(57)【要約】ウェアラブル拡張現実頭部搭載型ディスプレイシステムは、頭部搭載型システムを装着している装着者の前方の世界からの光を装着者の眼の中に通すように構成されることができる。頭部搭載型ディスプレイシステムは、画像を形成するための光を出力するように構成された光学ディスプレイを含むことができる。システムは、ディスプレイからの光を受け取るように配置された１つ以上の導波管を含み得る。可変屈折力反射体が、１つ以上の導波管の前方側に配置されることができる。反射体は、電気信号の印加に応じて調節可能な屈折力を有するように構成されることができる。
2020512574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェアラブル拡張現実頭部搭載型ディスプレイシステムであって、前記システムは、前記頭部搭載型システムを装着している装着者の前方の世界からの光を前記装着者の眼の中に通すように構成され、前記ウェアラブル拡張現実頭部搭載型ディスプレイシステムは、
画像を形成するための光を出力するように構成された光学ディスプレイと、
前記ディスプレイからの光を受け取るように配置された１つ以上の導波管と、
前記導波管を前記眼の前方に配置するように構成されたフレームであって、前記１つ以上の導波管は、前方側および後方側を有し、前記後方側は、前記前方側より前記眼に近い、フレームと、
前記１つ以上の導波管の前記前方側に配置された可変屈折力反射体であって、前記可変屈折力反射体は、電気信号の印加に応じて調節可能な屈折力を有するように構成されている、可変屈折力反射体と、
前記１つ以上の導波管に対して配置された１つ以上の外部結合要素と
を備え、
前記１つ以上の外部結合要素は、前記１つ以上の導波管からの光を抽出し、前記導波管内を伝搬する前記光の少なくとも一部を前記可変屈折力反射体に導き、前記光は、前記可変屈折力反射体から後方へ、前記導波管を通って前記眼の中に入るように導かれ、前記ディスプレイからの画像を前記装着者の前記眼の中に提示する、ウェアラブル拡張現実頭部搭載型ディスプレイシステム。
【請求項２】
前記光学ディスプレイは、走査ファイバディスプレイまたは液晶ディスプレイを備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記可変屈折力反射体は、調節可能形状を有する変形可能反射表面を備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記可変屈折力反射体は、前記反射表面を変形させるための電場を印加するために、少なくとも１つの電極を含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記可変屈折力反射体は、窒化ケイ素を備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記可変屈折力反射体は、２つの状態間で切り替えをするように構成された１つ以上の切り替え可能な光学要素を備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記２つの状態は、反射の２つのレベルを含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記２つの状態は、屈折力の２つのレベルを含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記２つの状態は、透過の２つのレベルを含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記１つ以上の切り替え可能な光学要素は、回折光学要素を備えている、請求項６に記載のシステム。
【請求項１１】
前記１つ以上の切り替え可能な光学要素は、反射要素を備えている、請求項６に記載のシステム。
【請求項１２】
前記１つ以上の切り替え可能な光学要素は、液晶を備えている液晶要素を備えている、請求項６に記載のシステム。
【請求項１３】
前記１つ以上の切り替え可能な光学要素は、コレステリック液晶（ＣＬＣ）を備えている、請求項６に記載のシステム。
【請求項１４】
前記１つ以上の切り替え可能な光学要素は、切り替え可能な偏光格子または切り替え可能なポリマー分散液晶要素を備えている、請求項６に記載のシステム。
【請求項１５】
前記可変屈折力反射体は、切り替え可能な光学要素のスタックを備え、前記切り替え可能な光学要素のうちの異なるものは、前記切り替え可能な光学要素のスタックが異なる屈折力間で切り替えをすることが可能であるように、異なる屈折力に関連付けられている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記可変屈折力反射体は、前記ディスプレイからの光を反射しながら、前記装着者の前方の世界からの光を透過させるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記可変屈折力反射体は、前記ディスプレイからの光を反射しながら、前記装着者の前方の世界からの光を透過させるための波長選択的フィルタを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記可変屈折力反射体は、ノッチを含む透過スペクトルを有し、前記ノッチに対応する波長を有する光は、前記ノッチに隣接する波長より多く前記可変屈折力反射体から反射される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記ノッチに対応する波長は、前記ノッチに隣接する波長を有する光より少なくとも２倍多く反射される、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記ノッチに対応する波長は、前記ノッチに隣接する波長を有する光より少なくとも５倍多く反射される、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記ディスプレイは、前記ノッチ波長に対応する色を有するカラー光源を備えている、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２２】
前記カラー光源の色は、赤色、緑色、または青色光に対応する、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記可変屈折力反射体は、前記ディスプレイからの光を反射しながら、前記装着者の前方の世界からの光を透過させるための１つ以上の偏光選択的フィルタを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記１つ以上の外部結合要素は、前記１つ以上の導波管から抽出された光を逆側と比較して前記１つ以上の導波管の前方側により多く導くように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２５】
前記１つ以上の外部結合要素は、１つ以上のメタ表面、１つ以上の液晶偏光格子、１つ以上の体積位相ホログラム、または任意のそれらの組み合わせを備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２６】
前記１つ以上の外部結合要素は、コレステリック液晶を備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２７】
前記可変屈折力反射体と電気連通し、前記可変屈折力反射体を駆動する電子機器をさらに備え、前記電子機器は、前記屈折力を変化させ、異なる深度平面から生じているかのように異なる画像コンテンツを提示するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２８】
前記電子機器は、前記屈折力をフレーム毎に変化させるように構成されている、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記電子機器は、前記屈折力をピクセル毎に変化させるように構成されている、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３０】
光再利用システムをさらに備え、前記光再利用システムは、前記１つ以上の導波管から前記１つ以上の導波管の後方側に向かって抽出された光を前記前方側に向け直すように構成され、それによって、前記光は、前記可変屈折力反射体上に入射し、前記装着者の前記眼に導かれることが可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３１】
前記光再利用システムは、１つ以上の偏光制御要素または偏光選択的要素を備えている、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記光再利用システムは、前記１つ以上の導波管と前記眼との間に配置された偏光選択的反射体を備えている、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３３】
前記光再利用システムは、前記１つ以上の光導波路と前記偏光選択的反射体との間に配置された１つ以上のリターダを備えている、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記１つ以上の光導波路と前記偏光反射体との間に配置された前記１つ以上のリターダは、約半波の正味位相差を導入する、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記再利用システムは、前記１つ以上の光導波路と前記可変屈折力反射体との間に配置された１つ以上のリターダを備えている、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３６】
前記１つ以上の光導波路と前記可変屈折力反射体との間に配置された前記１つ以上のリターダは、約４分の１波の正味位相差を導入する、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
ディスプレイデバイスであって、前記ディスプレイデバイスは、
導波管であって、前記導波管は、全内部反射のもとで、前記導波管の主要表面と平行な方向に可視光を伝搬することと、前記主要表面と垂直な方向に前記可視光を外部結合することとを行うように構成されている、導波管と、
第１の偏光を有する可視光を反射するように構成された変形可能ミラーと
を備え、
前記変形可能ミラーは、ノッチ反射体または１つ以上のコレステリック液晶（ＣＬＣ）層のうちの少なくとも１つを備え、前記ＣＬＣ層の各々は、複数のキラル構造を備え、前記キラル構造の各々は、層深度方向に延びた複数の液晶分子を備え、前記複数の液晶分子は、第１の回転方向に連続的に回転させられており、前記キラル構造の前記液晶分子の配列は、前記層深度方向と垂直な横方向に周期的に変動し、それによって、前記１つ以上のＣＬＣ層は、入射光をブラッグ反射するように構成されている、ディスプレイデバイス。
【請求項３８】
前記導波管は、前記可視光を前記変形可能ミラーに向かって選択的に外部結合するように構成されている、請求項３７に記載のディスプレイデバイス。
【請求項３９】
前記１つ以上のＣＬＣ層のうちの異なるものは、赤色、緑色、または青色光のうちの異なるものに対応する波長範囲における波長を有する可視光を反射するように構成され、一方で、前記波長範囲の外側における波長を有する光を透過させるように構成されている、請求項３７に記載のディスプレイデバイス。
【請求項４０】
前記ＣＬＣ層の前記キラル構造の各々は、少なくともある螺旋ピッチによって層深度方向に延びている複数の液晶分子を備え、前記１つ以上のＣＬＣ層のうちの異なるものは、異なる螺旋ピッチを有する、請求項３７に記載のディスプレイデバイス。
【請求項４１】
前記１つ以上のＣＬＣ層のうちの異なるものは、実質的に同一の屈折力を有する、請求項３７に記載のディスプレイデバイス。
【請求項４２】
前記ディスプレイデバイスは、複数のノッチ反射体を備え、前記ノッチ反射体の各々は、第１の偏光を有する可視光を反射するように構成され、前記ノッチ反射体の各々は、１つ以上のコレステリック液晶（ＣＬＣ）層を備え、前記ＣＬＣ層の各々は、複数のキラル構造を備え、前記キラル構造の各々は、層深度方向に延びた複数の液晶分子を備え、前記複数の液晶分子は、第１の回転方向に連続的に回転させられており、前記キラル構造の前記液晶分子の配列は、前記層深度方向と垂直な横方向に周期的に変動し、それによって、前記１つ以上のＣＬＣ層は、入射光をブラッグ反射するように構成されている、請求項３７に記載のディスプレイデバイス。
【請求項４３】
前記複数のノッチ反射体のうちの異なるものは、異なる屈折力を有する、請求項４２に記載のディスプレイデバイス。
【請求項４４】
前記複数のノッチ反射体の各々に対応する半波長板をさらに備えている、請求項４２に記載のディスプレイデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（参照による組み込み）
本願は、米国仮特許出願第６２／４６２，８５０号（２０１７年２月２３日出願、名称「ＶＡＲＩＡＢＬＥ−ＦＯＣＵＳ  ＶＩＲＴＵＡＬ  ＩＭＡＧＥ  ＤＥＶＩＣＥＳ」）の優先権の利益を主張し、上記出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。上記仮特許出願は、以下の節を含み、それらの両方は、参照により組み込まれ、本特許出願の一部を形成する：
１．第Ｉ節：”ＤＩＳＰＬＡＹ  ＳＹＳＴＥＭ  ＷＩＴＨ  ＶＡＲＩＡＢＬＥ  ＰＯＷＥＲ  ＲＥＦＬＥＣＴＯＲ”と題された出願の部分のための明細書および図面。
２．第ＩＩ節：”ＶＡＲＩＡＢＬＥ−ＦＯＣＵＳ  ＶＩＲＴＵＡＬ  ＩＭＡＧＥ  ＤＥＶＩＣＥＳ  ＢＡＳＥＤ  ＯＮ  ＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯ  ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ”と題された出願の部分のための明細書および図面。
【０００２】
第ＩおよびＩＩ節の両方は、可変焦点または可変屈折力デバイスおよびこれらのデバイスのコンポーネントに関連付けられた特徴について議論し、両節は、等しく、本願の開示の一部を形成する。故に、第Ｉ節に説明される種々の特徴、要素、構造、方法等は、任意の組み合わせにおいて、第ＩＩ節に説明される特徴、要素、構造、方法等と共に使用されること、それらと組み合わせられること、それらの中に組み込まれること、または別様にそれらと適合性があることができる。同様に、第ＩＩ節に説明される種々の特徴、要素、構造、方法等は、任意の組み合わせにおいて、第Ｉ節に説明される特徴、要素、構造、方法等と共に使用されること、それらと組み合わせられること、それらの中に組み込まれること、または別様にそれらと適合性があることができる。
【０００３】
本願は、以下の特許出願の各々の全体も、参照により組み込む：
米国出願第１４／５５５，５８５号（２０１４年１１月２７日出願）、米国出願第１４／６９０，４０１号（２０１５年４月１８日出願）、米国出願第１４／２１２，９６１号（２０１４年３月１４日出願）、および米国出願第１４／３３１，２１８号（２０１４年７月１４日出願）。
【０００４】
（背景）
（分野）
本開示は、拡張現実結像および可視化システムを含む光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００５】
（関連技術の説明）
現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、いわゆる「仮想現実」または「拡張現実」体験のためのシステムの開発を促進しており、デジタル的に再現された画像またはその一部が、現実であるように見える様式、またがる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シナリオであり、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シナリオは、実世界内のオブジェクトによってブロックされているように見えるＡＲ画像コンテンツ、または別様に実世界内のオブジェクトと相互作用するように知覚されるＡＲ画像コンテンツを含み得る。
【０００６】
図１を参照すると、拡張現実場面１が、描写されている。ＡＲ技術のユーザは、人々、木々、背景における建物、および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を見ている。ユーザは、実世界プラットフォーム１１２０上に立っているロボット像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」も「見ている」と知覚する。これらの要素５０、４０は、実世界には存在しないという点で、「仮想」である。ヒトの視知覚系は、複雑であり、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。
【０００７】
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】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
（要約）
本願は、可変屈折力を提供するために採用され得るシステムおよび方法の議論を含む。可変焦点または可変屈折力デバイスは、画像が異なる深度から生じているかのように画像を投影する、ある頭部搭載型ディスプレイデバイスにおける用途を見出し得る。頭部搭載型ディスプレイデバイス内の光学要素の屈折力を変化させることによって、頭部搭載型ディスプレイデバイスの装着者に提示される画像は、装着者から異なる距離に位置するかのように見える。可変焦点または可変屈折力光学デバイスは、したがって、画像コンテンツがユーザに対して異なる場所に据え付けられているかのように、異なる画像コンテンツを表示させるために変調されることができる。いくつかの可変屈折力要素は、可動膜から成る反射体を備えている。他の可変屈折力要素は、切り替え可能な液晶要素を使用して屈折力レベル間で切り替わり得る液晶切り替え可能なデバイスを備えている。本明細書に説明されるいくつかの可変焦点デバイスは、光の偏光特性を利用して、１つの焦点から別の焦点への切り替えを促進する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示のシステム、方法、およびデバイスの各々は、いくつかの革新的側面を有し、そのうちの単一の１つのみが、本明細書に開示される望ましい属性に単独で関与するわけではない。種々の例示的システムおよび方法が、下で提供される。
【００１０】
実施形態１：頭部搭載型システムを装着している装着者の前方の世界からの光を装着者の眼の中に通すように構成されるウェアラブル拡張現実頭部搭載型ディスプレイシステムであって、ディスプレイシステムは、
画像を形成するための光を出力するように構成された光学ディスプレイと、
ディスプレイからの光を受け取るように配置された１つ以上の導波管と、
フレームであって、フレームは、導波管を眼の前方に配置するように構成され、１つ以上の導波管は、前方側および後方側を有し、後方側は、前方側より眼に近い、フレームと、
１つ以上の導波管の前方側に配置された可変屈折力反射体であって、可変屈折力反射体は、電気信号の印加に応じて調節可能な屈折力を有するように構成されている、可変屈折力反射体と、
１つ以上の導波管に対して配置された１つ以上の外部結合要素と
を備え、
１つ以上の外部結合要素は、１つ以上の導波管からの光を抽出し、導波管内を伝搬する光の少なくとも一部を可変屈折力反射体に導き、光は、可変屈折力反射体から後方に、導波管を通って眼の中に入るように導かれ、画像をディスプレイから装着者の眼の中に提示する、ウェアラブル拡張現実頭部搭載型ディスプレイシステム。
【００１１】
実施形態２：光学ディスプレイは、走査ファイバディスプレイまたは液晶ディスプレイを備えている、実施形態１に記載のシステム。
【００１２】
実施形態３：可変屈折力反射体は、調節可能形状を有する変形可能反射表面を備えている、実施形態１−２のいずれかに記載のシステム。
【００１３】
実施形態４：可変屈折力反射体は、電場を印加し、反射表面を変形させるための少なくとも１つの電極を含む、実施形態３に記載のシステム。
【００１４】
実施形態５：可変屈折力反射体は、窒化ケイ素を備えている、実施形態１−４のいずれかに記載のシステム。
【００１５】
実施形態６：可変屈折力反射体は、２つの状態間で切り替えをするように構成された１つ以上の切り替え可能な光学要素を備えている、実施形態１−５のいずれかに記載のシステム。
【００１６】
実施形態７：２つの状態は、反射の２つのレベルを含む、実施形態６に記載のシステム。
【００１７】
実施形態８：２つの状態は、屈折力の２つのレベルを含む、実施形態６または７に記載のシステム。
【００１８】
実施形態９：２つの状態は、透過の２つのレベルを含む、実施形態６、７、または８のいずれかに記載のシステム。
【００１９】
実施形態１０：１つ以上の切り替え可能な光学要素は、回折光学要素を備えている、実施形態６−９のいずれかに記載のシステム。
【００２０】
実施形態１１：１つ以上の切り替え可能な光学要素は、反射要素を備えている、実施形態６−１０のいずれかに記載のシステム。
【００２１】
実施形態１２：１つ以上の切り替え可能な光学要素は、液晶を備えている液晶要素を備えている、実施形態６−１１のいずれかに記載のシステム。
【００２２】
実施形態１３：１つ以上の切り替え可能な光学要素は、切り替え可能な偏光格子または切り替え可能なポリマー分散液晶要素を備えている、実施形態６−１２のいずれかに記載のシステム。
【００２３】
実施形態１４：可変屈折力反射体は、切り替え可能な光学要素のスタックを備え、切り替え可能な光学要素のうちの異なるものは、切り替え可能な光学要素のスタックが異なる屈折力間で切り替えをすることが可能であるように、異なる屈折力に関連付けられている、実施形態１−１３のいずれかに記載のシステム。
【００２４】
実施形態１５：可変屈折力反射体は、ディスプレイからの光を反射しながら、装着者の前方の世界からの光を透過させるように構成されている、実施形態１−１４のいずれかに記載のシステム。
【００２５】
実施形態１６：可変屈折力反射体は、ディスプレイからの光を反射しながら、装着者の前方の世界からの光を透過させるための波長選択的フィルタを含む、実施形態１−１５のいずれかに記載のシステム。
【００２６】
実施形態１７：可変屈折力反射体は、ノッチを含む透過スペクトルを有し、ノッチに対応する波長を有する光は、ノッチに隣接する波長より多く可変屈折力反射体から反射される、実施形態１−１６のいずれかに記載のシステム。
【００２７】
実施形態１８：ノッチに対応する波長は、ノッチに隣接する波長を有する光より少なくとも２倍多く反射される、実施形態１７に記載のシステム。
【００２８】
実施形態１９：ノッチに対応する波長は、ノッチに隣接する波長を有する光より少なくとも５倍多く反射される、実施形態１７に記載のシステム。
【００２９】
実施形態２０：ディスプレイは、ノッチに対応する色を有するカラー光源を備えている、実施形態１７−１９のいずれかに記載のシステム。
【００３０】
実施形態２１：カラー光源の色は、赤色、緑色、または青色光に対応する、実施形態２０に記載のシステム。
【００３１】
実施形態２２：可変屈折力反射体は、ディスプレイからの光を反射しながら、装着者の前方の世界からの光を透過させるための１つ以上の偏光選択的フィルタを含む、実施形態１−２１のいずれかに記載のシステム。
【００３２】
実施形態２３：１つ以上の外部結合要素は、１つ以上の導波管から抽出された光を逆側と比較して１つ以上の導波管の前方側により多く導くように構成されている、実施形態１−２２のいずれかに記載のシステム。
【００３３】
実施形態２４：１つ以上の外部結合要素は、１つ以上のメタ表面、１つ以上の液晶偏光格子、１つ以上の体積位相ホログラム、または任意のそれらの組み合わせを備えている、実施形態１−２３のいずれかに記載のシステム。
【００３４】
実施形態２５：可変屈折力反射体と電気連通し、可変屈折力反射体を駆動する電子機器をさらに備え、電子機器は、異なる深度平面から生じるかのように異なる画像コンテンツを提示するように、屈折力を変化させるように構成されている、実施形態１−２４のいずれかに記載のシステム。
【００３５】
実施形態２６：電子機器は、屈折力をフレーム毎に変化させるように構成されている、実施形態２５に記載のシステム。
【００３６】
実施形態２７：電子機器は、屈折力をピクセル毎に変化させるように構成されている、実施形態２５に記載のシステム。
【００３７】
実施形態２８：光再利用システムをさらに備え、光再利用システムは、１つ以上の導波管から１つ以上の導波管の後方側に向かって抽出された光を前方側に向け直すように構成され、それによって、光は、可変屈折力反射体上に入射し、装着者の眼に導かれることが可能である、実施形態１−２７のいずれかに記載のシステム。
【００３８】
実施形態２９：光再利用システムは、１つ以上の偏光制御要素または偏光選択的要素を備えている、実施形態２８に記載のシステム。
【００３９】
実施形態３０：光再利用システムは、１つ以上の導波管と眼との間に配置された偏光選択的反射体を備えている、実施形態２８に記載のシステム。
【００４０】
実施形態３１：光再利用システムは、１つ以上の光導波路と偏光選択的反射体との間に配置された１つ以上のリターダを備えている、実施形態３０に記載のシステム。
【００４１】
実施形態３２：１つ以上の光導波路と偏光反射体との間に配置された１つ以上のリターダは、約半波の正味位相差を導入する、実施形態３１に記載のシステム。
【００４２】
実施形態３３：再利用システムは、１つ以上の光導波路と可変屈折力反射体との間に配置された１つ以上のリターダを備えている、実施形態２９−３２のいずれかに記載のシステム。
【００４３】
実施形態３４：１つ以上の光導波路と可変屈折力反射体との間に配置された１つ以上のリターダは、約４分の１波の正味位相差を導入する、実施形態３３に記載のシステム。
【００４４】
実施形態３５：ディスプレイデバイスであって、ディスプレイデバイスは、
全内部反射のもとで、導波管の主要表面と平行な方向に可視光を伝搬し、主要表面と垂直な方向に可視光を外部結合するように構成された導波管と、
第１の偏光を有する可視光を反射するように構成された変形可能ミラーと
を備え、
変形可能ミラーは、ノッチ反射体または１つ以上のコレステリック液晶（ＣＬＣ）層のうちの少なくとも１つを備え、ＣＬＣ層の各々は、複数のキラル構造を備え、キラル構造の各々は、層深度方向に延び、第１の回転方向に連続的に回転させられた複数の液晶分子を備え、キラル構造の液晶分子の配列は、１つ以上のＣＬＣ層が入射光をブラッグ反射するように構成されるように、層深度方向と垂直な横方向に周期的に変動する、ディスプレイデバイス。
【００４５】
実施形態３６：導波管は、可視光を変形可能ミラーに向かって選択的に外部結合するように構成されている、実施形態３５に記載のディスプレイデバイス。
【００４６】
実施形態３７：１つ以上のＣＬＣ層のうちの異なるものは、赤色、緑色、または青色光のうちの異なるものに対応する波長範囲における波長を有する可視光を反射するように構成され、一方で、波長範囲の外側における波長を有する光を透過させるように構成されている、実施形態３５または３６のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【００４７】
実施形態３８：ＣＬＣ層のキラル構造の各々は、少なくともある螺旋ピッチによって層深度方向に延びている複数の液晶分子を備え、１つ以上のＣＬＣ層のうちの異なるものは、異なる螺旋ピッチを有する、実施形態３５−３７のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【００４８】
実施形態３９：１つ以上のＣＬＣ層のうちの異なるものは、実質的に同一の屈折力を有する、実施形態３５−３８のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【００４９】
実施形態４０：ディスプレイデバイスは、複数のノッチ反射体を備え、ノッチ反射体の各々は、第１の偏光を有する可視光を反射するように構成され、ノッチ反射体の各々は、１つ以上のコレステリック液晶（ＣＬＣ）層を備え、ＣＬＣ層の各々は、複数のキラル構造を備え、キラル構造の各々は、層深度方向に延び、第１の回転方向に連続的に回転させられた複数の液晶分子を備え、キラル構造の液晶分子の配列は、１つ以上のＣＬＣ層が入射光をブラッグ反射するように構成されるように、層深度方向と垂直な横方向に周期的に変動する、実施形態３５−３９のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【００５０】
実施形態４１：複数のノッチ反射体のうちの異なるものは、異なる屈折力を有する、実施形態４０に記載のディスプレイデバイス。
【００５１】
実施形態４２：複数のノッチ反射体の各々に対応する半波長板をさらに備えている、実施形態４０に記載のディスプレイデバイス。
【００５２】
実施形態４３：ディスプレイデバイスであって、ディスプレイデバイスは、
画像を形成するための光を出力するように構成された光プロジェクタと、
光プロジェクタからの光を受け取るように構成された導波管アセンブリであって、導波管アセンブリは、全内部反射を介して受け取られた光を導波管アセンブリの主要表面と平行な方向に伝搬し、受け取られた光を主要表面と垂直な方向に外部結合するように構成され、導波管アセンブリは、ユーザの眼により近く配置された後方側と、後方側と反対に配置された前方側とを有する、導波管アセンブリと、
ある特性を有する外部結合された光の一部を反射するように構成された変形可能ミラーと
を備え、
変形可能ミラーは、導波管アセンブリの前方側に配置されている、ディスプレイデバイス。
【００５３】
実施形態４４：外部結合された光の一部の特性は、偏光特性を含む、実施形態４３に記載のディスプレイデバイス。
【００５４】
実施形態４５：外部結合された光の一部の特性は、波長特性を含む、実施形態４３または４４に記載のディスプレイデバイス。
【００５５】
実施形態４６：変形可能ミラーは、偏光特性を有する外部結合された光の一部を反射するように構成された偏光反射体を備えている、実施形態４３−４５のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【００５６】
実施形態４７：変形可能ミラーは、ある波長範囲内の光を反射するように構成されたノッチ反射体を備えている、実施形態４３−４６のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【００５７】
実施形態４８：導波管アセンブリの後方側に配置された偏光器をさらに備えている、実施形態４３−４７のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【００５８】
実施形態４９：変形可能ミラーは、１つ以上のコレステリック液晶（ＣＬＣ）層を備え、ＣＬＣ層の各々は、複数のキラル構造を備え、キラル構造の各々は、層深度方向に延び、第１の回転方向に連続的に回転させられた複数の液晶分子を備え、キラル構造の液晶分子の配列は、１つ以上のＣＬＣ層が入射光をブラッグ反射するように構成されるように、層深度方向と垂直な横方向に周期的に変動する、実施形態４３−４８のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【００５９】
実施形態５０：導波管アセンブリは、１つ以上の液晶層を備えている、実施形態４３−４９のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【００６０】
実施形態５１：１つ以上の切り替え可能な光学要素は、コレステリック液晶（ＣＬＣ）を備えている、実施形態６−１１のいずれかに記載のシステム。
【００６１】
実施形態５２：１つ以上の外部結合要素は、コレステリック液晶（ＣＬＣ）を備えている、実施形態１−２３のいずれかに記載のシステム。
【００６２】
実施形態５３：ディスプレイデバイスであって、ディスプレイデバイスは、
全内部反射のもとで、導波管の主要表面と平行な方向に可視光を伝搬し、主要表面と垂直な方向に可視光を外部結合するように構成された導波管と、
第１の偏光を有する可視光を反射するように構成されたノッチ反射体と
を備え、
ノッチ反射体は、１つ以上のコレステリック液晶（ＣＬＣ）層を備え、ＣＬＣ層の各々は、複数のキラル構造を備え、キラル構造の各々は、層深度方向に延び、第１の回転方向に連続的に回転させられた複数の液晶分子を備え、キラル構造の液晶分子の配列は、１つ以上のＣＬＣ層が入射光をブラッグ反射するように構成されるように、層深度方向と垂直な横方向に周期的に変動する、ディスプレイデバイス。
【００６３】
実施形態５４：導波管は、可視光をノッチ反射体に向かって選択的に外部結合するように構成されている、実施形態５３に記載のディスプレイデバイス。
【００６４】
実施形態５５：ノッチ反射体は、その上に形成された１つ以上のＣＬＣ層を有する変形可能ミラーを備えている、実施形態５３または５４のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【００６５】
実施形態５６：１つ以上のＣＬＣ層のうちの異なるものは、赤色、緑色、または青色光のうちの異なるものに対応する波長範囲における波長を有する可視光を反射するように構成され、一方で、波長範囲の外側における波長を有する光を透過させるように構成されている、実施形態５３−５５のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【００６６】
実施形態５７：ＣＬＣ層のキラル構造の各々は、少なくともある螺旋ピッチによって層深度方向に延びている複数の液晶分子を備え、１つ以上のＣＬＣ層のうちの異なるものは、異なる螺旋ピッチを有する、実施形態５３−５６のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【００６７】
実施形態５８：１つ以上のＣＬＣ層のうちの異なるものは、実質的に同一の屈折力を有する、実施形態５３−５８のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【００６８】
実施形態５９：ディスプレイデバイスは、複数のノッチ反射体を備え、ノッチ反射体の各々は、第１の偏光を有する可視光を反射するように構成され、ノッチ反射体の各々は、１つ以上のコレステリック液晶（ＣＬＣ）層を備え、ＣＬＣ層の各々は、複数のキラル構造を備え、キラル構造の各々は、層深度方向に延び、第１の回転方向に連続的に回転させられた複数の液晶分子を備え、キラル構造の液晶分子の配列は、１つ以上のＣＬＣ層が入射光をブラッグ反射するように構成されるように、層深度方向と垂直な横方向に周期的に変動する、実施形態５３に記載のディスプレイデバイス。
【００６９】
実施形態６０：複数のノッチ反射体のうちの異なるものは、異なる屈折力を有する、実施形態５９に記載のディスプレイデバイス。
【００７０】
実施形態６１：複数のノッチ反射体の各々に対応する半波長板をさらに備えている、実施形態５９または６０に記載のディスプレイデバイス。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【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。
【００７２】
【図２】図２は、ウェアラブルディスプレイシステムの例を図示する。
【００７３】
【図３】図３は、ユーザのための３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。
【００７４】
【図４】図４は、複数の深度平面を使用して３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。
【００７５】
【図５】図５Ａ−５Ｃは、曲率半径と焦点半径との間の関係を図示する。
【００７６】
【図６】図６は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの例を図示する。
【００７７】
【図７】図７は、導波管によって出力された出射ビームの例を図示する。
【００７８】
【図８】図８は、スタックされた導波管アセンブリの例を図示し、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。
【００７９】
【図９Ａ】図９Ａは、各々が内部結合光学要素を含むスタックされた導波管の組の例の断面側面図を図示する。
【００８０】
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａの複数のスタックされた導波管の例の斜視図を図示する。
【００８１】
【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例の見下ろし平面図を図示する。
【００８２】
【図１０Ａ】図１０Ａは、光プロジェクタシステムからの光を受け取るように配置される可変屈折力反射体を含むウェアラブル拡張現実頭部搭載型ディスプレイシステムを図示する。
【００８３】
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１０Ａの光投影システムを図示し、可変屈折力反射体は、無限遠におけるオブジェクトから発出するかのように、仮想画像を作成する。
【００８４】
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、偏光選択的であり、光の偏光を使用して反射される光および透過させられる光を決定する可変屈折力反射体を図示する。
【００８５】
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、変形可能ミラーと液晶格子を伴う導波管アセンブリとを備えている例示的ディスプレイデバイスを図示する。
【００８６】
【図１１】図１１は、ユーザの眼に向かって外部結合される導波管からの投入された光を反射体に向け直すように構成されたリターダの配列を備えている光再利用システムを含む、ディスプレイデバイスを図示する。
【００８７】
【図１２】図１２は、スタックまたは複数の切り替え可能な反射要素等の１つ以上の切り替え可能な光学要素を備え得る可変屈折力反射体を図示する。
【００８８】
【図１３】図１３Ａ−１３Ｃは、ディスプレイデバイスの一部として実装され得る例示的反射回折レンズを図示し、反射回折レンズは、反射偏光ミラーとしての役割を果たすパターン化されたＣＬＣ材料から形成される。
【００８９】
【図１４】図１４は、複数の切り替え可能な反射要素を有するスタックまたは複数の切り替え可能な反射要素の実施形態を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００９０】
（詳細な説明）
ウェアラブル拡張現実頭部搭載型ディスプレイシステムは、頭部搭載型システムを装着している装着者の前方の世界からの光を装着者の眼の中に通すように構成されることができる。頭部搭載型ディスプレイシステムは、画像を形成するための光を出力するように構成された光学ディスプレイを含むことができる。ディスプレイシステムは、フレームを含み得、フレームは、眼の前方にある導波管を含み、１つ以上の導波管は、前方側および後方側を有し、後方側は、前方側より眼に近い。システムは、ディスプレイからの光を受け取るように配置された１つ以上の導波管を含み得る。可変屈折力反射体が、１つ以上の導波管の前方側に配置されることができる。反射体は、電気信号の印加に応じて調節可能な屈折力を有するように構成されることができる。システムは、１つ以上の導波管からの光を抽出するために１つ以上の導波管に対して配置された１つ以上の外部結合要素をさらに含み得る。要素は、導波管内で伝搬する光の少なくとも一部を可変屈折力反射体に導き得る。可変屈折力反射体から導かれた光は、導波管を通り眼の中に反射され、ディスプレイからの画像を装着者の眼の中に提示し得る。
【００９１】
光学ディスプレイは、走査ファイバディスプレイまたは液晶ディスプレイを含み得る。いくつかの変形例では、可変屈折力反射体は、調節可能形状を有する変形可能反射表面を含む。可変屈折力反射体は、反射表面を変形させるための電場を印加する少なくとも１つの電極を含み得る。可変屈折力反射体は、窒化ケイ素を含み得る。可変屈折力反射体は、２つの状態間で切り替わるように構成された１つ以上の切り替え可能な光学要素を含み得る。２つの状態は、反射の２つのレベル、屈折力の２つのレベル、および／または、透過の２つのレベルを含み得る。
【００９２】
１つ以上の切り替え可能な光学要素は、回折光学要素、反射要素、および／または液晶を含む液晶要素を含み得る。
【００９３】
頭部搭載型ディスプレイシステムは、１つ以上の切り替え可能な偏光格子または切り替え可能なポリマー分散液晶要素を含み得る。可変屈折力反射体は、異なる屈折力に関連付けられた切り替え可能な光学要素のスタックを含み得、切り替え可能な光学要素は、異なる屈折力間で切り替えることができる。
【００９４】
いくつかの場合、可変屈折力反射体は、ディスプレイからの光を反射しながら、装着者の前方の世界からの光を透過させるように構成される。可変屈折力反射体は、ディスプレイからの光を反射しながら、装着者の前方の世界からの光を透過させる波長選択的フィルタを含み得る。可変屈折力反射体は、ノッチに対応する波長を有する光がノッチに隣接する波長より多く可変屈折力反射体から反射されるように、ノッチを含む透過スペクトルを有し得る。ノッチに対応する波長は、ノッチに隣接する波長を有する光の少なくとも５倍多く反射され得る。
【００９５】
頭部搭載型ディスプレイは、ノッチ波長に対応する色を生成するカラー光源を含み得る。例えば、カラー光源の色は、赤色、緑色、または青色光に対応し得る。
【００９６】
可変屈折力反射体は、ディスプレイからの光を反射しながら、装着者の前方の世界からの光を透過させる偏光選択的フィルタを含み得る。
【００９７】
いくつかの設計では、１つ以上の外部結合要素は、１つ以上の導波管から抽出された光を逆側と比較して１つ以上の導波管の前方側により多く導くように構成される。１つ以上の外部結合要素は、１つ以上のメタ表面、１つ以上の液晶偏光格子、１つ以上の体積位相ホログラム、または任意のそれらの組み合わせを含み得る。
【００９８】
ディスプレイシステムは、可変屈折力反射体と電気連通し、可変屈折力反射体を駆動する電子機器を含み得る。電子機器は、異なる深度平面から生じるかのように異なる画像コンテンツを提示するように、屈折力を変化させるように構成されることができる。電子機器は、フレーム毎またはピクセル毎に屈折力を変化させるように構成され得る。
【００９９】
システムは、再利用システムを含み得る。再利用システムは、光が、可変屈折力反射体上に入射し、装着者の眼に導かれ得るように、１つ以上の導波管から１つ以上の導波管の後方側に向かって抽出された光を前方側に向け直すように構成され得る。再利用システムは、１つ以上の偏光制御要素または偏光選択的要素を含み得る。再利用システムは、１つ以上の導波管と眼との間に配置された偏光選択的反射体を含み得る。
【０１００】
再利用システムは、１つ以上の光導波路と偏光反射体との間に配置された１つ以上のリターダを含むことができる。１つ以上の光導波路と偏光反射体との間に配置された１つ以上のリターダは、約半波の正味位相差を導入するように構成されることができる。
【０１０１】
いくつかの設計では、再利用システムは、１つ以上の光導波路と可変屈折力反射体との間に配置された１つ以上のリターダを含み得る。１つ以上の光導波路と可変屈折力反射体との間に配置された１つ以上のリターダは、約４分の１波の正味位相差を導入するように構成されることができる。
【０１０２】
ここで、図面を参照するが、同様の参照番号は、全体を通して同様の部分を指す。
【０１０３】
図２は、ウェアラブルディスプレイシステム６０の例を図示する。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モジュールならびにシステムとを含む。ディスプレイ７０は、フレーム８０に結合され得、それは、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り、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におけるアイウェアと見なされ得る。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が、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得る）。ディスプレイシステムはまた、１つ以上のマイクロホン１１０または他のデバイスを含み、音を検出し得る。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得る。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）を収集し得る。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムも、周辺センサ１２０ａを含み得、それは、フレーム８０と別個であり、ユーザ９０の身体（例えば、ユーザ９０の頭部、胴体、四肢等上）に取り付けられ得る。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取得するように構成され得る。例えば、センサ１２０ａは、電極であり得る。
【０１０４】
図２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、それは、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を固定して取り付けられる、ヘッドホンに内蔵される、または別様にユーザ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得る。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得る。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ならびに不揮発性メモリ（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得、それらの両方は、データの処理、キャッシュ、および記憶を補助するために利用され得る。データは、ａ）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、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み出し後にディスプレイ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む。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が互いに動作可能に結合され、ローカル処理およびデータモジュール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得る。いくつかの実施形態では、ローカル処理およびデータモジュール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つ以上のものを含み得る。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つ以上のものは、フレーム８０に取り付けられ得るか、または、それらは、有線もしく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り得る。
【０１０５】
図２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た１つ以上のプロセッサを備え得る。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ１６０は、デジタルデータ記憶設備を備え得、それは、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。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み得、それは、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、全ての計算が、ローカル処理およびデータモジュール内において実施され、遠隔モジュールからの完全に自律的な使用を可能にする。
【０１０６】
ここで図３を参照すると、「３次元」または「３−Ｄ」としての画像の知覚は、視認者の各眼への画像の若干異なる提示を提供することによって達成され得る。図３は、ユーザのための３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。各眼２１０、２２０のために１つの２つの異なる画像１９０、２００が、ユーザに出力される。画像１９０、２００は、視認者の視線と平行な光学軸またはｚ−軸に沿って距離２３０、眼２１０、２２０から間隔を置かれている。画像１９０、２００は、平坦であり、眼２１０、２２０は、単一の遠近調節された状態をとることによって、画像上に焦点を合わせ得る。そのような３−Ｄディスプレイシステムは、画像１９０、２００を組み合わせるヒト視覚系に依拠して、組み合わせられた画像の深度および／またはスケールの知覚を提供する。
【０１０７】
しかしながら、ヒト視覚系は、より複雑であり、深度の現実的知覚を提供することは、より困難であることを理解されたい。例えば、従来の「３−Ｄ」ディスプレイシステムの多くの視認者は、そのようなシステムが不快であることを見出すか、または深度の感覚を全く知覚しないこともある。理論によって限定されるわけではないが、オブジェクトの視認者は、両眼離反運動と遠近調節の組み合わせに起因して、オブジェクトを「３次元」として知覚し得ると考えられる。互いに対する２つの眼の両眼離反運動（例えば、瞳孔が、互いに向かって、または互いから離れるように移動し、オブジェクトに固定するために眼の視線を収束させるような瞳孔の回転）は、眼の水晶体および瞳孔の焦点合わせ（または「遠近調節」）に緊密に関連付けられる。通常条件下、焦点を１つのオブジェクトから異なる距離における別のオブジェクトに変化させるために眼のレンズの焦点を変化させることまたは眼を遠近調節することは、「遠近調節−両眼離反運動反射作用」として知られる関係下、同じ距離への両眼離反運動の整合変化を自動的に生じさせるであろう。同様に、両眼離反運動の変化は、通常条件下、水晶体形状および瞳孔サイズの遠近調節の整合変化を誘起するであろう。本明細書に記載されるように、多くの立体視または「３−Ｄ」ディスプレイシステムは、３次元視点がヒト視覚系によって知覚されるように、各眼への若干異なる提示（したがって、若干異なる画像）を使用して、場面を表示する。しかしながら、そのようなシステムは、多くの視認者にとって不快である。何故なら、それらは、とりわけ、単に、場面の異なる提示を提供するが、眼が、全画像情報を単一の遠近調節された状態において視認し、「遠近調節−両眼離反運動反射作用」に対抗して機能するからである。遠近調節と両眼離反運動との間のより良好な整合を提供するディスプレイシステムは、３次元画像のより現実的かつ快適なシミュレーションを形成し得る。
【０１０８】
図４は、複数の深度平面を使用して３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。図４を参照すると、ｚ−軸上の眼２１０、２２０からの種々の距離におけるオブジェクトは、それらのオブジェクトが焦点が合っているように、眼２１０、２２０によって遠近調節される。眼２１０、２２０は、特定の遠近調節された状態をとり、ｚ−軸に沿った異なる距離におけるオブジェクトに焦点を合わせる。その結果、特定の遠近調節された状態は、関連付けられた焦点距離を有する深度平面２４０のうちの特定の１つに関連付けられていと言い得、特定の深度平面におけるオブジェクトまたはオブジェクトの一部は、眼がその深度平面に対して遠近調節された状態にあるとき、焦点が合っている。いくつかの実施形態では、３次元画像は、眼２１０、２２０の各々のために画像の異なる提示を提供することによってシミュレートされ得、深度平面の各々に対応する画像の異なる提示を提供することによってもシミュレートされ得る。例証を明確にするために、別個であるように示されるが、眼２１０、２２０の視野は、例えば、ｚ−軸に沿った距離が増加するにつれて重複し得ることを理解されたい。加えて、例証を容易にするために、平坦であるように示されるが、深度平面の輪郭は、深度平面内の全ての特徴が特定の遠近調節された状態における眼と焦点が合うように、物理的空間内で湾曲され得ることを理解されたい。
【０１０９】
オブジェクトと眼２１０または２２０との間の距離は、その眼によって視認されるようなそのオブジェクトからの光の発散の量も変化させ得る。図５Ａ−５Ｃは、距離と光線の発散との間の関係を図示する。オブジェクトと眼２１０との間の距離は、減少する距離Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３の順序で表される。図５Ａ−５Ｃに示されるように、光線は、オブジェクトまでの距離が減少するにつれてより発散する。距離が増加するにつれて、光線は、よりコリメートされる。換言すると、点（オブジェクトまたはオブジェクトの一部）によって生成される光場は、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。曲率は、オブジェクトと眼２１０との間の距離の減少に伴って増加する。その結果、異なる深度平面では、光線の発散度も、異なり、発散度は、深度平面と視認者の眼２１０との間の距離の減少に伴って増加する。単眼２１０のみが、例証を明確にするために、図５Ａ−５Ｃ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に適用され得ることを理解されたい。
【０１１０】
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各々に対応する画像の異なる提示を提供することによって達成され得る。異なる提示は、視認者の眼によって別個に焦点を合わせられ、それによって、異なる深度平面上に位置する場面のための異なる画像特徴に焦点を合わせるために要求される眼の遠近調節に基づいて、および／または焦点がずれている異なる深度平面上の異なる画像特徴の観察に基づいて、ユーザに深度合図を提供することに役立ち得る。
【０１１１】
図６は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの例を図示する。ディスプレイシステム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。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム２５０は、図２のシステム６０であり、図６は、そのシステム６０のいくつかの部分をより詳細に概略的に示す。例えば、導波管アセンブリ２６０は、図２のディスプレイ７０の一部であり得る。ディスプレイシステム２５０は、いくつかの実施形態では、明視野ディスプレイと考えられ得ることを理解されたい。加えて、導波管アセンブリ２６０は、接眼レンズとも称され得る。
【０１１２】
図６を継続して参照すると、導波管アセンブリ２６０は、導波管の間の複数の特徴３２０、３３０、３４０、３５０も含み得る。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り得る。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得る。各導波管レベルは、特定の深度平面に関連付けられ得、その深度平面に対応する画像情報を出力するように構成され得る。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、導波管のための光源として機能し得、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得、それらの各々は、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それぞれの導波管を横断して入射光を分配するように構成され得る。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の各々は、対応する導波管の縁であり得るか、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）であり得る。いくつかの実施形態では、光の単一ビーム（例えば、コリメートされたビーム）が、各導波管の中に投入され、クローン化されたコリメートビームの全体場を出力し得、それらは、特定の導波管に関連付けられた深度平面に対応する特定の角度（および発散量）において眼２１０に向かって導かれる。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に関連付けられ、その中に光を投入し得る。
【０１１３】
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、各々が、対応する導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中への投入のための画像情報をそれぞれ生成する別々の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の各々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）の光を含み得ることを理解されたい。
【０１１４】
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、それは、光モジュール５４０を備え、光モジュールは、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光エミッタを含み得る。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、空間光変調器に導かれ、それによって修正され得る。光変調器５３０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るように構成され得る。空間光変調器の例は、シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）ディスプレイを含む液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）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のうちの関連付けられたものの中に出力するように構成された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。
【０１１５】
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、視認者の眼２１０に投影するように構成された１つ以上の走査ファイバを備えている走査ファイバディスプレイであり得る。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た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、それらの各々は、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に伝送するように構成され得る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の中に向け直され得ることを理解されたい。
【０１１６】
コントローラ５６０は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００、光源５３０、および光モジュール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、単一の一体型デバイス、または有線もしくは無線通信チャネルによって接続される分散型システムであり得る。コントローラ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２）の一部であり得る。
【０１１７】
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）によって各それぞれの導波管内で光を伝搬するように構成され得る。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の各々は、主要な上部および底部表面と、それらの主要上部表面と底部表面との間に延びている縁とを伴う平面であるか、または別の形状（例えば、湾曲）を有し得る。図示される構成では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の各々は、画像情報を眼２１０に出力するために、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０を含み得、外部結合光学要素は、各それぞれの導波管内で伝搬している光を導波管の外へ向け直すことによって、光を導波管から抽出するように構成されている。抽出された光は、外部結合光とも称され得、外部結合光学要素は、光抽出光学要素とも称され得る。抽出された光のビームは、導波管によって、導波管内で伝搬する光が光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り得る。説明を容易にし、図面を明確にするために、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、上部および／または底部主要表面に配置され得、および／または、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の容積内に直接配置され得る。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得る。いくつかの他の実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、モノリシック材料部品であり得、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、その材料部品の表面上および／または内部に形成され得る。
【０１１８】
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得る。コリメートされた光は、光学無限遠焦点面を表し得る。次の上方の導波管２８０は、眼２１０に到達し得る前、第１のレンズ３５０（例えば、負のレンズ）を通過するコリメートされた光を送出するように構成され得る。そのような第１のレンズ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得る。同様に、第３の上方の導波管２９０は、眼２１０に到達する前、その出力光を第１の３５０および第２の３４０レンズの両方に通す。第１の３５０および第２の３４０レンズの組み合わせられた屈折力は、眼／脳が、第３の導波管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得る。
【０１１９】
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／解釈する場合、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の集約力を補償し得る。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の両方は、静的であり得る（すなわち、動的または電気活性ではない）。いくつかの代替実施形態では、一方または両方は、電気活性特徴を使用して動的であり得る。
【０１２０】
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得る。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得るか、または導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の複数のサブセットが、各深度平面のために１つの組で、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得る。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貼りされた画像を形成する利点を提供し得る。
【０１２１】
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、導波管に関連付けられた特定の深度平面のために、光をそれらのそれぞれの導波管から向け直し、かつこの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得る。その結果、異なる関連付けられた深度平面を有する導波管は、関連付けられた深度平面に応じて、異なる量の発散を伴う光を出力する異なる構成の外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０を有し得る。いくつかの実施形態では、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、特定の角度において光を出力するように構成され得る体積または表面特徴であり得る。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り得る。いくつかの実施形態では、特徴３２０、３３０、３４０、３５０は、レンズではないこともある。むしろ、それらは、単に、スペーサであり得る（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）。
【０１２２】
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の各交差で眼２１０に向かって偏向させられる一方、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、複数の場所において導波管から出射するいくつかの関連出射ビームに分割され、その結果は、導波管内で跳ね返るこの特定のコリメートされたビームに対して、眼２１０に向かうかなり均一なパターンの出射放出である。
【０１２３】
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」状態との間で切り替え可能であり得る。例えば、切り替え可能なＤＯＥは、ポリマー分散液晶の層を備え得、微小液滴は、ホスト媒体中の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得る（その場合、パターンは、入射光を著しく回折しない）、または微小液滴は、ホスト媒体のものに整合しない屈折率に切り替えられ得る（その場合、パターンは、入射光を能動的に回折する）。
【０１２４】
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ために、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得る。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り得る。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）を眼に投影する光源とを含み得、光は、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。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２）に取り付けられ得、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と電気通信し得る。いくつかの実施形態では、１つのカメラアセンブリ６３０が、各眼のために利用され、各眼を別個に監視し得る。
【０１２５】
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例を示す。１つの導波管が図示されるが、導波管アセンブリ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、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、実質的に平行として図示されるが、本明細書に議論されるように、それらは、導波管２７０に関連付けられた深度平面に応じて、ある角度（例えば、発散出射ビーム形成）において眼２１０に伝搬するようにも向け直され得る。実質的に平行出射ビームは、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見え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組は、より発散する出射ビームパターンを出力し得、それは、眼２１０がより近い距離に遠近調節し、網膜に焦点を合わせることを要求し、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。
【０１２６】
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つ以上の原色の各々における画像をオーバーレイすることによって、各深度平面において形成され得る。図８は、スタックされた導波管アセンブリの例を図示し、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、想定される。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の画像を含むそれに関連付けられた３つ以上の原色画像を有し得る。異なる深度平面は、文字Ｇ、Ｒ、およびＢに続くジオプタ（ｄｐｔ）のための異なる数字によって図に示される。単なる例として、これらの文字の各々に続く数字は、ジオプタ（１／ｍ）、すなわち、視認者からの深度平面の距離の逆数を示し、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焦点合わせにおける差異を考慮するために、異なる原色のための深度平面の正確な場所は、変動し得る。例えば、所与の深度平面のための異なる原色画像は、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得る。そのような配列は、視力およびユーザ快適性を増加させ、および／または色収差を減少させ得る。
【０１２７】
いくつかの実施形態では、各原色の光は、単一の専用導波管によって出力され得、その結果、各深度平面は、それに関連付けられた複数の導波管を有し得る。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つの導波管が、深度平面毎に提供され得、３つの原色画像が、深度平面毎に提供される。各深度平面に関連付けられた導波管は、この図面では、説明を容易にするために互いに隣接して示されるが、物理的デバイスでは、導波管の全てが、レベル毎に１つの導波管を伴うスタックで配列され得る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得る。
【０１２８】
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、緑色であり、Ｒは、赤色であり、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に関連付けられた他の色も、赤色、緑色、もしくは青色のうちの１つ以上のものに加えて使用され得るか、またはそれらに取って代わり得る。
【０１２９】
本開示全体を通した所与の光の色の言及は、その所与の色として視認者によって知覚される光の波長の範囲の１つ以上の波長の光を包含するものと理解されると理解されたい。例えば、赤色光は、約６２０〜７８０ｎｍの範囲における１つ以上の波長の光を含み得、緑色光は、約４９２〜５７７ｎｍの範囲における１つ以上の波長の光を含み得、青色光は、約４３５〜４９３ｎｍの範囲における１つ以上の波長の光を含み得る。
【０１３０】
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得る。加えて、ディスプレイ２５０の導波管の内部結合、外部結合、および他の光を向け直す構造は、例えば、結像および／またはユーザ刺激用途のために、この光をディスプレイからユーザの眼２１０に向かって導き、放出するように構成され得る。
【０１３１】
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向け直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向け直し、内部結合するために使用され得る。図９Ａは、各々が内部結合光学要素を含む複数または組のスタックされた導波管６６０の例の断面側面図を図示する。導波管の各々は、１つ以上の異なる波長または１つ以上の異なる波長範囲の光を出力するように構成され得る。スタック６６０は、スタック２６０（図６）に対応し得、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の一部に対応し得るが、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向け直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。
【０１３２】
スタックされた導波管の図示される組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（導波管上の光入力エリアとも称され得る）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、それぞれの導波管６７０、６８０、６９０の底部主要表面上に配置され得る（特に、１つ以上の内部結合光学要素は、反射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、それらのそれぞれの導波管６７０、６８０、６９０の上側主要表面（または次の下側導波管の上部）上に配置され得、特に、それらの内部結合光学要素は、透過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、それぞれの導波管６７０、６８０、６９０の本体内に配置され得る。いくつかの実施形態では、本明細書に議論されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、他の光の波長を透過させながら、それらが１つ以上の光の波長を選択的に向け直すような波長選択的である。それらのそれぞれの導波管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が、いくつかの実施形態では、それらのそれぞれの導波管６７０、６８０、６９０の他のエリア内に配置され得ることを理解されたい。
【０１３３】
図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、互いから側方にオフセットされ得る。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過しない光をそれが受け取るようにオフセットされ得る。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から受け取るように構成され得、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け取らないように、他の内部結合光学要素７００、７１０、７２０から分離され得る（例えば、側方に間隔を置かれる）。
【０１３４】
各導波管は、関連付けられた光分配要素も含み、例えば、光分配要素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、光分配要素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、光分配要素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、光分配要素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得る。いくつかの他の実施形態では、光分配要素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得るか、または、光分配要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、異なる関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０内の上部および底部主要表面の異なるもの上に配置され得る。
【０１３５】
導波管６７０、６８０、６９０は、間隔を置かれ、例えば、材料のガス、液体、および／または固体の層によって分離され得る。例えば、図示されるように、層７６０ａは、導波管６７０と６８０とを分離し得、層７６０ｂは、導波管６８０と６９０とを分離し得る。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のうちのすぐ近く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より０．０５以上大きいか、また、は０．１０以上小さい。有利には、より低い屈折率層７６０ａ、７６０ｂは、導波管６７０、６８０、６９０を通した光の全内部反射（ＴＩＲ）（例えば、各導波管の上部および底部主要表面間のＴＩＲ）を促進するクラッディング層として機能し得る。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組６６０の上部および底部は、直近クラッディング層を含み得ることを理解されたい。
【０１３６】
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り、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り得、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、異なり得る。
【０１３７】
図９Ａを継続して参照すると、光線７７０、７８０、７９０が、導波管の組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の中に投入され得ることを理解されたい。
【０１３８】
いくつかの実施形態では、光線７７０、７８０、７９０は、異なる特性、例えば、異なる波長または異なる波長範囲を有し、それらは、異なる色に対応し得る。内部結合光学要素７００、７１０、７２０の各々は、光が、ＴＩＲによって、導波管６７０、６８０、６９０のうちのそれぞれの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の各々は、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。
【０１３９】
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１２４２および１２４４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得る。透過した光線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せられる。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によって偏向させられる。
【０１４０】
図９Ａを継続して参照すると、偏向させられた光線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せられる。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、光がＴＩＲによってそれぞれの導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬することをもたらす角度で偏向させられる。光線７７０、７８０、７９０は、導波管の対応する光分配要素７３０、７４０、７５０に衝突するまで、ＴＩＲによってそれぞれの導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬する。
【０１４１】
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によって偏向させられ、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、光分配要素７３０、７４０、７５０に衝突する。光分配要素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。
【０１４２】
いくつかの実施形態では、光分配要素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に偏向させ、または分配し、いくつかの実施形態では、外部結合光学要素に伝搬するにつれて、この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、光分配要素７３０、７４０、７５０は、省略され得、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得る。例えば、図９Ａを参照すると、光分配要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、外部結合光学要素８００、８１０、８２０と置換され得る。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）に導く射出瞳（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得、ＥＰＥは、ＯＰＥの軸と交差する軸、例えば、直交する軸においてアイボックスを増加させ得る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に向け直すように構成され得る。ＯＰＥに衝突すると、再び、残りの光の別の部分は、ＥＰＥに向け直され、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に衝打すると、衝突光の一部は、導波管からユーザに向かって導かれ、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、導波管から導かれる等。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によって向け直される度に、「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得る。
【０１４３】
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、導波管の組６６０は、各原色のために、導波管６７０、６８０、６９０と、内部結合光学要素７００、７１０、７２０と、光分配要素（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、各導波管の間に空隙／クラッディング層を伴ってスタックされ得る。内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、（異なる波長の光を受け取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向け直し、または偏向させる。光は、次いで、それぞれの導波管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によって偏光させられ、次いで、導波管を辿って跳ね返り続け、光分配要素（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せられる。光線７８０は、次いで、ＴＩＲを介して、導波管６８０を辿って跳ね返り、その光分配要素（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、光分配要素（例えば、ＯＰＥ）７５０、次いで、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、他の導波管６７０、６８０からの外部結合した光も受け取る。
【０１４４】
図９Ｃは、図９Ａおよび９Ｂの複数のスタックされた導波管の例の見下ろし平面図を図示する。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配要素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、垂直に整列させられ得る。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、垂直に整列させられない。むしろ、内部結合光学要素は、好ましくは、重ならない（例えば、見下ろし図に見られるように、側方に間隔を置かれる）。本明細書でさらに議論されるように、この非重複空間配列は、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、特定の光源が特定の導波管に一意的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た内部結合光学要素を含む配列は、シフト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。
【０１４５】
（可変屈折力反射体）
図１０Ａに図示されるように、ウェアラブル拡張現実頭部搭載型ディスプレイシステム６０は、例えば、導波管２７００を介して、光プロジェクタシステム２０００からの光を受け取るように配置された可変屈折力反射体（または可変焦点反射体）１０３２を含み得る。可変屈折力反射体１０３２は、電気信号の印加に応じて調節可能な屈折力を有するように構成され得る。例えば、図１０Ａに示される可変屈折力反射体１０３２は、調節可能な形状を有する変形可能反射表面（例えば、導波管２７００に最も近い表面）を有する変形可能反射体を備えている。例えば、変形可能反射体１０３２の形状は、異なる屈折力に対応する異なる凸形状を生成するように曲がるように構成され得る。可変屈折力反射体１０３２は、例えば、可撓であり、その形状を変動させ得る変形可能膜または他の薄い部材を備え得る。いくつかの設計では、変形可能反射体１０３２は、電気的に作動させられる。変形可能反射体は、ある場合、静電力を介して、またはある他のものによって反射表面を変形させるための電場を印加するために、例えば、少なくとも１つの電極１０３６を含み得る。図１０Ａに図示されるように、別の電極１０４２が、導波管２７００の表面上に含まれる。２つの電極１０３６および１０４２を横断した電圧の印加は、そのような電場を提供し得、したがって、変形可能反射体を変形させ得る。変形可能膜または部材の変形に伴って、反射表面（例えば、導波管２７００に最も近い表面）は、変形させられ得る。図示されるように、形状は、凸面であり、したがって、負の屈折力を有する反射表面を提供することができる。いくつかの例では、導波管２７００に最も近い表面は、光投影システム（ディスプレイ）２０００からの光を反射するための反射表面を備え得るが、可変屈折力反射体に関連付けられた他の表面も、光投影システムからの光を反射し得る。可変屈折力反射体１０３２は、例えば、光導波路２７００に最も近い表面である必要はない１つ以上の反射表面を含む複数の層を含み得る。可変屈折力反射体１０３２は、ある波長および／または偏光状態を有する光が可変屈折力反射体１０３２によって反射される一方、他の波長および／または偏光状態を有する光が可変屈折力反射体１０３２を通して透過させられるように、波長選択的および／または偏光選択的であり得る。
【０１４６】
導波管２７００は、前方側および後方側を有し得、後方側は、装着者の眼に最も近く（より近位であり）、前方側は、装着者の眼からより遠く（より遠位であり）、装着者および頭部搭載型ディスプレイシステムの正面の世界により近い。図示されるように、可変屈折力反射体１０３２は、導波管の前方側に配置され得る。導波管は、可変屈折力反射体上に入射するように、導波管からの光を抽出し、この光を導波管の前方側に向かって導くように構成される外部結合要素を含み得る。可変屈折力反射体は、導波管の前方側に配置されるので、可変屈折力反射体は、頭部搭載型ディスプレイシステムが頭部搭載型システムを装着している装着者の前方の世界からの光を装着者の眼の中に通過させ得るように、装着者の前方の世界からの光を透過させるように構成される。装着者の前方の世界からの光に対して透過性であるにもかかわらず、可変屈折力反射体１０３２は、該ディスプレイからの光を反射するように構成される。下で議論されるように、いくつかの例では、可変屈折力反射体は、１つ以上の波長選択的フィルタを含み、光投影システム（ディスプレイ）２０００からの光を反射しながら、装着者の前方の世界からの光を透過させ得る。加えて、いくつかの例では、可変屈折力反射体は、１つ以上の偏光選択的フィルタを含み、光投影システム（ディスプレイ）２０００からの光を反射しながら、装着者の前方の世界からの光を透過させ得る。
【０１４７】
図示されるように、可変屈折力反射体は、その形状を変形させられ、可変屈折力反射体から反射されるディスプレイ２０００からの光を発散させ得る。特に、光源５３０からの光は、ビームスプリッタ５５０によって、空間光変調器５４０および導波管２７００に対して配置される画像投入デバイス４０００に導かれ、画像を含む空間的に変調された光を導波管の中に結合している。この光１０２２は、全内部反射（ＴＩＲ）によって、導波管２７００を通して伝搬し、１つ以上の外部結合光学要素（例えば、例えば、回折特徴を備えている、射出瞳エクスパンダ）を介して、そこから抽出され得る。いくつかの構成では、導波管２７００の中に投入されるディスプレイ２０００からの光は、コリメートされ得、したがって、コリメートされた光１０２２は、図１０Ａに図示されるように、導波管から出射し、可変屈折力反射体１０３２に向かって伝搬し得る。図１０Ａに示される例では、可変屈折力反射体（または可変焦点反射体）は、負の屈折力を生成する（例えば、仮想画像を眼２１０からある距離に生成する）凸面反射表面を作成し、したがって、反射された光線１０２４に発散させるように変形させられる。反射された光１０２４は、次いで、個人（例えば、装着者）の眼２１０に進入し、導波管および変形可能ミラーの他側において、眼から短距離のオブジェクトによって形成されているように見え得る。その結果、ディスプレイによって形成される画像は、装着者に比較的に近いオブジェクトから生じているように見え得る。
【０１４８】
図１０Ａに示される例では、光が、画像投入デバイス４０００から出射し、導波管２７００の縁上の導波管２７００の入力表面４６００の中に投入される。しかしながら、他の例では、光は、対応する導波管の主要表面（例えば、世界１４４または視認者の眼２１０に直接面した導波管表面のうちの１つ）の中に投入され得る。例えば、図９Ａ−９Ｃを参照されたい。種々の実施形態では、画像投入デバイス４０００からの光は、導波管２７００の中に投入されることに先立って、偏光させられることができる。例えば、導波管２７００の中に投入される光は、垂直（または水平）方向に沿って線形に偏光させられるように構成されることができる。
【０１４９】
ある構成では、１つ以上の外部結合光学要素５７００は、実質的に全ての外部結合された光を、視認者の眼から、例えば、世界に向かって、遠位方向に導くように構成され得る。１つ以上の外部結合光学要素５７００は、１つ以上の非対称回折格子を含み得る。
【０１５０】
可変屈折力反射体１０３２は、ユーザの眼２１０から遠位方向に外部結合された光をユーザの眼２１０に向かって戻るように反射し、そこから反射された光の波面を潜在的に改変するように配置され得るが、可変屈折力反射体は、同様の変化を波面に導入せずに、装着者の正面の世界からの光をユーザの眼に透過させる。例えば、可変屈折力反射体は、可変屈折力反射体から反射されたディスプレイ２０００からの光に作用する屈折力を有するように構成され得るが、可変屈折力反射体は、それを通して眼に透過させられる装着者の正面の世界からの光に同様に作用しないこともある。いくつかの場合、例えば、可変屈折力反射体１０３２の厚さは、（例えば、世界から）可変屈折力反射体１０３２を通過する光の光学特性を有意に改変しないように、十分に薄いように選定され得る。有利には、それは、ディスプレイ２０００から画像が生じているように見える深度を制御しながら、世界から可変屈折力反射体１０３２を通過する光が適切な深度で観察されることを可能にし得る。この構成は、したがって、装着者の正面の世界からの光のための可変屈折力反射体の曲率半径または屈折力の変化を補償するための任意の追加のレンズを除外し、故に、システムをより軽量、より安価、かつより複雑ではないものにし得る。
【０１５１】
反射体１０３６は、例えば、一窒化ケイ素（ＳｉＮ）等の１つ以上の透明材料から成り得る。適切な厚さにおける材料は、例えば、電場の印加を用いて、静電力によって変形させられるために十分に可撓でもあり得る。可変屈折力反射体を変形させる他の方法が、使用され得る。同様に、下で議論されるように、反射体の形状を変形させることとは異なる可変屈折力を提供する他の方法も、採用され得る。
【０１５２】
いくつかの実施形態では、可変屈折力反射体１０３２の弾力性は、１つ以上の屈折力間の高速時間遷移を可能にする。例えば、１つの焦点距離（例えば、曲率）から別の焦点距離への高速遷移は、視認者（例えば、眼２１０）によって見られるような異なる焦点面の時間多重化を可能にし得る。いくつかの実施形態では、遷移は、１分間に複数回、２つ以上の焦点距離間をトグルし得る。
【０１５３】
上で議論されるように、いくつかの場合、可変屈折力反射体１０３２の曲率は、２つ以上の電極によって制御される。遠位電極１０３６が、図１０Ａによって図示されるように、可変屈折力反射体１０３２の遠位側に配置され得、近位電極１０４２が、反射体１０３２の近位に配置され得る（例えば、図１０Ａに示されるように、導波管２７００上に配置される）が、他の電極構成も、可能である。遠位電極１０３６は、可変屈折力反射体１０３２の近位側に配置され得る。電極１０３６、１０４２は、電気を伝導し得、可視光に透明な材料から成り得る。例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の１つ以上の材料が、電極１０３６、１０４２のために使用され得る。
【０１５４】
電極は、可変屈折力反射体を駆動するように構成された電子機器と電気連通し得る。これらの電子機器は、異なる深度平面から生じているかのように異なる画像コンテンツを提示するように、可変屈折力反射体の屈折力を変化させるように構成され得る。ある構成では、例えば、コントローラ５６０または他の電子機器は、可変屈折力反射体の動作を制御し、併せて、導波管２７００（例えば、図６のスタックされた導波管アセンブリ）および／または光プロジェクタシステム２０００の他の部分（例えば、画像投入デバイス４０００、光源５３０、光変調器５４０、カメラアセンブリ６３０）のうちの１つ以上のものを制御し得る。いくつかの場合、コントローラ５６０は、導波管２７００、したがって、可変屈折力反射体への画像情報のタイミングおよび提供を調整し、コントローラ５６０は、可変屈折力反射体の屈折力の作動のタイミングまたは変動およびその間の同期も制御する。
【０１５５】
故に、可変屈折力反射体（または可変焦点反射体）１０３２は、調節可能であり、電子的に制御され得る、屈折力を有し得る。この能力は、導波管２７００から外部結合される画像に対応する深度平面が動的に調節されることを可能にする。例えば、導波管２７００から外部結合される光は、光を生成するオブジェクトが視認者から無限距離（または少なくとも遠く）に位置するかのように、実質的にコリメートされ得る。可変屈折力反射体（または可変焦点反射体）に対応する所望の焦点面が、ある無限距離にある場合、反射体１０３２は、コリメートされた光が導波管から出力されるこの場合、反射された光の波面曲率を実質的に不変のままにするように平面状態に設定されることができる。この状況は、図１０Ｂに示される。代替として、所望の焦点面が、無限遠より視認者に近い場合、可変屈折力反射体１０３２は、適切な凸面曲率量をとるように調節され得る（例えば、曲げられ、電気的に影響される）。このモードは、図１０Ａに示される。
【０１５６】
故に、図１０Ｂは、可変屈折力反射体１０３２が無限遠にあるかのように仮想画像を作成する場合の図１０Ａの光投影システム２０００を図示する。光線１０２２は、導波管２７００から互いに平行または実質的に平行に出射し、可変屈折力反射体１０３２に向かって伝搬する。電極１０３６、１０４２は、反射体１０３２に平坦反射表面を持たせているので、反射された光線１０２４も、眼２１０に向かって伝搬するとき、互いに平行である。いくつかの実施形態では、図１０Ａにおけるように、可変屈折力反射体１０３２、導波管２７００、および外部結合光学要素５７００は、光１０２４の発散度を実質的に改変しないように構成される。
【０１５７】
上で議論されるように、可変屈折力反射体は、ディスプレイ２０００からの光を反射しながら、装着者の前方の世界からの光を透過させるように構成され得る。例えば、可変屈折力反射体は、ディスプレイからの光を反射しながら、装着者の前方の世界からの光を透過させるために、波長選択的フィルタを含み得る。いくつかの設計では、例えば、可変屈折力反射体１０３２は、１つ以上の色または色の組み合わせに対応する１つ以上の波長選択的フィルタ（例えば、ノッチフィルタ、帯域通過フィルタ）を備えている。例えば、１つ以上のノッチフィルタは、緑色（例えば、５２０〜５６０ｎｍの範囲の狭帯域）、赤色（例えば、６３５ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の狭帯域）、および／または青色（例えば、４５０ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲の狭帯域）に対応する波長の範囲における光を反射しながら、光が他の可視波長において反射体１０３２を通して透過させられることを可能にするように調整され得る。光の大部分の可視波長が（例えば、「世界」から）反射体を通過させられることを可能にすることが有利であり得るので、１つ以上の波長選択的フィルタは、可視波長の狭範囲のみを反射するように調整されることができる。例えば、反射体は、各々が、約０．１ｎｍ〜２ｎｍ、約１〜５ｎｍ、約２ｎｍ〜８ｎｍ、約５ｎｍ〜１０ｎｍ、および／または約１０〜２５ｎｍの範囲を包含する波長の帯域を反射するように構成された１つ以上のノッチフィルタを備え得る。これらの値の任意のものよって形成される任意の範囲が、可能である。他のサイズ帯域も、可能である。
【０１５８】
可変屈折力反射体が反射性である場合の可視スペクトル内の狭帯域は、ディスプレイ２０００によって放出される光の色と一致し得る。ディスプレイは、例えば、特定の色の光を放出する１つ以上の光源（例えば、ＬＥＤまたはレーザ）を備え得る。可変屈折力反射体によって反射される狭帯域は、ディスプレイ内のこれらの光源によって放出される色および波長と重複および／または一致し得る。
【０１５９】
可変屈折力反射体１０３２のスペクトル透過は、これらの狭帯域内の波長を有する光を反射するが、これらの帯域外の光は、透過させられ得る。故に、装着者および頭部搭載型ディスプレイの前方の世界からの周囲可視光の多くは、可変屈折力反射体を通して伝送される。そのような反射率特性を提供するために、可変屈折力反射体は、１つ以上の反射層を含み得る。例えば、可変屈折力反射体は、異なるスペクトル反射率を有する複数の層を含み得る。
【０１６０】
同様に、可変屈折力反射体は、ディスプレイからの光を反射しながら、装着者の前方の世界からの光を透過させるために、１つ以上の偏光選択的フィルタを含み得る。例えば、図１０Ｃは、偏光選択的であり、光の偏光を使用して、反射される光と透過させられる光とを決定する可変屈折力反射体１０３２を図示する。この例では、可変屈折力反射体は、１つの偏光状態を反射し、別の偏光状態を透過させるように構成される。特に、可変屈折力反射体は、１つの線形偏光状態（垂直）を反射し、別の線形偏光状態（水平）を透過させるように構成される。図１０Ｃに示されるように、ディスプレイ内の光源５３０は、水平および垂直偏光の両方を伴う光１１７０ａを放出する。しかしながら、外部結合要素によって導波管から出力された光１１７０ｂは、垂直に偏光させられているように示される。可変屈折力反射体１０３２は、この例では、垂直に偏光させられた光を反射するように構成される。示されるように、垂直偏光１１７０ｂは、反射体１０３２によって反射される。ディスプレイ２０００から眼２１０に進入する光１１７０ｃは、したがって、垂直に偏光させられ得る。上で議論されるように、可変屈折力反射体は、偏光選択的であることに加え、波長選択的であり得る。
【０１６１】
対照的に、図１０Ｃに示される例では、世界５１０からの光は、垂直および水平に偏光させられた光の両方を備え得る。可変屈折力反射体１０３２が、水平偏光を透過させ、および／または垂直偏光を反射する（および／または吸収する）ように構成される場合、水平偏光１１７０ｄは、対応する垂直偏光を伴わずに、反射体１０３２をうまく通過し得る（例えば、透過する）。したがって、装着者の正面の世界から眼２１０に進入する光１１７０ｅは、水平に偏光させられ得る。
【０１６２】
このように、可変屈折力反射体は、ディスプレイ２０００からの光を反射することと、装着者および頭部搭載型ディスプレイの正面の世界からの可視光を通すことの両方を行い得る。しかしながら、他の技法が、採用され得る。
【０１６３】
例えば、いくつかの実施形態では、導波管２７００は、液晶格子を備えていることができる。液晶格子は、液晶層の層法線方向または層深度方向におけるフィルム内の位置の関数としてダイレクタ（ｄｉｒｅｃｔｏｒ）の連続方位角ねじれを有するように配列された複数の液晶分子を有するコレステリック液晶（ＣＬＣ）層を備えていることができる。本明細書に説明されるように、連続方位角ねじれを有するように配列された液晶分子は、集合的に、キラル構造と称される。本明細書に説明されるように、方位角ねじれまたは回転の角度（φ）は、層法線と平行な方向に対する液晶分子のダイレクタ間の角度として説明される。キラル構造の液晶分子のダイレクタを空間的に変動させることは、上で説明されるように、螺旋ピッチ（ｐ）がダイレクタが３６０ｏ回転した（例えば、液晶層の層法線方向における）距離として定義される螺旋パターンを形成することとして説明されることができる。液晶格子は、下で議論されるように、回折格子として構成されることができる。
【０１６４】
任意の理論によって拘束されるわけではないが、ブラッグ反射条件のもと、入射光の波長（λ）は、ＣＬＣ層の平均または代表屈折率（ｎ）と螺旋ピッチ（ｐ）とに比例し得、いくつかの状況下、以下の条件を満たすものとして表され得る。
【数１】
2020512574.tif 000003
【０１６５】
したがって、液晶分子のピッチｐを制御することによって、切り替え可能な反射要素の異なるものは、異なる波長を反射するように調整されることができる。加えて、ブラッグ反射波長の帯域幅（Δλ）は、ＣＬＣ層の複屈折Δｎ（例えば、光の異なる偏光間の屈折率の差異）および螺旋ピッチ（ｐ）に比例し得、いくつかの状況下、以下の条件を満たすものとして表され得る。
【数２】
2020512574.tif 000004
【０１６６】
図１０Ｄは、導波管アセンブリ２９０４および変形可能ミラー３００４を使用して、画像情報をユーザに出力するように構成されたディスプレイデバイス３０００の実装を図示する。ディスプレイデバイス３０００は、導波管アセンブリ２９０４を備え、導波管アセンブリ２９０４は、湾曲または変形可能ミラー３００４（屈折力を有するように）と随意のクリーン偏光器３００８との間に挿入される。導波管アセンブリ２９０４は、コレステリック液晶回折格子（ＣＬＣＧ）２９０５を備えている。ＣＬＣＧ２９０５は、いくつかの実装では、導波管アセンブリ２９０４と変形可能ミラー３００４との間に配置されることができる。導波管アセンブリは、全内部反射を介して光を伝搬するように構成された１つ以上の導波管を備えていることができる。接眼レンズ２９０４は、この例では、右（眼側）ではなく、左（世界側）に向かって、光を非対称に投影するように構成され得る。接眼レンズ２９０４は、所望の非対称方向および／または所望の偏光状態（例えば、線形または円形）における光を優先的に投影し得るＤＯＥ、メタ材料、ホログラム等を備え得る。図示されないが、ディスプレイデバイス３０００は、図１０Ａ−１０Ｃを参照して上で議論される画像投入デバイス４０００に類似する画像投入デバイスを備えていることができる。
【０１６７】
動作時、導波管アセンブリ２９０４内の１つ以上の導波管の中をｘ−方向に伝搬する光の一部は、均一円偏光（例えば、ＲＨＣＰ）を有する光ビーム３０１２として、ｚ−方向に向け直され、または外部結合され得る。導波管アセンブリ２９０４は、仮想画像の光ビーム３０１２を湾曲したミラーまたは変形可能ミラー３００４に向かって（ユーザの眼４側と反対に）投影する。いくつかの実施形態では、変形可能ミラー３００４は、偏光反射層（例えば、多層線形偏光反射体または広帯域コレステリック液晶円偏光反射体）でコーティングされ、指定された偏光を有する光、例えば、ＣＬＣＧの外部結合偏光と同一偏光を有する光を反射し、実世界１１１４からの光が眼４に向かって透過させられることを可能にする。いくつかの他の実施形態では、偏光反射層の代わりに、変形可能ミラー３００４は、ノッチ反射層またはＣＬＣ反射層でコーティングされ、それは、導波管アセンブリ２９０４から外部結合された光の仮想画像帯域幅に合致する狭帯域幅Δλ内の光を反射するように設計される。いくつかの実施形態では、変形可能ミラーを通り抜けることなしに、任意の残影画像を排除するために、クリーンアップ偏光器３００８が、図１０Ｄに示されるように設置されることができる。
【０１６８】
図１０Ａ−１０Ｄに示される種々の例では、単一導波管２７００または導波管アセンブリ２９０４が、示されるが、導波管のスタックが、画像情報をユーザに出力するために使用され得る（例えば、図６に示されるように）。ある設計では、スタック内の異なる導波管は、ディスプレイの特定の色（例えば、波長の範囲）および／または深度平面に対応し得る。同様に、画像投入デバイス４０００、導波管２７００、導波管アセンブリ２９０４、およびアセンブリの他の要素は、それぞれ、複数の画像投入デバイス、導波管等を表し得る。例えば、画像投入デバイス４０００は、対応する導波管２７００の中への投入のための画像情報を生成する別々のディスプレイであることができる。いくつかの場合、画像投入デバイス４０００は、単一の多重化されたディスプレイの出力端を備え得、それは、例えば、画像情報を、１つ以上の光学導管（例えば、光ファイバケーブル）を介して、画像投入デバイス４０００に送出し得る。画像投入デバイス４０００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、異なる原色および／またはサブ色）の光を含み得る。導波管２７００または導波管アセンブリ２９０４のために使用されるもの等のスタックされた導波管アセンブリに対する追加の情報は、図６に関連して上で見出され得る。
【０１６９】
上で議論されるように、例えば、図１０Ａおよび１０Ｂを参照して上で議論される外部結合要素５７００は、非対称であることができ、外部結合要素５７００によって導波管の前方側および反射体１０３２に向かって導かれる画像投入デバイス４０００から導波管２７００の中に投入される光の量が、外部結合要素５７００によって導波管２７００の後方側およびユーザの眼２１０に向かって導かれる画像投入デバイス４０００から導波管２７００の中に投入される光の量より大きい。例えば、導波管２７００の中に投入される光の５０％を上回るものが、外部結合要素５７００によって反射体１０３２に向かって導かれることができる。種々の実施形態では、外部結合要素によって反射体１０３２に向かって導かれる投入される光の量は、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％より大きくあること、および／または、約５０％〜約９９．９％の任意の他のパーセンテージであることができる。より多くの光が別の方向より１つの方向に回折されるように、光を非対称的に回折するように構成され得る、外部結合要素５７００の実施形態は、液晶偏光格子、体積位相ホログラム、および／またはメタ表面を含むことができる。上で議論されるように、反射体１０３２に向かい、ユーザの眼２１０に導かれる導波管２７００の中に投入される光は、焦点が反射体１０３２によって変調されるという利点を有することができる（光の波面は、例えば、光が別の深度におけるオブジェクトから生じるように見えるように変化させられることができる）。したがって、いくつかの場合、導波管２７００の中に投入される、大部分、例えば、全部または実質的に全部の光が、反射体１０３２に向かって導かれる場合、有益であり得る。
【０１７０】
しかしながら、ディスプレイデバイスのいくつかの実施形態では、画像投入デバイス４０００から導波管２７００の中に投入される光の大部分が、外部結合要素５７００によって反射体１０３２に向かって導かれないこともある。いくつかのそのような実施形態では、投入される光の一部は、ユーザの眼２１０に向かって導かれ得る。いくつかのそのような実施形態では、リターダの配列（例えば、リターダ層）を備えている偏光ベースの光再利用システム等の光再利用システムが、外部結合要素５７００によってユーザの眼２１０に向かって導かれる光を再利用するために使用されることができ、それによって、光は、ユーザの眼２１０上に入射する前、反射体１０３２に向かって導かれ、焦点変調される。
【０１７１】
図１１は、ユーザの眼２１０に向かって外部結合される導波管からの投入された光を反射体１０３２に向け直すように構成されたリターダの配列を備えている光再利用システム、すなわち、偏光ベースの光再利用システムを含むディスプレイデバイスの実施形態を図示する。種々の実施形態では、リターダの配列は、線形偏光を円形または楕円偏光に変換し（その逆も同様である）、導波管２７００と反射体１０３２との間に配置された４分の１波リターダまたは４分の１波長板１１０４と、線形偏光の偏光方向をシフト（例えば、回転）させるように構成され、導波管２７００とユーザの眼２１０との間に配置された半波リターダまたは半波長板１１０８とを含む。種々の実施形態では、４分の１波長板１１０４および／または半波長板１１０８は、堅い構造であることができる。いくつかの実施形態では、４分の１波長板１１０４および／または半波長板１１０８は、可撓な構造（例えば、フィルム）であることができる。いくつかの場合、波長の４分の１の正味位相差（λ／４）または波長の半分の正味位相差（λ／２）等の所望の正味位相差を有する１つ以上の要素または層が、使用されることができる。図１１に図示されるディスプレイデバイスは、半波長板１１０８とユーザの眼２１０との間に配置された偏光選択的反射体１１１２をさらに含む。種々の実施形態では、偏光選択的反射体１１１２は、波長選択コンポーネント（例えば、ノッチフィルタ）または反射液晶デバイスを備えていることができる。種々の実施形態では、偏光選択的反射体１１１２は、メタ表面を備えていることができる。波長選択コンポーネント、反射液晶コンポーネント、および／またはメタ表面を備えている、偏光選択的反射体１１１２の実施形態は、ある特性（例えば、波長の狭帯域および／または特定の偏光状態）を有する光を反射し、それらのある特性を有していない光を透過させるように構成されることができる。
【０１７２】
外部結合光学要素５７００によって反射体１０３２に向かってビーム１１７２ａとして外部結合される導波管２７００の中に投入された光の一部を検討する。ビーム１１７２ａは、ビーム１１７２ａの偏光状態を線形から円形／楕円偏光またはその逆に変換する４分の１（λ／４）波長板上に入射する。したがって、４分の１波長板１１０４から出力されたビーム１１７４ａは、ビーム１１７２ａが線形に偏光させられる場合、円形／楕円偏光を有する（またはその逆となる）。ビーム１１７４ａは、図１０Ａおよび１０Ｂを参照して上で議論されるように、反射体１０３２によって反射され、焦点変調を受ける。焦点変調された反射されたビーム１１７４ａは、４分の１波長板１１０４を通過し、円形／楕円形から線形へ（またはその逆）の偏光シフトを受ける。４分の１波長板１１０４から出力されたビーム１１７６ａの偏光状態は、ビーム１１７２ａの偏光状態と直交する。ビーム１１７６ａが半（λ／２）波長板１１０８を横断するとき、偏光の方向は、シフト（または回転）される。したがって、半波長板１１０８から出射するビーム１１７８ａは、ビーム１１７６ａの偏光状態と直交する偏光状態を有する。ビーム１１７８ａの偏光状態は、ビーム１１７２ａの偏光状態と同じである。偏光選択的反射体１１１２は、ビーム１１７８ａの偏光状態（またはビーム１１７２ａの偏光状態）を有する光を透過させるように構成されることができ、ビーム１１７８ａ（または１１７２ａ）の偏光状態と直交する偏光状態を有する光を反射することができる。
【０１７３】
外部結合光学要素５７００によってユーザの眼２１０に向かってビーム１１７２ｂとして外部結合される導波管２７００の中に投入された光の一部を検討する。ビーム１１７２ｂは、ビーム１１７２ｂの偏光の方向をシフト（または回転）させる半波長板１１０８上に入射する。例えば、ビーム１１７２ｂが、垂直方向に沿って線形に偏光させられる場合、半波長板から出射するビーム１１７６ｂは、水平方向に沿って線形に偏光させられる。上で議論されるように、偏光選択的反射体１１１２は、ビーム１１７２ｂの偏光状態を有する光を透過させ、ビーム１１７２ｂの偏光状態と直交する光を反射するように構成される。故に、１１７２ｂの偏光状態と直交する偏光状態を有するビーム１１７６ｂは、偏光選択的反射体１１１２によって反射体１０３２に向かって反射される。ビーム１１７６ｂの偏光状態の方向は、半波長板１１０８を横断するとき、シフト（例えば、回転）される。したがって、ビーム１１７８ｂは、ビーム１１７２ｂと同一偏光状態を有する。ビーム１１７８ｂの偏光状態は、４分の１波長板１１０４を通して横断するとき、線形偏光から円形／楕円偏光に変換される。したがって、４分の１波長板１１０４から出射するビーム１１７４ｂは、円形／楕円偏光させられ、反射体１０３２によって反射される。反射体１０３２から反射されたビームは、４分の１波長板１１０４を通して横断するとき、焦点変調され、円形／楕円偏光から線形偏光へと偏光におけるシフトを受ける。４分の１波長板１１０４から出射するビーム１１８０ｂは、ビーム１１７８ｂと直交する偏光を有する。例えば、ビーム１１７８ｂ（またはビーム１１７２ｂ）が、垂直方向に沿って線形に偏光させられる場合、ビーム１１８０ｂは、水平方向に沿って線形に偏光させられる。ビーム１１８０ｂの偏光状態の方向は、半波長板１１０８を通して横断するとき、シフト（または回転）される。例えば、ビーム１１８０ｂが、水平方向に沿って線形に偏光させられている場合、ビーム１１８２ｂは、垂直方向に沿って線形に偏光させられている。ビーム１１８２ｂは、ビーム１１７２ｂの偏光状態と同一偏光状態を有する。偏光選択的反射体１１１２は、焦点変調されたビーム１１８２ｂをユーザの眼２１０に向かって透過させるように構成される。
【０１７４】
上で議論されるように、反射体１０３２は、（可視）波長の狭帯域内の光を反射しながら、（可視）波長の狭帯域外の光を透過させるように構成されたコーティングを備えていることができるように構成される。例えば、反射体１０３２は、赤色、緑色、および／または青色の波長の狭範囲内の光を反射するように構成されることができる。別の例として、反射体１０３２は、赤色中心波長、例えば、６３０ｎｍの周囲の約５〜１０ｎｍの波長範囲内の光を反射するように構成されることができる。さらに別の例として、反射体１０３２は、例えば、５５０ｎｍ等の緑色中心波長の周囲の約５〜１０ｎｍの波長範囲内の光を反射するように構成されることができる。別の例として、反射体１０３２は、例えば、４７０ｎｍ等の青色中心波長の周囲の約５〜１０ｎｍの波長範囲内の光を反射するように構成されることができる。種々の実施形態では、反射体１０３２は、可視スペクトル範囲内の中心波長の周囲の約５〜２０ｎｍの波長範囲内の光を反射するように構成されることができる。種々の設計では、これらの狭い波長帯域は、ディスプレイ２０００の光源によって放出される波長と重複および／または一致し得る。ディスプレイ２０００は、例えば、複数のカラー光源を含み得、可変屈折力反射体の反射率の狭帯域領域は、光源によって放出される光の色と一致または重複し得る。例えば、上で引用される例に関して、ディスプレイ２０００内の光源は、約６３０ｎｍを中心とする、またはその５〜１０ｎｍ以内の赤色光、約５５０ｎｍを中心とする、またはその５〜１０ｎｍ以内の緑色光、および約４７０ｎｍを中心とする、またはその５〜１０ｎｍ以内の青色光を放出し得る。異なる設計は、異なるスペクトル特性を有する光源および反射体フィルタを有し得るが、しかしながら、種々の場合、光源によって放出される波長および可変屈折力反射体によって反射された波長は、重複または一致する一方、多くの他の可視波長は、反射されず、可変屈折力反射体を通して透過する。多くの他の可視波長が、透過させられる場合、装着者および頭部搭載型ディスプレイの前方のオブジェクトからの光の多くは、頭部搭載型ディスプレイを通して、視認者に可視となるであろう。
【０１７５】
上で議論されるように、可変屈折力反射体は、偏光選択的反射体を備え、ディスプレイ２０００からの光を選択的に反射しながら、装着者および頭部搭載型ディスプレイの前方のオブジェクトからの光を透過させることもできる。いくつかの設計では、例えば、反射体１０３２は、特定の偏光の光を反射するように構成される偏光選択的反射体を備えているように構成されることができる。例えば、反射体１０３２は、特定の偏光状態を有する光を反射しながら、他の偏光状態、いくつかの場合、多くの、大部分の、全部の、または実質的に全部の他の偏光状態に対して透過性であるように構成されることができる。
【０１７６】
ある設計では、可変屈折力反射体は、図１２に描写されるように、スタックまたは複数の切り替え可能な反射要素１２３２等の１つ以上の切り替え可能な光学要素を備えていることができる。そのような切り替え可能な要素は、２つのレベルの反射、例えば、低レベルの反射（０％以上）またはより高いレベルの反射等の２つの状態間で切り替わるように構成され得る。同様に、切り替え可能な要素は、２つのレベルの透過、例えば、低レベルの透過（０％以上）またはより高いレベルの透過間で切り替わるように構成され得る。そのような切り替え可能な光学要素は、例えば、切り替え可能な回折反射体または切り替え可能な反射格子もしくはホログラフィック光学要素等の切り替え可能な反射体、切り替え可能な回折光学要素を備え得る。切り替え可能な光学要素は、低屈折力レベル（０ジオプタまたはより高い大きさ）およびより高い屈折力レベル等の２つの屈折力レベル間で切り替わるように構成され得る。これらの屈折力レベルは、正または負であり得、２つの正の屈折力、２つの負の屈折力、または正の屈折力と負の屈折力、もしくはゼロ屈折力と非ゼロ屈折力との間で切り替わり得る。そのような切り替え可能な光学要素は、例えば、切り替え可能な回折光学レンズ等の切り替え可能な回折光学要素を備え得る。
【０１７７】
種々の場合、１つ以上の切り替え可能な光学要素は、切り替え可能なポリマー分散液晶要素等の液晶を備えている１つ以上の液晶要素を備えている。切り替え可能な光学要素は、切り替え可能な偏光格子を備え得る。ある構成では、可変屈折力反射体は、切り替え可能な光学要素のスタックを備え、前記切り替え可能な光学要素のうちの異なるものは、前記切り替え可能な光学要素が異なる屈折力間で切り替えをすることが可能なように、異なる屈折力に関連付けられる。これらの屈折力は、例えば、回折レンズ等のレンズによって提供され得る。
【０１７８】
図１２に図示される例では、複数の切り替え可能な反射要素の異なるものは、負の屈折力を有する（但し、１つ以上の屈折力は、異なる設計では、正またはゼロであり得る）。例えば、複数またはスタックの切り替え可能な反射要素は、第１の負の屈折力を有する第１の切り替え可能な反射要素、第２の負の屈折力を有する第２の切り替え可能な反射要素、第３の負の屈折力を有する第３の切り替え可能な反射要素、・・・第ｎの負の屈折力を有する第ｎの切り替え可能な反射要素を有することができる。ある構成では、第１、第２、第３、・・・または第ｎの切り替え可能な反射要素のうちの１つは、導波管２７００から外部結合される光を反射するように構成されることができる一方、残りの切り替え可能な反射要素は、透過性であるように構成されることができる。このように、ユーザの眼２１０から離れるように導かれる導波管２７００から外部結合される光は、ある深度平面から生じているようにユーザに見えるように、第１、第２、第３、・・・または第ｎの切り替え可能な反射要素のうちの選択された１つから反射される。種々の実施形態では、複数の切り替え可能な反射要素の各々は、光の特定の波長が特定の深度から生じるように見えるように、光の特定の波長を反射するように構成されることができる。
【０１７９】
図１２に関して上で説明されるように、いくつかのディスプレイデバイスは、複数またはスタックの切り替え可能な反射要素を備えている。有利には、切り替え可能な反射要素の各々は、本明細書のいずれかに、および例えば、図１３Ａ−１３Ｃに関して以下に説明されるように、液晶を備えていることができる。例えば、切り替え可能な反射要素は、非重合化または重合化可能液晶もしくは反応性メソゲン（ＲＭ）から形成され得、その構成は、外部刺激、例えば、電場によって改変されることができる。
【０１８０】
いくつかの実施形態では、切り替え可能な反射要素は、上で議論されるように、例えば、コレステリック液晶（ＣＬＣ）層等の液晶を備えていることができる。図１３Ａおよび１３Ｂは、ディスプレイデバイスの一部として実装され得る例示的切り替え可能な反射要素３１００Ａを図示し、切り替え可能な反射要素３１００Ａは、反射偏光ミラーとしての役割を果たすパターン化されたＣＬＣ層から形成される。図１３Ａは、バイナリフレネルレンズパターン上部の液晶ダイレクタの局所配向（矢印）を図示する。故に、切り替え可能な反射要素３１００Ａは、印加される電場を使用して調節可能な屈折力を有するように構成されることができる。切り替え可能な反射要素３１００Ａの実施形態は、例えば、図１０Ａ−１０Ｃおよび１１に関して図示される変形可能ミラーの代替として使用されることができる。
【０１８１】
図１３Ｂを参照すると、切り替え可能な反射要素３１００Ａが、ＣＬＣキラリティの掌性（例えば、ＲＨＣＰ）に対応する（例えば、同一掌性を有する）円偏光を有する円偏光入射光３０１２で照明されると、反射された光３０１６は、上で説明される湾曲ミラー反射体に類似するレンズ効果を呈する。他方では、直交偏光（例えば、ＬＨＣＰ）を伴う光は、干渉を伴わずに透過させられる。切り替え可能な反射要素３１００Ａは、約１０ｎｍ未満、約２５ｎｍ未満、約５０ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満の範囲、またはある他の範囲の帯域幅を有するように構成されることができる。
【０１８２】
図１３Ｃは、複数の切り替え可能な反射要素３１００−Ｒ、３１００−Ｇ、および３１００−Ｂを備えている切り替え可能な反射要素３１００Ｃを図示する。図示される実施形態では、切り替え可能な反射要素３１００−Ｒ、３１００−Ｇ、および３１００−Ｂは、スタックされた構成にあり、それぞれ、赤色、緑色、および青色スペクトル内の波長Δλの範囲の光を反射するように構成される。切り替え可能な反射要素３１００Ｃが、ＣＬＣキラリティの掌性（例えば、ＲＨＣＰ）に対応する円偏光と、赤色、緑色、および青色スペクトル内の波長Δλの範囲の波長とを有する円偏光入射光３０１２で照明されると、反射された光３０１６は、湾曲ミラーレンズに類似するレンズ効果を呈する。他方では、直交偏光（例えば、ＬＨＣＰ）を伴う光は、干渉を伴わずに透過させられる。
【０１８３】
図１４は、複数の切り替え可能な反射要素１４０４ａ、１４０４ｂ、１４０４ｃ、１４０８ａ、１４０８ｂ、および１４０８ｃを有するスタックまたは複数の切り替え可能な反射要素１２３２の実施形態を図示する。反射要素１４０４ａ−１４０４ｃは、第１の負の屈折力を有するように構成され、反射要素１４０８ａ−１４０８ｃは、第２の負の屈折力を有するように構成される。反射要素１４０４ａおよび１４０８ａは、第１の波長の範囲（例えば、赤色の周囲の約５〜１０ｎｍ）を反射するように構成されることができる。反射要素１４０４ｂおよび１４０８ｂは、第２の波長の範囲（例えば、緑色の周囲の約５〜１０ｎｍ）を反射するように構成されることができる。反射要素１４０４ｃおよび１４０８ｃは、第３の波長の範囲（例えば、青色の周囲の約５〜１０ｎｍ）を反射するように構成されることができる。反射要素１４０４ａ、１４０４ｂ、１４０４ｃ、１４０８ａ、１４０８ｂ、および１４０８ｃの各々は、一対の電極１１７３間に挟まれる。反射要素１４０４ａ、１４０４ｂ、１４０４ｃ、１４０８ａ、１４０８ｂ、および１４０８ｃのうちの選択された１つは、反射要素１４０４ａ、１４０４ｂ、１４０４ｃ、１４０８ａ、１４０８ｂ、および１４０８ｃのうちの選択された１つの境を限る対の電極１１７３を横断して電圧を印加することによって、オンまたはオフに切り替えられることができる。
【０１８４】
種々の実施形態では、スタック１２３２内の複数の切り替え可能な反射要素の各々は、例えば、液晶回折格子、ポリマー分散液晶格子構造、および／または偏光格子構造を備えていることができる。種々の実施形態では、複数の切り替え可能な反射要素の各々は、ピクセル毎にフレームシーケンシャル様式でオンまたはオフに切り替えられることができる。切り替え可能な反射要素は、回折レンズ等の回折光学要素を備え得る。
【０１８５】
加えて、種々の実施形態では、反射要素１２３２のスタックは、反射スタックの発散屈折力を調節するための追加の制御を提供するために、変形可能膜（例えば、可変屈折力反射体１０３２）と統合されることができる。
【０１８６】
図１２を参照すると、画像投影デバイス１２８２（例えば、空間光変調器）からの画像コンテンツは、光学結合要素２０５０を介して、導波管２７００の中に投入される。種々の実施形態では、光学結合要素２０５０は、偏光ビームスプリッタを備えていることができる。導波管２７００からの光は、導波管２７００（例えば、外部結合要素５７００）に関連付けられた外部結合要素によって、反射体１２３２に向かって導かれる。種々の実施形態では、図１１に関して上で議論されるように、リターダの配列を備えている偏光ベースの光再利用システム等の光再利用システムが、図１２に図示されるディスプレイデバイスの例において使用され、ユーザの眼２１０に向かって導かれる導波管２７００からの任意の光を反射体１２３２に向け直すことができる。導波管２７００から外部結合され、可変屈折力反射体に導かれる光は、ユーザの眼２１０が、特定の発散において（ある場合、発散を含まず、むしろ、コリメーションを含む）ディスプレイからの光を受け取り、したがって、装着者の近傍またはそこから遠く離れる等、装着者の正面の特定の深度におけるオブジェクトから生じているように光を知覚するように、反射要素のうちの１つを切り替えることによって、可変屈折力反射体から反射されることができる。ディスプレイデバイスを包囲する周囲環境（本明細書では、世界とも称される）５１０からの光は、反射体１２３２を通してユーザの眼２１０に向かって透過させられることに留意されたい。
【０１８７】
図示されないが、図１１および１２における導波管２７００は、図６を参照して上で説明されるように、導波管のスタックを含むことができる。導波管および可変反射体１０３２のスタックまたは切り替え可能な反射要素１２３２のスタックの組み合わせは、ある場合、所望の深度を提供する増加した能力を提供するために有用であり得る。
【０１８８】
本明細書に説明される、および／または図に描写されるプロセス、方法、およびアルゴリズムの各々は、具体的かつ特定のコンピュータ命令を実行するように構成された１つ以上の物理的コンピューティングシステム、ハードウェアコンピュータプロセッサ、特定用途向け回路、および／もしくは電子ハードウェアによって実行されるコードモジュールにおいて具現化され、それによって完全もしくは部分的に自動化され得ることを理解されたい。例えば、コンピューティングシステムは、具体的コンピュータ命令とともにプログラムされた汎用コンピュータ（例えば、サーバ）または専用コンピュータ、専用回路等を含むことができる。コードモジュールは、コンパイルされ、実行可能プログラムにリンクされ、動的リンクライブラリ内にインストールされ得る、または解釈されるプログラミング言語において書き込まれ得る。いくつかの実装では、特定の動作および方法が、所与の機能に特有の回路によって実施され得る。
【０１８９】
さらに、本開示の機能性のある実装は、十分に数学的、コンピュータ的、または技術的に複雑であるので、（適切な特殊化された実行可能命令を利用する）特定用途向けハードウェアまたは１つ以上の物理的コンピューティングデバイスが、例えば、関与する計算の量もしくは複雑性に起因して、または結果を実質的にリアルタイムで提供するために、機能性を実施する必要があり得る。例えば、ビデオは、多くのフレームを含み、各フレームは、数百万のピクセルを有し得、具体的にプログラムされたコンピュータハードウェアは、商業的に妥当な時間量において所望の画像処理タスクまたは用途を提供するようにビデオデータを処理する必要がある。
【０１９０】
コードモジュールまたは任意のタイプのデータは、ハードドライブ、ソリッドステートメモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、光学ディスク、揮発性もしくは不揮発性記憶装置、同一物の組み合わせ等を含む物理的コンピュータ記憶装置等の任意のタイプの非一過性コンピュータ読み取り可能な媒体上に記憶され得る。いくつかの実施形態では、非一過性コンピュータ読み取り可能な媒体は、ローカル処理およびデータモジュール（１４０）、遠隔処理モジュール（１５０）、および遠隔データリポジトリ（１６０）のうちの１つ以上のものの一部であり得る。方法およびモジュール（またはデータ）は、無線ベースおよび有線／ケーブルベースの媒体を含む種々のコンピュータ読み取り可能な伝送媒体上で生成されたデータ信号としても（例えば、搬送波または他のアナログもしくはデジタル伝搬信号の一部として）伝送され得、種々の形態（例えば、単一もしくは多重化アナログ信号の一部として、または複数の別々のデジタルパケットもしくはフレームとして）をとり得る。開示されるプロセスまたはプロセスステップの結果は、任意のタイプの非一過性有形コンピュータ記憶装置内に持続的もしくは別様に記憶され得るか、またはコンピュータ読み取り可能な伝送媒体を介して通信され得る。
【０１９１】
本明細書に説明される、および／または添付される図に描写されるフロー図における任意のプロセス、ブロック、状態、ステップ、もしくは機能性は、プロセスにおいて具体的機能（例えば、論理もしくは算術）またはステップを実装するための１つ以上の実行可能命令を含むコードモジュール、セグメント、またはコードの一部を潜在的に表すものとして理解されたい。種々のプロセス、ブロック、状態、ステップ、または機能性は、組み合わせられ、再配列され、追加され、削除され、修正され、または別様に本明細書に提供される例証的例から変更され得る。いくつかの実施形態では、追加のまたは異なるコンピューティングシステムもしくはコードモジュールが、本明細書に説明される機能性のいくつかまたは全てを実施し得る。本明細書に説明される方法およびプロセスは、任意の特定のシーケンスに限定されず、それに関連するブロック、ステップ、または状態は、適切な他のシーケンスで、例えば、連続して、並行して、またはある他の様式で実施されることもできる。タスクまたはイベントが、開示される例示的実施形態に追加され、またはそれから除去され得る。さらに、本明細書に説明される実装における種々のシステムコンポーネントの分離は、例証を目的とし、全ての実施形態においてそのような分離を要求するものとして理解されるべきではない。説明されるプログラムコンポーネント、方法、およびシステムは、概して、単一コンピュータ製品においてともに統合される、または複数のコンピュータ製品にパッケージ化され得ることを理解されたい。
【０１９２】
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る。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。
【０１９３】
実際、本開示のシステムおよび方法の各々は、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こと、またはそのために要求されないことを理解されたい。上で説明される種々の特徴およびプロセスは、互いに独立して使用され得るか、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、本開示の範囲に該当することが意図される。
【０１９４】
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、単一実施形態における組み合わせにおいても実装され得る。逆に、単一実施形態の文脈において説明される種々の特徴も、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得る。さらに、特徴がある組み合わせにおいて作用するものとして上で説明され、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、組み合わせから削除され得、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もしくは必須ではない。
【０１９５】
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．）」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／もしくはステップが、１つ以上の実施形態に対していかようにも要求されること、または１つ以上の実施形態が、著者の入力または促しの有無を問わず、これらの特徴、要素、および／もしくはステップが任意の特定の実施形態において含まれる、もしく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「〜を備えている」、「〜を含む」、「〜を有する」等は、同義語であり、非限定的方式で包括的に使用され、追加の要素、特徴、行為、動作等を除外しない。用語「または」も、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」もしくは「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、それは、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、もしく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ることができる。例えば、１つ以上の追加の動作が、図示される動作のいずれかの前、その後に、それと同時に、またはその間に実施されることができる。加えて、動作は、他の実施形態において再配列され、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、上で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一緒に統合され得ること、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である。いくつかの場合、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。
【０１９６】
故に、請求項は、本明細書に示される実装に限定されることを意図されず、本明細書に開示される本開示、原理、および新規の特徴と一貫する最も広い範囲を与えられるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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