特許 7712466 複数のレーザの可変ビーム拡張を用いたディスプレイシステム

(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】2025-07-14

(45)【発行日】2025-07-23

(54)【発明の名称】複数のレーザの可変ビーム拡張を用いたディスプレイシステム

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20250715BHJP

   G02B 26/10 20060101ALI20250715BHJP

   H04N 5/64 20060101ALI20250715BHJP

   H04N 13/344 20180101ALI20250715BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

G02B26/10 B

G02B26/10 104Z

H04N5/64 511A

H04N13/344

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2024501813

(86)(22)【出願日】2022-07-08

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-19

(86)【国際出願番号】 US2022036445

(87)【国際公開番号】W WO2023287647

(87)【国際公開日】2023-01-19

【審査請求日】2024-05-15

(31)【優先権主張番号】17/374,078

(32)【優先日】2021-07-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】502208397

【氏名又は名称】グーグル エルエルシー

【氏名又は名称原語表記】Ｇｏｏｇｌｅ ＬＬＣ

【住所又は居所原語表記】１６００ Ａｍｐｈｉｔｈｅａｔｒｅ Ｐａｒｋｗａｙ ９４０４３ Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｖｉｅｗ， ＣＡ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】アディーマ，ダニエル

(72)【発明者】

【氏名】アンドリュース，イアン

【審査官】堀部 修平

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０３００９９９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／２１８０３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００３－３０７６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第２００３－００７３６０７（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２００３－３１５７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許第０１２０３９７６（ＥＰ，Ｂ１）

【文献】LI, Xiaobao et al.，Micro-Electromechanical Systems Scan in Three-Dimensional Imaging Lidar System: Scanning Field Angle and Beam Expender，Laser & Optoelectronics Progress，2015年，Vol. 52, No. 11，pp.[111501-1]-[111501-6]，DOI: 10.3788/LOP52.111501

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２７／０１ － ２７／０２

Ｇ０２Ｂ ２６／０８ － ２６／１２

Ｈ０４Ｎ ５／６４

Ｇ０９Ｇ ３／０２

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０／ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ投影システムであって、
第１のレーザ光ビームおよび第２のレーザ光ビームを受け取り、中継し、前記第１のレーザ光ビームおよび前記第２のレーザ光ビームにそれぞれ異なるレベルの拡大を適用して、第１の拡大レーザ光ビームおよび第２の拡大レーザ光ビームを生成するように構成された光中継器を備え、
前記第１のレーザ光ビームおよび前記第２のレーザ光ビームは角度的に分離され、前記第１の拡大レーザ光ビームおよび前記第２の拡大レーザ光ビームは前記光中継器内に走査され、
前記レーザ投影システムは、
前記光中継器から前記第１の拡大レーザ光ビームおよび前記第２の拡大レーザ光ビームを受け取るように構成された第１の走査ミラーをさらに備える、レーザ投影システム。

【請求項2】

前記第１の拡大レーザ光ビームおよび前記第２の拡大レーザ光ビームを前記光中継器内に走査するように構成された第２の走査ミラーをさらに備える、請求項１に記載のレーザ投影システム。

【請求項3】

前記光中継器は、
前記第１のレーザ光ビームに第１のレベルの拡大を適用するように構成された第１の反射面と、
前記第２のレーザ光ビームに第２のレベルの拡大を適用するように構成された第２の反射面と、
を備える、請求項１または請求項２に記載のレーザ投影システム。

【請求項4】

前記光中継器はモールド型反射性中継器であり、前記第１の反射面は前記モールド型反射性中継器の第１の反射面であり、前記第２の反射面は前記モールド型反射性中継器の第２の反射面である、請求項３に記載のレーザ投影システム。

【請求項5】

前記第１の拡大レーザ光ビームは前記第１の走査ミラーに対する第１の入射領域を有し、前記第２の拡大レーザ光ビームは前記第１の走査ミラーに対する第２の入射領域を有し、前記第１の入射領域は前記第２の入射領域と面積が実質的に同じである、請求項１または請求項２に記載のレーザ投影システム。

【請求項6】

前記第１の走査ミラーは、第１の入射角で前記第１の拡大レーザ光ビームを受け取り、第２の入射角で前記第２の拡大レーザ光ビームを受け取るように構成され、前記第１の入射角は前記第２の入射角とは異なる、請求項５に記載のレーザ投影システム。

【請求項7】

前記第１の入射領域および前記第２の入射領域はそれぞれ、前記第１の走査ミラーの反射面によって結合される、請求項５に記載のレーザ投影システム。

【請求項8】

請求項１または請求項２に記載のレーザ投影システムを備えるニアアイディスプレイであって、
前記レーザ投影システムの少なくとも一部分を含む眼鏡フレームと、
眼鏡レンズとをさらに備え、
前記レーザ投影システムは、前記眼鏡レンズの少なくとも一部分を通して前記第１のレーザ光ビームおよび前記第２のレーザ光ビームを出力するように構成される、ニアアイディスプレイ。

【請求項9】

ニアアイディスプレイであって、
レーザ投影システムを備え、前記レーザ投影システムは、
角度的に分離されたレーザ光ビームを受け取り、前記角度的に分離されたレーザ光ビームにそれぞれ異なるレベルの拡大を適用し、前記拡大された角度的に分離されたレーザ光ビームを中継するように構成された光中継器と、
前記光中継器から前記拡大された角度的に分離されたレーザ光ビームを受け取り、前記拡大された角度的に分離されたレーザ光ビームを走査するように構成された走査ミラーと、
を備え、
前記拡大された角度的に分離されたレーザ光ビームは、第１の拡大レーザ光ビームおよび前記第２の拡大レーザ光ビームを有し、前記第１の拡大レーザ光ビームおよび前記第２の拡大レーザ光ビームは前記光中継器内に走査される、ニアアイディスプレイ。

【請求項10】

前記角度的に分離されたレーザ光ビームは第１のレーザ光ビームおよび第２のレーザ光ビームを含み、前記光中継器は、
前記第１のレーザ光ビームに第１のレベルの拡大を適用するように構成された第１の反射面と、
前記第２のレーザ光ビームに第２のレベルの拡大を適用するように構成された第２の反射面と、
を備える、請求項９に記載のニアアイディスプレイ。

【請求項11】

前記光中継器はモールド型反射性中継器であり、前記第１の反射面は前記モールド型反射性中継器の第１の反射面であり、前記第２の反射面は前記モールド型反射性中継器の第２の反射面である、請求項１０に記載のニアアイディスプレイ。

【請求項12】

前記第１のレーザ光ビームは前記走査ミラーに対する第１の入射領域を有し、前記第２のレーザ光ビームは前記走査ミラーに対する第２の入射領域を有し、前記第１の入射領域は前記第２の入射領域と面積が実質的に同じである、請求項１０に記載のニアアイディスプレイ。

【請求項13】

前記走査ミラーは、第１の入射角で前記第１のレーザ光ビームを受け取り、第２の入射角で前記第２のレーザ光ビームを受け取るように構成され、前記第１の入射角は前記第２の入射角とは異なる、請求項１２に記載のニアアイディスプレイ。

【請求項14】

前記第１のレベルの拡大は、前記第１のレーザ光ビームを第１の次元で第１のビーム直径を有するようにし、前記第２レベルの拡大は前記第２のレーザ光ビームを前記第１の次元で第２のビーム直径を有するようにし、
前記第１の入射領域は、前記第１のビーム直径および前記第１の入射角によって少なくとも部分的に定義された第１の面積を有し、前記第２の入射領域は、前記第２のビーム直径および前記第２の入射角によって少なくとも部分的に定義された第２の面積を有する、請求項１３に記載のニアアイディスプレイ。

【請求項15】

前記第１の入射領域および前記第２の入射領域はそれぞれ、前記走査ミラーの反射面によって結合される、請求項１２に記載のニアアイディスプレイ。

【請求項16】

方法であって、
光中継器を用いて、第１の走査ミラーから、角度的に分離されたレーザ光ビームを受け取ることと、
前記光中継器を用いて、拡大された角度的に分離されたレーザ光ビームを生成するように前記角度的に分離されたレーザ光ビームの各々にそれぞれ異なるレベルの拡大を適用することと、
前記光中継器を用いて、前記拡大された角度的に分離されたレーザ光ビームを第２の走査ミラーに中継することと、
を含む、方法。

【請求項17】

前記第２の走査ミラーを用いて、前記光中継器から前記拡大された角度的に分離されたレーザ光ビームを受け取ることをさらに含み、
前記拡大された角度的に分離されたレーザ光ビームの第１のレーザ光ビームは、前記第２の走査ミラーに対する第１の入射角および第１の入射領域を有し、前記拡大された角度的に分離されたレーザ光ビームの第２のレーザ光ビームは、前記第２の走査ミラーに対する第２の入射角および第２の入射領域を有する、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記光中継器を用いて、前記角度的に分離されたレーザ光ビームの各々にそれぞれ異なるレベルの拡大を適用することは、
前記光中継器の第１の反射面を用いて、前記第１のレーザ光ビームの第１のビーム直径に第１のレベルの拡大を適用することと、
前記光中継器の第２の反射面を用いて、前記第２のレーザ光ビームの第２のビーム直径に第２のレベルの拡大を適用することと、
を含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記第１の入射領域は、前記第１のビーム直径および前記第１の入射角によって少なくとも部分的に定義された第１の面積を有し、前記第２の入射領域は、前記第２のビーム直径および前記第２の入射角によって少なくとも部分的に定義された第２の面積を有し、前記第１の面積は前記第２の面積と実質的に同じである、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記第１の入射領域および前記第２の入射領域はそれぞれ、前記第２の走査ミラーの反射面によって結合される、請求項１７に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

背景
いくつかのディスプレイシステムは、画像またはビデオを別の物体上にまたは別の物体を介して表示するために、光のパターンをその別の物体上に（例えば、投影画面上等、別の物体の表面上）に投影するかまたは照らす光学デバイスであるプロジェクタを用いる。光源としてレーザを用いるプロジェクタ（すなわち、「レーザプロジェクタ」）において、レーザプロジェクタによって生成されるレーザ光の各ビームは、時間的に変調され、レーザ光のパターンを提供し、デジタルマイクロミラー等の制御可能なミラーが、別の物体の２次元エリアにわたってレーザ光の変調パターンを空間的に分散させるために一般的に用いられる。レーザ光の変調パターンの空間分布は、この別の物体の画像を生成する。

【発明の概要】

【0002】

本開示は、添付の図面を参照することによって、より良好に理解することができ、その多数の特徴および利点が当業者に明らかとなる。異なる図面における同じ参照符号の使用は、類似のまたは同一のアイテムを示す。

【図面の簡単な説明】

【0003】

【図1】いくつかの実施形態による、一体化されたレーザ投影システムを有するディスプレイシステムを示す図である。

【図2】いくつかの実施形態による、２つの走査ミラー間に配設された光中継器を含む光学スキャナを有するレーザ投影システムを示す図である。

【図3】いくつかの実施形態による、入力カプラ、出力カプラおよび射出瞳拡張器を有する導波路を示す図である。

【図4】いくつかの実施形態による、２つの走査ミラー間に配設されたモールド型反射性中継器を含むレーザ投影システムを示す図である。

【図5】いくつかの実施形態による、２つの走査ミラー間に配設されたモールド型反射性中継器を含むレーザ投影システムを示し、モールド型反射性中継器を通る光路を示す図である。

【図6】いくつかの実施形態による、レーザ投影システムを含むウェアラブルヘッドアップディスプレイ（ＷＨＵＤ）の部分透過図を示す図である。

【図7】いくつかの実施形態による、ＷＨＵＤ内に配設されたレーザ投影システムの部分透過前面等角図を示す図である。

【図8】いくつかの実施形態による、ＷＨＵＤ内に配設されたレーザ投影システムの部分透過背面等角図を示す図である。

【図9】いくつかの実施形態による、一対の角度的に分離されたレーザが、光学スキャナを介してルーティングされ、入力カプラに入射する、レーザ投影システムの一部分の上面図を示す図である。

【図10】いくつかの実施形態による、レーザ光ビームが第２の走査ミラーの反射面において入射する、レーザ投影システムの一部分の上面図を示す図である。

【図11】いくつかの実施形態による、レーザ光ビームのビーム直径に依拠してレーザ光ビームの一部分が結果的に反射面を逃し得る角度で、レーザ光ビームが第２の走査ミラーの反射面に入射する、レーザ投影システムの一部分の上面図を示す図である。

【図12】いくつかの実施形態による、第１の大きさのビーム拡張が光中継器の第１の反射面によって第１のレーザ光ビームに適用される、レーザ投影システムの光学スキャナの上面図を示す図である。

【図13】いくつかの実施形態による、第２の大きさのビーム拡張が光中継器の第２の反射面によって第２のレーザ光ビームに適用される、レーザ投影システムの光学スキャナの上面図を示す図である。

【図14】いくつかの実施形態による、角度的に分離されたレーザ光ビームにそれぞれ異なるレベルの拡大をもたらす、図１２の例の第１の反射面および図１３の例の第２の反射面を含むレーザ投影システムの光学スキャナの上面図を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0004】

詳細な説明
図１～図１４は、光中継器の異なる反射面によってそれぞれ異なる大きさのビーム拡張が適用される、複数の角度的に分離されたレーザ入力を有するニアアイディスプレイシステム（例えば、ウェアラブルヘッドアップディスプレイ（ＷＨＵＤ））または別のディスプレイシステムをコンパクトに配置するための実施形態を示す。本明細書に記載の技術を用いて、そのようなディスプレイシステムの２つ以上のレーザ入力（場合によっては、本明細書において「レーザ光ビーム」と呼ばれる）が互いに対し角度的に分離され、それによってこれらの２つ以上のレーザ光ビームは、互いに対し平行でも垂直でもなく、代わりに傾いた（すなわち、「角度的にオフセットされた」、「角度的に分離された」）光路に沿って伝播する。２つ以上のレーザ光ビームの角度分離に起因して、システムの光学スキャナの１つまたは複数の走査ミラーに対するそのようなレーザ光ビームのそれぞれの入射角は通常異なり、結果として、同じまたは類似のビーム直径を有するレーザ光ビームについて、そのような走査ミラーに対するレーザ光ビームのそれぞれ異なるサイズの入射領域が得られ、これはＷＨＵＤでの性能およびユーザ体験に影響を及ぼし得る。そのような角度的に分離された光ビームの入射領域のそれぞれの入射角および対応する面積の差を補うために、それぞれ異なるレベルのビーム拡張（すなわち、拡大）が、角度的に分離されたレーザ光ビームの各々に適用され、それによって、いくつかの実施形態では、光学スキャナの所与の走査ミラーにおける角度的に分離されたレーザ光ビームのそれぞれの入射領域の面積は、同じであるかまたは概ね同じである。

【0005】

さらに説明するために、いくつかの例において、走査ミラーの反射面よりも大幅に大きいかまたは小さい入射領域を有するレーザ光ビームを走査ミラー上に提供する。例えば、角度的に分離されたレーザ光ビームの一部分が走査ミラーの反射面を逃す結果として、ニアアイディスプレイシステムによって投影される画像の明るさが損失する。そうでなければ走査ミラーの反射面よりも大きな面積の入射領域を有することになる、角度的に分離されたレーザ光ビームの任意のレーザ光ビームに適用される拡大のレベルを低減することによって、画像の明るさを比較的高いレベルに維持することができる。別の例として、走査ミラーの反射面よりも小さな面積の入射領域を有するレーザ光ビームを提供する結果として、走査ミラーの反射面の過少利用、およびニアアイディスプレイの光学的分解能の対応する低減が生じる。そうでなければ走査ミラーの反射面よりも小さな面積の入射領域を有することになる、角度的に分離されたレーザ光ビームの任意のレーザ光ビームに適用される拡大のレベルを増大させることによって、反射面のこの過少利用が軽減される。

【0006】

本明細書に開示される技術のいくつかの実施形態において、ディスプレイシステムは、少なくとも２つの変調可能なレーザ光源を有する光学エンジンと、２つの走査ミラーと、光中継器と、導波路とを含むレーザ投影システムを含む。動作時に、少なくとも２つの変調可能なレーザ光源が、レーザ光（２つ以上の角度的に分離されたレーザ光ビームとして出力される）を提供し、２つの走査ミラーがレーザ光を順に受け取り、各々がそれぞれの方向にわたってレーザ光を走査する（例えば、第１の走査ミラーは、第１の次元に沿って光を走査し、第２の走査ミラーは第２の次元に沿って光を走査し、ここで、第２の次元は実質的に第１の次元と垂直であり得る）。導波路は入力カプラを含み、この入力カプラにおいて、走査されたレーザ光を第２の走査ミラーから受け取る。入力カプラは、導波路を通じて、いくつかの例では、介在する射出瞳拡張器（ＥＰＥ）を介して、受け取った光を導波路の出力カプラに向けてリダイレクトし、光が導波路から出て（例えば、ユーザの眼の上に）投影されるようにする。

【0007】

そのようなディスプレイシステムのいくつかの実施形態において、２つの角度的に分離されたレーザ光ビームは、（例えば、光学エンジンおよびビームコンバイナを介して）第１および第２の走査ミラーならびに光中継器を含む光学スキャナに出力される。ディスプレイシステムは、２つの角度的に分離されたレーザ光ビームのうちの第１のレーザ光ビームが第１の走査ミラーに入射し、第１の走査ミラーが、第１のレーザ光ビームを第１の走査次元に沿って光中継器の第１の反射面上に走査するように構成される。２つの角度的に分離されたレーザ光ビームの第２のレーザ光ビームは、第１の走査ミラーにも入射し、第１の走査ミラーが、第２のレーザ光ビームを第１の走査次元に沿って光中継器の第２の反射面上に走査する。第１の反射面は第１のレーザ光ビームを光中継器の第３の反射面に向けて方向付ける。第２の反射面は第２のレーザ光ビームを光中継器の第４の反射面に向けて方向付ける。第３の反射面は、第１のレーザ光ビームを第２の走査ミラーに向けて方向付け、第２の走査ミラーは、第１の走査次元に対し少なくとも実質的に垂直な第２の走査次元に沿って、導波路の入力カプラの第１の領域にわたって第１のレーザ光ビームを走査する。第４の反射面は、第２のレーザ光ビームを第２の走査ミラーに向けて方向付け、第２の走査ミラーは、第２の走査次元に沿って導波路の入力カプラの第２の領域にわたって第２のレーザ光ビームを走査する。いくつかの実施形態では、入力カプラの第１の領域は、入力カプラの第２の領域に部分的に重複する。

【0008】

いくつかの実施形態では、光中継器の第１および第２の反射面は、モールドされた光中継器の重複しない反射面である。いくつかの実施形態では、光中継器の第３および第４の反射面は、モールドされた光中継器の重複しない面である。いくつかの実施形態では、第１の反射面は、走査次元および第１のレーザ光ビームの伝播方向に垂直なまたは実質的に垂直な第１の「非走査」次元に沿って、第１の大きさを有する第１のレーザ光ビームのビーム直径を拡張する（場合によっては、本明細書において、ビーム拡張または拡大の実行と呼ばれる）。いくつかの実施形態では、第２の反射面は、走査次元および第２のレーザ光ビームの伝播方向に垂直なまたは実質的に垂直な第２の非走査次元に沿って、第２の大きさを有する第２のレーザ光ビームのビーム直径を拡張する。いくつかの実施形態では、第１の大きさは第２の大きさとは異なる。いくつかの実施形態では、第１の反射面は、第２の反射面の第２の光学的処方とは異なる光学的処方を有し、結果として、それぞれ第１および第２の非走査次元に沿って、第１の反射面によって第１のレーザ光ビームに、および第２の反射面によって第２のレーザ光ビームに、それぞれ異なる大きさのビーム拡張が適用される。

【0009】

一般的に、（走査ミラーのもの等の）表面に対する所与のレーザ光ビームの入射角がその表面に対する法線から逸れると、レーザ光ビームが入射する表面領域の面積が増大する。レーザ光ビームが入射する表面領域は、場合によっては、本明細書において「入射領域」と呼ばれる。レーザ投影システムの例において、所与のレーザ光ビームおよび所与の走査ミラーの入射領域が走査ミラーの反射面よりも大きい場合、反射面に入射しないレーザ光ビームの部分は、走査ミラーによって反射されず（場合によっては「クリッピング」または「アパーチャクリッピング」と呼ばれるシナリオ）、結果として、レーザ投影システムを用いて表示される画像の明るさが損失する。特に、入力として２つ以上の角度的に分離されたレーザ光ビームを利用する本開示のレーザ投影システムの実施形態において、各レーザ光ビームは、通常、第２の走査ミラーに対しそれぞれ異なる入射角を有することになり、結果として、第２の走査ミラーにおける入射領域がそれぞれ異なるサイズとなる。レーザ投影システムに入力されるレーザ光ビームの各々が最初に同じまたは実質的に同じビーム直径を有し、第２の走査ミラーに対しそれぞれ異なる入射角を有すると仮定すると、第２の走査ミラーに対するレーザ光ビームの入射領域は、光中継器の反射面を介してレーザ光ビームの各々のそれぞれの非走査次元に沿って同じレベル（すなわち大きさ）のビーム拡張が適用される場合、異なるサイズを有することになり、非理想性を結果としてもたらす。例えば、レーザ光ビームの入射領域のうちの少なくとも１つが第２の走査ミラーの反射面のサイズを超える場合、望ましくないことに、投影画像のクリッピングおよび明るさの損失が結果として生じることになる。この明るさの損失は、第２の走査ミラーの反射面のものを超える（例えば、大幅に超える）それぞれの面積を有する入射領域を有する任意のレーザ光ビームに、低減されたレベルの拡大を代わりに適用することによって、軽減することができる。別の例として、レーザ光ビームのうちの少なくとも１つが、第２の走査ミラーの反射面よりも小さい（例えば、大幅に小さい）第２の走査ミラーにおける入射領域を有する場合、投影画像の光学的分解能は望ましくないことに低減されることになる。この光学的分解能の低減は、第２の走査ミラーの反射面よりも小さい（例えば、大幅に小さい）それぞれの面積を有する入射領域を有する任意のレーザ光ビームに、より大きなレベルの拡大を代わりに適用することによって、軽減することができる。

【0010】

上記で確認したように、それぞれ異なるレベルのビーム拡張を、それぞれの非走査次元に沿ってそのようなレーザ投影システムの角度的に分離されたレーザ光ビームに適用することによって（異なるレベルのビーム拡張は、例えば、それぞれ異なる光学的処方を有するそれぞれ異なる反射面を介して適用される）、第２の走査ミラーにおける角度的に分離されたレーザ光ビームの各々のそれぞれの入射領域のサイズを独立して選択することができる。例えば、それぞれの非走査次元に沿って第１および第２の角度的に分離されたレーザ光ビームにそれぞれ異なるレベルのビーム拡張を適用することによって（ここで、第１および第２の角度的に分離されたレーザ光ビームは、同じ初期ビーム直径と、第２の走査ミラーに対するそれぞれ異なる入射角を有する）、第１のレーザ光ビームの第１の入射領域は、第２のレーザ光ビームの第２の入射領域に等しいか概ね等しくなるように設定され、いくつかの実施形態では、第２の走査ミラーの反射面のサイズに等しいかまたは概ね等しくなるように設定される。

【0011】

本開示の実施形態によれば、異なる光学的処方を有する反射面を有する光中継器を含むレーザ投影システムが設けられ、これにより、それぞれ異なるレベルのビーム拡張が、それぞれ反射面に入射する角度的に分離されたレーザ光ビームに適用されることになる。いくつかの実施形態では、異なるレベルのビーム拡張は、角度的に分離されたレーザ光ビームのそれぞれの非走査次元に沿って適用され、角度的に分離されたレーザ光ビームが、互いに対し、第２の走査ミラーの反射面に対し、またはその双方で、第２の走査ミラーにおいて、それぞれ類似または同じサイズのそれぞれの入射領域を有するようにする。

【0012】

本開示のいくつかの実施形態は、ウェアラブルヘッドアップディスプレイ（ＷＨＵＤ）の形態の特定の例示的なニアアイディスプレイシステムを参照して説明および例示されているが、本開示の装置および技術はこの特定の例に限定されるものではなく、代わりに、本明細書に提供されるガイドラインを用いて多岐にわたるディスプレイシステムのうちの任意のものにおいて実施することができることが理解されることに留意されたい。

【0013】

図１は、ユーザが、投影画像を、レンズ素子１０８、１１０の一方または双方においてディスプレイの視野（ＦＯＶ）エリア１０６内に表示されているものとして知覚するように、ユーザの眼に向けて画像を投影するように構成されたレーザ投影システムを収容する、アーム１０４を含む支持構造体１０２を有する、いくつかの実施形態による走査ベースの光学系を用いた例示的なディスプレイシステム１００を示す。示される実施形態において、ディスプレイシステム１００は、支持構造体１０２が、ユーザの頭部に装着されるように構成され、眼鏡（例えば、サングラス）フレームの一般的形状および外観（すなわち、フォームファクタ）を有する、ＷＨＵＤの形態のニアアイディスプレイシステムである。支持構造体１０２は、レーザプロジェクタ、光学スキャナおよび導波路等の、ユーザの眼に向けたそのような画像の投影を容易にするための様々な構成要素を含有するかまたは他の形で含む。いくつかの実施形態では、支持構造体１０２は、１つまたは複数の前面カメラ、後面カメラ、他の光センサ、動きセンサ、加速度計等のような様々なセンサをさらに含む。支持構造体１０２は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（商標）インタフェース、ＷｉＦｉインタフェース等のような１つまたは複数の無線周波数（ＲＦ）インタフェースまたは他の無線インタフェースをさらに含むことができる。さらに、いくつかの実施形態では、支持構造体１０２は、ディスプレイシステム１００の電気構成要素に電力を供給するための１つまたは複数のバッテリまたは他のポータブル電源をさらに含む。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム１００のこれらの構成要素のうちのいくつかまたは全ては、支持構造体１０２の領域１１２内のアーム１０４内等、支持構造体１０２の内部容積内に完全にまたは部分的に含有される。例示的なフォームファクタが示されているが、他の実施形態において、ディスプレイシステム１００は、図１に示す眼鏡フレームとは異なる形状および外観を有してもよいことが理解されることに留意されたい。本明細書における用語「または」の実例は、別段の記載がない限り、「または」の非排他的定義を指すことを理解されたい。例えば、本明細書において、「ＸまたはＹ」というフレーズは、「Ｘ、またはＹ、または双方」を意味する。

【0014】

レンズ素子１０８、１１０の一方または双方が、ディスプレイシステム１００によって、拡張現実（ＡＲ）ディスプレイを提供するために用いられる。ＡＲディスプレイにおいて、レンダリングされるグラフィックコンテンツは、レンズ素子１０８、１１０を通してユーザによって知覚される際、現実世界のビューの上に重ね合わせるか、または他の形で現実世界のビューと組み合わせて提供することができる。例えば、知覚可能な画像または一連の画像を形成するために用いられるレーザ光は、ディスプレイシステム１００のレーザプロジェクタによって、少なくとも部分的に、対応するレンズ素子、１つまたは複数の走査ミラー、および１つまたは複数の光中継器において形成される導波路等の一連の光学素子を介してユーザの眼に投影することができる。このため、レンズ素子１０８、１１０の一方または双方は、少なくとも、導波路の入力カプラによって受け取られたディスプレイ光を、導波路の出力カプラにルーティングする、導波路の一部分を含み、出力カプラは、ディスプレイ光をディスプレイシステム１００のユーザの眼に向けて出力する。ディスプレイ光は、ユーザが画像としてディスプレイ光を知覚するように、変調され、ユーザの眼の上に走査される。加えて、レンズ素子１０８、１１０の各々は、ユーザがレンズ素子を透かして見ることを可能にし、画像が現実世界の環境の少なくとも一部分の上に重ね合わされて見えるようにユーザの現実世界の環境の視野を提供するのに十分透明である。

【0015】

いくつかの実施形態では、プロジェクタは、デジタル光処理ベースのプロジェクタ、走査レーザプロジェクタ、または、レーザもしくは１つまたは複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）等の変調可能光源と、１つまたは複数の動的スキャナもしくはデジタル光プロセッサ等の動的反射体機構との任意の組み合わせである。いくつかの実施形態では、プロジェクタは、複数のレーザダイオード（例えば、赤色レーザダイオード、緑色レーザダイオード、および青色レーザダイオード）と、少なくとも１つの走査ミラー（例えば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースまたは圧電ベースとすることができる２つの１次元走査ミラー）とを含む。プロジェクタは、コントローラと、コントローラによって実行されると、コントローラにプロジェクタの動作を制御させるプロセッサ実行可能命令および他のデータを記憶する、非一時的プロセッサ可読ストレージ媒体またはメモリとに通信可能に結合される。いくつかの実施形態では、コントローラは、プロジェクタの走査エリアのサイズおよび走査エリアのロケーションを制御し、ディスプレイシステム１００において表示されるコンテンツを生成するプロセッサ（図示せず）に通信可能に結合される。プロジェクタは、ディスプレイシステム１００のＦＯＶエリア１０６として指定される可変エリアにわたって光を走査する。走査エリアのサイズは、ＦＯＶエリア１０６のサイズに対応し、走査エリアロケーションは、ＦＯＶエリア１０６がユーザに可視である、レンズ素子１０８、１１０のうちの１つの領域に対応する。一般的に、ディスプレイが、広い範囲の角度にわたる光の出力結合に適応する広いＦＯＶを有することが望ましい。本明細書において、ディスプレイを見ることができることになる異なるユーザの眼の位置の範囲は、ディスプレイのアイボックスと呼ばれる。

【0016】

いくつかの実施形態では、プロジェクタは、第１および第２の走査ミラーと、第１および第２の走査ミラー間に配設された光中継器と、第２の走査ミラーの出力に配設された導波路とを介して光をルーティングする。いくつかの実施形態では、導波路の出力カプラの少なくとも一部分は、ＦＯＶエリア１０６に重複することができる。これらの態様は、以下でさらに詳細に説明される。

【0017】

図２は、レーザ光を介してユーザの眼の上に画像を直接投影するレーザ投影システム２００の概略ブロック図を示す。レーザ投影システム２００は、光学エンジン２０２と、光学スキャナ２０４と、導波路２０５とを含む。光学スキャナ２０４は、第１の走査ミラー２０６と、第２の走査ミラー２０８と、光中継器２１０とを含む。導波路２０５は、入力カプラ２１２と出力カプラ２１４とを含み、出力カプラ２１４は、本例において、ユーザの眼２１６と光学的に位置合わせされている。いくつかの実施形態では、レーザ投影システム２００は、図１のディスプレイシステム１００等のウェアラブルヘッドアップディスプレイまたは別のディスプレイシステムにおいて実施される。

【0018】

光学エンジン２０２は、レーザ光２１８（例えば、赤色、青色、および緑色レーザ光等の可視レーザ光、ならびにいくつかの実施形態では、赤外レーザ光等の不可視レーザ光）を生成および出力するように構成された１つまたは複数のレーザ光源を含む。いくつかの実施形態では、光学エンジン２０２はドライバまたは他のコントローラ（図示せず）に結合され、ドライバまたは他のコントローラは、結合されたコンピュータプロセッサからこのコントローラまたはドライバによって受け取られた命令に従って、光学エンジン２０２のレーザ光源からのレーザ光の放出のタイミングを制御して、ユーザの眼２１６の網膜への出力時に画像として知覚されるレーザ光２１８を変調する。

【0019】

例えば、レーザ投影システム２００の動作中、それぞれ異なる波長を有する複数のレーザ光ビームが光学エンジン２０２のレーザ光源によって出力され、次に、ユーザの眼２１６に向けられる前に、ビームコンバイナ（図示せず）を介して結合される。光学エンジン２０２は、結合されたレーザ光が画像の一連のピクセルを反射するように、レーザ光ビームのそれぞれの強度を変調する。任意の所与の時点における各レーザ光ビームの特定の強度は、その時点に結合されたレーザ光によって表されるピクセルの対応する色内容および明るさの量に寄与する。

【0020】

いくつかの実施形態において、光学スキャナ２０４の第１および第２の走査ミラー２０６および２０８の一方または双方がＭＥＭＳミラーである。例えば、第１の走査ミラー２０６および第２の走査ミラー２０８は、レーザ投影システム２００の活性動作中に振動するようにそれぞれの作動電圧によって駆動されるＭＥＭＳミラーであり、これにより第１および第２の走査ミラー２０６および２０８はレーザ光２１８を走査する。第１の走査ミラー２０６の振動により、光学エンジン２０２によって出力されたレーザ光２１８が、光中継器２１０を通じて、および第２の走査ミラー２０８の表面にわたって走査されることになる。第２の走査ミラー２０８は、第１の走査ミラー２０６から受け取ったレーザ光２１８を、導波路２０５の入力カプラ２１２に向けて走査する。いくつかの実施形態では、第１の走査ミラー２０６は、振動するか、または他の形で第１の軸２１９の周りを回転し、レーザ光２１８が第２の走査ミラー２０８の表面にわたって１つの次元にのみ（すなわち、直線状に）走査されるようにする。いくつかの実施形態では、第２の走査ミラー２０８は、振動するか、または他の形で第２の軸２２１の周りを回転する。いくつかの実施形態では、第１の軸２１９は第２の軸２２１に対し傾斜する。

【0021】

いくつかの実施形態では、入力カプラ２１２は、実質的に矩形の外形を有し、レーザ光２１８を受け取り、レーザ光２１８を導波路２０５内に方向付けるように構成される。入力カプラ２１２は、小さい方の寸法（すなわち、幅）およびより大きい方の直交する寸法（すなわち、長さ）によって定義される。実施形態において、光中継器２１０は、第１の走査ミラー２０６により第１の次元（例えば、入力カプラ２１２の小さな寸法に対応する第１の次元）において走査されたレーザ光２１８を受け取り、レーザ光２１８を第２の走査ミラー２０８にルーティングし、第１の次元において、第２の走査ミラー２０８を越えた光中継器２１０の射出瞳面へのレーザ光２１８の集中を（例えば、コリメーションにより）もたらすライン走査光中継器である。本明細書において、「瞳面」は、１つまたは複数の次元に沿ったアパーチャにレーザ光が集中する光学系を通じたレーザ光の光路に沿ったロケーションを指す。例えば、光中継器２１０は、光学系を通じてレーザ光の光路に沿って位置する１つまたは複数の入射瞳面に関連付けることができ、ここで、レーザ光は、光中継器２１０に入る前に仮想アパーチャに集中する。例えば、光中継器２１０は、光学系を通じてレーザ光の光路に沿って位置する１つまたは複数の射出瞳面に関連付けることができ、ここで、レーザ光は、光中継器２１０を出た後に１つまたは複数の次元に沿った仮想アパーチャに集中する。いくつかの実施形態では、光中継器２１０の入射瞳面は、第１の走査ミラー２０６に一致して配置され得る。いくつかの実施形態では、光中継器２１０の入射瞳面は、第１の走査ミラー２０６と光中継器２１０との間の中間ロケーションに位置することができる。いくつかの実施形態では、光中継器２１０の射出瞳面は、第２の走査ミラー２０８に一致して配置され得る。いくつかの実施形態では、光中継器２１０の射出瞳面は、入力カプラ２１２に一致して配置され得る。

【0022】

いくつかの例において、レーザ光は、第１の次元に沿って第１の入射瞳面の仮想アパーチャに集中し（例えば、レーザ光が、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を有するデカルト座標系に対し、ｘ－ｙ次元に沿って、ｚ次元に沿った点または線に集中する）、第２の次元に沿って第２の入射瞳面の仮想アパーチャに集中する（例えば、第２の次元は、第１の次元に実質的に垂直である）。ここで、第１および第２の入射瞳面はロケーションに関して異なる。いくつかの例において、レーザ光は、第１の次元に沿って第１の射出瞳面の仮想アパーチャに集中し（例えば、レーザ光が、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を有するデカルト座標系に対し、ｘ－ｙ次元に沿って、ｚ次元に沿った点または線に集中する）、第２の次元に沿って射出瞳面の仮想アパーチャに集中する（例えば、第２の次元は、第１の次元に実質的に垂直である）。ここで、第１および第２の射出瞳面はロケーションに関して異なる。他の例において、レーザ光は、全ての次元に沿って単一の入射瞳面の仮想アパーチャに集中し（例えば、レーザ光が、ｘ、ｙおよびｚ次元の各々に沿って仮想アパーチャに集中する）、全ての次元に沿って単一の射出瞳面の仮想アパーチャに集中する。本例において、光学エンジン２０２は、第１の走査ミラーに向けてレーザ光２１８の単一のビーム（それ自体が、それぞれ異なる偏光または波長を有する２つ以上の光ビームの結合であり得る）を出力するように示されているが、いくつかの実施形態では、光学エンジン２０２は、第１の走査ミラーに向けて２つ以上のレーザ光ビームを生成および出力するように構成され、ここで、２つ以上のレーザ光ビームは、互いに対し角度的に分離されている（すなわち、それらは「角度的に分離されたレーザ光ビーム」である）。上記で説明したように、２つ以上のレーザ光ビームは、互いに対し傾斜した（例えば、角度的にオフセットされた）それぞれ異なる非平行で非垂直の光路に沿って伝播するとき、「角度的に分離」されており、いくつかの例において、光路の角度分離は、２つ以上のレーザ光ビームを、１つまたは複数の次元に沿って互いに重複するように集中させる（例えば、そのような重複は瞳面の仮想アパーチャに対応する）。

【0023】

本例において、レーザ光２１８の可能な光路は、第１の走査ミラー２０６による反射に続いて、第１の走査次元に沿って最初に拡散されるが、後に、これらの光路は、光中継器２１０によってもたらされる集中に起因して、第２の走査ミラー２０８を越えた射出瞳面において交差する。例えば、所与の射出瞳面の幅（すなわち、最も小さな寸法）は、概ね、その射出瞳面に対応するレーザ光の直径に対応する。したがって、射出瞳面は、「仮想アパーチャ」とみなすことができる。いくつかの実施形態では、光中継器２１０の射出瞳面は、入力カプラ２１２に一致する。いくつかの実施形態では、光中継器２１０の入射瞳面は、第１の走査ミラー２０６に一致する。

【0024】

様々な実施形態によれば、光中継器２１０は、第２の走査ミラー２０８に対するレーザ光２１８を成形し中継する、１つもしくは複数の球面、非球面、放物面もしくは自由形状レンズを含むか、または、第２の走査ミラー２０８に対するレーザ光２１８を成形し方向付ける、限定ではないが、球面、非球面、放物面もしくは自由形状レンズもしくは反射体（本明細書において、場合によっては「反射面」と呼ばれる）を含む２つ以上の光学面を含むモールド型反射性中継器を含む。第２の走査ミラー２０８は、レーザ光２１８を受け取り、第２の次元においてレーザ光２１８を走査する。第２の次元は、導波路２０５の入力カプラ２１２の長い次元に対応する。いくつかの実施形態では、第２の走査ミラー２０８は、レーザ光２１８の射出瞳面が、第２の次元に沿った線に沿って掃引されるようにする。いくつかの実施形態では、入力カプラ２１２は、第２の走査ミラー２０８がレーザ光２１８を入力カプラ２１２にわたる列または行として走査するように、第２の走査ミラー２０８から下流の掃引線にまたはその付近に位置決めされる。

【0025】

いくつかの実施形態では、光学エンジン２０２は、実質的に楕円形の非円形断面を有するレーザ光２１８を発する端面発光型レーザ（ＥＥＬ）を含み、光中継器２１０は、第１の方向（例えば、レーザ光２１８のビーム外形の長半径）または第２の方向（例えば、レーザ光２１８のビーム外形の短半径）の一方または双方に沿ってレーザ光２１８を拡大または最小化して、第２の走査ミラー２０８におけるレーザ光２１８の集中前にレーザ光２１８を再成形（例えば、円形化）する。いくつかのそのような実施形態において、第１の走査ミラー２０６のミラー板の表面は、楕円形で非円形である（例えば、レーザ光２１８の断面エリアに形状およびサイズが類似している）。他のそのような実施形態において、第１の走査ミラー２０６のミラー板の表面は円形である。

【0026】

レーザ投影システム２００の導波路２０５は、入力カプラ２１２および出力カプラ２１４を含む。「導波路」という用語は、本明細書において用いられるとき、全内反射（ＴＩＲ）、特殊フィルタ、または反射面のうちの１つまたは複数を用いて入力カプラ（入力カプラ２１２等）から出力カプラ（出力カプラ２１４等）に光を伝送するコンバイナを意味することが理解されよう。いくつかのディスプレイ用途において、光はコリメート画像であり、導波路は、コリメート画像を眼に伝送し、複製する。一般的に、「入力カプラ」および「出力カプラ」という用語は、限定ではないが、回折格子、ホログラム、ホログラフィック光学素子（例えば、１つまたは複数のホログラムを用いる光学素子）、体積型回折格子、体積型ホログラム、表面レリーフ型回折格子、または表面レリーフ型ホログラムを含む、任意のタイプの光学格子構造を指すことが理解されよう。いくつかの実施形態では、所与の入力カプラまたは出力カプラは、入力カプラまたは出力カプラが光を送出し、送出中、設計された光学機能を光に適用するようにする透過型格子（例えば、透過型回折格子または透過型ホログラフィック格子）として構成される。いくつかの実施形態では、所与の入力カプラまたは出力カプラは、入力カプラまたは出力カプラが光を反射し、反射中、設計された光学機能を光に適用するようにする反射型格子（例えば、反射型回折格子または反射型ホログラフィック格子）である。本例において、入力カプラ２１２において受け取られたレーザ光２１８は、ＴＩＲを用いて、導波路２０５を介して出力カプラ２１４に中継される。次に、レーザ光２１８は、出力カプラ２１４を介してユーザの眼２１６に出力される。上記で説明したように、いくつかの実施形態において、導波路２０５は、眼鏡フォームファクタを有し、レーザ投影システム２００を利用するディスプレイシステムのレンズ素子１０８または１１０（図１）等の眼鏡レンズの一部として実施される。

【0027】

図２の例には示されていないが、いくつかの実施形態において、追加の光学構成要素が、光学エンジン２０２と第１の走査ミラー２０６との間、第１の走査ミラー２０６と光中継器２１０との間、光中継器２１０と第２の走査ミラー２０８との間、第２の走査ミラー２０８と入力カプラ２１２との間、入力カプラ２１２と出力カプラ２１４との間、または出力カプラ２１４と眼２１６との間（例えば、ユーザの眼２１６によって見るようにレーザ光を成形するため）の光路のうちの任意のものに含まれる。いくつかの実施形態では、プリズムを用いて、第２の走査ミラー２０８から入力カプラ２１２への光をステアリングし、光がＴＩＲによって導波路２０５における光の伝播を促進するのに適した角度で入力カプラ２１２に結合されるようにする。また、いくつかの実施形態では、フォールド格子等の射出瞳拡張器（例えば、以下で説明する図３の射出瞳拡張器３０４）は、入力カプラ２１２と出力カプラ２１４との間の中間ステージに配置され、入力カプラ２１２によって導波路２０５内に結合された光を受け取り、光を拡張し、光を出力カプラ２１４に向けてリダイレクトし、ここで、次に出力カプラ２１４は、導波路２０５から出たレーザ光を（例えば、ユーザの眼２１６に向かって）結合する。

【0028】

図３は、いくつかの実施形態による、図２のレーザ投影システム２００の導波路２０５内の光伝播の例を示す。示すように、走査次元３０２に沿って走査された、入力カプラ２１２を介して受け取られた光は、射出瞳拡張器３０４に方向付けられ、次に、出力カプラ２１４にルーティングされ、（例えば、ユーザの眼に向かって）出力される。いくつかの実施形態では、射出瞳拡張器３０４は、（例えば、射出瞳拡張器３０４がない場合のディスプレイのアイボックスの寸法に対し）レーザ投影システム２００を含むディスプレイシステム（例えば、図１のディスプレイシステム１００、図６および図７のＷＨＵＤ６００、７０２）のアイボックスの１つまたは複数の寸法を拡張する。いくつかの実施形態では、入力カプラ２１２および射出瞳拡張器３０４は各々、それぞれの１次元回折格子（すなわち、１つの次元に沿って延びる回折格子）を含み、この回折格子は、入射光の入射角、および回折格子の構造的態様に依拠して、特定の方向に入射光を回折する。図３は、入力カプラ２１２が、走査次元３０２に垂直な第１の方向に光を（現在示されているビューに対し）真っ直ぐ下に方向付ける実質的に理想的な事例を示し、射出瞳拡張器３０４が、第１の方向に垂直な第２の方向に光を（現在示されているビューに対し）右に方向付けることを理解されたい。本例には示されていないが、いくつかの実施形態では、入力カプラ２１２が光を方向付ける第１の方向は、走査次元３０２に対し、厳密に垂直ではなく、僅かにまたは実質的に傾いていることを理解されたい。

【0029】

図４は、光中継器２１０がモールド型反射性中継器を含むレーザ投影システム２００の例示的な実施形態を示す。示すように、レーザ投影システム２００は基板４０２を含み、基板４０２上に、ビームコンバイナ４０４、プライマリレンズ４０６およびミラー４０８が配設される。様々な実施形態によれば、基板４０２はプリント回路基板（ＰＣＢ）またはそうでなければ別の適用可能な基板である。

【0030】

光学エンジン２０２は、図示される赤色レーザ光源４１０－１、緑色レーザ光源４１０－２、および青色レーザ光源４１０－３等の１つまたは複数のレーザ光源４１０（例えば、レーザダイオード）のセットを備え、プロセッサまたは他のコントローラは、光学エンジン２０２を操作して、ユーザに表示するために生成されている画像の対応するピクセルに対する対応する赤色光、緑色光および青色光の寄与を提供するように、各レーザ光源４１０のそれぞれの強度を変調する。プライマリレンズ４０６は、各々が光学エンジン２０２のそれぞれのレーザ光源４１０とビームコンバイナ４０４との間の光路に介在する、対応する数のコリメーションレンズ（例えば、上記の例において、３つのレーザ光源４１０の場合３つ）を含む。例えば、各レーザ光源４１０は、プライマリレンズ４０６を通じて、ビームコンバイナ４０４において結合されることになる、異なる波長のレーザ光（例えば、それぞれの赤色、青色および緑色の波長に対応する）を出力し、レーザ投影システム２００によって投影されることになるレーザ光（すなわち、図２に示すレーザ光２１８）を生成する。ビームコンバイナ４０４は、個々のレーザ光入力を受け取り、結合されたレーザ光２１８をミラー４０８に出力し、ミラー４０８は、レーザ光２１８を第１の走査ミラー２０６の反射面４１２上にリダイレクトする。第１の走査ミラー２０６は、第１の走査次元に沿って、レーザ光２１８を光中継器２１０内に走査する。

【0031】

図４の例において、光中継器２１０は、例えば、固体の透明な構成要素（例えばガラスまたはＺｅｏｎｅｘ等の光学プラスチック）からモールドすることができる、モールド型反射性中継器であり、その反射面は、ミラーコーティングまたはメタ表面として実施される。いくつかの実施形態では、モールド型反射性中継器１８０２の１つまたは複数の反射面は、ＴＩＲを介して光を反射し、したがって、ミラーコーティングまたは製造されたメタ表面が光を反射することを必要としない。そのようなモールドにより、中継器の光学面のうちのいくつかまたは全てを、いくつかの独立した別個の要素ではなく単一の要素に組み込むことが容易になるため、レーザ投影システム２００の製造を単純化することができる。さらに、いくつかの実施形態では、モールド型構造の使用により、ミラーコーティングを用いてモールド型反射性中継器１８０２の１つまたは複数の領域を通じて光を伝播するのではなく、光が、ＴＩＲを介してこれらの領域を通って伝播されることが可能になる。

【0032】

光中継器２１０は、第２の走査ミラー２０８の反射面４１４に向けてレーザ光２１８をルーティングするように構成される。第２の走査ミラー２０８は、第２の走査次元に沿って導波路２０５の入力カプラ（入力カプラ２１２等）にわたってレーザ光２１８を走査する。いくつかの実施形態では、第２の走査次元は、レーザ光が光中継器２１０を通って伝播する際に沿う平面に垂直である。

【0033】

図５は、光学エンジン２０２によって出力される同時発生のレーザ光が、光中継器２１０がモールド型反射性中継器である実施形態の場合に光中継器２１０を通って取ることができる経路の例を示す。示すように、光学エンジン２０２は、赤色レーザ光２１８－１、緑色レーザ光２１８－２および青色レーザ光２１８－３をビームコンバイナ４０４に向けて出力する。ビームコンバイナ４０４は、レーザ光２１８－１、２１８－２、２１８－３の個々のビームを結合してレーザ光２１８にし、レーザ光２１８をミラー４０８に向けてリダイレクトする。ミラー４０８は、レーザ光２１８を第１の走査ミラー２０６上に反射する。第１の走査ミラー２０６は、第１の走査次元５０２に沿ってレーザ光２１８を光中継器２１０内に走査する。光中継器２１０は、反射面５０４、５０６、５０８および５１０からレーザ光２１８を反射し、次に、レーザ光２１８を第２の走査ミラー２０８の反射面４１４に向かって出力する。次に、第２の走査ミラー２０８は、第２の走査次元５１２に沿って入力カプラ２１２にわたってレーザ光２１８を走査する。ここで、レーザ光２１８は、第１の走査ミラー２０６のほとんどまたは全ての達成可能な走査角で入力カプラ２１２上に集中する。本例では、ビームコンバイナ４０４は、レーザ光２１８の単一のビームを出力するように示されているが、いくつかの実施形態では、ビームコンバイナ４０４は、第１の走査ミラー２０６上に方向付けられた、２つ以上の角度的に分離されたレーザ光ビームを出力するように構成されることを理解されたい。

【0034】

図６は、図２のレーザ投影システム２００を含むＷＨＵＤ６００の一部分を示す。いくつかの実施形態では、ＷＨＵＤ６００は、図１のディスプレイシステム１００を表す。光学エンジン２０２、光学スキャナ２０４、入力カプラ２１２、および導波路２０５の一部分は、本例において、ＷＨＵＤ６００のアーム６０２に含まれる。

【0035】

ＷＨＵＤ６００は、第１のレンズ６０６、第２のレンズ６０８および導波路２０５を含む光学コンバイナレンズ６０４を含み、導波路２０５は、第１のレンズ６０６と第２のレンズ６０８との間に配設される。出力カプラ２１４を通って出る光は、第２のレンズ６０８（例えば、ディスプレイシステム１００のレンズ素子１１０に対応する）を通って進行する。使用時に、第２のレンズ６０８を出る光は、ＷＨＵＤ６００を装着するユーザの眼６１０の瞳に入り、ユーザに、光学エンジン２０２によって出力されるレーザ光によって搬送される表示画像を知覚させる。光学コンバイナレンズ６０４は、実質的に透明であり、ＷＨＵＤ６００の周りの環境に対応する現実世界のシーンからの光が第１のレンズ６０６、第２のレンズ６０８および導波路２０５を通過してユーザの眼６１０に達するようになっている。このようにして、レーザ投影システム２００によって出力された画像または他のグラフィックコンテンツは、ユーザの眼６１０の上に投影されるとき、ユーザの環境の現実世界の画像と結合され（例えば、重ね合わされ）、ユーザにＡＲ体験を提供する。

【0036】

図示される例には示されていないが、いくつかの実施形態において、追加の光学素子が、（例えば、ユーザの眼６１０が見るようにレーザ光を成形するために）光学エンジン２０２と入力カプラ２１２との間、入力カプラ２１２と出力カプラ２１４との間、または出力カプラ２１４とユーザの眼６１０との間の光路のうちの任意のものに含まれる。例として、プリズムを用いて、光学スキャナ２０４から入力カプラ２１２への光をステアリングし、光がＴＩＲによって導波路２０５における光の伝播を促進するのに適した角度で入力カプラ２１２に結合されるようにする。また、いくつかの実施形態では、フォールド格子等の射出瞳拡張器（例えば、射出瞳拡張器３０４）は、入力カプラ２１２と出力カプラ２１４との間の中間ステージに配置され、入力カプラ２１２によって導波路２０５内に結合された光を受け取り、光を拡張し、光を出力カプラ２１４に向けてリダイレクトし、ここで、次に出力カプラ２１４は、導波路２０５から出たレーザ光を（例えば、ユーザの眼６１０に向かって）結合する。

【0037】

図７および図８は、２つの異なる斜視図、すなわち、図６のＷＨＵＤ６００または図１のディスプレイシステム１００を表すＷＨＵＤ７０２の一部分の部分的に透明な図７００（図７）および８００（図８）を示す。ＷＨＵＤ７０２は、光中継器２１０がモールド型反射性中継器である実施形態について、図２、図４および図５のレーザ投影システム２００の例示的な構成を含む。いくつかの実施形態では、ＷＨＵＤ７０２は、図１のディスプレイシステム１００に対応し、ＷＨＵＤ７０２の示される部分は、ディスプレイシステム１００の領域１１２に対応する。

【0038】

図７のビュー７００および図８の８００によって示されるように、ＷＨＵＤ７０２のアーム７０４は、光学エンジン２０２と、プライマリレンズ４０６と、第１の走査ミラー２０６、光中継器２１０および基板４０２の少なくとも一部分とを収容する。ＷＨＵＤ７０２のフレームセクション７０６は、第２の走査ミラー２０８と、第１の走査ミラー２０６、光中継器２１０および基板４０２の一部分とを収容する。図７のビュー７００によって示すように、導波路２０５の入力カプラ２１２および出力カプラ２１４（図７および図８の図には完全に示されていない）はそれぞれ、レンズ７０８（例えば、図１のレンズ１１０の１つの実施形態）に埋め込まれるか、またはそうでない場合このレンズ上に配設される。上記で説明したように、光学エンジン２０２によって出力されるレーザ光（例えば、図５のレーザ光２１８）は、少なくとも、第１の走査ミラー２０６、光中継器２１０および第２の走査ミラー２０８を介して入力カプラ２１２にルーティングされる。第１の走査ミラー２０６は、振動するかまたはそうでなければ回転して、第１の走査次元に沿ってレーザ光を走査し、第２の走査ミラー２０８は、振動するかまたはそうでなければ回転して、第１の走査次元に垂直な第２の走査次元に沿ってレーザ光を走査する。第２の走査ミラー２０８によって反射されたレーザ光は、入力カプラ２１２における線に集中する。入力カプラ２１２において受け取られた中継レーザ光は、導波路２０５を介して出力カプラ２１４にルーティングされる。次に、出力カプラ２１４において受け取られたレーザ光は、導波路２０５から出るように（例えば、ＷＨＵＤ７０２のユーザの眼に向けて）方向付けられる。

【0039】

図９は、２つの角度的に分離されたレーザ光ビームを用いて投影のための画像情報を搬送するレーザ投影システム９００（図２のレーザ投影システム２００の１つの実施形態）の例示的な斜視図を示す。本例において、レーザ投影システム９００の斜視図は、それぞれ直交するｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を有する３次元デカルト座標系に関して提供され、ここで、斜視図は正のｚ軸を見下ろす視点を提供する。

【0040】

光学エンジン２０２は、各々がビームコンバイナ４０４に向けてレーザ光のそれぞれ異なる波長を出力するように構成された２つ以上のレーザ光源を含む。ビームコンバイナ４０４は、光学エンジン２０２によって出力されるレーザ光の波長を、互いに角度的に（例えば、約０度～約１０度の角度）分離された第１のレーザ光ビーム９０２および第２のレーザ光ビーム９０４に結合し、第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４（場合によっては、本明細書において、第１および第２の角度的に分離されたレーザ光ビーム９０２および９０４と呼ばれる）を第１の走査ミラー２０６に向けて出力する。いくつかの実施形態では、第１のレーザ光ビーム９０２および第２のレーザ光ビーム９０４の各々は、ビームコンバイナ４０４を介して結合される複数のレーザ光波長を含むため、「集約」レーザ光ビームとみなされる。本例において、第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４の中心光線のみが示されているが、第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４は、第１および第２の走査ミラー２０６および２０８によってそれぞれの走査領域にわたって走査され、図示される中心光線は走査領域内で中心合わせされていることを理解されたい。第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４は、（図示される軸に対し）ｘ－ｙ次元に沿って集中し、第１の走査ミラー２０６の反射面（例えば、図４の反射面４１２）において重複し（例えば、ｚ次元に関する重複であり、単数または複数の重複点において同じまたは実質的に同じｚ座標を有する）、重複点は光中継器２１０の第１の入射瞳面に対応する。様々な実施形態によれば、他の次元または面（例えば、ｘ－ｙ次元に実質的に垂直な次元または面）に沿った仮想アパーチャへの第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４の集中に対応する他の入射瞳面が、第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４の光路に沿って、第１の入射瞳面と同じまたは実質的に同じロケーションに配設されてもよく、代わりに、これらの光路に沿って他のロケーションに配設されてもよい。いくつかの実施形態では、第１の走査ミラー２０６がその周りで振動するように構成される第１の軸２１９は、ｘ－ｙ次元に沿って位置合わせまたは実質的に位置合わせされ、ｚ軸に垂直であるかまたは実質的に垂直である。

【0041】

第１の走査ミラー２０６は、第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４を、ｘ－ｙ次元に対し実質的に直交するｘ－ｚ次元に対応するかまたは実質的に対応する第１の走査次元（例えば、図３の走査次元３０２、図５の第１の走査次元５０２）に沿って光中継器２１０内に走査する。第１の走査ミラー２０６による反射時に、第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４の光路は再び発散し、ｘ－ｙ次元に沿って角度的に分離されることとなる。いくつかの実施形態では、光中継器２１０は、１つまたは複数の次元に沿って第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４の各々を拡大する（例えば、第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４の各々を円形化する）。様々な実施形態によれば、それぞれの非走査次元に沿った第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４のそれぞれ異なるレベル（すなわち、大きさ）の拡大（場合によっては、ビーム拡張と呼ばれる）が光中継器２１０の反射面によって適用される。本明細書において、２つの次元（例えば、線、面、方向等）は、それらが互いに対し約１５度以内の直交性または垂直性であるとき、互いに「実質的に直交」または「実質的に垂直」とみなされる。光中継器２１０は、第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４を第２の走査ミラー２０８に向けて中継し、第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４をｘ－ｙ次元に沿って集中させ、第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４の各々の走査領域に、それぞれの伝播方向に沿ったｚ次元に対し集中させる。

【0042】

本例において、第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４は、第２の走査ミラー２０８の反射面（例えば、図４の反射面４１４）の２つのそれぞれ別個のロケーションに入射する（すなわち、ｘ－ｙ次元に沿った光中継器の射出瞳面は第２の走査ミラー２０８に配設されない）。しかしながら、いくつかの実施形態では、第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４は、代わりに、第２の走査ミラー２０８の反射面のエリアと実質的に同じであるかまたは少なくとも部分的に重複するエリアにおいて第２の走査ミラー２０８の反射面上に入射し、いくつかのそのような実施形態において、第２の走査ミラー２０８の反射面は、ｘ－ｙ次元に沿った光中継器２１０の射出瞳面として作用することを理解されたい。本明細書において、２つのエリア（例えば、入射領域のエリアおよび反射面のエリア、２つの入射領域のエリア等）は、２つのエリアのうちの第１のエリアが２つのエリアのうちの第２のエリアのサイズの約６６％～約１３３％以内である場合、「実質的に同じ」とみなされる。第２の走査ミラー２０８は、ｘ－ｙ次元（例えば、図５の第２の走査次元５１２）に沿って第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４を入力カプラ２１２に向けて走査する。

【0043】

本例において、第２の走査ミラー２０８によって反射されると、第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４は、ｘ－ｙ次元に沿って集中し、入力カプラ２１２における光中継器２１０の第１の射出瞳面において重複する（例えば、ｚ次元に関して重複する）。しかしながら、光中継器２１０の射出瞳面が第２の走査ミラー２０８の反射面にまたは実質的に反射面に配設される実施形態の場合、第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４は、代わりに、第２の走査ミラー２０８によって反射された後にｘ－ｙ次元に沿って発散し、入力カプラ２１２に沿ったそれぞれの異なるロケーションにおいて入射する。様々な実施形態によれば、他の次元または面（例えば、ｚ次元等、ｘ－ｙ次元に実質的に垂直な次元または面）に沿った仮想アパーチャへの第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４の集中に対応する他の射出瞳面が、第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４の光路に沿って、第１の射出瞳面と同じまたは実質的に同じロケーションに配設されてもよく、代わりに、これらの光路に沿って他のロケーションに配設されてもよい。加えて、第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４のそれぞれの走査領域は、各々、それらのそれぞれの伝播方向に沿ってｚ次元に対し集中し、それによって、第２の走査ミラー２０８は、第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４のそれぞれを、入力カプラ２１２において（例えば、第１の射出瞳面９０８において）それぞれの実質的に１次元の経路に沿って（例えば、それぞれの線または弧において）走査する。本明細書において、「実質的に１次元」の経路は、単一の直線または湾曲線（例えば、弧）を辿る経路を指す。

【0044】

図９の本例において、光学スキャナ２０４に入力される第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４が、角度的に分離され、第１の走査ミラー２０６における第１の入射瞳面および入力カプラ２１２における第１の射出瞳面においてｘ－ｙ軸に沿って集中するように示されているが、レーザ投影システム９００のいくつかの代替的な実施形態において、第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４は、実質的に非ゼロ量で角度的に分離されておらず、代わりに平行または共線状である。そのような代替的な実施形態において、第１および第２のレーザ光ビーム９０２および９０４の各々は、第１の入射瞳面および第１の射出瞳面におけるｘ－ｙ軸に沿った仮想アパーチャへの（すなわち、必須ではないが他のビームに対する、各個々のビームの光の）独立した集中を受ける。

【0045】

図１０は、レーザ光ビーム１００２（場合によっては、本明細書において「第１のレーザ光ビーム１００２」と呼ばれる）が、反射面４１４がそれに沿って向けられた面（場合によっては、本明細書において反射面４１４の平面と呼ばれる）に対し、ここではθとして表される入射角１０１０で第２の走査ミラー２０８の反射面４１４に入射する、レーザ投影システム（図２のレーザ投影システム２００の１つの実施形態）の一部分の例示的な斜視図１０００を示す。本例において、第１のレーザ光ビーム１００２は、第２の走査ミラー２０８に対する第１のレーザ光ビーム１００２の入射領域が反射面４１４によって画定される境界の中に完全に収まるようなビーム直径１０１２および入射角１０１０を有する。すなわち、第１のレーザ光ビーム１００２の全てまたは実質的に全てが反射面４１４上に入射する。いくつかの実施形態では、第１のレーザ光ビーム１００２は、例えばビームコンバイナ（例えば、図４、図９のビームコンバイナ４０４の実施形態）を用いて以前に結合された複数のレーザ光波長を含む集約レーザ光ビームである。

【0046】

本例において、第１のレーザ光ビーム１００２の光路は、中心光線１００６、第１の境界光線１００４および第２の境界光線１００８を介して示される。例えば、第１のレーザ光ビーム１００２の光は、第１の境界光線１００４および第２の境界光線１００８によって画定される領域内に実質的にまたは完全に配設され、中心光線１００６に沿って中心を合わせられるかまたは実質的に中心を合わせられる。第１の境界光線１００４と第２の境界光線１００８との間の最短距離は、ビーム直径１０１２を定義する。

【0047】

示すように、第２の走査ミラー２０８は、幅１０１４を有する反射面４１４を含む。反射面４１４における第１のレーザ光ビーム１００２の入射角１０１０は、ここでは、ｘ－ｙ平面に対し、第１のレーザ光ビーム１００２が反射面４１４に接近する際の反射面４１４の平面と第１のレーザ光ビーム１００２の中心光線１００６との間の角度θとして定義される。ビーム直径１０１２、入射角１０１０、および反射面４１４の幅１０１４により、集合的に、第２の走査ミラー２０８における第１のレーザ光ビーム１００２の入射領域が完全に反射面４１４上に位置するか否か、または入射領域の一部分が反射面を逃すか否かが決まる。いくつかの実施形態では、第１のレーザ光ビーム１００２のビーム直径１０１２は、光中継器２１０に適用される第１のレーザ光ビーム１００２の拡大を介して（例えば、そのような拡大を結果としてもたらす光学的処方を有するその１つまたは複数の反射面を介して）設定される。

【0048】

第２の走査ミラー２０８は、本明細書において、特定の向き（すなわち、第１の向き）に示されているが、第２の走査ミラー２０８の反射面４１４は、振動するかまたはそうでない場合（例えば、図２に示す第２の軸２２１等のｚ次元における軸の周りを）回転することを理解されたい。いくつかの実施形態では、反射面４１４は、第２の走査ミラー２０８の本体部分と無関係に振動するかまたはそうでない場合回転するが、他の実施形態において、反射面４１４は、第２の走査ミラー２０８の本体部分の全てまたは一部分と共に振動するかまたはそうでない場合回転する。反射面４１４のそのような回転は、通常、反射面４１４における第１のレーザ光ビーム１００２の入射領域のサイズを、入射角１０１０において結果として生じる変化に起因して変化させる（例えば、入射角１０１０が反射面４１４に対し垂直状態に近づく際、入射領域のサイズが減少し、入射角１０１０が反射面４１４に平行な状態に近づく際、増大する）。いくつかの実施形態では、第１のレーザ光ビーム１００２のビーム直径１０１２は、第２の走査ミラー２０８における第１のレーザ光ビーム１００２の入射領域が、反射面４１４の振動または回転の各期間全体にわたって、実質的に（例えば、第１のレーザ光ビーム１００２の少なくとも約８０％が反射面４１４上に入射している状態）または完全に、反射面４１４上に配設されるように設定される。すなわち、第１のレーザ光ビーム１００２は、反射面が動作中に回転または振動の極値にあるときであっても、反射面４１４上に実質的にまたは完全に入射するままである。ここで、動作中に走査ミラーが所与の方向に回転または振動する最大範囲が、その方向における回転または振動の極値と呼ばれる。

【0049】

図１１は、レーザ光ビーム１１０２（場合によっては、本明細書において「第２のレーザ光ビーム１１０２」と呼ばれる）が、反射面４１４がそれに沿って向けられた面に対し、ここではφとして表される入射角１１１０で第２の走査ミラー２０８の反射面４１４に入射する、レーザ投影システム（図２のレーザ投影システム２００の１つの実施形態）の一部分の例示的な斜視図１１００を示す。いくつかの実施形態では、第２のレーザ光ビーム１１０２は、例えばビームコンバイナ（例えば、図４、図９のビームコンバイナ４０４の実施形態）を用いて以前に結合された複数のレーザ光波長を含む集約レーザ光ビームである。

【0050】

様々な実施形態によれば、図１０の第１のレーザ光ビーム１００２および第２のレーザ光ビーム１１０２は、角度的に分離されたレーザ光ビームとして第２の走査ミラー２０８に共に提供することができる。いくつかの実施形態では、第２のレーザ光ビーム１１０２の入射角１１１０は、第１のレーザ光ビーム１００２の入射角１０１０と比較して、反射面４１４の平面に対し垂直な状態から離れており、結果として、第２のレーザ光ビーム１１０２および第１のレーザ光ビーム１００２が同じまたは類似のそれぞれのビーム直径を有する例の場合、第２の走査ミラー２０８における第１のレーザ光ビーム１００２の入射領域と比較して、第２の走査ミラー２０８における第２のレーザ光ビーム１１０２の入射領域がより大きくなる。

【0051】

第１の例において、第２のレーザ光ビーム１１０２は、入射角１１１０を所与として、第２の走査ミラー２０８における第２のレーザ光ビーム１１０２の入射領域が、反射面４１４によって画定される境界を部分的に越えるようなビーム直径１１１２を有する。すなわち、第１の例において、第２のレーザ光ビーム１１０２の一部分が反射面４１４を逃し（したがって反射面４１４によって反射されず）、結果として、レーザ投影システムによって生成される画像の明るさが低減する。第１の例のいくつかの実施形態において、第２のレーザ光ビーム１１０２のビーム直径１１１２は、第１のレーザ光ビーム１００２のビーム直径１０１２と同じまたは実質的に同じである。第１の例のいくつかの実施形態において、ビーム直径１１１６は、光中継器２１０の反射面によって印加される第２のレーザ光ビーム１１０２の拡大を介して設定される。

【0052】

第１の例において、第２のレーザ光ビーム１１０２の光路は、中心光線１１０６、第１の境界光線１１０４および第２の境界光線１１０８を介して示される。第２のレーザ光ビーム１１０２の光は、第１の境界光線１１０４および第２の境界光線１１０８によって画定される領域内に実質的にまたは完全に配設され、中心光線１１０６に沿って中心を合わせられるかまたは実質的に中心を合わせられる。第１の境界光線１１０４と第２の境界光線１１０８との間の最短距離は、ビーム直径１１１２を定義する。示されるように、境界光線１１０４および１１０８付近の第２のレーザ光ビーム１１０２の光の一部分は、第２のレーザ光ビーム１１０２の入射領域が反射面４１４の幅１１１４を超えていることに起因して、反射面４１４を逃す。

【0053】

第２の例において、第２のレーザ光ビーム１１０２は、入射角１１１０の観点において、第２の走査ミラー２０８における第２のレーザ光ビーム１１０２の入射領域が、反射面４１４によって画定される境界内に完全に収まるような、第１の例のビーム直径１１１２よりも小さいビーム直径１１１６を有する。すなわち、第２の例において、第２のレーザ光ビーム１１０２の全てまたは実質的に全てが反射面４１４上に入射する。第２の例のいくつかの実施形態において、第２のレーザ光ビーム１１０２のビーム直径１１１６は、第１のレーザ光ビーム１００２のビーム直径１０１２よりも小さい。

【0054】

第２の例のいくつかの実施形態において、第１のレーザ光ビーム１００２および第２のレーザ光ビーム１１０２は、一致するまたは実質的に一致するビーム直径で最初に生成され、異なるそれぞれのレベルの拡大が、光中継器２１０の反射面によって第１のレーザ光ビーム１００２および第２のレーザ光ビーム１１０２の各々に適用され、結果として、第２のレーザ光ビーム１１０２が第１のレーザ光ビーム１００２のビーム直径１０１２よりも小さいビーム直径１１１６を有することになる。第２の例のいくつかの実施形態において、ビーム直径１１１６は、第１のレーザ光ビーム１００２および第２のレーザ光ビーム１１０２のそれぞれの入射領域が同じサイズまたは実質的に同じサイズとなるように光中継器２１０の反射面によって適用される第２のレーザ光ビーム１１０２の拡大により設定される。このようにして第１のレーザ光ビーム１００２および第２のレーザ光ビーム１１０２にそれぞれ異なるレベルの拡大を適用することによって、第１のレーザ光ビーム１００２および第２のレーザ光ビーム１１０２が最初に同じまたは実質的に類似のビーム直径で生成された場合であっても、第２の走査ミラー２０８における第１のレーザ光ビーム１００２および第２のレーザ光ビーム１１０２の入射角１０１０および１１１０の差ならびに入射領域における対応する差を考慮に入れるために、第２のレーザ光ビーム１１０２のビーム直径は、第１のレーザ光ビーム１００２の直径よりも小さくされ得る。

【0055】

第２の例において、第２のレーザ光ビーム１１０２の光路は、中心光線１１０６、第３の境界光線１１１８および第４の境界光線１１２０を介して示される。第２のレーザ光ビーム１１０２の光は、第３の境界光線１１１８および第４の境界光線１１２０によって画定される領域内に実質的にまたは完全に配設され、中心光線１１０６に沿って中心を合わせられるかまたは実質的に中心を合わせられる。第３の境界光線１１１８と第４の境界光線１１２０との間の最短距離は、ビーム直径１１１６を定義する。示されるように、第２のレーザ光ビーム１１０２がビーム直径１１１６を有するとき、第２のレーザ光ビーム１１０２の全てまたは実質的に全てが反射面４１４に入射する。

【0056】

第１および第２の例の双方において、反射面４１４に対する第２のレーザ光ビーム１１０２の入射角１１１０は、ｘ－ｙ平面に対し、第２のレーザ光ビーム１１０２が反射面４１４に接近する際の反射面４１４の平面と第２のレーザ光ビーム１１０２の中心光線１１０６との間の角度φとして定義される。ビーム直径１１１２または１１１６、入射角１１１０、および反射面４１４の幅１１１４により、集合的に、第２の走査ミラー２０８に対する第２のレーザ光ビーム１１０２の入射領域が完全に反射面４１４上に位置するか否か、または入射領域の一部分が反射面を逃すか否かが決まる。

【0057】

走査ミラー２０８の示される向きは、（例えば、それぞれの入射角１０１０および１１１０間の比較を容易にするために）図１０に示す走査ミラー２０８の向きに対応するように意図されることに留意されたい。上記で説明したように、反射面４１４の回転は、通常、反射面４１４における第２のレーザ光ビーム１１０２の入射領域のサイズを、入射角１１１０において結果として生じる変化に起因して変化させる（例えば、入射角１１１０が反射面４１４に対し垂直状態に近づく際、入射領域のサイズが減少し、入射角１１１０が反射面４１４に平行な状態に近づく際、増大する）。いくつかの実施形態では、第２のレーザ光ビーム１１０２のビーム直径１１１６は、第２の走査ミラー２０８におけるレーザ光ビーム１１０２の入射領域が、反射面４１４の振動または回転の各期間全体にわたって、実質的に（例えば、第２のレーザ光ビーム１１０２の９０％以上が反射面４１４上に入射している状態で）または完全に、反射面４１４上に配設されるように設定される。すなわち、第２のレーザ光ビーム１１０２は、反射面が動作中に回転または振動の極値にあるときであっても、反射面４１４上に実質的にまたは完全に入射するままである。

【0058】

図１２は、レーザ投影システム（図２のレーザ投影システム２００の１つの実施形態）の一部分の例示的な斜視図１２００を示し、ここで、レーザ光ビーム１２０２（場合によっては、本明細書において「第１のレーザ光ビーム１２０２」と呼ばれ、図１０の第１のレーザ光ビーム１００２の１つの実施形態である）は、第１の走査ミラー２０６の反射面４１２による反射に続いて、示される光路に沿って進行し、第１の反射面１２０４上に対し入射し、次に、第２の反射面１２０６に対し入射し、次に第２の走査ミラー２０８の反射面４１４に対し入射する。第２の走査ミラー２０８は、入力カプラ２１２において経路（例えば、線または弧）に沿って第１のレーザ光ビーム１２０２を走査する。第１の反射面１２０４および第２の反射面１２０６は、例えば、図２、図４、図５、図７、図８および図９のうちの任意のものの光中継器２１０の実施形態等の光中継器の反射面である。

【0059】

第１の反射面１２０４は、ｘ－ｙ次元に対する中間瞳面１２０８に第１のレーザ光ビーム１２０２を集束させるように構成される。その後、第１のレーザ光ビーム１２０２のビーム幅は、第２の反射面１２０６にぶつかるまでｘ－ｙ次元に対し拡張する。第２の反射面１２０６は第１のレーザ光ビーム１２０２をコリメートし、第１のレーザ光ビーム１２０２を第２の走査ミラー２０８に向けて反射する。様々な実施形態によれば、第１の反射面１２０４および第２の反射面１２０６のいずれかまたは双方が、第１のレーザ光ビーム１２０２を効果的に拡大する光学的処方を有する。すなわち、第１の反射面１２０４および第２の反射面１２０６のいずれかまたは双方によって引き起こされる拡大により、第１の走査ミラー２０６と第１の反射面１２０４との間の第１のレーザ光ビーム１２０２の第１の次元におけるビーム直径と比較して、第１のレーザ光ビーム１２０２が、第２の反射面１２０６によって反射された後、第１の次元においてより大きなビーム直径を有することになる。ここで、「第１の次元」における第１のレーザ光ビーム１２０２のビーム直径は、ｘ－ｙ次元に沿った、または第１の走査ミラー２０６の走査次元に実質的に垂直な次元に沿った、第１のレーザ光ビーム１２０２の直径を指す。第１の反射面１２０４および第２の反射面１２０６のいずれかまたは双方によって第１の次元において第１のレーザ光ビーム１２０２のビーム直径に適用される拡大の大きさは、場合によっては、本明細書において「第１の拡大レベル」と呼ばれる。

【0060】

図１３は、レーザ投影システム（図２のレーザ投影システム２００の１つの実施形態）の一部分の例示的な斜視図１３００を示し、ここで、レーザ光ビーム１３０２（場合によっては、本明細書において「第２のレーザ光ビーム１３０２」と呼ばれ、図１１の第２のレーザ光ビーム１１０２の１つの実施形態である）は、第１の走査ミラー２０６の反射面４１２による反射に続いて、示される光路に沿って進行し、第３の反射面１３０４上に入射し、次に、第４の反射面１３０６に入射し、次に第２の走査ミラー２０８の反射面４１４に入射する。第２の走査ミラー２０８は、入力カプラ２１２において経路（例えば、線または弧）に沿って第２のレーザ光ビーム１３０２を走査する。第３の反射面１３０４および第４の反射面１３０６は、例えば、図２、図４、図５、図７、図８および図９のうちの任意のものの光中継器２１０の実施形態等の光中継器の反射面である。

【0061】

第３の反射面１３０４は、ｘ－ｙ次元に対する中間瞳面１３０８に第２のレーザ光ビーム１３０２を集束させるように構成される。その後、第２のレーザ光ビーム１３０２のビーム幅は、第４の反射面１３０６にぶつかるまでｘ－ｙ次元に対し拡張する。第４の反射面１３０６は第２のレーザ光ビーム１３０２をコリメートし、第２のレーザ光ビーム１３０２を第２の走査ミラー２０８に向けて反射する。様々な実施形態によれば、第３の反射面１３０４および第４の反射面１３０６のいずれかまたは双方が、第２のレーザ光ビーム１３０２を効果的に拡大する光学的処方を有する。すなわち、第３の反射面１３０４および第４の反射面１３０６のいずれかまたは双方によって引き起こされる拡大により、第１の走査ミラー２０６と第３の反射面１３０４との間の第２のレーザ光ビーム１３０２の第１の次元におけるビーム直径と比較して、第２のレーザ光ビーム１３０２が、第４の反射面１３０６によって反射された後、第１の次元においてより大きなビーム直径を有することになる。ここで、「第１の次元」における第２のレーザ光ビーム１３０２のビーム直径は、ｘ－ｙ次元に沿った、または第１の走査ミラー２０６の走査次元に実質的に垂直な次元に沿った、第２のレーザ光ビーム１３０２の直径を指す。第３の反射面１３０４および第４の反射面１３０６のいずれかまたは双方によって第１の次元において第２のレーザ光ビーム１３０２のビーム直径に適用される拡大の大きさは、場合によっては、本明細書において「第２の拡大レベル」と呼ばれる。

【0062】

図１４は、図１２の例の第１のレーザ光ビーム１２０２ならびに第１および第２の反射面１２０４および１２０６と、図１３の例の第２のレーザ光ビーム１３０２ならびに第３および第４の反射面１３０４および１３０６との実施形態を含むレーザ投影システム（図２のレーザ投影システム２００の１つの実施形態）の一部分の例示的な斜視図１４００を示す。本例に示すように、第１のレーザ光ビーム１２０２および第２のレーザ光ビーム１３０２は互いに対し角度的に分離されている。示されるように、第１のレーザ光ビーム１２０２および第２のレーザ光ビーム１３０２のそれぞれの光路は、様々な点で交差することに留意されたい。

【0063】

本例において、図２、図４、図５、図７、図８および図９のうちの任意のものの光中継器２１０の実施形態等の光中継器は、反射面１２０４、１２０６、１３０４および１３０６を含む。いくつかの実施形態では、反射面１２０４、１２０６、１３０４、および１３０６の各々は、ミラー、メタ表面等の別個の反射性素子である。いくつかの実施形態では、反射面１２０４、１２０６、１３０４、および１３０６の各々は、モールド型反射性中継器（例えば、モノリシックモールド型反射性中継器）の表面として含まれる。

【0064】

第１のレーザ光ビーム１２０２および第２のレーザ光ビーム１３０２の角度分離に起因して、第１のレーザ光ビーム１２０２は、反射面４１４における第２のレーザ光ビーム１３０２の第２の入射角（例えば、図１０の入射角１１１０）とは異なる第２の走査ミラー２０８の反射面４１４における第１の入射角（例えば、図１０の入射角１０１０）を有する。本例において、反射面４１４における第１のレーザ光ビーム１２０２の第１の入射角は、第２のレーザ光ビーム１３０２の第２の入射角よりも、反射面４１４の平面に対し垂直な状態に近く、それによって、第２の走査ミラー２０８における第１のレーザ光ビーム１２０２の入射領域は、第１のレーザ光ビーム１２０２および第２のレーザ光ビーム１３０２が第２の走査ミラー２０８に対する入射時に同じビーム直径を有するとした場合、第２のレーザ光ビーム１３０２の入射領域よりも小さくなる。第２の走査ミラー２０８における第１のレーザ光ビーム１２０２および第２のレーザ光ビーム１３０２のそれぞれの入射角の差に適応するために、示されるように、第１のレーザ光ビーム１２０２および第２のレーザ光ビーム１３０２は、最初に、類似のまたは一致するビーム直径を有しているが、第１の反射面１２０４および第２の反射面１２０６の一方または双方によって第１の次元（すなわち、ｘ－ｙ次元）において第１のレーザ光ビーム１２０２のビーム直径に第１のレベルの拡大が適用され、一方で、第３の反射面１３０４および第４の反射面１３０６の一方または双方によって第１の次元において第２のレーザ光ビーム１３０２のビーム直径に第２のレベルの拡大が適用される。例えば、第１のレベルの拡大は第２のレベルの拡大よりも大きく、それによって、第１および第２のビームが第２の走査ミラー２０８に入射するとき、第１の次元における第１のレーザ光ビーム１２０２のビーム直径（例えば、約１ｍｍのビーム直径）は、第１の次元における第２のレーザ光ビーム１２０２のビーム直径（例えば、約０．９ｍｍのビーム直径）よりも大きい。いくつかの実施形態では、それぞれ反射面１２０４および１２０６、ならびに反射面１３０４および１３０６によって第１のレーザ光ビーム１２０２および第２のレーザ光ビーム１３０２のそれぞれのビーム直径に適用される第１および第２のレベルの拡大は、第２の走査ミラー２０８における第１のレーザ光ビーム１２０２および第２のレーザ光ビーム１３０２のそれぞれの入射領域が等しいまたは実質的に等しい面積、形状または双方であり、各々が第２の走査ミラー２０８の反射面４１４によって画定される外周内に完全にまたは実質的に収まるように設定される。第１の次元において異なるレベルの拡大を角度的に分離された第１のレーザ光ビーム１２０２および第２のレーザ光ビーム１３０２のそれぞれのビーム直径にこのように適用することによって、第２の走査ミラー２０８に対する第２のレーザ光ビーム１３０２の他のより大きな入射領域を、反射面４１４のサイズを増大させることなく適応させることができる。この手法は、例えば、第２の走査ミラーの反射面（例えば、反射面４１４）のサイズが制限因子であり、２つの角度的に分離された入力レーザ光ビームのより広い角度のレーザ光ビーム（例えば、第２のレーザ光ビーム１３０２）のより大きな入射領域に適応するように反射面のサイズを増大させることが望ましくないレーザプロジェクタの場合に有利であり得る。

【0065】

第１のレーザ光ビーム１２０２および第２のレーザ光ビーム１３０２は、本例において、類似または同じそれぞれの初期ビーム直径（本明細書における「初期ビーム直径」は、第１の走査ミラー２０６における反射後、かつ反射面１２０４および１３０４による反射前の第１および第２のレーザ光ビーム１２０２のビーム直径を指す）を有するように示されているが、いくつかの実施形態では、第１のレーザ光ビーム１２０２および第２のレーザ光ビーム１３０２は、代わりに、少なくとも第１の次元に関して異なる初期ビーム直径を有することを理解されたい。いくつかのそのような実施形態において、反射面１２０４および１２０６によって第１のレーザ光ビーム１２０２に適用される第１のレベルの拡大は、反射面１３０４および１３０６によって第２のレーザ光ビーム１３０２に適用される第２のレベルの拡大とは異なり、ここで、第１のレベルの拡大は第２のレベルの拡大とは異なる。第１のレベルの拡大および第２のレベルの拡大は、反射面１２０６および１３０６による反射後に、第１のレーザ光ビーム１２０２および第２のレーザ光ビーム１３０２のビーム直径を、第２の走査ミラー２０８における第１のレーザ光ビーム１２０２および第２のレーザ光ビーム１３０２のそれぞれの入射領域が同じまたは実質的に同じになるように、いくつかの実施形態では、第２の走査ミラー２０８における第１のレーザ光ビーム１２０２および第２のレーザ光ビーム１３０２のそれぞれ異なる入射角を所与として、第２の走査ミラー２０８の反射面４１４のものと同じまたは実質的に同じそれぞれの形状、面積または双方を有するようにさせる大きさにすることができる。

【0066】

代替的な実施形態において、反射面１２０４、１２０６、１３０４および１３０６の各々は、第１および第２のレーザ光ビーム１２０２および１３０２に同じレベルの拡大を提供し、第１および第２のレーザ光ビーム１２０２および１３０２の初期ビーム直径は、第２の走査ミラー２０８におけるそれらの入射領域が同じまたは実質的に同じであり、いくつかの実施形態では、第２の走査ミラー２０８の反射面４１４と同じ面積、形状または双方を有するように、（例えば、第１の次元に関して）それぞれ異なるように選択される。すなわち、様々なレベルの拡大をレーザ光ビーム１２０２および１３０２に適用するのではなく、レーザ光ビーム１２０２および１３０２は、それぞれ異なる初期ビーム直径で光中継器に導入され、反射面１２０４、１２０６、１３０４および１３０６によってレーザ光ビーム１２０２および１３０２の各々に同じレベルの拡大が適用され、第２の走査ミラー２０８におけるレーザ光ビーム１２０２および１３０２のそれぞれ異なる入射角を所与として、レーザ光ビーム１２０２および１３０２のそれぞれ異なる初期ビーム直径により、第１のレーザ光ビーム１２０２および第２のレーザ光ビーム１３０２のそれぞれの入射領域が、同じまたは実質的に同じとなり、いくつかの実施形態では、第２の走査ミラー２０８の反射面４１４のものと同じまたは実質的に同じそれぞれの形状、面積または双方を有するようにされる。

【0067】

上記の様々な実施形態は、光学系を通じてレーザ光を生成およびルーティングする文脈で提供される。しかしながら、そのようなレーザ光および対応するレーザ光源に加えてまたはその代わりに、説明される実施形態と併せて他の適用可能なコリメート光源および対応する光が用いられてもよいことを理解されたい。

【0068】

一般的な説明において上記で説明した全ての動作または要素が必要とされるわけではなく、特定の動作またはデバイスの一部分は必要とされない場合があり、説明されたものに加えて、１つもしくは複数のさらなる動作が実行される場合があるか、または要素が含まれる場合があることに留意されたい。またさらに、動作が列挙される順序は、必ずしも、実行される順序ではない。また、特定の実施形態を参照して概念が説明されてきた。しかしながら、当業者は、以下の特許請求の範囲に記載されるような本開示の範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更を行うことができることを理解する。したがって、明細書および図面は、限定的な意味ではなく説明的とみなされ、全てのそのような変更は、本開示の範囲内に含まれることが意図される。

【0069】

特定の実施形態に関して、利益、他の利点および課題に対する解決策が上述されてきた。しかしながら、利益、利点、課題に対する解決策、および、任意の利益、利点、または解決策が起こるかまたはより顕著になることを引き起こすことができる任意の特徴は、任意のまたは全ての請求項の重要な、必要な、または必須の特徴として解釈されるべきではない。さらに、上記で開示された特定の実施形態は、開示される主題が、本明細書における教示の利益を有する当業者にとって明白である様々な、但し同等の態様で修正および実施され得るので、単に例示的なものにすぎない。添付の請求の範囲に記載されるもの以外の、本明細書中に示される構造または設計の詳細への限定は意図されていない。したがって、上記で開示された特定の実施形態が変更または修正されてもよく、全てのそのような変更が開示された主題の範囲内にあるとみなされることは明らかである。したがって、本明細書において要求される保護は添付の請求の範囲に記載される通りである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】