(57)【要約】【課題】好適な音響光学制御装置を使用する光投影器を提供すること。【解決手段】光を投影するためのアプローチは、異なる領域にイメージ光を誘導するために基板に沿って生成された表面音響波を使用する音響光学深度スイッチを使用してインプリメントされ得る。表面音響波は、変換器を使用して基板上に生成され得る。異なる周波数の表面音響波は、異なる物理的位置にある異なる光学要素上にイメージ光を誘導することができる。光学要素は、見る人から異なる距離にあるイメージにおいて物体を示すように構成され得る。【選択図】図１
2020095280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を投影するためのシステムであって、該システムは、
一シリーズのイメージに対応するイメージ光を生成する光生成器と、
該光生成器によって生成された該イメージ光を受け取り、第１の解像度においてディスプレイイメージ光を送るように構成されているディスプレイ装置であって、該ディスプレイイメージ光は、第１のセットのイメージ点を含む、ディスプレイ装置と、
該ディスプレイ装置に光学的に連結された音響光学スキャナと
を備え、
該ディスプレイ装置が、該ディスプレイイメージ光を該音響光学スキャナ上に向け、該音響光学スキャナが、該ディスプレイイメージ光の部分を複数の回折光学要素上に向け、該複数の回折光学要素のそれぞれは、該一シリーズのイメージの異なる深度平面に対応し、
該音響光学スキャナは、該第１のセットのイメージ点に対応する該第１の解像度において該ディスプレイ装置から該ディスプレイイメージ光を受け取り、第２のセットのイメージ点を選択的に生成し、該第１の解像度よりも大きい第２の解像度においてイメージ光を出力するように構成されており、該出力されるイメージ光は、該第１のセットのイメージ点および該第２のセットのイメージ点を含む、システム。
【請求項２】
前記ディスプレイ装置はさらに、前記ディスプレイイメージ光を生成するように構成されている、請求項１のシステム。
【請求項３】
前記ディスプレイ装置は、ファイバスキャン装置を含む、請求項１のシステム。
【請求項４】
前記ファイバスキャン装置は、１つ以上のファイバを備え、該ファイバスキャン装置は、前記光生成器によって生成された前記イメージ光を前記ディスプレイイメージ光として前記音響光学スキャナ上に向ける、請求項３のシステム。
【請求項５】
前記１つ以上のファイバは、速く振動して、前記光生成器によって生成された前記イメージ光を前記ディスプレイイメージ光として前記音響光学スキャナ上に向けるためのパターンを作る、請求項４のシステム。
【請求項６】
前記１つ以上のファイバは、所与の角度にわたって前後にラスタ化する、請求項４のシステム。
【請求項７】
光を投影するためのシステムであって、該システムは、
一シリーズのイメージに対応するイメージ光を生成する光生成器と、
ディスプレイ装置であって、該ディスプレイ装置は、
該光生成器によって生成された該イメージ光を受け取ることと、
複数のイメージ点を含むディスプレイイメージ光を送ることと
を行うように構成されている、ディスプレイ装置と、
音響光学スキャナであって、該音響光学スキャナは、
該ディスプレイイメージ光を受け取ることと、
第１のモードにおいて、該複数のイメージ点から第１のセットのイメージ点を、第１のセットのイメージ点に対応する第１の解像度において複数の回折光学要素上に向けることと、
第２のモードにおいて、該複数のイメージ点から第２のセットのイメージ点を生成し、該第１の解像度よりも大きい第２の解像度において該第２のセットのイメージ点を該複数の回折光学要素上に向けて、該第１のセットのイメージ点および該第２のセットのイメージ点を含む出力イメージ光を形成することと
を行うように構成されている、音響光学スキャナと
を備え、
該複数の回折光学要素のそれぞれは、該一シリーズのイメージの異なる深度平面に対応する、システム。
【請求項８】
前記ディスプレイ装置はさらに、前記ディスプレイイメージ光を生成するように構成されている、請求項１のシステム。
【請求項９】
前記ディスプレイ装置は、ファイバスキャン装置を含む、請求項１のシステム。
【請求項１０】
前記ファイバスキャン装置は、１つ以上のファイバを備え、該ファイバスキャン装置は、前記光生成器によって生成された前記イメージ光を前記ディスプレイイメージ光として前記音響光学スキャナ上に向ける、請求項９のシステム。
【請求項１１】
前記１つ以上のファイバは、速く振動して、前記光生成器によって生成された前記イメージ光を前記ディスプレイイメージ光として前記音響光学スキャナ上に向けるためのパターンを作る、請求項１０のシステム。
【請求項１２】
前記１つ以上のファイバは、所与の角度にわたって前後にラスタ化する、請求項１０のシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（背景）
現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、デジタルで再生されたイメージまたはその部分がユーザに提示され、現実のものとして知覚され得る、いわゆる「仮想現実」または「拡張現実」体験のためのシステムの開発を容易にしてきた。仮想現実（「ＶＲ」）シナリオは、典型的に他の実際の現実世界の視覚入力に対する透過性なしのデジタルまたは仮想のイメージ情報の提示を含む。拡張現実（「ＡＲ」）シナリオは、典型的にユーザの周りの実際の世界の可視化に対する拡張としてのデジタルまたは仮想のイメージ情報の提示を含む。例えば、図１を参照すると、拡張現実シーン１００が示され、ＡＲ技術装置のユーザは、人、木、背景に建物、およびコンクリートプラットフォーム１０４を特徴とする現実世界の公園のようなセッティング１０２を見る。これらの項目に加え、ＡＲ技術のユーザは、彼／彼女が、現実世界プラットフォーム１０４上に立っているロボット像１０６、および近くを飛んでいる漫画のようなアバターキャラクター１０８を、これらの要素（１０６、１０８）が現実世界に存在しないにも関わらず、「見ている」と知覚もする。結局、人間の視覚知覚システムは、非常に複雑であり、他の仮想または現実世界のイメージ要素において仮想イメージ要素の快適な、自然な感じである、上質な提示を容易にするＶＲまたはＡＲ技術を作り出すことは、困難である。
【０００２】
図２を参照すると、概して、人間の視覚システムによって三次元視点が知覚されるようにわずかに異なる要素提示でイメージをディスプレイするように構成された２つのディスプレイ（例えば、２０２、２０４）を特徴とする立体着用可能眼鏡２００タイプの構成が開発されてきた。そのような構成は、三次元でイメージを知覚するために克服されなくてはならない両眼転導と調節との間のミスマッチによって多くのユーザにとって不快であると認められた。実際に、何人かのユーザは、立体構成に耐えることができない。
【０００３】
図３を参照すると、角膜３０２、虹彩３０４、レンズ−または「水晶体」３０６、強膜３０８、脈絡膜層３１０、黄斑３１２、網膜３１４、および脳への視神経の路３１６を特徴とする、人間の眼３００の簡易化された横断面図が示される。黄斑は、網膜の中心であり、中程度の詳細を見るために使われる。黄斑の中心には、最も細かい詳細を見るために使われる「中心窩」がある。中心窩は、網膜の他のどの部分よりも多くの光受容体（視覚度毎に約１２０コーン）を含んでいる。
【０００４】
人間の視覚システムは、受動センサタイプのシステムではない。それは、能動的に環境をスキャンするように構成されている。フラットベッドスキャナでイメージをスキャンすることまたは紙から点字を読むために指を使うことに幾分類似する様式で、眼の光受容体は、一定の状態の刺激に常に対応するよりも、刺激における変化に応答して発火する。実際に、眼の筋肉を麻痺させるように使用されるコブラ毒等の物質を用いた実験は、毒を注入されて麻痺状態の眼で静的シーンを見るとき、人間の被験者が彼／彼女の眼が開いている状態で置かれた場合に盲目を経験することを示した。言い換えると、刺激における変化がないと、光受容体は脳に入力を提供せず、盲目が経験される。これは、普通の人間の眼が通称「マイクロサッカード」において、前後に動くか、または、横運動で震えることが観察される少なくとも１つの理由であると考えられている。上に記載されるように、網膜の中心窩は、最大密度の光受容体を含み、人間が典型的に彼らの視野全体にわたって高解像度視覚化能力を有しているという知覚を有する一方で、彼らは、概して実際には中心窩で最近捉えられた高解像度情報の持続的なメモリに伴って、頻繁に機械的に掃きまわっている小さな高解像度中心のみを有している。幾分類似する様式において、眼の焦点の距離制御機構（毛様体弛緩は、より遠い焦点の長さのために張っている毛様体連結線維がレンズを平らにすることを引き起こし；毛様体収縮は、レンズがより至近距離の焦点の長さのためにより丸い幾何学形状をとることを可能にする、ゆるい毛様体連結線維を引き起こす様式で、毛様体筋は、水晶体に作用可能に連結される）は、標的とされる焦点の長さの近い側および遠い側の両方に少量のいわゆる「光屈折ぼけ（ｄｉｏｐｔｒｉｃ  ｂｌｕｒ）」を周期的に誘起するように約１／４から１／２ディオプターで前後に震える。これは、コンスタントにコースを正して凝視されている物体の網膜イメージの焦点をおおよそ合った状態に保つことを助ける周期的な負のフィードバックとして脳の調節制御回路によって使用される。
【０００５】
脳の可視化中心は、眼およびその構成要素の両方の動きからの互いに対する貴重な知覚情報を得もする。互いに対する２つの眼の転導運動（すなわち、物体を凝視するために眼の視線を収束するように互いに向かうかまたは離れる瞳孔の回転運動）は、眼のレンズの焦点を合わせること（または「調節」）と密接に関連する。通常の状況下では、異なる距離にある物体に焦点を合わせるように、眼のレンズの焦点を変えること、または眼を調節することは、「調節両眼転導反射（ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ−ｖｅｒｇｅｎｃｅ  ｒｅｆｌｅｘ）」として知られている関係の下で、同じ距離に対して転導におけるマッチング変化を自動的に引き起こす。同様に、転導における変化は、通常の状況下で、調節におけるマッチング変化を引き起こす。ほとんどの従来型立体ＡＲまたはＶＲ構成のように、この反射に逆らって機能することは、ユーザにおける目の疲労、頭痛、または他の形での不快感を生むと知られている。
【０００６】
眼を収容する頭部の運動も、物体の可視化において重要な影響力を持つ。人間は、周りの世界を可視化するために頭部を動かす。しばしば彼らは、目的の物体に対して頭部を再配置および向け直すかなりコンスタントな状態にある。更に、ほとんどの人は、特定の物体に焦点を合わせるために視線が約２０度よりも大きく中心を外れて動く必要があるとき、頭部を動かすことを好む（すなわち、人は、典型的に「眦で」ものを見ることを好まない）。人間は、典型的に、オーディオ信号キャプチャを向上させて頭部に対する耳の幾何学形状を使うために−音に関して頭部をスキャンするかまたは動かしもする。人間の視覚システムは、頭部運動および眼転導距離に応じて異なる距離にある物体の相対的な動きに関係する、いわゆる「頭部運動視差」から強力な深度合図を得る（すなわち、ある人が自分の頭部を横に動かして物体に対する凝視を維持する場合、その物体から遠く外側にあるものは、頭部と同じ方向に動き；その物体の前にあるものは、頭部運動に対して反対に動く。これらは、その人に対して環境において空間的にどこにものがあるかについての非常に顕著な合図である−おそらく立体視と同じくらい強力である）。もちろん、頭部運動も、物体の周りを見るために使われる。
【０００７】
更に、頭部および眼の運動は、頭部の回転の間に網膜に関するイメージ情報を安定させ、従って物体イメージ情報を網膜上でおおよそ中心に保つ「前庭動眼反射」と連係させられている。頭部の回転に応じて、眼は、物体に対する安定した凝視を保つために反対方向に反射的かつ比例して回転させられる。この補償関係の結果として、多くの人間は、頭部を前後に振りながら本を読むことができる（興味深いことに、頭部がおおよそ静止した状態で本が同じ速さで前後にパンされる場合、概して同様ではない−その人は、動いている本を読むことができそうにない；前庭動眼反射は、頭部および眼の運動の連係の１つであり、概して手の運動のためには発達していない）。このパラダイムは、ユーザの頭部運動が眼の運動と比較的直接関係し得るため、拡張現実システムにおいて重要であり得、システムは、好ましくはこの関係とともに機能する準備ができる。
【０００８】
実際に、これらの様々な関係を考慮して、デジタルコンテンツ（例えば、部屋の現実世界の光景を拡張するために提示された仮想シャンデリア物体等の３−Ｄコンテンツ；または部屋の現実世界の光景を拡張するために提示された平面／平らな仮想油絵物体等の２−Ｄコンテンツ）を配置するとき、物体の性質を制御するためにデザイン選択が行われ得る。例えば、（例えば、ＧｏｏｇｌｅＧｌａｓｓアプローチにおけるように）２−Ｄ油絵物体は、頭部中心であり得、その場合物体は、ユーザの頭部と一緒に動き回るか；または物体は、世界中心であり得、その場合物体は、ユーザが現実世界に対して物体の位置を動かさずに自分の頭部または眼を動かし得るように、現実世界座標系の一部であるかのように提示され得る。
【０００９】
従って拡張現実世界に仮想コンテンツを配置するとき、どうのようにコンテンツが提示されるかは、考慮されなくてはならない。例えば、世界中心構想において仮想物体は、ユーザが物体を異なる視点で見るためにそのまわりで彼／彼女の頭部（ａｈｅａｄ）を動かし得るように現実世界において配置に留まる。
【００１０】
本明細書に記載されるシステムおよび技術は、これらの課題に対処するために典型的な人間の視覚構成とともに機能するように構成されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（概要）
いくつかの実施形態において、光を投影するためのアプローチは、イメージ光を異なる領域に誘導するように基板に沿って生じさせられた表面音響波を使用する音響光学深度スイッチを使用してインプリメントされ得る。表面音響波は、変換器を使用して基板上に生成され得る。異なる周波数の表面音響波は、異なる物理的位置にある異なる光学要素上にイメージ光を誘導できる。光学要素は、見る人から異なる距離にあるイメージで物体を示すように構成され得る。いくつかの実施形態において、ＡＲシステムユーザは、ユーザの眼の前に配置されたディスプレイシステムに連結されたフレーム構造を着用し得る。スピーカが、フレームに連結され得、ユーザの外耳道に隣接して配置される（１つの実施形態において、別のスピーカは、ユーザの他方の外耳道に隣接して配置されて、ステレオ／整形可能な音制御を提供し得る）。ディスプレイは、有線リードまたは無線接続等によって、ローカル処理およびデータモジュールに作用可能に連結され、ローカル処理およびデータモジュールは、いくつかの実施形態によると、フレームに固定的に取り付けられる等、様々な構成で設置され得る。追加の実施形態において、ローカル処理およびデータモジュールは、ヘルメットまたは帽子に固定的に取り付けられ得るか、ヘッドホンに埋め込まれ得るか、（バックパック式構成でユーザの胴体に取り外し可能なように取り付けられ得るか、またはベルト連結式構成でユーザの腰に取り外し可能なように取り付けられ得る。ローカル処理およびデータモジュールは、電力効率のあるプロセッサまたはコントローラと、フラッシュメモリ等のデジタルメモリとを備え得、その両方は、（ａ）イメージキャプチャ装置（カメラ等）、マイクロフォン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線装置、および／またはジャイロ等の、フレームに作用可能に連結され得るセンサからキャプチャされた、かつ／または、（ｂ）おそらくそのような処理または取り出しの後のディスプレイへの移動のために遠隔処理モジュールおよび／または遠隔データレポジトリを使用して取得および／または処理された、データの処理、キャッシング、および記憶を助けるために利用され得る。
【００１２】
ローカル処理およびデータモジュールは、有線通信リンクまたは無線通信リンク等によって、遠隔処理モジュールおよび遠隔データレポジトリに作用可能に連結され得、これらの遠隔モジュールは、互いに作用可能に連結されて、ローカル処理およびデータモジュールに対してリソースとして利用可能になる。いくつかの実施形態において、遠隔処理モジュールは、データおよび／またはイメージ情報を分析および処理するように構成された、１つ以上の比較的強力なプロセッサまたはコントローラを備え得る。いくつかの実施形態において、遠隔データレポジトリは、比較的大規模なデジタルデータ記憶設備を備え得、その設備は、インターネットまたは「クラウド」リソース構成における他のネットワーキング構成を通して入手可能であり得る。いくつかの実施形態において、全てのデータは、記憶されて、全ての計算は、ローカル処理およびデータモジュールにおいて実行されて、任意の遠隔モジュールからの完全に自律した使用を可能にする。
【００１３】
いくつかの実施形態において、仮想現実（ＶＲ）または拡張現実（ＡＲ）システムは、積み重ねられた導波路アセンブリ（「ＥＤＧＥ」）を使用する。ＥＤＧＥシステムは、イメージの生成および処理のために、メモリ、ＣＰＵおよびＧＰＵを有するイメージ生成プロセッサと、他の回路とを含み得る。イメージ生成プロセッサは、ＡＲシステムユーザに対しての提示のために所望の仮想コンテンツと一緒にプログラムされ得る。いくつかの実施形態において、イメージ生成プロセッサは、着用可能なＡＲシステムに収納され得ることを理解されたい。他の実施形態において、イメージ生成プロセッサおよび他の回路は、着用可能な光学素子に連結されたベルトパック、または他の構成に収納され得る。イメージ生成プロセッサによって生成された仮想コンテンツまたは情報は、ディスプレイ回路に送られ得る。ディスプレイ回路は、イメージ生成プロセッサと通信状態にあり得るインターフェース回路を備え得、更に、チップ、温度センサ、圧電駆動／変換器、赤色レーザー、青色レーザー、および緑色レーザー等の回路と、レーザーを結合するファイバ結合器とインターフェースをとり得る。レーザーは、光生成器の例として本明細書で論じられているが、他のタイプの光生成器（例えば、ＤＬＰ、ＬＣＤ、ＬＥＤ）もディスプレイ回路にインプリメントされ得る。ディスプレイ回路は、ファイバ走査装置（ＦＳＤ）等のディスプレイまたは投影装置とインターフェースをとり得る。概して、ＦＳＤは、イメージを送達するための様々なパターンを作るために速く振動させられる１つ以上の光ファイバを有するディスプレイ装置である。議論される実施形態は、ＦＳＤをディスプレイ装置として使用しているが、当業者は、当該分野において公知の他のディスプレイ装置（例えばＤＬＰ、ＯＬＥＤ、ＬＣＤ、ＬＣＯＳ）が同様にインプリメントされ得ることを理解する。
【００１４】
いくつかの実施形態において、次にＶＲ／ＡＲシステムは、ＦＳＤから回折光学要素（ＤＯＥ）アセンブリ（例えば、回折光学要素）へ光を向けるために連結光学素子を使用し得る。いくつかの実施形態によると、連結光学素子は、ＤＯＥアセンブリにおける異なる深度平面に光を集束させるために使用され得るもう１つのレンズを指し得る。簡単にいうと、いくつかの実施形態によると、ＤＯＥアセンブリは、（１）導波路のスパンに沿ってイメージ光を偏向させ、（２）自然の現実世界の回折効果を模擬する角度でイメージ光が導波路から出ることを可能にする回折格子を有する１つ以上の積み重ねられた平面導波路を備えた装置であり得る。それぞれのＤＯＥ層は、以下で更に詳細に説明されるように、特定の焦点深度にカスタマイズされ得る。
【００１５】
現実世界において、光は、それが進むに従って回折するかまたは外に広がる。従って、月等の遠くにある物体から反射される光は、見る人から５メートル離れているヒト等のより近くにある物体から反射される光よりも更に外に広がっている。上で説明されるように、人間の視覚システムは、（１）視線調節（例えば両眼転導運動）によってと、（２）焦点を合わせることによってとの少なくとも２つの方法で遠くにある物体から来る光および近くにある物体から来る光に対応する。例えば、現実世界で月を見るとき、眼は、それぞれの眼の視線を月が位置するところで交差するように収束させることによって調節を行う。視線を調節することに加え、それぞれの眼は、光の外への広がりをとらえるためにそのレンズシステムの焦点を合わせなくてはならない。いくつかの実施形態において、ＤＯＥアセンブリは、近くにある物体および遠くにある物体を異なる深度平面でディスプレイすることによって人間の調節両眼転導反射とともに機能する。例えば、平らなイメージ（例えばヒト、木、地面、および月）は、深度合成イメージを形成するために３つの深度平面、ＤＰ１、ＤＰ２、ＤＰ３に分解され得る。最も近くであると意図される物体、ヒトは、１メートル離れた物体から外に広がっている光を模擬するように調整された深度平面１（ＤＰ１）にディスプレイされる。真ん中の物体、木および地面は、５メートル離れた物体から外に広がっている光を模擬するように調整された深度平面２（ＤＰ２）にディスプレイされる。最後に、最も遠くにある物体、月は、３８４，４００，０００メートル離れた物体から外に広がっている光を模擬するように調整された深度平面３（ＤＰ３）にディスプレイされる。（３８４，４００，０００メートルは、地球から月へのおおよその距離である。しかしながら、一定の距離を超えた物体に関しては、単にレンズシステム等のイメージングシステムを光学的無限遠に調節することが一般的であり、それによって入射光線は、ほとんど平行な光線として近似される）。この方法において、深度合成イメージを見る人は、異なる深度平面で物体を見るとき、彼／彼女の焦点合わせおよび視線収束の両方を調節しなくてはならず、頭痛または不快感は、起きない。
【００１６】
いくつかの実施形態において、イメージ生成プロセッサは、平らなイメージを複数の深度平面において複数の物体に「分解する」装置としてインプリメントされ得る。他の実施形態において、イメージシーケンスは、別々の深度平面固有イメージシーケンスとして記憶され、イメージ処理生成器は、事前処理された深度平面イメージシーケンスをディスプレイの準備ができているディスプレイ回路に送る。いくつかの実施形態において、ＤＯＥは、それらが能動的に回折する「オン」状態とそれらが有意には回折しない「オフ」状態との間で切り替え可能である。例えば、切り替え可能なＤＯＥは、ポリマー分散液晶の層を備え得、その層において微小液滴は、ホスト媒体における回折パターンを備え、微小液滴の屈折率は、ホスト材料の屈折率に実質的にマッチするように切り替えられ得るか（その場合パターンは、感知できるほどに入射光を回折しない）、または微小液滴は、ホスト媒体のそれとマッチしない率に切り替えられ得る（その場合パターンは、能動的に入射光を回折する）。バッテリ電力等のリソースを節約するために、いくつかの実施形態において、見る人が特定の深度平面において物体を見ているとき、その深度平面のためのイメージ情報をディスプレイするのみであることが好ましくあり得る。例えば、イメージが月のみから成る場合、ＤＰ３は、オンに切り替えられ得、その間他の深度平面、ＤＰ１およびＤＰ２は、オフに切り替えられている。随意に、３つ全ての深度平面は、オンにされ得、シーケンスにされた方式で物体をディスプレイするように使用され得る。例えば、ＦＳＤは、迅速な連続でＤＰ１、ＤＰ２、ＤＰ３のイメージの投影を素早く切り替え得る。人間の視覚システムは、特定の周波数（例えば、３０Ｈｚ）までの動き／変化を検出することのみができるため、見る人は、ＦＳＤが平面を切り替えていることを知覚しないが、代わりに滑らかな複数深度の平面化された合成イメージストリームを知覚する。
【００１７】
加えて、いくつかの実施形態によると、システムは、眼追跡サブシステムも含み得る。この場合、眼追跡サブシステムは、見る人が遠くにある物体を見ているのか、または近くにある物体を見ているのかを判断するために、見る人の眼（例えば眼の収束角度を監視することによって）を監視し得る。システムが、例えば、見る人が月を見ていることを検出する場合、ＤＰ３は、オンに切り替えられ得、ＤＰ１およびＤＰ２は、オフに切り替えられ、かつ／または弱められる。積み重ねられた構成は、複数平面焦点合わせを同時に提供するように、（静的導波路およびレンズよりも）動的ＤＯＥを使用し得る。例えば、３つの同時の焦点の平面を用いて、一次焦点面（例えば、測定された眼の調節に基づいて）がユーザに提示され得、＋マージンおよび−マージン（１つの焦点の平面は、より近くに、１つは、より遠くの外側に）は、大きな焦点の範囲を提供するために使用され得、その範囲内でユーザは、平面がアップデートされることが必要になる前に調節し得る。この増大された焦点の範囲は、（例えば、調節測定によって判断されたように）ユーザがより近くの焦点またはより遠くの焦点に切り替える場合、一時的な利益を提供し得る。次に焦点の新しい平面は、焦点の中間深度に存在するように作られ得、＋マージンおよび−マージンは、システムがキャッチアップする間にいずれかへの速い切り替えの準備が再びできている。
【００１８】
いくつかの実施形態において、ＡＲ／ＶＲシステムは、大きな視野にわたって複数の深度平面においてイメージを素早くディスプレイするためにインプリメントされ得る。そこでは、アーキテクチャは、音響光学深度スイッチ（ＡＤＳ）を除くと、アーキテクチャに似ている。ＡＤＳは、ＦＳＤから光を受け取り、異なる深度にある異なるＤＯＥ層に光を集束させるように連結され得る。ＡＤＳは、論理モジュールおよび音響光学（ＡＯ）モジュレータを含み得る。ＦＳＤからの光入力は、ＡＤＳユニットに入り、ＤＯＥアセンブリの中へ複数の角度で偏向させられる（例えば回折させられる、屈折させられる）。それぞれのＤＯＥ層または回折要素は、深度平面（例えばＤＰ１、ＤＰ２、ＤＰ３）に対応する。例えば、ＤＯＥ層は、ＤＰ１に対応し得、見る人から１メートル離れた知覚距離でヒトをディスプレイする。同様に、ＤＯＥ層は、ＤＰ２に対応し得、見る人から５メートル離れた知覚距離で地面に根付いている木をディスプレイする。最後に、ＤＯＥ層は、ＤＰ３に対応し得、３８４，４００，０００メートル離れた知覚距離（または光学的無限遠）で月をディスプレイする。いくつかの実施形態において、それぞれのＤＯＥ層は、ＡＤＳから受け取ったイメージ光を深度平面のスパンに沿って偏向させるために内側連結（ｉｎ−ｃｏｕｐｌｉｎｇ）格子をインプリメントする。次にイメージは、ＤＯＥ層を出て第２のセットの回折格子を使用して見る人に向かい得る。いくつかの実施形態において、ＡＯモジュレータは、連結光学素子を通して光を受け取り、受け取られた光を導管路に沿って誘導し、基板に沿って表面弾性波を引き起こすために変換器を使用して（表面弾性波は、基板の屈折率を変える）、光が表面弾性波周期に比例した角度で基板を出ることを引き起こす。特に、入力光は、まずプリズムのような、連結器を通してＡＯモジュレータとインターフェースをとる。連結器は、基板上の導波路内に光を向ける。いくつかの実施形態において、基板は、石英のような圧電性材料または当該分野で知られているような他の圧電性の透明／半透明の材料を含む。いくつかの実施形態において、基板は、ニオブ酸リチウムの薄いシートを備え、そのシートも、圧電性である（すなわち、圧力／応力に応じて電気を生成する）。いくつかの実施形態において、ニオブ酸リチウム基板は、材料の屈折率を変えて所望の方向に光を屈折させるために、高電圧（例えば３０ボルト）を加えることによって電気光学スイッチとして使用され得る。しかしながら、人間の顔の近くで高電圧を走らせることは、典型的には、望まれない。更に、３０ボルトのニオブ酸リチウムスイッチ等の高電圧のスイッチを使用することは、典型的にバッテリ電力が限られている着用可能なコンピュータ視覚システムにおいて実用的でなくあり得る。代替的に、いくつかの実施形態において、基板を電気光学スイッチとして使用する代わりに、ＡＯモジュレータは、基板を音響光学スイッチとして使用する。例えば、変換器は、基板の表面に沿った波（例えば「表面音響波」）を生じさせるように、基板が前後に小刻みに動くことを引き起こす非常に低い電圧を供給され得る。表面音響波は、変換器によって生じさせられた波の周波数に比例する特定の規定された周期（例えばピーク間の距離）を有し得る。すなわち、例えば、変換器が６０Ｈｚ  ＡＣを受ける場合、表面音響波の周期は、６０Ｈｚにおおよそマッチする（例えば、材料そのものにおいて失われたエネルギー（例えば、ヒステリシス）は考慮に入れない）。同様に、ＲＦ周波数電力が変換器に供給される場合、表面音響波は、ＲＦ周波数におおよそマッチする。従って、変換器の周波数を変えることによって、誘起させられた表面波の周期は、制御および／または調整され得る。概して、いくつかの実施形態において、論理モジュールは、ＡＯモジュレータを必要な周波数を生じさせるように管理し得る。例えば、論理モジュールは、データのストリームを受け取り得、変換器が光をＤＯＥアセンブリ層に向けるようにシーケンスにおいて周波数を変えることを引き起こす。他の実施形態において、イメージ処理生成器等の他の構成要素は、ＡＯモジュレータを周波数のシーケンスを生じさせるように管理する。表面音響波は、基板の屈折率を変えることができ、回折格子の一種としても働き得る。始めに、導波路および基板は、全内部反射が導波路の中の光に対して起きるように２つの異なる屈折率を有する。ニオブ酸リチウム等の特定の基板は、電気エネルギーまたは物理／機械エネルギー（例えば応力）に応じて変わる屈折率を有する。そのように、ニオブ酸リチウム基板に異なる表面音響波を適用することによって、屈折率は、導波路の中で起きている全内部反射を破壊するように変えられ得、従って導波路の中にある光が漏れ出ることを可能にする。
【００１９】
更に、所与の波長の光が格子の外へ偏向させられる角度は、光の波長に比例し得る。いくつかの実施形態において、表面音響波は、格子幅（例えば表面音響波に対するピーク間の距離）に比例する角度でイメージ光を導波路／基板インターフェースから外へ回折する回折格子として働く。この方法において、導波路を通って伝播する入力光は、（基板の屈折率の変化によって引き起こされる）屈折と（表面音響波が波周期に比例して回折格子効果を誘起することによって引き起こされる）回折とによって偏向させられ得る。組み合わさった効果は、入力光を内側連結格子等の複数の内側連結格子標的の上に誘導するために使われ得る。加えて、光が１つの標的から次へ偏向させられ得るスピードは、単に変換器に異なる信号（例えば異なる周波数）を適用することによって調節され得る。この方法において、音響光学深度スイッチは、大きなＦＯＶにわたって非常に速い切り替えスピードを達成し得る。
【００２０】
いくつかの実施形態において、ＦＳＤおよび／または連結光学素子の必要なく、スキャナおよびスイッチとしての音響光学装置がインプリメントされ得る。動作において、ディスプレイ回路からのイメージ信号は、ＡＯＳへ直接入力される。次にＡＯＳは、光を変調し、上で述べたような音響光学アプローチを使用して光を異なる深度平面上へ偏向させ得る。ディスプレイ回路からの入力光／イメージ光は、まず、プリズム等の光学連結器であり得る、連結器とインターフェースをとり得る。連結器は、光を導波路内に向け、導波路は、光を基板の上に誘導するために全内部反射を使用する。ＡＯモジュレータは、２つの変換器を備え得る。垂直変換器は、光がＤＯＥアセンブリに向かって異なる角度で偏向することを引き起こす垂直表面音響波を生じさせる。水平変換器は、いくつかの実施形態において、垂直変換器に直交して整列され得る。水平変換器は、水平表面音響波を生じさせるためにインプリメントされ得る。入力光を（ＡＯモジュレータに対して）垂直に偏向させる垂直表面音響波のように、水平表面音響波も、ブラッグ回折等の機構を使用して、導波路において光を偏向させ得るが、偏向は、水平方向である。従って、インプリメントされるように、ＡＯモジュレータは、水平方向および垂直方向の両方において入力光を制御し得る。例えば、ＤＰ２においてディスプレイされるイメージは、地面に根付いている木である。イメージを水平にスキャンするように光線を向けるために、水平変換器は、周波数を制御することによって、従って光の水平偏向を制御することによって水平表面音響波を変調し得る。同様に、イメージ出力を垂直にスキャンするために、垂直変換器は、周波数を制御することによって、従って光の垂直偏向を制御することによって垂直表面音響波を変調し得る。
【００２１】
示されているいくつかの実施形態において、音響光学スキャナは、ハイブリッドＡＯＳユニットにおいて水平ＡＯモジュレータおよび垂直ＡＯモジュレータを使用し得る。水平ＡＯモジュレータは、連結器と、基板と、導波路と、水平変換器（例えば、水平変換器）とを備え得、それらは、水平に偏向またはシフトされた光を生じさせるために使用され得る。次に水平に偏向させられた光は、垂直ＡＯモジュレータ内に入力され得る。垂直ＡＯモジュレータは、連結器と、基板と、導波路と、垂直に光を偏向させる垂直表面音響波を生じさせる垂直変換器（例えば、垂直変換器）とを備え得る。従って、１つの組み合わされた垂直／水平ＡＯモジュレータに代わり、２つのモジュレータは、独立したユニットであり、それぞれは、独自の基板と、連結器と、導波路とを有し得るが、直交の変換器を有し得る。垂直／直立モジュレータは、ＡＯモジュレータのように構築されている。つまり、それは、（モジュレータに対して）上／下方向において光を偏向させることができる。垂直入力光は、直立モジュレータに入力されるとき、垂直方向におけるイメージ出力のように、イメージをスキャンするように垂直方向に偏向させられる。直交ＡＯモジュレータは、直立モジュレータに対して直交であるように９０度回転させられ得る。この方法において、直交ＡＯモジュレータは、ブラッグ回折を使用せずに、水平方向にイメージをスキャンするように水平入力光を偏向させる。直交モジュレータは、例として本明細書において論じられているが、当業者は、異なる角度に整列された１つ以上のＡＯモジュレータが全イメージスキャンを達成するように同様にインプリメントされ得ることを理解する。例えば、３つのＡＯモジュレータのインプリメンテーションにおいて、第１のＡＯモジュレータは、０度に整列されて（第１のＡＯモジュレータに対して）４５度に方向づけられている第２のＡＯモジュレータの中に光を入力し得、第２のＡＯモジュレータは、（第１のＡＯモジュレータに対して）９０度に方向づけられている第３のＡＯモジュレータの中に光を入力し得る。この方法において、１つ以上の間にあるモジュレータは、１つのステップで０度から９０度にいく代わりに、ゆっくりと角度を変える。
【００２２】
いくつかの実施形態において、１つの基板を有することが好ましくあり得るが、その基板の２つの直交表面が使用される。例えば、基板の上面は、第１の連結器、導波路、および変換器をインプリメントし得る。一方で基板の側面では、第２の連結器、導波路、および変換器がインプリメントされる。動作において、この実施形態は、直立モジュレータおよび直交モジュレータに類似して機能するが、第２の基板および／またはＡＯモジュレータユニットは、必要ない。
【００２３】
いくつかの実施形態において、ハイブリッドＦＳＤ／ＡＯＳモジュール、ＡＯＳ構成要素は、ＦＳＤに対して補足的に使用され得る。このアプローチにおいて、ＦＳＤは、特定の解像度でディスプレイされるイメージを生成し、そのイメージは、ＦＳＤから入力される。例えば、イメージ出力を参照すると、ＦＳＤは、概して限られた解像度を有し、特定の間隔にある渦に沿って光を出力し得る。このアプローチにおいて、ハイブリッドＦＳＤ／ＡＯＳ構成要素は、水平モジュレータおよび垂直モジュレータの両方を有するＡＯモジュレータを特徴とし、ＡＯモジュレータは、ＦＳＤが標的に定めることができないまたは届くことができないイメージ点をより精細に生成し得る。いくつかの実施形態に従うように、まず「１次」イメージ点が、ＦＳＤによって生成され得（例えばＦＳＤ渦に沿う点）、それに対して次に２次／補足イメージ点が、ＦＳＤの解像度を超えて位置する点を「埋める」ようにＡＯモジュレータによって生成される。
【００２４】
音響光学深度スイッチを使用して光を投影するためのアプローチのための方法は、次のようにインプリメントされ得る。まず、レーザー、ＬＥＤ、またはＬＣＤ等のイメージ生成器は、一シリーズのイメージを含むイメージ光を生成する。その一シリーズのイメージは、イメージのビデオシーケンスであり得、その一シリーズにおけるそれぞれのイメージは、異なる距離にある物体を示す。例えば、シリーズの第１の部分は、見る人に対して近い（ｃｌｏｓｅｄ）第１の深度平面における全ての物体を含み得る（例えば、見る人は、仮想現実または拡張現実ヘッドセットを着用している）。同様に、シリーズの他の部分は、異なる距離にある物体を含み得る。例示的な実施形態において、６つの深度平面がインプリメントされ、それぞれが、見る人からの６つの距離に対応している。いくつかの実施形態において、６つのうちの第１の深度平面は、３メートルまたはそれより近い距離に対応し、第６の深度平面は、光学的無限遠またはそうでなければ非常に大きな距離に対応する。次に、光生成器によって生成されたイメージ光は、ＦＳＤに入力され、角度にわたって作動する。いくつかの実施形態に従うように、ＦＳＤは、音響光学深度スイッチ連結光学素子上に光を投影するように使用される。プリズム等の連結光学素子は、基板に沿って、イメージ光を導波路上に向け得る。音響光学深度スイッチ内の変換器は、表面音響波を基板の表面上に生成するように異なる周波数で振動し得る。上で説明されるように、異なる周波数の表面音響波は、異なる角度でイメージ光を偏向させる。次に、変換器は、回折光学要素等の異なる光学要素上にイメージ光を偏向させるように変換器に異なる周波数でＳＡＷを生じさせるように命令する論理モジュールから命令を受け得る。
【００２５】
異なる周波数で光を偏向させるように音響光学深度スイッチを使用して光を投影するための方法は、次のようにインプリメントされ得る。いくつかの実施形態において、イメージ光は、異なる深度平面のために光の部分にシーケンスにされ得る。例えば、第１の先行する部分は、見る人に対して最も近いものとして示される物体を含み得る。第２の部分は、見る人に対して中間距離で示される物体を含み得る。第３の部分は、見る人から最も遠い距離で示される物体を含み得る。このアプローチにおいて、論理モジュールは、まず第１の部分を第１の周波数を使用して第１の光学要素に偏向させて、次に第２の部分を第２の周波数を使用して第２の光学要素に偏向させて、次に第３の部分を第３の周波数を使用して第３の光学要素に偏向させるように、変換器に、異なる周波数のＳＡＷを交互方式で生じさせるように指示し得る。本明細書において例として３つの深度平面および周波数のみが論じられているが、他の数の深度平面（例えば、６）および対応する周波数が、同様にインプリメントされ得る。
【００２６】
直交するように方向づけられた変換器を使用して直交方向に光を投影するための方法は、次のようにインプリメントされ得る。まず、水平ＳＡＷは、水平変換器を使用して生成され得る。水平ＳＡＷは、ブラッグ回折を使用して水平方向に沿って光を光学要素上に偏向またはラスタ化させ得る。次に、垂直ＳＡＷは、垂直変換器を使用して生成され得る。垂直ＳＡＷは、屈折および回折を使用して垂直方向に沿って光を光学要素上に偏向（ｄｅｆｅｃｔ）またはラスタ化させ得る。上記の方法においてステップの特定の順番が論じられているが、当業者は、異なる順番が同様にインプリメントされ得ることを理解する。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
光を投影するためのシステムであって、該システムは、
一シリーズのイメージに対応するイメージ光を生成する光生成器と、
音響光学深度スイッチとを備え、該イメージ光は、該音響光学深度スイッチ上に偏向させられ、該音響光学深度スイッチは、該イメージ光の部分を複数の回折光学要素上に偏向させ、該複数の回折光学要素のそれぞれは、該一シリーズのイメージの異なる深度平面に対応する、システム。
（項目２）
ファイバスキャン装置は、前記光生成器によって生成された前記イメージ光を受け取り、該イメージ光を前記音響光学深度スイッチ上に偏向させるように角度にわたって作動するファイバを使用する、項目１のシステム。
（項目３）
前記音響光学深度スイッチは、前記光生成器に連結されている、項目１のシステム。
（項目４）
前記音響光学深度スイッチは、基板上に表面音響波を生成する変換器を備え、該表面音響波は、前記イメージ光を前記複数の回折光学要素上に偏向させる、項目１のシステム。
（項目５）
音響光学深度スイッチは、第１の周波数および該第１の周波数とは異なる第２の周波数を含む複数の周波数において前記表面音響波を生成するように構成されており、該第１の周波数は、前記イメージ光の一部分を第１の回折光学要素上に偏向させ、該第２の周波数は、該イメージ光の一部分を第２の回折要素上に偏向させる、項目４のシステム。
（項目６）
前記基板は、ニオブ酸リチウム基板である、項目４のシステム。
（項目７）
前記音響光学深度スイッチは、基板上に垂直表面音響波を生成する垂直変換器と、該基板上に水平表面音響波を生成する水平変換器とを備える、項目１のシステム。
（項目８）
光を投影するための方法であって、該方法は、
一シリーズのイメージを含むイメージ光を生成することであって、該一シリーズのイメージは、異なる距離に対応する物体を含んでいる、ことと、
音響光学深度スイッチを介して該一シリーズのイメージの部分を回折光学要素に偏向させることであって、該一シリーズのイメージの第１の部分は、第１の距離に対応する第１の回折光学要素に偏向させられ、該一シリーズのイメージの第２の部分は、第２の距離に対応する第２の回折光学要素に偏向させられ、該第２の距離は、該第１の距離よりも大きい、こととを含む、方法。
（項目９）
ファイバスキャン装置は、前記イメージ光を受け取り、前記音響光学深度スイッチ上に該イメージ光を偏向させるように角度にわたって作動するファイバを使用する、項目８の方法。
（項目１０）
前記音響光学深度スイッチは、前記イメージ光を生成する光生成器に連結されている、項目８の方法。
（項目１１）
前記音響光学深度スイッチは、基板上に表面音響波を生成する変換器を備え、該表面音響波は、前記イメージ光を前記回折光学要素上に偏向させる、項目８の方法。
（項目１２）
音響光学深度スイッチは、第１の周波数および該第１の周波数とは異なる第２の周波数を含む複数の周波数において前記表面音響波を生成するように構成され、該第１周波数は、前記第１の部分を前記第１の回折光学要素上に偏向させ、該第２の周波数は、前記第２の部分を前記第２の回折光学要素上に偏向させる、項目１１の方法。
（項目１３）
前記基板は、ニオブ酸リチウム基板である、項目１１の方法。
（項目１４）
前記音響光学深度スイッチは、基板上に垂直表面音響波を生成する垂直変換器と、該基板上に水平表面音響波を生成する水平変換器とを備える、項目８の方法。
（項目１５）
光を投影するためのシステムであって、該システムは、
一シリーズのイメージに対応するイメージ光を生成する光生成器と、
音響光学スキャナとを備え、該イメージ光は、該音響光学スキャナ上に偏向させられ、該音響光学スキャナは、該イメージ光の部分を複数の回折光学要素上に偏向させ、該複数の回折光学要素のそれぞれは、該一シリーズのイメージの異なる深度平面に対応し、
該音響光学スキャナは、水平モジュレータおよび垂直モジュレータを備え、該水平モジュレータは、該イメージ光を水平に偏向させ、該垂直モジュレータは、該イメージ光を垂直に偏向させ、該垂直モジュレータは、該水平モジュレータから水平に偏向させられたイメージ光を受け取る、システム。
（項目１６）
音響光学スキャナは、前記光を水平および垂直に偏向させるように表面音響波を生成するように構成され、該音響光学スキャナは、第１の周波数および該第１の周波数とは異なる第２の周波数を含む複数の周波数において該表面音響波を生成するように構成され、該第１の周波数は、前記イメージ光の一部分を第１の回折光学要素上に偏向させ、該第２の周波数は、該イメージ光の一部分を第２の回折光学要素上に偏向させる、項目１５のシステム。
（項目１７）
光を投影するためのシステムであって、該システムは、
一シリーズのイメージに対応するイメージ光を生成する光生成器と、
音響光学スキャナとを備え、該イメージ光は、該音響光学スキャナ上に偏向させられ、該音響光学スキャナは、該イメージ光の部分を複数の回折光学要素上に偏向させ、該複数の回折光学要素のそれぞれは、該一シリーズのイメージの異なる深度平面に対応し、
該音響光学スキャナは、水平モジュレータおよび該水平モジュレータに対して並列である垂直モジュレータを備え、該水平モジュレータは、該イメージ光を水平に偏向させ、該垂直モジュレータは、該イメージ光を垂直に偏向させ、該垂直モジュレータは、該一シリーズのイメージのうち垂直に偏向させられる部分を入力として受け取り、該水平モジュレータは、該一シリーズのイメージのうち平行に偏向させられる部分を入力として受け取る、システム。
（項目１８）
音響光学スキャナは、前記光を水平および垂直に偏向させるように表面音響波を生成するように構成され、該音響光学スキャナは、第１の周波数および該第１の周波数とは異なる第２の周波数を含む複数の周波数において該表面音響波を生成するように構成され、該第１の周波数は、前記イメージ光の一部分を第１の回折光学要素上に偏向させ、該第２の周波数は、該イメージ光の一部分を第２の回折光学要素上に偏向させる、項目１７のシステム。
（項目１９）
光を投影するためのシステムであって、該システムは、
一シリーズのイメージに対応するイメージ光を生成する光生成器と、
音響光学スキャナとを備え、該イメージ光は、該音響光学スキャナ上に偏向させられ、該音響光学スキャナは、該イメージ光の部分を複数の回折光学要素上に偏向させ、該複数の回折光学要素のそれぞれは、該一シリーズのイメージの異なる深度平面に対応し、
ファイバスキャン装置は、該光生成器によって生成された該イメージ光を受け取り、該イメージ光を該音響光学スキャナ上に偏向させるように角度にわたって作動するファイバを使用し、該ファイバスキャン装置は、第１の解像度で光を投影するように構成可能であり、該音響光学スキャナは、該第１の解像度よりも大きい第２の解像度で光を投影するように構成可能であり、該音響光学スキャナは、該第１の解像度において該ファイバスキャン装置から該イメージ光を受け取り、該音響光学スキャナは、該第２の解像度において該イメージ光を出力する、システム。
（項目２０）
音響光学スキャナは、前記光を水平および垂直に偏向させるように表面音響波を生成するように構成され、該音響光学スキャナは、第１の周波数および該第１の周波数とは異なる第２の周波数を含む複数の周波数において該表面音響波を生成するように構成され、該第１の周波数は、前記イメージ光の一部分を第１の回折光学要素上に偏向させ、該第２の周波数は、該イメージ光の一部分を第２の回折光学要素上に偏向させる、項目１７のシステム。
【００２７】
いくつかの実施形態における局面、物体、および利点の更なる詳細は、詳細な説明、図、および特許請求の範囲において以下に記載される。前述の概要の説明および次の詳細な説明の両方は、例示的であり説明的であり、実施形態の範囲について限定することを意図しない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
図は、本発明のいくつかの実施形態のデザインおよび実用性を例示する。図は、一定の縮小比で描かれておらず、類似する構造または機能の要素は、図を通して同様の参照数字によって示されることを留意されたい。どのように本発明の様々な実施形態における上記のおよび他の利点および目的を得るかをより良く理解するために、上で簡単に説明された本発明のより詳細な説明が、付随する図に例示される、その特定の実施形態に対する参照によって提示される。これらの図は、本発明の典型的な実施形態のみを示すのであり従ってその範囲を限定するものと考えられるべきではないことを理解し、本発明は、付随する図の使用を通しての追加特定および詳細とともに記載および説明される。
【００２９】
【図１】図１は、いくつかの実施形態に従った、例示的な仮想または拡張現実環境を示す。
【００３０】
【図２】図２は、いくつかの実施形態に従った、仮想または拡張現実ヘッドセットを示す。
【００３１】
【図３】図３は、人間の眼の構成要素を示す。
【００３２】
【図４】図４は、いくつかの実施形態に従った、仮想または拡張現実ヘッドセットおよびディスプレイモジュールを示す。
【００３３】
【図５】図５は、いくつかの実施形態に従った、仮想または拡張現実ヘッドセットおよびファイバスキャン装置を使用するディスプレイモジュールのアーキテクチャを示す。
【００３４】
【図６】図６は、いくつかの実施形態に従った、平らなイメージとしての仮想または拡張現実環境の例を示す。
【００３５】
【図７】図７は、いくつかの実施形態に従った、異なる深度平面に分けられた図６の仮想または拡張現実環境の例を示す。
【００３６】
【図８】図８は、いくつかの実施形態に従った、仮想または拡張現実ヘッドセットおよびファイバスキャン装置を使用するディスプレイモジュールおよび音響光学深度スイッチのアーキテクチャを示す。
【００３７】
【図９】図９は、いくつかの実施形態に従った、音響光学深度スイッチおよび回折光学アセンブリの内部アーキテクチャを示す。
【００３８】
【図１０】図１０は、いくつかの実施形態に従った、仮想または拡張現実ヘッドセットおよび光生成器を備えたディスプレイ回路に直接連結された音響光学深度スイッチを使用するディスプレイモジュールのアーキテクチャを示す。
【００３９】
【図１１】図１１は、いくつかの実施形態に従った、回折光学アセンブリと水平および垂直変換器を有する音響光学深度スイッチとの内部アーキテクチャを示す。
【００４０】
【図１２】図１２は、いくつかの実施形態に従った、回折光学アセンブリおよび垂直方向音響光学深度スイッチに連結された水平方向音響光学深度スイッチの内部アーキテクチャを示す。
【００４１】
【図１３】図１３は、いくつかの実施形態に従った、回折光学アセンブリおよび垂直方向音響光学深度スイッチに対して並列する水平方向音響光学深度スイッチの内部アーキテクチャを示す。
【００４２】
【図１４】図１４は、いくつかの実施形態に従った、回折光学アセンブリおよびハイブリッドファイバスキャンおよび音響光学深度スイッチ装置の内部アーキテクチャを示す。
【００４３】
【図１５】図１５は、いくつかの実施形態に従った、回折光学アセンブリおよびファイバスキャン装置が届くことのできない解像度を覆う音響光学深度スイッチの内部アーキテクチャを示す。
【００４４】
【図１６Ａ】図１６ＡからＣは、いくつかの実施形態に従った、音響光学深度スイッチを使用して光を投影するための方法のためのフローチャートを示す。
【図１６Ｂ】図１６ＡからＣは、いくつかの実施形態に従った、音響光学深度スイッチを使用して光を投影するための方法のためのフローチャートを示す。
【図１６Ｃ】図１６ＡからＣは、いくつかの実施形態に従った、音響光学深度スイッチを使用して光を投影するための方法のためのフローチャートを示す。
【００４５】
【図１７】図１７は、例示的システムアーキテクチャを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
（詳細な説明）
様々な実施形態は、音響光学制御装置のための方法、システム、およびコンピュータプログラム製品に関する。他の目的、特徴、および利点は、詳細な説明、図および特許請求の範囲に記載される。
【００４７】
次に、方法、システム、および製品の様々な実施形態は、当業者が様々な実施形態を実践し得るように例示的な例として提供される図の参照とともに詳細に説明される。特に、以下の図および例は、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。本発明の特定の要素が公知の構成要素（または方法またはプロセス）を使用して部分的または全体的にインプリメントされ得る場合、本発明の理解に必要なそのような公知の構成要素（または方法またはプロセス）の部分のみが説明され、そのような公知の構成要素（または方法またはプロセス）の他の部分の詳細な説明は、発明を不明瞭にしないように省略される。更に、本発明は、本明細書において例示として参照される構成要素に対する現在および未来の公知の均等物を含む。
【００４８】
図４は、音響光学制御装置がインプリメントされ得る例示的なシステムおよび動作環境を示す。図４に示されるように、ＡＲシステムユーザ４００は、ユーザの眼の前に配置されたディスプレイシステム４０２に連結されたフレーム４０４構造を着用しているところが示される。スピーカ４０６は、示される構成においてフレーム４０４に連結され、ユーザの外耳道に隣接して配置される（１つの実施形態において、図示されていない別のスピーカは、ユーザの他方の外耳道に隣接して配置されて、ステレオ／整形可能な音制御を提供する）。ディスプレイ４０２は、有線リードまたは無線接続等によってローカル処理およびデータモジュール４１０に作用可能に連結され４０８、ローカル処理およびデータモジュール４１０は、いくつかの実施形態によると、フレーム４０４に固定的に取り付けられる等、様々な構成で設置され得る。追加の実施形態において、ローカル処理およびデータモジュール４１０は、ヘルメットまたは帽子に固定的に取り付けられ得るか、ヘッドホンに埋め込まれ得るか、（バックパック式構成でユーザの胴体に取り外し可能なように取り付けられ得るか、またはベルト連結式構成でユーザの腰に取り外し可能なように取り付けられ得る（図示せず）。
【００４９】
ローカル処理およびデータモジュール４１０は、電力効率のあるプロセッサまたはコントローラと、フラッシュメモリ等のデジタルメモリとを備え得、その両方は、（ａ）イメージキャプチャ装置（カメラ等）、マイクロフォン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線装置、および／またはジャイロ等の、フレーム４０４に作用可能に連結され得るセンサからキャプチャされた、かつ／または、（ｂ）おそらくそのような処理または取り出しの後のディスプレイ４０２への移動のために遠隔処理モジュール４１２および／または遠隔データレポジトリ４１４を使用して取得および／または処理された、データの処理、キャッシング、および記憶を助けるために利用され得る。
【００５０】
ローカル処理およびデータモジュール４１０は、有線通信リンクまたは無線通信リンク等によって遠隔処理モジュール４１２および遠隔データレポジトリ４１４に作用可能に連結され得（４１６、４１８）、これらの遠隔モジュール（４１２、４１４）は、互いに作用可能に連結されて、ローカル処理およびデータモジュール４１０に対してリソースとして利用可能になる。いくつかの実施形態において、遠隔処理モジュール４１２は、データおよび／またはイメージ情報を分析および処理するように構成された、１つ以上の比較的強力なプロセッサまたはコントローラを備え得る。いくつかの実施形態において、遠隔データレポジトリ４１４は、比較的大規模なデジタルデータ記憶設備を備え得、その設備は、インターネットまたは「クラウド」リソース構成における他のネットワーキング構成を通して入手可能であり得る。いくつかの実施形態において、全てのデータは、記憶されて、全ての計算は、ローカル処理およびデータモジュールにおいて実行されて、任意の遠隔モジュールからの完全に自律した使用を可能にする。
【００５１】
図５は、いくつかの実施形態に従った、積み重ねられた導波路アセンブリ（「ＥＤＧＥ」）を使用する例示的なＡＲシステムを示す。ＥＤＧＥシステム５００は、イメージの生成および処理のために、概して、メモリ５１２、ＣＰＵ５１６およびＧＰＵ５１４を有するイメージ生成プロセッサ５０２と、他の回路とを含む。イメージ生成プロセッサ５０２は、ＡＲシステムユーザに対しての提示のために所望の仮想コンテンツと一緒にプログラムされ得る。いくつかの実施形態において、イメージ生成プロセッサ５０２は、着用可能なＡＲシステムに収納され得ることを理解されたい。他の実施形態において、イメージ生成プロセッサおよび他の回路は、着用可能な光学素子に連結されたベルトパック、または他の構成に収納され得る。
【００５２】
イメージ生成プロセッサ５０２によって生成された仮想コンテンツまたは情報は、ディスプレイ回路５１０に送られ得る。ディスプレイ回路５１０は、イメージ生成プロセッサ５０２と通信状態にあり得るインターフェース回路５３２を備え得、更に、チップ５３４、温度センサ５３６、圧電駆動／変換器５３８、赤色レーザー５４０、青色レーザー５４２、および緑色レーザー５４４等の回路と、レーザーを結合するファイバ結合器（図示せず）とインターフェースをとり得る。レーザーは、光生成器の例として本明細書に示されているが、他のタイプの光生成器（例えば、ＤＬＰ、ＬＣＤ、ＬＥＤ）もディスプレイ回路５１０にインプリメントされ得る。
【００５３】
ディスプレイ回路５１０は、ファイバ走査装置（ＦＳＤ）５２０等のディスプレイまたは投影装置とインターフェースをとり得る。概して、ＦＳＤ５２０は、イメージを送達するための様々なパターンを作るために速く振動させられる１つ以上の光ファイバを有するディスプレイ装置である。例示される実施形態は、ＦＳＤをディスプレイ装置として使用しているが、当業者は、当該分野において公知の他のディスプレイ装置（例えばＤＬＰ、ＯＬＥＤ、ＬＣＤ、ＬＣＯＳ）が同様にインプリメントされ得ることを理解する。
【００５４】
次にＡＲシステムは、ＦＳＤから回折光学要素（ＤＯＥ）アセンブリ５３０（例えば、回折光学要素）へ光を向けるために連結光学素子５２２を使用し得る。いくつかの実施形態によると、連結光学素子５２２は、ＤＯＥアセンブリにおける異なる深度平面に光を集束させるために使用され得るもう１つのレンズを指し得る。簡単にいうと、いくつかの実施形態によると、ＤＯＥアセンブリ５３０は、（１）導波路のスパンに沿ってイメージ光を偏向させ、（２）自然の現実世界の回折効果を模擬する角度でイメージ光が導波路から出ることを可能にする回折格子を有する１つ以上の積み重ねられた平面導波路を備えた装置である。それぞれのＤＯＥ層は、以下で更に詳細に説明されるように、特定の焦点深度にカスタマイズされ得る。
【００５５】
図６は、同じ深度平面に示される異なる距離にある物体を有するシーンの例示的な例を示す。そこでは、平らなイメージ６００が、ヒト６０２、地面６０６に根付いている木６０４、および空にある月６０８を示す。現実世界において、光は、それが進むに従って回折するかまたは外に広がる。従って、月６０８等の遠くにある物体から反射される光は、ヒト６０２等のより近くにある物体から反射される光よりも更に外に広がっている。上で説明されるように、人間の視覚システムは、（１）視線調節（例えば両眼転導運動）によってと、（２）焦点を合わせることによってとの少なくとも２つの方法で遠くにある物体から来る光および近くにある物体から来る光に対応する。例えば、現実世界で月を見るとき、眼は、それぞれの眼の視線を月が位置するところで交差するように収束させることによって調節を行う。同様に、ある人が彼／彼女自身の鼻の先を見つめる場合、眼は、再びそれぞれの眼の視線を鼻の先が位置するところで交差するように収束させることを調節し、対象は、外見上「寄り眼」に見える。
【００５６】
視線を調節することに加え、それぞれの眼は、光の外への広がりをとらえるためにそのレンズシステムの焦点を合わせなくてはならない。例えば、遠くにある月６０８から反射される光は、月からの光に焦点が合っていない場合、ヒト６０２から反射される光よりも「ぼやけた」ように見え得る。従って、月を見るために、それぞれの眼は、レンズを平らにすることによって眼のレンズの焦点を合わせ、月光をだんだんと少なく屈折させて、最終的に月に焦点が合うようになる。同様に、ヒトを見るためにそれぞれの眼は、レンズをより丸くすることによって眼のレンズの焦点を合わせ、ヒトに焦点が合うまでますます入射光を屈折させる。上で説明されるように、それぞれの眼の視線を調節することと、焦点を合わせることとは、自動的に一緒に起こり、「調節両眼転導反射」として知られている。
【００５７】
従来型／レガシーの立体的ＡＲまたはＶＲ構成の問題は、それらが調節両眼転導反射に逆らって機能することである。例えば、図６の平らなイメージ６００を参照すると、従来型／レガシーの立体的ＡＲまたはＶＲシステムが、異なる知覚距離で月６０８、木６０４、およびヒト６０２をディスプレイする（例えばヒトがより近くに見えて月がより遠くに見える）が、全てに焦点が合っている場合、眼は、月またはヒトを見るときに焦点を合わせ直す必要がない。これは、調節両眼転導反射に逆らって機能するミスマッチを引き起こす。前述されているように、これらの種類のレガシーアプローチは、ユーザにおける眼の疲労、頭痛、または他の形での不快感を生むと知られている。
【００５８】
対照的に、（図５にある）ＤＯＥアセンブリ５３０は、近くにある物体および遠くにある物体を異なる深度平面でディスプレイすることによって人間の調節両眼転導反射とともに機能する。例えば、図７は、深度合成イメージ７１０を形成するために３つの深度平面、ＤＰ１、ＤＰ２、ＤＰ３に分解された同じ平らなイメージ６００（例えばヒト、木、地面、および月）を示す。最も近くであると意図される物体、ヒト６２０は、１メートル離れた物体から外に広がっている光を模擬するように調整された深度平面１（ＤＰ１）にディスプレイされる。真ん中の物体、木６０４および地面６０６は、５メートル離れた物体から外に広がっている光を模擬するように調整された深度平面２（ＤＰ２）にディスプレイされる。最後に、最も遠くにある物体、月６０８は、３８４，４００，０００メートル離れた物体から外に広がっている光を模擬するように調整された深度平面３（ＤＰ３）にディスプレイされる。（３８４，４００，０００メートルは、地球から月へのおおよその距離である。しかしながら、一定の距離を超えた物体に関しては、単にレンズシステム等のイメージングシステムを光学的無限遠に調節することが一般的であり、それによって入射光線は、ほとんど平行な光線として近似される）。この方法において、深度合成イメージ７１０を見る人は、異なる深度平面で物体を見るとき、彼／彼女の焦点合わせおよび視線収束の両方を調節しなくてはならず、頭痛または不快感は、起きない。
【００５９】
再び図５を参照すると、イメージ生成プロセッサ５０２は、いくつかの実施形態によると、平らなイメージを複数の深度平面において複数の物体に「分解する」装置としてインプリメントされ得る。他の実施形態において、イメージシーケンスは、別々の深度平面固有イメージシーケンスとして記憶され、イメージ処理生成器は、事前処理された深度平面イメージシーケンスをディスプレイの準備ができているディスプレイ回路に送る。
【００６０】
いくつかの実施形態において、ＤＯＥは、それらが能動的に回折する「オン」状態とそれらが有意には回折しない「オフ」状態との間で切り替え可能である。例えば、切り替え可能なＤＯＥは、ポリマー分散液晶の層を備え得、その層において微小液滴は、ホスト媒体における回折パターンを備え、微小液滴の屈折率は、ホスト材料の屈折率に実質的にマッチするように切り替えられ得るか（その場合パターンは、感知できるほどに入射光を回折しない）、または微小液滴は、ホスト媒体のそれとマッチしない率に切り替えられ得る（その場合パターンは、能動的に入射光を回折する）。
【００６１】
バッテリ電力等のリソースを節約するために、いくつかの実施形態において、見る人が特定の深度平面において物体を見ているとき、その深度平面のためのイメージ情報をディスプレイするのみであることが好ましくあり得る。例えば、図７を参照すると、イメージが月６０８のみから成る場合、ＤＰ３は、オンに切り替えられ得、その間他の深度平面、ＤＰ１およびＤＰ２は、オフに切り替えられている。随意に、３つ全ての深度平面は、オンにされ得、シーケンスにされた方式で物体をディスプレイするように使用され得る。例えば、ＦＳＤ５２０は、迅速な連続でＤＰ１、ＤＰ２、ＤＰ３のイメージの投影を素早く切り替え得る。人間の視覚システムは、特定の周波数（例えば、３０Ｈｚ）までの動き／変化を検出することのみができるため、見る人は、ＦＳＤ５２０が平面を切り替えていることを知覚しないが、代わりに滑らかな複数深度の平面化された合成イメージストリームを知覚する。
【００６２】
加えて、いくつかの実施形態によると、システムは、眼追跡サブシステム５５０（図５）も含み得る。この場合、眼追跡サブシステムは、見る人が遠くにある物体を見ているのか、または近くにある物体を見ているのかを判断するために、見る人の眼（例えば眼の収束角度を監視することによって）を監視し得る。システムが、例えば、見る人が月を見ていることを検出する場合、ＤＰ３は、オンに切り替えられ得、ＤＰ１およびＤＰ２は、オフに切り替えられ、かつ／または弱められる。
【００６３】
積み重ねられた構成は、複数平面焦点合わせを同時に提供するように、（静的導波路およびレンズよりも）動的ＤＯＥを使用し得る。例えば、３つの同時の焦点の平面を用いて、一次焦点面（例えば、測定された眼の調節に基づいて）がユーザに提示され得、＋マージンおよび−マージン（１つの焦点の平面は、より近くに、１つは、より遠くの外側に）は、大きな焦点の範囲を提供するために使用され得、その範囲内でユーザは、平面がアップデートされることが必要になる前に調節し得る。この増大された焦点の範囲は、（例えば、調節測定によって判断されたように）ユーザがより近くの焦点またはより遠くの焦点に切り替える場合、一時的な利益を提供し得る。次に焦点の新しい平面は、焦点の中間深度に存在するように作られ得、＋マージンおよび−マージンは、システムがキャッチアップする間にいずれかへの速い切り替えの準備が再びできている。
【００６４】
しかしながら、このシナリオは、ＦＳＤが、複数のＤＯＥに注入されるように異なるイメージ／イメージの部分を迅速に生成するのに十分速く動作することができると仮定している。説明されるように、ＦＳＤは、概して、所与の角度にわたって前後にラスタ化することによって機能する。その角度は、ディスプレイされるイメージのための視野（ＦＯＶ）を決定する。６つの深度平面を有するシステムにおいて（例えばＤＰ１、ＤＰ２・・・ＤＰ６）、ＦＳＤは、シームレスな仕方で深度平面をフレーム毎に６回切り替えることができなくてはならない。例えば、１秒毎のフレーム（ＦＰＳ）が（多くのビデオストリームインプリメンテーションにおいて典型的である）６０である場合、ＦＳＤは、それぞれのフレームに対してフレーム毎に６回切り替えなくてはならない。加えて、それぞれの深度平面において２つの標的領域が存在し得、１つは、緑色の光用、２つ目は、赤色および青色の光用である。従って、ＦＳＤが切り替え可能でなくてはならない１２個の標的がフレーム毎に存在し得る。従って、ＦＳＤは、シームレスなイメージ／ビデオシーケンスをラスタ化するために、６０ＦＰＳおよび１２個の標的に対して、１秒毎に約７１４回切り替えることができなくてはならない。ＦＳＤは、イメージをラスタ化するために角度を通してファイバを作動させる物理的／機械的装置であるため、より大きな角度にわたって十分速く作動することは、１秒毎のフレームまたは深度平面の数が増えるほどに、ますます難しくなる。
【００６５】
加えて、ＦＳＤ５２０が十分速くラスタ化および切り替えができると仮定して、（ＦＳＤから受け取られた光をほとんど直交な角度でＤＯＥアセンブリに向ける）連結光学素子５２２は、ＦＳＤのスピードおよびＦＯＶ要件にマッチすることができるべきである。それぞれの深度平面にＦＳＤ光を集束させるためにレンズを使用する等の現行のアプローチは、少なくともＦＯＶ要件に関して限定される。理想的には、現実的なシミュレーションのために、１２０度のＦＯＶが、自然な現実世界の視覚を模擬するために必要とされる。しかしながら、可変焦点レンズシステム、ＬＣシャッタ、および／または格子システムを使用する等の現行の連結光学アプローチは、１２０度のＦＯＶを生じさせることができず、シームレスな視覚的ディスプレイを生じさせるのに十分に速く深度平面を切り替えることができない。
【００６６】
加えて、ＦＳＤと、レンズシステム等の連結光学素子とを機械的に作動させることは、要求されるＦＯＶにわたってそのようなアプローチが十分に速く切り替えることができたとしても、電力およびリソースを消耗し得る。従って、大きな視野にわたって複数の深度平面において素早くイメージをディスプレイするためのアプローチの必要性が存在する。
【００６７】
図８は、大きな視野にわたって複数の深度平面においてイメージを素早くディスプレイするためのアプローチを示す。そこでは、アーキテクチャ８００は、１２０度等の大きなＦＯＶにわたってＦＳＤのスピードにマッチできるおよび／またはＦＳＤのスピードを超えることができる音響光学深度スイッチ（ＡＤＳ）８０２を除くと、図５に示されるアーキテクチャに似ている。図８の例示的実施形態に示されるように、ＡＤＳ８０２は、ＦＳＤ５２０から光を受け取り、異なる深度にある異なるＤＯＥ層に光を集束させるように連結されている。
【００６８】
図９は、いくつかの実施形態に従うように、ＡＤＳおよびＤＯＥアセンブリの局面を示している内部アーキテクチャ９００を例示する。そこでは、ＡＤＳ８０２が、論理モジュール９５０および音響光学（ＡＯ）モジュレータ９５２を含む。例示される実施形態において、ＦＳＤ５２０からの光入力９０２は、ＡＤＳ８０２ユニットに入り、ＤＯＥアセンブリ５３０の中へ複数の角度で偏向させられる（例えば回折させられる、屈折させられる）。それぞれのＤＯＥ層または回折要素（例えば５３０ａ、５３０ｂ、５３０ｃ）は、深度平面（例えばＤＰ１、ＤＰ２、ＤＰ３）に対応する。例えば、ＤＯＥ層５３０ａは、ＤＰ１に対応し得、見る人から１メートル離れた知覚距離でヒト６２０（図７）をディスプレイする。同様に、ＤＯＥ層５３０ｂは、ＤＰ２に対応し得、見る人から５メートル離れた知覚距離で地面６０６に根付いている木６０４をディスプレイする。最後に、ＤＯＥ層５３０ｃは、ＤＰ３に対応し得、３８４，４００，０００メートル離れた知覚距離（または光学的無限遠）で月６０８をディスプレイする。
【００６９】
いくつかの実施形態において、それぞれのＤＯＥ層は、ＡＤＳ８０２から受け取ったイメージ光を深度平面のスパンに沿って偏向させるために内側連結格子９６０をインプリメントする。次にイメージは、ＤＯＥ層を出て第２のセットの回折格子（図示せず）を使用して見る人９１４に向かい得る。
【００７０】
いくつかの実施形態において、ＡＯモジュレータは、連結光学素子を通して光を受け取り、受け取られた光を導管路に沿って誘導し、基板に沿って表面弾性波を引き起こすために変換器を使用して（表面弾性波は、基板の屈折率を変える）、光が表面弾性波周期に比例した角度で基板を出ることを引き起こす。特に、図９に例示されるように、入力光９０２は、まずプリズムのような、連結器９０４を通してＡＯモジュレータ９５２とインターフェースをとる。連結器９０４は、基板９１２上の導波路９０６内に光を向ける。いくつかの実施形態において、基板は、石英のような圧電性材料または当該分野で知られているような他の圧電性の透明／半透明の材料を含む。いくつかの実施形態において、基板は、ニオブ酸リチウムの薄いシートを備え、そのシートも、圧電性である（すなわち、圧力／応力に応じて電気を生成する）。
【００７１】
いくつかの実施形態において、ニオブ酸リチウム基板は、材料の屈折率を変えて所望の方向に光を屈折させるために、高電圧（例えば３０ボルト）を加えることによって電気光学スイッチとして使用され得る。しかしながら、人間の顔の近くで高電圧を走らせることは、典型的には、望まれない。更に、３０ボルトのニオブ酸リチウムスイッチ等の高電圧のスイッチを使用することは、典型的にバッテリ電力が限られている着用可能なコンピュータ視覚システムにおいて実用的でなくあり得る。
【００７２】
代替的に、図９に例示されるように、基板を電気光学スイッチとして使用する代わりに、ＡＯモジュレータは、基板９１２を音響光学スイッチとして使用する。例えば、変換器９０８は、基板の表面に沿った波（例えば表面音響波）を生じさせるように、基板が前後に小刻みに動くことを引き起こす非常に低い電圧を供給され得る。表面音響波は、変換器によって生じさせられた波の周波数に比例する特定の規定された周期（例えばピーク間の距離）を有し得る。すなわち、例えば、変換器９０８が６０Ｈｚ  ＡＣを受ける場合、表面音響波の周期は、６０Ｈｚにおおよそマッチする（例えば、材料そのものにおいて失われたエネルギー（例えば、ヒステリシス）は考慮に入れない）。同様に、ＲＦ周波数電力が変換器に供給される場合、表面音響波は、ＲＦ周波数におおよそマッチする。従って、変換器の周波数を変えることによって、誘起させられた表面波の周期は、制御および／または調整され得る。概して、いくつかの実施形態において、論理モジュール９５０は、ＡＯモジュレータ９５２を必要な周波数を生じさせるように管理し得る。例えば、論理モジュールは、データのストリームを受け取り得、変換器が光をＤＯＥアセンブリ層に向けるようにシーケンスにおいて周波数を変えることを引き起こす。他の実施形態において、イメージ処理生成器５０２等の他の構成要素は、ＡＯモジュレータを周波数のシーケンスを生じさせるように管理する。
【００７３】
前述したように、表面音響波は、基板の屈折率を変え、回折格子の一種としても働き得る。始めに、導波路および基板は、全内部反射が導波路の中の光に対して起きるように２つの異なる屈折率を有する。ニオブ酸リチウム等の特定の基板は、電気エネルギーまたは物理／機械エネルギー（例えば応力）に応じて変わる屈折率を有する。そのように、ニオブ酸リチウム基板に異なる表面音響波を適用することによって、屈折率は、導波路の中で起きている全内部反射を破壊するように変えられ得、従って導波路の中にある光が漏れ出ることを可能にする。
【００７４】
更に、所与の波長の光が格子の外へ偏向させられる角度は、光の波長に比例する。例えば、格子上の輝く白い光は、異なる波長に対応する「分解された」色の虹をもたらす。いくつかの実施形態において、表面音響波は、格子幅（例えば表面音響波に対するピーク間の距離）に比例する角度でイメージ光を導波路／基板インターフェース（例えば図９における９１２と９０６との間のインターフェース）から外へ回折する回折格子として働く。この方法において、導波路９０６を通って伝播する入力光９０２は、（基板９１２の屈折率の変化によって引き起こされる）屈折と（表面音響波が波周期に比例して回折格子効果を誘起することによって引き起こされる）回折とによって偏向させられ得る。組み合わさった効果は、入力光９０２を内側連結格子９０６等の複数の内側連結格子標的の上に誘導するために使われ得る。加えて、光が１つの標的から次へ偏向させられ得るスピードは、単に変換器９０８に異なる信号（例えば異なる周波数）を適用することによって調節され得る。この方法において、音響光学深度スイッチ８０２は、大きなＦＯＶにわたって非常に速い切り替えスピードを達成し得る。
【００７５】
図１０は、ＦＳＤおよび／または連結光学素子の必要なく、音響光学装置をスキャナおよびスイッチとして使用するアプローチを例示する。そこでは、アーキテクチャ１０００は、音響光学スキャナ（ＡＯＳ）１００２と、ＦＳＤ５２０がないこととを除いて、図８に例示されるアーキテクチャに類似する。動作において、ディスプレイ回路５１０からのイメージ信号は、ＡＯＳ１００２へ直接入力される。次にＡＯＳ１００２は、光を変調し、上で述べたような音響光学アプローチを使用して光を異なる深度平面上へ偏向させ得る。
【００７６】
図１１は、いくつかの実施形態に従うように、音響光学スキャナ（ＡＯＳ）１００２およびＤＯＥアセンブリ５３０の内部アーキテクチャ１１００を例示する。例示されるように、ディスプレイ回路５１０（図５）からの入力光／信号９０２は、まず、プリズム等の光学連結器であり得る、連結器１１１４とインターフェースをとり得る。連結器１１１４は、光を導波路１１１０内に向け、導波路１１１０は、光を基板１１０８の上に誘導するために全内部反射を使用する。上で述べられるアプローチと比較して、図１１のＡＯモジュレータ１１０６は、２つの変換器を有する。垂直変換器１１２０は、上で述べられ、概して光がＤＯＥアセンブリ５３０に向かって異なる角度で偏向することを引き起こす垂直表面音響波１１１８を生じさせる。
【００７７】
水平変換器１１１６は、いくつかの実施形態において、垂直変換器１１２０に直交して整列され得る。水平変換器は、水平表面音響波１１１２を生じさせるためにインプリメントされる。入力光を（ＡＯモジュレータに対して）垂直に偏向させる垂直表面音響波１１１８のように、水平表面音響波も、ブラッグ回折等の機構を使用して、導波路において光を偏向させ得るが、偏向は、水平方向である。従って、インプリメントされるように、ＡＯモジュレータ１１０６は、水平方向および垂直方向の両方において入力光を制御し得る。例えば、イメージ出力１１５０を参照して、ＤＰ２においてディスプレイされるイメージは、地面に根付いている木である。イメージを水平１１５２にスキャンするように光線を向けるために、水平変換器は、周波数を制御することによって、従って光の水平偏向を制御することによって水平表面音響波を変調し得る。同様に、イメージ出力を垂直１１５４にスキャンするために、垂直変換器１１２０は、周波数を制御することによって、従って光の垂直偏向を制御することによって垂直表面音響波１１１８を変調し得る。
【００７８】
図１２は、いくつかの実施形態に従うように、ハイブリッドＡＯＳユニット１２０２において水平ＡＯモジュレータおよび垂直ＡＯモジュレータを使用して光を偏向させるためのＡＯＳアーキテクチャ１２００を示す。そこでは、水平ＡＯモジュレータ１２０４は、連結器と、基板と、導波路と、水平変換器（例えば、水平変換器１１１６）とを備え得、それらは、水平に偏向またはシフトされた光１２２２を生じさせるために使用され得る。次に水平に偏向させられた光は、垂直ＡＯモジュレータ１２０６内に入力され得る。垂直ＡＯモジュレータは、連結器と、基板と、導波路と、垂直に光を偏向１２２４させる垂直表面音響波を生じさせる垂直変換器（例えば、垂直変換器１１２０）とを備え得る。従って、１つの組み合わされた垂直／水平ＡＯモジュレータ（例えば、図１１の１１０６）に代わり、２つのモジュレータ（１２０４、１２０６）は、独立したユニットであり、それぞれは、独自の基板と、連結器と、導波路とを有し得るが、直交の変換器を有し得る。
【００７９】
図１３は、いくつかの実施形態に従うように、ハイブリッドＡＯＳユニット１３１０において直立モジュレータおよび直交モジュレータを使用して光を偏向させるためのＡＯＳアーキテクチャ１３００を示す。そこでは、直立モジュレータ１３２０は、図９に例示されるＡＯモジュレータ９５２のように構築されている。つまり、それは、（モジュレータに対して）上／下方向において光を偏向させることができる。垂直入力光１３０４は、直立モジュレータ１３２０に入力されるとき、垂直方向１１５４におけるイメージ出力１１５０のように、イメージをスキャンするように垂直方向に偏向させられる。
【００８０】
直交ＡＯモジュレータ１３２２も、図９に記載されるＡＯモジュレータ９５２のように構築されている。しかしながら、直交ＡＯモジュレータは、直立モジュレータ１３２０に対して直交であるように９０度回転させられ得る。この方法において、直交ＡＯモジュレータ１３２２は、ブラッグ回折を使用せずに、水平方向１１５２にイメージをスキャンするように水平入力光１３０２を偏向させる。直交モジュレータは、例として本明細書に示されるが、当業者は、異なる角度に整列された１つ以上のＡＯモジュレータが全イメージスキャンを達成するように同様にインプリメントされ得ることを理解する。例えば、３つのＡＯモジュレータのインプリメンテーションにおいて、第１のＡＯモジュレータは、０度に整列されて（第１のＡＯモジュレータに対して）４５度に方向づけられている第２のＡＯモジュレータの中に光を入力し得、第２のＡＯモジュレータは、（第１のＡＯモジュレータに対して）９０度に方向づけられている第３のＡＯモジュレータの中に光を入力し得る。この方法において、減らすことができる１つ以上の間にあるモジュレータは、１つのステップで０度から９０度にいく代わりに、ゆっくりと角度を変える。
【００８１】
いくつかの実施形態において、１つの基板を有することが好ましくあり得るが、その基板の２つの直交表面が使用される。例えば、基板の上面は、第１の連結器、導波路、および変換器をインプリメントし得る。一方で基板の側面では、第２の連結器、導波路、および変換器がインプリメントされる。動作において、この実施形態は、図１３に例示される直立モジュレータおよび直交モジュレータに類似して機能するが、第２の基板および／またはＡＯモジュレータユニットは、必要ない。
【００８２】
図１４は、いくつかの実施形態に従うように、ハイブリッドＦＳＤ／ＡＯＳモジュールをインプリメントするためのアーキテクチャ１４００を例示する。そこでは、ハイブリッドＦＳＤ／ＡＯＳモジュール１４０２は、図８におけるＦＳＤ５２０およびＡＤＳ８０２に構造的に類似する。しかしながら、図１４に例示されるアプローチにおいて、ＡＯＳ構成要素は、補足的なスキャナ／生成器およびスイッチとして使用される。図１５は、この実施形態に従った、ＡＯＳモジュレータ１５５０の内部アーキテクチャ１５００を示す。このアプローチにおいて、ＦＳＤ（例えば、ＦＳＤ５２０）は、特定の解像度でディスプレイされるイメージを生成し、そのイメージは、１５０４に例示されるようにＦＳＤから入力される。例えば、イメージ出力１５３０を参照すると、ＦＳＤは、概して限られた解像度を有し、特定の間隔にある渦に沿って光を出力し得る。すなわち、イメージ出力１５３０内の渦１５１０は、ＦＳＤが光を投影し得る点を表わす。渦の間の円形の点１５１２は、ＦＳＤの解像度を超えている。しかしながら、ＦＳＤは、渦の間の円形の点に届くことはできないが、ＡＯモジュールは、可能である。このアプローチにおいて、ハイブリッドＦＳＤ／ＡＯＳ構成要素は、水平モジュレータおよび垂直モジュレータの両方を有するＡＯモジュレータ１５５０を特徴とし、ＡＯモジュレータ１５５０は、ＦＳＤが標的に定めることができないまたは届くことができないイメージ点をより精細に生成し得る。いくつかの実施形態に従うように、まず「１次」イメージ点が、ＦＳＤによって生成され得（例えばＦＳＤ渦１５１０に沿う点）、それに対して次に２次／補足イメージ点が、ＦＳＤの解像度を超えて位置する点を「埋める」ようにＡＯモジュレータ１５５０によって生成される。
【００８３】
図１６Ａは、いくつかの実施形態に従うように、音響光学深度スイッチを使用して光を投影するためのアプローチのためのフローチャート１６００を示す。１６０２において、レーザー、ＬＥＤ、またはＬＣＤ等のイメージ生成器は、一シリーズのイメージを含むイメージ光を生成する。その一シリーズのイメージは、イメージのビデオシーケンスであり得、その一シリーズにおけるそれぞれのイメージは、異なる距離にある物体を示す。例えば、シリーズの第１の部分は、見る人に対して近い（ｃｌｏｓｅｄ）第１の深度平面における全ての物体を含み得る（例えば、見る人は、仮想現実または拡張現実ヘッドセットを着用している）。同様に、シリーズの他の部分は、異なる距離にある物体を含み得る。例示的な実施形態において、６つの深度平面がインプリメントされ、それぞれが、見る人からの６つの距離に対応している。いくつかの実施形態において、６つのうちの第１の深度平面は、３メートルまたはそれより近い距離に対応し、第６の深度平面は、光学的無限遠またはそうでなければ非常に大きな距離に対応する。
【００８４】
１６０４において、光生成器によって生成されたイメージ光は、ＦＳＤに入力され、角度にわたって作動する。いくつかの実施形態に従うように、ＦＳＤは、１６０６に示されるように、音響光学深度スイッチ連結光学素子上に光を投影するように使用される。プリズム等の連結光学素子は、基板に沿って、イメージ光を導波路上に向け得る。音響光学深度スイッチ内の変換器は、表面音響波を基板の表面上に生成するように異なる周波数で振動し得る。上で説明されるように、異なる周波数の表面音響波は、異なる角度でイメージ光を偏向させる。
【００８５】
１６０８において、変換器は、回折光学要素等の異なる光学要素上にイメージ光を偏向させるように変換器に異なる周波数でＳＡＷを生じさせるように命令する論理モジュールから命令を受け得る。
【００８６】
図１６Ｂは、いくつかの実施形態に従うように、異なる周波数で光を偏向させるように音響光学深度スイッチを使用するためのフローチャート１６０９を例示する。いくつかの実施形態において、イメージ光は、異なる深度平面のために光の部分にシーケンスにされ得る。例えば、第１の先行する部分は、見る人に対して最も近いものとして示される物体を含み得る。第２の部分は、見る人に対して中間距離で示される物体を含み得る。第３の部分は、見る人から最も遠い距離で示される物体を含み得る。論理モジュールは、第１の部分を１６１０に示されるように第１の周波数を使用して第１の光学要素に偏向させて、第２の部分を１６１２に示されるように第２の周波数を使用して第２の光学要素に偏向させて、第３の部分を１６１３に示されるように第３の周波数を使用して第３の光学要素に偏向させるように、変換器に、異なる周波数のＳＡＷを交互方式で生じさせるように指示し得る。本明細書において例として３つの深度平面および周波数のみが論じられているが、他の数の深度平面（例えば、６）および対応する周波数が、同様にインプリメントされ得る。
【００８７】
図１６Ｃは、いくつかの実施形態に従うように、直交するように方向づけられた変換器を使用して直交方向に光を投影するためのアプローチのためのフローチャート１６１４を示す。１６１６において、水平ＳＡＷは、水平変換器を使用して生成される。水平ＳＡＷは、ブラッグ回折を使用して水平方向に沿って光を光学要素上に偏向またはラスタ化させ得る。１６１８において、垂直ＳＡＷは、垂直変換器を使用して生成される。垂直ＳＡＷは、屈折および回折を使用して垂直方向に沿って光を光学要素上に偏向（ｄｅｆｅｃｔ）またはラスタ化させ得る。
【００８８】
図１７は、いくつかの実施形態に従うように、光投影器および論理モジュールのアスペクトをインプリメントするために適している例示的なコンピューティングシステム１７００のブロック図である。コンピュータシステム１７００は、情報を通信するためのバス１７０６または他の通信機構を含み、それは、プロセッサ１７０７、システムメモリ１７０８（例えば、ＲＡＭ）、静的記憶装置１７０９（例えば、ＲＯＭ）、ディスクドライブ１７１０（例えば、磁気的または光学的）、通信インターフェース１７１４（例えば、モデムまたはイーサネット（登録商標）カード）、ディスプレイ１７１１（例えば、ＣＲＴまたはＬＣＤ）、入力装置１７１２（例えば、キーボード）、およびカーソル制御等の、サブシステムおよび装置を相互接続する。
【００８９】
本発明の１つの実施形態によると、コンピュータシステム１７００は、プロセッサ１７０７がシステムメモリ１７０８に含まれている１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを実行することによって特定の動作を実行する。そのような命令は、静的記憶装置１７０９またはディスクドライブ１７１０等の別のコンピュータ読み取り可能／使用可能媒体からシステムメモリ１７０８へ読み込まれ得る。代替的な実施形態において、ハードワイヤードの回路は、本発明をインプリメントするようにソフトウェア命令の代わりにまたはソフトウェア命令と組み合わさって使用され得る。従って、本発明の実施形態は、ハードウェア回路および／またはソフトウェアのどの特定の組み合わせにも限定されない。１つの実施形態において、「論理」という用語は、本発明の全てまたは一部をインプリメントするように使用されるソフトウェアまたはハードウェアの任意の組み合わせを意味する。
【００９０】
一時的な実施形態、ハードワイヤードの回路という用語は、代わりに使われ得、実行のためにプロセッサ１７０７に命令を提供することに関与する任意の媒体を指す。そのような媒体は、不揮発性媒体および揮発性媒体を含むが、それらに限定されない、多くの形をとり得る。不揮発性媒体は、例えば、ディスクドライブ１７１０等の光学または磁気ディスクを含む。揮発性媒体は、システムメモリ１７０８等の動的メモリを含む。いくつかの実施形態によると、データベース１７３２は、データインターフェース１７３３”を使用してコンピュータ読み取り可能媒体１７３１上でアクセスされ得る。
【００９１】
コンピュータ読み取り可能媒体の一般的な形は、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、任意の他の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、任意の他の光学媒体、パンチカード、紙テープ、穴のパターンを有する任意の他の物理的媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップまたはカートリッジ、またはコンピュータが読み取り得る任意の他の媒体を含む。
【００９２】
本発明の実施形態において、本発明を実践するための命令のシーケンスの実行は、単一コンピュータシステム１７００によって実行される。本発明の他の実施形態によると、通信リンク１７１５（例えば、ＬＡＮ、ＰＴＳＮ、または無線ネットワーク）によって連結された２つ以上のコンピュータシステム１７００は、互いに共同で本発明を実践するために必要とされる命令のシーケンスを実行し得る。
【００９３】
コンピュータシステム１７００は、プログラム、すなわちアプリケーションコードを含む命令、データおよびメッセージを通信リンク１７１５および通信インターフェース１７１４を通して送って受け取り得る。受け取られたプログラムコードは、受け取られたときにプロセッサ１７０７によって実行され得、かつ／または後での実行のためにディスクドライブ１７１０または他の不揮発性記憶装置に記憶され得る。
【００９４】
前述の明細書において、本発明は、その特定の実施形態の参照とともに記載されてきた。しかしながら、本発明の幅広い精神および範囲から外れることなくそれに様々な修正および変更が加えられ得ることが明らかである。例えば、上に記載されるプロセスの流れは、プロセス行為の特定の順番の参照とともに記載されている。しかしながら、記載されるプロセス行為のうちの多くのプロセス行為の順番は、本発明の範囲または動作に影響を与えることなく変更され得る。明細書および図は、適切に、制限的な意味ではなくむしろ例示的な意味であると見なされるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
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【外国語明細書】
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