(57)【要約】光学デバイスは、デバイスによって提供される刺激に応答して、光学デバイスを通して、入射周囲光、入射周囲光のスペクトル成分、または入射周囲光の方向のうちの少なくとも１つを改変する、可変光学材料を含む。本デバイスは、周囲光の強度および／またはスペクトル特性を感知し、適切な刺激を光学デバイスの種々の部分に提供し、可変光学材料を活性化し、入射周囲光、入射周囲光のスペクトル成分、または入射周囲光の方向のうちの少なくとも１つを改変することができる。
2020502567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザウェアラブルディスプレイデバイスであって、
前記ユーザ上に搭載するように構成されるフレームと、
前記フレームに取り付けられ、画像を前記ユーザの眼に指向するように構成される拡張現実ディスプレイと、
前記ユーザを囲繞する環境内の周囲光条件についての情報を取得するように構成されるセンサと、
刺激に応答して、物理的および／または化学的変化を受ける可変光学材料と、
前記刺激を提供するように構成される源と、
処理電子機器であって、
周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、または周囲光の方向のうちの少なくとも１つが変化されるように、前記センサによって取得される情報に基づいて、前記源をトリガし、前記刺激を前記可変光学材料に提供し、前記材料の物理的および／または化学的変化をもたらす
ように構成される、処理電子機器と
を備える、ユーザウェアラブルデバイス。
【請求項２】
前記拡張現実ディスプレイは、導波管を備え、前記導波管は、
前記導波管を通した前記ユーザを囲繞する環境のビューを可能にすることと、
光を前記導波管から前記ユーザの眼の中に指向することによって画像を形成することと
を行うように構成される、請求項１に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項３】
前記導波管は、導波管のスタックの一部であり、前記スタックの各導波管は、前記導波管のスタックの１つ以上の他の導波管と比較して、異なる発散量を有する光を出力するように構成される、請求項１−２に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項４】
前記センサは、光センサ、画像捕捉デバイス、全地球測位サブシステム、または環境センサのうちの少なくとも１つを含む、請求項１−３に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項５】
前記ユーザの眼の移動を追跡するように構成される画像捕捉デバイスをさらに備える、請求項１−４に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項６】
前記ユーザの眼に指向される前記画像と関連付けられたデータに基づいて、投影ビームを生成するように構成される光源をさらに備える、請求項１−５に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項７】
前記源は、可視光または不可視光を前記ディスプレイの１つ以上の部分に指向するように構成される光学源を備える、請求項１−６に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項８】
前記源は、電気信号を前記ディスプレイの１つ以上の部分に提供するように構成される電気源を備える、請求項１−６に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項９】
前記源は、熱放射を前記ディスプレイの１つ以上の部分に提供するように構成される熱源を備える、請求項１−６に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項１０】
前記源は、音波／超音波エネルギーを前記ディスプレイの１つ以上の部分に提供するように構成される音波／超音波システムを備える、請求項１−６に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項１１】
前記可変光学材料は、前記ディスプレイの表面に内蔵される、請求項１−１０に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項１２】
前記可変光学材料は、前記ディスプレイの表面にわたって配置される、請求項１−１０に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項１３】
前記可変光学材料は、有機化合物または無機化合物を含む、請求項１−１２に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項１４】
前記可変光学材料は、電気活性タンパク質を備える、請求項１−１３に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項１５】
前記可変光学材料は、前記刺激に応答して、サイズまたは形状の変化を呈する分子を備える、請求項１−１４に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項１６】
前記可変光学材料は、前記刺激に応答して、移動、回転、捻転、または偏移する分子を備える、請求項１−１５に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項１７】
前記可変光学材料は、前記刺激に応答して、ともに移動するおよび／またはともに接着する分子を備える、請求項１−１６に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項１８】
前記可変光学材料は、前記刺激に応答して、相互から離れるように移動する分子を備える、請求項１−１６に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項１９】
前記可変光学材料は、前記刺激に応答して、ナノ構造を形成する分子を備える、請求項１−１８に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項２０】
前記ディスプレイは、前記ユーザの第１の眼に対応する第１の眼球領域と、前記ユーザの第２の眼に対応する第２の眼球領域とを備え、
前記処理電子機器は、周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、または周囲光の方向のうちの少なくとも１つが、前記第１の眼球領域を通して、前記処理電子機器によってトリガされる源からの刺激の結果として変化されるように、前記センサによって取得される情報に基づいて、前記源をトリガし、前記刺激を前記ディスプレイの一部に提供し、前記可変光学材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、請求項１−１９に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項２１】
前記ディスプレイは、前記ユーザの第１の眼に対応する第１の眼球領域と、前記ユーザの第２の眼に対応する第２の眼球領域とを備え、
前記処理電子機器は、前記第１の眼球領域を通した周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、または周囲光の方向のうちの少なくとも１つが、前記第２の眼球領域を通した周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、または周囲光の方向と比較して異なるように変化されるように、前記センサによって取得される情報に基づいて、前記源をトリガし、前記刺激を前記ディスプレイの一部に提供し、前記材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、請求項１−１９に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項２２】
前記処理電子機器は、前記ディスプレイの第１の部分を通して透過される周囲光の強度の減衰が、前記ディスプレイの第２の部分を通して透過される周囲光の強度の減衰よりも大きいように、前記センサによって取得される情報に基づいて、前記源をトリガし、前記刺激を前記ディスプレイに提供し、前記材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、請求項１−１９に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項２３】
前記ディスプレイの第１の部分上に入射する周囲光の強度は、前記ディスプレイの第２の部分上に入射する周囲光の強度よりも大きい、請求項２２に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項２４】
前記処理電子機器は、前記ディスプレイの第２の部分を通して透過される周囲光の強度が低減されるように、前記センサによって取得される情報に基づいて、前記源をトリガし、前記刺激を前記ディスプレイに提供し、前記材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、請求項２２または２３に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項２５】
前記ディスプレイは、前記ユーザの第１の眼に対応する第１の眼球領域と、前記ユーザの第２の眼に対応する第２の眼球領域とを備え、
前記処理電子機器は、前記第１の眼球領域の一部を通して透過される周囲光の強度が低減されるように、前記センサによって取得される情報に基づいて、前記源をトリガし、前記刺激を前記ディスプレイに提供し、前記材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、請求項１−１９に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項２６】
前記処理電子機器は、前記ディスプレイの第１の部分を通して透過される周囲光のスペクトルが前記ディスプレイの第２の部分を通して透過される周囲光のスペクトルと異なるように、前記センサによって取得される情報に基づいて、前記源をトリガし、前記刺激を前記ディスプレイに提供し、前記材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、請求項１−１９に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項２７】
前記ディスプレイは、前記ユーザの第１の眼に対応する第１のレンズと、前記ユーザの第２の眼に対応する第２のレンズとを備え、
前記処理電子機器は、前記処理電子機器によってトリガされる源からの刺激の結果として、前記第１のレンズのみを通して透過される周囲光の強度が低減されるように、前記センサによって取得される情報に基づいて、前記源をトリガし、前記刺激を前記ディスプレイに提供し、前記第１のレンズと関連付けられた前記可変光学材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、請求項１−１９に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項２８】
前記ディスプレイは、前記ユーザの第１の眼に対応する第１のレンズと、前記ユーザの第２の眼に対応する第２のレンズとを備え、
前記処理電子機器は、前記第１のレンズの一部を通して透過される周囲光の強度が前記第１のレンズの別の部分よりも大きい量だけ低減されるように、前記センサによって取得される情報に基づいて、前記源をトリガし、前記刺激を前記ディスプレイに提供し、前記第１のレンズと関連付けられた前記可変光学材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、請求項１−１９に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項２９】
前記処理電子機器は、前記第２のレンズの一部を通して透過される周囲光の強度が低減されるように、前記センサによって取得される情報に基づいて、前記源をトリガし、前記刺激を前記ディスプレイに提供し、前記第２のレンズと関連付けられた前記可変光学材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、請求項２８に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項３０】
前記ディスプレイは、前記ユーザの第１の眼に対応する第１のレンズと、前記ユーザの第２の眼に対応する第２のレンズとを備え、
前記処理電子機器は、前記第１のレンズを通して透過される周囲光の強度が前記第２のレンズを通してより減衰されるように、前記センサによって取得される情報に基づいて、前記源をトリガし、前記刺激を前記ディスプレイに提供し、前記第１のレンズと関連付けられた前記可変光学材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、請求項１−１９に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項３１】
前記処理電子機器は、前記第２のレンズを通して透過される周囲光の強度が低減されるように、前記センサによって取得される情報に基づいて、前記源をトリガし、前記刺激を前記ディスプレイに提供し、前記第２のレンズと関連付けられた前記可変光学材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、請求項３０に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項３２】
前記ディスプレイは、前記ユーザの第１の眼に対応する第１のレンズと、前記ユーザの第２の眼に対応する第２のレンズとを備え、
前記処理電子機器は、前記第１および第２のレンズを通して透過される周囲光のスペクトルが異なるように、前記センサによって取得される情報に基づいて、前記源をトリガし、前記刺激を前記ディスプレイに提供し、前記第１または第２のレンズと関連付けられた可変光学材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、請求項１−１９に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項３３】
前記ディスプレイは、前記ユーザの第１の眼に対応する第１のレンズと、前記ユーザの第２の眼に対応する第２のレンズとを備え、
前記処理電子機器は、前記第１のレンズの一部を通して透過される周囲光のスペクトルが前記第１のレンズの別の部分と異なるように、前記センサによって取得される情報に基づいて、前記源をトリガし、前記刺激を前記ディスプレイに提供し、前記第１または第２のレンズと関連付けられた前記可変光学材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、請求項１−１９に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項３４】
前記ディスプレイは、前記ユーザの第１の眼に対応する第１のレンズと、前記ユーザの第２の眼に対応する第２のレンズとを備え、
前記処理電子機器は、前記第１のレンズの一部を通して透過される周囲光のスペクトルが前記第２のレンズの別の部分と異なるように、前記センサによって取得される情報に基づいて、前記源をトリガし、前記刺激を前記ディスプレイに提供し、前記第１または第２のレンズと関連付けられた前記可変光学材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、請求項３３に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項３５】
前記ディスプレイを通して、前記装着者の眼によって見られるようなオブジェクトが、前記ディスプレイの少なくとも一部と整合されるように現れ、
前記処理電子機器は、前記オブジェクトからの光の強度、前記オブジェクトからの前記光のスペクトル成分、または前記オブジェクトからの前記光の方向のうちの少なくとも１つが、変化されるように、前記源に、前記刺激を、前記オブジェクトが整合されるように現れる前記ディスプレイの少なくとも一部に提供させ、前記可変光学材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、請求項１−１９に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項３６】
前記処理電子機器は、前記センサによって追跡されるような前記ユーザの頭部の移動に基づいて、前記オブジェクトが整合されるように現れる前記ディスプレイの少なくとも一部を決定するように構成される、請求項３５に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項３７】
前記処理電子機器は、前記周囲光の強度が低減されるように、前記源に、前記刺激を前記ディスプレイの少なくとも一部に提供させ、前記可変光学材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、請求項３５−３６のいずれかに記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項３８】
頭部姿勢センサをさらに備える、前記請求項のいずれかに記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項３９】
前記ディスプレイの少なくとも一部の場所を調節するようにさらに構成される、前記請求項のいずれかに記載のユーザウェアラブルデバイスであって、前記ディスプレイの前記少なくとも一部を通して、周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、または周囲光の方向のうちの少なくとも１つが、前記ユーザからのフィードバックに基づいて変化される、ユーザウェアラブルデバイス。
【請求項４０】
前記ディスプレイの少なくとも一部のサイズを調節するようにさらに構成される、前記請求項のいずれかに記載のユーザウェアラブルデバイスであって、前記ディスプレイの前記少なくとも一部を通して、周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、または周囲光の方向のうちの少なくとも１つが、前記ユーザからのフィードバックに基づいて変化される、ユーザウェアラブルデバイス。
【請求項４１】
周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、または周囲光の方向のうちの少なくとも１つが前記ユーザからのフィードバックに基づいて変化される量を調節するようにさらに構成される、前記請求項のいずれかに記載のユーザウェアラブルデバイス。
【請求項４２】
刺激に応答して、ディスプレイ表面を通して透過される周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、または周囲光の方向のうちの少なくとも１つを変動させる可変光学材料を含むディスプレイ表面を備えるユーザウェアラブルディスプレイデバイスを通して透過される光を操作する方法であって、前記方法は、
センサを使用して、前記ユーザを囲繞する環境内の周囲光条件についての測定値を取得することと、
前記ディスプレイ表面の第１の部分と関連付けられた第１の場所および前記ディスプレイ表面の第２の部分と関連付けられた第２の場所上に入射する光の強度を決定することであって、前記第１の場所は、前記第２の部分より前記ディスプレイ表面の第１の部分に近く、前記第２の場所は、前記第１の部分より前記ディスプレイ表面の第２の部分に近い、ことと、
前記第１の部分上に入射する周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、または周囲光の方向のうちの少なくとも１つが、第１の量だけ変化されるように、源を制御し、第１の刺激を前記ディスプレイ表面の第１の部分に提供し、前記材料の物理的および／または化学的変化をもたらすことと、
前記第２の部分上に入射する周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、または周囲光の方向のうちの少なくとも１つが、第２の量だけ変化されるように、前記源を制御し、第２の刺激を前記ディスプレイ表面の第２の部分に提供し、前記材料の物理的および／または化学的変化をもたらすことと
を含む、方法。
【請求項４３】
前記第１の量は、前記第２の量と異なる、請求項４２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権主張）
本願は、２０１６年１２月２２日に出願された米国仮特許出願第６２／４３８，３２５号の利益を主張するものであり、該米国仮特許出願は、その全体が参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
（参照による援用）
本願はまた、２０１７年１２月１３日に出願された米国特許出願第１５／８４１，０４３号に関連しており、該米国特許出願は、その全体が参照により本明細書中に援用される。
【０００３】
本開示は、仮想現実および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】
【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、すなわち、「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ブロックされて見える、または別様にそれと相互作用するように知覚され得る。
【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、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、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」と知覚するが、これらの要素４０、５０は、実世界には存在しない。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および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】
本開示のシステム、方法、およびデバイスはそれぞれ、いくつかの革新的側面を有し、そのうちの単一の１つが、本明細書に開示される望ましい属性に関与するわけではない。
【０００８】
本明細書に説明される主題の１つ以上の実施形態の詳細は、付随の図面および以下の説明に記載される。他の特徴、側面、および利点は、説明、図面、および請求項から明白となるであろう。以下の図の相対的寸法は、正確な縮尺で描かれていない場合があることに留意されたい。
【０００９】
下記に列挙される実施例等の、刺激に応答して物理的および／または化学的変化を受ける可変光学材料を備える光学デバイスの種々の実施例が、本明細書に説明される。
【００１０】
実施例１：ユーザウェアラブルディスプレイデバイスであって、ユーザ上に搭載するように構成されるフレームと、フレームに取り付けられ、画像をユーザの眼に指向するように構成される拡張現実ディスプレイと、ユーザを囲繞する環境内の周囲光条件についての情報を取得するように構成されるセンサと、刺激に応答して、物理的および／または化学的変化を受ける可変光学材料と、刺激を提供するように構成される源と、処理電子機器であって、周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、または周囲光の方向のうちの少なくとも１つが変化されるように、センサによって取得される情報に基づいて、源をトリガし、刺激を可変光学材料に提供し、材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、処理電子機器とを備える、ユーザウェアラブルデバイス。
【００１１】
実施例２：拡張現実ディスプレイは、導波管を備え、前記導波管は、
導波管を通したユーザを囲繞する環境のビューを可能にすることと、、
光を導波管からユーザの眼の中に指向することによって画像を形成することと
を行うように構成される、実施例１に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００１２】
実施例３：導波管は、導波管のスタックの一部であり、スタックの各導波管は、導波管のスタックの１つ以上の他の導波管と比較して、異なる発散量を有する光を出力するように構成される、実施例１−２に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００１３】
実施例４：センサは、光センサ、画像捕捉デバイス、全地球測位サブシステム、または環境センサのうちの少なくとも１つを含む、実施例１−３に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００１４】
実施例５：ユーザの眼の移動を追跡するように構成される画像捕捉デバイスをさらに備える、実施例１−４に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００１５】
実施例６：ユーザの眼に指向される画像と関連付けられたデータに基づいて、投影ビームを生成するように構成される光源をさらに備える、実施例１−５に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００１６】
実施例７：源は、可視光または不可視光をディスプレイの１つ以上の部分に指向するように構成される光学源を備える、実施例１−６に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００１７】
実施例８：源は、電気信号をディスプレイの１つ以上の部分に提供するように構成される電気源を備える、実施例１−６に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００１８】
実施例９：源は、熱放射をディスプレイの１つ以上の部分に提供するように構成される熱源を備える、実施例１−６に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００１９】
実施例１０：源は、音波／超音波エネルギーをディスプレイの１つ以上の部分に提供するように構成される音波／超音波システムを備える、実施例１−６に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００２０】
実施例１１：可変光学材料は、ディスプレイの表面に内蔵される、実施例１−１０に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００２１】
実施例１２：可変光学材料は、ディスプレイの表面にわたって配置される、実施例１−１０に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００２２】
実施例１３：可変光学材料は、有機化合物または無機化合物を含む、実施例１−１２に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００２３】
実施例１４：可変光学材料は、電気活性タンパク質を備える、実施例１−１３に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００２４】
実施例１５：可変光学材料は、刺激に応答して、サイズまたは形状の変化を呈する分子を備える、実施例１−１４に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００２５】
実施例１６：可変光学材料は、刺激に応答して、移動、回転、捻転、または偏移する分子を備える、実施例１−１５に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００２６】
実施例１７：可変光学材料は、刺激に応答して、ともに移動するおよび／またはともに接着する分子を備える、実施例１−１６に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００２７】
実施例１８：可変光学材料は、刺激に応答して、相互から離れるように移動する分子を備える、実施例１−１６に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００２８】
実施例１９：可変光学材料は、刺激に応答して、ナノ構造を形成する分子を備える、実施例１−１８に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００２９】
実施例２０：ディスプレイは、ユーザの第１の眼に対応する第１の眼球領域と、ユーザの第２の眼に対応する第２の眼球領域とを備え、処理電子機器は、周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、または周囲光の方向のうちの少なくとも１つが、第１の眼球領域を通して、処理電子機器によってトリガされる源からの刺激の結果として変化されるように、センサによって取得される情報に基づいて、源をトリガし、刺激をディスプレイの一部に提供し、可変光学材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、実施例１−１９に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００３０】
実施例２１：ディスプレイは、ユーザの第１の眼に対応する第１の眼球領域と、ユーザの第２の眼に対応する第２の眼球領域とを備え、
処理電子機器は、第１の眼球領域を通した周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、または周囲光の方向のうちの少なくとも１つが、第２の眼球領域を通した周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、または周囲光の方向と比較して異なるように変化されるように、センサによって取得される情報に基づいて、源をトリガし、刺激をディスプレイの一部に提供し、材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、実施例１−１９に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００３１】
実施例２２：処理電子機器は、ディスプレイの第１の部分を通して透過される周囲光の強度の減衰が、ディスプレイの第２の部分を通して透過される周囲光の強度の減衰よりも大きいように、センサによって取得される情報に基づいて、源をトリガし、刺激をディスプレイに提供し、材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、実施例１−１９に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００３２】
実施例２３：ディスプレイの第１の部分上に入射する周囲光の強度は、ディスプレイの第２の部分上に入射する周囲光の強度よりも大きい、実施例２２に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００３３】
実施例２４：処理電子機器は、ディスプレイの第２の部分を通して透過される周囲光の強度が低減されるように、センサによって取得される情報に基づいて、源をトリガし、刺激をディスプレイに提供し、材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、実施例２２または２３に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００３４】
実施例２５：ディスプレイは、ユーザの第１の眼に対応する第１の眼球領域と、ユーザの第２の眼に対応する第２の眼球領域とを備え、処理電子機器は、第１の眼球領域の一部を通して透過される周囲光の強度が低減されるように、センサによって取得される情報に基づいて、源をトリガし、刺激をディスプレイに提供し、材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、実施例１−１９に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００３５】
実施例２６：処理電子機器は、ディスプレイの第１の部分を通して透過される周囲光のスペクトルがディスプレイの第２の部分を通して透過される周囲光のスペクトルと異なるように、センサによって取得される情報に基づいて、源をトリガし、刺激をディスプレイに提供し、材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、実施例１−１９に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００３６】
実施例２７：ディスプレイは、ユーザの第１の眼に対応する第１のレンズと、ユーザの第２の眼に対応する第２のレンズとを備え、処理電子機器は、処理電子機器によってトリガされる源からの刺激の結果、第１のレンズのみを通して透過される周囲光の強度が低減されるように、センサによって取得される情報に基づいて、源をトリガし、刺激をディスプレイに提供し、第１のレンズと関連付けられた可変光学材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、実施例１−１９に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００３７】
実施例２８：ディスプレイは、ユーザの第１の眼に対応する第１のレンズと、ユーザの第２の眼に対応する第２のレンズとを備え、
処理電子機器は、第１のレンズの一部を通して透過される周囲光の強度が第１のレンズの別の部分よりも大きい量だけ低減されるように、センサによって取得される情報に基づいて、源をトリガし、刺激をディスプレイに提供し、第１のレンズと関連付けられた可変光学材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、実施例１−１９に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００３８】
実施例２９：処理電子機器は、第２のレンズの一部を通して透過される周囲光の強度が低減されるように、センサによって取得される情報に基づいて、源をトリガし、刺激をディスプレイに提供し、第２のレンズと関連付けられた可変光学材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、実施例２８に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００３９】
実施例３０：ディスプレイは、ユーザの第１の眼に対応する第１のレンズと、ユーザの第２の眼に対応する第２のレンズとを備え、処理電子機器は、第１のレンズを通して透過される周囲光の強度が第２のレンズを通してより減衰されるように、センサによって取得される情報に基づいて、源をトリガし、刺激をディスプレイに提供し、第１のレンズと関連付けられた可変光学材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、実施例１−１９に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００４０】
実施例３１：処理電子機器は、第２のレンズを通して透過される周囲光の強度が低減されるように、センサによって取得される情報に基づいて、源をトリガし、刺激をディスプレイに提供し、第２のレンズと関連付けられた可変光学材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、実施例３０に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００４１】
実施例３２：ディスプレイは、ユーザの第１の眼に対応する第１のレンズと、ユーザの第２の眼に対応する第２のレンズとを備え、処理電子機器は、第１および第２のレンズを通して透過される周囲光のスペクトルが異なるように、センサによって取得される情報に基づいて、源をトリガし、刺激をディスプレイに提供し、第１または第２のレンズと関連付けられた可変光学材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、実施例１−１９に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００４２】
実施例３３：ディスプレイは、ユーザの第１の眼に対応する第１のレンズと、ユーザの第２の眼に対応する第２のレンズとを備え、処理電子機器は、第１のレンズの一部を通して透過される周囲光のスペクトルが第１のレンズの別の部分と異なるように、センサによって取得される情報に基づいて、源をトリガし、刺激をディスプレイに提供し、第１または第２のレンズと関連付けられた可変光学材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、実施例１−１９に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００４３】
実施例３４：ディスプレイは、ユーザの第１の眼に対応する第１のレンズと、ユーザの第２の眼に対応する第２のレンズとを備え、処理電子機器は、第１のレンズの一部を通して透過される周囲光のスペクトルが第２のレンズの別の部分と異なるように、センサによって取得される情報に基づいて、源をトリガし、刺激をディスプレイに提供し、第１または第２のレンズと関連付けられた可変光学材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、実施例３３に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００４４】
実施例３５：ディスプレイを通して、装着者の眼によって見られるようなオブジェクトが、ディスプレイの少なくとも一部と整合されるように現れ、処理電子機器は、該オブジェクトからの光の強度、該オブジェクトからの該光のスペクトル成分、または該オブジェクトからの該光の方向のうちの少なくとも１つが、変化されるように、源に、刺激を、オブジェクトが整合されるように現れるディスプレイの少なくとも一部に提供させ、可変光学材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、実施例１−１９に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００４５】
実施例３６：処理電子機器は、該センサによって追跡されるようなユーザの頭部の移動に基づいて、オブジェクトが整合されるように現れるディスプレイの少なくとも一部を決定するように構成される、実施例３５に記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００４６】
実施例３７：処理電子機器は、周囲光の強度が低減されるように、源に、刺激をディスプレイの少なくとも一部に提供させ、可変光学材料の物理的および／または化学的変化をもたらすように構成される、実施例３５−３６のいずれかに記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００４７】
実施例３８：頭部姿勢センサをさらに備える、上記実施例のいずれかに記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００４８】
実施例３９：ディスプレイの少なくとも一部の場所を調節するようにさらに構成される、上記実施例のいずれかに記載のユーザウェアラブルデバイスであって、前記ディスプレイの少なくとも一部を通して、周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、または周囲光の方向のうちの少なくとも１つが、ユーザからのフィードバックに基づいて変化される、ユーザウェアラブルデバイス。
【００４９】
実施例４０：ディスプレイの少なくとも一部のサイズを調節するようにさらに構成される、上記実施例のいずれかに記載のユーザウェアラブルデバイスであって、前記ディスプレイの少なくとも一部を通して、周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、または周囲光の方向のうちの少なくとも１つが、ユーザからのフィードバックに基づいて変化される、ユーザウェアラブルデバイス。
【００５０】
実施例４１：周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、または周囲光の方向のうちの少なくとも１つがユーザからのフィードバックに基づいて変化される量を調節するようにさらに構成される、上記実施例のいずれかに記載のユーザウェアラブルデバイス。
【００５１】
実施例４２：刺激に応答して、ディスプレイ表面を通して透過される周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、または周囲光の方向のうちの少なくとも１つを変動させる可変光学材料を含むディスプレイ表面を備えるユーザウェアラブルディスプレイデバイスを通して透過される光を操作する方法であって、該方法は、センサを使用して、ユーザを囲繞する環境内の周囲光条件についての測定値を取得することと、ディスプレイ表面の第１の部分と関連付けられた第１の場所およびディスプレイ表面の第２の部分と関連付けられた第２の場所上に入射する光の強度を決定することであって、該第１の場所は、該第２の部分よりディスプレイ表面の第１の部分に近く、該第２の場所は、該第１の部分よりディスプレイ表面の第２の部分に近い、ことと、第１の部分上に入射する周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、または周囲光の方向のうちの少なくとも１つが、第１の量だけ変化されるように、源を制御し、第１の刺激をディスプレイ表面の第１の部分に提供し、材料の物理的および／または化学的変化をもたらすことと、第２の部分上に入射する周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、または周囲光の方向のうちの少なくとも１つが、第２の量だけ変化されるように、源を制御し、第２の刺激をディスプレイ表面の第２の部分に提供し、材料の物理的および／または化学的変化をもたらすこととを含む、方法。
【００５２】
実施例４３：第１の量は、第２の量と異なる、実施例４２に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【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。
【００５４】
【図２Ａ】図２Ａおよび２Ｂ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。
【図２Ｂ】図２Ａおよび２Ｂ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。
【００５５】
【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。
【００５６】
【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。
【００５７】
【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。
【００５８】
【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。
【００５９】
【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。
【００６０】
【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。
【００６１】
【図９Ａ】図９Ａは、それぞれが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。
【００６２】
【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。
【００６３】
【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。
【００６４】
【図１０】図１０は、周囲光の１つ以上の源を含む、場面を図示する。
【００６５】
【図１１】図１１は、ディスプレイレンズを通した光の透過を変動させる方法を図示する、フローチャートである。
【００６６】
【図１２Ａ】図１２Ａは、低減された周囲光透過を伴う部分を含む、ディスプレイレンズの側面図である。図１２Ｂは、眼側と反対の側から見られるような図１２Ａに図示されるディスプレイレンズの正面図である。図１２Ｃは、図１２Ａに図示されるディスプレイレンズの上面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａは、低減された周囲光透過を伴う部分を含む、ディスプレイレンズの側面図である。図１２Ｂは、眼側と反対の側から見られるような図１２Ａに図示されるディスプレイレンズの正面図である。図１２Ｃは、図１２Ａに図示されるディスプレイレンズの上面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ａは、低減された周囲光透過を伴う部分を含む、ディスプレイレンズの側面図である。図１２Ｂは、眼側と反対の側から見られるような図１２Ａに図示されるディスプレイレンズの正面図である。図１２Ｃは、図１２Ａに図示されるディスプレイレンズの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
種々の図面における同様の参照番号および記号は、同様の要素を示す。
【００６８】
本明細書で検討される実施形態は、外部刺激（例えば、光学刺激、電気刺激、熱刺激、超音波／音波刺激、放射圧力等）に応答して、ディスプレイデバイスを通して透過される周囲光の強度、ディスプレイデバイスを通して透過される周囲光のスペクトル成分、またはディスプレイデバイスを通して透過される周囲光の光学経路のうちの少なくとも１つを変動させ得る（例えば、回折によって、または可変光学要素の屈折率を変化させることによって）、少なくとも１つの可変光学材料を備える、ウェアラブルディスプレイデバイス（例えば、拡張現実および／または仮想現実アイウェア）を含む。種々の実施形態では、少なくとも１つの可変光学材料は、１つ以上の波長範囲内の周囲光の強度を減衰させ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、少なくとも１つの可変光学材料は、入射光を反射、屈折、散乱、回折、または吸収させるように構成されることができる。ウェアラブルディスプレイデバイスは、外部刺激によって少なくとも１つの可変光学材料にもたらされる、物理的変化／化学的変化を利用する。外部刺激の結果、少なくとも１つの可変光学材料は、入射光の強度および／またはスペクトル特性に応じて、ディスプレイデバイスを通して透過される周囲光の強度、ディスプレイデバイスを通して透過される周囲光のスペクトル成分、またはディスプレイデバイスを通して透過される周囲光の光学経路のうちの少なくとも１つを変動させ、ユーザ体験を改良し得る。種々の研究が、可変光学材料の特性を改変する光を特性評価するために実施されることができる。異なる研究はまた、異なるタイプの周囲光源に関して所望のユーザ体験をもたらすであろう、光改変のタイプを特性評価するために実施されることができる。種々の研究からのフィードバックは、光透過を改変したはずであるディスプレイデバイスの領域および所望のユーザ体験を提供するであろう光改変の量を決定するために考慮されることができる。
【００６９】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つの可変光学材料は、ディスプレイデバイスのディスプレイ表面に内蔵されることができる。いくつかの他の実施形態では、少なくとも１つの可変光学材料は、ディスプレイデバイスにわたって配置され得る、付属品コンポーネント内に含まれることができる。少なくとも１つの可変光学材料は、光感受性、電気活性、および／または放射線感受性材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの可変光学材料は、有機化合物または無機化合物を備えることができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの可変光学材料は、例えば、銀ベースの化合物（例えば、塩化銀またはハロゲン化銀）等の光感受性材料を備えることができる。いくつかの他の実施形態では、少なくとも１つの可変光学材料は、オキサジンおよび／またはナフトピラン等の有機化合物を備えることができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの可変光学材料は、分子の１つ以上の層を備えることができる。
【００７０】
少なくとも１つの可変光学材料は、例えば、アイウェア上のまたはアイウェアと統合された照明源から提供される、光学刺激によって活性化されることができる。照明源は、単色性または多色性であることができる。種々の実施形態では、照明源は、ＬＥＤ、走査ファイバプロジェクタ、紫外線光源、または電子ビームを提供するように構成される源を含むことができる。照明源は、電気または機械的デバイスによって制御されることができる。例えば、いくつかの実施形態では、照明源は、移動可能なシャッタまたは可変フィルタによって制御されることができる。別の実施例として、照明源は、プロセッサによって電気的に制御されることができる。
【００７１】
プロセッサは、１つ以上のセンサ（例えば、光センサ、１つ以上のカメラ、眼追跡カメラ、位置感知デバイス、姿勢感知デバイス、温度を検出するように構成される環境センサ、全地球測位システムサブアセンブリ、加速度計、色センサ等）から取得される情報に基づいて、光学、電気、熱、および／または音波／超音波刺激を提供する、デバイスをトリガするように構成される。例えば、プロセッサは、１つ以上のセンサから取得される情報に基づいて、ディスプレイデバイスの異なる部分内の少なくとも１つの可変材料を活性化または制御し、ディスプレイデバイスを通して透過される周囲光の強度、ディスプレイデバイスを通して透過される周囲光のスペクトル成分、またはディスプレイデバイスを通して透過される周囲光の光学経路のうちの少なくとも１つを変化させるであろう、光学、電気、熱、および／または音波／超音波刺激を提供する、デバイスをオンまたはオフにする、アクティブ化または非アクティブ化する、または別様に制御するように構成されることができる。
【００７２】
刺激に応答して、少なくとも１つの可変光学材料は、物理的および／または化学的変化を受けることができる。例えば、少なくとも１つの可変光学材料の分子は、刺激に応答して、サイズの変化を受ける（例えば、収縮または拡大する）ことができる。別の実施例として、少なくとも１つの可変光学材料の分子は、刺激に応答して、形状の変化を受けることができる。さらに別の実施例として、少なくとも１つの可変光学材料の分子の密度は、刺激に応答して、変化することができる。その結果、刺激は、ディスプレイデバイスを通して透過される周囲光の強度、ディスプレイデバイスを通して透過される周囲光のスペクトル成分、またはディスプレイデバイスを通して透過される周囲光の光学経路のうちの少なくとも１つを変化させ得る。
【００７３】
種々の実施形態では、少なくとも１つの可変光学材料の分子は、刺激を提供することに応じて、移動、偏移、回転、捻転、または別様に変化または応答するように構成されてもよい。少なくとも１つの可変光学材料の分子の移動、偏移、回転、または捻転は、いくつかの実施形態では、ランダムであるように構成されてもよい。しかしながら、いくつかの他の実施形態では、少なくとも１つの可変光学材料の分子の移動、偏移、回転、または捻転は、具体的方向に沿ってであるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの可変光学材料の分子が、移動、偏移、回転、または捻転される、速度は、提供される刺激の特性を変化させることによって変動されることができる。種々の実施形態では、少なくとも１つの可変光学材料の分子は、刺激に応答して、ともにより近づくように移動されることができる。いくつかの他の実施形態では、少なくとも１つの可変光学材料の分子は、刺激に応答して、相互からより遠く離れるように移動されることができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの可変光学材料の分子は、刺激に応答して、ナノ構造を形成するように構成されることができる。
【００７４】
少なくとも１つの可変光学材料の分子の物理的および／または化学的変化は、刺激の特性を制御することによってもたらされることができる。例えば、刺激が、光学であるとき、少なくとも１つの可変光学材料の分子の物理的および／または化学的変化は、光学刺激の波長および／または強度を制御することによってもたらされることができる。別の実施例として、刺激が、電気であるとき、少なくとも１つの可変光学材料の分子の物理的および／または化学的変化は、電気刺激の電圧および／または電流を制御することによってもたらされることができる。種々の実施形態では、少なくとも１つの可変光学材料の分子の物理的および／または化学的変化は、刺激を提供する源を変調することによって制御されることができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの可変光学材料の分子の物理的および／または化学的変化は、刺激が除去されると、少なくとも１つの可変光学材料の分子がそのオリジナル状態に戻るように、可逆的であることができる。そのような実施形態では、刺激は、常に、少なくとも１つの可変光学材料の分子の改変された状態を維持するために提供される。いくつかの他の実施形態では、少なくとも１つの可変光学材料の分子の物理的および／または化学的変化は、不活性化エネルギーが少なくとも１つの可変光学材料の分子をそのオリジナル状態に戻すために提供されるまで、刺激の不在下に維持されることができる。そのような実施形態では、刺激は、少なくとも１つの可変光学材料の分子の改変を開始するために、短持続時間にわたって提供されることができる。
【００７５】
ウェアラブルディスプレイデバイスの種々の実施形態は、種々のセンサアセンブリおよび／または結像装置を使用して、ディスプレイデバイスを通してユーザに可視のオブジェクトを含む、ユーザを囲繞する実世界内のオブジェクトをマッピングするように構成される。種々の実施形態では、種々のセンサアセンブリおよび／または結像装置から取得される情報は、例えば、ディスプレイデバイスおよび／またはユーザの頭部／眼に対する実世界内の種々のオブジェクトの位置、および潜在的に、そのサイズ、形状、および／またはオブジェクトが現れる明度等のオブジェクトの他の特性を含む、データベースを作成するために使用されることができる。データベースは、ユーザがその頭部および／または身体を移動させるにつれて、周囲実世界内のオブジェクトがディスプレイデバイスおよび／またはユーザの頭部／眼に対して移動するように現れるように、リアルタイムまたは近リアルタイムで更新され、および／または更新された情報を提供することができる。データベースは、ユーザがその頭部を移動させるにつれて、ユーザの視野の中に入って来る周囲実世界からの新しいオブジェクトの位置に関して、リアルタイムまたは近リアルタイムで更新され、および／または更新された情報を提供することができる。ディスプレイデバイスは、ディスプレイデバイスを通してユーザに可視の実世界内の異なる周囲光源を位置特定および識別するために構成および／または使用されることができる。異なる周囲光源は、ディスプレイデバイスの視認可能表面の異なる部分と整合されるように現れて得る。これらのオブジェクトは、グレアを生産し得る。故に、ディスプレイデバイスは、グレアを低減させるために、異なる周囲光源が整合されるように現れるディスプレイデバイスの視認可能表面の異なる部分を通して透過される、周囲光の強度、周囲光の光学経路、または周囲光のスペクトル成分のうちの少なくとも１つを変化、改変、調節、または操作するように構成されることができる。
【００７６】
ウェアラブルディスプレイデバイスの種々の実施形態は、ディスプレイ表面の種々の部分上に入射する入射周囲光を減衰させるように構成される。故に、ディスプレイデバイスを通して透過される周囲光の強度、ディスプレイデバイスを通して透過される周囲光のスペクトル成分、またはディスプレイデバイスを通して透過される周囲光の光学経路のうちの少なくとも１つの変動量は、ディスプレイデバイスの表面を横断して変動し得、均一である必要はない。これは、ディスプレイ表面の１つの部分が別の部分よりグレアを導入するとき、ユーザ体験を維持する際に有利であり得る。例えば、ユーザが、場面を太陽または背景内の明るい光で視認するとき、太陽または明るい光と整合される、ディスプレイデバイスの一部を通して透過される入射光は、ディスプレイデバイスの他の部分を通して透過される入射光の強度よりも大きい量で減衰され得る。加えて、ユーザが、窓の近傍でまたは卓上灯を使用して、ディスプレイデバイスを視認するとき、窓または卓上灯の近傍のディスプレイデバイスの一部を通して透過される入射光は、窓または卓上灯の近傍のディスプレイデバイスの一部がよりグレアを有し得るため、窓または卓上灯の近傍のからより遠いディスプレイデバイスの一部を通して透過される入射光の強度よりも大きい量で減衰され得る。
【００７７】
ここで、同様の参照番号が全体を通して同様の部分を指す、図を参照する。本明細書に開示される実施形態は、概して、ディスプレイシステムを含む、光学システムを含むことを理解されたい。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムは、装着可能であって、これは、有利には、より没入型のＶＲまたはＡＲ体験を提供し得る。例えば、１つ以上の導波管（例えば、導波管のスタック）を含有する、ディスプレイは、ユーザの眼または視認者の正面に位置付けられて装着されるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、２つの導波管のスタック（視認者の各眼に対して１つ）が、異なる画像を各眼に提供するために利用されてもよい。
（例示的ディスプレイシステム）
【００７８】
図２Ａは、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。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、アイウェアと見なされてもよい。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、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）。いくつかの実施形態では、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もまた、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取得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。
【００７９】
図２Ａ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。データは、ａ）画像捕捉デバイス（カメラ等）、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、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等のセンサ（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つ以上のものは、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。
【００８０】
図２Ａ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、情報、例えば、拡張現実コンテンツを生成するための情報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に提供する、１つ以上の遠隔サーバを含んでもよい。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な使用を可能にする。
【００８１】
ディスプレイシステム６０の種々の実施形態は、ユーザ９０を囲繞する環境を感知するように構成される、１つ以上のコンポーネント（例えば、カメラ、光センサ、色センサ、温度センサ、運動検出器、加速度計、ジャイロスコープ、全地球測位サブシステム等）を含むことができる。ディスプレイシステム６０内に含まれる１つ以上のコンポーネントはまた、ユーザ９０の頭部の位置を監視し、および／または眼移動を追跡するように構成されることができる。例えば、ディスプレイシステム６０内に含まれる１つ以上のコンポーネントは、明るい光に応答した瞳孔の縮瞳、低光量に応答した瞳孔の散瞳、瞬目応答等を決定するように構成されることができる。別の実施例として、ディスプレイシステム６０内に含まれる１つ以上のコンポーネントは、ユーザの頭部の移動を監視および／または追跡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、ディスプレイシステム６０内に含まれる１つ以上のコンポーネントは、ユーザの頭部が移動するにつれて、ユーザの眼に対して実世界オブジェクト（例えば、ツリー、太陽、周囲光源等）の位置を監視および／または追跡するように構成されることができる。
【００８２】
図２Ｂは、ディスプレイシステム６０のある実施形態内に含まれる、コンポーネントのうちのいくつかを図示する。他の実施形態は、システムが使用される用途に応じて、付加的またはより少ないコンポーネントを有してもよい。なお、図２Ｂは、環境を感知するように構成される、ディスプレイシステム６０内に含まれることができる、種々のコンポーネントのうちのいくつかの基本概念を提供する。図２Ｂに図示される実施形態では、ディスプレイデバイス７０は、フレーム８０によってユーザの頭部または眼に搭載され得る、ディスプレイレンズ１０６を備える。ディスプレイレンズ１０６は、１つ以上の光投影システム１１８から投影された光１２４を眼１２２の中に伝搬するように構成されてもよい。ディスプレイレンズ１０６はまた、ユーザ９０を囲繞するローカル環境からの光の少なくとも一部の透過を可能にするように構成されることができる。拡張現実デバイスとして構成される、ディスプレイシステム６０の種々の実施形態では、投影された光１２４は、ユーザの眼１２２によって視認される実世界コンテンツ上に重畳され得る、仮想コンテンツを含むことができる。
【００８３】
ディスプレイシステムは、ユーザ９０の周囲の環境を結像するように構成される、１つ以上の外向きに面したカメラ１１２を含むことができる。いくつかの実施形態では、カメラ１１２は、広視野マシンビジョンカメラを備えることができる。いくつかの実施形態では、カメラ１１２は、二重捕捉可視光／非可視（例えば、赤外線）光カメラであることができる。カメラ１１２は、図２Ｂに描写されるように、フレーム８０と統合されることができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、カメラ１１２は、他の場所に位置付けられることができる。例えば、カメラ１１２は、ユーザ９０の頭部、腕、頸部、または身体のある他の部分に取り付けられるように構成されることができる。種々の実施形態では、カメラ１１２は、ユーザ９０に取り付けられる必要はないが、代わりに、ユーザの傍に位置付けられることができる。
【００８４】
図２Ｂを継続して参照すると、ディスプレイシステム６０は、ユーザの眼１２２を監視するように構成され得る、１つ以上の内向きに面したカメラ１１４を含むことができる。種々の実施形態では、内向きに面したカメラ１１４は、赤外線光源（発光ダイオード「ＬＥＤ」等）とペアリングされることができ、これは、ユーザ９０の眼１２２を追跡するように構成される。システム６０はさらに、周囲光を感知するように構成される、１つ以上の光センサ１２８を備えることができる。例えば、１つ以上の光センサ１２８は、周囲光の強度、波長、または色温度または範囲のうちの少なくとも１つを感知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、光センサ１２８は、シリコン光検出器、フォトトランジスタ、フォトダイオード、ＬＣＤセンサ、抵抗性質を使用して、光の強度／スペクトル特性の変化を検出する、センサ、赤外線（ＩＲ）光センサ等を備えることができる。システム６０はさらに、センサアセンブリ１２６を備えることができ、これは、１つ以上のＸ、Ｙ、およびＺ軸加速度計に加え、磁気コンパスと、好ましくは、データを２００Ｈｚ等の比較的に高周波数で提供する、１つ以上のＸ、Ｙ、およびＺ軸ジャイロスコープとを備えてもよい。いくつかの実施形態では、センサアセンブリ１２６は全地球測位衛星（ＧＰＳ）サブシステムを備え、ユーザの環境についての情報を提供することができる。
【００８５】
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は、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）、および／またはＡＲＭプロセッサ（高度縮小命令セット機械）等のプロセッサを備えてもよく、これは、リアルタイムまたは近リアルタイムユーザ頭部姿勢を、内向きに面したカメラ１１４、外向きに面したカメラ１１２、光センサ１２８、および／またはセンサアセンブリ１２６によって取得される情報から計算するように構成されてもよい。プロセッサは、ユーザの環境についての情報を、内向きに面したカメラ１１４、外向きに面したカメラ１１２、光センサ１２８、および／またはセンサアセンブリ１２６によって取得される情報から提供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、外向きに面したカメラ１１２、光センサ１２８、および／またはセンサアセンブリ１２６から取得される情報を使用して、ディスプレイシステム６０は、周囲光条件を決定するように構成されることができる。例えば、外向きに面したカメラ１１２、光センサ１２８、および／またはセンサアセンブリ１２６から取得される情報は、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の１つ以上の電子プロセッサを使用して処理され、周囲光が拡散されているかどうかを決定することができる。周囲光が、拡散されていない場合、システム６０は、外向きに面したカメラ１１２、光センサ１２８、および／またはセンサアセンブリ１２６から取得される情報を使用して、周囲光がディスプレイ７０上に入射する方向を決定することができる。システム６０は、周囲光を提供する、発光源のタイプを決定するように構成されることができる。例えば、システム６０は、発光源が太陽光からの光であるかまたは人工光源からの光であるかを決定するように構成されることができる。別の実施例として、システム６０は、周囲光のスペクトル組成および／または強度を、外向きに面したカメラ１１２、光センサ１２８、および／またはセンサアセンブリ１２６から取得される情報から決定するように構成されることができる。
【００８６】
上記に議論されるように、内向きに面したカメラ１１４は、眼を追跡するために利用されてもよい。故に、内向きに面したカメラ１１４によって提供される情報は、ユーザが見ているオブジェクトまたは方向、およびユーザの眼が合焦している深度を決定するために使用されることができる。内向きに面したカメラ１１４によって提供される情報はまた、周囲光条件を決定するために使用されることができる。例えば、光センサ１２８、センサアセンブリ１２６、外向きに面したカメラ１１２、および可能性として１つ以上の頭部姿勢センサによって取得される情報は、ユーザの眼１２２の瞳孔のサイズに関する内向きに面したカメラ１１４によって提供される情報と組み合わせられ、ユーザの頭部（および／または眼）の姿勢を決定し、ディスプレイデバイスを通してユーザに可視の実世界内の異なる周囲光源を位置特定および識別することができる。システム６０は、ディスプレイ７０上に入射する周囲光が入射する方向、周囲光の強度、および／または周囲光のスペクトル特性を決定するように構成されることができる。オブジェクトの場所および可能性としてユーザの頭部の姿勢に関する、光センサ１２８、センサアセンブリ１２６、外向きに面したカメラ１１２、および可能性として１つ以上の頭部姿勢センサによって取得される情報は、ユーザの眼１２２の瞳孔のサイズおよび可能性としてユーザの眼が向いている方向に関する内向きに面したカメラ１１４によって提供される情報と組み合わせられ、ユーザに可視の実世界のビュー内の周囲光源に一致する、整合される、および／または重複する、ディスプレイ７０の部分を識別することができる。光センサ１２８、センサアセンブリ１２６、外向きに面したカメラ１１２、および／または内向きに面したカメラ１１４からの情報は、関連付けられたクラウドコンピューティングリソースからのデータと併用され、ローカル世界およびオブジェクト、その特徴または特性、およびローカル世界のオブジェクトおよび特徴の位置をユーザの眼に対してマッピングしてもよい。
【００８７】
種々の実施形態では、下記に議論されるように、ディスプレイレンズ１０６は、ディスプレイシステム６０の１つ以上のコンポーネントによって提供される刺激に応答して、ディスプレイレンズ１０６の少なくとも一部を通して透過される周囲光の強度、ディスプレイレンズ１０６の少なくとも一部を通して透過される周囲光のスペクトル成分、またはディスプレイレンズ１０６の少なくとも一部を通して透過される周囲光の光学経路のうちの少なくとも１つを変動させるように構成され得る、少なくとも１つの材料を有する、可変光学コンポーネントを含み、ユーザ体験を改良することができる。例えば、ディスプレイシステム６０が、光センサ１２８、センサアセンブリ１２６、外向きに面したカメラ１１２、および／または内向きに面したカメラ１１４から取得される情報に基づいて、ディスプレイレンズ１０６の一部上の周囲光条件が明るい、または明るいオブジェクトがユーザの視野内にあって、ディスプレイの一部と整合されることを決定する場合、ディスプレイシステム６０は、ディスプレイレンズ１０６の一部を通して透過される周囲光の強度、ディスプレイレンズ１０６の一部を通して透過される周囲光のスペクトル成分、またはディスプレイレンズ１０６の一部を通して透過される周囲光の光学経路のうちの少なくとも１つを変化させ得る、刺激（例えば、熱刺激、音波／超音波刺激、光学刺激、または電気刺激）を提供し、ディスプレイレンズ１０６の一部を通して透過される周囲光および／または明るいオブジェクトからの周囲光の強度を低減させ、視覚的体験を改良するように構成されることができる。
【００８８】
故に、ディスプレイシステム６０の種々の実施形態は、紫外線、赤外線、および／または可視光を放出し、光学刺激をディスプレイレンズ１０６の少なくとも一部に提供するように構成される、発光モジュール１３４、電気刺激をディスプレイレンズ１０６の少なくとも一部に提供し得る、電気システム１３２、熱刺激をディスプレイレンズ１０６の少なくとも一部に提供し得る、熱源１３６、および／または音波および／または超音波刺激をディスプレイレンズ１０６の少なくとも一部に提供するための音波／超音波変換器１３８を備えることができる。発光モジュール１３４によって提供される光学刺激は、低減された光透過率を有するように構成される、ディスプレイレンズ１０６の一部上に入射する不可視光および／または可視光の指向性狭ビームを含むことができる。種々の実施形態では、ディスプレイレンズ１０６は、電気システム１３２に電気的に接続される、電極の配列（例えば、電極アレイ、電極の２次元グリッド）を含むことができる。電気システム１３２は、ディスプレイレンズ１０６上に入射する周囲光の強度を変化させる、周囲光のスペクトル成分を変化させる、および／または周囲光の方向を変化させるように構成される、電気信号（例えば、電圧信号または電流信号）をディスプレイレンズ１０６の一部内の電極に提供することができる。発光モジュール１３４、熱源１３６、音波／超音波変換器１３８、および／または電気システム１３２は、図２Ｂに示されるように、フレーム８０と統合されることができる。代替として、いくつかの実施形態では、発光モジュール１３４、熱源１３６、音波／超音波変換器１３８、および電気システム１３２のうちの１つまたは全てが、ディスプレイ７０から遠隔に位置付けられることができる。
【００８９】
「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、ユーザに関する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。２つの明確に異なる画像１９０、２００（各眼２１０、２２０に対して１つ）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だけ眼２１０、２２０から離間される。画像１９０、２００は、平坦であって、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、画像上に合焦し得る。そのような３−Ｄディスプレイシステムは、ヒト視覚系に依拠し、画像１９０、２００を組み合わせ、組み合わせられた画像の深度および／または尺度の知覚を提供する。
【００９０】
しかしながら、ヒト視覚系は、より複雑であって、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、または深度の感覚を全く知覚しない場合がある。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、輻輳・開散（ｖｅｒｇｅｎｃｅ）と遠近調節（ａｃｃｍｍｏｄａｔｉｏｎ）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。相互に対する２つの眼の輻輳・開散運動（すなわち、瞳孔が、相互に向かって、またはそこから離れるように移動し、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、眼の水晶体および瞳孔の合焦（または「遠近調節」）と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の眼のレンズの焦点の変化または眼の遠近調節は、「遠近調節−輻輳・開散運動反射」および瞳孔拡張または収縮として知られる関係下、輻輳・開散運動の整合変化を自動的に同一距離に生じさせるであろう。同様に、輻輳・開散運動の変化は、通常条件下、水晶体形状および瞳孔サイズの遠近調節における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、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すると、「遠近調節−輻輳・開散運動反射」に対抗して機能するため、多くの視認者にとって不快である。遠近調節と輻輳・開散運動との間のより優れた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、装着持続時間の増加、ひいては、診断および療法プロトコルへのコンプライアンスに寄与し得る。
【００９１】
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合焦するように、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、オブジェクトをｚ−軸に沿った異なる距離に合焦させる。その結果、特定の遠近調節された状態は、特定の深度平面におけるオブジェクトまたはオブジェクトの一部が、眼がその深度平面に対して遠近調節された状態にあるとき、合焦するように、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つと関連付けられると言え得る。いくつかの実施形態では、３次元画像は、眼２１０、２２０毎に、画像の異なる提示を提供することによって、また、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シミュレートされてもよい。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合焦するように、物理的空間内で湾曲され得ることを理解されたい。
【００９２】
オブジェクトと眼２１０または２２０との間の距離はまた、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を変化させ得る。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、光線の発散度もまた、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。
【００９３】
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。異なる提示は、視認者の眼によって別個に集束され、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合焦さ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ててもよい。
【００９４】
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。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム２５０は、図２Ａおよび／または図２Ｂのシステム６０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、導波管アセンブリ２６０は、図２Ａのディスプレイ７０の一部であってもよい。別の実施例として、導波管アセンブリ２６０は、図２Ｂのディスプレイ７０の一部であってもよい。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。
【００９５】
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、これらのそれぞれは、本明細書に説明されるように、眼２１０に向かった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。
【００９６】
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。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、図２Ｂの光投影システム１１８の一部であることができる。
【００９７】
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てもよい。空間光変調器の実施例は、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。いくつかの実施形態では、光プロジェクタシステム５２０は、図２Ｂの光投影システム１１８の一部であることができる。
【００９８】
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、これらのそれぞれは、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（１つまたは複数）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。
【００９９】
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２Ａ）の一部であってもよい。
【０１００】
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、光を各個別の導波管内で伝搬させ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、平面であってもよい、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、光を再指向させ、各個別の導波管内で伝搬させ、導波管から画像情報を眼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、光を外部結合する光学要素はまた、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、格子であってもよい。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、上部主要表面および／または底部主要表面に配置されてもよく、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、モノリシック材料部品であってもよく、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てもよい。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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、異なる発散量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、体積特徴または表面特徴であってもよく、これは、具体的角度において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、スペーサであってもよい（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）。
【０１０５】
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、回折パターンまたは「回折光学要素」（また、本明細書では、「ＤＯＥ」とも称される）を形成する、回折特徴である。好ましくは、ＤＯＥは、ビームの光の一部のみがＤＯＥの各交差点で眼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、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、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なパターンの出射放出となる。
【０１０６】
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）。
【０１０７】
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。種々の実施形態では、カメラアセンブリ６３０は、図２Ｂの内向きに面したカメラ１１４の一部であることができる。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、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２Ａ）に取り付けられてもよく、本明細書に議論されるように、カメラアセンブリ６３０からの画像情報を処理し、例えば、ユーザの生理学的状態に関する種々の決定を行い得る、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。ユーザの生理学的状態に関する情報は、ユーザの挙動または感情状態を決定するために使用されてもよいことを理解されたい。そのような情報の実施例は、ユーザの移動および／またはユーザの顔の表情を含む。ユーザの挙動または感情状態は、次いで、挙動または感情状態と、生理学的状態と、環境または仮想コンテンツデータとの間の関係を決定するように、収集された環境および／または仮想コンテンツデータを用いて三角測量されてもよい。いくつかの実施形態では、１つのカメラアセンブリ６３０が、各眼に対して利用され、各眼を別個に監視してもよい。
【０１０８】
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、発散出射ビームを形成する）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含む、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。種々の実施形態では、出射ビーム６５０は、図２Ｂの投影ビーム１２４に対応することができる。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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、加えて使用されてもよい、または赤色、緑色、または青色のうちの１つ以上のものに取って代わってもよい。いくつかの実施形態では、特徴３２０、３３０、３４０、および３５０は、視認者の眼への周囲環境からの光を遮断または選択するように構成される、能動または受動光学フィルタであってもよい。
【０１１２】
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、光の波長の範囲内の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の範囲内である１つ以上の波長の光を含んでもよく、緑色光は、約４９２〜５７７ｎｍの範囲内である１つ以上の波長の光を含んでもよく、青色光は、約４３５〜４９３ｎｍの範囲内である１つ以上の波長の光を含んでもよい。
【０１１３】
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つ以上の波長の光、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、この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。
【０１１４】
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、それぞれが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。
【０１１５】
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に波長選択的である。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。
【０１１６】
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、それが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）。
【０１１７】
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の上部主要表面および底部主要表面の両方の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。
【０１１８】
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と比較して０．０５以上であるかまたは０．１０以下である。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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
いくつかの実施形態では、光線７７０、７８０、７９０は、異なる性質、例えば、異なる色に対応し得る、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、入射光を偏向する。
【０１２２】
例えば、内部結合光学要素７００は、第１の波長または波長範囲を有する、光線７７０を偏向させるように構成されてもよい。同様に、透過された光線７８０は、第２の波長または波長範囲の光を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。同様に、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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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に偏向または分散することと、また、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ることの両方を行ってもよい。いくつかの実施形態では、例えば、ビームサイズがすでに所望のサイズである場合、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。
【０１２６】
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によって偏光され、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に伝搬し、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からの外部結合された光も受信する。
【０１２７】
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。
（可変光透過率の領域を伴うディスプレイシステム）
【０１２８】
拡張現実および／または仮想現実デバイスとして構成される、ディスプレイシステム６０の実施形態では、表示される拡張現実コンテンツおよび／または仮想現実コンテンツのコントラスト、明度、および／または明確性が、暗いまたはより暗い環境において改良されることができる。例えば、拡張現実コンテンツおよび／または仮想現実コンテンツのコントラスト、明度、および／または明確性は、拡張現実および／または仮想現実デバイスとして構成される、ディスプレイシステム６０の実施形態が、多くのグレアを伴う、明るい太陽光下の屋外、明るく照らされた部屋内、および／または雨／霧の環境内で視認されるとき、低減され得る。故に、ディスプレイ７０のその部分がグレアを有するとき、および／またはディスプレイ７０のその部分にわたる周囲光条件が、明るいとき、ディスプレイ７０の一部を通して透過される周囲光の強度が、低減され、視覚の明確性を改良し得る場合、有利である。種々の実施形態では、明るい周囲光条件を伴う環境内のディスプレイ７０の一部を通した周囲光の強度を低減させることは、有利には、ユーザの視覚的体験を改良し得る。
【０１２９】
いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム６０は、例えば、限定ではないが、卓上灯、天井灯、街灯、車のヘッドライト、太陽、またはそれらの組み合わせ等の明るい周囲光源の光強度を測定し、明るい周囲光源からの光が入射する、ディスプレイ７０の１つ以上の部分を通して透過される光の量を減衰させるように構成されることができる。ディスプレイ７０の１つ以上の部分を通して透過される明るい周囲光源からの光の量は、ディスプレイ７０の１つ以上の部分の透過率を変化させることによって、低減されることができる。例えば、ディスプレイ７０の１つ以上の部分は、１つ以上の部分を通して透過される明るい周囲光源からの光の量を低減させるように暗化されてもよい。いくつかの実装では、ディスプレイ７０は、明るい周囲光源からの光の一部を偏向するように切り替えられ得る、切替可能な光偏向器（例えば、光学ゾーンプレート、回折光学要素、または屈折光学要素）等の１つ以上の光学要素を備えることができる。光は、眼または網膜の中心（例えば、中心窩）上および視認者の視野の中心内に入射する光の量を低減させるように偏向されてもよい。光を偏向する結果、視認者に現れる周囲光源の明度は、低減されることができ、仮想現実コンテンツのコントラスト比は、増加されることができる。種々の実装では、ディスプレイ７０の１つ以上の部分を通した光の透過率は、明るい周囲光源がディスプレイを通して不可視となる量まで低減される必要はない。代わりに、ディスプレイ７０の１つ以上の部分を通した光の透過率は、十分な視力で仮想現実コンテンツの可視性を可能にし、また、明るい周囲光源の可視性を可能にするレベルまで低減されることができる。
【０１３０】
ディスプレイシステム６０の種々の実施形態は、視野（ＦＯＶ）内の場面の画像を捕捉し、場面内の種々の明るい光源の場所および強度を決定するように構成される、前方に面したカメラ／周囲光センサを備えることができる。前方に面したカメラは、ディスプレイシステム６０と関連付けられることができる。例えば、前方に面したカメラは、ディスプレイ７０上に搭載されることができる。カメラのＦＯＶとディスプレイ７０を通したユーザのＦＯＶとの間の関係は、決定されることができる。低減された光透過率を有するように構成される、場面内の明るい光源の決定された場所に対応する、ディスプレイ７０の１つ以上の部分は、カメラによって捕捉された画像のＦＯＶ内の１つ以上の明るい光源の場所を決定し、それらの明るい光源に対応するディスプレイ７０の場所を識別することによって決定されることができる。
【０１３１】
場面内の内の明るい光源の場所および／または場面内の明るい光源の強度を決定する方法は、２０１７年１２月１３日に出願された米国特許出願第１５／８４１，０４３号（参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に説明される自動露光制御（ＡＥＣ）を使用して、コンテンツ捕捉デバイスの１つ以上の設定を更新する方法に類似し得る。２０１７年１２月１３日に出願された米国特許出願第１５／８４１，０４３号（参照することによって本明細書に組み込まれる）の図１Ａに図示され、該米国特許出願の段落００６０−００６５に説明される方法と同様に、カメラ／周囲光センサによって捕捉された画像は、複数のピクセル群（例えば、９６ピクセル群、１２０ピクセル群、１４４ピクセル群等）に分割されることができる。平均輝度値は、２０１７年１２月１３日に出願された米国特許出願第１５／８４１，０４３号（参照することによって本明細書に組み込まれる）の段落００６５に説明されるように、ピクセル群毎に算出されることができる。いくつかの実施例では、平均輝度ピクセル群値は、輝度値をピクセル群のピクセル毎に累積することによって算出されてもよい。そのような実施例では、輝度値は、画像（例えば、画像の無彩色部分またはグレースケール画像）の明度を表し得る。故に、輝度値は、色成分を伴わない画像の表現であり得る。別の実施例として、ＹＵＶ色空間では、輝度値は、Ｙであり得る。いくつかの実施例では、輝度値は、画像のガンマ圧縮ＲＧＢ成分の加重和である。そのような実施例では、輝度値は、ガンマ補正輝度と称され得る。いくつかの実施例では、累積は、ソフトウェアまたはハードウェアによって、ピクセル群のピクセル毎に輝度値を加算することによって実施されてもよい。いくつかの実装では、いったんピクセル群に関する輝度値が、累積されると、総数は、ピクセル群内のピクセルの数によって除算され、ピクセル群に関する平均輝度ピクセル群値を算出してもよい。本プロセスは、画像内のピクセル群毎に繰り返されてもよい。
【０１３２】
カメラによって捕捉された画像が、グレースケール画像である場合、グレースケール画像の複数のピクセル群と関連付けられたピクセル値は、平均輝度値に対応する。いくつかの実装では、周囲光センサによって捕捉された色画像は、ＹＵＶ画像フォーマットに変換されることができ、ＹＵＶ画像のＹ成分に対応する輝度値が、決定されることができる。
【０１３３】
いくつかの実装では、ディスプレイ７０上の１つ以上の明るいスポットが、周囲光センサによって捕捉された画像の１つ以上の飽和領域に対応するように識別されることができる。例えば、場面内の明るい光源の位置に対応する、ディスプレイ７０上の１つ以上の明るいスポットは、隣接するピクセルまたは隣接するピクセル群間の最大許容可能輝度値差に基づいて決定されることができる。隣接するピクセル間の最大許容可能輝度値差は、異なる方法において計算されることができる。例えば、１つの方法では、相互のある閾値内の相対的ピクセル値を有するピクセルは、ともに群化されることができる。相対的ピクセル値を群化する別の方法は、ある閾値レベルよりも大きい輝度値を伴うクラスタのセットを出力する適応ｋ平均クラスタ化アルゴリズムに依拠する。いくつかの実装では、飽和領域は、閾値よりも大きい輝度値を有する画像の部分に対応し得る。閾値は、例えば、黒色に関する０から白色に関する２５５に及ぶ８ビット画像に関して２２０であり得る。ある閾値よりも大きい輝度値を有する画像の部分に対応する、ディスプレイ７０の部分は、選択的にオクルードされ、明るい光源からの光の透過率を低減させることができる。他のアプローチも、採用されてもよい。
【０１３４】
いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム６０は、周囲環境の平均光強度より高い光強度を有する周囲環境の場所からの光を受け取る、ディスプレイ７０の部分を通して透過される光の量を低減させるように構成される、電子プロセッサ（例えば、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）を備えることができる。このように、ディスプレイ７０を通して透過される光の強度は、最も多くの周囲光を受け取るディスプレイ７０の部分において低減されることができる。加えて、電子プロセッサは、仮想現実コンテンツが表示されるディスプレイ７０の部分を決定し、それらの部分を通して透過される周囲光の量を低減させ、仮想現実コンテンツの相対的明度を増加させるように構成されることができる。
【０１３５】
ディスプレイ７０の１つ以上の部分を通した光の透過率を選択的に低減させることを促進するために、ディスプレイ７０は、ピクセル化ディスプレイとして構成されることができる。例えば、ディスプレイ７０の表面は、それを通して透過される光の量を変動させるように構成され得る、複数の電子的にアドレス指定可能なピクセルを備えることができる。いくつかの実装では、複数の電子的にアドレス指定可能なピクセルは、複数の空間光変調器を備えることができる。いくつかの実装では、ディスプレイ７０は、オクルージョンマスクを複数の電子的にアドレス指定可能なピクセルに備えることができる。オクルージョンマスクは、複数のマスク要素を備えることができ、各マスク要素は、複数のアドレス指定可能なピクセルのうちの１つ以上のものと関連付けられる。複数のマスク要素は、複数の電子的にアドレス指定可能なピクセルを通した透過率の異なる値と関連付けられた異なる値を有することができる。電子プロセッサ（例えば、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）は、複数のピクセルのうちの１つ以上のものを通して透過される光の量を選択的に低減させ、周囲光源の明度を低減させ、および／または仮想現実コンテンツのコントラスト比を改良するように構成されることができる。
【０１３６】
上記に議論されるように、ディスプレイ７０は、ディスプレイレンズ１０６を含むことができる。種々の実施形態では、ディスプレイレンズ１０６は、ユーザ９０の両眼の正面に位置付けられる、一体型レンズであることができる。一体型レンズは、各眼の正面に位置付けられる眼球領域を有することができ、それを通して、ユーザは、周囲環境を視認することができる。いくつかの実施形態では、ディスプレイレンズ１０６は、２つのレンズ要素を備えることができ、各レンズ要素は、ユーザ９０の各眼の正面に位置付けられる。各レンズ要素は、眼球領域を有することができ、それを通して、ユーザは、周囲を視認することができる。
【０１３７】
本明細書に説明される種々の実施形態は、例えば、ディスプレイレンズ１０６の一部上に入射する周囲光の一部を吸収することによって、および／またはディスプレイレンズ１０６の一部上に入射する周囲光の一部を眼の瞳孔から離れるように散乱／屈折／回折させることによって等、ディスプレイレンズ１０６の１つ以上の部分を通して透過される光の強度を低減させるように構成される。加えて、それぞれ、各眼の正面に位置付けられる２つのレンズ要素を備える、ディスプレイレンズ１０６の実施形態では、レンズ要素（またはある部分またはその一部）の１つのみを通して透過される周囲光の強度が、低減されてもよい。別の実施例として、ディスプレイレンズ１０６の眼球領域の一方または両方の一部を通して透過される周囲光の強度は、低減される一方、ディスプレイレンズ１０６の残りを通して透過される周囲光の強度は、低減されない（または低減されるが、より少ない量で低減される）。さらに別の実施例として、ディスプレイレンズ１０６の第１の部分を通して透過される周囲光の強度は、低減される一方、ディスプレイレンズの第２の部分を通して透過される周囲光の強度は、低減されない。明るい太陽光下で均一に暗化し、屋内で均一に明化する、サングラスと対照的に、ディスプレイレンズ１０６の種々の実施形態は、非均一に暗化または明化するように構成される。例えば、ディスプレイレンズ１０６は、部分的に暗化してもよい、例えば、レンズ１０６の一部のみが、暗化してもよい。別の実施例として、ディスプレイレンズ１０６は、レンズの異なる部分において異なる量で暗化してもよい。加えて、システム６０の種々の実施形態では、ディスプレイレンズ１０６の一部の部分的暗化は、関連付けられたクラウドコンピューティングリソースからのデータと併せて、例えば、光センサ１２８、センサアセンブリ１２６、外向きに面したカメラ１１２、および／または内向きに面したカメラ１１４等のユーザの環境を感知する、１つ以上のコンポーネントによって取得される情報に基づいて、ディスプレイシステムによって提供される刺激（例えば、発光モジュール１３４によって提供される光学刺激、電気システム１３２によって提供される電気刺激、熱源１３６によって提供される熱エネルギー、および／または音波／超音波変換器１３８によって提供される音波／超音波エネルギー）に応答して達成されてもよい。ディスプレイシステム６０の種々の実施形態では、ディスプレイレンズ１０６の暗化または明化は、周囲光条件に応答して自動的に生じる必要はないが、関連付けられたクラウドコンピューティングリソースからのデータの有無を問わず、システム６０の１つ以上のカメラ／センサによって取得される環境情報に基づいて、ディスプレイシステム（例えば、発光モジュール１３４によって提供される光学刺激、電気システム１３２によって提供される電気刺激、熱源１３６によって提供される熱エネルギー、および／または音波／超音波変換器１３８によって提供される音波／超音波エネルギー）によって提供される刺激に応答する。種々の実施形態では、ディスプレイレンズ１０６の少なくとも一部は、入射周囲光の約１％〜１００％を透過させるように構成されることができる。例えば、ディスプレイレンズ１０６の少なくとも一部は、入射周囲光の約５％〜９０％、入射周囲光の約１０％〜８０％、入射周囲光の約１５％〜７５％、入射周囲光の約２０％〜７０％、入射周囲光の約２５％〜６０％、入射周囲光の約３０％〜５０％、またはこれらの範囲および／またはサブ範囲内の任意の値を透過させるように構成されることができる。
【０１３８】
ディスプレイレンズ１０６は、熱、音波／超音波、光学、および／または電気刺激を使用して活性化され、ディスプレイレンズ１０６を通して透過される周囲光の強度、ディスプレイレンズ１０６を通して透過される周囲光のスペクトル成分、またはディスプレイレンズ１０６を通して透過される周囲光の光学経路のうちの少なくとも１つを変動させ得る（例えば、回折によって、散乱によって、屈折によって、または可変光学要素の屈折率を変化させることによって）、少なくとも１つの可変光学材料（例えば、有機分子、タンパク質、フォトクロミック材料、エレクトロクロミック材料、例えば、ハロゲン化銀または塩化銀分子等の銀化合物、エアロゾル、親水コロイド等）を備えることができる。可変光学材料は、分子の層または分子の複数の層を備えてもよい。種々の実施形態では、少なくとも１つの可変光学材料は、ディスプレイシステム６０によって提供される電気刺激（例えば、電圧信号および／または電流信号）に応答して、ディスプレイレンズ１０６を通して透過される周囲光の強度、ディスプレイレンズ１０６を通して透過される周囲光のスペクトル成分、またはディスプレイレンズ１０６を通して透過される周囲光の光学経路のうちの少なくとも１つを変動させる、タンパク質ベースの電気活性材料を備えることができる。例えば、ディスプレイシステム６０によって提供される電気刺激に応答して、タンパク質ベースの電気活性材料は、移動し、拡張し、収縮し、捻転し、回転し、ともに接着し、または相互から離れるように移動し、ディスプレイレンズ１０６を通して透過される周囲光の強度、ディスプレイレンズ１０６を通して透過される周囲光のスペクトル成分、またはディスプレイレンズ１０６を通して透過される周囲光の光学経路のうちの少なくとも１つを変動させることができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの可変光学材料は、ディスプレイシステム６０によって提供される光学刺激に応答して、ディスプレイレンズ１０６を通して透過される周囲光の強度、ディスプレイレンズ１０６を通して透過される周囲光のスペクトル成分、またはディスプレイレンズ１０６を通して透過される周囲光の光学経路のうちの少なくとも１つを変動させる、有機材料（例えば、オキサジンおよび／またはナフトピラン）を備えることができる。有機材料の分子は、ある周波数または波長の光（例えば、ＵＶ光）で照射されると、そのサイズおよび／または形状を変化させるように構成されることができる。例えば、有機材料は、ある周波数の光で照射されると、拡張し、より多くの光を吸収する（したがって、ユーザに透過される光の強度を低減させる）ように構成されることができる。別の実施例として、有機材料の分子は、光学刺激に応答して、移動し、収縮し、捻転し、回転し、ともに凝集し、または相互から離れるように移動し、ディスプレイレンズ１０６を通して透過される光の強度を変動させるように構成されることができる。有機材料の分子は、ディスプレイレンズ１０６を通して透過される光の一部を吸収することによって、ディスプレイレンズ１０６の色を変化させることによって、および／または透過される光の一部をディスプレイレンズ１０６から離れるように回折／屈折／散乱させることによって、ディスプレイレンズ１０６を通して透過される光の強度を変動させ得る。上記に議論されるように、可変光学材料は、分子の層または分子の複数の層を備えてもよい。
【０１３９】
種々の実施形態では、少なくとも１つの可変光学材料は、システム６０によって提供される刺激に応答して光の透過率を変動させるように構成され得るある化学物質と結合される１つ以上の分子を備えることができる。１つ以上の分子に結合される、化学物質は、具体的波長の光（例えば、ＵＶ、赤外線、および／または可視スペクトル内の１つ以上の波長）によって照射されると、入射周囲光の強度、入射周囲光の方向、および／または入射周囲光のスペクトル成分を変動させるように構成されることができる。
【０１４０】
少なくとも１つの可変光学材料（例えば、光反応性および／または電気活性材料）は、ディスプレイシステム６０によって提供される刺激に応答して、ディスプレイレンズ１０６を通して透過される周囲光の強度、ディスプレイレンズ１０６を通して透過される周囲光のスペクトル成分、またはディスプレイレンズ１０６を通して透過される周囲光の光学経路のうちの少なくとも１つを変動させるように構成されるため、それを通して入射周囲光の強度、入射周囲光の方向、および／または入射周囲光のスペクトル成分が、変化される（例えば、所望の部分内の吸収によって、所望の部分の色を変化させることによって、および／または所望の部分から離れるような周囲光の回折／屈折／散乱によって）、ディスプレイレンズ１０６の所望の部分の場所、ディスプレイレンズ１０６の所望の一部が、入射周囲光の強度、入射周囲光の方向、および／または入射周囲光のスペクトル成分を変化させるように構成される、持続時間、およびディスプレイレンズ１０６の所望の一部が、暗化または明化される、速度は、制御される（例えば、精密に制御される）ことができる。
【０１４１】
加えて、ディスプレイレンズ１０６の表面を横断した少なくとも１つの可変光学材料の分布は、ある要件／機能を満たすように調整されることができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの可変光学材料が、ディスプレイレンズ１０６の表面を横断して均一に分散されることができる。いくつかの他の実施形態では、少なくとも１つの可変光学材料は、ディスプレイレンズ１０６の一部が、ディスプレイレンズ１０６の他の部分と比較して、より高い密度の少なくとも１つの可変光学材料を有し得るように、ディスプレイレンズ１０６の表面を横断して非均一に分散されることができる。いくつかの実施形態では、ディスプレイレンズ１０６の眼球領域の部分内の少なくとも１つの可変光学材料の密度は、ユーザが見えない、非眼球領域の部分（例えば、こめかみ、鼻梁、眼窩、およびユーザの顔の他の非眼球部分に対応するディスプレイレンズの領域）内を上回ってもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイレンズ１０６のある領域（例えば、非眼球領域）は、それらの領域内の周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、または周囲光の光学経路のうちの少なくとも１つを変動させるために必要であり得ないため、少なくとも１つの可変光学材料を欠いていることができる。
【０１４２】
ディスプレイレンズ１０６の種々の実施形態は、複数の層を備えることができ、各層は、ディスプレイシステム６０によって提供される刺激に応答して、周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、または周囲光の光学経路のうちの少なくとも１つを変動させる、可変光学材料を含む。複数の層の材料は、入射周囲光の異なる波長に作用するように構成されてもよい。例えば、複数の層の材料は、入射周囲光の異なる波長を異なる量で減衰させてもよい。別の実施例として、複数の層の材料は、入射周囲光の異なる波長を異なる量で吸収してもよい。さらに別の実施例として、複数の層の材料は、入射周囲光の異なる波長を異なる量で回折／散乱／屈折させてもよい。
【０１４３】
故に、ディスプレイレンズ１０６のいくつかの実施形態は、ディスプレイシステム６０によって提供される刺激に応答して、赤色光を減衰させる（例えば、吸収、回折、屈折、反射、または散乱によって）ように構成される、第１の可変光学材料を備える、第１の層、ディスプレイシステム６０によって提供される刺激に応答して、緑色光を減衰させる（例えば、吸収、回折、屈折、反射、または散乱によって）ように構成される、第２の可変光学材料を備える、第２の層、ディスプレイシステム６０によって提供される刺激に応答して、青色光を減衰させる（例えば、吸収、回折、屈折、反射、または散乱によって）ように構成される、第３の可変光学材料を備える、第３の層、ディスプレイシステム６０によって提供される刺激に応答して、紫外線光を減衰させる（例えば、吸収、回折、屈折、反射、または散乱によって）ように構成される、第４の可変光学材料を備える、第４の層、および／またはディスプレイシステム６０によって提供される刺激に応答して、赤外線光を減衰させる（例えば、吸収、回折、屈折、反射、または散乱によって）ように構成される、第５の可変光学材料を備える、第５の層を含むことができる。これらの層のサブセットが、代替として、ディスプレイレンズまたはディスプレイシステム内に含まれることができる。例えば、それぞれ、赤色、緑色、および青色光を減衰させるための第１、第２、および第３の層である。そのような実施形態では、熱刺激、音波／超音波刺激、光学刺激、または電気刺激が、関連付けられたクラウドコンピューティングリソースからのデータの有無を問わず、システム６０の１つ以上のカメラ／センサによって取得される環境情報に基づいて、複数の層のうちの１つ以上のものに提供され、具体的波長の光を減衰させる（例えば、吸収、回折、屈折、反射、または散乱によって）ことができる。
【０１４４】
種々の実施形態では、同一の化学的／物理的性質を有する可変光学材料の群が、異なる化学／物理的性質を有する可変光学材料の他の群を活性化せずに、個々に活性化され、種々の機能を実施することができる。種々の実施形態では、ディスプレイレンズ１０６上に入射する周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、または周囲光の光学経路のうちの少なくとも１つを変化させる、可変光学材料は、ディスプレイレンズ１０６のある部分のみ（例えば、ディスプレイレンズ１０６の眼球部分、ディスプレイレンズ１０６の眼球部分の一部、眼球ディスプレイレンズ１０６の眼球部分の１つのみ等）に提供されることができる。いくつかのそのような実施形態では、可変光学材料を備える、ディスプレイレンズ１０６の一部は、ディスプレイシステム６０からの任意の付加的刺激を要求せずに、太陽光の存在／不在下で自動的に暗化／明化し得る。
【０１４５】
種々の実施形態では、可変光学材料は、ディスプレイレンズ１０６と統合されることができる。しかしながら、いくつかの他の実施形態では、可変光学材料は、ディスプレイレンズ１０６に着脱され得る、アドオンデバイス内に含まれてもよい。可変光学材料および／または可変光学材料を含むアドオンデバイスと統合されたディスプレイレンズの実施形態は、少量の活性化エネルギー（例えば、熱、音波／超音波、光学、および／または電気エネルギー）によって活性化されるように構成されることができる。ある場合には、活性化後、周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、または周囲光の光学経路のうちの少なくとも１つを変化させる、可変光学材料の分子の物理的および／または化学的変化が、任意の付加的エネルギーの量を要求せずに生じ得る。可変光学材料の物理的および／または化学的変化は、不活性化エネルギー（例えば、熱、音波／超音波、光学、および／または電気エネルギー）を提供することによって、可変光学材料が不活性化されるまで、維持されてもよい。
【０１４６】
上記に議論されるように、いくつかの実装では、ディスプレイ７０は、ピクセル化ディスプレイとして構成されることができる。例えば、ディスプレイ７０の表面は、電気または光学刺激に応答してそれを通して透過される光の量を変動させ得る、複数の電子的にアドレス指定可能なピクセルを備えることができる。いくつかの実装では、複数の電子的にアドレス指定可能なピクセルは、複数の空間光変調器を備えることができる。いくつかの実装では、ディスプレイ７０は、複数の電子的にアドレス指定可能なピクセルと関連付けられた複数のマスク要素を備える、オクルージョンマスクを備えることができる。電子プロセッサ（例えば、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）は、電気または光学信号を提供し、複数のピクセルのうちの１つ以上のものを通して透過される光の量を選択的に低減させ、周囲光源の明度を低減させ、および／または仮想現実コンテンツのコントラスト比を改良するように構成されることができる。
【０１４７】
以下の実施例は、上記に説明されるように、ディスプレイ７０上に入射する周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、および／または周囲光の方向のうちの少なくとも１つを改変するように構成される、ディスプレイシステム６０の実施形態の利点および種々の動作特性を図示する。ユーザ９０によって装着される、可変光学材料（ディスプレイシステム６０のディスプレイレンズ１０６と統合されるか、またはアドオンデバイス内に含まれるかのいずれか）を備える、ディスプレイシステム６０の実施形態を検討する。ユーザが、低周囲光条件（例えば、屋内）から明るい環境（例えば、屋外）に移動するにつれて、ディスプレイシステム６０のセンサアセンブリ（例えば、光センサ、外向きに面したカメラ、内向きに面したカメラ等）は、周囲光条件の変化を検出するであろう。センサアセンブリは、周囲光の強度の変化を検出することによって、かつ場所特有の情報（例えば、ＧＰＳ、コンパスによって取得される情報、および／または関連付けられたクラウドコンピューティングリソースから取得される情報）、木々／公園、建物、部屋等を決定するためのオブジェクト認識アルゴリズムを使用して取得される周囲環境に関する情報、温度センサ等を使用して、環境の変化を検出することによって、周囲光条件の変化を検出するように構成されてもよい。周囲光条件の強度の変化を決定することに加え、センサアセンブリは同様に、入射光のスペクトル特性を決定するように構成されてもよい。センサアセンブリは、ディスプレイレンズ１０６の異なる部分上に入射する、周囲光の強度／スペクトル特性を決定するように構成されてもよい。センサアセンブリは、フィルタおよび／または具体的スペクトル応答を有するセンサを含み、周囲または入射光のスペクトル特性を決定してもよい。故に、ある実施形態では、センサアセンブリは、ディスプレイ７０を通してユーザに可視の実世界内の種々の周囲光源の位置を位置特定および識別し、かつユーザの頭部の特定の位置に関して周囲光源と整合される、ディスプレイ７０および／またはディスプレイレンズ１０６の部分を識別するように構成されてもよい。いったん実世界内の周囲光源と一致する、ディスプレイレンズ１０６の種々の部分が、把握されると、システム６０は、光学、電気、熱、および／または音波／超音波刺激をディスプレイレンズ１０６の異なる部分に提供し、実世界内の周囲光源と一致するディスプレイレンズ１０６の部分を通して透過される周囲光の量が、低減または別様に改変されるように、入射周囲光の一部を、吸収、偏向、屈折、散乱、および／または反射させることができる。このように、ディスプレイレンズ１０６を通して透過される周囲光の量は、環境条件に応じて、ディスプレイレンズ１０６の表面を横断して変動されることができる。例えば、ユーザ９０が、ディスプレイレンズ１０６の表面上に入射する周囲光の量が均一ではないように、太陽光がユーザの片側からディスプレイレンズ上に入射する、朝または夕方の時間に、屋外に居る場合を検討する。そのような実施形態では、システム６０は、ディスプレイレンズ１０６の１つの部分を通して、ディスプレイレンズ１０６の別の部分を通して透過される光の量よりも大きい光の量を透過させるように構成されることができる。種々の実施形態では、ディスプレイレンズ１０６の１つの部分を通して透過される光の量は、ディスプレイレンズ１０６の別の部分を通して透過される光の量よりも約１％〜１００％（例えば、２％〜９５％、５％〜９０％、７％〜８０％、１０％〜７５％、１５％〜５０％、２０％〜６０％、３０％〜８５％等）よりも大きいことができる。
【０１４８】
種々の実施形態では、種々のセンサおよび／またはカメラアセンブリから取得される情報は、処理のために、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に送信されることができる。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は、種々のセンサおよび／またはカメラアセンブリから取得される情報を処理することによって、異なる周囲光源と整合される、ディスプレイレンズ１０６の１つ以上の場所を決定することができる。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および／または遠隔処理モジュール１５０は、ディスプレイデバイスおよび／またはユーザの頭部／眼に対する実世界内の種々のオブジェクトの位置をデータベース内に記憶することができる。データベースは、ユーザがその頭部を移動させるにつれて、周囲実世界内のオブジェクトがディスプレイデバイスおよび／またはユーザの頭部／眼に対して移動するように現れるように、リアルタイムまたは近リアルタイムで更新される、または情報を提供することができる。データベースは、ユーザがその頭部を移動させるにつれてユーザの視野の中に入って来る、周囲実世界からの新しいオブジェクトのディスプレイデバイスおよび／またはユーザの頭部／眼に対する位置に関して、リアルタイムまたは近リアルタイムで更新される、または情報を提供することができる。種々の実施形態では、ローカル処理およびデータモジュール１４０および／または遠隔処理モジュール１５０は、ディスプレイレンズ１０６を通して視認されると、ディスプレイレンズ１０６の異なる部分と整合されるように現れる、周囲光源の強度／スペクトル特性を決定するように構成されることができる。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は、ディスプレイレンズ１０６を通して視認されるとき、周囲光源と整合されるように現れるディスプレイレンズ１０６の一部を通して透過される周囲光の量を低減させるように構成されることができる。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は、発光モジュール１３４、電気システム１３２、熱源１３６、および／または音波／超音波変換器１３８をトリガし、適切な刺激を提供し、ディスプレイレンズ１０６の異なる部分内の可変光学要素を活性化し、それらの部分内の周囲光を適切な量で減衰させ得る、信号を送信することができる。上記に議論されるように、ディスプレイレンズ１０６の異なる部分を通した光は、それらの部分と整合されるように現れる、周囲光源からの光の強度／スペクトル特性に応じて、同一または異なる量で減衰されることができる。これは、例えば、ユーザの片側に位置付けられる卓上灯、朝または夕方の時間における太陽光、または異なる量のグレアを生産する、ディスプレイレンズ１０６の異なる部分を通して見える実世界内のオブジェクトから等、光が片側からユーザの眼上に入射するとき、有利であり得る。
【０１４９】
種々の実施形態では、システム６０は、持続的にまたは実質的に持続的に、環境についての情報を取得するように構成されることができる。例えば、システム６０は、１〜３０マイクロ秒インターバル、１００〜５００マイクロ秒インターバル、４００マイクロ秒〜１ミリ秒インターバル、１〜３０ミリ秒インターバル、２０〜１００ミリ秒インターバル、５０〜５００ミリ秒インターバル、４００ミリ秒〜１秒のインターバル、１〜５秒インターバル、またはこれらの範囲またはサブ範囲内の任意の値、または任意のそれらの組み合わせにおいて、環境についての情報を種々のカメラ／センサアセンブリから取得するように構成されることができる。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は、例えば、ユーザ体験が、環境条件が変化するにつれて維持されるように、システム６０の種々のカメラ／センサアセンブリから取得される情報を処理し、発光モジュール１３４、電気システム１３２、熱源１３６、および／または音波／超音波変換器１３８をトリガし、要求される刺激を提供し、リアルタイムまたは近リアルタイムで、ディスプレイレンズ１０６の異なる部分内の可変光学要素を活性化し得る、信号を送信するように構成されることができる。
【０１５０】
例えば、種々の実施形態では、光センサ１２８は、ディスプレイレンズ上に入射する周囲光の強度および／またはスペクトル特性を感知するように構成されることができる。加えて、外向きに面したカメラ、内向きに面したカメラおよび他のセンサアセンブリは、異なる周囲光源および／または実世界内のグレア生産するオブジェクトおよびディスプレイ７０、および／またはディスプレイレンズ１０６、および／またはユーザの眼に対するその位置を識別することに役立ち得る、ディスプレイレンズ１０６を通してユーザに視認可能な周囲世界についての情報を取得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、ディスプレイシステム６０はまた、ディスプレイレンズ１０６の異なる部分と整合されるように現れる、周囲光源の性質（例えば、太陽光、蛍光性光、白熱灯光、ＬＥＤ光、ロウソク）を識別するように構成されることができる。いったんシステム６０が、ディスプレイ７０および／またはディスプレイレンズ１０６および／またはユーザの眼に対する種々の周囲光源の位置を識別すると、ユーザの視覚的体験を維持／改良するために、その光透過特性が変化されるべきディスプレイ７０および／またはディスプレイレンズ１０６の部分を決定することができる。システム６０は、例えば、ユーザの視覚的体験を維持／改良するために、刺激をディスプレイレンズ１０６の決定された部分に提供し、リアルタイムまたは近リアルタイムで、それらの部分を通して透過される光を減衰させる、および／またはそれらの部分を通して透過される光の方向またはスペクトル特性を変化させることができる。このように、ユーザの視覚的体験は、ディスプレイレンズ１０６の表面を横断したグレアまたは強度変化の結果、実質的に損なわれる必要はない。
【０１５１】
種々の実施形態では、システム６０は、ユーザによって頻繁に訪れられる場所のマップ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によってアクセス可能なデータリポジトリ内に記憶するように構成されてもよい。ユーザによって頻繁に訪れられる１つ以上の場所に関して記憶されたマップは、周囲光源の位置（例えば、街灯、玄関灯、交通信号灯等）を含むことができる。頻繁に訪れられる１つ以上の場所における周囲光源からの光の強度および／またはスペクトル成分についての情報はまた、データリポジトリ内に記憶されることができる。ディスプレイレンズ１０６の種々の部分の光透過特性が、昼間、夜間、および／または年間の種々の時間において変化されるべき方法についての情報は、ユーザによって頻繁に訪れられる１つ以上の場所に関して事前に決定され、同様に、データリポジトリ内に記憶されてもよい。例えば、ユーザによって頻繁に訪れられる場所に関して、その場所における異なる周囲光源と整合されるように現れるディスプレイレンズ１０６の異なる部分の光透過能力が、昼間の間、変化されるべき方法についての情報が、データリポジトリ内に記憶されることができる。別の実施例として、ユーザによって頻繁に訪れられる場所に関して、その場所における異なる周囲光源と整合されるように現れるディスプレイレンズ１０６の異なる部分の光透過能力が、夜間（または任意の他の時間）の間、変化されるべき方法についての情報が、データリポジトリ内に記憶されることができる。さらに別の実施例として、ユーザによって頻繁に訪れられる場所に関して、その場所における異なる周囲光源と整合されるように現れるディスプレイレンズ１０６の異なる部分の光透過能力が、夏の昼間の間、変化されるべき方法についての情報が、データリポジトリ内に記憶されることができる。別の実施例として、ユーザによって頻繁に訪れられる場所に関して、その場所における異なる周囲光源と整合されるように現れるディスプレイレンズ１０６の異なる部分の光透過能力が、冬の昼間の間、変化されるべき方法についての情報が、データリポジトリ内に記憶されることができる。異なる場所における異なる光源の場所および特性（例えば、サイズ、形状、明度、色等）もまた、後のアクセスおよび使用のために、記録および記憶されることができる。
【０１５２】
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は、場所をセンサ情報から識別し、光源の場所および他の特性（例えば、サイズ、形状、明度、色等）だけではなく、潜在的に、その場所における異なる周囲光源と整合されるように現れるディスプレイレンズ１０６の異なる部分の光透過能力が、その特定の時刻および年に関して変化されるべき方法に関して、データリポジトリからの情報にアクセスするように構成されてもよい。本情報は、刺激提供源に、所定の情報に従って、ディスプレイレンズの種々の部分内の可変光学材料を活性化させ、強度、スペクトル成分、および／または周囲光の方向を変化させるように指示するために使用されることができる。
【０１５３】
これは、有利には、処理時間を節約することができる。例えば、ユーザの自宅またはオフィス内の種々の周囲光源（例えば、電灯、窓、天井灯等）についての情報（例えば、場所、強度、スペクトル成分等）が、データリポジトリ内に記憶されることができる。昼間の種々の時間における太陽の場所、太陽光の方向に関する情報もまた、データリポジトリ内に記憶されることができる。システム６０が、センサによって取得される情報から、ユーザがオフィスまたは自宅に居ることを検出すると、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は、ユーザの自宅またはオフィス内の種々の周囲光源についての記憶される情報（例えば、場所、強度、スペクトル成分等）に基づいて、適切な信号を種々の刺激提供源に送信し、ディスプレイレンズ７０の種々の部分を暗化するおよび／または明化することができる。
【０１５４】
図１０は、ディスプレイシステムのある実施形態のディスプレイレンズ１００６を通して、夜間の間、ユーザによって視認される、場面１０００を図示する。ディスプレイシステムは、上記に議論されるディスプレイシステム６０に類似する特徴を有することができる。例えば、ディスプレイシステムは、場面の情報、すなわち、ディスプレイレンズ１００６に対する種々の周囲光源の位置、種々の周囲光源の明度、および／または種々の周囲光源のタイプ（例えば、蛍光性光、ＬＥＤ光、白熱灯光等）を含む、情報を取得するように構成される、１つ以上のセンサを含むことができる。ディスプレイシステムはまた、１つ以上のセンサによって取得される情報を処理するように構成される、電子処理システムを含むことができる。１つ以上のセンサによって取得される情報の処理は、ユーザによって視認される場面１０００内の種々の周囲光源と整合される（または一致する）ように現れるディスプレイレンズ１００６の部分を識別し、ディスプレイレンズ１００６の１つ以上の部分の光透過特性を決定し、ユーザの視覚的体験を改良／維持することを含むことができる。ディスプレイレンズ１００６は、ディスプレイシステムによって提供される光学、電気、熱、および／または音波／超音波刺激に応答して、入射周囲光の強度、入射周囲光のスペクトル成分、および／または入射周囲光の方向を変化させるように構成される、１つ以上の可変光学材料を備える。ディスプレイレンズ１００６は、ディスプレイレンズ１０６に類似する特徴を有することができる。場面１０００は、家１００３の正面玄関と、歩道に沿っていくつかの周囲光源１００５ａ、１００５ｂ、１００５ｃ、１００５ｄ、１００５ｅ、および１００５ｆとを含む。周囲光源１００５ａ−１００５ｆは、玄関灯、街灯、屋内灯、屋外灯、経路灯、景観照明等を含むことができる。１つ以上の可変光学材料を伴わないディスプレイレンズの実施形態では、周囲光源１００５ａ−１００５ｆは、周囲光源１００５ａ−１００５ｆと整合されるように現れるディスプレイレンズの部分を通して視認されると、グレアを生産し、および／または視覚の明確性を劣化させ得る。対照的に、ディスプレイレンズ１００６は、周囲光源１００５ａ−１００５ｆと整合されるように現れるディスプレイレンズ１００６の部分を通してディスプレイレンズ１００６上に入射する、周囲光の強度、周囲光のスペクトル成分、および／または周囲光の方向を変化させ、周囲光１００５ａ−１００５ｆから生じるグレアに起因するユーザ体験への干渉を低減させるように構成される。
【０１５５】
上記に議論されるように、ディスプレイシステムと関連付けられたセンサは、持続的にまたは断続的に、場面１０００の情報を取得することができる。情報は、ディスプレイレンズ１００６に対する周囲光源１００５ａ−１００５ｆの位置、周囲光源１００５ａ−１００５ｆからの周囲光の方向、強度、およびスペクトル成分を含むことができる。電子処理システムは、１つ以上のセンサによって取得される情報を処理し、ディスプレイレンズ１００６の表面を横断した周囲光の分布が変化されるべき方法を決定することができる。例えば、いくつかの実施形態では、電子処理システムは、周囲光源１００５ａ−１００５ｆを含む場面の部分を含む、ディスプレイレンズ１００６のエリア（例えば、１０１０ａ、１０１０ｂ、１０１０ｃ、１０１０ｄ、１０１０ｅ、および１０１０ｆ）が、それらの部分を通して透過される周囲光の強度を低減させるために暗化されるべきであることを決定することができる。別の実施例として、いくつかの実施形態では、電子処理システムは、周囲光源１００５ａ−１００５ｆを含む場面の部分を含む、ディスプレイレンズ１００６のエリア（例えば、１０１０ａ、１０１０ｂ、１０１０ｃ、１０１０ｄ、１０１０ｅ、および１０１０ｆ）内の入射周囲光が、グレアを低減させるために拡散されるべきであることを決定することができる。別の実施例として、いくつかの実施形態では、電子処理システムは、周囲光源１００５ａ−１００５ｆを含む、ディスプレイレンズ１００６のエリア（例えば、１０１０ａ、１０１０ｂ、１０１０ｃ、１０１０ｄ、１０１０ｅおよび１０１０ｆ）内の入射周囲光が、グレアを低減させるために再指向されるべきであることを決定することができる。
【０１５６】
決定に基づいて、電気処理システムは、信号を送信し、ディスプレイシステムと関連付けられた光学、熱、音波／超音波、および／または電気源を活性化し、所望の光学、熱、音波／超音波、および／または電気刺激を、周囲光源１００５ａ−１００５ｆを含む、ディスプレイレンズ１００６のエリア（例えば、１０１０ａ、１０１０ｂ、１０１０ｃ、１０１０ｄ、１０１０ｅ、および１０１０ｆ）に提供し、これは、物理的および／または化学的変化をディスプレイレンズのそのエリア内で可変光学材料に生じさせ、ひいては、入射周囲光の強度、入射周囲光のスペクトル成分、および／または入射周囲光の方向を変化させ得る。
【０１５７】
種々の実施形態では、システム６０は、ユーザの眼および／または頭部の移動をリアルタイムまたは近リアルタイムで追跡し、実世界オブジェクト（例えば、ツリー、太陽、周囲光源等）とユーザの眼との間の相対的位置をリアルタイムまたは近リアルタイムで決定するように構成されてもよい。そのような実施形態では、システム６０は、ユーザの頭部および／または眼が移動するにつれて、周囲光透過特性をディスプレイレンズの異なる部分を通して動的に変化させ、例えば、ユーザの視覚的体験を維持／改良するように構成されてもよい。例えば、ユーザの頭部が、第１の位置にあって、周囲光源が、ユーザの左眼瞳孔の左のディスプレイレンズ１０６の部分と整合されるように現れる場合を検討する。ユーザが、第１の頭部位置のままである場合、左眼瞳孔の左のディスプレイレンズ１０６の部分は、暗化または別様に改変され、その部分を通して透過される周囲光の強度を低減させてもよい。ユーザの頭部が、第２の位置へ左に移動するにつれて、周囲光源は、ここで、左眼瞳孔の右のディスプレイレンズ１０６の部分と整合されるように現れ得る。故に、ユーザの頭部が、第２の位置にあるとき、左眼瞳孔の右のディスプレイレンズ１０６の部分は、暗化または別様に改変され、その部分を通して透過される周囲光の強度を低減させ、ユーザの視覚的体験を維持してもよい。頭部が第１の位置にあったときにこれまで暗化されていた、左眼瞳孔の左のディスプレイレンズ１０６の部分は、明化される、または暗化された状態のままであってもよい。アイウェアの正面の視野を結像し、レンズおよびユーザの眼に対するセンサの視野内の明るい光源を含む、オブジェクトの場所のマッピングを提供し得る、外向きに面したカメラ等のセンサが、例えば、グレアを生産する明るいオブジェクトからの光を減衰させるために改変されるべきレンズの部分を決定するために使用されることができる。同様に、オブジェクトの場所と、例えば、その明度との記録を含む、データベースもまた、例えば、グレアを生産する明るいオブジェクトからの光を減衰させるために改変されるべきレンズの部分を決定するために使用されてもよい。頭部姿勢センサおよび／またはシステムは、頭部および／または身体の移動、位置、および／または配向を決定するために使用されてもよい。本位置は、オブジェクトの場所のデータベースと併せて使用され、ユーザの眼、レンズに対してオブジェクトの位置を決定し、オブジェクトと整合されるレンズの部分および改変されるべきレンズの部分を決定してもよい。
【０１５８】
図１１は、ディスプレイシステム６０の実施形態を使用するときにユーザの視覚的体験を改良するであろう、ディスプレイデバイスを通した周囲光透過特性を改変する方法を描写する、フローチャート１１００を図示する。本方法は、ブロック１１０５に示されるように、１つ以上のセンサを使用してディスプレイデバイスを通してユーザによって視認される場面内の種々の周囲光源および／またはグレア生産オブジェクトの位置に関する情報を取得することを含む。例えば、ディスプレイシステム６０の１つ以上の光センサ１２８、外向きに面したカメラ１１２、および／または他のセンサアセンブリは、ユーザによって視認される場面内の種々の周囲光源および／またはグレア生産オブジェクトの場所および性質に関する情報を取得するように構成されることができる。ディスプレイシステム６０の１つ以上の光センサ１２８、外向きに面したカメラ１１２、および／または他のセンサアセンブリによって取得される情報は、周囲光のスペクトル特性および／または周囲光の他の特性（例えば、周囲光の強度）を含むことができる。別の実施例として、ディスプレイシステム６０の１つ以上の光センサ１２８、外向きに面したカメラ１１２および／または他のセンサアセンブリは、明るい前方視野のオブジェクト、エリア、または領域および暗い前方視野の１つ以上のエリアまたは領域の場所についての情報を取得するように構成されることができる。さらに別の実施例として、ディスプレイシステム６０の１つ以上の光センサ１２８、外向きに面したカメラ１１２、および／または他のセンサアセンブリは、１つ以上の明るい周囲光源の場所および明るい周囲光源からの光の強度および光の強度を取得するように構成されることができる。１つ以上のセンサアセンブリによって取得される情報は、処理のために、１つ以上の電子処理システム（例えば、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）に伝送される。電子処理システムは、ローカルまたは遠隔にあることができる。１つ以上の電子処理システムは、ブロック１１０７に示されるように、１つ以上のセンサアセンブリによって取得される情報を処理し、ディスプレイレンズ１０６の１つ以上の場所における周囲光の特性を決定することができる。決定された特性は、ディスプレイレンズ１０６の１つ以上の場所における周囲光の強度および／またはディスプレイレンズ１０６の１つ以上の場所における周囲光のスペクトル特性を含むことができる。いくつかの実施形態では、１つ以上の電子処理システムはまた、周囲光源が、太陽、蛍光性光源、ＬＥＤ光源、またはこれらの光源の組み合わせであるかどうかを決定するように構成されることができる。加えて、ブロック１１０７に示されるように、１つ以上の電子処理システムは、ディスプレイレンズを通してユーザによって視認される場面内の種々の周囲光源および／またはグレア生産オブジェクトと整合されるように現れるディスプレイレンズの部分を識別するように構成されることができる。１つ以上の電子処理システムは、ブロック１１０９に示されるように、種々の周囲光源および／またはグレア生産オブジェクトと一致するディスプレイレンズ１０６の決定された部分、種々の周囲光源および／またはグレア生産オブジェクトの強度および／またはスペクトル特性に基づいて、ユーザの視覚的体験を改良するであろう、ディスプレイレンズ１０６の１つ以上の場所における周囲光透過特性を決定することができる。
【０１５９】
例えば、１つ以上の電子処理システムは、ディスプレイレンズ１０６の１つ以上の場所がユーザの視覚的体験を改良するために暗化されるべきである量を決定することができる。別の実施例として、周囲光が夕陽からであることの決定に基づいて、１つ以上の電子処理システムは、眼によって見られるような太陽と整合されるディスプレイレンズ１０６の部分の透過特性を改変することが、太陽によって生じるグレアを低減させることができることを決定することができる。同様に、眼によって見られるような太陽と整合されるディスプレイレンズ１０６の部分を通して透過される受け取られた光の１つ以上の波長（例えば、赤色波長）内の光の量を低減させることは、グレアを低減させ、可能性としてユーザの視覚的体験を改良することができる。
【０１６０】
１つ以上の電子処理システムは、ブロック１１１１に示されるように、ディスプレイシステム６０と関連付けられた１つ以上の刺激提供源に、１つ以上の電子処理システムによって行われる決定に従って、ディスプレイレンズ１０６の１つ以上の場所における周囲光透過特性を改変させることをトリガするかまたは生じさせるための信号を送信することができる。例えば、１つ以上の電子処理システムは、ディスプレイシステム６０と関連付けられた光学、電気、熱、および／または音波／超音波源のうちの１つ以上のものをオンにし、光学、電気、熱、および／または音波／超音波信号を提供し、ディスプレイレンズ１０６の少なくとも一部内の可変光学材料の分子の物理的／化学特性を変化させ、その部分の光周囲透過特性を改変するための信号を送信することができる。別の実施例として、１つ以上の電子処理システムは、ディスプレイシステム６０と関連付けられた光学源またはシステムをオンにする、または別様に、光学信号を提供し、ディスプレイレンズ１０６の少なくとも一部内の可変光学材料の分子の物理的／化学特性を変化させ、その部分の光周囲透過特性を改変させるための信号を送信することができる。光学信号は、所定の強度および波長であることができる。例えば、光学信号は、ある波長の可視光または不可視光のビームであることができる。可変光学材料の分子は、例えば、ディスプレイシステム６０と関連付けられた光学、電気、熱、および／または音波／超音波源からの信号によって提供される刺激に応答して、拡張、収縮、移動、捻転、または回転し、所望の周囲光改変特性（例えば、１つ以上の波長領域内の減衰、光偏向、拡散等）を提供することができる。
【０１６１】
図１２Ａは、ユーザの眼１２０１の前方に配置されるディスプレイレンズ１２０６の側面図を図式的に図示する。図１２Ｂは、眼側と反対の側から見られるようなディスプレイレンズ１２０６の正面図を図式的に図示する。図１２Ｃは、ディスプレイレンズ１２０６の上面図を図式的に図示する。ディスプレイレンズ１２０６を通してユーザによって視認される場面内の周囲光源１２１０は、ディスプレイレンズ１２０６の領域１２０７と整合されるように現れる。図１２Ａ−１２Ｃに図示されるように、周囲光源１２１０は、ｘ−およびｙ−方向の両方において、ディスプレイレンズ１２０６の領域１２０７と整合されるように現れる。同様に、ディスプレイレンズ１２０６の領域１２０７は、ｘ−およびｙ−方向の両方において、ユーザの眼によって見られるような光源１２１０と整合されるように現れる。本願で議論されるように、ディスプレイレンズ１２０６と関連付けられた電子処理システムは、ディスプレイレンズ１２０６の領域１２０７を通した周囲光の透過率を改変／修正し、ユーザの視覚的体験を改良するように構成されることができる。例えば、いくつかの実施形態では、領域１２０７は、ディスプレイレンズ１２０６の他の部分と比較して暗化され、その領域を通して透過される周囲光の強度を低減させることができる。いくつかの他の実施形態では、領域１２０７を通して入射する周囲光は、ユーザの眼１２０１から離れるように指向されてもよい。ディスプレイの他の特性も、改変されてもよい。
【０１６２】
種々の研究が、可変光学材料の特性を改変する光を特性評価するために実施されることができる。異なる研究もまた、異なるタイプの周囲光源に関する所望のユーザ体験をもたらすであろう光改変のタイプを特性評価するために実施されることができる。例えば、ディスプレイシステム６０の異なる実施形態は、ユーザによって使用されることに先立って、試験され、可変光学材料の特性を改変する光を特性評価することができる。試験は、ディスプレイ７０またはディスプレイレンズ１０６の所望の部分におけるある改変を達成するために要求されるであろう刺激強度、刺激の提供とディスプレイ７０の所望の部分における可変の達成との間の時間インターバル、異なる周囲光源に関する平均ユーザのための改良された視覚的体験を提供するであろう改変等の分析を含むことができる。種々の研究の結果は、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によってアクセス可能なデータベース内に記憶されることができる。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は、ディスプレイレンズのある部分の能力を改変する光の性質および種々の刺激提供源に送信するための信号を決定するとき、種々の研究の結果にアクセスすることができる。
【０１６３】
種々の実施形態では、ディスプレイシステム６０は、光透過能力と、光透過率がユーザの視覚的体験を改良するためにディスプレイ７０および／またはディスプレイレンズ１０６の種々の部分において改変されるべき程度とを改変した、ディスプレイ７０および／またはディスプレイレンズ１０６の部分のサイズおよび／または場所に関して、フィードバックをユーザから取得するように構成されることができる。そのような実施形態では、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は、システム６０と関連付けられた種々のセンサおよび／または結像システムから取得される情報に基づいて、光透過能力を改変したディスプレイ７０および／またはディスプレイレンズ１０６の部分のサイズおよび／または場所の初期決定を行うことができる。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はまた、初期試験および研究の結果に基づいて、ディスプレイ７０および／またはディスプレイレンズ１０６の種々の部分を通した光透過率が改変されるべき程度の初期決定を行うことができる。システム６０は、次いで、視覚的および／または聴覚的信号を使用して、ユーザにプロンプトし、周囲光透過率および光透過率が種々の部分を通して改変されるべき程度を改変した、ディスプレイ７０および／またはディスプレイレンズ１０６の部分のサイズおよび／または場所に関して、ユーザからフィードバックを要求することができる。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は、ユーザからのフィードバックに基づいて、光透過能力および光透過率がディスプレイ７０および／またはディスプレイレンズ１０６の種々の部分において改変されるべき程度を改変した、ディスプレイ７０および／またはディスプレイレンズ１０６の部分のサイズおよび／または場所を調節することができる。このように、視覚的体験は、ユーザの選好に基づいて、改良されることができる。ユーザは、種々の方法において、フィードバックを提供することができる。例えば、ユーザは、音声コマンドを使用して、フィードバックを提供することができる。別の実施例として、ユーザは、１つ以上のボタンまたはノブ、ジョイスティック、タッチパッド、またはトラックボールを使用して、フィードバックを提供することができる。さらに別の実施例として、ユーザは、ジェスチャ（例えば、手のジェスチャ、顔ジェスチャ、瞬目応答等）を使用して、フィードバックを提供することができる。ディスプレイデバイスの実施例は、下記に議論されるユーザからのフィードバックに基づいて、ディスプレイ７０の種々の部分および／またはディスプレイレンズ１０６内における光透過能力および光透過率が改変されるべき程度を改変した、ディスプレイ７０および／またはディスプレイレンズ１０６の部分のサイズおよび／または場所を調節するように構成される。
【０１６４】
ディスプレイレンズを通してユーザによって視認される場面内の１つ以上の周囲光源と整合されるように現れるディスプレイレンズの１つ以上の部分を決定する、ディスプレイシステムの実施形態を検討する。決定に応答して、システムは、場面内の１つ以上の周囲光源と整合されるように現れるディスプレイレンズの１つ以上の部分を暗化するように構成されることができる。システムは、次いで、ディスプレイレンズの１つ以上の暗化された部分のサイズおよび／または場所およびそれらの部分内の暗化の量に関して、ユーザからフィードバックを要求することができる。ユーザは、システムがディスプレイレンズの１つ以上の暗化された部分のサイズおよび／または場所およびそれらの部分内の暗化の量を調節するために使用し得る、フィードバックを提供することができる。
【０１６５】
本明細書で議論される可変光学材料は、例えば、青色光、赤色光、緑色光、またはある他の光の波長等の入射光の具体的波長をフィルタ除去し、ユーザ体験を向上させるためのフィルタとして作用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、可変光学材料は、入射光を眼の具体的領域に向かってまたはそこから離れるように指向するように構成されることができる。そのような実施形態では、内向きに面したカメラ１１４は、眼の移動を追跡するために使用されることができ、眼の移動にもかかわらず、入射光が眼の具体的領域に向かってまたはそこから離れるように指向されたままであるように、可変光学材料の化学／物理的性質は、システム６０からの刺激を提供することによって制御されることができる。種々の実施形態では、可変光学材料は、部分的または完全に、環境からの入射光を減衰させるように構成されることができる（例えば、ある環境内における感覚的過負荷を防止するため）。
【０１６６】
ディスプレイレンズ１０６の一部を通した周囲光の減衰、拡散、屈折、再指向、フィルタリング、および／または散乱が、上記に議論されるが、任意のそのような場合において、ある実施形態では、異なるレンズが、入射周囲光を、減衰、拡散、屈折、再指向、フィルタリング、および／または散乱させることができる。例えば、左および右レンズは、入射周囲光を、異なる量で減衰、拡散、屈折、再指向、フィルタリング、および／または散乱させることができる。加えて、左および右レンズの異なる部分は、入射周囲光を、異なるように減衰、拡散、屈折、再指向、フィルタリング、および／または散乱させることができる。減衰の程度および減衰されたレンズの部分の直接制御は、左および右レンズの異なる部分が、減衰されるべき異なる形状および／またはサイズおよび減衰の異なる大きさおよび分布を有することを可能にする。左および右レンズのスペクトル特性およびその減衰等の他の特性も、異なり得る。
【０１６７】
種々の実施形態は、結像システムおよびデバイス、ディスプレイシステムおよびデバイス、空間光変調器、液晶ベースのデバイス、偏光器、波ガイドプレート等の種々の用途において実装される、またはそれと関連付けられてもよいことが検討される。本明細書に説明される構造、デバイス、および方法は、特に、拡張および／または仮想現実のために使用され得る、ウェアラブルディスプレイ（例えば、頭部搭載型ディスプレイ）等のディスプレイにおいて使用を見出し得る。より一般的には、説明される実施形態は、運動（ビデオ等）または定常（静止画像等）下にあるかどうかにかかわらず、かつテキスト、グラフィック、または写真であるかどうかにかかわらず、画像を表示するように構成され得る、任意のデバイス、装置、またはシステム内に実装されてもよい。しかしながら、説明される実施形態は、限定ではないが、携帯電話、マルチメディアインターネット対応セルラー電話、モバイルテレビ受信機、無線デバイス、スマートフォン、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）デバイス、携帯情報端末（ＰＤＡ）、無線電子メール受信機、ハンドヘルドまたはポータブルコンピュータ、ネットブック、ノートブック、スマート書籍、タブレット、プリンタ、コピー機、スキャナ、ファックスデバイス、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機／ナビゲータ、カメラ、デジタルメディアプレーヤ（ＭＰ３プレーヤ等）、カムコーダ、ゲームコンソール、腕時計、置時計、計算機、テレビモニタ、フラットパネルディスプレイ、電子読取値デバイス（例えば、電子読取機）、コンピュータモニタ、自動ディスプレイ（オドメータおよび速度計ディスプレイ等を含む）、コックピット制御および／またはディスプレイ、カメラビューディスプレイ（車両内のリアカメラのディスプレイ等）、電子写真、電子広告板または標識、プロジェクタ、アーキテクチャ構造、電子レンジ、冷蔵庫、ステレオシステム、カセットレコーダまたはプレーヤ、ＤＶＤプレーヤ、ＣＤプレーヤ、ＶＣＲ、無線、ポータブルメモリチップ、洗濯機、乾燥機、洗濯乾燥機、パーキングメータ、頭部搭載型ディスプレイ、および種々の結像システム等の種々の電子デバイス内に含まれる、またはそれと関連付けられてもよいことが検討される。したがって、本教示は、図に描写される実施形態のみに限定されず、代わりに、当業者に容易に明白となるであろう広い可用性を有することを意図する。
【０１６８】
本開示に説明される実施形態の種々の修正は、当業者に容易に明白となり得、本明細書に定義される一般原理は、本開示の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用されてもよい。種々の変更が、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、説明される本発明に成されてもよく、均等物が、代用されてもよい。加えて、特定の状況、材料、組成物、プロセス、プロセスの行為またはステップを、本発明の目的、精神、または範囲に適合させるように、多くの修正が行われてもよい。全てのそのような修正は、本開示と関連付けられる請求項の範囲内であることを目的としている。
【０１６９】
単語「例示的」は、本明細書では、「実施例、事例、または例証としての役割を果たす」ことを意味するように排他的に使用される。「例示的」として本明細書に説明される任意の実施形態は、必ずしも、他の実施形態より好ましいまたは有利であるものとして解釈されない。加えて、当業者は、用語「上側」および「下側」、「上方」および「下方」等が、時として、図を説明する容易性のために使用され、適切に配向されたページ上の図の配向に対応する相対的位置を示し、本明細書に説明される構造の配向をそれらの構造が実装される通りに反映しない場合があることを容易に理解するであろう。
【０１７０】
別個の実施形態のコンテキストにおいて本明細書に説明されるある特徴はまた、単一実施形態において組み合わせて実装されることができる。逆に言えば、単一実施形態のコンテキストに説明される種々の特徴はまた、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ることができる。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、ある場合では、組み合わせから削除されることができ、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。
【０１７１】
同様に、動作は、特定の順序で図面に描写されるが、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ことを要求するものと理解されるべきではない。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ることができる。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ることができることを理解されたい。加えて、他の実施形態も、以下の請求項の範囲内である。ある場合には、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。
【０１７２】
本発明は、本デバイスを使用して行われ得る方法を含む。本方法は、そのような好適なデバイスを提供するという行為を含んでもよい。そのような提供は、エンドユーザによって行われてもよい。換言すれば、「提供する」行為は、単に、エンドユーザが本方法において必須デバイスを提供するように、取得し、アクセスし、接近し、位置付けし、設定し、起動し、電源を入れ、または別様に作用することを要求する。本明細書で記載される方法は、論理的に可能である記載された事象の任意の順序で、および事象の記載された順序で実行されてもよい。
【０１７３】
本発明の例示的側面が、材料選択および製造に関する詳細とともに、上記で記載されている。本発明の他の詳細に関して、これらは、上記の参照された特許および公開に関連して理解されるとともに、概して、当業者によって把握または理解され得る。同じことが、一般的または理論的に採用されるような付加的な行為の観点から、本発明の方法ベースの側面に関して当てはまり得る。
【０１７４】
加えて、本発明は、種々の特徴を随意に組み込む、いくつかの実施例を参照して説明されているが、本発明は、本発明の各変形例に関して考慮されるように説明または指示されるものに限定されるものではない。種々の変更が、説明される本発明に行われてもよく、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、（本明細書に記載されるか、またはいくらか簡潔にするために含まれないかどうかにかかわらず）均等物が置換されてもよい。加えて、値の範囲が提供される場合、その範囲の上限と下限との間の全ての介在値、およびその規定範囲内の任意の他の規定または介在値が、本発明内に包含されることが理解される。
【０１７５】
また、本明細書で説明される発明の変形例の任意の随意的な特徴が、独立して、または本明細書で説明される特徴のうちのいずれか１つ以上の特徴と組み合わせて、記載および請求され得ることが考慮される。単数形の項目の言及は、複数の同一項目が存在する可能性を含む。より具体的には、本明細書で、およびそれに関連付けられる請求項で使用されるように、「１つの（ａ、ａｎ）」、「前記（ｓａｉｄ、ｔｈｅ）」という単数形は、特に別様に記述されない限り、複数の指示対象を含む。換言すると、冠詞の使用は、上記の説明および本開示と関連付けられる請求項で、対象項目の「少なくとも１つ」を可能にする。さらに、そのような請求項は、任意の随意的な要素を除外するように起草され得ることに留意されたい。したがって、この記述は、請求項要素の記載に関連する「だけ」、「のみ」、および同等物等のそのような排他的用語の使用、または「否定的」制限の使用のための先行詞としての機能を果たすことを目的としている。
【０１７６】
そのような排他的用語を使用することなく、本開示と関連付けられる請求項での「備える」という用語は、所与の数の要素がそのような請求項で列挙されるか、または特徴の追加をそのような請求項に記載される要素の性質を変換するものと見なすことができるかどうかにかかわらず、任意の付加的な要素の包含を可能にするものとする。本明細書で特に定義される場合を除いて、本明細書で使用される全ての技術用語および科学用語は、請求項の有効性を維持しながら、可能な限り広義の一般的に理解されている意味を与えられるものである。
【０１７７】
本発明の範疇は、提供される実施例および／または本明細書に限定されるものではなく、むしろ、本開示と関連付けられる請求項の範囲のみによって限定されるものとする。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【国際調査報告】
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