(57)【要約】  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、光学的性能を改善するために一または複数の円偏光子（６１０、６２０）と組み合わされる複数のＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）光学素子（６３０）を含む。ＰＢＰ素子は、３つの回折次数の出力を生成する。典型的には、このようなＰＢＰ素子を含む光学系では、３つの回折次数のうちの１つ（６５０）が使用され、一方、他の２つ（６７０、６６０）は望ましくなく、比較的低い強度に維持されることが好ましい。円偏光子（６１０、６２０）は、２つの望ましくない回折次数の強度を低減し得る。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光を受け取ることに応答して、第１の回折次数に関連する第１の光ビームと、第２の回折次数に関連する第２の光ビームとを生成するように構成された幾何学的位相素子と、
前記第１の光ビームの強度を低減し、前記第２の光ビームの強度を実質的に保存するように構成された楕円偏光子と、
を備える光学系。
【請求項２】
第２の楕円偏光子をさらに備える、請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記楕円偏光子が第１の掌性を有する円偏光子を備え、前記第２の楕円偏光子が前記第１の掌性と反対の第２の掌性を有する円偏光子を備える、請求項２に記載の光学系。
【請求項４】
前記第２の楕円偏光子に偏光されていない光を提供するように構成された偏光解消子をさらに備える、請求項２に記載の光学系。
【請求項５】
前記幾何学的位相素子は、第３の回折次数に関連する第３の光ビームを生成するようにさらに構成され、前記楕円偏光子は、前記第３の光ビームの強度を低減するようにさらに構成される、請求項１に記載の光学系。
【請求項６】
前記幾何学的位相素子は、切り替え可能なＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）レンズを備える、請求項１に記載の光学系。
【請求項７】
前記幾何学的位相素子は、２つ以上のＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）レンズのスタックを備える、請求項１に記載の光学系。
【請求項８】
前記入力光を前記幾何学的位相素子に提供するための従来のレンズをさらに備える、請求項１に記載の光学系。
【請求項９】
前記幾何学的位相素子は、第１の屈折力を有する第１のＰＢＰレンズと、第２の屈折力を有する第２のＰＢＰレンズとを含む第１のスタックを備え、前記光学系は、
画像光を前記楕円偏光子に提供するように構成された導光体と、
第１の屈折力と共役である屈折力を有する第３のＰＢＰレンズと、第２の屈折力と共役である屈折力を有する第４のＰＢＰレンズとを備えるＰＢＰレンズの第２のスタックと、
をさらに備える、請求項１に記載の光学系。
【請求項１０】
前記第１、第２、第３、および第４のＰＢＰレンズのうちの少なくとも１つは、切り替え可能な画像面を提供するために切り替え可能なＰＢＰレンズを備える、請求項９に記載の光学系。
【請求項１１】
電気的に切り替え可能な複数のＰＢＰ液晶半波長板をさらに備え、前記複数の電気的に切り替え可能なＰＢＰ液晶半波長板はそれぞれ、前記第１、第２、第３、および第４のＰＢＰレンズの異なる１つに隣接し、前記複数の電気的に切り替え可能なＰＢＰ液晶半波長板、並びに、前記第１、第２、第３、および第４のＰＢＰレンズは、切り替え可能な画像面を提供するように構成される、請求項９に記載の光学系。
【請求項１２】
前記導光体に前記画像光を提供するための液晶表示装置をさらに備える請求項９に記載の光学系。
【請求項１３】
前記光学系は、拡張現実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】
前記幾何学的位相素子に隣接する第１の１／４波長板および第２の１／４波長板と、
前記第１の１／４波長板と前記第２の１／４波長板との間の直線偏光子と、
をさらに備える、請求項１に記載の光学系。
【請求項１５】
前記幾何学的位相素子は、Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）回折格子を備える、請求項１に記載の光学系。
【請求項１６】
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、
前記画像光に応答して、第１の回折次数に関連する第１の光ビームと、第２の回折次数に関連する第２の光ビームとを生成するように構成されたＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）幾何学的位相素子の第１のスタックと、
前記第１の光ビームの強度を低減し、前記第２の光ビームの強度を実質的に保存するように構成された楕円偏光子と、
を備える、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）。
【請求項１７】
出力光を生成するように構成されたＰＢＰ幾何学的位相素子の第２のスタックと、
ＰＢＰ幾何学的位相素子の前記第１のスタックと前記第２のスタックとの間の導光体であって、ＰＢＰ幾何学的位相素子の前記第１のスタックに前記画像光を提供し、ＰＢＰ幾何学的位相素子の前記第２のスタックによって生成された出力光を透過するように構成された導光体と、
をさらに備える、請求項１６に記載のＨＭＤ。
【請求項１８】
ＰＢＰ幾何学的位相素子の前記第１のスタックは、第１の屈折力を有する第１のＰＢＰレンズと、第２の屈折力を有する第２のＰＢＰレンズとを含み、ＰＢＰ幾何学的位相素子の前記第２のスタックは、前記第１の屈折力と反対の屈折力を有する第３のＰＢＰレンズと、前記第２の屈折力と反対の屈折力を有する第４のＰＢＰレンズとを含む、請求項１６に記載のＨＭＤ。
【請求項１９】
前記第１、第２、第３、および第４のＰＢＰレンズにそれぞれ隣接する電気的に切り替え可能なＰＢＰ液晶半波長板をさらに備え、前記電気的に切り替え可能なＰＢＰ液晶半波長板および前記第１、第２、第３、および第４のＰＢＰレンズは、切り替え可能な画像面を提供する、請求項１８に記載のＨＭＤ。
【請求項２０】
ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）であって、
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、
前記画像光に基づいて楕円偏光を生成するように構成された第１の楕円偏光子と、
楕円偏光を受け取ることに応答して、第１の回折次数に関連する第１の光ビームと、第２の回折次数に関連する第２の光ビームとを生成するように構成された幾何学的位相素子と、
前記第１の光ビームの強度を低減し、前記第２の光ビームの強度を実質的に保存するように構成された第２の楕円偏光子と、
を備える、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）。
【請求項２１】
入力光を受け取ることに応答して、第１の回折次数に関連する第１の光ビームと、第２の回折次数に関連する第２の光ビームとを生成するように構成された幾何学的位相素子と、
前記第１の光ビームの強度を低減し、前記第２の光ビームの強度を実質的に保存するように構成された楕円偏光子と、
を備える光学系。
【請求項２２】
第２の楕円偏光子をさらに備える、請求項２１に記載の光学系。
【請求項２３】
前記楕円偏光子は、第１の掌性を有する円偏光子を備え、前記第２の楕円偏光子は、前記第１の掌性と反対の第２の掌性を有する円偏光子を備え、かつ／または、
前記第２の楕円偏光子に偏光されていない光を提供するように構成された偏光解消子をさらに備える、請求項２２に記載の光学系。
【請求項２４】
前記幾何学的位相素子は、第３の回折次数に関連する第３の光ビームを生成するようにさらに構成され、前記楕円偏光子は、前記第３の光ビームの強度を低減するようにさらに構成される、請求項２１から２３のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項２５】
前記幾何学的位相素子は、切り替え可能なＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）レンズを備え、かつ／または、
前記幾何学的位相素子は、２つ以上のＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）レンズのスタックを備え、かつ／または、
前記幾何学的位相素子は、Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）回折格子を備える、請求項２１から２４のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項２６】
前記入力光を前記幾何学的位相素子に提供する従来のレンズをさらに備える、請求項２１から２５のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項２７】
前記幾何学的位相素子は、第１の屈折力を有する第１のＰＢＰレンズと、第２の屈折力を有する第２のＰＢＰレンズとを含む第１のスタックを備える、請求項２１から２６のいずれか一項に記載の光学系であって、
画像光を前記楕円偏光子に提供するように構成された導光体と、
第１の屈折力と共役である屈折力を有する第３のＰＢＰレンズと、第２の屈折力と共役である屈折力を有する第４のＰＢＰレンズとを備えるＰＢＰレンズの第２のスタックと、
をさらに備える、光学系。
【請求項２８】
前記第１、第２、第３、および第４のＰＢＰレンズのうちの少なくとも１つが、切り替え可能な画像平面を提供するための切り替え可能なＰＢＰレンズを備え、かつ／または、
複数の電気的に切り替え可能なＰＢＰ液晶半波長板であって、その各々が前記第１、第２、第３、および第４のＰＢＰレンズのうちの異なる１つに隣接する複数の電気的に切り替え可能なＰＢＰ液晶半波長板をさらに備え、前記複数の電気的に切り替え可能なＰＢＰ液晶半波長板と、前記第１、第２、第３、および第４のＰＢＰレンズとは、切り替え可能な画像平面を提供するように構成され、かつ／または、
前記画像光を前記導光体に提供するための液晶表示装置をさらに備える、請求項２７に記載の光学系。
【請求項２９】
前記光学系が拡張現実ヘッドマウント装置に含まれる、請求項２１から２８のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項３０】
前記幾何学的位相素子に隣接する第１の１／４波長板および第２の１／４波長板と、
前記第１の１／４波長板と前記第２の１／４波長板との間の直線偏光子と、
をさらに備える、請求項２１から２９のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項３１】
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、
前記画像光に応答して、第１の回折次数に関連する第１の光ビームと、第２の回折次数に関連する第２の光ビームとを生成するように構成されたＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）幾何学的位相素子の第１のスタックと、
前記第１の光ビームの強度を低減し、前記第２の光ビームの強度を実質的に保存するように構成された楕円偏光子と、
を備える、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）。
【請求項３２】
出力光を生成するように構成されたＰＢＰ幾何学的位相素子の第２のスタックと、
ＰＢＰ幾何学的位相素子の前記第１のスタックと前記第２のスタックとの間の導光体であって、ＰＢＰ幾何学的位相素子の前記第１のスタックに前記画像光を供給し、ＰＢＰ幾何学的位相素子の前記第２のスタックによって生成された前記出力光を透過するように構成された導光体と、
をさらに備える、請求項３１に記載のＨＭＤ。
【請求項３３】
ＰＢＰ幾何学的位相素子の前記第１のスタックが、第１の屈折力を有する第１のＰＢＰレンズと、第２の屈折力を有する第２のＰＢＰレンズとを含み、ＰＢＰ幾何学的位相素子の前記第２のスタックが、前記第１の屈折力と反対の屈折力を有する第３のＰＢＰレンズと、前記第２の屈折力と反対の屈折力を有する第４のＰＢＰレンズとを含み、
任意選択により、前記第１、第２、第３、および第４のＰＢＰレンズにそれぞれ隣接する電気的に切り替え可能なＰＢＰ液晶半波長板をさらに備え、前記電気的に切り替え可能なＰＢＰ液晶半波長板および前記第１、第２、第３、および第４のＰＢＰレンズは、切り替え可能な画像面を提供する、請求項３１または３２に記載のＨＭＤ。
【請求項３４】
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、
前記画像光に基づいて楕円偏光を生成するように構成された第１の楕円偏光子と、
楕円偏光を受け取ることに応答して、第１の回折次数に関連する第１の光ビームと、第２の回折次数に関連する第２の光ビームとを生成するように構成された幾何学的位相素子と、
前記第１の光ビームの強度を低減し、前記第２の光ビームの強度を実質的に保存するように構成された第２の楕円偏光子と、
を備える、特に請求項３１から３３のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）。
【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、「Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ  Ｉｍａｇｅ  Ｑｕａｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｒｓ」と題され、２０１８年６月１２日に出願された、米国特許出願第１６／００６，７０６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、Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相構成要素の光学性能を改善するための偏光子の使用に関する。
【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構成要素と、複数の波長またはカラーチャネルの光を放射する光源とを採用する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、光学性能を改善するために、一または複数の偏光子と組み合わせられる一または複数のＰＢＰ光学素子を含む。いくつかの実施例では、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、光学素子は、レンズとなるように構成されてもよい。
【０００５】
［０００５］  一般的に、ＰＢＰ素子は、３つの回折次数の出力を生成する。このようなＰＢＰ素子を含む光学系では、３つの回折次数のうちの１つが使用されるが、他の２つは望ましくなく、比較的低い強度（理想的には、強度ゼロ）に維持され得る。これらの望ましくない回折次数の非ゼロ強度は、光学系の画質を劣化させるゴースト像および他の影響をもたらし得る。ＰＢＰ素子は、波長に比較的強い依存性をもって動作する。したがって、特定のＰＢＰ素子が特定の波長の光に対して動作するように設計されていれば、ＰＢＰ素子は他の波長の光に対してもそれほど効果的には動作しないであろう。例えば、ＰＢＰ素子は、２つの望ましくない回折次数の比較的高い強度を生成することがある。円偏光子は、２つの望ましくない回折次数の強度を低減することができる。
【０００６】
［０００６］  本明細書に開示される技術の１つの利点は、ＰＢＰ素子を使用して、光学性能の劣化を軽減した複数の波長またはカラーチャネル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、
入力光を受け取ることに応答して、第１の回折次数に関連する第１の光ビームと、第２の回折次数に関連する第２の光ビームとを生成するように構成された幾何学的位相素子と、
第１の光ビームの強度を低減し、第２の光ビームの強度を実質的に保存するように構成された楕円偏光子と、を備え得る。
【０００９】
［０００９］  一実施形態では、光学系は、第２の楕円偏光子を備えてもよい。
【００１０】
［００１０］  楕円偏光子は、第１の掌性（ｈａｎｄｅｄｎｅｓｓ）を有する円偏光子を備え、第２の楕円偏光子は、第１の掌性と反対の第２の掌性を有する円偏光子を備え得る。
【００１１】
［００１１］  一実施形態では、光学系は、第２の楕円偏光子に偏光されていない光を提供するように構成された偏光解消子を備え得る。
【００１２】
［００１２］  幾何学的位相素子は、第３の回折次数に関連する第３の光ビームを生成するように構成されてもよく、楕円偏光子は、第３の光ビームの強度を低減するように構成されてもよい。
【００１３】
［００１３］  幾何学的位相素子は、切り替え可能なＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）レンズを備え得る。
【００１４】
［００１４］  幾何学的位相素子は、２つ以上のＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）レンズのスタックを備え得る。
【００１５】
［００１５］  一実施形態では、光学系は、入力光を幾何学的位相素子に提供する従来のレンズを備えてもよい。
【００１６】
［００１６］  幾何学的位相素子は、第１の屈折力（ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｏｗｅｒ）を有する第１のＰＢＰレンズと、第２の屈折力を有する第２のＰＢＰレンズとを含む第１のスタックを備え、光学系は、
画像光を楕円偏光子に提供するように構成された導光体と、
第１の屈折力と共役な屈折力を有する第３のＰＢＰレンズと、第２の屈折力と共役な屈折力を有する第４のＰＢＰレンズとを含むＰＢＰレンズの第２のスタックと、を備える。
【００１７】
［００１７］  第１、第２、第３、および第４のＰＢＰレンズのうちの少なくとも１つは、切り替え可能な画像面を提供するため、切り替え可能なＰＢＰレンズを備えてもよい。
【００１８】
［００１８］  一実施形態では、光学系は、複数の電気的に切り替え可能なＰＢＰ液晶半波長板を備えてもよく、複数の電気的に切り替え可能なＰＢＰ液晶半波長板の各々は、第１、第２、第３、および第４のＰＢＰレンズの異なる１つに隣接していてもよく、複数の電気的に切り替え可能なＰＢＰ液晶半波長板および第１、第２、第３、および第４のＰＢＰレンズは、切り替え可能な画像面を提供するように構成されてもよい。
【００１９】
［００１９］  一実施形態では、光学系は、画像光を導光体に提供するための液晶表示装置を備えてもよい。
【００２０】
［００２０］  光学系は、拡張現実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、
幾何学的位相素子に隣接する第１の１／４波長板及び第２の１／４波長板と、
第１の１／４波長板と第２の１／４波長板との間の直線偏光子と、
を備え得る。
【００２２】
［００２２］  幾何学的位相素子は、Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）回折格子を備え得る。
【００２３】
［００２３］  一実施形態では、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）は、
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、
画像光に応答して、第１の回折次数に関連する第１の光ビームと、第２の回折次数に関連する第２の光ビームとを生成するように構成されたＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）幾何学位相素子の第１のスタックと、
第１の光ビームの強度を低減し、第２の光ビームの強度を実質的に保存するように構成された楕円偏光子と、
を備え得る。
【００２４】
［００２４］  一実施形態では、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）は、
出力光を生成するように構成されたＰＢＰ幾何学的位相素子の第２のスタックと、
ＰＢＰ幾何学的位相素子の第１のスタックと第２のスタックとの間の導光体であって、ＰＢＰ幾何学的位相素子の第１のスタックに画像光を提供し、ＰＢＰ幾何学的位相素子の第２のスタックによって生成された出力光を伝達するように構成された導光体と、
を備える。
【００２５】
［００２５］  ＰＢＰ幾何学的位相素子の第１のスタックは、第１の屈折力を有する第１のＰＢＰレンズと、第２の屈折力を有する第２のＰＢＰレンズとを含んでもよく、ＰＢＰ幾何学的位相素子の第２のスタックは、第１の屈折力と反対の屈折力を有する第３のＰＢＰレンズと、第２の屈折力と反対の屈折力を有する第４のＰＢＰレンズとを含み得る。
【００２６】
［００２６］  一実施形態では、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）は、第１、第２、第３、および第４のＰＢＰレンズにそれぞれ隣接して電気的に切り替え可能なＰＢＰ液晶半波長板とを備え、電気的に切り替え可能なＰＢＰ液晶半波長板と、第１、第２、第３、および第４のＰＢＰレンズは画像面を提供し得る。
【００２７】
［００２７］  一実施形態では、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）は、
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、
画像光に基づいて楕円偏光を生成するように構成された第１の楕円偏光子と、
楕円偏光を受け取ることに応答して、第１の回折次数に関連する第１の光ビームと第２の回折次数に関連する第２の光ビームとを生成するように構成された幾何学的位相素子と、
第１の光ビームの強度を低減し、第２の光ビームの強度を実質的に保存するように構成された第２の楕円偏光子と、を備える。
【００２８】
［００２８］  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。
【００２９】
［００２９］  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。
【００３０】
［００３０］  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。
【００３１】
［００３１］  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】
【００３２】
【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３Ａ】一実施形態による、ＰＢＰ回折格子の例を示す。
【図３Ｂ】一実施形態による、ＰＢＰレンズの例を示す。
【図４】一実施形態による、ＰＢＰレンズを透過する光の位相の関数として、異なる回折次数の相対強度を図示する３つのグラフを含む。
【図５】一実施形態による、異なる波長の光に対するＰＢＰレンズの異なる回折次数の光路を示す。
【図６】一実施形態による、ＰＢＰレンズに対して回折次数での円偏光子の効果を示す。
【図７】一実施形態による、切り替え可能な屈折力を可能にし、円偏光子およびＰＢＰレンズを組み込む光学系の適用例を示す。
【図８】一実施形態による、切替可能な屈折力を可能にし、円偏光子およびＰＢＰレンズを組み込む光学系のための円形偏光の掌性を示す。
【図９】一実施形態による、２つの直線偏光子間の１／４波長板に対する円偏光および直線偏光の掌性を示す。
【図１０】一実施形態による、円偏光子、１／４波長板、直線偏光子、およびＰＢＰレンズを組み込んだ光学系の円偏光の掌性を示す。
【図１１】一実施形態による、画像源および導光体を含む光学系のブロック図を示す。
【図１２】一実施形態による、切り替え可能な屈折力を可能にし、円偏光子およびＰＢＰレンズを組み込む光学系の適用例を示す。
【図１３】一実施形態による、切替可能な屈折力を可能にし、円偏光子およびＰＢＰレンズを組み込む光学系の円偏光の掌性を示す。
【図１４】別の実施形態による、切替可能な屈折力を可能にし、円偏光子およびＰＢＰレンズを組み込む光学系の円偏光の掌性を示す。
【図１５】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】
【００３３】
［００５０］  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。
【００３４】
設定の概要
［００５１］  本明細書に開示の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つの円偏光子を備えるＰＢＰ構造の構成に関する。幾何学的位相素子とも称される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。いくつかの構成では、ＰＢＰ素子は、幾何学的位相を生成するように構成されたメタ構造を有するメタ材料を含み得る。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。
【００３５】
［００５２］  いくつかの実施形態では、ＰＢＰ素子を含む光学系は、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ディスプレイなどの電子表示）。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。このような場合には、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。いくつかの実施形態では、光学系は、異なるカラーチャネルの光を単一の共通焦点に集束するように構成されたアクロマティックまたはアポクロマティックＰＢＰレンズスタックを含み得る。このようなアクロマティックまたはアポクロマティックＰＢＰレンズスタックは、３つのＰＢＰ素子と、３つのカラーチャネル用の２つの色選択性波長板とを含み得る。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る舞う多層複屈折膜である。本明細書では、アクロマティックまた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。
【００３６】
［００５３］  一般的に、ＰＢＰ素子は、３つの回折次数の出力を生成する。典型的には、このようなＰＢＰ素子を含む光学系では、３つの回折次数のうちの１つが使用されるが、他の２つは望ましくなく、比較的低い強度（理想的には、強度ゼロ）に維持され得る。これらの望ましくない回折次数の非ゼロ強度は、光学系の画質を劣化させる光漏れ、ゴースト、および他の影響をもたらす可能性がある。ＰＢＰ素子は、波長に依存して動作する。したがって、特定のＰＢＰ素子が、特定の波長の光に対して動作するように設計される場合には、当該ＰＢＰ素子は、他の波長の光に対して適切に動作しないであろう。例えば、ＰＢＰ素子は、２つの望ましくない回折次数の比較的高い強度を生成し得る。一または複数の円偏光子を光学系に追加すると、２つの望ましくない回折次数の強度が低下する可能性がある。
【００３７】
［００５４］  一実施形態では、ＰＢＰ素子のスタックのいずれかの端部に配置された左円偏光子および右円偏光子は、光漏れを遮断し、ゴーストを防止するのに役立ち得る。複数のＰＢＰ素子を有する別の実施形態では、１／４波長板および直線偏光子は、背中合わせの円偏光子として配置され、光の漏れを低減するために２つのＰＢＰ素子の間に配置されてもよい。このシステムの結果は、画質を改善し、ゴーストを低減し得る。
【００３８】
［００５５］  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、こ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レンズの厳密な影響は経験則的に無視され、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、特許請求される主題はそのように限定されないが、赤のカラーチャネルは６３０ナノメートルの波長によって代表されてよく、緑のカラーチャネルは５２０ナノメートルの波長によって代表されてよく、青のカラーチャネルは４５０ナノメートルの波長によって代表されてもよい。
【００３９】
［００５６］  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何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て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接続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。
【００４０】
システムの全体像
［００５７］  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の配線図である。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。
【００４１】
［００５８］  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。
【００４２】
［００５９］  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。
【００４３】
［００６０］  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。
【００４４】
［００６１］  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１５に関連して詳細に説明される構成要素を含み得る。
【００４５】
［００６２］  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。
【００４６】
［００６３］  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。
【００４７】
［００６４］  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  ＬＣ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、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。
【００４８】
［００６５］  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。
【００４９】
［００６６］  図３Ａ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。
【００５０】
［００６７］  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またはメタ構造の一軸性高速軸３２０を含む。図３Ａでは、高速軸は、液晶またはメタ構造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、高速軸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との間の高速軸は、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一軸性波長板は、光の波が波長板（例えば、位相板）を通って伝播するとき、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。様々な実施形態において、ｘ軸に沿った高速軸の配向は、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）における高速軸の配向は、回転様式（例えば、ねじれ構造）で変化してもよい。
【００５１】
［００６８］  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の間の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。
【００５２】
［００６９］  図３Ｂは、様々な実施形態による例示的なＰＢＰレンズ３００Ｂの上面図である。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、レンズ３００Ｂ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３００Ｂの中心３２５からの半径方向および距離を表わす。
【００５３】
［００７０］  レンズ３００Ｂ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高速軸３３５を含む。図では、液晶またはメタ構造は、高速軸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の間、高速軸３３５Ａは円周方向に配向され、一方、高速軸３３５Ｂは半径方向に配向される。３３５Ａと３３５Ｂの間の高速軸は、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、高速軸３４５Ａは、円周方向に配向され、一方、高速軸３４５Ｂは、半径方向に配向される。３４５Ａと３４５Ｂとの間の高速軸は、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またはメタ構造の一軸性高速軸は、光の波が幾何学的位相板を伝播するとき、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）における高速軸の配向は、回転様式（例えば、ねじれ構造）で変化してもよい。
【００５４】
［００７１］  レンズ３００Ｂ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３５０を有する。一般的に、ピッチ３５０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３５０は、中心３２５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３００Ｂの光学特性を決定する。例えば、レンズ３００Ｂ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。
【００５５】
［００７２］  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メタ材料のナノ構造は、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材料の高速軸配向に正比例する。
【００５６】
［００７３］  いくつかの実施形態では、ＰＢＰレンズ３００Ｂ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。
【００５７】
［００７４］  能動型ＰＢＰレンズの状態は、液晶から作られた能動型ＰＢＰレンズに入射する光の偏光の掌性と、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  ＬＣレンズは、右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  ＬＣレンズは、左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  ＬＣ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  ＬＣレンズが加法または減法状態にある場合、能動型ＰＢＰ  ＬＣレンズから出力される光は、能動型ＰＢＰ  ＬＣレンズへ入力する光の掌性とは反対の掌性を有する。対照的に、能動型ＰＢＰ  ＬＣレンズが中性状態であれば、能動型ＰＢＰ  ＬＣレンズから出力される光は、能動型ＰＢＰ  ＬＣレンズへ入力する光と同じ掌性を有する。
【００５８】
［００７５］  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。
【００５９】
［００７６］  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。
【００６０】
［００７７］  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。
【００６１】
［００７８］  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。
【００６２】
ＰＢＰ構成での画像アーチファクトおよびゴーストの低減
［００７９］  図４は、一実施形態による、ＰＢＰレンズを透過する光の位相の関数として、異なる回折次数の相対強度を示す３つのグラフ４１０、４２０、および４３０を含む。例えば、３００のようなＰＢＰレンズは、３つの回折次数に対応する光を生成する。一実施形態では、ＰＢＰレンズは、それぞれ回折次数ｍ＝１、−１、およびゼロに対応する一次光、共役光、および漏れ光を生成する。本明細書のいくつかの議論では、ＰＢＰレンズの共役次数は、光学系が設計される次数であり、一方、一次次数および漏れ次数は、望ましくないと考えられ、画像アーチファクトおよびゴーストにつながる可能性がある。したがって、一次次数及び漏れオーダーを減少させることは、ＰＢＰレンズを組み込んだ光学系によって作り出される画像の質の改善につながる可能性がある。本明細書の他の議論では、ＰＢＰレンズの一次次数は、光学系が設計される次数であり、共役次数および漏れ次数は、望ましくないと考えられ、画像アーチファクトおよびゴーストをもたらす可能性がある。したがって、共役次数および漏れ次数を減少させることは、ＰＢＰレンズを組み込んだ光学系によって生成される画像の質の改善につながる可能性がある。
【００６３】
［００８０］  グラフ４１０は、ＰＢＰレンズに入射する（そして、通過する）光に課される位相（例えば、複屈折の大きさ）の関数として、漏れ光の強度を示す。非偏光入射光の場合、漏れ光はＰＢＰレンズを通過した後、実質的に非偏光のままである。漏れ光は、πの位相において相対的に極小（例えば、グラフ４１０において最小値）であり、半波長板として作用するＰＢＰレンズがこの位相を入射光に課すことがある。したがって、漏れ光は望ましくないため、ＰＢＰレンズは、入射光にπの位相を課すように半波長板として構成されてもよい。
【００６４】
［００８１］  グラフ４２０は、ＰＢＰレンズに入射する（そして、通過する）光に課される位相（例えば、複屈折の大きさ）の関数として、一次光の強度を示す。一次光は、πの位相において相対的に極大であり、半波長板として作用するＰＢＰレンズがこの位相を入射光に課すことがある。したがって、ＰＢＰレンズは、入射光にπの位相を課すように半波長板として構成されてもよい。非偏光入射光の場合、一次光はＰＢＰレンズなどを通過した後、実質的に偏光されて右旋偏光になる。
【００６５】
［００８２］  グラフ４３０は、ＰＢＰレンズに入射する（そして、通過する）光に課される位相（例えば、複屈折の大きさ）の関数としての共役次数光の強度を示す。一次光と同様に、共役次数光は、πの位相で相対的な最大値になる。このような位相は、入射光に半波長複屈折を課すＰＢＰレンズによって生成され得る。非偏光入射光の場合、共役次数光は、ＰＢＰレンズを通過した後、実質的に偏光されて左旋偏光になる。
【００６６】
［００８３］  図５は、例示的実施形態５００Ａ、５００Ｂ、および５００Ｃに示されるように、３つの異なるカラーチャネル（例えば、波長）の光に対するＰＢＰレンズ５１０の異なる回折次数の光路を示す。例えば、ＰＢＰレンズ５１０は、異なるカラーチャネルの光を異なる焦点に集束させることができる。
【００６７】
［００８４］  上述のように、ＰＢＰレンズ５１０の周期性の効果またはパターン化された液晶の分布は、波長に依存する。したがって、異なるカラーチャネル（波長）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。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５２０（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５２５に集束させることができる。同様に、レンズ５１０は、緑色チャネル５３０（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５３５に集束させることができ、青色チャネル５４０（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５４５に集束させることができる。
【００６８】
［００８５］  異なるカラーチャネルの光を異なる収束点（例えば、焦点）に集束させることに加えて、ＰＢＰレンズ５１０は、異なる波長の光に対して異なるように機能し得る。例えば、ＰＢＰレンズ５１０は、緑色チャネル５３０に対応する光の波長に対して最適に機能することができる。言い換えるならば、ＰＢＰレンズ５１０は、緑色チャネル５３０に対する半波長板として振る舞う。この実施形態では、ＰＢＰレンズ５１０は、緑色チャネル５３０の光を受け取ると、共役次数を含み、焦点５３５に集束された出力光と、一次光５３８とを生成する。対照的に、実施形態５００Ｂに示すように、ＰＢＰレンズ５１０は、赤色チャネル５２０の光を受け取ると、共役次数を含み、焦点５２５に集束された出力光に加えて、漏れ光５５０および一次光５５５を生成する。望ましくない一次光および漏れ光は、ＰＢＰレンズ５１０が赤色カラーチャネルの光に対して半波長板とは異なる挙動を示す結果として生成される。同様に、実施形態５００Ｃに示されるように、ＰＢＰレンズ５１０は、青色チャネル５４０の光を受け取ると、共役次数を含み、焦点５４５に集束される出力光に加えて、漏れ光５６０および一次光５６５を生成する。赤色チャネル（または緑色光以外の波長を有する光）の場合と同様に、望ましくない一次光および漏れ光は、ＰＢＰレンズ５１０が青色チャネルの光の半波長板とは異なる挙動をする結果として生成される。このような望ましくない一次光および漏れ光の結果として、複数のカラーチャネルで作用するＰＢＰレンズ５１０は、不鮮明で焦点の合わない画像を引き起こすゴーストや色収差を含む画像など、質の低下した画像をもたらすことがある。
【００６９】
［００８６］  図６は、いくつかの実施形態による、円偏光子６１０および６２０と、ＰＢＰレンズ６３０とを含む光学系６００を示している。本明細書の例は、ＰＢＰレンズ（例えば、６３０および以下に紹介される他のもの）を含むが、特許請求される実施形態は、代わりに、またはそれに加えて、図３Ａに関して上述したようなＰＢＰ回折格子を含んでもよい。言い換えるならば、ＰＢＰ回折格子および円偏光子（例えば、６１０および６２０）を含む光学系は、本明細書に記載のように、ＰＢＰレンズおよび円偏光子を含む光学系と同一または類似の利点を提供し得る。
【００７０】
［００８７］  いくつかの実施形態では、円偏光子６１０は、光学系６００に含まれている必要はない。様々な実施形態では、円偏光子６１０および／または円偏光子６２０は、楕円偏光子であってもよい。光が光学系６００の様々な部分を通過するときの光の挙動を、領域Ｉ〜ＩＶについて説明する。図６では、領域Ｉは、円偏光子６１０の左側の領域として定義される。領域ＩＩは、円偏光子６１０とＰＢＰレンズ６３０との間の領域として定義される。領域ＩＩＩは、ＰＢＰレンズ６３０と円偏光子６２０との間の領域として定義される。領域ＩＶは、円偏光子６２０の右側の領域として定義される。
【００７１】
［００８８］  図示の例では、領域Ｉにおいて、円偏光子６１０は入射光６４０を受け取る。特に明記しない限り、説明を容易にするために、光６４０は、単一波長を有する単色であると仮定する。いくつかの実施形態では、光６４０は偏光されないことがある。他の実施形態では、光６４０は、楕円偏光（例えば、部分的に円偏光）されることがある。さらに他の実施形態では、光６４０は、円偏光（または少なくとも実質的に完全に円偏光）されることがある。非偏光の場合、円偏光子６１０は、円偏光子６１０の掌性と一致する掌性を有する領域ＩＩの円偏光を出力することができる。例えば、円偏光子６１０が右旋円偏光子である場合には、円偏光子６１０の出力は右旋円偏光であり、左旋円偏光子の場合には、その逆となる。楕円偏光の場合には、円偏光子６１０は、円偏光子６１０の掌性と一致する掌性を有する実質的に完全に円偏光の光を出力することができる。円偏光子６１０に入射する実質的に完全に円偏光の場合には、出力光は実質的に変化しないことがある。
【００７２】
［００８９］  領域ＩＩの円偏光がＰＢＰレンズ６３０に入射する場合には、ＰＢＰレンズ６３０によって出力される光は、円偏光であってもよく、入射光（例えば、円偏光子６１０によって出力される光）とは逆の掌性を有してもよい。例えば、入射光が右旋円偏光である場合には、ＰＢＰレンズ６３０の出力（例えば、半波長板のように作用する）は、左旋円偏光である。さらに、ＰＢＰレンズ６３０によって出力される光（図の実線領域ＩＩＩおよびＩＶによって示される）は、回折され、領域ＩＶの焦点６５０に集束され得る。
【００７３】
［００９０］  光学系６００が円偏光子６１０を含まない場合、または円偏光子６１０がすべての光６４０を円偏光しない場合（例えば、単一波長ではない光を含む光６４０または非垂直入射角で入射する光６４０の一般的な場合など）には、例えば、楕円偏光がＰＢＰレンズ６３０に入射してもよい。具体的な実施例として、楕円偏光は、比較的小さな左円偏光を伴い、主に右円偏光される場合を想定する。このような場合、ＰＢＰレンズ６３０によって出力される光は、主に左円偏光（例えば、共役次数）であってもよく、焦点６５０に集束されてもよい。また、ＰＢＰレンズ６３０によって出力される光は、焦点６５０から発散する比較的小さなの右円偏光６６０（例えば、一次次数）を含んでもよい。上述のように、このような一次光は、ゴースト又は他の有害な画像アーチファクトをもたらすことがある。したがって、円偏光子６１０を含むことは、一次光６６０を低減する利点をもたらす。
【００７４】
［００９１］  簡単に上述したように、円偏光子６１０は、特に、光６４０が単一波長ではない光６４０を含むか、光６４０が非垂直入射角で入射する場合には、すべての光６４０を円偏光しないことがある。例えば、光６４０は、赤、緑、および青の３つのカラーチャネルのそれぞれを含んでもよく、または光６４０は、軸外のコリメートされたビームである。円偏光子６１０は、特定の角度の光の特定の波長（または特定の色チャネル）に対して機能するように構成されてもよく、光の他の波長および／または他の角度に対しては、最適には機能しないことがある（例えば、すべての透過光を円偏光しない）。したがって、例えば、円偏光子６１０は、１つのカラーチャネルに対して機能するように構成されてもよく、他のカラーチャネルに対しては最適には機能しなくてもよい。このような状況では、円偏光子６１０が光学系６００内にあるか否かにかかわらず、６６０のような一次光が存在し得る。したがって、一次光６６０を減少させるため、円偏光子６２０をＰＢＰレンズ６３０の出力側に配置してもよい。
【００７５】
［００９２］  いくつかの実施態様では、円偏光子６２０は、円偏光子６１０とは反対の掌性を有することがある。したがって、一次光６６０は、円偏光子６２０の掌性とは逆に偏光される。掌性が反対であるため、円偏光子６２０は、一次光６６０を低減するか、または少なくとも部分的に除去することができる。例えば、円偏光子６１０が右旋の場合、円偏光子６２０は左旋である。円偏光子６１０は右旋であるため、ＰＢＰレンズ６３０は、ほぼ右旋の円偏光を受け取り、その後、（例えば、焦点６５０に集束される）左旋の共役次数および右旋の一次光（例えば、６６０）を生成することができる。したがって、一次光は、（左旋である）円偏光子６２０とは逆に偏光され、これは一次光を低減するか、または少なくとも部分的に除去するであろう。
【００７６】
［００９３］  円偏光子６１０がすべての光６４０を円偏光しないこと（例えば、光６４０が単一波長ではない光を含む場合）から生じる一次光（例えば、６６０）に加えて、漏れ光６７０は、ＰＢＰレンズ６３０が、光の特定の波長（または特定のカラーチャネル）に対して機能して、他の波長の光に対して最適には機能しない（例えば、漏れ光を生成または透過する）ように構成される結果として生ずることがある。したがって、例えば、ＰＢＰレンズ６３０は、１つのカラーチャネルに対して機能するように構成されてよく、他のカラーチャネルに対しては最適には機能しなくてもよい。このような状況では、６７０のような漏れ光は、１つを除くすべてのカラーチャネルについて領域ＩＩＩに存在し得る。したがって、円偏光子６２０をＰＢＰレンズ６３０の出力側に配置して、漏れ光６７０を低減または少なくとも部分的に除去してもよい。上述したように、円偏光子６２０は、（ＰＢＰレンズ６３０に入射する円偏光または楕円偏光の掌性とは反対の円偏光子６１０がない実施形態では、）円偏光子６１０の掌性とは反対の掌性を有し得る。したがって、漏れ光６７０は、円偏光子６２０の掌性とは反対に偏光される。掌性が反対であるため、円偏光子６２０は漏れ光６７０を低減するか、または少なくとも部分的に除去することができる。例えば、円偏光子６１０（またはＰＢＰレンズ６３０に入射する光）が右旋である場合、円偏光子６２０は左旋である。円偏光子６１０が右旋であるため、ＰＢＰレンズ６３０は、大部分が右円偏光を受け取り、続いて、左旋共役次数の（例えば、焦点６５０に集束される）光および右旋漏れ光（例えば、６７０）を生成し得る。したがって、漏れ光は、円偏光子６２０（左旋）の掌性とは反対に偏光され、これは、漏れ光を低減するか、または少なくとも部分的に除去する。
【００７７】
［００９４］  図７は、様々な実施形態による、切替可能な屈折力を可能にし、円偏光子およびＰＢＰレンズを組み込む光学系７００の応用例を示す。光学系７００は、任意選択であり、いくつかの実施形態では光学系７００に含まれる必要がない第１の円偏光子７１０を含む。光学系７００はまた、第２の円偏光子７２０、第１のＰＢＰレンズ７３０、第２のＰＢＰレンズ７４０、第１の切り替え可能なＬＣ波長板７５０、および第２の切り替え可能なＬＣ波長板７６０を含む。いくつかの実施形態では、任意選択である偏光解消子７７０を光学系７００に含めることができる。光学系７００の構成要素のすべてまたはいくつか（以下に記載される光学系におけるように）は、互いに物理的に接触し、互いに基板を共有し、互いに積層され、互いに光学的に接触し、互いの間に屈折率整合流体（ｉｎｄｅｘ  ｍａｔｃｈｉｎｇ  ｆｌｕｉｄ）または光学接着剤（ｏｐｔｉｃａｌ  ｇｌｕｅ）を有してもよく、またはそれらの間に空間を有してもよい。
【００７８】
［００９５］  本明細書に記載の実施例では、第１の円偏光子７１０は左旋円偏光子とみなされ、第２の円偏光子７２０は右旋円偏光子とみなされる。様々な実施形態では、光学系７００の構成要素のすべてまたはいくつかは、互いに物理的に接触し、互いに基板を共有し、互いに積層され、互いに光学的に接触し、互いの間に屈折率整合流体または光学接着剤を有し、および／またはそれらの間に空間を有してもよい。
【００７９】
［００９６］  第１の切り替え可能なＬＣ波長板７５０および第２の切り替え可能なＬＣ波長板７６０の各々は、半波長板または全波長板として機能するように電子的に切り替え可能であってもよい。半波長板は、半波長板を通過する円偏光の掌性を切り替える複屈折位相を付加する（例えば、右円偏光は左円偏光となり、左円偏光は右円偏光となる）。全波長板は、全波長板を通過する円偏光に正味の複屈折位相を加えない。この理由から、全波長板は、円偏光の掌性を切り替えない（例えば、右円偏光は、右円偏光のままであり、左円偏光は、左円偏光のままである）。第１の切り替え可能なＬＣ波長板７５０および第２の切り替え可能なＬＣ波長板７６０の各々の状態は、閾値量を超えるまたは下回る電圧を印加することによって選択可能になり得る。閾値を超える電圧は、切り替え可能なＬＣ波長板を第１の状態にし、閾値を下回る電圧は、切り替え可能なＬＣ波長板を、例えば、第２の状態にし得る。
【００８０】
［００９７］  光学系７００は、例えば、屈折力切替可能ガラスに組み込まれてもよい。光７８０は、光７８０が偏光であるか、または既に非偏光であるかにかかわらず、非偏光の光を出力する偏光解消子７７０上で光軸７８５に沿って入射することができる。偏光解消は、光７８０が（コンピュータが生成する仮想の環境とは対照的な）現実世界環境で発生する状況では有益である。これは、そのような光が予測できない方法で偏光され、その結果、光学系７００では制御できない光学的な影響をもたらすことがあるからである。
【００８１】
［００９８］  光学系７００は、光学系の入力側に仮想焦点７９０を生成する。焦点７９０の位置は、第１の切り替え可能なＬＣ波長板７５０および第２の切り替え可能なＬＣ波長板７６０の一方又は両方を電子的に切り替えることによって切り替えられる。光学系７００を通過する光の特性の詳細は、図８と併せて以下に記載される。
【００８２】
［００９９］  図８は、様々な実施形態による、光学系７００のための円偏光の掌性およびその他の詳細を示す。円偏光の特性は、部分的に、第１の切り替え可能なＬＣ波長板７５０および第２の切り替え可能なＬＣ波長板７６０の状態に依存する。このような状態の組み合わせは、部分的に、光学系７００によって生成される屈折力を決定し得る。第１の例では、光８１０は、ゼロネット（ｚｅｒｏ  ｎｅｔ）複屈折位相を光に加えるように全波長板状態にある第１の切替可能なＬＣ波長板７５０にさらされる。また、光８１０は、光の掌性を切り替える複屈折位相を加えるように半波長板状態にある第２の切り替え可能なＬＣ波長板７６０にさらされる。第２の例では、光８２０は、光の掌性を切り替える複屈折位相を加えるように、半波長板状態にある第１の切り替え可能なＬＣ波長板７５０にさらされる。光８２０は、光にゼロネット複屈折位相を加えるように全波長板状である第２の切替可能なＬＣ波長板７６０にもさらされる。
【００８３】
［０１００］  第１の例では、任意選択の偏光解消子７７０によって偏光解消され得る光８１０は、左円形である第１の円偏光子７１０を透過すると、左円偏光になる。左円偏光は、その後、右円偏光となり、第１のＰＢＰレンズ７３０を透過すると負の屈折力−Ｐ１を経験する。次に、屈折力−Ｐ１を有する右円偏光は、ゼロネット複屈折位相を加えるように全波長板状態にある第１の切り替え可能なＬＣ波長板７５０を経験する。従って、光は右円偏光のままである。この右円偏光は、その後、左円偏光となり、第２のＰＢＰレンズ７４０を透過すると、正の屈折力＋Ｐ２を経験する。屈折力＋Ｐ２を有する左円偏光は次に、光の掌性を右円偏光に切り替える複屈折位相を追加するように半波長板状態にある第２の切り替え可能なＬＣ波長板７６０を経験する。その後、−Ｐ１＋Ｐ２のネット屈折力を有する右円偏光は、右旋である第２の円偏光子７２０を透過する。光の掌性と第２の円偏光子７２０の掌性は同じであるため、光は第２の円偏光子７２０を通過して実質的に影響を受けない。第２の円偏光子７２０は、光８１０に存在し得る漏れ光を遮断する傾向がある。例えば、漏れ光は、上述のように、少なくとも部分的に波長に依存する光学性能を有する光学系７００内の任意の素子または素子の組み合わせから生じ得る。
【００８４】
［０１０１］  第２の例では、任意選択の偏光解消子７７０によって偏光解消され得る光８２０は、左旋である第１の円偏光子７１０を透過すると、左円偏光になる。左円偏光は、その後、右円偏光となり、第１のＰＢＰレンズ７３０を透過すると負の屈折力−Ｐ１を経験する。屈折力−Ｐ１を有する右円偏光は次に、光の掌性を左円偏光に切り替える複屈折位相を加えるように、第１の切り替え可能なＬＣ波長板７５０が半波長板状態にあることを経験する。この左円偏光は、その後、右円偏光になり、第２のＰＢＰレンズ７４０を透過すると、負の屈折力−Ｐ２を経験する。屈折力−Ｐ２を有する右円偏光は次に、光の掌性を変えないネットゼロの複屈折位相を加えるように、第２の切り替え可能なＬＣ波長板７６０が全波長板状態にあることを経験する。したがって、光は右円偏光のままである。その後、−Ｐ１−Ｐ２のネット屈折力を有する右円偏光は、右旋である第２の円偏光子７２０を透過する。光の掌性と第２の円偏光子７２０の掌性は同じであるため、光は第２の円偏光子７２０を透過して実質的に影響を受けない。第２の円偏光子７２０は、光８２０に存在し得る漏れ光を遮断する傾向がある。例えば、漏れ光は、上述のように、少なくとも部分的に波長に依存する光学性能を有する光学系７００内の任意の素子または素子の組み合わせから生じ得る。
【００８５】
［０１０２］  上記の実施例は、切り替え可能なＬＣ波長板の状態が、システムの屈折力を電子的に制御するためにどのように使用され得るかを実証する。これらの実施例には、２つの切り替え可能なＬＣ波長板および２つのＰＢＰレンズが含まれるが、様々な実施形態では、追加の切り替え可能なＬＣ波長板およびＰＢＰレンズを使用して、屈折力のさらなる制御を提供してもよい（例えば、より多くの屈折力の選択を提供する）。いくつかの実施形態では、ＰＢＰレンズ７３０は、従来のレンズ（凹レンズ、凸レンズ、球面レンズ、非球面レンズ、またはフリーフォームガラスまたはプラスチックレンズ）、または屈折力−Ｐ１を提供する他の静的／受動レンズで置き換えることができる。従来のレンズは、ＰＢＰレンズとは反対の色分散を有するので、従来のレンズのコストはＰＢＰレンズのそれよりも大きな厚みを伴うが、全体の色分散は低減される。また、従来のレンズはＰＢＰのように望ましくない回折次数を有していないため、従来のレンズでは漏れやゴースト像の問題が少なくなる傾向がある。これらの実施態様では、円偏光子７１０は、ＬＣセル７５０に右円偏光を提供するように右円偏光される。これらの実施形態では、偏光解消子７７０および円偏光子７１０は、ＰＢＰレンズ７３０の前に、またはＰＢＰレンズ７３０とＬＣセル７５０との間に配置することができる。
【００８６】
［０１０３］  図９は、一実施形態による、第１の１／４波長板９２０と第２の１／４波長板９３０との間に直線偏光子９１０を備える１／４波長板直線偏光子（ＱＷＰＬＰ）スタック９００の円偏光および直線偏光の掌性を示す。ＱＷＰＬＰスタック９００は、ＰＢＰレンズの望ましくない回折次数から生じる光学系内の迷光の強度を低減するために使用されてもよい。例えば、光学系が、ＰＢＰレンズの出力の第１の回折次数を使用して動作するように設計される場合、望ましくない回折次数は、上述したように、第１の次数の共役である。
【００８７】
［０１０４］  ＱＷＰＬＰスタック９００の動作を説明するため、スタックを通過するときの入力光９４０の発生は、第１の実施例で説明される。スタックを通過するときの入力光９５０の発生は、第２の実施例で説明される。いずれの実施例においても、直線偏光子９１０は、水平方向に配向されているとみなされる。第１の実施例では、入力光９４０は、右円偏光である。第１の１／４波長板９２０を透過すると、光は、水平配向を有する直線偏光に変えられる。この水平線形偏光は、線形偏光子９１０を透過しても、水平線形偏光のままである。最後に、第２の１／４波長板９３０を透過すると、水平直線偏光は、右円偏光に戻るように変えられ、入力光９４０上の掌性が維持される。
【００８８】
［０１０５］  第２の実施例では、入力光９５０は、円偏光のままである。第１の１／４波長板９２０を透過すると、光は、垂直配向を有する直線偏光に変えられる。この垂直直線偏光は、直線偏光子９１０を透過せず、結果として、遮断される。したがって、第１および第２の実施例に鑑みて、ＱＷＰＬＰスタックは、円偏光の一方の掌性を保持する一方で、反対の掌性を遮断し、結果として、次の光学素子のための円偏光の所望の掌性の純度を増大させるために有用であり得る。ある実施形態では、１／４波長板９３０は、出力円偏光とは反対の掌性を生成するように配向され得る。この実施形態では、右円偏光入力光９４０は透過して左円偏光になるが、一方、左円偏光入力光９５０は遮断される。
【００８９】
［０１０６］  図１０は、一実施形態による、円偏光子、１／４分波長板、直線偏光子、およびＰＢＰレンズを組み込んだ光学系１０００の円偏光の掌性を示す。例えば、光学系１０００は、ＱＷＰＬＰスタック１００５を追加した光学系７００と同様であってもよい。光学系１０００は、任意選択であり、いくつかの実施形態では光学系７００に含まれる必要のない第１の円偏光子１０１０を含む。光学系７００はまた、第２の円偏光子１０２０、第１のＰＢＰレンズ１０３０、第２のＰＢＰレンズ１０４０、第１の切り替え可能なＬＣ波長板１０５０、および第２の切り替え可能なＬＣ波長板１０６０を含む。いくつかの実施形態では、任意選択の偏光解消子１０７０を光学系１０００に含めることができる。本明細書に記載される実施例では、第１の円偏光子１０１０は、左旋円偏光子であり、第２の円偏光子１０２０は、右旋円偏光子であるとみなされる。光学系１０００の構成要素のすべてまたはいくつかは、互いに物理的に接触し、互いに基板を共有し、互いに積層され、互いに光学的に接触し、互いの間に屈折率整合流体または光学接着剤を有してもよく、またはそれらの間に空間を有してもよい。図示した実施例では、光１０８０は、光にゼロネット複屈折位相を付加するように、全波プレート状態にある第１の切り替え可能なＬＣ波長板１０５０に付される。また、光１０８０は、光の掌性を切り替える複屈折位相を付加するように半波長板状態にある第２の切り替え可能なＬＣ波長板１０６０にさらされる。
【００９０】
［０１０７］  任意選択の偏光解消子１０７０によって偏光解消され得る光１０８０は、左旋である第１の円偏光子１０１０を透過すると、左円偏光になる。その後、左円偏光は、第１のＰＢＰレンズ１０３０を透過すると右円偏光になる。この右円偏光は、第１のＰＢＰレンズ１０３０の共役回折次数である。さらに、第１のＰＢＰレンズ１０３０は、左円偏光である１次回折次数の光１０８２を生成することができる。さらに、第１のＰＢＰレンズ１０３０の出力は、左円偏光（例えば、第１のＰＢＰレンズ１０３０に入射する光の偏光と同じ偏光）でもある漏れ光１０８４を含んでもよい。光１０８２および１０８４は、光１０８０に対してある角度で図１０に示されているが、そのような角度は単に概略的なものであり、光１０８２および１０８４がそのような角度で移動することを示すものではない。続いて、右円偏光を透過し、左円偏光を遮断するように構成されたＱＷＰＬＰスタック１００５は、１次回折次数の光１０８２及び漏れ光１０８４を遮断しながら共役回折次数の右円偏光を透過する。
【００９１】
［０１０８］  ＱＷＰＬＰスタック１００５を透過した後、右円偏光は、ゼロネット複屈折位相を追加するように、全波板状態にある第１の切替可能なＬＣ波長板１０５０を経験する。したがって、光は右円偏光のままである。この右円偏光は、その後、第２のＰＢＰレンズ１０４０を透過すると左円偏光になる。この左円偏光は、第２のＰＢＰレンズ１０４０の１次回折次数である。加えて、第２のＰＢＰレンズ１０４０は、右円偏光である共役回折次数の光１０９２を生成し得る。さらに、第２のＰＢＰレンズ１０４０の出力は、右円偏光（例えば、第２のＰＢＰレンズ１０４０に入射する光の偏光と同じ偏光）でもある漏れ光１０９４を含んでもよい。光１０９２および１０９４は、光１０８０に対してある角度で図１０に示されているが、そのような角度は単に概略的なものであり、光１０９２および１０９４がそのような角度で移動することを示すものではない。続いて、１次回折次数の左円偏光は、光の掌性を右円偏光に切り替える複屈折位相を追加するように、半波長板状態にある第２の切り替え可能なＬＣ波長板１０６０を経験する。一方、共役回折次数の右円偏光及び右円偏光漏れ光はまた、共役回折次数光及び漏れ光の掌性を左円偏光に切り替える複屈折位相を加えるように、第２の切替可能なＬＣ波長板１０６０が半波長板状態にあることを経験する。
【００９２】
［０１０９］  その後、右円偏光は、右旋である第２の円偏光子１０２０を透過する。光の掌性と第２の円偏光子７２０の掌性は同じであるため、光は第２の円偏光子１０２０を透過して実質的に影響を受けない。しかしながら、第２の円偏光子１０２０は、共役回折次数光１０９２および漏れ光１０９４を遮断する傾向がある。
【００９３】
［０１１０］  図１１は、いくつかの実施形態による、画像源１１１０および導光体１１２０を含む光学系１１００のブロック図を示す。光学系１１００は、ユーザ１１５０の眼に、現実世界の光１１３０と仮想世界の仮想画像光１１４０を提供する拡張現実システムにおいて使用されてもよい。画像源１１１０は、光源と画素化された光バルブ（図示せず）で、例えば、液晶表示装置であってもよい。仮想画像光１１４０は、コンピュータ生成されてもよい。光学系１１００はまた、現実世界の画像光を透過する現実世界の画像光学スタック１１６０と、現実世界および仮想世界の両方の画像光を透過する合成画像光学スタック（ｃｏｍｂｉｎｅｄ  ｉｍａｇｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｔａｃｋ）１１７０とを含む。一部の実施形態では、拡張現実システムの現実世界の光は本質的に変化せず、その結果、ゼロネット屈折力が現実世界の光に適用される。一方、仮想世界の画像に屈折力（例えば、拡大）を適用することが望ましい場合がある。したがって、現実世界の画像光学スタック１１６０及び合成画像光学スタック１１７０は、現実世界の光にゼロネット屈折力を、仮想世界の画像に非ゼロ屈折力を適用するという組み合わせ効果を有する要素を含み得る。
【００９４】
［０１１１］  導光体１１２０は、シート状または平面状の形態を有し、内部全反射によって光を伝達することができる。導光体１１２０の出力部分は、光を導光体の内側から導光体の外側へ、また、合成画像光学スタック１１７０へ向け直す、表面溝または他の形状などの外側結合特徴を含んでもよい。
【００９５】
［０１１２］  図１２は、一実施形態により、切り替え可能な屈折力を可能にし、円偏光子およびＰＢＰレンズを組み込む光学系１２００の適用例を示す。光学系１２００は、１／４波長板１２０５と、第１のＰＢＰレンズ１２１０と、第１の切り替え可能なＬＣ波長板１２１５と、第２のＰＢＰレンズ１２２０と、第１の円偏光子１２２５と、第３のＰＢＰレンズ１２３０と、第２の切り替え可能なＬＣ波長板１２３５と、第４のＰＢＰレンズ１２４０と、第３の切り替え可能なＬＣ波長板１２４５と、第２の円偏光子１２５０と、導光体１２６０とを含む。いくつかの実施形態では、任意選択である偏光解消子１２６５を光学系１２００に含めることができる。第１のＰＢＰレンズ１２１０は、左円偏光の入射光に対して−Ｐ１の屈折力を生成し、右円偏光の入射光に対して＋Ｐ１の屈折力を生成するように構成される。第２のＰＢＰレンズ１２２０は、左円偏光の入射光に対して−Ｐ２の屈折力を生成し、右円偏光の入射光に対して＋Ｐ２の屈折力を生成するように構成される。第３のＰＢＰレンズ１２３０は、左円偏光の入射光に対して−Ｐ２の屈折力を生成し、右円偏光の入射光に対して＋Ｐ２の屈折力を生成するように構成される。第４のＰＢＰレンズ１２４０は、左円偏光の入射光に対して−Ｐ１の屈折力を生成し、右円偏光の入射光に対して＋Ｐ１の屈折力を生成するように構成される。
【００９６】
［０１１３］  図１１に示されるシステムアーキテクチャを参照すると、１／４波長板１２０５、第１のＰＢＰレンズ１２１０、第１の切替可能なＬＣ波長板１２１５、および第２のＰＢＰレンズ１２２０は、図１１の１１６０などの現実世界の画像光学スタックであるとみなすことができる。第１の円偏光子１２２５、第３のＰＢＰレンズ１２３０、第２の切替可能なＬＣ波長板１２３５、第４のＰＢＰレンズ１２４０、第３の切替可能なＬＣ波長板１２４５、および第２の円偏光子１２５０は、図１１の１１７０などの合成画像光学スタックであるとみなすことができる。
【００９７】
［０１１４］  本明細書に記載の実施例では、第１の円偏光子１２２５は左旋円偏光子とみなされ、第２の円偏光子１２５０は右旋円偏光子とみなされる。様々な実施形態では、光学系１２００の構成要素のすべてまたはいくつかは、互いに物理的に接触し、互いに基板を共有し、互いに積層され、互いに光学的に接触し、互いの間に屈折率整合流体または光学接着剤を有してもよく、またはそれらの間に空間を有してもよい。
【００９８】
［０１１５］  第１、第２、および第３の切り替え可能なＬＣ波長板１２１５、１２３５、および１２４５のそれぞれは、半波長板または全波長板として機能するように電子的に切り替え可能であってもよい。半波長板は、半波長板を通過する円偏光の掌性を切り替える複屈折位相を付加する（例えば、右円偏光は左円偏光となり、左円偏光は右円偏光となる）。全波長板は、全波長板を通過する円偏光にネット複屈折位相を付加しない。この理由から、全波長板は、円偏光の掌性を切り替えない（例えば、右円偏光は、右円偏光のままであり、左円偏光は、左円偏光のままである）。切替可能なＬＣ波長板の各々の状態は、閾値量を超えるまたは下回る電圧を印加することによって選択可能であり得る。閾値を超える電圧は、切り替え可能なＬＣ波長板を第１の状態にし、閾値を下回る電圧は、切り替え可能なＬＣ波長板を、例えば、第２の状態にし得る。
【００９９】
［０１１６］  現実世界の光１２８０は、光１２８０が偏光であるか、または既に非偏光であるかにかかわらず、非偏光の光を出力する偏光解消子１２６５上の光軸１２８５に沿って入射することができる。このような光は、予測不可能な方法で偏光され、その結果、光学系１２００において制御不能な光学的な影響をもたらし得るため、偏光解消は、現実世界の光にとって有益であり得る。
【０１００】
［０１１７］  光学系１２００は、光学系の現実世界の入力側に仮想焦点１２９０を生成する。焦点１２９０の位置は、切り替え可能なＬＣ波長板１２１５、１２３５、および１２４５のうちの一または複数を電子的に切り替えることによって切り替えることができる。光学系１２００を通過する光の特性の詳細は、図１３および図１４において以下のように記載される。
【０１０１】
［０１１８］  図１３および図１４は、様々な実施形態による、光学系１２００に対する円偏光の掌性およびその他の詳細を示す。円偏光の特性は、部分的に、第１および第２の切り替え可能なＬＣ波長板１２１５、１２３５、および１２４５の状態に依存する。このような状態の組み合わせは、部分的に、光学系１２００によって生成される屈折力を決定し得る。図１３に示す実施例では、右円偏光１３１０および左円偏光１３１５は、非偏光の仮想画像源（例えば、図１１の１１１０）からのものである。現実世界の右円偏光１３２０および左円偏光１３２５は、光の掌性を維持するゼロネット複屈折位相を付加するように、全波長板状態にある第１の切替可能なＬＣ波長板１２１５にさらされる。光１３１５および１３２５も、光にゼロネット複屈折位相を付加するように全波長板状態にある第２の切替可能なＬＣ波長板１２３５にさらされる。最後に、光１３１５および１３２５は、光の掌性を切り替える複屈折位相を付加するように、半波長板状態にある第３の切り替え可能なＬＣ波長板１２４５にもさらされる。
【０１０２】
［０１１９］  最初に、光が光学系１２００を通過するときの仮想世界の光の発生を説明すると、光１３１０および光１３１５は、仮想画像光源からの偏光された状態にあってもよい。このような偏光状態は、右円偏光１３１０および左円偏光１３１５の両方をそれぞれ含むように、楕円であってもよい。右円偏光１３１０は、左旋である第１の円偏光子１２２５によって直ちに遮断される。左円偏光１３１５は、第１の円偏光子１２２５によって透過される。この左円偏光は、その後、右円偏光となり、第３のＰＢＰレンズ１２３０を透過すると、負の屈折力−Ｐ２を経験する。次に、屈折力−Ｐ２を有する右円偏光は、ゼロネット複屈折位相を付加するように全波長板状態にある第２の切替可能ＬＣ波長板１２３５を経験する。したがって、光は右円偏光のままである。この右円偏光は、続いて、左円偏光となり、第４のＰＢＰレンズ１２４０を透過すると、正の屈折力＋Ｐ１を経験する。次に、屈折力＋Ｐ１を有する左円偏光は、光の掌性を右円偏光に切り替える複屈折位相を付加するように、半波長板状態にある第３の切り替え可能なＬＣ波長板１２４５を経験する。その後、−Ｐ２＋Ｐ１のネット屈折力を有する右円偏光は、右旋である第２の円偏光子１２５０を透過する。光の掌性と第２の円偏光子１２５０の掌性は同じであるため、光は第２の円偏光子１２５０を透過して実質的に影響を受けない。しかしながら、第２の円偏光子１２５０は、光１３１５に存在し得る漏れ光を遮断する傾向がある。例えば、漏れ光は、上述のように、少なくとも部分的に波長に依存する光学性能を有する光学系１２００内の素子のいずれかまたは組み合わせから生じ得る。
【０１０３】
［０１２０］  ここで、光学系１２００を通過するときの現実世界の光の発生を説明すると、光１３２０は、右円偏光であってよく、光１３２５は、左円偏光であってもよい。右円偏光１３２０は、第１のＰＢＰレンズ１２１０を透過すると、左円偏光となり、正の屈折力＋Ｐ１を経験する。屈折力＋Ｐ１を有する左円偏光は、次に、ゼロネット複屈折位相を付加するように、全波板状態にある第１の切替可能なＬＣ波長板１２１５を経験する。したがって、光は左円偏光のままである。この左円偏光は、その後、右円偏光となり、第２のＰＢＰレンズ１２２０を透過すると、負の屈折力−Ｐ２を経験する。屈折力−Ｐ２を有する右円偏光は、次に、１／４波長板１２０５を経験し、これは、右円偏光をｙ方向の直線偏光に変化させる。この直線偏光は、実質的に影響を受けることなく導光体１２６０を通過し、次に第１の円偏光子１２２５に遭遇する。いくつかの実施態様では、第１の円偏光子１２２５は、ｘ方向の直線偏光子および１／４波長板を含んでもよい。このような実施形態では、ｙ方向の直線偏光は、ｘ方向の直線偏光子によって遮断される。
【０１０４】
［０１２１］  左円偏光１３２５は、第１のＰＢＰレンズ１２１０を透過すると、右円偏光となり、負の屈折力−Ｐ１を経験する。次に、屈折力−Ｐ１を有する右円偏光は、ゼロネット複屈折位相を付加するように全波長板状態にある第１の切り替え可能なＬＣ波長板１２１５を経験する。したがって、光は右円偏光のままである。この右円偏光は、その後、左円偏光となり、第２のＰＢＰレンズ１２２０を透過すると、正の屈折力＋Ｐ２を経験する。次に、屈折力＋Ｐ２を有する左円偏光は、左円偏光をｘ方向の直線偏光に変化させる１／４波長板１２０５を経験する。この直線偏光は、実質的に影響を受けることなく導光体１２６０を通過し、次に第１の円偏光子１２２５に遭遇する。第１の円偏光子１２２５が、ｘ方向の直線偏光子と、１／４波長板とを備える場合、ｘ方向の直線偏光は、ｘ方向の直線偏光子によって透過される。一方、１／４波長板は、ｘ方向の直線偏光を左円偏光に変化させる。この左円偏光は、その後、右円偏光となり、第３のＰＢＰレンズ１２３０を透過すると、負の屈折力−Ｐ２を経験する。次に、屈折力−Ｐ２を有する右円偏光は、ゼロネット複屈折位相を付加するように全波長板状態にある第２の切替可能ＬＣ波長板１２３５を経験する。したがって、光は右円偏光のままである。この右円偏光は、続いて、左円偏光となり、第４のＰＢＰレンズ１２４０を透過すると、正の屈折力＋Ｐ１を経験する。次に、屈折力＋Ｐ１を有する左円偏光は、光の掌性を右円偏光に切り替える複屈折位相を付加するように、半波長板状態にある第３の切り替え可能なＬＣ波長板１２４５を経験する。続いて、ゼロ（−Ｐ１＋Ｐ２−Ｐ２＋Ｐ１）のネット屈折力を有する右円偏光は、右旋である第２の円偏光子１２５０を透過する。光の掌性および第２の円偏光子１２５０の掌性は同じであるため、光は、実質的に影響を受けずに、第２の円偏光子１２５０を透過し、任意の左円形偏光ゴーストは遮断される。
【０１０５】
［０１２２］  図１４に示す実施例では、右円偏光１４１０および左円偏光１４１５は、非偏光の仮想画像源（例えば、図１１の１１１０）からのものである。実世界の左円偏光１４２０および右円偏光１４２５は、光の掌性を切り替える複屈折位相を付加するように半波長板状である第１の切り替え可能なＬＣ波長板１２１５にさらされる。光１４１５および１４２５も、半波長板状である第２の切替可能なＬＣ波長板１２３５にさらされる。最後に、光１４１５および１４２５は、光にゼロネット複屈折位相を付加するように、全波長板状態にある第３の切り替え可能なＬＣ波長板１２４５にもさらされる。
【０１０６】
［０１２３］  はじめに、光学系１２００を通過するときの仮想世界の光の発生を説明すると、光１４１０および光１４１５は、仮想画像光源から偏光された状態にあってもよい。このような偏光状態は、右円偏光１４１０および左円偏光１４１５の両方を含むように、楕円であってもよい。右円偏光１４１０は、左旋である第１の円偏光子１２２５によって直ちに遮断される。左円偏光１４１５は、第１の円偏光子１２２５によって透過される。この左円偏光は、その後、右円偏光となり、第３のＰＢＰレンズ１２３０を透過すると、負の屈折力−Ｐ２を経験する。屈折力ーＰ２を有する右円偏光は、次に、光の掌性を切り替える複屈折位相を付加するように、半波長板状態にある第２の切り替え可能なＬＣ波長板１２３５を経験する。したがって、光は左円偏光に変化する。この左円偏光は、その後、右円偏光となり、第４のＰＢＰレンズ１２４０を透過すると、負の屈折力−Ｐ１を経験する。屈折力−Ｐ１を有する右円偏光は、次に、光にゼロネット複屈折位相を付加するように、全波長板状態にある第３の切替可能なＬＣ波長板１２４５を経験する。その後、右円偏光は、右円偏光のままであり、−Ｐ２−Ｐ１のネット屈折力を有し、右旋である第２の円偏光子１２５０を透過する。光の掌性と第２の円偏光子１２５０の掌性は同じであるため、光は第２の円偏光子１２５０を透過して実質的に影響を受けない。しかしながら、第２の円偏光子１２５０は、光１４１５に存在し得る漏れ光を遮断する傾向がある。例えば、漏れ光は、上述のように、少なくとも部分的に波長に依存する光学性能を有する光学系１２００内の素子のいずれかまたは組み合わせから生じることがある。
【０１０７】
［０１２４］  ここで、光が光学系１２００を通過するときの現実世界の光の発生を説明すると、光１４２０は、左円偏光であってよく、光１４２５は、右円偏光であってもよい。左円偏光１４２０は、第１のＰＢＰレンズ１２１０を透過すると、右円偏光となり、負の屈折力−Ｐ１を経験する。屈折力−Ｐ１を有する右円偏光は、次に、光の掌性を切り替える複屈折位相を付加するように、半波長板状態にある第１の切り替え可能なＬＣ波長板１２１５を経験する。したがって、光は左円偏光に変化する。この左円偏光は、その後、右円偏光となり、第２のＰＢＰレンズ１２２０を透過すると、負の屈折力−Ｐ２を経験する。屈折力−Ｐ２を有する右円偏光は、次に、１／４波長板１２０５を経験し、これは、右円偏光をｙ方向の直線偏光に変化させる。この直線偏光は、実質的に影響を受けることなく導光体１２６０を通過し、次に第１の円偏光子１２２５に遭遇する。いくつかの実施態様では、第１の円偏光子１２２５は、ｘ方向の直線偏光子および１／４波長板を含んでもよい。このような実施形態では、ｙ方向の直線偏光は、ｘ方向の直線偏光子によって遮断される。
【０１０８】
［０１２５］  右円偏光１４２５は、第１のＰＢＰレンズ１２１０を透過すると、左円偏光となり、正の屈折力＋Ｐ１を経験する。次に、屈折力＋Ｐ１を有する左円偏光は、光の掌性を切り替える複屈折位相を付加するように、半波長板状態にある第１の切り替え可能なＬＣ波長板１２１５を経験する。したがって、光は右円偏光に変化する。この右円偏光は、その後、左円偏光となり、第２のＰＢＰレンズ１２２０を透過すると、正の屈折力＋Ｐ２を経験する。次に、屈折力＋Ｐ２を有する左円偏光は、左円偏光をｘ方向の直線偏光に変化させる１／４波長板１２０５を経験する。この直線偏光は、実質的に影響がなく、次に第１の円偏光子１２２５に遭遇する導光体１２６０を通過する。第１の円偏光子１２２５が、ｘ方向の直線偏光子と、１／４波長板とを備える場合、ｘ方向の直線偏光は、ｘ方向の直線偏光子によって透過される。一方、１／４波長板は、ｘ方向の直線偏光を左円偏光に変化させる。この左円偏光は、その後、右円偏光となり、第３のＰＢＰレンズ１２３０を透過すると、負の屈折力−Ｐ２を経験する。屈折力ーＰ２を有する右円偏光は、次に、光の掌性を切り替える複屈折位相を付加するように、半波長板状態にある第２の切り替え可能なＬＣ波長板１２３５を経験する。したがって、光は左円偏光に変化する。この左円偏光は、その後、右円偏光となり、第４のＰＢＰレンズ１２４０を透過すると、負の屈折力−Ｐ１を経験する。屈折力１Ｐ１を有する右円偏光は、次に、ゼロネット複屈折位相を光に付加するように、全波長板状態にある第３の切替可能なＬＣ波長板１２４５を経験する。したがって、右円偏光は、右円偏光のままである。その後、ゼロ（＋Ｐ１＋Ｐ２−Ｐ２−Ｐ１）のネット屈折力を有する右円偏光は、右旋である第２の円偏光子１２５０を透過する。光の掌性および第２の円偏光子１２５０の掌性は同じであるため、光は、実質的に影響を受けずに、第２の円偏光子１２５０を透過し、任意の左円偏光ゴーストは遮断される。
【０１０９】
［０１２６］  光学系１２００のいくつかの実施形態では、ＰＢＰレンズ１２３０およびＰＢＰレンズ１２２０はそれぞれ、従来のレンズ（凹レンズ、凸レンズ、球面レンズ、非球面レンズ、またはフリーフォームガラスまたはプラスチックレンズ）、または屈折力−Ｐ２および＋Ｐ２を提供する他の静的／受動レンズで置き換えることができる。左円偏光子１２２５を右円偏光子で置き換え、右円偏光をｘ方向の直線偏光に変換するように１／４波長板の配向を調整することによって、図１３および図１４の光１３１０、１３１５、１３２０、１３２５、１４１０、１４１５、１４２０および１４２５の偏光発生は同じままである。従来のレンズは、ＰＢＰレンズとは反対の色分散を有するので、従来のレンズのコストで全体的な色分散はＰＢＰレンズよりも大きな厚みを必要とする。また、従来のレンズは、ＰＢＰが有するような望ましくない回折次数を有しておらず、その結果、漏れおよびゴースト像が少ない傾向にある。
【０１１０】
［０１２７］  図１５は、コンソール１５１０が動作するニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）システム１５００の一実施形態のブロック図である。ＮＥＤシステム１５００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１５によって示されたＮＥＤシステム１５００は、コンソール１５１０に連結されたＮＥＤ１５０５および入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース１５１５を備える。
【０１１１】
［０１２８］  図１５は、１つのＮＥＤ１５０５および１つのＩ／Ｏインターフェース１５１５を含むＮＥＤシステム１５００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１５００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１５１５を有する複数のＮＥＤ１５０５があってよく、各ＮＥＤ１５０５およびＩ／Ｏインターフェース１５１５は、コンソール１５１０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１５００に含まれてもよい。加えて、ＮＥＤ１５０５、コンソール１５１０、およびＩ／Ｏインターフェース１５１５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１５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１５１０の機能のいくつかまたはすべては、ＮＥＤ１５０５によって提供され得る。
【０１１２】
［０１２９］  ＮＥＤ１５０５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ってもよい。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、音声等）を含む物理的な現実世界の環境の仮想ビューおよび／または拡張ビューを含み得る。いくつかの実施形態では、ＮＥＤ１５０５は、ユーザに音声コンテンツを提示することもできる。ＮＥＤ１５０５および／またはコンソール１５１０は、Ｉ／Ｏインターフェース１５１５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、ＮＥＤ１５０５によって表示されている視覚コンテンツと同期される。
【０１１３】
［０１３０］  ＮＥＤ１５０５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。剛体間の剛性結合により、結合した剛体は単一の剛性エンティティとして機能する。対照的に、剛体間の非剛性結合は、剛体が互いに対して動くことを可能にする。
【０１１４】
［０１３１］  図１５に示すように、ＮＥＤ１５０５は、深度カメラアセンブリ（ＤＣＡ）１５２０と、ディスプレイ１５２５と、光学アセンブリ１５３０と、一または複数の位置センサ１５３５と、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）１５４０と、視線追跡システム１５４５と、可変焦点モジュール１５５０とを含み得る。いくつかの実施形態では、ディスプレイ１５２５および光学アセンブリ１５３０は、投影アセンブリに一体化され得る。ＮＥＤ１５０５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。
【０１１５】
［０１３２］  ＤＣＡ１５２０は、ＮＥＤ１５０５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。ＤＣＡ１５２０は、センサデータを使用して、ＮＥＤ１５０５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、ＤＣＡ１５２０は、処理のために、センサデータをコンソール１５１０に送信してもよい。
【０１１６】
［０１３３］  ＤＣＡ１５２０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、ＮＥＤ１５０５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、ＮＥＤ１５０５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。
【０１１７】
［０１３４］  ディスプレイ１５２５は、コンソール１５１０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１５２５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１５２５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１５２５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。
【０１１８】
［０１３５］  光学アセンブリ１５３０は、ディスプレイ１５２５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ＮＥＤ１５０５のユーザに提示する。光学アセンブリ１５３０は、複数の光学素子を含む。例えば、光学アセンブリ１５３０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１５３０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１５３０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１５３０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１５３０は、光学ブロック１５５を含む。
【０１１９】
［０１３６］  動作中、光学アセンブリ１５３０は、ディスプレイ１５２５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１５３０は、光学アセンブリ１５３０を使用しないディスプレイよりも、ディスプレイ１５２５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１５２５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、１５１０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。
【０１２０】
［０１３７］  いくつかの実施形態では、光学アセンブリ１５３０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１５２５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１５３０は、ディスプレイ１５２５からの画像光が、光学アセンブリ１５３０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１５３０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１５２５内に一体化される。
【０１２１】
［０１３８］  ＩＭＵ１５４０は、位置センサ１５３５の一または複数から受信した測定信号、およびＤＣＡ１５２０から受信した深度情報からに基づいて、ＮＥＤ１５０５の位置を示すデータを生成する電子デバイスである。ＮＥＤ１５０５のいくつかの実施形態では、ＩＭＵ１５４０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、ＩＭＵ１５４０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、ＩＭＵ１５４０は、図１５ＡのＩＭＵ  １５１５と同じ構成要素であり、位置センサ１５３５は、位置センサ１５２０と同じ構成要素である。
【０１２２】
［０１３９］  位置センサ１５３５は動作中、ＮＥＤ１５０５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１５３５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１５３５は、ＩＭＵ１５４０の外部に、ＩＭＵ１５４０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。
【０１２３】
［０１４０］  一または複数の位置センサ１５３５からの一または複数の測定信号に基づいて、ＩＭＵ１５４０は、ＮＥＤ１５０５の初期位置に対するＮＥＤ１５０５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１５３５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、ＩＭＵ１５４０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ＮＥＤ１５０５の現在の推定位置を計算する。例えば、ＩＭＵ１５４０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、ＮＥＤ１５０５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、ＩＭＵ１５４０は、サンプリングした測定信号をコンソール１５１０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１５１０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ＩＭＵ１５４０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ＩＭＵ１５４０にさらに送信することができる。基準点は、ＮＥＤ１５０５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、ＮＥＤ１５０５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。
【０１２４】
［０１４１］  様々な実施形態では、ＩＭＵ１５４０は、コンソール１５１０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、ＮＥＤ１５０５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、ＩＭＵ１５４０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ＩＭＵ１５４０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、ＩＭＵ１５４０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。
【０１２５】
［０１４２］  いくつかの実施形態では、視線追跡システム１５４５はＮＥＤ１５０５に統合される。視線追跡システム１５４５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１５４５は、ユーザがＮＥＤ１５０５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１５４５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。
【０１２６】
［０１４３］  いくつかの実施形態では、可変焦点モジュール１５５０はさらに、ＮＥＤ１５０５に統合される。可変焦点モジュール１５５０は、可変焦点モジュール１５５０が視線追跡システム１５４５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１５４５に連結されてもよい。可変焦点モジュール１５５０は、視線追跡システム１５４５から取得した視線追跡情報に基づいて、ディスプレイ１５２５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１５５０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１５５０は、光学アセンブリ１５３０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。
【０１２７】
［０１４４］  動作中、可変焦点モジュール１５５０は、光学アセンブリ１５３０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１５３０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１５５０は、視線追跡システム１５４５から得られた視線追跡情報を使用して、光学アセンブリ１５３０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１５５０は、ディスプレイ１５２５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１５４５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１５５０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１５２５を構成する。
【０１２８】
［０１４５］  Ｉ／Ｏインターフェース１５１５は、ユーザからコンソール１５１０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１５１５は、コンソール１５１０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１５１５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１５１０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１５１５は、Ｉ／Ｏインターフェース１５１５の初期位置に対するＩ／Ｏインターフェース１５１５の現在の推定位置を示す較正データをキャプチャするＩＭＵ１５４０を含む。
【０１２９】
［０１４６］  動作中、Ｉ／Ｏインターフェース１５１５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１５１０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１５１０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１５１０は、Ｉ／Ｏインターフェース１５１５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１５１５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１５１５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１５１０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１５１０は、Ｉ／Ｏインターフェース１５１５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。
【０１３０】
［０１４７］  コンソール１５１０は、ＤＣＡ１５２０、ＮＥＤ１５０５、およびＩ／Ｏインターフェース１５１５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ＮＥＤ１５０５に提供する。図１５に示した実施形態では、コンソール１５１０は、アプリケーションストア１５５５と、追跡モジュール１５６０と、エンジン１５６５とを含む。いくつかの実施形態では、コンソール１５１０は、図１５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１５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１５１０の構成要素間で分散されてもよい。
【０１３１】
［０１４８］  アプリケーションストア１５５５は、コンソール１５１０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１５１５などを介して、ユーザが頭を動かすときのＮＥＤ１５０５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。
【０１３２】
［０１４９］  追跡モジュール１５６０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１５００を較正する。追跡モジュール１５６０は、ＮＥＤ１５０５またはＩ／Ｏインターフェース１５１５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１５６０は、ＤＣＡ１５２０の焦点を調整するため、較正パラメータをＤＣＡ１５２０に送信してもよい。したがって、ＤＣＡ１５２０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１５６０はまた、修正する種々の較正パラメータを決定する際に、ＩＭＵ１５４０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、ＮＥＤ１５０５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１５６０は、ＮＥＤシステム１５００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、ＤＣＡ１５２０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１５６０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１５５０に送信してもよい。
【０１３３】
［０１５０］  追跡モジュール１５６０は、ＤＣＡ１５２０、一または複数の位置センサ１５３５、ＩＭＵ１５４０、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、ＮＥＤ１５０５および／またはＩ／Ｏインターフェース１５１５の移動を追跡する。例えば、追跡モジュール１５６０は、ＮＥＤ１５０５の局所領域のマッピングから、ＮＥＤ１５０５の基準位置を決定し得る。追跡モジュール１５６０は、ＮＥＤ１５０５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１５６０はまた、ＮＥＤ１５０５および／またはＩ／Ｏインターフェース１５１５の基準位置を決定するため、ＩＭＵ１５４０からのセンサデータおよび／またはＤＣＡ１５２０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１５６０は、ＮＥＤ１５０５および／またはＩ／Ｏインターフェース１５１５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１５６０は、予測されるその後の位置をエンジン１５６５に送信してもよい。
【０１３４】
［０１５１］  エンジン１５６５は、ＮＥＤ１５０５から受信した情報に基づいて、ＮＥＤ１５０５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１５６５は、ＤＣＡ１５２０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１５６５は、ＤＣＡ１５２０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、ＮＥＤ１５０５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１５６５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、ＮＥＤ１５０５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１５６５は、ＤＣＡ１５２０から受信した深度データを使用する。
【０１３５】
［０１５２］  エンジン１５６５はまた、ＮＥＤシステム１５００内でアプリケーションを実行し、ＮＥＤ１５０５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１５６０から受信する。受信情報に基づいて、エンジン１５６５は、ユーザに提示するため、ＮＥＤ１５０５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１５６５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ＮＥＤ１５０５のためのコンテンツを生成する。したがって、エンジン１５６５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１５６５は、媒体コンテンツをＮＥＤ１５０５にさらに送信してもよい。加えて、Ｉ／Ｏインターフェース１５１５からのアクション要求の受信に応答して、エンジン１５６５は、コンソール１５１０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１５０５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１５６５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ＮＥＤ１５０５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１５１５を構成することができる。
【０１３６】
［０１５３］  いくつかの実施形態では、視線追跡システム１５４５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１５６５は、ディスプレイ１５２５上でユーザに提示するための、ＮＥＤ１５０５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１５６５は、視線追跡システム１５４５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１５２５を構成することによって、ＮＥＤ１５０５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１５６５は、ユーザの視線の中心窩領域でディスプレイ１５２５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ＮＥＤ１５０５に提供し、それによってＮＥＤ１５０５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１５６５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１５２５から放射される画像光の焦点を調節することができる。
【０１３７】
［０１５４］  条項１．  入力光を受け取ることに応答して、第１の回折次数に関連する第１の光ビームと、第２の回折次数に関連する第２の光ビームとを生成するように構成された幾何学的位相素子と、前記第１の光ビームの強度を低減し、前記第２の光ビームの強度を実質的に保存するように構成された楕円偏光子とを備える、光学系。
【０１３８】
［０１５５］  条項２．  第２の楕円偏光子をさらに備える、条項１に記載の光学系。
【０１３９】
［０１５６］  条項３．  楕円偏光子が第１の掌性を有する円偏光子を備え、前記第２の楕円偏光子が第１の掌性と逆の第２の掌性を有する円偏光子を備える、条項１または２に記載の光学系。
【０１４０】
［０１５７］  条項４．  前記第２の楕円偏光子に偏光されていない光を与えるように構成された偏光解消子をさらに備える、条項１から３のいずれか一項に記載の光学系。
【０１４１】
［０１５８］  条項５．  前記幾何学的位相素子は、第３の回折次数に関連する第３の光ビームを生成するようにさらに構成され、前記楕円偏光子は、前記第３の光ビームの強度を低減するようにさらに構成される、条項１から４のいずれか一項に記載の光学系。
【０１４２】
［０１５９］  条項６．  前記幾何学的位相素子は、切り替え可能なＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）レンズである、条項１から５のいずれか一項に記載の光学系。
【０１４３】
［０１６０］  条項７．  前記幾何学的位相素子は、２つ以上のＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）レンズのスタックを備える、条項１から６のいずれか一項に記載の光学系。
【０１４４】
［０１６１］  条項８．  前記幾何学的位相素子に前記入力光を供給するための従来のレンズをさらに備える、条項１から７のいずれか一項に記載の光学系。
【０１４５】
［０１６２］  条項９．  前記幾何学的位相素子は、第１の屈折力を有する第１のＰＢＰレンズと、第２の屈折力を有する第２のＰＢＰレンズとを含む第１のスタックを備え、前記光学系は、前記楕円偏光子に画像光を供給するように構成された導光体と、前記第１の屈折力と共役である屈折力を有する第３のＰＢＰレンズと、前記第２の屈折力と共役である屈折力を有する第４のＰＢＰレンズとを備えるＰＢＰレンズの第２のスタックとをさらに備える、条項１から８のいずれか一項に記載の光学系。
【０１４６】
［０１６３］  条項１０．  前記第１、第２、第３、および第４のＰＢＰレンズのうちの少なくとも１つが、切替可能な画像面を提供するために切替可能なＰＢＰレンズを備える、条項１から９のいずれか一項に記載の光学系。
【０１４７】
［０１６４］  条項１１．  複数の電気的に切り替え可能なＰＢＰ液晶半波長板をさらに備え、前記複数の電気的に切り替え可能なＰＢＰ液晶半波長板はそれぞれ、前記第１、第２、第３、および第４のＰＢＰレンズの異なる１つに隣接し、前記複数の電気的に切り替え可能なＰＢＰ液晶半波長板と、前記第１、第２、第３、および第４のＰＢＰレンズとが、切り替え可能な画像面を提供するように構成される、条項１から１０のいずれか一項に記載の光学系。
【０１４８】
［０１６５］  条項１２．  前記導光体に前記画像光を提供する液晶表示装置をさらに備える、条項１から１１のいずれか一項に記載の光学系。
【０１４９】
［０１６６］  条項１３．  前記光学系が拡張現実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。
【０１５０】
［０１６７］  条項１４．  前記幾何学的位相素子に隣接する第１の１／４波長板および第２の１／４波長板と、前記第１の１／４波長板と前記第２の１／４波長板との間の直線偏光子とをさらに備える、条項１から１３のいずれか一項に記載の光学系。
【０１５１】
［０１６８］  条項１５．  前記幾何学的位相素子は、Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）回折格子を備える、条項１から１４のいずれか一項に記載の光学系。
【０１５２】
［０１６９］  条項１６．  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、
前記画像光に応答して、第１の回折次数に関連する第１の光ビームと、第２の回折次数に関連する第２の光ビームとを生成するように構成されたＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ  Ｂｅｒｒｙ位相（ＰＢＰ）幾何学的位相素子の第１のスタックと、
前記第１の光ビームの強度を低減し、前記第２の光ビームの強度を実質的に保存するように構成された楕円偏光子と、
を備える、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）。
【０１５３】
［０１７０］  条項１７．  出力光を生成するように構成されたＰＢＰ幾何学的位相素子の第２のスタックと、
ＰＢＰ幾何学的位相素子の前記第１のスタックと前記第２のスタックとの間の導光体であって、ＰＢＰ幾何学的位相素子の前記第１のスタックに前記画像光を供給し、ＰＢＰ幾何学的位相素子の前記第２のスタックによって生成された前記出力光を透過するように構成された導光体と、
をさらに備える、条項１６に記載のＨＭＤ。
【０１５４】
［０１７１］  条項１８．  ＰＢＰ幾何学的位相素子の前記第１のスタックは、第１の屈折力を有する第１のＰＢＰレンズと、第２の屈折力を有する第２のＰＢＰレンズとを含み、ＰＢＰ幾何学的位相素子の前記第２のスタックは、前記第１の屈折力と反対の屈折力を有する第３のＰＢＰレンズと、前記第２の屈折力と反対の屈折力を有する第４のＰＢＰレンズとを含む、条項１６または１７に記載のＨＭＤ。
【０１５５】
［０１７２］  条項１９．  前記第１、第２、第３、および第４のＰＢＰレンズにそれぞれ隣接して電気的に切り替え可能なＰＢＰ液晶半波長板をさらに備え、前記電気的に切り替え可能なＰＢＰ液晶半波長板および前記第１、第２、第３、および第４のＰＢＰレンズは、切り替え可能な画像面を提供する、条項１６から１８のいずれか一項に記載のＨＭＤ。
【０１５６】
［０１７３］  条項２０．  ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）であって、
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、
前記画像光に基づいて楕円偏光を生成するように構成された第１の楕円偏光子と、
楕円偏光を受け取ることに応答して、第１の回折次数に関連する第１の光ビームと、第２の回折次数に関連する第２の光ビームとを生成するように構成された幾何学的位相素子と、
前記第１の光ビームの強度を低減し、前記第２の光ビームの強度を実質的に保存するように構成された第２の楕円偏光子と、
を備える、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）。
【０１５７】
［０１７４］  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。
【０１５８】
［０１７５］  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。
【０１５９】
［０１７６］  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。
【０１６０】
［０１７７］  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。
【０１６１】
［０１７８］  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、または電子命令を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。
【０１６２】
［０１７９］  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。
【０１６３】
［０１８０］  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。
【０１６４】
［０１８１］  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る。
【０１６５】
［０１８２］  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。
【０１６６】
［０１８３］  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。
【０１６７】
［０１８４］  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。
【０１６８】
［０１８５］  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。
【０１６９】
［０１８６］  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】
2021516359.tif 000003
【図１Ｂ】
2021516359.tif 000004
【図２Ａ】
2021516359.tif 000005
【図２Ｂ】
2021516359.tif 000006
【図３Ａ】
2021516359.tif 000007
【図３Ｂ】
2021516359.tif 000008
【図４】
2021516359.tif 000009
【図５】
2021516359.tif 000010
【図６】
2021516359.tif 000011
【図７】
2021516359.tif 000012
【図８】
2021516359.tif 000013
【図９】
2021516359.tif 000014
【図１０】
2021516359.tif 000015
【図１１】
2021516359.tif 000016
【図１２】
2021516359.tif 000017
【図１３】
2021516359.tif 000018
【図１４】
2021516359.tif 000019
【図１５】
2021516359.tif 000020
【国際調査報告】
2021516359.tif 000021
2021516359.tif 000022
2021516359.tif 000023