JP2023526018A - 回折接眼レンズ導波管ディスプレイにおける瞳分離のための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

瞳分離システムが、入力面と、ダイクロイックミラーのセットを含む、中心部分と、中心部分に対して側方に配置される、第１の反射面と、中心部分に対して側方に配置される、第２の反射面とを含む。瞳分離システムはまた、第１の波長範囲内で、光を透過させるように動作可能である、中心面と、中心面に隣接し、第２の波長範囲内で、光を透過させるように動作可能である、第１の周面と、中心面に隣接し、第１の周面に対向する、第２の周面とを含む、射出面を含む。第２の周面は、第３の波長範囲内で、光を透過させるように動作可能である。

Description

本願は、その本開示が参照することによってその全体としてあらゆる目的のために本明細書に組み込まれる、２０２０年５月１４日に出願され、「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｐｕｐｉｌ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｉｎ ａ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｅｙｅｐｉｅｃｅ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｄｉｓｐｌａｙ」と題された、米国仮特許出願第６３／０２４，８５８号の優先権の利益を請求する。

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、それらが現実のように見える、またはそのように知覚され得る様式において、視認者に提示される。仮想現実、すなわち、「ＶＲ」シナリオは、典型的には、他の実際の実世界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、すなわち、「ＡＲ」シナリオは、典型的には、視認者の周囲の実際の世界の可視化に対する拡張として、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。

これらのディスプレイ技術において成された進歩にもかかわらず、当技術分野において、拡張現実システム、特に、ディスプレイシステムに関する改良された方法およびシステムの必要性がある。

本発明は、概して、導波管ディスプレイのための方法およびシステムに関する。より具体的には、本発明の実施形態は、接眼レンズ導波管とも称される、導波管ディスプレイと統合され得る瞳分離システムを提供する、方法およびシステムを提供する。本発明は、コンピュータビジョンおよび画像ディスプレイシステムにおいて、種々の用途に適用可能である。

本明細書に説明されるように、本発明の実施形態が、拡張現実ディスプレイデバイスの一部を形成する回折接眼レンズ上で、走査ミラーから反射された光を複数の原色（例えば、赤色、緑色、および青色の３つの原色）に空間的に分離させ、内部結合格子領域も称される、対応する内部結合格子に、空間的に分離された光ビームを指向する、方法およびシステムに関する。

本発明の実施形態によると、瞳分離システムが、提供される。瞳分離システムは、入力面と、ダイクロイックミラーのセットを含む、中心部分と、中心部分に対して側方に配置される、第１の反射面と、中心部分に対して側方に配置される、第２の反射面と、出力面とを含む。出力面は、第１の波長範囲内で、光を透過させるように動作可能である、中心面と、中心面に隣接し、第２の波長範囲内で、光を透過させるように動作可能である、第１の周面と、中心面に隣接し、第１の周面に対向する、第２の周面とを含む。第２の周面は、第３の波長範囲内で、光を透過させるように動作可能である。

別の実施形態によると、光学システムが、提供される。光学システムは、軸の周囲を回転するように動作可能である、走査ミラーと、瞳分離システムとを含む。瞳分離システムは、入力面と、ダイクロイックミラーのセットを含む、中心部分と、中心部分に対して側方に配置される、第１の反射面と、中心部分に対して側方に配置される、第２の反射面と、出力面とを含む。出力面は、第１の波長範囲内で、光を透過させるように動作可能である、中心面と、中心面に隣接し、第２の波長範囲内で、光を透過させるように動作可能である、第１の周面と、中心面に隣接し、第１の周面に対向する、第２の周面とを含む。第２の周面は、第３の波長範囲内で、光を透過させるように動作可能である。光学システムはさらに、第１の波長範囲に対応する、第１の内部結合格子（ＩＣＧ）を含む、第１の導波管層と、第２の波長範囲に対応する、第２のＩＣＧを含む、第２の導波管層であって、第２のＩＣＧは、第１のＩＣＧから空間的にオフセットされる、第２の導波管層と、第３の波長範囲に対応する、第３のＩＣＧを含む、第３の導波管層とを含む、接眼レンズ導波管を含む。第３のＩＣＧは、第１のＩＣＧおよび第２のＩＣＧから空間的にオフセットされる。

本発明の特定の実施形態によると、走査ミラーおよび接眼レンズ導波管を含む、プロジェクタを動作させる方法が、提供される。本方法は、走査ミラーにおいて画像光を受光するステップを含む。画像光は、第１の波長範囲、第２の波長範囲、および第３の波長範囲を特徴とする。本方法はまた、軸の周囲で走査ミラーを回転させるステップと、軸に直交する第１の方向に沿って、受光した画像光を走査するステップと、瞳分離システムの入力面において、走査された画像光を受光するステップと、瞳分離システムの第１のダイクロイックミラーから、第１の波長範囲内の光を反射させるステップとを含む。本方法はさらに、瞳分離システムの第１の周面から、第１の波長範囲内の光を反射させるステップと、瞳分離システムの第２のダイクロイックミラーから、第２の波長範囲内の光を反射させるステップと、瞳分離システムの第２の周面から、第２の波長範囲内の光を反射させるステップと、第３の波長範囲内の光を透過させるステップとを含む。

ある実施形態では、第１の波長範囲内の光は、接眼レンズ導波管の第１の導波管層の内部結合格子上に入射する。第２の波長範囲内の光は、接眼レンズ導波管の第２の導波管層の内部結合格子上に入射することができ、第３の波長範囲内の光は、接眼レンズ導波管の第３の導波管層の内部結合格子上に入射することができる。本方法はまた、瞳分離システムに結合される第１のカラーフィルタを使用して、第１の波長範囲内の光をフィルタリングし、および／または瞳分離システムに結合される第２のカラーフィルタを使用して、第２の波長範囲内の光をフィルタリングするステップを含むことができる。さらに、本方法は、瞳分離システムに結合される第３のカラーフィルタを使用して、第３の波長範囲内の光をフィルタリングするステップを含むことができる。第１のダイクロイックミラーおよび第２のダイクロイックミラーは、相互に直交し、例えば、軸と平行な線に沿って、交差することができる。

多数の利益が、従来の技法に優る本発明の方法によって達成される。例えば、本発明の実施形態が、空間的に分離された光ビームが、接眼レンズ導波管上の異なる位置に指向され得るように、走査された入力光源によって出力された色の間に空間分離を提供する、方法およびシステムを提供する。発明のこれらおよび他の実施形態は、その利点および特徴の多くとともに、下記の文章および添付の図と併せて、さらに詳細に説明される。

図１は、本発明の実施形態による、接眼レンズ導波管のための瞳分離システムを図示する、簡略化された断面概略図である。

図２は、図１に図示される、瞳分離システムの簡略化された平面図である。

図３は、第１の材料を使用して加工される、図１に図示される瞳分離システムの動作を実証する、シミュレーション結果である。

図４は、第２の材料を使用して加工される、図１に図示される瞳分離システムの動作を実証する、シミュレーション結果である。

図５は、本発明の別の実施形態による、接眼レンズ導波管のための瞳分離システムを図示する、簡略化された断面概略図である。

図６は、第１の材料を使用して加工される、図５に図示される瞳分離システムの動作を実証する、シミュレーション結果である。

図７は、第２の材料を使用して加工される、図５に図示される瞳分離システムの動作を実証する、シミュレーション結果である。

図８は、本発明のさらに別の実施形態による、接眼レンズ導波管のための瞳分離システムを図示する、簡略化された断面概略図である。

図９は、図８に図示される瞳分離システムの動作を実証する、シミュレーション結果である。

図１０は、本発明の実施形態による、走査ミラーおよび接眼レンズ導波管を含む、プロジェクタを動作させる方法を図示する、簡略化されたフローチャートである。

図１１は、本発明の実施形態による、走査ミラーおよび接眼レンズ導波管を含む、プロジェクタを動作させる方法を図示する、簡略化されたフローチャートである。

図１２は、本発明の実施形態による、走査ミラーおよび接眼レンズ導波管を含む、プロジェクタを動作させる方法を図示する、簡略化されたフローチャートである。

詳細な説明
本発明は、概して、ウェアラブルディスプレイを含む、投影ディスプレイシステムに関する、方法およびシステムに関する。より具体的には、本発明の実施形態が、接眼レンズ導波管とも称される、導波管ディスプレイと統合し得る、瞳分離システムを提供する、方法およびシステムを提供する。本発明は、コンピュータビジョンおよび画像ディスプレイシステムにおける種々の用途に適用可能である。

微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）走査ミラーが、拡張現実用途において使用するために好適である、コンパクトな効率的プロジェクタ内に、レーザダイオードまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む、光源を用いて利用され得る、コンポーネントである。いくつかの従来の設計では、３つの原色（例えば、赤色、青色、および緑色）におけるレーザ光は、組み合わせられたビームが、ＭＥＭＳ走査ミラーを使用して、走査され得るように、コリメートされ、ダイクロイックミラーを使用して、組み合わせられる。回折接眼レンズ導波管を使用する、いくつかの実装では、ＭＥＭＳ走査ミラーからの光は、層がそれぞれ原色の１つに対応する、回折接眼レンズ導波管の対応する層上の内部結合格子（ＩＣＧ）領域に誘導される。これらの実装では、透過性の直列の格子設計が、利用される。しかしながら、透過性の直列の格子設計の低効率は、課題を提示し得る。さらに、回折接眼レンズ導波管の層の間の色クロストーク、残像画像の生産につながり得る、回折接眼レンズの層の間の平行性の欠如、および同等物と関連付けられる、潜在的問題点が、これらの実装では、提示され得る。

本発明の実施形態によると、ディスプレイ設計において利用される原色のうちの１つまたはそれを上回るものが、従来の技法と関連付けられる、設計短所を軽減するために、空間的に分離され、ＩＣＧ領域を分離するように誘導される。さらに、本発明の実施形態が、高格子効率を提供するために、ブレーズドされ得る金属化ＩＣＧの使用を有効にする。

図１は、本発明の実施形態による、接眼レンズ導波管のための瞳分離システムを図示する、簡略化された断面概略図である。図１に図示されるように、接眼レンズ導波管１０５が、それぞれが原色と関連付けられる、３つの導波管層を含むことが示される。したがって、本実施形態では、３つの導波管層は、緑色導波管層１０５ｇと、赤色導波管層１０５ｒと、青色導波管層１０５ｂとを含む。他の実施形態では、３つを上回る導波管層が、ディスプレイにおいて利用される色の数を増加させるために、深度平面の数または同等物を増加させるために、利用される。当業者に明白であろうように、接眼レンズ導波管の導波管層は、導波管の平面の中に受光した入力光を回折する、内部結合回折光学要素において、入力光を受光する。図１に図示される実施形態では、内部結合回折光学要素はそれぞれ、内部結合格子（ＩＣＧ）として実装されるが、本特定の回折構造は、本発明によって要求されず、種々の回折光学要素を含む他の回折構造が、利用され得、本開示の範囲内に含まれる。図１に図示されるように、緑色導波管層１０５ｇは、緑色ＩＣＧ１５０を含み、赤色導波管層１０５ｒは、赤色ＩＣＧ１４０を含み、青色導波管層１０５ｂは、青色ＩＣＧ１３０を含む。導波管層内で伝搬後、光は、続いて、例えば、射出瞳エキスパンダ（ＥＰＥ）（図示せず）または他の好適な回折外部結合要素を使用することによって、ユーザの眼に向かって外部結合される。３つの原色を利用して、マルチカラーディスプレイが、図１に示される３つの導波管層を使用して、組み立てられることができる。図１に図示される実施形態では、接眼レンズ導波管の屈折率は、１．７５である。

図１に図示される、接眼レンズ導波管では、ＩＣＧはそれぞれ、他のＩＣＧから空間的に分離される。図１に図示される座標軸を使用して、光は、ｚ軸と整合される縦方向に、接眼レンズ導波管に向かって伝搬する。ｘ－ｙ平面によって定義された側方平面は、図の平面の中に、および図の平面から外に延在する。ＩＣＧは、本側方平面において相互から空間的にオフセットされる。図１に示されるように、青色ＩＣＧ１３０は、ｘ－ｙ平面において第１の範囲の位置を網羅するように位置付けられ、赤色ＩＣＧ１４０は、ｘ－ｙ平面において第２の範囲の位置を網羅するように位置付けられ、緑色ＩＣＧ１５０は、ｘ－ｙ平面において第３の範囲の位置を網羅するように位置付けられる。導波管層毎に空間的に分離され、明確に異なる瞳を形成する、これらの範囲は、重複しない。空間的に分離され、明確に異なる瞳を利用する本アーキテクチャは、サブ瞳設計と称されることができる。

いくつかのプロジェクタ設計では、走査ミラーが、画像毎に変調される、全３つの原色（例えば、ＲＧＢ光）を含む、光を走査するために利用される。したがって、光が走査ミラー上に衝突するにつれて、３つの色は全て、特定のピクセルに関して必要に応じて、所定の強度において存在する。本明細書に説明されるように、瞳分離は、異なる導波管層のために、瞳とも称される、空間的に分離された入力を提供するために、原色をスペクトル的および空間的に分離するために利用される。

図１では、少なくとも１つの寸法における収束プロファイルを伴い、所定の視野（ＦＯＶ）、例えば、５０°×５０°を特徴とする、光を反射させる、走査ミラーが、図示される。本発明の実施形態を限定せずに、走査ミラー１０２のための例示的寸法が、示されるように、約４．６ｍｍ×１．５ｍｍであることができる。本ミラーは、ｙ方向にＦＯＶを作成する。明確性の目的のために、他の投影光学系が、示されないが、瞳を形成するために、走査ミラー１０２に到達することに先立って、それを通して光が進行する、好適な投影光学系が利用され得ることを理解されたい。ｘ軸に沿って測定されるように、ビームは、示されるように収束し、概して、接眼レンズ導波管１０５の内側の所定の縦方向位置に配置される、瞳を作成する。導波管の内側の内部結合回折方向は、ｘ方向に沿うと仮定され、導波管内の再バウンス損失として知られるものを最小限にするように、本方向に沿って瞳のサイズを最小限にすることが、有益である。実施例として、１．７５の屈折率と、５０°×５０°のＦＯＶとを伴う５００μｍ厚導波管に関して、本寸法は、約１．３ｍｍであってもよい。特定の実施形態では、瞳は、赤色ＩＣＧ１４０と整合される縦方向位置に配置されるが、これは、本発明によって要求されない。ｙ軸に沿って測定されるように、ビームは、発散し、それによって、図２に図示されるような長方形の幾何学形状を伴う瞳を提供する。他の実施形態では、例えば、走査ファイバプロジェクタおよび同等物等の他の走査プロジェクタアーキテクチャが、利用されることができる。

図１を参照すると、走査ミラー１０２は、ｙ軸、すなわち、図の平面に直交する方向に沿って入力光を走査するための様式において、ｘ軸の周囲を回転し、発振する。ｘ方向に、図の平面に沿ったＦＯＶは、例えば、Ｏｆｆｎｅｒ中継タイプ配列を介して、光学経路内の上流に位置する第２の走査ミラー（図示せず）によって作成される。したがって、本セットの走査ミラーを使用して、プロジェクタは、ｘ－ｙ平面に配置されるＦＯＶを作成し、図の平面内（すなわち、ｘ方向）および図の平面に直交して（すなわち、ｙ方向）の両方に延在する。

走査ミラー１０２からの光は、入力面１１２において進入する瞳分離システム１１０として図示される。いくつかの実施形態では、入射面と称され得る入力面１１２は、ＦＯＶにわたって、かつ全ての色に関して低反射を維持するように、反射防止コーティングされる。瞳分離システム１１０は、入射光主光線の伝搬の方向に対して±４５°で配向される、２つの交差ダイクロイックミラーを含む、中心部分１１３ａを含む。図１を参照すると、ダイクロイックミラーのセット（すなわち、第１のダイクロイックミラー１１４および第２のダイクロイックミラー１２０）の両方が、入力面１１２に４５°で配向され、特に、第１のダイクロイックミラー１１４は、入力面１１２に＋４５°で配向され、第２のダイクロイックミラー１２０は、入力面１１２に－４５°で配向される。

図１に図示されるように、第１のダイクロイックミラー１１４は、赤色波長および青色波長を透過させながら、緑色波長を反射させる。第２のダイクロイックミラー１２０は、赤色波長および緑色波長を透過させながら、青色波長を反射させる。図１に図示されるように、第１のダイクロイックミラー１１４および第２のダイクロイックミラー１２０は、相互に直交し、ｙ軸および入力面１１２と平行な線において、交差する。

したがって、第１のダイクロイックミラー１１４および第２のダイクロイックミラー１２０は、３つの原色のうちの１つに関して高度に反射性であり、ＦＯＶにわたって他の２つの原色に関して高度に透過性である。赤色波長（例えば、約５７０ｎｍ～７００ｎｍ）が、第１のダイクロイックミラー１１４および第２のダイクロイックミラー１２０の両方によって透過されるため、これらの波長内の光は、赤色カラーフィルタ１２６および赤色ＩＣＧ１４０に向かって伝搬する。赤色カラーフィルタ１２６は、下記により完全に説明される、２つの隣接する周面によって側方に囲繞される、中心面１２６’上に配置され、赤色波長範囲内で、光を透過させるように動作可能である。したがって、赤色波長範囲内の光は、赤色ＩＣＧ１４０の場所において収束し、これは、赤色導波管層１０５ｒに関する回折内部結合要素に対応する。

図１に図示される瞳分離システムでは、合理的高屈折率（ｎ＞２．０）を伴う材料が、これらの波長が空気中で被り得る、角度分離よりも有意に少ない種々の波長における光の間で角度分離を生産するために利用される。当業者に明白であろうように、これは、色の間の小空間分離を維持することに有益であり、これは、コンパクトな接眼レンズ導波管を提供するために有利である。瞳分離システムの屈折率に関する付加的議論は、図３および４に関連して提供される。図１に図示される実施形態では、瞳分離システム１１０の全体的活性寸法は、約２．５ｍｍ×６ｍｍ×５ｍｍであり、これは、種々のコンパクトなアーキテクチャにおける使用を有効にする。

再び図１を参照すると、緑色波長（例えば、約５００ｎｍ～５７０ｎｍ）が、第１のダイクロイックミラー１１４から反射され、表面１１６に向かって伝搬し、これは、瞳分離システム１１０の材料と、典型的には、空気である、周囲環境との間の界面によって形成される。表面１１６は、中心部分１１３ａの側方に隣接する、第１の周辺部分１１３ｂの１つの表面上に形成される。表面１１６は、第１の反射面と称されることができる。第１の周辺部分１１３ｂの材料と周囲環境との間の表面１１６における屈折率差異のため、緑色波長における光は、全内部反射（ＴＩＲ）を介して反射され、緑色導波管層１０５ｇ内に配置される緑色カラーフィルタ１１８および緑色ＩＣＧ１５０に向かって伝搬する。緑色カラーフィルタ１１８は、中心面１２６’に隣接する第１の周面１１８’上に配置され、緑色波長範囲内で光を透過させるように動作可能である。

同様に、青色波長（例えば、約４００ｎｍ～５００ｎｍ）が、第２のダイクロイックミラー１２０から反射され、表面１２２に向かって伝搬し、これは、瞳分離システム１１０の材料と、典型的には、空気である、周囲環境との間の界面によって形成される。表面１２２は、中心部分１１３ａの側方に隣接する第２の周辺部分１１３ｃの１つの表面上に形成される。表面１２０は、第２の反射面と称されることができる。第２の周辺部分１１３ｃの材料と周囲環境との間の表面１２２における屈折率差異のため、青色波長における光は、ＴＩＲを介して反射され、青色導波管層１０５ｂ内に配置される青色カラーフィルタ１２４および青色ＩＣＧ１３０に向かって伝搬する。青色カラーフィルタ１２４は、中心面１２６’に隣接する第２の周面１２４’上に配置され、青色波長範囲内で光を透過させるように動作可能である。図１に示されるように、第１の反射面（すなわち、表面１１６）は、入力面１１２に４５°で配向されることができ、第２の反射面（すなわち、表面１２０）は、入力面１１２に－４５°で配向されることができる。

したがって、出力面１１５は、第１の波長範囲（例えば、赤色波長範囲）内で光を透過させるように動作可能である、中心面１２６’と、中心面１２６’に側方に隣接し、第２の波長範囲（例えば、緑色波長範囲）内で、光を透過させるように動作可能である、第１の周面１１８’と、中心面１２６’に側方に隣接し、第１の周面１１８’に対向する、すなわち、第１の周面１１８’に対して中心面１２６’の対向側上に配置される、第２の周面１２４’とを含む。第２の周面１２４’は、第３の波長範囲（例えば、青色波長範囲）内で、光を透過させるように動作可能である。

ＴＩＲは、図１に図示される実施形態では、表面１１６および１２２において利用されるが、これは、本発明によって要求されず、代替として、表面１１６および１２２が、反射性材料（例えば、アルミニウム、銀、または同等物）を用いてコーティングされ得、それによって、ＴＩＲ条件が充足されない場合、高反射率表面を提供するために、反射性コーティングを形成する。反射性コーティングは、第１の反射面（すなわち、表面１１６）および第２の反射面（すなわち、表面１２０）上に配置されることができる。走査ミラー１０２と瞳分離システム１１０との間の距離（例えば、Ｄ＝１．１ｍｍ）と、ｚ軸（例えば、２．５ｍｍ）に沿った瞳分離システム１１０の厚さと、瞳分離システム１１０内の伝搬距離と、瞳分離システム１１０と接眼レンズ導波管１０５との間の距離と、瞳分離システム１１０の異なる部分内における屈折率の潜在的差異を含む、瞳分離システム１１０の屈折率と、ＩＣＧの間の側方間隔と、緑色導波管層１０５ｇ、赤色導波管層１０５ｒ、および青色導波管層１０５ｂの厚さ（例えば、Ｗ＝０．５ｍｍ）と、緑色導波管層１０５ｇ、赤色導波管層１０５ｒ、および青色導波管層１０５ｂの間の間隔（例えば、５０μｍ）と、同等物とは、具体的用途に基づいて最適化され得る、パラメータである。いくつかの実施形態では、ＩＣＧの場所における収束ビームのための小側方サイズを有する設計をもたらす、導波管（例えば、２．５ｍｍ）に沿って測定されたｘ方向に、ＩＣＧの間の小距離を利用することが好ましい。

図１に図示されるように、カラーフィルタ（例えば、３つのカラーフィルタ）が、出力面１１５、射出表面、または射出面と称され得る、接眼レンズ導波管１０５に隣接する瞳分離システム１１０の表面上に堆積される、または別様にそれに光学的に結合されることができる。例えば、緑色カラーフィルタ１１８は、緑色波長を伴う光を透過させ、緑色波長帯域外（すなわち、赤色および青色波長）の光を遮断または減衰させるために、接眼レンズ導波管１０５に隣接する瞳分離システム１１０の表面（すなわち、出力面１１５）上に位置付けられることができる。同様に、赤色カラーフィルタ１２６は、赤色波長を伴う光を透過させ、赤色波長帯域外（すなわち、緑色および青色波長）の光を減衰または遮断するために、接眼レンズ導波管１０５に隣接する瞳分離システム１１０の表面（すなわち、出力面１１５）上に位置付けられることができる。最後に、青色カラーフィルタ１２４は、青色波長を伴う光を透過させ、青色波長帯域外（すなわち、赤色および緑色波長）の光を減衰または遮断するために、接眼レンズ導波管１０５に隣接する瞳分離システム１１０の表面（すなわち、出力面１１５）上に位置付けられることができる。したがって、第１のダイクロイックミラー１１４および第２のダイクロイックミラー１２０を使用して達成される、スペクトル分離に加え、カラーフィルタ、例えば、緑色カラーフィルタ１１８、赤色カラーフィルタ１２６、および青色カラーフィルタ１２４の使用は、ダイクロイックミラーにおけるスプリアス反射と、導波管層の表面を含む、界面からの反射と、ＩＣＧからの反射と、同等物とから生じ得る、ＩＣＧの間のクロストークを低減させるために実装されることができる。

図１に図示される瞳分離システムを利用して、反射性ＩＣＧが、利用され得、これは、高効率および低光学損失を特徴とする。いくつかの実施形態では、ＩＣＧ上に入射する光は、スペクトル的に分離されているため、金属化ＩＣＧが、利用され得、ＩＣＧの間のクロストークは、したがって、低減される。

接眼レンズ導波管１０５は、図１に図示される実施形態では、３つの導波管層（すなわち、緑色導波管層１０５ｇ、赤色導波管層１０５ｒ、および青色導波管層１０５ｂ）を含むが、他の実施形態は、６つの導波管層を含み、２つの深度平面を支持するために動作可能である、接眼レンズ導波管を利用する。実施例として、２つの画像光源が、利用され、時間多重様式で走査ミラーに指向されることができる。第１の時間インターバルの間、第１の深度平面と関連付けられる画像光は、図１に図示される走査ミラー１０２および３つのＩＣＧに指向されることができる。第２の時間インターバルの間、第２の深度平面と関連付けられる画像光は、オフセット角度において走査ミラーに指向され、ｘ軸に沿って、例えば、図示されるＩＣＧの若干上方に、若干空間的にオフセットされる、第２のセットのＩＣＧ（図示せず）に指向されている３つの波長帯域のそれぞれにおける光をもたらすことができる。したがって、２つの深度平面実装が、本発明の範囲内に含まれる。

図２は、図１に図示される、瞳分離システムの簡略化された平面図である。図２に図示されるように、瞳分離システム１１０の占有面積および走査ミラー１０２のものが、青色ＩＣＧ１３０、赤色ＩＣＧ１４０、および緑色ＩＣＧ１５０の側方寸法と比較して示される。実施例として、瞳分離システムは、約９ｍｍ×５ｍｍ×２．５ｍｍの寸法を有することができ、走査ミラーは、示されるように、約４．６ｍｍ×１．５ｍｍの寸法を有することができる。特定の実施形態では、青色ＩＣＧ１３０は、ｘ方向に測定される１．３ｍｍおよびｙ方向に測定される４．６ｍｍの寸法を有し、赤色ＩＣＧ１４０は、ｘ方向に測定される１．３ｍｍおよびｙ方向に測定される４．０ｍｍの寸法を有し、緑色ＩＣＧ１５０は、ｘ方向に測定される１．３ｍｍおよびｙ方向に測定される４．５ｍｍの寸法を有する。したがって、図の平面に直交する縦方向に、ＩＣＧの寸法は、特定の用途に必要に応じて変動し得ると見なされる。当業者は、多くの変形例、修正、および代替を認識するであろう。

図３は、第１の材料を使用して加工される、図１に図示される瞳分離システムの動作を実証する、シミュレーション結果である。本シミュレーションでは、瞳分離システム１１０の屈折率は、２．０であり、ＩＣＧにおける光の漏出／非捕捉パーセンテージは、約２．７％である。図３に示されるように、赤色ＩＣＧ１４０のための非捕捉光は、接眼レンズ導波管を通して右に伝搬する、光線によって示されるように、青色ＩＣＧ１３０および緑色ＩＣＧ１５０のための非捕捉光より有意に少ない。本シミュレーションに関して、理想的ＡＲコーティングが、必要に応じて適用され、理想的ダイクロイックミラーおよびカラーフィルタが、利用され、材料分散は、含まれない。図２に示される側方寸法と異なり、本シミュレーションの目的のために、各色に関する側方平面におけるＩＣＧサイズは、ｘ方向に１．３ｍｍおよびｙ方向に４ｍｍと等しい。図３では、緑色導波管層１０５ｇ、赤色導波管層１０５ｒ、および青色導波管層１０５ｂは、図１との比較を容易にするために図示され、ＩＣＧは、瞳分離システム１１０から最も遠い導波管層の表面上に配置される。本実装のために、入力面１１２から接眼レンズ導波管１０５に隣接する瞳分離システム１１０の表面までの距離は、２．５ｍｍであり、導波管層の厚さは、０．５ｍｍであり、隣接する導波管層の間に５０μｍの空間を伴う。他の実装では、他の寸法が、利用される。

図４は、第２の材料を使用して加工される、図１に図示される瞳分離システムの動作を実証する、シミュレーション結果である。本シミュレーションでは、瞳分離システム１１０の屈折率は、２．５であり、ＩＣＧにおける光の漏出／非捕捉パーセンテージは、約０．７％である。図４に示されるように、全３つのＩＣＧ、すなわち、赤色ＩＣＧ１４０、青色ＩＣＧ１３０、および緑色ＩＣＧ１５０に関する非捕捉光は、接眼レンズ導波管を通して右に伝搬する、低減された数の光線によって示されるように、図３と比較して、有意に等しく、低減される。本シミュレーションに関して、理想的ＡＲコーティングが、必要に応じて、適用され、理想的ダイクロイックミラーおよびカラーフィルタが、利用され、材料分散は、含まれない。図２に示される、側方寸法と異なり、本シミュレーションの目的のために、各色に関する側方平面におけるＩＣＧサイズは、ｘ方向に１．３ｍｍおよびｙ方向に４ｍｍと等しい。図４では、緑色導波管層１０５ｇ、赤色導波管層１０５ｒ、および青色導波管層１０５ｂは、図１との比較を容易にするために図示され、ＩＣＧは、瞳分離システム１１０から最も遠い導波管層の表面上に配置される。本実装のために、入力面１１２から接眼レンズ導波管１０５に隣接する瞳分離システム１１０の表面までの距離は、２．５ｍｍであり、導波管層の厚さは、０．５ｍｍであり、隣接する導波管層の間に５０μｍの空間を伴う。他の実装では、他の寸法が、利用される。

図３および図４を比較すると、ＩＣＧによる非捕捉光（すなわち、漏出）のパーセンテージが、測定され、約２．７％（図３）から約０．７％に減少していることが、明白である（図４）。本発明者らは、これらのパーセンテージの両方が、広範囲の用途に容認可能であることを決定している。両方のシミュレーションでは、屈折率は、２．０を上回るまたはそれに等しく、これは、ＩＣＧにおける小面積への光の集束を有効にする、瞳分離システムの内側に大きな光学経路長をもたらし、これは、光学効率を増加させる。換言すると、瞳分離システムの使用は、接眼レンズ導波管において瞳の空間分離をもたらす、高屈折率光学系を使用して、作業距離が延長されることを有効にする。当業者に明白であろうように、屈折率を増加させることによって、伝搬距離および屈折率の積である、光学経路長を増加させることは、減少した伝搬距離を伴うよりコンパクトな瞳分離システム設計を有効にする。分散は、多くの光学材料に関して、図３および４に示されるシミュレーションに含まれなかったが、分散が、波長の増加に伴い減少し、より短い波長においてより高い屈折率をもたらすことに留意されたい。結果として、青色および緑色波長範囲内の光は、赤色波長範囲内の光と比較して、より高い屈折率を被り、青色および緑色波長のためのより長い光学経路長を有効にし、非捕捉光のパーセンテージをさらに低減させるであろう。

再び図１を参照すると、本発明者らは、ＩＣＧの縦方向位置が、屈折率値の影響に基づいて、選択され得ることを決定している。図１に示されるように、青色ＩＣＧ１３０は、瞳分離システム１１０に最も近い緑色ＩＣＧ１５０と、瞳分離システム１１０から最も遠い赤色ＩＣＧ１４０とを伴う、中間縦方向位置に位置付けられる。本配列は、青色波長が、緑色波長と比較して、分散に起因して、より高い屈折率を被るはずであるという事実を利用する。瞳分離システム１１０から赤色ＩＣＧ１４０までの経路長は、最も短く、赤色ＩＣＧ１４０の場所に小瞳を形成するために、赤色波長を伴う光が、示されるように、経路指定される。青色波長を伴う光が、より高い屈折率を有し得るため、本光は、緑色より長い経路長を有し、故に、青色ＩＣＧ１３０は、青色および緑色波長の両方のための小瞳を形成するために、緑色ＩＣＧ１５０と比較して、瞳分離システム１１０からより遠くに位置付けられる。他の実施形態では、緑色ＩＣＧ１５０は、瞳分離システム１１０に最も近い青色ＩＣＧ１３０と、瞳分離システム１１０から最も遠い赤色ＩＣＧ１４０とを伴う、中間縦方向位置に位置付けられる。さらに、いくつかの実施形態では、赤色ＩＣＧ１４０は、中間縦方向位置または最も遠い縦方向位置のいずれかに位置付けられる、緑色ＩＣＧ１５０および青色ＩＣＧ１３０を伴う、瞳分離システム１１０に最も近い。当業者は、多くの変形例、修正、および代替を認識するであろう。

図５は、本発明の別の実施形態による、接眼レンズ導波管のための瞳分離システムを図示する、簡略化された断面概略図である。図５に図示される瞳分離システムは、いくつかの共通要素を図１に示される瞳分離システムと共有し、図１に関連して提供される議論は、必要に応じて、図５に適用可能である。図１に図示される瞳分離システムとは対照的に、図５に示されるＩＣＧは、いくつかのＩＣＧの間にある重複を共有し、かつ他のＩＣＧに対してオフセットされている。図５に示されるように、青色ＩＣＧ５３０は、ｘ－ｙ平面における第１の範囲の位置を網羅するように位置付けられ、赤色ＩＣＧ５４０は、ｘ－ｙ平面における第１の範囲の位置のサブセットを網羅するように位置付けられる。他の実施形態では、赤色ＩＣＧ５４０は、側方平面（すなわち、ｘ－ｙ平面）において、青色ＩＣＧ５３０より大きい、空間範囲を有することができる。加えて、いくつかの実施形態では、青色ＩＣＧ５３０および赤色ＩＣＧ５４０は、ある重複を共有するが、他のＩＣＧの部分と明確に異なる部分も含む。緑色ＩＣＧ５５０は、ｘ－ｙ平面において、第１の範囲の位置と重複しない、第２の範囲の位置を網羅するように位置付けられ、それによって、空間的に重複される青色導波管層５０５ｂおよび赤色導波管層５０５ｒのための瞳と、空間的に分離され、青色導波管層５０５ｂおよび赤色導波管層５０５ｒと明確に異なる、緑色導波管層５０５ｇのための瞳とを形成する。したがって、本サブ瞳設計は、側方（すなわち、ｘ－ｙ）平面において測定されるように、空間的に重複される瞳と、空間的に分離され、明確に異なる瞳との両方を含む。

図１に関連して議論される瞳分離システムと類似する様式において、走査ミラー５０２は、収束プロファイルを伴い、所定の視野（ＦＯＶ）、例えば、５０°×５０°を特徴とする、光を反射させる。本発明の実施形態を限定せずに、走査ミラー５０２のための例示的寸法が、約４．６ｍｍ^２であることができる。明確性の目的のために、他の投影光学系が、示されないが、瞳を形成するために、走査ミラー５０２に到達することに先立って、それを通して光が進行する、好適な投影光学系が利用され得ることを理解されたい。ｘ軸に沿って測定されるように、ビームは、示されるように収束し、概して、接眼レンズ導波管５０５の内側の所定の縦方向位置に配置される、瞳を作成する。特定の実施形態では、瞳は、赤色ＩＣＧ５４０と整合される縦方向位置に配置されるが、これは、本発明によって要求されない。ｙ軸に沿って測定されるように、ビームは、発散し、それによって、図２に図示されるように、長方形の幾何学形状を伴う瞳を提供する。他の実施形態では、他の走査プロジェクタアーキテクチャ、例えば、走査ファイバプロジェクタおよび同等物が、利用されることができる。

図５を参照すると、走査ミラー５０２は、ｙ軸に沿って、すなわち、図の平面に直交する方向に入力光を走査するための様式において、ｘ軸の周囲を回転し、発振する。ｘ方向に、図の平面に沿ったＦＯＶは、例えば、Ｏｆｆｎｅｒ中継タイプ配列を介して、光学経路内の上流に位置する第２の走査ミラー（図示せず）によって作成される。したがって、本セットの走査ミラーを使用して、プロジェクタは、ｘ－ｙ平面に配置されるＦＯＶを作成し、図の平面内（すなわち、ｘ方向）および図の平面に直交して（すなわち、ｙ方向）の両方に延在する。

走査ミラー５０２からの光は、入力面５１１において進入する瞳分離システム５１０として図示される。いくつかの実施形態では、入力面５１１は、ＦＯＶにわたって、かつ全ての色に関して低反射を維持するように、反射防止コーティングされる。瞳分離システム５１０は、入射光主光線の伝搬の方向に対して±４５°で配向される、ダイクロイックミラーを含む、中心部分を含む。図５に図示されるように、ダイクロイックミラー５１２は、赤色波長および青色波長を透過させながら、緑色波長を反射させる。したがって、ダイクロイックミラー５１２は、緑色波長に関して高度に反射性であり、ＦＯＶにわたって青色および赤色波長に関して高度に透過性である。青色および赤色波長が、ダイクロイックミラー５１２によって透過されるため、これらの波長内の光は、青色ＩＣＧ５３０および赤色ＩＣＧ５４０に向かって伝搬する。したがって、青色波長範囲内の光が、青色導波管層５０５ｂのための回折内部結合要素に対応する、青色ＩＣＧ５３０の場所において収束し、赤色波長範囲内の光が、赤色導波管層５０５ｒのための回折内部結合要素に対応する、赤色ＩＣＧ５４０の場所において収束する。

図５を再び参照すると、緑色波長が、ダイクロイックミラー５１２から反射され、表面５１４に向かって伝搬し、これは、瞳分離システム５１０の材料と、典型的には、空気である、周囲環境との間の界面によって形成される。表面５１４における屈折率差異のため、緑色波長における光は、ＴＩＲを介して反射され、緑色導波管層５０５ｇ内に配置される緑色ＩＣＧ５５０に向かって伝搬する。

ＴＩＲは、図５に図示される実施形態では、表面５１４において利用されるが、これは、本発明によって要求されず、代替として、表面５１４が、高反射率表面を提供するために、反射性材料（例えば、アルミニウム、銀、または同等物）を用いてコーティングされ得る。走査ミラー５０２と瞳分離システム５１０との間の距離（例えば、Ｄ＝１．１ｍｍ）と、ｚ軸に沿った瞳分離システム５１０の厚さと、瞳分離システム５１０内の伝搬距離と、瞳分離システム５１０と接眼レンズ導波管５０５との間の距離と、瞳分離システム５１０の異なる部分における屈折率の潜在的差異を含む、瞳分離システム５１０の屈折率と、ＩＣＧの間の側方間隔と、緑色導波管層５０５ｇ、赤色導波管５０５ｒ、および青色導波管５０５ｂの厚さ（例えば、Ｗ＝０．５ｍｍ）と、緑色導波管層５０５ｇ、赤色導波管５０５ｒ、および青色導波管５０５ｂの間の間隔と、同等物とは、具体的用途に基づいて最適化され得る、パラメータである。いくつかの実施形態では、ＩＣＧの場所における収束ビームのための小側方サイズを有する設計をもたらす、導波管に沿って測定されたｘ方向に、ＩＣＧの間の小距離（例えば、２．５ｍｍ）を利用することが好ましい。

図５に図示されないが、図１に関連して議論されるものに類似するカラーフィルタが、接眼レンズ導波管５０５に隣接する瞳分離システム５１０の表面上に堆積される、または別様にそれに光学的に結合されることができる。例えば、緑色カラーフィルタが、緑色波長を伴う光を透過させ、緑色波長帯域外（すなわち、赤色および青色波長）の光を減衰または遮断するために、接眼レンズ導波管５０５および緑色ＩＣＧ５５０に隣接する瞳分離システム５１０の表面上に位置付けられることができる。同様に、青色および赤色波長を透過させるノッチフィルタが、青色および赤色波長を伴う光を透過させ、青色と赤色波長帯域（すなわち、緑色波長）との間の光を減衰または遮断するために、接眼レンズ導波管５０５および青色ＩＣＧ５３０および赤色ＩＣＧ５４０に隣接する、瞳分離システム５１０の表面上に位置付けられることができる。したがって、ダイクロイックミラー５１２を使用して達成される、スペクトル分離に加え、カラーフィルタの使用は、ダイクロイックミラーにおけるスプリアス反射と、導波管層の表面を含む、界面からの反射と、ＩＣＧからの反射と、同等物とから生じ得る、ＩＣＧの間のクロストークを低減させるために、実装されることができる。他の実施形態では、導波管層は、カラーフィルタによって提供される機能を実施するために、スペクトル的に選択的な吸収性材料を含む、すなわち、例えば、緑色導波管層５０５ｇは、青色および赤色波長において光を吸収する材料を含むことができる。同様に、吸収性材料はまた、他の導波管層と併せて利用されてもよい。

図５に図示される実装では、青色ＩＣＧ５３０は、赤色波長を透過させながら、青色導波管層５０５ｂに青色波長範囲内の光を回折する、透過性ＩＣＧであり、赤色ＩＣＧ５４０および緑色ＩＣＧ５５０は、反射性ＩＣＧである。青色波長範囲と赤色波長範囲との間の大きな波長差異に起因して、青色ＩＣＧ５３０と赤色ＩＣＧ５４０との間のクロストークは、低い、またはシステム要件を満たすために十分に低い。当業者に明白であろうように、低クロストークは、いくつかの源から生じ得る。例えば、赤色波長における光が、青色導波管層５０５ｂの中に回折される場合、これらの赤色波長が青色導波管層５０５ｂ内で伝搬する角度は、それらが伝搬しない（例えば、ＴＩＲを被らない）、または低効率で伝搬するほど、十分に大きい。加えて、図５に図示される実施形態では、ダイクロイックミラー５１２は、緑色波長帯域内で光をスペクトル的に分離するために利用される。しかしながら、ダイクロイックミラー５１２は、例えば、第１の偏光状態に直交する、第２の偏光状態を特徴とする、青色および赤色波長における光と比較して、第１の偏光状態を特徴とする、緑色波長における光を選択的に再指向する、偏光選択的ミラーによって置換されることができる。したがって、ダイクロイックミラーベースのビームスプリッタの使用に加え、偏光ビームスプリッタが、利用されることができる。これらの偏光ベースのデバイスでは、要素または偏光制御要素を維持する１つまたはそれを上回る付加的偏光は、ＩＣＧにおける所望の偏光状態を提供するために、統合されることができる。当業者は、多くの変形例、修正、および代替を認識するであろう。

図５に図示される瞳分離システムでは、合理的高屈折率（ｎ＞２．０）を伴う材料が、これらの波長が空気中で被り得る角度分離より有意に少ない種々の波長で、光の間の角度分離を生産するために利用される。実施例として、瞳分離システムが、２．０の屈折率と、約２．５ｍｍ×２．５ｍｍ×５ｍｍの全体的活性寸法とを有するガラスを使用して、加工されることができる。代替として、２．５の屈折率を有するガラスを利用して、約２．８ｍｍ×２．８ｍｍ×５．６ｍｍの全体的活性寸法を伴う瞳分離システムが、利用されることができる。

図６は、第１の材料を使用して加工される、図５に図示される瞳分離システムの動作を実証する、シミュレーション結果である。本シミュレーションでは、瞳分離システム５１０の屈折率は、２．０であり、ＩＣＧにおける光の漏出／非捕捉パーセンテージは、約２％である。図６に示されるように、青色ＩＣＧ５３０および赤色ＩＣＧ５４０のための非捕捉光は、接眼レンズ導波管を通して右に伝搬する、光線によって示されるように、緑色ＩＣＧ５５０のための非捕捉光より有意に少ない。本シミュレーションに関して、理想的ＡＲコーティングが、必要に応じて適用され、理想的ダイクロイックミラーおよびカラーフィルタが、利用され、材料分散は、含まれない。図６では、緑色導波管層５０５ｇ、青色導波管５０５ｂ、および赤色導波管５０５ｒは、図５との比較を容易にするために図示され、ＩＣＧは、瞳分離システム５１０から最も遠い導波管層の表面上に配置される。本実装のために、瞳分離システム５１０の寸法は、約２．５ｍｍ×４ｍｍ×４ｍｍであり、瞳分離システム５１０の入力面５１５から接眼レンズ導波管５０５に隣接する瞳分離システム５１０の表面までの距離は、２．５ｍｍであり、導波管層の厚さは、０．５ｍｍであり、隣接する導波管層の間に５０μｍの空間を伴う。他の実装では、他の寸法が、利用される。

図７は、第２の材料を使用して加工される、図５に図示される瞳分離システムの動作を実証する、シミュレーション結果である。本シミュレーションでは、瞳分離システム５１０の屈折率は、２．５であり、ＩＣＧにおける光の漏出／非捕捉パーセンテージは、約１％である。本シミュレーションに関して、理想的ＡＲコーティングが、必要に応じて、適用され、理想的ダイクロイックミラーおよびカラーフィルタが、利用され、材料分散は、含まれない。本シミュレーションの目的のために、図６に関連して議論されるような寸法が、利用される。他の実装では、他の寸法が、利用される。

図８は、本発明のさらに別の実施形態による、接眼レンズ導波管のための瞳分離システムを図示する、簡略化された断面概略図である。図８に図示される瞳分離システムは、図１および５に示される瞳分離システムといくつかの共通要素を共有し、図１および５に関連して提供される議論は、必要に応じて、図８に適用可能である。

図８を参照すると、瞳分離システム８１０の３つの部分が、ｘ軸に沿って配置されるように図示される。第１の部分８１０ａは、入力面８１２を含み、赤色波長範囲内で光を透過させ、青色および緑色波長範囲内で光を反射させる、ダイクロイックビームスプリッタとして実装される。図８に図示されるように、第１の部分８１０ａは、緑色ダイクロイックミラー８１４と、青色ダイクロイックミラー８１６とを含む。いくつかの実施形態では、赤色波長において光を透過させながら、青色および緑色波長の両方において光を反射させる、単一ダイクロイックミラー（すなわち、ハイパスフィルタ）が、利用される。第２の部分８１０ｂは、第１の部分８１０ａに対するｘ軸に沿って変位され、緑色波長範囲内で光を透過させ、青色波長範囲内で光を反射させる、ダイクロイックビームスプリッタとして実装される。したがって、第２の部分８１０ｂは、青色ダイクロイックミラー８２０を含む。第３の部分８１０ｃは、第２の部分８１０ｂに対するｘ軸に沿って変位され、緑色波長範囲内で光を反射させる直角プリズムとして実装される。したがって、第３の部分８１０ｃは、ＴＩＲを使用して動作する、または金属化コーティング等の反射性コーティングを用いてコーティングされ得る、反射面８２２を含む。

したがって、赤色波長範囲内の光は、第１の部分８１０ａを通して通過し、赤色導波管層８０５ｒ内の赤色ＩＣＧ８３０上に衝突し、青色波長範囲内の光は、第１の部分８１０ａ内の青色ダイクロイックミラー８１６および第２の部分８１０ｂ内の青色ダイクロイックミラー８２０から反射し、青色導波管層８０５ｂ内の青色ＩＣＧ８４０上に衝突し、緑色波長範囲内の光は、第１の部分８１０ａ内の緑色ダイクロイックミラー８１４から反射し、第２の部分８１０ｂ内の青色ダイクロイックミラー８２０を通して通過し、第３の部分８１０ｃ内の反射面８２２から反射し、緑色導波管層８０５ｇ内の緑色ＩＣＧ８５０上に衝突する。

ダイクロイックミラーにおけるスプリアス反射と、導波管層の表面を含む、界面からの反射と、ＩＣＧからの反射と、同等物とから生じ得る、ＩＣＧの間のクロストークを低減させるために、カラーフィルタが、図８に図示されるように、利用されることができる。特に、赤色カラーフィルタ８１８が、赤色波長を伴う光を透過させ、赤色波長帯域外（すなわち、緑色および青色波長）の光を減衰または遮断するために、接眼レンズ導波管８０５に隣接する瞳分離システム８１０の第１の部分８１０ａの表面上に位置付けられる。さらに、緑色カラーフィルタ８２４は、緑色波長を伴う光を透過させ、緑色波長帯域外（すなわち、赤色および青色波長）の光を減衰または遮断するために、接眼レンズ導波管８０５に隣接する、瞳分離システム８１０の第３の部分８１０ｃの表面上に位置付けられる。図８に図示されないが、青色カラーフィルタが、第２の部分８１０ｂと併せて利用されることができる。当業者は、多くの変形例、修正、および代替を認識するであろう。

図９は、図８に図示される瞳分離システムの動作を実証する、シミュレーション結果である。本シミュレーションでは、瞳分離システム８１０の屈折率は、２．５であり、ＩＣＧにおける光の漏出／非捕捉パーセンテージは、約２％である。図９に示されるように、青色ＩＣＧ８４０のための非捕捉光は、赤色ＩＣＧ８３０のための非捕捉光より有意に少なく、これは、接眼レンズ導波管を通して右に伝搬する、光線によって示されるように、緑色ＩＣＧ８５０のための非捕捉光より少ない。本シミュレーションに関して、理想的ＡＲコーティングが、必要に応じて適用され、理想的ダイクロイックミラーおよびカラーフィルタが、利用され、材料分散は、含まれない。図９では、緑色導波管層８０５ｇ、青色導波管８０５ｂ、および赤色導波管８０５ｒは、図８との比較を容易にするために図示され、ＩＣＧは、瞳分離システム８１０から最も遠い導波管層の表面上に配置される。

図１０は、本発明の実施形態による、走査ミラーおよび接眼レンズ導波管を含む、プロジェクタを動作させる方法を図示する、簡略化されたフローチャートである。方法１０００は、走査ミラーにおいて画像光を受光するステップ（１００２）を含む。画像光は、第１の波長範囲、第２の波長範囲、および第３の波長範囲、例えば、原色の赤色、緑色、および青色を特徴とする。本方法はまた、軸の周囲で走査ミラーを回転させるステップ（１００４）と、軸に直交する第１の方向に沿って、受光した画像光を走査するステップ（１００６）と、瞳分離システムの入力面において、走査された画像光を受光するステップ（１００８）とを含む。

本方法はさらに、瞳分離システムの第１のダイクロイックミラーから、第１の波長範囲内の光を反射させるステップ（１０１０）と、瞳分離システムの第１の周面から、第１の波長範囲内の光を反射させるステップ（１０１２）とを含む。第１のダイクロイックミラーおよび第２のダイクロイックミラーは、相互に直交し、軸に直交する線において交差することができる。いくつかの実施形態では、第１のダイクロイックミラーおよび第２のダイクロイックミラーは、入力面と平行な線において交差する。本方法はまた、瞳分離システムの第２のダイクロイックミラーから、第２の波長範囲内の光を反射させるステップ（１０１４）と、瞳分離システムの第２の周面から、第２の波長範囲内の光を反射させるステップ（１０１６）とを含む。本方法はさらに、第３の波長範囲内の光を透過させるステップ（１０１８）を含む。

いくつかの実施形態では、導波管プロジェクタは、複数の導波管層を含む、接眼レンズ導波管を含み、第１の波長範囲内の光は、第１の導波管層の内部結合格子上に入射し、第２の波長範囲内の光は、第２の導波管層の内部結合格子上に入射し、第３の波長範囲内の光は、第３の導波管層の内部結合格子上に入射する。いくつかの実施形態では、第１の波長範囲内の光は、瞳分離システムに結合される第１のカラーフィルタを使用して、フィルタリングされ、第２の波長範囲内の光は、瞳分離システムに結合される第２のカラーフィルタを使用して、フィルタリングされ、第３の波長範囲内の光は、瞳分離システムに結合される第３のカラーフィルタを使用して、フィルタリングされる。

図１０に図示される具体的ステップは、本発明の実施形態による、走査ミラーおよび接眼レンズ導波管を含む、プロジェクタを動作させる特定の方法を提供することを理解されたい。ステップの他のシーケンスはまた、代替実施形態に従って、実施されてもよい。例えば、本発明の代替実施形態は、異なる順序において、上記で概説されたステップを実施してもよい。さらに、図１０に図示される個々のステップは、個々のステップの必要に応じて、種々のシーケンスで実施され得る複数のサブステップを含んでもよい。さらに、付加的ステップが、特定の用途に応じて、追加または除去されてもよい。当業者は、多くの変形例、修正、および代替を認識するであろう。

図１１は、本発明の実施形態による、走査ミラーおよび接眼レンズ導波管を含む、プロジェクタを動作させる方法を図示する、簡略化されたフローチャートである。方法１１００は、走査ミラーにおいて画像光を受光するステップ（１１０２）を含む。画像光は、第１の波長範囲、第２の波長範囲、および第３の波長範囲、例えば、原色の赤色、緑色、および青色を特徴とする。本方法はまた、軸の周囲で走査ミラーを回転させるステップ（１１０４）と、軸に直交する第１の方向に沿って、受光した画像光を走査するステップ（１１０６）と、瞳分離システムの入力面において、走査された画像光を受光するステップ（１１０８）とを含む。

本方法はさらに、瞳分離システムのダイクロイックミラーから、第１の波長範囲内で光を反射させるステップ（１１１０）と、瞳分離システムの周面から、第１の波長範囲内の光を反射させるステップ（１１１２）とを含む。ダイクロイックミラーは、入力面に４５°で配向されることができ、入力面およびダイクロイックミラーに横になる軸が、平行であることができる。本方法はさらに、第２の波長範囲および第３の波長範囲内で、光を透過させるステップ（１１１４）を含む。

いくつかの実施形態では、導波管プロジェクタは、複数の導波管層を含む接眼レンズ導波管を含み、第１の波長範囲内の光は、第１の導波管層の内部結合格子上に入射し、第２の波長範囲内の光は、第２の導波管層の内部結合格子上に入射し、第３の波長範囲内の光は、第３の導波管層の内部結合格子上に入射する。いくつかの実施形態では、第１の波長範囲内の光は、瞳分離システムに結合される第１のカラーフィルタを使用して、フィルタリングされ、第２の波長範囲内の光は、瞳分離システムに結合される第２のカラーフィルタを使用して、フィルタリングされ、第３の波長範囲内の光は、瞳分離システムに結合される第３のカラーフィルタを使用して、フィルタリングされる。

図１１に図示される具体的ステップは、本発明の実施形態による、走査ミラーおよび接眼レンズ導波管を含む、プロジェクタを動作させる特定の方法を提供することを理解されたい。ステップの他のシーケンスはまた、代替実施形態に従って、実施されてもよい。例えば、本発明の代替実施形態は、異なる順序において、上記で概説されたステップを実施してもよい。さらに、図１１に図示される個々のステップは、個々のステップの必要に応じて、種々のシーケンスで実施され得る、複数のサブステップを含んでもよい。さらに、付加的ステップが、特定の用途に応じて、追加または除去されてもよい。当業者は、多くの変形例、修正、および代替を認識するであろう。

図１２は、本発明の実施形態による、走査ミラーおよび接眼レンズ導波管を含む、プロジェクタを動作させる方法を図示する、簡略化されたフローチャートである。方法１２００は、走査ミラーにおいて画像光を受光するステップ（１２０２）を含む。画像光は、第１の波長範囲、第２の波長範囲、および第３の波長範囲、例えば、原色の赤色、緑色、および青色を特徴とする。本方法はまた、軸の周囲で走査ミラーを回転させるステップ（１２０４）と、軸に直交する第１の方向に沿って、受光した画像光を走査するステップ（１２０６）と、瞳分離システムの入力面において、走査された画像光を受光するステップ（１２０８）とを含む。

本方法はさらに、瞳分離システムの第１のダイクロイックミラーから、第１の波長範囲内の光を反射させるステップ（１２１０）と、瞳分離システムの周面から、第１の波長範囲内の光を反射させるステップ（１２１２）とを含む。本方法はまた、瞳分離システムの第２のダイクロイックミラーから、第２の波長範囲内の光を反射させるステップと（１２１４）、瞳分離システムの第２のダイクロイックミラーから、第２の波長範囲内の光を反射させるステップ（１２１６）とを含む。本方法はさらに、第３の波長範囲内の光を透過させるステップ（１２１８）を含む。第１のダイクロイックミラーおよび第２のダイクロイックミラーは、相互に平行であることができる。

いくつかの実施形態では、導波管プロジェクタは、複数の導波管層を含む、接眼レンズ導波管を含み、第１の波長範囲内の光は、第１の導波管層の内部結合格子上に入射し、第２の波長範囲内の光は、第２の導波管層の内部結合格子上に入射し、第３の波長範囲内の光は、第３の導波管層の内部結合格子上に入射する。いくつかの実施形態では、第１の波長範囲内の光は、瞳分離システムに結合される第１のカラーフィルタを使用して、フィルタリングされ、第２の波長範囲内の光は、瞳分離システムに結合される第２のカラーフィルタを使用して、フィルタリングされ、第３の波長範囲内の光は、瞳分離システムに結合される第３のカラーフィルタを使用して、フィルタリングされる。

図１２に図示される具体的ステップは、本発明の実施形態による、走査ミラーおよび接眼レンズ導波管を含む、プロジェクタを動作させる特定の方法を提供することを理解されたい。ステップの他のシーケンスもまた、代替実施形態に従って、実施されてもよい。例えば、本発明の代替実施形態は、異なる順序において、上記で概説されたステップを実施してもよい。さらに、図１２に図示される個々のステップは、個々のステップの必要に応じて、種々のシーケンスで実施され得る複数のサブステップを含んでもよい。さらに、付加的ステップが、特定の用途に応じて、追加または除去されてもよい。当業者は、多くの変形例、修正、および代替を認識するであろう。

また、本明細書に説明される実施例および実施形態は、例証目的のみのためであり、それに照らした種々の修正または変化が、当業者に提案され、本願の精神および権限および添付の請求項の範囲内に含まれるべきであることを理解されたい。

Claims (20)

1. 瞳分離システムであって、
   入力面と、
   ダイクロイックミラーのセットを含む中心部分と、
   前記中心部分に対して側方に配置される第１の反射面と、
   前記中心部分に対して側方に配置される第２の反射面と、
   出力面であって、
   第１の波長範囲内で光を透過させるように動作可能である中心面と、
   前記中心面に隣接し、第２の波長範囲内で光を透過させるように動作可能である第１の周面と、
   前記中心面に隣接し、前記第１の周面に対向する第２の周面であって、前記第２の周面は、第３の波長範囲内で光を透過させるように動作可能である、第２の周面と
   を含む、出力面と
   を備える、瞳分離システム。
2. 前記瞳分離システムは、２．０を上回るまたはそれに等しい屈折率を特徴とする、請求項１に記載の瞳分離システム。
3. 前記屈折率は、約２．５である、請求項２に記載の瞳分離システム。
4. 前記ダイクロイックミラーのセットは、前記入力面に４５°で配向される第１のダイクロイックミラーと、前記入力面に－４５°で配向される第２のダイクロイックミラーとを備える、請求項１に記載の瞳分離システム。
5. 前記第１の波長範囲は、赤色波長範囲を備え、前記第２の波長範囲は、青色波長範囲を備え、前記第３の波長範囲は、緑色波長範囲を備える、請求項１に記載の瞳分離システム。
6. 前記中心面上に配置される赤色カラーフィルタと、
   前記第１の周面上に配置される青色カラーフィルタと、
   前記第２の周面上に配置される緑色カラーフィルタと
   をさらに備える、請求項５に記載の瞳分離システム。
7. 前記第１の反射面は、前記入力面に４５°で配向され、
   前記第２の反射面は、前記入力面に－４５°で配向される、
   請求項１に記載の瞳分離システム。
8. 前記第１の反射面および前記第２の反射面上に配置される反射性コーティングをさらに備える、請求項１に記載の瞳分離システム。
9. 前記ダイクロイックミラーのセットの前記ダイクロイックミラーは、相互に直交し、交差する、請求項１に記載の瞳分離システム。
10. 前記ダイクロイックミラーのセットの前記ダイクロイックミラーは、前記入力面と平行な線に沿って交差する、請求項１に記載の瞳分離システム。
11. 光学システムであって、
    軸の周囲を回転するように動作可能である走査ミラーと、
    瞳分離システムであって、
    入力面と、
    ダイクロイックミラーのセットを含む中心部分と、
    前記中心部分に対して側方に配置される第１の反射面と、
    前記中心部分に対して側方に配置される第２の反射面と、
    出力面であって、
    第１の波長範囲内で光を透過させるように動作可能である中心面と、
    前記中心面に隣接し、第２の波長範囲内で光を透過させるように動作可能である第１の周面と、
    前記中心面に隣接し、前記第１の周面に対向する第２の周面であって、前記第２の周面は、第３の波長範囲内で光を透過させるように動作可能である、第２の周面と
    を含む、出力面と
    を備える、瞳分離システムと、
    接眼レンズ導波管であって、
    前記第１の波長範囲に対応する第１の内部結合格子（ＩＣＧ）を含む第１の導波管層と、
    前記第２の波長範囲に対応する第２のＩＣＧを含む第２の導波管層であって、前記第２のＩＣＧは、前記第１のＩＣＧから空間的にオフセットされる、第２の導波管層と、
    前記第３の波長範囲に対応する第３のＩＣＧを含む第３の導波管層であって、前記第３のＩＣＧは、前記第１のＩＣＧおよび前記第２のＩＣＧから空間的にオフセットされる、第３の導波管層と
    を含む、接眼レンズ導波管と
    を備える、光学システム。
12. 前記第１のＩＣＧ、前記第２のＩＣＧ、および前記第３のＩＣＧは、反射性ＩＣＧである、請求項１１に記載の瞳分離システム。
13. 前記瞳分離システムは、２．０を上回るまたはそれに等しい屈折率を特徴とする、請求項１１に記載の瞳分離システム。
14. 前記屈折率は、約２．５である、請求項１３に記載の瞳分離システム。
15. 前記ダイクロイックミラーのセットは、前記入力面に４５°で配向される第１のダイクロイックミラーと、前記入力面に－４５°で配向される第２のダイクロイックミラーとを備える、請求項１１に記載の瞳分離システム。
16. 前記第１の波長範囲は、赤色波長範囲を備え、前記第２の波長範囲は、青色波長範囲を備え、前記第３の波長範囲は、緑色波長範囲を備える、請求項１１に記載の瞳分離システム。
17. 前記中心面上に配置される赤色カラーフィルタと、
    前記第１の周面上に配置される青色カラーフィルタと、
    前記第２の周面上に配置される緑色カラーフィルタと
    をさらに備える、請求項１６に記載の瞳分離システム。
18. 前記第１の反射面は、前記入力面に４５°で配向され、
    前記第２の反射面は、前記入力面に－４５°で配向される、
    請求項１１に記載の瞳分離システム。
19. 前記第１の反射面および前記第２の反射面上に配置される反射性コーティングをさらに備える、請求項１１に記載の瞳分離システム。
20. 前記ダイクロイックミラーのセットのダイクロイックミラーの前記ダイクロイックミラーは、相互に直交し、前記軸と平行な線に沿って交差する、請求項１１に記載の瞳分離システム。

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