(57)【要約】拡張現実システムは、光を受信し、ユーザに向かって再指向し、周囲光がユーザに向かって通過することを可能にするように構成される、少なくとも１つの導波管を含む。第１の適応レンズアセンブリが、導波管と環境との間に位置付けられ、第２の適応レンズアセンブリが、導波管とユーザとの間に位置付けられ、少なくとも１つのプロセッサが、第１および第２の適応レンズアセンブリに動作可能に結合される。各レンズアセンブリは、少なくとも２つの異なる状態間で選択的に切替可能であって、個別のレンズアセンブリは、それぞれ、少なくとも２つの異なる屈折力をそれを通して通過する光に付与するように構成される。プロセッサは、第１および第２の適応レンズアセンブリが実質的に一定の正味屈折力を環境からの周囲光に付与するように、第１および第２の適応レンズアセンブリを異なる状態間で同期して切り替えさせるように構成される。
2020523631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡張現実システムであって、
少なくとも１つの導波管であって、前記少なくとも１つの導波管は、光を受信し、ユーザに向かって再指向するように構成され、前記少なくとも１つの導波管は、前記ユーザの環境からの周囲光がそれを通して前記ユーザに向かって通過することを可能にするようにさらに構成される、少なくとも１つの導波管と、
第１の適応レンズアセンブリであって、前記第１の適応レンズアセンブリは、前記少なくとも１つの導波管と前記環境との間に位置付けられ、前記第１の適応レンズアセンブリは、
前記第１の適応レンズアセンブリが第１の屈折力をそれを通して通過する光に付与するように構成される状態と、
前記第１の適応レンズアセンブリが前記第１の屈折力と異なる屈折力をそれを通して通過する光に付与するように構成される少なくとも１つの他の状態と
の間で選択的に切替可能である、第１の適応レンズアセンブリと、
第２の適応レンズアセンブリであって、前記第２の適応レンズアセンブリは、ユーザによる前記拡張現実システムの装着に応じて、第２の適応レンズアセンブリが前記少なくとも１つの導波管と前記ユーザとの間にあるように位置付けられ、前記第２の適応レンズアセンブリは、
前記第２の適応レンズアセンブリが前記第１の屈折力と異なる第２の屈折力をそれを通して通過する光に付与するように構成される状態と、
前記第２の適応レンズアセンブリが前記第２の屈折力と異なる屈折力をそれを通して通過する光に付与するように構成される少なくとも１つの他の状態と
の間で選択的に切替可能である、第２の適応レンズアセンブリと、
少なくとも１つのプロセッサであって、前記少なくとも１つのプロセッサは、前記第１および第２の適応レンズアセンブリに動作可能に結合され、前記少なくとも１つのプロセッサは、前記第１および第２の適応レンズアセンブリが実質的に一定の正味屈折力をそれを通して通過する前記環境からの周囲光に付与するように、前記第１および第２の適応レンズアセンブリを異なる状態間で同期して切り替えさせるように構成される、少なくとも１つのプロセッサと
を備える、拡張現実システム。
【請求項２】
マイクロディスプレイをさらに備え、前記少なくとも１つの導波管は、前記マイクロディスプレイからの光を受信し、前記ユーザに向かって再指向するように構成される、請求項１に記載の拡張現実システム。
【請求項３】
前記第１の屈折力および前記第２の屈折力は、反対符号である、請求項１に記載の拡張現実システム。
【請求項４】
前記第１の屈折力および前記第２の屈折力は、実質的に等しい大きさである、請求項３に記載の拡張現実システム。
【請求項５】
前記第１および第２の適応レンズアセンブリはそれぞれ、１つ以上の制御信号を前記少なくとも１つのプロセッサから入力として受信し、それに応答して、その後、４００ミリ秒未満の時間周期以内に、１つの状態から別の状態に切り替わるように構成される、請求項１に記載の拡張現実システム。
【請求項６】
前記第１および第２の適応レンズアセンブリがそれぞれ１つの状態から別の状態に切り替わるように構成される時間周期は、２００ミリ秒未満である、請求項５に記載の拡張現実システム。
【請求項７】
前記第１および第２の適応レンズアセンブリがそれぞれ１つの状態から別の状態に切り替わるように構成される時間周期は、１００ミリ秒未満である、請求項６に記載の拡張現実システム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの導波管は、出力エリアを備え、それを通して、前記少なくとも１つの導波管は、光を前記ユーザに向かって再指向し、前記ユーザの環境からの周囲光がそれを通して前記ユーザに向かって通過することを可能にするように構成され、前記少なくとも１つの導波管の出力エリアは、その中に前記第１の適応レンズアセンブリのクリア開口が形成される前記第１の適応レンズアセンブリの一部と、その中に前記第２の適応レンズアセンブリのクリア開口が形成される前記第２の適応レンズアセンブリの一部との間に位置付けられる、請求項１に記載の拡張現実システム。
【請求項９】
その中に前記第１および第２の適応レンズアセンブリのクリア開口がそれぞれ形成される前記第１および第２の適応レンズアセンブリの一部はそれぞれ、前記少なくとも１つの導波管の出力エリアより大きいサイズである、請求項８に記載の拡張現実システム。
【請求項１０】
前記第１および第２の適応レンズアセンブリはそれぞれ、２つの状態間で切替可能な単極である少なくとも１つの光学要素を含む、請求項１に記載の拡張現実システム。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの光学要素は、
前記少なくとも１つの光学要素が第１の偏光状態をそれを通して前記ユーザに向かって通過する光に付与するように構成される第１の状態と、
前記少なくとも１つの光学要素が前記第１の偏光状態と異なる第２の偏光状態をそれを通して通過する光に付与するように構成される第２の状態と
の間で切替可能な単極である、請求項１０に記載の拡張現実システム。
【請求項１２】
前記第１および第２の適応レンズアセンブリはそれぞれ、少なくとも１つの波長板レンズを含み、前記少なくとも１つの波長板レンズが、ユーザによる前記拡張現実システムの装着に応じて、前記少なくとも１つの光学要素と前記ユーザとの間にあるように位置付けられ、
前記少なくとも１つの波長板レンズは、１つの屈折力をそれを通して通過する前記第１の偏光状態の光に付与し、別の異なる屈折力をそれを通して通過する前記第２の偏光状態の光に付与するように構成される、請求項１１に記載の拡張現実システム。
【請求項１３】
前記第１および第２の適応レンズアセンブリはそれぞれ、２つの状態間で切替可能な単極である、ある量の光学要素を含み、前記第１および第２の適応レンズアセンブリのそれぞれ内に含まれる前記光学要素の量は、第１の値と等しく、
前記第１および第２の適応レンズアセンブリはそれぞれ、ある量の異なる状態の中から状態間で選択的に切替可能であり、前記異なる状態の量は、前記第１の値に指数関数的に依存する第２の値と等しい、請求項１０に記載の拡張現実システム。
【請求項１４】
前記第２の値は、指数を伴う２の冪乗と等しく、前記指数は、前記第１の値と等しい、請求項１３に記載の拡張現実システム。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの導波管は、仮想コンテンツを表す光を受信し、前記ユーザに向かって再指向するように構成され、
前記少なくとも１つのプロセッサは、前記第１および第２の適応レンズアセンブリを、前記異なる状態の量の中からの異なる状態間で同期して切り替えさせ、それを通して通過する光によって表される仮想コンテンツがユーザによって知覚されるべき前記ユーザから離れた距離を調節するように構成される、請求項１３に記載の拡張現実システム。
【請求項１６】
それを通して通過する光によって表される仮想コンテンツがユーザによって知覚されるべき前記ユーザから離れた距離は、ある量の異なる距離のいずれかに選択的に切替可能であり、前記異なる距離の量は、前記第２の値と等しい、請求項１５に記載の拡張現実システム。
【請求項１７】
ディスプレイデバイスであって、
外部結合される光を前記導波管の出力表面に沿って出力するように構成される導波管を備える導波管アセンブリと、
前記出力表面に面した第１の主要表面を有する第１の適応レンズアセンブリであって、前記第１の適応レンズアセンブリは、
第１の波長板レンズと、
第２の波長板レンズと、
前記第１の波長板レンズと前記第２の波長板レンズとの間に介在される第１の切替可能な波長板であって、前記第１の切替可能な波長板は、
前記外部結合される光の偏光状態を改変させずに、前記外部結合される光を通過させるように構成される第１の状態と、
それを通して通過する前記外部結合される光の偏光状態を改変するように構成される第２の状態と
の間で選択的に切替可能である、切替可能な波長板と
を備える、第１の適応レンズアセンブリと、
前記出力表面と反対の外部場面に面した第２の主要表面と、前記第１の主要表面に面した第２の準主要表面とを有する第２の適応レンズアセンブリであって、前記第２の適応レンズアセンブリは、
第３の波長板レンズと、
第４の波長板レンズと、
前記第３の波長板レンズと前記第４の波長板レンズとの間に介在される第２の切替可能な波長板であって、前記第２の切替可能な波長板は、
前記外部場面からの光の偏光状態を改変させずに、前記外部場面からの光を通過させるように構成される第３の状態と、
それを通して通過する前記外部場面からの光の偏光状態を改変するように構成される第４の状態と
の間で選択的に切替可能である、第２の切替可能な波長板と
を備える、第２の適応レンズアセンブリと
を備える、ディスプレイデバイス。
【請求項１８】
前記第１および第２の波長板レンズはそれぞれ、それを通して通過する外部結合される光の偏光状態を改変し、前記外部結合される光を収束または発散させるように構成される、請求項１７に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１９】
前記第３および第４の波長板レンズはそれぞれ、それを通して通過する前記外部場面からの光の偏光状態を改変させ、前記外部結合される光を収束または発散させるように構成される、請求項１８に記載のディスプレイデバイス。
【請求項２０】
ユーザによる前記拡張現実システムの装着に応じて、前記導波管アセンブリとユーザとの間に配置されるように位置付けられる、１つ以上の偏光選択的方向転換要素をさらに備え、前記第１の波長板レンズは、前記第２の波長板レンズよりユーザの近くに位置付けられる、請求項１７に記載の拡張現実システム。
【請求項２１】
前記１つ以上の偏光選択的方向転換要素は、ユーザによる前記拡張現実システムの装着に応じて、前記ユーザと前記第１の波長板レンズとの間に配置されるように位置付けられる第１の偏光選択的方向転換要素を含む、請求項２０に記載の拡張現実システム。
【請求項２２】
前記１つ以上の偏光選択的方向転換要素は、前記導波管アセンブリと前記第２の波長板レンズとの間に配置される、第２の偏光選択的方向転換要素を含む、請求項２０に記載の拡張現実システム。
【請求項２３】
前記１つ以上の偏光選択的方向転換要素は、偏光格子、回折光学要素、および／またはホログラフィック光学要素のうちの１つ以上のものを含む、請求項２０に記載の拡張現実システム。
【請求項２４】
前記導波管アセンブリと前記外部場面との間に配置される１つ以上の偏光選択的方向転換要素をさらに備え、前記第３の波長板レンズは、前記第４の波長板レンズより前記外部場面に近い、請求項１７に記載の拡張現実システム。
【請求項２５】
前記１つ以上の偏光選択的方向転換要素は、前記外部場面と前記第３の波長板レンズとの間に配置される第３の偏光選択的方向転換要素を含む、請求項２４に記載の拡張現実システム。
【請求項２６】
前記１つ以上の偏光選択的方向転換要素は、前記導波管アセンブリと前記第４の波長板レンズとの間に配置される第４の偏光選択的方向転換要素を含む、請求項２４に記載の拡張現実システム。
【請求項２７】
前記１つ以上の偏光選択的方向転換要素は、偏光格子、回折光学要素、および／またはホログラフィック光学要素のうちの１つ以上のものを含む、請求項２４に記載の拡張現実システム。
【請求項２８】
ディスプレイデバイスであって、
光学経路内の一対の適応レンズアセンブリを備え、前記適応レンズアセンブリはそれぞれ、
対応する切替可能な波長板を備え、前記対応する切替可能な波長板は、第１の状態と第２の状態との間で切り替わり、それを通して通過する光の偏光状態を選択的に改変するように構成され、
前記適応レンズアセンブリは、反対符号を伴う屈折力を有する、
ディスプレイデバイス。
【請求項２９】
前記適応レンズアセンブリはそれぞれ、前記適応レンズアセンブリの切替可能な波長板の状態に基づいて調節可能である、個別の屈折力を有する、請求項２８に記載のディスプレイデバイス。
【請求項３０】
コントローラをさらに備え、前記コントローラは、前記一対の適応レンズアセンブリのうちの第１のものの第１の屈折力が第１の値であるとき、前記一対の適応レンズアセンブリのうちの第２のものの第２の屈折力が、対応して、第２の値に調節されるように構成される、請求項２９に記載のディスプレイデバイス。
【請求項３１】
前記一対の適応レンズアセンブリのうちの第１のものと前記一対の適応レンズアセンブリのうちの第２のものとの組み合わせからの正味屈折力は、ほぼ一定値のままである、請求項３０に記載のディスプレイデバイス。
【請求項３２】
前記一定値は、約０ｍ−１である、請求項３１に記載のディスプレイデバイス。
【請求項３３】
前記適応レンズアセンブリはそれぞれ、第１および第２の波長板レンズを備え、
前記適応レンズアセンブリのそれぞれの前記対応する切替可能な波長板は、前記第１の波長板レンズと第２の波長板レンズとの間に介在され、
前記波長板レンズはそれぞれ、それを通して通過する光の偏光状態を改変するように構成される、請求項２８に記載のディスプレイデバイス。
【請求項３４】
前記ディスプレイデバイスはさらに、前記一対の適応レンズアセンブリ間に介在される導波管アセンブリを備え、前記導波管アセンブリは、その中を伝搬する前記光を前記適応レンズアセンブリのうちの１つの中に外部結合するように構成される導波管を備える、請求項２８に記載のディスプレイデバイス。
【請求項３５】
前記適応レンズアセンブリはそれぞれ、複数の波長板レンズと、複数の切替可能な波長板とを備え、前記波長板レンズおよび前記切替可能な波長板は、交互にスタックされる、請求項３４に記載のディスプレイデバイス。
【請求項３６】
前記切替可能な波長板および波長板レンズの異なるものは、異なる屈折力を有する、請求項３５に記載のディスプレイデバイス。
【請求項３７】
適応レンズアセンブリであって、
光学経路内で整合される１つ以上の波長板レンズおよび１つ以上の切替可能な波長板を備え、
前記１つ以上の波長板レンズはそれぞれ、それを通して通過する光の偏光状態を改変し、第１の屈折力を第１の偏光を有する光に提供し、第２の屈折力を第２の偏光を有する光に提供するように構成され、
前記１つ以上の切替可能な波長板はそれぞれ、
前記光の偏光状態を改変せずに、前記光をそれを通して通過させるように構成される第１の状態と、
それを通して通過する前記光の偏光状態を改変するように構成される第２の状態と
の間で選択的に切替可能である、適応レンズアセンブリ。
【請求項３８】
前記波長板レンズおよび前記切替可能な波長板の一方または両方は、液晶を備える、請求項３７に記載の適応レンズアセンブリ。
【請求項３９】
前記第２の状態における前記１つ以上の切替可能な波長板はそれぞれ、アクティブ化されると、円偏光の掌性を反転させるように構成される切替可能な半波長板である、請求項３７に記載の適応レンズアセンブリ。
【請求項４０】
前記切替可能な波長板はそれぞれ、一対の前記１つ以上の波長板レンズ間に介在される、請求項３７に記載の適応レンズアセンブリ。
【請求項４１】
前記適応レンズアセンブリは、複数の前記波長板レンズと、複数の前記切替可能な波長板とを備え、前記波長板レンズおよび前記切替可能な波長板は、交互にスタックされる、請求項４０に記載の適応レンズアセンブリ。
【請求項４２】
ウェアラブル拡張現実頭部搭載可能ディスプレイシステムであって、
光変調システムであって、前記光変調システムは、光を出力し、画像を形成するように構成される、光変調システムと、
頭部搭載可能フレームと、
１つ以上の導波管であって、前記１つ以上の導波管は、前記フレームに取り付けられ、前記画像を前記光変調システムから受信し、前記頭部搭載可能フレームの外側に再指向するように構成される、１つ以上の導波管と、
一対の適応レンズアセンブリであって、前記１つ以上の導波管は、前記一対の適応レンズアセンブリ間に配置され、前記一対の適応レンズアセンブリのそれぞれは、
光学経路内の１つ以上の波長板レンズであって、前記１つ以上の波長板レンズのそれぞれは、第１の屈折力を第１の偏光を有する光に提供し、第２の屈折力を第２の偏光を有する光に提供するように構成される、１つ以上の波長板レンズと、
前記光学経路内の１つ以上の切替可能な波長板であって、前記１つ以上の切替可能な波長板のそれぞれは、それを通して通過する光の偏光状態を選択的に改変するように構成される、１つ以上の切替可能な波長板と
を備え、
前記一対の適応レンズアセンブリはそれぞれ、前記１つ以上の切替可能な波長板の個別のものへの個別の電気信号の印加に応じて調節可能である個別の屈折力を提供するように構成される、
一対の適応レンズアセンブリと
を備える、ウェアラブル拡張現実頭部搭載可能ディスプレイシステム。
【請求項４３】
前記一対の適応レンズアセンブリに動作可能に結合される少なくとも１つのプロセッサをさらに備え、前記少なくとも１つのプロセッサは、前記一対の適応レンズアセンブリを異なる状態間で同期して切り替えさせるように構成され、前記異なる状態は、実質的に一定の正味屈折力をそれを通して通過する環境からの周囲光に提供する、請求項４２に記載のウェアラブル拡張現実頭部搭載可能ディスプレイシステム。
【請求項４４】
マイクロディスプレイをさらに備え、前記１つ以上の導波管は、前記マイクロディスプレイからの光を受信し、ユーザに向かって再指向するように構成される、請求項４２に記載のウェアラブル拡張現実頭部搭載可能ディスプレイシステム。
【請求項４５】
前記一対の適応レンズアセンブリは、反対符号である屈折力を提供するように構成される、請求項４２に記載のウェアラブル拡張現実頭部搭載可能ディスプレイシステム。
【請求項４６】
前記一対の適応レンズアセンブリは、実質的に等しい大きさである屈折力を提供するように構成される、請求項４５に記載のウェアラブル拡張現実頭部搭載可能ディスプレイシステム。
【請求項４７】
前記一対の適応レンズアセンブリはそれぞれ、１つ以上の制御信号を前記少なくとも１つのプロセッサから入力として受信し、それに応答して、その後、４００ミリ秒未満の時間周期以内に、１つの状態から別の状態に切り替わるように構成される、請求項４３に記載のウェアラブル拡張現実頭部搭載可能ディスプレイシステム。
【請求項４８】
前記１つ以上の導波管は、前記仮想コンテンツを表す画像を受信し、ユーザに向かって再指向するように構成され、
前記少なくとも１つのプロセッサは、前記一対の適応レンズアセンブリを、前記異なる状態の量の中からの異なる状態間で同期して切り替えさせ、それを通して通過する光によって表される仮想コンテンツがユーザによって知覚される前記ユーザから離れた距離を調節するように構成される、請求項４２に記載のウェアラブル拡張現実頭部搭載可能ディスプレイシステム。
【請求項４９】
前記仮想コンテンツがユーザによって知覚される前記ユーザから離れた距離は、複数の異なる距離間で選択的に切替可能である、請求項４８に記載のウェアラブル拡張現実頭部搭載可能ディスプレイシステム。      
【請求項５０】
拡張現実システムであって、
第１の適応レンズアセンブリおよび第２の適応レンズアセンブリであって、前記第２の適応レンズアセンブリは、前記第１の適応レンズアセンブリとユーザとの間に位置付けられ、適応レンズアセンブリのそれぞれは、
少なくとも１つの切替可能な光学要素であって、前記少なくとも１つの切替可能な光学要素は、少なくとも、（ｉ）前記少なくとも１つの切替可能な光学要素が第１の偏光状態をそれを通して前記ユーザに向かって通過する光に付与するように構成される第１の状態と、（ｉ）前記少なくとも１つの切替可能な光学要素が第２の偏光状態をそれを通して前記ユーザに向かって通過する光に付与するように構成される第２の状態との間で選択的に切替可能である、少なくとも１つの切替可能な光学要素と、
少なくとも１つの波長板レンズであって、前記少なくとも１つの波長板レンズは、前記少なくとも１つの波長板レンズが、ユーザによる前記拡張現実システムの装着に応じて、前記少なくとも１つの切替可能な光学要素と前記ユーザとの間にあるように位置付けられ、前記少なくとも１つの波長板レンズは、第１の個別の屈折力をそれを通して前記ユーザに向かって通過する前記第１の偏光状態の光に付与し、第２の個別の屈折力をそれを通して前記ユーザに向かって通過する前記第２の偏光状態の光に付与するように構成される、少なくとも１つの波長板レンズと
を備える、第１の適応レンズアセンブリおよび第２の適応レンズアセンブリと、
前記第１の適応レンズアセンブリと前記第２の適応レンズアセンブリとの間に位置付けられる少なくとも１つの導波管であって、前記少なくとも１つの導波管は、仮想コンテンツを表す光を前記第２のレンズアセンブリを通して前記ユーザに向かって指向するように構成される、少なくとも１つの導波管と
を備える、拡張現実システム。
【請求項５１】
前記第１および第２の適応レンズアセンブリに動作可能に結合される少なくとも１つのプロセッサをさらに備え、前記少なくとも１つのプロセッサは、前記第１および第２の適応レンズアセンブリを異なる状態間で同期して切り替えさせるように構成され、前記異なる状態は、実質的に一定の正味屈折力をそれを通して通過する環境からの周囲光に提供する、請求項５０に記載の拡張現実システム。
【請求項５２】
マイクロディスプレイをさらに備え、前記少なくとも１つの導波管は、前記マイクロディスプレイからの光を受信し、前記ユーザに向かって再指向するように構成される、請求項５０に記載の拡張現実システム。
【請求項５３】
前記第１および第２の適応レンズアセンブリは、反対符号である屈折力を提供するように構成される、請求項５０に記載の拡張現実システム。
【請求項５４】
前記第１および第２の適応レンズアセンブリは、実質的に等しい大きさである屈折力を提供するように構成される、請求項５３に記載の拡張現実システム。
【請求項５５】
前記第１および第２の適応レンズアセンブリはそれぞれ、１つ以上の制御信号を前記少なくとも１つのプロセッサから入力として受信し、それに応答して、その後、４００ミリ秒未満の時間周期以内に、１つの状態から別の状態に切り替わるように構成される、請求項５１に記載の拡張現実システム。
【請求項５６】
前記第１および第２の適応レンズアセンブリはそれぞれ、２つの状態間で切替可能な単極であるある量の光学要素を含み、前記第１および第２の適応レンズアセンブリのそれぞれ内に含まれる前記光学要素の量は、第１の値と等しく、
前記第１および第２の適応レンズアセンブリはそれぞれ、ある量の異なる状態の中から状態間で選択的に切替可能であり、前記異なる状態の量は、前記第１の値に指数関数的に依存する第２の値と等しい、請求項５０に記載の拡張現実システム。
【請求項５７】
前記第２の値は、指数を伴う２の冪乗と等しく、前記指数は、前記第１の値と等しい、請求項５６に記載の拡張現実システム。
【請求項５８】
前記１つ以上の導波管は、仮想コンテンツを表す光を受信し、前記ユーザに向かって再指向するように構成され、
前記少なくとも１つのプロセッサは、前記一対の適応レンズアセンブリを、前記異なる状態の量の中からの異なる状態間で同期して切り替えさせ、それを通して通過する光によって表される仮想コンテンツがユーザによって知覚される前記ユーザから離れた距離を調節するように構成される、請求項５６に記載の拡張現実システム。
【請求項５９】
仮想コンテンツがユーザによって知覚される前記ユーザから離れた距離は、ある量の異なる距離のいずれかに選択的に切替可能であり、前記異なる距離の量は、前記第２の値と等しい、請求項５８に記載の拡張現実システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１７年６月１２日に出願され、「ＡＵＧＭＥＮＴＥＤ  ＲＥＡＬＩＴＹ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＨＡＶＩＮＧ  ＭＵＬＴＩ−ＥＬＥＭＥＮＴ  ＡＤＡＰＴＩＶＥ  ＬＥＮＳ  ＦＯＲ  ＣＨＡＮＧＩＮＧ  ＤＥＰＴＨ  ＰＬＡＮＥＳ」と題された、米国仮特許出願第６２／５１８，５３９号と、２０１７年７月２５日に出願され、「ＡＵＧＭＥＮＴＥＤ  ＲＥＡＬＩＴＹ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＨＡＶＩＮＧ  ＭＵＬＴＩ−ＥＬＥＭＥＮＴ  ＡＤＡＰＴＩＶＥ  ＬＥＮＳ  ＦＯＲ  ＣＨＡＮＧＩＮＧ  ＤＥＰＴＨ  ＰＬＡＮＥＳ」と題された、米国仮特許出願第６２／５３６，８７２号の優先権の利益を主張する。それぞれの内容は、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。
【０００２】
（参照による組み込み）
本願は、以下の特許出願のそれぞれの全体を参照することによって組み込む：２０１４年１１月２７日に出願され、米国公開第２０１５／０２０５１２６号として、２０１５年７月２３日に公開された、米国出願第１４／５５５，５８５号、２０１５年４月１８日に出願され、米国公開第２０１５／０３０２６５２号として、２０１５年１０月２２日に公開された、米国出願第１４／６９０，４０１号、２０１４年３月１４日に出願された米国出願第１４／２１２，９６１号（２０１６年８月１６日に発行された現米国特許第９，４１７，４５２号）、および２０１４年７月１４日に出願され、米国公開第２０１５／０３０９２６３号として２０１５年１０月２９日に公開された、米国出願第１４／３３１，２１８号。
【０００３】
（技術分野）
本開示は、ディスプレイシステムに関し、より具体的には、拡張および仮想現実ディスプレイシステムに関する。
【背景技術】
【０００４】
現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、いわゆる「仮想現実」または「拡張現実」体験のためのシステムの開発を促進しており、デジタル的に再現された画像またはその一部が、現実であるように見える、またはそのように知覚され得る様式でユーザに提示される。仮想現実または「ＶＲ」シナリオは、典型的には、他の実際の実世界の視覚的入力に対する透過性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴い、拡張現実または「ＡＲ」シナリオは、典型的には、ユーザの周囲の実際の世界の可視化に対する拡張としてのデジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。複合現実または「ＭＲ」シナリオは、一種のＡＲシナリオであって、典型的には、自然世界の中に統合され、それに応答する、仮想オブジェクトを伴う。例えば、ＭＲシナリオでは、ＡＲ画像コンテンツは、実世界内のオブジェクトによって遮断されて見える、または別様にそれと相互作用するように知覚される。
【０００５】
図１を参照すると、拡張現実場面１０が、描写され、ＡＲ技術のユーザには、人々、木々、背景における建物、コンクリートプラットフォーム３０を特徴とする、実世界公園状設定２０が見える。これらのアイテムに加え、ＡＲ技術のユーザはまた、これらの要素４０、５０が実世界内に存在しないにもかかわらず、実世界プラットフォーム３０上に立っているロボット像４０と、マルハナバチの擬人化のように見える、飛んでいる漫画のようなアバタキャラクタ５０等の「仮想コンテンツ」を「見ている」と知覚する。ヒトの視知覚系は、複雑であって、他の仮想または実世界画像要素間における仮想画像要素の快適で、自然のような感覚で、かつ豊かな提示を促進する、ＡＲ技術の生成は、困難である。
【０００６】
本明細書に開示されるシステムおよび方法は、ＡＲまたはＶＲ技術に関連する種々の課題に対処する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書に説明される主題の１つ以上の実装の詳細は、付随の図面および下記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。本概要または以下の詳細な説明のいずれも、本発明の主題の範囲を定義または限定することを主張するものではない。
【０００８】
一側面では、拡張現実システムは、光を受信し、ユーザに向かって再指向するように構成され、さらに、ユーザの環境からの周囲光がそれを通してユーザに向かって通過することを可能にするように構成される、少なくとも１つの導波管を含んでもよい。拡張現実システムはまた、少なくとも１つの導波管と環境との間に位置付けられる、第１の適応レンズアセンブリと、少なくとも１つの導波管とユーザとの間に位置付けられる、第２の適応レンズアセンブリと、第１および第２の適応レンズアセンブリに動作可能に結合される、少なくとも１つのプロセッサとを含んでもよい。第１の適応レンズアセンブリは、第１の適応レンズアセンブリが第１の屈折力をそれを通して通過する光に付与するように構成される、状態と、第１の適応レンズアセンブリが第１の屈折力と異なる屈折力をそれを通して通過する光に付与するように構成される、少なくとも１つの他の状態との間で選択的に切替可能であってもよい。第２の適応レンズアセンブリは、第２の適応レンズアセンブリが第１の屈折力と異なる第２の屈折力をそれを通して通過する光に付与するように構成される、状態と、第２の適応レンズアセンブリが第２の屈折力と異なる屈折力をそれを通して通過する光に付与するように構成される、少なくとも１つの他の状態との間で選択的に切替可能であってもよい。少なくとも１つのプロセッサは、第１および第２の適応レンズアセンブリが実質的に一定の正味屈折力をそれを通して通過する環境からの周囲光に付与するように、第１および第２の適応レンズアセンブリを異なる状態間で同期して切り替えさせるように構成されてもよい。
【０００９】
いくつかの実施形態では、拡張現実システムはさらに、マイクロディスプレイを含んでもよい。そのような実施形態では、少なくとも１つの導波管は、マイクロディスプレイからの光を受信し、ユーザに向かって再指向するように構成されてもよい。
【００１０】
いくつかの実施例では、第１の屈折力および第２の屈折力は、反対符号であってもよい。これらの実施例のうちの少なくともいくつかでは、第１の屈折力および第２の屈折力は、実質的に等しい大きさであってもよい。
【００１１】
いくつかの実施形態では、第１および第２の適応レンズアセンブリはそれぞれ、１つ以上の制御信号を入力として受信し、それに応答して、その後、４００ミリ秒未満の時間周期以内に、１つの状態から別の状態に切り替わるように構成されてもよい。例えば、第１および第２の適応レンズアセンブリがそれぞれ１つの状態から別の状態に切り替わるように構成される、時間周期は、２００〜４００ミリ秒、１００〜２００ミリ秒、または１００ミリ秒未満であってもよい。
【００１２】
いくつかの実施例では、少なくとも１つの導波管は、それを通して光をユーザに向かって再指向し、ユーザの環境からの周囲光がそれを通してユーザに向かって通過することを可能にするように構成される、出力エリアを含んでもよい。少なくとも１つの導波管の出力エリアは、その中に第１の適応レンズアセンブリのクリア開口が形成される、第１の適応レンズアセンブリの一部と、その中に第２の適応レンズアセンブリのクリア開口が形成される、第２の適応レンズアセンブリの一部との間に位置付けられてもよい。これらの実施例のうちの少なくともいくつかでは、その中に第１および第２の適応レンズアセンブリのクリア開口がそれぞれ形成される、第１および第２の適応レンズアセンブリの一部はそれぞれ、少なくとも１つの導波管の出力エリアより大きいサイズであってもよい。
【００１３】
いくつかの実施形態では、第１および第２の適応レンズアセンブリはそれぞれ、２つの状態間で切替可能な単極である、少なくとも１つの光学要素を含んでもよい。これらの実施形態のうちの少なくともいくつかでは、少なくとも１つの光学要素は、少なくとも１つの光学要素が第１の偏光状態をそれを通してユーザに向かって通過する光に付与するように構成される、第１の状態と、少なくとも１つの光学要素が第１の偏光状態と異なる第２の偏光状態をそれを通して通過する光に付与するように構成される、第２の状態ととの間で切替可能な単極であってもよい。さらに、そのような実施形態のうちの１つ以上のものでは、第１および第２の適応レンズアセンブリはそれぞれ、少なくとも１つの光学要素とユーザとの間に位置付けられる、少なくとも１つの波長板レンズを含んでもよい。少なくとも１つの波長板レンズは、１つの屈折力をそれを通して通過する第１の偏光状態の光に、別の異なる屈折力をそれを通して通過する第２の偏光状態の光に付与するように構成されてもよい。
【００１４】
これらの実施形態のうちの少なくともいくつかでは、第１および第２の適応レンズアセンブリはそれぞれ、２つの状態間で切替可能な単極である、ある量の光学要素を含んでもよい。第１および第２の適応レンズアセンブリのそれぞれ内に含まれる光学要素の量は、第１の値と等しくてもよい。第１および第２の適応レンズアセンブリはそれぞれ、ある量の異なる状態の中から状態間で選択的に切替可能であってもよい。異なる状態の量は、第１の値に指数関数的に依存する、第２の値と等しくてもよい。例えば、第２の値は、ある指数を伴う２の冪乗と等しくてもよく、指数は、第１の値と等しい。そのような実施形態のうちの１つ以上のものでは、少なくとも１つの導波管は、仮想コンテンツを表す光を受信し、ユーザに向かって再指向するように構成されてもよく、少なくとも１つのプロセッサは、第１および第２の適応レンズアセンブリを異なる状態の量の中からの異なる状態間で同期して切り替えさせ、それを通して通過する光によって表される仮想コンテンツがユーザによって知覚されるべきユーザから離れた距離を調節するように構成されてもよい。加えて、それを通して通過する光によって表される仮想コンテンツがユーザによって知覚されるべき、ユーザから離れた距離は、すぐ上で説明された実施形態のうちの１つ以上のものでは、ある量の異なる距離のいずれかに選択的に切替可能であってもよい。異なる距離の量は、第２の値と等しくてもよい。
【００１５】
別の側面では、ディスプレイデバイスは、導波管アセンブリを含んでもよく、これは、外部結合される光を導波管の出力表面に沿って出力するように構成される、導波管を含んでもよい。ディスプレイデバイスは、加えて、第１の出力表面に面した主要表面を有する、適応レンズアセンブリを含んでもよい。第１の適応レンズアセンブリは、第１の波長板レンズと、第２の波長板レンズと、第１の波長板レンズと第２の波長板レンズとの間に介在される、第１の切替可能な波長板とを含んでもよい。第１の切替可能な波長板は、外部結合される光の偏光状態を改変させずに、外部結合される光を通過させるように構成される、第１の状態と、それを通して通過する外部結合される光の偏光状態を改変するように構成される、第２の状態との間で選択的に切替可能であってもよい。ディスプレイデバイスはさらに、出力表面と反対の外部場面に面した第２の主要表面を有する、第２の適応レンズアセンブリを含んでもよい。第２の適応レンズアセンブリは、第３の波長板レンズと、第４の波長板レンズと、第３の波長板レンズと第４の波長板レンズとの間に介在される、第２の切替可能な波長板とを含んでもよい。第２の切替可能な波長板は、外部場面からの光の偏光状態を改変せずに、外部場面からの光を通過させるように構成される、第３の状態と、それを通して通過する外部場面からの光の偏光状態を改変するように構成される、第４の状態との間で選択的に切替可能であってもよい。
【００１６】
いくつかの実施形態では、第１および第２の波長板レンズはそれぞれ、それを通して通過する外部結合される光の偏光状態を改変し、外部結合される光を収束または発散させるように構成されてもよい。これらの実施形態のうちの少なくともいくつかでは、第３および第４の波長板レンズはそれぞれ、それを通して通過する外部場面からの光の偏光状態を改変し、外部結合される光を収束または発散させるように構成されてもよい。
【００１７】
別の側面では、ディスプレイデバイスは、光学経路内の一対の適応レンズアセンブリを含んでもよい。適応レンズアセンブリはそれぞれさらに、第１の状態と第２の状態との間で切り替わり、それを通して通過する光の偏光状態を選択的に改変するように構成される、対応する切替可能な波長板を含んでもよい。適応レンズアセンブリは、反対符号を伴う屈折力を有してもよい。
【００１８】
いくつかの実施形態では、適応レンズアセンブリはそれぞれ、適応レンズアセンブリの切替可能な波長板の状態に基づいて調節可能である、個別の屈折力を有してもよい。これらの実施形態のうちの少なくともいくつかでは、ディスプレイデバイスはさらに、対の適応レンズアセンブリのうちの第１のものの第１の屈折力が第１の値であるとき、対の適応レンズアセンブリのうちの第２のものの第２の屈折力が、対応して、第２の値に調節されるように構成される、コントローラを含んでもよい。そのような実施形態のうちの１つ以上のものでは、対の適応レンズアセンブリのうちの第１のものと対の適応レンズアセンブリのうちの第２のものの組み合わせからの正味屈折力は、ほぼ一定値のままであってもよい。例えば、一定値は、約０ｍ−１であってもよい。
【００１９】
いくつかの実施例では、ディスプレイデバイスはさらに、対の適応レンズアセンブリ間に介在される、導波管アセンブリを含んでもよい。これらの実施例では、導波管アセンブリは、その中を伝搬する光を適応レンズアセンブリのうちの１つの中に外部結合するように構成される、導波管を含んでもよい。これらの実施例のうちの少なくともいくつかでは、適応レンズアセンブリはそれぞれ、複数の波長板レンズと、複数の切替可能な波長板とを含んでもよい。波長板レンズおよび切替可能な波長板は、交互にスタックされてもよい。加えて、切替可能な波長板および波長板レンズの異なるものは、異なる屈折力を有してもよい。
【００２０】
いくつかの実施形態では、適応レンズアセンブリはそれぞれ、レンズアセンブリの対応する切替可能な波長板間に介在される、第１および第２の波長板レンズを含んでもよい。これらの実施形態では、波長板レンズはそれぞれ、それを通して通過する光の偏光状態を改変するように構成されてもよい。
【００２１】
さらに別の側面では、適応レンズアセンブリは、光学経路内で整合される、１つ以上の波長板レンズおよび１つ以上の切替可能な波長板を含んでもよい。１つ以上の波長板レンズはそれぞれ、それを通して通過する光の偏光状態を改変し、第１の屈折力を第１の偏光を有する光に提供し、第２の屈折力を第２の偏光を有する光に提供するように構成されてもよい。１つ以上の切替可能な波長板はそれぞれ、光の偏光状態を改変せずに、光をそれを通して通過させるように構成される、第１の状態と、それを通して通過する光の偏光状態を改変するように構成される、第２の状態との間で選択的に切替可能であってもよい。
【００２２】
いくつかの実施形態では、波長板レンズおよび切替可能な波長板の一方または両方は、液晶を含んでもよい。加えて、または代替として、第２の状態における１つ以上の切替可能な波長板はそれぞれ、いくつかの実施形態では、円偏光の掌性を反転させるように構成される、半波長板であってもよい。
【００２３】
いくつかの実施例では、切替可能な波長板はそれぞれ、一対の１つ以上の波長板レンズ間に介在される。これらの実施形態のうちの少なくともいくつかでは、適応レンズアセンブリは、複数の波長板レンズおよび複数の切替可能な波長板を含んでもよい。波長板レンズおよび切替可能な波長板は、交互にスタックされてもよい。
【００２４】
さらに別の側面では、ウェアラブル拡張現実頭部搭載可能ディスプレイシステムは、光を出力し、画像を形成するように構成される、光変調システムを含んでもよい。本システムはまた、頭部搭載可能フレームを含んでもよい。１つ以上の導波管は、フレームに取り付けられ、光変調システムからの光を受信するように構成されてもよい。本システムは、加えて、一対の適応レンズアセンブリを含んでもよく、１つ以上の導波管が、適応レンズアセンブリ間に配置される。適応レンズアセンブリはそれぞれ、ひいては、第１の屈折力を第１の偏光を有する光に提供し、第２の屈折力を第２の偏光を有する光に提供するように構成される、１つ以上の波長板レンズを含んでもよい。適応レンズアセンブリはそれぞれ、加えて、光学経路内の１つ以上の切替可能な波長板を含んでもよく、１つ以上の切替可能な波長板はそれぞれ、それを通して通過する光の偏光状態を選択的に改変するように構成される。適応レンズアセンブリは、加えて、個別の電気信号の印加に応じて調節可能である、個別の屈折力を提供するように構成されてもよい。
【００２５】
さらに別の側面では、拡張現実システムは、第１の適応レンズアセンブリと、第１の適応レンズアセンブリとユーザとの間に位置付けられる、第２の適応レンズアセンブリとを含んでもよい。適応レンズアセンブリはそれぞれ、少なくとも、（ｉ）少なくとも１つの切替可能な光学要素が第１の偏光状態をそれを通してユーザに向かって通過する光に付与するように構成される、第１の状態と、（ｉ）少なくとも１つの切替可能な光学要素が第２の偏光状態をそれを通してユーザに向かって通過する光に付与するように構成される、第２の状態との間で選択的に切替可能である、少なくとも１つの切替可能な光学要素を含んでもよい。適応レンズアセンブリはそれぞれさらに、少なくとも１つの切替可能な光学要素とユーザとの間に位置付けられる、少なくとも１つの波長板レンズを含んでもよい。少なくとも１つの波長板レンズは、第１の個別の屈折力をそれを通してユーザに向かって通過する第１の偏光状態の光に付与し、第２の個別の屈折力をそれを通してユーザに向かって通過する第２の偏光状態の光に付与するように構成されてもよい。適応レンズアセンブリはそれぞれさらに、第１の適応レンズアセンブリと第２の適応レンズアセンブリとの間に位置付けられる、少なくとも１つの導波管を含んでもよい。少なくとも１つの導波管は、仮想コンテンツを表す光を第２のレンズアセンブリを通してユーザに向かって指向するように構成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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。
【００２７】
【図２】図２は、ユーザのための３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。
【００２８】
【図３】図３Ａ−３Ｃは、曲率半径と焦点半径との間の関係を図示する。
【００２９】
【図４Ａ】図４Ａは、ヒト視覚系の遠近調節（ａｃｃｍｍｏｄａｔｉｏｎ）−輻輳・開散運動（ｖｅｒｇｅｎｃｅ）応答の表現を図示する。
【００３０】
【図４Ｂ】図４Ｂは、一対のユーザの眼の異なる遠近調節状態および輻輳・開散運動状態の実施例を図示する。
【００３１】
【図４Ｃ】図４Ｃは、ディスプレイシステムを介してコンテンツを視認しているユーザの上下図の表現の実施例を図示する。
【００３２】
【図４Ｄ】図４Ｄは、ディスプレイシステムを介してコンテンツを視認しているユーザの上下図の表現の別の実施例を図示する。
【００３３】
【図５】図５は、波面発散を修正することによって３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。
【００３４】
【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。
【００３５】
【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。
【００３６】
【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。
【００３７】
【図９Ａ】図９Ａは、それぞれ、内部結合光学要素を含む、スタックされた導波管のセットの実施例の断面側面図を図示する。
【００３８】
【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。
【００３９】
【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。
【００４０】
【図９Ｄ】図９Ｄは、ウェアラブルディスプレイシステムの実施例を図示する。
【００４１】
【図１０】図１０は、一対の適応レンズアセンブリを備える、ディスプレイシステムの実施例を図示する。
【００４２】
【図１１】図１１Ａは、仮想コンテンツをユーザにある仮想深度平面において表示する、図１０のディスプレイシステムの実施例を図示する。図１１Ｂは、実世界コンテンツのビューをユーザに提供する、図１０のディスプレイシステムの実施例を図示する。
【００４３】
【図１２Ａ】図１２Ａは、液晶を備える、波長板レンズの実施例を図示する。
【００４４】
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、液晶を備える、波長板レンズの実施例を図示する。
【００４５】
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、光の偏光および光が入射する側に応じて、異なる屈折力を提供し、それを通して通過する光を発散または収束させる、波長板レンズの実施例を図示する。
【００４６】
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、光の偏光および光が入射する側に応じて、異なる屈折力を提供し、それを通して通過する光を発散または収束させる、波長板レンズの実施例を図示する。
【００４７】
【図１３Ａ】図１３Ａは、波長板レンズと、切替可能な波長板とを備える、適応レンズアセンブリの実施例を図示する。
【００４８】
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、動作時、切替可能な波長板が非アクティブ化されている、図１３Ａの適応レンズアセンブリの実施例を図示する。
【００４９】
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、動作時、切替可能な波長板がアクティブ化されている、図１３Ａの適応レンズアセンブリの実施例を図示する。
【００５０】
【図１４Ａ】図１４Ａは、動作時、切替可能な波長板が非アクティブ化されている、それぞれ、波長板レンズと、切替可能な波長板とを備える、一対の適応レンズアセンブリを備える、ディスプレイデバイスの実施例を図示する。
【００５１】
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、動作時、切替可能な波長板がアクティブ化されている、図１４Ａのディスプレイデバイスの実施例を図示する。
【００５２】
【図１５】図１５は、それぞれ、交互にスタックされる、波長板レンズと、切替可能な波長板とを備える、一対の適応レンズアセンブリを備える、ディスプレイデバイスの実施例を図示する。
【００５３】
【図１６】図１６は、図１５のディスプレイデバイスを使用して生成され得る、複数の仮想深度平面の実施例を図示する。
【００５４】
【図１７Ａ】図１７Ａ−１７Ｈは、図１５に図示される複数の仮想深度平面を生成するための種々の構成下の図１５のディスプレイデバイスの実施例を図示する。
【図１７Ｂ】図１７Ａ−１７Ｈは、図１５に図示される複数の仮想深度平面を生成するための種々の構成下の図１５のディスプレイデバイスの実施例を図示する。
【図１７Ｃ】図１７Ａ−１７Ｈは、図１５に図示される複数の仮想深度平面を生成するための種々の構成下の図１５のディスプレイデバイスの実施例を図示する。
【図１７Ｄ】図１７Ａ−１７Ｈは、図１５に図示される複数の仮想深度平面を生成するための種々の構成下の図１５のディスプレイデバイスの実施例を図示する。
【図１７Ｅ】図１７Ａ−１７Ｈは、図１５に図示される複数の仮想深度平面を生成するための種々の構成下の図１５のディスプレイデバイスの実施例を図示する。
【図１７Ｆ】図１７Ａ−１７Ｈは、図１５に図示される複数の仮想深度平面を生成するための種々の構成下の図１５のディスプレイデバイスの実施例を図示する。
【図１７Ｇ】図１７Ａ−１７Ｈは、図１５に図示される複数の仮想深度平面を生成するための種々の構成下の図１５のディスプレイデバイスの実施例を図示する。
【図１７Ｈ】図１７Ａ−１７Ｈは、図１５に図示される複数の仮想深度平面を生成するための種々の構成下の図１５のディスプレイデバイスの実施例を図示する。
【００５５】
【図１８Ａ】図１８Ａおよび１８Ｂは、一対の適応レンズアセンブリと、一対の固定レンズとを備える、ディスプレイデバイスの実施例を図示する。
【図１８Ｂ】図１８Ａおよび１８Ｂは、一対の適応レンズアセンブリと、一対の固定レンズとを備える、ディスプレイデバイスの実施例を図示する。
【００５６】
【図１９】図１９は、一対の適応レンズアセンブリと、固定レンズとを備える、ディスプレイデバイスの実施例を図示する。
【００５７】
図面全体を通して、参照番号は、参照される要素間の対応を示すために再使用され得る。図面は、本明細書に説明される例示的実施形態を図示するために提供され、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
ＡＲシステムは、依然として、ユーザに彼らの周囲の世界が見えることを可能にしながら、仮想コンテンツをユーザまたは視認者に表示し得る。好ましくは、本コンテンツは、例えば、画像情報をユーザの眼に投影する、アイウェアの一部としての頭部搭載型ディスプレイ上に表示される。加えて、ディスプレイはまた、周囲環境からの光をユーザの眼に透過させ、その周囲環境のビューを可能にしてもよい。本明細書で使用されるように、「頭部搭載型」または「頭部搭載可能である」ディスプレイは、視認者またはユーザの頭部上に搭載され得る、ディスプレイであることを理解されたい。
【００５９】
いくつかのＡＲシステムでは、複数の導波管は、仮想画像を複数の仮想深度平面（単に、本明細書では、「深度平面」とも称される）に形成するように構成されてもよい。複数の導波管の異なる導波管は、異なる屈折力を有してもよく、ユーザの眼から異なる距離に形成されてもよい。ディスプレイシステムはまた、屈折力を提供する、または加えて提供する、複数のレンズを含んでもよい。導波管および／またはレンズの屈折力は、画像を異なる仮想深度平面に提供し得る。望ましくないことに、導波管およびレンズはそれぞれ、ディスプレイの全体的厚さ、重量、およびコストを増加させ得る。
【００６０】
有利には、本明細書に説明される種々の実施形態では、適応レンズアセンブリが、可変屈折力を提供し、例えば、レンズアセンブリを通して伝搬する光の波面発散を修正し、仮想深度平面をユーザから異なる知覚距離に提供するために利用されてもよい。適応レンズアセンブリは、それらの間に配置される、切替可能な波長板を有する、一対の波長板レンズを含んでもよい。第１および第２の波長板レンズはそれぞれ、それを通して通過する光の偏光状態を改変するように構成されてもよく、切替可能な波長板は、複数の状態、例えば、光の偏光を変化させずに、光が通過することを可能にする、第１の状態と、光の偏光を改変する、第２の状態（例えば、偏光の掌性を変化させることによって）との間で切替可能であってもよい。いくつかの実施形態では、波長板レンズの一方または両方が、これらの第１の状態と第２の状態との間の切替可能であってもよく、上記の介在する切替可能な波長板は、省略されてもよい。
【００６１】
適応レンズアセンブリは、複数の波長板レンズおよび複数の切替可能な波長板のスタックを備えてもよいことを理解されたい。例えば、適応レンズアセンブリは、介在する切替可能な波長板を伴う、一対の波長板レンズを備える、複数のサブアセンブリを備えてもよい。いくつかの実施形態では、適応レンズアセンブリは、交互する波長板レンズおよび切替可能な波長板を含んでもよい。有利には、そのような交互配列は、近傍の切替可能な波長板に共通波長板レンズを共有させることによって、厚さおよび重量の低減を可能にする。いくつかの実施形態では、スタック内の切替可能なプレートの種々の組み合わせの状態を切り替えることによって、２つを上回る離散レベルの屈折力が、提供されてもよい。
【００６２】
いくつかの実施形態では、適応レンズアセンブリは、導波管アセンブリとともに、ディスプレイデバイスを形成し、画像を異なる仮想深度平面に形成する。種々の実施形態では、ディスプレイデバイスは、導波管アセンブリによって介在される、一対の適応レンズアセンブリを備える。導波管アセンブリは、光（例えば、可視光）をその中に伝搬し（例えば、全内部反射を介して）、光を外部結合するように構成される、導波管を含む。例えば、光は、導波管の主要表面に対して法線方向の光学軸方向に沿って外部結合されてもよい。対の適応レンズアセンブリのうちの１つは、導波管アセンブリの第１の側上に形成されてもよく、可変屈折力を提供し、適応レンズアセンブリを通して通過する光の波面を修正し、画像を複数の仮想深度平面のそれぞれに形成するように構成されてもよい。例えば、適応レンズアセンブリは、導波管アセンブリから受信された外部結合される光を収束または発散させ得る。適応レンズアセンブリおよび／または導波管アセンブリを通して伝搬する周囲光の収束または発散に起因する、実世界ビューの修正を補償するために、対の適応レンズアセンブリの他方が、加えて、第１の側と反対の導波管アセンブリの第２の側上に提供される。各適応レンズアセンブリの切替可能な波長板が、対応する状態をとると、適応レンズアセンブリは、適応レンズアセンブリの他方が、導波管アセンブリの第１の側上の適応レンズアセンブリによって生じる歪曲を補正するように、反対符号を伴う屈折力を有し得る。
【００６３】
有利には、持続的に可変の光学要素を有する、持続的に可変の適応レンズに対して、２つの状態間で切替可能な切替可能な波長板を利用することは、適応レンズアセンブリの駆動を簡略化させ、所望の屈折力のために適応レンズアセンブリを適切にアクティブ化する方法を決定するために必要とされるコンピュータ処理パワーを低減させる。加えて、適応レンズアセンブリが導波管によって出力された光の波面発散を修正することを可能にすることによって、複数の深度平面を提供するために必要とされる導波管の数は、各導波管が特定の量の波面発散を提供する配列に対して、低減される。
【００６４】
ここで、図を参照するが、同様の参照番号は、全体を通して同様の部分を指す。別様に示されない限り、図面は、概略であって、必ずしも、正確な縮尺で描かれていない。
【００６５】
例示的ディスプレイシステム
図２は、ユーザのための３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。ユーザの眼は、離間されており、空間内の実オブジェクトを見ているとき、各眼は、オブジェクトの若干異なるビューを有し、オブジェクトの画像を各眼の網膜上の異なる場所に形成し得ることを理解されたい。これは、両眼視差と称され得、ヒト視覚系によって、深度の知覚を提供するために利用され得る。従来のディスプレイシステムは、仮想オブジェクトが所望の深度における実オブジェクトであるように各眼によって見えるであろう仮想オブジェクトのビューに対応する、眼２１０、２２０毎に１つの同一仮想オブジェクトの若干異なるビューを伴う２つの明確に異なる画像１９０、２００を提示することによって、両眼視差をシミュレートする。これらの画像は、ユーザの視覚系が深度の知覚を導出するために解釈し得る、両眼キューを提供する。
【００６６】
図２を継続して参照すると、画像１９０、２００は、ｚ−軸上で距離２３０だけ眼２１０、２２０から離間される。ｚ−軸は、その眼が視認者の直前の光学無限遠におけるオブジェクトを固視している状態の視認者の光学軸と平行である。画像１９０、２００は、平坦であって、眼２１０、２２０から固定距離にある。それぞれ、眼２１０、２２０に提示される画像内の仮想オブジェクトの若干異なるビューに基づいて、眼は、自然に、オブジェクトの画像が眼のそれぞれの網膜上の対応する点に来て、単一両眼視を維持するように回転し得る。本回転は、眼２１０、２２０のそれぞれの視線を仮想オブジェクトが存在するように知覚される空間内の点上に収束させ得る。その結果、３次元画像の提供は、従来、ユーザの眼２１０、２２０の輻輳・開散運動を操作し得、ヒト視覚系が深度の知覚を提供するように解釈する、両眼キューを提供することを伴う。
【００６７】
しかしながら、深度の現実的かつ快適な知覚の生成は、困難である。眼からの異なる距離におけるオブジェクトからの光は、異なる発散量を伴う波面を有することを理解されたい。図３Ａ−３Ｃは、距離と光線の発散との間の関係を図示する。オブジェクトと眼２１０との間の距離は、減少距離Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３の順序で表される。図３Ａ−３Ｃに示されるように、光線は、オブジェクトまでの距離が減少するにつれてより発散する。逆に言えば、距離が増加するにつれて、光線は、よりコリメートされる。換言すると、点（オブジェクトまたはオブジェクトの一部）によって生成されるライトフィールドは、点がユーザの眼から離れている距離の関数である、球状波面曲率を有すると言え得る。曲率が増加すると、オブジェクトと眼２１０の間の距離が減少する。単眼２１０のみが、例証を明確にするために、図３Ａ−３Ｃおよび本明細書の種々の他の図に図示されるが、眼２１０に関する議論は、視認者の両眼２１０および２２０に適用され得る。
【００６８】
図３Ａ−３Ｃを継続して参照すると、視認者の眼が固視しているオブジェクトからの光は、異なる波面発散度を有し得る。異なる波面発散量に起因して、光は、眼の水晶体によって異なるように集束され得、これは、ひいては、水晶体に、異なる形状をとり、集束された画像を眼の網膜上に形成することを要求し得る。集束された画像が、網膜上に形成されない場合、結果として生じる網膜ぼけは、集束された画像が網膜上に形成されるまで、眼の水晶体の形状に変化を生じさせる、遠近調節のためのキューとして作用する。例えば、遠近調節のためのキューは、眼の水晶体を囲繞する毛様筋の弛緩または収縮を誘起し、それによって、レンズを保持する提靭帯に印加される力を変調し、したがって、固視されているオブジェクトの網膜ぼけが排除または最小限にされるまで、眼の水晶体の形状を変化させ、それによって、固視されているオブジェクトの集束された画像を眼の網膜（例えば、中心窩）上に形成し得る。眼の水晶体が形状を変化させるプロセスは、遠近調節と称され得、固視されているオブジェクトの集束された画像を眼の網膜（例えば、中心窩）上に形成するために要求される眼の水晶体の形状は、遠近調節状態と称され得る。
【００６９】
ここで図４Ａを参照すると、ヒト視覚系の遠近調節−輻輳・開散運動応答の表現が、図示される。オブジェクトを固視するための眼の移動は、眼にオブジェクトからの光を受信させ、光は、画像を眼の網膜のそれぞれ上に形成する。網膜上に形成される画像内の網膜ぼけの存在は、遠近調節のためのキューを提供し得、網膜上の画像の相対的場所は、輻輳・開散運動のためのキューを提供し得る。遠近調節するためのキューは、遠近調節を生じさせ、眼の水晶体がオブジェクトの集束された画像を眼の網膜（例えば、中心窩）上に形成する特定の遠近調節状態をとる結果をもたらす。一方、輻輳・開散運動のためのキューは、各眼の各網膜上に形成される画像が単一両眼視を維持する対応する網膜点にあるように、輻輳・開散運動移動（眼の回転）を生じさせる。これらの位置では、眼は、特定の輻輳・開散運動状態をとっていると言え得る。図４Ａを継続して参照すると、遠近調節は、眼が特定の遠近調節状態を達成するプロセスであると理解され得、輻輳・開散運動は、眼が特定の輻輳・開散運動状態を達成するプロセスであると理解され得る。図４Ａに示されるように、眼の遠近調節および輻輳・開散運動状態は、ユーザが別のオブジェクトを固視する場合、変化し得る。例えば、遠近調節された状態は、ユーザがｚ−軸上の異なる深度における新しいオブジェクトを固視する場合、変化し得る。
【００７０】
理論によって限定されるわけではないが、オブジェクトの視認者は、輻輳・開散運動および遠近調節の組み合わせに起因して、オブジェクトを「３次元」であると知覚し得ると考えられる。前述のように、２つの眼の相互に対する輻輳・開散運動移動（例えば、瞳孔が相互に向かって、またはそこから移動し、眼の視線を収束させ、オブジェクトを固視するような眼の回転）は、眼の水晶体の遠近調節と密接に関連付けられる。通常条件下では、眼の水晶体の形状を変化させ、１つのオブジェクトから異なる距離における別のオブジェクトに焦点を変化させることは、自動的に、「遠近調節−輻輳・開散運動反射」として知られる関係下、同一距離まで輻輳・開散運動における整合する変化を生じさせるであろう。同様に、輻輳・開散運動における変化は、通常条件下、水晶体形状における整合する変化を誘起するであろう。
【００７１】
ここで図４Ｂを参照すると、眼の異なる遠近調節および輻輳・開散運動状態の実施例が、図示される。対の眼２２２ａは、光学無限遠におけるオブジェクトを固視する一方、対の眼２２２ｂは、光学無限遠未満におけるオブジェクト２２１を固視する。着目すべきこととして、各対の眼の輻輳・開散運動状態は、異なり、対の眼２２２ａは、まっすぐ指向される一方、対の眼２２２は、オブジェクト２２１上に収束する。各対の眼２２２ａおよび２２２ｂを形成する眼の遠近調節状態もまた、水晶体２１０ａ、２２０ａの異なる形状によって表されるように異なる。
【００７２】
望ましくないことに、従来の「３−Ｄ」ディスプレイシステムの多くのユーザは、これらのディスプレイにおける遠近調節と輻輳・開散運動状態との間の不整合に起因して、そのような従来のシステムを不快であると見出す、または奥行感を全く知覚しない場合がある。前述のように、多くの立体視または「３−Ｄ」ディスプレイシステムは、若干異なる画像を各眼に提供することによって、場面を表示する。そのようなシステムは、それらが、とりわけ、単に、場面の異なる提示を提供し、眼の輻輳・開散運動状態に変化を生じさせるが、それらの眼の遠近調節状態に対応する変化を伴わないため、多くの視認者にとって不快である。むしろ、画像は、眼が全ての画像情報を単一遠近調節状態において視認するように、ディスプレイによって眼から固定距離に示される。そのような配列は、遠近調節状態における整合する変化を伴わずに輻輳・開散運動状態に変化を生じさせることによって、「遠近調節−輻輳・開散運動反射」に逆らう。本不整合は、視認者不快感を生じさせると考えられる。遠近調節と輻輳・開散運動との間のより良好な整合を提供する、ディスプレイシステムは、３次元画像のより現実的かつ快適なシミュレーションを形成し得る。
【００７３】
理論によって限定されるわけではないが、ヒトの眼は、典型的には、有限数の深度平面を解釈し、深度知覚を提供することができると考えられる。その結果、知覚された深度の高度に真実味のあるシミュレーションが、眼にこれらの限定数の深度平面のそれぞれに対応する画像の異なる提示を提供することによって達成され得る。いくつかの実施形態では、異なる提示は、輻輳・開散運動のためのキューおよび遠近調節するための整合するキューの両方を提供し、それによって、生理学的に正しい遠近調節−輻輳・開散運動整合を提供してもよい。
【００７４】
図４Ｂを継続して参照すると、眼２１０、２２０からの空間内の異なる距離に対応する、２つの深度平面２４０が、図示される。所与の深度平面２４０に関して、輻輳・開散運動キューが、眼２１０、２２０毎に適切に異なる視点の画像を表示することによって提供されてもよい。加えて、所与の深度平面２４０に関して、各眼２１０、２２０に提供される画像を形成する光は、その深度平面２４０の距離におけるある点によって生成されたライトフィールドに対応する波面発散を有してもよい。
【００７５】
図示される実施形態では、点２２１を含有する、深度平面２４０のｚ−軸に沿った距離は、１ｍである。本明細書で使用されるように、ｚ−軸に沿った距離または深度は、ユーザの眼の射出瞳に位置するゼロ点を用いて測定されてもよい。したがって１ｍの深度に位置する深度平面２４０は、眼が光学無限遠に向かって指向された状態でそれらの眼の光学軸上のユーザの眼の射出瞳から１ｍ離れた距離に対応する。近似値として、ｚ−軸に沿った深度または距離は、ユーザの眼の正面のディスプレイ（例えば、導波管の表面）から測定され、デバイスとユーザの眼の射出瞳との間の距離に関する値が加えられてもよい。その値は、瞳距離と呼ばれ、ユーザの眼の射出瞳と眼の正面のユーザによって装着されるディスプレイとの間の距離に対応し得る。実際は、瞳距離に関する値は、概して、全ての視認者に関して使用される、正規化された値であってもよい。例えば、瞳距離は、２０ｍｍであると仮定され得、１ｍの深度における深度平面は、ディスプレイの正面の９８０ｍｍの距離にあり得る。
【００７６】
ここで図４Ｃおよび４Ｄを参照すると、整合遠近調節−輻輳・開散運動距離および不整合遠近調節−輻輳・開散運動距離の実施例が、それぞれ、図示される。図４Ｃに図示されるように、ディスプレイシステムは、仮想オブジェクトの画像を各眼２１０、２２０に提供してもよい。画像は、眼２１０、２２０に、眼が深度平面２４０上の点１５上に収束する、輻輳・開散運動状態をとらせ得る。加えて、画像は、その深度平面２４０における実オブジェクトに対応する波面曲率を有する光によって形成され得る。その結果、眼２１０、２２０は、画像がそれらの眼の網膜上に合焦する、遠近調節状態をとる。したがって、ユーザは、仮想オブジェクトを深度平面２４０上の点１５にあるように知覚し得る。
【００７７】
眼２１０、２２０の遠近調節および輻輳・開散運動状態はそれぞれ、ｚ−軸上の特定の距離と関連付けられることを理解されたい。例えば、眼２１０、２２０からの特定の距離におけるオブジェクトは、それらの眼に、オブジェクトの距離に基づいて、特定の遠近調節状態をとらせる。特定の遠近調節状態と関連付けられた距離は、遠近調節距離Ａｄと称され得る。同様に、特定の輻輳・開散運動状態における眼と関連付けられた特定の輻輳・開散運動距離Ｖｄまたは相互に対する位置が、存在する。遠近調節距離および輻輳・開散運動距離が整合する場合、遠近調節と輻輳・開散運動との間の関係は、生理学的に正しいと言える。これは、視認者に最も快適なシナリオであると見なされる。
【００７８】
しかしながら、立体視ディスプレイでは、遠近調節距離および輻輳・開散運動距離は、常時、整合しない場合がある。例えば、図４Ｄに図示されるように、眼２１０、２２０に表示される画像は、深度平面２４０に対応する波面発散を伴って表示され得、眼２１０、２２０は、その深度平面上の点１５ａ、１５ｂが合焦する、特定の遠近調節状態をとり得る。しかしながら、眼２１０、２２０に表示される画像は、眼２１０、２２０を深度平面２４０上に位置しない点１５上に収束させる、輻輳・開散運動のためのキューを提供し得る。その結果、遠近調節距離は、いくつかの実施形態では、眼２１０、２２０の射出瞳から深度平面２４０の距離に対応する一方、輻輳・開散運動距離は、眼２１０、２２０の射出瞳から点１５までのより大きい距離に対応する。遠近調節距離は、輻輳・開散運動距離と異なる。その結果、遠近調節−輻輳・開散運動不整合が存在する。そのような不整合は、望ましくないと見なされ、不快感をユーザに生じさせ得る。不整合は、距離（例えば、Ｖｄ−Ａｄ）に対応し、ジオプタを使用して特性評価され得ることを理解されたい。
【００７９】
いくつかの実施形態では、眼２１０、２２０の射出瞳以外の参照点も、同一参照点が遠近調節距離および輻輳・開散運動距離のために利用される限り、遠近調節−輻輳・開散運動不整合を決定するための距離を決定するために利用されてもよいことを理解されたい。例えば、距離は、角膜から深度平面、網膜から深度平面、接眼レンズ（例えば、ディスプレイデバイスの導波管）から深度平面等まで測定され得る。
【００８０】
理論によって限定されるわけではないが、ユーザは、不整合自体が有意な不快感を生じさせずに、依然として、最大約０．２５ジオプタ、最大約０．３３ジオプタ、および最大約０．５ジオプタの遠近調節−輻輳・開散運動不整合を生理学的に正しいと知覚し得ると考えられる。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるディスプレイシステム（例えば、ディスプレイシステム２５０、図６）は、約０．５ジオプタまたはそれ未満の遠近調節−輻輳・開散運動不整合を有する、画像を視認者に提示する。いくつかの他の実施形態では、ディスプレイシステムによって提供される画像の遠近調節−輻輳・開散運動不整合は、約０．３３ジオプタまたはそれ未満である。さらに他の実施形態では、ディスプレイシステムによって提供される画像の遠近調節−輻輳・開散運動不整合は、約０．１ジオプタまたはそれ未満を含む、約０．２５ジオプタまたはそれ未満である。
【００８１】
図５は、波面発散を修正することによって、３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。ディスプレイシステムは、画像情報でエンコードされた光７７０を受信し、その光をユーザの眼２１０に出力するように構成される、導波管２７０を含む。導波管２７０は、所望の深度平面２４０上のある点によって生成されたライトフィールドの波面発散に対応する定義された波面発散量を伴って光６５０を出力してもよい。いくつかの実施形態では、同一量の波面発散が、その深度平面上に提示される全てのオブジェクトのために提供される。加えて、ユーザの他方の眼は、類似導波管からの画像情報を提供され得るように図示されるであろう。
【００８２】
いくつかの実施形態では、単一導波管が、単一または限定数の深度平面に対応する設定された波面発散量を伴う光を出力するように構成されてもよく、および／または導波管は、限定された範囲の波長の光を出力するように構成されてもよい。その結果、いくつかの実施形態では、複数またはスタックの導波管が、異なる深度平面のための異なる波面発散量を提供し、および／または異なる範囲の波長の光を出力するために利用されてもよい。本明細書で使用されるように、深度平面は、平面であってもよい、または湾曲表面の輪郭に追従してもよいことを理解されたい。
【００８３】
図６は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図示する。ディスプレイシステム２５０は、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０を使用して３次元知覚を眼／脳に提供するために利用され得る、導波管のスタックまたはスタックされた導波管アセンブリ２６０を含む。ディスプレイシステム２５０は、いくつかの実施形態では、ライトフィールドディスプレイと見なされてもよいことを理解されたい。加えて、導波管アセンブリ２６０はまた、接眼レンズとも称され得る。
【００８４】
いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム２５０は、輻輳・開散運動するための実質的に連続キューおよび遠近調節するための複数の離散キューを提供するように構成されてもよい。輻輳・開散運動のためのキューは、異なる画像をユーザの眼のそれぞれに表示することによって提供されてもよく、遠近調節のためのキューは、選択可能な離散量の波面発散を伴う画像を形成する光を出力することによって提供されてもよい。換言すると、ディスプレイシステム２５０は、可変レベルの波面発散を伴う光を出力するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、波面発散の各離散レベルは、特定の深度平面に対応し、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの特定の１つによって提供されてもよい。
【００８５】
図６を継続して参照すると、導波管アセンブリ２６０はまた、複数の特徴３２０、３３０、３４０、３５０を導波管の間に含んでもよい。いくつかの実施形態では、特徴３２０、３３０、３４０、３５０は、１つ以上のレンズであってもよい。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０および／または複数のレンズ３２０、３３０、３４０、３５０は、種々のレベルの波面曲率または光線発散を用いて画像情報を眼に送信するように構成されてもよい。各導波管レベルは、特定の深度平面と関連付けられてもよく、その深度平面に対応する画像情報を出力するように構成されてもよい。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、導波管のための光源として機能してもよく、画像情報を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入するために利用されてもよく、それぞれ、本明細書に説明されるように、眼２１０に向かって出力のために各個別の導波管を横断して入射光を分散させるように構成されてもよい。光は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００の出力表面４１０、４２０、４３０、４４０、４５０から出射し、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の対応する入力表面４６０、４７０、４８０、４９０、５００の中に投入される。いくつかの実施形態では、入力表面４６０、４７０、４８０、４９０、５００はそれぞれ、対応する導波管の縁であってもよい、または対応する導波管の主要表面の一部（すなわち、世界５１０または視認者の眼２１０に直接面する導波管表面のうちの１つ）であってもよい。いくつかの実施形態では、光の単一ビーム（例えば、コリメートされたビーム）が、各導波管の中に投入され、クローン化されたコリメートビームの全体場を出力してもよく、これは、特定の導波管と関連付けられた深度平面に対応する特定の角度（および発散量）において眼２１０に向かって指向される。いくつかの実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のうちの単一の１つは、複数（例えば、３つ）の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０と関連付けられ、その中に光を投入してもよい。
【００８６】
いくつかの実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００はそれぞれ、それぞれ対応する導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中への投入のために画像情報を生成する、離散ディスプレイである。いくつかの他の実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、例えば、画像情報を１つ以上の光学導管（光ファイバケーブル等）を介して画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のそれぞれに送り得る、単一の多重化されたディスプレイの出力端である。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００によって提供される画像情報は、異なる波長または色（例えば、本明細書に議論されるように、異なる原色）の光を含んでもよいことを理解されたい。
【００８７】
いくつかの実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入される光は、光プロジェクタシステム５２０によって提供され、これは、光モジュール５３０を備え、これは、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光エミッタを含んでもよい。光モジュール５３０からの光は、ビームスプリッタ５５０を介して、光変調器５４０、例えば、空間光変調器によって指向および修正されてもよい。光変調器５４０は、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入される光の知覚される強度を変化させ、光を画像情報でエンコードするように構成されてもよい。空間光変調器の実施例は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を含み、シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）ディスプレイを含む。このように、光変調器５４０は、事実上、ディスプレイシステム２５０のマイクロディスプレイコンポーネントとしての役割を果たし得る。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、図式的に図示され、いくつかの実施形態では、これらの画像投入デバイスは、光を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の関連付けられたものの中に出力するように構成される、共通投影システム内の異なる光経路および場所を表し得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、導波管アセンブリ２６０の導波管は、導波管の中に投入された光をユーザの眼に中継しながら、理想的レンズとして機能し得る。本概念では、オブジェクトは、空間光変調器５４０であってもよく、画像は、深度平面上の画像であってもよい。
【００８８】
いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム２５０は、光を種々のパターン（例えば、ラスタ走査、螺旋走査、リサジューパターン等）で１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に、最終的には、視認者の眼２１０に投影するように構成される、１つ以上の走査ファイバを備える、走査ファイバディスプレイであってもよい。いくつかの実施形態では、図示される画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、光を１つまたは複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入するように構成される、単一走査ファイバまたは走査ファイバの束を図式的に表し得る。いくつかの他の実施形態では、図示される画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、複数の走査ファイバまたは走査ファイバの複数の束を図式的に表し得、それぞれ、光を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの関連付けられた１つの中に投入するように構成される。１つ以上の光ファイバは、光を光モジュール５３０から１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０に透過するように構成されてもよいことを理解されたい。１つ以上の介在光学構造が、走査ファイバまたは複数のファイバと、１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０との間に提供され、例えば、走査ファイバから出射する光を１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に再指向してもよいことを理解されたい。
【００８９】
コントローラ５６０は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００、光源５３０、および光変調器５４０の動作を含む、スタックされた導波管アセンブリ２６０のうちの１つ以上のものの動作を制御する。いくつかの実施形態では、コントローラ５６０は、ローカルデータ処理モジュール１４０の一部である。コントローラ５６０は、例えば、本明細書に開示される種々のスキームのいずれかに従って、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０への画像情報のタイミングおよびプロビジョニングを調整する、プログラミング（例えば、非一過性媒体内の命令）を含む。いくつかの実施形態では、コントローラは、単一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９D）の一部であってもよい。
【００９０】
図６を継続して参照すると、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、全内部反射（ＴＩＲ）によって各個別の導波管内で光を伝搬するように構成されてもよい。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０はそれぞれ、主要上部表面および主要底部表面およびそれらの主要上部表面と主要底部表面との間に延在する縁を伴う、平面である、または別の形状（例えば、湾曲）を有してもよい。図示される構成では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０はそれぞれ、各個別の導波管内で伝搬する光を導波管から再指向し、画像情報を眼２１０に出力することによって、光を導波管から抽出するように構成される、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０を含んでもよい。抽出された光はまた、外部結合光と称され得、外部結合光学要素光はまた、光抽出光学要素と称され得る。抽出された光のビームは、導波管によって、導波管内を伝搬する光が光抽出光学要素に衝打する場所において出力され得る。外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、例えば、本明細書にさらに議論されるような回折光学特徴を含む、格子であってもよい。説明の容易性および図面の明確性のために、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の底部主要表面に配置されて図示されるが、いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、本明細書にさらに議論されるように、上部主要表面および／または底部主要表面に配置されてもよい、および／または導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の体積内に直接配置されてもよい。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、透明基板に取り付けられ、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０を形成する、材料の層内に形成されてもよい。いくつかの他の実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、材料のモノリシック部品であってもよく、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、材料のその部品の表面上および／またはその内部に形成されてもよい。
【００９１】
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３５０および第２の３４０レンズの両方を通して通過させる。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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
図６を継続して参照すると、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、導波管と関連付けられた特定の深度平面のために、光をその個別の導波管から再指向し、かつ本光を適切な量の発散またはコリメーションを伴って出力するように構成されてもよい。その結果、異なる関連付けられた深度平面を有する導波管は、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０の異なる構成を有してもよく、これは、関連付けられた深度平面に応じて、異なる量の発散を伴う光を出力する。いくつかの実施形態では、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、体積特徴または表面特徴であってもよく、これは、具体的角度で光を出力するように構成されてもよい。例えば、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、体積ホログラム、表面ホログラム、および／または回折格子であってもよい。いくつかの実施形態では、特徴３２０、３３０、３４０、３５０は、レンズではなくてもよい。むしろ、それらは、単に、スペーサ（例えば、クラッディング層および／または空隙を形成するための構造）であってもよい。
【００９５】
いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、回折パターンを形成する回折特徴または「回折光学要素」（また、本明細書では、「ＤＯＥ」とも称される）である。好ましくは、ＤＯＥは、ビームの光の一部のみがＤＯＥの各交差部で眼２１０に向かって偏向される一方、残りがＴＩＲを介して、導波管を通して移動し続けるように、十分に低回折効率を有する。画像情報を搬送する光は、したがって、様々な場所において導波管から出射する、いくつかの関連出射ビームに分割され、その結果、導波管内でバウンスする本特定のコリメートされたビームに関して、眼２１０に向かって非常に均一パターンの出射放出となる。
【００９６】
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）。
【００９７】
いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０（例えば、可視光および赤外線光カメラを含む、デジタルカメラ）が、眼２１０および／または眼２１０の周囲の組織の画像を捕捉し、例えば、ユーザ入力を検出する、および／またはユーザの生理学的状態を監視するために提供されてもよい。本明細書で使用されるように、カメラは、任意の画像捕捉デバイスであってもよい。いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０は、画像捕捉デバイスと、光（例えば、赤外線光）を眼に投影し、次いで、その光が眼によって反射され、画像捕捉デバイスによって検出され得る、光源とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０は、フレーム８０（図９Ｄ）に取り付けられてもよく、カメラアセンブリ６３０からの画像情報を処理し得る、処理モジュール１４０および／または１５０と電気通信してもよい。いくつかの実施形態では、１つのカメラアセンブリ６３０が、眼毎に利用され、各眼を別個に監視してもよい。
【００９８】
ここで図７を参照すると、導波管によって出力された出射ビームの実施例が、示される。１つの導波管が図示されるが、導波管アセンブリ２６０（図６）内の他の導波管も同様に機能し得、導波管アセンブリ２６０は、複数の導波管を含むことを理解されたい。光６４０が、導波管２７０の入力表面４６０において導波管２７０の中に投入され、ＴＩＲによって導波管２７０内を伝搬する。光６４０がＤＯＥ５７０上に衝突する点では、光の一部は、導波管から出射ビーム６５０として出射する。出射ビーム６５０は、略平行として図示されるが、本明細書に議論されるように、また、導波管２７０と関連付けられた深度平面に応じて、ある角度（例えば、発散出射ビーム形成）において眼２１０に伝搬するように再指向されてもよい。略平行出射ビームは、眼２１０からの遠距離（例えば、光学無限遠）における深度平面に設定されるように現れる画像を形成するように光を外部結合する、外部結合光学要素を伴う導波管を示し得ることを理解されたい。他の導波管または他の外部結合光学要素のセットは、より発散する、出射ビームパターンを出力してもよく、これは、眼２１０がより近い距離に遠近調節し、網膜に合焦させることを要求し、光学無限遠より眼２１０に近い距離からの光として脳によって解釈されるであろう。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
図８を継続して参照すると、いくつかの実施形態では、Ｇは、緑色であって、Ｒは、赤色であって、Ｂは、青色である。いくつかの他の実施形態では、マゼンタ色およびシアン色を含む、光の他の波長と関連付けられた他の色も、赤色、緑色、または青色のうちの１つ以上のものに加えて使用されてもよい、またはそれらに取って代わってもよい。
【０１０２】
本開示全体を通した所与の光の色の言及は、視認者によってその所与の色であるように知覚される、光の波長の範囲内の１つ以上の波長の光を包含するものと理解されるであろうことを理解されたい。例えば、赤色光は、約６２０〜７８０ｎｍの範囲内の１つ以上の波長の光を含んでもよく、緑色光は、約４９２〜５７７ｎｍの範囲内の１つ以上の波長の光を含んでもよく、青色光は、約４３５〜４９３ｎｍの範囲内の１つ以上の波長の光を含んでもよい。
【０１０３】
いくつかの実施形態では、光源５３０（図６）は、視認者の視覚的知覚範囲外の１つ以上の波長、例えば、赤外線および／または紫外線波長の光を放出するように構成されてもよい。加えて、ディスプレイ２５０の導波管の内部結合、外部結合、および他の光再指向構造は、例えば、結像および／またはユーザ刺激用途のために、本光をディスプレイからユーザの眼２１０に向かって指向および放出するように構成されてもよい。
【０１０４】
ここで図９Ａを参照すると、いくつかの実施形態では、導波管に衝突する光は、その光を導波管の中に内部結合するために再指向される必要があり得る。内部結合光学要素が、光をその対応する導波管の中に再指向および内部結合するために使用されてもよい。図９Ａは、それぞれ、内部結合光学要素を含む、複数またはセット６６０のスタックされた導波管の実施例の断面側面図を図示する。導波管はそれぞれ、１つ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。
【０１０５】
スタックされた導波管の図示されるセット６６０は、導波管６７０、６８０、および６９０を含む。各導波管は、関連付けられた内部結合光学要素（導波管上の光入力面積とも称され得る）を含み、例えば、内部結合光学要素７００は、導波管６７０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置され、内部結合光学要素７１０は、導波管６８０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置され、内部結合光学要素７２０は、導波管６９０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置される。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０のうちの１つ以上のものは、個別の導波管６７０、６８０、６９０の底部主要表面上に配置されてもよい（特に、１つ以上の内部結合光学要素は、反射性偏向光学要素である）。図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、その個別の導波管６７０、６８０、６９０の上側主要表面（または次の下側導波管の上部）上に配置されてもよく、特に、それらの内部結合光学要素は、透過性偏向光学要素である。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、個別の導波管６７０、６８０、６９０の本体内に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、本明細書に議論されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、他の光の波長を透過しながら、１つ以上の光の波長を選択的に再指向するような波長選択的である。その個別の導波管６７０、６８０、６９０の片側または角に図示されるが、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、いくつかの実施形態では、その個別の導波管６７０、６８０、６９０の他の面積内に配置されてもよいことを理解されたい。
【０１０６】
図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、相互から側方にオフセットされてもよい。いくつかの実施形態では、各内部結合光学要素は、その光が別の内部結合光学要素を通して通過せずに、光を受信するようにオフセットされてもよい。例えば、各内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、図６に示されるように、光を異なる画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、および４００から受信するように構成されてもよく、光を内部結合光学要素７００、７１０、７２０の他のものから実質的に受信しないように、他の内部結合光学要素７００、７１０、７２０から分離されてもよい（例えば、側方に離間される）。
【０１０７】
各導波管はまた、関連付けられた光分散要素を含み、例えば、光分散要素７３０は、導波管６７０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置され、光分散要素７４０は、導波管６８０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置され、光分散要素７５０は、導波管６９０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置される。いくつかの他の実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０の底部主要表面上に配置されてもよい。いくつかの他の実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０の上部および底部両方の主要表面上に配置されてもよい、または光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、異なる関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０内の上部主要表面および底部主要表面の異なるもの上に配置されてもよい。
【０１０８】
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を０．０５またはそれを上回って、または０．１０またはそれを下回る。有利には、より低い屈折率層７６０ａ、７６０ｂは、導波管６７０、６８０、６９０を通して光の全内部反射（ＴＩＲ）（例えば、各導波管の上部主要表面および底部主要表面間の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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
いくつかの実施形態では、光線７７０、７８０、７９０は、異なる色に対応し得る、異なる性質、例えば、異なる波長または異なる波長範囲を有する。内部結合光学要素７００、７１０、７２０はそれぞれ、光が、ＴＩＲによって、導波管６７０、６８０、６９０のうちの個別の１つを通して伝搬するように、入射光を偏向させる。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０はそれぞれ、他の波長を下層導波管および関連付けられた内部結合光学要素に透過させながら、１つ以上の特定の光の波長を選択的に偏向させる。
【０１１２】
例えば、内部結合光学要素７００は、それぞれ、異なる第２および第３の波長または波長範囲を有する、光線７８０および７９０を透過させながら、第１の波長または波長範囲を有する、光線７７０を選択的に偏向させるように構成されてもよい。透過された光線７８０は、第２の波長または波長範囲の光を選択的に偏向させるように構成される、内部結合光学要素７１０に衝突し、それによって偏向される。光線７９０は、第３の波長または波長範囲の光を選択的に偏向させるように構成される、内部結合光学要素７２０によって偏向される。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
いくつかの実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）である。いくつかの実施形態では、ＯＰＥは、光を外部結合光学要素８００、８１０、８２０に偏向または分散し、いくつかの実施形態では、また、外部結合光学要素に伝搬するにつれて、本光のビームまたはスポットサイズを増加させ得る。いくつかの実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、省略されてもよく、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、光を直接外部結合光学要素８００、８１０、８２０に偏向させるように構成されてもよい。例えば、図９Ａを参照すると、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、外部結合光学要素８００、８１０、８２０と置換されてもよい。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素８００、８１０、８２０は、光を視認者の眼２１０（図７）に指向させる、射出瞳（ＥＰ）または射出瞳エクスパンダ（ＥＰＥ）である。ＯＰＥは、少なくとも１つの軸においてアイボックスの寸法を増加させるように構成されてもよく、ＥＰＥは、ＯＰＥの軸と交差する、例えば、直交する軸においてアイボックスを増加させてもよいことを理解されたい。例えば、各ＯＰＥは、光の残りの部分が導波管を辿って伝搬し続けることを可能にしながら、ＯＰＥに衝打する光の一部を同一導波管のＥＰＥに再指向するように構成されてもよい。ＯＰＥへの衝突に応じて、再び、残りの光の別の部分は、ＥＰＥに再指向され、その部分の残りの部分は、導波管等を辿ってさらに伝搬し続ける。同様に、ＥＰＥへの衝打に応じて、衝突光の一部は、導波管からユーザに向かって指向され、その光の残りの部分は、ＥＰに再び衝打するまで、導波管を通して伝搬し続け、その時点で、衝突する光の別の部分は、導波管から指向される等となる。その結果、内部結合された光の単一ビームは、その光の一部がＯＰＥまたはＥＰＥによって再指向される度に、「複製」され、それによって、図６に示されるように、クローン化された光のビーム野を形成し得る。いくつかの実施形態では、ＯＰＥおよび／またはＥＰＥは、光のビームのサイズを修正するように構成されてもよい。
【０１１６】
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の光内部結合光学要素７２０に衝突する。光内部結合光学要素７２０は、光線が、ＴＩＲによって、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７５０、次いで、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８２０に伝搬するように、光線７９０を偏向させる。外部結合光学要素８２０は、次いで、最後に、光線７９０を視認者に外部結合し、視認者はまた、他の導波管６７０、６８０からの外部結合した光も受信する。
【０１１７】
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。
【０１１８】
図９Ｄは、本明細書に開示される種々の導波管および関連システムが統合され得る、ウェアラブルディスプレイシステム６０の実施例を図示する。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム６０は、図６のシステム２５０であって、図６は、そのシステム６０のいくつかの部分をより詳細に図式的に示す。例えば、図６の導波管アセンブリ２６０は、ディスプレイ７０の一部であってもよい。
【０１１９】
図９Ｄを継続して参照すると、ディスプレイシステム６０は、ディスプレイ７０と、そのディスプレイ７０の機能をサポートするための種々の機械的および電子的モジュールおよびシステムとを含む。ディスプレイ７０は、フレーム８０に結合されてもよく、これは、ディスプレイシステムユーザまたは視認者９０によって装着可能であって、ディスプレイ７０をユーザ９０の眼の正面に位置付けるように構成される。ディスプレイ７０は、いくつかの実施形態では、接眼レンズと見なされ得る。いくつかの実施形態では、スピーカ１００が、フレーム８０に結合され、ユーザ９０の外耳道に隣接して位置付けられるように構成される（いくつかの実施形態では、示されない別のスピーカも、随意に、ユーザの他方の外耳道に隣接して位置付けられ、ステレオ／成形可能音制御を提供してもよい）。ディスプレイシステム６０はまた、１つ以上のマイクロホン１１０または他のデバイスを含み、音を検出してもよい。いくつかの実施形態では、マイクロホンは、ユーザが入力またはコマンドをシステム６０に提供することを可能にするように構成され（例えば、音声メニューコマンドの選択、自然言語質問等）、および／または他の人物（例えば、類似ディスプレイシステムの他のユーザ）とのオーディオ通信を可能にしてもよい。マイクロホンはさらに、周辺センサとして構成され、オーディオデータ（例えば、ユーザおよび／または環境からの音）を収集してもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムはまた、周辺センサ１２０ａを含んでもよく、これは、フレーム８０と別個であって、ユーザ９０の身体（例えば、ユーザ９０の頭部、胴体、四肢等）上に取り付けられてもよい。周辺センサ１２０ａは、いくつかの実施形態では、ユーザ９０の生理学的状態を特徴付けるデータを入手するように構成されてもよい。例えば、センサ１２０ａは、電極であってもよい。
【０１２０】
図９Ｄを継続して参照すると、ディスプレイ７０は、有線導線または無線コネクティビティ等の通信リンク１３０によって、ローカルデータ処理モジュール１４０に動作可能に結合され、これは、フレーム８０を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、ヘッドホン内に埋設される、または別様にユーザ９０に除去可能に取り付けられる（例えば、リュック式構成において、ベルト結合式構成において）等、種々の構成で搭載されてもよい。同様に、センサ１２０ａは、通信リンク１２０ｂ、例えば、有線導線または無線コネクティビティによって、ローカルプロセッサおよびデータモジュール１４０に動作可能に結合されてもよい。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、ハードウェアプロセッサおよび不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリまたはハードディスクドライブ）等のデジタルメモリを備えてもよく、両方とも、データの処理、キャッシュ、および記憶を補助するために利用されてもよい。随意に、ローカル処理およびデータモジュール１４０は、１つ以上の中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、専用処理ハードウェア等を含んでもよい。データは、ａ）センサ（画像捕捉デバイス（カメラ等）、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、ジャイロスコープ、および／または本明細書に開示される他のセンサ（例えば、フレーム８０に動作可能に結合される、または別様にユーザ９０に取り付けられ得る））から捕捉されたデータ、および／またはｂ）可能性として処理または読出後にディスプレイ７０への通過のための遠隔処理モジュール１５０および／または遠隔データリポジトリ１６０（仮想コンテンツに関連するデータを含む）を使用して取得および／または処理されたデータを含んでもよい。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、これらの遠隔モジュール１５０、１６０が相互に動作可能に結合され、ローカル処理およびデータモジュール１４０に対するリソースとして利用可能であるように、有線または無線通信リンクを介して等、通信リンク１７０、１８０によって、遠隔処理モジュール１５０および遠隔データリポジトリ１６０に動作可能に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、ローカル処理およびデータモジュール１４０は、画像捕捉デバイス、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、および／またはジャイロスコープのうちの１つ以上のものを含んでもよい。いくつかの他の実施形態では、これらのセンサのうちの１つ以上のものは、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。
【０１２１】
図９Ｄを継続して参照すると、いくつかの実施形態では、遠隔治療モジュール１５０は、データおよび／または画像情報を分析および処理するように構成される、１つ以上のプロセッサを備えてもよく、例えば、１つ以上の中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、専用処理ハードウェア等を含んでもよい。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ１６０は、インターネットまたは「クラウド」リソース構成における他のネットワーキング構成を通して利用可能であり得る、デジタルデータ記憶設備を備えてもよい。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ１６０は、１つ以上の遠隔サーバを含んでもよく、これは、情報、例えば、拡張現実コンテンツをローカル処理およびデータモジュール１４０および／または遠隔治療モジュール１５０に生成するための情報を提供する。いくつかの実施形態では、全てのデータが、記憶され、全ての計算は、ローカル処理およびデータモジュール内で行われ、遠隔モジュールからの完全に自律的使用を可能にする。随意に、ＣＰＵ、ＧＰＵ等を含む、外部システム（例えば、１つ以上のプロセッサ、１つ以上のコンピュータのシステム）が、処理（例えば、画像情報を生成する、データを処理する）の少なくとも一部を実施し、例えば、無線または有線接続を介して、情報をモジュール１４０、１５０、１６０に提供し、情報をそこから受信してもよい。
【０１２２】
適応レンズアセンブリ
図６を参照して上記に説明されるように、実施形態による、いくつかのディスプレイシステムは、画像を複数の仮想深度平面に形成するように構成される、導波管アセンブリ２６０を含む。図示される実施形態では、画像は、例えば、画像を異なる深度平面のうちの１つに形成するように構成される、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０を使用して形成されてもよい。導波管アセンブリ２６０はまた、随意に、複数のレンズ３２０、３３０、３４０、３５０を導波管間に含んでもよい。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、種々の屈折力を有し、画像を異なる仮想深度平面に形成してもよい。
【０１２３】
しかしながら、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０はそれぞれ、導波管アセンブリ２６０の全体的厚さ、重量、およびコストを増加させるため、より少ない導波管を伴って、画像を複数の仮想深度平面に形成することが望ましいであろう。加えて、従来のレンズ材料から形成されると、随意の光学レンズ３２０、３３０、３４０、３５０はそれぞれ、数ミリメートルまたは数十ミリメートルを厚さに、かつ対応する重量をディスプレイに追加し得る。
【０１２４】
本明細書に説明される種々の実施形態では、ディスプレイデバイスは、導波管アセンブリと、１つ以上の適応レンズアセンブリとを使用して、画像を異なる仮想深度平面に形成するように構成される。いくつかの実施形態では、適応レンズアセンブリは、従来のレンズと比較して、有意により軽量かつより薄い（数ミクロン）、液晶を備え、有利には、切替可能（例えば、電気的に切替可能）であるように構成され得る。有利には、そのような適応レンズアセンブリは、アセンブリ２６０等の導波管アセンブリの数、厚さ、および重量を低減させ得る。本明細書で使用されるように、屈折力（屈折力、集束力、または収束力とも称される）は、レンズ、ミラー、または他の光学システムが、光を収束または発散させる程度である。これは、デバイスの焦点距離の逆数：Ｐ＝１／ｆと等しい。すなわち、高屈折力は、短焦点距離に対応する。屈折力に関するＳＩ単位は、毎メートル（ｍ−１）であって、これは、一般に、ジオプタと呼ばれる。本明細書に説明されるように、収束レンズは、正の屈折力を有するように説明される一方、発散レンズは、負の電力を有するように説明される。理論によって拘束されるわけではないが、光が、相互に比較的に近接する２つ以上の薄いレンズを通して通過するとき、組み合わせられたレンズの屈折力は、個々のレンズの屈折力の和として近似され得る。したがって、光が、第１の屈折力Ｐ１を有する第１のレンズを通して通過し、第２の屈折力Ｐ２を有する第２のレンズをさらに通して通過するとき、光は、屈折力の和Ｐ＝Ｐ１＋Ｐ２に従って収束または発散すると理解され得る。
【０１２５】
図１０は、導波管アセンブリ１０１２によって介在される、１つ以上の適応レンズアセンブリ、例えば、一対の適応レンズアセンブリ１００４、１００８を光学経路１０１６内に備える、ディスプレイデバイス１０００、例えば、ウェアラブルディスプレイデバイスの実施例を図示する。上記に説明されるように、導波管アセンブリは、全内部反射下、光（例えば、可視光）を伝搬し、導波管の光出力表面（例えば、導波管の主要表面）から（例えば、それに対して法線の方向に）延在する光学軸において、光を外部結合するように構成される、導波管を含む。光は、いくつかの実施形態では、回折格子によって外部結合されてもよい。適応レンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、少なくとも部分的に、外部結合される光をそれを通して透過させるように構成されてもよい。図示される実施形態では、適応レンズアセンブリはそれぞれ、導波管アセンブリ１０１２から外部結合される光を受信し、外部結合される光を光学軸方向に収束または発散させるように構成されてもよい。適応レンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、切替可能な波長板によって介在される、第１および第２の波長板レンズを備える。第１および第２の波長板レンズはそれぞれ、それを通して通過する外部結合される光の偏光状態を改変するように構成されてもよい。切替可能な波長板は、アクティブ化される（例えば、電気的にアクティブ化される）と、それを通して通過する外部結合される光の偏光状態を改変するように構成されてもよい。
【０１２６】
本明細書で使用されるように、適応レンズアセンブリは、調節され得る、例えば、外部刺激を使用して、可逆的にアクティブ化および非アクティブ化され得る、少なくとも１つの光学性質を有する、レンズアセンブリを指す。可逆的にアクティブ化および非アクティブ化され得る、例示的光学性質は、他の性質の中でもとりわけ、屈折力（焦点距離）、位相、偏光、偏光選択性、透過率、反射率、複屈折、および回折性質を含む。種々の実施形態では、適応レンズアセンブリは、それを通して通過する光の屈折力および偏光状態を電気的に変動させることが可能である。
【０１２７】
図示される実施形態では、対の適応レンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、電気的にアクティブ化および非アクティブ化されるように構成され、非アクティブ化状態では、適応レンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、第１の屈折力を提供する一方、アクティブ化状態では、適応レンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、第１の屈折力と異なる、第２の屈折力を提供する。加えて、アクティブ化状態では、適応レンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、それを通して通過する光（例えば、可視光）の偏光状態を改変する一方、非アクティブ化状態では、適応レンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、それを通して通過する光の偏光状態を保存する。例えば、アクティブ化されると、適応レンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、円偏光の掌性を逆転させる一方、非アクティブ化されると、適応レンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、円偏光の掌性を保存する。偏光状態は、主に、円偏光状態を参照して本明細書に説明されるが、本明細書に説明されるシステムおよび技法の一部または全部は、他のタイプの偏光状態を光（例えば、線形偏光状態、楕円偏光状態等）に付与し、そのような他のタイプの偏光状態の光と区別的に相互作用する役割を果たし得ることを理解されたい。
【０１２８】
依然として図１０を参照すると、ディスプレイデバイス１０００はさらに、対の適応レンズアセンブリ１００４、１００８間に介在される、導波管アセンブリ１０１２を備える。導波管アセンブリ１０１２は、図６に関して上記に説明される、導波管アセンブリ２６０に類似してもよく、これは、図６における１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０に類似する、１つ以上の導波管を備える。例えば、図６および７に関して上記に説明されるように、導波管は、全内部反射下、導波管の主要表面と平行な側方方向に光を伝搬するように構成されてもよい。導波管はさらに、例えば、導波管の主要表面に対して法線方向に光を外部結合するように構成されてもよい。
【０１２９】
依然として図１０を参照すると、対の適応レンズアセンブリの第１の適応レンズアセンブリ１００４は、導波管アセンブリ１０１２の第１の側、例えば、ユーザによって観察される世界５１０の側上に配置され、対のレンズアセンブリの第２の適応レンズアセンブリ１００８は、導波管アセンブリ１０１２の第２の側、例えば、ユーザの眼２１０の側上に配置される。下記に説明されるように、構成されるような対の適応レンズアセンブリは、ユーザに、実世界のビューとともに、導波管アセンブリ１０１２からの仮想コンテンツを複数の仮想深度平面に提供する。いくつかの実施形態では、適応レンズアセンブリの存在に起因して、殆どまたは全く歪曲が存在しない。仮想コンテンツおよび実世界のビューは、図１１Ａおよび１１Ｂに関して下記に説明されるように、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８のアクティブ化に応じて、ユーザに提供される。
【０１３０】
本明細書に説明される種々の実施形態では、ディスプレイデバイスは、世界ビューの可能性として考えられる歪曲を調節しながら、拡張現実コンテンツを表示するために、一対の適応レンズアセンブリを備える。しかしながら、実施形態は、そのように限定されず、いくつかの実装では、ディスプレイデバイスは、１つのみの適応レンズアセンブリを有することを理解されたい。そのような構成は、ディスプレイデバイスが、拡張現実（ＡＲ）コンテンツではなく、仮想現実（ＶＲ）コンテンツを提供するように構成される、状況のために好適であり得る。そのような構成では、第２の適応レンズアセンブリが導波管アセンブリと実世界との間に存在する必要はない。したがって、本明細書に開示されるいずれかの実施形態は、１つの適応レンズアセンブリまたは一対の適応レンズアセンブリのいずれかを有することができることを理解されたい。
【０１３１】
図１１Ａおよび１１Ｂは、ディスプレイデバイス１１００Ａ／１１００Ｂの実施例を図示し、それぞれ、適応レンズアセンブリを備え、動作時、画像情報をユーザに出力する。ディスプレイデバイス１１００Ａおよび１１００Ｂは、非給電状態では、構造的に同じである。ディスプレイデバイス１１００Ａは、本明細書では、仮想画像をユーザに出力することを説明するために使用される一方、ディスプレイデバイス１１００Ｂは、本明細書では、実世界画像をディスプレイデバイス１１００Ｂを通してユーザに透過させることを説明するために使用される。ディスプレイデバイス１１００Ａ／１１００Ｂは、例えば、電圧または電流の印加によって電気的にアクティブ化されるように構成される、一対の切替可能なレンズアセンブリ１００４、１００８を含む。いくつかの実施形態では、例えば、電圧または電流が印加されない、非アクティブ化状態では、第１および第２の切替可能なレンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、低、例えば、約ゼロ屈折力を有する。いくつかの実施形態では、例えば、電圧または電流が印加される、アクティブ化状態では、世界側上の第１の適応レンズアセンブリ１００４は、第１の符号、例えば、正の屈折力を有する、第１の正味屈折力（Ｐｎｅｔ１）を提供してもよい。アクティブ化状態にあるとき、ユーザ側上の第２の適応レンズアセンブリ１００８は、第２の符号、例えば、負の屈折力を有する、第２の正味屈折力（Ｐｎｅｔ２）を提供してもよい。
【０１３２】
図１１Ａは、いくつかの実施形態による、仮想コンテンツをユーザに仮想深度平面において表示する、図１０のディスプレイシステムの実施例を図示する。上記に説明されるように、対の適応レンズアセンブリ１００４、１００８間に介在される、導波管アセンブリ１０１２は、仮想画像情報を含有する光を受信し、全内部反射下、光を伝搬させるように構成される、導波管を備える。導波管アセンブリ１０１２はさらに、光を、例えば、回折格子を通して、眼２１０に向かって外部結合するように構成される。外部結合される光は、眼２１０に進入することに先立って、第２の適応レンズアセンブリ１００８を通して通過する。アクティブ化されると、第２の適応レンズアセンブリ１００８は、第２の正味屈折力Ｐｎｅｔ２を有し、これは、ユーザに仮想深度平面１１０４において仮想画像が見えるように、負の値を有してもよい。
【０１３３】
いくつかの実施形態では、第２の正味屈折力Ｐｎｅｔ２は、電気的に調節され、第２の適応レンズアセンブリ１００８の第２の正味屈折力（Ｐｎｅｔ２）を調節し、それによって、仮想深度平面１１０４までの距離を調節してもよい。例えば、仮想オブジェクトが、仮想３次元空間内において、眼２１０に対してより近くおよびより遠くに「移動」するにつれて、第２の適応レンズアセンブリ１００８の第２の正味屈折力Ｐｎｅｔ２も、仮想深度平面１１０４が仮想オブジェクトを追跡するように調節されるように、対応して調節されてもよい。したがって、ユーザは、比較的に、容認可能閾値を超える遠近調節／輻輳・開散運動不整合を殆どまたは全く体験し得ない。いくつかの実施形態では、仮想深度平面１１０４までの距離の大きさは、離散ステップにおいて調節されてもよい一方、いくつかの他の実施形態では、仮想深度平面１１０４までの距離の大きさは、持続的に調節されてもよい。
【０１３４】
図１１Ｂは、いくつかの実施形態による、実世界コンテンツのビューをユーザに提供する、図１０のディスプレイシステムの実施例を図示する。第２の適応レンズアセンブリ１００８が、仮想コンテンツを仮想深度平面１１０４に表示するための第２の正味屈折力（Ｐｎｅｔ２）を有するようにアクティブ化されると、第２の適応レンズアセンブリ１００８を通して通過する、実世界からの光もまた、アクティブ化される第２の適応レンズアセンブリ１００８のＰｎｅｔ２に従って、収束または発散され得る。したがって、実世界内のオブジェクトは、焦点がずれて現れ得る。そのような歪曲を軽減させるために、実施形態によると、アクティブ化されると、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８は、反対符号を有する、屈折力を有するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８を通して通過する光は、それぞれ、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８の第１および第２の正味屈折力Ｐｎｅｔ１、Ｐｎｅｔ２の大きさのほぼ差である大きさを有する、組み合わせられた屈折力に従って、収束または発散する。いくつかの実施形態では、導波管アセンブリ１０１２もまた、屈折力を有し得、適応レンズアセンブリ１００８は、レンズアセンブリ１００４および導波管アセンブリ１０１２の両方によって生じる歪曲を考慮するように構成されてもよい。例えば、適応レンズアセンブリ１００８の屈折力は、レンズアセンブリ１００４および導波管アセンブリ１０１２の屈折力和の反対符号であってもよい。
【０１３５】
いくつかの実施形態では、第１の適応レンズアセンブリ１００４は、第２の適応レンズアセンブリ１００８の第２の正味屈折力Ｐｎｅｔ２の大きさに近いまたはそれと同一である大きさを有する第１の正味屈折力Ｐｎｅｔ１を有するように構成される。その結果、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８の両方が、同時にアクティブ化されると、実世界内のオブジェクトは、仮想コンテンツを表示するために提供される第２の適応レンズアセンブリ１００８の屈折力によって比較的に影響されずに現れる。
【０１３６】
いくつかの実施形態では、第１の適応レンズアセンブリ１００４は、アクティブ化されると、第１の正味屈折力Ｐｎｅｔ１が第２の適応レンズアセンブリ１００８の第２の正味屈折力Ｐｎｅｔ２に動的に合致するように構成されてもよい。例えば、第２の切替可能なアセンブリ１００８の第２の正味屈折力Ｐｎｅｔ１が、仮想３次元空間内において、移動する仮想オブジェクトを追跡するように調節されるにつれて、第１の適応レンズアセンブリ１００４の第１の正味屈折力Ｐｎｅｔ１は、組み合わせられた屈折力の大きさＰ＝Ｐｎｅｔ１＋Ｐｎｅｔ２が所定の値未満に保たれ得るように、動的に調節されてもよい。したがって、実施形態によると、実世界内のオブジェクトは、組み合わせられた屈折力Ｐ＝Ｐｎｅｔ１＋Ｐｎｅｔ２が小さい、例えば、約０ｍ−１のままであるように、負の値を有し得る、第２の適応レンズアセンブリ１００８の第２の正味屈折力（Ｐｎｅｔ２）を、第１の適応レンズアセンブリ１００４の第１の正味屈折力（Ｐｎｅｔ１）で補償することによって、容認不可能に焦点がずれることを防止され得る。
【０１３７】
切替可能な半波長板と、波長板レンズとを含む、適応レンズアセンブリ
上記に議論されるように、より少ない導波管を用いて、画像を複数の深度平面に形成する利点のうちの１つは、ディスプレイデバイス（例えば、図１０におけるディスプレイデバイス１０００）の厚さおよび重量における全体的低減である。したがって、例えば、ガラスレンズまたはフレネルレンズを含む、従来のレンズは、本明細書で議論される適応レンズアセンブリのためのコンポーネントレンズとして非好適であり得る。したがって、本明細書の種々の実施形態は、コンパクトかつ軽量であって、付加的光学機能性、例えば、偏光反転を提供する、適応レンズアセンブリを提供する。いくつかの実施形態では、適応レンズアセンブリ（例えば、図１０、１１Ａ、１１Ｂにおける１００４、１００８）内に含まれる、光学コンポーネントは、複屈折材料の薄膜から形成される、切替可能な波長板および／または波長板レンズを含む。例えば、切替可能な波長板および／または波長板レンズは、例えば、波長板の平面におけるその配向が、それを通して透過される光を集束および／またはその偏光状態を改変するために適合される、液晶を有する、液晶ベースの波長板から形成されてもよい。
【０１３８】
効率的光集束および偏光改変は、例えば、仮想／拡張／複合ディスプレイ用途のための導波管ベースのシースルーディスプレイを設計する際の課題であり得る。これらおよび他の用途に関して、その構造が、高効率を伴って、屈折力および偏光改変を含む、種々の光学性質を最適化するように構成可能である、材料から形成される、レンズおよび波長板を有することが望ましい。以下では、液晶、例えば、コレステリック液晶から形成される、レンズおよび波長板の種々の実施形態が、説明される。
【０１３９】
キラル（ネマチック）位相またはコレステリック位相内のコレステリック液晶（ＣＬＣ）層の液晶分子は、液晶層の法線方向、すなわち、深度方向における、フィルム内の位置の関数として、配向子の連続方位角捻転を有するように配列される、複数の液晶分子によって特徴付けられる。本明細書に説明されるように、連続方位角捻転を有するように配列される、液晶分子は、集合的に、本明細書では、キラル構造と称される。本明細書に説明されるように、方位角捻転または回転の角度（φ）は、層法線と平行方向に対する、液晶分子の配向子間の角度として説明される。キラル構造の液晶分子の空間的に変動する配向子は、上記に説明されるように、螺旋パターンを形成するように説明され、螺旋ピッチ（ｐ）は、それにわたって配向子が３６０°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てもよい。
【０１４０】
本明細書に説明されるいくつかの実施形態では、波長板レンズおよび／または切替可能な波長板は、複数のキラル構造を備える、コレステリック液晶（ＣＬＣ）層を備え、各キラル構造は、少なくともある螺旋ピッチによって層深度方向に延在し、第１の回転方向に連続的に回転される、複数の液晶分子を備える。螺旋ピッチは、第１の回転方向における１回転によるキラル構造の液晶分子の正味回転角度に対応する、層深度方向における長さである。
【０１４１】
液晶ベースの波長板レンズの一実施例は、図１２Ａおよび１２Ｂに関して図示される。
【０１４２】
図１２Ａおよび１２Ｂは、それぞれ、波長板レンズ１２００Ａおよび１２００Ｂの実施例を図示し、それぞれ、透明基板１２０４、例えば、その上に、基板１２０４の主要表面に沿って軸方向（例えば、ｘ−方向またはｙ−方向）と平行方向に対して、異なる伸長方向に沿って伸長される液晶分子１２０８を形成させているガラス基板を備える。すなわち、液晶分子１２０８は、基板１２０４の主要表面に対して法線の方向（例えば、ｚ−方向）を中心として異なる回転角度（φ）だけ回転され、φは、層法線と平行方向（例えば、ｘ−方向またはｙ−方向）に対する液晶分子の伸長方向間の角度として説明される。
【０１４３】
図示される実装では、中心軸Ｃから所与の半径における液晶分子１２０８は、同一回転角度（φ）を有する。配列されるように、液晶分子１２０８は、コリメートされた光のビームをある焦点距離における点に集束させるように構成される。任意の理論によって拘束されるわけではないが、液晶分子１２０８の回転角度（φ）は、＋／−ｋ０ｒ２／ｆ，ｒ２に比例し得、ｒは、Ｃからの半径方向距離であって、ｋ０＝２π／λは、回折波長板レンズによって集束されることになる光の波数であって、ｌは、光の波長であって、ｆは、波長板レンズ１２００Ａ、１２００Ｂの焦点距離である。＋および−符号は、波長板レンズ１２００Ａ、１２００Ｂの中心Ｃの最近傍の液晶分子１２０８に対する、液晶分子１２０８の回転方向に対応し得る。
【０１４４】
波長板レンズ１２００Ａおよび１２００Ｂの液晶分子１２０８のパターンは、相互の反転像を表すことを理解されたい。すなわち、波長板レンズ１２００Ａおよび１２００Ｂのうちの一方は、波長板レンズ１２００Ｂおよび１２００Ｂの他方を軸方向（例えば、ｘ−方向またはｙ−方向）の周囲において１８０度回転させることによって取得され得る。構成されたとき、波長板レンズ１２００Ａおよび１２００Ｂの焦点距離および屈折力は、大きさが同一であるが、反対符号である。
【０１４５】
いくつかの実装では、波長板レンズ１２００Ａおよび１２００Ｂはそれぞれ、半波長板レンズとしての役割を果たし得る。半波長板レンズとして構成されるとき、波長板レンズ１２００Ａおよび１２００Ｂはそれぞれ、入力ビームの偏光に対して、線形偏光の平面を角度２α回転させ、αは、入力偏光方向と波長板軸との間の角度である。円偏光ビームに関して、本角度の変化は、位相偏移および偏光掌性の逆転に変換される。したがって、±２α位相偏移が、偏光掌性に応じた位相偏移の符号を伴って、円偏光ビーム内に生成され得る。
【０１４６】
図１２Ｃは、いくつかの実施形態による、光の偏光および光が入射する側に応じて、それを通して通過する光を発散または収束させる、波長板レンズの実施例を図示する。半波長板レンズとして構成されるとき、図示される波長板レンズ１２００Ａは、第１の側上に入射する右円偏光（ＲＨＣＰ）光ビーム１２１２を左円偏光（ＬＨＣＰ）ビーム１２１６の中に発散させるように構成されてもよい。他方では、波長板レンズ１２００Ａは、第１の側と反対の第２の側上に入射するＲＨＣＰ光ビーム１２２０を左円偏光（ＬＨＣＰ）ビーム１２２４の中に収束させるように構成されてもよい。
【０１４７】
波長板レンズ１２００Ｂに関して、状況は、逆転される。図１２Ｄに図示されるように、半波長板として構成されるとき、波長板レンズ１２００Ｂは、第１の側上に入射するＬＨＣＰ光ビーム１２２８をＲＨＣＰビーム１２３２の中に収束させるように構成されてもよい。他方では、波長板レンズ１２００Ｂは、第１の側と反対の第２の側上に入射するＬＨＣＰ光ビーム１２３６をＲＨＣＰビーム１２４０の中に発散させるように構成されてもよい。
【０１４８】
したがって、液晶１２０８の回転角度方向および半径方向分布を制御することによって、波長板レンズは、掌性のいずれかを有する円偏光を収束または発散させるように構成され得る。液晶の回転角度間の関係に基づいて、屈折力は、増加または減少され得ることを理解されたい。加えて、いくつかの実施形態では、液晶は、電場を印加することによって、整合および不整合にされてもよい。したがって、屈折力が約ゼロである限界では、波長板レンズは、波長板、例えば、切替可能な波長板として使用されてもよいことを理解されたい。
【０１４９】
図１３Ａは、いくつかの実施形態による、波長板レンズと、切替可能な波長板とを備える、適応レンズアセンブリの実施例を図示する。適応レンズアセンブリ１３００は、例えば、図１０、１１Ａ、および１１Ｂに関して上記に説明される対の切替可能な波長板アセンブリ１００４、１００８のうちのいずれか１つとして構成されてもよい。図１３Ｂは、動作時、図１３Ａに図示される適応レンズアセンブリ１３００の切替可能な波長板が、非アクティブ化されるときの切替可能な波長板アセンブリ１３００Ａを図示する一方、図１３Ｃは、動作時、図１３Ａに図示される適応レンズアセンブリ１３００の切替可能な波長板がアクティブ化されるときの切替可能なアセンブリ１３００Ｂを図示する。適応レンズアセンブリ１３００は、導波管アセンブリ１０１２（図１０、１１Ａ、１１Ｂ）から外部結合される光を結合し、それを通して透過させるように構成される。適応レンズアセンブリ１３００は、第１の波長板レンズ（Ｌ１／ＨＷＰ１）１３０４、例えば、第１の半波長板レンズと、第２の波長板レンズ（Ｌ２／ＨＷＰ２）１３０８、例えば、第２の半波長板レンズと、切替可能な波長板（ＨＷＰ３）１３１２、例えば、切替可能な半波長板とを備える。
【０１５０】
種々の実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８はそれぞれ、レンズおよび半波長板としての役割を果たすように構成される。図１２Ａおよび１２Ｂに関して上記に説明されるように、半波長板として構成されるとき、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８はそれぞれ、第１の掌性の円偏光を有する光（第１のＨＣＰ）を第２の掌性の円偏光を有する光（第２のＨＣＰ）に変換するように構成される。すなわち、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８はそれぞれ、それを通して通過する光を、それぞれ、ＬＨＣＰまたはＲＨＣＰを有する光からＲＨＣＰまたはＬＨＣＰを有する光に変換するように構成される。
【０１５１】
種々の実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８はそれぞれ、所与の偏光に関して、第１のレンズ効果または第１のレンズ効果と反対の第２のレンズ効果を有する、レンズとしての役割を果たすように構成される。すなわち、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８はそれぞれ、通過する光の収束または発散のいずれかを行うように構成される。種々の実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８はそれぞれ、入射光の偏光状態に応じて、反対レンズ効果を有するように構成されてもよい。例えば、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８はそれぞれ、第１のＨＣＰを有するその上に入射する光を集束させるように構成される一方、第２のＨＣＰを有するその上に入射する光を焦点ずれさせるように構成されてもよい。
【０１５２】
いくつかの実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８は、所与のＨＣＰを有する光に関して同一レンズ効果を有するように構成される。すなわち、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８は両方とも、ＬＨＣＰを有する光を集束させ、ＲＨＣＰを有する光を集束させ、ＬＨＣＰを有する光を焦点ずれさせる、またはＲＨＣＰを有する光を焦点ずれさせるように構成されてもよい。
【０１５３】
いくつかの実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８はそれぞれ、図１２Ａおよび１２Ｂに関して上記に説明されるように、個別の波長板レンズ１３０４、１３０８の中心軸から所与の半径における液晶が同一回転角度（φ）を有するように、伸長および回転される、液晶分子を備えてもよい。第１および第２の波長板レンズ１３０４、１３０８はそれぞれ、偏光状態を改変する、例えば、それを通して通過する光の偏光状態を反転させるように構成される。切替可能な波長板１３１２は、電気的にアクティブ化されると、偏光状態を改変する、例えば、それを通して通過する光の偏光状態を反転させるように構成される一方、非アクティブ化されると、それを通して通過する光の偏光状態を改変せずに、光を実質的に通過させるように構成される。電気信号、例えば、切替可能な波長板１３１２を切り替えるための電流信号または電圧信号が、そこに電気的に接続される切替回路１３１６によって提供されてもよい。
【０１５４】
種々の実施形態では、アクティブ化されると、例えば、切替回路１３１６によって提供される電圧または電流信号を使用して、電気的にアクティブ化されると、ＨＷＰ３  １３１２Ｂ（図１３Ｃ）は、半波長板としての役割を果たす。すなわち、アクティブ化されると、ＨＷＰ３  １３１２Ｂ（図１３Ｃ）は、それぞれ、それを通して通過する光をＬＨＣＰまたはＲＨＣＰを有する光からＲＨＣＰまたはＬＨＣＰを有する光に変換するように構成される、半波長板としての役割を果たす。したがって、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４、Ｌ２／ＨＷＰ２  １３０８、およびＨＷＰ３  １３１２Ｂはそれぞれ、アクティブ化される（図１３Ｃ）と、第１の掌性の円偏光（第１のＨＣＰ）を有する光を第２の掌性の円偏光（第２のＨＣＰ）を有する光に変換するように構成される。
【０１５５】
種々の実施形態では、非アクティブ化される、例えば、切替回路１３１６によって提供される電圧または電流信号を使用して、例えば、電圧または電流信号を除去することによって、電気的に非アクティブ化されると、ＨＷＰ３  １３１２Ａ（図１３Ｂ）は、偏光または任意のレンズ効果を提供することに影響を及ぼさずに、光のための透過媒体としての役割を果たす。
【０１５６】
いくつかの実施形態では、単一波長板レンズ１３０４および／または１３０８は、波長板レンズおよび切替可能な半波長板の両方として機能してもよい。そのような実施形態では、専用の切替可能な半波長板１３１２は、省略されてもよい。
【０１５７】
図１３Ｂは、いくつかの実施形態による、動作時、切替可能な波長板が非アクティブ化されている、図１３Ａの適応レンズアセンブリの実施例を図示する。適応レンズアセンブリ１３００Ａは、切替可能な波長板１３１２が、非アクティブ化されると、例えば、電流または電圧が、切替回路１３１６によって切替可能な波長板１３１２に印加されないとき、非アクティブ化されてもよい。適応レンズアセンブリ１３００Ａは、第１の適応レンズアセンブリ１００４（世界側）または第２の適応レンズアセンブリ１００８（ユーザ側）に対応してもよい。一例にすぎないが、適応レンズアセンブリ１３００Ａは、仮想画像を表示せずに実世界のビューをユーザに表示する、ディスプレイデバイス１０００（図１０）の一部としての第１の適応レンズアセンブリ１００４または第２の適応レンズアセンブリ１００８に対応するように説明されるであろう。例えば、ディスプレイデバイス１０００（図１０）は、通常の眼鏡または通常のゴーグルとして使用されてもよい。Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８はそれぞれ、第１のＨＣＰ、例えば、それを通して通過するＬＨＣＰを有する光に第１のレンズ効果、例えば、発散効果を及ぼすように構成されてもよい。Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８はそれぞれまた、反対ＨＣＰ、例えば、それを通して通過するＲＨＣＰを有する光に第１のレンズ効果と反対の第２のレンズ効果、例えば、収束効果を及ぼすように構成されてもよい。
【０１５８】
図示される実施形態では、光ビーム１３２０は、ディスプレイデバイス１３００Ａが、仮想コンテンツを表示せずに、通常の眼鏡またはゴーグルとして使用されている間の第１の適応レンズアセンブリ１００４（世界側）または第２の適応レンズアセンブリ１００８（ユーザ側）のいずれか上に入射する世界からの光ビームを表し得る。一例にすぎないが、第１のＨＣＰ、例えば、ＬＨＣＰを有する光ビーム１３２０は、ビーム１３２０が、それを通して透過されるためにＬ１／ＨＷＰ  １３０４上に衝突するまで、例えば、正のｚ−方向に進行する。Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４は、ＬＨＣＰを有する光ビーム１３２０をＲＨＣＰを有する光ビーム１３２４に変換する。Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４はまた、レンズとして構成されるため、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４はまた、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４の第１の屈折力Ｐ１に従って、光ビーム１３２０を発散させる。
【０１５９】
ＲＨＣＰを有する光ビーム１３２４は、続いて、非アクティブ化状態におけるＨＷＰ３  １３１２Ａ上に入射する。ＨＷＰ３  １３１２Ａは、非アクティブ化されているため、ＲＨＣＰを有する光ビーム１３２４は、偏光またはレンズ効果の観点から実質的に影響されずに、ＨＷＰ３  １３１２Ａを通して透過し、ＲＨＣＰを有する光ビーム１３２８Ａとして、Ｌ２／ＨＷＰ２  １３０８上に入射する。上記に説明されるように、ユーザ側上の適応レンズアセンブリ（例えば、図１０における第２の適応レンズアセンブリ１００４）として構成されるとき、Ｌ２／ＨＷＰ２  １３０８は、図示される実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４と同様に、すなわち、偏光を変換し、ＬＨＣＰを有する光を発散させる一方、ＲＨＣＰを有する光を収束させるように構成される。したがって、ＲＨＣＰを有する光ビーム１３２８Ａは、ＬＨＣＰを有する光ビーム１３３２に逆変換される。したがって、ＨＷＰ３  １３１２Ａが、非アクティブ化されると、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０４は、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８が、反対レンズ効果をそれを通して通過する光に及ぼすように、反対偏光を有する光ビームを透過させる。すなわち、Ｌ２／ＨＷＰ２  １３０４上に入射する光ビーム１３２８Ａは、ＲＨＣＰを有するため、Ｌ２／ＨＷＰ２  １３０８から出射する光ビーム１３３２Ａは、第１の屈折力Ｐ１に従って発散される、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４から出射する光ビーム１３２４と異なり、第２の屈折力Ｐ２に従って収束される。その後、非アクティブ化状態における適応レンズアセンブリ１３００Ａからの出射に応じて、光ビーム１３３２Ａは、眼によって視認され得る。
【０１６０】
いくつかの実施形態では、ＨＷＰ３  １３１２Ａが、非アクティブ化されると、負（すなわち、発散）であり得るＬ１／ＨＷＰ１  １３０４の第１の屈折力Ｐ１および正（すなわち、収束）であり得るＬ２／ＨＷＰ２  １３０８の第２の屈折力Ｐ２は、実質的に同一または合致される大きさを有し得る。これらの実施形態では、約Ｐ１＋Ｐ２であり得る、適応レンズアセンブリ１３００Ａの正味屈折力Ｐｎｅｔは、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８のレンズ効果の補償のため、実質的にゼロであり得る。しかしながら、実施形態は、そのように限定されず、第１および第２の屈折力Ｐ１、Ｐ２は、正味屈折力Ｐｎｅｔが非ゼロ値を有し得るように、異なる大きさを有してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、非ゼロＰｎｅｔは、ユーザの眼鏡処方箋と等しく、それによって、ユーザの眼の集束誤差（例えば、屈折集束誤差）の補正を可能にしてもよい。
【０１６１】
図示される実施形態では、入射光ビーム１３２０は、ＬＨＣＰを有するが、類似結果は、入射光ビーム１３２０がＲＨＣＰを有するときにももたらされるであろうことを理解されたい。すなわち、光ビーム１３２０が、ＲＨＣＰを有するとき、光ビーム１３２４および１３２８Ａは、ＬＨＣＰを有し、図示される実施形態と異なり、光ビーム１３２４および１３２８Ａは、光ビーム１３２０に対して収束される。同様に、Ｌ２／ＨＷＰ２  １３０８は、正味屈折力Ｐｎｅｔが実質的にゼロであり得るように、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４によって収束される光ビーム１３２８Ａを発散させる。
【０１６２】
図１３Ｂに関して上記に説明される、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８のレンズ効果および入射光ビームの偏光状態に対するレンズ効果の選択性は、単なる一実施例としての役割を果たし、他の構成も、可能性として考えられることを理解されたい。例えば、図１３Ｂでは、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８は、ＬＨＣＰを有する光を発散させる一方、ＲＨＣＰを有する光を収束させるように構成されるが、他の実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８は、ＬＨＣＰを有する光を収束させる一方、ＲＨＣＰを有する光を発散させるように構成されてもよい。
【０１６３】
要するに、いくつかの実施形態では、適応レンズアセンブリ１３００ＡのＨＷＰ３  １３１２Ａが、非アクティブ化状態にあるとき、出射する光ビーム１３３２Ａは、入射光ビーム１３２０と同一ＨＣＰを有し、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４のＰ１とＬ２／ＨＷＰ２  １３０８のＰ２との間のレンズ効果の補償のため、レンズ効果の観点から、入射光ビーム１３２０に実質的に合致され得る。その結果、ユーザが、仮想コンテンツを視認していないとき、世界のビューは、比較的に、適応レンズアセンブリ（図１０、１１Ａ、１１Ｂにおける１００４、１００８）の存在によって影響されない。
【０１６４】
図１３Ｃは、いくつかの実施形態による、動作時、切替可能な波長板がアクティブ化されている、図１３Ａの適応レンズアセンブリの実施例を図示する。適応レンズアセンブリ１３００Ｂは、切替可能な波長板１３１２Ｂが、アクティブ化されると、例えば、電流または電圧が、切替回路１３１６によって、切替可能な波長板１３１２Ｂに印加されると、アクティブ化されてもよい。適応レンズアセンブリ１３００Ｂは、例えば、第１の適応レンズアセンブリ１００４（世界側）または第２の適応レンズアセンブリ１００８（ユーザ側）に対応してもよい。以下では、一例として、適応レンズアセンブリ１３００Ｂが、最初に、仮想画像をユーザに出力する、ディスプレイデバイス（例えば、図１１Ａにおけるディスプレイデバイス１１００Ａ）の一部として、ユーザ側上の第２の適応レンズアセンブリ１００８として構成されるように説明されるであろう。続いて、適応レンズアセンブリ１３００Ｂが、同時に、実世界のビューを透過させながら、仮想画像をユーザに出力し、第２の適応レンズアセンブリ１００８のレンズ効果から生じる実世界のビューの歪曲を低減または本質的に排除する、ディスプレイデバイス１１００Ｂ（図１１Ｂ）の一部として、世界側上の第１の適応レンズアセンブリ１００４として構成されるように説明されるであろう。
【０１６５】
ユーザ側（図１１Ａ）上の第２の適応レンズアセンブリ１００８として構成されるとき、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８はそれぞれ、ＨＣＰのうちの１つ、例えば、それを通して通過するＬＨＣＰを有する光を発散させるように構成されてもよい。Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８はそれぞれまた、他のＨＣＰ、例えば、それを通して通過するＲＨＣＰを有する光を収束させるように構成されてもよい。
【０１６６】
図１１Ａに関して上記に説明されるように、ｘ−方向に、例えば、全内部反射によって、導波管アセンブリ１０１２内を伝搬する光の一部は、ｚ−方向に再指向または外部結合されてもよい。導波管アセンブリ１０１２（図１１Ａ）から外部結合される光は、ＬＨＣＰを有する円偏光ビーム１３２０として、切替可能なレンズアセンブリ１３００Ｂ上に入射してもよい。光ビーム１３２０は、光ビーム１３２０が、Ｌ１／ＨＷＰ１３０４上に衝突し、それを通して透過されるまで、例えば、正のｚ−方向に進行する。Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４は、ＬＨＣＰを有する光ビーム１３２０をＲＨＣＰを有する光ビーム１３２４に変換する。Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４は、ＬＨＣＰを有する光を発散させるように構成されるため、光ビーム１３２４もまた、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４の第１の屈折力Ｐ１に従って発散される。
【０１６７】
ＲＨＣＰを有する光ビーム１３２４は、続いて、アクティブ化状態におけるＨＷＰ３  １３１２Ｂ上に入射する。図１３Ｂに関して上記に図示される非アクティブ化されるＨＷＰ  １３１２Ａと異なり、ＨＷＰ３  １３１２Ｂは、アクティブ化されているため、ＨＷＰ３  １３１２Ｂを通して透過する、ＲＨＣＰを有する光ビーム１３２４は、ＬＣＨＰを有する光ビーム１３２８Ｂに変換される。続いて、ＬＨＣＰを有する光ビーム１３２８Ｂは、Ｌ２／ＨＷＰ２  １３０８上に入射する。図１３Ｂに関して上記に図示される光ビーム１３２８Ａと異なり、Ｌ２／ＨＷＰ２  １３０８上に入射する光ビーム１３２８Ｂは、ＬＨＣＰを有するため、Ｌ２／ＨＷＰ２  １３０８はさらに、光ビーム１３２８Ｂを、第２の屈折力Ｐ２に従って、ＲＨＣＰを有する光ビーム１３３２Ｂの中に発散させる。すなわち、図１３Ｂに関して図示されるＨＷＰ  １３１２Ａの非アクティブ化状態と異なり、ＨＷＰ  １３１２Ｂは、アクティブ化されているため、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ１  １３０４は、同一偏光ＬＨＣＰを有する光ビームを透過させるように構成される。したがって、図１３Ｂに関して図示される補償効果を有する、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８と異なり、図１３ＣにおけるＬ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８は、付加的なレンズ効果をそれを通して通過する光に及ぼす。すなわち、Ｌ１／ＨＷＰ１上に入射する光ビーム１３２０およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０４上に入射する光ビーム１３２８Ｂの両方が、ＬＨＣＰを有するため、Ｌ２／ＨＷＰ２  １３０８から出射する光ビーム１３３２Ｂは、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４による発散に加え、さらに発散されるであろう。その後、アクティブ化状態における適応レンズアセンブリ１３００Ｂからの出射に応じて、光ビーム１３３２Ａは、眼によって視認され得る。
【０１６８】
いくつかの実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４の第１の屈折力Ｐ１およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８の第２の屈折力Ｐ２は両方とも、負（すなわち、発散）であってもよく、実質的に同一または合致される大きさを有してもよい。これらの実施形態では、約Ｐ１＋Ｐ２であり得る、適応レンズアセンブリ１３００Ｂの正味屈折力Ｐｎｅｔは、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８の組み合わせの付加的なレンズ効果のため、Ｐ１またはＰ２のものの実質的に２倍であり得る。しかしながら、実施形態は、そのように限定されず、第１および第２の屈折力Ｐ１、Ｐ２は、異なる大きさを有してもよい。
【０１６９】
図示される実施形態では、入射光ビーム１３２０は、ＬＨＣＰを有するが、類似結果は、入射光ビーム１３２０がＲＨＣＰを有するときにももたらされるであろうことを理解されたい。すなわち、光ビーム１３２０が、ＲＨＣＰを有するとき、図示される実施形態と異なり、結果として生じる光ビーム１３３２Ｂは、ＬＨＣＰを有し、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８によって、第１および第２の屈折力Ｐ１およびＰ２の大きさのほぼ和である大きさを有する、正味屈折力Ｐｎｅｔに従って収束される。
【０１７０】
図１３Ｃに関して上記に説明される、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８のレンズ効果および入射光ビームの偏光状態へのレンズ効果の依存性は、単なる一実施例としての役割を果たし、他の構成も、可能性として考えられることを理解されたい。例えば、図１３Ｂでは、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８は、ＬＨＣＰを有する光を発散させる一方、ＲＨＣＰを有する光を収束させるように構成されるが、他の実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８は、反対に、ＬＨＣＰを有する光を発散させる一方、ＲＨＣＰを有する光を収束させるように構成されてもよい。
【０１７１】
その結果、いくつかの実施形態では、適応レンズアセンブリ１３００Ｂの切替可能な半波長板１３１２Ｂが、アクティブ化状態にあるとき、出射する光ビーム１３３２Ｂは、入射光ビーム１３２０に対して反対ＨＣＰを有し、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４の付加的な光学屈折力Ｐ１およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８のＰ２に従って発散されてもよい。その結果、ユーザが、仮想コンテンツを視認するとき、仮想コンテンツは、その値が約Ｐｎｅｔ＝Ｐ１＋Ｐ２である、正味屈折力に従って、眼２１０の中に集束される。
【０１７２】
上記には、アクティブ化状態における適応レンズアセンブリ１３００Ｂが、図１１Ａに関して上記に説明されるディスプレイデバイス１１００Ａにおけるユーザ側上の第２の適応レンズアセンブリ１００８として構成されるときについて説明された。しかしながら、図１１Ｂに関して上記に説明されるように、任意の補償効果を伴わずに、第２の適応レンズアセンブリ１００８をアクティブ化し、仮想コンテンツをユーザの眼２１０に表示することは実世界のビューの焦点ずれまたは歪曲をもたらし得、これは、望ましくあり得ない。したがって、世界側上の第１の適応レンズアセンブリ１００４を、仮想コンテンツを表示するようにアクティブ化されると、少なくとも部分的に、第２の適応レンズアセンブリ１００８のレンズ効果を補償または無効にするように構成することが望ましくあり得る。
【０１７３】
図１３Ｃに戻って参照すると、ユーザ側上の第２の適応レンズアセンブリ１００８（図１１Ｂ）のレンズ効果を無効にするための世界側上の第１の適応レンズアセンブリ１００４（図１１Ｂ）として構成されるとき、適応レンズアセンブリ１３００Ｂのコンポーネントは、図１１Ｂに関して上記に説明されるように、同様に構成されてもよい。すなわち、世界５１０から眼２１０に透過される光が、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８を横断するにつれて、それぞれ、図１３Ｃに関して説明される適応レンズアセンブリ１３００Ｂに関して上記に説明されるように構成されてもよい。動作時、上記に説明されるように、世界から第１の適応レンズアセンブリ１００４を通して透過される光の偏光は、第１の偏光状態から第２の偏光状態、例えば、ＲＨＣＰからＬＨＣＰに変換される。続いて、第２の適応レンズアセンブリ１００８を通して透過される光の偏光は、第２の偏光状態から第１の偏光状態、例えば、ＬＨＣＰからＲＨＣＰに逆変換される。さらに、図１１Ｂに関して上記に説明されるように、世界から第１の適応レンズアセンブリ１００４を通して透過される光は、第１の符号、例えば、正の符号を有する、第１の正味屈折力Ｐｎｅｔ１＝Ｐ１＋Ｐ２に従って、第１のレンズ効果、例えば、収束効果を受ける。続いて、第２の適応レンズアセンブリ１００８を通して透過される光は、第２の適応レンズアセンブリ１００８上に入射する光が、第１の適応レンズアセンブリ１００４上に入射する光と反対偏光を有するため、第２の符号、例えば、負の符号を有する、第２の正味屈折力Ｐｎｅｔ２＝Ｐ１’＋Ｐ２’に従って、第１のレンズ効果と反対の第２のレンズ効果、例えば、発散効果を受ける。Ｐｎｅｔ１およびＰｎｅｔ２が、実質的に類似大きさを有するとき、Ｐ＝Ｐｎｅｔ１＋Ｐｎｅｔ２によって近似される、全体的レンズ効果は、実質的にゼロであり得る。その結果、ユーザが、第２のレンズアセンブリ１００８をアクティブ化することによって、仮想コンテンツを視認し、かつ周囲世界内の実オブジェクトを視認するとき、世界のビューは、比較的に、第１のレンズアセンブリ１００４の補償効果によって影響されない。
【０１７４】
種々の実施形態では、アクティブ化されると、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、約±５．０ジオプタ〜０ジオプタ、±４．０ジオプタ〜０ジオプタ、±３．０ジオプタ〜０ジオプタ、±２．０ジオプタ〜０ジオプタ、±１．０ジオプタ〜０ジオプタの範囲内（これらの値によって定義された任意の範囲、例えば±１．５ジオプタを含む）の正味屈折力（正または負）を提供してもよい。
【０１７５】
切替可能な半波長板と、波長板レンズとを有する、適応レンズアセンブリを含む、ディスプレイデバイス
図１４Ａおよび１４Ｂは、例示的ディスプレイデバイス１４００Ａ／１４００Ｂを図示し、それぞれ、第１の適応レンズアセンブリ１００４と第２の適応レンズアセンブリ１００８との間に介在される、導波管アセンブリ１０１２を含む。ディスプレイデバイス１４００Ａは、図１１Ａ／１１Ｂに関して上記に説明される、ディスプレイデバイス１１００Ａ／１１００Ｂに類似し、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、第１の波長板レンズ（Ｌ１／ＨＷＰ１）１３０４、例えば、第１の半波長板レンズと、第２の波長板レンズ（Ｌ２／ＨＷＰ２）１３０８、例えば、第２の半波長板レンズと、切替可能な波長板（ＨＷＰ３）１３１２、例えば、切替可能な半波長板とを備える。
【０１７６】
図１４Ａを参照すると、ディスプレイデバイス１４００Ａは、動作時、図１３Ａに関して上記に説明される第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８の両方とも、非アクティブ化されているときとして説明される。第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８は、切替可能な波長板１３１２（図１３Ａ）が、非アクティブ化されるとき、例えば、電流または電圧が、切替回路１３１６、１３１６’によって、切替可能な波長板１３１２に印加されないとき、非アクティブ化されてもよい。構成されるように、ディスプレイデバイス１４００Ａは、例えば、仮想画像を表示せずに、実世界ビューをユーザに表示するために構成されてもよい。例えば、ディスプレイデバイス１４００Ａは、図１３Ｂに関して詳細に説明されるように、通常の眼鏡または通常のゴーグルとして使用されるように構成されてもよい。図１３Ａと同様に、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、第１の波長板レンズ（Ｌ１／ＨＷＰ１）１３０４、例えば、第１の半波長板レンズと、第２の波長板レンズ（Ｌ２／ＨＷＰ２）１３０８、例えば、第２の半波長板レンズと、切替可能な波長板（ＨＷＰ３）１３１２、例えば、切替可能な半波長板とを含む。図１３Ａに関して説明されるように、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８はそれぞれ、第１のレンズ効果、例えば、発散効果を、第１のＨＣＰ、例えば、それを通して通過するＬＨＣＰを有する光に及ぼすように構成されてもよい。加えて、Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２  １３０８はそれぞれまた、第１のレンズ効果と反対の第２のレンズ効果、例えば、収束効果を、反対ＨＣＰ、例えば、それを通して通過するＲＨＣＰを有する光に及ぼすように構成されてもよい。アクティブ化される、例えば、切替回路１３１６、１３１６’によって提供される、電圧または電流信号を使用して、電気的にアクティブ化されると、ＨＷＰ３  １３１２Ｂ（図１３Ｃ）は、波長板、例えば、半波長板としての役割を果たす。図１３Ｃに関して上記に説明されるように、アクティブ化されると、ＨＷＰ３  １３１２Ｂ（図１３Ｃ）は、それぞれ、それを通して通過する光をＬＨＣＰまたはＲＨＣＰを有する光からＲＨＣＰまたはＬＨＣＰを有する光に変換するように構成される、半波長板としての役割を果たす。他方では、非アクティブ化される、例えば、切替回路１３１６、１３１６’によって提供される電圧または電流信号を使用して、例えば、電圧または電流信号を除去することによって、電気的に非アクティブ化されると、ＨＷＰ３  １３１２Ａ（図１３Ｂ）は、偏光に影響を及ぼさずに、光のための透過媒体としての役割を果たす。Ｌ１／ＨＷＰ１  １３０４と、Ｌ２／ＨＷＰ２  １３０８と、ＨＷＰ３、１３１２Ａとを含む、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８の詳細な動作原理は、図１３Ａおよび１３Ｂに関して上記に提供されているため、ここでは省略される。
【０１７７】
図１３Ａおよび１３Ｂに関して詳細に説明される動作原理に基づいて、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８が、非アクティブ化状態にあるとき第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８のそれぞれから出射する、光ビーム（例えば、図１３Ｂにおける１３３２Ａ）は、その上に入射する光ビーム（例えば、図１３Ｂにおける１３２０）と同一ＨＣＰを有する。加えて、入射光ビーム１３２０および出射光ビーム１３３２Ａは、図１３Ｂに関して上記に説明されるように、第１および第２のレンズアセンブリ１００４、１００８の正味屈折力の補償のため、レンズ屈折力の大きさの観点から、実質的に合致され得る。
【０１７８】
図１４Ｂは、いくつかの実施形態による、動作時、切替可能な波長板がアクティブ化されている、図１４Ａのディスプレイデバイスの実施例を図示する。第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８は、例えば、切替回路１３１６、１３１６’を使用して、電流または電圧を切替可能な波長板１３１２に印加することによって、個別の切替可能な波長板１３１２（図１３Ａ）をアクティブ化する。以下では、適応レンズアセンブリ１００４、１００８のレンズ効果から生じる歪曲が低減または本質的に排除された状態で、仮想画像をユーザに出力する一方、また、実世界内のオブジェクトからの光を透過させる、ディスプレイデバイス１４００Ｂの動作が、説明される。
【０１７９】
仮想画像を表示するとき、図１１Ａおよび１３Ｃに関して上記に説明されるように、ｘ−方向に導波管アセンブリ１０１２内の導波管内を伝搬する光の一部は、ｚ−方向に再指向または外部結合されてもよい。光ビーム１３２０は、光ビーム１３２０が第２の適応レンズアセンブリ１００８のＬ１／ＨＷＰ１３０４上に衝突するまで、例えば、正のｚ−方向に進行する。図１３Ｃに関して上記に説明される、第２の適応レンズアセンブリ１００８の動作原理に基づいて、第２の適応レンズアセンブリ１００８が、アクティブ化状態にあるとき、出射する光ビーム（例えば、図１３Ｃにおける１３３２Ｂ）は、入射光ビーム（例えば、図１３Ｃにおける１３２０）と反対ＨＣＰを有し、仮想コンテンツを対応する仮想深度平面に表示するために、第２の正味屈折力Ｐｎｅｔ２に従って発散される。
【０１８０】
種々の実施形態では、アクティブ化されると、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、約±５．０ジオプタ〜０ジオプタ、±４．０ジオプタ〜０ジオプタ、±３．０ジオプタ〜０ジオプタ、±２．０ジオプタ〜０ジオプタ、±１．０ジオプタ〜０ジオプタの範囲内（これらの値によって定義された任意の範囲、例えば±１．５ジオプタを含む）の正味屈折力（正または負）を提供してもよい。いくつかの実施形態では、第１および第２の切替可能なアセンブリ１００４、１００８の屈折力が、世界を視認する際、相互に補償するように、導波管アセンブリ１０１２と世界との間の第１の適応レンズアセンブリ１００４は、正の屈折力を有してもよい一方、導波管アセンブリ１０１２とユーザとの間の第２の適応レンズアセンブリ１００８は、負の屈折力を有してもよい。
【０１８１】
その結果、依然として図１４Ａおよび１４Ｂを参照すると、ディスプレイデバイス１４００Ａ／１４００Ｂは、世界５１０と眼２１０との間の光学経路内の一対の適応レンズアセンブリ１００４、１００８を備え、対の適応レンズアセンブリ１００４、１００８はそれぞれ、電気的にアクティブ化されると、それを通して通過する光の偏光状態を改変するように構成される、切替可能な波長板（例えば、図１３Ａ／１３Ｂにおける１３１２Ａ／１３１２Ｂ）を備える。電気的にアクティブ化されると、対の適応レンズアセンブリは、対の適応レンズアセンブリを通して通過する光が、対の適応レンズアセンブリの屈折力の大きさ間のほぼ差である大きさを有する、組み合わせられた屈折力に従って、収束または発散するように、反対符号を有する、正味屈折力（Ｐｎｅｔ１、Ｐｎｅｔ２）を有する。仮想コンテンツは、負であり得る、Ｐｎｅｔ２に従って、ある深度平面においてユーザによって観察され得る一方、世界のビューは、比較的に、少なくとも部分的に、正であり得る、Ｐｎｅｔによって補償される、Ｐｎｅｔ２によって影響されない。
【０１８２】
いくつかの実施形態では、対の適応レンズアセンブリはそれぞれ、切替回路１３１６、１３１６’を使用して、複数の値のうちの１つに電気的に調節可能または同調可能である、個別の正味屈折力（Ｐｎｅｔ１、Ｐｎｅｔ２）を有する。上記に説明されるように、導波管アセンブリ１０１２によって外部結合される光によって生産された仮想オブジェクトの画像が、３Ｄ内で移動するにつれて、ユーザ側上の第２の適応レンズアセンブリ１００８の第２の正味屈折力（Ｐｎｅｔ２）は、仮想深度平面の変化する深度に適合するように調節される。同時に、実施形態によると、第１の適応レンズアセンブリ１００４の第１の正味屈折力（Ｐｎｅｔ１）も、対応して、実世界のビューが、望ましくなく焦点ずれまたは歪曲されないように、切替回路１３１６、１３１６’を使用して調節される。本必要性および他の必要性に対処するために、いくつかの実施形態では、ディスプレイデバイス１４００Ａ／１４００Ｂは、組み合わせられた屈折力（Ｐｎｅｔ１＋Ｐｎｅｔ２）が、ほぼ一定、例えば、約ゼロのままであるように、対の適応レンズアセンブリ１００４、１００８のうちの第１のものの第１の正味屈折力（Ｐｎｅｔ１）が、電気的に調節されると、対の適応レンズアセンブリのうちの第２のものの第２の屈折力（Ｐｎｅｔ２）が、対応して、調節されるように構成される、コントローラ１４０４を備える。コントローラ回路および切替可能な波長板１３１２は、本明細書に説明されるように、第１および第２の正味屈折力Ｐｎｅｔ、Ｐｎｅｔ２を切り替え、第２の適応レンズアセンブリ１００８を使用して、仮想深度平面を調節し、第１の適応レンズアセンブリ１００４を使用して、実世界ビューを補償するための時間が、約１００ミリ秒未満、約５０ミリ秒未満、約１０ミリ秒未満、約５ミリ秒未満、約１ミリ秒未満、またはこれらの値のいずれかによって定義された範囲内の値であるように構成される。図１３Ｂを参照して上記に述べられたように、いくつかの実施形態では、単一波長板レンズは、波長板レンズおよび切替可能な半波長板の両方として機能してもよい。例えば、単一の統合された光学要素が、選択的に切替可能な偏光をそれを通して通過する光に付与し、さらに、波長板レンズ機能に従って、屈折力をそれを通して通過する光に付与するように構成されてもよい。同様に、いくつかの実施形態では、図１４Ａおよび１４Ｂの第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４および１００８はそれぞれ、第１の波長板レンズ１３０４および／または第２の波長板レンズ１３０８および切替可能な波長板１３１２の機能性を提供する、単一の統合された光学要素の形態をとってもよい。
【０１８３】
依然として図１４Ａおよび１４Ｂを参照すると、図１０を参照して上記に議論されるように、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８のそれぞれによって調節され得る、光学性質は、他の性質の中でもとりわけ、偏光および偏光選択性を含んでもよい。いくつかの実装では、第１および第２の適応レンズアセンブリ１００４、１００８の一方または両方は、世界５１０から、随意にまた、導波管アセンブリ１０１２から、眼２１０に向かってそれを通して通過する光のある望ましくない成分を遮断または別様にフィルタリング除去するために、少なくとも１つの偏光選択的方向転換要素（例えば、偏光器）を含む、またはそれに隣接して位置付けられてもよい。例えば、そのような実装では、ディスプレイデバイス１４００Ａ／１４００Ｂは、導波管アセンブリ１０１２と第２の適応レンズアセンブリ１００８の第１の波長板レンズ（Ｌ１／ＨＷＰ１）１３０４との間に介在される、偏光選択的方向転換要素、第２の適応レンズアセンブリ１００８の第２の波長板レンズ（Ｌ２／ＨＷＰ２）１３０８と眼２１０との間に介在される、偏光選択的方向転換要素、または両方を含んでもよい。さらに、代替として、または加えて、そのような実装のうちのいくつかでは、ディスプレイデバイス１４００Ａは、導波管アセンブリ１０１２と第１の適応レンズアセンブリ１００４の第２の波長板レンズ（Ｌ２／ＨＷＰ２）１３０８との間に介在される、偏光選択的方向転換要素、第１の適応レンズアセンブリ１００４の第１の波長板レンズ（Ｌ１／ＨＷＰ１）１３０４と世界５１０との間に介在される、偏光選択的方向転換要素、または両方を含んでもよい。偏光選択的方向転換要素は、１つ以上の偏光格子、回折光学要素、および／またはホログラフィック光学要素を含み、液晶偏光格子等の液晶構造を備えてもよい。いくつかの実施形態では、導波管アセンブリ１０１２は、偏光を外部結合するように構成されてもよい。
【０１８４】
図１５は、いくつかの実施形態による、一対の適応レンズアセンブリを備える、ディスプレイデバイスの実施例を図示し、それぞれ、交互にスタックされる、波長板レンズと、切替可能な波長板とを備える。ディスプレイデバイス１５００Ａは、図１４Ａおよび１４Ｂに関して上記に説明されるディスプレイデバイス１４００Ａ／１４００Ｂに類似するが、第１および第２の適応レンズアセンブリ１５０４、１５０８はそれぞれ、複数の切替可能な波長板、例えば、それぞれ、切替可能な半波長板であり得る、第１−第３の切替可能な波長板１３１２−１、１３１２−２、１３１２−３と交互にスタックされる、複数の波長板レンズ、例えば、それぞれ、半波長板レンズであり得る、第１−第４の波長板レンズ１３０８−１、１３０８−２、１３０８−３、１３０８−４を備える。いくつかの実装では、導波管アセンブリ１０１２は、導波管１０１２ａ、１０１２ｂ、および１０１２ｃのスタックを含んでもよく、これは、それぞれ、任意の好適な順序において、例えば、赤色、緑色、および青色光を内部結合し、続いて、外部結合することによって、原色画像を提供するために構成される、導波管に対応してもよい。複数の切替可能な波長板１３１２はそれぞれ、独立して、切替回路１３１６、１３１６’（図１４Ａ／１４Ｂ）を使用して、アクティブ化されてもよい。切替可能な波長板の異なるものを電気的にアクティブ化することは、切替可能な波長板の異なるものによって介在される、直接隣接する波長板レンズの屈折力の大きさのほぼ和である大きさを有する、異なる正味屈折力に従って、適応レンズアセンブリを通して通過する光を発散または収束させる。
【０１８５】
有利には、切替可能な波長板１３１２−１、１３１２−２、１３１２−３のうちの１つ以上のものを選択的にアクティブ化することによって、サブスタック１５０４−１、１５０４−２、１５０４−３のうちの１つ以上のものが、それぞれ、１つ以上の適応レンズサブアセンブリとしての役割を果たすように選択されてもよく、各サブスタックは、切替可能な波長板１３１２−１、１３１２−２、１３１２−３のうちの１つと、一対の直接隣接する波長板レンズとを備える。例えば、第１の切替可能な波長板１３１２−１が、アクティブ化されると、第１および第２の波長板レンズ１３０８−１、１３０８−２と、第１の波長板レンズ１３１２−１とを備える、第１のサブスタック１５０４−１は、図１３Ｃに関して上記に説明される類似様式において、適応レンズサブアセンブリとしての役割を果たす。加えて、図１３Ｂに関して上記に説明されるように、切替可能な波長板（１３１２Ａでは図１３Ｂ）が、非アクティブ化されると、切替可能な波長板１３１２Ａによって介在される、第１および第２の波長板１３０４、１３０８を備える、対応する適応レンズアセンブリ１３００Ａは、偏光の正味収束、発散、または改変を提供せずに、光を実質的に通過させるように構成されてもよい。したがって、切替可能な波長板１３１２−１、１３１２−２、１３１２−３のうちの１つ以上のものが、アクティブ化されると、サブスタック１５０４−１、１５０４−２、１５０４−３のうちの対応する１つ以上のものは、適応レンズサブアセンブリとしての役割を果たす一方、サブスタック１５０４−１、１５０４−２、１５０４−３のその他は、それを通して通過する光に実質的に影響を及ぼさない。さらに、第１および第２の適応レンズアセンブリ１５０４、１５０８内の導波管アセンブリ１０１２の反対側上の切替可能な波長板１３１２−１、１３１２−２、１３１２−３の対応するものをアクティブ化することによって、第１および第２の切替可能な波長板レンズアセンブリ１５０４、１５０８の第１および第２の正味屈折力は、図１４Ａおよび１４Ｂに関して上記に説明される類似様式において、補償され得る。例えば、コントローラは、第１の適応レンズアセンブリ１５０４内の切替可能な波長板１３１２−１、１３１２−２、１３１２−３のうちの１つが、第１の適応レンズアセンブリ１００４が第１の正味屈折力（Ｐｎｅｔ１）を有するように、アクティブ化されると、第２の適応レンズアセンブリ１５０８内の切替可能な波長板１３１２−１、１３１２−２、１３１２−３のうちの対応する１つが、第２の適応レンズアセンブリ１００８が第１の正味屈折力（Ｐｎｅｔ２）を有するようにアクティブ化され、組み合わせられた屈折力（Ｐｎｅｔ１＋Ｐｎｅｔ２）が、ほぼ一定、例えば、約ゼロのままであるように構成されてもよい。
【０１８６】
有利には、第２の適応レンズアセンブリ１５０８内のサブスタック１５０８−１、１５０８−２、１５０８−３のうちの１つ以上のものの異なるものを選択することによって、異なる深度平面における仮想画像が、ユーザに表示され得、加えて、第１の適応レンズアセンブリ１５０４内の異なる対応する対のサブスタック１５０４−１、１５０４−２、１５０４−３を選択することによって、サブスタック１５０８−１、１５０８−２、１５０８−３の屈折力から生じ得る、実世界画像の焦点ずれまたは歪曲は、補償または低減され得る。図１４Ａおよび１４Ｂを参照して上記に述べられたように、いくつかの実施形態では、単一波長板レンズは、波長板レンズおよび切替可能な半波長板の両方として機能してもよい。同様に、いくつかの実施形態では、サブスタック１５０４−１、１５０４−２、１５０４−３、１５０８−１、１５０８−２、および１５０８−３のうちの１つ以上のものはそれぞれ、個別の第１および／または第２の波長板レンズおよび個別の切替可能な波長板の機能性を提供する、単一の統合された光学要素の形態をとってもよい。
【０１８７】
依然として図１５を参照すると、図１４Ａおよび１４Ｂを参照して上記に議論される類似様式において、いくつかの実装では、第１および第２の適応レンズアセンブリ１５０４、１５０８の一方または両方は、世界５１０から、随意にまた、導波管アセンブリ１０１２から、眼２１０に向かってそれを通して通過する光のある望ましくない成分を遮断または別様にフィルタリング除去するために、少なくとも１つの偏光選択的方向転換要素（例えば、偏光器）を含む、またはそれに隣接して位置付けられてもよい。例えば、そのような実装では、ディスプレイデバイス１５００は、導波管アセンブリ１０１２と第２の適応レンズアセンブリ１５０８の第４の波長板レンズ（Ｌ１／ＨＷＰ１）１３０８−４との間に介在される、偏光選択的方向転換要素、第２の適応レンズアセンブリ１５０８の第１の波長板レンズ１３０８−１と眼２１０との間に介在される、偏光選択的方向転換要素、または両方を含んでもよい。さらに、代替として、または加えて、ディスプレイデバイス１５００は、導波管アセンブリ１０１２と第１の適応レンズアセンブリ１５０４の第１の波長板レンズ１３０８−１との間に介在される、偏光選択的方向転換要素、第１の適応レンズアセンブリ１２０４の第４の波長板レンズ１３０８−４と世界５１０との間に介在される、偏光選択的方向転換要素、または両方を含んでもよい。偏光選択的方向転換要素は、１つ以上の偏光格子、回折光学要素、および／またはホログラフィック光学要素を含んでもよく、液晶偏光格子等の液晶構造を備えてもよい。いくつかの実施形態では、導波管アセンブリ１０１２は、偏光を外部結合するように構成されてもよい。
【０１８８】
図１６は、図１５に関して上記に図示され、図１７Ａ−１７Ｈに関して詳細に下記に説明されるように、ディスプレイデバイス内の第２の適応レンズアセンブリ１５０８内のサブスタック１５０８−１、１５０８−２、１５０８−３のうちの１つ以上のものを選択することによって、ユーザ１６０４のために選択され得る、画像ｆｓ０のデフォルト仮想深度および第１−第６の仮想画像深度ｆｓ１−ｆｓ６の実施例を図式的に図示する。加えて、第２の適応レンズアセンブリ１５０８内のサブスタック１５０８−１、１５０８−２、１５０８−３のうちの選択された１つは、実世界のビューの望ましくない焦点ずれまたは歪曲が、低減または最小限にされるように、第１の適応レンズアセンブリ１５０４内のサブスタック１５０４−１、１５０４−２、１５０４−３のうちの対応するサブスタックの１つと対合される。
【０１８９】
図１７Ａは、図１５に図示されるディスプレイデバイス１５００のゼロの状態１５００Ａの実施例を図示し、サブスタックが、第１および第２の適応レンズアセンブリ１５０４、１５０８のいずれ内でも選択されていない。本状態では、サブスタック１５０８−１、１５０８−２、１５０８−３のいずれも、眼の中に集束されることに先立って、導波管アセンブリ１０１２から外部結合される光を実質的に収束または発散させない。仮想画像は、画像ｆｓ０のデフォルト深度に表示され得る。いくつかの実施例では、画像を画像ｆｓ０のデフォルト深度に表示することは、画像を無限または無限に近い値を有する焦点距離に表示することに匹敵し得る（例えば、ｆｓ０は、光学無限遠であり得、これは、第１および第２の適応レンズアセンブリ１５０４、１５０８の切替可能な波長板のアクティブ化を要求せずに、光学無限遠によって包含される視野の大部分におけるコンテンツが表示されることを可能にすることによって、リソースを節約する利点を有し得る）。
【０１９０】
図１７Ｂは、図１５に図示されるディスプレイデバイス１５００の第１の状態１５００Ｂの実施例を図示し、第１のサブスタック１５０８−１が、導波管アセンブリ１０１２から外部結合される光を集束させることによって生成された仮想画像が、第１のサブスタック１５０８−１の負の屈折力から生じる、デフォルト画像深度ｆｓ０より眼２１０に近い、第１の画像深度ｆｓ１において、眼２１０に表示されるように、第１のサブスタック１５０８−１の第１の切替可能な波長板１３１２−１をアクティブ化することによって、第２の適応レンズアセンブリ１５０８内で選択される。そこから結果として生じる実世界画像の焦点ずれを補償するために、対応する第１のサブスタック１５０４−１が、実世界ビューの望ましくない焦点ずれが、第１および第２の適応レンズアセンブリ１５０４、１５０８の正味屈折力の補償される差異に従って低減または最小限にされるように、第１のサブスタック１５０４−１の第１の切替可能な波長板１３１２−１をアクティブ化することによって、第１の適応レンズアセンブリ１５０８内で選択される。
【０１９１】
図１７Ｃは、図１５に図示されるディスプレイデバイス１５００の第２の状態１５００Ｃの実施例を図示し、第２のサブスタック１５０８−２が、導波管アセンブリ１０１２から外部結合される光を集束させることによって生成された仮想画像が、第２のサブスタック１５０８−２の負の屈折力から生じる、第１の画像深度ｆｓ１より眼２１０に近い、第２の画像深度ｆｓ２において、眼２１０に表示されるように、第２のサブスタック１５０８−２の第２の切替可能な波長板１３１２−２をアクティブ化することによって、第２の適応レンズアセンブリ１５０８内で選択される。そこから結果として生じる実世界画像の焦点ずれを補償するために、対応する第２のサブスタック１５０４−２が、実世界ビューの望ましくない焦点ずれが、第１および第２の適応レンズアセンブリ１５０４、１５０８の正味屈折力の差異に従って低減または最小限にされるように、第１のサブスタック１５０４−１の第２の切替可能な波長板１３１２−２をアクティブ化することによって、第１の適応レンズアセンブリ１５０８内で選択される。
【０１９２】
図１７Ｄは、図１５に図示されるディスプレイデバイス１５００の第３の状態１５００Ｄの実施例を図示し、複数のサブスタック、すなわち、第１および第２のサブスタック１５０８−１、１５０８−２が、導波管アセンブリ１０１２から外部結合される光を集束させることによって生成された仮想画像が、第１および第２のサブスタック１５０８−１、１５０８−２の組み合わせられた負の屈折力から生じる、第２の画像深度ｆｓ２より眼２１０に近い、第３の画像深度ｆｓ３において、眼２１０に表示されるように、第１および第２のサブスタック１５０８−１、１５０８−２の第１および第２の切替可能な波長板１３１２−１、１３１２−２をアクティブ化することによって、第２の適応レンズアセンブリ１５０８内で選択される。そこから結果として生じる実世界画像の焦点ずれを補償するために、対応する第１および第２のサブスタック１５０４−１、１５０４−２が、実世界画像の望ましくない焦点ずれが、第１および第２の適応レンズアセンブリ１５０４、１５０８の正味屈折力の補償される差異に従って低減または最小限にされるように、第１および第２のサブスタック１５０４−１、１５０４−２の第１および第２の切替可能な波長板１３１２−１、１３１２−２をアクティブ化することによって、第１の適応レンズアセンブリ１５０８内で選択される。
【０１９３】
図１７Ｅは、図１５に図示されるディスプレイデバイス１５００の第４の状態１５００Ｅの実施例を図示し、第３のサブスタック１５０８−３が、導波管アセンブリ１０１２から外部結合される光を集束させることによって生成された仮想画像が、第３のサブスタック１５０８−３の負の屈折力から生じる、第３の画像深度ｆｓ３より眼２１０に近い、第４の画像深度ｆｓ４において、眼２１０に表示されるように、第２のサブスタック１５０８−２の第３の切替可能な波長板１３１２−３をアクティブ化することによって、第２の適応レンズアセンブリ１５０８内で選択される。そこから結果として生じる実世界画像の焦点ずれを補償するために、対応する第３のサブスタック１５０４−３が、実世界画像の望ましくない焦点ずれが、第１および第２の適応レンズアセンブリ１５０４、１５０８の正味屈折力の差異に従って低減または最小限にされるように、第３のサブスタック１５０４−３の第３の切替可能な波長板１３１２−２をアクティブ化することによって、第１の適応レンズアセンブリ１５０８内で選択される。
【０１９４】
図１７Ｆは、図１５に図示されるディスプレイデバイス１５００の第５の状態１５００Ｅの実施例を図示し、複数のサブスタック、すなわち、第１および第３のサブスタック１５０８−１、１５０８−３が、導波管アセンブリ１０１２から外部結合される光を集束させることによって生成された仮想画像が、第１および第３のサブスタック１５０８−１、１５０８−３の負の屈折力から生じる、第４の画像深度ｆｓ４より眼２１０に近い、第５の画像深度ｆｓ５において、眼２１０に表示されるように、第１および第３のサブスタック１５０８−１、１５０８−３の第１および第３の切替可能な波長板１３１２−１、１３１２−３をアクティブ化することによって、第２の適応レンズアセンブリ１５０８内で選択される。そこから結果として生じる実世界画像の焦点ずれを補償するために、対応する第１および第３のサブスタック１５０４−１、１５０４−３が、実世界画像の望ましくない焦点ずれが、第１および第２の適応レンズアセンブリ１５０４、１５０８の正味屈折力の差異に従って低減または最小限にされるように、第１および第３のサブスタック１５０４−１、１５０４−３の第１および第３の切替可能な波長板１３１２−１、１３１２−３をアクティブ化することによって、第１の適応レンズアセンブリ１５０８内で選択される。
【０１９５】
図１７Ｇは、図１５に図示されるディスプレイデバイス１５００の第６の状態１５００Ｆの実施例を図示し、複数のサブスタック、すなわち、第２および第３のサブスタック１５０８−２、１５０８−３が、導波管アセンブリ１０１２から外部結合される光を集束させることによって生成された仮想画像が、第２および第３のサブスタック１５０８−２、１５０８−３の負の屈折力から生じる、第５の画像深度ｆｓ５より眼２１０に近い、第６の画像深度ｆｓ６において、眼２１０に表示されるように、第２および第３のサブスタック１５０８−２、１５０８−３の第２および第３の切替可能な波長板１３１２−２、１３１２−３をアクティブ化することによって、第２の適応レンズアセンブリ１５０８内で選択される。そこから結果として生じる実世界画像の焦点ずれを補償するために、対応する第２および第３のサブスタック１５０４−２、１５０４−３が、実世界画像の望ましくない焦点ずれが、第１および第２の適応レンズアセンブリ１５０４、１５０８の正味屈折力の差異に従って低減または最小限にされるように、第２および第３のサブスタック１５０４−２、１５０４−３の第２および第３の切替可能な波長板１３１２−２、１３１２−３をアクティブ化することによって、第１の適応レンズアセンブリ１５０８内で選択される。
【０１９６】
図１７Ｈは、図１５に図示されるディスプレイデバイス１５００の第７の状態１５００Ｇの実施例を図示し、複数のサブスタック、すなわち、第１、第２、および第３のサブスタック１５０８−１、１５０８−２、１５０８−３が、導波管アセンブリ１０１２から外部結合される光を集束させることによって生成された仮想画像が、第１、第２、および第３のサブスタック１５０８−１、１５０８−２、１５０８−３の負の屈折力から生じる、第６の画像深度ｆｓ６より眼２１０に近い、第７の画像深度ｆｓ７において、眼２１０に表示されるように、第１、第２、および第３のサブスタック１５０８−１、１５０８−２、１５０８−３の第１、第２、および第３の切替可能な波長板１３１２−１、１３１２−２、１３１２−３をアクティブ化することによって、第２の適応レンズアセンブリ１５０８内で選択される。そこから結果として生じる実世界画像の焦点ずれを補償するために、対応する第１、第２、および第３のサブスタック１５０４−１、１５０４−２、１５０４−３が、実世界画像の望ましくない焦点ずれが、第１および第２の適応レンズアセンブリ１５０４、１５０８の正味屈折力の差異に従って低減または最小限にされるように、第１、第２、および第３のサブスタック１５０４−１、１５０４−２、１５０４−３の第１、第２、および第３の切替可能な波長板１３１２−１、１３１２−２、１３１２−３をアクティブ化することによって、第１の適応レンズアセンブリ１５０４内で選択される。
【０１９７】
図１７Ａ−１７Ｈを参照すると、いくつかの実施形態では、第１および第２の適応レンズアセンブリ１５０４、１５０８の対のアクティブ化または非アクティブ化切替可能な波長板を分離する距離、例えば、実質的に等しい大きさの屈折力を有する、対の切替可能な波長板を分離する距離は、実質的に等しい。例えば、図１７Ｄを参照すると、屈折力＋／−ｆｃを有する、対の非アクティブ化サブスタックのサブスタック間の（適応レンズサブスタックのスタックの厚さ方向、すなわち、ｚ−軸における）距離は、屈折力＋／−ｆａを有する、対の非アクティブ化サブスタックのサブスタック間の厚さ方向における距離と等しく、これは、ひいては、屈折力＋／−ｆｃを有する、対の非アクティブ化サブスタックのサブスタック間の厚さ方向における距離と等しい。
【０１９８】
図示される実施形態では、第１および第２の適応レンズアセンブリ１５０４、１５０８はそれぞれ、例証的目的のために、３つのサブスタックを含むが、実施形態は、そのように限定されないことを理解されたい。すなわち、他の実施形態では、第１および第２の適応レンズアセンブリ１５０４、１５０８は、それぞれ、第１−ｎ番目のサブスタック１５０４−１、１５０４−２、…１５０４−ｎ、および１５０８−１、１５０８−２、…１５０８−ｎを含むことができ、ｎは、対応する数の画像深度ｆｓ１、ｆｓ２，…ｆｓｎを送達するために好適な数である。
【０１９９】
いくつかの実施形態では、サブスタックのそれぞれの屈折力は、画像深度ｆｓ１−ｆｓ７の一部または全部が、ジオプタ空間内で相互から等しいまたは実質的に等しい距離で離間されるように選択されてもよい。いくつかの実施形態では、ジオプタ空間において、画像深度ｆｓ１−ｆｓ７は、相互から約０．５ジオプタ離間されてもよい。例えば、画像深度ｆｓ１−ｆｓ７は、それぞれ、０．５、１、１．５、２、２．５、３、および３．５ジオプタに対応し得る。
【０２００】
適応レンズアセンブリと、固定レンズとを含む、ディスプレイデバイス
適応レンズアセンブリを含む、上記に説明される例示的ディスプレイデバイスでは、適応レンズアセンブリは、波長板レンズと、切替可能な波長板とを含み、他の利点の中でもとりわけ、導波管の数を低減させ、ひいては、全体的デバイス重量および厚さを低減させる利点を有していた。いくつかの実施形態では、付加的固定レンズが、１つ以上の適応レンズアセンブリ上にスタックされてもよい。有利には、付加的レンズは、種々の可能性として考えられる利点を提供する。例えば、いくつかの状況下では、そのようなレンズは、付加的屈折力を追加するために提供されてもよい。加えて、図１０に関して説明されるウェアラブルデバイス１０００等のいくつかの実施形態によるウェアラブルディスプレイデバイスを使用する、一部のユーザは、光がその眼の網膜上に正しく集束させることを妨げる、屈折誤差を伴う眼を有する。いくつかの実施形態では、付加的レンズ要素は、特定の処方箋屈折力を提供し、ユーザが、ディスプレイによって投影され、および／または実世界からディスプレイを通して透過される、画像情報を明確に視認することを可能にするように構成されてもよい。加えて、付加的レンズは、デバイスをユーザの顔輪郭により良好に共形化させるための曲率を有し、アイウェアのための通常のフレームとより良好に統合し、および／またはより審美的に魅力的外観をディスプレイデバイスに提供するための表面を具備してもよい。
【０２０１】
図１８Ａおよび１８Ｂは、いくつかの実施形態による、一対の適応レンズアセンブリと、一対の固定レンズとを備える、ディスプレイデバイスを図示する。上記に議論されるように、ディスプレイデバイス１８００Ａ／１８００Ｂは、一対の適応レンズアセンブリ（例えば、図１４Ａ／１４Ｂにおける１００４、１００８、図１５における１５０４、１５０８）と、対の適応レンズアセンブリ間に介在される、導波管アセンブリ１０１２とを備え、導波管アセンブリは、全内部反射下、光を伝搬し、光を対の適応レンズアセンブリのうちの１つの中に外部結合し、仮想コンテンツを複数の仮想深度平面に表示するように構成される、導波管を備える。対の適応レンズアセンブリはそれぞれ、電気的にアクティブ化されると、それを通して通過する光の偏光状態を改変するように構成される、切替可能な波長板を備える。上記に議論されるように、いくつかの状況下では、付加的固定レンズ、例えば、補正レンズを追加し、ユーザにより明確に見えることを可能にすることが望ましくあり得る。いくつかの実施形態では、第１の固定焦点レンズ要素１８０８が、導波管アセンブリ１０１２と視認者の眼２１０との間に提供されてもよい。第１の固定焦点レンズ要素の追加は、適切な調節を提供し、仮想コンテンツを含み得る、導波管アセンブリ１０１２から外部結合される光が、視認者の眼２１０のために正しく集束されるように調節し得る。しかしながら、第１の固定レンズ要素１８０８はまた、世界５１０から視認者の眼２１０に伝搬する光の経路内にある。その結果、第１のレンズ要素は、周囲環境からの光を修正し、それによって、収差を世界の視認者のビュー内に生じさせ得る。そのような収差を補正するために、第２の固定焦点レンズ要素１８０４が、導波管アセンブリ１０１２の第１の可変焦点レンズ要素１８０８と反対側上に配置されてもよい。第２の固定焦点レンズ要素１８０４は、第１の固定焦点レンズ要素１８０８によって生じる収差を補償するように構成されてもよい。
【０２０２】
いくつかの実施形態では、第２の固定焦点レンズ要素１８０４の焦点は、第１の固定焦点レンズ要素１８０８の焦点の反転または反対であってもよい。例えば、第１の固定焦点レンズ要素１８０８が、正の屈折力を有する場合、第２の固定焦点レンズ要素１８０４は、負の屈折力を有してもよく、その逆も同様であって、これは、いくつかの実施形態では、類似大きさであってもよい。
【０２０３】
いくつかの実施形態では、固定焦点レンズ要素１８０４、１８０８を伴わない、ディスプレイデバイス１８００Ａ／１８００Ｂは、十分な屈折力を有していない場合があり、第１の可変焦点レンズ要素は、画像情報が視認者によって特定の深度平面上にあるように解釈されるために、適切な量の付加的発散を光に提供するように構成されてもよい。
【０２０４】
第１および第２の固定焦点レンズ要素１８０４、１８０８は、視認者の眼のうちの一方のために提供されてもよく、それぞれ、第１および第２の固定焦点レンズ要素に類似する、第３および第４の固定焦点レンズ要素（図示せず）は、視認者の眼の他方のために提供されてもよいことを理解されたい。
【０２０５】
種々の実施形態では、第１および第２の固定焦点レンズ要素はそれぞれ、約±５．０ジオプタ〜０ジオプタ、±４．０ジオプタ〜０ジオプタ、±３．０ジオプタ〜０ジオプタ、±２．０ジオプタ〜０ジオプタ、±１．０ジオプタ〜０ジオプタ（これらの値によって定義された任意の範囲、例えば±１．５ジオプタを含む）の範囲内の正味屈折力（正または負）を提供してもよい。
【０２０６】
図１８Ａおよび１８Ｂにおける実施形態等のいくつかの実施形態では、第１および第２の焦点レンズ要素１８０４、１８０８の屈折力が相互に補償するように、例えば、凹面または平凹面レンズであり得る、第１の固定焦点レンズ要素１８０４の屈折力は、正の値を有し、例えば、凸面または平凸面レンズであり得る、第２の固定焦点レンズ要素１８０８の屈折力は、負の値を有する。しかしながら、いくつかの他の実施形態では、第１および第２の焦点レンズ要素１８０４、１８０８の屈折力が相互に補償するように、第２の固定焦点レンズ要素１８０８の屈折力は、正の値を有してもよく、第１の固定焦点レンズ要素１８０４の屈折力は、負の値を有してもよい。
【０２０７】
図１９は、いくつかの他の実施形態による、ディスプレイデバイス１９００を図示する。図１８Ａ、１８Ｂに関して上記に説明されるディスプレイデバイス１８００Ａ／１８００Ｂと同様に、ディスプレイデバイス１９００は、一対の適応レンズアセンブリ（例えば、図１４Ａ／１４Ｂにおける１００４、１００８、図１５における１５０４、１５０８）と、対の適応レンズアセンブリ間に介在される、導波管アセンブリ１０１２とを含む。しかしながら、図１８Ａ、１８Ｂのディスプレイデバイス１８００Ａ／１８００Ｂと異なり、仮想コンテンツを含み得る、導波管アセンブリ１０１２から外部結合される光が、視認者の眼２１０のために正しく集束されるように調節するために、導波管アセンブリ１０１２は、第１の固定焦点レンズ要素１８０８を導波管アセンブリ１０１２と視認者の眼２１０との間に有する代わりに、内蔵屈折力を有するように構成されてもよい。上記に説明されるディスプレイデバイス１８００Ａ／１８００Ｂと同様に、導波管アセンブリ１０１２内の内蔵屈折力は、周囲環境からの光の波面を修正し、それによって、世界の視認者のビューに収差を生じさせ得る。そのような収差を補正するために、図１８Ａ、１８Ｂに関して上記に説明される第２の固定焦点レンズ要素１８０４に類似する、固定焦点レンズ要素１８０４が、世界と導波管アセンブリ１０１２との間に配置されてもよい。固定焦点レンズ要素１８０４は、図１８Ａ、１８Ｂに関して上記に説明される補償機構と同様に、導波管アセンブリ１０１２内の内蔵屈折力によって生じる収差を補償するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、導波管アセンブリおよび固定焦点レンズ要素の屈折力が相互に補償するように、導波管アセンブリ１０１２内の内蔵屈折力は、負の値を有してもよく、固定焦点レンズ要素１８０４の屈折力は、正の値を有してもよい。固定焦点レンズ要素１８０４の種々の特性は、図１８Ａ、１８Ｂに関して上記に説明されるものに類似する。
【０２０８】
図１９に図示される実施形態では、固定焦点レンズ要素１８０４は、世界５１０と導波管アセンブリ１０１２との間に配置されるが、他の実施形態も、可能性として考えられることを理解されたい。例えば、固定焦点レンズ要素１８０８は、図１８Ａ、１８Ｂに関して上記に説明される第１の固定焦点レンズ要素１８０８と同様に、眼２１０と導波管アセンブリ１０１２との間に配置されてもよい。これらの実施形態では、導波管アセンブリおよび固定焦点レンズ要素の屈折力が相互に補償するように、導波管アセンブリ１０１２内の内蔵屈折力は、正の値を有してもよく、固定焦点レンズ要素１８０８の屈折力は、負の値を有してもよい。
【０２０９】
図１８Ａ／１８Ｂに関して図示されるディスプレイデバイス１８００Ａ／１８００Ｂおよび図１９に関して図示されるディスプレイデバイス１９００に戻って参照すると、図１４Ａおよび１４Ｂを参照して上記に議論される類似様式において、いくつかの実装では、第１および第２の適応レンズアセンブリの一方または両方は、世界５１０から、随意にまた、導波管アセンブリ１０１２からそれを通して眼２１０に向かって通過する光のある望ましくない成分を遮断または別様にフィルタリング除去するために、少なくとも１つの偏光選択的方向転換要素（例えば、偏光器）を含む、またはそれに隣接して位置付けられてもよい。例えば、そのような実装では、ディスプレイデバイス１８００Ａ／１８００Ｂ（図１８Ａ／１８Ｂ）および／またはディスプレイデバイス１９００（図１９）は、導波管アセンブリ１０１２とユーザ側上のそこに隣接する波長板レンズとの間に介在される、偏光選択的方向転換要素、ユーザ（眼２１０）とそこに隣接する波長板レンズとの間に介在される、偏光選択的方向転換要素、または両方を含んでもよい。さらに、代替として、または加えて、ディスプレイデバイス１８００Ａ／１８００Ｂ（図１８Ａ／１８Ｂ）および／またはディスプレイデバイス１９００（図１９）は、導波管アセンブリ１０１２と世界側上のそこに隣接する波長板レンズとの間に介在される、偏光選択的方向転換要素、世界５１０とそこに隣接する波長板レンズとの間に介在される、偏光選択的方向転換要素、または両方を含んでもよい。偏光選択的方向転換要素は、１つ以上の偏光格子、回折光学要素、および／またはホログラフィック光学要素を含んでもよく、液晶偏光格子等の液晶構造を備えてもよい。いくつかの実施形態では、導波管アセンブリ１０１２は、偏光を外部結合するように構成されてもよい。
【０２１０】
付加的実施例
第１の実施例では、拡張現実システムは、光を受信し、ユーザに向かって再指向するように構成される、少なくとも１つの導波管であって、ユーザの環境からの周囲光がそれを通してユーザに向かって通過することを可能にするようにさらに構成される、少なくとも１つの導波管を備える。システムは、加えて、少なくとも１つの導波管と環境との間に位置付けられる、第１の適応レンズアセンブリであって、第１の適応レンズアセンブリが第１の屈折力をそれを通して通過する光に付与するように構成される、状態と、第１の適応レンズアセンブリが第１の屈折力と異なる屈折力をそれを通して通過する光に付与するように構成される、少なくとも１つの他の状態との間で選択的に切替可能である、第１の適応レンズアセンブリを備える。本システムは、加えて、少なくとも１つの導波管とユーザとの間に位置付けられる、第２の適応レンズアセンブリであって、第２の適応レンズアセンブリが第１の屈折力と異なる第２の屈折力をそれを通して通過する光に付与するように構成される、状態と、第２の適応レンズアセンブリが第２の屈折力と異なる屈折力をそれを通して通過する光に付与するように構成される、少なくとも１つの他の状態との間で選択的に切替可能である、第２の適応レンズアセンブリを備える。システムはさらに、第１および第２の適応レンズアセンブリに動作可能に結合される、少なくとも１つのプロセッサであって、第１および第２の適応レンズアセンブリが実質的に一定の正味屈折力をそれを通して通過する環境からの周囲光に付与するように、第１および第２の適応レンズアセンブリを異なる状態間で同期して切り替えさせるように構成される、少なくとも１つのプロセッサを備える。
【０２１１】
第２の実施例では、第１の実施例の拡張現実システムはさらに、マイクロディスプレイを備え、少なくとも１つの導波管は、マイクロディスプレイからの光を受信し、ユーザに向かって再指向するように構成される。
【０２１２】
第３の実施例では、第１−第２の実施例のうちの任意の１つの拡張現実システムにおいて、第１の屈折力および第２の屈折力は、反対符号である。
【０２１３】
第４の実施例では、第１−第３の実施例のうちの任意の１つの拡張現実システムにおいて、第１の屈折力および第２の屈折力は、実質的に等しい大きさである。
【０２１４】
第５の実施例では、第１−第４の実施例のうちの任意の１つの拡張現実システムにおいて、第１および第２の適応レンズアセンブリはそれぞれ、１つ以上の制御信号を少なくとも１つのプロセッサから入力として受信し、それに応答して、その後、４００ミリ秒未満の時間周期以内に、１つの状態から別の状態に切り替わるように構成される。
【０２１５】
第６の実施例では、第５の実施例の拡張現実システムにおいて、第１および第２の適応レンズアセンブリがそれぞれ１つの状態から別の状態に切り替わるように構成される、時間周期は、２００ミリ秒未満である。
【０２１６】
第７の実施例では、第６の実施例の拡張現実システムにおいて、第１および第２の適応レンズアセンブリがそれぞれ１つの状態から別の状態に切り替わるように構成される、時間周期は、１００ミリ秒未満である。
【０２１７】
第８の実施例では、第１−第７の実施例のうちの任意の１つの拡張現実システムにおいて、少なくとも１つの導波管は、それを通して少なくとも１つの導波管が、光をユーザに向かって再指向し、ユーザの環境からの周囲光がそれを通してユーザに向かって通過することを可能にするように構成される、出力エリアを備える。少なくとも１つの導波管の出力エリアは、その中に第１の適応レンズアセンブリのクリア開口が形成される、第１の適応レンズアセンブリの一部と、その中に第２の適応レンズアセンブリのクリア開口が形成される、第２の適応レンズアセンブリの一部との間に位置付けられる。
【０２１８】
第９の実施例では、第８の実施例の拡張現実システムにおいて、その中に第１および第２の適応レンズアセンブリのクリア開口がそれぞれ形成される、第１および第２の適応レンズアセンブリの一部はそれぞれ、少なくとも１つの導波管の出力エリアより大きいサイズである。
【０２１９】
第１０の実施例では、第１−第９の実施例のうちの任意の１つの拡張現実システムにおいて、第１および第２の適応レンズアセンブリはそれぞれ、２つの状態間で切替可能な単極である、少なくとも１つの光学要素を含む。
【０２２０】
第１１の実施例では、第１０の実施例の拡張現実システムにおいて、少なくとも１つの光学要素は、少なくとも１つの光学要素が第１の偏光状態をそれを通してユーザに向かって通過する光に付与するように構成される、第１の状態と、少なくとも１つの光学要素が第１の偏光状態と異なる第２の偏光状態をそれを通して通過する光に付与するように構成される、第２の状態との間で切替可能な単極である。
【０２２１】
第１２の実施例では、第１−第１１の実施例のうちの任意の１つの拡張現実システムにおいて、第１および第２の適応レンズアセンブリはそれぞれ、少なくとも１つの光学要素とユーザとの間に位置付けられる、少なくとも１つの波長板レンズを含み、少なくとも１つの波長板レンズは、１つの屈折力をそれを通して通過する第１の偏光状態の光に、別の異なる屈折力をそれを通して通過する第２の偏光状態の光に付与するように構成される。
【０２２２】
第１３の実施例では、第１−第１２の実施例のうちの任意の１つの拡張現実システムにおいて、第１および第２の適応レンズアセンブリはそれぞれ、２つの状態間で切替可能な単極である、ある量の光学要素を含み、第１および第２の適応レンズアセンブリのそれぞれ内に含まれる光学要素の量は、第１の値と等しく、第１および第２の適応レンズアセンブリはそれぞれ、ある量の異なる状態の中から状態間で選択的に切替可能であって、異なる状態の量は、第１の値に指数関数的に依存する、第２の値と等しい。
【０２２３】
第１４の実施例では、第１３の実施例の拡張現実システムにおいて、第２の値は、ある指数を伴う２の冪乗と等しく、指数は、第１の値と等しい。
【０２２４】
第１５の実施例では、第１−第１４の実施例のうちの任意の１つの拡張現実システムにおいて、少なくとも１つの導波管は、仮想コンテンツを表す光を受信し、ユーザに向かって再指向するように構成され、少なくとも１つのプロセッサは、第１および第２の適応レンズアセンブリを、異なる状態の量の中からの異なる状態間で同期して切り替えさせ、それを通して通過する光によって表される仮想コンテンツがユーザによって知覚されるべきユーザから離れた距離を調節するように構成される。
【０２２５】
第１６の実施例では、第１５の実施例の拡張現実システムにおいて、それを通して通過する光によって表される仮想コンテンツがユーザによって知覚されるべき、ユーザから離れた距離は、ある量の異なる距離のいずれかに選択的に切替可能であって、異なる距離の量は、第２の値と等しい。
【０２２６】
第１７の実施例では、ディスプレイデバイスは、外部結合される光を導波管の出力表面に沿って出力するように構成される、導波管を備える、導波管アセンブリを備える。ディスプレイデバイスは、加えて、出力表面に面した第１の主要表面を有する、第１の適応レンズアセンブリであって、第１の波長板レンズと、第２の波長板レンズと、第１の波長板レンズと第２の波長板レンズとの間に介在される、第１の切替可能な波長板であって、外部結合される光の偏光状態を改変させずに、外部結合される光を通過させるように構成される、第１の状態と、それを通して通過する外部結合される光の偏光状態を改変するように構成される、第２の状態との間で選択的に切替可能である、第１の切替可能な波長板とを備える、第１の適応レンズアセンブリを備える。ディスプレイデバイスは、加えて、出力表面と反対の外部場面に面した第２の主要表面と、第１の主要表面に面した第２の準主要表面とを有する、第２の適応レンズアセンブリであって、第３の波長板レンズと、第４の波長板レンズと、第３の波長板レンズと第４の波長板レンズとの間に介在される、第２の切替可能な波長板であって、外部場面からの光の偏光状態を改変せずに、外部場面からの光を通過させるように構成される、第３の状態と、それを通して通過する外部場面からの光の偏光状態を改変するように構成される、第４の状態との間で選択的に切替可能である、第２の切替可能な波長板とを備える、第２の適応レンズアセンブリを備える。
【０２２７】
第１８の実施例では、第１７の実施形態のディスプレイデバイスにおいて、第１および第２の波長板レンズはそれぞれ、それを通して通過する外部結合される光の偏光状態を改変し、外部結合される光を収束または発散させるように構成される。
【０２２８】
第１９の実施例では、第１７および第１８の実施例のうちの任意の１つのディスプレイデバイスにおいて、第３および第４の波長板レンズはそれぞれ、それを通して通過する外部場面からの光の偏光状態を改変させ、外部結合される光を収束または発散させるように構成される。
【０２２９】
第２０の実施例では、ディスプレイデバイスは、光学経路内の一対の適応レンズアセンブリを備え、適応レンズアセンブリはそれぞれ、第１の状態と第２の状態との間で切り替わり、それを通して通過する光の偏光状態を選択的に改変するように構成される、対応する切替可能な波長板を備え、適応レンズアセンブリは、反対符号を伴う屈折力を有する。
【０２３０】
第２１の実施例では、第２０の実施例のディスプレイデバイスにおいて、適応レンズアセンブリはそれぞれ、適応レンズアセンブリの切替可能な波長板の状態に基づいて調節可能である、個別の屈折力を有する。
【０２３１】
第２２の実施例では、第２０−第２１の実施例のうちの任意の１つのディスプレイデバイスはさらに、対の適応レンズアセンブリのうちの第１のものの第１の屈折力が第１の値であるとき、対の適応レンズアセンブリのうちの第２のものの第２の屈折力が、対応して、第２の値に調節されるように構成される、コントローラを備える。
【０２３２】
第２３の実施例では、第２０−第２２の実施例のうちの任意の１つのディスプレイデバイスにおいて、対の適応レンズアセンブリのうちの第１のものと対の適応レンズアセンブリのうちの第２のものとの組み合わせからの正味屈折力は、ほぼ一定値のままである。
【０２３３】
第２４の実施例では、第２３の実施例のディスプレイデバイスにおいて、一定値は、約０ｍ−１である。
【０２３４】
第２５の実施例では、第２０−第２４の実施例のうちの任意の１つのディスプレイデバイスにおいて、適応レンズアセンブリはそれぞれ、第１および第２の波長板レンズを備え、適応レンズアセンブリのそれぞれの対応する切替可能な波長板は、第１の波長板レンズと第２の波長板レンズとの間に介在され、波長板レンズはそれぞれ、それを通して通過する光の偏光状態を改変するように構成される。
【０２３５】
第２６の実施例では、第２０−第２５の実施例のうちの任意の１つのディスプレイデバイスはさらに、対の適応レンズアセンブリ間に介在される、導波管アセンブリを備え、導波管アセンブリは、その中を伝搬する光を適応レンズアセンブリのうちの１つの中に外部結合するように構成される、導波管を備える。
【０２３６】
第２７の実施例では、第２０−第２６の実施例のうちの任意の１つのディスプレイデバイスにおいて、適応レンズアセンブリはそれぞれ、複数の波長板レンズと、複数の切替可能な波長板とを備え、波長板レンズおよび切替可能な波長板は、交互にスタックされる。
【０２３７】
第２８の実施例では、第２０−第２７の実施例のうちの任意の１つのディスプレイデバイスにおいて、切替可能な波長板および波長板レンズの異なるものは、異なる屈折力を有する。
【０２３８】
第２９の実施例では、適応レンズアセンブリは、光学経路内で整合される、１つ以上の波長板レンズおよび１つ以上の切替可能な波長板を備え、１つ以上の波長板レンズはそれぞれ、それを通して通過する光の偏光状態を改変し、第１の屈折力を第１の偏光を有する光に提供し、第２の屈折力を第２の偏光を有する光に提供するように構成される。１つ以上の切替可能な波長板はそれぞれ、光の偏光状態を改変せずに、光をそれを通して通過させるように構成される、第１の状態と、それを通して通過する光の偏光状態を改変するように構成される、第２の状態との間で選択的に切替可能である。
【０２３９】
第３０の実施例では、第２９の実施例の適応レンズアセンブリにおいて、波長板レンズおよび切替可能な波長板の一方または両方は、液晶を備える。
【０２４０】
第３１の実施例では、第２９および第３０の実施例のうちの任意の１つの適応レンズアセンブリにおいて、第２の状態における１つ以上の切替可能な波長板はそれぞれ、アクティブ化されると、円偏光の掌性を反転させるように構成される、切替可能な半波長板である。
【０２４１】
第３２の実施例では、第２９−第３１の実施例のうちの任意の１つの適応レンズアセンブリにおいて、切替可能な波長板はそれぞれ、一対の１つ以上の波長板レンズ間に介在される。
【０２４２】
第３３の実施例では、第２９−第３２の実施例のうちの任意の１つの適応レンズアセンブリにおいて、適応レンズアセンブリは、複数の波長板レンズと、複数の切替可能な波長板とを備え、波長板レンズおよび切替可能な波長板は、交互にスタックされる。
【０２４３】
第３４の実施例では、ウェアラブル拡張現実頭部搭載可能ディスプレイシステムは、光を出力し、画像を形成するように構成される、光変調システムと、頭部搭載可能フレーム、フレームに取り付けられ、画像を光変調システムから受信し、頭部搭載可能フレームの外側に再指向するように構成される、１つ以上の導波管と、一対の適応レンズアセンブリであって、１つ以上の導波管は、対の適応レンズアセンブリ間に配置される、一対の適応レンズアセンブリとを備える。対の適応レンズアセンブリはそれぞれ、光学経路内の１つ以上の波長板レンズであって、それぞれ、第１の屈折力を第１の偏光を有する光に提供し、第２の屈折力を第２の偏光を有する光に提供するように構成される、１つ以上の波長板レンズとを備える。対の適応レンズアセンブリはそれぞれ、加えて、光学経路内の１つ以上の切替可能な波長板であって、それぞれ、それを通して通過する光の偏光状態を選択的に改変するように構成される、１つ以上の切替可能な波長板を備える。対の適応レンズアセンブリはそれぞれ、１つ以上の切替可能な波長板の個別のものへの個別の電気信号の印加に応じて調節可能である、個別の屈折力を提供するように構成される。
【０２４４】
第３５の実施例では、第３４の実施例のウェアラブル拡張現実頭部搭載可能ディスプレイシステムはさらに、対の適応レンズアセンブリに動作可能に結合される、少なくとも１つのプロセッサを備え、少なくとも１つのプロセッサは、対の適応レンズアセンブリが実質的に一定の正味屈折力をそれを通して通過する環境からの周囲光に付与するように、対の適応レンズアセンブリを異なる状態間で同期して切り替えさせるように構成される。
【０２４５】
第３６の実施例では、第３４および第３５の実施例のうちの任意の１つのウェアラブル拡張現実頭部搭載可能ディスプレイシステムはさらに、マイクロディスプレイを備え、１つ以上の導波管は、マイクロディスプレイからの光を受信し、ユーザに向かって再指向するように構成される。
【０２４６】
第３７の実施例では、第３４−第３６の実施例のうちの任意の１つのウェアラブル拡張現実頭部搭載可能ディスプレイシステムにおいて、対の適応レンズアセンブリは、反対符号である、屈折力を提供するように構成される。
【０２４７】
第３８の実施例では、第３７の実施例のウェアラブル拡張現実頭部搭載可能ディスプレイシステムにおいて、反対符号である、屈折力は、実質的に等しい大きさである。
【０２４８】
第３９の実施例では、第３５−第３８の実施例のうちの任意の１つのウェアラブル拡張現実頭部搭載可能ディスプレイシステムにおいて、対の適応レンズアセンブリはそれぞれ、１つ以上の制御信号を少なくとも１つのプロセッサから入力として受信し、それに応答して、その後、４００ミリ秒未満の時間周期以内に、１つの状態から別の状態に切り替わるように構成される。
【０２４９】
第４０の実施例では、第３４−第３９の実施例のうちの任意の１つのウェアラブル拡張現実頭部搭載可能ディスプレイシステムにおいて、１つ以上の導波管は、仮想コンテンツを表す画像を受信し、ユーザに向かって再指向するように構成され、少なくとも１つのプロセッサは、対の適応レンズアセンブリを、異なる状態の量の中からの異なる状態間で同期して切り替えさせ、それを通して通過する光によって表される仮想コンテンツがユーザによって知覚される、ユーザから離れた距離を調節するように構成される。
【０２５０】
第４１の実施例では、第４０の実施例のウェアラブル拡張現実頭部搭載可能ディスプレイシステムにおいて、仮想コンテンツがユーザによって知覚される、ユーザから離れた距離は、複数の異なる距離間で選択的に切替可能である。
【０２５１】
第４２の実施例では、拡張現実システムは、第１の適応レンズアセンブリと、第２の適応レンズアセンブリとを備え、第２の適応レンズアセンブリは、第１の適応レンズアセンブリとユーザとの間に位置付けられる。適応レンズアセンブリはそれぞれ、少なくとも、（ｉ）少なくとも１つの切替可能な光学要素が第１の偏光状態をそれを通してユーザに向かって通過する光に付与するように構成される、第１の状態と、（ｉ）少なくとも１つの切替可能な光学要素が第２の偏光状態をそれを通してユーザに向かって通過する光に付与するように構成される、第２の状態との間で選択的に切替可能である、少なくとも１つの切替可能な光学要素を備える。適応レンズアセンブリはそれぞれ、加えて、少なくとも１つの切替可能な光学要素とユーザとの間に位置付けられる、少なくとも１つの波長板レンズを備え、少なくとも１つの波長板レンズは、第１の個別の屈折力をそれを通してユーザに向かって通過する第１の偏光状態の光に付与し、第２の個別の屈折力をそれを通してユーザに向かって通過する第２の偏光状態の光に付与するように構成される。システムはさらに、第１の適応レンズアセンブリと第２の適応レンズアセンブリとの間に位置付けられる、少なくとも１つの導波管を備え、少なくとも１つの導波管は、仮想コンテンツを表す光を第２のレンズアセンブリを通してユーザに向かって指向するように構成される。
【０２５２】
第４３の実施例では、第４２の実施例の拡張現実システムはさらに、第１および第２の適応レンズアセンブリに動作可能に結合される、少なくとも１つのプロセッサを備え、少なくとも１つのプロセッサは、第１および第２の適応レンズアセンブリが実質的に一定の正味屈折力をそれを通して通過する環境からの周囲光に付与するように、第１および第２の適応レンズアセンブリを異なる状態間で同期して切り替えさせるように構成される。
【０２５３】
第４４の実施例では、第４２−第４３の実施例のうちの任意の１つの拡張現実システムはさらに、マイクロディスプレイを備え、少なくとも１つの導波管は、マイクロディスプレイからの光を受信し、ユーザに向かって再指向するように構成される。
【０２５４】
第４５の実施例では、第４２−第４４の実施例のうちの任意の１つの拡張現実システムにおいて、第１および第２の適応レンズアセンブリは、反対符号である、屈折力を提供するように構成される。
【０２５５】
第４６の実施例では、第４５の実施例の拡張現実システムにおいて、反対符号である、屈折力は、実質的に等しい大きさである。
【０２５６】
第４７の実施例では、第４３−第４６の実施例のうちの任意の１つの拡張現実システムにおいて、第１および第２の適応レンズアセンブリはそれぞれ、１つ以上の制御信号を少なくとも１つのプロセッサから入力として受信し、それに応答して、その後、４００ミリ秒未満の時間周期以内に、１つの状態から別の状態に切り替わるように構成される。
【０２５７】
第４８の実施例では、第４２−第４７の実施例のうちの任意の１つの拡張現実システムにおいて、第１および第２の適応レンズアセンブリはそれぞれ、２つの状態間で切替可能な単極である、ある量の光学要素を含む。第１および第２の適応レンズアセンブリのそれぞれ内に含まれる光学要素の量は、第１の値と等しい。第１および第２の適応レンズアセンブリはそれぞれ、ある量の異なる状態の中から状態間で選択的に切替可能であって、異なる状態の量は、第１の値に指数関数的に依存する、第２の値と等しい。
【０２５８】
第４９の実施例では、第４８の実施例の拡張現実システムにおいて、第２の値は、ある指数を伴う２の冪乗と等しく、指数は、第１の値と等しい。
【０２５９】
第５０の実施例では、第４３−第４９の実施例のうちの任意の１つの拡張現実システムにおいて、１つ以上の導波管は、仮想コンテンツを表す光を受信し、ユーザに向かって再指向するように構成され、少なくとも１つのプロセッサは、対の適応レンズアセンブリを、異なる状態の量の中からの異なる状態間で同期して切り替えさせ、それを通して通過する光によって表される仮想コンテンツがユーザによって知覚される、ユーザから離れた距離を調節するように構成される。
【０２６０】
第５１の実施例では、第５０の実施例の拡張現実システムにおいて、仮想コンテンツがユーザによって知覚される、ユーザから離れた距離は、ある量の異なる距離のいずれかに選択的に切替可能であって、異なる距離の量は、第２の値と等しい。
【０２６１】
第５２の実施例では、ディスプレイデバイスは、外部結合される光を導波管の出力表面に沿って出力するように構成される、導波管を備える、導波管アセンブリを備える。ディスプレイデバイスは、加えて、出力表面に面した主要表面を有する、適応レンズアセンブリを備える。適応レンズアセンブリは、第１の波長板レンズと、第２の波長板レンズと、第１の波長板レンズと第２の波長板レンズとの間に介在される、切替可能な波長板とを備える。切替可能な波長板は、外部結合される光の偏光状態を改変させずに、外部結合される光を通過させるように構成される、第１の状態と、それを通して通過する外部結合される光の偏光状態を改変するように構成される、第２の状態との間で選択的に切替可能である。
【０２６２】
第５３の実施例では、第５２の実施例のディスプレイデバイスにおいて、第１および第２の波長板レンズはそれぞれ、それを通して通過する外部結合される光の偏光状態を改変し、外部結合される光を収束または発散させるように構成される。
【０２６３】
第５４の実施例では、第５２の実施例または第５３の実施例のディスプレイデバイスにおいて、外部結合される光は、ある偏光掌性を有する、円偏光であって、第１および第２の波長板レンズのそれぞれおよび第２の状態における切替可能な波長板は、それを通して通過する外部結合される光の掌性を反転させるように構成される、半波長板である。
【０２６４】
第５５の実施例では、第５２−第５４の実施例のうちの任意の１つのディスプレイデバイスにおいて、第１および第２の波長板レンズはそれぞれ、第１の屈折力を第１の掌性を有する光に提供し、第２の屈折力を第１の掌性と反対の第２の掌性を有する光に提供するように構成される。
【０２６５】
第５６の実施例では、第５２−第５５の実施例のうちの任意の１つのディスプレイデバイスにおいて、切替可能な波長板が第２の状態にあるとき、第１の波長板上に入射する外部結合される光は、第２の波長板上に入射する外部結合される光と同一掌性を有する一方、切替可能な波長板が第１の状態にあるとき、第１の波長板レンズ上に入射する外部結合される光は、第２の波長板上に入射する外部結合される光と反対掌性を有する。
【０２６６】
第５７の実施例では、第５２−第５６の実施例のうちの任意の１つのディスプレイデバイスにおいて、切替可能な波長板が第２の状態にあるとき、第１および第２の波長板レンズは両方とも、それを通して通過する外部結合される光を発散させる一方、切替可能な波長板が第１の状態にあるとき、第１および第２の波長板レンズのうちの一方は、それを通して通過する外部結合される光を収束させ、第１および第２の波長板レンズの他方は、それを通して通過する外部結合される光を発散させる。
【０２６７】
第５８の実施例では、第５２−第５７の実施例のうちの任意の１つのディスプレイデバイスにおいて、切替可能な波長板が第２の状態にあるとき、適応レンズアセンブリは、第１および第２の波長板レンズの屈折力の大きさのほぼ和である大きさを有する、正味屈折力を有する一方、切替可能な波長板が第１の状態にあるとき、適応レンズアセンブリは、第１および第２の波長板レンズの屈折力の大きさ間のほぼ差である大きさを有する、正味屈折力を有する。
【０２６８】
第５９の実施例では、第５２−第５８の実施例のうちの任意の１つのディスプレイデバイスにおいて、第１および第２の波長板レンズは、切替可能な波長板が電気的に非アクティブ化されると、正味屈折力が約ゼロであるように、ほぼ同一大きさを有する、屈折力を有する。
【０２６９】
第６０の実施例では、第５２−第５９の実施例のうちの任意の１つのディスプレイデバイスにおいて、第１および第２の波長板レンズおよび切替可能な波長板はそれぞれ、異なる伸長方向に伸長され、異なる回転角度を有する、伸長液晶分子を備える。
【０２７０】
第６１の実施例では、第５２−第６０の実施例のうちの任意の１つのディスプレイデバイスにおいて、第１および第２の波長板レンズはそれぞれ、適応レンズアセンブリの光学軸から液晶分子までの半径方向距離に比例する回転角度を有する、液晶分子を備える。
【０２７１】
第６２の実施例では、第５２−第６１の実施例のうちの任意の１つのディスプレイデバイスにおいて、第２の状態では、切替可能な波長板は、複数のキラル構造を備える、コレステリック液晶（ＣＬＣ）層を備え、各キラル構造は、少なくともある螺旋ピッチによって、層深度方向に延在し、第１の回転方向に連続的に回転される、複数の液晶分子を備え、螺旋ピッチは、第１の回転方向における１回転によるキラル構造の液晶分子の正味回転角度に対応する、層深度方向における長さである。
【０２７２】
第６３の実施例では、第５２−第６２の実施例のうちの任意の１つのディスプレイデバイスにおいて、アクティブ化されると、切替可能な波長板は、パンチャラトナムベリー（ＰＢ）光学要素（ＰＢＯＥ）を構成する。
【０２７３】
第６４の実施例では、第１７−第１９の実施例のうちの任意の１つの拡張現実システムはさらに、導波管アセンブリとユーザとの間に配置される、１つ以上の偏光選択的方向転換要素を備え、第１の波長板レンズは、第２の波長板レンズよりユーザに近い。
【０２７４】
第６５の実施例では、第６４の実施例の拡張現実システムにおいて、第１の偏光選択的方向転換要素は、ユーザと第１の波長板レンズとの間に配置される。
【０２７５】
第６６の実施例では、第６４の実施例または第６５の実施例の拡張現実システムにおいて、第２の偏光選択的方向転換要素は、導波管アセンブリと第２の波長板レンズとの間に配置される。
【０２７６】
第６７の実施例では、第６４−第６６の実施例のうちの任意の１つの拡張現実システムにおいて、１つ以上の偏光選択的方向転換要素は、偏光格子、回折光学要素、および／またはホログラフィック光学要素のうちの１つ以上のものを含む。
【０２７７】
第６８の実施例では、第１７−第１９の実施例および第６４−第６７の実施例のうちの任意の１つの拡張現実システムは、導波管アセンブリと外部場面との間に配置される、１つ以上の偏光選択的方向転換要素を備え、第３の波長板レンズは、第４の波長板レンズより外部場面に近い。
【０２７８】
第６９の実施例では、第１７−第１９の実施例および第６４−第６８の実施例のうちの任意の１つの拡張現実システムはさらに、外部場面と第３の波長板レンズとの間に配置される、第３の偏光選択的方向転換要素を備える。
【０２７９】
第７０の実施例では、第１７−第１９の実施例および第６４−第６９の実施例のうちの任意の１つの拡張現実システムはさらに、導波管アセンブリと第４の波長板レンズとの間に配置される、第４の偏光選択的方向転換要素を備える。
【０２８０】
第７１の実施例では、第１７−第１９の実施例および第６４−第７０の実施例のうちの任意の１つの拡張現実システムにおいて、１つ以上の偏光選択的方向転換要素は、偏光格子、回折光学要素、および／またはホログラフィック光学要素のうちの１つ以上のものを含む。
【０２８１】
付加的考慮点
前述の明細書では、本発明は、その具体的実施形態を参照して説明された。しかしながら、種々の修正および変更が、本発明のより広義の精神および範囲から逸脱することなくそこに行われ得ることが明白となるであろう。明細書および図面は、故に、限定的意味ではなく、例証と見なされるべきである。
【０２８２】
実際、本開示のシステムおよび方法は、それぞれ、いくつかの革新的側面を有し、そのうちのいかなるものも、本明細書に開示される望ましい属性に単独で関与しない、またはそのために要求されないことを理解されたい。上記に説明される種々の特徴およびプロセスは、相互に独立して使用され得る、または種々の方法で組み合わせられ得る。全ての可能な組み合わせおよび副次的組み合わせが、本開示の範囲内に該当することが意図される。例えば、図１５を参照すると、１つ以上の適応レンズアセンブリ１５０４−１−１５０４−３は、導波管１０１２ａ、１０１２ｂ、および／または１０１２ｃの個々のものの間に配置されてもよいことを理解されたい。
【０２８３】
別個の実施形態の文脈において本明細書に説明されるある特徴はまた、単一の実施形態における組み合わせにおいて実装されてもよい。逆に、単一の実施形態の文脈において説明される種々の特徴もまた、複数の実施形態において別個に、または任意の好適な副次的組み合わせにおいて実装されてもよい。さらに、特徴がある組み合わせにおいて作用するものとして上記に説明され、さらに、そのようなものとして最初に請求され得るが、請求される組み合わせからの１つ以上の特徴は、いくつかの場合では、組み合わせから削除されてもよく、請求される組み合わせは、副次的組み合わせまたは副次的組み合わせの変形例を対象とし得る。いかなる単一の特徴または特徴のグループも、あらゆる実施形態に必要または必須ではない。
【０２８４】
とりわけ、「〜できる（ｃａｎ）」、「〜し得る（ｃｏｕｌｄ）」、「〜し得る（ｍｉｇｈｔ）」、「〜し得る（ｍａｙ）」、「例えば（ｅ．ｇ．）」、および同等物等、本明細書で使用される条件文は、別様に具体的に記載されない限り、または使用されるような文脈内で別様に理解されない限り、概して、ある実施形態がある特徴、要素、および／またはステップを含む一方、他の実施形態がそれらを含まないことを伝えることが意図されることを理解されたい。したがって、そのような条件文は、概して、特徴、要素、および／またはステップが、１つ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／またはステップが任意の特定の実施形態において含まれる、または実施されるべきかどうかを決定するための論理を必然的に含むことを示唆することを意図されない。用語「〜を備える」、「〜を含む」、「〜を有する」、および同等物は、同義語であり、非限定的方式で包括的に使用され、付加的要素、特徴、行為、動作等を除外しない。また、用語「または」は、その包括的意味において使用され（およびその排他的意味において使用されず）、したがって、例えば、要素のリストを接続するために使用されると、用語「または」は、リスト内の要素のうちの１つ、いくつか、または全てを意味する。加えて、本願および添付される請求項で使用されるような冠詞「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、別様に規定されない限り、「１つ以上の」または「少なくとも１つ」を意味するように解釈されるべきである。同様に、動作は、特定の順序で図面に描写され得るが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作が示される特定の順序で、または連続的順序で実施されること、または全ての図示される動作が実施されることの必要はないと認識されるべきである。さらに、図面は、フローチャートの形態で１つ以上の例示的プロセスを図式的に描写し得る。しかしながら、描写されない他の動作も、図式的に図示される例示的方法およびプロセス内に組み込まれ得る。例えば、１つ以上の付加的動作が、図示される動作のいずれかの前に、その後に、それと同時に、またはその間に実施され得る。加えて、動作は、他の実施形態において再配列される、または再順序付けられ得る。ある状況では、マルチタスクおよび並列処理が、有利であり得る。さらに、上記に説明される実施形態における種々のシステムコンポーネントの分離は、全ての実施形態におけるそのような分離を要求するものとして理解されるべきではなく、説明されるプログラムコンポーネントおよびシステムは、概して、単一のソフトウェア製品においてともに統合される、または複数のソフトウェア製品にパッケージ化され得ることを理解されたい。加えて、他の実装も、以下の請求項の範囲内である。いくつかの場合では、請求項に列挙されるアクションは、異なる順序で実施され、依然として、望ましい結果を達成することができる。
【０２８５】
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３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
2020523631.tif 000008
【図４Ｂ】
2020523631.tif 000009
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020523631.tif 000014
【図８】
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【図９Ａ】
2020523631.tif 000016
【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０】
2020523631.tif 000020
【図１１】
2020523631.tif 000021
【図１２Ａ】
2020523631.tif 000022
【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
2020523631.tif 000033
【図１７Ｂ】
2020523631.tif 000034
【図１７Ｃ】
2020523631.tif 000035
【図１７Ｄ】
2020523631.tif 000036
【図１７Ｅ】
2020523631.tif 000037
【図１７Ｆ】
2020523631.tif 000038
【図１７Ｇ】
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【図１７Ｈ】
2020523631.tif 000040
【図１８Ａ】
2020523631.tif 000041
【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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