(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】2022-12-19
(54)【発明の名称】ニアアイディスプレイ用マルチパススキャナ
(51)【国際特許分類】
G02B 27/02 20060101AFI20221212BHJP
G02B 26/10 20060101ALI20221212BHJP
【ＦＩ】
G02B27/02 Z
G02B26/10 104Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022507591
(86)(22)【出願日】2020-09-24
(85)【翻訳文提出日】2022-03-31
(86)【国際出願番号】 US2020052449
(87)【国際公開番号】W WO2021076292
(87)【国際公開日】2021-04-22
(31)【優先権主張番号】16/653,358
(32)【優先日】2019-10-15
(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】アミールソライマニ， ババク
(72)【発明者】
【氏名】ゲン， イン
【テーマコード（参考）】
2H045
2H199
【Ｆターム（参考）】
2H045AB01
2H045BA24
2H199CA04
2H199CA23
2H199CA25
2H199CA32
2H199CA42
2H199CA43
2H199CA53
2H199CA64
2H199CA65
2H199CA66
2H199CA67
2H199CA74
2H199CA83
2H199CA92
2H199CA94
2H199CA96
(57)【要約】
たとえばニアアイディスプレイ内で使用可能な、マルチパススキャナが開示されている。マルチパススキャナは、光ビームを、角度付けして走査し、角領域の画像を形成する。マルチパススキャナは、光源、傾斜可能なリフレクタ、および光源から放射された光を傾斜可能なリフレクタに結合し、反射された光を受光し、光を傾斜可能なリフレクタに結合して戻し、走査角度を２倍にする、マルチパスカプラを含む。マルチパスカプラは、次いで、傾斜可能なリフレクタから少なくとも２度反射された光を、スキャナの射出瞳に結合する。スキャナの射出瞳に配置された瞳複製導波路は、角領域の画像を展開する。傾斜可能なリフレクタからの光ビームの複数回の反射により、傾斜可能なリフレクタの角度付けした走査の範囲を拡大する必要なしに、角度付けした走査の範囲およびディスプレイの関連する視野を拡大することができる。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光ビームを走査するマルチパススキャナであって、前記マルチパススキャナが、前記光ビームを供給する光源と、
傾斜可能なリフレクタであって、前記傾斜可能なリフレクタを可変の角度で傾斜させることにより、前記光源から供給される前記光ビームを反射する、傾斜可能なリフレクタと、
前記光源からの前記光ビームを受光して、前記光ビームを前記傾斜可能なリフレクタに結合し、前記傾斜可能なリフレクタからの最初の反射がなされた前記光ビームを、前記可変の角度の２倍の角度で受光して、前記光ビームを前記傾斜可能なリフレクタへ向きを変えて戻し、前記傾斜可能なリフレクタから２度目の反射がなされた前記光ビームを受光して、前記光ビームを前記マルチパススキャナの射出瞳に結合する、マルチパスカプラと
を備える、マルチパススキャナ。
【請求項2】
前記マルチパスカプラが、第１の偏光状態を有する光を反射し、前記第１の偏光状態に直交する第２の偏光状態を有する光を透過する、反射偏光子と、
前記反射偏光子と前記傾斜可能なリフレクタとの間の光路に配置された第１の４分の１波長板（ＱＷＰ）であって、前記第１のＱＷＰを２度通過して伝搬すると、光の偏光状態を前記第１の偏光状態と前記第２の偏光状態との間で変換するよう構成される、第１の４分の１波長板（ＱＷＰ）と
を備え、
動作中に、前記第２の偏光状態を有する前記光ビームが、順に、前記反射偏光子および前記第１のＱＷＰを通って伝搬し、前記傾斜可能なリフレクタへの最初の衝突をなし、前記傾斜可能なリフレクタによって反射され、再び前記第１のＱＷＰを通って伝搬し、これにより前記第１の偏光状態に変換され、前記反射偏光子によって反射され、前記第１のＱＷＰを通って伝搬し、前記傾斜可能なリフレクタへの２度目の衝突をなし、前記傾斜可能なリフレクタによって反射され、前記第１のＱＷＰを通って伝搬し、これにより前記第２の偏光状態に変換されて戻り、前記反射偏光子を通って前記射出瞳へ伝搬する、請求項１に記載のマルチパススキャナ。
【請求項3】
前記マルチパスカプラが、正の光パワーを有し、前記傾斜可能なリフレクタの近くに凸面を備える、第１のレンズ要素を備え、前記凸面が、前記反射偏光子を支持し、かつ前記マルチパスカプラが、任意選択で、前記第１のレンズ要素と前記射出瞳との間に配置された第２のレンズ要素をさらに備え、動作中、前記光源から供給される前記光ビームが、順に、前記第２のレンズ要素を通り、前記第１のレンズ要素を通って伝搬し、前記傾斜可能なリフレクタに衝突し、前記反射偏光子によって反射され、前記傾斜可能なリフレクタへ衝突し、前記傾斜可能なリフレクタによって２度目の反射がなされ、前記第１のレンズ要素を通って伝搬し、前記第２のレンズ要素を通って伝搬し、前記マルチパススキャナの前記射出瞳に衝突するか、または
前記マルチパスカプラが、任意選択で、前記第１のレンズ要素と前記射出瞳との間に配置された第２のレンズ要素をさらに備え、前記第２のレンズ要素が、
第１および第２の同軸の光学面であって、前記第１の光学面が、前記第１のレンズ要素に向かい合っている、第１および第２の同軸の光学面、
前記光源から供給される前記光ビームを前記第２のレンズ要素に入力する、前記第１の光学面と前記第２の光学面との間の側面、ならびに
前記光ビームを、前記第２のレンズ要素の前記第１の光学面の方へ向けるために、前記第２のレンズ要素内の、前記第２のレンズ要素の前記側面を通して入力される前記光ビームの光路にある、埋め込まれたターンミラー
を備える、請求項２に記載のマルチパススキャナ。
【請求項4】
前記第１の偏光状態を有する光を反射し、前記第２の偏光状態を有する光を透過する、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、前記ＰＢＳを出る前記光ビームを反射して前記ＰＢＳの方に戻す、前記ＰＢＳの隣接する表面に近い、第１および第２の湾曲したリフレクタであって、前記第１の湾曲したリフレクタおよび前記反射偏光子が、前記ＰＢＳの両側に配置されており、また前記第２の湾曲したリフレクタおよび前記傾斜可能なリフレクタが、前記ＰＢＳの両側に配置されている、第１および第２の湾曲したリフレクタ、
前記ＰＢＳと前記第１の湾曲したリフレクタとの間の光路に配置された第２のＱＷＰであって、前記第２のＱＷＰを２度通過して伝搬すると、光の偏光状態を前記第１の偏光状態と前記第２の偏光状態との間で変換するよう構成される、第２のＱＷＰ、ならびに
前記ＰＢＳと前記第２の湾曲したリフレクタとの間の光路に配置された第３のＱＷＰであって、前記第２のＱＷＰを２度通過して伝搬すると、光の偏光状態を前記第１の偏光状態と前記第２の偏光状態との間で変換するよう構成される、第３のＱＷＰ
をさらに備える、請求項２に記載のマルチパススキャナ。
【請求項5】
動作中に、前記光源から供給される前記光ビームが、順に、前記第１の湾曲したリフレクタ内の開口を通り、前記第２のＱＷＰを通って伝搬し、前記第１の偏光状態にある間、前記ＰＢＳに衝突し、前記ＰＢＳによって反射されて前記傾斜可能なリフレクタに向かい、前記第１のＱＷＰを通って伝搬し、前記傾斜可能なリフレクタによって最初の反射がなされ、再び前記第１のＱＷＰを通って伝搬し、これにより前記第２の偏光状態に変換され、前記ＰＢＳおよび前記第３のＱＷＰを通って伝搬し、前記第２の湾曲したリフレクタに衝突し、再び前記第３のＱＷＰを通って伝搬し、これにより前記第１の偏光状態に変換され、前記ＰＢＳによって反射されて前記反射偏光子に向かう、請求項４に記載のマルチパススキャナ。
【請求項6】
動作中に、前記第１の偏光状態で前記ＰＢＳによって反射されて、前記反射偏光子に向かう前記光ビームが、前記ＰＢＳに向かって伝搬して戻り、前記ＰＢＳによって反射され、前記第２の湾曲したリフレクタに向かい、前記第３のＱＷＰを通って伝搬し、前記第２の湾曲したリフレクタによって反射され、再び前記第３のＱＷＰを通って伝搬し、これにより前記第２の偏光状態に変換され、前記ＰＢＳを通り、前記第１のＱＷＰを通って伝搬し、前記傾斜可能なリフレクタによって２度目の反射がなされ、前記ＰＢＳに向かう、請求項５に記載のマルチパススキャナ。
【請求項7】
動作中に、前記傾斜可能なリフレクタによって２度目の反射がなされた前記光ビームが、再び前記第１のＱＷＰを通って伝搬し、これにより前記第１の偏光状態に変換され、前記ＰＢＳによって前記第１の湾曲したリフレクタの方へ反射され、前記第２のＱＷＰを通って伝搬し、前記第１の湾曲したリフレクタによって反射され、再び前記第２のＱＷＰを通って伝搬し、これにより前記第２の偏光状態に変換され、前記ＰＢＳを通って伝搬し、前記反射偏光子を通って、前記射出瞳へ伝搬する、請求項６に記載のマルチパススキャナ。
【請求項8】
前記ＰＢＳと前記傾斜可能なリフレクタとの間の光路にある第１のレンズ要素、ならびに前記ＰＢＳと前記反射偏光子との間の光路にある第２のレンズ要素をさらに備える、請求項４に記載のマルチパススキャナ。
【請求項9】
前記マルチパスカプラが、前記光源から供給される光を前記傾斜可能なリフレクタに結合する第１のカプラ部分を備え、前記マルチパスカプラが、任意選択で、前記傾斜可能なリフレクタからの光を反射して、前記傾斜可能なリフレクタに向かって戻す、リフレクタを備え、
前記マルチパスカプラが、任意選択で、前記傾斜可能なリフレクタによって最初の反射がなされた光を中継して、前記傾斜可能なリフレクタに戻す、瞳オートリレーを備える第２のカプラ部分を備え、前記マルチパスカプラが、任意選択で、前記傾斜可能なリフレクタによって２度目の反射がなされた光を、前記マルチパススキャナの前記射出瞳へ中継する、第３のカプラ部分をさらに備える、請求項１に記載のマルチパススキャナ。
【請求項10】
アイボックスにおいて角領域の画像を供給するニアアイディスプレイであって、前記ニアアイディスプレイが、光ビームを供給する光源と、
傾斜可能なリフレクタであって、前記傾斜可能なリフレクタを可変の角度で傾斜させることにより、前記光源から供給される前記光ビームを反射する、傾斜可能なリフレクタと、
前記傾斜可能なリフレクタによって傾斜された前記光ビームを受光し、前記アイボックスにわたって、前記光ビームの複数の部分を供給することにより、前記光ビームを前記アイボックスにわたって展開する、瞳複製導波路と、
前記光源からの前記光ビームを受光して、前記光ビームを前記傾斜可能なリフレクタに結合し、前記傾斜可能なリフレクタからの最初の反射がなされた前記光ビームを、前記可変の角度の２倍の角度で受光して、前記光ビームを前記傾斜可能なリフレクタへ向きを変えて戻し、前記傾斜可能なリフレクタから２度目の反射がなされた前記光ビームを受光して、前記光ビームを前記瞳複製導波路に結合する、マルチパスカプラと
を備える、ニアアイディスプレイ。
【請求項11】
前記光源および前記マルチパスカプラが、前記瞳複製導波路の両側に配置されており、前記瞳複製導波路が、前記光源から供給される前記光ビームを、前記瞳複製導波路を通して伝搬し、前記マルチパスカプラに結合するための開口を、前記瞳複製導波路内に備える、請求項１０に記載のニアアイディスプレイ。
【請求項12】
前記傾斜可能なリフレクタが、傾斜可能な微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）のリフレクタを備える、請求項１０に記載のニアアイディスプレイ。
【請求項13】
前記マルチパスカプラが、前記傾斜可能なリフレクタによる最初の反射がなされた光を中継して、前記傾斜可能なリフレクタに戻す、瞳オートリレーを備える、請求項１０に記載のニアアイディスプレイ。
【請求項14】
アイボックスにおいて角領域の画像を供給するニアアイディスプレイであって、前記ニアアイディスプレイが、第１の光ビームを供給する第１の光源と、
第２の光ビームを供給する第２の光源と、
前記第１および第２の光ビームを可変の角度で反射する、傾斜可能なリフレクタと、
前記傾斜可能なリフレクタによって傾斜された前記第１および第２の光ビームを受光し、前記アイボックスにわたって、前記第１および第２の光ビームの複数の部分を供給することにより、前記第１および第２の光ビームを前記アイボックスにわたって展開する、瞳複製導波路であって、前記瞳複製導波路が、第１の偏光状態の光をインカップリングするが、前記第１の偏光状態に直交する第２の偏光状態の光を透過する、偏光選択性インカプラを備える、瞳複製導波路と、
前記第１の光源からの前記第１の光ビームを受光し、前記第２の偏光状態である前記第１の光ビームを、前記傾斜可能なリフレクタに向けて反射し、前記偏光選択性インカプラを通す、第１の湾曲したリフレクタと、
前記第２の光源からの前記第２の光ビームを受光し、前記第２の偏光状態である前記第２の光ビームを、前記傾斜可能なリフレクタに向けて反射し、前記偏光選択性インカプラを通す、第２の湾曲したリフレクタと
を備え、
前記第１および第２の光ビームが、前記傾斜可能なリフレクタから反射されると、前記第１の偏光状態になり、これにより前記第１および第２の光ビームが、前記瞳複製導波路にインカップリングされる、ニアアイディスプレイ。
【請求項15】
前記第１および第２の光源が、前記瞳複製導波路の、前記第１および第２の湾曲したリフレクタとは反対側に配置されている、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、たとえば、走査型プロジェクタディスプレイは、ユーザの目が、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。瞳複製導波路が、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、スクリーンまたは表示パネルがないため、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。画像は、ディスプレイの視野（ＦＯＶ：ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ）にわたって光ビームを走査することにより、取得され得る。
【発明の概要】
【0005】
走査型プロジェクタディスプレイは、典型的には、傾斜可能なリフレクタをベースとする、光学スキャナを必要とする。スキャナは、ディスプレイの視野（ＦＯＶ）全体にわたって、光ビームを走査することができる必要がある。光ビームが走査されると、光ビームの明るさおよび／または色は、角領域の画像を供給するために、走査に合わせて変化することができる。光ビームは、２つの方向、たとえばＸ視野角およびＹ視野角にわたって走査され得る。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。
【0006】
傾斜可能なリフレクタを備えた走査型ディスプレイを構築することの１つの課題は、傾斜可能なリフレクタの必要な角度走査範囲である。走査範囲が広い場合は、曲げ剛性および走査レート（周波数）を含む、他のパラメータを妥協する必要がある。薄くて可撓なヒンジは、所望のビームサイズおよび画質を実現するために必要な、より大きなリフレクタを支持することができない。この開示によれば、光ビームは、同じ傾斜可能なリフレクタに複数回衝突するよう作製され、これにより、リフレクタの最大傾斜角を増加させる必要なしに、走査範囲を拡大することができる。
【0007】
本発明は、請求項１に記載の光ビームを走査するマルチパススキャナ、および請求項１０および１４に記載の、アイボックスにおいて角領域の画像を供給するニアアイディスプレイに言及している。有益な実施形態は、従属請求項の特徴を含むことができる。
【0008】
本開示によれば、光ビームを走査するマルチパススキャナが提供されている。マルチパススキャナは、光ビームを供給する光源と、傾斜可能なリフレクタであって、傾斜可能なリフレクタを可変の角度で傾斜させることにより、光源から供給される光ビームを反射する、傾斜可能なリフレクタと、光源からの光ビームを受光して、光ビームを傾斜可能なリフレクタに結合し、傾斜可能なリフレクタからの最初の反射がなされた光ビームを、可変の角度の２倍の角度で受光して、光ビームを傾斜可能なリフレクタへ向きを変えて戻し、傾斜可能なリフレクタからの２度目の反射がなされた光ビームを受光して、光ビームをマルチパススキャナの射出瞳に結合する、マルチパスカプラとを含む。
【0009】
マルチパスカプラは、第１の偏光状態を有する光を反射し、第１の偏光状態に直交する第２の偏光状態を有する光を透過する反射偏光子と、反射偏光子と傾斜可能なリフレクタとの間の光路に配置された第１の４分の１波長板（ＱＷＰ：ｑｕａｒｔｅｒ－ｗａｖｅ ｗａｖｅｐｌａｔｅ）であって、第１のＱＷＰを２度通過して伝搬すると、光の偏光状態を第１の偏光状態と第２の偏光状態との間で変換するよう構成される、第１の４分の１波長板（ＱＷＰ）とを含むことができる。動作中に、第２の偏光状態を有する光ビームが、順に、反射偏光子および第１のＱＷＰを通って伝搬し、傾斜可能なリフレクタへの最初の衝突をなし、傾斜可能なリフレクタによって反射され、再び第１のＱＷＰを通って伝搬し、これにより第１の偏光状態に変換され、反射偏光子によって反射され、第１のＱＷＰを通って伝搬し、傾斜可能なリフレクタへの２度目の衝突をなし、傾斜可能なリフレクタによって反射され、第１のＱＷＰを通って伝搬し、これにより第２の偏光状態に変換されて戻り、反射偏光子を通って射出瞳へ伝搬する。
【0010】
マルチパスカプラは、正の光パワーを有し、傾斜可能なリフレクタの近くに凸面を備える、第１のレンズ要素を含むことができ、凸面は、反射偏光子を支持している。マルチパスカプラは、任意選択で、第１のレンズ要素と射出瞳との間に配置された、第２のレンズ要素も含むことができる。動作中、光源から供給される光ビームは、次いで、順に、第２のレンズ要素を通り、第１のレンズ要素を通って伝搬し、傾斜可能なリフレクタに衝突し、反射偏光子によって反射され、傾斜可能なリフレクタへ衝突し、傾斜可能なリフレクタによって２度目の反射がなされ、第１のレンズ要素を通って伝搬し、第２のレンズ要素を通って伝搬し、マルチパススキャナの射出瞳に衝突する。いくつかの実施形態では、第２のレンズ要素は、第１および第２の同軸の光学面であって、第１の光学面が第１のレンズ要素に向かい合っている、第１および第２の光学面、光源から供給される光ビームを第２のレンズ要素に入力する、第１の光学面と第２の光学面との間の側面、ならびに光ビームを、第２のレンズ要素の第１の光学面の方へ向けるために、第２のレンズ要素内の、第２のレンズ要素の側面を通して入力される光ビームの光路にある、埋め込まれたターンミラーを含むことができる。
【0011】
いくつかの実施形態では、マルチパススキャナは、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、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ：ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｂｅａｍｓｐｌｉｔｔｅｒ）を含むことができる。第１および第２の湾曲したリフレクタは、ＰＢＳを出る光ビームを反射してＰＢＳの方に戻すために、ＰＢＳの隣接する表面の近くに配置することができ、第１の湾曲したリフレクタおよび反射偏光子が、ＰＢＳの両側に配置されており、また第２の湾曲したリフレクタおよび傾斜可能なリフレクタが、ＰＢＳの両側に配置されている。第２のＱＷＰは、ＰＢＳと第１の湾曲したリフレクタとの間の光路に配置され、第２のＱＷＰを２度通過して伝搬すると、光の偏光状態を第１の偏光状態と第２の偏光状態との間で変換するよう構成され得る。第３のＱＷＰは、ＰＢＳと第２の湾曲したリフレクタとの間の光路に配置され、第２のＱＷＰを２度通過して伝搬すると、光の偏光状態を第１の偏光状態と第２の偏光状態との間で変換するよう構成され得る。動作中に、光源から供給される光ビームは、順に、第１の湾曲したリフレクタ内の開口を通り、第２のＱＷＰを通って伝搬することができ、第１の偏光状態にある間、ＰＢＳに衝突し、ＰＢＳによって反射されて傾斜可能なリフレクタに向かい、第１のＱＷＰを通って伝搬し、傾斜可能なリフレクタによって最初の反射がなされ、再び第１のＱＷＰを通って伝搬し、これにより第２の偏光状態に変換され、ＰＢＳおよび第３のＱＷＰを通って伝搬し、第２の湾曲したリフレクタに衝突し、再び第３のＱＷＰを通って伝搬し、これにより第１の偏光状態に変換され、ＰＢＳによって反射されて反射偏光子に向かう。第１の偏光状態でＰＢＳによって反射されて、反射偏光子に向かう光ビームは、任意選択で、ＰＢＳに向かって伝搬して戻り、ＰＢＳによって反射され、第２の湾曲したリフレクタに向かい、第３のＱＷＰを通って伝搬し、第２の湾曲したリフレクタによって反射され、再び第３のＱＷＰを通って伝搬し、これにより第２の偏光状態に変換され、ＰＢＳを通り、第１のＱＷＰを通って伝搬し、傾斜可能なリフレクタによって２度目の反射がなされ、ＰＢＳに向かうことができる。傾斜可能なリフレクタによって２度目の反射がなされた光ビームは、任意選択で、再び第１のＱＷＰを通って伝搬し、これにより第１の偏光状態に変換され、ＰＢＳによって第１の湾曲したリフレクタの方へ反射され、第２のＱＷＰを通って伝搬し、第１の湾曲したリフレクタによって反射され、再び第２のＱＷＰを通って伝搬し、これにより第２の偏光状態に変換され、ＰＢＳを通って伝搬し、反射偏光子を通って、射出瞳の方へ伝搬することができる。
【0012】
いくつかの実施形態では、マルチパススキャナは、ＰＢＳと傾斜可能なリフレクタとの間の光路にある第１のレンズ要素、ならびにＰＢＳと反射偏光子との間の光路にある第２のレンズ要素をさらに含むことができる。マルチパスカプラが、光源から供給される光を傾斜可能なリフレクタに結合する第１のカプラ部分を備える実施形態では、マルチパスカプラは、傾斜可能なリフレクタからの光を反射して、傾斜可能なリフレクタに向かって戻す、リフレクタを含むことができる。マルチパスカプラは、傾斜可能なリフレクタによって最初の反射がなされた光を中継して、傾斜可能なリフレクタに戻す、瞳オートリレーを備える第２のカプラ部分をさらに含むことができ、またマルチパスカプラは、任意選択で、傾斜可能なリフレクタによって２度目の反射がなされた光を、マルチパススキャナの射出瞳へ中継する、第３のカプラ部分を備えることができる。
【0013】
本開示によれば、アイボックスにおいて角領域の画像を供給するニアアイディスプレイが提供される。ニアアイディスプレイは、光ビームを供給する光源と、傾斜可能なリフレクタであって、傾斜可能なリフレクタを可変の角度で傾斜させることにより、光源から供給される光ビームを反射する、傾斜可能なリフレクタと、傾斜可能なリフレクタによって傾斜された光ビームを受光し、アイボックスにわたって、光ビームの複数の部分を供給することにより、光ビームをアイボックスにわたって展開する、瞳複製導波路と、光源からの光ビームを受光して、光ビームを傾斜可能なリフレクタに結合し、傾斜可能なリフレクタからの最初の反射がなされた光ビームを、可変の角度の２倍の角度で受光して、光ビームを傾斜可能なリフレクタへ向きを変えて戻し、傾斜可能なリフレクタから２度目の反射がなされた光ビームを受光して、光ビームを瞳複製導波路に結合する、マルチパスカプラとを含む。
【0014】
光源およびマルチパスカプラが、瞳複製導波路の両側に配置されている実施形態では、瞳複製導波路は、光源から供給される光ビームを、瞳複製導波路を通して伝搬し、マルチパスカプラに結合するための開口を、瞳複製導波路内に含むことができる。傾斜可能なリフレクタは、傾斜可能な微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）のリフレクタを含むことができる。マルチパスカプラは、傾斜可能なリフレクタによる最初の反射がなされた光を中継して、傾斜可能なリフレクタに戻す、瞳オートリレーを含むことができる。
【0015】
本開示によれば、アイボックスにおいて角領域の画像を供給するニアアイディスプレイがさらに提供される。ニアアイディスプレイは、第１の光ビームを供給する第１の光源と、第２の光ビームを供給する第２の光源と、第１および第２の光ビームを可変の角度で反射する、傾斜可能なリフレクタと、傾斜可能なリフレクタによって傾斜された第１および第２の光ビームを受光し、アイボックスにわたって、第１および第２の光ビームの複数の部分を供給することにより、第１および第２の光ビームをアイボックスにわたって展開する、瞳複製導波路とを含む。瞳複製導波路は、第１の偏光状態の光をインカップリングするが、第１の偏光状態に直交する第２の偏光状態の光を透過する、偏光選択性インカプラを含む。ニアアイディスプレイは、傾斜可能なリフレクタによって傾斜された光ビームを受光し、アイボックスにわたって、光ビームの複数の部分を供給することにより、光ビームをアイボックスにわたって展開する、瞳複製導波路と、光源からの光ビームを受光して、光ビームを傾斜可能なリフレクタに結合し、傾斜可能なリフレクタからの最初の反射がなされた光ビームを、可変の角度の２倍の角度で受光して、光ビームを傾斜可能なリフレクタへ向きを変えて戻し、傾斜可能なリフレクタから２度目の反射がなされた光ビームを受光して、光ビームを瞳複製導波路に結合する、マルチパスカプラとをさらに含む。第１および第２の光源は、瞳複製導波路の、第１および第２の湾曲したリフレクタとは反対側に配置され得る。
【0016】
第１および第２の光源が、瞳複製導波路の、第１および第２の湾曲したリフレクタと同じ側に配置されている実施形態では、ニアアイディスプレイは、第１の光源と第１の湾曲したリフレクタとの間の光路にある第１の折曲げミラー、ならびに第２の光源と第２の湾曲したリフレクタとの間の光路にある第２の折曲げミラーをさらに含むことができる。
【0017】
本発明はさらに、アイボックスにおいて角領域の画像を供給するニアアイディスプレイに言及し、ニアアイディスプレイは、
－ 第１の光ビームを供給する第１の光源と、
－ 第２の光ビームを供給する第２の光源と、
－ 第１および第２の光ビームを可変の角度で反射する、傾斜可能なリフレクタと、
－ 傾斜可能なリフレクタによって傾斜された第１および第２の光ビームを受光し、アイボックスにわたって、第１および第２の光ビームの複数の部分を供給することにより、第１および第２の光ビームをアイボックスにわたって展開する、瞳複製導波路であって、瞳複製導波路が、第１の偏光状態の光をインカップリングするが、第１の偏光状態に直交する第２の偏光状態の光を透過する、偏光選択性インカプラを備える、瞳複製導波路と、
－ 第１の光源からの第１の光ビームを受光し、第２の偏光状態である第１の光ビームを、傾斜可能なリフレクタに向けて反射し、偏光選択性インカプラを通す、第１の湾曲したリフレクタと、
－ 第２の光源からの第２の光ビームを受光し、第２の偏光状態である第２の光ビームを、傾斜可能なリフレクタに向けて反射し、偏光選択性インカプラを通す、第２の湾曲したリフレクタと
を備える。
第１および第２の光ビームは、傾斜可能なリフレクタから反射されると、第１の偏光状態になり、これにより第１および第２の光ビームが、瞳複製導波路にインカップリングされる。
－ 第１の光ビームを供給する第１の光源と、
－ 第２の光ビームを供給する第２の光源と、
－ 第１および第２の光ビームを可変の角度で反射する、傾斜可能なリフレクタと、
－ 傾斜可能なリフレクタによって傾斜された第１および第２の光ビームを受光し、アイボックスにわたって、第１および第２の光ビームの複数の部分を供給することにより、第１および第２の光ビームをアイボックスにわたって展開する、瞳複製導波路であって、瞳複製導波路が、第１の偏光状態の光をインカップリングするが、第１の偏光状態に直交する第２の偏光状態の光を透過する、偏光選択性インカプラを備える、瞳複製導波路と、
－ 第１の光源からの第１の光ビームを受光し、第２の偏光状態である第１の光ビームを、傾斜可能なリフレクタに向けて反射し、偏光選択性インカプラを通す、第１の湾曲したリフレクタと、
－ 第２の光源からの第２の光ビームを受光し、第２の偏光状態である第２の光ビームを、傾斜可能なリフレクタに向けて反射し、偏光選択性インカプラを通す、第２の湾曲したリフレクタと
を備える。
第１および第２の光ビームは、傾斜可能なリフレクタから反射されると、第１の偏光状態になり、これにより第１および第２の光ビームが、瞳複製導波路にインカップリングされる。
【0018】
一実施形態では、第１および第２の光源が、瞳複製導波路の、第１および第２の湾曲したリフレクタとは反対側に配置され得る。
【0019】
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】
【0020】
【図1】この開示のマルチパススキャナスキャナを含む、ニアアイディスプレイの概略構成図である。
【図2】同じ傾斜可能なリフレクタからの光ビームを確実に２度反射させるために、偏光ダイバーシティを使用する、偏光ベースのマルチパスカプラの概略図である。
【図3】光ビームを伝搬するための、入力カプラ内の小さな開口を含む、瞳複製導波路の入力カプラの３次元の図である。
【図6A】偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）をベースとするマルチパススキャナを含むニアアイディスプレイの、光源から傾斜可能なリフレクタ、反射偏光子までの、光の伝搬を示す、光線トレース断面図である。
【図6B】偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）をベースとするマルチパススキャナを含むニアアイディスプレイの、光源から傾斜可能なリフレクタ、反射偏光子を経由して、反射偏光子から傾斜可能なリフレクタに戻る、光の伝搬を示す、光線トレース断面図である。
【図6C】偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）をベースとするマルチパススキャナを含むニアアイディスプレイの、光源から傾斜可能なリフレクタ、反射偏光子を経由して、反射偏光子から傾斜可能なリフレクタに戻り、傾斜可能なリフレクタから反射偏光子を通って瞳複製導波路に戻る、光の伝搬を示す、光線トレース断面図である。
【図6D】偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）をベースとするマルチパススキャナを含むニアアイディスプレイの、光源から傾斜可能なリフレクタ、反射偏光子を経由して、反射偏光子から傾斜可能なリフレクタに戻り、傾斜可能なリフレクタから反射偏光子を通って瞳複製導波路に戻る、折り曲げられた光路全体を示す、光の伝搬を示す、光線トレース断面図である。
【図7】反射された光ビームの向きを変えて傾斜可能なリフレクタに戻す反射偏光子を含む、マルチパススキャナの実施形態の概略構成図である。
【図8】反射された光ビームの向きを変えて傾斜可能なリフレクタに戻す瞳オートリレーを含む、マルチパススキャナの実施形態の概略構成図である。
【図9A】光ビームを傾斜可能なリフレクタに向けて反射し、瞳複製導波路を通す、一対の湾曲したリフレクタを含む、ニアアイディスプレイの光線トレース断面図である。
【図9B】光ビームを傾斜可能なリフレクタに向けて反射し、瞳複製導波路を通す、一対の湾曲したリフレクタを含む、ニアアイディスプレイの３Ｄワイヤフレーム図である。
【図10A】光ビームを傾斜可能なリフレクタに向けて反射し、瞳複製導波路を通す、４つの湾曲したリフレクタを含む、ニアアイディスプレイの光線トレース３Ｄ立体図である。
【図10B】光ビームを傾斜可能なリフレクタに向けて反射し、瞳複製導波路を通す、４つの湾曲したリフレクタを含む、ニアアイディスプレイの３Ｄワイヤフレーム図である。
【図11A】光源が、瞳複製導波路の、湾曲したリフレクタと同じ側に配置されており、傾斜可能なリフレクタが傾斜していない場合の、光ビームを傾斜可能なリフレクタに向けて反射し、瞳複製導波路を通す、一対の湾曲したリフレクタを含むニアアイディスプレイの光線トレース断面図である。
【図11B】光源が、瞳複製導波路の、湾曲したリフレクタと同じ側に配置されており、傾斜可能なリフレクタが傾斜している場合の、光ビームを傾斜可能なリフレクタに向けて反射し、瞳複製導波路を通す、一対の湾曲したリフレクタを含むニアアイディスプレイの光線トレース断面図である。
【図12A】本明細書で開示されているニアアイディスプレイで使用可能な、マルチエミッタ光源の正面図である。
【図12B】本明細書で開示されているニアアイディスプレイで使用可能な、マルチエミッタ光源の正面図である。
【図12C】本明細書で開示されているニアアイディスプレイで使用可能な、マルチエミッタ光源の正面図である。
【図13A】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14A】本開示のヘッドマウントディスプレイヘッドセットの等角図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
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。
【0022】
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から図３、図４Ａおよび図４Ｂ、図５Ａおよび図５Ｂ、図６Ａから図６Ｅ、図７、図８、図９Ａおよび図９Ｂ、図１０Ａおよび図１０Ｂ、ならびに図１１Ａおよび図１１Ｂにおいて、同様の参照番号は、同様の要素を示す。
【0023】
図１を参照すると、ニアアイディスプレイ１００は、瞳複製導波路１３６に光学的に結合されたマルチパススキャナ１３０を含む。マルチパススキャナ１３０は、ディスプレイのＦＯＶにわたって可変の明るさおよび／または色の光ビーム１０２を走査することにより、瞳複製導波路１３６へ、角領域の画像を供給するために使用され得る。光ビーム１０２は、光源１０４から放射される。
【0024】
マルチパススキャナ１３０は、光源１０２から供給される光ビーム１０２を反射する、傾斜可能なリフレクタ１０６を含む。光ビーム１０２は、傾斜可能なリフレクタ１０６を可変の角度で傾斜させることにより、走査または操縦される。傾斜可能なリフレクタ１０６は、傾斜可能なリフレクタ１０６の電極に制御信号を印加することにより制御可能な角度で傾斜可能な、微小電気機械（ＭＥＭＳ）リフレクタを含むことができる。ＭＥＭＳリフレクタは、たとえば、ミラーおよび／または格子を含むことができる。マルチパススキャナ１３０は、光源１０２から光ビーム１０２を受光し、光ビーム１０２を傾斜可能なリフレクタ１０６に結合するよう構成された、マルチパスカプラ１４０をさらに含む。マルチパスカプラ１４０は、光ビーム１０２を傾斜可能なリフレクタ１０６に向け、傾斜可能なリフレクタ１０６から、傾斜可能なリフレクタ１０６の傾斜角の２倍の角度で最初の反射がなされた（事象３１１）光ビーム１０２を受光し、２度目の反射のために、光ビーム１０２の向きを変えて傾斜可能なリフレクタ１０６に戻す。光ビーム１０２を傾斜可能なリフレクタ１０６に結合して戻すマルチパスカプラ１４０の部分１４１は、たとえば、ミラーまたは瞳オートリレーを含むことができる。両方の例を、以下でさらに考察することにする。
【0025】
マルチパスカプラ１４０は、光ビーム１０２の向きを変えて傾斜可能なリフレクタ１０６に戻し、傾斜可能なリフレクタから、可変の角度の４倍に増加した角度で２度目の反射がなされた（事象１３２）光ビーム１０２を受光し、光ビームを、マルチパススキャナ１３０の射出瞳１３４に結合する。光ビーム１０２の角度の増加は、傾斜可能なリフレクタ１０６からの複数回の反射によるものである。瞳複製導波路１３６は、射出瞳１３４の近くに配置することができ、傾斜可能なリフレクタ１０６の可変の傾斜角の４倍の角度で光ビームを受光する。いくつかの実施形態では、マルチパスカプラ１４０は、光源１０４と射出瞳１０２との間で、１よりも大きいかまたは小さい光学倍率を有する。この場合、射出瞳１３４での光ビーム１０２の角度は、傾斜可能なリフレクタ１０６の傾斜角の４倍とは異なることがあり、典型的には、傾斜可能なリフレクタ１０６の傾斜角よりも大きい。
【0026】
いくつかの実施形態では、マルチパスカプラ１４０は、光ビーム１０２を確実に、傾斜可能なミラー１０６から２度反射させる、偏光ダイバーシティ構成に基づくことができる。図２を参照すると、マルチパスカプラ２４０は、第１の偏光状態を有する光を反射し、第１の偏光状態に直交する第２の偏光状態を有する光を透過する、反射偏光子２０８を含む。第１および第２の偏光状態は、たとえば、直交する直線偏光状態、または逆の掌性の円偏光状態であり得る。
【0027】
４分の１波長板（ＱＷＰ）２１１は、反射偏光子２０８と傾斜可能なリフレクタ１０６との間の光路に配置され、ＱＷＰ２１１を２度通過して伝搬すると、光の偏光状態を第１の偏光状態と第２の偏光状態との間で変換するよう構成される。動作中、第２の偏光状態ＰＳ２を有する光ビーム１０２は、順に、瞳複製導波路１３６を通り、反射偏光子２０８およびＱＷＰ２１１を通って伝搬し、傾斜可能なリフレクタ１０６に衝突し、傾斜可能なリフレクタによって最初の反射がなされ（事象２３１）、再びＱＷＰ２１１を通って伝搬し、これにより第１の偏光状態ＰＳ１に変換され、反射偏光子２０８によって反射され、ＱＷＰ２１１を通って伝搬し、傾斜可能なリフレクタへの２度目の衝突をなし、傾斜可能なリフレクタによって２度目の反射がなされ（事象２３２）、ＱＷＰ２１１を通って伝搬し、これにより第２の偏光状態ＰＳ２に変換されて戻り、この結果、反射偏光子２０８を通って瞳複製導波路１３６に向かって伝搬し、光ビーム１０２は瞳複製導波路１３６にインカップリングして伝搬する。
【0028】
光ビーム１０２は、例示のためだけに、図２で縦に離されて示されていることを理解されたい。実際のデバイスでは、光ビーム１０２は、反射の法則に従って、傾斜可能なリフレクタ１０６への垂直の入射角で、同じ経路に沿って伝搬し、傾斜可能なリフレクタ１０６へのゼロでない入射角で、同じ経路からずれ得る。インカプラ、たとえば図３に示されている格子インカプラ３４２を使用して、光ビーム１０２を瞳複製導波路１３６にインカップリングすることができる。光ビーム１０２が、最初の入射で瞳複製導波路１３６にインカップリングされないことを確実にするために、格子インカプラ３４２は、開口３４３を含むことができる。光ビーム１０２は、開口３４３に集束され、実質的に損失なしに、格子インカプラ３４２を通って伝搬することができる。
【0029】
ここで、図２の偏光ベースのマルチパスカプラ２４０の実施態様を考察することにする。図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、ニアアイディスプレイ４００は、瞳複製導波路１３６に結合されたマルチパススキャナ４３０を含む。マルチパススキャナ４３０は、光源４０４、傾斜可能なリフレクタ４０６、およびマルチパスカプラ４４０を含む。光源４０４は、瞳複製導波路１３６の、傾斜可能なリフレクタ４０６およびマルチパスカプラ４４０とは反対側に配置されている。マルチパスカプラ４４０は、正の光パワー（すなわち、集束力）を有する第１のレンズ要素４１４を含む。第１のレンズ要素４１４は、傾斜可能なリフレクタ４０６の近くに凸面を含み、また凸面と同軸の、凹形の反対側の面を含むことができる。凸面は、第１のレンズ要素４１４の凸面と同じ形状であり得る、反射偏光子４０８を支持している。ＱＷＰ４１１は、反射偏光子４０８と傾斜可能なリフレクタ４０６との間に配置されている。ＱＷＰ４１１は、傾斜可能なリフレクタ４０６の、図示されていない筐体の窓によって支持されてもよく、さらには傾斜可能なリフレクタ４０６自体によって支持されてもよく、または反射偏光子４０８に積層されてもよい。
【0030】
マルチパスカプラ４４０は、第１のレンズ要素４１４と、瞳複製導波路１３６の近くに位置する射出瞳との間に配置された、第２のレンズ要素４１６をさらに含むことができる。動作中、光源４０４は、瞳複製導波路１３６（図３）の入力カプラ３４２内の開口３４３に収束する、光ビーム４０２を供給する。光ビーム４０２（図４Ａおよび図４Ｂ）は、開口３４３を通って伝搬し、マルチパスカプラ４４０に結合される。次いで、光ビーム４０２は、順に、第２のレンズ要素４１６を通り、第１のレンズ要素４１４を通って伝搬し、傾斜可能なリフレクタ４０６に衝突し、傾斜可能なリフレクタ４０６によって反射され、反射偏光子４０８によって反射され、傾斜可能なリフレクタ４０６に衝突し、傾斜可能なリフレクタ４０６によって２度目の反射がなされ、第１のレンズ要素４１４を通って伝搬し、第２のレンズ要素４１６を通って伝搬し、瞳複製導波路１３６に位置するマルチパススキャナ４３０の射出瞳に衝突する。第１のレンズ要素４１４および第２のレンズ要素４１６の表面は、瞳複製導波路１３６での光ビーム４０２の必要なコリメーションを実現するよう最適化され得る。上記の光路は、図２を参照して上記のように構成された、反射偏光子４０８およびＱＷＰ４１１の位置および向きによって画定される。
【0031】
ここで図５Ａおよび図５Ｂに目を向けると、ニアアイディスプレイ５００は、瞳複製導波路５３６に結合されたマルチパススキャナ５３０を含む。マルチパススキャナ５３０は、光源５０４、傾斜可能なリフレクタ５０６、およびマルチパスカプラ５４０を含む。光源５０４は、瞳複製導波路５３６の、傾斜可能なリフレクタ５０６およびマルチパスカプラ５４０と同じ側に配置されている。マルチパスカプラ５４０は、正の光パワーを有する第１のレンズ要素５１４を含む。第１のレンズ要素５１４は、傾斜可能なリフレクタ５０６の近くに凸面を含み、また凸面と同軸の、凹形の反対側の面を含むことができる。凸面は、第１のレンズ要素５１４の凸面と同じ形状であり得る、反射偏光子５０８を支持している。ＱＷＰ５１１は、反射偏光子５０８と傾斜可能なリフレクタ５０６との間に配置されている。ＱＷＰ５１１は、傾斜可能なリフレクタ５０６の、図示されていない筐体の窓によって支持されてもよく、さらには傾斜可能なリフレクタ５０６自体によって支持されてもよく、または反射偏光子４０８に積層されてもよい。
【0032】
マルチパスカプラ５４０は、第１の同軸の光学面５２１および第２の同軸の光学面５２２を有する、第２のレンズ要素５１６をさらに含むことができ、第１の光学面５２１は、第１のレンズ要素５１４に向かい合っている。側面５２０は、光源５０４から供給される光ビーム５０２を第２のレンズ要素５１６に入力するために、第１の光学面５２１と第２の光学面５２２との間に配置され得る。埋め込まれたターンミラー５１８は、光ビーム５０２を第２のレンズ要素５１６の第１の光学面５２１の方へ、さらに第１のレンズ要素５１４を通過する方へ向けるために、第２のレンズ要素５１６の側面５２０を通して入力された光ビーム５０２の、第２のレンズ要素５１６内の光路に配置され得る。
【0033】
光ビーム５０２は、側面５２０を通って伝搬し、埋め込まれたターンミラー５１８によって反射される。次いで、光ビーム４０２は、順に、第２のレンズ要素５１６の第１の表面５２１を通り、第１のレンズ要素５１４を通って伝搬し、傾斜可能なリフレクタ５０６に衝突し、傾斜可能なリフレクタ５０６によって反射され、反射偏光子５０８によって反射され、傾斜可能なリフレクタ５０６に衝突し、傾斜可能なリフレクタ５０６によって再度反射され、第１のレンズ要素５１４を通って伝搬し、第２のレンズ要素５１６を通って伝搬し、瞳複製導波路５３６に位置するマルチパススキャナ５３０の射出瞳に衝突する。第１のレンズ要素５１４および第２のレンズ要素５１６の表面は、瞳複製導波路５３６での光ビーム５０２の必要なコリメーションを実現するよう最適化され得る。上記の光路は、図２を参照した上記のものと同様の構成で配置された、反射偏光子５０８およびＱＷＰ５１１の位置および向きによって画定される。
【0034】
図６Ａから図６Ｅを参照すると、ニアアイディスプレイ６００は、瞳複製導波路６３６に結合されたマルチパススキャナ６３０を含む。マルチパススキャナ６３０は、光源６０４、傾斜可能なリフレクタ６０６、たとえば窓６０７を有するパッケージ化されたＭＥＭＳの傾斜可能なリフレクタ、およびマルチパスカプラ６４０を含む。図４Ａおよび図４Ｂのマルチパスカプラ４４０ならびに図５Ａおよび図５Ｂのマルチパスカプラ５４０と同様に、図６Ａから図６Ｒのマルチパスカプラ６４０は、第１の偏光状態を有する光を反射し、第１の偏光状態に直交する第２の偏光状態を有する光を透過する反射偏光子６０８、ならびに反射偏光子６０８と傾斜可能なリフレクタ６０６との間の光路に配置された第１のＱＷＰ６１１を含むという点で、図２の偏光ベースの２度反射の構成を採用している。
【0035】
マルチパスカプラ５４０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偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）６５８と、ＰＢＳ６５８を出る光ビームを反射してＰＢＳ６５８の方に戻す、ＰＢＳ６５８の隣接する表面に近い、第１の湾曲したリフレクタ６６１および第２の湾曲したリフレクタ６６２とをさらに含む。第１の湾曲したリフレクタ６６１および反射偏光子６０８は、ＰＢＳ６５８の両側、すなわち、図６Ａから図６ＥのＰＢＳ６５８の下および上に配置することができ、第２の湾曲したリフレクタ６６２および傾斜可能なリフレクタ６０６は、ＰＢＳ６５８の他方の両側、すなわちＰＢＳ６５８の右および左に配置することができる。第１の湾曲したリフレクタ６６１および第２の湾曲したリフレクタ６６２はそれぞれ、湾曲したリフレクタの遠位の（すなわち、ＰＢＳ６５８から最も遠い）凸面に反射コーティングを備えた、凹レンズを含むことができる。反射コーティングは、リフレクタの光軸の方向に間隔をあけて配置された、いくつかのコーティングを含むことができる。こうしたコーティングのいくつかは、表示されるべき画像の特定のカラーチャネルの光を選択的に反射する、ダイクロイックであり得る。かかる構成を使用して、システムの色収差を補償することができる。
【0036】
マルチパスカプラ５４０は、ＰＢＳ６５８と第１の湾曲したリフレクタ６６１との間の光路に配置され、第２のＱＷＰ６１２を２度通過して伝搬すると、光の偏光状態が第１の偏光状態と第２の偏光状態との間で変換されるよう構成される、第２のＱＷＰ６１２、ならびにＰＢＳ６５８と第２の湾曲したリフレクタ６６２との間の光路に配置され、第３のＱＷＰ６１３を２度通過して伝搬すると、光の偏光状態が第１の偏光状態と第２の偏光状態との間で変換されるよう構成される、第３のＱＷＰ６１３をさらに含む。マルチパスカプラ５４０は、ＰＢＳ６５８と傾斜可能なリフレクタ６０６との間の光路にある第１のレンズ要素６７１、ならびにＰＢＳ６５８と反射偏光子６０８との間の光路にある第２のレンズ要素６７２とをさらに含むことができる。マルチパスカプラ５４０を通る光の伝搬は、ＰＢＳ６５８の７度の通過を含み、図６Ａ、図６Ｂ、および図６Ｃに順次描かれているいくつかのステップで、以下に考察することにする。
【0037】
光源６０４から放射される光ビーム６０２の、ＰＢＳ６５８を通る最初の３度の通過が、図６Ａに示されている。本明細書では、図６Ｂから図６Ｅにおいて、第１の偏光状態は、図６Ａから図６Ｅに垂直に配向された直線偏光状態であり、第２の偏光状態は、図６Ａから図６Ｅの平面内に配向された直線偏光状態である。光源６０４（図６Ａ）にから放射された光ビーム６０２は、円偏光されている。光ビーム６０２は、第１の湾曲したリフレクタ６６１内の開口６４３を通って伝搬するよう集束される。光ビーム６０２は、次いで、第２のＱＷＰ６１２を通って伝搬し、第１の偏光状態にある間、ＰＢＳ６５８に衝突し、ＰＢＳ６５８によって反射されて傾斜可能なリフレクタ６０６に向かい、第１のＱＷＰ６１１を通って伝搬し、傾斜可能なリフレクタ６０６によって最初の反射がなされ、再び第１のＱＷＰ６１１を通って伝搬し、これにより第２の偏光状態に変換され、ＰＢＳ６５８および第３のＱＷＰ６１３を通って伝搬し、第２の湾曲したリフレクタ６６２に衝突し、再び第３のＱＷＰ６１３を通って伝搬し、これにより第１の偏光状態に変換して戻され、したがって、ＰＢＳ６５８によって反射されて反射偏光子６０８に向かう。
【0038】
光ビーム６０２の、ＰＢＳ６５８を通る次の２度の通過が、図６Ｂに示されている。光ビーム６０２は、第１の偏光状態でＰＢＳ６５８によって反射され、反射偏光子６０８に向かい、図示のように、ＰＢＳ６５８に向かって伝搬して戻り、ＰＢＳ６５８によって反射され、第２の湾曲したリフレクタ６６２に向かい、第３のＱＷＰ６１３を通って伝搬し、第２の湾曲したリフレクタ６６２によって反射され、再び第３のＱＷＰ６１３を通って伝搬し、これにより第２の偏光状態に変換され、ＰＢＳ６５８を通り、第１のＱＷＰ６１１を通って伝搬し、傾斜可能なリフレクタ６０６によって２度目の反射がなされ、ＰＢＳ６５８に向かう。
【0039】
光ビーム６０２の、ＰＢＳ６５８を通る最後の２度の通過が、図６Ｃに示されている。傾斜可能なリフレクタ６０６によって２度目の反射がなされた光ビーム６０２は、再び第１のＱＷＰ６１１を通って伝搬し、これにより第１の偏光状態に変換され、ＰＢＳ６５８によって第１の湾曲したリフレクタ６６１の方へ反射され、第２のＱＷＰ６１２を通って伝搬し、第１の湾曲したリフレクタ６６１によって反射され、再び第２のＱＷＰ６１２を通って伝搬し、これにより第２の偏光状態に変換され、ＰＢＳ６５８を通って伝搬し、反射偏光子６０８を通って、瞳複製導波路６３６の近くに位置する射出瞳へ伝搬する。
【0040】
ニアアイディスプレイ６００内での光ビーム６０２の全光路が、図６Ｄに示されている。図６Ｅは、光ビーム６０２の主光線６９９の全光路を示している。要約すると、主光線６９９は、１つの立方体の幅の光路を７度通過する。立方体を通る最初の３度の通過が図６Ａに描かれ、次の２度の通過が図６Ｂに描かれ、最後の２度の通過が図６Ｃに描かれている。さらに、傾斜可能なリフレクタ６０６の瞳は、最初に反射偏光子６０２に中継され、次いで傾斜可能なリフレクタ６０６自体に中継されて戻り（反射角を２倍にする）、次いで反射偏光子６０８に中継されて戻り、今度は瞳複製導波路６３６の方に透過する。
【0041】
図４Ａおよび図４Ｂのマルチパスカプラ４４０、図５Ａおよび図５Ｂの５４０、および図６Ａから図６Ｅの６４０は、同様の機能を実行し、第１に、光源から放射された光ビームを傾斜可能なリフレクタに結合し、第２に、傾斜可能なリフレクタによって反射された光ビームを傾斜可能なリフレクタに戻して結合し、第３に、傾斜可能なリフレクタから複数回反射された光ビームを、射出瞳または瞳複製導波路に結合する。したがって、上記のマルチパスカプラは、それぞれが、光源から供給された光を傾斜可能なリフレクタに結合することを担当する第１のカプラ部分、傾斜可能なリフレクタによって反射された光を傾斜可能なリフレクタに戻して結合する第２のカプラ部分、および傾斜可能なリフレクタから複数回反射された光を射出瞳に結合する第３の結合部分を有するものと、説明することができる。マルチパスカプラの相異なる部分が、同じ光学素子を共有する場合がある。これは、以下で考察する図７および図８に示されている。
【0042】
最初に図７を参照して、さらに図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、および図５Ｂを参照すると、マルチパスカプラ７４０（図７）は、図４Ａおよび図４Ｂのマルチパスカプラ４４０および図５Ａおよび図５Ｂのマルチパスカプラ５４０を表している。マルチパスカプラ７４０の第１の部分７８１（図７）は、光源７０４から供給される光を、傾斜角αだけ傾斜して図７に示されている、傾斜可能なリフレクタ７０６に結合する。第１の部分７８１は、たとえば、瞳複製導波路１３６内の開口３４３、ならびに第１のレンズ要素４１４および第２のレンズ要素４１６（図４Ａおよび図４Ｂ）、または埋め込まれた方向転換ミラー５１８、ならびに第１のレンズ要素５１４および第２のレンズ要素５１６（図５Ａおよび図５Ｂ）を含むことができる。第２の部分７８２（図７）は、傾斜角αの２倍で傾斜可能なリフレクタ７０６によって反射された光を、傾斜可能なリフレクタ７０６へ戻して結合する。光は、傾斜可能なリフレクタ７０６からの光を反射して、傾斜可能なリフレクタ７０６に向かって戻す、リフレクタによって結合される。たとえば、反射偏光子４０８（図４Ａおよび図４Ｂ）は、光ビーム４０２を反射して傾斜可能なリフレクタ４０６に向かって戻し、図５Ａおよび図５Ｂの反射偏光子５０８（図５Ａおよび図５Ｂ）は、光ビーム５０２を反射して傾斜可能なリフレクタ５０６に向かって戻す。マルチパスカプラ７４０の第３の部分７８３（図７）は、傾斜角αの４倍で、２度目の反射がなされた光を、瞳複製導波路７３６の近くに位置する射出瞳に結合する。第３の部分７８３はまた、第１のレンズ要素４１４および第２のレンズ要素４１６（図４Ａおよび図４Ｂ）、ならびに第１のレンズ要素５１４および第２のレンズ要素５１６（図５Ａおよび図５Ｂ）を含むことができる。
【0043】
ここで図８を参照して、さらに図６Ａから図６Ｅを参照すると、マルチパスカプラ８４０（図８）は、図６Ａから図６Ｅのマルチパスカプラ６４０を表している。マルチパスカプラ８４０の第１の部分８８１（図８）は、光源８０４から供給される光を、傾斜角αだけ傾斜して図８に示されている、傾斜可能なリフレクタ８０６に結合する。第１の部分８８１は、たとえば、第１の湾曲したリフレクタ６６１内の開口６４３、ＰＢＳ６５８、および第１のレンズ要素６７１（図６Ａ）を含むことができる。第２の部分８８２（図８）は、傾斜角αの２倍で、傾斜可能なミラーによって反射された光８０２＊を、傾斜可能なミラー７０６の同じ位置へ戻して結合する。光は、マルチパスカプラ８４０内で、傾斜可能なリフレクタ８０６によって最初の反射がなされた光８０２＊を中継して、傾斜可能なリフレクタ８０６の同じ位置に戻す、瞳オートリレーによって結合される。瞳オートリレーは、図６Ａおよび図６Ｂのマルチパスカプラ６４０では、第１のレンズ要素６７１、ＰＢＳ６５８、第２の湾曲したリフレクタ６６２、および第２のレンズ要素６７２によって表され、光ビーム６０２を、傾斜可能なリフレクタ６０６の同じ位置に戻す。マルチパスカプラ８４０の第３の部分８８３（図８）は、傾斜角αの４倍で、２度目の反射がなされた光を、射出瞳に結合する。第３の部分８８３はまた、第１のレンズ要素６７１、ＰＢＳ６５８、第１の湾曲したリフレクタ６６１、および第２のレンズ要素６７２（図６Ｃ）を含むことができる。第３の部分８８３も瞳リレーであり、したがって、第３の部分８８３は、傾斜角αの４倍の光を、傾斜角ゼロで同じ位置に戻す。瞳リレーおよび／または瞳オートリレーを使用することにより、傾斜可能なミラー６０６、８０６のサイズ、および瞳複製導波路６３６、８３６の格子インカプラのサイズを低減することが可能となるので、有益である。
【0044】
図９Ａを参照すると、ニアアイディスプレイ９００は、第１の光ビーム９０１を供給する第１の光源９０３、および第２の光ビーム９０２を供給する第２の光源９０４を含む。傾斜可能なリフレクタ９０６は、第１の光ビーム９０１および第２の光ビーム９０２を、可変の角度で反射するよう構成される。瞳複製導波路９３６は、傾斜可能なリフレクタ９０６によって傾斜された第１の光ビーム９０１および第２の光ビーム９０２を受光し、アイボックス９９０にわたって、第１の光ビーム９０１および第２の光ビーム９０２の複数の部分を供給することにより、第１の光ビーム９０１および第２の光ビーム９０２をアイボックス９９０にわたって展開するよう構成され、これによりニアアイディスプレイ９００のユーザは、ニアアイディスプレイ９００が供給する角領域における画像を、快適に見ることができる。瞳複製導波路９３６は、第１の偏光状態の光を瞳複製導波路９３６にインカップリングするが、第１の偏光状態に直交する第２の偏光状態の光を透過する、偏光選択性インカプラ９４２を含む。
【0045】
ニアアイディスプレイ９００は、第１の光源９０３からの第１の光ビーム９０１を受光し、第２の偏光状態である第１の光ビーム９０１を、傾斜可能なリフレクタ９０６に向けて反射し、偏光選択性インカプラ９４２を通すよう構成される、第１の湾曲したリフレクタ９６１をさらに含む。第１の光源９０３で生成された第１の光ビーム９０１は、第２の偏光状態にあるので、第１の光ビーム９０１は、実質的に、瞳複製導波路９３６に結合することなく、インカプラ９４２を通って伝搬する。
【0046】
同様に、第２の湾曲したリフレクタは、第２の光源９０４からの第２の光ビーム９０２を受光し、第２の偏光状態である第２の光ビーム９０２を、傾斜可能なリフレクタ９０６に向けて反射し、実質的に瞳複製導波路９３６へ結合することなく、偏光選択性インカプラ９４２を通すよう構成され得る。第１の光源９０３および第２の光源９０４は、瞳複製導波路の、第１の湾曲したリフレクタ９６１および第２の湾曲したリフレクタ９６２とは反対側に配置されている。第１の湾曲したリフレクタ９６１および第２の湾曲したリフレクタ９６２は、図６Ａから図６Ｅの湾曲したリフレクタ６６１および６６２と同様に構築され得る。
【0047】
第１および第２の光ビームは、傾斜可能なリフレクタから反射されると、第１の偏光状態に変換される。変換は、傾斜可能なリフレクタ９０６と瞳複製導波路９３６との間の光路に配置された、専用の偏光変換素子のおかげで容易であり得る。いくつかの実施形態では、変換は、偏光変換素子がなくても行われ得る。たとえば、第１の偏光状態と第２の偏光状態とが、逆の掌性の円偏光状態である実施形態では、第２の偏光状態から第１の偏光状態への変換は、傾斜可能なリフレクタ９０６、またはさらに言えば任意のリフレクタからの反射時に生じる。というのは、反射時に、光電場のＸ成分とＹ成分との間の位相関係は維持されるが、伝搬方向が逆になり、これにより円偏光の掌性が逆の掌性に変わるからである。このため、第１の光ビーム９０１および第２の光ビーム９０２は、インカプラ９４２によって瞳複製導波路９３６にインカップリングされる。
【0048】
第１の光源９０３および第２の光源９０４によってそれぞれ生成された第１の光ビーム９０１および第２の光ビーム９０２は、ニアアイディスプレイ９００の視野（ＦＯＶ）の様々な部分にわたって走査され、これによりＦＯＶ全体に展開する。ＦＯＶの一部が重なり合い、これにより、空間分解能、全体的な明るさなどを向上させるために使用され得る、冗長なエリアを設けることができる。
【0049】
図１０Ａおよび図１０Ｂを参照すると、ニアアイディスプレイ１０００は、図９のニアアイディスプレイ９００と同様であり、同様の要素、たとえば瞳複製導波路１０３６、傾斜可能なミラー１００６などを含む。図１０Ａおよび図１０Ｂのニアアイディスプレイ１０００は、傾斜可能なリフレクタ１０６１、１６０６２、１０６３、および１０６４によってそれぞれ反射され、傾斜可能なリフレクタの対応するＦＯＶ部分にわたって傾斜可能なリフレクタ１００６によって走査される、２つではなく４つの光ビーム１００１、１００２、１０５１、および１０５２を供給する、２つではなく４つの光源１００３、１００４、１０５３、１０５４を含む。
【0050】
図１１Ａおよび図１１Ｂに目を向けると、ニアアイディスプレイ１１００は、図９のニアアイディスプレイ９００と同様であり、同様の要素、すなわち、光源１１０３および１１０４、偏光選択性入力カプラ１１４２を有する瞳複製導波路１１３６、湾曲したリフレクタ１１６１および１１６２、ならびに光源１１０３および１１０４からそれぞれ放射され、湾曲したリフレクタ１１６１および１１６２によってそれぞれコリメートされた光ビーム１１０１および１１０２を、可変の角度で反射する、傾斜可能なリフレクタ１１０６を含む。図１１Ａおよび図１１Ｂのニアアイディスプレイ１１００は、光源１１０３および１１０４と湾曲したリフレクタ１１６１および１１６２との間の光路にそれぞれ配置された、折曲げミラー１１９１および１１９２をさらに含む。折曲げミラー１１９１および１１０２により、光源１１０３および１１０４を、瞳複製導波路の、湾曲したリフレクタ１１６１および１１６２と同じ側に配置し、これにより、光ビーム１１０１および１１０２が瞳複製導波路１１３６を通過する回数を、減らすことができる。光源１１０３および１１０４は、それぞれ、個別のエミッタのグループ（それぞれ、供給源グループ１および供給源グループ２）を含むことができ、さらに言えば、図１の光源１０４、図４Ａおよび図４Ｂの４０４、図５Ａおよび図５Ｂの５０４、図６Ａから図６Ｅの６０４、図７の７０４、図８の８０４、図９Ａおよび図９Ｂの９０３および９０４、ならびに図１０Ａの１００３、１００４、１０５３、および１０５４もまた、それぞれ複数のエミッタを含むことができる。カラーチャネルごとに、いくつかのエミッタが設けられ得る。
【0051】
図１２Ａ、図１２Ｂ、および図１２Ｃを参照すると、４つの赤色エミッタ１２００Ｒ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１２００Ｇ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１２００Ｂ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１２００Ｒ、１２００Ｇ、および１２００Ｂはそれぞれ、共通の半導体基板を共有するリッジエミッタであり得る。エミッタ１２００Ｒ、１２００Ｇ、および１２００Ｂは、ほんの数例を挙げると、直線パターン（図１２Ａ）、ジグザグパターン（図１２Ｂ）、またはハニカムパターン（図１２Ｃ）に配置され得る。
【0052】
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、エミッタによって生成された光ビームの走査が、グループとして一体に実行され得る。光源が複数の個別のエミッタを含む場合、照射する光ビームは、互いにわずかな角度で共伝搬する複数のサブビームを含む。サブビームの最大角度をなす円錐は、いくつかの実施形態では、５度未満、２度未満、または１度未満であり得る。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。複数の光源がそれぞれ、それぞれの光源自体のコリメータを装備され得る。
【0053】
図１のニアアイディスプレイ１００、図４Ａおよび図４Ｂの４００、図５Ａおよび図５Ｂの５００、図６Ａから図６Ｅの６００、図９Ａおよび図９Ｂの９００、図１０Ａおよび図１０Ｂの１０００、ならびに図１１Ａおよび図１１Ｂの１１００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１３Ａから図１３Ｃに示されている。最初に図１３Ａ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。
【0054】
図１３Ｂは、傾斜度ゼロでの走査角度エリア１３００Ｂ、および関連する内接長方形のＦＯＶ１３０２Ｂを示している。傾斜角ゼロのＦＯＶ１３０２Ｂの立体角は、角度エリア１３００Ｂの大部分をカバーしている。図１３Ｃは、比較すると、傾斜度４０度での走査角度エリア１３００Ｃ、および関連する内接長方形ＦＯＶ１３０２Ｃを示している。ＦＯＶ１３０２Ｃの立体角は、角度エリア１３００Ｃのより小さい割合しか占めておらず、傾斜度ゼロのＦＯＶ１３０２Ｂ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。図１および図２の傾斜可能なリフレクタ１０６、図４Ａおよび図４Ｂの４０６、図５Ａおよび図５Ｂの５０６、図６Ａから図６Ｅの６０６、図７の７０６、図８の８０６、図９Ａおよび図９Ｂの９０６、図１０Ａおよび図１０Ｂの１００６、ならびに図１１Ａおよび図１１Ｂの１１０６は、ＭＥＭＳの傾斜可能なリフレクタの実施形態であり得ることに留意されたい。
【0055】
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。
【0056】
図１４Ａを参照すると、ＨＭＤ１４００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。ＨＭＤ１４００は、たとえば、図１の１００、図４Ａおよび図４Ｂの４００、図５Ａおよび図５Ｂの５００、図６Ａから図６Ｅの６００、図９Ａおよび図９Ｂの９００、図１０Ａおよび図１０Ｂの１０００、ならびに図１１Ａおよび図１１Ｂの１１００の一実施形態である。ＨＭＤ１４００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。ＨＭＤ１４００は、前部本体１４０２およびバンド１４０４を含むことができる。前部本体１４０２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構成され、バンド１４０４は、前部本体１４０２をユーザの頭に固定するよう引き伸ばされ得る。ディスプレイシステム１４８０は、ＡＲ／ＶＲ映像をユーザに提示するために、前部本体１４０２に配置され得る。前部本体１４０２の側面１４０６は、不透明または透明であり得る。
【0057】
いくつかの実施形態では、前部本体１４０２は、ＨＭＤ１４００の加速度を追跡するためのロケータ１４０８および慣性測定ユニット（ＩＭＵ：ｉｎｅｒｔｉａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｕｎｉｔ）１４１０、ならびにＨＭＤ１４００の位置を追跡するための位置センサ１４１２を含む。ＩＭＵ１４１０は、１つまたは複数の位置センサ１４１２から受信した測定信号に基づいて、ＨＭＤ１４００の位置を示すデータを生成する電子デバイスであり、ＨＭＤ１４００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１４１２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、ＩＭＵ１４１０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１４１２は、ＩＭＵ１４１０の外部、ＩＭＵ１４１０の内部、またはこれらの何らかの組合せに配置され得る。
【0058】
ロケータ１４０８は、仮想現実システムがＨＭＤ１４００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。ＩＭＵ１４１０および位置センサ１４１２によって生成された情報は、ＨＭＤ１４００の位置および向きの追跡精度を高めるために、ロケータ１４０８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。
【0059】
ＨＭＤ１４００は、ＨＭＤ１４００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）１４１１をさらに含むことができる。ＤＣＡ１４１１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ＨＭＤ１４００の位置および向きをよりよい精度で判断するために、ＩＭＵ１４１０からの情報と比較され得る。
【0060】
ＨＭＤ１４００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１４１４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、ＨＭＤ１４００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１４８０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１４０２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。
【0061】
図１４Ｂを参照すると、ＡＲ／ＶＲシステム１４５０は、図１４ＡのＨＭＤ１４００、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１４９０、ならびにコンソール１４９０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１４１５を含む。ＨＭＤ１４００は、物理ケーブルでコンソール１４９０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１４９０に接続され得る。複数のＨＭＤ１４００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１４１５を有し、各ＨＭＤ１４００およびＩ／Ｏインタフェース１４１５は、コンソール１４９０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１４５０に含まれてもよい。さらに、図１４Ａおよび図１４Ｂ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１４Ａおよび図１４Ｂ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、ＨＭＤ１４００が、コンソール１４１５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。ＨＭＤ１４００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。
【0062】
図１４Ａを参照して上記で説明されたように、ＨＭＤ１４００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１４１４（図１４Ｂ）、３Ｄ空間におけるＨＭＤ１４００の位置および向きを判断するためのＩＭＵ１４１０、外部環境を取り込むためのＤＣＡ１４１１、ＨＭＤ１４００の位置を単独で判断するための位置センサ１４１２、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１４８０を含むことができる。ディスプレイシステム１４８０は、電子ディスプレイ１４２５（図１４Ｂ）、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１４８０は、光学ブロック１４３０をさらに含み、光学ブロック１４３０の機能は、電子ディスプレイ１４２５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１４８０は、光学ブロック１４３０の一部であり得る、可変焦点モジュール１４３５をさらに含むことができる。可変焦点モジュール１４３５の機能は、光学ブロック１４３０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１４３０の収差をオフセットすることなどである。
【0063】
Ｉ／Ｏインタフェース１４１５は、ユーザがアクション要求を送信し、コンソール１４９０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１４１５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１４９０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１４１５によって受信されたアクション要求は、コンソール１４９０に伝達され、コンソール１４９０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１４１５は、Ｉ／Ｏインタフェース１４１５の初期位置に対するＩ／Ｏインタフェース１４１５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１４１５は、コンソール１４９０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１４９０が、命令をＩ／Ｏインタフェース１４１５に伝達し、コンソール１４９０がアクションを実行するときに、Ｉ／Ｏインタフェース１４１５に触覚フィードバックを生成させることができる。
【0064】
コンソール１４９０は、ＨＭＤ１４００に、ＩＭＵ１４１０、ＤＣＡ１４１１、目線追跡システム１４１４、およびＩ／Ｏインタフェース１４１５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１４Ｂに示されている例では、コンソール１４９０は、アプリケーション記憶部１４５５、追跡モジュール１４６０、および処理モジュール１４６５を含む。コンソール１４９０のいくつかの実施形態は、図１４Ｂ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１４Ａおよび図１４Ｂ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１４９０の構成要素間に分散されてもよい。
【0065】
アプリケーション記憶部１４５５は、コンソール１４９０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、ＨＭＤ１４００またはＩ／Ｏインタフェース１４１５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。
【0066】
追跡モジュール１４６０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１４５０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、ＨＭＤ１４００またはＩ／Ｏインタフェース１４１５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１４６０によって実行される較正はまた、ＨＭＤ１４００内のＩＭＵ１４１０、および／またはもしあれば、Ｉ／Ｏインタフェース１４１５に含まれるＩＭＵから受信した情報も考慮に入れる。さらに、ＨＭＤ１４００の追跡が失われた場合、追跡モジュール１４６０は、ＡＲ／ＶＲシステム１４５０の一部または全部を再較正することができる。
【0067】
追跡モジュール１４６０は、ＨＭＤ１４００もしくはＩ／Ｏインタフェース１４１５の動き、ＩＭＵ１４１０、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１４６０は、たとえば、ＨＭＤ１４００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ＨＭＤ１４００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１４６０はまた、ＩＭＵ１４１０からのＨＭＤ１４００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１４１５に含まれるＩＭＵからの、Ｉ／Ｏインタフェース１４１５の位置を示すデータを使用して、それぞれ、ＨＭＤ１４００の基準点またはＩ／Ｏインタフェース１４１５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１４６０は、ＨＭＤ１４００の今後の場所を予測するために、ＩＭＵ１４１０からの位置またはＨＭＤ１４００を示すデータの一部ばかりでなく、ＤＣＡ１４１１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１４６０は、ＨＭＤ１４００またはＩ／Ｏインタフェース１４１５の推定または予測される今後の位置を、処理モジュール１４６５に供給する。
【0068】
処理モジュール１４６５は、ＨＭＤ１４００から受信した情報に基づいて、ＨＭＤ１４００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１４６５は、ＤＣＡ１４１１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１４６５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。
【0069】
処理モジュール１４６５は、ＡＲ／ＶＲシステム１４５０内でアプリケーションを実行し、追跡モジュール１４６０から、ＨＭＤ１４００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１４６５は、受信した情報に基づいて、ＨＭＤ１４００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１４６５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ＨＭＤ１４００用コンテンツを生成する。さらに、処理モジュール１４６５は、Ｉ／Ｏインタフェース１４１５から受信したアクション要求に応答して、コンソール１４９０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、ＨＭＤ１４００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１４１５による触覚フィードバックであり得る。
【0070】
いくつかの実施形態では、処理モジュール１４６５は、目線追跡システム１４１４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、ＨＭＤ１４００に供給される、電子ディスプレイ１４２５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１４６５は、電子ディスプレイ１４２５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、ＨＭＤ１４００に供給することができる。処理モジュール１４６５は、電子ディスプレイ１４２５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１４５０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１４９０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１４６５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１４２５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。
【0071】
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。
【0072】
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、本明細書で説明されている本開示の最大限の広がりおよび精神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6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図14A】
【図14B】
【国際調査報告】