(57)【要約】  ニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）は、光学的角度性能を改善するために、一または複数のＣプレート（８０５Ａ、８０５Ｂ、８０５Ｃ）と組み合わせられる複数のＰＢＰ光学素子（８１０、８２０、８３０）を含む。ＰＢＰ光学素子は、ビームステアリングのために、または光を点に集束させるために構成されてもよい。Ｃプレートは、ＰＢＰ光学素子によって、角度がついた軸外光に導入される望ましくない偏光位相シフトを低減または除去し得る。ＰＢＰ光学素子の複屈折は、そのような偏光位相シフトを生成する。Ｃプレートは、ＰＢＰ光学素子による余分な偏光位相シフトと反対である、付加的な偏光位相シフトを提供する。したがって、Ｃプレートによる付加的な偏光位相シフトは、ＰＢＰ素子による位相シフトを少なくとも部分的に低減する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸に合わせて整列された幾何学的位相素子であって、該幾何学的位相素子の複屈折が、前記光軸から軸が外れて該幾何学的位相素子に入射する光に第１の偏光位相シフトをもたらす幾何学的位相素子と、
前記幾何学的位相素子に隣接し前記光軸に合わせて整列されたＣプレートであって、該Ｃプレートに入射する前記光の前記光軸に対する角度に少なくとも部分的に応じて、第２の偏光位相シフトを前記光にもたらすＣプレートと、を備え、前記第１の偏光位相シフトは、前記第２の偏光位相シフトと反対である、光学系。
【請求項２】
前記光は、第１のカラーチャネルおよび第２のカラーチャネルを含み、前記幾何学的位相素子は、前記第１のカラーチャネルに対応し、前記光学系はさらに、
前記第２のカラーチャネルに対応する第２の幾何学的位相素子と、
前記第２の幾何学的位相素子に隣接する第２のＣプレートと、
を備える、請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
第１の幾何学的位相素子は、前記第１のカラーチャネルに関連する前記光の第１の部分を焦点に集束するように構成され、前記第２の幾何学的位相素子は、前記第２のカラーチャネルに関連する前記光の第２の部分を特定の焦点に集束するように構成される、請求項２に記載の光学系。
【請求項４】
前記幾何学的位相素子は、前記第１のカラーチャネルに関連する前記光の第１の部分をビームステアリング角度で導き、前記第２の幾何学的位相素子は、前記第２のカラーチャネルに関連する前記光の第２の部分を特定のビームステアリング角度で導く、請求項２に記載の光学系。
【請求項５】
前記第１の幾何学的位相素子に隣接する第１の色選択性波長板と、前記光の第１の波長に対して半波長偏光シフトの倍数を適用し、前記光の少なくとも第２の波長に対して全波長偏光シフトの倍数を適用する第１のＣプレートとをさらに備える、請求項２に記載の光学系。
【請求項６】
前記第２の幾何学的位相素子および前記第２のＣプレートに隣接する第２の色選択性波長板であって、前記光の前記第２の波長に対して半波長偏光シフトの倍数を適用し、前記光の少なくとも前記第１の波長に対して全波長偏光シフトの倍数を適用するように構成される、第２の色選択性波長板をさらに備える、請求項５に記載の光学系。
【請求項７】
前記第１の幾何学的位相素子および前記第１の色選択性波長板は、前記第１のカラーチャネルに関連する前記光の第１の部分を特定の焦点に集束し、前記第２の幾何学的位相素子および前記第２の色選択性波長板は、前記第２のカラーチャネルに関連する前記光の第２の部分を前記特定の焦点に集束する、請求項６に記載の光学系。
【請求項８】
前記第１の幾何学的位相素子および前記第１の色選択性波長板は、前記第１のカラーチャネルに関連する前記光の第１の部分をビームステアリング角度で導き、前記第２の幾何学的位相素子および前記第２の色選択性波長板は、前記第２のカラーチャネルに関連する前記光の第２の部分を特定のビームステアリング角度で導く、請求項６に記載の光学系。
【請求項９】
前記Ｃプレートは、前記幾何学的位相素子の角度複屈折と反対の角度複屈折を有する多層複屈折膜である、請求項１に記載の光学系。
【請求項１０】
前記幾何学的位相素子は、前記幾何学的位相素子に関連する焦点距離を調節するため、電気的に切り替え可能である、請求項１に記載の光学系。
【請求項１１】
前記幾何学的位相素子は、Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）レンズである、請求項１に記載の光学系。
【請求項１２】
前記幾何学的位相素子は、Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）回折格子である、請求項１に記載の光学系。
【請求項１３】
前記光学系は、ヘッドマウント装置に含まれる、請求項１に記載の光学系。
【請求項１４】
前記光軸に沿って、かつ光源と前記幾何学的位相素子との間に液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置をさらに備える、請求項１に記載の光学系。
【請求項１５】
赤、緑、および青（ＲＧＢ）のカラーチャネルを含む画像光を放射するように構成された電子ディスプレイと、
光軸上および光軸の周りで前記画像光を受け取るように構成された光学スタックと
を備えるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）であって、前記光学スタックは、
第１のＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）幾何学的位相素子と、
前記第１のＰＢＰ幾何学的位相素子に隣接する第１の色選択性波長板であって、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの前記第１のカラーチャネルに対して実質的に半波長偏光シフトの倍数を適用し、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの少なくとも第２のカラーチャネルに対して実質的に全波長偏光シフトの倍数を適用するように構成された、第１の色選択性波長板と、
前記第１の色選択性波長板に隣接するＣプレートであって、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの前記第１のカラーチャネルに第１の偏光位相シフトを提供し、前記第１の偏光位相シフトは、Ｃプレートに入射する前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの前記第１のカラーチャネルの前記光軸に対する角度に少なくとも部分的に依存し、前記第１の偏光位相シフトは、前記第１の色選択性波長板によって生成される第２の偏光位相シフトを少なくとも部分的に補償する、Ｃプレートと、
第２のＰＢＰ幾何学的位相素子と、
前記第２のＰＢＰ幾何学的位相素子に隣接する第２の色選択性波長板であって、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの前記第２のカラーチャネルに対して実質的に半波長偏光シフトの倍数を適用し、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの少なくとも前記第１のカラーチャネルに対して実質的に全波長偏光シフトの倍数を適用するように構成された、第２の色選択性波長板と
を備える、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）。
【請求項１６】
前記第１のＰＢＰ幾何学的位相素子は、第１のピッチを有する第１のＰＢＰ回折格子であり、前記第２のＰＢＰ幾何学的位相素子は、前記第１のピッチとは異なる第２のピッチを有する第２のＰＢＰ回折格子である、請求項１５に記載のＨＭＤ。
【請求項１７】
前記第１のＰＢＰ幾何学的位相素子は、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの前記第１のカラーチャネルの光を第１の位置に実質的に集束させるように構成されている第１のＰＢＰレンズであり、前記第２のＰＢＰ幾何学的位相素子は、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの前記第２のカラーチャネルの光を前記第１の位置に実質的に集束させるように構成されている第２のＰＢＰレンズである、請求項１５に記載のＨＭＤ。
【請求項１８】
前記第１のＰＢＰ幾何学的位相素子と前記第２のＰＢＰ幾何学的位相素子との間に一または複数の追加のＣプレートをさらに備える、請求項１５に記載のＨＭＤ。
【請求項１９】
前記第１のＰＢＰ幾何学的位相素子および前記第２のＰＢＰ幾何学的位相素子は、前記第１のＰＢＰ幾何学的位相素子および前記第２のＰＢＰ幾何学的位相素子に関連するそれぞれの焦点距離を調整するため、電気的に切り替え可能である、請求項１５に記載のＨＭＤ。
【請求項２０】
前記Ｃプレートの角度複屈折が、前記Ｃプレートの領域にわたって不連続に変化する、請求項１５に記載のＨＭＤ。
【請求項２１】
赤、緑、および青（ＲＧＢ）のカラーチャネルを含む画像光を放射するように構成された電子ディスプレイと、
光軸上および光軸の周りで前記画像光を受け取るように構成された光学スタックと
を備える光学系であって、前記光学スタックは、
前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの第１のカラーチャネルに対して実質的に半波長偏光シフトの倍数を適用し、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの少なくとも第２のカラーチャネルに対して実質的に全波長偏光シフトの倍数を適用する第１のＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）幾何学的位相素子と、
第１の色選択性波長板に隣接するＣプレートであって、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの前記第１のカラーチャネルに第１の偏光位相シフトを提供し、前記第１の偏光位相シフトは、前記Ｃプレートに入射する前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの前記第１のカラーチャネルの前記光軸に対する角度に少なくとも部分的に依存し、前記第１の偏光位相シフトは、前記第１のＰＢＰ幾何学的位相素子によって生成される第２の偏光位相シフトを少なくとも部分的に補償する、Ｃプレートと、
前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの前記第２のカラーチャネルに対して実質的に半波長偏光シフトの倍数を適用し、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの少なくとも前記第１のカラーチャネルに対して実質的に全波長偏光シフトの倍数を適用する第２のＰＢＰ幾何学的位相素子と、
を備える、光学系。
【請求項２２】
光軸に合わせて整列された幾何学的位相素子であって、該幾何学的位相素子の複屈折が、前記光軸から軸が外れて該幾何学的位相素子に入射する光に第１の偏光位相シフトをもたらす幾何学的位相素子と、
前記幾何学的位相素子に隣接し前記光軸に合わせて整列されたＣプレートであって、該Ｃプレートに入射する前記光の前記光軸に対する角度に少なくとも部分的に応じて、第２の偏光位相シフトを前記光にもたらすＣプレートと、を備え、前記第１の偏光位相シフトは、前記第２の偏光位相シフトと反対である、光学系。
【請求項２３】
前記光は、第１のカラーチャネルおよび第２のカラーチャネルを含み、前記幾何学的位相素子は、前記第１のカラーチャネルに対応し、前記光学系はさらに、
前記第２のカラーチャネルに対応する第２の幾何学的位相素子と、
前記第２の幾何学的位相素子に隣接する第２のＣプレートと、
を備える、請求項２２に記載の光学系。
【請求項２４】
前記第１の幾何学的位相素子は、前記第１のカラーチャネルに関連する前記光の第１の部分を焦点に集束させるように構成され、前記第２の幾何学的位相素子は、前記第２のカラーチャネルに関連する前記光の第２の部分を特定の焦点に集束させるように構成され、かつ／または、
前記幾何学的位相素子は、前記第１のカラーチャネルに関連する前記光の第１の部分をビームステアリング角で導き、前記第２の幾何学的位相素子は、前記第２のカラーチャネルに関連する前記光の第２の部分を特定のビームステアリング角で導く、請求項２３に記載の光学系。
【請求項２５】
前記第１の幾何学的位相素子に隣接する第１の色選択性波長板と、前記光の第１の波長に対して半波長偏光シフトの倍数を適用し、前記光の少なくとも第２の波長に対して全波長偏光シフトの倍数を適用する第１のＣプレートと、をさらに備え、
任意選択により、前記第２の幾何学的位相素子および前記第２のＣプレートに隣接する第２の色選択性波長板であって、前記光の前記第２の波長に対して半波長偏光シフトの倍数を適用し、前記光の少なくとも前記第１の波長に対して全波長偏光シフトの倍数を適用するように構成される、第２の色選択性波長板をさらに備える、請求項２３または２４に記載の光学系。
【請求項２６】
前記第１の幾何学的位相素子および前記第１の色選択性波長板は、前記第１のカラーチャネルに関連する前記光の第１の部分を特定の焦点に集束させ、前記第２の幾何学的位相素子および前記第２の色選択性波長板は、前記第２のカラーチャネルに関連する前記光の第２の部分を前記特定の焦点に集束させ、かつ／または、
前記第１の幾何学的位相素子および前記第１の色選択性波長板は、前記第１のカラーチャネルに関連する前記光の第１の部分をビームステアリング角で導き、前記第２の幾何学的位相素子および前記第２の色選択性波長板は、前記第２のカラーチャネルに関連する前記光の第２の部分を特定のビームステアリング角で導く、
請求項２５に記載の光学系。
【請求項２７】
前記Ｃプレートは、前記幾何学的位相素子の角度複屈折と反対の角度複屈折を有する多層複屈折膜である、請求項２２から２６のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項２８】
前記幾何学的位相素子は、前記幾何学的位相素子に関連する焦点距離を調節するため、電気的に切り替え可能であり、かつ／または、
前記幾何学的位相素子は、Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ  Ｐｈａｓｅ（ＰＢＰ）レンズであり、かつ／または、
前記幾何学的位相素子は、Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ  Ｐｈａｓｅ（ＰＢＰ）回折格子である、
請求項２２から２７のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項２９】
前記光学系がヘッドマウント装置に含まれる、請求項２２から２８のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項３０】
前記光軸に沿って、かつ光源と前記幾何学的位相素子との間に液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置をさらに備える、請求項２２から２９のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項３１】
赤、緑、および青（ＲＧＢ）のカラーチャネルを含む画像光を放射するように構成された電子ディスプレイと、
光軸上および光軸の周りで前記画像光を受け取るように構成された光学スタックと、
を備えるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）であって、前記光学スタックは、
第１のＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）幾何学的位相素子と、
第１のＰＢＰ幾何学的位相素子に隣接する第１の色選択性波長板であって、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの第１のカラーチャネルに対して実質的に半波長偏光シフトの倍数を適用し、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの少なくとも第２のカラーチャネルに対して実質的に全波長偏光シフトの倍数を適用するように構成される、第１の色選択性波長板と、
前記第１の色選択性波長板に隣接するＣプレートであって、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの前記第１のカラーチャネルに第１の偏光位相シフトを提供し、第１の偏光位相シフトは、前記Ｃプレートに入射する前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの前記第１のカラーチャネルの前記光軸に対する角度に少なくとも部分的に依存し、前記第１の偏光位相シフトは、前記第１の色選択性波長板によって生成される第２の偏光位相シフトを少なくとも部分的に補償する、Ｃプレートと、
第２のＰＢＰ幾何学的位相素子と、
前記第２のＰＢＰ幾何学的位相素子に隣接する第２の色選択性波長板であって、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの前記第２のカラーチャネルに対して実質的に半波長偏光シフトの倍数を適用し、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの少なくとも前記第１のカラーチャネルに対して実質的に全波長偏光シフトの倍数を適用するように構成される、第２の色選択性波長板と、
を備える、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）。
【請求項３２】
前記第１のＰＢＰ幾何学的位相素子は、第１のピッチを有する第１のＰＢＰ回折格子であり、前記第２のＰＢＰ幾何学的位相素子は、前記第１のピッチとは異なる第２のピッチを有する第２のＰＢＰ回折格子であり、かつ／または、
前記第１のＰＢＰ幾何学的位相素子は、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの前記第１のカラーチャネルの光を第１の位置に実質的に集束させるように構成された第１のＰＢＰレンズであり、前記第２のＰＢＰ幾何学的位相素子は、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの前記第２のカラーチャネルの光を前記第１の位置に実質的に集束させるように構成された第２のＰＢＰレンズである、請求項３１に記載のＨＭＤ。
【請求項３３】
前記第１のＰＢＰ幾何学的位相素子と前記第２のＰＢＰ幾何学的位相素子との間に一または複数の追加のＣプレートをさらに備える、請求項３１または３２に記載のＨＭＤ。
【請求項３４】
前記第１のＰＢＰ幾何学的位相素子および前記第２のＰＢＰ幾何学的位相素子は、前記第１のＰＢＰ幾何学的位相素子および前記第２のＰＢＰ幾何学的位相素子に関連するそれぞれの焦点距離を調整するため、電気的に切り替え可能である、請求項３１から３３のいずれか一項に記載のＨＭＤ。
【請求項３５】
前記Ｃプレートの角度複屈折が、前記Ｃプレートの領域にわたって不連続に変化する、請求項３１から３４のいずれか一項に記載のＨＭＤ。
【請求項３６】
赤、緑、および青（ＲＧＢ）カラーチャネルを含む画像光を放射するように構成された電子ディスプレイと、
光軸上および光軸の周りで前記画像光を受け取るように構成された光学スタックと、
を備える、特に請求項２２から３０のいずれか一項に記載の光学系であって、前記光学スタックは、
前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの第１のカラーチャネルに対して実質的に半波長偏光シフトの倍数を適用し、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの少なくとも第２のカラーチャネルに対して実質的に全波長偏光シフトの倍数を適用する第１のＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）幾何学的位相素子と、
第１の色選択性波長板に隣接するＣプレートであって、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの前記第１のカラーチャネルに第１の偏光位相シフトを提供し、前記第１の偏光位相シフトは、前記Ｃプレートに入射する前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの前記第１のカラーチャネルの前記光軸に対する角度に少なくとも部分的に依存し、前記第１の偏光位相シフトは、前記第１のＰＢＰ幾何学的位相素子によって生成される第２の偏光位相シフトを少なくとも部分的に補償する、Ｃプレートと、
前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの前記第２のカラーチャネルに対して実質的に半波長偏光シフトの倍数を適用し、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの少なくとも前記第１のカラーチャネルに対して実質的に全波長偏光シフトの倍数を適用する、第２のＰＢＰ幾何学的位相素子と、
を備える、光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
［０００１］  本願は、「Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｒｅａｌｉｔｙ」と題され、２０１８年３月１５日に出願された、米国仮特許出願第６２／６４３，６９１号の優先権利益を主張し、また、「Ａｎｇｕｌａｒ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  Ａｐｏｃｈｒｏｍａｔｉｃ  Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｃ−Ｐｌａｔｅ」と題され、２０１８年６月１２日に出願された、米国特許出願第１６／００６，７０１号の優先権利益を主張する。これらの出願の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
様々な実施形態の分野
［０００２］  本開示の実施形態は、概して、ニアアイディスプレイに関し、より具体的には、アポクロマティックＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相構成要素の角度性能を改善するための一または複数のＣプレートの使用に関する。
【０００３】
関連技術の説明
［０００３］  Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）、または幾何学的位相構成要素は、例えば、仮想現実（ＶＲ）システム、拡張現実（ＡＲ）システム、複合現実（ＭＲ）システム、またはこれらの任意の組合せの一部であり得るヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）の光学アセンブリで使用することができる。ＰＢＰ構成要素は、液晶（ＬＣ）またはメタ材料によって作製することができる。ＰＢＰ構成要素は、ＰＢＰ回折格子および／またはＰＢＰレンズとして実装することができる。しかしながら、両タイプのＰＢＰ構成要素は、波長に比較的強く依存して動作する。例えば、ＰＢＰ構成要素の回折角度または焦点距離は、光の波長に基づいて変化する。このような特徴は、ＰＢＰ構成要素を採用し、複数の波長またはカラーチャネルを含む光学系の画質を低下させ得る。
【発明の概要】
【０００４】
［０００４］  様々な実施形態が、画像光を出力するように構成された電子ディスプレイを含むニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）について記述している。さらに、ＮＥＤは、光学的な角度性能を改善するために、一または複数のＣプレートと組み合わせられる複数のＰＢＰ光学素子を備えるアポクロマティック光学素子を含む。いくつかの実施例では、アポクロマティック光学素子は、（例えば、回折による）ビームステアリング用に構成されてもよい。他の実施例では、アポクロマティック光学素子は、レンズとなるように構成されてもよい。
【０００５】
［０００５］  Ｃプレートは、ＰＢＰ液晶素子によって導入される望ましくない偏光位相シフトを低減して、ＰＢＰ素子に入射する角度を有する軸外光にし得る。ＰＢＰ素子の複屈折は、このような偏光位相シフトを生成する。ＰＢＰ素子に隣接し、光軸に合わせて整列されたＣプレートは、光に対する付加的な偏光位相シフトをもたらす。ＰＢＰ素子による偏光位相シフトとは反対の付加的な偏光位相シフトは、Ｃプレートに入射する光の光軸に対する角度に依存する。したがって、Ｃプレートによる付加的な偏光位相シフトは、ＰＢＰ素子による位相シフトを少なくとも部分的に減少させる。
【０００６】
［０００６］  本明細書に開示される技術の１つの利点は、アポクロマティック光学素子を使用して、光学的角度性能の劣化を軽減した光またはカラーチャネルの複数の波長で動作させてもよいことである。
【０００７】
［０００７］  本発明による実施形態は、光学系およびヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）を対象とする添付の特許請求の範囲において特に開示され、例えば光学系といった１つの請求カテゴリにおいて言及される任意の特徴は、例えば、ＨＭＤ、ＮＥＤ、ＰＢＰまたは幾何学的位相構成要素、ＶＲシステム、ＡＲシステム、ＭＲシステム、システム、記憶媒体、コンピュータプログラム製品、および方法などの、別の請求カテゴリにおいても特許請求され得る。添付の特許請求の範囲における従属関係または参照は、形式上の理由で選択されている。ただし、前の請求項への意図的な参照（特に複数の従属関係）から生じる主題も請求され得、その結果、請求項とその特徴との任意の組合せが、開示され、添付の特許請求の範囲で選定された従属関係にかかわらず請求され得る。特許請求され得る主題は、添付の特許請求の範囲に記載されている特徴の組合せだけでなく、特許請求の範囲における特徴の任意の他の組合せも含み、特許請求の範囲で言及されている各特徴は、特許請求の範囲における任意の他の特徴または他の特徴の組合せと組み合わせることができる。さらに、本明細書に説明または図示する任意の実施形態および特徴は、別個の請求項で、かつ／あるいは本明細書に説明もしくは図示する任意の実施形態もしくは特徴との任意の組合わせで、または添付の特許請求の範囲の任意の特徴との任意の組合わせで、特許請求することができる。
【０００８】
［０００８］  一実施形態では、光学系は、
光軸に合わせて整列された幾何学的位相素子と、光軸から軸が外れた幾何学的位相素子に入射する光に第１の偏光位相シフトをもたらす幾何学的位相素子の複屈折と、
幾何学的位相素子に隣接し光軸に合わせて整列されたＣプレートであって、光に第２の偏光位相シフトをもたらすＣプレートと、を含み、第２の偏光位相シフトは、Ｃプレートに入射する光の光軸に対する角度に少なくとも部分的に依存し、第１の偏光位相シフトは、第２の偏光位相シフトと反対である。
【０００９】
［０００９］  光は、第１のカラーチャネルおよび第２のカラーチャネルを含んでもよく、幾何学的位相素子は、第１のカラーチャネルに対応してもよく、光学系は、
第２のカラーチャネルに対応する第２の幾何学的位相素子と、
第２の幾何学的位相素子に隣接する第２のＣプレートと、
を含みうる。
【００１０】
［００１０］  第１の幾何学的位相素子は、第１のカラーチャネルに関連付けられた光の第１の部分を焦点で集束するように構成することができ、第２の幾何学的位相素子は、第２のカラーチャネルに関連付けられた光の第２の部分を特定の焦点で集束するように構成することができる。
【００１１】
［００１１］  幾何学的位相素子は、第１のカラーチャネルに関連する光の第１の部分をビームステアリング角度で導くことができ、第２の幾何学的位相素子は、第２のカラーチャネルに関連する光の第２の部分を特定のビームステアリング角度で導くことができる。
【００１２】
［００１２］  一実施形態では、光学系は、第１の幾何学的位相素子に隣接する第１の色選択性波長板と、光の第１の波長に対して半波長偏光シフトの倍数を適用し、光の少なくとも第２の波長に対して全波長偏光シフトの倍数を適用する第１のＣプレートとを含んでもよい。
【００１３】
［００１３］  一実施形態では、光学系は、第２の幾何学的位相素子および第２のＣプレートに隣接する第２の色選択性波長板であって、光の第２の波長に対して半波長偏光シフトの倍数を適用し、また、光の少なくとも第１の波長に対して全波長偏光シフトの倍数を適用するように構成された、第２の色選択性波長板を含んでもよい。
【００１４】
［００１４］  第１の幾何学的位相素子および第１の色選択性波長板は、特定の焦点において、第１のカラーチャネルに関連する光の第１の部分を集束させることができ、第２の幾何学的位相素子および第２の色選択性波長板は、特定の焦点において、第２のカラーチャネルに関連する光の第２の部分を集束させることができる。
【００１５】
［００１５］  第１の幾何学的位相素子および第１の色選択性波長板は、第１のカラーチャネルに関連する光の第１の部分をビーム−ステアリング角度で導くことができ、第２の幾何学的位相素子および第２の色選択性波長板は、第２のカラーチャネルに関連する光の第２の部分を特定のビーム−ステアリング角度で導くことができる。
【００１６】
［００１６］  Ｃプレートは、幾何学的位相素子の角度複屈折（ａｎｇｕｌａｒ  ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）と反対の角度複屈折を有する多層複屈折膜であってもよい。
【００１７】
［００１７］  幾何学的位相素子は、幾何学的位相素子に関連する焦点距離を調整するため、電気的に切り替え可能であってもよい。
【００１８】
［００１８］  幾何学的位相素子は、Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）レンズであってもよい。
【００１９】
［００１９］  幾何学的位相素子は、Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）回折格子であってもよい。
【００２０】
［００２０］  光学系は、ヘッドマウント装置に含まれてもよい。
【００２１】
［００２１］  一実施形態では、光学系は、光軸に沿って、光源と幾何学的位相素子との間に液晶ディスプレイ装置を備えることができる。
【００２２】
［００２２］  一実施形態では、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）は、
赤、緑、および青（ＲＧＢ）のカラーチャネルを含む画像光を放射するように構成された電子ディスプレイと、
光軸上および光軸の周りで画像光を受け取るように構成された光学スタックとを含んでよく、該光学スタックは、
第１のＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）幾何学的位相素子と、
第１のＰＢＰ幾何学的位相素子に隣接する第１の色選択性波長板であって、ＲＧＢカラーチャネルのうちの第１のカラーチャネルに対して実質的に半波長偏光シフトの倍数を適用し、ＲＧＢカラーチャネルのうちの少なくとも第２のカラーチャネルに対して実質的に全波長偏光シフトの倍数を適用するように構成される、第１の色選択性波長板と、
第１の色選択性波長板に隣接するＣプレートであって、ＲＧＢカラーチャネルのうちの第１のカラーチャネルに第１の偏光位相シフトを提供し、第１の偏光位相シフトは、Ｃプレートに入射するＲＧＢカラーチャネルのうちの第１のカラーチャネルの光軸に対する角度に少なくとも部分的に依存し、第１の偏光位相シフトは、第１の色選択性波長板によって生成される第２の偏光位相シフトを少なくとも部分的に補償する、Ｃプレートと、
第２のＰＢＰ幾何学的位相素子と、
第２のＰＢＰ幾何学的位相要素に隣接する第２の色選択波性長板であって、ＲＧＢカラーチャネルのうちの第２のカラーチャネルに対して実質的に半波長偏光シフトの倍数を適用し、ＲＧＢカラーチャネルのうちの少なくとも第１のカラーチャネルに対して実質的に全波長偏光シフトの倍数を適用するように構成された、第２の色選択性波長板と、を備える。
【００２３】
［００２３］  第１のＰＢＰ幾何学的位相素子は、第１のピッチを有する第１のＰＢＰ回折格子であってもよく、第２のＰＢＰ幾何学的位相素子は、第１のピッチとは異なる第２のピッチを有する第２のＰＢＰ回折格子であってもよい。
【００２４】
［００２４］  第１のＰＢＰ幾何学的位相素子は、ＲＧＢカラーチャネルのうちの第１のカラーチャネルの光を第１の位置に実質的に集束させるように構成された第１のＰＢＰレンズであってもよく、第２のＰＢＰ幾何学的位相素子は、ＲＧＢカラーチャネルのうちの第２のカラーチャネルの光を第１の位置に実質的に集束させるように構成された第２のＰＢＰレンズであってもよい。
【００２５】
［００２５］  一実施形態では、ＨＭＤは、第１のＰＢＰ幾何学的位相素子と第２のＰＢＰ幾何学的位相素子との間に一または複数の追加のＣプレートを備えることができる。
【００２６】
［００２６］  第１および第２のＰＢＰ幾何学的位相素子は、第１および第２のＰＢＰ幾何学的位相素子に関連するそれぞれの焦点距離を調整するため、電気的に切り替え可能であってもよい。
【００２７】
［００２７］  Ｃプレートの角度複屈折は、Ｃプレートの領域にわたって不連続に変化してもよい。
【００２８】
［００２８］  一実施形態では、光学系は、
赤、緑、および青（ＲＧＢ）のカラーチャネルを含む画像光を放射するように構成された電子ディスプレイと、
光軸上および光軸の周りで画像光を受け取るように構成された光学スタックとを含んでよく、該光学スタックは、
ＲＧＢカラーチャネルのうちの第１のカラーチャネルに対して実質的に半波長偏光シフトの倍数を適用し、ＲＧＢカラーチャネルのうちの少なくとも第２のカラーチャネルに対して実質的に全波長偏光シフトの倍数を適用する第１のＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）幾何学的位相素子と、
第１の色選択性波長板に隣接するＣプレートであって、ＲＧＢカラーチャネルのうちの第１のカラーチャネルに第１の偏光位相シフトを提供し、第１の偏光位相シフトは、Ｃプレートに入射するＲＧＢカラーチャネルのうちの第１のカラーチャネルの光軸に対する角度に少なくとも部分的に依存し、第１の偏光位相シフトは、第１のＰＢＰ幾何学的位相素子によって生成される第２の偏光位相シフトを少なくとも部分的に補償する、Ｃプレートと、
ＲＧＢカラーチャネルのうちの第２のカラーチャネルに対して実質的に半波長偏光シフトの倍数を適用し、ＲＧＢカラーチャネルのうちの少なくとも第１のカラーチャネルに対して実質的に全波長偏光シフトの倍数を適用する第２のＰＢＰ幾何学的位相素子と、を備える。
【００２９】
［００２９］  一実施形態では、一または複数のコンピュータ可読な非一時的記憶媒体は、実行されたときに、本発明による、または上述した任意の実施形態によるシステムにおいて機能するように動作可能なソフトウェアを具現化する。
【００３０】
［００３０］  一実施形態では、コンピュータ実装方法は、本発明による、または上述した任意の実施形態によるシステムを使用する。
【００３１】
［００３１］  一実施形態では、コンピュータ可読な非一時的記憶媒体を備えることが好ましいコンピュータプログラム製品は、本発明による、または上述した任意の実施形態によるシステムにおいて使用される。
【００３２】
［００３２］  上記に列挙した様々な実施形態の方法を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約された本開示の概念は、様々な実施形態を参照することによって、より具体的な説明される。そのいくつかを添付の図面に示す。しかしながら、添付の図面は、開示された概念の典型的な実施形態のみを示し、したがって、いかなる形でも範囲を限定すると見なされるべきではなく、他の等しく有効な実施形態があることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１Ａ】一実施形態による、ニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）の図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示したＮＥＤの実施形態の前部剛体の断面である。
【図２Ａ】一実施形態により、ニアアイディスプレイとして実装されたＨＭＤの図である。
【図２Ｂ】一実施形態により、ニアアイディスプレイとして実装された図２ＡのＨＭＤの断面図である。
【図３】一実施形態による、ＰＢＰ回折格子の例を示す。
【図４】一実施形態による、ＰＢＰレンズの例を示す。
【図５】一実施形態により、ＰＢＰレンズから生じ得る色分散焦点を示す。
【図６】一実施形態による、様々なカラーチャネルのためのアポクロマティックＰＢＰ構造の共通焦点を示す。
【図７】一実施形態による、ＰＢＰレンズに入射する軸外光に対するＣプレートの効果を示す。
【図８】一実施形態による、Ｃプレートを含むＰＢＰレンズのスタックを示す。
【図９】一実施形態による、単一の多層Ｃプレートを含むＰＢＰレンズのスタックを示す。
【図１０】一実施形態による、色選択性フィルタを含むＰＢＰレンズのスタックを示す。
【図１１】一実施形態による、Ｃプレートおよび色選択性フィルタを含むＰＢＰレンズのスタックを示す。
【図１２】一実施形態による、Ｃプレートおよび色選択性フィルタを含むＰＢＰ回折格子のスタックを示す。
【図１３】コンソールが動作するＮＥＤシステムの一実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
［００４８］  以下の説明では、様々な実施形態のより完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が記載される。しかしながら、開示された概念は、これらの具体的な詳細のうちの一または複数なしで実施され得ることが、当業者には明らかであろう。
【００３５】
設定の概要
［００４９］  本明細書に開示される一または複数の実施形態は、複数のＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）素子および少なくとも１つのＣプレートを備えるＰＢＰ構造のアポクロマティック構成に関する。幾何学的位相素子とも呼ばれるＰＢＰ素子は、例えば、光配向技術を用いて配置されたアクティブ液晶または液晶ポリマーを含み得る。ＰＢＰ素子は、レンズとして設計された場合には、複数のまたは変化する焦点距離を達成することができ、ステアリング素子（「回折格子」とも称される）として設計された場合には、複数のステアリング角度を達成することができる。いくつかの実施形態では、ＰＢＰ素子は、表示装置の静的な操作または能動的な操作のために使用されてもよい。
【００３６】
［００５０］  Ｃプレートは、ＰＢＰ構造に含まれる一または複数のＰＢＰ素子に入射する軸外光に課される偏光位相シフトを少なくとも部分的に補償することができる。ＰＢＰ素子は、一般的に、軸外光を、ＰＢＰ素子への光の入射角に依存する点に集束させる（または、軸外光をある角度で誘導する）。したがって、様々な入射角を有する光（例えば、収束または発散光円錐など）で動作するＰＢＰ素子に関しては、そのような依存性は、特に、不鮮明で焦点が合っていないように見える画像をもたらすゴーストや色収差など、品質の低下した画像の原因となるため、好ましくない。
【００３７】
［００５１］  いくつかの実施形態では、アポクロマティック光学系は、３つのＰＢＰ素子、２つの色選択性波長板、および３つのＣプレートを含むことができるが、特許請求される主題は、この点に限定されない。本明細書では、アポクロマティック光学系は、一般的に、光学系によって形成される画像の色収差を少なくとも部分的に補正する一または複数の光学素子を有する光学系を指す。このような光学系は、ピクセル化された光バルブから光軸に沿って光を受信するように構成されてもよい（例えば、ＬＣＤ表示などの電子表示）。ピクセル化された光バルブは、少なくとも部分的にコヒーレント光を生成し得る光源によって照らされてもよい。いくつかの実施例では、光学系は、可視スペクトルの異なる部分（例えば、赤、緑、および青のカラーチャネル）に対して、複数（例えば、３つ）のカラーチャネルで動作するように構成され得る。いくつかの実装では、電子ディスプレイは、複数のカラーチャネルを含む画像光を放射するように構成され得る。他の実装では、システムは、個々のカラーチャネルのための電子ディスプレイを含むことができる。
【００３８】
［００５２］  各Ｃプレートは、軸外光のためのアポクロマティック光学系内の一または複数の他の光学素子によって適用される過剰な複屈折遅延特性（ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ  ｒｅｔａｒｄａｎｃｅ）を少なくとも部分的に補償し得る。いくつかの実施例では、一または複数のＣプレートは、光学系内の特定の光学素子の軸外複屈折効果を補償するように構成されてもよい。いくつかの実施例では、Ｃプレートは、３つのＰＢＰ素子のうちの１つを補償することができる。いくつかの実施例では、Ｃプレートは、ＰＢＰ素子と色選択性波長板との間に配置されてもよい。Ｃプレートのうちの一または複数は、複屈折膜の複数の層を実装することができる。
【００３９】
［００５３］  いくつかの実施形態では、それぞれが異なるカラーチャネルに関連付けられた複数のＰＢＰ素子は、一緒になって、アポクロマティック格子構造またはアポクロマティックレンズ構造などのＰＢＰ構造（例えば、ＰＢＰスタック）を形成する。様々な実施形態では、ＰＢＰ構造に含まれる各ＰＢＰ素子は、他のカラーチャネルのための（例えば、位相変化を導入しない）全波長板として動作しながら、それぞれのカラーチャネルのための半波長板として動作するように構成される。ＰＢＰ回折格子構造の場合には、回折格子構造に含まれるＰＢＰ素子の各々は、それぞれのカラーチャネル内の光が共通の角度に回折されるように構成される。ＰＢＰレンズ構造の場合には、レンズ構造に含まれるＰＢＰレンズの各々は、それぞれのカラーチャネル内の光が、全てのカラーチャネルに対して共通である点に集束されるように構成される。色補正されたレンズは、例えば、ヘッドマウントディスプレイの光学素子内で使用され得る。色補正されたレンズは、人工現実環境における適合的眼球離反運動の不一致（ｖｅｒｇｅｎｃｅ  −  ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ  ｃｏｎｆｌｉｃｔ）に対処するのに有用であり得る。
【００４０】
［００５４］  説明を容易にするために、以下の記述には、各々が代表的な（例えば、中心）波長を有する３つのカラーチャネルが含まれる。しかしながら、カラーチャネルは、波長の連続スペクトルを含み得る。本明細書における説明を単純化するために、そのような連続スペクトルに対して波長板として動作するＰＢＰレンズの正確な効果は発見的に無視され、その代わりに、関連するカラーチャネル内の代表的な波長が考慮される。例えば、本開示および特許請求の範囲はそのように限定されないが、赤色チャネルは６３０ナノメートルの波長によって表わされてよく、緑色チャネルは５２５ナノメートルの波長によって表わされてよく、青色チャネルは４９０ナノメートルの波長によって表わされてもよい。
【００４１】
［００５５］  本開示の実施形態は、人工現実システムを含むか、または人工現実システムと共に実装され得る。人工現実は、ユーザへの提示前になんらかの方法で調整された現実の形式であり、例えば、仮想現実（ＶＲ）システム、拡張現実（ＡＲ）システム、複合現実（ＭＲ）システム、ハイブリッド現実システム、またはこれらの何らかの組合せおよび／または派生物を含み得る。人工現実コンテンツは、完全に生成されたコンテンツ、またはキャプチャされた（例えば、現実世界の）コンテンツと組合せた生成されたコンテンツを含み得る。人工現実コンテンツは、限定するものではないが、動画、音声、触覚フィードバック、またはこれらの何らかの組合せを含み得る。人工現実コンテンツは、単一のチャネルまたは複数のチャネル（観察者に立体効果をもたらすステレオ動画など）において提示され得る。加えて、いくつかの実施形態では、人工現実システムは、例えば、人工現実システムにおけるコンテンツを作成するために使用される、および／または人工現実システムにおいて他の方法で使用される（例えば、人工現実システムにおける活動を実行する）用途、製品、アクセサリ、サービス、またはこれらの何らかの組合せにも関連付けられ得る。人工現実システムは、ホストコンピュータシステムに連結されたヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、独立型ＨＭＤ、モバイルデバイスまたはコンピューティングシステム、あるいは、１人または複数の観察者に人工現実コンテンツを提供することができる任意の他のハードウェアプラットフォームを含む、様々なプラットフォーム上に実装され得る。
【００４２】
システムの全体像
［００５６］  図１Ａは、いくつかの実施形態によるニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）１００の図である。ＮＥＤ１００は、前部剛体１０５とバンド１１０を含む。前部剛体１０５は、電子ディスプレイの一または複数の電子ディスプレイ要素（図示せず）、慣性計測ユニット（ＩＭＵ）１１５、一または複数の位置センサ１２０、およびロケータ１２５を含む。図１Ａに示された実施形態では、位置センサ１２０はＩＭＵ１１５内に配置されているが、ＩＭＵ１１５も位置センサ１２０もユーザには見えない。ＩＭＵ１１５、位置センサ１２０、およびロケータ１２５については、図１３に関連して以下で詳細に説明する。様々な実施形態では、ＮＥＤ１００がＡＲデバイスまたはＭＲデバイスとして働く場合、ＮＥＤ１００の一部および／またはその内部構成要素は、少なくとも部分的に透明である。
【００４３】
［００５７］  図１Ｂは、図１に示されたＮＥＤ１００の実施形態の前部剛体１０５の横断面１６０である。前部剛体１０５は、画像光を射出瞳１４５に共に提供する電子ディスプレイ１３０および光学ブロック１３５含む。射出瞳１４５は、ユーザの眼１４０が配置され得る前部剛体１０５の位置にある。例示の目的で、図１Ｂは、１つの眼１４０と関連付けられた横断面１６０を示しているが、光学ブロック１３５から分離された別の光学ブロックが、ユーザのもう一方の眼に変えられた画像光を提供してもよい。さらに、ＮＥＤ１００は、視線追跡システム（図１Ｂには示されていない）を含む。視線追跡システムは、ユーザの一方または両方の目を照らす一または複数の光源を含み得る。視線追跡システムはまた、眼の位置を追跡するため、ユーザの一方または両方の眼の画像をキャプチャする一または複数のカメラを含んでもよい。
【００４４】
［００５８］  電子ディスプレイ１３０は、ユーザに画像を表示する。様々な実施形態において、電子ディスプレイ１３０は、単一の電子ディスプレイまたは複数の電子ディスプレイ（例えば、ユーザのそれぞれの眼のためのディスプレイ）を備え得る。電子ディスプレイ１３０の実施例は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、アクティブマトリックス式有機発光ダイオードディスプレイ（ＡＭＯＬＥＤ）、ＱＯＬＥＤ、ＱＬＥＤ、他の何らかのディスプレイ、またはこれらの何らかの組合わせを含む。
【００４５】
［００５９］  光学ブロック１３５は、電子ディスプレイ１３０がユーザから特定の仮想画像距離に現れるように、電子ディスプレイ１３０から放射される画像光の配向を調整する。光学ブロック１３５は、電子ディスプレイ１３０から放射される画像光を受け取り、その画像光を射出瞳１４５に関連付けられたアイボックスに導くように構成されている。アイボックスに誘導された画像光は、眼１４０の網膜に画像を形成する。アイボックスは、画質を著しく劣化させることなく、眼１４０がどれだけ上下左右に移動するかを画定する領域である。図１Ｂの図では、視野（ＦＯＶ）１５０は、任意の所与の瞬間に眼１４０によって見られる観察可能な世界の範囲である。
【００４６】
［００６０］  加えて、いくつかの実施形態では、光学ブロック１３５は、受け取った光を拡大し、画像光に関連する光学誤差を補正し、補正された画像光を眼１４０に提示する。光学ブロック１３５は、一または複数の光学素子１５５を光学的に連続して含みうる。光学素子１５５は、アパーチャ、フレネルレンズ、凸レンズ、凹レンズ、フィルタ、導波路、ＰＢＰレンズまたは回折格子、色選択性フィルタ、波長板、Ｃプレート、または画像光に影響を及ぼす任意の他の適切な光学素子１５５であってよい。しかも、光学ブロック１３５は、異なる光学素子の組合せを含み得る。いくつかの実施形態では、光学ブロック１３５中の光学素子のうちの一または複数は、反射防止コーティングなど、一または複数のコーティングを有し得る。光学ブロック１３５は、図５〜図１２に関連して詳細に説明される構成要素を含み得る。
【００４７】
［００６１］  図２Ａは、一実施形態による、ニアアイディスプレイとして実装されたＨＭＤ１６２の図である。この実施形態では、ＨＭＤ１６２は、一対の拡張現実眼鏡の形態にある。ＨＭＤ１６２は、コンピュータによって生成された媒体をユーザに提供し、コンピュータによって生成された媒体によって、物理的な現実世界の環境の拡張された視界を提示する。ＨＭＤ１６２によって提示されるコンピュータによって生成された媒体の例には、一または複数の画像、動画、音声、またはこれらの何らかの組合せが含まれる。いくつかの実施形態では、音声は、外部デバイス（たとえば、スピーカーおよびヘッドフォン）を介して提示され、この外部デバイスは、ＨＭＤ１６２、コンソール（図示せず）、またはその両方から音声情報を受信し、その音声情報に基づいて音声データを提示する。いくつかの実施形態では、ＨＭＤ１６２は、仮想現実（ＶＲ）ＨＭＤ、複合現実（ＭＲ）ＨＭＤ、またはこれらの何らかの組み合わせとしても動作するように修正されてもよい。ＨＭＤ１６２は、フレーム１７５とディスプレイ１６４とを含む。この実施形態では、フレーム１７５は、ニアアイディスプレイをユーザの頭部に取り付け、一方、ディスプレイ１６４は、画像光をユーザに提供する。ディスプレイ１６４は、眼鏡フレームの異なるスタイルに適合するように、様々な形状およびサイズにカスタマイズされてもよい。
【００４８】
［００６２］  図２Ｂは、一実施形態により、ニアアイディスプレイとして実装された図２ＡのＨＭＤの断面図である。図２Ｂは、ニアアイディスプレイとして実装されたＨＭＤ１６２の断面図を示す。この図は、フレーム１７５、（ディスプレイアセンブリ１８０とディスプレイブロック１８５を含む）ディスプレイ１６４、および眼１７０を含む。ディスプレイアセンブリ１８０は、眼１７０に画像光を供給する。ディスプレイアセンブリ１８０は、ディスプレイブロック１８５を収容し、異なる実施形態では、異なる種類の撮像光学系および方向変更構造を収容する。例示の目的で、図２Ｂは、１つのディスプレイブロック１８５および１つの眼１７０に関連する断面を示すが、図示されていない代替の実施形態では、図２Ｂに示されたディスプレイブロック１８５から分離された別のディスプレイブロックが、ユーザのもう一方の眼に画像光を提供する。
【００４９】
［００６３］  表示ブロック１８５は、図示されるように、局所領域からの光をコンピュータ生成画像からの光と組み合わせて、拡張シーンを形成するように構成される。表示ブロック１８５はまた、ユーザの眼１７０の位置に対応するアイボックス１６５に拡張シーンを提供するように構成される。ディスプレイブロック１８５は、例えば、導波路ディスプレイ、集束アセンブリ、補償アセンブリ、またはこれらの何らかの組合せを含み得る。いくつかの実施形態について後述するように、ＰＢＰ構造は、光学系の様々なパラメータ（例えば、焦点距離、屈折力（ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｏｗｅｒ）、画質など）に影響を与えるために、表示ブロック１８５の一方または両方の側面に配置されてもよい。
【００５０】
［００６４］  ＨＭＤ１６２は、ディスプレイブロック１８５と眼１７０との間に一または複数の他の光学素子を含んでもよい。光学素子は、例えば、ディスプレイブロック１８５から放射された画像光の収差の補正、ディスプレイブロック１８５から放射された画像光の拡大、ディスプレイブロック１８５から放射された画像光の他のいくつかの光学的調整、またはこれらの何らかの組合せを行うように作用し得る。光学素子に関する実施例には、アパーチャ、フレネルレンズ、凸レンズ、凹レンズ、フィルタ、または画像光に影響を及ぼす任意の他の好適な光学素子が含まれ得る。ディスプレイブロック１８５は、ＨＭＤ１６２の重量を効果的に最小化し、かつ視野を広げる一または複数の屈折率を有する、一または複数の材料（例えば、プラスチック、ガラスなど）から構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイブロック１８５の一または複数の構成要素は、ＰＢＰプレートのスタックを有するＰＢＰ構造として実装される。これについては以下でより詳細に説明する。
【００５１】
［００６５］  図３は、様々な実施形態によるＰＢＰ回折格子３００を示す。参照のために、相互に直交するｘ軸およびｙ軸３１０が図示されている。図示されていないｚ軸は、ｘ−ｙ平面に対して垂直であり、回折格子３００の光軸に沿っている。
【００５２】
［００６６］  回折格子３００は、直線的に反復するパターンで配向された液晶３２０を含む。図３では、液晶は、液晶の配向を概略的に表わすように整列された短い線分として示されている。例えば、液晶３２０Ａはｘ方向に配向され、一方、液晶３２０Ｂはｙ方向に配向されている。３２０Ａと３２０Ｂとの間の液晶は、ｘ方向とｙ方向との中間の方向に沿って配向されている。このようなパターン配向を有する液晶は、光の光波が液晶を通って伝播するとき、偏光発生（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）の結果として、光の幾何学的位相シフトを引き起こす。様々な実施形態において、ｘ軸に沿った液晶の配向は、回折格子３００の特定のｘ−ｙ平面に対して一定である。さらに、図示されていないが、様々な実施形態では、ｘ−ｙ平面に垂直な方向（ｚ軸）における液晶の配向は、回転様式（例えば、ねじれ構造）で変化してもよい。
【００５３】
［００６７］  回折格子３００の直線的反復パターンは、パターンの反復部分間のｙ軸に沿った距離３３０の半分となるピッチを有する。ピッチ３３０は、部分的に、回折格子３００の光学特性を決定する。例えば、回折格子３００上の光軸に沿って入射する偏光は、回折次数ｍ＝＋１、−１、およびゼロにそれぞれ対応する一次、共役、および漏れ光をそれぞれ含む回折格子出力をもたらす。ここでは、ｍ＝１が一次次数であると考えられ、共役次数は、ｍ＝−１次数であると考えられるが、次数の指定は、逆にするか、または他の方法で変更することもできる。ピッチは、異なる回折次数における光の回折角度（例えば、ビームステアリング角）を決定する。一般的に、ピッチが小さいほど、所定の波長の光に対する角度は大きくなる。
【００５４】
［００６８］  図４は、様々な実施形態による例示的なＰＢＰレンズ４００の上面図である。参照のために、互いに直交するｘ軸およびｙ軸４１０が図示されている。図示されていないｚ軸は、レンズ４００のｘ−ｙ平面に垂直で、かつ光軸に沿っている。ｒ軸は、ｘ−ｙ平面内で、レンズ４００の中心４２０からの半径方向および距離を表わす。
【００５５】
［００６９］  レンズ４００は、半径方向および円周方向に反復パターンで配向された液晶４３０を含む。図では、液晶は、液晶の配向を模式的に表わすように整列された短い線分として示されている。例えば、光軸から一定の距離だけ、液晶４３０Ａは円周方向に配向され、一方、液晶４３０Ｂは半径方向に配向される。４３０Ａと４３０Ｂとの間の液晶は、円周方向と半径方向の中間の方向に沿って整列される。別の実施例として、固定された半径方向に沿って、液晶４４０Ａは、円周方向に配向され、一方、液晶４４０Ｂは、半径方向に配向される。４４０Ａと４４０Ｂとの間の液晶は、円周方向と半径方向の中間の方向に沿って整列される。このようなパターン配向を有する液晶は、光の波が液晶を伝播するとき、偏光発生の結果として、光の幾何学的位相シフトを引き起こす。図示されていないが、ｘ−ｙ平面に垂直な方向（ｚ軸）における液晶の配向は、回転様式（例えば、ねじれ構造）で変化してもよい。
【００５６】
［００７０］  レンズ４００の半径方向反復パターンは、パターンの反復部分間のｒ軸に沿った距離であるピッチ４５０を有する。一般的に、ピッチ４５０は、半径方向で変化し得る。例えば、パターンの反復部分間のｒ軸に沿った距離は、ｒが増加するにつれて減少し得る。したがって、ピッチ４５０は、中心４２０に向かって近づくにつれ、より大きくなり得る。ピッチは、部分的に、レンズ４００の光学特性を決定する。例えば、レンズ４００上の光軸に沿って入射する偏光された光は、特定の波長の光に対して特定の焦点距離を有する光のレンズ出力をもたらす。ピッチはこのような焦点距離を決定する。一般的に、ピッチが小さいほど、所定の波長の光に対する焦点距離は小さくなる。
【００５７】
［００７１］  古典的には、光の波面は、（材料の屈折率に依存する）波の速度と材料を通る波の物理的伝播距離の積として、等方性材料に対して定義される光路長（ＯＰＬ）を調整することによって制御される。古典的なレンズでは、レンズの曲面によって生じる空間的に変化するＯＰＬは、レンズの焦点距離をもたらす波面の位相シフトを引き起こす。対照的に、ＰＢＰレンズの幾何学的位相シフトは、ＰＢＰレンズの異方性空間を通る光波の発生から生じる。位相シフトは、光波を変換する異方性を通る個々の光波の経路の幾何形状に依存する。例えば、ＰＢＰレンズにおける液晶の分子異方性およびナノ構造は、透過光波または反射光波の位相シフトをもたらす。このような位相シフトは、有効な光軸の配向および異方性液晶の配向に正比例する。
【００５８】
［００７２］  いくつかの実施形態では、ＰＢＰレンズ４００などのＰＢＰレンズは、能動型（「能動素子」とも称される）または受動型（「受動素子」とも称される）であってもよい。能動型ＰＢＰレンズは、例えば、加法状態、中性状態、および減法状態の３つの光学状態を有する。加法状態は屈折力を光学系に加え、中性状態は光学系の屈折力に影響を与えず、能動型ＰＢＰレンズを通過する光の偏光に影響を与えず、減法状態は光学系から屈折力を減らす。
【００５９】
［００７３］  能動型ＰＢＰレンズの状態は、能動型ＰＢＰレンズに入射する光の偏光の掌性（ｈａｎｄｅｄｎｅｓｓ）と、能動型ＰＢＰレンズに印加される電圧の大きさによって決定される。例えば、いくつかの実施形態では、能動型ＰＢＰレンズは、右旋円偏光および印加電圧がゼロ（または、より一般的には、閾値電圧値未満）の入射光に応答する減法状態で動作する。いくつかの実施形態では、能動型ＰＢＰレンズは、左旋円偏光およびゼロの印加電圧を有する入射光に応答する加法状態で動作する。いくつかの実施形態では、能動型ＰＢＰレンズは、閾値電圧よりも大きい印加電圧に応答して、（偏光にかかわらず）中立状態で動作する。閾値電圧より大きい印加電圧は、印加電圧に関連した電場方向に沿って、正の誘電異方性を有する液晶を整列させる。能動型ＰＢＰレンズが加法または減法状態にある場合、能動型ＰＢＰレンズから出力される光は、能動型ＰＢＰレンズへ入力される光の掌性とは反対の掌性を有する。対照的に、能動型ＰＢＰレンズが中性状態であれば、能動型ＰＢＰレンズから出力される光は、能動型ＰＢＰレンズへ入力される光と同じ掌性を有する。
【００６０】
［００７４］  受動型ＰＢＰレンズは、２つの光学状態、すなわち加法状態および減法状態を有する。受動型ＰＢＰレンズの状態は、受動型ＰＢＰレンズに入射する光の偏光の掌性によって決定される。一般的に、受動型ＰＢＰレンズは、受動型ＰＢＰレンズに入力される光とは逆の掌性を有する光を出力する。例えば、いくつかの実施形態では、受動型ＰＢＰレンズは、右回り偏光を有する入射光に応答して減法状態で動作し、左回り偏光を有する入射光に応答して加法状態で動作する。
【００６１】
［００７５］  いくつかの実施形態では、３００などのＰＢＰ回折格子は、能動型（「能動素子」とも称される）または受動型（「受動素子」とも称される）であってもよい。例えば、能動型ＰＢＰ回折格子は、能動型ＰＢＰレンズの光学状態と同様の３つの光学状態、すなわち、加法状態、中性状態、および減法状態を有する。加法状態では、能動型ＰＢＰ回折格子は、特定の波長の光を、減法状態の回折角に対して正の角度に回折する。減法状態では、能動型ＰＢＰ回折格子は、特定の波長の光を、加法状態の正の角度に対して負の角度に回折する。一方、中性状態では、ＰＢＰ回折格子は光の回折を引き起こさず、能動型ＰＢＰ回折格子を通過する光の偏光には影響しない。
【００６２】
［００７６］  能動型ＰＢＰ回折格子の状態は、能動型ＰＢＰ回折格子に入射する光の偏光の掌性と、能動型ＰＢＰ回折格子に印加される電圧の大きさによって決定される。例えば、いくつかの実施形態では、能動型ＰＢＰ回折格子は、右旋円偏光で、印加電圧がゼロ（またはより一般的には、閾値電圧値未満）の入射光に応答する減法状態で動作する。いくつかの実施形態では、ＰＢＰ回折格子は、左旋円偏光および印加電圧ゼロの入射光に応答する加法状態で動作する。いくつかの実施形態では、ＰＢＰ回折格子は、閾値電圧より大きい印加電圧に応答する中性状態で（偏光に関係なく）動作する。閾値電圧より大きい印加電圧は、印加電圧に関連した電場方向に沿って、正の誘電異方性を有する液晶を配列させる。能動型ＰＢＰ回折格子が加法または減法状態にある場合、能動型ＰＢＰ回折格子から出力される光は、能動型ＰＢＰ回折格子へ入力される光の掌性とは逆の掌性を有する。能動型ＰＢＰ回折格子が中性状態にある場合、能動型ＰＢＰ回折格子から出力される光は、能動型ＰＢＰ回折格子へ入力される光と同じ掌性を有する。
【００６３】
［００７７］  受動型ＰＢＰ回折格子の状態は、受動型ＰＢＰ回折格子に入射する光の偏光の掌性によって決定される。例えば、いくつかの実施形態では、受動型ＰＢＰ回折格子は、右旋円偏光の入射光に応答する減法状態で動作する。いくつかの実施形態では、受動型ＰＢＰ回折格子は、左旋円偏光の入射光に応答する加法状態で動作する。加法状態または減法状態にある受動型ＰＢＰ回折格子では、受動型ＰＢＰ回折格子から出力される光は、受動型ＰＢＰ回折格子へ入力される光の掌性とは逆の掌性を有する。
【００６４】
［００７８］  図５は、様々な実施形態による、異なるカラーチャネルの光を異なる焦点に集束させるＰＢＰレンズ５１０を示す。この図では、異なるカラーチャネルが、異なる破線スタイルを有する線によって表わされている。
【００６５】
［００７９］  ＰＢＰレンズ５１０の周期性またはパターン化された液晶の分布の効果は、波長に依存する。したがって、異なる波長（またはカラーチャネル）の入射光は、ＰＢＰレンズ５１０によって異なるように集束される。
【００６６】
［００８０］  図５に示すように、ＰＢＰレンズ５１０は、異なるカラーチャネルの光を含む入射光５５０を受け取り、各カラーチャネルは異なる波長範囲（例えば、赤、緑、および青のカラーチャネル）に関連付けられる。ＰＢＰレンズ５１０の焦点の位置（例えば、焦点距離）は入射光５５０の波長に基づいているため、異なるカラーチャネルは、同じ焦点面内に集束しない。例えば、レンズ５１０は、赤色チャネル（または、より正確には、赤色チャネルのスペクトル帯域の特定の波長）の光を、焦点５２０に集束し得る。同様に、レンズ５１０は、緑色チャネル（または、より正確には、緑色チャネルのスペクトル帯域の特定の波長）の光を、焦点５３０に集束させることができ、青色チャネル（または、より正確には、青色チャネルのスペクトル帯域の特定の波長）の光を、焦点５３０に集束させることができる。
【００６７】
［００８１］  その結果、レンズ５１０は、異なるカラーチャネルの光を同じ収束点（例えば、焦点）に集束させることに失敗するため、影響をもたらし得る。例えば、いくつかの実施形態では、異なるカラーチャネルの異なる焦点距離は、像がぼやけて焦点が合っていないように見えるゴーストや色収差を含む画像など、画質の低下した画像をもたらすため、望ましくない。
【００６８】
［００８２］  図６は、様々な実施形態による、アポクロマティックＰＢＰレンズスタック６００を示す。ＰＢＰレンズスタック６００は、第１のＰＢＰレンズ６１０、第２のＰＢＰレンズ６２０、および第３のＰＢＰレンズ６３０を備え、それぞれが異なるカラーチャネル（例えば、赤、緑、および青）に関連付けられる。様々な実施形態では、レンズスタック６００は、異なる波長に対して異なる焦点距離を有するＰＢＰレンズ５１０に関連する問題に対処するように構成される。
【００６９】
［００８３］  ＰＢＰレンズ６１０、６２０、および６３０の各々は、それぞれのカラーチャネルの入力光６４０の部分を、残りのカラーチャネルに対応する入力光６４０の部分に対して実質的に透明でありながら、光軸６６０上の共通焦点６５０に集束させる。例えば、ＰＢＰレンズ６１０は、赤色チャネルの光６６５を焦点６５０に集束させ、一方、ＰＢＰレンズ６２０および６３０は、赤色チャネルの光に対して実質的に透明である。同様に、ＰＢＰレンズ６２０は、緑色チャネルの光６７０を焦点６５０に集束させ、一方、ＰＢＰレンズ６１０および６３０は、緑色チャネルの光に対して実質的に透明である。最後に、ＰＢＰレンズ６３０は、青色チャネルの光６７５を焦点６５０に集束させ、一方、ＰＢＰレンズ６１０および６２０は、青色チャネルの光に対して実質的に透明である。
【００７０】
［００８４］  上述のように、選択的カラーチャネルの集束は、特定の特性を有する波長板として振る舞うように構成されたＰＢＰレンズによって行われる。例えば、ＰＢＰレンズ６１０、６２０、および６３０の各々は、半波長板として振る舞い、各カラーチャネルに対応する１つの色に対して集束させる力を提供するが、他の２つの色に対しては全波長板として振る舞い、他のカラーチャネルに対しては集束する力を提供しない。したがって、ＰＢＰレンズ６１０、６２０、および６３０の各々は、１つの波長（例えば、カラーチャネル）に対して有効であるが、他の２つの波長（例えば、カラーチャネル）に対しては無効である波長板として動作する。
【００７１】
［００８５］  上述のように、アポクロマティックＰＢＰレンズスタック６００は、レンズスタック６００に垂直に入射し、光軸６６０と平行である入力光６４０に対して、異なるカラーチャネルの光を単一の共通焦点６５０に集束させる。このような光を、本明細書では軸平行光と呼呼ぶ。図６はまた、光軸６６０に対する入射角６８５を有する軸外光６８０を示している。ＰＢＰレンズ６１０、６２０、および６３０の各々は、複屈折性があり、したがって、波長および入射角に依存性を示す。波長への依存性は、考慮され、上記で説明されており、ＰＢＰレンズの各々が、上述の特性を有する波長板として振る舞うように構成することによって、対処される。次に、入射角への依存性を考察し、論じる。
【００７２】
［００８６］  ＰＢＰレンズ６１０、６２０、および６３０の各々は、１つのカラーチャネルのための半波長板として、また、２つの他のカラーチャネルのための全波長板として振る舞うように構成されるが、このような構成は、軸平行光６４０（または実質的に軸平行光）のみに当てはまり、軸外光、例えば軸外光６８０には当てはまらない。例えば、半波長板は、軸平行光６４０に半波長複屈折を提供するが、角度６８５に依存する追加の複屈折項を提供する。この追加された複屈折項は、ＰＢＰレンズ６１０、６２０、および６３０の振る舞いに悪影響を及ぼし、１つのカラーチャネルに対しては半波長板として、他の２つのカラーチャネルに対しては全波長板として振る舞う。したがって、軸外光６８０に関しては、アポクロマティックＰＢＰレンズスタック６００に対して望ましくない余計な焦点またはゴースト像が、望ましい単一共通焦点６５０の代わりに、焦点６９０に存在することがある。後述するように、軸外光漏れが低減され、軸外光の大部分が焦点６９０ではなく共通焦点６５０で集束され得るように、付加複屈折項を補償するため、一または複数のＣプレートがアポクロマティックＰＢＰレンズスタック６００に追加されてもよい。
【００７３】
［００８７］  図７は、様々な実施形態による、半波長板として振る舞うように構成することができるＰＢＰレンズ７３０に入射する軸外光７２０に対するＣプレート７１０の効果を示す。Ｃプレート７１０の複屈折効果は、軸外光に対するＰＢＰレンズ７３０の複屈折効果を少なくとも部分的に補償することができる。このような補償は、例えば、軸平行光と共に共通焦点（例えば、６５０）に、または（Ｃプレートのない場合と比較して）少なくとも比較的近くに集束される軸外光の利点を提供することができる。
【００７４】
［００８８］  様々な実施形態では、Ｃプレートは、例えば、延伸ポリマーまたはＬＣ材料によって作られた多層複屈折膜であってもよく、実質的に平行なプレートに対して法線（垂直）方向に沿って光学対称軸を有する光学複屈折リターダである。Ｃプレートリターダは、法線入射（例えば、軸平行）光に対して正味の遅延（ｎｅｔ  ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ）を示さない。しかしながら、非法線（例えば、軸外）光は、光学異方性を引き起こし、Ｃプレートは、そのような光に遅延を適用することができる。光学的異方性は、異常な光線に対する有効屈折率が通常の光線に対する屈折率とは異なるためである。したがって、Ｃプレートは、軸平行光に対してゼロ複屈折を提供し、その一方で、非ゼロ複屈折軸外光を提供する。特に、非ゼロ複屈折は、軸外光のＣプレート法線に対する角度の関数である。Ｃプレートは、隣接するＰＢＰレンズの複屈折と同じ角度依存性を有する複屈折を有するように構成することができる。さらに、Ｃプレートは、隣接するＰＢＰレンズの複屈折とは逆の複屈折を有するように構成することができる。このようにして、Ｃプレートの複屈折効果は、軸外光に対するＰＢＰレンズの複屈折効果を少なくとも部分的に補償することができ、逆もまた同様である。
【００７５】
［００８９］  図７に戻ると、ＰＢＰレンズ７３０のみが、軸平行光７４０に対して複屈折遅延をもたらし、一方、Ｃプレート７１０は、軸平行光７４０に対してゼロ複屈折をもたらす。しかしながら、Ｃプレート７１０およびＰＢＰレンズ７３０は共に、軸外光７２０に複屈折遅延をもたらす。いくつかの実施例では、このような複屈折効果は互いに反対であり、ＰＢＰレンズ７３０は半波長以上の複屈折をもたらし、一方、Ｃプレート７２０は、ＰＢＰレンズ７３０からの余分な複屈折のみを相殺する反対の複屈折をもたらし、その結果、スタックによってもたらされる全体の複屈折は、依然として半波長の複屈折のままである。このような相殺は、軸外光漏れ低減につながる可能性があり、ほとんどのエネルギーが、軸平行光に対する焦点と同じ焦点に集束されることを保証する。
【００７６】
［００９０］  図８は、様々な実施形態によるアポクロマティックＰＢＰレンズスタック８００を示す。ＰＢＰレンズスタック８００は、以下に説明するように、Ｃプレート８０５Ａ、８０５Ｂ、および８０５Ｃを追加したＰＢＰレンズスタック６００と同様である。ＰＢＰレンズスタック８００は、第１のＰＢＰレンズ８１０、第２のＰＢＰレンズ８２０、および第３のＰＢＰレンズ８３０を備え、それぞれが異なるカラーチャネル（例えば、赤、緑、および青）に関連付けられる。
【００７７】
［００９１］  ＰＢＰレンズ８１０、８２０、および８３０の各々は、それぞれのカラーチャネルの軸平行入力光８４０の一部を、光軸８６０上の共通焦点８５０に集束するが、一方で、残りのカラーチャネルに対応する軸平行入力光８４０の部分に対して実質的に透明である。例えば、ＰＢＰレンズ８１０は、赤色チャネルの光８６５を焦点８５０に集束させ、一方で、ＰＢＰレンズ８２０および８３０は、赤色チャネルの光に対して実質的に透明である。同様に、ＰＢＰレンズ８２０は、緑色チャネルの光８７０を焦点８５０に集束させ、一方、ＰＢＰレンズ８１０および８３０は、緑色チャネルの光に対して実質的に透明である。最後に、ＰＢＰレンズ８３０は、青色チャネルの光８７５を焦点８５０に集束させ、一方、ＰＢＰレンズ８１０および８２０は、青色チャネルの光に対して実質的に透明である。
【００７８】
［００９２］  ＰＢＰレンズ８１０、８２０、および８３０の各々は、１つのカラーチャネルのための半波長板として、および２つの他のカラーチャネルのための全波長板として振る舞うように構成されるが、このような構成は、軸平行光８４０（または実質的な軸平行光）のみに当てはまり、軸外光、例えば、光軸８６０に対して入射角８８５を有する軸外光８８０には当てはまらない。例えば、半波長板は、軸平行光８４０に半波複屈折を提供するが、角度８８５に依存する付加複屈折項（ａｄｄｅｄ  ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ  ｔｅｒｍ）を提供する。この付加複屈折項は、１つのカラーチャネルの半波長板として、および２つの他のカラーチャネルの全波長板として、ＰＢＰレンズ８１０、８２０、および８３０の振る舞いに悪影響を及ぼす。したがって、軸外光８８０については、ＰＢＰレンズからの非半波複屈折からの光漏れにより、アポクロマティックＰＢＰレンズスタック８００のための焦点距離は、所望の単一共通焦点８５０以外の焦点にあってもよい。以下に説明するように、一または複数のＣプレートをアポクロマティックＰＢＰレンズスタック８００に追加して、付加複屈折項を補償し、各カラーチャネルの軸外光の大部分を共通焦点８５０に集束させることができる。
【００７９】
［００９３］  様々な実施形態では、軸外入力光から生じる付加複屈折を補償するために、アポクロマティックＰＢＰレンズスタック内の各カラーチャネルに対してＣプレートを含むことができる。図８の例では、第１のカラーチャネルに対して、Ｃプレート８０５ＡはＰＢＰレンズ８１０の出力側に隣接している。第２のカラーチャネルの場合、Ｃプレート８０５Ｂは、ＰＢＰレンズ８２０の出力側に隣接している。第３のカラーチャネルの場合、Ｃプレート８０５Ｃは、ＰＢＰレンズ８３０の出力側に隣接している。軸平行光８４０と比較して、ＰＢＰレンズ８１０を通って進む軸外光８８０は、非ゼロ入射角の光に付随する付加複屈折による付加位相項を経験する（ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ）。したがって、ＰＢＰレンズ８１０の出力側では、軸外光８８０は、第１のカラーチャネルのための付加位相項を含む。続いて、Ｃプレート８０５Ａを通って進む軸外光は、ＰＢＰレンズ８１０によって課される付加位相項と等しくかつ反対の位相項を経験する。したがって、Ｃプレート８０５Ａの出力側では、軸外光８８０は、ＰＢＰレンズ８１０によって以前に課された付加位相項をもはや含まない。このプロセスによって、第１のカラーチャネルのための軸外光８８０の大部分は、軸平行光８４０と同じ焦点（例えば、８５０）に集束され得る。
【００８０】
［００９４］  上述のＰＢＰレンズ８１０と同様に、軸平行光８４０と比較して、ＰＢＰレンズ８２０を通って進む軸外光８８０は、非ゼロ入射角での光に付随する付加複屈折による付加位相項を経験する。したがって、ＰＢＰレンズ８２０の出力側では、軸外光８８０は、第２のカラーチャネルのための付加位相項を含む。その後、Ｃプレート８０５Ｂを通って進む軸外光は、ＰＢＰレンズ８２０によって課される付加位相項と等しくかつ反対の位相項を経験する。したがって、Ｃプレート８０５Ｂの出力側では、軸外光８８０は、ＰＢＰレンズ８２０によって以前に課された付加位相項をもはや含まない。このプロセスによって、第２のカラーチャネルのための軸外光８８０は、軸平行光８４０と同じ焦点（例えば、８５０）に集束され得る。最後に、軸平行光８４０と比較して、ＰＢＰレンズ８３０を通って進む軸外光８８０は、非ゼロ入射角の光に付随する付加複屈折による付加位相項を経験する。したがって、ＰＢＰレンズ８３０の出力側では、軸外光８８０は、第３のカラーチャネルのための付加位相項を含む。その後、Ｃプレート８０５Ｃを通って進むこの軸外光は、ＰＢＰレンズ８３０によって課される付加位相項と等しくかつ反対の位相項を経験する。したがって、Ｃプレート８０５Ｃの出力側では、軸外光８８０は、ＰＢＰレンズ８３０によって以前に課された付加位相項を含まない。このプロセスによって、第３のカラーチャネルのための軸外光８８０は、軸平行光８４０の場合と同じ焦点（例えば、８５０）に集束され得る。
【００８１】
［００９５］  図９は、様々な実施形態による、単一の多層Ｃプレートを含むＰＢＰレンズのスタックを示す。ＰＢＰレンズスタック９００は、以下に説明するように、単一のＣプレート９０５を追加したＰＢＰレンズスタック６００と同様である。ＰＢＰレンズスタック９００は、第１のＰＢＰレンズ９１０、第２のＰＢＰレンズ９２０、および第３のＰＢＰレンズ９３０を備え、それぞれが異なるカラーチャネル（例えば、赤、緑、および青）に関連付けられる。
【００８２】
［００９６］  ＰＢＰレンズ９１０、９２０、および９３０の各々は、それぞれのカラーチャネルの軸平行入力光９４０の一部を、光軸９６０上の共通焦点９５０に集束するが、一方で、残りのカラーチャネルに対応する軸平行入力光９４０の部分に対して実質的に透明である。例えば、ＰＢＰレンズ９１０は、赤色チャネルの光９６５を焦点９５０に集束させ、一方、ＰＢＰレンズ９２０および９３０は、赤色チャネルの光に対して実質的に透明である。同様に、ＰＢＰレンズ９２０は、緑色チャネルの光９７０を焦点９５０に集束させ、一方、ＰＢＰレンズ９１０および９３０は、緑色チャネルの光に対して実質的に透明である。最後に、ＰＢＰレンズ９３０は、青色チャネルの光９７５を焦点９５０に集束させ、一方、ＰＢＰレンズ９１０および９２０は、青色チャネルの光に対して実質的に透明である。
【００８３】
［００９７］  ＰＢＰレンズ９１０、９２０、および９３０の各々は、１つのカラーチャネルのための半波長板として、および２つの他のカラーチャネルのための全波長板として振る舞うように構成されるが、このような構成は、軸平行光９４０（または実質的な軸平行光）のみに当てはまり、軸外光、例えば、光軸９６０に対して入射角９８５を有する軸外光９８０には当てはまらない。例えば、半波長板は、軸平行光９４０に半波複屈折を提供するが、角度９８５に依存する付加複屈折項を提供する。この付加複屈折項は、１つのカラーチャネルの半波長板として、および２つの他のカラーチャネルの全波長板として、ＰＢＰレンズ９１０、９２０、および９３０の振る舞いに悪影響を及ぼす。したがって、軸外光９８０に関しては、アポクロマティックＰＢＰレンズスタック９００に対する焦点距離は、望ましい単一共通焦点９５０の代わりの焦点に存在することがある。以下に説明するように、ＣプレートをアポクロマティックＰＢＰレンズスタック９００に追加して、付加複屈折項を補償し、各カラーチャネルの軸外光を共通焦点９５０に集束させることができる。
【００８４】
［００９８］  上述され、図８に示された実施形態では、軸外入力光から生じる付加複屈折を補償するために、アポクロマティックＰＢＰレンズスタック８００内の各カラーチャネルに対してＣプレートが含まれている。図９に示すような様々な実施形態では、単一のＣプレート９０５を、複数のＣプレートの代わりにアポクロマティックＰＢＰレンズスタック９００に追加することができる。このような単一のＣプレートは、（例えば、Ｃプレート８０５の各々と比較して）比較的厚い複屈折膜スタックになり得る、多層Ｃプレートであってもよい。単一のＣプレート９０５は、ＰＢＰレンズ９１０、９２０、および９３０の光学特性に基づき得る複屈折などの光学特性を有してもよい。
【００８５】
［００９９］  図９の例では、Ｃプレート９０５は、すべてのカラーチャネル上で動作し、ＰＢＰレンズ９３０であるスタック９００内の最後のＰＢＰレンズの出力側に隣接している。軸平行光９４０と比較して、ＰＢＰレンズ９１０を通って進む軸外光９８０は、非ゼロ入射角の光に付随する付加複屈折による付加位相項を経験する。したがって、ＰＢＰレンズ９１０の出力側では、軸外光９８０は、第１のカラーチャネルのための付加位相項を含む。ＰＢＰレンズ９２０を通って進む軸外光９８０はまた、非ゼロ入射角の光に付随する付加複屈折による付加位相項を経験する。したがって、ＰＢＰレンズ９２０の出力側では、軸外光９８０は、第２のカラーチャネルのための付加位相項を含む。ＰＢＰレンズ９３０を通って進む軸外光９８０は、非ゼロ入射角の光に付随する付加複屈折による付加位相項を経験する。したがって、ＰＢＰレンズ９３０の出力側では、軸外光９８０は、第３のカラーチャネルのための付加位相項を含む。その後、Ｃプレート９０５を通って進むカラーチャネルの各々について追加の位相項を有する軸外光は、ＰＢＰレンズ９１０、９２０、および９３０の各々によって課される付加位相項と等しくかつ反対の各位相項を経験する。したがって、Ｃプレート９０５の出力側では、軸外光９８０は、ＰＢＰレンズのスタックによって先に課された付加位相項をもはや含まない。このようなプロセスによって、すべてのカラーチャネルに対するほとんどの軸外光９８０は、軸平行光９４０と同じ焦点（例えば、９５０）に集束され得る。
【００８６】
［０１００］  図１０は、様々な実施形態によるアポクロマティックＰＢＰレンズスタック１０００を示す。レンズスタック１０００は、異なる波長に対して異なる焦点距離を有する、図５に示されるＰＢＰレンズ５１０に関連する問題を除去するように構成される。ＰＢＰレンズスタック１０００は、第１のＰＢＰレンズ１０１０、第２のＰＢＰレンズ１０２０、および第３のＰＢＰレンズ１０３０を備え、それぞれが異なるカラーチャネル（例えば、赤、緑、および青）に関連付けられる。ＰＢＰレンズスタック１０００はまた、色選択性フィルタ１０３５Ａおよび１０３５Ｂを備える。
【００８７】
［０１０１］  色選択性フィルタは、１つのカラーチャネルのための半波長板および他のカラーチャネルのための全波長板として振舞う多層複屈折膜である。一般的に、半波長板は、円偏光の掌性を反転させる（例えば、右旋円偏光は、半波長板を透過すると左旋円偏光になり、逆もまた同様である）。全波長板は、このような変化を課さない。
【００８８】
［０１０２］  いくつかの実施形態では、第１のＰＢＰレンズ１０１０、第２のＰＢＰレンズ１０２０、および第３のＰＢＰレンズ１０３０は、正の屈折力（例えば、光円錐収束の増加）を左旋円偏光に提供し、負の屈折力（例えば、光円錐収束の減少）を右旋円偏光に提供するように構成される。さらに、円偏光の掌性は、ＰＢＰレンズを通過するときに（右から左へ、および左から右へ）切り替わる。
【００８９】
［０１０３］  様々な実施形態では、ＰＢＰレンズ１０１０、１０２０、および１０３０の間に色選択性フィルタを配置することにより、関連する光がそれぞれのＰＢＰレンズおよび色選択性フィルタを通過する際に、個々のカラーチャネルの焦点を制御することが可能になる。例えば、３つのカラーチャネル（例えば、赤、緑、および青）を含む入力光１０４０は、第１のＰＢＰレンズ１０１０を透過し、これは、光に波長依存性の屈折力を提供する。したがって、赤色チャネル１０６５、緑色チャネル１０７０、および青色チャネル１０７５を含む光１０４０では、すべてが円偏光されたままであり、第１のＰＢＰレンズ１０１０は、赤色チャネルのための第１の屈折力、緑色チャネルのための第２の屈折力、および青色チャネルのための第３の屈折力を提供する。３つのチャネルの掌性は、右円偏光に切り替わる。次に、光の３つのチャネルはすべて、色選択性フィルタ１０３５Ａを通って進む。この例では、色選択性フィルタ１０３５Ａは、赤色チャネルのための半波長板として、および緑色チャネルおよび青色チャネルのための全波長板として振舞うように構成される。したがって、色選択性フィルタ１０３５Ａは、赤チャネルの掌性を右円偏光から左円偏光に変え、緑色チャネルおよび青色チャネルの掌性は同じ（右円偏光された）ままに保持する。第２のＰＢＰレンズ１０２０は、カラーチャネルのそれぞれの掌性に基づいて、カラーチャネルに屈折力を提供する。したがって、第２のＰＢＰレンズ１０２０は、赤色チャネルに正の屈折力を提供し、緑色チャネルおよび青色チャネルに負の屈折力を提供する。このようにして、第１のＰＢＰレンズ１０１０、第２のＰＢＰレンズ１０２０、第３のＰＢＰレンズ１０３０、並びに色選択性フィルタ１０３５Ａおよび１０３５Ｂは、正と負の屈折力の組み合わせを提供することができ、その結果、すべてのカラーチャネルが共通の焦点１０５０に集束される。
【００９０】
［０１０４］  上述のように、アポクロマティックＰＢＰレンズスタック１０００は、レンズスタック１０００に垂直に入射し、光軸１０６０と平行である入力光１０４０に対して、異なるカラーチャネルの光を単一の共通焦点１０５０に集束させる。図１０は、光軸１０６０に対する入射角１０８５を有する軸外光１０８０も示す。第１のＰＢＰレンズ１０１０、第２のＰＢＰレンズ１０２０、第３のＰＢＰレンズ１０３０、並びに色選択性フィルタ１０３５Ａおよび１０３５Ｂの各々は、複屈折性があり、したがって、波長および入射角に対して依存性を示す。波長に対する依存性は、上記で検討および議論されており、ＰＢＰレンズスタック１０００内に色選択性フィルタを含めることによって対処される。ここで、入射角への依存性について検討および議論する。
【００９１】
［０１０５］  第１のＰＢＰレンズ１０１０、第２のＰＢＰレンズ１０２０、第３のＰＢＰレンズ１０３０、並びに色選択性フィルタ１０３５Ａおよび１０３５Ｂの組み合わせは、すべてのカラーチャネルを共通焦点１０５０に集束するように構成されるが、そのような構成は、入力光１０４０が、例えば軸外光１０８０のような軸外光ではなく、軸平行光（または実質的な軸平行光）であることに依存する。例えば、色選択性フィルタ１０３５Ａおよび１０３５Ｂは、特定のカラーチャネルに対して、軸平行光１０４０に半波複屈折を提供してもよいが、角度１０８５に依存する付加複屈折項を提供してもよい。付加複屈折項は、様々なカラーチャネルに対して半波長板（または全波長板）として振る舞う色選択性フィルタ１０３５Ａおよび１０３５Ｂの挙動に悪影響を及ぼす。したがって、軸外光１０８０については、幾何学的位相の非半波複屈折効果からの誘起された光漏れにより、アポクロマティックＰＢＰレンズスタック１０００に対して望ましくない余分な焦点距離が、所望の単一共通焦点１０５０以外のゴースト像として焦点１０９０に現われることがある。後述するように、ほとんどの軸外光が共通焦点１０５０で集束され得るように、付加複屈折項を補償するため、一または複数のＣプレートがアポクロマティックＰＢＰレンズスタック１０００に付加されてもよい。
【００９２】
［０１０６］  図１１は、一実施形態による、Ｃプレート１１０５および色選択性フィルタ１１１０を含むアポクロマティックＰＢＰレンズスタック１１００を示す。Ｃプレートおよび色選択性フィルタを含めることにより、レンズスタック１１００は、異なる波長および軸外光に対して異なる焦点距離を有する、図５に示されるＰＢＰレンズ５１０に関連する問題を除去するように構成されている。ＰＢＰレンズスタック１１００は、第１のＰＢＰレンズ１１２０、第２のＰＢＰレンズ１１３０、および第３のＰＢＰレンズ１１４０を備え、それぞれが異なるカラーチャネル（例えば、赤、緑、および青）に関連付けられる。
【００９３】
［０１０７］  ＰＢＰレンズスタック１１００は、ＰＢＰレンズスタック１０００に類似しており、上述のように、異なるカラーチャネルの光を、レンズスタック１０００に垂直に入射され、光軸１０６０と平行である入力光１０４０に対して、単一の共通焦点１０５０に集束させる。同様に、ＰＢＰレンズスタック１１００は、レンズスタック１１００に垂直に入射され、光軸１１６０と平行である入力光１１４５に対して、異なるカラーチャネルの光を単一の共通焦点１１５０に集束させる。しかしながら、ＰＢＰレンズスタック１０００の場合には、すべてのカラーチャネルを共通焦点１０５０に集束させるためには、入力光は、実質的に軸平行光であることが要求される。対照的に、ＰＢＰレンズスタック１１００は、図１１のラベル１１８０によって示される、軸外光のための単一の共通焦点１１５０に、異なるカラーチャネルの光を集束させることができる。
【００９４】
［０１０８］  図１１は、光軸１１６０に対する入射角１１８５を有する軸外光１１８０も示す。第１のＰＢＰレンズ１１２０、第２のＰＢＰレンズ１１３０、第３のＰＢＰレンズ１１４０、並びに色選択性フィルタ１１１０Ａおよび１１１０Ｂの各々は、複屈折性があり、したがって、波長および入射角に対して依存性を示す。波長に対する依存性は、上記で検討および議論されており、ＰＢＰレンズスタック１１００内に色選択性フィルタを含めることによって対処される。ここで、入射角への依存性について検討および議論する。
【００９５】
［０１０９］  色選択性フィルタ１１１０Ａおよび１１１０Ｂは、特定のカラーチャネルに対して、軸平行光１１４５に半波複屈折を提供してもよいが、軸外光１１８０に対して、角度１１８５に依存する付加複屈折項を提供してもよい。付加複屈折項は、様々なカラーチャネルに対して半波長板（または全波長板）として振る舞う色選択性フィルタの挙動に悪影響を及ぼす。したがって、軸外光１１８０の一部に関しては、アポクロマティックＰＢＰレンズスタック１１００に対する余分な焦点距離は、望ましい単一共通焦点１１５０とは異なる焦点に存在することがある。Ｃプレート１１０５Ａ、１１０５Ｂ、および１１０５Ｃは、付加複屈折項を少なくとも部分的に補償し、その結果、ほとんどの軸外光が共通焦点１０５０に集束され得る。
【００９６】
［０１１０］  様々な実施形態では、軸外入力光から生じる付加複屈折を補償するために、アポクロマティックＰＢＰレンズスタック内の各カラーチャネルに対してＣプレートを含むことができる。図１１の実施例では、第１のカラーチャネル１１６５の場合、Ｃプレート１１０５Ａは、ＰＢＰレンズ１１２０および色選択性フィルタ１１１０Ａの出力側に隣接している。第２のカラーチャネル１１７０の場合、Ｃプレート１１０５Ｂは、ＰＢＰレンズ１１３０および色選択性フィルタ１１１０Ｂの出力側に隣接する。第３のカラーチャネル１１７５の場合、Ｃプレート１１０５Ｃは、ＰＢＰレンズ１１４０の出力側に隣接している。軸平行光１１４５と比較して、ＰＢＰレンズ１１２０および色選択性フィルタ１１１０Ａを通って進む軸外光１１８０は、非ゼロ入射角の光に付随する付加複屈折による付加位相項を経験する。したがって、ＰＢＰレンズ１１２０および色選択性フィルタ１１１０Ａの出力側では、軸外光１１８０は、第１のカラーチャネルのための付加位相項を含む。続いて、Ｃプレート１１０５Ａを通って進む軸外光は、ＰＢＰレンズ１１２０および色選択性フィルタ１１１０Ａによって課される付加位相項の合計と等しくかつ反対の位相項を経験する。したがって、Ｃプレート１１０５Ａの出力側では、軸外光１１８０は、ＰＢＰレンズ１１２０および色選択性フィルタ１１１０Ａによって以前に課された付加位相項をもはや含まない。このようなプロセスによって、第１のカラーチャネルに対するほとんどの軸外光１１８０は、軸平行光１１４５に対するものと同じ焦点（例えば、１１５０）に集束されてもよい。
【００９７】
［０１１１］  上述のＰＢＰレンズ１１２０および色選択性フィルタ１１１０Ａに関してと同様に、軸平行光１１４５と比較して、ＰＢＰレンズ１１３０および色選択性フィルタ１１１０Ｂを通って進む軸外光１１８０は、非ゼロの入射角での光に付随する付加複屈折による付加位相項を経験する。したがって、ＰＢＰレンズ１１３０および色選択性フィルタ１１１０Ｂの出力側では、軸外光１１８０は、第２のカラーチャネルのための付加位相項を含む。その後、Ｃプレート１１０５Ｂを通って進む軸外光は、ＰＢＰレンズ１１３０および色選択性フィルタ１１１０Ｂによって課される付加位相項の合計に等しくかつ反対の位相項を経験する。したがって、Ｃプレート１１０５Ｂの出力側では、軸外光１１８０は、ＰＢＰレンズ１１３０および色選択性フィルタ１１１０Ｂによって以前に課された付加位相項をもはや含まない。このようなプロセスによって、第２のカラーチャネルに対するほとんどの軸外光１１８０は、軸平行光１１４５に対するものと同じ焦点（例えば、１１５０）に集束されてもよい。最後に、軸平行光１１４５と比較して、ＰＢＰレンズ１１４０を通って進む軸外光１１８０は、非ゼロ入射角の光に付随する付加複屈折による付加位相項を経験する。したがって、ＰＢＰレンズ１１４０の出力側では、軸外光１１８０は、第３のカラーチャネルのための付加位相項を含む。その後、Ｃプレート１１０５Ｃを通って進む軸外光は、ＰＢＰレンズ１１４０によって課される付加位相項に等しくかつ反対の位相項を経験する。したがって、Ｃプレート１１０５Ｃの出力側では、軸外光１１８０は、ＰＢＰレンズ１１４０によって以前に課された付加位相項をもはや含まない。このようなプロセスによって、第３のカラーチャネルに対するほとんどの軸外光１１８０は、軸平行光１１４５に対するものと同じ焦点（例えば、１１５０）に集束されてもよい。
【００９８】
［０１１２］  図１２は、一実施形態による、Ｃプレート１２０５および色選択性フィルタ１２１０を含むアポクロマティックＰＢＰ回折格子スタック１２００を示す。Ｃプレートおよび色選択性フィルタを含めることにより、回折格子スタック１２００は、異なる波長および軸外光に対して、異なるステアリング角度および０次回折への光漏れの問題を除去するように構成されている。ＰＢＰ回折格子スタック１２００は、第１のＰＢＰ回折格子１２２０と、第２のＰＢＰ回折格子１２３０と、第３のＰＢＰ回折格子１２４０とを含み、それぞれが異なるカラーチャネル（例えば、赤、緑、青）と関連している。ＰＢＰ回折格子スタック１２００は、異なる波長および軸外光に対して、単一の共通ステアリング角１２５０で、異なるカラーチャネルの入力光の大部分から出力光１２４５を生成することができる。
【００９９】
［０１１３］  第１のＰＢＰ回折格子１２２０、第２のＰＢＰ回折格子１２３０、第３のＰＢＰ回折格子１２４０、並びに色選択性フィルタ１２１０Ａおよび１２１０Ｂの各々は、複屈折性であり、したがって、入力光の波長および入射角に対して依存性を示す。色選択性フィルタ１２１０Ａおよび１２１０Ｂは、特定のカラーチャネルに対して、軸平行光１２５５に半波複屈折を提供してもよいが、軸外光１２８０に対する入射角度に依存する付加複屈折項を提供してもよい。追加された複屈折項は、色選択性フィルタの挙動に有害な影響を及ぼし、様々なカラーチャネルの半波長板（または全波長板）として振る舞う。したがって、軸外光１２８０については、アポクロマティックＰＢＰ回折格子スタック１２００のためのステアリング角度は、所望の単一の共通角度１２５０とは異なる角度であってもよい。Ｃプレート１２０５Ａ、１２０５Ｂ、および１２０５Ｃは、付加複屈折項を少なくとも部分的に補償し、その結果、軸外光の大部分が共通の角度１２５０で誘導され得る。
【０１００】
［０１１４］  様々な実施形態では、軸外入力光から生じる付加複屈折を補償するために、アポクロマティックＰＢＰ回折格子スタック中の各カラーチャネルに対してＣプレートを含むことができる。図１２の例では、第１のカラーチャネルの場合、Ｃプレート１２０５Ａは、ＰＢＰ回折格子１２２０および色選択性フィルタ１２１０Ａの出力側に隣接している。第２のカラーチャネルの場合、Ｃプレート１２０５Ｂは、ＰＢＰ回折格子１２３０および色選択性フィルタ１２１０Ｂの出力側に隣接している。第３のカラーチャネルの場合、Ｃプレート１２０５Ｃは、ＰＢＰ回折格子１２４０の出力側に隣接している。軸平行光１２５５と比較して、ＰＢＰ回折格子１２２０および色選択性フィルタ１２１０Ａを通って進む軸外光１２８０は、非ゼロ入射角の光に付随する付加複屈折による付加位相項を経験する。したがって、ＰＢＰ回折格子１２２０および色選択性フィルタ１２１０Ａの出力側では、軸外光１２８０は、第１のカラーチャネルのための付加位相項を含む。続いて、Ｃプレート１２０５Ａを通って進む軸外光は、ＰＢＰ回折格子１２２０および色選択性フィルタ１２１０Ａによって課される付加的位相項の和に等しくかつ反対である位相項を経験する。したがって、Ｃプレート１２０５Ａの出力側では、軸外光１２８０は、ＰＢＰ回折格子１２２０および色選択性フィルタ１２１０Ａによって以前に課された付加位相項をもはや含まない。このようなプロセスによって、第１のカラーチャネルに対するほとんどの軸外光１２８０は、軸平行光１２５５の場合と同じ角度（例えば、１２５０）で誘導されてもよい。
【０１０１】
［０１１５］  上述のＰＢＰ回折格子１２２０および色選択性フィルタ１２１０Ａのための状況と同様に、軸平行光１２５５と比較して、ＰＢＰ回折格子１２３０および色選択性フィルタ１２１０Ｂを通って進む軸外光１２８０は、非ゼロ入射角の光に付随する付加複屈折による付加位相項を経験する。したがって、ＰＢＰ回折格子１２３０および色選択性フィルタ１２１０Ｂの出力側では、軸外光１２８０は、第２のカラーチャネルのための付加位相項を含む。続いて、Ｃプレート１２０５Ｂを通って進む軸外光は、ＰＢＰ回折格子１２３０および色選択性フィルタ１２１０Ｂによって課される付加位相項の和に等しくかつ反対である位相項を経験する。したがって、Ｃプレート１２０５Ｂの出力側では、軸外光１２８０は、ＰＢＰ回折格子１２３０および色選択性フィルタ１２１０Ｂによって以前に課された付加位相項をもはや含まない。このようなプロセスによって、第２のカラーチャネルに対するほとんどの軸外光１２８０は、軸平行光１２５５の場合と同じ角度（例えば、１２５０）で誘導されてもよい。最後に、軸平行光１２５５と比較して、ＰＢＰ回折格子１２４０を通って進む軸外光１２８０は、非ゼロ入射角の光に付随する付加複屈折による付加位相項を経験する。したがって、ＰＢＰ回折格子１２４０の出力側では、軸外光１２８０は、第３のカラーチャネルのための付加位相項を含む。続いて、Ｃプレート１２０５Ｃを通って進む軸外光は、ＰＢＰ回折格子１２４０によって課される付加位相項に等しくかつ反対である位相項を経験する。したがって、Ｃプレート１２０５Ｃの出力側では、軸外光１２８０は、ＰＢＰ回折格子１２４０によって以前に課された付加位相項をもはや含まない。このようなプロセスによって、第３のカラーチャネルに対するほとんどの軸外光１２８０は、軸平行光１２５５の場合と同じ角度（例えば、１２５０）で誘導されてもよい。
【０１０２】
［０１１６］  図１３は、コンソール１３１０が動作するニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）システム１３００の一実施形態のブロック図である。ＮＥＤシステム１３００は、仮想現実（ＶＲ）システム環境、拡張現実（ＡＲ）システム環境、複合現実（ＭＲ）システム環境、またはこれらの何らかの組合せにおいて動作し得る。図１３によって示されたＮＥＤシステム１３００は、コンソール１３１０に連結されたＮＥＤ１３０５および入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース１３１５を備える。  
【０１０３】
［０１１７］  図１３は、１つのＮＥＤ１３０５および１つのＩ／Ｏインターフェース１３１５を含むＮＥＤシステム１３００の実施例を示すが、他の実施形態において、任意の数のこれらの構成要素が、ＮＥＤシステム１３００に含まれてもよい。例えば、各々が関連付けられたＩ／Ｏインターフェース１３１５を有する複数のＮＥＤ１３０５があってよく、各ＮＥＤ１３０５およびＩ／Ｏインターフェース１３１５は、コンソール１３１０と通信する。代替構成において、異なる構成要素および／または追加の構成要素が、ＮＥＤシステム１３００に含まれてもよい。さらに、ＮＥＤ１３０５、コンソール１３１０、およびＩ／Ｏインターフェース１３１５内に含まれる様々な構成要素は、いくつかの実施形態では、図１３に関連して説明された場合とは異なる方法で分散させることができる。例えば、コンソール１３１０の機能のいくつかまたはすべては、ＮＥＤ１３０５によって提供され得る。
【０１０４】
［０１１８］  ＮＥＤ１３０５は、コンテンツをユーザに提示するヘッドマウントディスプレイである。コンテンツは、コンピュータ生成要素（例えば、２次元または３次元画像、２次元または３次元動画、サウンド等）を含む物理的な実世界環境の仮想および／または拡張ビューを含み得る。いくつかの実施形態では、ＮＥＤ１３０５は、ユーザに音声コンテンツを提示することもできる。ＮＥＤ１３０５および／またはコンソール１３１０は、Ｉ／Ｏインターフェース１３１５を介して外部デバイスに音声コンテンツを送信することができる。外部デバイスは、様々な形態のスピーカシステムおよび／またはヘッドフォンを含み得る。様々な実施形態では、音声コンテンツは、ＮＥＤ１３０５によって表示されている視覚コンテンツと同期される。
【０１０５】
［０１１９］  ＮＥＤ１３０５は、互いに剛結合または非剛結合されうる一または複数の剛体を含み得る。剛体間の剛結合によって、結合された剛体は単一の剛性エンティティとして動作する。対照的に、剛体間の非剛結合では、剛体は互いに対して動くことができる。
【０１０６】
［０１２０］  図１３に示すように、ＮＥＤ１３０５は、深度カメラアセンブリ（ＤＣＡ）１３２０と、ディスプレイ１３２５と、光学アセンブリ１３３０と、一または複数の位置センサ１３３５と、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）１３４０と、視線追跡システム１３４５と、可変焦点モジュール１３５０とを含み得る。いくつかの実施形態では、ディスプレイ１３２５および光学アセンブリ１３３０は、投影アセンブリに一体化され得る。ＮＥＤ１３０５の様々な実施形態は、上記に列挙されたものよりも多い、より少ない、あるいは異なる構成要素を有してもよい。さらに、各構成要素の機能は、様々な実施形態における一または複数の他の構成要素の機能によって部分的にまたは完全に包含され得る。
【０１０７】
［０１２１］  ＤＣＡ１３２０は、ＮＥＤ１３０５  を取り囲む領域の深度情報を記述するセンサデータを取り込む。センサデータは、三角測量、構造化光イメージング、飛行時間イメージング、レーザ走査などの深度イメージング技法の１つまたは組合せによって生成され得る。ＤＣＡ１３２０は、センサデータを使用して、ＮＥＤ１３０５の周囲の領域の様々な深度特性を計算することができる。追加的にまたは代替的に、ＤＣＡ１３２０は、処理のために、センサデータをコンソール１３１０に送信してもよい。
【０１０８】
［０１２２］  ＤＣＡ１３２０は、照明光源、撮像デバイス、およびコントローラを含む。照明光源は、ＮＥＤ１３０５を取り囲む領域上に光を放射する。一実施形態では、放射された光は構造化された光である。照明光源は、ある種の特性（例えば、波長、偏光、干渉性、時間的挙動、など）を有する光をそれぞれが放射する複数のエミッタを含む。特性は、エミッタ間で同じであっても、異なっていてもよく、エミッタは、同時にまたは個別に動作することができる。一実施形態において、複数のエミッタは、例えば、レーザダイオード（エッジエミッタなど）、無機ＬＥＤまたは有機ＬＥＤ、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、または他のいくつかの光源になりうる。いくつかの実施形態では、照明光源における単一のエミッタまたは複数のエミッタは、構造化された光パターンを有する光を放射することができる。撮像デバイスは、複数のエミッタによって生成される環境内の物体から反射される光に加えて、ＮＥＤ１３０５を取り囲む環境内の周辺光を捕捉する。様々な実施形態では、撮像デバイスは、赤外線カメラまたは可視スペクトルで動作するように構成されたカメラであってもよい。コントローラは、照明光源がどのように光を放射するか、および撮像デバイスがどのように光を捕捉するかを調整する。例えば、コントローラは、放射された光の輝度を決定することができる。いくつかの実施形態では、コントローラはまた、検出された光を分析して、環境内の物体およびそれらの物体に関連する位置情報を検出する。
【０１０９】
［０１２３］  ディスプレイ１３２５は、コンソール１３１０から受信したピクセルデータに従って、２次元または３次元の画像をユーザに表示する。様々な実施形態では、ディスプレイ１３２５は、単一のディスプレイまたは複数のディスプレイ（たとえば、ユーザの両眼用の分離されたディスプレイ）を備える。いくつかの実施形態では、ディスプレイ１３２５は、単一または複数の導波ディスプレイを備える。光は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、無機発光ダイオード（ＩＬＥＤ）ディスプレイ、アクティブマトリックス有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイ、透明有機発光ダイオード（ＴＯＬＥＤ）ディスプレイ、レーザベースディスプレイ、一または複数の導波路、他のタイプのディスプレイ、スキャナ、１次元アレイなどを介して、単一のまたは複数の導波ディスプレイに連結されうる。加えて、ディスプレイタイプの組み合わせは、ディスプレイ１３２５に組み込まれ、別々に、並列に、および／または組み合わせて使用されてもよい。
【０１１０】
［０１２４］  光学アセンブリ１３３０は、ディスプレイ１３２５から受信された画像光を拡大し、画像光と関連付けられた光学誤差を補正し、補正された画像光をＮＥＤ１３０５のユーザに提示する。光学アセンブリ１３３０は、複数の光学素子を含む。例えば、光学アセンブリ１３３０に含まれ得る以下の光学素子の一または複数には、画像光を偏向、反射、屈折、および／または何らかの方法で変える、開口、フレネルレンズ、凸レンズ、凹レンズ、フィルタ、反射面、または他の任意の適切な光学素子が含まれる。しかも、光学アセンブリ１３３０は、異なる光学素子の組合せを含み得る。いくつかの実施形態では、光学アセンブリ１３３０における光学素子の一または複数は、部分的に反射性のコーティング、または反射防止コーティングなどの、一または複数のコーティングを有してもよい。光学アセンブリ１３３０は、投影アセンブリ、例えば、投影アセンブリに一体化され得る。一実施形態では、光学アセンブリ１３３０は、光学ブロック１３５を含む。
【０１１１】
［０１２５］  動作中、光学アセンブリ１３３０は、ディスプレイ１３２５によって生成される画像光を拡大し、集束する。そうすることにより、光学アセンブリ１３３０は、光学アセンブリ１３３０を使用しないディスプレイよりも、ディスプレイ１３２５を物理的に小型軽量化し、かつ消費電力を少なくすることができる。さらに、拡大により、ディスプレイ１３２５によって提示されるコンテンツの視野が広くなり得る。例えば、いくつかの実施形態では、表示されたコンテンツの視野は、ユーザの視野を部分的にまたは完全に使用する。例えば、表示される画像の視野は、１３１０度を満たすか、または超えることがある。様々な実施形態では、拡大率は、光学素子の追加または取り外しによって調節され得る。
【０１１２】
［０１２６］  いくつかの実施形態では、光学アセンブリ１３３０は、一または複数のタイプの光学誤差を補正するように設計可能である。光学誤差の例には、樽型歪曲または糸巻き形歪曲、縦色収差、または横色収差がある。他のタイプの光学誤差にはさらに、球面収差、色収差、またはレンズ像面湾曲に起因する誤差、非点収差、さらには任意の他のタイプの光学誤差があり得る。いくつかの実施形態では、ディスプレイ１３２５に送信される視覚コンテンツは、あらかじめ歪んでいるが、光学アセンブリ１３３０は、ディスプレイ１３２５からの画像光が、光学アセンブリ１３３０のさまざまな光学素子を通過するときに、歪みを補正する。いくつかの実施形態では、光学アセンブリ１３３０の光学素子は、一または複数の光学素子と結合された少なくとも１つの導波路を含む投影アセンブリとして、ディスプレイ１３２５内に一体化される。
【０１１３】
［０１２７］  ＩＭＵ１３４０は、位置センサ１３３５の一または複数から受信した測定信号、およびＤＣＡ１３２０から受信した深度情報からに基づいて、ＮＥＤ１３０５の位置を示すデータを生成する電子デバイスである。ＮＥＤ１３０５のいくつかの実施形態では、ＩＭＵ１３４０は、専用ハードウェア構成要素であってよい。他の実施形態では、ＩＭＵ１３４０は、一または複数のプロセッサに実装されるソフトウェア構成要素であってもよい。一実施形態では、ＩＭＵ１３４０は、図１３ＡのＩＭＵ  １３１５と同じ構成要素であり、位置センサ１３３５は、位置センサ１３２０と同じ構成要素である。
【０１１４】
［０１２８］  位置センサ１３３５は動作中、ＮＥＤ１３０５の運動に応答して一または複数の測定信号を生成する。位置センサ１３３５の実施例は、一または複数の加速度計、一または複数のジャイロスコープ、一または複数の磁力計、一または複数の高度計、一または複数の傾斜計、および／または動作検出、ドリフト検出、および／またはエラー検出のための様々なタイプのセンサを含む。位置センサ１３３５は、ＩＭＵ１３４０の外部に、ＩＭＵ１３４０の内部に、またはこれらの何らかの組合せで配置され得る。
【０１１５】
［０１２９］  一または複数の位置センサ１３３５からの一または複数の測定信号に基づいて、ＩＭＵ１３４０は、ＮＥＤ１３０５の初期位置に対するＮＥＤ１３０５の現在の推定位置を示すデータを生成する。たとえば、位置センサ１３３５は、並進運動（前／後、上／下、左／右）を測定するための複数の加速度計と、回転運動（たとえばピッチ、ヨー、およびロール）を測定するための複数のジャイロスコープとを含む。いくつかの実施形態では、ＩＭＵ１３４０は、測定信号を迅速にサンプリングし、サンプリングデータからＮＥＤ１３０５の現在の推定位置を計算する。例えば、ＩＭＵ１３４０は、速度ベクトルを推定するために加速度計から経時的に受信した測定信号を統合し、ＮＥＤ１３０５上の基準点の現在の推定位置を決定するために速度ベクトルを経時的に統合する。代替的に、ＩＭＵ１３４０は、サンプリングした測定信号をコンソール１３１０に提供し、コンソールはサンプルデータを分析し、一または複数の誤差を決定する。コンソール１３１０は、一または複数の測定誤差（たとえば、ドリフト誤差）を補正および／または低減するようにＩＭＵ１３４０を構成するため、制御信号および／または測定誤差のうちの一または複数をＩＭＵ１３４０にさらに送信することができる。基準点は、ＮＥＤ１３０５の位置を記述するために使用され得る点である。基準点は一般的に、ＮＥＤ１３０５の位置および／または配向に関係する空間内の点、または位置として定義され得る。
【０１１６】
［０１３０］  様々な実施形態では、ＩＭＵ１３４０は、コンソール１３１０から一または複数のパラメータを受信する。一または複数のパラメータは、ＮＥＤ１３０５の追跡を維持するために使用される。受信したパラメータに基づき、ＩＭＵ１３４０は、一または複数のＩＭＵパラメータ（たとえば、サンプルレート）を調節することができる。いくつかの実施形態では、特定のパラメータは、初期位置が基準点の次の位置に対応するように、基準点の初期位置をＩＭＵ１３４０に更新させる。基準点の初期位置を、較正された次の基準点の位置として更新することは、ＩＭＵ１３４０の現在の推定位置を検出する際のドリフト誤差の低減に役立つ。
【０１１７】
［０１３１］  いくつかの実施形態では、視線追跡システム１３４５はＮＥＤ１３０５に統合される。視線追跡システム１３４５は、照明光源および撮像デバイス（カメラ）を備え得る。動作中、視線追跡システム１３４５は、ユーザがＮＥＤ１３０５を装着したときに、ユーザの眼に関連する追跡データを生成し、分析する。視線追跡システム１３４５は、ユーザの眼の位置に関する情報、すなわち、視線の角度についての情報を含み得る視線追跡情報をさらに生成し得る。
【０１１８】
［０１３２］  いくつかの実施形態では、可変焦点モジュール１３５０はさらに、ＮＥＤ１３０５に統合される。可変焦点モジュール１３５０は、可変焦点モジュール１３５０が視線追跡システム１３４５から視線追跡情報を取得できるようにするため、視線追跡システム１３４５に連結されてもよい。可変焦点モジュール１３５０は、視線追跡システム１３４５から取得した視線追跡情報に基づいて、ディスプレイ１３２５から放射された画像光の焦点をさらに修正し得る。したがって、可変焦点モジュール１３５０は、ユーザの眼が画像光を分解する際に生成され得る適合的眼球離反運動の不一致を低減することができる。様々な実施形態では、可変焦点モジュール１３５０は、光学アセンブリ１３３０の少なくとも１つの光学素子と（例えば、機械的または電気的に）インターフェースされ得る。
【０１１９】
［０１３３］  動作中、可変焦点モジュール１３５０は、光学アセンブリ１３３０を通って伝播する画像光の焦点を調整するために、光学アセンブリ１３３０内の一または複数の光学素子の位置および／または配向を調整することができる。様々な実施形態では、可変焦点モジュール１３５０は、視線追跡システム１３４５から得られた視線追跡情報を使用して、光学アセンブリ１３３０内の一または複数の光学素子を調整する方法を決定してもよい。いくつかの実施形態では、可変焦点モジュール１３５０は、ディスプレイ１３２５によって放射される画像光の解像度を調整するため、視線追跡システム１３４５から得た視線追跡情報に基づいて、画像光の中心窩適応レンダリングを実行してもよい。この場合、可変焦点モジュール１３５０は、ユーザの視線の中心窩領域に高い画素密度を表示し、ユーザの視線の他の領域に低い画素密度を表示するようにディスプレイ１３２５を構成する。
【０１２０】
［０１３４］  Ｉ／Ｏインターフェース１３１５は、ユーザからコンソール１３１０へのアクション要求の転送を容易にする。加えて、Ｉ／Ｏインターフェース１３１５は、コンソール１３１０からユーザへのデバイスフィードバックの転送を容易にする。アクション要求は、特定のアクションを実行する要求である。例えば、アクション要求は、画像データまたは動画データのキャプチャを開始または終了するという命令、あるいは、動画再生の停止、音声再生の音量の増減など、アプリケーション内で特定のアクションを実行するための命令であってよい。様々な実施形態では、Ｉ／Ｏインターフェース１３１５は、一または複数の入力デバイスを含み得る。例示的な入力デバイスには、キーボード、マウス、ゲームコントローラ、ジョイスティック、および／またはアクション要求を受信し、そのアクション要求をコンソール１３１０に通信するための任意の他のデバイスが含まれる。いくつかの実施形態では、Ｉ／Ｏインターフェース１３１５は、Ｉ／Ｏインターフェース１３１５の初期位置に対するＩ／Ｏインターフェース１３１５の現在の推定位置を示す較正データをキャプチャするＩＭＵ１３４０を含む。
【０１２１】
［０１３５］  動作中、Ｉ／Ｏインターフェース１３１５は、ユーザからアクション要求を受信し、それらのアクション要求をコンソール１３１０に送信する。アクション要求の受信に応答して、コンソール１３１０は、対応するアクションを実行する。例えば、アクション要求の受信に応答して、コンソール１３１０は、Ｉ／Ｏインターフェース１３１５がユーザの腕に触覚フィードバックを発するように構成してもよい。例えば、コンソール１３１５は、アクション要求が受信されると、Ｉ／Ｏインターフェース１３１５がユーザに触覚フィードバックを届けるように構成してもよい。追加的にまたは代替的に、コンソール１３１０がアクション要求の受信に応答してアクションを実行するとき、コンソール１３１０は、Ｉ／Ｏインターフェース１３１５が触覚フィードバックを生成するように構成してもよい。
【０１２２】
［０１３６］  コンソール１３１０は、ＤＣＡ１３２０、ＮＥＤ１３０５、およびＩ／Ｏインターフェース１３１５の一または複数から受信した情報に従って処理するためにコンテンツをＮＥＤ１３０５に提供する。図１３に示した実施形態では、コンソール１３１０は、アプリケーションストア１３５５と、追跡モジュール１３６０と、エンジン１３６５とを含む。いくつかの実施形態では、コンソール１３１０は、図１３に関連して説明されたものよりも多い、より少ない、あるいは異なるモジュールおよび／または構成要素を有し得る。同様に、以下でさらに説明する機能は、図１３に関連して説明されたものとは異なる方法で、コンソール１３１０の構成要素間で分散されてもよい。
【０１２３】
［０１３７］  アプリケーションストア１３５５は、コンソール１３１０による実行のための一または複数のアプリケーションを記憶する。アプリケーションは、プロセッサによって実行されたとき、ユーザへの提示のためのコンテンツの生成など、特定の機能の組を実行する命令のグループである。例えば、アプリケーションは、ユーザからの入力の受信に応答して（例えば、Ｉ／Ｏインターフェース１３１５などを介して、ユーザが頭を動かすときのＮＥＤ１３０５の移動によって）コンテンツを生成することができる。アプリケーションの実施例には、ゲームアプリケーション、会議アプリケーション、動画再生アプリケーション、またはその他の適切なアプリケーションがある。
【０１２４】
［０１３８］  追跡モジュール１３６０は、一または複数の較正パラメータを使用して、ＮＥＤシステム１３００を較正する。追跡モジュール１３６０は、ＮＥＤ１３０５またはＩ／Ｏインターフェース１３１５の位置および／または配向を決定する際の誤差を低減するため、一または複数の較正パラメータをさらに調整してもよい。例えば、追跡モジュール１３６０は、ＤＣＡ１３２０の焦点を調整するため、較正パラメータをＤＣＡ１３２０に送信してもよい。したがって、ＤＣＡ１３２０は、環境内の物体で反射する構造化された光要素の位置をより正確に決定することができる。追跡モジュール１３６０はまた、修正する種々の較正パラメータを決定する際に、ＩＭＵ１３４０によって生成されるセンサデータを分析してもよい。さらに、いくつかの実施形態では、ＮＥＤ１３０５がユーザの視線の追跡に失敗した場合には、追跡モジュール１３６０は、ＮＥＤシステム１３００内の構成要素のいくつかまたはすべてを再較正することができる。例えば、ＤＣＡ１３２０が、ユーザの眼に投影される構造化された光要素の少なくとも閾値数の視線を失った場合には、追跡モジュール１３６０は、視線の追跡を再確立するために、較正パラメータを可変焦点１３５０に送信してもよい。
【０１２５】
［０１３９］  追跡モジュール１３６０は、ＤＣＡ１３２０、一または複数の位置センサ１３３５、ＩＭＵ１３４０、またはこれらのいくつかの組合せからの情報を使用して、ＮＥＤ１３０５および／またはＩ／Ｏインターフェース１３１５の移動を追跡する。例えば、追跡モジュール１３６０は、ＮＥＤ１３０５の局所領域のマッピングから、ＮＥＤ１３０５の基準位置を決定し得る。追跡モジュール１３６０は、ＮＥＤ１３０５自体から受信した情報に基づいて、このマッピングを生成してもよい。追跡モジュール１３６０はまた、ＮＥＤ１３０５および／またはＩ／Ｏインターフェース１３１５の基準位置を決定するため、ＩＭＵ１３４０からのセンサデータおよび／またはＤＣＡ１３２０からの深度データを利用してもよい。様々な実施形態では、追跡モジュール１３６０は、ＮＥＤ１３０５および／またはＩ／Ｏインターフェース１３１５のその後の位置についての推定および／または予測を生成する。追跡モジュール１３６０は、予測されるその後の位置をエンジン１３６５に送信してもよい。
【０１２６】
［０１４０］  エンジン１３６５は、ＮＥＤ１３０５から受信した情報に基づいて、ＮＥＤ１３０５を取り囲む領域（すなわち「局所領域」）の３次元マッピングを生成する。いくつかの実施形態では、エンジン１３６５は、ＤＣＡ１３２０から受信した深度データ（例えば、局所領域の物体の深度情報）に基づいて、局所領域の３次元マッピングの深度情報を決定する。いくつかの実施形態では、エンジン１３６５は、ＤＣＡ１３２０によって生成された深度データを使用することによって、ＮＥＤ１３０５の深度および／または位置を計算する。具体的には、エンジン１３６５は、ステレオベースの技法、構造化光照明技法、飛行時間技法など、ＮＥＤ１３０５の深度および／または位置を計算するための様々な技法を実施することができる。様々な実施形態では、局所領域のモデルを更新するため、および、更新されたモデルに部分的に基づいて媒体コンテンツを生成するため、エンジン１３６５は、ＤＣＡ１３２０から受信した深度データを使用する。
【０１２７】
［０１４１］  エンジン１３６５はまた、ＮＥＤシステム１３００内でアプリケーションを実行し、ＮＥＤ１３０５の位置情報、加速度情報、速度情報、予測される将来の位置、またはこれらのいくつかの組合せを、追跡モジュール１３６０から受信する。受信情報に基づいて、エンジン１３６５は、ユーザに提示するため、ＮＥＤ１３０５に送信する媒体コンテンツの様々な形態を決定する。例えば、ユーザが左を見たということを受信情報が示す場合には、エンジン１３６５は、仮想環境における、あるいは追加の媒体コンテンツで局所エリアを拡張する環境における、ユーザの動きを映し出すＮＥＤ１３０５のためのコンテンツを生成する。したがって、エンジン１３６５は、ユーザに提示するために媒体コンテンツ（例えば、視覚コンテンツおよび／または音声コンテンツ）を生成および／または修正することができる。エンジン１３６５は、媒体コンテンツをＮＥＤ１３０５にさらに送信してもよい。加えて、Ｉ／Ｏインターフェース１３１５からのアクション要求の受信に応答して、エンジン１３６５は、コンソール１３１０上で実行されるアプリケーション内でアクションを実行することができる。エンジン１３０５は、アクションが実行されるときにフィードバックをさらに提供してもよい。例えば、エンジン１３６５は、視覚フィードバックおよび／または音声フィードバックを生成するようにＮＥＤ１３０５を構成し、および／またはユーザへの触覚フィードバックを生成するようにＩ／Ｏインターフェース１３１５を構成することができる。
【０１２８】
［０１４２］  いくつかの実施形態では、視線追跡システム１３４５から受信された視線追跡情報（例えば、ユーザの眼の配向）に基づいて、エンジン１３６５は、ディスプレイ１３２５上でユーザに提示するための、ＮＥＤ１３０５に提供される媒体コンテンツの解像度を決定する。エンジン１３６５は、視線追跡システム１３４５から受信したユーザの注視の方向に少なくとも部分的に基づいて、視覚コンテンツの中心窩適応レンダリングを実行するようにディスプレイ１３２５を構成することによって、ＮＥＤ１３０５に提供される視覚コンテンツの解像度を調整することができる。エンジン１３６５は、ユーザの視線の中心窩領域でディスプレイ１３２５上に高解像度を有し、他の領域で低解像度を有するコンテンツをＮＥＤ  １３０５に提供し、それによってＮＥＤ１３０５の電力消費を低減する。さらに、中心窩適応レンダリングを使用することにより、ユーザの視覚的な体験の品質を損なうことなく、視覚的なコンテンツのレンダリングに使用される多数の計算サイクルが削減される。いくつかの実施形態では、エンジン１３６５は、視線追跡情報をさらに使用して、適合的眼球離反運動の不一致を低減するように、ディスプレイ１３２５から放射される画像光の焦点を調節することができる。
【０１２９】
［０１４３］  条項１．  光軸に合わせて整列された幾何学的位相素子であって、該幾何学的位相素子の複屈折が、前記光軸から軸が外れて該幾何学的位相素子に入射する光に第１の偏光位相シフトをもたらす幾何学的位相素子と、
前記幾何学的位相素子に隣接し前記光軸に合わせて整列されたＣプレートであって、該Ｃプレートに入射する前記光の前記光軸に対する角度に少なくとも部分的に応じて、第２の偏光位相シフトを前記光にもたらすＣプレートと、を備え、前記第１の偏光位相シフトは、前記第２の偏光位相シフトと反対である、光学系。
【０１３０】
［０１４４］  条項２．  前記光は、第１のカラーチャネルおよび第２のカラーチャネルを含み、前記幾何学的位相素子は、前記第１のカラーチャネルに対応し、前記光学系は、さらに、前記第２のカラーチャネルに対応する第２の幾何学的位相素子と、前記第２の幾何学的位相素子に隣接する第２のＣプレートとを備える、条項１に記載の光学系。
【０１３１】
［０１４５］  条項３．  前記第１の幾何学的位相素子は、前記第１のカラーチャネルに関連付けられた前記光の第１の部分に集束するように構成され、前記第２の幾何学的位相素子は、前記第２のカラーチャネルに関連付けられた前記光の第２の部分を前記特定の焦点に集束するように構成される、条項１または２に記載の光学系。
【０１３２】
［０１４６］  条項４．  前記幾何学的位相素子は、前記第１のカラーチャネルに関連する前記光の第１の部分をビームステアリング角度で導き、前記第２の幾何学的位相素子は、前記第２のカラーチャネルに関連する前記光の第２の部分を前記特定のビームステアリング角度で導く、条項１から３のいずれか一項に記載の光学系。
【０１３３】
［０１４７］  条項５．  前記第１の幾何学的位相素子に隣接する第１の色選択性波長板と、前記光の第１の波長に対して半波長偏光シフトの倍数を適用し、前記光の少なくとも第２の波長に対して全波長偏光シフトの倍数を適用する前記第１のＣプレートとをさらに備える、条項１から４のいずれか一項に記載の光学系。
【０１３４】
［０１４８］  条項６．  前記第２の幾何学的位相素子および前記第２のＣプレートに隣接する第２の色選択性波板であって、前記光の前記第２の波長に対する半波長偏光シフトの倍数を適用し、前記光の少なくとも前記第１の波長に対する全波長偏光シフトの倍数を適用するように構成された、第２の色選択性波板をさらに備える、条項１から５のいずれか一項に記載の光学系。
【０１３５】
［０１４９］  条項７．  前記第１の幾何学的位相素子および前記第１の色選択性波長板は、前記第１のカラーチャネルに関連する前記光の第１の部分を特定の焦点に集束し、前記第２の幾何学的位相素子および前記第２の色選択性波長板は、前記第２のカラーチャネルに関連する前記光の第２の部分を前記特定の焦点に集束する、条項１から６のいずれか一項に記載の光学系。
【０１３６】
［０１５０］  条項８．  前記第１の幾何学的位相素子および前記第１の色選択性波長板は、前記第１のカラーチャネルに関連する前記光の第１の部分をビームステアリング角度で導き、前記第２の幾何学的位相素子および前記第２の色選択性波長板は、前記第２のカラーチャネルに関連する前記光の第２の部分を前記特定のビームステアリング角度で導く、条項１から７のいずれか一項に記載の光学系。
【０１３７】
［０１５１］  条項９．  前記Ｃプレートは、前記幾何学的位相素子の角度複屈折と反対の角度複屈折を有する多層複屈折膜である、請求項１から８のいずれか一項に記載の光学系。
【０１３８】
［０１５２］  条項１０．  前記幾何学的位相素子は、前記幾何学的位相素子に関連する焦点距離を調節するため、電気的に切り替え可能である、条項１から９のいずれか一項に記載の光学系。
【０１３９】
［０１５３］  条項１１．  前記幾何学的位相素子は、Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）レンズである、条項１から１０のいずれか一項に記載の光学系。
【０１４０】
［０１５４］  条項１２．  前記幾何学的位相素子は、Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）回折格子である、条項１から１１のいずれか一項に記載の光学系。
【０１４１】
［０１５５］  条項１３．  前記光学系がヘッドマウント装置に含まれる、条項１から１２のいずれか一項に記載の光学系。
【０１４２】
［０１５６］  条項１４．  前記光軸に沿って、かつ光源と前記幾何学的位相素子との間に液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置をさらに備える、条項１から１３のいずれか一項に記載の光学系。
【０１４３】
［０１５７］  条項１５．  赤、緑、および青（ＲＧＢ）のカラーチャネルを含む画像光を放射するように構成された電子ディスプレイと、
光軸上および光軸の周りで前記画像光を受け取るように構成された光学スタックと、
を備えるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）であって、前記光学スタックは、
第１のＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）幾何学的位相素子と、
第１のＰＢＰ幾何学的位相素子に隣接する第１の色選択性波長板であって、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの第１のカラーチャネルに対して実質的に半波長偏光シフトの倍数を適用し、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの少なくとも第２のカラーチャネルに対して実質的に全波長偏光シフトの倍数を適用するように構成される、第１の色選択性波長板と、
前記第１の色選択性波長板に隣接するＣプレートであって、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの前記第１のカラーチャネルに第１の偏光位相シフトを提供し、第１の偏光位相シフトは、前記Ｃプレートに入射する前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの前記第１のカラーチャネルの前記光軸に対する角度に、少なくとも部分的に依存し、前記第１の偏光位相シフトは、前記第１の色選択性波長板によって生成される第２の偏光位相シフトを少なくとも部分的に補償する、Ｃプレートと、
第２のＰＢＰ幾何学的位相素子と、
前記第２のＰＢＰ幾何学的位相素子に隣接する第２の色選択性波長板であって、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの前記第２のカラーチャネルに対して実質的に半波長偏光シフトの倍数を適用し、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの少なくとも前記第１のカラーチャネルに対して実質的に全波長偏光シフトの倍数を適用するように構成される、第２の色選択性波長板と、
を備える、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）。
【０１４４】
［０１５８］  条項１６．  前記第１のＰＢＰ幾何学的位相素子は、第１のピッチを有する第１のＰＢＰ回折格子であり、前記第２のＰＢＰ幾何学的位相素子は、前記第１のピッチとは異なる第２のピッチを有する第２のＰＢＰ回折格子である、条項１５に記載のＨＭＤ。
【０１４５】
［０１５９］  条項１７．  前記第１のＰＢＰ幾何学的位相素子は、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの前記第１のカラーチャネルの光を第１の位置に実質的に集束させるように構成されている第１のＰＢＰレンズであり、前記第２のＰＢＰ幾何学的位相素子は、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの前記第２のカラーチャネルの光を前記第１の位置に実質的に集束させるように構成されている第２のＰＢＰレンズである、条項１５または１６に記載のＨＭＤ。
【０１４６】
［０１６０］  条項１８．  前記第１のＰＢＰ幾何学的位相素子と前記第２のＰＢＰ幾何学的位相素子との間に一または複数の追加のＣプレートをさらに備える、条項１５から１７のいずれか一項に記載のＨＭＤ。
【０１４７】
［０１６１］  条項１９．  前記第１のＰＢＰ幾何学的位相素子および前記第２のＰＢＰ幾何学的位相素子は、前記第１のＰＢＰ幾何学的位相素子および前記第２のＰＢＰ幾何学的位相素子に関連するそれぞれの焦点距離を調整するため、電気的に切り替え可能である、条項１５から１８のいずれか一項に記載のＨＭＤ。
【０１４８】
［０１６２］  条項２０．  前記Ｃプレートの前記角度複屈折が、前記Ｃプレートの前記領域にわたって不連続に変化する、条項１５から１９のいずれか一項に記載のＨＭＤ。
【０１４９】
［０１６３］  条項２１．  赤、緑、および青（ＲＧＢ）のカラーチャネルを含む画像光を放射するように構成された電子ディスプレイと、
光軸上および光軸の周りで前記画像光を受け取るように構成された光学スタックとを備える光学系であって、前記光学スタックは、
前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの第１のカラーチャネルに対して実質的に半波長偏光シフトの倍数を適用し、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの少なくとも第２のカラーチャネルに対して実質的に全波長偏光シフトの倍数を適用する第１のＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）幾何学的位相素子と、
前記第１の色選択性波長板に隣接するＣプレートであって、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの第１のカラーチャネルに第１の偏光位相シフトを提供し、第１の偏光位相シフトは、Ｃプレートに入射するＲＧＢカラーチャネルのうちの前記第１のカラーチャネルの前記光軸に対する角度に少なくとも部分的に依存し、前記第１の偏光位相シフトは、前記第１のＰＢＰ幾何学的位相素子によって生成される第２の偏光位相シフトを少なくとも部分的に補償する、Ｃプレートと、
前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの前記第２のカラーチャネルに対して実質的に半波長偏光シフトの倍数を適用し、前記ＲＧＢカラーチャネルのうちの少なくとも前記第１のカラーチャネルに対して実質的に全波長偏光シフトの倍数を適用する第２のＰＢＰ幾何学的位相素子と、
を備える、光学系。
【０１５０】
［０１６４］  請求項のいずれかに記載された請求項要素および／または本願に記載されたいずれかの要素の任意の組み合わせおよびすべての組み合わせは、いずれかの様式で、本発明および保護の意図される範囲内に入る。
【０１５１】
［０１６５］  本開示の実施形態の上の説明は、例示を目的として提示されてきたものであり、網羅的であること、または開示した厳密な形態に本開示を限定することは意図していない。当業者は、上記の開示に照らして多くの修正形態および変形形態が可能であることを理解されよう。
【０１５２】
［０１６６］  本明細書のいくつかの部分は、情報に関する動作のアルゴリズムおよび記号表現に関して本開示の実施形態について説明する。これらのアルゴリズム的記述および表現は、データ処理分野の当業者によって、自らの研究の主旨を効果的に他の当業者に伝えるために一般的に使用される。これらの動作は、機能的に、計算的に、または論理的に記述されているが、コンピュータプログラムまたは等価な電気回路、マイクロコードなどによって実装されると理解される。さらに、一般性を失うことなく、動作のこれらの構成をモジュールと呼ぶことが、ときに好都合であることも証明されている。記述される動作およびこれらの関連するモジュールは、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはこれらの任意の組合せで具現化され得る。
【０１５３】
［０１６７］  本明細書で説明されるステップ、動作、またはプロセスのいずれも、一または複数のハードウェアまたはソフトウェアモジュールで、単独でまたは他のデバイスとの組合せで実施または実装され得る。一実施形態では、ソフトウェアモジュールは、コンピュータプログラムコードを含んでいるコンピュータ可読媒体を備えるコンピュータプログラム製品で実装され、コンピュータプログラムコードは、説明されるステップ、動作、またはプロセスのいずれかまたはすべてを実施するためにコンピュータプロセッサによって実行され得る。
【０１５４】
［０１６８］  本開示の実施形態はまた、本明細書の動作を実施するための装置に関してもよい。この装置は、必要な目的のために特別に構築されてもよく、および／またはコンピュータに記憶されたコンピュータプログラムによって選択的に有効化または再構成される汎用コンピューティングデバイスを備えてもよい。このようなコンピュータプログラムは、非一過性の有形のコンピュータ可読記憶媒体、または電子命令の記憶に適した任意のタイプの媒体に記憶することができ、この媒体はコンピュータシステムバスに連結されてもよい。さらに、本明細書で言及される任意のコンピューティングシステムは、単一のプロセッサを含んでもよく、または計算能力増強のために複数のプロセッサ設計を採用するアーキテクチャであってもよい。
【０１５５】
［０１６９］  本開示の実施形態はまた、本明細書で説明されるコンピューティングプロセスによって製造される製品に関してもよい。このような製品は、コンピューティングプロセスから生じる情報を含み、その情報は、非一過性の有形コンピュータ可読記憶媒体に記憶され、本明細書で説明されるコンピュータプログラム製品または他のデータの組合せの任意の実施形態を含み得る。
【０１５６】
［０１７０］  最終的に、本明細書において使用される文言は、主に読みやすさおよび教育的な目的で選択されており、本発明の主題を描出または制限するように選択されていないことがある。したがって、本開示の範囲はこの詳細な説明によって限定されるのではなく、むしろ、本明細書に基づいて出願時に提出されるいずれかの請求項によって限定されるように意図されている。したがって、実施形態の開示は、以下の特許請求の範囲に記載される本開示の範囲を例示するものであり、限定するものではない。
【０１５７】
［０１７１］  様々な実施形態の記載は、説明の目的で提示されており、網羅的であること、または開示される実施形態に限定することは意図されていない。当業者には、記載された実施形態の範囲および精神から逸脱することなく、多くの修正および変形が明らかであろう。
【０１５８】
［０１７２］  本実施形態の態様は、システム、方法、またはコンピュータプログラム製品として具現化され得る。したがって、本開示の態様は、全体的にハードウェアの実施形態、全体的にソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、または、本明細書ではすべてが一般的に「モジュール」または「システム」と称されることがあるソフトウェアおよびハードウェアの態様を組み合わせた実施形態をとり得る。さらに、本開示の態様は、コンピュータ可読プログラムコードが具現化される一または複数のコンピュータ可読媒体に具現化されるコンピュータプログラム製品の形態をとり得る。
【０１５９】
［０１７３］  一または複数のコンピュータ可読媒体の任意の組合せを利用することができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体またはコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。コンピュータ可読記憶媒体は、限定するものではないが、例えば、電子、磁気、光学、電磁気、赤外線、または半導体システム、装置、またはデバイス、あるいはこれらの任意の適切な組合せとすることができる。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例（非網羅的なリスト）には、一または複数のワイヤを有する電気的接続、携帯用コンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、光ファイバ、携帯用コンパクトディスク読出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光記憶装置、磁気記憶装置、またはこれらの任意の適切な組み合わせが含まれ得る。本文書の文脈では、コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置、またはデバイスによって、またはそれに関連して使用するためのプログラムを含むか、記憶することができる、任意の有形媒体であってもよい。
【０１６０】
［０１７４］  本開示の態様は、本開示の実施形態による方法、装置（システム）、およびコンピュータプログラム製品のフローチャート図および／またはブロック図を参照して上述されている。フローチャート図および／またはブロック図の各ブロック、ならびにフローチャート図および／またはブロック図のブロックの組合せは、コンピュータプログラム命令によって実装され得ることを理解されたい。これらのコンピュータプログラム命令は、機械を製造するために、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサに提供されてもよい。命令は、コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサを介して実行される場合、フローチャートおよび／またはブロック図のブロックに指定された機能／動作の実装を可能にする。このようなプロセッサは、限定するものではないが、汎用プロセッサ、専用プロセッサ、特定用途向けプロセッサ、またはフィールドプログラマブルゲートアレイであってもよい。
【０１６１】
［０１７５］  図中のフローチャートおよびブロック図は、本開示の様々な実施形態による、システム、方法、およびコンピュータプログラム製品の可能な実装のアーキテクチャ、機能、および動作を示す。この点に関して、フローチャートまたはブロック図の各ブロックは、指定された論理機能を実装するための一または複数の実行可能命令を備える、モジュール、セグメント、またはコードの一部を表わすことができる。また、いくつかの代替的な実装では、ブロック内に記載された機能は、図に示された順序どおりに行われないことがあり、例えば、連続して示された２つのブロックは、実際には、実質的に同時に実行されてもよく、または、ブロックは、関与する機能に応じて、時には逆の順序で実行されてもよいことに留意されたい。また、ブロック図および／またはフローチャート図の各ブロック、ならびにブロック図および／またはフローチャート図のブロックの組合せは、指定された機能または動作を実行する専用ハードウェアベースのシステム、または専用ハードウェアとコンピュータ命令との組合せによって実装できることにも留意されたい。
【０１６２】
［０１７６］  上記は、本開示の実施形態を対象とするが、本開示の他のおよびさらなる実施形態は、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく考案されてもよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図１Ａ】
2021516771.tif 000003
【図１Ｂ】
2021516771.tif 000004
【図２Ａ】
2021516771.tif 000005
【図２Ｂ】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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