特表 2023-513024 コンパクトな光アセンブリ

(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】2023-03-30

(54)【発明の名称】コンパクトな光アセンブリ

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20230323BHJP

   G02B 27/48 20060101ALI20230323BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20230323BHJP

   G03H 1/22 20060101ALI20230323BHJP

   H04N 5/64 20060101ALI20230323BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

G02B27/48

G02B5/30

G03H1/22

H04N5/64 511A

H04N5/64 501D

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022546090

(86)(22)【出願日】2021-01-25

(85)【翻訳文提出日】2022-07-28

(86)【国際出願番号】 EP2021051562

(87)【国際公開番号】W WO2021151814

(87)【国際公開日】2021-08-05

(31)【優先権主張番号】2001291.0

(32)【優先日】2020-01-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521309824

【氏名又は名称】ヴィヴィッドキュー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＶｉｖｉｄＱ Ｌｉｍｉｔｅｄ

(74)【代理人】

【識別番号】100107456

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 成人

(74)【代理人】

【識別番号】100162352

【弁理士】

【氏名又は名称】酒巻 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123995

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅一

(72)【発明者】

【氏名】ニューマン， アルフレッド ジェームズ

【テーマコード（参考）】

2H149

2H199

2K008

【Ｆターム（参考）】

2H149AA01

2H149BA02

2H149BA04

2H199CA12

2H199CA23

2H199CA29

2H199CA42

2H199CA45

2H199CA46

2H199CA47

2H199CA64

2H199CA67

2H199CA68

2H199CA70

2H199CA75

2K008AA14

2K008CC03

2K008HH12

2K008HH13

2K008HH19

2K008HH26

(57)【要約】

光アセンブリ（１）は、光源（１１）、光源（１）からの光を変調するための光変調要素（１２）、及び光アセンブリ（１）からの変調された光を方向づけるための終端光学素子（１３）を含む。光学素子は、光源（１１）から光変調要素（１２）へ第１の経路で光を導き、光変調要素（１２）から終端光学要素（１３）へ第２の経路で変調された光を導くために設けられる。第１の経路及び第２の経路は、例えばＣ字形など、類似した形状であり、入れ子構成で配置される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光アセンブリであって、
光源と、
前記光源からの光を変調するための光変調要素と、
前記光アセンブリからの変調された光を方向づけるための終端光学素子と、
前記光を導くための複数の光学素子と、
を備え、
前記複数の光学素子が、前記光源から前記光変調要素へ第１の経路で前記光を導き、前記光変調要素から前記終端光学素子へ第２の経路で前記変調された光を導くように配置され、
前記第１の経路及び前記第２の経路が類似した形状であり、入れ子構成で配置される、
光アセンブリ。

【請求項2】

前記第１の経路及び前記２の経路が、入れ子構成で配置されたＣ字形の経路である、請求項１に記載の光アセンブリ。

【請求項3】

前記光源、前記光変調要素、及び前記終端光学素子が、前記光アセンブリの周辺に位置する、請求項１または２に記載の光アセンブリ。

【請求項4】

前記光源、前記光変調要素、及び前記終端光学素子が、前記第１の経路及び前記第２の経路が実質的に同じ平面に設けられるように、実質的に線形の配置で設けられる、請求項３に記載の光アセンブリ。

【請求項5】

前記複数の光学素子が、前記光源からの光のビームを狭めるように構成されたコリメータを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の光アセンブリ。

【請求項6】

前記複数の光学素子が、前記光変調要素の前に位置する偏光ビームスプリッタを備え、
前記光変調要素に達する光が、前記第１の経路で前記偏光ビームスプリッタによって反射され、前記光変調要素からの変調された光が、前記第２の経路で前記偏光ビームスプリッタを通過する、請求項１～５のいずれか一項に記載の光アセンブリ。

【請求項7】

偏光子が、前記偏光ビームスプリッタと前記光変調要素との間に設けられる、請求項６に記載の光アセンブリ。

【請求項8】

前記終端光学素子が反射器を備える、請求項１～７のいずれか一項に記載の光アセンブリ。

【請求項9】

前記終端光学素子が、操縦可能な視野走査ミラーである、請求項１～８のいずれか一項に記載の光アセンブリ。

【請求項10】

前記終端光学素子がレーザースペックルリデューサーである、請求項１～８のいずれか一項に記載の光アセンブリ。

【請求項11】

前記複数の光学素子が、前記終端光学素子に隣接する前記第２の経路に位置するプローセル光学部品を含み、
前記プローセル光学部品が１対の対称光学素子を備え、前記光アセンブリから出力される縮小画像を生成するように構成される、請求項１～１０のいずれか一項に記載の光アセンブリ。

【請求項12】

請求項１～１１のいずれか一項に記載の光アセンブリを備えるホログラフィックディスプレイ。

【請求項13】

前記光変調要素が、再生画像を生成するために、入射光ビームの位相を変調するように構成される、請求項１２に記載のホログラフィックディスプレイ。

【請求項14】

前記光アセンブリからの画像を別の光源からの光と結合するコンバイナを備える、請求項１２または１３に記載のホログラフィックディスプレイ。

【請求項15】

前記ホログラフィックディスプレイがニアアイディスプレイである、請求項１２～１４のいずれか一項に記載のホログラフィックディスプレイ。

【請求項16】

前記ホログラフィックディスプレイが、第１の光アセンブリ及び第２の光アセンブリを備える両眼ホログラフィックニアアイディスプレイである、請求項１５に記載のホログラフィックディスプレイ。

【請求項17】

内蔵型ヘッドセットの形の請求項１５または１６に記載のホログラフィックディスプレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光アセンブリに関する。より具体的には、光アセンブリは、ホログラフィック拡張現実（ＡＲ）ヘッドセットまたは仮想現実（ＶＲ）ヘッドセットなどのニアアイディスプレイでの使用向けである。そのようなＡＲヘッドセット及びＶＲヘッドセットでは、光アセンブリは、後にヘッドセットを装着しているユーザーに配信されるホログラフィック再生画像を生成するために使用され得る。また、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）またはプロジェクタでの使用など、他の用途も検討される。

【背景技術】

【0002】

ユーザーが眼鏡に類似した外観を有するヘッドセットを装着する拡張現実（ＡＲ）ヘッドセットが知られている。一部のＡＲヘッドセットでは、２Ｄ画像は、ユーザーが自分の周囲と画面要素上に投影される画像の両方を見ることができるように、ユーザーの目の前の画面要素上に投影される。用語「複合現実」はまた、実物体とインタラクションする仮想画像（画面要素上に投影される画像）を説明するために使用されることがある。本願の目的のために、用語「拡張現実」は、用語「複合現実」を含むと広く理解される。ユーザーが画面要素上に投影された画像を見るが、自分の周囲は見ないようにユーザーの目を覆うヘッドセットを装着する仮想現実（ＶＲ）ヘッドセットも知られている。

【0003】

ＡＲヘッドセット及びＶＲヘッドセットは、ゲーム用途から、設計プロトタイピングなどの商業的用途まで広範囲の潜在的な用途を有する。

【0004】

ＡＲヘッドセット及びＶＲヘッドセットを設計するときには、画像再生の質、ＡＲヘッドセット及びＶＲヘッドセットの快適さ、及び携帯性を含むいくつかの要因が重要である。快適さと携帯性の両方における重要な要因は、ＡＲヘッドセット及びＶＲヘッドセットのサイズ及び重量である。

【0005】

光を操作して物体の三次元画像を作成するホログラフィックディスプレイも知られている。光の位相を制御して３次元画像を再現するために、そのようなディスプレイで空間光変調器を使用することも検討されてきた。

【0006】

本発明は、望ましい品質を備えたヘッドセットユニットを設計するという課題を考慮してなされた。

【発明の概要】

【0007】

本発明の第１の態様によれば、光源と、光源からの光を変調するための光変調要素と、光アセンブリからの変調された光を方向づけるための終端光学素子と、光を導くための複数の光学素子とを含む光アセンブリが提供され、複数の光学素子は、光源から光変調要素へ第１の経路で光を導き、光変調要素から終端光学要素へ第２の経路で変調された光を導くために配置され、第１の経路及び第２の経路は類似した形状であり、入れ子構成で配置される。

【0008】

これはコンパクトな設計を可能にする。特に、第１の経路及び第２の経路を入れ子にすることにより、光学素子のよりコンパクトの配置が可能になる。

【0009】

第１の経路及び第２の経路は、入れ子構成で配置されたＣ字形の経路であってよい。Ｃ字形の経路を使用することにより、光学経路の容易な入れ子が可能になる。

【0010】

光源、光変調要素、及び終端光学素子はすべて、光アセンブリの一方の半分に配置され得る。光源、光変調要素、及び終端光学素子は、光アセンブリの周辺に位置してよい。いくつかの例では、周辺は外面である。これにより、光アセンブリ内での電気部品への配線をより容易にすることができる。特に、電源は、光源と同じ光アセンブリの側に設けられ得、電力を必要とする光アセンブリの要素へのコンパクトな配線を可能にする。

【0011】

いくつかの実施形態では、光源、光変調要素、及び終端光学素子は、第１の経路及び第２の経路が実質的に同じ平面内に設けられるように、実質的に線形の配置で設けられる。電気部品への配線をより容易にすることに加えて、経路が同じ平面または近い平面内に設けられるため、この構成は、コンパクトな光アセンブリも可能にする。

【0012】

光アセンブリ内の複数の光学素子は、光源からの光のビームを狭めるように構成されたコリメータを含み得る。コリメータによって引き起こされる光のビームの狭まりによって、よりコンパクトな光アセンブリが可能になる。

【0013】

光アセンブリ内の複数の光学素子は、光変調要素の前に位置する偏光ビームスプリッタを含み得、その結果、光変調要素に達する光は、第１の経路で偏光ビームスプリッタによって反射され、光変調要素からの変調された光は、第２の経路で偏光ビームスプリッタを通過する。そのような実施形態では、偏光ビームスプリッタは、２つの経路間の遷移を制御する。利点は、偏光ビームスプリッタを使用することによって、光変調要素に出入りする経路を使用することができ、空間のより効率的な使用を提供することである。

【0014】

代わりに、偏光ビームスプリッタは、第１の経路で光を伝えるように配置されてもよい。したがって、光アセンブリの複数の光学素子は、光変調要素の前に位置する偏光ビームスプリッタを含み得、その結果、光変調要素に達する光は、第１の経路で偏光ビームスプリッタを通過し、光変調要素からの変調された光は、第２の経路で偏光ビームスプリッタによって反射される。

【0015】

偏光子は、偏光ビームスプリッタと光変調要素との間に設けられ得る。

【0016】

終端光学素子は、多くの異なる形を取り得る。いくつかの実施形態では、終端光学素子は反射器を含む。反射器は、操縦可能な視野走査ミラーであってよい。さらなる実施形態では、終端光学素子は、レーザースペックルリデューサーである。終端要素が電力を必要とする実施形態は、配線をコンパクトに保つために、光アセンブリの一方の半分に配置されるか、及び／または上述の実質的に線形の配置に設けられるかどちらかであることから恩恵を受け得る。

【0017】

複数の光学素子は、終端光学素子に隣接する第２の経路上に位置するプローセル光学部品を含み得、プローセル光学部品は１対の対称光学素子を含み、光アセンブリから出力される縮小画像を生成するように構成される。プローセル光学部品は、比較的に少ない光学素子で良好な画質を提供する傾向がある。さらに、プローセル光学部品は、光アセンブリをコンパクトに保つのに役立つ短い焦点距離を有する。

【0018】

光アセンブリは、光源からの光の強度を検出し、光の強度を調節できるように、フィードバックを提供して、光源への電力を制御するためにモニタセンサを含み得る。

【0019】

本発明の別の態様によれば、上述の光学特徴を有する、または有さない上述の光アセンブリを含むホログラフィックディスプレイが提供される。そのようなディスプレイはコンパクトな形を有し得る。光変調要素は、再生画像を生成するために、入射する光ビームの位相を変調するように構成され得る。ディスプレイは、光アセンブリからの画像を別の光源からの光と結合するためのコンバイナを含み得、これにより、例えば拡張現実の用途が可能になる。

【0020】

いくつかの例では、ディスプレイはニアアイディスプレイである。用語「ニアアイディスプレイ」は、ＶＲ及びＡＲの用途においてなど、ディスプレイが使用中に目に近く配置される用途を包含するために当技術分野で使用される。例えば、ニアアイディスプレイは、目から１０ｍｍ以内、２０ｍｍ以内、３０ｍｍ以内、４０ｍｍ以内、５０ｍｍ以内、１００ｍｍ以内、または２００ｍｍ以内にあってよい。一例では、ホログラフィックディスプレイは、第１の光アセンブリ及び第２の光アセンブリを含む両眼ホログラフィックニアアイディスプレイである。光アセンブリのそれぞれは、それらが、光アセンブリがユーザーの目のそれぞれ１つの視野内にそれぞれの再生画像を生成するように配置され得る。ニアアイディスプレイは、内蔵型ヘッドセットであってよい。内蔵型ヘッドセットは、光学エンジンの構成要素が、外部構造よりむしろユーザーの頭部によって支持され、光学系のコンパクトな構造によって可能にされるヘッドセットである。内蔵型ヘッドセットは、電力及び／またはデータ用のケーブル接続を備える場合もあれば、例えば無線通信プロトコルを使用し、ヘッドセット内に電源を含むなど、ケーブル接続を有さない場合もある。

【0021】

本発明の別の態様によれば、上述の光アセンブリを含むヘッドアップディスプレイが提供される。本発明のさらに別の態様によれば、上述の光アセンブリを含むプロジェクタが提供される。

【0022】

本発明のさらなる特徴及び利点は、添付の図面を参照して作成された、例としてのみ与えられた、本発明の好ましい実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】ホログラフィック拡張現実ヘッドセットの構成要素を示す概略図である。

【図2】図１に示される光学エンジン内の構成要素を示す図である。

【図3】図２に示される光学エンジンのいくつかの構成要素を示す概略図である。

【図4】本発明の第２の実施形態を示す概略図である。

【図5】ホログラフィック拡張現実ヘッドセットを示す。

【発明を実施するための形態】

【0024】

図１は、一般的に、光学エンジン１の形の光アセンブリ、及び光学エンジン１からの光をユーザーの周囲からの光と結合し、それをユーザーに表示するための光コンバイナ２を含むホログラフィック拡張現実ヘッドセットの構成要素を示す。周囲からの光を、光学エンジン１によって生成された画像と結合することによって、ユーザーのために拡張現実効果を作り出すことができる。光学コンバイナ２は、一般に、光学エンジン１からの光を導くための１つまたは複数の光学素子、及びホログラフィック画像をユーザーの周囲からの光と結合して、結合された光を、見るためにユーザーに配信するディスプレイ要素を含む。光学コンバイナ２は、光学エンジン１からユーザーの目３へ光を導く。

【0025】

図２は、光学エンジン１の詳細を平面図で示している。光学エンジン１は、空間光変調器１２の形の光変調要素を照らすように構成された、ＲＧＢレーザーダイオード１１（以降、「レーザーダイオード」）の形の光源を含む。レーザーダイオード１１は、Ｓｕｍｉｔｏｍｏ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ（ＲＴＭ）ＳＬＭ－ＲＧＢ－Ｔ２０－Ｆ－２レーザーダイオードであるが、他のレーザーダイオードも使用し得る。レーザーダイオード１１は、発散するレーザー光を出射する。光は垂直偏光（垂直方向は、図２を見るときにページの中から出る）により、及び水平面内（ページ平面内）でより大きな発散により発せられる。レーザーダイオード１１は、それが異なる色のレーザー光の発出を迅速に切り替え、赤の光、緑の光、及び青の光を周期的に発するため、ＲＧＢレーザーダイオードと呼ばれる。異なる色が発せられる異なるときにレーザー光を変調することによって、ユーザーのためにカラーホログラフィック画像の外観が作成され得る。

【0026】

空間光変調器１２は、複合フォトニクス（ＲＴＭ）ＤＰ１０８０ｐ２６マイクロディスプレイであり、それに入射する光の位相を調整するように構成される。光の位相を制御することによって、干渉を使用してホログラフィック再生画像（以後「再生画像」）を作成することが可能である。空間光変調器１２は、ピクセルのアレイを含む。各ピクセルは、反射された光の位相を調整するために制御することができるミラーリングされたバックプレーンの前に、可変液晶リターダを含む。本発明は、特定の空間光変調器技術またはディスプレイに結び付けられておらず、この技術は経時的に変化し、例えば解像度及びリフレッシュレートを上げることが予想される。再生画像は、出力折り畳みミラー１３、より具体的には金属プラノミラーの形の終端光学素子で光学エンジン１から出力される。図１を参照すると、出力折り畳みミラー１３からの光は、ユーザーへの送達のために光学コンバイナ２の光学素子に送られる。

【0027】

光学素子は、レーザーダイオード１１から空間光変調器１２に光を導くために提供される。レーザーダイオード１１からの光を反射するように機能する第１の折り畳みミラー１４の形の反射器は、レーザーダイオード１１の反対側に設けられる。出力折り畳みミラー１３と同様に、第１の折り畳みミラー１４は金属プラノミラーである。

【0028】

第１の折り畳みミラー１４からの光は、発散する光のビームを狭める構成要素であるレーザーコリメートレンズ１５の形のコリメータに向けられる。第１の実施形態では、光ビームは、レーザーコリメートレンズ１５を離れるとわずかに収束するように、レーザーコリメートレンズ１５は、第１の折り畳みミラー１４からの光を狭める。本実施形態では、レーザーコリメートレンズ１５は、Ｔｈｏｒｌａｂｓ（ＲＴＭ）の部品ＡＣ０８０－０１６－Ａであるが、別のコリメートレンズを使用し得る。

【0029】

第１の折り畳みミラー１４とレーザーコリメートレンズ１５との間の経路は、図２には示されていないバッフルによって囲まれている。バッフルは、構成要素及び光路の形状に一致するように３Ｄプリントされ得る。

【0030】

コリメートされた光は、レーザーコリメートレンズ１５を通過した後、偏光ビームスプリッタ１６に入射する。偏光ビームスプリッタ１６は、垂直偏光（示されるように紙の中から）で光を反射し、水平偏光（示されるように、紙の平面内で）で光を渡すように構成される。偏光ビームスプリッタ１６は、Ｔｈｏｒｌａｂｓ（ＲＴＭ）の部品ＰＢＳ１０１であるが、別の偏光ビームスプリッタを使用できるであろう。

【0031】

上述のように、光は、垂直偏光でレーザーダイオード１１から発せられる。偏光ビームスプリッタ１６は、ほぼすべての光が偏光ビームスプリッタ１６から空間光変調器１２に向けて反射されるように構成される。

【0032】

図２から、レーザーダイオード１１からの光が、空間光変調器１２への第１のＣ字形の経路をたどることが分かる。特に、Ｃの３つの側面は、ｉ）レーザーダイオード１１から第１の折り畳みミラー１４へ、ｉｉ）第１の折り畳みミラー１４から偏光ビームスプリッタ１６へ、及びｉｉｉ）偏光ビームスプリッタ１６から空間光変調器１２へ通過する光により形成される。

【0033】

より注意深く図２を見ると、レーザーコリメートレンズ１５は、偏光ビームスプリッタ１６の光軸に対してわずかな角度で設けられる。このわずかな角度は、２で除算される再生視野の幅であり、次のように計算される。

【数1】

上式で、λ_ｍｉｎは、光ビームの最短波長であり、δは、空間光変調器１２のピクセルピッチであり、θは、レーザーコリメートレンズ１５の軸が、偏光ビームスプリッタ１６の光軸から軸外になる角度である。θの典型的な値は、３～６度の領域内にある可能性がある。第１の実施形態では、最短波長は４５０ｎｍであり、ピクセルピッチは３μｍであり、角度θは４．３度である。

【0034】

レーザーコリメートレンズ１５のこの軸外整列の理由は、コリメートされた光の中心を空間光変調器１２の上に軸外で照らすためである。これは、光の中心が、空間光変調器１２の中心にあるが、空間光変調器１２の垂直軸に対してある角度で空間光変調器１２に当たることを意味する。空間光変調器１２は、レーザーコリメートレンズ１５の傾斜のために軸外で照らされるが、空間光変調器１２に続くすべての光学部品が軸上に位置することに留意されたい。これは、空間光変調器１２以降の収差は、補正するのが困難であるのに対し、空間光変調器１２までの光路により引き起こされる収差は、空間光変調器１２で変調された画像に固定位相マスクを追加することによって、ソフトウェアで完全に補正することができるためである。

【0035】

偏光子１７は、偏光ビームスプリッタ１６と空間光変調器１２との間に設けられている。偏光子１７は平面偏光子であり、水平偏光面と垂直偏光面との間で４５度に偏光面を備えて配置されている。結果的に、光が偏光ビームスプリッタ１６から空間光変調器１２へ偏光子１７を通過するとき、垂直に偏光された光の約５０％が、空間光変調器１２に透過される。光は、偏光方向を変えることなく、空間光変調器１２から反射され、その結果、空間光変調器１２からの実質的にすべての光が、垂直偏光及び水平偏光に４５度での偏光方向で偏光ビームスプリッタ１６に達する。したがって、光が空間光変調器１２から戻るときに、光は偏光子１７でほとんど失われない。偏光ビームスプリッタ１６は、空間光変調器１２から反射された光の約半分を通過させる。残りの半分は、レーザーコリメートレンズ１５、第１の折り畳みミラー１４、及びレーザーダイオードに向かって反射され、そこで、光は発せられた光への干渉を最小限にして吸収される。

【0036】

空間光変調器は、４５度の偏光を有する入射光でうまく機能するため、上記の構成は、上述の複合フォトニクス（ＲＴＭ）ＤＰ１０８０ｐ２６空間光変調器を使用するときに最適である。ただし、空間光変調器の他の例は、異なる偏光の光で最適に機能し得る。そのような場合、複屈折要素を偏光子１７と空間光変調器１２との間に追加して、光の偏光を好ましい角度に回転させることができる。非偏光ビームスプリッタの使用を含む他の構成も可能である。

【0037】

偏光子１７は、偏光ビームスプリッタ１６の光軸に対してわずかな角度で傾斜している。本実施形態では、偏光子１７は、光軸に対して１度傾斜している。しかしながら、偏光子１７の設置の製造公差を使用しても、満足の行く結果を提供し得る。傾斜の理由は、偏光子１７の表面からのいずれの直接反射も、再生画像の光とは反対側の０次光に送られることを確実にするためである。

【0038】

空間光変調器１２で、入射光は、その位相を制御して再生画像を作成するマイクロディスプレイから反射される。しかしながら、空間光変調器１２の欠陥及びピクセル間のアドレス指定不可能な領域のために、回折により、０次光ビームを形成させる。０次ビームは非常に明るく、ユーザーに表示するには望ましくない場合がある。空間光変調器１２に入射する光ビームは軸外であるので、０次ビームも軸外に形成される。

【0039】

偏光ビームスプリッタ１６によって渡される空間光変調器１２からの光は、光学エンジン１の反対側の空間光変調器１２の反対側に位置する第２の折り畳みミラー１８の形の反射器に達する。第１の折り畳みミラーと同様に、第２の折り畳みミラー１８は金属プラノミラーである。光は、第２の折り畳みミラー１８によって対物レンズ１９の形の収束システムに向かって反射される。対物レンズ１９は、変調された光を異なる焦点面に集束させて、実際の中間画像１２１を形成するために役立つ。対物レンズは、Ｔｈｏｒｌａｂｓ（ＲＴＭ）の部品ＡＣ０８０－０２０－Ａであるが、他の光学部品を使用し得る。

【0040】

ここでより詳細に説明されるように、０次光を除去するために、対物レンズ１９の後ろに視野絞り開口１２０の形の光除去器が設けられる。対物レンズ１９によって集束された空間光変調器１２からの０次光は、偏光ビームスプリッタ１６を通過し、第２の折り畳みミラー１８によって反射されて、視野絞り開口１２０に達した。さらに、レーザーコリメートレンズ１５に関連して上述されたように、レーザーコリメートレンズ１５からの光は、レーザーコリメートレンズ１５の軸外配置のために、それが軸外で空間光変調器１２に当たると、わずかに収束する。結果的に、０次光は軸外であり、わずかに収束しており、それが視野絞り開口１２０によって除去できるように、対物レンズ１９によって集束される。０次光は、視野絞り開口１２０の固体部分の上でまたはその近くで集束される。空間光変調器１２からの変調された光は、対物レンズ１９によって集束され、視野絞り開口１２０の開口を通過して視野絞り開口１２０の後ろに再生画像を形成する。いま述べたように、０次光は空間光変調器１２ですでにわずかに収束していたため、より早期に集束するので、再生画像の無限焦点面（平行光）は、視野絞り開口１２０の後ろで対物レンズ１９によって集束される。

【0041】

上述の偏光子１７からの任意の直接反射光はまた、それが、再生画像の光と比較して０次光の反対側に位置していたので、視野絞り開口１２０によって遮られる。

【0042】

視野絞り開口１２０は、任意選択で、その上にまたは近くに配置された、光センサを有して、視野絞り開口１２０に当たる０次光を確実に把握し得る。そのような実施形態では、センサからの光の検出は、レーザーダイオード１１への電力を論理的に制御するために使用され得る。特に、電力がレーザーダイオード１１に供給される場合（つまり、レーザーダイオードがレーザービームを出射している）場合、次に、センサによって光が検出されない場合、０次光を把握できないため、制御ユニット（図示せず）は、レーザーダイオード１１への電力を遮断し得る。これにより、光学エンジン１の不適切な設定のために、０次光がユーザーに不注意に渡されるのが防がれる。

【0043】

空間光変調器１２は、視野絞り開口１２０での０次光の位置決めの制御を可能にするために傾斜自在に取り付けられ得る。空間光変調器１２の傾斜角度の制御は、当技術分野で既知のタイプの傾斜自在の取り付けにより得る。代わりに、空間光変調器１２は、その向きを調整するために製造中に調整され得る（例えば、シムを入れて水平にされ得る）。

【0044】

実際の中間画像１２１は、視野絞り開口１２０を越えて様々な焦点面で形成され、３Ｄホログラフィック再生画像である。再生画像の焦点面の前で平面内の０次光を除去することによって、視野絞り開口１２０によって生じる視野に対する粗いエッジを回避することができる。さらに、中間画像が形成される領域の前で０次光が集束するため、０次光は中間画像内で発散し、ユーザーはそれに集束することができない。これはまた、有利な安全機能でもある。

【0045】

現在、０次光が除去されている対物レンズ１９からの光は、プローセル光学素子１２３の形のプローセル光学部品に入射する前に、再び金属のプラノミラーである、第３の折り畳みミラー１２２の形の反射器によって反射される。プローセル光学素子１２３は、既知のタイプであり、出力折り畳みミラー１３によって出力される準備が完了した縮小画像を生成する。プローセル光学素子１２３は、「プローセル接眼レンズ」と呼ばれることがあり、２の対称光学素子を含む。本実施形態では、２つの対称光学素子は、Ｔｈｏｒｌａｂｓ（ＲＴＭ）の部品ＡＣ０６４－０１３－Ａであるが、他の光学部品を使用できるであろう。この光学素子の利点は、それが相対的に少ない光学素子を含み、良好な視野を有し、良好な画質を提供することである。プローセル接眼レンズの焦点距離は、通常、非常に短く、これは光学エンジン１をコンパクトに保つのに役立つ。

【0046】

第２の開口１２４は、プローセル光学素子１２３の後ろに設けられる。この段階で、第２の折り畳みミラー１８の追加の機能を説明することが適切である。第２の折り畳みミラー１８は、事実上開口を提供する凹部に設けられる。第２の開口１２４及び第２の折り畳みミラー１８の凹部は、ともに軸外の迷光を除去し、ユーザーのために再生画像の外観を改善する。

【0047】

空間光変調器１２の削減された（縮小された）画像は、プローセル光学素子１２３の後ろに、かつ光が出力折り畳みミラー１３によって光学コンバイナ２に向かって反射される前に、領域１２５内でプローセル光学素子によって形成される。第１の実施形態では、領域１２５に形成された再生画像は、空間光変調器１２によって生成された再生画像のサイズの約３分の１のサイズを有する。

【0048】

光学コンバイナ２は、拡張現実ヘッドセット用のいくつかの既知のコンバイナの１つである可能性がある。例えば、コンバイナは、光学エンジン１からの再生画像を、外部からヘッドセットに入射する光と結合するために、半透明のミラーまたはビームスプリッタを使用できるであろう。コンバイナ２は、平面要素及び球形要素を含む、当技術分野で既知のタイプの「バードバス」コンバイナであってよい。

【0049】

図２から、光が空間光変調器１２から出力折り畳みミラー１３へ第２のＣ字形の経路をたどることが分かる。特にＣの３つの側面は、ｉ）空間光変調器１２から第２の折り畳みミラー１８へ、ｉｉ）第２の折り畳みミラー１８から第３の折り畳みミラー１２２へ、及びｉｉｉ）第３の折り畳みミラー１２２から出力折り畳みミラー１３へ通る光によって形成される。

【0050】

図３は、レーザー光がたどる経路をより容易に認識できるようにするために、図２の特定の構成要素を示す概略図である。図３は、レーザーダイオード１１、第１の折り畳みミラー１４、偏光ビームスプリッタ１６、空間光変調器１２、第２の折り畳みミラー１８、第３の折り畳みミラー１２２、及び出力折り畳みミラー１３を示している。第１のＣ字形の経路は、上述のように、レーザーダイオード１１と空間光変調器１２の間に見ることができ、第２のＣ字形の経路は、空間光変調器１２と出力折り畳みミラー１３との間に見ることができる。レーザーダイオード１１、空間光変調器１２、及び出力折り畳みミラー１３はすべて、光学エンジン１の一方の半分に設けられている。より具体的には、レーザーダイオード１１、空間光変調器１２、及び出力折り畳みミラー１３は実質的に線形配置で配置されている。さらに、第１のＣ字形の経路は、第２のＣ字形の経路内に入れ子にされている。これにはいくつかの利点がある。第１に、第１のＣ字形の経路と第２のＣ字形の経路を入れ子にすることにより、光学素子のコンパクトな配置が可能になる。これにより、ヘッドセットのサイズが縮小され、それによりユーザー体験が向上する。第２に、電源を必要とする構成要素であるレーザーダイオード１１及び空間光変調器１２は、互いに近くに設けられるため、デバイスの配線をコンパクトかつ効率的にすることができる。

【0051】

図２及び図３の光学エンジンの全体的な寸法は、２５×３０×１０ｍｍほど小さくすることができ、コンパクトなサイズが有益である、ヘッドセットなどの構成要素へのより容易な統合を可能にする。

【0052】

第１の実施形態では、終端の光学素子は、出力折り畳みミラー１３である。しかしながら、他の実施形態では、出力折り畳みミラー１３は、視野の調整を可能にするために操縦可能な視野走査ミラーによって、またはレーザーダイオード１１を使用することにより生じるスペックルノイズを平滑化するためにマイクロスケールバイブレータによって置き換えられ得る。これらの構成要素のそれぞれは電源を必要とし、また、有利なことに、コンパクトかつ効率的な配線を可能にするために、光学エンジン１の片側で互いの近くに位置する。

【0053】

光学エンジン１は、良好な光学性能が可能であり、いくつかの場合、光学コンバイナ２を介してユーザーのために再画像化される回折限界に近い画像を生成し得る。

【0054】

図４は、レーザーダイオード１１と空間光変調器１２との間の第１のＣ字形の経路、及び空間光変調器１２と出力折り畳みミラー１３または別の出力光学素子との間の第２のＣ字形の経路が逆にされている、本発明の第２の実施形態を示す。本実施形態では、レーザーダイオード１１からの光は、第１のＣ字形の経路の中に入れ子にされた第２のＣ字形の経路内で移動する前に、最初に光学エンジン１の外側の周りで移動する。

【0055】

第２の実施形態では、光学部品の順序は実質的に変わらない。ただし、レーザーダイオード１１の位置は、出力折り畳みミラー１３の位置と交換される。上述同様に、レーザーコリメートレンズ１５は、第１の折り畳みミラー１４の後ろで、偏光ビームスプリッタ１６の前に設けられる。レーザーコリメートレンズ１５は、折り畳みミラー１２２の前または後ろのどちらかに設けられてもよい。偏光子１７の場所は変わらず、偏光ビームスプリッタ１６と空間光変調器１２との間に留まる。対物レンズ１９は、偏光ビームスプリッタ１６と折り畳みミラー１８との間の経路に設けられている。折り畳みミラー１８及び１２２の位置は、折り畳みミラー１８が位置する凹部が光変調要素１２の後ろで軸外の光を遮ることを可能にするために交換される。視野絞り開口１２０は、対物レンズ１９の後ろで、折り畳みミラー１８の前に位置する。プローセル光学素子１２３は、折り畳みミラー１８の後ろで、出力折り畳みミラー１３の前に設けられている。第２の開口１２４は、上述同様にプローセル光学素子１２３に続く。

【0056】

当業者は、偏光ビームスプリッタが、第１のＣ字形経路で光を透過させ、第２のＣ字形経路で光を反射するように、レーザーダイオード１１により出射される光の偏光及び／または偏光ビームスプリッタの偏光を調節できることを理解する。

【0057】

図５は、本発明のさらなる実施形態による、ホログラフィック拡張現実ヘッドセット５０を示している。ホログラフィック拡張現実ヘッドセット５０は、メインハウジング５１、１対のアーム５２、及び１対の光学コンバイナ５３を含む。メインハウジング５１は、第１または第２の実施形態に関連していま説明されたタイプの１対の光学エンジン（図示せず）を含む。光学エンジンの対の第１の光学エンジンは、ユーザーの右目での表示用のホログラフィック画像を生成し、光学エンジンの第２の光学エンジンは、ユーザーの左目での表示のためのホログラフィック画像を生成する。光学コンバイナ５３は透明な画面であり、ユーザーにホログラフィック再生画像を配信するように構成される。使用中、ユーザーは、光学エンジンによって生成されるホログラフィック再生画像を見るために光学コンバイナ５３を通して見ることができる。

【0058】

上記の実施形態は、本発明の説明目的の実施例として理解されるべきである。本発明のさらなる実施形態が想定される。例えば、図には示されていないが、光学エンジン１は、レーザーダイオード１１からの光の強度（明るさ）を測定するためにモニタフォトダイオードをさらに含み得る。モニタフォトダイオードは、レーザーダイオード１１の近くに、または光路のさらに奥に設けられてよい。レーザーフォトダイオードは、光の強度を測定するために設けられる。光の測定されたレベルは、レーザーダイオード１１への電力を制御し、それによってレーザー出力の閉ループ制御が一様なレーザー輝度を確実にすることを可能にするために使用される。

【0059】

ヘッドセットと関連した光学エンジンの使用が上述されている。しかしながら、さらなる実施形態では、光学エンジンは、ヘッドセット以外の他の用途で使用される。例えば、プロジェクタは、上述の実施形態のいずれかに説明された光学エンジンを含み得る。プロジェクタは、ピコプロジェクタまたはＬＣｏＳプロジェクタであってよい。ＬＣｏＳはＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎの略であり、ここでは詳しく説明されていない既知の技術である。他の実施形態では、光学エンジンは、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）に含まれるであろう。例えば、ＨＵＤは、自動車用途での使用に適している場合がある。

【0060】

任意の１つの実施形態に関連して説明された任意の特徴は、単独でまたは説明した他の特徴と組み合わせて使用し得、また、他の任意の実施形態の１つ以上の特徴、または任意の他の実施形態の任意の組み合わせと組み合わせて使用し得ることを理解されたい。さらに、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲から逸脱することなく、上述されていない均等物及び修正が採用されてもよい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】