(57)【要約】  レーザ走査に基づくウェアラブルヘッドアップディスプレイ（「ＷＨＵＤ」）における射出瞳複製によるアイボックス拡張のためのシステム、機器、及び方法が記載されている。本明細書に記載されているＷＨＵＤは、レーザ走査式プロジェクタ（「ＳＬＰ」）と、ホログラフィックコンバイナと、それらの間の光路に位置付けられた光学複製器と、を含む。ＳＬＰにより生成された各光信号について、光学複製器は、この光信号を受け取り、光信号のＮ＞１個のインスタンスの各々１つを、実用的には、ＳＬＰに関する空間的に分離されたＮ個の仮想位置のそれぞれ１つからホログラフィックコンバイナへと方向転換させる。ホログラフィックコンバイナは、光信号のＮ個のインスタンスの各々１つを使用者の眼における空間的に分離されたＮ個の射出瞳のそれぞれ１つに収束させる。このようにして、射出瞳の複数のインスタンスが眼の面積にわたって分散され、ＷＨＵＤのアイボックスが拡張される。
2018506744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェアラブルヘッドアップディスプレイであって、
使用時に使用者の頭部に装着される支持構造と、
前記支持構造により担持されるレーザ走査式プロジェクタと、
前記支持構造により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使用者の前記頭部に装着されたときに前記使用者の片眼の視野内に位置付けられるホログラフィックコンバイナと、
前記支持構造により担持され、前記レーザ走査式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光路内に位置付けられた光学複製器と、を含み、前記光学複製器は、前記レーザ走査式プロジェクタにより生成された光信号を受け取り、前記光信号のＮ個のインスタンスのそれぞれ１つを前記ホログラフィックコンバイナへと方向転換させるように配置された少なくとも１つの光学素子を含み、Ｎは１より大きい整数であり、前記ホログラフィックコンバイナは、前記光信号の前記Ｎ個のインスタンスの各々１つを前記使用者の前記眼へと方向転換させるような位置及び向きとされた少なくとも１つのホログラムを含むウェアラブルヘッドアップディスプレイ。
【請求項２】
前記ホログラフィックコンバイナの前記少なくとも１つのホログラムは、前記光信号の前記Ｎ個のインスタンスを、すべて相互に空間的に平行な状態で前記使用者の前記眼のそれぞれの領域へと方向転換させる、請求項１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３】
前記光学複製器の少なくとも１つの光学素子は、前記光信号の前記Ｎ個のインスタンスのそれぞれ１つを、実用的には、前記レーザ走査式プロジェクタに関する空間的に分離されたＮ個の仮想位置のそれぞれ１つから前記ホログラフィックコンバイナへと方向転換させるように配置される、請求項１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４】
前記支持構造は、眼鏡フレームの全体的形状と外観を有する、請求項１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５】
処方眼鏡レンズをさらに含み、前記ホログラフィックコンバイナは、前記処方眼鏡レンズにより担持される、
請求項４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６】
前記ホログラフィックコンバイナの前記少なくとも１つのホログラムは、前記光信号の前記Ｎ個のインスタンスの各々１つを前記使用者の前記眼における、又はその付近のＮ個の射出瞳のそれぞれ１つに収束させる、請求項１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７】
前記ホログラフィックコンバイナは、少なくともＮ個の多重ホログラムを含み、前記少なくともＮ個の多重ホログラムの各々１つは、前記光信号の前記Ｎ個のインスタンスのそれぞれ１つを前記使用者の前記眼における、又はその付近の前記Ｎ個の射出瞳のそれぞれ１つに収束させる、請求項６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８】
前記レーザ走査式プロジェクタは、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含み、
前記ホログラフィックコンバイナは、少なくとも１つの赤色ホログラム、少なくとも１つの緑色ホログラム、及び少なくとも１つの青色ホログラムを含む波長多重ホログラフィックコンバイナを含み、前記少なくとも１つの赤色ホログラムは前記光信号の前記Ｎ個のインスタンスの各々１つのそれぞれの赤色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近の前記Ｎ個の射出瞳のそれぞれ１つに収束させ、前記少なくとも１つの緑色ホログラムは前記光信号の前記Ｎ個のインスタンスの各々１つのそれぞれの緑色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近の前記Ｎ個の射出瞳のそれぞれ１つに収束させ、前記少なくとも１つの青色ホログラムは前記光信号の前記Ｎ個のインスタンスの各々１つのそれぞれの青色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近の前記Ｎ個の射出瞳のそれぞれの１つに収束させる、
請求項６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９】
前記ホログラフィックコンバイナは、少なくともＮ個の角度多重赤色ホログラム、少なくともＮ個の角度多重緑色ホログラム、及び少なくともＮ個の角度多重青色ホログラムを含む波長多重及び角度多重ホログラフィックコンバイナを含み、前記少なくともＮ個の角度多重赤色ホログラムの各々１つは、前記光信号の前記Ｎ個のインスタンスの各々１つのそれぞれの赤色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近の前記Ｎ個の射出瞳のそれぞれ１つに収束させ、前記少なくともＮ個の角度多重緑色ホログラムの各々１つは、前記光信号の前記Ｎ個のインスタンスの各々１つのそれぞれの緑色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近の前記Ｎ個の射出瞳のそれぞれ１つに収束させ、前記少なくともＮ個の角度多重青色ホログラムの各々１つは、前記光信号の前記Ｎ個のインスタンスの各々１つのそれぞれの青色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近の前記Ｎ個の射出瞳のそれぞれ１つに収束させる、請求項８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１０】
前記レーザ走査式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前記光路は、前記レーザ走査式プロジェクタの走査レンジθを含み、前記光学複製器の少なくとも１つの光学素子は、前記レーザ走査式プロジェクタによる前記走査レンジθのスイープに対応するすべての光信号を受け取り、前記レーザ走査式プロジェクタの前記走査レンジθの前記スイープに対応するすべての光信号のＮ個のインスタンスのそれぞれ１つを前記ホログラフィックコンバイナへと方向転換させるように配置される、請求項１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１１】
前記光信号は、少なくとも２つの画素を含む画像を含む、請求項１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】
前記光信号の前記Ｎ個のインスタンスの各々１つは、前記画像のそれぞれのインスタンスを含む、請求項１１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】
前記光信号の前記Ｎ個のインスタンスの各々１つは、同じ画像の異なるインスタンスにおける同じ画素のそれぞれのインスタンスを含む、請求項１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１４】
前記支持構造により担持され、前記使用者の前記眼の視線方向を判断するような位置及び向きとされているアイトラッカと、
前記支持構造により担持され、前記光学複製器と前記ホログラフィックコンバイナとの間の少なくとも１つの光路内に位置付けられた少なくとも１つの制御可能シャッタと、
をさらに含み、前記少なくとも１つの制御可能シャッタは、前記光学複製器により前記ホログラフィックコンバイナへと方向転換された前記光信号の前記Ｎ個のインスタンスの少なくとも１つを除くすべてを選択的に遮断するように制御可能であり、前記光信号の前記Ｎ個のインスタンスのうち、前記少なくとも１つの制御可能シャッタにより遮断されなかった前記少なくとも１つは、前記光信号の前記Ｎ個のインスタンスのうち、前記ホログラフィックコンバイナにより方向転換されるときに、前記アイトラッカにより判断された前記使用者の前記眼の前記視線方向に基づいて、前記ホログラフィックコンバイナにより前記使用者の前記眼の、前記使用者の前記眼の瞳孔を含む領域へと方向転換される前記少なくとも１つに対応する、
請求項１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１５】
ウェアラブルヘッドアップディスプレイの動作方法であって、前記ウェアラブルヘッドアップディスプレイは、レーザ走査式プロジェクタと、光学複製器と、前記ウェアラブルヘッドアップディスプレイが使用者の頭部に装着されたときに前記使用者の片眼の視野内に位置付けられるホログラフィックコンバイナと、を含む方法は、
前記レーザ走査式プロジェクタにより第一の光信号を生成するステップと、
前記光学複製器により前記第一の光信号のＮ個のインスタンスのそれぞれ１つを前記ホログラフィックコンバイナへと方向転換させるステップであって、Ｎは１より大きい整数であるステップと、
前記ホログラフィックコンバイナにより、前記光学複製器から受け取った前記第一の光信号の各インスタンスを前記使用者の前記眼へと方向転換させるステップと、
を含む方法。
【請求項１６】
前記光学複製器により前記レーザ走査式プロジェクタから前記第一の光信号を受け取るステップと、
前記光学複製器により前記第一の光信号を複製して前記第一の光信号のＮ個のインスタンスにするステップと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ホログラフィックコンバイナにより前記光学複製器から受け取った前記第一の光信号の各インスタンスを前記使用者の前記眼へと方向転換させるステップは、前記ホログラフィックコンバイナにより前記光学複製器から受け取った前記第一の光信号の各インスタンスを空間的に相互に平行な状態で前記使用者の前記眼のそれぞれの領域へと方向転換させるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記光学複製器により前記第一の光信号のＮ個のインスタンスのそれぞれ１つを前記ホログラフィックコンバイナへと方向転換させるステップは、前記光学複製器により前記第一の光信号のＮ個のインスタンスのそれぞれ１つを、実用的には、前記レーザ走査式プロジェクタに関する空間的に分離されたＮ個の仮想位置のそれぞれ１つから前記ホログラフィックコンバイナへと方向転換させるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記ホログラフィックコンバイナにより前記光学複製器から受け取った前記第一の光信号の各インスタンスを前記使用者の前記眼へと方向転換させるステップは、前記ホログラフィックコンバイナにより前記光学複製器から受け取った前記第一の光信号の各インスタンスを前記使用者の前記眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記ホログラフィックコンバイナは少なくとも２つの多重ホログラムを含み、前記ホログラフィックコンバイナにより前記光学複製器から受け取った前記第一の光信号の各インスタンスを前記使用者の前記眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップは、それぞれの多重ホログラムにより前記光学複製器から受け取った前記第一の光信号の各インスタンスを前記使用者の前記眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記レーザ走査式プロジェクタは、赤色レーザダイオード、緑色レーサダイオード、及び青色レーザダイオードを含み、
前記レーザ走査式プロジェクタにより生成される前記第一の光信号は、赤色成分、緑色成分、及び青色成分を含み、
前記ホログラフィックコンバイナは、少なくとも１つの赤色ホログラム、少なくとも１つの緑色ホログラム、及び少なくとも１つの青色ホログラムを含む波長多重ホログラフィックコンバイナを含み、それぞれの多重ホログラムにより前記光学複製器から受け取った前記第一の光信号の各インスタンスを前記使用者の前記眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップは、
前記少なくとも１つの赤色ホログラムにより、前記光学複製器から受け取った前記第一の光信号の各インスタンスのそれぞれの赤色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップと、
前記少なくとも１つの緑色ホログラムにより、前記光学複製器から受け取った前記第一の光信号の各インスタンスのそれぞれの緑色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップと、
前記少なくとも１つの青色ホログラムにより、前記光学複製器から受け取った前記第一の光信号の各インスタンスのそれぞれの青色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップと、
を含む、
請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記ホログラフィックコンバイナは、少なくとも２個の角度多重赤色ホログラム、少なくとも２個の角度多重緑色ホログラム、及び少なくとも２個の角度多重青色ホログラムを含む波長多重及び角度多重ホログフィックコンバイナを含み、
前記少なくとも１つの赤色ホログラムにより前記光学複製器から受け取った前記第一の光信号の各インスタンスのそれぞれの赤色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップは、それぞれの角度多重赤色ホログラムにより前記光学複製器から受け取った前記第一の光信号の各インスタンスのそれぞれの赤色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップを含み、
前記少なくとも１つの緑色ホログラムにより前記光学複製器から受け取った前記第一の光信号の各インスタンスのそれぞれの緑色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップは、それぞれの角度多重緑色ホログラムにより前記光学複製器から受け取った前記第一の光信号の各インスタンスのそれぞれの緑色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップを含み、
前記少なくとも１つの青色ホログラムにより前記光学複製器から受け取った前記第一の光信号の各インスタンスのそれぞれの青色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップは、それぞれの角度多重青色ホログラムにより前記光学複製器から受け取った前記第一の光信号の各インスタンスのそれぞれの青色成分を前記使用者の前記眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップを含む、
請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記レーザ走査式プロジェクタにより少なくとも第二の光信号を生成するステップと、
前記光学複製器により前記少なくとも第二の光信号のＮ個のインスタンスのそれぞれ１つを前記ホログラフィックコンバイナへと方向転換させるステップと、
前記ホログラフィックコンバイナにより前記光学複製器から受け取った前記少なくとも第二の光信号の各インスタンスを前記使用者の前記眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
前記レーザ走査式プロジェクタにより走査レンジθのスイープに対応する光信号を生成するステップと、
前記光学複製器により前記レーザ走査式プロジェクタの前記走査レンジθに対応する前記光信号を受け取るステップと、
前記光学複製器により前記レーザ走査式プロジェクタの前記走査レンジθのＮ個のインスタンスのそれぞれ１つを前記ホログラフィックコンバイナへと方向転換させるステップと、
前記ホログラフィックコンバイナにより前記光学複製器から受け取った前記レーザ走査式プロジェクタの前記走査レンジθの各インスタンスを前記使用者の前記眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２５】
ウェアラブルヘッドアップディスプレイはアイトラッカと、少なくとも１つの制御可能シャッタと、をさらに含み、前記方法は、
前記使用者の前記眼の視線方向を前記アイトラッカにより判断するステップと、
前記少なくとも１つの制御可能シャッタにより前記光学複製器から前記ホログラフィックコンバイナへと方向転換された前記光信号の前記Ｎ個のインスタンスの少なくとも１つを除くすべてを選択的に遮断するステップと、
をさらに含み、
前記ホログラフィックコンバイナにより前記光学複製器から受け取った前記第一の光信号の各インスタンスを前記使用者の前記眼へと方向転換させるステップは、前記第一の光信号の前記Ｎ個のインスタンスのうち、前記少なくとも１つの制御可能シャッタにより遮断されない前記少なくとも１つについて、前記ホログラフィックコンバイナにより前記第一の光信号の前記Ｎ個のインスタンスの前記少なくとも１つを、前記アイトラッカにより判断された前記使用者の前記眼の前記視線方向に基づいて、前記使用者の前記眼のうち、前記使用者の前記眼の瞳孔を含む領域へと方向転換させるステップを含む、
請求項１５に記載の方法。
【請求項２６】
前記第一の光信号は、少なくとも２つの画素を含む画像を含み、前記光学複製器により前記第一の光信号のＮ個のインスタンスのそれぞれ１つを前記ホログラフィックコンバイナへと方向転換させるステップは、前記光学複製器により同じ画像のＮ個のそれぞれのインスタンスを前記ホログラフィックコンバイナへと方向転換させるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２７】
前記光学複製器により前記第一の光信号のＮ個のインスタンスのそれぞれ１つを前記ホログラフィックコンバイナへと方向転換させるステップは、前記光学複製器により同じ画像の異なるインスタンスにおける同じ画素のＮ個のそれぞれのインスタンスを前記ホログラフィックコンバイナへと方向転換させるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願のシステム、機器、及び方法は一般に、レーザ走査に基づく表示技術に関し、特にレーザ走査に基づくウェアラブルヘッドアップディスプレイのアイボックスの拡張に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、使用者の頭部に装着され、そのように装着されると、使用者の頭の位置又は向きに関係なく、少なくとも１つの電子表示が使用者の眼の少なくとも一方の可視域内に固定される電子機器である。ウェアラブルヘッドアップディスプレイは、使用者が表示された内容を見ることができるだけでなく、使用者からその外部環境が見えなくならないようにする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「表示用」コンポーネントは透明であるか、又は使用者の視野の周辺にあり、使用者からその外部環境が完全に見えなくならないようになっている。ウェアラブルヘッドアップディスプレイの例としては、わずかな例を挙げれば、Ｇｏｏｇｌｅ  Ｇｌａｓｓ（登録商標）、Ｏｐｔｉｎｖｅｎｔ  Ｏｒａ（登録商標）、Ｅｐｓｏｎ  Ｍｏｖｅｒｉｏ（登録商標）、及びＳｏｎｙ  Ｇｌａｓｓｔｒｏｎ（登録商標）が含まれる。
【０００３】
ウェアラブルヘッドアップディスプレイの光学性能は、その設計における重要な要素である。しかしながら、顔面装着型機器になると、使用者はまた、数多くの審美的な面も気にする。このことは、眼鏡（サングラスを含む）フレーム業界の巨大さからもよくわかる。その性能面での制限とは別に、ウェアラブルヘッドアップディスプレイの上記の例の多くが、消費者市場における牽引力の模索に苦戦しているが、その少なくとも１つの理由は、ファッション性の欠如である。現在までに提示されているほとんどのウェアラブルヘッドアップディスプレイが大型の表示用コンポーネントを採用しており、その結果、現在までに提示されているほとんど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顕著に大型で、スタイリッシュ性も劣る。
【０００４】
ウェアラブルヘッドアップディスプレイのデザインの課題は、顔面装着装置を小型化しながら、十分な視覚的品質で表示内容を提供することである。当業界では、使用者の外部環境を見る能力を制限せずに、使用者に高品質の画像を提供できる、審美上もより魅力的なデザインのウェアラブルヘッドアップディスプレイが求められている。
【０００５】
アイボックス
ライフルスコープやウェアラブルヘッドアップディスプレイ等の接眼光学機器において、その機器により提供される具体的な内容／映像が使用者から見える（機器自体に関する）眼位置の範囲は一般に、「アイボックス」と呼ばれる。内容／映像が１つの、又は狭い範囲の眼位置からしか見えない利用例は「小さいアイボックス」を有し、内容／映像が広い範囲の眼位置から見える利用例は「大きいアイボックス」を有する。アイボックスは、光学機器の付近にある空間の体積と考えてもよい。使用者の眼（より詳しくは、使用者の眼の瞳孔）がこの体積内に位置付けられ、機器と対面しているとき、使用者はその機器により提供される内容／映像のすべてを見ることができる。使用者の眼がこの体積の外に位置付けられているとき、使用者には機器により提供される内容／映像のうちの少なくとも一部が見えない。
【０００６】
アイボックスの幾何学（すなわち、大きさと形状）は、ウェアラブルヘッドアップディスプレイに関するユーザエクスピリエンスに大きな影響を与えうる重要な特性である。例えば、ウェアラブルヘッドアップディスプレイが小さいアイボックスを有し、その中心が、まっすぐ前方を見ている使用者の瞳孔にある時、使用者の視線がわずかに左、わずかに右、わずかに上、又はわずかに下等、わずかに中心からずれただけでも、ウェアラブルヘッドアップディスプレイにより表示される内容の一部又は全部が使用者から見て消失するかもしれない。さらに、小さいアイボックスを有するウェアラブルヘッドアップディスプレイが、そのアイボックスを一部の使用者にとって瞳孔と整列させるように設計されている場合、このアイボックスはどうしても他の使用者の瞳孔とは整列しないが、それは、すべての使用者の顔面構造が同じわけではないからである。ウェアラブルヘッドアップディスプレイがグランサブルディスプレイ（すなわち、常に見えるわけではなく、使用者が特定の方向で見たときにのみ見えるディスプレイ）を提供するように故意に設計されていないかぎり、一般的にはウェアラブルヘッドアップディスプレイが大きいアイボックスを有することが有利である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
大きいアイボックスを有するウェアラブルヘッドアップディスプレイを提供するための、実証済みの技術では一般に、より大型の光学コンポーネントをディスプレイに追加する必要がある。（従来の眼鏡フレームに関して）できるだけ小型のウェアラブルヘッドアップディスプレイで大きいアイボックスを提供できるようにする技術は、一般的に当業界にない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ウェアラブルヘッドアップディスプレイは、使用時に使用者の頭部に装着される支持構造と、支持構造により担持されるレーザ走査式プロジェクタと、支持構造により担持されるホログラフィックコンバイナであって、支持構造が使用者の頭部に装着されたときに使用者の片眼の視野内に位置付けられるホログラフィックコンバイナと、支持構造により担持され、レーザ走査式プロジェクタとホログラフィックコンバイナとの間の光路内に位置付けられた光学複製器と、を含み、光学複製器は、レーザ走査式プロジェクタにより生成された光信号を受け取り、光信号のＮ個のインスタンスのそれぞれ１つをホログラフィックコンバイナへと方向転換させるように配置された少なくとも１つの光学素子を含み、Ｎは１より大きい整数であり、ホログラフィックコンバイナは、光信号のＮ個のインスタンスの各々１つを使用者の眼へと方向転換させるような位置及び向きとされた少なくとも１つのホログラムを含む、と要約されてもよい。ホログラフィックコンバイナの少なくとも１つのホログラムは、光信号のＮ個のインスタンスを、すべて相互に空間的に平行な状態で使用者の眼のそれぞれの領域へと方向転換させてもよい。光学複製器の少なくとも１つの光学素子は、光信号のＮ個のインスタンスのそれぞれ１つを、実用的には、レーザ走査式プロジェクタに関する空間的に分離されたＮ個の仮想位置のそれぞれ１つからホログラフィックコンバイナへと方向転換させるように配置されてもよい。
【０００９】
支持構造は、眼鏡フレームの全体的形状と外観を有していてもよい。ウェアラブルヘッドアップディスプレイは、処方眼鏡レンズをさらに含んでいてもよく、ホログラフィックコンバイナは、処方眼鏡レンズにより担持されてもよい。
【００１０】
ホログラフィックコンバイナの少なくとも１つのホログラムは、光信号のＮ個のインスタンスの各々１つを使用者の眼における、又はその付近のＮ個の射出瞳のそれぞれ１つに収束させてもよい。ホログラフィックコンバイナは、少なくともＮ個の多重ホログラムを含んでいてもよく、少なくともＮ個の多重ホログラムの各々１つは、光信号のＮ個のインスタンスのそれぞれ１つを使用者の眼における、又はその付近のＮ個の射出瞳のそれぞれ１つに収束させてもよい。レーザ走査式プロジェクタは、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含んでいてもよく、ホログラフィックコンバイナは波長多重ホログラフィックコンバイナを含んでいてもよく、これは少なくとも１つの赤色ホログラム、少なくとも１つの緑色ホログラム、及び少なくとも１つの青色ホログラムを含む。この場合、少なくとも１つの赤色ホログラムは光信号のＮ個のインスタンスの各々１つのそれぞれの赤色成分を使用者の眼における、又はその付近のＮ個の射出瞳のそれぞれ１つに収束させてもよく、少なくとも１つの緑色ホログラムは光信号のＮ個のインスタンスの各々１つのそれぞれの緑色成分を使用者の眼における、又はその付近のＮ個の射出瞳のそれぞれ１つに収束させてもよく、少なくとも１つの青色ホログラムは光信号のＮ個のインスタンスの各々１つのそれぞれの青色成分を、使用者の眼における、又はその付近のＮ個の射出瞳のそれぞれの１つに収束させてもよい。ホログラフィックコンバイナは、波長多重及び角度多重ホログラフィックコンバイナを含んでいてもよく、これは少なくともＮ個の角度多重赤色ホログラム、少なくともＮ個の角度多重緑色ホログラム、及び少なくともＮ個の角度多重青色ホログラムを含み、少なくともＮ個の角度多重赤色ホログラムの各々１つは、光信号のＮ個のインスタンスの各々１つのそれぞれの赤色成分を使用者の眼における、又はその付近のＮ個の射出瞳のそれぞれ１つに収束させてもよく、少なくともＮ個の角度多重緑色ホログラムの各々１つは、光信号のＮ個のインスタンスの各々１つのそれぞれの緑色成分を使用者の眼における、又はその付近のＮ個の射出瞳のそれぞれ１つに収束させてもよく、少なくともＮ個の角度多重青色ホログラムの各々１つは、光信号のＮ個のインスタンスの各々１つのそれぞれの青色成分を使用者の眼における、又はその付近のＮ個の射出瞳のそれぞれ１つに収束させてもよい。
【００１１】
レーザ走査式プロジェクタとホログラフィックコンバイナとの間の光路は、レーザ走査式プロジェクタの走査レンジθを含んでいてもよく、光学複製器の少なくとも１つの光学素子は、レーザ走査式プロジェクタによる走査レンジθのスイープに対応するすべての光信号を受け取り、レーザ走査式プロジェクタの走査レンジθのスイープに対応するすべての光信号のＮ個のインスタンスのそれぞれ１つをホログラフィックコンバイナへと方向転換させるように配置されてもよい。
【００１２】
光信号は、少なくとも２つの画素を含む画像を含んでいてもよく、光信号のＮ個のインスタンスの各々１つはその画像のそれぞれのインスタンスを含んでいてもよい。あるいは、光信号のＮ個のインスタンスの各々１つは、同じ画像の異なるインスタンスにおける同じ画素のそれぞれのインスタンスを含む。
【００１３】
ウェアラブルヘッドアップディスプレイは、支持構造により担持され、使用者の眼の視線方向を判断するような位置及び向きとされているアイトラッカと、支持構造により担持され、光学複製器とホログラフィックコンバイナとの間の少なくとも１つの光路内に位置付けられた少なくとも１つの制御可能シャッタと、をさらに含んでいてもよく、少なくとも１つの制御可能シャッタは、光学複製器によりホログラフィックコンバイナへと方向転換された光信号のＮ個のインスタンスの少なくとも１つを除くすべてを選択的に遮断するように制御可能であり、光信号のＮ個のインスタンスのうち、少なくとも１つの制御可能シャッタにより遮断されなかった少なくとも１つは、光信号のＮ個のインスタンスのうち、ホログラフィックコンバイナにより方向転換されるときに、アイトラッカにより判断された使用者の眼の視線方向に基づいてホログラフィックコンバイナにより使用者の眼の、使用者の眼の瞳孔を含む領域へと方向転換される少なくとも１つに対応する。
【００１４】
ウェアラブルヘッドアップディスプレイの動作方法であって、ウェアラブルヘッドアップディスプレイは、レーザ走査式プロジェクタと、光学複製器と、ウェアラブルヘッドアップディスプレイが使用者の頭部に装着されたときに使用者の片眼の視野内に位置付けられるホログラフィックコンバイナと、を含む方法は、レーザ走査式プロジェクタにより第一の光信号を生成するステップと、光学複製器により第一の光信号のＮ個のインスタンスのそれぞれ１つをホログラフィックコンバイナへと方向転換させるステップであって、Ｎは１より大きい整数であるステップと、ホログラフィックコンバイナにより、光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスを使用者の眼へと方向転換させるステップと、を含むと要約されてよい。この方法は、光学複製器によりレーザ走査式プロジェクタから第一の光信号を受け取るステップと、光学複製器により第一の光信号を第一の光信号のＮ個のインスタンスに複製するステップと、をさらに含んでいてもよい。ホログラフィックコンバイナにより、光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスを使用者の眼へと方向転換させるステップは、ホログラフィックコンバイナにより、光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスを空間的に相互に平行な状態で使用者の眼のそれぞれの領域へと方向転換させるステップを含んでいてもよい。光学複製器により第一の光信号のＮ個のインスタンスのそれぞれ１つをホログラフィックコンバイナへと方向転換させるステップは、光学複製器により、第一の光信号のＮ個のインスタンスのそれぞれ１つを、実用的には、レーザ走査式プロジェクタに関する空間的に分離されたＮ個の仮想位置のそれぞれ１つからホログラフィックコンバイナへと方向転換させるステップを含んでいてもよい。
【００１５】
ホログラフィックコンバイナにより、光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスを使用者の眼へと方向転換させるステップは、ホログラフィックコンバイナにより、光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスを使用者の眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップを含んでいてもよい。ホログラフィックコンバイナは少なくとも２つの多重ホログラムを含んでいてもよく、ホログラフィックコンバイナにより、光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスを使用者の眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップは、それぞれの多重ホログラムにより、光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスを使用者の眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップを含んでいてもよい。
【００１６】
レーザ走査式プロジェクタは、赤色レーザダイオード、緑色レーサダイオード、及び青色レーザダイオードを含んでいてもよく、レーザ走査式プロジェクタにより生成される第一の光信号は、赤色成分、緑色成分、及び青色成分を含んでいてもよく、ホログラフィックコンバイナは波長多重ホログラフィックコンバイナを含んでいてよく、これは少なくとも１つの赤色ホログラム、少なくとも１つの緑色ホログラム、及び少なくとも１つの青色ホログラムを含む。この場合、それぞれの多重ホログラムにより光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスを使用者の眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップは、少なくとも１つの赤色ホログラムにより光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスのそれぞれの赤色成分を使用者の眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップと、少なくとも１つの緑色ホログラムにより光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスのそれぞれの緑色成分を使用者の眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップと、少なくとも１つの青色ホログラムにより光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスのそれぞれの青色成分を使用者の眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップと、を含んでいてもよい。ホログラフィックコンバイナは、波長多重及び角度多重ホログフィックコンバイナを含んでいてもよく、これは少なくとも２個の角度多重赤色ホログラム、少なくとも２個の角度多重緑色ホログラム、及び少なくとも２個の角度多重青色ホログラムを含む。この場合、少なくとも１つの赤色ホログラムによって光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスのそれぞれの赤色成分を使用者の眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップは、それぞれの角度多重赤色ホログラムにより光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスのそれぞれの赤色成分を使用者の眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップを含んでいてもよく、少なくとも１つの緑色ホログラムによって光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスのそれぞれの緑色成分を使用者の眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップは、それぞれの角度多重緑色ホログラムにより光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスのそれぞれの緑色成分を使用者の眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップを含んでいてもよく、少なくとも１つの青色ホログラムによって光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスのそれぞれの青色成分を使用者の眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップは、それぞれの角度多重青色ホログラムにより光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスのそれぞれの青色成分を使用者の眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップを含んでいてもよい。
【００１７】
方法は、レーザ走査式プロジェクタにより少なくとも第二の光信号を生成するステップと、光学複製器により少なくとも第二の光信号のＮ個のインスタンスのそれぞれ１つをホログラフィックコンバイナへと方向転換させるステップと、ホログラフィックコンバイナにより、光学複製器から受け取った少なくとも第二の光信号の各インスタンスを使用者の眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップと、をさらに含んでいてもよい。
【００１８】
方法は、レーザ走査式プロジェクタにより走査レンジθのスイープに対応する光信号を生成するステップと、光学複製器によりレーザ走査式プロジェクタの走査レンジθに対応する光信号を受け取るステップと、光学複製器によりレーザ走査式プロジェクタの走査レンジθのＮ個のインスタンスのそれぞれ１つをホログラフィックコンバイナへと方向転換させるステップと、ホログラフィックコンバイナにより、光学複製器から受け取ったレーザ走査式プロジェクタの走査レンジθの各インスタンスを使用者の眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させるステップと、をさらに含んでいてもよい。
【００１９】
ウェアラブルヘッドアップディスプレイは、アイトラッカと、少なくとも１つの制御可能シャッタと、をさらに含んでいてもよく、方法は、使用者の眼の視線方向をアイトラッカにより判断するステップと、少なくとも１つの制御可能シャッタにより光学複製器からホログラフィックコンバイナへと方向転換された光信号のＮ個のインスタンスの少なくとも１つを除くすべてを選択的に遮断するステップと、をさらに含む。この場合、ホログラフィックコンバイナにより、光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスを使用者の眼へと方向転換させるステップは、第一の光信号のＮ個のインスタンスのうち、少なくとも１つの制御可能シャッタにより遮断されない少なくとも１つについて、ホログラフィックコンバイナにより、第一の光信号のＮ個のインスタンスのその少なくとも１つを、アイトラッカにより判断された使用者の眼の視線方向に基づいて、使用者の眼のうち、使用者の眼の瞳孔を含む領域へと方向転換させるステップを含んでいてもよい。
【００２０】
第一の光信号は、少なくとも２つの画素を含む画像を含んでいてもよく、光学複製器により第一の光信号のＮ個のインスタンスのそれぞれ１つをホログラフィックコンバイナへと方向転換させるステップは、光学複製器により同じ画像のＮ個のそれぞれのインスタンスをホログラフィックコンバイナへと方向転換させるステップを含んでいてもよい。
【００２１】
光学複製器により第一の光信号のＮ個のインスタンスのそれぞれ１つをホログラフィックコンバイナへと方向転換させるステップは、光学複製器により同じ画像の異なるインスタンスにおける同じ画素のＮ個のそれぞれのインスタンスをホログラフィックコンバイナへと方向転換させるステップを含んでいてもよい。
【００２２】
図中、同じ参照番号は同様の要素又は動作を示す。図中の要素の大きさと相対位置は、必ずしも正しい縮尺で描かれているとはかぎらない。例えば、各種の要素の形状と角度は必ずしも正しい縮尺で描かれているとはかぎらず、これらの要素のいくつかは、図面を見やすくするために任意で拡大され、位置付けられている。さらに、図の要素の特定の形状は必ずしもその特定の要素の実際の形状に関するいかなる情報も提供することが意図されているとはかぎらず、図面の中で認識しやすいように選択されているにすぎない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本願のシステム、機器、及び方法による、光学的に複製された複数の射出瞳で構成される大きいアイボックスを提供するウェアラブルヘッドアップディスプレイの一部切欠き斜視図である。
【図２Ａ】本願のシステム、機器、及び方法による、射出瞳複製によるアイボックス拡張を示す動作中のウェアラブルヘッドアップディスプレイの説明図を示す。
【図２Ｂ】本願のシステム、機器、及び方法による図２Ａのウェアラブルヘッドアップディスプレイの説明図であり、レーザ走査式プロジェクタの走査レンジθのスイープに関する射出瞳複製によるアイボックス拡張を示す。
【図２Ｃ】本願のシステム、機器、及び方法による図２Ａ及び２Ｂのウェアラブルヘッドアップディスプレイの説明図であり、同じ表示内容のそれぞれのインスタンスが相互に空間的に平行な状態でそれぞれの射出瞳へと投射される、射出瞳複製によるアイボックス拡張を示す。
【図３Ａ】本願のシステム、機器、及び方法による動作中のウェアラブルヘッドアップディスプレイの説明図であり、射出瞳複製によるアイボックス拡張と制御可能シャッタ機構を示す。
【図３Ｂ】本願のシステム、機器、及び方法による図３Ａのウェアラブルヘッドアップディスプレイの説明図であり、レーザ走査式プロジェクタの走査レンジθのスイープに関する制御可能シャッタの動作を示す。
【図４】本願のシステム、機器、及び方法による、使用者の眼における、又はその付近の空間的に分離された４つの射出瞳を含む拡張されたアイボックスを形成するための、複製された光信号の４つのンスタンスを収束させる例示的なホログラフィックコンバイナを２次元で示す説明図である。
【図５】本願のシステム、機器、及び方法による、例示的な光学複製器を用いた射出瞳複製によるアイボックス拡張を示す、動作中の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】本願のシステム、機器、及び方法によるウェアラブルヘッドアップディスプレイの動作方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下の説明の中で、特定の具体的詳細事項が、各種の実施形態を十分に理解できるようにするために示されている。しかしながら、当業者であれば、実施形態はこれらの具体的な詳細事項の１つもしくは複数がなくても、又は他の方法、構成要素、材料その他でも実施できることがわかるであろう。あるいはまた、携帯電子機器及び頭部装着機器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がないように、詳しく図示又は説明されていない。
【００２５】
文脈から別の解釈が必要な場合を除き、以下の明細書及び特許請求の範囲全体を通じて、「〜を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及びその変化形（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）は非限定的で包括的な意味、すなわち「〜を含むがこれに限定されない」と解釈されるものとする。
【００２６】
本明細書全体を通じて「１つの実施形態」又は「ある実施形態」への言及は、特定の特徴、構造、又は特性を１つ又は複数の実施形態においてあらゆる適当な方法で組み合わせてもよいことを意味する。
【００２７】
本明細書及び付属の特許請求の範囲の中で使用されるかぎり、単数形の冠詞（ａ、ａｎ、ｔｈｅ）は、文脈上、明らかにそうでない場合を除き、複数の指示対象を含む。また、「又は（ｏｒ）」という用語は一般に、文脈上、明らかにそうでない場合を除き、その最も広い意味で、すなわち「及び／又は」を意味するものとして使用されている点にも留意すべきである。
【００２８】
本明細書において提供されている見出し及び開示の要約は、便宜上設けられているにすぎず、実施形態の範囲又は意味を解釈しない。
【００２９】
本明細書に記載されている各種の実施形態は、レーザ走査に基づくウェアラブルヘッドアップディスプレイ（ＷＨＵＤ）のアイボックス拡張のためのシステム、機器、及び方法を提供する。一般に、レーザ走査に基づくＷＨＵＤは、レーザ走査式プロジェクタ（ＳＬＰ）が使用者の眼にラスタスキャンを描画する仮想網膜ディスプレイの形態である。さらに別の方策がなければ、ＳＬＰはディスプレイの射出瞳と呼ばれる固定領域に光を投影する。使用者に表示内容が見えるようにするには、射出瞳は典型的に、使用者の眼の入射瞳と整列し、それによって包囲され、又はそれと重複する必要がある。使用者にＳＬＰのフル走査レンジ（すなわち、ディスプレイのフル解像度及び／又は視野全体）が見えるのは、ディスプレイの射出瞳が眼の入射瞳の中に完全に含まれる時である。この理由で、レーザ走査に基づくＷＨＵＤは典型的に、使用者の眼の入射瞳の予想される大きさと等しいか、それより小さい、比較的小さい射出瞳（例えば、直径約４ｍｍ以下）を採用する。
【００３０】
レーザ走査に基づくＷＨＵＤのアイボックスは、使用者の眼における、又はその付近のディスプレイの射出瞳の幾何学により画定される。最大の表示解像度及び／又は視野を実現するために小さい射出瞳を採用するレーザ走査式ＷＨＵＤには典型的に、アイボックスが比較的小さいという欠点がある。例えば、射出瞳は使用者の眼の中心と整列されているかもしれず、それによって使用者がまっすぐ前を見ているときには眼の瞳孔は「アイボックス内」にあるが、使用者が中心以外のどこかをちらりと見ると、眼の瞳孔は急にアイボックスから出るかもしれない。より大きいアイボックスは、射出瞳の大きさを増大させることによって実現されるかもしれないが、典型的には、それと引き換えに表示の解像度及び／又は視野が低下、縮小する。本願のシステム、機器、及び方法によれば、レーザ走査に基づくＷＨＵＤのアイボックスは、比較的小さい射出瞳を光学的に複製し、射出瞳の複数のコピー又はインスタンスを、１つの射出瞳そのものの面積と比較して、使用者の眼の比較的より大きい面積にわたり空間的に分散させることによって拡張されてもよい。このようにして、ディスプレイの射出瞳の少なくとも１つの完全なインスタンス（１つのインスタンス全体か、複数のインスタンスのそれぞれの部分の組合せの何れか）が、使用者のある視線方向範囲に対応する、ある眼位置範囲の各々に関する眼の瞳孔の周辺の内側に含められるかもしれない。換言すれば、本願のシステム、機器、及び方法は、レーザ走査に基づくＷＨＵＤにおける射出瞳複製によるアイボックス拡張を説明する。
【００３１】
本明細書及び付属の特許請求の範囲の全体を通じて、「複製」という用語は一般に、実質的に同じ物（例えば、射出瞳）の複数のインスタンスが生成される状況を指すために（例えば、「射出瞳複製」という文脈の中で）使用される。「射出瞳複製」という用語は一般に、射出瞳の同時の（例えば、時間的に平行する）インスタンスを生成する手法のほか、射出瞳の連続的な（例えば、時間的に逐次的の、又は「反復される」）インスタンスを生成する手法を包含することが意図される。
【００３２】
図１は、本願のシステム、機器、及び方法による、光学的に複製された複数の射出瞳で構成される大きいアイボックスを提供するＷＨＵＤ１００の一部切欠き斜視図である。ＷＨＵＤ１００は支持構造１１０を含み、これは使用時に使用者の頭部に装着され、眼鏡（例えばサングラス）のフレームの全体的形状と外観を有する。支持構造１１０は複数の構成要素を担持し、それにはＳＬＰ１２０、ホログラフィックコンバイナ１３０、及び光学複製器１５０が含まれる。ＳＬＰ１２０と光学複製器１５０の一部は、支持構造１１０の内側空間の中に収容されていてもよいが、図１は一部切欠き図を提供しており、支持構造１１０の領域が取り除かれて、ＳＬＰ１２０と光学複製器１５０の、本来であれば隠れているかもしれない部分が見えるようになっている。
【００３３】
本明細書及び付属の特許請求の範囲の全体を通じて、「担持する（ｃａｒｒｉｅｓ）」という用語とその変化形「〜によって担持される（ｃａｒｒｉｅｄ  ｂｙ）」は一般に、２つの物体間の物理的連結を指すために使用される。物理的連結は、直接的な物理的連結（すなわち、２つの物体間の直接的な物理的接触がある）でも、１つ又は複数の別の物体を介しているかもしれない間接的な物理的連結でもよい。それゆえ、担持するという用語と「〜によって担持される」という変化形は、あらゆる方法による直接的及び間接的物理的連結を概して包含するものであり、これには「〜の上に担持される」、「〜の中に担持される」、「〜に物理的に連結される」、及び／又は「〜によって支持される」ことが含まれるがこれらに限定されず、それらの間に何れの数の中間的な物理的物体があってもなくてもよい。
【００３４】
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）と、少なくとも１つの走査ミラー（例えば、１つの２次元走査ミラー又は２つの１次元走査ミラーであり、これは例えばＭＥＭＳ型でもピエゾ型でもよい）を含んでいてもよい。ＳＬＰ１２０は、プロセッサにより実行されたときに、プロセッサにＳＬＰ１２０の動作を制御させるようなプロセッサ実行可能データ及び／又は命令を記憶したプロセッサ及び非一時的プロセッサ読取り可能記憶媒体もしくはメモリに通信可能に連結されてもよい（及び支持構造１１０がさらにこれを担持してもよい）。説明しやすくするために、図１において、プロセッサ又はメモリは引き出し線で示されていない。
【００３５】
ホログラフィックコンバイナ１３０は、支持構造１１０が使用者の頭部に装着されたときに、使用者の少なくとも片眼の視野内に位置付けられる。ホログラフィックコンバイナ１３０は、使用者の環境からの光（すなわち、「環境光」）が使用者の眼へと透過できるのに十分な光学的透過性を有する。図１に示される例において、支持構造１１０はさらに、透明な眼鏡レンズ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は少なくとも１層のホログラフィック材料を含み、これは眼鏡レンズ１４０に接着され、固定され、それと積層され、その中もしくは上に担持され、又はそれ以外にそれと一体化される。少なくとも１層のホログラフィック材料は、Ｂａｙｅｒ  ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ  ＡＧから入手可能なＢａｙｆｏｌ（登録商標）ＨＸ又はハロゲン化銀組成物等のフォトポリマフィルムを含んでいてもよく、例えば米国仮特許出願第６２／２１４，６００号明細書に記載されている技術の何れを使って透明レンズ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、少なくとも１層のホログラフィック材料の中又は上に少なくとも１つのホログラムを含む。支持構造１１０が使用者の頭部に装着されたときにホログラフィックコンバイナ１３０が使用者の片眼の視野の中に位置付けられた状態で、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から発せられた光を使用者の眼に向かって方向転換させるように位置付けられ、方向付けられる。特に、少なくとも１つのホログラムは、ＳＬＰ１２０から発せられる光信号を受け取り、これらの光信号を使用者の眼における、又はその付近の少なくとも１つの射出瞳に収束させるように位置付けられ、方向付けられる。
【００３６】
光学複製器１５０は、ＳＬＰ１２０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付けられる。光学複製器１５０は、少なくとも１つの光学素子（例えば、少なくとも１つのレンズ、反射板、部分反射板、プリズム、回折板、回折格子、ミラー、若しくはその他の光学素子、又はそれらの少なくとも１つの構成、組合せ、及び／又は配置）を含み、これはＳＬＰ１２０により生成され、出力された光信号を受け取り、光信号の複数の（例えばＮ個であり、Ｎは１より大きい整数である）コピー又はインスタンスを生成し、光信号のＮ個のインスタンスのそれぞれ１つをホログラフィックコンバイナへと方向変換させるように配置される。有利な点として、光学複製器１５０はスタティック且つパッシブなコンポーネントであってもよく、これは、電力消費も他の移動部品も必要とせず、ＳＬＰ１２０により生成された光信号の入力を受け取り、出力として、その光信号のＮ個の複製されたインスタンスを提供し、光信号のＮ個の複製されたインスタンスは、時間的に相互に実質的に並列であり、後で詳しく説明するように、空間的に相互に分離され、それによってＮ個のインスタンスの各々１つは、ＳＬＰ１２０の実際の位置から発せられているのではなく、ＳＬＰ１２０に関する空間的に分離されたＮ個の異なる「仮想位置」のそれぞれ１つから発せられている（すなわち、「実用的には」、発せられている）ように見える。
【００３７】
本明細書及び付属の特許請求の範囲の全体を通じて、「ＳＬＰに関する空間的に分離されたＮ個の仮想位置」のように、１つ又は複数の「仮想位置」に頻繁に言及する。ある物体の「実際の位置」は、現実の３次元空間におけるその実際の位置である。ある物体の「仮想位置」は、あるシステムの光学系によって、その物体からの光が、その物体の実際の位置は別の場所であったとしても、実用的には発せられている実際の空間内の位置である。換言すれば、そのシステムの光学系により、物体からの光は、遡っている間にそのシステムの光学系が無視されれば、物体の空間内の「実際の位置」から空間的に離れた「仮想位置」へと遡る光路をたどる。単純な例として、平面ミラーの正面にある物体には、平面ミラーの反対側に「仮想位置」がある。「仮想位置」は、光路内に１つ又は複数の光学素子が介在する結果であってもよい。１つ又は複数の光学素子がＳＬＰからの光信号を方向転換させるとき、ＳＬＰの仮想位置は、同じ軌道を有する光信号を、介在する光学素子がない状態で提供するためにＳＬＰを配置する必要のある実際の空間内の位置を指す。システムの光学系により、光信号は、システム内にそのような光学系がない場合には異なる出発点に対応することになる軌道をたどる。光信号は、「実用的には」、ＳＬＰに関する別の、すなわち「仮想の」位置から発せられているように見える。
【００３８】
図２Ａは、本願によるシステム、機器、及び方法による、射出瞳複製によってアイボックスを拡張することを示す動作中のＷＨＵＤ２００の説明図を示している。ＷＨＵＤ２００は、図１のＷＨＵＤ１００と実質的に同様であるが、図２Ａでは、複雑さを軽減するために、支持構造（例えば、支持構造１１０）が示されていない。ＷＨＵＤ１００と同様に、ＷＨＵＤ２００はＳＬＰ２２０（これはＲＧＢレーザモジュール２２１と、少なくとも１つのＭＥＭＳ型走査ミラー２２２を含む）と、眼鏡レンズ２４０より担持されるホログラフィックコンバイナ２３０と、光学複製器２５０と、を含む。前述のように、ホログラフィックコンバイナ２３０と眼鏡レンズ２４０の組合せは、環境光２９５が使用者の眼２９０へと通過するのに十分な透過性を有する。
【００３９】
ＳＬＰ２２０はホログラフィックコンバイナ２３０に関する第一の位置２６０（すなわち「実際の」位置）にあり、第一の光信号２７０を生成する（例えば、投射する）ように示されている。光学複製器２５０は、ＳＬＰ２２０とホログラフィックコンバイナ２３０との間の光路内に位置付けられ、それによって光学複製器２５０はＳＬＰ２２０からホログラフィックコンバイナ２３０までの途中で光信号２７０を遮る（例えば、受け取る）。前述のように、光学複製器２５０は少なくとも１つの光学素子（例えば、少なくとも１つのレンズ、反射板、部分反射板、プリズム、回折板、回折格子、ミラー、若しくはその他の光学素子、又はそれらの少なくとも１つの構成、組合せ、及び／又は配置）を含み、これは光信号２７０をＳＬＰ２２０から受け取り、光信号２７０のＮ個のインスタンスのそれぞれ１つをホログラフィックコンバイナ２３０へと方向転換させるように配置される。図２Ａに示される例において、光学複製器２５０は光信号２７０の４個のインスタンス（すなわち、Ｎ＝４）をホログラフィックコンバイナ２３０へと方向転換させ、光信号２７０のインスタンス２７１は破線で表され、光信号２７０のインスタンス２７２は実線で表され、光信号２７０のインスタンス２７３は点線で示され、光信号２７０のインスタンス２７４は一点鎖線で表されている。光信号２７０の４個のインスタンス（すなわち、Ｎ＝４）は、図２Ａにおいて、説明を目的とした例として使用されているにすぎない。代替的な実施態様においては、本願のシステム、機器、及び方法による光学複製器によって光信号の何れかの数のインスタンスが生成されてもよい（例えば、Ｎは、具体的な実施態様に応じて１より大きい何れの整数であってもよい）。
【００４０】
ＳＬＰ２２０はホログラフィックコンバイナ２３０に関する実際の空間の中の第一の実際の位置２６０にある。光学複製器２５０（例えば、その少なくとも１つの光学素子）は、光信号２７０のＮ＝４個のインスタンス２７１、２７２、２７３、及び２７４のそれぞれ１つを、実用的には、ＳＬＰ２２０に関する空間的に分離されたＮ＝４個の仮想位置２６１、２６２、２６３、及び２６４のそれぞれ１つからホログラフィックコンバイナ２３０へと方向転換させるように配置される。具体的には、光学複製器は、光信号２７０の第一のインスタンス２７１を、実用的には、ＳＬＰ２２０に関する第一の仮想位置２６１からホログラフィックコンバイナ２３０へと、光信号２７０の第二のインスタンス２７２を、実用的には、ＳＬＰ２２０の第二の仮想位置２６２からホログラフィックコンバイナ２３０へと、光信号２７０の第三のインスタンス２７３を、実用的には、ＳＬＰ２２０の第三の仮想位置２６３からホログラフィックコンバイナ２３０へと、及び光信号２７０の第四のインスタンス２７４を、実用的には、ＳＬＰ２２０に関する第四の仮想位置２６４からホログラフィックコンバイナ２３０へと方向転換させる（例えば、方向転換させるように配置される）。実用的には、光学複製器により確立されたＳＬＰ２２０に関するＮ＝４個の仮想位置２６１、２６２、２６３、及び２６４のそれぞれ１つはＳＬＰ２２０に関するＮ＝４個の仮想位置２６１、２６２、２６３、及び２６４の残りの１つずつから空間的に分離され、それによって光信号２７０のそれぞれのインスタンス２７１、２７２、２７３、及び２７４は、実用的には、空間中の異なる位置からホログラフィックコンバイナ２３０に衝突する。有利な点として、ＳＬＰ２２０に関するＮ＝４個の仮想位置２６１、２６２、２６３、及び２６４の各々はＳＬＰ２２０のそれぞれの位置と向きに対応してもよい。換言すれば、ＳＬＰ２２０に関するＮ＝４個の仮想位置２６１、２６２、２６３、及び２６４の残りの１つずつに関して、仮想位置２６１、２６２、２６３、及び２６４の各々１つは、ＳＬＰ２２０のそれぞれの変位及び回転に対応してもよい。これは、当業者に取っては明らかであるように、図２ＡにおけるＳＬＰ２２０に関するＮ＝４個の仮想位置２６１、２６２、２６３、及び２６４の各々をつなぐ線が曲線となるようなＷＨＵＤ２００の場合に当てはまる。
【００４１】
光信号２７０のＮ＝４個のインスタンス２７１、２７２、２７３、及び２７４の各々１つは、光学複製器２５０により出力され、ホログラフィックコンバイナ２３０より受け取られる。前述のように、ホログラフィックコンバイナ２３０は少なくとも１つのホログラムを含み、これは光信号２７０のＮ＝４個のインスタンス２７１、２７２、２７３、及び２７４の各々１つを使用者の眼２９０へと方向転換させるように動作する（例えば、設計され、製作され、コード化され、記録され、及び／又は概して位置及び向きとされる）。有利な点として、ホログラフィックコンバイナ２３０の少なくとも１つのホログラムは、光信号２７０のＮ＝４個のインスタンス２７１、２７２、２７３、及び２７４の各々１つを使用者の眼２９０における、又はその付近のＮ＝４個の射出瞳２８１、２８２、２８３、及び２８４のそれぞれ１つに収束させてもよい。具体的には、光学複製器２５０は、光信号２７０の第一のインスタンス２７１を、実用的には、ＳＬＰ２２０の第一の仮想位置２６１からホログラフィックコンバイナ２３０へと誘導し、ホログラフィックコンバイナ２３０は光信号２７０の第一のインスタンス２７１を眼２９０における、又はその付近の第一の射出瞳２８１に収束させ、光信号２７０の第二のインスタンス２７２を、実用的には、ＳＬＰ２２０の第二の仮想位置２６２からホログラフィックコンバイナ２３０へと誘導し、ホログラフィックコンバイナ２３０は光信号２７０の第二のインスタンス２７２を眼２９０における、又はその付近の第二の射出瞳２８２に収束させ、光信号２７０の第三のインスタンス２７３を、実用的には、ＳＬＰ２２０の第三の仮想位置２６３からホログラフィックコンバイナ２３０へと誘導し、ホログラフィックコンバイナ２３０は光信号２７０の第三のインスタンス２７３を眼２９０における、又はその付近の第三の射出瞳２８３に収束させ、光信号２７０の第四のインスタンス２７４を、実用的には、ＳＬＰ２２０の第四の仮想位置２６４からホログラフィックコンバイナ２３０へと誘導し、ホログラフィックコンバイナ２３０は光信号２７０の第四のインスタンス２７４を眼２９０における、又はその付近の第四の射出瞳２８４に収束させる。ＷＨＵＤ２００のアイボックス２８０は、眼２９０に関する、射出瞳２８１、２８２、２８３、及び／又は２８４の少なくとも１つが眼２９０の瞳孔と整列し、及び／又はそこに衝突する瞳孔位置（又は視線方向）の範囲全体により画定される。光学複製器２５０がないと、光信号２７０の１つのインスタンス（例えば、第二のインスタンス２７２）は、眼２９０に、１つの射出瞳（例えば、第二の射出瞳２８２）で衝突して、比較的小さいアイボックスを提供する。このような構成では、使用者が、眼２９０の瞳孔が１つの射出瞳（例えば、第二の射出瞳２８２）から離れるように移動することになる方向を見た場合に、表示内容が使用者の視野から消えるであろう。本願のシステム、機器、及び方法によれば、光学複製器２５０は、光信号２７０を複製して光信号２７０のＮ＝４個（４は説明的な例である）のインスタンス２７１、２７２、２７３、及び２７４を生成し、これら４つのインスタンス２７１、２７２、２７３、及び２７４の各々は、実用的には、ＳＬＰ２２０に関する空間的に分離された異なる仮想位置２６１、２６２、２６３、及び２６４からそれぞれ発しているため、ホログラフィックコンバイナ２３０はこれら４つのインスタンス２７１、２７２、２７３、及び２７４の各々を眼２９０における、又はその付近の空間的に分離されたそれぞれの射出瞳２８１、２８２、２８３、及び２８４に収束させる。空間的に分離された射出瞳２８１、２８２、２８３、及び２８４は、眼２９０の、（射出瞳２８１、２８２、２８３、及び２８４の何れか１つと同じ大きさの）１つの射出瞳だけの場合より広い瞳孔位置（たとえば、視線方向）の範囲をカバーする面積にわたり分散される。それゆえ、アイボックス２８０は、ＷＨＵＤ２００における射出瞳複製により拡張される。
【００４２】
一般に、図２Ａに示される第一の光信号２７０は様々な形態を具現化してもよく、これには、１つの光信号、ある画像の１つの画素、ある画像の複数の画素、又は少なくとも２つの画素を含む画像自体が含まれるが、これらに限定されない。第一の光信号２７０がある画像（例えば、少なくとも２つの画素を含む）に対応する場合、光学複製器２５０により生成される第一の光信号２７０のＮ＝４個のインスタンス２７１、２７２、２７３、及び２７４の各々１つは、同じ画像のそれぞれのインスタンスを含んでいてもよい。第一の光信号２７０がある画像の１つ又は複数の画素に対応する場合、第一の光信号２７０のＮ＝４個のインスタンス２７１、２７２、２７３、及び２７４の各々１つは同じ画像の異なるインスタンスにおける同じ１つ又は複数の画素のそれぞれのインスタンスを含んでいてもよい。
【００４３】
図２Ｂは、本願のシステム、機器、及び方法による図２ＡのＷＨＵＤ２００の説明図であり、ＳＬＰ２２０の走査レンジθのスイープに関する射出瞳複製によるアイボックス拡張を示している。図２Ｂは、同じＷＨＵＤ２００の動作の、図２Ａとは異なる段階を示す。図２Ａの同じ要素の多くは図２Ｂにも示されているが、図２Ｂでは下記のような図２Ｂの説明に特に関する要素だけが引出し線で示されている。
【００４４】
図２Ｂに示されるＷＨＵＤ２００の動作において、ＳＬＰ２２０はその走査レンジθ全体を通じてスイープする。本明細書及び付属の特許請求の範囲の全体を通じて、ＳＬＰの「走査レンジ」は、ＳＬＰが通常の使用中に光信号を投射するように動作できる角度及び／又は方向の全範囲を指し、一般に、ＳＬＰ２２０の少なくとも１つの走査ミラー２２２の運動範囲により決定される。本明細書に記載されているＳＬＰは一般に、ラスタスキャンを描画するように動作可能であり、「走査レンジ」は一般に、ＳＬＰが描画するように動作できるラスタスキャン全体の外周を包含する。これは例えば、２つの直交する次元において走査するように動作可能な１つの走査ミラー又は、各々が２つの直交する次元のうちの一方において走査するように動作可能な２つの別々の走査ミラーを使用するＳＬＰにより実現されてもよい。例示的なＳＬＰは、第一の次元における（例えば水平次元における）第一の走査範囲と、第二の次元における（例えば、垂直次元における）第二の走査範囲を含む走査レンジθを有していてもよい。第一及び第二の走査範囲は各々、０°〜１８０°であってもよいが、実際には、各々、それより狭い範囲内、例えば１０°〜６０°であってもよい。第一及び第二の次元における相対的走査範囲は、ＷＨＵＤのアスペクト比に影響を与える。
【００４５】
ＷＨＵＤ２００の光学複製器２５０は、ＳＬＰ２２０の走査レンジθのためにＳＬＰ２２０とホログラフィックコンバイナ２３０との間の光路内に（例えば、すべての光路内に）位置付けられる。光学複製器２５０の少なくとも１つの光学素子は、ＳＬＰ２２０による走査レンジθのスイープ中にＳＬＰ２２０により生成される光信号のすべてを受け取り（例えば、１つの光学素子が光信号のすべてを受け取るように配置されても、又は複数の光学素子のすべてが光信号のすべてを受け取るように配置されても、又は複数の光学素子が、各光信号が複数の光学素子のうちの少なくとも１つにより受け取られるように配置されてもよい）、光信号のすべてのＮ（例えば、図の例ではＮ＝４）個のインスタンスのうちのそれぞれ１つをホログラフィックコンバイナ２３０へと方向転換させるように配置される。換言すれば、図２Ａに示されているＷＨＵＤ２００の例示的動作の中で第一の光信号２７０の４つのインスタンス２７１、２７２、２７３、及び２７４として第一の光信号２７０が光学複製器２５０により複製されるのと同様の方法で、図２Ｂは、ＳＬＰ２２０の走査レンジθの第一のスイープに対応するすべての光信号がＳＬＰ２２０の走査レンジθのスイープに対応するすべての光信号の４つのインスタンスとして光学複製器２５０により複製されるＷＨＵＤ２００の例示的動作を示している。図２Ｂにおいては、複雑さを軽減するために走査レンジθに対応するすべての光信号の４つのインスタンスが引出し線で示されているわけではなく、図２Ａの第一の光信号２７０の異なるインスタンス２７１、２７２、２７３、及び２７４間の区別に使用されたものと同じ区別可能な線を使って描かれている。すなわち、走査レンジθのスイープに対応するすべての光信号の第一のインスタンス（破線で示される）は光学複製器２５０によりＳＬＰ２２０に関する第一の仮想位置２６１からホログラフィックコンバイナ２３０へと方向転換され、走査レンジθのスイープに対応するすべての光信号の第二のインスタンス（実線で示される）は光学複製器２５０によりＳＬＰ２２０に関する第二の仮想位置２６２からホログラフィックコンバイナ２３０へと方向転換され、走査レンジθのスイープに対応するすべての光信号の第三のインスタンス（点線で示される）は光学複製器２５０によりＳＬＰ２２０に関する第三の仮想位置２６３からホログラフィックコンバイナ２３０へと方向転換され、走査レンジθのスイープに対応するすべての光信号の第四のインスタンス（一点鎖線で示される）は光学複製器２５０によりＳＬＰ２２０に関する第四の仮想位置２６４からホログラフィックコンバイナ２３０へと方向転換される。ホログラフィックコンバイナ２３０の少なくとも１つのホログラムは、ＳＬＰ２２０の走査レンジθのスイープに対応するすべての光信号のＮ＝４個のインスタンスを受け取り、ＳＬＰ２２０の走査レンジθのスイープに対応するすべての光信号のそれぞれのインスタンスを眼２９０における、又はその付近のＮ＝４個の射出瞳２８１、２８２、２８３、及び２８４のそれぞれ１つに収束させる。
【００４６】
図２Ａにおいて、第一の光信号２７０のＮ＝４個のインスタンス２７１、２７２、２７３、及び２７４はすべて、ホログラフィックコンバイナ２３０の同じ領域に、又はその付近に入射するように示されている。同様に、図２Ｂにおいて、ＳＬＰ２２０の走査レンジθのスイープに対応するすべての光信号のＮ＝４個のインスタンスはすべて、ホログラフィックコンバイナ２３０の同じ、完全に重複する区域にわたり入射するように示されている。何れの場合も、この構成は例であり、実際には、具体的な実施態様に応じて別の構成が好ましいかもしれない。一般に、ＳＬＰ２２０の走査レンジθのスイープに対応するすべての光信号の各インスタンスは、ホログラフィックコンバイナ２３０のそれぞれの領域又は区域に入射し（、それによって受け取られ）、ホログラフィックコンバイナ２３０のこれらのそれぞれの区域は、完全に重複していてもいなくてもよい（例えば、このような区域は部分的に重複しても、別々の、重複しない区域に対応してもよい）。
【００４７】
レーザ走査に基づくＷＨＵＤ１００及び／又はレーザ走査に基づくＷＨＵＤ２００等の仮想網膜ディスプレイにおいては、使用者の眼の外側に「画像」が形成されなくてもよい。典型的に、投射された画像が第三者に見えるマイクロディスプレイもしくはプロジェクションスクリーン又はその他の場所はなく、むしろ、画像は完全に使用者の眼の中で形成されてもよい。そのため、レーザ走査に基づくＷＨＵＤを、眼が画像を形成する方法に対応できるように設計することが有利であるかもしれない。
【００４８】
眼に入る光信号（例えば、光線、波面、ＳＬＰからの入射ビーム、又はこれに類するもの）に関して、眼（又は、より正確には、眼と人の脳との組合せ）は、使用者の視野の中の「どこに」光信号が位置付けられているかを、網膜のうち光信号により照明される領域に基づいて判断するかもしれない。網膜の同じ領域を照明する２つの光信号は、使用者の視野の中の同じ位置に現れるかもしれない。網膜の、ある何れかの光信号により照明された特定の領域は、光信号が眼に入る場所ではなく、角度によって決定される。それゆえ、２つの光信号は、これらが使用者の瞳孔の異なる位置に入ったとしても、使用者の視野の中の同じ位置に現れるかもしれないが、ただし、２つの光信号が、使用者の眼に入るときに同じ入射角を有していることが条件である。使用者の水晶体の幾何学は、同じ角度で眼に入る何れの２つの光信号も、光信号が眼に入る位置／場所に関係なく、概して網膜の同じ領域へと方向付けられるかもしれず、そのため、概して使用者の視野の中の同じ位置に現れるかもしれない、というものである。
【００４９】
少なくともいくつかの実施態様において、本明細書に記載のレーザ走査に基づくＷＨＵＤは、同じ画像の複数のインスタンスを眼の網膜へと実質的に同時に投射する。複数のインスタンスが時間的に分離されていたとしても、時間的分離は小さく、使用者はこれを検出できない。同じ画像の複数のインスタンスのうちの何れか２つが眼の網膜上で整列／重複しないと、この画像のこれら２つのインスタンスは、使用者の視野の中で整列／重複しないかもしれず、ゴーストなどの望ましくない影響が生じる可能性がある。同じ画像の複数のインスタンス（各々、それぞれの射出瞳に対応する）が網膜上で確実に整列／重複し、画像の複数のインスタンスが使用者の視野の中で整列／重複するようにするために、レーザ走査に基づくＷＨＵＤは、有利な点として、何れかの光信号の複数のインスタンス（各々、それぞれの射出瞳に対応し、各々、同じ表示内容のそれぞれのインスタンスを表す）を相互に空間的に平行に眼に向かって方向付けるように構成されてもよい。より具体的には、図２Ａを参照すると、光学複製器２５０及び／又はホログラフィックコンバイナ２３０は、ホログラフィックコンバイナ２３０が第一光信号２７０の２７１、２７２、２７３、及び２７４のＮ＝４個のインスタンスを、すべて空間的に相互に平行に、使用者の眼２９０のそれぞれの領域に向かって（すなわち、図２Ｂの空間的に分離されたＮ＝４個の射出瞳２８１、２８２、２８３、及び２８４の各々に向かって）方向転換させるように（個々に、又は組み合わせて）構成されてもよい。
【００５０】
図２Ｃは、図２Ａ及び２ＢのＷＨＵＤ２００の説明図であり、本願のシステム、機器、及び方法による、射出瞳複製によるアイボックスの拡張を示しており、同じ表示内容のそれぞれのインスタンス（例えば、画素）が相互に空間的に平行にそれぞれの射出瞳に向かって投射される。図２Ｃの実施態様において示される特徴のいくつかに特に焦点を当てるために、まず、図２Ｂの対応する態様について述べる。
【００５１】
図２Ｂの実施態様において、ＳＬＰ２２０の走査レンジθのスイープに対応するすべての光信号のＮ＝４個のインスタンスのそれぞれ１つはすべて、ホログラフィックコンバイナ２３０上で相互に整列し、完全に重複する。その結果、Ｎ＝４個の射出瞳２８１、２８２、２８３、及び２８４の各々は、ホログラフィックコンバイナ２３０の実質的に同じ区域から眼２９０において、又はその付近で収束する。Ｎ＝４個の射出瞳２８１、２８２、２８３、及び２８４の各々はホログラフィックコンバイナ２３０の実質的に同じ区域から発せられるが、眼２９０の空間的に分離されたそれぞれの領域で収束するため、Ｎ＝４個の射出瞳２８１、２８２、２８３、及び２８４の各々は必然的に、（眼２９０での）入射角を有する少なくともいくつかの光信号を含むが、これはＮ＝４個の射出瞳２８１、２８２、２８３、及び２８４の少なくとも１つの他の１つより提供されることはできない。例えば、射出瞳２８１へと収束する光信号（破線で示される）は、射出瞳２８２に収束する光信号（実線で示される）に含まれない少なくともいくつかの入射角を含み、またその逆でもある。前述のように、光信号の、それが眼に入る時の入射角により、使用者の視野の中のどこにその光（又は光信号により具現化される画像の画素）が現れるかが決まる。１つの射出瞳に固有の入射角を有する光信号は、その射出瞳が使用者の瞳孔と整列した時（例えば、使用者の視線方向にその射出瞳が含まれるとき）にのみ、使用者に投射されることが可能である。それゆえ、空間的に分離された複数の射出瞳のすべてがホログラフィックコンバイナ２３０上の実質的に同じ空間的区域から発せられている場合、射出瞳のすべてに共通する入射角を提供するために使用できるのはその空間的区域の限定的な小領域だけであり、したがって、空間的に分離された射出瞳のすべてにわたり均一な画像複製を提供するには、ＳＬＰ２２０の走査レンジθの限定的部分しか使用できない。ＳＬＰ２２０の走査レンジθのＮ＝４個のインスタンスのすべてがホログラフィックコンバイナ２３０上で整列し、重複するようにすることにより、光学複製器２５０及び／又はホログラフィックコンバイナ２３０の設計のある面を単純化できるが、すべての射出瞳にわたり複製できるＳＬＰ２２０の利用可能な解像度及び／又は視野も限定される可能性がある。
【００５２】
図２Ｃの実施態様において、光学複製器２５０は、（例えば、幾何学、向き、及び／又は構成において）、図２Ｂの実施態様におけるそれに対応する軌道と比較して、ＳＬＰ２２０の走査レンジθのスイープに対応するすべての光信号のＮ＝４個のインスタンスの相対的軌道をシフトするように変更されている。ＳＬＰ２２０の走査レンジθのスイープに対応するすべての光信号のＮ＝４個のインスタンス（それぞれ、図２Ｂと同様に図２Ｃでも異なる線種で表される）は、図２Ｃにおいては図２Ｂでそうであるようにホログラフィックコンバイナ２３０上で整列又は完全に重複してはいない。その代わりに、ＳＬＰ２２０の走査レンジθのＮ＝４個のインスタンスは、ホログラフィックコンバイナ２３０の面積にわたり空間的に分散され、各々、ホログラフィックコンバイナ２３０により眼２９０における、又はその付近の空間的に分離されたＮ＝４個の射出瞳２８１、２８２、２８３、及び２８４のそれぞれ１つへと方向転換及び収束させられたときに、それぞれ対応する光信号がすべて相互に実質的に平行となるように位置付けられる。すなわち、ホログラフィックコンバイナ２３０によりＮ＝４個の射出瞳２８１、２８２、２８３、及び２８４のそれぞれ１つに収束される光信号はすべて、ホログラフィックコンバイナ２３０からの同じ反射角と、したがって眼２９０に関する同じ入射角を含む。図２Ｂの実施態様と異なり、図２Ｃの実施態様においては、Ｎ＝４個の射出瞳２８１、２８２、２８３、及び２８４の何れも、Ｎ＝４個の射出瞳２８１、２８２、２８３、及び２８４の残りの何れにも含まれていない（眼２９０に関する）入射角（又はホログラフィックコンバイナ２３０に関する反射角）を持つ光信号を含まない。図２Ｃの実施態様のＮ＝４個の射出瞳２８１、２８２、２８３、及び２８４の各々はＳＬＰ２２０の走査レンジθ全体を含み、したがって、図２Ｃに示されるＷＨＵＤ２００の実施態様は、図２Ｂに示されるＷＨＵＤ２００の実施態様より広い視野及び／又は高い解像度で複数の射出瞳にわたり均一な画像複製を提供できるが、それと引き換えに光学複製器２５０及び／又はホログラフィックコンバイナ２３０が複雑となる。
【００５３】
前述のように、ホログラフィックコンバイナ２３０は、少なくとも１層のホログラフィックフィルムの中に埋め込まれ、その中にエンコードされ、その中に記録され、又はそれ以外にそれによって担持される少なくとも１つのホログラムを含む。ホログラフィックフィルムには、例えば、Ｂａｙｅｒ  ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ  ＡＧから入手可能なＢａｙｆｏｌ（登録商標）ＨＸ又はハロゲン化銀組成物が含まれていてもよい。少なくとも１つのホログラムの性質は、具体的な実施態様に依存していてもよい。
【００５４】
第一の例として、ホログラフィックコンバイナ２３０は１つのホログラムを含んでいてもよく、これは実用的には、ＳＬＰ２２０により提供される波長を有する光のための高速収束（例えば、約１ｃｍ以内の収束、約２ｃｍ以内の収束、又は約３ｃｍ以内の収束）ミラーとして動作する。この第一の例において、第一のホログラムを担持するホログラフィックフィルムは比較的広い帯域幅を有していてもよく、これは、ホログラフィックフィルムに記録されたホログラムが、ホログラフィックコンバイナ２３０で比較的広い範囲の入射角にわたり、ＳＬＰ２２０により投射されたすべての光信号に実質的に同じ光学的効果又は機能を付与するかもしれないことを意味する。本願のシステム、機器、及び方法の目的において、ホログラム及びホログラフィックフィルムに関する「広い帯域幅」という用語は、光学複製器からホログラム又はホログラフィックフィルムのある点、領域、又は場所により受け取られるすべての光信号の入射角の範囲全体より大きいか、又はそれと等しい角度帯域幅を意味する。例えば、ＷＨＵＤ２００は、その角度帯域幅が約８°より大きいか、これと等しいホログラフィックコンバイナ２３０の中の広帯域幅のホログラムを実現してもよい。この場合、仮想位置２６１、２６２、２６３、及び２６４間の空間分離は、ホログラフィックコンバイナ２３０の何れの点、領域、又は場所においても、ホログラフィックコンバイナ２３０における８°（又はそれ以下）の入射角範囲を走査する光信号（すなわち、すべてのインスタンス２７１、２７２、２７３、及び２７４を走査する）を受け取られる、というものであってもよい。
【００５５】
従来のミラーの挙動と同様に、ホログラフィックコンバイナ２３０により担持される１つの広帯域幅高速収束ホログラムについて、ホログラフィックコンバイナ２３０に入射するある光信号範囲に関する入射角は、ホログラフィックコンバイナ２３０により方向転換されるその光信号範囲の反射角に影響を与えるかもしれない。ホログラフィックコンバイナ２３０は、一般にＷＨＵＤ２００の通常の動作中に、ＳＬＰ２２０に関して所定の場所に固定されるため、光信号範囲に関する入射角は、少なくとも一部に、光学複製器２５０が、実用的には、その光信号範囲をそこから生じさせるＳＬＰ２２０に関する特定の仮想位置２６１、２６２、２６３、又は２６４により決定される。すると、ホログラフィックコンバイナ２３０により光信号範囲が収束される先の射出瞳２８１、２８２、２８３、又は２８４の空間位置は、少なくとも一部に、ホログラフィックコンバイナ２３０からの光信号範囲の反射角により決定される。仮想位置２６１、２６２、２６３、及び２６４の各々１つはホログラフィックコンバイナ２３０においてそれぞれの入射角範囲（一般に、ただし必ずしもそうではないが、少なくとも一部が重複する）にわたり光信号を提供し、したがって、ホログラフィックコンバイナ２３０は仮想位置２６１、２６２、２６３、及び２６４の各々１つからの光信号を射出瞳２８１、２８２、２８３、及び２８４のそれぞれ１つに収束させる。そのため、例えば図２Ｂを参照すると、実用的には、（実用的には、仮想位置２６２、２６３、及び２６４から発せられるＳＬＰ２２０の走査レンジθの他のインスタンスと比較して）比較的小さい入射角の範囲を有する仮想位置２６１から発せられるＳＬＰ２２０の走査レンジθのインスタンス（破線で示される）は、（他の射出瞳２８２、２８３、及び２８４と比較して）比較的小さい反射角の範囲を有する射出瞳２８１にマッピングされ、実用的には、（実用的には、仮想位置２６１、２６２、及び２６３から発せられるＳＬＰ２２０の走査レンジθの他のインスタンスと比較して）比較的大きい入射角の範囲を有する仮想位置２６４から発せられるＳＬＰ２２０の走査レンジθのインスタンス（一点鎖線で示される）は、（他の射出瞳２８１、２８２、及び２８３と比較して）比較的大きい反射角の範囲を有する射出瞳２８４にマッピングされる。
【００５６】
第二の例として、１つのホログラムではなく、ホログラフィックコンバイナ２３０は、その代わりに何れの数の多重ホログラムを含んでいてもよい。多重ホログラムは、例えば、複数の波長の光信号（例えば、ＳＬＰ２２０により生成される赤色、緑色、及び青色光信号）が使用される場合、及び／又は、実用的には、ＳＬＰ２２０に関する他の仮想位置から発せられる光信号を分離する別の手段を提供するために、有利であるかもれない。上述の「１つのホログラム」の例は、ＳＬＰ２２０が１つの波長の光信号のみ（例えば、赤色光信号のみ、緑色光信号のみ、又は青色光信号のみ）を提供する実施態様に適しているかもしれないが、ＳＬＰ２２０が複数の波長の光信号を提供する実施態様では、ホログラフィックコンバイナ２３０がＳＬＰ２２０により提供される光信号のそれぞれの波長についてそれぞれの波長の多重ホログラムを含むことが有利であるかもしれない（例えば、ＳＬＰ２２０により提供される光信号のそれぞれの名目上の光波長であり、それは、レーザダイオードが一般に、狭い波長範囲で光信号を提供するからである）。それゆえ、ＳＬＰ２２０がそれぞれの名目上の波長の光信号を提供する３種類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、及び青色レーザダイオード）を含む場合、ホログラフィックコンバイナ２３０は、３つの波長多重ホログラム（例えば、赤色ホログラム、緑色ホログラム、及び青色ホログラム）を含み、各々が上記３つの名目上の波長のそれぞれ１つを有する光信号について動作する（例えば「再生する」）ように設計されていることが有利であるかもしれない。この例において、少なくとも１つの「赤色ホログラム」（すなわち、赤色光に対応する波長を有する光信号を再生するように設計された少なくとも１つのホログラム）は、ＳＬＰ２２０の走査レンジθのＮ＝４個のインスタンスの各々１つのそれぞれの赤色成分をＮ＝４の射出瞳２８１、２８２、２８３、及び２８４のそれぞれ１つに収束させてもよく、少なくとも１つの「緑色ホログラム」（すなわち、緑色光に対応する波長を有する光信号を再生するように設計された少なくとも１つのホログラム）は、ＳＬＰ２２０の走査レンジθのＮ＝４個のインスタンスの各々１つのそれぞれの緑色成分をＮ＝４の射出瞳２８１、２８２、２８３、及び２８４のそれぞれ１つに収束させてもよく、少なくとも１つの青色ホログラム（すなわち、青色光に対応する波長を有する光信号を再生するように設計された少なくとも１つのホログラム）は、ＳＬＰ２２０の走査レンジθのＮ＝４個のインスタンスの各々１つのそれぞれの青色成分をＮ＝４の射出瞳２８１、２８２、２８３、及び２８４のそれぞれ１つに収束させてもよい。
【００５７】
第三の例として、複数の波長多重ホログラムとは別に、又はそれに加えて、ホログラフィックコンバイナ２３０は、少なくともＮ個の角度多重ホログラムを含んでいてもよい。すなわち、ＳＬＰ２２０に関するＮ＝４個の仮想位置２６１、２６２、２６３、及び２６４とＮ＝４個の射出瞳２８１、２８２、２８３、及び２８４を備える実施態様に関して、ホログラフィックコンバイナ２３０は、少なくともＮ＝４個の角度多重ホログラム（又は、後述のように波長多重化も採用される場合は、Ｎ＝４個の角度多重ホログラム集合）を含んでいてもよい。Ｎ＝４個の角度多重ホログラムの各々は、実用的には、ＳＬＰ２２０に関するＮ＝４個の仮想位置２６１、２６２、２６３、及び２６４のそれぞれ１つから発せられる光信号を再生し、そのような光信号をＮ＝４個の射出瞳２８１、２８２、２８３、及び２８４のうちのそれぞれ１つに収束させるように設計されていてもよい。すなわち、第一の角度多重ホログラムは、実用的には、ＳＬＰ２２０の第一の仮想位置２６１から発せられる光信号を再生し、このような光信号を第一の射出瞳２８１に収束させるように設計されてもよく、第二の角度多重ホログラムは、実用的には、ＳＬＰ２２０の第二の仮想位置２６２から発せられる光信号を再生し、このような光信号を第二の射出瞳２８２に収束させるように設計されてもよく、第三の角度多重ホログラムは、実用的には、ＳＬＰ２２０の第三の仮想位置２６３から発せられる光信号を再生し、このような光信号を第三の射出瞳２８３に収束させるように設計されてもよく、第四の角度多重ホログラムは、実用的には、ＳＬＰ２２０の第四の仮想位置２６４から発せられる光信号を再生し、このような光信号を第四の射出瞳２８４に収束させるように設計されてもよい。
【００５８】
角度多重化を採用する実施態様について、角度多重ホログラムを含むホログラフィックフィルムが比較的狭い帯域幅のものであることが有利であるかもしれない。特に、ホログラフィックフィルムの角度帯域幅が、ホログラフィックコンバイナ２３０の同じ点、領域、又は場所に入射するが、実用的には、異なる仮想位置２６１、２６２、２６３、及び２６４から発せられる２つの光信号のそれぞれの入射角間の最小の差より小さいか、これと略等しいことが有利であるかもしれない。例えば、ＷＨＵＤ２００は、約４°以下の角度帯域幅を有するホログラフィックコンバイナ２３０の中で、狭い帯域幅の角度多重ホログラムを使用してもよい。この場合、実用的には、仮想位置２６１から発せられ、ホログラフィックコンバイナ２３０上の第一の点で入射する光信号の第一インスタンス２７１の（ホログラフィックコンバイナ２３０における）入射角と、実用的には、仮想位置２６２から発せられ、ホログラフィックコンバイナ２３０上の同じ第一の点で入射する（異なる）光信号２７２の第二インスタンス２７２の（ホログラフィックコンバイナ２３０における）入射角の差は、約４°以下であってもよい。このようにして、ホログラフィックコンバイナ２３０の中のそれぞれの角度多重ホログラムは、実用的には、ＳＬＰ２２０に関する仮想位置２６１、２６２、２６３、又は２６４のうちのそれぞれ１つから発せられる光信号を実質的に排他的に再生し、実用的には、ＳＬＰ２２０に関する仮想位置２６１、２６２、２６３、又は２６４のうちの残りの１つずつから発せられる光信号を実質的に再生しない（例えば、非現実的に再生する）ように設計され得る。
【００５９】
一般に、ホログラフィックコンバイナ２３０は、少なくともＮ個の多重ホログラムを含んでいてよく、少なくともＮ個の多重ホログラムの各々１つは、光学複製器２５０からの光信号のＮ個のインスタンスのそれぞれ１つを使用者の眼２９０における、又はその付近のＮ個の射出瞳のそれぞれ１つに収束させてもよい。
【００６０】
いくつかの実施態様は、波長多重化と角度多重化の両方を利用してもよい。例えば、角度多重化と複数の波長の光信号（例えば、マルチカラーＳＬＰ）を利用する実施態様は、有利な態様として、波長多重化も利用してよい。この場合、ホログラフィックコンバイナ２３０は、波長多重及び角度多重ホログラフィックコンバイナを含んでいてもよく、これは少なくともＮ個の角度多重赤色ホログラム、少なくともＮ個の角度多重緑色ホログラム、及び少なくともＮ個の角度多重青色ホログラムを含む。少なくともＮ個の角度多重赤色ホログラムの各々１つは、ある光信号のＮ個のインスタンスの各々１つのそれぞれの赤色成分を使用者の眼における、又はその付近のＮ個の射出瞳のそれぞれ１つに収束させてもよく、少なくともＮ個の角度多重緑色ホログラムの各々１つは、ある光信号のＮ個のインスタンスの各々１つのそれぞれの緑色成分を使用者の眼における、又はその付近のＮ個の射出瞳のそれぞれ１つに収束させてもよく、少なくともＮ個の角度多重青色ホログラムの各々１つは、ある光信号のＮ個のインスタンスの各々１つのそれぞれの青色成分を使用者の眼における、又はその付近のＮ個の射出瞳のそれぞれ１つに収束させてもよい。
【００６１】
複数の多重ホログラムを利用するホログラフィックコンバイナ２３０の実施態様は、複数のホログラムをホログラフィックフィルムの１層の中もしくは上に含んでいてもよく（すなわち、すべて同じ層の中もしくは上にあり）、又は複数の層のホログラフィックフィルムを含み、ホログラフィックフィルムの各層が少なくとも１つのそれぞれのホログラムを担持していてもよい。ホログラフィックコンバイナ２３０は、少なくとも１つの体積ホログラフィック光学素子を含んでいてもいなくてもよい。一般に、ホログラフィックコンバイナ２３０は、何れかの数を担持する単一の層のポログラフィックフィルムを含んでもよく、又はホログラフィックコンバイナ２３０は、ホログラフィックフィルムの各層が何れの数のそれぞれのホログラムを担持している複数の層のホログラフィックフィルム（例えば、一体に積層された複数の層）を含んでもよい。
【００６２】
ホログラフィックコンバイナ２３０は、幾何学において実質的に平らもしくは平坦であってもよく、又は、図２Ａ、２Ｂ、及び２Ｃに示されているように、ホログラフィックコンバイナ２３０は、いくつかの曲面を具現化してもよい。いくつかの実施態様において、ホログラフィックコンバイナ２３０は、ホログラフィックコンバイナ２３０がある曲率を有する処方眼鏡レンズ２４０により担持されるため、曲率を具現化してもよい。必要に応じて、ホログラフィックコンバイナ２３０は、米国仮特許出願第６２／２６８，８９２号明細書に記載されている湾曲ホログラフィック光学素子のためのシステム、機器、及び／又は方法を含んでいてもよい。
【００６３】
本明細書に記載の各種の実施形態は、レーザ走査に基づくＷＨＵＤにおける射出瞳複製によるアイボックス拡張のためのシステム、機器、及び方法を提供する。複製されたそれぞれの射出瞳は使用者の眼における、又はその付近の空間的に分離されたそれぞれの位置に整列されるが、これは、光信号を複製する光学複製器が複製された光信号を空間的に分離し、それによって、複製された各光信号が実用的には、ＳＬＰに関する空間的に分離された異なる仮想位置から発せられているように見えるからである。この効果は、光学複製器の代わりに複数のＳＬＰが使用され、各ＳＬＰが仮想位置のそれぞれ１つに位置付けられ、各ＳＬＰが光信号のそれぞれのインスタンスをホログラフィックコンバイナへと投射する場合と実質的に同じであるが、光学複製器を使用することは、消費電力の節減とハードウェアの小型化という点で非常に有利である。
【００６４】
空間的に分離された複数のＳＬＰの代わりに光学複製器を使用することには多くの利点があるが、１つの考えられる欠点は、光信号の複製されたインスタンスが必然的に実質的に同じ光信号を利用するということから生じる。これは、例えばある画像の各複製インスタンスが、実用的には、ＳＬＰに関する空間的に分離された異なる仮想位置から発せられるようにされるときに問題となりうる。その場合、画像の各複製インスタンスは、固有の光学歪みの組合せに曝されるかもしれない。例えば、実用的には、第一の仮想位置から発せられる画像の第一の複製インスタンスは、光学複製器を通る画像の第一のインスタンスの固有の光路から、及び／又はＳＬＰに関する第一の仮想位置に対応する（ホログラフィックコンバイナ２３０及び／又は眼２９０における）入射角の範囲から生じる第一の光学歪みの集合（例えば、画像の歪み、キーストーン、収差、及びその他）に曝されるかもしれず、その一方で、実用的には、第二の仮想位置から発せられる画像の第二の複製インスタンスは、光学複製器を通る画像の第二のインスタンスの固有の経路から、及び／又はＳＬＰに関する第二の仮想位置に対応する（ホログラフィックコンバイナ２３０における、及び／又は眼２９０における）入射角の範囲から生じる第二の光学歪みの集合に曝されるかもしれない。画像の第一及び第二の複製インスタンスの両方がＳＬＰにより画定される画像の同じオリジナル版に対応する場合、画像の個々の第一及び第二のインスタンスそれぞれの歪みを光学的にチューニング、調整、補正、又はそれ以外に補償する機会はないかもしれない。画像の複製インスタンスが光学的に同じ精細度であるかもしれないとしても、使用者から見える最終的な画像の複製インスタンスは同じでないかもしれず、それは、画像の各インスタンスが個々の画像歪みに曝されるかもれしれないからである。本願のシステム、機器、及び方法によれば、この問題は（必要に応じて）、制御可能なシャッタ機構を含めて、ある時点で投射された光信号のうち１つのインスタンスを除くすべてを制御可能に遮断することにより克服されてもよく、光信号のうち、シャッタにより遮断されない１つのインスタンスは、光信号のうち、その時点で使用者の視線方向と整列する特定の射出瞳に収束するインスタンスに対応する。
【００６５】
図３Ａは、本願のシステム、機器、及び方法による動作中のＷＨＵＤ３００の説明図であり、射出瞳複製によるアイボックス拡張と制御可能シャッタ機構３５２を示す。ＷＨＵＤ３００は、図２Ａ、２Ｂ、及び２ＣのＷＨＵＤ２００と実質的に同じであってもよく、それに以下が追加されている：ＷＨＵＤ３００は使用者の眼３９０の視線方向を判断するような位置及び向きとされたアイトラッカ３５１（複雑さを軽減するために図３Ａでは示されていないＷＨＵＤ３００の支持構造により担持される）を含み、ＷＨＵＤ３００は、光学複製器３５０とホログラフィックコンバイナ３３０との間の少なくとも１つの光路（例えば、すべての光路内）に位置付けられた（ＷＨＵＤ３００の支持構造により担持される）少なくとも１つの制御可能シャッタ３５２を含む。
【００６６】
図３Ａに示されるＷＨＵＤ３００の図の動作において、第一の光信号３７０がＳＬＰ３２０により生成され、光学複製器３５０へと（例えば、その中に、又はそこに）投射される。ＷＨＵＤ２００と同様に、光学複製器３５０は第一の光信号３７０を複製して、第一の光信号３７０のＮ＝４個（４は再び、非限定的な例として使用されているにすぎない）のインスタンス３７１、３７２、３７３、及び３７４を生成し、第一の光信号３７０のＮ＝４個のインスタンス３７１、３７２、３７３、及び３７４をホログラフィックコンバイナ３３０へと方向転換させる。しかしながら、前述のように、第一の光信号３７０のＮ＝４個のインスタンス３７１、３７２、３７３、及び３７４の各々１つは、それぞれの（例えば、固有の）光学歪み又は光学歪みの集合に曝されるかもしれず、これは、それらが使用者に対して同時に提示された場合に、第一の光信号３７０により提示される画像の、対応するインスタンス（又は画像の一部）のミスアラインメントの原因になるかもしれない。本願のシステム、機器、及び方法によれば、このようなミスアラインメントは、ある時点で第一の光信号３７０のＮ＝４個のインスタンス３７１、３７２、３７３、及び３７４の１つのみを使用者に提示することによって防止されるかもしれない。そのために、アイトラッカ３５１は眼３９０の瞳孔の位置（例えば、使用者の視線方向）を判断し、制御可能シャッタ３５２は、光学複製器３５０によりホログラフィックコンバイナ３３０へと方向転換される第一の光信号３７０のＮ＝４個のインスタンス３７１、３７２、３７３、及び３７４の少なくとも１つ（例えば、図３Ａでは３７２）を除くすべてを選択的に遮断するように制御可能である。第一の光信号３７０のＮ＝４個のインスタンス３７１、３７２、３７３、及び３７４のうち、制御可能シャッタ３５２により遮断されない少なくとも１つ（例えば、図３Ａでは３７２）は、第一の光信号３７０のＮ＝４個のインスタンス３７１、３７２、３７３、及び３７４のうち、ホログラフィックコンバイナ３３０により方向転換されるときに、ホログラフィックコンバイナ３３０により、アイトラッカ３５１により判断された眼３９０の視線方向に基づいて、使用者の眼３９０のうち眼３９０の瞳孔を含む領域（図３Ａでは射出瞳３８２）へと方向転換される少なくとも１つに対応する。それゆえ、アイトラッカ３５１が、眼３９０の瞳孔は（ＷＨＵＤ３００の他の利用可能な射出瞳に関して）射出瞳３８２と最も整列していると判断したことに応答して、制御可能シャッタ３５２は選択的に、第一の光信号３７０の第二のインスタンス３７２だけが透過でき、ホログラフィックコンバイナ３３０により受け取られ、方向転換されるようにする。制御可能シャッタ３５２は第一の光信号３７０の第一のインスタンス３７１、第三のインスタンス３７３、及び第四のインスタンス３７４を選択的に遮断するが、これは、第一の光信号３７０の第一のインスタンス３７１、第三のインスタンス３７３、及び第四のインスタンス３７４がすべて、使用者の現在の視線方向と整列しない射出瞳にマッピングされ、第一の光信号３７０により表される画像（又は画像の一部）の使用者による認識への望ましくない光学的歪みの一因となるかもしれないからである。
【００６７】
図３Ｂは、本願のシステム、機器、及び方法による図３ＡのＷＨＵＤ３００の説明図であり、ＳＬＰ３２０の走査レンジθのスイープに関する制御可能シャッタ３５２の動作を示す。制御可能シャッタ３５２の動作はＳＬＰ３２０の動作と同期されてもよく、それによって制御可能シャッタ３５２はある時点でその中の限定された透過領域だけ提供し、その限定的な透過領域は、ＳＬＰ３２０により生成され、光学複製器３５０により方向転換される（例えば、それによって経路変更されるか、それを通って送られる）光信号の特定のインスタンス（例えば、図３Ｂの３７３）の軌道に対応し、ホログラフィックコンバイナ３３０によってアイトラッカ３５１により判断された眼３９０の現在の視線方向と最も整列する特定の射出瞳３８３へと方向転換される。それゆえ、ＳＬＰ３２０の走査レンジθのスイープが制御可能シャッタ３５０の複数の領域にまたがっていたとしても、制御可能シャッタ３５２はＳＬＰ３２０のスイープ速度と実質的にマッチする速度で変化してもよく、それによって制御可能シャッタ３５２の透過領域はＳＬＰ３２０の走査レンジθのスイープと共に移動する（例えば、それに追従する）。このようにして、ＳＬＰ３２０の走査レンジθの完全なスイープの１つのインスタンスは制御可能シャッタ３５２を透過してもよく、その一方で、ＳＬＰ３２０の走査レンジθのスイープの他の複製インスタンスは、制御可能シャッタ３５２により遮断されてもよい。
【００６８】
制御可能シャッタ３５２が使用されて、光信号の複数のＮ個のインスタンスの個別の１つずつを（例えば、アイトラッカにより判断される眼の瞳孔位置に基づいて）選択的に遮断し／透過させる場合、ＳＬＰは、光信号のうち制御可能シャッタ３５２の現在の構成によって透過できる特定のインスタンスに付与される特定の光学歪みに光信号が対応し、これを補償し、及び／又は概してこれを考慮すべく各光信号を定義するように校正されてもよい。アイトラッカ３５１及び／又は制御可能シャッタ３５２の少なくとも一方は、ＷＨＵＤ３００の現在の「アクティブな」射出瞳に関するフィードバックを提供してもよく、ＳＬＰ３２０は、現在の「アクティブな」射出瞳に対応する光路に固有の光学歪みを考慮するために、光信号に補償及び／又は対応策を適用するモードで選択的に動作してもよい。
【００６９】
制御可能シャッタ３５２は、具体的な実施態様に応じて様々な構造の何れを含んでいてもよい。例えば、制御可能シャッタ３５２は、光学複製器３５０とホログラフィックコンバイナ３３０との間の光路内で１つ又は複数の不透明な面を物理的に並進及び／又は回転させるための１つ又は複数のＭＥＭＳ型若しくはピエゾ型素子、１つ又は複数の制御可能（例えば、並進可能及び／又は回転可能）な反射板若しくは屈折板、１つ又は複数の制御可能な偏光フィルタとＳＬＰ３２０内若しくはＳＬＰ３２０と制御可能シャッタ３５２との間の１つ又は複数の制御可能偏光板との組合せ、及びその他を含んでいてもよい。
【００７０】
アイトラッカ３５１は、具体的な実施態様に応じて様々なアイトラッキング技術の何れを利用してもよい。例えば、アイトラッカ３５１は、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、米国仮特許出願第６２／２４５，７９２号明細書、及び／又は米国仮特許出願第６２／２８１，０４１号明細書に記載されているシステム、機器、及び方法の何れか又は全部を利用してもよい。
【００７１】
前述のように、ＷＨＵＤ３００は、少なくとも１つのプロセッサと、それに通信可能に連結された少なくとも１つの非一時的プロセッサ判読可能記憶媒体又はメモリと、を含んでいてもよい。少なくとも１つのメモリは、少なくとも１つのプロセッサにより実行されたときに、少なくとも１つのブロセッサにアイトラッカ３５１、制御可能シャッタ３５２、及び／又はＳＬＰ３２０の何れか又は全部の動作を制御させるようなプロセッサ実行可能データ及び／又は命令を記憶していてもよい。
【００７２】
図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、３Ａ、及び３Ｂに示されている本願のシステム、機器、及び方法はすべて、概して２次元で示され、複数の射出瞳が使用者の眼を通る１つの次元において空間的に分離されているようなアイボックス構成を概して説明している。実際には、本明細書に記載の拡張されたアイボックス構成は、使用者の眼の面積全体にわたる何れの２次元構成に配置された何れの数のＮ個の複製された射出瞳を含んでいてもよい。Ｎ＝４個の複製された射出瞳を有する例示的な構成が図４において提供されている。
【００７３】
図４は、本願のシステム、機器、及び方法による例示的ホログラフィックコンバイナ４３０を２次元で示しており、これは複製された光信号の４つのインスタンスを収束させて、使用者の眼４９０における、又はその付近の空間的に分離された４つの射出瞳４８１、４８２、４８３、及び４８４を含む拡張されたアイボックス４８０を形成する。射出瞳４８１、４８２、４８３、及び４８４は、眼４９０における、又はその付近の２次元区域にわたり分散されて、眼４９０のための広い範囲の瞳孔位置（例えば、視線方向）をカバーする。眼４９０の瞳孔がアイボックス４８０の中にあるかぎり、射出瞳４８１、４８２、４８３、及び４８４の少なくとも１つ（場合によっては、射出瞳４８１、４８２、４８３、及び４８４のうちの少なくとも２の組合せ）が眼４９０の瞳孔を通って光信号を提供し、使用者は投射された画像を見ることができる。光路の点で、射出瞳４８１、４８２、４８３、及び４８４の各々は、ＳＬＰの走査レンジθのそれぞれの複製されたインスタンスに対応する光信号を受け取ってもよい。
【００７４】
図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、３Ａ、及び３Ｂに示される例示的光学複製器２５０及び３５０は、ファセットプリズム構造である。このような構造は、説明を目的として示されているにすぎず、本明細書に記載されている光学複製器の構成をファセットプリズム構造又は同様の幾何学の構造に限定することは意図されない。特定の実施態様ではファセットプリズム構造が光学複製器として適当であるかもしれないが、前述のように、本明細書に記載の光学複製器は、具体的な実施態様に応じて、様々なコンポーネントの何れを含んでいてもよい。本明細書に記載の光学複製器の構成及び動作の非限定的な例が、図５に提供されている。
【００７５】
図５は、本願のシステム、機器、及び方法による、例示的な光学複製器５５０を用いた射出瞳複製によるアイボックス拡張を示す、動作中のＷＨＵＤ５００の説明図である。ＷＨＵＤ５００は、概して典型的な眼鏡フレームのようであってもよい支持構造（複雑さを軽減するために図５では示されていない）と、レーザモジュール５２１（例えば、ＲＧＢレーザモジュール）と少なくとも１つの走査ミラー５２２を含むＳＬＰと、を含む。使用中、レーザモジュール５２１は一連の光信号５７０を生成し、各々が使用者に対して表示されることになる画像のそれぞれの部分を表す。光信号５７０は、レーザモジュール５２１から少なくとも１つの走査ミラー（ＭＥＭＳ型デジタルマイクロミラー等）５２２へと誘導され、これは光信号５７０をホログラフィックコンバイナ５３０の選択領域に向けて反射させるように制御可能に可変的である（例えば、回転配向、屈折等の可変）。ホログラフィックコンバイナ５３０は光信号５７０を使用者の眼５９０に向けて、及び使用者の視野の中へと方向転換させる（例えば、反射させ、及び／又は任意選択により収束させる）。ＷＨＵＤ５００の有効アイボックスを増大させるために、ＷＨＵＤ５００は光学複製器５５０をさらに含む。図の実施形態において、光学複製器５５０は光信号５７０の光路に関して走査ミラー５２２とホログラフィックコンバイナ５３０との間に直列に配置される３つの部分反射板５５１、５５２、及び５５３の集合を含む。当業者は、部分反射板５５１、５５２、及び５５３である様々な光学機器をよく知っており、これにはビームスプリッタ、半鍍銀面、ダイクロイックミラープリズム、ダイクロイック又は誘電体光学コーティング、及びその他が含まれるが、これらに限定されない。光学複製器５５０の中の部分反射板５５１、５５２、及び５５３は各々、各光信号５７０のそれぞれの部分（例えば、Ｒｉ％、ｉは特定の部分反射板を示す）を反射させ、反射されない部分（すなわち、Ｔｉ＝（１−Ｒｉ）％をすべて透過させる。このようにして、光学複製器５５０は実用的には、各光信号５７０を複製して空間的に分離され、時間的に並列な３つのインスタンス５７１ａ、５７２ａ、及び５７３ａにする。光信号５７０のうち、各部分反射板５５１、５５２、及び５５３により反射される部分は、結果として得られるインスタンス５７１ａ、５７２ａ、及び５７３ａの各々が実質的に同じ明るさになるように設計されてもよい。例えば、光信号５７０は当初、明るさＸを有していてもよい。光学複製器５５０の第一の部分反射板５５１は、光信号５７０のＲ５５１％を第一のインスタンス５７１ａとして反射させ、光信号５７０のＴ５５１％を光学複製器５５０の第二の部分反射板５５２へと透過させてもよい。光学複製器５５０の第二の部分反射板５５０は、光信号５７０のうち、光学複製器５５０の第一の部分反射板５５１を透過した部分のＲ５５２％を第二のインスタンス５７２ａとして反射させ、光５７０のうち、第一の部分反射板５５１を透過した部分のＴ５５２％を透過させてもよい。光学複製器５５０の第三の部分反射板５５３は、光信号５７０のうち、光学複製器５５０の第二の部分反射板５５２を透過した部分の全部（すなわち、Ｒ５５３％＝１００％）をインスタンス５７３ａとして反射させる。この場合、第三の部分反射板５５３は「部分」反射板でなくてもよく、フルミラー又はその他の実質的に完全な反射板であってもよい。一般に、複製インスタンス５７１ａ、５７２ａ、及び５７３ａにわたり均一な明るさは、Ｒ５５３＞Ｒ５５２＞Ｒ５５１で実現されてよい。光学複製器５５０は３つの部分反射板５５１、５５２、及び５５３を含み、各光信号５７０の３つのインスタンス５７１ａ、５７２ａ、及び５７３ａを生成するが、実際には何れかの数の部分反射板を使って、光信号の、それに対応する何れかの数のインスタンスを生成してもよい。光学複製器５５０により光信号５７０を複数のインスタンス５７１ａ、５７２ａ、及び５７３ａとして複製することにより、各インスタンス５７１ａ、５７２ａ、及び５７３ａは最終的に使用者の眼５９０の異なる領域に画像の同じ部分を中継し、それによって使用者は画像のその部分を様々な異なる眼位置から見ることができる。インスタンス５７１ａ、５７２ａ、及び５７３ａの各々１つがある画像の同じ部分を表すため、ホログラフィックコンバイナ５３０の例示的な実施態様は、インスタンス５７１ａ、５７２ａ、及び５７３ａの各々１つを相互に実質的に平行な状態で眼５９０のそれぞれの部分へと方向転換させるように設計される（図２Ｃの実施態様において記載されているとおり）。
【００７６】
光学複製器５５０の部分反射板５５１、５５２、及び５５３は、相互に実質的に平行であってもよい。この場合、光学複製器５５０から発せられる光信号５７０の複数のインスタンス５７１ａ、５７２ａ、及び５７３ａは基本的に相互に平行であってもよく、ＷＨＵＤ５００のアイボックスは、実用的には、光信号５７０の平行なインスタンス５７１ａ、５７２ａ、及び５７３ａの集合が占める幅全体の分程度だけ大きさの点で増大させられてもよい。アイボックスをさらに拡張するためには、光学複製器５５０の部分反射板５５１、５５２、及び５５３を相互に関してわずかに斜めに向けて、光信号５７０のインスタンス５７１ａ、５７２ａ、及び５７３ａが光学複製器５５０により発せられるときに相互に関して発散するようにしてもよい。このようにして、光信号５７０のインスタンス５７１ａ、５７２ａ、及び５７３ａは、より広い面積にわたり、眼５９０上のより広い領域まで到達してもよい。
【００７７】
図５は、走査ミラー５２２の２種類の構成（実線で示される第一の構成と点線で示される第二の構成）を示しており、それぞれレーザモジュール５２１により発せられる２種類の光信号５７０ａ及び５７０ｂに対応する。光学複製器５５０を通過した後、走査ミラー５２２の第一の実線の構成により、第一の光信号５７０ａの３つのインスタンス５７１ａ、５７２ａ、及び５７３ａ（これも実線で示される）がホログラフィックコンバイナ５３０の３つの点に衝突する。第一の光信号５７０ａの３つのインスタンス５７１ａ、５７２ａ、及び５７３ａの各々は、画像のうち、第一の光信号５７０ａで表される部分のそれぞれの複製インスタンスに対応する。したがって、３つのインスタンス５７１ａ、５７２ａ、及び５７３ａの各々は、ホログラフィックコンバイナ５３０により、相互に空間的に平行な状態で眼５９０における空間的に分離されたそれぞれの射出瞳５８１、５８２、及び５８３へと方向転換される（図２Ｃの例示的実施態様と同様）。走査ミラー５２２の第二の点線の構成により、第二の光信号５７０ｂの３つのインスタンス５７１ｂ、５７２ｂ、及び５７３ｂ（これも点線で示される）もまたホログラフィックコンバイナ５３０の３つの点に衝突する。第二の光信号５７０ｂの３つのインスタンス５７１ｂ、５７２ｂ、及び５７３ｂの各々は、画像のうち、第二の光信号５７０ｂで表される部分のそれぞれの複製インスタンスに対応する。したがって、３つのインスタンス５７１ｂ、５７２ｂ、及び５７３ｂの各々は、ホログラフィックコンバイナ５３０により、相互に空間的に平行な状態で眼５９０における空間的に分離されたそれぞれの射出瞳５８１、５８２、及び５８３へと方向転換される。第一の光信号５７０ａと第二の光信号５７０ｂは各々、ある画像の異なる部分を表すため、インスタンス５７１ａ、５７２ａ、及び５７３ａはホログラフィックコンバイナ５３０により、インスタンス５７１ｂ、５７２ｂ、及び５７３ｂとはすべて異なる角度で眼５９０へと方向転換される。ホログラフィックコンバイナ５３０は、第一の光信号５７０ａの第一のインスタンス５７１ａと第二の光信号５７０ｂの第一のインスタンス５７１ｂを第一の射出瞳５８１に、第一の光信号５７０ａの第二のインスタンス５７２ａと第二の光信号５７０ｂの第二のインスタンス５７２ｂを第二の射出瞳５８２に、及び第一の光信号５７０ａの第三のインスタンス５７３ａと第二の光信号５７０ｂの第三のインスタンス５７３ｂを第三の射出瞳５８３に収束させる。
【００７８】
光学複製器５５０は、３つの部分反射板５５１、５５２、及び５５３を利用して、光信号５７０ａの３つのインスタンス５７１ａ、５７２ａ、及び５７３ａを生成し、これらがそれぞれ異なる角度で、及び／又は走査ミラー５２２及び／又はレーザモジュール５２１に関するそれぞれ異なる仮想位置からホログラフィックコンバイナ５３０へと誘導される。しかしながら、部分反射板５５１、５５２、及び５５３は図５の実施態様における光学複製器５５０の中で例示を目的として使用されているにすぎず、本願のシステム、機器、及び方法によれば、光学複製器５５０で光信号５７０を複製する他のシステム、機器、構造、方法、及び／又は技術を利用してもよい。いくつか実施態様において、光学複製器５５０の効果又は機能は、ホログラフィックコンバイナ５３０に組み込まれ、それによって実現されてもよい。すなわち、ＷＨＵＤのいくつかの構成では、個別の光学複製器５５０をなくし、その代わりにホログラフィックコンバイナ５３０からの光信号５７０の方向転換時にそのような複製を実現してもよい。例えば、ホログラフィックコンバイナ５３０は、ホログラム材料の第一の層により担持されて、衝突する信号の第一の部分Ｒ１を反射させ、残りの部分Ｔ１＝１−Ｒ１を透過させる第一のホログラム、ホログラム材料の第二の層により担持されて、光信号の、ホログラフィック材料の第一の層を透過した部分の第二の部分Ｒ２を反射させ、残りの部分Ｔ２＝１−Ｒ２を透過させる第二のホログラム等を含んでいてもよい。得られる光信号のコピー又はインスタンスを、ホログラフィックコンバイナ５３０の層間の小さい距離の場合に本来可能となるものよりさらに広げるために、ホログラフィックコンバイナ５３０の連続する層間の屈折を使用してもよい（例えば、連続的に隣接する層に関するそれぞれの屈折率を有する異なる材料を使用することによる）。あるいは、ホログラフィックコンバイナ５３０は、そこから光信号が反射されたときに複数の回折時数を生成するように設計された１つの層を利用してもよく、各回折時数は反射された光信号のそれぞれのインスタンスに対応する。
【００７９】
射出瞳複製によるアイボックス拡張を提供する各種のＷＨＵＤシステム及び機器に加え、本明細書に記載の様々な実施形態はまた、射出瞳複製によるＷＨＵＤのアイボックスを拡張する方法も含む。
【００８０】
図６は、本願のシステム、機器、及び方法によるＷＨＵＤを動作させる方法６００を示すフロー図である。ＷＨＵＤはＷＨＵＤ１００、ＷＨＵＤ２００、又はＷＨＵＤ３００と実質的に同様であってもよく（以下の具体的な動作の説明に基づき、適当なもの）、一般に、ＳＬＰと、光学複製器と、ホログラフィックコンバイナと、を含む。方法６００は３つの動作６０１、６０２、及び６０３を含むが、当業者であれば、代替的実施形態において、特定の動作を省略してもよく、及び／又は別の動作が追加されてもよいことがわかるであろう。当業者であればまた、動作の図の順番は例示のために示されているにすぎず、代替的実施形態では変更してもよいことがわかるであろう。方法６００の解釈において、「使用者」という用語は、ＷＨＵＤを装着する人物を指す。
【００８１】
６０１で、ＷＨＵＤのＳＬＰは第一の光信号を生成する。第一の光信号は、完全な第一の画像又は第一の画像の一部を表していてもよい。例えば、第一の光信号はある画像の１つ又は複数の画素を表していてもよい。
【００８２】
６０２で、光学複製器は、第一の光信号のＮ個のインスタンスのそれぞれ１つをホログラフィックコンバイナへと方向転換させ、Ｎは１より大きい整数である。一般に、動作６０１及び６０２の間で、光学複製器はＳＬＰから第一の信号を受け取り、第一の光信号を第一の光信号のＮ個のインスタンスへと複製してもよい（例えば、光学的に分割、分裂、分岐、分散、多重化し、又はそれ以外の複製する）。第一の光信号が少なくも２つの画素を含む画像を表す場合、６０２で、光学複製器はその画像のＮ個のインスタンスのそれぞれをホログラフィックコンバイナへと方向転換させてもよい。第一の光信号がある画像の１つ又は複数の画素を表す場合、６０２で光学複製器は、画像の１つ又は複数の画素のＮ個のインスタンスをホログラフィックコンバイナへと方向転換させてもよい。前述のように、光学複製器は、第一の光信号のＮ個のインスタンスのそれぞれ１つを、実用的には、ＳＬＰに関する空間的に分離されたＮ個の仮想位置のそれぞれ１つからホログラフィックコンバイナへと方向転換させてもよい。
【００８３】
６０３で、ホログラフィックコンバイナは光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスを使用者の眼と方向転換させる。後でより詳しく説明するように、第一の光信号の１つ又は複数のインスタンスは、制御可能シャッタにより選択的に遮断されてもよく、したがって、ホログラフィックコンバイナにより光学複製器から受け取られなくてもよい。具体的な実施態様に応じて、ホログラフィックコンバイナは光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスを、相互に空間的に平行な状態で使用者の眼へと方向変換させてもよい。ホログラフィックコンバイナは、光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスを、使用者の眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させてもよい。
【００８４】
いくつかの実施態様において、ホログラフィックコンバイナはホログラムを含んでいてもよく、これは第一の光信号のインスタンスを、第一の光信号の各インスタンスの、第一の光信号のインスタンスが対応するＳＬＰの特定の仮想位置から得られる（ホログラフィックコンバイナでの）入射角に基づいて、使用者の眼におけるそれぞれの射出瞳へと方向転換させる。このような実施態様においても、ホログラフィックコンバイナは、それぞれ第一の光信号の異なる波長を有する少なくとも２つの成分、例えば少なくとも第一の光信号の２つの色成分を再生する（例えば、動作６０３の方向転換及び／又は収束を実行する）少なくとも２つの波長多重ホログラムを含んでいてもよい。例えば、ＳＬＰは、赤色レーザダイオード、緑色レーザダイオード、及び青いレーザダイオードを含んでいてもよく、第一の光信号は赤色成分、緑色成分、及び青色成分を含んでいてもよい。この場合、ホログラフィックコンバイナは赤色ホログラム、緑色ホログラム、及び青色ホログラムを含んでいてもよく、赤色ホログラムは、光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスのそれぞれの赤色成分を使用者の眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させてもよく、緑色ホログラムは、光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスのそれぞれの緑色成分を使用者の眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させてもよく、青色ホログラムは、光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスのそれぞれの青色成分を使用者の眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させてもよい。
【００８５】
いくつかの実施態様において、ホログラフィックコンバイナは少なくとも２つの多重ホログラムを含んでいてもよく、各ホログラムは光学複製器から受け取った第一の光信号のそれぞれのインスタンスを使用者の眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させてもよい。引き続き上記の例において、ホログラフィックコンバイナは、少なくとも２つの角度多重赤色ホログラム、少なくとも２つの角度多重緑色ホログラム、及び少なくとも２つの角度多重青色ホログラムを含んでいてもよい。この場合、それぞれの角度多重赤色ホログラムは、光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスのそれぞれの赤色成分を使用者の眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させてもよく、それぞれの角度多重緑色ホログラムは、光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスのそれぞれの緑色成分を使用者の眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させてもよく、それぞれの角度多重青色ホログラムは、光学複製器から受け取った第一の光信号の各インスタンスのそれぞれの青色成分を使用者の眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させてもよい。
【００８６】
方法６００は、様々な方法で延長されてもよい。例えば、ＳＬＰは、少なくとも第二の光信号（例えば、少なくとも第二の画像、又は第一の画像の少なくとも第二の画素、又は第一の画像の少なくとも第二の集合の画素に対応する）を生成してもよく、光学複製器は、少なくとも第二の光信号のＮ個のインスタンスのそれぞれ１つをホログラフィックコンバイナへと方向転換させてもよく、ホログラフィックコンバイナは、光学複製器から受け取った少なくとも第二の光信号の各インスタンスを使用者の眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させてもよい。同様に、ＳＬＰは、ＳＬＰの走査レンジθのスイープに対応する光信号を生成してもよく、光学複製器はＳＬＰの走査レンジθを受け取り、ＳＬＰの走査レンジθのＮ個のインスタンスのそれぞれ１つをホログラフィックコンバイナへと方向転換させてもよく、ホログラフィックコンバイナは、光学複製器から受け取ったＳＬＰの走査レンジθの各インスタンスを使用者の眼における、又はその付近のそれぞれの射出瞳に収束させてもよい。
【００８７】
さらに、前述のように、ＷＨＵＤはアイトラッカと、アイトラッカに（直接か、又はプロセッサ及び／又はメモリ等の１つ又は複数の他の機器を通じて）通信可能に連結された少なくとも１つの制御可能シャッタと、を含んでいてもよい。この場合、アイトラッカは使用者の眼の視線方向（例えば、瞳孔位置）を判断してもよく、少なくとも１つの制御可能シャッタは、光学複製器からホログラフィックコンバイナへと方向転換される光信号のＮ個のインスタンスの少なくとも１つを除くすべてを選択的に遮断してもよい。第一の光信号のＮ個のインスタンスの、少なくとも１つの制御可能シャッタにより遮断されない少なくとも１つ（すなわち、「遮断されないインスタンス」）について、ホログラフィックコンバイナは第一の光信号の遮断されないインスタンスを、使用者の眼の、アイトラッカにより判断された使用者の眼の視線方向に基づいて、使用者の眼の瞳孔を含む領域へと方向転換させてもよい。
【００８８】
本願のシステム、機器、及び方法によれば、網膜走査プロジェクタのアイボックスは、１つ又は複数の射出瞳の複製によって拡張されてもよい。この方式において、ある射出瞳は、眼の瞳孔の直径と略等しいか、それより小さい所定の大きさ、例えば約４ｍｍ又はそれ以下（例えば約２ｍｍ）を有していてもよく、それによって射出瞳が使用者の（物理的な）瞳孔に衝突した（例えば、例えば、それと整列又は重複した）ときに、画像からのすべての光が眼に入る。しかしながら、使用者が眼を動かすと、射出瞳と使用者の瞳孔との間の整列が失われるかもしれず、投射された画像は使用者の視野から消失するかもしれない。それゆえ、本明細書に記載されている「射出瞳複製によるアイボックスの拡張」方式の中で、複数の射出瞳は使用者の眼に投射され、タイリングされてもよく、それによって、複数の、多くの、ほとんどの、又はすべての眼位置について、少なくとも１つの射出瞳が使用者の眼と整列する。
【００８９】
本明細書及び付属の特許請求の範囲の全体を通じて、「約」という用語が具体的な値又は数量に関連して使用されることがある。例えば、「約２ｃｍ」以内の高速収束。具体的な文脈により他の解釈が必要な場合を除き、約という用語は一般に、±１５％を意味する。
【００９０】
本明細書に記載の「光学複製器」は光学機器である。部分的反射板の配置を含む光学複製器の非限定的な例が図５に示され（、それに関して説明され）ているが、本願のシステム、機器、及び方法は、図５の光学複製器の例示的実施態様に限定されることは意図されていない。本明細書に記載の光学複製器は、何れの数の、及び／又は配置のビームスプリッタ、プリズム、半鍍銀面、ダイクロイック、誘電体コーティング、及び／又は、当業者が光信号又は画像を本明細書に記載されているように光学的に複製するために使用するであろう他の光学機器を含んでいてもよい。当業者であればわかるように、本明細書に記載の光学的複製は、具体的な実施態様の要求事項に応じて、様々な異なる光学機器を個別に、又は組み合わせて使用して実現されてもよい。したがって、本願のシステム、機器、及び方法は、光学機器又は光学機器の配置が本明細書に記載されているように光学信号又は画像を光学的に複製する実施態様の代表的なものである。
【００９１】
当業者であれば、本願のシステム、機器、及び方法は、ＳＬＰ以外の１つ又は複数の光源を利用するＷＨＵＤ構成に適用され、又はそれ以外の方法でその中に組み込まれてよいことがわかるであろう。例えば、いくつかの実施態様において、本明細書に記載されているＳＬＰは、他の光源、例えば１つ又は複数の発光ダイオード（「ＬＥＤ」）、１つ又は複数の有機ＬＥＤ（「ＯＬＥＤ」）、１つ又は複数のデジタルライトプロセッサ（「ＤＬＰ」）に置き換えられてもよい。このようなレーザ以外の実施態様は、有利な点として、投射された光信号をコリメートし、合焦させ、及び／又はそれ以外に案内するための追加の光学系を利用してもよい。具体的な文脈によって他の解釈が必要な場合を除き、当業者であれば、本願のシステム、機器、及び方法を通じた「ＳＬＰ」への言及は代表的であり、他の光源（必要に応じて他の光学系と組み合わされる）を本明細書に記載されているＳＬＰと同じ一般的目的にかなうように適用させるため応用又は適応されてもよいことがわかるであろう。
【００９２】
当業者であれば、本願のシステム、機器、及び方法は、ホログラフィックコンバイナ以外の１つ又は複数の透明コンバイナを採用するＷＨＵＤ構造に応用し、又はそれ以外に組み込んでもよいことがわかるであろう。例えば、いくつかの実施態様において、本明細書に記載のホログラフィックコンバイナは、実質的に同じ一般的な目的にかなうホログラフィック機器以外のもの、例えばプリズムフィルム、マイクロレンズアレイを担持するフィルム、及び／又は導波構造に置き換えてもよい。このようなホログラフィック以外の実施態様は、追加の光学系を利用してもしなくてもよい。具体的な文脈から他の解釈が必要となる場合を除き、当業者であれば、本願のシステム、機器、及び方法を通じて、「ホログラフィックコンバイナ」への言及は代表的であり、他の透明コンバイナ（必要に応じて他の光学系と組み合わされる）が本明細書に記載のホログラフィックコンバイナと同じ一般的目的にかなうように応用されても、又は応用できるように調整されてもよいことがわかるであろう。
【００９３】
当業者であれば、本明細書に記載されている射出瞳複製によるアイボックス拡張の各種の実施形態は、非ＷＨＵＤの用途でも利用されてよいことがわかるであろう。例えば、本願のシステム、機器、及び方法は、非ウェアラブルヘッドアップディスプレイにおいて、及び／又はホログラフィックコンバイナが必ずしも透明でなくてもよい、仮想現実ディスプレイを含む他のプロジェクションディスプレイに応用されてもよい。
【００９４】
両眼用の実施態様（すなわち、表示内容が使用者の両眼に投射される実施態様）においては、使用者の各眼に異なる視野を意図的に投射させることにより、視野全体を増大させてもよい。２つの視野は重複してもよく、それによって両眼が視野の中央で内容を見て、その間に左眼はその視野の左側でより多くの内容を見て、右眼がその視野の右側でより多くの内容を見る。
【００９５】
複数の射出瞳を利用するいくつかの実施態様において、すべての射出瞳は任意選択により、常に有効な状態であってもよい。あるいは、アイトラッキングも利用する実施態様では、使用者が見ている場所に対応する（アイトラッキングに基づく）射出瞳だけを有効にしてもよく、その一方で、使用者の視野の外にある１つ又は複数の射出瞳は無効にしてもよい。
【００９６】
いくつかの実施態様において、プロジェクタの走査範囲は眼が見ている方向における、又は使用中の射出瞳における解像度を増大させるために能動的に変化させることができる。これは、米国仮特許出願第６２／１３４，３４７号明細書に記載されているような、不均一な画像解像度の例である。
【００９７】
アイボックス拡張は、有利な点として、使用者が広い範囲の方向を見ているときに表示内容が見えるようにする。さらに、アイボックス拡張により、より広い眼配置を持つより多様な使用者が、ＷＨＵＤを通じて表示された内容を十分に見えるようにしてもよい。瞳孔間距離、眼の形状、眼の相対位置、その他等の解剖学的詳細はすべて使用者によって異なる。本明細書に記載されている各種のアイボックス拡張方法を使用して、解剖学的違いを有する様々な使用者に対して、ＷＨＵＤをよりロバストに（及びしたがって、より有用に）できるかもしれない。使用者ごとの身体的なばらつきにはるかによく対応できるようにするために、本明細書に記載されている各種のＷＨＵＤは、使用者が本人の眼に関する１つ又は複数の射出瞳の物理的位置及び／又は整列を制御可能に調整できるような１つ又は複数の機械的構造を含んでいてもよい。このような機械的構造には、１つ又は複数のヒンジ、ダイヤル、屈曲部、さねはぎ又は他のスライド式に連結されたコンポーネント、その他が含まれていてもよい。あるいは、本明細書で教示されている方式により、有利な点として、このような追加の機械的構造を含める必要がなくなり、その結果、そうでない場合に入手可能であるものより小型化、軽量化できる。
【００９８】
いくつかの実施態様において、１つ又は複数の光ファイバを使って、光信号を本明細書で示された経路のいくつかに沿って案内してもよい。
【００９９】
本明細書に記載の各種の実施態様は、任意選択により、米国仮特許出願第６２／２８８，９４７号明細書に記載されているアイボックスの劣化を防止するためのシステム、機器、及び方法を利用してもよい。
【０１００】
本明細書に記載のＷＨＵＤは、使用者の環境からデータを収集するための１つ又は複数のセンサ（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つ又は複数のカメラを使って、ＷＨＵＤのプロセッサにフィードバックを提供し、ある画像を表示上のどこに表示すべきかに影響を与えてもよい。
【０１０１】
本明細書に記載のＷＨＵＤは、１つ又は複数のオンボード電源（例えば、１つ又は複数のバッテリ）、無線通信送受信のための無線トランシーバ、及び／又はコンピュータへの接続及び／又は１つ又は複数のオンボード電源の充電のためのテザコネクタポートを含んでいてもよい。
【０１０２】
本明細書に記載のＷＨＵＤは、様々な方法のうちの１つ又は複数で、使用者からのコマンドを受け、それに応答してもよく、これにはマイクロフォンを通じた音声コマンド、ボタン、スイッチ、又はタッチセンサ式表面を通じたタッチコマンド、及び／又はジェスチャ検出システムを通じたジェスタャベースのコマンドが含まれ、例えば米国特許出願第１４／１５５，０８７号明細書、米国特許出願第１４／１５５，１０７号明細書、ＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０５７０２９号明細書、及び／又は米国仮特許出願第６２／２３６，０６０号明細書に記載され、これらすべての全体を参照によって本願に援用する。
【０１０３】
本明細書に記載のＷＨＵＤの各種の実施態様は、米国仮特許出願第６２／１１７，３１６号明細書、米国仮特許出願第６２／１５６，７３６号明細書、及び／又は米国仮特許出願第６２／２４２，８４４号明細書に記載されている技術の何れか又は全部を含んでいてもよい。
【０１０４】
本明細書及び付属の特許請求の範囲の全体を通じて、「通信可能な経路」、「通信可能な連結」等における、及び「通信可能に連結される」等の変化形における「通信可能な」という用語は一般に、情報を伝達及び／又は交換するためのあらゆる工学的配置を指すために使用されている。例示的な通信可能な経路には、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）が含まれるがこれらに限定されず、例示的な通信可能な連結には、電気連結、磁気連結、及び／又は光学連結が含まれるがこれらに限定されない。
【０１０５】
本明細書及び付属の特許請求の範囲の全体を通じて、不定詞の動詞形態が頻繁に使用されている。例えば、限定ではないが、「検出すること」、「提供すること」、「送信すること」、「通信すること」、「加工すること」、「送ること」、等が含まれる。具体的な文脈から他の解釈が必要となる場合を除き、このような不定詞の動詞形態は非限定的で包括的な意味において使用されており、すなわち、「少なくとも検出すること」、「少なくとも提供すること」、「少なくとも送信すること」等である。
【０１０６】
図の実施形態に関する上記の説明は、「要約書」に記載されている内容を含め、これらが網羅的である、又は実施形態を開示されている通りの形態に限定すると意図されているのではない。具体的な実施形態及び例は本明細書において、説明的目的のために記載されているが、本開示の主旨と範囲から逸脱することなく、様々な、それと同等の変更を加えることができ、これは当業者であればわかることである。本明細書で提供されている各種の実施形態の教示は、他のポータブル及び／又はウェアラブル電子機器にも応用可能であり、必ずしも、概して上で説明した例示的なウェアラブル電子機器でなくてもよい。
【０１０７】
例えば、上述の詳細な説明は、機器及び／又はプロセスの各種の実施形態を、ブロック図、略図、及び例を通じて記載されている。かかるブロック図、略図、及び例が１つ又は複数の機能及び／又は動作を含むかぎり、当業者であれば、かかるブロック図、フローチャート、又は例に含まれる各機能及び／又は動作を個別に、及び／又はまとめて、各種のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又は実質的にあらゆるその組合せにより実施できることがわかるであろう。１つの実施形態において、本願の主旨は、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）を通じて実施されてよい。しかしながら、当業者であれば、本明細書で開示されている実施形態は、全体的又は部分的に、標準的な集積回路において、１つ又は複数のコンピュータにより実行される１つ又は複数のコンピュータプログラムとして（例えば、１つ又は複数のコンピュータシステム上で実行される１つ又は複数のプログラムとして）、１つ又は複数のコントローラ（例えばマイクロコントローラ）により実行される１つ又は複数のプログラムとして、１つ又は複数のプロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ、中央処理ユニット、グラフィカルプロセシングユニット）により実行される１つ又は複数のプログラムとして、ファームウェアとして、又は実用的にはそれらのあらゆる組合せとして同様に実施でき、回路を設計すること、及び／又はソフトウェア用及び又はファームウェア用のコードを書くことも、本開示の教示を参照すれば当業者にとって十分に可能であろう。
【０１０８】
ロジックがソフトウェアとして実施され、メモリに記憶される場合、ロジック又は情報はあらゆるプロセッサ関連のシステムもしくは方法により、又はそれに関して使用されるあらゆるプロセッサ判読可能媒体に記憶することができる。本開示に関して、メモリはプロセッサ判読可能媒体であり、すなわち、コンピュータ及び／又はプロセッサプログラムを含む、又は記憶する電子、磁気、光、又はその他の物理的機器又は手段である。ロジック及び／又は情報は、命令実行システム、装置、又は機器、例えばコンピュータ援用システム、プロセッサ内蔵システム、又は命令実行システム、装置、又は機器からフェッチし、そのロジック及び／又は情報に関連する命令を実行することのできるその他のシステムにより、又はそれに関連して使用するあらゆるプロセッサ判読可能媒体に具現化できる。
【０１０９】
本明細書に関連して、「非一時的プロセッサ判読可能媒体」とは、命令実行システム、装置、及び／又は機器により、又はそれに関連して使用されるロジック及び／又は情報に関連するプログラムを保存することのできるあらゆる素子とすることができる。プロセッサ判読可能媒体は、例えば、電子、磁気、光、電磁、赤外線、又は半導体システム、装置、又は機器とすることができるが、これらに限定されない。コンピュータ判読可能媒体のより具体的な例（完全に網羅されていないリスト）には、以下が含まれる：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、又はその他）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、イレーサブルプログラマブルリードオンリメモリ（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リードオンリメモリ（ＣＤＲＯＭ）、デジタルテープ、及びその他の非一時的媒体。
【０１１０】
上述の各種の実施形態を組み合わせて他の実施形態を提供することができる。これらが本明細書中に具体的な教示及び定義と矛盾しないかぎり、本明細書中で言及され、及び／又は出願データシートでＴｈａｌｍｉｃ  Ｌａｂｓ  Ｉｎｃ．が所有するものとして列挙された米国特許、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はすべて、米国仮特許出願第６２／２１４，６００号明細書、米国仮特許出願第６２／２６８，８９２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、米国仮特許出願第６２／２４５，７９２号明細書、米国仮特許出願第６２／２８１，０４１号明細書、米国仮特許出願第６２／１３４，３４７号明細書、米国仮特許出願第６２／２８８，９４７号明細書、米国特許出願第１４／１５５，０８７号明細書、米国特許出願第１４／１５５，１０７号明細書、ＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０５７０２９号明細書、米国仮特許出願第６２／２３６，０６０号明細書、米国仮特許出願第６２／１１７，３１６号明細書、米国仮特許出願第６２／１５６，７３６号明細書、及び米国仮特許出願第６２／２４２，８４４号明細書を含め、ただしこれらに限定することなく、その全体を参照によって本願に援用する。実施形態の態様は、必要に応じて、様々な特許、出願、及び文献のシステム、回路、及び概念を利用するように変更して、また別の実施形態を提供することができる。
【０１１１】
上述の詳細な説明を参照して、これら及びその他の変更を実施形態に加えることができる。一般に、以下の特許請求の範囲において、使用される用語は特許請求項を明細書及び特許請求の範囲の中で開示されている具体的な実施形態に限定すると解釈すべきではなく、かかる請求項に付与されうる均等物の全範囲に沿ってあらゆる考えうる実施形態を含むと解釈すべきである。したがって、特許請求の範囲は開示により限定されない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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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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