(57)【要約】  レーザプロジェクタの焦点を合わせるためのシステム、デバイス、及び方法が説明される。レーザプロジェクタはＮ≧１個のレーザダイオードを含み、そのそれぞれは発散を有するレーザ光を発する。各レーザダイオードはそれぞれの一次又はコリメーションレンズと対となって、レーザダイオードが生成するレーザ光の発散を少なくとも低減する。レーザ光の光路内の一次レンズから下流で、単一の専用の二次又は収束レンズがレーザ光を焦点に収束させる。一次又はコリメーションレンズの反対側の二次又は収束レンズにおいてレーザ光の収束を引き起こすことによって、レーザ投影ベースのウェアラブルヘッドアップディスプレイにおいて特に有利な多数の利点が実現される。
2019518979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザプロジェクタであって、
レーザ光を提供するレーザモジュールを備え、前記レーザモジュールは、
第１のレーザ光を提供する第１のレーザダイオードであって、前記レーザモジュールによって提供される前記レーザ光は少なくとも前記第１のレーザ光を含む、第１のレーザダイオードと、
前記第１のレーザ光の光路内に位置決めされる第１のコリメーションレンズであって、前記第１のレーザ光を受け、前記第１のレーザ光の発散を少なくとも低減する第１のコリメーションレンズと、
前記レーザ光の光路内の前記レーザモジュールから下流に位置決めされる収束レンズであって、前記レーザモジュールからの前記レーザ光を受け、前記レーザ光を前記プロジェクタの外側の焦点に収束させる収束レンズと、を備える、
レーザプロジェクタ。
【請求項２】
前記収束レンズと前記レーザ光の前記焦点との間の前記レーザ光の前記光路内に位置決めされる第１の走査ミラーを更に備え、前記第１の走査ミラーにおける前記レーザ光のスポットサイズは前記レーザ光の前記焦点における前記レーザ光のスポットサイズよりも大きく、前記第１の走査ミラーは二次元反射区域を含み、前記第１の走査ミラーにおける前記レーザ光の前記スポットサイズは前記第１の走査ミラーの前記反射区域以下である、
請求項１に記載のレーザプロジェクタ。
【請求項３】
前記第１の走査ミラーの前記反射区域は第１の軸を中心として制御可能に回転可能であり、前記第１の走査ミラーの前記反射区域における前記レーザ光の前記スポットサイズの寸法は前記第１の軸に沿った前記第１の走査ミラーの前記反射区域の寸法以下である、請求項２に記載のレーザプロジェクタ。
【請求項４】
前記第１の走査ミラーと前記レーザ光の前記焦点との間の前記レーザ光の前記光路内に位置決めされる第２の走査ミラーを更に備え、
前記第２の走査ミラーは二次元反射区域を含み、
前記第２の走査ミラーの前記反射区域は前記第１の走査ミラーの前記反射区域の前記第１の軸と直交する第２の軸を中心として制御可能に回転可能であり、
前記第２の走査ミラーの前記反射区域における前記レーザ光の前記スポットサイズの寸法は前記第２の軸に沿った前記第２の走査ミラーの前記反射区域の寸法以下である、
請求項３に記載のレーザプロジェクタ。
【請求項５】
前記レーザモジュールは、
第２のレーザ光を提供する第２のレーザダイオードであって、前記レーザモジュールによって提供される前記レーザ光は前記第２のレーザ光を含む、第２のレーザダイオードと、
前記第２のレーザ光の光路内に位置決めされる第２のコリメーションレンズであって、前記第２のレーザ光を受け、前記第２のレーザ光の発散を少なくとも低減する第２のコリメーションレンズと、を更に備える、
請求項１に記載のレーザプロジェクタ。
【請求項６】
前記第１のレーザ光の波長は前記第２のレーザ光の波長とは異なる、請求項５に記載のレーザプロジェクタ。
【請求項７】
前記レーザモジュールは、
少なくとも第３のレーザ光を提供する少なくとも第３のレーザダイオードであって、前記レーザモジュールによって提供される前記レーザ光は前記少なくとも第３のレーザ光を含む、少なくとも第３のレーザダイオードと、
前記少なくとも第３のレーザ光の光路内に位置決めされる少なくとも第３のコリメーションレンズであって、前記少なくとも第３のレーザ光を受け、前記少なくとも第３のレーザ光の発散を少なくとも低減する少なくとも第３のコリメーションレンズと、を更に備える、
請求項５に記載のレーザプロジェクタ。
【請求項８】
前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光を受け、前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光を前記レーザ光に組み合わせるよう位置決めされ、配向されるコンバイナを更に備える、
請求項５に記載のレーザプロジェクタ。
【請求項９】
前記第１のレーザ光の波長は前記第２のレーザ光の波長とは異なり、前記コンバイナは、
前記第１のレーザ光を反射する材料から形成される第１のミラーであって、前記第１のレーザ光の前記光路内に位置決めされ、前記第１のレーザ光を前記収束レンズに向け直すよう配向される第１のミラーと、
前記第１のレーザ光を反射し、前記第２のレーザ光を透過させる二色性材料から形成される第２のミラーと、を備え、前記第２のミラーは前記第１のミラーと前記収束レンズとの間の前記第１のレーザ光の前記光路内に位置決めされ、前記第２のミラーは、また、前記第２のレーザ光の前記光路内に位置決めされ、
前記第２のレーザ光を前記収束レンズに向け直し、
前記第２のレーザ光の前記光路を、前記第２のミラーから下流にある前記第１のレーザ光の前記光路の一部のための前記第１のレーザ光の前記光路と組み合わせるよう配向される、
請求項８に記載のレーザプロジェクタ。
【請求項１０】
ウェアラブルヘッドアップディスプレイであって、
使用中、ユーザの頭部に装着される支持構造と、
前記支持構造によって担持されるホログラフィックコンバイナであって、前記支持構造が前記ユーザの前記頭部に装着される場合に前記ユーザの眼の視野内に位置決めされるホログラフィックコンバイナと、
前記支持構造によって担持され、レーザ光を前記ホログラフィックコンバイナに向けるよう位置決めされ、配向されるレーザプロジェクタであって、
レーザ光を提供する少なくとも１つのレーザダイオードと、
前記レーザ光の光路内に位置決めされる少なくとも１つのコリメーションレンズであって、前記レーザ光を受け、前記レーザ光の発散を少なくとも低減する少なくとも１つのコリメーションレンズと、
前記レーザ光の前記光路内の前記少なくとも１つのコリメーションレンズから下流に位置決めされる収束レンズであって、前記少なくとも１つのコリメーションレンズから少なくとも低減された発散を有する前記レーザ光を受け、前記レーザ光を前記レーザプロジェクタと前記ホログラフィックコンバイナとの間の焦点に収束させる収束レンズとを備えるレーザプロジェクタと、を備える、
ウェアラブルヘッドアップディスプレイ。
【請求項１１】
前記レーザプロジェクタは、前記収束レンズと前記レーザ光の前記焦点との間の前記レーザ光の前記光路内に位置決めされる少なくとも１つの走査ミラーを更に含み、前記少なくとも１つの走査ミラーにおける前記レーザ光のスポットサイズは前記レーザ光の前記焦点における前記レーザ光のスポットサイズよりも大きい、請求項１０に記載のウェアラブルヘッドアップディスプレイ。
【請求項１２】
前記ホログラフィックコンバイナにおける前記レーザ光のスポットサイズは前記レーザ光の前記焦点における前記レーザ光のスポットサイズよりも大きく、前記ホログラフィックコンバイナは前記レーザ光を少なくとも略平行にし、前記少なくとも略平行にされたレーザ光を前記ユーザの前記眼に向け直す少なくとも１つのホログラムを含む、請求項１０に記載のウェアラブルヘッドアップディスプレイ。
【請求項１３】
レーザプロジェクタであって、
Ｎ個のレーザダイオードのセットであって、Ｎ≧１であり、前記Ｎ個のレーザダイオードのセット内の各レーザダイオードが発散を有する各レーザ光を提供するＮ個のレーザダイオードのセットと、
Ｎ個の一次レンズのセットであって、前記Ｎ個の一次レンズのセット内の各一次レンズは前記Ｎ個のレーザダイオードのそれぞれ１つからの各レーザ光を受けるよう位置決めされ、配向され、前記Ｎ個の一次レンズのセット内の各一次レンズは前記Ｎ個のレーザダイオードのそれぞれ１つからの各レーザ光の前記発散を少なくとも低減するよう位置決めされ、配向される、Ｎ個の一次レンズのセットと、
前記Ｎ個の一次レンズのそれぞれ各１つから少なくとも低減される発散を有するそれぞれの各レーザ光を受け、前記Ｎ個の一次レンズのそれぞれ各１つから少なくとも低減される発散を有するそれぞれの各レーザ光を集合レーザ光に組み合わせるよう位置決めされ、配向されるコンバイナと、
前記コンバイナから前記集合レーザ光を受け、前記集合レーザ光を前記レーザプロジェクタの外側の焦点に収束させるよう位置決めされ、配向される二次レンズと、を備える、
レーザプロジェクタ。
【請求項１４】
前記二次レンズから前記集合レーザ光を受けるよう位置決めされ、配向される第１の走査ミラーを更に備え、前記第１の走査ミラーにおける前記集合レーザ光のスポットサイズは前記集合レーザ光の前記焦点における前記集合レーザ光のスポットサイズよりも大きく、前記第１の走査ミラーは二次元反射区域を含み、前記第１の走査ミラーにおける前記集合レーザ光の前記スポットサイズは前記第１の走査ミラーの前記反射区域以下である、
請求項１３に記載のレーザプロジェクタ。
【請求項１５】
前記第１の走査ミラーの前記反射区域は第１の軸を中心として制御可能に回転可能であり、前記第１の走査ミラーの前記反射区域における前記集合レーザ光の前記スポットサイズの寸法は前記第１の軸に沿った前記第１の走査ミラーの前記反射区域の寸法以下である、請求項１４に記載のレーザプロジェクタ。
【請求項１６】
前記第１の走査ミラーから前記集合レーザ光を受けるよう位置決めされ、配向される第２の走査ミラーを更に備え、
前記第２の走査ミラーは二次元反射区域を含み、
前記第２の走査ミラーの前記反射区域は前記第１の走査ミラーの前記反射区域の前記第１の軸と直交する第２の軸を中心として制御可能に回転可能であり、
前記第２の走査ミラーの前記反射区域における前記集合レーザ光の前記スポットサイズの寸法は前記第２の軸に沿った前記第２の走査ミラーの前記反射区域の寸法以下である、
請求項１５に記載のレーザプロジェクタ。
【請求項１７】
前記Ｎ個のレーザダイオードのセットは第１の波長のレーザ光を提供する第１のレーザダイオードと少なくとも第２の波長のレーザ光を提供する少なくとも第２のレーザダイオードとを含む、請求項１３に記載のレーザプロジェクタ。
【請求項１８】
レーザプロジェクタによって提供されるレーザ光の焦点を合わせる方法であって、前記レーザプロジェクタは少なくとも１つのレーザダイオードを有するレーザモジュールを含み、
前記レーザプロジェクタの前記レーザモジュールによって前記レーザ光を提供することであって、前記レーザ光は発散を有することと、
少なくとも１つのコリメーションレンズによって前記レーザ光の前記発散を少なくとも低減することと、
前記レーザ光の光路内の前記少なくとも１つのコリメーションレンズから下流に位置決めされる収束レンズによって前記レーザ光を焦点に収束させることであって、前記焦点は前記レーザプロジェクタの外側に位置決めされることと、を含む、方法。
【請求項１９】
前記レーザプロジェクタの前記レーザモジュールはＮ個のレーザダイオードを含み、Ｎ≧１であり、前記レーザプロジェクタの前記レーザモジュールによって前記レーザ光を提供することは、前記Ｎ個のレーザダイオードのそれぞれ各１つによって各レーザ光を提供することを含み、それぞれの各レーザ光は発散を有し、
前記少なくとも１つのコリメーションレンズはＮ個のコリメーションレンズを含み、少なくとも１つのコリメーションレンズによって前記レーザ光の前記発散を少なくとも低減することはＮ個のコリメーションレンズのそれぞれ１つによってそれぞれの各レーザ光の前記発散を少なくとも低減することを含む、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも１つのコリメーションレンズによって前記レーザ光の前記発散を少なくとも低減することは少なくとも１つのコリメーションレンズによって前記レーザ光を平行にすることを含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本システム、デバイス、及び方法は、一般に、レーザプロジェクタに関し、特に、レーザプロジェクタによって出力されるレーザ光の焦点を合わせることに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザプロジェクタ
プロジェクタは、その他の物体上に画像又は映像を表示するために別の物体上（例えば、投影スクリーン上等の別の物体の表面上）に光のパターンを投影又は照射する光学デバイスである。プロジェクタは必然的に光源を含み、レーザプロジェクタは、光源が少なくとも１つのレーザを備えるプロジェクタである。少なくとも１つのレーザは時間的に変調されてレーザ光のパターンを提供し、通常、少なくとも１つの可変ミラーがレーザ光の変調されたパターンを別の物体の二次元領域の上に空間的に分布させるために用いられる。レーザ光の変調パターンの空間的分布は他の物体に又はその上に画像を生成する。従来のレーザプロジェクタにおいて、少なくとも１つの可変ミラーは、二次元において制御可能に回動自在又は変形可能な単一のデジタルマイクロミラー（例えば、微小電気機械システム（「ＭＥＭＳ」）ベースのデジタルマイクロミラー）、又はそれぞれの次元について制御可能に回動自在又は変形可能な２つのデジタルマイクロミラー、或いはデジタルマイクロミラーのアレイを備えるデジタル光処理（「ＤＬＰ」）チップを含んでいてもよい。
【０００３】
ウェアラブルヘッドアップディスプレイ
ヘッドマウントディスプレイは、ユーザの頭部に装着され、そのように装着されている場合、ユーザの頭部の位置又は配向に関わらず、少なくとも１つの電子ディスプレイをユーザの眼の少なくとも１つの可視界内部に固定する電子デバイスである。ウェアラブルヘッドアップディスプレイは、ユーザが表示された内容を見ることを可能にするが、ユーザが彼らの外部環境を見ることができることを妨げないヘッドマウントディスプレイである。ウェアラブルヘッドアップディスプレイの「表示する」内容は、それが、ユーザが彼らの外部環境を見ることができることを完全に妨害しないように、透明か、ユーザの視野の周囲にあるかのどちらか一方である。ウェアラブルヘッドアップディスプレイの例は、幾つか挙げると、Ｇｏｏｇｌｅ  Ｇｌａｓｓ（登録商標）、Ｏｐｔｉｎｖｅｎｔ  Ｏｒａ（登録商標）、エプソンＭｏｖｅｒｉｏ（登録商標）、及びソニーグラストロン（登録商標）を含む。
【０００４】
ウェアラブルヘッドアップディスプレイの光学性能は、その意匠において重要な要因である。しかし、それが顔に装着するデバイスとなると、ユーザは美的感覚についても多くを考慮する。これは、広大な（サングラスを含む）眼鏡フレーム産業によって明らかに強調されている。それらの性能限界とは関係なく、ウェアラブルヘッドアップディスプレイの前述の例の多くは、少なくとも部分的に、それらがファッションへのアピールを欠いているため、消費者市場における牽引力を見出そうと奮闘している。今日までに発表された大多数のウェアラブルヘッドアップディスプレイは大型のディスプレイコンポーネントを採用しており、結果として、今日までに発表された大多数のウェアラブルヘッドアップディスプレイは従来の眼鏡フレームよりも相当にかさばり、洗練されていない。
【０００５】
ウェアラブルヘッドアップディスプレイの意匠における要求は、顔に装着する装置の大きさを最小化しつつも、表示される内容を十分な表示品位で提供することにある。当該技術分野において、ユーザの外部環境を見る彼らの能力を制限することなく、高品質画像をユーザに提供することができる、より美的にアピールする意匠のウェアラブルヘッドアップディスプレイに対するニーズが存在している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
レーザプロジェクタは、レーザ光を提供するレーザモジュールを含み、レーザモジュールは、第１のレーザ光を提供する第１のレーザダイオードであって、レーザモジュールによって提供されるレーザ光は少なくとも第１のレーザ光を含む、第１のレーザダイオードと、第１のレーザ光の光路内に位置決めされる第１のコリメーションレンズであって、第１のレーザ光を受け、第１のレーザ光の発散を少なくとも低減する第１のコリメーションレンズと、レーザ光の光路内のレーザモジュールから下流に位置決めされる収束レンズであって、レーザモジュールからのレーザ光を受け、レーザ光をプロジェクタの外側の焦点に収束させる収束レンズと、を含むものとして要約されてもよい。レーザ光の焦点は非ゼロビームウェストを有していてもよい。
【０００７】
レーザプロジェクタは、更に、収束レンズとレーザ光の焦点との間のレーザ光の光路内に位置決めされる第１の走査ミラーを含んでいてもよく、第１の走査ミラーにおけるレーザ光のスポットサイズはレーザ光の焦点におけるレーザ光のスポットサイズよりも大きく、第１の走査ミラーは二次元反射区域を含み、第１の走査ミラーにおけるレーザ光のスポットサイズは第１の走査ミラーの反射区域以下である。第１の走査ミラーの反射区域は第１の軸を中心として制御可能に回転可能であり、第１の走査ミラーの反射区域におけるレーザ光のスポットサイズは第１の軸に沿った第１の走査ミラーの反射区域の寸法以下であってもよい。レーザプロジェクタは、更に、第１の走査ミラーとレーザ光の焦点との間のレーザ光の光路内に位置決めされる第２の走査ミラーを含んでいてもよく、第２の走査ミラーは二次元反射区域を含み、第２の走査ミラーの反射区域は第１の走査ミラーの反射区域の第１の軸と直交する第２の軸を中心として制御可能に回転可能であり、第２の走査ミラーの反射区域におけるレーザ光のスポットサイズの寸法は第２の軸に沿った第２の走査ミラーの反射区域の寸法以下である。
【０００８】
レーザモジュールは更に、第２のレーザ光を提供する第２のレーザダイオードであって、レーザモジュールによって提供されるレーザ光は第２のレーザ光を含む、第２のレーザダイオードと、第２のレーザ光の光路内に位置決めされる第２のコリメーションレンズであって、第２のレーザ光を受け、第２のレーザ光の発散を少なくとも低減する第２のコリメーションレンズと、を含んでいてもよい。第１のレーザ光の波長は第２のレーザ光の波長とは異なっていてもよい。レーザモジュールは更に、少なくとも第３のレーザ光を提供する少なくとも第３のレーザダイオードであって、レーザモジュールによって提供されるレーザ光は少なくとも第３のレーザ光を含む、少なくとも第３のレーザダイオードと、少なくとも第３のレーザ光の光路内に位置決めされる少なくとも第３のコリメーションレンズであって、少なくとも第３のレーザ光を受け、少なくとも第３のレーザ光の発散を少なくとも低減する少なくとも第３のコリメーションレンズと、を含んでいてもよい。レーザプロジェクタは、更に、第１のレーザ光及び第２のレーザ光を受け、第１のレーザ光及び第２のレーザ光をレーザ光に組み合わせるよう位置決めされ、配向されるコンバイナを含んでいてもよい。第１のレーザ光の波長は第２のレーザ光の波長とは異なっていてもよく、コンバイナは、第１のレーザ光を反射する材料から形成される第１のミラーであって、第１のレーザ光の光路内に位置決めされ、第１のレーザ光を収束レンズに向け直すよう配向される第１のミラーと、第１のレーザ光を反射し、第２のレーザ光を透過させる二色性材料から形成される第２のミラーと、を含んでいてもよく、第２のミラーは第１のミラーと収束レンズとの間の第１のレーザ光の光路内に位置決めされ、第２のミラーは、また、第２のレーザ光の光路内に位置決めされ、第２のレーザ光を収束レンズに向け直し、第２のレーザ光の光路を、第２のミラーから下流にある第１のレーザ光の光路の一部のための第１のレーザ光の光路と組み合わせるよう配向される。
【０００９】
ウェアラブルヘッドアップディスプレイは、使用中、ユーザの頭部に装着される支持構造と、支持構造によって担持されるホログラフィックコンバイナであって、支持構造がユーザの頭部に装着される場合にユーザの眼の視野内に位置決めされるホログラフィックコンバイナと、支持構造によって担持され、レーザ光をホログラフィックコンバイナに向けるよう位置決めされ、配向されるレーザプロジェクタであって、レーザ光を提供する少なくとも１つのレーザダイオードと、レーザ光の光路内に位置決めされる少なくとも１つのコリメーションレンズであって、レーザ光を受け、レーザ光の発散を少なくとも低減する少なくとも１つのコリメーションレンズと、レーザ光の光路内の少なくとも１つのコリメーションレンズから下流に位置決めされる収束レンズであって、少なくとも１つのコリメーションレンズから少なくとも低減された発散を有するレーザ光を受け、レーザ光をレーザプロジェクタとホログラフィックコンバイナとの間の焦点に収束させる収束レンズとを備えるレーザプロジェクタと、を含むように要約されてもよい。
【００１０】
レーザプロジェクタは、更に、収束レンズとレーザ光の焦点との間のレーザ光の光路内に位置決めされる少なくとも１つの走査ミラーを含んでいてもよく、少なくとも１つの走査ミラーにおけるレーザ光のスポットサイズはレーザ光の焦点におけるレーザ光のスポットサイズよりも大きくてもよい。ホログラフィックコンバイナにおけるレーザ光のスポットサイズはレーザ光の焦点におけるレーザ光のスポットサイズよりも大きくてもよく、ホログラフィックコンバイナはレーザ光を少なくとも略平行にし、少なくとも略平行にされたレーザ光をユーザの眼に向け直す少なくとも１つのホログラムを含んでいてもよい。
【００１１】
レーザプロジェクタは、Ｎ個のレーザダイオードのセットであって、Ｎ≧１であり、Ｎ個のレーザダイオードのセット内の各レーザダイオードが発散を有する各レーザ光を提供するＮ個のレーザダイオードのセットと、Ｎ個の一次レンズのセットであって、Ｎ個の一次レンズのセット内の各一次レンズはＮ個のレーザダイオードのそれぞれ１つからの各レーザ光を受けるよう位置決めされ、配向され、Ｎ個の一次レンズのセット内の各一次レンズはＮ個のレーザダイオードのそれぞれ１つからの各レーザ光の発散を少なくとも低減するよう位置決めされ、配向される、Ｎ個の一次レンズのセットと、Ｎ個の一次レンズのそれぞれ各１つから少なくとも低減される発散を有するそれぞれの各レーザ光を受け、Ｎ個の一次レンズのそれぞれ各１つから少なくとも低減される発散を有するそれぞれの各レーザ光を集合レーザ光に組み合わせるよう位置決めされ、配向されるコンバイナと、コンバイナから集合レーザ光を受け、集合レーザ光をレーザプロジェクタの外側の焦点に収束させるよう位置決めされ、配向される二次レンズと、を含むように要約されてもよい。集合レーザ光の焦点は非ゼロビームウェストを有していてもよい。
【００１２】
レーザプロジェクタは、更に、二次レンズから集合レーザ光を受けるよう位置決めされ、配向される第１の走査ミラーを含んでいてもよく、第１の走査ミラーにおける集合レーザ光のスポットサイズは集合レーザ光の焦点における集合レーザ光のスポットサイズよりも大きく、第１の走査ミラーは二次元反射区域を含み、第１の走査ミラーにおける集合レーザ光のスポットサイズは第１の走査ミラーの反射区域以下である。第１の走査ミラーの反射区域は第１の軸を中心として制御可能に回転可能であってもよく、第１の走査ミラーの反射区域における集合レーザ光のスポットサイズは第１の軸に沿った第１の走査ミラーの反射区域の寸法以下であってもよい。レーザプロジェクタは、更に、第１の走査ミラーから集合レーザ光を受けるよう位置決めされ、配向される第２の走査ミラーを含んでいてもよく、第２の走査ミラーは二次元反射区域を含み、第２の走査ミラーの反射区域は第１の走査ミラーの反射区域の第１の軸と直交する第２の軸を中心として制御可能に回転可能であり、第２の走査ミラーの反射区域における集合レーザ光のスポットサイズの寸法は第２の軸に沿った第２の走査ミラーの反射区域の寸法以下である。
【００１３】
Ｎ個のレーザダイオードのセットは第１の波長のレーザ光を提供する第１のレーザダイオードと少なくとも第２の波長のレーザ光を提供する少なくとも第２のレーザダイオードとを含んでいてもよい。
【００１４】
レーザプロジェクタによって提供されるレーザ光の焦点を合わせる方法であって、レーザプロジェクタは少なくとも１つのレーザダイオードを有するレーザモジュールを含み、方法は、レーザプロジェクタのレーザモジュールによってレーザ光を提供することであって、レーザ光は発散を有することと、少なくとも１つのコリメーションレンズによってレーザ光の発散を少なくとも低減することと、レーザ光の光路内の少なくとも１つのコリメーションレンズから下流に位置決めされる収束レンズによってレーザ光を焦点に収束させることであって、焦点はレーザプロジェクタの外側に位置決めされることと、を含むよう要約されてもよい。
【００１５】
レーザプロジェクタのレーザモジュールはＮ個のレーザダイオードを含んでいてもよく、Ｎ≧１であり、レーザプロジェクタのレーザモジュールによってレーザ光を提供することは、Ｎ個のレーザダイオードのそれぞれ各１つによって各レーザ光を提供することを含んでいてもよく、それぞれの各レーザ光は発散を有する。少なくとも１つのコリメーションレンズはＮ個のコリメーションレンズを含んでいてもよく、少なくとも１つのコリメーションレンズによってレーザ光の発散を少なくとも低減することはＮ個のコリメーションレンズのそれぞれ１つによってそれぞれの各レーザ光の発散を少なくとも低減することを含んでいてもよい。
【００１６】
収束レンズによってレーザ光を焦点に収束させることは収束レンズによってレーザ光を非ゼロビームウェストを有する焦点に収束させることを含んでいてもよい。少なくとも１つのコリメーションレンズによってレーザ光の発散を少なくとも低減することは少なくとも１つのコリメーションレンズによってレーザ光を平行にすることを含んでいてもよい。
【００１７】
図において、同一の参照番号は同様の構成要素又は行動を特定している。図中の構成要素の大きさ及び相対位置は必ずしも正確な縮尺で描かれてはいない。例えば、様々な構成要素の形状及び角度は必ずしも正確な縮尺で描かれてはおらず、これらの構成要素のいくつかは図面の見やすさを向上するために任意に拡大され、位置決めされている。更に、図示の構成要素の特定の形状は必ずしも特定の構成要素の実際の形状に関する何らかの情報を伝達する意図はなく、図面内での認識の容易さのためだけに選択されている。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本システム、デバイス、及び方法による、コンパクトフォームファクタを有するレーザプロジェクタを含むウェアラブルヘッドアップディスプレイの部分切取斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本システム、デバイス、及び方法によって可能となる従来の１つの眼鏡又はサングラスのものと略一致するフォームファクタを有するウェアラブルヘッドアップディスプレイの斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、レーザプロジェクタが位置する領域を指示する図２Ａによるウェアラブルヘッドアップディスプレイの側面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、細長いフォームファクタを採り入れているが、それぞれの各レーザダイオードのための専用焦点合わせレンズの従来のアプローチを採用する例示のレーザプロジェクタの説明図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本システム、デバイス、及び方法に従って、細長いフォームファクタを採り入れ、レーザ光の焦点を合わせるよう単一の専用収束レンズを採用する例示のレーザプロジェクタの説明図である。
【図４】図４は、レーザ光の焦点を合わせるための本システム、デバイス、及び方法を採用する例示のレーザプロジェクタの（図３と比べて）より詳細な説明図である。
【図５】図５は、ｉ）レーザダイオードにおいて一次レンズのみを用いるレーザプロジェクタによって生成されるレーザ光の焦点を合わせる従来のアプローチと、ｉｉ）本システム、デバイス、及び方法に従ってレーザプロジェクタの出力のより近傍に位置決めされる二次レンズを用いて同じレーザ光の焦点を合わせることとの間の比較を示す簡略化したウェアラブルヘッドアップディスプレイの説明図である。
【図６】図６は、本システム、デバイス、及び方法に従うレーザプロジェクタによって提供されるレーザ光の焦点を合わせるための方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下の説明において、ある特定の詳細を様々な開示する実施形態の完全な理解を提供するために説明する。しかし、当業者は、実施形態が１つ以上のこれらの特定の詳細が無いか、他の方法、構成部品、材料等により実施されてもよいことを認識するであろう。他の例では、ポータブル電子デバイス及び頭部着用デバイスに関連する周知の構造は実施形態の説明を不必要に曖昧にすることを避けるよう、詳細に示されていないか、説明されていなかった。
【００２０】
特に文脈で必要としない限り、以下に続く明細書及び特許請求の範囲全体を通して、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅ（備える）」並びに「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（三人称単数形）」及び「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（進行形）」等のその変形例は、「以下を含むが、それらに限定されない」のような、オープンで、包括的な意味で解釈されるものとする。
【００２１】
本明細書全体を通して、「一実施形態」又は「実施形態」に対する引用は特定の特徴、構造、又は特性が、１つ以上の実施形態において何らかの適切な方法で組み合わされてもよいことを意味している。
【００２２】
本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は内容で明確に規定しない限り、複数の指示対象を含んでいる。また、用語「又は」は、一般に、内容で明確に規定しない限り、「及び／又は」の意味と同じその最も幅広い意味で用いられることにも注意されたい。
【００２３】
本明細書中で提供する見出し及び要約書は便宜のためだけであり、実施形態の適用範囲又はその意味に解釈しない。
【００２４】
レーザ光線の「スポットサイズ」とは、光線の長さに沿った任意の点におけるレーザ光線の断面積を指す。レーザプロジェクタにおけるレーザ光線にとって、可変ミラー自体の面積（又はＤＬＰの場合、ミラーのアレイの総面積）以下のスポットサイズを有する少なくとも１つの可変ミラーに当たることが概して望ましい。仮に少なくとも１つの可変ミラーにおけるレーザ光線のスポットサイズがミラー自体の面積よりも大きいと、ミラーの外周を超えて延在するレーザ「スポット」の一部は、ミラーによって方向を変えられない可能性があり、プロジェクタの光路からクロッピングされる可能性がある。このように、少なくとも１つの可変ミラーの面積はレーザ光の光路内の開口部として効果的に機能し、ミラーに当たるレーザ光のみが投射経路を辿って投射される画像の意図的な部分となる。少なくとも１つの可変ミラーにおけるレーザ光線の望まないクロッピングは非効率的であり、例えば、レーザスポット全体が少なくとも１つの可変ミラーの面積に適合した場合に実現され得るものと比べて投射画像の明度、強度、彩度を低減させることにより、投射画像の品質に悪影響を及ぼす可能性がある。
【００２５】
レーザプロジェクタ内の少なくとも１つの可変ミラーは、一般的に、極めて小さい。例えば、それぞれの軸を中心としてそれぞれ制御可能に回動自在（又は変形可能）な２つのＭＥＭＳベースの走査ミラーを実装するレーザプロジェクタは、それぞれ数ｍｍ２以下（例えば、５ｍｍ２未満及び場合によっては１ｍｍ２未満）の反射区域を有するミラーを採用してもよい。かかるミラーがそれ程小さい理由の一部は、それらは極めて高速に（例えば、約Ｈｚ〜ｋＨｚの速度で）作動（回動又は変形）させる必要があり、かかる作動にとって可能な限り小さい力を用いて達成されることが概して望ましいためである。所定の電力に対して、大型のＭＥＭＳミラーは概して、小型のＭＥＭＳミラーよりも緩慢に作動し、所定の作動速度に対して、大型のＭＥＭＳミラーは概して、小型のＭＥＭＳミラーよりも多く電力を消費し、従って、高い作動速度及び低い電力消費が両方とも望ましい場合（概してレーザプロジェクタの場合と同様に）、小さいミラーサイズが有利である可能性がある。
【００２６】
少なくとも１つの可変ミラーはレーザプロジェクタにおける開口部として効果的に機能し、小さいサイズのミラーは、概して、レーザ光の光路における小開口部を導入する。上で説明したように、レーザ光が可変ミラーに当たる場合、レーザ光のスポットサイズは、どのレーザ光もクロッピングにより失われないように少なくとも１つの可変ミラーの大きさ以下であるが、しかし、大抵のレーザダイオードは、何の調整も無く、通常、レーザダイオードを少なくとも１つの可変ミラーから離間させる距離よりもはるかに短い距離内でレーザ光線のスポットサイズを通常の可変ミラーの大きさより超過させる高発散レーザ光（例えば、少なくとも１つの方向において発散最大約３０度）を発する。レーザ光をクロッピングせずにこの発散に対応するために、焦点合わせレンズが通常レーザダイオード付近に位置決めされて発散レーザ光を受け、それをミラー自体の大きさ以下のスポットサイズで少なくとも１つの可変ミラー上のスポットに収束させる。
【００２７】
赤色レーザダイオード、緑色レーザダイオード、及び青色レーザダイオードを有するＲＧＢレーザモジュールを備える従来のレーザプロジェクタにおいて、それぞれ各レーザダイオードは対応するそれぞれの焦点合わせレンズを有している。レーザダイオード、焦点合わせレンズ、及び少なくとも１つの可変ミラーの相対位置は全て、各レーザ光線が略同じスポットサイズ及び略同じ収束率で少なくとも１つの可変ミラーに当たるように（全てのレーザ光線が、それらがレーザプロジェクタから離れて、例えば、投影スクリーン向けて伝搬するのと略同じスポットサイズを持ち続けるように）調整され、整列される。従来のレーザプロジェクタにおいて、デバイスの全体的なフォームファクタが主要な設計考察ではないため、かかる構成を考案することは通常可能である。しかし、レーザプロジェクタのフォームファクタが重要な設計要素である用途において、レーザダイオード、焦点合わせレンズ、及び、レーザ光線を十分に整列させる（少なくとも、スポットサイズ、スポット位置、及び収束率の観点で）一方で、フォームファクタの制約条件を満足させる少なくとも１つの可変ミラーのための構成を見出すことは極めて困難である可能性がある。
【００２８】
本明細書中に説明する様々な実施形態は、レーザプロジェクタによって出力されるレーザ光の焦点を合わせるためのシステム、デバイス、及び方法を提供し、レーザプロジェクタの全体的なフォームファクタが重要な設計制約条件である用途において用いることに特に良好に適合する。かかる用途の一例は走査レーザベースのウェアラブルヘッドアップディスプレイ（「ＷＨＵＤ」）におけるものである。
【００２９】
一般に、走査レーザベースのＷＨＵＤは、走査レーザプロジェクタ（「ＳＬＰ」）がユーザの眼の上でラスター走査を描く仮想網膜ディスプレイの一形態である。ＳＬＰはレーザ光を直接ユーザの眼の上／中に投射してもよいか、又は、ＳＬＰからのレーザ光は、ＳＬＰからユーザの眼までの途中でレーザ光の光路内の１つ以上の光学素子によってユーザの眼に向けて送られてもよい。本システム、デバイス、及び方法と共に用いられてもよい（例えば、それらを実装することから恩恵を受ける可能性のある）ＳＬＰベースのＷＨＵＤのための例示的なアーキテクチャは、米国特許出願公開第２０１５−０３７８１６１Ａ１号明細書、米国非仮特許出願第１５／０４６，２３４号明細書、米国非仮特許出願第１５／０４６，２５４号明細書、米国非仮特許出願第１５／０４６，２６９号明細書、米国仮特許出願第６２／１５６，７３６号明細書、米国非仮特許出願第１５／１４５，５７６号明細書、米国特許出願公開第２０１６−０３２７７９７Ａ１号明細書、及び／又は米国特許出願公開第２０１６−０３２７７９６Ａ１号明細書に説明されているＷＨＵＤアーキテクチャを含むが、これらに限定されない。
【００３０】
図１は、本システム、デバイス、及び方法による、コンパクトフォームファクタを有するレーザプロジェクタ（すなわち、ＳＬＰ）１２０を含むＷＨＵＤ１００の部分切取斜視図である。ＷＨＵＤ１００は、使用中、ユーザの頭部に着用される支持構造１１０を備え、眼鏡（例えば、サングラス）フレームの一般的な形状及び外観を有する。支持構造１１０は、ＳＬＰ１２０と、レンズ１４０において、その上に、又はその内部に担持されるホログラフィックコンバイナ１３０と、射出瞳拡大光学部品１５０とを含む複数の構成部品を担持している。ＳＬＰ１２０及び射出瞳拡大光学部品１５０の一部は支持構造１１０の内容積内部に収容されてもよいが、しかし、図１は、それ以外の場合は隠されてもよいＳＬＰ１２０及び射出瞳拡大光学部品１５０の一部を見えるように描写するために、支持構造１１０の一領域が取り除かれた部分切取図を提供している。
【００３１】
この明細書及び添付特許請求の範囲の全体を通して、用語「担持する」及び「〜によって担持される」等の変形は概して２つの物体の間を物理的に結合することを指すために用いられる。物理的結合は直接的な物理的結合（すなわち、２つの物体の間の直接的な物理的接触）又は１つ以上の追加物体によって媒介されてもよい間接的な物理的結合であってもよい。従って、用語担持する及び「〜によって担持される」等の変形は概して、それらの間の任意の数の中間物理的物体を有するか又は有せずに、〜上で担持される、〜内部で担持される、〜に物理的に結合される、及び／又は〜によって指示される、を含むがこれらに限定されない直接的及び間接的な物理的結合の全ての方法を包含する。
【００３２】
ＳＬＰ１２０は複数のレーザダイオード（例えば、赤色レーザダイオード、緑色レーザダイオード、及び／又は青色レーザダイオード）並びに少なくとも１つの走査ミラー（例えば、ＭＥＭＳベース又は圧電ベースであってもよい、例えば、単一の二次元走査ミラー又は２つの一次元走査ミラー）を含んでいてもよい。ＳＬＰ１２０は、プロセッサと、プロセッサによって実行される場合、プロセッサにＳＬＰ１２０の動作を制御させるプロセッサ実行可能データ及び／又は命令を格納する非一時的プロセッサ読取可能ストレージ媒体又はメモリとに通信可能に結合されてもよい（及び支持構造１１０は更にそれらを担持してもよい）。図示を簡単にするために、図１はプロセッサ又はメモリを指示していない。
【００３３】
ホログラフィックコンバイナ１３０は、支持構造１１０がユーザの頭部に装着される場合、ユーザの少なくとも一方の眼の視野内に位置決めされる。ホログラフィックコンバイナ１３０は、ユーザの環境からの光（すなわち、「環境光」）がユーザの眼を通過することを可能にするよう十分に光学的に透明である。図１の例示の実施例において、支持構造１１０は更に透明眼鏡レンズ１４０（例えば、処方眼鏡レンズ）を担持し、ホログラフィックコンバイナ１３０は、眼鏡レンズ１４０に接着されるか、貼り付けられるか、積層されるか、その中又は上に担持されるか、或いはそうでなければ、それと一体化されるホログラフィック材料の少なくとも１つの層を備える。ホログラフィック材料の少なくとも１つの層はＢａｙｅｒ  ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ  ＡＧから市販されているＢａｙｆｏｌ（登録商標）ＨＸ等のフォトポリマー膜又はハロゲン化銀化合物を含んでいてもよく、例えば、米国仮特許出願第６２／２１４，６００号明細書及び／又は米国特許出願公開第２０１７−００６８０９５Ａ１号明細書に説明されている任意の技術を用いて透明レンズ１４０と一体化されてもよい。ホログラフィックコンバイナ１３０は、ホログラフィック材料の少なくとも１つの層内又はその上に少なくとも１つのホログラムを含んでいる。支持構造１１０がユーザの頭部に装着される場合、ホログラフィックコンバイナ１３０がユーザの眼の視野内に位置決めされると共に、ホログラフィックコンバイナ１３０の少なくとも１つのホログラムは、ＳＬＰ１２０から生じる光をユーザの眼に向け直すよう位置決めされ、配向される。特に、少なくとも１つのホログラムは、ＳＬＰ１２０から生じる光信号を受信し、ユーザの眼における又はその近傍の少なくとも１つの射出瞳にそれらの光信号を収束させるよう位置決めされ、配向される。
【００３４】
射出瞳拡大光学部品１５０はプロジェクタ１２０とホログラフィックコンバイナ１３０との間の光路内に位置決めされ、米国特許出願第１５／０４６，２３４号明細書、米国特許出願第１５／０４６，２５４号明細書、及び／又は米国特許出願第１５／０４６，２６９号明細書に説明されているものを含むが、それらに限定されない任意の様々な異なる形態を呈してもよい。
【００３５】
ＳＬＰ１２０は支持構造１１０によって与えられる限られた空間内で適合するよう特に設計されているフォームファクタを有する。この構成において、ＳＬＰ１２０内のレーザダイオードのそれぞれによって提供されるレーザ光線の整列された焦点合わせ（スポットサイズ及び収束率の観点での両方）は特別な工学的挑戦である。本システム、デバイス、及び方法に従って、ＳＬＰ１２０は、ＳＬＰ１２０内の全てのレーザダイオードによって提供されるレーザ光の光路内に位置決めされる単一の専用焦点合わせレンズ、すなわち「収束レンズ」１２１を含んでいる。収束レンズ１２１はＳＬＰ１２０内の各レーザダイオードからの各レーザ光を受け、それぞれの各レーザ光をＳＬＰ１２０とホログラフィックコンバイナ１３０との間に位置してもよい焦点（例えば、共通焦点）に収束させるよう配向される。幾つかの実装において、収束レンズ１２１は、レーザ光線がスポットサイズ及び収束率の観点で整列するように、略同じ「焦点合わせプロファイル」又は「収束プロファイル」をＳＬＰ１２０内のレーザダイオードによって生成されるレーザ光線のそれぞれに適用する。
【００３６】
ＷＨＵＤ１００は、典型的な１つの眼鏡又はサングラスのフォームファクタを略有する走査レーザベースのＷＨＵＤの例証となる実施例である。しかし、ＷＨＵＤ１００内でＳＬＰ１２０及びホログラフィックコンバイナ１３０を採用するディスプレイアーキテクチャは更に小型でよりコンパクトなＷＨＵＤフォームファクタを可能にする。
【００３７】
図２Ａは、本システム、デバイス、及び方法によって可能となる従来の１つの眼鏡又はサングラスのものと略一致するフォームファクタを有するＷＨＵＤ２００の斜視図である。ＷＨＵＤ２００は、ＷＨＵＤ２００が支持構造２１０、ＳＬＰ（図２Ａにおいて図示せず）、ホログラフィックコンバイナ２３０、眼鏡レンズ２４０、及び射出瞳拡大光学部品２５０を含むＷＨＵＤ１００のために説明されたものと同じ構成部品の全てを備えるという点で、図１によるＷＨＵＤ１００と略類似しているが、しかし、ＷＨＵＤ２００の構成部品のうちの少なくとも幾つかは、ＷＨＵＤ２００がＷＨＵＤ１００と比較してより小型でよりコンパクトなフォームファクタを有することを可能にするよう、ＷＨＵＤ１００におけるそれらの同等対応部品と比べて適合されて（例えば、更に小型化されて）いる。後でより詳細に説明するように、専用収束レンズ（例えば、図１による収束レンズ１２１）の包含は、本システム、デバイス、及び方法に従うＷＨＵＤ２００内のＳＬＰのためのコンパクトなフォームファクタを達成することにおける要因である。
【００３８】
図２Ｂは、ＳＬＰが位置するＷＨＵＤ２００の領域２２０（破線矩形によって示す）を指示する図２ＡによるＷＨＵＤ２００の側面図である。ＷＨＵＤ２００のＳＬＰは、ＷＨＵＤ２００のＳＬＰがＷＨＵＤ２００の支持構造２１０内部に収容されており、図２Ａ又は図２Ｂのどちらも支持構造２１０の内容積を曝露するよう切取図を提供していないため、図２Ａ及び２Ｂにおいて図示されていない。しかし、ＷＨＵＤ２００のＳＬＰが位置する支持構造２１０の領域２２０は、ＷＨＵＤ１００のＳＬＰ１１０が位置する支持構造１１０の領域と略類似している。
【００３９】
従来の１つの眼鏡又はサングラスの支持構造は、通常、ユーザの頭部の両側に（例えば、レンズに直接結合することによって又はレンズを少なくとも部分的に取り囲む支持構造の「リム」部分に結合することによってのどちらか一方により）眼鏡のレンズから延在し、ユーザの耳の上部に置かれる細長いアームを含んでいる。これらの細長いアームはレンズ及び／又はフレームのリム部分よりも気付き難く、従来の眼鏡のフォームファクタを採り入れるＷＨＵＤにおいてより多くの機能部品を担持するよう有利に適合されてもよい。リムではなくて機能部品をアームに追加することによって、従来の眼鏡フレームが、従来の眼鏡のフォームファクタを実質的に維持しながらＷＨＵＤとしての機能に適合されてもよい。そのようなものが図２Ａ及び２Ｂに示すＷＨＵＤ２００における設計アプローチである。
【００４０】
眼鏡フレームのフォームファクタ上の機能部品の全体的な影響を最小限にしながら従来の眼鏡フレームのアームに機能部品を追加するために、機能部品自体が、アームの細長いフォームファクタと略一致、整列、又は適合する細長いフォームファクタを有利に採り入れてもよい。この目的を達成するために、ＷＨＵＤ２００のＳＬＰを含むＷＨＵＤ２００の領域２２０は、ＷＨＵＤ２００の支持構造２１０のアームと平行に伸長する長さを有する細長い矩形領域である。その結果として、ＷＨＵＤ２００内のＳＬＰ自体は、領域２２０内部に適合するためにコンパクトな細長いフォームファクタを有利に採り入れてもよいことになる。
【００４１】
従来のレーザプロジェクタは複数のレーザダイオードを含んでいてもよく、前で説明したように、各レーザダイオードは、通常、それぞれの焦点合わせレンズと対となる。これは、各レーザダイオードが少なくとも１つの走査ミラーに焦点を合わせられ、それに向けられる必要がある発散レーザ光を通常発するため、及び、従来のレーザプロジェクタはコンパクトな細長い寸法形状のためにフォームファクタを最適化するよう設計されていないためである。
【００４２】
この明細書及び添付特許請求の範囲の全体を通して、「発散レーザ光」及び「発散を有するレーザ光」への言及は、問題となる点で直径が増加しているレーザ光線を指す。当業者は、その光路内の点Ｂで発散しているレーザ光が光路内で点Ｂから上流にある点Ａで収束する可能性があることを正しく認識するであろう。この場合（及び、レンズ等のような任意の光学デバイスが無い状態において）、ビームウェストは、通常、点Ａと点Ｂとの間の光路内の一点において生じ、ここでそのビームウェストにおいて、レーザ光は収束（すなわち、収束を有すること）から発散（すなわち、発散を有すること）へ変化する。従って、幾つかの実装において、発散レーザ光（又は、発散を有するレーザ光）を提供するレーザダイオードは、初めにレーザダイオード内部又はそれに近接する（例えば、略マイクロメートル又はミリメートルの距離内の）ビームウェストに収束し（すなわち、収束を有し）、次いで、ビームウェストからの下流の発散光路を有するレーザ光を提供してもよい。
【００４３】
図３Ａは、細長いフォームファクタを採り入れているが、それぞれの各レーザダイオードのための専用焦点合わせレンズの従来のアプローチを採用している例示のレーザプロジェクタ３００ａの説明図である。レーザプロジェクタ３００ａは、それぞれの波長を有する発散レーザ光を発するようそれぞれ動作可能な４つのレーザダイオード３１１ａ、３１２ａ、３１３ａ、及び３１４ａを含んでいる。例えば、レーザダイオード３１１ａは発散赤色レーザ光を発してもよく、レーザダイオード３１２ａは発散緑色レーザ光を発してもよく、レーザダイオード３１３ａは発散青色レーザ光を発してもよく、そしてレーザダイオード３１４ａは発散赤外レーザ光を発してもよい。レーザ光は図３Ａにおいて実線矢印の対によって表され、ここで実線矢印の各対を含み、それらの間の区域はそれぞれのレーザ光線に対応する。赤、緑、及び青色レーザ光は可視画像を投射するために用いられてもよい一方で、赤外レーザ光は、例えば、米国仮特許出願第６２／１６７，７６７号明細書、米国仮特許出願第６２／２７１，１３５号明細書、米国特許出願公開第２０１６−０３４９５１４Ａ１号明細書、米国仮特許出願第６２／２４５，７９２号明細書、及び／又は米国特許出願第１５／３３１，２０４号明細書に説明されているように、視標追跡目的のために用いられてもよい。
【００４４】
レーザプロジェクタ３００ａは１セットの焦点合わせレンズ３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、及び３２４ａを含んでいる。焦点合わせレンズ３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、及び３２４ａのそれぞれはレーザダイオード３１１ａ、３１２ａ、３１３ａ、及び３１４ａのそれぞれの１つと対にされる。特に、焦点合わせレンズ３２１ａは赤色レーザダイオード３１１ａからの発散赤色レーザ光を受け、赤色レーザ光を焦点３７０ａに収束させるよう位置決めされ、配向され、焦点合わせレンズ３２２ａは緑色レーザダイオード３１２ａからの発散緑色レーザ光を受け、緑色レーザ光を焦点３７０ａに収束させるよう位置決めされ、配向され、焦点合わせレンズ３２３ａは青色レーザダイオード３１３ａからの発散青色レーザ光を受け、青色レーザ光を焦点３７０ａに収束させるよう位置決めされ、配向され、そして、焦点合わせレンズ３２４ａは赤外レーザダイオード３１４ａからの発散赤外レーザ光を受け、赤外レーザ光を焦点３７０ａに収束させるよう位置決めされ、配向される。レーザプロジェクタ３００ａは、また、それぞれ、少なくとも１つのレーザ光を反射するよう位置決めされ、配向される４つのリフレクタ３３１ａ、３３２ａ、３３３ａ、及び３３４ａを備え、そのうちの少なくとも３つ（特に、リフレクタ３３１ａ、３３２ａ、及び３３３ａ）が少なくとも１つの他のレーザ光を透過するコンバイナも含んでいる。特に、リフレクタ３３１ａは赤色レーザダイオード３１１ａによって発せられた赤色レーザ光を反射し、他のレーザダイオード（すなわち、それぞれ、レーザダイオード３１２ａ、３１３ａ、及び３１４ａ）によって発せられた他のレーザ光（すなわち、緑色レーザ光、青色レーザ光、及び赤外レーザ光）を透過する二色性材料から形成されてもよく、リフレクタ３３２ａは緑色レーザダイオード３１２ａによって発せられた緑色レーザ光を反射し、青色レーザダイオード３１３ａによって発せられた青色レーザ光及び赤外レーザダイオード３１４ａによって発せられた赤外レーザ光を透過する二色性材料から形成されてもよく、リフレクタ３３３ａは青色レーザダイオード３１３ａによって発せられた青色レーザ光を反射し、赤外レーザダイオード３１４ａによって発せられた赤外レーザ光を透過する二色性材料から形成されてもよく、そして、リフレクタ３３４ａは赤外レーザダイオード３１４ａによって発せられた少なくとも赤外レーザ光を反射してもよい。図３Ａに示す構成において、リフレクタ３３１ａ、３３２ａ、３３３ａ、及び３３４ａは、赤色レーザダイオード３１１ａからの赤色レーザ光、緑色レーザダイオード３１２ａからの緑色レーザ光、青色レーザダイオード３１３ａからの青色レーザ光、及び赤外レーザダイオード３１４ａからの赤外レーザ光の全てを、レーザプロジェクタ３００ａによって出力される単一のレーザ光線（「集合レーザ光線」）に組み合わせるよう配置される。焦点合わせレンズ３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、及び３２４ａは、集合レーザ光線内の異なる各レーザ光（すなわち、異なる色成分のそれぞれ）を略同じ収束率で収束させて、レーザプロジェクタ３００ａ内の少なくとも１つの走査ミラー３６０ａにおいて略同じスポットサイズを達成する。
【００４５】
前で説明したように、全てのレーザ光が集合レーザ光線の光路の長さに沿った任意の所定点において略同じ収束率及びスポットサイズを有するように、焦点合わせレンズ３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、及び３２４にとって各レーザ光（すなわち、赤色レーザダイオード３１１ａによって発せられる赤色レーザ光、緑色レーザダイオード３１２ａによって発せられる緑色レーザ光、青色レーザダイオード３１３ａによって発せられる青色レーザ光、及び赤外レーザダイオード３１４ａによって発せられる赤外レーザ光）を整列させることが有利である可能性があり、何故ならば、そのようなものは、集合レーザ光線の色成分のそれぞれが投射区域全体にわたって制御され、意図的な方法で焦点を合わせ、組み合わせる（例えば、意図する色を生じるために）ことを可能にすることに役立つ可能性があるからである。仮に様々なレーザ光の光線又はビームが全て集合レーザ光線の光路に沿った任意の所定点において略同じスポットサイズ及び収束率を有していなければ、投射区域の異なる領域において、様々な色成分の相対的なスポットサイズは一貫した方法で整列しない可能性があり、投射画像の全体的な品質が悪化する可能性がある。
【００４６】
レーザプロジェクタ３００ａの細長い矩形フォームファクタは、例えば、プロジェクタ３００ａがＷＨＵＤ２００における使用のための支持構造２１０によって担持されてもよいＷＨＵＤ２００上の領域２２０の細長いフォームファクタ等の特定用途のフォームファクタ制約条件に適応するよう設計されてもよい。この細長いフォームファクタはレーザプロジェクタ３００ａ内の様々なレーザダイオード３１１ａ、３１２ａ、３１３ａ、及び３１４ａを走査ミラー３６０ａから異なる距離に位置決めさせることができる。図示の実装において、赤色レーザダイオード３１１ａからの赤色レーザ光は第１の距離Ｘ１を（すなわち、第１の光路に沿って）移動して走査ミラー３６０ａに到達し、緑色レーザダイオード３１２ａからの緑色レーザ光は第２の距離Ｘ２を（すなわち、そのうちの幾つかは唯一であり、そのうちの幾つかは少なくとも第１の光路と部分的に重なる第２の光路に沿って）移動して走査ミラー３６０ａに到達し、青色レーザダイオード３１３ａからの青色レーザ光は第３の距離Ｘ３を（すなわち、そのうちの幾つかは唯一であり、そのうちの幾つかは少なくとも第２の光路と部分的に重なり、そしてそのうちの幾つかは少なくとも第２の光路及び第１の光路と部分的に重なる第３の光路に沿って）移動して走査ミラー３６０ａに到達し、そして、赤外レーザダイオード３１４ａからの赤外レーザ光は第４の距離Ｘ４（すなわち、そのうちの幾つかは唯一であり、そのうちの幾つかは少なくとも第３の光路と部分的に重なり、そのうちの幾つかは少なくとも第３の光路及び第２の光路と部分的に重なり、そしてそのうちの幾つかは第３の光路、第２の光路、及び第１の光路と部分的に重なる第４の光路に沿って）移動して走査ミラー３６０ａに到達する。赤色レーザ光が移動する第１の距離Ｘ１は、第４のレーザ光が移動する第４の距離Ｘ４よりも短い青色レーザ光が移動する第３の距離Ｘ３よりも短い緑色レーザ光が移動する第２の距離Ｘ２よりも短い。すなわち、Ｘ１＜Ｘ２＜Ｘ３＜Ｘ４である。
【００４７】
レーザダイオード３１１ａ、３１２ａ、３１３ａ、及び３１４ａのそれぞれによって発せられるレーザ光は異なる距離を移動するが、その光路に沿った全ての共通点において略同じ収束率及び略同じスポットサイズを有する。レーザプロジェクタ３００ａの実装は、レーザダイオード３１１ａ、３１２ａ、３１３ａ、及び３１４ａのそれぞれからのレーザ光がレーザダイオード３１１ａ、３１２ａ、３１３ａ、及び３１４ａから走査ミラー３６０ａまでの光路の長さによって決まるスポットサイズから収束し始めるように、レーザダイオード３１１ａ、３１２ａ、３１３ａ、及び３１４ａのそれぞれからのレーザ光が対応する焦点合わせレンズ３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、及び３２４ａにそれぞれ当たる前に異なるそれぞれのスポットサイズに発散することを可能にすることによって、これを達成している。特に、焦点合わせレンズ３２１ａは赤色レーザ光が第１のスポットサイズＳ１でそれに当たるように赤色レーザダイオード３１１ａの出力に対して位置決めされ、焦点合わせレンズ３２２ａは緑色レーザ光が第２のスポットサイズＳ２でそれに当たるように緑色レーザダイオード３１２ａの出力に対して位置決めされ、焦点合わせレンズ３２３ａは青色レーザ光が第３のスポットサイズＳ３でそれに当たるように青色レーザダイオード３１３ａの出力に対して位置決めされ、そして、焦点合わせレンズ３２４ａは赤外レーザ光が第４のスポットサイズＳ４でそれに当たるように赤外レーザダイオード３１４ａの出力に対して位置決めされる。焦点合わせレンズ３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、及び３２４ａのそれぞれによって適用される収束率が略同じであり、レーザ光の光線又はビームの全てが走査ミラー３６０ａにおいて略同じスポットサイズ３５０ａを有利に有しているため、その焦点合わせレンズにおける各レーザ光のスポットサイズは走査ミラー３６０ａからの距離により増大する。すなわち、Ｘ４＞Ｘ３＞Ｘ２＞Ｘ１であるため、焦点合わせレンズ３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、及び３２４ａは、Ｓ４＞Ｓ３＞Ｓ２＞Ｓ１であるように、レーザダイオード３１１ａ、３１２ａ、３１３ａ、及び３１４ａに対してそれぞれ位置決めされる。そして、Ｓ４＞Ｓ３＞Ｓ２＞Ｓ１であるため、焦点合わせレンズ３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、及び３２４ａ自体の大きさ（例えば、直径）はプロジェクタ３００ａにおいて均一ではない。特に、焦点合わせレンズ３２１ａは赤色レーザダイオード３１１ａから第１のスポットサイズＳ１を有する発散赤色レーザ光を受けるよう意図される第１の直径Ｄ１を有し、焦点合わせレンズ３２２ａは緑色レーザダイオード３１２ａから第２のスポットサイズＳ２を有する発散緑色レーザ光を受けるよう意図される第２の直径Ｄ２を有し、焦点合わせレンズ３２３ａは青色レーザダイオード３１３ａから第３のスポットサイズＳ３を有する発散青色レーザ光を受けるよう意図される第３の直径Ｄ３を有し、そして、焦点合わせレンズ３２４ａは赤外レーザダイオード３１４ａから第４のスポットサイズＳ４を有する発散赤外レーザ光を受けるよう意図される第４の直径Ｄ４を有する。Ｓ４＞Ｓ３＞Ｓ２＞Ｓ１であるため、焦点合わせレンズ３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、及び３２４ａの直径は、Ｄ４＞Ｄ３＞Ｄ２＞Ｄ１であるように選択される。更に、リフレクタ３３１ａ、３３２ａ、３３３ａ、及び３３４ａの大きさは、リフレクタ３３４ａがリフレクタ３３１ａよりも大きいリフレクタ３３２ａよりも大きいリフレクタ３３ａよりも大きいことにより、プロジェクタ３００ａにおいて均一ではない。各リフレクタ３３１、３３２ａ、３３３ａ、及び３３４ａの大きさは、リフレクタが反射するよう動作可能である特定のレーザ光のスポットサイズに対応するよう設計される。
【００４８】
要約において、プロジェクタ３００ａの細長いフォームファクタ内部のそれぞれの各レーザダイオード３１１ａ、３１２ａ、３１３ａ、及び３１４ａのための専用焦点合わせレンズ３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、及び３２４ａを有する従来のアプローチを実装することによって、Ａ）各レーザダイオードとその対応する焦点合わせレンズとの間の間隔は、レーザダイオードによって発せられるレーザ光が十分なスポットサイズに発散することを可能にするために、焦点合わせレンズと走査ミラー３６０ａとの間の距離が増加するにつれて増加し、そのため、焦点合わせレンズ３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、及び３２４ａの全てによって一般的に適用される収束率は、結果として走査ミラー３６０ａにおいて同じスポットサイズ３５０ａを有するレーザ光の光線又はビームの全てを生じ（Ｘ１が最短距離であるため、焦点合わせレンズ３２１ａとレーザダイオード３１１ａとの間の間隔が最小間隔であり、Ｘ４が最大距離であるため、焦点合わせレンズ３２４ａとレーザダイオード３１４ａとの間の間隔が最大間隔であると共に）、Ｂ）各焦点合わせレンズ３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、及び３２４ａの直径（及び外形寸法）は、対応するレーザ光の完全なスポットサイズを受けるために、焦点合わせレンズと走査ミラー３６０ａとの間の距離が増加するにつれて増大し、そして、Ｃ）各リフレクタ３３１ａ、３３２ａ、３３３ａ、及び３３４ａの大きさは、対応するレーザ光の完全なスポットサイズを受けるために、リフレクタと走査ミラー３６０ａとの間の距離が増加するにつれて増大する。これらの要因（すなわち、Ａ、Ｂ、及びＣ）の全ては組み合わせて、最長光路内の構成部品の全体の占有面積（すなわち、赤外レーザダイオード３１４ａによって発せられる赤外レーザ光の光路内の赤外レーザダイオード３１４ａ、焦点合わせレンズ３２４ａ、及びリフレクタ３３４ａの占有面積）が最短光路の光路内の構成部品の占有面積（すなわち、赤色レーザダイオード３１１ａによって発せられる赤色レーザ光の光路内の赤色レーザダイオード３１１ａ、焦点合わせレンズ３２１ａ、及びリフレクタ３３１ａの占有面積）よりも大幅に大きくなる原因となる。従って、レーザプロジェクタ３００ａが細長いフォームファクタを確実に具現化し、そのようなものがＷＨＵＤ２００の領域２２０内等のある特定の用途に対して望ましい一方で、各レーザダイオード３１１ａ、３１２ａ、３１３ａ、及び３１４ａのためのそれぞれの焦点合わせレンズ３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、及び３２４ａを有する従来のアプローチの使用は、望まない大きさをレーザプロジェクタ３００ａに追加し（例えば、赤色レーザ光の比較的短い光路におけるよりコンパクトな間隔及び光学部品３２１ａ、３３１ａに対して、赤外レーザ光の比較的長い光路におけるより大きな間隔及び光学部品３２４ａ、３３４ａに起因する）、レーザプロジェクタ３００ａがＷＨＵＤ２００の領域２２０内に適合するよう十分にコンパクトなフォームファクタに到達することを妨げる。
【００４９】
本システム、デバイス、及び方法に従って、細長い寸法形状を有するレーザプロジェクタは、それぞれの各レーザダイオードのための別々のそれぞれの焦点合わせレンズを有する従来のアプローチの代わりに、全てのレーザダイオードによって発せられるレーザ光の焦点を合わせるよう単一の専用収束レンズを用いることによって、よりコンパクトなフォームファクタを達成することができる。
【００５０】
図３Ｂは、本システム、デバイス、及び方法に従って、細長いフォームファクタを採り入れ、レーザ光の焦点を合わせるよう単一の専用収束レンズ３４０ｂを採用する例示のレーザプロジェクタ３００ｂの説明図である。レーザプロジェクタ３００ｂは、レーザプロジェクタ３００ｂも４つのレーザダイオード３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂ、及び３１４ｂ（例えば、赤色レーザダイオード３１１ｂ、緑色レーザダイオード３１２ｂ、青色レーザダイオード３１３ｂ、及び赤外レーザダイオード３１４ｂ）を含み、各レーザダイオードは発散レーザ光（すなわち、発散を有するレーザ光）を提供するよう動作可能であるという点で、概念上及び操作上、図３Ａによるレーザプロジェクタ３００ａと類似している。しかし、レーザプロジェクタ３００ｂのレーザダイオード３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂ、及び３１４ｂによって発せられるレーザ光の光線又はビームの光路におけるレンズ及びリフレクタは、レーザプロジェクタ３００ａのものよりもコンパクトなフォームファクタを有するレーザプロジェクタ３００ｂを提供するために、本システム、デバイス、及び方法に従って、レーザプロジェクタ３００ａのレーザダイオード３１１ａ、３１２ａ、３１３ａ、及び３１４ａによって発せられるレーザ光の光路におけるレンズ及びリフレクタに対して異なって配置されている。図３Ａにおけるレーザプロジェクタ３００ａの図と同様に、図３Ｂにおけるレーザプロジェクタ３００ｂの図において、レーザ光は実線矢印の対によって表され、ここで実線矢印の各対を含み、それらの間の区域はそれぞれのレーザ光線に対応する。
【００５１】
レーザプロジェクタ３００ｂはレーザ光を提供するようレーザモジュール３１０ｂを含み、ここでレーザモジュール３１０ｂは、レーザモジュールによって提供されたレーザ光が少なくとも第１のレーザ光を含むように、第１のレーザ光を提供する少なくとも第１のレーザダイオード３１１ｂを含む。前で説明したように、第１のレーザダイオード３１１ｂは赤色レーザダイオードであってもよいが、実際には、第１のレーザダイオード３１１ｂは、特定の実装に応じて、任意の波長を有するレーザ光（例えば、緑色、青色、赤外、紫外、又はそれらの中間）を生成するよう動作可能な任意の様々なレーザダイオードであってもよい。
【００５２】
第１のレーザダイオード３１１ｂによって提供される第１のレーザ光は、概して、第１のレーザダイオード３１１ｂからの距離が増大するにつれて第１のレーザ光のスポットサイズが拡大する原因となる発散（少なくとも第１のレーザダイオードからある特定の距離における）を呈するか、それを持っているか、又は「有して」いてもよい。過度に大きな光学部品を持たずに第１のレーザ光の全てが投射経路内に留まるようにこの拡大を抑制するために、レーザモジュール３１０ｂは、また、第１のレーザ光の光路内に位置決めされる第１のコリメーションレンズ３２１ｂも含んでいる。第１のコリメーションレンズ３２１ｂは第１のレーザダイオード３１１ｂから第１のレーザ光を受け、第１のレーザ光の発散を少なくとも低減する。幾つかの実装において、第１のコリメーションレンズ３２１ｂは第１のレーザ光を略平行にするが、しかし、他の実装において、第１のコリメーションレンズ３２１ｂから出る第１のレーザ光は（第１のコリメーションレンズ３２１ｂに進む第１のレーザ光より発散は少ないが）依然として幾らかの発散を有する可能性があるか、又は、第１のコリメーションレンズ３２１ｂから出る第１のレーザ光は幾らかの収束を有する可能性がある。この明細書及び添付特許請求の範囲の全体を通して、用語「コリメーション」は、それを通る光の発散を少なくとも低減し、光が実際に平行にされる原因となってもよいか又はならなくてもよいレンズを指すために「コリメーションレンズ」において大ざっぱに用いられる。本明細書中で用いるように、「略平行にする」とは概して、±１０％内で平行にすることを意味する。
【００５３】
第１の（例えば、赤色）レーザ光の光路内のその位置に関して、プロジェクタ３００ｂ内の第１のコリメーションレンズ３２１ｂはプロジェクタ３００ａ内の焦点合わせレンズ３２１ａと類似している。プロジェクタ３００ａ内の焦点合わせレンズ３２１ａは赤色レーザダイオード３１１ａから発散赤色レーザ光を受け、その赤色レーザ光を収束又は焦点を合わせるのに対して、プロジェクタ３００ｂ内の第１のコリメーションレンズ３２１ｂは第１のレーザダイオード３１１ｂから第１の発散レーザ光を受け、その第１のレーザ光の発散を低減する。プロジェクタ３００ａ内の焦点合わせレンズ３２１ａは、プロジェクタ３００ａの開口部を通り過ぎ、それから出て伝搬する収束率を引き起こすことによって赤色レーザ光の焦点を合わせるのに対して、プロジェクタ３００ｂ内の第１のコリメーションレンズ３２１ｂは、第１のレーザ光が比較的コンパクトなスポットサイズでプロジェクタ３００ｂを通って伝搬するように、第１のレーザ光の発散を低減する（例えば、第１のレーザ光を略平行にする）が、第１のコリメーションレンズ３２１ｂは第１のレーザ光の焦点を合わせないか又はプロジェクタ３００ｂの開口部を通って出て伝搬する収束率を引き起こさない。第１のレーザ光の焦点を合わせる／収束させるために、プロジェクタ３００ｂ内の第１のレーザ光の光路は（プロジェクタ３００ａ内の赤色レーザ光の光路とは異なるような）第２のレンズ、すなわち、収束レンズ３４０ｂを含んでいる。
【００５４】
収束レンズ３４０ｂはレーザモジュール３１０ｂによって提供されるレーザ光の光路においてレーザモジュール３１０ｂから下流に位置決めされる。レーザモジュール３１０ｂによって提供されるレーザ光は第１のレーザダイオード３１１ｂによって提供される第１のレーザ光を含むため、収束レンズ３４０ｂは第１のコリメーションレンズ３２１ｂから下流の第１のレーザ光の光路内に位置決めされる。収束レンズ３４０ｂは（第１のレーザダイオード３１１ｂからの第１のレーザ光を含む）レーザモジュール３１０ｂからのレーザ光を受け、プロジェクタ３００ｂの外側であってもよい焦点３７０ｂにレーザ光を収束させる。
【００５５】
図３Ｂにおけるプロジェクタ３００ｂの例示の実施例において、レーザモジュール３１０ｂは、更に、第２のレーザ光の発散を少なくとも低減するよう第２のレーザ光の光路内に位置決めされる第２のコリメーションレンズ３２２ｂにより第２のレーザ光を提供する第２のレーザダイオード３１２ｂ（例えば、緑色レーザダイオード）と、第３のレーザ光の発散を少なくとも低減するよう第３のレーザ光の光路内に位置決めされる第３のコリメーションレンズ３２３ｂにより第３のレーザ光を提供する第３のレーザダイオード３１３ｂ（例えば、青色レーザダイオード）と、第４のレーザ光の発散を少なくとも低減するよう第４のレーザ光の光路内に位置決めされる第４のコリメーションレンズ３２４ｂにより第４のレーザ光を提供する第４のレーザダイオード３１４ｂ（例えば、赤外レーザダイオード）と、を含む。第２のレーザ光、第３のレーザ光、及び第４のレーザ光は全て、（第１のレーザ光と共に）レーザモジュール３１０ｂによって出力されるレーザ光内に含まれる。
【００５６】
本システム、デバイス、及び方法に従って、コリメーションレンズ３２１ａ、３２２ｂ、３２３ｂ、及び３２４ｂは、（プロジェクタ３００ａ内の類似の焦点合わせレンズ３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、及び３２４ａによって行われるような）レーザ光の「出力」収束率を（全体としてプロジェクタによって出力される）実際に焦点を合わせ引き起こすのではなく、レーザダイオード３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂ、及び３１４ｂによって提供されるレーザ光の発散を低減させるだけであるため、コリメーションレンズ３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、及び３２４ｂはそれぞれ、対応するレーザダイオード３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂ、及び３１４ｂからのレーザ光の異なるスポットサイズに対応する必要はなく、従って、コリメーションレンズ３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、３２４ｂはそれぞれ、互いと略同じ大きさであってもよい。例えば、プロジェクタ３００ｂ内のコリメーションレンズ３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、及び３２４ｂは全て、プロジェクタ３００ａ内の焦点合わせレンズ３２１ａと略同じ大きさであるが、焦点合わせレンズ３２２ａはプロジェクタ３００ａ内の焦点合わせレンズ３２１ａよりも大きいため、プロジェクタ３００ｂ内のコリメーションレンズ３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、及び３２４ｂは全て、焦点合わせレンズ３２２ａよりも小さい。同様に、プロジェクタ３００ａにおいて、焦点合わせレンズ３２３ａは焦点合わせレンズ３２２ａよりも大きく、焦点合わせレンズ３２４ａは焦点合わせレンズ３２３ａよりも大きいため、プロジェクタ３００ｂにおいて、コリメーションレンズ３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、及び３２４ｂは全て、プロジェクタ３００ａによる焦点合わせレンズ３２３ａ及び焦点合わせレンズ３２４ａよりもかなり小さい。プロジェクタ３００ａ内の焦点合わせレンズ３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、及び３２４ａ全体にわたる増大する大きさと比較したプロジェクタ３００ｂ内のコリメーションレンズ３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、及び３２４ｂの均一でコンパクトな大きさは、プロジェクタ３００ａのフォームファクタと比較したプロジェクタ３００ｂのコンパクトなフォームファクタを実現させることにおける要因である。更に、コリメーションレンズ３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、及び３２４ｂのそれぞれは略同じ大きさであるため、コリメーションレンズ３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、及び３２４ｂのそれぞれは対応するレーザダイオード３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂ、及び３１４ｂからのレーザ光の略同じスポットサイズを受けるよう位置決めされ、従って、コリメーションレンズ３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、及び３２４ｂは、プロジェクタ３００ａ内のレーザダイオード３１１ａ、３１２ａ、３１３ａ、及び３１４ａに対する焦点合わせレンズ３２１ａ、３２２ａ、３２３ａの位置と比較して、プロジェクタ３００ｂにおいて平均してレーザダイオード３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂ、及び３１４ｂの出力により近付いて概して位置決めされる。かかる位置決めも、プロジェクタ３００ｂの比較的コンパクトなフォームファクタに寄与する。
【００５７】
プロジェクタ３００ａと同様に、プロジェクタ３００ｂも、４つのリフレクタ３３１ｂ、３３２ｂ、３３３ｂ、及び３３４ｂを備えるコンバイナ３３０ｂを含んでいる。プロジェクタ３００ａにおけるものと略同じ方法において、プロジェクタ３００ｂのコンバイナ３３０ｂ内の４つのリフレクタ３３１ｂ、３３２ｂ、３３３ｂ、及び３３４ｂはレーザダイオード３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂ、及び３１４ｂからのそれぞれのレーザ光を単一の集合レーザ光線（すなわち、プロジェクタ３００ｂによって出力された「レーザ光」）に組み合わせるよう位置決めされ、配向されるが、しかし、プロジェクタ３００ｂ内のリフレクタ３３１ｂ、３３２ｂ、３３３ｂ、及び３３４ｂに入射するレーザ光は、それらがプロジェクタ３００ａ内のリフレクタ３３１ａ、３３２ａ、３３３ａ、及び３３４ａ上にあるように収束していないため、リフレクタ３３１ｂ、３３２ｂ、３３３ｂ、及び３３４ｂは全て、互いと略同じ大きさである。例えば、プロジェクタ３００ｂ内のリフレクタ３３１ｂ、３３２ｂ、３３３ｂ、及び３３４ｂは全て、プロジェクタ３００ａ内のリフレクタ３３１ａと略同じ大きさであるが、リフレクタ３３２ａはプロジェクタ３００ａ内のリフレクタ３３１ａよりも大きいため、プロジェクタ３００ｂ内のリフレクタ３３１ｂ、３３２ｂ、３３３ｂ、及び３３４ｂは全て、リフレクタ３３２ａよりも小さい。同様に、プロジェクタ３００ａにおいて、リフレクタ３３３ａはリフレクタ３３２ａよりも大きく、リフレクタ３３４ａはリフレクタ３３３ａよりも大きいため、プロジェクタ３００ｂにおいて、リフレクタ３３１ｂ、３３２ｂ、３３３ｂ、及び３３４ｂは全て、プロジェクタ３００ａによるリフレクタ３３３ａ及びリフレクタ３３４ａよりもかなり小さい。プロジェクタ３００ａ内のリフレクタ３３１ａ、３３２ａ、３３３ａ、及び３３４ａ全体にわたる増大する大きさと比較したプロジェクタ３００ｂ内のリフレクタ３３１ｂ、３３２ｂ３３３ｂ、及び３３４ｂの均一でコンパクトな大きさは、プロジェクタ３００ａのフォームファクタと比較したプロジェクタ３００ｂのコンパクトなフォームファクタを実現させることにおける別の要因である。
【００５８】
リフレクタ３３１ｂ、３３２ｂ、３３３ｂ、及び３３４ｂは、リフレクタ３３１ａ、３３２ａ、３３３ａ、及び３３４ａのために説明したものと略同じ方法で、レーザダイオード３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂ、及び３１４ｂによって提供されるレーザ光の様々な波長を選択的に反射及び／又は伝達するよう、反射性及び／又は二色性材料を含んでいてもよい。
【００５９】
図３Ａによるプロジェクタ３００ａと同様に、プロジェクタ３００ｂはコンバイナ３３０ｂの出力においてレーザ光（すなわち、集合レーザ光）の光路内に位置決めされる少なくとも第１の走査ミラー３６０ｂを含んでいる。第１の走査ミラー３６０ｂは二次元反射区域（例えば、長さ及び幅を有する正方形又は矩形表面又は直径を有する円形表面）を含み、第１の走査ミラー３６０ｂにおけるレーザ光のスポットサイズ３５０ｂは第１の走査ミラー３６０ｂの反射区域未満か略等しい。幾つかの実装において、第１の走査ミラー３６０ｂの反射区域は第１の軸を中心として制御可能に回転可能であってもよく、第１の走査ミラー３６０ｂの反射区域におけるレーザ光のスポットサイズ３５０ｂの寸法（例えば、スポットの寸法）は第１の軸に沿った第１の走査ミラー３６０ｂの反射区域の寸法未満か略等しくてもよい。かかる実装は、更に、第１の走査ミラー３６０ｂとレーザ光の焦点３７０ｂとの間のレーザ光の光路内に位置決めされる第２の走査ミラー（簡略化のため、図３Ｂにおいて図示せず）を含んでいてもよい。第２の走査ミラーは二次元反射区域を含んでいてもよく、ここで第２の走査ミラーの反射区域は第１の走査ミラー３６０ｂの反射区域の第１の軸と直交する第２の軸を中心として制御可能に回転可能である。この構成において、第２の走査ミラーの反射区域におけるレーザ光のスポットサイズ（例えば、スポットサイズの寸法又はスポットの寸法）は第２の軸に沿った第２の走査ミラーの反射区域の寸法未満か略等しくてもよい。
【００６０】
プロジェクタ３００ｂの図示する実施例において、レーザダイオード３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂ、及び３１４ｂによって提供される発散レーザ光はコリメーションレンズ３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、及び３２４ｂそれぞれによって略平行にされ、コンバイナ３３０ｂのリフレクタ３３１ｂ、３３２ｂ、３３３ｂ、及び３３４ｂによって反射され、単一の集合レーザ光線に組み合わされる場合に平行にされたままである。本システム、デバイス、及び方法に従って、このアプローチは、図３Ａによるプロジェクタ３００ａ内の類似部品と比較して、それらの間のよりコンパクトな間隔を有するよりコンパクトな光学部品を可能にし、プロジェクタ３００ａのフォームファクタに対してプロジェクタ３００ｂ内のよりコンパクトな全体のフォームファクタに寄与している。レーザ光（すなわち、集合レーザ光）の焦点をミラー３６０ｂの位置において少なくとも１つの走査ミラー３６０ｂの大きさ以下であるスポットサイズ３５０ｂに合わせるために、プロジェクタ３００ｂはコンバイナ３３０ｂと少なくとも１つの走査ミラー３６０ｂとの間の集合レーザ光の光路内に専用の収束レンズ３４０ｂを含んでいる。レーザダイオード３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂ、及び３１４ｂのそれぞれからのレーザ光は全て略平行にされ、収束レンズ３４０ｂに入射する場合に略同じスポットサイズを有するため、レーザ光の各光線又はビームが、それらが焦点３７０ｂに収束し、それから発散するように、その光路に沿った全ての点においてレーザ光の他の光線又はビームと略同じスポットサイズを維持するように、単一の収束レンズ３４０ｂはレーザダイオード３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂ、及び３１４ｂのそれぞれの１つからのレーザ光の各光線又はビームに略同じ収束率を適用する。
【００６１】
焦点３７０ｂはそれぞれのレーザダイオード３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂ、及び３１４ｂによって発せられるレーザ光の各光線又はビームの共通焦点である。言い換えれば、焦点３７０ｂはプロジェクタ３００ｂによって出力される集合レーザ光の焦点であり、その位置は収束レンズ３４０ｂによって集合レーザ光に適用される収束率によって決定される。一般に、レーザ投影用途において、焦点３７０ｂの位置を図３Ｂに示すようにプロジェクタの外側にすることが有利である。更に、レーザダイオード３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂ、及び３１４ｂによって発せられるレーザ光が概してガウスビームであってもよいように、焦点３７０ｂにおけるスポットサイズはゼロに達しない可能性があるが、むしろ非ゼロビームウェストに収束する可能性がある。すなわち、レーザ光は略マイクロメートル又はミリメートルの直径等のゼロを超える直径を有する焦点に収束してもよい。焦点３７０ｂにおける集合レーザ光の非ゼロビームウェストはその光路に沿った集合レーザ光の最小スポットサイズに対応してもよく、従って、走査ミラー３６０ｂにおけるレーザ光のスポットサイズ３５０ｂは焦点３７０ｂにおけるレーザ光のスポットサイズ（例えば、最小ビームウェスト）よりも大きい。
【００６２】
様々な代替の実装において、複数のレーザダイオードからのレーザ光の焦点を合わせるよう単一の専用収束レンズを採用するレーザプロジェクは任意の構成において配置され、波長の任意の組み合わせを有する任意の数Ｎのレーザダイオード（すなわち、ここでＮ≧１）を含んでいてもよい。単一の収束レンズを採用する本明細書中に説明するレーザプロジェクタは、また、１セットのコリメーションレンズ（すなわち、レーザダイオードによって出力されるレーザ光の発散を少なくとも低減させるために）を含んでいてもよく、コリメーションレンズはレーザ光の光路内の収束レンズから上流にあり、コリメーションレンズは概して本明細書中で「一次レンズ」と称されてもよく、そして、収束レンズは概して本明細書中で「二次レンズ」と称されてもよい。
【００６３】
図４は、レーザ光の焦点を合わせるための本システム、デバイス、及び方法を採用する例示のレーザプロジェクタ４００の（図３と比べて）より詳細な説明図である。プロジェクタ４００は図３Ｂによるプロジェクタ３００ｂと略類似しているが、図３Ｂには図示されていない幾つかのより具体的な詳細を示している。プロジェクタ４００はＮ個のレーザダイオード４１１、４１２、４１３、及び４１４を含み、ここでＮ＝４であり、レーザダイオード４１１、４１２、４１３、及び４１４のそれぞれは、発散する実線矢印の各対によって表される発散を有するそれぞれのレーザ光（例えば、それぞれの発散レーザ光）を提供する。Ｎ＝４個の一次レンズ４２１、４２２、４２３、及び４２４のセット内の各一次レンズは、Ｎ＝４個のレーザダイオード４１１、４１２、４１３、及び４１４のうちのそれぞれ１つからの各レーザ光を受けるよう位置決めされ、配向される。レーザダイオード４１１、４１２、４１３、及び４１４のそれぞれ各１つからの発散レーザ光はＮ＝４個の一次レンズ４２１、４２２、４２３、及び４２４のそれぞれ１つに当たり、それを介して伝送される。各一次レンズ４２１、４２２、４２３、及び４２４を通る各レーザ光の代表的な光路は、図４において破線矢印の各対によって表されている。図に示すように、Ｎ＝４個の一次レンズ４２１、４２２、４２３、及び４２４のそれぞれ各１つは、Ｎ＝４個のレーザダイオード４１１、４１２、４１３、及び４１４のうちのそれぞれ１つからの各レーザ光の発散を少なくとも低減する。Ｎ＝４個の一次レンズ４２１、４２２、４２３、及び４２４のそれぞれ１つによって発せられるレーザ光は図４において実線及び略平行の矢印の各対によって表され、Ｎ＝４個の一次レンズ４２１、４２２、４２３、及び４２４のそれぞれ１つによって発せられるレーザ光が略平行にされることを示している。しかし、代替の実装において、一次レンズがＮ＝４個のレーザダイオード４１１、４１２、４１３、及び４１４のうちの対応する１つから受けるレーザ光の発散に対して、一次レンズがレーザ光の発散を少なくとも低減するならば、Ｎ＝４個の一次レンズ４２１、４２２、４２３、４２３、４２４のうちの１つ以上は小さい収束又は発散度を有するレーザ光を発してもよい。このように、プロジェクタ４００の一次レンズ４１１、４１２、４１３、及び４１４は、図３Ｂによるプロジェクタ３００ｂのコリメーションレンズ３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、及び３２４ｂと略類似している。
【００６４】
図３Ｂによるプロジェクタ３００ｂにおいて、レーザダイオード３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂ及び３１４ｂのそれぞれは略同じ大きさであり、各コリメーションレンズ３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、及び３２４ｂはｙ方向における略同じ位置に位置決めされている。プロジェクタ３００ｂ内の各コリメーションレンズ３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、及び３２４ｂは、また、対応するレーザダイオード３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂ、及び３１４ｂから略同じ距離に位置決めされている。対照的に、プロジェクタ４００において、Ｎ＝４個のレーザダイオード４１１、４１２、４１３、及び４１４は様々な大きさであり、対応するＮ＝４個の一次レンズ４２１、４２２、４２３、及び４２４は、ａ）一次レンズ４２１、４２２、４２３、及び４２４が対となる対応するレーザダイオード４１１、４１２、４１３、及び４１４の大きさ、及び、ｂ）一次レンズ４２１、４２２、４２３、及び４２４が対となる対応するレーザダイオード４１１、４１２、４１３、及び４１４によって発せられるレーザ光の特定の発散の両方に対応するために、ｙ方向における様々な異なる位置に位置決めされている。Ｎ＝４個のレーザダイオード４１１、４１２、４１３、及び４１４の異なる１つは異なる発散度を有するレーザ光を提供してもよいため、各一次レンズ４２１、４２２、４２３、及び４２４の屈折力及び／又はｙ位置は、略同じスポットサイズ及び、図４の図示する実装において、略同じコリメーションを有するレーザ光の光線又はビームの全てを提供するために、１つの一次レンズと次のものとは異なっていてもよい。
【００６５】
Ｎ＝４個の一次レンズによって出力される少なくとも低減された発散を有するレーザ光（例えば、平行レーザ光）の光線又はビームは、Ｎ＝４個のレーザダイオード４１１、４１２、４１３、及び４１４のそれぞれの１つによって生成される各レーザ光を少なくとも１つの集合レーザ光に（例えば、単一の集合レーザ光に）組み合わせるＮ＝４個の（例えば、二色性）リフレクタ４３１、４３２、４３３、４３４を備えるコンバイナによって受けられる。各二色性リフレクタ（例えば、少なくとも４３１、４３２、及び４３３）を通過するレーザ光の屈折を説明し、レーザ光の光線又はビームの全てが単一の集合レーザ光線に整列することを可能にするために、プロジェクタ４００において、Ｎ＝４個のリフレクタ４３１、４３２、４３３、及び４３４がレーザ光の光路に関して互いとは交互／オフセットされることを除いて、プロジェクタ４００内のＮ＝４個のリフレクタ４２１、４２２、４２３、及び４２４は略類似しており（例えば、少なくともリフレクタ４３１、４３２、及び４３３は二色性材料を含んでいてもよく）、図３Ａのプロジェクタ３００ａ内のリフレクタ３３１ａ、３３２ａ、３３３ａ、及び３３４ａ、並びに、図３Ｂのプロジェクタ３００ｂ内のコンバイナ３３０ｂのリフレクタ３３１ｂ、３３２ｂ、３３３ｂ、及び３３４ｂのために説明したものと略類似する構成において配置される。リフレクタ４３１、４３２、及び４３３のそれぞれを介するレーザ光の屈折は、図４において破線矢印対によって表されている。幾つかの実装において、この交互／オフセット構成は削除されてもよく、プロジェクタ４００の全体の大きさは、前で説明したように、かかるものは、コンバイナのリフレクタ４３１、４３２、４３３、及び４３４が全て、モノリシックコンバイナとの場合と互いに略同じ大きさであることを可能にするため、本明細書中に説明する一次及び二次レンズと共に用いることに特に良好に適している米国仮特許出願第６２／４３８，７２５号明細書に説明されているようなモノリシックコンバイナを採用することによって更に低減されてもよい。
【００６６】
プロジェクタ４００においてコンバイナを出る集合レーザ光（すなわち、実線矢印の対によって表されるリフレクタ４３１から離れて移動する集合レーザ光線）は略平行にされる。これは、図３Ａによるプロジェクタ３００ａにおけるリフレクタ３３１ａから離れて移動する収束集合ビームとは対照的である。前で説明したように、プロジェクタ４００における集合レーザ光線のコリメーションはより小型でよりコンパクトな光学部品がプロジェクタ３００ａと比較してプロジェクタ４００においてよりコンパクトな構成で配置されることを可能にし、プロジェクタ３００ａのフォームファクタと比較して、プロジェクタ４００のためのより小型でよりコンパクトな全体のフォームファクタに寄与する。しかし、プロジェクタ４００における集合レーザ光は依然として焦点を合わせ、少なくとも１つの走査ミラー４６０上に適合するスポットサイズ４５０まで収束させる必要がある。この目的を達成するため、及び、本システム、デバイス、及び方法に従って、プロジェクタ４００はコンバイナから（例えば、リフレクタ４３１から）集合レーザ光を受け、集合レーザ光をレーザプロジェクタ４００の外側の焦点４７０に収束させるよう位置決めされ、配向される二次レンズ４４０（すなわち、プロジェクタ３００ｂの収束レンズと類似のもの）を含む。焦点４７０において、集合レーザ光は前で説明したような非ゼロビームウェストを有していてもよい。
【００６７】
走査ミラー４６０は二次レンズ４４０から集合レーザ光（例えば、収束する集合レーザ光）を受けるよう位置決めされ、配向される。走査ミラー４６０は二次元反射区域を含み、走査ミラー４６０における集合レーザ光のスポットサイズ４５０は反射区域未満か略等しいが、しかし、集合レーザ光は、それが走査ミラー４６０に入射する場合に収束するため、走査ミラー４６０における集合レーザ光のスポットサイズ４５０は焦点４７０における集合レーザ光のスポットサイズよりも大きい。前で説明したように、走査ミラー４６０は２つの直交軸を中心として制御可能に可変（例えば、回転可能又は変形可能）であってもよいか、又は、走査ミラー４６０は第１の軸を中心として制御可能に可変である第１の走査ミラーであってもよく、プロジェクタ４００は、更に、第１の軸と直交する第２の軸を中心として制御可能に可変な第２の走査ミラー（図４において図示せず）を含んでいてもよい。
【００６８】
プロジェクタ４００はレーザプロジェクタの焦点を合わせるための本システム、デバイス、及び方法を実装するレーザプロジェクタの一例である。レーザプロジェクタ４００はＮ＝４個のレーザダイオード４１１、４１２、４１３、及び４１４とＮ＝４個の一次レンズ４２１、４２２、４２３、及び４２４とを含むが、代替の実装において、１以上の任意の数Ｎのレーザダイオード及び対応する一次レンズが用いられてもよい。一般に、Ｎ≧２である場合、第１のレーザダイオードは第１の波長のレーザ光を提供してもよく、第２のレーザダイオードは第２の波長のレーザ光を提供してもよい。
【００６９】
よりコンパクトなフォームファクタ、特に、１つの眼鏡の一般的な大きさ及び外観を有するウェアラブルヘッドアップディスプレイにおける使用に良好に適したよりコンパクトな細長いフォームファクタを実現することに加えて、レーザプロジェクタの焦点を合わせるための本システム、デバイス、及び方法はある特定の光学的利点も同様に提供することができる。例えば、少なくとも１つの走査ミラーにおける所定のスポットサイズに対し、二次「収束」レンズの使用により、レーザ光線の収束は、一次レンズのみがビームの焦点を合わせるために用いられる場合よりも少なくとも１つの走査ミラーにより近接して開始することが可能となる。より短い距離にわたって同じスポットサイズ（例えば、少なくとも１つの走査ミラーの大きさと略同じ）を達成するために、二次「収束」レンズの使用により、一次レンズがビームの焦点を合わせるために用いられる実装と比較して、より早い／急勾配の収束率のレーザ光線が可能である。少なくとも１つの走査ミラーはレーザプロジェクタにおける開口部として機能を果たすので、このより早い／急勾配の収束率は、より多くの開口部をレーザプロジェクタに効果的に与え、レーザプロジェクタの焦点をレーザプロジェクタの出力近くにもたらし、概して、より小さく、狭い、鮮明なスポットが集合レーザ光線のビームウェストにおいて（例えば、焦点において）形成されることを可能にする。これらの要因の全てはある特定の用途における画像投影の品質を向上させることができる。
【００７０】
ガウスビームの発散／収束角は、以下の数式１の単純化した関係で説明するように、概して、ビームウェストに反比例する。
【数１】
2019518979.tif 000003
【００７１】
ここでθは発散／収束角（すなわち、ビームウェストに接近する光のための収束角及びビームウェストから離れて移動する光のための発散角）であり、λはレーザ光の波長であり、ωＯはビームウェストである（Ｓｖｅｌｔｏ，Ｏｒａｚｉｏ（２０１０），Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  Ｌａｓｅｒｓ（５ｔｈ  ｅｄ．），ｐｐ．１５３−１５５からの数式）。数式１に基づいて、レーザプロジェクタにおいて少なくとも１つの走査ミラーと最も遠い一次レンズ（例えば、プロジェクタ３００ａ内のレンズ３２４）との間の距離と比較して、少なくとも１つの走査ミラーへの二次レンズの近接によって可能となったより大きな収束角θは、結果として、レーザ光線の焦点においてより小さなビームウェストωＯを生じる。より小さなビームウェストωＯは、概して、より狭い、きれいなレーザスポットが形成されることを可能にし、レーザ投影における画像品質を向上させることができる。
【００７２】
上で説明したように、本明細書中に説明するような二次収束レンズを用いる（ある特定の用途のための）１つの利点は、そのようなものを、レーザ光線の焦点をレーザプロジェクタの出力近くにもたらすために用いることができるという点である。レーザ光線の焦点をレーザプロジェクタの出力近くにもたらす急勾配の収束率が、ＷＨＵＤのホログラフィックコンバイナ上のレーザ光線のスポットサイズを増大させるより急勾配の収束率も生じるため、そのようなものは、図１によるＷＨＵＤ１００並びに図２Ａ及び２ＢによるＷＨＵＤ２００等の仮想網膜投影を採用するウェアラブルヘッドアップディスプレイにおいて有利である可能性がある。
【００７３】
図５は、ｉ）レーザダイオードにおいて一次レンズのみを用いるレーザプロジェクタによって生成されるレーザ光の焦点を合わせる従来のアプローチと、ｉｉ）本システム、デバイス、及び方法に従ってレーザプロジェクタの出力のより近傍に位置決めされる二次レンズを用いて同じレーザ光の焦点を合わせることとの間の比較を示す簡略化したＷＨＵＤ５００の説明図である。ＷＨＵＤ５００は、ＷＨＵＤ５００がレーザプロジェクタ５１０及びホログラフィックコンバイナ５２０を含むという点で、図１によるＷＨＵＤ１００と略類似していてもよいが、ＷＨＵＤ５００の支持構造は不要なものを減らすために図５において図示されていない。レーザプロジェクタ５１０は、第１のレーザダイオード５１１（例示の目的のために１つだけを示すが、実際には、任意の数のレーザダイオードが含まれていてもよい）及び少なくとも１つの走査ミラー５１４を含んでいる。レーザダイオード５１１と走査ミラー５１４との間の光路は一次レンズ５１２及び二次レンズ５１３を含んでいる。レーザダイオード５１１は一次レンズ５１２に当たる発散レーザ光（すなわち、発散を有するレーザ光）を提供する。図５は、比較のために２つのシナリオ、すなわち、ｉ）一次レンズ５１２が「焦点合わせレンズ」（例えば、３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、又は３２４ａ）として機能を果たし、レーザダイオード５１１によって提供される（一次レンズ５１２から走査ミラー５１４へ収束する図５の破線矢印の対によって示す）レーザ光を収束させて走査ミラー５１４の反射区域に完全に適合する（例えば、充填する）走査ミラー５１４におけるスポットサイズを有する、図３Ａによるプロジェクタ３００ａに対する第１のシナリオ、及び、ｉｉ）一次レンズ５１２が「コリメーションレンズ」（３２１ｂ、３２２ｂ、３２３ｂ、又は３２４ｂ）として機能を果たし、（一次レンズ５１２と二次レンズ５１３との間で平行な図５における実線矢印の対によって示す）レーザ光を略平行にし、二次レンズ５１３が（二次レンズ５１３から走査ミラー５１４へ収束する図５の実線矢印の対によって示す）レーザ光を収束させて走査ミラー５１４の反射区域に完全に適合する走査ミラー５１４におけるスポットサイズを有する、図３Ｂによるプロジェクタ３００ｂと類似する第２のシナリオを図示している。第１のシナリオにおいて、一次レンズ５１２と走査ミラー５１４との間を移動する収束レーザ光は、影響されずに二次レンズ５１３を「通過する」（すなわち、まるで二次レンズ５１３がそこに無いように）。
【００７４】
第１のシナリオ及び第２のシナリオの両方において、走査ミラー５１４におけるレーザ光のスポットサイズは略同じである。しかし、第１のシナリオにおいて、レーザ光は走査ミラー５１４から比較的離れた点（すなわち、一次レンズ５１２）から収束し始めるのに対して、第２のシナリオにおいて、レーザ光は走査ミラー５１４に比較的近い点（すなわち、二次レンズ５１３）から収束し始める。これは、第２のシナリオにおける（すなわち、二次レンズ５１３から収束する）レーザ光のための収束率が、第１のシナリオにおける（すなわち、一次レンズ５１２から収束する）レーザ光の収束率よりも大きいことを意味する。前で説明したように（例えば、数式１に関して）、走査ミラー５１４への二次レンズ５１３の近接によって可能となったより高い収束率は、レーザ光がより狭く、きれいなスポットに焦点を合わせることを可能にし、一次レンズ５１２がレーザ光線の焦点を合わせるために用いられる第１のシナリオと比較してより多数の開口部をレーザプロジェクタ５１０により効果的に与える。
【００７５】
一次レンズ５１２によって焦点を合わせられるレーザ光（すなわち、上で説明した第１のシナリオに対応する図５において破線矢印で描かれるレーザ光）はプロジェクタ５１０とホログラフィックコンバイナ５２０との間の第１の位置において焦点５７０ａに収束される。二次レンズ５１３によって焦点を合わせられるレーザ光（すなわち、上で説明した第２のシナリオに対応する図５において実線矢印で描かれるレーザ光）はプロジェクタ５１０とホログラフィックコンバイナ５２０との間の第２の位置において焦点５７０ｂに収束される。一次レンズ５１２（破線矢印）によって焦点を合わせられるレーザ光に適用される収束率と比較して二次レンズ５１３（実線矢印）によって焦点を合わせられるレーザ光に適用されるより高い収束率により、焦点５７０ｂは、焦点５７０ａと比べて、プロジェクタ５１０に近く、ホログラフィックコンバイナ５２０から遠い。焦点のこの偏位の結果は、二次レンズ５１３によって焦点を合わせられたレーザ光（実線矢印）のスポットサイズが、ホログラフィックコンバイナ５２０において、一次レンズ５１２によって焦点を合わせられたレーザ光（破線矢印）のスポットサイズよりも大きいということである（及び、どちらの場合においても、ホログラフィックコンバイナ５２０におけるレーザ光のスポットサイズは焦点５７０ａ、５７０ｂにおけるレーザ光のスポットサイズよりも大きい）。このより大きいスポットサイズを、ホログラフィックコンバイナ５２０における破線矢印の対の間の間隔と比較して、ホログラフィックコンバイナ５２０における実線矢印の対の間のより大きい間隔によって、図５に示す。
【００７６】
ＷＨＵＤ５００において、ホログラフィックコンバイナ５２０は、プロジェクタ５１０からそれに入射するレーザ光を少なくとも略平行にし、少なくとも略平行にされたレーザ光をユーザの眼５３０に向け直すよう動作可能な少なくとも１つのホログラムを含む。これは、ホログラフィックコンバイナ５２０におけるより大きなスポットサイズが眼５３０におけるより大きなスポットサイズに対応するため、レーザ光が比較的大きなスポットサイズでホログラフィックコンバイナ５２０に当たることに有利である可能性がある場合である。眼５３０においてレーザ光のより大きなスポットサイズを有することは、そのようなものがレーザ光を広範囲の瞳位置から可視化することができるため、及び／又は、そのようなものが結果として、眼５３０内部のレンズによって眼５３０の網膜上に形成されるより小さく、より狭いスポットを生じることができるため、有利である可能性がある。従って、レーザプロジェクタ５１０においてレーザ光の焦点を合わせるために従来の一次レンズ５１２の代わりに二次レンズ５１３を用いることは、ＷＨＵＤ５００等の仮想網膜ディスプレイに関係する用途において特に有利である可能性がある。
【００７７】
図６は、本システム、デバイス、及び方法に従うレーザプロジェクタによって提供されるレーザ光の焦点を合わせるための方法６００を示すフロー図である。プロジェクタは、（追随する特定の行動の説明に基づいて適切なように）プロジェクタ３００ｂ又はプロジェクタ４００と略類似していてもよく、概して、少なくとも１つのレーザダイオード（例えば、Ｎ個のレーザダイオード、ここでＮ≧１）、各レーザダイオードのための少なくとも１つの一次又は「コリメーション」レンズ（例えば、Ｎ個の一次レンズ）、及び単一の二次又は「収束」レンズを含んでいる。方法６００は、３つの行動６０１、６０２、及び６０３を含んでいるが、当業者は、代替の実施形態において、ある特定の行動が省略されてもよく、及び／又は、追加行動が追加されてもよいことを正しく認識するであろう。当業者は、また、図示の順序の行動が、例示的な目的のためだけに示されており、代替の実施形態において変更してもよいことを正しく認識するであろう。
【００７８】
６０１において、プロジェクタのレーザモジュールは発散を有するレーザ光を提供する。レーザモジュールは任意の数Ｎ≧１のレーザダイオードを含んでいてもよく、６０１において、任意の数のＮ個のレーザダイオードがそれぞれの発散レーザ光を提供してもよい。
【００７９】
６０２において、プロジェクタの少なくとも１つの一次又はコリメーションレンズはレーザ光の発散を少なくとも低減する。レーザプロジェクタが複数のレーザダイオードを含む場合（すなわち、Ｎ≧２である場合）、Ｎ個の一次又はコリメーションレンズのそれぞれ１つはＮ個のレーザダイオードのそれぞれ各１つと対にされてもよく、６０２において、Ｎ個の一次又はコリメーションレンズのそれぞれ各１つはＮ個のレーザダイオードのそれぞれ各１つによって提供されるそれぞれの各レーザ光の発散を少なくとも低減してもよい。幾つかの実装において、少なくとも１つの一次又はコリメーションレンズによってレーザ光の発散を少なくとも低減することは少なくとも１つの一次又はコリメーションレンズによってレーザ光を平行にすることを含んでいてもよい。
【００８０】
６０３において、プロジェクタの二次又は収束レンズはレーザ光を焦点に収束させ、ここで焦点はレーザプロジェクタの外側に位置決めされる。収束又は二次レンズはレーザ光の光路内の少なくとも１つの一次又はコリメーションレンズから下流に位置決めされてもよい。一般に、レーザ光が二次又は収束レンズによって収束される焦点は非ゼロビームウェストを有していてもよい。
【００８１】
幾つかの実装において、本明細書中に説明するような二次レンズは収束機能に加えてより多くの光学的機能を実行／与えるよう適応されてもよい。例えば、二次レンズ（二次レンズ３４０ｂ、４４０、及び／又は５１３等）は本明細書中に説明する収束機能を適用する目的のために第１の表面上に球面曲率を含んでいてもよく、加えて、二次レンズ（二次レンズ３４０ｂ、４４０、及び／又は５１３等）はそうでなければ投影システム内に存在する非点収差を矯正又は補償する目的のために第２の表面（二次レンズの厚さの間で第１の表面と対向する第２の表面）上に円筒曲率を含んでいてもよい。非点収差矯正／補償を必要とするシステム（米国仮特許出願第６２／４２０，３６８号明細書において説明されているような幾つかのＷＨＵＤアーキテクチャを含む）は、２つの別々の光学素子を採用して収束及び非点収差矯正／補償機能を別々に達成するのではなく、非点収差矯正／補償及び収束機能を単一の二次レンズ（例えば、３４０ｂ、４４０、又は５１３）に統合することから恩恵を得る可能性がある。同様の方法において、本明細書中に説明する二次レンズは、投影システムにおいて存在する他の収差又は望ましくない効果を矯正することを助けるために、他の光学的機能を実行／与えるよう適応されてもよい。
【００８２】
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体を通して、用語「約」は場合によっては特定の値又は量に関係して用いられる。例えば、スポットサイズは少なくとも１つの次元においてミラーサイズと「略等しい」（又は、逆の場合も同様に、ミラーサイズは少なくとも１つの次元においてスポットサイズと略等しい）。特に特定の文脈が要求しない限り、用語約は概して±１５％を意味する。
【００８３】
当業者は、本システム、デバイス、及び方法がレーザではない１つ以上の光源を採用するプロジェクタアーキテクチャに適用されるか、又はそうでなければ組み込まれてもよいことを正しく認識するであろう。例えば、幾つかの実装において、本明細書中に説明するプロジェクタにおける１つ以上のレーザは、１つ以上の発光ダイオード（「ＬＥＤ」）、及び／又は１つ以上の有機ＬＥＤ（「ＯＬＥＤ」）を備える光源等の別の光源で置き換えられてもよい。かかる非レーザ実装は、投射される光信号を平行にし、焦点を合わせ、及び／又は、そうでなければ向けるよう追加光学部品を有利に採用してもよい。特定の文脈を必要としない限り、当業者は、本システム、デバイス、及び方法の全体を通して「ＳＬＰ」に対する言及が、本明細書中に説明するＳＬＰに関連する同じ一般的機能を達成する用途に対して適用又は適応されてもよい（必要に応じて他の光学部品と組み合わされる）他の光源に対する総称であることを正しく認識するであろう。
【００８４】
当業者は、本システム、デバイス、及び方法がホログラフィックコンバイナではない１つ以上の透明コンバイナを採用するＷＨＵＤアーキテクチャに適用されるか、又はそうでなければ組み込まれてもよいことを正しく認識するであろう。例えば、幾つかの実装において、本明細書中に説明するホログラフィックコンバイナは、プラスチックフィルム、マイクロレンズアレイを担持するフィルム、及び／又は導波路構造等の略同じ一般的機能を達成する非ホログラフィックデバイスで置き換えられてもよい。かかる非ホログラフィック実装は追加光学部品を採用しても、しなくてもよい。特定の文脈を必要としない限り、当業者は、本システム、デバイス、及び方法の全体を通して「ホログラフィックコンバイナ」に対する言及が、本明細書中に説明するホログラフィックコンバイナに関連する同じ一般的機能を達成する用途に対して適用又は適応されてもよい（必要に応じて他の光学部品と組み合わされる）他の光源に対する総称であることを正しく認識するであろう。
【００８５】
当業者は、本明細書中に説明するレーザプロジェクタの焦点を合わせるための様々な実施形態が非ＷＨＵＤ用途に適用されてよいことを正しく認識するであろう。例えば、本システム、デバイス、及び方法は、非ウェアラブルヘッドアップディスプレイ及び／又は可視投影ディスプレイを含んでいても、いなくてもよい他のプロジェクタ用途に適用されてもよい。
【００８６】
幾つかの実装において、１つ以上の光ファイバが本明細書中で示した経路の幾つかに沿って光信号を案内するために用いられてもよい。
【００８７】
本明細書中に説明するＷＨＵＤは、ユーザの環境からデータを収集するための１つ以上のセンサ（例えば、マイクロフォン、カメラ、温度計、コンパス、高度計、及び／又はその他）を含んでいてもよい。例えば、１つ以上のカメラが用いられて、ＷＨＵＤのプロセッサにフィードバックを提供し、ディスプレイ上のどこに任意の画像が表示されるべきかに影響を及ぼしてもよい。
【００８８】
本明細書中に説明するＷＨＵＤは、１つ以上のオンボード電源（例えば、１つ以上のバッテリ）、無線通信を送信／受信するための無線送受信機、及び／又は、コンピュータに結合及び／又は１つ以上のオンボード電源を充電するための有線式コネクタポートを含んでいてもよい。
【００８９】
本明細書中に説明するＷＨＵＤは、例えば、その全てを引用して本明細書中に組み込む米国非仮特許出願第１４／１５５，０８７号明細書、米国非仮特許出願第１４／１５５，１０７号明細書、ＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０５７０２９号明細書、米国特許出願公開第２０１５−０３７０３２６Ａ１号明細書、米国仮特許出願第６２／２３６，０６０号明細書、及び／又は米国特許出願公開第２０１７−００９７７５３Ａ１号明細書において説明されているような、マイクロフォンを介する音声命令、ボタン、スイッチ、又はタッチセンシティブ表面を介するタッチ命令、及び／又は、ジェスチャー検出システムを介するジェスチャーベースの命令を含むが、これらに限定されない１つ以上の様々な方法でユーザからの命令を受信及びそれに応答してもよい。
【００９０】
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体を通して、「通信経路」、「通信結合」内のような、及び、「通信可能に結合」等の変形内の用語「通信」は、情報を転送及び／又は交換するための何らかの光学的な配置を指すよう概して用いられる。例示の通信経路は、導電性経路（例えば、導電性ワイヤ、導電性トレース）、磁気経路（例えば、磁気媒体）、及び／又は光学経路（例えば、光ファイバ）を含むが、これらに限定されず、例示の通信結合は、電気結合、磁気結合、及び／又は光学的結合を含むが、これらに限定されない。
【００９１】
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体を通して、不定動詞形を頻繁に使用する。例には、「ｔｏ  ｄｅｔｅｃｔ（検出する）」、「ｔｏ  ｐｒｏｖｉｄｅ（提供する）」、「ｔｏ  ｔｒａｎｓｍｉｔ（送信する）」、「ｔｏ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅ（通信する）」、「ｔｏ  ｐｒｏｃｅｓｓ（処理する）」、「ｔｏ  ｒｏｕｔｅ（ルーティングする）」等を含むが、これらに限定されない。特定の文脈が特に必要としない限り、かかる不定動詞形は、すなわち、「少なくとも検出する」、「少なくとも提供する」、「少なくとも送信する」等のオープンな、包含的な感覚で用いられる。
【００９２】
要約書で説明されるものを含む図示の実施形態の上記説明は、開示する精確な形態に対して網羅又は制限する意図は無い。特定の実施形態及び実施例は、実例となる目的のために本明細書中で説明され、種々の同等の修正は、当業者によって認識されるように、開示の精神及び適用範囲から逸脱すること無く行うことができる。様々な実施形態の本明細書中で提供する教示は、上記で概して説明した例示のウェアラブル電子デバイスに限らず、他のポータブル及び／又はウェアラブル電子デバイスに適用することができる。
【００９３】
例えば、前述の詳細な説明は、ブロック図、略図、及び実施例を用いることにより、デバイスの様々な実施形態を説明してきた。かかるブロック図、略図、及び実施例が１つ以上の機能及び／又は動作を含む限り、かかるブロック図、フロー図、及び実施例内の各機能及び／又は動作が、幅広いハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又は、実質的にそれらの組み合わせによって、個々に、及び／又は、総体的に、実装できることは、当業者によって理解されるであろう。一実施形態において、本主題は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）により実装されてもよい。しかし、当業者は、本明細書中で開示した実施形態が、全体又は一部として、１つ以上のコンピュータによって実行される１つ以上のコンピュータプログラムとして（例えば、１つ以上のコンピュータシステム上で動作する１つ以上のプログラムとして）、１つ以上のコントローラ（例えば、マイクロコントローラ）によって実行される１つ以上のプログラムとして、１つ以上のプロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ、中央処理ユニット、グラフィック処理ユニット）によって実行される１つ以上のプログラムとして、ファームウェアとして、又は実質的な何らかのそれらの組み合わせとして、標準の集積回路において同等に実装できること、及び、回路を設計すること及び／又はソフトウェア及び／又はファームウェアのためのコードを記述することは、本開示の教示を踏まえて、当業者の技能により良好に行われることを認識するであろう。
【００９４】
ロジックがソフトウェアとして実装され、メモリに格納される場合、ロジック又は情報は、何らかのプロセッサ関連システム又は方法によって、又は、それに関連して使用するために何らかのプロセッサ読取可能媒体に格納できる。本開示の文脈において、メモリは、コンピュータ及び／又はプロセッサプログラムを含むか、格納する電子的、磁気的、光学的、又は他の物理的デバイス又は手段であるプロセッサ読取可能媒体である。ロジック及び／又は情報は、コンピュータベースのシステム、プロセッサを含むシステム、又は、命令実行システム、装置、又はデバイスからの命令を取り出し、ロジック及び／又は情報に関連する命令を実行することができる他のシステム等の命令実行システム、装置、又はデバイスによって、又は、それに関連して使用するために、何らかのプロセッサ読取可能媒体において具現化できる。
【００９５】
本明細書の文脈において、「非一時的プロセッサ読取可能媒体」は、命令実行システム、装置、及び／又はデバイスによって、又は、それに関連して使用するために、ロジック及び／又は情報に関連するプログラムを格納できる何らかの構成要素であってもよい。プロセッサ読取可能媒体は、例えば、電子的、磁気的、光学的、電磁的、赤外光、又は半導体システム、装置、又はデバイスであってもよいが、これらに限定されない。コンピュータ読取可能媒体のより詳細な実施例（限定的リスト）は以下を含む：ポータブルコンピュータディスケット（磁気、コンパクトフラッシュ（登録商標）カード、セキュアデジタル等）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、又はフラッシュメモリ）、ポータブルコンパクトディスク読出し専用メモリ（ＣＤＲＯＭ）、デジタルテープ、及び他の非一時的媒体。
【００９６】
上記で説明した様々な実施形態は、更なる実施形態を提供するために組み合わされてもよい。本明細書中の特定の教示及び定義と矛盾しない範囲で、Ｔｈａｌｍｉｃ  Ｌａｂｓ  Ｉｎｃ．が所有し、この明細書内で引用され、及び／又は、出願データシートに挙げられた、以下を含むが、これらに限定されない米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願、及び非特許文献：米国仮特許出願第６２／３２２，１２８号明細書、米国特許出願公開第２０１５−０３７８１６１Ａ１号明細書、米国非仮特許出願第１５／０４６，２３４号明細書、米国非仮特許出願第１５／０４６，２５４号明細書、米国非仮特許出願第１５／０４６，２６９号明細書、米国仮特許出願第６２／１５６，７３６号明細書、米国非仮特許出願第１５／１４５，５７６号明細書、米国特許出願公開第２０１６−０３２７７９７Ａ１号明細書、米国特許出願公開第２０１６−０３２７７９６Ａ１号明細書、米国仮特許出願第６２／２１４，６００号明細書、米国特許出願公開第２０１７−００６８０９５Ａ１号明細書、米国仮特許出願第６２／１６７，７６７号明細書、米国仮特許出願第６２／２７１，１３５号明細書、米国特許出願公開第２０１６−０３４９５１４Ａ１号明細書、米国仮特許出願第６２／２４５，７９２号明細書、米国特許出願第１５／３３１，２０４号明細書、米国仮特許出願第６２／４３８，７２５号明細書、米国非仮特許出願第１４／１５５，０８７号明細書、米国非仮特許出願第１４／１５５，１０７号明細書、ＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０５７０２９号明細書、米国特許出願公開第２０１５−０３７０３２６Ａ１号明細書、米国仮特許出願第６２／２３６，０６０号明細書、米国特許出願公開第２０１７−００９７７５３Ａ１号明細書、及び米国仮特許出願第６２／４２０，３６８号明細書はその全てを引用して、本明細書に組み込む。実施形態の態様は、必要であれば、更なる実施形態を提供するために、種々の特許、出願、及び公報のシステム、回路、及び概念を採用するよう変更してもよい。
【００９７】
これら及び他の変更は、上記詳細な説明を踏まえて、実施形態に行うことができる。一般に、以下の特許請求の範囲において、使用する用語は、特許請求の範囲を明細書及び特許請求の範囲に開示する特定の実施形態に制限するものと解釈すべきではないが、かかる特許請求の範囲が権利を受ける均等物の完全な適用範囲と共にすべての可能な実施形態を含むものと解釈すべきである。従って、特許請求の範囲は、開示によって制限されない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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