(57)【要約】画像ディスプレイシステムは、コリメートされていない光を放出するように構成される複数の光源と、異なる角度で光のビームを受け取るように構成される入力ポートを有する接眼レンズ導波管とを含むことができる。画像ディスプレイシステムはまた、正の屈折力を伴う表面を有する走査ミラーを含み、走査ミラーは、複数の光源によって放出される光を受け取るように構成される。正の屈折力を伴う表面は、複数の光源によって放出される光をコリメートし、複数のコリメートされた光ビームを形成し、複数のコリメートされた光ビームを入力ポートに指向するように構成される。
2021512351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波管ディスプレイであって、
異なる角度で光のビームを受け取るように構成される入力ポートを含む接眼レンズ導波管と、
前記入力ポートに近接して位置付けられる複数の点光源であって、前記複数の点光源の各々は、前記入力ポートから離れるように配向される放出方向を有する、複数の点光源と、
正の屈折力を伴う表面を有する走査ミラーであって、前記走査ミラーは、前記入力ポートに近接して位置付けられ、前記複数の点光源によって放出される光を傍受するように位置付けられ、前記正の屈折力を伴う表面は、前記複数の点光源によって放出される光をコリメートし、複数のコリメートされた光ビームを形成し、前記複数の点光源によって放出される光を前記入力ポートに反射させるように構成される、走査ミラーと
を備える、導波管ディスプレイ。
【請求項２】
前記正の屈折力を伴う表面は、フレネル反射体を備える、請求項１に記載の導波管ディスプレイ。
【請求項３】
前記正の屈折力を伴う表面は、凹面ミラーを備える、請求項１に記載の導波管ディスプレイ。
【請求項４】
前記複数のコリメートされた光ビームの各々は、前記接眼レンズ導波管を通して、合成視野（ＦＯＶ）の一部を照明するように構成される、請求項１に記載の導波管ディスプレイ。
【請求項５】
複数の光学導波管を含む統合された光学導波管チップであって、少なくとも前記複数の光学導波管のサブセットは、光放出端を含む、統合された光学導波管チップを備え、
前記複数の点光源は、前記光放出端を含む、請求項１に記載の導波管ディスプレイ。
【請求項６】
前記統合された光学導波管チップは、前記走査ミラーと前記入力ポートとの間に配置される、請求項５に記載の導波管ディスプレイ。
【請求項７】
前記統合された光学導波管チップは、前記入力ポートにわたって少なくとも部分的に重複する関係に配置される、請求項５に記載の導波管ディスプレイ。
【請求項８】
前記統合された光学導波管チップは、複数のセットの｛Ｒ、Ｇ、Ｂ｝レーザダイオードからの光を受け取るように構成される、請求項５に記載の導波管ディスプレイ。
【請求項９】
前記接眼レンズ導波管は、直交瞳エクスパンダと、射出瞳エクスパンダとをさらに備える、請求項５に記載の導波管ディスプレイ。
【請求項１０】
前記接眼レンズ導波管は、少なくとも１つの主要表面を含み、前記入力ポート、前記直交瞳エクスパンダ、および前記射出瞳エクスパンダは、前記少なくとも１つの主要表面上に配置される表面レリーフ格子を備える、請求項９に記載の導波管ディスプレイ。
【請求項１１】
前記統合された光学導波管チップおよび前記走査ミラーは、前記主要表面の共通側上に配置される、請求項１０に記載の導波管ディスプレイ。
【請求項１２】
請求項１に記載の導波管ディスプレイを含む拡張現実眼鏡。
【請求項１３】
画像ディスプレイシステムであって、
異なる角度で光のビームを受け取るように構成される入力ポートを含む接眼レンズ導波管と、
コリメートされていない光を放出するように構成される複数の光源と、
正の屈折力を伴う表面を有する走査ミラーであって、前記走査ミラーは、前記複数の光源によって放出される光を受け取るように構成され、前記正の屈折力を伴う表面は、前記複数の光源によって放出される光をコリメートし、複数のコリメートされた光ビームを形成し、前記複数のコリメートされた光ビームを前記入力ポートに指向するように構成される、走査ミラーと
を備える、画像ディスプレイシステム。
【請求項１４】
前記正の屈折力を伴う表面は、凹面ミラーを備える、請求項１３に記載の画像ディスプレイシステム。
【請求項１５】
前記正の屈折力を伴う表面は、フレネル反射体を備える、請求項１３に記載の画像ディスプレイシステム。
【請求項１６】
複数の光学導波管を含む統合された光学導波管チップをさらに備え、少なくとも前記複数の光学導波管のサブセットは、光放出端を含み、
前記複数の光源は、前記光放出端を含む、請求項１３に記載の画像ディスプレイシステム。
【請求項１７】
前記統合された光学導波管チップは、前記入力ポートにわたって少なくとも部分的に重複する関係に配置される、請求項１６に記載の画像ディスプレイシステム。
【請求項１８】
前記統合された光学導波管チップは、複数のセットの｛Ｒ、Ｇ、Ｂ｝レーザダイオードからの光を受け取るように構成される、請求項１６に記載の画像ディスプレイシステム。
【請求項１９】
前記複数の光源は、コリメートされていない光を異なる方向に放出するように構成される、請求項１３に記載の画像ディスプレイシステム。
【請求項２０】
前記複数のコリメートされた光ビームの各々は、前記接眼レンズ導波管を通して、合成視野（ＦＯＶ）の一部を照明するように構成される、請求項１３に記載の画像ディスプレイシステム。
【請求項２１】
導波管ディスプレイ内で画像を表示するための方法であって、
複数の点光源からの光を放出することであって、前記複数の点光源の各々は、異なる放出方向を有する、ことと、
正の屈折力を伴う表面を有する走査ミラーにおいて、前記複数の点光源によって放出される光を傍受することであって、前記正の屈折力を伴う表面は、前記複数の点光源によって放出される光をコリメートし、複数のコリメートされた光ビームを生産するように構成される、ことと、
前記走査ミラーからの前記複数のコリメートされた光ビームを接眼レンズ導波管の入力ポート内で受け取ることと、
前記接眼レンズ導波管の出力ポートから画像を形成することと
を含む、方法。
【請求項２２】
前記複数の点光源は、発散する光を放出するように構成される点光源を備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記正の屈折力を伴う表面は、凹面ミラーを備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記正の屈折力を伴う表面は、フレネル反射体を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記複数のコリメートされた光ビームの各々は、前記接眼レンズ導波管を通して、合成視野（ＦＯＶ）の一部を照明するように構成される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記複数の点光源は、前記接眼レンズ導波管の前記入力ポートを覆う統合された光学導波管チップ内に配置され、前記走査ミラーは、前記統合された光学導波管チップを覆うように配置され、
前記走査ミラーからの前記複数のコリメートされた光ビームは、前記統合された光学導波管チップを通して透過され、前記接眼レンズ導波管の前記入力ポートに到達する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記接眼レンズ導波管の出力ポートから前記画像を形成することは、前記接眼レンズ導波管の前記出力ポートから光を出力し、仮想画像を形成することを含む、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１８年１月３１日に出願された米国仮特許出願第６２／６２４，７６２号の利益を主張し、その内容は、その全体が参照により本明細書に援用される。
【０００２】
（発明の背景）
現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、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おり、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現実である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。仮想現実（すなわち、「ＶＲ」）シナリオは、典型的には、他の実際の実世界の視覚的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に対する拡張としての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。走査画像ディスプレイシステムでは、光ビームの各角度（または走査の小角度範囲）が、画像のピクセルを画定する。ミラーを２つの直交軸において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。走査されるビームは、導波管ディスプレイの形態をとる眼鏡レンズを通して、結合されることができる。画像ディスプレイシステムは、眼鏡フレームの左側および右側の各々の上に搭載されることができる。
【０００４】
走査式ビームディスプレイの１つの短所は、概して、一方の、分解能とフレームレートの積を判定する走査周波数と、他方の、角度視野を判定する走査角度範囲との間に、トレードオフが存在することである。加えて、拡張現実眼鏡内への組み込みのために適切なサイズを有するあるコンパクトなレーザダイオードは、最大変調率を有し、これは、再び、分解能とフレームレートの積を限定する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
仮想現実または拡張現実用途のため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、限定された範囲の走査運動と光学要素の配列における設計制約とを有するため、限定された視野を有する。本発明の実施形態は、小デバイス形状因子を維持しながら、大視野および高分解能を伴う走査画像ディスプレイシステムを提供する。いくつかの実施形態では、より大きい視野は、複数の入射光ビームを同時に走査し、個々の視野をより大きい合成視野の中に組み合わせることによって達成されることができる。
【０００６】
本発明のいくつかの実施形態によると、画像ディスプレイシステムは、光の２つ以上の入射発散光束を受け取りかつ複数の反射された光ビームを提供するための走査ミラーを含む。複数の反射された光ビームの各々は、個別の視野内に画像を提供するように構成される。画像ディスプレイシステムはまた、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を含む。入力結合光学要素は、複数の反射された光ビームを導波管の中に結合するために構成される。出力結合光学要素は、複数の出力光ビームを導波管から投影させ、投影された画像を合成視野内に形成するために構成される。
【０００７】
本発明のいくつかの実施形態によると、画像ディスプレイは、異なる角度で光のビームを受け取るように構成される入力ポートを含む接眼レンズ導波管と、入力ポートに近接して位置付けられる複数の点光源とを含むことができる。複数の点光源の各々は、入力ポートから離れるように配向される放出方向を有することができる。画像ディスプレイはまた、正の屈折力を伴う表面を有する走査ミラーを有することができる。走査ミラーは、入力ポートに近接して位置付けられ、複数の点光源によって放出される光を傍受するように位置付けられることができる。正の屈折力を伴う表面は、複数の点光源によって放出される光をコリメートし、複数の点光源によって放出される光を入力ポートに反射させるように構成されることができる。
【０００８】
上記の画像ディスプレイのある実施形態では、正の屈折力を伴う表面は、フレネル反射体を含むことができる。
【０００９】
上記の画像ディスプレイの別の実施形態では、正の屈折力を伴う表面は、凹面ミラーを含むことができる。
【００１０】
いくつかの実施形態では、走査ミラーの正の屈折力を伴う表面は、複数のコリメートされた光ビームを形成し、複数のコリメートされた光ビームを入力ポートに指向するように構成される。複数のコリメートされた光ビームの各々は、接眼レンズ導波管を通して、合成視野（ＦＯＶ）の一部を照明するように構成される。
【００１１】
ある実施形態では、導波管ディスプレイは、複数の光学導波管を含む統合された光学導波管チップを含み、少なくとも複数の光学導波管のサブセットは、光放出端を含む。光放出端は、点光源を形成する。
【００１２】
ある実施形態では、統合された光学導波管チップは、走査ミラーと入力ポートとの間に配置される。
【００１３】
ある実施形態では、統合された光学導波管チップは、入力ポートにわたって少なくとも部分的に重複する関係に配置される。
【００１４】
ある実施形態では、統合された光学導波管チップは、複数のセットの｛Ｒ、Ｇ、Ｂ｝レーザダイオードからの光を受け取るように構成される。
【００１５】
ある実施形態では、接眼レンズ導波管はまた、直交瞳エクスパンダと、射出瞳エクスパンダとを含む。
【００１６】
ある実施形態では、接眼レンズ導波管は、少なくとも１つの主要表面を含み、入力ポート、直交瞳エクスパンダ、および射出瞳エクスパンダは、少なくとも１つの主要表面上に配置される表面レリーフ格子を含む。
【００１７】
ある実施形態では、統合された光学導波管チップおよび走査ミラーは、主要表面の共通側上に配置される。
【００１８】
ある実施形態では、拡張現実眼鏡は、上記に説明される導波管ディスプレイを含むことができる。
【００１９】
本発明のいくつかの実施形態によると、画像ディスプレイシステムは、コリメートされていない光を放出するように構成される複数の光源と、異なる角度で光のビームを受け取るように構成される入力ポートを有する接眼レンズ導波管とを含むことができる。画像ディスプレイシステムはまた、正の屈折力を伴う表面を有する走査ミラーを含み、走査ミラーは、複数の光源によって放出される光を受け取るように構成される。正の屈折力を伴う表面は、複数の光源によって放出される光をコリメートし、複数のコリメートされた光ビームを形成し、複数のコリメートされた光ビームを入力ポートに指向するように構成される。
【００２０】
上記の画像ディスプレイシステムのある実施形態では、正の屈折力を伴う表面は、凹面ミラーを含む。
【００２１】
別の実施形態では、正の屈折力を伴う表面は、フレネル反射体を含む。
【００２２】
ある実施形態では、画像ディスプレイシステムはまた、複数の光学導波管を含む統合された光学導波管チップを有する。少なくとも複数の光学導波管のサブセットは、複数の光源を形成する光放出端を含む。
【００２３】
ある実施形態では、統合された光学導波管チップは、入力ポートにわたって少なくとも部分的に重複する関係に配置される。
【００２４】
ある実施形態では、統合された光学導波管チップは、複数のセットの｛Ｒ、Ｇ、Ｂ｝レーザダイオードからの光を受け取るように構成される。
【００２５】
別の実施形態では、複数の光源は、コリメートされていない光を異なる方向に放出するように構成され、正の屈折力を伴う走査ミラーによって形成される複数のコリメートされた光ビームの各々は、接眼レンズ導波管を通して、合成視野（ＦＯＶ）の一部を照明するように構成される。
【００２６】
本発明のいくつかの実施形態によると、導波管ディスプレイ内で画像を表示するための方法は、複数の点光源から光を放出することを含む。複数の点光源の各々は、異なる放出方向を有することができる。本方法はまた、正の屈折力を伴う表面を有する走査ミラーにおいて、複数の点光源によって放出される光を傍受することを含む。正の屈折力を伴う表面は、複数の点光源によって放出される光をコリメートし、複数のコリメートされた光ビームを生産するように構成される。本方法はまた、走査ミラーからの複数のコリメートされた光ビームを接眼レンズ導波管の入力ポート内で受け取ることと、接眼レンズ導波管の出力ポートから仮想画像を形成することとを含む。
【００２７】
上記の方法のある実施形態では、正の屈折力を伴う表面は、凹面ミラーを含む。
【００２８】
別の実施形態では、正の屈折力を伴う表面は、フレネル反射体を含む。
【００２９】
別の実施形態では、複数のコリメートされた光ビームの各々は、接眼レンズ導波管を通して、合成視野（ＦＯＶ）の一部を照明するように構成される。
【００３０】
複数の反射されたコリメートされた光ビームの各々は、個別の視野（ＦＯＶ）内に画像を提供するように構成される。複数の反射されたコリメートされた光ビームは、接眼レンズ導波管内で受け取られ、接眼レンズ導波管は、複数の出力光ビームを接眼レンズ導波管から投影し、投影された画像を合成視野（ＦＯＶ）内に形成する。本方法のいくつかの実施形態では、合成視野は、複数の点光源の各々によって提供されるＦＯＶより大きい。合成ＦＯＶ内の画像は、複数の点光源の各々からの画像を含むタイル状にされた画像であり得る。
【００３１】
別の実施形態では、複数の点光源は、接眼レンズ導波管の入力ポートを覆う統合された光学導波管チップ内に含まれ、走査ミラーは、統合された光学導波管チップを覆うように配置される。走査ミラーからの複数のコリメートされた光ビームは、統合された光学導波管チップを通して、接眼レンズ導波管の入力ポートに透過される。
【００３２】
別の実施形態では、統合された光学導波管チップは、走査ミラーと入力ポートとの間に配置される。
【００３３】
別の実施形態では、統合された光学導波管チップは、複数のセットの｛Ｒ、Ｇ、Ｂ｝レーザダイオードからの光を受け取るように構成される。
【００３４】
いくつかの実施形態では、接眼レンズ導波管の出力ポートから画像を形成することは、接眼レンズ導波管の出力ポートから光を出力し、仮想画像を形成することを含む。
【００３５】
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】
【００３６】
【図１】図１は、いくつかの実施形態による、例示的なウェアラブルディスプレイデバイスの斜視図を図示する斜視図略図である。
【００３７】
【図２】図２は、いくつかの実施形態による、例示的なウェアラブルディスプレイデバイスの平面図である。
【００３８】
【図３Ａ】図３Ａは、いくつかの実施形態による、図１〜図２に示されるウェアラブルディスプレイデバイスの接眼レンズとして使用され得る導波管ディスプレイの斜視図である。
【００３９】
【図３Ｂ】図３Ｂは、いくつかの実施形態による、導波管ディスプレイの断面図である。
【００４０】
【図３Ｃ】図３Ｃは、いくつかの実施形態による、合成視野（ＦＯＶ）を図示する簡略化された概略図である。
【００４１】
【図４】図４は、ある実施形態による、４つのＲＧＢチャネル光エンジンの平面図である。
【００４２】
【図５】図５は、図４に示される４つのＲＧＢチャネル光エンジンの一部の断片断面立面図である。
【００４３】
【図６】図６は、別の実施形態による、統合された導波管チップの平面図である。
【００４４】
【図７】図７Ａおよび図７Ｂは、いくつかの実施形態による、コリメートされていない入射光源からコリメートされた走査反射光ビームを提供する走査放物面ミラーを図示する。
【００４５】
【図８】図８Ａおよび図８Ｂは、いくつかの実施形態による、走査フレネル反射体上に入射する、統合された光学導波管チップの３つの異なる出力ポートからの光経路の実施例を図示する。
【００４６】
【図９】図９Ａは、フレネルレンズの表面を横断したシミュレートされたフレネルレンズパターンのプロットである。図９Ｂは、図９Ａのフレネルレンズの縁の近傍の部分の拡大図である。
【００４７】
【図１０】図１０は、いくつかの実施形態による、導波管ディスプレイ内で画像を表示するための方法を図示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
（発明の詳細な説明）
本発明の実施形態は、従来の表示システムより広い視野（ＦＯＶ）を提供することができ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。
【００４９】
図１は、いくつかの実施形態による、例示的なウェアラブルディスプレイデバイス１００の斜視図を図示する斜視図略図である。この実施例では、ウェアラブルディスプレイデバイス１００は、拡張現実用途のための一対の眼鏡であり得る。図１に示されるように、ウェアラブルディスプレイデバイス１００は、左導波管接眼レンズ１２０Ｌと、右導波管接眼レンズ１２０Ｒとを支持するフレーム１１０を含むことができる。各導波管接眼レンズ１２０Ｌおよび１２０Ｒは、入力結合格子（ＩＣＧ）１２１と、直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）１２２と、射出瞳エクスパンダ（ＥＰＥ）１２３とを含むことができる。入力結合格子（ＩＣＧ）１２１、直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）１２２、および射出瞳エクスパンダ（ＥＰＥ）１２３は、適切な回折光学要素（ＤＯＥ）であり得る。例えば、それらは、光学導波管上に形成される格子の形態をとることができる。ある実施形態によると、接眼レンズ毎に単一の導波管を提供するのではなく、各接眼レンズは、異なる色のための、異なる屈折力ＥＰＥを伴う複数の光学導波管のスタックを有することができる。ＥＰＥは、ユーザ眼位置１３０から視認されることができる画像を投影するように構成される。
【００５０】
図１では、画像光または走査光ビームであり得る入射光は、各接眼レンズ１２０Ｌおよび１２０ＲのＩＣＧ（１２１）上に入射することができる。ＩＣＧ１０７は、ＯＰＥ領域１２２に向かう方向に伝搬する誘導モードに入射光を結合する。接眼レンズは、全内部反射（ＴＩＲ）によって、画像光を伝搬する。各接眼レンズ１２０Ｌおよび１２０ＲのＯＰＥ領域１２２はまた、接眼レンズ１２０Ｌおよび１２０Ｒ内をＥＰＥ領域１２３に向かって伝搬する画像光の一部を結合および再指向する回折要素を含むことができる。ＥＰＥ領域１２３は、接眼レンズ層１２０の平面から視認者の眼の位置１３０に向かって外向き方向に各接眼レンズ１２０Ｌおよび１２０Ｒ内を伝搬する光の一部を結合および指向する回折要素を含む。このように、画像は、視認者によって視認され得る。
【００５１】
入射光は、３つの原色、すなわち、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、および赤色（Ｒ）における光を含んでもよい。
【００５２】
いくつかの用途では、接眼レンズは、２自由度で走査されるコリメートされた光を受け取ることができる。各瞬間入射角（または小範囲の入射角）は、角度的に画定されたピクセルに対応する。いくつかの実施形態では、光は、視認者から０．５メートル〜１メートル離れて現れ得る仮想オブジェクトをシミュレートするように構成されることができる。
【００５３】
図２は、いくつかの実施形態による、例示的なウェアラブルディスプレイデバイス２００の平面図である。この実施例では、ウェアラブルディスプレイデバイス２００は、拡張現実用途のための一対の眼鏡であり得る。図２に示されるように、ウェアラブルディスプレイデバイス２００は、フレーム２１０と、接眼レンズ２２０とを含むことができる。各接眼レンズは、図１における接眼レンズ１２０Ｌおよび１２０Ｒに類似し得、平面図では不可視であるＩＣＧと、ＯＰＥと、ＥＰＥとを含むことができる。ウェアラブルディスプレイデバイス１００はまた、スキャナ筐体２３０を含み、これは、仮想画像を入射光源から（例えば、無限遠に）形成するための走査ミラーを含むことができる。いくつかの実施形態では、ＩＣＧは、光を受け取るための入力ポートとして使用される。接眼レンズによって形成される画像は、ユーザ眼位置２４０から視認されることができる。拡張現実眼鏡はまた、左および右スピーカ２５０と、カメラ２６０とを有することができる。
【００５４】
図３Ａは、いくつかの実施形態による、導波管ディスプレイ３００の斜視図であり、図３Ｂは、いくつかの実施形態による、導波管ディスプレイ３００の断面図である。導波管ディスプレイ３００は、接眼レンズ導波管３１０を含むことができ、これは、図１または図２に図示される拡張現実眼鏡のための接眼レンズ１２０Ｌおよび１２０Ｒとして使用されることができる。図３Ａに示されるように、接眼レンズ導波管３１０は、入力結合格子（ＩＣＧ）３２１と、直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）３２２と、射出瞳エクスパンダ（ＥＰＥ）３２３とを有することができる。入力結合格子（ＩＣＧ）３２１、直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）３２２、および射出瞳エクスパンダ（ＥＰＥ）３２３は、光学導波管上に形成される格子の形態をとることができる。各接眼レンズは、異なる色のための、異なる屈折力ＥＰＥを伴う複数の光学導波管のスタックを有することができる。ＥＰＥは、ユーザ眼位置３３０から視認されることができる画像を投影するように構成される。
【００５５】
いくつかの実施形態では、導波管ディスプレイ３００内の接眼レンズ導波管３１０は、光のビームを異なる角度で受け取るように構成される入力ポートを有することができる。図３Ａでは、入力ポートは、内部結合格子（ＩＣＧ）３２１として示される。図３Ａに示されるように、複数の点光源は、統合された光学導波管チップ３４０によって提供されることができる。この実施例では、統合された光学導波管チップ３４０は、第１のセットのＲＧＢレーザダイオード３４１Ａと、第２のセットのＲＧＢレーザダイオード３４１Ｂと、第３のセットのＲＧＢレーザダイオード３４１Ｃと、第４のセットのＲＧＢレーザダイオード３４１Ｄとを含む４つのセットの赤色、緑色、および青色（ＲＧＢ）レーザダイオード３４１Ａ、３４１Ｂ、３４１Ｃ、および３４１Ｄからの光を受け取ることができる。示されるような実施形態では、４つのセットのＲＧＢレーザダイオード３４１Ａ、３４１Ｂ、３４１Ｃ、および３４１Ｄは、それぞれ、統合された光学導波管チップの第１の側３４７Ａ、第２の側３４７Ｂ、第３の側３４７Ｃおよび第４の側３４７Ｄ上に配列される。いくつかの実施形態では、統合された光学導波管チップ３４０は、レーザダイオードを含むことができる。他の実施形態では、統合された光学導波管チップ３４０は、外部レーザダイオードに結合されることができる。統合された光学導波管チップ３４０はまた、ＲＧＢレーザダイオードからの光を４つの出力ポート３４４Ａ、３４４Ｂ、３４４Ｃ、および３４４Ｄのうちの１つに指向するための複数の光学導波管３４３を有することができ、これは、点光源としての役割を果たすことができる。
【００５６】
図３Ａでは、導波管ディスプレイ３００はまた、正の屈折力を伴う表面を有する２次元（２−Ｄ）走査ミラー３５０（例えば、放物面ミラー３５１）を含むことができ、走査ミラー３５０は、入力ポート（ＩＣＧ３２１）に近接して位置付けられ、複数の点光源によって放出される光を傍受するように位置付けられる。正の屈折力を伴う表面は、複数の点光源によって放出される光をコリメートし、複数の点光源によって放出される光を入力ポート（ＩＣＧ３２１）に戻すように反射させるように構成される。
【００５７】
いくつかの実施形態では、下記の図３Ｂに示されるように、統合された光学導波管チップ３４０が、ＩＣＧ３２１の直上に配置されることができ、走査ミラー３５０が、走査ミラー３５０が入力ポート（ＩＣＧ３２１）に近接して配置されるように、統合された光学導波管チップ３４０の上方の短距離に配置される。
【００５８】
図３Ａに示されるように、走査ミラー３５０は、ピッチ軸３５３およびロール軸３５４を伴うフレーム３５２上に搭載される２次元走査ミラー（例えば、放物面ミラー表面３５１）を含むことができる。ミラーは、ピッチ方向およびロール方向に回転し、２−Ｄスキャナを形成するように構成されることができる。いくつかの実施形態では、ミラーは、外側枢動点を伴う外側フレームと、第２のセットの枢動点を伴う内側フレームとを有することができる。駆動機構は、図３Ａでは、明示的に示されない。例えば、走査ミラー３５０は、電磁力によって、例えば、磁場内のコイルによって、または交互嵌合された指状微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）静電駆動によって、駆動されることができる。
【００５９】
走査ミラー３５０は、正の屈折力を伴うミラーであり得る。光学系の分野では、（ジオプトリー度数、屈折能、集束力、または収束力とも称される）用語「屈折力」は、レンズ、ミラー、または他の光学シスでテムが光を収束または発散する程度である。これは、デバイスの焦点距離の逆数：Ｐ＝１／ｆに等しい。高屈折力は、短焦点距離に対応する。収束レンズは、正の屈折力を有する一方で、発散レンズは、負の屈折力を有する。例えば、走査ミラーは、湾曲ミラー、放物面ミラー、放物面ミラーに近似する球面ミラー、非球面ミラー、または同等物であることができる。他の形状のミラーも、最適化のための光学設計方法を使用して、形成されることができる。
【００６０】
代替として、湾曲ミラーは、走査フレネル反射体であり得、これは、複数のセクションを含むことができる。例えば、円形フレネルレンズまたは反射体は、同心環状セクションのセットを有することができる。用途に応じて、フレネルレンズは、反射性および屈折セクションを含むことができる。
【００６１】
正の屈折力を伴う走査ミラー（例えば、放物面ミラー）は、例えば、従来の光学加工方法、グレースケールリソグラフィ、または電鋳を使用して、作製されることができる。いくつかの実施形態では、フレネルレンズまたはフレネル反射体はまた、例えば、グレースケールリソグラフィまたはマイクロ印刷を使用して、作製されることができる。
【００６２】
走査ミラー移動は、１自由度で共振し、第２の自由度で準静的に制御され得る。例えば、共振軸は、ディスプレイのラインに沿った移動に対応し得、準静的に制御される第２の自由度は、ディスプレイのライン間の垂直移動に類似する移動に対応し得る。１つの可能性として考えられる場合では、共振軸は、ピッチ軸であり得、準静的に制御される軸は、ヨー軸であり得る。比較的に高分解能画像に関して、例えば、１，０００または２，０００走査線に相当するものと、３０〜６０フレーム／秒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デバイス内に含まれるために十分に小さい小ＭＥＭＳスキャナに関して、概して、視野（ＦＯＶ）に関連する共振軸の角度範囲と、ラインレートに等しい共振周波数との間には、トレードオフが存在する。走査ミラーと接眼レンズ３１０を併用した画像形成は、図３Ｂおよび図３Ｃを参照して下記にさらに説明される。
【００６３】
図３Ｂは、いくつかの実施形態による、図３Ａの導波管ディスプレイ３００の一部の断面図である。図３Ｂは、図３Ａにおける切断線Ａ−Ａ’に沿った導波管ディスプレイ３００の断面図を図示する。図３Ｂの断面では、入力結合格子（ＩＣＧ）３２１および直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）３２２が、可視である。ＥＰＥは、図３Ｂにおける図面シートの平面の背後に配置され、故に、不可視である。
【００６４】
図３Ｂでは、複数の点光源が、ＩＣＧ３２１にわたって配置される統合された光学導波管チップ３４０の出力ポート３４４Ａ、３４４Ｂ、３４４Ｃ、３４４Ｄによって提供されることができる。この実施例では、統合された光学導波管チップ３４０は、４つのセットの赤色、緑色、および青色（ＲＧＢ）レーザダイオードからの入射光を受け取ることができる。図３Ａに示されるように、統合された光学導波管チップ３４０はまた、ＲＧＢレーザダイオード３４１Ａ、３４１Ｂ、３４１Ｃ、および３４１Ｄからの光を４つの出力ポート３４４Ａ、３４４Ｂ、３４４Ｃ、および３４４Ｄのうちの１つに指向するための複数の光学導波管を有することができる。図３Ｂの断面図では、１つのセットのＲＧＢレーザダイオード３４１Ａおよび２つの出力ポート３４４Ａおよび３４４Ｄのみが、可視である。
【００６５】
図３Ｂに示されるように、導波管ディスプレイ３００はまた、２−Ｄ走査ミラー３５０を含むことができ、走査ミラー３５０は、正の屈折力を伴う表面３５１を有する。走査ミラー３５０は、ピッチ軸３５３およびロール軸３５４（図示せず）を伴う２次元で回転するように構成される２次元走査ミラー（例えば、放物面ミラー）であり得る。走査ミラー３５０は、光学導波管チップ３４０の上方に位置付けられ、複数の点光源によって放出される光３４５Ａおよび３４５Ｄを光学導波管チップ３４０の出力ポート３４４Ａおよび３４４Ｄにおいて傍受するように構成される。複数の点光源によって放出される光３４５Ａおよび３４５Ｄは、コリメートされなくてもよい。正の屈折力を伴う走査ミラー表面（例えば、放物面ミラー）は、複数の点光源によって放出される光をコリメートし、光（コリメートされた光）を入力ポート（ＩＣＧ３２１）に反射させるように構成される。図３Ｂは、光学導波管チップ３４０からのコリメートされていない光が、走査ミラーから、コリメートされた光として反射されることを示す。図３Ｂでは、図３ＡにおけるＡ−Ａ’切断線に沿った２つの出力ポート３４４Ａおよび３４４Ｄが、示される。出力ポート３４４Ａから生じた光線は、点線として示され、出力３４４Ｄから生じた光線は、破線として示される。出力ポート３４４Ａからのコリメートされていない光は、走査ミラー３５０から、コリメートされた光３４６Ａとして反射され、出力ポート３４４Ｄからのコリメートされていない光は、走査ミラー３５０から、コリメートされた光３４６Ｄとして反射される。
【００６６】
走査ミラーからのコリメートされた光（３４６Ａおよび３４６Ｄ）は、ＩＣＧ３２１によって、接眼レンズ導波管３１０の中に内部結合される。接眼レンズ導波管３１０は、異なる色のための複数の光学導波管のスタックを有することができる。内部結合された光（３４８Ａおよび３４８Ｄ）は、全内部反射によって、接眼レンズ導波管３１０内を伝搬し、次いで、直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）に外部結合され、ひいては、図３Ｂでは不可視である射出瞳エクスパンダ（ＥＰＥ）に結合される。ＥＰＥは、ユーザ眼位置３３０から視認されることができる画像を投影するように構成される。
【００６７】
導波管チップ３４０は、基板内に構築される光学導波管を含むことができる。例えば、基板は、ガラススラブであり得る。基板はまた、他の材料（例えば、ポリマー材料または半導体材料等）を用いて作製されることができる。光学導波管は、光が伝搬することができる空間領域を制限することによって光を誘導するために構成される伸長構造である。光は、全内部反射によって、異なる材料（例えば、異なる誘電性定数を伴う誘電性材料）を用いてまたは異なる不純度ドーピングによって形成されることができる、異なる屈折率を有する領域内を伝搬することができる。導波管は、ガラスの屈折率を変化させるドーパントを用いたパターン毎ドーピングによって、ガラススラブ内に画定されてもよい。
【００６８】
いくつかの実施形態では、図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、接眼レンズ導波管３１０は、少なくとも１つの主要表面３１１を含む。入力ポート３２１、直交瞳エクスパンダ３２２、および射出瞳エクスパンダ３２３は、少なくとも１つの主要表面３１１上に配置される表面レリーフ格子を含む。図３Ａおよび図３Ｂの実施形態では、統合された光学導波管チップ３４０および走査ミラー３５０は、主要表面の共通側上に配置される。いくつかの実施形態では、統合された光学導波管チップ３４０は、走査ミラー３５０と入力ポート３２１との間に配置される。いくつかの実施形態では、統合された光学導波管チップ３４０は、入力ポート３２１にわたって少なくとも部分的に重複する関係に配置される。
【００６９】
図３Ｃは、いくつかの実施形態による、合成視野（ＦＯＶ）を図示する簡略化された概略図３８０である。図３Ａおよび図３Ｂに説明されるように、光の４つの発散ＲＧＢコーンが、走査ミラー上に入射することができる。ミラーは、それらを別個にコリメートし、異なる方向に進む４つのコリメートされたビームを出力する。ミラー走査を用いることにより、画像をＦＯＶの４つの４分の１内に形成することができる。任意の瞬間に、４つのコリメートされた光ビームの各々は、異なる角度で指向される。この実施例では、完全画像が、視野の４つの象限内の４つのＲＧＢビームによって、並行して（例えば、同時に）走査される。４つの走査光ビームの組み合わせは、４つの象限３７１〜３７４を伴うタイル状にされた画像を図３Ｃにおける拡大された合成視野３７６内に提供するように構成される。
【００７０】
例えば、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）画像であり得るが、合成ＦＯＶ内の総スティッチング画像は、拡大された視野を伴う完全ＨＤ（高精細）であり得る。図３Ｂを参照すると、ＭＥＭＳ反射体／走査ミラー３５０は、（１０×１０機械的走査範囲に対応する）２０×２０度光学走査範囲を有し得る。対角線上に対向する対の出力ポート（例えば、３４４Ａおよび３４４Ｃと、３４４Ｂおよび３４４Ｄ）は、走査ミラー３５０の中心から判断されるような２０度の角度シータθ（ＶＧＡ分解能）だけ角度的に分離される。光学導波管チップ３４０の出力ポート３４４Ａ〜３４４Ｄからのコリメートされていない光ビーム（３４５Ａおよび３４５Ｄのみが、図３Ｂにおいて可視である）は、走査ミラー３５０に到達する。コリメートされていない光ビームの各々は、異なる主光線方向を有することができる。走査ミラー３５０は、コリメートされていない光ビームをコリメートし、コリメートされた光ビーム（３４６Ａおよび３４６Ｄのみが、図３Ｂにおいて可視である）をＩＣＧ３２１に反射させるように位置付けられる正の屈折力を伴う表面を有する。ＩＣＧ３２１は、コリメートされた光ビーム３４６Ａおよび３４６Ｄを接眼レンズ導波管３２２の中に内部結合するように構成される。接眼レンズ導波管３２２内の全内部反射後、コリメートされた光ビーム３４８Ａおよび３４８Ｄの各々は、接眼レンズ導波管３２２から出射し、走査された画像を個別の視野内に形成する。
【００７１】
例えば、いくつかの実施形態では、４つの入力光ビームを伴う画像ディスプレイシステム３００は、ＨＤの４０×４０度要件（例えば、１弧分未満のピクセル視角）に匹敵する２倍視野（４０×４０度）および分解能を伴う、結果として生じる走査画像を提供することができる。さらに、最終画像は、完全ＨＤ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。
【００７２】
上記に説明される実施例では、単一のＩＣＧは、大視野を形成するための異なる方向を有する複数の光ビームを受けとることができる。カラーディスプレイに関して、異なるＩＣＧは、異なる色のために使用されることができる。実施例として、ＩＣＧは、数センチメートルのサイズを有する接眼レンズ導波管内にサイズ約１ｍｍ×１ｍｍを有することができる。統合された導波管チップは、約２ｍｍ×２ｍｍのサイズを有してもよい。
【００７３】
いくつかの実施形態では、導波管ディスプレイ３００は、より大きい合成視野を伴う画像生成のために、上記に説明される４つより少ないまたはより多い点光源と、正の屈折力を伴う走査ミラーとを併用されることができる。異なる合成ＦＯＶは、異なる数および／または形状の構成要素ＦＯＶを使用して、形成されることができる。さらに、導波管ディスプレイ３００は、画像生成のために、単一の点光源と、正の屈折力を伴う走査ミラーとを併用されることができる。
【００７４】
図４は、ある実施形態による、４つのＲＧＢチャネル光エンジン４００の平面図であり、図５は、図４に示される４つのＲＧＢチャネル光エンジン４００の一部の断片断面立面図である。光エンジン４００は、図３Ａおよび図３Ｂにおける統合された光学導波管チップ３４０の実施例である。光エンジン４００は、ガラススラブ４０２を含むことができ、ガラススラブ４０２において、第１の分岐導波管４０４、第２の分岐導波管４０６、第３の分岐導波管４０８、および第４の分岐導波管４１０が、画定される。
【００７５】
示されるように、スラブ４０２は、正方形であり、第１の側４１２と、第２の側４１４と、第３の側４１６と、第４の側４１８とを含むことができる。代替として、成形されたガラススラブ４０２もまた、使用されてもよい。第１のセットの赤色、緑色、および青色（ＲＧＢ）レーザダイオード４２０は、第１の側４１２に沿って配列され、第２のセットのＲＧＢレーザダイオード４２２は、第２の側４１４に沿って配列され、第３のセットのＲＧＢレーザダイオード４２４は、第３の側４１６に沿って配列され、第４のセットのＲＧＢレーザダイオード４２６は、第４の側４１８に沿って配列される。
【００７６】
第１のセットのＲＧＢレーザダイオード４２０は、赤色レーザダイオード４２８と、緑色レーザダイオード４３０と、青色レーザダイオード４３２とを含む。第１の分岐導波管４０４は、第１の側４１２に隣接して位置付けられ、第１のセットのＲＧＢレーザダイオード４２０からの光を第１の外部結合ファセット４３４に結合する役割を果たす。第１の分岐導波管４０４は、赤色レーザダイオード４２８に光学的に結合される赤色光受取分岐４３６と、緑色レーザダイオード４３０に光学的に結合される緑色光受取分岐４３８と、青色レーザダイオード４３２に光学的に結合される青色光受取分岐４４０とを含む。赤色、緑色、および青色光受取分岐４３６、４３８、４４０は、第１の分岐導波管４０４の幹４４２に接続する（または代替として、エバネッセント結合される）。幹４４２は、第１の外部結合ファセット４３４に延在する。外部結合ファセット４３４は、幹４４２の配向に対して４５度で角度付けられる全内部反射（ＴＩＲ）表面である。第１の外部結合ファセット４３４は、光をガラススラブ４０２の平面から外に反射偏向させる。外部結合ファセットは、図３Ａおよび図３Ｂにおける統合された光学導波管チップ３４０内では、出力ポートとも称されることに留意されたい。
【００７７】
第２、第３、および第４の分岐導波管４０６、４０８、４１０は、説明されたような第１の分岐導波管４０４のものと同一構造を有するが、それに隣接してそれらが位置付けられる個別の側４１４、４１６、４１８と整列するように、それに対して回転される。第２、第３、および第４の分岐導波管４０６、４０８、および４１０は、それぞれ、第２の外部結合ファセット４４４、第３の外部結合ファセット４４６、および第４の外部結合ファセット４４８に結合する。代替的な実施形態によると、他の波長で放出するレーザダイオードおよび関連付けられた光受取分岐も、光エンジン４００が３つを上回る（ＲＧＢ）波長チャネルを提供するように、光エンジン４００に追加されることができる。例えば、付加的チャネルは、眼追跡システムのための照明を提供することにおいて有用な赤外線光であり得る。
【００７８】
図５は、図４における外部結合ファセット４３４を通した断面線５−５’に沿った断片断面立面図である。図５はまた、スラブ４０２と、第１の分岐導波管４０４の幹４４２とを示す。ファセット４３４は、光をファセット４３４から外に上向きに反射させるように構成される。
【００７９】
図６は、別の実施形態による、統合された導波管チップ６００の平面図である。赤色レーザバー６０２、緑色レーザバー６０４および青色レーザバー６０６は、それぞれ、その中に導波管６１６のネットワークが形成される、ガラススラブ６１４の赤色入力側６０８、緑色入力側６１０、および青色入力側６１２に近接して配列される。赤色レーザバー６０２は、４つの別個に制御可能な赤色レーザダイオード６０２Ａ、６０２Ｂ、６０２Ｃ、および６０２Ｄを含む。同様に、緑色レーザバー６０４は、４つの別個に制御可能な緑色レーザダイオード６０４Ａ、６０４Ｂ、６０４Ｃ、および６０２Ｄを含む。同様に、青色レーザバー６０６は、４つの別個に制御可能な青色レーザダイオード６０６Ａ、６０６Ｂ、６０６Ｃ、および６０６Ｄを含む。４つの出力ファセット６０８Ａ、６０８Ｂ、６０８Ｃおよび６０８Ｄは、ガラススラブ６１４内に画定される。出力ファセット６０８Ａ、６０８Ｂ、６０８Ｃおよび６０８Ｄは、図５に示される出力ファセット４３４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６０２、６０４、６０６の各々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６１６のネットワークを通して、出力ファセット６０８Ａ、６０８Ｂ、６０８Ｃ、および６０８Ｄの各々に結合される。代替実施形態によると、異なる波長（例えば、赤外線）で動作し得る別のレーザバーが、ガラススラブ６１４の第４の側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６１６のネットワークを介して、出力ファセット６０８Ａ、６０８Ｂ、６０８Ｃ、および６０８Ｄに光学的に結合されてもよい。
【００８０】
図７Ａおよび図７Ｂは、いくつかの実施形態による、コリメートされていない入射光源からのコリメートされた走査反射光ビームを提供する走査放物面ミラーを図示する。図７Ａは、コリメートされた走査反射光ビーム７０２をコリメートされていない入射光源７０３から提供する放物面ミラー７０１を図示するシミュレートされた光トレースを示す。図７Ｂは、コリメートされていない入射光源７１３からのコリメートされた走査反射光ビーム７２１、７２２、および７２３を提供する走査放物面ミラー７１０を図示するシミュレートされた光トレースを示す。光ビーム７２１は、第１の位置７１１における走査ミラー７１０を用いて反射された光ビームを表す。光ビーム７２２は、第２の位置７１２における走査ミラー７１０を用いて反射された光ビームを表す。光ビーム７２３は、第３の位置７１３における走査ミラー７１０を用いて反射された光ビームを表す。図７Ｂに示されるように、走査ミラーが回転するにつれて、反射された光ビームは、コリメートされたままである。図７Ａおよび図７Ｂはまた、これらの実施例におけるミラーの焦点距離が約１．５ｍｍであることを示し、これは、拡張現実眼鏡のための小パッケージを可能にすることができる。
【００８１】
図８Ａおよび図８Ｂは、ある実施形態による、走査ミラー８０４上のフレネルミラー表面８０２によるマルチポート式の統合された光学導波管チップ（３４０、４００、図８Ａ〜図８Ｂに示されない）から放出される光のコリメーションの光線トレース分析の結果を図示する。フある実施形態によると、レネルミラー表面８０２を伴う走査ミラー８０４が、図３Ａおよび図３Ｂにおける放物面走査ミラー表面３５１の代わりに、使用される。図８Ａは、マルチポート式の統合された光学導波管チップの複数のポートによって放出され、走査ミラー８０４のフレネルミラー表面８０２上に入射する光を図示する。３つのポートの位置は、参照番号８０６Ａ、８０６Ｂ、および８０６Ｃによって示される。図８Ａでは不可視である第４のポートの位置は、垂直中心位置８０６Ｂの背後の図面シートの平面の背後に位置付けられ得る。垂直中心位置８０６Ｂは、例えば、下側位置８０６Ｃおよび上側位置８０６Ａに対して図面シートの平面から垂直に外向きに変位されてもよいことに留意されたい。
【００８２】
図８Ｂは、フレネルミラー表面８０２によって反射されたコリメートされた光が、約１００ｍｍの距離にわたってコリメートされたままであり得ることを図示する。使用時、フレネルミラー表面８０２によってコリメートされた光は、ＩＣＧ３２１に到達する前に、短距離のみ伝搬することに留意されたい。図８Ａおよび図８Ｂは、同一の光線伝搬経路の２つの部分を示すことに留意されたい。図８Ａは、統合された光学導波管チップ（図３Ａおよび図３Ｂにおける３４０または図４における４００）のポート８０６Ａ、８０６Ｂ、および８０６Ｃの位置からフレネルミラー表面８０２までの光線伝搬経路の第１の部分を示し、図８Ｂは、フレネルミラー表面８０２からＩＣＧ３２１の方向に戻る光線伝搬経路の第２の部分８１６Ａ、８１６Ｂ、および８１６Ｃを示す。図８Ｂにおける光線経路は、コリメーションの程度を図示するために、ＩＣＧの位置を越えて延在されることに留意されたい。実際は、コリメートされた光線は、ＩＣＧにおいて、接眼レンズ導波管３１０内の全内部反射のための臨界角を上回る角度に偏向される。使用時、ＩＣＧは、３つのポート８０６Ａ、８０６Ｂ、および８０６Ｃの位置の左に位置付けられる。
【００８３】
図９Ａは、フレネルレンズ表面プロファイルをプロットする。垂直軸は、２πラジアンの周期における位相を示し、水平長は、ＡＲまたはＶＲ用途のために適切な約数ミリメートルのフレネルレンズの表面を横断したミリメートル単位の位置である。図９Ｂは、図９Ａのフレネルレンズの縁の近傍の部分の拡大図である。上記に説明されるように、フレネルレンズは、複数のセクションを含むことができる。図９Ｂは、フレネルミラーの縁における２π周期を示す。垂直軸は、２πラジアンの周期における位相を示し、水平長は、フレネルレンズの表面を横断したミリメートル単位の位置である。所望の焦点距離を達成するために必要とされるフレネル反射体上の最小特徴は、約１．８μｍであり得、これは、利用可能な加工技術の能力内であることが分かる。
【００８４】
図１０は、いくつかの実施形態による、導波管ディスプレイ内に画像を表示するための方法１０００を図示するフローチャートである。図１０に示されるように、１０１０では、導波管ディスプレイ内に画像を表示するための方法１０００は、複数の点光源から光を放出することを含む。複数の点光源は、異なる光源を含むことができる。例えば、複数の点光源は、図３Ａ〜図３Ｃ、図４〜図５、および図６に関連して上記に説明されるように、統合された光学導波管チップ内に提供されることができる。図３Ａに示されるように、統合された光学導波管チップ３４０は、４つのセットの赤色、緑色、および青色（ＲＧＢ）レーザダイオード３４１Ａ〜３４１Ｄから光を受け取ることができる。統合された光学導波管チップ３４０は、ガラス、半導体、または他の材料の基板を用いて作製されることができる。複数の光学導波管は、レーザダイオードからの光を出力ポートに誘導するために、基板内に形成されることができる。出力ポートは、基板内に構成されるファセットによって形成されることができる。この場合、出力ポートは、統合された光学導波管チップから外に光を放出するための点源として機能することができる。
【００８５】
別の実施例では、図６に示されるように、統合された光学導波管チップ６４０は、チップの３つの側に取り付けられる３つのレーザダイオードバー（すなわち、複数の赤色レーザダイオードを伴う赤色レーザダイオードバー６７１、複数の緑色レーザダイオードを伴う緑色レーザダイオードバー６７２、および、複数の青色レーザダイオードを伴う青色レーザダイオードバー６７３）を有する。統合された光学導波管チップ６４０はまた、出力光を提供するための出力ポート６４４を有する。図３Ａにおける統合された光学導波管チップ３４０と同様に、統合された光学導波管チップ６４０は、ガラス、半導体、または他の材料の基板を用いて作製されることができる。出力ポートは、基板内に形成されるファセットまたは外部結合ミラーによって形成されることができ、統合された光学導波管チップから外に光を放出するための点源として機能することができる。
【００８６】
点光源から放出される光は、コリメートされていないことがあり得る。例えば、点光源から放出される光は、光の発散光束を形成する。複数の点光源の各々は、光の発散光束の中心に対応する異なる放出方向を有することができる。点光源は、走査ミラーに向かって光を放出するように構成される。本明細書で使用される場合、点光源は、コリメートされていない（発散する）光を放出する光源を指し得る。
【００８７】
１０２０では、方法１０００はまた、正の屈折力を伴う表面を有する走査ミラーにおいて、複数の点光源によって放出される光を傍受することを含む。正の屈折力を伴う表面は、複数の点光源によって放出される光をコリメートし、複数のコリメートされた光ビームを生産するように構成される。正の屈折力を伴う走査ミラーの実施例は、図３Ａ〜図３Ｃ、図６、および図７Ａ〜図９Ｂに関連して上記に説明される。例えば、図３Ａに示されるように、走査ミラーは、接眼レンズ導波管３１０の入力ポートに近接して位置付けられる、正の屈折力を伴う表面を有する２次元（２−Ｄ）走査ミラー３５０（例えば、放物面ミラー表面３５１またはフレネル反射体）であり得る。走査ミラー３５０は、ピッチ軸３５３およびロール軸３５４を伴うフレーム３５２上に搭載される２次元走査ミラー（例えば、放物面ミラー表面３５１）であり得る。ミラーは、ｘ方向およびｙ方向に回転し、２−Ｄスキャナを形成するように構成されることができる。
【００８８】
１０３０では、方法１０００は、走査ミラーを使用して、コリメートされた光ビームを走査することを含む。走査ミラーは、光源からのコリメートされていない光をコリメートするように構成される。走査ミラーは、画像を形成するために、コリメートされた光ビームを走査し、それによって、接眼レンズ導波管の内部結合要素上に入射する光の角度を変化させるように構成される。
【００８９】
１０４０では、方法１０００はまた、走査ミラーからの複数のコリメートされた光ビームを接眼レンズ導波管の入力ポート内において受け取ることを含み、１０５０では、コリメートされた光を接眼レンズ導波管の出力ポートから外に結合し、それによって、ユーザからある距離（例えば、無限遠からより近い距離に及ぶ）に仮想画像を形成することを含む。接眼レンズ導波管の実施例は、図３Ａおよび図３Ｂに関連して上記に説明される。例えば、接眼レンズ導波管３１０は、入力結合格子（ＩＣＧ）３２１と、直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）３２２と、射出瞳エクスパンダ（ＥＰＥ）３２３とを有することができる。入力結合格子（ＩＣＧ）、直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）、および射出瞳エクスパンダ（ＥＰＥ）は、光学導波管上に形成される格子の形態をとることができる。接眼レンズ導波管３１０は、異なる角度で走査ミラーから光のビームを受け取るように構成される入力ポート（例えば、ＩＣＧ）を有することができる。いくつかの実施形態では、複数の点光源は、接眼レンズ導波管の入力ポートを覆う統合された光学導波管チップ内に配置されることができ、走査ミラーは、統合された光学導波管チップを覆うように配置されることができる。この構成では、走査ミラーからの複数のコリメートされた光ビームは、走査ミラーを通して、接眼レンズ導波管の入力ポートに透過されることができる。
【００９０】
図３Ｂに示されるように、走査ミラーからのコリメートされた光（３４６Ａおよび３４６Ｄのみ可視である）は、ＩＣＧ３２１によって、接眼レンズ導波管３１０の中に内部結合される。接眼レンズ導波管３１０は、異なる色のための複数の光学導波管のスタックを有することができる。内部結合された光３４８は、全内部反射によって、接眼レンズ導波管３１０内を伝搬し、次いで、直交瞳エクスパンダに外部結合され、ひいては、図３Ｂでは不可視である射出瞳エクスパンダ（ＥＰＥ）に結合される。ＥＰＥは、ユーザ眼位置３３０から視認されることができる画像を投影するように構成される。
【００９１】
いくつかの実施形態では、複数のコリメートされた光ビームの各々は、合成視野（ＦＯＶ）の一部を通して走査され、接眼レンズ導波管を通して結合される。図３Ａおよび図３Ｂに説明されるように、光の４つの発散入射ＲＧＢ列が、走査ミラー上に入射する。ミラーは、それらを別個にコリメートし、異なる方向に進む４つのコリメートされたビームを出力する。ミラー走査を用いることにより、画像をＦＯＶの４つの４分の１内に形成することができる。任意の瞬間、４つのコリメートされた光ビームの各々は、異なる角度で指向される。この実施例では、完全画像は、視野の４つの象限内の４つのＲＧＢビーム走査によって走査される。４つの走査光ビームの組み合わせは、４つの象限３７１〜３７４を伴うタイル状にされた画像を図３Ｃにおける拡大された合成視野３７６内に提供するように構成される。
【００９２】
図１０に図示される具体的なステップは、本発明の別の実施形態による、導波管ディスプレイ内に画像を表示する特定の方法を提供することを理解されたい。ステップの他のシーケンスもまた、代替実施形態に従って実施されてもよい。例えば、本発明の代替実施形態は、上記に概略されたステップを異なる順序で実施してもよい。さらに、図１０に図示される個々のステップは、個々のステップの必要に応じて、種々のシーケンスで実施され得る複数のサブステップを含んでもよい。さらに、付加的ステップが、特定の用途に応じて、追加または除去されてもよい。当業者は、多くの変形例、改変、および代替を認識する。
【００９３】
上記の実施例では、４つのセットの走査光ビームが、４つの象限を伴うタイル状にされる画像を提供し、拡大された合成視野を形成するように構成される。他の実施形態では、異なる数の走査光ビームが、異なるサイズおよび形状の拡大された合成視野を形成するために使用されることができる。
【００９４】
上記に説明される画像ディスプレイシステムは、例えば有線導線または無線コネクティビティによって、種々の構成（例えば、フレームに固定して取り付けられる、ユーザによって装着されるヘルメットまたは帽子に固定して取り付けられる、ヘッドホンに内蔵される、または他の態様でユーザに取り付けられる）において搭載され得る、データ処理モジュールに動作可能に結合されてもよい。データ処理モジュールは、データおよび／または画像情報を分析および処理するように構成される１つまたは複数のプロセッサを含んでもよい。例えば、合成視野の部分毎の画像情報が、光源および走査ミラーを動作させ、大きな合成視野内の画像の表示を制御するために使用されることができる。
【００９５】
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、本発明がこれらの実施形態のみに限定されないことが明確である。多数の改変、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、当業者に明白である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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