(57)【要約】実質的にフルカラーまたはマルチカラーであるように知覚される画像が、複数の深度平面にわたって等しくない数で分配される、成分色画像を使用して形成され得る。深度平面にわたる成分色画像の分配は、色に基づいて変動し得る。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムは、各々が特定の色の光を出力する導波管のスタックを含み、いくつかの色は、他の色より少ない数の関連付けられた導波管を有する。導波管のスタックは、集合的に、複数（例えば、第１および第２の複数）の導波管を含み得、各々は、特定の色に対応する光を出力することによって、画像を生成するように構成される。第２の複数の導波管における導波管の総数は、第１の複数の導波管における導波管の総数より少なく、３つの成分色が利用される実施形態では、第３の複数の導波管における導波管の総数より多くあり得る。
2019508724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイシステムであって、前記システムは、導波管のスタックを備え、前記導波管のスタックは、
第１の複数の導波管であって、各々は、第１の波長範囲の光を出力することによって画像を生成するように構成されている、第１の複数の導波管と、
第２の複数の導波管であって、各々は、第２の波長範囲の光を出力することによって画像を生成するように構成されている、第２の複数の導波管と
を備え、
前記第１の複数の導波管は、合計で、前記第２の複数の導波管より多い導波管の数になる、システム。
【請求項２】
第３の複数の導波管をさらに備え、各々は、第３の波長範囲の光を出力することによって画像を表示するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第３の複数の導波管は、合計で、前記第１または第２の複数の導波管と異なる導波管の数になる、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１、第２、および第３の波長範囲は、それぞれ、異なる第１、第２、および第３の色に対応し、前記第３の色は、赤色である、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記第２の色は、青色および緑色から成る群から選択され、前記第１の色は、前記青色および緑色から成る群からの他方の色である、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記第３の複数の導波管は、合計で、前記第１または第２の複数の導波管のうちの１つと同一の導波管の数になる、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の複数の導波管の各導波管は、関連付けられた深度平面を有し、前記第１の複数の導波管の各導波管は、その導波管の関連付けられた深度平面から生じているように見える画像を生成するように構成され、前記第１の複数の導波管の各導波管は、前記第１の複数の導波管のうちの少なくとも１つの他の導波管と異なる関連付けられた深度平面を有し、
前記第２の複数の導波管の各導波管は、関連付けられた深度平面を有し、前記第２の複数の導波管の各導波管は、その導波管の関連付けられた深度平面から生じているように見える画像を生成するように構成され、前記第２の複数の導波管の各導波管は、前記第２の複数の導波管のうちの少なくとも１つの他の導波管と異なる関連付けられた深度平面を有し、
前記第３の複数の導波管の各導波管は、関連付けられた深度平面を有し、前記第３の複数の導波管の各導波管は、その導波管の関連付けられた深度平面から生じているように見える画像を生成するように構成され、前記第３の複数の導波管の各導波管は、前記第３の複数の導波管のうちの少なくとも１つの他の導波管と異なる関連付けられた深度平面を有する、
請求項２に記載のシステム。
【請求項８】
深度平面間の間隔は、前記第１、第２、および第３の複数の導波管の各々に対して異なる、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１、第２、および第３の複数の導波管の各導波管は、光抽出光学要素を備え、前記光抽出光学要素のための構成は、前記導波管に関連付けられた前記深度平面に応じて変動する、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記光抽出光学要素は、発散ビームを提供するような屈折力を有する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記光抽出光学要素は、回折格子を備えている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
異なる深度平面のための前記光抽出光学要素は、各深度平面に対して出射光の異なる発散を提供するような異なる屈折力を有する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記導波管のスタックは、Ｎ個の色を出力するように構成され、前記導波管のスタックは、各々が前記Ｎ個の色のうちの１つに対応する光を出力することによって画像を表示するように構成されているＮ個の複数の導波管を備え、各複数の導波管は、合計で、前記複数の導波管のうちの他と異なる数になり、Ｎは、正の整数である、請求項２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１および第２の複数の導波管の各導波管に関連付けられた射出瞳をさらに備え、前記第１の複数の導波管のうちの導波管のための射出瞳サイズは、前記第２の複数の導波管のうちの導波管のための射出瞳サイズより大きい、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１および第２の複数の導波管の各導波管は、ある出射ビームサイズを伴う光を出力し、前記出射ビームサイズは、前記第１および第２の複数の導波管のうちの導波管間で異なる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第１および第２の複数の導波管の各導波管は、ある出射ビームサイズを伴う光を出力し、前記第１の複数の導波管のうちの導波管のための出射ビームサイズは、５ｍｍより小さい、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第１の複数の導波管のうちの導波管は、前記第２の複数の導波管のうちの導波管と異なる出射ビームサイズを伴う光を出力する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
第３の複数の導波管をさらに備え、各々は、第３の波長範囲の光を出力することによって画像を生成するように構成され、前記第３の複数の導波管のうちの導波管は、前記第１または第２の複数の導波管のうちの導波管と異なる出射ビームサイズを伴う光を出力する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
画像投入デバイスをさらに備え、各画像投入デバイスは、画像情報を前記第１および第２の複数の導波管の各々の対応する入力縁の中に投入するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２０】
前記画像投入デバイスは、前記第１および第２の複数の導波管の対応する入力縁の中に投入される光のための可変開口を備えている、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記システムは、視認者によって装着されるように構成されているフレームを備え、前記導波管のスタックは、前記フレームに取り付けられている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２２】
別の導波管のスタックをさらに備え、
前記導波管のスタックは、画像情報を視認者の第１の眼に向かわせるように構成され、前記導波管の他方のスタックは、画像情報を前記視認者の第２の眼に向かわせるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記導波管のスタックおよび前記導波管の他方のスタックは、画像組を複数の深度平面上に生成するように構成され、
深度平面間の距離の進度と、
深度平面の総数と、
深度平面のための焦点距離と
のうちの１つ以上のものは、前記導波管のスタックの前記深度平面と前記導波管の他のスタックの前記深度平面との間で異なる、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記導波管の各々は、全内部反射によってその中で光を伝搬するように構成され、各導波管は、
前記導波管から外へ視認者の方に前記導波管内を伝搬する光を向け直すように構成されている回折光学要素を備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２５】
ぼやけを前記導波管の中に投入される画像情報に導入するための光学要素または画像処理モジュールをさらに備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２６】
前記光学要素または画像処理モジュールは、異なる量のぼやけを前記第１および第２の複数の導波管のうちの導波管に導入するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２７】
第３の複数の導波管をさらに備え、各々は、第３の波長範囲の光を出力することによって画像を生成するように構成され、光学要素または画像処理モジュールは、異なる量のぼやけを前記第１、第２、および第３の複数の導波管のうちの導波管に導入するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２８】
前記第１の複数の導波管によって生成される画像のための第１のピクセルサイズは、前記第２の複数の導波管によって生成される画像のための第２のピクセルサイズより小さい、請求項１に記載のシステム。
【請求項２９】
第３の複数の導波管をさらに備え、前記第３の複数の導波管によって生成される画像のための第３のピクセルサイズは、前記第１または第２のピクセルサイズと異なる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３０】
２つの近隣深度平面間において、前記近隣深度平面間の点の輝度を分布させるように構成されているコントローラをさらに備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３１】
ディスプレイシステムであって、前記システムは、
複数の成分色画像を出力するように構成されているディスプレイを備え、前記成分色画像は、複数の深度平面に対応し、
第１の色の成分色画像は、合計で、第２の色の成分色画像より大きい数になり、前記第１の色の成分色画像は、第１の波長範囲内の波長を有する光によって形成され、前記第２の色の成分色画像は、第２の波長範囲内の波長を有する光によって形成される、システム。
【請求項３２】
第３の色の成分色画像は、合計で、前記第２の色の成分色画像より少ない数になり、前記第３の色の成分色画像は、第３の波長範囲内の波長を有する光によって形成される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記システムは、複数の導波管を備え、各導波管は、単一色の成分色画像を出力するように構成されている、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３４】
各導波管は、単一の関連付けられた深度平面のための成分色画像を出力するようにさらに構成されている、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
各導波管は、異なる深度平面の知覚を提供するように構成されている屈折力を伴う光学要素を備えている、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３６】
深度平面間の間隔は、前記第１、第２、および第３の色の成分色画像のための複数の深度平面の各々に対して異なる、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３７】
射出瞳が、各成分色画像を形成する光に関連付けられており、前記射出瞳サイズは、前記成分色画像の色に伴って変動する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３８】
各成分色画像を形成する光は、ある出射ビームサイズを有し、前記出射ビームサイズは、５ｍｍより小さい、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３９】
前記出射ビームサイズは、前記成分色画像の色に伴って変動する、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
前記システムは、視認者によって装着されるように構成されているフレームを備え、前記ディスプレイは、前記フレームに取り付けられている、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４１】
前記ディスプレイは、各眼のために１組の２組の成分色画像を出力するように構成され、
深度平面間の距離の進度と、
深度平面の総数と、
深度平面のための焦点距離と
のうちの１つ以上のものは、各組の深度平面間で異なる、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４２】
ぼやけを前記成分色画像に導入するための光学要素または画像処理モジュールをさらに備えている、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４３】
前記光学要素または画像処理モジュールは、異なる量のぼやけを異なる色の成分色画像に導入するように構成されている、請求項４２に記載のシステム。
【請求項４４】
前記第１の色の成分色画像のための第１のピクセルサイズは、前記第２の色の成分色画像のための第２のピクセルサイズと異なる、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４５】
第３の色の成分色画像をさらに備え、前記第３の色の成分色画像のための第３のピクセルサイズは、前記第１または第２のピクセルサイズと異なる、請求項４４に記載のシステム。
【請求項４６】
前記成分色画像は、４つ以上の色を備えている、請求項４４に記載のシステム。
【請求項４７】
２つの近隣深度平面間において、前記近隣深度平面間の点の輝度を分布させるように構成されているコントローラをさらに備えている、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４８】
ディスプレイシステムであって、前記システムは、
１つ以上の導波管を備え、前記１つ以上の導波管は、
第１の波長範囲の光を外部結合し、第１の複数の成分色画像を生成するように構成されている第１の複数の回折光学要素であって、各画像は、前記第１の複数の回折光学要素のためのＸ個の最大可能深度平面のうちの１つに設定される、第１の複数の回折光学要素と、
第２の波長範囲の光を外部結合し、第２の複数の成分色画像を生成するように構成されている第２の複数の回折光学要素であって、各画像は、前記第２の複数の回折光学要素のためのＹ個の最大可能深度平面のうちの１つ上に設定される、第２の複数の回折光学要素と
を備え、
ＸおよびＹは、整数であり、ＸおよびＹは、異なる、システム。
【請求項４９】
前記第１および第２の複数の回折光学要素は、単一導波管の一部である、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５０】
前記第１および第２の複数の回折光学要素のうちの回折光学要素は、光学的回折状態と非回折状態との間で切り替え可能である、請求項４９に記載のシステム。
【請求項５１】
前記第１および第２の複数の回折光学要素は、液晶を備えている、請求項４９に記載のシステム。
【請求項５２】
前記第１の複数の回折光学要素のうちの回折光学要素は、前記第１の複数の回折光学要素のうちの回折光学要素と異なる１つ以上の導波管の一部であり、前記第１および第２の複数の回折光学要素のうちの回折光学要素は、光学的回折状態と非回折状態との間で切り替え可能である、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５３】
第３の波長範囲の光を外部結合し、第３の複数の成分色画像を生成するように構成されている第３の複数の回折光学要素をさらに備え、各画像は、前記第３の複数の回折光学要素のためのＺ個の最大可能深度平面のうちの１つ上に設定される、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５４】
Ｚは、ＸおよびＹと異なる、請求項５３に記載のシステム。
【請求項５５】
前記第１、第２、および第３の波長範囲の光は、それぞれ、赤色、緑色、および青色着色光を備えている、請求項５３に記載のシステム。
【請求項５６】
前記第１の複数の回折光学要素のための深度平面間の間隔の進度は、前記第２の複数の回折光学要素のための深度平面間の間隔の進度と異なる、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５７】
前記システムは、外部結合される光の波長に応じて異なる射出瞳サイズを用いて、前記光を外部結合するように構成されている、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５８】
各成分色画像を形成する光は、ある出射ビームサイズを有し、前記出射ビームサイズは、５ｍｍより小さい、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５９】
前記出射ビームサイズは、前記成分色画像の色に伴って変動する、請求項５８に記載のシステム。
【請求項６０】
前記システムは、視認者によって装着されるように構成されているフレームを備え、前記ディスプレイは、前記フレームに取り付けられている、請求項４８に記載のシステム。
【請求項６１】
前記ディスプレイシステムは、各眼のために１組の２組の成分色画像を出力するように構成され、
深度平面間の距離の進度と、
深度平面の総数と、
深度平面のための焦点距離と
のうちの１つ以上のものは、各組の前記深度平面間で異なる、請求項４８に記載のシステム。
【請求項６２】
ぼやけを前記成分色画像に導入するための光学要素または画像処理モジュールをさらに備えている、請求項４８に記載のシステム。
【請求項６３】
前記光学要素または画像処理モジュールは、異なる量のぼやけを異なる色の成分色画像に導入するように構成されている、請求項６２に記載のシステム。
【請求項６４】
前記第１の波長範囲の光を使用して生成される前記成分色画像のための第１のピクセルサイズは、前記第２の波長範囲の光を使用して生成される前記成分色画像のための第２のピクセルサイズと異なる、請求項４８に記載のシステム。
【請求項６５】
第３の色の成分色画像をさらに備え、前記第３の色の成分色画像のための第３のピクセルサイズは、前記第１または第２のピクセルサイズと異なる、請求項６４に記載のシステム。
【請求項６６】
２つの近隣深度平面間において、前記２つの近隣深度平面間の点の輝度を分布させるように構成されているコントローラをさらに備えている、請求項４８に記載のシステム。
【請求項６７】
ディスプレイシステムであって、前記ディスプレイシステムは、
複数の成分色画像を出力するように構成されているディスプレイであって、前記成分色画像は、複数の深度平面に対応する、ディスプレイと、
コントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記深度平面のうちの少なくとも１つのために表示されるべき画像のコンテンツに基づいて、
ぼやけと、
ピクセルサイズの変化と
のうちの１つ以上のものを前記画像に導入するように構成されている、ディスプレイシステム。
【請求項６８】
前記ディスプレイは、導波管のスタックを備え、前記導波管のスタックは、
第１の複数の導波管であって、各々は、第１の色に対応する光を出力することによって、成分色画像を生成するように構成されている、第１の複数の導波管と、
第２の複数の導波管であって、各々は、前記第１の色と異なる第２の色に対応する光を出力することによって、成分色画像を生成するように構成されている、第２の複数の導波管と
を備えている、請求項６７に記載のディスプレイシステム。
【請求項６９】
ディスプレイシステムであって、前記ディスプレイシステムは、
瞳孔サイズを決定するためのカメラと、
光を出力し、複数の成分色画像を表示するように構成されているディスプレイであって、前記成分色画像は、複数の深度平面に対応する、ディスプレイと、
前記決定された瞳孔サイズに基づいて、前記出力される光の特性を変動させるように構成されているコントローラと
を備えている、ディスプレイシステム。
【請求項７０】
前記ディスプレイは、
第１の複数の導波管であって、各々は、第１の色に対応する光を出力することによって成分画像を生成するように構成されている、第１の複数の導波管と、
第２の複数の導波管であって、各々は、前記第１の色と異なる第２の色に対応する光を出力することによって成分画像を生成するように構成されている、第２の複数の導波管と
を備えている、請求項６９に記載のディスプレイシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の援用）
本願は、米国仮出願第６２／２７５９８７号（２０１６年１月７日出願）の米国特許法§１１９（ｅ）に基づく優先権の利益を主張し、上記出願の全開示は、参照により本明細書に援用される。
【０００２】
（関連出願の援用）
本願は、以下の特許出願の各々の全内容を参照により本明細書に援用する：米国出願第１４／６４１，３７６号（２０１５年３月７日出願）、米国出願第１４／５５５，５８５号（２０１４年１１月２７日出願）、米国出願第１４／６９０，４０１号（２０１５年４月１８日出願）、米国出願第１４／２１２，９６１号（２０１４年３月１４日出願）、米国出願第１４／３３１，２１８号（２０１４年７月１４日出願）、および米国仮出願第６２／１５６，８０９号（２０１５年５月４日出願）。
【０００３】
（分野）
本開示は、仮想現実および拡張現実結像ならびに可視化システムに関する。
【背景技術】
【０００４】
（関連技術の説明）
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得る様式、もしく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う。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（１）が、描写されており、ＡＲ技術のユーザは、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）とを見る。これらのアイテムに加え、ＡＲ技術のユーザは、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）とも「見ている」と知覚するが、これらの要素（１１３０、１１１０）は、実世界には存在しない。ヒトの視知覚系は、複雑であるので、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。
【０００５】
本明細書に開示されるシステムおよび方法は、ＶＲならびに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】
【０００６】
（要約）
いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムが、提供される。システムは、各々が第１の波長範囲の光を出力することによって画像を生成するように構成される第１の複数の導波管と、各々が第２の波長範囲の光を出力することによって画像を生成するように構成される第２の複数の導波管とを含む、導波管のスタックを含む。第１の複数の導波管は、第２の複数の導波管を形成する導波管の総数より多い導波管の総数を有する。システムは、各々が第３の波長範囲に対応する光を出力することによって画像を表示するように構成される第３の複数の導波管も含み得る。第３の複数の導波管は、第１または第２の複数の導波管内の導波管の数と異なる導波管の総数を含み得る。いくつかの実施形態では、第１の波長範囲は、緑色の色の光を包含し、第２の波長範囲は、赤色の色の光を包含し、第３の波長範囲は、青色の色の光を包含する。
【０００７】
いくつかの他の実施形態では、ディスプレイシステムが、提供される。ディスプレイシステムは、複数の成分色画像を出力するように構成されるディスプレイを備え、成分色画像は、複数の深度平面に対応する。第１の色の成分色画像は、合計で、第２の色の成分色画像より大きい数になる。第１の色の成分色画像は、第１の波長範囲内の波長を有する光によって形成され、第２の色の成分色画像は、第２の波長範囲内の波長を有する光によって形成される。
【０００８】
システムは、各々が第１の色に対応する光を出力することによって画像を生成するように構成される第１の複数の導波管と、各々が第１の色と異なる第２の色に対応する光を出力することによって画像を生成するように構成される第２の複数の導波管とを含む導波管のスタックを含む。システムは、第１または第２の複数の導波管のうちの導波管によって生成されるべき画像のコンテンツに基づいて、ぼやけと、ピクセルサイズの変化とのうちの１つ以上のものを画像に導入するように構成されるコントローラも含む。
【０００９】
他の実施形態では、ディスプレイシステムは、第１の波長範囲の光を外部結合し、第１の複数の成分色画像を生成するように構成される第１の複数の回折光学要素と、第２の波長範囲の光を外部結合し、第２の複数の成分色画像を生成するように構成される第２の複数の回折光学要素とを備えている１つ以上の導波管を備えている。第１の複数の成分色画像の画像は、第１の複数の回折光学要素のためのＸ個の最大可能深度平面のうちの１つ上に設定され、第２の複数の成分色画像の画像は、第２の複数の回折光学要素のためのＹ個の最大可能深度平面のうちの１つ上に設定される。ＸおよびＹは、異なる整数である。
【００１０】
いくつかの他の実施形態では、ディスプレイシステムが、提供される。システムは、瞳孔サイズを決定するためのカメラと、導波管のスタックと、コントローラとを含む。導波管のスタックは、各々が第１の色に対応する光を出力することによって画像を生成するように構成される第１の複数の導波管と、各々が第１の色と異なる第２の色に対応する光を出力することによって画像を生成するように構成される第２の複数の導波管とを含む。コントローラは、決定された瞳孔サイズに基づいて、出力される光の特性を変動させるように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、ＡＲデバイスを通した拡張現実（ＡＲ）のユーザのビューを図示する。
【図２】図２は、ウェアラブルディスプレイシステムの例を図示する。
【図３】図３は、ユーザのための３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。
【図４】図４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５】図５Ａ−５Ｃは、曲率半径と焦点半径との間の関係を図示する。
【図６】図６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例を図示する。
【図７】図７は、導波管によって出力される出射ビームの例を示す。
【図８】図８は、各深度平面が、各々が異なる色の光を出力する３つの関連付けられた導波管を有する導波管スタックの例を図示する。
【図９】図９は、異なる成分色が異なる数の関連付けられた導波管を有する導波管スタックの例を図示する。
【図１０】図１０は、異なる成分色が異なる数の関連付けられた導波管を有する導波管スタックの別の例を図示する。
【図１１】図１１は、瞳孔サイズを監視するように構成されたディスプレイシステムの例を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（詳細な説明）
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、深度平面ごとに異なり得（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中させられ得る。その結果、ユーザは、異なる深度平面上に位置する場面のための異なる画像特徴に焦点を合わ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、焦点から外れている異なる深度平面上の異なる画像特徴の観察に基づいて、深度の手掛かりを提供される。本明細書のいずれかに議論されるように、そのような深度の手掛かりは、深度の真実味のある知覚を提供する。
【００１３】
いくつかの構成では、各深度平面において、フルカラー画像が、各々が特定の成分色を有する成分画像をオーバーレイすることによって形成され得る。例えば、赤色、緑色、および青色画像の各々が、各フルカラー画像を形成するために出力され得る。その結果、各深度平面は、それに関連付けられた複数の成分色画像を有し得る。その結果、多数の成分色画像が、望ましくなく、所望の数の深度平面のためのフルカラー画像を提供するために要求され得る。
【００１４】
深度の真実味のある知覚および実質的フルカラー画像の知覚が、ディスプレイによって提示される全ての深度平面において全ての成分色のための成分色画像を提供することなく達成され得ることが見出されている。理論によって限定されるわけではないが、異なる色のための被写界深度は、変動し得ると考えられる。換言すると、ヒトの眼は、異なる波長の光を結像するとき、異なる感度を有し得、それによって、ある色において異なる深度平面上にあると明白に判別可能な画像または特徴が、別の色において異なる深度平面上にあると知覚されないこともある。例えば、異なる深度平面上の２つの画像は、ある色に対して十分に焦点が合って現れ得るが、別の色に対して焦点が合っていない。したがって、被写界深度（または代替として、焦点深度）は、異なる色に対して異なると考えられる。加えて、本明細書に開示されるように、異なる色に対する知覚される被写界深度を操作すること、または、異なる成分色に対する深度の手掛を判別することに対する眼の感度を操作することが可能であり得る。そのような操作は、眼によって判別され得る深度平面の数を低減させることができる。
【００１５】
いくつかの実施形態では、実質的にフルカラーであると感知されるべき画像は、複数の深度平面にわたって等しくない数で分配される成分色画像を使用して形成され得る。例えば、ディスプレイによって提示される各深度平面に対して各成分色の画像を提供するのではなく、深度平面にわたる成分色画像の分配は、色に基づいて変動し得る。例えば、深度平面にわたって分配される第１の成分色の画像の総数は、第２の成分色の画像の総数と異なり得る。いくつかの実施形態では、第３の成分色の画像の総数は、第１または第２の成分色の総数と異なり得る。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの成分色は、別の成分色と異なる画像の総数を有する。いくつかの他の実施形態では、全ての成分色は、互いに異なる画像の総数を有する。いくつかの実施形態では、特定の成分色の画像の総数は、その色に対応する光の波長を使用して、異なる深度平面を区別するための眼の感度に基づいて選定される。例えば、成分色が、赤色、緑色、および青色である場合、緑色成分画像の総数は、赤色成分画像の総数を上回り、赤色成分画像の総数は、青色成分画像の総数を上回り得る。その結果、いくつかの実施形態では、緑色成分画像間の深度における分離は、赤色成分画像より短くあり得る。この構成は、実行可能であり得る。何故なら、眼が、緑色光と比較して、赤色光に対して増加させられた被写界また焦点深度を有し得、それによって、２つの赤色画像が、同様に位置する緑色画像に対する被写界深度または焦点深度を越える深度によって分離されているにもかかわらず、焦点が合うからである。
【００１６】
いくつかの実施形態では、画像情報は、導波管のスタックによって投影または出力され得る。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムは、各々が特定の色の光を出力する導波管を含み、上で議論されたように、いくつかの色は、他の色より少ない数の関連付けられた導波管を有する。例えば、ディスプレイシステムは、複数個の複数（例えば、第１および第２の複数）の導波管によって形成される導波管のスタックを含み得る。各複数の導波管は、特定の色に対応する光を出力することによって、画像を生成するように構成される。第２の複数の導波管における導波管の総数は、第１の複数の導波管における導波管の総数未満である。フルカラー画像が３つ以上の成分色によって形成され得るいくつかの実施形態では、対応して、３つ以上の複数の導波管（例えば、第１、第２、および第３の複数の導波管）が存在し得る。
【００１７】
いくつかの実施形態では、第１の複数の導波管は、緑色光（すなわち、知覚される色である緑色に対応する波長の光）を出力するように構成され得、第２の複数の導波管は、青色光（知覚される色である緑色に対応する波長の光）を出力するように構成され得、第３の複数の導波管は、赤色光（知覚される色である緑色に対応する波長の光）を出力するように構成され得る。第２の複数の導波管（青色光を出力するため）は、第１または第３の複数の導波管（それぞれ、緑色および赤色光を出力するため）より少ない導波管の総数を含み得る。加えて、いくつかの実施形態では、第３の複数の導波管における導波管の総数は、第１の複数の導波管におけるより少ないか、またはその逆であり得る。
【００１８】
いくつかの実施形態では、１つ以上の導波管は、光を外部結合し、２つ以上の深度平面のための画像を形成するように構成される光学要素を含み得る。例えば、導波管は、回折光学要素等の光学要素を含み得、光学要素は、光を外部結合または向け直すように構成される「オン」状態と、光を認識できるほど外部結合しない「オフ」状態との間で切り替え可能である。いくつかの実施形態では、単一導波管、または導波管のスタックのうちの個々の導波管は、複数の光学要素の組を含み得、各組は、特定の深度平面のための特定の色の画像を形成するように構成される。光学要素のある組が、光を外部結合し、特定の成分色画像を特定の深度平面上に形成すると、オフに切り替えられ得、光学要素の別の組が、別の特定の成分色画像を特定の深度平面上に形成するためにオンにされ得る。
【００１９】
いくつかの実施形態では、ディスプレイは、オン状態とオフ状態との間で切り替え可能である光学要素を伴わずに、複数の異なる色の光を外部結合するように構成される光学要素を伴う少なくとも１つの導波管を含み得る。例えば、単一導波管は、複数の光学要素の組を含み得、各組は、異なる色の光を外部結合するように構成される。異なる組は、１つ以上の特定の光の波長のために選択的である光学活性を有し、それによって、異なる成分色画像が、単一導波管を使用して形成されることを可能にし得る。
【００２０】
本明細書に開示される実施形態は、以下の利点のうちの１つ以上のものを提供し得ることを理解されたい。例えば、外界からの光およびいくつかの導波管からの光が、導波管のスタックを通して伝搬し、視認者に到達するので、反射および／または他の歪み等の光学アーチファクトが、光が導波管を通して伝搬し、それと相互作用するにつれて生じ得る。その結果、導波管の数を低減させることは、これらの光学アーチファクトを低減させ得る。導波管の数を低減させることは、例えば、ディスプレイシステム内で利用される部品の数を低減させ、それによって、ディスプレイシステムの構造および電気複雑性を低減させることによって、製造性および収率も改良し、デバイスコストを低減させ得る。加えて、導波管の数が低減させられない場合でも、深度平面あたりの成分色画像の数を低減させることは、システムがより少ない画像情報を処理することが要求されるであろうため（処理するためのより少ない総成分色画像が存在するため）、補助画像処理システム上の処理または計算負荷を低減させ得る。これは、例えば、画像を処理するためのシステムリソースの関わりを低減させることにより、応答性を改良し、待ち時間を低減させることによって、ディスプレイシステム性能も改良し得る。
【００２１】
本明細書に開示される実施形態は、概して、ディスプレイシステムを含む。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムは、装着可能であり、それは、有利には、より没入型のＶＲまたはＡＲ体験を提供し得る。例えば、複数の深度平面を表示するための導波管、例えば、導波管のスタックを含むディスプレイは、ユーザまたは視認者の眼の正面に位置付けられるよう装着されるように構成され得る。いくつかの実施形態では、複数の導波管、例えば、２つの導波管のスタック（視認者の各眼のために１つ）が、異なる画像を各眼に提供するために利用され得る。
【００２２】
図２は、ウェアラブルディスプレイシステム（８０）の例を図示する。ディスプレイシステム（８０）は、ディスプレイ（６２）と、そのディスプレイ（６２）の機能サポートをするための種々の機械および電子モジュールならびにシステムとを含む。ディスプレイ（６２）は、ディスプレイシステムユーザまたは視認者（６０）によって装着可能であり、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フレーム（６４）に結合され得る。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、ユーザの他の外耳道に隣接して位置付けられ、ステレオ／成形可能音制御を提供する）。ディスプレイ（６２）は、有線導線または無線接続性等によって、ローカルデータ処理モジュール（７０）に動作可能に結合され（６８）、ローカルデータ処理モジュールは、フレーム（６４）に固定して取り付けられる構成、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構成、ヘッドホン内に内蔵される構成、または、そうでなければ、ユーザ（６０）に除去可能に取り付けられる構成（例えば、バックパック式構成、ベルト結合式構成において）等、種々の構成で搭載され得る。
【００２３】
ローカル処理およびデータモジュール（７０）は、プロセッサと、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とを備え得、両方とも、データの処理、キャッシュ、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（カメラ等）、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、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センサ（例えば、フレーム（６４）に動作可能に結合され、または別様に、ユーザ（６０）に取り付けられ得る）から捕捉されたデータ、および／または、ｂ）可能性として、処理または読み出し後、ディスプレイ（６２）への通過のために、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／または処理されたデータを含む。ローカル処理およびデータモジュール（７０）は、遠隔モジュール（７２、７４）が、互いに動作可能に結合され、ローカル処理およびデータモジュール（７０）にリソースとして利用可能であるように、通信リンク（７６、７８）によって、有線または無線通信リンク等を介して、これらの遠隔処理モジュール（７２）および遠隔データリポジトリ（７４）に動作可能に結合され得る。
【００２４】
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ならびに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得る。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ（７４）は、インターネットまたは「クラウド」リソース構成における他のネットワーキング構成を通して利用可能であり得るデジタルデータ記憶設備を備え得る。いくつかの実施形態では、ローカル処理およびデータモジュール内で、全てのデータが記憶され、全ての計算が行われ、遠隔モジュールからの完全に自律的使用を可能にする。
【００２５】
「３次元」または「３−Ｄ」であるような画像の知覚は、視認者の各眼への画像の若干異なる提示を提供することによって達成され得る。図３は、ユーザのための３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。各眼（４および６）のために１つの２つの異なる画像（５および７）が、ユーザに出力される。画像（５および７）は、視認者の視線と平行な光学またはｚ−軸に沿って距離（１０）だけ眼（４および６）から間隔を置かれる。画像（５および７）は、平坦であり、眼（４および６）は、単一の遠近調節された状態をとることによって、画像上に焦点を合わせる。そのようなシステムは、画像（５および７）を組み合わせるヒトの視覚系に依拠して、組み合わせられた画像のための深度の知覚を提供する。
【００２６】
しかしながら、ヒトの視覚系は、より複雑であり、深度の現実的知覚を提供することは、より困難であることを理解されたい。例えば、従来の「３−Ｄ」ディスプレイシステムの多くの視認者は、そのようなシステムが不快であることを見出すか、または深度の感知を全く知覚しないこともある。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、両眼離反運動と遠近調節との組み合わせにより、オブジェクトを「３次元」として知覚し得ると考えられる。互いに対する２つの眼の両眼離反運動移動（すなわち、眼の視線を収束させ、オブジェクトに固定するための、互いに向かって、またはそこから離れる瞳孔の転動運動）は、眼の水晶体の焦点調節（または「遠近調節」）と緊密に関連付けられる。正常条件下では、眼の水晶体の焦点を変化させること、または眼を遠近調節し、焦点を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変化させることは、自動的に、「遠近調節−両眼離反運動反射」として知られる関係下、同一距離までの両眼離反運動における整合変化を生じさせるであろう。同様に、両眼離反運動の変化は、正常条件下では、遠近調節の整合変化も誘起するであろう。本明細書に記載されるように、多くの立体視または「３−Ｄ」ディスプレイシステムは、３次元透視画がヒトの視覚系によって知覚されるように、各眼への若干異なる提示（したがって、若干異なる画像）を使用して場面を表示する。しかしながら、それらが、とりわけ、単に場面の異なる提示を提供するが、眼が全ての画像情報を単一の遠近調節された状態において視認した状態では、「遠近調節−両眼離反運動反射」に逆らうので、そのようなシステムは、多くの視認者にとって不快である。遠近調節と両眼離反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かつ快適なシミュレーションを形成し得る。
【００２７】
図４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４Ａを参照すると、ｚ−軸上の眼（４および６）から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焦点があっているように、眼（４、６）によって遠近調節される。眼（４および６）は、特定の遠近調節された状態をとることにより、ｚ−軸に沿って異なる距離におけるオブジェクトに焦点を合わせる。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、眼がその深度平面のための遠近調節された状態にあるとき、焦点が合うように、関連付けられた焦点距離を有する深度平面（１４）のうちの特定の１つに関連付けられていると言え得る。いくつかの実施形態では、３次元画像は、眼（４、６）の各々のために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、および、深度平面の各々に対応する画像の異なる提示を提供することによってもシミュレートされ得る。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（４、６）の視野は、例えば、ｚ−軸に沿った距離が増加するにつれて、重複し得ることを理解されたい。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ける眼に関して焦点が合うように、物理的空間内で湾曲させられ得ることを理解されたい。
【００２８】
オブジェクトと眼（４または６）との間の距離は、その眼によって視認されるにつれて、そのオブジェクトからの光の発散の量を変化させることもできる。図５Ａ−５Ｃは、距離と光線の発散との間の関係を図示する。オブジェクトと眼（４）との間の距離は、減少距離の順序において、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３によって表される。図５Ａ−５Ｃに示されるように、光線は、オブジェクトまでの距離が減少するにつれて、より発散する。距離が増加するにつれて、光線は、よりコリメートされる。換言すると、点（オブジェクトまたはオブジェクトの一部）によって生成される光場は、ユーザの眼からの点の距離の関数である球状波面曲率を有すると言え得る。曲率は、オブジェクトと眼（４）との間の距離の減少に伴って増加する。その結果、異なる深度平面では、光線の発散度も、異なり、発散の程度は、深度平面と視認者の眼４との間の距離の減少に伴って増加する。単一眼（４）のみが、図５Ａ−５Ｃおよび本明細書の他の図では、例証を明確にするために図示されるが、眼（４）に関する議論は、視認者の両眼（４および６）に適用され得ることを理解されたい。
【００２９】
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、有限数の深度平面を解釈し、深度知覚を提供することができると考えられる。その結果、知覚された深度の高度に真実味のあるシミュレーションは、眼に、これらの限定数の深度平面の各々に対応する画像の異なる提示を提供することによって達成され得る。
【００３０】
図６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例を図示する。ディスプレイシステム１０００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、ディスプレイシステム（１０００）は、図２のシステム（８０）であり、図６は、そのシステム（８０）のいくつかの部分をより詳細に図式的に示す。例えば、導波管アセンブリ（１７８）は、図２のディスプレイ（６２）の中に統合され得る。
【００３１】
図６を継続して参照すると、導波管アセンブリ（１７８）は、複数の特徴（１９８、１９６、１９４、１９２）を導波管間に含み得る。いくつかの実施形態では、特徴（１９８、１９６、１９４、１９２）は、レンズであり得る。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伴って、画像情報を眼に送信するように構成され得る。各導波管レベルは、特定の深度平面に関連付けられ得、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得る。画像投入デバイス（２００、２０２、２０４、２０６、２０８）は、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得、それらの各々は、本明細書に説明されるように、眼４に向かって出力するために、入射光を各それぞれの導波管にわたって分配するように構成され得る。光は、画像投入デバイス（２００、２０２、２０４、２０６、２０８）の出力表面（３００、３０２、３０４、３０６、３０８）から出射し、導波管（１８２、１８４、１８６、１８８、１９０）の対応する入力縁（３８２、３８４、３８６、３８８、３９０）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、特定の導波管に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（４）に向かわせられる、クローン化され、コリメートされたビームの場全体を出力し得る。
【００３２】
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、各々が対応する導波管（それぞれ、１８２、１８４、１８６、１８８、１９０）の中への投入のための画像情報を生成する個別的な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、単一の多重化されたディスプレイの出力端であり、それは、例えば、画像投入デバイス（２００、２０２、２０４、２０６、２０８）の各々に１つ以上の光学導管（光ファイバケーブル等）を介して、画像情報を運び得る。
【００３３】
コントローラ２１０は、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、例えば、本明細書に開示される種々のスキームのいずれかに従って、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、単一一体型デバイスまたは有線もしく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り得る。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（７０または７２）（図２）の一部であり得る。
【００３４】
導波管（１８２、１８４、１８６、１８８、１９０）は、全内部反射（ＴＩＲ）によって、各それぞれの導波管内で光を伝搬するように構成され得る。導波管（１８２、１８４、１８６、１８８、１９０）の各々は、平面であるか、または別の形状（例えば、湾曲）を有し、主要上部および底部表面と、それらの主要上部および底部表面間に延びている縁とを伴い得る。図示される構成では、導波管（１８２、１８４、１８６、１８８、１９０）の各々は、光を向け直し、各それぞれの導波管内で伝搬し、導波管から、画像情報を眼４に出力することによって、光を導波管の外に抽出するように構成される光抽出光学要素（２８２、２８４、２８６、２８８、２９０）を含み得る。抽出光は、外部結合される光とも称され得、光抽出光学要素は、外部結合光学要素とも称され得る。光の抽出されるビームは、導波管内で伝搬する光が光向け直し要素に衝打する場所において、導波管によって出力される。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り得る。いくつかの実施形態では、説明の容易性および図面の明確性のために、導波管（１８２、１８４、１８６、１８８、１９０）の底部主要表面に配置されて図示されるが、光抽出光学要素（２８２、２８４、２８６、２８８、２９０）は、上部および／または底部主要表面に配置され得、および／または導波管（１８２、１８４、１８６、１８８、１９０）の体積内に直接配置され得る。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得る。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り得、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得る。
【００３５】
図６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、コリメートされた光を、そのような導波管（１８２）の中に投入されるにつれて、眼（４）に送達するように構成され得る。コリメートされた光は、光学無限遠焦点面を表し得る。次の上方導波管（１８４）は、眼（４）に到達し得る前に、第１のレンズ（１９２；例えば、負のレンズ）を通過するコリメートされた光を送出するように構成され得る。そのような第１のレンズ（１９２）は、眼／脳が、その次の上方導波管（１８４）から生じる光を光学無限遠から眼（４）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解釈するように、若干の凸面波面曲率を作成するように構成され得る。同様に、第３の上方導波管（１８６）は、眼（４）に到達する前に、その出力光を第１の（１９２）および第２の（１９４）レンズの両方を通過させる。第１の（１９２）および第２の（１９４）レンズの組み合わせられた屈折力は、眼／脳が、第３の導波管（１８６）から生じる光を次の上方導波管（１８４）から生じるものより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解釈するように別の増分量の波面曲率を作成するように構成され得る。
【００３６】
他の導波管層（１８８、１９０）およびレンズ（１９６、１９８）も同様に構成され、スタック内の最高導波管（１９０）は、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）の他の側の世界（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）の集約力を補償し得る。そのような構成は、利用可能な導波管／レンズペアと同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とレンズの焦点調節側面との両方は、静的（すなわち、非動的または電気活性）であり得る。いくつかの代替実施形態では、いずれかまたは両方は、電気活性特徴を使用して、動的であり得る。
【００３７】
図６を継続して参照すると、光抽出光学要素（２８２、２８４、２８６、２８８、２９０）は、それらのそれぞれの導波管の外に光を向け直すことと、導波管に関連付けられた特定の深度平面のための適切な量の発散またはコリメーションを伴って、この光を出力することとの両方を行うように構成され得る。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、異なる構成の光抽出光学要素（２８２、２８４、２８６、２８８、２９０）を有し得、それらは、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。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、光を特定の角度で出力するように構成され得る立体または表面特徴であり得る。例えば、光抽出光学要素（２８２、２８４、２８６、２８８、２９０）は、体積ホログラム、表面ホログラム、および／または回折格子であり得る。回折格子等の光抽出光学要素は、２０１５年３月７日に出願された米国特許出願第１４／６４１，３７６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。いくつかの実施形態では、特徴（１９８、１９６、１９４、１９２）は、レンズでないこともある。むしろ、それらは、単に、スペーサ（例えば、クラッディング層および／または空気間隙を形成するための構造）であり得る。
【００３８】
いくつかの実施形態では、光抽出光学要素（２８２、２８４、２８６、２８８、２９０）は、回折パターンを形成する回折特徴、すなわち、「回折光学要素」（本明細書では、「ＤＯＥ」とも称される）である。好ましくは、ＤＯＥは、ビームの光の一部のみが、ＤＯＥの各交差点で、眼（４）に向かって偏向され、残りは、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、比較的に低回折効率を有する。画像情報を搬送する光は、したがって、多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、導波管内でバウンスするこの特定のコリメートされたビームに対して、眼（４）に向かう非常に均一な出射放出パターンをもたらす。
【００３９】
いくつかの実施形態では、１つ以上のＤＯＥは、それらが能動的に回折する「オン」状態と、それらが有意に回折しない「オフ」状態との間で切り替え可能であり得る。例えば、切り替え可能なＤＯＥは、ポリマー分散液晶の層を備え得、微小液滴は、ホスト媒体の中で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と実質的に一致するように切り替えられることができるか（その場合、パターンは、入射光を著しく回折しない）、または微小液滴は、ホスト媒体のそれと一致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する）。
【００４０】
図７は、導波管によって出力される出射ビームの例を示す。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ことを理解されたい。光（４００）は、導波管（１８２）の入力縁（３８２）において導波管の（１８２）中に投入され、ＴＩＲによって導波管（１８２）内を伝搬する。光（４００）がＤＯＥ（２８２）に衝突する点において、光の一部は、出射ビーム（４０２）として導波管から出射する。出射ビーム（４０２）は、略平行として図示されるが、本明細書に議論されるように、それらは導波管（１８２）に関連付けられた深度平面に応じて、ある角度（例えば、発散出射ビームを形成する）で眼（４）に伝搬するように向け直され得る。略平行出射ビームは、光を外部結合し、眼（４）から長距離（例えば、光学無限遠）において深度平面上に設定されるように現れる画像を形成する、光抽出光学要素を伴う導波管を示し得ることを理解されたい。他の導波管または他の光抽出光学要素の組は、眼（４）が、より近い距離に遠近調節し、網膜上に焦点を合わせることを要求し、光学無限遠より眼（４）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、より発散する、出射ビームパターンを出力し得る。
【００４１】
図８は、スタックされた導波管アセンブリの例を図式的に図示し、各深度平面は、各々が異なる色の光を出力する３つの関連付けられた導波管を有する。フルカラー画像は、複数の成分色、例えば、３つ以上の成分色の各々における画像をオーバーレイすることによって、各深度平面において形成され得る。いくつかの実施形態では、成分色は、赤色と、緑色と、青色とを含む。いくつかの他の実施形態では、マゼンタ色およびシアン色を含む他の色が、赤色、緑色、または青色のうちの１つ以上のものと併せて使用され得るか、またはそれに取って代わり得る。いくつかの実施形態では、各導波管は、特定の成分色を出力するように構成され得、その結果、各深度平面は、それに関連付けられた複数の導波管を有し得る。各深度平面は、例えば、１つ目は、赤色光を出力するために、第２つ目は、緑色光を出力するために、３つ目は、青色光を出力するために、それに関連付けられた３つの導波管を有し得る。本開示全体を通して光の所与の色の言及は、その所与の色であるように視認者によって知覚される、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ことを理解されたい。例えば、赤色光は、約６２０〜７８０ｎｍの範囲内である１つ以上の波長の光を含み得、緑色光は、約４９２〜５７７ｎｍの範囲内である１つ以上の波長の光を含み得、青色光は、約４３５〜４９３ｎｍの範囲内である１つ以上の波長の光を含み得る。
【００４２】
図８を継続して参照すると、深度平面１４ａ−１４ｆが、示される。図示される実施形態では、各深度平面は、第１の色Ｇの第１の画像、第２の色Ｒの第２の画像、および第３の色Ｂの第３の画像のそれに関連付けられた３つの成分色画像を有する。本明細書の慣例として、これらの文字の各々に続く数字は、ジオプタ（１／ｍ）、すなわち、視認者からの深度平面の距離を示し、図中の各ボックスは、個々の成分色画像を表す。いくつかの実施形態では、Ｇは、緑色の色であり、Ｒは赤色の色であり、Ｂは、青色の色である。
【００４３】
いくつかの配列では、各成分色画像は、導波管のスタック内の異なる導波管によって出力され得る。例えば、各深度平面は、第１の色Ｇを出力するための第１の導波管、第２の色Ｒを出力するための第２の導波管、および第３の色Ｂを出力するための第３の導波管のそれに関連付けられた３つの成分色画像を有し得る。導波管が成分色画像を出力するために使用される配列では、図中の各ボックスは、個々の導波管を表すように理解され得る。
【００４４】
各深度平面に関連付けられた導波管は、この概略図では、説明を容易にするために、互いに隣接して示されるが、物理的デバイスでは、導波管は全て、レベルあたり１つの導波管を伴って、スタック内に配列され得ることを理解されたい。異なる深度平面が、文字Ｇ、Ｒ、およびＢに続くジオプタのための異なる数字によって図に示される。しかしながら、本明細書に議論されるように、導波管スタック内の導波管の総数を低減させることが有益であろう。
【００４５】
成分色を使用してフルカラー画像を形成するために、各成分色が各画像を形成するように出力されるべきであると考えられている。その結果、専用導波管が特定の成分色を出力する、ディスプレイを使用するとき、画像を特定の深度平面上に形成するために、少なくとも１つの導波管が各成分色を出力するために利用可能であるべきであると考えられている。しかしながら、低減させられた数の導波管が、依然として良好な色分解能を提供しながら、利用され得ることが見出されている。
【００４６】
いくつかの実施形態では、本明細書ではスタックされた導波管アセンブリとも称される、導波管のスタックは、異なる色または波長範囲の光を出力するための等しくない数の導波管を含む。図９は、導波管スタックの例を図示し、異なる成分色は、異なる数の関連付けられた導波管を有する。導波管スタックは、導波管アセンブリ１７８（図６）の一部であり得る。導波管のスタックは、全てＧによって示される第１の複数の導波管と、全て文字Ｒによって示される第２の複数の導波管と、全て文字Ｂによって示される第３の複数の導波管とを含む。例証を明確にするために、深度平面１４ａ−１４ｆが、示されるが、しかしながら、より少ないまたはそれを上回る数の深度平面も、想定される。加えて、３つの成分色が図示されるが、より少ない（例えば、２つ）またはそれを上回る数（例えば、４つ以上の）の成分色も、想定される。
【００４７】
理論によって限定されるわけではないが、フルカラー画像を形成することは、好ましくは、画像の各成分色のための画像情報を利用するが、これは、各深度平面が全ての成分色のための関連付けられた導波管を有することを要求しないことが見出されている。むしろ、眼は、光の異なる波長または色を使用して焦点を合わせるとき、異なる感度を有すると考えられる。例えば、眼は、緑色光を使用して焦点を合わせることに非常に敏感であり、例えば、赤色光より短い焦点深度および被写界深度を有すると考えられる。その結果、眼は、赤色光と比較して、緑色光のための波長では、より多くの数のより近接して間隔を置かれる深度平面を別個に区別し得る。眼は、赤色光を使用して焦点を合わせることにあまり敏感ではなく、青色光を用いて焦点を合わせることにはさらに敏感ではないと考えられる。その結果、オブジェクトが焦点が合っているように眼によって知覚される距離の範囲も、色に伴って変動し、同様に、知覚される深度平面の数も、色に伴って変動する。すなわち、青色光に対するより低い感度は、光を使用して提示される画像が、赤色光または緑色光を使用して提示される画像より大きい深度範囲に対して焦点が合っているように知覚され、赤色光を使用して提示される画像は、緑色光を使用して提示される画像より大きい深度範囲に対して焦点が合っているように知覚されるであろうことを示す。その結果、図９に図示されるように、関連付けられた導波管を有する全ての深度平面において各成分色のための光を出力せずに、良好な範囲の色を有するように知覚される画像を提示することが可能である。
【００４８】
図９を継続して参照すると、第１の複数の導波管Ｇは、第２の複数の導波管Ｒを上回る導波管の総数を含む。この差異が、単独で、図８に示される構成と比較して、導波管アセンブリ内の導波管の総数を有益に低減させることを理解されたい。いくつかの実施形態では、第３の複数の導波管Ｂは、第１または第２の複数の導波管ＧもしくはＲと異なる導波管の総数を有し得る。いくつかの実施形態では、各成分色に対応する導波管の総数は、本明細書に議論されるように、それらの色に対応する光を集中させることに対する眼の感度および関連付けられた被写界深度に基づいて選択され得る。例えば、緑色光を出力するための導波管の総数は、赤色光を出力するためのそれを上回り得、赤色光を出力するためのそれは、青色光を出力するためのそれを上回る。
【００４９】
いくつかの実施形態では、各成分色のための導波管は、等しく間隔を置かれた深度平面に対応し得る。例えば、図示されるように、導波管Ｇは、０．５０ジオプタ間隔を置かれる深度平面に関連付けられ得る一方、導波管Ｒは、０．７５ジオプタ間隔を置かれる深度平面に関連付けられ、導波管Ｂは、１．０ジオプタ間隔を置かれる深度平面に関連付けられる。いくつかの実施形態では、導波管のための深度平面は、必ずしも、同一ではないので、それらによって出力される画像情報も、若干異なり得、その導波管に関連付けられた特定の深度平面に対応し得ることを理解されたい。
【００５０】
いくつかの他の実施形態では、近隣深度平面に関連付けられた導波管によって出力される画像情報は、色以外、同じであり得る。例えば、Ｇ，０．２５；Ｒ，０．３７５；およびＢ，０．５によって示される導波管の各々は、色以外同一である画像情報を出力するように構成され得る。例えば、コントローラ２１０（図６）は、そうでなければ同一である画像情報をこれらの異なる導波管に提供するようにプログラムされ得る。そのような実施形態では、深度平面間の間隔は、類似画像情報を出力する導波管が、異なる画像の提示のための画像情報を別の深度平面上に出力する導波管より短い距離だけ互いから分離されるように選定される。
【００５１】
異なる色が、等しく間隔を置かれない深度平面上に最もはっきりと集中させられ得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、特定の導波管および色に関連付けられた特定の深度平面は、その導波管によって出力される色の光を使用して特定の深度平面をはっきりと集中させる眼の能力に基づいて選択され得る。特定の色光のための導波管に関連付けられた特定の深度平面およびｚ−軸上のその場所は、その色に対する眼の焦点深度または被写界深度に基づいて選定され得る。その結果、いくつかの実施形態では、第１、第２、および第３の複数の導波管のうちの導波管のうちの少なくともいくつかは、対応する導波管によって出力される光の色を使用して高度に集中させられる画像を提供するように選定される、深度平面に関連付けられる。加えて、ある実施形態では、第１の複数の導波管のうちの導波管は、非均一に間隔を置かれる深度平面のための画像を提供するように構成され得る。すなわち、第１の複数の導波管に関連付けられた深度平面は、非均一に間隔を置かれ得る。同様に、第２および／または第３の複数の導波管に関連付けられた深度平面も、非均一に間隔を置かれ得る。図９等の概略プロットを参照して本明細書で使用されるように、２つの深度平面間の間隔は、それらの深度平面間のジオプタにおける差異である。
【００５２】
図１０は、導波管スタックの別の例を図示し、異なる成分色は、異なる数の関連付けられた導波管を有する。図９の構成と比較して、図１０の構成は、より少ない導波管を含み、より少ない深度平面のための画像情報を提供する。その結果、異なる成分色のための深度平面間の間隔も、図９に図示されるものと異なる。いくつかの実施形態では、導波管の数のこのさらなる低減は、ｚ−軸における分解能の減少または被写界深度における増加によって達成され得る。前述のように、図示される導波管スタックは、導波管アセンブリ１７８（図６）の一部であり得る。
【００５３】
導波管を参照して議論されるが、図９および１０ならびに関連説明は、概して、図８に関して前述のように、深度平面に関連付けられた成分色画像に関すると理解され得ることを理解されたい。例えば、図９および１０は、導波管と深度平面および／または色との間の１対１対応の有無にかかわらず、異なる深度平面に関連付けられた成分色画像を図示すると理解され得る。例えば、異なる画像は、ディスプレイによって視認者に直接出力されるか、または図６に図示されるもの等の導波管スタックを使用せずに、代替光学手段によって中継され得る。例えば、いくつかの実施形態では、画像を生成するための空間光変調器等の光変調器が、可変焦点要素に結合され得、異なる成分色画像またはサブフレームは、可変焦点要素によって、異なる焦点距離（および異なる深度平面）に配置される。そのような空間光変調器および可変焦点要素に関するさらなる詳細は、２０１５年３月７日に出願された米国特許出願第１４／６４１，３７６号（本明細書に記載されるように、参照することによって組み込まれる）に開示される。
【００５４】
いくつかの実施形態では、複数の光学要素、例えば、異なる成分色の画像および／または複数の深度平面上に設定される画像のための光を出力するように構成されるＤＯＥが、共有導波管上に常駐し得る。共有導波管上の個々の光学要素は、光を外部結合し、特定の深度平面上に設定される成分色画像を生成するように切り替えられ、次いで、特定の深度平面のための画像が所望されないとき、オフに切り替えられ得る。異なる光学要素は、異なる時間においてオンおよびオフに切り替えられ、全て共有導波管から、複数の異なる深度平面および／または異なる波長範囲に対応する画像を出力し得る。共有導波管上の光学要素に関する追加の詳細は、２０１５年３月７日に出願された米国特許出願第１４／６４１，３７６号に見出される。ある実施形態では、切り替え可能な光学要素は、他の導波管（例えば、導波管１８４、１８６、１８０、および１９０）を省略し、導波管アセンブリ（１７８）が、単一導波管（例えば、導波管１８２）のみを含むことを可能にし得る。
【００５５】
いくつかの実施形態では、光抽出光学要素は、光の特定の波長に対して選択的であり得、各組が光の異なる波長に対して選択的である複数の光抽出光学要素の組は、導波管の一部を形成し得る。いくつかの実施形態では、これらの光学要素は、オン状態とオフ状態との間で切り替え可能ではない。異なる成分色画像を形成するための光は、導波管に提供される、画像情報を時間的に配列することによって、異なる時間において外部結合され得る。いくつかの実施形態では、これらの光学要素は、回折光学要素であり得る。
【００５６】
前述のように、導波管スタック内の導波管の数（または複数の深度平面にわたって利用される成分色画像の総数）は、有利には、光の特定の波長または色を集中させるための眼の感度を利用することによって低減させられ得る。いくつかの他の実施形態では、導波管または成分色画像の数のこの低減（例えば、図９および１０に図示されるように）は、異なる色を使用して焦点を合わせること、および眼に対する関連付けられた異なる被写界深度に対する眼の非均一感度に関する考慮点に加え、またはその代替として、ディスプレイシステムの他の性質を操作することによっても促進され得る。
【００５７】
いくつかの実施形態では、眼によって知覚される深度平面の数は、眼の被写界深度または焦点深度を増加させることによって操作され得る。例えば、１つ以上の導波管のための射出瞳が、焦点深度を増加させるために減少させられ得る。光がディスプレイシステム（１０００）を通して導波管から抜け出て眼（４）に伝搬することを理解されたい。この光は、光源から眼（４）に伝搬するとき、射出瞳を通過する。いくつかの実施形態では、射出瞳は、導波管の出力表面と導波管の中に投入されるべき画像情報を生成するためのディスプレイとの間の光学経路内に配置される開口によって設定され得る。いくつかの実施形態では、開口は、固定サイズを有し得る。
【００５８】
いくつかの他の実施形態では、開口は、コントローラ（２１０）（図６）によって設定され得る動的可変サイズを有し得る。例えば、可変開口は、電子的に調節可能な虹彩、空間光変調器、同心ゾーンを伴うシャッタ（例えば、液晶シャッタ）等を備え得る。いくつかの他の実施形態では、異なる特性（例えば、異なる開口数）の複数の光源が、光を同じ導波管の中に結合するように構成されることができる。照明される光源を切り替えること、または交互に入れ替えることによって、導波管投入エリアにおける（続いて、導波管を通して伝搬する）開口数およびビーム径は、変更され得る。ファイバ走査ディスプレイ（ＦＳＤ）を画像源として使用するいくつかの実施形態では、ＦＳＤは、異なるモードフィールド径および開口数値を伴う複数のコアを備え得る。照明されるコアを変化させることによって、ビーム径が、変更され得、したがって、導波管の中に結合され、導波管を通して伝搬する光ビームのサイズが、変更され得る。異なる特性を有する光源の例は、２０１５年５月４日に出願された米国仮出願第６２／１５６，８０９号（本開示全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる）に開示される。
【００５９】
いくつかの実施形態では、全ての成分色に対応する導波管のための射出瞳を低減させることは、概して、知覚される深度平面の数を低減させることができる。例えば、導波管に関連付けられた６つの深度平面が図示される図８を参照すると、射出瞳サイズを低減させることによって、関連付けられた深度平面の総数を低減させることが可能であり得る。したがって、全ての成分色のための導波管が全ての関連付けられた深度平面のために提供される場合でも、導波管の総数の低減が、達成され得る。しかしながら、本明細書に議論されるように、眼は、いくつかの色に対して、その他より少ない深度平面を区別し得るので、いくつかの色に対応する深度平面の数は、低減させられ得る。故に、いくつかの例示的実施形態では、視認者の眼のための被写界深度を低減させることによって、画質または深度の知覚における著しい低減を伴わずに、図９の構成から図１０のさらに低減させられた構成に移行することが可能であり得る。いくつかの実施形態では、射出瞳は、導波管によって出力される光の色または波長に応じて、異なり得る。例えば、光のいくつかの色を出力するための導波管は、光の他の色を出力する導波管より小さい射出瞳を有し得る。
【００６０】
視認者の眼の被写界深度が眼の瞳孔サイズを低減させることによっても変更され得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、これは、例えば、導波管によって出力される画像の明るさを増加させ、それによって、視認者の瞳孔に収縮させることによって、達成され得る。
【００６１】
いくつかの実施形態では、導波管は、視認者の瞳孔のサイズより小さい光ビーム（図７）を出力するように構成され得る。視認者の瞳孔より小さい出射ビームは、被写界深度に対して、小射出瞳の使用または視認者の瞳孔のサイズの収縮と同様の効果を提供することができる。いくつかの実施形態では、出射ビームの幅は、導波管によって出力される光の色または波長に応じて、変動し、異なり得る。例えば、光のいくつかの色（例えば、眼が焦点を合わせるためにより敏感な色）を出力するための導波管は、光の他の色（例えば、眼が焦点を合わせるためにあまり敏感ではない色）を出力する導波管より小さい出射ビーム幅を有し得る。
【００６２】
小ビームサイズの場合、複数の類似ビームが、眼に入射し得ることが可能であり、これは、望ましくない視覚的アーチファクトを生じさせ得る。いくつかの実施形態では、導波管の光抽出光学要素は、例えば、出射ビームの場所の間隔を適切に空けることによって、一度に光の単一ビームのみを眼に向かわせるように構成され得る。いくつかの実施形態では、出射ビームの幅は、光のコリメートされたビームを導波管の中に投入することによって設定され得、コリメートされたビームは、出射ビームのための所望の幅を有する。投入される光ビームがコリメートされるので、出射ビームの幅は、導波管の出力エリア全体にわたって実質的に類似したままであることが予期され得る。いくつかの実施形態では、光抽出光学要素は、投入される光ビームと相互作用し、所望のサイズの出射ビームを提供するように構成され得る。例えば、光抽出光学要素は、投入される光ビームの幅と比較して、出射ビームの幅を修正（例えば、低減）するように構成され得る。例えば、直列の２つの光抽出光学要素（１つは、ビームを収束させ、１つは、再コリメートさせる）が、出射ビームのサイズを低減させるために使用され得るか、または２つの光抽出光学要素が、ビームを発散させるための１つと、再コリメートする（幅を増加させる）ための１つとを含み得る。幅の低減は、被写界深度を増加させるであろうことを理解されたい。同様に、向け直し要素の間隔を空けるとも、１つのみのビームが眼の瞳孔を通過するように、出射ビームの間隔を空けるために使用されることができる。加えて、出射ビーム間の間隔は、ＴＩＲによって導波管を通して伝搬するにつれて、コリメートされるビームが光向け直し要素に衝打する周波数を制御することによって制御され得る。
【００６３】
いくつかの実施形態では、光のコリメートされたビームが光向け直し要素に衝打する回数は、コリメートされたビームが導波管の中に投入される角度を選択することによって、および／または投入される光を受け取り、光を所望の角度において導波管を通して向かわせる光ターニング特徴を使用することによって、選択され得る。例えば、導波管の中に投入され、浅い角度（主要表面に対して）で導波管の主要表面に衝打するコリメートされたビームは、導波管の中に投入され、主要表面の法線に対して測定されたより小さい角度において主要表面に衝打する光と比較して、主要表面に再び衝打する前に、より長い距離まで伝搬することが予期され得る。いくつかのシステムでは、光が導波管の中に投入される角度は、それが表すピクセルを決定する。そのようなシステムでは、導波管（例えば、切り替え可能なＤＯＥ）内の活性光学要素が、ビームをその意図される角度に戻るように偏向させ、空間内で正しいピクセルを表すために使用され得る。
【００６４】
出射ビームの場所および間隔は、種々の他のスキームを使用して調節され得ることを理解されたい。例えば、体積位相ホログラムを組み込む導波管は、非常に角度選択的であることができる。そのようなホログラムは、他の場所において他のビームを選択的に外部結合しながら、いくつかの場所におけるいくつかのビームの外部結合を抑制するように構成され得る。外部結合するための切り替え可能なＤＯＥを伴う導波管のいくつかの他の実施形態では、ＤＯＥは、ＤＯＥのある領域が、オフにされ得る（ビームがその領域から外部結合することを防止する）一方、他の領域が、オンにされ、１つ以上のビームを外部結合するように、局所的にアドレス可能なセルまたは領域に分割され得る。いくつかの実施形態では、ファイバ走査ディスプレイ等の走査ビームディスプレイが、局所的にアドレス可能な導波管の中に結合され、異なるＤＯＥセルが活性化されるように同期され得る。異なるＤＯＥセルは、導波管の中に投入されるビーム角度の関数として活性化され得る。いくつかの他の実施形態では、シャッタアレイ（またはＳＬＭ）が、導波管と眼との間に配置され、その他が通過することを可能にしながら、いくつかのビームを選択的に減衰させ得る。
【００６５】
いくつかの実施形態では、出射ビーム幅は、約７ｍｍもしくはそれ未満、約５ｍｍもしくはそれ未満、約３ｍｍもしくはそれ未満、２ｍｍもしくはそれ未満、１ｍｍもしくはそれ未満、またはこれらの値の任意の組み合わせ間の範囲である。いくつかの実施形態では、出射ビームの幅は、光源と導波管の中への光の投入との間の光の光学経路内に可変開口を使用して変動させられ得る。例えば、可変開口は、画像投入デバイス（２００、２０２、２０４、２０６、２０８）（図６）内に提供され得る。例えば、可変開口は、画像投入デバイス（２００、２０２、２０４、２０６、２０８）の出力表面（３００、３０２、３０４、３０６、３０８）に提供され得る。
【００６６】
被写界深度を増加させるための本明細書に開示される種々のアプローチは、有利には、１つ以上の特定の色をそれぞれ出力するための１つ以上の複数の導波管に適用され、それらの色のための導波管の数が減少させられることを可能にし得る。いくつかの実施形態では、被写界深度を増加させるためのこれらのアプローチは、異なる色の光を集中させるための眼の感度の差異と併せて適用され、それによって、総導波管数の減少をさらに可能にし得る。例えば、図９は、異なる色に対する眼の感度の差異を利用する導波管スタックと見なされ得、図１０は、低減させられた開口サイズおよびまた異なる色に対する眼の感度の差異を用いて、被写界深度を増加させるためのアプローチを利用する導波管スタックと見なされ得る。
【００６７】
いくつかの実施形態では、被写界深度を増加させるための本明細書に開示されるアプローチは、所望に応じて、選定される色に関連付けられた導波管の数（または成分色画像）を減少させるために適用され得る。例えば、緑色着色画像情報を導波管に提供するための緑色光エミッタは、赤色光エミッタよりコストがかかり得る。緑色光を用いて焦点を合わせる眼の感度は、緑色光を出力するための導波管の数が最大となるであろうことを決定付けることが予期されるであろう。しかしながら、緑色の色のために導波管までの被写界深度を増加させる（例えば、開口サイズを低減させる）ための本明細書に開示されるアプローチのうちの１つ以上のものを適用することによって、それらの導波管の総数は、減少させられ（例えば、赤色導波管の数未満の数まで）、それによって、緑色光エミッタの数を低減させ得、これは、ひいては、これらの部品を使用するシステムのコストを低減させる。その結果、いくつかの実施形態では、異なる色を出力するための種々の複数の導波管内の導波管は、異なる関連付けられた射出瞳サイズおよび／または異なる出射ビームサイズを有し得る。例えば、特定の複数の導波管における導波管の総数は、特定の複数の導波管のうちの導波管に関連付けられた射出瞳サイズおよび／またはビームサイズに直接関連し得る。いくつかの実施形態では、比較的に大きい関連付けられた射出瞳サイズを有する導波管は、比較的に小さい射出瞳サイズを有する導波管を上回る総数を有する。
【００６８】
導波管によって表される深度平面の数の低減は、いくつかの導波管によって出力される画像が同じ深度平面のための他の色の画像と比較して焦点がずれるようにし得ることを理解されたい。異なる色を集中させるため、および／または一部もしくは全部の導波管のための被写界深度を操作するための眼の異なる感度の利用と併せて、またはその代替として、焦点をずらすための眼の感度も、いくつかの実施形態では、減少させられ得る。感度は、導波管スタック内の一部または全部の導波管によって出力される画像に対してぼやけ等の収差を意図的に導入することによって、減少させられ得る。例えば、ぼやけは、比較的に低総数を有する１つ以上の複数の導波管に対して導入され得る。いくつかの実施形態では、赤色−緑色−青色成分色を使用するディスプレイシステムに対して、ぼやけは、赤色または緑色の色に関連付けられた導波管より少ない導波管の総数を有し得る青色の色に関連付けられた導波管によって出力される画像に導入され得る。いくつかの実施形態では、導入されるぼやけの量は、導波管によって出力される色光に伴って変動し得る。例えば、導入されるぼやけの量は、特定の色に関連付けられた導波管の数に直接関連し得る。特定の色に対する導波管の数が少ないほど、それらの導波管によって出力される画像に導入されるぼやけの量は、多くなる。いくつかの実施形態では、ぼやけは、色に応じて変動するぼやけの量に伴って、各成分色の画像に対して導入され得る。例えば、ヒトの眼が非常に敏感である色の成分色画像は、眼が比較的にあまり敏感ではない色の成分色画像より高いレベルの導入されるぼやけを有し得る。
【００６９】
いくつかの実施形態では、ぼやけは、１つ以上の光学要素および／または画像処理電子機器によって導入され得る。例えば、画像情報が、光のビームを導波管の中に内部結合することによって、導波管に提供される場合（ＦＳＤ等を用いて）、導波管の中に結合されるべきビームの焦点は、コリメーションから離れるように調節され得る。コリメートされたビームは、導波管から外に結合され、視認されるビームのための最小スポットを作成する。導波管の中に投入されるコリメートされないビームは、依然として、正しい場所においてピクセルを生成するであろうが、スポットサイズは、大きくなり、ぼやけを追加するであろう。いくつかの実施形態では、光学要素が、コリメーションから離れるように調節され、それによって、ぼやけを画像投入デバイス（２００、２０２、２０４、２０６、２０８）（図６）および／または画像投入デバイス（２００、２０２、２０４、２０６、２０８）から受信された画像情報に導入するように、光ビームを内部結合する前に使用され（例えば、導波管の光入力表面に配置され）、光ビームの焦点を調節する。いくつかの他の実施形態では、ぼやけを導入するための光学要素は、画像を発生させるためのディスプレイと導波管から視認者の眼への画像情報の出力との間の光学経路の他の部分に配置され得る。
【００７０】
ぼやけを導入するための光学要素の使用に加え、またはその代替として、ぼやけは、例えば、処理モジュール（７０）または（７２）（図２）内の画像処理において、電子的に導入され得る。ぼやけの電子的導入は、ぼやけが動的ベースで、例えば、画像コンテンツに応じて変化させられることを可能にすることができる。例えば、いくつかの画像は、知覚される鮮明度の損失をあまり被らないと決定され得る画像、例えば、より少ない詳細または情報を有する画像である。そのような画像に対して、ぼやけの量は、いくつかの実施形態では、画質を著しく減少させることなく増加させられ得る。
【００７１】
いくつかの実施形態では、焦点ずれに対する感度は、導波管によって出力される画像のｘ−ｙ分解能（例えば、ピクセル分解能）を減少させることによって、減少させられ得る。例えば、これは、個々のピクセルのサイズを増加させることによって、効果的に達成され得る。いくつかの実施形態では、ピクセルサイズは、画像情報を導波管に提供する光ファイバのサイズを増加させることによって増加させられ得る。例えば、走査ファイバディスプレイは、複数のファイバコアを含み得、それらの各々は、異なるモードフィールド径、したがって、異なる効果的スポットサイズまたはピクセルサイズを有する。いくつかの実施形態では、ピクセルのサイズは、導波管スタックの導波管によって出力される光の色に応じて変動し得る。例えば、特定の色のための導波管の数が少ないほど、それらの導波管によって出力される画像に対する個々のピクセルのサイズは、大きくなる（かつｘ−ｙ分解能は、低くなる）。いくつかの実施形態では、ピクセルのサイズの差異は、異なるようにサイズを決定されるサブピクセルを画像を生成する空間光変調器（ＳＬＭ）において使用して確立され得る。例えば、例えば、青色サブピクセルは、緑色サブピクセルより物理的に大きくあり得、および／または数がより少なく、ならびに／もしくはＳＬＭにわたってより疎らに分配され得る。代替として、または加えて、ピクセル分解能は、いくつかの実施形態では、画像処理モジュールによって動的に変更され得ることを理解されたい。例えば、ぼやけと同様に、いくつかの画像は、知覚されるピクセル分解能の損失をあまり被らないと決定され得る画像、例えば、より少ない詳細または情報を有する画像である。その結果、ピクセル分解能は、いくつかの実施形態では、画質の著しい減少を伴わずに減少させられ得る。
【００７２】
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ならびに分配は、視認者の眼の瞳孔サイズに基づいて、動的に変動させられ得る。図１１は、瞳孔サイズを監視するように構成されるディスプレイシステムの例を図示する。カメラ（５００）（例えば、デジタルカメラ）が、眼（４）の画像を捕捉し、眼４の瞳孔のサイズを決定する。いくつかの実施形態では、カメラ（５００）は、フレーム（６４）（図２）に取り付けられ得、カメラ（５００）からの画像情報を処理し、ユーザ（６０）の眼の瞳孔径を決定し得る処理モジュール（７０）および／または（７２）と電気通信し得る。いくつかの実施形態では、１つのカメラ（５００）が、各眼のため利用され、各眼の瞳孔サイズを別個に決定し、それによって、各眼への画像情報の提示がその眼に対して動的に調整されることを可能にし得る。いくつかの他の実施形態では、片眼（４）のみの瞳孔径（例えば、対の眼あたり単一カメラ（５００）のみを使用して）が、決定され、視認者（６０）の両眼に対して類似すると仮定される。
【００７３】
本明細書に議論されるように、被写界深度は、視認者の瞳孔サイズに反比例して変化し得る。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、被写界深度が、増加し、それによって、その平面の場所が眼の焦点深度を越えるため判別不可能な１つの平面が、瞳孔サイズの低減および匹敵する被写界深度の増加に伴って、判別可能となり、より焦点が合って現れ得る。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間隔を置かれた深度平面の数も、減少させられた瞳孔サイズの減少に伴って減少し得る。例えば、再び図８を参照すると、視認者は、１つの深度平面から離れ、他の深度平面への眼の遠近調節を調節せずに、１つの瞳孔サイズにおいて深度平面１４ａおよび１４ｂの両方の詳細を明確に知覚することができないこともある。しかしながら、これらの２つの深度平面は、遠近調節を変化させずに、別の瞳孔サイズにおいて、ユーザに同時に十分に焦点が合い得る。
【００７４】
いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムは、瞳孔サイズの決定に基づいて、または特定の瞳孔サイズ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得る。例えば、ユーザの眼が、２つの導波管に関連付けられた２つの深度平面間で区別不可能である場合、コントローラ（２１０）（図６）は、画像情報をこれらの導波管のうちの１つに提供することを中止するように構成またはプログラムされ得る。有利には、これは、システムにかかる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がオン状態とオフ状態との間で切り替え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に、オフ状態に切り替えられ得る。
【００７５】
本明細書に議論されるように、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足させることが望ましくあり得る。しかしながら、この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、この条件は、視認者の瞳孔のサイズの決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、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、本明細書に議論されるように、可変開口を使用して変動させられ得る。
【００７６】
本発明の種々の例示的実施形態が、本明細書に説明される。これらの例は、非限定的意味において参照される。それらは、本発明のより広義に適用可能な側面を図示するために提供される。種々の変更が、説明される本発明に行われ得、均等物が、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、代用され得る。
【００７７】
例えば、個々の導波管は、いくつかの実施形態では、光の１つの特定の色を出力するように議論されるが、いくつかの他の実施形態では、導波管のうちの少なくともいくつかは、２つ以上の色の光を出力するように構成され得る。例えば、いくつかの実施形態では、光抽出光学要素をその中に有する立体材料（例えば、体積ホログラム）が、異なる波長の光を導波管の外に選択的に向け直すために利用され得る。異なる色の光を出力するための導波管の使用は、より少ない現在の導波管が導波管スタック内で使用されることを可能にすることができる。
【００７８】
深度平面間の間隔の１つの目標は、オブジェクトが、知覚される焦点における顕著な飛躍を伴わずに、近場から遠場に平滑に遷移するように現れる間隔を提供することであることを理解されたい。「深度混成」アプローチが、オブジェクトのより近い部分とより遠い部分との間の視認遷移の平滑性を増加させるために使用され得る。例えば、本明細書に開示されるように、有限数の深度平面を前提として、オブジェクト上のいくつかの点が、２つの深度平面間にあり得、これらの点に関する画像情報が、利用可能であり得ることが可能である。いくつかの実施形態では、これらの点は、２つの近隣平面間に分布させられたその輝度を有し得る。例えば、ジオプタ空間内の２つの深度平面間の途中の点は、それらの２つの平面の第１のものにおけるその輝度の半分と、それらの２つの平面の第２のものにおける半分とを有することができる。それらの深度平面間で、すぐ近隣の深度平面の間にある、点の輝度を分布させることによって、深度平面間の遷移の平滑性は、増加させられ得る。
【００７９】
いくつかの実施形態では、導波管スタック内の複数の導波管は、同一の関連付けられた深度平面を有し得る。例えば、同一色を出力するように構成される複数の導波管が、同一深度平面に設定され得る。これは、タイル画像を形成し、拡張された視野をその深度平面に提供する利点を提供することができる。
【００８０】
本明細書に議論されるように、いくつかの実施形態では、ディスプレイは、視認者の左および右眼に対して同一進度の焦点距離を伴う、同一数の同様に間隔を置かれた深度平面を提示し得る。いくつかの他の実施形態では、視認者の左および右眼に提示される深度平面に関連付けられた総数、それらの間の分離、および焦点距離のうちの１つ以上のものは、異なり得る。例えば、より多数の深度平面が、左眼より右眼またはその逆に提示され得、右眼と左眼との深度平面間の焦点距離の進度が異なる。理論によって限定されるわけではないが、立体視は、片方の眼において低減させられた数の深度平面をマスクし得ると考えられる。深度平面数、分離、および／または焦点距離の差異は、全ての成分色に対して存在し得るか、または１つ以上の特定の成分色、例えば、緑色に限定され得る。例として、いくつかの実施形態では、片方の眼は、図９に示されるような深度平面が提示され得る一方、別の眼は、図１０に示されるような深度平面が提示され得る。
【００８１】
有利な例として、装着可能システムとして図示されるが、本明細書に開示される導波管ならびに関連構造およびモジュールは、非装着可能ディスプレイを形成するように適用され得る。例えば、装着可能フレーム（６４）（図２）内に収容されるのではなく、ディスプレイ（６２）は、ディスプレイ（６２）を支持し、ディスプレイ（６２）が、視認者（６０）によって装着されずに、画像を視認者（６０）に提供することを可能にする、スタンド、マウント、または他の構造に取り付けられ得る。
【００８２】
加えて、特定の状況、材料、物質組成、プロセス、プロセス行為、またはステップを本発明の目的、精神、もしくは範囲に適合させるように、多くの修正が行われ得る。さらに、当業者によって理解されるように、本明細書で説明および例証される個々の変形例のそれぞれは、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、他のいくつかの実施形態のうちのいずれかの特徴から容易に分離され、またはそれらと組み合わせられ得る、個別的な構成要素および特徴を有する。全てのそのような修正は、本開示に関連付けられる請求項の範囲内にあることを目的としている。
【００８３】
本発明は、対象デバイスを使用して行われ得る方法を含む。方法は、そのような好適なデバイスを提供するという行為を含み得る。そのような提供は、エンドユーザによって行われ得る。換言すれば、「提供する」行為は、単に、エンドユーザが、対象方法において必須デバイスを提供するように、取得し、アクセスし、接近し、位置付けし、設定し、起動し、電源を入れ、または別様に作用することを要求する。本明細書で記載される方法は、論理的に可能である記載された事象の任意の順番で、ならびに事象の記載された順番で実行され得る。
【００８４】
本発明の例示的側面が、材料選択および製造に関する詳細とともに、上で記載されている。本発明の他の詳細に関しては、これらは、上で参照された特許および出版物と関連して理解されるとともに、概して、当業者によって公知または理解されたい。一般的または論理的に採用されるような追加の行為の観点から、本発明の方法ベースの側面に関して、同じことが当てはまり得る。
【００８５】
加えて、本発明は、種々の特徴を随意的に組み込むいくつかの例を参照して説明されているが、本発明は、本発明の各変形例に関して考慮されるような説明および指示されるものに限定されるものではない。種々の変更が、説明される本発明に行われてもよく、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、均等物（本明細書に記載されようと、いくらか簡単にするために含まれていなかろうと）が置換され得る。加えて、値の範囲が提供される場合、その範囲の上限と下限との間の全ての介在値、およびその規定範囲内の任意の他の規定または介在値が、本発明内に包含されることを理解されたい。
【００８６】
また、説明される本発明の変形例の任意の随意的な特徴が、独立して、または本明細書で説明される特徴のうちのいずれか１つ以上のものと組み合わせて、記載および請求され得ることが考慮される。単数形のアイテムへの参照は、複数形の同一のアイテムが存在するという可能性を含む。より具体的には、本明細書で、および本明細書に関連付けられる請求項で使用されるように、「１つの（「ａ」、「ａｎ」）」、「該（ｓａｉｄ）」、および「ｔｈｅ（ｔｈｅ）」という単数形は、特に規定がない限り、複数形の指示対象を含む。換言すれば、冠詞の使用は、上記の説明ならびに本開示に関連付けられる請求項において、対象アイテムの「少なくとも１つ」を可能にする。さらに、そのような請求項は、任意の随意的な要素を除外するように起草され得ることに留意されたい。したがって、この記述は、請求項の要素の記載と関連して、「単に」、「のみ」、および同等物等の排他的用語の使用、または「否定的」制限の使用のために、先行詞としての機能を果たすことを目的としている。
【００８７】
そのような排他的用語を使用することなく、本開示に関連付けられる請求項での「備えている」という用語は、所与の数の要素がそのような請求項で列挙されるか、または特徴の追加をそのような請求項に記載される要素の性質の変換として見なすことができるかにかかわらず、任意の追加の要素を含むことを可能にするものとする。本明細書で具体的に定義される場合を除いて、本明細書で使用される全ての技術および科学用語は、請求項の有効性を維持しながら、可能な限り広い一般的に理解されている意味を与えられるものである。
【００８８】
本発明の範疇は、提供される例示的および／または対象の明細書に限定されるものではなく、むしろ、本開示に関連付けられる請求項の言葉の範囲のみによって限定されるものである。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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