特許 7592139 コリメート走査ミラーを伴う投影システム

(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】

(24)【登録日】2024-11-21

(45)【発行日】2024-11-29

(54)【発明の名称】コリメート走査ミラーを伴う投影システム

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/10 20060101AFI20241122BHJP

   G02B 26/08 20060101ALI20241122BHJP

   G02B 27/02 20060101ALI20241122BHJP

【ＦＩ】

G02B26/10 104Z

G02B26/08 E

G02B27/02 Z

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2023183896

(22)【出願日】2023-10-26

(62)【分割の表示】P 2021517038の分割

【原出願日】2019-09-27

(65)【公開番号】P2023184599

(43)【公開日】2023-12-28

【審査請求日】2023-10-26

(31)【優先権主張番号】62/738,722

(32)【優先日】2018-09-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】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．

【住所又は居所原語表記】７５００ Ｗ ＳＵＮＲＩＳＥ ＢＬＶＤ，ＰＬＡＮＴＡＴＩＯＮ，ＦＬ ３３３２２ ＵＳＡ

(74)【代理人】

【識別番号】100104824

【弁理士】

【氏名又は名称】穐場 仁

(74)【代理人】

【識別番号】100121463

【弁理士】

【氏名又は名称】矢口 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100137969

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 憲昭

(72)【発明者】

【氏名】チャールズ デイビッド メルヴィル

(72)【発明者】

【氏名】ブライアン ティー． ショーウェンゲルト

(72)【発明者】

【氏名】マシュー ディー． ワトソン

【審査官】近藤 幸浩

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－０８３５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１７９２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２４３５７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－３０４６４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／００１８３９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／００７９８６５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１２０５５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－２５２２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２１９５６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２６０３７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６０－０７４１２２（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２６／１０

Ｇ０２Ｂ ２６／０８

Ｇ０２Ｂ ２７／０２

Ｇ０２Ｂ ２７／０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ディスプレイアセンブリであって、
入力結合格子と、
２つ以上の異なる回転軸を中心として回転するように構成される走査ミラーと、
光学要素と、
発光端部を有する発光コンポーネントであって、前記発光端部は、前記入力結合格子と前記走査ミラーとの間に配置され、前記発光端部から放出された光が、前記走査ミラーから反射され、前記光学要素を通して、前記入力結合格子の中に逆屈折される、発光コンポーネントと
を備えるディスプレイアセンブリ。

【請求項2】

前記発光端部から放出された前記光は、前記走査ミラーから反射される前に、前記光学要素の少なくとも一部を通って屈折される、請求項１に記載のディスプレイアセンブリ。

【請求項3】

前記発光コンポーネントは、光ファイバを備える、請求項1に記載のディスプレイアセンブリ。

【請求項4】

前記発光コンポーネントは、光学系を含む発光ダイオードまたはレーザを備え、前記光学系は、面走査ミラーの一部を横断して前記発光端部から放出された前記光を拡散させるように構成される、請求項１に記載のディスプレイアセンブリ。

【請求項5】

前記発光端部から放出された前記光は、前記光学要素の中心領域を通過する、請求項１に記載のディスプレイアセンブリ。

【請求項6】

前記光学要素は、チャネルを備え、前記発光コンポーネントは、前記チャネル内に配置されている、請求項５に記載のディスプレイアセンブリ。

【請求項7】

接眼レンズをさらに備え、前記入力結合格子は、前記発光端部から放出された前記光を受け取り、前記受け取られた光を前記接眼レンズの中に伝送させるように構成される、請求項１に記載のディスプレイアセンブリ。

【請求項8】

前記発光コンポーネントは、複数の光ファイバのうちの光ファイバを備え、前記複数の光ファイバの第１の光ファイバは、前記複数の光ファイバの第２の光ファイバと平行である、請求項１に記載のディスプレイアセンブリ。

【請求項9】

前記光学要素は、前記光が前記入力結合格子に入射する前に、少なくとも部分的に、前記走査ミラーから反射された前記光をコリメートするように構成される、請求項１に記載のディスプレイアセンブリ。

【請求項10】

前記光学要素は、前記入力結合格子に向かって配向される凸面表面を有するレンズを備える、請求項１に記載のディスプレイアセンブリ。

【請求項11】

前記光学要素は、第１の光学要素であり、前記ディスプレイアセンブリはさらに、第２
の光学要素を備え、前記走査ミラーは、前記第１の光学要素と第２の光学要素との間に配置される、請求項１に記載のディスプレイアセンブリ。

【請求項12】

前記走査ミラーは、前記第１の光学要素に向かって配向される第１の反射性表面と、前記第２の光学要素に向かって配向される第２の反射性表面とを有する、請求項１１に記載のディスプレイアセンブリ。

【請求項13】

前記走査ミラーを前記２つ以上の異なる回転軸のうちの１つを中心として回転させるように構成されるアクチュエータをさらに備える、請求項１に記載のディスプレイアセンブリ。

【請求項14】

前記アクチュエータは、電磁アクチュエータを備え、磁石が、前記走査ミラーのいずれかの端部に位置付けられ、
前記磁石は、持続的磁場を放出し、
前記持続的磁場は、電磁コイルによって放出される偏移磁場と相互作用するように構成され、
前記持続的磁場と前記偏移磁場との間の相互作用は、回転軸を中心とした前記走査ミラーの回転を誘発する、請求項１３に記載のディスプレイアセンブリ。

【請求項15】

前記アクチュエータは、１つ以上の圧電アクチュエータを備え、前記１つ以上の圧電アクチュエータは、螺旋幾何学形状を有する、請求項１４に記載のディスプレイアセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本願は、その内容が、その全体として本明細書に組み込まれる、２０１８年９月２８日に出願され、「ＰＲＯＪＥＣＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＷＩＴＨ ＣＯＬＬＩＭＡＴＩＮＧ ＳＣＡＮＮＩＮＧ ＭＩＲＲＯＲ」と題された、米国仮特許出願第６２／７３８，７２２号の優先権の利益を主張する。

【背景技術】

【0002】

現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、仮想または拡張現実体験のためのシステムの開発を促進しており、デジタル的に再現された画像またはその一部が、現実であるように見える、またはそのように知覚され得る様式で、視認者に提示される。仮想現実、すなわち、「ＶＲ」シナリオは、典型的には、他の実際の実世界の視覚的入力に対する透過性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。拡張現実、すなわち、「ＡＲ」シナリオは、典型的には、視認者の周囲の実際の世界の可視化に対する拡張としてのデジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。

【0003】

これらのディスプレイ技術において成された進歩にもかかわらず、当技術分野において、拡張現実システム、特に、ディスプレイシステムに関連する、改良された方法、システム、およびデバイスの必要性が存在する。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

本開示は、ウェアラブル拡張現実デバイスのためのディスプレイアセンブリに関する、種々の実施形態を説明する。特に、シリコン上液晶またはデジタルマイクロミラーデバイス技術によって生成された２Ｄ焦点平面アレイ光変調器を含む、ディスプレイアセンブリより実質的に小さい、高度に小型のディスプレイアセンブリが、説明される。

【0005】

ディスプレイアセンブリが、開示され、以下、すなわち、入力結合格子と、２つ以上の異なる回転軸を中心として回転するように構成される、走査ミラーと、光学要素と、複数の光ファイバであって、複数の光ファイバの各光ファイバは、入力結合格子と走査ミラーとの間に配置され、発光端部から放出された光が、光学要素の少なくとも一部を通して屈折され、走査ミラーから反射され、光学要素を通して、入力結合格子の中に逆屈折されるように配向される、発光端部を有する、複数の光ファイバとを含む。

【0006】

別のディスプレイアセンブリも、開示され、以下、すなわち、入力結合格子と、走査ミラーと、光学要素と、入力結合格子と走査ミラーとの間に配置される、発光端部であって、発光端部から放出された光が、光学要素の少なくとも一部を通して屈折され、走査ミラーから反射され、光学要素を通して、入力結合格子の中に逆屈折されるように配向される、発光端部を有する、光ファイバとを含む。

【0007】

拡張現実デバイスも、開示され、以下、すなわち、光をユーザの眼の中に投影するように構成される、光学的に透明な接眼レンズであって、光を受け取るように構成される、入力結合格子を備える、接眼レンズと、２つ以上の異なる回転軸を中心として回転するように構成される、走査ミラーと、光学要素と、複数の光ファイバであって、複数の光ファイバの各光ファイバは、入力結合格子と走査ミラーとの間に配置され、発光端部から放出された光が、光学要素の少なくとも一部を通して屈折され、走査ミラーから反射され、光学要素を通して、入力結合格子の中に逆屈折されるように配向される、発光端部を有する、複数の光ファイバとを含む。

【0008】

光学走査アセンブリも、開示され、以下、すなわち、走査ミラーと、単結晶基板とを含む。単結晶基板は、周辺領域と、第１の撓曲部および第２の撓曲部によって周辺領域に結合される、ミラー支持領域であって、第１および第２の撓曲部によって画定された第１の回転軸を中心として周辺領域に対して回転するように構成され、走査ミラーに結合される、ミラー支持構造を含む、ミラー支持領域とを含む。光学走査アセンブリはまた、第１の磁場を放出し、単結晶基板に結合される、永久磁石と、ミラー支持領域上に配置され、第１の磁場と相互作用し、第１の回転軸を中心としたミラー支持領域の回転を誘発する、第２の磁場を放出するように構成される、電磁コイルとを含む。

【0009】

別の光学走査アセンブリも、開示され、以下、すなわち、周辺領域を含む、平面基板と、第１の撓曲部および第２の撓曲部によって周辺領域に結合される、ミラー支持領域であって、第１および第２の撓曲部によって画定された回転軸を中心として周辺領域に対して回転するように構成される、ミラー支持領域とを含む。光学走査アセンブリはまた、ミラー支持領域の中心部分に結合される、走査ミラーと、第１の磁場を放出し、平面基板に結合される、永久磁石と、ミラー支持領域の周辺部分上に配置され、第１の磁場と相互作用し、回転軸を中心としたミラー支持領域の回転を誘発する、第２の磁場を放出するように構成される、電磁コイルとを含む。

【0010】

拡張現実デバイスも、開示され、以下、すなわち、光をユーザの眼の中に投影するように構成される、光学的に透明な接眼レンズであって、光を受け取るように構成される、入力結合格子を備える、光学的に透明な接眼レンズと、接眼レンズに結合される、光学走査アセンブリとを含む。光学走査アセンブリは、周辺領域を有する、平面基板と、第１の撓曲部および第２の撓曲部によって周辺領域に結合される、第１および第２の撓曲部によって画定された回転軸を中心として周辺領域に対して回転するように構成される、ミラー支持領域とを含む。光学走査アセンブリはまた、ミラー支持領域の中心部分に結合される、走査ミラーと、第１の磁場を放出し、平面基板に結合される、永久磁石と、ミラー支持領域の周辺部分上に配置され、第１の磁場と相互作用し、回転軸を中心としたミラー支持領域の回転を誘発する、第２の磁場を放出するように構成される、電磁コイルとを含む。拡張現実デバイスはまた、光が、走査ミラーから、入力結合格子に向かって、その中に反射されるように、光を走査ミラーに向かって指向するように構成される、発光コンポーネントを含む。

【0011】

入力結合格子と、光学要素と、走査ミラーとを有する、ディスプレイアセンブリを動作させる方法も、開示され、以下、すなわち、画像毎に変調された光を光ファイバから放出するステップを含む。本方法はまた、放出された画像毎に変調された光を光学要素の少なくとも一部を通して屈折させ、入力ビームを提供するステップを含む。本方法はさらに、入力ビームを走査ミラーから反射させ、走査されたビームを提供するステップを含む。本方法はさらに、走査されたビームを光学要素の少なくとも一部を通して屈折させ、屈折された入力光を提供するステップを含む。本方法はさらに、屈折された入力光を入力結合格子の中に結合するステップを含む。

【0012】

本発明の他の側面および利点が、実施例として、説明される実施形態の原理を図示する、付随の図面と併せて検討される、以下の詳細な説明から明白となるであろう。
本発明は、例えば、以下の項目を提供する。
（項目１）
ディスプレイアセンブリであって、
入力結合格子と、
２つ以上の異なる回転軸を中心として回転するように構成される走査ミラーと、
光学要素と、
複数の光ファイバであって、前記複数の光ファイバの各光ファイバは、発光端部を有し、前記発光端部は、前記入力結合格子と前記走査ミラーとの間に配置され、前記発光端部から放出された光が、前記光学要素の少なくとも一部を通して屈折され、前記走査ミラーから反射され、前記光学要素を通して、前記入力結合格子の中に逆屈折されるように配向される、複数の光ファイバと
を備える、ディスプレイアセンブリ。
（項目２）
接眼レンズをさらに備え、前記入力結合格子は、前記複数の光ファイバから放出された光を受け取り、前記受け取られた光を前記接眼レンズの中に伝送させるように構成される、項目１に記載のディスプレイアセンブリ。
（項目３）
前記複数の光ファイバは、前記入力結合格子と前記光学要素との間に配置される、項目１に記載のディスプレイアセンブリ。
（項目４）
前記複数の光ファイバの第１の光ファイバは、前記複数の光ファイバの第２の光ファイバと平行である、項目３に記載のディスプレイアセンブリ。
（項目５）
前記光学要素は、前記光が前記入力結合格子に入射することに先立って、少なくとも部分的に、前記走査ミラーから反射された光をコリメートするように構成される、項目１に記載のディスプレイアセンブリ。
（項目６）
前記光学要素は、前記入力結合格子に向かって配向される凸面表面を有するレンズを備える、項目１に記載のディスプレイアセンブリ。
（項目７）
前記光学要素は、第１の光学要素であり、前記ディスプレイアセンブリはさらに、第２の光学要素を備え、前記走査ミラーは、前記第１の光学要素と第２の光学要素との間に配置される、項目１に記載のディスプレイアセンブリ。
（項目８）
前記走査ミラーは、前記第１の光学要素に向かって配向される第１の反射性表面と、前記第２の光学要素に向かって配向される第２の反射性表面とを有する、項目７に記載のディスプレイアセンブリ。
（項目９）
前記複数の光ファイバの１つ以上の光ファイバの発光端部は、前記１つ以上の光ファイバからの光を減結合するように構成される研磨された表面を有する、項目１に記載のディスプレイアセンブリ。
（項目１０）
前記複数の光ファイバの１つ以上の光ファイバは、前記光学要素の少なくとも一部を通して延在する、項目１に記載のディスプレイアセンブリ。
（項目１１）
拡張現実デバイスであって、
光をユーザの眼の中に投影するように構成される光学的に透明な接眼レンズであって、前記接眼レンズは、光を受け取るように構成される入力結合格子を備える、接眼レンズと、
２つ以上の異なる回転軸を中心として回転するように構成される走査ミラーと、
光学要素と、
複数の光ファイバであって、前記複数の光ファイバの各光ファイバは、発光端部を有し、前記発光端部は、前記入力結合格子と前記走査ミラーとの間に配置され、前記発光端部から放出された光が、前記光学要素の少なくとも一部を通して屈折され、前記走査ミラーから反射され、前記光学要素を通して、前記入力結合格子の中に逆屈折されるように配向される、複数の光ファイバと
を備える、拡張現実デバイス。
（項目１２）
前記走査ミラーを前記２つ以上の異なる回転軸のうちの１つを中心として回転させるように構成される電磁アクチュエータをさらに備える、項目１１に記載の拡張現実デバイス。
（項目１３）
前記複数の光ファイバの発光端部は、前記入力結合格子と前記光学要素との間に配置される、項目１１に記載の拡張現実デバイス。
（項目１４）
入力結合格子と、光学要素と、走査ミラーとを有するディスプレイアセンブリを動作させるための方法であって、前記方法は、
画像毎に変調された光を光ファイバから放出することと、
前記放出された画像毎に変調された光を前記光学要素の少なくとも一部を通して屈折させ、入力ビームを提供することと、
前記入力ビームを前記走査ミラーから反射させ、走査されたビームを提供することと、
前記走査されたビームを前記光学要素の少なくとも一部を通して屈折させ、屈折された入力光を提供することと、
前記屈折された入力光を前記入力結合格子の中に結合することと
を含む、方法。
（項目１５）
前記走査ミラーは、２つの異なる回転軸を中心として回転するように構成される、項目１４に記載の方法。
（項目１６）
前記光ファイバは、前記光学要素の中心領域を通して延在する、項目１４に記載の方法。
（項目１７）
前記光ファイバは、前記入力結合格子内の開口部を通して延在する、項目１６に記載の方法。
（項目１８）
前記光ファイバは、第１の光ファイバであり、前記ディスプレイアセンブリはさらに、前記入力結合格子と前記走査ミラーとの間に位置付けられる発光端部を有する第２の光ファイバを備える、項目１４に記載の方法。
（項目１９）
前記光学要素は、第１の光学要素であり、前記ディスプレイアセンブリはさらに、第２の光学要素を備え、前記走査ミラーは、前記第１の光学要素と第２の光学要素との間に配置される、項目１４に記載の方法。
（項目２０）
前記光学要素は、第１の光学要素であり、前記ディスプレイアセンブリはさらに、第２の光学要素を備え、前記走査ミラーは、前記第１の光学要素と第２の光学要素との間に配置される、項目１９に記載の方法。

【図面の簡単な説明】

【0013】

本開示は、同様の参照番号が同様の構造要素を指定する、付随の図面と併せて、以下の詳細な説明によって容易に理解されるであろう。

【0014】

【図1】図１は、本発明の実施形態による、例示的拡張現実システムを示す。

【0015】

【図2】図２は、本発明の実施形態による、光学アセンブリを含む、例示的構成の上面図を示す。

【0016】

【図3A】図３Ａは、図２に描写される光学アセンブリとしての使用のために好適な光学スキャナの斜視図を示す。

【0017】

【図3B】図３Ｂは、本発明の実施形態による、光学スキャナの一部の斜視図を示す。

【0018】

【図3C】図３Ｃは、図３Ｂに図示される光学スキャナのミラー支持領域の撓曲部の一部の拡大図を示す。

【0019】

【図3D】図３Ｄは、本発明の実施形態による、ミラー支持領域の回転が圧電アクチュエータによって駆動される、図３Ａに描写される光学スキャナの代替構成を示す。

【0020】

【図3E】図３Ｅは、圧電アクチュエータ上の電極の１つの可能性として考えられる配列を図示するために、図３Ｄに描写される圧電アクチュエータのうちの１つの拡大図を示す。

【0021】

【図3F】図３Ｆは、本発明の実施形態による、光学スキャナを動作させるための方法を説明する、ブロック図を示す。

【0022】

【図4A】図４Ａは、図３Ａ－３Ｃに描写される光学スキャナの下向きに向いた側の斜視図を示す。

【0023】

【図4B】図４Ｂは、図３Ａ－３Ｃに描写される光学スキャナの断面図を示す。

【0024】

【図4C】図４Ｃは、図４Ａ－４Ｂに描写される光ファイバの例示的なものの断面側面図を示す。

【0025】

【図5A】図５Ａは、本発明の実施形態による、第１の構成における光学スキャナの要素の断面図を示す。

【0026】

【図5B】図５Ｂは、本発明の実施形態による、第２の構成における図５Ａに図示される光学スキャナの断面図を示す。

【0027】

【図5C】図５Ｃは、本発明の実施形態による、第３の構成における図５Ａに図示される光学スキャナの断面図を示す。

【0028】

【図6A】図６Ａは、本発明の実施形態による、第１の構成における別の光学スキャナの断面図を示す。

【0029】

【図6B】図６Ｂは、本発明の実施形態による、第２の構成における図６Ａに図示される光学スキャナの断面図を示す。

【0030】

【図6C】図６Ｃは、本発明の実施形態による、第３の構成における図６Ａに図示される光学スキャナの断面図を示す。

【0031】

【図7A】図７Ａは、本発明の実施形態による、光学要素が走査ミラーの対向側上に位置付けられる、光学スキャナの斜視図を示す。

【0032】

【図7B】図７Ｂは、図７Ａに描写される光学スキャナの断面図を示す。

【0033】

【図7C】図７Ｃは、図７Ａ－７Ｂに描写される光学スキャナが拡張現実ディスプレイアセンブリの中に組み込まれ得る、光学アセンブリの上面図を示す。

【図8】（記載なし）

【発明を実施するための形態】

【0034】

本願による、方法および装置の代表的用途が、本節に説明される。これらの実施例は、文脈を追加し、説明される実施形態の理解を支援するためだけに提供されている。したがって、説明される実施形態は、これらの具体的詳細のうちのいくつかまたは全てを伴わずに実践され得ることが当業者に明白となるであろう。他の事例では、周知のプロセスステップは、説明される実施形態を不必要に不明瞭にすることを回避するために、詳細に説明されていない。他の用途も、可能性として考えられ、したがって、以下の実施例は、限定として捉えられるべきではない。

【0035】

以下の詳細な説明では、説明の一部を形成し、例証として、説明される実施形態による、具体的実施形態が示される、付随の図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が説明される実施形態を実践することを可能にするために十分に詳細に説明されるが、これらの実施例は、限定ではなく、したがって、他の実施形態が、使用されてもよく、変更が、説明される実施形態の精神および範囲から逸脱することなく行われてもよいことを理解されたい。

【0036】

画像生成コンポーネントは、仮想および拡張現実デバイスの性能にとって重要である。画像生成コンポーネントはまた、空間を占有し、システムのエネルギーの実質的部分を利用する傾向にある。これらの２つの問題に対処するための１つの方法は、微小電気機械的システム（ＭＥＭＳ）技術を用いて、画像生成コンポーネントを構築することである。特に、本開示は、単結晶基板上に構築される、光学スキャナ構成を説明する。

【0037】

光学スキャナは、２つの直交軸を中心として回転し、ラスタ走査を実施するように構成される、走査ミラーを含む、単結晶基板の中に組み込まれる、走査アセンブリを含むことができる。軸のうちの１つを中心とした回転は、単結晶基板のミラー支持領域上に位置付けられる、電磁石と、ミラーの対向側上に位置付けられる永久磁石によって生成される、持続的磁場との間の相互作用によって誘発されることができる。光は、光を走査ミラーに向かって指向するように構成される、発光端部を含む、１つ以上の光ファイバによって、走査ミラーに送達されることができる。いくつかの実施形態では、光ファイバによって放出された光は、走査ミラーに到着することに先立って、光学要素を通して屈折される。走査ミラーによって反射された後、光は、拡張現実デバイスの入力結合格子において受け取られることに先立って、光学要素を通して逆通過する。光学要素は、入力結合格子において受け取られることに先立って、光をコリメートすることに役立ち得る。

【0038】

いくつかの実施形態では、両面走査ミラーが、利用され、走査ミラーが、２つの異なる方向から受け取られ、外に伝送される、光を走査することが可能であるように、２つの光学要素間に位置付けられることができる。このように、光が、２つの異なる回折光学系のセットの中に送達されることができる、または代替として、方向のうちの１つに放出された光が、外向きに放出され、拡張現実デバイスのユーザを囲繞する環境を特性評価することに役立つことができる。

【0039】

これらおよび他の実施形態は、図１－７Ｃを参照して下記に議論される。しかしながら、当業者は、これらの図に関して本明細書に与えられる詳細な説明が、説明目的のみのためのものであって、限定として解釈されるべきではないことを容易に理解するであろう。

【0040】

図１は、本発明の実施形態による、例示的拡張現実システム１００を示す。図１に示されるように、システム１００は、拡張現実ヘッドギヤ１０２と、ハンドヘルドコントローラ１０４と、補助ユニット１０６とを含む。拡張現実ヘッドギヤ１０２は、左（ユーザの左）透明導波管セット接眼レンズ（以降、「左接眼レンズ」）１０８と、右透明導波管セット接眼レンズ（以降、「右接眼レンズ」）１１０とを含む。接眼レンズ１０８、１１０はそれぞれ、画像毎に変調された光のフローを制御するための表面回折光学要素を含む。接眼レンズ１０８および１１０は、光学フレーム１１１によって定位置に保持される。左接眼レンズ１０８は、左入力結合格子１１２と、左直交瞳拡張（ＯＰＥ）格子１１４と、左出射（出力）瞳孔拡張（ＥＰＥ）格子１１６とを含む。同様に、右接眼レンズ１１０は、右入力結合格子１１８と、右ＯＰＥ格子１２０と、右ＥＰＥ格子１２２とを含む。画像毎に変調された光は、入力結合格子１１２、１１８、ＯＰＥ１１４、１２０、およびＥＰＥ１１６、１２２を介して、ユーザの眼に伝達される。代替として、入力結合格子１１２、１１８、ＯＰＥ格子１１４、１２０、およびＥＰＥ格子１１６、１２２の代わりに、接眼レンズ１０８、１１０は、ユーザの眼への画像毎に変調された光の結合を制御するために、屈折および反射性特徴を含むことができる。いくつかの要素は、本明細書では、格子、例えば、左入力結合格子１１２、左ＯＰＥ格子１１４、左ＥＰＥ格子１１６、右入力結合格子１１８、右ＯＰＥ格子１２０、および右ＥＰＥ格子１２２と称されるが、本発明は、格子に限定されず、回折構造および他の回折光学要素も、格子と併せて、それに加え、またはその代わりに、利用されることができることを理解されたい。しかしながら、明確性の目的のために言及される、本明細書における格子の言及は、他の回折光学要素を包含するものと理解されたい。当業者は、多くの変形例、修正、および代替を認識するであろう。

【0041】

画像毎に変調された光の左源１２４は、左入力結合格子セット１１２を通して、左接眼レンズ１０８の中に光学的に結合され、画像毎に変調された光の右源１２６は、右入力結合格子１１８を通して、右接眼レンズ１１０の中に光学的に結合される。入力結合格子セット１１２、１１８は、画像毎に変調された光の源１２４、１２６からの光を、接眼レンズ１０８、１１０に関する全内部反射（ＴＩＲ）のための臨界角を上回る角度に偏向させる。ＯＰＥ格子セット１１４、１２０は、ＴＩＲによって伝搬する光をＥＰＥ格子セット１１６、１２２に向かって下に漸次的に偏向させる。ＥＰＥ格子セット１１６、１２２は、光を、ユーザの眼の瞳孔を含む、ユーザの顔に向かって漸次的に外部結合する。接眼レンズ１０８、１１０はそれぞれ、異なる色成分をハンドリングするために使用される、複数の導波管平面を含むことができ、異なる波面曲率（異なる仮想画像距離に対応する）を画像毎に変調された光に付与するために、異なる格子線曲率を有する、ＥＰＥ格子セット１１６、１２２を具備する。

【0042】

補助ユニット１０６は、バッテリを含み、システム１００を動作させるためのエネルギーを提供することができ、システム１００を動作させるためのプログラムを実行するために、プロセッサを含むことができる。いくつかの実施形態では、プロセッサまたは別の補助プロセッサは、１つ以上のフィードバック制御動作を実施し、電子デバイス１００のディスプレイアセンブリの制御を維持することに役立つように構成される、コントローラの形態をとることができる。示されるように、補助ユニット１０６は、補助ユニット１０６をユーザのベルトに取り付けるために有用である、クリップ１２８を含む。代替として、補助ユニット１０６は、異なる形状因子を有することができる。

【0043】

拡張現実ヘッドギヤ１０２はまた、左つるのアーム１３０と、右つるのアーム１３２とを含む。左つるのアーム１３０は、左つるスピーカポート１３４を含み、右つるのアーム１３２は、右つるスピーカポート１３６を含む。ハンドヘルドコントローラ１０４は、把持部分１４６と、複数のボタン１５０を含む、上部１４８とを含む。補助ユニット１０６は、例えば、電気ワイヤおよび光ファイバを含み得る、ケーブル１５２を通して、ヘッドギヤ１０２に結合される。補助ユニット１０６とヘッドギヤ１０２との間の無線接続もまた、使用されることができる。

【0044】

図２は、本発明の実施形態による、光学アセンブリ２００を含む、例示的構成を明らかにする、上面図を示す。光学アセンブリ２００は、接眼レンズ１１０の背面に添着される、光学スキャナ２０２を含む。光学スキャナ２０２をこのように配向することによって、光学スタックの全体的厚さが、低減されることができる。光学スキャナ２０２は、機械的支持構造２０４によって接眼レンズ１１０に添着されるように描写される。いくつかの実施形態では、機械的支持構造２０４は、代わりに、機械的支持構造２０４と接眼レンズ１１０との間の有害な相互作用を回避するために、光学フレーム１１１に添着されることもできる。いくつかの実施形態では、光学的反射性材料が、接眼レンズ１１０から早まって減結合される光の発生を低減させるために、機械的支持構造２０４と接眼レンズ１１０との間に添着されることができる。光は、１つ以上の光ファイバ２０６によって、光学スキャナ２０２に送達されることができる。ファイバ２０６からの光は、光学スキャナ２０２内の光学系によって、所定の走査パターンにおいて、接眼レンズ１１０に向かって指向されることができる。所定のパターンは、次いで、入力結合格子１１８によって、受け取られ、接眼レンズ１１０に伝送される。

【0045】

図３Ａは、光学スキャナ２０２の斜視図を示す。光学スキャナ２０２は、単結晶基板３０６の対向側上に位置付けられる、永久磁石３０２および３０４を含む。支持層３０７は、単結晶基板３０６の真下に位置付けられることができる。永久磁石３０４および３０６は、単結晶基板３０６の少なくとも一部を横断して磁場を確立する、同一方向に配向される持続的磁場を放出する。磁場は、単結晶基板３０６上に位置付けられる電磁コイル３０８によって放出される、偏移磁場と相互作用するように構成される。磁場と偏移磁場との間の相互作用は、撓曲部３１４－１および３１４－２によって単結晶基板３０６の周辺領域に取り付けられる、回転軸３１２を中心としたミラー支持領域３１０の回転を誘発する。このように、ミラー支持領域３１０に結合される、走査ミラー３１６は、回転軸３１２を中心として回転することができる。いくつかの実施形態では、回転軸３１２は、低速回転軸と称され得る。光を光学スキャナ２０２に供給するように構成される、光ファイバ４０４もまた、描写され、支持層３０７によって画定されたチャネルを通して延在することに留意されたい。光ファイバ４０４に関する付加的図および詳細は、図４Ａに付随する説明に見出され得る。

【0046】

図３Ｂは、単結晶基板３０６に取り付けられる、ミラー支持領域３１０を示す、光学スキャナ２０２の一部の斜視図を示す。特に、撓曲部３１４－２を横断して延在する、圧電フィルム３１８が、示される。このように、ミラー支持領域３１０上に配置される、圧電フィルム３１８の部分は、電気接点３２０のうちの１つ以上のものに電気的に結合されることができる。圧電フィルム３１８は、描写されるように、ミラー支持領域３１０を横断して延在する。電気のパルスを圧電フィルム３１８に送信することによって、圧電フィルム３１８のＳ形状の幾何学形状が、力３２４を、ミラー支持領域３１０によって画定された中心開口部の対向側を横断して延在する、単結晶材料の細片３２２に印加する。単結晶材料の細片３２２への力３２４の印加は、単結晶材料の細片３２２の偏向を誘発する。細片３２２の偏向は、力３２４の少なくとも一部をミラー支持構造３２８のアーム３２６に伝達し、これは、ひいては、力３２４の少なくとも一部を走査ミラー３１６に伝送させる。

【0047】

力３２４が印加される、周波数が、ミラー支持構造３２８の自然周波数に合致するとき、自然周波数における第２の回転軸３３０を中心とした走査ミラー３１６の回転が、誘発されることができる。一般に、第２の軸を中心とした回転の周波数は、第１の回転軸３１２を中心とした回転の周波数より実質的に高く、それによって、走査ミラー３１６が走査ミラー３１６において受け取られた光をラスタ走査パターンで指向することを可能にし得る。いくつかの実施形態では、第２の回転軸３３０は、概して、ラスタ走査型走査パターンを達成するために、低速回転軸より実質的に高い周波数を有するであろうため、高速回転軸と称され得る。

【0048】

図３Ｂはまた、導電性経路３３２が、圧電フィルム３１８を横断して、かつその上に延在し得る様子を図示する、拡大図を示す。圧電フィルム３１８は、導電性経路３３２を電磁コイル３０８を構成する導電性経路から電気的に絶縁する。導電性経路３３２は、回転軸３３０を中心としたミラー支持構造３２８の回転を追跡するために、単結晶材料の細片３２２に印加されている力３２４を感知するように構成され得る、センサ領域３３４と結合されることができる。センサ領域３３４によって提供される運動追跡は、入力のフィードバック制御を可能にし、回転軸３３０を中心とした回転の所望のレートを達成するために、圧電フィルム３１８に送信される信号の変調を可能にすることができる。図３Ｂはまた、走査ミラー３１６が、取付点３３６において、ミラー支持構造３２８の対向側に取り付けられ得る様子を示す。２つのみの取付点３３６が、示されるが、より多数の取付点が、走査ミラー３１６の回転を安定かつ制御下に保つために使用されることができることを理解されたい。

【0049】

図３Ｃは、導電性経路および圧電フィルムの多くが、撓曲部３１４－２がＷｈｅａｔｓｔｏｎｅまたは平衡ブリッジセンサアセンブリ３３８を支持し得る様子を示すために除去されている、撓曲部３１４－２の一部の拡大図を示す。平衡ブリッジセンサアセンブリ３３８は、歪みゲージまたは圧電抵抗器の形態をとる、４つの異なるセンサ３４０を含むことができる。センサ３４０の差分読取値が、撓曲部３１４－２によって被られる捻転の量を正確に測定するために使用されることができる。撓曲部３１４－２の捻転の量を測定することによって、回転軸３１２を中心としたミラー支持領域３１０の回転の正確な測定値が、測定されることができる。

【0050】

図３Ｃはまた、ミラー支持領域３１０の厚さが、単結晶基板３０６の部分の厚さと異なり得る様子を示す。図示される実施形態では、撓曲部３１４－２は、厚さ３３５を有し、ミラー支持領域３１０は、単結晶基板３０６の厚さ３３３未満である、厚さ３３１を有する。撓曲部３１４－１の厚さ３３５は、図３Ｃでは、ミラー支持領域３１０の厚さ３３１に等しいものとして示されるが、種々の実施形態では、厚さ３３５は、厚さ３３１未満であってもよい、厚さ３３１に等しくてもよい、または厚さ３３１を上回ってもよい。このように、ミラー支持領域３１０の厚さ３３１および撓曲部３１４－１および３１４－２の厚さは、所望の抵抗を達成し、所望のレートおよび大きさの回転が回転軸３１２を中心として達成されることを可能にするように設定されることができる。いくつかの実施形態では、ミラー支持領域３１０の厚さ３３１は、単結晶基板３０６の厚さ３３３と同一またはそれより大きくあり得ることに留意されたい。

【0051】

図３Ｄは、回転軸３１２を中心としたミラー支持領域３１０の回転が、図３Ａに示される電磁アクチュエータの代わりに、圧電アクチュエータ３４２によって駆動される、光学スキャナ２０２の代替構成を示す。圧電アクチュエータ３４２はそれぞれ、電気エネルギーが圧電アクチュエータ３４２のそれぞれ上に配列される圧電フィルムの層を通して送流されていることに応答して、ミラー支持領域３１０に対して上下に（すなわち、ミラー支持領域３１０に直交し、回転軸３１２および３３０に直交する、軸３４３に沿って）伸縮するように構成される、螺旋幾何学形状を有することができる。電気エネルギーが、圧電アクチュエータ３４２の圧電フィルムを通して送流されると、圧電フィルムの結果として生じる縮小および拡張は、圧電アクチュエータ３４２の伸縮を誘発し、拡張および縮小に適応する。本伸縮アクションは、界面３４４において、垂直力（すなわち、軸３４３に沿って）をミラー支持領域３１０上に付与する。円形螺旋幾何学形状が、圧電アクチュエータ３４２のために描写されるが、正方形、矩形、卵形、または他の好適な螺旋幾何学形状もまた、可能性として考えられることを理解されるべきであることに留意されたい。したがって、ある実施形態では、圧電アクチュエータ３４２は、基板３０６に固定される圧電アクチュエータ３４２の中心に対する界面３４４の昇降を提供する。

【0052】

光学スキャナ２０２の本構成と関連付けられる、コントローラは、圧電アクチュエータ３４２－１および３４２－２への電気エネルギーの同時パルスの伝送を同期させ、また、圧電アクチュエータ３４２－３および３４２－４への電気エネルギーの同時パルスの伝送を同期させるように構成されることができる。対の圧電アクチュエータ３４２に送信される、電気エネルギーの同時パルスのレートおよび強度は、回転軸３１２を中心としたミラー支持構造３１０の回転のレートおよび大きさを決定付けることができる。いくつかの実施形態では、コントローラはまた、対の圧電アクチュエータ３４２の作動間に若干のオフセットを確立するように構成され得る。このように、回転軸３１２を中心とした回転を誘発することに加え、圧電アクチュエータ３４２はまた、少なくとも部分的に、回転軸３３０を中心とした走査ミラー３１６の回転を誘発し得る。回転軸３３０を中心とした走査ミラー３１６の回転は、自然周波数にあるように設定されるため、圧電アクチュエータ３４２の本オフセット作動は、いったん自然周波数において確立されると、回転軸３３０を中心とした回転を持続させるために十分であり得る。

【0053】

図３Ｅは、圧電アクチュエータ３４２－２上の電極の１つの可能性として考えられる配列を図示するために、圧電アクチュエータ３４２－２の拡大図を示す。特に、交互嵌合構成に配列されている、電極３４６が、示される。圧電アクチュエータ３４２－２のループの一部の拡大図は、電極３４６－１が、ループの第１の側から突出し、電極３４６－２が、ループの第２の側から突出する様子を示す。電気エネルギーは、両側に印加され得るが、例示的目的のために、電極３４６－１は、電流を受け取り、電極３４６－２は、接地として作用するであろう。電極３４６－１を通した電流の入力は、電場として、圧電フィルム３４８を通して通過し、電極３４６－２の隣接するものに到達し、電場が吸収され、結果として生じる電流が接地に向かうことを可能にする。電位が、このように交互嵌合電極アレイに印加されると、圧電フィルム３４８は、発振し、既知の速度の横方向波を作成し、圧電フィルム３４８を通して進行させ、圧電アクチュエータ３４２－２の伸縮運動をもたらす。本交互嵌合構成は、より従来の電極構成と比較して、より大きい出力の量を提供する。しかしながら、他の電極構成もまた、可能性として考えられ、本開示の範囲内にあると見なされる。

【0054】

図３Ｆは、光学スキャナを動作させるための方法を図示する、ブロック図３５０を示す。３５２では、第１のアクチュエータが、アクティブ化され、第１の回転軸を中心としてミラー支持領域の回転を誘発する。第１のアクチュエータは、多くの形態をとることができる。例えば、第１のアクチュエータは、ミラー支持領域上に搭載される、永久磁石および電磁コイルの形態をとることができる。本構成では、電磁コイルは、ミラー支持領域の周縁の周囲に巻着し、光学スキャナの１つ以上の永久磁石によって放出された磁場と相互作用することによって、ミラー支持領域の回転を誘発する、偏移磁場または束を放出するように構成される。代替として、第１のアクチュエータは、ミラー支持領域の対向端に位置付けられる、複数の圧電アクチュエータの形態をとることができる。圧電アクチュエータはそれぞれ、ミラー支持領域を形成するために使用される同一単結晶基板によって画定される、螺旋幾何学形状を有することができる。本構成では、螺旋幾何学形状を形成する材料は、ミラー支持領域を形成する材料とともに一体的に形成され、圧電アクチュエータとミラー支持領域との間のロバストな機械的結合を可能にする。圧電フィルムは、電気インパルスが、螺旋幾何学形状を構成するループに沿って離間される電極によって、圧電アクチュエータに印加されると、横方向波が、所望の速さおよび大きさで誘発され、圧電アクチュエータの螺旋幾何学形状を構成する、同心ループの伸縮を誘発するように、圧電アクチュエータのそれぞれを覆うことができる。

【0055】

３５４では、ミラー支持領域が第１の回転軸を中心として回転する、大きさおよび／またはレートが、監視され得る。いくつかの実施形態では、監視は、図３Ｃに描写されるようなセンサアセンブリ３３８と同様に位置付けられる、第１のセンサアセンブリによって実施されることができる。例えば、第１のセンサアセンブリは、図３Ａ－３Ｃに説明される、撓曲部３１４－１および３１４－２の一方または両方に位置付けられてもよい。代替として、第１のセンサアセンブリは、図３Ｄおよび３Ｅに説明される、界面３４４のうちの１つ以上のものに位置付けられてもよい。それを中心としてミラー支持領域が回転するように構成される、撓曲部または界面内の歪みを測定するように構成される、センサを監視することによって、第１のセンサアセンブリは、第１の回転軸を中心としたミラー支持領域の回転の大きさおよび／またはレートを決定することができる。

【0056】

いくつかの実施形態では、第１のセンサアセンブリは、単一歪みセンサのみから成ることができる一方、他の実施形態では、歪み測定センサのアレイが、第１のセンサアセンブリ内に含まれることができる。歪みセンサは、歪みゲージおよび圧電抵抗器を含む、多くの形態をとることができる。これらの歪みセンサからの読取値は、第１の回転軸を中心とした回転の所望のレートおよび大きさを保証するために、フィードバック制御を実施するように利用されることができる。３５４において測定された回転の大きさの実施例は、正の大きさまたは負の大きさを含んでもよい。３５４において測定された回転のレートの実施例は、サイクル／秒（ｃｐｓ）、ラジアン／秒（ｒａｄ／秒）、旋回／分（ｒｐｍ）、および同等物において表される、回転のレートを含んでもよい。

【0057】

３５６では、第２のアクチュエータが、アクティブ化され、第２の回転軸を中心としたミラー支持領域によって保持および支持される走査ミラーの回転を誘発することができる。第２の回転軸は、第１の回転軸に直交してもよい。例えば、第１の回転軸は、回転軸３１２であってもよく、第２の回転軸は、回転軸３３０であってもよい。いくつかの実施形態では、第２のアクチュエータは、ミラー支持領域の一部を横断して延在する、圧電材料の層の形態をとる、圧電アクチュエータであることができる。誘発される回転のレートは、走査ミラーおよび走査ミラーを支持するミラー支持領域の一部の自然または共振周波数に対応し得る。いくつかの実施形態では、第１および第２のアクチュエータは、並行して開始されることができる一方、他の実施形態では、第１または第２のアクチュエータは、順次作動されることができる。例えば、自然または共振周波数における走査ミラーの回転が第１の回転軸を中心とした回転を開始することに先立って達成され得るように、最初に、第２のアクチュエータを開始することが有益であり得る。

【0058】

３５８では、走査ミラーを支持するミラー支持領域の部分上に位置付けられる、第２のセンサアセンブリ部分が、走査ミラーの回転のレートおよび／または大きさを測定するために利用されることができる。これらのセンサ読取値は、第２のアクチュエータに対して行われる入力を変動させることによって、回転を所望の閾値内に維持するために使用されることができる。いくつかの実施形態では、コントローラは、第１および第２のセンサアセンブリの両方からのセンサフィードバックを考慮するように構成されることができる。本センサフィードバックはまた、走査ミラーの回転における望ましくない変動に起因したディスプレイ出力に関する任意の問題を改善するために、光入力を調節するために利用されることができる。３５８において測定された回転の大きさの実施例は、正の大きさまたは負の大きさを含んでもよい。３５８において測定された回転のレートの実施例は、サイクル／秒（ｃｐｓ）、ラジアン／秒（ｒａｄ／秒）、旋回／分（ｒｐｍ）、および同等物において表される、回転のレートを含んでもよい。

【0059】

図３Ｆに図示される具体的ステップは、本発明の実施形態による、光学スキャナを動作させるための特定の方法を提供することを理解されたい。ステップの他のシーケンスもまた、代替実施形態に従って実施されてもよい。例えば、本発明の代替実施形態は、上記に概略されたステップを異なる順序で実施してもよい。さらに、図３Ｆに図示される個々のステップは、個々のステップの必要に応じて種々のシーケンスで実施され得る、複数のサブステップを含んでもよい。さらに、付加的ステップが、特定の用途に応じて、追加または除去されてもよい。当業者は、多くの変形例、修正、および代替を認識するであろう。

【0060】

図４Ａは、光学スキャナ２０２の下向きに向いた側の斜視図を示す。支持層３０７は、単結晶基板３０６の下向きに向いた表面を示すように、図４Ａから省略されている。図４Ａはさらに、光学要素４０２が、走査ミラー３１６の真下に位置付けられ得る様子を示す。光学要素４０２は、凸形状を有し、光ファイバ４０４から受け取られた光を走査ミラー３１６に向かって再指向し、次いで、入力結合格子１１８において受け取られることに先立って、走査ミラー３１６から反射された光をコリメートするように構成されることができる。光学要素は、特定の形状を有するように描写されるが、他の光学構成も、可能性として考えられることを理解されたい。例えば、いくつかの構成は、２つ以上の光学要素を含み得る。さらに、光学要素または複数の要素は、例えば、ガラス、ポリマー、および同等物等の多くの異なる材料から形成され得る。

【0061】

いくつかの実施形態では、単結晶基板３０６は、光学要素４０２および光ファイバ４０４を収容するための空洞を画定することができる。いくつかの実施形態では、明確性の目的のために図４Ａから省略されている、支持層３０７は、支持層３０７が、光学要素４０２を通した光の通路を過度に掩蔽せずに、光学要素４０２を描写される位置に維持することを可能にする、開口部を含むことができる。支持層３０７はまた、単結晶基板３０６と略平行に位置付けられてもよく、図３Ａに描写されるものに類似する、光ファイバ４０４を収容する空洞を含んでもよい。

【0062】

図４Ｂは、光学スキャナ２０２および入力結合格子１１８の断面図を示し、光線が、光ファイバ４０４から放出されている。放出された光は、光学要素４０２を通して通過し、走査ミラー３１６に向かって再指向される。走査ミラー３１６から反射後、光は、再び、光学要素４０２を通して通過し、入力結合格子１１８に向かって再指向される。走査ミラー３１６は、ミラー支持領域３１０によって囲繞される、ミラー支持構造３２８の対向端に取り付けられる。ミラー支持領域３１０の回転は、第１の回転軸（例えば、回転軸３１２）を中心とした走査ミラー３１６の回転を引き起こすことができ、ミラー支持構造３２８の回転は、第２の回転軸（例えば、回転軸３３０）を中心とした走査ミラー３１６の回転を引き起こすことができる。

【0063】

図４Ｂは、走査ミラー３１６を中立位置に示すが、走査ミラー３１６が、回転軸３１２および３３０の一方または両方を中心として回転するとき、光ファイバ４０４によって放出された光は、光を回折接眼レンズの中に結合するように構成される、入力結合格子１１８の面積を被覆するように偏移されることができることを理解されたい。いくつかの角度では、光ファイバ４０４は、入力結合格子１１８の一部を掩蔽し得ることに留意されたい。しかしながら、光ファイバ４０４の厚さは、光の任意の掩蔽が、入力結合格子１１８上に投影された結果として生じる画像の劣化を殆どまたは全く引き起こさないようなものであり得る。２つのみの光ファイバ４０４が、描写されるが、付加的光ファイバが、種々の実装では、使用されることができることに留意されたい。例えば、３つまたは４つの光ファイバが、光出力を増加させるため、および／または光学スキャナ２０２によって生産された画像のリフレッシュレート、照明レベル、および／または空間分解能を増加させるために含まれ得る。

【0064】

図４Ｃは、例示的光ファイバ４０４の断面側面図を示す。光ファイバ４０４は、光ファイバ４０４の遠位端の一部を削り取り、４５度の角度を形成することによって、形成されることができる。削り取られた遠位端は、続いて、研磨され、遠位端を横断して鏡映表面４０６を形成することができる。このように、光４０８は、光ファイバ４０４の発光端部４１０から減結合されることができる。光４０８が、鏡映表面４０６から反射されると、光ファイバ４０４の縦軸に対して９０度の角度で方向転換する。図４Ｃはまた、鏡映表面４０６に隣接する光ファイバ４０４の面積が、光４０８が光ファイバ４０４の発光端部４１０から減結合されるにつれて、光を拡散させるために好適な凸面突出部４１２を含み得る様子を示す。発光端部４１０に対向する、光ファイバ４０４の光受光端は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ、または他の光生成コンポーネントに光学的に結合されることができる。光生成コンポーネントによって放出された光の色は、関連付けられるディスプレイデバイスによって表示されている、画像の所望の形状、サイズ、および色に従って変動し得る。

【0065】

図５Ａ－５Ｃは、光が、光学要素５０４と走査ミラー５０６との間に位置付けられる発光端部を有する複数の光ファイバ５０２によって放出される、光学スキャナ５００の代替実施形態を図示する。いくつかの実施形態では、光ファイバ５０２の発光端部は、少なくとも部分的に、光学要素５０４内に内蔵され、光ファイバ５０２が走査ミラー５０６に対して所望の角度および位置に位置付けられることを可能にし得る。他の実施形態では、光ファイバ５０２は、光学要素５０４の上側凹面曲率に沿って敷設されることができる。

【0066】

図５Ａは、光学スキャナ５００の断面図を示し、走査ミラー５０６の反射性表面が、光ファイバ５０２によって放出された光を光学要素５０４の右側に偏移させるための走査角度５１０によって、回転軸３１２または３３０を中心として右に向かって回転し得る様子を実証する。いくつかの実施形態では、走査角度５１０は、約７．５度であり得る。しかしながら、走査角度５１０は、走査角度５１０が、概して、光学要素５０４のサイズに比例するため、より大きくまたはより小さくあり得る。光学要素５０４は、入力結合格子１１８のサイズに従って定寸されることができる。

【0067】

図５Ｂは、光学スキャナ５００の断面図を示し、走査ミラー５０６が、直接、入力結合格子１１８に向かって配向されるとき、光学要素５０４が、走査ミラー５０６から反射された光５０８を入力結合格子１１８の中心領域に向かって屈折させる様子を実証する。いくつかの実施形態では、走査ミラー５０６が直接入力結合格子１１８に向かって配向される（図５Ｂに描写されるように）とき、光を受け取る、入力結合格子１１８の領域は、部分的または実質的に、走査ミラーが回転される（図５Ａに描写されるように）とき、光を受け取る、入力結合格子１１８の領域と重複し得る。

【0068】

図５Ｃは、光学スキャナ５００の断面図を示し、走査ミラー５０６がまた、光ファイバ５０２によって放出された光を光学要素５０４の左側に偏移させるための走査角度５１０によって、回転軸３１２または３３０を中心として左に回転し得る様子を実証する。このように、走査ミラー５０６および光学要素５０４は、入力結合格子１１８の表面全体を横断して光５０８を分散させることが可能である。

【0069】

図６Ａ－６Ｃは、光６０２が、光ファイバまたは他の発光コンポーネント６０８によって、光学要素６０６（すなわち、レンズ）の中心領域６０４を通して放出される、光学スキャナ６００の代替実施形態を図示する。発光コンポーネント６０８が光ファイバの形態をとる、実施形態では、光ファイバは、８０ミクロンの直径を有することができる。中心領域６０４は、発光コンポーネント６０８の通路を光学要素６０６を通して収容し、発光コンポーネント６０８によって放出されている光６０２が、走査ミラー６１０に到着することに先立って屈折されないように防止するように定寸される、チャネルを含むことができる。いくつかの実施形態では、中心領域６０４内のチャネルは、約２．５ｍｍの直径を有することができる。また、発光コンポーネント６０８はまた、入力結合格子１１８によって画定された開口部を通して延在することに留意されたい。いくつかの実施形態では、発光コンポーネント６０８は、発光コンポーネント６０８が、入力結合格子１１８を通して延在せず、むしろ、光学要素６０６を通して延在し、側面（例えば、右または左側）から中心領域６０４に入射するように、入力結合格子と略平行に位置付けられてもよい。

【0070】

図６Ａは、光学スキャナ６００の断面図を示し、光６０２が、走査ミラー６１０によって反射され、次いで、入力結合格子１１８に到着することに先立って、光学要素６０６を通して屈折される様子を実証する。いくつかの実施形態では、発光コンポーネント６０８は、レーザまたはＬＥＤの形態をとることができ、光学系は、描写されるように、走査ミラー６１０の表面の少なくとも実質的部分を横断して光６０２を拡散させるように構成される（また、図４Ｃに付随する説明参照）。図６Ａはまた、走査ミラー６１０が、直接、入力結合格子１１８に向かって配向されるとき、光６０２が、入力結合格子１１８の中心部分に入射し得る様子を実証する。

【0071】

図６Ｂは、光学スキャナ６００の断面図を示し、発光コンポーネント６０８によって放出された光６０２が、走査ミラー６１０の走査角度６１２－１に従って、入力結合格子１１８の左にバイアスされ得る様子を実証する。いくつかの実施形態では、走査角度６１２－１の最大角度は、約１３度の大きさであり得る。

【0072】

図６Ｃは、光学スキャナ６００の断面図を示し、発光コンポーネント６０８によって放出された光６０２が、走査ミラー６１０の走査角度６１２－２に従って、入力結合格子１１８の右にバイアスされ得る様子を実証する。いくつかの実施形態では、走査角度６１２－２の最大角度は、走査角度６１２－１の最大角度に類似する、すなわち、約１３度であり得る。

【0073】

図７Ａは、光学要素４０２および７０２が、走査ミラー３１６の対向側上に位置付けられる、光学スキャナ７００の斜視図を示す。種々の支持構造が、光学要素および走査ミラーを明確に示すために除去されている。光ファイバ４０４および光ファイバ７０４によって放出された光は、２つの異なる方向に指向されることができる。いくつかの実施形態では、光学要素７０２を通して指向されている光７０５は、拡張現実システムの中に組み込まれる、深度検出またはＬＩＤＡＲシステムのための赤外線照明器として作用することができる。代替として、光学要素７０２を通して指向されている光７０５は、第２の深度平面に向かって指向され、走査ミラー３１６が、２つの深度平面のために光を一度に並行して指向することを可能にすることができる。

【0074】

図７Ｂは、光学スキャナ７００の断面図を示し、光が、２つの異なる入力結合格子に並行して指向され得る様子を実証する。特に、光学スキャナ７００の下側端部上に位置する、ファイバ４０４からの光は、走査ミラー３１６によって、入力結合格子１１８の中に逆反射される、光を放出する。本実施形態では、走査ミラー３１６の両側とも、反射性である。本理由から、光学スキャナ７００の上側端部上に位置付けられる、ファイバ７０４からの光は、走査ミラー３１６によって、入力結合格子７０６の中に逆反射される、光を放出する。このように、単一ミラーを伴う、単一光学スキャナアセンブリが、２つの異なる源からの光を拡張現実ディスプレイアセンブリの２つの異なる層の中に投入することができる。

【0075】

図７Ｃは、その中に光学スキャナ７００が組み込まれる、光学アセンブリの上面図を示す。図７Ｃは、光学スキャナ７００が拡張現実ディスプレイアセンブリの中に組み込まれ得る、１つの実装を示す。特に、光学スキャナ７００は、対向方向において、入力結合格子１１８および７０６の中に、光を投影することが可能である。このように、ファイバ７０４および４０４からの光は、光学フレーム１１１によって支持される、個別の接眼レンズ７０８および１１０の中に入力されることができる。光ファイバ７０４および４０４は、機械的支持構造７１０および２０４によって、接眼レンズ７０８および１１０に結合され得る。本構成は、特に、接眼レンズ７０８と１１０との間の空間が、レンズまたはマイクロレンズアレイ７１２によって占有されるとき、空間効率的であり得る。いくつかの実施形態では、マイクロレンズアレイ７１２は、接眼レンズ７０８および１１０上に表示される画像間の見掛け距離を調節する、またはより明確に区別するように構成されることができる。

【0076】

図８は、ディスプレイアセンブリを動作させるための方法を図示する、ブロック図８００を示す。８０２では、画像毎に変調された光が、光ファイバから放出される。例えば、図４Ｂに描写されるように、光線が、１つ以上の光ファイバ４０４から光学要素４０２に向かって放出されてもよい。８０４では、放出された画像毎に変調された光は、光学要素の少なくとも一部を通して屈折され、入力ビームを提供する。例えば、図４Ｂに描写されるように、放出された光は、光学要素４０２を通して通過し、走査ミラー３１６に向かって再指向される。

【0077】

８０６では、入力ビームが、走査ミラーから反射され、走査されたビームを提供する。例えば、図４Ｂに描写されるように、放出された光が、光学要素４０２を通して通過後、放出された光は、走査ミラー３１６から光学要素４０２に向かって下向きに逆反射される。走査ミラー３１６の回転に基づいて、放出された光は、種々の角度において、走査ミラー３１６から反射されることができる。８０８では、走査されたビームは、光学要素の少なくとも一部を通して屈折され、屈折された入力光を提供する。図４Ｂに描写されるように、走査ミラー３１６から反射された光は、再び、光学要素４０２を通して通過し、光学要素４０２を通して屈折される。８１０では、屈折された入力光は、入力結合格子の中に結合される。図４Ｂに描写されるように、光学要素４０２を通して下向き方向に通過する光は、入力結合格子１１８の中に結合される。

【0078】

図８に図示される具体的ステップは、本発明の実施形態による、ディスプレイアセンブリを動作させるための特定の方法を提供することを理解されたい。ステップの他のシーケンスもまた、代替実施形態に従って実施されてもよい。例えば、本発明の代替実施形態は、上記に概略されたステップを異なる順序で実施してもよい。さらに、図８に図示される個々のステップは、個々のステップの必要に応じて種々のシーケンスで実施され得る、複数のサブステップを含んでもよい。さらに、付加的ステップが、特定の用途に応じて、追加または除去されてもよい。当業者は、多くの変形例、修正、および代替を認識するであろう。

【0079】

光学走査アセンブリが、開示され、走査ミラーと、単結晶基板とを含む。単結晶基板は、周辺領域と、第１の撓曲部および第２の撓曲部によって周辺領域に結合される、ミラー支持領域であって、第１および第２の撓曲部によって画定された第１の回転軸を中心として周辺領域に対して回転するように構成され、走査ミラーに結合される、ミラー支持構造を備える、ミラー支持領域とを含む。光学走査アセンブリはまた、第１の磁場を放出し、単結晶基板に結合される、永久磁石と、ミラー支持領域上に配置され、第１の磁場と相互作用し、第１の回転軸を中心としたミラー支持領域の回転を誘発する、第２の磁場を放出するように構成される、電磁コイルとを含む。

【0080】

いくつかの実施形態では、ミラー支持構造は、第２の回転軸を協働して画定する、第１のアームと、第２のアームとを備える。

【0081】

いくつかの実施形態では、光学走査アセンブリはさらに、力を第１および第２のアームに隣接するミラー支持領域の部分上に付与し、第２の回転軸を中心として走査ミラーの回転を誘発する、圧電フィルムを備える。

【0082】

いくつかの実施形態では、光学走査アセンブリはさらに、第１のアームに隣接し、第２の回転軸を中心とした走査ミラーの回転を測定するように構成される、センサアセンブリを備える。

【0083】

いくつかの実施形態では、圧電フィルムは、第１の撓曲部を横断して延在し、センサアセンブリを制御システムに結合する、導電性経路は、圧電フィルム上に位置付けられる。圧電フィルムの一部は、導電性経路を電磁コイルから絶縁する。

【0084】

いくつかの実施形態では、電磁コイルは、ミラー支持領域の周辺部分上に配置される、同心リングを有する、平坦コイルを備える。

【0085】

いくつかの実施形態では、単結晶基板のミラー支持領域および周辺領域は、光学走査アセンブリがスタンバイ状態にあるとき、同一平面にある。

【0086】

いくつかの実施形態では、永久磁石は、単結晶基板の第１の側に結合される、第１の永久磁石であって、光学走査アセンブリはさらに、第１の側に対向する単結晶基板の第２の側に結合される、第２の永久磁石を備える。

【0087】

いくつかの実施形態では、第１および第２の永久磁石は、第１の磁場を協働して生成する。

【0088】

光学走査アセンブリも、開示され、以下、すなわち、周辺領域と、第１の撓曲部および第２の撓曲部によって周辺領域に結合される、第１および第２の撓曲部によって画定された回転軸を中心として周辺領域に対して回転するように構成される、ミラー支持領域と、ミラー支持領域の中心部分に結合される、走査ミラーと、第１の磁場を放出し、平面基板に結合される、永久磁石と、ミラー支持領域の周辺部分上に配置され、第１の磁場と相互作用し、回転軸を中心としたミラー支持領域の回転を誘発する、第２の磁場を放出するように構成される、電磁コイルとを備える、平面基板を含む。

【0089】

いくつかの実施形態では、回転軸は、第１の回転軸であって、走査ミラーは、第１の回転軸に直交する第２の回転軸を協働して画定する、２つのアームによって、ミラー支持領域に結合される。

【0090】

いくつかの実施形態では、周辺領域は、電力および信号を処理デバイスから受信するように構成される、複数の電気接点を備える。

【0091】

いくつかの実施形態では、走査ミラーは、拡張現実デバイスの入力結合格子を横断して、光を再指向および拡散させ、画像を生産する、ラスタ走査を実施するように構成される。

【0092】

いくつかの実施形態では、光学走査アセンブリはさらに、走査ミラーから反射された光を放出するように構成される、光ファイバを備える。

【0093】

拡張現実デバイスも、開示され、以下、すなわち、光をユーザの眼の中に投影するように構成される、光学的に透明な接眼レンズであって、光を受け取るように構成される、入力結合格子を備える、光学的に透明な接眼レンズと、接眼レンズに結合される、光学走査アセンブリであって、周辺領域と、第１の撓曲部および第２の撓曲部によって周辺領域に結合される、第１および第２の撓曲部によって画定された回転軸を中心として周辺領域に対して回転するように構成される、ミラー支持領域と、ミラー支持領域の中心部分に結合される、走査ミラーと、第１の磁場を放出し、平面基板に結合される、永久磁石と、ミラー支持領域の周辺部分上に配置され、第１の磁場と相互作用し、回転軸を中心としたミラー支持領域の回転を誘発する、第２の磁場を放出するように構成される、電磁コイルとを備える、平面基板を備える、光学走査アセンブリと、光が、走査ミラーから、入力結合格子に向かって、その中に反射されるように、光を走査ミラーに向かって指向するように構成される、発光コンポーネントとを含む。

【0094】

いくつかの実施形態では、発光コンポーネントは、画像毎に変調された光の源に結合される、１つ以上の光ファイバを備える。

【0095】

いくつかの実施形態では、拡張現実デバイスは、別の光学的に透明な接眼レンズを備える。

【0096】

いくつかの実施形態では、平面基板は、単結晶基板を備える。

【0097】

いくつかの実施形態では、回転軸は、第１の回転軸であって、走査ミラーは、第１の回転軸に直交する第２の回転軸を協働して画定する、２つのアームによって、ミラー支持領域に結合される。

【0098】

いくつかの実施形態では、拡張現実デバイスはさらに、力を２つのアームに印加し、第２の回転軸を中心とした走査ミラーの回転を誘発するように構成される、圧電フィルムを備える。

【0099】

説明される実施形態の種々の側面、実施形態、実装、または特徴は、別個に、または任意の組み合わせにおいて使用されることができる。説明される実施形態の種々の側面は、ソフトウェア、ハードウェア、またはハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせによって実装されることができる。説明される実施形態はまた、製造動作を制御するためのコンピュータ可読媒体上のコンピュータ可読コードとして、または製造ラインを制御するためのコンピュータ可読媒体上のコンピュータ可読コードとして、具現化されることができる。コンピュータ可読媒体は、その後、コンピュータシステムによって読み取られ得るデータを記憶し得る、任意のデータ記憶デバイスである。コンピュータ可読媒体の実施例は、読取専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、ＣＤ－ＲＯＭ、ＨＤＤ、ＤＶＤ、磁気テープ、および光学データ記憶デバイスを含む。コンピュータ可読媒体はまた、コンピュータ可読コードが分散方式において記憶および実行されるように、ネットワーク結合されたコンピュータシステムを経由して分散されることができる。

【0100】

前述の説明は、解説の目的のために、説明される実施形態の徹底的な理解を提供するために具体的名称を使用した。しかしながら、具体的詳細は、説明される実施形態を実践するために要求されないことが当業者に明白となるであろう。したがって、具体的実施形態の前述の説明は、例証および説明の目的のために提示される。それらは、包括的であること、または説明される実施形態を開示される精密な形態に限定することを意図していない。多くの修正および変形例が、上記の教示に照らして、可能性として考えられることが当業者に明白となるであろう。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図3F】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】