(57)【要約】  ヘッドマウントディスプレイは、筐体内にディスプレイシステム及び光学システムを含むことができる。ディスプレイシステムは、画像を生成するディスプレイを有してもよい。ポジショナを使用して、ユーザの両眼の眼の位置に対してディスプレイを移動することができる。調整可能な光学システムは、同調可能なシリンドリカル液晶レンズなどの同調可能なレンズを含んでもよい。ディスプレイは、ユーザの両眼が眼の位置にあるときに、レンズを通して視認することができる。センサをヘッドマウントディスプレイに組み込んで、ユーザの両眼の屈折異常を測定することができる。センサは、導波路及びボリュームホログラム、並びにユーザの両眼の網膜から反射した光を収集するためのカメラを含んでもよい。視認快適性は、眼の位置に対する表示位置を調整することによって、並びに／又はディスプレイ上に提示されているコンテンツ及び／若しくは測定された屈折異常に基づいて、レンズ設定を調整することによって、向上させることができる。
2020523620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折異常がある眼を有するユーザが視認可能である画像を生成するように構成されている、眼の位置に配置されたヘッドマウントデバイスであって、
前記画像を表示するように構成されているディスプレイと、
前記画像が視認可能であるレンズと、
センサと、
前記ディスプレイに結合されているポジショナと、
前記センサにより前記屈折異常を測定するように構成されており、前記測定された屈折異常に基づいて前記ポジショナを調整するように構成されている制御回路と、を備える、ヘッドマウントデバイス。
【請求項２】
前記センサは、少なくとも１つの導波路を含む、請求項１に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項３】
前記センサは、前記導波路内に光を結合する入力カプラを含み、かつ、前記導波路からの光を結合する出力カプラを含む、請求項２に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項４】
前記出力カプラは、前記ディスプレイから前記眼の位置へと画像が通過することを可能にするように構成されている、請求項３に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項５】
前記入力カプラ及び出力カプラはボリュームホログラムである、請求項４に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項６】
前記センサは、前記出力カプラからの光を測定するカメラを更に含む、請求項５に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項７】
レーザ及び光を供給する発光ダイオードからなるグループから選択される光源と、
前記光を追加の導波路内に結合する追加の入力カプラを含む前記追加の導波路と、を更に備え、
前記追加の導波路は、前記追加の導波路から前記眼の位置に向けて前記光を導く追加の出力カプラを有する、請求項６に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項８】
前記出力カプラと前記カメラとの間に挿入されたレンズアレイを更に備え、前記制御回路は、前記カメラにおける前記レンズアレイによって生成された光スポットを分析することによって、前記屈折異常を測定するように構成されている、請求項７に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項９】
前記センサは、Ｓｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎ収差計を形成するように構成されている、請求項８に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項１０】
前記センサは、Ｔｓｃｈｅｒｎｉｎｇ収差計を形成するように構成されており、前記制御回路は、ドットのアレイが前記ディスプレイ上に表示されている間に生成される前記カメラにおける光スポットを分析することによって、前記屈折異常を測定するように構成されている、請求項６に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項１１】
前記センサは、レイトレーシング収差計を形成するように構成されており、前記制御回路は、形状が前記ディスプレイ上に表示されている間に生成される前記カメラにおける光パターンを分析することによって、前記屈折異常を測定するように構成されている、請求項６に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項１２】
前記形状は円を含む、請求項１１に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項１３】
前記制御回路は、前記ディスプレイ及び前記レンズのうちの少なくとも選択された１つを無限遠焦点設定に調整しながら、前記ディスプレイ上にコンテンツを定期的に提示することによって、前記眼がリラックスすることを可能にするように構成されている、請求項１に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項１４】
入出力デバイスを更に備え、前記制御回路は、前記入出力デバイスにより前記屈折異常に関するユーザ入力を受信するように構成されている、請求項１に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項１５】
前記ユーザ入力は眼鏡処方を含み、前記制御回路は、前記眼鏡処方に基づいて前記ポジショナにより前記ディスプレイの位置を調整するように構成されている、請求項１４に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項１６】
前記レンズは同調可能なレンズを含み、前記制御回路は、前記測定された屈折異常に少なくとも部分的に基づいて前記同調可能なレンズを調整するように構成されている、請求項１に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項１７】
前記同調可能なレンズは、少なくとも１つの同調可能な液晶シリンドリカルレンズを含み、前記測定された屈折異常は前記眼の乱視に関連付けられ、前記制御回路は、前記測定された屈折異常に基づいて前記同調可能な液晶シリンドリカルレンズを調整して、前記乱視を矯正するように構成されている、請求項１６に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項１８】
前記レンズは視力矯正レンズを含む、請求項１に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項１９】
前記視力矯正レンズは回転非対称であり、乱視を補償するように構成されている、請求項１８に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項２０】
前記視力矯正レンズはフレネルレンズである、請求項１９に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項２１】
前記レンズは、固定レンズと、前記固定レンズに重なるように構成されている取り外し可能な視力矯正レンズとを含む、請求項１に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項２２】
前記取り外し可能な視力矯正レンズは、前記固定レンズに対して前記取り外し可能な視力矯正レンズを回転方向に整列させるように構成されている回転整列構造体を含む、請求項２１に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項２３】
前記回転整列構造体は磁石を含む、請求項２２に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項２４】
ヘッドマウントデバイスであって、
画像を表示するように構成されているディスプレイと、
レンズと、
少なくとも１つのホログラムを含むセンサと、
前記センサにより眼の屈折異常を測定するように構成されており、前記測定された屈折異常に基づいて、前記レンズ及び前記ディスプレイの位置のうちの少なくとも１つを調整するように構成されている制御回路と、を備える、ヘッドマウントデバイス。
【請求項２５】
前記センサはカメラを含み、前記屈折異常は乱視を含み、前記レンズは調整可能な液晶シリンドリカルレンズを含み、前記制御回路は、前記調整可能な液晶シリンドリカルレンズを調整して、前記ディスプレイを視認したときの前記乱視を矯正するように構成されている、請求項２４に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項２６】
ヘッドマウントデバイスであって、
ディスプレイと、
前記ディスプレイが眼の位置から視認可能であるレンズと、
導波路と、
前記ディスプレイが前記眼の位置から視認可能である、前記導波路上のホログラムと、
カメラと、
前記導波路を出射する光に対する前記カメラによる測定値に基づいて、眼の屈折異常を測定するように構成されている制御回路と、を備える、ヘッドマウントデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１７年５月１７日に出願された米国特許仮出願第６２／５０７，６７１号に対する優先権を主張するものであり、本明細書における参照によりその全体が本明細書内に組み込まれている。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、概して、光学システムに関し、より具体的には、ヘッドマウントデバイス用の光学システムに関する。
【０００３】
仮想現実眼鏡及び拡張現実眼鏡などのヘッドマウントデバイスは、ディスプレイを使用して画像を生成し、レンズを使用してユーザの両眼に画像を表示する。
【０００４】
注意を払わないと、ヘッドマウントデバイスは装着するのに面倒で疲れることがある。ヘッドマウントデバイス用の光学システムは、かさばって重い場合があり、十分に調整できない場合がある。このタイプの光学システムを用いたヘッドマウントデバイスの長時間の使用は、不快な場合がある。
【発明の概要】
【０００５】
ヘッドマウントディスプレイデバイスは、筐体内にディスプレイシステム及び光学システムを含むことができる。ディスプレイシステムは、画像を生成するディスプレイを有してもよい。ポジショナを使用して、ユーザの両眼に対してディスプレイを移動してもよい。ポジショナは、ユーザ間の瞳孔間距離の差に適応するために、ディスプレイの互いからの水平分離を調整するために使用されてもよく、ユーザ間の顔のアナトミーの違いに適応するために、垂直表示位置調整を行うために使用されてもよく、及び焦点を変更するために眼とディスプレイの間隔を調整する際に使用することができる。
【０００６】
光学システムは、同調可能なシリンドリカル液晶レンズなどの同調可能なレンズを含んでもよい。ディスプレイは、レンズを通して視認することができる。光学システムは、同調可能なシリンドリカルレンズと併せて使用される固定球面レンズを含んでもよい。
【０００７】
センサをヘッドマウントデバイスに組み込んで、ユーザの両眼の屈折異常を測定してもよい。視認快適性は、ユーザの両眼の眼の位置に対する表示位置を調整することによって、並びに／又はディスプレイ上に提示されているコンテンツに基づいて及び／若しくは測定された眼の屈折異常に基づいて、レンズ設定を調整することによって、向上させることができる。センサは、導波路及びボリュームホログラム、並びにユーザの両眼の網膜から反射した光を収集するためのカメラを含んでもよい。遠視、近視、及び乱視などの屈折異常は、レンズを同調すること及び／又は表示位置を調整することによって矯正することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に係る、例示的なヘッドマウントデバイスの図である。
【０００９】
【図２】一実施形態に係る、調整可能なディスプレイ及びレンズを有する例示的なヘッドマウントデバイスの図である。
【００１０】
【図３】一実施形態に係る、例示的な調整可能なレンズの断面側面図である。
【００１１】
【図４】一実施形態に係る、図３のレンズの屈折率をどのように調整できるかを示すグラフである。
【００１２】
【図５】一実施形態に係る、フレネルレンズを形成する際に、図３のレンズの屈折率をどのように調整できるかを示す図である。
【００１３】
【図６Ａ】一実施形態に係る、ヘッドマウントデバイス用の例示的なＳｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎセンサの図である。
【００１４】
【図６Ｂ】一実施形態に係る、Ｓｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎセンサ用の代替光源の図である。
【図６Ｃ】一実施形態に係る、Ｓｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎセンサ用の代替光源の図である。
【図６Ｄ】一実施形態に係る、Ｓｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎセンサ用の代替光源の図である。
【００１５】
【図７Ａ】一実施形態に係る、Ｔｓｃｈｅｒｎｉｎｇセンサの光源及び検出器部の図である。
【図７Ｂ】一実施形態に係る、Ｔｓｃｈｅｒｎｉｎｇセンサの光源及び検出器部の図である。
【００１６】
【図８Ａ】一実施形態に係る、レイトレーシングセンサの光源及び検出器部の図である。
【図８Ｂ】一実施形態に係る、レイトレーシングセンサの光源及び検出器部の図である。
【００１７】
【図９】一実施形態に係る、イヘッドマウントデバイスの動作に含まれる例示的な動作のフローチャートである。
【００１８】
【図１０】一実施形態に係る、例示的なレンズ及び関連する視力矯正レンズの側面図である。
【００１９】
【図１１】一実施形態に係る、レンズマウントに結合された例示的な視力矯正レンズの正面図である。
【００２０】
【図１２】一実施形態に係る、例示的なレンズ及び関連するフレネル視力矯正レンズの側面図である。
【００２１】
【図１３】一実施形態に係る、例示的な球面フレネルレンズの正面図である。
【００２２】
【図１４】一実施形態に係る、例示的なシリンドリカルフレネルレンズの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
ヘッドマウントディスプレイなどのヘッドマウントデバイスは、仮想現実及び拡張現実システムに使用することができる。例えば、ユーザの頭部に装着された一対の仮想現実眼鏡を使用して、仮想現実コンテンツをユーザに提供することができる。
【００２４】
仮想現実コンテンツをユーザに提供する際に一対の仮想現実眼鏡などのヘッドマウントデバイスが使用される例示的なシステムを、図１に示す。図１に示すように、ヘッドマウントディスプレイ１０は、画像を生成するディスプレイシステム４０などのディスプレイシステムを含むことができ、ユーザ（例えば、ユーザの両眼４６を参照）が、ディスプレイシステム４０によって生成された画像を方向４８に視認することができる光学システム２０などの光学システムを有することができる。
【００２５】
ディスプレイシステム４０は、液晶ディスプレイ、有機発光ダイオードディスプレイ、結晶半導体発光ダイオードダイのアレイを有するディスプレイ、液晶オンシリコンディスプレイ、微小電気機械システム（ＭＥＭｓ）ディスプレイ、及び／又は他のディスプレイ技術に基づくディスプレイに基づくことができる。システム４０にはユーザの左右の眼に対して別個の左右のディスプレイが含まれてもよく、又は単一のディスプレイが両眼に広がってもよい。
【００２６】
視覚コンテンツ（例えば、静止画及び／又は動画用の画像データ）は、ヘッドマウントデバイス１０に取り付けられた制御回路４２、及び／又はヘッドマウントデバイス１０の外部に取り付けられた制御回路（例えば、関連付けられたポータブル電子デバイス、ラップトップコンピュータ、又は他のコンピューティング機器内の）を使用して、ディスプレイシステム４０に提供することができる。制御回路４２は、ハードディスク記憶デバイス、揮発性及び不揮発性メモリ、ソリッドステートドライブを形成するための電気的にプログラム可能な記憶デバイス、及び他のメモリなどの記憶デバイスを含むことができる。制御回路４２は、１つ以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、グラフィックプロセッサ、ベースバンドプロセッサ、特定用途向け集積回路、及び他の処理回路も含むことができる。回路４２内の通信回路は、（例えば、無線で及び／又は有線経路を介して）データを送受信するために使用することができる。制御回路４２は、ディスプレイシステム４０を使用して、仮想現実コンテンツ（例えば、仮想世界に関連付けられたコンピュータ生成コンテンツ）、映画若しくは他の媒体の事前記録ビデオ、又は他の画像などの視覚コンテンツを表示することができる。
【００２７】
システム４０は、システム４０内のディスプレイの位置を調整するために使用できる、電気的に制御されたポジショナを含んでもよい。レンズシステム２０は、同調可能なレンズを含んでもよい。動作中、制御回路４２は、システム４０内のディスプレイに対して位置調整を行うことができ、レンズシステム２０内の同調可能なレンズを調整することができ、及び／又はシステム４０を使用してユーザに画像コンテンツを提示しながら、デバイス１０の構成要素に対して他の調整を行うことができる。
【００２８】
入出力デバイス４４は制御回路４２に結合することができる。入出力デバイス４４は、ユーザからユーザ入力を集めるために使用することができ、デバイス１０を囲む環境について測定するために使用することができ、ユーザに出力を提供するために使用することができ、及び／又は外部電子機器に出力を供給するために使用することができる。入出力デバイス４４は、ボタン、ジョイスティック、キーパッド、キーボードキー、タッチセンサ、トラックパッド、ディスプレイ、タッチスクリーンディスプレイ、マイクロフォン、スピーカ、視覚出力をユーザに提供するための発光ダイオード、及びセンサ（例えば力センサ、温度センサ、磁気センサ、加速度計、ジャイロスコープ、並びに／又は眼鏡１０の向き、位置、及び／若しくは移動を測定するための他のセンサ、近接センサ、静電容量式タッチセンサ、歪みゲージ、ガスセンサ、圧力センサ、周囲光センサ、並びに／又は他のセンサ）を含むことができる。所望であれば、入出力デバイス４４は、ユーザの両眼４６の眼の特性を測定する感知システムを含んでもよい。例えば、Ｓｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎ波面センサ、Ｔｓｃｈｅｒｎｉｎｇセンサ、又はレイトレーシングセンサなどの波面センサを使用して、乱視、遠視、及び近眼などのユーザの両眼における屈折異常を測定することができる。デバイス４４はまた、ユーザの周囲の画像をキャプチャするためのカメラ（デジタル画像センサ）、眼４６を視認することによって注視検出動作を実行するためのカメラ、及び／又は他のカメラを含むことができる。
【００２９】
図２は、（図２のＺ軸に沿った）図１の方向４８で視認したヘッドマウントデバイス１０の部分の図である。図２に示すように、左レンズ２０Ｌ及び右レンズ２０Ｒなどの光学システム構成要素、並びにデバイス１０の左ディスプレイ４０Ｌ及び右ディスプレイ４０Ｒなどのディスプレイシステム構成要素は、筐体１２などの筐体内に取り付けられてもよい。筐体１２は、一対の眼鏡用のフレームの形状を有してもよく（例えば、ヘッドマウントデバイス１０は眼鏡に似てもよい）、ヘルメットの形状を有してもよく（例えば、ヘッドマウントデバイス１０はヘルメットマウントディスプレイを形成してもよい）、一対のゴーグルの形状を有してもよく、筐体１２がユーザの頭部に装着されることを可能にする任意の他の適切な筐体形状を有してもよい。ユーザが光学システム２０及びディスプレイシステム４０を方向４８に視認しているときに、筐体１２がユーザの両眼（例えば、両眼４６）の前に光学システム２０及びディスプレイシステム４０を支持する構成は、一例として本明細書に説明される場合がある。所望により、筐体１２は、他の適切な構成を有することができる。
【００３０】
筐体１２は、プラスチック、金属、炭素繊維材料などの繊維複合材料、木材及び他の天然材料、ガラス、他の材料、及び／又はこれらの材料の２つ以上の組み合わせから形成することができる。電気的に制御されるポジショナ（例えば、コンピュータ制御ステッパーモータ、圧電アクチュエータ、又は制御回路４２からの制御信号によって制御される他のコンピュータ制御位置決めデバイス）は、デバイス１０の構成要素に結合でき、筐体１２に対して及びユーザ装着デバイス１０に対して、これらの構成要素を望ましい位置に位置決めする際に使用することができる。例えば、ポジショナ５０Ｘを使用して、ディスプレイ４０Ｌ及び４０ＲのそれぞれのＸ軸位置を調整してもよい。ポジショナ５０Ｙは、図２のＹ軸に沿ったディスプレイ４０Ｌ及び４０Ｒのそれぞれの位置を調整するために使用されてもよい。ディスプレイ４０Ｌ及び４０ＲのＺ軸位置（それぞれ、ディスプレイ４０Ｌ及び４０Ｒの、ユーザの左眼４６及び右眼４６までの距離）は、ポジショナ５０Ｚを使用して調整することができる。ポジショナ５０Ｌ（例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、及び／又は回転ポジショナ）は、レンズ２０Ｌ及び２０Ｒの位置を調整する際に使用されてもよい。レンズ属性はまた、制御回路４２からの制御信号に応じて電気的に同調することができる。デバイス１０内のポジショナは、筐体１２に結合されてもよく（例えば、筐体１２に対する構成要素の位置を移動させるために）、及び／又はデバイス１０内の可動構造体に結合されてもよい（例えば、別の構成要素に対する、又は移動可能な支持構造体に対する１つの構成要素の位置を調整するために）。所望であれば、ディスプレイ及び対応するレンズが一緒に移動するように、レンズ２０Ｌは、固定支持構造体を使用してディスプレイ４０Ｌに結合されてもよく、レンズ２０Ｒは、固定支持構造体を使用してディスプレイ４０Ｒに結合されてもよい。他の構成では、レンズ２０Ｌ及び２０Ｒの位置は、ユーザの両眼に関して固定（又は調整可能）とすることができ、一方、ユーザの両眼に対するディスプレイ４０Ｌ及び４０Ｒの位置は、ディスプレイ４０Ｌ及び４０Ｒ用のポジショナを使用して独立して調整することができる。いくつかの構成では、レンズポジショナ５０Ｌは省略されてもよい。レンズポジショナがレンズ２０Ｌ及び２０Ｒに対して回転位置決めのみを提供する構成もまた、使用されてもよい。
【００３１】
Ｚ軸に沿ったディスプレイ４０Ｌ及び４０Ｒ並びに／又はレンズ２０Ｌ及び２０Ｒの位置の調整可能性により、ディスプレイ４０Ｌ及び４０Ｒ上の画像を、ユーザに焦点合わせすることができる。Ｘ軸に平行な内向き及び外向きの位置調整により、異なる瞳孔間距離を有するユーザをデバイス１０が適応することを可能にし、各レンズ及びパネルペア（１つの眼に対応する）は、一緒に調整されなければならない。Ｙ次元に沿った調整により、ユーザの頭部及び顔のアナトミーの違いにデバイス１０が対応する（例えば、ディスプレイ及びレンズを、ユーザの両眼に対して軸Ｙに沿って異なる高さに配置する）ことを可能にし得る。ポジショナ動作は、ユーザ入力に応じて制御され得る。例えば、制御回路４２は、ボタン押圧入力、タッチセンサ入力、音声入力、オンスクリーンメニュー選択、及び／又は図１のデバイス４４への他のユーザ入力に基づいて、図２のポジショナを使用して位置調整を行うことができる。位置調整（例えば、焦点同調のための）はまた、ユーザの両眼の測定された屈折特性に基づいて、制御回路４２によって自動的に行うことができる。
【００３２】
レンズの動き及び／又はディスプレイの動きを使用して焦点合わせ動作を実行することに加えて、レンズ２０Ｌ及び２０Ｒは、制御回路４２からの制御信号に基づいて電気的に同調されてもよい。レンズ２０Ｌ及び２０Ｒは、例えば、異なる焦点距離を呈するように動的に同調することができる、同調可能な液晶レンズ又は他のレンズなどの同調可能なレンズであってもよい。図３の実施例では、同調可能なレンズ２０Ｔ（例えば、レンズ２０Ｌ及び／又はレンズ２０Ｒ）は、一対の直交方向に積層された同調可能なシリンドリカルレンズから形成されている。具体的には、同調可能なレンズ２０Ｔは、液晶レンズ構造体から形成された第１の同調可能なシリンドリカルレンズＣＬ１及び第２の同調可能なレンズＣＬ２を有する。偏光子（例えば、整列された通過軸を有する線形偏光子）は、ＣＬ２の上方及びＣＬ１の下方に配置されてもよい。
【００３３】
レンズ２０Ｔは、基材５２などの基材を含んでもよい。基材５２は、透明プラスチック、透明ガラス、又は他の適切な透明材料から形成されてもよい。電極５４、５６、５８、及び６０などの透明導電性電極は、基材５２上に形成されてもよい。透明導電性電極は、インジウムスズ酸化物又は他の透明導電性材料から形成されてもよい。フォトリソグラフィ及びエッチング、シャドーマスクパターニング、又は他のパターン化技術は、電極を所望の形状（例えば、リング、ストリップ、アレイ内のパッドなど）にパターニングする際に使用することができる。
【００３４】
図３に示す１つの例示的な構成では、同調可能なシリンドリカルレンズＣＬ１の下部電極５４は、透明導電性材料のブランケット層から形成され、同調可能なシリンドリカルレンズＣＬ１の上部電極５６は、Ｙ軸に平行に走る透明導電性材料のパターン化ストリップから形成される。液晶材料６２は、電極５４と電極５６との間に挿入される。液晶材料の屈折率は、印加電圧（液晶を通る電界）の関数として変化する。各電極５６上の電圧をＸ次元にわたって独立して調整することにより、液晶材料６２の屈折率を各電極５６の下で調整することができ、したがってシリンドリカルレンズＣＬ１の焦点距離を調整することができる。
【００３５】
電極５６は図３のＹ軸に沿って走るため、シリンドリカルレンズＣＬ１の長尺軸もまた、Ｙ軸に平行に走る。上部の同調可能なシリンドリカルレンズＣＬ２では、液晶材料６４が電極６０と電極５８との間に挿入される。電極５８は、透明導電性材料の均一な層であってもよく、上部電極６０は、Ｘ軸に平行に走る透明導電性材料のパターン状ストリップから形成されてもよい。電極６０の電極ストリップに印加される電圧を調整することにより、同調可能なシリンドリカルレンズＣＬ２の焦点距離を調整することができる。電極６０の電極ストリップはＸ軸に沿って延在するため、レンズＣＬ２の長手方向軸もまた、Ｘ軸に沿って延在する。レンズＣＬ１及びＣＬ２は互いに垂直であるため、レンズＣＬ１及びＣＬ２の同調を通して、選択されたシリンドリカルレンズ度数が直交方向に生成され得る。球面レンズ度数は、ＣＬ１及びＣＬ２（Ｘ及びＹにおける電極）の両方をパラメータ的に駆動することによって生成することができる。
【００３６】
図４は、同調可能なシリンドリカルレンズの焦点距離（例えば、ＣＬ１の焦点距離）をどのように調整できるかを示すグラフである。第１の構成では、滑らかに変化する電圧プロファイルが、同調可能なシリンドリカルレンズの電極ストリップにわたって適用されて、レンズの屈折率ｎを、図４の屈折率プロファイル６６によって特徴付ける。屈折率ｎの値は、Ｘ次元にわたって湾曲した形状において変化し、それによって液晶材料からシリンドリカルレンズが形成される。
【００３７】
レンズを同調するために、別の滑らかに変化する（例えば、より大きい振幅を有する）電圧プロファイルを液晶材料に適用し、それによって屈折率プロファイル６８を作成してもよい。これらの実施例が示すように、同調可能なシリンドリカルレンズの屈折率プロファイルを動的に調整して、レンズの焦点距離を調整することができる（例えば、プロファイル６６によって示されるようなより長い焦点距離及びより弱いレンズ度数を有するか、又はプロファイル６８によって示されるようなより短い焦点距離及びより強いレンズ度数を有するように）。所望であれば、フレネルレンズ構成を使用して所望の度数のシリンドリカルレンズを実現するために、図５の同調可能なシリンドリカルレンズの屈折率プロファイル７０によって示されるタイプの屈折率プロファイルを動的に生成することができる。
【００３８】
レンズ２０Ｔによって示されるタイプの同調可能なレンズ構成では、レンズＣＬ１及びＣＬ２の長手方向軸は直交し、Ｘ軸又はＹ軸のいずれかに沿ってシリンドリカルレンズを動的に生成することを可能にする。乱視を有するユーザの視力を矯正することに役立つために、Ｘ次元及び／又はＹ次元に沿ったシリンドリカルレンズ度数を、同調可能なレンズ２０ＴのレンズＣＬ１及びＣＬ２を使用して制御することができる。所望であれば、同調可能なシリンドリカルレンズを、ポジショナを用いて回転させることができる。例えば、レンズシステム２０は、（例えば、Ｘ軸又はＹ軸に対して対称ではない眼の乱視を補償するために）様々な度数の機械的又は電気的に回転可能な円筒状の同調可能なレンズを含んでもよい。レンズ２０Ｔの角度方向が固定され、レンズＣＬ１及び／又はレンズＣＬ２を同調するために電気的同調が使用される構成を、一例として本明細書で説明する。
【００３９】
レンズシステム２０は、レンズ２０Ｌと整列された固定（又は同調可能）球面レンズ、及びレンズ２０Ｒと整列された固定（又は同調可能）球面レンズを含んでもよい。球面レンズが同調可能なシリンドリカルレンズと組み合わされると、デバイス１０は、システム２０内の同調可能なレンズを調整して、球面等価物（例えば、ユーザの乱視を矯正するための所望の非球面レンズを近似するための、球面レンズと適切な度数のシリンドリカルレンズとの組み合わせ）を使用して、ユーザの眼の視力を矯正することができる。
【００４０】
所望であれば、収差計（例えば、Ｓｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎ、Ｔｓｃｈｅｒｎｉｎｇ、又はレイトレーシングセンサ若しくは他の適切な屈折異常測定機器）として動作するように構成されているセンサは、制御回路４２によって使用されて、ユーザの両眼における屈折異常を自動的に測定することができる。ホログラフィックカプラ、導波路、及び図６Ａに示すタイプの他の構造体は、波面センサをヘッドマウントデバイス１０内で支えるのに十分なサイズに低減できるように、波面センサを形成する際に使用されてもよい。
【００４１】
デバイス１０は、図６Ａの例示的なディスプレイ４０などのディスプレイを含んでもよい。各ディスプレイ４０は、画像を生成するための画素Ｐのアレイを有してもよい。図２に関連して説明するように、デバイス１０は、ユーザの左眼４６及び右眼４６の画像をそれぞれ提供するための２つのディスプレイ（例えば、ディスプレイ４０Ｌ及び４０Ｒ）を有してもよい。図６Ａの例では、１つの眼４６及び１つの対応するディスプレイ４０のみが示されている。
【００４２】
図２に示すタイプの位置センサは、画像に焦点が合わされており、ユーザによって快適に視認することができるように、眼４６に対してディスプレイ４０の位置を調整する際に使用することができる。例えば、ディスプレイ４０と眼４６との間の分離は、Ｚ軸ポジショナ（一例として）を使用して調整することができる。レンズシステム２０は、固定及び／又は同調可能なレンズ（例えば、固定及び／又は同調可能な球面レンズ、同調可能なシリンドリカルレンズなど）を含んでもよい。
【００４３】
図６Ａに示すタイプのＳｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎセンサ構成では、光源７２及びカメラ１０６を使用して、眼４６に光を供給し、反射光を測定して眼４６の光学属性を測定することができる。光源７２は、任意の適切な波長で光７４を生成してもよい。例えば、光源７２は、近赤外光（例えば、７５０〜１４００ｎｍの光、少なくとも７００ｎｍの波長を有する光、少なくとも７５０ｎｍの波長を有する光、少なくとも８００ｎｍの波長を有する光、１５００ｎｍ未満の波長を有する光、１０００ｎｍ未満の波長を有する光、９００ｎｍ未満の波長を有する光、又は８５０ｎｍ未満の波長を有する光など）を生成するレーザ又は発光ダイオードなどの赤外光源であってもよい。所望であれば、他の波長の光（より長い赤外波長、可視波長など）を使用することもできる。
【００４４】
レーザなどの光源の場合、対物レンズ７５、ピンホール開口部７６、コリメートレンズ８０、及びアイリス８１を使用して、光７４のビームサイズをコリメートし、制御することができる。これらの光学素子は、コリメーション光学素子アセンブリ７１を構成する。対物レンズ７５は、光７４を、ビーム内の不均一な強度分布を除去する空間フィルタとして作用するピンホール開口部７６上に焦点を合わせる。平滑ガウシアンプロファイルを有するビームは、ピンホール開口部７６から出現する。レンズ８０は、空間的にフィルタリングされた光を収集及びコリメートするために使用されてもよい。アイリス８１は、コリメートされたビームサイズを制御するために使用されてもよい。アセンブリ７１内のレンズ及び開口部は、固定構成要素であってもよく、又はことによると制御回路４２からの制御信号に応じて手動又は電子的のいずれかで調整されてもよい。
【００４５】
光源７２は、任意の適切な波長で発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）７３であってもよい。ＬＥＤの有限なサイズのため、ビームは、コリメーション後にわずかに発散することになる。ＬＥＤ源の場合、コリメーション光学素子アセンブリ７１は、コリメーション後のビーム発散を緩和するために、異なる構成要素を含んでもよい。図６Ｂは、非球面レンズペア７７Ａが、ＬＥＤ光源７３から光７４をコリメートする構成を示す。所望であれば、単一の非球面レンズを、代わりにコリメーションに使用することができる。図６Ｃでは、コリメーション光学素子アセンブリ７１が、ＬＥＤ７３及び複合放物線状集光器７７Ｂのみを含んでもよい。中空放物線状ミラー７７Ｃの焦点に置かれることにより、光７４を収集し、コリメートすることができる。放物線状集光器７７Ｂは、ＬＥＤ源７３が、単純なレンズによって完全にはキャプチャすることができない大きな放射プロファイルを保持する場合に有利である。図６Ｄでは、アセンブリ７１は、レンズアレイペア７７Ｃ及びコンデンサレンズ７９を含んでもよい。２つのレンズアレイの組み合わせは、それらのビームサイズがコンデンサレンズ７９によって制御できる均一な照明を生成する。所望であれば、単一のレンズアレイを代わりに使用することができる。
【００４６】
ボリュームホログラム又は他のホログラフィカプラなどの入力及び出力カプラは、導波路８４及び９４の端部の内外に光を結合する際に使用されてもよい。カプラには方向性があり、光がボリュームホログラムに一方向に入ることができることを意味する。例えば、入力カプラ８２は、光７４を導波路８４に結合するために使用されてもよい。いったん導波路８４に結合されると、この光は、導波路９４ 内の方向９３に、出力カプラ８６に進行することができる。出力カプラ８６は、ユーザの眼４６と整列されてもよい（例えば、出力カプラ８６は、ディスプレイ４０（及びレンズ２０）とユーザの眼４６との間に挿入されてもよい）。この構成により、出力カプラ８６は、出力光８８によって示されるように、導波路９４内 を方向９３に進行している光を、導波路９４から眼４６に向かって結合する。これは、ユーザの眼に光７４を照射する。眼４６のレンズを通過した後、光８８は、反射光９０によって示されるように、方向４８に反射される。入力カプラ９２は、光９０を導波路９４に結合する。カプラ８６及び９２は、光７４の波長に同調されてもよく、したがって、ユーザがディスプレイ４０上の画像を方向４８に視認するときに、ユーザに対して透明であり得る。
【００４７】
導波路９４では、入力カプラ９２から収集された光は、出力カプラ８３内を方向９６に進行する。出力カプラ８３は、カメラ１０６に向かって方向９６に進行する光出射導波路９４を、出力光９１として結合する。出力光９１は、レンズ９８、（レンズ９８の焦点に配置され、光からノイズをフィルタリング除去するために使用される）ローパスフィルタ１００、及びレンズレットアレイ１０２を通過する。小型レンズアレイ１０２は、レンズの２次元アレイを含んでもよい。これらのレンズは、スポット１０４の２次元アレイ内のカメラ１０６（例えば、デジタル画像センサ）上に、光９１を焦点合わせする。
【００４８】
カメラ１０６におけるスポット１０４の２次元パターン内のスポットの個々の強度は、制御回路４２によって分析されて、ユーザの眼４６に存在する任意の屈折異常（例えば、乱視、近眼、又は遠視）を特徴付けることができる。１つの例示的な構成では、制御回路４２は、スポット１０４の測定された強度にゼルニケ多項式を適合させ、ゼルニケ多項式を処理してユーザの眼の屈折異常（例えば、ジオプタ値、又は眼４６に関連付けられた屈折異常を矯正することにより、ユーザの視力を矯正するための光学システム設定を指定する他の眼鏡処方情報）を判定する。次いで、測定された屈折異常に関する情報を制御回路４２によって使用して、眼４６に対するディスプレイ４０の位置を調整し、及び／又は光学システム２０内の１つ以上の同調可能なレンズを調整することができる。
【００４９】
一例として、右眼（ＯＤ）の球面の処方が−３．００ジオプタ、シリンダが−１．５０ジオプタ、軸が１８０°である乱視を有する近視のユーザを考えてみる。この処方は、ユーザがそれぞれ、−３．００及び−１．５ジオプタの球面矯正及びシリンドリカル矯正を必要とすることを示す。１８０°の軸値は、ユーザの乱視矯正が水平であることを示す。このシナリオでは、球面矯正は、ディスプレイ４０と眼４６との間の分離をＺ軸ポジショナにより調整することによって取得することができ、シリンドリカル矯正は、水平に配向された同調可能なシリンドリカルレンズを同調して−１．５ジオプタのシリンドリカルレンズ度数を生成することによって取得することができる。ユーザの右眼の屈折異常は、ユーザの右眼の測定された特性に基づいて、制御回路４２によって独立して矯正することができる。
【００５０】
ユーザに提供されるコンテンツは、遠隔画像（例えば、山の画像）を含んでもよく、前景コンテンツ（例えば、ユーザから５０ｃｍに立っている人物の画像）を含んでもよい。３次元コンテンツは、それぞれのディスプレイ４０Ｌ及び４０Ｒを用いて、ユーザの左眼及び右眼にわずかに異なる画像を提示することによって提供することができる。
【００５１】
適応と輻輳の不一致は、眼精疲労を引き起こす可能性を有する。眼精疲労を最小化するため、デバイス１０は、ユーザの毛様体筋がリラックスすることを可能にする動作を実行してもよい。例えば、制御回路４２は、遠隔コンテンツ（例えば、少なくとも２０フィート離れた見かけ距離におけるコンテンツ）をユーザに周期的（例えば、２０分毎）に提示することができ、所定の時間（例えば、２０秒）の間、この遠隔コンテンツを見るようにユーザに指示してもよい。調整はまた、ユーザの眼の快適性を高めるのに役立つために、ジオプタ矯正、又はデバイス１０に関連付けられた他の光学システム設定にも行うことができる。例えば、制御回路４２が、通常動作中にディスプレイ１４及び光学システム２０を低眼精疲労構成に配置することができるように、デバイス１０は製造中に較正することができる。デバイス１０を較正中、デバイス１０は、無限遠焦点における仮想画像に対応するディスプレイ４０の位置を判定するためにテストされ得る。次いで、この較正情報は、制御回路４２に記憶されてもよい。
【００５２】
ユーザが（必要な眼の矯正がない）完全な視力を有し、デバイス１０が遠隔コンテンツ（例えば、ユーザの輻輳がユーザから無限遠距離に配置されたオブジェクトに関連付けられているコンテンツ）を表示している場合、デバイス１０は、デバイス１０の追加のジオプタ度数がゼロになるように、光学システム２０を調整することができる。この構成では、ユーザは、遠隔コンテンツを眼精疲労なしに快適に視認することができる。
【００５３】
別の例として、ユーザが近視であり、典型的に、遠隔画像を快適に視認するために−１．００ジオプタレンズを必要とする場合、制御回路４２は、遠隔画像が提示され、より近くにコンテンツが提示されるにつれて対応する増大したジオプタが変化するときに、−１．００ジオプタ調整を行うことができる。
【００５４】
所望であれば、眼の特性は、Ｓｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎセンサを使用して屈折異常を測定することに加えて、又はその代わりに、Ｔｓｃｈｅｒｎｉｎｇセンサシステム又はレイトレーシングセンサシステムを使用して感知することができる。
【００５５】
例示的なＴｓｃｈｅｒｎｉｎｇセンサシステム（Ｔｓｃｈｅｒｎｉｎｇ収差計）の一部を、図７Ａ及び図７Ｂに示す。Ｔｓｃｈｅｒｎｉｎｇセンサシステムでは、レーザ７２又はＬＥＤ７３などの光源からのコリメート光７４は、マスク１２０などのマスクを通過する。マスク１２０は、行及び列を有するグリッドパターン内の円形開口部のアレイなどの開口部のアレイを有する。マスク１２０の存在は、光７４を、マスク１２０内の開口部のアレイと整列された一連の平行ビームに変換する。これらの平行ビームは、図６Ａに関連して説明されるように、導波路８４に結合され、光８８として眼４６に導かれる。眼４６を通過し、ユーザの網膜上に画像を形成した後、これらの光ビームは、光９０として導波路９４に戻る（図６Ａ）。導波路９４は、図７Ｂに示すように、光９１として、光９０をレンズ１２２に供給する。カメラ１０６は、光９１がレンズ１２２を通過した後、光の反射ビームに関連付けられた光のスポットの結果として得られるアレイを測定することができる。制御回路４２は、カメラ１０６によって行われた測定値を分析して、ユーザの眼の屈折異常を（例えば、ゼルニケ多項式を使用して）特徴付けることができる。
【００５６】
所望であれば、光源７２、マスク１２０、及び導波路８４を省略することができ、そうでなければマスク１２０を通過し得る光ビームのアレイを、ディスプレイ４０上にスポットのアレイを提示することによって、代わりに生成することができる。ユーザの両眼を感知する直前に、ユーザの両眼は、ディスプレイ４０上に画像を形成し、この仮想ターゲットを無限遠に移動させることによって（例えば、無限焦点位置に達するまでディスプレイ４０と眼４６との間の分離をゆっくりと増加させることによって、及び／又はシステム２０のレンズを同調することによって）、リラックス状態に置かれてもよい。このタイプのシナリオでは、アレイ内の光スポットは、導波路８４を使用して眼４６にルーティングされることなく、ディスプレイ４０から眼４６に通過してもよい。反射光９０は、制御回路４２（例えば、ゼルニケ多項式フィッティングなど）による分析のために、カメラ１０６に（光９１として）供給されてもよい。
【００５７】
レイトレーシング収差計の一部を、図８Ａ及び図８Ｂに示す。レイトレーシングシステムでは、レーザ７２又はＬＥＤ７３などの光源からの光ビーム７４は、走査ミラー１２４（例えば、制御回路４２によって制御されるミラー又は他のデバイス）などの電気制御ビーム走査デバイスによって走査される。走査されたビームは、導波路８４によって眼４６の網膜上に投影され、光７４の強度は、レーザ７２又はＬＥＤ７３によってパルス化される。このアセンブリは、眼４６の網膜上にスポットのアレイを形成する。各スポットが眼４６上に順に投影されると、そのスポットに対する反射光（例えば、図６Ａの光９０を参照）は、図８Ｂの光９１として、導波路９４を通ってレンズ１２２に導かれる。レンズ１２２を通過した後、カメラ１０６は各スポットの画像をキャプチャし、制御回路４２はキャプチャされた画像データを（例えば、ゼルニケ多項式フィッティングを使用して）分析することができる。
【００５８】
所望であれば、レイトレーシング感知システム（レイトレーシング収差計）用の光は、ユーザの眼４６をリラックスさせた後に、ディスプレイ４０上にパターンを形成することによって生成されてもよい。例えば、円（光のリング）又は他のパターンが、ディスプレイ４０上に形成されてもよい。ユーザの眼４６は、眼の測定が行われる前に、円又は他のパターンによって形成された仮想標的を無限遠焦点位置に移動させることによって、リラックスさせることができる。このタイプの構成では、光源７２、マスク１２０、及び導波路８４を省略してもよい。測定中、ディスプレイ４０上の光の円形パターンがユーザの網膜上に導かれ、反射光９０として反射される。導波路９４を方向９６に通過し、光９１として出た後、カメラ１０６は、制御回路４２による分析のために円の（楕円の形状を有してもよい）画像をキャプチャすることができる。楕円の倍率は、ユーザの処方の球面部分を判定する際に使用することができ、楕円の長軸及び短軸は、ユーザの処方のシリンドリカル部分を判定する際に使用することができ、ユーザの処方の軸は、カメラ１０６により測定された楕円の長軸の角度から判定することができる。
【００５９】
デバイス１０を使用する際に伴われる例示的な動作を、図９に示す。
【００６０】
ブロック１０８の動作中に、デバイス１０が較正されてもよい。例えば、デバイス１０（又は較正されているデバイスのバッチ内の代表的なデバイス）は、テスト機器を使用して特徴付けることができる。テスト中、ディスプレイ４０は、テスト画像を作成してもよく、一方、制御回路４２は、デバイス１０内のポジショナを導いてその無限遠焦点位置にディスプレイ４０を配置し、レンズシステム２０内のレンズを導いてそれらの無限遠焦点位置に同調する。画像センサ（例えば、ダミーの眼）又は他のテストセンサを、画像が表示されている間にユーザの眼の位置に配置してもよい。次いで、無限遠の仮想画像をテストセンサ上に焦点合わせするために必要とされ得る表示位置オフセット及び／又はレンズ同調オフセットを判定し、デバイス１０に保存してユーザが将来使用するためにデバイス１０を較正することができる。
【００６１】
ブロック１１０でのユーザ動作中に、レンズ２０及びディスプレイ４０がユーザの眼及び顔に対して適切な位置にあるように（例えば、レンズ２０及びディスプレイ４０がユーザの瞳孔間距離に一致する適切な距離だけ分離されるように、レンズ２０及びディスプレイ４０が適切なＹ位置を有するように、など）、デバイス１０は（自動で及び／又は手動で）調整することができる。これらの初期調整が実行された後、デバイス１０は、眼感知システム（例えば、Ｈａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋ、Ｔｓｃｈｅｒｎｉｎｇ、又はレイトレーシングセンサ若しくは他の適切な屈折異常測定機器などの収差計）を使用して、ユーザの眼の特性を測定することができる（例えば、ユーザの両眼の屈折異常を自動的に測定するため、それゆえユーザの左眼及び右眼の両方に対するユーザの両眼の処方を判定する）。所望であれば、ユーザは、入出力デバイスを使用して、ユーザの処方に関する情報を制御回路４２に手動で供給してもよい。ユーザは、例えば、タッチスクリーン、キー、音声入力などを使用して、処方値（球面、シリンダ、軸）を供給するように促されてもよい。
【００６２】
ブロック１１２の動作中、制御回路は、ディスプレイ４０の位置を調整することができ（例えば、ユーザの左眼からの左ディスプレイのＺ次元での分離、及びユーザの右眼からの右ディスプレイのＺ次元での分離）、及び／又は光学システム１０内の同調可能なレンズを調整して、乱視、遠視、近視、及びユーザの視力における他の屈折異常を矯正しながら、ディスプレイ４０上のコンテンツをユーザに対して焦点を合わせることができる。表示されているコンテンツの性質に基づいて（例えば、コンテンツが、風景内の山などの遠隔コンテンツであるか、近くの人などのクローズアップコンテンツであるかどうかに基づいて）、焦点は調整されて、ユーザの好み及びユーザの屈折異常を考慮しながら、適応と輻輳の不一致を最小化することができる。
【００６３】
ブロック１１２において焦点が調整された後、制御回路４２は、ディスプレイシステム４０を使用してユーザに対する画像を表示することができる。画像を表示しながら、制御回路４２は、コンテンツのいずれかが遠隔オブジェクト（コンピュータで生成された風景内の遠くの山などの遠隔仮想オブジェクト）に関連付けられているか、又はユーザのリラックスした眼の焦点状況（眼は無限遠に焦点を合わせている）に関連付けられているかどうかを判定することができる。タイマは、長距離（例えば、無限遠焦点）コンテンツが所定の時間量（例えば、少なくとも２０秒、少なくとも１０秒、２分未満の閾値時間量など）表示されている期間内に経過した時間量を追跡するように維持されてもよい。
【００６４】
タイマが満了すると（例えば、少なくとも１５分後、少なくとも２０分後、１０〜３０分後、４０分未満の期間後、又はユーザが眼の緩和なしで継続することを許可されない他の適切な時間超過後）、制御回路４２は、それがユーザが自身の眼をリラックスさせる時間であると結論付けることができる。したがって、大きな距離（例えば、無限遠又は２０フィート超離れた）におけるコンテンツを、ユーザに提示することができる（ブロック１１６）。ユーザがこの遠隔のコンテンツを視認すると（及び、制御回路４２が、ディスプレイ４０及び光学システム２０の位置をそれらの対応する無限遠焦点状態に調整すると）、ユーザの両眼４６の毛様体筋がリラックスする。適切な眼のリラックス期間が経過した後（例えば、少なくとも１０秒後、少なくとも２０秒後、少なくとも３０秒後、少なくとも１５〜３０秒後、３分未満の期間後、又は他の適切な緩和期間後）、処理は、ライン１１８によって示されるようにブロック１１２に戻ってもよい。ブロック１１６の動作中に表示される眼のリラックスコンテンツ（長距離）コンテンツは、無限遠焦点又は他の適切な大きな距離で提示される「眼をリラックス」などのメッセージを含んでもよく、又はそうでなければ、ユーザに提示されているコンテンツ内に強制された埋め込みコンテンツ（例えば、無限遠焦点又は他の適切な大きな距離にある山）を含んでもよい。例えば、ビデオゲームを再生しているユーザは、限定された空間内に居て、周囲のオブジェクトに近い場合がある。ブロック１１６の動作中にユーザの両眼がリラックスすることを可能にするために、遠隔の山のシーンをビデオゲーム内に挿入することができ、それによって、テキストメッセージ（「眼をリラックス」）又はビデオゲームのユーザの楽しみを中断し得る他のコンテンツによりユーザに割り込む必要が回避される。
【００６５】
デバイス１０のユーザは、完全な視力を有さなくてもよい。例えば、ユーザは、近視であってもよく、遠視であってもよく、及び／又は乱視を有していてもよい。不完全な視力を矯正するために、視力矯正レンズをデバイス１０に結合してもよい。レンズ２０は、例えば、固定部分及び取り外し可能な視力矯正部分を有してもよい。
【００６６】
視力矯正レンズは、例えば、正のジオプタを有してもよく（遠視を矯正するため）、又は負のジオプタを有してもよい（近視を矯正するため））。乱視もまた、矯正されてもよい。乱視を矯正する矯正レンズは、回転対称ではない。回転対称でない視力矯正レンズが適切に配向されることを確実にするために、デバイス１０は視力矯正レンズ配向機能（例えば、矯正レンズが、デバイス１０及びディスプレイ４０に関して、したがってデバイス１０がユーザに装着されているときのユーザの両眼に対して、所望の角度方向を有するように、矯正レンズをデバイス１０のレンズ２０Ｌ又は２０Ｒに結合しながら矯正レンズを正確に整列する磁気結合構造体又は機械的結合構造体）を備えていてもよい。
【００６７】
例示的な視力矯正レンズ配置を、図１０に示す。図１０の例では、視力矯正レンズ１３０は、レンズ２０と重なるデバイス１０内に取り付けられている。レンズ２０は、反射屈折レンズ又は他の適切なレンズであってもよい。レンズ２０は、同調可能であってもよく、又は固定されてもよい。レンズ１３０は、回転対称であってもよく、又は回転非対称であってもよい。図１０に示すように、レンズ１３０は、レンズ２０に面する凸状外面ＳＦ３を有してもよく、凹状内面を有してもよい。乱視を補償するためにレンズ１３０が回転非対称である構成では、レンズ１３０の凹状内面は、第１の次元に沿った（例えば、Ｘ軸に沿った）第１の湾曲（断面プロファイルＳＦ１によって示される）によって特徴付けられてもよく、第２の次元に沿った（例えば、Ｙ軸に沿った）異なる第２の湾曲（断面プロファイルＳＦ２によって示される）によって特徴付けられてもよい。レンズ１３０がレンズ２０に重なると、ユーザの視力の問題を補償するために矯正される２部品レンズが形成される。
【００６８】
視力矯正レンズ１３０は、視力矯正レンズマウントリング１３２などの支持構造体を有してもよい。レンズ２０は、レンズマウント構造体１３４（例えば、デバイス１０内の筐体又は他の構造的支持体の一部分）などの支持構造体内に取り付けられてもよい。構造体１３４は、マウントリング１３２を受容する開口部（例えば、円形開口部又は他の適切な形状の開口部）を有してもよい。リング１３２が構造体１３４内に受容されると、リング１３２及び構造体１３４に関連付けられた整列機構は、構造体１３４に関して視力矯正リング１３０を正確に整列させる（例えば、リング１３２の角度方向、したがってレンズ２０、ディスプレイ４０、及びデバイス１０の他の部分に関する視力矯正レンズ１３０は、２°未満内、４°未満内、又は他の適切な量で確立される）。
【００６９】
１つの例示的な構成では、磁気整列構造体を、リング１３２及び構造体１３４上で使用してもよい。図１１に示すように、例えば、レンズ１３０は、リング１３２内にマウントされてもよく、リング１３２が支持構造体１３４内の円形開口部内で回転するときに、潜在的に中心点ＣＰに対して回転してもよい。視力矯正レンズ１３０を構造体１３４及びデバイス１０の残りの部分に対する所望の回転整列内に配置するために、リング１３２は、磁石１３８及び１４０などの１つ以上の磁石を備えてもよく、構造体１３４は、１つ以上の対応する磁石１３６及び１４２を備えてもよい。視力矯正レンズ１３０がデバイス１０に取り付けられると、磁石１３８と磁石１３６との間の磁気引力、及び磁石１４０と磁石１４２との間の磁気引力は、デバイス１０内でレンズ１３０を所望の角度方向に整列させ保持するのに役立ち、それによってレンズ１３０がユーザの乱視を十分に矯正することを確実にする。
【００７０】
所望であれば、図１２に示すように、視力矯正レンズ１３０はフレネルレンズであってもよい。フレネル視力矯正レンズ１３０（例えば、図１２のレンズ１３０）は、図１３のレンズ１３０の正面図に示すような球面レンズ（例えば、回転対称レンズ）であってもよく、又は図１４の例示的な回転非対称レンズ１３０の正面図に示すようなシリンドリカルレンズ（例えば、球面度数を持たないシリンドリカルレンズ、又はハイブリッドシリンドリカル球面レンズ）であってもよい。
【００７１】
デバイス１０の使用時にユーザの視力が十分に矯正されることを確実にするために、視力矯正レンズ１３０は、デバイス１０の使用前にレンズ２０と整列してデバイス１０に結合されてもよい。例えば、左視力矯正レンズは、左レンズ２０Ｌと整列されて（重なって）デバイス１０に結合されてもよく、右視力矯正レンズは、右レンズ２０Ｒと整列されてデバイス１０に結合されてもよい。視力矯正レンズ１３０は、ねじ付き保持リングを使用して、クリップを使用して、接着剤を使用して、及び／又は他の適切なマウント構造体を使用して、デバイス１０に磁気的に（例えば、磁石及び／又は磁性材料を使用して）結合することができる。いくつかの構成では、視力矯正レンズ１３０は、デバイス１０に取り外し可能に結合されている（例えば、所望であれば、異なるユーザが、視力矯正レンズ１３０を異なる一連の視力矯正レンズにより置き換えることができるように）。
【００７２】
視力矯正レンズ１３０がデバイス１０に組み込まれる場合、レンズ１３０及び２０は一緒に動作する。例えば、レンズ２０は、ディスプレイ４０に焦点を合わせる際に使用される光学度数の大部分を提供するように作用することができ、レンズ１３０は、乱視などのユーザ特有の視力問題を矯正することができる。所望であれば、同調可能なレンズ構造体は、視力矯正レンズ１３０及び／又は他の固定レンズ（例えば、反射屈折レンズ、フレネルレンズなど）と組み合わせて使用することができる。
【００７３】
一実施形態によれば、画像を表示するように構成されているディスプレイと、画像が視認可能であるレンズと、センサと、ディスプレイに結合されたポジショナと、センサにより屈折異常を測定し、測定された屈折異常に基づいてポジショナを調整するように構成されている制御回路とを含む、屈折異常のある眼を有するユーザによって視認可能である画像を生成するように構成されている、眼の位置に配置されたヘッドマウントデバイスが提供される。
【００７４】
別の実施形態によれば、センサは少なくとも１つの導波路を含む。
【００７５】
別の実施形態によれば、センサは、導波路内に光を結合する入力カプラを含み、導波路から光を結合する出力カプラを含む。
【００７６】
別の実施形態によれば、出力カプラは、画像がディスプレイから眼の位置へと通過することを可能にするように構成される。
【００７７】
別の実施形態によれば、入力カプラ及び出力カプラはボリュームホログラムである。
【００７８】
別の実施形態によれば、センサは、出力カプラからの光を測定するカメラを更に含む。
【００７９】
別の実施形態によれば、ヘッドマウントデバイスは、レーザ及び光を供給する発光ダイオードからなるグループから選択される光源と、光を追加の導波路内に結合する追加の入力カプラを含む追加の導波路と、を備え、追加の導波路は、追加の導波路から眼の位置に向けて光を導く追加の出力カプラを有する。
【００８０】
別の実施形態によれば、ヘッドマウントデバイスは、出力カプラとカメラとの間に挿入されたレンズアレイを含み、制御回路は、カメラにおけるレンズアレイによって生成された光スポットを分析することによって、屈折異常を測定するように構成されている。
【００８１】
別の実施形態によれば、センサは、Ｓｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎ収差計を形成するように構成される。
【００８２】
別の実施形態によれば、センサは、Ｔｓｃｈｅｒｎｉｎｇ収差計を形成するように構成され、制御回路は、ドットのアレイがディスプレイ上に表示されている間に生成されるカメラにおける光スポットを分析することによって、屈折異常を測定するように構成されている。
【００８３】
別の実施形態によれば、センサは、レイトレーシング収差計を形成するように構成され、制御回路は、形状がディスプレイ上に表示されている間に生成されるカメラにおける光パターンを分析することによって、屈折異常を測定するように構成されている。
【００８４】
別の実施形態によれば、形状は円を含む。
【００８５】
別の実施形態によれば、制御回路は、ディスプレイ及びレンズのうちの少なくとも選択された１つを無限遠焦点設定に調整しながら、ディスプレイ上にコンテンツを定期的に提示することによって、眼がリラックスすることを可能にするように構成されている。
【００８６】
別の実施形態によれば、ヘッドマウントデバイスは、入出力デバイスを含み、制御回路は、入出力デバイスにより屈折異常に関するユーザ入力を受信するように構成されている。
【００８７】
別の実施形態によれば、ユーザ入力は眼鏡処方を含み、制御回路は、眼鏡処方に基づいてポジショナでディスプレイの位置を調整するように構成されている。
【００８８】
別の実施形態によれば、レンズは同調可能なレンズを含み、制御回路は、測定された屈折異常に少なくとも部分的に基づいて、同調可能なレンズを調整するように構成されている。
【００８９】
別の実施形態によれば、同調可能なレンズは、少なくとも１つの同調可能な液晶シリンドリカルレンズを含み、測定された屈折異常は眼の乱視に関連付けられ、制御回路は、測定された屈折異常に基づいて同調可能な液晶シリンドリカルレンズを調整して、乱視を矯正するように構成されている。
【００９０】
別の実施形態によれば、レンズは、視力矯正レンズを含む。
【００９１】
別の実施形態によれば、視力矯正レンズは回転非対称であり、乱視を補償するように構成されている。
【００９２】
別の実施形態によれば、視力矯正レンズはフレネルレンズである。
【００９３】
別の実施形態によれば、レンズは、固定レンズと、固定レンズと重なるように構成されている取り外し可能な視力矯正レンズとを含む
【００９４】
別の実施形態によれば、取り外し可能な視力矯正レンズは、固定レンズに対して取り外し可能な視力矯正レンズを回転方向に整列させるように構成されている回転整列構造体を含む。
【００９５】
別の実施形態によれば、回転整列構造体は磁石を含む。
【００９６】
一実施形態によれば、画像を表示するように構成されているディスプレイと、レンズと、少なくとも１つのホログラムを含むセンサと、センサにより眼の屈折異常を測定するように構成されており、かつ、測定された屈折異常に基づいて、レンズ、及びディスプレイの位置のうちの少なくとも１つを調整するように構成されている制御回路とを含む、ヘッドマウントデバイスが提供される。
【００９７】
別の実施形態によれば、センサはカメラを含み、屈折異常は乱視を含み、レンズは調整可能な液晶シリンドリカルレンズを含み、制御回路は、調整可能な液晶シリンドリカルレンズを調整して、ディスプレイを視認したときの乱視を矯正するように構成されている。
【００９８】
一実施形態によれば、ディスプレイと、ディスプレイが眼の位置から視認可能であるレンズと、導波路と、ディスプレイが眼の位置から視認可能である導波路上のホログラムと、カメラと、導波路を出射光に対するカメラによる測定値に基づいて眼の屈折異常を測定するように構成されている制御回路と、を含むヘッドマウントデバイスが提供される。
【００９９】
前述は、単なる例示に過ぎず、説明された実施形態に対して多様な変更を行うことができる。前述の実施形態は、個別に又は任意の組み合わせで実施することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2020523620.tif 000018
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年10月31日(2019.10.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折異常がある眼を有するユーザが視認可能である画像を生成するように構成されている、眼の位置に配置されたヘッドマウントデバイスであって、
前記画像を表示するように構成されているディスプレイと、
前記画像が視認可能であるレンズと、
センサと、
前記ディスプレイに結合されているポジショナと、
前記センサにより前記屈折異常を測定するように構成されており、前記測定された屈折異常に基づいて前記ポジショナを調整するように構成されている制御回路と、を備える、ヘッドマウントデバイス。
【請求項２】
前記センサは、少なくとも１つの導波路を含む、請求項１に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項３】
前記センサは、前記導波路内に光を結合する入力カプラを含み、かつ、前記導波路からの光を結合する出力カプラを含む、請求項２に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項４】
前記出力カプラは、前記ディスプレイから前記眼の位置へと画像が通過することを可能にするように構成されている、請求項３に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項５】
前記入力カプラ及び出力カプラはボリュームホログラムであり、前記センサは、前記出力カプラからの光を測定するカメラを更に含む、請求項４に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項６】
レーザ及び光を供給する発光ダイオードからなるグループから選択される光源と、
前記光を追加の導波路内に結合する追加の入力カプラを含む前記追加の導波路であって、前記追加の導波路は、前記追加の導波路から前記眼の位置に向けて前記光を導く追加の出力カプラを有する、前記追加の導波路と、
前記出力カプラと前記カメラとの間に挿入されたレンズアレイであって、前記制御回路は、前記カメラにおける前記レンズアレイによって生成された光スポットを分析することによって、前記屈折異常を測定するように構成されており、前記センサは、Ｓｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎ収差計を形成するように構成されている、レンズアレイと、を更に備える、請求項５に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項７】
前記センサは、Ｔｓｃｈｅｒｎｉｎｇ収差計を形成するように構成されており、前記制御回路は、ドットのアレイが前記ディスプレイ上に表示されている間に生成される前記カメラにおける光スポットを分析することによって、前記屈折異常を測定するように構成されている、請求項５に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項８】
前記センサは、レイトレーシング収差計を形成するように構成されており、前記制御回路は、形状が前記ディスプレイ上に表示されている間に生成される前記カメラにおける光パターンを分析することによって、前記屈折異常を測定するように構成されており、前記形状は円を含む、請求項５に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項９】
前記制御回路は、前記ディスプレイ及び前記レンズのうちの少なくとも選択された１つを無限遠焦点設定に調整しながら、前記ディスプレイ上にコンテンツを定期的に提示することによって、前記眼がリラックスすることを可能にするように構成されている、請求項１に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項１０】
入出力デバイスを更に備え、前記制御回路は、前記入出力デバイスにより前記屈折異常に関するユーザ入力を受信するように構成されている、請求項１に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項１１】
前記ユーザ入力は眼鏡処方を含み、前記制御回路は、前記眼鏡処方に基づいて前記ポジショナにより前記ディスプレイの位置を調整するように構成されている、請求項１０に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項１２】
前記レンズは同調可能なレンズを含み、前記制御回路は、前記測定された屈折異常に少なくとも部分的に基づいて前記同調可能なレンズを調整するように構成されている、請求項１に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項１３】
前記同調可能なレンズは、少なくとも１つの同調可能な液晶シリンドリカルレンズを含み、前記測定された屈折異常は前記眼の乱視に関連付けられ、前記制御回路は、前記測定された屈折異常に基づいて前記同調可能な液晶シリンドリカルレンズを調整して、前記乱視を矯正するように構成されている、請求項１２に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項１４】
前記レンズは視力矯正レンズを含む、請求項１に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項１５】
前記視力矯正レンズは回転非対称であり、乱視を補償するように構成されており、前記視力矯正レンズはフレネルレンズである、請求項１４に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項１６】
前記レンズは、固定レンズと、前記固定レンズに重なるように構成されている取り外し可能な視力矯正レンズとを含む、請求項１に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項１７】
前記取り外し可能な視力矯正レンズは、前記固定レンズに対して前記取り外し可能な視力矯正レンズを回転方向に整列させるように構成されている回転整列構造体を含み、前記回転整列構造体は磁石を含む、請求項１６に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項１８】
ヘッドマウントデバイスであって、
画像を表示するように構成されているディスプレイと、
レンズと、
少なくとも１つのホログラムを含むセンサと、
前記センサにより眼の屈折異常を測定するように構成されており、前記測定された屈折異常に基づいて、前記レンズ及び前記ディスプレイの位置のうちの少なくとも１つを調整するように構成されている制御回路と、を備える、ヘッドマウントデバイス。
【請求項１９】
前記センサはカメラを含み、前記屈折異常は乱視を含み、前記レンズは調整可能な液晶シリンドリカルレンズを含み、前記制御回路は、前記調整可能な液晶シリンドリカルレンズを調整して、前記ディスプレイを視認したときの前記乱視を矯正するように構成されている、請求項１８に記載のヘッドマウントデバイス。
【請求項２０】
ヘッドマウントデバイスであって、
ディスプレイと、
前記ディスプレイが眼の位置から視認可能であるレンズと、
導波路と、
前記ディスプレイが前記眼の位置から視認可能である、前記導波路上のホログラムと、
カメラと、
前記導波路を出射する光に対する前記カメラによる測定値に基づいて、眼の屈折異常を測定するように構成されている制御回路と、を備える、ヘッドマウントデバイス。
【国際調査報告】
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2020523620.tif 000023
2020523620.tif 000024
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