JP4856758B2 - 統合型および統合型フォトニクスモジュールを用いたデバイス - Google Patents

Description

本発明は、統合型フォトニクスモジュールおよび統合型フォトニクスモジュールを用いたデバイスに関するものである。
２００６年４月１１日出願の米国特許仮出願第６０／７９１，０７４号の優先権を主張し、本願明細書に参照によって組み込まれる。

映像ディスプレイは、携帯型用途および固定位置用途をはじめとする種々の用途において用いられる。少なくとも一部分の用途において、および特に一部の携帯型用途において、視認可能なスクリーンサイズは、これまで製品パッケージの物理的な範囲によって制限されてきた。

統合型フォトニクスモジュールは、システムの範囲に統合されうるコンパクトな掃引ビームディスプレイを提供する。一部の実施形態によれば、コンパクトな掃引ビームディスプレイは、統合型フォトニクスモジュールを収容するシステム、製品またはパッケージの物理的範囲より大きい物理的範囲を有する画像を投影するように構成されてもよい。
本願出願は、２００６年４月１１日出願の米国特許仮出願第６０／７９１，０７４号の優先権を主張し、本願明細書に参照によって組み込まれる。

一部の実施形態によれば、統合型フォトニクスモジュールは、レーザなどの１つまたは複数の光源と、ビーム整形光学素子と、結合光学素子と、ＭＥＭＳスキャナと、取り付けを容易にし、光学的配置を維持するための光学フレームなどの１つまたは複数の機械構成要素と、を含む。一部の実施形態によれば、統合型フォトニクスモジュールは、ＭＥＭＳ駆動電子機器、光源駆動電子機器、センサおよび映像電子機器の一部またはすべてを含みうる。種々の実施形態によれば、ＭＥＭＳ駆動電子機器としては、ＭＥＭＳコントローラ、Ｄ／Ａ変換器および／またはＡ／Ｄ変換器およびＭＥＭＳ駆動増幅器などが挙げられうる。映像コントローラ電子機器としては、光源コントローラ、Ｄ／Ａ変換器および光源駆動増幅器などが挙げられうる。他の実施形態によれば、統合型フォトニクスモジュールの出力は、光をリモートスキャナに供給するように構成されるファイバ結合器などのビームスキャナ用の異なるインターフェイスに置き換えてもよい。

図１は、実施形態による映像画像などの画像を表示するための統合型フォトニクスモジュール１０２を含む電子デバイス１０１のブロック図である。具体的な実施形態によれば、統合型フォトニクスモジュール１０２は、システムリソース１０４へのインターフェイスを含みうる。映像コントローラ電子機器１０６は、システムコントローラおよびソフトウェア１０８を含む統合型映像特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として具体化されてもよく、入力映像信号を受信する。映像コントローラ電子機器１０６は、映像メモリ１１０において受信した映像画像を少なくとも一時的にバッファに格納してもよく、映像メモリ１１０は、フレームバッファメモリおよびオンスクリーンディスプレイメニューを含んでもよい。新たな映像フレームを表示する時間である場合には、映像コントローラ電子機器１０６は、映像メモリ１１０からキャッシュに格納された映像フレームを読み出して、１つまたは複数の光源ドライバ１１２を順次駆動し、入力映像信号における画素値に対応する一連の輝度値にする。光源ドライバ１１２は、１つまたは複数の光源１１６を駆動し、光源１１６は、実施形態による統合型フォトニクスモジュール１０２の統合型光学エンジン部分１１４に含まれてもよい。光源１１６は、結合器およびビーム整形光学素子１１８によって整形されて、光１１９の変調合成ビームを結合しうる光の１つまたは複数の変調ビームを作成する。光源１１６は、たとえば、赤色変調レーザ、緑色変調レーザおよび青色変調レーザであってもよい。一部の実施形態によれば、光１１９の変調合成ビームは、スキャナ１２０に向かって指向されてもよく、スキャナ１２０は、たとえば、ＭＥＭＳスキャナであってもよく、変調合成ビームを視野（ＦＯＶ）にわたって走査可能にして、画像を形成する。

映像コントローラ電子機器１０６は、光源ドライバ１１２を駆動している間に、同時に、スキャナコントローラ１２２を駆動する。スキャナコントローラ１２２は、一部の実施形態によれば、スキャナコントローラおよびソフトウェア１２４も含んでもよいスキャナドライブＡＳＩＣとして任意に具体化されてもよい。スキャナコントローラ１２２は、スキャナ１２０を駆動してＦＯＶにわたって発せられた光を順次走査して、周期的な走査パターンにおける光１２５の変調走査ビームとするように動作可能である。

スキャナ１２０は、ＦＯＶにわたって光の変調ビームを偏向して、光１２５の走査ビームを生成する。光１２５の走査ビームは、任意に、最終光学素子１２６によって調整および／またはリレーされて、映像画像１２８を生成してもよい。

総合すれば、光源１１６、結合器およびビーム整形光学素子１１８およびスキャナ１２０は、機械的取り付け構造、アクチュエータなどと共に、統合型光学エンジン１１２を備えてもよく、統合型光学エンジン１１２は、今度は統合型フォトニクスモジュールを備えてもよい。光１２５の走査ビームの瞬時位置が、ＦＯＶにおけるスポットを順次照らす。ＦＯＶは、ディスプレイ表面、射出瞳拡大素子（ＥＰＥ）または投影スクリーンを含む。画像を表示するために、ＦＯＶにおける実質的にすべてのスポットが、名目上、各スポットに対応する入力映像画像の画素の明度に比例するパワーの量で順次照らされる。

ビームが、スポットを照らす間に、照らしている光ビームの一部が、反射または散乱エネルギとして散乱される。散乱された光エネルギの一部は、１つまたは複数の目視者１３０の方に進みうる。目視者の目および心における残像は、ＦＯＶにおいて照らされた一連のスポットを静止画像および／または動画像を含みうる認識可能な映像画像１２８に統合する。

一部の実施形態によれば、光検出器（図示せず）はまた、ＦＯＶから散乱された光エネルギの一部を受信するように整列されてもよい。種々の処理は、受信された散乱光エネルギに施されて、機能性を提供してもよい。検出器の機能性の一部の実施形態は、統合型フォトニクスモジュールの一部として含まれてもよい。そのような検出器は、再帰集光または共焦点配置によって、スキャナからデスキャンされたエネルギを受信するように整列されてもよく、または凝視検出配置を介してＦＯＶから直接的にまたはリレー光学素子を通って、光を受信するように整列されてもよい。

光源１１６は、たとえば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ、熱源、アーク光源、蛍光光源、ガス放電源または他のタイプの発光体などの複数の発光体を含んでもよい。一実施形態によれば、光源１１６は、約６３５〜６７０ナノメートル（ｎｍ）の波長を有する赤色レーザダイオードを含む。別の実施形態によれば、光源１１６は、約６３５ｎｍでビームを発するように動作可能な赤色ダイオードレーザと、約１０６４ｎｍの波長で、赤外線レーザダイオードによって励起される周波数倍増または第二高調波発生（ＳＨＧ）レーザなどの緑色ダイオード励起固体（ＤＰＳＳ）レーザであり、約５３２ｎｍで光の緑色ビームを発するように動作可能である緑色ＳＨＧレーザと、約４７３ｎｍで光を発するように動作可能である青色レーザダイオードと、を含む３つのレーザを備える。一部のレーザは、直接的に変調されるが、他のレーザは、たとえば、音響光学変調器（ＡＯＭ）などの外部変調を必要とする可能性がある。外部変調器が用いられる場合には、光源１１６の一部と考えられる。レーザダイオード光源は、以下に示された統合型フォトニクスモジュールの実施形態の一部として示されている。

ビーム結合および整形光学素子１１８は、光源によって発せられた光のビームを受信し、ビームの一部またはすべてを１つのビームに結合するように整列される。ビーム結合および整形光学素子１１８はまた、１つまたは複数の円偏光レンズ、平行光線化レンズ、集光レンズ、リレーレンズおよび／またはアパーチャなどのビーム整形光学素子と、複屈折フィルタ、ゲルフィルタ、ホットミラーなどの波長選択光学素子と、を含みうる。さらに、記載された波長は、光学的に可視域にあるが、他の波長も本発明の範囲内にあってもよい。

種々の実施形態によれば、スキャナ１２０は、たとえば、回転ミラー状の多角形、音声コイル上のミラー、高速モータ付きミラー、バイモルフビーム上のミラー、インラインまたは「軸」回転走査素子、ＭＥＭＳスキャナまたは他のタイプなどの多くの周知の技術を用いて、形成されてもよい。ＭＥＭＳスキャナは、「ＭＥＭＳ ＤＥＶＩＣＥ ＨＡＶＩＮＧ ＳＩＭＰＬＩＦＩＥＤ ＤＲＩＶＥ」という名称の米国特許出願第１０／９８４３２７号に記載されるタイプであってもよく、この出願は、たとえば、参照によって本願明細書に援用されるものとする。

１次元スキャナの場合には、スキャナは、１つの軸に沿って出力ビームを走査するように駆動される第１のビームディレクタと、第２の軸に沿って出力ビームを走査するように駆動される第２のビームディレクタと、を含んでもよい。そのようなシステムにおいて、スキャナは両方とも、スキャナ１２０と呼ばれる。２次元スキャナの場合には、スキャナ１２０は、（任意に、最終光学素子１２６を通って）複数の軸に沿って出力ビーム１２５を走査するように駆動され、視野における画素を順次照らして、画像１２８を生成する。

コンパクトおよび／または携帯型ディスプレイシステム１０１の場合には、ＭＥＭＳスキャナが、そのようなデバイスの高周波数、耐久性、反復可能性および／またはエネルギ効率のために好ましいことが多い。バルクマイクロマシニングまたは表面マイクロマシニングを施されたシリコンのＭＥＭＳスキャナは、特定の性能、環境または構造に依存する一部の用途の場合には、好ましい場合がある。１つの例示のＭＥＭＳスキャナの実施形態が、図１２に斜視図で示されている。他の実施形態は、他の用途の場合に好ましいと考えられる。

スキャナ１２０の２次元ＭＥＭＳスキャナの実施形態は、フレーム周期の中で、投影スクリーン全体または投影スクリーンの選択された領域を覆うパターンにおいて、高速で１つまたは複数の光ビーム１２５を走査する。一般的なフレーム速度は、たとえば、６０Ｈｚであってもよい。１つの走査軸または両方の走査軸を共振して進むことが好都合であることが多い。一実施形態において、一方の軸は、約１９ＫＨｚで共振して進むのに対して、他方の軸は、のこぎり歯パターンで非共振的に進み、累進的走査パターンを作成する。１つのビームを用いて累進的に走査される双方向の手法は、約１９ＫＨｚの走査周波数で水平方向に走査され、６０Ｈｚでのこぎり歯パターンにおいて垂直に走査され、ＳＶＧＡ解像度に近似することができる。１つのそのようなシステムにおいて、水平走査移動は、静電的に駆動され、垂直走査移動は、磁気的に駆動される。あるいは、両方の水平走査は、磁気的にまたは静電容量的に駆動されてもよい。静電駆動としては、静電プレート、コムドライブまたは類似の手法が挙げられうる。種々の実施形態において、両方の軸は、正弦波的にまたは共振的に駆動されてもよい。

統合型フォトニクスモジュール１０２は、モノクロ、フルカラーまたはハイパースペクトルとして具体化されてもよい。一部の実施形態において、多くのカラーディスプレイの場合に用いられる従来のＲＧＢチャネル間にカラーチャネルを追加することが望ましい場合がある。本願明細書において、「グレースケール」なる語および関連する説明は、これらの実施形態のそれぞれのほか、本発明の範囲内にある他の方法または用途を指すと理解するものとする。以下に記載される制御装置および方法において、画素のグレーレベルは、モノクロシステムの場合には、１つの値を含んでもよく、または、カラーシステムまたはハイパースペクトルシステムの場合には、ＲＧＢの三つ組またはそれ以上を含んでもよい。制御は、特定のチャネル（たとえば、赤色チャネル、緑色チャネルおよび青色チャネル）のパワーを出力するために、個別に施されてもよく、または、たとえば輝度変調のように、すべてのチャネルに対して一様に施されてもよい。

システムリソース１０４は、電源１３２、ユーザインターフェイス１３４、映像インターフェイス１３６およびパッケージ１３８を含みうる。映像インターフェイスとしては、たとえば、ＵＳＢポート、ブルートゥース、Ｗｉ−Ｆｉ、ファイアワイヤ、ＳＤソケット、ＩＲｄＡポートまたは投影用の画像を受信するための他のインターフェイスが挙げられる。種々の実施形態によれば、映像インターフェイスは、ブルートゥース、ＵＳＢなどをはじめとする種々のインターフェイスを用いて、映像制御電子機器１０６と通信してもよい。実施形態によれば、システムリソースは、ＵＳＢドライブ、ＳＤカードまたは他のメモリなどの受動的格納デバイスから画像または映像を検索し、画像または映像を個別にまたはスライドショーにおいて投影することができるオペレーティングシステムを含んでもよい。これは、たとえば、ディジタルカメラからメモリデバイスを受け取って、最近捕捉された画像を友人および家族に投影する場合に有用である可能性がある。

図２、図３および図４は、実施形態による統合型フォトニクスモジュール１０２の統合型光学エンジン部分１１４の一連の斜視図である。光学フレーム２０２は、図示されているように、互いとの光学的配置において、３つの光源２０４、２０６および２０８と、ビーム整形光学素子（図示せず）と、ビーム結合器２１０と、ビームスキャナ１２０と、を支援し、出力端面２１２を介して走査される変調ビームを供給する。図５は、実施形態による統合型フォトニクスモジュール１０２の統合型光学エンジン部分１１４に関する寸法を提供する。見れば分かるように、パッケージの外寸（高さ１１．５ｍｍ×深さ２３ｍｍ×幅４０ｍｍまたは１／２インチ×１インチ×１と５／８インチ未満）は、きわめてコンパクトであってもよく、サイズが制限される携帯型電子デバイスにも容易に組み込むことができる。これは、ちょうど１０．６立方センチメートル（０．６５立方インチ）に達する。以下の図から分かるように、このパッケージは、光源間に比較的豊富な間隔を提供する。幅におけるパッケージのさらなる縮小は、光源間により狭い間隔を形成することにより可能である。

一部の実施形態によれば、光学フレーム２０２は、光源２０４、２０６および２０８に熱的に結合されてもよい。そのような熱的結合は、光学フレームが光源用のヒートシンクとして作用することを可能にしうる。サーミスタ、熱電対などは、温度を監視するために、光学フレーム２０２に熱的に結合されてもよい。温度が作動範囲外であると決定される場合には、光出力には、修正、遮断などが行われてもよい。

図６、図７および図８は、実施形態による図２から図４の斜視図のそれぞれに対応する統合型フォトニクスモジュール１０２の統合型光学エンジン部分１１４の一連の斜視破断図である。具体的なビーム整形光学素子６０２、６０４および６０６は、それぞれの光源２０４、２０６および２０８からの光ビームを受信するように位置決めされることが分かる。光源２０４がＳＨＧレーザを含む場合には、その対応するビーム整形光学素子６０２は、赤外線ポンプ光が光源２０４から出ないようにするように構成される赤外線排除フィルタを含みうる。ビーム結合器２１０のそれぞれのミラー６０８、６１０および６１２は、ビーム結合器の長軸に沿って合成ビームとして光源２０６、２０４および２０８からの光のビームを受信して指向するように整列されることが分かる。選択性折り畳みミラー６１４は、合成ビームを受信して、スキャナ１２０のＭＥＭＳスキャナ６１８構成要素のミラー６１６に向かって指向するように整列される。選択性折り畳みミラー６１４は、名目上のミラー（中心と交差する）位置に対して実質的に垂直な方向から走査ミラー６１６に向かって合成ビームを放つように整列されてもよい。そのような配置は、走査ビームにおける幾何的な歪曲収差を最小限に抑えるために有用である場合がある。スキャナ１２０の磁石６２０およびインターフェイスケーブル６２２を含む実施形態によるさらなる構成要素はまた、図６から図８において示されている。

図９は、実施形態による図２から図８の統合型フォトニクスモジュールの主要光学構成要素の一部の整列を示す図である。構成要素は、上述したとおりである。統合型フォトニクスモジュールのビーム結合器２１０における走査ビーム出射面２１２が、示されている。

図１０は、実施形態による図２から図８の統合型フォトニクスモジュールの光学フレーム２０２の図である。実施形態によれば、光学フレーム２０２は、ダイキャスティング工程を用いて、アルミニウム、チタンなどの金属から作製されてもよい。あるいは、光学フレーム２０２は、ガラス充填プラスチックまたは他の寸法安定性のプラスチックなどの射出成形プラスチックから構成されてもよい。任意に、二次機械加工作業は、正確な寸法許容差の提供およびまたは他の設計の好みの達成のために、光学フレームにおいて行われてもよい。他の実施形態によれば、光学フレーム２０２は、機械加工作業および／またはシート金属形成作業を用いて、作製されてもよい。代替材料および作製工程は、当業者には明白であり、特に明記しない限り、種々の実施形態の範囲内に収まることを意図している。光学フレーム２０２は、図示されているように、任意に１個部品構成要素または２個部品構成要素であってもよい。任意に、光学フレーム２０２は、たとえば、プリント回路基板などの多数の構成要素およびその上の構成要素、たとえば、別個の発光体／光学素子／結合器およびスキャナ部分などを含んでもよい。

光学フレーム２０２は、それぞれの光源２０６、２０４および２０８および関連ビーム形成光学素子を収容するように形成される孔１００２、１００４および１００６を含んでもよい。光学フレーム２０２はさらに、選択性折り畳みミラー、ビーム結合器などを収容して整列するように形成される１つまたは複数の位置決め面１００８（１００８ａ、１００８ｂ、１００８ｃおよび１００８ｄが図示されている）を含んでもよい。面１０１０は、スキャナ（図示せず）を位置合わせして収容するように形成されてもよい。さらに、他の取り付け面および特徴部１０１２が、他の軸に沿って形成されてもよい。

一部の実施形態によれば、光学構成要素は、固締具（たとえば、ねじ、リベットなど）と共に、接着剤、締め付けなどによって、カバー部分（図示せず）を光学フレーム２０２に機械的に締め付けてもよい。他の実施形態によれば、光学構成要素の１つまたは複数は、個別の固締技術または統合固締技術、接着剤（たとえば、紫外硬化光学接着剤）を用いて、光学フレーム２０２に機械的に連結されてもよい。実施形態によれば、構成要素が光学フレームに直接的に連結される場合には、別個のカバー部分は排除されてもよい。

図１１は、実施形態による機械的に連結される回路基板１１０２を含む統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分の斜視図である。回路基板１１０は、任意に、統合型フォトニクスモジュール１０２の統合型光学エンジン部分１１４の構造部分を形成してもよい。種々の実施形態によれば、回路基板１１０２は、センサ、光源ドライバ、スキャナコントローラ、映像コントローラ電子機器およびメモリのうちの１つまたは複数を含んでもよい。上述したように、種々のセンサ、光源ドライバ、スキャナコントローラ、映像コントローラ電子機器およびメモリは、従来のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラおよび関連構成要素、たとえば、１つの統合型ＡＳＩＣ、２つ以上のＡＳＩＣ、２つ以上のＡＳＩＣと１つまたは複数のマイクロプロセッサ（ＤＳＰまたは従来のＣＩＳＣまたはＲＩＳＣマイクロプロセッサなど）、メモリ（映像メモリＩＣなど）、他の統合構成要素、別個の構成要素およびソフトウェアを含むが、これらに限定されるわけではないさまざまな形態をとってもよい。さらに、映像信号を好ましいフォーマットに変換するために動作可能な媒体モジュールは、コントローラの中および回路基板１１０２の上に統合されてもよい。ＭＥＭＳスキャナ１２０および光源１１６は、回路基板１１０２に対して直接的にインターフェイスをとってもよい。

図１２は、実施形態による統合型フォトニクスモジュールにおける光のビームを走査するように用いられてもよい微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）スキャナ６１８の斜視図である。ＭＥＭＳスキャナ６１８は、単結晶シリコンウェーハ１２０２の層およびパイレックス（登録商標）ガラス１２０４などの誘電体材料のウェーハの層から形成されてもよく、ウェーハは、従来のシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）技術に基づいて、密閉的に接合される。層は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）エッチング、深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）、その組み合わせなどの技術を用いて、バルクマイクロマシニングの施されたＭＥＭＳスキャナを形成するために、部分的におよび完全にエッチングされてもよい。一実施形態によれば、ねじりヒンジおよびミラー走査プレート（以下に記載される）は、所望の共振周波数、エネルギ蓄積、質量、ばね定数などを提供するように調整される薄い構造を形成するように部分的にエッチングされる。

ＭＥＭＳスキャナ６１８は、走査プレートの上の反射金属または誘電性の４分の１波長積層から形成される走査ミラー６１６を含む。ミラーおよび走査プレートは、ジンバルリング１２０８からねじり高速走査ヒンジ１２０６ａおよび１２０６上に懸架されてもよい。ねじり高速走査ヒンジ１２０６ａおよび１２０６ｂは、その中心線によって画定される軸を中心にしてジンバルリング１２０８に対してミラー６０６の回転を可能にするように動作可能である。ジンバルリングは、今度は、取り付けフレーム１２１２からねじり低速走査ヒンジ１２１０ａおよび１２１０ｂ上に懸架される。ねじり低速走査ヒンジ１２１０ａおよび１２１０ｂは、その中心線によって画定される軸を中心にして取り付けフレーム１２１２に対してジンバルリングおよびミラーの回転を可能にするように動作可能である。電磁コイル１２１４を備えるアクチュエータは、低速走査軸および高速走査軸を中心にした回転を駆動するために、ジンバルリング上に形成される。低速走査波形および高速走査波形の複合体を含む信号は、リード線１２１６（およびインターフェイスケーブル６２２、図示せず）を介して、ＭＥＭＳ増幅器（図示せず）を介してＭＥＭＳコントローラから受信されてもよい。アクチュエータ１２１４は、スキャナ磁石６２０（図示せず、しかし、上記の図では見える）によって形成される外部磁界に対して引張する複合周期的磁界を形成する。

ジンバルリング１２０８が直接的に駆動されるため、低速走査ドライブは、高速走査を励起しうる周波数を排除するように選択される任意の駆動波形を提供してもよい。実施形態によれば、低速走査波形は、６０Ｈｚなどのフレーム速度に対応する周期的な周波数で、のこぎり波または非対称の三角波に近似されてもよい。したがって、のこぎり歯状の低速走査波形は、所望の角度による帰線で垂直フレーム走査を行うように動作可能であってもよい。

高速走査駆動信号は、ミラーおよび走査プレート６１６の共振周波数に対応するように選択される、たとえば正弦波などの周期的な波形を含む。システムにおけるわずかな非対称性が、高速走査周波数でジンバルリング１２０８の動きにおける小さな変動を高速走査屈曲部１２０６ａおよび１２０６ｂを介して、ミラー６１６に伝達するように動作可能である。動きにおける小さな変動は、所望の高速走査角度を提供するように、共振によって増幅される。

ＭＥＭＳスキャナ６１８はさらに、ＭＥＭＳコントローラへのフィードバックを提供するために、種々のセンサを含んでもよい。これらのセンサとしては、ねじりヒンジ、温度接合部またはサーミスタなどにおける圧電抵抗器（ＰＺＲ）歪みセンサが挙げられうる。実施形態によれば、ミラーおよび走査プレート６１６は、ビームクリッピングを生じることなく、複合入力ビームを受信するには十分な約１．２ｍｍの直径を有する。

ＭＥＭＳスキャナ６１８は、その走査プレートおよび走査ミラー６１６が１つの非パワー位置または「静止」位置でその上に形成されている状態を示している。実施形態によれば、ミラーは、直流バイアスをアクチュエータに印加することによって、低速走査軸においてパワーの供給された静止位置で傾斜されてもよい。直流バイアスは、低速走査ねじりヒンジ１２１０ａ、１２１０ｂによって画定される低速走査軸を中心にしてジンバルリング１２０８に対して名目上の「傾斜」を施してもよい。ＭＥＭＳスキャナの別の実施形態は、両方の軸において、ミラー６１６のパワーの供給された静止平面を形成するように動作可能であってもよい。たとえば、ＭＥＭＳスキャナは、走査プレート上に形成されるアクチュエータ１２１４によって形成されてもよい。走査プレート上のアクチュエータにおける直流バイアスは、低速走査軸に対して静止傾斜を提供するジンバルリング１２０８上のアクチュエータ１２１４に加えて、ねじりヒンジ１２０６ａ、１２０６ｂによって画定される高速走査軸を中心にして、ミラー６１６に対して名目上の傾斜を施すように動作可能であってもよい。

静止位置におけるそのような名目上の傾斜を用いて、たとえば、ミラー６１６を統合型光学アセンブリ（図示せず）に対してさらに正確に整列してもよい。

図１３は、実施形態による統合型フォトニクスモジュール用の３つの用途に対応する３つの構造１３０２、１３０４、１３０６に関して、例示のビーム整形１１９、１２５およびビーム整形光学素子６０２、６０４、６０６を示す図である。

ヘッドアップディスプレイに対応する第１の構造１３０２によれば、ビーム１１９、１２５は、統合型フォトニクスモジュールの出力端面２１２（図示せず）から約１００ｍｍの距離で、ウエスト１３０８に集束されてもよい。種々の実施形態によれば、複数の光源２０４、２０６、２０８から発せられたビームは、図によって示されているように、ビーム結合器２１０によって変調合成ビームに結合されてもよく、変調合成ビームは、走査変調ビーム１２５としてビームスキャナ１２０によって走査されてもよい。１００ｍｍの例示の距離は、射出瞳拡大素子（図示せず）の距離に対応しうる。そのような用途において、射出瞳拡大素子は通常、画像が目視者の網膜に投影されうる拡大された射出瞳またはアイボックスを提供するように、最終光学素子１２６（図示せず）の前に挿入されてもよい。

携帯型走査ビーム映像プロジェクタに対応する第２の構造１３０４によれば、ビーム１１９、１２５は、統合型フォトニクスモジュールの出力端面２１２（図示せず）から約５００ｍｍの距離で、ウエスト１３０８に集束されてもよい。種々の実施形態によれば、複数の光源２０４、２０６、２０８から発せられたビームは、ビーム結合器２１０によって変調合成ビームに結合されてもよく、変調合成ビームは、走査変調ビーム１２５としてビームスキャナ１２０によって走査されてもよい。種々の実施形態によれば、図によって示されているように、最終光学素子１２６は、ビーム経路に配置されてもよい。５００ｍｍの例示の距離は、投影表面からの名目上の作動距離に対応しうる。

頭部装着走査ビームまたは網膜ディスプレイに対応する第３の構造１３０６によれば、ビーム１１９は、統合型フォトニクスモジュールの出力端面２１２（図示せず）から約１０ｍｍの距離で、ウエスト１３０８に集束されてもよい。種々の実施形態によれば、複数の光源２０４、２０６、２０８から発せられたビームは、ビーム結合器２１０によって変調合成ビーム１１９に結合されてもよく、変調合成ビームは、ディスプレイの頭部装着部分への透過のために光ファイバ内を進む。１０ｍｍの例示の距離は、統合型フォトニクスモジュールの出力端面と、光ファイバ入力結合器との間の距離に対応しうる。種々の実施形態によれば、光ファイバは、単一モード光ファイバであってもよく、変調合成ビーム１１９を目視者の目の付近にある遠位端部に搬送する。光は通常、入力端部または近位端部でビームによって構成される収束角度に実質的に対応する発散角度で光ファイバの遠位端部から出射してもよい。光ファイバ（図示せず）の遠位端部から出射する光は、目視者の目までの距離に対応する距離に集束され、遠方位置に取り付けられるビームスキャナ（図示せず）によって周期的なパターンで走査され、最終光学素子（図示せず）によって目視者の目までリレーされてもよい。

図１３の図から引き出されうる１つの一般的な見解は、統合型フォトニクスモジュールが種々の用途において動作するように適合されてもよいことである。さらにまたはあるいは、統合型フォトニクスモジュール設計の変形は、種々の用途に適合されてもよく、その一部が、図１３に示されている。図１４から図１８および本願明細書における他の説明は、文字通りかつ固有であり、一部の用途に一連の範囲の用途にわたって共通点または設計の共通点を有する統合型フォトニクスモジュールを提供することを示している。

図１４は、実施形態による統合型フォトニクスモジュールに関してビーム整形光学素子の別個の変形および統合型変形を示す図である。ヘッドアップディスプレイ用途１３０２は、実施形態によれば、円偏光レンズ１４０２の一部またはすべて、平行光線化レンズ１４０４、トップハットレンズ１４０６および集束レンズ１４０８を用い、そのビームを整形してもよい。任意の円偏光レンズ１４０２は、非点収差補正を行い、２つの軸のそれぞれにおいて異なる発散を有しうる多くのレーザの出力を、任意の軸において実質的に等しい発散を備えた半径方向に対称のビームに変換してもよい。そのようなレンズは、光パワーの最小の損失で円偏光を提供してもよい。さらにまたはあるいは、クリッピングアパーチャが、システムにおいて用いられてもよい。平行光線化レンズ１４０４は、トップハットレンズ１４０６への導入のために実質的に平行な側面を有するビーム形状を提供する。トップハットレンズ１４０６は、入力ビームのガウスエネルギ分布を、その断面にわたって実質的に等しいパワーを有するトップハット形状の出力ビームに変換する。集束レンズ１４０８は、上述したようにビームを作動距離に集束する。

トップハットビームは、トップハットエネルギ分布に戻るように畳み込む前に、正弦波形状のエネルギ分布によって畳み込む。したがって、見える距離で畳み込まれたトップハット関数を生成するようにトップハットレンズ１４０６に関する焦点距離を選択することが望ましい場合がある。集束レンズ１４０８の焦点距離は、ＥＰＥでウエストを生成するように選択されてもよく、たとえば、正しい順序で並べられたマイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）であってもよい。ＥＰＥは、映像画像が目視者の網膜によって受信される拡大領域を生成するために、遠視野にビームレットを生成する。トップハット形状の複合走査ビームを選択することによって、ＥＰＥによって生成されたビームレットもまた、（正弦エネルギ分布を介した畳み込み後）所望の見える距離の範囲内で、トップハット形状であってもよい。トップハット形状のビームレットは、互いを有する「タイルを成し（ｔｉｌｅ）」、アイボックスにわたってパワーにおける目に見える変動を低減または削減する。

図１４の上の図によって表されるＨＵＤ用途１３０２において分かるように、円偏光レンズ１４０２、平行光線化レンズ１４０４、トップハットレンズ１４０６および集束レンズ１４０８は、１つまたは複数の統合型レンズ１４１０に結合されてもよい。

携帯型プロジェクタの用途１３０４は、実施形態によれば、円偏光レンズ１４０２および集束レンズ１４０８の一部またはすべてを用いて、そのビームを整形してもよい。ＨＵＤ用途１３０２と同様に、任意の円偏光レンズ１４０２は、非点収差補正を行い、２つの軸のそれぞれにおいて異なる発散を有しうる多くのレーザの出力を、任意の軸において実質的に等しい発散を備えた半径方向に対称のビームに変換してもよい。そのようなレンズは、光パワーの最小の損失で円偏光を提供してもよい。さらにまたはあるいは、クリッピングアパーチャが、システムにおいて用いられてもよい。集束レンズ１４０８は、上述したようにビームを作動距離に集束する。任意に、平行光線化レンズおよびトップハットレンズなどの他のレンズもまた、携帯型プロジェクタの実施形態において用いられてもよい。

図１４の真ん中の図によって表される携帯型プロジェクタ用途１３０４において分かるように、円偏光レンズ１４０２および集束レンズ１４０８は、１つまたは複数の統合型レンズ１４１２に結合されてもよい。

頭部装着型ディスプレイの用途１３０６は、実施形態によれば、円偏光レンズ１４０２および集束レンズ１４０８の一部またはすべてを用いて、そのビームを整形してもよい。ＨＵＤ用途１３０２および携帯型プロジェクタ用途１３０４と同様に、任意の円偏光レンズ１４０２は、非点収差補正を行い、２つの軸のそれぞれにおいて異なる発散を有しうる多くのレーザの出力を、任意の軸において実質的に等しい発散を備えた半径方向に対称のビームに変換してもよい。そのようなレンズは、光パワーの最小の損失で円偏光を提供してもよい。さらにまたはあるいは、クリッピングアパーチャが、システムにおいて用いられてもよい。集束レンズ１４０８は、上述したようにビームを作動距離に集束する。任意に、平行光線化レンズおよびトップハットレンズなどの他のレンズもまた、頭部装着型ディスプレイの実施形態において用いられてもよい。

図１４の下の図によって表される頭部装着型ディスプレイ用途１３０６において分かるように、円偏光レンズ１４０２および集束レンズ１４０８は、１つまたは複数の統合型レンズ１４１４に結合されてもよい。

統合型レンズ１４１６は、上述した統合型レンズ１４１０、１４１２および１４１４の物理的な実施形態を代表している。

図１５から図１７は、複数の光学素子にわたってビーム整形機能を分配することによって、種々の用途に用いられうる統合型フォトニクスモジュールの少なくとも共通の部分を提供するための手法を表している。図１５は、実施形態による携帯型走査ビームプロジェクタ１５０２に関する統合型フォトニクスモジュールの部分を示す図である。光源１１６からのビームは、ビーム整形光学素子６０２、６０４および６０６によって整形され、ビーム結合器２１０によって結合されて、上述したように変調合成ビーム１１９を形成する。

図１６は、実施形態による特に図１３によって示されているような異なるビーム形状要件を有するＨＵＤ１６０２に関する統合型フォトニクスモジュールの一部を提供するために、図１５の携帯型プロジェクタ１５０２の統合型フォトニクスモジュール部分の使用を示す図である。図１６に示されているように、統合型フォトニクスモジュール部分１５０２は、合成ビーム整形光学アセンブリ１６０４と結合してもよい。具体的な実施形態によれば、統合型フォトニクスモジュール部分１５０２は、図１３によって示されているように、たとえば、約５００ｍｍのウエスト距離を有するビームを有する携帯型走査ビーム映像プロジェクタに適した特性を有する変調合成ビームを提供するように動作可能である。ビームは次に、平行光線化レンズ１４０４、トップハットレンズ１４０６およびカラーバランス集束光学素子１６０６を含む一連のレンズに導入されてもよい。光学アセンブリ１６０４としての組み合わせにおいて言及された一連のレンズ１４０４、１４０６および１６０６は、携帯型走査ビーム映像プロジェクタに適した形状のビームからＨＵＤに適した形状、たとえば、トップハットパワー分布および１００ｍｍの集束距離を有する形状に変換するように構成される。

図１７は、実施形態によるＨＵＤの場合の統合型フォトニクスモジュール１７０２を形成するために、複合レンズ１７０４への光学アセンブリ１６０４の統合を示す図である。

図１８は、実施形態による任意の適応光学素子の光透過経路および配置を示す統合型フォトニクスモジュール１１４の少なくとも一部分の斜視図である。統合型フォトニクスモジュール１１４は、携帯型走査ビーム映像プロジェクタ用に構成された部分１５０２と、部分１５０２からの変調合成ビームを受信して、異なる特性を有する変調合成ビーム１１９を生成するように構成された適応光学素子１７０４と、を含む。実施形態によれば、部分１５０２および適応光学素子１７０４は、ヘッドアップディスプレイ用に構成された統合型フォトニクスモジュール１７０２の一部分を備える。上述したように、変調合成ビームは、スキャナ１２０によって周期的なパターンにおいて走査され、変調走査ビーム１２５を形成する。この実施例では、変調走査ビーム１２５は、モジュール１１４を含む統合型フォトニクスモジュールを備えるＨＵＤを装備した車両の運転者に映像画像を提供するように動作可能である

図１９は、実施形態による統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分の光源２０４、２０６および２０８およびビーム結合器２１０の関係を示す図である。図１９は、別個のＲ光ビーム１９０２、Ｇ光ビーム１９０４およびＢ光ビーム１９０６を１つの複合光ビーム１１９に結合するためのビーム結合器２１０の側面図と、実施形態によるＲＧＢビーム源１１４の図を含む。

ビーム結合器２１０は、３つのセクション１９０８、１９１０および１９１２を含み、これらのセクションは、共に接合され、光学用途に適したガラスまたはポリマーなどの透明材料から構成される。結合器２１０はまた、３Ｗの長さと、Ｘ−Ｚ平面における矩形の断面と、を有する入力端面１９１４を含み、Ｗの高さと、Ｙ−Ｚ平面における正方形の断面と、を有する出力端面１９１６を含む。一実施形態において、Ｗ＝５．５ミリメートル（ｍｍ）であり、他の実施形態において、Ｗ＝３．５ｍｍである。入力端面１９１４および出力端面１９１６はいずれも、平坦な光学品質表面である。結合器２１０の作製は、「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＣＯＭＢＩＮＩＮＧ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＥＬＥＣＴＲＯＭＡＧＮＥＴＩＣ ＢＥＡＭＳ ＩＮＴＯ Ａ ＣＯＭＰＯＳＩＴＥ ＢＥＡＭ」という名称の米国特許出願番号第１０／８２８，８７６号に記載される。この特許は、本発明の譲受人に譲渡され、本願明細書において参照によって援用される。

第１のセクション１９０８は、高さおよび幅がＷであるＸ−Ｙ平面における平行四辺形形状の断面を有し、セグメント入力端面１９１８を含む。セグメント入力端面１９１８は、結合器入力端面１９１４の部分と、Ｒビーム１９０２を結合器出力端面１９１６に向かって反射するための反射体面６０８と、を形成する。一実施形態において、面６０８は、従来の光学コーティングを適用することによって反射性に構成される。ビーム結合器システムの変数に基づいて、このコーティングの反射特性および透過特性を選択することができる（他のコーティングについては、以下に記載する）。入力端面１９１８と反射体面６０８との間の角度αは、鋭角である。好ましい実施形態において、α＝４５°であり、Ｒビーム１９０２がＷに等しいＸ次元における最大幅を有することを可能にする。すなわち、α＝４５°である場合には、幅ＷのＲビームのすべての部分は、Ｒビームが入力端面１９１８と適切に整列される限り、反射体面６０８の上に投影される。しかし、結合器２１０がＷ未満の幅を有するＲビーム１９０２用に設計される場合には、反射性である面６０８の領域は、Ｒビームが当たる領域に制限されることができる。あるいは、角度αは、４５°を超えるように形成されることができる。しかし、角度αは、セグメント１９０８、１９１０および１９１２のすべてに関して同一であるため、αの値を変更する前に、他のセグメント１９１０および１９１２に及ぼす影響を考慮する必要がある。さらに、αが４５°に等しくない場合には、ビーム源１１４からのＲビームの角度は、反射されたＲビームが出力端面１９１６に対して垂直のままであるように調整される。

同様に、第２のセクション１９１０は、高さおよび幅がＷであるＸ−Ｙ平面における平行四辺形形状の断面を有し、セグメント入力端面１９２０を含む。セグメント入力端面１９２０は、結合器入力端面１９１４の部分を形成し、セクション１９０８とセクション１９１０との間の境界に沿って置かれ、反射されたＲビーム１９０２を通過し、Ｇビーム１９０４を結合器出力端面１９１６に向かって反射する反射体面６１０を含む。一実施形態において、面６０８は、面６１０および面６１０との境界であるセクション１９０８の面のいずれかまたは両方に対して、従来の光学コーティングを適用することによって反射性に構成される。入力端面１９２０と反射体面６１０との間の角度αは、鋭角であり、好ましくは、α＝４５°であり、Ｇビーム１９０４がＷに等しいＷ次元における最大幅を有することを可能にする。しかし、結合器２１０がＷ未満の幅を有するＧビーム１９０４用に設計される場合には、反射性である面６１０の領域は、Ｇビームが当たる領域に制限されることができる。あるいは、角度αは、４５°を超えるように形成されることができる。しかし、角度αは、セグメント１９０８、１９１０および１９１２のすべてに関して同一であるため、αの値を変更する前に、他のセグメント１９０８および１９１２に及ぼす影響を考慮する必要がある。さらに、αが４５°に等しくない場合には、ビーム源１１４からのＧビームの角度は、反射されたＧビームが出力端面１９１６に対して垂直のままであるように調整される。

第３のセクション１９１２は、Ｘ−Ｙ平面における三角形形状の断面を有し、結合器出力端面１９１６およびセグメント入力端面１９２２を含む。セグメント入力端面１９２２は、Ｗの幅を有し、結合器入力端面１９１４の部分と、セクション１９１０とセクション１９１２との間の境界に沿って置かれ、反射されたＲビーム１９０２およびＧビーム１９０４を通過し、Ｂビーム１９０６を結合器出力端面に向かって反射する反射体面６１２と、を形成する。一実施形態において、面６１２は、面６１２および面６１２との境界であるセクション１９１０の面のいずれかまたは両方に対して、従来の光学コーティングを適用することによって反射性に構成される。入力端面１９２２と反射体面６１２との間の角度αは、鋭角であり、好ましくは、α＝４５°であり、Ｂビーム１９０６がＷに等しいＸ次元における最大幅を有することを可能にする。しかし、結合器２１０がＷ未満の幅を有するＢビーム１９０６用に設計される場合には、反射性である面６１２の領域は、Ｂビームが当たる領域に制限されることができる。あるいは、角度αは、４５°を超えるように形成されることができる。しかし、角度αは、セグメント１９０８、１９１０および１９１２のすべてに関して同一であるため、αの値を変更する前に、他のセグメント１９０８および１９１０に及ぼす影響を考慮する必要がある。さらに、αが４５°に等しくない場合には、ビーム源１１４からのＢビームの角度は、反射されたＢビームが出力端面１９１６に対して垂直であるように調整される。さらに、セクション入力端面１９２２と出力端面１９１６との間の角度βは、好ましい実施形態において、実質的に直角である。

図２０は、実施形態２００１による統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分における光透過を示す図である。光源１１６は、３つの光源２０４、２０６および２０８を含んでもよく、変調光のビームをそれぞれのビーム整形光学素子６０２、６０４および６０６を介してビーム結合器２１０に向かって放つように構成される。光源は、光の偏光ビームを発するように構成されてもよい。あるいは、ビーム整形光学素子６０２、６０４および／または６０６は、図示されているように、ビーム結合器２１０のＳ偏光を提供するように構成される偏光子を含んでもよい。任意に、ミラー６０８、６１０および６１２は、入射ビームのＳ偏光成分を結合し、Ｐ偏光成分が光トラップ（図示せず）を通過するように構成されてもよい。ビーム結合器のそれぞれのミラー６０８、６１０および６１２は、発光体２０６、２０４および２０８からの変調光のビームをＳ偏光の変調合成ビーム１１９に結合する。適応光学素子１７０４は任意に、ビーム結合器の出力端面１９１６から光を受信するために、ビーム経路に挿入されてもよい。

偏光ビームスプリッタを備える選択性折り畳みミラー６１４は、変調合成ビーム１１９をスキャナ１２０のミラー６１６に向かって指向する。選択性折り畳みミラー６１４は、名目上のミラー（中心と交差する）位置に対して実質的に垂直な方向から走査ミラー６１６に向かって合成ビームを放つように整列されてもよい。そのような配置は、走査ビームにおける幾何的な歪曲収差を最小限に抑えるために有用である可能性がある。

ビーム結合器２１０におけるＳ偏光を提供する代わりとして、ビームの偏光の一部またはすべてが、 偏光ビームスプリッタ６１４によって提供されてもよく、偏光ビームスプリッタは、変調合成ビーム１１９のＳ偏光成分を走査ミラー６１６に向かって指向し、光のＰ偏光成分を光トラップ（図示せず）を通過させるように動作する。

偏光ビームスプリッタ６１４は、Ｓ偏光を優先的に反射するように構成され、したがって、Ｓ偏光をスキャナ１２０に向かって反射する。Ｓ偏光変調合成ビームは、走査ミラー６１６に向かうその経路上にある偏光回転子２００２を通過する。偏光回転子は、４分の１波長板として構成されてもよく、走査ミラー６１６に衝突前にＳ偏光を円偏光に変換するように動作する。上述したように、スキャナ１２０は、光１２５の走査変調ビームを生成するために、視野にわたって周期的パターンにおいてビームを走査するように動作可能である。スキャナミラー６１６によって反射（および走査）された後、走査ビームは再び、偏光回転子２００２を通過する。偏光回転子は、走査ミラーからの現在円偏光のビームをＰ偏光に変換する。

Ｐ偏光は、偏光ビームスプリッタ６１４に向かって伝搬する。偏光ビームスプリッタ６１４は、Ｐ偏光を優先的に通過するように構成され、したがって、Ｐ偏光の走査ビーム１２５がＦＯＶに向かって通過することを可能にする。

偏光を用いる代わりとして、図２０のシステムは、非偏光または楕円偏光を用いてもよい。そのような別の実施形態において、折り畳みミラー６１４は、半透鏡などの選択性反射体を含んでもよい。衝突ビーム１１９の一部分は、折り畳みミラー６１４を通過して、たとえば、光トラップ（図示せず）に向かい、光エネルギの一部分は、スキャナミラー６１６に向かって指向される。偏光回転子は、別の実施形態において割愛されてもよい。走査ビーム１１９は、再び半透鏡６１４に衝突し、その一部分が、ＦＯＶに向かって通過する。反射された部分は、光源に向かって戻るか、および／または光トラップに向かって反射してもよい。

図２０の構造に対して複数の別の実施形態が、可能である。図２１は、別の実施形態２１０１による光透過を示す図であり、斜角で、合成ビーム１１９をスキャナ１２０に向かって放つ。走査ビーム１２５は、図２０の手法に比べて、ある程度の量のキーストーン歪曲収差を有するパターンにおいてＦＯＶに向かって通過する。一部の実施形態によれば、変調合成ビーム１１９は偏光される必要はなく、走査ビームが折り畳みミラーを再び通過しない場合には、折り畳みミラー６１４は、選択性反射体である必要はない。

図２２は、スキャナ１２０がビーム結合器の光源１１６とは対向する側に位置するように構成される実施形態２２０１を示す。したがって、光の走査ビームは、光源１１６の「後方」の方向においてＦＯＶに向かって通過する。

図２３は、折り畳みミラーは、固体光学素子として構成される偏光ビームスプリッタを備えてもよい実施形態２３０１を示す図である。

図２４は、折り畳みミラー６１４がビーム結合器２１０に統合される実施形態２４０１を示す図である。示された実施形態は、偏光ビームスプリッタとして折り畳みミラー６１４を示す。上述したように、折り畳みミラーは、光の第１の偏光をスキャナ１２０に向かって反射する。偏光回転子２００２は、スキャナ１２０の２回通過において、偏光を９０°回転するように構成され、入射エネルギをスキャナに向かって優先的に反射し、走査ビームをＦＯＶに向かって優先的に通過させる。

実施形態２４０１は、ビーム結合ミラー６０８、６１０および６１２の平面に対して平行な平面に構成される折り畳みミラー６１４を用いる。

図２５Ａは、折り畳みミラー６１４がビーム結合器２１０に統合される別の実施形態２５０１を示す図である。実施形態は、光源１１６に対して前方方向に、走査ビーム１２５を出射する構造を有する。折り畳みミラー６１４の平面は、結合ミラー６０８、６１０および６１２の平面に対して実質的に直角であるように構成される。

図２５Ｂは、非画像形成検出器を含む統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分を含む実施形態２５０２を示す図である。実施形態２５０２は、任意の光拡散体２５０６、任意のスペーサ２５０８、任意の反射側壁２５１０および非画像形成光検出器２５１２を備えうる光検出モジュール２５０４を含む。上述したように、Ｐ偏光走査ビーム１２５は、任意に、非変調であるように構成されてもよく、ＦＯＶにわたって走査される。走査ビーム１２５の一部分は、散乱光２５１４としてＦＯＶにおける物体から散乱されてもよい。通常、非鏡面物体である場合には、散乱光２５１４は、非偏光または楕円偏光であってもよい。散乱光は通常、選択性折り畳みミラー６１４を実質的に充填する平行光線または発散光線の束として形成されてもよい。選択性折り畳みミラー６１４は、散乱ビーム２５１４を受信し、そのＳ成分偏光を任意の光拡散体２５０６に向かって図示されているように反射する。任意の光拡散体２５０６は、図示されているように、散乱角にわたって受信光線を散乱するように構成される。散乱光線は、スペーサ２５０８を通って進み、光検出器２５１２に衝突する。散乱光線の一部分は、検出器によって受信されることがありえない角度で散乱されてもよい。任意の反射側壁２５１０は、そのような「消失」エネルギを検出器２５１２に向けて再指向するために用いられてもよい。検出器２５１２は、たとえば、光源の放射波長に対応する波長を受信するように構成されてもよく、受信した光エネルギを電気信号に変換するように動作可能である。実施形態によれば、統合型フォトニクスモジュール２５０２は、ＦＯＶからの対応する赤色散乱光、緑色散乱光および青色散乱光を受信するためにフィルタリングされる検出器２５１２を用いて、複合走査ビーム１２５として赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光を発するように構成されてもよい。

動作中、検出器２５１２からの電気信号は、ＦＯＶの映像画像を生成するように走査する画素によって、同期的に読み出されてもよい。

１つまたは複数の任意の検出器２５１６は、任意に、１つまたは複数の集光レンズを通じて、ＦＯＶからのＰ偏光成分を受信するように構成されてもよい。ビーム結合器２１０のミラー６０８、６１０および６１２が、波長選択性ミラーであるように構成される場合には、任意の検出器２５１６によって受信される信号は、ＦＯＶからの光を受信し、走査ビームに起因しない対応する電気信号を生成するように動作可能であってもよい。そのような光を用いて、たとえば、ＦＯＶにおける周辺照明を決定してもよく、これは今度は、発光体に関する明度、カラーバランスなどを決定してもよい。

図２５Ｃは、焦点平面検出器アレイを含む統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分を含む実施形態２５０３を示す図である。実施形態２５０３は、レンズまたはレンズ系２５２０、アパーチャ２５２２、スペーサブロック２５２４および焦点平面検出器アレイ２５２６、たとえば、ＣＣＤまたはＣＭＯＳの画素化アレイなどを備えうる光検出モジュール２５１８を含む。

上述したように、Ｐ偏光走査ビーム１２５は、任意に非変調であるように構成されてもよく、ＦＯＶにわたって走査される。走査ビーム１２５の一部分は、散乱光２５１４としてＦＯＶにおける物体から散乱されてもよい。通常、非鏡面物体である場合には、散乱光２５１４は、非偏光または楕円偏光であってもよい。散乱光は通常、選択性折り畳みミラー６１４を実質的に充填する平行光線または発散光線の束として形成されてもよい。選択性折り畳みミラー６１４は、散乱ビーム２５１４を受信し、そのＳ成分偏光をレンズ２５２０に向かって図示されているように反射する。レンズ２５２０およびアパーチャ２５２２は、スペーサ２５２４の遠い方の表面に共役像平面を形成するように構成される。焦点平面検出器アレイ２５２６は、ＦＯＶの共役像を検出し、対応する電気信号に変換するように動作可能である。動作中、焦点平面検出器アレイ２５２６は、たとえば、スキャナのフライバック周期中に、映像フレーム速度で読み出されてフラッシュされ、ＦＯＶの映像画像を生成してもよい。

図示されているように、このように画像形成される光は、選択式折り畳みミラー６１４による反射のために選択されたＳ偏光から形成されてもよい。あるいは、検出経路の４分の１波長板（図示せず）などの偏光回転子が、たとえば、レンズ２５２０とアパーチャ２５２２との間に含まれて、平面偏光を円偏光に変換してもよい。そのような手法は、たとえば、焦点平面検出器２５２６に関連する偏光依存許容効果を回避するために好都合である場合がある。

あるいは、図２５Ｂおよび図２５Ｃの実施形態を示すために、検出器２５１２または２５２６は、選択性折り畳みミラー６１４からの散乱光を受信するのではなく、ＦＯＶからの散乱光を直接的に受信するように構成されてもよい。

図２５Ｂおよび図２５Ｃのそれぞれの具体的な実施形態のサブシステム２５０４または２５１８などの光検出サブシステムを含む用途の場合には、システムのコントローラ部分は、当然のことながら、検出器からの電気信号を受信し、アナログ信号をディジタル信号に変換し（または統合型ＡＤＣを用いて、検出器向けのディジタル信号を単に受信し）、受信信号を映像画像の中に集め、受信した画像を復号化バーコードまたはＯＣＲのデータなどの対応するデータに復号化するか、または他の方法で受信信号を処理して、用途に応じた機能を実現するように構成されて動作可能であってもよい。

一部の実施形態は、検出器２５１２、２５２６からの信号を用いて、光源励起の深さおよび／またはタイミングを修正し、走査変調ビーム１２５を修正し、たとえば、投影表面の非均一性、距離および／または周辺照明を補償してもよい。そのような補償を行うための一部の実施形態は、「ＰＲＯＪＥＣＴＩＯＮ ＤＩＳＰＬＡＹ ＷＩＴＨ ＳＣＲＥＥＮ ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＯＮ」という名称の米国特許出願第１１／２８４，０４３号に開示されており、参照によって本願明細書に援用される。

他の実施形態は、検出器２５１２、２５２６からの信号を用いて、たとえば、ビームスキャナの移動と光源との位相関係を修正することによって、統合型フォトニクスモジュールと投影表面との間の相対的な移動を補償してもよい。補償を行うための一部の実施形態は、「ＰＲＯＪＥＣＴＩＯＮ ＤＩＳＰＬＡＹ ＷＩＴＨ ＭＯＴＩＯＮ ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＯＮ」という名称の米国特許出願第１１／６３５，７９９号に開示されており、参照によって本願明細書に援用される。

図２５Ｄは、図２５Ａの実施形態２５０１に対応するが、スキャナ１２０が移動され、選択性折り畳みミラー６１４が、変調合成ビームを通過させるが走査ビーム１２５を反射するために、９０°に向けられる点が異なる実施形態２５２７である。Ｓ偏光を有する変調合成ビーム１１９の少なくとも一部分は、ビーム結合器２１０から放たれ、選択性折り畳みミラー６１４を通過し、偏光回転子２００２を通過して、スキャナ１２０のミラー６１６に衝突する。選択性折り畳みミラー６１４は、変調合成ビーム１１９の角度に対応する角度で、平面偏光を通過するが、直交する偏光角で平面偏光を反射するように整列される。光回転子２００２は、複合変調ビーム１１９の偏光を走査ミラー６１６までの途中で円偏光に回転する。走査ミラー６１６は、偏光回転子２００２によって周期的な走査パターンにおいて、光の受信ビームの反射を走査する。偏光回転子は、ビーム結合器２１０から放たれるときに、変調合成ビーム１１９の配向から実質的に９０°の配向で、円偏光から平面偏光に走査ビームの偏光を回転する。選択性折り畳みミラー６１４は、走査ビーム１２５として視野に向かって回転された走査ビームを反射する。図２５Ｄの実施例において、走査ビーム１２５は、Ｓ偏光を有する。

図２５Ｅは、実施形態による統合型フォトニクスモジュール２５２９の少なくとも一部分の光透過を示す図であり、ビームスキャナは、名目上の画像投影方向に対して垂直以外の平面にある。図２５Ａの実施形態と同様に、偏光選択性折り畳みミラー６１４は、たとえば、偏光ビームスプリッタとして構成されてもよく、示された方向において、光の変調合成ビームを偏光回転子２００２に向かって指向するように構成される。偏光回転子を通過後、光の変調合成ビームは、垂直折り畳みミラー２５３０によって、ビーム走査アセンブリ１２０（ミラー２５３０によって部分的に見えない）に向かって指向され、走査ミラー（図示せず）に衝突する。走査光は次に、ミラー２５３０から反射され、偏光ビームスプリッタ２００２を通り、その回転偏光のために、選択性折り畳みミラー６１４を通過して、走査ビーム１２５として視野に達する。一実施形態によれば、走査ミラーは、名目上図の平面内にあり、したがって名目上の映像投影軸に対して平行な平面にあるように構成されてもよい。この手法は、中でも、走査アセンブリ１２０の永久磁石が、厚さ寸法においてより小さな外寸を有することを可能にすることによって、図に対して垂直な次元においてより薄いパッケージを提供しうる。折り畳みミラー２５３０は、たとえば、第１の表面金属であってもよく、誘電体であってもよく、または少なくとも光源１１６の出射波長に対応する波長に関して、それに衝突する実質的にすべての光を反射する他のミラーであってもよい。当然のことながら、偏光回転子２００２の位置は、垂直折り畳みミラー２５３０とスキャナミラー（図示せず）との間にあるなど、可変であってもよい。

図２６は、光源２０４の１つがそのビームをビーム結合器２１０の端部から放つように構成される別の実施形態２６０１を示す図である。図示されているように、そのビームは、ビーム整形光学素子６０２によって折り畳みミラー６１４およびスキャナ１２０の端部に対向する端部に放たれる。実施形態２６０１は、物理的に大きい光源２０４が用いられる場合に特に好都合である場合がある。

図２７は、実施形態による統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分を含むスキャナコントローラ１２２を含むブロック図２７０１である。

図２７の実施形態によれば、スキャナコントローラ１２２は、スキャナ制御ＡＳＩＣ２７０２と、コプロセッサとして動作可能であるディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）２７０４と、電源回路およびメモリを含む支援回路と、プリント回路基板におけるフレックス回路相互接続と、を含む。図２７の実施形態は、制御機能性のより大きな部分が、スキャナ制御ＡＳＩＣに統合される図１のスキャナコントローラ１２２に比べて、統合の程度が若干低減していることに留意されたい。種々の実施形態によれば、動作の一般的な理論は、類似であってもよい。

スキャナコントローラ１２２は、コントローラ相互接続２７０６にわたって映像コントローラ電子機器１０６（図２７には示さず）に対して適切なタイミング情報を提供すると同時に、２軸ＭＥＭＳスキャナを駆動するように動作可能である。スキャナコントローラ１２２はさらに、周辺光レベルを監視して、自動位相較正パルスを処理し、任意に映像コントローラ電子機器にこれらの測定値をリレーするように動作可能であってもよい。

記載して図１２に図示したように、１つのスキャナの実施形態は、２軸における磁気ドライブと、両軸用のＰＺＲセンサを備えたＭＥＭＳスキャナを含む。

一部の実施形態によれば、スキャナコントローラ１２２は、統合型フォトニクスモジュールの光学エンジン部分１１４（図示せず）付近に物理的に取り付けられてもよい。上述したような頭部装着型ディスプレイなどの一部の実施形態によれば、スキャナコントローラ１２２は、スキャナ付近の遠方位置にあってもよく、光源１１６（図示せず）およびビーム結合器の少なくとも一部分およびビーム整形光学素子１１８（図示せず）とは物理的に分離してもよく、光源およびビーム整形光学素子は、近方位置から光ファイバを介して遠方位置までＭＥＭＳスキャナ６１８のミラーに光を提供するように構成される。同様に、映像コントローラ電子機器１０６（図示せず）は、光源およびビーム整形光学素子付近に近接して取り付けられてもよく、電気、無線または光学インターフェイス２７０６を介して遠方に取り付けられたスキャナコントローラ１２２と通信してもよい。そのような実施形態において、コンパクトなパッケージにおいて統合型フォトニクスモジュールの近方部分に取り付けることが適切である場合があり、ユーザのベルトで支えられてもよく、頭部装着パッケージにおいてシステムの遠方部分に取り付けられてもよい。

実施形態によれば、ＤＳＰ２７０４は、「ＣＩＲＣＵＩＴ ＦＯＲ ＤＲＩＶＩＮＧ Ａ ＰＬＡＮＴ ＡＮＤ ＲＥＬＡＴＥＤ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ」という名称の米国特許出願第１１／２６６，５８４号（参照によって本願明細書に援用される）に開示された方法に基づいて、低速走査の同調および能動的減衰を提供するために低速走査高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を提供してもよい。さらに、ＤＳＰ２７０４は、映像コントローラ電子機器とのデータ通信、ＭＥＭＳスキャナに関する較正データを入力するためのインターフェイスの提供、ＭＥＭＳ動作、自動位相結果、映像コントローラ電子機器に対する正常動作中に、周辺光センサ２７０７から受信した周辺輝度、温度センサ２７０８から受信した温度などに関連する変数の供給、ファームウェアおよびソフトウェアのフィールドアップグレードのためのインターフェイス、重要な動作の適正なタイミングを確保するためのタスクスケジューリング、高速走査発振器レジスタの初期化および調整、ＰＺＲセンサの開ループ温度補償のうちの１つまたは複数をはじめとする機能性を提供してもよい。

実施形態によれば、スキャナドライブＡＳＩＣ２７０２は、ＭＥＭＳ制御を行い、自動的位相（自動位相）相関を行うように動作可能である混合信号（アナログおよびディジタル）デバイスであってもよい。スキャナドライブＡＳＩＣ２７０２は、２軸ＭＥＭＳスキャナ６１８を駆動および制御することができる。２軸ＭＥＭＳスキャナ６１８は、圧電抵抗（ＰＺＲ）フィードバックセンサを有する両方の軸で磁気的に作動されるタイプであってもよい。実施形態によれば、スキャナドライブＡＳＩＣ２７０２は、たとえば、ＰＺＲバイアス回路２７０９を有するＰＺＲフィードバックセンサに対するユーザがプログラム可能な電流バイアスの提供、プログラム可能な振幅で高速走査軸と自己共振するように動作可能な閉ループ発振器回路２７１０の提供（ＡＧＣ変数は、緩速な始動および同調制御オプションを可能にするように調整可能であってもよい）、高速走査共振周波数と同期する低速走査サンプリングクロック（５０〜２００ｋＨｚ）を生成するための位相ロックループ（ＰＬＬ）の提供（多重化係数はプログラム可能であってもよい）、低速走査アナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）２７１２の提供（ＰＺＲ増幅器からの低速走査入力信号は、ＤＳＰプロセッサ２７０４用のディジタル信号に変換され、ＡＤＣ解像度は、５０〜２００ｋＨｚのサンプリング速度で、１２〜１６ビットであってもよい）、低速走査ディジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）２７１４の提供（低速走査波形用のディジタル入力信号は、アナログ電圧に変換され、加算回路２７１６において高速走査駆動信号と加算される）、許容範囲内のミラーの角度を示すミラー状態信号の提供、自動位相センサインターフェイス回路の提供（回路は、自動位相関数用の信号を調整するために、外部光検出器２７１８と共に動作し、その結果を測定する）、映像コントローラ電子機器と通信し、初期化および監視のために内部レジスタへのアクセスの読み出し／書き込みを可能にするＳＰＩシリアルディジタルインターフェイス２７２０の提供をはじめとする種々のアナログおよびディジタル機能の一部またはすべてを含んでもよい。

高速走査発振器ブロック２７１０は、ＰＺＲフィードバック信号を用いて、閉ループ発振器回路を作成する。発振周波数は、スキャナの高速走査軸の共振周波数によって決定される。発振の振幅は、プログラム可能な設定点を有するＡＧＣ回路によって制御される。このループからの出力は、他のシステム構成要素を駆動するためのマスタ同期信号を提供するＦＳ共振周波数で方形波であるＦＳ ＳＹＮＣである。共振周波数は、約５ｋＨｚ〜４０ｋＨｚで変化することができる。

低速走査位置信号は、ＭＥＭＳスキャナ６１８における低速走査ＰＺＲから受信され、次に低速走査ＡＤＣ２７１２において、増幅、フィルタリング、ディジタルへの変換が行われる。このディジタル信号は、解析のためにＤＳＰ２７０４に送信される。ＤＳＰは、低速走査ＤＡＣ２７１４において、アナログに変換されるディジタルコマンド信号を送り返す。アナログ低速走査駆動信号は、加算回路２７１６において高速走査出力と加算され、和は、外部パワーアンプ２７２２に送信される。パワーアンプ２７２２は、加算されたアナログ信号を増幅して、スキャナ６１８への駆動電力を提供する。

自動位相回路２７２４は、１つまたは複数の外部光検出器２７１８と共に動作する。走査ビーム１２５（図示せず）は、周期的に検出器２７１８を横切る。アナログインターフェイス回路２７２４は、横切るレーザビームに応じてパルスを生成し、パルス長は、ＤＳＰ２７０４に伝送される情報である。

高速走査発振器２７１０は、アナログ「自己共振」回路であるように設計され、ＭＥＭＳ ＰＺＲセンサからの実時間位置情報を取得し、適切な振幅利得および位相遅延を適用し、ミラーのフィードバック信号に基づいてミラーを共振するように駆動する。レジスタを備えたブロックは、ＳＰＩプロセッサインターフェイスを介して調整可能であってもよく、ＭＥＭＳ特性を提供して、デバイス間、ロット間および／または設計間の許容差に適合させる。

図１２に関して記載したように、ミラーの高速走査移動は、ＭＥＭＳスキャナ６１８におけるダイ屈曲部に組み込まれるＰＺＲ歪みセンサによって検知される。ＰＺＲセンサには、ＰＺＲバイアス回路２７０９によって調整可能な直流バイアス電流が提供される。バイアス電流は、ソフトウェア制御値または外部抵抗器によってプログラムされてもよい。ＰＺＲフィードバック差分検知信号は、調整可能な利得によって低雑音差動前置増幅器２７２２において増幅される。差動前置増幅器２７２２の利得は、ソフトウェアによって制御されてもよく、または外部抵抗器によって設定され、所与のミラー角度の偏向に関して（ピーク・ツー・ピーク電圧において）較正信号レベルを提供してもよい。前置増幅器２７２２の出力は、雑音帯域幅を制限する帯域通過フィルタ２７２５においてフィルタリングされる。帯域通過フィルタ２７２５は、低域通過フィルタが後に続く高域通過フィルタを含みうる。帯域通過フィルタ２７２５の出力信号を用いて、スキャナ制御システムを駆動してもよい。共振において、駆動信号とスキャナの移動との間のには９０°の位相のずれがある。閉ループ発振を維持するために、余分な９０°の位相のずれが、位相シフタ２７２６によってループに導入される。位相シフタ２７２６の出力は、比較器２７２８において、「正され（ｓｑｕａｒｅｄ ｕｐ）」、ディジタル高速走査同期信号を作成する。高速走査同期信号は、位相ロックループ出力２７３０によってＤＳＰ２７０４に伝送され、低速走査駆動用のほか、映像コントローラ電子機器１０６（図示せず）において行われる映像信号処理用の主要時間基準としても用いられてもよい。

自動利得制御（ＡＧＣ）回路を用いて、きわめて正確な値で、発振振幅を維持してもよい。ループは、振幅検出器、可変利得増幅器およびＡＧＣコントローラを含んでもよい。振幅検出器は、帯域通過フィルタ２７２５の出力の振幅に比例する直流電圧を生成する。この電圧はＡＧＣコントローラにおける設定点に比較され、比例積分微分（ＰＩＤ）制御アルゴリズムを実装する。ＰＩＤコントローラの出力は、可変利得増幅器２７３２の制御電圧入力として用いられる。

ミラー角度および周波数監視回路２７３４は、振幅検出器の出力を監視する。振幅がプログラム可能な設定点を超えている場合には、保護回路が、運転停止コマンドを発し、駆動信号を直ちに無効にする。２次安全回路は、駆動信号の振幅を監視し、それがプログラム可能な値を超えないようにする。

図２８は、実施形態によれば、映像コントローラ１０６、スキャナコントローラ１２２およびビームスキャナ６１８を含む統合型フォトニクスモジュールコントローラ用のブロック図２８０１である。

映像コントローラ１０６は、システムリソースからの映像信号の受信、任意に映像メモリにおける受信された映像データの任意のキャッシュ格納、信号のγ補正信号への変換、γ補正信号の等化カラー信号への変換、配線のバッファリング、受信した映像信号における理想的な画素位置の関数として走査ビームによって走査される実際の画素位置の値を決定するための内挿の実行、光源に関する輝度値の決定、光源補償および較正の実行、および画素クロックから受信されたタイミング信号に同期する光源駆動回路に対する補償輝度値の供給（画素クロックは、ＭＥＭＳ制御モジュール１２２によって提供される水平同期パルスおよび垂直同期パルスによって生成される）のうちの一部またはすべてを行うように動作可能であってもよい。

任意に、映像コントローラ１０６は、受信された映像フォーマットを好ましい映像フォーマットに変換するように動作可能な媒体モジュール２８０２を含んでもよい。一実施形態によれば、媒体モジュール２８０２は、受信したアナログ映像信号をディジタル映像信号に変換するように動作可能である。他の実施形態によれば、媒体モジュールは、割愛されてもよく、またはシステムリソースとして統合されてもよい。

統合型フォトニクスモジュールコントローラ２８０１の操作性の複数の実施形態の態様が、「ＣＩＲＣＵＩＴ ＦＯＲ ＤＥＴＥＣＴＩＮＧ Ａ ＣＬＯＣＫ ＥＲＲＯＲ ＩＮ Ａ ＳＷＥＰＴ−ＢＥＡＭ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＲＥＬＡＴＥＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ」という名称の米国特許出願第１１／３１６，３２６号、「ＣＩＲＣＵＩＴ ＦＯＲ ＤＥＴＥＣＴＩＮＧ Ａ ＣＬＯＣＫ ＥＲＲＯＲ ＩＮ Ａ ＳＣＡＮＮＥＤ ＩＭＡＧＥ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＲＥＬＡＴＥＤ ＣＩＲＣＵＩＴＳ，ＳＹＳＴＥＭＳ，ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ」という名称の米国特許出願第１１／３１６，６８３号、「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＮＧ Ａ ＦｌＥＬＤ−ＯＦ−ＶＩＥＷ ＡＮＤ ＣＡＰＴＵＲＩＮＧ ＡＮ ＩＭＡＧＥ」という名称の米国特許出願第１０／６３０，０６２号、「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＢＩ−ＤＩＲＥＣＴＩＯＮＡＬＬＹ ＳＷＥＥＰＩＮＧ ＡＮ ＩＭＡＧＥ ＢＥＡＭ ＩＮ ＴＨＥ ＶＥＲＴＩＣＡＬ ＤＩＭＥＮＳＩＯＮ ＡＮＤ ＲＥＬＡＴＥＤ ＡＰＰＡＲＡＴＩ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ」という名称の米国特許出願第１０／４４１，９１６号、「ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＡＬＬＹ ＳＣＡＮＮＥＤ ＢＥＡＭ ＤＩＳＰＬＡＹ」という名称の米国特許出願第１０／１１８，８６１号、「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳＥＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＵＴＩＬＩＺＩＮＧ ＮＯＮ−ＩＤＥＡＬ ＬＩＧＨＴ ＳＯＵＲＣＥＳ」という名称の米国特許出願第１０／９３３，０３３号、「ＳＣＡＮＮＥＤ ＤＩＳＰＬＡＹ ＷＩＴＨ ＶＡＲＩＡＴＩＯＮ ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＯＮ」という名称の米国特許第６，６６１，３９３号、および「ＳＣＡＮＮＥＤ ＤＩＳＰＬＡＹ ＷＩＴＨ ＶＡＲＩＡＴＩＯＮ ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＯＮ」という名称の米国特許第６，４４５，３６２号に開示されており、いずれも、参照によって本願明細書に援用される。

図２９は、実施形態２９０１による移動体電子デバイス２９０２に統合された統合型フォトニクスモジュール１０２の使用を示す図である。図から分かるように、実施形態は、携帯型電子デバイス２９０２の上または長い寸法と名目上整列される方向において変調光１２５の走査ビームを発するように構成される。任意に、統合型フォトニクスモジュール１０２は、異なる方向または複数の方向において、走査ビームを放つように構成されてもよい。あるいは、統合型フォトニクスモジュール１０２は、拡散体の後側に画像を投影するように構成されてもよく、したがって、後部投影スクリーンを形成する。

移動体デバイス２９０２は、バーコードスキャナ、携帯型コンピュータ、パームトップコンピュータ、携帯電話、ｍｐ３再生装置などの携帯型音声デバイス、ハードディスクに基づく携帯型音声再生装置、携帯型映像再生装置、ハードディスクに基づく携帯型映像再生装置、ディジタルゲーミングシステム、ビジネスのプレゼンテーション用ポインタ、レーザポインタ、前方投影テレビまたは後方投影テレビなどをはじめとする種々のデバイスタイプを含みうるが、これに限定されるわけではない。

図３０は、実施形態３００１による自動車ヘッドアップディスプレイ用途における統合型フォトニクスモジュールの使用を示す図である。別の実施形態または用途としては、航空機、船舶、モータサイクル用などのＨＵＤが挙げられうる。

車両３００２は、機器クラスタ３００６を収容するダッシュボード３００４を含んでもよい。機器クラスタは、乗員３０１０に向かって車両のフロントガラスを含みうるリレー光学素子３００８によって走査ビーム画像を投影するように構成される光学部分１０４を備えた統合型フォトニクスモジュール２０１を含む。システムは、乗員３０１０の片目または両目１３０の位置に対応する射出瞳またはアイボックス３０１２を提供するように構成されてもよい。

そのようなシステムは、低照度前方画像、車両限界情報、地図または運転方向、娯楽コンテンツ、車両３００２の位置に任意に関連しうる広告コンテンツ、緊急情報などをはじめとするが、これらに限定されるわけではない種々の情報を目視者に提供するために用いられてもよい。

図３１は、実施形態３１０１による統合型フォトニクスモジュールを用いた携帯型走査ビーム投影ディスプレイ３１０２の斜視図である。図３１に示されているように、携帯型投影ディスプレイ３１０２は、実施形態の構造に基づき、ユーザ３０１０の手に保持されてもよい。出射光学素子３１０４は、ユーザによって所望であるときに、携帯型映像プロジェクタ３１０２の本体に関する長手方向に整列された方向３１０６において走査ビーム１２５によって画像を投影するように構成されていることが示されている。

別の実施形態によれば、携帯型映像プロジェクタ３１０２は、制御フィールドを投影または検出してもよい。任意に、ディスプレイの視野は、散乱光検出器などの検出器を用いて、ユーザによって所望であるときに、投影画像の制御など、マウス、ポインタなどを使用するためにフィードバックを可能にするために監視されてもよい。

図３１に示されているように、携帯型走査ビーム投影ディスプレイ３１０２は、実施形態によるその上に取り付けられる出射光学素子３１０４を有する本体を含みうる。一部の実施形態によれば、出射素子３１０４は、ある範囲の位置まで回転されてもよい。たとえば、第１の位置において、光学素子は、デバイスの本体によって遮蔽され、デバイスは「オフ」または休眠状態に切り替えられる。光学素子３１０４の位置は、たとえば、光学復号器、回転スイッチなどを用いて、検知され、自動的にモードを切り換えてもよい。別の例示の位置において、光学素子３１０４は、テーブル表面を横断するのに適した１つまたは複数の角度で、略前方に画像を投影するように回転されてもよい。投影された画像は任意に、自動的に回転され、その結果、本体の前方に面するユーザによって見られるのに好都合であるようにするために、デバイス３１０２の本体の基部に向かって「上部」が位置決めされるようになっていてもよい。第３の例示の位置において、光学素子３１０４は、たとえば、携帯型映像プロジェクタ３１０２の本体の長軸に対して略垂直であるテーブル表面に対して略前方かつ平行な位置まで回転され、本体がテーブル上に位置決めされると同時に、壁の上に画像を投影してもよい。位置は、壁における画像の高さを選択するために、テーブル面と平行から上向きまたは下向きに調整されてもよい。投影画像は任意に、自動的に回転され、「上部」が壁の上方向に向けられる画像を投影してもよい。

図３１に示された第４の位置において、光学素子３１０４は、携帯型映像プロジェクタ３１０２の本体の長手軸と略平行な位置まで回転される。このモードでは、画像プロジェクタは、ユーザの手に好都合に保持され、垂直表面または水平表面に向かって向けられると同時に、臨機応変なプレゼンテーションを行うことができる。

上述したように、種々の用途において用いられる統合型フォトニクスモジュールは、画像捕捉機能性を含みうる。捕捉された画像は、種々の機能を実現するために用いられてもよい。たとえば、図２９のシステム２９０１の実施形態の場合には、投影ディスプレイを提供することに加えて、レーザカメラとして機能することが望ましい場合もある。

図３０のシステム３００１は、捕捉画像の分析を含み、警報起動、システムの運転停止の実行、「自動巡回」への変換、１つまたは複数の車両乗員３０１０の決定した特性に基づく映像または静止画像の格納などを行ってもよい。たとえば、運転者またはパイロット３０１０が転寝状態であると決定される場合には、その個人を目覚めさせるために警報を用いてもよい。乗員が未知であり、警報システムが無効または別の方法で干渉されていると決定される場合には、システムは、乗員の画像の捕捉、車両の停止および／または状態の法執行機関への通知などを行いうる。一連の映像フレームの分析により、乗員が酔っている状態である可能性があると決定される場合には、システムは、道路の路肩に車両を誘導して、続いて、障害が問題とならなくなるまで、少なくとも部分的なシステムの運転停止を実行するように乗員に通知してもよい。

同様に、システム３００１は、検出されたＦＯＶまたは周辺照明などに応じて、ディスプレイ輝度、コンテンツなどを調整してもよい。

既に述べたように、システム３１０１は、ディスプレイコンテンツを制御するために、捕捉画像に作用してもよい。そのような作用を用いて、たとえば、仮想画像のより大きな部分のようにディスプレイの「パン」、ディスプレイ表面の粗さの補正、ディスプレイ表面と携帯型映像プロジェクタとの間の相対的な移動の補償などを行ってもよい。

本発明の前述の概要、図面の簡単な説明および詳細な説明は、読者がより理解しやすいようにすることを意図した態様で、本発明による例示的な実施形態を記載している。他の構造、方法および等価物が、本発明の範囲内にある可能性はある。本願明細書に記載される本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ制限されるものとする。

実施形態による統合型フォトニクスモジュールのブロック図である。 実施形態による統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分の斜視図である。 実施形態による統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分の別の斜視図である。 実施形態による統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分の別の斜視図である。 実施形態による寸法を含む統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分の別の斜視図である。 実施形態による図２から図５の統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分の破断図である。 実施形態による図２から図５の統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分の別の破断図である。 実施形態による図２から図５の統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分の別の破断図である。 実施形態による図２から図８の統合型フォトニクスモジュールの主要光学構成要素の一部の図である。 実施形態による図２から図８の統合型フォトニクスモジュールの光学フレームの図である。 実施形態による機械的に連結される回路基板を含む統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分の斜視図である。 実施形態による図２から図８の統合型フォトニクスモジュールにおいて用いられうるＭＥＭＳスキャナの斜視図である。 実施形態による統合型フォトニクスモジュールに関する３つの用途に関する例示のビーム整形およびビーム整形光学素子を示す図である。 実施形態による統合型フォトニクスモジュールに関するビーム整形光学素子の別個の変形および統合した変形を示す図である。 実施形態による携帯型走査型ビームプロジェクタに関する統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分を示す図である。 実施形態による走査型ビームヘッドアップディスプレイ用途に対する図１５の統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分の適合を示す図である。 実施形態による統合型レンズへの図１６のレンズ素子の統合を示す図である。 実施形態による任意の適応光学素子の光透過経路および配置を示す統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分の斜視図である。 実施形態による統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分の光源およびビーム結合器の関係を示す図である。 実施形態による統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分における光透過を示す図である。 別の実施形態による統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分における光透過を示す図である。 別の実施形態による統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分における光透過を示す図である。 別の実施形態による統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分における光透過を示す図である。 別の実施形態による統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分における光透過を示す図である。 別の実施形態による統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分における光透過を示す図である。 実施形態による非画像形成検出器を含む統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分を示す図である。 実施形態による焦点平面検出器アレイを備えた統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分を示す図である。 実施形態によるスキャナが選択性ミラーを通じて変調合成ビームを受信するように整列される統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分を示す図である。 ビームスキャナが、公称画像投影方向に対して垂直以外の平面にある、実施形態による統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分における光透過を示す図である。 １つの光源がビーム結合器と軸方向に整列される別の実施形態による統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分における光透過を示す図である。 実施形態による統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分を含むスキャナコントローラのブロック図である。 光源と、実施形態による統合型フォトニクスモジュールの少なくとも一部分を含むスキャナコントローラと、を含むディスプレイコントローラのブロック図である。 実施形態による移動体電子デバイスに統合される統合型フォトニクスモジュールの使用を示す図である。 実施形態によるヘッドアップディスプレイ用途における統合型フォトニクスモジュールの使用を示す図である。 実施形態による統合型フォトニクスモジュールを用いる携帯型走査型ビーム投影ディスプレイの斜視図である。

Claims (2)

1. 電子装置における統合に適した統合型フォトニクスモジュールであって、
   第１の整列フレームと、
   前記第１の整列フレームに取り付けられ、第１の軸に沿って赤色光の変調ビームを発するように動作可能である変調可能な赤色レーザダイオードと、
   前記第１の整列フレームに取り付けられ、前記第１の軸に平行な第２の軸に沿って変調した緑色光のビームを発するように動作可能である変調可能な緑色レーザと、
   前記第１の整列フレームに取り付けられ、前記第１の軸および前記第２の軸に平行な第３の軸に沿って青色光の変調ビームを発するように動作可能である変調可能な青色レーザダイオードと、
   前記第１の整列フレームに取り付けられ、赤色光、緑色光および青色光の前記変調ビームを受信し、前記受信したビームを変調合成ビームに結合し、第４の軸に沿って前記合成ビームを放つように整列されるビーム結合器と、
   前記第１の整列フレームに取り付けられ、第５の軸に沿って前記合成ビームを受信するように整列され、周期的な走査パターンにおいて変調走査ビームとして前記合成ビームを偏向するように動作可能であるビームスキャナと、
   前記ビーム結合器と前記ビームスキャナとの間に位置し、前記変調合成ビームおよび前記変調走査ビームを受信し、前記変調走査ビームの少なくとも一部分を視野に向かって通過させることを可能にするように整列される選択性反射体と、
   前記ビーム結合器と前記ビームスキャナとの間に位置し、前記変調合成ビームおよび前記走査ビームを受信し、前記受信した変調合成ビームの偏光を９０°回転させ、且つ、前記走査ビームの偏光を前記ビームスキャナによって受信された前記変調合成ビームから９０°の配向にさらに回転させるように整列される偏光回転子と、を備え、
   前記第５の軸が前記第４の軸に対して平行であり、前記選択性反射体は、前記受信された変調合成ビームの少なくとも一部分を前記ビームスキャナに向かって通過させ、前記変調走査ビームの少なくとも一部分を前記視野に向かって反射するように構成されることを特徴とする統合型フォトニクスモジュール。
2. 前記選択性反射体は、偏光選択性反射体を備える、請求項１に記載の統合型フォトニクスモジュール。

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