JP2024045507A - 結像システムにおける動的内部結合格子 - Google Patents
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Abstract
【課題】結像システムにおける動的内部結合格子の提供。【解決手段】仮想コンテンツの画像を形成するために、画像明視野を視認者の眼に投影するための接眼レンズは、導波管と、導波管上に入射することになる光ビームを送達するように構成される、光源と、光源に結合され、複数のタイムスロットにおいて光ビームの強度を変調させるように構成される、コントローラと、タイムスロット毎に、光ビームの個別の部分を、導波管の中に、個別の視野角に対応する個別の全内部反射(TIR)角で回折させるように構成される、動的入力結合格子(ICG)と、光ビームの各個別の部分を、導波管から外に眼に向かって個別の視野角で回折させ、それによって、明視野を視認者の眼に投影するように構成される、外部結合回折光学素子(DOE)とを含む。【選択図】図4
Description
(関連出願の相互参照)
本願は、その内容が参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、「DYNAMIC INCOUPLING GRATINGS IN IMAGING SYSTEMS」と題され、2018年8月28日に出願された、米国仮特許出願第62/723,688号の優先権の利益を主張する。
本願は、その内容が参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、「DYNAMIC INCOUPLING GRATINGS IN IMAGING SYSTEMS」と題され、2018年8月28日に出願された、米国仮特許出願第62/723,688号の優先権の利益を主張する。
空間光変調器(SLM)ベースのプロジェクタ、微小電気機械システム(MEMS)スキャナ、およびファイバスキャナ等の種々の結像システムが、接眼レンズを含む拡張現実アイウェア内に画像毎に変調される光を提供するために検討されている。著しい進展にもかかわらず、照明システムのサイズを縮小することは、ますます困難になりつつある。したがって、さらなる小型化を可能にする、新しい拡張可能な結像アーキテクチャが、必要とされている。
動的入力結合格子(ICG)を採用し、入力光ビームを導波管の中に結合し、入力光ビーム内で制御可能に走査し、導波管から視認者の眼に出力される画像明視野を形成する、接眼レンズおよび関連付けられる方法が、開示される。多くの実施形態では、入力光ビームの強度が、動的ICGを介した入力光ビームの走査と併せて変調され、画像明視野を、画像明視野内の個別のXおよびY座標位置に走査される入力光ビームの時間区画の組み合わせとして発生させる。入力光ビームの同時変調と、変調された入力光ビームの対応する走査とを使用することによって、固定された1次元伝搬経路に沿って入力光ビームを伝搬し、それによって、光源が、2次元の明視野が非動的入力結合格子の上に透過されるデバイスおよびアプローチに対して縮小されたサイズを有することを可能にする、単純化された光源が、使用されることができる。
いくつかの実施形態によると、画像明視野を視認者の眼に投影するための接眼レンズは、導波管と、動的入力結合格子(ICG)と、光源と、コントローラと、射出瞳拡大器とを含む。導波管は、内部反射を介して光を伝搬するように構成される。動的ICGは、導波管の第1の側方領域上に形成される。光源は、動的ICGに透過される光ビームを発生させるように構成される。コントローラは、光源および動的ICGに結合される。コントローラは、タイムスロットのシーケンスにおいて光ビームの強度を変調させるように構成される。タイムスロットのシーケンスの各タイムスロットは、画像明視野の個別の視野角に対応する。タイムスロットのシーケンスの各タイムスロットにおける光ビームの強度は、個別の視野角における画像明視野の強度に対応する。コントローラは、タイムスロットのシーケンスのタイムスロット毎に、動的ICGを制御し、光ビームの個別の部分を、導波管の中に個別の視野角に対応する個別の角度で回折させるように構成される。射出瞳拡大器は、導波管の第2の側方領域に結合され、光ビームの各個別の部分を、導波管から外に視認者の眼に向かって個別の視野角で指向し、それによって、画像明視野を視認者の眼に投影するように構成される。
いくつかの実施形態によると、画像明視野を視認者の眼に投影する方法が、提供される。本方法は、コントローラによって、タイムスロットのシーケンスにおいて光ビームの強度を変調させることを含む。タイムスロットのシーケンスの各タイムスロットは、画像明視野の個別の視野角に対応する。タイムスロットのシーケンスの各タイムスロットにおける光ビームの強度は、個別の視野角における画像明視野の強度に対応する。光ビームは、動的入力結合格子(ICG)の上に伝搬される。動的ICGは、コントローラによって制御され、光ビームの個別の部分を、導波管の中に、タイムスロットのシーケンスのタイムスロット毎の個別の視野角に対応する、個別の角度で回折させる。光ビームの各個別の部分は、導波管から外に眼に向かって個別の視野角で指向され、それによって、画像明視野を視認者の眼に投影する。
いくつかの実施形態によると、仮想コンテンツの画像を形成するために、画像明視野を視認者の眼に投影するための接眼レンズは、その中に光を伝搬するように構成される、導波管を含む。導波管は、入力瞳を含み得る。接眼レンズはさらに、入力瞳において導波管上に入射することになる光ビームを送達するように構成される、光源と、光源に結合され、複数のタイムスロットにおいて光ビームの強度を変調させるように構成される、コントローラとを含み得る。各タイムスロットは、画像の個別の視野角に対応し得る。各タイムスロットにおける光ビームの強度は、個別の視野角における画像の強度に対応し得る。接眼レンズはさらに、入力瞳に対応する導波管の第1の側方領域上に形成される、動的入力結合格子(ICG)を含み得る。動的ICGは、タイムスロット毎に、光ビームの個別の部分を、導波管の中に、個別の視野角に対応する個別の全内部反射(TIR)角で回折させ、光ビームの変調に従って、TIR角を1つのタイムスロットから次のタイムスロットまで走査するように構成され得る。接眼レンズはさらに、導波管の第2の側方領域に結合され、光ビームの各個別の部分を、導波管から外に眼に向かって個別の視野角で回折させ、それによって、明視野を視認者の眼に投影するように構成される、外部結合回折光学素子(DOE)を含み得る。
いくつかの実施形態によると、仮想コンテンツの画像を視認するために、明視野を視認者の眼に投影する方法は、動的入力結合格子(ICG)上に入射する光ビームを提供することを含む。動的ICGは、表面音響波(SAW)変調器を含み得る。SAW変調器は、圧電材料層と、トランスデューサとを含み得る。SAW変調器は、導波管の第1の側方領域に結合され得る。本方法はさらに、複数の視野角に対応する複数のタイムスロットにおいて光ビームの強度を変調させることを含み得る。各タイムスロットにおける光ビームの強度は、個別の視野角における画像の強度に対応し得る。本方法はさらに、動的ICGが、光ビームの個別の部分を、導波管の中に個別のタイムスロットにおける個別の全内部反射(TIR)角で回折させるように、複数のタイムスロットにおいて複数の周波数において発振電気信号をトランスデューサに印加し、それによって、個別のタイムスロットにおける個別の空間周期を伴って圧電材料層内に個別の音波を作成することを含み得る。各個別の周波数は、個別のタイムスロットに対応し得る。光ビームの個別の部分は、導波管の中に伝搬され得る。本方法はさらに、導波管の第2の側方領域に結合される、回折光学素子(DOE)を使用して、導波管内で眼に向かって個別の視野角で伝搬する光ビームの各個別の部分を外部結合し、それによって、仮想コンテンツの画像を視認するために、明視野を複数の視野角で眼に投影することを含み得る。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
画像明視野を視認者の眼に投影するための接眼レンズであって、前記接眼レンズは、
内部反射を介して光を伝搬するように構成される導波管と、
前記導波管の第1の側方領域上に形成される動的入力結合格子(ICG)と、
前記動的ICGに透過される光ビームを発生させるように構成される光源と、
前記光源および前記動的ICGに結合されるコントローラであって、前記コントローラは、
タイムスロットのシーケンスにおいて前記光ビームの強度を変調させることであって、前記タイムスロットのシーケンスの各タイムスロットは、前記画像明視野の個別の視野角に対応し、前記タイムスロットのシーケンスの各タイムスロットにおける前記光ビームの強度は、前記個別の視野角における前記画像明視野の強度に対応する、ことと、
前記タイムスロットのシーケンスのタイムスロット毎に、前記動的ICGを制御し、前記光ビームの個別の部分を前記導波管の中に前記個別の視野角に対応する個別の角度で回折させることと
を行うように構成される、コントローラと、
射出瞳拡大器であって、前記射出瞳拡大器は、前記導波管の第2の側方領域に結合され、前記光ビームの各個別の部分を前記導波管から外に前記視認者の眼に向かって前記個別の視野角で指向し、それによって、前記画像明視野を前記視認者の眼に投影するように構成される、射出瞳拡大器と
を備える、接眼レンズ。
(項目2)
前記動的ICGは、発振電気信号源に結合される表面音響波(SAW)変調器を備え、前記発振電気信号源は、前記コントローラの制御下で、前記SAW変調器が、前記光ビームの個別の部分を前記導波管の中に各個別のタイムスロットにおける前記個別の角度で回折させるように、前記SAW変調器に発振電気信号を供給し、前記SAW変調器の表面上に伝搬する個別の音響波を発生させるように動作可能である、項目1に記載の接眼レンズ。
(項目3)
前記SAW変調器は、基板と、前記基板に取り付けられるトランスデューサとを備え、
前記トランスデューサは、前記発振電気信号源に結合され、前記トランスデューサを駆動し、前記個別の音響波を発生させる、
項目2に記載の接眼レンズ。
(項目4)
前記トランスデューサは、圧電トランスデューサを含む、項目3に記載の接眼レンズ。
(項目5)
前記SAW変調器は、基板と、前記基板に取り付けられる第1のトランスデューサと、前記基板に取り付けられる第2のトランスデューサを含み、
前記第1のトランスデューサは、第1の軸において振動するように構成され、
前記第2のトランスデューサは、前記第1の軸に直交する第2の軸において振動するように構成され、
前記第1のトランスデューサおよび前記第2のトランスデューサは、前記発振電気信号源に結合され、前記第1のトランスデューサおよび前記第2のトランスデューサを駆動し、前記個別の音響波を発生させる、
項目2に記載の接眼レンズ。
(項目6)
前記SAW変調器は、基板を含み、
前記基板は、前記個別の音響波を発生させる圧電効果を呈する材料を含む、
項目2に記載の接眼レンズ。
(項目7)
前記圧電効果を呈する前記材料は、溶融シリカ、ニオブ酸リチウム、三硫化砒素、二酸化テルル、テルライトガラス、またはケイ酸鉛のうちの1つを含む、項目6に記載の接眼レンズ。
(項目8)
前記SAW変調器は、前記導波管の一体型部分である、項目6に記載の接眼レンズ。
(項目9)
前記光ビームは、前記動的ICGの表面上に、前記動的ICGの表面に垂直な方向に沿って入射する、項目1に記載の接眼レンズ。
(項目10)
前記光ビームは、前記動的ICGの表面上に、前記動的ICGの表面に垂直な方向に対して非ゼロのバイアス角で入射する、項目1に記載の接眼レンズ。
(項目11)
前記動的ICGは、透過モードにおいて動作する、項目1に記載の接眼レンズ。
(項目12)
前記動的ICGは、反射モードにおいて動作する、項目1に記載の接眼レンズ。
(項目13)
前記導波管に結合される静的格子をさらに備え、前記静的格子は、前記光ビームの一部を前記動的ICGに向かって前記動的ICGの表面に垂直な方向に対して非ゼロのバイアス角で回折させるように構成される、項目12に記載の接眼レンズ。
(項目14)
前記光ビームは、第1の方向における前記光ビームの伝搬を介して前記動的ICGの表面上に入射し、
前記タイムスロットのシーケンスにおける前記光ビームの強度は、画角(FOV)の第1の範囲内の前記画像明視野の強度に対応し、
前記光源はさらに、前記動的ICGに透過される第2の光ビームを発生させるように構成され、
前記第2の光ビームは、前記第1の方向と異なる第2の方向における前記第2の光ビームの伝搬を介して前記動的ICGの表面上に入射し、
前記タイムスロットのシーケンスにおける前記第2の光ビームの強度は、前記角FOVの第1の範囲と異なる角FOVの第2の範囲内の前記画像明視野の強度に対応する、
項目1に記載の接眼レンズ。
(項目15)
前記導波管は、前記画像明視野が、前記導波管を通して前記視認者の眼に透過される外部画像上に重ねられるように透過性である、項目1に記載の接眼レンズ。
(項目16)
前記射出瞳拡大器は、前記光ビームの各個別の部分を前記導波管から外に前記視認者の眼に向かって前記個別の視野角で回折させるように構成される回折光学素子(DOE)を備える、項目1に記載の接眼レンズ。
(項目17)
前記光ビームは、前記動的ICGに対して固定される位置と、配向とを有する光軸上で前記動的ICGに伝搬する、項目1に記載の接眼レンズ。
(項目18)
画像明視野を視認者の眼に投影する方法であって、前記方法は、
コントローラによって、タイムスロットのシーケンスにおいて光ビームの強度を変調させることであって、前記タイムスロットのシーケンスの各タイムスロットは、前記画像明視野の個別の視野角に対応し、前記タイムスロットのシーケンスの各タイムスロットにおける前記光ビームの強度は、前記個別の視野角における前記画像明視野の強度に対応する、ことと、
前記光ビームを動的入力結合格子(ICG)の上に伝搬することと、
前記コントローラによって、前記動的ICGを制御し、前記光ビームの個別の部分を導波管の中に前記タイムスロットのシーケンスのタイムスロット毎の前記個別の視野角に対応する個別の角度で回折させることと、
前記光ビームの各個別の部分を前記導波管から外に前記眼に向かって前記個別の視野角で指向し、それによって、前記画像明視野を前記視認者の眼に投影することと
を含む、方法。
(項目19)
前記動的ICGは、発振電気信号源に結合される表面音響波(SAW)変調器を備え、
前記方法は、前記SAW変調器が、前記光ビームの個別の部分を前記導波管の中に各個別のタイムスロットにおける前記個別の角度で回折させるように、前記コントローラによって、前記発振電気信号源の動作を制御し、発振電気信号を前記SAW変調器に供給し、前記SAW変調器の表面上に伝搬する個別の音響波を発生させることを含む、
項目18に記載の方法。
(項目20)
前記SAW変調器は、基板と、前記基板に取り付けられる圧電トランスデューサとを備え、
前記発振電気信号は、前記圧電トランスデューサに供給され、前記個別の音響波を発生させ、
前記個別の音響波は、前記基板の表面上に伝搬する、
項目19に記載の方法。
(項目21)
前記SAW変調器は、基板と、前記基板に取り付けられる第1のトランスデューサと、前記基板に取り付けられる第2のトランスデューサとを含み、
前記第1のトランスデューサは、第1の軸において振動するように構成され、
前記第2のトランスデューサは、前記第1の軸に直交する第2の軸において振動するように構成され、
前記第1のトランスデューサおよび前記第2のトランスデューサは、前記発振電気信号源に結合され、前記第1のトランスデューサおよび前記第2のトランスデューサを駆動し、前記個別の音響波を発生させる、
項目19に記載の方法。
(項目22)
前記SAW変調器は、基板を含み、
前記基板は、前記個別の音響波を発生させる圧電効果を呈する材料を含む、
項目19に記載の方法。
(項目23)
前記圧電効果を呈する前記材料は、溶融シリカ、ニオブ酸リチウム、三硫化砒素、二酸化テルル、テルライトガラス、またはケイ酸鉛のうちの1つを含む、項目22に記載の方法。
(項目24)
前記SAW変調器は、前記導波管の一体型部分である、項目22に記載の方法。
(項目25)
前記光ビームは、前記動的ICGの表面上に、前記動的ICGの表面に垂直な方向に入射する、項目18に記載の方法。
(項目26)
前記光ビームは、前記動的ICGの表面上に、前記動的ICGの表面に垂直な方向に対して非ゼロのバイアス角で入射する、項目18に記載の方法。
(項目27)
前記動的ICGは、透過モードにおいて動作する、項目18に記載の方法。
(項目28)
前記動的ICGは、反射モードにおいて動作する、項目18に記載の方法。
(項目29)
前記導波管に結合される静的格子を介して前記光ビームを再指向することを含み、前記静的格子は、前記光ビームの一部を前記動的ICGに向かって前記動的ICGの表面に垂直な方向に対して非ゼロのバイアス角で回折させるように構成される、項目28に記載の方法。
(項目30)
前記コントローラによって、前記タイムスロットのシーケンスにおいて第2の光ビームの強度を変調させることと、
前記第2の光ビームを前記動的ICGの上に伝搬することと、
前記コントローラによって、前記動的ICGを制御し、前記第2の光ビームの個別の部分を前記導波管の中に個別の角度で回折させることと、
前記第2の光ビームの各個別の部分を前記導波管から外に前記眼に向かって前記個別の視野角で指向することと
を含み、
前記光ビームは、第1の方向における前記光ビームの伝搬を介して前記動的ICGの表面上に入射し、
前記タイムスロットのシーケンスにおける前記光ビームの強度は、画角(FOV)の第1の範囲内の前記画像明視野の強度に対応し、
前記第2の光ビームは、前記第1の方向と異なる第2の方向における前記第2の光ビームの伝搬を介して前記動的ICGの表面上に入射し、
前記タイムスロットのシーケンスにおける前記第2の光ビームの強度は、前記角FOVの第1の範囲と異なる角FOVの第2の範囲内の前記画像明視野の強度に対応する、
項目18に記載の方法。
(項目31)
前記導波管は、前記画像明視野が前記導波管を通して前記視認者の眼に透過される外部画像上に重ねられるように透過性である、項目18に記載の方法。
(項目32)
前記光ビームの各個別の部分は、前記光ビームの各個別の部分を前記導波管から外に前記眼に向かって前記個別の視野角で回折させるように構成される回折光学素子(DOE)を介して、前記導波管から外に前記眼に向かって前記個別の視野角で指向される、項目18に記載の方法。
(項目33)
前記光ビームは、前記動的ICGに対して固定される位置と、配向とを有する光軸上で前記動的ICGに伝搬する、項目18に記載の方法。
(項目34)
仮想コンテンツの画像を形成するために、画像明視野を視認者の眼に投影するための接眼レンズであって、前記接眼レンズは、
その中に光を伝搬するように構成される導波管であって、前記導波管は、入力瞳を含む、導波管と、
前記入力瞳において前記導波管上に入射することになる光ビームを送達するように構成される光源と、
前記光源に結合され、複数のタイムスロットにおいて前記光ビームの強度を変調させるように構成されるコントローラであって、各タイムスロットは、前記画像の個別の視野角に対応し、各タイムスロットにおける前記光ビームの強度は、前記個別の視野角における前記画像の強度に対応する、コントローラと、
前記入力瞳に対応する前記導波管の第1の側方領域上に形成される動的入力結合格子(ICG)であって、前記動的ICGは、
タイムスロット毎に、前記光ビームの個別の部分を前記導波管の中に個別の視野角に対応する個別の全内部反射(TIR)角で回折させることと、
前記光ビームの変調に従って、前記TIR角を1つのタイムスロットから次のタイムスロットまで走査することと
を行うように構成される、動的ICGと、
外部結合回折光学素子(DOE)であって、前記DOEは、前記導波管の第2の側方領域に結合され、前記光ビームの各個別の部分を前記導波管から外に前記眼に向かって前記個別の視野角で回折させ、それによって、前記画像明視野を前記視認者の眼に投影するように構成される、外部結合回折光学素子(DOE)と
を備える、接眼レンズ。
(項目35)
前記動的ICGは、
表面音響波(SAW)変調器であって、前記SAW変調器は、
圧電材料層と、
発振電気信号源に結合されるトランスデューサと
を含む、SAW変調器
を備え、
前記発振電気信号源は、複数の周波数において前記トランスデューサを駆動するように構成され、各個別の周波数は、個別のタイムスロットに対応し、それによって、前記動的ICGが、前記光ビームの個別の部分を前記導波管の中に前記個別のタイムスロットにおける前記個別のTIR角で回折させるように、個別の空間周期を伴って前記圧電材料層内に個別の音波を作成する、
項目34に記載の接眼レンズ。
(項目36)
前記トランスデューサは、圧電トランスデューサを含む、項目35に記載の接眼レンズ。
(項目37)
前記トランスデューサは、
第1の軸において振動するように構成される第1のトランスデューサと、
前記第1の軸に直交する第2の軸において振動するように構成される第2のトランスデューサと
を備える、項目35に記載の接眼レンズ。
(項目38)
前記圧電材料は、溶融シリカ、ニオブ酸リチウム、三硫化砒素、二酸化テルル、テルライトガラス、またはケイ酸鉛のうちの1つを含む、項目35に記載の接眼レンズ。
(項目39)
前記導波管は、溶融シリカ、ニオブ酸リチウム、三硫化砒素、二酸化テルル、テルライトガラス、またはケイ酸鉛のうちの1つを含み、前記圧電材料層は、前記導波管の一体型部分である、項目38に記載の接眼レンズ。
(項目40)
前記光ビームは、実質的に法線入射で前記導波管上に入射する、項目34に記載の接眼レンズ。
(項目41)
前記光ビームは、非ゼロのバイアス角で前記導波管上に入射する、項目34に記載の接眼レンズ。
(項目42)
前記動的ICGは、透過モードにおいて動作する、項目34に記載の接眼レンズ。
(項目43)
前記動的ICGは、反射モードにおいて動作する、項目34に記載の接眼レンズ。
(項目44)
前記入力瞳において前記導波管に結合され、前記光ビームを受光し、前記光ビームの一部をバイアス角で前記動的ICGに向かって回折させるように構成される、静的格子をさらに備える、項目34に記載の接眼レンズ。
(項目45)
前記光ビームは、第1の入射角で前記導波管上に入射し、前記複数のタイムスロットにおける前記光ビームの強度は、画角(FOV)の第1の範囲内の前記画像の強度に対応し、
前記光源はさらに、前記入力瞳において、前記導波管上に、前記第1の入射角と異なる第2の入射角で入射する第2の光ビームを送達するように構成され、前記光源はさらに、前記複数のタイムスロットにおいて前記第2の光ビームの強度を変調させるように構成され、各タイムスロットは、個別の視野角に対応し、前記複数のタイムスロットにおける前記第2の光ビームの強度は、前記第1の角FOVと異なる角FOVの第2の範囲内の前記画像の強度に対応する、
項目34に記載の接眼レンズ。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
画像明視野を視認者の眼に投影するための接眼レンズであって、前記接眼レンズは、
内部反射を介して光を伝搬するように構成される導波管と、
前記導波管の第1の側方領域上に形成される動的入力結合格子(ICG)と、
前記動的ICGに透過される光ビームを発生させるように構成される光源と、
前記光源および前記動的ICGに結合されるコントローラであって、前記コントローラは、
タイムスロットのシーケンスにおいて前記光ビームの強度を変調させることであって、前記タイムスロットのシーケンスの各タイムスロットは、前記画像明視野の個別の視野角に対応し、前記タイムスロットのシーケンスの各タイムスロットにおける前記光ビームの強度は、前記個別の視野角における前記画像明視野の強度に対応する、ことと、
前記タイムスロットのシーケンスのタイムスロット毎に、前記動的ICGを制御し、前記光ビームの個別の部分を前記導波管の中に前記個別の視野角に対応する個別の角度で回折させることと
を行うように構成される、コントローラと、
射出瞳拡大器であって、前記射出瞳拡大器は、前記導波管の第2の側方領域に結合され、前記光ビームの各個別の部分を前記導波管から外に前記視認者の眼に向かって前記個別の視野角で指向し、それによって、前記画像明視野を前記視認者の眼に投影するように構成される、射出瞳拡大器と
を備える、接眼レンズ。
(項目2)
前記動的ICGは、発振電気信号源に結合される表面音響波(SAW)変調器を備え、前記発振電気信号源は、前記コントローラの制御下で、前記SAW変調器が、前記光ビームの個別の部分を前記導波管の中に各個別のタイムスロットにおける前記個別の角度で回折させるように、前記SAW変調器に発振電気信号を供給し、前記SAW変調器の表面上に伝搬する個別の音響波を発生させるように動作可能である、項目1に記載の接眼レンズ。
(項目3)
前記SAW変調器は、基板と、前記基板に取り付けられるトランスデューサとを備え、
前記トランスデューサは、前記発振電気信号源に結合され、前記トランスデューサを駆動し、前記個別の音響波を発生させる、
項目2に記載の接眼レンズ。
(項目4)
前記トランスデューサは、圧電トランスデューサを含む、項目3に記載の接眼レンズ。
(項目5)
前記SAW変調器は、基板と、前記基板に取り付けられる第1のトランスデューサと、前記基板に取り付けられる第2のトランスデューサを含み、
前記第1のトランスデューサは、第1の軸において振動するように構成され、
前記第2のトランスデューサは、前記第1の軸に直交する第2の軸において振動するように構成され、
前記第1のトランスデューサおよび前記第2のトランスデューサは、前記発振電気信号源に結合され、前記第1のトランスデューサおよび前記第2のトランスデューサを駆動し、前記個別の音響波を発生させる、
項目2に記載の接眼レンズ。
(項目6)
前記SAW変調器は、基板を含み、
前記基板は、前記個別の音響波を発生させる圧電効果を呈する材料を含む、
項目2に記載の接眼レンズ。
(項目7)
前記圧電効果を呈する前記材料は、溶融シリカ、ニオブ酸リチウム、三硫化砒素、二酸化テルル、テルライトガラス、またはケイ酸鉛のうちの1つを含む、項目6に記載の接眼レンズ。
(項目8)
前記SAW変調器は、前記導波管の一体型部分である、項目6に記載の接眼レンズ。
(項目9)
前記光ビームは、前記動的ICGの表面上に、前記動的ICGの表面に垂直な方向に沿って入射する、項目1に記載の接眼レンズ。
(項目10)
前記光ビームは、前記動的ICGの表面上に、前記動的ICGの表面に垂直な方向に対して非ゼロのバイアス角で入射する、項目1に記載の接眼レンズ。
(項目11)
前記動的ICGは、透過モードにおいて動作する、項目1に記載の接眼レンズ。
(項目12)
前記動的ICGは、反射モードにおいて動作する、項目1に記載の接眼レンズ。
(項目13)
前記導波管に結合される静的格子をさらに備え、前記静的格子は、前記光ビームの一部を前記動的ICGに向かって前記動的ICGの表面に垂直な方向に対して非ゼロのバイアス角で回折させるように構成される、項目12に記載の接眼レンズ。
(項目14)
前記光ビームは、第1の方向における前記光ビームの伝搬を介して前記動的ICGの表面上に入射し、
前記タイムスロットのシーケンスにおける前記光ビームの強度は、画角(FOV)の第1の範囲内の前記画像明視野の強度に対応し、
前記光源はさらに、前記動的ICGに透過される第2の光ビームを発生させるように構成され、
前記第2の光ビームは、前記第1の方向と異なる第2の方向における前記第2の光ビームの伝搬を介して前記動的ICGの表面上に入射し、
前記タイムスロットのシーケンスにおける前記第2の光ビームの強度は、前記角FOVの第1の範囲と異なる角FOVの第2の範囲内の前記画像明視野の強度に対応する、
項目1に記載の接眼レンズ。
(項目15)
前記導波管は、前記画像明視野が、前記導波管を通して前記視認者の眼に透過される外部画像上に重ねられるように透過性である、項目1に記載の接眼レンズ。
(項目16)
前記射出瞳拡大器は、前記光ビームの各個別の部分を前記導波管から外に前記視認者の眼に向かって前記個別の視野角で回折させるように構成される回折光学素子(DOE)を備える、項目1に記載の接眼レンズ。
(項目17)
前記光ビームは、前記動的ICGに対して固定される位置と、配向とを有する光軸上で前記動的ICGに伝搬する、項目1に記載の接眼レンズ。
(項目18)
画像明視野を視認者の眼に投影する方法であって、前記方法は、
コントローラによって、タイムスロットのシーケンスにおいて光ビームの強度を変調させることであって、前記タイムスロットのシーケンスの各タイムスロットは、前記画像明視野の個別の視野角に対応し、前記タイムスロットのシーケンスの各タイムスロットにおける前記光ビームの強度は、前記個別の視野角における前記画像明視野の強度に対応する、ことと、
前記光ビームを動的入力結合格子(ICG)の上に伝搬することと、
前記コントローラによって、前記動的ICGを制御し、前記光ビームの個別の部分を導波管の中に前記タイムスロットのシーケンスのタイムスロット毎の前記個別の視野角に対応する個別の角度で回折させることと、
前記光ビームの各個別の部分を前記導波管から外に前記眼に向かって前記個別の視野角で指向し、それによって、前記画像明視野を前記視認者の眼に投影することと
を含む、方法。
(項目19)
前記動的ICGは、発振電気信号源に結合される表面音響波(SAW)変調器を備え、
前記方法は、前記SAW変調器が、前記光ビームの個別の部分を前記導波管の中に各個別のタイムスロットにおける前記個別の角度で回折させるように、前記コントローラによって、前記発振電気信号源の動作を制御し、発振電気信号を前記SAW変調器に供給し、前記SAW変調器の表面上に伝搬する個別の音響波を発生させることを含む、
項目18に記載の方法。
(項目20)
前記SAW変調器は、基板と、前記基板に取り付けられる圧電トランスデューサとを備え、
前記発振電気信号は、前記圧電トランスデューサに供給され、前記個別の音響波を発生させ、
前記個別の音響波は、前記基板の表面上に伝搬する、
項目19に記載の方法。
(項目21)
前記SAW変調器は、基板と、前記基板に取り付けられる第1のトランスデューサと、前記基板に取り付けられる第2のトランスデューサとを含み、
前記第1のトランスデューサは、第1の軸において振動するように構成され、
前記第2のトランスデューサは、前記第1の軸に直交する第2の軸において振動するように構成され、
前記第1のトランスデューサおよび前記第2のトランスデューサは、前記発振電気信号源に結合され、前記第1のトランスデューサおよび前記第2のトランスデューサを駆動し、前記個別の音響波を発生させる、
項目19に記載の方法。
(項目22)
前記SAW変調器は、基板を含み、
前記基板は、前記個別の音響波を発生させる圧電効果を呈する材料を含む、
項目19に記載の方法。
(項目23)
前記圧電効果を呈する前記材料は、溶融シリカ、ニオブ酸リチウム、三硫化砒素、二酸化テルル、テルライトガラス、またはケイ酸鉛のうちの1つを含む、項目22に記載の方法。
(項目24)
前記SAW変調器は、前記導波管の一体型部分である、項目22に記載の方法。
(項目25)
前記光ビームは、前記動的ICGの表面上に、前記動的ICGの表面に垂直な方向に入射する、項目18に記載の方法。
(項目26)
前記光ビームは、前記動的ICGの表面上に、前記動的ICGの表面に垂直な方向に対して非ゼロのバイアス角で入射する、項目18に記載の方法。
(項目27)
前記動的ICGは、透過モードにおいて動作する、項目18に記載の方法。
(項目28)
前記動的ICGは、反射モードにおいて動作する、項目18に記載の方法。
(項目29)
前記導波管に結合される静的格子を介して前記光ビームを再指向することを含み、前記静的格子は、前記光ビームの一部を前記動的ICGに向かって前記動的ICGの表面に垂直な方向に対して非ゼロのバイアス角で回折させるように構成される、項目28に記載の方法。
(項目30)
前記コントローラによって、前記タイムスロットのシーケンスにおいて第2の光ビームの強度を変調させることと、
前記第2の光ビームを前記動的ICGの上に伝搬することと、
前記コントローラによって、前記動的ICGを制御し、前記第2の光ビームの個別の部分を前記導波管の中に個別の角度で回折させることと、
前記第2の光ビームの各個別の部分を前記導波管から外に前記眼に向かって前記個別の視野角で指向することと
を含み、
前記光ビームは、第1の方向における前記光ビームの伝搬を介して前記動的ICGの表面上に入射し、
前記タイムスロットのシーケンスにおける前記光ビームの強度は、画角(FOV)の第1の範囲内の前記画像明視野の強度に対応し、
前記第2の光ビームは、前記第1の方向と異なる第2の方向における前記第2の光ビームの伝搬を介して前記動的ICGの表面上に入射し、
前記タイムスロットのシーケンスにおける前記第2の光ビームの強度は、前記角FOVの第1の範囲と異なる角FOVの第2の範囲内の前記画像明視野の強度に対応する、
項目18に記載の方法。
(項目31)
前記導波管は、前記画像明視野が前記導波管を通して前記視認者の眼に透過される外部画像上に重ねられるように透過性である、項目18に記載の方法。
(項目32)
前記光ビームの各個別の部分は、前記光ビームの各個別の部分を前記導波管から外に前記眼に向かって前記個別の視野角で回折させるように構成される回折光学素子(DOE)を介して、前記導波管から外に前記眼に向かって前記個別の視野角で指向される、項目18に記載の方法。
(項目33)
前記光ビームは、前記動的ICGに対して固定される位置と、配向とを有する光軸上で前記動的ICGに伝搬する、項目18に記載の方法。
(項目34)
仮想コンテンツの画像を形成するために、画像明視野を視認者の眼に投影するための接眼レンズであって、前記接眼レンズは、
その中に光を伝搬するように構成される導波管であって、前記導波管は、入力瞳を含む、導波管と、
前記入力瞳において前記導波管上に入射することになる光ビームを送達するように構成される光源と、
前記光源に結合され、複数のタイムスロットにおいて前記光ビームの強度を変調させるように構成されるコントローラであって、各タイムスロットは、前記画像の個別の視野角に対応し、各タイムスロットにおける前記光ビームの強度は、前記個別の視野角における前記画像の強度に対応する、コントローラと、
前記入力瞳に対応する前記導波管の第1の側方領域上に形成される動的入力結合格子(ICG)であって、前記動的ICGは、
タイムスロット毎に、前記光ビームの個別の部分を前記導波管の中に個別の視野角に対応する個別の全内部反射(TIR)角で回折させることと、
前記光ビームの変調に従って、前記TIR角を1つのタイムスロットから次のタイムスロットまで走査することと
を行うように構成される、動的ICGと、
外部結合回折光学素子(DOE)であって、前記DOEは、前記導波管の第2の側方領域に結合され、前記光ビームの各個別の部分を前記導波管から外に前記眼に向かって前記個別の視野角で回折させ、それによって、前記画像明視野を前記視認者の眼に投影するように構成される、外部結合回折光学素子(DOE)と
を備える、接眼レンズ。
(項目35)
前記動的ICGは、
表面音響波(SAW)変調器であって、前記SAW変調器は、
圧電材料層と、
発振電気信号源に結合されるトランスデューサと
を含む、SAW変調器
を備え、
前記発振電気信号源は、複数の周波数において前記トランスデューサを駆動するように構成され、各個別の周波数は、個別のタイムスロットに対応し、それによって、前記動的ICGが、前記光ビームの個別の部分を前記導波管の中に前記個別のタイムスロットにおける前記個別のTIR角で回折させるように、個別の空間周期を伴って前記圧電材料層内に個別の音波を作成する、
項目34に記載の接眼レンズ。
(項目36)
前記トランスデューサは、圧電トランスデューサを含む、項目35に記載の接眼レンズ。
(項目37)
前記トランスデューサは、
第1の軸において振動するように構成される第1のトランスデューサと、
前記第1の軸に直交する第2の軸において振動するように構成される第2のトランスデューサと
を備える、項目35に記載の接眼レンズ。
(項目38)
前記圧電材料は、溶融シリカ、ニオブ酸リチウム、三硫化砒素、二酸化テルル、テルライトガラス、またはケイ酸鉛のうちの1つを含む、項目35に記載の接眼レンズ。
(項目39)
前記導波管は、溶融シリカ、ニオブ酸リチウム、三硫化砒素、二酸化テルル、テルライトガラス、またはケイ酸鉛のうちの1つを含み、前記圧電材料層は、前記導波管の一体型部分である、項目38に記載の接眼レンズ。
(項目40)
前記光ビームは、実質的に法線入射で前記導波管上に入射する、項目34に記載の接眼レンズ。
(項目41)
前記光ビームは、非ゼロのバイアス角で前記導波管上に入射する、項目34に記載の接眼レンズ。
(項目42)
前記動的ICGは、透過モードにおいて動作する、項目34に記載の接眼レンズ。
(項目43)
前記動的ICGは、反射モードにおいて動作する、項目34に記載の接眼レンズ。
(項目44)
前記入力瞳において前記導波管に結合され、前記光ビームを受光し、前記光ビームの一部をバイアス角で前記動的ICGに向かって回折させるように構成される、静的格子をさらに備える、項目34に記載の接眼レンズ。
(項目45)
前記光ビームは、第1の入射角で前記導波管上に入射し、前記複数のタイムスロットにおける前記光ビームの強度は、画角(FOV)の第1の範囲内の前記画像の強度に対応し、
前記光源はさらに、前記入力瞳において、前記導波管上に、前記第1の入射角と異なる第2の入射角で入射する第2の光ビームを送達するように構成され、前記光源はさらに、前記複数のタイムスロットにおいて前記第2の光ビームの強度を変調させるように構成され、各タイムスロットは、個別の視野角に対応し、前記複数のタイムスロットにおける前記第2の光ビームの強度は、前記第1の角FOVと異なる角FOVの第2の範囲内の前記画像の強度に対応する、
項目34に記載の接眼レンズ。
本開示のいくつかの実施形態によると、接眼レンズは、導波管と、導波管に結合される、動的入力結合格子(ICG)とを含む。動的ICGは、固定入力レーザビームを、導波管内の2次元のTIR角のある範囲内に走査するように構成される。動的ICGの走査と同期化される、視野内の画像点場所の関数として、タイムスロットのシーケンスにおいてレーザビーム強度を変調させることによって、視認者には、完全な画像視野表示が見え得る。本結像パラダイムは、外部プロジェクタの必要性を排除し得、したがって、小型かつ軽量のアイウェアをもたらし得る。そのようなアイウェアは、例えば、拡張現実システムまたは他のウェアラブルディスプレイおよびコンピューティング製品において使用され得る。
回折格子は、光の波長および格子上の入射角に依存する角度だけ光を偏向させる、光学コンポーネントである。回折格子は、回折格子が使用されることになる光の波長の規模である周期を伴う、周期的構造を有し得る。周期的構造は、表面起伏外形または透過性材料の屈折率の体積変調であり得る。回折格子の動作は、以下の格子方程式によって決定され得る。
式中、θmは、格子の表面に法線のベクトルに対する回折格子から出射する光ビームの角度(回折角)であり、λは、波長であり、mは、回折「次数」として既知である整数の値をとるパラメータであり、dは、格子の周期であり、θiは、格子の表面に法線のベクトルに対する入力光ビームの入射角である。
式中、θmは、格子の表面に法線のベクトルに対する回折格子から出射する光ビームの角度(回折角)であり、λは、波長であり、mは、回折「次数」として既知である整数の値をとるパラメータであり、dは、格子の周期であり、θiは、格子の表面に法線のベクトルに対する入力光ビームの入射角である。
格子はまた、ブレーズされる、すなわち、それらが回折させる光を、次数パラメータmの特定の値によって規定される特定の「次数」に集中させるように、特定の周期的プロファイルを与えられ得る。格子は、光が格子上に入射する同一の側の格子から、光が離れる場合は、反射性である、または光が入射するものと反対の格子の側面から、光が主に出射する場合は、透過性であり得る。
図1Aは、いくつかの実施形態による、一対の拡張現実眼鏡100の斜視図である。眼鏡100は、正面ピース108によって接続される、左アーム104と、右アーム106とを含む、フレーム102を含む。正面ピース108は、左接眼レンズ110と、右接眼レンズ112とを支持する。議論の目的のために特に右接眼レンズ112を参照すると、右接眼レンズ112は、複数の導波管の右スタック114を含む。導波管の右スタック114は、眼鏡100を装着する人物に、拡張現実眼鏡100を着用している間、現実世界が見え得、仮想コンテンツが現実世界との関連で重ねられ、表示され得るように透過性である。図1に図示されるように、右スタック導波管114内に含まれる、右正面の導波管116は、右正面の選択的に作用可能な内部結合格子118と、右正面の直交瞳拡大器120と、右正面の射出瞳拡大器122とを含む。「Planar Waveguide Apparatus with Diffraction element(s) and System Employing Same」と題された、Abovitz et
al.の米国特許第9,612,403号内に議論されるように、射出瞳拡大器122は、異なる仮想源光に対応する、異なる像面湾曲を、出射光に付与するように設計されることができる。同様に、左接眼レンズ110は、左正面の導波管126を含む、導波管の左スタック124を含む。図1に図示されるように、左正面の導波管は、左正面の選択的に作用可能な内部結合格子128と、左側の直交瞳拡大器130と、左側の射出瞳拡大器132とを含む。左接眼レンズ110もまた、透過性である。画像毎に変調された光の左側源134および画像毎に変調された光の右側源136は、それぞれ、フレーム102の左アーム104および右アーム106のインボードに支持され、それぞれ、導波管の左スタック124および導波管の右スタック114に選択的に光学的に結合される。
al.の米国特許第9,612,403号内に議論されるように、射出瞳拡大器122は、異なる仮想源光に対応する、異なる像面湾曲を、出射光に付与するように設計されることができる。同様に、左接眼レンズ110は、左正面の導波管126を含む、導波管の左スタック124を含む。図1に図示されるように、左正面の導波管は、左正面の選択的に作用可能な内部結合格子128と、左側の直交瞳拡大器130と、左側の射出瞳拡大器132とを含む。左接眼レンズ110もまた、透過性である。画像毎に変調された光の左側源134および画像毎に変調された光の右側源136は、それぞれ、フレーム102の左アーム104および右アーム106のインボードに支持され、それぞれ、導波管の左スタック124および導波管の右スタック114に選択的に光学的に結合される。
図1Bは、ユーザ152の視野内に仮想コンテンツ(例えば、仮想オブジェクト、仮想ツール、および他の仮想構築物、例えば、アプリケーション、特徴、文字、テキスト、数字、および他の記号)をレンダリングするように動作可能であり得、頭部搭載型ウェアラブルディスプレイデバイス154と、コンピューティングデバイス156とを含み得る、例示的拡張現実システム150を示す。頭部搭載型ウェアラブルディスプレイデバイス154は、図1Aに図示されるものに類似する、一対の拡張現実眼鏡100を含み得る。コンピューティングデバイス156は、ユーザ152に関連のある仮想コンテンツを提示するための多数の処理タスクを実施する、コンポーネント(例えば、処理コンポーネント、給電コンポーネント、メモリ等)を含み得る。
コンピューティングデバイス156は、接続158(例えば、有線導線接続、無線接続等)を介して頭部搭載型ウェアラブルディスプレイデバイス154に動作可能および/または通信可能に結合され得る。コンピューティングデバイス156は、ベルト結合式構成において、ユーザ152の腰部203に除去可能に取り付けられてもよい。他の実施例では、コンピューティングデバイス156は、ユーザ152の身体の別の部分に除去可能に取り付けられる、ユーザ152によって着用される衣服または他の付属品(例えば、フレーム、帽子、またはヘルメット等)に取り付けられる、またはその中に位置する、またはユーザ152の環境内の別の場所に位置付けられてもよい。
図2は、図1Aに図示される右接眼レンズ112の概略端面図である。内部結合格子118、直交瞳拡大器120、および射出瞳拡大器122の設置場所が、例証の目的のために、図2において、図1に示される設置場所に対して改変されていることに留意されたい。図示されていないが、左接眼レンズ110の構造は、右接眼レンズ112の構造の鏡像である。図2に図示されるように、右正面の導波管116に加えて、右接眼レンズ112の複数の導波管の右スタック114は、右正面の導波管116の背後に配置される、右の第2の導波管202と、右の第2の導波管202の背後に配置される、右の第3の導波管204と、右の第3の導波管204の背後に配置される、右の第4の導波管206と、右の第4の導波管206の背後に配置される、右の第5の導波管208と、右の第5の導波管208の背後に配置される、右の背面導波管210とを含む。第2から第5の導波管202、204、206、208、および背面導波管210はそれぞれ、第2から第6の内部結合格子118b、118c、118d、118e、118fを、それぞれ有する。内部結合格子118a、118b、118c、118d、118e、118fは、例えば、導波管116、202、204、206、208に関して臨界角を上回る角度に垂直に入射する、画像毎に変調された光を偏向させるための格子ピッチおよび外形(例えば、ブレーズされた外形)を有するように設計されることができる。第2から第5の導波管202、204、206、208、および背面導波管210はまた、それぞれ、直交瞳拡大器214の付加的セットのうちの1つと、射出瞳拡大器216の付加的セットのうちの1つとを含む。
画像毎に変調された光の右側源136は、別個の時間サブフレーム周期の間に、異なる色チャネルに関して、かつ異なる仮想オブジェクト深度に関して画像毎に変調された光を適切に出力する。色チャネルおよび深度平面の特定のシーケンスが、ビデオフレームレートで周期的に繰り返されることができる。6つの導波管のスタック114は、3つの導波管の2つのセットを含むことができ、2つのセットはそれぞれ、赤色、緑色、および青色(RGB色)のチャネル導波管を含み、2つのセットはそれぞれ、放出される光の像面湾曲によって決定される、2つの仮想オブジェクトの距離のうちの一方で光を放出する。右接眼レンズ110の正面から出射する光は、後方に指向され、眼の位置220まで通過する。
図3は、接眼レンズ320を通して画像明視野を観察者の眼330に投影するために使用され得る、結像システム310を示す。結像システム310は、空間光変調器(SLM)312を含み得る。SLM312は、例えば、シリコン上液晶(LCOS)ディスプレイ、デジタル光処理(DLP)チップ、または同等物を含み得る。発光ダイオード(LED)、レーザ、および同等物等の照明源(図示せず)が、SLM312上に入射することになる、(疑似)コリメート光照明314を提供し得る。SLM312は、照明314を空間的に変調し、各ピクセル上に入射する、透過(または反射)光の量を制御することによって仮想コンテンツの2次元(2D)画像を形成し得る。結像システム310はさらに、投影レンズ316を含み得る。SLM312は、投影レンズ316の背面焦点面に位置付けられ得る。個別のピクセルPによって位置(xP、yP)において透過される光が、接眼レンズ320によって転換され得る。
接眼レンズ320の内部結合格子(ICG)322上に入射するビームは、入射光の一部を、導波管326の中に個別の伝搬方向(θP,TIR、φP,TIR)における全内部屈折(TIR)ビームとして結合する。各TIRビームは、導波管326内で、全て同一の伝搬方向を伴う、複数のTIRビームに複製される。射出瞳拡大器(EPE)324が、TIRビームを、接眼レンズ320から外に、全て観察者の眼330に向かう同一の伝搬方向(θP、φP)において、複数の出力ビームとして結合する。ビーム複製は、観察者が、事実上より大きい出射瞳、故に、用語としては、射出瞳拡大器から画像を視認することを可能にする。観察者の眼330の瞳は、いくつかのこれらのビームを集光し、これは、次いで、眼の水晶体によって、網膜上の具体的な位置(xP’、yP’)に集束されるであろう。したがって、個別のピクセルPによって位置(xP、yP)において透過される光は、接眼レンズ320によって、個別の方向(θP、φP)に伝搬する平行光線のビームに転換され得る。明確化のために、第2の座標yPおよび第2の角度φPは、図3および後続の図において隠蔽されている。
空間光変調器(SLM)ベースのプロジェクタ、微小電気機械システム(MEMS)スキャナ、およびファイバスキャナ等の種々の結像システムが、図3に図示される接眼レンズ320等の接眼レンズを含む、拡張現実アイウェア内に画像毎に変調される光を提供するために検討されている。著しい進展にもかかわらず、プロジェクタのサイズを縮小することは、ますます困難になりつつある。例えば、照明モジュールを除外したSLMベースのプロジェクタの典型的サイズは、約15mmであり得、照明モジュールを除外したファイバスキャナの典型的サイズは、約10mmであり得、照明モジュールを除外したMEMSスキャナの典型的サイズは、約10mmであり得る。
上記に説明されるように、SLM312(またはファイバスキャナ等の他のタイプの2Dスキャナ)上の各ピクセル位置(xP、yP)と、自由空間内の個別の伝搬方向(θP、φP)と、導波管326の内側の個別のTIR伝搬方向(θP,TIR、φP,TIR)と、観察者の眼330の網膜における個別の画像位置(xP’、yP’)との間には、1対1の対応が存在し得る。本開示のいくつかの実施形態によると、TIR伝搬方向(θP,TIR、φP,TIR)は、直接、接眼レンズ内に発生され得、画像野内の全ての点に関して走査され得る。本新しい結像パラダイムは、外部結像システム310の必要性を排除し得、したがって、非常に小型のアイウェアの構築を可能にし得る。
図4は、いくつかの実施形態による、接眼レンズ400を図式的に図示する。接眼レンズ400は、導波管410と、導波管410の第1の側方領域に結合される、2次元(2D)の動的ICG420と、導波管410の第2の側方領域に結合される、(直交瞳拡大器、すなわち、OPE、および/または射出瞳拡大器、すなわち、EPE等の)回折光学素子(DOE)412とを含む。固定された伝搬方向(例えば、導波管410に法線、すなわち、
を伴う入力光ビーム402が、動的ICG420上に入射する。入力光ビーム402は、タイムスロット毎に、入力光ビーム402の強度が画像野内の個別の画像点Pの相対的明度に対応するように、1つ以上のタイムスロットにおいて変調される強度であり得る(画像点Pは、図3に図示されるSLM312上のピクセル(xP、yP)に類似し得る)。
を伴う入力光ビーム402が、動的ICG420上に入射する。入力光ビーム402は、タイムスロット毎に、入力光ビーム402の強度が画像野内の個別の画像点Pの相対的明度に対応するように、1つ以上のタイムスロットにおいて変調される強度であり得る(画像点Pは、図3に図示されるSLM312上のピクセル(xP、yP)に類似し得る)。
図5は、いくつかの実施形態による、動的ICG420の作用を図式的に図示する。動的ICG420は、入力光ビーム402をTIRビームとして導波管410の中に回折的に結合するように構成される。図5に図示されるように、回折光ビーム510のTIR角は、タイムスロット毎のTIR角
が、個別の画像野Pに対応するように、入力光ビーム402の変調と同期的に1つのタイムスロットから別のタイムスロットまで動的に変動され得る。したがって、1つ以上のスロットにおいてTIR角のある範囲内でTIR角
を走査することによって、全画像野が、走査され得る。
が、個別の画像野Pに対応するように、入力光ビーム402の変調と同期的に1つのタイムスロットから別のタイムスロットまで動的に変動され得る。したがって、1つ以上のスロットにおいてTIR角のある範囲内でTIR角
を走査することによって、全画像野が、走査され得る。
再び図4を参照すると、個別のタイムスロットにおける個別のTIR角
に関して、EPE412は、TIRビームを、接眼レンズ400から外に観察者の眼430に向かって対応する伝搬方向(θP、φP)に結合させる。観察者の眼430の瞳は、出力ビームを集光し、これは、次いで、眼の水晶体によって、網膜上の具体的な位置(xP’、yP’)に集束される。TIR角
が、1つ以上のタイムスロットにおいてTIR角の範囲内で動的ICG420によって走査されるにつれて、出力ビームの伝搬方向(θP、φP)が、対応して走査され、それによって、全画像野を網羅する。(明確化のために、1つのみの伝搬方向(θP、φP)が図4に示されていることに留意されたい。)
に関して、EPE412は、TIRビームを、接眼レンズ400から外に観察者の眼430に向かって対応する伝搬方向(θP、φP)に結合させる。観察者の眼430の瞳は、出力ビームを集光し、これは、次いで、眼の水晶体によって、網膜上の具体的な位置(xP’、yP’)に集束される。TIR角
が、1つ以上のタイムスロットにおいてTIR角の範囲内で動的ICG420によって走査されるにつれて、出力ビームの伝搬方向(θP、φP)が、対応して走査され、それによって、全画像野を網羅する。(明確化のために、1つのみの伝搬方向(θP、φP)が図4に示されていることに留意されたい。)
したがって、上記に説明されるように、動的ICG420は、ICGの機能を単一のデバイス内のスキャナの機能と統合し、それによって、図3に図示されるような別個の結像システム310の必要性を排除する。したがって、アイウェアは、従来のアイウェアと比較して有意に縮小したサイズおよび重量を伴って作製され得る。いくつかの実施形態では、動的ICG420は、例えば、ファイバスキャナまたはMEMSスキャナとは異なり、可動部品を有していなくてもよい。動的ICG420を組み込む接眼レンズは、他の利点ももたらし得る。例えば、付加的損失を引き起こし得る、より少ない光学コンポーネントが存在するため、より高い明度およびより低い電力消費量が、実現され得る。
いくつかの実施形態では、同時色が、使用され得る。これらの実施形態では、赤色(R)、緑色(G)、および青色(B)の情報が、それぞれ、R、G、Bレーザからの同一直線上のR、G、Bビームとして同時に存在し得る。3つの同一直線上のR、G、Bビームが、画像野を横断して走査されるにつれて、任意の点(ピクセル)における各色の量が、3つのレーザを独立して、但し、同時に変調させることによって制御され得る。対照的に、単一のLCOSが共有され、R、G、B画像を一度に1色ずつ発生させる場合、シーケンシャル色が、使用され得る。
図6Aは、いくつかの実施形態による、小型のアイウェアを図式的に図示する。小型のアイウェアは、(例えば、動的ICG420に類似する)動的ICGを含む、(例えば、接眼レンズ400に類似する)接眼レンズを含み得る。アイウェア上に搭載される小型の光源モジュールが、固定された伝搬方向で動的ICG上に入射する、入力光ビームを提供し得る。いくつかの実施形態では、小型の光源モジュールは、コリメート光を放出し得る。いくつかの実施形態では、小型の光源モジュールは、狭いスペクトル/ビームの広がりを有する、光を放出し得る。いくつかの実施形態では、小型の光源モジュールは、1つ以上のレーザを含み得る。例えば、小型の光源モジュールは、赤色レーザと、青色レーザと、緑色レーザとを含んでもよい。いくつかの実施形態では、小型の光源モジュールは、(例えば、図1Bに図示される頭部搭載型ウェアラブルディスプレイデバイス154に類似する)頭部搭載型ウェアラブルディスプレイデバイス内にあってもよい。いくつかの実施形態では、小型の光源モジュールは、1つ以上のLEDを含み得る。例えば、1つ以上のLEDは、1つ以上のスーパールミネセントLED(SLED)であってもよい。いくつかの実施形態では、コントローラが、小型の光源モジュールを動作させる、例えば、小型の光源モジュールを移動させる、および/または小型の光源モジュールを変調させるために使用され得る。コントローラは、画像を1つ以上の光ビームにロードするために使用され得る。
図6Bは、いくつかの実施形態による、小型のアイウェアを図式的に図示する。ここで、別個の光源パッケージが、光ファイバを介して入力光ビームを提供し得る。いくつかの実施形態では、小型の光源モジュールは、(例えば、図1Bに図示されるコンピューティングデバイス156内の)ベルトパック内にあってもよく、ファイバを介して頭部搭載型ウェアラブルディスプレイデバイスにもたらされてもよい。動的ICGの動作は、偏光に依存しない場合があるため、入力光ビームは、不偏光であり得る。したがって、効率的なファイバ輸送が、非偏光維持光ファイバを使用することによって実現され得る。
図7Aは、いくつかの実施形態による、表面音響波(SAW)変調器に基づく、1次元の動的ICGを図式的に図示する。SAW変調器は、音響光学効果を使用し、(例えば、無線周波数における)音波を使用して光を回折させる。トランスデューサ(例えば、圧電トランスデューサ)が、SAW変調器の基板に取り付けられる。発振電気信号が、トランスデューサを振動させるように駆動し得、これは、基板の表面上に伝搬する音響波を作成し得る。本音響波(表面音響波、すなわち、SAWと称される)は、表面の変形を引き起こし、回折格子を形成し得る。基板は、溶融シリカ、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ランタンガリウムシリケート、三硫化砒素、二酸化テルル、テルライトガラス、ケイ酸鉛、または同等物等の圧電効果を呈する材料を含み得る。基板は、初めから加工されるような、圧電効果を呈する材料、または基板上に蓄積され得る、圧電効果を呈する材料を含むことができる。ピクセル毎に、特定の方向に光を回折させるであろう、特定の格子ピッチを有する、2Dにおけるある回析格子が、作成される。格子ピッチを変化させることによって回折格子を変化させることは、方向の変化をもたらすであろう。
SAWによって形成される回折格子上に入射する光ビーム(「In」)が、(例えば、金属化された表面上で)透過幾何学形状または反射幾何学形状のいずれかにおいて回折され得る。図7Aは、透過幾何学形状におけるSAW変調器を図示する。図示されるように、種々の回折次数(例えば、-1、0、+1次)が、結果として生じ得る。回折格子の周期は、駆動電気信号の周波数に依存し得る。(例えば、1次回析における)回折角は、回折格子の周期に依存する。したがって、駆動電気信号の周波数を変調させることによって、回折光は、ある範囲の角度を走査し得る。
上記に説明されるSAW変調器は、2次元(2D)の場合に拡張され得る。図7Bは、いくつかの実施形態による、透過幾何学形状における2D SAW変調器を図式的に図示する。X軸運動のための第1のトランスデューサと、Y軸運動のための第2のトランスデューサとが、基板に取り付けられる。第1の発振電気信号RF(RF)xが、第1のトランスデューサをX軸に沿って振動させるように駆動し得、第2の発振電気信号RF(RF)yが、第2のトランスデューサをY軸に沿って振動させるように駆動し得、これらはともに、基板の表面上に伝搬する、2D SAWを作成し得る。2D SAWは、基板の表面の変形を引き起こし、2D回折格子を形成し得る。入射光ビームが、回折格子によって回折され得る(明確化のために、主な回折次数、例えば、第1の次数のみが、図7Bに示されている)。それぞれ、X軸およびY軸に沿って、駆動電気信号(RF)xおよび(RF)yの周波数を走査することによって、回折光は、例えば、x/yパターン(ラスタ走査)または渦巻パターンで、2D角度(θ、φ)の範囲を走査し得る。
いくつかの実施形態では、複数の駆動周波数が、相互の上に重ねられ得る。例えば、1つ以上の電気信号が、X軸に沿った複合駆動信号として組み合わせられ得、各個別の電気信号は、個別の周波数に対応する。このように、X軸に沿ったピクセルの群(またはピクセルのライン全体)が、同時にアドレス指定され得る。いくつかの実施形態では、音響波は、RF信号の重畳によって変調され得る。いくつかの実施形態では、2つの格子が、重ねられ得、光が、2つの格子のそれぞれの回折特性(例えば、ピッチおよび/または振幅)に従って回折され得る。例えば、第1の格子および第2の格子が、存在し、第1の格子および第2の格子が、重ねられる場合、その上に入射する光が、第1の格子の第1のピッチおよび第2の格子の第2のピッチの両方によって決定される方向に回折および分割され、第1の格子の第1の振幅および第2の格子の第2の振幅に関連する振幅を有するであろう。第1のRF信号の周波数が、第1の格子の第1のピッチを決定し得、第1のRF信号の振幅が、第1の格子の振幅を決定し得る。同様に、第2のRF信号の周波数が、第2の格子の第2のピッチを決定し得、第2のRF信号の振幅が、第2の格子の振幅を決定し得る。いくつかの実施形態では、複数の格子が、重ねられ得、複数の格子から回折される光が、複数の格子の全てに追従し得る。
格子の振幅が、1つ以上のトランスデューサに送達される電力に依存し得ることに留意されたい。したがって、いくつかの実施形態では、画像強度変調もまた、SAW変調器によって、駆動電気信号の周波数を変調させることに加えて、駆動電気信号の電力を変調させることによって実施され得る。
また、周波数/振幅変調の結果として絶えず変化する回折格子が、静的格子が生成し得るコヒーレントアーチファクトを低減させることに役立ち得ることにも留意されたい。例えば、静的格子によって生成されるコヒーレントアーチファクトは、画像野を横断して明暗変動として明白であり得る。絶えず変化する回折格子は、眼が応答時間ウィンドウ内に光を統合するため、あまり顕著ではなくあり得る、「摺動する」明暗変動を生成し得る。
いくつかの実施形態では、SAW変調器は、図5に図示されるように、導波管の表面上に形成され得る。例えば、ニオブ酸リチウム等の圧電材料層および1つ以上のトランスデューサが、導波管の表面に取り付けられ得る。いくつかの実施形態では、SAW変調器は、導波管の表面の下方に形成され得る。例えば、圧電材料層が、導波管内に埋め込まれ得、1つ以上のトランスデューサが、圧電材料層に結合され得る。いくつかの実施形態では、SAW変調器は、導波管の一体型部分であり得る。例えば、導波管は、ニオブ酸リチウム等の圧電材料を含み得る。1つ以上のトランスデューサが、表面の第1の側方領域内にSAWを発生させるために、導波管の表面の第1の側方領域上に形成され得る。
SAW変調器が、動的ICGの実施例として上記に議論されているが、他のタイプの類似する走査技術もまた、動的ICGのために使用され得ることを理解されたい。
図8Aは、いくつかの実施形態による、透過幾何学形状における接眼レンズ内の2D動的ICGを図式的に図示する。接眼レンズは、第1の表面と、第1の表面の反対の第2の表面とを有する、導波管を含む。2D動的ICGは、導波管の第1の表面に結合される。本構成が、図4および5に図示されるものに類似することに留意されたい。強度変調される入力光ビームが、2D動的ICG上に法線に入射する。図5を参照して上記に説明されるように、2D動的ICGは、ある範囲の伝搬角(θ、φ)を伴う透過幾何学形状における1つ以上の対応する回折光ビームが、導波管内に伝搬されるように、入力光ビームの強度変調と同期的に変調される。各伝搬角(θ、φ)は、個別の画像野Pに対応する。2D動的ICGが、導波管の第1の表面の上方に位置付けられるように図示されているが、これは、要求されていないことを理解されたい。いくつかの実施形態では、2D動的ICGは、導波管内に埋め込まれてもよい、または導波管の一体型部分であってもよい。
図8Bは、いくつかの実施形態による、反射幾何学形状における、接眼レンズ内の2D動的ICGを図式的に図示する。接眼レンズは、第1の表面と、第1の表面の反対の第2の表面とを有する、導波管を含む。2D動的ICGは、導波管の第2の表面に結合される。強度変調される入力光ビームが、導波管を通して通過し、2D動的ICG上に法線に入射する。2D動的ICGは、ある範囲の伝搬角(θ、φ)を伴う反射幾何学形状における1つ以上の対応する回折光ビームが、導波管内に伝搬されるように、入力光ビームの強度変調と同期的に変調される。各伝搬角(θ、φ)は、個別の画像野Pに対応する。2D動的ICGが、導波管の第2の表面の下方に位置付けられるように図示されているが、これは、要求されていないことを理解されたい。いくつかの実施形態では、2D動的ICGは、導波管内に埋め込まれてもよい、または導波管の一体型部分であってもよい。
図9は、いくつかの実施形態による、相互に対して階段状に連続される、2つの1次元(1D)の動的ICGを含む、接眼レンズを図式的に図示する。接眼レンズは、第1の表面と、第1の表面の反対の第2の表面とを有する、導波管を含む。第1の1D動的ICGは、導波管の第2の表面に結合される。第2の1D動的ICGは、導波管の第1の表面に結合される。強度変調される入力光ビームが、導波管を通して通過し、第1の1D動的ICG上に法線に入射する。
第1の1D動的ICGは、ある範囲の伝搬角θを伴う反射幾何学形状における1つ以上の対応する回折光ビームが、導波管内に伝搬されるように、入力光ビームの強度変調と同期的に変調される。図9に図示される第1の1D動的ICGの下の左および右の矢印は、入力光ビームが、紙の平面内の1つ以上の伝搬角θに分散されることを示す。
ある範囲の伝搬角θを伴う第1の1D動的ICGによって回折される、光ビームは、第2の1D動的ICG上に入射する。第2の1D動的ICGは、ある範囲の伝搬角φを伴う反射幾何学形状における1つ以上の対応する回折光ビームが、導波管内に伝搬されるように、入力光ビームの強度変調と同期的に変調される。図9に図示される第2の1D動的ICGの上方のドットおよび十字は、光ビームが紙に垂直な平面において1つ以上の伝搬角φに分散されることを示す。いくつかの実施形態では、入力光ビームは(第1の1D動的ICGによって、続いて第2の1D動的ICGによって)2回回折されるため、結合効率は、図8Aおよび8Bに図示されるような単一の2D動的ICGを伴う場合におけるものと同程度には高くない場合がある(効果的な回折効率は、約η2であり得、ηは、単一のICGの回折効率である)。
ある場合には、入力光ビームを、動的ICG上にバイアス角θbiasで入射させることが、望ましくあり得る。図10Aは、いくつかの実施形態による、入力光ビームが動的ICG上に、動的ICGの表面の法線に対してバイアス角θbiasで入射する、接眼レンズを図式的に図示する。透過モードにおける、ある範囲の動的に変調される角度(θ、φ)における回折光ビームが、導波管内で伝搬される。角度バイアスは、θまたはφのいずれかまたはそれらの組み合わせの任意の方向に行われることができる(明確化の目的のために、図10Aには、θに関するもののみが、示されている)。
バイアス角θbiasが、全内部反射(TIR)を介した導波管内での伝搬を促進するために、ある場合には望ましくあり得る。例えば、動的ICGによって発生され得る可能性として考えられる格子ベクトルに応じて、法線入射入力光ビームから発生される回折光ビームの伝搬角(θ、φ)の範囲は、導波管のTIR条件を充足しない場合がある。そのような場合には、入力光ビームのバイアス角θbiasは、伝搬角(θ、φ)の範囲に(図17を参照して下記にさらに詳細に議論されるような)導波管のTIR条件を充足させるために必要とされる、追加の「キック」を提供し得る。
図10Bは、導波管の第1の表面に結合される静的回折格子を含む、接眼レンズを図式的に図示する。入力光ビームは、静的回折格子上に法線に入射し、静的回折格子によってバイアス角θ’biasで回折される。回折光ビームは、次いで、動的ICG上にバイアス角θ’biasで入射し、動的ICGによって、反射モードにおいて、ある範囲の動的に変調される角度(θ、φ)に回折される。本実施形態では、入力光ビームは、(静的回折格子によって、続いて動的ICGによって)2回回折されるため、結合効率は、図10Aに図示される場合と同程度に高くはない場合がある。
ある場合には、動的ICGの変調範囲は、全視野(FOV)を網羅するためには十分に大きくない場合がある。いくつかの実施形態では、複数の入力光ビームが、画像視野を増加させるために使用され得る。図11は、2つの入力光ビーム(「IN1」および「IN2」)が使用される、構成を図式的に図示する。接眼レンズは、導波管の第1の表面に結合される、静的ICGと、導波管の第2の表面に結合される、動的ICGとを含み得る。第1の入力光ビーム「IN1」は、静的ICG上に第1のバイアス角θ1,biasで入射し、静的ICGによって第1の回折角で回折される。静的ICGによって回折される第1の入力光ビーム「IN1」は、続いて、動的ICGによって、動的に変調される全内部反射(TIR)角△θ1,TIRの第1の範囲内に回折される。第2の入力光ビーム「IN2」は、静的ICG上に第2のバイアス角θ2,biasで入射し、静的ICGによって第2の回折角で回折される。静的ICGによって回折される第2の入力光ビーム「IN2」は、続いて、動的ICGによって動的に変調されるTIR角△θ2,TIRの範囲内に回折される。TIR角△θTIRの全範囲は、動的に変調されるTIR角△θ1,TIRの第1の範囲と、動的に変調されるTIR角△θ2,TIRの第2の範囲との和であり得る。したがって、単一の入力光ビームの場合と比較してより大きい視野が、達成され得る。例えば、第1のTIR角θ1,TIRは、40°~55°(すなわち、△θ1,TIR=15°)の範囲に及び得、第2のTIR角θ2,TIRは、55°~70°(すなわち、△θ2,TIR=15°)の範囲に及び得る。したがって、TIR角△θTIRの全範囲は、30°であり得る。
図8A-8B、9、10A-10B、および11に図示される構成のうちの2つ以上のものが、いくつかの実施形態に従って組み合わせられ得ることを理解されたい。
いくつかの実施形態では、RGB色全てが、(例えば、図2に図示されるような)3つの導波管のスタックを使用して実装され得、各導波管は、RGB色のうちの1つのために構成される。色は、米国特許第10,371,896号(その内容は、参照することによって本明細書に組み込まれる)において説明されるような、分割瞳構成またはインライン構成を使用して分離され得る。
SAWの速度がvsであり、RF駆動周波数が、fであると仮定して、SAW格子周期Λsは、以下のように表現され得る。
図12に図示されるような、入力入射角θinを伴う、1D透過動的ICGを検討する。変調器によって支援されるRF周波数が、fmin~fmaxの範囲に及ぶと仮定する。さらに、一次回折が、動作可能なRF周波数範囲にわたって(屈折率ngを伴う)導波管の内側のTIRを介して伝搬すると仮定する(そうでなければ、角度バイアスが、図17を参照して下記に議論されるように使用され得る)。図13は、横方向の運動量保存に基づく、一次回折に関するkベクトル図を示す。kベクトル図は、以下の方程式によって表され得る。
式中、Kは、大きさ2π/Λsを伴う、動的格子ベクトルである。方程式(2)から、ブラッグ-スネル方程式が、続く。
式中、Kは、大きさ2π/Λsを伴う、動的格子ベクトルである。方程式(2)から、ブラッグ-スネル方程式が、続く。
数値例として、θin=0°(法線入射)、λ=530nm、n=1.8、vs=600m/秒、fmin=1.2GHz、およびfmax=2.0GHzと仮定する。方程式(3)を使用して、θTIR(fmin)=36.1°(34.4°の臨界角を上回る)およびθTIR(fmax)=79.0°であることが、見出され得る。0.375μmピッチのEPEを使用して、TIRビームは、Δθ=41.4°(すなわち、±20.7°)の画角(FOV)に及ぶように外部結合されることができる。
動的格子の長さがDであると仮定して、Fの焦点距離を伴うフーリエ変換レンズを使用して、変換面における点サイズは、d=2Fλ/Dとして表現され得る。
のFOVを用いると、画像サイズは、
となるであろう。したがって、走査される画像を横断した分解能点の数は、以下のように表現され得る。
のFOVを用いると、画像サイズは、
となるであろう。したがって、走査される画像を横断した分解能点の数は、以下のように表現され得る。
実施例1からの
を使用して、動的格子の長さD=2mmであると仮定すると、分解能点の数は、(1.74arcminの角度分解能に対応する)1426であり得る。
を使用して、動的格子の長さD=2mmであると仮定すると、分解能点の数は、(1.74arcminの角度分解能に対応する)1426であり得る。
最小ピクセル時間は、SAWが格子長Dを横断して進行する時間であり得る。過渡期を考慮するピクセル時間Tpixelに関するより保守的な値は、本比率の約3倍であると仮定され得る。
vs=600m/秒およびD=2mmに関して、方程式(5)に従って、ピクセル時間は、Tpixel=10μsとなるであろう。
図14は、法線入射入力ビームに関する2D動的ICGのkベクトル図を示す。例証の目的のために、+および-の方向に伝搬する、2つの直交性の固有モードを伴う2D動的ICGが、検討される。k空間内の陰影が付けられた領域1420は、2D動的ICGによって発生され得る大きさ2π/Λsを伴う、全ての格子ベクトルKを表す。陰影が付けられた領域1420は、本明細書では動的格子領域と称され得る。下付き文字「min」および「max」は、それぞれ、最小および最大RF周波数に対応する。いくつかの実施形態では、広帯域トランスデューサが、より大きい動的格子領域1420、したがって、より広いFOVを達成するために使用され得る。
接眼レンズ導波管の内側での伝搬を示すために、図15に図示されるように、上記の図を導波管TIRの図にオーバーレイすることが、有用であり得る。2つの円1512および1514によって境界される、環状領域1510は、TIRが導波管内で生じ得る、k空間を表す。動的格子領域1520(すなわち、陰影が付けられた領域)およびTIR環状領域1510の重複は、2D動的ICGによって発生される、回折光ビームが、TIRを介して導波管内で伝搬し得る、k空間を表す。
角度バイアスが、図16に図示されるように、TIR領域の利用を改良するために適用されることができる。例えば、図15に示される、陰影が付けられた領域1520と比較して、図16のより大きい陰影が付けられた領域1620に留意されたい。
比較的に小さい動的格子ベクトルに関して、動的格子領域は、TIR領域1510の外に常駐し得る。そのような場合、角度バイアスが、図17に図示されるように、動的格子領域1720をTIR領域1510に偏移させるために使用され得る。上記に説明されるように、バイアスは、(図10Aに図示されるような)具体的な外部入射角を使用することによって、または(図10Bに図示されるような)静的格子を使用することによって導入され得る。
手短に、動的ICGを使用する非常に小型のアイウェアの概念が、提示される。動的ICGが、固定入力レーザビームを、接眼レンズ内の2次元のTIR角の範囲内に走査するように構成され得る。画像点場所の関数としてレーザビーム強度を変調させることによって、観察者に、全画像野が見え得る。本新しい結像パラダイムは、外部プロジェクタの必要性を排除し得、したがって、非常に小型のアイウェアの構築を可能にし得る。
図18は、いくつかの実施形態による、仮想コンテンツの画像を視認するために、明視野を視認者の眼に投影する方法1800を図示する、フローチャートである。任意の好適なコンポーネント、アセンブリ、およびアプローチが、限定ではないが、本明細書に説明される任意の好適なコンポーネント、アセンブリ、およびアプローチを含む、方法1800を遂行するために使用されることができる。
方法1800は、1802において、動的入力結合格子(ICG)上に入射する光ビームを提供することを含み得る。動的ICGは、表面音響波(SAW)変調器を含み得る。SAW変調器は、圧電材料層と、トランスデューサとを含み得る。SAW変調器は、導波管の第1の側方領域に結合され得る。
方法1800はさらに、1804において、1つ以上の視野角に対応する、1つ以上のタイムスロットにおいて光ビームの強度を変調させることを含み得る。各タイムスロットにおける光ビームの強度は、個別の視野角における画像の強度に対応する。方法1800はさらに、1806において、複数のタイムスロットにおいて1つ以上の周波数で、発振電気信号をトランスデューサに印加することを含み得る。各個別の周波数は、個別のタイムスロットに対応する。したがって、個別の音波は、動的ICGが、光ビームの個別の部分を、導波管の中に個別のタイムスロットにおける個別の全内部反射(TIR)角で回折させるように、個別のタイムスロットにおける個別の空間周期を伴って圧電材料層内に作成される。光ビームの個別の部分は、導波管内に伝搬する。
方法1800はさらに、1808において、導波管の第2の側方領域に結合される回折光学素子(DOE)を使用して、導波管内で眼に向かって個別の視野角で伝搬する光ビームの各個別の部分を外部結合することを含み得る。したがって、1つ以上の視野角における明視野は、仮想コンテンツの画像を視聴するために目に投影される。
図18に図示される具体的な行為が、いくつかの実施形態に従って、仮想コンテンツの画像を視聴するために明視野を視認者の眼に投影する特定の方法を提供することを理解されたい。行為の他のシーケンスもまた、いくつかの実施形態に従って実施され得る。例えば、いくつかの実施形態は、上記に概説される行為を異なる順序で実施し得る。また、図18に図示される個々の行為は、個々の行為に対して適宜、種々のシーケンスで実施され得る、複数の部分行為を含み得る。さらに、付加的行為が、特定の用途に応じて追加または除去され得る。当業者は、多くの変形例、修正、および代替物を認識するであろう。
図19は、いくつかの実施形態に従って、画像明視野を視認者の眼に投影する方法1900を図示する、フローチャートである。任意の好適なコンポーネント、アセンブリ、およびアプローチが、限定ではないが、本明細書に説明される任意の好適なコンポーネント、アセンブリ、およびアプローチを含む、方法1900を遂行するために使用されることができる。
方法1900は、1902において、コントローラによって、タイムスロットのシーケンスにおいて光ビームの強度を変調させることを含む。タイムスロットのシーケンスの各タイムスロットは、画像明視野の個別の視野角に対応する。タイムスロットのシーケンスの各タイムスロットにおける光ビームの強度は、個別の視野角における画像明視野の強度に対応する。
方法1900は、1904において、光ビームを動的入力結合格子(ICG)の上に伝搬することを含む。多くの実施形態では、光ビームは、光ビームの任意の横断的走査、または固定された光学経路に対して横断的な光ビームの変動を伴わない、固定された光学経路上の動的ICGに伝搬される。多くの実施形態では、光ビームは、ICG上の固定された点に伝搬される。故に、動的ICG上に光ビームを発生および透過させるために使用される、光源が、光ビームの2次元走査または光ビームの伝搬方向に対して横断的な光ビームの2次元の変動のために構成される光源に対して、縮小されたサイズを有することができる。
方法1900は、1906において、コントローラによって、動的ICGを制御し、光ビームの個別の部分を、導波管の中に、タイムスロットのシーケンスのタイムスロット毎の個別の視野角に対応する個別の角度で回折させることを含む。多くの実施形態では、コントローラは、光ビームの2次元走査に影響を及ぼし、視認者の眼に投影される画像明視野を形成するように、動的ICGの制御と併せて光ビームの強度の変調を制御する。
方法1900は、1908において、光ビームの各個別の部分を、導波管から外に眼に向かって個別の視野角で指向し、それによって、画像明視野を視認者の眼に投影することを含む。したがって、1つ以上の視野角における画像明視野は、視認者の眼に投影される。方法1900は、限定ではないが、視認者の眼によって視認される外部画像上に画像明視野を重ねることを含む、任意の好適なアプリケーションにおいて、画像明視野を視認者の眼に投影するために使用されることができる。
図19に図示される具体的な行為が、いくつかの実施形態に従って、画像明視野を視認者の眼に投影する特定の方法を提供することを理解されたい。行為の他のシーケンスもまた、いくつかの実施形態に従って実施され得る。例えば、いくつかの実施形態は、上記に概説される行為を異なる順序で実施し得る。また、図19に図示される個々の行為は、個々の行為に対して、適宜、種々のシーケンスで実施され得る、複数の部分作用を含み得る。さらに、付加的行為が、特定の用途に応じて追加または除去され得る。当業者は、多くの変形例、修正、および代替物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が、例証的目的のためのものにすぎず、それに照らした種々の修正または変更が、当業者に示唆されるであろうこと、かつ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ことも理解されたい。
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