(57)【要約】光源からの入力光を空間光変調器に指向するための光プロジェクタシステムの実施例が、提供される。例えば、回折光学要素を有する第１の表面と、第１の表面に対して垂直である第２の表面と、第２の表面に対してある角度で配列される第３の表面とを含む、光学デバイスが、開示される。第３の表面は、第１の状態の光に対して反射性であり、第２の状態の光に対して透過性である、ビーム分割表面であり得る。回折光学要素は、第１の状態を有する光で構成される入力ビームを受け取り、第１の回折ビームが第３の表面に向かって指向され、第１の表面と略平行な方向に第３の表面によって反射されるように、入力ビームを第１の回折角における少なくとも第１の回折ビームに変換し得る。
2020512584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学デバイスであって、
透過型回折光学要素を備える第１の表面と、
前記第１の表面に対して垂直である第２の表面と、
前記第２の表面に対してある角度で配列される第３の表面であって、前記第３の表面は、第１の状態の光に対して反射性であり、第２の状態の光に対して透過性である、第３の表面と
を備え、
前記透過型回折光学要素は、垂直に前記第１の表面上に入射するコリメートされた入力ビームを受け取ることであって、前記コリメートされた入力ビームは、前記第１の状態を有する光を備える、ことと、第１の回折ビームが、前記第３の表面に向かって指向され、前記第１の表面と略平行な方向に前記第３の表面によって反射されるように、前記コリメートされた入力ビームを第１の回折角における少なくとも第１の回折ビームに変換することとを行うように構成される、光学デバイス。
【請求項２】
前記第１の回折ビームは、前記第２の表面において前記光学デバイスから出射し、前記光学デバイスはさらに、前記第１の回折ビームを受け取るための前記第２の表面に隣接する空間光変調器を備え、前記空間光変調器は、前記第１の回折ビームを、第１の変調されたビームに変換することであって、前記第１の変調されたビームは、前記第２の状態を有する光を備える、ことと、前記第２の表面に向かって戻るように前記第１の変調されたビームを指向することとを行うように構成される、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記空間光変調器は、シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）空間光変調器またはデジタル光処理（ＤＬＰ）空間光変調器である、請求項２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記第２の表面の反対側に第４の表面をさらに備え、前記第４の表面は、前記第２の表面を通過した後に前記第１の変調されたビームを受け取り、かつ透過させるように構成され、前記第４の表面は、湾曲している、請求項２に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記透過型回折光学要素はさらに、第２の回折ビームが、前記第２の表面に向かって指向され、全内部反射を介して前記第３の表面に向かって前記第２の表面によって反射され、前記第１の表面と略平行な方向に前記第３の表面によって反射されるように、前記コリメートされた入力ビームを第２の回折角における第２の回折ビームに変換するように構成される、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記反射された第１の回折ビームおよび前記反射された第２の回折ビームは、空間光変調器によって受け取られ、前記反射された第１の回折ビームおよび前記反射された第２の回折ビームは、組み合わせて空間光変調器全体を照明する、請求項５に記載の光学デバイス。
【請求項７】
前記第１、第２、および第３の表面は、平面的である、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項８】
前記第２の表面は、曲面である、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項９】
前記第１、第２、および第３の表面は、ウェッジを形成する、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項１０】
前記ウェッジは、少なくとも約１．５の屈折率を備える、請求項９に記載の光学デバイス。
【請求項１１】
前記第３の表面は、偏光ビーム分割表面を備える、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項１２】
前記第２の表面に対する前記第３の表面の角度は、４５度未満である、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項１３】
前記第２の表面に対する前記第３の表面の角度は、約３０度である、請求項１２に記載の光学デバイス。
【請求項１４】
前記第１の回折角は、０度を上回る、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項１５】
前記第１の回折角は、約３０度である、請求項１４に記載の光学デバイス。
【請求項１６】
前記透過型回折光学要素は、複数の回折特徴を備える、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項１７】
前記第１の回折角は、前記複数の回折特徴の周期に基づく、請求項１６に記載の光学デバイス。
【請求項１８】
光学デバイスであって、
反射型回折光学要素を備える第１の表面と、
前記第１の表面に対して垂直である第２の表面と、
前記第２の表面に対してある角度で配列される第３の表面であって、前記第３の表面は、第１の状態の光に対して反射性であり、第２の状態の光に対して透過性である、第３の表面と
を備え、
前記反射型回折光学要素は、発散入力ビームを受け取ることであって、前記発散入力ビームは、前記第１の状態を有する光を備える、ことと、第１のコリメートおよび回折されたビームが、前記第３の表面に向かって指向され、前記第１の表面と略平行な方向に前記第３の表面によって反射されるように、前記発散入力ビームを第１の回折角における少なくとも第１のコリメートおよび回折されたビームに変換することとを行うように構成される、
光学デバイス。
【請求項１９】
前記第１のコリメートおよび回折されたビームは、前記第２の表面において前記光学デバイスから出射し、前記光学デバイスはさらに、前記第１のコリメートおよび回折されたビームを受け取るための前記第２の表面に隣接する空間光変調器を備え、前記空間光変調器は、前記第１のコリメートおよび回折されたビームを、第１の変調されたビームに変換することであって、前記第１の変調されたビームは、前記第２の状態を有する光を備える、ことと、前記第２の表面に向かって戻るように前記第１の変調されたビームを指向することとを行うように構成される、請求項１８に記載の光学デバイス。
【請求項２０】
前記空間光変調器は、シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）空間光変調器またはデジタル光処理（ＤＬＰ）空間光変調器である、請求項１９に記載の光学デバイス。
【請求項２１】
前記第２の表面の反対側に第４の表面をさらに備え、前記第４の表面は、前記第２の表面を通過した後に前記第１の変調されたビームを受け取り、かつ透過させるように構成され、前記第４の表面は、湾曲している、請求項１９に記載の光学デバイス。
【請求項２２】
前記反射型回折光学要素はさらに、第２のコリメートおよび回折されたビームが、前記第２の表面に向かって指向され、全内部反射を介して前記第３の表面に向かって前記第２の表面によって反射され、前記第１の表面と略平行な方向に前記第３の表面によって反射されるように、前記発散入力ビームを第２の回折角における第２のコリメートおよび回折されたビームに変換するように構成される、請求項１８に記載の光学デバイス。
【請求項２３】
前記反射された第１のコリメートおよび回折されたビームおよび前記反射された第２のコリメートおよび回折されたビームは、空間光変調器によって受け取られ、前記反射された第１のコリメートおよび回折されたビームおよび前記反射された第２のコリメートおよび回折されたビームは、組み合わせて空間光変調器全体を照明する、請求項２２に記載の光学デバイス。
【請求項２４】
前記反射型回折光学要素は、複数の角度または側方分離された発散入力ビームを受け取るように、かつそれらを低減された量の角度または側方分離を伴ってコリメートおよび回折されたビームに変換するように構成される、請求項１８に記載の光学デバイス。
【請求項２５】
前記複数の角度または側方分離された発散入力ビームを出力するための複数の側方分離された光源をさらに備える、請求項２４に記載の光学デバイス。
【請求項２６】
前記反射型回折光学要素は、第１の角度において前記複数の角度または側方分離された発散入力ビームのうちの第１の入力ビームを受け取ることと、前記第１の入力ビームを光学経路に沿って前記第３の表面に向かって指向される対応する第１のコリメートおよび回折されたビームに変換することと、第２の角度において前記複数の角度または側方分離された発散入力ビームのうちの第２の入力ビームを受け取ることと、前記第２の入力ビームを前記光学経路に沿って前記第３の表面に向かって指向される第２のコリメートおよび回折されたビームに変換することとを行うように構成される、請求項２４に記載の光学デバイス。
【請求項２７】
前記第１、第２、および第３の表面は、平面的である、請求項１８に記載の光学デバイス。
【請求項２８】
前記第２の表面は、曲面である、請求項１８に記載の光学デバイス。
【請求項２９】
前記第１、第２、および第３の表面は、ウェッジを形成する、請求項１８に記載の光学デバイス。
【請求項３０】
前記ウェッジは、少なくとも約１．５の屈折率を備える、請求項２９に記載の光学デバイス。
【請求項３１】
前記第３の表面は、偏光ビーム分割表面を備える、請求項１８に記載の光学デバイス。
【請求項３２】
前記第２の表面に対する前記第３の表面の角度は、４５度未満である、請求項１８に記載の光学デバイス。
【請求項３３】
前記第２の表面に対する前記第３の表面の角度は、約３０度である、請求項３２に記載の光学デバイス。
【請求項３４】
前記第１の回折角は、０度を上回る、請求項１８に記載の光学デバイス。
【請求項３５】
前記第１の回折角は、約３０度である、請求項３４に記載の光学デバイス。
【請求項３６】
前記第１の回折角は、前記反射型回折光学要素の回折特徴の周期に基づく、請求項１８に記載の光学デバイス。
【請求項３７】
前記反射型回折光学要素は、ホログラムを備える、請求項１８に記載の光学デバイス。
【請求項３８】
ユーザの頭部上に装着されるように構成される頭部搭載型ディスプレイ（ＨＭＤ）であって、前記ＨＭＤは、
フレームと、
前記フレームによって支持され、画像を前記ユーザの眼に投影するように構成される投影光学系と、
前記投影光学系と光学通信する光プロジェクタシステムであって、前記光プロジェクタシステムは、前記画像を用いて符号化される変調された光を提供するように構成され、前記光プロジェクタシステムは、
入力ビームを放出するための光源と、
光学デバイスであって、前記光学デバイスは、
回折光学要素を伴う第１の表面と、
前記第１の表面に対して垂直である第２の表面と、
前記第２の表面に対してある角度で配列される第３の表面であって、前記第３の表面は、第１の状態の光に対して反射性であり、第２の状態の光に対して透過性である、第３の表面と
を備え、
前記回折光学要素は、入力ビームを受け取ることであって、前記入力ビームは、前記第１の状態を有する光を備える、ことと、第１の回折ビームが、前記第３の表面に向かって指向され、前記第１の表面と略平行な方向に前記第３の表面によって反射されるように、前記入力ビームを第１の回折角における少なくとも第１の回折ビームに変換することとを行うように構成される、光学デバイスと、
空間光変調器であって、前記空間光変調器は、前記光学デバイスによって空間光変調器に送達される前記入力ビームを使用して、前記変調された光を生成するように構成される、空間光変調器と
を備える、光プロジェクタシステムと
を備える、ＨＭＤ。
【請求項３９】
前記回折光学要素は、透過型回折光学要素を備える、請求項３８に記載のＨＭＤ。
【請求項４０】
前記回折光学要素は、反射型回折光学要素を備える、請求項３８に記載のＨＭＤ。
【請求項４１】
前記回折光学要素は、回折格子を備える、請求項３８に記載のＨＭＤ。
【請求項４２】
前記回折光学要素は、ホログラムを備える、請求項３８に記載のＨＭＤ。
【請求項４３】
前記光学デバイスと前記光源との間に配置されるコリメータをさらに備える、請求項３８に記載のＨＭＤ。
【請求項４４】
前記投影光学系は、
内部結合光学要素と、
外部結合光学要素と
を備え、
前記内部結合光学要素は、前記変調された光を受け取り、かつ内部結合するように構成され、
前記外部結合光学要素は、前記ユーザの眼に向かって前記内部結合された光を外部結合するように構成される、請求項３８に記載のＨＭＤ。
【請求項４５】
前記投影光学系は、導波管のスタックを備える、請求項４４に記載のＨＭＤ。
【請求項４６】
各導波管は、前記導波管のスタックのうちの１つ以上の他の導波管と比較して、異なる量の発散を伴って光を外部結合するように構成される、請求項４５に記載のＨＭＤ。
【請求項４７】
光学デバイスであって、
回折光学要素を備える第１の表面と、
前記第１の表面に対して垂直である第２の表面と、
前記第２の表面に対してある角度で配列される第３の表面であって、前記第３の表面は、第１の状態の光に対して反射性であり、第２の状態の光に対して透過性である、第３の表面と
を備え、
前記回折光学要素は、入力ビームを受け取ることであって、前記入力ビームは、前記第１の状態を有する光を備える、ことと、第１の回折ビームが、前記第３の表面に向かって指向され、前記第１の表面と略平行な方向に前記第３の表面によって反射されるように、前記入力ビームを第１の回折角における少なくとも第１の回折ビームに変換することとを行うように構成される、光学デバイス。
【請求項４８】
前記回折光学要素は、透過型回折光学要素を備える、請求項４７に記載の光学デバイス。
【請求項４９】
前記回折光学要素は、反射型回折光学要素を備える、請求項４７に記載の光学デバイス。
【請求項５０】
前記回折光学要素は、回折格子を備える、請求項４７に記載の光学デバイス。
【請求項５１】
前記回折光学要素は、ホログラムを備える、請求項４７に記載の光学デバイス。
【請求項５２】
前記入力ビームは、前記光学デバイスから分離しているコリメータによってコリメートされる、請求項４７に記載の光学デバイス。
【請求項５３】
前記回折光学要素は、前記入力ビームを第１のコリメートおよび回折されたビームに変換するように構成される、請求項４７に記載の光学デバイス。
【請求項５４】
前記第１および第２の状態は、それぞれ、第１の偏光状態および第２の偏光状態である、請求項４７に記載の光学デバイス。
【請求項５５】
画像情報をユーザに伝送する方法であって、前記方法は、
光学デバイスを提供することであって、前記光学デバイスは、第１の表面と、前記第１の表面に対して垂直である第２の表面と、前記第２の表面に対してある角度で配列される第３の表面であって、前記第３の表面は、第１の状態の光に対して反射性であり、第２の状態の光に対して透過性である、第３の表面とを備える、ことと、
前記第１の表面上に入射する入力ビームを生成することであって、前記入力ビームは、前記第１の表面に対して垂直に進行し、第１の状態を有する、ことと、
前記第１の表面上に透過型回折光学要素を提供し、第１の回折ビームが、前記第３の表面に向かって指向され、前記第１の表面と略平行な方向に前記第３の表面によって反射されるように、前記入力ビームを第１の回折角における少なくとも第１の回折ビームに変換することと、
空間光変調器を使用して、画像情報を用いて、少なくとも前記反射された第１の回折ビームを変調することであって、前記空間光変調器は、前記空間光変調器に対して垂直である前記反射された第１の回折ビームを受け取ることと、第２の状態を有する変調された光ビームを生成することとを行うように構成される、ことと、
１つ以上の投影光学構成要素を使用して、前記変調された光ビームを受け取ることと、
前記１つ以上の投影光学構成要素を使用して、前記画像情報を前記ユーザに投影することと
を含む、方法。
【請求項５６】
前記光学デバイスに隣接して配置されるコリメータを用いて、前記入力ビームをコリメートすることをさらに含む、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記第２の表面に対する前記第３の表面の角度は、４５度未満である、請求項５５に記載の方法。
【請求項５８】
前記第２の表面に対する前記第３の表面の角度は、約３０度である、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記第１の回折角は、０度を上回る、請求項５５に記載の方法。
【請求項６０】
前記第１の回折角は、約３０度である、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
画像情報をユーザに伝送する方法であって、前記方法は、
光学デバイスを提供することであって、前記光学デバイスは、第１の表面と、前記第１の表面に対して垂直である第２の表面と、前記第２の表面に対してある角度で配列される第３の表面であって、前記第３の表面は、第１の状態の光に対して反射性であり、第２の状態の光に対して透過性である、第３の表面とを備える、ことと、
前記第１の表面上に入射する発散入力ビームを生成することであって、前記発散入力ビームは、第１の状態を有する、ことと、
前記第１の表面上に反射型回折光学要素を提供し、第１のコリメートおよび回折されたビームが、前記第３の表面に向かって指向され、前記第１の表面と略平行な方向に前記第３の表面によって反射されるように、前記発散入力ビームを第１の回折角における少なくとも第１のコリメートおよび回折されたビームに変換することと、
空間光変調器を使用して、画像情報を用いて、少なくとも前記反射された第１の回折ビームを変調することであって、前記空間光変調器は、前記空間光変調器に対して垂直である前記反射された第１の回折ビームを受け取ることと、第２の状態を有する変調された光ビームを生成することとを行うように構成される、ことと、
１つ以上の投影光学構成要素を使用して、前記変調された光ビームを受け取ることと、
前記１つ以上の投影光学構成要素を使用して、前記画像情報を前記ユーザに投影することと
を含む、方法。
【請求項６２】
前記反射型回折光学要素を使用し、第２のコリメートおよび回折されたビームが、前記第２の表面に向かって指向され、全内部反射を介して前記第３の表面に向かって前記第２の表面によって反射され、前記第１の表面と略平行な方向に前記第３の表面によって反射されるように、前記発散入力ビームを第２の回折角における第２のコリメートおよび回折されたビームに変換することをさらに含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
複数の角度または側方分離された発散入力ビームを生成し、前記反射型回折光学要素を使用して、それらを低減された量の角度または側方分離を伴ってコリメートおよび回折されたビームに変換することをさらに含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項６４】
前記第２の表面に対する前記第３の表面の角度は、４５度未満である、請求項６１に記載の方法。
【請求項６５】
前記第２の表面に対する前記第３の表面の角度は、約３０度である、請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
前記第１の回折角は、０度を上回る、請求項６１に記載の方法。
【請求項６７】
前記第１の回折角は、約３０度である、請求項６６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（任意の優先出願に対する参照による援用）
本願は、２０１７年３月２１日に出願され“ＬＯＷ−ＰＲＯＦＩＬＥ  ＢＥＡＭ  ＳＰＬＩＴＴＥＲ”と題された米国仮特許出願第６２／４７４，５４３号および２０１７年１０月１１日に出願され“ＬＯＷ−ＰＲＯＦＩＬＥ  ＢＥＡＭ  ＳＰＬＩＴＴＥＲ”と題された米国仮特許出願第６２／５７０，９９５号に対する優先権を主張するものであり、これらの内容は、全体が記載されているかのように、参照によりこれらの全体が参照により本明細書中に明示的かつ完全に援用される。
【０００２】
本開示は、仮想現実、拡張現実、および複合現実結像および可視化システムに関し、より具体的には、これらおよび他の光学システムで使用するためのコンパクトなビームスプリッタに関する。
【背景技術】
【０００３】
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、またはそのように知覚され得る様式でユーザに提示される。仮想現実（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う。拡張現実（ＡＲ）シナリオは、典型的には、ユーザの周囲の実際の実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。複合現実（ＭＲ）シナリオは、一種のＡＲシナリオであって、典型的には、実際の実世界の中に統合され、それに応答する、仮想オブジェクトを伴う。例えば、ＭＲシナリオでは、ＡＲ画像コンテンツは、実際の実世界内のオブジェクトによってブロックされる、または別様にそれと相互作用するように知覚され得る。
【０００４】
図１では、ＡＲ場面１０が、描写され、ＡＲ技術のユーザには、人々、木々、背景における建物、および実世界プラットフォーム３０を特徴とする、実世界公園状設定２０が見える。これらのアイテムに加え、ＡＲ技術のユーザはまた、実世界プラットフォーム３０上に立っているロボット像４０、およびマルハナバチの擬人化のように見える、飛んでいる漫画のようなアバタキャラクタ５０等の「仮想コンテンツ」を「見ている」と知覚するが、これらの要素４０、５０は、実世界には存在しない。
【０００５】
ＶＲ、ＡＲ、および／またはＭＲ技術はすでに、面白く楽しめる視認体験をユーザに提供することができるが、ユーザ体験をさらに増進するためのよりコンパクトで軽量のＶＲ、ＡＲ、およびＭＲシステムの必要性が存在する。本明細書に開示されるシステムおよび方法は、これらの目標を達成することに役立ち得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
いくつかの実施形態では、光学デバイスは、透過型回折光学要素を備える、第１の表面と、第１の表面に対して垂直である、第２の表面と、第２の表面に対してある角度で配列される、第３の表面であって、第１の状態の光に対して反射性であり、第２の状態の光に対して透過性である、第３の表面とを備え、透過型回折光学要素は、垂直に第１の表面上に入射する、コリメートされた入力ビームであって、第１の状態を有する光を備える、コリメートされた入力ビームを受け取るように、かつ第１の回折ビームが、第３の表面に向かって指向され、第１の表面と略平行な方向に第３の表面によって反射されるように、コリメートされた入力ビームを第１の回折角における少なくとも第１の回折ビームに変換するように構成される。
【０００７】
いくつかの実施形態では、光学デバイスは、反射型回折光学要素を備える、第１の表面と、第１の表面に対して垂直である、第２の表面と、第２の表面に対してある角度で配列される、第３の表面であって、第１の状態の光に対して反射性であり、第２の状態の光に対して透過性である、第３の表面とを備え、反射型回折光学要素は、発散入力ビームであって、第１の状態を有する光を備える、発散入力ビームを受け取るように、かつ第１のコリメートおよび回折されたビームが、第３の表面に向かって指向され、第１の表面と略平行な方向に第３の表面によって反射されるように、発散入力ビームを第１の回折角における少なくとも第１のコリメートおよび回折されたビームに変換するように構成される。
【０００８】
いくつかの実施形態では、ユーザの頭部上に装着されるように構成される、頭部搭載型ディスプレイ（ＨＭＤ）は、フレームと、フレームによって支持され、画像をユーザの眼に投影するように構成される、投影光学系と、投影光学系と光学通信する光プロジェクタシステムであって、画像を用いて符号化される変調された光を提供するように構成される、光プロジェクタシステムであって、入力ビームを放出するための光源と、回折光学要素を伴う第１の表面と、第１の表面に対して垂直である第２の表面と、第２の表面に対してある角度で配列される、第３の表面であって、第１の状態の光に対して反射性であり、第２の状態の光に対して透過性である、第３の表面とを備え、回折光学要素は、入力ビームであって、第１の状態を有する光を備える、入力ビームを受け取るように、かつ第１の回折ビームが、第３の表面に向かって指向され、第１の表面と略平行な方向に第３の表面によって反射されるように、入力ビームを第１の回折角における少なくとも第１の回折ビームに変換するように構成される、光学デバイスと、光学デバイスによって空間光変調器に送達される入力ビームを使用して、変調された光を生成するように構成される、空間光変調器とを備える、光プロジェクタシステムとを備える。
【０００９】
いくつかの実施形態では、光学デバイスは、回折光学要素を備える、第１の表面と、第１の表面に対して垂直である、第２の表面と、第２の表面に対してある角度で配列される、第３の表面であって、第１の状態の光に対して反射性であり、第２の状態の光に対して透過性である、第３の表面とを備え、回折光学要素は、入力ビームであって、第１の状態を有する光を備える、入力ビームを受け取るように、かつ第１の回折ビームが、第３の表面に向かって指向され、第１の表面と略平行な方向に第３の表面によって反射されるように、入力ビームを第１の回折角における少なくとも第１の回折ビームに変換するように構成される。
【００１０】
いくつかの実施形態では、画像情報をユーザに伝送する方法は、第１の表面と、第１の表面に対して垂直である、第２の表面と、第２の表面に対してある角度で配列される、第３の表面であって、第１の状態の光に対して反射性であり、第２の状態の光に対して透過性である、第３の表面とを備える、光学デバイスを提供するステップと、第１の表面上に入射する入力ビームであって、第１の表面に対して垂直に進行し、第１の状態を有する、入力ビームを生成するステップと、第１の表面上に透過型回折光学要素を提供し、第１の回折ビームが、第３の表面に向かって指向され、第１の表面と略平行な方向に第３の表面によって反射されるように、入力ビームを第１の回折角における少なくとも第１の回折ビームに変換するステップと、空間光変調器を使用して、画像情報を用いて、少なくとも反射された第１の回折ビームを変調するステップであって、空間光変調器は、空間光変調器に対して垂直である反射された第１の回折ビームを受け取るように、かつ第２の状態を有する変調された光ビームを生成するように構成される、ステップと、１つ以上の投影光学構成要素を使用して、変調された光ビームを受け取るステップと、１つ以上の投影光学構成要素を使用して、画像情報をユーザに投影するステップとを含む。
【００１１】
いくつかの実施形態では、画像情報をユーザに伝送する方法は、第１の表面と、第１の表面に対して垂直である、第２の表面と、第２の表面に対してある角度で配列される、第３の表面であって、第１の状態の光に対して反射性であり、第２の状態の光に対して透過性である、第３の表面とを備える、光学デバイスを提供するステップと、第１の表面上に入射する発散入力ビームであって、第１の状態を有する、発散入力ビームを生成するステップと、第１の表面上に反射型回折光学要素を提供し、第１のコリメートおよび回折されたビームが、第３の表面に向かって指向され、第１の表面と略平行な方向に第３の表面によって反射されるように、発散入力ビームを第１の回折角における少なくとも第１のコリメートおよび回折されたビームに変換するステップと、空間光変調器を使用して、画像情報を用いて、少なくとも反射された第１の回折ビームを変調するステップであって、空間光変調器は、空間光変調器に対して垂直である反射された第１の回折ビームを受け取るように、かつ第２の状態を有する変調された光ビームを生成するように構成される、ステップと、１つ以上の投影光学構成要素を使用して、変調された光ビームを受け取るステップと、１つ以上の投影光学構成要素を使用して、画像情報をユーザに投影するステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、いくつかの実施形態による、ＡＲデバイスを通した拡張現実（ＡＲ）のユーザのビューを図示する。
【００１３】
【図２】図２は、いくつかの実施形態による、ウェアラブルディスプレイシステムの実施例を図示する。
【００１４】
【図３】図３は、いくつかの実施形態による、ユーザのための３次元画像をシミュレートするためのディスプレイシステムを図示する。
【００１５】
【図４】図４は、いくつかの実施形態による、複数の深度平面を使用して３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。
【００１６】
【図５】図５Ａ−５Ｃは、いくつかの実施形態による、曲率半径と焦点半径との間の関係を図示する。
【００１７】
【図６】図６は、いくつかの実施形態による、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図示する。
【００１８】
【図７】図７は、いくつかの実施形態による、導波管によって出力された出射ビームの実施例を図示する。
【００１９】
【図８】図８は、いくつかの実施形態による、各深度平面が、複数の異なる原色を使用して形成される画像を含む、スタックされた導波管アセンブリの実施例を図示する。
【００２０】
【図９Ａ】図９Ａは、いくつかの実施形態による、それぞれ、内部結合光学要素を含む、スタックされた導波管のセットの実施例の断面側面図を図示する。
【００２１】
【図９Ｂ】図９Ｂは、いくつかの実施形態による、図９Ａのスタックされた導波管の実施例の斜視図を図示する。
【００２２】
【図９Ｃ】図９Ｃは、いくつかの実施形態による、図９Ａおよび９Ｂのスタックされた導波管の実施例の上下平面図を図示する。
【００２３】
【図１０】図１０は、いくつかの実施形態による、ビームスプリッタ（ＢＳ）と、光源と、光変調器とを含む、例示的光プロジェクタシステムを図示する。
【００２４】
【図１１Ａ】図１１Ａは、いくつかの実施形態による、薄型ＢＳと、光源と、光変調器とを含む、例示的光プロジェクタシステムを図示する。
【００２５】
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、いくつかの実施形態による、薄型ＢＳと、光源と、光変調器とを含む、例示的光投影システムを図示する。
【００２６】
【図１２Ａ】図１２Ａおよび１２Ｂは、いくつかの実施形態による、薄型光プロジェクタシステムで使用するための透過型回折光学要素を伴う例示的薄型ＢＳを図示する。
【図１２Ｂ】図１２Ａおよび１２Ｂは、いくつかの実施形態による、薄型光プロジェクタシステムで使用するための透過型回折光学要素を伴う例示的薄型ＢＳを図示する。
【００２７】
【図１３Ａ】図１３Ａは、いくつかの実施形態による、薄型光プロジェクタシステムで使用するための反射型回折光学要素を伴う例示的薄型ＢＳを図示する。
【００２８】
【図１３Ｂ】図１３Ｂおよび１３Ｃは、それぞれ、いくつかの実施形態による、複数の光源からの発散入力光のコリメーションおよび多重化を示す、図１３Ａの薄型ＢＳの側面図および上面図を図式的に図示する。
【図１３Ｃ】図１３Ｂおよび１３Ｃは、それぞれ、いくつかの実施形態による、複数の光源からの発散入力光のコリメーションおよび多重化を示す、図１３Ａの薄型ＢＳの側面図および上面図を図式的に図示する。
【００２９】
【図１３Ｄ】図１３Ｄは、いくつかの実施形態による、空間光変調器の連続的かつ一様な照明を示す、図１３Ａの薄型ＢＳを図示する。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
概観
頭部搭載型ディスプレイ（ＨＭＤ）は、光プロジェクタシステムを使用し、画像情報を用いて入力光を符号化し、次いで、１つ以上の光学要素を介して、結果として生じる変調された光をユーザに反射または透過させ得る、空間光変調器（ＳＬＭ）に、光源からの入力光を指向することによって、仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）、または複合現実（ＭＲ）コンテンツをユーザに表示してもよい。ビームスプリッタ（ＢＳ）が、ＳＬＭに向かって入力光を指向するため、かつＳＬＭから変調された光を受け取り、（場合によっては、１つ以上の介在光学構成要素を介して）それをユーザに向かって指向するために、光プロジェクタシステムで使用されてもよい。
【００３１】
ＢＳは、光源から入力光を受け取るための入力表面を含んでもよい。入力光は、次いで、その偏光等の光の特性に基づいて、２つの方向のうちの１つに光を再指向する、ビーム分割表面に伝搬してもよい。ビーム分割表面は、ＢＳの出力／入力表面に向かって入力光の少なくとも一部を再指向してもよい。出力／入力表面は、最初に、入力光を、出力／入力表面に隣接して位置するＳＬＭ等の別の光学構成要素に出力する。ＳＬＭは、画像情報を用いて入力光を変調させ、次いで、ＢＳの出力／入力表面に向かって戻るように変調された光を反射してもよい。変調された光は、次いで、ＢＳの出力／入力表面を通してＢＳに再入射し、変調された光の少なくとも一部は、次いで、ビーム分割表面を通過し、最終的に出力表面においてＢＳから出射することができる。いくつかの実施形態では、入力表面の反対側は、それぞれ、直角でＢＳの出力／入力表面および出力表面に継合される。ビーム分割表面は、これらの表面に対する角度で配列されてもよい。
【００３２】
ＨＭＤ用途に関して、ＢＳが、ＳＬＭの入力平面に対して垂直である方向にＳＬＭに向かって入力光を指向することが有利であり得る。さらに、ユーザによる途切れない視認のために最適な画像再現を達成するために、光プロジェクタシステムは、一様な波面を有する入力光（例えば、存在する場合、比較的に小さい波面曲率を有する、コリメートされた光）でＳＬＭの入力平面全体を照明するように設計されてもよい。これらの適格性を満たし得る、ＢＳの１つの実施例は、立方体ＢＳである。立方体ＢＳでは、入力表面および出力／入力表面は、立方体ＢＳの２つの隣接する面であってもよい。その一方で、ビーム分割表面は、４５度の角度で入力表面と出力／入力表面との間に延在してもよい。断面では、ビーム分割表面は、他の２つの脚部として入力表面および出力／入力表面を有する、４５度の直角三角形の斜辺である。
【００３３】
ＢＳのサイズは、光プロジェクタシステムおよび光プロジェクタシステムを利用するＨＭＤのサイズに影響を及ぼし得る。ＨＭＤのサイズを縮小する継続的な要求が存在するため、光プロジェクタシステム等のそれらの構成部品のサイズを縮小する要求も存在する。したがって、光プロジェクタシステムで利用されるＢＳのサイズを縮小することが望ましくあり得る。例えば、縮小されたサイズの少なくとも１つの寸法を伴うＢＳを提供することが有利であろう。
【００３４】
したがって、薄型光プロジェクタシステムの種々の実施形態が、本明細書に説明される。薄型光プロジェクタシステムのいくつかの実施形態は、１つ以上の他の寸法（例えば、出力／入力表面の幅）よりも短い少なくとも１つの寸法（例えば、入力表面の高さ）を伴う薄型ＢＳを含んでもよい。そのような実施形態では、ビーム分割表面は、入力表面および出力／入力表面と４５度の角度をもはや形成しなくなる。代わりに、ビーム分割表面は、入力表面または出力／入力表面のいずれかと４５度未満の角度を形成する。加えて、薄型ＢＳは、もはや立方体ではなくなる。
【００３５】
コリメートされた光でＳＬＭを照明するための立方体ＢＳと類似する能力を維持するために、透過型または反射型回折光学要素が、薄型ＢＳの表面上に、中に、または隣接して提供されてもよい。本明細書に説明される可能性として考えられる機能の中でも、回折光学要素は、光の入力ビームを１つ以上の回折ビームに変換するように構成されてもよい。１つ以上の回折ビームは、場合によっては、法線角度において出力／入力表面および隣接するＳＬＭに向かった、薄型ＢＳの１つ以上の他の表面における１つ以上の介在内部反射後に、ビーム分割表面において最終的に反射されるように、適切な角度において回折されてもよい。ともに、１つ以上の回折ビームは、少なくとも１つのより大きい寸法を有する立方体ＢＳと同等または類似する量のＳＬＭのための照明範囲を提供することができる。本明細書に説明されるような回折光学要素の使用は、ビーム分割平面と、例えば、薄型ＢＳの出力／入力表面との間の角度の縮小を可能にし、それによって、プロジェクタシステム内の薄型ＢＳの光学機能に悪影響を及ぼすことなく、薄型ＢＳの高さ（例えば、薄型ＢＳの入力表面の寸法）の全体的縮小を可能にする。
例示的ＨＭＤデバイス
【００３６】
図２は、いくつかの実施形態による、ウェアラブルディスプレイシステム６０の実施例を図示する。ディスプレイシステム６０は、ディスプレイ７０と、ディスプレイ７０の機能をサポートするための種々の機械および電子モジュールおよびシステムとを含む。ディスプレイ７０は、フレーム８０に結合されてもよく、これは、ディスプレイシステムユーザ９０によって装着可能であって、ディスプレイ７０をユーザ９０の眼の正面に位置付けるように構成される。いくつかの実施形態では、ディスプレイ７０は、アイウェアと見なされてもよい。いくつかの実施形態では、スピーカ１００が、フレーム８０に結合され、ユーザ９０の外耳道に隣接して位置付けられるように構成される。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム６０はまた、１つ以上のマイクロホン１１０または他のデバイスを含み、音を検出してもよい。いくつかの実施形態では、マイクロホン１１０は、ユーザ９０が、入力またはコマンドをディスプレイシステム６０に提供することを可能にするように構成され（例えば、音声メニューコマンドの選択、自然言語質問等）、および／または他の人物（例えば、類似ディスプレイシステムの他のユーザ）とのオーディオ通信を可能にしてもよい。マイクロホン１１０はさらに、オーディオデータ（例えば、ユーザ９０および／または環境からの音）を収集するように周辺センサとして構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム６０もまた、周辺センサ１２０ａを含んでもよく、これは、フレーム８０と別個であって、ユーザ９０の身体（例えば、ユーザ９０の頭部、胴体、四肢等上）に取り付けられてもよい。いくつかの実施形態では、周辺センサ１２０ａは、ユーザ９０の生理学的状態を特徴付けるデータを取得するように構成されてもよい。
【００３７】
ディスプレイ７０は、有線導線または無線コネクティビティ等の通信リンク１３０によって、フレーム８０に固定して取り付けられる、ユーザ９０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、または別様にユーザ９０に除去可能に取り付けられる（例えば、リュック式構成において、ベルト結合式構成において等）等、種々の構成で搭載され得る、ローカル処理およびデータモジュール１４０に動作可能に結合される。同様に、周囲センサ１２０ａは、通信リンク１２０ｂ（例えば、有線導線または無線コネクティビティ）によって、ローカル処理およびデータモジュール１４０に動作可能に結合されてもよい。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、ハードウェアプロセッサおよび不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリまたはハードディスクドライブ）等のデジタルメモリを含んでもよく、その両方とも、データの処理、キャッシュ、および記憶を補助するために利用され得る。データは、ａ）画像捕捉デバイス（例えば、カメラ等）、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、ジャイロスコープ、および／または本明細書に開示される他のセンサ等の（例えば、フレーム８０に動作可能に結合される、または別様にユーザ９０に取り付けられ得る）センサから捕捉されるデータ、および／またはｂ）場合によっては処理または読出後にディスプレイ７０への通過のために、遠隔処理モジュール１５０および／または遠隔データリポジトリ１６０（仮想コンテンツに関連するデータを含む）を使用して取得および／または処理されるデータを含んでもよい。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、これらの遠隔モジュール１５０、１６０が相互に動作可能に結合され、ローカル処理およびデータモジュール１４０に対するリソースとして利用可能であるように、有線または無線通信リンク等を介して、通信リンク１７０、１８０によって、遠隔処理モジュール１５０および遠隔データリポジトリ１６０に動作可能に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、ローカル処理およびデータモジュール１４０は、画像捕捉デバイス、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、および／またはジャイロスコープのうちの１つ以上のものを含んでもよい。いくつかの他の実施形態では、これらのセンサのうちの１つ以上のものは、フレーム８０に取り付けられてもよい、または有線または無線通信経路によってローカル処理およびデータモジュール１４０と通信する独立デバイスであってもよい。
【００３８】
遠隔処理モジュール１５０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つ以上のプロセッサを含んでもよい。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ１６０は、デジタルデータ記憶設備を備え得、これは、インターネットまたは「クラウド」リソース構成における他のネットワーキング構成を通して利用可能であり得る。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ１６０は、情報（例えば、拡張現実コンテンツを生成するための情報）をローカル処理およびデータモジュール１４０および／または遠隔処理モジュール１５０に提供する、１つ以上の遠隔サーバを含んでもよい。いくつかの実施形態では、全てのデータが、記憶され、全ての算出が、ローカル処理およびデータモジュール１４０において実施され、遠隔モジュールからの完全に自律的な使用を可能にする。
【００３９】
「３次元」または「３−Ｄ」としての画像の知覚は、ユーザの各眼への画像の若干異なる提示を提供することによって達成され得る。図３は、ユーザに関する３−Ｄ画像をシミュレートするためのディスプレイシステムを図示する。眼２１０、２２０毎に１つずつ、２つの明確に異なる画像１９０、２００が、ユーザに出力される。画像１９０、２００は、ユーザの視線と平行な光学軸またはｚ−軸に沿って距離２３０だけ眼２１０、２２０から離間される。画像１９０、２００は、平坦であって、眼２１０、２２０は、単一の遠近調節された状態をとることによって、画像上に合焦し得る。そのような３−Ｄディスプレイシステムは、ヒト視覚系に依拠し、画像１９０、２００を組み合わせ、組み合わせられた画像の深度および／または尺度の知覚を提供する。
【００４０】
しかしながら、ヒト視覚系は、複雑であって、深度の現実的知覚を提供することは、困難である。例えば、「３−Ｄ」ディスプレイシステムの多くのユーザは、そのようなシステムが不快であることを見出す、または深度の感覚を全く知覚しない場合がある。理論によって限定されるわけではないが、オブジェクトは、輻輳・開散運動（ｖｅｒｇｅｎｃｅ）と遠近調節（ａｃｃｍｍｏｄａｔｉｏｎ）の組み合わせに起因して、「３次元」として知覚され得ると考えられる。相互に対する２つの眼の輻輳・開散運動の移動（例えば、瞳孔が、相互に向かって、またはそこから離れるように移動し、眼の視線を収束させ、オブジェクトを固視するような眼の回転）は、眼の水晶体の合焦（または「遠近調節」）と緊密に関連付けられる。通常条件下、焦点を１つのオブジェクトから異なる距離における別のオブジェクトに変化させるための眼の水晶体の焦点の変化または眼の遠近調節は、「遠近調節−輻輳・開散運動反射」として公知である関係下、輻輳・開散運動の整合変化および瞳孔拡張または収縮を自動的に同一距離に生じさせるであろう。同様に、通常条件下、輻輳・開散運動の変化は、水晶体形状および瞳孔サイズの遠近調節の整合変化を誘起するであろう。本明細書に記載されるように、多くの立体視または「３−Ｄ」ディスプレイシステムは、３−Ｄ視点がヒト視覚系によって知覚されるように、各眼への若干異なる提示（したがって、若干異なる画像）を使用して、場面を表示する。しかしながら、そのようなシステムは、単に、画像情報を単一の遠近調節された状態において提供し、「遠近調節−輻輳・開散運動反射」に対抗して機能するため、多くのユーザにとって不快である。遠近調節と輻輳・開散運動との間のより良好な整合を提供するディスプレイシステムは、３−Ｄ画像のより現実的かつ快適なシミュレーションを形成し得る。
【００４１】
図４は、複数の深度平面を使用して３−Ｄ画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。図４を参照すると、眼２１０、２２０は、異なる遠近調節された状態をとり、オブジェクトをｚ−軸上の種々の距離に合焦させる。その結果、特定の遠近調節された状態は、特定の深度平面におけるオブジェクトまたはオブジェクトの一部が、眼２１０、２２０がその深度平面に対して遠近調節された状態にあるとき、合焦するように、関連付けられた焦点距離を有する、図示される深度平面２４０のうちの特定の１つと関連付けられると言え得る。いくつかの実施形態では、３−Ｄ画像は、眼２１０、２２０毎に、画像の異なる提示を提供することによって、また、複数の深度平面に対応する画像の異なる提示を提供することによってシミュレートされてもよい。例証を明確にするために、眼２１０、２２０の視野は、別個であるように示されるが、それらは、例えば、ｚ−軸に沿った距離が増加するにつれて重複し得る。加えて、例証を容易にするために、深度平面は、平坦であるように示されるが、深度平面の輪郭は、深度平面内の全ての特徴が特定の遠近調節された状態における眼と合焦するように、物理的空間内で湾曲され得ることを理解されたい。
【００４２】
オブジェクトと眼２１０または２２０との間の距離はまた、その眼によって視認されるようなそのオブジェクトからの光の発散の量を変化させ得る。図５Ａ−５Ｃは、距離と光線の発散との間の関係を図示する。オブジェクトと眼２１０との間の距離は、減少距離Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３の順序で表される。図５Ａ−５Ｃに示されるように、光線は、オブジェクトまでの距離が減少するにつれてより発散する。距離が増加するにつれて、光線は、よりコリメートされる。換言すると、点（オブジェクトまたはオブジェクトの一部）によって生成される光場は、点が眼２１０から離れている距離の関数である、球状波面曲率を有すると言え得る。曲率は、オブジェクトと眼２１０との間の距離の減少に伴って増加する。その結果、異なる深度平面では、光線の発散度もまた、異なり、発散度は、深度平面と眼２１０との間の距離の減少に伴って増加する。単眼２１０のみが、例証を明確にするために、図５Ａ−５Ｃおよび本明細書の他の図に図示されるが、眼２１０に関する議論は、両眼２１０および２２０に適用され得ることを理解されたい。
【００４３】
理論によって限定されるわけではないが、ヒトの眼は、典型的には、有限数の深度平面を解釈し、深度知覚を提供することができると考えられる。その結果、知覚された深度の高度に真実味のあるシミュレーションが、眼にこれらの限定数の深度平面のそれぞれに対応する画像の異なる提示を提供することによって達成され得る。異なる提示は、ユーザの眼によって別個に集束され、それによって、異なる深度平面上に位置する場面のための異なる画像特徴に合焦させるために要求される眼の遠近調節に基づいて、および／または焦点がずれている異なる深度平面上の異なる画像特徴の観察に基づいて、ユーザに深度合図を提供することに役立ち得る。
導波管スタックアセンブリの実施例
【００４４】
図６は、いくつかの実施形態による、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図示する。ディスプレイシステム２５０は、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０を使用して、３−Ｄ知覚を眼／脳に提供するために利用され得る、導波管のスタックまたはスタックされた導波管アセンブリ２６０を含む。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム２５０は、図２のディスプレイシステム６０であって、図６は、そのディスプレイシステム６０のいくつかの部分をより詳細に図式的に示す。例えば、スタックされた導波管アセンブリ２６０は、図２のディスプレイ７０の一部であってもよい。ディスプレイシステム２５０は、いくつかの実施形態では、明視野ディスプレイと見なされ得ることを理解されたい。
【００４５】
スタックされた導波管アセンブリ２６０はまた、１つ以上の特徴３２０、３３０、３４０、３５０を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の間に含んでもよい。いくつかの実施形態では、特徴３２０、３３０、３４０、３５０は、１つ以上のレンズであってもよい。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０および／または１つ以上のレンズ３２０、３３０、３４０、３５０は、種々のレベルの波面曲率または光線発散を用いて画像情報を眼に送信するように構成されてもよい。各導波管レベルは、特定の深度平面と関連付けられてもよく、その深度平面に対応する画像情報を出力するように構成されてもよい。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のための光源として機能してもよく、画像情報を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入するために利用されてもよく、それぞれ、本明細書に説明されるように、眼２１０に向かった出力のために各個別の導波管を横断して入射光を分散させるように構成されてもよい。光は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００の出力表面４１０、４２０、４３０、４４０、４５０から出射し、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の対応する入力表面４６０、４７０、４８０、４９０、５００の中に投入される。いくつかの実施形態では、入力表面４６０、４７０、４８０、４９０、５００はそれぞれ、対応する導波管の縁であってもよい、または対応する導波管の主要表面の一部（すなわち、世界５１０または眼２１０に直接面する導波管表面のうちの１つ）であってもよい。いくつかの実施形態では、光の単一ビーム（例えば、コリメートされたビーム）が、各導波管の中に投入され、特定の導波管と関連付けられた深度平面に対応する特定の角度（および発散量）において眼２１０に向かって指向される、クローン化されたコリメートビームの全体場を出力してもよい。いくつかの実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のうちの単一のものは、複数（例えば、３つ）の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０と関連付けられ、その中に光を投入してもよい。
【００４６】
いくつかの実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、それぞれ、対応する導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中への投入のための画像情報をそれぞれ生成する、離散ディスプレイである。いくつかの実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、例えば、１つ以上の光学導管（光ファイバケーブル等）を介して、画像情報を画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のそれぞれに送り得る、単一の多重化されたディスプレイの出力端である。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００によって提供される画像情報は、異なる波長または色（例えば、本明細書に議論されるように、異なる原色）の光を含み得ることを理解されたい。
【００４７】
いくつかの実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入される光は、光プロジェクタシステム５２０によって提供され、これは、光モジュール５３０を含み、これは、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源または光エミッタを含んでもよい。光モジュール５３０からの光は、ＢＳ５５０を介して、光変調器５４０（例えば、ＳＬＭ）によって指向および修正されてもよい。光変調器５４０は、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入される光の知覚される強度を空間的および／または時間的に変化させるように構成されてもよい。ＳＬＭの実施例は、シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）ディスプレイおよびデジタル光処理（ＤＬＰ）ディスプレイを含む、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を含む。
【００４８】
いくつかの実施形態では、光プロジェクタシステム５２０またはその１つ以上の構成要素は、図２のフレーム８０に取り付けられてもよい。例えば、光プロジェクタシステム５２０は、フレーム８０の側頭部分（例えば、図２のイヤーステム８２）の一部である、またはディスプレイ７０の縁に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、光モジュール５３０は、ＢＳ５５０および／または光変調器５４０と別個であり、それと光学通信してもよい。
【００４９】
いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム２５０は、光を種々のパターン（例えば、ラスタ走査、螺旋走査、リサジューパターン等）で１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に、最終的には、眼２１０に投影するように構成される、１つ以上の走査ファイバを含む、走査ファイバディスプレイであってもよい。いくつかの実施形態では、図示される画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、光を１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入するように構成される、１つ以上の走査ファイバまたは１つ以上の走査ファイバの束を図式的に表し得る。１つ以上の光ファイバは、光を光モジュール５３０から１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、および３１０に透過させるように構成されてもよい。加えて、１つ以上の介在光学構造が、走査ファイバ（１つまたは複数）と、１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０との間に提供され、例えば、走査ファイバから出射する光を１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に再指向してもよい。
【００５０】
コントローラ５６０は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００、光モジュール５３０、および光モジュール５４０の動作を含む、スタックされた導波管アセンブリ２６０の動作を制御する。いくつかの実施形態では、コントローラ５６０は、ローカル処理およびデータモジュール１４０の一部である。コントローラ５６０は、例えば、本明細書に開示される種々のスキームのいずれかに従って、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０への画像情報のタイミングおよび提供を調整する、プログラミング（例えば、非一過性媒体内の命令）を含む。いくつかの実施形態では、コントローラ５６０は、単一の一体型デバイスまたは有線または無線通信チャネルによって接続される分散型システムであってもよい。いくつかの実施形態では、コントローラ５６０は、図２の処理モジュール１４０または１５０の一部であってもよい。
【００５１】
導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、全内部反射（ＴＩＲ）によって、各個別の導波管内で光を伝搬するように構成されてもよい。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０はそれぞれ、主要上部表面および主要底部表面およびそれらの主要上部表面と主要底部表面との間に延在する縁を伴う、平面である、または別の形状（例えば、湾曲）を有してもよい。図示される構成では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０はそれぞれ、光を再指向させ、各個別の導波管内で伝搬させ、導波管から画像情報を眼２１０に出力することによって、光を導波管から抽出するように構成される、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０を含んでもよい。抽出された光はまた、外部結合光と称され得、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０はまた、光抽出光学要素と称され得る。抽出された光のビームは、導波管によって、導波管内で伝搬する光が光抽出光学要素に衝打する場所において出力され得る。外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、例えば、本明細書にさらに議論されるような回折光学特徴を含む、格子であってもよい。外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、説明を容易にし、図面を明確にするために、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の底部主要表面に配置されて図示されるが、いくつかの実施形態では、それらは、上部主要表面および／または底部主要表面に配置されてもよい、および／または導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の容積内に直接配置されてもよい。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、透明基板に取り付けられ、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０を形成する、材料の層内に形成されてもよい。いくつかの他の実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、モノリシック材料部品であってもよく、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、その材料部品の表面上および／または内部に形成されてもよい。
【００５２】
各導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、光を出力し、特定の深度平面に対応する画像を形成するように構成されてもよい。例えば、眼の最近傍の導波管２７０は、眼２１０にコリメートされた光（そのような導波管２７０の中に投入された）を送達するように構成されてもよい。コリメートされた光は、光学無限遠焦点面を表し得る。次の上方の導波管２８０は、眼２１０に到達し得る前に、第１のレンズ３５０（例えば、負のレンズ）を通して通過する、コリメートされた光を送出するように構成されてもよい。第１のレンズ３５０は、眼／脳が、その次の上方の導波管２８０から生じる光を光学無限遠から眼２１０に向かって内向きにより近い第１の焦点面から生じるとして解釈するように、若干の凸面波面曲率を生成するように構成されてもよい。同様に、第３の上方の導波管２９０は、眼２１０に到達する前に、その出力光を第１のレンズ３５０および第２のレンズ３４０の両方を通して通過させる。第１のレンズ３５０および第２のレンズ３４０の組み合わせられた屈折力は、眼／脳が、第３の導波管２９０から生じる光が光学無限遠から眼２１０に向かって内向きにさらに近い第２の焦点面から生じるとして解釈するように、別の漸増量の波面曲率を生成するように構成されてもよい。
【００５３】
他の導波管層３００、３１０およびレンズ３３０、３２０も同様に構成され、スタックされた導波管アセンブリ２６０内の最高導波管３１０は、人物に最も近い焦点面を表す集約焦点力のために、その出力をそれと眼２１０との間のレンズ３２０、３３０、３４０、３５０の全てを通して送出する。スタックされた導波管アセンブリ２６０の他側の世界５１０から生じる光を視認／解釈するとき、レンズ３２０、３３０、３４０、３５０のスタックを補償するために、補償レンズ層６２０が、スタックの上部に配置され、下方のレンズスタック３２０、３３０、３４０、３５０の集約力を補償してもよい。そのような構成は、利用可能な導波管／レンズ対と同じ数の知覚される焦点面を提供する。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０およびレンズの集束側面の両方とも、静的であってもよい（すなわち、動的または電気活性ではない）。いくつかの代替実施形態では、一方または両方とも、電気活性特徴を使用して動的であってもよい。
【００５４】
いくつかの実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの２つ以上のものは、同一の関連付けられた深度平面を有してもよい。例えば、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、同一深度平面に設定される画像を出力するように構成されてもよい、または導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の複数のサブセットは、深度平面毎に１つのセットを伴う、同一の複数の深度平面に設定される画像を出力するように構成されてもよい。これは、それらの深度平面において拡張された視野を提供するようにタイル化された画像を形成するための利点を提供し得る。
【００５５】
外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、導波管と関連付けられた特定の深度平面のために、光をそれらの個別の導波管から再指向し、かつこの光を適切な量の発散またはコリメーションを伴って出力するように構成されてもよい。その結果、異なる関連付けられた深度平面を有する導波管は、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０の異なる構成を有してもよく、これは、関連付けられた深度平面に応じた、異なる発散量を伴う光を出力する。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、体積特徴または表面特徴であってもよく、これは、具体的角度において光を出力するように構成されてもよい。例えば、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、体積ホログラム、表面ホログラム、および／または回折格子であってもよい。いくつかの実施形態では、特徴３２０、３３０、３４０、３５０は、レンズではなくてもよい。むしろ、それらは、単に、スペーサであってもよい（例えば、クラッディング層および／または空隙を形成するための構造）。
【００５６】
いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、回折パターンを形成する回折特徴または「回折光学要素」（また、本明細書では、「ＤＯＥ」とも称される）である。好ましくは、ＤＯＥは、ビームの光の一部のみが、ＤＯＥの各交差部で眼２１０に向かって偏向される一方、残りが、ＴＩＲを介して導波管を通して移動し続けるように、十分に低い回折効率を有する。画像情報を搬送する光は、したがって、複数の場所において導波管から出射するいくつかの関連出射ビームに分割され、その結果、導波管内でバウンスする本特定のコリメートされたビームに関して、眼２１０に向かって非常に均一なパターンの出射放出となる。
【００５７】
いくつかの実施形態では、１つ以上のＤＯＥは、能動的に回折する「オン」状態と有意に回折しない「オフ」状態との間で切替可能であってもよい。例えば、切替可能なＤＯＥは、ポリマー分散液晶の層を含んでもよく、その中で微小液滴は、ホスト媒体中に回折パターンを形成し、微小液滴の屈折率は、ホスト材料の屈折率に実質的に整合するように切り替えられてもよい（その場合、パターンは、入射光を著しく回折させない）、または微小液滴は、ホスト媒体のものに整合しない屈折率に切り替えられてもよい（その場合、パターンは、入射光を能動的に回折させる）。
【００５８】
いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０（例えば、可視光およびＩＲ光カメラを含む、デジタルカメラ）が、眼２１０、眼２１０の一部、または眼２１０を囲繞する組織の少なくとも一部の画像を捕捉し、例えば、ユーザ入力を検出する、バイオメトリック情報を眼２１０から抽出する、眼２１０の注視方向を推定および追跡する、ユーザの生理学的状態を監視する、および同等物のために提供されてもよい。本明細書で使用されるように、カメラは、任意の画像捕捉デバイスであってもよい。いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０は、画像捕捉デバイスと、光（例えば、ＩＲまたは近ＩＲ光）を眼２１０に投影し、その光が、次いで、眼２１０によって反射され、画像捕捉デバイスによって検出され得る、光源とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、光源は、ＩＲまたは近ＩＲを放出する、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０は、図２に示されるフレーム８０に取り付けられてもよく、カメラアセンブリ６３０からの画像情報を処理し、例えば、ユーザの生理学的状態、ユーザの注視方向、虹彩識別、および同等物に関する種々の決定を行い得る、モジュール１４０または１５０と電気通信してもよい。ユーザの生理学的状態に関する情報は、ユーザの挙動または感情状態を決定するために使用され得ることを理解されたい。そのような情報の実施例は、ユーザの移動またはユーザの顔の表情を含む。ユーザの挙動または感情状態は、次いで、挙動または感情状態と、生理学的状態と、環境または仮想コンテンツデータとの間の関係を決定するように、収集された環境または仮想コンテンツデータを用いて三角測量されてもよい。いくつかの実施形態では、１つのカメラアセンブリ６３０が、眼毎に利用され、各眼を別個に監視してもよい。
【００５９】
図７は、導波管によって出力された出射ビームの実施例を図示する。１つの導波管が図示されるが、図６のスタックされた導波管アセンブリ２６０内の他の導波管も同様に機能し得、スタックされた導波管アセンブリ２６０は、複数の導波管を含む。光６４０が、導波管２７０の入力表面４６０において導波管２７０の中に投入され、ＴＩＲによって導波管２７０内を伝搬する。光６４０が外部結合光学要素（例えば、ＤＯＥ）５７０上に衝突する点では、光の一部は、導波管から出射ビーム６５０として出射する。出射ビーム６５０は、略平行として図示されるが、本明細書に議論されるように、また、導波管２７０と関連付けられた深度平面に応じて、ある角度（例えば、発散出射ビーム形成）において眼２１０に伝搬するように再指向されてもよい。略平行出射ビームは、眼２１０からの遠距離（例えば、光学無限遠）における深度平面に設定されるように現れる画像を形成するように光を外部結合する、外部結合光学要素を伴う導波管を示し得ることを理解されたい。他の導波管または他の外部結合光学要素のセットは、より発散する、出射ビームパターンを出力してもよく、これは、眼２１０がより近い距離に遠近調節し、網膜に合焦させることを要求し、光学無限遠より眼２１０に近い距離からの光として脳によって解釈されるであろう。
【００６０】
いくつかの実施形態では、フルカラー画像が、原色、例えば、３つ以上の原色のそれぞれに画像をオーバーレイすることによって、各深度平面において形成されてもよい。図８は、各深度平面が、複数の異なる原色を使用して形成される画像を含む、スタックされた導波管アセンブリの実施例を図示する。図示される実施形態は、深度平面２４０ａ−２４０ｆを示すが、より多いまたはより少ない深度もまた、検討される。各深度平面は、それと関連付けられた３つ以上の原色画像、すなわち、第１の色Ｇの第１の画像、第２の色Ｒの第２の画像、および第３の色Ｂの第３の画像を含む、３つ以上の原色画像を有してもよい。異なる深度平面は、文字Ｇ、Ｒ、およびＢに続くジオプタ（ｄｐｔ）に関する異なる数字によって図に示される。単なる実施例として、これらの文字のそれぞれに続く数字は、ジオプタ（１／ｍ）、すなわち、ユーザからの深度平面の逆距離を示し、図中の各ボックスは、個々の原色画像を表す。いくつかの実施形態では、異なる波長の光の眼の集束における差異を考慮するために、異なる原色に関する深度平面の正確な設置は、変動し得る。例えば、所与の深度平面に関する異なる原色画像は、ユーザからの異なる距離に対応する深度平面上に設置されてもよい。そのような配列は、視力およびユーザ快適性を増加させ得る、または色収差を減少させ得る。
【００６１】
いくつかの実施形態では、各原色の光は、単一専用導波管によって出力されてもよく、その結果、各深度平面は、それと関連付けられた複数の導波管を有してもよい。そのような実施形態では、文字Ｇ、Ｒ、またはＢを含む、図中の各ボックスは、個々の導波管を表すものと理解され得、３つの導波管は、深度平面毎に提供されてもよく、３つの原色画像が、深度平面毎に提供される。各深度平面と関連付けられた導波管は、本図面では、説明を容易にするために相互に隣接して示されるが、物理的デバイスでは、導波管は全て、レベル毎に１つの導波管を伴うスタックで配列され得ることを理解されたい。いくつかの他の実施形態では、複数の原色が、例えば、単一導波管のみが深度平面毎に提供され得るように、同一導波管によって出力されてもよい。
【００６２】
図８を継続して参照すると、いくつかの実施形態では、Ｇは、緑色であって、Ｒは、赤色であって、Ｂは、青色である。いくつかの他の実施形態では、マゼンタ色およびシアン色を含む、光の他の波長と関連付けられた他の色も、加えて使用されてもよい、または赤色、緑色、または青色のうちの１つ以上のものに取って代わってもよい。いくつかの実施形態では、特徴３２０、３３０、３４０、および３５０は、ユーザの眼まで周囲環境からの光をブロックまたは選択的に通過させるように構成される、能動または受動光学フィルタであってもよい。
【００６３】
本開示全体を通した所与の光の色の言及は、その所与の色としてユーザによって知覚される、光の波長の範囲内の１つ以上の波長の光を包含すると理解されるはずである。例えば、赤色の光は、約６２０〜７８０ｎｍの範囲内である１つ以上の波長の光を含んでもよく、緑色の光は、約４９２〜５７７ｎｍの範囲内である１つ以上の波長の光を含んでもよく、青色の光は、約４３５〜４９３ｎｍの範囲内である１つ以上の波長の光を含んでもよい。
【００６４】
いくつかの実施形態では、図６の光モジュール５３０は、ユーザの視覚的知覚範囲外の１つ以上の波長、例えば、ＩＲまたは紫外線波長の光を放出するように構成されてもよい。ＩＲ光は、７００ｎｍ〜１０μｍの範囲内の波長を伴う光を含むことができる。いくつかの実施形態では、ＩＲ光は、７００ｎｍ〜１．５μｍの範囲内の波長を伴う近ＩＲ光を含むことができる。加えて、ディスプレイシステム２５０の導波管の内部結合、外部結合、および他の光再指向構造は、例えば、結像またはユーザ刺激用途のために、この光をディスプレイからユーザの眼２１０に向かって指向および放出するように構成されてもよい。
【００６５】
ここで図９Ａを参照すると、いくつかの実施形態では、導波管に衝突する光は、光を導波管の中に内部結合するために再指向される必要があり得る。内部結合光学要素が、光をその対応する導波管の中に再指向および内部結合するために使用されてもよい。図９Ａは、内部結合光学要素をそれぞれ含む、スタックされた導波管のセット６６０の実施例の断面側面図を図示する。導波管はそれぞれ、１つ以上の異なる波長または１つ以上の異なる波長範囲の光を出力するように構成されてもよい。セット６６０は、図６のスタックされた導波管アセンブリ２６０に対応し得、セット６６０の図示される導波管は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のうちの１つ以上のものからの光が、光が内部結合のために再指向されることを要求する位置から導波管の中に投入されることを除いて、１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の一部に対応し得ることを理解されたい。
【００６６】
スタックされた導波管のセット６６０は、導波管６７０、６８０、および６９０を含む。各導波管は、関連付けられた内部結合光学要素（導波管上の光入力面積とも称され得る）を含み、例えば、内部結合光学要素７００は、導波管６７０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置され、内部結合光学要素７１０は、導波管６８０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置され、内部結合光学要素７２０は、導波管６９０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置される。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０のうちの１つ以上のものは、個別の導波管６７０、６８０、６９０の底部主要表面上に配置されてもよい（特に、１つ以上の内部結合光学要素は、反射性偏向光学要素である）。図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、それらの個別の導波管６７０、６８０、６９０の上側主要表面（または次の下側導波管の上部）上に配置されてもよく、特に、それらの内部結合光学要素は、透過性偏向光学要素である。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、個別の導波管６７０、６８０、６９０の本体内に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、本明細書に議論されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、他の光の波長を透過させながら、１つ以上の光の波長を選択的に再指向するように、波長選択的である。それらの個別の導波管６７０、６８０、６９０の片側または角に図示されるが、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、いくつかの実施形態では、それらの個別の導波管６７０、６８０、６９０の他の面積内に配置され得ることを理解されたい。
【００６７】
図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、相互から側方にオフセットされてもよい。いくつかの実施形態では、各内部結合光学要素は、光が別の内部結合光学要素を通して通過することなく、その光を受け取るようにオフセットされてもよい。例えば、各内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、光を異なる画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、および４００から受け取るように構成されてもよく、光を内部結合光学要素７００、７１０、７２０の他のものから実質的に受け取らないように、他の内部結合光学要素７００、７１０、７２０から分離されてもよい（例えば、側方に離間される）。
【００６８】
各導波管はまた、関連付けられた光分散要素を含み、例えば、光分散要素７３０は、導波管６７０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置され、光分散要素７４０は、導波管６８０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置され、光分散要素７５０は、導波管６９０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置される。いくつかの他の実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０の底部主要表面上に配置されてもよい。いくつかの他の実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０の上部および底部両方の主要表面上に配置されてもよい、または光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、異なる関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０内の上部主要表面および底部主要表面の異なるものの上に配置されてもよい。
【００６９】
導波管６７０、６８０、６９０は、例えば、材料のガス、液体、または固体層によって離間および分離されてもよい。例えば、図示されるように、層７６０ａは、導波管６７０および６８０を分離してもよく、層７６０ｂは、導波管６８０および６９０を分離してもよい。いくつかの実施形態では、層７６０ａおよび７６０ｂは、低屈折率材料（すなわち、導波管６７０、６８０、６９０の直近のものを形成する材料より低い屈折率を有する材料）から形成される。好ましくは、層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料の屈折率は、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料の屈折率と比較して０．０５以上、または０．１０以下である。有利には、より低い屈折率層７６０ａ、７６０ｂは、導波管６７０、６８０、６９０を通して光のＴＩＲ（例えば、各導波管の上部主要表面および底部主要表面の間のＴＩＲ）を促進する、クラッディング層として機能してもよい。いくつかの実施形態では、層７６０ａ、７６０ｂは、空気から形成される。図示されていないが、導波管の図示されるセット６６０の上部および底部は、直近クラッディング層を含み得ることを理解されたい。
【００７０】
好ましくは、製造および他の考慮点を容易にするために、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料は、類似または同一であって、層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料は、類似または同一である。いくつかの実施形態では、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料は、１つ以上の導波管間で異なってもよい、および／または層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料は、依然として、上記に記述される種々の屈折率関係を保持しながら、異なってもよい。
【００７１】
光線７７０、７８０、７９０が、導波管のセット６６０に入射する。光線７７０、７８０、７９０は、１つ以上の画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００（図６）によって導波管６７０、６８０、６９０の中に投入さ得ることを理解されたい。
【００７２】
いくつかの実施形態では、光線７７０、７８０、７９０は、異なる色に対応し得る、異なる性質、例えば、異なる波長または異なる波長範囲を有する。内部結合光学要素７００、７１０、７２０はそれぞれ、光が、ＴＩＲによって、導波管６７０、６８０、６９０のうちの個別の１つを通して伝搬するように、入射光を偏向させる。
【００７３】
例えば、内部結合光学要素７００は、第１の波長または波長範囲を有する、光線７７０を選択的に偏向させるように構成されてもよい。同様に、透過された光線７８０は、第２の波長または波長範囲の光を偏向させるように構成される、内部結合光学要素７１０に衝突し、それによって偏向される。同様に、光線７９０は、第３の波長または波長範囲の光を選択的に偏向させるように構成される、内部結合光学要素７２０によって偏向される。
【００７４】
偏向された光線７７０、７８０、７９０は、対応する導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬するように偏向される。すなわち、各導波管の内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、光をその対応する導波管６７０、６８０、６９０の中に偏向させ、光を対応する導波管の中に内部結合する。光線７７０、７８０、７９０は、光をＴＩＲによって個別の導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬させる角度で偏向される。光線７７０、７８０、７９０は、導波管の対応する光分散要素７３０、７４０、７５０に衝突するまで、ＴＩＲによって個別の導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬する。
【００７５】
ここで図９Ｂを参照すると、図９Ａのスタックされた導波管の実施例の斜視図が、図示される。上記に記述されるように、内部結合された光線７７０、７８０、７９０は、それぞれ、内部結合光学要素７００、７１０、７２０によって偏向され、次いで、それぞれ、導波管６７０、６８０、６９０内でＴＩＲによって伝搬する。光線７７０、７８０、７９０は、次いで、それぞれ、光分散要素７３０、７４０、７５０に衝突する。光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、外部結合光学要素８００、８１０、および８２０に向かって伝搬するように、光線７７０、７８０、７９０を偏向させる。
【００７６】
いくつかの実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）である。いくつかの実施形態では、ＯＰＥは、光を外部結合光学要素８００、８１０、８２０に偏向または分散することと、また、外部結合光学要素に伝搬するにつれて、この光のビームまたはスポットサイズを増加させることの両方を行ってもよい。いくつかの実施形態では、例えば、ビームサイズがすでに所望のサイズである場合、光分散要素７３０、７４０、７５０は、省略されてもよく、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、光を外部結合光学要素８００、８１０、８２０に直接偏向させるように構成されてもよい。例えば、図９Ａを参照すると、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、外部結合光学要素８００、８１０、８２０と置換されてもよい。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素８００、８１０、８２０は、図７に示されるように、光を視認者の眼２１０に向かって指向させる、射出瞳（ＥＰ）または射出瞳エクスパンダ（ＥＰＥ）である。ＯＰＥは、少なくとも１つの軸においてアイボックスの寸法を増加させるように構成され得、ＥＰＥは、ＯＰＥの軸と交差する（例えば、直交する）軸においてアイボックスを増加させ得ることを理解されたい。
【００７７】
故に、図９Ａおよび９Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、導波管のセット６６０は、原色毎に、導波管６７０、６８０、６９０と、内部結合光学要素７００、７１０、７２０と、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７３０、７４０、７５０と、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８００、８１０、８２０とを含む。導波管６７０、６８０、６９０は、各１つの間に空隙／クラッディング層を伴ってスタックされてもよい。内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、（異なる波長の光を受け取る異なる内部結合光学要素を用いて）入射光をその導波管の中に再指向または偏向させる。光は、次いで、個別の導波管６７０、６８０、６９０内にＴＩＲをもたらすであろう角度で伝搬する。示される実施例では、光線７７０（例えば、青色の光）は、前述に説明された様式において、第１の内部結合光学要素７００によって偏光され、次いで、導波管を辿ってバウンスし続け、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７３０、次いで、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８００と相互作用する。光線７８０および７９０（例えば、それぞれ、緑色および赤色の光）は、導波管６７０を通して通過し、光線７８０は、内部結合光学要素７１０に衝突し、それによって偏向される。光線７８０は、次いで、ＴＩＲを介して、導波管６８０を辿ってバウンスし、その光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７４０、次いで、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８１０に進むであろう。最後に、光線７９０（例えば、赤色の光）は、導波管６９０を通して通過し、導波管６９０の内部結合光学要素７２０に衝突する。光内部結合光学要素７２０は、光線が、ＴＩＲによって、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７５０、次いで、ＴＩＲによって、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８２０に伝搬するように、光線７９０を偏向させる。外部結合光学要素８２０は、次いで、最後に、光線７９０をユーザに外部結合し、ユーザはまた、他の導波管６７０、６８０からの外部結合された光も受け取る。
【００７８】
図９Ｃは、図９Ａおよび９Ｂの複数のスタックされた導波管の実施例の上下平面図を図示する。図示されるように、導波管６７０、６８０、６９０は、各導波管の関連付けられた光分散要素７３０、７４０、７５０および関連付けられた外部結合光学要素８００、８１０、８２０とともに、垂直に整合されてもよい。しかしながら、本明細書に議論されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、垂直に整合されない。むしろ、内部結合光学要素は、好ましくは、非重複する（例えば、上下図に見られるように、側方に離間される）。本明細書でさらに議論されるように、本非重複空間配列は、１対１ベースで異なるリソースから異なる導波管の中への光の投入を促進し、それによって、具体的光源が具体的導波管に一意に結合されることを可能にする。いくつかの実施形態では、非重複の空間的に分離される内部結合光学要素を含む、配列は、偏移瞳システムと称され得、これらの配列内の内部結合光学要素は、サブ瞳に対応し得る。
例示的光プロジェクタシステム
【００７９】
いくつかのディスプレイシステム（例えば、図６のディスプレイシステム２５０）では、ビームスプリッタ（ＢＳ）が、光源（例えば、光モジュール５３０）からの光を、光を変調させ、（場合によっては１つ以上の介在光学構成要素を介して）ＢＳを通してユーザに後方反射し得る、光変調器（例えば、光変調器５４０）に指向するために、使用されてもよい。光変調器は、例えば、ＶＲ、ＡＲ、および／またはＭＲ画像情報を用いて入力光を符号化する、シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）パネル等の空間光変調器（ＳＬＭ）であってもよい。いくつかの実施形態では、ＳＬＭは、入力光を変調させ、次いで、「正面照明構成」と称され得る、入力光の入射の方向に向かって少なくとも部分的に戻るように変調された光を反射する。実施形態が、正面照明構成を参照して本明細書に説明されるが、ＳＬＭが入力光を変調させ、変調された光を透過させる、背面照明構成等の他の構成も可能である。
【００８０】
図１０は、ビームスプリッタ（ＢＳ）１０５０と、光源１０３０と、空間光変調器（ＳＬＭ）５４０とを含む、例示的光プロジェクタシステム１０２０を図示する。光プロジェクタシステム１０２０の実施形態は、本明細書に説明されるＨＭＤおよびディスプレイシステム（例えば、図２のディスプレイシステム６０または図６の光プロジェクタシステム５２０）と併用されることができる。例えば、光プロジェクタシステム１０２０は、図６のスタックされた導波管アセンブリ２６０を介して画像情報をユーザに提供するために使用されてもよい。光源１０３０は、図６の光モジュール５３０の一部であってもよく、ＢＳ１０５０は、ＢＳ５５０であってもよく、光プロジェクタシステム１０２０は、光を投影光学系１０８０（例えば、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、または４００、または導波管２７０、２８０、２９０、３００、または３１０のうちの１つ以上のもの）の中に指向するように構成される。
【００８１】
図示されるように、光源１０３０は、ＢＳ１０５０の入力表面１０５２に向かって伝搬する入力光ビームを生成する。入力光ビームは、そのうちの１つが入力光線１０３５として図示される、１つ以上の入力光線で構成される。いくつかの実施形態では、光源１０３０は、白色の光または所与の色の光（例えば、所与の色としてユーザによって知覚される波長の範囲）を放出するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、光源１０３０は、代替として、ユーザの視覚的知覚範囲外の１つ以上の波長の光（例えば、赤外線または紫外線波長）を放出してもよい。いくつかの実施形態では、光源１０３０は、（例えば、図１３Ｂおよび１３Ｃに関連して下記に説明されるような）１つ以上の光源で構成されてもよい。
【００８２】
ＢＳ１０５０は、入力表面１０５２と、ビーム分割表面１０５５と、出力／入力表面１０５３とを有する。入力表面１０５２、ビーム分割表面１０５５、および出力／入力表面１０５３は、入力ウェッジまたはプリズム１０５４の表面であってもよい。そのような実施形態では、入力表面１０５２および出力／入力表面１０５３は、相互に隣接し、９０度の角度で継合されてもよい。その一方で、ビーム分割表面１０５５は、入力表面１０５２と出力／入力表面１０５３との間に４５度の角度で配列されてもよい。ＢＳ１０５０はまた、入力ウェッジ１０５４に隣接して出力ウェッジまたはプリズム１０５１を含んでもよい。出力ウェッジ１０５１は、入力ウェッジ１０５４の出力／入力表面１０５３と略平行である出力表面１０５８を含んでもよい。出力ウェッジ１０５１はまた、出力表面１０５８に対して垂直である表面１０５７を含んでもよく、入力ウェッジ１０５４とビーム分割表面１０５５を共有してもよい。図１０に示される実施例では、表面１０５２、１０５３、１０５７、および１０５８は、入力表面１０５２、出力／入力表面１０５３、および出力表面１０５８に対して４５度の角度でビーム分割表面１０５５と立方体を形成する、類似寸法を有する。
【００８３】
ＢＳ１０５０は、光学グレードガラスまたはプラスチックを含む、任意の光学材料から作製されてもよい。より軽量の材料が、ＨＭＤ用途のために有利であり得る。いくつかの実施形態では、光の動作波長におけるＢＳ１０５０の屈折率は、少なくとも約１．５であり得る。
【００８４】
ビーム分割表面１０５５は、それに入射する光を選択的に反射または透過させるように構成されてもよい。ビーム分割表面１０５５は、第１の状態を有する光に対して反射性であり、第２の状態を有する光に対して透過性であり得る。例えば、ＢＳ１０５０は、そのビーム分割表面１０５５が、第１の偏光状態（例えば、ｓ−偏光状態）の光を選択的に反射し、第２の偏光状態（例えば、ｐ−偏光状態）の光を選択的に透過させる、偏光ＢＳ（ＰＢＳ）であってもよい。したがって、入力ビーム（入力光線１０３５によって図示される）が第１の偏光状態（例えば、ｓ−偏光状態）を有する場合、入力光は、ＳＬＭ５４０に向かって反射されてもよい。その一方で、第２の偏光状態（例えば、ｐ−偏光状態）を有する、変調された光（変調された光線１０７５によって図示される）は、ビーム分割表面１０５５を通して透過されてもよい。ビーム分割表面１０５５による光の選択的反射および透過が、第１および第２の偏光状態を参照して説明されるが、光の他の特性もまた、入射角度、波長、位相、および同等物に基づき得る、本選択性を達成するために使用されることができる。ビーム分割表面１０５５は、光学材料から作製される、または所望のビーム分割特性を達成するように設計される光学コーティングを有してもよい。
【００８５】
ＢＳ１０５０がＰＢＳである、実施形態では、入力光ビーム（入力光線１０３５によって図示される）は、第１の偏光状態（例えば、ｓ−偏光状態）を有してもよい。コリメータ１０１０が、入力表面１０５２の一様な照明のために入力ビームをコリメートするように、光源１０３０とＢＳ１０５０との間に提供されてもよい。入力光線１０３５を含む、コリメートされた入力光ビームは、入力表面１０５２に透過され、そこで、ＢＳ１０５０に入射し、次いで、ビーム分割表面１０５５によって選択的に反射される。これは、ビーム分割表面１０５５から出力／入力表面１０５３に透過される反射光ビーム（反射光線１０６５によって図示される）をもたらし、反射光ビームは、ＢＳ１０５０から出射し、ＳＬＭ５４０上に入射する。
【００８６】
ＳＬＭ５４０または介在光学構成要素は、第１の偏光状態（例えば、ｓ−偏光状態）を有する反射光ビーム（反射光線１０６５を含む）を受け取るように、かつそれを第２の偏光状態（例えば、ｐ−偏光状態）に変換するように構成されてもよい。ＳＬＭ５４０はまた、画像情報を用いて、またはそれに基づいて、反射光ビームを変調させ、次いで、ＢＳ１０５０の出力／入力表面１０５３に向かって戻るように変調された光ビーム（変調された光線１０７５によって図示される）を反射する。変調された光ビームは、次いで、その偏光状態（例えば、ｓ−偏光状態またはｐ−偏光状態）に応じて、ビーム分割表面１０５５によって透過または反射される。
【００８７】
ＳＬＭ５４０は、「オン」状態と「オフ」状態との間で個々のピクセルを切り替え、それによって、画像情報を用いて変調された光を符号化するように、例えば、図６のコントローラ５６０によって制御されてもよい。いくつかの実施形態では、ＳＬＭ５４０のピクセルが「オン」であるとき、これは、対応する変調された光線１０７５がビーム分割表面１０５５を通して投影光学系１０８０に透過されるように、反射光線１０６５の偏光状態を第１の偏光状態から第２の偏光状態に変換してもよい。「オフ」状態では、反射光線１０６５の偏光状態は、変換されず、対応する変調された光線１０７５は、光源１０３０に向かって戻るように反射される、または光プロジェクタシステム１０２０内の他の場所で処理される。したがって、ＢＳ１０５０は、変調された光ビーム（変調された光線１０７５によって図示される）を投影光学系１０８０に選択的に透過させてもよい。投影光学系１０８０は、次いで、変調された光ビームをユーザの眼に中継する。
【００８８】
上記の説明は、第１の偏光状態としてのｓ−偏光状態および第２の偏光状態としてのｐ−偏光状態を参照して行われるが、他の構成も可能である。例えば、第１の偏光状態は、ｐ−偏光状態であってもよく、第２の偏光状態は、ｓ−偏光状態であってもよい。さらに、異なるＳＬＭ５４０が、可能であり、本明細書の実施形態は、これらの他のＳＬＭ５４０を往復して光を選択的に反射および透過させることが可能なビームスプリッタおよび光学構成要素を伴って構成されてもよい。例えば、ＬＣＯＳパネルではなく、ＳＬＭ５４０は、第１の角度（例えば、第１の状態）において光を受け取り、異なる角度（例えば、第２の状態）において光を変調および反射し、それによって、画像情報を用いて光を符号化する、デジタル光処理（ＤＬＰ）パネルであってもよい。
【００８９】
ＨＭＤアプリケーション等のいくつかのディスプレイシステムに関して、（１）ＳＬＭ５４０の完全かつ一様な照明および（２）ＳＬＭ５４０に対して垂直である方向への照明を提供することが望ましくあり得る。ＢＳ１０５０は、これらの特性を達成するための光学特性を有するように選択されてもよい。例えば、ＢＳ１０５０は、入力表面１０５２に対して垂直であるコリメートされた光を受け取り、出力／入力表面１０５３に対して垂直である方向に光を反射してもよい。故に、図１０の実施形態では、ＢＳ１０５０は、入力表面１０５２の長さ（本明細書ではＢＳ１０５０の高さとも称される）が、出力／入力表面１０５３および出力表面１０５８の長さ（本明細書ではＢＳ１０５０の幅とも称される）と同一である、立方体である。ビーム分割表面１０５５は、４５度の角度において入力表面１０５２および出力表面１０５８の接合点から出力／入力表面１０５３および表面１０５７の接合点まで延在する。本構成は、入力光線１０３５が、入力表面１０５２に対して垂直に入射し、出力／入力表面１０５３に対して垂直である方向に反射されることを可能にする。これはまた、ＳＬＭ５４０が完全かつ一様に照明されることも可能にする。望ましくないことに、これらの立方体寸法は、光プロジェクタシステム１０２０または図２のディスプレイシステム６０では、ＢＳ１０５０によって占有される容積およびその重量を増加させ得る。故に、コンパクトな軽量ディスプレイ用途で使用するための薄型光プロジェクタシステムを提供することが望ましくあり得る。
薄型光プロジェクタシステムの実施例
【００９０】
図１１Ａは、いくつかの実施形態による、画像情報をユーザに提供するために使用される例示的薄型光プロジェクタシステム１１２０を図示する。薄型光プロジェクタシステム１１２０は、薄型ＢＳ１１５０と、光源１０３０と、ＳＬＭ５４０とを含む。薄型光プロジェクタシステム１１２０は、図１０の光プロジェクタシステム１０２０に類似するが、いくつかの重要な差異を伴う。例えば、薄型光プロジェクタシステム１１２０は、光学性能（例えば、ＳＬＭ５４０の照明範囲、輝度、コントラスト、分解能、および同等物）に悪影響を及ぼすことなく、薄型光プロジェクタシステム１１２０の全体的高さを縮小するように構成される薄型ＢＳ１１５０を使用する。図１１Ａを参照して本明細書に説明される薄型光プロジェクタシステム１１２０の実施形態は、本明細書に説明されるＨＭＤシステム（例えば、図２のディスプレイシステム６０または図６の光プロジェクタシステム５２０）と併用されることができる。例えば、光源１０３０は、図６の光モジュール５３０の一部であってもよく、薄型ＢＳ１１５０は、ＢＳ５５０であってもよく、光プロジェクタシステム１１２０は、光を投影光学系１０８０（例えば、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、または４００、または導波管２７０、２８０、２９０、３００、または３１０のうちの１つ以上のもの）の中に指向するように構成される。
【００９１】
図１１Ａに示されるように、光源１０３０は、入力光線１１３５を含む、入力ビームを放出するように構成される。単一の入力光線１１３５のみが、例証目的のためのみに図１１Ａに示される。図１１Ａの入力光線１１３５は、図１０の入力光線１０３５に実質的に類似し得る。
【００９２】
薄型ＢＳ１１５０は、入力表面１１５２と、ビーム分割表面１１５５と、出力／入力表面１１５３Ａとを有する。入力表面１１５２、ビーム分割表面１１５５、および出力／入力表面１１５３Ａは、入力ウェッジまたはプリズム１１５４の表面であってもよい。そのような実施形態では、入力表面１１５２および出力／入力表面１１５３Ａは、相互に隣接し、９０度の角度で継合されてもよい。ＢＳ１１５０はまた、入力ウェッジ要素１１５４に隣接して出力ウェッジまたはプリズム１１５１を含んでもよい。出力ウェッジ１１５１は、入力ウェッジ１１５４の出力／入力表面１１５３Ａと略平行である出力表面１１５８Ａを含んでもよい。出力ウェッジ１１５１はまた、出力表面１１５８Ａに対して垂直である表面１１５７を含んでもよく、入力ウェッジ１１５４とビーム分割表面１１５５を共有してもよい。
【００９３】
薄型ＢＳ１１５０は、光学グレードガラスまたはプラスチックを含む、任意の光学材料から作製されてもよい。より軽量の材料が、ＨＭＤ用途のために有利であり得る。いくつかの実施形態では、光の動作波長における薄型ＢＳ１１５０の屈折率は、少なくとも約１．５であり得る。
【００９４】
薄型ＢＳ１１５０は、ビーム分割表面１１５５が出力／入力表面１１５３Ａに対して４５度未満の角度で配列されることを除いて、図１０のＢＳ１０５０と実質的に類似し得る。例えば、出力／入力表面１１５３Ａに対するビーム分割表面１１５５の角度は、４０度以下、３５度以下、または３０度以下であり得る。出力／入力表面１１５３Ａに対するビーム分割表面１１５５の角度を縮小することは、入力表面１１５２（および表面１１５７）の長さを短縮し、それによって、光プロジェクタシステム１１２０の全体的サイズを縮小する。ＳＬＭ５４０の受光表面に対して垂直である方向におけるＳＬＭ５４０の完全かつ一様な照明を含む、所望の光学性能を維持するために、薄型ＢＳ１１５０は、入力光ビーム（入力光線１１３５によって表される）を操作するように入力表面１１５２の上、中、またはそれに隣接して配置される回折光学要素（図１２Ａ−１３Ｄに関連して下記に説明される）を有してもよい。
【００９５】
図１１Ａに示されるように、入力光ビームは、コリメータ１０１０によってコリメートされ、入力表面１１５２上に直交して入射する。回折光学要素（例えば、図１２Ａ−１２Ｂの透過型回折光学要素１２５６または図１３Ａ−１３Ｄの反射型回折光学要素１３５６）は、入力ビームが、ビーム分割表面１１５５が入力表面１１５２と略平行であり、出力／入力表面１１５３Ａに対して垂直である方向に光（例えば、反射光線１１６５）を選択的に反射するような角度において、（場合によっては薄型ＢＳ１１５０の他の表面における１つ以上の内部反射後に）ビーム分割表面１１５５に向かって指向される、１つ以上の回折ビームに変換されるように、薄型ＢＳ１１５０の入力表面１１５２における入力光ビーム（入力光線１１３５によって表される）の伝搬角度を操作する。反射光線１１６５は、次いで、垂直にＳＬＭ５４０上に入射する。図１０に関連して上記に説明されるように、ＳＬＭ５４０は、画像情報を用いて反射光ビーム（反射光線１１６５によって表される）を変調させ、薄型ＢＳ１１５０を通して投影光学系１０８０に変調された光ビーム（変調された光線１１７５によって表される）を反射する。ビーム分割表面１１５５は、図１０に関して上記で議論されるものと同一の方法で、異なる状態の光を選択的に反射および／または透過させることができる。
【００９６】
図１１Ａに示される薄型ＢＳ１１５０の１つの利点は、図１０のＢＳ１０５０に対する薄型ＢＳ１１５０のサイズおよび重量の縮小である。いくつかの実施形態では、薄型ＢＳ１１５０の少なくとも１つの寸法の長さ（例えば、入力表面１０５２の長さ）は、薄型ＢＳ１１５０の別の寸法のサイズ（例えば、出力／入力表面１１５３Ａの長さ）の０．５８倍と同程度に小さく短縮されてもよい。
【００９７】
図１１Ｂは、いくつかの実施形態による、画像情報をユーザに提供するために使用される例示的薄型光プロジェクタシステム１１２０Ｂを図示する。図１１Ｂに図示される出力／入力表面１１５３Ｂおよび出力表面１１５８Ｂが、曲面である一方で、図１１Ａに図示される出力／入力表面１１５３Ａおよび出力表面１１５８Ａは、平面である。図１１Ｂは、出力／入力表面１１５３Ｂおよび出力表面１１５８Ｂの両方を曲面として図示するが、いくつかの実施形態では、出力／入力表面１１５３Ｂまたは出力表面１１５８Ｂのいずれか一方は、湾曲され得る。いくつかの構成では、特に大量生産では、出力／入力表面１１５３Ａおよび／または出力表面１１５８Ａよりも出力／入力表面１１５３Ｂおよび／または出力表面１１５８Ｂを成形することが高速および／または安価であり得る。
【００９８】
いくつかの実施形態では、出力／入力表面１１５３Ｂおよび／または出力表面１１５８Ｂは、レンズとして機能してもよい。例えば、出力／入力表面１１５３Ｂは、視野レンズとして使用されてもよい。本実施例では、出力／入力表面１１５３Ｂは、光変調器５４０と投影光学系１０８０との間にある正の屈折力がある視野レンズである。出力／入力表面１１５３Ｂは、光変調器５４０から生じる画像のサイズを変化させる。ＳＬＭ５４０の近位に出力／入力表面１１５３Ｂを有することは、視野の平坦性、視野の曲率、および／または画像歪曲等の補正によって、結像性能を増進し得る。例えば、出力／入力表面１１５３Ｂは、光変調器５４０から外に生じる画像をとり、画像の拡散を減少させるように画像の光ビームを内向きに傾転させてもよい。これは、投影光学系１０８０等の下流光学要素が幅未満である高さを有すること、および／または薄型ＢＳ１１５０からさらに離間されることを可能にする。ＳＬＭ５４０の近位に出力／入力表面１１５３Ｂを有することはさらに、投影光学系１０８０がより薄型にされることを可能にし、それによって、薄型光投影システム１１２０をより薄型にし得る。
【００９９】
いくつかの実施形態では、薄型ＢＳ１１５０は、ＳＬＭ５４０よりも大きく（例えば、長く、かつ幅広く）あり得る。これらの実施形態では、薄型ＢＳ１１５０から光変調器５４０に向かって進む光の十分な過充填が存在し得る。
薄型ビームスプリッタの実施例
【０１００】
薄型ＢＳ１１５０の種々の実施形態が、図１２Ａ−１３Ｄに関連して説明される。例えば、図１２Ａおよび１２Ｂは、透過型回折光学要素１２５６を含む、例示的薄型ＢＳ１２５０を図式的に図示する。透過型回折光学要素１２５６は、対応する反射光ビーム（例えば、反射光ビーム１２６５）が出力／入力表面１２５３に対して垂直に進行するように、入力光ビーム（例えば、コリメートされた入力光ビーム１２３０）を、薄型ＢＳ１２５０の種々の表面から反射される１つ以上の回折光ビームに変換するように構成される。図１２Ａおよび１２Ｂは、垂直ｙ−軸が水平ｚ−軸に直交し、両方ともページの中および外に延在する水平ｘ−軸（図示せず）に直交する、例証的目的のためのみの例示的座標系を示す。
【０１０１】
薄型ＢＳ１２５０は、入力表面１２５２と、ビーム分割表面１２５５と、出力／入力表面１２５３とを有する。入力表面１２５２、ビーム分割表面１２５５、および出力／入力表面１２５３は、入力ウェッジまたはプリズム１２５４の表面であってもよい。そのような実施形態では、入力表面１２５２および出力／入力表面１２５３は、相互に隣接し、９０度の角度で継合されてもよい。ビーム分割表面１２５５は、入力表面１２５２と出力／入力表面１２５３との間の角度で配列されてもよい。薄型ＢＳ１２５０はまた、入力ウェッジ１２５４に隣接して出力ウェッジまたはプリズム１２５１を含んでもよい。出力ウェッジ１２５１は、入力ウェッジ１２５４の出力／入力表面１２５３と略平行である出力表面１２５８を含んでもよい。出力ウェッジ１２５１はまた、出力表面１２５８に対して垂直である表面１２５７を含んでもよく、入力ウェッジ１２５４とビーム分割表面１２５５を共有してもよい。
【０１０２】
薄型ＢＳ１２５０は、光学グレードガラスまたはプラスチックを含む、任意の光学材料から作製されてもよい。より軽量の材料が、ＨＭＤ用途のために有利であり得る。いくつかの実施形態では、光の動作波長における薄型ＢＳ１２５０の屈折率は、少なくとも約１．５であり得る。
【０１０３】
薄型ＢＳ１２５０のビーム分割表面１２５５は、出力／入力表面１２５３に対して４５度未満、より具体的には、４０度以下、３５度以下、または３０度以下の角度で配列され、それによって、ｙ−軸に沿って薄型ＢＳ１２５０の全体的サイズを縮小し得る。ＳＬＭ５４０の受光表面に対して垂直である方向におけるＳＬＭ５４０の完全かつ一様な照明を含む、所望の光学性能を維持するために、薄型ＢＳ１２５０は、入力表面１２５２の上、中、またはそれに隣接して透過型回折光学要素１２５６を含む。透過型回折光学要素１２５６は、光源（例えば、図１１の光源１０３０）と入力表面１２５２との間に位置付けられてもよい。いくつかの実施形態では、透過型回折光学要素１２５６は、例えば、入力表面１２５２に回折特徴をエッチングすることによって、または透過型回折光学要素１２５６を入力表面１２５２に取り付けることによって、形成されてもよい。透過型回折光学要素１２５６は、コリメートされた入力光ビーム１２３０を操作する。例えば、透過型回折光学要素１２５６は、入力表面１２５２に対して垂直である方向にコリメートされた入力光ビーム１２３０を受け取るように構成されてもよい。透過型回折光学要素１２５６は、次いで、回折光ビームが、（場合によっては薄型ＢＳ１２５０の他の表面からの１つ以上の介在反射後に）ビーム分割表面１２５５に向かって指向され、反射ビーム１２６５として法線角度において出力／入力表面１２５３に向かって反射されるように、コリメートされた入力光ビーム１２３０を、１つ以上の対応する回折角において回折される１つ以上の回折光ビームに変換してもよい。反射ビーム１２６５は、次いで、画像情報を用いて光を変調させ、出力／入力表面１２５３の中に戻るように、ビーム分割表面１２５５を通して出力表面１２５８から外に変調されたビーム１２７５を反射する、ＳＬＭ５４０上に入射する。
【０１０４】
種々の実施形態では、透過型回折光学要素１２５６は、回折格子を形成する１つ以上の回折特徴を含む。概して、回折格子は、入射光ビームを異なる方向に進行するいくつかのビームに分割および回折する、周期的構造を有する。これらの回折ビームはそれぞれ、特定の回折次数に対応する。回折ビームの方向は、周期的構造の周期および光の波長を含む、回折格子の種々の特性に依存する。透過型回折光学要素１２５６は、入射光を、１つ以上の所望の対応する回折角を伴う１つ以上の所望の回折次数に回折するように、公知の方程式および技法に従って設計されることができる。
【０１０５】
図１２Ａに示されるように、コリメートされた入力光ビーム１２３０は、ＢＳ１２５０の入力表面１２５２上に入射し得る。コリメートされた入力光ビーム１２３０は、光源（例えば、図１１の光源１０３０）によって放出され、コリメータ（例えば、図１１のコリメータ１０１０）によってコリメートされてもよい。コリメートされた入力光ビーム１２３０は、薄型ＢＳ１２５０の入力表面１２５２全体を横断して完全かつ一様に入射し得る、１つ以上の入力光線で構成される。例えば、コリメートされた入力光ビーム１２３０は、中心入力光線１２３５と、下側入力光線１２３３と、上側入力光線１２３７とを含んでもよい。３つの入力光線１２３３、１２３５、および１２３７のみが、例証目的のために図１２Ａに示されている。
【０１０６】
いくつかの実施形態では、薄型ＢＳ１２５０は、偏光ビーム分割表面１２５５（図１０に関連して上記に説明されるような）を有してもよい。ビーム分割表面１２５５は、ｚ−軸に対して角度θＢＳで配列されてもよい。第１の偏光状態（例えば、ｓ−偏光状態）を有する、コリメートされた入力光ビーム１２３０は、透過型回折光学要素１２５６に対して垂直に入射し、１つ以上の回折ビームに回折される。２つの回折ビームが、それぞれ、第１の偏光状態を有する、法線から上向きに角度θｄにおいて回折される第１の回折光線１２４２および法線から下向きに角度θｄにおいて回折される第２の回折光線１２４４によって、図１２Ａに図示されている。角度θｄは、透過型回折光学要素１２５６の空間周波数または周期に基づいてもよい。第１および第２の回折光線１２４２、１２４４は、それぞれ、正の第１の次数および負の第１の次数の回折光線であってもよい。他の実施形態では、より高い回折次数（例えば、第２の次数、第３の次数等）を利用することが可能であり得る。いくつかの実施形態では、コリメートされた入力光ビーム１２３０の少なくとも８０％、または少なくとも９０％、または少なくとも９５％を第１および第２の回折次数に回折するように透過型回折光学要素１２５６を設計することが有利であり得る。
【０１０７】
第１の回折光線１２４２は、回折角θｄにおいてビーム分割表面１２５５まで進行し、次いで、ｚ−軸に対するビーム分割表面１２５５の角度に基づいて、ｚ−軸に対して垂直である（また、出力／入力表面１２５３およびＳＬＭ５４０に対して垂直である）角度において反射された第１の回折光線１２６２としてＳＬＭ５４０に向かって反射される。第２の回折光線１２４４は、ビーム分割表面１２５５に向かって出力／入力表面１２５３において第２の回折光線１２４４の全内部反射（ＴＩＲ）をもたらすように構成される、回折角θｄにおいて出力／入力表面１２５３に向かって進行する。ビーム分割表面１２５５は、次いで、ｚ−軸に対して垂直である（また、出力／入力表面１２５３およびＳＬＭ５４０に対して垂直である）角度において反射された第２の回折光線１２６４として、第２の回折光線１２４４を反射する。上記に説明されるように、ＳＬＭ５４０は、次いで、反射された第１および第２の回折光線１２６２、１２６４の第１の偏光状態（例えば、ｓ−偏光状態）を第２の偏光状態（例えば、ｐ−偏光状態）に変換し、また、画像データを用いて光を変調させてもよい。
【０１０８】
図示される実施形態では、反射された第１の回折光ビーム（第１の回折光線１２６２によって図示される）は、ＳＬＭ５４０の左側に入射し、左側照明を提供し、反射された第２の回折光ビーム（第２の回折光線１２６４によって図示される）は、ＳＬＭ５４０の右側に入射し、右側照明を提供する。いくつかの実施形態では、各回折光線１２４２、１２４４は、薄型ＢＳ１２５０の中に透過される中心入力光線１２３５のエネルギーの約半分を有してもよい。故に、ＢＳ１２５０に入射する光の約半分は、ＳＬＭ５４０の左側に透過され、ＢＳ１２５０に入射する光の半分は、ＳＬＭ５４０の右側に透過される。
【０１０９】
前述の説明は、主に中心入力光線１２３５の挙動を参照するが、コリメートされた入力光ビーム１２３０の中に含まれる光線の全ては、同様に回折および反射される。例えば、下側入力光線１２３３は、（回折角θｄにおいて）回折光線１２４３として回折され、光線１２６３として反射される。故に、薄型ＢＳ１２５０は、ＳＬＭ５４０の表面に対して垂直である方向にＳＬＭ５４０の完全で連続的かつ一様な照明を促進する。
【０１１０】
いくつかの実施形態では、薄型ＢＳ１２５０内の角度θＢＳは、４５度未満（例えば、４０度以下、３５度以下、または３０度以下）であり得、角度θｄは、０度を上回り得る（例えば、１５度以上、２０度以上、２５度以上、または３０度以上）。いくつかの実施形態では、薄型ＢＳ１２５０内の角度θＢＳおよび角度θｄは、同一またはほぼ同一であり得る。例えば、これらの角度の両方は、約３０度（例えば、３０度の１５％以内）であり得る。３０度である角度θＢＳおよびθｄの１つの非限定的利点は、ｙ−軸に沿った薄型ＢＳ１２５０の高さが図１０のＢＳ１０５０に対して約５８％だけ縮小され得ることである。角度θＢＳは、入力表面１２５２の所望の長さ（例えば、薄型ＢＳ１２５０の所望の高さ）に基づいて、第２の回折光線１２４４のＴＩＲを誘発するように選択されてもよい。ビーム分割表面１２５５の角度θＢＳが減少すると、回折θｄの角度が増加する（逆も同様である）。０度の回折角に関して、ビーム分割表面１２５５は、図１０に関連して説明されるように、ｚ−軸に対して４５度で配列されるであろう。しかしながら、大きすぎる回折角は、第２の回折光線１２４４に薄型ＢＳ１２５０内でＴＩＲを失敗させ得る。これは、ＳＬＭ５４０の照明の不要な間隙または重複をもたらし得る。
【０１１１】
図１２Ｂは、薄型ＢＳ１２５０を使用する、ＳＬＭ５４０の完全で一様かつ連続的な照明の実施例を図示する。図１２Ｂは、付加的入力光線１２３４および１２３６がコリメートされた入力光ビーム１２３０の一部として図示されることを除いて、図１２Ａと実質的に類似する。入力光線１２３３−１２３７はそれぞれ、透過型回折光学要素１２５６によって１つ以上の回折光線（例証を容易にするために標識されていない）に回折される。これらの回折光線は、図１２Ａに関連して上記に説明されるように、ビーム分割表面１２５５によって反射され（回折光線のうちのいくつかに関して、これは、出力／入力表面１２５３におけるＴＩＲの後に起こる）、ＳＬＭ５４０の受光表面に対して垂直である方向においてＳＬＭ５４０に指向される。上記に説明されるように、第１の回折光線（実線として図示される）はそれぞれ、回折角θｄにおいてビーム分割表面１２５５に向かって上向きに回折される。これらの光線は、次いで、反射光線の第１の群１２６１としてＳＬＭ５４０の左側に反射され、左側連続照明を提供する。同様に、第２の回折光線（点線として図示される）はそれぞれ、回折角−θｄにおいて出力／入力表面１２５３に向かって下向きに回折される。これらの光線は、出力／入力表面１２５３においてＴＩＲを受け、ビーム分割表面１２５５に向かって上向きに反射し、そこで、それぞれ、反射光線の第２の群１２６８としてＳＬＭ５４０の右側に下向きに反射され、右側連続照明を提供する。故に、薄型ＢＳ１２５０は、ＳＬＭ５４０に対して垂直である方向に完全で連続的かつ一様な照明を提供することが可能である。
【０１１２】
図１２Ａおよび１２Ｂは、透過型回折光学要素１２５６を伴う例示的薄型ＢＳ１２５０を図示するが、他の構成も可能である。例えば、反射型回折光学要素が、図１３Ａ−１３Ｄに図示されるように、透過型回折光学要素１２５６の代わりに使用されてもよい。
【０１１３】
図１３Ａは、反射型回折光学要素１３５６を含む、例示的薄型ＢＳ１３５０を図示する。図１２Ａおよび１２Ｂに関連して説明されるものに類似する様式で、反射型回折光学要素１３５６は、対応する反射光ビーム（例えば、反射光ビーム１３６５）が出力／入力表面１３５３に対して垂直に進行するように、入力光ビーム（入力光線１３３５によって表される）を、薄型ＢＳ１３５０の種々の表面から反射する１つ以上の回折光ビームに変換するように構成される。反射型回折光学要素１３５６はまた、光の１つ以上の発散入力ビームのコリメーション等の付加的機能を果たすように設計されてもよい。反射型回折光学要素１３５６はまた、複数の光源からの光の角度および／または側方変位された入力ビームを多重化するように設計されてもよい。いくつかの実施形態では、反射型回折光学要素１３５６は、ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）等のホログラムである。図１３Ａ−１３Ｄは、垂直ｙ−軸が水平ｚ−軸に直交し、両方ともページの中および外に延在する水平ｘ−軸（図示せず）に直交する、例証的目的のためのみの例示的座標系を示す。
【０１１４】
薄型ＢＳ１３５０は、反射型回折光学要素１３５６が位置する、表面１３５２を有する。薄型ＢＳ１３５０はまた、入力表面１３５７と、ビーム分割表面１３５５と、出力／入力表面１３５３とを含む。ビーム分割表面１３５５、出力／入力表面１３５３、および表面１３５２は、入力ウェッジまたはプリズム１３５４の表面であってもよい。そのような実施形態では、表面１３５２および出力／入力表面１３５３は、相互に隣接し、９０度の角度で継合されてもよい。ビーム分割表面１３５５は、ｚ−軸に対して角度θＢＳで配列されてもよく、ビーム分割表面１３５５の角度θＢＳは、図１２Ａおよび１２Ｂのビーム分割表面１２５５の角度θＢＳに類似し得る。ＢＳ１３５０はまた、入力ウェッジ１３５４に隣接して出力ウェッジまたはプリズム１３５１を含んでもよい。出力ウェッジ１３５１は、出力／入力表面１３５３と略平行である出力表面１３５８を含んでもよい。出力ウェッジ１３５１はまた、出力表面１３５８に対して垂直である入力表面１３５７も含み、入力ウェッジ１３５４とビーム分割表面１３５５を共有してもよい。
【０１１５】
薄型ＢＳ１３５０は、光学グレードガラスまたはプラスチックを含む、任意の光学材料から作製されてもよい。より軽量の材料が、ＨＭＤ用途のために有利であり得る。いくつかの実施形態では、光の動作波長における薄型ＢＳ１３５０の屈折率は、少なくとも約１．５であり得る。
【０１１６】
反射型回折光学要素１３５６は、表面１３５２の上、中、またはそれに隣接して配置されてもよい。反射型回折光学要素１３５６は、例えば、表面１３５２に回折特徴をエッチングすることによって、または反射型回折光学要素１３５６を表面１３５２に取り付けることによって、形成されてもよい。
【０１１７】
光源（例えば、光源１０３０）は、第１の偏光状態（例えば、ｓ−偏光状態）を有する光の入力ビームを放出してもよい。光の入力ビームは、ビーム分割表面１３５５が出力／入力表面１３５３と交差する、入力ウェッジ１３５４の角においてＢＳ１３５０に入射してもよい。光の入力ビーム（入力光線１３３５によって表される）は、入力ウェッジ１３５４を通して反射型回折光学要素１３５６に向かって進行する。光の入力ビームは、非平面的な波面を表す入力光線１３３５上の重畳曲線によって示されるように、入力ウェッジ１３５４を通して進行するにつれて発散してもよい。反射型回折光学要素１３５６は、１つ以上の方法で光の入力ビームを操作するように構成されてもよい。例えば、反射型回折光学要素１３５６は、光の発散入力ビーム（入力光線１３３５によって表される）を受け取り、それを１つ以上のコリメートおよび回折されたビームに変換するように構成されてもよい。
【０１１８】
第１のコリメートおよび回折されたビームは、第１のコリメートおよび回折された光線１３４２によって表される一方で、第２のコリメートおよび回折されたビームは、第２のコリメートおよび回折された光線１３４４によって表される。直線が、コリメートされたビームの平面的な波面を表す、第１および第２のコリメートおよび回折された光線１３４２、１３４４上に重畳されて示される。第１および第２のコリメートおよび回折された光線１３４２、１３４４は、図１２Ａの回折光線１２４２、１２４４に類似する様式で、１つ以上の角度θｄにおいて回折されてもよい。例えば、第１のコリメートおよび回折された光線１３４２が、ｚ−軸に対して角度θｄにおいて上向きに回折されてもよい一方で、第２の回折光線１３４４は、ｚ−軸に対して角度θｄにおいて下向きに回折されてもよい。いくつかの実施形態では、第１および第２のコリメートおよび回折されたビームは、正の第１の次数および負の第１の次数に対応し得るが、他の実施形態では、より高い回折次数を使用することが可能であり得る。いくつかの実施形態では、光の入力ビームの少なくとも８０％、または少なくとも９０％、または少なくとも９５％を第１および第２の回折次数に回折するように反射型回折光学要素１３５６を設計することが有利であり得る。
【０１１９】
いくつかの実施形態では、薄型ＢＳ１３５０は、偏光ビーム分割表面１３５５（図１０に関連して上記に説明されるような）を有してもよい。ビーム分割表面１３５５は、ｚ−軸に対して角度θＢＳで配列されてもよい。第１のコリメートおよび回折された光線１３４２は、回折角θｄにおいてビーム分割表面１３５５まで進行し、次いで、ｚ−軸に対するビーム分割表面１３５５の角度に基づいて、ｚ−軸に対して垂直である（また、出力／入力表面１３５３および空間光変調器５４０に対して垂直である）角度において反射された第１の回折光線１３６２としてＳＬＭ５４０に向かって反射される。第２のコリメートおよび回折された光線１３４４は、ビーム分割表面１３５５に向かって出力／入力表面１３５３において第２のコリメートおよび回折された光線１３４４のＴＩＲをもたらすように構成される回折角θｄにおいて出力／入力表面１３５３に向かって進行する。ビーム分割表面１３５５は、次いで、ｚ−軸に対するビーム分割表面１３５５の角度に基づいて、反射された第２の回折光線１３６４としてＳＬＭ５４０に向かって第２のコリメートおよび回折された光線１３４４を反射する。反射光ビーム１３６５（反射された第１の回折光線１３６２および反射された第２の回折光線１３６４を含む）は、次いで、ＳＬＭ５４０上に入射する。上記に説明されるように、ＳＬＭ５４０は、次いで、反射光ビーム１３６５の第１の偏光状態（例えば、ｓ−偏光状態）を第２の偏光状態（例えば、ｐ−偏光状態）に変換し、また、画像データを用いて光を変調させてもよい。ＳＬＭ５４０は、次いで、出力／入力表面１３５３の中に戻るように、ビーム分割表面１３５５を通して出力表面１３５８から外に変調されたビーム１３７５を反射することができる。
【０１２０】
図示される実施形態では、反射された第１の回折光ビーム（反射された第１の回折光線１３６２によって図示される）は、ＳＬＭ５４０の左側に入射し、左側照明を提供する。反射された第２の回折光ビーム（反射された第２の回折光線１３６４によって図示される）は、ＳＬＭ５４０の右側に入射し、右側照明を提供する。いくつかの実施形態では、各コリメートおよび回折された光ビーム（コリメートおよび回折された光線１３４２、１３４４によって表される）は、薄型ＢＳ１３５０の中に透過される入力ビームのエネルギーの約半分を有してもよい。故に、ＢＳ１３５０に入射する光の約半分は、ＳＬＭ５４０の左側に透過され、ＢＳ１３５０に入射する光の半分は、ＳＬＭ５４０の右側に透過される。
【０１２１】
前述の説明は、主に単一の入力光線１３３５の挙動を参照するが、発散入力ビームの中に含まれる光線の全ては、同様にコリメート、回折、および反射される。故に、薄型ＢＳ１３５０は、ＳＬＭ５４０の表面に対して垂直である方向にＳＬＭ５４０の完全で連続的かつ一様な照明を促進する。
【０１２２】
図１２Ａの薄型ＢＳ１２５０と同様に、薄型ＢＳ１３５０内の角度θＢＳは、４５度未満（例えば、４０度以下、３５度以下、または３０度以下）であり得、角度θｄは、０度を上回り得る（例えば、１５度以上、２０度以上、２５度以上、または３０度以上）。いくつかの実施形態では、薄型ＢＳ１３５０内の角度θＢＳおよび角度θｄは、同一またはほぼ同一であり得る。例えば、これらの角度の両方は、約３０度（例えば、３０度の１５％以内）であり得る。再度、３０度である角度θＢＳおよびθｄの１つの非限定的利点は、ｙ−軸に沿った薄型ＢＳ１３５０の高さが図１０のＢＳ１０５０に対して約５８％だけ縮小され得ることである。角度θＢＳは、薄型ＢＳ１３５０の所望の高さに基づいて、第２の回折光線１３４４のＴＩＲを誘発するように選択されてもよい。ビーム分割表面１３５５の角度θＢＳが減少すると、回折θｄの角度が増加する（逆も同様である）。０度の回折角に関して、ビーム分割表面１３５５は、図１０に関連して説明されるように、ｚ−軸に対して４５度で配列されるであろう。しかしながら、大きすぎる回折角は、第２の回折光線１３４４に薄型ＢＳ１３５０内でＴＩＲを失敗させ得る。これは、ＳＬＭ５４０の照明の不要な間隙または重複をもたらし得る。
【０１２３】
ちょうど議論されたように、反射型回折光学要素１３５６は、少なくとも２つの機能、すなわち、（１）光源（例えば、光源１０３０）からの発散入力光をコリメートすることと、（２）回折ビームが、最終的に出力／入力表面１３５３に対して垂直である方向にＳＬＭ５４０に向かって反射されるように、１つ以上の角度においてコリメートされた光を回折および反射することとを果たしてもよい。図１３Ａに図示される実施形態の非限定的利点は、別個のコリメータ（例えば、コリメータ１０１０）が、省略され得、光源（例えば、光源１０３０）が、薄型ＢＳ１３５０により近く位置付けられ、それによって、よりコンパクトな薄型光プロジェクタシステムを提供し得ることである。反射型回折光学要素１３５６は、複数の入力ビームが異なる場所からＢＳ１３５０の中に放出される実施形態において、さらに別の機能を果たしてもよい。
【０１２４】
光プロジェクタシステム１１２０は、異なる波長の光（例えば、図９Ａ−９Ｃの光線７７０、７８０、および７９０）を放出するための複数の光源を含んでもよい。反射型回折光学要素１３５６は、したがって、異なる位置に位置する１つ以上の光源から異なる波長の１つ以上の角度および／または側方分離された入力ビームを受け取るように、かつこれらの入力ビームを、低減された量の角度および／または側方分離を有する対応するコリメートおよび回折されたビームに変換するように構成されてもよい。本機能性を達成するために、反射型回折光学要素１３５６は、それらが放出する光の異なる波長またはそれらの入射角度に部分的に基づいて、異なる光源からの光を別個に操作するように構成されてもよい。光源は、相互から側方に分離されてもよい、および／または異なる角度において光のビームを放出してもよい。反射型回折光学要素１３５６は、光源から受け取られる光を１つ以上の共通多重化光ビームの中に指向するように構成されてもよい。
【０１２５】
図１３Ｂおよび１３Ｃは、それぞれ、いくつかの実施形態による、薄型ＢＳ１３５０の側面図および上面図を図示する。図１３Ｂおよび１３Ｃは、１つ以上の共通ビームへの複数の光源１３３０ａ−ｃからの光の多重化を示す。３つの光源１３３０ａ−ｃが、入力ウェッジ１３５４の角において提供される。これら３つの光源１３３０ａ−ｃは、ｘ−軸に沿って相互から側方にオフセットされる。３つの光源１３３０ａ−ｃが図１３Ｂおよび１３Ｃに示されているが、任意の数の光源が、所与の用途のための所望に応じて提供されてもよい（例えば、１、２、４、５個等）。
【０１２６】
図１３Ｂは、図１３Ａに関連して上記に説明されるような薄型ＢＳ１３５０の側面図を図示する。薄型ＢＳ１３５０は、３つの対応する入力光ビーム（入力光線１３３５ａ−ｃによって図示される）を生成する、入力ウェッジ１３５４の角における光源１３３０ａ−ｃを用いて照明される。いくつかの実施形態では、光源１３３０ａ−ｃ（例えば、ＬＥＤまたはファイバ送達レーザ等）は、入力ウェッジ１３５４に光学的および／または物理的に結合されることができる。図１３Ａと同様に、反射型回折光学要素１３５６は、入力光ビーム（入力光線１３３５ａ−ｃによって図示される）を受け取り、入力光ビームを対応する第１のコリメート、多重化、および回折された光ビーム（第１のコリメート、多重化、および回折された光線１３４２ａ−ｃによって図示される）に変換する。反射型回折光学要素１３５６はまた、入力光ビーム（入力光線１３３５ａ−ｃによって図示される）を、第２のコリメート、多重化、および回折された光ビーム（第２のコリメート、多重化、および回折された光線１３４４ａ−ｃによって図示される）に変換する。本明細書に説明されるように、第１および第２のコリメート、多重化、および回折された光線１３４２ａ−ｃ、１３４４ａ−ｃは、図１３Ａの第１および第２のコリメートおよび回折された光線１３４２、１３４４と実質的に類似する様式で、回折角θｄにおいて反射される。第１および第２のコリメート、多重化、および回折された光線１３４２ａ−ｃ、１３４４ａ−ｃは、（ある場合には、最初に出力／入力表面１３５３から反射した後に）ビーム分割表面１３５５に向かって指向され、次いで、反射された多重化ビーム１３６９としてＳＬＭ５４０に反射される。反射された多重化ビーム１３６９は、ＳＬＭ５４０に対して垂直である方向にＳＬＭ５４０上に入射する、反射された第１および第２の多重化回折光線１３６２ａ−ｃ、１３６４ａ−ｃで構成されてもよい。
【０１２７】
図１３Ｃに示されるように、反射型回折光学要素１３５６は、角度および／または側方分離された発散入力ビーム（入力光線１３３５ａ−ｃによって表される）を受け取るように構成されてもよい。これらの入力ビームは、ｘ−軸に沿って側方分離され得る、光源１３３０ａ−ｃから生じてもよい。光源１３３０ａ−ｃは、概して、反射型回折光学要素１３５６が位置する表面１３５２に向かって指向されてもよい。いくつかの実施形態では、各光源１３３０ａ−ｃは、異なる側方位置から表面１３５２の表面積を完全に照明するように、ｚ−軸に対して異なる角度で位置付けられてもよい。例えば、各光源１３３０ａ−ｃからの光で表面１３５２を充填するように、光源１３３０ａが、ｚ−軸に沿って表面１３５２に対して垂直に指向されてもよい一方で、光源１３３０ｂは、ｚ−軸に対してわずかに下向きに角度を付けられてもよく、光源１３３０ｃは、ｚ−軸に対してわずかに上向きに角度を付けられてもよい。したがって、３つの入力ビーム（入力光線１３３５ａ−ｃによって表される）は、ある程度の角度分離を有してもよい。
【０１２８】
いくつかの実施形態では、光源１３３０ａ−ｃは、それぞれ、異なる色または異なる波長の範囲（異なる線の種類で図１３Ｂおよび１３Ｃに表される）の入力光ビーム（入力光線１３３５ａ−ｃによって表される）を放出するように構成されてもよい。したがって、例証目的のために、光源１３３０ａは、緑色の光（破線によって表される）を放出してもよく、光源１３３０ｂは、赤色の光（実線によって表される）を放出してもよく、光源１３３０ｃは、青色の光（鎖線によって表される）を放出してもよい。他の色および構成も可能であり、例えば、光源１３３０ａ−ｃは、マゼンタ、シアン、または緑色の光を放出してもよい、またはＩＲまたは近ＩＲ光を放出してもよい。
【０１２９】
図１３Ｃに示されるように、反射型回折光学要素１３５６は、入力光ビーム（入力光線１３３５ａ−ｃによって表される）を、対応するコリメート、多重化、および回折された光ビーム（コリメート、多重化、および回折された光線１３４２ａ−ｃ、１３４４ａ−ｃによって表される）に変換するように構成されてもよい。入力光線１３３５ａ−ｃをコリメートおよび回折された光線１３４２ａ−ｃ、１３４４ａ−ｃに変換することは、図１３Ｂに関連して上記に説明される。加えて、反射型回折光学要素１３５６は、第１のコリメート、多重化、および回折された光線１３４２ａ−ｃが、低減された量の角度または側方分離を伴って、または角度または側方分離を全く伴わずに伝搬するように、入力光線１３３５ａ−ｃを１つ以上の多重化光ビームに多重化する。同じことが、第２のコリメート、多重化、および回折された回折光線１３４４ａ−ｃに当てはまる。いくつかの実施形態では、第１のコリメート、多重化、および回折された光線１３４２ａ−ｃは、実質的に共通する光学経路に沿って伝搬するように多重化されてもよい。同じことが、第２のコリメート、多重化、および回折された回折光線１３４４ａ−ｃに当てはまる。
【０１３０】
光源１３３０ａ−ｃからの入力ビームを多重化するように構成される反射型回折光学要素１３５６の非限定的利点は、複数の色の光が画像情報を用いて符号化され、ユーザに提示され、（例えば、光線７７０、７８０、および７９０として）フルカラー画像を提供し得ることである。
【０１３１】
いくつかの実施形態（例えば、図１３Ｂおよび１３Ｃに関して説明されるもの）では、各光源１３３０ａ−ｃからの光を別個かつ個別に操作し得る、反射型回折光学要素１３５６を提供することが望ましくあり得る。本機能性を達成するために、反射型回折光学要素１３５６は、その波長またはその入射角度に応じて、異なるように光と相互作用するように構成されてもよい。例えば、反射型回折光学要素１３５６は、第１の角度において第１の波長の入力光線１３３５ａによって表される入力光ビームを受け取り、それを、第１の回折角θｄ１におけるコリメートされた回折光線１３４２ａ、１３４４ａによって表される、コリメートされた回折光ビームに変換してもよい。反射型回折光学要素１３５６は、第２の角において第２の波長の入力光線１３３５ｂによって表される入力光ビームを受け取り、それを、第２の回折角θｄ２におけるコリメートされた回折光線１３４２ｂ、１３４４ｂによって表される、コリメートされた回折光ビームに変換してもよい。反射型回折光学要素１３５６は、第３の角において第３の波長の入力光線１３３５ｃによって表される入力光ビームを受け取り、それを、第３の回折角θｄ３におけるコリメートされた回折光線１３４２ｃ、１３４４ｃによって表される、コリメートされた回折光ビームに変換してもよい。第１、第２、および第３の回折角θｄ１、θｄ２、およびθｄ３は、それぞれ、異なり得る、または１つ以上のものは、同一であり得る。第１、第２、および第３の回折角θｄ１、θｄ２、およびθｄ３は、それぞれ、コリメートされた回折光線１３４２ａ−ｃ、１３４４ａ−ｃを多重化するように選択されてもよい。
【０１３２】
反射型回折光学要素１３５６は、例えば、上記に説明されるように動作するように設計されるホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）等の表面または体積ホログラムであってもよい。いくつかの実施形態では、ＨＯＥは、選択された波長または波長の範囲および／または選択された入射角度の範囲に作用するようにその中に形成された干渉パターンをそれぞれ有する、１つ以上の層を含んでもよい。例えば、ＨＯＥの第１の層は、入力光線１３３５ａ（例えば、本実施例では緑色の光）に作用するように構成されてもよく、入力光線１３３５ａの波長に対応する光の波長を使用して記録される干渉パターンを含んでもよい。他の層は、それらの波長および／または入射角度に基づいて他の光線に作用するように構成される干渉パターンを含んでもよい。これらの干渉パターンも、対応する入力光線（例えば、１３３５ｂまたは１３３５ｃ）を使用して記録されてもよい。
【０１３３】
いくつかの実施形態では、反射型回折光学要素１３５６の層は、ｚ−軸に沿って異なる深度を有してもよい。例えば、第１の層は、上記に説明されるように入力光線１３３５ｃ（例えば、本実施例では青色の光）を変換しながら、影響を受けることなく入力光線１３３５ａおよび１３３５ｂ（例えば、本実施例では、それぞれ、緑色および赤色の光）を通過させるように選択される深度を有してもよい。例えば、より長い光の波長が、所与の層を通過してもよい一方で、より短い波長は、層のために適切な深度を選択することに起因して、同一の層と相互作用してもよい（例えば、青色の光は、緑色の光が通過する層と相互作用してもよく、緑色の光は、赤色の光が通過し得る層と相互作用してもよい）。
【０１３４】
反射型回折光学要素１３５６は、したがって、いくつかの実施形態では、３つの機能、すなわち、（１）光源１３３０ａ−ｃのための入力光をコリメートすることと、（２）回折光線が出力／入力表面１３５３に対して垂直である方向にＳＬＭ５４０に向かって反射されるような角度において光を回折および反射することと、（３）光源１３３０ａ−ｃから角度および／または側方分離された入力ビームを多重化することとを果たしてもよい。
【０１３５】
図１３Ｄは、いくつかの実施形態による、薄型ＢＳ１３５０を使用する、ＳＬＭ５４０の完全で一様かつ連続的な照明の実施例を図示する。図１３Ｄは、付加的入力光線１３３３および１３３７が入力ビームの一部として図示されることを除いて、図１３Ａに実質的に類似する。各入力光線１３３３、１３３５、１３３７は、反射型回折光学要素１３５６によって回折光線１３４２（実線）および１３４４（破線）に回折される。（例証を容易にするために、回折光線１３４２および１３４４の全てが標識されているわけではない。）これらの回折光線は、図１３Ａに関連して上記に説明されるように、ビーム分割表面１３５５によって反射され（回折光線のうちのいくつかに関して、これは、出力／入力表面１３５３におけるＴＩＲの後に起こる）、ＳＬＭ５４０の受光表面に対して垂直である方向においてＳＬＭ５４０に指向される。第１の回折光線（実線として図示される）はそれぞれ、回折角θｄにおいてビーム分割表面１３５５に向かって上向きに回折される。これらの光線は、次いで、反射光線の第１の群１３６１としてＳＬＭ５４０の左側に反射され、左側連続照明を提供する。同様に、第２の回折光線（点線として図示される）はそれぞれ、回折角−θｄにおいて出力／入力表面１３５３に向かって下向きに回折される。これらの光線は、出力／入力表面１３５３においてＴＩＲを受け、ビーム分割表面１３５５に向かって上向きに反射し、そこで、それぞれ、反射光線の第２の群１３６８としてＳＬＭ５４０の右側に下向きに反射され、右側連続照明を提供する。（反射光線の第１および第２の群１３６１および１３６８は、反射光線１３６５と称され得る。）故に、薄型ＢＳ１３５０は、光変調器５４０に対して垂直である方向に完全で連続的かつ一様な照明を提供することが可能である。
例示的実施形態
【０１３６】
いくつかの実施形態では、光学デバイスは、透過型回折光学要素を備える、第１の表面と、第１の表面に対して垂直である、第２の表面と、第２の表面に対してある角度で配列される、第３の表面であって、第１の状態の光に対して反射性であり、第２の状態の光に対して透過性である、第３の表面とを備え、透過型回折光学要素は、垂直に第１の表面上に入射する、コリメートされた入力ビームであって、第１の状態を有する光を備える、コリメートされた入力ビームを受け取るように、かつ第１の回折ビームが、第３の表面に向かって指向され、第１の表面と略平行な方向に第３の表面によって反射されるように、コリメートされた入力ビームを第１の回折角における少なくとも第１の回折ビームに変換するように構成される。
【０１３７】
これらの実施形態では、第１の回折ビームは、第２の表面において光学デバイスから出射することができ、光学デバイスはさらに、第１の回折ビームを受け取るための第２の表面に隣接する空間光変調器を備えることができ、空間光変調器は、第１の回折ビームを、第１の変調されたビームであって、第２の状態を有する光を備える、第１の変調されたビームに変換するように、かつ第２の表面に向かって戻るように第１の変調されたビームを指向するように構成される。
【０１３８】
これらの実施形態では、空間光変調器は、シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）空間光変調器またはデジタル光処理（ＤＬＰ）空間光変調器であり得る。
【０１３９】
これらの実施形態では、光学デバイスはさらに、第２の表面の反対側に第４の表面を備えることができ、第４の表面は、第２の表面を通過した後に第１の変調されたビームを受け取り、かつ透過させるように構成され、第４の表面は、湾曲している。
【０１４０】
これらの実施形態では、透過型回折光学要素はさらに、第２の回折ビームが、第２の表面に向かって指向され、全内部反射を介して第３の表面に向かって第２の表面によって反射され、第１の表面と略平行な方向に第３の表面によって反射されるように、コリメートされた入力ビームを第２の回折角における第２の回折ビームに変換するように構成されることができる。
【０１４１】
これらの実施形態では、反射された第１の回折ビームおよび反射された第２の回折ビームは、空間光変調器によって受け取られることができ、反射された第１の回折ビームおよび反射された第２の回折ビームは、組み合わせて空間光変調器全体を照明する。
【０１４２】
これらの実施形態では、第１、第２、および第３の表面は、平面的であり得る。
【０１４３】
これらの実施形態では、第２の表面は、曲面であり得る。
【０１４４】
これらの実施形態では、第１、第２、および第３の表面は、ウェッジを形成することができる。
【０１４５】
これらの実施形態では、ウェッジは、少なくとも約１．５の屈折率を備えることができる。
【０１４６】
これらの実施形態では、第３の表面は、偏光ビーム分割表面を備えることができる。
【０１４７】
これらの実施形態では、第２の表面に対する第３の表面の角度は、４５度未満であり得る。
【０１４８】
これらの実施形態では、第２の表面に対する第３の表面の角度は、約３０度であり得る。
【０１４９】
これらの実施形態では、第１の回折角は、０度を上回り得る。
【０１５０】
これらの実施形態では、第１の回折角は、約３０度であり得る。
【０１５１】
これらの実施形態では、透過型回折光学要素は、複数の回折特徴を備えることができる。
【０１５２】
これらの実施形態では、第１の回折角は、複数の回折特徴の周期に基づくことができる。
【０１５３】
いくつかの実施形態では、光学デバイスは、反射型回折光学要素を備える、第１の表面と、第１の表面に対して垂直である、第２の表面と、第２の表面に対してある角度で配列される、第３の表面であって、第１の状態の光に対して反射性であり、第２の状態の光に対して透過性である、第３の表面とを備え、反射型回折光学要素は、発散入力ビームであって、第１の状態を有する光を備える、発散入力ビームを受け取るように、かつ第１のコリメートおよび回折されたビームが、第３の表面に向かって指向され、第１の表面と略平行な方向に第３の表面によって反射されるように、発散入力ビームを第１の回折角における少なくとも第１のコリメートおよび回折されたビームに変換するように構成される。
【０１５４】
これらの実施形態では、第１のコリメートおよび回折されたビームは、第２の表面において光学デバイスから出射することができ、光学デバイスはさらに、第１のコリメートおよび回折されたビームを受け取るための第２の表面に隣接する空間光変調器を備えることができ、空間光変調器は、第１のコリメートおよび回折されたビームを、第１の変調されたビームであって、第２の状態を有する光を備える、第１の変調されたビームに変換するように、かつ第２の表面に向かって戻るように第１の変調されたビームを指向するように構成される。
【０１５５】
これらの実施形態では、空間光変調器は、シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）空間光変調器またはデジタル光処理（ＤＬＰ）空間光変調器であり得る。
【０１５６】
これらの実施形態では、光学デバイスはさらに、第２の表面の反対側に第４の表面をさらに備えることができ、第４の表面は、第２の表面を通過した後に第１の変調されたビームを受け取り、かつ透過させるように構成され、第４の表面は、湾曲している。
【０１５７】
これらの実施形態では、反射型回折光学要素はさらに、第２のコリメートおよび回折されたビームが、第２の表面に向かって指向され、全内部反射を介して第３の表面に向かって第２の表面によって反射され、第１の表面と略平行な方向に第３の表面によって反射されるように、発散入力ビームを第２の回折角における第２のコリメートおよび回折されたビームに変換するように構成されることができる。
【０１５８】
これらの実施形態では、反射された第１のコリメートおよび回折されたビームおよび反射された第２のコリメートおよび回折されたビームは、空間光変調器によって受け取られることができ、反射された第１のコリメートおよび回折されたビームおよび反射された第２のコリメートおよび回折されたビームは、組み合わせて空間光変調器全体を照明する。
【０１５９】
これらの実施形態では、反射型回折光学要素は、複数の角度または側方分離された発散入力ビームを受け取るように、かつそれらを低減された量の角度または側方分離を伴ってコリメートおよび回折されたビームに変換するように構成されることができる。
【０１６０】
これらの実施形態では、光学デバイスはさらに、複数の角度または側方分離された発散入力ビームを出力するための複数の側方分離された光源を備えることができる。
【０１６１】
これらの実施形態では、反射型回折光学要素は、第１の角度において複数の角度または側方分離された発散入力ビームのうちの第１の入力ビームを受け取るように、かつ第１の入力ビームを、光学経路に沿って第３の表面に向かって指向される、対応する第１のコリメートおよび回折されたビームに変換するように、かつ第２の角度において複数の角度または側方分離された発散入力ビームのうちの第２の入力ビームを受け取るように、かつ第２の入力ビームを、光学経路に沿って第３の表面に向かって指向される、第２のコリメートおよび回折されたビームに変換するように構成されることができる。
【０１６２】
これらの実施形態では、第１、第２、および第３の表面は、平面的であり得る。
【０１６３】
これらの実施形態では、第２の表面は、曲面であり得る。
【０１６４】
これらの実施形態では、第１、第２、および第３の表面は、ウェッジを形成することができる。
【０１６５】
これらの実施形態では、ウェッジは、少なくとも約１．５の屈折率を備えることができる。
【０１６６】
これらの実施形態では、第３の表面は、偏光ビーム分割表面を備えることができる。
【０１６７】
これらの実施形態では、第２の表面に対する第３の表面の角度は、４５度未満であり得る。
【０１６８】
これらの実施形態では、第２の表面に対する第３の表面の角度は、約３０度であり得る。
【０１６９】
これらの実施形態では、第１の回折角は、０度を上回り得る。
【０１７０】
これらの実施形態では、第１の回折角は、約３０度であり得る。
【０１７１】
これらの実施形態では、第１の回折角は、反射型回折光学要素の回折特徴の周期に基づくことができる。
【０１７２】
これらの実施形態では、反射型回折光学要素は、ホログラムを備えることができる。
【０１７３】
いくつかの実施形態では、ユーザの頭部上に装着されるように構成される、頭部搭載型ディスプレイ（ＨＭＤ）は、フレームと、フレームによって支持され、画像をユーザの眼に投影するように構成される、投影光学系と、投影光学系と光学通信する光プロジェクタシステムであって、画像を用いて符号化される変調された光を提供するように構成される、光プロジェクタシステムであって、入力ビームを放出するための光源と、回折光学要素を伴う第１の表面と、第１の表面に対して垂直である第２の表面と、第２の表面に対してある角度で配列される、第３の表面であって、第１の状態の光に対して反射性であり、第２の状態の光に対して透過性である、第３の表面とを備え、回折光学要素は、入力ビームであって、第１の状態を有する光を備える、入力ビームを受け取るように、かつ第１の回折ビームが、第３の表面に向かって指向され、第１の表面と略平行な方向に第３の表面によって反射されるように、入力ビームを第１の回折角における少なくとも第１の回折ビームに変換するように構成される、光学デバイスと、光学デバイスによって空間光変調器に送達される入力ビームを使用して、変調された光を生成するように構成される、空間光変調器とを備える、光プロジェクタシステムとを備える。
【０１７４】
これらの実施形態では、回折光学要素は、透過型回折光学要素を備えることができる。
【０１７５】
これらの実施形態では、回折光学要素は、反射型回折光学要素を備えることができる。
【０１７６】
これらの実施形態では、回折光学要素は、回折格子を備えることができる。
【０１７７】
これらの実施形態では、回折光学要素は、ホログラムを備えることができる。
【０１７８】
これらの実施形態では、ＨＭＤはさらに、光学デバイスと光源との間に配置されるコリメータを備えることができる。
【０１７９】
これらの実施形態では、投影光学系は、内部結合光学要素と、外部結合光学要素とを備えることができ、内部結合光学要素は、変調された光を受け取り、かつ内部結合するように構成され、外部結合光学要素は、ユーザの眼に向かって内部結合された光を外部結合するように構成される。
【０１８０】
これらの実施形態では、投影光学系は、導波管のスタックを備えることができる。
【０１８１】
これらの実施形態では、各導波管は、導波管のスタックのうちの１つ以上の他の導波管と比較して、異なる量の発散を伴って光を外部結合するように構成されることができる。
【０１８２】
いくつかの実施形態では、光学デバイスは、回折光学要素を備える、第１の表面と、第１の表面に対して垂直である、第２の表面と、第２の表面に対してある角度で配列される、第３の表面であって、第１の状態の光に対して反射性であり、第２の状態の光に対して透過性である、第３の表面とを備え、回折光学要素は、入力ビームであって、第１の状態を有する光を備える、入力ビームを受け取るように、かつ第１の回折ビームが、第３の表面に向かって指向され、第１の表面と略平行な方向に第３の表面によって反射されるように、入力ビームを第１の回折角における少なくとも第１の回折ビームに変換するように構成される。
【０１８３】
これらの実施形態では、回折光学要素は、透過型回折光学要素を備えることができる。
【０１８４】
これらの実施形態では、回折光学要素は、反射型回折光学要素を備えることができる。
【０１８５】
これらの実施形態では、回折光学要素は、回折格子を備えることができる。
【０１８６】
これらの実施形態では、回折光学要素は、ホログラムを備えることができる。
【０１８７】
これらの実施形態では、入力ビームは、光学デバイスから分離しているコリメータによってコリメートされることができる。
【０１８８】
これらの実施形態では、回折光学要素は、入力ビームを第１のコリメートおよび回折されたビームに変換するように構成されることができる。
【０１８９】
これらの実施形態では、第１および第２の状態は、それぞれ、第１の偏光状態および第２の偏光状態であり得る。
【０１９０】
いくつかの実施形態では、画像情報をユーザに伝送する方法は、第１の表面と、第１の表面に対して垂直である、第２の表面と、第２の表面に対してある角度で配列される、第３の表面であって、第１の状態の光に対して反射性であり、第２の状態の光に対して透過性である、第３の表面とを備える、光学デバイスを提供するステップと、第１の表面上に入射する入力ビームであって、第１の表面に対して垂直に進行し、第１の状態を有する、入力ビームを生成するステップと、第１の表面上に透過型回折光学要素を提供し、第１の回折ビームが、第３の表面に向かって指向され、第１の表面と略平行な方向に第３の表面によって反射されるように、入力ビームを第１の回折角における少なくとも第１の回折ビームに変換するステップと、空間光変調器を使用して、画像情報を用いて、少なくとも反射された第１の回折ビームを変調するステップであって、空間光変調器は、空間光変調器に対して垂直である反射された第１の回折ビームを受け取るように、かつ第２の状態を有する変調された光ビームを生成するように構成される、ステップと、１つ以上の投影光学構成要素を使用して、変調された光ビームを受け取るステップと、１つ以上の投影光学構成要素を使用して、画像情報をユーザに投影するステップとを含む。
【０１９１】
これらの実施形態では、本方法はさらに、光学デバイスに隣接して配置されるコリメータを用いて、入力ビームをコリメートするステップを含むことができる。
【０１９２】
これらの実施形態では、第２の表面に対する第３の表面の角度は、４５度未満であり得る。
【０１９３】
これらの実施形態では、第２の表面に対する第３の表面の角度は、約３０度であり得る。
【０１９４】
これらの実施形態では、第１の回折角は、０度を上回り得る。
【０１９５】
これらの実施形態では、第１の回折角は、約３０度であり得る。
【０１９６】
いくつかの実施形態では、画像情報をユーザに伝送する方法は、第１の表面と、第１の表面に対して垂直である、第２の表面と、第２の表面に対してある角度で配列される、第３の表面であって、第１の状態の光に対して反射性であり、第２の状態の光に対して透過性である、第３の表面とを備える、光学デバイスを提供するステップと、第１の表面上に入射する発散入力ビームであって、第１の状態を有する、発散入力ビームを生成するステップと、第１の表面上に反射型回折光学要素を提供し、第１のコリメートおよび回折されたビームが、第３の表面に向かって指向され、第１の表面と略平行な方向に第３の表面によって反射されるように、発散入力ビームを第１の回折角における少なくとも第１のコリメートおよび回折されたビームに変換するステップと、空間光変調器を使用して、画像情報を用いて、少なくとも反射された第１の回折ビームを変調するステップであって、空間光変調器は、空間光変調器に対して垂直である反射された第１の回折ビームを受け取るように、かつ第２の状態を有する変調された光ビームを生成するように構成される、ステップと、１つ以上の投影光学構成要素を使用して、変調された光ビームを受け取るステップと、１つ以上の投影光学構成要素を使用して、画像情報をユーザに投影するステップとを含む。
【０１９７】
これらの実施形態では、本方法はさらに、反射型回折光学要素を使用し、第２のコリメートおよび回折されたビームが、第２の表面に向かって指向され、全内部反射を介して第３の表面に向かって第２の表面によって反射され、第１の表面と略平行な方向に第３の表面によって反射されるように、発散入力ビームを第２の回折角における第２のコリメートおよび回折されたビームに変換するステップを含むことができる。
【０１９８】
これらの実施形態では、本方法はさらに、複数の角度または側方分離された発散入力ビームを生成し、反射型回折光学要素を使用して、それらを低減された量の角度または側方分離を伴ってコリメートおよび回折されたビームに変換するステップを含むことができる。
【０１９９】
これらの実施形態では、第２の表面に対する第３の表面の角度は、４５度未満であり得る。
【０２００】
これらの実施形態では、第２の表面に対する第３の表面の角度は、約３０度であり得る。
【０２０１】
これらの実施形態では、第１の回折角は、０度を上回り得る。
【０２０２】
これらの実施形態では、第１の回折角は、約３０度であり得る。
付加的考慮事項
【０２０３】
上記に説明される実施形態では、光学配列が、眼結像ディスプレイシステム、より具体的には、拡張現実ディスプレイシステムとの関連で説明されている。しかしながら、光学配列の原理および利点は、他の頭部搭載型ディスプレイ、光学システム、装置、または方法に使用され得ることを理解されたい。前述では、実施形態のうちのいずれか１つの任意の特徴が、実施形態のうちのいずれか他の１つの任意の他の特徴と組み合わせられる、および／または代用されることを理解されたい。
【０２０４】
文脈によって別様に明確に要求されない限り、説明および請求項全体を通して、単語「〜を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「〜を含む（ｉｎｃｌｕｄｅ、ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「〜を有する（ｈａｖｅ、ｈａｖｉｎｇ）」、および同等物は、排他的または包括的意味とは対照的に、包含的意味、すなわち、「限定ではないが〜を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ，  ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」の意味で解釈されるべきである。単語「結合される」は、本明細書で概して使用されるように、直接接続されるか、または１つ以上の中間要素を経由して接続されるかのいずれかであり得る、２つ以上の要素を指す。同様に、単語「接続される」は、本明細書で概して使用されるように、直接接続されるか、または１つ以上の中間要素を経由して接続されるかのいずれかであり得る、２つ以上の要素を指す。文脈に応じて、「結合される」または「接続される」は、光が１つの光学要素から別の光学要素に結合または接続されるように、光学結合または光学接続を指し得る。加えて、単語「本明細書で」、「上記で」、「下記で」、「後述の」、「前述の」、および類似意味の単語は、本願で使用されるとき、全体として本願を指すものとし、本願の任意の特定の部分を指すものではない。文脈が許容する場合、単数形または複数形を使用する上記の発明を実施するための形態における単語はまた、それぞれ、複数形または単数形を含んでもよい。２つ以上のアイテムのリストを参照する単語「または」は、（排他的ではなく）包括的な「または」であり、「または」は、以下の単語の解釈の全て、すなわち、リスト内のアイテムのうちのいずれか、リスト内のアイテムの全て、およびリスト内のアイテムの１つ以上のものの任意の組み合わせを網羅し、リストに追加されるべき他のアイテムを除外しない。加えて、本願および添付される請求項で使用されるような冠詞「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、別様に規定されない限り、「１つ以上の」または「少なくとも１つ」を意味するように解釈されるべきである。
【０２０５】
本明細書で使用されるように、項目のリスト「のうちの少なくとも１つ」を指す語句は、単一の部材を含む、それらの項目の任意の組み合わせを指す。ある実施例として、「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの少なくとも１つ」は、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＡおよびＢ、ＡおよびＣ、ＢおよびＣ、およびＡ、Ｂ、およびＣを網羅することを意図している。語句「Ｘ、Ｙ、およびＺのうちの少なくとも１つ」等の接続文は、別様に具体的に記載されない限り、項目、用語等がＸ、Ｙ、またはＺのうちの少なくとも１つであり得ることを伝えるために一般に使用されるような文脈で別様に理解される。したがって、そのような接続文は、概して、ある実施形態が、Ｘのうちの少なくとも１つ、Ｙのうちの少なくとも１つ、およびＺのうちの少なくとも１つがそれぞれ存在することを要求すると示唆することを意図していない。
【０２０６】
さらに、とりわけ、「〜できる（ｃａｎ）」、「〜し得る（ｃｏｕｌｄ）」、「〜し得る（ｍｉｇｈｔ）」、「〜し得る（ｍａｙ）」、「例えば（ｅ．ｇ．）」、「例えば（ｆｏｒ  ｅｘａｍｐｌｅ）」、「等（ｓｕｃｈ  ａｓ）」、および同等物等の本明細書で使用される条件文は、別様に具体的に記載されない限り、または使用されるような文脈内で別様に理解されない限り、概して、ある実施形態が、ある特徴、要素、および／または状態を含む一方、他の実施形態がそれらを含まないことを伝えることを意図していない。したがって、そのような条件文は、概して、特徴、要素、および／または状態が、１つ以上の実施形態に対していかようにも要求されること、またはこれらの特徴、要素、および／または状態が、任意の特定の実施形態において含まれる、または実施されるものであるかどうかを示唆することを意図していない。
【０２０７】
ある実施形態が、説明されているが、これらの実施形態は、一例としてのみ提示され、本開示の範囲を限定することを意図していない。実際、本明細書に説明される新規の装置、方法、およびシステムは、種々の他の形態で具現化されてもよい。さらに、本明細書に説明される方法およびシステムの形態における種々の省略、代用、および変更が、本開示の精神から逸脱することなく成されてもよい。例えば、ブロックが、所与の配列で提示されるが、代替実施形態は、異なる構成要素および／または回路トポロジを用いて類似機能性を実施してもよく、いくつかのブロックは、削除される、移動される、追加される、細分割される、組み合わせられる、および／または修正されてもよい。これらのブロックはそれぞれ、種々の異なる方法で実装されてもよい。上記に説明される種々の実施形態の要素および作用の任意の好適な組み合わせが、さらなる実施形態を提供するために組み合わせられることができる。上記に説明される種々の特徴およびプロセスは、相互に独立して実装されてもよい、または種々の方法で組み合わせられてもよい。いずれの要素または要素の組み合わせも、全ての実施形態に関して必要または不可欠ではない。本開示の特徴の全ての好適な組み合わせおよび副次的組み合わせが、本開示の範囲内であることを意図している。
【図１】
2020512584.tif 000003
【図２】
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【図３】
2020512584.tif 000005
【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
2020512584.tif 000011
【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
2020512584.tif 000014
【図９Ｃ】
2020512584.tif 000015
【図１０】
2020512584.tif 000016
【図１１Ａ】
2020512584.tif 000017
【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
2020512584.tif 000020
【図１３Ａ】
2020512584.tif 000021
【図１３Ｂ】
2020512584.tif 000022
【図１３Ｃ】
2020512584.tif 000023
【図１３Ｄ】
2020512584.tif 000024
【国際調査報告】
2020512584.tif 000025