(57)【要約】      （修正有）【課題】仮想現実および拡張現実イメージングおよび可視化システムを提供する。【解決手段】スタックされた導波管アセンブリでは、導波管は、カラーフィルタ、分散型フィルタおよび／またはスイッチ材料を備えることができる。カラーフィルタの実施例は、染料、着色剤または色素を含む。分散型フィルタおよび／またはスイッチ材料の実施例は、ダイクロイックフィルタ、ブラッグ格子、電子的に切替可能なガラスおよび電子的に切替可能なミラーを含む。スイッチ材料は望ましくない色または波長の光を減衰させるように設計または調整されることができる。導波管はそれぞれ特定の設計波長と関連付けられてもよい。これは、設計波長と関連付けられた導波管が、設計波長における光を関連付けられた光分散要素に偏向させるように構成される内部結合光学要素を含み、関連付けられた波長選択的領域が、設計波長にない光を減衰させるように構成されることを意味し得る。【選択図】図４
2020190746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェアラブルディスプレイシステムにおいて使用され得る導波管であって、前記ウェアラブルディスプレイシステムは、画像を表示しかつユーザの周囲の世界の可視化を提供するように、前記ユーザの眼の前に位置付けられるように構成されたディスプレイを含み、前記導波管は、
第１の主要表面および第２の主要表面、ならびに、前記第１の主要表面と前記第２の主要表面との間に延在する縁と、
前記導波管の中に光を結合するように構成された内部結合光学要素であって、前記光は、第１の波長と、前記第１の波長と等しくない第２の波長とを含む、内部結合光学要素と、
前記内部結合光学要素からの光を第１の軸に沿って中継および拡張するように構成された光分散要素であって、前記光分散要素は、前記導波管の前記第２の主要表面よりも前記導波管の前記第１の主要表面に近い、光分散要素と、
前記導波管の前記第２の主要表面よりも前記導波管の前記第１の主要表面の近くに配置された波長選択的フィルタであって、前記波長選択的フィルタは、前記光分散要素に到達する前記内部結合光学要素からの前記第１の波長における内部結合光と比較して、前記光分散要素に到達する前記内部結合光学要素からの前記第２の波長における内部結合光の量を減少させるように構成されている、波長選択的フィルタと、
前記光分散要素からの光を前記第１の軸に垂直な第２の軸に沿って受信し、前記第１の波長における光を前記導波管の外に結合するように構成された外部結合光学要素であって、前記外部結合光学要素および前記波長選択的フィルタは、前記世界が前記ユーザによって前記外部結合光学要素を通して視認され、前記波長選択的フィルタを通して視認されないように配置される、外部結合光学要素と
を含む、導波管。
【請求項２】
前記内部結合光学要素は、格子を含む、請求項１に記載の導波管。
【請求項３】
前記波長選択的フィルタは、ダイクロイックフィルタを含む、請求項１に記載の導波管。
【請求項４】
前記内部結合光学要素は、波長選択的フィルタを含まない、請求項１に記載の導波管。
【請求項５】
前記波長選択的フィルタは、前記導波管の前記第１の主要表面に隣接して配置される、請求項１に記載の導波管。
【請求項６】
前記波長選択的フィルタは、電子的に切替可能なフィルタを含む、請求項１に記載の導波管。
【請求項７】
前記電子的に切替可能なフィルタをオン状態とオフ状態との間で切り替えるように構成されているコントローラをさらに含む、請求項６に記載の導波管。
【請求項８】
前記波長選択的フィルタは、ポリマー分散液晶を含む、請求項１に記載の導波管。
【請求項９】
前記光分散要素は、回折光学要素を含む、請求項１に記載の導波管。
【請求項１０】
前記回折光学要素は、格子、ホログラム、または切替可能な回折光学要素を含む、請求項９に記載の導波管。
【請求項１１】
前記波長選択的フィルタは、前記光分散要素に隣接して配置される、請求項１に記載の導波管。
【請求項１２】
前記波長選択的フィルタは、カラーフィルタを含む、請求項１に記載の導波管。
【請求項１３】
外部結合光学要素は、前記導波管の前記第２の主要表面よりも前記導波管の前記第１の主要表面の近くに配置されている、請求項１に記載の導波管。
【請求項１４】
内部結合光学要素は、前記導波管の前記第１の主要表面よりも前記導波管の前記第２の主要表面の近くに配置されている、請求項１に記載の導波管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１６年５月１２日に出願され、“ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＥＤ  ＬＩＧＨＴ  ＭＡＮＩＰＵＬＡＴＩＯＮ  ＯＶＥＲ  ＩＭＡＧＩＮＧ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ”と題された米国仮出願第６２／３３５，２２３号、および２０１６年５月１２日に出願され、“ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨ  ＭＵＬＴＩＰＬＥＸＩＮＧ  ＩＮ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥＳ”と題された米国仮出願第６２／３３５，２３２号に対する３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．  §  １１９（ｅ）のもとでの優先権の利益を主張するものであり、これらの両方は、全体が参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
本開示は、仮想現実および拡張現実イメージングおよび可視化システムに関し、より具体的には、光を導波管の異なる領域に分散させることに関する。
【背景技術】
【０００３】
現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、いわゆる「仮想現実」または「拡張現実」体験のためのシステムの開発を促進しており、デジタル的に再現された画像またはその一部が、現実であるように見える、またはそのように知覚され得る様式でユーザに提示される。仮想現実または「ＶＲ」シナリオは、典型的には、他の実際の実世界の視覚的入力に対する透明性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴い、拡張現実または「ＡＲ」シナリオは、典型的には、ユーザの周囲の実際の世界の可視化に対する拡張としてのデジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。例えば、図１を参照すると、拡張現実場面１０００が、描写されており、ＡＲ技術のユーザには、背景における人々、木々、建物を特徴とする実世界公園状設定１１００と、コンクリートプラットフォーム１１２０とが見える。これらのアイテムに加え、ＡＲ技術のユーザはまた、これらの要素が実世界内に存在しないにもかかわらず、実世界プラットフォーム１１２０上に立っているロボット像１１１０と、マルハナバチの擬人化のように見える、飛んでいる漫画のようなアバタキャラクタ１１３０を「見ている」と知覚する。結論から述べると、ヒトの視知覚系は、非常に複雑であって、他の仮想または実世界画像要素間における仮想画像要素の快適で、自然のような感覚で、かつ豊かな提示を促進する、ＶＲまたはＡＲ技術の生成は、困難である。本明細書に開示されるシステムおよび方法は、ＶＲおよびＡＲ技術に関連する種々の課題に対処する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ウェアラブルディスプレイシステムにおいて使用され得る、導波管およびスタックされた導波管アセンブリの実施例が、本明細書に説明される。
【０００５】
導波管の実施形態は、第１の波長における光を内部結合し、第１の波長にない光を導波管から外部結合するように構成される、内部結合光学要素を備える。導波管はさらに、波長選択的領域を備え、波長選択的領域は、内部結合された光を内部結合光学要素から受信し、内部結合された光を光分散要素に伝搬するように構成される。波長選択的領域は、第１の波長にない内部結合された光を第１の波長における内部結合された光に対して減衰させるように構成されることができる。光分散要素は、第１の波長における内部結合された光を波長選択的領域から外部結合するように構成されることができる。導波管はまた、第１の波長における内部結合された光を光分散要素から受信し、第１の波長における内部結合された光を導波管から外部結合するように構成される、外部結合光学要素を備える。
【０００６】
スタックされた導波管アセンブリの実施形態は、第１の導波管を備え、これは、第１の波長における光を内部結合し、第１の波長にない光を第１の導波管から外部結合するように構成される、第１の内部結合光学要素を備える。第１の導波管はさらに、内部結合された光を第１の内部結合光学要素から受信し、内部結合された光を第１の光分散要素に伝搬するように構成される、第１の波長選択的領域を備える。第１の波長選択的領域は、第１の波長にない内部結合された光を第１の波長における内部結合された光に対して減衰させ、第１の波長における内部結合された光を第１の波長選択的領域から外部結合するように構成される。第１の導波管はまた、第１の波長における内部結合された光を第１の光分散要素から受信し、第１の波長にない内部結合された光を第１の導波管から外部結合するように構成される、第１の外部結合光学要素を備える。
【０００７】
スタックされた導波管アセンブリの実施形態はさらに、第２の導波管を備え、これは、第１の波長と異なる第２の波長における入射光を第１の内部結合光学要素から受信し、第２の波長にない入射光を第２の導波管から外部結合し、第２の波長における入射光を内部結合するように構成される、第２の内部結合光学要素を備える。第２の導波管はさらに、内部結合された光を第２の内部結合光学要素から受信し、内部結合された光を第２の光分散要素に伝搬するように構成される、第２の波長選択的領域を備える。第２の波長選択的領域は、第２の波長にない内部結合された光を第２の波長における内部結合された光に対して減衰させるように構成される。第２の光分散要素は、第２の波長における内部結合された光を第２の波長選択的領域から外部結合するように構成される。第２の導波管はまた、第２の波長における内部結合された光を第２の光分散要素から受信し、第２の波長にない内部結合された光を第２の導波管から外部結合するように構成される、第２の外部結合光学要素を備える。
【０００８】
光学画像を表示する方法の実施形態は、第１の波長および第１の波長と異なる第２の波長を有する光をスタックされた導波管アセンブリの中に内部結合するステップを含む。スタックされた導波管アセンブリは、第１の導波管と、第２の導波管とを備え、第１の導波管は、波長選択的領域の第１の層と、外部結合光学要素の第１の層とを備える。第２の導波管は、波長選択的領域の第２の層と、外部結合光学要素の第２の層とを備える。本方法はさらに、第２の波長における内部結合された光を波長選択的領域の第１の層内で第１の波長に対して選択的に減衰させるステップと、第１の波長における内部結合された光を波長選択的領域の第２の層内で第１の波長に対して選択的に減衰させるステップとを含む。本方法はさらに、第１の波長における内部結合された光を外部結合光学要素の第１の層に結合するステップと、第１の波長における内部結合された光を外部結合光学要素の第２の層に結合するステップとを含む。本方法はまた、第１の波長および第２の波長における内部結合された光をスタックされた導波管アセンブリから外部結合するステップを含む。
【０００９】
光学画像を表示する方法の別の実施形態は、第１の波長および第１の波長と異なる第２の波長を有する光を導波管の中に内部結合するステップと、第２の波長における内部結合された光を波長選択的領域の第１の層内で第１の波長に対して選択的に減衰させるステップとを含む。本方法はさらに、第１の波長における内部結合された光を波長選択的領域の第２の層内で第２の波長に対して選択的に減衰させるステップと、第１の波長における内部結合された光を第１の光分散要素から外部結合光学要素の第１の層に結合するステップとを含む。本方法はさらに、第２の波長における内部結合された光を第２の光分散要素から外部結合光学要素の第２の層に結合するステップと、第１の波長および第２の波長における内部結合された光を外部結合光学要素から外部結合するステップとを含む。
【００１０】
本明細書に説明される主題の１つ以上の実装の詳細が、付随の図面および以下の説明に記載される。他の特徴、側面、および利点は、説明、図面、および請求項から明白となるであろう。本概要または以下の発明を実施するための形態のいずれも、本発明の主題の範囲を定義または限定することを主張するものではない。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
導波管であって、
光を前記導波管の中に結合するように構成されている内部結合光学要素であって、前記光は、第１の波長および前記第１の波長と等しくない第２の波長を含む、内部結合光学要素と、
光を前記内部結合光学要素から受信し、全内部反射を介して、光を伝搬するように構成されている光分散要素であって、前記光分散要素は、前記第２の波長における内部結合された光を前記第１の波長における内部結合された光に対して減衰させるように構成されている波長選択的領域を含む、光分散要素と、
光を前記光分散要素から受信し、前記第１の波長における光を前記導波管から外部結合するように構成されている外部結合光学要素と
を含む、導波管。
（項目２）
前記内部結合光学要素は、格子を含む、項目１に記載の導波管。
（項目３）
前記波長選択的領域は、染料、着色剤、色素、ダイクロイックフィルタ、またはブラッグ格子を含む、項目１に記載の導波管。
（項目４）
前記内部結合光学要素は、波長選択的フィルタを含まない、項目１に記載の導波管。
（項目５）
前記外部結合光学要素は、波長選択的フィルタを含まない、項目１に記載の導波管。
（項目６）
前記波長選択的領域は、電子的に切替可能な領域を含む、項目１に記載の導波管。
（項目７）
前記電子的に切替可能な領域をオン状態とオフ状態との間で切り替えるように構成されている、コントローラをさらに含む、項目６に記載の導波管。
（項目８）
前記波長選択的領域は、ポリマー分散液晶格子を含む、項目１に記載の導波管。
（項目９）
前記光分散要素は、回折光学要素を含む、項目１に記載の導波管。
（項目１０）
前記回折光学要素は、格子、ホログラム、または切替可能な回折光学要素を含む、項目９に記載の導波管。
（項目１１）
スタックされた導波管アセンブリであって、
第１の導波管であって、前記第１の導波管は、
第１の波長における光を光分散要素の第１の層の中に結合するように構成されている、内部結合光学要素の第１の層であって、前記光分散要素は、波長選択的領域を含む、内部結合光学要素の第１の層と、
内部結合された光を前記内部結合光学要素の第１の層から受信し、前記第１の波長にない前記内部結合された光を前記第１の波長における内部結合された光に対して減衰させるように構成されている、前記波長選択的領域の第１の層であって、
前記光分散要素の第１の層は、前記第１の波長における内部結合された光を前記波長選択的領域の第１の層から外部結合するように構成されている、前記波長選択的領域の第１の層と、
前記第１の波長における内部結合された光を前記光分散要素の第１の層から受信し、前記内部結合された光を前記第１の導波管から外部結合するように構成されている、外部結合光学要素の第１の層と
を含む、第１の導波管と、
第２の導波管であって、前記第２の導波管は、
第２の波長における光を前記光分散要素の第２の層の中に結合するように構成されている、前記内部結合光学要素の第２の層であって、前記第２の波長は、前記第１の波長と異なる、前記内部結合光学要素の第２の層と、
内部結合された光を前記内部結合光学要素の第２の層から受信し、前記第２の波長にない前記内部結合された光を前記第２の波長における内部結合された光に対して減衰させるように構成されている、前記波長選択的領域の第２の層であって、
前記光分散要素の第２の層は、前記第２の波長における内部結合された光を前記波長選択的領域の第２の層から外部結合するように構成されている、前記波長選択的領域の第２の層と、
前記第２の波長における内部結合された光を前記光分散要素の第２の層から受信し、前記内部結合された光を前記第２の導波管から外部結合するように構成されている、前記外部結合光学要素の第２の層と
を含む、第２の導波管と
を含む、スタックされた導波管アセンブリ。
（項目１２）
前記波長選択的領域の第１の層は、第１のカラーフィルタを含み、前記波長選択的領域の第２の層は、第２のカラーフィルタを含み、前記第１のカラーフィルタは、前記第２の波長における光を減衰させるように構成されており、前記第２のカラーフィルタは、前記第１の波長における光を減衰させるように構成されている、項目１１に記載のスタックされた導波管アセンブリ。
（項目１３）
前記第１のカラーフィルタまたは前記第２のカラーフィルタは、染料、着色剤、色素、立体光学フィルタ、またはダイクロイックフィルタを含む、項目１２に記載のスタックされた導波管アセンブリ。
（項目１４）
前記波長選択的領域の第１の層は、第１の電子的に切替可能な領域を含み、前記波長選択的領域の第２の層は、第２の電子的に切替可能な領域を含む、項目１１に記載のスタックされた導波管アセンブリ。
（項目１５）
前記第１の電子的に切替可能な領域および前記第２の電子的に切替可能な領域を電子的に制御し、前記スタックされた導波管アセンブリ内の光を変調するように構成されている、コントローラをさらに含む、項目１４に記載のスタックされた導波管アセンブリ。
（項目１６）
前記コントローラは、前記第１の電子的に切替可能な領域を切り替え、前記光分散要素の第１の層内の光を変調し、前記第２の電子的に切替可能な領域を切り替え、前記光分散要素の第２の層内の光を変調しないように構成されている、項目１５に記載のスタックされた導波管アセンブリ。
（項目１７）
前記コントローラは、前記第１の電子的に切替可能な領域および前記第２の電子的に切替可能な領域を電子的に制御し、前記内部結合された光を操向し、視野を拡張させるように構成されている、項目１５に記載のスタックされた導波管アセンブリ。
（項目１８）
前記波長選択的領域の第１の層は、前記第１の波長にない光の屈折率を改変するように構成されている、または、前記波長選択的領域の第２の層は、前記第２の波長にない光の屈折率を改変するように構成されている、項目１１に記載のスタックされた導波管アセンブリ。
（項目１９）
前記波長選択的領域の第１の層または第２の層は、偏光器を含む、項目１１に記載のスタックされた導波管アセンブリ。
（項目２０）
前記第１の波長は、色の第１の下位色と関連付けられ、前記第２の波長は、前記色の第２の下位色と関連付けられ、前記第２の下位色は、前記第１の下位色と異なる、項目１１に記載のスタックされた導波管アセンブリ。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、人物によって視認されるある仮想現実オブジェクトおよびある実際の現実オブジェクトを伴う、拡張現実シナリオの例証を描写する。
【００１２】
【図２】図２は、ウェアラブルディスプレイシステムの実施例を図式的に図示する。
【００１３】
【図３】図３は、複数の深度平面を使用して３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図式的に図示する。
【００１４】
【図４】図４は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図式的に図示する。
【００１５】
【図５】図５は、導波管によって出力され得る、例示的出射ビームを示す。
【００１６】
【図６】図６は、導波管装置と、光を導波管装置へまたはそこから光学的に結合するための光学結合器サブシステムと、多焦点立体ディスプレイ、画像、またはライトフィールドの生成において使用される、制御サブシステムとを含む、光学システムを示す、概略図である。
【００１７】
【図７Ａ】図７Ａは、内部結合光学要素と、光分散要素と、外部結合光学要素とを備える、導波管を含む、ディスプレイの実施例を図式的に図示する、上面図である。
【００１８】
【図７Ｂ】図７Ｂは、軸Ａ−Ａ’に沿った図７Ａに描写されるディスプレイの断面図である。
【００１９】
【図８】図８は、導波管と、内部結合光学要素と、波長選択的領域を含む光分散要素と、外部結合光学要素とを含む、ディスプレイの実施例を図式的に図示する、上面図である。
【００２０】
【図９】図９は、スタックされた導波管アセンブリの実施例の斜視図を図示する。
【００２１】
【図１０Ａ】図１０Ａは、例示的ディスプレイを図式的に図示する、側面図であって、２つの導波管は、カラーフィルタを含む。
【００２２】
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、例示的ディスプレイを図式的に図示する、側面図であって、２つの導波管は、分散型スイッチ材料を含む。
【００２３】
【図１１】図１１は、複数のフィルタ領域を伴う例示的導波管を図式的に図示する、側面図である。
【００２４】
【図１２】図１２は、色内の一連の下位色の実施例を図示する。
【００２５】
【図１３】図１３は、例示的なスタックされた導波管アセンブリの側面図を図式的に図示する。
【００２６】
【図１４】図１４は、予備的光フィルタシステムを伴う例示的なスタックされた導波管アセンブリの側面図を図式的に図示する。
【００２７】
【図１５Ａ】図１５Ａは、分散型フィルタを伴う図１３の導波管アセンブリの実施例を示す。
【００２８】
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、分散型スイッチを伴う図１３の導波管アセンブリの実施例を示す。
【００２９】
【図１６】図１６は、色が知覚される仮説的ヒトの視覚的応答色域を説明する、色度図である。
【００３０】
図面全体を通して、参照番号は、参照される要素間の対応を示すために再使用され得る。図面は、本明細書に説明される例示的実施形態を図示するために提供され、本開示の範囲を限定することを意図されない。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
概要
３次元（３Ｄ）ディスプレイが、深度の真の感覚、より具体的には、表面深度のシミュレートされた感覚を生成するために、ディスプレイの視野内の点毎に、その仮想深度に対応する遠近調節応答を生成することが望ましくあり得る。ディスプレイ点に対する遠近調節応答が、収束および立体視の両眼深度キューによって判定されるようなその点の仮想深度に対応しない場合、ヒトの眼は、遠近調節衝突を体験し、不安定なイメージング、有害な眼精疲労、頭痛、および遠近調節情報の不在下では、表面深度のほぼ完全な欠如をもたらし得る。
【００３２】
ＶＲおよびＡＲ体験は、複数の深度平面に対応する画像が視認者に提供されるディスプレイを有する、ディスプレイシステムによって提供されることができる。画像は、深度平面毎に異なってもよく（例えば、場面またはオブジェクトの若干異なる提示を提供する）、視認者の眼によって別個に集束され、それによって、異なる深度平面上に位置する場面に関する異なる画像特徴に合焦させるために要求される眼の遠近調節に基づいて、および／または合焦からずれている異なる深度平面上の異なる画像特徴を観察することに基づいて、ユーザに深度キューを提供することに役立ち得る。本明細書のいずれかに議論されるように、そのような深度キューは、信用できる深度の知覚を提供する。
【００３３】
図２は、ウェアラブルディスプレイシステム１００の実施例を図示する。ディスプレイシステム１００は、ディスプレイ６２と、ディスプレイ６２の機能をサポートするための種々の機械的および電子的モジュールおよびシステムとを含む。ディスプレイ６２は、フレーム６４に結合されてもよく、これは、ディスプレイシステムユーザ、装着者、または視認者６０によって装着可能であって、ディスプレイ６２をユーザ６０の眼の正面に位置付けるように構成される。いくつかの実施形態では、スピーカ６６が、フレーム６４に結合され、ユーザの外耳道に隣接して位置付けられる（いくつかの実施形態では、示されない別のスピーカが、ユーザの他方の外耳道に隣接して位置付けられ、ステレオ／成形可能音響制御を提供する）。ディスプレイ６２は、有線導線または無線接続等によって、フレーム６４に固定して取り付けられる、ユーザによって装着されるヘルメットまたは帽子に固定して取り付けられる、ヘッドホンに内蔵される、または別様にユーザ６０に（例えば、バックパック式構成において、ベルト結合式構成において）可撤式に取り付けられる等、種々の構成において搭載され得る、ローカルデータ処理モジュール７１に動作可能に結合される６８。
【００３４】
ローカル処理およびデータモジュール７１は、ハードウェアプロセッサおよび不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリ）等のデジタルメモリを備えてもよく、その両方は、データの処理、キャッシング、および記憶を補助するために利用され得る。データは、ａ）画像捕捉デバイス（例えば、カメラ）、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、全地球測位システム（ＧＰＳ）ユニット、無線デバイス、および／またはジャイロスコープ等の（例えば、フレーム６４に動作可能に結合される、または別様にユーザ６０に取り付けられ得る）センサから捕捉されるデータ、および／またはｂ）場合によっては処理または読出後にディスプレイ６２の通過のために、遠隔処理モジュール７２および／または遠隔データリポジトリ７４を使用して取得および／または処理されるデータを含んでもよい。ローカル処理およびデータモジュール７１は、これらの遠隔モジュールがローカル処理およびデータモジュール７１へのリソースとして利用可能であるように、通信リンク７６および／または７８によって、有線または無線通信リンクを介して等、遠隔処理モジュール７２および／または遠隔データリポジトリ７４に動作可能に結合されてもよい。加えて、遠隔処理モジュール７２および遠隔データリポジトリ７４は、相互に動作可能に結合されてもよい。
【００３５】
いくつかの実施形態では、遠隔処理モジュール７２は、データおよび／または画像情報を分析および処理するように構成される、１つ以上のプロセッサを備えてもよい。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ７４は、デジタルデータ記憶設備を備え得、これは、「クラウド」リソース構成におけるインターネットまたは他のネットワーキング構成を通して利用可能であってもよい。いくつかの実施形態では、全てのデータが、記憶され、全ての算出が、ローカル処理およびデータモジュールにおいて実施され、遠隔モジュールからの完全に自律的な使用を可能にする。
【００３６】
ヒト視覚系は、複雑であって、深度の現実的知覚を提供することは、困難である。理論によって限定されるわけではないが、オブジェクトの視認者は、輻輳・開散運動（ｖｅｒｇｅｎｃｅ）および遠近調節（ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ）の組み合わせに起因して、オブジェクトを３次元として知覚し得ると考えられる。相互に対する２つの眼の輻輳・開散運動（例えば、眼の視線を収束させ、オブジェクト上に固定させるための相互に向かって、またはそこから離れるような瞳孔の転動運動）は、眼の水晶体の集束（または「遠近調節」）と密接に関連付けられる。通常条件下では、眼の水晶体の焦点を変更する、または眼を遠近調節し、１つのオブジェクトから異なる距離における別のオブジェクトに焦点を変更させることは、自動的に、「遠近調節−輻輳・開散運動反射」として知られる関係下、同一距離まで輻輳・開散運動における整合する変化を生じさせるであろう。同様に、輻輳・開散運動における変化は、通常条件下、遠近調節における整合する変化をトリガするであろう。遠近調節と輻輳・開散運動との間のより良好な整合を提供する、ディスプレイシステムは、３次元画像のより現実的または快適なシミュレーションを形成し得る。
【００３７】
図３は、複数の深度平面を使用して３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。図３を参照すると、ｚ−軸上の眼３０２および３０４からの種々の距離におけるオブジェクトは、それらのオブジェクトが合焦するように、眼３０２および３０４によって遠近調節される。眼３０２および３０４は、特定の遠近調節された状態をとり、オブジェクトをｚ−軸に沿った異なる距離に合焦させる。その結果、特定の遠近調節された状態は、特定の深度平面におけるオブジェクトまたはオブジェクトの一部が、眼がその深度平面に対して遠近調節された状態にあるとき、合焦するように、関連付けられた焦点距離を有して、深度平面３０６のうちの特定の１つと関連付けられると言え得る。いくつかの実施形態では、３次元画像は、眼３０２および３０４毎に、画像の異なる提示を提供することによって、また、深度平面のそれぞれに対応する画像の異なる提示を提供することによって、シミュレートされてもよい。例証を明確にするために、別個であるように示されるが、眼３０２および３０４の視野は、例えば、ｚ−軸に沿った距離が増加するにつれて、重複し得る。加えて、例証を容易にするために、平坦であるように示されるが、深度平面の輪郭は、深度平面内の全ての特徴が特定の遠近調節された状態において眼と合焦するように、物理的空間内で湾曲されてもよい。理論によって限定されるわけではないが、ヒトの眼は、典型的には、深度知覚を提供するために、有限数の深度面を解釈し得ると考えられる。その結果、知覚される深度の高度に真実味のあるシミュレーションが、これらの限定された数の深度面のそれぞれに対応する画像の異なる表現を眼に提供することによって達成され得る。
導波管スタックアセンブリ
【００３８】
図４は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図示する。ディスプレイシステム１００は、複数の導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０を使用して、３次元知覚を眼／脳に提供するために利用され得る、導波管のスタックまたはスタックされた導波管アセンブリ１７８を含む。いくつかの実施形態では、図４に示されるディスプレイシステム１００は、図２に示されるウェアラブルディスプレイシステム１００において使用されてもよく、図４は、そのシステム１００のいくつかの部分をより詳細に図式的に示す。例えば、いくつかの実施形態では、導波管アセンブリ１７８は、図２のディスプレイ６２の中に統合されてもよい。
【００３９】
図４を継続して参照すると、導波管アセンブリ１７８はまた、複数の特徴１９８、１９６、１９４、１９２を導波管の間に含んでもよい。いくつかの実施形態では、特徴１９８、１９６、１９４、１９２は、レンズであってもよい。導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０および／または複数のレンズ１９８、１９６、１９４、１９２は、種々のレベルの波面曲率または光線発散を用いて画像情報を眼に送信するように構成されてもよい。各導波管レベルは、特定の深度平面と関連付けられてもよく、その深度平面に対応する画像情報を出力するように構成されてもよい。画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８は、それぞれが眼３０４に向かって出力のために各個別の導波管を横断して入射光を分散させるように構成され得る、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０の中に画像情報を投入するために利用されてもよい。光は、画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８の出力表面から出射し、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０の対応する入力縁の中に投入される。いくつかの実施形態では、光の単一ビーム（例えば、コリメートされたビーム）が、各導波管の中に投入され、特定の導波管と関連付けられた深度平面に対応する特定の角度（および発散量）において眼３０４に向かって指向される、クローン化されたコリメートビームの場全体を出力する。
【００４０】
いくつかの実施形態では、画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８はそれぞれ、それぞれが対応する導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０の中への投入のために画像情報を生成する、離散ディスプレイである。いくつかの他の実施形態では、画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８は、例えば、画像情報を１つ以上の光学導管（光ファイバケーブル等）を介して、画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８のそれぞれに送り得る、単一の多重化されたディスプレイの出力端である。
【００４１】
コントローラ２１０が、スタックされた導波管アセンブリ１７８および画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８の動作を制御する。いくつかの実施形態では、コントローラ２１０は、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０への画像情報のタイミングおよび提供を調整する、プログラミング（例えば、非一過性コンピュータ可読媒体内の命令）を含む。いくつかの実施形態では、コントローラは、単一の一体型デバイス（例えば、ハードウェアプロセッサ）または有線または無線通信チャネルによって接続される分散型システムである。コントローラ２１０は、いくつかの実施形態では、処理モジュール７１または７２（図２に図示される）の一部である。
【００４２】
導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０は、全内部反射（ＴＩＲ）によって各個別の導波管内で光を伝搬するように構成されてもよい。導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０はそれぞれ、主要上部表面および主要底部表面およびそれらの主要上部表面と主要底部表面との間に延在する縁を伴う、平面状であるかまたは別の形状（例えば、湾曲）を有してもよい。図示される構成では、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０はそれぞれ、光を再指向させ、各個別の導波管内で伝搬させ、導波管から画像情報を眼３０４に出力することによって、光を導波管から抽出するように構成される、光抽出光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０を含んでもよい。抽出された光はまた、外部結合光と称され得、光抽出光学要素はまた、外部結合光学要素と称され得る。抽出された光のビームは、導波管によって、導波管内で伝搬する光が光再指向要素に衝打する場所において出力される。光抽出光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０は、例えば、反射および／または回折光学特徴であってもよい。説明を容易にし、図面を明確にするために、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０の底部表面に配置されて図示されるが、いくつかの実施形態では、光抽出光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０は、上部表面および／または底部表面に配置される、および／または導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０の容積内に直接配置されてもよい。いくつかの実施形態では、光抽出光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０は、透明基板に取り付けられ、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０を形成する、材料の層内に形成される。いくつかの他の実施形態では、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０は、モノリシック材料片であってもよく、光抽出光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０は、その材料片の表面上および／または内部に形成されてもよい。
【００４３】
図４を継続して参照すると、本明細書に議論されるように、各導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０は、光を出力し、特定の深度平面に対応する画像を形成するように構成される。例えば、眼の最近傍の導波管１８２は、そのような導波管１８２の中に投入されるにつれて、コリメートされた光を眼３０４に送達するように構成されてもよい。コリメートされた光は、光学無限遠焦点面を表し得る。次の上方の導波管１８４は、眼３０４に到達し得る前に、第１のレンズ１９２（例えば、負のレンズ）を通して通過する、コリメートされた光を送出するように構成されてもよい。そのような第１のレンズ１９２は、眼／脳が、その次の上方の導波管１８４から生じる光を光学無限遠から眼３０４に向かって内向きにより近い第１の焦点面から生じるように解釈するように、若干の凸面波面曲率を生成するように構成されてもよい。同様に、第３の上方の導波管１８６は、眼３０４に到達する前に、その出力光を第１のレンズ１９２および第２のレンズ１９４の両方を通して通過させる。第１および第２のレンズ１９２および１９４の組み合わせられた屈折力は、眼／脳が、第３の導波管１８６から生じる光が次の上方の導波管１８４からの光であったよりも光学無限遠から人物に向かって内向きにさらに近い第２の焦点面から生じるように解釈するように、別の漸増量の波面曲率を生成するように構成されてもよい。
【００４４】
他の導波管層（例えば、導波管１８８、１９０）およびレンズ（例えば、レンズ１９６、１９８）も同様に構成され、スタック内の最高導波管１９０を用いて、人物に最も近い焦点面を表す集約焦点力のために、その出力をそれと眼との間のレンズの全てを通して送出する。スタックされた導波管アセンブリ１７８の他側の世界１４４から生じる光を視認／解釈するとき、レンズ１９８、１９６、１９４、１９２のスタックを補償するために、補償レンズ層１８０が、スタックの上部に配置され、下方のレンズスタック１９８、１９６、１９４、１９２の集約力を補償してもよい。そのような構成は、利用可能な導波管／レンズ対と同じ数の知覚される焦点面を提供する。導波管の光抽出光学要素およびレンズの集束側面は両方とも、静的であってもよい（例えば、動的または電気活性ではない）。いくつかの代替実施形態では、いずれかまたは両方とも、電気活性特徴を使用して動的である。
【００４５】
図４を継続して参照すると、光抽出光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０は、導波管と関連付けられた特定の深度平面のために、光をその個別の導波管から再指向し、かつ本光を適切な量の発散またはコリメーションを伴って出力するように構成されてもよい。その結果、異なる関連付けられた深度平面を有する導波管は、関連付けられた深度平面に応じて、異なる量の発散を伴う光を出力する、異なる構成の光抽出光学要素を有してもよい。いくつかの実施形態では、本明細書に議論されるように、光抽出光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０は、光を具体的角度で出力するように構成され得る、立体特徴または表面特徴である。例えば、光抽出光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０は、立体ホログラム、表面ホログラム、および／または回折格子であってもよい。回折格子等の光抽出光学要素は、２０１５年６月２５日に公開された米国特許公開第２０１５／０１７８９３９号（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）に説明されている。いくつかの実施形態では、特徴１９８、１９６、１９４、１９２は、レンズではない。むしろ、それらは、単に、スペーサであってもよい（例えば、クラッディング層および／または空隙を形成するための構造）。
【００４６】
いくつかの実施形態では、光抽出光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０は、回折パターンまたは「回折光学要素」（また、本明細書では、「ＤＯＥ」とも称される）を形成する、回折特徴である。ある場合には、ＤＯＥは、ビームの光の一部のみがＤＯＥの各交差点で眼３０４に向かって偏向（例えば、屈折、反射、回折）される一方、残りが、全内部反射を介して、導波管を通して移動し続けるように、比較的に低い回折効率を有する。画像情報を搬送する光は、したがって、複数の場所において導波管から出射する、いくつかの関連出射ビームに分割され、その結果は、導波管内でバウンスする本特定のコリメートされたビームに関して、眼３０４に向かう非常に均一なパターンの出射放出となる。
【００４７】
いくつかの実施形態では、１つ以上のＤＯＥは、能動的に回折する「オン」状態と有意に回折しない「オフ」状態との間で切替可能である。例えば、切替可能なＤＯＥは、ポリマー分散液晶の層を備えてもよく、その中で微小液滴は、ホスト媒体中に回折パターンを備え、微小液滴の屈折率は、ホスト材料の屈折率に実質的に整合するように切り替えられることができる（その場合、パターンは、入射光を著しく回折させない）、または微小液滴は、ホスト媒体のものに整合しない屈折率に切り替えられることができる（その場合、パターンは、入射光を能動的に回折させる）。
【００４８】
いくつかの実施形態では、深度平面および／または被写界深度の数および分布は、視認者の眼の瞳孔サイズおよび／または配向に基づいて、動的に変動されることができる。いくつかの実施形態では、カメラ５００（例えば、デジタルカメラ）が、眼３０４の画像を捕捉し、眼３０４の瞳孔のサイズおよび／または配向を判定するために使用されることができる。カメラ５００は、装着者６０が見ている方向（例えば、眼姿勢）を判定する際に使用するために、または装着者のバイオメトリック識別のために（例えば、虹彩識別を介して）、画像を取得するために使用されることができる。いくつかの実施形態では、カメラ５００は、フレーム６４に取り付けられ（図２に図示されるように）、処理モジュール７１および／または７２と電気通信してもよく、これは、カメラ５００からの画像情報を処理し、例えば、ユーザ６０の眼の瞳孔直径および／または配向を判定してもよい。いくつかの実施形態では、１つのカメラ５００が、眼毎に利用され、各眼の瞳孔サイズおよび／または配向を別個に判定し、それによって、各眼への画像情報の提示がその眼に動的に調整されることを可能にする。いくつかの他の実施形態では、片眼３０４のみの瞳孔直径および／または配向（例えば、対の眼あたり単一カメラ５００のみを使用して）が、判定され、視認者６０の両眼に対して類似すると仮定される。
【００４９】
例えば、被写界深度は、視認者の瞳孔サイズと反比例して変化してもよい。その結果、視認者の眼の瞳孔のサイズが減少するにつれて、被写界深度は、その平面の場所が眼の焦点深度を越えるため判別不能である１つの平面が、判別可能となり、瞳孔サイズの低減および被写界深度の相当する増加に伴って、より合焦して現れ得るように増加する。同様に、異なる画像を視認者に提示するために使用される、離間される深度平面の数は、減少された瞳孔サイズに伴って減少されてもよい。例えば、視認者は、一方の深度平面から他方の深度平面への眼の遠近調節を調節せずに、第１の深度平面および第２の深度平面の両方の詳細を１つの瞳孔サイズにおいて明確に知覚することが可能ではない場合がある。しかしながら、これらの２つの深度平面は、同時に、遠近調節を変化させずに、別の瞳孔サイズにおいてユーザに合焦するには十分であり得る。
【００５０】
いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムは、瞳孔サイズおよび／または配向の判定に基づいて、または特定の瞳孔サイズおよび／または配向を示す電気信号の受信に応じて、画像情報を受信する導波管の数を変動させてもよい。例えば、ユーザの眼が、２つの導波管と関連付けられた２つの深度平面間を区別不能である場合、コントローラ２１０は、これらの導波管のうちの１つへの画像情報の提供を停止するように構成またはプログラムされてもよい。有利には、これは、システムへの処理負担を低減させ、それによって、システムの応答性を増加させ得る。導波管のためのＤＯＥがオンおよびオフ状態間で切替可能である実施形態では、ＤＯＥは、導波管が画像情報を受信するとき、オフ状態に切り替えられてもよい。
【００５１】
いくつかの実施形態では、出射ビームに視認者の眼の直径未満の直径を有するという条件を満たさせることが望ましくあり得る。しかしながら、本条件を満たすことは、視認者の瞳孔のサイズの変動性に照らして、困難であり得る。いくつかの実施形態では、本条件は、視認者の瞳孔のサイズの判定に応答して出射ビームのサイズを変動させることによって、広範囲の瞳孔サイズにわたって満たされる。例えば、瞳孔サイズが減少するにつれて、出射ビームのサイズもまた、減少し得る。いくつかの実施形態では、出射ビームサイズは、可変開口を使用して変動されてもよい。
【００５２】
図５は、導波管によって出力された出射ビームの実施例を示す。１つの導波管が図示されるが、導波管アセンブリ１７８内の他の導波管も同様に機能し得、導波管アセンブリ１７８は、複数の導波管を含む。光４００が、導波管１８２の入力縁３８２において導波管１８２の中に投入され、ＴＩＲによって導波管１８２内を伝搬する。光４００がＤＯＥ２８２に衝突する点では、光の一部は、導波管から出射ビーム４０２として出射する。出射ビーム４０２は、略平行として図示されるが、これらはまた、導波管１８２と関連付けられた深度平面に応じて、ある角度（例えば、発散出射ビーム形成）において眼３０４に伝搬するように再指向されてもよい。略平行出射ビームは、眼３０４からの遠距離（例えば、光学無限遠）における深度平面に設定されるように現れる画像を形成するように光を外部結合する、外部結合光学要素を伴う導波管を示し得る。他の導波管または他の光抽出光学要素のセットは、より発散する、出射ビームパターンを出力してもよく、これは、眼３０４がより近い距離に遠近調節し、網膜に合焦させることを要求し、光学無限遠より眼３０４に近い距離からの光として脳によって解釈されるであろう。
【００５３】
図６は、導波管装置と、光を導波管装置へまたはそこから光学的に結合するための光学結合器サブシステムと、制御サブシステムとを含む、光学ディスプレイシステム１００の別の実施例を示す。光学ディスプレイシステム１００は、多焦点立体、画像、またはライトフィールドを生成するために使用されることができる。光学システムは、１つ以上の一次平面導波管１（１つのみのが図６に示される）と、一次導波管１の少なくともいくつかのそれぞれと関連付けられた１つ以上のＤＯＥ２とを含むことができる。平面導波管１は、図４を参照して議論される導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０に類似することができる。光学システムは、分散導波管装置を採用し、光を第１の軸（図６の図では、垂直またはＹ−軸）に沿って中継し、第１の軸（例えば、Ｙ−軸）に沿って光の有効射出瞳を拡張させてもよい。分散導波管装置は、例えば、分散平面導波管３と、分散平面導波管３と関連付けられた少なくとも１つのＤＯＥ４（二重破線によって図示される）とを含んでもよい。分散平面導波管３は、少なくともいくつかの点において、それと異なる配向を有する一次平面導波管１と類似または同じであってもよい。同様に、少なくとも１つのＤＯＥ４は、少なくともいくつかの点において、ＤＯＥ２と類似または同じであってもよい。例えば、分散平面導波管３および／またはＤＯＥ４は、それぞれ、一次平面導波管１および／またはＤＯＥ２と同一材料から成ってもよい。図４または６に示される光学ディスプレイシステム１００の実施形態は、図２に示されるウェアラブルディスプレイシステム１００の中に統合されることができる。
【００５４】
中継され、射出瞳が拡張された光は、分散導波管装置から１つ以上の一次平面導波管１０の中に光学的に結合される。一次平面導波管１は、ある場合には、第１の軸に直交する、第２の軸（例えば、図６の図では、水平またはＸ−軸）に沿って、光を中継する。着目すべきこととして、第２の軸は、第１の軸に対して非直交軸であることができる。一次平面導波管１は、その第２の軸（例えば、Ｘ−軸）に沿って、光の有効射出経路を拡張させる。例えば、分散平面導波管３は、光を垂直またはＹ−軸に沿って中継および拡張させ、光を水平またはＸ−軸に沿って中継および拡張させる、一次平面導波管１にその光を通過させることができる。
【００５５】
光学システムは、単一モード光ファイバ９の近位端の中に光学的に結合され得る、１つ以上の有色光源（例えば、赤色、緑色、および青色レーザ光）１１０を含んでもよい。光ファイバ９の遠位端は、圧電材料の中空管８を通して螺合または受容されてもよい。遠位端は、固定されない可撓性カンチレバー７として、管８から突出する。圧電管８は、４つの象限電極（図示せず）と関連付けられることができる。電極は、例えば、管８の外側、外側表面または外側周縁、または直径に鍍着されてもよい。コア電極（図示せず）もまた、管８のコア、中心、内側周縁、または内径に位置する。
【００５６】
例えば、ワイヤ１０を介して電気的に結合される、駆動電子機器１２は、対向する対の電極を駆動し、圧電管８を独立して２つの軸において屈曲させる。光ファイバ７の突出する遠位先端は、機械的共鳴モードを有する。共鳴の周波数は、光ファイバ７の直径、長さ、および材料性質に依存し得る。圧電管８をファイバカンチレバー７の第１の機械的共鳴モードの近傍で振動させることによって、ファイバカンチレバー７は、振動させられ、大偏向を通して掃引し得る。
【００５７】
２つの軸において共振振動を刺激することによって、ファイバカンチレバー７の先端は、２次元（２Ｄ）走査を充填する面積内において２軸方向に走査される。光源１１の強度をファイバカンチレバー７の走査と同期して変調させることによって、ファイバカンチレバー７から発せられる光は、画像を形成する。そのような設定の説明は、米国特許公開第２０１４／０００３７６２号（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）に提供されている。
【００５８】
光学結合器サブシステムのコンポーネントは、走査ファイバカンチレバー７から発せられる光をコリメートする。コリメートされた光は、鏡付き表面５によって、少なくとも１つの回折光学要素（ＤＯＥ）４を含有する、狭分散平面導波管３の中に反射される。コリメートされた光は、全内部反射によって分散平面導波管３に沿って（図６の図に対して）垂直に伝搬し、そうすることによって、ＤＯＥ４と繰り返し交差する。ＤＯＥ４は、ある場合には、低回折効率を有する。これは、光の一部（例えば、１０％）をＤＯＥ４との交差点の各点においてより大きい一次平面導波管１の縁に向かって回折させ、光の一部をＴＩＲを介して分散平面導波管３の長さを辿ってそのオリジナル軌道上で継続させる。
【００５９】
ＤＯＥ４との交差点の各点において、付加的光が、一次導波管１の入口に向かって回折される。入射光を複数の外部結合セットに分割することによって、光の射出瞳は、分散平面導波管３内のＤＯＥ４によって垂直に拡張される。分散平面導波管３から外部結合された本垂直に拡張された光は、一次平面導波管１の縁に進入する。
【００６０】
一次導波管１に進入する光は、ＴＩＲを介して、一次導波管１に沿って（図６の図に対して）水平に伝搬する。光は、複数の点においてＤＯＥ２と交差するにつれて、ＴＩＲを介して、一次導波管１０の長さの少なくとも一部に沿って水平に伝搬する。ＤＯＥ２は、有利には、線形回折パターンおよび半径方向対称回折パターンの総和である、位相プロファイルを有し、光の偏向および集束の両方を生成するように設計または構成され得る。ＤＯＥ２は、有利には、ビームの光の一部のみが、ＤＯＥ２の各交差点において視認者の眼に向かって偏向される一方、光の残りが、ＴＩＲを介して、導波管１を通して伝搬し続けるように、低回折効率（例えば、１０％）を有し得る。
【００６１】
伝搬する光とＤＯＥ２との間の交差点の各点において、光の一部は、一次導波管１の隣接面に向かって回折され、光がＴＩＲから逃散し、一次導波管１の面から発せられることを可能にする。いくつかの実施形態では、ＤＯＥ２の半径方向対称回折パターンは、加えて、ある焦点レベルを回折された光に付与し、個々のビームの光波面を成形（例えば、曲率を付与する）することと、ビームを設計される焦点レベルに合致する角度に操向することとの両方を行う。
【００６２】
故に、これらの異なる経路は、異なる角度におけるＤＯＥ２の多重度、焦点レベル、および／または射出瞳において異なる充填パターンをもたらすことによって、光を一次平面導波管１の外部で結合させることができる。射出瞳における異なる充填パターンは、有利には、複数の深度平面を伴うライトフィールドディスプレイを生成するために使用されることができる。導波管アセンブリ内の各層または層のスタック（例えば、３層）が、個別の色（例えば、赤色、青色、緑色）を生成するために採用されてもよい。したがって、例えば、第１の３つの隣接する層のスタックが、それぞれ、赤色、青色、および緑色光を第１の焦点深度において生成するために採用されてもよい。第２の３つの隣接する層のスタックが、それぞれ、赤色、青色、および緑色光を第２の焦点深度において生成するために採用されてもよい。複数のスタックが、種々の焦点深度を伴うフル３Ｄまたは４Ｄカラー画像ライトフィールドを生成するために採用されてもよい。
ＡＲシステムの他のコンポーネント
【００６３】
多くの実装では、ＡＲシステムは、ディスプレイシステム１００に加え、他のコンポーネントを含んでもよい。ＡＲデバイスは、例えば、１つ以上の触知デバイスまたはコンポーネントを含んでもよい。触知デバイスまたはコンポーネントは、触覚をユーザに提供するように動作可能であってもよい。例えば、触知デバイスまたはコンポーネントは、仮想コンテンツ（例えば、仮想オブジェクト、仮想ツール、他の仮想構造）に触れると、圧力および／またはテクスチャの感覚を提供してもよい。触覚は、仮想オブジェクトが表す物理的オブジェクトの感覚を再現してもよい、または仮想コンテンツが表す想像上のオブジェクトまたはキャラクタ（例えば、ドラゴン）の感覚を再現してもよい。いくつかの実装では、触知デバイスまたはコンポーネントは、ユーザによって装着されてもよい（例えば、ユーザウェアラブルグローブ）。いくつかの実装では、触知デバイスまたはコンポーネントは、ユーザによって保持されてもよい。
【００６４】
ＡＲシステムは、例えば、１つ以上の物理オブジェクトを含んでもよく、これは、ユーザによって操作可能であって、ＡＲシステムへの入力またはそれとの相互作用を可能にする。これらの物理的オブジェクトは、本明細書では、トーテムと称され得る。いくつかのトーテムは、例えば、金属またはプラスチック片、壁、テーブルの表面等、無生物オブジェクトの形態をとってもよい。代替として、いくつかのトーテムは、生物オブジェクト、例えば、ユーザの手の形態をとってもよい。本明細書に説明されるように、トーテムは、実際には、任意の物理的入力構造（例えば、キー、トリガ、ジョイスティック、トラックボール、ロッカスイッチ）を有していなくてもよい。代わりに、トーテムは、単に、物理的表面を提供してもよく、ＡＲシステムは、ユーザにトーテムの１つ以上の表面上にあるように見えるように、ユーザインターフェースをレンダリングしてもよい。例えば、ＡＲシステムは、トーテムの１つ以上の表面上に常駐するように見えるように、コンピュータキーボードおよびトラックパッドの画像をレンダリングしてもよい。例えば、ＡＲシステムは、トーテムとしての役割を果たす、アルミニウムの薄い長方形プレートの表面上に見えるように、仮想コンピュータキーボードおよび仮想トラックパッドをレンダリングしてもよい。長方形プレート自体は、任意の物理的キーまたはトラックパッドまたはセンサを有していない。しかしながら、ＡＲシステムは、仮想キーボードまたは仮想トラックパッドを介して行われた選択または入力として、長方形プレートを用いたユーザ操作または相互作用またはタッチを検出し得る。
【００６５】
本開示のＡＲデバイス、ＨＭＤ、およびディスプレイシステムと使用可能な触知デバイスおよびトーテムの実施例は、米国特許公開第２０１５／００１６７７７号（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）に説明される。
例示的導波管ディスプレイ
【００６６】
図７Ａは、内部結合光学要素１００７と、光分散要素１０１１と、外部結合光学要素１００９とを含む、導波管９０５を含む、ディスプレイ７００の実施例を図式的に図示する、上面図である。図７Ｂは、軸Ａ−Ａ’に沿って図７Ａに描写されるディスプレイ７００の断面図を図式的に図示する。
【００６７】
導波管９０５は、図４に示されるディスプレイシステム１００内の導波管１７８のスタックの一部であってもよい。例えば、導波管９０５は、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０のうちの１つに対応してもよく、外部結合光学要素１００９は、ディスプレイシステム１００の光抽出光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０に対応してもよい。
【００６８】
ディスプレイ７００は、光線９０３ｉ１、９０３ｉ２、および９０３ｉ３（それぞれ、実線、破線、破線二重点線）によって表される異なる波長の入って来る入射光が、内部結合光学要素１００７によって導波管９０５の中に結合されるように構成される。導波管９０５に入って来る入射光は、画像投入デバイス（図４に図示される画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８のうちの１つ等）から投影されることができる。内部結合光学要素１００７は、全内部反射（ＴＩＲ）を介して導波管９０５を通した伝搬を支援する適切な角度で、入射光の波長を導波管９０５の中に結合するように構成されることができる。
【００６９】
光分散要素１０１１が、光学経路内に配置されることができ、それに沿って異なる波長の光９０３ｉ１、９０３ｉ２、および９０３ｉ３が、導波管９０５を通して伝搬する。光分散要素１０１１は、光の一部を内部結合光学要素１００７から外部結合光学要素１００９に向かって再指向し、それによって、相互作用する光のビームサイズを伝搬の方向に沿って拡大するように構成されることができる。故に、光分散要素１０１１は、ディスプレイ７００の射出瞳を拡大する際に有利であり得る。いくつかの実施形態では、光分散要素１０１１は、したがって、直交瞳孔エクスパンダ（ＯＰＥ）として機能し得る。
【００７０】
外部結合光学要素１００９は、導波管９０５のｘ−ｙ平面から、要素１００９に入射する内部結合された光を、視認者が良好な視覚的品質の色画像を知覚し得るように、適切な角度（例えば、ｚ−方向に）および効率において再指向し、異なる波長および異なる深度平面における光の適切なオーバーレイを促進するように構成されることができる。外部結合光学要素１００９は、導波管９０５を通して出射する光によって形成される画像がある深度から生じるように（視認者に）見えるように、導波管９０５を通して出射する光に発散を提供する、屈折力を有することができる。外部結合光学要素１００９は、ディスプレイ７００の射出瞳を拡大することができ、光を視認者の眼に指向する、射出瞳エクスパンダ（ＥＰＥ）と称され得る。
【００７１】
内部結合光学要素１００７、外部結合光学要素１００９、および光分散要素１０１１はそれぞれ、例えば、アナログ表面レリーフ格子（ＡＳＲ）、バイナリ表面レリーフ構造（ＢＳＲ）、体積ホログラフィック光学要素（ＶＨＯＥ）、デジタル表面レリーフ構造、および／または体積位相ホログラフィック材料（例えば、体積位相ホログラフィック材料内に記録されるホログラム）、または切替可能な回折光学要素（例えば、ポリマー分散液晶（ＰＤＬＣ）格子）等の１つ以上の格子を含むことができる。本明細書に開示される機能性を提供するように構成される、他のタイプの格子、ホログラム、および／または回折光学要素もまた、使用されてもよい。種々の実施形態では、内部結合光学要素１００７は、１つ以上の光学プリズム、または１つ以上の回折要素および／または屈折要素を含む、光学コンポーネントを含むことができる。回折または格子構造の種々のセットが、回折構造の射出圧縮成型、ＵＶ複製、またはナノインプリント等の加工方法を使用することによって、導波管上に配置されることができる。
【００７２】
内部結合光学要素１００７、外部結合光学要素１００９、または光分散要素１０１１は、単一要素である必要はなく（例えば、図７Ａ、７Ｂ、および８に図式的に描写されるように）、各そのような要素は、複数のそのような要素を含むことができる。これらの要素は、導波管９０５の表面９０５ａ、９０５ｂの一方（または両方）上に配置されることができる。図７Ａ、７Ｂ、および８に示される実施例では、内部結合光学要素１００７、外部結合光学要素１００９、および光分散要素１０１１は、導波管９０５の表面９０５ａ上に配置される。
【００７３】
光分散要素１０１１は、導波管９０５の第１または第２の表面９０５ａまたは９０５ｂに隣接して配置されることができる。種々の実施形態では、光分散要素１０１１は、外部結合光学要素１００９から離間されるように配置されることができるが、光分散要素１０１１は、いくつかの実施形態では、そのように構成される必要はない。光分散要素１０１１は、導波管９０５の第１または第２の表面９０５ａまたは９０５ｂの一方または両方と統合されることができる。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるように、光分散要素１０１１は、導波管９０５のバルク内に配置されてもよい。
【００７４】
いくつかの実施形態では、１つ以上の波長選択的フィルタが、内部結合光学要素１００７、外部結合光学要素１００９、または光分散要素１０１１と統合される、またはそれに隣接して配置されてもよい。図７Ａに図示されるディスプレイ７００は、波長選択的フィルタ１０１３を含み、これは、導波管９０５の表面の中または上に統合される。波長選択的フィルタは、導波管９０５内の種々の方向に沿って伝搬し得る、１つ以上の波長における光の一部を減衰させるように構成されることができる。さらに本明細書に説明されるであろうように、波長選択的フィルタは、色帯吸収体または分散型スイッチ（例えば、電気光学材料）等の吸収性フィルタであることができる。
波長選択的フィルタを使用する導波管の実施例
【００７５】
光は、原色（例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ））に分離されることができ、異なる原色を導波管アセンブリの異なる層に送信することが望ましくあり得る。例えば、導波管アセンブリの深度平面はそれぞれ、特定の色の光を表示するための１つ以上の層（例えば、Ｒ、Ｇ、およびＢ層）に対応してもよい。実施例として、３つの深度平面を有し、各深度平面が、３つの色（例えば、Ｒ、Ｇ、およびＢ）を備える、導波管アセンブリは、９つの導波管層を含むであろう。他の数の深度平面および／または深度平面あたりの色層も、利用可能である。導波管アセンブリは、適切な色の光を特定の深度平面内の特定の層に送信するように構成されることができる（例えば、特定の深度平面内の赤色層のための赤色光）。特定の色層（例えば、赤色層）内を伝搬する光が実質的に全て、その色層内に他の色（例えば、青色または緑色）の混合物を殆ど伴わずに、所望の色（例えば、赤色）内にある場合、望ましくあり得る。以下にさらに説明されるであろうように、導波管アセンブリの種々の実装は、実質的に単一色（所望の色）のみがその層内を伝搬するように、特定の導波管層内の望ましくない波長の光をフィルタリング除去するように構成されることができる。いくつかのそのような実装は、有利には、異なる色層間のより良好な色分離を提供し、ディスプレイによるより正確な色表現につながり得る。故に、カラーフィルタが、異なる深度平面において望ましくない原色をフィルタリング除去するために使用されてもよい。
【００７６】
図７Ａを参照して説明されるように、ある波長の光は、内部結合光学要素１００７の第１の層において、第１の導波管の中に偏向（例えば、屈折、反射、または回折）されることができる。いくつかの設計では、内部結合光学要素１００７は、２つ以上の内部結合光学要素を含む。例えば、光は、第１の内部結合光学要素によって導波管スタックの第１の導波管の中に偏向されてもよい一方、他の波長は、内部結合光学要素の他の層に伝送され、スタック内の他の導波管に指向されてもよい。例えば、内部結合光学要素の第１の層は、赤色光を第１の導波管（赤色光のために構成される）の中に偏向する一方、他の波長（例えば、緑色および青色）を導波管スタックの他の層に伝送するように構成されてもよい。
【００７７】
しかしながら、内部結合光学要素は、常時、所与の波長における光の全てを偏向する、または他の波長における光の全てを伝送するように完璧に構成されない場合もある。例えば、内部結合光学要素の第１の層は、主に、赤色光を偏向するように構成され得るが、物理的限界が、不注意に、内部結合光学要素の第１の層に、ある量の他の波長（例えば、緑色および青色）をスタックの第１の導波管の中に偏向させ得る。同様に、赤色光の一部も、内部結合光学要素の第１の層を通して、内部結合光学要素の他の層に伝送され、関連付けられた導波管（例えば、緑色および青色導波管）の中に偏向され得る。
【００７８】
これらの不完全性を補償するために、導波管スタックの１つ以上の部分は、望ましくない波長をフィルタリング除去または減衰させる、または所望の波長を隔離するように構成される、領域を含むことができる。例えば、第１の導波管は、赤色光を伝搬するように構成されてもよく、したがって、導波管は、赤色光を隔離するために、緑色および青色光を減衰させるように構成される、領域（例えば、着色または染色領域）を含んでもよい。いくつかの実装では、光分散要素１０１１は、着色または染色領域を含む（またはその中に含まれる）。
【００７９】
光分散要素１０１１内およびその周囲の領域は、内部結合光学要素１００７より大きな体積を提供してもよく、それを通して光は、伝搬し得る。光分散要素１０１１の領域内のフィルタリング機能性の提供は、光操作アクション（例えば、フィルタリング）がより長い経路長にわたって動作することを可能にし（フィルタリングをより効果的する）、および／または一次光学経路（例えば、内部結合光学要素１００７および外部結合光学要素１００９）に沿って干渉を低減させることができる。
【００８０】
図８は、概して、図７Ａおよび７Ｂに示されるディスプレイに類似する、導波管９０５を含む、ディスプレイ７００の実施例を図式的に図示する、上面図である。導波管９０６は、内部結合光学要素１００７と、光分散要素１０１１と、外部結合光学要素１００９とを含む。導波管９０５はまた、ある波長の光を選択的に伝搬する一方、他の波長の光を選択的に減衰させることができる、波長選択的領域９２４を含む。例えば、波長選択的領域は、カラーフィルタを含むことができる。図８に示される実施例では、波長選択的領域９２４は、光分散要素１０１１内またはその周囲の導波管９０５の領域内に配置される、および／またはそれを通して分散されることができる。例えば、内部結合光学要素１００７から受信された光は、外部結合光学要素１００９に伝搬される前に、波長選択的領域９２４によって選択的にフィルタリングされることができる。
【００８１】
波長選択的領域９２４は、分散型フィルタおよび／またはスイッチ材料を少なくともいくつかの部分内に含む、導波管９０５の一部を表す。いくつかの実施形態では、波長選択的領域９２４は、複数の波長選択的領域を含む。図８における実施例に示されるように、波長選択的領域９２４は、例えば、内部結合光学要素１００７および外部結合光学要素１００９が波長選択的フィルタを含まないように、波長選択的フィルタを含む、光学経路の一部のみを表す。外部結合光学要素１００９から出射する光は、世界１４４からの光を含むことができるため、外部結合光学要素１００９は、世界からの光が色付けまたは着色されないように、波長選択的領域を含まなくてもよい。同様に、その中への入射光の組成を維持するために、内部結合光学要素１００７は、随意にまた、波長のために選択的ではなくてもよい。
【００８２】
光分散要素１０１１の層を着色または染色し、内部結合光学要素１００７または外部結合光学要素１００９を着色または染色しないことが、有利であり得る。光が、内部結合光学要素１００７に進入する前に着色される場合、これは、内部結合された光の強度を減衰させ得る。内部結合光学要素１００７が着色される場合、光は、誤った導波管に結合され得る。外部結合光学要素１００９が着色される場合、ディスプレイ７００を通して通過する外界からの光は、着色またはフィルタリングされ得、これは、外界の視認者の知覚における歪曲につながり得る。これらの実施例はそれぞれ、ある設計では、望ましくない場合がある。
【００８３】
図９は、導波管の例示的スタック１２００の斜視図を図示する。図９における軸Ａ−Ａ’に沿った図は、概して、図７Ｂに示される図に類似する。本実施例では、導波管のスタック１２００は、導波管１２１０、１２２０、および１２３０を含む。光分散要素１２１０、１２２０、１２３０の層は、図８における光分散要素１０１１に対応することができる。図示されるように、各導波管は、内部結合光学要素の関連付けられた層を含むことができ、例えば、内部結合光学要素１２１２の層は、導波管１２１０の表面（例えば、底部表面）上に配置され、内部結合光学要素１２２４の層は、導波管１２２０の表面（例えば、底部表面）上に配置され、内部結合光学要素１２３２の層は、導波管１２３０の表面（例えば、底部表面）上に配置される。内部結合光学要素１２１２、１２２２、１２３２の層のうちの１つ以上のものは、個別の導波管１２１０、１２２０、１２３０の上部表面上に配置されてもよい（特に、内部結合光学要素の１つ以上の層が、光学的に透過および／または偏向性である場合）。同様に、他の内部結合光学要素１２２２、１２３２は、その個別の導波管１２２０、１２３０の底部表面（またはすぐ下の導波管の上部表面）上に配置されてもよい。いくつかの設計では、内部結合光学要素１２１２、１２２２、１２３２の層は、個別の導波管１２１０、１２２０、１２３０の体積内に配置される。
【００８４】
内部結合光学要素１２１２、１２２２、１２３２は、１つ以上の波長の光を選択的に反射、屈折、伝送、および／または回折する一方、他の波長の光を伝送、回折、屈折、および／または反射するフィルタ等、波長選択的フィルタを含んでもよい。波長選択的フィルタの実施例は、染料、着色剤、または色素等のカラーフィルタを含む。波長選択的フィルタは、ダイクロイックフィルタ、ブラッグ格子、または偏光器を含むことができる。波長選択的フィルタは、帯域通過フィルタ、ショートパスフィルタ、またはロングパスフィルタを含んでもよい。いくつかの波長選択的フィルタは、電子的に切替可能であることができる。その個別の導波管１２１０、１２２０、１２３０の片側または角上に図示されるが、内部結合光学要素１２１２、１２２２、１２３２の層は、他の実施形態では、その個別の導波管１２１０、１２２０、１２３０の他のエリア内に配置されてもよい。導波管１２１０、１２２０、１２３０は、材料の気体（例えば、空気）、液体、および／または固体層によって、離間および分離されてもよい。
【００８５】
図９を継続して参照すると、光線１２４０、１２４２、１２４４は、導波管のスタック１２００に入射する。導波管のスタック１２００は、ディスプレイシステム１００（図４）内の導波管のスタックの一部であってもよい。例えば、導波管１２１０、１２２０、１２３０は、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０のうちの３つに対応してもよく、光線１２４０、１２４２、１２４４は、１つ以上の画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８によって導波管１２１０、１２２０、１２３０の中に投入されてもよい。
【００８６】
ある実施形態では、光線１２４０、１２４２、１２４４は、異なる性質、例えば、異なる波長または波長の範囲を有し、これは、異なる色に対応してもよい。内部結合光学要素１２１２、１２２、１２３２の層は、光の性質の特定の特徴（例えば、波長、偏光）に基づいて、光線１２４０、１２４２、１２４４を選択的に偏向する一方、その性質または特徴を有していない光を伝送するように構成されることができる。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素１２１２、１２２、１２３２の層はそれぞれ、１つ以上の特定の波長の光を選択的に偏向する一方、他の波長を伝送する。偏向されない光は、異なる導波管および／または導波管層の中に伝搬してもよい。
【００８７】
例えば、内部結合光学要素１２１２の層は、第１の波長または波長の範囲を有する、光線１２４０を選択的に偏向する一方、それぞれ、異なる第２および第３の波長または波長の範囲を有する、光線１２４２および１２４４を伝送するように構成されてもよい。図９に示されるように、偏向される光線１２４０、１２４２、１２４４は、それらが、対応する導波管１２１０、１２２０、１２３０、すなわち、光を対応する導波管１２１０、１２２０、１２３０の中に結合する（例えば、偏向する）各個別の導波管の内部結合光学要素１２１２、１２２２、１２３２の層を通して伝搬するように偏向される。光線１２４０、１２４２、１２４４は、光を個別の導波管１２１０、１２２０、１２３０を通して伝搬させる（例えば、ＴＩＲによって）、角度で偏向される。
【００８８】
光線１２４０、１２４２、１２４４は、光分散要素１２１４、１２２４、１２３４の対応する層に入射する。光分散要素１２１４、１２２４、１２３４の層は、それらが外部結合光学要素１２５０、１２５２、１２５４の対応する層に向かって伝搬するように、光線１２４０、１２４２、１２４４を偏向させる。
【００８９】
いくつかの実施形態では、角度修正光学要素１２６０が、光線１２４０、１２４２、１２４４が内部結合光学要素の層に衝打する角度を改変するために提供されてもよい。角度修正光学要素は、光線１２４０、１２４２、１２４４をＴＩＲのために適切な角度で内部結合光学要素１２１２、１２２２、１２３２の対応する層上に衝突させることができる。例えば、いくつかの実施形態では、光線１２４０、１２４２、１２４４は、導波管１２１０に対して法線方向の角度で角度修正光学要素１２６０上に入射され得る。角度修正光学要素１２６０は、次いで、それらが導波管１２１０の表面に対して９０度未満の角度で内部結合光学要素１２１２、１２２２、１２３２の層に衝打するように、光線１２４０、１２４２、１２４４の伝搬方向を変化させる。角度修正光学要素１２６０は、格子、プリズム、および／またはミラーを含んでもよい。
【００９０】
図１０Ａは、例示的ディスプレイを図式的に図示する、側面図であって、光分散要素１０１１の２つの導波管１２１０、１２２０は、カラーフィルタ１０６０ａ、１０６０ｂを含む。光分散要素１０１１の所与の実施形態における導波管の数は、２つより多いまたはより少なくあり得る。光ビーム１３６０が、ディスプレイに進入するにつれて、光の一部は、第１の導波管１２１０の中に偏向される一方、光の一部は、第２の導波管１２２０の中に偏向されるまで、伝搬を継続する。入射光ビーム１３６０（例えば、白色光）は、波長λ１およびλ２を含み得る、複数の波長１３５４、１３５８の光（図１０Ａにおける異なる破線パターンによって表される）を含んでもよい。構成光ビームの数は、２つより多いまたはより少なくてもよい。例えば、λ１およびλ２は、ディスプレイの中に投入されている異なる色の光を表してもよい（例えば、青色および緑色）。任意の組み合わせの色が、λ１およびλ２によって説明されることができる。入射光ビーム１３６０は、可視光、または種々の実装では、赤外線または紫外線光等の非可視光を含むことができる。
【００９１】
図１０Ａにおける実施例に示されるように、導波管１２１０、１２２０は、カラーフィルタ１０６０ａ、１０６０ｂを含む。各導波管１２１０、１２２０は、特定の設計波長と関連付けられてもよい。これは、設計波長と関連付けられた導波管が、設計波長における光を光分散要素の関連付けられた層に偏向させるように構成され、および／または関連付けられた波長選択的領域が、設計波長にない光を減衰させるように構成される、内部結合光学要素を含むことを意味し得る。図１０Ａに示されるように、例えば、第１の導波管１２１０は、λ１を設計波長として有してもよく、第２の導波管１２２０は、λ２を設計波長として有してもよい。本実施例では、内部結合光学要素１２１２の第１の層は、λ１を光分散要素１２１４の第１の層に偏向するように構成され、内部結合光学要素の第２の層１２２２は、λ２を光分散要素１２２４の第２の層に偏向するように構成されるであろう。
【００９２】
カラーフィルタ１０６０ａ、１０６０ｂは、対応する導波管１２１０、１２２０のために、所望の波長または波長のセットを精製または隔離するように設計または調整されることができる。代替として、カラーフィルタ１０６０ａ、１０６０ｂは、望ましくない波長を減衰させることができる。例えば、第１のカラーフィルタ１０６０ａは、赤色光を減衰させる、着色剤を含んでもよい。同様に、第２のカラーフィルタ１０６０ｂは、緑色光を減衰させる、着色剤を含んでもよい。カラーフィルタ１０６０ａ、１０６０ｂは、随意に、それらがオンに切り替えられると光を減衰させ、オフに切り替えられると光を減衰させないように、電子的に切替可能であることができる。カラーフィルタの実施例は、染色、着色、または彩色される、材料を含む。カラーフィルタは、随意に、ダイクロイックフィルタまたはブラッグ格子を含んでもよい。
【００９３】
本開示全体を通した所与の色の光の言及は、視認者によってその所与の色であるように知覚される、光の波長の範囲内の１つ以上の波長の光を包含するものと理解されるであろう。例えば、赤色光は、約６２０〜７８０ｎｍの範囲内の１つ以上の波長の光を含んでもよく、緑色光は、約４９２〜５７７ｎｍの範囲内の１つ以上の波長の光を含んでもよく、青色光は、約４３５〜４９３ｎｍの範囲内の１つ以上の波長の光を含んでもよい。本明細書に説明される導波管は、可視外の波長帯域、例えば、赤外線または紫外線で動作するように構成されることができる。同様に、用語「波長」は、種々の実装では、「単一波長」または「波長の範囲」を意味するように理解されるべきである。例えば、λ１によって表される波長は、青色光を表してもよく、これは、約４５０〜４７０ｎｍの範囲内の１つ以上の波長の光を含んでもよい。
【００９４】
図１０Ａに描写されるように、各導波管１２１０、１２２０は、特定のカラーフィルタ１０６０ａ、１０６０ｂと関連付けられてもよい。入射光ビーム１３６０が、内部結合光学要素１００７に進入し、内部結合光学要素１２１２の第１の層に到達すると、第１の構成光ビーム１３５４は、少なくとも部分的に、その波長λ１に起因して、偏向（例えば、屈折、反射、または回折）される。いくつかの事例では、偏向されない第１の構成光ビーム１３５４ｂは、少なくとも部分的に、内部結合光学要素１２１２の第１の層との完全に光学的に相互作用しない、そのλ１に起因して、内部結合光学要素１２１２の第１の層を通して伝送され得る。入射光ビーム１３６０が、内部結合光学要素１２１２の第１の層に到達すると、第２の構成光ビーム１３５８は、少なくとも部分的に、その波長λ２に起因して、伝送される。いくつかの事例では、ある量の伝送されない第２の構成光ビーム１３５８ｂは、少なくとも部分的に、内部結合光学要素１２１２の第１の層と光学的に相互作用する、そのλ２に起因して、内部結合光学要素１２１２の第１の層からずれて偏向し得る。
【００９５】
図１０Ａを継続して参照すると、ある実施形態では、第１の得られた光ビーム１３６０ａは、第１の導波管１２１０のための設計波長における、第１の標的光ビーム１３５４ａと、第１の導波管のための設計波長にない、伝送されない第２の構成光ビーム１３５８ｂとを含む。ある実施形態では、伝送されない第２の構成光ビーム１３５８ｂの強度を減衰させるために、第１の導波管１２１０は、本明細書に説明されるように、第１のカラーフィルタ１０６０ａを含む。少なくとも部分的に、第１のカラーフィルタ１０６０ａに起因して、図１０Ａに図式的に描写されるように、伝送されない第２の構成光ビーム１３５８ｂの強度は、第１の導波管１２１０を通して伝搬するにつれて減衰され得る。ある実施形態では、伝送されない第２の構成光ビーム１３５８ｂの強度は、第１の標的光ビーム１３５４ａに対して減衰される。光分散要素１２１４の第１の層は、第１の標的光ビーム１３５４ａを外部結合光学要素（図示せず）の関連付けられた層に偏向するように構成されることができる。
【００９６】
同様に、いくつかの実施形態では、第２の得られた光ビーム１３６０ｂは、第２の導波管１２２０のための設計波長における、第２の標的光ビーム１３５８ａと、第２の導波管１２２０のための設計波長にない、偏向されない第１の構成光ビーム１３５４ｂとを含んでもよい。ある実施形態では、偏向されない第１の構成光ビーム１３５４ｂの強度を減衰させるために、第１の導波管１２１０は、本明細書に説明されるように、第２のカラーフィルタ１０６０ｂを含む。少なくとも部分的に、第２のカラーフィルタ１０６０ｂに起因して、図１０Ａに図式的に描写されるように、偏向されない第１の構成光ビーム１３５４ｂの強度は、第２の導波管１２２０を通して伝搬するにつれて減衰され得る。ある実施形態では、偏向されない第１の構成光ビーム１３５４ｂの強度は、第２の標的光ビーム１３５８ａに対して減衰される。光分散要素１２２４の第２の層は、第２の標的光ビーム１３５８ａを外部結合光学要素（図示せず）の関連付けられた層に偏向するように構成されることができる。
【００９７】
光１３６０は、導波管スタックに進入し、第１の導波管１２１０の近位表面の中に結合されてもよい。内部結合光学要素１２１２の第１の層は、第１の導波管１２１０の遠位表面および／または第２の導波管１２２０の近位表面上に配置されてもよい。いくつかの設計では、内部結合光学要素１２１２の第１の層は、第１の導波管１２１０の体積内に配置される。内部結合光学要素の第１の層は、第１の導波管１２１０の近位および遠位表面の一方または両方と平行に配置されてもよい。示されるように、第１の導波管の近位表面および遠位表面は、相互に平行である。いくつかの構成では、近位表面は、遠位表面と平行ではなくてもよい。内部結合光学要素の第１の層１２１２は、第１の導波管１２１０の遠位表面および／または近位表面に対してある角度で配置されてもよい。
【００９８】
図１０Ｂは、例示的ディスプレイの側面図を図式的に図示し、２つの導波管１２１０、１２２０は、分散型スイッチ材料１０７０ａ、１０７０ｂを含む。所与の実施形態における導波管の数は、２つより多いまたはより少なくあり得る。ある実施形態では、導波管１２１０、１２２０は、スイッチ材料１０７０ａ、１０７０ｂ等の分散型フィルタおよび／またはスイッチ材料を含む。スイッチ材料の実施例は、ダイクロイックフィルタ、電子的に切替可能なガラス、および電子的に切替可能なミラーを含む。スイッチ材料１０７０ａ、１０７０ｂは、電子的に切り替えられ、例えば、光の明るさ、偏光、反射角度、または屈折角度を修正することができる。いくつかのスイッチ材料はまた、エレクトロクロミック、フォトクロミック、サーモクロミック、懸濁粒子、またはマイクロブラインド材料、またはポリマー分散液晶を含んでもよい。例えば、エレクトロクロミック要素は、光の明るさおよび／または強度を修正するために使用されてもよい。さらなる実施例として、ポリマー分散液晶格子または他の同調可能格子も、光が導波管を通して伝搬される角度を修正するために使用されてもよい。スイッチ材料は、望ましくない色または波長の光を減衰させるように設計または調整されることができる。例えば、第１のスイッチ材料１０７０ａは、青色光の伝搬を妨害することによって青色光を減衰させる、フィルタを含んでもよい。第２の実施例として、第１のスイッチ材料１０７０ａは、青色ではない光の色をそれらの波長における光の伝搬を妨害することによって減衰させる、フィルタを含むことができる。いくつかの実施形態では、スイッチ材料１０７０ａ、１０７０ｂは、電子的に切替可能であって、それらがオン切り替えられると光を減衰させ、オフ切り替えられると光を減衰させない。光の伝搬は、例えば、光を吸収させることによって、光が全内部反射によって伝搬することを防止するように、材料の屈折率を改変することによって、および／または光の経路角度を実質的に改変することによって妨害されてもよい。
【００９９】
第１のスイッチ材料１０７０ａは、図１０Ｂに示されるように、第１の導波管１２１０の遠位表面上および／または第２の導波管１２２０の近位表面上の層として配置されてもよい（例えば、スタックされた導波管構成において）。いくつかの設計では、第１のスイッチ材料１０７０ａは、第１の導波管１２１０の近位表面上に配置される。示されるように、第１のスイッチ材料１０７０ａは、導波管の近位表面と平行に配置されてもよい。いくつかの設計では、第１のスイッチ材料１０７０ａは、導波管１２１０の遠位表面および／または近位表面に対してある角度で配向される。第１のスイッチ材料１０７０ａは、第１の導波管１２１０の体積内に配置されてもよい。例えば、スイッチ材料は、第１の導波管１２１０の１つ以上の表面と交差する平面に沿って配置されてもよい、および／または第１の導波管材料内に立体的に（例えば、体積全体を通して）配置されてもよい（例えば、第１の導波管材料の中に混合および／またはパターン化される）。第１のスイッチ材料１０７０ａは、ある波長の範囲にわたって光の屈折および／または吸収率を改変する、材料を含んでもよい。
【０１００】
図１０Ｂによって図示されるように、第１のスイッチ材料は、進入する光線１３６０と垂直な平面に沿って、および／または内部結合光学要素１２１２の第１の層と平行に配置されてもよい。いくつかの設計では、第１のスイッチ材料は、例えば、隣接表面および／または反対表面（例えば、近位表面および遠位表面）等の第１の導波管１２１０の２つ以上の表面に沿って配置される。
【０１０１】
分散型スイッチ材料が、ビームを操向するために使用されてもよい（例えば、外部結合光学要素によって外部結合される前に）。ビーム操向は、ユーザの視野を拡張させることを可能にし得る。いくつかの実施例では、ポリマー分散液晶格子または他の同調可能格子は、分散型スイッチ材料として実装され、ＴＩＲ導波管光の角度、光が外部結合光学要素によって外部結合される角度、またはそれらの組み合わせを修正することによって、ビーム操向を実施するために使用されてもよい。スイッチ材料は、上流コンポーネント（例えば、光源、ＬＣｏＳ）から受信された光を変調するために使用されることができる。光分散要素の異なる導波管または層は、独立して、電子的に切り替えられてもよい（例えば、コントローラ２１０によって）。例えば、１つの導波管内の光を変調する一方、第２の導波管内の光が変調されずに伝搬することを可能にすることが有利であり得る。したがって、いくつかの実施形態では、典型的には、上流コンポーネントによって実施される、変調プロセスは、分散型スイッチの方略的制御を通して、導波管スタックにおいて実施されることができる。故に、外部結合は、関連付けられた分散型スイッチを制御することによって、導波管ベースで有効または無効にされることができる。
【０１０２】
いくつかの実施形態では、１つ以上のメタ表面（例えば、メタ材料から作製される）が、ビーム制御（例えば、ビーム操向）のために使用されてもよい。本開示の種々の実施形態において分散型スイッチ材料として使用され得る、メタ表面およびメタ材料に関するさらなる情報は、米国特許公開第２０１７／００１０４６６号および／または米国特許公開第２０１７／００１０４８８号（両方とも、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）に見出され得る。
【０１０３】
図１１は、複数のフィルタ領域１１０４を伴う例示的導波管１２１０の概略を図示する。フィルタ領域１１０４は、カラーフィルタおよび／またはスイッチ材料であってもよい。付加的波長選択的フィルタもまた、導波管１２１０内に存在してもよい。フィルタ領域１１０４は、本明細書に説明されるように、任意の立体光学フィルタを含むことができる。
波長多重化ディスプレイの実施例
【０１０４】
光ビームを構成する波長は、一連の導波管の中に波長多重化を通してフィルタリングされることができる。波長多重化は、例えば、異なる波長におけるレーザダイオードを同時に使用する、または変調させることによって、画像が異なる導波管に同時に送信されることを可能にすることができる。これは、異なるディスプレイ導波管にアドレス指定する、単純切替方法をもたらすことができる。これは、光子が異なる深度平面から同時に到着するように見える、豊かなライトフィールドを有効にすることができる。
【０１０５】
本明細書に説明されるように、ディスプレイ内の各導波管は、画像の特定の深度平面に対応することができる。モノクロ深度平面に関して、１つのみの導波管が、深度平面に必要であり得る。しかしながら、マルチカラー画像を作成し得る深度平面に関して、各深度平面は、異なる色を表示するように構成される、導波管のスタックと関連付けられることができる。例えば、各深度平面は、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、および青色（Ｂ）光と関連付けられた３つの導波管のスタックを含んでもよい。これを達成するために、光を別個の色（例えば、赤色、緑色、青色）および下位色に分割することが望ましくあり得る。
【０１０６】
下位色は、本明細書で使用されるように、実質的に、関連付けられた色によって包含される波長の範囲内である、波長または波長の範囲を指す。例えば、緑色は、約４９５ｎｍ〜５７０ｎｍの波長の範囲に及び得る。したがって、ヒトの眼は、主にその範囲内の波長を含有するそれらの波長を緑色として識別する傾向にある。本実施例を継続すると、緑色下位色は、５００ｎｍ〜５１０ｎｍ、５２５ｎｍ〜５６０ｎｍ、５５５ｎｍ〜５６０ｎｍ等の波長の範囲を含み得る。ヒトには、そのピーク強度が相互に近い下位色を視認するとき、実質的に同一色が見え得る。ある色内の下位色は、その色の波長範囲内の波長下位範囲を有し、異なる下位色は、少なくとも部分的に波長が重複し得るかどうかを問わず、異なる波長下位範囲を有する。
【０１０７】
図１２は、色２２００内の一連の下位色２２０４の実施例を図示する。図１２に示されるように、色２２００は、約４９５ｎｍ〜５７０ｎｍの波長に及ぶ。例えば、本色は、ピーク強度を約５３０ｎｍに伴う、緑色光源を表す。本色に関する強度プロファイルの形状および寸法は、単に、実施例であって、他の形状および寸法もとり得る。
【０１０８】
色２２００の下位色２２０４は、依然として、ヒトの観察者に「緑色」と見なされ得る、他の強度プロファイルの実施例を図示する。各下位色２２０４の曲線の幅２２１２は、色２２００のものより狭い。各下位色２２０４は、幅２２１２およびピーク波長２２０８を有し得るが、明確にするために、幅２２１２およびピーク波長２２０８は、下位色毎に標識されない。各下位色の幅２２１２は、例えば、半値全幅（ＦＷＨＭ）によって表されることができる。各下位色２２０４のピーク波長２２０８間の距離は、約１〜１２０ｎｍであることができる。いくつかの実施形態では、ピーク波長間の距離は、約１０〜８０ｎｍの範囲内であることができる。いくつかの実施形態では、ピーク波長間の距離は、約１５〜５０ｎｍであることができる。各下位色２２０４の幅２２１２は、約３〜３５ｎｍ、約５〜５５ｎｍ、２０ｎｍ未満、３０ｎｍ未満、４０ｎｍ未満、またはある他の幅であることができる。下位色の数および幅は、ディスプレイデバイスの多重化性質に基づいて選択されることができる。
【０１０９】
図１２を継続して参照すると、色２２００は、ガウス曲線に近似するが、他の曲線およびビームプロファイルも、可能性として考えられる。図１２に示されるように、色２２００は、そのピーク波長２２１６および幅２２２０（例えば、半値全幅（ＦＷＨＭ））によって説明されることができる。幅２２１６は、異なる実施形態に従って変動することができる。例えば、幅２２１６は、約４０〜２２０ｎｍの範囲であることができる。いくつかの実施形態では、幅は、約１５〜１２０ｎｍ、約６０〜１６０、約４５〜１３５ｎｍ、１０ｎｍ未満、または１７５ｎｍを上回ることができる。
【０１１０】
いくつかの実施形態は、可視スペクトル外の色範囲（例えば、紫外線、赤外線）の使用を可能にする。部分的にその理由から、種々の実施形態では、色と下位色の幅の関係を説明することが有意義であり得る。例えば、いくつかの実施形態では、ある色の幅２２１６と下位色の幅２２０８の比率は、約２〜５の範囲内であり得る。いくつかの実施形態では、本比率は、約４〜１２、約１０〜２５、２未満、または２５を上回り得る。
【０１１１】
本開示全体を通した所与の色または光の色の言及は、視認者によってその所与の色であるように知覚される、光の波長の範囲内の１つ以上の波長の光を包含する。例えば、赤色光は、約６２０〜７８０ｎｍの範囲内の１つ以上の波長の光を含んでもよく、緑色光は、約４９５〜５７０ｎｍの範囲内の１つ以上の波長の光を含んでもよく、青色光は、約４３５〜４９５ｎｍの範囲内の１つ以上の波長の光を含んでもよい。本明細書に説明される導波管は、可視外の波長帯域、例えば、赤外線または紫外線で動作するように構成されることができる。用語「波長」は、種々の実装では、「単一波長」または「波長の範囲」を意味することができる。
【０１１２】
図１３は、例示的なスタックされた導波管アセンブリ１７８の側面図を図式的に図示する。図１３は、２つの導波管スタック９６０ａ、９６０ｂを示す。他の実装では、２つを上回る導波管スタックが存在することができる。図１３に示されるように、各導波管スタック９６０ａ、９６０ｂは、３つの導波管を含むが、導波管スタック９６０ａ、９６０ｂは、１つ、２つ、４つ、またはそれよりも多くの導波管を備えてもよく、図１３における例証によって限定されない。各導波管スタック９６０ａ、９６０ｂは、図３に示されるように、異なる深度平面３０６を生成してもよい。
【０１１３】
いくつかの実施形態では、導波管スタック９６０ａ、９６０ｂはそれぞれ、ライトフィールドディスプレイ内の特定の深度平面と関連付けられてもよい。例えば、導波管スタック９６０ａは、装着者から第１の距離において知覚可能な画像を表示するために使用されてもよく、導波管スタック９６０ｂは、装着者から第２の距離において知覚可能な画像を表示するために使用されてもよく、第２の距離は、第１の距離と異なる。各導波管スタック９６０ａ、９６０ｂは、１つ以上の色を表示するように設計されることができる。図１３に示される実施例では、各スタック９６０ａ、９６０ｂは、３つの異なる色（例えば、赤色、緑色、および青色）のための３つの導波管を含む。
【０１１４】
図１３に示されるように、各導波管スタックは、特定の下位色と関連付けられてもよい。例えば、第１の導波管スタック９６０ａは、３つの異なる色、例えば、青色、緑色、および赤色の第１の下位色と関連付けられてもよい。図１３に描写されるように、第１の対の光線９５２ａ、９５２ｂは、同一色の２つの下位色を表すことができる。例えば、第１の対の光線９５２ａ、９５２ｂは、４４０ｎｍおよび４５０ｎｍ光等の青色の２つの下位色における光を表し得る。
【０１１５】
スタックされた導波管アセンブリ１７８内の各導波管は、特定の設計波長における光を受信するように構成されることができる。概して、設計波長は、特定の下位色に対応する。図１３に図示されるように、各導波管９６２ａ、９６６ａ、９６８ａ、９６２ｂ、９６６ｂ、９６８ｂは、対応する内部結合光学要素１００７ａ、１００７ｂ、１００７ｃ、１００７ｄ、１００７ｅ、１００７ｆを備えることができる。内部結合光学要素１００７は、内部結合光学要素１００７ａ、１００７ｂ、１００７ｃ、１００７ｄ、１００７ｅ、１００７ｆを備える。各内部結合光学要素１００７ａ、１００７ｂ、１００７ｃ、１００７ｄ、１００７ｅ、１００７ｆは、設計波長を対応する導波管９６２ａ、９６６ａ、９６８ａ、９６２ｂ、９６６ｂ、９６８ｂの中に偏向するように構成されることができる。
【０１１６】
図１３に示される導波管スタックを参照すると、正しい色の光を正しい深度平面内の正しい色平面に伝搬することは困難であり得る。例えば、ディスプレイは、青色オブジェクトをディスプレイの視認者から特定の深度に示すことを試み得る。図１３では、光線９５２ａおよび９５２ｂは、青色光の伝搬を表し得る。第１の深度平面（例えば、９６０ａ）に表示されるべきある割合の青色光（例えば、光線９５２ａ）が、異なる深度平面（例えば、９６０ｂ）に誤指向される場合、導波管９０５の視認者に表示される結果として生じる画像は、青色オブジェクトの深度を画像内に正確に反射させないであろう。同様に、導波管スタック９６０ａ内の青色層（例えば、層９６２ａ）に表示されるべきある割合の青色光が、赤色または緑色層（例えば、層９６６ａ、９６８ａ）に誤指向される場合、青色オブジェクトの色は、視認者に正確に表示されないであろう。特定の色の光の「誤った」層への誤指向の１つの可能性として考えられる理由は、入射方向からの（例えば、図１３に示されるように下向き）光を導波管層内の伝搬方向（例えば、図１３に示されるように水平）に回折するために使用され得る、回折格子が、１００％効率的ではないためである。さらに、光学格子は、多くの場合、広スペクトルを横断して波長を有する光を回折し、意図されない波長の光に影響を及ぼし得る。例えば、１つの色（例えば、赤色）の光を回折するように調整される格子が、他の色（例えば、青色または緑色）の光を回折し得る。したがって、例えば、内部結合光学要素１００７ａによって層９２６ａの中に指向されるべき光線９５２ａ内のわずかな割合の光が、内部結合光学要素１００７ａを通して通過し、導波管の他の層のうちの１つ（以上の）の中に指向され得る。類似考慮点は、内部結合光学要素１００７の中に入力される緑色または赤色光にも適用される。
【０１１７】
故に、ディスプレイのある実施形態は、波長多重化技法を使用して、光を導波管内の適切な層に指向する。例えば、青色光線９５２ａおよび９５２ｂのために使用される波長は、相互から若干異なり、青色の異なる下位色を表し得る。同様に、緑色光線９５６ａおよび９５６ｂのために使用される波長も、相互から若干異なり、緑色の異なる下位色を表し得る。最後に、赤色光線９５８ａおよび９５８ｂのために使用される波長も、相互から若干異なり、赤色の異なる下位色を表し得る。内部結合光学要素１００７ａ−１００７ｆは、適切な波長の光を導波管アセンブリ内の対応する層の中に強力に再指向するように構成されることができる。内部結合要素を通して通過する光は、異なる要素が異なる波長の範囲を再指向するように構成されるため、異なる内部結合要素によって誤指向されるはるかに低い尤度を有するであろう。
【０１１８】
例えば、青色光線９５２ａは、約４３５ｎｍの波長の範囲（例えば、第１の青色下位色）を中心とし得る一方、青色光線９５２ｂは、約４４５ｎｍの異なる波長の範囲（例えば、第２の青色下位色）を中心とし得る。内部結合光学要素１００７ａは、第１の青色下位色の青色光を再指向するように構成されることができる一方、内部結合光学要素１００７ｄは、第２の青色下位色の青色光を再指向するように構成されることができる。このように、青色光線９５２ａは、優先的に、層９６２ａの中に再指向される一方、青色光線９５２ｂは、優先的に、層９６２ｂの中に再指向される。類似考慮点は、緑色光線９５６ａ、９５６ｂのための異なる緑色下位色および赤色光線９５８ａ、９５８ｂのための異なる赤色下位色の使用にも適用される。
【０１１９】
前述は、単に、実施例であって、図１２に示されるように、特定の色の多くの異なる下位色が、その色の光を導波管９０５の適切な層の中に多重化するために使用されることができる。下位色の波長範囲の幅は、内部結合光学要素が下位色を適切な層の中に効率的に再指向し得るように選択されることができる。同様に、内部結合光学要素の性質（例えば、回折格子周期）も、適切な下位色の光を効率的に再指向するように選択されることができる。
【０１２０】
図１３をさらに参照すると、第１の導波管スタック９６０ａは、青色、緑色、および赤色等の３つの色の第１の下位色を結合することができる。同様に、第２の導波管スタック９６０ｂは、３つの色の第２の下位色を結合することができる。例えば、各スタックの第１の導波管９６２ａ、９６２ｂは、青色等の第１の色の第１および第２の下位色を受信するように構成されることができる。同様に、各スタックの第２の導波管９６６ａ、９６６ｂは、緑色等の第２の色の第１および第２の下位色を受信するように構成されることができる。
【０１２１】
ある実施形態では、同一色の下位色は、隣接する導波管を通して伝搬してもよい。そのような導波管は、特定の色に専用の導波管スタックを形成し得る。例えば、第１の導波管は、青色の第１の下位色を設計波長として有してもよく、第２の導波管は、青色の第２の下位色を設計波長として有してもよい。第３の導波管は、第２の色（例えば、緑色）の第１の下位色を有してもよい。したがって、第１の波長（例えば、青色）の下位色は、導波管の第１のスタックにグループ化されてもよく、第２の波長（例えば、緑色）の下位色は、導波管の第２のスタックにグループ化されてもよい。
【０１２２】
導波管スタックの数は、２つを上回ることができ、各導波管スタック内の導波管の数は、２つ以上であることができる。導波管スタックあたりの３つの設計波長導波管は、図１３に図示され、その実施例として、青色、緑色、および赤色等の３つの原色のそれぞれの１つの色は、各導波管スタック内で内部結合される。しかしながら、これは、導波管、導波管スタックの数、または内部結合され得る色のタイプを限定することを意図するものではない。
【０１２３】
いったん対応する波長の色における光が、対応する設計波長導波管の中に内部結合され、内部結合光学要素９８０から出ると、光は、対応する導波管９６２ａ、９６６ａ、９６８ａ、９６２ｂ、９６６ｂ、９６８ｂを通して伝搬する。設計波長における光の光学経路に沿って、対応する光分散要素１０１１ａ、１０１１ｂ、１０１１ｃ、１０１１ｄ、１０１１ｅ、１０１１ｆがある。対応する光分散要素１０１１ａ、１０１１ｂ、１０１１ｃ、１０１１ｄ、１０１１ｅ、１０１１ｆは、対応する設計波長における光を外部結合光学要素（図示せず）の対応する層に偏向することができる。外部結合光学要素の対応する層は、対応する設計における光をスタックされた導波管アセンブリから外部結合するように構成される。
【０１２４】
図１４は、予備的光フィルタシステム１０８０を伴う例示的なスタックされた導波管アセンブリ１７８の側面図を図式的に図示する。予備的光フィルタ１０８０は、一次色選択プロセスを提供するために使用されることができる。予備的光フィルタシステム１０８０は、格子、ミラー、プリズム、および他の屈折および／または反射要素等のいくつかの光学要素１０８４ａ、１０８４ｂ、１０８８ａ、１０８８ｂを備えることができる。フィルタシステム１０８０は同様に、回折光学要素を含んでもよい。光学要素の精密な数および構成は、ここでは、一例としてのみ示され、必要に応じて変化されてもよい。フィルタシステム１０８０は、異なる波長の光を導波管９０５の異なる色層または深度平面に指向するために使用されることができる。
波長多重化および波長選択的フィルタリングを伴うディスプレイシステムの実施例
【０１２５】
波長多重化および波長選択的フィルタの両方の特徴が、導波管ディスプレイシステム内に含まれてもよい。波長多重化導波管アセンブリは、１つ以上の波長選択的フィルタを含むことができる。図１５Ａは、分散型フィルタ１５０２ａ、１５０２ｂ、１５０２ｃ、１５０２ｄ、１５０２ｅ、１５０２ｆを伴う図１３の導波管アセンブリ１７８を示す。分散型フィルタは、本明細書に説明される任意の光学フィルタ、例えば、吸収性フィルタ、屈折フィルタ、回折フィルタ、および／または反射フィルタを含むことができる。光学フィルタは、カラーフィルタ（例えば、具体的波長の範囲を選択する）であってもよい。吸収性フィルタの実施例は、着色剤、染料、または色素を含む。屈折フィルタは、異なる波長の光のための異なる屈折率に基づいてフィルタリングする、光学要素を含む。回折フィルタの実施例は、格子を含む。反射フィルタの実施例は、ダイクロイックミラーを含む。光学フィルタは、偏光器を含んでもよい。したがって、導波管９６２ａ−９６８ａ（および導波管９６２ｂ−９６８ｂ）は、図１０Ａを参照して説明されるように、色（または下位色）フィルタリングを実施することができる。内部結合光学要素１００７は、そのような実施形態では、対応する導波管が、波長フィルタリングの一部または全部を提供することができる、分散型フィルタを含むため、より少ない波長フィルタリングを実施してもよい。
【０１２６】
図１５Ｂは、分散型スイッチ１５０６ａ、１５０６ｂ、１５０６ｃ、１５０６ｄ、１５０６ｅ、１５０６ｆを伴う図１３の導波管アセンブリ１７８を示す。分散型スイッチは、本明細書に説明される任意のフィルタを含んでもよい。分散型スイッチは、電気的に切替可能な層および／または電気的に切替可能な体積を含んでもよい。電気的に切替可能な材料の実施例は、切替可能なダイクロイック、切替可能なミラー、切替可能な格子、切替可能なホログラム、切替可能なガラス、および切替可能な偏光器を含む。分散型スイッチは、ポリマー分散液晶または他の液晶アセンブリ（例えば、シリコン上の液晶（ＬＣｏＳ））を含んでもよい。本明細書のいずれかにさらに説明されるように、切替可能な材料は、材料の反射、吸収性、屈折、回折、および／または偏光品質を改変するように切り替えられることができる。例えば、電気信号は、材料に、赤色光を減衰（例えば、吸収、偏向）させる一方、青色光を伝搬させてもよい（例えば、ＴＩＲを介して）。さらなる実施例として、偏光器は、電気信号に基づいて、オンまたはオフになるように構成されてもよい。例えば、偏光器は、コレステリック液晶要素を含んでもよい。他の構成もまた、可能性として考えられる。
【０１２７】
図１５Ｂによって示されるように、分散型スイッチ１５０６ａ、１５０６ｂ、１５０６ｃ、１５０６ｄ、１５０６ｅ、１５０６ｆは、対応する導波管９６２ａ、９６６ａ、９６８ａ、９６２ｂ、９６６ｂ、９６８ｂの表面に沿って配置されてもよい。そのような表面は、図１５Ｂに示されるように、入射光１３６０から遠位の表面であってもよいが、他の表面（例えば、光１３６０の近位表面、近位表面と垂直な表面）もまた、可能性として考えられる。いくつかの実施形態では、切替可能な材料は、対応する導波管の体積全体を通して（例えば、立体的に）配置される。切替可能な層は、導波管の任意の表面と平行ではない平面に沿って対応する導波管内に配置されてもよい。例えば、切替可能な材料は、導波管の表面と同一平面ではない層上に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、導波管アセンブリ１７８は、分散型フィルタ１５０２ａ−１５０２ｆおよび分散型スイッチ１５０６ａ−１５０６ｆの両方の組み合わせを含むことができる。
【０１２８】
図１５Ａおよび１５Ｂに示される実施例等の導波管アセンブリ１７８は、分散型フィルタ１５０２ａ−１５０２ｆまたは分散型スイッチ１５０６ａ−１５０６ｆを利用して、１つ以上の導波管９６２ａ−９６８ｂ内で下位色フィルタリングを実施することができる。このように、内部結合光学要素１００７は、分散型フィルタリングまたは分散型スイッチの一方または他方のみを使用する、導波管アセンブリ実施形態１７８より低く波長選択的であってもよく、これは、有利には、スタック内の各導波管を通して通過する光学経路に沿った劣化を低減させ得る。
例示的色域
【０１２９】
図１６は、色が知覚される仮説的ヒトの視覚的応答色域１１５２を説明する、ｘ−ｙ軸を伴う国際照明委員会（ＣＩＥ）色度図１１００（例えば、正規化された三刺激値）である。各導波管スタック９６０ａ、９６０ｂは、対応する色域１１６０ａ、１１６０ｂ内の色を表すことができ、これは、典型的には、全ての知覚可能色の色域１１５２全体より小さい。各色域１１６０ａ、１１６０ｂの頂点は、各スタック内の対応する導波管の色に対応する。例えば、導波管スタック９６０ａのための色域１１６０ａは、導波管９６２ａ、９６６ａ、および９６８ａによって伝搬される色に対応する頂点を有し、導波管スタック９６０ｂのための色域１１６０ｂは、導波管９６２ｂ、９６６ｂ、および９６８ｂによって伝搬される色に対応する頂点を有する。各色域１１６０ａ、１１６０ｂは、白色の色度を表す、関連付けられた白色点１１９２ａ、１１９２ｂ（各色域の中心近傍）を有する。
【０１３０】
図１６から分かるように、色域１１６０ａ、１１６０ｂは、導波管スタック９６０ａ、９６０ｂのそれぞれが色の実質的に同一範囲をディスプレイの装着者に提示するように、実質的に重複する。しかしながら、上記に説明されるように、各色域の対応する頂点は、波長多重化に起因して、若干、相互に対して偏移される。例えば、導波管スタック９６０ａのための色域１１６０ａの頂点１１７０ａは、約５２０ｎｍの緑色光を表し得る一方、導波管スタック９６０ｂのための色域１１６０ｂの頂点１１７０ｂは、約５３０ｎｍの緑色光を表し得る。
【０１３１】
色域１１６０ａ、１１６０ｂの両方内の色は、第１の色域１１６０ａまたは第２の色域１１６０ｂのいずれかを定義する頂点と関連付けられた色を混合することによって生成されることができる。所与の色を生成するために、第１の色域１１６０ａからの各頂点波長の必要とされる割合は、第２の色域１１６０ｂの頂点からの必要とされる割合と異なり得る。
【０１３２】
いくつかの実施形態では、色域１１６０ａ、１１６０ｂの頂点に対応する波長は、白色点１１９２ａ、１１９２ｂが実質的に同一のままであるように選択される。例えば、白色点１１９２ａと１１９２ｂとの間の色差は、色空間内の約丁度可知差異（ＪＮＤ）未満（例えば、あるＣＩＥ色空間内の約２．３未満）であってもよい。他の実施形態では、頂点に対応する波長は、色域１１６０ａ、１１６０ｂの両方が、白色点１１９２ａ、１１９２ｂを含むように選択されることができる。これらの実施形態では、頂点における波長は、白色点１１９２ａ、１１９２ｂによって完全に判定されない。
【０１３３】
図１６は、２つの色域１１６０ａ、１１６０ｂを用いて示されるが、これは、例証的目的のためであって、限定ではない。一般に、色域の数は、ディスプレイ内の導波管スタックの数と等しく、スタックのそれぞれの多重化波長は、スタック毎の対応する白色点が他の導波管スタックの白色点と実質的に等しいように選択されることができる。
例示的側面
【０１３４】
第１の側面では、光を導波管の中に結合するように構成されている内部結合光学要素であって、光は、第１の波長および第１の波長と等しくない第２の波長を含む、内部結合光学要素と、光を内部結合光学要素から受信するように構成されている光分散要素であって、光分散要素は、第２の波長における内部結合された光を第１の波長における内部結合された光に対して減衰させるように構成されている波長選択的領域を備える、光分散要素と、光を光分散要素から受信し、第１の波長における光を導波管から外部結合するように構成されている外部結合光学要素とを備える、導波管。
【０１３５】
第２の側面では、内部結合光学要素は、格子を備える、側面１に記載の導波管。
【０１３６】
第３の側面では、波長選択的領域は、カラーフィルタを備える、側面１−２のいずれかに記載の導波管。
【０１３７】
第４の側面では、カラーフィルタは、染料、着色剤、色素、ダイクロイックフィルタ、またはブラッグ格子を備える、側面３に記載の導波管。
【０１３８】
第５の側面では、内部結合光学要素は、染料、着色剤、色素、ダイクロイックフィルタ、またはブラッグ格子を備えない、側面１−４のいずれかに記載の導波管。
【０１３９】
第６の側面では、外部結合光学要素は、染料、着色剤、色素、ダイクロイックフィルタ、またはブラッグ格子を備えない、側面１−５のいずれかに記載の導波管。
【０１４０】
第７の側面では、波長選択的領域は、電子的に切替可能な領域を備える、側面１−６のいずれかに記載の導波管。
【０１４１】
第８の側面では、波長選択的領域は、ポリマー分散液晶格子を備える、側面１−７のいずれかに記載の導波管。
【０１４２】
第９の側面では、内部結合光学要素、光分散要素、または外部結合光学要素は、回折光学要素を含む、側面１−８のいずれかに記載の導波管。
【０１４３】
第１０の側面では、回折光学要素は、アナログ表面レリーフ格子（ＡＳＲ）、バイナリ表面レリーフ構造（ＢＳＲ）、ホログラム、または切替可能な回折光学要素を備える、側面９に記載の導波管。
【０１４４】
第１１の側面では、側面１−１０のいずれかに記載の第１の導波管であって、第２の波長における内部結合された光は、第１の波長における内部結合された光に対して減衰される、第１の導波管と、側面１−１０のいずれかに記載の第２の導波管であって、第１の波長における内部結合された光は、第２の波長における内部結合された光に対して減衰される、第２の導波管とを備える、スタックされた導波管アセンブリ。
【０１４５】
第１２の側面では、第１の波長における光を内部結合し、第１の波長にない光を第１の導波管から外部結合するように構成されている第１の内部結合光学要素と、内部結合された光を第１の内部結合光学要素から受信し、内部結合された光を第１の光分散要素に伝搬するように構成されている第１の波長選択的領域であって、第１の波長選択的領域は、第１の波長にない内部結合された光を第１の波長における内部結合された光に対して減衰させるように構成されており、第１の光分散要素は、第１の波長における内部結合された光を第１の波長選択的領域から外部結合するように構成されている、第１の波長選択的領域と、第１の波長における内部結合された光を第１の光分散要素から受信し、第１の波長にない内部結合された光を第１の導波管から外部結合するように構成されている第１の外部結合光学要素とを備える、第１の導波管を備える、スタックされた導波管アセンブリ。スタックされた導波管アセンブリは、第１の波長と異なる第２の波長における入射光を第１の内部結合光学要素から受信し、第２の波長にない入射光を第２の導波管から外部結合し、第２の波長における入射光を内部結合するように構成されている第２の内部結合光学要素と、内部結合された光を第２の内部結合光学要素から受信し、内部結合された光を第２の光分散要素に伝搬するように構成されている第２の波長選択的領域であって、第２の波長選択的領域は、第２の波長にない内部結合された光を第２の波長における内部結合された光に対して減衰させるように構成されており、第２の光分散要素は、第２の波長における内部結合された光を第２の波長選択的領域から外部結合するように構成されている第２の波長選択的領域と、第２の波長における内部結合された光を第２の光分散要素から受信し、第２の波長にない内部結合された光を第２の導波管から外部結合するように構成されている第２の外部結合光学要素とを備える、第２の導波管を備える。
【０１４６】
第１３の側面では、内部結合光学要素、光分散要素、または外部結合光学要素は、回折光学要素を含む、側面１２に記載のスタックされた導波管アセンブリ。
【０１４７】
第１４の側面では、回折光学要素は、アナログ表面レリーフ格子（ＡＳＲ）、バイナリ表面レリーフ構造（ＢＳＲ）、ホログラム、または切替可能な回折光学要素を備える、側面１３に記載のスタックされた導波管アセンブリ。
【０１４８】
第１５の側面では、波長選択的領域は、カラーフィルタを備える、側面１２−１４のいずれかに記載のスタックされた導波管アセンブリ。
【０１４９】
第１６の側面では、カラーフィルタは、染料、着色剤、色素、ダイクロイックフィルタ、またはブラッグ格子を備える、側面１５に記載のスタックされた導波管アセンブリ。
【０１５０】
第１７の側面では、内部結合光学要素は、染料、着色剤、色素、ダイクロイックフィルタ、またはブラッグ格子を備えない、側面１２−１６のいずれかに記載のスタックされた導波管アセンブリ。
【０１５１】
第１８の側面では、外部結合光学要素は、染料、着色剤、色素、ダイクロイックフィルタ、またはブラッグ格子を備えない、側面１２−１７のいずれかに記載のスタックされた導波管アセンブリ。
【０１５２】
第１９の側面では、波長選択的領域は、電子的に切替可能な領域を備える、側面１２−１８のいずれかに記載のスタックされた導波管アセンブリ。
【０１５３】
第２０の側面では、波長選択的領域は、ポリマー分散液晶格子を備える、側面１２−１９のいずれかに記載のスタックされた導波管アセンブリ。
【０１５４】
第２１の側面では、光学画像を表示する方法であって、方法は、第１の波長および第１の波長と異なる第２の波長を有する光を、第１の導波管および第２の導波管を備えるスタックされた導波管アセンブリの中に内部結合するステップであって、第１の導波管は、第１の波長選択的領域と、第１の外部結合光学要素とを備え、第２の導波管は、第２の波長選択的領域と、第２の外部結合光学要素とを備える、ステップと、第２の波長における内部結合された光を第１の波長選択的領域内の第１の波長に対して選択的に減衰させるステップと、第１の波長における内部結合された光を第２の波長選択的領域内の第１の波長に対して選択的に減衰させるステップと、第１の波長における内部結合された光を第１の外部結合光学要素に結合するステップと、第１の波長における内部結合された光を第２の外部結合光学要素に結合するステップと、第１の波長および第２の波長における内部結合された光をスタックされた導波管アセンブリから外部結合するステップとを含む、方法。
【０１５５】
第２２の側面では、光学画像を表示する方法であって、方法は、第１の波長および第１の波長と異なる第２の波長を有する光を導波管の中に内部結合するステップと、第２の波長における内部結合された光を第１の波長選択的領域内の第１の波長に対して選択的に減衰させるステップと、第１の波長における内部結合された光を第２の波長選択的領域内の第２の波長に対して選択的に減衰させるステップと、第１の波長における内部結合された光を第１の光分散要素から第１の外部結合光学要素に結合するステップと、第２の波長における内部結合された光を第２の光分散要素から第２の外部結合光学要素に結合するステップと、第１の波長および第２の波長における内部結合された光を外部結合光学要素から外部結合するステップとを含む、方法。
【０１５６】
第２３の側面では、側面１−１０のいずれかに記載の導波管または側面１１−２０のいずれかに記載のスタックされた導波管アセンブリを備える、ウェアラブルディスプレイシステムであって、ウェアラブルディスプレイシステムは、ユーザによって装着されることができる、ウェアラブルディスプレイシステム。
【０１５７】
第２４の側面では、ウェアラブルディスプレイシステムは、ユーザの頭部上に搭載されることができる、側面２３に記載のウェアラブルディスプレイシステム。
【０１５８】
第２５の側面では、ウェアラブルディスプレイシステムは、ユーザのための拡張現実体験を提供するように構成されている、側面２３−２４のいずれかに記載のウェアラブルディスプレイシステム。
【０１５９】
第２６の側面では、光を導波管の中に結合するように構成されている内部結合光学要素であって、光は、第１の波長および第１の波長と等しくない第２の波長を含む、内部結合光学要素と、光を内部結合光学要素から受信し、全内部反射を介して光を伝搬するように構成されている光分散要素であって、光分散要素は、第２の波長における内部結合された光を第１の波長における内部結合された光に対して減衰させるように構成されている波長選択的領域を備える、光分散要素と、光を光分散要素から受信し、第１の波長における光を導波管から外部結合するように構成されている外部結合光学要素とを備える、導波管。
【０１６０】
第２７の側面では、内部結合光学要素は、格子を備える、側面２６に記載の導波管。
【０１６１】
第２８の側面では、波長選択的領域は、染料、着色剤、色素、ダイクロイックフィルタ、またはブラッグ格子を備える、側面２６に記載の導波管。
【０１６２】
第２９の側面では、内部結合光学要素は、波長選択的フィルタを備えない、側面２６に記載の導波管。
【０１６３】
第３０の側面では、外部結合光学要素は、波長選択的フィルタを備えない、側面２６に記載の導波管。
【０１６４】
第３１の側面では、波長選択的領域は、電子的に切替可能な領域を備える、側面２６に記載の導波管。
【０１６５】
第３２の側面では、電子的に切替可能な領域をオン状態とオフ状態との間で切り替えるように構成されている、コントローラをさらに備える、側面３１に記載の導波管。
【０１６６】
第３３の側面では、波長選択的領域は、ポリマー分散液晶格子を備える、側面２６に記載の導波管。
【０１６７】
第３４の側面では、光分散要素は、回折光学要素を備える、側面２６に記載の導波管。
【０１６８】
第３５の側面では、回折光学要素は、格子、ホログラム、または切替可能な回折光学要素を備える、側面３４に記載の導波管。
【０１６９】
第３６の側面では、第１の導波管であって、第１の導波管は、第１の波長における光を光分散要素の第１の層の中に結合するように構成されている内部結合光学要素の第１の層であって、光分散要素は、波長選択的領域を備える、内部結合光学要素の第１の層と、内部結合された光を内部結合光学要素の第１の層から受信し、第１の波長にない内部結合された光を第１の波長における内部結合された光に対して減衰させるように構成されている波長選択的領域の第１の層であって、光分散要素の第１の層は、第１の波長における内部結合された光を波長選択的領域の第１の層から外部結合するように構成されている、波長選択的領域の第１の層と、第１の波長における内部結合された光を光分散要素の第１の層から受信し、内部結合された光を第１の導波管から外部結合するように構成されている外部結合光学要素の第１の層とを備える、第１の導波管と、第２の導波管であって、第２の導波管は、第２の波長における光を光分散要素の第２の層の中に結合するように構成されている内部結合光学要素の第２の層であって、第２の波長は、第１の波長と異なる、内部結合光学要素の第２の層と、内部結合された光を内部結合光学要素の第２の層から受信し、第２の波長にない内部結合された光を第２の波長における内部結合された光に対して減衰させるように構成されている波長選択的領域の第２の層であって、光分散要素の第２の層は、第２の波長における内部結合された光を波長選択的領域の第２の層から外部結合するように構成されている、波長選択的領域の第２の層と、第２の波長における内部結合された光を光分散要素の第２の層から受信し、内部結合された光を第２の導波管から外部結合するように構成されている外部結合光学要素の第２の層とを備える、第２の導波管とを備える、スタックされた導波管アセンブリ。
【０１７０】
第３７の側面では、波長選択的領域の第１の層は、第１のカラーフィルタを備え、波長選択的領域の第２の層は、第２のカラーフィルタを備え、第１のカラーフィルタは、第２の波長における光を減衰させるように構成されており、第２のカラーフィルタは、第１の波長における光を減衰させるように構成されている、側面３６に記載のスタックされた導波管アセンブリ。
【０１７１】
第３８の側面では、第１のカラーフィルタまたは第２のカラーフィルタは、染料、着色剤、色素、立体光学フィルタ、またはダイクロイックフィルタを備える、側面３７に記載のスタックされた導波管アセンブリ。
【０１７２】
第３９の側面では、波長選択的領域の第１の層は、第１の電子的に切替可能な領域を備え、波長選択的領域の第２の層は、第２の電子的に切替可能な領域を備える、側面３６に記載のスタックされた導波管アセンブリ。
【０１７３】
第４０の側面では、第１の電子的に切替可能な領域および第２の電子的に切替可能な領域を電子的に制御し、スタックされた導波管アセンブリ内の光を変調するように構成されている、コントローラをさらに備える、側面３９に記載のスタックされた導波管アセンブリ。
【０１７４】
第４１の側面では、コントローラは、第１の電子的に切替可能な領域を切り替え、光分散要素の第１の層内の光を変調し、第２の電子的に切替可能な領域を切り替え、光分散要素の第２の層内の光を変調しないように構成されている、側面４０に記載のスタックされた導波管アセンブリ。
【０１７５】
第４２の側面では、コントローラは、第１の電子的に切替可能な領域および第２の電子的に切替可能な領域を電子的に制御し、内部結合された光を操向し、視野を拡張させるように構成されている、側面４０に記載のスタックされた導波管アセンブリ。
【０１７６】
第４３の側面では、波長選択的領域の第１の層は、第１の波長にない光の屈折率を改変するように構成されている、または波長選択的領域の第２の層は、第２の波長にない光の屈折率を改変するように構成されている、側面３６に記載のスタックされた導波管アセンブリ。
【０１７７】
第４４の側面では、波長選択的領域の第１の層または第２の層は、偏光器を備える、側面３６に記載のスタックされた導波管アセンブリ。
【０１７８】
第４５の側面では、第１の波長は、色の第１の下位色と関連付けられ、第２の波長は、色の第２の下位色と関連付けられ、第２の下位色は、第１の下位色と異なる、側面３６に記載のスタックされた導波管アセンブリ。
【０１７９】
第４６の側面では、第１の複数の導波管を備える第１の導波管スタックであって、第１の複数の導波管は、色の第１の下位色における光を伝搬するように構成されている第１の導波管を備える、第１の導波管スタックと、第２の複数の導波管を備える第２の導波管スタックであって、第２の複数の導波管は、第１の下位色と異なる色の第２の下位色における光を伝搬するように構成されている第２の導波管を備える、第２の導波管スタックと、光を第１の導波管スタックおよび第２の導波管スタックの中に内部結合するように構成されている内部結合光学システムであって、内部結合光学システムは、第１の下位色における光を第１の導波管の中に結合するように構成されている第１の内部結合光学要素と、第２の下位色における光を第２の導波管の中に結合するように構成されている第２の内部結合部分とを備える、内部結合光学システムとを備える、ディスプレイ。
【０１８０】
第４７の側面では、第１の導波管スタックは、光を第１の導波管スタックから外部結合するように構成されている、外部結合光学要素を備える、側面４６に記載のディスプレイ。
【０１８１】
第４８の側面では、内部結合光学要素は、回折光学要素を備える、側面４７に記載のディスプレイ。
【０１８２】
第４９の側面では、回折光学要素は、ホログラムを備える、側面４８に記載のディスプレイ。
【０１８３】
第５０の側面では、導波管アセンブリはさらに、予備的光フィルタシステムを備える、側面４６に記載のディスプレイ。
【０１８４】
第５１の側面では、予備的光フィルタシステムは、格子を備える、側面５０に記載のディスプレイ。
【０１８５】
第５２の側面では、第１の内部結合光学要素は、第１の下位色のピーク波長と１２０ｎｍ未満異なるピーク波長を有する光を伝送するように構成されている、側面４６に記載のディスプレイ。
【０１８６】
第５３の側面では、第１の内部結合光学要素は、約５〜５５ｎｍを上回らない波長分布の幅を有する光を伝送するように構成されている、側面４６に記載のディスプレイ。
【０１８７】
第５４の側面では、第１の内部結合光学要素は、約２２０ｎｍを上回らない波長分布プロファイルの幅を有する光を伝送するように構成されている、側面４６に記載のディスプレイ。
【０１８８】
第５５の側面では、色の複数の下位色における光を放出する光源と、第１の波長の第１の色および第２の波長の第１の色における光を内部結合するように構成されている第１の導波管スタックであって、第１の導波管スタックは、第１の複数の導波管であって、色の第１の下位色における光を伝搬するように構成されている第１の導波管を備える第１の複数の導波管と、第２の複数の導波管であって、第１の下位色と異なる色の第２の下位色における光を伝搬するように構成されている第２の導波管を備える第２の複数の導波管と、光を第１の導波管スタックおよび第２の導波管スタックの中に内部結合するように構成されている内部結合光学システムとを備える、第１の導波管スタックとを備える、導波管アセンブリ。
【０１８９】
第５６の側面では、第１および第２の下位色における光を受信するように構成されている第１の導波管スタックであって、第１および第２の下位色は、同一色の下位色ではなく、第１の導波管スタックは、第１の下位色における光を内部結合するように構成されている第１の格子システムを備える第１の導波管と、第２の格子システムを備える第２の導波管であって、第２の導波管は、第２の下位色における光を内部結合するように構成されている第２の導波管とを備える、第１の導波管スタックと、第３および第４の下位色における光を受信するように構成されている第２の導波管スタックであって、第３および第４の下位色は、同一色の下位色ではなく、第２の導波管スタックは、第３の下位色における光を内部結合するように構成されている第３の格子システムを備える第３の導波管と、第４の格子システムを備える第４の導波管であって、第４の導波管は、第４の下位色における光を内部結合するように構成されている、第４の導波管とを備える、第２の導波管スタックとを備える、導波管アセンブリ。
【０１９０】
第５７の側面では、第１の導波管スタックは、内部結合光学要素を備える、側面５６に記載の導波管アセンブリ。
【０１９１】
第５８の側面では、光分散要素は、回折光学要素を備える、側面５７に記載の導波管アセンブリ。
【０１９２】
第５９の側面では、回折光学要素は、格子を備える、側面５８に記載の導波管アセンブリ。
【０１９３】
第６０側面では、導波管アセンブリはさらに、反射光学要素を備える、予備的光フィルタシステムを備える、側面４６−５９のいずれかに記載の導波管アセンブリ。
【０１９４】
第６１の側面では、第１の波長における複数の下位色および第２の波長における複数の下位色を放出する光源と、第１の波長の第１の下位色および第２の波長の第１の下位色における光を内部結合するように構成されている第１の導波管スタックであって、第１の導波管スタックは、第１の波長の第１の下位色における光を内部結合するように構成されている第１の導波管と、第１の波長の第２の下位色における光を内部結合するように構成されている第２の導波管とを備える、第１の導波管スタックと、第１の波長の第２の下位色および第２の波長の第２の下位色における光を内部結合するように構成されている第２の導波管スタックであって、第２の導波管スタックは、第１の波長の第２の下位色における光を内部結合するように構成されている第３の導波管と、第２の波長の第２の下位色における光を内部結合するように構成されている第４の導波管とを備える、第２の導波管スタックとを備える、波長多重化アセンブリ。
【０１９５】
第６２の側面では、第１の導波管、第２の導波管、第３の導波管、または第４の導波管は、内部結合光学要素、光分散要素、または外部結合光学要素を備える、側面６１に記載の波長多重化アセンブリ。
【０１９６】
第６３の側面では、内部結合光学要素、光分散要素、または外部結合光学要素は、回折光学要素を備える、側面６２に記載の波長多重化アセンブリ。
【０１９７】
第６４の側面では、回折光学要素は、切替可能な回折光学要素を備える、側面６３に記載の波長多重化アセンブリ。
【０１９８】
第６５の側面では、導波管アセンブリはさらに、屈折光学要素を備える、予備的光フィルタシステムを備える、側面６４に記載の波長多重化アセンブリ。
結論
【０１９９】
本明細書に説明される、および／または添付される図に描写されるプロセス、方法、およびアルゴリズムはそれぞれ、具体的かつ特定のコンピュータ命令を実行するように構成される、１つ以上の物理的コンピューティングシステム、ハードウェアコンピュータプロセッサ、特定用途向け回路、および／または電子ハードウェアによって実行される、コードモジュールにおいて具現化され、それによって完全または部分的に自動化され得る。例えば、コンピューティングシステムは、具体的コンピュータ命令とともにプログラムされた汎用コンピュータ（例えば、サーバ）または専用コンピュータ、専用回路等を含むことができる。コードモジュールは、実行可能プログラムにコンパイルおよびリンクされる、動的リンクライブラリ内にインストールされ得る、または解釈されるプログラミング言語において書き込まれ得る。いくつかの実装では、特定の動作および方法が、所与の機能に特有の回路によって実施され得る。
【０２００】
さらに、本開示の機能性のある実装は、十分に数学的、コンピュータ的、または技術的に複雑であるため、（適切な特殊化された実行可能命令を利用する）特定用途向けハードウェアまたは１つ以上の物理的コンピューティングデバイスは、例えば、関与する計算の量または複雑性に起因して、または結果を実質的にリアルタイムで提供するために、機能性を実施する必要があり得る。例えば、ビデオは、多くのフレームを含み、各フレームは、数百万のピクセルを有し得、具体的にプログラムされたコンピュータハードウェアは、商業的に妥当な時間量において所望の画像処理タスクまたは用途を提供するようにビデオデータを処理する必要がある。別の実施例として、眼追跡計算およびリアルタイムで適切な眼−姿勢−依存ディスプレイ較正のアプリケーションは、典型的には、具体的コンピュータ実行可能命令でプログラムされるアプリケーション特有のハードウェアまたは物理コンピューティングデバイスによって実施される。
【０２０１】
コードモジュールまたは任意のタイプのデータは、ハードドライブ、ソリッドステートメモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、光学ディスク、揮発性または不揮発性記憶装置、同一物の組み合わせ、および／または同等物を含む、物理的コンピュータ記憶装置等の任意のタイプの非一過性コンピュータ可読媒体上に記憶され得る。本方法およびモジュール（またはデータ）はまた、無線ベースおよび有線／ケーブルベースの媒体を含む、種々のコンピュータ可読伝送媒体上で生成されたデータ信号として（例えば、搬送波または他のアナログまたはデジタル伝搬信号の一部として）伝送され得、種々の形態（例えば、単一または多重化アナログ信号の一部として、または複数の離散デジタルパケットまたはフレームとして）をとり得る。開示されるプロセスまたはプロセスステップの結果は、任意のタイプの非一過性有形コンピュータ記憶装置内に持続的または別様に記憶され得る、またはコンピュータ可読伝送媒体を介して通信され得る。
【０２０２】
本明細書に説明される、および／または添付される図に描写されるフロー図における任意のプロセス、ブロック、状態、ステップ、または機能性は、プロセスにおいて具体的機能（例えば、論理または算術）またはステップを実装するための１つ以上の実行可能命令を含む、コードモジュール、セグメント、またはコードの一部を潜在的に表すものとして理解されたい。種々のプロセス、ブロック、状態、ステップ、または機能性は、組み合わせられる、再配列される、追加される、削除される、修正される、または別様に本明細書に提供される例証的実施例から変更されることができる。いくつかの実施形態では、付加的または異なるコンピューティングシステムまたはコードモジュールが、本明細書に説明される機能性のいくつかまたは全てを実施し得る。本明細書に説明される方法およびプロセスはまた、任意の特定のシーケンスに限定されず、それに関連するブロック、ステップ、または状態は、適切な他のシーケンスで、例えば、連続して、並行して、またはある他の様式で実施されることができる。タスクまたはイベントが、開示される例示的実施形態に追加される、またはそれから除去され得る。さらに、本明細書に説明される実装における種々のシステムコンポーネントの分離は、例証を目的とし、全ての実装においてそのような分離を要求するものとして理解されるべきではない。説明されるプログラムコンポーネント、方法、およびシステムは、概して、単一のコンピュータ製品においてともに統合される、または複数のコンピュータ製品にパッケージ化され得ることを理解されたい。多くの実装変形例が、可能である。
【０２０３】
本プロセス、方法、およびシステムは、ネットワーク（または分散）コンピューティング環境において実装され得る。ネットワーク環境は、企業全体コンピュータネットワーク、イントラネット、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）、クラウドコンピューティングネットワーク、クラウドソースコンピューティングネットワーク、インターネット、およびワールドワイドウェブを含む。ネットワークは、有線または無線ネットワークまたは任意の他のタイプの通信ネットワークであり得る。
【０２０４】
本開示のシステムおよび方法は、それぞれ、いくつかの革新的側面を有し、そのうちのいかなるものも、本明細書に開示される望ましい属性に単独で関与しない、またはそのために要求されない。上記に説明される種々の特徴およびプロセスは、相互に独立して使用され得る、または種々の方法で組み合わせられ得る。全ての可能な組み合わせおよび副次的組み合わせが、本開示の範囲内に該当することが意図される。本開示に説明される実装の種々の修正が、当業者に容易に明白であり得、本明細書に定義される一般原理は、本開示の精神または範囲から逸脱することなく、他の実装に適用され得る。したがって、請求項は、本明細書に示される実装に限定されることを意図されず、本明細書に開示される本開示、原理、および新規の特徴と一貫する最も広い範囲を与えられるべきである。
【０２０５】
別個の実装の文脈において本明細書に説明されるある特徴はまた、単一の実装における組み合わせにおいて実装されることができる。逆に、単一の実装の文脈において説明される種々の特徴もまた、複数の実装において別個に、または任意の好適な副次的組み合わせにおいて実装されることができる。さらに、特徴がある組み合わせにおいて作用するものとして上記に説明され、さらに、そのようなものとして最初に請求され得るが、請求される組み合わせからの１つ以上の特徴は、いくつかの場合では、組み合わせから削除されることができ、請求される組み合わせは、副次的組み合わせまたは副次的組み合わせの変形例を対象とし得る。いかなる単一の特徴または特徴のグループも、あらゆる実施形態に必要または必須ではない。
【０２０６】
とりわけ、「〜できる（ｃａｎ）」、「〜し得る（ｃｏｕｌｄ）」、「〜し得る（ｍｉｇｈｔ）」、「〜し得る（ｍａｙ）」、「例えば（ｅ．ｇ．）」、および同等物等、本明細書で使用される条件文は、別様に具体的に記載されない限り、または使用されるような文脈内で別様に理解されない限り、概して、ある実施形態がある特徴、要素、および／またはステップを含む一方、他の実施形態がそれらを含まないことを伝えることが意図される。したがって、そのような条件文は、概して、特徴、要素、および／またはステップが、１つ以上の実施形態に対していかようにも要求されること、または１つ以上の実施形態が、著者の入力または促しの有無を問わず、これらの特徴、要素、および／またはステップが任意の特定の実施形態において含まれる、または実施されるべきかどうかを決定するための論理を必然的に含むことを示唆することを意図されない。用語「〜を備える」、「〜を含む」、「〜を有する」、および同等物は、同義語であり、非限定的方式で包括的に使用され、付加的要素、特徴、行為、動作等を除外しない。また、用語「または」は、その包括的意味において使用され（およびその排他的意味において使用されず）、したがって、例えば、要素のリストを接続するために使用されると、用語「または」は、リスト内の要素のうちの１つ、いくつか、または全てを意味する。加えて、本願および添付される請求項で使用されるような冠詞「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、別様に規定されない限り、「１つ以上の」または「少なくとも１つ」を意味するように解釈されるべきである。
【０２０７】
本明細書で使用されるように、項目のリスト「〜のうちの少なくとも１つ」を指す語句は、単一の要素を含む、それらの項目の任意の組み合わせを指す。ある実施例として、「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの少なくとも１つ」は、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＡおよびＢ、ＡおよびＣ、ＢおよびＣ、およびＡ、Ｂ、およびＣを網羅することが意図される。語句「Ｘ、Ｙ、およびＺのうちの少なくとも１つ」等の接続文は、別様に具体的に記載されない限り、概して、項目、用語等がＸ、Ｙ、またはＺのうちの少なくとも１つであり得ることを伝えるために使用されるような文脈で別様に理解される。したがって、そのような接続文は、概して、ある実施形態が、Ｘのうちの少なくとも１つ、Ｙのうちの少なくとも１つ、およびＺのうちの少なくとも１つがそれぞれ存在するように要求することを示唆することを意図されない。
【０２０８】
同様に、動作は、特定の順序で図面に描写され得るが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作が示される特定の順序で、または連続的順序で実施されること、または全ての図示される動作が実施されることの必要はないと認識されるべきである。さらに、図面は、フローチャートの形態で１つ以上の例示的プロセスを図式的に描写し得る。しかしながら、描写されない他の動作も、図式的に図示される例示的方法およびプロセス内に組み込まれることができる。例えば、１つ以上の付加的動作が、図示される動作のいずれかの前に、その後に、それと同時に、またはその間に実施されることができる。加えて、動作は、他の実装において再配列される、または再順序付けられ得る。ある状況では、マルチタスクおよび並列処理が、有利であり得る。さらに、上記に説明される実装における種々のシステムコンポーネントの分離は、全ての実装におけるそのような分離を要求するものとして理解されるべきではなく、説明されるプログラムコンポーネントおよびシステムは、概して、単一のソフトウェア製品においてともに統合される、または複数のソフトウェア製品にパッケージ化され得ることを理解されたい。加えて、他の実装も、以下の請求項の範囲内である。いくつかの場合では、請求項に列挙されるアクションは、異なる順序で実施され、依然として、望ましい結果を達成することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【外国語明細書】
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