(57)【要約】ディスプレイデバイスは、光を導波管の出力表面と平行な側方方向に誘導するように構成される、導波管を備える。導波管はさらに、誘導された光を出力表面を通して外部結合するように構成される。ディスプレイデバイスは、加えて、それを通して、導波管からの外部結合された光を内部結合および回折するように構成される、広帯域適応レンズアセンブリを備える。広帯域適応レンズアセンブリは、波長板レンズが、第１の波長板レンズの中心領域から半径方向外向き方向に変動する、複屈折（Δｎ）を有し、９０％を上回る回折効率において、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の外部結合された光を回折するように構成されるように配列される、液晶（ＬＣ）層を備える、第１の波長板レンズを備える。広帯域適応レンズアセンブリは、異なる屈折力を有する複数の状態間で選択的に切り替えられるように構成される。
2021501361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイデバイスであって、
導波管であって、前記導波管は、光を導波管の出力表面と平行な側方方向に誘導するように構成され、前記導波管は、前記誘導された光を前記出力表面を通して外部結合するようにさらに構成される、導波管と、
広帯域適応レンズアセンブリであって、前記広帯域適応レンズアセンブリは、それを通して、前記導波管からの外部結合された光を内部結合および回折するように構成され、前記広帯域適応レンズアセンブリは、第１の波長板レンズを備え、前記第１の波長板レンズは、液晶（ＬＣ）層を備え、前記液晶（ＬＣ）層は、前記第１の波長板レンズが、第１の波長板レンズの中心領域から半径方向外向き方向に変動する複屈折（Δｎ）を有し、９０％を上回る回折効率において少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の前記外部結合された光を回折するように構成されるように配列される、広帯域適応レンズアセンブリと
を備え、
前記広帯域適応レンズアセンブリは、異なる屈折力を有する複数の状態間で選択的に切り替えられるように構成される、ディスプレイデバイス。
【請求項２】
前記第１の波長板レンズのΔｎは、前記波長範囲内の波長（λ）の増加に伴って増加する、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
【請求項３】
前記広帯域適応レンズアセンブリは、複数の液晶層を備え、前記液晶層はそれぞれ、層法線方向に連続的に捻転される液晶分子を備える、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
【請求項４】
前記外部結合された光が、偏光を有するとき、前記広帯域適応レンズアセンブリは、少なくとも２つのレンズ状態間で選択的に切り替えられるように構成され、前記少なくとも２つのレンズ状態は、
第１のレンズ状態であって、前記第１のレンズ状態は、第１の屈折力に従って前記導波管からの外部結合された光を収束または発散させ、前記外部結合された光の偏光を改変するように構成される、第１のレンズ状態と、
第２のレンズ状態であって、前記第２のレンズ状態は、前記外部結合された光の偏光を改変せずに、第２の屈折力に従って前記導波管からの外部結合された光を収束または発散させるように構成される、第２のレンズ状態と
を含む、請求項１−３のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【請求項５】
前記広帯域適応レンズアセンブリはさらに、第２の液晶層を備える第２の波長板レンズと、前記第１の波長板レンズと前記第２の波長板レンズとの間に介在される切替可能な波長板とを備え、前記広帯域適応レンズアセンブリは、前記切替可能な波長板を電気的にアクティブ化および非アクティブ化することによって、前記少なくとも２つの状態間で選択的に切り替えられるように構成される、請求項４に記載のディスプレイデバイス。
【請求項６】
前記切替可能な波長板は、捻転されたネマチック液晶を備え、電気的にアクティブ化することは、前記切替可能な波長板の厚さを横断して、前記捻転されたネマチック液晶の捻転度を改変する、請求項５に記載のディスプレイデバイス。
【請求項７】
前記切替可能な波長板が、アクティブ化されると、前記切替可能な波長板は、それを通して通過する円偏光の掌性を反転させるように構成される半波長板としての役割を果たす一方、前記切替可能な波長板が、非アクティブ化されると、前記切替可能な波長板は、それを通して通過する前記円偏光の掌性を保存するように構成される、請求項５に記載のディスプレイデバイス。
【請求項８】
前記第１および第２の波長板レンズはそれぞれ、それを通して通過する前記円偏光の掌性を反転させるように構成され、前記切替可能な波長板が、アクティブ化されると、前記第１および第２の波長板レンズは、反対符号を有する屈折力を付与する、請求項７に記載のディスプレイデバイス。
【請求項９】
前記第１および第２の波長板レンズはそれぞれ、それを通して通過する前記円偏光の掌性を反転させるように構成され、前記切替可能な波長板が、非アクティブ化されると、前記第１および第２の波長板レンズは、同一符号を有する屈折力を付与する、請求項７に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１０】
前記切替可能な波長板が、非アクティブ化されると、前記広帯域適応レンズアセンブリは、前記第１および第２の波長板レンズの屈折力の大きさの和に比例する大きさを有する正味屈折力を有する一方、前記切替可能な波長板が、アクティブ化状態にあると、前記適応レンズアセンブリは、前記第１および第２の波長板レンズの屈折力の大きさ間の差異に比例する大きさを有する正味屈折力を有する、請求項５に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１１】
前記第１および第２の波長板レンズは、前記切替可能な波長板が電気的にアクティブ化されると、前記正味屈折力が約ゼロであるように、ほぼ同一の大きさを有する屈折力を有する、請求項１０に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１２】
前記第１の波長板レンズは、電気的に切替可能であり、前記広帯域適応レンズアセンブリはさらに、電気的に切替可能である第２の波長板レンズを含み、前記第２の波長板レンズは、第２の液晶（ＬＣ）層を備え、前記第２の液晶（ＬＣ）層は、第２の波長板レンズが、前記第２の波長板レンズの中心領域から半径方向外向き方向に変動する複屈折（Δｎ）を有し、９０％を上回る回折効率において前記波長範囲内の外部結合された光を回折するように構成されるように配列され、前記広帯域適応レンズアセンブリは、前記第１および第２の波長板レンズの一方または両方を切り替えることによって、前記少なくとも２つの状態間で選択的に切り替えられるように構成される、請求項４に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１３】
アクティブ化されると、前記第１および第２の切替可能な波長板はそれぞれ、それを通して通過する円偏光の掌性を反転させるように構成される半波長板としての役割を果たす一方、非アクティブ化されると、前記第１および第２の切替可能な波長板はそれぞれ、それを通して通過する前記円偏光の掌性を保存するように構成される、請求項１２に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１４】
前記第１および第２の波長板レンズはそれぞれ、それを通して通過する円偏光が反対偏光を有するとき、反対符号を有する屈折力を有するように構成される、請求項１３に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１５】
前記広帯域適応レンズアセンブリは、前記第１および第２の波長板レンズの一方または両方を選択的にアクティブ化することによって、前記外部結合された光の所与の偏光に関して、前記広帯域適応レンズアセンブリが、４つの状態間で選択的に切り替えられるように構成されるように、前記第１および第２の波長板レンズの屈折力の大きさの和に比例する大きさを有する正味屈折力を有する、請求項１４に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１６】
ディスプレイデバイスのための広帯域適応レンズアセンブリであって、
第１の波長板レンズであって、前記第１の波長板レンズは、ＬＣ分子を有する液晶（ＬＣ）層を備え、前記ＬＣ分子は、前記第１の波長板レンズが、第１の波長板レンズの中心領域から半径方向外向き方向に変動する複屈折（Δｎ）を有し、９０％を上回る回折効率において少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍに及ぶ範囲内の波長内の光を回折するように構成されるように配列される、第１の波長板レンズと、
切替可能な波長板であって、前記切替可能な波長板は、電気的にアクティブ化および非アクティブ化されるように構成される、切替可能な波長板と
を備え、
前記広帯域適応レンズアセンブリは、少なくとも２つのレンズ状態間で選択的に切り替えられるように構成され、前記少なくとも２つのレンズ状態は、
第１のレンズ状態であって、前記第１のレンズ状態は、第１の屈折力に従って、第１のレンズ効果を付与し、前記広帯域適応レンズアセンブリを通して通過する光の偏光を改変するように構成される、第１のレンズ状態と、
第２のレンズ状態であって、前記第２のレンズ状態は、第２の屈折力に従って、第２のレンズ効果を付与し、前記広帯域適応レンズアセンブリを通して通過する光の偏光を保存するように構成される、第２のレンズ状態と
を含む、広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項１７】
前記切替可能な波長板は、非アクティブ化されると、円偏光の掌性を逆転させる一方、アクティブ化されると、前記円偏光の掌性を保存するように構成される切替可能な半波長板（ＨＷＰ）である、請求項１６に記載の広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項１８】
前記切替可能なＨＷＰは、捻転されたネマチック液晶（ＴＮ  ＬＣ）スイッチを備え、前記ＴＮ  ＬＣスイッチは、切替可能なＴＮ  ＬＣ層を備え、電気的に非アクティブ化されると、線形偏光の偏光を逆転させ、電気的にアクティブ化されると、前記線形偏光の偏光を保存するように構成され、前記切替可能なＴＮ  ＬＣ層は、前記切替可能なＴＮ  ＬＣ層の層法線方向に変動する捻転角度を有する複数の伸長されたネマチックＬＣ分子を備える、請求項１７に記載の広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項１９】
前記切替可能なＴＮ  ＬＣスイッチは、上側整合層と下側整合層との間に形成される切替可能なＴＮ  ＬＣ層を備え、前記上側整合層は、前記上側整合層に直接隣接する前記伸長されたネマチックＬＣ分子の配向子を第１の側方方向に整合させるように構成され、前記下側整合層は、前記下側整合層に直接隣接する前記伸長されたネマチックＬＣ分子の配向子を前記第１の側方方向に交差する第２の側方方向に整合させるように構成される、請求項１８に記載の広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項２０】
前記上側整合層および前記下側整合層の一方または両方は、ポリイミドまたはポリアミドを含むポリマー層を備える、請求項１９に記載の広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項２１】
前記上側整合層および前記下側整合層の一方または両方は、パターン化されたナノ構造を備える、請求項１９に記載の広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項２２】
前記上側整合層および前記下側整合層の一方または両方は、前記切替可能なＴＮ  ＬＣ層を横断して電場を印加するように構成される電極または複数の電極としての役割を果たす、請求項２１に記載の広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項２３】
前記ＴＮ  ＬＣスイッチは、一対の交錯された第１および第２の電極を前記切替可能なＴＮ  ＬＣ層の片側に備え、前記ＴＮ  ＬＣスイッチは、電場を前記一対の交錯された第１および第２の電極間に印加することによって切り替えられるように構成される、請求項１８に記載の広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項２４】
前記切替可能な半波長板（ＨＷＰ）は、一対の広帯域４分の１波長板（ＱＷＰ）スタック間に介在される前記ＴＮ  ＬＣスイッチを備える、請求項１８に記載の広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項２５】
前記広帯域ＱＷＰスタックはそれぞれ、複数の直接スタックされた重合化されたＴＮ  ＬＣ層を備える、請求項２４に記載の広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項２６】
前記切替可能なＨＷＰは、一対の１つ以上の重合化されたＴＮ  ＬＣ層間に直接介在される前記切替可能なＴＮ  ＬＣ層を備え、前記切替可能なＴＮ  ＬＣ層に接触する前記重合化されたＴＮ  ＬＣ層は、前記切替可能なＴＮ  ＬＣ層の伸長されたネマチックＬＣ分子を整合させるための整合層としての役割を果たす、請求項１８に記載の広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項２７】
前記直接スタックされた重合化されたＴＮ  ＬＣ層はそれぞれ、それを横断して前記伸長されたネマチックＬＣ分子がある捻転角度によって捻転される厚さを有し、前記直接スタックされたＴＮ  ＬＣ層の隣接するものは、異なる捻転角度を有する、請求項２５に記載の広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項２８】
前記広帯域適応レンズアセンブリはさらに、第２の波長板レンズを備え、前記第２の波長板レンズは、ＬＣ分子を有する第２の液晶（ＬＣ）層を備え、前記ＬＣ分子は、前記第２の波長板レンズが、前記第２の波長板レンズの中心領域から半径方向外向き方向に変動する複屈折（Δｎ）を有し、９０％を上回る回折効率において少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍに及ぶ範囲内の波長内の光を回折するように構成されるように配列され、前記切替可能な波長板は、前記第１の波長板レンズと前記第２の波長板レンズとの間に介在される、請求項１６に記載の広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項２９】
ディスプレイデバイスのための広帯域適応レンズアセンブリであって、
基板上に形成される液晶（ＬＣ）層を備える第１の波長板レンズであって、前記ＬＣ層は、ＬＣ分子を有し、前記ＬＣ分子は、前記第１の波長板レンズが、前記ＬＣ層の中心領域から半径方向外向き方向に変動する複屈折（Δｎ）を有し、９０％を上回る回折効率において少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍに及ぶ波長範囲内の光を回折するように構成されるように配列され、前記基板に最も近い前記ＬＣ分子のものは、概して、前記中心領域から同一半径における異なる場所に同一配向方向を有する、第１の波長板レンズ
を備え、
前記広帯域適応レンズアセンブリは、少なくとも２つのレンズ状態間で選択的に切り替えられるように構成され、前記少なくとも２つのレンズ状態は、
第１のレンズ状態であって、前記第１のレンズ状態は、第１の屈折力に従って、第１のレンズ効果を付与し、前記広帯域適応レンズアセンブリを通して通過する光の偏光を改変するように構成される、第１のレンズ状態と、
第２のレンズ状態であって、前記第２のレンズ状態は、第２の屈折力に従って、第２のレンズ効果を付与し、前記広帯域適応レンズアセンブリを通して通過する光の偏光を保存するように構成される、第２のレンズ状態と
を含む、広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項３０】
前記ＬＣ層は、複数の同心ゾーン内に配列され、前記同心ゾーンはそれぞれ、その中で前記基板に最も近い前記ＬＣ分子のものが、概して、同一配向方向を有する半径の範囲を有する、請求項２９に記載の広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項３１】
前記基板に最も近い前記ＬＣ分子のものは、数学的関数に従って、半径に伴って変動する方位角捻転角度を有する、請求項３０に記載の広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項３２】
前記ＬＣ層のΔｎは、前記波長範囲内の波長の増加に伴って増加する、請求項２９に記載の広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項３３】
同一同心ゾーン内の前記ＬＣ分子のものは、概して、前記ＬＣ層の異なる深度において同一捻転角度を有する、請求項３２に記載の広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項３４】
前記第１の波長板レンズは、複数のＬＣ層を備え、前記ＬＣ層はそれぞれ、層法線方向において連続的に捻転されるＬＣ分子を備える、請求項２９に記載の広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項３５】
前記ＬＣ層はそれぞれ、それを横断して前記ＬＣ分子がある捻転角度によって捻転される厚さを有し、前記ＬＣ層は、異なる捻転角度を有する、請求項３４に記載の広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項３６】
界面を形成する前記ＬＣ層の隣接するものは、反対捻転角度を有する、請求項３４に記載の広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項３７】
前記界面からほぼ同一深度における前記ＬＣ層の隣接するもののＬＣ分子は、概して、同一配向を有する、請求項３６に記載の広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項３８】
前記第１の波長板レンズは、一対の透明電極間に介在され、前記透明電極への電気信号の印加によって、電気的にアクティブ化および非アクティブ化されるように構成される、請求項２９に記載の広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項３９】
第１の屈折力（Ｐ１）を有する第１の受動波長板レンズと、第２の屈折力（Ｐ２）を有する第２の受動波長板レンズとをさらに備え、前記第１の波長板レンズは、前記第１および第２の受動波長板レンズと接触し、それらの間に介在される、請求項３８に記載の広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項４０】
前記第１の波長板レンズは、非アクティブ化されると、第３の屈折力（Ｐ３）を有し、アクティブ化されると、約ゼロ屈折力を有するように構成される、請求項３９に記載の広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項４１】
前記第１および第２の受動波長板レンズはそれぞれ、半波長板であり、前記第１の波長板レンズは、非アクティブ化されると、半波長板であるように構成される、請求項４０に記載の広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項４２】
前記第１および第２の受動波長板レンズおよび前記第１の波長板レンズは、単一スタックの中に統合される、請求項２９に記載の広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項４３】
ディスプレイのための統合された広帯域適応レンズアセンブリであって、
第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に介在される液晶（ＬＣ）層スタックと
を備え、
前記ＬＣ層スタックは、
切替可能な液晶（ＬＣ）層であって、前記切替可能な液晶（ＬＣ）層は、それぞれが重合化されたＬＣ分子を備える第１および第２の重合化されたＬＣ層間に介在される重合化されていないＬＣ分子を備える、切替可能な液晶（ＬＣ）層
を備え、
前記第１の重合化されたＬＣ層内のＬＣ分子に隣接する前記切替可能なＬＣ層内のＬＣ分子は、概して、第１の方向に伸長され、
前記第２の重合化されたＬＣ層内のＬＣ分子に隣接する前記切替可能なＬＣ層内のＬＣ分子は、概して、前記第１の方向と交差する第２の方向に伸長され、
前記切替可能なＬＣ層は、ＬＣ分子を備え、前記ＬＣ分子は、前記第１および第２の電極を横断した第１の電圧条件下では、それを通して通過する入射光の偏光が保存される一方、前記第１および第２の電極を横断した第２の電圧条件下では、それを通して通過する入射光の偏光が改変されるように構成される、統合された広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項４４】
前記切替可能なＬＣ層は、前記第１および第２の重合化されたＬＣ層のうちの少なくとも１つに接触する、請求項４３に記載の統合された広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項４５】
前記切替可能なＬＣ層は、捻転されたネマチックＬＣ分子を備え、前記捻転されたネマチックＬＣ分子は、前記第２の電圧条件下、前記切替可能なＬＣ層が、第１の偏光方向を有する線形偏光を前記第１の方向と垂直な第２の偏光方向を有する線形偏光に変換するように、約９０度における正味捻転角度を有する、請求項４４に記載の統合された広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項４６】
前記第１および第２の重合化されたＬＣ層はそれぞれ、捻転されたネマチックＬＣ分子を備え、４分の１波長板としての役割を果たす、請求項４５に記載の統合された広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項４７】
前記ＬＣ層スタックは、前記切替可能なＬＣ層の反対側に形成される複数の重合化されたＬＣ層を備え、前記重合化されたＬＣ層はそれぞれ、前記重合化されたＬＣ層の隣接するものと界面を形成し、前記重合化されたＬＣ層のそれぞれ内の界面に隣接するＬＣ分子は、概して、前記重合化されたＬＣ層の隣接するもの内の界面に隣接するＬＣ分子と同一方向に伸長される、請求項４５に記載の統合された広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項４８】
前記切替可能なＬＣ層および前記第１および第２の重合化されたＬＣ層のそれぞれのＬＣ分子は、前記ＬＣ分子の複屈折（Δｎ）が、中心領域から半径方向外向き方向に変動するように配列される、請求項４４に記載の統合された広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項４９】
前記Δｎは、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の波長（λ）の増加に伴って増加する、請求項４８に記載の統合された広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項５０】
前記ＬＣ層スタックは、それぞれが層法線方向に連続的に捻転される捻転されたネマチックＬＣ分子を備える２つの切替可能なＬＣ層を備える、請求項４８に記載の統合された広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項５１】
前記２つの切替可能なＬＣ層の捻転されたネマチックＬＣ分子は、約６０度〜８０度の正味角度によって、前記２つの切替可能なＬＣ層間に形成される界面に対して対称的に捻転される、請求項５０に記載の統合された広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項５２】
前記切替可能なＬＣ層は、前記第２の電圧条件下、前記切替可能なＬＣ層が半波長板としての役割を果たすように構成される捻転されたネマチックＬＣ分子を備える、請求項４８に記載の統合された広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項５３】
前記第１および第２の重合化されたＬＣ層はそれぞれ、捻転されたネマチックＬＣ分子を備え、半波長板としての役割を果たす、請求項４８に記載の統合された広帯域適応レンズアセンブリ。
【請求項５４】
ディスプレイデバイスであって、
光学経路内の一対の適応レンズアセンブリを備え、前記適応レンズアセンブリはそれぞれ、
対応する切替可能な波長板であって、前記対応する切替可能な波長板は、９０％を上回る回折効率において少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の光を回折し、第１および第２の状態間で切り替え、それを通して通過する光の偏光状態を選択的に改変するように構成される、対応する切替可能な波長板
を備え、
前記適応レンズアセンブリは、反対符号を伴う屈折力を有する、ディスプレイデバイス。
【請求項５５】
前記適応レンズアセンブリはそれぞれ、前記適応レンズアセンブリの切替可能な波長板の状態に基づいて調節可能である個別の屈折力を有する、請求項５４に記載のディスプレイデバイス。
【請求項５６】
コントローラをさらに備え、前記コントローラは、前記一対の適応レンズアセンブリの正味屈折力がほぼ一定値のままであるように、前記一対の適応レンズアセンブリの第１のものの第１の屈折力が、第１の値であるとき、前記一対の適応レンズアセンブリの第２のものの第２の屈折力が、対応して第２の値に調節されるように構成される、請求項５５に記載のディスプレイデバイス。
【請求項５７】
前記一定値は、約０ｍ−１である、請求項５６に記載のディスプレイデバイス。
【請求項５８】
前記適応レンズアセンブリはそれぞれ、前記レンズアセンブリの対応する切替可能な波長板によって介在される第１および第２の波長板レンズを備え、
前記波長板レンズはそれぞれ、それを通して通過する光の偏光状態を改変するように構成される、請求項５４に記載のディスプレイデバイス。
【請求項５９】
前記ディスプレイデバイスはさらに、前記一対の適応レンズアセンブリ間に介在される導波管アセンブリを備え、前記導波管アセンブリは、その中を伝搬する光を前記適応レンズアセンブリのうちの１つの中に外部結合するように構成される導波管を備える、請求項５４に記載のディスプレイデバイス。
【請求項６０】
前記適応レンズアセンブリはそれぞれ、複数の波長板レンズと、複数の切替可能な波長板とを備え、前記波長板レンズおよび前記切替可能な波長板は、交互にスタックされる、請求項５９に記載のディスプレイデバイス。
【請求項６１】
前記切替可能な波長板および波長板レンズの異なるものは、異なる屈折力を有する、請求項６０に記載のディスプレイデバイス。
【請求項６２】
適応レンズアセンブリであって、
光学経路内に整合される１つ以上の波長板レンズおよび１つ以上の切替可能な波長板
を備え、
前記１つ以上の波長板レンズはそれぞれ、９０％を上回る回折効率において少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の外部結合された光を回折し、それを通して通過する光の偏光状態を改変し、第１の偏光を有する光のための第１の屈折力を提供し、第２の偏光を有する光のための第２の屈折力を提供するように構成され、
前記１つ以上の切替可能な波長板はそれぞれ、９０％を上回る回折効率において少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の前記外部結合された光を回折するように構成され、
第１の状態であって、前記第１の状態は、前記光の偏光状態を改変せずに、前記光をそれを通して通過させるように構成される、第１の状態と、
第２の状態であって、前記第２の状態は、それを通して通過する前記光の偏光状態を改変するように構成される、第２の状態と
の間で選択的に切替可能である、適応レンズアセンブリ。
【請求項６３】
前記波長板レンズおよび前記切替可能な波長板の一方または両方は、液晶を備える、請求項６２に記載の適応レンズアセンブリ。
【請求項６４】
前記第２の状態における前記１つ以上の切替可能な波長板はそれぞれ、円偏光の掌性を反転させるように構成される半波長板である、請求項６２に記載の適応レンズアセンブリ。
【請求項６５】
前記切替可能な波長板はそれぞれ、一対の前記１つ以上の波長板レンズ間に介在される、請求項６２に記載の適応レンズアセンブリ。
【請求項６６】
前記適応レンズアセンブリは、複数の前記波長板レンズと、複数の前記切替可能な波長板とを備え、前記波長板レンズおよび前記切替可能な波長板は、交互にスタックされる、請求項６５に記載の適応レンズアセンブリ。
【請求項６７】
ウェアラブル拡張現実頭部搭載可能ディスプレイシステムであって、
光変調システムであって、前記光変調システムは、光を出力し、画像を形成するように構成される、光変調システムと、
頭部搭載可能フレームと、
１つ以上の導波管であって、前記１つ以上の導波管は、前記フレームに取り付けられ、前記光変調システムからの光を受け取るように構成される、１つ以上の導波管と、
一対の適応レンズアセンブリであって、前記１つ以上の導波管は、前記適応レンズアセンブリ間に配置され、前記適応レンズアセンブリのそれぞれは、
１つ以上の波長板レンズであって、前記１つ以上の波長板レンズは、９０％を上回る回折効率において少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の外部結合された光を回折し、第１の偏光を有する光のための第１の屈折力を提供し、第２の偏光を有する光のための第２の屈折力を提供するように構成される、１つ以上の波長板レンズと、
光学経路内の１つ以上の切替可能な波長板であって、前記１つ以上の切替可能な波長板のそれぞれは、９０％を上回る回折効率において少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の前記外部結合された光を回折し、それを通して通過する光の偏光状態を選択的に改変するように構成される、１つ以上の切替可能な波長板と
を備え、前記適応レンズアセンブリは、個別の電気信号の印加に応じて調節可能である個別の屈折力を提供するように構成される、一対の適応レンズアセンブリと
を備える、ウェアラブル拡張現実頭部搭載可能ディスプレイシステム。
【請求項６８】
広帯域適応レンズアセンブリを統合する方法であって、
下側スタックを形成することであって、
第１の電極層を第１の基板上に形成することと、
第１の整合層を前記第１の電極層上に形成することと、
第１の重合化されたＬＣ層を前記第１の整合層上に形成することと
を含む、ことと、
上側スタックを形成することであって、
第２の電極層を第２の基板上に形成することと、
第２の整合層を前記第２の電極上に形成することと、
第２の重合化されたＬＣ層を前記第２の整合層上に形成することと
を含む、ことと、
前記下側および上側スタックを形成後、前記第１および第２の重合化されたＬＣ層が相互に面するように、前記上側スタックおよび前記下側スタックをスタックすることであって、スタックすることは、スペーサを形成し、間隙を前記上側および下側スタック間に作成することを含む、ことと、
前記間隙を重合化されていないＬＣ分子で充填し、切替可能な液晶（ＬＣ）層を形成することと
を含み、
前記切替可能なＬＣ層を形成することは、前記第１の重合化されたＬＣ層内のＬＣ分子に隣接する前記切替可能なＬＣ層内のＬＣ分子を、概して、第１の方向に伸長されるように自己整合させることと、前記第２の重合化されたＬＣ層内のＬＣ分子に隣接する前記切替可能なＬＣ層内のＬＣ分子を、概して、前記第１の方向に交差する第２の方向に伸長されるように自己整合させることとを含む、方法。
【請求項６９】
前記切替可能なＬＣ層を形成することは、前記第１および第２の電極層を横断した第１の電圧条件下、それを通して通過する入射光の偏光が保存される一方、前記第１および第２の電極を横断した第２の電圧条件下、それを通して通過する前記入射光の偏光が改変されるように、前記切替可能なＬＣ層のＬＣ分子を構成することを含む、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記切替可能なＬＣ層は、前記第１および第２の重合化されたＬＣ層のうちの少なくとも１つに接触する、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
前記切替可能なＬＣ層内のＬＣ分子を自己整合させることは、前記第２の電圧条件下、前記切替可能なＬＣ層が、第１の偏光方向を有する線形偏光を前記第１の方向と垂直な第２の偏光方向を有する線形偏光に変換するように、約９０度における正味捻転角度を有する捻転されたネマチックＬＣ分子を形成することを含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項７２】
前記第１および第２の重合化されたＬＣ層はそれぞれ、捻転されたネマチックＬＣ分子を備え、４分の１波長板としての役割を果たす、請求項７０に記載の方法。
【請求項７３】
前記下側スタックを形成することおよび前記上側スタックを形成することはそれぞれ、複数の重合化されたＬＣ層を形成することを含み、前記重合化されたＬＣ層はそれぞれ、前記重合化されたＬＣ層の隣接するものと界面を形成し、前記重合化されたＬＣ層のそれぞれ内の界面に隣接するＬＣ分子は、概して、前記重合化されたＬＣ層の隣接するものの界面に隣接するＬＣ分子と同一方向に伸長される、請求項７０に記載の方法。
【請求項７４】
前記切替可能なＬＣ層および前記第１および第２の重合化されたＬＣ層のそれぞれのＬＣ分子は、前記ＬＣ分子の複屈折（Δｎ）が、前記切替可能なＬＣ層および前記第１および第２の重合化されたＬＣ層のそれぞれ内の中心領域から半径方向外向き方向に変動するように配列される、請求項７０に記載の方法。
【請求項７５】
前記Δｎは、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の波長（λ）の増加に伴って増加する、請求項７４に記載の方法。
【請求項７６】
前記ＬＣ層スタックは、それぞれが層法線方向に連続的に捻転される捻転されたネマチックＬＣ分子を備える２つの切替可能なＬＣ層を備える、請求項７４に記載の方法。
【請求項７７】
約６０度〜８０度の正味角度によって前記２つの切替可能なＬＣ層間の界面に対して対称的に捻転される２つの切替可能なＬＣ層を形成することを含む、請求項７６に記載の方法。
【請求項７８】
前記切替可能なＬＣ層は、前記第２の電圧条件下、前記切替可能なＬＣ層が半波長板としての役割を果たすように構成される捻転されたネマチックＬＣ分子を備える、請求項７４に記載の方法。
【請求項７９】
前記第１および第２の重合化されたＬＣ層はそれぞれ、捻転されたネマチックＬＣ分子を備え、半波長板としての役割を果たす、請求項７４に記載の方法。
【請求項８０】
広帯域波長板レンズアセンブリを加工する方法であって、
透明基板を提供することと、
整合層を前記透明基板上に形成することであって、前記整合層は、波長板レンズパターンに従って、その上に形成される液晶（ＬＣ）分子を整合させるように構成される、ことと、
ＬＣ層を前記整合層上に形成することであって、前記整合層に直接隣接する前記ＬＣ層のＬＣ分子は、前記波長板レンズパターンの中心領域から所与の半径における前記ＬＣ層のＬＣ分子が概して同一方向に整合される伸長方向を有する前記波長板レンズパターンに従って整合する、ことと
を含み、
前記ＬＣ層は、９０％を上回る回折効率において少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の光を回折するように構成され、
前記広帯域適応レンズアセンブリは、異なる屈折力を有する複数の状態間で選択的に切り替えられるように構成される、方法。
【請求項８１】
前記ＬＣ層を形成することは、前記ＬＣ層の複屈折（Δｎ）が、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の波長（λ）の増加に伴って増加するように、前記ＬＣ層のＬＣ分子を配列することを含む、請求項８０に記載の方法。
【請求項８２】
第２のＬＣ層を前記ＬＣ層上に形成することをさらに含み、前記ＬＣ層および前記第２のＬＣ層はそれぞれ、層法線方向に連続的に捻転される捻転されたネマチックＬＣ分子を備える、請求項８０に記載の方法。
【請求項８３】
前記ＬＣ層および前記第２のＬＣ層の捻転されたネマチックＬＣ分子は、約６０度〜８０度の正味角度によって、前記ＬＣ層および前記第２のＬＣ層によって形成される界面に対して対称的に捻転される、請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
前記整合層を形成することは、前記整合層を直交偏光を有する２つの光ビームで照明することによって、光整合層を構成することを含む、請求項８０に記載の方法。
【請求項８５】
前記整合層を形成することは、前記整合層をマスタレンズを通して部分的に回折される光ビームで照明することによって、光整合層を構成することを含み、前記マスタレンズは、前記波長板レンズパターンに従って配列されるＬＣ結晶を備える、請求項８０に記載の方法。
【請求項８６】
前記整合層を形成することは、その伸長方向が、前記ＬＣ層のＬＣ分子の伸長方向と同一の前記波長板レンズの中心領域からの半径への依存性を有するナノ構造を有するナノインプリント整合層を形成することを含む、請求項８０に記載の方法。
【請求項８７】
前記整合層を形成することは、複数の同心ゾーンを形成することを含み、前記ゾーンはそれぞれ、同一方向に伸長されるナノ構造を有する、請求項８６に記載の方法。
【請求項８８】
前記透明基板は、犠牲キャリアウエハであり、前記方法はさらに、
前記整合層と前記ＬＣ層との間に介在される剥離層を形成することと、
標的基板を前記ＬＣ層上に取り付けることと、
前記ＬＣ層を前記剥離層から分離することによって、前記ＬＣ層を前記透明基板に転写することと
を含む、請求項８０に記載の方法。
【請求項８９】
前記方法は、前記広帯域波長板レンズアセンブリを前記透明基板の主要表面積より小さい前記透明基板の選択された部分上に形成することを含む、請求項８０に記載の方法。
【請求項９０】
前記ＬＣ層を形成することは、前記ＬＣ分子を前記選択された部分にわたって選択的に堆積させることを含む、請求項８９に記載の方法。
【請求項９１】
前記ＬＣ層を形成することは、
重合化されていないＬＣ層を前記基板にわたってブランケット堆積させることと、
前記重合化されていないＬＣ層の一部を重合化されないまま残しながら、前記重合化されていないＬＣ層を前記選択された部分にわたって選択的に暴露し、重合化されたＬＣ層を形成することと、
前記重合化されていないＬＣ層の一部を除去することと
を含む、請求項８９に記載の方法。
【請求項９２】
前記整合層を形成することは、整合層を前記透明基板にわたってブランケット堆積させ、前記ＬＣ分子を前記選択された面積にわたって選択的に構成し、その上に形成される前記ＬＣ層のＬＣ分子を前記波長板パターンに従って整合させることを含み、前記ＬＣ層を形成することは、重合化されていないＬＣ層を前記基板にわたってブランケット堆積させることを含む、請求項８９に記載の方法。
【請求項９３】
前記整合層を形成することは、パターン化されたナノ構造を前記選択された面積にわたって形成し、その上に形成される前記ＬＣ層のＬＣ分子を前記波長板パターンに従って整合させることを含み、前記ＬＣ層を形成することは、重合化されていないＬＣ層を前記基板にわたってブランケット堆積させることを含む、請求項８９に記載の方法。
【請求項９４】
頭部搭載型ディスプレイシステムであって、前記頭部搭載型ディスプレイシステムは、光をユーザの眼に投影し、拡張現実画像コンテンツを前記ユーザの視野内に表示するように構成され、前記頭部搭載型ディスプレイシステムは、
前記ユーザの頭部上に支持されるように構成されるフレームと、
前記フレーム上に配置される接眼レンズであって、前記接眼レンズの少なくとも一部は、透明であり、前記ユーザが前記頭部搭載型ディスプレイを装着すると、前記透明部分が、前記ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させ、前記ユーザの正面の環境のビューを提供するように、前記ユーザの眼の正面の場所に配置され、前記接眼レンズは、光を前記ユーザの眼の中に放出し、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように構成される、接眼レンズと、
少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリであって、前記少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリは、回折液晶レンズアセンブリを備え、前記回折液晶レンズアセンブリは、捻転されたネマチック切替可能なレンズを備え、前記捻転されたネマチック切替可能なレンズは、
捻転されたネマチック液晶の活性層と、
前記捻転されたネマチック液晶の活性層に隣接する重合化された液晶の第１の層と、
前記捻転されたネマチック液晶の活性層に隣接する重合化された液晶の第２の層であって、前記捻転されたネマチック液晶の活性層は、重合化された液晶の前記第１および第２の層間に配置される、第２の層と、
電場を前記捻転されたネマチック液晶の活性層に印加するように配置される第１および第２の電極であって、前記第１および第２の電極は、前記活性層および重合化された液晶の前記第１および第２の層が前記第１および第２の電極間に配置されるように、前記活性層および重合化された液晶の前記第１および第２の層の反対側にある、第１および第２の電極と
を備える、少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリと、
電子機器であって、前記電子機器は、電気信号を前記電極に印加することによって、前記切替可能なレンズの屈折力を変動させるように構成される、電子機器と
を備え、
前記少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリは、前記ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させるように構成される、頭部搭載型ディスプレイシステム。
【請求項９５】
前記活性層は、回折レンズを備える、請求項９４に記載のディスプレイデバイス。
【請求項９６】
重合化された液晶の前記第１および第２の層は、回折レンズを備える、請求項９４または９５のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【請求項９７】
重合化された液晶の前記第１および第２の層は、前記活性液晶層のための整合層である、請求項９４−９６のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【請求項９８】
第１および第２の整合層をさらに備え、前記第１および第２の整合層は、それぞれ、重合化された液晶の第１および第２の層に隣接して配置され、重合化された液晶の前記第１および第２の層の個別の側の前記第１および第２の整合層は、前記活性層と反対にある、請求項９４−９７のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【請求項９９】
少なくとも前記第１の電極は、互いに組み合わされた電極を備える、請求項９４−９８のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【請求項１００】
前記少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリは、前記ユーザの眼の中に指向される光を透過させ、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように構成される、請求項９４−９９のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【請求項１０１】
前記少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリは、２つの切替可能なレンズアセンブリを備え、１つは、前記ユーザの眼の中に指向される光を透過させ、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように配置され、両方とも、前記ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させるように構成される、請求項９４−１００のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【請求項１０２】
頭部搭載型ディスプレイシステムであって、前記頭部搭載型ディスプレイシステムは、光をユーザの眼に投影し、拡張現実画像コンテンツを前記ユーザの視野内に表示するように構成され、前記頭部搭載型ディスプレイシステムは、
前記ユーザの頭部上に支持されるように構成されるフレームと、
前記フレーム上に配置される接眼レンズであって、前記接眼レンズの少なくとも一部は、透明であり、前記ユーザが前記頭部搭載型ディスプレイを装着すると、前記透明部分が、前記ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させ、前記ユーザの正面の環境のビューを提供するように、前記ユーザの眼の正面の場所に配置され、前記接眼レンズは、光を前記ユーザの眼の中に放出し、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように構成される、接眼レンズと、
回折液晶レンズアセンブリを備える少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリであって、前記回折液晶レンズアセンブリは、
捻転されたネマチック液晶回折レンズを備える活性層と、
重合化された液晶を前記活性層の反対側に備える第１および第２のリターダと、
電場を前記捻転されたネマチック液晶の活性層に印加するように配置される第１および第２の電極であって、前記第１および第２の電極は、前記活性層の反対側にある、第１および第２の電極と
を備える、少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリと、
電子機器であって、前記電子機器は、電気信号を前記電極に印加することによって、前記切替可能なレンズの屈折力を変動させるように構成される、電子機器と
を備え、
前記少なくとも１つの切替可能なレンズは、前記ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させるように構成される、頭部搭載型ディスプレイシステム。
【請求項１０３】
前記捻転されたネマチック液晶の活性層の反対側の前記第１および第２のリターダは、前記捻転されたネマチック液晶の活性層に隣接する、請求項１０２に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１０４】
前記第１および第２のリターダを備える重合化された液晶は、前記活性液晶層のための整合層である、請求項１０２または１０３に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１０５】
前記第１および第２のリターダは、前記第１および第２の電極間に配置される、請求項１０２−１０４のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【請求項１０６】
前記第１および第２のリターダはそれぞれ、重合化された液晶を構成する第１および第２の４分の１波リターダを備える、請求項１０２−１０５のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【請求項１０７】
第１および第２の整合層をさらに備え、前記第１および第２の整合層は、それぞれ、第１および第２のリターダに隣接して配置され、前記第１および第２のリターダの個別の側の前記第１および第２の整合層は、前記活性層の反対にある、請求項１０２−１０６のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【請求項１０８】
少なくとも前記第１の電極は、互いに組み合わされた電極を備える、請求項１０２−１０７のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【請求項１０９】
前記少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリは、前記ユーザの眼の中に指向される光を透過させ、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように構成される、請求項１０２−１０８のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【請求項１１０】
前記少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリは、２つの切替可能なレンズアセンブリを備え、１つは、前記ユーザの眼の中に指向される光を透過させ、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように配置され、両方とも、前記ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させるように構成される、請求項１０２−１０９のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【請求項１１１】
頭部搭載型ディスプレイシステムであって、前記頭部搭載型ディスプレイシステムは、光をユーザの眼に投影し、拡張現実画像コンテンツを前記ユーザの視野内に表示するように構成され、前記頭部搭載型ディスプレイシステムは、
前記ユーザの頭部上に支持されるように構成されるフレームと、
前記フレーム上に配置される接眼レンズであって、前記接眼レンズの少なくとも一部は、透明であり、前記ユーザが前記頭部搭載型ディスプレイを装着すると、前記透明部分が、前記ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させ、前記ユーザの正面の環境のビューを提供するように、前記ユーザの眼の正面の場所に配置され、前記接眼レンズは、光を前記ユーザの眼の中に放出し、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように構成される、接眼レンズと、
複数の切替可能なレンズを備える少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリであって、前記切替可能なレンズはそれぞれ、少なくとも２つの状態を有し、前記切替可能なレンズアセンブリは、前記複数のレンズの異なる状態のための異なる屈折力を有し、前記切替可能なレンズアセンブリは、前記複数のレンズが特定の状態に設定されると、異なる波長のための異なる屈折力を有する、少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリと、
電子機器であって、前記電子機器は、前記切替可能なレンズと通信し、前記複数のレンズの状態を改変する、電子機器と
を備え、
前記電子機器は、前記複数の切替可能なレンズ内の異なるレンズを異なる波長のための異なる状態にさせるように構成される、頭部搭載型ディスプレイシステム。
【請求項１１２】
前記複数の切替可能なレンズが、第１の状態の組み合わせに設定されると、前記レンズアセンブリは、緑色波長のための屈折力と異なる赤色波長のための屈折力を生産し、前記複数の切替可能なレンズが、第２の状態の組み合わせに設定されると、前記レンズアセンブリは、緑色波長のための屈折力と異なる赤色波長のための屈折力を生産する、請求項１１１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【請求項１１３】
前記複数の切替可能なレンズが、前記第２の状態の組み合わせに設定されると、前記赤色波長のための前記屈折力は、前記複数のレンズが前記第２の状態の組み合わせに設定されるときの前記緑色波長のための前記屈折力より前記複数のレンズが前記第１の状態の組み合わせに設定されるときの前記緑色波長の屈折力に近い、請求項１１２に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【請求項１１４】
前記電子機器は、所与の屈折力標的のために、前記複数のレンズを前記赤色波長のための前記第２の状態および緑色波長のための前記第１の状態に設定するように構成される、請求項１１３に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【請求項１１５】
画像を装着者に提示するように光を装着者の眼の中に指向するように構成される拡張現実アイウェアのための接眼レンズを加工する方法であって、前記方法は、
基板を提供することと、
第１のレンズ領域を前記基板上に形成することであって、前記第１のレンズ領域は、屈折力を有する透明液晶レンズを備える、ことと、
前記基板上に、透明であり、屈折力を有していない第２の領域を提供することと
を含む、方法。
【請求項１１６】
前記第１のレンズ領域は、レンズ屈折力を有していない前記第２の透明領域によって囲繞される、請求項１１５に記載の方法。
【請求項１１７】
前記第２のレンズ領域は、前記基板の面積の少なくとも４０％を含む、請求項１１５または１１６に記載の方法。
【請求項１１８】
前記第２のレンズ領域は、前記基板の面積の少なくとも３０％を含む、請求項１１５または１１６に記載の方法。
【請求項１１９】
前記第２のレンズ領域は、前記基板の面積の少なくとも２０％を含む、請求項１１５または１１６に記載の方法。
【請求項１２０】
前記第２のレンズ領域は、前記基板の面積の少なくとも１０％を含む、請求項１１５または１１６に記載の方法。
【請求項１２１】
液晶を前記第１のレンズ領域上に選択的に堆積させ、前記第２の透明領域上に堆積させないことを含む、請求項１１５−１２０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２２】
液晶を前記基板上に堆積させることをさらに含む、請求項１１５−１２１のいずれかに記載の方法。
【請求項１２３】
前記液晶を前記第１のレンズ領域内で選択的に重合化させ、前記第２の透明領域内で重合化させないことをさらに含む、請求項１２２に記載の方法。
【請求項１２４】
重合化されていない液晶を前記第２の透明領域から除去することをさらに含む、請求項１２３に記載の方法。
【請求項１２５】
レンズパターンを前記第１のレンズ領域上に提供し、前記第２の透明領域上に提供しないことをさらに含む、請求項１２４に記載の方法。
【請求項１２６】
均一整合パターンを前記第２の透明領域上に提供することをさらに含む、請求項１２５に記載の方法。
【請求項１２７】
前記第２の透明領域を均一線形偏光で照明し、前記第１のレンズ領域を照明しないことをさらに含む、請求項１２６に記載の方法。
【請求項１２８】
液晶が、その上に堆積され、それと整合されると、屈折力を提供するであろう、レンズパターンを用いて、前記第１のレンズ領域をナノインプリントし、前記第２の透明領域をナノインプリントしないことを含む、請求項１１５−１２０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２９】
液晶が、その上に堆積されると、屈折力を提供しないであろう、均一インプリントパターンを用いて、前記第２の透明領域をナノインプリントすることを含む、請求項１２８に記載の方法。
【請求項１３０】
液晶を前記第１のレンズ領域および前記第２の透明領域上に堆積させることをさらに含む、請求項１２９に記載の方法。
【請求項１３１】
異なる色の光を前記ユーザの眼の中に異なる時間に放出し、前記拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように構成される、請求項１１１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【請求項１３２】
前記電子機器は、前記異なる色の光が、前記ユーザの眼の中に放出され、前記拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示すると、前記複数の切替可能なレンズ内の異なるレンズを異なる時間に異なる状態にさせるように構成される、請求項１３１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【請求項１３３】
頭部搭載型ディスプレイシステムであって、前記頭部搭載型ディスプレイシステムは、光をユーザの眼に投影し、拡張現実画像コンテンツを前記ユーザの視野内に表示するように構成され、前記頭部搭載型ディスプレイシステムは、
前記ユーザの頭部上に支持されるように構成されるフレームと、
前記フレーム上に配置される接眼レンズであって、前記接眼レンズの少なくとも一部は、透明であり、前記ユーザが前記頭部搭載型ディスプレイを装着すると、前記透明部分が、前記ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させ、前記ユーザの正面の環境のビューを提供するように、前記ユーザの眼の正面の場所に配置され、前記接眼レンズは、光を前記ユーザの眼の中に放出し、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように構成される、接眼レンズと、
複数の切替可能なレンズを備える少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリであって、前記切替可能なレンズはそれぞれ、少なくとも２つの状態を有し、前記切替可能なレンズの状態における変動は、前記複数の切替可能なレンズおよび前記少なくとも１つの切替可能なアセンブリの状態を変化させ、前記切替可能なレンズアセンブリは、前記複数の切替可能なレンズの異なる状態のための異なる屈折力を有し、前記切替可能なレンズアセンブリは、前記複数のレンズが特定の状態に設定されると、異なる波長のための異なる屈折力を有する、少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリと、
前記切替可能なレンズと通信し、前記複数のレンズの状態を改変する電子機器と
を備え、
前記ディスプレイデバイスは、第１の色の光を前記ユーザの眼の中に第１の時間に放出し、第２の色の光を前記ユーザの眼の中に第２の時間に放出し、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように構成され、
前記電子機器は、前記レンズのうちの少なくとも１つを前記第１および第２の時間において異なる状態にさせ、画像を前記第１および第２の色で提供するように構成される、頭部搭載型ディスプレイシステム。
【請求項１３４】
前記複数の切替可能なレンズが、第１の状態の組み合わせに設定されると、前記レンズアセンブリは、前記第２の色のための屈折力と異なる前記第１の色のための屈折力を生産し、前記複数の切替可能なレンズが、第２の状態の組み合わせに設定されると、前記レンズアセンブリは、前記第２の色のための屈折力と異なる前記第１の色のための屈折力を生産する、請求項１３３に記載のディスプレイシステム。
【請求項１３５】
前記複数の切替可能なレンズが、前記第２の状態の組み合わせに設定されると、前記第１の色のための前記屈折力は、前記複数のレンズが前記第２の状態の組み合わせに設定されるときの前記第２の色のための前記屈折力より前記複数のレンズが前記第１の状態の組み合わせに設定されるときの前記第２の色の屈折力に近い、請求項１３４に記載のディスプレイシステム。
【請求項１３６】
前記電子機器は、所与の屈折力標的のために、前記複数のレンズを前記第１の色のための前記第２の状態および第２の波長のための前記第１の状態に設定するように構成される、請求項１３５に記載のディスプレイシステム。
【請求項１３７】
前記複数の切替可能なレンズが、第１の状態の組み合わせに設定されると、前記レンズアセンブリは、緑色のための屈折力と異なる赤色のための屈折力を生産し、前記複数の切替可能なレンズが、第２の状態の組み合わせに設定されると、前記レンズアセンブリは、緑色のための屈折力と異なる赤色のための屈折力を生産する、請求項１３３に記載のディスプレイシステム。
【請求項１３８】
前記複数の切替可能なレンズが、前記第２の状態の組み合わせに設定されると、前記赤色のための前記屈折力は、前記複数のレンズが前記第２の状態の組み合わせに設定されるときの前記緑色のための前記屈折力より前記複数のレンズが前記第１の状態の組み合わせに設定されるときの前記緑色の屈折力に近い、請求項１３７に記載のディスプレイシステム。
【請求項１３９】
前記電子機器は、所与の屈折力標的のために、前記複数のレンズを前記赤色波長のための前記第２の状態および緑色波長のための前記第１の状態に設定するように構成される、請求項１３８に記載のディスプレイシステム。
【請求項１４０】
前記電子機器は、前記レンズのうちの少なくとも１つを前記第１および第２の時間において異なる状態にさせ、同一深度から生じるかのように、画像を前記第１および第２の色で提供するように構成される、請求項１３３に記載のディスプレイシステム。
【請求項１４１】
前記複数の切替可能なレンズは、液晶を備える、請求項１３０−１４０のいずれかに記載のディスプレイシステム。
【請求項１４２】
前記複数の切替可能なレンズは、液晶（ＬＣ）層を備える波長板レンズを備える、請求項１３０−１４１のいずれかに記載のディスプレイシステム。
【請求項１４３】
前記電子機器は、前記レンズのうちの少なくとも１つを前記第１および第２の時間において異なる状態にさせ、前記第１および第２の時間において同一状態にある前記レンズのうちの少なくとも１つと比較して、色収差から生じる前記画像の焦点における低減された差異を伴って、画像を前記第１および第２の色で提供するように構成される、請求項１３０−１４２のいずれかに記載のディスプレイシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、その内容が、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、２０１７年１０月２６日に出願され、「ＢＲＯＡＤＢＡＮＤ  ＡＤＡＰＴＩＶＥ  ＬＥＮＳ  ＡＳＳＥＭＢＬＹ  ＦＯＲ  ＡＵＧＭＥＮＴＥＤ  ＲＥＡＬＩＴＹ  ＤＩＳＰＬＡＹ」と題された、米国仮特許出願第６２／５７７，６７２号の優先権の利益を主張する。
【０００２】
（参照による組み込み）
本願は、以下の特許出願、すなわち、２０１４年１１月２７日に出願され、２０１５年７月２３日に米国特許公開第２０１５／０２０５１２６号として公開された、米国特許出願第１４／５５５，５８５号、２０１５年４月１８日に出願され、２０１５年１０月２２日に米国特許公開第２０１５／０３０２６５２号として公開された、米国特許出願第１４／６９０，４０１号、２０１４年３月１４日に出願され、２０１６年８月１６日に発行された、現米国特許第９，４１７，４５２号である、米国特許出願第１４／２１２，９６１号、および２０１４年７月１４日に出願され、２０１５年１０月２９日に米国特許公開第２０１５／０３０９２６３として公開された、米国特許出願第１４／３３１，２１８号のそれぞれの全体を参照することによって組み込む。
【０００３】
本開示は、ディスプレイシステムに関し、より具体的には、拡張および仮想現実ディスプレイシステムに関する。
【背景技術】
【０００４】
現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、いわゆる「仮想現実」または「拡張現実」体験のためのシステムの開発を促進しており、デジタル的に再現された画像またはその一部が、現実であるように見える、またはそのように知覚され得る様式でユーザに提示される。仮想現実または「ＶＲ」シナリオは、典型的には、他の実際の実世界の視覚的入力に対する透過性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴い、拡張現実または「ＡＲ」シナリオは、典型的には、ユーザの周囲の実際の世界の可視化に対する拡張としてのデジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。複合現実または「ＭＲ」シナリオは、一種のＡＲシナリオであって、典型的には、自然世界の中に統合され、それに応答する、仮想オブジェクトを伴う。例えば、ＭＲシナリオでは、ＡＲ画像コンテンツは、実世界内のオブジェクトによって遮断されて見える、または別様にそれと相互作用するように知覚される。
【０００５】
図１を参照すると、拡張現実場面１０が、描写され、ＡＲ技術のユーザには、人々、木々、背景における建物、コンクリートプラットフォーム３０を特徴とする、実世界公園状設定２０が見える。これらのアイテムに加え、ＡＲ技術のユーザはまた、これらの要素４０、５０が実世界内に存在しないにもかかわらず、実世界プラットフォーム３０上に立っているロボット像４０と、マルハナバチの擬人化のように見える、飛んでいる漫画のようなアバタキャラクタ５０等の「仮想コンテンツ」を「見ている」と知覚する。ヒトの視知覚系は、複雑であって、他の仮想または実世界画像要素間における仮想画像要素の快適で、自然のような感覚で、かつ豊かな提示を促進する、ＡＲ技術の生成は、困難である。
【０００６】
本明細書に開示されるシステムおよび方法は、ＡＲまたはＶＲ技術に関連する種々の課題に対処する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ある側面では、ディスプレイデバイスは、光を導波管の出力表面と平行な側方方向に誘導するように構成される、導波管を備える。導波管はさらに、誘導された光を出力表面を通して外部結合するように構成される。ディスプレイデバイスは、加えて、それを通して、導波管からの外部結合された光を内部結合および回折するように構成される、広帯域適応レンズアセンブリを備える。広帯域適応レンズアセンブリは、波長板レンズが、第１の波長板レンズの中心領域から半径方向外向き方向に変動する、複屈折（Δｎ）を有し、９０％を上回る回折効率において、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の外部結合された光を回折するように構成されるように配列される、液晶（ＬＣ）層を備える、第１の波長板レンズを備える。広帯域適応レンズアセンブリは、異なる屈折力を有する複数の状態間で選択的に切り替えられるように構成される。
【０００８】
別の側面では、ディスプレイデバイスのための広帯域適応レンズアセンブリは、第１の波長板レンズが、第１の波長板レンズの中心領域から半径方向外向き方向に変動する、複屈折（Δｎ）を有し、９０％を上回る回折効率において、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍに及ぶ範囲内の波長内の光を回折するように構成されるように配列される、ＬＣ分子を有する、液晶（ＬＣ）層を備える、第１の波長板レンズを備える。広帯域適応レンズアセンブリは、加えて、電気的にアクティブ化および非アクティブ化されるように構成される、切替可能な波長板を備える。広帯域適応レンズアセンブリは、少なくとも２つのレンズ状態間で選択的に切り替えられるように構成される。２つのレンズ状態は、第１の屈折力に従って、第１のレンズ効果を付与し、広帯域適応レンズアセンブリを通して通過する光の偏光を改変するように構成される、第１のレンズ状態と、第２の屈折力に従って、第２のレンズ効果を付与し、広帯域適応レンズアセンブリを通して通過する光の偏光を保存するように構成される、第２のレンズ状態とを含む。
【０００９】
別の側面では、ディスプレイデバイスのための広帯域適応レンズアセンブリは、基板上に形成される、液晶（ＬＣ）層を備える、第１の波長板レンズを備える。ＬＣ層は、第１の波長板レンズが、ＬＣ層の中心領域から半径方向外向き方向に変動する、複屈折（Δｎ）を有し、９０％を上回る回折効率において、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍに及ぶ波長範囲内の光を回折するように構成されるように配列される、ＬＣ分子を有する。基板に最も近い、ＬＣ分子のものは、概して、中心領域から同一半径における異なる場所に同一配向方向を有する。広帯域適応レンズアセンブリは、少なくとも２つのレンズ状態間で選択的に切り替えられるように構成される。第１のレンズ状態は、第１の屈折力に従って、第１のレンズ効果を付与し、広帯域適応レンズアセンブリを通して通過する光の偏光を改変するように構成される。第２のレンズ状態は、第２の屈折力に従って、第２のレンズ効果を付与し、広帯域適応レンズアセンブリを通して通過する光の偏光を保存するように構成される。
【００１０】
別の側面では、ディスプレイデバイスのための統合された広帯域適応レンズアセンブリは、第１の電極と、第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に介在される、液晶（ＬＣ）層スタックとを備える。ＬＣ層スタックは、それぞれ、重合化されたＬＣ分子を備える、第１および第２の重合化されたＬＣ層間に介在される、重合化されていないＬＣ分子を備える、切替可能な液晶（ＬＣ）層を備える。第１の重合化されたＬＣ層内のＬＣ分子に隣接する、切替可能なＬＣ層内のＬＣ分子は、概して、第１の方向に伸長される。第２の重合化されたＬＣ層内のＬＣ分子に隣接する、切替可能なＬＣ層内のＬＣ分子は、概して、第１の方向と交差する第２の方向に伸長される。切替可能なＬＣ層は、第１および第２の電極を横断した第１の電圧条件下では、それを通して通過する入射光の偏光が、保存される一方、第１および第２の電極を横断した第２の電圧条件下では、それを通して通過する入射光の偏光が、改変されるように構成される、ＬＣ分子を備える。
【００１１】
別の側面では、ディスプレイデバイスは、光学経路内の一対の適応レンズアセンブリを備える。適応レンズアセンブリはそれぞれ、９０％を上回る回折効率において、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の光を回折し、第１および第２の状態間で切り替え、それを通して通過する光の偏光状態を選択的に改変するように構成される、対応する切替可能な波長板を備える。適応レンズアセンブリは、反対符号を伴う屈折力を有する。
【００１２】
別の側面では、適応レンズアセンブリは、光学経路内に整合される、１つ以上の波長板レンズおよび１つ以上の切替可能な波長板を備える。１つ以上の波長板レンズはそれぞれ、９０％を上回る回折効率において、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の外部結合された光を回折し、それを通して通過する光の偏光状態を改変し、第１の偏光を有する光のための第１の屈折力を提供し、第２の偏光を有する光のための第２の屈折力を提供するように構成される。１つ以上の切替可能な波長板はそれぞれ、９０％を上回る回折効率において、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の外部結合された光を回折するように構成され、光の偏光状態を改変せずに、光をそれを通して通過させるように構成される、第１の状態と、それを通して通過する光の偏光状態を改変するように構成される、第２の状態との間で選択的に切替可能である。
【００１３】
別の側面では、ウェアラブル拡張現実頭部搭載可能ディスプレイシステムは、光を出力し、画像を形成するように構成される、光変調システムと、頭部搭載可能フレームと、フレームに取り付けられ、光変調システムからの光を受け取るように構成される、１つ以上の導波管と、一対の適応レンズアセンブリとを備え、１つ以上の導波管は、適応レンズアセンブリ間に配置される。適応レンズアセンブリはそれぞれ、９０％を上回る回折効率において、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の外部結合された光を回折し、第１の偏光を有する光のための第１の屈折力を提供し、第２の偏光を有する光のための第２の屈折力を提供するように構成される、１つ以上の波長板レンズを備える。適応レンズアセンブリはそれぞれ、加えて、光学経路内の１つ以上の切替可能な波長板を備え、１つ以上の切替可能な波長板はそれぞれ、９０％を上回る回折効率において、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の外部結合された光を回折し、それを通して通過する光の偏光状態を選択的に改変するように構成される。適応レンズアセンブリは、個別の電気信号の印加に応じて調節可能である、個別の屈折力を提供するように構成される。
【００１４】
別の側面では、広帯域適応レンズアセンブリを統合する方法は、下側スタックおよび上側スタックを形成するステップを含む。下側スタックは、第１の基板上に形成される、第１の電極層と、第１の電極層上に形成される、第１の整合層と、第１の整合層上の第１の重合化されたＬＣ層とを備える。上側スタックは、第２の基板上に形成される、第２の電極層と、第２の電極上に形成される、第２の整合層と、第２の整合層上の第２の重合化されたＬＣ層とを備える。本方法は、加えて、下側および上側スタックを形成後、第１および第２の重合化されたＬＣ層が相互に面するように、上側スタックおよび下側スタックをスタックするステップを含み、スタックするステップは、スペーサを形成し、間隙を上側および下側スタック間に作成するステップを含む。本方法は、加えて、間隙を重合化されていないＬＣ分子で充填し、切替可能な液晶（ＬＣ）層を形成するステップを含む。切替可能なＬＣ層を形成するステップは、第１の重合化されたＬＣ層内のＬＣ分子に隣接する切替可能なＬＣ層内のＬＣ分子を、概して、第１の方向に伸長されるように自己整合させるステップと、第２の重合化されたＬＣ層内のＬＣ分子に隣接する切替可能なＬＣ層内のＬＣ分子を、概して、第１の方向に交差する第２の方向に伸長されるように自己整合させるステップとを含む。
【００１５】
別の側面では、広帯域波長板レンズアセンブリを加工する方法は、透明基板を提供するステップと、整合層を透明基板上に形成するステップとを含む。整合層は、その上に形成される液晶（ＬＣ）分子を波長板レンズパターンに従って整合させるように構成される。本方法は、加えて、ＬＣ層を整合層上に形成するステップを含む。整合層に直接隣接する、ＬＣ層内のＬＣ分子は、波長板レンズパターンの中心領域から所与の半径における、ＬＣ層内のＬＣ分子が、概して、同一方向に整合される、伸長方向を有する、波長板レンズパターンに従って整合する。ＬＣ層は、９０％を上回る回折効率において、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の光を回折するように構成される。広帯域適応レンズアセンブリは、異なる屈折力を有する複数の状態間で選択的に切り替えられるように構成される。
【００１６】
別の側面では、頭部搭載型ディスプレイシステムは、光をユーザの眼に投影し、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野内に表示するように構成される。頭部搭載型ディスプレイシステムは、ユーザの頭部上に支持されるように構成される、フレームを備える。ディスプレイシステムは、加えて、フレーム上に配置される、接眼レンズを備える。接眼レンズの少なくとも一部は、透明であって、ユーザが頭部搭載型ディスプレイを装着すると、透明部分が、ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させ、ユーザの正面の環境のビューを提供するように、ユーザの眼の正面の場所に配置される。接眼レンズは、光をユーザの眼の中に放出し、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように構成される。少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリは、捻転されたネマチック切替可能レンズを備える、回折液晶レンズアセンブリを備える。捻転されたネマチック切替可能なレンズは、捻転されたネマチック液晶の活性層と、捻転されたネマチック液晶の活性層に隣接する、重合化された液晶の第１の層と、捻転されたネマチック液晶の活性層に隣接する、重合化された液晶の第２の層とを備える。捻転されたネマチック液晶の活性層は、重合化された液晶の第１および第２の層間に配置される。ネマチック切替可能なレンズはさらに、電場を捻転されたネマチック液晶の活性層に印加するように配置される、第１および第２の電極を備える。第１および第２の電極は、活性層および重合化された液晶の第１および第２の層が第１および第２の電極間に配置されるように、活性層および重合化された液晶の第１および第２の層の反対側にある。頭部搭載型ディスプレイは、加えて、電気信号を電極に印加することによって、切替可能なレンズの屈折力を変動させるように構成される、電子機器を備える。少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリは、ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させるように構成される。
【００１７】
別の側面では、頭部搭載型ディスプレイシステムは、光をユーザの眼に投影し、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野内に表示するように構成される。頭部搭載型ディスプレイシステムは、ユーザの頭部上に支持されるように構成される、フレームを備える。本システムは、加えて、フレーム上に配置される、接眼レンズを備える。接眼レンズの少なくとも一部は、透明であって、ユーザが頭部搭載型ディスプレイを装着すると、透明部分が、ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させ、ユーザの正面の環境のビューを提供するように、ユーザの眼の正面の場所に配置される。接眼レンズは、光をユーザの眼の中に放出し、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように構成される。本システムは、加えて、回折液晶レンズアセンブリを備える、少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリを備える。回折液晶レンズアセンブリは、捻転されたネマチック液晶回折レンズを備える、活性層と、重合化された液晶を活性層の反対側に備える、第１および第２のリターダと、電場を捻転されたネマチック液晶の活性層に印加するように配置される、第１および第２の電極であって、活性層の反対側にある、第１および第２の電極とを備える。本システムはさらに、電気信号を電極に印加することによって、切替可能なレンズの屈折力を変動させるように構成される、電子機器を備え、少なくとも１つの切替可能なレンズは、ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させるように構成される。
【００１８】
別の側面では、頭部搭載型ディスプレイシステムは、光をユーザの眼に投影し、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野内に表示するように構成される。頭部搭載型ディスプレイシステムは、ユーザの頭部上に支持されるように構成される、フレームを備える。本システムは、加えて、フレーム上に配置される、接眼レンズを備える。接眼レンズの少なくとも一部は、透明であって、ユーザが頭部搭載型ディスプレイを装着すると、透明部分が、ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させ、ユーザの正面の環境のビューを提供するように、ユーザの眼の正面の場所に配置される。接眼レンズは、光をユーザの眼の中に放出し、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように構成される。本システムは、加えて、複数の切替可能なレンズを備える、少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリを含む。切替可能なレンズはそれぞれ、少なくとも２つの状態を有する。切替可能なレンズアセンブリは、複数のレンズの異なる状態のための異なる屈折力を有する。切替可能なレンズアセンブリは、複数のレンズが特定の状態に設定されると、異なる波長のための異なる屈折力を有する。本システムはさらに、切替可能なレンズと通信し、複数のレンズの状態を改変する、電子機器を備える。電子機器は、複数の切替可能なレンズ内の異なるレンズを異なる波長のための異なる状態にさせるように構成される。
【００１９】
別の側面では、画像を装着者に提示するように光を装着者の眼の中に指向するように構成される、拡張現実アイウェアのための接眼レンズを加工する方法は、基板を提供するステップを含む。本方法は、加えて、第１のレンズ領域を基板上に形成するステップを含み、第１のレンズ領域は、屈折力を有する、透明液晶レンズを備える。本方法はさらに、基板上に、透明であって、屈折力を有していない、第２の領域を提供するステップを含む。
【００２０】
別の側面では、頭部搭載型ディスプレイシステムは、光をユーザの眼に投影し、拡張現実画像コンテンツを該ユーザの視野内に表示するように構成される。頭部搭載型ディスプレイシステムは、ユーザの頭部上に支持されるように構成される、フレームを備える。ディスプレイシステムは、加えて、フレーム上に配置される、接眼レンズを備える。該接眼レンズの少なくとも一部は、透明であって、ユーザが該頭部搭載型ディスプレイを装着すると、該透明部分が、ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させ、ユーザの正面の環境のビューを提供するように、ユーザの眼の正面の場所に配置される。該接眼レンズは、光を該ユーザの眼の中に放出し、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように構成される。ディスプレイシステムは、加えて、複数の切替可能なレンズを備える、少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリを備え、該切替可能なレンズはそれぞれ、少なくとも２つの状態を有する。該切替可能なレンズの状態における変動は、少なくとも１つの切替可能なアセンブリの状態を変化させる。該切替可能なレンズアセンブリは、該複数のレンズの異なる状態のための異なる屈折力を有する。該切替可能なレンズアセンブリは、複数のレンズが特定の状態に設定されると、異なる波長のための異なる屈折力を有する。ディスプレイシステムはさらに、該切替可能なレンズと通信し、該複数のレンズの状態を改変する、電子機器を備える。該ディスプレイデバイスは、第１の色の光を該ユーザの眼の中に第１の時間に、第２の色の光を該ユーザの眼の中に第２の時間に放出し、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように構成される。該電子機器は、該レンズのうちの少なくとも１つを第１および第２の時間に異なる状態にさせ、画像を該第１および第２の色で提供するように構成される。
【００２１】
本発明および先行技術に優って達成される利点を要約する目的のために、ある目的および利点が、本明細書に説明される。当然ながら、必ずしも、全てのそのような目的または利点は、任意の特定の実施形態に従って達成される必要があるわけではないことを理解されたい。したがって、例えば、当業者は、本発明が、必ずしも、他の目的または利点を達成せずに、１つの利点または利点群を達成または最適化し得る様式において、具現化される、または行われることを認識するであろう。
【００２２】
これらの実施形態は全て、本明細書に開示される本発明の範囲内であるように意図される。これらおよび他の実施形態は、添付の図を参照した以下の詳細な説明から容易に当業者に明白となり、本発明は、任意の特定の開示される実施形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、ＡＲデバイスを通した拡張現実（ＡＲ）のユーザのビューを図示する。
【００２４】
【図２】図２は、ユーザのための３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。
【００２５】
【図３】図３Ａ−３Ｃは、曲率半径と焦点半径との間の関係を図示する。
【００２６】
【図４Ａ】図４Ａは、ヒト視覚系の遠近調節（ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ）−輻輳・開散運動（ｖｅｒｇｅｎｃｅ）応答の表現を図示する。
【００２７】
【図４Ｂ】図４Ｂは、一対のユーザの眼の異なる遠近調節状態および輻輳・開散運動状態の実施例を図示する。
【００２８】
【図４Ｃ】図４Ｃは、ディスプレイシステムを介してコンテンツを視認しているユーザの上下図の表現の実施例を図示する。
【００２９】
【図４Ｄ】図４Ｄは、ディスプレイシステムを介してコンテンツを視認しているユーザの上下図の表現の別の実施例を図示する。
【００３０】
【図５】図５は、波面発散を修正することによって３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。
【００３１】
【図６】図６は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図示する。
【００３２】
【図７】図７は、導波管によって出力された出射ビームの実施例を図示する。
【００３３】
【図８】図８は、スタックされた導波管アセンブリの実施例を図示し、各深度平面は、複数の異なる原色を使用して形成される画像を含む。
【００３４】
【図９Ａ】図９Ａは、それぞれ、内部結合光学要素を含む、スタックされた導波管のセットの実施例の断面側面図を図示する。
【００３５】
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａの複数のスタックされた導波管の実施例の斜視図を図示する。
【００３６】
【図９Ｃ】図９Ｃは、図９Ａおよび９Ｂの複数のスタックされた導波管の実施例の上下平面図を図示する。
【００３７】
【図９Ｄ】図９Ｄは、ウェアラブルディスプレイシステムの実施例を図示する。
【００３８】
【図１０】図１０は、一対の適応レンズアセンブリを備える、ディスプレイシステムの実施例を図示する。
【００３９】
【図１１】図１１Ａは、仮想コンテンツをユーザにある仮想深度平面において表示する、図１０のディスプレイシステムの実施例を図示する。図１１Ｂは、実世界コンテンツのビューをユーザに提供する、図１０のディスプレイシステムの実施例を図示する。
【００４０】
【図１２Ａ】図１２Ａは、液晶を備える、波長板レンズアセンブリの実施例を図示する。
【００４１】
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、液晶を備える、切替可能な波長板レンズの実施例を図示する。
【００４２】
【図１３Ａ】図１３Ａは、捻転されたネマチック液晶の層を備える、切替可能な波長板層の実施例の断面図を図示する。
【００４３】
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、動作時、切替可能な波長板がアクティブ化または非アクティブ化されている、一対の４分の１波長板間に介在される、図１３Ａの切替可能な波長板を備える、切替可能な波長板アセンブリの実施例を図示する。
【００４４】
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、捻転されたネマチック液晶層の複数の層を備える、４分の１波長板の実施例を図示する。
【００４５】
【図１３Ｄ】図１３Ｄは、接着剤層を使用して単一スタックとして統合される、一対の４分の１波長板間に介在される、図１３Ａの切替可能な波長板を備える、切替可能な波長板アセンブリの実施例を図示する。
【００４６】
【図１３Ｅ】図１３Ｅは、単一スタックとして統合される、一対の４分の１波長板間に介在される、捻転されたネマチック液晶の層を備える、切替可能な波長板アセンブリの実施例を図示する。
【００４７】
【図１３Ｆ】図１３Ｆは、単一スタックとして統合される、図１３Ｃの一対の４分の１波長板間に介在される、捻転されたネマチック液晶の層を備える、切替可能な波長板アセンブリの実施例を図示する。
【００４８】
【図１４Ａ】図１４Ａは、液晶の層を切り替えるための一対の透明電極の一方の実施例の斜視図を図示する。
【００４９】
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、液晶の層を切り替えるための一対の透明電極の他方の実施例の斜視図を図示する。
【００５０】
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、液晶の層を切り替えるための一対の垂直に分離される透明電極の実施例の斜視図を図示する。
【００５１】
【図１５】図１５Ａは、液晶の層を切り替えるための一対の水平に交錯された透明電極の実施例の平面図を図示する。図１５Ｂは、図１５Ａの対の水平に交錯された透明電極を含む、切替可能な波長板アセンブリの実施例の断面図を図示する。
【００５２】
【図１６Ａ】図１６Ａは、液晶を備える、波長板レンズの実施例の平面図を図示する。
【００５３】
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、液晶を備える、波長板レンズの実施例の平面図を図示する。
【００５４】
【図１６Ｃ】図１６Ｃは、光の偏光および光が入射する側に応じて、異なる屈折力を提供し、それを通して通過する光を発散または収束させる、波長板レンズの実施例を図示する。
【００５５】
【図１６Ｄ】図１６Ｄは、光の偏光および光が入射する側に応じて、異なる屈折力を提供し、それを通して通過する光を発散または収束させる、波長板レンズの実施例を図示する。
【００５６】
【図１７Ａ】図１７Ａは、波長板レンズと、切替可能な波長板とを備える、適応レンズアセンブリの実施例を図示する。
【００５７】
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、動作時、切替可能な波長板がアクティブ化されている、図１７Ａの適応レンズアセンブリの実施例を図示する。
【００５８】
【図１７Ｃ】図１７Ｃは、動作時、切替可能な波長板が非アクティブ化されている、図１３Ａの適応レンズアセンブリの実施例を図示する。
【００５９】
【図１８Ａ】図１８Ａは、動作時、切替可能な波長板がアクティブ化されている、それぞれ、波長板レンズと、切替可能な波長板とを備える、対の適応レンズアセンブリの間に導波管を備える、ディスプレイデバイスの実施例を図示する。
【００６０】
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、動作時、切替可能な波長板が非アクティブ化されている、図１８Ａのディスプレイデバイスの実施例を図示する。
【００６１】
【図１９Ａ】図１９Ａは、液晶を備える広帯域波長板レンズの基板に最も近い、液晶分子の例示的配列の平面図を図示する。
【００６２】
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、第１の円偏光を有する光を収束させる、図１９Ａに図示されるように配列される、液晶を備える、広帯域波長板レンズを図示する。
【００６３】
【図１９Ｃ】図１９Ｃは、第２の円偏光を有する光を発散させる、図１９Ａに図示されるように配列される、液晶を備える、広帯域波長板レンズを図示する。
【００６４】
【図２０】図２０Ａは、捻転されたネマチック液晶の複数の層を備える、広帯域波長板レンズの液晶分子の例示的配列の平面図を図示する。図２０Ｂは、捻転されたネマチック液晶の複数の層を備える、広帯域波長板レンズの実施例の断面図を図示する。
【００６５】
【図２１】図２１は、波長の増加に伴って増加する複屈折を有する、液晶の層を備える、広帯域波長板レンズの実施例の断面図を図示する。
【００６６】
【図２２Ａ】図２２Ａは、第１の円偏光を有する光の偏光を発散および転換させる、非アクティブ化された切替可能な広帯域波長板レンズの実施例の断面図を図示する。
【００６７】
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、第２の円偏光を有する光の偏光を収束および転換させる、非アクティブ化された切替可能な広帯域波長板レンズの実施例の断面図を図示する。
【００６８】
【図２２Ｃ】図２２Ｃは、その偏光を保存しながら、実質的に収束または発散させずに、円偏光を通過させる、アクティブ化された切替可能な広帯域波長板レンズの実施例の断面図を図示する。
【００６９】
【図２３−１】図２３Ａは、動作時、切替可能な波長板レンズの両方が非アクティブ化されている、一対の広帯域切替可能波長板レンズを備える、広帯域適応波長板レンズアセンブリの実施例を図示する。図２３Ｂは、動作時、切替可能な波長板レンズのうちの一方がアクティブ化されている、図２３Ａの広帯域適応波長板レンズアセンブリを図示する。
【００７０】
【図２３−２】図２３Ｃは、動作時、切替可能な波長板レンズのうちの一方がアクティブ化されている、図２３Ａの広帯域適応波長板レンズアセンブリを図示する。図２３Ｄは、動作時、切替可能な波長板レンズの両方がアクティブ化されている、一対の広帯域切替可能波長板レンズを備える、広帯域適応波長板レンズアセンブリの実施例を図示する。
【００７１】
【図２４Ａ】図２４Ａは、一対のアクティブな広帯域切替可能波長板レンズ間に介在される、切替可能な広帯域波長板レンズを備える、統合された広帯域適応波長板レンズアセンブリの実施例を図示する。
【００７２】
【図２４Ｂ】図２４Ｂは、広帯域半波長板レンズの組み合わせとしての動作時の図２４Ａの広帯域適応波長板レンズアセンブリを図示する。
【００７３】
【図２４Ｃ】図２４Ｃは、動作時、切替可能な広帯域波長板がアクティブ化されている、図２４Ｂの広帯域適応波長板レンズアセンブリを図示する。
【００７４】
【図２４Ｄ】図２４Ｄは、動作時、切替可能な広帯域波長板が非アクティブ化されている、図２４Ｂの広帯域適応波長板レンズアセンブリを図示する。
【００７５】
【図２５】図２５Ａは、切替可能な広帯域波長板がアクティブ化されている、図２４Ａの広帯域適応波長板レンズアセンブリの可視スペクトル内のシミュレートされた回折効率対波長を図示する。図２５Ｂは、切替可能な広帯域波長板が非アクティブ化されている、図２４Ａの広帯域適応波長板レンズアセンブリの可視スペクトル内のシミュレートされた回折効率対波長を図示する。
【００７６】
【図２６】図２６Ａは、青色波長のための単一レンズ状態および複数のレンズ状態を使用して、３つの広帯域切替可能波長板レンズを備える、例示的広帯域適応波長板レンズアセンブリのシミュレートされた実際対標的の正味屈折力を図示する。図２６Ｂは、緑色波長のための単一レンズ状態および複数のレンズ状態を使用して、３つの広帯域切替可能波長板レンズを備える、例示的広帯域適応波長板レンズアセンブリのシミュレートされた実際対標的の正味屈折力を図示する。図２６Ｃは、赤色波長のための単一レンズ状態および複数のレンズ状態を使用して、３つの広帯域切替可能波長板レンズを備える、例示的広帯域適応波長板レンズアセンブリのシミュレートされた実際対標的の正味屈折力を図示する。
【００７７】
【図２７】図２７Ａ−２７Ｃは、広帯域波長板または広帯域波長板レンズの例示的加工方法を図示する。
【００７８】
【図２８】図２８は、２ビーム暴露を使用して、広帯域波長板または広帯域波長板レンズ内の液晶分子を整合させるための整合層を構成する、例示的方法を図示する。
【００７９】
【図２９】図２９Ａ−２９Ｂは、マスタレンズを使用して、広帯域波長板または広帯域波長板レンズ内の液晶分子を整合させるための整合層を構成する、例示的方法を図示する。
【００８０】
【図３０】図３０Ａ−３０Ｂは、マスタレンズおよび１ビーム暴露を使用して、広帯域波長板または広帯域波長板レンズ内の液晶分子を整合させるためのナノインプリント整合層を構成する、例示的方法を図示する。図３０Ｃは、図３０Ａ−３０Ｂの例示的方法を使用して、広帯域波長板レンズの液晶分子を整合させるための、例示的ナノインプリント整合層を図示する。
【００８１】
【図３１】図３１Ａ−３１Ｃは、間隙充填プロセスを使用して、液晶を備える切替可能な広帯域波長板または液晶を備える切替可能な広帯域波長板レンズを加工する、例示的方法を図示する。
【００８２】
【図３２−１】図３２Ａ−３２Ｅは、層転写プロセスを使用して、液晶を備える切替可能な広帯域波長板または液晶を備える切替可能な広帯域波長板レンズを加工する、例示的方法を図示する。
【図３２−２】図３２Ａ−３２Ｅは、層転写プロセスを使用して、液晶を備える切替可能な広帯域波長板または液晶を備える切替可能な広帯域波長板レンズを加工する、例示的方法を図示する。
【００８３】
【図３３】図３３は、基板の一部上に形成される、液晶を備える切替可能な広帯域波長板または液晶を備える切替可能な広帯域波長板レンズの実施例を図示する。
【００８４】
【図３４】図３４は、選択的コーティングによって、液晶を備える切替可能な広帯域波長板または液晶を備える切替可能な広帯域波長板レンズを基板の一部上に形成する、例示的方法を図示する。
【００８５】
【図３５】図３５Ａ−３５Ｃは、液晶の層をブランケットコーティングし、減法的に除去することによって、液晶を備える切替可能な広帯域波長板または液晶を備える切替可能な広帯域波長板レンズを基板の一部上に形成する、例示的方法を図示する。
【００８６】
【図３６】図３６Ａ−３５Ｃは、整合層の選択的光学パターン化を使用することによって、液晶を備える切替可能な広帯域波長板または液晶を備える切替可能な広帯域波長板レンズを基板の一部上に形成する、例示的方法を図示する。
【００８７】
【図３７】図３７Ａ−３７Ｂは、整合層の選択的ナノインプリントを使用することによって、液晶を備える切替可能な広帯域波長板または液晶を備える切替可能な広帯域波長板レンズを基板の一部上に形成する、例示的方法を図示する。
【００８８】
図面全体を通して、参照番号は、参照される要素間の対応を示すために再使用され得る。図面は、本明細書に説明される例示的実施形態を図示するために提供され、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
【発明を実施するための形態】
【００８９】
ＡＲシステムは、依然として、ユーザに彼らの周囲の世界が見えることを可能にしながら、仮想コンテンツをユーザまたは視認者に表示し得る。好ましくは、本コンテンツは、例えば、画像情報をユーザの眼に投影する、アイウェアの一部としての頭部搭載型ディスプレイ上に表示される。加えて、ディスプレイはまた、周囲環境からの光をユーザの眼に透過させ、その周囲環境のビューを可能にしてもよい。本明細書で使用されるように、「頭部搭載型」または「頭部搭載可能である」ディスプレイは、視認者またはユーザの頭部上に搭載され得る、ディスプレイであることを理解されたい。
【００９０】
いくつかのＡＲシステムでは、複数の導波管は、仮想画像を複数の仮想深度平面（単に、本明細書では、「深度平面」とも称される）に形成するように構成されてもよい。複数の導波管の異なる導波管は、異なる屈折力を有してもよく、ユーザの眼から異なる距離に形成されてもよい。ディスプレイシステムはまた、屈折力を提供する、または加えて提供する、複数のレンズを含んでもよい。導波管および／またはレンズの屈折力は、画像を異なる仮想深度平面に提供し得る。望ましくないことに、導波管およびレンズはそれぞれ、ディスプレイの全体的厚さ、重量、およびコストを増加させ得る。
【００９１】
有利には、本明細書に説明される種々の実施形態では、適応レンズアセンブリが、可変屈折力を提供し、例えば、レンズアセンブリを通して伝搬する光の波面発散を修正し、仮想深度平面をユーザから異なる知覚距離に提供するために利用されてもよい。適応レンズアセンブリは、それらの間に配置される、切替可能な波長板を有する、一対の波長板レンズを含んでもよい。第１および第２の波長板レンズはそれぞれ、それを通して通過する光の偏光状態を改変するように構成されてもよく、切替可能な波長板は、複数の状態、例えば、光の偏光を変化させずに、光が通過することを可能にする、第１の状態と、光の偏光を改変する、第２の状態（例えば、偏光の掌性を変化させることによって）との間で切替可能であってもよい。いくつかの実施形態では、波長板レンズの一方または両方が、これらの第１の状態と第２の状態との間で切替可能であってもよく、上記の介在する切替可能な波長板は、省略されてもよい。
【００９２】
適応レンズアセンブリは、複数の波長板レンズおよび複数の切替可能な波長板のスタックを備えてもよいことを理解されたい。例えば、適応レンズアセンブリは、介在する切替可能な波長板を伴う、一対の波長板レンズを備える、複数のサブアセンブリを備えてもよい。いくつかの実施形態では、適応レンズアセンブリは、交互する波長板レンズおよび切替可能な波長板を含んでもよい。有利には、そのような交互配列は、近傍の切替可能な波長板に共通波長板レンズを共有させることによって、厚さおよび重量の低減を可能にする。いくつかの実施形態では、スタック内の切替可能なプレートの種々の組み合わせの状態を切り替えることによって、２つを上回る離散レベルの屈折力が、提供されてもよい。
【００９３】
いくつかの実施形態では、適応レンズアセンブリは、導波管アセンブリとともに、ディスプレイデバイスを形成し、画像を異なる仮想深度平面に形成する。種々の実施形態では、ディスプレイデバイスは、導波管アセンブリによって介在される、一対の適応レンズアセンブリを備える。導波管アセンブリは、光（例えば、可視光）をその中に伝搬し（例えば、全内部反射を介して）、光を外部結合するように構成される、導波管を含む。例えば、光は、導波管の主要表面に対して法線方向の光学軸方向に沿って外部結合されてもよい。対の適応レンズアセンブリのうちの１つは、導波管アセンブリの第１の側に形成されてもよく、可変屈折力を提供し、適応レンズアセンブリを通して通過する光の波面を修正し、画像を複数の仮想深度平面のそれぞれに形成するように構成されてもよい。例えば、適応レンズアセンブリは、導波管アセンブリから受け取られた外部結合される光を収束または発散させ得る。適応レンズアセンブリおよび／または導波管アセンブリを通して伝搬する周囲光の収束または発散に起因する、実世界ビューの修正を補償するために、対の適応レンズアセンブリの他方が、加えて、第１の側と反対の導波管アセンブリの第２の側に提供される。各適応レンズアセンブリの切替可能な波長板が、対応する状態をとると、適応レンズアセンブリは、適応レンズアセンブリの他方が、導波管アセンブリの第１の側の適応レンズアセンブリによって生じる歪曲を補正するように、反対符号を伴う屈折力を有し得る。
【００９４】
有利には、連続的に可変の光学要素を有する、連続的に可変の適応レンズに対して、２つの状態間で切替可能な切替可能な波長板を利用することは、適応レンズアセンブリの駆動を簡略化させ、所望の屈折力のために適応レンズアセンブリを適切にアクティブ化する方法を決定するために必要とされる算出パワーを低減させる。加えて、適応レンズアセンブリが導波管によって出力された光の波面発散を修正することを可能にすることによって、複数の深度平面を提供するために必要とされる導波管の数は、各導波管が特定の量の波面発散を提供する配列に対して、低減される。
【００９５】
ここで、図を参照するが、同様の参照番号は、全体を通して同様の部分を指す。別様に示されない限り、図面は、概略であって、必ずしも、正確な縮尺で描かれていない。
【００９６】
（例示的ディスプレイシステム）
図２は、ユーザのための３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。ユーザの眼は、離間されており、空間内の実オブジェクトを見ているとき、各眼は、オブジェクトの若干異なるビューを有し、オブジェクトの画像を各眼の網膜上の異なる場所に形成し得ることを理解されたい。これは、両眼視差と称され得、ヒト視覚系によって、深度の知覚を提供するために利用され得る。従来のディスプレイシステムは、仮想オブジェクトが所望の深度における実オブジェクトであるように各眼によって見えるであろう仮想オブジェクトのビューに対応する、眼２１０、２２０毎に１つの同一仮想オブジェクトの若干異なるビューを伴う２つの明確に異なる画像１９０、２００を提示することによって、両眼視差をシミュレートする。これらの画像は、ユーザの視覚系が深度の知覚を導出するために解釈し得る、両眼キューを提供する。
【００９７】
図２を継続して参照すると、画像１９０、２００は、ｚ−軸上で距離２３０だけ眼２１０、２２０から離間される。ｚ−軸は、視認者の眼が視認者の直前の光学無限遠におけるオブジェクトを固視している状態の視認者の光学軸と平行である。画像１９０、２００は、平坦であって、眼２１０、２２０から固定距離にある。それぞれ、眼２１０、２２０に提示される画像内の仮想オブジェクトの若干異なるビューに基づいて、眼は、必然的に、オブジェクトの画像が眼のそれぞれの網膜上の対応する点に来て、単一両眼視を維持するように回転し得る。本回転は、眼２１０、２２０のそれぞれの視線を仮想オブジェクトが存在するように知覚される空間内の点上に収束させ得る。その結果、３次元画像の提供は、従来、ユーザの眼２１０、２２０の輻輳・開散運動を操作し得、ヒト視覚系が深度の知覚を提供するように解釈する、両眼キューを提供することを伴う。
【００９８】
しかしながら、深度の現実的かつ快適な知覚の生成は、困難である。眼からの異なる距離におけるオブジェクトからの光は、異なる発散量を伴う波面を有することを理解されたい。図３Ａ−３Ｃは、距離と光線の発散との間の関係を図示する。オブジェクトと眼２１０との間の距離は、減少距離Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３の順序で表される。図３Ａ−３Ｃに示されるように、光線は、オブジェクトまでの距離が減少するにつれてより発散する。逆に言えば、距離が増加するにつれて、光線は、よりコリメートされる。換言すると、点（オブジェクトまたはオブジェクトの一部）によって生成されるライトフィールドは、点がユーザの眼から離れている距離の関数である、球状波面曲率を有すると言え得る。曲率が増加すると、オブジェクトと眼２１０の間の距離が減少する。単眼２１０のみが、例証を明確にするために、図３Ａ−３Ｃおよび本明細書の種々の他の図に図示されるが、眼２１０に関する議論は、視認者の両眼２１０および２２０に適用され得る。
【００９９】
図３Ａ−３Ｃを継続して参照すると、視認者の眼が固視しているオブジェクトからの光は、異なる波面発散度を有し得る。異なる波面発散量に起因して、光は、眼の水晶体によって異なるように集束され得、これは、ひいては、水晶体に、異なる形状をとり、集束された画像を眼の網膜上に形成することを要求し得る。集束された画像が、網膜上に形成されない場合、結果として生じる網膜ぼけは、集束された画像が網膜上に形成されるまで、眼の水晶体の形状に変化を生じさせる、遠近調節のためのキューとして作用する。例えば、遠近調節のためのキューは、眼の水晶体を囲繞する毛様筋の弛緩または収縮を誘起し、それによって、レンズを保持する提靭帯に印加される力を変調し、したがって、固視されているオブジェクトの網膜ぼけが排除または最小限にされるまで、眼の水晶体の形状を変化させ、それによって、固視されているオブジェクトの集束された画像を眼の網膜（例えば、中心窩）上に形成し得る。眼の水晶体が形状を変化させるプロセスは、遠近調節と称され得、固視されているオブジェクトの集束された画像を眼の網膜（例えば、中心窩）上に形成するために要求される眼の水晶体の形状は、遠近調節状態と称され得る。
【０１００】
ここで図４Ａを参照すると、ヒト視覚系の遠近調節−輻輳・開散運動応答の表現が、図示される。オブジェクトを固視するための眼の移動は、眼にオブジェクトからの光を受信させ、光は、画像を眼の網膜のそれぞれ上に形成する。網膜上に形成される画像内の網膜ぼけの存在は、遠近調節のためのキューを提供し得、網膜上の画像の相対的場所は、輻輳・開散運動のためのキューを提供し得る。遠近調節するためのキューは、遠近調節を生じさせ、眼の水晶体がオブジェクトの集束された画像を眼の網膜（例えば、中心窩）上に形成する特定の遠近調節状態をとる結果をもたらす。一方、輻輳・開散運動のためのキューは、各眼の各網膜上に形成される画像が単一両眼視を維持する対応する網膜点にあるように、輻輳・開散運動移動（眼の回転）を生じさせる。これらの位置では、眼は、特定の輻輳・開散運動状態をとっていると言え得る。図４Ａを継続して参照すると、遠近調節は、眼が特定の遠近調節状態を達成するプロセスであると理解され得、輻輳・開散運動は、眼が特定の輻輳・開散運動状態を達成するプロセスであると理解され得る。図４Ａに示されるように、眼の遠近調節および輻輳・開散運動状態は、ユーザが別のオブジェクトを固視する場合、変化し得る。例えば、遠近調節された状態は、ユーザがｚ−軸上の異なる深度における新しいオブジェクトを固視する場合、変化し得る。
【０１０１】
理論によって限定されるわけではないが、オブジェクトの視認者は、輻輳・開散運動および遠近調節の組み合わせに起因して、オブジェクトを「３次元」であると知覚し得ると考えられる。前述のように、２つの眼の相互に対する輻輳・開散運動移動（例えば、瞳孔が相互に向かって、またはそこから移動し、眼の視線を収束させ、オブジェクトを固視するような眼の回転）は、眼の水晶体の遠近調節と密接に関連付けられる。通常条件下では、眼の水晶体の形状を変化させ、１つのオブジェクトから異なる距離における別のオブジェクトに焦点を変化させることは、自動的に、「遠近調節−輻輳・開散運動反射」として知られる関係下、同一距離まで輻輳・開散運動における整合する変化を生じさせるであろう。同様に、輻輳・開散運動における変化は、通常条件下、水晶体形状における整合する変化を誘起するであろう。
【０１０２】
ここで図４Ｂを参照すると、眼の異なる遠近調節および輻輳・開散運動状態の実施例が、図示される。対の眼２２２ａは、光学無限遠におけるオブジェクトを固視する一方、対の眼２２２ｂは、光学無限遠未満におけるオブジェクト２２１を固視する。着目すべきこととして、各対の眼の輻輳・開散運動状態は、異なり、対の眼２２２ａは、まっすぐ指向される一方、対の眼２２２は、オブジェクト２２１上に収束する。各対の眼２２２ａおよび２２２ｂを形成する眼の遠近調節状態もまた、水晶体２１０ａ、２２０ａの異なる形状によって表されるように異なる。
【０１０３】
望ましくないことに、従来の「３−Ｄ」ディスプレイシステムの多くのユーザは、これらのディスプレイにおける遠近調節と輻輳・開散運動状態との間の不整合に起因して、そのような従来のシステムを不快であると見出す、または奥行感を全く知覚しない場合がある。前述のように、多くの立体視または「３−Ｄ」ディスプレイシステムは、若干異なる画像を各眼に提供することによって、場面を表示する。そのようなシステムは、それらが、とりわけ、単に、場面の異なる提示を提供し、眼の輻輳・開散運動状態に変化を生じさせるが、それらの眼の遠近調節状態における対応する変化を伴わないため、多くの視認者にとって不快である。むしろ、画像は、眼が全ての画像情報を単一遠近調節状態において視認するように、ディスプレイによって眼から固定距離に示される。そのような配列は、遠近調節状態における整合する変化を伴わずに輻輳・開散運動状態に変化を生じさせることによって、「遠近調節−輻輳・開散運動反射」に逆らう。本不整合は、視認者不快感を生じさせると考えられる。遠近調節と輻輳・開散運動との間のより良好な整合を提供する、ディスプレイシステムは、３次元画像のより現実的かつ快適なシミュレーションを形成し得る。
【０１０４】
理論によって限定されるわけではないが、ヒトの眼は、典型的には、有限数の深度平面を解釈し、深度知覚を提供することができると考えられる。その結果、知覚された深度の高度に真実味のあるシミュレーションが、眼にこれらの限定数の深度平面のそれぞれに対応する画像の異なる提示を提供することによって達成され得る。いくつかの実施形態では、異なる提示は、輻輳・開散運動のためのキューおよび遠近調節するための整合するキューの両方を提供し、それによって、生理学的に正しい遠近調節−輻輳・開散運動整合を提供してもよい。
【０１０５】
図４Ｂを継続して参照すると、眼２１０、２２０からの空間内の異なる距離に対応する、２つの深度平面２４０が、図示される。所与の深度平面２４０に関して、輻輳・開散運動キューが、眼２１０、２２０毎に適切に異なる視点の画像を表示することによって提供されてもよい。加えて、所与の深度平面２４０に関して、各眼２１０、２２０に提供される画像を形成する光は、その深度平面２４０の距離におけるある点によって生成されたライトフィールドに対応する波面発散を有してもよい。
【０１０６】
図示される実施形態では、点２２１を含有する、深度平面２４０のｚ−軸に沿った距離は、１ｍである。本明細書で使用されるように、ｚ−軸に沿った距離または深度は、ユーザの眼の射出瞳に位置するゼロ点を用いて測定されてもよい。したがって、１ｍの深度に位置する深度平面２４０は、眼が光学無限遠に向かって指向された状態でそれらの眼の光学軸上のユーザの眼の射出瞳から１ｍ離れた距離に対応する。近似値として、ｚ−軸に沿った深度または距離は、ユーザの眼の正面のディスプレイ（例えば、導波管の表面）から測定され、デバイスとユーザの眼の射出瞳との間の距離に関する値が加えられてもよい。その値は、瞳距離と呼ばれ、ユーザの眼の射出瞳と眼の正面のユーザによって装着されるディスプレイとの間の距離に対応し得る。実際は、瞳距離に関する値は、概して、全ての視認者に関して使用される、正規化された値であってもよい。例えば、瞳距離は、２０ｍｍであると仮定され得、１ｍの深度における深度平面は、ディスプレイの正面の９８０ｍｍの距離にあり得る。
【０１０７】
ここで図４Ｃおよび４Ｄを参照すると、整合遠近調節−輻輳・開散運動距離および不整合遠近調節−輻輳・開散運動距離の実施例が、それぞれ、図示される。図４Ｃに図示されるように、ディスプレイシステムは、仮想オブジェクトの画像を各眼２１０、２２０に提供してもよい。画像は、眼２１０、２２０に、眼が深度平面２４０上の点１５上に収束する、輻輳・開散運動状態をとらせ得る。加えて、画像は、その深度平面２４０における実オブジェクトに対応する波面曲率を有する光によって形成され得る。その結果、眼２１０、２２０は、画像がそれらの眼の網膜上に合焦する、遠近調節状態をとる。したがって、ユーザは、仮想オブジェクトを深度平面２４０上の点１５にあるように知覚し得る。
【０１０８】
眼２１０、２２０の遠近調節および輻輳・開散運動状態はそれぞれ、ｚ−軸上の特定の距離と関連付けられることを理解されたい。例えば、眼２１０、２２０からの特定の距離におけるオブジェクトは、それらの眼に、オブジェクトの距離に基づいて、特定の遠近調節状態をとらせる。特定の遠近調節状態と関連付けられた距離は、遠近調節距離Ａｄと称され得る。同様に、特定の輻輳・開散運動状態における眼と関連付けられた特定の輻輳・開散運動距離Ｖｄまたは相互に対する位置が、存在する。遠近調節距離および輻輳・開散運動距離が整合する場合、遠近調節と輻輳・開散運動との間の関係は、生理学的に正しいと言える。これは、視認者に最も快適なシナリオであると見なされる。
【０１０９】
しかしながら、立体視ディスプレイでは、遠近調節距離および輻輳・開散運動距離は、常には整合しない場合がある。例えば、図４Ｄに図示されるように、眼２１０、２２０に表示される画像は、深度平面２４０に対応する波面発散を伴って表示され得、眼２１０、２２０は、その深度平面上の点１５ａ、１５ｂが合焦する、特定の遠近調節状態をとり得る。しかしながら、眼２１０、２２０に表示される画像は、眼２１０、２２０を深度平面２４０上に位置しない点１５上に収束させる、輻輳・開散運動のためのキューを提供し得る。その結果、遠近調節距離は、いくつかの実施形態では、眼２１０、２２０の射出瞳から深度平面２４０の距離に対応する一方、輻輳・開散運動距離は、眼２１０、２２０の射出瞳から点１５までのより大きい距離に対応する。遠近調節距離は、輻輳・開散運動距離と異なる。その結果、遠近調節−輻輳・開散運動不整合が存在する。そのような不整合は、望ましくないと見なされ、不快感をユーザに生じさせ得る。不整合は、距離（例えば、Ｖｄ−Ａｄ）に対応し、ジオプタを使用して特性評価され得ることを理解されたい。
【０１１０】
いくつかの実施形態では、眼２１０、２２０の射出瞳以外の参照点も、同一参照点が遠近調節距離および輻輳・開散運動距離のために利用される限り、遠近調節−輻輳・開散運動不整合を決定するための距離を決定するために利用されてもよいことを理解されたい。例えば、距離は、角膜から深度平面、網膜から深度平面、接眼レンズ（例えば、ディスプレイデバイスの導波管）から深度平面等まで測定され得る。
【０１１１】
理論によって限定されるわけではないが、ユーザは、不整合自体が有意な不快感を生じさせずに、依然として、最大約０．２５ジオプタ、最大約０．３３ジオプタ、および最大約０．５ジオプタの遠近調節−輻輳・開散運動不整合を生理学的に正しいと知覚し得ると考えられる。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるディスプレイシステム（例えば、ディスプレイシステム２５０、図６）は、約０．５ジオプタまたはそれ未満の遠近調節−輻輳・開散運動不整合を有する、画像を視認者に提示する。いくつかの他の実施形態では、ディスプレイシステムによって提供される画像の遠近調節−輻輳・開散運動不整合は、約０．３３ジオプタまたはそれ未満である。さらに他の実施形態では、ディスプレイシステムによって提供される画像の遠近調節−輻輳・開散運動不整合は、約０．１ジオプタまたはそれ未満を含む、約０．２５ジオプタまたはそれ未満である。
【０１１２】
図５は、波面発散を修正することによって、３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。ディスプレイシステムは、画像情報でエンコードされた光７７０を受信し、その光をユーザの眼２１０に出力するように構成される、導波管２７０を含む。導波管２７０は、所望の深度平面２４０上のある点によって生成されたライトフィールドの波面発散に対応する定義された波面発散量を伴って光６５０を出力してもよい。いくつかの実施形態では、同一量の波面発散が、その深度平面上に提示される全てのオブジェクトのために提供される。加えて、ユーザの他方の眼は、類似導波管からの画像情報を提供され得るように図示されるであろう。
【０１１３】
いくつかの実施形態では、単一導波管が、単一または限定数の深度平面に対応する設定された波面発散量を伴う光を出力するように構成されてもよく、および／または導波管は、限定された範囲の波長の光を出力するように構成されてもよい。その結果、いくつかの実施形態では、複数またはスタックの導波管が、異なる深度平面のための異なる波面発散量を提供し、および／または異なる範囲の波長の光を出力するために利用されてもよい。本明細書で使用されるように、深度平面は、平面であってもよい、または湾曲表面の輪郭に追従してもよいことを理解されたい。
【０１１４】
図６は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図示する。ディスプレイシステム２５０は、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０を使用して３次元知覚を眼／脳に提供するために利用され得る、導波管のスタックまたはスタックされた導波管アセンブリ２６０を含む。ディスプレイシステム２５０は、いくつかの実施形態では、ライトフィールドディスプレイと見なされてもよいことを理解されたい。加えて、導波管アセンブリ２６０はまた、接眼レンズとも称され得る。
【０１１５】
いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム２５０は、輻輳・開散運動するための実質的に連続キューおよび遠近調節するための複数の離散キューを提供するように構成されてもよい。輻輳・開散運動のためのキューは、異なる画像をユーザの眼のそれぞれに表示することによって提供されてもよく、遠近調節のためのキューは、選択可能な離散量の波面発散を伴う画像を形成する光を出力することによって提供されてもよい。換言すると、ディスプレイシステム２５０は、可変レベルの波面発散を伴う光を出力するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、波面発散の各離散レベルは、特定の深度平面に対応し、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの特定の１つによって提供されてもよい。
【０１１６】
図６を継続して参照すると、導波管アセンブリ２６０はまた、複数の特徴３２０、３３０、３４０、３５０を導波管の間に含んでもよい。いくつかの実施形態では、特徴３２０、３３０、３４０、３５０は、１つ以上のレンズであってもよい。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０および／または複数のレンズ３２０、３３０、３４０、３５０は、種々のレベルの波面曲率または光線発散を用いて画像情報を眼に送信するように構成されてもよい。各導波管レベルは、特定の深度平面と関連付けられてもよく、その深度平面に対応する画像情報を出力するように構成されてもよい。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、導波管のための光源として機能してもよく、画像情報を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入するために利用されてもよく、それぞれ、本明細書に説明されるように、眼２１０に向かって出力のために各個別の導波管を横断して入射光を分散させるように構成されてもよい。光は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００の出力表面４１０、４２０、４３０、４４０、４５０から出射し、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の対応する入力表面４６０、４７０、４８０、４９０、５００の中に投入される。いくつかの実施形態では、入力表面４６０、４７０、４８０、４９０、５００はそれぞれ、対応する導波管の縁であってもよい、または対応する導波管の主要表面の一部（すなわち、世界５１０または視認者の眼２１０に直接面する導波管表面のうちの１つ）であってもよい。いくつかの実施形態では、光の単一ビーム（例えば、コリメートされたビーム）が、各導波管の中に投入され、クローン化されたコリメートビームの全体場を出力してもよく、これは、特定の導波管と関連付けられた深度平面に対応する特定の角度（および発散量）において眼２１０に向かって指向される。いくつかの実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のうちの単一の１つは、複数（例えば、３つ）の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０と関連付けられ、その中に光を投入してもよい。
【０１１７】
いくつかの実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００はそれぞれ、それぞれ対応する導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中への投入のために画像情報を生成する、離散ディスプレイである。いくつかの他の実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、例えば、画像情報を１つ以上の光学導管（光ファイバケーブル等）を介して画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のそれぞれに送り得る、単一の多重化されたディスプレイの出力端である。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００によって提供される画像情報は、異なる波長または色（例えば、本明細書に議論されるように、異なる原色）の光を含んでもよいことを理解されたい。
【０１１８】
いくつかの実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入される光は、光プロジェクタシステム５２０によって提供され、これは、光モジュール５３０を備え、これは、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光エミッタを含んでもよい。光モジュール５３０からの光は、ビームスプリッタ５５０を介して、光変調器５４０、例えば、空間光変調器によって指向および修正されてもよい。光変調器５４０は、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入される光の知覚される強度を変化させ、光を画像情報でエンコードするように構成されてもよい。空間光変調器の実施例は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を含み、シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）ディスプレイを含む。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、図式的に図示され、いくつかの実施形態では、これらの画像投入デバイスは、光を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の関連付けられたものの中に出力するように構成される、共通投影システム内の異なる光経路および場所を表し得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、導波管アセンブリ２６０の導波管は、導波管の中に投入された光をユーザの眼に中継しながら、理想的レンズとして機能し得る。本概念では、オブジェクトは、空間光変調器５４０であってもよく、画像は、深度平面上の画像であってもよい。
【０１１９】
いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム２５０は、光を種々のパターン（例えば、ラスタ走査、螺旋走査、リサジューパターン等）で１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に、最終的には、視認者の眼２１０に投影するように構成される、１つ以上の走査ファイバを備える、走査ファイバディスプレイであってもよい。いくつかの実施形態では、図示される画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、光を１つまたは複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入するように構成される、単一走査ファイバまたは走査ファイバの束を図式的に表し得る。いくつかの他の実施形態では、図示される画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、複数の走査ファイバまたは走査ファイバの複数の束を図式的に表し得、それぞれ、光を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの関連付けられた１つの中に投入するように構成される。１つ以上の光ファイバは、光を光モジュール５３０から１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０に透過するように構成されてもよいことを理解されたい。１つ以上の介在光学構造が、走査ファイバまたは複数のファイバと、１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０との間に提供され、例えば、走査ファイバから出射する光を１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に再指向してもよいことを理解されたい。
【０１２０】
コントローラ５６０は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００、光源５３０、および光変調器５４０の動作を含む、スタックされた導波管アセンブリ２６０のうちの１つ以上のものの動作を制御する。いくつかの実施形態では、コントローラ５６０は、ローカルデータ処理モジュール１４０の一部である。コントローラ５６０は、例えば、本明細書に開示される種々のスキームのいずれかに従って、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０への画像情報のタイミングおよびプロビジョニングを調整する、プログラミング（例えば、非一過性媒体内の命令）を含む。いくつかの実施形態では、コントローラは、単一一体型デバイスまたは有線または無線通信チャネルによって接続される分散型システムであってもよい。コントローラ５６０は、いくつかの実施形態では、処理モジュール１４０または１５０（図９Ｄ）の一部であってもよい。
【０１２１】
図６を継続して参照すると、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、全内部反射（ＴＩＲ）によって各個別の導波管内で光を伝搬するように構成されてもよい。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０はそれぞれ、主要上部表面および主要底部表面およびそれらの主要上部表面と主要底部表面との間に延在する縁を伴う、平面である、または別の形状（例えば、湾曲）を有してもよい。図示される構成では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０はそれぞれ、各個別の導波管内で伝搬する光を導波管から再指向し、画像情報を眼２１０に出力することによって、光を導波管から抽出するように構成される、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０を含んでもよい。抽出された光はまた、外部結合光と称され得、外部結合光学要素光はまた、光抽出光学要素と称され得る。抽出された光のビームは、導波管によって、導波管内を伝搬する光が光抽出光学要素に衝打する場所において出力され得る。外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、例えば、本明細書にさらに議論されるような回折光学特徴を含む、格子であってもよい。説明の容易性および図面の明確性のために、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の底部主要表面に配置されて図示されるが、いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、本明細書にさらに議論されるように、上部主要表面および／または底部主要表面に配置されてもよい、および／または導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の体積内に直接配置されてもよい。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、透明基板に取り付けられ、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０を形成する、材料の層内に形成されてもよい。いくつかの他の実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、材料のモノリシック部品であってもよく、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、材料のその部品の表面上および／またはその内部に形成されてもよい。
【０１２２】
図６を継続して参照すると、本明細書に議論されるように、各導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、光を出力し、特定の深度平面に対応する画像を形成するように構成される。例えば、眼の最近傍の導波管２７０は、眼２１０にコリメートされた光（そのような導波管２７０の中に投入された）を送達するように構成されてもよい。コリメートされた光は、光学無限遠焦点面を表し得る。次の上方の導波管２８０は、眼２１０に到達し得る前に、第１のレンズ３５０（例えば、負のレンズ）を通して通過する、コリメートされた光を送出するように構成されてもよい。そのような第１のレンズ３５０は、眼／脳が、その次の上方の導波管２８０から生じる光を光学無限遠から眼２１０に向かって内向きにより近い第１の焦点面から生じるように解釈するように、若干の凸面波面曲率を生成するように構成されてもよい。同様に、第３の上方の導波管２９０は、眼２１０に到達する前に、その出力光を第１のレンズ３５０および第２のレンズ３４０の両方を通して通過させる。第１のレンズ３５０および第２のレンズ３４０の組み合わせられた屈折力は、眼／脳が、第３の導波管２９０から生じる光が次の上方の導波管２８０からの光であったよりも光学無限遠から人物に向かって内向きにさらに近い第２の焦点面から生じるように解釈するように、別の漸増量の波面曲率を生成するように構成されてもよい。
【０１２３】
他の導波管層３００、３１０およびレンズ３３０、３２０も同様に構成され、スタック内の最高導波管３１０は、人物に最も近い焦点面を表す集約焦点力のために、その出力をそれと眼との間のレンズの全てを通して送出する。スタックされた導波管アセンブリ２６０の他側の世界５１０から生じる光を視認／解釈するとき、レンズ３２０、３３０、３４０、３５０のスタックを補償するために、補償レンズ層６２０が、スタックの上部に配置され、下方のレンズスタック３２０、３３０、３４０、３５０の集約力を補償してもよい。そのような構成は、利用可能な導波管／レンズ対と同じ数の知覚される焦点面を提供する。導波管の外部結合光学要素およびレンズの集束側面は両方とも、静的であってもよい（すなわち、動的ではないまたは電気活性ではない）。いくつかの代替実施形態では、一方または両方とも、電気活性特徴を使用して動的であってもよい。
【０１２４】
いくつかの実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの２つ以上のものは、同一の関連付けられた深度平面を有してもよい。例えば、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０が、同一深度平面に設定される画像を出力するように構成されてもよい、または導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の複数のサブセットが、深度平面毎に１つのセットを伴う、同一の複数の深度平面に設定される画像を出力するように構成されてもよい。これは、それらの深度平面において拡張された視野を提供するようにタイル化された画像を形成する利点を提供し得る。
【０１２５】
図６を継続して参照すると、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、導波管と関連付けられた特定の深度平面のために、光をその個別の導波管から再指向し、かつ本光を適切な量の発散またはコリメーションを伴って出力するように構成されてもよい。その結果、異なる関連付けられた深度平面を有する導波管は、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０の異なる構成を有してもよく、これは、関連付けられた深度平面に応じて、異なる量の発散を伴う光を出力する。いくつかの実施形態では、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、体積または表面特徴であってもよく、これは、具体的角度で光を出力するように構成されてもよい。例えば、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、体積ホログラム、表面ホログラム、および／または回折格子であってもよい。いくつかの実施形態では、特徴３２０、３３０、３４０、３５０は、レンズではなくてもよい。むしろ、それらは、単に、スペーサ（例えば、クラッディング層および／または空隙を形成するための構造）であってもよい。
【０１２６】
いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、回折パターンを形成する回折特徴または「回折光学要素」（また、本明細書では、「ＤＯＥ」とも称される）である。好ましくは、ＤＯＥは、ビームの光の一部のみがＤＯＥの各交差部で眼２１０に向かって偏向される一方、残りがＴＩＲを介して、導波管を通して移動し続けるように、十分に低回折効率を有する。画像情報を搬送する光は、したがって、様々な場所において導波管から出射する、いくつかの関連出射ビームに分割され、その結果、導波管内でバウンスする本特定のコリメートされたビームに関して、眼２１０に向かって非常に均一パターンの出射放出となる。
【０１２７】
いくつかの実施形態では、１つ以上のＤＯＥは、能動的に回折する「オン」状態と有意に回折しない「オフ」状態との間で切替可能であってもよい。例えば、切替可能なＤＯＥは、ポリマー分散液晶の層を備えてもよく、その中で微小液滴は、ホスト媒体中に回折パターンを備え、微小液滴の屈折率は、ホスト材料の屈折率に実質的に整合するように切り替えられてもよい（その場合、パターンは、入射光を著しく回折させない）、または微小液滴は、ホスト媒体のものに整合しない屈折率に切り替えられてもよい（その場合、パターンは、入射光を能動的に回折させる）。
【０１２８】
いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０（例えば、可視光および赤外線光カメラを含む、デジタルカメラ）が、眼２１０および／または眼２１０の周囲の組織の画像を捕捉し、例えば、ユーザ入力を検出する、および／またはユーザの生理学的状態を監視するために提供されてもよい。本明細書で使用されるように、カメラは、任意の画像捕捉デバイスであってもよい。いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０は、画像捕捉デバイスと、光（例えば、赤外線光）を眼に投影し、それが次いで、眼によって反射され、画像捕捉デバイスによって検出され得る、光源とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０は、フレーム８０（図９Ｄ）に取り付けられてもよく、カメラアセンブリ６３０からの画像情報を処理し得る、処理モジュール１４０および／または１５０と電気通信してもよい。いくつかの実施形態では、１つのカメラアセンブリ６３０が、眼毎に利用され、各眼を別個に監視してもよい。
【０１２９】
ここで図７を参照すると、導波管によって出力された出射ビームの実施例が、示される。１つの導波管が図示されるが、導波管アセンブリ２６０（図６）内の他の導波管も同様に機能し得、導波管アセンブリ２６０は、複数の導波管を含むことを理解されたい。光６４０が、導波管２７０の入力表面４６０において導波管２７０の中に投入され、ＴＩＲによって導波管２７０内を伝搬する。光６４０がＤＯＥ５７０上に衝突する点では、光の一部は、導波管から出射ビーム６５０として出射する。出射ビーム６５０は、略平行として図示されるが、本明細書に議論されるように、また、導波管２７０と関連付けられた深度平面に応じて、ある角度（例えば、発散出射ビーム形成）において眼２１０に伝搬するように再指向されてもよい。略平行出射ビームは、眼２１０からの遠距離（例えば、光学無限遠）における深度平面に設定されるように現れる画像を形成するように光を外部結合する、外部結合光学要素を伴う導波管を示し得ることを理解されたい。他の導波管または他の外部結合光学要素のセットは、より発散する、出射ビームパターンを出力してもよく、これは、眼２１０がより近い距離に遠近調節し、網膜に合焦させることを要求し、光学無限遠より眼２１０に近い距離からの光として脳によって解釈されるであろう。
【０１３０】
いくつかの実施形態では、フルカラー画像が、原色、例えば、３つ以上の原色のそれぞれにおける画像をオーバーレイすることによって、各深度平面において形成されてもよい。図８は、スタックされた導波管アセンブリの実施例を図示し、各深度平面は、複数の異なる原色を使用して形成される画像を含む。図示される実施形態は、深度平面２４０ａ−２４０ｆを示すが、より多いまたはより少ない深度もまた、検討される。各深度平面は、第１の色Ｇの第１の画像、第２の色Ｒの第２の画像、および第３の色Ｂの第３の画像を含む、それと関連付けられた３つ以上の原色画像を有してもよい。異なる深度平面は、文字Ｇ、Ｒ、およびＢに続くジオプタ（ｄｐｔ）に関する異なる数字によって図に示される。単なる実施例として、これらの文字のそれぞれに続く数字は、ジオプタ（１／ｍ）、すなわち、視認者からの深度平面の逆距離を示し、図中の各ボックスは、個々の原色画像を表す。いくつかの実施形態では、異なる波長の光の眼の集束における差異を考慮するために、異なる原色に関する深度平面の正確な場所は、変動してもよい。例えば、所与の深度平面に関する異なる原色画像は、ユーザからの異なる距離に対応する深度平面上に設置されてもよい。そのような配列は、視力およびユーザ快適性を増加させ得、および／または色収差を減少させ得る。
【０１３１】
いくつかの実施形態では、各原色の光は、単一専用導波管によって出力されてもよく、その結果、各深度平面は、それと関連付けられた複数の導波管を有してもよい。そのような実施形態では、文字Ｇ、Ｒ、またはＢを含む、図中の各ボックスは、個々の導波管を表すものと理解され得、３つの導波管は、深度平面毎に提供されてもよく、３つの原色画像が、深度平面毎に提供される。各深度平面と関連付けられた導波管は、本図面では、説明を容易にするために相互に隣接して示されるが、物理的デバイスでは、導波管は全て、レベル毎に１つの導波管を伴うスタックで配列されてもよいことを理解されたい。いくつかの他の実施形態では、複数の原色が、例えば、単一導波管のみが深度平面毎に提供され得るように、同一導波管によって出力されてもよい。
【０１３２】
図８を継続して参照すると、いくつかの実施形態では、Ｇは、緑色であって、Ｒは、赤色であって、Ｂは、青色である。いくつかの他の実施形態では、マゼンタ色およびシアン色を含む、光の他の波長と関連付けられた他の色も、赤色、緑色、または青色のうちの１つ以上のものに加えて使用されてもよい、またはそれらに取って代わってもよい。
【０１３３】
本開示全体を通した所与の光の色の言及は、視認者によってその所与の色であるように知覚される、光の波長の範囲内の１つ以上の波長の光を包含するものと理解されるであろうことを理解されたい。例えば、赤色光は、約６２０〜７８０ｎｍの範囲内の１つ以上の波長の光を含んでもよく、緑色光は、約４９２〜５７７ｎｍの範囲内の１つ以上の波長の光を含んでもよく、青色光は、約４３５〜４９３ｎｍの範囲内の１つ以上の波長の光を含んでもよい。
【０１３４】
いくつかの実施形態では、光源５３０（図６）は、視認者の視覚的知覚範囲外の１つ以上の波長、例えば、赤外線および／または紫外線波長の光を放出するように構成されてもよい。加えて、ディスプレイ２５０の導波管の内部結合、外部結合、および他の光再指向構造は、例えば、結像および／またはユーザ刺激用途のために、本光をディスプレイからユーザの眼２１０に向かって指向および放出するように構成されてもよい。
【０１３５】
ここで図９Ａを参照すると、いくつかの実施形態では、導波管に衝突する光は、その光を導波管の中に内部結合するために再指向される必要があり得る。内部結合光学要素が、光をその対応する導波管の中に再指向および内部結合するために使用されてもよい。図９Ａは、それぞれ、内部結合光学要素を含む、複数またはセット６６０のスタックされた導波管の実施例の断面側面図を図示する。導波管はそれぞれ、１つまたはそれを上回る異なる波長または１つまたはそれを上回る異なる波長範囲の光を出力するように構成されてもよい。スタック６６０は、スタック２６０（図６）に対応してもよく、スタック６６０の図示される導波管は、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の一部に対応してもよいが、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のうちの１つ以上のものからの光が、光が内部結合のために再指向されることを要求する位置から導波管の中に投入されることを理解されたい。
【０１３６】
スタックされた導波管の図示されるセット６６０は、導波管６７０、６８０、および６９０を含む。各導波管は、関連付けられた内部結合光学要素（導波管上の光入力面積とも称され得る）を含み、例えば、内部結合光学要素７００は、導波管６７０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置され、内部結合光学要素７１０は、導波管６８０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置され、内部結合光学要素７２０は、導波管６９０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置される。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０のうちの１つ以上のものは、個別の導波管６７０、６８０、６９０の底部主要表面上に配置されてもよい（特に、１つ以上の内部結合光学要素は、反射性偏向光学要素である）。図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、その個別の導波管６７０、６８０、６９０の上側主要表面（または次の下側導波管の上部）上に配置されてもよく、特に、それらの内部結合光学要素は、透過性偏向光学要素である。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、個別の導波管６７０、６８０、６９０の本体内に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、本明細書に議論されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、他の光の波長を透過しながら、１つ以上の光の波長を選択的に再指向するような波長選択的である。その個別の導波管６７０、６８０、６９０の片側または角に図示されるが、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、いくつかの実施形態では、その個別の導波管６７０、６８０、６９０の他の面積内に配置されてもよいことを理解されたい。
【０１３７】
図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、相互から側方にオフセットされてもよい。いくつかの実施形態では、各内部結合光学要素は、その光が別の内部結合光学要素を通して通過せずに、光を受信するようにオフセットされてもよい。例えば、各内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、図６に示されるように、光を異なる画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、および４００から受信するように構成されてもよく、光を内部結合光学要素７００、７１０、７２０の他のものから実質的に受信しないように、他の内部結合光学要素７００、７１０、７２０から分離されてもよい（例えば、側方に離間される）。
【０１３８】
各導波管はまた、関連付けられた光分散要素を含み、例えば、光分散要素７３０は、導波管６７０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置され、光分散要素７４０は、導波管６８０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置され、光分散要素７５０は、導波管６９０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置される。いくつかの他の実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０の底部主要表面上に配置されてもよい。いくつかの他の実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０の上部および底部両方の主要表面上に配置されてもよい、または光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、異なる関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０内の上部主要表面および底部主要表面の異なるもの上に配置されてもよい。
【０１３９】
導波管６７０、６８０、６９０は、例えば、材料のガス、液体、および／または固体層によって離間および分離されてもよい。例えば、図示されるように、層７６０ａは、導波管６７０および６８０を分離してもよく、層７６０ｂは、導波管６８０および６９０を分離してもよい。いくつかの実施形態では、層７６０ａおよび７６０ｂは、低屈折率材料（すなわち、導波管６７０、６８０、６９０の直近のものを形成する材料より低い屈折率を有する材料）から形成される。好ましくは、層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料の屈折率は、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料の屈折率に対して０．０５またはそれを上回る、または０．１０またはそれを下回る。有利には、より低い屈折率層７６０ａ、７６０ｂは、導波管６７０、６８０、６９０を通して光の全内部反射（ＴＩＲ）（例えば、各導波管の上部主要表面および底部主要表面の間のＴＩＲ）を促進する、クラッディング層として機能してもよい。いくつかの実施形態では、層７６０ａ、７６０ｂは、空気から形成される。図示されないが、導波管の図示されるセット６６０の上部および底部は、直近クラッディング層を含んでもよいことを理解されたい。
【０１４０】
好ましくは、製造および他の考慮点を容易にするために、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料は、類似または同一であって、層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料は、類似または同一である。いくつかの実施形態では、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料は、１つ以上の導波管間で異なってもよい、および／または層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料は、依然として、前述の種々の屈折率関係を保持しながら、異なってもよい。
【０１４１】
図９Ａを継続して参照すると、光線７７０、７８０、７９０が、導波管のセット６６０に入射する。光線７７０、７８０、７９０は、１つ以上の画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００（図６）によって導波管６７０、６８０、６９０の中に投入されてもよいことを理解されたい。
【０１４２】
いくつかの実施形態では、光線７７０、７８０、７９０は、異なる色に対応し得る、異なる性質、例えば、異なる波長または異なる波長範囲を有する。内部結合光学要素７００、７１０、７２０はそれぞれ、光が、ＴＩＲによって、導波管６７０、６８０、６９０のうちの個別の１つを通して伝搬するように、入射光を偏向させる。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０はそれぞれ、他の波長を下層導波管および関連付けられた内部結合光学要素に透過させながら、１つ以上の特定の光の波長を選択的に偏向させる。
【０１４３】
例えば、内部結合光学要素７００は、それぞれ、異なる第２および第３の波長または波長範囲を有する、光線７８０および７９０を透過させながら、第１の波長または波長範囲を有する、光線７７０を選択的に偏向させるように構成されてもよい。透過された光線７８０は、第２の波長または波長範囲の光を選択的に偏向させるように構成される、内部結合光学要素７１０に衝突し、それによって偏向される。光線７９０は、第３の波長または波長範囲の光を選択的に偏向させるように構成される、内部結合光学要素７２０によって偏向される。
【０１４４】
図９Ａを継続して参照すると、偏向された光線７７０、７８０、７９０は、対応する導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬するように偏向される。すなわち、各導波管の内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、光をその対応する導波管６７０、６８０、６９０の中に偏向させ、光を対応する導波管の中に内部結合する。光線７７０、７８０、７９０は、光をＴＩＲによって個別の導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬させる角度で偏向される。光線７７０、７８０、７９０は、導波管の対応する光分散要素７３０、７４０、７５０に衝突するまで、ＴＩＲによって個別の導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬する。
【０１４５】
ここで図９Ｂを参照すると、図９Ａの複数のスタックされた導波管の実施例の斜視図が、図示される。前述のように、内部結合された光線７７０、７８０、７９０は、それぞれ、内部結合光学要素７００、７１０、７２０によって偏向され、次いで、それぞれ、導波管６７０、６８０、６９０内でＴＩＲによって伝搬する。光線７７０、７８０、７９０は、次いで、それぞれ、光分散要素７３０、７４０、７５０に衝突する。光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、外部結合光学要素８００、８１０、８２０に向かって伝搬するように、光線７７０、７８０、７９０を偏向させる。
【０１４６】
いくつかの実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）である。いくつかの実施形態では、ＯＰＥは、光を外部結合光学要素８００、８１０、８２０に偏向または分散し、いくつかの実施形態では、また、外部結合光学要素に伝搬するにつれて、本光のビームまたはスポットサイズを増加させ得る。いくつかの実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、省略されてもよく、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、光を直接外部結合光学要素８００、８１０、８２０に偏向させるように構成されてもよい。例えば、図９Ａを参照すると、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、外部結合光学要素８００、８１０、８２０と置換されてもよい。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素８００、８１０、８２０は、光を視認者の眼２１０（図７）に指向させる、射出瞳（ＥＰ）または射出瞳エクスパンダ（ＥＰＥ）である。ＯＰＥは、少なくとも１つの軸においてアイボックスの寸法を増加させるように構成されてもよく、ＥＰＥは、ＯＰＥの軸と交差する、例えば、直交する軸においてアイボックスを増加させてもよいことを理解されたい。例えば、各ＯＰＥは、光の残りの部分が導波管を辿って伝搬し続けることを可能にしながら、ＯＰＥに衝打する光の一部を同一導波管のＥＰＥに再指向するように構成されてもよい。ＯＰＥへの衝突に応じて、再び、残りの光の別の部分は、ＥＰＥに再指向され、その部分の残りの部分は、導波管等を辿ってさらに伝搬し続ける。同様に、ＥＰＥへの衝打に応じて、衝突光の一部は、導波管からユーザに向かって指向され、その光の残りの部分は、ＥＰに再び衝打するまで、導波管を通して伝搬し続け、その時点で、衝突する光の別の部分は、導波管から指向される等となる。その結果、内部結合された光の単一ビームは、その光の一部がＯＰＥまたはＥＰＥによって再指向される度に、「複製」され、それによって、図６に示されるように、クローン化された光のビーム野を形成し得る。いくつかの実施形態では、ＯＰＥおよび／またはＥＰＥは、光のビームのサイズを修正するように構成されてもよい。
【０１４７】
故に、図９Ａおよび９Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、導波管のセット６６０は、原色毎に、導波管６７０、６８０、６９０と、内部結合光学要素７００、７１０、７２０と、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７３０、７４０、７５０と、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８００、８１０、８２０とを含む。導波管６７０、６８０、６９０は、各１つの間に空隙／クラッディング層を伴ってスタックされてもよい。内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、（異なる波長の光を受信する異なる内部結合光学要素を用いて）入射光をその導波管の中に再指向または偏向させる。光は、次いで、個別の導波管６７０、６８０、６９０内にＴＩＲをもたらすであろう角度で伝搬する。示される実施例では、光線７７０（例えば、青色光）は、前述の様式において、第１の内部結合光学要素７００によって偏向され、次いで、導波管を辿ってバウンスし続け、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７３０、次いで、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８００と相互作用する。光線７８０および７９０（例えば、それぞれ、緑色および赤色光）は、導波管６７０を通して通過し、光線７８０は、内部結合光学要素７１０上に入射し、それによって偏向される。光線７８０は、次いで、ＴＩＲを介して、導波管６８０を辿ってバウンスし、その光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７４０、次いで、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８１０に進むであろう。最後に、光線７９０（例えば、赤色光）は、導波管６９０を通して通過し、導波管６９０の光内部結合光学要素７２０に衝突する。光内部結合光学要素７２０は、光線が、ＴＩＲによって、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７５０、次いで、ＴＩＲによって、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８２０に伝搬するように、光線７９０を偏向させる。外部結合光学要素８２０は、次いで、最後に、光線７９０を視認者に外部結合し、視認者はまた、他の導波管６７０、６８０からの外部結合した光も受け取る。
【０１４８】
図９Ｃは、図９Ａおよび９Ｂの複数のスタックされた導波管の実施例の上下平面図を図示する。図示されるように、導波管６７０、６８０、６９０は、各導波管の関連付けられた光分散要素７３０、７４０、７５０および関連付けられた外部結合光学要素８００、８１０、８２０とともに、垂直に整合されてもよい。しかしながら、本明細書に議論されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、垂直に整合されない。むしろ、内部結合光学要素は、好ましくは、非重複する（例えば、上下図に見られるように、側方に離間される）。本明細書でさらに議論されるように、本非重複空間配列は、１対１ベースで異なるリソースから異なる導波管の中への光の投入を促進し、それによって、具体的光源が具体的導波管に一意に結合されることを可能にする。いくつかの実施形態では、非重複の空間的に分離される内部結合光学要素を含む、配列は、偏移瞳システムと称され得、これらの配列内の内部結合光学要素は、サブ瞳に対応し得る。
【０１４９】
図９Ｄは、本明細書に開示される種々の導波管および関連システムが統合され得る、ウェアラブルディスプレイシステム６０の実施例を図示する。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム６０は、図６のシステム２５０であって、図６は、そのシステム６０のいくつかの部分をより詳細に図式的に示す。例えば、図６の導波管アセンブリ２６０は、ディスプレイ７０の一部であってもよい。
【０１５０】
図９Ｄを継続して参照すると、ディスプレイシステム６０は、ディスプレイ７０と、そのディスプレイ７０の機能をサポートするための種々の機械的および電子的モジュールおよびシステムとを含む。ディスプレイ７０は、フレーム８０に結合されてもよく、これは、ディスプレイシステムユーザまたは視認者９０によって装着可能であって、ディスプレイ７０をユーザ９０の眼の正面に位置付けるように構成される。ディスプレイ７０は、いくつかの実施形態では、接眼レンズと見なされ得る。いくつかの実施形態では、スピーカ１００が、フレーム８０に結合され、ユーザ９０の外耳道に隣接して位置付けられるように構成される（いくつかの実施形態では、示されない別のスピーカも、随意に、ユーザの他方の外耳道に隣接して位置付けられ、ステレオ／成形可能音制御を提供してもよい）。ディスプレイシステム６０はまた、１つ以上のマイクロホン１１０または他のデバイスを含み、音を検出してもよい。いくつかの実施形態では、マイクロホンは、ユーザが入力またはコマンドをシステム６０に提供することを可能にするように構成され（例えば、音声メニューコマンドの選択、自然言語質問等）、および／または他の人物（例えば、類似ディスプレイシステムの他のユーザ）とのオーディオ通信を可能にしてもよい。マイクロホンはさらに、周辺センサとして構成され、オーディオデータ（例えば、ユーザおよび／または環境からの音）を収集してもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムはまた、周辺センサ１２０ａを含んでもよく、これは、フレーム８０と別個であって、ユーザ９０の身体（例えば、ユーザ９０の頭部、胴体、四肢等）上に取り付けられてもよい。周辺センサ１２０ａは、いくつかの実施形態では、ユーザ９０の生理学的状態を特徴付けるデータを入手するように構成されてもよい。例えば、センサ１２０ａは、電極であってもよい。
【０１５１】
図９Ｄを継続して参照すると、ディスプレイ７０は、有線導線または無線コネクティビティ等の通信リンク１３０によって、ローカルデータ処理モジュール１４０に動作可能に結合され、これは、フレーム８０に固定して取り付けられる、ユーザによって装着されるヘルメットまたは帽子に固定して取り付けられる、ヘッドホン内に埋設される、または別様にユーザ９０に除去可能に取り付けられる（例えば、リュック式構成において、ベルト結合式構成において）等、種々の構成で搭載されてもよい。同様に、センサ１２０ａは、通信リンク１２０ｂ、例えば、有線導線または無線コネクティビティによって、ローカルプロセッサおよびデータモジュール１４０に動作可能に結合されてもよい。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、ハードウェアプロセッサおよび不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリまたはハードディスクドライブ）等のデジタルメモリを備えてもよく、両方とも、データの処理、キャッシュ、および記憶を補助するために利用されてもよい。随意に、ローカル処理およびデータモジュール１４０は、１つ以上の中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、専用処理ハードウェア等を含んでもよい。データは、ａ）センサ（画像捕捉デバイス（カメラ等）、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、ジャイロスコープ、および／または本明細書に開示される他のセンサ（例えば、フレーム８０に動作可能に結合される得る、または別様にユーザ９０に取り付けられ得る））から捕捉されたデータ、および／またはｂ）可能性として処理または読出後にディスプレイ７０への通過のための遠隔処理モジュール１５０および／または遠隔データリポジトリ１６０（仮想コンテンツに関連するデータを含む）を使用して取得および／または処理されたデータを含んでもよい。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、これらの遠隔モジュール１５０、１６０が相互に動作可能に結合され、ローカル処理およびデータモジュール１４０に対するリソースとして利用可能であるように、有線または無線通信リンクを介して等、通信リンク１７０、１８０によって、遠隔処理モジュール１５０および遠隔データリポジトリ１６０に動作可能に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、ローカル処理およびデータモジュール１４０は、画像捕捉デバイス、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、および／またはジャイロスコープのうちの１つ以上のものを含んでもよい。いくつかの他の実施形態では、これらのセンサのうちの１つまたはそれを上回るものは、フレーム８０に取り付けられてもよい、または有線または無線通信経路によってローカル処理およびデータモジュール１４０と通信する、独立構造であってもよい。
【０１５２】
図９Ｄを継続して参照すると、いくつかの実施形態では、遠隔処理モジュール１５０は、データおよび／または画像情報を分析および処理するように構成される、１つ以上のプロセッサを備えてもよく、例えば、１つ以上の中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、専用処理ハードウェア等を含んでもよい。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ１６０は、インターネットまたは「クラウド」リソース構成における他のネットワーキング構成を通して利用可能であり得る、デジタルデータ記憶設備を備えてもよい。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ１６０は、１つ以上の遠隔サーバを含んでもよく、これは、情報、例えば、拡張現実コンテンツをローカル処理およびデータモジュール１４０および／または遠隔処理モジュール１５０に生成するための情報を提供する。いくつかの実施形態では、全てのデータが、記憶され、全ての計算は、ローカル処理およびデータモジュール内で行われ、遠隔モジュールからの完全に自律的使用を可能にする。随意に、ＣＰＵ、ＧＰＵ等を含む、外部システム（例えば、１つ以上のプロセッサ、１つ以上のコンピュータのシステム）が、処理（例えば、画像情報を生成する、データを処理する）の少なくとも一部を実施し、例えば、無線または有線接続を介して、情報をモジュール１４０、１５０、１６０に提供し、情報をそこから受信してもよい。
【０１５３】
（広帯域適応波長板レンズアセンブリのための液晶材料）
概して、液晶は、従来の流体と固体との間の中間であり得る、物理的性質を保有する。液晶は、いくつかの側面では、流体状であるが、大部分の流体と異なり、液晶内の分子の配列は、ある構造秩序を呈する。異なるタイプの液晶は、サーモトロピック、リオトロピック、およびポリマー液晶を含む。本明細書に開示されるサーモトロピック液晶は、ネマチック状態／位相、スメクチック状態／位相、キラルネマチック状態／位相またはキラルスメクチック状態／位相を含む、種々の物理的状態、例えば、位相において実装されることができる。
【０１５４】
本明細書に説明されるように、ネマチック状態または位相内の液晶は、比較的に少ない位置秩序を有する一方、長距離指向性秩序を有し、その長軸が、略平行である、カラミチック（ロッド形状）またはディスコチック（ディスク形状）有機分子を有することができる。したがって、有機分子は、自由に流動し得、その質量中心位置は、液体中におけるようにランダムに分散される一方、依然として、その長距離指向性秩序を維持する。いくつかの実装では、ネマチック位相における液晶は、一軸性であり得る、すなわち、液晶は、より長く、優先される、１つの軸を有し、他の２つは、ほぼ同等である。いくつかの実装では、液晶分子は、長軸に沿って配向する。他の実装では、液晶は、二軸性であり得る、すなわち、その長軸を配向することに加え、液晶はまた、二次軸に沿って配向され得る。
【０１５５】
本明細書に説明されるように、スメクチック状態または位相における液晶は、相互にわたって摺動し得る、比較的に明確に画定された層を形成する、有機分子を有することができる。いくつかの実装では、スメクチック位相における液晶は、１つの方向に沿って位置的に順序付けられることができる。いくつかの実装では、分子の長軸は、液晶層の平面に対して略法線方向に沿って配向されることができる一方、他の実装では、分子の長軸は、層の平面に対する法線方向に対して傾斜されてもよい。
【０１５６】
ここでは、かつ本開示全体を通して、ネマチック液晶は、ロッド状分子から成り、近傍分子の長軸は、相互にほぼ整合される。本異方性構造を説明するために、配向子と呼ばれる、無次元単位ベクトルｎが、液晶分子の好ましい配向の方向を説明するために使用され得る。
【０１５７】
ここでは、かつ本開示全体を通して、方位角または回転角度φは、液晶層または基板の主要表面と平行な平面、例えば、ｘ−ｙ平面において測定され、かつ整合方向、例えば、伸長方向または配向子の方向と、主要表面と平行方向、例えば、ｙ−方向との間で測定される、層法線方向または液晶層の主要表面に対して法線方向の軸を中心とした液晶分子の回転角度を説明するために使用される。
【０１５８】
ここでは、かつ本開示全体を通して、回転角度φ等の角度が、異なる領域間で実質的に同一または異なると称されるとき、角度の平均は、例えば、相互の約１％、約５％、または約１０％以内であり得るが、平均角度は、ある場合には、より大きくあり得ることを理解されたい。
【０１５９】
本明細書に説明されるように、ネマチック状態またはスメクチック状態におけるいくつかの液晶はまた、層法線方向に捻転を呈することができる。そのような液晶は、捻転されたネマチック（ＴＮ）液晶または捻転されたスメクチック（ＳＮ）液晶と称される。ＴＮまたはＳＮ液晶は、配向子と垂直な軸を中心として分子の捻転を呈し得、分子軸は、配向子と平行である。捻転度が、比較的に大きいとき、捻転された液晶は、キラル位相またはコレステリック位相と称され得る。
【０１６０】
本明細書に説明されるように、ＴＮまたはＳＮ液晶は、捻転角度または正味捻転角度（φ）を有するものとして説明され得、これは、例えば、規定された長さ、例えば、液晶層の厚さを横断して最上液晶分子と最下液晶分子との間の相対的方位角回転を指し得る。
【０１６１】
本明細書に説明されるように、「重合化可能液晶」は、重合化される、例えば、原位置で光重合され得、また、本明細書では、反応性メソゲン（ＲＭ）として説明され得る、液晶材料を指し得る。
【０１６２】
液晶分子は、いくつかの実施形態では、重合化可能であってもよく、いったん重合化されると、他の液晶分子との大規模網を形成し得る。例えば、液晶分子は、化学結合によって、または化学種と他の液晶分子を連結することによって、連結されてもよい。いったんともに継合されると、液晶分子は、ともに連結される前と実質的に同一配向および場所を有する、液晶ドメインを形成し得る。用語「液晶分子」は、本明細書では、重合化前の液晶分子および／または重合化後のこれらの分子によって形成される液晶ドメインの一方または両方を指し得る。いったん重合化されると、重合化されたネットワークは、液晶ポリマー（ＬＣＰ）と称され得る。
【０１６３】
いくつかの実施形態では、重合化されるステップに先立った、重合化されていない液晶分子または重合化可能液晶分子は、少なくとも限定された回転自由度を有し得る。これらの重合化されていない液晶分子は、例えば、電気刺激下、回転または傾斜し得、これは、光学性質の改変をもたらす。例えば、電場を印加することによって、重合化されていない液晶分子を含む、いくつかの液晶層は、異なる回折または偏光改変性質を有する、１つ以上の状態間で切り替えられてもよい。
【０１６４】
本発明者らは、液晶または反応性メソゲン（ＲＭ）の上記に説明される性質が、有利には、本明細書に開示される広帯域切替可能波長板および波長板レンズの種々のコンポーネントに適用され得ることを認識する。例えば、いくつかの重合化されていないＲＭでは、ＬＣ分子の配向は、堆積後、例えば、外部刺激、例えば、電場の印加によって、改変されることができる。本認識に基づいて、本発明者らは、本明細書において、外部刺激の印加によって複数の状態間で切り替えられ得る、波長板および波長板レンズを開示する。
【０１６５】
加えて、本発明者らは、重合化されていないとき、いくつかのＬＣまたはＲＭの表面または界面におけるＬＣ分子の配向が、その上にＬＣ分子が形成される、表面または界面を制御することによって、整合されることができると認識する。例えば、複数のＬＣ層のスタックが、形成されることができ、ＬＣ層の表面に最も近いＬＣ分子の配向を制御することによって、次のＬＣ層内の直接隣接するＬＣの配向が、例えば、前のＬＣ層内の表面に最も近いＬＣ分子と同一配向または隣接する層内の伸長マイクロ構造と同一配向を有するように制御されることができる。加えて、表面または界面におけるＬＣ分子間のＬＣ分子は、所定の捻転の量を有するように制御されることができる。複屈折、キラリティ、および複数のコーティングのための容易性を含む、これらおよび他の属性の認識に基づいて、本発明者らは、本明細書において、調整された光学性質、例えば、いくつか挙げると、回折効率、屈折力、および偏光性を伴う、広帯域能力等の有用な性質を有する、波長板および波長板レンズを開示する。
【０１６６】
切替可能な広帯域適応波長板レンズアセンブリを有する、ディスプレイデバイス
図６を参照して上記に説明されるように、実施形態による、いくつかのディスプレイシステムは、画像を複数の仮想深度平面に形成するように構成される、導波管アセンブリ２６０を含む。導波管アセンブリ２６０は、それぞれ、全内部反射（ＴＩＲ）によって、光を伝搬するように構成される、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０を含み、それぞれ、光を再指向することによって、光を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の個別のものから外に抽出するように構成される、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０を含む。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０はそれぞれ、光を出力し、特定の深度平面に対応する画像を形成するように構成される。導波管アセンブリ２６０はまた、随意に、画像を異なる仮想深度平面に形成するための異なる屈折力を提供するために、複数のレンズ３２０、３３０、３４０、３５０を導波管の間に含んでもよい。
【０１６７】
図６における導波管アセンブリ２６０の図示される実施形態では、深度平面の数は、導波管およびレンズの数に正比例してもよい。しかしながら、本発明者らは、比例する数の導波管およびレンズを有することによって、画像を複数の深度平面に表示するために構成される導波管アセンブリを実装するステップと関連付けられた種々の課題を認識する。例えば、多数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０および多数の対応するレンズ３２０、３３０、３４０、３５０は、望ましくないことに、導波管アセンブリ２６０に対する全体的厚さ、重量、コスト、および製造課題を増加させ得る。例えば、従来のレンズ材料、例えば、ガラスから形成されるとき、レンズ３２０、３３０、３４０、３５０のそれぞれは、数ミリメートルまたは数十ミリメートルの厚さおよび対応する重量をディスプレイに追加し得る。加えて、多数の導波管およびレンズは、ユーザにとって望ましくない光学効果、例えば、比較的に高吸収損失を生産し得る。したがって、一側面では、本発明者らは、ある場合において、より少ない数の導波管、より少ない数のレンズ、より薄いおよびより軽量の導波管およびレンズ、および／または導波管あたりより少ない数のレンズを用いて、画像を複数の深度平面に生成し得る、ディスプレイシステムのための潜在的利点を認識する。
【０１６８】
依然として、図６を参照すると、レンズ３２０、３３０、３４０、３５０は、個別の屈折力を導波管３１０、３００、２９０、および２８０からの光に付与することによって、画像を異なる深度平面に形成するように構成され得ることを理解されたい。種々の実施形態では、導波管から外部結合された光は、偏光、例えば、円偏光を有し得る。しかしながら、導波管から外部結合された偏光が、液晶から形成される波長板レンズまたは波長板を通して通過するとき、それを通して透過される１００％未満の外部結合された光が、光学的に影響され、例えば、回折発散され、収束され、または偏光が改変され、外部結合された光の一部が光学的に影響されずに通過する結果をもたらし得る。このように光学的に影響されずにレンズを通して通過する光は、時として、漏出光とも称される。漏出光は、下流光学経路内において、望ましくなく集束される、焦点ずれされる、または偏光が改変される、または全く影響されない。波長板または波長板レンズを通して通過する光の有意な部分が、漏出光を構成するとき、ユーザは、意図されない画像または意図されない深度平面においてユーザに可視となる画像である、「残影」画像等の望ましくない効果を体験し得る。本発明者らは、そのような漏出光が、他の原因の中でもとりわけ、波長板レンズまたは波長板が、比較的に高回折効率を可視スペクトル内の比較的に狭波長範囲内に有するように構成される、液晶から形成されることから生じ得ることを認識する。したがって、別の側面では、本発明者らは、可視スペクトル内の比較的に広範囲の波長にわたって、漏出光から生じる望ましくない効果を殆ど伴わずに、画像を複数の深度平面に生成し得る、広帯域適応波長板レンズアセンブリの必要があることを認識する。これらおよび他の必要性に対処するために、種々の実施形態は、可変屈折力を提供するように構成される、液晶に基づく、切替可能な波長板レンズまたは切替可能な波長板を備える、広帯域適応波長板レンズアセンブリを含む。液晶から形成される、波長板レンズおよび波長板は、これらの目的を達成することに向かって、薄い厚さ、軽量、および分子レベルにおける高度な構成可能性を含む、種々の利点を提供することができる。本明細書に説明される種々の実施形態では、ディスプレイデバイスは、光を導波管の出力表面と平行な側方方向に誘導し、出力表面を通して誘導された光を１つ以上の広帯域適応波長板レンズアセンブリに外部結合するように構成される、導波管アセンブリを使用して、画像を異なる仮想深度平面に形成するように構成される。種々の実施形態では、広帯域適応波長板レンズアセンブリは、それを通して、導波管からの外部結合された光を内部結合および回折するように構成される。広帯域適応レンズアセンブリは、波長板レンズが、第１の波長板レンズの中心領域から半径方向外向き方向に変動する、複屈折（Δｎ）を有するように配列される、液晶（ＬＣ）層を備える、第１の波長板レンズを含む。結果として生じる波長板レンズは、９０％を上回る、９５％を上回る、またはさらに９９％を上回る回折効率において、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む広帯域波長範囲内の外部結合された光を回折するように構成されることが���きる。いくつかの実施形態では、実施形態による、広帯域適応波長板レンズアセンブリは、従来のレンズと比較して、有意により軽量かつより薄く（数ミクロン）、有利には、広帯域波長範囲にわたって、可変屈折力を提供することができる。有利には、そのような広帯域適応レンズアセンブリは、導波管アセンブリ２６０（図６）等の導波管アセンブリの数、厚さ、および重量を低減させ、かつ漏出光から生じる望ましくない効果を低減または排除し得る。
【０１６９】
本明細書で使用されるように、屈折力（Ｐ、屈折力、集束力、または収束力とも称される）は、レンズ、ミラー、または他の光学システムが、光を収束または発散させる程度を指す。これは、デバイスの焦点距離の逆数と等しい：Ｐ＝１／ｆ。すなわち、高屈折力は、短焦点距離に対応する。屈折力に関するＳＩ単位は、毎メートル（ｍ−１）であって、これは、一般に、ジオプタ（Ｄ）と呼ばれる。
【０１７０】
本明細書に説明されるように、それを通して通過する光を集束させる、収束レンズは、正の屈折力を有するように説明される一方、それを通して通過する光を焦点ずれさせる、発散レンズは、負の屈折力を有するように説明される。理論によって拘束されるわけではないが、光が、相互に比較的に近接する２つ以上の薄いレンズを通して通過するとき、組み合わせられたレンズの屈折力は、個々のレンズの屈折力の和として近似され得る。したがって、光が、第１の屈折力Ｐ１を有する第１のレンズを通して通過し、第２の屈折力Ｐ２を有する第２のレンズをさらに通して通過するとき、光は、屈折力の和Ｐｎｅｔ＝Ｐ１＋Ｐ２に従って収束または発散すると理解され得る。
【０１７１】
光の偏光および伝搬方向に依存する屈折率を有する、媒体は、複屈折（または二重屈折）と称される。本明細書に全体を通して説明され、関連産業において理解されるように、光が、複屈折媒体の光学軸と垂直な偏光を有するとき、複屈折媒体は、通常の屈折率（ｎｏ）を有すると説明され、光が、複屈折媒体の光学軸と平行な偏光を有するとき、複屈折媒体は、異常屈折率（ｎｅ）を有すると説明され、複屈折媒体材料の屈折率ｎｅ−ｎｏの差異は、複屈折Δｎと称される。複屈折Δｎを有する材料媒体中の光の位相遅延は、Г＝２πΔｎｄ／λとして表され得、λは、光の波長であって、ｄは、媒体の厚さである。
【０１７２】
概して、光学的に異方性の材料、例えば、液晶は、複屈折（Δｎ）の正の分散を示し、Δｎは、光の波長λの増加に伴って減少する。Δｎの正の分散は、異なるλにおいて、異なる位相遅延Г＝２πΔｎｄ／λをもたらす。本明細書に開示されるように、複屈折（Δｎ）の負の分散を示す、異方性材料は、複屈折が光の波長λの増加に伴って増加する、材料を指す。
【０１７３】
上記に説明されるように、波長板レンズまたは波長板の回折効率の波長依存性は、種々の望ましくない光学効果を低減または最小限にする際の重要な考慮点であり得る。本明細書に説明されるように、液晶の層等の複屈折媒体の回折効率（η）は、η＝ｓｉｎ２（πΔｎｄ／λ）として表され得、Δｎは、複屈折であって、λは、波長であって、ｄは、厚さである。光が回折コンポーネントを通して伝搬する、位相遅延は、従来の複屈折媒体に関して、波長に伴って変動するため、波長板レンズおよび波長板を含む、いくつかの回折コンポーネントは、回折効率が十分に高い、可視スペクトル内の比較的に狭範囲の波長または帯域幅を示す。対照的に、実施形態による、波長板レンズおよび波長板は、回折効率が本明細書に説明される種々の用途のために十分に高い、可視スペクトル内の比較的に広範囲の波長または帯域幅を示す。
【０１７４】
種々の実施形態によると、広帯域波長板レンズまたは波長板は、正規化された帯域幅（Δλ／λｏ）を有すると説明され得、式中、λｏは、約６２０〜７８０ｎｍの波長範囲を有する赤色スペクトル、約４９２〜５７７ｎｍの波長範囲を有する緑色スペクトル、約４３５〜４９３ｎｍの波長範囲を有する青色スペクトルのうちの１つ以上のものを含む、約４００〜８００ｎｍの波長範囲に及ぶ可視スペクトル内の中心波長であって、Δλは、回折効率が、７０％、８０％、９０％、９５％、９９％、またはこれらの値によって定義された範囲内の任意の値を超える、λｏを中心とする波長の範囲である。
【０１７５】
種々の実施形態によると、波長板レンズまたは波長板が、広帯域波長板レンズまたは広帯域波長板であると説明されるとき、約６２０〜７８０ｎｍの波長の範囲を含む赤色スペクトル、約４９２〜５７７ｎｍの範囲の波長を含む緑色スペクトル、約４３５〜４９３ｎｍの範囲内の青色スペクトル、または約４００〜８００ｎｍ、例えば、４００〜７００ｎｍ、４３０〜６５０ｎｍ、または４５０〜６３０ｎｍ内の可視スペクトル内の任意の波長によって定義された波長の範囲内のうちの１つ以上のものを含む、約４００〜８００ｎｍの波長範囲に及ぶ可視スペクトルの少なくとも一部内の７０％、８０％、９０％、９５％、９９％、またはこれらの値のいずれか内のパーセンテージを超える、回折効率の代表値、瞬間値、平均値、中央値、または最小値を有すると理解されるであろう。
【０１７６】
回折効率に関して上記に説明される関係η＝ｓｉｎ２（πΔｎｄ／λ）に基づいて、広帯域波長板レンズまたは波長板は、Δｎ／λの比率が、正かつ比較的に一定の値を有するとき、固定されたｄに関する効率を有することができる。本明細書に説明されるように、Δｎ／λの正の比率値を有する媒体は、負の分散を有すると称される。実施形態によると、本明細書に説明される広帯域波長板レンズまたは広帯域波長板は、負の分散、すなわち、上記に説明される波長範囲内の波長（λ）の増加に伴って増加する、複屈折（Δｎ）を有する。
【０１７７】
種々の実施形態によると、広帯域波長板レンズまたは波長板は、上記に説明される可視スペクトルの任意の範囲内の正の値である、比率Δｎ／λの瞬間値、平均値、中央値、最小値、または最大値を有すると説明され得る。加えて、広帯域波長板レンズまたは波長板は、Δλ／λｏの比較的に高比率を有し、Δλは、上記に説明される可視スペクトルの任意の範囲内の波長範囲であって、λｏは、Δλ内の中心波長である。種々の実施形態によると、高正規化帯域幅Δλ／λｏは、約０．３〜０．７、０．４〜０．７、０．５〜０．７、０．６〜０．７の値、またはこれらの値によって定義された任意の範囲内の値を有することができる。加えて、広帯域波長板レンズまたは波長板は、上記に説明される可視スペクトル内の種々の波長範囲内で比較的に一定である、比率Δｎ／λを有する。例えば、比率Δｎ／λは、３０％、２０％、１０％、５％、１％、またはこれらの値のいずれか内のパーセンテージを超えない、比率Δｎ／λの平均値、中央値、最小値、または最大値からのある偏差、例えば、標準偏差を有することができる。
【０１７８】
本明細書に説明されるように、「透過性」または「透明」構造、例えば、透明基板は、入射光の少なくとも一部、例えば、少なくとも２０、３０、５０、７０、または９０％が、それを通して通過することを可能にし得る。故に、透明基板は、いくつかの実施形態では、ガラス、サファイア、またはポリマー基板であってもよい。対照的に、「反射性」構造、例えば、反射性基板は、入射光の少なくとも一部、例えば、少なくとも２０、３０、５０、７０、９０％、またはより多くのものをそこから反射させ得る。
【０１７９】
図１０は、導波管アセンブリ１０１２によって介在される、１つ以上の広帯域適応レンズアセンブリ、例えば、一対の広帯域適応レンズアセンブリ１００４、１００８を光学経路１０１６内に備える、ディスプレイデバイス１０００、例えば、ウェアラブルディスプレイデバイスの実施例を図示する。上記に説明されるように、導波管アセンブリは、例えば、全内部反射下、光（例えば、可視光）を伝搬し、導波管の光出力表面（例えば、導波管の主要表面）から（例えば、それに対して法線の方向に）延在する光学軸において、光を外部結合するように構成される、導波管を含む。光は、いくつかの実施形態では、回折格子によって外部結合されてもよい。広帯域適応レンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、少なくとも部分的に、外部結合される光をそれを通して透過させるように構成されてもよい。図示される実施形態では、広帯域適応レンズアセンブリはそれぞれ、導波管アセンブリ１０１２から外部結合される光を受け取り、外部結合される光を光学軸方向に収束または発散させるように構成されてもよい。広帯域適応レンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、波長板レンズが、波長板レンズの中心領域から半径方向に変動し、可視スペクトルの範囲内の波長（λ）の増加に伴って増加または減少する、複屈折（Δｎ）を有するように配列される、液晶を備える、波長板レンズを備える。広帯域適応レンズアセンブリは、異なる屈折力を有する複数の状態間で選択的に切り替えられるように構成される。広帯域適応レンズアセンブリは、アクティブ化される（例えば、電気的にアクティブ化される）と、それを通して通過する外部結合された光の偏光状態を改変するように構成される。
【０１８０】
本明細書に説明されるように、適応レンズアセンブリは、調節される、例えば、外部刺激を使用して、可逆的にアクティブ化および非アクティブ化され得る、少なくとも１つの光学性質を有する、レンズアセンブリを指す。可逆的にアクティブ化および非アクティブ化され得る、例示的光学性質は、他の性質の中でもとりわけ、屈折力（焦点距離）、位相、偏光、偏光選択性、透過率、反射率、複屈折、および回折性質を含む。種々の実施形態では、適応レンズアセンブリは、それを通して通過する光の屈折力および偏光状態を電気的に変動させることが可能である。
【０１８１】
図示される実施形態では、対の広帯域適応レンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、少なくとも２つの状態間で選択的に切り替えられるように構成される。第１の状態では、それぞれ、その偏光状態を改変せずに、外部結合された光をそれを通して通過させるように構成される一方、第２の状態では、それぞれ、それを通して通過する外部結合された光の偏光状態を改変するように構成される。例えば、第２の状態では、広帯域適応レンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、円偏光の掌性を逆転させる一方、第１の状態では、広帯域適応レンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、円偏光の掌性を保存する。
【０１８２】
依然として図１０を参照すると、ディスプレイデバイス１０００はさらに、対の適応レンズアセンブリ１００４、１００８間に介在される、導波管アセンブリ１０１２を備える。導波管アセンブリ１０１２は、図６に関して上記に説明される、導波管アセンブリ２６０に類似してもよく、これは、図６における１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０に類似する、１つ以上の導波管を備える。例えば、図６および７に関して上記に説明されるように、導波管は、全内部反射下、導波管の主要表面と平行な側方方向に光を伝搬するように構成されてもよい。導波管はさらに、例えば、導波管の主要表面に対して法線方向に光を外部結合するように構成されてもよい。
【０１８３】
依然として図１０を参照すると、対の適応レンズアセンブリの第１の適応レンズアセンブリ１００４は、導波管アセンブリ１０１２の第１の側、例えば、ユーザによって観察される世界５１０の側に配置され、対のレンズアセンブリの第２の適応レンズアセンブリ１００８は、導波管アセンブリ１０１２の第２の側、例えば、ユーザの眼２１０の側に配置される。下記に説明されるように、構成されるような対の適応レンズアセンブリは、ユーザに、実世界のビューとともに、導波管アセンブリ１０１２からの仮想コンテンツを複数の仮想深度平面に提供する。いくつかの実施形態では、適応レンズアセンブリの存在に起因して、殆どまたは全く歪曲が存在しない。仮想コンテンツおよび実世界のビューは、図１１Ａおよび１１Ｂに関して下記に説明されるように、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８のアクティブ化に応じて、ユーザに提供される。
【０１８４】
図１１Ａおよび１１Ｂは、ディスプレイデバイス１１００Ａ／１１００Ｂの実施例を図示し、それぞれ、適応レンズアセンブリを備え、動作時、画像情報をユーザに出力する。ディスプレイデバイス１１００Ａおよび１１００Ｂは、非給電状態では、構造的に同じである。ディスプレイデバイス１１００Ａは、本明細書では、仮想画像をユーザに出力することを説明するために使用される一方、ディスプレイデバイス１１００Ｂは、本明細書では、実世界画像をディスプレイデバイス１１００Ｂを通してユーザに透過させることを説明するために使用される。ディスプレイデバイス１１００Ａ／１１００Ｂは、例えば、電圧または電流の印加によって電気的にアクティブ化されるように構成される、一対の切替可能なレンズアセンブリ１００４、１００８を含む。いくつかの実施形態では、例えば、電圧または電流が印加されない、非アクティブ化状態では、第１および第２の切替可能なレンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、低、例えば、約ゼロ屈折力を有する。いくつかの実施形態では、例えば、電圧または電流が印加される、アクティブ化状態では、世界側の第１の適応レンズアセンブリ１００４は、第１の符号、例えば、正の屈折力を有する、第１の正味屈折力（Ｐｎｅｔ１）を提供してもよい。アクティブ化状態にあるとき、ユーザ側の第２の適応レンズアセンブリ１００８は、第２の符号、例えば、負の屈折力を有する、第２の正味屈折力（Ｐｎｅｔ２）を提供してもよい。
【０１８５】
図１１Ａは、いくつかの実施形態による、仮想コンテンツをユーザに仮想深度平面において表示する、図１０のディスプレイシステムの実施例を図示する。上記に説明されるように、対の適応レンズアセンブリ１００４、１００８間に介在される、導波管アセンブリ１０１２は、仮想画像情報を含有する光を受け取り、全内部反射下、光を伝搬させるように構成される、導波管を備える。導波管アセンブリ１０１２はさらに、光を、例えば、回折格子を通して、眼２１０に向かって外部結合するように構成される。外部結合される光は、眼２１０に進入することに先立って、第２の適応レンズアセンブリ１００８を通して通過する。アクティブ化されると、第２の適応レンズアセンブリ１００８は、第２の正味屈折力Ｐｎｅｔ２を有し、これは、ユーザに仮想深度平面１１０４において仮想画像が見えるように、負の値を有してもよい。
【０１８６】
いくつかの実施形態では、第２の適応レンズアセンブリ１００８は、電気的に調節され、第２の適応レンズアセンブリ１００８の第２の正味屈折力（Ｐｎｅｔ２）を調節し、それによって、仮想深度平面１１０４までの距離を調節してもよい。例えば、仮想オブジェクトが、仮想３次元空間内において、眼２１０に対してより近くおよびより遠くに「移動」するにつれて、第２の適応レンズアセンブリ１００８の第２の正味屈折力Ｐｎｅｔ２も、仮想深度平面１１０４が仮想オブジェクトを追跡するように調節されるように、対応して調節されてもよい。したがって、ユーザは、比較的に、容認可能閾値を超える遠近調節／輻輳・開散運動不整合を殆どまたは全く体験し得ない。いくつかの実施形態では、仮想深度平面１１０４までの距離の大きさは、離散ステップにおいて調節されてもよい一方、いくつかの他の実施形態では、仮想深度平面１１０４までの距離の大きさは、連続的に調節されてもよい。
【０１８７】
図１１Ｂは、いくつかの実施形態による、実世界コンテンツのビューをユーザに提供する、図１０のディスプレイシステムの実施例を図示する。第２の適応レンズアセンブリ１００８が、仮想コンテンツを仮想深度平面１１０４に表示するための第２の正味屈折力（Ｐｎｅｔ２）を有するようにアクティブ化されると、第２の適応レンズアセンブリ１００８を通して通過する、実世界からの光もまた、アクティブ化される第２の適応レンズアセンブリ１００８のＰｎｅｔ２に従って、収束または発散され得る。したがって、実世界内のオブジェクトは、焦点がずれて現れ得る。そのような歪曲を軽減させるために、実施形態によると、アクティブ化されると、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８は、反対符号を有する、屈折力を有するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８を通して通過する、光は、それぞれ、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８の第１および第２の正味屈折力Ｐｎｅｔ１、Ｐｎｅｔ２の大きさのほぼ差である、大きさを有する、組み合わせられた屈折力に従って、収束または発散する。いくつかの実施形態では、導波管アセンブリ１０１２もまた、屈折力を有し得、適応レンズアセンブリ１００８は、レンズアセンブリ１００４および導波管アセンブリ１０１２の両方によって生じる歪曲を考慮するように構成されてもよい。例えば、適応レンズアセンブリ１００８の屈折力は、レンズアセンブリ１００４および導波管アセンブリ１０１２の屈折力の和の反対符号であってもよい。
【０１８８】
いくつかの実施形態では、第１の適応レンズアセンブリ１００４は、Ｐｎｅｔ２と反対の符号を有しながら、第２の適応レンズアセンブリ１００８の第２の正味屈折力Ｐｎｅｔ２の大きさに近いまたはそれと同一である大きさを有する、第１の正味屈折力Ｐｎｅｔ１を有するように構成される。その結果、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８の両方が、同時にアクティブ化されると、実世界内のオブジェクトは、仮想コンテンツを表示するために提供される第２の適応レンズアセンブリ１００８の屈折力によって比較的に影響されずに現れる。
【０１８９】
いくつかの実施形態では、第１の適応レンズアセンブリ１００４は、アクティブ化されると、第１の正味屈折力Ｐｎｅｔ１が第２の適応レンズアセンブリ１００８の第２の正味屈折力Ｐｎｅｔ２に動的に合致するように構成されてもよい。例えば、第２の切替可能なアセンブリ１００８の第２の正味屈折力Ｐｎｅｔ１が、仮想３次元空間内において、移動する仮想オブジェクトを追跡するように調節されるにつれて、第１の適応レンズアセンブリ１００４の第１の正味屈折力Ｐｎｅｔ１は、組み合わせられた屈折力の大きさＰ＝Ｐｎｅｔ１＋Ｐｎｅｔ２が所定の値未満に保たれ得るように、動的に調節されてもよい。したがって、実施形態によると、実世界内のオブジェクトは、組み合わせられた屈折力Ｐ＝Ｐｎｅｔ１＋Ｐｎｅｔ２が小さい、例えば、約０ｍ−１のままであるように、負の値を有し得る、第２の適応レンズアセンブリ１００８の第２の正味屈折力（Ｐｎｅｔ２）を、第１の適応レンズアセンブリ１００４の第１の正味屈折力（Ｐｎｅｔ１）で補償することによって、容認不可能に焦点がずれることを防止され得る。
【０１９０】
（広帯域適応波長板レンズアセンブリのための切替可能な波長板および切替可能な波長板レンズ）
上記に議論されるように、より少ない導波管を用いて、画像を複数の深度平面に形成することの利点は、ディスプレイデバイス（例えば、図１０におけるディスプレイデバイス１０００）の厚さおよび重量の全体的低減を含む。したがって、本明細書に説明される種々の実施形態は、コンパクトかつ軽量であって、種々の光学機能性、例えば、高帯域幅能力および可変屈折力を提供する、適応波長板レンズアセンブリを提供する。加えて、本明細書に説明される種々の実施形態は、比較的に低漏出光量を伴う、適応レンズアセンブリを提供する。
【０１９１】
広範囲の可視スペクトルにわたって高効率を伴って、画像を複数の深度平面に提供するために、種々の実施形態による、広帯域適応レンズアセンブリは、波長板レンズが、第１の波長板レンズの中心領域から半径方向に変動し、可視スペクトルの範囲内の波長（λ）の増加に伴って増加または減少する、複屈折（Δｎ）を有するように配列される、液晶を備える、波長板レンズ（それぞれ、図１２Ａ、１２Ｂにおける１１５４Ａ、１１５４Ｂ）を含む。上記に説明されるように、種々の実施形態によると、広帯域適応波長板レンズアセンブリは、異なる屈折力を伴う複数の状態間で選択的に切り替えられるように構成されることによって、画像を複数の深度平面に生成することができる。広帯域レンズアセンブリの選択的切替は、ひいては、本明細書に議論されるように、実施形態による、広帯域適応波長板レンズアセンブリ内に含まれる波長板レンズまたは波長板を切り替えることによって実施されることができる。
【０１９２】
図１２Ａを参照すると、いくつかの実施形態では、広帯域適応レンズアセンブリ１１５０Ａは、波長板レンズ１１５４Ａと同一光学経路内に、液晶を備える切替可能な波長板１１５８を採用することによって、異なる屈折力状態間で切り替えられるように構成される。波長板レンズ１１５４Ａは、受動レンズであってもよく、広帯域適応レンズアセンブリ１１５０Ａは、切替可能な波長板１１５８を電気的にアクティブ化および非アクティブ化することによって、異なる状態間で選択的に切り替えられてもよい。
【０１９３】
依然として、図１２Ａを参照すると、動作時、波長板レンズ１１５４Ａは、種々の実施形態によると、光の偏光、例えば、円偏光に応じて、それを通して通過する入射光１１６２Ａ、１１６２Ｂを発散または収束させるように構成される。半波長板（ＨＷＰ）レンズとして構成されるとき、受動波長板レンズであり得る、図示される波長板レンズ１１５４Ａは、波長板レンズ１１５４Ａ上に入射する右円偏光（ＲＨＣＰ）光ビーム１１６２Ｂを左円偏光（ＬＨＣＰ）光ビーム１１６６Ａの中に収束させるように構成される。他方では、波長板レンズ１１５４Ａは、波長板レンズ１１５４Ａ上に入射するＬＨＣＰ光ビーム１１６２Ａを右円偏光（ＲＨＣＰ）光ビーム１１６６Ｂの中に発散させるように構成される。
【０１９４】
依然として、図１２Ａを参照すると、その上に入射する光の円偏光に応じて、波長板レンズ１１５４Ａによって集束または焦点ずれされた後、ＬＨＣＰ光ビーム１１６６ＡまたはＲＨＣＰ光ビーム１１６６Ｂは、切替可能な波長板１１５８上に入射する。切替可能な波長板１１５８の液晶は、アクティブ化されると、例えば、電気的にアクティブ化されると、それを通して通過する円偏光の偏光が、保存される（図示せず）ように構成される。すなわち、ＬＨＣＰ光ビーム１１６６ＡおよびＲＨＣＰ光ビーム１１６６Ｂは、影響されずに、切替可能な波長板１１５８を通して通過する。他方では、非アクティブ化されると、例えば、電気的に非アクティブ化されると、それを通して通過する円偏光の偏光は、改変または転換される（図示される）。すなわち、ＬＨＣＰ光ビーム１１６６Ａは、ＲＨＣＰ光ビーム１１７０Ａに変換され、ＲＨＣＰ光ビーム１１６６Ｂは、ＬＨＣＰ光ビーム１１７０Ｂに変換される。
【０１９５】
図１２Ｂを参照すると、いくつかの他の実施形態では、広帯域適応レンズアセンブリ１１５０Ｂは、液晶を備える、切替可能な波長板レンズ１１５４Ｂを採用することによって、異なる屈折力状態間で切り替えられるように構成される。適応レンズアセンブリ１１５０Ｂは、切替可能な波長板レンズ１１５４Ｂを電気的にアクティブ化および非アクティブ化することによって、異なる状態間で選択的に切り替えられてもよい。
【０１９６】
動作時、波長板レンズ１１５４Ｂの液晶は、種々の実施形態によると、その偏光、例えば、円偏光に応じて、波長板レンズ１１５４Ｂが、それを通して通過する入射光１１６２Ａ、１１６２Ｂを発散または収束させるように構成される。半波長板レンズとして構成されるとき、非アクティブ化されると、例えば、電気的に非アクティブ化されると、図示される波長板レンズ１１５４Ｂは、波長板レンズ１１６０Ｂ上に入射するＲＨＣＰ光ビーム１１６２ＢをＬＨＣＰ光ビーム１１６６Ａの中に収束させるように構成される。逆に言えば、非アクティブ化されると、波長板レンズ１１５４Ｂは、波長板レンズ１１５４Ｂ上に入射する左回り偏光（ＬＨＣＰ）光ビーム１１６２ＡをＲＨＣＰビーム１１６６Ｂの中に発散させるように構成される。他方では、アクティブ化されると、例えば、電気的にアクティブ化されると、それを通して通過する円偏光の偏光は、保存される、または影響されず（図示せず）、その上に入射するＬＨＣＰ光ビーム１１６２ＡおよびＲＨＣＰ光ビーム１１６２Ｂは、実質的に収束または発散されず、かつその偏光状態が影響されずに、波長板レンズ１１５４Ｂを通して通過する。種々の実施形態では、切替信号、例えば、電場に応答して、液晶が再配列されるように構成することによって、波長板レンズアセンブリ１１５０Ａ、１１５０Ｂは、アクティブ化または非アクティブ化され、収束または発散させ、その偏光に応じて、円偏光の偏光を転換または保存してもよい。
【０１９７】
（広帯域の切替可能な波長板）
上記に説明されるように、種々の実施形態によると、広帯域適応波長板レンズアセンブリは、広帯域波長板レンズアセンブリを異なる屈折力を有する複数のレンズ状態間で選択的に切り替えることによって、画像を複数の深度平面に生成するために使用されることができる。上記に説明されるように、いくつかの実施形態では、広帯域適応波長板レンズアセンブリは、広帯域適応波長板レンズアセンブリ内に含まれる広帯域切替可能波長板を電気的にアクティブ化することによって、複数のレンズ状態間で選択的に切り替えられるように構成されてもよい。以下では、そのような広帯域切替可能波長板の実施形態が、開示される。
【０１９８】
いくつかの実施形態では、広帯域切替可能波長板は、重合化されていない捻転されたネマチック（ＴＮ）液晶（ＬＣ）の層を備え、ＴＮ  ＬＣの層の厚さを横断した電場の印加に応じて、切り替えられるように構成される。任意の理論に拘束されるわけではないが、切替は、ＴＮ  ＬＣの層の厚さを横断して重合化されていないＬＣ分子の配向を改変することに応じて、達成されてもよい。
【０１９９】
図１３Ａ−１３Ｆを参照すると、種々の実施形態によると、広帯域切替可能波長板は、捻転されたネマチック（ＴＮ）液晶（ＬＣ）の層を備える。図１３Ａは、ＴＮ  ＬＣの層を備える、切替可能な波長板の実施例の断面図を図示する。ＴＮ  ＬＣの切替可能な波長板１３００Ａは、一対の透明基板１３１２間に配置される、ＴＮ  ＬＣの層１３０２を備える。透明基板１３１２はそれぞれ、伝導性透明電極１３１６、１３２０の内側表面上に形成されている。
【０２００】
透明電極１３１６、１３２０および／または基板１３１２の表面は、上側電極１３１６と接触または直接隣接するＴＮ  ＬＣ分子が、その長軸が第１の側方方向に延在した状態で配向する傾向にある一方、下側電極１３２０と接触または直接隣接するＴＮ  ＬＣ分子が、交差する、例えば、第１の側方方向に対して約９０度の角度を形成し得る、その長軸が第２の側方方向に延在する状態で配向する傾向にあるように構成されてもよい。下側電極１３２０に直接隣接するＴＮ  ＬＣ分子と上側電極１３１６に直接隣接するＴＮ  ＬＣ分子との間のＴＮ  ＬＣ分子は、捻転を受ける。図示されるＴＮ  ＬＣの切替可能な波長板１３００Ａは、広帯域波長板として構成される。
【０２０１】
依然として、図１３Ａを参照すると、動作時、ＴＮ  ＬＣ層１３０２を横断して電場の不在（非アクティブ化状態）下では、ＴＮ  ＬＣ分子のネマチック配向子は、ＴＮ  ＬＣ層１３０２の厚さを横断して平滑９０度捻転を受ける。本状態では、第１の方向（両矢印によって示される、下側電極１３１２に最も近いＬＣ分子と同一方向）に偏光された入射光１３０８は、ＴＮ  ＬＣ層１３０２上に入射する。ＴＮ  ＬＣ層１３０２内のＴＮ  ＬＣ分子の捻転された配列は、光学導波管としての役割を果たし、上側電極１３１６に到達することに先立って、４分の１方向転換（９０度）によって、偏光の平面を回転させる。本状態では、ＴＮ  ＬＣ層１３０２は、それを通して通過する線形偏光の偏光方向を１つの線形偏光方向から別の線形偏光方向に偏移させる役割を果たす。したがって、透過される光１３０４Ａは、第１の方向と反対の第２の方向（上側電極１３１６に近接するＬＣ分子と同一方向）に偏光される。
【０２０２】
他方では、ＴＮ  ＬＣの切替可能な波長板１３００Ａの閾値電圧（Ｖ＞Ｖｔｈ）を超える電圧が、電極１３１６、１３２０を横断して印加される（アクティブ化状態）と、ＴＮ  ＬＣ層１３０６内のＴＮ  ＬＣ分子は、結果として生じる電場と整合する傾向にあり、非アクティブ化状態に関して上記に説明されるＴＮ  ＬＣ層１３０４の光学波誘導性質は、喪失される。本状態では、ＴＮ  ＬＣ層１３０６は、それを通して通過する光の偏光方向を保存する役割を果たす。したがって、入射光１３０８および透過される光１３０４Ｂは、同一の第１の方向（下側電極１３１２に最も近いＬＣ分子と同一方向）に偏光される。
【０２０３】
依然として、アクティブ化状態を参照すると、電圧または電場が、オフにされると、ＴＮ  ＬＣ分子は、緩和し、その捻転された状態に戻り、アクティブ化状態におけるＴＮ  ＬＣ層１３０６のＴＮ  ＬＣ分子は、非アクティブ化状態におけるＴＮ  ＬＣ層１３０２のＴＮ  ＬＣ分子の構成に戻る。
【０２０４】
上記に説明されるように、図１３Ａに関して上記に説明されるＴＮ  ＬＣの切替可能な波長板１３００Ａは、線形偏光の偏光方向を偏移させる役割を果たす。しかしながら、本明細書に説明される種々の広帯域波長板レンズアセンブリは、円偏光の掌性を逆転させるための切替可能な半波長板として構成される、切替可能な波長板を含む。したがって、図１３Ｂ−１３Ｄに関する以下では、切替可能な半波長板として構成される切替可能な波長板が、実施形態に従って説明される。
【０２０５】
図１３Ｂは、実施形態による、半波長板として構成される、切替可能な広帯域波長板１３００Ｂの断面図を図示する。切替可能な広帯域波長板１３００Ｂは、図１３Ａに関して図示されるＴＮ  ＬＣの切替可能な波長板１３００Ａを含む。加えて、円偏光のための広帯域半波長板としての役割を果たすために、切替可能な広帯域波長板１３００Ｂは、加えて、一対の無彩色４分の１波長板（ＱＷＰ）１３２４、１３２６を含む。
【０２０６】
動作時、切替可能な広帯域波長板１３００Ｂのアクティブ化状態（図１３Ｂの上側部分）では、第１の掌性、例えば、左円偏光（ＬＨＣＰ）光ビームを有する、入射円偏光ビーム１３２４が、第１のＱＷＰ１３２４を通して通過すると、第１のＱＷＰ１３２４は、円偏光ビーム１３２４を第１の線形偏光を有する第１の線形偏光ビーム１３２８に変換する。続いて、アクティブ化されたＴＮ  ＬＣの切替可能な波長板１３００Ａを通して通過することに応じて、第１の線形偏光ビーム１３２８は、第２の線形偏光を有する第２の線形偏光ビーム１３３２に変換される。続いて、第２のＱＷＰ１３２６を通して通過することに応じて、第２の線形偏光ビーム１３３２は、第１の掌性と反対の第２の掌性を有する、出射する円偏光ビーム１３４０、例えば、ＲＨＣＰ光ビームに変換される。したがって、アクティブ化されると、切替可能な広帯域波長板１３００Ｂは、円偏光ビームの偏光を逆転させる、半波長板としての役割を果たす。
【０２０７】
他方では、切替可能な広帯域波長板１３００Ｂが、非アクティブ化される（図１３Ｂの下側部分）と、入射円偏光ビーム１３２４が、上記に説明されるように、第１のＱＷＰ１３２４を通して通過し、続いて、非アクティブ化されたＴＮ  ＬＣの切替可能な波長板１３００Ａを通して通過後、第１の線形偏光ビーム１３２８の偏光は、保存される。その後、第２のＱＷＰ１３２６を通して通過することに応じて、第１の線形偏光ビーム１３２８は、第１の掌性を有する、出射する円偏光ビーム１３４０、例えば、ＬＨＣＰ光ビームに変換される。したがって、非アクティブ化されると、広帯域波長板１３００Ｂは、透明媒体としての役割を果たし、これは、円偏光ビームの偏光を保存する。
【０２０８】
本明細書に説明される種々の実施形態では、第１および／または第２のＱＷＰ１３２４、１３２６は、ＴＮ  ＬＣの切替可能な波長板１３００Ａと比較して類似帯域幅を有する、広帯域４分の１波長板である。実施形態によると、４分の１波長板１３２４、１３２６は、重合化されたＴＮ  ＬＣ層を使用して形成されることができる。広帯域能力を提供するために、種々の実施形態による、ＱＷＰは、複数のＴＮ  ＬＣ層を含む。ＴＮ  ＬＣ層がそれぞれ、その独自の基板上に形成されると、結果として生じる広帯域４分の１波長板および／または結果として生じるスタックの光学吸収は、容認不可能に厚くなり得る。したがって、以下では、単一基板上に形成される複数のＴＮ  ＬＣ層を備える、ＱＷＰの実施形態が、ＴＮ  ＬＣの切替可能な波長板１３００Ａとの効率的統合に関して説明される。
【０２０９】
図１３Ｃは、広帯域ＱＷＰ１３００Ｃの断面図を図示し、これは、基板１３１２上に形成される整合層１３０２−０上にスタックされた複数（Ｍ個）のＴＮ  ＬＣ層１３０２−１、１３０２−２、…１３０２−Ｍを備える、図１３Ｂに関して上記で例証される、第１および／または第２のＱＷＰ１３２４、１３２６であることができる。本明細書の他の場所でさらに説明される、整合層１３０２−０は、整合層１３０２−０に直接隣接する第１のＴＮ  ＬＣ層１３０２−１内のＬＣ分子の伸長方向が第１の方向に整合されるように誘発するように構成される。整合層１３０２−０によって整合される、ＬＣ分子の上方のＬＣ分子は、第２のＴＮ  ＬＣ層１３０２−２に直接隣接する、整合層１３０２−０から最も遠い第１のＴＮ  ＬＣ層１３０２−１内のＬＣ分子が、第２の方向に伸長されるように、第１の捻転を連続的に受ける。後続ＴＮ  ＬＣ層１３０２−２から１３０２−Ｍのそれぞれ内のＬＣ分子の整合は、前の層に最も近いＬＣ分子が前の層の最上ＬＣ分子と同一方向に整合されることを除き、第１のＴＮ  ＬＣ層１３０２−１と類似様式において整合される。例えば、第１のＴＮ  ＬＣ層１３０２−１内の最上ＬＣ分子および第２のＴＮ  ＬＣ層１３０２−２内の最下ＬＣ分子は、同一の第２の方向に整合される。第２のＴＮ  ＬＣ層１３０２−２内のＬＣ分子は、第２のＴＮ  ＬＣ層１３０２−２内の最上ＬＣ分子が第３の方向に伸長されるように、第２の捻転を受ける。それと接触する隣接する層内のＬＣ分子の整合の結果としての所与のＴＮ  ＬＣ層内のＬＣ分子のそのような整合は、介在整合層がその間に介在されないため、時として、自己整合とも称される。したがって、いくつかの実施形態では、広帯域ＱＷＰは、それぞれ、非ゼロ捻転を有する、２つ以上の自己整合されるＴＮ  ＬＣ層を有する、複数のＴＮ  ＬＣ層を備える。
【０２１０】
実施形態では、ＴＮ  ＬＣ層は、例えば、反応性メソゲンを使用して形成される、重合化されたＬＣ分子（ＬＣＰ）を備える。上記に説明されるように、反応性メソゲンは、最初は、低分子量ＬＣであって、これは、従来のＬＣと同様に、複雑なプロファイルを有するように、表面および捻転によって整合され得るが、次いで、例えば、光重合化によって、固体ポリマーフィルムに硬化され得る。
【０２１１】
図１３Ｄは、統合された切替可能な広帯域波長板１３００Ｄの断面図を図示し、その中に、図１３Ａに関して上記に説明されるものに類似するＴＮ  ＬＣの切替可能な波長板１３００Ａが、図１３Ｃに関して上記に説明されるものに類似する一対の広帯域ＱＷＰ１３２４、１３２６とともに、単一スタックの中に統合される。図示される実施形態では、ＴＮ  ＬＣの切替可能な波長板１３００Ａは、接着剤層１３４８を使用して、その反対側に、対の広帯域４分の１波長板１３２４、１３２６を取り付けさせることによって、単一スタックの中に統合される。
【０２１２】
図１３Ｅは、統合された切替可能な広帯域波長板１３００Ｅの断面図を図示し、その中に、図１３Ａに関して上記に説明されるものに類似するＴＮ  ＬＣの切替可能な波長板１３００Ａが、統合されたスタックを形成するために接着剤を使用する代わりに、対の広帯域４分の１波長板１３２４、１３２６のうちの１つが、その上にＴＮ  ＬＣの切替可能な波長板１３００Ａ（図１３Ａ）が直接形成され得る、基板としての役割を果たすことを除き、図１３Ｄに関して上記に説明されるものと類似様式において、一対の広帯域４分の１波長板１３２４、１３２６とともに、単一スタックの中に統合される。例えば、ＱＷＰ１３２４、１３２６の一方または両方の表面上に、ＴＮ  ＬＣの切替可能な波長板１３００Ａの異なる層が、直接形成されてもよい。有利には、ＴＮ  ＬＣの切替可能な波長板１３００Ａの基板１３１２の一方または両方は、省略されてもよい。したがって、ＴＮ  ＬＣの切替可能な波長板１３００Ａは、対の広帯域ＱＷＰ１３２４、１３２６のうちの一方上に直接形成され、その上に、対の広帯域ＱＷＰ１３２４、１３２６の他方を形成することによって、コンパクトな単一スタックの中に統合される。
【０２１３】
図１３Ｄおよび１３Ｅに関して上記に例証される実施形態のそれぞれでは、広帯域ＱＷＰは、例えば、石英およびＭｇＦ２等の液晶ベースの材料または他の非液晶ベースの材料から形成されることができる。図１３Ｆに関する以下では、広帯域ＱＷＰが液晶を備える、実施形態は、特に有利には、ＴＮ  ＬＣの切替可能な波長板とともに、単一スタックの中に統合され、ＱＷＰとしてだけではなく、また、ＴＮ  ＬＣの切替可能な波長板のための整合層としての役割を果たす。
【０２１４】
図１３Ｆは、図１３Ａに関して上記に説明されるものに類似するＴＮ  ＬＣの切替可能な波長板を統合する、統合された切替可能な広帯域波長板１３００Ｆの断面図を図示する。切替可能な広帯域波長板１３００Ｆは、ＴＮ  ＬＣ層１３０２のための基板としての広帯域ＱＷＰ１３２４、１３２６の代わりに、広帯域ＱＷＰ１３２４、１３２６が、基板１３１２の個別の表面上に形成される、薄い重合化されたＬＣ層を備えることを除き、図１３Ｅに関して上記に説明されるものと類似様式において配列される、一対の広帯域ＱＷＰ１３２４、１３２６を含む。ＴＮ  ＬＣ層１３０２のＬＣ分子は、ＴＮ  ＬＣ層１３０２の厚さを画定するスペーサ１３５０によって広帯域ＱＷＰ１３２４、１３２６の対向表面間に形成される、間隙の中に挿入される。ＬＣ分子を挿入する方法はさらに、本明細書の他の場所に説明される。加えて、ＴＮ  ＬＣの切替可能な波長板１３００Ａの異なる層および広帯域ＱＷＰ１３２４、１３２６の異なる層は、単一スタックの中に一体的に形成される。例えば、第１の広帯域ＱＷＰ１３２４は、基板１３１２を含み、その上に下側透明電極１３１６が形成され、その後、整合層１３０２−０および複数のＴＮ  ＬＣ層１３０２−１、１３０２−２が続く。同様に、第２の広帯域ＱＷＰ１３２６は、基板１３１２を含み、その上に上側透明電極１３２０が、形成され、その後、整合層１３０２−０および複数のＴＮ  ＬＣ層１３０２−１、１３０２−２が続く。
【０２１５】
依然として、図１３Ｆを参照すると、有利には、間隙に面した第１の広帯域ＱＷＰ１３２４のＴＮ  ＬＣ層１３０２−２の最外ＬＣ分子および間隙に面した第２の広帯域ＱＷＰ１３２６のＴＮ  ＬＣ層１３０２−２の最外ＬＣ分子は、図１３Ｃに関して上記に説明されるものと類似様式において、ＴＮ  ＬＣ層１３０２の最外ＬＣ分子が自己整合されるように、切替可能なＴＮ  ＬＣ層１３０２のための整合層としての役割を果たすように配列される。加えて、ＴＮ  ＬＣの切替可能な波長板１３００Ａの異なる層と広帯域ＱＷＰ１３２４、１３２６の異なる層を一体的にスタックすることによって、スタック全体の総厚は、実質的に低減されることができる。例えば、図１３Ａに図示されるようなＴＮ  ＬＣの切替可能な波長板１３００Ａと図１３Ｃに図示されるような広帯域４分の１波長板１３２４、１３２６を機械的に接合することは、４つもの基板をもたらすことになるであろうが、切替可能な広帯域波長板１３００Ｆのスタック全体は、２つのみの基板を有する。
【０２１６】
図１３Ｆおよび本明細書全体を通した種々の実施形態を参照すると、切替可能なＬＣ層、例えば、間隙の中に挿入されるＴＮ  ＬＣ層１３０２は、約１μｍ〜５０μｍ、１〜１０μｍ、１０〜２０μｍ、２０〜３０μｍ、３０〜４０μｍ、４０〜５０μｍ、またはこれらの値によって定義された任意の範囲内の値の厚さを有する。加えて、受動ＬＣ層、例えば、ＴＮ  ＬＣ層１３０２−１、１３０２−２は、約０．１μｍ〜５０μｍ、０．１〜１μｍ、１〜１０μｍ、１０〜２０μｍ、２０〜３０μｍ、３０〜４０μｍ、４０〜５０μｍ、またはこれらの値によって定義された任意の範囲内の値の厚さを有することができる。
【０２１７】
本明細書に説明される種々の実施形態では、整合層（例えば、図１３Ｃ、１３Ｆにおける１３０２−０）は、ＬＣ分子を整合させる、例えば、ＬＣ分子の伸長方向を特定の方向に沿って整合させるために使用される。例えば、図１３Ａ−１３Ｆに関して上記に説明されるように、整合層は、配向子（ｎ）、すなわち、所定の方向における伸長ＬＣ分子の局所平均伸長方向を画定するために使用されることができる。いくつかの他の実施形態では、整合層は、機械的に擦過される、ポリイミドおよびポリアミド等の有機ポリマー、ＳｉＯ２等の斜めに堆積される無機酸化物、または長鎖脂肪族シロキサンから形成されてもよい。いくつかの実施形態では、非接触整合層は、平面偏光を使用して、有機ポリマーから形成され、表面異方性を生成してもよく、これは、ひいては、配向子を画定する。例えば、直接堆積される、または標準的配向層（例えば、ポリイミド）またはＬＣ混合物の中に溶解され得る、アゾ染料のシス−トランス光異性化の使用は、擦過を伴わずに、配向効果を整合層内に生産することができる。アゾ発色団を使用する、非接触整合層は、時として、高強度レーザ光を採用し、染料分子の異性化を誘発する。
【０２１８】
いくつかの他の実施形態では、ナノ構造のパターンは、ＬＣ分子を整合させるための整合層としての役割を果たすことができる。有利には、いくつかの実施形態では、ナノ構造のパターンは、電極層の一部として形成され、光学透過性を改良し、プロセスステップを低減させ、および／または例えば、図１３Ａ−１３Ｆに関して上記に説明される、広帯域波長板の全体的厚さをさらに低減させることができる。本目的を達成するために、図１４Ａは、実施形態による、整合層および電極層の二重機能の役割を果たす、ナノ構造１４００Ａのパターン、例えば、透明基板１３１２上に形成されるナノワイヤの斜視図を図示する。ナノ構造１４００Ａのパターンは、例えば、本明細書の他の場所に詳細に説明されるリソグラフィまたはナノインプリント技法を使用して、基板１３１２上にパターン化されることができる。ナノ構造は、伸長金属ワイヤとしてパターン化される、十分に薄い伝導性材料から形成されることができる。例えば、伝導性材料は、ナノ構造の結果として生じるパターンが、同時に、整合層および電極層としての役割を果たし得るように、厚さおよび電気抵抗率を有する、金、銀、銅、アルミニウム、またはＩＴＯ、または任意の好適な伝導性材料であることができる。図示される実施形態では、ナノ構造１４００Ａのパターンは、電流または電圧を周期的伝導性ライン１４０４Ａに供給するためにレール１４０８Ａに接続される、第１の方向、例えば、ｘ−方向に延在する、周期的伝導性ライン１４０４Ａを備える。種々の実施形態では、周期的伝導性ライン１４０４Ａは、１μｍ〜１０００μｍ、５μｍ〜５００μｍ、１０μｍ〜１００μｍ、またはこれらの値によって定義された範囲内の任意の値のピッチを有することができる。伝導性ライン１４０４は、１０ｎｍ〜１μｍ、１００ｎｍ〜１０００ｎｍ、１００ｎｍ〜５００ｎｍ、２００ｎｍ〜３００ｎｍ、またはこれらの値によって定義された範囲内の任意の値の幅を有することができる。周期的伝導性ライン１４０４は、１０ｎｍ〜１μｍ、１００ｎｍ〜１０００ｎｍ、１００ｎｍ〜５００ｎｍ、４００ｎｍ〜５００ｎｍ、またはこれらの値によって定義された範囲内の任意の値の厚さを有することができる。周期的伝導性ライン１４０４Ａの材料、厚さ、および幅の組み合わせは、周期的伝導性ライン１４０４Ａの結果として生じるシート抵抗が、約１オーム／平方〜１００オーム／平方、２オーム／平方〜５０オーム／平方、５オーム／平方〜２０オーム／平方、またはこれらの値によって定義された範囲内の任意の値、例えば、約１０オーム／平方であるように選択されることができる。加えて、伝導性ライン１４０４Ａの材料および厚さの組み合わせは、可視スペクトル内の結果として生じる透過性が、８０％〜９９％、９０％〜９９％、９５％〜９９％、９７％〜９９％、またはこれらの値によって定義された範囲内の任意の値、例えば、約９８％であるように選択されることができる。他の寸法、構成、および値も、可能性として考えられる。
【０２１９】
図１４Ｂは、ナノ構造１４００Ｂのパターンが、電流を周期的伝導性ライン１４０４Ｂに供給するためのレール１４０８Ｂに接続される、第２の方向、例えば、ｘ−方向に延在する周期的伝導性ライン１４０４Ｂを備えることを除き、図１４Ａに関して上記に説明されるナノ構造１４００Ａのパターンに類似する、ナノ構造１４００Ｂのパターンの斜視図を図示する。
【０２２０】
図１４Ｃは、実施形態による、一対の電極１４００Ｃの斜視図を図示する。対の電極１４００Ｃは、周期的伝導性ライン１４０４Ａおよび周期的伝導性ライン１４０４Ｂが、相互に面し、かつ交差し、１つ以上のＬＣ層、例えば、ＴＮ  ＬＣ層をその中に配置するように構成される、間隙１４１２によって分離されるように配列される、ナノ構造１４００Ａのパターン（図１４Ａ）およびナノ構造１４００Ｂのパターン（図１４Ｂ）を含む。有利には、ナノ構造１４００Ａおよび１４００Ｂのパターンはそれぞれ、ネマチックＬＣ分子、例えば、反応性メソゲンが、その上に形成されると、ナノ構造１４００Ａおよび１４００Ｂのパターンのそれぞれに直接隣接するＬＣ分子が、例えば、概して、周期的伝導性ライン１４０４Ａ、１４０４Ｂの伸長方向と同一方向に整合される、ネマチックＬＣ分子の配向子と整合された状態になり得るように、図１３Ｃ、１３Ｆに関して上記に説明される整合層１３０２−０に類似する整合層としての役割を果たすことができることが見出されている。加えて、周期的伝導性ライン１４０４Ａ、１４０４Ｂに直接隣接するＬＣ分子間のＬＣ分子は、図１３Ａに関して上記に説明されるＴＮ  ＬＣ層１３０２に類似する重合化されていないＴＮ  ＬＣ層および図１３Ｃに関して上記に説明されるＴＮ  ＬＣ層１３０２−１、１３０２−２、…１３０２−Ｍに類似する重合化されたＴＮ  ＬＣ層が、形成され得るように、捻転剤を使用して、捻転を受けるように構成されることができる。
【０２２１】
図１３Ｆに戻って参照すると、いくつかの実施形態では、電極および整合層の機能性を組み合わせることによって、ナノ構造１４００Ａのパターンは、広帯域ＱＷＰ１３２４の透明電極１３１６および整合層１３０２−０の組み合わせに取って代わることができ、ナノ構造１４００Ｂのパターンは、広帯域ＱＷＰ１３２６の透明電極１３２０および整合層１３０２−０の組み合わせに取って代わることができ、それによって、よりコンパクトな全体的スタックを可能にすることを理解されたい。
【０２２２】
依然として、図１４Ｃを参照すると、動作時、電場の有無別のＬＣ分子の配列および光の偏光に及ぼされる対応する効果は、図１３Ａに関して上記に説明されるものに類似する。
【０２２３】
図１５Ａおよび１５Ｂは、それぞれ、実施形態による、ＴＮ  ＬＣの切替可能な広帯域波長板１５００の平面図および断面図を図示する。切替のための垂直に分離された電極を有する、図１３Ａおよび１３Ｆに関して上記に例証される広帯域波長板と異なり、ＴＮ  ＬＣの切替可能な広帯域波長板は、切替のために面内に側方に分離された電極を含む。ＴＮ  ＬＣの切替可能な広帯域波長板１５００は、整合電極スタック１５２４と、整合層スタック１５２６とを含む。同様に、図１３Ｆに関して上記に説明されるように、ＬＣ分子は、整合電極スタック１５２４および整合層スタック１５２６の対向表面間のスペーサ１３５０によって形成される間隙の中に挿入される。ＬＣ分子を挿入する方法は、本明細書の他の場所に説明される。整合電極スタック１５２４は、上側透明基板１３１２上に形成される、第１および第２の電極１５００Ａ、１５００Ｂを含み、さらに、随意の上側整合層１３０２−０を含む。整合層スタック１５２６は、下側透明基板１３１２上に形成される、下側整合層１３０２−０を含む。
【０２２４】
図１５Ａを参照すると、整合電極スタック１５２４は、それぞれ、第１および第２の周期的伝導性ライン１５０４Ａ、１５０４Ｂの個別のものを含む、第１および第２の電極１５００Ａ、１５００Ｂを含む。周期的伝導性ライン１５０４Ａは、周期的伝導性ライン１５０４Ｂと互いに組み合わされるまたは交錯および交互される。第１および第２の周期的伝導性ライン１５０４Ａ、１５０４Ｂはそれぞれ、それぞれ、パターン化されたナノ構造１４００Ａ（図１４Ａ）、１４００Ｂ（図１４Ｂ）に関して上記に説明されるものと類似様式において、レール１５０８Ａ、１５０８Ｂにストラップ留めされる。交互周期的伝導性ライン１５０４Ａ、１５０４Ｂの材料、厚さ、幅、およびピッチは、パターン化されたナノ構造１４００Ａ（図１４Ａ）、１４００Ｂ（図１４Ｂ）に関して上記に説明されるものに類似することができる。しかしながら、垂直に分離される、図１４Ｃに関して上記に説明される対の電極１４００Ｃと異なり、周期的伝導性ライン１５０４Ａは、周期的伝導性ライン１５０４Ａと周期的伝導性ライン１５０４Ｂとの間の電場が、側方方向に指向されるように、周期的伝導性ライン１５０４Ｂと側方方向、例えば、ｙ−方向に交互する。
【０２２５】
図１５ＢにおけるＴＮ  ＬＣの切替可能なセル１５００の断面図を参照すると、図１３Ｆに関して上記に説明されるものと類似様式において、ＬＣ分子は、ＴＮ  ＬＣ層１３０２（図１３Ａ）に類似するＴＮ  ＬＣ層（図示せず）が形成され得るように、整合電極スタック１５２４および整合層スタック１５２６の対向表面間に形成される、間隙の中に挿入される。ＬＣ分子を挿入する方法は、本明細書の他の場所に説明される。
【０２２６】
いくつかの実施形態では、図１４Ｃに関して上記に説明されるものと類似様式において、整合電極スタック１５２４内の交互周期的伝導性ライン１５０４Ａ、１５０４Ｂおよび／または上側整合層１３０２−０は、図１３Ａに関して上記に説明される整合層１３１６および図１４Ｃに関して上記に説明される伝導性ライン１４０４Ｂと類似様式において、間隙１４１２内に形成されるＴＮ  ＬＣ層１３０２の最外ＬＣ分子のための整合層としての役割を果たすことができる。交互周期的伝導性ライン１５０４Ａ、１５０４Ｂが、整合層としての役割を果たすとき、いくつかの実施形態では、上側整合層１３０２−０は、省略されてもよい。図１３Ａに関して上記に説明される整合層１３２０および図１４Ｃに関して上記に説明される伝導性ライン１４０４Ａと同様に、下側整合層１３０２−０は、そこに直接隣接する、間隙１４１２内のＬＣ分子を整合させる役割を果たし得る。
【０２２７】
図示されないが、いくつかの実施形態では、図示されるＴＮ  ＬＣの切替可能な広帯域波長板１５００は、図１３００Ｆに関して上記に説明されるものと類似様式において、ＴＮ  ＬＣ層１３０２−１、１３０２−２、…１３０２−Ｍ（図１３Ｆ、図示せず）に類似する複数のＴＮ  ＬＣ層を交互周期的伝導性ライン１５０４Ａ、１５０４Ｂと間隙１４１２内のＬＣ分子との間および／または下側整合層１３０２−０と間隙１４１２内のＬＣ分子との間に統合し、それによって、図１３Ｆに関して上記に説明されるものと類似様式において、統合されたＱＷＰ機能性を提供することができる。
【０２２８】
依然として、図１５Ａ、１５Ｂを参照すると、動作時、電場の不在下、交互周期的伝導性ライン１５０４Ａ、１５０４Ｂは、ＬＣ分子が、概して、周期的伝導性ライン１５０４Ａ、１５０４Ｂと平行に延在する配向子を有するように、周期的伝導性ライン１５０４Ａ、１５０４Ｂに直接隣接するＬＣ分子のための整合層としての役割を果たす。非アクティブ化状態では、図１３Ａに関して上記に説明されるものと類似様式において、切替可能な広帯域波長板１５００は、線形偏光の偏光を転換させるように構成される。他方では、電場が、周期的伝導性ライン１５０４Ａと周期的伝導性ライン１５０４Ｂとの間の側方方向、例えば、ｙ−方向に印加されると、直接隣接する周期的伝導性ライン１５０４Ａ、１５０４Ｂ間のＬＣ分子は、例えば、平行と垂直との間の平行から離れるような方向に、または周期的伝導性ライン１５０４Ａ、１５０４Ｂに対して垂直に、その伸長方向と整合する。アクティブ化状態では、図１３Ａに関して上記に説明されるものと類似様式において、切替可能な広帯域波長板１５００は、線形偏光の偏光を保存するように構成される。
【０２２９】
いくつかの実施形態では、電極および整合層の機能性を組み合わせることに加え、第１および第２の電極１５００Ａ、１５００Ｂは、例えば、透明電極１３１６、１３２０と広帯域波長板１３００Ｆの上側および下側整合層１３０２−０の組み合わせ（図１３Ｆ）に取って代わり、それによって、電極層を半分にすることに起因して、さらによりコンパクトな全体的スタックおよびさらにより改良された透過性を可能にすることができる。
【０２３０】
（液晶ベースの波長板レンズ）
図１２Ａに関して上記に説明されるように、広範囲の可視スペクトルにわたって高効率を伴って、画像を複数の深度平面に提供するために、実施形態による、いくつかの広帯域適応波長板レンズアセンブリは、切替可能な波長板と、複屈折液晶の薄膜から形成される、受動的または切替可能であり得る、１つ以上の波長板レンズを含む。以下では、波長板の平面におけるその配向が、それを通して透過される光の偏光状態を集束および／または改変するために適合される、液晶を備える、例示的波長板レンズが、開示される。以下では、レンズおよび波長板の種々の実施形態は、液晶から形成される。
【０２３１】
液晶ベースの波長板レンズの一実施例は、図１６Ａおよび１６Ｂに関して図示される。
【０２３２】
図１６Ａおよび１６Ｂは、それぞれ、波長板レンズ１２００Ａおよび１２００Ｂの実施例を図示し、それぞれ、透明基板１２０４、例えば、その上に、基板１２０４の主要表面に沿って軸方向（例えば、ｘ−方向またはｙ−方向）と平行方向に対して、異なる伸長方向に沿って伸長される、液晶分子１２０８を形成させている、ガラス基板を備える。すなわち、液晶分子１２０８は、基板１２０４の主要表面に対して法線の方向（例えば、ｚ−方向）を中心として異なる回転角度（φ）だけ回転され、φは、層法線と平行方向（例えば、ｘ−方向またはｙ−方向）に対する液晶分子の伸長方向間の角度として説明される。
【０２３３】
図示される実装では、中心軸Ｃまたはレンズの中心から所与の半径における液晶分子１２０８は、実質的に同一回転角度（φ）を有する。配列されるように、液晶分子１２０８は、コリメートされた光のビームをある焦点距離における点に集束させるように構成される。任意の理論によって拘束されるわけではないが、液晶分子１２０８の回転角度（φ）は、ｒの累乗に比例し得、ｒは、Ｃからの半径方向距離であって、約１〜３、例えば、２の値を有する。１つの実装では、角度（φ）は、＋／−ｋ０ｒ２／ｆに比例し得、ｒは、Ｃからの半径方向距離であって、ｋ０＝２π／λは、回折波長板レンズによって集束されることになる光の波数であって、λは、光の波長であって、ｆは、波長板レンズ１２００Ａ、１２００Ｂの焦点距離である。＋および−符号は、波長板レンズ１２００Ａ、１２００Ｂの中心Ｃの最近傍の液晶分子１２０８に対する、液晶分子１２０８の回転方向に対応し得る。
【０２３４】
波長板レンズ１２００Ａおよび１２００Ｂの液晶分子１２０８のパターンは、相互の反転像を表すことを理解されたい。すなわち、波長板レンズ１２００Ａおよび１２００Ｂのうちの一方は、波長板レンズ１２００Ｂおよび１２００Ｂの他方を軸方向（例えば、ｘ−方向またはｙ−方向）の周囲において１８０度回転させることによって取得され得る。構成されるように、波長板レンズ１２００Ａおよび１２００Ｂの焦点距離および屈折力は、大きさが同一であるが、反対符号である。
【０２３５】
いくつかの実装では、波長板レンズ１２００Ａおよび１２００Ｂはそれぞれ、半波長板レンズとしての役割を果たし得る。半波長板レンズとして構成されるとき、波長板レンズ１２００Ａおよび１２００Ｂはそれぞれ、入力ビームの偏光に対して、線形偏光の平面を角度２α回転させ、αは、入力偏光方向と波長板軸との間の角度である。円偏光ビームに関して、本角度の変化は、位相偏移および偏光掌性の逆転に変換される。したがって、±２α位相偏移が、偏光掌性に応じた位相偏移の符号を伴って、円偏光ビーム内に生成され得る。
【０２３６】
図１６Ｃは、いくつかの実施形態による、光の偏光および光が入射する側に応じて、それを通して通過する光を発散または収束させる、波長板レンズの実施例を図示する。半波長板レンズとして構成されるとき、図示される波長板レンズ１２００Ａは、第１の側に入射する右円偏光（ＲＨＣＰ）光ビーム１２１２を左円偏光（ＬＨＣＰ）ビーム１２１６の中に発散させるように構成されてもよい。他方では、波長板レンズ１２００Ａは、第１の側と反対の第２の側に入射するＲＨＣＰ光ビーム１２２０を左円偏光（ＬＨＣＰ）ビーム１２２４の中に収束させるように構成されてもよい。
【０２３７】
波長板レンズ１２００Ｂに関して、状況は、逆転される。図１６Ｄに図示されるように、半波長板として構成されるとき、波長板レンズ１２００Ｂは、第１の側に入射するＬＨＣＰ光ビーム１２２８をＲＨＣＰビーム１２３２の中に収束させるように構成されてもよい。他方では、波長板レンズ１２００Ｂは、第１の側と反対の第２の側に入射するＬＨＣＰ光ビーム１２３６をＲＨＣＰビーム１２４０の中に発散させるように構成されてもよい。
【０２３８】
したがって、液晶１２０８の回転角度方向および半径方向分布を制御することによって、波長板レンズは、掌性のいずれかを有する円偏光を収束または発散させるように構成され得る。液晶の回転角度間の関係に基づいて、屈折力は、増加または減少され得ることを理解されたい。加えて、いくつかの実施形態では、液晶は、電場を印加することによって、整合および不整合にされてもよい。したがって、屈折力が約ゼロである限界では、波長板レンズは、波長板、例えば、切替可能な波長板として使用されてもよいことを理解されたい。
【０２３９】
（切替可能な波長板を含む広帯域適応波長板レンズアセンブリ）
図１２Ａに関して上記に説明されるように、広範囲の可視スペクトルにわたって高効率を伴って、画像を複数の深度平面に提供するために、実施形態による、いくつかの広帯域適応波長板レンズアセンブリは、切替可能な波長板と、複屈折材料、例えば、液晶の薄膜から形成される、受動的または切替可能であり得る、１つ以上の波長板レンズとを含む。以下では、切替可能な広帯域波長板を備える、広帯域適応波長板レンズアセンブリの実施形態が、開示される。例えば、切替可能な広帯域波長板は、図１３Ａ−１３Ｆ、図１４Ａ−１４Ｃ、および図１５Ａ−１５Ｂに関して上記に説明される広帯域切替可能波長板のうちの１つであってもよい。
【０２４０】
図１７Ａは、いくつかの実施形態による、波長板レンズ、例えば、受動波長板レンズと、切替可能な波長板とを備える、広帯域適応波長板レンズアセンブリ１７００の実施例を図示する。広帯域適応波長板レンズアセンブリ１７００は、例えば、図１０、１１Ａ、および１１Ｂに関して上記に説明される対の切替可能な波長板アセンブリ１００４、１００８のうちのいずれか１つとして構成されてもよい。図１７Ｂは、動作時、図１７Ａに図示される適応レンズアセンブリ１７００の切替可能な波長板が、アクティブ化されるときの広帯域適応波長板レンズアセンブリ１７００Ａを図示する一方、図１７Ｃは、動作時、図１７Ａに図示される適応レンズアセンブリ１７００の切替可能な波長板が非アクティブ化されるときの広帯域適応波長板レンズアセンブリ１７００Ｂを図示する。適応レンズアセンブリ１７００は、導波管アセンブリ１０１２（図１０、１１Ａ、１１Ｂ）から外部結合される光を結合し、それを通して透過させるように構成される。適応レンズアセンブリ１７００は、第１の波長板レンズ（Ｌ１／ＨＷＰ１）１７０４、例えば、第１の半波長板レンズと、第２の波長板レンズ（Ｌ２／ＨＷＰ２）１７０８、例えば、第２の半波長板レンズと、切替可能な波長板（ＨＷＰ３）１７１２、例えば、切替可能な半波長板とを備える。
【０２４１】
種々の実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８はそれぞれ、レンズおよび半波長板としての役割を果たすように構成される。図１２Ａおよび１２Ｂに関して上記に説明されるように、半波長板として構成されるとき、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８はそれぞれ、第１の掌性の円偏光を有する光（第１のＨＣＰ）を第２の掌性の円偏光を有する光（第２のＨＣＰ）に変換するように構成される。すなわち、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８はそれぞれ、それを通して通過する光を変換し、それぞれ、ＬＨＣＰまたはＲＨＣＰを有する光からＲＨＣＰまたはＬＨＣＰを有する光に変換するように構成される。
【０２４２】
種々の実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８はそれぞれ、所与の偏光に関して、第１のレンズ効果または第１のレンズ効果と反対の第２のレンズ効果を有する、レンズとしての役割を果たすように構成される。すなわち、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８はそれぞれ、通過する光の収束または発散のいずれかを行うように構成される。種々の実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８はそれぞれ、入射光の偏光状態に応じて、反対レンズ効果を有するように構成されてもよい。例えば、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８はそれぞれ、第１のＨＣＰを有するその上に入射する光を集束させるように構成される一方、第２のＨＣＰを有するその上に入射する光を焦点ずれさせるように構成されてもよい。
【０２４３】
いくつかの実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８は、所与のＨＣＰを有する光に関して同一レンズ効果を有するように構成される。すなわち、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８は両方とも、ＬＨＣＰを有する光を集束させ、ＲＨＣＰを有する光を集束させ、ＬＨＣＰを有する光を焦点ずれさせる、またはＲＨＣＰを有する光を焦点ずれさせるように構成されてもよい。
【０２４４】
いくつかの実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８はそれぞれ、図１２Ａおよび１２Ｂに関して上記に説明されるように、個別の波長板レンズ１７０４、１７０８の中心軸から所与の半径における液晶が同一回転角度（φ）を有するように、伸長および回転される、液晶分子を備えてもよい。第１および第２の波長板レンズ１７０４、１７０８はそれぞれ、偏光状態を改変する、例えば、それを通して通過する光の偏光状態を反転させるように構成される。切替可能な波長板１７１２は、電気的に非アクティブ化されると、偏光状態を改変する、例えば、それを通して通過する光の偏光状態を反転させるように構成される一方、アクティブ化されると、それを通して通過する光の偏光状態を改変せずに、光を実質的に通過させるように構成される。電気信号、例えば、切替可能な波長板１７１２を切り替えるための電流信号または電圧信号が、そこに電気的に接続される切替回路１７１６によって提供されてもよい。
【０２４５】
種々の実施形態では、非アクティブ化される、例えば、切替回路１７１６によって提供される電圧または電流信号を使用して、電気的に非アクティブ化されると、ＨＷＰ３  １７１２Ｂ（図１７Ｃ）は、半波長板としての役割を果たす。すなわち、非アクティブ化されると、ＨＷＰ３  １７１２Ｂ（図１７Ｃ）は、それぞれ、それを通して通過する光をＬＨＣＰまたはＲＨＣＰを有する光からＲＨＣＰまたはＬＨＣＰを有する光に変換するように構成される、半波長板としての役割を果たす。したがって、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４、Ｌ２／ＨＷＰ２  １７０８、およびＨＷＰ３  １７１２Ｂはそれぞれ、非アクティブ化される（図１７Ｃ）と、第１の掌性の円偏光（第１のＨＣＰ）を有する光を第２の掌性の円偏光（第２のＨＣＰ）を有する光に変換するように構成される。
【０２４６】
種々の実施形態では、アクティブ化される、例えば、切替回路１７１６によって提供される電圧または電流信号を使用して、例えば、電圧または電流信号を除去することによって、電気的にアクティブ化されると、ＨＷＰ３  １７１２Ａ（図１７Ｂ）は、偏光または任意のレンズ効果を提供することに影響を及ぼさずに、光のための透過媒体としての役割を果たす。
【０２４７】
いくつかの実施形態では、単一波長板レンズ１７０４および／または１７０８は、波長板レンズおよび切替可能な半波長板の両方として機能してもよい。そのような実施形態では、専用の切替可能な半波長板１７１２は、省略されてもよい。
【０２４８】
図１７Ｂは、いくつかの実施形態による、動作時、切替可能な波長板がアクティブ化されている、図１７Ａの適応レンズアセンブリの実施例を図示する。適応レンズアセンブリ１７００Ａは、切替可能な波長板１７１２が、アクティブ化されると、例えば、電流または電圧が、切替回路１７１６によって切替可能な波長板１７１２に印加されないとき、アクティブ化されてもよい。適応レンズアセンブリ１７００Ａは、第１の適応レンズアセンブリ１００４（世界側）または第２の適応レンズアセンブリ１００８（ユーザ側）に対応してもよい。一例にすぎないが、適応レンズアセンブリ１７００Ａは、仮想画像を表示せずに実世界のビューをユーザに表示する、ディスプレイデバイス１０００（図１０）の一部としての第１の適応レンズアセンブリ１００４または第２の適応レンズアセンブリ１００８に対応するように説明されるであろう。例えば、ディスプレイデバイス１０００（図１０）は、通常の眼鏡または通常のゴーグルとして使用されてもよい。Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８はそれぞれ、第１のＨＣＰ、例えば、それを通して通過するＬＨＣＰを有する光に第１のレンズ効果、例えば、発散効果を及ぼすように構成されてもよい。Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８はそれぞれまた、反対ＨＣＰ、例えば、それを通して通過するＲＨＣＰを有する光に第１のレンズ効果と反対の第２のレンズ効果、例えば、収束効果を及ぼすように構成されてもよい。
【０２４９】
図示される実施形態では、光ビーム１７２０は、ディスプレイデバイス１７００Ａが、仮想コンテンツを表示せずに、通常の眼鏡またはゴーグルとして使用されている間の第１の適応レンズアセンブリ１００４（図１１Ａ／Ｂ、世界側）または第２の適応レンズアセンブリ１００８（図１１Ａ／Ｂ、ユーザ側）のいずれか上に入射する世界からの光ビームを表し得る。一例にすぎないが、第１のＨＣＰ、例えば、ＬＨＣＰを有する光ビーム１７２０は、ビーム１７２０が、それを通して透過されるためにＬ１／ＨＷＰ１７０４上に衝突するまで、例えば、正のｚ−方向に進行する。Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４は、ＬＨＣＰを有する光ビーム１７２０をＲＨＣＰを有する光ビーム１７２４に変換する。Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４はまた、レンズとして構成されるため、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４はまた、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４の第１の屈折力Ｐ１に従って、光ビーム１７２０を発散させる。
【０２５０】
ＲＨＣＰを有する光ビーム１７２４は、続いて、アクティブ化状態におけるＨＷＰ３  １７１２Ａ上に入射する。ＨＷＰ３  １７１２Ａは、アクティブ化されているため、ＲＨＣＰを有する光ビーム１７２４は、偏光またはレンズ効果の観点から実質的に影響されずに、ＨＷＰ３  １７１２Ａを通して透過し、ＲＨＣＰを有する光ビーム１７２８Ａとして、Ｌ２／ＨＷＰ２  １７０８上に入射する。上記に説明されるように、ユーザ側の適応レンズアセンブリ（例えば、図１０における第２の適応レンズアセンブリ１００４）として構成されるとき、Ｌ２／ＨＷＰ２  １７０８は、図示される実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４と同様に、すなわち、偏光を変換し、ＬＨＣＰを有する光を発散させる一方、ＲＨＣＰを有する光を収束させるように構成される。したがって、ＲＨＣＰを有する光ビーム１７２８Ａは、ＬＨＣＰを有する光ビーム１７３２に逆変換される。したがって、ＨＷＰ３  １７１２Ａが、アクティブ化されると、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０４は、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８が、反対レンズ効果をそれを通して通過する光に及ぼすように、反対偏光を有する光ビームを透過させる。すなわち、Ｌ２／ＨＷＰ２  １７０４上に入射する光ビーム１７２８Ａは、ＲＨＣＰを有するため、Ｌ２／ＨＷＰ２  １７０８から出射する光ビーム１７３２Ａは、第１の屈折力Ｐ１に従って発散される、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４から出射する光ビーム１７２４と異なり、第２の屈折力Ｐ２に従って収束される。その後、アクティブ化状態における適応レンズアセンブリ１７００Ａからの出射に応じて、光ビーム１７３２Ａは、眼によって視認され得る。
【０２５１】
いくつかの実施形態では、ＨＷＰ３  １７１２Ａが、アクティブ化されると、負（すなわち、発散）であり得るＬ１／ＨＷＰ１  １７０４の第１の屈折力Ｐ１および正（すなわち、収束）であり得るＬ２／ＨＷＰ２  １７０８の第２の屈折力Ｐ２は、実質的に同一または合致される大きさを有し得る。これらの実施形態では、約−Ｐ１＋Ｐ２であり得る、適応レンズアセンブリ１７００Ａの正味屈折力Ｐｎｅｔは、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８のレンズ効果の補償のため、実質的にゼロであり得る。しかしながら、実施形態は、そのように限定されず、第１および第２の屈折力Ｐ１、Ｐ２は、正味屈折力Ｐｎｅｔが非ゼロ値を有し得るように、異なる大きさを有してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、非ゼロＰｎｅｔは、ユーザの眼鏡処方箋と等しく、それによって、ユーザの眼の集束誤差（例えば、屈折集束誤差）の補正を可能にしてもよい。
【０２５２】
図示される実施形態では、入射光ビーム１７２０は、ＬＨＣＰを有するが、類似結果は、入射光ビーム１７２０がＲＨＣＰを有するときにももたらされるであろうことを理解されたい。すなわち、光ビーム１７２０が、ＲＨＣＰを有するとき、光ビーム１７２４および１７２８Ａは、ＬＨＣＰを有し、図示される実施形態と異なり、光ビーム１７２４および１７２８Ａは、光ビーム１７２０に対して収束される。同様に、Ｌ２／ＨＷＰ２  １７０８は、正味屈折力Ｐｎｅｔが実質的にゼロであり得るように、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４によって収束される光ビーム１７２８Ａを発散させる。
【０２５３】
図１７Ｂに関して上記に説明される、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８のレンズ効果および入射光ビームの偏光状態に対するレンズ効果の選択性は、単なる一実施例としての役割を果たし、他の構成も、可能性として考えられることを理解されたい。例えば、図１７Ｂでは、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８は、ＬＨＣＰを有する光を発散させる一方、ＲＨＣＰを有する光を収束させるように構成されるが、他の実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８は、ＬＨＣＰを有する光を収束させる一方、ＲＨＣＰを有する光を発散させるように構成されてもよい。
【０２５４】
要するに、いくつかの実施形態では、適応レンズアセンブリ１７００ＡのＨＷＰ３  １７１２Ａが、アクティブ化状態にあるとき、出射する光ビーム１７３２Ａは、入射光ビーム１７２０と同一ＨＣＰを有し、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４のＰ１とＬ２／ＨＷＰ２  １７０８のＰ２との間のレンズ効果の補償のため、レンズ効果の観点から、入射光ビーム１７２０に実質的に合致され得る。その結果、ユーザが、仮想コンテンツを視認していないとき、世界のビューは、比較的に、適応レンズアセンブリ（図１０、１１Ａ、１１Ｂにおける１００４、１００８）の存在によって影響されない。
【０２５５】
図１７Ｃは、いくつかの実施形態による、動作時、切替可能な波長板が非アクティブ化されている、図１７Ａの適応レンズアセンブリの実施例を図示する。適応レンズアセンブリ１７００Ｂは、切替可能な波長板１７１２Ｂが、非アクティブ化されると、例えば、電流または電圧が、切替回路１７１６によって、切替可能な波長板１７１２Ｂに印加されると、非アクティブ化されてもよい。適応レンズアセンブリ１７００Ｂは、例えば、第１の適応レンズアセンブリ１００４（世界側）または第２の適応レンズアセンブリ１００８（ユーザ側）に対応してもよい。以下では、一例として、適応レンズアセンブリ１７００Ｂが、最初に、仮想画像をユーザに出力する、ディスプレイデバイス（例えば、図１１Ａにおけるディスプレイデバイス１１００Ａ）の一部として、ユーザ側の第２の適応レンズアセンブリ１００８として構成されるように説明されるであろう。続いて、適応レンズアセンブリ１７００Ｂが、同時に、実世界のビューを透過させながら、仮想画像をユーザに出力し、第２の適応レンズアセンブリ１００８のレンズ効果から生じる実世界のビューの歪曲を低減または本質的に排除する、ディスプレイデバイス１１００Ｂ（図１１Ｂ）の一部として、世界側の第１の適応レンズアセンブリ１００４として構成されるように説明されるであろう。
【０２５６】
ユーザ側（図１１Ａ）上の第２の適応レンズアセンブリ１００８として構成されるとき、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８はそれぞれ、ＨＣＰのうちの１つ、例えば、それを通して通過するＬＨＣＰを有する光を発散させるように構成されてもよい。Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８はそれぞれまた、他のＨＣＰ、例えば、それを通して通過するＲＨＣＰを有する光を収束させるように構成されてもよい。
【０２５７】
図１１Ａに関して上記に説明されるように、ｘ−方向に、例えば、全内部反射によって、導波管アセンブリ１０１２内を伝搬する光の一部は、ｚ−方向に再指向または外部結合されてもよい。導波管アセンブリ１０１２（図１１Ａ）から外部結合される光は、ＬＨＣＰを有する円偏光ビーム１７２０として、切替可能なレンズアセンブリ１７００Ｂ上に入射してもよい。光ビーム１７２０は、光ビーム１７２０が、Ｌ１／ＨＷＰ１７０４上に衝突し、それを通して透過されるまで、例えば、正のｚ−方向に進行する。Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４は、ＬＨＣＰを有する光ビーム１７２０をＲＨＣＰを有する光ビーム１７２４に変換する。Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４は、ＬＨＣＰを有する光を発散させるように構成されるため、光ビーム１７２４もまた、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４の第１の屈折力Ｐ１に従って発散される。
【０２５８】
ＲＨＣＰを有する光ビーム１７２４は、続いて、非アクティブ化状態におけるＨＷＰ３  １７１２Ｂ上に入射する。図１７Ｂに関して上記に図示されるアクティブ化されるＨＷＰ  １７１２Ａと異なり、ＨＷＰ３  １７１２Ｂは、非アクティブ化されているため、ＨＷＰ３  １７１２Ｂを通して透過する、ＲＨＣＰを有する光ビーム１７２４は、ＬＣＨＰを有する光ビーム１７２８Ｂに変換される。続いて、ＬＨＣＰを有する光ビーム１７２８Ｂは、Ｌ２／ＨＷＰ２  １７０８上に入射する。図１７Ｂに関して上記に図示される光ビーム１７２８Ａと異なり、Ｌ２／ＨＷＰ２  １７０８上に入射する光ビーム１７２８Ｂは、ＬＨＣＰを有するため、Ｌ２／ＨＷＰ２  １７０８はさらに、光ビーム１７２８Ｂを、第２の屈折力Ｐ２に従って、ＲＨＣＰを有する光ビーム１７３２Ｂの中に発散させる。すなわち、図１７Ｂに関して図示されるＨＷＰ  １７１２Ａのアクティブ化状態と異なり、ＨＷＰ  １７１２Ｂは、非アクティブ化されているため、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ１  １７０４は、同一偏光ＬＨＣＰを有する光ビームを透過させるように構成される。したがって、図１７Ｂに関して図示される補償効果を有する、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８と異なり、図１７ＣにおけるＬ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８は、付加的レンズ効果をそれを通して通過する光に及ぼす。すなわち、Ｌ１／ＨＷＰ１上に入射する光ビーム１７２０およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０４上に入射する光ビーム１７２８Ｂの両方が、ＬＨＣＰを有するため、Ｌ２／ＨＷＰ２  １７０８から出射する光ビーム１７３２Ｂは、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４による発散に加え、さらに発散されるであろう。その後、非アクティブ化状態における適応レンズアセンブリ１７００Ｂからの出射に応じて、光ビーム１７３２Ａは、眼によって視認され得る。
【０２５９】
いくつかの実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４の第１の屈折力Ｐ１およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８の第２の屈折力Ｐ２は両方とも、負（すなわち、発散）であってもよく、実質的に同一または合致される大きさを有してもよい。これらの実施形態では、約Ｐ１＋Ｐ２であり得る、適応レンズアセンブリ１７００Ｂの正味屈折力Ｐｎｅｔは、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８の組み合わせの付加的レンズ効果のため、Ｐ１またはＰ２のものの実質的に２倍であり得る。しかしながら、実施形態は、そのように限定されず、第１および第２の屈折力Ｐ１、Ｐ２は、異なる大きさを有してもよい。
【０２６０】
図示される実施形態では、入射光ビーム１７２０は、ＬＨＣＰを有するが、類似結果は、入射光ビーム１７２０がＲＨＣＰを有するときにももたらされるであろうことを理解されたい。すなわち、光ビーム１７２０が、ＲＨＣＰを有するとき、図示される実施形態と異なり、結果として生じる光ビーム１７３２Ｂは、ＬＨＣＰを有し、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８によって、第１および第２の屈折力Ｐ１およびＰ２の大きさのほぼ和である大きさを有する、正味屈折力Ｐｎｅｔに従って収束される。
【０２６１】
図１７Ｃに関して上記に説明される、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８のレンズ効果および入射光ビームの偏光状態へのレンズ効果の依存性は、単なる一実施例としての役割を果たし、他の構成も、可能性として考えられることを理解されたい。例えば、図１７Ｂでは、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８は、ＬＨＣＰを有する光を発散させる一方、ＲＨＣＰを有する光を収束させるように構成されるが、他の実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８は、反対に、ＬＨＣＰを有する光を発散させる一方、ＲＨＣＰを有する光を収束させるように構成されてもよい。
【０２６２】
その結果、いくつかの実施形態では、適応レンズアセンブリ１７００Ｂの切替可能な半波長板１７１２Ｂが、非アクティブ化状態にあるとき、出射する光ビーム１７３２Ｂは、入射光ビーム１７２０に対して反対ＨＣＰを有し、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４の付加的屈折力Ｐ１およびＬ２／ＨＷＰ２  １７０８のＰ２に従って発散されてもよい。その結果、ユーザが、仮想コンテンツを視認するとき、仮想コンテンツは、その値が約Ｐｎｅｔ＝Ｐ１＋Ｐ２である、正味屈折力に従って、眼２１０の中に集束される。
【０２６３】
上記には、非アクティブ化状態における適応レンズアセンブリ１７００Ｂが、図１１Ａに関して上記に説明されるディスプレイデバイス１１００Ａにおけるユーザ側の第２の適応レンズアセンブリ１００８として構成されるときについて説明された。しかしながら、図１１Ｂに関して上記に説明されるように、任意の補償効果を伴わずに、第２の適応レンズアセンブリ１００８をアクティブ化し、仮想コンテンツをユーザの眼２１０に表示することは、実世界のビューの焦点ずれまたは歪曲をもたらし得、これは、望ましくあり得ない。したがって、世界側の第１の適応レンズアセンブリ１００４を、仮想コンテンツを表示するように非アクティブ化されると、少なくとも部分的に、第２の適応レンズアセンブリ１００８のレンズ効果を補償または無効にするように構成することが望ましくあり得る。
【０２６４】
図１７Ｃに戻って参照すると、ユーザ側の第２の適応レンズアセンブリ１００８（図１１Ｂ）のレンズ効果を無効にするための世界側の第１の適応レンズアセンブリ１００４（図１１Ｂ）として構成されるとき、適応レンズアセンブリ１７００Ｂのコンポーネントは、図１１Ｂに関して上記に説明されるように、同様に構成されてもよい。すなわち、世界５１０から眼２１０に透過される光が、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８を横断するにつれて、それぞれ、図１７Ｃに関して説明される適応レンズアセンブリ１７００Ｂに関して上記に説明されるように構成されてもよい。動作時、上記に説明されるように、世界から第１の適応レンズアセンブリ１００４を通して透過される光の偏光は、第１の偏光状態から第２の偏光状態、例えば、ＲＨＣＰからＬＨＣＰに変換される。続いて、第２の適応レンズアセンブリ１００８を通して透過される光の偏光は、第２の偏光状態から第１の偏光状態、例えば、ＬＨＣＰからＲＨＣＰに逆変換される。さらに、図１１Ｂに関して上記に説明されるように、世界から第１の適応レンズアセンブリ１００４を通して透過される光は、第１の符号、例えば、正の符号を有する、第１の正味屈折力Ｐｎｅｔ１＝Ｐ１＋Ｐ２に従って、第１のレンズ効果、例えば、収束効果を受ける。続いて、第２の適応レンズアセンブリ１００８を通して透過される光は、第２の適応レンズアセンブリ１００８上に入射する光が、第１の適応レンズアセンブリ１００４上に入射する光と反対偏光を有するため、第２の符号、例えば、負の符号を有する、第２の正味屈折力Ｐｎｅｔ２＝Ｐ１’＋Ｐ２’に従って、第１のレンズ効果と反対の第２のレンズ効果、例えば、発散効果を受ける。Ｐｎｅｔ１およびＰｎｅｔ２が、実質的に類似大きさを有するとき、Ｐ＝Ｐｎｅｔ１＋Ｐｎｅｔ２によって近似される、全体的レンズ効果は、実質的にゼロであり得る。その結果、ユーザが、第２のレンズアセンブリ１００８をアクティブ化することによって、仮想コンテンツを視認し、かつ周囲世界内の実オブジェクトを視認するとき、世界のビューは、比較的に、第１のレンズアセンブリ１００４の補償効果によって影響されない。
【０２６５】
種々の実施形態では、非アクティブ化されると、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、約±５．０ジオプタ〜０ジオプタ、±４．０ジオプタ〜０ジオプタ、±３．０ジオプタ〜０ジオプタ、±２．０ジオプタ〜０ジオプタ、±１．０ジオプタ〜０ジオプタの範囲内（これらの値によって定義された任意の範囲、例えば±１．５ジオプタを含む）の正味屈折力（正または負）を提供してもよい。
【０２６６】
（切替可能な半波長板と、波長板レンズとを有する、適応レンズアセンブリを含む、ディスプレイデバイス）
以下では、図１０、１１Ａおよび１１Ｂに関して上記に説明されるディスプレイデバイスの実施例であって、波長板レンズと、切替可能な波長板とを備える適応レンズアセンブリ、例えば、図１７Ａ−１７Ｃに関して上記に説明される適応レンズアセンブリ１３００が、いくつかの実施形態に従って統合されている。切替可能な波長板は、例えば、図１３Ａ−１３Ｆ、図１４Ａ−１４Ｃ、および図１５Ａ−１５Ｂに関して上記に説明される、広帯域切替可能波長板のうちの１つであってもよい。
【０２６７】
図１８Ａおよび１８Ｂは、例示的ディスプレイデバイス１８００Ａ／１８００Ｂを図示し、それぞれ、第１の広帯域適応導波管レンズアセンブリ１００４と第２の広帯域適応導波管レンズアセンブリ１００８との間に介在される、導波管アセンブリ１０１２を含む。ディスプレイデバイス１８００Ａは、図１１Ａ／１１Ｂに関して上記に説明される、ディスプレイデバイス１１００Ａ／１１００Ｂに類似し、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、第１の波長板レンズ（Ｌ１／ＨＷＰ１）１７０４、例えば、第１の半波長板レンズと、第２の波長板レンズ（Ｌ２／ＨＷＰ２）１７０８、例えば、第２の半波長板レンズと、切替可能な波長板（ＨＷＰ３）１７１２、例えば、切替可能な半波長板とを備える。
【０２６８】
図１８Ａを参照すると、ディスプレイデバイス１８００Ａは、動作時、図１７Ａに関して上記に説明される第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８の両方とも、アクティブ化されているときとして説明される。第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８は、切替可能な波長板１７１２（図１７Ａ）が、アクティブ化されるとき、例えば、電流または電圧が、切替回路１８１６、１８１６’によって、切替可能な波長板１７１２に印加されないとき、アクティブ化されてもよい。構成されるように、ディスプレイデバイス１８００Ａは、例えば、仮想画像を表示せずに、実世界ビューをユーザに表示するために構成されてもよい。例えば、ディスプレイデバイス１８００Ａは、図１７Ｂに関して詳細に説明されるように、通常の眼鏡または通常のゴーグルとして使用されるように構成されてもよい。図１７Ａと同様に、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、第１の波長板レンズ（Ｌ１／ＨＷＰ１）１８０４、例えば、第１の半波長板レンズと、第２の波長板レンズ（Ｌ２／ＨＷＰ２）１８０８、例えば、第２の半波長板レンズと、切替可能な波長板（ＨＷＰ３）１８１２、例えば、切替可能な半波長板とを含む。図１７Ａに関して説明されるように、Ｌ１／ＨＷＰ１  １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １８０８はそれぞれ、第１のレンズ効果、例えば、発散効果を、第１のＨＣＰ、例えば、それを通して通過するＬＨＣＰを有する光に及ぼすように構成されてもよい。加えて、Ｌ１／ＨＷＰ１  １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １８０８はそれぞれまた、第１のレンズ効果と反対の第２のレンズ効果、例えば、収束効果を、反対ＨＣＰ、例えば、それを通して通過するＲＨＣＰを有する光に及ぼすように構成されてもよい。非アクティブ化される、例えば、切替回路１８１６、１８１６’によって提供される、電圧または電流信号を使用して、電気的に非アクティブ化されると、ＨＷＰ３  １７１２Ｂ（図１７Ｃ）は、波長板、例えば、半波長板としての役割を果たす。図１７Ｃに関して上記に説明されるように、非アクティブ化されると、ＨＷＰ３  １７１２Ｂ（図１７Ｃ）は、それぞれ、それを通して通過する光をＬＨＣＰまたはＲＨＣＰを有する光からＲＨＣＰまたはＬＨＣＰを有する光に変換するように構成される、半波長板としての役割を果たす。他方では、アクティブ化される、例えば、切替回路１８１６、１８１６’によって提供される電圧または電流信号を使用して、例えば、電圧または電流信号を除去することによって、電気的にアクティブ化されると、ＨＷＰ３  １７１２Ａ（図１７Ｂ）は、偏光に影響を及ぼさずに、光のための透過媒体としての役割を果たす。Ｌ１／ＨＷＰ１  １８０４と、Ｌ２／ＨＷＰ２  １８０８と、ＨＷＰ３、１８１２Ａとを含む、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８の詳細な動作原理は、図１７Ａおよび１７Ｂに関して上記に提供されているため、ここでは省略される。
【０２６９】
図１７Ｂおよび１７Ｃに関して詳細に説明される動作原理に基づいて、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８が、アクティブ化状態にあるとき、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８のそれぞれから出射する、光ビーム（例えば、図１７Ｂにおける１７３２Ａ）は、その上に入射する光ビーム（例えば、図１７Ｂにおける１７２０）と同一ＨＣＰを有する。加えて、入射光ビーム１７２０および出射光ビーム１７３２Ａは、図１３Ｂに関して上記に説明されるように、第１および第２のレンズアセンブリ１００４、１００８の正味屈折力の補償のため、レンズ屈折力の大きさの観点から、実質的に合致され得る。
【０２７０】
図１８Ｂは、いくつかの実施形態による、動作時、切替可能な波長板が非アクティブ化されている、図１８Ａのディスプレイデバイスの実施例を図示する。第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８は、例えば、切替回路１８１６、１８１６’を使用して、電流または電圧を切替可能な波長板１７１２に印加することによって、個別の切替可能な波長板１７１２（図１７Ａ）をアクティブ化する。以下では、適応レンズアセンブリ１００４、１００８のレンズ効果から生じる歪曲が低減または本質的に排除された状態で、仮想画像をユーザに出力する一方、また、実世界内のオブジェクトからの光を透過させる、ディスプレイデバイス１８００Ｂの動作が、説明される。
【０２７１】
仮想画像を表示するとき、図１１Ａおよび１７Ｃに関して上記に説明されるように、ｘ−方向に導波管アセンブリ１０１２内の導波管内を伝搬する光の一部は、ｚ−方向に再指向または外部結合されてもよい。光ビーム１７２０は、光ビーム１７２０が第２の適応レンズアセンブリ１００８のＬ１／ＨＷＰ１８０４上に衝突するまで、例えば、正のｚ−方向に進行する。図１７Ｃに関して上記に説明される、第２の適応レンズアセンブリ１００８の動作原理に基づいて、第２の適応レンズアセンブリ１００８が、非アクティブ化状態では、出射する光ビーム（例えば、図１７Ｃにおける１７３２Ｂ）は、入射光ビーム（例えば、図１７Ｃにおける１７２０）と反対ＨＣＰを有し、仮想コンテンツを対応する仮想深度平面に表示するために、第２の正味屈折力Ｐｎｅｔ２に従って発散される。
【０２７２】
種々の実施形態では、非アクティブ化されると、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、約±５．０ジオプタ〜０ジオプタ、±４．０ジオプタ〜０ジオプタ、±３．０ジオプタ〜０ジオプタ、±２．０ジオプタ〜０ジオプタ、±１．０ジオプタ〜０ジオプタの範囲内（これらの値によって定義された任意の範囲、例えば±１．５ジオプタを含む）の正味屈折力（正または負）を提供してもよい。いくつかの実施形態では、第１および第２の切替可能なアセンブリ１００４、１００８の屈折力が、世界を視認する際、相互に補償するように、導波管アセンブリ１０１２と世界との間の第１の適応レンズアセンブリ１００４は、正の屈折力を有してもよい一方、導波管アセンブリ１０１２とユーザとの間の第２の適応レンズアセンブリ１００８は、負の屈折力を有してもよい。
【０２７３】
その結果、依然として図１８Ａおよび１８Ｂを参照すると、ディスプレイデバイス１８００Ａ／１８００Ｂは、世界５１０と眼２１０との間の光学経路内の一対の適応レンズアセンブリ１００４、１００８を備え、対の適応レンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、電気的に非アクティブ化されると、それを通して通過する光の偏光状態を改変するように構成される、切替可能な波長板（例えば、図１７Ａ／１７Ｂにおける１７１２Ａ／１７１２Ｂ）を備える。電気的に非アクティブ化されると、対の適応レンズアセンブリは、対の適応レンズアセンブリを通して通過する光が、対の適応レンズアセンブリの屈折力の大きさ間のほぼ差である大きさを有する、組み合わせられた屈折力に従って、収束または発散するように、反対符号を有する、正味屈折力（Ｐｎｅｔ１、Ｐｎｅｔ２）を有する。仮想コンテンツは、負であり得る、Ｐｎｅｔ２に従って、ある深度平面においてユーザによって観察され得る一方、世界のビューは、比較的に、少なくとも部分的に、正であり得る、Ｐｎｅｔ１によって補償される、Ｐｎｅｔ２によって影響されない。
【０２７４】
いくつかの実施形態では、対の適応レンズアセンブリはそれぞれ、切替回路１８１６、１８１６’を使用して、複数の値のうちの１つに電気的に調節可能または同調可能である、個別の正味屈折力（Ｐｎｅｔ１、Ｐｎｅｔ２）を有する。上記に説明されるように、導波管アセンブリ１０１２によって外部結合される光によって生産された仮想オブジェクトの画像が、３Ｄ内で移動するにつれて、ユーザ側の第２の適応レンズアセンブリ１００８の第２の正味屈折力（Ｐｎｅｔ２）は、仮想深度平面の変化する深度に適合するように調節される。同時に、実施形態によると、第１の適応レンズアセンブリ１００４の第１の正味屈折力（Ｐｎｅｔ１）も、対応して、実世界のビューが、望ましくなく焦点ずれまたは歪曲されないように、切替回路１８１６、１８１６’を使用して調節される。本および他の必要性に対処するために、いくつかの実施形態では、ディスプレイデバイス１８００Ａ／１８００Ｂは、組み合わせられた屈折力（Ｐｎｅｔ１＋Ｐｎｅｔ２）が、ほぼ一定、例えば、約ゼロのままであるように、対の適応レンズアセンブリ１００４、１００８のうちの第１のものの第１の正味屈折力（Ｐｎｅｔ１）が、電気的に調節されると、対の適応レンズアセンブリのうちの第２のものの第２の屈折力（Ｐｎｅｔ２）が、対応して、調節されるように構成される、コントローラ１８０４を備える。コントローラ回路および切替可能な波長板１８１２は、本明細書に説明されるように、第１および第２の正味屈折力Ｐｎｅｔ、Ｐｎｅｔ２を切り替え、第２の適応レンズアセンブリ１００８を使用して、仮想深度平面を調節し、第１の適応レンズアセンブリ１００４を使用して、実世界ビューを補償するための時間が、約１００ミリ秒未満、約５０ミリ秒未満、約１０ミリ秒未満、約５ミリ秒未満、約１ミリ秒未満、またはこれらの値のいずれかによって定義された範囲内の値であるように構成される。
【０２７５】
（広帯域切替可能波長板レンズ）
上記に説明されるように、種々の実施形態によると、広帯域適応波長板レンズアセンブリは、異なる屈折力を有する複数の状態間で選択的に切り替えられることによって、画像を複数の深度平面に生成することができる。上記に説明されるいくつかの実施形態では、広帯域適応波長板レンズアセンブリの広帯域能力は、広帯域の切替可能な波長板（例えば、図１２Ａにおける１１５８）と結合される、１つ以上の広帯域受動波長板レンズ（例えば、図１２Ａにおける１１５４Ａ）によって有効にされることができる。いくつかの他の実施形態では、広帯域適応波長板レンズアセンブリの広帯域能力は、広帯域切替可能波長板（例えば、図１２Ｂにおける１１５４Ｂ）を伴わずに、広帯域の切替可能な波長板レンズによって有効にされることができる。以下では、広帯域の切替可能な波長板レンズの液晶層およびそれを有する広帯域適応レンズアセンブリの構造および構成が、実施形態に従って説明される。
【０２７６】
図１９Ａは、種々の実施形態による、透明基板上に形成されるＬＣ分子の層を備える、広帯域波長板レンズ１９００の平面図を図示する。最下ＬＣ分子または基板に最も近いＬＣ分子の伸長方向および／またはそこから結果として生じるＬＣ分子の局所配向子の空間分布は、図１９Ａに描写される矢印のパターンに従って分散されることができる。図示される実施形態では、中心領域から所与の半径における基板に最も近いＬＣ分子は、概して、同一伸長方向を有する。
【０２７７】
いくつかの実施形態では、波長板レンズ１９００は、半径方向に対称であって、半径方向に変調される、複屈折プロファイルを有する、偏光タイプフレネルゾーンプレート（ＦＺＰ）レンズである。いくつかの実施形態では、ＬＣ分子の伸長方向の配向または局所配向子は、数学的関数に従って、半径の関数として変動し得る。図示される実施形態では、ＬＣ分子の局所配向子の方位角φは、波長板レンズ１９００の中心から異なる半径に配置される異なるゾーン内で離散値を有し得る。例えば、ｍ番目のゾーン内のφは、以下のように表され得る。
【化１】
2021501361.tif 000003
式中、ｆは、焦点距離であって、ｒは、波長板レンズ１９００の中心からの距離である。
【０２７８】
いくつかの他の実施形態では、ＬＣ分子の伸長方向または局所配向子の空間分布またはそこから結果として生じる局所複屈折は、図１６Ａおよび１６Ｂに関して上記に説明されるものに類似し得る。
【０２７９】
いくつかの実施形態では、最下ＬＣ分子の上方のＬＣ分子の局所配向方向、例えば、伸長方向は、概して、基板に最も近い最下ＬＣ分子のものと同一である。いくつかの他の実施形態では、最下ＬＣ分子の上方のＬＣ分子の局所配向方向は、概して、基板に最も近い最下ＬＣ分子のものと異なり得る。例えば、最下ＬＣ分子の上方のＬＣ分子の局所配向方向は、下記（例えば、図２０Ａ、２０Ｂ）に説明されるように、連続的に捻転されることができる。
【０２８０】
動作時、図１６Ａおよび１６Ｂに関して上記に説明される波長板レンズと類似様式において、広帯域波長板レンズ１９００は、第１の偏光、例えば、右回り円偏光（ＲＨＣＰ）を有する入射光１１６２Ｂのための凸面（または正の）レンズ（図１９Ｂ）として機能する一方、第２の偏光、例えば、左回り円偏光（ＬＨＣＰ）を有する入射光１１６２Ａのための凹面（または負の）レンズ（図１９Ｃ）として機能する、偏光選択的レンズ効果を有する。加えて、広帯域波長板レンズ１９００は、回折された光の偏光を転換させる。すなわち、ＲＨＣＰを有する入射光１１６２Ｂは、広帯域波長板レンズ１９００によって、図１９Ｂに図示されるように、ＬＨＣＰを有する光１１６６Ａに変換される一方、ＬＣＨＰを有する入射光１１６２Ａは、波長板レンズ１９００によって、図１９Ｃに図示されるように、ＲＨＣＰを有する光１１６６Ｂに変換される。回折されない漏出光１９０４の相対的割合は、上記に説明されるように、回折効率を決定する。
【０２８１】
本発明者らは、波長板レンズの高帯域幅能力におけるさらなる改良が、特に、ＬＣ分子の捻転配列を１つ以上のＬＣ層内で垂直に構成することによって（例えば、図２０Ａ、２０Ｂ）、または負の分散ＬＣ材料（図２１）を採用することによって達成され、回折されない漏出光１９０４をさらに低減させ、回折効率を増加させ得、これが、ひいては、下記に説明されるように、残影画像等の望ましくない視覚的効果をさらに低減させることを見出した。
【０２８２】
図２０Ａおよび２０Ｂは、実施形態による、それぞれ、結晶の複数のＬＣ層を備える、広帯域波長板レンズ２０００の平面図および断面図を図式的に図示する。図示される広帯域波長板レンズ２０００は、ＬＣ層２００４、２００８の一方による光の遅延が、ＬＣ層２００４、２００８の他方によって補償されるように、反対捻転向きを有する、ＬＣ分子を有する、２つのＬＣ層２００４、２００８のスタックを備える。例証目的のみのために、図２０Ａおよび２０Ｂは、特定の方式において図式的に側方に変動する、ＬＣ分子の相対的配向を描写する。しかしながら、ｚ方向における所与の深度においてｘ−ｙ平面を横断したＬＣ分子の側方配列も、図１６Ａおよび１６Ｂに関しておよび図１９Ａに関して上記に例証されるものを含む、上記に説明される種々の配列のいずれかを有することができることを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、基板に最も近いＬＣ分子は、概して、同一局所配向方向、例えば、中心領域から所与の半径において、局所伸長方向または局所配向子を有する、および／または図１９Ａに関して上記に説明されるものと類似様式において、半径の関数として変動する、配向方向を有する。加えて、２つのＬＣ層２００４、２００８内の所与の柱状領域内のＬＣ分子の配列は、ネマチック配向子ｎを有するものとして表され得、これは、以下に従って、ＬＣ層内の垂直場所の関数として変動する。
【化２】
2021501361.tif 000004
式中、φは、ｘ−ｚ平面における配向子ｎの方位角である。すなわち、ＬＣ層２００４、２００８の一方内に捻転の第１の向きを有する、ＬＣ分子の所与の列に関して、ＬＣ層２００４、２００８の他方内のＬＣ分子の対応する列は、捻転の反対向きを有する。言い換えると、２つのＬＣ層２００４、２００８内のＬＣ分子は、２つのＬＣ層２００４、２００８間の界面を中心として相互の鏡像を有する。
【０２８３】
実施形態によると、反応性メソゲンが、２つのＬＣ層２００４、２００８内のＬＣ分子の配列を作成するために採用されることができる。例えば、整合層１３０２−０を基板１３１２上に好適に構成することによって、整合層１３０２−０に最も近い第１のＬＣ層２００４内の最下ＬＣ分子は、第１の方位角を有するように配列されることができる。
【０２８４】
第１の方位角は、例えば、図１６Ａ、１６Ｂ、および１９Ａのいずれかに関して上記に説明されるように、ＬＣ分子の伸長方向の配列に従って、画定されることができる。加えて、第１のＬＣ層２００４内の最下ＬＣ分子の上方のＬＣ分子は、第１のＬＣ層２００４の表面に最も近い最上ＬＣ分子が第２の方位角を有するように、キラル剤を第１のＬＣ層２００４に添加することによって、第１の捻転を有するように構成されることができる。その後、第１のＬＣ層２００４の表面領域を好適に構成することによって、第１のＬＣ層２００４に最も近い第２のＬＣ層２００８内の最下ＬＣ分子は、第２の方位角を有するように配列されることができる。加えて、第２のＬＣ層２００８内の最下ＬＣ分子の上方のＬＣ分子は、第２のＬＣ層２００８の表面に最も近い最上ＬＣ分子が第３の方位角を有するように、キラル剤を第２のＬＣ層２００８に添加することによって、第２のキラル捻転を有するように構成されることができる。いくつかの実施形態では、第１および第２のキラル捻転は、第１のＬＣ層２００４の最下ＬＣ分子および第２のＬＣ層２００８の最上ＬＣ分子が同一の第１の方位角を有するように、ほぼ同一である。
【０２８５】
一例示的構成では、好適な厚さ、例えば、約１μｍ〜２μｍまたは約１．５μｍ〜２μｍ、例えば、約１．７μｍ、および好適なキラル捻転約５０度〜９０度または約６０度〜８０度、例えば、約７０度を有するようにＬＣ層２００４、２００８を構成することによって、回折効率の波長範囲が９９％を上回る、４０％、５０％または６０％、例えば、約５６％を上回る相対的帯域幅Δλ／λｏが、実施形態に従って達成されることができる。
【０２８６】
上記に説明されるように、回折効率（η）は、η＝ｓｉｎ２（πΔｎｄ／λ）として表され得、式中、Δｎは、複屈折であって、λは、波長であって、ｄは、厚さである。概して、光学的に異方性の材料は、λの増加に伴って減少する、Δｎを示す（本明細書では、Δｎの正の分散と称される）。しかしながら、Δｎの正の分散は、異なる位相遅延Γ＝２πΔｎｄ／λを異なるλにおいてもたらす。本発明者らは、λの増加に伴って増加するΔｎを示す（本明細書では、Δｎの負の分散を有すると称される）、光学的に異方性の材料を採用することによって、位相遅延Γが、実施形態に従って、異なるλにおいて比較的に一定に保たれることができ、回折効率ηが、比較的に高く、比較的に広波長範囲にわたって一定に保たれることができることを認識する。
【０２８７】
図２１は、実施形態による、基板１３１２および整合層１３１２−０上に形成される、負の分散（ＮＤ）液晶（ＬＣ）層２１０４を備える、広帯域波長板レンズ２１００の断面図を図示する。図１９Ａおよび図２０Ａ／２０Ｂに関して上記に説明される広帯域波長板レンズと同様に、レンズ効果を提供するために、ＮＤ  ＬＣ層２１０４は、例えば、波長板レンズ２１００が、中心領域から半径方向に変動する、複屈折（Δｎ）を有するように、整合層１３１２−０を好適に配列することによって、配列されることができる。加えて、いくつかの実施形態では、基板１３１２に最も近い最下ＬＣ分子は、例えば、本明細書の他の場所に議論されるように好適に構成される、整合層１３１２−０を使用して、図１６Ａ、１６Ｂ、および１９Ａに関して上記に説明されるものと類似様式において、概して、中心領域から所与の半径において同一配向方向を有し、概して、半径の関数として変動する配向方向を有するように配列されることができる。
【０２８８】
種々の実施形態では、負の分散（ＮＤ）液晶（ＬＣ）層２１０４は、０．０５〜０．１０、０．１５〜０．２０、０．２０〜０．２５、０．２５〜０．３０、０．３０〜０．３５、０．３５〜０．４０、０．４０〜０．４５、０．４５〜０．５０、０．５０〜０．５５、０．５５〜０．６０、０．６０〜０．６５、０．６５〜０．７０、またはこれらの値のいずれかによって定義された範囲内の値の代表値、局所値、平均値、中央値、最大値、または最小値の複屈折（Δｎ）を有することができる。加えて、負の分散（ＮＤ）液晶（ＬＣ）層２１０４は、０．０１〜０．０５、０．０５〜０．１０、０．１５〜０．２０、０．２０〜０．２５、０．２５〜０．３０、０．３０〜０．３５、０．３５〜０．４０の範囲、またはこれらの値のいずれかによって定義された範囲内の値の層内複屈折（Δｎ）を有することができる。
【０２８９】
依然として、図２１を参照すると、図２０Ａおよび２０Ｂに関して上記に説明されるＬＣ分子と異なり、ＮＤ  ＬＣ層２１０４は、垂直に均質であってもよい。例えば、ＮＤ  ＬＣ層２１０４では、最下ＬＣ分子の上方に形成されるＬＣ結晶は、捻転されなくてもよい。代わりに、いくつかの実施形態では、所与の柱状領域内において、局所配向子ｎは、ＮＤ  ＬＣ層２１０４の厚さを横断して実質的に一定であってもよい。いくつかの他の実施形態では、所与の柱状領域内において、局所配向子ｎは、ＬＣ層２１０４の厚さを横断して実質的に無作為であってもよい。
【０２９０】
種々の実施形態によると、ＮＤ  ＬＣ層２１０４は、Δｎが、約６２０〜７８０ｎｍの範囲内の波長を含む赤色スペクトル、約４９２〜５７７ｎｍの範囲内の波長を含む緑色スペクトル、および約４３５〜４９３ｎｍの範囲内の青色スペクトル、または約４００ｎｍ〜８００ｎｍ、例えば、４００〜７００ｎｍ、４３０〜６５０ｎｍ、または４５０〜６３０ｎｍ内の可視スペクトル内の任意の波長によって定義された波長の範囲内のうちの１つ以上のものを含む、４００〜８００ｎｍ内の可視スペクトルの少なくとも一部内の波長（λ）の増加に伴って増加する材料性質を有する、材料、例えば、反応性メソゲンから形成されてもよい。いくつかの実施形態では、これらの波長の範囲のいずれか内において、ＮＣＬＣ層２１０４は、通常の屈折率ｎｏのものより小さい異常屈折率ｎｅの分散を有する。
【０２９１】
いくつかの実施形態では、ＮＤ  ＬＣ層２１０４は、スメクチック液晶（ＬＣ）、例えば、スメクチックＬＣポリマー合成材料を含む。
【０２９２】
有利には、いくつかの実施形態では、広帯域波長板レンズ２１００は、例えば、複数の層を有する、図２０Ａおよび２０Ｂに関して上記に説明される広帯域波長板レンズ２０００と異なり、複屈折を有する、単一ＮＤ  ＬＣ層２１０４を有する。
【０２９３】
図１６Ａ、１６Ｂ、１９Ａ、２０Ａ／２０Ｂ、および２１のうちの任意の１つに関して上記に説明される、広帯域波長板レンズの種々の実施形態では、ＬＣ層は、実施形態によると、受動的または切替可能であるように構成されることができる。受動レンズとして構成されると、ＬＣ分子の層は、重合化されたＬＣ（ＬＣＰ）から形成されることができる一方、切替可能なレンズとして構成されると、ＬＣ分子の層は、重合化されていないＬＣ分子または反応性メソゲンから形成されることができる。切替可能なレンズとして構成されると、図１６Ａ、１６Ｂ、１９Ａ、２０Ａ／２０Ｂ、および２１に関して上記に説明される波長板レンズはさらに、上記に説明される種々の実施形態に関して上記に説明されるものと類似様式において、透明電極をＬＣ分子の層の両側（例えば、図１４Ｃ）または同一側（例えば、図１５Ａ／１５Ｂ）上に備える。
【０２９４】
図２２Ａ−２２Ｃは、切替可能な広帯域波長板レンズ２２００を図示し、これは、動作時、図１６Ａ、１６Ｂ、１９Ａ、２０Ａ／２０Ｂ、および２１のうちの任意の１つに関して上記に説明される、広帯域波長板レンズのいずれかに類似してもよい。図２２Ａ、２２Ｂ、および２２Ｃは、それぞれ、その上に入射するＬＨＣＰ光ビームを有する、非アクティブ化された切替可能な広帯域波長板レンズ２２００、その上に入射するＲＨＣＰ光ビームを有する、非アクティブ化された切替可能な広帯域波長板レンズ２２００およびその上に入射するＬＨＣＰ光ビーム１１６２ＡまたはＲＨＣＰ光ビーム１１６２Ｂを有する、アクティブ化された切替可能な広帯域波長板レンズ２２００を図示する。
【０２９５】
図２２Ａを参照すると、切替可能な広帯域波長板レンズ２２００は、図１６Ａ、１６Ｂ、１９Ａ、２０Ａ／２０Ｂ、および２１のうちの任意の１つに関して上記に説明されるように配列され、電気的にアクティブ化および非アクティブ化することによって、異なるレンズ状態間で選択的に切り替えられるように構成される、液晶を備える。動作時、切替可能な広帯域波長板レンズ２２００は、種々の実施形態によると、入射光１１６２Ａ、１１６２Ｂの偏光、例えば、円偏光に応じて、屈折力−Ｐに従って、光を発散させ、屈折力Ｐに従って、光を収束させるように構成される。
【０２９６】
図２２Ａを参照すると、非アクティブ化されると、切替可能な広帯域波長板レンズ２２００は、その上に入射するＬＨＣＰ光ビーム１１６２Ａを、屈折力−Ｐに従って、ＲＨＣＰ光ビーム１１６６Ｂの中に発散させるように構成される。逆に言えば、図２２Ｂを参照すると、非アクティブ化されると、例えば、電気的に非アクティブ化されると、切替可能な広帯域波長板レンズ２２００は、その上に入射するＲＨＣＰ光ビーム１１６２Ｂを、屈折力Ｐに従って、ＬＨＣＰ光ビーム１１６６Ａの中に収束させるように構成される。他方では、図２２Ｃを参照すると、アクティブ化されると、例えば、電気的にアクティブ化されると、それを通して通過する円偏光の偏光は、保存され（図示せず）、その上に入射するＲＨＣＰ光ビーム１１６２ＢおよびＬＨＣＰ光ビーム１１６２Ａは、実質的に収束または発散されずに（すなわち、屈折力Ｐ  約０）、切替可能な広帯域波長板レンズ２２００を通して通過する。
【０２９７】
（切替可能な波長板レンズを有する広帯域適応波長板レンズアセンブリ）
図２２Ａ−２２Ｃに関して上記に説明されるように、実施形態による、切替可能な広帯域波長板レンズは、非アクティブ化されると、入射光の偏光に応じて、屈折力Ｐまたは−Ｐを付与し得る一方、アクティブ化されると、実質的に屈折力を付与し得ないように構成されることができる。本発明者らは、２つ以上の切替可能な広帯域波長板レンズを組み合わせることによって、より多くのレンズ状態が、仮想画像を多くの異なる焦点深度に表示するために取得されることができることを認識する。以下では、複数の切替可能な広帯域波長板レンズを備える、広帯域適応レンズアセンブリが、説明され、異なる屈折力を有するように広帯域波長板レンズを構成することによって、２ｎの異なる屈折力状態が、所与の偏光を有する入射光に関して取得されることができる。
【０２９８】
図２３Ａ−２３Ｄは、第１の切替可能な広帯域波長板レンズ２２０４と、第２の切替可能な広帯域波長板レンズ２２０８とを備える、広帯域適応レンズアセンブリ２３００を図示し、それぞれ、図２２Ａ−２２Ｃに関して上記に説明される切替可能な波長板レンズに類似する様式で動作し得る。切替可能な広帯域波長板レンズ２２０４、２２０８はそれぞれ、図１６Ａ、１６Ｂ、１９Ａ、２０Ａ／２０Ｂ、および２１のうちの任意の１つに関して上記に説明される広帯域波長板レンズのいずれかと類似様式において配列されてもよい。図２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、および２３Ｄは、第１の切替可能な広帯域波長板レンズ２３０４／第２の切替可能な広帯域波長板レンズ２３０８が、それぞれ、非アクティブ化／非アクティブ化される、非アクティブ化／アクティブ化される、アクティブ化／非アクティブ化される、およびアクティブ化／アクティブ化される、状態の組み合わせを図示する。
【０２９９】
図示される実施形態では、第１の切替可能な広帯域波長板レンズ２３０４は、図２２Ａ−２２Ｃに関して上記に説明される広帯域波長板レンズ２２００と比較して、類似様式において構成される。すなわち、非アクティブ化されると、第１の切替可能な広帯域波長板レンズ２３０４は、その上に入射するＬＨＣＰ光ビーム１１６２Ａを、屈折力−Ｐ１に従って、ＲＨＣＰビーム１１６６Ｂの中に発散させるように構成される。加えて、図示されないが、非アクティブ化されると、第１の切替可能な広帯域波長板レンズ２３０４は、その上に入射するＲＨＣＰ光ビームを、屈折力＋Ｐ１に従って、ＬＨＣＰビームの中に収束させるように構成される。他方では、アクティブ化されると、第１の切替可能な広帯域波長板レンズ２３０４は、それを通して通過する円偏光を実質的に収束または発散させずに（すなわち、屈折力Ｐ１  約０）、偏光を実質的に保存するように構成される。
【０３００】
他方では、第２の切替可能な広帯域波長板レンズ２３０８は、非アクティブ化されると、付与される屈折力の符号に対して、図２２Ａ−２２Ｃに関して上記に説明される広帯域波長板レンズ２２００と比較して、反対様式で動作するように構成される。すなわち、非アクティブ化されると、第２の切替可能な広帯域波長板レンズ２３０８は、その上に入射するＬＨＣＰ光ビーム１１６２Ａを、屈折力＋Ｐ２に従って、ＲＨＣＰビーム１１６６Ｂの中に収束させるように構成される。加えて、図示されないが、非アクティブ化されると、第２の切替可能な広帯域波長板レンズ２３０８は、その上に入射するＲＨＣＰ光ビームを、屈折力−Ｐ２に従って、ＬＨＣＰビームの中に発散させるように構成される。他方では、アクティブ化されると、第２の切替可能な広帯域波長板レンズ２３０８は、それを通して通過する円偏光を実質的に収束または発散させずに（すなわち、屈折力Ｐ２  約０）、偏光を実質的に保存するように構成される。
【０３０１】
図２３Ａを参照すると、第１の切替可能な広帯域波長板レンズ２３０４は、非アクティブ化され、その上に入射するＬＨＣＰ光ビーム１１６２Ａを、屈折力−Ｐ１に従って、ＲＨＣＰ光ビーム１１６６Ｂの中に発散させる。その後、第２の切替可能な広帯域波長板レンズ２２０８は、非アクティブ化され、その上に入射するＲＨＣＰ光ビーム１１６６Ｂを、屈折力−Ｐ２に従って、ＬＨＣＰ光ビーム１１７０Ａの中に発散させる。要するに、広帯域適応レンズアセンブリ２３００上に入射するＬＨＣＰ光ビーム１１６２Ａは、−（Ｐ１＋Ｐ２）の正味屈折力に従って、ＬＨＣＰ光ビーム１１７０Ａの中に発散される。
【０３０２】
図２３Ｂを参照すると、第１の切替可能な広帯域波長板レンズ２３０４は、非アクティブ化され、その上に入射するＬＨＣＰ光ビーム１１６２Ａを、屈折力−Ｐ１に従って、ＲＨＣＰ光ビーム１１６６Ｂの中に発散させる。その後、第２の切替可能な広帯域波長板レンズ２２０８は、アクティブ化され、実質的に収束またはさらに発散させずに、それを通して通過するＲＨＣＰ光ビーム１１６６Ｂの偏光を保存する。要するに、広帯域適応レンズアセンブリ２３００上に入射するＬＨＣＰ光ビーム１１６２Ａは、−Ｐ１の正味屈折力に従って、ＲＨＣＰ光ビーム１１６６ＢＡの中に発散される。
【０３０３】
図２３Ｃを参照すると、第１の切替可能な広帯域波長板レンズ２３０４は、アクティブ化され、実質的に収束または発散させずに、それを通して通過するＬＨＣＰ光ビーム１１６２Ａの偏光を保存する。その後、第２の切替可能な広帯域波長板レンズ２３０８は、非アクティブ化され、その上に入射するＬＨＣＰ光ビーム１１６２Ａを、屈折力＋Ｐ２に従って、ＲＨＣＰ光ビーム１１７０Ｂの中に収束させる。要するに、広帯域適応レンズアセンブリ２３００上に入射するＬＨＣＰ光ビーム１１６２Ｂは、＋Ｐ２の正味屈折力に従って、ＲＨＣＰ光ビーム１１７０Ｂの中に収束される。
【０３０４】
図２３Ｄを参照すると、第１および第２の切替可能な広帯域波長板レンズ２３０４、２３０８は両方とも、アクティブ化され、実質的に収束または発散させずに、それを通して通過するＬＨＣＰ光ビーム１１６２Ａの偏光を保存する。したがって、広帯域適応レンズアセンブリ２３００上に入射するＬＨＣＰ光ビーム１１６２Ｂは、ＬＨＣＰ光ビーム１１６２Ｂとして、実質的に影響されずに出現する。
【０３０５】
要するに、図２３Ａ−２３Ｄに図示されるように、第１および第２の切替可能な広帯域波長板レンズ２３０４、２３０８を選択的に切り替えることによって、広帯域適応レンズアセンブリ２３００は、実施形態によると、０、−Ｐ１、＋Ｐ２、および−（Ｐ１＋Ｐ２）の４つの異なる屈折力状態を有することができる。
【０３０６】
加えて、図示されないが、類似様式において、入射光が、ＲＨＣＰ光ビームであるとき、第１および第２の切替可能な広帯域波長板レンズ２３０４、２３０８を選択的に切り替えることによって、広帯域適応レンズアセンブリ２３００は、０、＋Ｐ１、−Ｐ２、および＋（Ｐ１＋Ｐ２）となるであろう、４つの異なる屈折力状態を有することができる。
【０３０７】
加えて、図示されないが、いくつかの実施形態では、第２の切替可能な広帯域波長板レンズ２３０８は、入射光の偏光への屈折力の符号の依存性の観点から、第１の切替可能な広帯域波長板レンズ２３０４と同一様式で動作するように構成されることができる。これらの実施形態では、例えば、入射光が、ＬＨＣＰ光ビームであるとき、結果として生じる４つの異なる屈折力状態は、０、−Ｐ１、−Ｐ２、および−（Ｐ１−Ｐ２）となるであろう。
【０３０８】
加えて、第２の切替可能な広帯域波長板レンズ２３０８が、入射光が、ＲＨＣＰ光ビームであるとき、入射光の偏光への屈折力の符号の依存性の観点から、第１の広帯域波長板レンズ２３０４と比較して、同一様式で動作するように構成される場合、結果として生じる４つの異なる屈折力状態は、０、Ｐ１、Ｐ２、および（Ｐ１−Ｐ２）となるであろう。
【０３０９】
図２３Ａ−２３Ｄでは、図示される広帯域適応レンズアセンブリ２３００は、レンズ自体（例えば、第１および第２の切替可能な広帯域波長板レンズ２３０４、２３０８）を独立して切り替えることによって、可変屈折力を達成するように構成される。しかしながら、第１および第２の切替可能な広帯域波長板レンズ２２０４、２２０８の一方または両方が、図１２Ａに関して上記に説明されるように、受動波長板レンズ１１５４Ａおよび切替可能な波長板１１５８の組み合わせに類似する、受動波長板レンズおよび切替可能な波長板の組み合わせによって置換され得る、他の実施形態も、可能性として考えられる。
【０３１０】
図２４Ａは、実施形態による、図１９Ａ、２０Ａ／２０Ｂ、および２１の任意の１つに関して上記に説明されるものに類似する、ＬＣ分子の切替可能な層を備える、統合された広帯域適応レンズアセンブリ２４００を図示する。統合された広帯域適応レンズアセンブリ２４００は、切替可能なＬＣ層２３０４を含み、これは、切替可能なＬＣ層２３０４が一対の受動波長板レンズスタック２３０８、２３１２間に介在されることを除き、図１９Ａ、２０Ａ／２０Ｂおよび２１のうちの任意の１つに関して上記に説明されるものに類似することができる。同様に、図１３Ｆに関して上記に説明されるように、ＬＣ分子は、スペーサ１３５０によって相互に面する、受動波長板レンズスタック２３０８、２３１２の表面間に形成される、間隙の中に挿入され、その挿入する方法は、本明細書の他の場所に説明される。第１の受動波長板レンズスタック２３０８は、基板１３１２を含み、その上に、下側透明電極１３１６が、形成された後、整合層２３０２および下側の重合化されたＬＣ（ＬＣＰ）層２３０２−１が続く。同様に、第２の受動波長板レンズスタック２３１２は、基板１３１２を含み、その上に、上側透明電極１３２０が、形成された後、整合層２３０２および上側の重合化されたＬＣ（ＬＣＰ）層２３０２−２が続く。
【０３１１】
第１および第２の受動波長板レンズスタック２３０８、２３１２はそれぞれ、波長板レンズおよびＬＣ分子を切替可能なＬＣ層２３０４内で整合させるための整合層としての役割を果たす。同様に、図１３Ｃ、１３Ｆに関して上記に説明されるように、間隙に最も近い下側ＬＣＰ層２３０２−１のＬＣ分子および間隙に最も近い上側ＬＣＰ層２３０２−２のＬＣ分子は、切替可能なＬＣ層２３０４の最外ＬＣ分子が自己整合されるように配列される。しかしながら、実施形態は、そのように限定されず、いくつかの他の実施形態では、切替可能なＬＣ層２２０４の最外ＬＣ分子は、第１および第２のＬＣＰ層２３０２−１、２３０２−２の両方のうちの１つが省略されるように、上側および／または下側整合層２３０２によって十分に整合されてもよい。
【０３１２】
図２４Ａおよび本明細書全体を通した種々の実施形態を参照すると、切替可能なＬＣ層、例えば、間隙の中に挿入される、切替可能なＬＣ層２３０４は、約１μｍ〜５０μｍ、１〜１０μｍ、１０〜２０μｍ、２０〜３０μｍ、３０〜４０μｍ、４０〜５０μｍ、またはこれらの値によって定義された任意の範囲内の値の厚さを有する。加えて、受動ＬＣ層、例えば、ＬＣＰ層２３０２−１、２３０２−２は、約０．１μｍ〜５０μｍ、０．１〜１μｍ、１〜１０μｍ、１０〜２０μｍ、２０〜３０μｍ、３０〜４０μｍ、４０〜５０μｍ、またはこれらの値によって定義された任意の範囲内の値の厚さを有することができる。
【０３１３】
図示される実施形態では、ＬＣＰ層２３０２−１、２３０２−２はそれぞれ、３０〜９０度、４０〜８０度、５０〜７０度、またはこれらの値のいずれかによって定義された範囲内の任意の角度、例えば、約６０度の正味捻転角度を有する、ＬＣ分子を有することができる。
【０３１４】
いくつかの実施形態では、切替可能なＬＣ層２３０４は、図２１に関して上記に説明されるＬＣ層に類似する、単一層であることができる。しかしながら、実施形態は、そのように限定されない。例えば、切替可能なＬＣ層２２０４は、図２０Ａ／２０Ｂに関して上記に説明されるものと類似様式において、複数のＬＣ層を含むことができる。
【０３１５】
動作時、図２４Ａに関して本明細書に説明される、統合された広帯域適応レンズアセンブリ２４００は、図１３Ｆに関して上記に説明される切替可能な波長板１３００Ｆに類似し得る、いくつかの特性を共有する。例えば、両実施形態では、切替可能な波長板要素（図１３Ｆにおける切替可能なＴＮ  ＬＣ層１３０２および図２４Ａにおける切替可能なＬＣ層２３０４）は、一対の受動波長板要素（図１３Ｆにおける複数のＴＮ  ＬＣ層１３０２−１、１３０２−２、重合化されたＬＣ（ＬＣＰ）層２３０２−１、２３０２−２）間に介在される。両実施形態では、切替可能な波長板要素は、それを通して通過する光の偏光を直交偏光に変化させるように構成される。同様に、両実施形態では、受動波長板要素も同様に、切替可能な波長板要素が、電気的にアクティブ化され、回折せずに、光をそれを通して通過させるとき、受動波長板要素が、相互に相殺効果を有するように、個別の整合層によって整合される。他方では、切替可能な波長板要素が、電気的に非アクティブ化され、それを通して通過する光を回折するとき、受動波長板要素は、相補的効果を有する。特定の実施形態では、受動波長板要素が、同一屈折力を有するとき、および切替可能な波長板要素が、アクティブ化されるとき、アセンブリの正味屈折力は、約ゼロであって、光の偏光は、改変されない。他方では、切替可能な波長板要素が、非アクティブ化されると、アセンブリの正味屈折力は、異なる符号を有する、切替可能かつ受動波長板要素の屈折力の正味和である。以下では、図２４Ｂ−２４Ｄに関して、受動波長板要素が、半波長板レンズであって、切替可能な波長板要素もまた、半波長板である、１つの特定の実施形態が、説明される。
【０３１６】
図２４Ｂ−２４Ｄは、動作時の統合された広帯域適応レンズアセンブリ２４００を図示し、これは、中央における切替可能な半波長板が屈折力を付与するレンズとして構成されることを除き、図１７Ａ−１７Ｃに関して上記に説明される適応レンズアセンブリに類似してもよい。
【０３１７】
図２４Ｂは、光学機能性の観点から、図２４Ａに関して上記に説明される、統合された広帯域適応レンズアセンブリ２４００を図示する。図２４Ｃは、動作時、図２４Ｂに図示される適応レンズアセンブリ２４００の切替可能な波長板レンズ２３０４がアクティブ化されるときの、統合された広帯域適応レンズアセンブリ２４００Ａ（図２４Ａ）を図示する一方、図２４Ｄは、動作時、図２４Ｂに図示される統合された広帯域適応レンズアセンブリ２４００の切替可能な波長板レンズ２３０４が非アクティブ化されるときの、切替可能なアセンブリ２４００Ｂを図示する。統合された広帯域適応レンズアセンブリ２４００は、それを通して、導波管アセンブリ１０１２（図１０、１１Ａ、１１Ｂ）から外部結合された光を結合および透過させるように構成される。統合された広帯域適応レンズアセンブリ２４００は、受動波長板レンズスタック２３０８に対応する第１の波長板レンズ（Ｌ１／ＨＷＰ１）２３０８（図２４Ａ）、例えば、第１の半波長板レンズと、受動波長板レンズスタック２３１２に対応する第２の波長板レンズ（Ｌ２／ＨＷＰ２）２３１２（図２４Ａ）、例えば、第２の半波長板レンズと、切替可能なＬＣ層２３０４に対応する切替可能な半波長板（Ｌ３／ＨＷＰ３）２３０４（図２４Ａ）とを備える。
【０３１８】
図２４Ｂ−２４Ｄでは、非アクティブ化状態におけるＬ３／ＨＷＰ  ２３０４Ｂ（図２４Ｄ）、Ｌ１／ＨＷＰ１  ２３０８、およびＬ２／ＨＷＰ２  ２３１２は、それぞれ、屈折力Ｐ３、Ｐ１、およびＰ２を付与し、それを通して通過する円偏光の掌性を第１の掌性（第１のＨＣＰ）から第２の掌性（第２のＨＣＰ）に転換させるように構成される、受動半波長板レンズとしての役割を果たす。他方では、アクティブ化状態におけるＬ３／ＨＷＰ  ２３０４Ａ（図２４Ｃ）は、それを通して通過する円偏光の掌性を保存するように構成される。
【０３１９】
加えて、非アクティブ化されると、例えば、切替回路１７１６によって提供される電圧または電流信号を使用して、電気的に非アクティブ化されると、Ｌ３／ＨＷＰ３  ２３０４Ｂ（図２４Ｄ）は、屈折力Ｐ３を有する、半波長板レンズとしての役割を果たす。他方では切替回路１７１６を使用して、例えば、電圧または電流信号を除去することによって、アクティブ化されると、Ｌ３／ＨＷＰ３  ２３０４Ａ（図２４Ｃ）は、偏光に影響を及ぼさずに、または任意の実質的レンズ効果を提供せずに、光のための透過媒体としての役割を果たす。
【０３２０】
図２４Ｃは、動作時、Ｌ３／ＨＷＰ  ２３０４Ａがアクティブ化されるときの、統合された広帯域適応レンズアセンブリ２４００Ｂを図示する。統合された広帯域適応レンズアセンブリ２４００Ｂは、第１の適応レンズアセンブリ１００４（図１０、世界側）または第２の適応レンズアセンブリ１００８（図１０、ユーザ側）に対応してもよい。一例にすぎないが、統合された広帯域適応レンズアセンブリ２４００Ａは、仮想画像を表示せずに、実世界のビューをユーザに表示する、ディスプレイデバイス１０００（図１０）の一部として、第１の適応レンズアセンブリ１００４または第２の適応レンズアセンブリ１００８に対応するように説明されるであろう。例えば、ディスプレイデバイス１０００（図１０）は、通常の眼鏡または通常のゴーグルとして使用されてもよい。Ｌ１／ＨＷＰ１  ２３０８およびＬ２／ＨＷＰ２  ２３１２はそれぞれ、第１のレンズ効果、例えば、発散効果を、それを通して通過する第１のＨＣＰ、例えば、ＬＨＣＰを有する光に及ぼすように構成されてもよい。示されないが、Ｌ１／ＨＷＰ１  ２３０８およびＬ２／ＨＷＰ２  ２３１２はそれぞれまた、第１のレンズ効果と反対の第２のレンズ効果、例えば、収束効果を、それを通して通過する反対ＨＣＰ、例えば、ＲＨＣＰを有する光に及ぼすように構成されてもよい。
【０３２１】
図示される実施形態では、光ビーム１７２０は、ディスプレイデバイス１０００（図１０）が、仮想コンテンツを表示せずに、通常の眼鏡またはゴーグルとして使用される間の、第１の適応レンズアセンブリ１００４（世界側）または第２の適応レンズアセンブリ１００８（ユーザ側）のいずれか上に入射する、世界からの光ビームを表してもよい。一例にすぎないが、第１のＨＣＰ、例えば、ＬＨＣＰを有する、光ビーム１７２０は、例えば、ビーム１７２０がＬ１／ＨＷＰ  ２３０８を通して通過し、それを通して透過され、第１の屈折力−Ｐ１に従って、光ビーム１７２０を発散させながら、ＲＨＣＰを有する光ビーム１７２４に変換されるまで、正のｚ−方向に進行する。
【０３２２】
依然として、図２４Ｃを参照すると、続いて、Ｌ３／ＨＷＰ３  ２３０４Ａは、アクティブ化されるため、ＲＨＣＰを有する光ビーム１７２４は、偏光またはレンズ効果の観点から実質的に影響されずに、Ｌ３／ＨＷＰ３  ２３０４Ａを通して透過し、ＲＨＣＰを有する光ビーム１７２８Ａとして、Ｌ２／ＨＷＰ２  ２３１２上に入射する。上記に説明されるように、ユーザ側（例えば、図１０における第２の適応レンズアセンブリ１００４）上に適応レンズアセンブリとして構成されると、Ｌ２／ＨＷＰ２  ２３１２は、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４（図１７Ｂ）と同様に、すなわち、偏光を変換し、ＲＨＣＰを有する光を収束させながら、ＬＨＣＰを有する光を発散させるように構成される。したがって、ＲＨＣＰを有する光ビーム１７２８Ａは、ＬＨＣＰを有する光ビーム１７３２Ａに逆変換される。したがって、Ｌ３／ＨＷＰ３  ２３０４Ａが、アクティブ化されると、Ｌ１／ＨＷＰ１  ２３０８およびＬ２／ＨＷＰ２  ２３１２は、Ｌ１／ＨＷＰ１  ２３０８およびＬ２／ＨＷＰ２  ２３１２が、反対レンズ効果をそれを通して通過する光に及ぼすように、反対偏光を有する光ビームを透過させる。すなわち、Ｌ２／ＨＷＰ２  ２３１２上に入射する光ビーム１７２８Ａは、ＲＨＣＰを有するため、Ｌ２／ＨＷＰ２  ２３１２から出射する光ビーム１７３２Ａは、第１の屈折力−Ｐ１に従って発散される、Ｌ１／ＨＷＰ１  １７０４から出射する光ビーム１７２４と異なり、第２の屈折力＋Ｐ２に従って収束される。その後、アクティブ化状態における適応レンズアセンブリ１７００Ａから出射することに応じて、光ビーム１７３２Ａは、眼によって視認され得る。
【０３２３】
いくつかの実施形態では、Ｌ３／ＨＷＰ３  ２３０４Ａが、アクティブ化されると、Ｌ１／ＨＷＰ１  ２３０８の第１の屈折力−Ｐ１およびＬ２／ＨＷＰ２  ２３１２の第２の屈折力＋Ｐ２は、反対符号を有するが、実質的に同一または合致される大きさを有し得る。これらの実施形態では、約−Ｐ１＋Ｐ２であり得る、統合された広帯域適応レンズアセンブリ２４００の正味屈折力Ｐｎｅｔは、視認者への世界のビューが実質的に影響されないように、実質的にゼロであり得る。しかしながら、実施形態は、そのように限定されず、第１および第２の屈折力−Ｐ１、＋Ｐ２は、正味屈折力Ｐｎｅｔが非ゼロ値を有し得るように、異なる大きさを有してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、非ゼロＰｎｅｔは、ユーザの眼鏡処方箋と等しく、それによって、ユーザの眼の集束誤差（例えば、屈折集束誤差）の補正を可能にしてもよい。
【０３２４】
図示される実施形態では、入射光ビーム１７２０は、ＬＨＣＰを有するが、類似結果は、入射光ビーム１７２０がＲＨＣＰを有するときにももたらされるであろう。すなわち、入射光ビーム１７２０が、ＲＨＣＰを有するとき、光ビーム１７２４および１７２８Ａは、ＬＨＣＰを有し、図示される実施形態と異なり、光ビーム１７２４および１７２８Ａは、屈折力＋Ｐ１に従って収束される。同様に、光ビーム１７２８Ａは、正味屈折力Ｐｎｅｔが、実質的にゼロであり得る、＋Ｐ１−Ｐ２であり得るように、屈折力−Ｐ２に従って発散される。
【０３２５】
図２４Ｃに関して上記に説明されるＬ１／ＨＷＰ１  ２３０８およびＬ２／ＨＷＰ２  ２３１２のレンズ効果および入射光ビームの偏光状態のレンズ効果の選択性は、単なる一実施例としての役割を果たし、他の構成も、可能性として考えられることを理解されたい。例えば、図２４Ｃでは、Ｌ１／ＨＷＰ１  ２４０８およびＬ２／ＨＷＰ２  ２３１２は、ＬＨＣＰを有する光を発散させる一方、ＲＨＣＰを有する光を収束させるように構成されるが、他の実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１  ２３０８およびＬ２／ＨＷＰ２  ２３１２は、ＬＨＣＰを有する光を収束させる一方、ＲＨＣＰを有する光を発散させるように構成されてもよい。
【０３２６】
要するに、いくつかの実施形態では、Ｌ３／ＨＷＰ３  ２３０４Ａが、アクティブ化状態にあるとき、出射する光ビーム１７３２Ａは、入射光ビーム１７２０と同一ＨＣＰを有し、Ｌ１／ＨＷＰ１  ２３０８のＰ１とＬ２／ＨＷＰ２  ２３１２のＰ２との間のレンズ効果の補償のため、レンズ効果の観点から、入射光ビーム１７２０に実質的に合致され得る。その結果、ユーザが、仮想コンテンツを視認していないとき、世界のビューは、比較的に、適応レンズアセンブリ（図１０、１１Ａ、１１Ｂにおける１００４、１００８）の存在によって影響されない。
【０３２７】
図２４Ｄは、動作時、Ｌ３／ＨＷＰ３  ２３０４Ｂが非アクティブ化されるときの、図２４Ｂ適応レンズアセンブリの実施例を図示する。統合された広帯域適応レンズアセンブリ２４００Ｂは、例えば、第１の適応レンズアセンブリ１００４（世界側）または第２の適応レンズアセンブリ１００８（ユーザ側）に対応してもよい。以下では、一例として、統合された広帯域適応レンズアセンブリ２４００Ｂは、最初に、仮想画像をユーザに出力する、ディスプレイデバイス（例えば、図１１Ａにおけるディスプレイデバイス１１００Ａ）の一部として、ユーザ側の第２の適応レンズアセンブリ１００８として構成されるように説明されるであろう。続いて、統合された広帯域適応レンズアセンブリ２４００Ｂは、同時に、実世界のビューを透過させながら、仮想画像をユーザに出力し、第２の適応レンズアセンブリ１００８のレンズ効果から生じる実世界のビューの歪曲を低減または本質的に排除する、ディスプレイデバイス１１００Ｂ（図１１Ｂ）の一部として、世界側の第１の適応レンズアセンブリ１００４として構成されるように説明されるであろう。
【０３２８】
ユーザ側（図１１Ａ）上の第２の適応レンズアセンブリ１００８として構成されるとき、Ｌ１／ＨＷＰ１  ２３０８およびＬ２／ＨＷＰ２  ２３１２はそれぞれ、ＨＣＰのうちの１つ、例えば、それを通して通過するＬＨＣＰを有する光を発散させるように構成されてもよい。Ｌ１／ＨＷＰ１  ２３０８およびＬ２／ＨＷＰ２  ２３１２はそれぞれまた、他のＨＣＰ、例えば、それを通して通過するＲＨＣＰを有する光を収束させるように構成されてもよい。
【０３２９】
図１１Ａに関して上記に説明されるように、ｘ−方向に、例えば、全内部反射によって、導波管アセンブリ１０１２内を伝搬する光の一部は、ｚ−方向に再指向または外部結合されてもよい。導波管アセンブリ１０１２（図１１Ａ）から外部結合される光は、ＬＨＣＰを有する円偏光ビーム１７２０として、統合された広帯域適応レンズアセンブリ２４００Ｂ上に入射してもよい。光ビーム１７２０は、例えば、光ビーム１７２０が、Ｌ１／ＨＷＰ  ２３０８を通して透過され、ＲＨＣＰを有する光ビーム１７２４に変換される一方、また、Ｌ１／ＨＷＰ１  ２３０８の第１の屈折力−Ｐ１に従って発散されるまで、正のｚ−方向に進行する。
【０３３０】
続いて、Ｌ３／ＨＷＰ３  ２３０４Ｂは、非アクティブ化されるため、Ｌ３／ＨＷＰ３  ２３０４Ｂを通して透過させる、ＲＨＣＰを有する光ビーム１７２４は、ＬＣＨＰを有する光ビーム１７２８Ｂに変換される一方、また、第３の屈折力−／＋Ｐ３に従って発散または収束される。続いて、ＬＨＣＰを有する光ビーム１７２８Ｂは、Ｌ２／ＨＷＰ２  ２３１２上に入射する。図２４Ｃに関して上記に例証される光ビーム１７２８Ａと異なり、Ｌ２／ＨＷＰ２  ２３１２上に入射する光ビーム１７２８Ｂは、ＬＨＣＰを有するため、Ｌ２／ＨＷＰ２  ２３１２はさらに、光ビーム１７２８Ｂを、第２の屈折力−Ｐ２に従って、ＲＨＣＰを有する光ビーム１７３２Ｂの中に発散させる。したがって、図２４Ｃに関して図示される構成と異なり、図２４ＤにおけるＬ１／ＨＷＰ１  ２３０８、Ｌ２／ＨＷＰ２  ２３１２、およびＬ３／ＨＷＰ３  ２３０４Ｂは、付加的レンズ効果を有することができる。その後、非アクティブ化状態における適応レンズアセンブリ１７００Ｂから出射することに応じて、光ビーム１７３２Ａは、眼によって視認され得る。
【０３３１】
いくつかの実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１  ２３０８の第１の屈折力−Ｐ１およびＬ２／ＨＷＰ２  ２３１２の第２の屈折力−Ｐ２は両方とも、負（すなわち、発散）であってもよく、実質的に同一または合致される大きさを有してもよい。加えて、Ｌ３／ＨＷＰ３  ２３０４Ｂの第３の屈折力−Ｐ３も、負であってもよい。これらの実施形態では、統合された広帯域適応レンズアセンブリ２４００Ｂの正味屈折力Ｐｎｅｔは、約−（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３）であり得る。しかしながら、実施形態は、そのように限定されず、いくつかの他の実施形態では、Ｌ３／ＨＷＰ３  ２３０４Ｂの第３の屈折力＋Ｐ３は、正であってもよい。これらの実施形態では、統合された広帯域適応レンズアセンブリ２４００Ｂの正味屈折力Ｐｎｅｔは、約−（Ｐ１＋Ｐ２）＋Ｐ３であり得る。加えて、第１および第２の屈折力Ｐ１、Ｐ２は、異なる大きさを有してもよい。
【０３３２】
図示される実施形態では、入射光ビーム１７２０は、ＬＨＣＰを有するが、相等する結果は、入射光ビーム１７２０がＲＨＣＰを有するときにももたらされるであろう。すなわち、光ビーム１７２０が、図示される実施形態と異なり、ＲＨＣＰを有するとき、結果として生じる光ビーム１７３２Ｂは、ＬＨＣＰを有し、正味屈折力Ｐｎｅｔ＝＋（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３）に従って、Ｌ１／ＨＷＰ１  ２３０８、Ｌ２／ＨＷＰ２  ２３１２、およびＬ３／ＨＷＰ３  ２３０４Ｂによって収束されることができる。
【０３３３】
図２４Ｄに関して上記に説明されるＬ１／ＨＷＰ１  ２３０８、Ｌ２／ＨＷＰ２  ２３１２、およびＬ３／ＨＷＰ  ２３０４Ｂのレンズ効果および入射光ビームの偏光状態へのレンズ効果の依存性は、単なる一実施例としての役割を果たし、他の構成も、可能性として考えられる。例えば、図示される実施形態と異なり、Ｌ１／ＨＷＰ１  ２３０８、Ｌ２／ＨＷＰ２  ２３１２、および非アクティブ化されたＬ３／ＨＷＰ３  ２３０４Ｂはそれぞれ、ＬＨＣＰを有する光を収束させる一方、ＲＨＣＰを有する光を発散させるように構成されてもよい。
【０３３４】
上記には、非アクティブ化状態における統合された広帯域適応レンズアセンブリ２４００Ｂが、図１１Ａに関して上記に説明されるディスプレイデバイス１１００Ａにおけるユーザ側の第２の適応レンズアセンブリ１００８として構成されるときについて説明された。しかしながら、図１１Ｂに関して上記に説明されるように、任意の補償効果を伴わずに、第２の適応レンズアセンブリ１００８をアクティブ化し、仮想コンテンツをユーザの眼２１０に表示することは、実世界のビューの焦点ずれまたは歪曲をもたらし得、これは、望ましくあり得ない。したがって、世界側の第１の適応レンズアセンブリ１００４を、仮想コンテンツを表示するように非アクティブ化されると、少なくとも部分的に、第２の適応レンズアセンブリ１００８のレンズ効果を補償または無効にするように構成することが望ましくあり得る。
【０３３５】
図２４Ｄに戻って参照すると、ユーザ側の第２の適応レンズアセンブリ１００８（図１１Ｂ）のレンズ効果を無効にするための世界側の第１の適応レンズアセンブリ１００４（図１１Ｂ）として構成されるとき、適応レンズアセンブリ１７００Ｂのコンポーネントは、図１１Ｂに関して上記に説明されるように、同様に構成されてもよい。すなわち、世界５１０から眼２１０に透過される光が、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８を横断するにつれて、それぞれ、図２４Ｄに関して説明される統合された広帯域適応レンズアセンブリ２４００Ｂに関して上記に説明されるように構成されてもよい。動作時、上記に説明されるように、世界から第１の適応レンズアセンブリ１００４を通して透過される光の偏光は、第１の偏光状態から第２の偏光状態、例えば、ＲＨＣＰからＬＨＣＰに変換される。続いて、第２の適応レンズアセンブリ１００８を通して透過される光の偏光は、第２の偏光状態から第１の偏光状態、例えば、ＬＨＣＰからＲＨＣＰに逆変換される。さらに、図１１Ｂに関して上記に説明されるように、世界から第１の適応レンズアセンブリ１００４を通して透過される光は、第１の符号、例えば、正の符号を有する、第１の正味屈折力Ｐｎｅｔ１＝（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３）に従って、第１のレンズ効果、例えば、収束効果を受ける。続いて、第２の適応レンズアセンブリ１００８を通して透過される光は、第２の適応レンズアセンブリ１００８上に入射する光が、第１の適応レンズアセンブリ１００４上に入射する光と反対偏光を有するため、第２の符号、例えば、負の符号を有する、第２の正味屈折力Ｐｎｅｔ２＝−（Ｐ１’＋Ｐ２’＋Ｐ３’）に従って、第１のレンズ効果と反対の第２のレンズ効果、例えば、発散効果を受ける。Ｐｎｅｔ１およびＰｎｅｔ２が、実質的に類似大きさを有するとき、Ｐ＝Ｐｎｅｔ１＋Ｐｎｅｔ２によって近似される、全体的レンズ効果は、実質的にゼロであり得る。その結果、ユーザが、第２のレンズアセンブリ１００８をアクティブ化することによって、仮想コンテンツを視認し、かつ周囲世界内の実オブジェクトを視認するとき、世界のビューは、比較的に、第１のレンズアセンブリ１００４の補償効果によって影響されない。
【０３３６】
種々の実施形態では、非アクティブ化されると、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、約±５．０ジオプタ〜０ジオプタ、±４．０ジオプタ〜０ジオプタ、±３．０ジオプタ〜０ジオプタ、±２．０ジオプタ〜０ジオプタ、±１．０ジオプタ〜０ジオプタの範囲内（これらの値によって定義された任意の範囲、例えば±１．５ジオプタを含む）の正味屈折力（正または負）を提供してもよい。
【０３３７】
図２５Ａおよび２５Ｂは、Ｌ３／ＨＷＰ３  ２３０４が、それぞれ、非アクティブ化（図２４Ｃ）およびアクティブ化（図２４Ｄ）される、統合された広帯域適応レンズアセンブリ２４００（図２４Ａ／２４Ｂ）に対応する、透過スペクトルを図示する、グラフ２５００Ａ、２５００Ｂである。シミュレーションは、Ｌ３／ＨＷＰ３  ２３０４が、１０μｍの厚さの重合化されていないＬＣ層（例えば、図２３における切替可能なＬＣ層２３０４）から形成され、０．２のΔｎを有する、切替可能なＬＣ層２３０４を備える一方、Ｌ１／ＨＷＰ１  ２３０８およびＬ２／ＨＷＰ２  ２３１２がそれぞれ、６０度の捻転角度を有する重合化された捻転されたＬＣ分子から形成される、重合化されたＬＣ層（例えば、図２４Ａにおける上側および下側の重合化されたＬＣ（ＬＣＰ）層２３０２−１、２３０３−２）を備える、統合された広帯域適応レンズアセンブリ２４００に対応する。グラフ２５００Ａに図示されるように、Ｌ３／ＨＷＰ３  ２３０４Ａが、非アクティブ化される（図２４Ｃ）と、回折効率は、漏出光が低く（最大約２０％）なるように高く、入射光が、４００ｎｍ〜８００ｎｍを通して、実質的に漏出せずに、統合された広帯域適応レンズアセンブリ２４００Ａによって効率的に回折されることを示す。他方では、グラフ２５００Ｂに図示されるように、Ｌ３／ＨＷＰ３  ２３０４Ｂが、アクティブ化される（図２４Ｄ）と、回折効率は、非常に高く、入射光は、大部分が、回折を伴わずに透過され（約１００％）、入射光は、大部分が、４００ｎｍ〜８００ｎｍで統合された広帯域適応レンズアセンブリ２４００Ａによって回折されないことを示す。
【０３３８】
（広帯域適応レンズアセンブリ内の色収差低減）
広範囲の波長にわたって高効率を有するが、いくつかの広帯域適応レンズアセンブリは、光の波長に実質的に依存し、それによって、有意な色収差につながる、焦点距離または屈折力を有し得る。これは、比較的に大焦点距離に関して、レンズ屈折力が、対応する波長に比例するためである。すなわち、異なる波長における波長板レンズに関する屈折力Ｐ（λ）の依存性は、Ｐ（λＢ）＝Ｐ（λＧ）λＢ／λＧおよびＰ（λＲ）＝Ｐ（λＧ）λＲ／λＧとして近似され得、Ｂ、Ｇ、およびＲは、それぞれ、青色スペクトル内の波長、緑色スペクトル内の波長、および赤色スペクトル内の波長に対応する。したがって、広帯域適応レンズアセンブリ内の色収差を低減させる必要がある。以下では、色収差を低減させる方法が、実施形態に従って説明される。
【０３３９】
上記では、例えば、図２３Ａ−２３Ｄに関して、２つの切替可能な広帯域波長板レンズを有する、広帯域適応レンズアセンブリの実施形態が、開示され、これは、円偏光を有する光に関して、２２＝４の屈折力状態につながる。さらに言うと、２つを上回る（Ｎ）切替可能な広帯域波長板レンズを備える、スタックが、形成され、２Ｎの屈折力状態を有することができる。例えば、３つの切替可能な広帯域波長板レンズ（Ｎ＝３）を有する、広帯域適応レンズアセンブリに関して、８つの屈折力状態が、達成されることができる。表１は、３つの切替可能な広帯域波長板レンズを備える、広帯域適応アセンブリの計算された屈折力を図示し、各切替可能な広帯域波長板レンズは、例えば、図２２Ａ−２２Ｃに関して上記に説明される、切替可能な広帯域波長板レンズに類似する。
【表１】
2021501361.tif 000005
【０３４０】
３つの切替可能な広帯域波長板レンズを有する、広帯域適応アセンブリに関して、正味レンズ屈折力は、Ｐｎｅｔ＝（（Ｓ１＊Ｐ１＋Ｐ２）＊Ｓ２＋Ｐ３）＊Ｓ３として表され得、式中、ＰｉおよびＳｉ＝±１（ｉ＝１、２、３）は、個々の切替可能な広帯域波長板レンズの屈折力および屈折力状態である。例えば、アクティブ化状態は、Ｓ＝＋１として表され得る一方、非アクティブ化状態は、Ｓ＝−１として表され得る。表１を参照すると、状態１−状態８と標識された列は、３つのレンズ毎の異なるレンズ状態に対応し、青色、緑色、および赤色の行は、それぞれ、光の青色、緑色、および赤色を表す、４５０ｎｍ、５２５ｎｍ、および６３２ｎｍの波長に関する計算された屈折力を表す。計算では、１つの偏光、例えば、第１の円偏光を有する光のみが、眼に到達し、他のものは、再利用されるか、または反射されるかのいずれかであると仮定されている。例証目的のために、３つの個々の広帯域波長板レンズの屈折力は、緑色波長（５２５ｎｍ）では、０．５Ｄ、０．５Ｄ、および１．５Ｄであると計算される。表１に基づいて、０．５Ｄ、１．５Ｄ、および２．５Ｄの標的正味屈折力を取得するために、レンズ状態３、５、および１が、選択され得ることが分かる。しかしながら、青色および赤色波長（４５０ｎｍおよび６３２ｎｍ）における正味屈折力は、例えば、赤色波長のための２．５Ｄの標的正味屈折力に関して、０．５１Ｄもの有意な色収差を引き起こし得ることが観察される。
【０３４１】
しかしながら、本発明者らは、表１に図示されるように、１つの状態を使用して、３つの色のための１つの標的正味屈折力を達成する代わりに、１つを上回る状態が、異なる色のための所与の標的正味屈折力を達成するために使用される場合、色収差が実質的に低減され得ると認識する。本アプローチは、表２に図示される。
【表２】
2021501361.tif 000006
【０３４２】
表２を参照すると、１つを上回る状態を使用して、異なる色のための所与の標的正味屈折力および若干異なる標的レンズ屈折力を達成することによって、色収差が、実質的に低減されることができる。ここでは、３つの個々の広帯域波長板レンズの屈折力は、緑色波長（５２５ｎｍ）では、０．４Ｄ、０．７Ｄ、および１．６Ｄである。表２に基づいて、０．５Ｄの標的正味屈折力を取得するために、単一レンズ状態３が選択され得ることが分かる。しかしながら、色収差を低減させるために、１．５Ｄの標的正味屈折力に関して、状態５および７が、選択され得、２．５Ｄの標的正味屈折力に関して、状態１および５が、選択され得る。表１に示される２．５Ｄの標的正味屈折力のための０．５１Ｄの色収差と比較して、異なる色に関する１つを上回る状態を使用することによって、赤色波長のための２．５Ｄの標的正味屈折力に関する色収差が、０．２まで低減されることができる。
【０３４３】
図２６Ａ、２６Ｂ、および２６Ｃは、実施形態による、それぞれ、青色、緑色、および赤色波長のための計算された標的屈折力対実際の正味屈折力を図示する、グラフ２６００Ａ、２６００Ｂ、および２６００Ｃであって、標的正味屈折力を達成するために異なる色波長のための異なるレンズ状態を使用する方法を使用することによって達成される、改良された色収差性能を図示する。グラフ２６００Ａ、２６００Ｂ、および２６００Ｃのそれぞれでは、中実黒色線２６１２、２６２２、および２６３２は、標的正味屈折力を表し、点線２６０４、２６１４、および２６２４は、表１に関して上記に説明されるように、単一レンズ状態を使用して、所与の屈折力を取得する方法が使用されるときの、計算された屈折力を表し、中実灰色線２６０８、２６１８、および２６２８は、表２に関して上記に説明されるように、複数のレンズ状態を使用して、所与の屈折力を取得する方法が使用されるときの、計算された屈折力を表す。観察されるように、実際の屈折力は、所与の屈折力を取得するための複数のレンズ状態が使用されるとき、標的屈折力により近い。
【０３４４】
（光整合を使用した広帯域波長板および波長板レンズの加工）
図２７Ａ−２７Ｃは、広帯域波長板または広帯域波長板レンズの例示的加工方法を図示する。図２７Ａの中間構造２７００Ａを参照すると、透明基板１３１２が、提供され、その上に、整合層１３０２−０が形成される。透明基板１３１２は、例えば、二酸化ケイ素、サファイア、または任意の好適な透明材料を含むことができる。示されないが、本明細書に説明される種々の実施形態による、整合層１３０２−０の形成につながる、付加的構造および層が、基板１３１２上に存在してもよいことを理解されたい。一例として、切替可能な波長板１３００Ｆ（図１３Ｆ）を形成するとき、整合層１３０２−０を形成するステップに先立って、透明電極層１３１６、１３２０の第１のものが、整合層１３０２−０の形成に先立って、基板１３１２上に存在してもよい。
【０３４５】
いくつかの実施形態では、整合層１３０２−０は、光整合層であることができ、その上に、ＬＣ分子が、堆積されると、ＬＣ分子は、例えば、光整合層によって液晶分子上に付与される係留エネルギーに起因して、優先方向に沿って配向された状態となり得る。光整合層の実施例は、いくつか挙げると、ポリイミド、線形偏光重合性ポリマー（ＬＰＰ）、アゾ含有ポリマー、クマリン含有ポリマー、およびケイ皮酸含有ポリマー、および図１３Ｃ、１３Ｆに関して上記に説明される他の複合材を含む。
【０３４６】
整合層１３０２−０は、前駆体、例えば、モノマーを好適な溶媒中に溶解し、好適なプロセス、例えば、他の堆積プロセスの中でもとりわけ、スピンコーティング、スロットコーティング、ドクターブレードコーティング、スプレーコーティング、およびジェット（インクジェット）コーティングを使用して、基板１３１２を溶液でコーティングすることによって形成されてもよい。溶媒は、その後、コーティングされた溶液から除去されることができる。整合層１３０２−０はまた、その上へのＬＣ分子の後続整合に備えて、例えば、偏光器を用いて、硬化、例えば、ＵＶ硬化されてもよい。
【０３４７】
図２７Ｂの中間構造２７００Ｂを参照すると、整合層１３０２−０をコーティング後、整合層１３０２−０は、光学的にパターン化または記録される。光学パターン化は、ホログラフィック２ビーム暴露プロセス（図２８）またはマスタレンズおよび１ビーム暴露プロセスを使用した光学複製プロセス（図２９Ａ、２９Ｂ）を使用して、実施されることができる。
【０３４８】
図２７Ｃの中間構造２７００Ｃを参照すると、整合層１３０２−０をコーティング後、ＬＣ層２７０４が、その上に形成される。ＬＣ層２７０４は、例えば、他の堆積プロセスの中でもとりわけ、スピンコーティング、スロットコーティング、ドクターブレードコーティング、スプレーコーティング、およびインクジェットコーティングを含む、好適なプロセスを使用して、整合層１３０２−０上に、反応性メソゲン混合物（例えば、液晶モノマー、溶媒、光開始剤、および界面活性剤を含む）を堆積させることによって形成されてもよい。
【０３４９】
ＬＣ層２７０４が、受動波長板レンズまたは切替可能な波長板の一部として統合されると、ＬＣ層２７０４は、ＬＣ分子が、上記に説明されるように、固定して配向された状態になり得るように、硬化、例えば、ＵＶ硬化され、ＬＣ層２７０４を光重合化してもよい。
【０３５０】
対照的に、ＬＣ層２７０４が、切替可能な波長板レンズまたは切替可能な波長板の一部として統合されると、ＬＣ層２７０４は、ＬＣ分子が、上記に説明されるように、切替信号に応答して、それ自体を再配向し得るように、ＬＣ層２７０４を重合化せずに、さらに処理されてもよい。
【０３５１】
堆積に応じて、整合層１３０２−０の直上にある、液晶（ＬＣ）層２７０４の少なくとも最下ＬＣ分子は、本明細書に説明される種々の用途に応じて、整合層１３０２−０の構成に従って自己編成され得る。例えば、ＬＣ層２７０４が、広帯域波長板レンズの一部を形成するとき、整合層１３０２−０は、最下ＬＣ分子が、上記に説明されるように、例えば、図１６Ａ、１６Ｂ、１９Ａのうちの任意の１つに関して説明されるように、中心領域から半径方向外向き方向にある、ＬＣ層２７０４の半径に沿って変動する、局所配向または配向子を有するように構成される。加えて、ＬＣ層２７０４が、広帯域波長板の一部を形成するとき、整合層１３０２−０は、最下ＬＣ分子が、例えば、図１３Ａ、１３Ｃに関して説明されるように、その長軸が、概して、第１の側方方向に延在する状態で配向される、局所配向または配向子を有するように構成される。依然として、図２７Ｃを参照すると、ＬＣ層２７０４では、いくつかの実施形態では、本願の他の場所に説明されるように、ＬＣ層２７０４内の最下ＬＣ分子の上方のＬＣ分子は、ＬＣ層２７０４内の最下ＬＣ分子と異なるように配列されるように構成されてもよい。例えば、ＬＣ層２７０４内の最上ＬＣ分子は、ＬＣ層２７０４上に形成される第２の整合層と異なるように整合されてもよい。加えて、最上ＬＣ分子と最下ＬＣ分子との間のＬＣ分子は、図１３Ｃおよび２０Ａ／２０Ｂを含む、種々の実施形態に関して説明されるように、捻転を有することができる。
【０３５２】
ＬＣ層２７０４を堆積させ、随意に、重合化後、中間構造２７００Ｃは、本明細書に説明される種々の実施形態に説明されるように、さらに処理され、付加的構造および／または層を形成してもよい。一例として、切替可能な波長板１３００Ｆ（図１３Ｆ）を形成するとき、ＬＣ層２７０４を形成後、中間構造２７００Ｃは、さらに処理され、例えば、第２の整合層１３０２−０をＬＣ層２７０４および透明電極層１３１６、１３２０の第２のもの上に形成してもよい。加えて、いくつかの実施形態では、付加的ＬＣ層は、ＬＣ層２７０４上に形成されてもよく、後続ＬＣ層の最下ＬＣ分子は、図１３Ｆおよび２４Ａに説明されるように、前のＬＣ層の最上ＬＣ分子と整合する。
【０３５３】
図２８は、時として、偏光ホログラフィとも称される、２ビーム暴露プロセスを使用して、広帯域波長板または広帯域波長板レンズ内でＬＣ分子を整合させるために、図２７Ｃに関して上記に説明されるような整合層を構成する例示的方法を図示する。大部分の従来のホログラフィは、強度変調を使用するが、偏光ホログラフィは、異なる偏光を伴う光の干渉の結果として、偏光状態の変調を伴う。図２８の中間構造２８００を参照すると、図示される方法は、図２７Ａに関して上記に説明されるように、重合化されていない光整合層１３０２−０を基板１３１２上に形成するステップを含む。その後、異なる偏光を有する、複数のコヒーレント光ビーム、例えば、ＲＨＣＰ光ビーム２８０８およびＬＨＣＰ光ビーム２８０４が、整合層１３０２−２に指向される。図示される実施形態では、ＲＨＣＰ光ビーム２８０８およびＬＨＣＰ光ビーム２８０４は、直交円偏光ビームである。記録ビームであり得る、ＲＨＣＰ光ビーム２８０８およびＬＨＣＰ光ビーム２８０４の一方は、収束または発散し得る一方、基準ビームであり得る、ＲＨＣＰ光ビーム２８０８およびＬＨＣＰ光ビーム２８０４の他方は、コリメートし得る。しかしながら、実施形態は、そのように限定されない。例えば、直交偏光ビームは、±４５度における線形垂直偏光および線形水平偏光ビームまたは線形偏光ビームを含むことができる。いくつかの実装では、整合層１３０２−０の偏光ホログラムへの２ビーム暴露は、直交円偏光を伴うＵＶレーザ（例えば、ＨｅＣｄ、３２５ｎｍ）を使用して実施されてもよい。典型的記録用量は、液晶材料および格子パラメータ（例えば、厚さｄ）に応じて、約数Ｊ・ｃｍ−２であり得る。その後、反応性メソゲン混合物（例えば、液晶モノマー、溶媒、光開始剤、および界面活性剤を含む）が、図２７Ａ−２７Ｃに関して上記に説明されるように、２ビーム暴露によって形成される表面パターンに従って整合されるようにコーティングされる。
【０３５４】
図２９Ａ−２９Ｂは、マスタ波長板または波長板レンズを使用して、ＬＣ分子のマスタ整合パターンを有するマスタ波長板または波長板レンズを加工し、ＬＣ分子のマスタ整合パターンを標的整合層上に複製することによって、広帯域波長板または広帯域波長板レンズ内で液晶分子を整合させるための整合層を構成する例示的方法を図示する。２つの直交偏光ビームの干渉が、整合層を直接構成するために採用される、図２８に関して上記に説明される２ビーム暴露方法と異なり、図示される実施形態では、マスタ波長板レンズおよび１つの偏光のビームが、類似偏光ホログラムを近視野内に作成するために使用される。したがって、いったんＬＣ分子のマスタ整合パターンを有する、マスタレンズが、加工されると、比較的に単純である１ビーム暴露を用いた複数の波長板および波長板レンズを加工するためのテンプレートとして使用されることができる。
【０３５５】
図２９Ａは、マスタ波長板または波長板レンズ２９０４を図示する。マスタ波長板または波長板レンズ２９０４は、例えば、２ビーム暴露プロセスによって形成される光干渉パターンを使用して、整合層を形成し、その後、整合層と自己整合する、反応性メソゲン（ＲＭ）混合物層（例えば、液晶モノマー、溶媒、光開始剤、および界面活性剤を含む）を形成した後、ＲＭ混合物層内のＬＣ分子を重合化するためのＲＭ混合物層のブランケットＵＶ硬化を含む、例えば、図２７Ａ−２７Ｃおよび２８に関して上記に説明されるプロセスを使用して加工されてもよい。図２９Ａはさらに、一部を影響されずに通過させながら、偏光された入射光の一部のみが回折されるように、限定された回折効率を有するように設計される、マスタ波長板または波長板レンズ２９０４の動作図２９００Ａを図示する。例えば、図示される実施形態では、マスタ波長板または波長板レンズ２９０４は、第１の偏光、例えば、ＲＨＣＰを有する入射光２９０８の一部（例えば、３０〜７０％、４０％〜６０％、４５〜５５％、またはこれらの値内の任意の値、例えば、約５０％）を第２の偏光、例えば、ＬＨＣＰを有する回折される光２９１２の中に回折する一方、漏出光２９１６、例えば、入射光ビーム２９０８と同一の第１の偏光、例えば、ＲＨＣＰを有するゼロ次漏出光として回折せずに、入射光２９０８の一部（例えば、３０〜７０％、４０％〜６０％、４５〜５５％またはこれらの値内の任意の値、例えば、約５０％）をマスタレンズ２９０４を通して通過させるように構成される。
【０３５６】
図２９Ｂは、図２９Ａに関して上記に説明されるように加工および構成される、マスタレンズ２９０４の例示的加工構成２９００Ｂ、および広帯域波長板または広帯域波長板レンズ内でＬＣ分子を整合させるための整合層１３０２−０を備える、中間構造を図示する。図２９Ｂの加工構成２９００Ｂを参照すると、図示される中間構造は、図２７Ａに関して上記に説明されるように、重合化されていない光整合層１３０２−０を基板１３１２上に含む。加工構成２９００Ｂは、重合化されていない光整合層１３０２−０にわたって配置される、マスタレンズ２９０４を含む。第１の偏光、例えば、ＲＨＣＰを有する、入射光ビーム２９０８は、整合層１３０２−２に指向される。図２９Ａに関して上記に説明されるように、マスタ波長板または波長板レンズは、入射光の一部のみを回折するように設計されるため、マスタ波長板または波長板レンズ２９０４を通して通過することに応じて、反対偏光を有する２つの光ビームが、整合層１３０２−０上に入射する。事実上、整合層１３０２−０上に入射する２つの光ビームは、図２８Ａ、２８Ｂに関して上記に説明される２ビーム暴露の類似効果を果たす。図示される実施例では、マスタ波長板または波長板レンズ２９０４を通して透過され、整合層１３０２−０上に入射するのは、入射光ビーム２９０８の第１の偏光、例えば、ＲＨＣＰと反対の第２の偏光、例えば、ＬＨＣＰを有する、回折された光ビーム２９１２と、入射光ビーム２９０８と同一の第１の偏光、例えば、ＲＨＣＰを有する、漏出光ビーム２９１６である。したがって、図２８に関して上記に説明されるものと類似様式において、回折される光ビーム２９１２は、収束または発散し得、記録ビームとしての役割を果たし得る一方、漏出光ビーム２９１６は、基準ビームとしての役割を果たし得る。回折される光ビーム２９１２および漏出光ビーム２９１５の干渉は、図２０に関して上記に説明されるものと類似様式において、整合層１３０２−０を生じさせる。その後、反応性メソゲン混合物（例えば、液晶モノマー、溶媒、光開始剤、および界面活性剤を含む）が、図２７Ａ−２７Ｃに関して上記に説明されるように、２ビーム暴露によって形成される表面パターンに従って整合されるようにコーティングされてもよい。したがって、有利には、いったんマスタレンズ２９０４が、図２８に関して上記に説明される比較的に複雑な２ビーム暴露方法を使用して加工されると、整合層の後続構成は、図２９Ｂに関して上記に説明されるように、比較的に単純な１ビーム暴露を使用して実施される。有利には、いくつかの状況下では、図２９Ｂに関して図示される方法は、図２８Ａ−２８Ｂに関して上記に説明される２ビーム暴露方法と比較して、あまり精密ではない光学系、より少ない振動制御、およびより緩やかな整合を用いて、完全コヒーレント光源、例えば、レーザ、またはＵＶランプまたは発光ダイオード等の部分的コヒーレント光源を使用して実施されることができる。
【０３５７】
（ナノインプリント整合層を使用した広帯域波長板および波長板レンズの加工）
本願全体を通して説明されるように、種々の実施形態では、種々の実施形態による、広帯域波長板および波長板レンズのためのＬＣ層内のＬＣ分子は、整合層、例えば、光を使用して構成され得る、光整合層を使用して、整合されることができる。他の実施形態では、ＬＣ分子は、パターン化されたナノ構造を使用して整合されることができる。以下では、図３０Ａおよび３０Ｂに関して、パターン化されたナノ構造を使用してＬＣ分子を整合させる方法が、説明された後、波長板レンズとしての役割を果たすために好適なパターン化されたナノ構造の実施例が、図３０Ｃに関して説明される。
【０３５８】
図３０Ａおよび３０Ｂは、それぞれ、いくつかの実施形態による、ナノインプリントプロセスを使用した異なる加工段階における、中間構造３０００Ａ、３０００Ｂの断面図を図示する。
【０３５９】
図３０Ａの中間構造３０００Ａを参照すると、透明基板１３１２が、種々の実施形態に関して上記に説明されるものと類似様式において提供される。続いて形成されるＬＣ層２７０４（図３０Ｂ）内のＬＣ分子、例えば、基板１３１２に最も近いＬＣ層２７０４内の少なくとも最下ＬＣ分子の整合パターンを形成するように構成される、所定のトポロジパターンを有する、ナノインプリントテンプレート（図示せず）またはナノインプリント金型が、ブランケット基部ポリマー層（図示せず）と接触される。続いて、テンプレートは、例えば、ブランケット基部ポリマー層のガラス遷移温度を上回るある温度下で熱可塑性であるポリマーを含み得る、ブランケット基部ポリマー層の中に圧入され、それによって、テンプレートのパターンを軟化されたブランケット基部ポリマー層の中に転写し、インプリントされた整合層３００４を形成する。冷却された後、テンプレートは、続いて形成されるＬＣ層２７０４（図３０Ｂ）内のＬＣ分子の整合パターンを形成するように構成される、所定のトポロジパターンを有する、整合パターンを備える、インプリントされた整合層３００４から分離される。ある他のアプローチでは、基部ポリマー層の中に圧入された後、インプリントされた整合層３００４は、ＵＶ光下の架橋結合によって固化される。
【０３６０】
インプリントされた整合層３００４は、サブ波長の寸法の特徴を含むことができる。例えば、インプリントされた整合層３００４は、約数ナノメートル、数１００ナノメートル、および／または数ミクロンの寸法（例えば、長さ、幅、および／または深度）を有する、特徴を含むことができる。別の実施例として、インプリントされた整合層３００４は、約２０ｎｍを上回るまたはそれと等しい長さ〜約１００ｎｍ未満またはそれと等しい長さを有する、特徴を含むことができる。さらに別の実施例として、インプリントされた整合層３００４は、約２０ｎｍを上回るまたはそれと等しい幅〜約１００ｎｍ未満またはそれと等しい幅を有する、特徴を含むことができる。さらに別の実施例として、インプリントされた整合層３００４は、約１０ｎｍを上回るまたはそれと等しい深度〜約１００ｎｍ未満またはそれと等しい深度を有する、特徴を含むことができる。種々の実施形態では、特徴の長さおよび／または幅は、特徴の深度を上回ることができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、深度は、特徴の長さおよび／または幅とほぼ等しくあることができる。インプリントされた整合層３００４の各ドメインの特徴は、連続特徴間の方向および／または周期が、約数ナノメートル、数１００ナノメートル、および／または数ミクロンの長さスケールに沿って変化する、複雑な幾何学的パターンを各ドメイン内に形成するように配列されることができる。
【０３６１】
ナノインプリントする例示的プロセスは、図３０Ａに関するナノインプリントされた整合層３００４を形成するために説明されたが、実施形態は、そのように限定されない。他の実施形態では、インプリントされた整合層３００４は、リソグラフィおよびエッチングを含む、他のパターン化技法を使用して加工されることができる。加えて、インプリントされた整合層３００４は、ポリマー材料から形成されるように説明されたが、実施形態は、そのように限定されず、種々の他の実施形態では、インプリントされた整合層３００４は、誘電性材料、例えば、シリコンまたはガラス材料を含むことができる。
【０３６２】
図３０Ｂの中間構造３０００Ｂを参照すると、整合層３００４を形成後、重合化されていないＬＣ層２７０４、例えば、反応性メソゲンの層が、図２７Ａ−２７Ｃに関して上記に説明される堆積プロセスに従って、その上に堆積される。任意の理論に拘束されるわけではないが、インプリントされた整合層３００４は、ＬＣ層２７０４のＬＣ分子をインプリントされた整合層３００４のパターンに従って整合させる、整合層としての役割を果たす。例えば、ドメイン内のＬＣ分子の伸長方向は、概して、インプリントされた整合層３００４内のナノ構造の局所伸長方向と平行方向に整合し得る。任意の理論に拘束されるわけではないが、インプリントされた整合層３００４のパターンへのＬＣ分子の整合は、液晶分子との立体相互作用、および／またはインプリントされた整合層３００４によって堆積されたＬＣ分子上に付与される係留エネルギーに起因し得る。
【０３６３】
依然として、図３０Ｂの中間構造３０００Ｂを参照すると、ＬＣ層２７０４は、図２７Ａ−２７Ｃに関して上記に説明されるように、重合化、最下ＬＣ分子の上方にＬＣ分子をさらに整合させるステップ、複数のＬＣ層をスタックするステップを含む、異なる実施形態に従ってさらに処理されてもよい。
【０３６４】
図３０Ｃは、図３０Ａ−３０Ｂに関して上記に説明される方法に従って加工される、ナノインプリントされた整合層３００４の平面図を図示する。インプリントされた整合層３００４は、整合層としての役割を果たし、例えば、他の配列の中でもとりわけ、図１３Ａ、１３Ｃ、１６Ａ、１６Ｂ、１９Ａに関して上記に説明される配列を含む、本明細書に説明されるような種々の側方配列を有する、ＬＣ分子の層を形成することができる。
【０３６５】
インプリントされた整合層３００４から生じるＬＣ層が、波長板レンズの一部を形成するとき、種々の実施形態による、インプリントされた整合層３００４は、種々の実施形態によると、例えば、同心ゾーン３００８−１、３００８−２、…３００８−ｎ等の複数のゾーンをｘ−ｙ平面に備える。インプリントされた整合層３００４のゾーンのそれぞれ内のインプリントされたナノ構造は、特定の配向に沿って配向される。隣接するゾーン内の液晶材料の分子の配向は、異なり得る。例えば、種々のゾーンのゾーン３００８−１、３００８−２、…３００８−ｎ内のＬＣ分子の伸長方向または局所配向子は、中心場所からの半径ｒｎの屈折力に依存する関数に従って、半径方向に連続的に回転されることができ、ｎは、例えば、図１６Ａ／１６Ｂおよび図１９に関して説明されるように、約１〜３で変動し得る。
【０３６６】
インプリントされたナノ構造および結果として生じる液晶分子は、異なるゾーン３００８−１、３００８−２、…３００８−ｎ内で異なる、伸長方向を有することができる。例えば、連続ゾーン内のインプリントされたナノ構造の伸長方向は、相互に対して約１８度の角度によって、時計回り方向に回転されることができる。しかしながら、実施形態は、そのように限定されず、連続ゾーン間の相対的回転角度は、１度未満、約１〜４５度、約１〜１８度、または約１８〜４５度であることができる。
【０３６７】
（広帯域波長板および／または波長板レンズを有する広帯域適応レンズアセンブの統合）
上記に説明される種々の実施形態によると、例えば、広帯域適応レンズアセンブリは、統合された波長板および波長板レンズを含む。以下では、波長板および波長板レンズを統合する方法が、実施形態に従って説明される。図３１Ａ−３１Ｃは、間隙充填プロセスを使用して、液晶を備える切替可能な広帯域波長板または液晶を備える切替可能な広帯域波長板レンズを加工する、例示的方法を図示する。種々の実施形態によると、本方法は、第１の基板上の第１の電極層と、第１の電極層上に形成される、第１の整合層とを含む、下側スタックを提供するステップと、第２の基板上の第２の電極層と、第２の電極層上に形成される、第２の整合層とを含む、上側スタックを提供するステップとを含む。第１および第２のスタックは、次いで、第１および第２の整合層が相互に面するように、単一スタックの中にスタックされ、スペーサが、下側および上側スタック間に形成され、間隙をその間に作成し、間隙は、続いて、ＬＣ層材料の液体で充填される。図３１Ａを参照すると、本方法は、例えば、図２７Ａに関して説明されるような上記に類似する様式において、基板１３１２を提供するステップと、その後、例えば、図２７Ａに関して説明されるような上記に類似する様式において、基板１３１２上に、第１の電極層１３２０、例えば、透明電極層を形成するステップとを含む。その後、図３１Ｂを参照すると、第１の整合層１３０２−０が、基板１３１２上に形成され、それによって、下側スタック３１００Ａを形成する。整合層１３０２−２は、例えば、図２７Ａ−２７Ｃ、２８、および２９に関して上記に説明されるものに類似する、光整合層、または、例えば、図３０Ａ−３０Ｃに関して上記に説明されるものに類似する、インプリントされた整合層であることができる。
【０３６８】
図３１Ｃを参照すると、下側スタック３１００Ａを形成するステップと類似様式において、第２の基板１３１２を備える、上側スタック３１００Ｂが、形成され、その上に、第１の電極層１３２０、例えば、透明電極層、および第２の整合層１３０２−０が、図３１Ｂに関して上記に説明されるように、下側スタック３１００Ａを形成するステップ関して上記に説明されるものと類似様式において形成される。
【０３６９】
いくつかの実施形態では、光整合層またはインプリントされた整合層であり得る、第１および第２の整合層１３０２−０は、種々の実施形態に関して上記に説明されるように、第１および第２の整合層１３０２−０に直接隣接するＬＣ分子が異なるように整合する、例えば、ＬＣ分子の伸長方向または配向子方向が相互に、例えば、約９０度で交差するように整合するように、異なるように構成されてもよい。
【０３７０】
依然として、図３１Ｃを参照すると、上側および下側スタック３１００Ｂ、３１００Ａは、続いて、第１および第２の整合層１３０２−０が相互に面するように、単一スタックの中にスタックされ、間隙１３０２が、その間に形成される。間隙１３０２は、下側および上側スタック３１００Ａ、３１００Ｂ間に形成される、スペーサ１３５０によって形成されてもよい。
【０３７１】
スペーサ１３５０は、間隙を生産するための直径を有する、好適な材料、例えば、シリカビーズから形成されてもよく、その距離は、続いて挿入されるＬＣ材料の標的厚さを画定する。いくつかの実装では、シリカビーズの形態におけるスペーサ１３５０は、乾燥プロセスを使用して、上側および下側スタック３１００Ｂ、３１００Ａの一方または両方の表面にわたって分散されることができる。他の実装では、シリカビーズの形態におけるスペーサ１３５０は、接着剤と混合され、上側および下側スタック３１００Ｂ、３１００Ａの一方または両方の表面の縁に適用されることができる。その後、上側および下側スタック３１００Ｂ、３１００Ａは、ＬＣ層の結果として生じる厚さに対応する最終間隙距離が取得されるまで、相互に対して押圧される。間隙距離は、ファブリ・ペロー干渉計の干渉縞を使用して監視されることができる。
【０３７２】
間隙１３０２を形成後、ＬＣ材料が、間隙１３０２の中に挿入される。挿入されるＬＣ材料は、例えば、上記に説明されるように、液晶モノマー、溶媒、光開始剤、および界面活性剤を含む、反応性メソゲン混合物であることができる。ＬＣ材料は、毛細管力によって、間隙１３０２内に挿入されてもよい。いくつかの実装では、挿入は、真空下で実施される。
【０３７３】
図３１Ａ−３１Ｃに関して上記に説明される統合プロセスは、本明細書に説明される任意の好適な実施形態に適用されることができる。例えば、本方法は、上記に説明されるように、間隙１３０２の中に挿入される切替可能なＴＮ  ＬＣ層１３０２（図１３Ｆ）によって分離される、一対の広帯域ＱＷＰ１３２４、１３２６（図１３Ｆ）を含む、図１３Ｆに関して上記に説明されるものに類似する、切替可能な広帯域波長板を形成するために使用されることができる。これらの実施形態では、下側スタック３１００Ａは、ＱＷＰ１３２４（図１３Ｂ）としての役割を果たすように構成される、複数のＴＮ  ＬＣ層１３０２−１、１３０２−２（図１３Ｆ）を含み、上側スタック３１００Ｂも同様に、ＱＷＰ１３２６（図１３Ｂ）としての役割を果たすように構成される、複数のＴＮ  ＬＣ層１３０２−１、１３０２−２（図１３Ｆ）を含む。
【０３７４】
別の実施例を提供するために、図３１Ａ−３１Ｃに関して上記に説明される統合プロセスは、上記に説明されるように、Ｌ３／ＨＷＰ３  ２３０４（図２３Ｂ−２４Ｄ）としての役割を果たすために、間隙１３０２の中に挿入される切替可能なＬＣ層２３０４（図２４Ａ）によって分離される、一対の重合化されたＬＣ（ＬＣＰ）層２３０２−１、２３０２−２（図２４Ａ）を含む、図２４Ａに関して上記に説明されるものに類似する、統合された広帯域適応レンズアセンブリを形成するステップに適用されることができる。これらの実施形態では、下側スタック３１００Ａは、Ｌ１／ＨＷＰ２  ２３０８（図２４Ｂ−２４Ｄ）としての役割を果たす、下側の重合化されたＬＣ（ＬＣＰ）層２３０２−１（図２４Ａ）を含み、上側スタック３１００Ｂも同様に、Ｌ２／ＨＷＰ２  ２３１２（図２４Ｂ−２４Ｄ）としての役割を果たす、上側の重合化されたＬＣ（ＬＣＰ）層２３０２−２（図２４Ａ）を含む。
【０３７５】
以下では、波長板および波長板レンズを統合する方法が、いくつかの他の実施形態に従って説明される。図３２Ａ−３２Ｅでは、液晶を備える切替可能な広帯域波長板または液晶を備える切替可能な広帯域波長板レンズを加工する例示的方法は、層転写プロセスを採用する。層転写プロセスでは、ＬＣ層が、可撓性であり得る、ドナー、犠牲、またはキャリア基板上に形成され、その後、剛性であり得る、恒久的基板に転写される。そのようなキャリア基板上へのＬＣ層形成は、より高い製造スループットおよび／またはより高い製造収率を可能にし得る。
【０３７６】
図３２Ａは、キャリア基板３２０４を備える、中間構造３２００Ａを図示し、これは、十分な柔軟性を有する一方、その上に整合層１３０２−０が形成される、ＬＣ層の重合化を含む、後続プロセスのために十分な熱安定性を有する、好適な基板であり得る。整合層１３０２−０は、例えば、図２７Ａ−２７Ｃ、２８、および２９に関して上記に説明されるものに類似する様式において形成および構成される、光整合層、または、例えば、図３０Ａ−３０Ｃに関して上記に説明されるものに類似する様式で形成および構成される、インプリントされた整合層であることができる。
【０３７７】
図３２Ｂは、整合層３２０８上に形成される、剥離層３２０８を備える、中間構造３２００Ｂを図示し、図３２Ｃは、それによって、ＬＣ層３２１２を整合層３２０８上に一時的に接合する、剥離層３２０８上に形成される、ＬＣ層３２１２を備える、中間構造３２００Ｃを図示する。ＬＣ層３２１２は、図２７Ｃに関して上記に説明されるものと類似様式において形成および構成されることができる。
【０３７８】
いくつかの実施形態では、剥離層３２０８は、表面処理によって形成される、薄い表面層を備え、これは、整合層３２０８の整合性質に実質的に影響を及ぼさずに、ＬＣ層３２１２と整合層１３０２−０との間の接着強度を弱化させる。
【０３７９】
いくつかの実施形態では、剥離層３２０８は、剥離層３２０８の上方の層と比較して、下方の層により高い強度で接着する、整合層１３０２−０上にコーティングされる、別個の好適な薄膜である。図示される実施例では、剥離層３２０８は、整合層１３０２−０とＬＣ層３２１２（図３２Ｃ）との間に形成される。したがって、いくつかの実施形態によると、剥離層３２０８は、機械的力の印加に応じて、整合層３２０２−２と比較して、ＬＣ層３２１２から比較的に容易に分離するように、ＬＣ層３２１２と比較して、整合層とのより強い接着界面を形成する、好適な材料から形成される。
【０３８０】
いくつかの実施形態では、剥離層３２０８は、ＬＣ層３２１２を硬化するためにＵＶ光に暴露されると定位置で硬化され得る、剥離層３２０８上にコーティングされた別個の液体状硬化性接着剤を備える。硬化は、接着剤層を、分離に先立って、流動に抵抗する、３−Ｄポリマーネットワークに変換する。いくつかの他の実施形態では、剥離層３２０８は、硬化性接着剤材料ではなく、剥離層３２０３上にコーティングされた別個の熱可塑性接合材料を備える。熱可塑性接合材料は、架橋結合または硬化しないが、代わりに、可逆的に軟化し、次いで、室温に冷却されると、ガラス状態に再固化する、熱可塑性ポリマーを含む。室温では、熱可塑性接合材料は、実質的変形を伴わずに、後続プロセスを可能にする、堅性の弾力性接合を形成する。
【０３８１】
図３２Ｄは、標的基板１３１２を備える、中間構造３２００Ｄを図示し、これは、糊層３２１６を使用して、ＬＣ層３２１２上に取り付けられる、恒久的基板であり得る。基板１３１２は、本明細書の他の場所に説明される任意の透明基板であってもよい。
【０３８２】
図３２Ｅは、中間構造３２００ｅを図示し、糊層３２１６によってＬＣ層３２１２に取り付けられる標的基板１３１２を含む、標的スタックは、キャリア基板３２０４と、整合層１３０２−０と、剥離層３２０８とを含む、キャリアスタックから分離される。いくつかの実施形態では、分離は、機械的接合解除によって実施され、これは、時として、離層分離と呼ばれる。分離は、剥離層３２０８とＬＣ層３２１２との間の界面、例えば、表面処理された剥離層３２０８または上記に説明される異なるタイプの別個に堆積された剥離層のうちの１つにおいて生じる。別個の剥離層３２０８または表面処理は、接合された構造が、通常のプロセス内応力に耐え得るが、しかし、薄いデバイスウエハを破損し得る、強力な力が、層間の分離のために必要とされるほど強固に接合されない、十分な接着をその界面に有するように設計される。分離プロセスは、剥離層３２０８とＬＣ層３２１２との間の離層を縁界面において開始するステップを伴い得、これは、非常に低力を使用して、剥離層３２０８とＬＣ層３２１２との間の界面全体を横断して伝搬し、分離を生じさせる。硬化性または熱可塑性組成であり得る、熱可塑性接合材料および低表面エネルギーポリマー剥離層の使用は、機械的接合解除のために好適であり得る。しかしながら、実施形態は、そのように限定されず、いくつかの他の実施形態では、分離は、摺動接合解除を伴う。これらの実施形態は、熱可塑性接合材料の可逆的軟化挙動を利用する。本モードでは、接合された構造は、接合材料の軟化温度を上回って加熱され、対向剪断力が、デバイスおよびキャリアウエハに印加され、構造が分離されるまで、それらを相互を越えてゆっくりと摺動させる。さらにいくつかの他の実施形態では、分離は、レーザ接合解除を伴う。これらの実施形態では、レーザビームが、キャリア基板３２０４を通して走査レーザで照射されると、剥離層３２０８をアブレートする、すなわち、ガス状副産物および少量の炭素質残留物に分解するために使用される。
【０３８３】
依然として、図３２Ｅを参照すると、そのように分離された標的スタック上のＬＣ層２７０４は、さらに処理されることができ、図２７Ａ−２７Ｃに関して上記に説明されるように、重合化、最下ＬＣ分子の上方にＬＣ分子をさらに整合させるステップ、および複数のＬＣ層をスタックするステップを含む、異なる実施形態に従って、さらに処理されてもよい。
【０３８４】
（選択された基板面積上への広帯域適応レンズアセンブリの形成）
種々のディスプレイデバイス、例えば、ウェアラブルディスプレイデバイス１０００（図１０）に関して上記に説明されるように、広帯域適応レンズアセンブリ、例えば、一対の広帯域適応レンズアセンブリ１００４、１００８が、仮想および世界画像の両方を表示するために、導波管アセンブリ１０１２によって介在される、光学経路１０１６内に形成される。しかしながら、いくつかの実装では、ウェアラブルディスプレイデバイスの一部として、広帯域適応レンズアセンブリは、基板の一部上、例えば、眼２１０が仮想画像を視認することが予期される、導波管アセンブリ１０１２の一部またはゴーグルのレンズの一部上に形成されてもよい。以下では、広帯域適応レンズアセンブリを選択された基板面積上に形成する種々の実施形態が、説明される。
【０３８５】
図３３は、基板３３００の一部上に形成される、液晶を備える切替可能な広帯域波長板または液晶を備える切替可能な広帯域波長板レンズの実施例を図示する。基板３３００は、例えば、導波管アセンブリ１０１２の一部またはゴーグルまたは眼鏡等のウェアラブルディスプレイデバイス１０００（図１０）のレンズの一部を表し得る。基板３３００は、その上に光学的にアクティブ切替可能な広帯域波長板または切替可能な広帯域波長板レンズが形成されることになる、レンズ面積３２０４と、切替可能な広帯域波長板または切替可能な広帯域波長板レンズがないままである、クリア領域３３０８とを備える。
【０３８６】
図３４は、クリア面積３３０８内におけるその形成を防止しながら、切替可能な広帯域波長板または広帯域波長板レンズのＬＣ層３４０４をレンズ面積３２０４上に選択的にコーティングまたは堆積させることによって、液晶を備える切替可能な広帯域波長板または液晶を備える切替可能な広帯域波長板レンズを基板３４００の一部上に形成する、第１の例示的方法を図示する。ＬＣ層３４０４は、最初に、図２７Ａ−２７Ｃに関して上記に説明されるように、反応性メソゲン混合物層（例えば、液晶モノマー、溶媒、光開始剤、および界面活性剤を含む）の形態でコーティングされ、その後、好適な後続プロセス、例えば、溶媒蒸発および随意の重合化（重合化されたＬＣ層のため）が続いてもよい。いくつかの実施形態では、選択的コーティングは、スロットダイコーティングプロセス、グラビア印刷コーティングプロセス、またはジェット（インク−ジェット）コーティングプロセス等の各層を堆積させるための好適な非接触または接触プロセスを使用して、実施されることができる。
【０３８７】
図３５Ａ−３５Ｃは、液晶の層をブランケットコーティングし、減法的に除去することによって、液晶を備える切替可能な広帯域波長板または液晶を備える切替可能な広帯域波長板レンズを基板の一部上に形成する、例示的方法を図示する。図３５Ａを参照すると、反応性メソゲン層３５０４（例えば、液晶モノマー、溶媒、光開始剤、および界面活性剤を含んでもよい）が、最初に、図２７Ａ−２７Ｃに関して上記に説明されるものと類似様式において、基板３３００（図３３）の面積全体にわたって形成された後、好適な後続プロセス、例えば、溶媒蒸発が続く。その後、図３５Ｂを参照すると、レンズ領域３３０４内の反応性メソゲン層は、重合化されたＬＣ層３５０８が、レンズ領域３３０４内に形成される一方、クリア面積内の硬化されない反応性メソゲン層３５１２が硬化されない（すなわち、重合化されない）ままであるように、光学マスクまたはレチクルを使用して、選択的に硬化され、クリア領域３３０８内のＵＶ光を遮断する。続いて、図３５Ｃを参照すると、硬化されない反応性メソゲン層３５１２は、好適な溶媒を使用して、クリア領域３３０８から選択的に除去され、選択的にコーティングされた基板３５００Ｃをもたらし、重合化された層３５０８をレンズ領域３３０４内にのみ選択的に残させる。
【０３８８】
図３６Ａ−３６Ｃは、整合層の選択的光学パターン化を使用することによって、液晶を備える切替可能な広帯域波長板または液晶を備える切替可能な広帯域波長板レンズを基板の一部上に形成する、例示的方法を図示する。図３６Ａに図示される中間構造３６００Ａを参照すると、光整合層をブランケット堆積後、第１の光学マスクまたはレチクル３６０４は、クリア領域３３０８を均一線形偏光に暴露しながら、レンズ面積３３０４を被覆するために使用される。その後、図３６Ｂに図示される中間構造３６００Ｂを参照すると、第１の光学マスク３６０４に対する反転マスクパターンを有し得る、第２の光学マスクまたはレチクル３６１６を使用して、レンズ面積３３０４が、例えば、図２９に関して上記に説明される直交偏光ＵＶレーザビームを使用した２ビーム暴露プロセスを使用して、偏光ホログラムに暴露される一方、クリア領域３３０８は、被覆される。図２８および２９Ａ／２９Ｂに関して上記に説明されるように、直交偏光を有する光の干渉は、上記に説明される種々の実施形態に関して説明される、続いてその上に形成される波長板パターンまたは波長板レンズパターンに従って、整合層をＬＣ結晶分子を整合させるように構成させる。したがって、第１および第２の光学マスク３６０４、３６１６の配列の結果、レンズ面積内の整合層３６１６（図３６Ｂ）の部分は、続いてその上に形成されるＬＣ分子を整合させるように選択的に構成される。対照的に、クリア面積内の整合層３６０８（図３６Ａ）の部分は、異なるように構成され、上記に説明される種々の実施形態に関して説明される、波長板パターンまたは波長板レンズパターンを欠いている。その後、図３６Ｃに図示される中間構造３６００Ｃを参照すると、反応性メソゲン層３６２０（例えば、液晶モノマー、溶媒、光開始剤、および界面活性剤を含んでもよい）は、図２７Ａ−２７Ｃに関して上記に説明されるものと類似様式において、クリア領域およびレンズ面積を含む、基板の面積全体にわたってブランケット堆積された後、例えば、溶媒蒸発および随意のＵＶ硬化を含む、好適な後続プロセスが続く。図３６Ｃにおける結果として生じる中間構造３６００Ｃでは、表面積全体は、ＬＣ分子で被覆されるが、レンズ面積にわたるＬＣ分子は、上記に説明される種々の実施形態に従って、下層整合層の構成に従って整合され、波長板または波長板レンズとしての役割を果たすための体系的配向を有する一方、クリア領域にわたるＬＣ分子は、波長板または波長板レンズとしての役割を果たすための体系的配向を欠いている。
【０３８９】
図３７Ａ−３７Ｂは、整合層を選択的にナノインプリントするステップを使用することによって、液晶を備える切替可能な広帯域波長板または液晶を備える切替可能な広帯域波長板レンズを基板の一部上に形成する、例示的方法を図示する。図３７Ａに図示される、中間構造３７００Ａを参照すると、ナノインプリントされた整合層が、基板表面にわたって形成され、ナノインプリントされた整合層は、異なるパターンをレンズ面積３３０４とクリア領域３３０８との間に有する。特に、レンズ面積３３０４内のナノインプリントされた整合層３７０８（図３７Ａ）の部分は、上記に説明される種々の実施形態に関して説明される波長板パターンまたは波長板レンズパターンに従って、続いてその上に形成されるＬＣ結晶分子を整合させるように構成される。対照的に、クリア面積内のレンズ整合層３６０８（図３７Ａ）の部分は、異なるように構成され、上記に説明される種々の実施形態に関して説明される、波長板パターンまたは波長板レンズパターンを欠いている。続いて、図３７Ｂに図示される、中間構造３７００Ｂを参照すると、反応性メソゲン層３７１２（例えば、液晶モノマー、溶媒、光開始剤、および界面活性剤を含んでもよい）が、図２７Ａ−２７Ｃに関して上記に説明されるものと類似様式において、クリア領域３３０８およびレンズ面積３３０４の両方にわたってブランケット堆積された後、例えば、溶媒蒸発および随意のＵＶ硬化を含む、好適な後続プロセスが続いてもよい。結果として生じる中間構造３６００Ｃでは、表面積全体が、ＬＣ分子で被覆されるが、レンズ面積３３０４にわたるＬＣ分子は、下層のインプリントされた整合層の構成に従って整合され、上記に説明される種々の実施形態による、波長板または波長板レンズとしての役割を果たすための体系的配向を有する一方、クリア領域３３０８にわたって形成されるＬＣ分子は、波長板または波長板レンズとしての役割を果たすための体系的配向を欠いている。
【０３９０】
（付加的実施例）
第１の実施例では、ディスプレイデバイスは、光を導波管の出力表面と平行な側方方向に誘導するように構成される、導波管を備える。導波管はさらに、誘導された光を出力表面を通して外部結合するように構成される。ディスプレイデバイスは、加えて、それを通して、導波管からの外部結合された光を内部結合および回折するように構成される、広帯域適応レンズアセンブリを備える。広帯域適応レンズアセンブリは、波長板レンズが、第１の波長板レンズの中心領域から半径方向外向き方向に変動する、複屈折（Δｎ）を有し、９０％を上回る回折効率において、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の外部結合された光を回折するように構成されるように配列された液晶（ＬＣ）層を備える、第１の波長板レンズを備える。広帯域適応レンズアセンブリは、異なる屈折力を有する複数の状態間で選択的に切り替えられるように構成される。
【０３９１】
第２の実施例では、第１の実施例のディスプレイデバイスにおいて、第１の波長板レンズのΔｎは、波長範囲内の波長（λ）の増加に伴って増加する。
【０３９２】
第３の実施例では、第１の実施例または第２の実施例のディスプレイデバイスにおいて、広帯域適応レンズアセンブリは、複数の液晶層を備え、液晶層はそれぞれ、層法線方向に連続的に捻転される、液晶分子を備える。
【０３９３】
第４の実施例では、第１−第３の実施例のうちの任意の１つのディスプレイデバイスにおいて、外部結合された光が、偏光を有するとき、広帯域適応レンズアセンブリは、少なくとも２つのレンズ状態間で選択的に切り替えられるように構成される。２つのレンズ状態は、第１の屈折力に従って導波管からの外部結合された光を収束または発散させ、外部結合された光の偏光を改変するように構成される、第１のレンズ状態と、外部結合された光の偏光を改変せずに、第２の屈折力に従って導波管からの外部結合された光を収束または発散させるように構成される、第２のレンズ状態とを含む。
【０３９４】
第５の実施例では、第１−第４の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、広帯域適応レンズアセンブリはさらに、第２の液晶層を備える、第２の波長板レンズと、第１の波長板レンズと第２の波長板レンズとの間に介在される、切替可能な波長板とを備え、広帯域適応レンズアセンブリは、切替可能な波長板を電気的にアクティブ化および非アクティブ化することによって、少なくとも２つの状態間で選択的に切り替えられるように構成される。
【０３９５】
第６の実施例では、第１−第５の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、切替可能な波長板は、捻転されたネマチック液晶を備え、電気的にアクティブ化するステップは、切替可能な波長板の厚さを横断して、捻転されたネマチック液晶の捻転度を改変する。
【０３９６】
第７の実施例では、第１−第５の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、切替可能な波長板が、アクティブ化されると、切替可能な波長板は、それを通して通過する円偏光の掌性を反転させるように構成される、半波長板としての役割を果たす一方、切替可能な波長板が、非アクティブ化されると、切替可能な波長板は、それを通して通過する円偏光の掌性を保存するように構成される。
【０３９７】
第８の実施例では、第１−第７の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、第１および第２の波長板レンズはそれぞれ、それを通して通過する円偏光の掌性を反転させるように構成され、切替可能な波長板が、アクティブ化されると、第１および第２の波長板レンズは、反対符号を有する屈折力を付与する。
【０３９８】
第９の実施例では、第１−第７の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、第１および第２の波長板レンズはそれぞれ、それを通して通過する円偏光の掌性を反転させるように構成され、切替可能な波長板が、非アクティブ化されると、第１および第２の波長板レンズは、同一符号を有する屈折力を付与する。
【０３９９】
第１０の実施例では、第１−第５の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、切替可能な波長板が、非アクティブ化されると、広帯域適応レンズアセンブリは、第１および第２の波長板レンズの屈折力の大きさの和に比例する大きさを有する、正味屈折力を有する一方、切替可能な波長板が、アクティブ化状態にあると、適応レンズアセンブリは、第１および第２の波長板レンズの屈折力の大きさ間の差異に比例する大きさを有する、正味屈折力を有する。
【０４００】
第１１の実施例では、第１−第１０の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、第１および第２の波長板レンズは、切替可能な波長板が電気的にアクティブ化されると、正味屈折力が約ゼロであるように、ほぼ同一の大きさを有する、屈折力を有する。
【０４０１】
第１２の実施例では、第１−第１１の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、第１の波長板レンズは、電気的に切替可能であって、広帯域適応レンズアセンブリはさらに、電気的に切替可能であって、第２の波長板レンズが、第２の波長板レンズの中心領域から半径方向外向き方向に変動する、複屈折（Δｎ）を有し、第２の液晶（ＬＣ）層を備え、９０％を上回る回折効率において、波長範囲内の外部結合された光を回折するように構成されるように配列される、第２の波長板レンズを備え、広帯域適応レンズアセンブリは、第１および第２の波長板レンズの一方または両方を切り替えることによって、少なくとも２つの状態間で選択的に切り替えられるように構成される。
【０４０２】
第１３の実施例では、第１−第１２の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、アクティブ化されると、第１および第２の切替可能な波長板はそれぞれ、それを通して通過する円偏光の掌性を反転させるように構成される、半波長板としての役割を果たす一方、非アクティブ化されると、第１および第２の切替可能な波長板はそれぞれ、それを通して通過する円偏光の掌性を保存するように構成される。
【０４０３】
第１４の実施例では、第１−第１３の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、第１および第２の波長板レンズはそれぞれ、それを通して通過する円偏光が反対偏光を有するとき、反対符号を有する屈折力を有するように構成される。
【０４０４】
第１５の実施例では、第１−第１４の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、広帯域適応レンズアセンブリは、第１および第２の波長板レンズの一方または両方を選択的にアクティブ化することによって、外部結合された光の所与の偏光に関して、広帯域適応レンズアセンブリが、４つの状態間で選択的に切り替えられるように構成されるように、第１および第２の波長板レンズの屈折力の大きさの和に比例する大きさを有する、正味屈折力を有する。
【０４０５】
第１６の実施例では、ディスプレイデバイスのための広帯域適応レンズアセンブリは、第１の波長板レンズが、第１の波長板レンズの中心領域から半径方向外向き方向に変動する、複屈折（Δｎ）を有し、９０％を上回る回折効率において、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍに及ぶ範囲内の波長内の光を回折するように構成されるように配列される、ＬＣ分子を有する、液晶（ＬＣ）層を備える、第１の波長板レンズを備える。広帯域適応レンズアセンブリは、加えて、電気的にアクティブ化および非アクティブ化されるように構成される、切替可能な波長板を備える。広帯域適応レンズアセンブリは、少なくとも２つのレンズ状態間で選択的に切り替えられるように構成される。２つのレンズ状態は、第１の屈折力に従って、第１のレンズ効果を付与し、広帯域適応レンズアセンブリを通して通過する光の偏光を改変するように構成される、第１のレンズ状態と、第２の屈折力に従って、第２のレンズ効果を付与し、広帯域適応レンズアセンブリを通して通過する光の偏光を保存するように構成される、第２のレンズ状態とを含む。
【０４０６】
第１７の実施例では、第１６の実施例の広帯域適応レンズアセンブリにおいて、切替可能な波長板は、非アクティブ化されると、円偏光の掌性を逆転させる一方、アクティブ化されると、円偏光の掌性を保存するように構成される、切替可能な半波長板（ＨＷＰ）である。
【０４０７】
第１８の実施例では、第１６の実施例または第１７の実施例の広帯域適応レンズアセンブリにおいて、切替可能なＨＷＰは、捻転されたネマチック液晶（ＴＮ  ＬＣ）スイッチを備え、ＴＮ  ＬＣスイッチは、切替可能なＴＮ  ＬＣ層を備え、電気的に非アクティブ化されると、線形偏光の偏光を逆転させ、電気的にアクティブ化されると、線形偏光の偏光を保存するように構成され、切替可能なＴＮ  ＬＣ層は、切替可能なＴＮ  ＬＣ層の層法線方向に変動する、ある捻転角度を有する、複数の伸長されたネマチックＬＣ分子を備える。
【０４０８】
第１９の実施例では、第１６−第１８の実施例のいずれかの広帯域適応レンズアセンブリにおいて、切替可能なＴＮ  ＬＣスイッチは、上側整合層と下側整合層との間に形成される、切替可能なＴＮ  ＬＣ層を備え、上側整合層は、上側整合層に直接隣接する伸長されたネマチックＬＣ分子の配向子を第１の側方方向に整合させるように構成され、下側整合層は、下側整合層に直接隣接する伸長されたネマチックＬＣ分子の配向子を第１の側方方向に交差する第２の側方方向に整合させるように構成される。
【０４０９】
第２０の実施例では、第１６−第１９の実施例のいずれかの広帯域適応レンズアセンブリにおいて、上側整合層および下側整合層の一方または両方は、ポリイミドまたはポリアミドを含む、ポリマー層を備える。
【０４１０】
第２１の実施例では、第１６−第１９の実施例のいずれかの広帯域適応レンズアセンブリにおいて、上側整合層および下側整合層の一方または両方は、パターン化されたナノ構造を備える。
【０４１１】
第２２の実施例では、第１６−第２１の実施例のいずれかの広帯域適応レンズアセンブリにおいて、上側整合層および下側整合層の一方または両方は、切替可能なＴＮ  ＬＣ層を横断して、電場を印加するように構成される、電極または複数の電極としての役割を果たす。
【０４１２】
第２３の実施例では、第１６−第１８の実施例のいずれかの広帯域適応レンズアセンブリにおいて、ＴＮ  ＬＣスイッチは、一対の交錯された第１および第２の電極を切替可能なＴＮ  ＬＣ層の片側に備え、ＴＮ  ＬＣスイッチは、電場を一対の交錯された第１および第２の電極間に印加することによって、切り替えられるように構成される。
【０４１３】
第２４の実施例では、第１６−第１８の実施例のいずれかの広帯域適応レンズアセンブリにおいて、切替可能な半波長板（ＨＷＰ）は、一対の広帯域４分の１波長板（ＱＷＰ）スタック間に介在される、ＴＮ  ＬＣスイッチを備える。
【０４１４】
第２５の実施例では、第１６−第２４の実施例のいずれかの広帯域適応レンズアセンブリにおいて、広帯域ＱＷＰスタックはそれぞれ、複数の直接スタックされた重合化されたＴＮ  ＬＣ層を備える。
【０４１５】
第２６の実施例では、第１６−第１８の実施例のいずれかの広帯域適応レンズアセンブリにおいて、切替可能なＨＷＰは、一対の１つ以上の重合化されたＴＮ  ＬＣ層間に直接介在される、切替可能なＴＮ  ＬＣ層を備え、切替可能なＴＮ  ＬＣ層に接触する、重合化されたＴＮ  ＬＣ層は、切替可能なＴＮ  ＬＣ層の伸長されたネマチックＬＣ分子を整合させるための整合層としての役割を果たす。
【０４１６】
第２７の実施例では、第１６−第２５の実施例のいずれかの広帯域適応レンズアセンブリにおいて、直接スタックされた重合化されたＴＮ  ＬＣ層はそれぞれ、それを横断してＬＣ分子がある捻転角度によって捻転される、厚さを有し、直接スタックされたＴＮ  ＬＣ層の隣接するものは、異なる捻転角度を有する。
【０４１７】
第２８の実施例では、第１６−第２７の実施例のいずれかの広帯域適応レンズアセンブリにおいて、広帯域適応レンズアセンブリはさらに、第２の波長板レンズが、第２の波長板レンズの中心領域から半径方向外向き方向に変動する、複屈折（Δｎ）を有し、９０％を上回る回折効率において、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍに及ぶ範囲内の波長内の光を回折するように構成されるように配列される、ＬＣ分子を有する、第２の液晶（ＬＣ）層を備える、第２の波長板レンズを備え、切替可能な波長板は、第１の波長板レンズと第２の波長板レンズとの間に介在される。
【０４１８】
第２９の実施例では、ディスプレイデバイスのための広帯域適応レンズアセンブリは、基板上に形成される、液晶（ＬＣ）層を備える、第１の波長板レンズを備える。ＬＣ層は、第１の波長板レンズが、ＬＣ層の中心領域から半径方向外向き方向に変動する、複屈折（Δｎ）を有するように配列され、９０％を上回る回折効率において、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍに及ぶ波長範囲内の光を回折するように構成される、ＬＣ分子を有する。基板に最も近い、ＬＣ分子のものは、概して、中心領域から同一半径における異なる場所に同一配向方向を有する。広帯域適応レンズアセンブリは、少なくとも２つのレンズ状態間で選択的に切り替えられるように構成される。第１のレンズ状態は、第１の屈折力に従って、第１のレンズ効果を付与し、広帯域適応レンズアセンブリを通して通過する光の偏光を改変するように構成される。第２のレンズ状態は、第２の屈折力に従って、第２のレンズ効果を付与し、広帯域適応レンズアセンブリを通して通過する光の偏光を保存するように構成される。
【０４１９】
第３０の実施例では、第２９の実施例の広帯域適応レンズアセンブリにおいて、ＬＣ層は、複数の同心ゾーン内に配列され、同心ゾーンはそれぞれ、その中で基板に最も近いＬＣ分子のものが、概して、同一配向方向を有する、半径の範囲を有する。
【０４２０】
第３１の実施例では、第２９の実施例または第３０の実施例の広帯域適応レンズアセンブリにおいて、基板に最も近い、ＬＣ分子のものは、数学的関数に従って、半径に伴って変動する、方位角捻転角度を有する。
【０４２１】
第３２の実施例では、第２９−第３１の実施例のいずれかの広帯域適応レンズアセンブリにおいて、ＬＣ層のΔｎは、波長範囲内の波長の増加に伴って増加する。
【０４２２】
第３３の実施例では、第２９−第３２の実施例のいずれかの広帯域適応レンズアセンブリにおいて、同一同心ゾーン内のＬＣ分子のものは、概して、ＬＣ層の異なる深度に同一捻転角度を有する。
【０４２３】
第３４の実施例では、第２９−第３３の実施例のいずれかの広帯域適応レンズアセンブリにおいて、第１の波長板レンズは、複数のＬＣ層を備え、ＬＣ層はそれぞれ、層法線方向に連続的に捻転される、ＬＣ分子を備える。
【０４２４】
第３５の実施例では、第２９−第３４の実施例のいずれかの広帯域適応レンズアセンブリにおいて、ＬＣ層はそれぞれ、それを横断してＬＣ分子がある捻転角度によって捻転される、厚さを有し、ＬＣ層は、異なる捻転角度を有する。
【０４２５】
第３６の実施例では、第２９−第３４の実施例のいずれかの広帯域適応レンズアセンブリにおいて、界面を形成する、ＬＣ層の隣接するものは、反対捻転角度を有する。
【０４２６】
第３７の実施例では、第２９−第３６の実施例のいずれかの広帯域適応レンズアセンブリにおいて、界面からほぼ同一深度におけるＬＣ層の隣接するもののＬＣ分子は、概して、同一配向を有する。
【０４２７】
第３８の実施例では、第２９−第３７の実施例のいずれかの広帯域適応レンズアセンブリにおいて、第１の波長板レンズは、一対の透明電極間に介在され、透明電極への電気信号の印加によって、電気的にアクティブ化および非アクティブ化されるように構成される。
【０４２８】
第３９の実施例では、第２９−第３８の実施例のいずれかの広帯域適応レンズアセンブリはさらに、第１の屈折力（Ｐ１）を有する、第１の受動波長板レンズと、第２の屈折力（Ｐ２）を有する、第２の受動波長板レンズとを備え、第１の波長板レンズは、第１および第２の受動波長板レンズと接触し、その間に介在される。
【０４２９】
第４０の実施例では、第２９−第３９の実施例のいずれかの広帯域適応レンズアセンブリにおいて、第１の波長板レンズは、非アクティブ化されると、第３の屈折力（Ｐ３）を、アクティブ化されると、約ゼロ屈折力を有するように構成される。
【０４３０】
第４１の実施例では、第２９−第４０の実施例のいずれかの広帯域適応レンズアセンブリにおいて、第１および第２の受動波長板レンズはそれぞれ、半波長板であって、第１の波長板レンズは、非アクティブ化されると、半波長板であるように構成される。
【０４３１】
第４２の実施例では、第２９−第３９の実施例のいずれかの広帯域適応レンズアセンブリにおいて、第１および第２の受動波長板レンズおよび第１の波長板レンズは、単一スタックの中に統合される。
【０４３２】
第４３の実施例では、統合されたディスプレイデバイスのための広帯域適応レンズアセンブリは、第１の電極と、第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に介在される、液晶（ＬＣ）層スタックとを備える。ＬＣ層スタックは、それぞれ、重合化されたＬＣ分子を備える、第１および第２の重合化されたＬＣ層間に介在される、重合化されていないＬＣ分子を備える、切替可能な液晶（ＬＣ）層を備える。第１の重合化されたＬＣ層内のＬＣ分子に隣接する、切替可能なＬＣ層内のＬＣ分子は、概して、第１の方向に伸長される。第２の重合化されたＬＣ層内のＬＣ分子に隣接する、切替可能なＬＣ層内のＬＣ分子は、概して、第１の方向と交差する第２の方向に伸長される。切替可能なＬＣ層は、第１および第２の電極を横断した第１の電圧条件下では、それを通して通過する入射光の偏光が、保存される一方、第１および第２の電極を横断した第２の電圧条件下では、それを通して通過する入射光の偏光が、改変されるように構成される、ＬＣ分子を備える。
【０４３３】
第４４の実施例では、第４３の実施例の統合された広帯域適応レンズアセンブリにおいて、切替可能なＬＣ層は、第１および第２の重合化されたＬＣ層のうちの少なくとも１つに接触する。
【０４３４】
第４５の実施例では、第４３の実施例または第４４の実施例のいずれかの統合された広帯域適応レンズアセンブリにおいて、切替可能なＬＣ層は、第２の電圧条件下、切替可能なＬＣ層が、第１の偏光方向を有する線形偏光を第１の方向と垂直な第２の偏光方向を有する線形偏光に変換するように、約９０度における正味捻転角度を有する、捻転されたネマチックＬＣ分子を備える。
【０４３５】
第４６の実施例では、第４３−第４５の実施例のいずれかの統合された広帯域適応レンズアセンブリにおいて、第１および第２の重合化されたＬＣ層はそれぞれ、捻転されたネマチックＬＣ分子を備え、４分の１波長板としての役割を果たす。
【０４３６】
第４７の実施例では、第４３−第４６の実施例のいずれかの統合された広帯域適応レンズアセンブリにおいて、ＬＣ層スタックは、切替可能なＬＣ層の反対側に形成される、複数の重合化されたＬＣ層を備え、重合化されたＬＣ層はそれぞれ、重合化されたＬＣ層の隣接するものと界面を形成し、重合化されたＬＣ層のそれぞれ内の界面に隣接するＬＣ分子は、概して、重合化されたＬＣ層の隣接するもの内の界面に隣接するＬＣ分子と同一方向に伸長される。
【０４３７】
第４８の実施例では、第４３−第４７の実施例のいずれかの統合された広帯域適応レンズアセンブリにおいて、切替可能なＬＣ層および第１および第２の重合化されたＬＣ層のそれぞれのＬＣ分子は、ＬＣ分子の複屈折（Δｎ）が、中心領域から半径方向外向き方向に変動するように配列される。
【０４３８】
第４９の実施例では、第４３−第４８の実施例のいずれかの統合された広帯域適応レンズアセンブリにおいて、Δｎは、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の波長（λ）の増加に伴って増加する。
【０４３９】
第５０の実施例では、第４３−第４８の実施例のいずれかの統合された広帯域適応レンズアセンブリにおいて、ＬＣ層スタックは、それぞれ、層法線方向に連続的に捻転される、捻転されたネマチックＬＣ分子を備える、２つの切替可能なＬＣ層を備える。
【０４４０】
第５１の実施例では、第４３−第５０の実施例のいずれかの統合された広帯域適応レンズアセンブリにおいて、２つの切替可能なＬＣ層の捻転されたネマチックＬＣ分子は、約６０度〜８０度の正味角度によって、２つの切替可能なＬＣ層間に形成される界面に対して対称的に捻転される。
【０４４１】
第５２の実施例では、第４３−第４８の実施例のいずれかの統合された広帯域適応レンズアセンブリにおいて、切替可能なＬＣ層は、第２の電圧条件下、切替可能なＬＣ層が半波長板としての役割を果たすように構成される、捻転されたネマチックＬＣ分子を備える。
【０４４２】
第５３の実施例では、第４３−第４８の実施例のいずれかの統合された広帯域適応レンズアセンブリにおいて、第１および第２の重合化されたＬＣ層はそれぞれ、捻転されたネマチックＬＣ分子を備え、半波長板としての役割を果たす。
【０４４３】
第５４の実施例では、ディスプレイデバイスは、光学経路内の一対の適応レンズアセンブリを備える。適応レンズアセンブリはそれぞれ、９０％を上回る回折効率において、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の光を回折し、第１および第２の状態間で切り替え、それを通して通過する光の偏光状態を選択的に改変するように構成される、対応する切替可能な波長板を備える。適応レンズアセンブリは、反対符号を伴う屈折力を有する。
【０４４４】
第５５の実施例では、第５４の実施例のディスプレイデバイスにおいて、適応レンズアセンブリはそれぞれ、適応レンズアセンブリの切替可能な波長板の状態に基づいて調節可能である、個別の屈折力を有する。
【０４４５】
第５６の実施例では、第５４の実施例または第５５の実施例のディスプレイデバイスはさらに、一対の適応レンズアセンブリの正味屈折力がほぼ一定値のままであるように、一対の適応レンズアセンブリの第１のものの第１の屈折力が、第１の値であるとき、一対の適応レンズアセンブリの第２のものの第２の屈折力が、対応して第２の値に調節されるように構成される、コントローラを備える。
【０４４６】
第５７の実施例では、第５４−第５６の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、一定値は、約０ｍ−１である。
【０４４７】
第５８の実施例では、第５４−第５７の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、適応レンズアセンブリはそれぞれ、レンズアセンブリの対応する切替可能な波長板によって介在される、第１および第２の波長板レンズを備え、波長板レンズはそれぞれ、それを通して通過する光の偏光状態を改変するように構成される。
【０４４８】
第５９の実施例では、第５４−第５８の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、ディスプレイデバイスはさらに、一対の適応レンズアセンブリ間に介在される、導波管アセンブリを備え、導波管アセンブリは、その中を伝搬する光を適応レンズアセンブリのうちの１つの中に外部結合するように構成される、導波管を備える。
【０４４９】
第６０の実施例では、第５４−第５９の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、適応レンズアセンブリはそれぞれ、複数の波長板レンズと、複数の切替可能な波長板とを備え、波長板レンズおよび切替可能な波長板は、交互にスタックされる。
【０４５０】
第６１の実施例では、第５４−第６０の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、切替可能な波長板および波長板レンズの異なるものは、異なる屈折力を有する。
【０４５１】
第６２の実施例では、適応レンズアセンブリは、光学経路内に整合される、１つ以上の波長板レンズおよび１つ以上の切替可能な波長板を備える。１つ以上の波長板レンズはそれぞれ、９０％を上回る回折効率において、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の外部結合された光を回折し、それを通して通過する光の偏光状態を改変し、第１の偏光を有する光のための第１の屈折力を提供し、第２の偏光を有する光のための第２の屈折力を提供するように構成される。１つ以上の切替可能な波長板はそれぞれ、９０％を上回る回折効率において、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の外部結合された光を回折するように構成され、光の偏光状態を改変せずに、光をそれを通して通過させるように構成される、第１の状態と、それを通して通過する光の偏光状態を改変するように構成される、第２の状態との間で選択的に切替可能である。
【０４５２】
第６３の実施例では、第６２の実施例の適応レンズアセンブリにおいて、波長板レンズおよび切替可能な波長板の一方または両方は、液晶を備える。
【０４５３】
第６４の実施例では、第６２の実施例または第６３の実施例の適応レンズアセンブリにおいて、第２の状態における１つ以上の切替可能な波長板はそれぞれ、円偏光の掌性を反転させるように構成される、半波長板である。
【０４５４】
第６５の実施例では、第６２−第６４の実施例のいずれかの適応レンズアセンブリにおいて、切替可能な波長板はそれぞれ、一対の１つ以上の波長板レンズ間に介在される。
【０４５５】
第６６の実施例では、第６２−第６５の実施例のいずれかの適応レンズアセンブリにおいて、適応レンズアセンブリは、複数の波長板レンズと、複数の切替可能な波長板とを備え、波長板レンズおよび切替可能な波長板は、交互にスタックされる。
【０４５６】
第６７の実施例では、ウェアラブル拡張現実頭部搭載可能ディスプレイシステムは、光を出力し、画像を形成するように構成される、光変調システムと、頭部搭載可能フレーム、フレームに取り付けられ、光変調システムからの光を受け取るように構成される、１つ以上の導波管と、一対の適応レンズアセンブリとを備え、１つ以上の導波管は、適応レンズアセンブリ間に配置される。適応レンズアセンブリはそれぞれ、９０％を上回る回折効率において、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の外部結合された光を回折し、第１の偏光を有する光のための第１の屈折力を提供し、第２の偏光を有する光のための第２の屈折力を提供するように構成される、１つ以上の波長板レンズを備える。適応レンズアセンブリはそれぞれ、加えて、光学経路内の１つ以上の切替可能な波長板を備え、１つ以上の切替可能な波長板はそれぞれ、９０％を上回る回折効率において、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の外部結合された光を回折し、それを通して通過する光の偏光状態を選択的に改変するように構成される。適応レンズアセンブリは、個別の電気信号の印加に応じて調節可能である、個別の屈折力を提供するように構成される。
【０４５７】
第６８の実施例では、広帯域適応レンズアセンブリを統合する方法は、下側スタックおよび上側スタックを形成するステップを含む。下側スタックは、第１の基板上に形成される、第１の電極層と、第１の電極層上に形成される、第１の整合層と、第１の整合層上の第１の重合化されたＬＣ層とを備える。上側スタックは、第２の基板上に形成される、第２の電極層と、第２の電極上に形成される、第２の整合層と、第２の整合層上の第２の重合化されたＬＣ層とを備える。本方法は、加えて、下側および上側スタックを形成後、第１および第２の重合化されたＬＣ層が相互に面するように、上側スタックおよび下側スタックをスタックするステップを含み、スタックするステップは、スペーサを形成し、間隙を上側および下側スタック間に作成するステップを含む。本方法は、加えて、間隙を重合化されていないＬＣ分子で充填し、切替可能な液晶（ＬＣ）層を形成するステップを含む。切替可能なＬＣ層を形成するステップは、第１の重合化されたＬＣ層内のＬＣ分子に隣接する切替可能なＬＣ層内のＬＣ分子が、概して、第１の方向に伸長されるように自己整合させるステップと、第２の重合化されたＬＣ層内のＬＣ分子に隣接する切替可能なＬＣ層内のＬＣ分子が、概して、第１の方向に交差する第２の方向に伸長されるように自己整合させるステップとを含む。
【０４５８】
第６９の実施例では、第６８の実施例の方法において、切替可能なＬＣ層を形成するステップは、第１および第２の電極層を横断した第１の電圧条件下、それを通して通過する入射光の偏光が保存される一方、第１および第２の電極を横断した第２の電圧条件下、それを通して通過する入射光の偏光が改変されるように、切替可能なＬＣ層のＬＣ分子を構成するステップを含む。
【０４５９】
第７０の実施例では、第６８の実施例または第６９の実施例の方法において、切替可能なＬＣ層は、第１および第２の重合化されたＬＣ層のうちの少なくとも１つに接触する。
【０４６０】
第７１の実施例では、第６８−第７０の実施例のいずれかの方法において、切替可能なＬＣ層内のＬＣ分子を自己整合させるステップは、第２の電圧条件下、切替可能なＬＣ層が、第１の偏光方向を有する線形偏光を第１の方向と垂直な第２の偏光方向を有する線形偏光に変換するように、約９０度における正味捻転角度を有する、捻転されたネマチックＬＣ分子を形成するステップを含む。
【０４６１】
第７２の実施例では、第６８−第７１の実施例のいずれかの方法において、第１および第２の重合化されたＬＣ層はそれぞれ、捻転されたネマチックＬＣ分子を備え、４分の１波長板としての役割を果たす。
【０４６２】
第７３の実施例では、第６８−第７２の実施例のいずれかの方法において、下側スタックを形成するステップおよび上側スタックを形成するステップはそれぞれ、複数の重合化されたＬＣ層を形成するステップを含む。重合化されたＬＣ層はそれぞれ、重合化されたＬＣ層の隣接するものと界面を形成し、重合化されたＬＣ層のそれぞれ内の界面に隣接するＬＣ分子は、概して、重合化されたＬＣ層の隣接するものの界面に隣接するＬＣ分子と同一方向に伸長される。
【０４６３】
第７４の実施例では、第６８−第７３の実施例のいずれかの方法において、切替可能なＬＣ層および第１および第２の重合化されたＬＣ層のそれぞれのＬＣ分子は、ＬＣ分子の複屈折（Δｎ）が、切替可能なＬＣ層および第１および第２の重合化されたＬＣ層のそれぞれ内の中心領域から半径方向外向き方向に変動するように配列される。
【０４６４】
第７５の実施例では、第６８−第７４の実施例のいずれかの方法において、Δｎは、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の波長（λ）の増加に伴って増加する。
【０４６５】
第７６の実施例では、第６８−第７４の実施例のいずれかの方法において、ＬＣ層スタックは、それぞれ、層法線方向に連続的に捻転される、捻転されたネマチックＬＣ分子を備える、２つの切替可能なＬＣ層を備える。
【０４６６】
第７７の実施例では、第６８−第７６の実施例のいずれかの方法は、約６０度〜８０度の正味角度によって、２つの切替可能なＬＣ層間の界面に対して対称的に捻転される、２つの切替可能なＬＣ層を形成するステップを含む。
【０４６７】
第７８の実施例では、第６８−第７７の実施例のいずれかの方法において、切替可能なＬＣ層は、第２の電圧条件下、切替可能なＬＣ層が半波長板としての役割を果たすように構成される、捻転されたネマチックＬＣ分子を備える。
【０４６８】
第７９の実施例では、第７４−第７８の実施例のいずれかの方法において、第１および第２の重合化されたＬＣ層はそれぞれ、捻転されたネマチックＬＣ分子を備え、半波長板としての役割を果たす。
【０４６９】
第８０の実施例では、広帯域波長板レンズアセンブリを加工する方法は、透明基板を提供するステップと、整合層を透明基板上に形成するステップとを含む。整合層は、その上に形成される液晶（ＬＣ）分子を波長板レンズパターンに従って整合させるように構成される。本方法は、加えて、ＬＣ層を整合層上に形成するステップを含む。整合層に直接隣接する、ＬＣ層内のＬＣ分子は、波長板レンズパターンの中心領域から所与の半径における、ＬＣ層内のＬＣ分子が、概して、同一方向に整合される、伸長方向を有する、波長板レンズパターンに従って整合する。ＬＣ層は、９０％を上回る回折効率において、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の光を回折するように構成される。広帯域適応レンズアセンブリは、異なる屈折力を有する複数の状態間で選択的に切り替えられるように構成される。
【０４７０】
第８１の実施例では、第８０の実施例の方法において、ＬＣ層を形成するステップは、ＬＣ層の複屈折（Δｎ）が、少なくとも４５０ｎｍ〜６３０ｎｍを含む波長範囲内の波長（λ）の増加に伴って増加するように、切替可能なＬＣ層のＬＣ分子を配列するステップを含む。
【０４７１】
第８２の実施例では、第８０の実施例または第８１の実施例の方法はさらに、第２のＬＣ層をＬＣ層上に形成するステップを含み、ＬＣ層および第２のＬＣ層はそれぞれ、層法線方向に連続的に捻転される、捻転されたネマチックＬＣ分子を備える。
【０４７２】
第８３の実施例では、第８０−第８２の実施例のいずれかの方法において、ＬＣ層および第２のＬＣ層内の捻転されたネマチックＬＣ分子は、約６０度〜８０度の正味角度によって、ＬＣ層および第２のＬＣ層によって形成される界面に対して対称的に捻転される。
【０４７３】
第８４の実施例では、第８０−第８３の実施例のいずれかの方法において、整合層を形成するステップは、整合層を直交偏光を有する２つの光ビームで照明することによって、光整合層を構成するステップを含む。
【０４７４】
第８５の実施例では、第８０−第８４の実施例のいずれかの方法において、整合層を形成するステップは、整合層をマスタレンズを通して部分的に回折される光ビームで照明することによって、光整合層を構成するステップを含み、マスタレンズは、波長板レンズパターンに従って配列される、ＬＣ結晶を備える。
【０４７５】
第８６の実施例では、第８０−第８５の実施例のいずれかの方法において、整合層を形成するステップは、その伸長方向が、ＬＣ層内のＬＣ分子の伸長方向と同一の波長板レンズの中心領域からの半径への依存性を有する、ナノ構造を有する、ナノインプリント整合層を形成するステップを含む。
【０４７６】
第８７の実施例では、第８０−第８６の実施例のいずれかの方法において、整合層を形成するステップは、複数の同心ゾーンを形成するステップを含み、ゾーンはそれぞれ、同一方向に伸長される、ナノ構造を有する。
【０４７７】
第８８の実施例では、第８０−第８７の実施例のいずれかの方法において、透明基板は、犠牲キャリアウエハであって、本方法は、加えて、整合層とＬＣ層との間に介在される、剥離層を形成するステップを含む。本方法は、加えて、標的基板をＬＣ層上に取り付けるステップを含む。本方法はさらに、ＬＣ層を剥離層から分離することによって、ＬＣ層を透明基板に転写するステップを含む。
【０４７８】
第８９の実施例では、第８０−第８８の実施例のいずれかの方法は、広帯域波長板レンズアセンブリを透明基板の主要表面積より小さい透明基板の選択された部分上に形成するステップを含む。
【０４７９】
第９０の実施例では、第８０−第８９の実施例のいずれかの方法において、ＬＣ層を形成するステップは、ＬＣ分子を選択された部分にわたって選択的に堆積させるステップを含む。
【０４８０】
第９１の実施例では、第８０−第９０の実施例のいずれかの方法において、ＬＣ層を形成するステップは、重合化されていないＬＣ層を基板にわたってブランケット堆積させるステップと、重合化されていないＬＣ層の一部を重合化されないまま残しながら、重合化されていないＬＣ層を選択された部分にわたって選択的に暴露し、重合化されたＬＣ層を形成するステップと、重合化されていないＬＣ層の一部を除去するステップとを含む。
【０４８１】
第９２の実施例では、第８０−第９１の実施例のいずれかの方法において、整合層を形成するステップは、整合層を透明基板にわたってブランケット堆積させ、ＬＣ分子を選択された面積にわたって選択的に構成し、その上に形成されるＬＣ層内のＬＣ分子を波長板パターンに従って整合させるステップを含み、ＬＣ層を形成するステップは、重合化されていないＬＣ層を基板にわたってブランケット堆積させるステップを含む。
【０４８２】
第９３の実施例では、第８０−第９２の実施例のいずれかの方法において、整合層を形成するステップは、パターン化されたナノ構造を選択された面積にわたって形成し、その上に形成されるＬＣ層内のＬＣ分子を波長板パターンに従って整合させるステップを含み、ＬＣ層を形成するステップは、重合化されていないＬＣ層を基板にわたってブランケット堆積させるステップを含む。
【０４８３】
第９４の実施例では、頭部搭載型ディスプレイシステムは、光をユーザの眼に投影し、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野内に表示するように構成される。頭部搭載型ディスプレイシステムは、ユーザの頭部上に支持されるように構成される、フレームを備える。ディスプレイシステムは、加えて、フレーム上に配置される、接眼レンズを備える。接眼レンズの少なくとも一部は、透明であって、ユーザが頭部搭載型ディスプレイを装着すると、透明部分が、ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させ、ユーザの正面の環境のビューを提供するように、ユーザの眼の正面の場所に配置される。接眼レンズは、光をユーザの眼の中に放出し、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように構成される。少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリは、捻転されたネマチック切替可能なレンズを備える、回折液晶レンズアセンブリを備える。捻転されたネマチック切替可能なレンズは、捻転されたネマチック液晶の活性層と、捻転されたネマチック液晶の活性層に隣接する、重合化された液晶の第１の層と、捻転されたネマチック液晶の活性層に隣接する、重合化された液晶の第２の層とを備える。捻転されたネマチック液晶の活性層は、重合化された液晶の第１および第２の層間に配置される。ネマチック切替可能なレンズはさらに、電場を捻転されたネマチック液晶の活性層に印加するように配置される、第１および第２の電極を備える。第１および第２の電極は、活性層および重合化された液晶の第１および第２の層が第１および第２の電極間に配置されるように、活性層および重合化された液晶の第１および第２の層の反対側にある。頭部搭載型ディスプレイは、加えて、電気信号を電極に印加することによって、切替可能なレンズの屈折力を変動させるように構成される、電子機器を備える。少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリは、ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させるように構成される。
【０４８４】
第９５の実施例では、第９４の実施例のディスプレイデバイスにおいて、活性層は、回折レンズを備える。
【０４８５】
第９６の実施例では、第９４または第９５の実施例のディスプレイデバイスにおいて、重合化された液晶の第１および第２の層は、回折レンズを備える。
【０４８６】
第９７の実施例では、第９４−第９６の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、重合化された液晶の第１および第２の層は、活性液晶層のための整合層である。
【０４８７】
第９８の実施例では、第９４−第９７の実施例のいずれかのディスプレイデバイスはさらに、それぞれ、重合化された液晶の第１および第２の層に隣接して配置される、第１および第２の整合層を備える。第１および第２の整合層は、活性層と反対の重合化された液晶の第１および第２の層の個別の側にある。
【０４８８】
第９９の実施例では、第９４−第９８の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、少なくとも第１の電極は、互いに組み合わされた電極を備える。
【０４８９】
第１００の実施例では、第９４−第９９の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、少なくとも１つの切替可能レンズアセンブリは、ユーザの眼の中に指向される光を透過させ、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように構成される。
【０４９０】
第１０１の実施例では、第９４−第１００の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリは、２つの切替可能なレンズアセンブリを備え、１つは、ユーザの眼の中に指向される光を透過させ、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように配置され、両方とも、ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させるように構成される。
【０４９１】
第１０２の実施例では、頭部搭載型ディスプレイシステムは、光をユーザの眼に投影し、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野内に表示するように構成される。頭部搭載型ディスプレイシステムは、ユーザの頭部上に支持されるように構成される、フレームを備える。本システムは、加えて、フレーム上に配置される、接眼レンズを備える。接眼レンズの少なくとも一部は、透明であって、ユーザが頭部搭載型ディスプレイを装着すると、透明部分が、ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させ、ユーザの正面の環境のビューを提供するように、ユーザの眼の正面の場所に配置される。接眼レンズは、光をユーザの眼の中に放出し、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように構成される。本システムは、加えて、回折液晶レンズアセンブリを備える、少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリを備える。回折液晶レンズアセンブリは、捻転されたネマチック液晶回折レンズを備える、活性層と、重合化された液晶を活性層の反対側に備える、第１および第２のリターダと、電場を捻転されたネマチック液晶の活性層に印加するように配置される、第１および第２の電極であって、活性層の反対側にある、第１および第２の電極とを備える。本システムはさらに、電気信号を電極に印加することによって、切替可能なレンズの屈折力を変動させるように構成される、電子機器を備え、少なくとも１つの切替可能なレンズは、ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させるように構成される。
【０４９２】
第１０３の実施例では、第１０２の実施例のディスプレイデバイスにおいて、捻転されたネマチック液晶の活性層の反対側の第１および第２のリターダは、捻転されたネマチック液晶の活性層に隣接する。
【０４９３】
第１０４の実施例では、第１０２または第１０３の実施例のディスプレイデバイスにおいて、第１および第２のリターダを備える、重合化された液晶は、活性液晶層のための整合層である。
【０４９４】
第１０５の実施例では、第１０２−第１０４の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、第１および第２のリターダは、第１および第２の電極間に配置される。
【０４９５】
第１０６の実施例では、第１０２−第１０５の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、第１および第２のリターダはそれぞれ、重合化された液晶を構成する、第１および第２の４分の１波リターダを備える。
【０４９６】
第１０７の実施例では、第１０２−第１０６の実施例のいずれかのディスプレイデバイスはさらに、それぞれ、第１および第２のリターダに隣接して配置される、第１および第２の整合層を備える。第１および第２の整合層は、活性層と反対の第１および第２のリターダの個別の側にある。
【０４９７】
第１０８の実施例では、第１０２−第１０７の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、少なくとも第１の電極は、互いに組み合わされた電極を備える。
【０４９８】
第１０９の実施例では、第１０２−第１０８の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリは、ユーザの眼の中に指向される光を透過させ、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように構成される。
【０４９９】
第１１０の実施例では、第１０２−第１０９の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリは、２つの切替可能なレンズアセンブリを備え、１つは、ユーザの眼の中に指向される光を透過させ、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように配置され、両方とも、ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させるように構成される。
【０５００】
第１１１の実施例では、頭部搭載型ディスプレイシステムは、光をユーザの眼に投影し、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野内に表示するように構成される。頭部搭載型ディスプレイシステムは、ユーザの頭部上に支持されるように構成される、フレームを備える。本システムは、加えて、フレーム上に配置される、接眼レンズを備える。接眼レンズの少なくとも一部は、透明であって、ユーザが頭部搭載型ディスプレイを装着すると、透明部分が、ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させ、ユーザの正面の環境のビューを提供するように、ユーザの眼の正面の場所に配置される。接眼レンズは、光をユーザの眼の中に放出し、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように構成される。本システムは、加えて、複数の切替可能なレンズを備える、少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリを含む。切替可能なレンズはそれぞれ、少なくとも２つの状態を有する。切替可能なレンズアセンブリは、複数のレンズの異なる状態のための異なる屈折力を有する。切替可能なレンズアセンブリは、複数のレンズが特定の状態に設定されると、異なる波長のための異なる屈折力を有する。本システムはさらに、切替可能なレンズと通信し、複数のレンズの状態を改変する、電子機器を備える。電子機器は、複数の切替可能なレンズ内の異なるレンズを異なる波長のための異なる状態にさせるように構成される。
【０５０１】
第１１２の実施例では、第１１１の実施例のディスプレイデバイスにおいて、複数の切替可能なレンズが、第１の状態の組み合わせに設定されると、レンズアセンブリは、緑色波長のための屈折力と異なる、赤色波長のための屈折力を生産し、複数の切替可能なレンズが、第２の状態の組み合わせに設定されると、レンズアセンブリは、緑色波長のための屈折力と異なる、赤色波長のための屈折力を生産する。
【０５０２】
第１１３の実施例では、第１１１の実施例または第１１２の実施例のディスプレイデバイスにおいて、複数の切替可能なレンズが、第２の状態の組み合わせに設定されると、赤色波長のための屈折力は、複数のレンズが第２の状態の組み合わせに設定されるときの緑色波長のための屈折力より複数のレンズが第１の状態の組み合わせに設定されるときの緑色波長の屈折力に近い。
【０５０３】
第１１４の実施例では、第１１１−第１１３の実施例のいずれかのディスプレイデバイスにおいて、電子機器は、所与の屈折力標的のために、複数のレンズを赤色波長のための第２の状態および緑色波長のための第１の状態に設定するように構成される。
【０５０４】
第１１５の実施例では、画像を装着者に提示するように光を装着者の眼の中に指向するように構成される、拡張現実アイウェアのための接眼レンズを加工する方法は、基板を提供するステップを含む。本方法は、加えて、第１のレンズ領域を基板上に形成するステップを含み、第１のレンズ領域は、屈折力を有する、透明液晶レンズを備える。本方法はさらに、基板上に、透明であって、屈折力を有していない、第２の領域を提供するステップを含む。
【０５０５】
第１１６の実施例では、第１１５の実施例の方法において、第１のレンズ領域は、レンズ屈折力を有していない第２の透明領域によって囲繞される。
【０５０６】
第１１７の実施例では、第１１５または第１１６の実施例の方法において、第２のレンズ領域は、基板の面積の少なくとも４０％を含む。
【０５０７】
第１１８の実施例では、第１１５または第１１６の実施例の方法において、第２のレンズ領域は、基板の面積の少なくとも３０％を含む。
【０５０８】
第１１９の実施例では、第１１５または第１１６の実施例の方法において、第２のレンズ領域は、基板の面積の少なくとも２０％を含む。
【０５０９】
第１２０の実施例では、第１１５または第１１６の実施例の方法において、第２のレンズ領域は、基板の面積の少なくとも１０％を含む。
【０５１０】
第１２１の実施例では、第１１５−第１２０の実施例のいずれかの方法は、液晶を第１のレンズ領域上に選択的に堆積させ、第２の透明領域上に堆積させないステップを含む。
【０５１１】
第１２２の実施例では、第１１５−第１２１の実施例のいずれかの方法はさらに、液晶を基板上に堆積させるステップを含む。
【０５１２】
第１２３の実施例では、第１２２の実施例の方法はさらに、液晶を第１のレンズ領域内で選択的に重合化し、第２の透明領域内で重合化しないステップを含む。
【０５１３】
第１２４の実施例では、第１２３の実施例の方法はさらに、重合化されていない液晶を第２の透明領域から除去するステップを含む。
【０５１４】
第１２５の実施例では、第１２４の実施例の方法はさらに、レンズパターンを第１のレンズ領域上に提供し、第２の透明領域上に提供しないステップを含む。
【０５１５】
第１２６の実施例では、第１２５の実施例の方法はさらに、均一整合パターンを第２の透明領域上に提供するステップを含む。
【０５１６】
第１２７の実施例では、第１２６の実施例の方法はさらに、均一線形偏光を用いて、第２の透明領域を照明し、第１のレンズ領域を照明しないステップを含む。
【０５１７】
第１２８の実施例では、第１１５−第１２０の実施例のいずれかの方法は、液晶が、その上に堆積され、それと整合されると、屈折力を提供するであろう、レンズパターンを用いて、第１のレンズ領域をナノインプリントし、第２の透明領域をナノインプリントしないステップを含む。
【０５１８】
第１２９の実施例では、第１２８の実施例の方法は、液晶が、その上に堆積されると、屈折力を提供しないであろう、均一インプリントパターンを用いて、第２の透明領域をナノインプリントするステップを含む。
【０５１９】
第１３０の実施例では、第１２９の実施例の方法はさらに、液晶を第１のレンズ領域および第２の透明領域上に堆積させるステップを含む。
【０５２０】
第１３１の実施例では、第１１１の実施例の頭部搭載型ディスプレイシステムは、異なる色の光を該ユーザの眼の中に異なる時間に放出し、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように構成される。
【０５２１】
第１３２の実施例では、第１３１の実施例の頭部搭載型ディスプレイシステムにおいて、該電子機器は、該異なる色の光が、該ユーザの眼の中に放出され、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示すると、複数の切替可能なレンズ内の異なるレンズを異なる時間に異なる状態にさせるように構成される。
【０５２２】
第１３３の実施例では、頭部搭載型ディスプレイシステムは、光をユーザの眼に投影し、拡張現実画像コンテンツを該ユーザの視野内に表示するように構成される。頭部搭載型ディスプレイシステムは、ユーザの頭部上に支持されるように構成される、フレームを備える。ディスプレイシステムは、加えて、フレーム上に配置される、接眼レンズを備える。該接眼レンズの少なくとも一部は、透明であって、ユーザが該頭部搭載型ディスプレイを装着すると、該透明部分が、ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させ、ユーザの正面の環境のビューを提供するように、ユーザの眼の正面の場所に配置される。該接眼レンズは、光を該ユーザの眼の中に放出し、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように構成される。ディスプレイシステムは、加えて、複数の切替可能なレンズを備える、少なくとも１つの切替可能なレンズアセンブリを備え、該切替可能なレンズはそれぞれ、少なくとも２つの状態を有する。該切替可能なレンズの状態における変動は、少なくとも１つの切替可能なアセンブリの状態を変化させる。該切替可能なレンズアセンブリは、該複数のレンズの異なる状態のための異なる屈折力を有する。該切替可能なレンズアセンブリは、複数のレンズが特定の状態に設定されると、異なる波長のための異なる屈折力を有する。ディスプレイシステムはさらに、該切替可能なレンズと通信し、該複数のレンズの状態を改変する、電子機器を備える。該ディスプレイデバイスは、第１の色の光を該ユーザの眼の中に第１の時間に、第２の色の光を該ユーザの眼の中に第２の時間に放出し、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように構成される。該電子機器は、該レンズのうちの少なくとも１つを第１および第２の時間に異なる状態にさせ、画像を該第１および第２の色で提供するように構成される。
【０５２３】
第１３４の実施例では、第１３３の実施例のディスプレイシステムにおいて、該複数の切替可能なレンズが、第１の状態の組み合わせに設定されると、該レンズアセンブリは、該第２の色のための屈折力と異なる該第１の色のための屈折力を生産し、該複数の切替可能なレンズが、第２の状態の組み合わせに設定されると、該レンズアセンブリは、該第２の色のための屈折力と異なる該第１の色のための屈折力を生産する。
【０５２４】
第１３５の実施例では、第１３４の実施例のディスプレイシステムにおいて、該複数の切替可能なレンズが、該第２の状態の組み合わせに設定されると、該第１の色のための該屈折力は、該複数のレンズが該第２の状態の組み合わせに設定されるときの該第２の色のための該屈折力より該複数のレンズが該第１の状態の組み合わせに設定されるときの該第２の色の屈折力に近い。
【０５２５】
第１３６の実施例では、第１３５の実施例のディスプレイシステムにおいて、電子機器は、所与の屈折力標的のために、該複数のレンズを該第１の色のための該第２の状態および第２の波長のための該第１の状態に設定するように構成される。
【０５２６】
第１３７の実施例では、第１３３の実施例のディスプレイシステムにおいて、該複数の切替可能なレンズが、第１の状態の組み合わせに設定されると、該レンズアセンブリは、緑色のための屈折力と異なる、赤色のための屈折力を生産し、該複数の切替可能なレンズが、第２の状態の組み合わせに設定されると、該レンズアセンブリは、緑色のための屈折力と異なる、赤色のための屈折力を生産する。
【０５２７】
第１３８の実施例では、第１３７の実施例のディスプレイシステムにおいて、該複数の切替可能なレンズが、該第２の状態の組み合わせに設定されると、該赤色のための該屈折力は、該複数のレンズが該第２の状態の組み合わせに設定されるときの該緑色のための該屈折力より該複数のレンズが該第１の状態の組み合わせに設定されるときの該緑色の屈折力に近い。
【０５２８】
第１３９の実施例では、第１３８の実施例のディスプレイシステムにおいて、電子機器は、所与の屈折力標的のために、該複数のレンズを該赤色波長のための該第２の状態および緑色波長のための該第１の状態に設定するように構成される。
【０５２９】
第１４０の実施例では、第１３３の実施例のディスプレイシステムにおいて、該電子機器は、該レンズのうちの少なくとも１つを該第１および第２の時間において異なる状態にさせ、同一深度から生じるかのように、画像を該第１および第２の色で提供するように構成される。
【０５３０】
第１４１の実施例では、第１３０−第１４０の実施例のいずれかのディスプレイシステムにおいて、複数の切替可能なレンズは、液晶を備える。
【０５３１】
第１４２の実施例では、第１３０−第１４１の実施例のいずれかのディスプレイシステムにおいて、複数の切替可能なレンズは、液晶（ＬＣ）層を備える、波長板レンズを備える。
【０５３２】
第１４３の実施例では、第１３０−第１４２の実施例のいずれかのディスプレイシステムにおいて、該電子機器は、該レンズのうちの少なくとも１つを該第１および第２の時間において異なる状態にさせ、該第１および第２の時間において同一状態にある該レンズのうちの少なくとも１つと比較して、色収差から生じる該画像の焦点における低減された差異を伴って、画像を該第１および第２の色で提供するように構成される。
【０５３３】
上記の実施例のうちの任意の１つは、ウェアラブル拡張現実頭部搭載可能ディスプレイシステムを作製または使用する、ウェアラブル拡張現実頭部搭載可能ディスプレイシステムおよび／または方法の状況において、組み合わせられる、または使用されてもよいことを理解されたい。頭部搭載可能ディスプレイは、以下、すなわち、光を出力し、画像を形成するように構成される、光変調システム、頭部搭載可能フレーム、および／またはフレームに取り付けられ、光変調システムからの光を受け取るように構成される、１つ以上の導波管のうちの１つ以上のものを備えてもよい。
【０５３４】
（付加的考慮点）
前述の明細書では、本発明は、その具体的実施形態を参照して説明された。しかしながら、種々の修正および変更が、本発明のより広義の精神および範囲から逸脱することなくそこに行われ得ることが明白となるであろう。明細書および図面は、故に、限定的意味ではなく、例証と見なされるべきである。
【０５３５】
実際、本開示のシステムおよび方法は、それぞれ、いくつかの革新的側面を有し、そのうちのいかなるものも、本明細書に開示される望ましい属性に単独で関与しない、またはそのために要求されないことを理解されたい。上記に説明される種々の特徴およびプロセスは、相互に独立して使用され得る、または種々の方法で組み合わせられ得る。全ての可能な組み合わせおよび副次的組み合わせが、本開示の範囲内に該当することが意図される。例えば、図１５を参照すると、１つ以上の適応レンズアセンブリ１５０４−１−１５０４−３は、導波管１０１２ａ、１０１２ｂ、および／または１０１２ｃの個々のものの間に配置されてもよいことを理解されたい。
【０５３６】
別個の実施形態の文脈において本明細書に説明されるある特徴はまた、単一の実施形態における組み合わせにおいて実装されてもよい。逆に、単一の実施形態の文脈において説明される種々の特徴もまた、複数の実施形態において別個に、または任意の好適な副次的組み合わせにおいて実装されてもよい。さらに、特徴がある組み合わせにおいて作用するものとして上記に説明され、さらに、そのようなものとして最初に請求され得るが、請求される組み合わせからの１つ以上の特徴は、いくつかの場合では、組み合わせから削除されてもよく、請求される組み合わせは、副次的組み合わせまたは副次的組み合わせの変形例を対象とし得る。いかなる単一の特徴または特徴のグループも、あらゆる実施形態に必要または必須ではない。
【０５３７】
とりわけ、「〜できる（ｃａｎ）」、「〜し得る（ｃｏｕｌｄ）」、「〜し得る（ｍｉｇｈｔ）」、「〜し得る（ｍａｙ）」、「例えば（ｅ．ｇ．）」、および同等物等、本明細書で使用される条件文は、別様に具体的に記載されない限り、または使用されるような文脈内で別様に理解されない限り、概して、ある実施形態がある特徴、要素、および／またはステップを含む一方、他の実施形態がそれらを含まないことを伝えることが意図されることを理解されたい。したがって、そのような条件文は、概して、特徴、要素、および／またはステップが、１つまたはそれを上回る実施形態に対していかようにも要求されること、または１つまたはそれを上回る実施形態が、著者の入力または促しの有無を問わず、これらの特徴、要素、および／またはステップが任意の特定の実施形態において含まれる、または実施されるべきかどうかを決定するための論理を必然的に含むことを示唆することを意図されない。用語「〜を備える」、「〜を含む」、「〜を有する」、および同等物は、同義語であり、非限定的方式で包括的に使用され、付加的要素、特徴、行為、動作等を除外しない。また、用語「または」は、その包括的意味において使用され（およびその排他的意味において使用されず）、したがって、例えば、要素のリストを接続するために使用されると、用語「または」は、リスト内の要素のうちの１つ、いくつか、または全てを意味する。加えて、本願および添付される請求項で使用されるような冠詞「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、別様に規定されない限り、「１つ以上の」または「少なくとも１つ」を意味するように解釈されるべきである。同様に、動作は、特定の順序で図面に描写され得るが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作が示される特定の順序で、または連続的順序で実施される、または全ての図示される動作が実施される必要はないと認識されるべきである。さらに、図面は、フローチャートの形態で１つ以上の例示的プロセスを図式的に描写し得る。しかしながら、描写されない他の動作も、図式的に図示される例示的方法およびプロセス内に組み込まれ得る。例えば、１つ以上の付加的動作が、図示される動作のいずれかの前に、その後に、それと同時に、またはその間に実施され得る。加えて、動作は、他の実施形態において再配列される、または再順序付けられ得る。ある状況では、マルチタスクおよび並列処理が、有利であり得る。さらに、上記に説明される実施形態における種々のシステムコンポーネントの分離は、全ての実施形態におけるそのような分離を要求するものとして理解されるべきではなく、説明されるプログラムコンポーネントおよびシステムは、概して、単一のソフトウェア製品においてともに統合される、または複数のソフトウェア製品にパッケージ化され得ることを理解されたい。加えて、他の実装も、以下の請求項の範囲内である。いくつかの場合では、請求項に列挙されるアクションは、異なる順序で実施され、依然として、望ましい結果を達成することができる。
【０５３８】
故に、請求項は、本明細書に示される実施形態に限定されることを意図されず、本明細書に開示される本開示、原理、および新規の特徴と一貫する最も広い範囲を与えられるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１３Ｆ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２３−１】
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【図２３−２】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２４Ｄ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２−１】
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【図３２−２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【国際調査報告】
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2021501361.tif 000076
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