(57)【要約】画像表示システムは、第１の光ビームおよび第２の光ビームを発するように構成される、光学サブシステムを含み、第１の光ビームは、複合視野の第１の部分を照明し、第２のビームは、複合視野の第２の部分を照明する。走査ミラーが、第１の光ビームおよび第２の光ビームを捕捉し、反射するように位置付けられる。本システムはまた、導波管の中へ第１の光ビームおよび第２の光ビームを受け取るための少なくとも１つの入力結合光学要素を伴う導波管も有する。導波管はまた、導波管から、第１の光ビームおよび第２の光ビームから導出される複数の出力光ビームを投影し、複合視野を照明するための出力結合光学要素も有する。
2019534478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示システムであって、
第１の画像変調光ビームおよび第２の画像変調光ビームを発するように構成される光学サブシステムであって、前記第１の画像変調光ビームは、複合視野（ＦＯＶ）の第１の部分を照明し、前記第２の画像変調光ビームは、前記複合視野の第２の部分を照明する、光学サブシステムと、
前記第１の画像変調光ビームおよび前記第２の画像変調光ビームを捕捉し、反射するように位置付けられる走査ミラーと、
導波管であって、
前記導波管の中へ前記第１の画像変調光ビームおよび前記第２の画像変調光ビームを受け取るための少なくとも１つの入力結合光学要素と、
前記導波管から、前記第１の画像変調光ビームおよび前記第２の画像変調光ビームから導出される複数の出力光ビームを投影し、前記複合視野を照明するための出力結合光学要素と
を有する、導波管と
を備える、画像表示システム。
【請求項２】
前記光学サブシステムは、前記走査ミラーから前記導波管の反対側に配置される、請求項１に記載の画像表示システム。
【請求項３】
前記入力結合要素は、前記光学サブシステムから発せられる前記第１の画像変調光ビームおよび前記第２の画像変調光ビームが、前記走査ミラーに到達する前に前記入力結合要素を通過するように、前記光学サブシステムと前記走査ミラーとの間に位置付けられる、請求項２に記載の画像表示システム。
【請求項４】
偏光制御要素をさらに備え、前記偏光制御要素は、前記第１の画像変調光ビームおよび前記第２の画像変調光ビームが、前記入力結合要素に到達する前に偏光制御要素を通過するように、前記光学サブシステムと前記入力結合要素との間に位置付けられる、請求項３に記載の画像表示システム。
【請求項５】
前記入力結合要素は、偏光選択的デバイスである、請求項４に記載の画像表示システム。
【請求項６】
前記光学サブシステムは、直線偏光状態で前記第１の画像変調光ビームおよび前記第２の画像変調光ビームを生成するように構成され、前記偏光制御要素は、前記第１の画像変調光ビームおよび前記第２の画像変調光ビームを少なくとも１つの円偏光状態に変換するように構成される波長板を備え、前記入力結合要素は、前記入力結合要素が円偏光の掌性に基づいて選択的であるという点で偏光選択的である、請求項５に記載の画像表示システム。
【請求項７】
前記入力結合要素は、コレステリック液晶を含む回折格子を備える、請求項５に記載の画像表示システム。
【請求項８】
前記入力結合要素はさらに、前記コレステリック液晶の整合方向への周期的側方変動を確立する配向層を備える、請求項７に記載の画像表示システム。
【請求項９】
前記光学サブシステムは、
前記第１の画像変調光ビームを生成するように構成される第１の３色チャネル変調光源と、
前記第２の画像変調光ビームを生成するように構成される第２の３色チャネル変調光源と
を備える、請求項１に記載の画像表示システム。
【請求項１０】
前記第１の３色チャネル変調光源は、第１の赤色レーザと、第１の緑色レーザと、第１の青色レーザとを備え、
前記第２の３色チャネル変調光源は、第２の赤色レーザと、第２の緑色レーザと、第２の青色レーザとを備える、
請求項９に記載の画像表示システム。
【請求項１１】
前記第１の３色チャネル変調光源は、前記第１の赤色レーザ、前記第１の緑色レーザ、および前記第１の青色レーザに光学的に結合される、第１のダイクロイックビームコンバイナを備え、
前記第２の３色チャネル変調光源は、前記第２の赤色レーザ、前記第２の緑色レーザ、および前記第２の青色レーザに光学的に結合される、第２のダイクロイックビームコンバイナを備える、
請求項１０に記載の画像表示システム。
【請求項１２】
前記光学サブシステムは、第１の角度で前記第１の画像変調光ビームを発し、第２の角度で前記第２の画像変調光ビームを発するように構成される、請求項１に記載の画像表示システム。
【請求項１３】
前記光学サブシステムは、第１の経路に沿って前記第１の画像変調光ビームを発し、前記走査ミラーにおいて前記第１の経路に交差する第２の経路に沿って前記第２の画像変調光ビームを発するように構成される、請求項１２に記載の画像表示システム。
【請求項１４】
前記光学サブシステムは、前記第２の画像変調光ビームと共線の前記第１の画像変調光ビームを発するように構成される、請求項１に記載の画像表示システム。
【請求項１５】
偏光子と、波長板とをさらに備え、前記光学サブシステムおよび前記走査ミラーは、前記偏光子および前記波長板とともに前記導波管の共通側に配置され、前記光学サブシステムから前記走査ミラーまでの第１の光学経路区画は、前記光学サブシステムから前記偏光子まで、かつ前記偏光子から前記波長板を通して延在し、前記走査ミラーから前記入力結合光学要素までの第２の光学経路区画は、前記波長板および前記偏光子を横断する、請求項１に記載の画像表示システム。
【請求項１６】
入力結合光学要素は、第１の入力結合格子と、第２の入力結合格子とを備える、請求項１に記載の画像表示システム。
【請求項１７】
前記複合視野の前記第１の部分は、前記複合視野の前記第２の部分と交互配置される、請求項１に記載の画像表示システム。
【請求項１８】
コリメートされた入射光ビームを提供するための光源であって、前記コリメートされた入射光ビームは、複数の成分を含む、光源と、
前記コリメートされた入射光ビームを受け取るため、および異なる回折角を有する複数の反射的に回折された光ビームを提供するための回折表面を伴う走査ミラーであって、前記複数の反射的に回折された光ビームはそれぞれ、視野（ＦＯＶ）の一部を照明するように構成される、走査ミラーと、
導波管であって、
前記導波管の中へ前記複数の反射的に回折された光ビームを受け取るための入力結合光学要素と、
前記導波管から複数の出力光ビームを投影し、複合視野（ＦＯＶ）を用いて投影画像を形成するための出力結合光学要素であって、前記複数の出力光ビームは、前記複数の反射的に回折された光ビームから前記導波管内で導出される、出力結合光学要素と
を有する、導波管と
を備える、画像表示システム。
【請求項１９】
前記複数の成分は、異なる波長を有する成分を含む、請求項１８に記載の画像表示システム。
【請求項２０】
前記複数の成分は、異なる偏光を有する成分を含む、請求項１８に記載の画像表示システム。
【請求項２１】
前記複数の成分は、赤色成分、緑色成分、および青色成分の複数のセットを含む、請求項１８に記載の画像表示システム。
【請求項２２】
前記入力結合光学要素は、偏光状態選択的である、請求項２０に記載の画像表示システム。
【請求項２３】
前記走査ミラーは、前記導波管に対して前記光源から反対側に配置され、
前記導波管の前記入力結合光学要素は、前記コリメートされた入射光ビームが前記入力結合要素および前記導波管を通過することを可能にするように構成され、前記入力結合光学要素は、前記導波管のための臨界角を上回る角度で前記反射的に回折されたビームを回折することによって、前記導波管の中へ前記複数の反射的に回折された光ビームを結合するように構成される、
請求項１８に記載の画像表示システム。
【請求項２４】
複合視野を提供するための方法であって、
少なくとも２つの入力光ビームを走査ミラーに指向することと、
前記走査ミラーを用いて前記少なくとも２つの入力光ビームを反射させ、少なくとも２つの反射ビームを提供することであって、前記反射ビームはそれぞれ、前記複合視野の一部を提供する、ことと、
接眼導波管内で前記少なくとも２つの反射ビームを受け取ることと、
前記接眼導波管から複数の出力光ビームを出力し、前記複合視野内で投影画像を形成することであって、前記複数の出力光ビームは、前記少なくとも２つの反射光ビームから導出される、ことと
を含む、方法。
【請求項２５】
前記走査ミラーから前記接眼導波管の反対側に配置され、前記走査ミラー上の異なる入射角で前記少なくとも２つの入力光ビームを指向するように構成される、少なくとも２つの赤・青・緑コンバイナを提供することをさらに含み、
前記少なくとも２つの入力光ビームを前記走査ミラーに指向することは、前記接眼導波管を通して前記少なくとも２つの光ビームを指向することを含む、
請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記接眼導波管上に入力結合光学要素を提供することをさらに含み、
前記少なくとも２つの入力光ビームを前記走査ミラーに指向することは、前記入力結合要素を通して前記少なくとも２つの光ビームを指向することを含み、
前記接眼導波管内で前記少なくとも２つの反射ビームを受け取ることは、前記入力結合要素を通して前記少なくとも２つの反射ビームを受け取ることを含む、
請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
少なくとも２つの入力光ビームを走査ミラーに指向することは、前記少なくとも２つの入力光ビームのうちの少なくとも１つを反射させ、前記少なくとも２つの入力光ビームの間の角度差を導入することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
少なくとも２つの入力光ビームを走査ミラーに指向することは、４分の１波長板を通して前記少なくとも２つの入力光ビームを通過させることを含む、請求項２４に記載の複合視野を提供するための方法。
【請求項２９】
複合視野（ＦＯＶ）を提供するための方法であって、
複数の成分を含むコリメートされた入射光ビームを提供することと、
前記コリメートされた入射光ビームを受け取るため、および前記複数の成分を異なる回折角を有する複数の反射光ビームに分離するための回折表面を伴う走査ミラーを提供することであって、前記複数の反射光ビームはそれぞれ、前記複合視野の一部を提供するように構成される、ことと、
接眼導波管内で前記複数の反射光ビームを受け取ることと、
前記接眼導波管から複数の出力光ビームを出力し、前記複合視野内で投影画像を形成することであって、前記複数の出力光ビームは、前記複数の反射光ビームから導出される、ことと
を含む、方法。
【請求項３０】
前記複数の成分は、波長によって区別される成分を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記複数の成分は、偏光状態によって区別される成分を含む、請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１６年１０月２８日に出願された米国仮特許出願第６２／４１４，４８４号、２０１７年７月１４日に出願された米国仮特許出願第６２／５３２，９６８号、および２０１７年８月１４日に出願された米国仮特許出願第６２／５４５，２４３号に対する優先権を主張するものであり、これらの全ての内容は、あらゆる目的のために参照により本明細書中に援用される。
【背景技術】
【０００２】
現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、デジタル的に再現された画像またはその一部が、現実であるように見える、またはそのように知覚され得る様式でウェアラブルデバイスにおいてユーザに提示される、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促進している。仮想現実、すなわち、「ＶＲ」シナリオは、典型的には、他の実際の現実世界視覚入力に対する透過性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴い、拡張現実、すなわち、「ＡＲ」シナリオは、典型的には、ユーザの周囲の実際の世界の可視化の拡張として、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。
【０００３】
ウェアラブルデバイスは、拡張および／または仮想現実眼鏡を含んでもよい。画像は、画像フレームまたはラスタ走査画像を使用して表示されることができる。走査画像表示システムでは、光ビームはそれぞれ、画像のピクセルを定義する。２つの直交軸においてミラーを走査することによって、２次元視野（ＦＯＶ）が作成されることができる。画像は、導波管ベースの接眼レンズおよび光ファイバ等の他の光学要素を含み得る、眼鏡のレンズ上に投影されることができる。画像表示システムは、眼鏡のフレームの左右側のそれぞれの上に搭載されることができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
仮想現実または拡張現実用途用のウェアラブルデバイス内の従来の走査画像ディスプレイは、多くの場合、走査ミラーが走査運動の限定された範囲および光学要素の配列の設計制約を有するので、限定された視野を有する。しかしながら、本配列は、望ましくないものであり得る、より大きいデバイスサイズにつながり得る。本発明の実施形態は、小さいデバイス形状因子を維持しながら、広い視野を伴う走査画像表示システムを提供する。いくつかの実施形態では、より広い視野は、同時に複数の入射光ビームを走査し、個々の視野をより広い複合視野に合体させることによって達成されることができる。
【０００５】
本発明の実施形態は、概して、画像表示システムに関する。本発明のいくつかの実施形態によると、画像表示システムは、２つ以上の入射光ビームを受け取り、複数の反射光ビームを提供するための走査ミラーを含む。複数の反射光ビームはそれぞれ、個別の視野内で画像を提供するように構成される。画像表示システムはまた、入力結合光学要素と、出力結合光学要素とを有する、導波管も含む。入力結合光学要素は、導波管の中へ複数の反射光ビームを結合するために構成される。出力結合光学要素は、導波管から複数の出力光ビームを投影し、複合視野内に投影画像を形成するために構成される。
【０００６】
本発明のいくつかの実施形態によると、画像表示システムは、第１の光ビームおよび第２の光ビームを発するように構成される、光学サブシステムを含み、第１の光ビームは、複合視野の第１の部分を照明し、第２のビームは、複合視野の第２の部分を照明する。走査ミラーが、第１の光ビームおよび第２の光ビームを捕捉し、反射するように位置付けられる。本システムはまた、導波管の中へ第１の光ビームおよび第２の光ビームを受け取るための少なくとも１つの入力結合光学要素を伴う導波管も有する。導波管はまた、導波管から、第１の光ビームおよび第２の光ビームから導出される複数の出力光ビームを投影し、複合視野を照明するための出力結合光学要素も有する。
【０００７】
いくつかの実施形態では、画像表示システムはまた、走査ミラーから導波管の反対側に配置される２つ以上のＲＧＢ（赤・青・緑）コンバイナも含む。ＲＧＢコンバイナは、異なる入射角を有する、２つ以上の入射光ビームを提供するように構成される。入力結合光学要素は、入射光ビームが導波管を通過して走査ミラーに到達することを可能にするように構成される。入力結合光学要素はまた、導波管の中へ反射光ビームを結合するように構成される。
【０００８】
画像表示システムのいくつかの実施形態では、２つ以上のＲＧＢコンバイナは、異なる入射角を有する２つ以上の入射光ビームを提供するように、走査ミラーに対して異なる角度で配置される。
【０００９】
代替実施形態では、２つ以上のＲＧＢコンバイナは、走査ミラーに対して同一の角度で配置され、画像表示システムはさらに、異なる入射角を有する、２つ以上の光ビームを提供するための反射光学要素を含む。
【００１０】
いくつかの実施形態では、入力結合光学要素は、偏光感受性回折入力結合格子（ＩＣＧ）である。
【００１１】
いくつかの実施形態では、画像表示システムはまた、入射ビームを、入力結合要素が透過型である偏光に変換するように、走査ミラーと導波管との間に配置される偏光制御要素も含む。
【００１２】
いくつかの実施形態では、画像表示システムはまた、導波管と２つ以上のＲＧＢコンバイナとの間に配置される偏光制御要素も含む。偏光要素は、入射光ビームを第１の偏光状態に変換するように構成され、走査ミラーは、第１の円偏光状態を第２の円偏光状態に変換するように構成される。偏光感受性入力結合光学要素は、第１の円偏光状態の光が通過することを可能にするように構成され、かつ導波管の中へ第２の円偏光状態の光を結合するように構成される。
【００１３】
いくつかの実施形態では、画像表示システムはまた、走査ミラーに対して導波管と同一側に配置される、２つ以上のＲＧＢコンバイナも含む。２つ以上のＲＧＢコンバイナは、異なる入射角を有する、２つ以上の入射光ビームを提供する。画像表示システムはまた、走査ミラーに隣接して配置される４分の１波長板と、４分の１波長板と導波管との間に配置される偏光感受性ビームスプリッタとを含む。偏光感受性ビームスプリッタは、ＲＧＢコンバイナから４分の１波長板を通して走査ミラーに向かって２つ以上の入射光ビームを指向するように構成され、走査ミラーから反射される光ビームは、４分の１波長板および偏光感受性ビームスプリッタを通して伝搬するように構成され、入力結合光学要素によって導波管の中へ結合される。
【００１４】
本発明のいくつかの実施形態によると、画像表示システムは、波長および／または偏光によって区別される複数の成分を含む、コリメートされた入射光ビームを出力する、画像変調光源を含む。画像表示システムはまた、コリメートされた入射光ビームを受け取り、回折によってビーム成分を角度分離するための回折表面を伴う走査ミラーも含む。複数の反射および回折ビーム成分はそれぞれ、個別の視野内で画像を提供するように構成される。画像表示システムはまた、導波管の中へ複数の反射光ビームを結合するための入力結合光学要素と、導波管から複数の出力光ビームを投影し、複合視野を用いて投影画像を形成するための出力結合光学要素とを有する、導波管も含む。
【００１５】
本発明のいくつかの実施形態によると、画像を表示するための方法は、２つ以上の角度で２つ以上の入力光ビームを走査ミラーに衝突させるステップを含む。本方法は、２つ以上の入力光ビームを走査し、複数の反射光ビームを提供するステップを含む。複数の反射光ビームはそれぞれ、個別の視野（ＦＯＶ）内で画像を提供するように構成される。複数の反射光ビームは、導波管内で受け取られ、導波管は、導波管から複数の出力光ビームを投影し、複合視野（ＦＯＶ）内で投影画像を形成する。本方法のいくつかの実施形態では、複合視野は、２つ以上の入力光ビームのそれぞれによって提供されるＦＯＶよりも広い。複合ＦＯＶ内の画像は、入力光ビームのそれぞれからの画像を含む、タイル状画像であることができる。
【００１６】
付加的特徴、利益、および実施形態が、詳細な説明、図面、および特許請求の範囲において下記に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明のいくつかの実施形態による、画像表示システムを図示する簡略化された概略図である。
【図２】図２Ａ−２Ｃは、本発明のいくつかの実施形態による、画像表示システムを図示する簡略化された概略図である。
【図３】図３は、本発明のいくつかの実施形態による、複合視野（ＦＯＶ）を提供するための画像表示システムを図示する簡略化された概略図である。
【図４】図４は、本発明のいくつかの実施形態による、複合視野（ＦＯＶ）を図示する簡略化された概略図である。
【図５】図５は、本発明のいくつかの実施形態による、複合視野（ＦＯＶ）を提供するための別の画像表示システムを図示する簡略化された概略図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明のいくつかの実施形態による、複合視野（ＦＯＶ）を提供するための別の画像表示システムを図示する簡略化された概略図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａの画像表示システム６００の一部を図示する、簡略化された概略図である。
【図７】図７は、本発明のいくつかの実施形態による、複合視野（ＦＯＶ）を提供するための別の画像表示システムを図示する簡略化された概略図である。
【図８】図８は、全視野の象限を別個に照明するために、独立して変調されたビーム成分を角度分離する、偏光およびスペクトル的に選択的な液晶材料の複数の層を持つ走査ミラーを使用する、表示システムの概略図である。
【図９】図９は、本発明のいくつかの実施形態による、画像表示システムを図示する簡略化された概略図である。
【図１０】図１０は、本発明のいくつかの実施形態による、別の画像表示システムを図示する、簡略化された概略図である。
【図１１】図１１は、本発明のいくつかの実施形態による、別の画像表示システムを図示する、簡略化された概略図である。
【図１２】図１２は、画像を表示するための方法を図示する、簡略化されたフローチャートである。
【図１３】図１３は、本発明のある実施形態による、ライトエンジンの概略図である。
【図１４】図１４は、本発明の別の実施形態による、ライトエンジンの概略図である。
【図１５】図１５は、図１４に示されるライトエンジンの正面図である。
【図１６】図１６は、本発明のさらなる実施形態による、４チャネルライトエンジンの上面図である。
【図１７】図１７は、図１６に示されるライトエンジンの一部の断面図である。
【図１８】図１８は、本発明のある実施形態による、導波管表示システムの部分図である。
【図１９】図１９は、図１９に示される導波管表示システムの青色ＡＲコーティング、青色ＩＣＧ、および青色導波管を通した断面立面図である。
【図２０】図２０は、本発明のある実施形態による、図１９に示される入力結合格子のうちの１つで使用される第１の配向層の概略平面図である。
【図２１】図２１は、本発明の一実施形態による、フォトニックチップベースの２ＲＧＢカラーチャネルコンバイナおよび関連付けられるレンズの上面図である。
【図２２】図２２は、本発明の別の実施形態による、フォトニックチップベースの２ＲＧＢカラーチャネルコンバイナおよび関連付けられるレンズの上面図である。
【図２３】図２３は、本発明のある実施形態による、図２１および／または図２２に示されるコンバイナのうちの２つを含む、４ＲＧＢチャネルライトエンジンの正面図である。
【図２４】図２４は、本発明のある実施形態による、４ＲＧＢチャネルライトエンジンの上面図である。
【図２５】図２５は、本発明の図２４に示される４ＲＧＢチャネルライトエンジンの一部の部分断面立面図である。
【図２６】図２６は、本発明の別の実施形態による、４ＲＧＢチャネルライトエンジンの上面図である。
【図２７】図２７は、本発明のある実施形態による、拡張現実眼鏡で使用され得る導波管表示システムの概略図である。
【図２８】図２８は、本発明のある実施形態による、図２７に示されるシステムで使用される、走査ミラーおよび入力結合格子の表現とともに３空間デカルト座標系を含む。
【図２９】図２９は、本発明のある実施形態による、図２７に示されるシステム内の走査ミラー上で使用され得る、６層偏光応答性液晶格子の概略図である。
【図３０】図３０は、本発明のある実施形態による、図２９に示される多層選択的液晶格子を使用して、図２７に示されるシステムによって生成される、異なる偏光状態にそれぞれ起因する、２つの領域中の走査角を含むグラフである。
【図３１】図３１は、本発明のある実施形態による、拡張現実眼鏡で使用され得る導波管表示システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態は、従来の表示システムよりも広い視野（ＦＯＶ）を提供し得る、ウェアラブルデバイスのための画像表示システムおよび方法を対象とする。
【００１９】
図１は、本発明のいくつかの実施形態による、画像表示システムを図示する簡略化された概略図である。本実施例では、画像表示システム１００は、画像を投影する走査ミラーを含む、走査表示システムである。画像表示システム１００は、ウェアラブルデバイス内の接眼レンズ、例えば、導波管ベースの接眼レンズの一部であることができる。図１に示されるように、画像表示システム１００は、光源１１０と、ラスタ走査画像を形成するように構成される走査ミラー１３０とを含む。光源１１０は、画像変調光を形成するように画像データに基づいて画像変調される、光を発することができる。光源１１０は、表面１５０を横断して反射光１４０を走査し、画像を投影するように構成される、走査ミラー１３０に向かって、光ビーム、例えば、ビーム１２０を発するように構成される。例えば、反射光ビーム１４０は、画像を形成するように、または表面１５０上に画像を投影するように、２次元で、例えば、ＸおよびＹ方向に表面１５０を横断して走査される。表面１５０は、画像を表示するための表面または仮想投影表面であることができる。簡単にするために、他のコンポーネント、例えば、制御システムおよびレンズシステム等は、図１に示されていない。
【００２０】
いくつかの実施形態では、光ビームは、一連の期間のそれぞれの間の光ビームの各色成分の強度を、一連のピクセルの中の特定のピクセルのピクセル色成分値に基づく値に調節することによって、画像変調される。一連のピクセルはそれぞれ、対応する角座標（ＬＣＤディスプレイパネルのデカルト座標に類似する）を有する。同時に、画像光変調ビームが、特定のピクセル色成分値に基づいて変調されている間に、ビームは、ピクセルの角座標に偏向される。光は、接眼レンズから出現し、角座標に基づく角度でユーザの眼に向かって伝搬するであろう。
【００２１】
本発明のいくつかの実施形態では、光源１１０は、異なる入射角で２つ以上の光ビーム、例えば、ビーム１２０および１２１を提供するように構成される。第２の入射光ビーム１２１および反射光ビーム１４１は、破線で示される。この場合、画像表示システム１００は、第１の視野（ＦＯＶ）１６１内の第１の画像に光ビーム１２０を提供し、かつ、第２の視野（ＦＯＶ）１６２内の第２の画像に光ビーム１２１を提供するように構成される。したがって、画像表示システム１００は、複数の入力光ビームと関連付けられる画像を含む、複合視野を提供することができる。
【００２２】
図２Ａ−２Ｃは、本発明のいくつかの実施形態による、画像表示システムを図示する簡略化された概略図である。図２Ａ−２Ｂは、走査ミラー２３０と、導波管２５０とを含む、画像表示システム２００を図示する。走査ミラー２３０は、２つ以上の入射光ビームを受け取り、複数の反射光ビームを提供するために構成され、複数の反射光ビームはそれぞれ、個別の視野（ＦＯＶ）内で画像を提供するように構成される。
【００２３】
図２Ａでは、第１の反射光ビーム２４１は、導波管２５０の中へ反射光ビーム２４１を結合するための入力結合光学要素２５２を横断して走査されて示されている。全内部反射（ＴＩＲ）を受けた後、光ビーム２４１は、導波管から光ビームを投影し、第１の視野ＦＯＶ−１（２６１）内で第１の画像を形成するための出力結合光学要素２５４に到達する。
【００２４】
入力結合光学要素２５２および出力結合光学要素２５４は、回折格子であることができる。いくつかの実施形態では、投入された光は、特定の波長または偏光の光を回折する一方で、他の波長または偏光の光が入力結合回折光学要素（ＤＯＥ）を通して透過することを可能にするように構成される、寸法およびレリーフパターンを伴うナノ格子構造等の入力結合ＤＯＥまたは入力結合格子（ＩＣＧ）を通して導波管に進入する。同様に、出力結合光学要素は、出力結合格子（ＯＣＧ）を含むことができる。
【００２５】
図２Ｂでは、第２の反射光ビーム２４２は、導波管２５０の中へ反射光ビーム２４２を結合するための入力結合光学要素２５２を横断して走査されて示されている。全内部反射（ＴＩＲ）を受けた後、光ビーム２４２は、導波管から光ビームを投影し、第２の視野ＦＯＶ−２（２６２）内で第２の画像を形成するための出力結合光学要素２５４に到達する。
【００２６】
図２Ｃでは、第１の反射光２４１および第２の反射光ビーム２４２は、導波管２５０の中へ反射光ビーム２４１および２４２を結合するための入力結合光学要素２５２を横断して走査されて示されている。全内部反射（ＴＩＲ）を受けた後、光ビーム２４１および２４２は、導波管から光ビームを投影し、複合視野２６６内で投影画像を形成するための出力結合光学要素２５４に到達する。いくつかの実施形態では、画像表示システムはまた、画像をユーザの眼２９０に指向する、接眼レンズ等の光学要素２８０を含むこともできる。いくつかの実施形態では、複合視野内の投影画像は、複数の光ビームによって投影され、拡大された視野をもたらす画像を含む、タイル状画像であってもよい。いくつかの実施形態では、個々のビームからの各サブＦＯＶの間の重複は、タイル状画像内のより円滑な遷移をもたらし得る。いくつかの実施形態では、投影画像は、画像ピクセルのより高い密度を提供し、解像度を向上させ得る、異なる光ビームからの奇数および偶数の交互領域を含む、交互配置された画像を含むことができる。
【００２７】
画像表示システムはまた、複合視野内の投影画像の形成を制御するための走査コントローラを含むこともできる。画像表示システムは、ＲＧＢコンバイナ（赤・緑・青コンバイナ）等の複数の光源から画像を形成するための２−Ｄ  Ｘ−Ｙスキャナを含むことができる。各ＲＧＢコンバイナは、画像を形成するための重複した赤、青、および緑色コリメートレーザビームを提供する。コントローラは、フィードバックループおよび同期化モジュール等のタイミングおよびマッチング機構を含むことができる。
【００２８】
図３は、本発明のいくつかの実施形態による、複合視野（ＦＯＶ）を提供するための画像表示システムを図示する簡略化された概略図である。画像表示システムは、ユーザが仮想画像を視認するためのウェアラブル結像システムの一部であることができる。図３に示されるように、画像表示システム３００は、本実施例では、４つのＲＧＢ（赤・緑・青）レーザコンバイナ３１０を含む、画像変調光源３１０を含む。レーザコンバイナ３１０によって発せられる画像変調光ビーム３２０は、固定角度によって相互から分離される。画像表示システム３００はまた、走査ミラー３３０と、導波管３５０とを含む。残りの２つのビームが図３で可視であるものの真後ろに存在するであろうため、４つの光ビームのうちの２つのみが、図３の斜視図で可視であることに留意されたい。走査ミラー３３０は、光をユーザの眼に結合する導波管３５０の中へ画像を投影するためのＭＥＭＳ（微小電気機械システム）反射器／スキャナであることができる。表示システム３００はまた、レーザコンバイナ３１０によって出力される直線偏光を円偏光に変換する、４分の１波長板（ＱＷＰ）等の波長板３７０も含む。
【００２９】
図３に示されるように、光源３１０、例えば、ＲＧＢコンバイナ３１０は、異なる入射角を有する複数の入射光ビーム３２０を提供するように構成される。本実施形態では、走査ミラー３３０および偏光要素３７０は、光源３１０から導波管３５０の反対側に配置される。本構成は、代替的な配列と比べて多くの利点を有する。例えば、導波管の反対側にミラーおよび光源を配置することは、コンパクトな構成を可能にし、画像表示デバイスのより小さい形状因子を達成する。本構成は、走査ミラーが入力結合要素に近いことを可能にし、ひいては、小さい光円錐およびシステムのコンパクトな形状因子を可能にする。小さい形状因子は、ウェアラブル接眼結像デバイスのためにそれを好適にする。
【００３０】
入力結合格子（ＩＣＧ）３５２（ある形態の入力結合要素）が、導波管３５０の下面３５３上に配置される。ＩＣＧ３５２は、ＲＧＢコンバイナ３１０によって発せられる直線偏光を有する光が通過することを可能にし、ＲＧＢコンバイナ３１０によって発せられるものと垂直な直線偏光を有する光を反射的に回折するという点で、偏光状態に選択的であり得る。故に、ＲＧＢコンバイナ３１０からの入射光ビーム３２０は、走査ミラー３３０に到達する前に、ＩＣＧ３５２、導波管３５０、および波長板３７０を通過する。光を透過させる際に、波長板３７０は、光の偏光状態を、ＲＧＢコンバイナ３１０によって発せられる直線偏光状態から第１の掌性（例えば、ＲＨまたはＬＨ）の円偏光に変換する。走査ミラー３３０による反射に応じて、円偏光の掌性は、第２の掌性（例えば、ＬＨまたはＲＨ）に変更される。ここで第２の掌性を有する光が２度目に波長板３７０を通過するとき、偏光状態は、ＲＧＢコンバイナ３１０によって発せられる直線偏光状態と垂直である直線偏光状態に変更される。ＩＣＧ３５２の相互作用は、それに入射する光の直線偏光の配向に依存し、走査ミラー３３０から波長板３７０を通して後方反射され、上記で説明されるようにその偏光を回転させている、光を反射的に回折するように構成される。ＩＣＧ３５２によって反射的に回折される光は、導波管３５０の全内部反射（ＴＩＲ）のための臨界角を超える角度で回折され、したがって、導波管３５０の導波モードに結合されるであろう。導波管３５０はまた、導波管から複数の出力光ビーム３４６を投影し、複合視野（ＦＯＶ）３６６内で投影画像を形成するための出力結合光学要素３５４も有する。
【００３１】
図４は、本発明のいくつかの実施形態による、複合視野（ＦＯＶ）を図示する簡略化された概略図４００である。本実施例では、全画像が、４つの象限内で４つのＲＧＢビームによって同時に走査される。いくつかの実施形態では、各象限は、ＶＧＡ（ビデオグラフィックアレイ）画像であるが、全スティッチングされた画像は、２倍の視野を伴うフルＨＤ（高解像度）である。図３を参照すると、ＭＥＭＳ反射器／スキャナ３３０は、２０×２０度の光学走査範囲を有する。複数のＲＧＢ（赤・緑・青）レーザ入力ビーム３２０は、１０度の角度シータθによって分離される。光ビーム３２０は、走査ミラー３３０に到達する前に、入力結合格子３５２および４分の１波長板３７０を通過する。走査ミラー３３０は、（異なる入射角に起因する）異なる角度で光ビームを反射し、異なる視野を網羅する。例えば、いくつかの実施形態では、画像表示システム３００は、２つまたは４つの光ビームを用いて、高解像度４０×４０度仕様に適合する、２倍視野（４０×４０度）および解像度を伴う結果として生じる走査画像を提供することができる。また、最終画像は、高解像度ディスプレイのための５０度対角線を有することができる。
【００３２】
図５は、本発明のいくつかの実施形態による、複合視野（ＦＯＶ）を提供するための別の画像表示システムを図示する簡略化された概略図である。画像表示システム５００は、上記に説明される図３の画像表示システム３００に類似し、同一の参照番号が、図３および５の両方で対応するコンポーネントを指定するために使用される。図５に示されるように、画像表示システム５００は、複数のＲＧＢ（赤・緑・青）レーザコンバイナを有する、光源５１０を含む。相互から固定角度によって分離されるビーム３２０を出力する、図３のレーザコンバイナ３１０と異なり、図５の２つのレーザコンバイナ５１０は、平行光ビーム５１１および５１２を出力する。ミラー５１６、５１７、５１８は、光ビームを方向転換し、走査ミラー３３０に対して異なる入射角を有する入射光ビーム３２０を提供するために使用される。
【００３３】
光源以外に、画像表示システム５００のコンポーネントおよび機能は、画像表示システム３００のものに類似し得る。故に、図３に関連して提供される説明は、適宜、図５に適用可能である。画像表示システム５００はまた、走査ミラー３３０と、導波管３５０とを含む。走査ミラー３３０は、画像をユーザの眼に指向するための導波管３５０内で画像を投影するためのＭＥＭＳ（微小電気機械システム）反射器／スキャナであることができる。表示システム５００はまた、４分の１波長板（ＱＷＰ）等の偏光制御要素３７０も含む。
【００３４】
図５に示されるように、ＲＧＢコンバイナ５１０は、走査ミラー３３０から導波管３５０の反対側に配置される。導波管の反対側にミラーおよび光源を配置することは、コンパクトな構成を可能にし、画像表示デバイスのより小さい形状因子を可能にする。異なる入射角を有する入射光ビーム３２０は、偏光感受性入力結合光学要素３５２に指向される。入力結合光学要素３５２はまた、導波管の中へ走査ミラー３３０によって反射される光ビームを反射的に回折するように構成される。
【００３５】
光は、第１の直線偏光状態でＲＧＢコンバイナ５１０から発せられる。入力結合光学要素３５２は、実質的に光を（すなわち、回折によって）偏向させることなく、第１の直線偏光状態で光を透過させるように構成される。入力結合光学要素３５２を通過した後、光は、導波管３５０を横断し、続いて、偏光制御要素３７０を横断する。偏光制御要素３７０を通過する際、光の偏光は、第１の直線偏光状態から第１の円偏光状態（例えば、ＬＨまたはＲＨ）に変換される。続いて、光は、走査ミラー３３０によって反射される。反射は、光を第２の円偏光状態（例えば、ＲＨまたはＬＨ）に変更する。続いて、光は、偏光制御要素３７０を通過し、ＲＧＢコンバイナ５１０によって発せられる光の偏光と垂直な方向に偏光される、直線偏光に変換される。入力結合光学要素３５２は、偏光制御要素を通した第２の通過後に達成される光の偏光のみを選択的に反射的に回折するように構成される。光は、導波管３５０内の全内部反射（ＴＩＲ）のための臨界角を上回る角度まで入力結合光学要素３５２によって回折される。導波管３５０の内側で、光ビーム３４０の光路３４５が、ＴＩＲに起因して取得される。導波管３５０はまた、導波管から複数の出力光ビーム３４６を投影し、複合視野（ＦＯＶ）３６６内で投影画像を形成するための出力結合光学要素３５４も有する。複合視野は、複数のＲＧＢコンバイナのそれぞれによって生成される部分を含む。
【００３６】
図６Ａは、本発明のいくつかの実施形態による、複合視野（ＦＯＶ）を提供するための別の画像表示システムを図示する簡略化された概略図である。画像表示システム６００は、上記に説明される図３の画像表示システム３００に類似し、同一の参照番号が、図３および６の両方で対応するコンポーネントを指定するために使用される。図６Ａに示されるように、画像表示システム６００は、異なる入射角を伴う入射光ビーム３２０を提供する、複数のＲＧＢ（赤・緑・青）レーザコンバイナを有する光源３１０を含む。４分の１波長板３７０が走査ミラー３３０と導波管３５０との間に配置される、図３のシステム３００と異なり、図６Ａに示される画像表示システム６００は、ＲＧＢコンバイナ３１０と導波管３５０との間に配置される４分の１波長板６７０を有する。いくつかの実施形態では、４分の１波長板６７０から出現する入射光ビーム３２０は、第１の掌性の円偏光（例えば、ＲＨまたはＬＨ）を有してもよく、走査ミラー３３０から反射される反射光ビーム３４０は、第２の掌性の円偏光（例えば、ＬＨまたはＲＨ）を有してもよい。本実施形態では、入力結合光学要素３５２は、偏光感受性である。例えば、入力結合光学要素３５２（例えば、ＩＣＧ）は、第１の掌性の円偏光を伴う入射光ビーム３２０が通過することを可能にするように、かつ導波管３５０の中へ第２の掌性の円偏光を伴う反射光ビーム３４０を結合するように構成されることができる。入力光学要素３５２は、導波管３５０に関して全内部反射のための臨界角を上回る角度で、第２の掌性の円偏光を伴う光を反射的に回折することができる。反射光ビーム３４０は、タイル状画像を投影するように構成される。導波管３５０の内側で、光ビーム３４０は、全内部反射（ＴＩＲ）を受ける。導波管３５０はまた、導波管から複数の出力光ビーム３４６を投影し、複合視野（ＦＯＶ）３６６内で投影画像を形成するための出力結合光学要素３５４も有する。
【００３７】
第１の反射防止層６０２は、入力光学結合要素の外表面６０６に形成される。第２の反射防止層６０４は、走査ミラー３３０に面する入力結合要素の反対側の導波管３５０の表面６０８上に形成される。反射防止層６０２、６０４は、屈折率を効果的に徐々に遷移させ、それによって、反射を低減させる、または実質的に排除する、サブ波長サイズテーパ状構造を含む、単層または多層の光学干渉コーティングまたは表面レリーフ構造化層であることができる。反射防止層６０２、６０４は、導波管３５０の表面６０８におけるフレネル反射と関連付けられる、システム３００の視野内の意図しない輝点を回避する役割を果たす。
【００３８】
図６Ｂは、図６Ａの画像表示システム６００の一部を図示する、簡略化された概略図である。いくつかの実施形態では、入射光ビーム３２０は、異なる入射角を有する、第１の入射光ビームと、第２の入射光ビームとを含むことができる。結果として、反射光ビーム３４０は、第１の入射光ビームからの第１の反射光ビーム３４１と、第２の入射光ビームからの第２の反射光ビーム３４２とを含むことができる。いくつかの実施形態では、入力結合要素３５２は、２つの反射光ビームのための２つの別個のＩＣＧ、例えば、ＩＣＧ１およびＩＣＧ２を含むことができる。代替実施形態では、２つの反射光ビームは、単一の入力結合光学要素の異なる部分によって結合されてもよい。いくつかの実施形態では、第１の反射光ビーム３４１および第２の反射光ビーム３４２はまた、異なる偏光を有することもできる。この場合、ＩＣＧ１およびＩＣＧ２は、異なる偏光応答を有することができる。
【００３９】
図７は、本発明のいくつかの実施形態による、複合視野（ＦＯＶ）を提供するための別の画像表示システムを図示する簡略化された概略図である。図７に示されるように、画像表示システム７００は、本実施例では、複数のＲＧＢ（赤・緑・青）レーザコンバイナ、例えば、４つのコンバイナを有し得る、光源７１０を含む。光源７１０は、異なる入射角を伴う入射光ビーム７２０を提供する。光ビーム７２０はそれぞれ、完全視野の一部からの画像データに基づいて画像変調される。複数の光ビーム７２０はともに、完全視野を表示するために使用される。上記に説明される画像表示システムと同様に、画像表示システム７００はまた、走査ミラー７３０と、導波管７５０とを含む。光源および走査ミラーが導波管の反対側に配置される、図３、５、および６Ａの表示システムと異なり、画像表示システム７００では、光源７１０および走査ミラー７３０は、導波管７５０の同一側に配置される。走査ミラー７３０が導波管７５０に向かって入射光ビーム７２０を走査することを可能にするために、画像表示システム７００は、４分の１波長板７７０を通して走査ミラー７３０に向かって入射光ビーム７２０を指向する、偏光感受性ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７８０を含む。偏光感受性ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７８０はまた、反射光ビーム７４０が通過して入力結合格子７５２に到達することも可能にする。ＰＢＳ７８０は、その対角線に沿って反射偏光子７８１（例えば、ワイヤグリッド）を含む。第１の光学経路区画は、ＲＧＢコンバイナ７１０から偏光子７８１まで、次いで、４分の１波長板７７０を通して走査ＭＥＭＳミラー７３０まで延在する。
【００４０】
第２の光学経路区画は、走査ＭＥＭＳミラー７３０から偏光子７８１を通して入力結合格子７５２まで延在する。ＲＧＢコンバイナ７１０は、偏光子７８１によって反射される偏光配向を伴う直線偏光を出力することができる。４分の１波長板７７０は、偏光子７８１によって反射される直線偏光を、ある掌性（例えば、ＲＨまたはＬＨ）を有する円偏光に変換する。走査ＭＥＭＳミラー７３０による反射に応じて、円偏光の掌性は（本来ＬＨである場合はＲＨになるように、および本来ＲＨである場合はＬＨになるように）逆転される。続いて、掌性が逆転された円偏光は、４分の１波長板７７０を通過し、そうする際に、ＲＧＢコンバイナ７１０によって発せられるものと垂直な直線偏光状態に変換され、したがって、偏光子７８１を通過する。この場合、入力結合格子７５２は、偏光非感受性であり、導波管７５０の中へ反射光ビーム７４０を結合する。導波管７５０の内側で、光ビーム７４０は、全内部反射（ＴＩＲ）を受ける。導波管７５０はまた、導波管から複数の出力光ビーム７４６を投影し、複合視野（ＦＯＶ）７６６内で投影画像を形成するための出力結合格子７５４も有する。
【００４１】
画像表示システム７００では、入力結合光学要素またはＩＣＧ７５２は、偏光感受性ではない。これは、導波管の中へ入射光ビームを結合するが、入射光ビームが導波管を通過することを可能にしないように構成される。したがって、これらの実施形態では、光源７１０は、走査ミラーと導波管の同一側上に配置され、ビームスプリッタ７８０は、入射光ビームを走査ミラーに指向するように使用される。いくつかの実施形態では、入射光ビームは、走査ミラーと垂直であるように構成される。略図を単純化するために、１つだけの入射光ビーム７２０が、図７に示されている。複数の入射光ビームを使用して、拡大された視野が、図４に関連して上記で説明されるように取得されることができる。実施形態に応じて、複数のＩＣＧまたは単一のＩＣＧのいずれかが、使用されることができる。
【００４２】
図８は、全視野の象限を別個に照明するために、独立して変調されたビーム成分を角度分離する、偏光およびスペクトル的に選択的な液晶材料の複数の層を持つ走査ミラーを使用する、表示システム８００の概略図である。本システムは、３つのレーザダイオードの４つのセットに論理的に編成される、１２個のレーザダイオード８０１−８１０（そのうちの１０個のみが図８で可視である）を含む。第１のセットは、第１の赤色レーザダイオード８０１と、第１の緑色レーザダイオード８０２と、第１の青色レーザダイオード８０３とを含む。第２のセットは、第２の赤色レーザダイオード８０４と、第２の緑色レーザダイオード８０５と、第２の青色レーザダイオード（図８では可視ではない）とを含む。第３のセットは、第３の赤色レーザダイオード８０６と、第３の緑色レーザダイオード８０７と、第３の青色レーザダイオード８０８とを含む。第４のセットは、第４の赤色レーザダイオード（図８では可視ではない）と、第４の緑色レーザダイオード８０９と、第４の青色レーザダイオード８１０とを含む。第２の青色レーザダイオード（図８では可視ではない）は、第１の青色レーザダイオード８０３の下方に位置し、第４の赤色レーザダイオード（図８では可視ではない）は、第３の赤色レーザダイオード８０６の下方に位置する。３つのレーザダイオードの４つのセットはそれぞれ、相対駆動電流、それによって、各セット内の３つのレーザダイオードの相対出力を制御することによって、各セット内の３つのレーザの複合出力の色度座標が、ある色域内で制御され得るように、赤色レーザダイオードと、緑色レーザダイオードと、青色レーザダイオードとを含む。
【００４３】
レーザダイオード８０１、８０２、８０３の第１のセットは、３つのレーザダイオード８０１、８０２、８０３の出力を単一のビームに合体させる、第１のダイクロイックコンバイナキューブ８１１に光学的に結合される。同様に、第２の赤色レーザダイオード８０４、第２の緑色レーザダイオード８０５、および第２の青色レーザダイオード（図８では可視ではない）は、３つのレーザダイオード８０４、８０４、および第２の青色レーザダイオードの出力を単一のビームに合体させる、第２のダイクロイックコンバイナキューブ８１２に光学的に結合される。加えて、第３の赤色レーザダイオード８０６、第３の緑色レーザダイオード８０７、および第３の青色レーザダイオード８０８は、レーザダイオード８０６、８０７、８０８の第３のセットの出力を単一のビームに合体させる、第３のダイクロイックコンバイナキューブ８１３に光学的に結合される。さらに、第４の赤色レーザダイオード（図８では可視ではない）、第４の緑色レーザダイオード８０９、および第４の青色レーザダイオード８１０は、第４のダイクロイックコンバイナキューブ８１４に光学的に結合される。上記に記述されるダイクロイックコンバイナキューブ８１１、８１２、８１３、８１４はそれぞれ、赤色反射フィルタ８１５および青色反射フィルタが９０°で交差するように、１つの対角線に沿った埋込赤色反射（短波長通過）フィルタ８１５と、第２の対角線に沿った埋込青色反射（長波長通過）フィルタ８１６とを含む。
【００４４】
レーザコリメートレンズ８１７（その一部のみが図８で可視である）は、ダイクロイックコンバイナキューブの入力面８１８（図を混雑させることを回避するように、その限定された数のみが標識化されている）とレーザダイオード８０１−８１０との間に位置付けられる。その出力が第１のダイクロイックコンバイナ８１１によって組み合わせられる、レーザダイオード８０１、８０２、８０３の第１のセットは、その出力が第３のダイクロイックコンバイナ８１３と組み合わせられる、レーザダイオード８０６、８０７、８０８の第３のセットの偏光（ＰまたはＳ）と垂直である偏光（ＳまたはＰ）を有することができる。第１のダイクロイックコンバイナ８１１および第３のダイクロイックコンバイナ８１３は、ＰＢＳ８１９が、第１の入力面８２０においてレーザダイオード８０１、８０２、８０３の第１のセットの複合出力を受け取り、第２の入力面８２１においてレーザダイオード８０６、８０７、８０８の第３のセットの複合出力を受け取り、出力面８２２においてレーザダイオード８０１、８０２、８０３、８０６、８０７、８０８の第１および第３のセットの複合出力を含む複合的な共線コリメートビームを出力するように、（コンバイナとしての役割を果たす）第１の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）８１９に光学的に結合される。
【００４５】
類似的に、第２のダイクロイックビームコンバイナ８１２および第４のダイクロイックビームコンバイナ８１４は、第２のＰＢＳコンバイナ８２３に光学的に結合される。上記に説明される事例と類似して、その出力が第２のダイクロイックコンバイナ８１２によって組み合わせられる、レーザダイオード８０４、８０５（および図８では可視ではない第２の青色レーザダイオード）の第２のセットは、その出力が第３のダイクロイックコンバイナ８１３と組み合わせられる、レーザダイオード８０９、８１０（および図８では可視ではない第４の赤色レーザダイオード）の第４のセットの偏光（ＰまたはＳ）と垂直である偏光（ＳまたはＰ）を有することができる。第２のＰＢＳ８２３は、第２のダイクロイックビームコンバイナ８１２から、第２の赤色レーザダイオード８０４、第２の緑色レーザダイオード８０５、および第２の青色レーザダイオード（図８では可視ではない）の複合出力を受け取り、第４のダイクロイックビームコンバイナから、第４の赤色レーザダイオード（図８では可視ではない）、第４の緑色レーザダイオード８０９、および第４の青色レーザダイオード８１０の複合出力を受け取り、そこから、レーザダイオード８０４、８０５、および第２の青色レーザダイオード（図８では可視ではない）の第２のセットの出力と、第４の赤色レーザダイオード（図８では可視ではない）を含むレーザダイオード８０９、８１０の第４のセットの出力と含む、６成分ビームを生成する。第１のＰＢＳ８１９に光学的に結合される、対応するカラーレーザダイオード（例えば、第１の赤色レーザダイオード８０１および第３の赤色レーザダイオード８０６）は、公称上（製造相違を許容する）同一の発光波長を好適に有し、第２のＰＢＳ８２３に光学的に結合される、対応するカラーレーザダイオード（例えば、第２の緑色レーザダイオード８０５および第４の緑色レーザダイオード８０９）は、公称上同一の発光波長を好適に有するが、しかしながら、一実施形態では、第１のＰＢＳ８１９および第２のＰＢＳ８２３に結合される、対応するカラーレーザダイオードの発光波長の意図的な差がある。例えば、第１の緑色レーザダイオード８０２および第３の緑色レーザダイオード８０７が、５２０ナノメートルの発光波長を有することができる一方で、第２の緑色レーザダイオード８０４および第４の緑色レーザダイオードは、５３５ナノメートルの発光波長を有することができる。
【００４６】
第１のＰＢＳ８１９の６成分出力は、ビーム折り畳みミラー８２４を通して３スペクトル成分反射器８２５に光学的に結合される。ビーム折り畳みミラー８２４および３スペクトル成分反射器８２５は、ダイクロイックビームコンバイナ８１１、８１２、８１３、８１４、およびＰＢＳ８１９、８２３と同様に、透明キューブに埋め込まれることに留意されたい。第２のＰＢＳ８２３の６成分出力はまた、３成分反射器８２５に光学的に結合される。３スペクトル成分反射器８２５は、第２のＰＢＳ８２３の出力を反射し、上記で議論されるレーザダイオード８０１−８１０の発光波長の差に由来する、第１のＰＢＳ８１９および第２のＰＢＳ８２３を通して結合される光の波長の差に起因して、第１のＰＢＳ８１９の出力を伝達する。反射器８２５によって反射される３つのスペクトル成分はそれぞれ、２つの異なるレーザダイオードから生じる２つの異なる偏光成分を含むことに留意されたい。３スペクトル成分反射器８２５は、したがって、カラーチャネル毎に４つの成分（すなわち、４つの赤色成分、４つの緑色成分、および４つの青色成分）を含む、１２成分ビーム８４５を出力する。カラーチャネル毎に、４つの色成分は、直線偏光配向および波長によって区別され、カラーチャネル毎に２つの可能性として考えられる偏光配向および２つの可能性として考えられる波長が存在する。３スペクトル反射器８２５の１２成分出力は、４分の１波長板（ＱＷＰ）８２６を通して走査ミラー８３０に結合される。ＱＷＰ８２６は、１つの直線偏光状態を右旋円偏光（ＲＨＣＰ）状態に変換し、第１の直線偏光状態に垂直である第２の直線偏光状態を左旋円偏光（ＬＨＣＰ）状態に変換する。
【００４７】
走査ミラー８３０は、ビーム接面８３３上に多層回折格子８３２を有する。多層回折格子８３２は、走査ミラー８３０の配向毎に、特定の方向に１２成分ビーム８４５の１つの成分を回折するように所定の動作波長に基づいて設計される、所定の格子周期および配向をそれぞれ有する、１２個のスペクトル的偏光状態選択的層を含むことができる。走査ミラー８３０は、２Ｄ画像を生成することができるように、２自由度を有する。多層回折格子８３２は、例えば、複数のコレステリック液晶格子（ＣＬＣＧ）層を含むことができる。ＣＬＣＧ回折格子は、分子層間相対回転を表す掌性を有する。ＣＬＣＧ回折格子は、ＣＬＣＧの掌性に合致する円偏光を反射的に回折し、回折を伴わずに反対掌性の円偏光を透過させる。いくつかの実施形態では、１２成分ビームは、６２５ｎｍの波長を伴う２つの赤色光成分と、６５０ｎｍの波長を伴う２つの赤色光成分と、５２０ｎｍの波長を伴う２つの第１の緑色光成分と、波長５３５ｎｍを伴う２つの第２の緑色光Ｇ２と、４５０ｎｍの波長を伴う２つの青色Ｂ１光成分と、４６５ｎｍの波長を伴う２つの青色光成分とを有することができる。共通波長を伴う成分は、円偏光の掌性によって区別される。多層回折格子８３２は、１２成分ビーム８４５の成分を反射的に回折する。
【００４８】
多層回折格子８３２による回折に応じて、ビーム８４５の１２個の成分は、全視野の象限の画像情報を用いて変調される、赤、緑、および青色成分をそれぞれ有する、４つの象限ビーム８４１、８４２、８４３、８４４に分離されることができる。走査ミラーが偏向すると、４つの象限ビーム８４１、８４２、８４３、８４４は、角度を付けて走査され、多様なビームおよびそれらの角度分離に起因して、より広いＦＯＶが形成されることができる。本発明の実施形態では、全視野のためのビデオデータの部分が、複数の走査されたビームを別個に変調させるために使用される。さらに、象限ビーム８４１、８４２、８４３、８４４に適用される強度変調は、４つの象限ビーム８４１、８４２、８４３、８４４のそれぞれにおける波長と関連付けられる重複色域に対応する色度座標面積にわたって同一の色度座標を生成するように、調節されることができる。
【００４９】
４つの象限ビーム８４１、８４２、８４３、８４４は、導波管／接眼レンズ８５１の入力結合格子（ＩＣＧ）８５０を通して結合される。導波管／接眼レンズ８５１は、拡張現実眼鏡（図８に示されていない）のコンポーネントである。導波管／接眼レンズ８５１はまた、直交瞳拡張器（ＯＰＥ）８５２と、射出瞳拡張器（ＥＰＥ）８５３とを含む。ＯＰＥ８５２は、ＥＰＥ８５３にわたって（図８の配向で）垂直に光を分配する役割を果たし、ＥＰＥ８５３は、ＥＰＥ８５３を通して見るユーザの眼（図示せず）に光を出力結合する役割を果たす。ＥＰＥは、それを越えて伝搬するビームの部分を連続的に出力し、それによって、複数の出力結合された部分の複合物である、より広い出力ビームを形成する。ＥＰＥ８５３から出力されるビームは、入力結合格子８５０を通して入力されるビームに由来する。ＥＰＥ８５３は、重なる関係ではなくて、ＯＰＥ８５２に対して図面の平面と垂直に変位され得ることに留意されたい。
【００５０】
図９は、本発明のいくつかの実施形態による、別の画像表示システムを図示する簡略化された概略図である。図９に示されるように、画像表示システム９００は、異なる波長または異なる偏光を有し得る、複数の入射光ビームを含む、コリメートされた入射光ビーム９２０を提供するための光源（図示せず）を含む。画像表示システム９００はまた、コリメートされた入射光ビームを受け取るため、および異なる回折角を有する複数の反射的に回折された光ビームを提供するための回折表面９３２を伴う走査ミラー９３０も有する。回折表面は、図８を参照して上記で議論される多層回折格子８３２の構造を有することができる。複数の反射的に回折された光ビームはそれぞれ、個別の視野（ＦＯＶ）内で画像を提供するように構成される。導波管９５０は、導波管の中へ複数の反射光ビームを結合するための入力結合光学要素９５２と、導波管から複数の出力光ビーム９４６を投影し、複合視野（ＦＯＶ）９６６を用いて投影画像を形成するための出力結合光学要素９５４とを含む。
【００５１】
図９の実施形態では、走査ミラー９３０は、入射光ビーム９２０を提供する光源とは導波管９５０の反対側に配置される。導波管の入力結合光学要素９５２は、コリメートされた入射光ビーム９２０が入力結合要素９５２および導波管９５０を通過することを可能にするように構成され、また、導波管の臨界角を上回る角度で複数の反射的に回折されたビームを回折することによって、導波管９５０の中へ複数の反射的に回折された光ビーム９４０を結合するように構成される。いくつかの実施形態では、入力結合光学要素９５２は、偏光感受性入力結合格子（ＩＣＧ）である。使用され得る、あるタイプの偏光感受性ＩＣＧが、図１９を参照して下記で議論される。複数の入射光ビームはそれぞれ、走査された画像を形成するための複合ＲＧＢ光ビームを含む。実施形態では、複数の入射光ビームは、それぞれ、波長６２５ｎｍ、５２０ｎｍ、および４５０ｎｍを有する、Ｒ１  Ｇ１  Ｂ１を伴う第１の複合ＲＧＢ光ビームと、それぞれ、波長６５０ｎｍ、５３５ｎｍ、および４６５ｎｍを有する、Ｒ２  Ｇ２  Ｂ２を伴う第２の複合ＲＧＢ光ビームとを含む。
【００５２】
図１０は、代替実施形態による、導波管表示システム１０００の横向きの図である。画像変調光源１００２は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ）スペクトル成分（例えば、Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１；Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２）の少なくとも２つのセットを含む、複合ビーム１００４を出力し、各スペクトル成分は、ビデオデータに基づいて変調される。ＲＧＢスペクトル成分のセットは、直線偏光状態によって、円偏光掌性（例えば、ＬＨ対ＲＨ）によって、または波長のわずかな差によって、区別されることができる。複合ビーム１００４は、接眼導波管１００６を通過し、２自由度走査ミラー１００８に衝突する。回折格子１００９は、複合ビーム１００４が入射する、走査ミラー１００８の表面１００７上に形成または支持される。回折格子１００９は、ＲＧＢ成分の少なくとも２つのセットのうちの１つが、導波管表示システム１０００の視野の第１の部分を照明し、ＲＧＢ成分の少なくとも２つのセットのうちの第２のものが、導波管表示システム１０００の視野の第２の部分を照明するように、ＲＧＢ成分の少なくとも２つのセットを角度分離するように設計される。示されるように、回折格子１００９は、複合ビーム１００４を第１のＲＧＢセットビーム１１１１および第２のＲＧＢセットビーム１１１５に分離する。示されていないが、個々のＲＧＢ成分はまた、角度分離され、そのような場合において、ＲＧＢ成分の角度分離に従って設定されるＲ、Ｇ、Ｂチャネル遅延を伴うビデオ情報を用いて変調されてもよい。回折格子１００９は、例えば、６つのコレステリック液晶格子（ＣＬＣＧ）のスタックの形態をとってもよく、６つはそれぞれ、特定のスペクトル成分（Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１；Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２成分のうちの１つ）に同調された螺旋ピッチを有し、設計された回折角に従って設定される格子（側方）ピッチを有する。故に、ＲＧＢ成分の第１のセットは、第１の角度で回折されることができ、ＲＧＢ成分の第２のセットは、第２の角度で回折されることができる。そのような角度分散は、通常の回折格子によって生成される分散と異なり、その場合において、回折角は、波長の単調関数であることに留意されたい。ＣＬＣＧは、図１９および図２０を参照して下記でさらに議論される。ＣＬＣＧが使用される場合、画像変調光源１００２は、例えば、広帯域４分の１波長板（ＱＷＰ）を含むことによって、円偏光を出力するように構成されることができる。
【００５３】
走査ミラー１００８は、入力結合プリズム１０１２の第１の表面１０１０の中へ第１のＲＧＢセットビーム１１１１および第２のＲＧＢセットビーム１１１５を偏向させる。走査ミラー１００８は、ビーム１１１１、１１１５のＲＧＢ成分の変調と協調して駆動される。入力結合プリズム１０１２は、屈折率整合接着剤１０１５を用いて接眼導波管１００６の第１の表面１０１６に結合される、第２の表面１０１４を有する。ビーム１１１１、１１１５は、全内部反射のための臨界角を上回る角度で入力結合プリズム１１１２を通して接眼導波管１００６の中へ伝搬され、接眼導波管１００６に沿って伝搬しながら、接眼導波管１００６の第１の表面１１１６および反対の第２の表面１０１８において複数の反射を受ける。最終的に、ビーム１０１１、１１１５は、図面の平面と垂直な平面内に、そして図面の平面と垂直に対して４５度でその平面内に延在する溝を伴う回折格子の形態をとる、直交瞳拡張器１０１６に到達する。直交瞳拡張器１０１６は、ユーザの眼に向かって接眼導波管１００６から外へ光を方向転換する、回折光学要素（例えば、格子）の形態をとる、射出瞳拡張器（図示せず）に向かって本紙の平面と垂直にビーム１０１１、１１１５の部分を漸増的に反射する。
【００５４】
図１１は、本発明のいくつかの実施形態による、別の画像表示システムを図示する、簡略化された概略図である。図１１の画像表示システム１１００は、図１０の画像表示システム１０００に類似する。導波管の中へ光ビームを入力結合するための入力結合プリズム１１１２に依拠する、図１０の画像表示システム１０００と異なり、画像表示システム１１００では、入力結合要素１０５２が、導波管１０５０の中へ光ビームを入力結合するために使用され、入力結合要素１０５２は、偏光感受性である必要はない。例証を単純化するために、同一の参照番号が、共通コンポーネントを指定するように図１０および１１の両方で使用される。図１１に示されるように、画像表示システム１１００は、入射光ビーム１０２０を受け取り、走査反射光ビーム１０４０を提供するための走査ミラー１０３０、例えば、ＭＥＭＳ走査ミラーを含む。画像表示システム１０００はまた、走査反射光ビームを受け取るための導波管１０５０も含む。入射光ビーム１０２０は、上記で説明されるように、赤色、緑色、および青色、例えば、Ｒ１  Ｒ２．．．、Ｇ１  Ｇ２．．．、Ｂ１  Ｂ２．．．の近傍に波長を含有するように多重化される。さらに、入射光ビーム１０２０は、全内部反射（ＴＩＲ）臨界角未満の角度で導波管１０５０に入射するように指向され、したがって、導波管１０５０の中へ入力結合されない。走査ミラー１０３０は、別個の光ビームをもたらす波長に応じて、異なる方向に入射光ビームの成分を指向する、回折要素を含むことができる。図８に関連して上記で議論される回折格子８３２は、走査ミラー１０３０の中に含まれる回折要素に使用されることができる。導波管の中へのこれらの光ビームの入射角は、ＭＥＭＳ走査ミラー回転角を使用して変動される。図１１の簡略化された図面では、２つの光円錐１０４１および１０４２が、走査ミラー１０３０から反射された２つの光ビームを走査することの結果として示されている。いくつかの実施形態では、光ビーム１０４１および１０４２は、ＩＣＧ等の入力結合要素１０５２によって導波管１０５０の中へ入力結合される。本実施形態では、入力結合要素１０５２は、偏光感受性である必要はない。
【００５５】
図１１に示されるように、走査光ビーム１０４１は、導波管１０５０内で全内部反射（ＴＩＲ）を受け、第２の視野（ＦＯＶ１）１０６６内で第１の画像を形成するように、導波管から出力結合光学要素１０５４を通して投影される。同様に、走査光ビーム１０４２は、導波管１０５０内で全内部反射（ＴＩＲ）を受け、第２の視野（ＦＯＶ２）１０６８内で第２の画像を形成するように、導波管から出力結合光学要素１０５４を通して投影される。本発明の実施形態では、画像データが、複数の走査されたビームに必要に応じてエンコードされる。画像表示システム１１００は、第１のＦＯＶ１０６６および第２のＦＯＶ１０６８を含む、複合ＦＯＶ１０６０内で画像を形成するように構成される。
【００５６】
図１１に示されるように、いくつかの実施形態では、入射光ビーム１０２０を提供する光源は、走査ミラー１０３０とは導波管９５０の反対側に配置される。光源は、ＴＩＲ臨界角未満である導波管１０５０に対する角度で入射光ビーム１０２０を提供するように構成される。したがって、入射光ビーム１０２０は、導波管の中へ入力結合されることなく、導波管１０５０を通過して走査ミラー１０３０に到達する。さらに、反射光ビーム１０４０は、入射光ビーム１０２０からオフセットされる入力結合光学要素１０５２を通して、導波管１０５０の中へ進入する。いくつかの実施形態では、走査ミラーの反射面は、入射角が反射角と同一ではなく、結像デバイスのよりコンパクトな構成につながり得る、回折軸外ミラーを使用することによって、（体積を節約するように）基板と略平行にされることができる。
【００５７】
図１２は、画像を表示するための方法を図示する、簡略化されたフローチャートである。図１２に示されるように、方法１２００は、２つ以上の入力光ビームを走査ミラーに提供するステップ（１２１０）を含む。本方法はまた、２つ以上の入力光ビームを走査し、複数の反射光ビームを提供するステップ（１２２０）も含む。複数の反射光ビームはそれぞれ、個別の視野（ＦＯＶ）内で画像を提供するように構成される。本方法はさらに、導波管内で複数の反射光ビームを受け取るステップ（１２３０）を含む。加えて、本方法は、導波管から複数の出力光ビームを投影し、複合視野（ＦＯＶ）内で投影画像を形成するステップ（１２４０）を含む。方法１２００を実装する画像表示システムの実施例は、図１−１０に関連して上記に説明される。本方法のいくつかの実施形態では、複合視野は、２つ以上の入力光ビームのそれぞれによって提供されるＦＯＶよりも広い。複合ＦＯＶ内の画像は、入力光ビームのそれぞれからの画像を含む、タイル状画像であることができる。
【００５８】
図１３は、ある実施形態による、ライトエンジン１３００の概略図である。ライトエンジン１３００は、本明細書の上記で説明される表示システムの光源１１０、３１０、５１０、または７１０のうちのいずれかとして使用されることができる。図１３を参照すると、ライトエンジン１３００は、赤色光源１３０２と、緑色光源１３０４と、青色光源１３０６とを含む。光源１３０２、１３０４、１３０６は、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）または発光ダイオード（ＬＥＤ）の形態をとってもよい。赤色チャネルコリメートレンズ１３０８、緑色チャネルコリメートレンズ１３１０、および青色チャネルコリメートレンズ１３１２は、それぞれ、赤色光源１３０２、緑色光源１３０４、および青色光源１３０６の出力において配列される。青色光源１３０６は、青色チャネルコリメートレンズ１３１２を通して、青色チャネル光学経路折り畳みミラー１３１４を介して、緑色帯域反射ダイクロイックミラー１３１８を通して、赤色帯域反射ダイクロイックミラー１３２０を通して、ビーム偏向プリズム１３２２に光学的に結合される。緑色光源１３０４は、緑色チャネルコリメートレンズ１３１０を通して、緑色帯域反射ダイクロイックミラー１３１８を介してビーム偏向プリズム１３２２に光学的に結合される。赤色光源１３０２は、赤色チャネルコリメートレンズ１３０８を通して、赤色帯域反射ダイクロイックミラー１３２０を介してビーム偏向プリズム１３２２に光学的に結合される。光源１３０２、１３０４、１３０６からの光は、多重スペクトル成分コリメートビーム１３２４としてビーム偏向プリズム１３２２に到達する。多重スペクトル成分コリメートビーム１３２４は、ビーム偏向プリズム１３２２の入力表面１３２６に入射し、多重スペクトル成分コリメートビーム１３２４を屈折させ、それによって、偏向させる役割を果たす、ビーム偏向プリズム１３２２の傾斜面１３２８を通して出射する。随意に、回折格子（図示せず）が、ビーム３２４の偏向に寄与し、傾斜面１３２８における屈折と関連付けられる色分散を補償するように、入力表面上に設置されることができる。ビーム偏向プリズム１３２２は、入射多重スペクトル成分コリメートビーム１３２４と平行である軸１３３０を中心として、角度アルファによって回転される。角度アルファによってビーム偏向プリズム１３２２を回転させることは、図面の平面と垂直なビーム方向余弦を付与する役割を果たす。図１３に示される形態の複数、例えば、２つ、４つ、またはそれよりも多いライトエンジンは、アセンブリ（図示せず）の中に配列され、４つの複数のライトエンジン１３００からのマルチスペクトル成分ビーム１３２４が、本明細書の上記で説明される実施形態で使用されるビーム走査ミラーのうちの１つの表面において収束するように配向される、それらの個別のビーム偏向プリズム１３２２を有することができる。図１３に図示されていないが、異なるスペクトル出力をそれぞれ有する、より多くの光源が、図１３に示される配列と同様の様式で追加されることができる。例えば、異なるピーク波長および実質的に重複しないスペクトル出力を伴う一対の狭帯域光源が、赤色、青色、および緑色毎に提供されることができる。そのような付加的光源を提供することは、本明細書の上記で説明される表示システムのための増加した色域をもたらすであろう。
【００５９】
図１４は、別の実施形態による、ライトエンジン１４００の概略図であり、図１５は、図１４に示されるライトエンジン１４００の正面（出力端）図である。ライトエンジン１４００は、本明細書の上記で説明される表示システムの光源１１０、３１０、５１０、または７１０のうちのいずれかとして使用されることができる。図１４−１５を参照すると、ライトエンジン１４００は、第１のビーム源１４０２と、第２のビーム源１４０４と、第３のビーム源１５０２と、第４のビーム源１５０４とを含む。第３のビーム源１５０２および第４のビーム源１５０４は、下記でさらに議論されるように、ビーム形成レンズの位置付けを明らかな例外として、同一の構造を有するであろう。特に、図１４を参照すると、第１のビーム源１４０２および第２のビーム源１４０４の内部詳細が示されている。第１のビーム源１４０２は、第１の出力レンズ１４１４ａを含み、第２のビーム源１４０４は、第２の出力レンズ１４１４ｂを含む。各ビーム源１４０２、１４０４は、関連付けられるコリメートおよびビーム偏向レンズ１４１４ａ、１４１４ｂへとダイクロイックビームコンバイナ１４１２を通して結合される、赤色レーザダイオード１４０６と、緑色レーザダイオード１４０８と、青色レーザダイオード１４１０とを含む。（代替として、レーザダイオード１４０６、１４０８、１４１０の代わりに、例えば、発光ダイオード等の別のタイプの光源が使用されてもよい。）各ダイクロイックビームコンバイナ１４１２は、入力表面１４１６と、示されるＺ軸から＋４５度で傾斜した下側ビーム折り畳みミラー表面１４１８と、（各場合において各個別の表面の左縁が回転軸と見なされると仮定して）示されるＺ軸から−４５度で傾転した上側ビーム折り畳みミラー表面１４２０と、出力表面１４２２とを含む。ビーム折り畳みミラー表面１４１８、１４２０は、例えば、全内部反射（ＴＩＲ）表面または金属化表面であってもよい。＋４５度で傾転した青色帯域反射ダイクロイックミラー１４２４および−４５度で傾転した赤色帯域反射ダイクロイックミラー１４２６は、ダイクロイックビームコンバイナ１４１２に埋め込まれる。ダイクロイックビームコンバイナ１４１２は、ダイクロイックコーティングでコーティングされ、光学接着剤で継合される、複数の光学ガラスから作製されてもよい。青色レーザダイオード１４１０からの光は、下側ビーム折り畳みミラー表面１４１８、青色帯域反射ダイクロイックミラー１４２４、および出力表面１４２２を介して出力レンズ１４１４ａ、１４１４ｂに結合される。同様に、赤色レーザダイオード１４０６からの光は、上側ビーム折り畳みミラー表面１４２０、赤色帯域反射ダイクロイックミラー１４２６、および出力表面１４２２を介して出力レンズ１４１４ａ、１４１４ｂに結合される。緑色レーザダイオード１４０８からの光は、入力表面１４１６、青色帯域反射ダイクロイックミラー１４２４、赤色帯域反射ダイクロイックミラー１４２６、および出力表面１４２２を通して、出力レンズ１４１４ａ、１４１４ｂまで通過する。
【００６０】
図１５も参照すると、第３のビーム源１５０２は、第３の出力レンズ１５１４ａを含み、第４のビーム源１５０４は、第４の出力レンズ１５１４ｂを含む。図１５では、十字線は、出力レンズ１４１４ａ、１４１４ｂ、１５１４ａ、１５１４ｂの中心を示す。出力レンズ１４１４ａ、１４１４ｂ、１５１４ａ、１５１４ｂは、レーザダイオード１４０６、１４０８、１４１０によって発せられる光を収集する、その発散角を改変する（例えば、コリメートする）、偏向させる役割を果たす。ダイクロイックビームコンバイナ１４１２内の赤色レーザダイオード１４０６および青色レーザダイオードからの光の光学経路長は、図４に示されるような緑色レーザダイオード１４０８からの光の光学経路長よりも長い。加えて、出力レンズ１４１４ａ、１４１４ｂ、１５１４ａ、１５１４ｂは、均質な光学材料から作製される単純な屈折レンズであり、出力レンズ１４１４ａ、１４１４ｂ、１５１４ａ、１５１４ｂが、赤色レーザダイオード、緑色レーザダイオード、および青色レーザダイオード１４０６、１４０８、１４１０からの光の異なる焦点距離を有することを意味する、ある程度の色収差を呈し得る。ダイクロイックビームコンバイナ内の色収差および異なる経路長を補償するために、各レーザダイオード１４０６、１４０８、１４１０は、ダイクロイックビームコンバイナ１４１２の入力表面１４１６から異なる距離に設定される。出力レンズ１４１４ａ、１４１４ｂ、１５１４ａ、１５１４ｂが光をコリメートするために使用される場合における一実施例として、各特定のレーザダイオード１４０６、１４０８、１４１０は、特定のレーザダイオード１４０６、１４０８、１４１０の発光のピーク波長に特有の背面焦点距離に等しい光学経路距離によって、その関連付けられる出力レンズ１４１４ａ、１４１４ｂ、１５１４ａ、１５１４ｂから離間されることができる。
【００６１】
出力レンズ１４１４ａ、１４１４ｂ、１５１４ａ、１５１４ｂは、レーザダイオード１４０６、１４０８、１４１０からの光の複合光軸１４１５に対して（増分ΔＸおよびΔＹの観点から識別される量だけ）軸外に変位される。レンズ１４１４ａ、１４１４ｂ、１５１４ａ、１５１４ｂへの入力において、複合光軸１４１５は、図１４に示されるＺ軸と平行である。ＸおよびＹ方向にレンズ１４１４ａ、１４１４ｂをオフセットすることは、ゼロではないＸおよびＹ方向余弦を有するビーム伝搬方向を誘発する役割を果たす。第１のビーム源１４０２の場合、ビームＸおよびＹレンズオフセットが、（ΔＸ，ΔＹ）である一方で、第２のビーム源１４０４の場合、ＸおよびＹレンズオフセットは、（−ΔＸ，ΔＹ）であることに留意されたい。Ｘ座標オフセットの反対称性は、２つのビーム源１４０２、１４０４によって形成される光ビームを、本明細書の上記で説明される実施形態で使用されるビーム走査ミラーの表面と一致する交点１４２８に操向する役割を果たす。図１４に示される一対のビーム源１４０２、１４０４の中のレンズ１４１４ａ、１４１４ｂが、レンズ１４１４ａ、１４１４ｂに到達する複合光軸に対して正のＹ軸オフセットを有する一方で、第２の一対のビーム源１５０２、１５０４は、負のＹ軸オフセット（−ΔＹ）を有する。Ｙ軸オフセットのそのような反対称性は、２対のビーム源１４０２、１４０４、１５０２、１５０４からのビームを前述の交点１４２８で交わらせる役割を果たす。したがって、４つのマルチスペクトル成分の発散制御された（例えば、コリメート）ビームが、単一のビーム走査ミラーにおいて指向されることができる。出力レンズ１４１４ａ、１４１４ｂ、１５１４１、１５１４ｂは、非限定的実施例として、ガラスまたはプラスチックであってもよく、接合アクロマート複合レンズであってもよく、回折光学表面を含んでもよい。
【００６２】
図１６は、ある実施形態による、４チャネルライトエンジン１６００の上面図であり、図１７は、図１６に示されるライトエンジン１６００の一部の断面図である。ライトエンジンは、陥凹１６０４が形成される基板１６０２を含む。基板１６０２は、非限定的実施例として、シリコンまたはセラミックであることができる。基板１６０２は、下記に説明されるコンポーネントのための搭載突起および位置付け特徴（図示せず）を形成するようにエッチングされる。気密封止が要求されない場合には、基板１６０２は、ガラス繊維プリント回路基板であり得る。下記で本明細書に説明されるような種々の光学コンポーネントは、陥凹１６０４の中に搭載され、光学窓１６０６は、基板１６０２上に密閉され、陥凹１６０４に重なり密閉する。４つのマルチスペクトル（ＲＧＢ）成分ビーム源１６０８、１６１０、１６１２、１６１４は、陥凹１６０４の中に位置する。図１４−１５を参照して上記に説明される実施形態に類似し、下記で説明されるであろう、出力レンズ１６１６ａ、１６１６ｂ、１６１６ｃ、１６１６ｄのオフセットを除いて、ビーム源１６０８、１６１０、１６１２、１６１４の内部詳細は、同一である。図１６に示される第１のビーム源１６０８を参照して、青色レーザダイオード１６１８、緑色レーザダイオード１６２０、および赤色レーザダイオード１６２２は、ダイクロイックビームコンバイナ１４１２のうちの１つを介して第１のレンズ１６２４に光学的に結合される。ダイクロイックビームコンバイナ１４１２の内部詳細の説明に関して、図１４−１５との関連で本明細書の上記の説明が参照される。
【００６３】
第２のマルチスペクトル成分ビーム源１６１０の一部を通した（図１６に示されるような）断面である、図１７に示されるように、第１のレンズ１６２４は、光学接着剤１６２８を用いてビーム折り畳みプリズム１６３２の入力表面１６３０に接合される平面１６２６を有する、第１の平凸レンズである。ビーム折り畳みプリズム１６３２の反射面１６３４は、ダイクロイックビームコンバイナ１４１２から出射するビームを光学窓１６０６に向かって９０度上向きに偏向させる。ビーム折り畳みプリズム１６３２は、光学接着剤１６３８を用いて光学窓１６０６の下面１６４０に接合される出射表面１６３６を含む。平凸レンズ出力レンズ１６１６ｂの平面１６４２は、光学接着剤１６４４を使用して、ビーム折り畳みプリズム１６３２の出射表面１６３６に重なる光学窓１６０６の上面１６４６に接合される。代替として、第１のレンズ１６２４は、所望のビーム発散変化（例えば、コリメーション）を達成し、平凸出力レンズ１６１６ａ、１６１６ｂ、１６１６ｃ、１６１６ｄは、プリズムおよび／または回折光学要素等のビーム偏向コンポーネントと置換される。第１のマルチスペクトル成分ビーム源１６０８に示されるように、代替として、発散改変（例えば、コリメート）レンズ１６４８が、ダイクロイックビームコンバイナ１４１２の入力表面１４１６の表面上に位置付けられる。代替として、回折、反射光学、反射屈折、または他の屈折コンポーネントまたはサブシステムが、第１のレンズ１６２４、レンズ１６４８、および／または出力レンズ１６１６ａ、１６１６ｂ、１６１６ｃ、１６１６ｄの代わりに、またはそれに加えて、使用されてもよい。ビーム源１６０８、１６１０、１６１２、１６１４はそれぞれ、出力レンズ１６１６ａ、１６１６ｂ、１６１６ｃ、１６１６ｄのうちの１つを具備し、出力レンズ１６１６ａ、１６１６ｂ、１６１６ｃ、１６１６ｄはそれぞれ、そのビーム源１６０８、１６１０、１６１２、１６１４の複合光軸（横ビーム重心）１４１５に対する距離増分ΔＸおよびΔＹの観点から示される量だけ横方向にオフセットされる。このようにして、４つのビーム源１６０８、１６１０、１６１２、１６１４から出力されるビームは、本明細書の上記で説明される実施形態のビーム走査ミラーのうちの１つの表面に位置付けられ得る、共通交点１６４８、１６５０において交差させられる。したがって、独立して変調された赤色スペクトル成分、緑色スペクトル成分、および青色スペクトル成分をそれぞれ有する、４つのマルチスペクトル成分ビームは、単一の走査ミラーに衝突され、ディスプレイ導波管の入力光学要素（例えば、入力結合回折格子）にわたって走査ミラーによって走査されることができる。走査ミラーは、走査ミラーに入射する多成分ビームの間の角度分離の少なくとも半分である十分な角度範囲にわたって各多成分ビームを走査するように駆動されることができ、このようにして、各ビームは、継合してより広い立体角範囲を（少なくとも）隣接して充填する、部分範囲にわたって走査されることができる。（部分範囲に重複することも可能である。）そのようなより広い立体角範囲は、ビームが入力される導波管ディスプレイ接眼レンズの中を見るユーザのための��り広い視野に対応する。各ビーム源内の各レーザダイオードは、カラー画像変調光を形成する画像データを用いて別個に変調されることができる。
【００６４】
図１８は、ある実施形態による、導波管表示システム１８００の部分図である。図１８に示されるように、導波管表示システムは、両凸非球面コリメートレンズ１８０８に面する発光方向を有する、赤色レーザダイオード１８０２と、緑色レーザダイオード１８０４と、青色レーザダイオード１８０６とを含む。代替として、非限定的実施例として、複合レンズ、回折、反射光学、および／または反射屈折コンポーネント等の別のタイプのコリメート光学系または光学システムが、使用されてもよい。レンズ１８０８によってコリメートされる光は、４分の１波長板（ＱＷＰ）１８１０に入射する。レーザダイオード１８０２、１８０４、１８０６によって発せられる光が、実質的に直線偏光される程度まで、ＱＷＰ１８１０は、偏光状態を右側（ＲＨ）または左側（ＬＨ）円偏光のいずれかに変換する役割を果たす。ＱＷＰ１８１０から出射する光は、第１の青色反射防止（ＡＲ）コーティング１８３０、青色入力結合格子（ＩＣＧ）１８１４、青色光導波管１８０９、第２の青色ＡＲコーティング１８３１、第１の緑色ＡＲコーティング１８３２、緑色ＩＣＧ１８１６、緑色光導波管１８１１、第２の緑色ＡＲコーティング１８３３、第１の赤色ＡＲコーティング１８３４、赤色ＩＣＧ１８１８、赤色導波管１８１２、および第２の赤色ＡＲコーティング１８３６を通過する。ＩＣＧ１８１４、１８１６、１８１８は、好適に反射コレステリック液晶格子（ＣＬＣＧ）である。入力結合ＣＬＣＧ１８１４、１８１６、１８１８の構造は、下記でさらに詳細に議論される。青色ＩＣＧ１８１４は、青色光導波管１８０９の前側１８２４で支持され、緑色ＩＣＧ１８１６は、緑色光導波管１８１１の前側１８２６で支持され、赤色ＩＣＧ１８１６は、赤色導波管１８１２の前側１８２８で支持される。導波管１８０９、１８１１、１８１２の前側１８２４、１８２６、１８２８は、レーザダイオード１８０２、１８０４、１８０６の方を向いている。第１の青色ＡＲコーティング１８３０、第１の緑色ＡＲコーティング１８３２、および第１の赤色ＡＲコーティング１８３４は、それぞれ、青色ＩＣＧ１８１４のレーザ接面１８３８、緑色ＩＣＧ１８１６のレーザ接面１８４０、および赤色ＩＣＧ１８１８のレーザ接面１８４２上に配置される。
【００６５】
導波管１８０９、１８１１、１８１２の一部のみが、図１８で可視である。導波管１８０９、１８１１、１８１２の残りの部分は、ユーザの眼への光の結合を制御するためのその上に形成された付加的光学コンポーネントを含む、または有する。そのような付加的コンポーネントは、例えば、直交瞳拡張格子（ＯＰＥ）および射出瞳拡張格子（ＥＰＥ）を含むことができる。導波管１８０９、１８１１、１８１２は、ユーザが仮想コンテンツおよび実際の環境を同時に見ることを可能にするように透明である。導波管１８０９、１８１１、１８１２およびＩＣＧ１８１４、１８１６、１８１８を通過した後、レーザダイオード１８０２、１８０４、１８０６によって発せられる光は、走査ミラー１８２２の前面１８２０において反射される。光が最初にＱＷＰ１８１０を通過するとき、光は、直線偏光から、ＬＨまたはＲＨであり得る円偏光の具体的初期掌性に変換される。ＩＣＧ１８１４、１８１６、１８１８は、光が実質的に偏向を伴わずに最初にＩＣＧを通過するように、光の初期掌性の反対の掌性を有する。走査ミラー１８２２の前面１８２０は、正反射性である、またはゼロではない回折次数に光を方向転換する反射回折格子（例えば、ブレーズド表面緩和格子、または例えば、体積ホログラフィック格子）を含んでもよい。前面１８２０からの反射に応じて、円偏光のその掌性は、ＣＬＣＧ  ＩＣＧ１８１４、１８１６、１８１８の掌性に合致するように逆転され、したがって、走査ミラー１８２２の前面１８２０から反射される光は、導波管１８０９、１８１１、１８１２内のＴＩＲのための臨界角を上回る第１の回折角へ反射的に回折される。
【００６６】
図１９は、図１８に示される導波管表示システム１８００の一部を通した断面図である。図１９は、青色ＡＲコーティング１８３０、１８３１、青色ＩＣＧ１８１４、および青色導波管１８０９を通した断面立面図を含み、青色ＩＣＧ１８１４の内部詳細を含む。緑色ＩＣＧ１８１６および赤色ＩＣＧ１８１８は、下記でさらに議論される異なる軸方向および側方ピッチにもかかわらず、青色ＩＣＧ１８１４の構造に類似する構造を有する。青色ＩＣＧ１８１４は、第１の基板１９１０、第２の基板１９１２、および第１の縁シール１９１４によって形成される、第１のセル１９０８の中に位置するコレステリック液晶材料１９０２を含む。第１のセル１９０８は、第１の基板１９１０上に形成される配向層１９２８を含む。コレステリック液晶は、液晶材料の複数の階層のスタックを含む。図１９の場合のように、積層方向が図示されるデカルト三つ組構造（ｔｒｉａｄ）のＺ方向に対応すると仮定して、スタックの中の各連続層内の分子の配向は、Ｚ軸を中心としてわずかな角度増分だけ回転される。Ｚ軸を中心とした回転は、分子の１回の全回転に対応するＺ距離である、ピッチによって特徴付けられる。カイラルドーパント分子が、左側捻転または右側捻転のいずれかであり得る、捻転の方向を制御するように添加されることができる。反射性は、コレステリック液晶の捻転の掌性に合致する円偏光を有し、Ｚ方向ピッチに合致する波長を有する光に関して、最大限にされる。青色ＣＬＣＧに関するＺ軸を中心とした分子の回転を特徴付けるピッチは、図１９のピッチの半分に等しい、標識寸法０．５＊Ｐｉｔｃｈ＿Ｚによって示される。
【００６７】
格子が、各層内の分子の配向の周期的側方（例えば、図９のＸ方向）変化を確立することによって作成されることができる。配向層１９２８は、コレステリック液晶の配向の側方変化を確立するために使用される。配向層１９２８は、液晶分子の局所整合を確立するためのパターンが、偏光のパターンに暴露することによって確立される、光配向層であってもよい。光配向層の実施例は、ポリイミド、直線偏光光重合可能ポリマー（ＬＰＰ）、アゾ含有ポリマー、クマリン含有ポリマー、およびケイ皮酸含有ポリマーを含む。液晶材料１９０２の側方ピッチは、図１９ではＰｉｔｃｈ＿Ｘと標識される。液晶材料１９０２は、第１の回折次数に光を優先的に回折する、反射偏光掌性選択的格子を形成する。液晶材料１９０２の垂直ピッチは、それが反射することを意図している光の波長（例えば、青色レーザダイオード１８０６によって発せられる光の波長）に従って設定される。側方ピッチＰｉｔｃｈ＿Ｘは、一次回折光の回折角を確立するように格子方程式に従って設定される。導波管表示システム１８００との関連で、液晶材料１９０２の側方ピッチは、走査ミラー１８２２の全ての配向のための液晶材料１９０２からの回折角が、導波管１８１２に関して全内部反射のための臨界角を超えるように選定される。ピッチＰｉｔｃｈ＿ＸおよびＰｉｔｃｈ＿Ｚに関する「垂直」および「側方」の言及は、図１９に示されるシステム１８００の配向に適用可能であり、実践では、システム１８００は、任意の配向で使用され得ることを理解されたい。図１９に示されるものに類似して、緑色入力結合格子１８１６および赤色入力結合格子１８１８は、それらが働く光の波長（例えば、赤色レーザダイオード１８０２および緑色レーザダイオード１８０６によって発せられる波長）に対応する垂直ピッチＰｉｔｃｈ＿Ｚを有し、それらが働く波長に基づく側方ピッチＰｉｔｃｈ＿Ｘを有し、本明細書に照らして、その光は、個別の導波管１８１１および１８１２内のＴＩＲのための臨界角を超える角度で回折されるであろう。
【００６８】
図２０は、ある実施形態による、第１の配向層１９２８の概略平面図である。図２０に示されるように、配向層１９２８は、一連のストリップ形状の面積２００２−２０３４を含む。図２０に示される図は、わずか２つ超の周期（Ｐｉｔｃｈ＿Ｘと表される）を示し、実戦では、第１の配向層１９２８は、より多数のピッチ周期を含むであろうことを理解されたい。各ピッチ周期（Ｐｉｔｃｈ＿Ｘ）内で、各連続ストリップ面積（例えば、２００２−２０１６）は、先行ストリップ面積に対して増分される整合方向を有する。図２０に示されるように、ピッチ周期につき異なる整合方向をそれぞれ伴う８つのストリップ形状の面積が存在する。異なる整合方向をそれぞれ伴う、例えば、４または１６個のストリップ形状の面積等の代替物が、ピッチ周期につき提供されてもよい。代替として、整合方向は、連続的に変動し得る。連続変動は、例えば、上記で引用される光配向材料等の光配向材料を、反対掌性の円偏光を有する２つのビームの干渉によって生成される干渉パターンに暴露することによって、取得されることができる。反対掌性の円偏光ビームの振幅和は、直線偏光され、直線偏光和の配向は、位相差の関数として変動し、故に、光配向層を横断して変動する。
【００６９】
図２１は、一実施形態による、フォトニックチップベースの２ＲＧＢカラーチャネルコンバイナ２１００および第１のレンズ２１０２および第２のレンズ２１０４の上面図である。コンバイナ２１００は、第１の分岐導波管２１０８および第２の分岐導波管２１１０が画定される、ガラス練板２１０６を含む。分岐導波管２１０８、２１１０は、ガラス練板の屈折率のパターンに関する改変によって画定されることができる。屈折率の改変は、例えば、マスクパターンを通して、外来原子種を埋め込む、または注入することによって、遂行されることができる。
【００７０】
第１の分岐導波管２１０８は、基幹２１１８に結合される、第１の赤色受光分岐２１１２と、第１の青色受光分岐２１１６とを有する。第１の赤色レーザダイオード２１２２は、第１の赤色受光分岐２１１２の入力端２１２４に光学的に結合され、第１の緑色レーザダイオード２１２６は、基幹２１１８の入力端２１２８に光学的に結合され、第１の青色レーザダイオード２１３０は、第１の青色受光分岐２１１６の入力端２１３２に光学的に結合される。第１の赤色受光分岐２１１２の出力端２１３４は、第１のＹ接合点２１３６において基幹２１１８に結合される。同様に、第１の青色受光分岐２１１６の出力端２１３８は、第２のＹ接合点２１４０において基幹２１１８に結合される。
【００７１】
第２の分岐導波管２１１０は、上記で説明されるような第１の分岐導波管２１０８と同一の構造を有し、第２の赤色レーザダイオード２１４２、第２の緑色レーザダイオード２１４４、および第２の青色レーザダイオード２１４６からの光を、第２の分岐導波管２１１０の基幹２１１４の出力端２１４８に結合する役割を果たす。
【００７２】
第１のレンズ２１０２は、基幹２１１８の（故に、第１の分岐導波管２１０８の）出力端２１２０の前に位置付けられ、それに光学的に結合され、第２のレンズ２１０４は、第２の分岐導波管２１１０の出力端２１４８の前に位置付けられ、それに光学的に結合される。第１のレンズ２１０２の第１のレンズ光軸（例えば、回転対称軸）２１５０および第２のレンズ２１０４の第２の光軸２１５２が、図２１に示されている。第１のレンズ光軸２１５０は、（図２の視点から）下向きに、かつ第１の分岐導波管２１０８の基幹２１１８に対して図面の平面に垂直である方向にオフセットされる。同様に、第２のレンズ光軸２１５２は、上向きに、かつ第２の分岐導波管２１１０の基幹２１１４に対して図面の平面に垂直である方向にオフセットされる。レンズ光軸２１５０、２１５２の前述のオフセットは、基幹２１１８、２１１４の出力端２１２０、２１４８から出現する光を、本明細書の上記で説明される実施形態で使用されるビーム走査ミラー（例えば、３３０、７３０）のうちの１つの表面と一致して配列される共通交点２１５４に指向する役割を果たす。
【００７３】
図２２は、別の実施形態による、フォトニックチップベースの２ＲＧＢカラーチャネルコンバイナ２２００の上面図である。コンバイナ２２００は、共通参照番号によって示されるように、コンバイナ２１００と共通する多数の要素を有する。コンバイナ２２００は、赤色受光分岐２１１２の出力端２１３４および青色受光分岐２１１６の出力端が、Ｙ接合点２１３６および２１４０の代わりにエバネセント結合によって基幹２１１８に結合されるという点で、コンバイナ２１００と異なる。
【００７４】
図２３は、ある実施形態による、図２１−２２に示されるコンバイナ２１００および／または２２００のうちの２つを含む、４ＲＧＢチャネルライトエンジン２３００の正面図である。上部位置コンバイナ２１００、２２００および底部位置コンバイナ２１００、２２０は、スペーサブロック２３００の反対側に位置付けられる。示されるように、レンズ２１０２、２１０４は、基幹２１１８、２１１４の出力端２１２０、２１４８から出現する光が、ライトエンジン２３００が本明細書の上記で説明される実施形態で使用されるときにビーム走査ミラー（例えば、３３０、７３０）のうちの１つの表面と一致して位置するであろう共通交点２１５４に収束されるように、それらの関連付けられる基幹出力端２１２０、２１４８に対してオフセットされる。
【００７５】
図２４は、別の実施形態による、４ＲＧＢチャネルライトエンジン２４００の上面図であり、図２５は、図２４に示される４ＲＧＢチャネルライトエンジン２４００の一部の部分断面立面図である。ライトエンジン２４００は、第１の分岐導波管２４０４、第２の分岐導波管２４０６、第３の分岐導波管２４０８、および第４の分岐導波管２４１０が画定される、ガラス練板２４０２を含む。分岐導波管２４０４、２４０６、２４０８、２４１０は、図２１に示される実施形態を参照して上記で議論される様式で確立されてもよい。示されるように、練板２４０２は、正方形であり、第１の側面２４１２と、第２の側面２４１４と、第３の側面２４１６と、第４の側面２４１８とを含む。代替として、成形ガラス練板２４０２もまた、使用されてもよい。赤色、緑色、および青色（ＲＧＢ）レーザダイオードの第１のセット２４２０は、第１の側面２４１２に沿って配列され、ＲＧＢレーザダイオードの第２のセット２４２２は、第２の側面２４１４に沿って配列され、ＲＧＢレーザダイオードの第３のセット２４２４は、第３の側面２４１６に沿って配列され、ＲＧＢレーザダイオードの第４のセット２４２６は、第４の側面２４１８に沿って配列される。
【００７６】
ＲＧＢレーザダイオードの第１のセット２４２０は、赤色レーザダイオード２４２８と、緑色レーザダイオード２４３０と、青色レーザダイオード２４３２とを含む。第１の分岐導波管２４０４は、第１の側面２４１２に隣接して位置付けられ、レーザダイオードの第１のセット２４２０からの光を第１の出力結合ファセット２４３４に結合する役割を果たす。第１の分岐導波管２４０４は、赤色レーザダイオード２４２８に光学的に結合される赤色受光分岐２４３６と、緑色レーザダイオード２４３０に光学的に結合される緑色受光分岐２４３８と、青色レーザダイオード２４３２に光学的に結合される青色受光分岐２４４０とを含む。赤色受光分岐、緑色受光分岐、および青色受光分岐２４３６、２４３８、２４４０は、第１の分岐導波管２４０４の基幹２４４２に接続する（または代替として、一過性に結合される）。基幹２４４２は、第１の出力結合ファセット２４３４まで延在する。出力結合ファセット２４３４は、基幹２４４２の配向に対して４５度で傾斜した全内部反射（ＴＩＲ）表面である。第１の出力結合ファセット２４３４は、ガラス練板２４０２の平面から外へ光を反射的に偏向させる。
【００７７】
第２、第３、および第４の分岐導波管２４０６、２４０８、２４１０は、説明されるような第１の分岐導波管２４０４のものと同一の構造を有するが、それらが隣接して位置付けられる個別の側面２４１４、２４１６、２４１８と整合するように、該第１の分岐導波管に対して回転される。第２、第３、および第４の分岐導波管２４０６、２４０８、２４１０は、それぞれ、第２の出力結合ファセット２４４４、第３の出力結合ファセット２４４６、および第４の出力結合ファセット２４４８に結合される。第１のレンズ２４５０、第２のレンズ２４５２、第３のレンズ２４５４、および第４のレンズ２４５６は、それぞれ、第１の出力結合ファセット２４３４、第２の出力結合ファセット２４４４、第３の出力結合ファセット２４４６、および第４の出力結合ファセット２４４８にわたって位置付けられる。レンズ２４５０、２４５２、２４５４、２４５６はそれぞれ、それが出力結合ファセット２４３４、２４４４、２４４６、２４４８の間の正中位置に向かって重なる、出力結合ファセットに対してオフセットされる。故に、レンズ２４５０、２４５２、２４５４、２４５６は、出力結合ファセット２４３４、２４４４、２４４６、２４４８から出現する光を、本明細書の上記で説明される実施形態で使用されるビーム走査ミラー（例えば、３３０、７３０）のうちの１つの表面と一致する共通交点２４５８に指向する役割を果たす。交点２４５８は、ガラス練板の上方に離間されるが、これは、図２４の平面視点では明白ではない。代替物によると、他の波長において発光するレーザダイオードおよび関連付けられる受光分岐は、ライトエンジン２４００が３つを上回る（ＲＧＢ）波長チャネルを提供するように、ライトエンジン２４００に追加される。例えば、付加的チャネルは、視線追跡システムのための照明を提供することに有用である、赤外光であり得る。
【００７８】
図２６は、別の実施形態による、４ＲＧＢチャネルライトエンジン２６００の上面図である。赤色レーザバー２６０２、緑色レーザバー２６０４、および青色レーザバー２６０６は、それぞれ、導波管網２６１６が形成される、ガラス練板２６１４の赤色入力側２６０８、緑色入力側２６１０、および青色入力側２６１２に近接して配列される。赤色レーザバー２６０２は、４つの別個に制御可能な赤色レーザダイオード２６０２Ａ、２６０２Ｂ、２６０２Ｃ、２６０２Ｄを含み、同様に、緑色レーザバー２６０４は、４つの別個に制御可能な緑色レーザダイオード２６０４Ａ、２６０４Ｂ、２６０４Ｃ、２６０２Ｄを含み、同様に、青色レーザバー２６０６は、４つの別個に制御可能な青色レーザダイオード２６０６Ａ、２６０６Ｂ、２６０６Ｃ、２６０６Ｄを含む。４つの出力ファセット２６０８Ａ、２６０８Ｂ、２６０８Ｃ、および２６０８Ｄが、ガラス練板２６１４の中に画定される。出力ファセット２６０８Ａ、２６０８Ｂ、２６０８Ｃ、および２６０８Ｄは、図２５に示される出力ファセット２４３４のものと同一の設計、または代替として、異なる設計を有する。レーザバー２６０２、２６０４、２６０６のそれぞれからの別個に制御可能なレーザダイオードのうちの１つは、導波管網２６１６を通して出力ファセット２６０８Ａ、２６０８Ｂ、２６０８Ｃ、および２６０８Ｄのそれぞれに結合される。レンズ２４５０、２４５２、２４５４、２４５６は、出力ファセット２６０８Ａ、２６０８Ｂ、２６０８Ｃ、および２６０８Ｄにわたって位置付けられ、図２４に関連して上記で説明されるように機能する。代替実施形態によると、異なる波長（例えば、赤外線）において動作し得る、別のレーザバーは、ガラス練板２６１４の第４の側面に沿って位置付けられ、そのような目的のために延在され得る、導波管網２６１６を介して出力ファセット２６０８Ａ、２６０８Ｂ、２６０８Ｃ、および２６０８Ｄに光学的に結合されてもよい。
【００７９】
図２７は、本発明のある実施形態による、拡張現実眼鏡で使用され得る導波管表示システム２７００の概略図である。図２７を参照すると、本システムは、この場合は偏光ビームコンバイナとして使用される、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２７０２を含む。ＰＢＳ２７０２は、ＰＢＳ２７０２の対角線に沿って埋め込まれた偏光選択的反射器２７０４を含む。偏光選択的反射器２７０４は、例えば、ワイヤグリッドアレイまたはマクニールタイプであることができる。
【００８０】
第１のダイクロイックＸ−キューブコンバイナ２７０６は、ＰＢＳ２７０２の第１の面２７０８に隣接して配列され、第２のダイクロイックＸ−キューブコンバイナ２７１０は、ＰＢＳ２７０２の第２の面２７１２に隣接して配列される。第１のダイクロイックＸ−キューブコンバイナ２７０６は、第１の対角線に沿った第１の埋込赤色反射ダイクロイックミラー２７１４と、９０度で第１の対角線に交差する第２の対角線に沿った第１の埋込青色反射ダイクロイックミラー２７１６とを含む。第２のダイクロイックＸ−キューブコンバイナ２７１０は、同様に、１つの対角線に沿った埋め込まれた第２の赤色反射ダイクロイックミラー２７１８と、第２の対角線に沿った第２の埋込青色反射ダイクロイックミラー２７２０とを有する。代替として、Ｘ−キューブコンバイナ２７０６、２７１０の代わりに、複数のレーザダイオードからの光を組み合わせるための他の光学サブシステムが、使用されてもよい。例えば、上記の図２１および図２２に示されるＲＧＢカラーチャネルコンバイナのようなコンポーネントが、使用されてもよい。
【００８１】
第１のダイクロイックＸ−キューブコンバイナ２７０６を参照すると、第１の赤色光コリメートレンズ２７２２は、第１のダイクロイックＸ−キューブコンバイナ２７０６の第１の赤色光入力面２７２４に近接して配列され、第１の緑色光コリメートレンズ２７２６は、第１の緑色光入力面２７２８に近接して配列され、第１の青色光コリメートレンズ２７３０は、第１の青色光入力面２７３２に近接して配列される。第２のダイクロイックＸ−キューブコンバイナ２７１０を参照すると、第２の赤色光コリメートレンズ２７３４は、第２のＸ−キューブコンバイナ２７１０の第２の赤色光入力面２７３６に近接して配列され、第２の緑色光コリメートレンズ２７３８は、第２の緑色光入力面２７４０に近接して配列され、第２の青色光コリメートレンズ２７４２は、第２の青色光入力面２７４４に近接して配列される。
【００８２】
以下の議論では、ｓ−偏光およびｐ−偏光配向が、偏光選択的反射器２７０４における光入射の観点から画定される。再度、図２７を参照すると、ｓ−偏光赤色レーザダイオード２７４６は、第１のダイクロイックｘ−キューブコンバイナ２７０６の第１の赤色光コリメートレンズ２７２２および第１の赤色入力面２７２４に面して配列され、ｓ−偏光緑色レーザダイオード２７４８は、第１の緑色光コリメートレンズ２７２６および第１の緑色入力面２７２８に面して配列され、ｓ−偏光青色レーザダイオード２７５０は、第１の青色光コリメートレンズ２７３０および第１の青色光入力面２７３２に面して配列される。同様に、ｐ−偏光赤色レーザダイオード２７５２は、第２のダイクロイックｘ−キューブコンバイナ２７１０の第２の赤色光コリメートレンズ２７３４および第２の赤色光入力面２７３６に面して配列され、ｐ−偏光緑色レーザダイオード２７５４は、第２の緑色光コリメートレンズ２７３８および第２の緑色光入力面２７４０に面して配列され、ｐ−偏光青色レーザダイオード２７５６は、第２の青色光コリメートレンズ２７４２および第２の青色光入力面２７４４に面して配列される。前述のレーザダイオードの偏光は、単純に、それらが搭載される配向を決定することによって決定されることができる。前述のレーザダイオードは、一連のピクセルに関するピクセル色強度値に基づいて変調される。下記でさらに解説されるであろうように、ｓ−偏光レーザダイオード２７４６、２７４８、２７５０は、導波管表示システム２７００によって生成される視野の第１の部分を照明し、ｐ−偏光レーザダイオード２７５２、２７５４、２７５６は、導波管表示システム２７００によって生成される視野の第２の部分を照明する。コリメートレンズ２７２２、２７２６、２７３２、２７３４、２７３８、２７４２は、平凸として描写されるが、代替として、両凸である、または別の形状を有してもよい。
【００８３】
第１のダイクロイックｘ−キューブコンバイナ２７０６は、第１の埋込赤色ダイクロイック反射ミラー２７１４および第１の埋込青色ダイクロイック反射ミラー２７１６の効果によって、ｓ−偏光レーザダイオード２７４６、２７４８、２７５０からの光を、第１のダイクロイックｘ−キューブコンバイナ２７０６からＰＢＳ２７０２の第１の面２７０８の中へ通過するコリメートされたｓ−偏光赤・青・緑色（ＲＧＢ）ビームに合体させる。同様に、第２のダイクロイックｘ−キューブコンバイナ２７１０は、第２の埋込赤色ダイクロイック反射ミラー２７１８および第２の埋込青色ダイクロイック反射ミラー２７２０の効果によって、ｐ−偏光レーザダイオード２７５２、２７５４、２７５６からの光を、第２のダイクロイックｘ−キューブコンバイナ２７１０からＰＢＳ２７０２の第１の第２の面２７１２の中へ通過するコリメートされたｐ−偏光ＲＧＢビームに合体させる。
【００８４】
偏光選択的反射器２７０４は、第１の面２７０８から到達するコリメートされたｓ−偏光ＲＧＢビームを反射し、第２の面２７１２から到達するコリメートされたｐ−偏光ＲＧＢビームを透過させ、それによって、ＰＢＳ２７０２の第３の面２７５８を介して出力される複合ｓ−偏光ＲＧＢおよびｐ−偏光ＲＧＢビームを形成するように、配向される。迷光吸収体２７６０は、ＰＢＳ２７０２の第４の面２７６２に近接して位置付けられ、偏光選択的反射器２７０４によって反射される任意のｐ−偏光および偏光反射器２７０４の非理想的性能に起因して偏光選択的反射器２７０４によって透過される任意のｓ−偏光を吸収する役割を果たす。
【００８５】
ＰＢＳ２７０２の第３の面２７５８を通過した後、光は、４分の１波長板（ＱＷＰ）２７６４を通過する。ＰＢＳは、偏光成分のうちの１つ（ＳまたはＰ）を右旋円偏光（ＲＨＣＰ）に変換し、残りの偏光成分（ＰまたはＳ）を左旋円偏光（ＬＨＣＰ）に変換する。いずれの直線偏光成分がいずれの円偏光成分に変換されるかは、ＱＷＰ２７６４を回転させることによって、改変されることができる。ＱＷＰの出力は、ｓ−偏光ＲＧＢビームおよびｐ−偏光ＲＧＢビームから導出される、ＲＨＣＰ  ＲＧＢビームと、ＬＨＣＰ  ＲＧＢビームとを含む。議論の目的のために、ｓ−偏光がＲＨＣＰ光に変換され、ｐ−偏光がＬＨＣＰ光に変換されると仮定して、ＲＨＣＰ光は、ＦＯＶの上記に記述される第１の部分を照明し、ＬＨＣＰは、システム２７００によって生成されるＦＯＶの上記に記述される第２の部分を照明するであろう。
【００８６】
システム２７００はさらに、画像変調光をユーザの眼の位置２７６８に移送するために使用される、導波管２７６６と、入力結合格子（ＩＣＧ）２７７０と、直交瞳拡張格子（ＯＰＥ）２７７２と、射出瞳拡張格子（ＥＰＥ）２７７４とを含む。実質的にコリメートされた光は、ＩＣＧを通して入力され、ＯＰＥ格子２７７２に向かってＩＣＧ２７７０によって偏向される。ＯＰＥ格子２７７２は、ＥＰＥ格子２７７４に向かって光の部分を漸増的に偏向させ、そうする際に、コリメートされたビームの横幅（図２７のｘ方向）を増加させる。Ｘ−Ｙ−Ｚ座標三つ組構造が、参考のために図２７に示されている。ＥＰＥ格子２７７４は、ユーザの眼の位置２７６８の方向に向かって外に光を漸増的に回折し、そうする際に、コリメートされたビームのｙ方向範囲を増加させる。ＯＰＥおよびＥＰＥ格子２７７２、２７７４のビーム拡張効果によって、比較的大きい射出瞳（アイボックス）が形成され、これは、光が、ユーザが異なる方向を見ると動き回り得るユーザの瞳の中へ結合されるであろうことを確実にすることに役立つ。
【００８７】
ＱＷＰ２７６４とＩＣＧ２７７０との間の光学経路に沿って、２軸走査ミラー２７８０が存在する。走査ミラー２７８０は、例えば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーであることができる。１回の走査ミラー移動は、１自由度で共鳴し、第２の自由度で準静的に制御されてもよい。例えば、共鳴軸は、ディスプレイの線に沿った移動に類似する移動に対応してもよく、準静的に制御された第２の自由度は、ディスプレイの線の間の垂直移動に類似する移動に対応してもよい。比較的高解像度の画像に関して、例えば、１，０００または２，０００本の走査線の均等物と、毎秒３０〜６０フレームのフレームリフレッシュレートとを有することが望ましい。そのようなパラメータは、３０ＫＨｚ〜１２０ＫＨｚのラインレートを要求する。拡張現実ウェアラブルの中に含まれるために十分小さい小型ＭＥＭＳスキャナに関して、概して、（視野（ＦＯＶ）に関する）共鳴軸の角度範囲と（ラインレートと同等である）共鳴周波数との間のトレードオフが存在する。本トレードオフを回避し、広い視野および高いラインレートの両方を獲得することが望ましいであろう。
【００８８】
システム２７００では、ＦＯＶは、２つの異なるタイプの偏光選択的格子と組み合わせて上記に説明されるシステム２７００の部分の提供を通して増加される。システム２７００では、左旋（ＬＨ）反射液晶格子のセット２７７６および右旋（ＲＨ）反射液晶格子のセット２７７８は、２軸走査ミラー２７８０上に配置される。反射液晶格子２７７６および２７７８のセットは、下記でさらに説明されるであろう。
【００８９】
ここで、図２７に示されるシステム２７００の走査ミラー２７８０およびＩＣＧ２７７０の表現とともに、３空間デカルト（Ｘ−Ｙ−Ｚ）座標系を含む図２８を注目されたい。図２８に示されるデカルト座標系は、図２７に示される座標三つ組構造に対応する。一連の可能性として考えられる設定の例示にすぎない、図２８に図示される場合では、入射ビーム（例えば、ＱＷＰ２７６４から到達するビーム）は、−Ｘ方向に伝搬している。走査ミラー２７８０は、走査ミラー２７８０がフレーム２８０４に対してβとして示される角度だけ回転することを可能にする、内側ジンバル枢動点２８０２を含む。フレーム２８０４は、フレーム２８０４全体が回転することを可能にする、外側ジンバル枢動点２８０６によって支持される。内側ジンバル枢動点２８０２を中心とした回転軸は、外側ジンバル枢動点２８０６を中心とした回転軸に直交する。外側ジンバル枢動点２８０６を中心とした回転は、角度α０＋α１によって表され、α０は、フレーム２８０４の正中静止位置に対応し、α１は、α０からの偏差に対応する。βによって表される内側ジンバル枢動点２８０２を中心とした回転は、「ロール」と称され得、α０＋α１によって表される外側ジンバル枢動点２８０６を中心とした回転は、「ピッチ」と称され得る。格子２７７６、２７７８は、一連の水平線として走査ミラー２７８０の表面上に図式的に図示されるが、上記で記述され、かつ下記でさらに説明されるような実際の構造は、より複雑である。
【００９０】
図２９は、本発明のある実施形態による、図２７に示されるシステム内の走査ミラー上で使用され得る、６層偏光応答性液晶格子スタック２９００の概略図である。スタック２９００は、ＬＨ反射液晶格子２７７６と、ＲＨ反射液晶格子２７７８とを含む。ＬＨ反射液晶格子２７７６は、ＬＨ赤色反射層２９０２と、ＬＨ緑色反射層２９０４と、ＬＨ青色反射層２９０６とを含む。同様に、ＲＨ反射液晶格子２７７８は、ＲＨ赤色反射層２９０８と、ＲＨ緑色反射層２９１０と、ＲＨ青色反射層２９１２とを含む。ＬＨ反射液晶格子２７７６は、ＱＷＰ２７６４から受け取られるＬＨ偏光ＲＧＢ光ビーム成分と相互作用し、ＲＨ反射液晶格子２７７８は、ＱＷＰから受け取られるＲＨ偏光ＲＧＢ光ビーム成分と相互作用するであろう。
【００９１】
層２９０２、２９０４、２９０６、２９０８、２９１０、２９１２はそれぞれ、図１９−２０に示される青色ＩＣＧ１８１４のような構造を好適に有するが、それが働くことを意図している光の波長に合致するように選定されるＺ軸ピッチ（図１９の座標系を指す）と、第１または第２のＦＯＶ部分のいずれかに光を回折するように選択される側方ピッチとを伴う。下記でさらに説明されるであろうように、ＬＨ反射液晶格子２７７６が、システム２７００のＦＯＶの第１の部分を照明し、ＲＨ反射液晶格子２７７８が、ＦＯＶの第１の部分に隣接するシステム２７００のＦＯＶの第２の部分を照明するであろうように、異なる格子ピッチが、層２９０２、２９０４、２９０６、２９０８、２９１０、２９１２に関して選定される。反射格子による光線の偏向は、下記の方程式１によって表されることができる。
【化１】
2019534478.tif 000003
式中、Ｉは、入射光線ベクトルであり、
Ｎは、格子の表面に対して垂直である単位長ベクトルであり、
Ｄは、回折光線ベクトルであり、
Ｇは、格子の線と平行な格子の平面内の単位長ベクトルであり、
Λは、格子パラメータであり、下記の方程式２によって求められる。
【化２】
2019534478.tif 000004
式中、ｍは、回折次数（例えば、１）であり、
λ０は、光の自由空間波長であり、
ｄｇは、格子線ピッチである。
【００９２】
波長λ０への回折光線ベクトルＤの依存性は、ＬＨ反射ＬＣ格子セット２７７６およびＲＨ反射格子セット２７７８のそれぞれの中で、同一の比λ０／ｄｇが、ＲＧＢ層に使用されるが、比λ０／ｄｇの異なる値が、２つのセット２７７６、２７７８で使用されるように、ｄｇの値を選択することによって、対処されることができる。このようにして、視野の各部分内のＲＧＢ成分が、整合されるであろう。
【００９３】
方程式１は、３（Ｘ、Ｙ、およびＺ）成分方程式に分解されることができ、回折光線ベクトルＤのユークリッド長を統一規模に設定する補足正規化方程式が、ピッチ角α０＋α１およびロール角βによって規定される法線ベクトルＮの観点から、回折光線ベクトルＤ（Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚと標識される）のＸ、Ｙ、およびＺベクトル成分について解くために、前述の成分方程式のうちの２つと組み合わせて、使用されることができる。（α０＋α１およびβの値に基づいて、法線ベクトルＮおよび格子ベクトルＧは、Ｕ−Ｖ−Ｗ座標系に、ひいては、Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系に変換されることができる。）図２７および２８のＸ−Ｙ−Ｚ座標系を参照すると、Ｄｘのある選定された値、例えば、Ｄｘ＝０．０は、それぞれ、２つの格子セット２７７６、２７７８によって照明されるＦＯＶの２つの部分の間の境界として選定されることができる。法線ベクトルＮは、α１の最小極値および最大極値およびβの選定された値（例えば、ゼロまたは極値）に基づいて設定されることができ、各場合（α１の最小値および最大値）において、方程式１は、λ０／ｄｇの２つの値を取得するように、λ０／ｄｇについて解くことができる。λ０／ｄｇの１つの値は、ＬＨ反射ＬＣ反射格子セット２７７６に使用され、λ０／ｄｇの他の値は、ＲＨ反射格子セット２７７８に使用されるであろう。格子セット２７７６、２７７８のそれぞれの中で、ｄｇの値は、層２９０２−２９１２毎にλ０の値に従って（すなわち、Ｒ、Ｇ、またはＢ色成分のうちの１つに関してその設計に基づいて）、層２９０２−２９１２毎に変更されるであろう。
【００９４】
代替実施形態によると、格子セット２７７６、２７７８のうちの１つは、液晶反射器（格子用語との関連では０次反射器と称され得る）と置換される。そのような代替的液晶反射器は、垂直ピッチ（図１９のＰｉｔｃｈ＿Ｚ）を有するが、側方周期性（図１９のＰｉｔｃｈ＿Ｙ）を有していないであろう。そのような代替物は、α０＋α１の１つの極値が４５°に等しい場合においてλ０／ｄｇを決定するための上記で説明される方法と一致する。
【００９５】
図３０は、本発明のある実施形態による、図２９に示される多層選択的液晶格子２９００を使用して、図２７に示されるシステム２７００によって生成される、異なる偏光状態にそれぞれ起因する、全視野の２つの部分の中の走査角を含むグラフ３０００である。グラフの水平軸は、６層スタック２９００によって回折される光線のＸ成分（Ｄｘと表される）の値を示し、垂直軸は、６層スタック２９００によって回折される光線のＹ成分（Ｄｙと表される）を示す。システム２７００のＦＯＶの第１の部分３００２は、図３０の垂直軸の略右側にあり、システム２７００のＦＯＶの第２の部分３００４は、図３０の垂直軸の略左側にあるが、２つの部分３００２、３００４の間の境界にある程度のわずかな湾曲が存在する。第１の部分３００２の中の回折光線は、丸いプロット記号によって表され、第２の部分３００４の中の回折光線は、四角いプロット記号によって表される。各部分３００２、３００４は、走査ミラーのピッチ角α１およびロール角βの可変部分の全範囲に個別に対応する。左部分３００２が、例えば、ＱＷＰ２７６４から受け取られるＬＨ偏光を回折する、ＬＨ反射ＬＣ格子２７７６（λ０／ｄｇの１つの値を有するであろう）によって生成されてもよい一方で、右部分３００４は、例えば、ＲＨ反射ＬＣ格子２７７８（λ０／ｄｇの別の値を有するであろう）によって生成されてもよい。λ０／ｄｇの値は、前述で説明されたように決定されるであろう。代替として、掌性およびλ０／ｄｇの値の関連性は、交換されてもよい。
【００９６】
したがって、ＦＯＶの別個の領域を達成するためのＬＨ反射液晶格子２７７６およびＲＨ反射液晶格子２７７８の提供によって、走査ミラー２７７６の機械的走査範囲を増加させる必要がなく、これは、典型的には、獲得可能な線周波数および垂直解像度またはフレームレートを犠牲にして行われるであろう。したがって、比較的高いＦＯＶ、フレームレート、および垂直解像度が、１つのシステムにおいて獲得されることができる。
【００９７】
図３１は、本発明のある実施形態による、拡張現実眼鏡で使用され得る導波管表示システム３１００の概略図である。図３１を参照すると、システム３１００は、赤色ライトエンジン３１０２と、緑色ライトエンジン３１０４と、青色ライトエンジン３１０６とを含む。３つのライトエンジン３１０２、３１０４、３１０６が、それぞれの中の適切な色のレーザダイオードの代用を除いて同一の構造を有する程度まで、赤色ライトエンジン３１０２の構造のみが、詳細に説明されるであろう。赤色ライトエンジンのコンポーネント部品の参照番号は、文字「Ｒ」の接尾語を含み、緑色ライトエンジン３１０４および青色ライトエンジン３１０６の中の同等のコンポーネントは、それぞれ、文字「Ｇ」の接尾語および文字「Ｂ」の接尾語を有するであろう。
【００９８】
赤色ライトエンジン３１０２は、図３１の視点では区別可能ではない偏光選択的反射器を含む、図２７に示されるＰＢＳ２７０２のような構造を有する、偏光ビームスプリッタ３１０８Ｒ（本事例では、偏光ビームコンバイナとして使用される）を含む。ｐ−偏光コリメートレンズ３１１０Ｒは、ＰＢＳ３１０８Ｒのｐ−偏光入力面３１１２Ｒに近接して位置付けられ、ｓ−偏光コリメートレンズ３１１４Ｒは、ＰＢＳ３１０８のｓ−偏光入力面３１１６Ｒに近接して位置付けられる。ｐ−偏光赤色レーザダイオード３１１８Ｒは、ｐ−偏光コリメートレンズ３１１０Ｒおよびｐ−偏光入力面３１１２Ｒに面して位置付けられ、同様に、ｓ−偏光赤色レーザダイオード３１２０Ｒは、ｓ−偏光コリメートレンズ３１１４Ｒおよびｓ−偏光入力面３１１６Ｒに面して位置付けられる。ＰＢＳ３１０８Ｒは、ｐ−偏光赤色レーザダイオード３１１８Ｒおよびｐ−偏光赤色レーザダイオード３１２０Ｒによって発せられたｓ−偏光およびｐ−偏光を、ＰＢＳ３１０８Ｒの出力面３１２２Ｒにおいて発せられる単一のビームに合体させる役割を果たす。出力面３１２２Ｒを通過した後、レーザダイオード３１１８Ｒ、３１２０Ｒからの光は、ｐ−偏光およびｓ−偏光を２つの異なる円偏光状態ＲＨＣＰ光およびＬＨＣＰ光に変換し、複合ＲＨＣＰおよびＬＨＣＰ赤色光ビーム３１２６Ｒを形成する、４分の１波長板（ＱＷＰ）３１２４Ｒを通過する。直線偏光状態と円形偏光状態との間のいずれかの割当が、使用されることができ、選択肢は、ＱＷＰ３１２４Ｒを回転させることによって実装される。赤色レーザダイオード３１１８Ｒ、３１２０は、システム３１００の全視野の別個であるが隣接する部分からの赤色チャネル情報に基づいて、別個に変調されるであろう。故に、ＲＨＣＰ光およびＬＨＣＰ光は、システム３１００のＦＯＶの別個であるが隣接する部分からのピクセル情報に基づいて、画像変調されるであろう。
【００９９】
赤色ＲＨＣＰおよびＬＨＣＰ光ビーム３１２６Ｒ、緑色ＲＨＣＰおよびＬＨＣＰ光ビーム３１２６Ｇ、および青色ＲＨＣＰおよびＬＨＣＰ光ビーム３１２６Ｂは、２−Ｄ走査ミラー３１３０の表面３１２８に入射する。重畳ＬＨ反射液晶格子３１３２およびＲＨ反射液晶格子３１３４は、２−Ｄ走査ミラー３１３０の表面３１２８上に配置される。ＬＨ反射液晶格子３１３２が、ＬＨＣＰ光をシステム３１００のＦＯＶの第１の部分に対応する第１の立体角範囲に偏向させるであろう一方で、ＲＨ反射液晶格子３１３４は、ＲＨＣＰ光をＦＯＶの第１の部分に実質的に重複しないシステム３１００のＦＯＶの第２の部分に対応する第２の立体角範囲に偏向させるであろう。液晶格子３１３２、３１３４によって反射される光は、図２７との関連で前述に説明されたように、ＩＣＧ２７７０に進入し、ユーザの眼の位置２７６８に伝搬するであろう。図２７に示される実施形態と対照的に、図３１に示される実施形態では、ＬＨおよびＲＨ反射液晶格子３１３２、３１３４は、３つ全てのＲ、Ｇ、およびＢ色成分に対処する、１つの層を含む。より高い複屈折性の液晶材料が、より広い反射率帯域を達成するために使用されることができる。しかしながら、格子ピッチｄｇが色毎に個別に設定されることができないという事実を補償するために、３つのライトエンジン３１０２、３１０４、３１０６は、３つのＲＨＣＰおよびＬＨＣＰ複合ビームが角度分離されるように配向される。目的は、３つ全ての色成分が平行ビームにおいて走査ミラー３１３０に到達する場合よりも３（ＲＧＢ）カラーチャネルの視野を密接に整合させるために、回折角の波長依存性を補償することである。
【０１００】
代替実施形態によると、偏光ビームスプリッタ３１０８Ｒ、３１０８Ｇ、３１０８Ｂを使用するのではなく、ｐ−偏光およびｓ−偏光レーザダイオード３１１８Ｒ、３１１８Ｇ、３１１８Ｂ、３１２０Ｒ、３１２０Ｇ、３１２０Ｂが、１つ以上のコリメートレンズを通して、２−Ｄ走査ミラー３１３０に面して並んで位置付けられる。
【０１０１】
いくつかの実施形態では、本方法は、走査ミラーから導波管の反対側に配置され、異なる入射角を有する、２つ以上の光ビームを提供するように構成される、２つ以上のＲＧＢ（赤・緑・青）コンバイナを提供するステップを含む。本方法はさらに、入力光ビームが導波管を通過して走査ミラーに到達することを可能にするように、導波管内の入力結合光学要素を構成するステップを含み、導波管の中へ反射光ビームを結合するように構成される。
【０１０２】
いくつかの実施形態では、本方法はまた、走査ミラーに対して異なる角度で２つ以上のＲＧＢコンバイナを配置し、異なる入射角を有する、２つ以上の入射光ビームを提供するステップも含む。
【０１０３】
いくつかの実施形態では、本方法はまた、走査ミラーに対して同一の角度で２つ以上のＲＧＢコンバイナを配置するステップと、反射光学要素を提供し、異なる入射角で走査ミラーに向かって２つ以上の光ビームを指向するステップとを含む。
【０１０４】
いくつかの実施形態では、本方法はまた、導波管の走査ミラーと同一側に配置される２つ以上のＲＧＢコンバイナを提供するステップも含む。２つ以上のＲＧＢコンバイナは、異なる入射角を有する２つ以上の光ビームを提供する。４分の１波長板が、走査ミラーに隣接して配置され、偏光感受性ビームスプリッタが、４分の１波長板と導波管との間に配置される。偏光感受性ビームスプリッタは、ＲＧＢコンバイナミラーから４分の１波長板を通して走査ミラーに向かって２つ以上の光ビームを指向するように構成される。走査ミラーから反射される光ビームは、４分の１波長板および偏光感受性ビームスプリッタを通して伝搬し、入力結合回折光学要素によって導波管の中へ結合されるように構成される。
【０１０５】
いくつかの実施形態では、複合視野（ＦＯＶ）を提供するための方法は、複数の入射光ビームを含むコリメートされた入射光ビームを提供するステップと、コリメートされた入射光ビームを受け取るため、および異なる入射角を有する複数の反射光ビームを提供するための回折表面を伴う走査ミラーを提供するステップとを含む。複数の反射光ビームはそれぞれ、個別の視野（ＦＯＶ）内で画像を提供するように構成される。本方法はまた、導波管内で複数の反射光ビームを受け取るステップと、導波管から複数の出力光ビームを投影し、複合視野（ＦＯＶ）内で投影画像を形成するステップとを含む。いくつかの実施形態では、複数の入射光ビームは、異なる波長を有する光ビームを備える。いくつかの実施形態では、複数の入射光ビームは、異なる偏光を有する光ビームを備える。
【０１０６】
いくつかの実施形態では、複合視野（ＦＯＶ）を提供するための方法は、複数の入射光ビームを含むコリメートされた入射光ビームを提供する視野を含む。本方法はまた、コリメートされた入射光ビームを受け取るため、および異なる方向に複数の反射光ビームを提供するための回折表面を伴う走査ミラーを提供するステップも含み、複数の反射光ビームはそれぞれ、個別の視野（ＦＯＶ）内で画像を提供するように構成される。本方法はまた、全内部反射（ＴＩＲ）臨界角を上回る異なる入射角を伴う複数の反射光ビームを入力結合するための導波管を構成するステップを含む。複数の反射光ビームは、導波管内で全内部反射を受け、対応する複数の視野を形成するように、導波管から出力結合光学要素を通して投影される。本方法はまた、複数の視野を含む複合ＦＯＶを形成するステップも含む。
【０１０７】
いくつかの実施形態では、複合視野（ＦＯＶ）を提供するための方法は、複数の入射光ビームを含むコリメートされた入射光ビームを提供するステップを含む。本方法は、コリメートされた入射光ビームを受け取るため、および複数の反射光ビームを提供するための回折表面を伴う走査ミラーを提供するステップを含む。複数の反射光ビームはそれぞれ、異なる反射角を有し、個別の視野（ＦＯＶ）内で画像を提供するように構成される。本方法はまた、入力結合光学要素において異なる入射角を伴う複数の反射光ビームを入力結合するための導波管を構成するステップも含む。複数の反射光ビームは、導波管内で全内部反射を受け、対応する複数の視野を形成するように、導波管から出力結合光学要素を通して投影される。本方法はさらに、複数の視野を含む、複合ＦＯＶを形成するステップを含む。
【０１０８】
本発明の好ましい実施形態が、図示および説明されているが、本発明は、これらの実施形態のみに限定されないことが明確であろう。多数の修正、変更、変形例、代用、および均等物が、請求項に説明されるような本発明の精神および範囲から逸脱することなく当業者に明白であろう。
【図１】
2019534478.tif 000005
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2019534478.tif 000007
【図２Ｃ】
2019534478.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2019534478.tif 000027
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
2019534478.tif 000031
【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年6月27日(2019.6.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
2019534478.tif 000041
【図４】
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【図５】
2019534478.tif 000043
【図６Ａ】
2019534478.tif 000044
【図６Ｂ】
2019534478.tif 000045
【図７】
2019534478.tif 000046
【図８】
2019534478.tif 000047
【図９】
2019534478.tif 000048
【図１０】
2019534478.tif 000049
【図１１】
2019534478.tif 000050
【図１２】
2019534478.tif 000051
【図１３】
2019534478.tif 000052
【図１４】
2019534478.tif 000053
【図１５】
2019534478.tif 000054
【図１６】
2019534478.tif 000055
【図１７】
2019534478.tif 000056
【図１８】
2019534478.tif 000057
【図１９】
2019534478.tif 000058
【図２０】
2019534478.tif 000059
【図２１】
2019534478.tif 000060
【図２２】
2019534478.tif 000061
【図２３】
2019534478.tif 000062
【図２４】
2019534478.tif 000063
【図２５】
2019534478.tif 000064
【図２６】
2019534478.tif 000065
【図２７】
2019534478.tif 000066
【図２８】
2019534478.tif 000067
【図２９】
2019534478.tif 000068
【図３０】
2019534478.tif 000069
【図３１】
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【国際調査報告】
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