(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】2022-12-12
(54)【発明の名称】多経路ビーム中継器を備えた走査プロジェクタ
(51)【国際特許分類】
G02B 26/10 20060101AFI20221205BHJP
G02B 27/02 20060101ALI20221205BHJP
H04N 5/74 20060101ALI20221205BHJP
H04N 5/64 20060101ALI20221205BHJP
【ＦＩ】
G02B26/10 C
G02B26/10 104Z
G02B27/02 Z
H04N5/74 A
H04N5/64 511A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022500040
(86)(22)【出願日】2020-09-07
(85)【翻訳文提出日】2022-03-01
(86)【国際出願番号】 US2020049617
(87)【国際公開番号】W WO2021071616
(87)【国際公開日】2021-04-15
(31)【優先権主張番号】16/597,309
(32)【優先日】2019-10-09
(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】カオ， ウェイチョアン
(72)【発明者】
【氏名】ウィールライト， ブライアン
(72)【発明者】
【氏名】パーソンズ， マクスウェル
(72)【発明者】
【氏名】グライフ， ダニエル グエンサー
(72)【発明者】
【氏名】マケルダウニー， スコット チャールズ
【テーマコード（参考）】
2H045
2H199
5C058
【Ｆターム（参考）】
2H045AB01
2H045AB13
2H045AB44
2H045AB81
2H045BA13
2H045CA82
2H045DA11
2H199CA02
2H199CA03
2H199CA29
2H199CA30
2H199CA34
2H199CA42
2H199CA43
2H199CA46
2H199CA63
2H199CA64
2H199CA65
2H199CA67
2H199CA68
2H199CA73
2H199CA83
2H199CA94
2H199CA96
5C058BA35
5C058EA02
5C058EA12
(57)【要約】
表示装置のための走査プロジェクタは、第１の平面内で光ビームを操作するように構成された第１の走査反射器と、第１の走査反射器から受光した光ビームを第２の平面内で操作するように構成された第２の走査反射器と、第１の走査反射器において画定された第１の瞳を第２の走査反射器において画定された第２の瞳に中継し、第２の瞳を走査プロジェクタの出力瞳に中継するように構成されたビーム中継光学系とを含む。ビーム中継光学系は、凹面反射器と、走査反射器に３重通過構成で結合されたおよび偏光ビームスプリッタとを含み得る。
【選択図】図８
【選択図】図８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
表示装置のための走査プロジェクタであって、少なくとも第１の平面内で光ビームを操作するように構成された第１の走査反射器と、
前記第１の走査反射器から受光した前記光ビームを少なくとも第２の平面内で操作するように構成された第２の走査反射器と、
前記第１の走査反射器において画定された第１の瞳を前記第２の走査反射器において画定された第２の瞳に中継し、前記第２の瞳を前記走査プロジェクタの出力瞳に中継するように構成されたビーム中継光学系と
を備える、走査プロジェクタ。
【請求項2】
前記第２の走査反射器が、前記第２の平面が前記第１の平面に概ね直交するように構成される、請求項１に記載の走査プロジェクタ。
【請求項3】
前記ビーム中継光学系が、第１の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と、前記第１のＰＢＳに結合された第１の凹面反射器とを備え、前記第１のＰＢＳが、前記光ビームを、最初の２回の通過において、前記第１の走査反射器および前記第１の凹面反射器へ順次ルーティングし、３回目の通過において前記第２の走査反射器へルーティングするための、３重通過構成で配置される、請求項１に記載の走査プロジェクタ。
【請求項4】
前記第１のＰＢＳを通る連続する通過間で前記光ビームの偏光状態を直交偏光状態に変換するための、前記光ビームの光路に配置された波長板を備える、請求項３に記載の走査プロジェクタ。
【請求項5】
前記第１の走査反射器の上流の前記光ビームの光路に配置されたレンズを備え、任意選択として、前記レンズが、前記出力瞳に配置された出力レンズを備える、請求項３に記載の走査プロジェクタ。
【請求項6】
前記第１のＰＢＳが、前記光ビームを、１回目の通過において前記第１の走査反射器へ、２回目の通過において前記第１の凹面反射器へ順次方向付けるように配置され、前記ビーム中継光学系が、第２のＰＢＳと、前記第２のＰＢＳに結合された第２の凹面反射器とをさらに備え、前記第２のＰＢＳが、前記第１のＰＢＳから受光した前記光ビームを、前記第２のＰＢＳを通る最初の２回の通過において、前記第２の走査反射器および前記第２の凹面反射器へ順次方向付け、３回目の通過において前記出力瞳へ方向付けるための、３重通過構成で配置される、請求項３に記載の走査プロジェクタ。
【請求項7】
前記ビーム中継光学系が、前記光ビームの偏光を、前記第１のＰＢＳおよび前記第２のＰＢＳのそれぞれを通る連続する通過間で直交偏光に変換するための、前記第１の走査反射器と前記第２の走査反射器と前記第１の凹面反射器と前記第２の凹面反射器とに近接して配置された４つの４分の１波長板（ＱＷＰ）をさらに備え、任意選択として、前記第１のＰＢＳが、前記第１の走査反射器から反射された前記光ビームを前記第１の凹面反射器へ方向付け、前記第１の凹面反射器から反射された前記光ビームを前記第２のＰＢＳへ方向付けるように配置される、請求項６に記載の走査プロジェクタ。
【請求項8】
前記第１のＰＢＳの上流に配置された第１の集束レンズと、前記走査プロジェクタの前記出力瞳に配置された出力集束レンズまたは出力コリメートレンズとを備え、任意選択として、前記第１の集束レンズが、前記第１の凹面反射器と協働して、前記第１の走査反射器と前記第２の走査反射器との間の光路内の中間位置にある焦点に前記光ビームを収束させる、請求項７に記載の走査プロジェクタ。
【請求項9】
前記第２の走査反射器に近接する第２の集束レンズを備える、請求項１０に記載の走査プロジェクタ。
【請求項10】
前記第１の凹面反射器と前記第２の集束レンズが協働して、倍率を用いて前記第１の瞳を前記第２の瞳に中継し、任意選択として、前記第２の走査反射器の面積が、前記第１の走査反射器の面積よりも大きい、請求項９に記載の走査プロジェクタ。
【請求項11】
前記第１の走査反射器および前記第２の走査反射器のそれぞれが、可傾ＭＥＭＳ反射器を備える、請求項２に記載の走査プロジェクタ。
【請求項12】
画像を形成するための方法であって、第１の走査反射器に光ビームを提供することと、
第１の信号に応答して、前記第１の走査反射器を用いて少なくとも第１の平面内で前記光ビームを操作することと、
前記第１の走査反射器からの前記光ビームを第２の走査反射器に中継することと、
第２の信号に応答して、少なくとも第２の平面内で前記第２の走査反射器を用いて前記光ビームを操作することと、
前記第１の走査反射器および前記第２の走査反射器の操作角によって画定される角度で、角度依存の横方向の空間シフトを実質的に伴わずに、前記第２の走査反射器からの前記光ビームを出力瞳に中継することと
を含み、前記第１の走査反射器から前記第２の走査反射器への前記光ビームの前記中継、または前記第２の走査反射器から前記出力瞳への前記光ビームの前記中継のうちの少なくとも一方が、第１の凹面反射器、および３重通過構成の第１のＰＢＳを使用することを含む、方法。
【請求項13】
前記第１のＰＢＳおよび前記第１の凹面反射器を使用して、前記第１の走査反射器からの前記光ビームを前記第２の走査反射器へ方向付けることと、第２の凹面反射器に結合された第２のＰＢＳを使用して、前記第１のＰＢＳからの前記光ビームを前記第２の走査反射器および前記出力瞳へ順次方向付けることと、任意選択として、前記光ビームの偏光状態を、前記第１のＰＢＳおよび前記第２のＰＢＳのそれぞれを通る連続した通過間で直交偏光状態に変更することとを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
ユーザの頭に装着するための支持構造体と、前記支持構造体によって保持された、光ビームを提供するための光源と、
前記支持構造体によって保持された瞳拡大器と、
前記支持構造体によって保持された走査プロジェクタと
を備えるニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）デバイスであって、前記走査プロジェクタが、
少なくとも第１の平面内で前記光ビームを操作するように構成された第１の走査反射器と、
前記第１の走査反射器から受光した前記光ビームを少なくとも第２の平面内で操作するように構成された第２の走査反射器と、
前記第１の走査反射器において画定された第１の瞳を前記第２の走査反射器において画定された第２の瞳に中継し、前記第２の瞳を前記走査プロジェクタの出力瞳に中継するように構成されたビーム中継光学系と
を備え、
前記瞳拡大器が、前記光ビームを前記ユーザの眼へ方向付けるために、前記走査プロジェクタの前記出力瞳のサイズを拡大するように構成される、ニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）デバイス。
【請求項15】
前記ビーム中継光学系が、凹面反射器と、３重通過構成で配置され、前記凹面反射器に結合された偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）とを備える、請求項１４に記載のＮＥＤデバイス。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、光学スキャナに関し、詳細には、ニアアイディスプレイのための走査プロジェクタに関する。
【背景技術】
【0002】
仮想現実（ＶＲ）コンテンツ、拡張現実（ＡＲ）コンテンツ、複合現実（ＭＲ）コンテンツを表示するために、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、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）などがますます使用されており、これらのコンテンツは、ごく一部の例を挙げると、エンターテインメント、教育、トレーニング、生物医学など様々な分野に活用されている。ＶＲ／ＡＲ／ＭＲコンテンツは、体験を向上させるとともに、仮想物体とユーザによって観察される実物体とを一致させるために、３次元（３Ｄ）とすることができる。シミュレートされた環境または拡張された環境への良好な没入体験を提供するために、眼の位置および注視方向ならびに／またはユーザの向きがリアルタイムで追跡され得、表示される画像は、ユーザの頭の向きおよび注視方向に応じて動的に調整され得る。
【0003】
ヘッドマウントディスプレイには、コンパクトな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ため、大きい、かさばる、不均衡である、かつ／または重いディスプレイデバイスは扱いにくく、ユーザが装着するのに不快である場合がある。
【0004】
走査プロジェクタディスプレイは、中間スクリーンも表示パネルもなしで、直接眼によって観察され得る角領域内で画像を提供する。走査プロジェクタディスプレイにはスクリーンも表示パネルもないため、ディスプレイのサイズおよび重量を低減することが可能になる。可傾ＭＥＭＳ反射器などのコンパクトで効率的なスキャナを使用して、ＮＥＤおよびＮＥＤのようなディスプレイでの使用に適した小型の走査プロジェクタを提供することができる。
【発明の概要】
【0005】
いくつかの実施形態において、表示装置のための走査プロジェクタであって、少なくとも第１の平面内で光ビームを操作するように構成された第１の走査反射器と、第１の走査反射器から受光した光ビームを少なくとも第２の平面内で操作するように構成された第２の走査反射器と、第１の走査反射器において画定された第１の瞳を第２の走査反射器において画定された第２の瞳に中継し、第２の瞳を走査プロジェクタの出力瞳に中継するように構成されたビーム中継光学系とを備える、走査プロジェクタが提供される。
【0006】
いくつかの実施形態において、第２の走査反射器は、第２の平面が第１の平面に概ね直交するように構成され得る。
【0007】
いくつかの実施形態において、ビーム中継光学系は、第１の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と、第１のＰＢＳに結合された第１の凹面反射器とを備え得、第１のＰＢＳは、光ビームを、最初の２回の通過において、第１の走査反射器および第１の凹面反射器へ順次ルーティングし、３回目の通過において第２の走査反射器へルーティングするための、３重通過構成で配置される。
【0008】
いくつかの実施形態において、第１のＰＢＳを通る連続する通過間で光ビームの偏光状態を直交偏光状態に変換するための、光ビームの光路に配置された波長板をさらに備え得る。
【0009】
いくつかの実施形態において、第１の走査反射器の上流の光ビームの光路に配置されたレンズをさらに備え得る。
【0010】
いくつかの実施形態において、第１のＰＢＳは、光ビームを、１回目の通過において第１の走査反射器へ、２回目の通過において第１の凹面反射器へ順次方向付けるように配置され得、ビーム中継光学系は、第２のＰＢＳと、第２のＰＢＳに結合された第２の凹面反射器とをさらに備え、第２のＰＢＳは、第１のＰＢＳから受光した光ビームを、第２のＰＢＳを通る最初の２回の通過において、第２の走査反射器および第２の凹面反射器へ順次方向付け、３回目の通過において出力瞳へ方向付けるための、３重通過構成で配置される。
【0011】
いくつかの実施形態において、ビーム中継光学系は、光ビームの偏光を、第１のＰＢＳおよび第２のＰＢＳのそれぞれを通る連続する通過間で直交偏光に変換するための、第１の走査反射器と第２の走査反射器と第１の凹面反射器と第２の凹面反射器とに近接して配置された４つの４分の１波長板（ＱＷＰ：ｑｕａｒｔｅｒ－ｗａｖｅ ｐｌａｔｅ）をさらに備え得る。
【0012】
いくつかの実施形態において、第１のＰＢＳは、第１の走査反射器から反射された光ビームを第１の凹面反射器へ方向付け、第１の凹面反射器から反射された光ビームを第２のＰＢＳへ方向付けるように配置され得る。
【0013】
いくつかの実施形態において、第１のＰＢＳの上流に配置された第１の集束レンズと、走査プロジェクタの出力瞳に配置された出力集束レンズまたは出力コリメートレンズとをさらに備え得る。
【0014】
いくつかの実施形態において、第１の集束レンズは、第１の凹面反射器と協働して、第１の走査反射器と第２の走査反射器との間の光路内の中間位置にある焦点に光ビームを収束させ得る。
【0015】
いくつかの実施形態において、第２の走査反射器に近接する第２の集束レンズをさらに備え得る。
【0016】
いくつかの実施形態において、第１の凹面反射器と第２の集束レンズが協働して、倍率を用いて第１の瞳を第２の瞳に中継し得る。
【0017】
いくつかの実施形態において、第２の走査反射器の面積は、第１の走査反射器の面積よりも大きい場合がある。
【0018】
いくつかの実施形態において、第１の走査反射器および第２の走査反射器のそれぞれは、可傾ＭＥＭＳ反射器を備え得る。
【0019】
いくつかの実施形態において、画像を形成するための方法であって、第１の走査反射器に光ビームを提供することと、第１の信号に応答して、第１の走査反射器を用いて少なくとも第１の平面内で光ビームを操作することと、第１の走査反射器からの光ビームを第２の走査反射器に中継することと、第２の信号に応答して、少なくとも第２の平面内で第２の走査反射器を用いて光ビームを操作することと、第１の走査反射器および第２の走査反射器の操作角によって画定される角度で、角度依存の横方向の空間シフトを実質的に伴わずに、第２の走査反射器からの光ビームを出力瞳に中継することとを含み、第１の走査反射器から第２の走査反射器への光ビームの中継、または第２の走査反射器から出力瞳への光ビームの中継のうちの少なくとも一方が、第１の凹面反射器、および３重通過構成の第１のＰＢＳを使用することを含む、方法が存在する。
【0020】
いくつかの実施形態において、方法は、第１のＰＢＳおよび第１の凹面反射器を使用して、第１の走査反射器からの光ビームを第２の走査反射器へ方向付けることと、第２の凹面反射器に結合された第２のＰＢＳを使用して、第１のＰＢＳからの光ビームを第２の走査反射器および出力瞳へ順次方向付けることとをさらに含み得る。
【0021】
いくつかの実施形態において、方法は、光ビームの偏光状態を、第１のＰＢＳおよび第２のＰＢＳのそれぞれを通る連続した通過間で直交偏光状態に変更することを含み得る。
【0022】
いくつかの実施形態において、ユーザの頭に装着するための支持構造体と、支持構造体によって保持された、光ビームを提供するための光源と、支持構造体によって保持された瞳拡大器と、支持構造体によって保持された走査プロジェクタとを備えるニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）デバイスであって、走査プロジェクタが、少なくとも第１の平面内で光ビームを操作するように構成された第１の走査反射器と、第１の走査反射器から受光した光ビームを少なくとも第２の平面内で操作するように構成された第２の走査反射器と、第１の走査反射器において画定された第１の瞳を第２の走査反射器において画定された第２の瞳に中継し、第２の瞳を走査プロジェクタの出力瞳に中継するように構成されたビーム中継光学系とを備え、瞳拡大器が、光ビームをユーザの眼へ方向付けるために、走査プロジェクタの出力瞳のサイズを拡大するように構成される、ニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）デバイスが提供される。
【0023】
いくつかの実施形態において、ビーム中継光学系は、凹面反射器と、３重通過構成で配置され、凹面反射器に結合された偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）とを含み得る。
【0024】
次に、例示的な実施形態について図面と併せて説明する。同様の要素は同様の参照番号で示されているが、縮尺通りではない。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】直列に結合された２つのビーム操作反射器を有する２段画像プロジェクタの概略ブロック図である。
【図4A】各走査段に可傾反射器および偏光制御ビーム中継器を備えた２段画像プロジェクタの例示的な実装形態の概略側面断面図である。
【図6】ＭＥＭＳスキャナの概略平面図である。
【図9】２つの走査反射器を使用して２Ｄ画像を形成するための方法の流れ図である。
【図10】角度空間内で画定されたＦＯＶ内で２Ｄ画像を形成するための第１の段と、ユーザの注視方向の変化に応じて角度空間内のＦＯＶをシフトするように動作可能な第２の段とを有する２段走査プロジェクタを含むＮＥＤデバイスを示す概略図である。
【図11】本開示の走査プロジェクタを使用した例示的なヘッドマウントディスプレイの等角図である。
【図13】本開示の実施形態による例示的な自律型ウェアラブルディスプレイシステムの機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
本教示について様々な実施形態および実施例と併せて説明しているが、本教示をそのような実施形態に限定することを意図するものではない。むしろ、本教示は、当業者によって理解されるような様々な代替物および均等物を包含する。本開示の原理、態様、および実施形態、ならびにそれらの特定の実施例を列挙する本明細書のすべての記述は、それらの構造的均等物と機能的均等物の両方を包含することを意図している。さらに、このような均等物には、現在知られている均等物と将来開発される均等物の両方、すなわち、構造に関係なく同じ機能を実行する開発されたあらゆる要素が含まれることを意図している。
【0027】
「第１の」、「第２の」などの用語は、本明細書で使用される場合、連続した順序付けを意味するものではなく、明記されていない限り、ある要素と別の要素を区別するものである。同様に、方法ステップの連続した順序付けは、明記されていない限り、方法ステップの実行の連続した順序を意味するものではない。
【0028】
「瞳中継器」、「瞳中継システム」、「瞳中継光学系」などという用語は、第１の瞳と第２の瞳との間の１つまたは複数の光路を定義するとともに、第１の瞳に入射するビームを第１の瞳からある程度離れた位置にある第２の瞳へ伝達する光学系に関連する。本明細書で理解される瞳中継器では、第１の瞳から異なる角度で生じる光ビームは、第２の瞳で実質的に重なる。したがって、走査されたビームで動作する瞳中継器は、実質的に第２の瞳でのビーム位置の横方向のシフトなしに、第１の瞳での可変ビーム角を第２の瞳での可変ビーム角に伝達する。ここで、実質的にとは、光学系およびその構成要素における様々な不正確さに関連し得るある程度の公差を意味し、システム設計および公差に応じて、たとえば、第２の瞳での光ビームの直径の＋＼－１０％以内、好ましくは第２の瞳での光ビームの直径の＋＼－５％以内を意味し得る。横方向の変位に対する公差は、ビームのエネルギープロファイルに依存し得る。たとえば、１／ｅ２ビーム径で切り捨てられたガウスビームプロファイルは、同じ直径に沿ったビームエネルギーの平坦な「トップハット」分布よりも、瞳中継器の横方向シフトに対する許容度が高い場合がある。第１の瞳および第２の瞳は、反射器およびレンズなど、瞳中継器が使用されるシステムの光学構成要素によって画定され得る。「瞳中継器倍率」という用語は、第１の瞳から第２の瞳へのビームのサイズの増大を指す。瞳中継器は、第１の瞳を第２の瞳上に結像し得る。
【0029】
「視野」（ＦＯＶ）という用語は、光学系に関連して使用される場合、システムによってサポートされるビーム伝播の角度範囲を定義し得る。ＦＯＶは、光軸またはその一部と同一平面上にある２つの直交平面における角度範囲によって定義され得る。たとえば、ＮＥＤデバイスのＦＯＶは、垂直ＦＯＶ、たとえば水平面に対して＋＼－２０°、および水平ＦＯＶ、たとえば垂直面に対して＋＼－３０°によって定義され得る。ＮＥＤのＦＯＶに関して、「垂直」面および「水平」面または「垂直」方向および「水平」方向は、ＮＥＤを装着して立っている人の頭に対して定義され得る。それ以外の場合、「垂直」および「水平」という用語は、本明細書では、光学系または光学デバイスが使用される環境との特定の関係または環境に対するそれらの特定の方向を意味することなく、説明されている光学系または光学デバイスの２つの直交平面に関して使用され得る。「ＮＥＤ」および「ＨＭＤ」という用語は、本明細書では区別なく使用され得る。
【0030】
本開示の一態様は、第１の平面内で入力光ビームを操作するように構成された第１の走査反射器を備える第１の走査段と、第１の走査段から受光した入力光ビームを第２の平面内で操作するように構成された第２の走査反射器を備える第２の走査段と、第１の走査反射器において画定された第１の瞳を第２の走査反射器において画定された第２の瞳に中継し、第２の瞳を走査プロジェクタの出力瞳に中継するように構成されたビーム中継光学系とを備える、２Ｄ走査プロジェクタに関する。
【0031】
本開示の一態様は、２つ以上の連続して配置された１Ｄ走査反射器または２Ｄ走査反射器を使用して光のビームを２次元で走査するためのシステムおよび方法に関する。
【0032】
本開示の一態様は、表示装置のための走査プロジェクタであって、少なくとも第１の平面内で光ビームを操作するように構成された第１の走査反射器と、第１の走査反射器から受光した光ビームを少なくとも第２の平面内で操作するように構成された第２の走査反射器と、第１の走査反射器において画定された第１の瞳を第２の走査反射器において画定された第２の瞳に中継し、第２の瞳を走査プロジェクタの出力瞳に中継するように構成されたビーム中継光学系とを備える、走査プロジェクタを提供する。いくつかの実装形態において、第２の走査反射器は、第２の平面が第１の平面に概ね直交するように構成される。
【0033】
いくつかの実装形態において、ビーム中継光学系は、第１の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と、第１のＰＢＳに結合された第１の凹面反射器とを備え、第１のＰＢＳは、光ビームを、最初の２回の通過において、第１の走査反射器および第１の凹面反射器へ順次ルーティングし、３回目の通過において第２の走査反射器へルーティングするための、３重通過構成で配置される。
【0034】
いくつかの実装形態において、走査プロジェクタは、第１のＰＢＳを通る連続する通過間で光ビームの偏光状態を直交偏光状態に変換するための、光ビームの光路に配置された波長板をさらに備える。
【0035】
いくつかの実装形態において、レンズは、第１の走査反射器の上流の光ビームの光路に配置され得る。いくつかの実装形態において、レンズは、出力瞳に配置された出力レンズを備え得る。
【0036】
いくつかの実装形態において、第１のＰＢＳは、光ビームを、１回目の通過において第１の走査反射器へ、２回目の通過において第１の凹面反射器へ順次方向付けるように配置され得る。ビーム中継光学系は、第２のＰＢＳと、第２のＰＢＳに結合された第２の凹面反射器とをさらに備え得る。第２のＰＢＳは、第１のＰＢＳから受光した光ビームを、第２のＰＢＳを通る最初の２回の通過において、第２の走査反射器および第２の凹面反射器へ順次方向付け、３回目の通過において出力瞳へ方向付けるための、３重通過構成で配置され得る。
【0037】
いくつかの実装形態において、ビーム中継光学系は、光ビームの偏光を、第１のＰＢＳおよび第２のＰＢＳのそれぞれを通る連続する通過間で変換するための、４つの４分の１波長板（ＱＷＰ）をさらに備え得、ＱＷＰは１つずつ、第１の走査反射器、第２の走査反射器、第１の凹面反射器、および第２の凹面反射器のそれぞれに近接している。
【0038】
いくつかの実装形態において、第１のＰＢＳは、第１の走査反射器から反射された光ビームを第１の凹面反射器へ方向付け、第１の凹面反射器から反射された光ビームを第２のＰＢＳへ方向付けるように配置され得る。いくつかの実装形態において、第１の集束レンズは、第１のＰＢＳの上流に配置され得、出力集束レンズまたは出力コリメートレンズは、走査プロジェクタの出力瞳に配置され得る。いくつかの実装形態において、第１の集束レンズは、第１の凹面反射器と協働して、第１の走査反射器と第２の走査反射器との間の光路内の中間位置にある焦点に光ビームを収束させるように構成され得る。いくつかの実装形態において、第２の集束レンズは、第２の走査反射器に近接して配置され得る。いくつかの実装形態において、第１の凹面反射器と第２の集束レンズが協働して、倍率を用いて第１の瞳を第２の瞳に中継する。いくつかの実装形態において、第２の走査反射器の面積は、第１の走査反射器の面積よりも大きい場合がある。
【0039】
いくつかの実装形態において、第１の走査反射器および第２の走査反射器のそれぞれは、可傾ＭＥＭＳ反射器を備える。
【0040】
本開示の一態様は、画像を形成するための方法であって、第１の走査反射器に光ビームを提供することと、第１の画像信号に応答して、第１の走査反射器を用いて第１の平面内で光ビームを操作することと、第１の走査反射器からの光ビームを第２の走査反射器に中継することと、第１の画像信号に応答して、第２の平面内で第２の走査反射器を用いて光ビームを操作することと、第１の走査反射器および第２の走査反射器の操作角によって画定される角度で、角度依存の横方向の空間シフトを実質的に伴わずに、第２の走査反射器からの光ビームを出力瞳に中継することとを含む方法を提供する。第１の走査反射器から第２の走査反射器へまたは第２の走査反射器から出力瞳への光ビームの中継は、第１の凹面反射器、および３重通過構成の第１のＰＢＳを使用することを含み得る。
【0041】
いくつかの実装形態において、方法は、第１のＰＢＳおよび第１の凹面反射器を使用して、第１の走査反射器からの光ビームを第２の走査反射器へ方向付けることと、第２の凹面反射器に結合された第２のＰＢＳを使用して、第１のＰＢＳからの光ビームを第２の走査反射器および出力瞳へ順次方向付けることとを含み得る。
【0042】
いくつかの実装形態において、方法は、光ビームの偏光状態を、第１のＰＢＳおよび第２のＰＢＳのそれぞれを通る連続した通過間で直交偏光状態に変更することを含み得る。
【0043】
本開示の一態様は、ユーザの頭に装着するための支持構造体と、支持構造体によって保持された、光ビームを提供するための光源と、支持構造体によって保持された瞳拡大器と、支持構造体によって保持された走査プロジェクタとを備えるニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）デバイスを提供する。走査プロジェクタは、少なくとも第１の平面内で光ビームを操作するように構成された第１の走査反射器と、第１の走査反射器から受光した光ビームを少なくとも第２の平面内で操作するように構成された第２の走査反射器と、第１の走査反射器において画定された第１の瞳を第２の走査反射器において画定された第２の瞳に中継し、第２の瞳を走査プロジェクタの出力瞳に中継するように構成されたビーム中継光学系とを備え得る。瞳拡大器は、光ビームをユーザの眼へ方向付けるために、走査プロジェクタの出力瞳のサイズを拡大するように構成され得る。
【0044】
いくつかの実装形態において、ビーム中継光学系は、凹面反射器と、３重通過構成で配置され、凹面反射器に結合された偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）とを備える。
【0045】
いくつかの実装形態において、第１の走査反射器および第２の走査反射器のうちの一方は、２次元で光を走査して、角度空間内で画定された視野（ＦＯＶ）内で２次元（２Ｄ）画像を形成するように動作可能であり得、２つの走査反射器のうちの他方は、制御信号に応答して角度空間内の２Ｄ画像をシフトするように動作可能であり得る。
【0046】
図１を参照すると、プロジェクタ１００とも呼ばれる２段走査プロジェクタ１００は、入力光ビーム１０１を受光し、入力光ビーム１０１を２次元（２Ｄ）で角度走査するように構成される。入力光ビームは、第１の走査段１１０および第２の走査段１２０という２つの連続するビーム走査段を使用して走査されて、出力光ビーム１５１が生成される。出力光ビーム１５１は、一般に２Ｄで、特定のＦＯＶにわたって走査され得る。いくつかの実施形態において、たとえば、プロジェクタ１００がディスプレイデバイスで使用されるとき、入力光ビーム１０１は、走査と協調して時間的に変調され得、その結果、プロジェクタ１００の出力での出力光ビーム１５１は、角度空間内で２Ｄ画像をレンダリングし、２Ｄ画像は、観察者の眼によってまたはスクリーン上に表示するための集束レンズによって空間画像に変換され得る。
【0047】
いくつかの実施形態において、第１の走査段１１０および第２の走査段１２０はそれぞれ、特定の平面で角度を有して受光した光ビームを走査するように構成され得、１Ｄ走査段と呼ばれ得る。以下に説明する例示的な実施形態において、第１の走査段１１０は、入力光ビームを第１の平面内で操作するように構成された第１の走査反射器（ＳＲ：ｓｃａｎｎｉｎｇ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）１１１を含み、第２の走査段１２０は、第１の走査段１１０から受光した入力光ビームを第２の平面内で操作するように構成された第２のＳＲ１１２を含む。ＳＲ１１１およびＳＲ１１２はそれぞれ、たとえば、可傾ミラー、またはより一般的には可傾反射器（ＴＲ：ｔｉｌｔａｂｌｅ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を含み得る。しかしながら、入射光の制御可能な屈折および／または回折に基づくものなど、可傾反射器以外の光操作デバイスを使用する実施形態も想定され得る。以下に説明する少なくともいくつかの例示的な実施形態において、第１のＳＲ１１１および第２のＳＲ１１２が入力光ビームを操作する平面は、実質的に直交しており、これにより、出力光ビーム１５１をラスタ走査パターンで走査することが容易になる。ここで「実質的に」とは、システムの設計および公差に応じて、一定の精度、たとえば＋＼－１°、または＋＼－３°を意味する。しかしながら、２Ｄ走査パターンを作成するために、直交でも平行でもない２つの平面内で入力ビームを連続的に走査することも使用できることが理解されよう。非平行平面とは、たとえば、互いに対して少なくとも３０°の角度で配向されている平面を意味し得る。たとえば、ＳＲ１１１もしくはＳＲ１１２のいずれかによってサポートされ得るより広い角度範囲で出力走査光ビーム１５１を走査するために、または、粗い走査と細かい走査を別々に提供するために、ＳＲ１１１、ＳＲ１１２がそれぞれの入力ビームを同じ平面内で操作する実施形態も想定され得る。
【0048】
プロジェクタ１００は、入力ビームを走査プロジェクタ１００の第１のＳＲ１１１から第２のＳＲ１１２に、また第２のＳＲ１１２から出力瞳１５５に中継するビーム中継光学系１２１、１２２をさらに含み得る。図１に示す実施形態では、このビーム中継光学系は、第１のビーム中継器１２１および第２のビーム中継器１２２によって表されている。第１のビーム中継器１２１および第２のビーム中継器１２２は、図示のようにそれぞれの第１の走査段１１０および第２の走査段１２０の一部とみなされ得るが、それぞれの第１の走査段１１０および第２の走査段１２０に結合され得る、かつ／またはそれぞれの第１の走査段１１０および第２の走査段１２０と１つまたは複数の光学構成要素を共有し得る。第１のビーム中継器１２１は、第１のＳＲ１１１から反射されたビームを第２のＳＲ１１２に中継する屈折光学系および／または反射光学系を含み得、第２のビーム中継器１２２は、第２のＳＲ１１１から反射されたビームを出力瞳に中継する屈折光学系および／または反射光学系を含み得る。１つまたは複数の例示的な実施形態を参照して以下に説明するように、第１のビーム中継器１２１および第２のビーム中継器１２２は、２重通過される第２のＳＲ１１２の前のレンズなどの１つまたは複数の光学構成要素を共有し得る。第１のビーム中継器１２１および第２のビーム中継器１２２の光学系は、瞳中継器として機能し、第１のＳＲ１１１において画定された第１の瞳を第２のＳＲ１１２において画定された第２の瞳に中継し、第２の瞳を走査プロジェクタの出力瞳１５５に中継する。以下に説明するように、出力瞳１５５は、たとえば、出力集束レンズまたは出力コリメートレンズによって画定され得る。
【0049】
図２を参照すると、プロジェクタ１００の実施形態が示されており、第１のビーム中継器１２１は、第１の結像光学系１３１および第１のルーティング光学系１４１を含み、第２のビーム中継器１２２は、第２の結像光学系１３２および第２のルーティング光学系１４２を含む。図２に示す要素で図１と同じ参照を有する要素については、図２の実施形態において、図１の実施形態での機能と同じ機能を実行するので、再度説明しない場合がある。結像光学系１３１および結像光学系１３２は、光パワーを有する１つまたは複数の屈折光学要素および／または反射光学要素を含み得る。いくつかの実施形態において、結像光学系１３１は、ＳＲ１１１の反射面またはその動作部分を、ＳＲ１１２の反射面上またはその動作部分上に結像するように構成され得、その結果、ＳＲ１１１によって走査されたビームは、ＳＲ１１１の走査角度の範囲について、第２のＳＲ１１２のほぼ同じ領域に衝突する。いくつかの実施形態において、結像光学系１３２は、ＳＲ１１２の反射面またはその動作部分を、出力瞳１５５上に結像するように構成され得、その結果、出力瞳１５５に入射するビーム１４９は、第１のＳＲ１１１および第２のＳＲ１１２によって提供される走査角度の範囲について、そのほぼ同じ領域に衝突する。ルーティング光学系１４１および１４１は、光パワーなしであり得る１つまたは複数の光学要素を含み得るが、それらに入射するビームを所望の方向にルーティングするように構成される。第１のルーティング光学系１４１は、第１の結像光学系１３１の１つまたは複数の光学要素を介して、またはそれと連動するなどして、入力光ビームを第１のＳＲ１１１から第２のＳＲ１１２にルーティングし得る。第２のルーティング光学系１４２は、第２の結像光学系１３２の１つまたは複数の光学要素を介して、またはそれと連動するなどして、入力光ビームを第２のＳＲ１１２から出力瞳１５５にルーティングし得る。いくつかの実施形態において、ルーティング光学系１４１および１４２は、入力ビームの光路を折り畳んでプロジェクタの設置面積を縮小することができ、偏光支援付き多重通過ルーティングを提供することができる。
【0050】
図３を参照すると、プロジェクタ１００の実施形態を使用して画像光を生成するディスプレイデバイス３００が概略的に示されている。図３に示す要素で図１および図２と同じ参照番号を有する要素については、図３の実施形態において、図１および図２での機能と同じ機能を実行するので、再度説明しない場合がある。図示のように、ディスプレイデバイス３００は、角度的に走査された画像光をユーザの眼３５０に提供するＮＥＤであり得る。単眼フレームまたは両眼フレームなどの支持構造体３１０は、ユーザの頭に装着するように構成され得る。支持構造体３１０は、光源３２０、プロジェクタ１００、および瞳拡大器３３０を保持し得る。両眼の実装形態において、支持構造体３１０は、２つのインスタンスまたはこれらのデバイスを、ユーザの各眼３５０に１つずつ保持し得る。他の実施形態において、ディスプレイデバイス３００は、角度走査された画像光をスクリーン上に投影するように構成され得る。いくつかの実施形態において、瞳拡大器３３０は、存在しないことがあるか、またはスクリーン上に空間画像を形成するように構成された対物レンズまたは適切な投影光学系で置き換えられ得る。ＮＥＤとして実装される場合、ディスプレイデバイス３００は、虚像を形成するように構成され得る。フレーム３１０によって保持された光源３２０は、入力ビーム１０１を、同じくフレーム３１０によって保持されたプロジェクタ１００に提供する。瞳拡大器３３０は、ユーザの眼３５０に提示するための領域において、プロジェクタ１００の出力瞳１５５を拡大する。光源３１０は、画像を送信するために時間およびスペクトルで入力光を変調するように構成され得、対応するタイミングおよび色選択信号を光源３２０に提供する画像生成プロセッサ３４０に結合され得る。ＲＧＢディスプレイの場合、光源３２０は、たとえば、赤、緑、および青のレーザダイオード（ＬＤ）または発光ダイオード（ＬＥＤ）などの赤、緑、および青の光源を含み得、これらの光は、プロセッサ３４０からの信号に従って別々に変調され、光学的に多重化されて、入力光ビーム１０１を生成する。入力光１０１は、たとえば、光ファイバまたはバルク光学構成要素などの適切な光導波路を使用して、または自由空間内で、光源３２０からプロジェクタ１００に送達され得る。プロジェクタ１００は、変調された入力光ビーム１０１を走査して、出力光１５１ビームを生成し、出力光１５１ビームは、ＳＲ１１１およびＳＲ１１２の角度走査範囲、場合によってはプロジェクタ１００のビームルーティング光学系の開口制限によって画定されるような、何らかの２Ｄ ＦＯＶ内の角度空間内で２Ｄ走査される。次いで、瞳拡大器３３０を使用して、観察者のためにプロジェクタの出力瞳１５５を拡大し得る。瞳拡大器３３０は、たとえば、入力カプラおよび出力カプラを備えた光導波路の形態であり得、一般に、出力カプラの面積は、１つまたは複数の入力カプラの面積よりも大きい。一実施形態において、瞳拡大器３３０は、入力カプラとして１つまたは複数の入力格子を有し、出力カプラとして１つまたは複数の出力格子を有する、光導波路であり、格子は、プロジェクタ１００のＦＯＶを、導波路によって提供される全内部反射（ＴＩＲ：ｔｏｔａｌ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）の角度範囲に一致させるように構成される。図３は、単一のプロジェクタ１００が、その入力で単一の光源３２０に結合され、その出力で単一の瞳拡大器に結合されるように示しているが、両眼ＮＥＤの場合、独自の光源３２０と独自の瞳拡大器３３０とに結合された別個のプロジェクタ１００がユーザの各眼に使用され得ることが理解されよう。
【0051】
本開示のいくつかの実施形態による走査プロジェクタのビーム中継光学系は、第１のＳＲおよび第２のＳＲに加えて、プロジェクタの他の光学要素と協働して瞳中継を提供し得る凹面鏡などの湾曲した反射器と、偏光制御付きの多重通過ビームルーティングを実装するための少なくとも１つの偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）とを含み得る。いくつかの実施形態において、ＰＢＳは、入力光ビームを、最初の２回の通過において、選択されたＳＲおよび凹面反射器へ順次方向付け、凹面鏡またはＳＲから反射されたビームを、３回目の通過において第２の走査段または出力瞳のいずれかへ方向付けるための、３重通過構成で配置され得る。
【0052】
次に図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、上記で概説した２段走査プロジェクタ１００の実施形態とみなされ得る例示的な走査プロジェクタ４００が示されている。走査プロジェクタ４００は、これ以降単にプロジェクタ４００と呼ばれ得、他の特徴の中でもとりわけ、偏光支援付き多重通過ビームルーティングを実装して、２段瞳中継器をコンパクトな設置面積で提供する。図４Ａは、入力ビーム４０１がプロジェクタの入力瞳４０５へ入射する平面におけるプロジェクタ４００の断面を示し、図４Ｂは、入射面に直交する平面上での投影におけるプロジェクタ４００を示す。以下の説明では、デカルト座標系（ｘ，ｙ，ｚ）４７７を使用することができ、入力光ビーム４０１は、プロジェクタにｙ軸の方向で入射し、プロジェクタの２つの走査段は、概ねｚ軸方向に位置合せされている。以下の説明では、入力光ビーム４０１がプロジェクタ４００を通り抜けるとき、入力光ビーム４０１は、入力ビーム４０１、ビーム４０１、または単に「ビーム」と呼ばれ得る。上記で概説したプロジェクタ１００と同様に、入力光ビーム４０１は、２つの走査段を順番に透過し、プロジェクタの出力瞳４５５から出力ビーム４０３の形で出てくる。第１の走査段は第１のＳＲ４１１を含み、第２の走査段は第２のＳＲ４１２を含む。出力ビーム４０３は、ＳＲ４１１およびＳＲ４１２で順番に走査されて画像を生成し得、画像ビーム４０３とも呼ばれ得る。図示の実施形態において、第１のＳＲ４１１は、第１の平面内でビームを操作するように動作可能であり、第２のＳＲ４１２は、第１の平面とは異なり得る第２の平面内でビームを操作するように動作可能である。図示の例において、第１の平面は、デカルト座標系４７７の（ｚ，ｙ）平面でもある図の平面であり得、第２の平面は、第１の平面に概ね直交し、座標系４７７の（ｘ，ｙ）平面として記述され得る。第１のＳＲ４１１は、第１のアクチュエータ４６１によってｘ軸に平行な軸４１７を中心に傾斜するように制御される、可傾ミラーなどの可傾反射器（ＴＲ）であり得る。第２のＳＲ４１２もまた、第２のアクチュエータ４６２によってｚ軸に平行な軸４１９を中心に傾斜するように制御されるＴＲであり得る。他の実施形態において、ＳＲ４１１、４１２の傾斜軸は、他の相対配向を有し得る。
【0053】
図示の実施形態において、プロジェクタ４００のルーティング光学系は、プロジェクタ４００の２つの走査段のそれぞれにＰＢＳ、すなわち、第１の走査段には偏光ルーティング面４１５を有する第１のＰＢＳ４１０を、第２の走査段には偏光ルーティング面４２５を有する第２のＰＢＳ４２０を含む。ＰＢＳ４１０、４２０は、ＰＢＳキューブもしくはＰＢＳプリズムの形態であるか、またはＰＢＳキューブもしくはＰＢＳプリズムを含み得るが、他のタイプの偏光子を使用して、たとえば、偏光ルーティング面４１５、４２５としてワイヤグリッド偏光子を使用して具現化されてもよい。入力瞳４０５は、任意選択の入力レンズ４５１によって画定され得る。入力レンズ４５１は、第１のＰＢＳ４１０の入力面または側面など、プロジェクタの第１の走査段の入力に配置され得る。プロジェクタのビーム中継器は、２つの湾曲した反射器、すなわちＰＢＳ４１０を介して第１のＳＲ４１１に光学的に結合された第１の凹面反射器４３１と、ＰＢＳ４２０を介してＳＲ４１２に光学的に結合された第２の凹面反射器４３２とで形成され得る。凹面反射器４３１、４３２はそれぞれ、入射光をすべてまたは少なくとも部分的に反射するように構成された凹面鏡の形態であり得る。第１の走査段において、第１のＰＢＳ４１０は、入力光ビーム４０１を第１のＳＲ４１１および第１の凹面反射器４３１から順次反射した後に第２の走査段へ方向付けるための３重通過構成で配置される。第２の走査段において、第２のＰＢＳ４２０は、第１の走査段からビームを受光するように配置される。第２のＰＢＳ４２０は、第１の走査段から受光したビームを、第２のＳＲ４１３および第２の凹面反射板４３２から順次反射した後に出力瞳４５５へ方向付けるための３重通過構成で、第２のＳＲ４１２および第２の凹面反射器４３２に光学的に結合される。本開示の文脈において、「ビームを方向付ける」は、方向付けを通してビームが方向を変えることなく伝播できるようにすることを含み得る。
【0054】
ＰＢＳ４１０またはＰＢＳ４２０それぞれによる所望のビームルーティングを提供するために、１つまたは複数の波長板などの１つまたは複数の偏光変換器を設けて、各ＰＢＳを通る連続する通過間で、ビームを直交偏光に変換することができる。図示の実施形態において、反射器４１１、４１２、４３１、および４３２のそれぞれに近接して４分の１波長板（ＱＷＰ）を設けて、それぞれの反射器への往復の途中でビームを通過させ、これにより、ＰＢＳ４１０またはＰＢＳ４２０の連続する各入口においてビームの偏光を直交偏光に変更することができる。より具体的には、ＰＢＳ４１０とＳＲ４１１との間の光路内に第１のＱＷＰ４４１を設けることができ、ＰＢＳ４１０と凹面反射器４３１との間の光路内に第２のＱＷＰ４４２を設けることができ、ＰＢＳ４２０とＳＲ４１２との間の光路内に第３のＱＷＰ４４３を設けることができ、ＰＢＳ４２０と凹面反射器４３２との間の光路内に第４のＱＷＰ４４４を設けることができる。いくつかの実施形態において、ＱＷＰ４４２およびＱＷＰ４４４は、それぞれのＰＢＳ面上に積層され得る。いくつかの実施形態において、ＱＷＰ４４２およびＱＷＰ４４４は、それぞれの凹面鏡上に積層され得る。
【0055】
プロジェクタ４００内のビームルーティングは、点線で示された入力ビーム４０１の中心光線によって図に示されている入力ビーム４０１の伝播を考慮することによって理解され得る。入力ビーム４０１は、ＬＰ１として示され得る第１の偏光状態の偏光として、入力瞳４０５を通ってプロジェクタの第１の段に入る。ＬＰ１に直交する偏光状態はＬＰ２として示され得る。いくつかの実施形態において、偏光状態ＬＰ１は、第１の偏光ルーティング面４１５への入射に対して定義される線形ｐ偏光に対応し得、ＬＰ２は、線形ｓ偏光に対応する。いくつかの実施形態において、入力光ビーム４０１は、光源（図４Ａ、図４Ｂには図示せず）によって、所望のＬＰ１偏光で提供され得る。いくつかの実施形態において、プロジェクタ４００の入力瞳４０５に任意選択の偏光子４０７を設けて、ＬＰ１偏光された入力ビーム４０１を出力することができる。入力瞳４０５は、ＰＢＳ４２０の第１のもしくは入力の面または側面において画定され得る。第１のＰＢＳ４１０は、ＬＰ１偏光において入力瞳４０５をＳＲ４１１に光学的に結合し、ＬＰ２偏光においてＳＲ４１１を凹面反射器４３１に光学的に結合するように構成され得る。第２のＰＢＳ４２０は、ＬＰ１偏光またはＬＰ２偏光のうちの一方においてＳＲ４１２を第２の凹面反射器４３２に光学的に結合し、ＬＰ１偏光またはＬＰ２偏光のうちの他方において第２の凹面反射器４３２を出力瞳４５５に光学的に結合するように構成され得る。任意選択として、ＰＢＳ４１０の出力面または側面４１４と、ＰＢＳ４２０の入力面または側面４２１との間に、適切に配向された半波長板（ＨＷＰ：ｈａｌｆ－ｗａｖｅ ｐｌａｔｅ）などのＬＰ１対ＬＰ２偏光変換器４４５を設けることができる。
【0056】
図４Ａおよび図４Ｂに示す実施形態において、入力光ビーム４０１は、入力瞳４０５でｐ偏光され、ＰＢＳ４１０を通る１回目の通過においてＳＲ４１１に向けて透過する。ビームは、ビームの偏光を円形に変えるように配向されたＱＷＰ４４１を通過した後、説明のために傾斜状態で示されている第１のＳＲ４１１で反射される。ＳＲ４１１は、反射の法則に従って、ｘ方向軸４１７（図４Ｂ）を中心にＳＲ４１１の第１の傾斜角θ１の２倍だけ、ビームを入力軸Ｃ１から離れるように操作する。ＳＲ４１１によって操作された入力ビーム４０１は、第１の操作済みビーム４０１Ａと呼ばれ得る。ＳＲ４１１からの反射は、第１のＰＢＳ４１０を通る２回目の通過のために、ビームを概ね第１のＰＢＳ４１０へ戻るように方向付ける。ビームは、ＱＷＰ４４１をもう一度通過することにより、ｓ偏光（またはＬＰ２）に変化する。
【0057】
ＰＢＳ４１０を通る２回目の通過は、第２のＱＷＰ４４２を介して、現在ｓ偏光にあるビームを第１の凹面鏡４３１へ方向転換させる。第１の凹面鏡４３１からの反射は、ＱＷＰ４４２を通る２回目の通過を介して、ビームを概ねＰＢＳ４１０へ戻るように方向付け、これによりビームは再びｐ偏光（ＬＰ１）に変化し、ＰＢＳ４１０がｐ偏光を透過する。したがって、第１のＰＢＳ４１０を通る３回目の通過は、ビームをＰＢＳ４１０の出力側または出力面４１４へ方向付ける。第２のＰＢＳ４２０の入力側４２１は、ＰＢＳ４１０の出力側または出力面４１４に近接して位置し、出力側または出力面４１４からビームを受光し得る。ＰＢＳ４１０の出力面または出力側４１４と、ＰＢＳ４２０の入力面または入力側４２１との間に、ビームを直交偏光に変換するための半波長板４４５が配置され得る。
【0058】
図示の実施形態において、凹面鏡４３１から反射されたビームは、ｐ偏光としてＰＢＳ４１０を通過し、ＨＷＰ４４５によってｓ偏光に変換され、ＰＢＳ４２０を通る１回目の通過において、偏光ルーティング面４２５からの反射によってＳＲ４１２へ方向付けられる。ビームは、ビームの偏光を円形に変えるように配向された第３のＱＷＰ４４３を通過した後、第２のＳＲ４１２で反射され、第２のＳＲ４１２は、Ｚ方向軸４１９（図４Ｂ）を中心とする第２のＳＲ４１２の傾斜角θ２に従って、ビームを操作する。第２のＳＲ４１２によって操作された後、第１の操作済みビーム４０１Ａは、画像ビーム４０１Ｂと呼ばれ得る。
【0059】
ＳＲ４１２からの反射は、第３のＱＷＰ４４３を介して、ビームを概ねＰＢＳ４２０へ戻るように方向付け、これにより、ビームはｐ偏光に変化する。ＰＢＳ４２０を通る２回目の通過は、偏光ルーティング面４２５および第４のＱＷＰ４４４を介して、ビームを第２の凹面鏡４３２へ方向付ける。第２の凹面鏡４３２からの反射は、ビームを、概ねＰＢＳ４２０へ戻り再びＱＷＰ４４４を通過するように方向付け、これにより、ビームはｓ偏光に変化する。ＰＢＳ４２０を通る３回目の通過は、偏光ルーティング面４２５での反射によって、ｓ偏光画像ビーム４０１Ｂを出力レンズ４５３および出力瞳４５５へ方向転換させる。
【0060】
図５Ａを参照すると、一実施形態におけるプロジェクタ４００の瞳複製または瞳結像光学系の動作が示されている。プロジェクタ４００を通って伝播するときの入力ビーム５０１が、点線で概略的に描かれており、この図において、点線はビーム「端」を示している。図示されているよりも狭い入力ビームを使用できることに留意されたい。ビーム伝播は、例として、ＳＲ４１１およびＳＲ４１２の公称位置、すなわち傾斜していない位置について示されており、これらのＳＲ位置において、ビームは、ＳＲ４１１およびＳＲ４１２のそれぞれに実質的に垂直な入射を有し得、凹面反射器４３１および凹面反射器４３２での軸上入射を有し得る。ここで、実質的に垂直であるとは、一般に＋＼－２°以内、またはいくつかの実施形態では＋＼－５°以内の製造公差を考慮することを意味する。図示の実施形態において、瞳複製は焦点性であり、すなわち、入力ビーム５０１は、プロジェクタの入力瞳４０５でコリメートされないが、プロジェクタの第１の段内または段間であり得る焦点面５３３上のある位置で収束する。虚焦点面５３３が凹面反射器４３１の後ろに位置している実施形態も想定され得る。図示の実施形態において、ＰＢＳ４１０の入力ファセットまたは入力側に入力集束レンズ４５１を設けて、公称の傾斜していない状態のＳＲ４１１の光反射面に、サイズＳ１を有する収束ビームを提供することができる。入力瞳４０５は、レンズ４５１の光受容面、またはその中央部分によって画定され得る。Ｓ１は、たとえば、ＳＲ４１１でのビーム直径を表し得る。ＳＲ４１１の光反射面は、第１の瞳５１１を画定し、そのサイズは、ＳＲが傾斜したときにビームをクリッピングすることを回避するために実質的にＳ１／ｃｏｓ（θ１ｍａｘ）であるか、または公差を考慮してわずかに大きい、たとえば１０％大きい場合がある。ここで、θ１ｍａｘは、プロジェクタの動作中に予想されるＳＲ４１１の最大傾斜角を表し得る。いくつかの実施形態において、ＳＲ４１１の反射面は楕円形であり得る。
【0061】
プロジェクタ４００の瞳複製光学系は、出力瞳４５５におけるビーム５０１によって照明される位置を、それぞれの動作角度範囲内で第１のＳＲ４１１の傾斜角θ１および第２のＳＲ４１２の傾斜角θ２に実質的に依存させないように動作する。瞳複製光学系は、実質的に出力瞳４５５でのビームの横方向の空間変位なしに、プロジェクタのＦＯＶ内の角度空間で走査することが可能な出力瞳４５５から生じる画像ビーム５０３を提供する。ここで、実質的にとは、システム公差を考慮することを意味し、一般に、画像ビーム５０３の直径の５％未満、いくつかの実施形態では、好ましくは画像ビームの直径の１０％未満の横方向変位を伴う。
【0062】
図示の実施形態において、プロジェクタ４００の瞳複製光学系は、入力集束レンズ４５１と、２つの凹面鏡４３１および４３２と、第２のＳＲ４１２に配置され得る第２の集束レンズ４５２と、出力瞳４５５に配置された出力レンズ４５３とを含む。いくつかの実施形態において、出力瞳４５５は、レンズ４５３から離れている場合がある。第１の凹面鏡４３１および第２の集束レンズ４５２は、第１の瞳複製光学系または第１の瞳中継器と呼ばれることがあり、協働して、ＳＲ４１１において画定された第１の瞳５１１をＳＲ４１２において画定された第２の瞳５１２上に複製または中継し、その結果、入力ビーム５０１は、ＳＲ４１１の動作範囲内の任意の傾斜角θ１で、たとえば－θ１ｍａｘから＋θ１ｍａｘまで、ＳＲ４１２の光反射面に当たる。例として、θ１ｍａｘは、１０度から４０度の範囲内とすることができる。入力レンズ４５１は、凹面鏡４３１と協働して、ビーム５０１が凹面鏡４３１から反射した後に収束する焦点面５３３を画定し得る。レンズ４５２は、凹面鏡４３１と協働して、第１の瞳５１１を倍率Ｘで第２の瞳５１２上に結像するように構成され得、この場合、第２のＳＲ４１２は、第１のＳＲ４１１よりもＸ倍（線形）サイズが大きくなり得る。倍率係数Ｘは、ＳＲ４１１とＳＲ４１２との間の光学距離、凹面鏡４３１の曲率半径、およびある程度レンズ４５２の光パワーに依存し、これらのパラメータのうちの１つまたは複数を変えることによって適切に調整され得る。ＳＲ４１１と凹面鏡４３１との間の光路が凹面鏡４３１とＳＲ４１２との間の光路よりも短い場合、倍率係数Ｘは１より大きくなり得る。いくつかの実施形態において、凹面鏡４３１の光パワーは、倍率係数ＸでＳＲ４１１からＳＲ４１２を結像するように選択され得る。ビームが第１のＳＲ４１１から第２のＳＲ４１２に倍率を伴って中継される実施形態において、第２のＳＲ４１２は、第１のＳＲ４１１よりもサイズが比例して大きくなり得る。例として、第１のＳＲ４１１と第２のＳＲ４１２との間に瞳倍率Ｘを伴うプロジェクタの場合、第２の瞳５１２を画定するＳＲ４１２の光反射面のサイズは、実質的にＸ・Ｓ１／ｃｏｓ（θ２ｍａｘ）、または公差を考慮してわずかに大きい、たとえば１０％大きいサイズであり得る。ここで、θ２ｍａｘは、プロジェクタの動作中に予想されるＳＲ４１２の最大傾斜角を表す。例として、θ２ｍａｘは、１０度から４０度の範囲内とすることができる。非限定的な例として、Ｘは、１．４＋－１０％に等しい場合がある。
【0063】
第２の凹面鏡４３２および出力レンズ４５３は、第２の集束レンズ４５２と協働して、第２の瞳５１２を出力瞳４５５上に中継し、第２の瞳中継光学系または第２の瞳中継器と呼ばれ得る。第１の瞳中継器と共有され得る第２の集束レンズ４５２は、第２の凹面鏡４３２および出力レンズ４５３と協働して、第２の瞳５１２を出力瞳４５５上に結像し得る。レンズ４５２およびレンズ４５３がそれぞれの瞳面に近接している実施形態では、ＳＲ４１２は、主に凹面鏡４３１の光パワーによって出力瞳４５５上に結像され得る。第２の瞳中継光学系は、倍率の有無にかかわらず、第２の瞳５１２を出力瞳４５５に複製または中継し得る。
【0064】
有利には、ＳＲ４１１およびＳＲ４１２が直交配向された１Ｄスキャナである実施形態において、プロジェクタ４００のＦＯＶは、たとえばＮＥＤで使用される場合の垂直次元および水平次元に対応し得る２つの直交平面内で、独立して調整され得る。画像ビーム４０１Ｂが第１のＳＲ４１１および第２のＳＲ４１２のうちの一方によって操作されるとき、画像ビーム４０１Ｂは、出力集束レンズ４５３の入力面にわたって走査し、レンズへの画像ビーム４０１Ｂの入射の位置を変えることができる。出力集束レンズ４５３は、この位置の変化を出力ビーム５０３の角度の変化に変換するように構成される。この変換については、図５Ｂに概略的に示されており、図５Ｂは、それぞれ点線および破線で描かれた、出力集束レンズ４５３に入射する画像ビーム５０１Ｂ１および画像ビーム５０２Ｂ２を示している。２つの画像ビーム５０１Ｂ１および画像ビーム５０１Ｂ２は、たとえば、ＳＲ４１１の２つの異なる傾斜角に対応し得、画像ビーム５０１Ｂ１および画像ビーム５０１Ｂ２が出力レンズ４５３に入るときに、互いに相対して空間的にシフトし得る。これらの２つの画像ビームは、レンズ４５３によって出力走査ビーム５０３ａおよび出力走査ビーム５０３ｂに変換され、出力走査ビーム５０３ａおよび出力走査ビーム５０３ｂは、一般に、それらの間で横方向のシフトなしに出力瞳４５５で実質的に重なり、出力瞳４５５から異なる角度で出現する。
【0065】
図６を参照すると、ＳＲ４１１およびＳＲ４１２のそれぞれは、たとえば、１軸ＭＥＭＳスキャナ６００の形態であり得、「ＭＥＭＳ」は、微小電気機械システムを表す。１軸ＭＥＭＳスキャナ６００は、走査反射器６１０、たとえば鏡を含み、走査反射器６１０は、走査反射器６１０が「Ｘ」軸を中心に傾斜できるようにする１対のねじりヒンジ６０１によって支持される。走査反射器６１０が「Ｘ」軸を中心に傾斜できるようにするために、ねじりヒンジ６０１は、走査反射器６１０から固定基部６２２まで延在する。図６の「Ｘ」軸は、図４Ａおよび図４Ｂのデカルト座標系４７７のｘ軸またはｚ軸のいずれかを表し得ることに留意されたい。「Ｘ」軸を中心とする走査反射器６１０の傾斜を作動させる力を提供するために、走査反射器６１０の下にアクチュエータが配置され得る。アクチュエータは、静電アクチュエータ、電磁アクチュエータ、圧電アクチュエータなどであり得る。静電ミラー作動の場合、ねじりヒンジ部材上にくし形駆動装置が配置され得る。たとえば、図６に示す実施形態において、走査反射器６１０をＸ軸を中心に傾斜させるために、反射器６１０の縁部の下にアクチュエータ６３１が配置され得る。いくつかの実施形態において、ねじりヒンジ６０１が走査反射器６１０からジンバルリング（図示せず）まで延在する２軸走査反射器を使用して、ジンバルリングおよび走査反射器６１０全体を「Ｙ」軸を中心に傾斜させることができ、ジンバルリングは、ジンバルリングから固定基部３２２まで延在する第２の対のねじりヒンジ（図示せず）によって支持される。
【0066】
走査反射器６１０の傾斜角に関するフィードバック情報を提供するために、フィードバック回路６４１を設けることができる。フィードバック回路６４１は、たとえば、静電アクチュエータ６３１と走査反射器６１０との間の電気容量を測定して、傾斜角θを決定し得る。フィードバック回路６４１用に特別に別個の電極を設けることもできる。静電容量は、電圧測定を介して、かつ／または走査反射器６１０の一部からの無線周波数（ＲＦ）反射、ならびに、たとえば周波数混合器およびローパスフィルタを使用する位相検出器を介して測定され得る。いくつかの実施形態において、走査反射器６１０上に小さな磁石を配置することができ、たとえば基部６２２に固定された近くのピックアップコイルを使用して、走査反射器６１０の振動を拾い上げることができる。さらに、いくつかの実施形態において、走査反射器６１０から光信号を反射することができ、光検出器を使用して、反射されたビームを検出することができる。光検出器は、空間分解能を有しても有さなくてもよい。空間分解能検出器の場合、検出器アレイまたは象限検出器を使用することができる。たとえば、ゼロ傾斜角を横切るとき、同期パルスまたは同期信号が、走査反射器６１０の特定の傾斜角で生成され得る。
【0067】
いくつかの実施形態において、第１のＳＲ４１１および第２のＳＲ４１２は、２つの異なる基部６２２によって支持された２つの１Ｄ ＭＥＭＳ可傾反射器６１０を使用して実装され得る。いくつかの実施形態において、第１のＳＲ４１１および第２のＳＲ４１２は、同じ基部６２２によって支持された２つのＭＥＭＳ可傾反射器６１０を使用して実装され得る。いくつかの実施形態において、画像ビームの２Ｄラスタ走査パターンを実装するために、非平行な、たとえば直交する傾斜軸を有する２つの２つの可傾反射器６１０の各アクチュエータ６３１にラスタ走査信号が提供され得る。いくつかの実施形態において、速度効率およびエネルギー効率のために、１つまたは複数の可傾反射器６１０は、共振モードで動作され得る。共振動作モードにおいて、可傾反射器６１０は、その傾斜軸を中心に近共振周波数で振動し、ビームは、画像パターンに従って時間内にパルス変調される。瞳中継器を介して結合され、非平行軸を中心に振動する１Ｄ ＭＥＭＳスキャナなどの１対の可傾反射器では、振動が互いに分離され、全体的な軌道予測が簡素化される。
【0068】
１Ｄ ＭＥＭＳスキャナ６００は、スキャナの実装形態の一例にすぎないことに留意されたい。屈折ビームスキャナおよび回折ビームスキャナを含む他の多くの実装形態が可能である。ＭＥＭＳを用いて実装される場合、様々なくし形構造を使用して、電極間の静電引力の増加を実現することができる。くし形構造および／またはハニカム構造を使用して、可傾反射器６１０を補強することができる。可傾反射器６１０は、鏡面、多層誘電体反射器などを含み得る。可傾反射器６１０は、１Ｄ ＭＥＭＳスキャナ６００の中心に位置し得るか、または必要に応じて中心からオフセットされ得る。平行な傾斜軸および／または直交する傾斜軸を含む非平行な傾斜軸を有する１Ｄ ＭＥＭＳのうちの２つ以上が、同じ基部６２２によって支持され得る。
【0069】
再び図４Ａ、図４Ｂ、および図５Ａを参照すると、ＰＢＳ４１０およびＰＢＳ４２０は、偏光分割キューブもしくは偏光分割プリズムの形態であるか、または偏光分割キューブもしくは偏光分割プリズムを含み得、それらの光軸のうちの１つは、図４Ａ、図４Ｂにおけるｚ軸に平行であり得る共通光軸Ｃ２に沿って位置合せされており、ＰＢＳ４１０の出力面４１４は、ＰＢＳ４２０の入力面４２１に近接し、入力面４２１に平行である。偏光ルーティング面４１５および４２５は、２つのＰＢＳの共通光軸Ｃ２に対して４５度で配向され得る。ＰＢＳ４１０およびＰＢＳ４２０を具現化するＰＢＳキューブまたはＰＢＳプリズムは、同じサイズまたは異なるサイズであり得る。図４Ａおよび図４Ｂは、上記のように、ＳＲ４１１からＳＲ４１２までの光学倍率を伴う実施形態を示し、このような実施形態において、ＰＢＳ４１０はより小さい直径のビームをルーティングするので、ＰＢＳ４１０の少なくとも１つの寸法は、ＰＢＳ４２０よりも物理的に小さい場合がある。
【0070】
さらに、上記の例示的な実施形態において、第１の操作段のＳＲ４１１は、プロジェクタの入力瞳４０５と位置合せされ、ｐ偏光の透過において入力瞳４０５と結合され、一方、ｓ偏光の反射において第１の凹面鏡４３１に結合される。渦および渦の曲率の中心によって画定される凹面反射器４３１の光軸は、一般に、ＰＢＳ４１０を通る入力ビーム４０１の１回目の通過の方向に垂直であり得る。しかしながら、他の実施形態において、入力瞳４５１、第１のＳＲ４１１、および凹面鏡４３１は、ＰＢＳ４１０の出力面４１４に対して異なる方法で配置され得る。たとえば、一実施形態において、ＳＲ４１１の位置と凹面鏡４３１の位置とを入れ替えることができ、その場合、入力光ビーム４０１は、入力瞳４０５でｓ偏光され得る。別の実施形態において、入力瞳４０５の位置と第１の凹面反射器４３１の位置とを入れ替えることができ、入力光ビーム４０１は、１回目の通過のためにＰＢＳ４１０に入るとき、再びｓ偏光状態にある。同様に、第２の段におけるＰＢＳ４２０に対するＳＲ４１２、出力瞳４５５、および第２の凹面鏡４３２の配置は、図４Ａ、図４Ｂ、および図５に示す例示的な実施形態とは異なり得る。
【0071】
さらに、上記の例示的な実施形態において、ＰＢＳ４１０およびＰＢＳ４２０のそれぞれの偏光ルーティング面４１５、４２５は、ｐ偏光を透過し、ｓ偏光を反射する。しかしながら、ＰＢＳ４１０およびＰＢＳ４２０の偏光ルーティング面４１５、４２５が他の直交する対の偏光状態で動作するように構成される実施形態が想定され得る。さらに、いくつかの実施形態において、ＰＢＳ４１０およびＰＢＳ４２０のそれぞれの偏光ルーティング面４１５、４２５は、互いに平行ではない場合がある。
【0072】
一般に、第２のＳＲ４１２および第２の凹面鏡４３２は、ＰＢＳ４２０の残りの５つの「自由」面のいずれかに配置され得、第２のＰＢＳ４２０の偏光ルーティング面４２５は、ＳＲ４１２をある偏光状態で入力面４２１に結合し、ＳＲ４１２を直交偏光状態で第２の凹面反射器４３２に結合するように適切に配向される。いくつかの実施形態において、ＰＢＳ４１０およびＰＢＳ４２０の偏光ルーティング面４１５、４２５は、異なる平面において傾き得る。
【0073】
図７は、第２の段の構成が、一般に、９０度の反時計回りの回転で第１の段の構成を繰り返す、プロジェクタ４００の例示的な実施形態４００Ａを示す。この例示的な構成において、ＳＲ４１２は、入力ＰＢＳ面４２１の向かい側のＰＢＳ４２０のＰＢＳ面４２３に配置され、したがって、ｐ偏光の透過においてＰＢＳ面４２３に結合される。この構成では、ＰＢＳ４１０とＰＢＳ４２０との間のＨＷＰは必要ない。第２の凹面鏡４３２は、偏光ルーティング面４２５によって反射された後にＳＲ４１２によって操作されたｓ偏光画像光を受光するように、第２の凹面鏡４３２の光軸がＰＢＳ４１０およびＰＢＳ４２０の共通光軸Ｃ２から９０度であり、かつ出力瞳４５５の向かい側にある状態で配置される。図示の実施形態において、入力瞳４０５および出力瞳４５５は、プロジェクタの同じ側にある。別の実施形態において、偏光ルーティング面４１５、４２５が平行であり、かつ入力瞳４０５および出力瞳４５５がプロジェクタの反対側にあるように、ＰＢＳ４２０を、Ｃ２軸を中心に１８０度回転することができる。
【0074】
図８を参照すると、以下でＮＥＤ８００と呼ばれるＮＥＤデバイス８００においてプロジェクタ４００を使用して、ユーザの眼８５０に中継されてユーザのための画像を形成し得る走査画像ビーム８０３を生成することができる。図示の実施形態において、プロジェクタ４００の出力瞳４５５は、導波路８１０の入力カプラ８５５内に結合され、導波路８１０はまた、走査画像ビームのサイズを拡大して拡大画像ビーム８３３を提供するように構成され得る１つまたは複数の出力カプラ８２０を有する。この実施形態において、導波路８１０は、瞳拡大器または瞳複製器として動作する。入力カプラ８５５は、１つまたは２つの回折格子または１つまたは２つの結合プリズムの形態であるか、またはそれらを含み得る。入力カプラ８５５は、プロジェクタ４００の出力瞳４５５に一致するサイズであり得る。１つまたは複数の出力カプラ８２０は、たとえば、１つまたは複数の回折格子の形態であり得、いくつかの実施形態において、回折格子はホログラフ的に定義され得る。一例として、一実施形態において、ｇ１＋ｇ２＋ｇ３＝０となるように、入力カプラ８５５は、格子ベクトルｇ１を有するレリーフ格子などの回折格子の形態であるか、またはそれを含み得、出力カプラ８２０は、格子ベクトルｇ２を有する第１の出力回折格子および格子ベクトルｇ３を有する第２の出力回折格子の形態であるか、またはそれらを含み得る。このような実施形態において、拡大された出力画像ビーム８３３の出力角は、プロジェクタ４００からの走査画像ビーム８０３が入力カプラ８５５に衝突する角度に等しく、その結果、導波路８１０は、プロジェクタ４００の出力ＦＯＶをユーザの眼８５０に１対１で中継する。ＮＥＤ８００は、電気画像信号Ｖ１およびＶ２をそれぞれ第１のＳＲ４１１および第２のＳＲ４１２に提供する画像信号生成プロセッサ８６０を含み得る。これらの信号は、ＮＥＤの出力ビーム８０３の垂直走査方向と水平走査方向に対応し得る２つの直交平面における、プロジェクタの出力ビーム８０３のビーム操作角を画定し得る。電気画像信号Ｖ１およびＶ２は、入力ビーム４０１の色および強度変調と同期され得、その結果、ＮＥＤ出力ビーム８０３は角度空間内に２Ｄ画像を描画し、２Ｄ画像はユーザの眼８５０内の空間画像に変換される。有利なことに、２つの１Ｄスキャナを使用して画像ビームの垂直走査および水平走査を実行すると、画素密度、走査周波数、ラスタサイズなどの特性を独立して調整することができ、近共振で動作する２軸スキャナから得られるものよりも予測可能なラスタ走査パターンが生成される。
【0075】
図９を参照すると、本開示の一実施形態による、光ビームを走査するための方法９００が示されている。流れ図において、各ボックスは、上記で説明した走査プロジェクタの例示的な実施形態もしくはその１つまたは複数の要素によって実行され得るステップまたは動作を表し、一般にステップと呼ばれ得る。方法は、ステップ９１０において第１のＳＲに入力光ビームを提供することと、ステップ９２０において第１のＳＲを用いて少なくとも第１の平面内で入力光ビームを操作することと、ステップ９３０において第１のＳＲからの入力光ビームを第２のＳＲに中継することと、ステップ９４０において第２の平面内で第２のＳＲを用いて入力光ビームを操作することと、ステップ９５０において第２の走査反射器からの入力光ビームを第１の走査反射器および第２の走査反射器の傾斜角によって画定される角度で出力瞳に中継することとを含み得る。いくつかの実施形態において、ステップ９３０は、第１の凹面反射器に結合された第１のＰＢＳを使用することを含み得る。いくつかの実施形態において、ステップ９５０は、第２の凹面反射器に結合された第２のＰＢＳを使用することを含み得る。ステップまたは動作９２０は、第１の電気画像信号を第１のＳＲのアクチュエータに提供することを含み得、第１のＳＲは、第１の電気画像信号によって画定される第１の角度によって第１の平面内でビームを操作する。ステップまたは動作９４０は、第２の電気画像信号を第２のＳＲのアクチュエータに提供することを含み得、第１は、第２の電気画像信号によって画定される第２の角度によって第２の平面内でビームを操作する。ステップまたは動作９５０は、出力瞳における画像ビームの位置が、第１の走査反射器および第２の走査反射器のそれらの動作傾斜角範囲内の傾斜角に概ね依存しないように実行され得る。いくつかの実施形態において、第１の平面は、第２の平面に直交し得る。いくつかの実施形態において、第１の平面は、プロジェクタによって支持される２次元ＦＯＶの垂直平面に対応し得、第２の平面は、プロジェクタによって支持される２Ｄ ＦＯＶの水平平面に対応し得る。
【0076】
いくつかの実施形態において、２つのＳＲ４１１、４１２のうちの少なくとも一方は、２つの異なる、たとえば直交する平面で受光した光ビームを走査するための２Ｄ走査反射器として構成され得る。２Ｄ ＳＲは、たとえば、２つの直交軸を中心に傾斜するように構成された２Ｄ ＭＥＭＳ反射器などの２Ｄ可傾反射器を用いて実装され得る。一実施形態において、第１のＳＲ４１１は、角度空間内で画定されたＦＯＶ内で２Ｄ画像を形成するように動作可能な２Ｄ ＴＲを用いて実装され得、第２のＳＲ４１２は、たとえば、ユーザ関連または画像関連の信号に応答して、角度空間内でＦＯＶをシフトするように動作可能な１Ｄ ＴＲまたは２Ｄ ＴＲとして実装され得る。いくつかの実施形態において、ＳＲ４１１およびＳＲ４１２のこれらの機能を、入れ替えることができる。
【0077】
次に図１０を参照すると、ＮＥＤ１０００は、光源１００６と、画像光源１００６に結合された走査プロジェクタ１０３０と、走査プロジェクタ１０３０に結合された瞳複製導波路アセンブリ１０４０とを含む。ＮＥＤ１０００は、上記のＮＥＤ８００の一実施形態であり得る。走査プロジェクタ１０３０は、図１～図５Ｂ、図７、および図８の走査プロジェクタを参照して上で説明したように具現化され得る。図１０に示す実施形態において、走査プロジェクタ１０３０は、第１の可傾反射器１０５２および第２の可傾反射器１００２、たとえば、１軸または２軸を中心に傾斜可能なＭＥＭＳ反射器を含む。可傾反射器１０５２および可傾反射器１００２は、上記の走査プロジェクタ４００のＳＲ４１１およびＳＲ４１２を表し得る。コントローラ１０９０は、光源１００６、第１の可傾反射器１０５２および第２の可傾反射器１００２、ならびに任意選択の眼追跡器１０８８に動作可能に結合される。眼追跡器１０８８の機能は、アイボックス１０８４内のユーザの眼１０８６の位置または向きのうちの少なくとも一方を決定することであり、そこからユーザの注視方向をリアルタイムで決定することができる。
【0078】
動作に際して、コントローラ１０９０は、第１の可傾反射器１０５２および第２の可傾反射器１００２を動作させて、走査プロジェクタ１０３０の射出瞳での光ビーム１００４に、表示される画像の画素に対応するビーム角を持たせる。コントローラ１０９０は、可傾反射器１０５２、１００２と協調して画像光源１００６を動作させて、ユーザに表示するための角領域で画像を形成する。瞳複製導波路アセンブリ１０４０は、画像が、アイボックス１０８４内のユーザの眼１０８６の任意の位置でユーザの眼１０８６によって観察され得ることを保証する。いくつかの実施形態において、眼追跡器１０８８は、ユーザの注視方向を決定するように動作される。
【0079】
可傾反射器１００２および可傾反射器１０５２がそれぞれ２Ｄ可傾反射器である実施形態では、可傾反射器１００２および可傾反射器１０５２のうちの１つ、たとえば、第１の可傾反射器１０５２は、光ビーム１００４を２つの非平行方向に走査して画像を角領域で形成するように動作され得、他方、すなわち第２の可傾反射器１００２は、画像全体を、すなわちニアアイディスプレイ１０００のＦＯＶをユーザの注視方向にシフトするように動作され得る。コントローラ１０９０によってレンダリングされている画像は、適宜に更新されて、すなわち、同じ量だけ反対方向にシフトされて、ＦＯＶがシフトされたときに虚像が安定していることを確実にする。結果として生じる「フローティング」ＦＯＶの効果は、フラッシュライトがユーザの視線の方向に自動的に回転して、ユーザが現時点で見ている場所に応じて周囲の風景の様々な部分を照らすという、フラッシュライトを使用して暗い風景を見ることに類似している。ＦＯＶシフトの速度は、一般に走査速度よりも遅い眼球運動によって決定されるので、第１の可傾反射器１０５２をより小さく、より速くし、第２の可傾反射器１００２をより大きく、より遅くすることができる。いくつかの実施形態において、第２の可傾反射器１００２は、たとえば、ＮＥＤの水平軸に沿って、画像を一次元でのみシフトするように動作可能であり得る。
【0080】
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装され得る。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から得られる外界についての感覚情報を、ユーザに提示する前に何らかの方法で調整する。非限定的な例として、人工現実には、仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）、複合現実（ＭＲ）、ハイブリッド現実、またはそれらの何らかの組合せおよび／もしくは派生物が含まれ得る。人工現実コンテンツには、完全に生成されたコンテンツ、または補足された（たとえば、実世界の）コンテンツと組み合わせて生成されたコンテンツが含まれ得る。人工現実コンテンツには、映像、音声、体性または触覚的フィードバック、またはそれらの組合せが含まれ得る。このコンテンツはいずれも、視聴者に３次元効果をもたらすステレオ映像など、単一のチャネルまたは複数のチャネルにおいて提示され得る。さらに、いくつかの実施形態において、人工現実はまた、たとえば、人工現実においてコンテンツを作成するために使用される、かつ／または人工現実において他の方法で使用される（たとえば、アクティビティを実行する）アプリケーション、製品、アクセサリ、サービス、またはそれらの何らかの組合せに関連付けられ得る。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などのウェアラブルディスプレイ、スタンドアロンＨＭＤ、眼鏡のフォームファクタを有するニアアイディスプレイ、モバイルデバイスもしくはモバイルコンピューティングシステム、または１人以上の視聴者に人工現実コンテンツを提供できる任意の他のハードウェアプラットフォームを含む様々なプラットフォーム上に実装され得る。
【0081】
図１１を参照すると、ＨＭＤ１１００は、ＡＲ／ＶＲ環境への没入の程度を高めるための、ユーザの顔を取り囲むＡＲ／ＶＲウェアラブルディスプレイシステムの一例である。ＨＭＤ１１００の機能は、物理的な実世界環境の視界を、コンピュータ生成画像を用いて拡張すること、および／または完全に仮想的な３Ｄ画像を生成することである。ＨＭＤ１１００は、前部本体１１０２と、バンド１１０４とを含み得る。前部本体１１０２は、安定性が高く快適な方法でユーザの眼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伸ばされ得る。ディスプレイシステム１１８０は、ＡＲ／ＶＲ画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。ディスプレイシステム１１８０は、たとえば、走査プロジェクタ１１１４からの走査画像ビームをユーザの眼に中継するための２つの光導波路を含み得る。前部本体１１０２の側面１１０６は、不透明または透明であり得る。
【0082】
いくつかの実施形態において、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）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、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のうちの１つまたは複数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る。位置センサ１１１２の例には、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適切なタイプのセンサ、ＩＭＵ１１１０の誤差補正に使用されるタイプのセンサ、またはそれらの何らかの組合せが含まれ得る。位置センサ１１１２は、ＩＭＵ１１１０の外部、ＩＭＵ１１１０の内部、またはそれらの何らかの組合せに配置され得る。
【0083】
ロケータ１１０８が、仮想現実システムの外部画像化デバイスによって追跡され、その結果、仮想現実システムは、ＨＭＤ１１００全体の位置および向きを追跡することができる。ＩＭＵ１１１０および位置センサ１１１２によって生成された情報を、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して、ＨＭＤ１１００の位置および向きの追跡の正確度を高めることができる。正確な位置および向きは、ユーザが３Ｄ空間を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。
【0084】
ＨＭＤ１１００は、ＨＭＤ１１００の一部または全部を取り巻く局所領域の深度情報を記述するデータを補足する深度カメラアセンブリ（ＤＣＡ）１１１１をさらに含み得る。そのためにも、ＤＣＡ１１１１は、レーザレーダ（ＬＩＤＡＲ）または同様のデバイスを含み得る。深度情報をＩＭＵ１１１０からの情報と比較して、３Ｄ空間におけるＨＭＤ１１００の位置および向きの決定の正確度を高めることができる。
【0085】
ＨＭＤ１１００は、ユーザの眼の向きおよび位置をリアルタイムで決定するための眼追跡システムをさらに含み得る。得られた眼の位置および向きによって、ＨＭＤ１１００は、ユーザの注視方向を決定し、それに応じてディスプレイシステム１１８０によって生成された画像を調整することが可能になる。一実施形態において、ユーザの視線の輻輳角、すなわち収束角度が決定される。決定された注視方向および輻輳角は、画角および眼の位置に応じて視覚的アーチファクトをリアルタイムで補正するためにも使用され得る。さらに、決定された輻輳角および注視角は、ユーザとの対話、オブジェクトの強調表示、オブジェクトの前面への移動、追加のオブジェクトまたはポインタの作成などに使用され得る。前部本体１１０２に組み込まれた１組の小型スピーカを含むオーディオシステムを設けることもできる。
【0086】
図１２を参照すると、ＡＲ／ＶＲシステム１１５０は、図１１ＡのＨＭＤ１１００と、様々なＡＲ／ＶＲアプリケーション、セットアップ手順および較正手順、３Ｄ映像などを記憶する外部コンソール１１９０と、コンソール１１９０を動作するため、かつ／またはＡＲ／ＶＲ環境と対話するための入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース１１１５とを含む。ＨＭＤ１１００は、物理ケーブルを用いてコンソール１１９０に「つなぎ留められ」得るか、またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ－Ｆｉなどのワイヤレス通信リンクを介してコンソール１１９０に接続され得る。関連するＩ／Ｏインターフェース１１１５をそれぞれが有する複数のＨＭＤ１１００が存在することがあり、各ＨＭＤ１１００およびＩ／Ｏインターフェース１１１５はコンソール１１９０と通信する。代替構成において、異なる構成要素および／または追加の構成要素がＡＲ／ＶＲシステム１１５０に含まれ得る。さらに、図１１および図１２に示す構成要素のうちの１つまたは複数と関連して説明する機能は、いくつかの実施形態において図１１および図１２に関連して説明した方法とは異なる方法で構成要素間で分散され得る。たとえば、コンソール１１９０の機能の一部または全部がＨＭＤ１１００によって提供され得、逆もまた同様である。ＨＭＤ１１００は、このような機能性を実現することが可能な処理モジュールを備え得る。
【0087】
図１１を参照して上で説明したように、ＨＭＤ１１００は、眼の位置および向きの追跡、注視角および収束角の決定などをするための眼追跡システム１１１８と、３Ｄ空間内のＨＭＤ１１００の位置および向きを決定するためのＩＭＵ１１１０と、外部環境を補足するためのＤＣＡ１１１１と、ＨＭＤ１１００の位置を独立して決定するための位置センサ１１１２と、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とを含み得る。いくつかの実施形態において、ディスプレイシステム１１８０は、走査プロジェクタ１１２５を含む（図１１）。ディスプレイシステム１１８０は、光学系ブロック１１３０をさらに含み得、光学系ブロック１１３０の機能は、走査プロジェクタ１１２５によって生成された画像をユーザの眼に伝えることであり得る。光学系ブロックは、様々なレンズ、たとえば、屈折レンズ、フレネルレンズ、回折レンズ、アクティブまたはパッシブの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、瞳複製導波路、格子構造、コーティングなどを含み得る。ディスプレイシステム１１８０は、光学系ブロック１１３０の一部であり得る可変焦点モジュール１１３５をさらに含み得る。
【0088】
Ｉ／Ｏインターフェース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。たとえば、アクション要求は、画像データもしくは映像データの捕捉を開始もしく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インターフェース１１１５には、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に通信するための任意の他の適切なデバイスなどの１つまたは複数の入力デバイスが含まれ得る。Ｉ／Ｏインターフェース１１１５によって受信されたアクション要求は、コンソール１１９０に通信され、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において、Ｉ／Ｏインターフェース１１１５は、Ｉ／Ｏインターフェース１１１５の初期位置に対するＩ／Ｏインターフェース１１１５の推定位置を示す較正データを捕捉するＩＭＵを含む。いくつかの実施形態において、Ｉ／Ｏインターフェース１１１５は、コンソール１１９０から受信した指示に従って、触覚的フィードバックをユーザに提供し得る。たとえば、触覚的フィードバックは、アクション要求が受信されたときに提供され得るか、または、コンソール１１９０がアクションを実行するとき、コンソール１１９０が、Ｉ／Ｏインターフェース１１１５に命令を通信してＩ／Ｏインターフェース１１１５に触覚的フィードバックを生成させる。
【0089】
コンソール１１９０は、ＩＭＵ１１１０、ＤＣＡ１１１１、およびＩ／Ｏインターフェース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ためのコンテンツを、ＨＭＤ１１００に提供し得る。図１２に示す例において、コンソール１１９０は、アプリケーションストア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１２に関連して説明するものとは異なるモジュールまたは構成要素を有し得る。同様に、以下でさらに説明する機能は、図１１および図１２に関連して説明するものとは異なる方法で、コンソール１１９０の構成要素間で分散され得る。
【0090】
アプリケーションストア１１５５は、コンソール１１９０によって実行するために１つまたは複数のアプリケーションを記憶し得る。アプリケーションは、プロセッサによって実行されると、ユーザに提示するためのコンテンツを生成する命令群である。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インターフェース１１１５の動きを介してユーザから受信された入力に応答し得る。アプリケーションの例には、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、またはその他の適切なアプリケーションが含まれる。
【0091】
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を較正し得、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インターフェース１１１５の位置特定における誤差を低減し得る。追跡モジュール１１６０によって実行される較正は、ＨＭＤ１１００内のＩＭＵ１１１０、および／またはＩ／Ｏインターフェース１１１５に含まれるＩＭＵ（存在する場合）から受信した情報も考慮する。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し得る。
【0092】
追跡モジュール１１６０は、ＨＭＤ１１００の動き、またはＩ／Ｏインターフェース１１１５、ＩＭＵ１１１０、またはその何らかの組合せの動きを追跡し得る。たとえば、追跡モジュール１１６０は、ＨＭＤ１１００からの情報に基づいて、局所領域のマッピングにおけるＨＭＤ１１００の基準点の位置を決定し得る。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インターフェース１１１５に含まれるＩＭＵからのＩ／Ｏインターフェース１１１５の位置を示すデータを使用して、ＨＭＤ１１００の基準点の位置またはＩ／Ｏインターフェース１１１５の基準点の位置をそれぞれ決定し得る。さらに、いくつかの実施形態において、追跡モジュール１１６０は、ＩＭＵ１１１０からの位置またはＨＭＤ１１００を示すデータの一部、およびＤＣＡ１１１１からの局所領域の表現を使用して、ＨＭＤ１１００の将来の位置を予測し得る。追跡モジュール１１６０は、ＨＭＤ１１００またはＩ／Ｏインターフェース１１１５の推定または予測された将来の位置を処理モジュール１１６５に提供する。
【0093】
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領域（「局所領域」）の３Ｄマッピングを生成し得る。いくつかの実施形態において、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、局所領域の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、局所領域のモデルを更新し、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し得る。
【0094】
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、ＨＭＤ１１００の位置情報、加速度情報、速度情報、予測される将来の位置、またはそれらの何らかの組合せを追跡モジュール１１６０から受信する。処理モジュール１１６５は、受信した情報に基づいて、ユーザに提示するためにＨＭＤ１１００に提供する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す場合、処理モジュール１１６５は、仮想環境内で、または追加のコンテンツを用いて局所領域を拡張する環境内で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インターフェース１１１５から受信されたアクション要求に応答して、コンソール１１９０上で実行され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とのフィードバックをユーザに提供する。提供されるフィードバックは、ＨＭＤ１１００を介した視覚的もしくは聴覚的フィードバック、またはＩ／Ｏインターフェース１１１５を介した触覚的フィードバックであり得る。
【0095】
いくつかの実施形態において、処理モジュール１１６５は、眼追跡システムから受信した眼追跡情報（たとえば、ユーザの眼の向き）に基づいて、走査プロジェクタ１１２５を使用してユーザに提示するためにＨＭＤ１１００に提供されるコンテンツの解像度を決定する。いくつかの実施形態において、処理モジュール１１６５はさらに、輻輳と調節の不整合を防止するため、かつ／または光学的歪みおよび収差を相殺するために、眼追跡情報を使用して、走査プロジェクタ１１２５によって提示される画像を調整することができる。
【0096】
図１３を参照すると、例示的な電子システム１２００の簡略ブロック図は、本明細書に開示する実施形態のいくつかを実施するためのウェアラブルディスプレイシステムの一例である。電子システム１２００は、１つまたは複数のプロセッサ１２１０と、メモリ１２２０とを含み得る。プロセッサ１２１０は、本明細書に開示する動作および方法を実行するための命令を実行するように構成され得、たとえば、携帯型電子デバイス内での実装に適した汎用プロセッサまたはマイクロプロセッサであり得る。プロセッサ１２１０は、電子システム１２００内の複数の構成要素に通信可能に結合され得る。この通信結合を実装するために、プロセッサ１２１０は、他の図示された構成要素とバス１２４０を介して通信し得る。バス１２４０は、電子システム１２００内でデータを転送するように適合された任意のサブシステムであり得る。バス１２４０は、データを転送するための複数のコンピュータバスおよび追加の回路を含み得る。
【0097】
メモリ１２２０は、プロセッサ１２１０に動作可能に結合され得る。いくつかの実施形態において、メモリ１２２０は、短期および／または長期の記憶用に構成され得、いくつかのユニットに分割され得る。メモリ１２２０は、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）および／もしくはダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）などの揮発性、ならびに／または読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリなどの非揮発性であり得る。さらに、メモリ１２２０は、セキュアデジタル（ＳＤ）カードなどのリムーバブルストレージデバイスを含み得る。メモリ１２２０は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、および他のデータの記憶を、電子システム１２００に提供し得る。いくつかの実施形態において、メモリ１２２０は、異なるハードウェアモジュールに分散され得る。命令および／またはコードのセットは、メモリ１２２０に記憶され得る。命令は、電子システム１２００によって実行可能であり得る実行可能コードの形式をとることがあり、かつ／または、ソースコードおよび／もしくはインストール可能コードの形式をとることがあり、ソースコードおよび／もしくはインストール可能コードは、（たとえば、様々な一般的に利用可能なコンパイラ、インストールプログラム、圧縮／解凍ユーティリティなどのいずれかを使用した）電子システム１２００上でのコンパイル時および／またはインストール時に、実行可能コードの形式をとる場合がある。
【0098】
いくつかの実施形態において、メモリ１２２０は、任意の数のアプリケーションを含み得る複数のアプリケーションモジュール１２２２から１２２４を記憶し得る。アプリケーションの例には、ゲームアプリケーション、プレゼンテーションもしくは会議アプリケーション、ビデオ再生アプリケーション、または他の適切なアプリケーションが含まれ得る。アプリケーションは、深度感知機能および／または眼追跡機能を含み得る。アプリケーションモジュール１２２２から１２２４は、プロセッサ１２１０によって実行される特定の命令を含み得る。いくつかの実施形態において、特定のアプリケーションまたはアプリケーションモジュール１２２２から１２２４の一部は、他のハードウェアモジュール１２８０によって実行可能であり得る。特定の実施形態において、メモリ１２２０には、セキュアな情報へのコピーまたは他の無許可のアクセスを防止するための追加のセキュリティ制御を含み得る、セキュアなメモリがさらに含まれ得る。
【0099】
いくつかの実施形態において、メモリ１２２０は、ロードされたオペレーティングシステム１２２５を含み得る。オペレーティングシステム１２２５は、アプリケーションモジュール１２２２から１２２４によって提供される命令の実行を開始するように、かつ／または他のハードウェアモジュール１２８０を管理するように動作可能であり得るとともに、１つまたは複数のワイヤレストランシーバを含み得るワイヤレス通信サブシステム１２３０とインターフェースする。オペレーティングシステム１２２５は、スレッディング、リソース管理、データストレージ制御、および他の同様の機能性を含む他の動作を、電子システム１２００の構成要素間で実行するように適合され得る。
【0100】
ワイヤレス通信サブシステム１２３０は、たとえば、赤外線通信デバイス、ワイヤレス通信デバイス、および／もしくはチップセット（たとえば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）デバイス、ＩＥＥＥ８０２．１１デバイス、Ｗｉ－Ｆｉデバイス、ＷｉＭａｘデバイス、セルラ通信設備など）、ならびに／または同様の通信インターフェースを含み得る。電子システム１２００は、ワイヤレス通信サブシステム１２３０の一部として、または電子システム１２００の任意の部分に結合された別個の構成要素として、ワイヤレス通信用の１つまたは複数のアンテナ１２３４を含み得る。所望の機能性に応じて、ワイヤレス通信サブシステム１２３０は、ベーストランシーバ基地局ならびに他のワイヤレスデバイスおよびアクセスポイントと通信するための別個のトランシーバを含み得、この通信は、ワイヤレスワイドエリアネットワーク、（ＷＷＡＮ）、ワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）、またはワイヤレスパーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）などの異なるデータネットワークおよび／またはネットワークタイプと通信することを含み得る。ＷＷＡＮは、たとえばＷｉＭａｘ（ＩＥＥＥ８０２．１６）ネットワークであり得る。ＷＬＡＮは、たとえばＩＥＥＥ８０２．１１ｘネットワークであり得る。ＷＰＡＮは、たとえば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈネットワーク、ＩＥＥＥ８０２．１５ｘ、または何らかの他のタイプのネットワークであり得る。本明細書に記載の手法は、ＷＷＡＮ、ＷＬＡＮ、および／またはＷＰＡＮの任意の組合せにも使用され得る。ワイヤレス通信サブシステム１２３０は、ネットワーク、他のコンピュータシステム、および／または本明細書に記載の任意の他のデバイスとデータを交換することを可能にし得る。ワイヤレス通信サブシステム１２３０は、アンテナ１２３４およびワイヤレスリンク１２３２を使用して、ＨＭＤデバイスの識別子、位置データ、地理的地図、ヒートマップ、写真、またはビデオなどのデータを送信または受信するための手段を含み得る。ワイヤレス通信サブシステム１２３０、プロセッサ１２１０、およびメモリ１２２０はともに、本明細書に開示するいくつかの機能を実行するための手段のうちの１つまたは複数の少なくとも一部を備え得る。
【0101】
いくつかの実施形態において、電子システム１２００は、１つまたは複数のセンサ１２９０を含む。センサ１２９０には、たとえば、画像センサ、加速度計、圧力センサ、温度センサ、近接センサ、磁力計、ジャイロスコープ、慣性センサ（たとえば、加速度計とジャイロスコープとを組み合わせたモジュール）、周囲光センサ、または深度センサもしくは位置センサなど、感知出力を提供する、かつ／または感知入力を受信するように動作可能な任意の他の同様のモジュールが含まれ得る。たとえば、いくつかの実装形態において、センサ１２９０は、１つまたは複数の慣性測定ユニット（ＩＭＵ）および／または１つまたは複数の位置センサを含み得る。ＩＭＵは、位置センサのうちの１つまたは複数から受信した測定信号に基づいて、ＨＭＤデバイスの初期位置に対するＨＭＤデバイスの推定位置を示す較正データを生成し得る。位置センサは、ＨＭＤデバイスの動きに応答して１つまたは複数の測定信号を生成し得る。位置センサの例には、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適切なタイプのセンサ、ＩＭＵの誤差補正に使用されるタイプのセンサ、またはそれらの何らかの組合せが含まれ得るが、これらに限定されない。位置センサは、ＩＭＵの外部、ＩＭＵの内部、またはそれらの何らかの組合せに配置され得る。少なくとも一部のセンサは、感知のために構造化光パターンを使用し得る。
【0102】
電子システム１２００は、ディスプレイモジュール１２６０をさらに含み得る。ディスプレイモジュール１２６０は、ニアアイディスプレイであり得、画像、映像、および様々な命令などの情報を、電子システム１２００からユーザにグラフィカルに提示し得る。このような情報は、１つまたは複数のアプリケーションモジュール１２２２から１２２４、仮想現実エンジン１２２６、１つまたは複数の他のハードウェアモジュール１２８０、それらの組合せ、またはユーザのグラフィックコンテンツを解像するための任意の他の適切な手段のうちの１つまたは複数から（たとえば、オペレーティングシステム１２２５によって）導出され得る。ディスプレイモジュール１２６０は、たとえば、上記のような２段走査プロジェクタを使用する走査ディスプレイ技術を含み得る。
【0103】
電子システム１２００は、ユーザが電子システム１２００にアクション要求を送信することを可能にするユーザ入力／出力モジュール１２７０をさらに含み得る。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り得る。たとえば、アクション要求は、アプリケーションを開始もしくは終了するため、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ものであり得る。ユーザ入力／出力モジュール１２７０は、１つまたは複数の入力デバイスを含み得る。入力デバイスの例には、タッチスクリーン、タッチパッド、マイクロフォン、ボタン、ダイヤル、スイッチ、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、受信したアクション要求を電子システム１２００に通信するための任意の他の適切なデバイスが含まれ得る。いくつかの実施形態において、ユーザ入力／出力モジュール１２７０は、電子システム１２００から受信した命令に従って、触覚的フィードバックをユーザに提供し得る。たとえば、触覚的フィードバックは、アクション要求が受信されたとき、または実行されたときに提供され得る。
【0104】
電子システム１２００は、たとえば、ユーザの眼の位置を追跡するために、ユーザの写真または映像を撮影するために使用され得るカメラ１２５０を含み得る。カメラ１２５０は、たとえば、ＶＲ、ＡＲ、またはＭＲアプリケーションのために、環境の写真または映像を撮影するためにも使用され得る。カメラ１２５０は、たとえば、数百万または数千万画素の相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ：ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）画像センサ、たとえば、シリコンセンサを含み得る。いくつかの実装形態において、カメラ１２５０は、３Ｄ画像を捕捉するために使用され得る２つ以上のカメラを含み得る。
【0105】
いくつかの実施形態において、電子システム１２００は、複数の他のハードウェアモジュール１２８０を含み得る。他のハードウェアモジュール１２８０のそれぞれは、電子システム１２００内の物理モジュールであり得る。他のハードウェアモジュール１２８０のそれぞれは、構造として恒久的に構成され得るが、他のハードウェアモジュール１２８のいくつかは、特定の機能を実行するように一時的に構成され得るか、または一時的に有効化され得る。他のハードウェアモジュール１２８０の例には、たとえば、オーディオ出力および／または入力モジュール（たとえば、マイクロフォンまたはスピーカ）、近距離無線通信（ＮＦＣ：ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）モジュール、充電式バッテリ、バッテリ管理システム、有線／無線バッテリ充電システムなどが含まれ得る。いくつかの実施形態において、他のハードウェアモジュール１２８０の１つまたは複数の機能は、ソフトウェア内で実装され得る。
【0106】
いくつかの実施形態において、電子システム１２００のメモリ１２２０はまた、仮想現実エンジン１２２６を記憶し得る。仮想現実エンジン１２２６は、電子システム１２００内のアプリケーションの実行可能コードを含み得る。仮想現実エンジン１２２６は、ＨＭＤデバイスの位置情報、加速度情報、速度情報、予測される将来の位置、またはそれらの何らかの組合せを様々なセンサから受信し得る。いくつかの実施形態において、仮想現実エンジン１２２６によって受信された情報は、ディスプレイモジュール１２６０への信号を生成するために使用され得る。たとえば、受信した情報が、ユーザが左を向いたことを示す場合、仮想現実エンジン１２２６は、仮想環境内でユーザの動きを反映するウェアラブルディスプレイデバイス用コンテンツを生成し得る。さらに、仮想現実エンジン１２２６は、ユーザ入力／出力モジュール１２７０から受信したアクション要求に応答して、アプリケーション内でアクションを実行し、ユーザにフィードバックを提供し得る。提供されるフィードバックは、視覚的、聴覚的、または触覚的フィードバックであり得る。いくつかの実装形態において、プロセッサ１２１０は、仮想現実エンジン１２２６を実行し得る１つまたは複数のＧＰＵを含み得る。
【0107】
上記のハードウェアおよびモジュールは、有線接続または無線接続を使用して相互に通信できる単一のデバイス上または複数のデバイス上に実装され得る。たとえば、いくつかの実装形態において、ＧＰＵ、仮想現実エンジン１２２６などのいくつかの構成要素またはモジュール、ならびに、たとえばヘッドセット較正アプリケーションおよび／または眼追跡アプリケーションなどのアプリケーションが、ヘッドマウントディスプレイデバイスとは別のコンソール上に実装され得る。いくつかの実装形態において、１つのコンソールが、２つ以上のウェアラブルディスプレイデバイスに接続されるか、または２つ以上のウェアラブルディスプレイデバイスをサポートし得る。
【0108】
いくつかの実装形態において、異なる構成要素および／または追加の構成要素が電子システム１２００に含まれ得る。同様に、１つまたは複数の構成要素の機能性は、上記の方法とは異なる方法で構成要素間で分散され得る。たとえば、いくつかの実施形態において、電子システム１２００は、ＡＲシステム環境および／またはＭＲ環境などの他のシステム環境を含むように変更され得る。
【0109】
本明細書に開示する態様に関連して記載されている様々な例示的な論理、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、本明細書に記載の機能を実行するように設計された、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）もしくは他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリートゲートもしくはトランジスタ論理、ディスクリートハードウェア構成要素、またはそれらの任意の組合せを用いて、実装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り得るが、代替として、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り得る。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、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コアと組み合わせた１つまたは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のこのような構成として実装され得る。代替として、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得る。
【0110】
本開示は、本明細書に記載の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、前述の説明および添付の図面から、本明細書に記載したものに加えて他の様々な実施形態および修正形態が当業者には明らかであろう。たとえば、第１の走査段および第２の走査段のうちの少なくとも一方において、走査反射器および凹面反射器からの入力光ビームの反射の順序が変更される実施形態が想定され得る。さらに、いくつかの実施形態において、走査反射器の一方または両方は、光パワーを有するように構成され得、たとえば、瞳中継を容易にし得る凹面鏡を含み得る。したがって、このような他の実施形態および修正形態は、本開示の範囲内に入ることが意図されている。さらに、本開示は、本明細書において特定の目的のための特定の環境内での特定の実装形態の文脈で記載されているが、当業者には、本開示の有用性がその文脈に限定されないこと、および本開示が任意の数の目的のために任意の数の環境内で有利に実装され得ることが認識されよう。したがって、以下に記載する特許請求の範囲は、本明細書に記載されている本開示のすべての範囲および趣旨を考慮して解釈されるべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【国際調査報告】