(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-11-04
(54)【発明の名称】反射偏光子を備えるビームスキャナ
(51)【国際特許分類】
G02B 27/02 20060101AFI20221027BHJP
G02B 27/28 20060101ALI20221027BHJP
【ＦＩ】
G02B27/02 Z
G02B27/28 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022500036
(86)(22)【出願日】2020-08-15
(85)【翻訳文提出日】2022-03-02
(86)【国際出願番号】 US2020046578
(87)【国際公開番号】W WO2021045893
(87)【国際公開日】2021-03-11
(31)【優先権主張番号】16/562,878
(32)【優先日】2019-09-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】515046968
【氏名又は名称】メタ プラットフォームズ テクノロジーズ， リミテッド ライアビリティ カンパニー
【氏名又は名称原語表記】ＭＥＴＡ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＬＬＣ
(74)【代理人】
【識別番号】110002974
【氏名又は名称】弁理士法人Ｗｏｒｌｄ ＩＰ
(72)【発明者】
【氏名】ウィールライト， ブライアン
(72)【発明者】
【氏名】カオ， ウェイチョアン
(72)【発明者】
【氏名】マクナリー， スティーブン ジェームズ
【テーマコード（参考）】
2H199
【Ｆターム（参考）】
2H199AB12
2H199AB37
2H199AB42
2H199AB46
2H199AB47
2H199CA29
2H199CA30
2H199CA34
2H199CA43
2H199CA46
2H199CA49
2H199CA50
2H199CA64
2H199CA65
2H199CA66
2H199CA68
2H199CA73
2H199CA74
2H199CA82
2H199CA85
2H199CA86
2H199CA92
2H199CA94
2H199CA96
(57)【要約】
プロジェクタベースのニアアイディスプレイのビームスキャナは、反射偏光子および４分の１波長板を備えるプリズム素子を含む。ビーム折曲げプリズム素子は、光源から偏光ビームを受光し、ビームを、傾斜可能なリフレクタ、たとえば角度を付けてビームを走査するための２Ｄ傾斜可能なＭＥＭＳリフレクタに結合する。傾斜可能なリフレクタに衝突する光ビームは、傾斜可能なリフレクタから反射される光ビームから、偏光によって分離される。偏光ベースの分離は、傾斜可能なリフレクタに衝突する前後に、光ビームを、ＱＷＰを通して伝搬させることによって実現する。光ビームが２度ＱＷＰを通って伝搬すると、ビームは、ビームの偏光が直交偏光に変わることにより、入ってくるビームからの分離が可能になる。ビームスキャナは、複数の光源から複数の光ビームを受光することができる。かかるビームスキャナをベースとする、プロジェクタおよびニアアイディスプレイが開示されている。
【選択図】図７Ｂ
【選択図】図７Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１および第２の隣り合う表面と、前記第１の表面における第１の反射偏光子とを備える、ビーム折曲げプリズム素子であって、前記ビーム折曲げプリズム素子が、第１の光ビームを、前記第２の表面を通して前記ビーム折曲げプリズム素子の外へ向きを変える前に、入ってくる第１の光ビームを、前記ビーム折曲げプリズム素子内部から、前記第１の反射偏光子からの１度の反射を含め、少なくとも２度反射するように構成される、ビーム折曲げプリズム素子、４分の１波長板（ＱＷＰ）であって、前記ビーム折曲げプリズム素子を出る前記第１の光ビームを受光し、前記ＱＷＰを通して伝搬させるように構成されたＱＷＰ、
前記第１の光ビームを受光し、前記第１の光ビームを可変の角度で前記ＱＷＰに向かって反射して戻すように構成された傾斜可能なリフレクタ
を備えるビームスキャナであって、前記ＱＷＰを通って伝搬された前記第１の光ビームが、動作時に、前記傾斜可能なリフレクタから反射された後、前記ビーム折曲げプリズム素子を通って伝搬する、ビームスキャナ。
【請求項2】
入ってくる前記第１の光ビームが、第１の偏光状態を有し、前記第１の反射偏光子が、前記第１の偏光状態を有する光を反射し、第２の偏光状態を有する光を透過するように構成され、これにより、２度前記ＱＷＰを通って伝搬された前記第１の光ビームが、前記第１の反射偏光子を通って前記ビーム折曲げプリズム素子を出る、請求項１に記載のビームスキャナ。
【請求項3】
前記ビーム折曲げプリズム素子が、前記第２の表面で、全内部反射によって前記第１の光ビームを反射するように構成されている、請求項１または２に記載のビームスキャナ。
【請求項4】
前記ＱＷＰが、前記ビーム折曲げプリズム素子の前記第２の表面に実質的に平行に延在し、空隙によって前記第２の表面から分離されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のビームスキャナ。
【請求項5】
前記傾斜可能なリフレクタが、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の傾斜可能なリフレクタを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のビームスキャナ。
【請求項6】
前記ＭＥＭＳの傾斜可能なリフレクタが、２つの軸を中心に傾斜可能である、請求項５に記載のビームスキャナ。
【請求項7】
前記第１および第２の表面が、表面間で４５度未満の角度をなす、請求項１から６のいずれか一項に記載のビームスキャナ。
【請求項8】
第２のプリズム素子であって、前記ビーム折曲げプリズム素子によって出力された前記第１の光ビームを、前記第２のプリズム素子を通して伝搬させる、第２のプリズム素子をさらに備え、前記第２のプリズム素子が、前記第１の反射偏光子に隣接し、好ましくは、前記第２のプリズム素子が、前記第２のプリズム素子の表面のうちの１つに隣接するビームダンプを備え、および／または好ましくは、前記第１の表面が、前記第１の表面から反射される前記第１の光ビームをコリメートするように湾曲しており、
前記第２のプリズム素子が、前記ビーム折曲げプリズム素子の湾曲した前記表面と整合する湾曲した表面を備え、
前記第１の反射偏光子が、前記ビーム折曲げプリズム素子と前記第２のプリズム素子との間に挟まれている、
請求項１から７のいずれか一項に記載のビームスキャナ。
【請求項9】
前記ビーム折曲げプリズム素子が、前記ビーム折曲げプリズム素子内での、前記第２の表面からの反射と前記第１の表面からの反射との間の、前記ビーム折曲げプリズム素子内の前記第１の光ビームの光路に配置された、第２の反射偏光子をさらに備え、前記ＱＷＰが、前記ビーム折曲げプリズム素子の第３の表面に光学的に結合されており、前記第１の光ビームが、動作時に、前記第２の表面からの第１の反射を経て、前記第２の反射偏光子を通って伝搬し、前記ＱＷＰを通る前記第３の表面からの第２の反射を経て、前記第１の反射偏光子によって反射され、前記ビーム折曲げプリズム素子の第３の表面において、前記ＱＷＰを通って、前記ビーム折曲げプリズム素子を出て、前記傾斜可能なリフレクタによって反射され、前記ＱＷＰを通り、前記第２の反射偏光子を通って、前記ビーム折曲げプリズム素子の外へ伝搬して戻り、また好ましくは、第２のプリズム素子であって、前記ビーム折曲げプリズム素子の前記第１の表面に結合され、前記第２のプリズム素子に衝突する第２の光ビームを受光し、前記第２の光ビームを、前記第１の反射偏光子を介して前記ビーム折曲げプリズム素子に結合する、第２のプリズム素子をさらに備える、
請求項１から８のいずれか一項に記載のビームスキャナ。
【請求項10】
前記ビーム折曲げプリズム素子が、第４の表面および前記第４の表面における第３の反射偏光子であって、前記第３の反射偏光子が、前記第１および第２の反射偏光子に隣接している、第４の表面および第３の反射偏光子と、
第５の表面および前記第５の表面における第４の反射偏光子であって、前記第４の反射偏光子が、前記第１および第２の反射偏光子に隣接している、第５の表面および第４の反射偏光子と、
第３のプリズム素子であって、前記ビーム折曲げプリズム素子の前記第４の表面に結合され、前記第３のプリズム素子に衝突する第３の光ビームを受光し、前記第３の光ビームを、前記第３の反射偏光子を介して、前記ビーム折曲げプリズム素子に結合する、第３のプリズム素子と、
第４のプリズム素子であって、前記ビーム折曲げプリズム素子の前記第５の表面に結合され、前記第４のプリズム素子に衝突する第４の光ビームを受光し、前記第４の光ビームを、前記第４の反射偏光子を介して、前記ビーム折曲げプリズム素子に結合する、第４のプリズム素子と
をさらに備え、好ましくは、前記第１、前記第２、前記第３、および前記第４の反射偏光子が、共通の頂点、４つの側面、および共通の長方形の底面を有する対称形のピラミッド構造を形成する、請求項９に記載のビームスキャナ。
【請求項11】
第１の光ビームを供給するための第１の光源、第１および第２の隣り合う表面と、前記第１の表面における第１の反射偏光子とを備える、ビーム折曲げプリズム素子であって、前記ビーム折曲げプリズム素子が、前記第１の光ビームを、前記第２の表面を通して前記ビーム折曲げプリズム素子の外へ向きを変える前に、入ってくる第１の光ビームを、前記ビーム折曲げプリズム素子内部から、前記第１の反射偏光子からの１度の反射を含め、少なくとも２度反射するように構成される、ビーム折曲げプリズム素子、
４分の１波長板（ＱＷＰ）であって、前記ビーム折曲げプリズム素子を出る前記第１の光ビームを受光し、前記ＱＷＰを通して伝搬させるように構成されたＱＷＰ、
前記第１の光ビームを受光し、前記第１の光ビームを可変の角度で前記ＱＷＰに向かって反射して戻すように構成された傾斜可能なリフレクタ
を備えるプロジェクタであって、前記ＱＷＰを通って伝搬された前記第１の光ビームが、動作時に、前記傾斜可能なリフレクタから反射された後、前記ビーム折曲げプリズム素子を通って伝搬する、プロジェクタ。
【請求項12】
第２の光ビームを供給するための第２の光源、前記ビーム折曲げプリズム素子の前記第１の表面に結合された、第２のプリズム素子
をさらに備え、前記第２のプリズム素子が、前記第２のプリズム素子に衝突する前記第２の光ビームを受光し、前記第２の光ビームを、前記第１の反射偏光子を介して、前記ビーム折曲げプリズム素子に結合し、
前記ビーム折曲げプリズム素子が、前記ビーム折曲げプリズム素子内での、前記第２の表面からの反射と前記第１の表面からの反射との間の、前記ビーム折曲げプリズム素子内の前記第１の光ビームの光路に配置された、第２の反射偏光子をさらに備え、前記ＱＷＰが、前記ビーム折曲げプリズム素子の第３の表面に光学的に結合されている、請求項１１に記載のプロジェクタ。
【請求項13】
前記第１の光ビームが、動作時に、前記第２の表面からの第１の反射を経て、前記第２の反射偏光子を通って伝搬し、前記ＱＷＰを通る前記第３の表面からの第２の反射を経て、前記第１の反射偏光子によって反射され、前記ビーム折曲げプリズム素子の第３の表面において、前記ＱＷＰを通って、前記ビーム折曲げプリズム素子を出て、前記傾斜可能なリフレクタによって反射され、前記ＱＷＰを通り、前記第２の反射偏光子を通って、前記ビーム折曲げプリズム素子の外へ伝搬して戻り、前記第２の光ビームが、動作時に、前記第２のプリズム素子内部からの第１の反射を経て、前記第１の反射偏光子を通って伝搬し、前記ＱＷＰを通る前記第３の表面からの第２の反射を経て、前記第２の反射偏光子によって反射され、前記ビーム折曲げプリズム素子の第３の表面において、前記ＱＷＰを通って、前記ビーム折曲げプリズム素子を出て、前記傾斜可能なリフレクタによって反射され、前記ＱＷＰを通り、前記第１の反射偏光子を通って、前記ビーム折曲げプリズム素子の外へ伝搬して戻り、および／または好ましくは、前記傾斜可能なリフレクタが、２Ｄ微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の傾斜可能なリフレクタを含む、請求項１２に記載のプロジェクタ。
【請求項14】
第１の光ビームを供給するための第１の光源、第１および第２の隣り合う表面と、前記第１の表面における第１の反射偏光子とを備える、ビーム折曲げプリズム素子であって、前記ビーム折曲げプリズム素子が、前記第１の光ビームを、前記第２の表面を通して前記ビーム折曲げプリズム素子の外へ向きを変える前に、入ってくる第１の光ビームを、前記ビーム折曲げプリズム素子内部から、前記第１の反射偏光子からの１度の反射を含め、少なくとも２度反射するように構成される、ビーム折曲げプリズム素子、
４分の１波長板（ＱＷＰ）であって、前記ビーム折曲げプリズム素子を出る前記第１の光ビームを受光し、前記ＱＷＰを通して伝搬させるように構成されたＱＷＰ、
前記第１の光ビームを受光し、前記第１の光ビームを、可変の角度で前記ＱＷＰに向かって反射して戻すように構成された傾斜可能なリフレクタであって、前記ＱＷＰを通って伝搬された前記第１の光ビームが、動作時に、前記傾斜可能なリフレクタから反射された後、前記ビーム折曲げプリズム素子を通って伝搬する、傾斜可能なリフレクタ、ならびに
前記第１の光源および前記傾斜可能なリフレクタに動作可能に結合されたコントローラであって、前記コントローラが、
前記傾斜可能なリフレクタから反射され、前記ビーム折曲げプリズム素子を通って伝搬する前記第１の光ビームが、表示されるべき画像の第１の画素に対応するビーム角を有するように、前記傾斜可能なリフレクタを動作させ、
前記第１の光ビームが、前記第１の画素に対応する明るさを有するように、前記傾斜可能なリフレクタの動作と連係して前記第１の光源を動作させる
ように構成される、コントローラ
を備える、ニアアイディスプレイ。
【請求項15】
第２の光ビームを供給するための第２の光源と、前記ビーム折曲げプリズム素子の前記第１の表面に結合された、第２のプリズム素子と
をさらに備え、前記第２のプリズム素子が、前記第２のプリズム素子に衝突する前記第２の光ビームを受光し、前記第２の光ビームを、前記第１の反射偏光子を介して、前記ビーム折曲げプリズム素子に結合し、
前記ビーム折曲げプリズム素子が、前記ビーム折曲げプリズム素子内での、前記第２の表面からの反射と前記第１の表面からの反射との間の、前記ビーム折曲げプリズム素子内の前記第１の光ビームの光路に配置された、第２の反射偏光子をさらに備え、前記ＱＷＰが、前記ビーム折曲げプリズム素子の第３の表面に光学的に結合されており、また
前記コントローラが、前記第２の光源に動作可能に結合されており、
前記傾斜可能なリフレクタから反射され、前記ビーム折曲げプリズム素子を通って伝搬される前記第２の光ビームが、表示されるべき前記画像の第２の画素に対応するビーム角を有するように、前記傾斜可能なリフレクタを動作させ、
前記第２の光ビームが、前記第２の画素に対応する明るさを有するように、前記傾斜可能なリフレクタの動作と連係して前記第２の光源を動作させる
ように構成される、請求項１４に記載のニアアイディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、装着型ヘッドセットに関し、詳細には、装着型視覚表示ヘッドセット用構成要素およびモジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ：ｈｅａｄ ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｉｓｐｌａｙ）、ヘルメットマウントディスプレイ、ニアアイディスプレイ（ＮＥＤ：ｎｅａｒ－ｅｙｅ ｄｉｓｐｌａｙ）などは、仮想現実（ＶＲ：ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅａｌｉｔｙ）コンテンツ、拡張現実（ＡＲ：ａｕｇｍｅｎｔｅｄ ｒｅａｌｉｔｙ）コンテンツ、複合現実（ＭＲ：ｍｉｘｅｄ ｒｅａｌｉｔｙ）コンテンツなどの表示向けに、ますます使用されている。かかるディスプレイは、ほんの数例を挙げると、エンターテインメント、教育、訓練、および生物医学を含む様々な分野で、用途が見出されている。表示されるＶＲ／ＡＲ／ＭＲコンテンツは、体験を向上させ、仮想オブジェクトをユーザが観察する実際のオブジェクトに整合させるため、３次元（３Ｄ：ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）であり得る。目の位置および視線方向、ならびに／またはユーザの向きをリアルタイムで追跡することができ、また表示される映像を、ユーザの頭の向きおよび視線方向に応じて動的に調整することができ、シミュレーションされた環境または拡張された環境に没頭する、よりよい体験を可能にする。
【0003】
ヘッドマウントディスプレイには、小型のディスプレイデバイスが望まれる。ＨＭＤまたはＮＥＤのディスプレイは通常、ユーザの頭に装着されるので、大きい、嵩張る、不均衡な、かつ／または重いディスプレイデバイスは扱いにくく、またユーザが装着するのに不快な場合がある。
【0004】
プロジェクタベースのディスプレイは、ユーザが中間画面または表示パネルなしに直接観察することができる、角領域における画像を提供する。導波路が、角領域における画像を、ユーザの目まで運ぶために使用され得る。走査型プロジェクタディスプレイには、スクリーンまたは高開口数のコリメート光学系がないため、ディスプレイのサイズおよび重量を減らすことができる。プロジェクタディスプレイ用スキャナは、角領域における画像を形成するために、高速で、広い走査範囲を有し、走査されているビームの光学品質を維持する必要がある。
【発明の概要】
【0005】
本開示によれば、第１および第２の隣り合う表面と、第１の表面における第１の反射偏光子とを備える、ビーム折曲げプリズム素子を備えるビームスキャナが提供される。ビーム折曲げプリズム素子は、第１の光ビームを、第２の表面を通してビーム折曲げプリズム素子の外へ向きを変える前に、入ってくる第１の光ビームを、ビーム折曲げプリズム素子内部から、第１の反射偏光子からの１度の反射を含め、少なくとも２度反射するように構成される。４分の１波長板（ＱＷＰ：ｑｕａｒｔｅｒ－ｗａｖｅ ｗａｖｅｐｌａｔｅ）は、ビーム折曲げプリズム素子を出る第１の光ビームを受光し、ＱＷＰを通して伝搬させるように構成される。傾斜可能なリフレクタは、第１の光ビームを受光し、第１の光ビームを可変の角度でＱＷＰに向かって反射して戻すように構成される。ＱＷＰを通って伝搬された第１の光ビームは、動作時に、傾斜可能なリフレクタから反射された後、ビーム折曲げプリズム素子を通って伝搬する。ビーム折曲げプリズム素子の第１および第２の表面は、第１の表面と第２の表面との間に、４５度未満の角度を形成することができる。
【0006】
いくつかの実施形態では、入ってくる第１の光ビームは、第１の偏光状態を有し、第１の反射偏光子は、第１の偏光状態を有する光を反射し、第２の偏光状態を有する光を透過するように構成され、これにより、２度ＱＷＰを通って伝搬された第１の光ビームは、第１の反射偏光子を通ってビーム折曲げプリズム素子を出る。ビーム折曲げプリズム素子は、第２の表面で、全内部反射によって第１の光ビームを反射するように構成され得る。ＱＷＰは、ビーム折曲げプリズム素子の第２の表面に実質的に平行に延在することができ、空隙によって、ビーム折曲げプリズム素子から分離され得る。傾斜可能なリフレクタは、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）の傾斜可能なリフレクタを含むことができ、リフレクタは、１つの軸または２つの軸を中心に傾斜可能であり得る。
【0007】
いくつかの実施形態では、第２のプリズム素子は、ビーム折曲げプリズム素子から出力された第１の光ビームを、第２のプリズム素子を通して伝搬させるために設けられ、第２のプリズム素子は、第１の反射偏光子と隣接している。第２のプリズム素子は、第２のプリズム素子の表面のうちの１つに隣接する、ビームダンプを含むことができる。ビーム折曲げプリズム素子の第１の表面は、第１の表面から反射される第１の光ビームをコリメートするために湾曲し得る。第２のプリズム素子はまた、ビーム折曲げプリズム素子の湾曲した表面と整合する湾曲した表面を含むこともでき、第１の反射偏光子は、ビーム折曲げプリズム素子と第２のプリズム素子との間に挟まれ得る。
【0008】
いくつかの実施形態では、ビーム折曲げプリズム素子は、任意選択で、ビーム折曲げプリズム素子内での、第２の表面からの反射と第１の表面からの反射との間の、ビーム折曲げプリズム素子内の第１の光ビームの光路に配置された、第２の反射偏光子をさらに含み、ＱＷＰは、ビーム折曲げプリズム素子の第３の表面に光学的に結合される。第１の光ビームは、動作時に、第２の表面からの第１の反射を経て、第２の反射偏光子を通って伝搬し、ＱＷＰを通る第３の表面からの第２の反射を経て、第１の反射偏光子によって反射され、ビーム折曲げプリズム素子の第３の表面において、ＱＷＰを通って、ビーム折曲げプリズム素子を出て、傾斜可能なリフレクタによって反射され、ＱＷＰを通り、第２の反射偏光子を通って、ビーム折曲げプリズム素子の外へ伝搬して戻る。第２のプリズム素子は、ビーム折曲げプリズム素子の第１の表面に結合され得、第２のプリズム素子は、第２のプリズム素子に衝突する第２の光ビームを受光し、第２の光ビームを、第１の反射偏光子を通して、ビーム折曲げプリズム素子に結合する。ビーム折曲げプリズム素子は、第４の表面および第４の表面における第３の反射偏光子であって、第３の反射偏光子が、第１および第２の反射偏光子に隣接している、第４の表面および第３の反射偏光子と、第５の表面および第５の表面における第４の反射偏光子であって、第４の反射偏光子が、第１および第２の反射偏光子に隣接している、第５の表面および第４の反射偏光子と、第３のプリズム素子であって、ビーム折曲げプリズム素子の第４の表面に結合され、第３のプリズム素子に衝突する第３の光ビームを受光し、第３の光ビームを、第３の反射偏光子を介してビーム折曲げプリズム素子に結合する、第３のプリズム素子と、第４のプリズム素子であって、ビーム折曲げプリズム素子の第５の表面に結合され、第４のプリズム素子に衝突する第４の光ビームを受光し、第４の光ビームを、第４の反射偏光子を介してビーム折曲げプリズム素子に結合する、第４のプリズム素子とをさらに備えることができる。第１、第２、第３、および第４の反射偏光子は、共通の頂点、４つの側面、および共通の長方形の底面を有する対称形のピラミッド構造を形成することができる。
【0009】
本開示によれば、第１の光ビームを上記のビームスキャナに供給する、少なくとも１つの光源を含むプロジェクタが提供される。
【0010】
いくつかの実施形態では、プロジェクタは、第１の光ビームを供給するための第１の光源、第１および第２の隣り合う表面と、第１の表面における第１の反射偏光子とを備える、ビーム折曲げプリズム素子であって、ビーム折曲げプリズム素子が、第１の光ビームを、第２の表面を通してビーム折曲げプリズム素子の外へ向きを変える前に、入ってくる第１の光ビームを、ビーム折曲げプリズム素子内部から、第１の反射偏光子からの１度の反射を含め、少なくとも２度反射するように構成される、ビーム折曲げプリズム素子、４分の１波長板（ＱＷＰ）であって、ビーム折曲げプリズム素子を出る第１の光ビームを受光し、ＱＷＰを通して伝搬させるように構成されたＱＷＰ、第１の光ビームを受光し、第１の光ビームを可変の角度でＱＷＰに向かって反射して戻すように構成された傾斜可能なリフレクタを備え、ＱＷＰを通って伝搬された第１の光ビームが、動作時に、傾斜可能なリフレクタから反射された後、ビーム折曲げプリズム素子を通って伝搬する。
【0011】
いくつかの実施形態では、プロジェクタは、任意選択で、第２の光ビームを供給する第２の光源と、ビーム折曲げプリズム素子の第１の表面に結合された、第２のプリズム素子とをさらに備え、第２のプリズム素子は、第２のプリズム素子に衝突する第２の光ビームを受光し、第２の光ビームを、第１の反射偏光子を通して、ビーム折曲げプリズム素子に結合し、ビーム折曲げプリズム素子は、ビーム折曲げプリズム素子内での、第２の表面からの反射と第１の表面からの反射との間の、ビーム折曲げプリズム素子内の第１の光ビームの光路に配置された、第２の反射偏光子をさらに備え、ＱＷＰは、ビーム折曲げプリズム素子の第３の表面に光学的に結合される。
【0012】
いくつかの実施形態では、第１の光ビームは、動作時に、第２の表面からの第１の反射を経て、第２の反射偏光子を通って伝搬し、ＱＷＰを通る第３の表面からの第２の反射を経て、第１の反射偏光子によって反射され、ビーム折曲げプリズム素子の第３の表面において、ＱＷＰを通って、ビーム折曲げプリズム素子を出て、傾斜可能なリフレクタによって反射され、ＱＷＰを通り、第２の反射偏光子を通って、ビーム折曲げプリズム素子の外へ伝搬して戻り、また第２の光ビームは、動作時に、第２のプリズム素子内部からの第１の反射を経て、第１の反射偏光子を通って伝搬し、ＱＷＰを通る第３の表面からの第２の反射を経て、第２の反射偏光子によって反射され、ビーム折曲げプリズム素子の第３の表面において、ＱＷＰを通って、ビーム折曲げプリズム素子を出て、傾斜可能なリフレクタによって反射され、ＱＷＰを通り、第１の反射偏光子を通って、ビーム折曲げプリズム素子の外へ伝搬して戻る。
【0013】
いくつかの実施形態では、傾斜可能なリフレクタは、２Ｄ微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の傾斜可能なリフレクタを含む。
【0014】
本開示によれば、上記のプロジェクタ、ならびに第１の光源および傾斜可能なリフレクタに動作可能に結合されたコントローラを含む、ニアアイディスプレイがさらに提供され、コントローラは、傾斜可能なリフレクタから反射され、ビーム折曲げプリズム素子を通って伝搬される第１の光ビームが、表示されるべき画像の第１の画素に対応するビーム角を有するように、傾斜可能なリフレクタを動作させ、第１の光ビームが第１の画素に対応する明るさおよび／または色を有するように、傾斜可能なリフレクタの動作と連係して第１の光源を動作させるように構成される。ニアアイディスプレイのプロジェクタが、複数の光源、たとえば第１の光ビームを供給するための第１の光源、および第２の光ビームを供給する第２の光源を含む実施形態では、コントローラは、傾斜可能なリフレクタから反射され、ビーム折曲げプリズム素子を通って伝搬される第１および第２の光ビームがそれぞれ、表示されるべき画像の第１および第２の画素に対応するビーム角を有するように、傾斜可能なリフレクタを動作させ、第１および第２の光ビームがそれぞれ、第１および第２の画素に対応する明るさおよび／または色を有するように、傾斜可能なリフレクタの動作と連係して第１および第２の光源を動作させるように構成され得る。
【0015】
いくつかの実施形態では、ニアアイディスプレイは、第１の光ビームを供給するための第１の光源、第１および第２の隣り合う表面と、第１の表面における第１の反射偏光子とを備える、ビーム折曲げプリズム素子であって、ビーム折曲げプリズム素子が、第１の光ビームを、第２の表面を通してビーム折曲げプリズム素子の外へ向きを変える前に、入ってくる第１の光ビームを、ビーム折曲げプリズム素子内部から、第１の反射偏光子からの１度の反射を含め、少なくとも２度反射するように構成される、ビーム折曲げプリズム素子、４分の１波長板（ＱＷＰ）であって、ビーム折曲げプリズム素子を出る第１の光ビームを受光し、ＱＷＰを通して伝搬させるように構成されたＱＷＰ、第１の光ビームを受光し、第１の光ビームを可変の角度でＱＷＰに向かって反射して戻すように構成された傾斜可能なリフレクタであって、ＱＷＰを通って伝搬された第１の光ビームが、動作時に、傾斜可能なリフレクタから反射された後、ビーム折曲げプリズム素子を通って伝搬する、傾斜可能なリフレクタ、ならびに第１の光源および傾斜可能なリフレクタに動作可能に結合されたコントローラを備え、コントローラは、傾斜可能なリフレクタから反射され、ビーム折曲げプリズム素子を通って伝搬される第１の光ビームが、表示されるべき画像の第１の画素に対応するビーム角を有するように、傾斜可能なリフレクタを動作させ、第１の光ビームが第１の画素に対応する明るさを有するように、傾斜可能なリフレクタの動作と連係して第１の光源を動作させるように構成される。
【0016】
いくつかの実施形態では、ニアアイディスプレイは、第２の光ビームを供給する第２の光源と、ビーム折曲げプリズム素子の第１の表面に結合された、第２のプリズム素子とをさらに備え、第２のプリズム素子は、第２のプリズム素子に衝突する第２の光ビームを受光し、第２の光ビームを、第１の反射偏光子を介して、ビーム折曲げプリズム素子に結合し、ビーム折曲げプリズム素子は、ビーム折曲げプリズム素子内での、第２の表面からの反射と第１の表面からの反射との間の、ビーム折曲げプリズム素子内の第１の光ビームの光路に配置された、第２の反射偏光子をさらに備え、ＱＷＰは、ビーム折曲げプリズム素子の第３の表面に光学的に結合されており、コントローラは、第２の光源に動作可能に結合されており、傾斜可能なリフレクタから反射され、ビーム折曲げプリズム素子を通って伝搬される第２の光ビームが、表示されるべき画像の第２の画素に対応するビーム角を有するように、傾斜可能なリフレクタを動作させ、第２の光ビームが、第２の画素に対応する明るさを有するように、傾斜可能なリフレクタの動作と連係して第２の光源を動作させるように構成される。
【0017】
本発明の１つまたは複数の態様または実施形態に組み込むのに好適であると本明細書で説明されているどの特徴も、本開示のありとあらゆる態様および実施形態にわたって、一般化できることを意図していることが理解されよう。
【0018】
ここで、以下の図面と共に、例示的な実施形態を説明することにする。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】ビーム折曲げプリズム素子を含む、この開示のビームスキャナの側面断面図である。
【図6】複数の光ビームを同じ傾斜可能なリフレクタに結合する、複数のプリズム素子を備えたビームスキャナの側面断面図である。
【図8】４つの光源および対称形のビーム折曲げプリズム素子を含む、ＮＥＤの上面図である。
【図9A】ビーム傾斜度の関数である、走査型プロジェクタディスプレイの視野（ＦＯＶ：ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ）のアスペクト比のグラフである。
【図10】この開示のビームスキャナを含む、ニアアイディスプレイの平面断面図である。
【図11A】本開示のヘッドマウントディスプレイの等角図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
本教示は、様々な実施形態および例と併せて説明されるが、本教示が、かかる実施形態に限定されることを意図するものではない。それどころか、本教示は、当業者によって理解されるように、様々な代替形態および同等物を包含する。この開示の原理、態様、および実施形態、ならびにこの開示の特定の例を列挙する本明細書のすべての記載は、この開示の構造的同等物と機能的同等物との両方を包含することを意図している。さらに、かかる均等物は、現在知られている同等物と、将来開発される同等物、すなわち、構造にかかわらず同じ機能を実行する、開発される任意の要素との両方を含むことを意図している。
【0021】
本明細書で使用される「第１の」、「第２の」などの用語は、順序付けを示唆することを意図するものではなく、むしろ、特に明記されていない限り、ある要素を別の要素から区別することを意図している。同様に、方法のステップの順序付けは、特に明記されていない限り、方法のステップを実行する順序付けを示唆するものではない。図１、および図３～図８において、同様の参照番号は、同様の要素を示す。
【0022】
傾斜可能なリフレクタは、光源から放射された光ビームを走査し、ニアアイディスプレイのユーザが直接観察するように、角領域における画像を形成するために使用され得る。光ビームが走査されると、走査された光ビームの明るさおよび／または色は、表示される画像の対応する画素に応じて、走査に合わせて変化する場合がある。光ビームが２次元で、たとえばＸ視野角およびＹ視野角にわたって、フレーム全体、またはユーザの視野（ＦＯＶ）全体にわたって走査されると、画像全体が形成される。フレームレートが十分に高い場合、目が、走査された光ビームを積分することにより、ユーザは、表示された映像を実質的にちらつきなく見ることができる。
【0023】
ニアアイディスプレイ用画像スキャナに関連する１つの問題は、スキャナの傾斜可能なリフレクタへの光ビームの斜めの入射角度によって引き起こされる視野（ＦＯＶ）の減少である。斜めの角度は、使用される光学幾何形状によって、たとえば、入ってくる光ビームを、走査される、すなわち反射された光ビームから物理的に分離するために、必要となり得る。ＦＯＶの減少は、傾斜可能なリフレクタにおける光ビームの斜めの入射角度での、走査範囲を表す立体角の歪みによって引き起こされる。
【0024】
本開示によれば、出力（走査された）光ビームは、偏光によって、入力光学ビームから空間的に分離され得る。これにより、斜めの入射角によるビームの幾何学的分離の必要性がなくなり、傾斜可能なリフレクタが中心（傾斜していない）角度位置にあるときに、傾斜可能なリフレクタでのほぼ真っ直ぐな入射角を実現する、小型の構成が得られる。入ってくる光ビームの傾斜度が小さいため、走査範囲をより効率的に利用することができる。
【0025】
ここで、この開示のビームスキャナのいくつかの実施形態を考察することにする。図１を参照すると、ビームスキャナ１３０は、第１の隣り合う表面１１１および第２の隣り合う表面１１２、ならびに第１の表面１１１に配置された反射偏光子（ＲＰ：ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）１０４を有する、ビーム折曲げプリズム素子１０２を含む。４分の１波長板（ＱＷＰ）１０６は、ビーム折曲げプリズム素子１０２の第２の表面１１２に配置されている。傾斜可能なリフレクタ１０８は、ＱＷＰ１０６の隣に配置されている。
【0026】
画像光源（図示せず）から供給された、コリメートされた光ビーム１１０は、動作時に、ビーム折曲げプリズム素子１０２に衝突する。入ってくる光ビーム１１０は、光学構成に応じて様々に偏光され得るが、この例では図１の平面に垂直に直線偏光される。ビーム折曲げプリズム素子１０２内を伝搬する光ビーム１１０は、第２の表面１１２によって第１の表面１１１に向かって反射される。反射偏光子１０４は、図１の平面に垂直に直線偏光された光を反射し、図１の平面に偏光された光を透過するように構成される。したがって、反射偏光子１０４は、光ビーム１１０を反射して第１の表面１１１に伝搬して戻すが、入射角が、第２の表面１１２への光ビーム１１０の最初の入射角とは異なる。したがって、ビーム折曲げプリズム素子１０２は、ビーム折曲げプリズム素子１０２の第２の表面１１２を通して、ビーム折曲げプリズム素子１０２の外へ光ビーム１１０の向きを変える前に、入ってくる光ビーム１１０を、ビーム折曲げプリズム素子１０２内部から、反射偏光子１０４からの１度の反射を含め、少なくとも２度反射するように構成される。
【0027】
ＱＷＰ１０６は、ビーム折曲げプリズム素子１０２を出る光ビーム１１０を受光し、通過して伝搬させる。光ビーム１１０は、ＱＷＰ１０６を通って伝搬すると、円偏光、たとえばこの例では、右円偏光になる。傾斜可能なリフレクタ１０８は、光ビーム１１０を受光し、光ビーム１１０を反射してＱＷＰ１０６に向かって戻す。傾斜可能なリフレクタ１０８が光ビーム１１０を反射する角度は、傾斜可能なリフレクタ１０８を傾斜させることによって変えられ（走査され）得る。
【0028】
反射された光ビーム１１０は、左円偏光になる。これは、反射された光ビーム１１０の伝搬方向が変化する一方で、傾斜可能なリフレクタ１０８に衝突する光ビーム１１０のライトフィールドでのｘ成分とｙ成分との間の位相関係が、実質的に同じままであるためである。円偏光の掌性は伝搬方向によって決まるので、反射された光ビーム１１０の掌性も同様に変化する。光ビーム１１０は、傾斜可能なリフレクタ１０８からの反射後、再びＱＷＰを通って伝搬し、図１の平面に偏光されるようになる。これにより、ビーム折曲げプリズム素子１０２を通って伝搬する光ビーム１１０（図１では上向き）は、反射偏光子１０４を通ってさらに伝搬し、出力光ビーム１１４を形成する。より全体的には、入ってくる光ビーム１１０は、第１の偏光状態を有することができ、反射偏光子１０４は、第１の偏光状態を有する光を反射し、第２の偏光状態を有する光を透過するように構成され、これにより、２度ＱＷＰ１０６を通って伝搬された光ビーム１１０は、反射偏光子１０４を通ってビーム折曲げプリズム素子１０２を出る。出力光ビーム１１４の角度は、傾斜可能なリフレクタ１０８の傾斜角度によって変わる。傾斜可能なリフレクタ１０８は、２つの軸で、すなわち、図１の平面と図１の平面に対して垂直との両方で、傾斜可能であり得ることを理解されたい。
【0029】
ビーム折曲げプリズム素子１０２は、ガラス、プラスチックなどの光学的に透明な材料で作製され得る。第１の表面１１１および第２の表面１１２は、４５度未満、たとえば、より小型の構成では３０度以下の角度をなすことができる。いくつかの実施形態では、ビーム折曲げプリズム素子１０２は、第２の表面１１２で、全内部反射（ＴＩＲ）によって光ビーム１１０を反射するように構成される。このために、ビーム折曲げプリズム素子１０２は、ビーム折曲げプリズム素子１０２内部から第２の表面１１２への光ビーム１１０の入射角が、屈折率によって決まるＴＩＲ臨界角よりも大きくなるような、十分に高い屈折率を有することができる。第２の表面１１２からの光ビーム１１０のＴＩＲを容易にするために、ＱＷＰ１０６は、薄い空隙によって、ビーム折曲げプリズム素子１０２の第２の表面１１２から分離され得る。ＱＷＰ１０６は、ビーム折曲げプリズム素子１０２の第２の表面１１２に実質的に平行に延在し得る。いくつかの実施形態では、ＱＷＰ１０６は、第２の表面１１２に積層されている。
【0030】
ＱＷＰ１０６は、好適な複屈折を有する材料、たとえば、複屈折ポリマーシート、またはたとえば結晶性石英などの硬質結晶性材料で作製され得る。ＱＷＰ１０６は、ゼロ次ＱＷＰであり得るか、かつ／または、互いにゼロ以外の角度の光軸を有する、薄い結晶性材料の積層体または複屈折ポリマーシートの積層体を含むことができる。傾斜可能なリフレクタ１０８は、たとえば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の傾斜可能なリフレクタまたはミラーであり得、ＭＥＭＳの傾斜可能なリフレクタまたはミラーの電極に電圧を印加することにより、１つの軸（１Ｄ ＭＥＭＳ）または２つの軸（２Ｄ ＭＥＭＳ）を中心に傾斜可能であり得る。
【0031】
入ってくる光ビーム１１０は、コリメートされるか、ほぼコリメートされるか、発散するか、または収束することができ、光源の別々に制御可能なエミッタから供給される、複数のサブビームを含むことができることを理解されたい。サブビームは、典型的には互いに対して小さな角度で、たとえば２度の円錐、またはたとえば１度または０．５度の、さらに狭い円錐内で伝搬する。
【0032】
図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃを参照すると、光源は、複数の個別のエミッタを含むことができる。カラーチャネルごとに、複数のエミッタが設けられ得る。たとえば、４つの赤色エミッタ２００Ｒが赤（Ｒ）カラーチャネル（暗い影付きの円）用に設けられ得、４つの緑色エミッタ２００Ｇが緑（Ｇ）カラーチャネル（中程度の影付きの円）用に設けられ得、４つの青色エミッタ２００Ｂが青（Ｂ）カラーチャネル（明るい影付きの円）用に設けられ得る。エミッタ２００Ｒ、２００Ｇ、および２００Ｂは、ほんの数例を挙げると、直線パターン（図１Ａ）、ジグザグパターン（図１Ｂ）、またはハニカムパターン（図２Ｃ）に配置され得る。同じ傾斜可能なリフレクタを照射する複数のエミッタを有することにより、これらのエミッタによって生成された光ビームを、グループとして一体に走査することができる。複数のエミッタ、場合によっては複数の光源は、一部の光源が故障した場合の冗長性をもたらす、画像の解像度を上げる、全体的な画像の明るさを上げる、などのために使用され得る。
【0033】
図３を参照すると、ニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）３００は、瞳複製導波路３３２に光学的に結合されたビームスキャナ３３０を含む。ビームスキャナ３３０は、図１のビームスキャナ１３０に類似している。ビームスキャナ３３０は、反射偏光子１０４と隣接する第２のプリズム素子３１６をさらに含む。いくつかの実施形態では、反射偏光子１０４は、ビーム折曲げプリズム素子１０２と第２のプリズム素子３１６との間に挟まれている。第２のプリズム素子３１６は、ビーム折曲げプリズム素子１０２と同じまたは類似の形状を有することができ、結果的に、図３に示されている小型の菱形構造が得られる。瞳複製導波路３３２は、入力格子３３４などの入力カプラを含むことができる。
【0034】
光ビーム１１０は、動作時に、図１のビームスキャナ１３０内の経路と同様の経路に沿って、ビーム折曲げプリズム素子１０２内を伝搬する。光ビーム１１０は、傾斜可能なリフレクタ１０８から反射して反射偏光子１０４を通って伝搬した後、第２のプリズム素子３１６を通って伝搬し、瞳複製導波路３３２に入り、瞳複製導波路３３２の入力格子３３４に衝突する。光ビーム１１０は、傾斜可能なリフレクタ１０８が傾斜されると、１１０Ａ、１１０Ｂ、および１１０Ｃに示されるように、様々な入射角で入力格子３３４の表面上を走査される。入力格子３３４は、光ビーム１１０の向きを変えて、たとえば瞳複製導波路３３２の上面および下面からのＴＩＲによって、瞳複製導波路３３２内を伝搬させる（図示せず）。
【0035】
図４に目を向けると、ＮＥＤ４００は、瞳複製導波路３３２に光学的に結合されたビームスキャナ４３０を含む。ビームスキャナ４３０は、図３のビームスキャナ３３０に類似している。図４のビームスキャナ４３０の第２のプリズム素子４１６は、第２のプリズム素子の、反射偏光子１０４に連結された表面に隣接する側面上に、ビームダンプ４１８、たとえば黒色の吸収面を含む。
【0036】
入ってくる光ビーム１１０は、動作時に、ビーム折曲げプリズム素子１０２に入り、ビーム折曲げプリズム素子１０２の第２の表面（すなわち、底面）１１２から反射され、反射偏光子１０４に衝突する。光ビーム１１０は、理想的には、ＱＷＰ１０６および傾斜可能なリフレクタ１０８に向かって反射されるはずである。しかし、光ビーム１１０の偏光の、図４の平面に垂直な直線偏光からのずれに起因して、ならびに反射偏光子１０４の不完全さに起因して、光ビーム１１０のわずかな部分４２０（破線）が、図４において上方に、第２のプリズム素子４１６の上面４２２に向かって伝搬し、上面４２２から反射し、ビームダンプ４１８に向かって伝搬する。ビームダンプ４１８は、さもなければ瞳複製導波路３３２に到達し得る光ビーム１１０の一部分４２０を、第２のプリズム素子４１６内での何回かの反射の後に吸収する。一部分４２０は、傾斜可能なリフレクタ１０８によって走査されないので、瞳複製導波路３３２を通って伝えられる画像の中に、動かないアーティファクトを生み出す可能性がある。
【0037】
したがって、ビームダンプ４１８の機能は、光ビーム１１０の一部分４２０、および場合によっては、他のいくらかのスプリアス反射されたビーム部分を吸収し、これにより、コリメートされた光ビーム１１０のスプリアス反射が、いつでも瞳複製導波路３３２に到達するのを防止することである。スプリアス反射された、瞳複製導波路３３２に結合された光ビーム１１０のコリメートされた部分は、輝線、点などになって、表示されている画像内に現れる可能性があり、ビームダンプ４１８は、これを容易に抑制する。
【0038】
ここで図５を参照すると、プロジェクタ５００は、ビームスキャナ５３０に発散光ビーム５１０を供給する光源５２２を含み、光源５２２は、瞳複製導波路３３２に光学的に結合されている。ビームスキャナ５３０は、図３のビームスキャナ３３０に類似している。図５のビームスキャナ５３０は、ビーム折曲げプリズム素子５０２を含む。ビーム折曲げプリズム素子５０２の第１の表面５１１は、第１の表面５１１から反射された発散光ビーム５１０をコリメートするために湾曲している。ＱＷＰ１０６は、ビーム折曲げプリズム素子５０２の第２の表面５１２の近くに配置されている。
【0039】
ビーム折曲げプリズム素子５０２は、ビーム折曲げプリズム素子５０２の湾曲した表面５１１と整合する湾曲した表面を含む、第２のプリズム素子５１６を有する。ビーム折曲げプリズム素子５０２および第２のプリズム素子５１６の湾曲した表面が、たとえば球面の場合、実質的に同じ曲率半径を有する。湾曲した反射偏光子５０４は、ビーム折曲げプリズム素子５０２と第２のプリズム素子５１６との間に挟まれている。湾曲した反射偏光子５０４の形状は、ビーム折曲げプリズム素子５０２および第２のプリズム素子５１６の形状と整合する。ビーム折曲げプリズム素子５０２の第１の表面５１１は、動作時に、正の光学的パワー、すなわち集束力を有する凹面ミラーとして機能し、発散光ビーム５１０を、コリメートされた、またはほぼコリメートされた光ビームに変換し、図３を参照して上記で説明されたのと同様のやり方で、ビーム折曲げプリズム素子５０２および第２のプリズム素子５１６を伝搬させる。
【0040】
図６を参照すると、ビームスキャナ６３０は、第１の隣り合う表面６１１および第２の隣り合う表面１１２、ならびに第１の表面６１１に配置された第１の反射偏光子６０４を有する、ビーム折曲げプリズム素子６０２を含む。図示の実施形態では、ビーム折曲げプリズム素子６０２は、第１の部分６０２Ａおよび第２の部分６０２Ｂ、ならびにビーム折曲げプリズム素子６０２の第１の部分６０２Ａと第２の部分６０２Ｂとの間に挟まれた、第２の反射偏光子６２４を含む。したがって、第２の反射偏光子６２４は、ビーム折曲げプリズム素子６０２内の第１の光ビーム６１０の光路に配置され、光路は、ビーム折曲げプリズム素子６０２内の、第２の表面６１２からの反射と第３の表面６１３からの反射との間に延在する。第１の光ビーム６１０は、図６に示されていない第１の光源から供給され得る。
【0041】
ビーム折曲げプリズム素子６０２の第３の表面６１３は、ビーム折曲げプリズム素子６０２の第２の表面６１２と隣り合っている。ＱＷＰ６０６は、ビーム折曲げプリズム素子６０２の第３の側面６１３に光学的に結合されている。いくつかの実施形態では、ＱＷＰ６０６は、第３の側面６１３に積層されている。傾斜可能なリフレクタ１０８は、ＱＷＰ６０６の隣に配置されている。傾斜可能なリフレクタ１０８は、１つまたは２つの平行でない傾斜軸を中心に傾斜され得る。図６では、傾斜可能なリフレクタ１０８は、傾斜可能なリフレクタ１０８の基準位置、すなわち傾斜されていない位置で示されている。
【0042】
この例では、図６の平面に直線偏光された第１の光ビーム６１０は、動作時に、第２の表面６１２からの第１の反射を経て、この偏光で光を透過するように構成された第２の反射偏光子６２４を通って伝搬し、ＱＷＰ６０６を通る第３の表面６１３からの第２の反射を経る。ＱＷＰ６０６は、第１の光ビーム６１０がＱＷＰ６０６を２度通って伝搬するので、第１の光ビーム６１０の偏光を、図６の平面に垂直な直線偏光に変える。
【0043】
第１の反射偏光子６０４は、図６の平面に垂直な直線偏光で光を反射するように構成される。したがって、第１の光ビーム６１０は、第１の反射偏光子６０４によって反射され、第３の表面６１３でＱＷＰ６０６を通って、ビーム折曲げプリズム素子６０２の第２の部分６０２Ｂを出る。第３の表面６１３を出ると、第１の光６１０は円偏光されている（たとえば、右回りの円偏光）。第１の光ビーム６１０は、次いで、傾斜可能なリフレクタ１０８によって可変の角度で、傾斜可能なリフレクタ１０８の現在の傾斜角に応じて反射される。反射された光ビーム６１０は円偏光のままであるが、掌性は反転されている（たとえば、左回り円偏光になる）。反射された光ビーム６１０は、ＱＷＰ６０６を通って伝搬して戻り、ＱＷＰ６０６は、第１の光ビーム６１０の偏光を、図６の平面の直線偏光に戻す。第２の直線偏光子６２４は、この偏光で光を透過するように構成されており、第１の光ビーム６１０は、第２の反射偏光子６２４を通って、出力光ビーム６１４を形成するビーム折曲げプリズム素子６０２の第１の部分６０２Ａの外へ伝搬する。出力光ビーム６１４のビーム角は、傾斜可能なリフレクタ１０８の傾斜角（ｘおよびｙ平面での）によって変わる。
【0044】
いくつかの実施形態では、ビーム折曲げプリズム素子６０２は、第１の反射偏光子６０４を介して、ビーム折曲げプリズム素子６０２の第１の表面６１１に結合された、第２のプリズム素子６１６をさらに含んでもよく、第１の反射偏光子６０４は、ビーム折曲げプリズム素子６０２の第２の部分６０２Ｂと第２のプリズム素子６１６との間に挟まれ得る。第２のプリズム素子６１６は、ビーム折曲げプリズム素子６０２の第１の部分６０２Ａと同じ形状を有することができ、これによりビーム折曲げプリズム素子６０２の構造は、ビーム折曲げプリズム素子６０２の中央を通り、図６の平面に垂直である、垂直面６５０を中心にして対称形になる。
【0045】
図７Ａを参照すると、プロジェクタ７００は、図６のビームスキャナ６３０、第１の光ビーム６１０を供給する第１の光源７２２、および第２の光ビーム６４０を供給する第２の光源７２３を含む。図示されている実施形態では、ビームスキャナ６３０は、第２の光源７２３から第２の光ビーム６４０を受光する第２のプリズム素子６１６を含む。第２の光ビーム６４０は、第２のプリズム素子６１６に衝突し、第２の光ビーム６４０を、第１の反射偏光子６０４を介してビーム折曲げプリズム素子６０２に結合する。図７Ａでは、明確にするために、ビームスキャナ６３０のいくつかの素子が省略されている。
【0046】
第１の光ビーム６１０は、第１の入力面７５１を通ってビーム折曲げプリズム素子６０２の第１の部分６０２Ａに入り、第２の光ビーム６４０は、第２の入力面７５２を通って第２のプリズム素子６１６に入る。ビーム折曲げプリズム素子６０２は対称形であるため、第２の光ビーム６４０の光路は、第１の光ビーム６１０の光路と同様であり、図７Ａから分かるとおり、第１の光ビーム６１０の光路が鏡面反射したものである。第２の光ビーム６４０は、具体的には、図６および図７Ａを参照すると、第２のプリズム素子６１６内部からの第１の反射を経て、第１の反射偏光子６０４を通って伝搬し、ＱＷＰ６０６（図６）を通る第３の表面からの第２の反射を経て、第２の反射偏光子６２４によって反射され、ビーム折曲げプリズム素子６０２の第３の表面６１３において、ＱＷＰ６０６を通って、ビーム折曲げプリズム素子６０２を出て、傾斜可能なリフレクタ１０８によって反射され、ＱＷＰ６０６を通り、第１の反射偏光子６０４を通って、ビーム折曲げプリズム素子６０２の第２の部分６１６の外へ伝搬して戻る。
【0047】
図７Ｂでは、第１の光ビーム６１０および第２の光ビーム６４０のビーム経路がさらに示され、入力格子７３４を有する瞳複製導波路７３２をさらに含むプロジェクタ７００を示している。瞳複製導波路７３２の入力格子７３４は、ビームスキャナ６３０に光学的に結合されている。傾斜可能なリフレクタ１０８は、傾斜角がゼロ度の通常の位置７４０から離れた、２つの相異なる傾斜角である２つの位置７４１および７４２で図示されている。傾斜可能なリフレクタ１０８が第１の位置７４１から第２の位置７４２まで傾斜されると、第１の光ビーム６１０および第２の光ビーム６４０は、様々な入射角で、入力格子７３４の表面上で一緒に走査される。たとえば、傾斜可能なリフレクタ１０８の第１の位置７４１では、第１の光ビーム６１０は位置７１０Ａにあり、第２の光ビーム６４０は位置７１０Ｂにある。傾斜可能なリフレクタ１０８の第２の位置７４２において、第１の光ビーム６１０は位置７１０Ｂにあり、第２の光ビーム６４０は位置７１０Ｃにある。したがって、第１の光ビーム６１０および第２の光ビーム６４０は、視野（ＦＯＶ）の共通の中央部分にわたって走査される。これにより、ＦＯＶの中央部分に表示される画像の空間解像度を上げること、冗長性をもたらすこと、画像の明るさを上げることなどが可能となり得る。
【0048】
必要に応じて、光ビームおよび光源の数をさらに増やすことができる。非限定的な例として、図８を参照し、さらに図６を参照すると、プロジェクタ８００は、図６のビームスキャナ６３０と類似のビームスキャナをベースとしているが、４つの別個の光源からのビームを走査することができる。各光源は、カラーチャネルごとにもう１つのエミッタを含む、いくつかのエミッタを含むことができる。図８のプロジェクタ８００のビーム折曲げプリズム素子８０２は、第１の隣り合う表面８１１および第２の隣り合う表面８１２（第２の表面８１２は、図８の上面図において実線で示されている、上部の正方形の表面である）、第３の表面８１３（図８の上面図において破線で示されている、下部の正方形の表面）、第４の表面８１４、ならびに第５の表面８１５を含む。
【0049】
第１の反射偏光子８０４は、第１の表面８１１に配置されている。第２の反射偏光子８２４は、ビーム折曲げプリズム素子８０２内での、第２の表面８１２からの反射と第１の表面８１１からの反射との間の、ビーム折曲げプリズム素子８０２内の第１の光ビーム６１０の光路に配置されている。第２のプリズム素子８１６が、第１の表面８１１に結合され、第２のプリズム素子８１６に衝突する第２の光ビーム６４０を受光し、第２の光ビーム６４０を、第１の反射偏光子８０４を介して、ビーム折曲げプリズム素子８０２に結合する。第３の反射偏光子８３４は、第４の表面８１４に配置されている。第３の反射偏光子８３４は、第１の反射偏光子８０４および第２の反射偏光子８２４に隣接している。第４の反射偏光子８５４は、第５の表面８１５に配置されている。第４の反射偏光子８５４は、第１の反射偏光子８０４および第２の反射偏光子８２４に隣接している。影付きの三角形で示されている第１の反射偏光子８０４、第２の反射偏光子８２４、第３の反射偏光子８３４、および第４の反射偏光子８５４は、中央にある共通の頂点、４つの側面、および第３の表面８１３における共通の長方形の底面を有する、対称形のピラミッド構造を形成する。
【0050】
第３のプリズム素子８３２が、第４の表面８１４に結合され、第３のプリズム素子８３２に衝突する第３の光源８２２からの光ビーム８１０を受光し、第３の光ビーム８１０を、第３の反射偏光子８３４を介して、ビーム折曲げプリズム素子８０２に結合する。同様に、第４のプリズム素子８４６が、第５の表面８１５に結合され、第４のプリズム素子８４６に衝突する第４の光源８２３からの第４の光ビーム８４０を受光し、第４の光ビーム８４０を、第４の反射偏光子８５４を介して、ビーム折曲げプリズム素子８０２に結合する。
【0051】
図５のプロジェクタ５００、図７の７００、および図８の８００は、光ビームの傾斜可能なリフレクタへの小さい傾斜度での結合を可能にする。本明細書において、「小さい傾斜度」という用語は、基準の、たとえば中心またはゼロ度の傾斜角のときの、傾斜可能なリフレクタにおける小さい入射角、すなわち、法線入射を意味する。傾斜度が小さいことの１つの利点が、図９Ａから図９Ｃに示されている。最初に図９Ａを参照すると、傾斜可能なリフレクタを使用するプロジェクタのＦＯＶのアスペクト比が、傾斜度、すなわち、傾斜可能なリフレクタが基準位置または中心位置にあるときの入射角の関数としてプロットされている。アスペクト比は、以下の４つの場合についてプロットされている。軸上７５度×５０度でのＦＯＶ、軸上６０度×４０度でのＦＯＶ、軸上４５度×３０度でのＦＯＶ、および軸上３０度×２０度でのＦＯＶ。アスペクト比は、傾斜度ゼロ、すなわち法線入射での１．５から、傾斜角度４０度での約１．１まで低くなる。
【0052】
図９Ｂは、傾斜度ゼロでの走査角度エリア９００Ｂ、および関連する内接長方形のＦＯＶ９０２Ｂを示している。傾斜角ゼロのＦＯＶ９０２Ｂの立体角は、角度エリア９００Ｂの大部分をカバーしている。図９Ｃは、比較すると、傾斜度４０度での走査角度エリア９００Ｃ、および関連する内接長方形ＦＯＶ９０２Ｃを示している。ＦＯＶ９０２Ｃの立体角は、角度エリア９００Ｃのより小さい割合しか占めておらず、傾斜度ゼロのＦＯＶ９０２Ｂのほぼ２分の１であり、アスペクト比が異なる。したがって、小さい傾斜度での結合により、傾斜可能なリフレクタの走査範囲の利用率が高まり、傾斜可能なリフレクタの同じ走査範囲で、より広い視野が可能になる。
【0053】
図１０を参照すると、ニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）１０００は、一対のガラスの形状素子を有するフレーム１００１を含む。フレーム１００１は、目ごとに、角領域の画像を運ぶ表示光を供給するプロジェクタ１００２、プロジェクタ１００２へ給電するためにプロジェクタ１００２に動作可能に結合された電子ドライバ１００４、およびプロジェクタ１００２に光学的に結合された瞳レプリケータ１０３２を支持することができる。
【0054】
各プロジェクタ１００２は、本明細書で説明されたビームスキャナ、たとえば、限定されるものではないが、図１のビームスキャナ１００、図３のビームスキャナ３３０、図４のビームスキャナ４３０、図５のビームスキャナ５３０、図６のビームスキャナ６３０などを含むことができる。いくつかの実施形態では、各プロジェクタ１００２は、図５のプロジェクタ５００、図７Ａおよび図７Ｂのプロジェクタ７００、ならびに／または図８のプロジェクタ８００を含む。これらのプロジェクタ用の光源は、たとえば、図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃを参照して上記で説明されたように、複数の光ビームを供給する、側面発光レーザダイオード、垂直共振器型面発光レーザダイオード、ＳＬＥＤ、または発光ダイオードなど、シングルモードまたはマルチモードの半導体光源のアレイを支持する基板を含むことができる。光源のコリメータは、凹面鏡、バルクレンズ、フレネルレンズ、ホログラフィックレンズなどを含むことができる。瞳レプリケータ１０３２は、複数の表面レリーフ型および／または体積ホログラフィック格子を装備された導波路を含むことができる。瞳レプリケータ１０３２の機能は、それぞれのアイボックス１０１２でプロジェクタ１００２によって供給される、表示光ビームの複数の横方向にオフセットされたコピーを供給することである。
【0055】
コントローラ１００５は、プロジェクタ１００２の光源および傾斜可能なリフレクタに動作可能に結合されている。コントローラ１００５は、プロジェクタ１００２の傾斜可能なリフレクタのＸ傾斜角およびＹ傾斜角を決定するように構成され得る。コントローラ１００５は、表示されるべき画像のどの１つまたは複数の画素が、決定されたＸ傾斜角およびＹ傾斜角に対応するかを決定する。コントローラ１００５は、次いで、これらの画素の明るさおよび／または色を決定し、これに応じて電子ドライバ１００４を動作させ、プロジェクタ１００２の光源に給電用電気パルスを供給し、決定された画素の明るさおよび色に対応する電力レベルでの光パルスを作り出す。
【0056】
いくつかの実施形態では、コントローラ１００５は、目ごとに、傾斜可能なリフレクタを動作させ、これにより傾斜可能なリフレクタから反射され、それぞれのビーム折曲げプリズム素子を通って伝搬される光ビームが、表示されるべき画像の画素に対応するビーム角を有するように構成され得る。コントローラ１００５はさらに、光ビームが、表示されている第１の画素に対応する明るさおよび／または色を有するように、傾斜可能なリフレクタの動作と連係して光源を動作させるように構成され得る。マルチ光源の実施形態では、コントローラ１００５は、対応する光源を連係して動作させ、本明細書で説明されるように、より大きなＦＯＶ、高い走査解像度、ディスプレイの明るさの増加などを実現するように構成され得る。たとえば、ユーザの両眼のプロジェクタが、それぞれ２つの光源を含む実施形態では、コントローラは、傾斜可能なリフレクタから反射され、ビーム折曲げプリズム素子を通って伝搬される第２の光ビームが、表示されるべき画像の第２の画素に対応するビーム角を有するように、傾斜可能なリフレクタを動作させ、第２の光ビームが第２の画素に対応する明るさを有するように、傾斜可能なリフレクタの動作と連係して第２の光源を動作させるように構成され得る。
【0057】
本開示の実施形態は、人工現実システムを含むか、または人工現実システムと組み合わせて実施され得る。人工現実システムは、視覚情報、音声、触覚（体性感覚）情報、加速度、バランスなどの感覚を通して得られる外界に関する感覚情報を、ユーザに提示する前に何らかのやり方で調整する。人工現実は、非限定的な例として、仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）、複合現実（ＭＲ）、ハイブリッド現実、またはこれらの何らかの組合せおよび／もしくは派生物を含むことができる。人工現実コンテンツは、完全に生成されたコンテンツ、または取り込まれた（たとえば、実世界の）コンテンツと組み合わされて生成されたコンテンツを含むことができる。人工現実コンテンツは、ビデオ、音声、体性もしくは触覚フィードバック、またはこれらの何らかの組合せを含むことができる。このコンテンツはいずれも、単一のチャネル、または観察者に対して３次元効果を作り出すステレオビデオなど、複数のチャネルで提示され得る。さらに、いくつかの実施形態では、人工現実はまた、アプリケーション、製品、アクセサリ、サービス、またはこれらの何らかの組合せに付随する場合もあり、これらはたとえば、人工現実内でコンテンツを作成するために使用されるか、かつ／またはさもなければ、人工現実内で使用される（たとえば、活動を行う）。人工現実コンテンツを提供する人工現実システムは、ホストコンピュータシステムに接続されたＨＭＤ、独立型ＨＭＤ、眼鏡の形状要素を有するニアアイディスプレイ、携帯デバイスもしくはコンピュータ処理システム、または１人もしくは複数人の観察者に人工現実コンテンツを提供することができる他の任意のハードウェアプラットフォームなどの、装着型ディスプレイを含む、様々なプラットフォーム上に実装され得る。
【0058】
図１１Ａを参照すると、ＨＭＤ１１００は、ＡＲ／ＶＲ環境により深く没頭させるようにユーザの顔を取り囲む、ＡＲ／ＶＲ装着型ディスプレイシステムの例である。ＨＭＤ１１００は、たとえば、図１０のＮＥＤ１０００の実施形態である。ＨＭＤ１１００の機能は、物理的な実世界の環境での光景を、コンピュータで生成された映像を使って補強するか、かつ／または完全に仮想の３Ｄ映像を生成することである。ＨＭＤ１１００は、前部本体１１０２およびバンド１１０４を含むことができる。前部本体１１０２は、信頼性が高く快適なやり方でユーザの目の前に配置されるように構成され、バンド１１０４は、前部本体１１０２をユーザの頭に固定するように引き伸ばされ得る。ディスプレイシステム１１８０は、ＡＲ／ＶＲ映像をユーザに提示するために、前部本体１１０２に配置され得る。前部本体１１０２の側面１１０６は、不透明または透明であり得る。
【0059】
いくつかの実施形態では、前部本体１１０２は、ＨＭＤ１１００の加速度を追跡するためのロケータ１１０８および慣性測定ユニット（ＩＭＵ：ｉｎｅｒｔｉａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｕｎｉｔ）１１１０、ならびにＨＭＤ１１００の位置を追跡するための位置センサ１１１２を含む。ＩＭＵ１１１０は、１つまたは複数の位置センサ１１１２から受信した測定信号に基づいて、ＨＭＤ１１００の位置を示すデータを生成する電子デバイスであり、ＨＭＤ１１００の動きに応答して、１つまたは複数の測定信号を生成する。位置センサ１１１２の例は、１つまたは複数の加速度計、１つまたは複数のジャイロスコープ、１つまたは複数の磁力計、動きを検出する別の好適な種類のセンサ、ＩＭＵ１１１０の誤差補正に使用される種類のセンサ、またはこれらの何らかの組合せを含む。位置センサ１１１２は、ＩＭＵ１１１０の外部、ＩＭＵ１１１０の内部、またはこれらの何らかの組合せに配置され得る。
【0060】
ロケータ１１０８は、仮想現実システムがＨＭＤ１１００全体の位置および向きを追跡できるように、仮想現実システムの外部撮像デバイスによってトレースされる。ＩＭＵ１１１０および位置センサ１１１２によって生成された情報は、ＨＭＤ１１００の位置および向きの追跡精度を高めるために、ロケータ１１０８を追跡することによって得られた位置および向きと比較され得る。正確な位置および向きは、ユーザが３Ｄ空間内で移動および回転するときに、ユーザに適切な仮想風景を提示するために重要である。
【0061】
ＨＭＤ１１００は、ＨＭＤ１１００の一部または全部を取り巻く局所エリアの深度情報を表すデータを取り込む、深度カメラ組立体（ＤＣＡ：ｄｅｐｔｈ ｃａｍｅｒａ ａｓｓｅｍｂｌｙ）１１１１をさらに含むことができる。ＤＣＡ１１１１は、このために、レーザレーダ（ＬＩＤＡＲ：ｌａｓｅｒ ｒａｄａｒ）または同様のデバイスを含むことができる。深度情報は、３Ｄ空間におけるＨＭＤ１１００の位置および向きをよりよい精度で判断するために、ＩＭＵ１１１０からの情報と比較され得る。
【0062】
ＨＭＤ１１００は、リアルタイムでユーザの目の向きおよび位置を判断する、目線追跡システム１１１４をさらに含むことができる。取得した目の位置および向きによって、ＨＭＤ１１００がユーザの視線方向を判断し、これに応じて、ディスプレイシステム１１８０で生成される画像を調整することもできる。一実施形態では、輻輳、すなわち、ユーザの視線の収斂角度が判断される。判断された視線方向および輻輳角は、画角および目の位置に応じて視覚上のアーティファクトをリアルタイムで補償するためにも使用され得る。さらに、判断された輻輳角および視線角度は、ユーザとの相互作用、オブジェクトの強調表示、オブジェクトの最前面への移動、追加のオブジェクトまたはポインタ作成などに使用され得る。たとえば、前部本体１１０２内に構築された１組の小さなスピーカを含む、音声システムも設けられ得る。
【0063】
図１１Ｂを参照すると、ＡＲ／ＶＲシステム１１５０は、装着型ディスプレイシステムの例示的な実施態様である。ＡＲ／ＶＲシステム１１５０は、図１１ＡのＨＭＤ１１００、様々なＡＲ／Ｖアプリケーション、設定および較正手順、３Ｄビデオなどを記憶する外部コンソール１１９０、ならびにコンソール１１９０を動作させるか、かつ／またはＡＲ／ＶＲ環境と相互作用するための入力／出力（Ｉ／Ｏ：ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ）インタフェース１１１５を含む。ＨＭＤ１１００は、物理ケーブルでコンソール１１９０に「繋留」されるか、またはブルートゥース（登録商標）、Ｗｉ－Ｆｉなどの無線通信リンクを介してコンソール１１９０に接続され得る。複数のＨＭＤ１１００が存在してもよく、それぞれが関連するＩ／Ｏインタフェース１１１５を有し、各ＨＭＤ１１００およびＩ／Ｏインタフェース１１１５は、コンソール１１９０と通信する。代替構成では、相異なる、かつ／または追加の構成要素が、ＡＲ／ＶＲシステム１１５０に含まれてもよい。さらに、図１１Ａおよび図１１Ｂに示されている１つまたは複数の構成要素と併せて説明されている機能は、いくつかの実施形態において、図１１Ａおよび図１１Ｂと併せて説明されているものとは別のやり方で、構成要素間で分散されてもよい。たとえば、ＨＭＤ１１００が、コンソール１１１５の機能の一部またはすべてを備えてもよく、逆も可能である。ＨＭＤ１１００には、かかる機能を実現させることができる、処理モジュールが設けられ得る。
【0064】
図１１Ａを参照して上記で説明されたように、ＨＭＤ１１００は、目の位置および向きを追跡する、視線角度および収斂角度を判断する、などのための目線追跡システム１１１４（図１１Ｂ）、３Ｄ空間におけるＨＭＤ１１００の位置および向きを判断するためのＩＭＵ１１１０、外部環境を取り込むためのＤＣＡ１１１１、ＨＭＤ１１００の位置を単独で判断するための位置センサ１１１２、およびＡＲ／ＶＲコンテンツをユーザに表示するためのディスプレイシステム１１８０を含むことができる。ディスプレイシステム１１８０は、電子ディスプレイ１１２５（図１１Ｂ）、たとえば、限定されるものではないが、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ）、有機発光ディスプレイ（ＯＬＥＤ：ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｓｐｌａｙ）、無機発光ディスプレイ（ＩＬＥＤ：ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｓｐｌａｙ）、アクティブマトリックス式有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ：ａｃｔｉｖｅ－ｍａｔｒｉｘ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）ディスプレイ、透明有機発光ダイオード（ＴＯＬＥＤ：ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）ディスプレイ、プロジェクタ、またはこれらの組合せを含む。ディスプレイシステム１１８０は、光学ブロック１１３０をさらに含み、光学ブロック１１３０の機能は、電子ディスプレイ１１２５によって生成された画像をユーザの目に伝えることである。光学ブロックは、たとえば屈折レンズ、フレネルレンズ、回折レンズ、能動または受動パンチャラトナム－ベリー位相（ＰＢＰ：Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ－Ｂｅｒｒｙ ｐｈａｓｅ）レンズ、液体レンズ、液晶レンズなどの様々なレンズ、瞳複製導波路、格子構造、コーティングなどを含むことができる。ディスプレイシステム１１８０は、光学ブロック１１３０の一部であり得る、可変焦点モジュール１１３５をさらに含むことができる。可変焦点モジュール１１３５の機能は、光学ブロック１１３０の焦点を調整し、たとえば、輻輳と調節との競合を補償すること、特定のユーザの視力障害を補正すること、光学ブロック１１３０の収差をオフセットすることなどである。
【0065】
Ｉ／Ｏインタフェース１１１５は、ユーザがアクション要求を送信し、コンソール１１９０から応答を受信することを可能にするデバイスである。アクション要求は、特定のアクションを実行するための要求である。アクション要求は、たとえば、画像またはビデオデータの取込みを開始または終了するための命令、またはアプリケーション内で特定のアクションを実行するための命令であり得る。Ｉ／Ｏインタフェース１１１５は、キーボード、マウス、ゲームコントローラ、またはアクション要求を受信し、アクション要求をコンソール１１９０に伝達する、他の任意の好適なデバイスなどの、１つまたは複数の入力デバイスを含むことができる。Ｉ／Ｏインタフェース１１１５によって受信されたアクション要求は、コンソール１１９０に伝達され、コンソール１１９０は、アクション要求に対応するアクションを実行する。いくつかの実施形態では、Ｉ／Ｏインタフェース１１１５は、Ｉ／Ｏインタフェース１１１５の初期位置に対するＩ／Ｏインタフェース１１１５の推定位置を示す、較正データを取り込むＩＭＵを含む。いくつかの実施形態では、Ｉ／Ｏインタフェース１１１５は、コンソール１１９０から受信した指示に従って、ユーザに触覚フィードバックを与えることができる。触覚フィードバックは、たとえば、アクション要求が受信されたときに与えられるか、またはコンソール１１９０が、命令をＩ／Ｏインタフェース１１１５に伝達し、コンソール１１９０がアクションを実行するときに、Ｉ／Ｏインタフェース１１１５に触覚フィードバックを生成させることができる。
【0066】
コンソール１１９０は、ＨＭＤ１１００に、ＩＭＵ１１１０、ＤＣＡ１１１１、目線追跡システム１１１４、およびＩ／Ｏインタフェース１１１５のうちの１つまたは複数から受信した情報に従って処理する、コンテンツを供給する。図１１Ｂに示されている例では、コンソール１１９０は、アプリケーション記憶部１１５５、追跡モジュール１１６０、および処理モジュール１１６５を含む。コンソール１１９０のいくつかの実施形態は、図１１Ｂに関連して説明されたものとは相異なるモジュールまたは構成要素を有してもよい。同様に、以下でさらに説明される機能は、図１１Ａおよび図１１Ｂに関連して説明されるものとは別のやり方で、コンソール１１９０の構成要素間に分散されてもよい。
【0067】
アプリケーション記憶部１１５５は、コンソール１１９０によって実行される、１つまたは複数のアプリケーションを記憶することができる。アプリケーションは、プロセッサによって実行されると、ユーザに提示するコンテンツを生成する１群の命令である。アプリケーションによって生成されたコンテンツは、ＨＭＤ１１００またはＩ／Ｏインタフェース１１１５の動きを通して、ユーザから受信された入力に応答することができる。アプリケーションの例は、ゲームアプリケーション、プレゼンテーションおよび会議アプリケーション、ビデオ再生アプリケーション、または他の好適なアプリケーションを含む。
【0068】
追跡モジュール１１６０は、１つまたは複数の較正パラメータを使用してＡＲ／ＶＲシステム１１５０を較正することができ、１つまたは複数の較正パラメータを調整して、ＨＭＤ１１００またはＩ／Ｏインタフェース１１１５の位置判断における誤差を低減することができる。追跡モジュール１１６０によって実行される較正はまた、ＨＭＤ１１００内のＩＭＵ１１１０、および／またはもしあれば、Ｉ／Ｏインタフェース１１１５に含まれるＩＭＵから受信した情報も考慮に入れる。さらに、ＨＭＤ１１００の追跡が失われた場合、追跡モジュール１１６０は、ＡＲ／ＶＲシステム１１５０の一部または全部を再較正することができる。
【0069】
追跡モジュール１１６０は、ＨＭＤ１１００もしくはＩ／Ｏインタフェース１１１５の動き、ＩＭＵ１１１０、またはこれらの何らかの組合せを追跡することができる。追跡モジュール１１６０は、たとえば、ＨＭＤ１１００からの情報に基づいて、局所エリアのマッピングにおけるＨＭＤ１１００の基準点の位置を判断することができる。追跡モジュール１１６０はまた、ＩＭＵ１１１０からのＨＭＤ１１００の位置を示すデータを使用して、またはＩ／Ｏインタフェース１１１５に含まれるＩＭＵからの、Ｉ／Ｏインタフェース１１１５の位置を示すデータを使用して、それぞれ、ＨＭＤ１１００の基準点またはＩ／Ｏインタフェース１１１５の基準点の位置を判断することができる。さらに、いくつかの実施形態では、追跡モジュール１１６０は、ＨＭＤ１１００の今後の場所を予測するために、ＩＭＵ１１１０からの位置またはＨＭＤ１１００を示すデータの一部ばかりでなく、ＤＣＡ１１１１からの局所エリアの描写も使用することができる。追跡モジュール１１６０は、ＨＭＤ１１００またはＩ／Ｏインタフェース１１１５の推定または予測される今後の位置を、処理モジュール１１６５に供給する。
【0070】
処理モジュール１１６５は、ＨＭＤ１１００から受信した情報に基づいて、ＨＭＤ１１００の一部または全部を取り巻くエリア（「局所エリア」）の３Ｄマッピングを生成することができる。いくつかの実施形態では、処理モジュール１１６５は、ＤＣＡ１１１１から受信した、深度の計算に使用される技法に関連する情報に基づいて、局所エリアの３Ｄマッピングのための深度情報を決定する。様々な実施形態において、処理モジュール１１６５は、深度情報を使用して、局所エリアのモデルを更新し、更新されたモデルに部分的に基づいてコンテンツを生成することができる。
【0071】
処理モジュール１１６５は、ＡＲ／ＶＲシステム１１５０内でアプリケーションを実行し、追跡モジュール１１６０から、ＨＭＤ１１００の位置情報、加速度情報、速度情報、予測される今後の位置、またはこれらの何らかの組合せを受信する。処理モジュール１１６５は、受信した情報に基づいて、ＨＭＤ１１００に供給する、ユーザに提示するためのコンテンツを決定する。たとえば、受信した情報が、ユーザが左を向いたことを示している場合、処理モジュール１１６５は、仮想環境における、または追加コンテンツを使って局所エリアを拡張する環境における、ユーザの動きを反映するＨＭＤ１１００用コンテンツを生成する。さらに、処理モジュール１１６５は、Ｉ／Ｏインタフェース１１１５から受信したアクション要求に応答して、コンソール１１９０上で実行しているアプリケーション内でアクションを実行し、アクションが実行されたことをユーザにフィードバックする。与えられるフィードバックは、ＨＭＤ１１００による視覚的または聴覚的フィードバック、またはＩ／Ｏインタフェース１１１５による触覚フィードバックであり得る。
【0072】
いくつかの実施形態では、処理モジュール１１６５は、目線追跡システム１１１４から受信した目線追跡情報（たとえば、ユーザの目の向き）に基づいて、ＨＭＤ１１００に供給される、電子ディスプレイ１１２５上でユーザに提示するコンテンツの解像度を決定する。処理モジュール１１６５は、電子ディスプレイ１１２５上で、ユーザの視線の中心窩の区域において最大画素解像度を有するコンテンツを、ＨＭＤ１１００に供給することができる。処理モジュール１１６５は、電子ディスプレイ１１２５の他の区域に、より低い画素解像度を与え、これにより、ＡＲ／ＶＲシステム１１５０の電力消費を低減し、ユーザの視覚上の体験を損なうことなく、コンソール１１９０のコンピュータ処理リソースを節約することができる。いくつかの実施形態では、処理モジュール１１６５はさらに、目線追跡情報を使用し、オブジェクトが電子ディスプレイ１１２５上のどこに表示されるかを調整して、輻輳－調節の競合を回避し、かつ／または光学歪みおよび収差をオフセットすることができる。
【0073】
本明細書で開示されている態様に関連して説明された様々な例示的な論理回路、論理ブロック、モジュール、および回路を実装するために使用されるハードウェアは、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ：ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）もしくは他のプログラム可能な論理デバイス、ディスクリートのゲートもしくはトランジスタ論理回路、ディスクリートのハードウェア構成要素、または本明細書で説明された機能を実行するように設計された、これらの任意の組合せを使って実装されるか、または実行され得る。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであってもよいが、代わりに、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシンであってもよい。プロセッサはまた、コンピュータ処理デバイスの組合せ、たとえば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと組み合わされた１つまたは複数のマイクロプロセッサ、または他の任意のかかる構成で実装されてもよい。別法として、いくつかのステップまたは方法は、所与の機能に固有の回路によって実行されてもよい。
【0074】
本開示は、本明細書で説明された特定の実施形態によって範囲が限定されるべきではない。実際、本明細書で説明されたものに加えて、他の様々な実施形態および修正形態が、前述の説明および添付図面から、当業者には明らかであろう。したがって、かかる他の実施形態および修正形態は、本開示の範囲に包含されることを意図している。さらに本開示は、本明細書で、特定の目的のために、特定の環境における特定の実施形態の文脈で説明されているが、当業者は、本開示の有用性がこれに限定されるものではなく、また本開示が、いくつもの目的のために、いくつもの環境で有益に実施され得ることを認識されよう。したがって、下記に示される特許請求の範囲は、特許請求の範囲の最大限の広がりを考慮して解釈されるべきである。
【図1】
【図2A-2C】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【国際調査報告】