JP2024509500A - レーザプロジェクタ及び光学エンジン - Google Patents

Abstract

ウェアラブルヘッドアップディスプレイにおいて使用可能な光学エンジンおよびレーザプロジェクタに関するシステムおよび方法を記載する。光学エンジンは、レーザ光線を出力するように構成されるとともに出射窓を有する完全または部分的に気密封止された封入型パッケージに配置されるレーザダイオードを含み得る。ホログラフィック回折格子または表面レリーフ回折格子は、光学エンジンの筐体の出射窓の主出力面と一体化され得るかまたはその上に配置され得る。回折格子は、出射窓のうち主出力面と平行ではない１つ以上の表面に配置されるかまたは当該表面の向かいに配置される１つ以上の光検出器の方に、レーザ光の一部分をリダイレクトするように構成され得る。出射窓の主出力面は、出射されたレーザ光の主伝搬方向に対して直交しないように傾斜していてもよい。

Description

背景
プロジェクタは、別の物体の上（例えば、投影スクリーン上等の別の物体の表面上）に光のパターンを投影または照射して、その別の物体上に画像または映像を表示するための光学デバイスである。レーザプロジェクタは、光源が少なくとも１つのレーザを備えるプロジェクタであって、この場合、レーザを一時的に変調させてレーザ光のパターンを形成し、このレーザ光のパターンを次に別の物体（例えば、スクリーンまたはレンズ）の表示エリアにわたって空間的に分散させて画像または映像を表示する。レーザプロジェクタの性能をより良く制御するために、レーザプロジェクタのレーザ出力パワーを監視することが時として有利である。例えば、レーザプロジェクタのレーザ出力パワーを正確に監視することにより、レーザプロジェクタが、ディスプレイの白色点および／または輝度を調節および調整するようにレーザ出力パワーを制御することが可能になるだろう。

概要
ある例では、レーザプロジェクタは、光強度を測定するように構成された光検出器と、光学エンジンとを含む。当該光学エンジンは、光線を出力するように構成されたレーザ源と、当該レーザ源によって出力される当該光線の光路に配置された出射窓と、当該出射窓の主出力面に配置された回折格子とを含み、当該回折格子は、当該光線の一部分を当該光検出器の方にリダイレクトする。

いくつかの実施形態では、レーザプロジェクタは、当該レーザ源を囲むとともに当該出射窓を含む筐体を含む。

いくつかの実施形態では、当該回折格子はホログラフィック回折格子である。
いくつかの実施形態では、当該回折格子は表面レリーフ回折格子である。

いくつかの実施形態では、当該回折格子のうち当該光線の当該光路と重なる少なくとも一部分は、当該光線の当該波長に対応する共振波長を有する。

いくつかの実施形態では、当該光学エンジンは基板の表面上に配置され、当該光検出器は、当該筐体の当該出射窓の側壁の向かいに配置され、当該側壁は、当該主出力面に隣接し、かつ、当該基板の表面に対して垂直な平面を規定し、当該回折格子は、当該出射窓の当該側壁を通して当該光線の当該一部分を当該光検出器の方にリダイレクトする。

いくつかの実施形態では、当該光学エンジンは基板上に配置され、当該光検出器は、当該出射窓の真下および当該光線の当該光路の真下に配置され、当該回折格子は、当該出射窓のうち当該基板に面する底面を通して当該光線の当該一部分を当該光検出器の方にリダイレクトする。

いくつかの実施形態では、光検出器は基板に埋込まれている。
いくつかの実施形態では、当該光学エンジンは当該基板の第１の側に配置され、当該光検出器は、当該第１の側とは反対側の当該基板の第２の側に配置され、当該回折格子は、当該出射窓の当該底面を通して、かつ当該第１の側から当該第２の側まで当該基板内を通って延在するアパーチャを通して、当該光線の当該一部分を当該光検出器の方にリダイレクトする。

いくつかの実施形態では、当該光学エンジンは第１の基板上に配置され、当該光検出器は、当該光検出器が当該出射窓および当該光線の当該光路の真上に配置されるように当該第１の基板の上方に配置される第２の基板上に配置され、当該回折格子は、当該出射窓の上面を通して当該光線の当該一部分を当該光検出器の方にリダイレクトし、当該上面は当該第２の基板の方に面するとともに当該第１の基板とは反対側に面している。

いくつかの実施形態では、当該出射窓の当該主出力面は当該出射窓の主入力面に対して傾斜しており、当該光線は当該出射窓の当該主入力面に入射する。

一例では、レーザプロジェクタは、光強度を測定するように構成された少なくとも１つの光検出器と、光学エンジンとを含む。当該光学エンジンは、複数の光線を出力するように構成された複数のレーザ源と、当該複数のレーザ源を囲む筐体とを含み、当該筐体は、当該複数のレーザ源によって出力される当該複数の光線の各々の光路に配置された出射窓を有し、当該光学エンジンはさらに、当該出射窓の主出力面に配置された回折格子を含む。当該回折格子は、当該複数の光線の各々の一部分を当該少なくとも１つの光検出器の方にリダイレクトする。

いくつかの実施形態では、当該レーザプロジェクタは、当該出射窓と当該少なくとも１つの光検出器との間にコリメートレンズを含む。

いくつかの実施形態では、当該回折格子はホログラフィック回折格子を含む。
いくつかの実施形態では、当該回折格子は表面レリーフ回折格子を含む。

いくつかの実施形態では、当該回折格子は、当該複数の光線のうちの第１の光線の第１の波長に対応する第１の共振波長を有する第１の部分を含む。当該第１の部分は当該第１の光線の第１の光路に重なる。当該回折格子はさらに、当該複数の光線のうちの第２の光線の第２の波長に対応する第２の共振波長を有する第２の部分を含む。当該第２の部分は当該第２の光線の第２の光路に重なる。

いくつかの実施形態では、当該光学エンジンは基板の表面上に配置され、当該少なくとも１つの光検出器は、当該筐体の当該出射窓の第１の側壁の向かいに配置される第１の光検出器を含み、当該第１の側壁は、当該主出力面に隣接し、かつ、当該基板の当該表面に対して垂直な平面を規定し、当該回折格子は、当該出射窓の当該第１の側壁を通して、当該複数の光線のうちの少なくとも第１の光線の第１の部分を当該第１の光検出器の方にリダイレクトする。

いくつかの実施形態では、当該少なくとも１つの光検出器は、当該筐体の当該出射窓の第２の側壁の向かいに配置される第２の光検出器を含み、当該第２の側壁は当該第１の側壁に反対側にあり、当該回折格子は、当該出射窓の当該第２の側壁を通して、当該複数の光線のうちの少なくとも第２の光線の第２の部分を当該第２の光検出器の方にリダイレクトする。

いくつかの実施形態では、当該光学エンジンは、当該出射窓の当該第１の側壁上に配置される第１のダイクロイックフィルタと、当該出射窓の当該第２の側壁上に配置される第２のダイクロイックフィルタとを含み、当該第１のダイクロイックフィルタは、当該第１の光線の光の波長に対応する光の第１の波長を透過させ、当該第２の光線の光の波長に対応する光の第２の波長を反射するように構成され、当該第２のダイクロイックフィルタは、光の当該第２の波長を透過させ、光の当該第１の波長を反射するように構成される。

いくつかの実施形態では、当該光学エンジンは基板上に配置され、当該少なくとも１つの光検出器は、当該出射窓の真下および当該複数の光線のうちの第１の光線の第１の光路の真下に配置された第１の光検出器を含み、当該回折格子は、当該出射窓のうち当該基板に面する底面を通して、当該第１の光線の第１の部分を当該第１の光検出器の方にリダイレクトし、当該少なくとも１つの光検出器はさらに、当該出射窓の真下および当該複数の光線のうちの第２の光線の第２の光路の真下に配置された第２の光検出器を含み、当該回折格子は、当該出射窓の当該底面を通して、当該第２の光線の第２の部分を当該第２の光検出器の方にリダイレクトする。

いくつかの実施形態では、当該第１の光検出器および当該第２の光検出器は各々、当該基板に埋込まれている。

いくつかの実施形態では、当該光学エンジンは当該基板の第１の側に配置され、当該第１の光検出器および当該第２の光検出器は各々、当該第１の側とは反対側の当該基板の第２の側に配置され、当該回折格子は、当該出射窓の当該底面を通して、かつ当該第１の側から当該第２の側まで当該基板内を通って延在する第１のアパーチャを通して、当該第１の光線の当該第１の部分を当該第１の光検出器の方にリダイレクトし、当該回折格子は、当該出射窓の当該底面を通して、かつ当該第１の側から当該第２の側まで当該基板内を通って延在する第２のアパーチャを通して、第２第１の光線の当該第２の部分を当該第２の光検出器の方にリダイレクトする。

いくつかの実施形態では、当該光学エンジンは第１の基板上に配置され、当該少なくとも１つの光検出器は、当該出射窓の真上かつ当該複数の光線の当該光路のうちの少なくとも１つの真上に配置されるように当該第１の基板の上方に配置された第２の基板上に配置され、当該回折格子は、当該出射窓の上面を通して、当該複数の光線のうちの少なくとも１つの少なくとも一部分を当該少なくとも１つの光検出器の方にリダイレクトし、当該上面は当該第２の基板の方に面するとともに当該第１の基板とは反対側に面している。

いくつかの実施形態では、当該出射窓の当該主出力面は当該出射窓の主入力面に対して傾斜しており、当該光線は当該出射窓の当該主入力面に入射する。

一例では、光学エンジンは、光線を出力するように構成されたレーザ源と、当該レーザ源によって出力された当該光線の光路に配置された出射窓とを含み、当該出射窓は当該出射窓の主入力面を介して当該光線を受取り、当該光学エンジンはさらに、当該出射窓の主出力面上に配置された回折格子を含み、当該回折格子は、当該主入力面と当該主出力面との間に延在する当該出射窓の少なくとも１つの表面を通して当該光線の一部分をリダイレクトする。

いくつかの実施形態では、当該光学エンジンは、当該レーザ源を囲むとともに当該出射窓を含む筐体を含む。

いくつかの実施形態では、当該光線の大部分は当該出射窓を出射する。
いくつかの実施形態では、当該光学エンジンは、当該出射窓を出射した時の当該光線の当該光路に配置される光検出器と、当該出射窓と当該光検出器との間のコリメートレンズとを含む。

いくつかの実施形態では、当該回折格子はホログラフィック回折格子を含む。
いくつかの実施形態では、当該回折格子は表面レリーフ回折格子を含む。

いくつかの実施形態では、当該回折格子のうち当該光線の当該光路と重なる少なくとも一部分は、当該光線の当該波長に対応する共振波長を有する。

いくつかの実施形態では、当該光学エンジンは基板の表面上に配置され、当該回折格子は、当該出射窓の第１の側壁を通して当該光線の当該一部分をリダイレクトし、当該第１の側壁は当該主入力面と当該主出力面との間に延在し、かつ、当該基板の当該表面に対して垂直な平面を規定する。

いくつかの実施形態では、当該回折格子はさらに、当該出射窓の第２の側壁を通して当該光線の当該一部分をリダイレクトし、当該第２の側壁は当該出射窓に対して当該第１の側壁の反対側にある。

いくつかの実施形態では、当該レーザ源は第１のレーザ源であり、当該光線は第１の光線であり、当該光学エンジンは、第２の光線を出力するように構成された第２のレーザ源と、当該出射窓の当該第１の側壁上に配置された第１のダイクロイックフィルタと、当該出射窓の当該第２の側壁上に配置された第２のダイクロイックフィルタとを含む。当該第１のダイクロイックフィルタは、当該第１の光線の光の波長に対応する光の第１の波長を透過させ、当該第２の光線の光の波長に対応する光の第２の波長を反射するように構成され、当該第２のダイクロイックフィルタは、光の当該第２の波長を透過させ、光の当該第１の波長を反射するように構成される。

いくつかの実施形態では、当該光学エンジンは基板の表面上に配置され、当該回折格子は、当該出射窓のうち当該基板に面する底面を通して当該光線の当該一部分をリダイレクトする。

いくつかの実施形態では、当該光学エンジンは基板の表面上に配置され、当該回折格子は、当該出射窓の上面を通して当該光線の当該一部分をリダイレクトし、当該上面は、当該主入力面と当該基板とは反対側に面する当該主出力面との間に延在する。

いくつかの実施形態では、当該出射窓の当該主出力面は当該出射窓の当該主入力面に対して傾斜しており、当該光線は当該出射窓の当該主入力面に入射する。

図面の簡単な説明
本開示は、添付の図面を参照することによって、より良く理解され得るとともに、その多数の特徴および利点が当業者にとって明らかになる。異なる図面にて同じ参照符号を用いる場合、同様または同一の要素を示している。

いくつかの実施形態に従ったウェアラブルヘッドアップディスプレイを側面から見たブロック図である。 いくつかの実施形態に従った、光学エンジンを含むレーザプロジェクタを備えたウェアラブルヘッドアップディスプレイを示す等角図である。 レーザ光の一部分を光検出器へとリダイレクトするための個別のピックオフコンポーネントを含むレーザプロジェクタを上から見たブロック図である。 いくつかの実施形態に従った、ホログラフィック回折格子を有する出射窓を含む光学エンジンを有するレーザプロジェクタを上から見たブロック図である。 いくつかの実施形態に従った、反射型表面レリーフ回折格子を有する出射窓を含む光学エンジンを有するレーザプロジェクタを上から見たブロック図である。 いくつかの実施形態に従った、回折格子を有する出射窓を含む光学エンジンを有するレーザプロジェクタを上から見たブロック図であり、回折格子に入射するレーザ光の一部分が、出射窓の両側面を通じそれぞれのカラーフィルタを通して、当該両側面と位置合わせされた光検出器の方にリダイレクトされる状態を示す図である。 いくつかの実施形態に従った、回折格子を有する出射窓を含む光学エンジンを有するレーザプロジェクタを側面から見たブロック図であり、回折格子に入射するレーザ光の一部分が、出射窓の底面を通して、出射窓が配置される基板に埋込まれた光検出器の方にリダイレクトされる状態を示す図である。 いくつかの実施形態に従った、回折格子を有する出射窓を含む光学エンジンを有するレーザプロジェクタを側面から見たブロック図であり、回折格子に入射するレーザ光の一部分が、出射窓の底面を通じ、出射窓が配置される基板の通過アパーチャを通して、基板のうち出射窓とは反対側に配置された光検出器の方にリダイレクトされる状態を示す図である。 いくつかの実施形態に従った、回折格子を有する出射窓を含む光学エンジンを有するレーザプロジェクタを側面から見たブロック図であり、出射窓が第１の基板上に配置されており、回折格子に入射するレーザ光の一部分が、出射窓の上面を通して、出射窓の上面の上方に位置する第２の基板上に配置された光検出器の方にリダイレクトされる状態を示す図である。 ある実施形態に従った、出射窓の底面から出射窓の上面まで上向きおよび外向きに傾斜する主出力面を有する出射窓を示す斜視図および側面図である。 ある実施形態に従った、出射窓の上面から出射窓の底面まで下向きおよび外向きに傾斜する主出力面を有する出射窓を示す斜視図および側面図である。 ある実施形態に従った、出射窓の左側面から出射窓の右側面まで右向きおよび外向きに傾斜する主出力面を有する出射窓を示す斜視図および側面図である。

詳細な説明
本開示は、レーザベースの光学エンジンならびに光強度および／またはレーザ出力パワー測定（例えば、監視）能力を有するレーザプロジェクタを提供するためのシステムおよび方法を記載する。本明細書に記載の様々な実施形態に従うと、レーザプロジェクタの光学エンジンは、（例えば、部分的または完全に気密封止された）筐体内に封入され得る少なくとも１つのレーザ源（例えば、レーザダイオードまたは複数のレーザダイオード）を含む。筐体は、その側壁もしくは上面のうちの１つと一体化され得るかまたはその側壁もしくは上面のうちの１つを形成する光学窓（本明細書では「出射窓」と称することもある）を含み得る。レーザ源によって出力されるレーザ光線は、レーザプロジェクタの実際の動作中に出射窓を通過して筐体を出る可能性もある。光学エンジンは、パワー監視のために比較的小さい基板エリアをサポートし得るので、光学エンジンの全体サイズは小さくなり得る。従って、レーザプロジェクタまたは光学エンジンは、ウェアラブルヘッドアップディスプレイまたは他のヘッドマウントディスプレイを含む様々なディスプレイ設計において柔軟に採用することができる。いくつかの実施形態では、光線は、出射窓を通過した後、それぞれのコリメートレンズを通過してダイクロイックフィルタ／ビームコンバイナに到達し、そこで様々な波長の光線が合成される。合成された光線は、次いで、スマートグラスまたは別のタイプのウェアラブルヘッドアップディスプレイのホログラフィックレンズ等の物体の表示面にわたって光線を投影する１つ以上の走査素子に向けられ得る。本明細書に記載の様々な実施形態はウェアラブルヘッドアップディスプレイに関連付けて提供されるが、本開示のレーザプロジェクタおよび光学エンジンは、そうではなく、投影エンジン、ライダシステム、検知システム、測距システム、および／または（例えば、一体型の強度安定化サーボとしての）外部空洞レーザダイオード等の他のシステムに含まれ得ることを理解されたい。

概して、レーザプロジェクタの光学エンジンのレーザ源のレーザ出力パワーを監視することが望ましく、これにより、投影された画像または映像の品質の制御を改善させることが可能となり、レーザプロジェクタを含むデバイスのコントローラまたはプロセッサが、レーザ出力パワーのリアルタイムまたはほぼリアルタイムの測定値に基づいて光学エンジンの最大出力パワーを動的に制限することが可能となる。例えば、このようなウェアラブルデバイス内のパワーおよび空間（例えば、体積）の可用性が概ね制限されているため、レーザ出力パワーの監視は、ウェアラブルヘッドアップディスプレイで用いられるレーザプロジェクタの設計のために特に重要である傾向がある。レーザ出力パワー監視能力を有するレーザプロジェクタを設計するための従来の方法は、フォトダイオード等の光検出器の配置、ピックオフ（pickoff）ミラー等の光学コンポーネントの配置、および光検出器への透明な光路の維持のためだけに機能するプリント回路基板（printed circuit board：ＰＣＢ）であり得るレーザプロジェクタ基板上に比較的広いフットプリントを必要とする。場合によっては、このフットプリントは、光学エンジン自体のフットプリントと同じ大きさであってもよい。従って、レーザプロジェクタの光学エンジンのためのレーザ出力パワー監視を実現する光検出器および／または光学コンポーネント（本明細書では「レーザ出力パワー監視コンポーネント」と総称することもある）によって占められる基板エリアを小さくすることが有利であるだろう。

本明細書に記載のシステム、デバイスおよび技術は、例えば、出射窓の主出力面内またはその上に配置され得るとともに、レーザ源によって出力されたレーザ光線からの入射光の一部分を１つ以上の光検出器の方に（例えば、回折により）リダイレクトし得る、例えば回折格子を有する光学エンジンの筐体の出射窓を利用することによって、レーザパワー出力監視コンポーネントに必要な基板エリアの低減をもたらし得る。当該１つ以上の光検出器は、フォトダイオードであり得るとともに、出射窓の１つ以上の表面の向かいに配置され得る。様々な実施形態に従うと、出射窓は、出射窓の上またはその内部に配置または形成され得る回折格子を含む。当該回折格子は、レーザ源からの入射光を１つ以上の光検出器の方にリダイレクトする。いくつかの実施形態では、１つ以上の光検出器は、回折格子によってリダイレクトされるとともに出射窓の一方側または両側の側壁を通して出力される光を受取るように基板の上面上に配置されてもよい。出射窓の「側壁」または「側面」は、基板のうち光学エンジンが配置される側の表面と交差する（例えば、それに対して垂直である）平面を規定する、出射窓の主入力面と出射窓の主出力面との間に延在する出射窓の表面として規定され得る。いくつかの実施形態では、回折格子によってリダイレクトされて出射窓の底面を通して出力される光を１つ以上の光検出器が受取るように、当該１つ以上の光検出器が出射窓の下方に配置されて基板に完全にまたは部分的に埋込まれていてもよい。いくつかの実施形態では、出射窓は基板の第１の側に配置され、フォトダイオードであり得る１つ以上の光検出器は、第１の側とは反対側の基板の第２の側で出射窓の下方に配置されてもよく、これにより、当該１つ以上の光検出器は、回折格子によってリダイレクトされて出射窓の底面を通して出力される光を受取ることとなり、当該光は、基板の厚さ全体を貫通して延在する１つ以上のアパーチャを通過して１つ以上の光検出器に到達することとなる。いくつかの実施形態では、１つ以上の光検出器は、第１の基板のうち窓が配置される表面とは反対側の第２の基板の表面上において出射窓の上方に配置されてもよく、これにより、１つ以上の光検出器は、回折格子によってリダイレクトされて窓の上面を通過する光を受取ることとなる。

出射窓は概して直方体形状であり得るが、出射窓の主出力面（すなわち、レーザ源が出力するレーザ光線が通過する表面）を、レーザ源が出力するレーザ光線が伝搬するそれぞれの軸（すなわち、それぞれの主軸）に対して直交しないように傾斜させることが有益であり得る。出射窓の主出力面を傾斜させることにより、回折格子によってリダイレクトされた光についてのレーザ源へのフィードバックが、実質的に直方体である出射窓のフィードバックと比べて低減される。いくつかの実施形態では、出射窓の主出力面は、出射窓の底面から出射窓の上面まで上向きかつ外向きに傾斜していてもよい。いくつかの実施形態では、出射窓の主出力面は、出射窓の上面から出射窓の底面まで下向きかつ外向きに傾斜していてもよい。この場合、底面は、基板のうち光学エンジンが配置される表面に面しており、上面は当該基板とは反対側に面している。いくつかの実施形態では、出射窓の主出力面は、出射窓の第１の側面から出射窓の第２の側面まで外向きに傾斜していてもよい。

図１は、走査レーザプロジェクタであり得るレーザプロジェクタ１１０を採用するウェアラブルヘッドアップディスプレイ（wearable heads-up display：ＷＨＵＤ）１００を側面から見た例示的な図である。例えば、ＷＨＵＤ１００はスマートグラスまたは仮想現実（virtual reality：ＶＲ）ヘッドセットであり得る。レーザプロジェクタ１１０は、赤色レーザダイオード（図１に「Ｒ」と表示）、緑色レーザダイオード（図１に「Ｇ」と表示）、および青色レーザダイオード（図１に「Ｂ」と表示）を含む光学エンジン１１１と、２本の自由軸を中心として制御可能に回転可能である走査ミラー１１２とを備える。２本の自由軸を中心として回転可能である単一の走査ミラー１１２は、本明細書では具体例としてのみ用いられるものであって、当業者であれば、２つの走査ミラーが各々２本の直交自由軸のうち対応する軸を中心として制御可能に回転可能でありレーザ光１２０の光路に対して順に位置決めされている構成等の別のミラー構成を用いて同様の機能が実現され得ることを理解するだろう。レーザプロジェクタ１１０が出力するレーザ光１２０は、（赤色レーザダイオードが出力する）赤色レーザ光、（緑色レーザダイオードが出力する）緑色レーザ光、および／または（青色レーザダイオードが出力する）青色レーザ光の任意の変調された組合わせを含み得る。走査ミラー１１２から反射したレーザ光１２０は、レーザ光１２０をユーザの眼１９０に向かって戻すようにリダイレクトするホログラフィック光学素子（holographic optical element：「ＨＯＥ」）１３０に入射する。概して、本開示では、「ユーザ」という語はレーザプロジェクタを含むデバイスのユーザを指す。図１の特定の文脈では、「ユーザ」という語はＷＨＵＤ１００を着用するかまたは用いる人を指す。当業者であれば、ＷＨＵＤ１００がユーザの頭部に装着された時少なくともＨＯＥ１３０がユーザの少なくとも一方の眼１９０の視野内に位置決めされるようにユーザが図１に示す要素を装着することを可能にする（雑然さを抑制するために図１には示されない）支持フレームおよび／または他の支持／位置合わせ構造をＷＨＵＤ１００が含み得ることを認識するだろう。

ＨＯＥ１３０は、レーザ光１２０に対してＨＯＥ１３０の反対側から入射する環境光１４０に対して実質的に光学的に透明（すなわち、環境光１４０を構成する波長の大部分に対して光学的に透明）であり得る。ＨＯＥ１３０は、投影されたレーザ光１２０と外部環境光１４０とをユーザの視野内で有効に合成するので、「コンバイナ」または関連する変形例、例えば「透明コンバイナ」、「ホログラフィック光コンバイナ」等とも称され得る。ＷＨＵＤ１００の支持フレーム（図１に図示せず）が一般的な眼鏡の形状、外観および／または幾何学形状を有する場合、ＨＯＥ１３０はＷＨＵＤ１００の１つ以上の透明レンズ（１つ以上の処方レンズまたは１つ以上の非処方レンズ等）上に担持されてもよい。いくつかの実施形態では、ＷＨＵＤ１００は、コンピュータプロセッサおよびカメラまたは他のセンサ等の、一緒に合わさって視線追跡機能を実行する１つ以上のコンポーネントを含み得る。

概して、ＨＯＥ１３０（すなわち、ディスプレイ表面）上に投影される画像または映像をより良く制御し、ＷＨＵＤ１００の最大出力パワーを制限するために、レーザプロジェクタ１１０におけるレーザ出力パワーを監視することが望ましい。レーザプロジェクタ１１０等のレーザプロジェクタにおけるレーザ出力パワーの監視は、典型的には、レーザ光１２０の一部分をオンチップ光検出器にリダイレクトするために離散ピックオフコンポーネントを用いて実行される。しかしながら、このようなレーザ出力パワー監視手法は、レーザプロジェクタ基板上に比較的大きなフットプリントを必要とする。レーザ出力パワー監視コンポーネントのフットプリントを減らすために、光学エンジン１１１のコンポーネントのうちのいくつかまたはすべてを含む筐体の出射窓は、レーザ光１２０の一部分を、当該出射窓の上壁、底壁または側壁を通して、出射窓の上壁、底壁または側壁の光路の向かい側に配置されるとともに当該光路にも配置された１つ以上の光検出器の方にリダイレクトするように構成され得る。例えば、光学エンジン１１１は、その筐体の出射窓内またはその上に回折格子を含んでもよく、当該回折格子は、レーザ光１２０の一部分をフォトダイオードであり得る１つ以上の光検出器の方にリダイレクトし、当該１つ以上の光検出器はリダイレクトされた光の強度を検出し、そこから、次に、（例えば、ＷＨＵＤ１００のコンピュータプロセッサまたは固定もしくはプログラム可能な論理回路によって）レーザプロジェクタ１１０の光学エンジン１１１のレーザ出力パワーを導き出してもよい。光学エンジン１１１等の光学エンジンの出射窓を用いてレーザ光の一部分をリダイレクトするための様々な手法が図４～図９の様々な実施形態にて以下に提示される。

図２は、本システム、デバイスおよび方法に従ったレーザプロジェクタ２０２を備えたウェアラブルヘッドアップディスプレイ（ＷＨＵＤ）２００の概略図である。ＷＨＵＤ２００は、使用時にユーザの頭部に装着される眼鏡の形状および外観を有する支持構造２０４を含む。支持構造２０４は、眼鏡レンズ２０６、透明コンバイナ２０８、レーザプロジェクタ２０２、およびコントローラまたはプロセッサ２１０を含む複数のコンポーネントを担持する。いくつかの実施形態では、レーザプロジェクタ２０２は、図１および図４～図９のレーザプロジェクタ１１０、４００、５００、６００、７００、８００または９００のうちの１つ以上と同様または同一であり得る。例えば、レーザプロジェクタ２０２は光学エンジン１１１、４０２、５０２、６０２、７０２、８０２または９０２等の光学エンジンを含み得る。レーザプロジェクタ２０２は、上述したように、プロジェクタ２０２の動作を制御するコントローラ２１０（例えば、マイクロプロセッサ）に通信可能に結合され得る。コントローラ２１０は、非一時的なプロセッサ可読記憶媒体（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＦＬＡＳＨ、ＥＥＰＲＯＭ、メモリレジスタ、磁気ディスク、光ディスク、他のストレージ等のメモリ回路）を含み得るかまたはそれに通信可能に結合され得るとともに、コントローラは、非一時的なプロセッサ可読記憶媒体からのデータおよび／または命令を実行してレーザプロジェクタ２０２の動作を制御し得る。

コントローラ２１０は、ＷＨＵＤ２００の動作時に、レーザ光を発するようにレーザプロジェクタ２０２を制御する。図１を参照して上述したように、レーザプロジェクタ２０２は、レーザ光の集積ビーム（例えば、図１のレーザ光１２０）を生成し、少なくとも１つの制御可能なミラー（図２には図示せず）を介して透明コンバイナ２０８の方に向ける。集積ビームは、透明コンバイナ２０８によってユーザの眼の視野の方に向けられる。透明コンバイナ２０８は、ユーザの眼に入射するレーザ光のスポットが透明コンバイナ２０８におけるスポットと少なくともほぼ同じサイズおよび形状となるように、集積ビームをコリメートし得る。透明コンバイナ２０８は、少なくとも１つのホログラフィック光学素子を含むホログラフィックコンバイナであってもよい。

レーザプロジェクタ２０２の光学エンジンは出射窓を有する筐体を含み得る。この場合、光学エンジンの１つ以上のコンポーネント（例えば、レーザ光を出力するレーザダイオード）は筐体内に配置され、筐体によって完全または部分的に気密封止されている。出射窓は、出射窓の表面（例えば、レーザダイオードによって出力されるレーザ光の大部分が筐体を出るときに通る主出力面）内に一体化されるかまたは当該表面上に配置される回折格子を含み得る。レーザ光の一部分は、回折格子によって１つ以上の光検出器の方にリダイレクトされる。これら１つ以上の光検出器はフォトダイオードであってもよく、レーザ光のうちのリダイレクトされた部分の光強度を測定する。コントローラ１１０は、１つ以上のフォトダイオードによって検出されたレーザ光のうちリダイレクトされた部分のレーザ出力パワーの光強度を決定するとともに、検出されたレーザ出力パワーに基づいてレーザプロジェクタの最大出力パワーを選択的に制限するように構成され得る。いくつかの実施形態では、コントローラ２１０は、付加的または代替的には、検出されたレーザ出力パワーに少なくとも部分的に基づいてレーザプロジェクタによる画像または映像の投影を制御するように構成され得る。例えば、レーザ出力パワーを監視することにより、コントローラ１１０は、リアルタイムまたはほぼリアルタイムでレーザプロジェクタ２０２によって出力されるレーザ光線の全体的および色ごとの輝度強度を決定してもよく、コントローラ１１０は、決定された輝度強度に基づいて、レーザプロジェクタ２０２によって出力されるレーザ光線の全体的輝度および色バランスを制御してもよい。

図３は、ピックオフコンポーネント３２０を利用してレーザ光を光検出器（ＰＤ）３１０にリダイレクトするレーザプロジェクタ３００を示す。レーザプロジェクタ３００は、それぞれのレーザ光線３３０を出力する青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）および赤色（Ｒ）のレーザ源３１２－１、３１２－２および３１２－３を含む光学エンジン３０２を含む。光線はコリメートされ、合成され、走査素子３０８に向けられ、次いで、走査素子３０８が合成されたレーザ光線をＷＨＵＤのレンズ等の物体の表示エリア上に投影し、これにより、合成されたレーザ光線で表わされる画像または映像をユーザが見ることができるようになる。光線３３０は、光学エンジン３０２と走査素子３０８との間の光路に配置されたピックオフコンポーネント３２０を通して方向付けられる。ピックオフコンポーネント３２０は、レーザ光線３３０の一部分である光３３２（本明細書では「リダイレクトされたレーザ光３３２」と称することもある）をＰＤ３１０にリダイレクトし、このＰＤ３１０がリダイレクトされたレーザ光３３２の強度を測定する。次いで、測定された光強度を用いて、光学エンジン３０２のレーザ出力パワーを計算および監視する。光学エンジン３０２、走査素子３０８、ピックオフコンポーネント３２０およびＰＤ３１０は全て、例えばプリント回路基板（ＰＣＢ）であり得る基板３０１上に配置される。

ピックオフコンポーネント３２０、ＰＤ３１０、およびピックオフコンポーネント３２０とＰＤ３１０との間の光路の周りの基板３０１のエリア３４０は典型的には大きく（例えば、光学エンジン３０２のエリアとほぼ同じサイズであり）、他のコンポーネントの配置のために使用され得る空間、またはレーザプロジェクタ３００に必要な基板エリア全体を減らすためにレーザプロジェクタ３００から省かれ得る空間を占めている。以下の図４～図９の実施形態で説明する技術は、ピックオフコンポーネント１２０を必要とせず、代わりに、光学エンジンの筐体の出射窓の１つ以上の上壁、底壁または側壁を通して光をリダイレクトし、これにより、レーザ出力パワー監視に必要な基板エリアを有利に減らす。

図４は、ホログラフィック回折格子を用いてフォトダイオードであり得る光検出器の方に光をリダイレクトする例示的なレーザプロジェクタ４００を示す。具体的には、レーザプロジェクタ４００は、光学エンジン４０２、コリメートレンズ４０４、ダイクロイックフィルタ／コンバイナ４０６、１つ以上の走査素子４０８、およびＰＤ４１０を含み、これらはすべて基板４０１上に配置される。基板４０１は、例えばプリント回路基板（ＰＣＢ）であってもよい。

光学エンジン４０２は、青色レーザ源４１２－１、緑色レーザ源４１２－２、赤色レーザ源４１２－３を含む。レーザ源４１２は各々、１つ以上のレーザダイオードを含み得る。レーザ源４１２の各々は、そのレーザ源４１２に対して示されるそれぞれの色（赤、緑または青）に対応する狭い波長帯でそれぞれのレーザ光線４３０を発するように構成され得る。いくつかの代替的な実施形態では、赤外（infrared：ＩＲ）波長帯の光を発するように構成された第４のレーザ源を光学エンジン４０２に含めてもよい。

光学エンジン４０２はさらに、内部体積を完全にまたは部分的に気密封止する筐体４０３を含み、レーザ源がその内部体積内に配置されている。筐体４０３は、レーザ源４１２が発したレーザ光線４３０がレーザプロジェクタ４００の動作中に通過する出射窓４１４を含む。いくつかの実施形態では、基板４０１の一部分は、筐体４０３の床のいくらかの部分またはすべてを形成する。筐体４０３の側壁と、いくつかの実施形態では出射窓４１４とは、例えば接着剤で基板４０１に取付けられてもよく、接着剤は、筐体４０３のそれらの要素と基板４０１との間に部分的または完全な気密封止を形成し得る。いくつかの代替的な実施形態では、筐体４０３を基板４０４に取付けて封止するために、ガラスはんだ付け、ガラスフリットおよび陽極接合等の他の接着および密閉方法が用いられてもよい。出射窓４１４とは別に、筐体４０３は、外部光が筐体４０３に進入するのを妨げ、レーザ光が他の任意のアパーチャを通して筐体４０３を出て行くのを防止するように、不透明であり得る。例えば、筐体４０３の天井、床および側壁は（この場合も、出射窓４１４を除いて）不透明であってもよい。本例では、出射窓４１４は筐体４０３の一方の側壁の全てまたは一部分を形成し、レーザ源４１２が出力するレーザ光線の光路に配置されている。いくつかの代替的な実施形態では、出射窓４１４は、筐体４０３の上面の一部分（すなわち、基板４０１の反対側に配置されて基板４０１に対して非垂直に位置合わせされる部分）を形成し、筐体４０３内に封入された１つ以上のミラー（図示せず）は、レーザ源４１２からの光を出射窓４１４を通して筐体４０３の上面に向かって反射させる。出射窓４１４は、レーザ源４１２に面する主入力面でレーザ光線４３０を受取り、主入力面の反対側に配置された主出力面を通して光線４３０を出力する。

出射窓４１４の主出力面を出射した後、これらのレーザ光線４３０は、各レーザ光線４３０がダイクロイックフィルタ／コンバイナ４０６上に集束するよう広がりを最小限にして位置合わせされるように、コリメートレンズ４０４によってコリメートされる。いくつかの代替的な実施形態では、１つ以上の偏光ビームスプリッタがダイクロイックフィルタ／コンバイナ４０６の代わりに用いられてもよい。ダイクロイックフィルタ／コンバイナ４０６は、レーザ光線４３０を単一の合成ビームに合成し、合成ビームを走査素子４０８に向けてリダイレクトし、これらの走査素子４０８が合成ビームをＷＨＵＤのレンズ等の物体の表示エリア上に投影し、これにより、合成ビームで表わされる画像または映像をユーザが見ることができるようになる。

出射窓４１４はホログラフィック回折格子４１６を含む。ホログラフィック回折格子４１６は、出射窓４１４の側壁（例えば、図４に示される向きに対して右側壁）を通してレーザ光線４３０の一部分である光４３２（本明細書では「リダイレクトされたレーザ光４３２」と称することもある）を（例えば、回折により）、リダイレクトされた光の一部または全てが通る光路内において右側壁付近に配置されたＰＤ４１０に向かってリダイレクトするように寸法決めされている。ＰＤ４１０はリダイレクトされたレーザ光４３２の強度を測定する。次いで、測定された光強度はＰＤ４１０に結合されたコントローラまたはマイクロプロセッサに提供され、当該コントローラまたはマイクロプロセッサは、光学エンジン４０２のレーザ出力パワーを計算および監視するとともに、光学エンジン４０２の計算されたレーザ出力パワーに基づいて光学エンジン４０２の最大レーザ出力パワーを制限し得る。

回折格子は、減法、加法、ホログラフィ（例えば、偏光ホログラフィ）、またはこれらの組合わせ等の様々な方法によって形成可能な周期的構造である。所与の回折格子は、回折格子が入射光に対してどのように配向されるかに応じて反射モード（すなわち「反射型回折格子」）または透過モード（すなわち「透過回折格子」）で配向され得る。回折格子は、回折格子が反応する光の波長および入射角の範囲に対して狭帯域または広帯域であり得る。所与の回折格子のための製造方法は、一般に、回折格子のために必要な特徴サイズおよびシステムの他の部分との一体化および／または回折格子自体の使用事例に依存している。回折格子のためのいくつかの製造方法は、半導体プロセスを用いて基板上の格子の周期的構造を（例えば、ナノインプリントリソグラフィ、直接紫外線（direct ultraviolet：ＵＶ）リソグラフィおよび／またはグレースケールリソグラフィ等により）エッチングするステップおよび／またはリソグラフィにより規定するステップを含む。このような格子は本明細書では「表面レリーフ」回折格子と称する。例えば、減法による格子は、スタイラス（例えば、ダイヤモンドスタイラス）または他の材料依存性の半導体製造技術を用いて基板に溝を線引きすることによって作製することができる。ホログラフィ等の回折格子のための他の製造方法は、格子の周期的構造を規定するために感光性材料上で干渉される複数のコヒーレント光源を用いる。ホログラフィック格子は、入射光がブラッグ条件を満たす場合、他の格子タイプよりも著しく高い効率を有し得る。例えば、最も単純なホログラフィック回折格子は、典型的には、２つのレーザ光線の干渉縞場の定在波パターンを基板に露光して、典型的には正弦波断面を有する線のパターンを形成するように当該基板を処理することによって、形成される。回折格子がその内部またはその上に形成される基板には、誘電体材料、半金属材料、半導体材料、金属材料、結晶質材料、ガラス材料、有機物材料、無機物材料、またはこれらの適用可能な組合わせが含まれ得る。

回折格子は、その種類にかかわらず、光の入射角および光の波長に依存する角度で入射光を反射させる。本実施形態では、入射レーザ光線４３０のわずかな部分のみがホログラフィック回折格子４１６から反射され、残りの光は出射窓４１４の主出力面を通して出力される。いくつかの実施形態では、ホログラフィック回折格子４１６は体積位相ホログラフィック格子（volume phase holographic grating：ＶＰＨＧ）である。いくつかの実施形態では、ホログラフィック回折格子４１６は、反射モードで動作するとともに１つ以上の所望の共振波長の各々に対して狭帯域応答をもたらす（例えば、厚さが約２０μｍ～２００μｍで屈折率変調が約０．００１～約０．１である）厚型の体積ホログラフィック膜を含み、別個の格子が共振波長ごとに厚型の体積ホログラフィック膜内に含まれている。いくつかの実施形態では、ホログラフィック回折格子４１６は、波長および発散に関する光源パラメータのばらつきならびにこれらのパラメータに対する所望の感度に応じて、反射モードまたは透過モードで動作する（例えば、厚さが約１μｍで屈折率変調が約０．００１である）薄型体積ホログラフィック膜を含み、別個の格子が共振波長ごとに薄型体積ホログラフィック膜内に含まれている。ホログラフィック回折格子４１６の回折要素は、レーザ光線４３０の主な伝搬方向に対して平行な方向に延在するように示されているが、レーザ光線の一部分の所望の反射／回折方向を達成するために、必要に応じて、これらの要素が傾斜していてもよいこと、またはレーザ光線の主な伝搬方向に対して傾斜した１つ以上の表面を含み得ることを理解されたい。

いくつかの実施形態では、出射窓４１４内で生じる内部反射の量を増やすために、反射コーティングが出射窓４１４の上面、底面または左側壁面のうちの１つ以上に塗布されてもよく、これにより、出射窓４１４の右側壁を通してＰＤ４１０に向かって出力される光４３２の量を有利に増やし得る。例えば、出射窓４１４のこれらの表面上に反射コーティングを追加することにより、光のうち任意の部分をリダイレクトしてもよく、さもなければ、当該光が回折格子４１６の全内部反射（total internal reflection：ＴＩＲ）状態から途切れる可能性がある。このことは、回折格子４１６上の入射光の一部分の角度が回折格子４１６の臨界角未満であることに起因して、または、出射窓４１４と別のコンポーネント（例えば、接着剤、基板４０１、筐体４０３等）との間の接触に起因して、起こる可能性がある。

いくつかの実施形態では、ホログラフィック回折格子４１６の１つ以上の部分は、レーザ光線４３０の色のうちの１つ以上に対応するそれぞれの共振波長を有するように構成され得る。例えば、緑色レーザ光線４３０の光路にあるホログラフィック回折格子４１６の第１の部分は、緑色レーザ光線４３０の波長（例えば、約５１０ｎｍ～５７０ｎｍ）に整合する第１のピーク共振波長で構成されてもよく、青色レーザ光線４３０の光路にあるホログラフィック回折格子４１６の第２の部分は、青色レーザ光線４３０の波長（例えば、約３６０ｎｍ～４８０ｎｍ）に整合する第２のピーク共振波長で構成されてもよく、赤色レーザ光線４３０の光路にあるホログラフィック回折格子４１６の第３の部分は、赤色レーザ光線４３０の波長（例えば、約６５０ｎｍ～６７０ｎｍ）に整合する第３のピーク共振波長で構成されてもよい。ホログラフィック回折格子４１６をその長さに沿ってそれぞれ異なる共振波長を有する部分に分割し、分割した各々の部分がそれぞれ異なるレーザ光線４３０の波長に対応するように調整することにより、ＰＤ４１０の応答性の向上およびＰＤ４１０までの経路長の短縮が実現され得る。例えば、回折格子４１６を具体的に色ごとに調整することにより、ＰＤ４１０に到達する回折光の量を最大にするかまたは増やすことができる。なぜなら、最も効率的な角度で光を回折させることにより、光路における損失が最小限に抑えられるからである。例えば、回折格子４１６に色固有の部分を設けることにより、出射窓４１４内のＴ１Ｒバウンスの数が低減され得るか、または、回折光のすべてまたは実質的にすべてがＰＤ４１０に到達するようにレーザ光線４３０がより良くＰＤ４１０の方に方向付けられ得る。

いくつかの実施形態では、コリメートレンズ４３３等の１つ以上の光学素子が、光４３２をＰＤ４１０上に集束させるために出射窓４１４の右側壁とＰＤ４１０との間に配置され得る。いくつかの実施形態では、このような光学素子は、付加的または代替的には、出射窓４１４の右側壁の出口面上に印刷された集束レンズ、幾何学的光学部品またはメタサーフェス光学部品を含み得る。

図５は、反射型表面レリーフ回折格子を用いて、フォトダイオードであり得る光検出器の方に光をリダイレクトする例示的なレーザプロジェクタ５００を示す。具体的には、レーザプロジェクタ５００は、光学エンジン５０２、コリメートレンズ５０４、ダイクロイックフィルタ／コンバイナ５０６、１つ以上の走査素子５０８、およびＰＤ５１０を含み、これらはすべて基板５０１上に配置される。基板５０１は例えばＰＣＢであり得る。

レーザプロジェクタ５００の光学エンジン５０２、筐体５０３、コリメートレンズ５０４、ダイクロイックフィルタ／コンバイナ５０６、走査素子５０８、ＰＤ５１０、レーザ源５１２、出射窓５１４、およびレーザ光線５３０の様々な局面は、図４のレーザプロジェクタ４００の対応する要素の局面と実質的に同じであり、簡潔にするために、このような要素の上述の記載のいくつかはここでは繰返さない。

レーザプロジェクタ５００と図４のレーザプロジェクタ４００との相違点は、出射窓５１４内またはその上においてホログラフィック回折格子ではなく表面レリーフ回折格子５１６を用いていることである。反射型表面レリーフ回折格子５１６は、表面（例えば、出射窓５１４の主出力面）にレリーフ構造の繰返しパターンを含み、この場合、入射光は、光の入射角および光の波長に応じた角度で表面レリーフ回折格子から反射される。いくつかの実施形態では、反射型表面レリーフ回折格子５１６は、ブレーズド（blazed）反射型表面レリーフ回折格子であってもよい。いくつかの実施形態では、反射型表面レリーフ回折格子５１６は、特徴高さの低い微細ピッチバイナリ格子を含み得る。いくつかの実施形態では、反射型表面レリーフ回折格子５１６のための格子ピッチは３２０ｎｍ～４４０ｎｍであり、格子高さは約２ｎｍ～３００ｎｍである。

バイナリ格子ピッチは、レーザ光線５３０の入力波長および出射窓５１４の屈折率に基づいて選択される。例えば、赤色、緑色および青色の入力波長（例えば、それぞれ６１０ｎｍ～６６０ｎｍ、５２０ｎｍ～５５０ｎｍおよび４４０ｎｍ～４７０ｎｍ）ならびに約１．５１の出射窓屈折率の場合、バイナリ格子のピッチは、ＴＩＲでの青色入力波長を標的とすると約４４０ｎｍに等しくなり得る。格子ピッチは、出射窓５１４の屈折率が高まるにつれて増加し、屈折率が低下するにつれて減少する。格子の各々の高さは格子用に用いられる材料に依存する。例えば、約１．５１の屈折率を有するガラス出射窓５１４の直接エッチングまたはナノインプリントリソグラフィの場合、バイナリ格子は各々、青色波長に対して１％の合成効率および赤色波長に対して０．５％の合成効率を達成するように約２０ｎｍの高さを有してもよい。別の例として、約１．５１の屈折率を有するガラス出射窓５１４の直接エッチングまたはナノインプリントリソグラフィの場合、バイナリ格子は各々、青色波長に対して８％の合成効率を達成するように約１００ｎｍの高さを有してもよい。別の例として、約１．５１の屈折率を有するガラス出射窓５１４の直接エッチングまたはナノインプリントリソグラフィの場合、バイナリ格子は各々、青色波長に対して約２％の合成効率を達成し、赤色波長に対して約２％の合成効率を達成するように約２００ｎｍの高さを有してもよい。なお、いくつかの実施形態では、反射型表面レリーフ回折格子を用いるのではなく、非常に低いフィルファクタを有する透過型表面レリーフ回折格子を用いることで、格子のプラスマイナスの対称性を崩しながらも同様に低い合成効率が達成されることに留意されたい。本例では、反射型表面レリーフ回折格子５１６の入力波長合成効率が低いことにより、入射レーザ光線５３０のわずかな部分だけが反射型表面レリーフ回折格子５１６から反射され、残りの光は出射窓５１４の主出力面を通して出力される。

反射型表面レリーフ回折格子５１６は、側壁（例えば、出射窓５１４の図５に示す向きに対して右側壁）を通して、光のうちいくらかの部分またはすべての部分がリダイレクトされる光路において右側壁付近に配置されたＰＤ５１０に向けて、レーザ光線５３０の一部分である光５３２（本明細書では「リダイレクトされたレーザ光５３２」と称することもある）を（例えば、回折により）リダイレクトするように寸法決めされる。ＰＤ５１０は、リダイレクトされたレーザ光５３２の強度を測定する。測定された光強度は、ＰＤ５１０に結合されたコントローラまたはマイクロプロセッサに与えられ、当該コントローラまたはマイクロプロセッサは、光学エンジン５０２のレーザ出力パワーを計算し、監視し、調整するとともに、光学エンジン５０２の計算されたレーザ出力パワーに基づいて光学エンジン５０２の最大レーザ出力パワーを制限し得る。

いくつかの実施形態では、出射窓５１４内で生じる内部反射の量を増やすために、反射コーティングが出射窓５１４の上面、底面または左側壁面のうちの１つ以上に塗布されてもよく、これにより、出射窓５１４の右側壁を通してＰＤ５１０に向かって出力される光５３２の量を有利に増やし得る。例えば、出射窓５１４のこれらの表面上に反射コーティングを追加することにより、光のうち任意の部分をリダイレクトしてもよく、さもなければ、当該光が回折格子５１６の全内部反射（ＴＩＲ）状態から途切れる可能性がある。このことは、回折格子５１６上の入射光の一部分の角度が回折格子５１６の臨界角未満であることに起因して、または、出射窓５１４と別のコンポーネント（例えば、接着剤、基板５０１、筐体５０３等）との間の接触に起因して、起こる可能性がある。

いくつかの実施形態では、反射型表面レリーフ回折格子５１６の１つ以上の部分は、レーザ光線５３０の色のうちの１つ以上に対応するそれぞれの共振波長を有するように構成され得る。例えば、緑色レーザ光線５３０の光路にある反射型表面レリーフ回折格子５１６の第１の部分は、緑色レーザ光線５３０の波長（例えば、約５１０ｎｍ～５７０ｎｍ）に整合する第１のピーク共振波長で構成され得る。青色レーザ光線５３０の光路にある反射型表面レリーフ回折格子４１６の第２の部分は、青色レーザ光線５３０の波長（例えば、約３６０ｎｍ～４８０ｎｍ）に整合する第２のピーク共振波長で構成され得る。さらに、赤色レーザ光線５３０の光路にある反射型表面レリーフ回折格子５１６の第３の部分は、赤色レーザ光線５３０の波長（例えば、約６５０ｎｍ～６７０ｎｍ）に整合する第３のピーク共振波長で構成され得る。反射型表面レリーフ回折格子５１６をその長さに沿ってそれぞれ異なる共振波長を有する部分に分割し、分割した各々の部分が異なるレーザ光線５３０の波長に対応するように調整することにより、ＰＤ５１０の応答性の向上およびＰＤ５１０までの経路長の短縮が実現され得る。例えば、反射型表面レリーフ回折格子５１６を個別に色ごとに調整することにより、ＰＤ５１０に到達する回折光の量を最大にするかまたは増やすことができる。なぜなら、最も効率的な角度で光を回折することにより、光路における損失が最小限に抑えられるからである。例えば、反射型表面レリーフ回折格子５１６に色固有の部分を設けることにより、出射窓５１４内のＴ１Ｒバウンスの数が減らされ得るか、または、回折光のすべてまたは実質的にすべてがＰＤ５１０に到達するようにレーザ光線５３０がより良くＰＤ５１０の方に方向付けられ得る。

いくつかの実施形態では、コリメートレンズ５３３等の１つ以上の光学素子が、光５３２をＰＤ５１０上に集束させるように出射窓５１４の右側壁とＰＤ５１０との間に配置さ得る。いくつかの実施形態では、このような光学素子は、付加的または代替的には、出射窓５１４の右側壁の出口面上に印刷された集束レンズ、幾何学的光学部品またはメタサーフェス光学部品を含み得る。

図６は、反射型表面レリーフ回折格子を用いて、フォトダイオードであり得る２つの光検出器の方に光をリダイレクトする例示的なレーザプロジェクタ６００を示す。具体的には、レーザプロジェクタ６００は、光学エンジン６０２と、出射窓６１４および反射型回折格子６１６を有する筐体６０３と、コリメートレンズ６０４と、ダイクロイックフィルタ／コンバイナ６０６と、１つ以上の走査素子６０８と、２つのＰＤ６１０（すなわち、図６に示される向きでは左側ＰＤ６１０－１および右側ＰＤ６１０－２）とを含み、これらはすべて基板６０１上に配置される。基板６０１は例えばＰＣＢであってもよい。なお、本例では反射型表面レリーフ回折格子が示されているが、他の実施形態では、代わりにホログラフィック回折格子等の別のタイプの回折格子が出射窓６１４の主出力面に配置されてもよいことに留意されたい。

レーザプロジェクタ６００の光学エンジン６０２、筐体６０３、コリメートレンズ６０４、ダイクロイックフィルタ／コンバイナ６０６、走査素子６０８、ＰＤ６１０、レーザ源６１２、出射窓６１４およびレーザ光線６３０の様々な局面は、図４のレーザプロジェクタ４００の対応する要素の局面と実質的に同じであり、簡潔にするために、このような要素の上述の説明のいくつかはここでは繰返さない。

２つのＰＤ６１０－１およびＰＤ６１０－２は、レーザ源６１２によって出力されるレーザ光線６３０の一部分である光６３２が、出射窓６１４の側壁を通してＰＤ６１０－１およびＰＤ６１０－２の方にリダイレクトされるように、出射窓６１４の側壁をはさんで対向して配置される。反射型回折格子６１６は、本例ではバイナリ回折格子であってもよく、光線を出射窓６１４の両側壁に向かって左右に、これにより両方のＰＤ６１０に向かって、リダイレクトさせてもよい。本例では、ダイクロイックフィルタ６１８－１および６１８－２はそれぞれ、出射窓６１４の左側壁および右側壁の表面上に配置される。ダイクロイックフィルタ６１８－１は出射窓６１４の左側壁に配置されており、青色レーザ源６１２－１によって出力される青色レーザ光線６３０の波長を集合的に含むとともに緑色レーザ源６１２－２によって出力される緑色レーザ光線６３０の波長を含む１つ以上の波長帯の光を（例えば、８０％を超える透過率で）実質的に透過させ、さらに、赤色レーザ源６１２－３によって出力される赤色レーザ光線６３０の波長を含む波長帯の光を（例えば、８０％を超える反射率で）実質的に反射させる。ダイクロイックフィルタ６１８－２は出射窓６１４の右側壁に配置されており、赤色レーザ源６１２－３によって出力される赤色レーザ光線６３０の波長を含む波長帯の光を（例えば、８０％を超える透過率で）実質的に透過させ、さらに、青色レーザ源６１２－１によって出力される青色レーザ光線６３０の波長を集合的に含むとともに、緑色レーザ源６１２－２によって出力される緑色レーザ光線６３０の波長を含む１つ以上の波長帯の光を（例えば、８０％を超える反射率で）実質的に反射させる。このように、ＰＤ６１０－１は主に緑色レーザ光線および青色レーザ光線の反射部分６３２－１を受取り、ＰＤ６１０－２は主に赤色レーザ光線の反射部分６３２－２を受取る。従って、ＰＤ６１０－１は青色レーザ光線と緑色レーザ光線との合成強度を測定し、ＰＤ６１０－２は赤色レーザ光線の強度を測定する。次いで、測定された光強度は、ＰＤ６１０－１および６１０－２に結合されたコントローラまたはマイクロプロセッサに提供され、当該コントローラまたはマイクロプロセッサが、光学エンジン６０２のレーザ出力パワーを計算および監視し、光学エンジン６０２の計算されたレーザ出力パワーに基づいて光学エンジン６０２の最大レーザ出力パワーを制限し得る。例えば、レーザ光線６３０の個々の色の輝度強度を測定する場合、測定対象である光の色に対応しないレーザ源６１２はオフにされ、測定対象である光の色に対応するレーザ源６１２はオンにされたままであり、レーザプロジェクタ６００は、通常、これらの測定が実施されている間は画像データを表示することができない。ＰＤ６１０－２が赤色光を測定している間にＰＤ６１０－１が青色光および緑色光を測定することを可能にする複数のフォトダイオード６１０およびカラーフィルタを設けることにより、レーザ光線６３０の輝度強度を測定するために必要なオフ時間の量が有利に減らされる。なぜなら、赤色および青色の輝度強度または赤色および緑色の輝度強度を同時に測定することができるからである。さらに、ＰＤ６１０－１が赤色レーザ光線の波長に反応するように調整され得るとともに、ＰＤ６１０－２が青色レーザ光線および緑色レーザ光線の波長に反応するように調整され得ることにより、ＰＤ６１０が受取る光がより少なくても当該ＰＤ６１０が輝度強度を正確に測定すること（例えば、ＰＤ６１０にリダイレクトされる必要がある光線６３０の部分を有利に減らすこと）、および／または、ＰＤ６１０がそれぞれの輝度強度測定値を正確に得るのに必要な時間の量を減らすこと、が可能となる。

本例では、特定のＰＤ６１０まで進み得る光の色を制限するためにダイクロイックフィルタ６１８が用いられるが、代替的な実施形態では、偏光フィルタ等の他のタイプのフィルタがダイクロイックフィルタ６１８の代わりに用いられ得ることを理解されたい。別の代替的な実施形態として、反射型表面レリーフ回折格子６１６から反射される光の検出可能な全ての波長をＰＤ６１０が受取って測定するために、ダイクロイックフィルタ６１８が省かれていてもよい。

いくつかの実施形態では、出射窓６１４内で生じる内部反射の量を増やすために、反射コーティングが出射窓６１４の上面または底面のうちの１つ以上に塗布されてもよく、これにより、出射窓６１４の側壁を通してＰＤ６１０に向かって出力される光６３２の量を有利に増やし得る。

いくつかの実施形態では、反射型表面レリーフ回折格子６１６のうち１つ以上の部分は、レーザ光線６３０の色のうちの１つ以上に対応するそれぞれの共振波長を有するように構成され得る。例えば、緑色レーザ光線６３０の光路にある反射型表面レリーフ回折格子６１６の第１の部分は、緑色レーザ光線６３０の波長（例えば、約５１０ｎｍ～５７０ｎｍ）に整合する第１のピーク共振波長で構成され得る。青色レーザ光線６３０の光路にある反射型表面レリーフ回折格子６１６の第２の部分は、青色レーザ光線６３０の波長（例えば、約３６０ｎｍ～４８０ｎｍ）に整合する第２のピーク共振波長で構成され得る。赤色レーザ光線６３０の光路にある反射型表面レリーフ回折格子６１６の第３の部分は、赤色レーザ光線６３０の波長（例えば、約６５０ｎｍ～６７０ｎｍ）に整合する第３のピーク共振波長で構成され得る。反射型表面レリーフ回折格子６１６をその長さに沿ってそれぞれ異なる共振波長を有する部分に分割し、分割した各々の部分が異なるレーザ光線４３０の波長に対応するように調整することにより、ＰＤ６１０の応答性の向上およびＰＤ６１０までの経路長の短縮が実現され得る。例えば、回折格子６１６を個別に色ごとに調整することにより、ＰＤ６１０に到達する回折光の量を最大にするかまたは増やすことができる。なぜなら、最も効率的な角度で光を回折することにより、光路における損失が最小限に抑えられるからである。例えば、回折格子６１６に色固有の部分を設けることにより、出射窓６１４内のＴ１Ｒバウンスの数が減らされ得るか、または、回折光のすべてまたは実質的にすべてがＰＤ６１０に到達するようにレーザ光線６３０がより良くＰＤ６１０の方に方向付けられ得る。

いくつかの実施形態では、コリメートレンズ６３３－１および６３３－２等の１つ以上の光学素子が、光６３２をＰＤ６１０上に集束させるように出射窓６１４の側壁とＰＤ６１０との間に配置され得る。いくつかの実施形態では、このような光学素子は、付加的または代替的には、出射窓６１４の左側壁および右側壁の出口面上に印刷された集束レンズ、幾何学的光学部品またはメタサーフェス光学部品を含み得る。

図７は、反射型表面レリーフ回折格子を用いて、基板に埋込まれておりフォトダイオードであり得る光検出器の方に光をリダイレクトするレーザプロジェクタ７００の例示的な側断面図を示す。レーザプロジェクタ７００は、筐体７０３、レーザ源７１２および出射窓７１４を有する光学エンジン７０２と、ＰＤ７１０と、コリメートレンズ７０４と、ダイクロイックフィルタ／コンバイナ７０６と、１つ以上の走査素子（図示せず）とを含む。レーザプロジェクタ７００の上面図は示されていないが、レーザプロジェクタ７００の配置は、ＰＤの配置以外は、図５に示されるレーザプロジェクタ５００の配置と実質的に同様であり得ることを理解されたい。また、簡潔にするために、図５のレーザプロジェクタ５００内の対応するコンポーネントを有する図７のコンポーネントの説明のいくつかはここでは繰返さない。

本例では、ＰＤ７１０は、基板７０１の表面上に配置されるのではなく、ＰＤ７０１の上面が基板７０１の上面に対して実質的に平面となるように、出射窓７１４の下方で基板７０１に埋込まれている。反射型表面レリーフ回折格子７１６は、出射窓７１４の床を通りＰＤ７１０の方に下向きにレーザ光線７３０の反射部分７３２をリダイレクトするように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、反射コーティングは、ＰＤ７１０の方にリダイレクトされる光７３２の量を増やすために、出射窓７１４の上面、左側壁または右側壁のうちの１つ以上に塗布され得る。いくつかの実施形態では、出射窓７１４の底面は、ＰＤ７１０の屈折率および出射窓７１４の底面の屈折率に対して屈折率整合する接着剤を用いてＰＤ７１０に取付けられてもよい。上述したように、いくつかの実施形態では、反射型表面レリーフ回折格子７１６の１つ以上の部分は、レーザ光線７３０の色のうちの１つ以上に対応するそれぞれの共振波長を有するように構成され得る。いくつかの実施形態では、複数のＰＤ７１０が基板７０１の第２の側に配置されてもよく、各ＰＤ７１０は、それぞれ異なるレーザ光線７３０の光路の真下に、当該光路に対して垂直に重なって配置されている。なお、本例では反射型表面レリーフ回折格子が示されているが、他の実施形態では、代わりに、ホログラフィック回折格子等の別のタイプの回折格子が出射窓７１４の主出力面に配置され得ることに留意されたい。

ＰＤ７１０を基板７０１に埋込むことにより、レーザプロジェクタ７００のフットプリントは、ＰＤが基板７０１の表面上に配置される実施形態に対して比較的小さくされ得るが、（例えば、場合によってはＰＤのサイズ、タイプ、材料および／もしくは応答性、電気接続の方法、ならびに／または適用可能な基板タイプを制限してしまう）製造の複雑さおよび制限がいくらか増大するという犠牲を伴う。

図８は、反射型表面レリーフ回折格子を用いて、基板のうちレーザダイオード８００の光学エンジンが配置される側とは反対側に配置される光検出器の方に光をリダイレクトするレーザプロジェクタ８００の例示的な側断面図を示す。ここで、光検出器はフォトダイオードであり得る。レーザプロジェクタ８００は、筐体８０３、レーザ源８１２および出射窓８１４を有する光学エンジン８０２と、ＰＤ８１０と、コリメートレンズ８０４と、ダイクロイックフィルタ／コンバイナ８０６と、１つ以上の走査素子（図示せず）とを含む。レーザプロジェクタ８００の上面図は示されていないが、レーザプロジェクタ８００の配置は、ＰＤの配置以外は、図５に示されるレーザプロジェクタ５００の配置と実質的に同様であり得ることを理解されたい。また、簡潔にするために、図５のレーザプロジェクタ５００内の対応するコンポーネントを有する図８のコンポーネントの説明のいくつかはここでは繰返さない。

本例では、ＰＤ８１０は、基板８０１の表面上に配置されるのではなく、基板８０１のうち光学エンジン８０２が配置される第１の側とは反対側の当該基板の第２の側に配置されるとともに、出射窓８１４の真下に配置される。基板８０１は、ＰＤ８１０と出射窓８１４の底面との間に配置されたアパーチャ（例えば、開口部）を含む。反射型表面レリーフ回折格子８１６は、レーザ光線８３０の反射部分８３２を下向きに、出射窓８１４の床を通り、さらにアパーチャ８０１を通ってＰＤ８１０の方にリダイレクトするように構成され得る。いくつかの実施形態では、反射コーティングは、ＰＤ８１０の方にリダイレクトされる光８３２の量を増やすために、出射窓８１４の上面、左側壁または右側壁のうちの１つ以上に塗布され得る。上述したように、いくつかの実施形態では、反射型表面レリーフ回折格子８１６の１つ以上の部分は、レーザ光線８３０の色のうちの１つ以上に対応するそれぞれの共振波長を有するように構成され得る。いくつかの実施形態では、複数のＰＤ８１０が基板８０１の第２の側に配置されてもよく、各ＰＤ８１０は、それぞれ異なるレーザ光線８３０の光路の真下に当該光路に垂直に重なって配置されている。なお、本例では、反射型表面レリーフ回折格子が示されているが、他の実施形態では、代わりに、ホログラフィック回折格子等の別のタイプの回折格子が出射窓８１４の主出力面に配置され得ることに留意されたい。

ＰＤ８１０を基板８０１のうち光学エンジン８０２とは反対側に配置することにより、レーザプロジェクタ８００のフットプリントは、ＰＤが基板８０１のうち光学エンジン８０２と同じ表面上に配置されている実施形態に対して比較的小さくされ得るが、（例えば、場合によってはＰＤのサイズ、タイプ、材料および／もしくは応答性、電気接続の方法、ならびに／または適用可能な基板タイプを制限してしまう）製造の複雑さおよび制限がいくらか増大するという犠牲を伴う。

図９は、反射型回折格子を用いて、レーザプロジェクタ９００の光学エンジンが配置される基板の上方に位置する第２の基板上に配置される光検出器の方に光をリダイレクトするレーザプロジェクタ９００の例示的な側断面図を示す。ここで、光検出器はフォトダイオードであり得る。レーザプロジェクタ９００は、筐体９０３、レーザ源９１２および出射窓９１４を有する光学エンジン９０２と、コリメートレンズ９０４と、ダイクロイックフィルタ／コンバイナ９０６と、１つ以上の走査素子（図示せず）とが配置される第１の基板９０１を含むとともに、少なくともＰＤ９１０が配置される第２の基板９５０を含む。レーザプロジェクタ９００の上面図は示されていないが、レーザプロジェクタ９００の配置は、ＰＤの配置以外は、図５に示されるレーザプロジェクタ５００の配置と実質的に同様であり得ることを理解されたい。また、簡潔にするために、図５のレーザプロジェクタ内の対応するコンポーネントを有する図９のコンポーネントの説明のいくつかは、ここでは繰返さない。

本例では、ＰＤ９１０は、第１の基板９０１の表面上に配置されるのではなく、光学エンジン９０２が配置されている第１の基板９０１の上方に位置する第２の基板９５０上に配置されるとともに、出射窓９１４の真上に配置されている。反射型表面レリーフ回折格子９１６は、レーザ光線９３０の反射部分９３２を、出射窓９１４の上面を通してＰＤ９１０の方に上向きにリダイレクトするように構成され得る。いくつかの実施形態では、反射コーティングは、ＰＤ９１０の方にリダイレクトされる光９３２の量を増やすために、出射窓９１４の底面、左側壁または右側壁のうちの１つ以上に塗布され得る。上述したように、いくつかの実施形態では、反射型表面レリーフ回折格子９１６の１つ以上の部分は、レーザ光線９３０の色のうちの１つ以上に対応するそれぞれの共振波長を有するように構成され得る。いくつかの実施形態では、複数のＰＤ９１０が第２の基板９５０上に配置され得る。ここで、各ＰＤ９１０は、それぞれ異なるレーザ光線９３０の光路の真上に当該光路に対して垂直に重なって配置される。なお、本例では反射型表面レリーフ回折格子が示されているが、他の実施形態では、代わりにホログラフィック回折格子等の別のタイプの回折格子が出射窓９１４の主出力面に配置され得ることに留意されたい。

ＰＤ９１０を基板９０１のうち光学エンジン９０２とは反対側に配置することにより、第１の基板９０１上のレーザプロジェクタ９００のフットプリントが、ＰＤが光学エンジン９０２と同じ基板９０１上に配置されている実施形態に対して比較的小さくされ得るとともに、より小さい空間、材料互換性および電気接続制約に起因してレーザ出力パワー強度監視のためにより多種多様なＰＤを用いることを可能にし得るとともに、（例えば、ＰＤ９１０と出射窓９１４との間の光路にある）コリメート光学部品または集束光学部品等の光学コンポーネントのための追加の空間を提供し得るが、この構成は第２の基板９５０を追加することを必要とする。

図４～図９の例では反射型回折格子が示されており、図４～図９の回折格子４１６、５１６、６１６、７１６、８１６および９１６のいずれかの代わりに透過型回折格子が使用され得るが、光出力面ではなく対応する出射窓の光入力面上に配置されることを理解されたい。

図４～図９の出射窓４１４、５１４、６１４、７１４、８１４および９１４のいずれかの形状は直角プリズムの形状に限定され得ないことを理解されたい。いくつかの実施形態では、出射窓の主出力面は、出射窓の主出力面の平面がレーザダイオードによって出力される光線のいずれかの方向と直交しないように、図１０～図１２に示されるように傾斜していてもよい。

例えば、図１０は、主出力面１０２２を有する出射窓１０１４の斜視図１０００－１および側面図１０００－２を示す。この主出力面１０２２は、レーザダイオードによって出力される光線１０３０の方向と直交しない平面を規定しており、当該平面は、背面１０２４によって規定される平面に対して平行ではない。ここで、主出力面１０２２は出射窓１０１４の底面と交わって鈍角を形成している。すなわち、出射窓１０１４は、側面図１０００－２に示される向きに対して、出射窓１０１４の底面から出射窓１０１４の上面へと上向きかつ外向きに傾斜している。例えば、主出力面１０２２は、出射窓１０１４の主入力面に対して傾斜している。側面図１０００－２に示すように、出射窓１０１４の側面は直角台形として形作られている。出射窓１０１４の上面の幅Ｗ１は、出射窓１０１４の底面の幅Ｗ２よりも大きい。いくつかの実施形態では、出射窓１０１４の表面同士が交わる１つ以上の縁は、面取りされていてもよく、または湾曲していてもよい。

別の例として、図１１は、主出力面１１２２を有する出射窓１１１４の斜視図１１００－１および側面図１１００－２を示す。主出力面１１２２は、レーザダイオードによって出力される光線１１３０の方向と直交しない平面を規定しており、当該平面は、背面１１２４によって規定される平面に対して平行ではない。ここで、主出力面１１２２は出射窓１０１４の底面と交わって鋭角を形成している。すなわち、出射窓１１１４は、側面図１１００－２に示す向きに対して、出射窓１１１４の上面から出射窓１１１４の底面へと下向きかつ外向きに傾斜している。例えば、主出力面１１２２は、出射窓１１１４の主入力面に対して傾斜している。側面図１１００－２に示すように、出射窓１１１４の側面は直角台形として形作られている。出射窓１１１４の上面の幅Ｗ３は、出射窓１１１４の底面の幅Ｗ４よりも小さい。いくつかの実施形態では、出射窓１１１４の表面同士が交わる１つ以上の縁は、面取りされていてもよく、または湾曲していてもよい。

別の例として、図１２は、主出力面１２２２を有する出射窓１２１４の斜視図１２００－１および上面図１２００－２を示す。主出力面１２２２は、レーザダイオードによって出力される光線１２３０の方向と直交しない平面を規定しており、当該平面は、背面１２２４によって規定される平面と平行ではない。ここで、主出力面１２２２は、出射窓１２１４の第１の側面１２２６（すなわち、上面図１２００－２に示される向きに対して右側面）と交わって鋭角を形成し、出射窓１２１４の第２の側面１２２８（すなわち、上面図１２００－２に示される向きに対して左側面）と交わって鈍角を形成している。すなわち、出射窓１２１４は、上面図１２００－２に示される向きに対して、出射窓１２１４の第２の側面１２２８から出射窓１２１４の第１の側面１２２６へと右向きかつ外向きに傾斜している。例えば、主出力面１２２２は、出射窓１２１４の主入力面に対して傾斜している。側面１２２８の長さＬ１は側面１２２６の長さＬ２よりも短い。いくつかの実施形態では、出射窓１２１４の表面同士が交わる１つ以上の縁は、面取りされていてもよく、または湾曲していてもよい。

別の例として、出射窓は直方体形状を維持し得るとともに、筐体の台を回転させずに、図４～図６に示す出射窓の向きに対して、出射窓の上面および底面の中心点を通って延在する軸を中心に（例えば、約．１度～１５度だけ）時計回りまたは反時計回りに（例えば、ページの平面内で）回転させもよい。付加的または代替的には、出射窓は約．１度～１０度だけその長軸を中心として回転させてもよい。このように出射窓の向きを変えることにより、出射窓の主入力面（すなわち、主出力面とは反対側にあってレーザ源からの光線を最初に受取る表面）は、レーザ源から出力される光線の主伝搬方向と直交しない。

図１０～図１２の様々な例に示すように、出射窓の主出力面をレーザ源から出力される光線の主伝搬方向と直交しないように配置することにより、光学エンジンのレーザダイオードへの光フィードバックの量が有利に低減される。このような光フィードバックは、レーザダイオードによって出力される光線が出射窓上に配置された回折格子または出射窓内で一体化される回折格子によってリダイレクトされることによってもたらされ得ることに留意されたい。

全体的な説明において上述した動作または要素のすべてが必要とされるわけではなく、特定の動作または装置の一部は必要とされない可能性があり、上述したものに加えて１つ以上のさらなる動作が実行され得るかまたは要素が含まれ得ることに留意されたい。さらに、動作が列挙される順序は、必ずしもそれらが実行される順序ではない。また、概念は特定の実施形態を参照して説明されてきた。しかしながら、当業者であれば、添付の特許請求の範囲に記載される本開示の範囲から逸脱することなく様々な修正および変更が実施可能であることを理解する。従って、明細書および図は、限定的な意味ではなく例示的な意味であると見なされるべきであり、このような変更は全て本開示の範囲内に含まれるよう意図されている。

利益、他の利点、および問題に対する解決策が特定の実施形態に関連付けて上述されてきた。しかしながら、これらの利益、利点、問題に対する解決策、および任意の利益、利点もしくは解決策を生じさせ得るかまたはより顕著にさせ得る任意の特徴は、いずれかまたは全ての請求項についての重要な、必要な、または本質的な特徴として解釈されるべきではない。さらに、開示した主題は本明細書の教示の利益を有する当業者にとって明白である様々な但し同等の態様で変更および実施され得るので、上に開示した特定の実施形態は例示に過ぎない。添付の特許請求の範囲に記載されるもの以外に、本明細書に示される構造または設計の詳細を限定することは意図されていない。従って、上に開示した特定の実施形態が変更または修正され得るものであって、そのような変形例のすべてが開示された主題の範囲内であると見なされることは明らかである。従って、本明細書で求められる保護は添付の特許請求の範囲に記載されるとおりである。

いくつかの実施形態では、当該光学エンジンは当該基板の第１の側に配置され、当該第１の光検出器および当該第２の光検出器は各々、当該第１の側とは反対側の当該基板の第２の側に配置され、当該回折格子は、当該出射窓の当該底面を通して、かつ当該第１の側から当該第２の側まで当該基板内を通って延在する第１のアパーチャを通して、当該第１の光線の当該第１の部分を当該第１の光検出器の方にリダイレクトし、当該回折格子は、当該出射窓の当該底面を通して、かつ当該第１の側から当該第２の側まで当該基板内を通って延在する第２のアパーチャを通して、第２の光線の当該第２の部分を当該第２の光検出器の方にリダイレクトする。

ＨＯＥ１３０は、レーザ光１２０に対してＨＯＥ１３０の反対側から入射する環境光１４０に対して実質的に光学的に透明（すなわち、環境光１４０を構成する波長の大部分に対して光学的に透明）であり得る。ＨＯＥ１３０は、投影されたレーザ光１２０と環境光１４０とをユーザの視野内で有効に合成するので、「コンバイナ」または関連する変形例、例えば「透明コンバイナ」、「ホログラフィック光コンバイナ」等とも称され得る。ＷＨＵＤ１００の支持フレーム（図１に図示せず）が一般的な眼鏡の形状、外観および／または幾何学形状を有する場合、ＨＯＥ１３０はＷＨＵＤ１００の１つ以上の透明レンズ（１つ以上の処方レンズまたは１つ以上の非処方レンズ等）上に担持されてもよい。いくつかの実施形態では、ＷＨＵＤ１００は、コンピュータプロセッサおよびカメラまたは他のセンサ等の、一緒に合わさって視線追跡機能を実行する１つ以上のコンポーネントを含み得る。

図２は、本システム、デバイスおよび方法に従ったレーザプロジェクタ２０２を備えたウェアラブルヘッドアップディスプレイ（ＷＨＵＤ）２００の概略図である。ＷＨＵＤ２００は、使用時にユーザの頭部に装着される眼鏡の形状および外観を有する支持構造２０４を含む。支持構造２０４は、眼鏡レンズ２０６、透明コンバイナ２０８、レーザプロジェクタ２０２、およびコントローラまたはプロセッサ２１０を含む複数のコンポーネントを担持する。いくつかの実施形態では、レーザプロジェクタ２０２は、図１および図４～図９のレーザプロジェクタ１１０、４００、５００、６００、７００、８００または９００のうちの１つ以上と同様または同一であり得る。例えば、レーザプロジェクタ２０２は光学エンジン１１１、４０２、５０２、６０２、７０２、８０２または９０２等の光学エンジンを含み得る。レーザプロジェクタ２０２は、上述したように、レーザプロジェクタ２０２の動作を制御するコントローラ２１０（例えば、マイクロプロセッサ）に通信可能に結合され得る。コントローラ２１０は、非一時的なプロセッサ可読記憶媒体（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＦＬＡＳＨ、ＥＥＰＲＯＭ、メモリレジスタ、磁気ディスク、光ディスク、他のストレージ等のメモリ回路）を含み得るかまたはそれに通信可能に結合され得るとともに、コントローラは、非一時的なプロセッサ可読記憶媒体からのデータおよび／または命令を実行してレーザプロジェクタ２０２の動作を制御し得る。

レーザプロジェクタ２０２の光学エンジンは出射窓を有する筐体を含み得る。この場合、光学エンジンの１つ以上のコンポーネント（例えば、レーザ光を出力するレーザダイオード）は筐体内に配置され、筐体によって完全または部分的に気密封止されている。出射窓は、出射窓の表面（例えば、レーザダイオードによって出力されるレーザ光の大部分が筐体を出るときに通る主出力面）内に一体化されるかまたは当該表面上に配置される回折格子を含み得る。レーザ光の一部分は、回折格子によって１つ以上の光検出器の方にリダイレクトされる。これら１つ以上の光検出器はフォトダイオードであってもよく、レーザ光のうちのリダイレクトされた部分の光強度を測定する。コントローラ２１０は、１つ以上のフォトダイオードによって検出されたレーザ光のうちリダイレクトされた部分のレーザ出力パワーの光強度を決定するとともに、検出されたレーザ出力パワーに基づいてレーザプロジェクタの最大出力パワーを選択的に制限するように構成され得る。いくつかの実施形態では、コントローラ２１０は、付加的または代替的には、検出されたレーザ出力パワーに少なくとも部分的に基づいてレーザプロジェクタによる画像または映像の投影を制御するように構成され得る。例えば、レーザ出力パワーを監視することにより、コントローラ２１０は、リアルタイムまたはほぼリアルタイムでレーザプロジェクタ２０２によって出力されるレーザ光線の全体的および色ごとの輝度強度を決定してもよく、コントローラ２１０は、決定された輝度強度に基づいて、レーザプロジェクタ２０２によって出力されるレーザ光線の全体的輝度および色バランスを制御してもよい。

ピックオフコンポーネント３２０、ＰＤ３１０、およびピックオフコンポーネント３２０とＰＤ３１０との間の光路の周りの基板３０１のエリア３４０は典型的には大きく（例えば、光学エンジン３０２のエリアとほぼ同じサイズであり）、他のコンポーネントの配置のために使用され得る空間、またはレーザプロジェクタ３００に必要な基板エリア全体を減らすためにレーザプロジェクタ３００から省かれ得る空間を占めている。以下の図４～図９の実施形態で説明する技術は、ピックオフコンポーネント３２０を必要とせず、代わりに、光学エンジンの筐体の出射窓の１つ以上の上壁、底壁または側壁を通して光をリダイレクトし、これにより、レーザ出力パワー監視に必要な基板エリアを有利に減らす。

光学エンジン４０２はさらに、内部体積を完全にまたは部分的に気密封止する筐体４０３を含み、レーザ源がその内部体積内に配置されている。筐体４０３は、レーザ源４１２が発したレーザ光線４３０がレーザプロジェクタ４００の動作中に通過する出射窓４１４を含む。いくつかの実施形態では、基板４０１の一部分は、筐体４０３の床のいくらかの部分またはすべてを形成する。筐体４０３の側壁と、いくつかの実施形態では出射窓４１４とは、例えば接着剤で基板４０１に取付けられてもよく、接着剤は、筐体４０３のそれらの要素と基板４０１との間に部分的または完全な気密封止を形成し得る。いくつかの代替的な実施形態では、筐体４０３を基板４０１に取付けて封止するために、ガラスはんだ付け、ガラスフリットおよび陽極接合等の他の接着および密閉方法が用いられてもよい。出射窓４１４とは別に、筐体４０３は、外部光が筐体４０３に進入するのを妨げ、レーザ光が他の任意のアパーチャを通して筐体４０３を出て行くのを防止するように、不透明であり得る。例えば、筐体４０３の天井、床および側壁は（この場合も、出射窓４１４を除いて）不透明であってもよい。本例では、出射窓４１４は筐体４０３の一方の側壁の全てまたは一部分を形成し、レーザ源４１２が出力するレーザ光線の光路に配置されている。いくつかの代替的な実施形態では、出射窓４１４は、筐体４０３の上面の一部分（すなわち、基板４０１の反対側に配置されて基板４０１に対して非垂直に位置合わせされる部分）を形成し、筐体４０３内に封入された１つ以上のミラー（図示せず）は、レーザ源４１２からの光を出射窓４１４を通して筐体４０３の上面に向かって反射させる。出射窓４１４は、レーザ源４１２に面する主入力面でレーザ光線４３０を受取り、主入力面の反対側に配置された主出力面を通してレーザ光線４３０を出力する。

本例では、ＰＤ７１０は、基板７０１の表面上に配置されるのではなく、ＰＤ７０１の上面が基板７０１の上面に対して実質的に平面となるように、出射窓７１４の下方で基板７０１に埋込まれている。反射型表面レリーフ回折格子７１６は、出射窓７１４の床を通りＰＤ７１０の方に下向きにレーザ光線７３０の反射部分７３２をリダイレクトするように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、反射コーティングは、ＰＤ７１０の方にリダイレクトされる光の量を増やすために、出射窓７１４の上面、左側壁または右側壁のうちの１つ以上に塗布され得る。いくつかの実施形態では、出射窓７１４の底面は、ＰＤ７１０の屈折率および出射窓７１４の底面の屈折率に対して屈折率整合する接着剤を用いてＰＤ７１０に取付けられてもよい。上述したように、いくつかの実施形態では、反射型表面レリーフ回折格子７１６の１つ以上の部分は、レーザ光線７３０の色のうちの１つ以上に対応するそれぞれの共振波長を有するように構成され得る。いくつかの実施形態では、複数のＰＤ７１０が基板７０１の第２の側に配置されてもよく、各ＰＤ７１０は、それぞれ異なるレーザ光線７３０の光路の真下に、当該光路に対して垂直に重なって配置されている。なお、本例では反射型表面レリーフ回折格子が示されているが、他の実施形態では、代わりに、ホログラフィック回折格子等の別のタイプの回折格子が出射窓７１４の主出力面に配置され得ることに留意されたい。

別の例として、図１２は、主出力面１２２２を有する出射窓１２１４の斜視図１２００－１および上面図１２００－２を示す。主出力面１２２２は、レーザダイオードによって出力される光線１２３０の方向と直交しない平面を規定しており、当該平面は、背面１２２４によって規定される平面と平行ではない。ここで、主出力面１２２２は、出射窓１２１４の第１の側面１２２６（すなわち、上面図１２００－２に示される向きに対して右側面）と交わって鋭角を形成し、出射窓１２１４の第２の側面１２２８（すなわち、上面図１２００－２に示される向きに対して左側面）と交わって鈍角を形成している。すなわち、出射窓１２１４は、上面図１２００－２に示される向きに対して、出射窓１２１４の第２の側面１２２８から出射窓１２１４の第１の側面１２２６へと右向きかつ外向きに傾斜している。例えば、主出力面１２２２は、出射窓１２１４の主入力面に対して傾斜している。第２の側面１２２８の長さＬ１は第１の側面１２２６の長さＬ２よりも短い。いくつかの実施形態では、出射窓１２１４の表面同士が交わる１つ以上の縁は、面取りされていてもよく、または湾曲していてもよい。

別の例として、出射窓は直方体形状を維持し得るとともに、筐体の台を回転させずに、図４～図６に示す出射窓の向きに対して、出射窓の上面および底面の中心点を通って延在する軸を中心に（例えば、約０．１度～１５度だけ）時計回りまたは反時計回りに（例えば、ページの平面内で）回転させもよい。付加的または代替的には、出射窓は約０．１度～１０度だけその長軸を中心として回転させてもよい。このように出射窓の向きを変えることにより、出射窓の主入力面（すなわち、主出力面とは反対側にあってレーザ源からの光線を最初に受取る表面）は、レーザ源から出力される光線の主伝搬方向と直交しない。

Claims (37)

1. 光強度を測定するように構成された光検出器と、
   光学エンジンとを含み、前記光学エンジンは、
   光線を出力するように構成されたレーザ源と、
   前記レーザ源によって出力される前記光線の光路に配置された出射窓と、
   前記出射窓の主出力面上に配置された回折格子とを備え、
   前記回折格子は、前記光線の一部分を前記光検出器の方にリダイレクトする、レーザプロジェクタ。
2. 前記レーザ源を囲むとともに前記出射窓を含む筐体をさらに備える、請求項１に記載のレーザプロジェクタ。
3. 前記回折格子はホログラフィック回折格子である、請求項１に記載のレーザプロジェクタ。
4. 前記回折格子は表面レリーフ回折格子である、請求項１に記載のレーザプロジェクタ。
5. 前記回折格子のうち前記光線の前記光路と重なる少なくとも一部分は、前記光線の前記波長に対応する共振波長を有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザプロジェクタ。
6. 前記光学エンジンは基板の表面上に配置され、前記光検出器は、前記筐体の前記出射窓の側壁の向かいに配置され、前記側壁は、前記主出力面に隣接し、かつ、前記基板の前記表面に対して垂直な平面を規定し、前記回折格子は、前記出射窓の前記側壁を通して前記光線の前記一部分を前記光検出器の方にリダイレクトする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のレーザプロジェクタ。
7. 前記光学エンジンは基板上に配置され、前記光検出器は、前記出射窓の真下および前記光線の前記光路の真下に配置され、前記回折格子は、前記出射窓のうち前記基板に面する底面を通して前記光線の前記一部分を前記光検出器の方にリダイレクトする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のレーザプロジェクタ。
8. 前記光検出器は前記基板に埋込まれている、請求項７に記載のレーザプロジェクタ。
9. 前記光学エンジンは前記基板の第１の側に配置され、前記光検出器は、前記第１の側とは反対側にある前記基板の第２の側に配置され、前記回折格子は、前記出射窓の前記底面を通して、かつ前記第１の側から前記第２の側まで前記基板内を通って延在するアパーチャを通して、前記光線の前記一部分を前記光検出器の方にリダイレクトする、請求項７に記載のレーザプロジェクタ。
10. 前記光学エンジンは第１の基板上に配置され、前記光検出器は、前記光検出器が前記出射窓および前記光線の前記光路の真上に配置されるように前記第１の基板の上方に配置される第２の基板上に配置され、前記回折格子は、前記出射窓の上面を通して前記光線の前記一部分を前記光検出器の方にリダイレクトし、前記上面は前記第２の基板の方に面するとともに前記第１の基板とは反対側に面している、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のレーザプロジェクタ。
11. 前記出射窓の前記主出力面は前記出射窓の主入力面に対して傾斜しており、前記光線は前記出射窓の前記主入力面に入射する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のレーザプロジェクタ。
12. 特に、先行する請求項のいずれか１項に記載のレーザプロジェクタであって、
    光強度を測定するように構成された少なくとも１つの光検出器と、
    光学エンジンとを備え、前記光学エンジンは、
    複数の光線を出力するように構成された複数のレーザ源と、
    前記複数のレーザ源を囲む筐体とを含み、前記筐体は、前記複数のレーザ源によって出力される前記複数の光線の各々の光路に配置された出射窓を有し、前記光学エンジンはさらに、
    前記出射窓の主出力面に配置された回折格子を含み、前記回折格子は、前記複数の光線の各々の一部分を前記少なくとも１つの光検出器の方にリダイレクトする、レーザプロジェクタ。
13. 前記出射窓と前記少なくとも１つの光検出器との間にコリメートレンズをさらに備える、請求項１２に記載のレーザプロジェクタ。
14. 前記回折格子はホログラフィック回折格子を含む、請求項１２または請求項１３に記載のレーザプロジェクタ。
15. 前記回折格子は表面レリーフ回折格子を含む、請求項１２または請求項１３に記載のレーザプロジェクタ。
16. 前記回折格子は、
    前記複数の光線のうちの第１の光線の第１の波長に対応する第１の共振波長を有する第１の部分を含み、前記第１の部分は前記第１の光線の第１の光路に重なり、前記回折格子はさらに、
    前記複数の光線のうちの第２の光線の第２の波長に対応する第２の共振波長を有する第２の部分を含み、前記第２の部分は前記第２の光線の第２の光路に重なる、請求項１２から請求項１５のいずれか１項に記載のレーザプロジェクタ。
17. 前記光学エンジンは基板の表面上に配置され、前記少なくとも１つの光検出器は、前記筐体の前記出射窓の第１の側壁の向かいに配置される第１の光検出器を含み、前記第１の側壁は、前記主出力面に隣接し、かつ、前記基板の前記表面に対して垂直な平面を規定し、前記回折格子は、前記出射窓の前記第１の側壁を通して、前記複数の光線のうちの少なくとも第１の光線の第１の部分を前記第１の光検出器の方にリダイレクトする、請求項１２から請求項１６のいずれか１項に記載のレーザプロジェクタ。
18. 前記少なくとも１つの光検出器はさらに、前記筐体の前記出射窓の第２の側壁の向かいに配置される第２の光検出器を含み、前記第２の側壁は前記第１の側壁の反対側にあり、前記回折格子は、前記出射窓の前記第２の側壁を通して、前記複数の光線のうちの少なくとも第２の光線の第２の部分を前記第２の光検出器の方にリダイレクトする、請求項１７に記載のレーザプロジェクタ。
19. 前記光学エンジンはさらに、前記出射窓の前記第１の側壁上に配置される第１のダイクロイックフィルタと、前記出射窓の前記第２の側壁上に配置される第２のダイクロイックフィルタとを含み、前記第１のダイクロイックフィルタは、前記第１の光線の光の波長に対応する光の第１の波長を透過させ、前記第２の光線の光の波長に対応する光の第２の波長を反射するように構成され、前記第２のダイクロイックフィルタは、光の前記第２の波長を透過させ、光の前記第１の波長を反射するように構成される、請求項１８に記載のレーザプロジェクタ。
20. 前記光学エンジンは基板上に配置され、前記少なくとも１つの光検出器は、
    前記出射窓の真下および前記複数の光線のうちの第１の光線の第１の光路の真下に配置された第１の光検出器を含み、前記回折格子は、前記出射窓のうち前記基板に面する底面を通して、前記第１の光線の第１の部分を前記第１の光検出器の方にリダイレクトし、前記少なくとも１つの光検出器はさらに、
    前記出射窓の真下および前記複数の光線のうちの第２の光線の第２の光路の真下に配置された第２の光検出器を含み、前記回折格子は、前記出射窓の前記底面を通して、前記第２の光線の第２の部分を前記第２の光検出器の方にリダイレクトする、請求項１２から請求項１５のいずれか１項に記載のレーザプロジェクタ。
21. 前記第１の光検出器および前記第２の光検出器は各々、前記基板に埋込まれている、請求項２０に記載のレーザプロジェクタ。
22. 前記光学エンジンは前記基板の第１の側に配置され、前記第１の光検出器および前記第２の光検出器は各々、前記第１の側とは反対側の前記基板の第２の側に配置され、前記回折格子は、前記出射窓の前記底面を通して、かつ前記第１の側から前記第２の側まで前記基板内を通って延在する第１のアパーチャを通して、前記第１の光線の前記第１の部分を前記第１の光検出器の方にリダイレクトし、前記回折格子は、前記出射窓の前記底面を通して、かつ前記第１の側から前記第２の側まで前記基板内を通って延在する第２のアパーチャを通して、第２第１の光線の前記第２の部分を前記第２の光検出器の方にリダイレクトする、請求項２０に記載のレーザプロジェクタ。
23. 前記光学エンジンは第１の基板上に配置され、前記少なくとも１つの光検出器は、前記出射窓の真上かつ前記複数の光線の前記光路のうちの少なくとも１つの真上に配置されるように前記第１の基板の上方に配置された第２の基板上に配置され、前記回折格子は、前記出射窓の上面を通して、前記複数の光線のうちの少なくとも１つの少なくとも一部分を前記少なくとも１つの光検出器の方にリダイレクトし、前記上面は前記第２の基板の方に面するとともに前記第１の基板とは反対側に面している、請求項１２から請求項１５のいずれか１項に記載のレーザプロジェクタ。
24. 前記出射窓の前記主出力面は前記出射窓の主入力面に対して傾斜しており、前記光線は前記出射窓の前記主入力面に入射する、請求項１２から請求項１５のいずれか１項に記載のレーザプロジェクタ。
25. 特に、先行する請求項のいずれか１項に記載のレーザプロジェクタのための光学エンジンであって、
    光線を出力するように構成されたレーザ源と、
    前記レーザ源によって出力された前記光線の光路に配置された出射窓とを備え、前記出射窓は前記出射窓の主入力面を介して前記光線を受取り、前記光学エンジンはさらに、
    前記出射窓の主出力面上に配置された回折格子を備え、前記回折格子は、前記主入力面と前記主出力面との間に延在する前記出射窓の少なくとも１つの表面を通して前記光線の一部分をリダイレクトする、光学エンジン。
26. 前記レーザ源を囲むとともに前記出射窓を含む筐体をさらに備える、請求項２５に記載の光学エンジン。
27. 前記光線の大部分は前記出射窓を出射する、請求項２５または請求項２６に記載の光学エンジン。
28. 前記出射窓を出射した時の前記光線の前記光路に配置される光検出器と、
    前記出射窓と前記光検出器との間のコリメートレンズとをさらに備える、請求項２５から請求項２７のいずれか１項に記載の光学エンジン。
29. 前記回折格子はホログラフィック回折格子を含む、請求項２５から請求項２８のいずれか１項に記載の光学エンジン。
30. 前記回折格子は表面レリーフ回折格子を含む、請求項２５から請求項２８のいずれか１項に記載の光学エンジン。
31. 前記回折格子のうち前記光線の前記光路と重なる少なくとも一部分は、前記光線の前記波長に対応する共振波長を有する、請求項２５から請求項３０のいずれか１項に記載の光学エンジン。
32. 前記光学エンジンは基板の表面上に配置され、前記回折格子は、前記出射窓の第１の側壁を通して前記光線の前記一部分をリダイレクトし、前記第１の側壁は前記主入力面と前記主出力面との間に延在し、かつ、前記基板の前記表面に対して垂直な平面を規定する、請求項２５から請求項３０のいずれか１項に記載の光学エンジン。
33. 前記回折格子はさらに、前記出射窓の第２の側壁を通して前記光線の前記一部分をリダイレクトし、前記第２の側壁は前記出射窓に対して前記第１の側壁の反対側にある、請求項３２に記載の光学エンジン。
34. 前記レーザ源は第１のレーザ源であり、前記光線は第１の光線であり、前記光学エンジンはさらに、
    第２の光線を出力するように構成された第２のレーザ源と、
    前記出射窓の前記第１の側壁上に配置された第１のダイクロイックフィルタと、
    前記出射窓の前記第２の側壁上に配置された第２のダイクロイックフィルタとを備え、
    前記第１のダイクロイックフィルタは、前記第１の光線の光の波長に対応する光の第１の波長を透過させ、前記第２の光線の光の波長に対応する光の第２の波長を反射するように構成され、前記第２のダイクロイックフィルタは、光の前記第２の波長を透過させ、光の前記第１の波長を反射するように構成される、請求項３３に記載の光学エンジン。
35. 前記光学エンジンは基板の表面上に配置され、前記回折格子は、前記出射窓のうち前記基板に面する底面を通して前記光線の前記一部分をリダイレクトする、請求項２５から請求項３１のいずれか１項に記載の光学エンジン。
36. 前記光学エンジンは基板の表面上に配置され、前記回折格子は、前記出射窓の上面を通して前記光線の前記一部分をリダイレクトし、前記上面は、前記主入力面と前記基板とは反対側に面する前記主出力面との間に延在する、請求項２５から請求項３１のいずれか１項に記載の光学エンジン。
37. 前記出射窓の前記主出力面は前記出射窓の前記主入力面に対して傾斜しており、前記光線は前記出射窓の前記主入力面に入射する、請求項２５から請求項３１のいずれか１項に記載の光学エンジン。
    

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