０６はそれぞれ、例えば、時として、導波管と称される、一連または線形のアレイの矩形円筒形導波路５０４を含む。時として、「管」として示されるが、当業者は、そのような構造が中空である必要はなく、多くの実装では、中実であって、多くの観点において光ファイバに類似するが、少なくとも部分的に内部反射し、導波路５０４の長さ５３０に沿って電磁エネルギー（例えば、光）を伝搬させる、少なくとも１つの対の対向平面表面を有することを容易に理解するであろう。本明細書にさらに説明されるように、少なくとも１つの対の対向平面表面５３２ａ、５３２ｂ（集合的に、５３２）は、実質的に光のある定義されたモードを内部反射させる一方、光のある他の定義されたモードが、実質的に、導波路５０４から通過することを可能にしてもよい。典型的には、導波路５０４は、部分的に、内部反射、例えば、実質的に、ある定義されたモードを内部反射する、２つの対の対向平面表面５３２ａ／５３２ｂ、５３２ｃ／５３２ｄ（集合的に、５３２）を含むであろう。本明細書および請求項で使用されるように、用語「実質的に」は、５０％超、典型的には、８５％または９５％超を意味する。２Ｄ平面導波路、層、列またはセット５０６の導波路５０４は、個々に形成され、ともに組み立てられる、または結合されてもよい。代替として、２Ｄ平面導波路、層、列、またはセット５０６の導波路５０４は、単一の一体型構造として形成されてもよい。平面表面は、所望の深度平面の生成を促進し、および／または３Ｄ構造への導波路５０４の充填密度を増加させてもよい。

【0014】

各線形導波路５０４内に埋め込まれる、位置する、または形成されるのは、具体的半径方向距離に無限遠集束光を再集束させるように設計される、一連の分解湾曲球状リフレクタまたはミラー５４０ａ−５４０ｎ（図面を明確にするために湾曲マイクロリフレクタのうちの２つのみが示される）である。図面を明確にするために、線形導波路５０４のうちの１つのみの単一線形アレイの完全マイクロリフレクタが、破線で完全に図示され、他の線形導波路５０４の他の線形アレイのマイクロリフレクタは、単純凸面曲線によって図式的に表されることに留意されたい。単一線形または矩形導波路５０４ｎのためのいくつかのマイクロリフレクタ５０４Ａ−５０４Ｄは、図５Ａに表される。

【0015】

図１Ａは、無限遠に集束された入力平面波１００が、どのように凸面球状ミラー１０２から反射され、出力球面波１０４を生成し、凸面球状ミラー１０２の背後の定義された距離に位置すると考えられる、仮想点光源１０６を表し得るかの実施例を示す。（線形または矩形）導波路内で一連のマイクロリフレクタ５４０を連結することによって、その形状（例えば、２つの軸を中心とする曲率半径）および配向がともに、特定のｘ、ｙ、ｚ、座標における仮想点光源によって生成される球面波面に対応する３Ｄ画像を投影する。２Ｄ導波路または層５０６はそれぞれ、他の導波路に対して、独立光学経路を提供し、波面を成形し、入射光を集束させ、個別の半径方向距離に対応する、仮想深度平面５２２（図５Ｃ）を投影させる。２Ｄ導波路の十分な数によって、投影された仮想深度平面を視認するユーザは、３Ｄ効果を経験する。

【0016】

平面導波路５０６の複数の層の２Ｄアレイ５０２が、本明細書に説明され、各層は、３Ｄボリューム内の異なる仮想深度平面に対応する光を投影する。前述のように、図５Ａ−５Ｃは、層として積層された導波路５０６の２Ｄ平面導波路、列、またはセットを伴う、例示的複数の層ＷＲＡＰディスプレイ装置またはシステム５００の一部を示す。各層５０６は、図３Ａの実施例に示されるように、複数の導波路、例えば、線形または矩形導波路５０４を含む。光学分散結合器５１０および／または他の光結合器５１２、５１４のセットが、２Ｄアレイ５０２の線形または矩形導波路５０４を他の構成要素に光学的に結合する。例えば、光学分散結合器５１０および／または他の光結合器５１２、５１４は、２Ｄアレイ５０２の線形または矩形導波路５０４を画素パターン（例えば、ＲＧＢ強度変調された画素パターン）を提供するサブシステムに光学的に結合してもよい。いくつかの事例では、光結合器５１０のセットは、本明細書および／または請求項では、列分散結合器の線形アレイあるいは第２の横（Ｙ）軸分散光結合器または結合管と称される。前述のように、当業者は、そのような構造が、中空である必要はなく、多くの実装では、中実であって、多くの観点において、光ファイバに類似するであろうことを容易に理解するであろう。

【0017】

ＷＲＡＰ装置５００内の各個々の導波路５０４は、具体的半径方向距離に無限遠集束光を再集束させるように設計される、一連の分解湾曲球状リフレクタまたはミラー５４０を含む。Ｆｒｅｓｎｅｌレンズは、一連の光学マイクロ構成要素から構築される巨視的光学要素の実施例である。ＷＲＡＰ装置５００は、事実上、側面射出（例えば、第１の端部として示される側面から射出される）Ｆｒｅｓｎｅｌミラーとして動作する、マイクロリフレクタ５４０のアレイを含む。図１８は、球体構成１８０４におけるマイクロリフレクタ１８０２の配向が線形Ｆｒｅｓｎｅｌミラー構成１８０８のマイクロ構成要素またはマイクロリフレクタ１８０６の配向に一致する、均等物Ｆｒｅｓｎｅｌミラーにおいて見出されるであろうような線形構成１８０８におけるマイクロリフレクタ１８０６ａ−１８０６ｎ（集合的に、１８０６、図面を明確にするために、２つのみ図示される）のアレイではなく、球体１８０４の一部の構成におけるマイクロリフレクタ１８０２ａ−１８０２ｎ（集合的に、１８０２、図面を明確にするために、２つのみ図示される）のアレイの実施例を図示する。
ＷＲＡＰの動作

【0018】

ＷＲＡＰ装置５００は、２Ｄ導波路５０６のそれぞれを備える、線形または矩形導波路５０４内の湾曲マイクロリフレクタのアレイを含む。湾曲マイクロリフレクタのアレイは、レンズまたは湾曲ミラーと同様に作用するように位置付けられ、配向され、規定された半径方向距離に仮想画像を投影する。本明細書および／または請求項では、「リフレクタ」として示されるが、本明細書に説明されるように、湾曲マイクロリフレクタは、典型的には、電磁エネルギー、例えば、光の光学波長（すなわち、近赤外線またはＮ−ＩＲ、可視、近紫外線またはＮ−ＵＶ）を部分的に反射させ、部分的に通過させる。本明細書に説明されるように、反射率は、電磁エネルギーまたは光の角度モードの関数であってもよい。

【0019】

従来のレンズベースの撮像システムまたは湾曲ミラーベースの撮像システムは、大きい表面曲率を伴う光学要素を使用する。従来のレンズベースの撮像システムまたは湾曲ミラーベースの撮像システムは、プロジェクタ要素から、典型的には、広明視野によって正面または背面射出される。そのような従来のシステムは、比較的に厚くかつ重い傾向にあり、多くの場合、複数の光学要素および可動部品を使用し、その焦点距離を変動させる。対照的に、ＷＲＡＰ装置５００の線形導波路５０４の図示される２Ｄアレイ５０２（図５Ａ）は、平面表面を有する。ＷＲＡＰ装置５００の線形導波路５０４の図示される２Ｄアレイ５０２は、光ファイバからの狭角ビームの円錐５４２（図３Ａ）によって側面射出され（すなわち、本明細書および請求項では、第１の端部として示される側面中に射出される）、次いで、広明視野中に内部倍増されてもよい。ＷＲＡＰ装置５００の線形導波路５０４の図示される２Ｄアレイ５０２は、非常に薄くかつ軽く作製されることができる。図示される２Ｄ平面導波路または層５０６は、多焦点ディスプレイを作成するために、容易に積層され得、各２Ｄ平面導波路、層、列、またはセット５０６は、他の２Ｄ平面導波路、層、列、またはセットから独立して、光学経路を提供し、例えば、それぞれ、３Ｄ画像内に個別の焦点または深度平面を提供することを可能にする。

【0020】

前述のＬＯＥシステム１０（図１Ｂ−１、１Ｂ−２、１Ｂ−３）とは対照的に、一実施形態では、ＷＲＡＰ装置５００は、複数の深度平面５２２（図５Ｃ）を投影し、それぞれ、対応する球面波面曲率５２４（図５Ｃ）を伴う異なる半径方向距離に集束される。ＷＲＡＰ装置５００は、垂直（ｘｙ）列内に配列される一連の線形または矩形円筒形導波路を含み、いくつかの事例では、線形または矩形導波路５０３の２Ｄアセンブリと称され得る、平面２Ｄ導波路５０６を作成してもよい。ＷＲＡＰ装置５００は、複数の２Ｄ平面導波路、列、層、またはセット５０６を含んでもよく、それぞれ、異なる仮想深度平面５２２（図５Ｃ）に対応する。ＷＲＡＰ装置５００は、凸面球状湾曲マイクロリフレクタ５４０（図３Ａおよび５Ａ）を使用してもよい。マイクロリフレクタ５４０は、１つ以上の表面曲率を有してもよく、表面曲率は、各導波路層５０６において変動してもよい。図３Ｂおよび３Ｃに最も良く図示されるように、マイクロリフレクタ５４０はそれぞれ、２つの角度方向φ、Θに沿って配向されてもよい。角度方向φ、Θは、任意の所与の線形導波路５０４内で変動してもよく、あるいは単一層５０６内の線形導波路５０４間または異なる層５０６間で変動してもよい。

【0021】

図８に最も良く図示されるように、光（例えば、画素パターン）は、１つ以上のＲＧＢ（赤色、緑色、青色）光源５４４から、例えば、光強度変調器５４６、光ファイバケーブル５４８、角度モード変調器またはビーム偏向器５５０、例えば、光学ゲート５５２を介して実装される、随意の光学逆多重化スイッチ、随意のｚ軸結合アレイ５５４、および前述かつ図示された別個のセットのｙ軸光結合器または光学結合アレイ５１０のうちの１つ以上を介して、ＷＲＡＰ装置５００の２Ｄアレイ５０３に結合されてもよい。
ＷＲＡＰの特徴

【0022】

ＷＲＡＰ装置５００は、それ自体が線形または矩形円筒形導波路５０４の水平行から作製される、薄型の平面２Ｄ導波路５０６の積層を含んでもよい。２Ｄとして示されるが、２Ｄ導波路５０６は、それぞれ、２Ｄアレイ５０２の２Ｄスライスまたは一部（すなわち、列）を表すため、物理的深度を有するが、そのように示される。２Ｄとして示されるが、導波路の２Ｄアレイは、長さが、２Ｄアレイ５０２を構成し得る個々の線形または矩形導波路５０４の固有の特性であるため、物理的長さを有するが、そのように示される。同様に、時として、線形導波路５０４と称されるが、これらの導波路は、それぞれ、線形光学経路を提供するため、物理的高さおよび幅を有するが、そのように示される。

【0023】

図３Ａは、ＷＲＡＰ装置５００の２Ｄアレイ５０３の例示的単一層を示す。光の入力円錐５４２は、光ファイバ５１２、５１４、５４８を介して、時として、本明細書では、結合管（図３Ａでは垂直に配向される）と称される、分散光結合器またはｙ軸光結合器５１０中に指向される。光結合器５１０内の行内に搭載されるのは、いくつかの複数のビームスプリッタ５５６ａ−５５６ｎ（集合的に、５５６、図面を明確にするために、２つのみ示される）である。各ビームスプリッタ５５６は、そこに入射する光の第１の部分を複数の積層された線形または矩形導波路５０４（図３Ａでは水平に配向される）のうちの１つに反射させ、光の第２の部分を次のビームスプリッタ５５６に透過させる。したがって、分散光結合器またはｙ軸光結合器５１０中に入射する光は、分散光結合器またはｙ軸光結合器５１０の長さの少なくとも一部に沿って位置付けられる複数の線形または矩形導波路５０４中に放出される。

【0024】

前述のように、各線形または矩形導波路５０４内に埋め込まれる、位置付けられる、または形成されるのは、線形または矩形導波路５０４を通して誘導される各角度付けられた光ビームが、線形または矩形導波路５０４から、マイクロリフレクタ５４０によって、３次元湾曲パターンに投影されるように、成形および角度配向される、湾曲マイクロリフレクタ５４０の線形アレイである。図３Ｂは、導波路内のマイクロリフレクタ５４０の例示的配向角度φ、Θを示し、マイクロリフレクタは、例証を容易にするために、平面に表される。図３Ｃは、湾曲マイクロリフレクタ５４０のための配向角度φ、Θの実施例を示す。投影されたパターンは、所与のｘ、ｙ、ｚ座標に置かれた仮想点光源によって生成される球面波面に対応し、ｘおよびｙ座標は、光ビームの２Ｄ角度配向によって判定され、ｚ座標は、所与の２Ｄ平面導波路、列、層、またはセット５０６内のマイクロリフレクタ形状および２Ｄ配向勾配の特定の構成によって判定される。各２Ｄ平面導波路、列、層、またはセット５０６は、各層が、異なるｚ座標または半径方向座標（ｒ座標）に対応する仮想深度平面を投影するように、異なる波面成形および集束特性を有するように構成される。

【0025】

所与のｘ、ｙ、ｚ座標に置かれる光の点源が、３次元空間全体を通して、非常に具体的方法において変動する、光の放射３次元パターンを生成する。具体的には、点源は、その表面曲率が放射球体の半径に反比例して変動する、球面波面を発生させる。ＷＲＡＰ装置５００は、所与のｘ、ｙ座標に対応する入力光線の受光に応じて、特定のｚ座標に対して適切な波面曲率および２次元回転を伴う、本球体のある区画を発生させるように設計される。

【0026】

ＷＲＡＰの機能

【0027】

図３Ａの実施例に示されるように、各ＷＲＡＰ２Ｄ平面導波路、列、層、またはセット５０６に入力される光は、その中に光の小円錐５４２が射出された別個のマルチモード光ファイバ５１２を介して、提供されてもよい。代替として、各２Ｄ平面導波路、列、層、またはセット５０６に入力される光は、分波スイッチ５５２（図８）の個別の出力チャネル５１４を介した光円錐５４２の形態である。光円錐５４２は、再作成されることになる３Ｄボリュームの単一深度平面内に存在する２次元ｘ、ｙ光強度パターンに対応する、光ビームの２次元角度分散を含有する。ＭＥＭＳスキャナ、切替可能液晶、またはＭＥＭＳ回折格子等を使用して、光円錐の角度分散を入力ファイバ中に結合するためのいくつかの方法がある。

【0028】

伝搬する光円錐５４２は、例えば、図６の実施例に示されるように、所定または既知の角度パターンを有するはずである。いくつかの実施形態では、線形または矩形導波路５０４の内側を伝搬する光円錐５４２は、両角度方向に、約−２２．５度〜−６７．５度の角度範囲内にあるはずであって、導波路から投影される光円錐５６０は、両角度方向に、約−２２．５度〜＋２２．５度の角度範囲内にあるはずである。留意すべきこととして、比較的に狭範囲の光線角度が、導波路内を伝搬し、したがって、入力画像の角度範囲は、故に、制限されるべきである。これらの角度範囲外で伝搬される光は、エイリアシングおよび二重画像を生成するであろう。

【0029】

２Ｄアレイ５０２の２Ｄ平面導波路、列、セット、または複数の層５０６を並列または直列に駆動させるために、２つの方法がある。並列方法（図５Ａの実施例に示される）では、各導波路層５０６は、特定の深度層ボリューム内に含有される視野の部分に対応する角度パターンを伝搬する、異なるマルチモードファイバ５１２によって駆動される。これらの角度パターンは、ベースユニット内に位置する、駆動電子機器（例えば、ＲＧＢ光源、強度変調器）によって発生され、次いで、複数のマルチモードファイバ５１２を経由して並列に２Ｄアレイ５０２に送信される。例えば、２Ｄ画像は、走査プロジェクタシステム（走査ファイバプロジェクタ等）を使用して、または２Ｄマイクロプロジェクタをピンホール開口に結合することによって、角度エンコードされることができる。

【0030】

直列方法（図８の実施例に示される）では、視野全体に対する角度パターンは、パターンを作成する２Ｄビーム偏向器５５０と同期される光学ゲート５５２を使用して、１度に１つの角度ビームとして、異なる導波路層５０６間で同時に作成および記憶される。本プロセスは、２Ｄアレイ５０２、分散またはｙ軸光結合器５１０および／またはｚ軸光結合器５６２（図９）で生じ、ベースユニットでは生じないため、単一の単一モードファイバ５１４によって駆動されることができる。本システムでは、入力画像は、ファイバまたは他の導波路５１４を通して伝搬する各分解可能角度が、単一物体点の強度に対応するように、角度エンコードされる。画像をこのようにエンコードするために、ディスプレイの線形分解能に匹敵する角度密度を伴って、多数の角度モードを伝搬可能である、マルチモードファイバ５１４および光結合器５１４、５６２が使用される。光円錐の角度範囲は、光学装置５００の最大視野、例えば、４５度に対応する。

【0031】

図９は、ｚ軸光結合器５６２を含む、ＷＲＡＰ装置の一部を通る光伝搬の例示的例証を示す。図９は、ｚ軸光結合器５６２、分散またはｙ軸光結合器５１０、および線形または矩形導波路（ｘ軸導波路とも称される）５０４の相対的配向を表す。図９の実施形態では、光は、最初に、ｚ軸光結合器５６２を介して入射する。ｚ軸光結合器は、多くの観点において、例えば、少なくとも部分的内部反射を提供し、ｚ軸光結合器５６２の長さに沿って、光を伝搬または誘導する、少なくとも１つの対の対向平面側面を有する、線形または矩形導波路に類似し得る。ｚ軸光結合器５６２は、種々の列、セット、または層５０６の分散またはｙ軸光結合器５１０のそれぞれの中に光の入射角度分散のコピーを多重化および射出する、角度付けられた平面マイクロリフレクタ５６４ａ−５６４ｎ（集合的に、５６４）の線形アレイを含有する。分散またはｙ軸光結合器５１０は、角度付けられた平面マイクロリフレクタ５６６ａ−５６６ｎ（集合的に、５６６）の線形アレイを有するｚ軸光結合器５６２の構造に類似し得る。分散またはｙ軸光結合器５１０は、個別の列、セット、または層５０６内のｘ軸導波路５０４のそれぞれの中に光の入射角度分散のコピーを倍増および射出する。

【0032】

図２Ａに示されるように、狭角平面波光ビーム５６６が、線形または矩形導波路５０４に入射し、平面リフレクタ５６８から対向反射表面５３２のうちの少なくとも１つに向かって反射する。各狭角平面波光ビームが、導波路を通して伝搬し、湾曲マイクロリフレクタ５４０に衝突すると、平面波光ビームは、２つのビームに分割される。また、図２Ａに示されるように、第１のビームは、次のマイクロリフレクタ５４０に持続し、第２のビームは、そこから第２のビームが反射されるマイクロリフレクタ５４０の表面の２倍の大きさの曲率を伴う発散パターンで反射される。言い換えると、狭入射平面波は、入射平面波のものに対応する２Ｄ配向を有する、球面波面の小楔状断面に変換される。２Ｄ導波路、列、セット、または層５０６内の湾曲マイクロリフレクタ５４０の全ての２Ｄ配向が、非常に精密な方法で変動される場合、各マイクロリフレクタ５４０から投影される球面波面楔は全て、図２Ｂに示されるように、平面波５６６の２Ｄ配向に対応するｘおよびｙ座標と、マイクロリフレクタ５４０の曲率および２Ｄ導波路、列、セット、または層５０６の２Ｄ配向勾配に対応するｚ座標とに位置する、仮想点５７０から放射されると考えられる、単一球面波面５６９中に整合されることができる。参照として、図１３−１５は、それぞれ、仮想物体点、ディスプレイ表面上の４Ｄ明視野、および２Ｄマイクロリフレクタ配向に対する座標系を示す。

【0033】

入力円錐内の角度付けられた平面波光ビームが全て、２Ｄ導波路、平面、セット、または層５０６全体を通して伝搬するにつれて、ビームは、単一深度平面によって生成される、重畳された明視野を再作成する。２Ｄ導波路、平面、セット、または層５０６毎の入力信号が全て、２Ｄアレイ５０２全体を通して伝搬すると、それらは、複数の深度平面ボリュームによって生成される、重畳された明視野を再生成する。これらの深度平面が、十分に多数あって、その半径方向距離（被写界深度式によって判定されるように）の関数として、適切な厚さを有する場合、深度平面が、ヒトｚ座標分解能（ならびにｘ、ｙ座標分解能）の限界に達する、またはそれを超えても、仮想３Ｄボリュームから生成される明視野が、ヒトと実際の物理的３次元空間のものを区別できない。

【0034】

光学システム５００（本明細書に説明されるような）において使用される材料の独特の光学特性のため、各２Ｄ導波路、平面、セット、または層５０６は、他の２Ｄ導波路、平面、セット、または層５０６によって相互に影響されない。本特徴は、相互の上に積層されることになる２Ｄ導波路、平面、セット、または層５０６が、多焦点光学システムを作成することを可能にし、その特徴は、従来のレンズでは不可能であると考えられる。

【0035】

加えて、直交偏光が使用され、実際の外界からの光を仮想ディスプレイのものから分離し、拡張現実複数深度平面３Ｄディスプレイを作成することができる。偏光リフレクタ５４０は、リフレクタの偏光軸と平行に整合された光の部分のみ反射させる。交差偏光は、リフレクタ５４０によって反射されず、半透過性リフレクタ５４０の場合、反射されずに、リフレクタを通して単に通過するであろう。このように、２Ｄ導波路、平面、セット、または層５０６は、２Ｄ導波路、平面、セット、または層５０６の光を単に交差偏光することによって、外界または他の２Ｄ導波路、平面、セット、または層５０６からの光に透過性であるように作製されることができる。

【0036】

例えば、図１６に示されるように、時系列様式において仮想３Ｄボリューム１６０４全体の半径方向ピンホール投影に対応し、２Ｄ野内の点のそれぞれが、深度インデックス化される、２Ｄ光パターン１６０２が発生される場合、図８に示されるように、ｚ軸光結合器５６２（図９）は、ビーム偏向器５５０と同期され、多重化入力円錐５４２から、仮想３Ｄボリューム１６０４内の深度平面のそれぞれに対応する、複数の出力チャネル円錐５７２（図面を明確にするために、図８では、１つのみ示される）に光ビームを分類する、光学ゲート５２２を具備することができる。

【0037】

前述の２Ｄアレイ５０２の異なる２Ｄ導波路、平面、セット、または層５０６を駆動させるための直列方法では、２Ｄアレイ５０２は、単一の単一モードファイバ５１４、５４８によって駆動され、異なる２Ｄ導波路、平面、セット、または層５０６に対応する光円錐５７２は、デバイス自体の中で発生される。光角度は、１度に１つの角度として、同時に、作成および分類されるべきである。光角度が、時系列様式で作成されない場合、光角度は、２Ｄ導波路、平面、セット、または層５０６のそれぞれに容易に分類されることができない。
数学的観察

【0038】

光学装置５００は、２Ｄ明視野を４Ｄ明視野に変形させる、数学演算子と見なされ得る。図４は、変形の例示的詳細を示す。光学装置５００は、正曲率を入力円錐４０２内の光ビームのそれぞれに適用し、修正された光円錐の異なる回転コピーの２Ｄアレイをディスプレイの表面上にマッピング４０６することによって、変形を行う。これらの演算は、マイクロリフレクタ５４０のアレイによって物理的に生成され、狭平面波光ビームを広球面波面４０４に変形させ、光円錐を仮想深度平面に変換し、図１２の実施例に示されるように、２次元投影の積層から３Ｄボリュームを生成する効果を有する。（比較のために、図４および１２はまた、平坦波面４１０中に発生された入力円錐４０８を示す。）図１３は、仮想物体点に対する座標系１３００を示す。図１４は、ディスプレイ表面上の４Ｄ明視野に対する座標系１４００を示す。図１５は、２次元マイクロリフレクタ配向に対する座標系１５００を示す。

【0039】

光学装置５００の文脈では、線形または矩形導波路５０４は、単一狭光ビームの入力に基づいて、数学的かつ物理的に光ビームの広２Ｄアレイを生成する、ビーム倍増管および広角器として機能する。図１９は、光円錐１９０２ａ１９０２ｄ（集合的に、１９０２）が、どのように入射光の一部を透過させ、入射光の一部を反射させる、複数のビームスプリッタの使用を通して倍増されるかを図示する。
例示的システム仕様

【0040】

マイクロリフレクタ（例えば、湾曲マイクロリフレクタ５０４）は、部分的に、透過性であって、ビームスプリッタならびにリフレクタの機能を果たすはずである。このように、狭範囲の角度を有する光の単一ビームは、繰り返し倍増され、アレイを通して再分散され、広４Ｄ明視野を作成することができる。

【0041】

さらに、導波路（例えば、線形または矩形導波路５０４）およびマイクロリフレクタ（例えば、湾曲マイクロリフレクタ５０４）の反射表面（例えば、５３２）の反射率は、角度特有であるはずである。具体的には、マイクロリフレクタ（例えば、湾曲マイクロリフレクタ５０４）は、導波路（例えば、線形または矩形導波路５０４）の表面（例えば、５３２）から内部反射される入力円錐の角度モードのみを反射させるはずであって、全ての他の角度モードには透過性であるはずである。各導波路（例えば、線形または矩形導波路５０４）は、マイクロリフレクタ（例えば、湾曲マイクロリフレクタ５０４）から反射される角度モードに対してのみ透過性であるはずであって、全ての他の角度モードを導波路（例えば、線形または矩形導波路５０４）の内部に閉じ込めるはずである。これは、入力円錐からの光が、導波路の全長（例えば、線形または矩形導波路５０４）全体を通して分散され、２Ｄアレイ５０２から投影される前に、マイクロリフレクタ（例えば、湾曲マイクロリフレクタ５０４）のそれぞれに結合されることを可能にする。これはまた、光が、導波路（例えば、線形または矩形導波路５０４）内の２つの対向表面（例えば、５３２）からマイクロリフレクタ（例えば、湾曲マイクロリフレクタ５０４）に衝突（これは、単一セットの画像の代わりに、二重セットの画像の作成をもたらすであろう）しないように防止する。

【0042】

これは、視野を制限し得る。例えば、これは、視野を４５度の最大視野（ＦＯＶ）７００（図７）に制限し得る。導波路内を伝搬し得る、合計可能３６０度の角度のうち、それらの角度の半分（１８０度）は、誤った方向に（導波路中の代わりに、そこから）伝搬し、別の４５度は、マイクロリフレクタによって外方に投影される視野に対応し、さらに４５度は、光円錐がマイクロリフレクタに衝突する前に、導波路によって伝搬される角度がシフトされた光円錐に対応する。残りの９０度は、これらの角度が、図６に示されるように、外側導波路表面からの二次反射からエイリアシング効果をもたらし得るため、使用不可能であると考えられる。実際は、光学装置５００の視野７００は、図７に示されるように、マイクロリフレクタ５４０によって生成されるビーム曲率に対応するように、４５度未満となるであろう。

【0043】

線形または矩形導波路５０４中に結合される光ビームは、マイクロリフレクタ５４０が光ビームによって均等に被覆され、出力における間隙および不規則性が最小限にされるように十分に広くあるべきである。図２０は、光ビーム２００２の幅が、光ビームアレイ内の間隙を防止するために十分に広くない、実施例を示す。

【0044】

ディスプレイが拡張現実デバイスとして機能するために、入力円錐からの光は、単一軸に沿って偏光されるべきであって、マイクロリフレクタ５４０および導波路５０４の反射性対向表面５３２は、同一の軸に沿って偏光される光のみを反射すべきである。さらに、ディスプレイの外側は、ユーザが、実−仮想コントラスト、すなわち、実および仮想視野の相対的光強度を調節することを可能にする、液晶ディスプレイ等の直交偏光画面（図示せず）を有するべきである。直交偏光画面はまた、実世界殻の光を仮想ディスプレイの偏光軸に対して直交偏光し、したがって、光が、マイクロリフレクタ５４０あるいは線形または矩形導波路５０４の反射対向表面５３２によって影響されずに、ディスプレイを通して通過することを可能にすることができる。

【0045】

さらに、経路長の変動、通過時間、および波長によって生じる、いかなる位相差および非干渉性も、ヒト視覚系によって検出不可能であるべきである。

【0046】

装着式デバイスであるために十分に薄くあるために、２Ｄアレイ５０２の各２Ｄ平面導波路、列、セット、または層５０６は、可能な限り薄くあるべきである。例えば、１０層を伴う一実施形態では、層あたり約１ｍｍの厚さが、装着式デバイスに有効となるであろう。例えば、２５〜３５のより多数の層では、近および遠明視野が、完全に再作成されることができる。しかしながら、１０未満または３５超の層も、使用されることができる。

【0047】

いくつかの実装では、各２Ｄ平面導波路、列、セット、または層５０６は、リアルタイムで再構成されることができる、すなわち、マイクロリフレクタ５０４の曲率および／または２Ｄ配向勾配は、高速様式において動的に変動されることができる。そのような実装を使用して、各仮想深度層の投影は、同時に提示される代わりに、時間多重化されることができる。これを行うために、単一層Ｎ−平面ディスプレイシステムは、Ｎ−層システムにおいて単一層のリフレッシュレートのＮ倍のレートで再構成されるべきである。動的に構成可能な湾曲マイクロリフレクタ５０４ａ（図１０）が、採用されてもよい。例えば、２次元液晶表面が、使用されることができ、表面の形状および配向は、図１０の実施例に示されるように、電場および／または磁場で制御されることができる。代替として、電気的および／または磁気的に変形可能なマイクロ流体が、マイクロリフレクタ５０４ｂとして使用されることができ、形状および配向は、図１７の実施例に示されるように、動的に変化されることができる。

【0048】

いくつかの実施形態では、その画素５４０ｂが規定された方向に光を投影可能な透過性ディスプレイ画面は、例えば、図１０の下および図１１の実施例に示されるように、投影される光の方向を変化させるために使用されることができる。
ＷＲＡＰの操作

【0049】

図２１は、複数の層導波路を並行して駆動することによって、ディスプレイ上に３次元ボリュームを再作成する例示的プロセス２１００を図示する、流れ図である。ブロック２１０５では、光学装置５０２は、複数の入力光ビームを受光する。複数の光ビームはそれぞれ、マルチモード光ファイバによって送達されることができる。複数の入力光ビームはそれぞれ、再作成されることになる３次元ボリュームの異なる層内の視野の一部の強度パターンに対応する。

【0050】

次いで、ブロック２１１０では、システムは、複数の入力光ビームのそれぞれから中間光ビームのセットを作成する。

【0051】

次に、ブロック２１１５では、システムは、独立して、複数の中間光ビームのセットのコピーを回転させ、ブロック２１２０では、仮想点から放射すると考えられる波面を投影させる。投影された波面は全て、ともにユーザによって視認されるための３Ｄボリュームを再作成する。
結論

【0052】

本明細書の説明および請求項全体を通して別途文脈により明確に指定されない限り、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、および同等物の単語は、排他的または網羅的な意味ではなく、包含的な意味（すなわち、例えば、「含むがこれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ， ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」）の意味に解釈するものとする。本明細書で使用されるように、「接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「結合された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」という用語またはその任意の変形は、２つ以上の要素間の直接的または間接的のいずれかの任意の接続または結合を意味する。そのような要素間の接続または結合は、物理的、論理的、またはその組み合わせであることができる。加えて、本願で使用されるとき、「本明細書における（ｈｅｒｅｉｎ）」、「上記（ａｂｏｖｅ）」、「下記（ｂｅｌｏｗ）」という用語および同様の趣旨の用語は、本願全体を指すものであって、本願の任意の特定の部分を指すものではない。文脈が許す場合、単数形または複数形を使用した上の前述の発明を実施するための形態における用語はまた、それぞれ、複数または単数を含んでいてもよい。２つ以上の項目のリストを指す「または（ｏｒ）」という用語は、当該用語の以下の解釈の全てを網羅する。すなわち、当該リストの項目の任意のもの、当該リストの項目の全て、および当該リストの項目の任意の組み合せである。

【0053】

本開示の実施例の前述の発明を実施するための形態は、包括的なものではなく、かつ本発明の教示を上で開示した精密な形態に限定することを意図していない。本発明の具体的実施例は、例証目的で前述されており、当業者が認識するであろうように、本発明の範囲内で種々の均等物修正が可能である。プロセスまたはブロックは、本願に所与の順序で提示されるが、代替実装は、異なる順序で行われるステップを有するルーチンを行う、または異なる順序でブロックを有するシステムを採用してもよい。いくつかのプロセスまたはブロックは、削除、移動、追加、再分割、組み合わせ、および／または修正され、代替または部分的組み合わせを提供してもよい。また、プロセスまたはブロックは、随時、直列に行われるものとして示されるが、これらのプロセスまたはブロックは、代わりに、並列に行われる、または実装されてもよく、あるいは異なる時点で行われてもよい。さらに、本明細書に示す任意の具体的数は実施例にすぎない。代替実装は、異なる値または範囲を採用してもよいことを理解されたい。

【0054】

本明細書に提供される種々の例証および教示はまた、前述のシステム以外のシステムにも適用されることができる。前述の種々の実施例の要素および作用は、本発明のさらなる実装を提供するように組み合わせられることができる。

【0055】

任意の特許および出願ならびに付随の出願書類に列挙され得る任意のものを含む前述の他の参考文献は、参照することによって本明細書に組み込まれる。本発明の側面は、必要に応じて、そのような参考文献に含まれるシステム、機能、および概念を採用し、本発明のさらなる実装を提供するように修正されることができる。

【0056】

本発明に対するこれらのおよび他の変更は、前述の発明を実施するための形態に照らして行われることができる。前述の説明が本発明のある実施例を説明し、想定される最良の形態を説明しているが、前述がいかに詳細に文書化されていようとも、本発明は、多くの方法で実践されることができる。本システムの詳細は、その具体的実装においてかなり異なり得るが、依然として、本明細書に開示される本発明によって包含されている。前述のように、本発明のある特徴または側面を説明する際に使用される特定の専門用語は、当該用語が関連付けられている本発明の任意の具体的特性、特徴、または側面に制限されるように本明細書において再定義されていることを含意すると見なされるべきではない。一般に、以下の請求項で使用する用語は、前述の発明を実施するための形態の項が明示的に当該用語を定義しない限り、本発明を本明細書に開示する具体的実施例を限定するものと解釈すべきではない。故に、本発明の実際の範囲は、開示された実施例だけでなく、請求項の下で本発明を実践または実装する全ての均等物方法を包含する。

【0057】

本発明のある側面が、ある請求項の形式で以下に提示されているが、本出願人は任意の数の請求項の形式で本発明の種々の側面を想定している。例えば、本発明の一側面だけが、米国特許法第１１２条第６項（３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２（６））に基づく手段および機能（ｍｅａｎｓ−ｐｌｕｓ−ｆｕｎｃｔｉｏｎ）請求項として列挙されるが、他の側面も同様に、手段および機能請求項として、またはコンピュータ可読媒体内に具現化されるように等、他の形式でも同様に具現化されることができる。（米国特許法第１１２条第６項の下で扱われることが意図されるいかなる請求項も、「するための手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」という語句で始まる）。故に、出願人は、出願後に追加的な請求項を加えて、本発明の他の側面のためにそのような追加的な請求項形式を求める権利を保有する。

【0058】

２０１２年６月１１日出願の米国特許出願第６１／６５８，３５５号は、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】