JP2020106852A - Ａｌｖａｒｅｚレンズを用いて焦点面を作成する方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】仮想現実および拡張現実体験をユーザに提示するための構成を提供すること【解決手段】仮想現実および拡張現実体験をユーザに提示するための構成が開示される。システムは、２つの透過性プレート２０４および３０４を備えているレンズアセンブリであって、２つの透過性プレートの第１のものは、少なくとも部分的に三次関数に基づく第１の表面サグを備えている、レンズアセンブリと、画像情報をユーザの眼に向かわせるためのＤＯＥ２０２とを備え得、ＤＯＥは、レンズアセンブリの２つの透過性プレートの間に配置され、ＤＯＥは、第１の透過性プレートの表面サグに対応する三次関数の逆を用いてエンコードされており、それによって、エンコードされたＤＯＥによって生成される波面は、第１の透過性プレートによって生成される波面によって補償され、それによって、ＤＯＥによって送達される仮想コンテンツに関連付けられた光線をコリメートする。【選択図】図４

Description

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は、現実であるように見える様式、もしくはそのように知覚され得る様式においてユーザに提示される。仮想現実、すなわち、「ＶＲ」シナリオは、典型的には、他の実際の実世界の視覚的入力に対して透明性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴い、拡張現実、すなわち、「ＡＲ」シナリオは、典型的には、ユーザの周囲の実際の世界の視覚化の拡張として、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。

３Ｄ仮想コンテンツをＡＲシステムのユーザ提示する場合、多数の課題が存在する。３Ｄコンテンツをユーザに提示することの大前提は、複数の深度の知覚を生成することを伴う。言い換えると、いくつかの仮想コンテンツは、ユーザに対してより近く見える一方、他の仮想コンテンツは、より遠くに生じているように見えることが望ましくあり得る。したがって、３Ｄ知覚を達成するために、ＡＲシステムは、ユーザに対して異なる焦点面において仮想コンテンツを送達するように構成されるべきである。

ＡＲシステムの状況では、種々の焦点面を発生させる多くの異なる方法が存在する。いくつかの例示的アプローチは、２０１５年５月２９日に出願され、「ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＣＲＥＡＴＩＮＧ ＦＯＣＡＬ ＰＬＡＮＥＳ ＩＮ ＶＩＲＴＵＡＬ ＡＮＤ ＡＵＧＭＥＮＴＥＤ ＲＥＡＬＩＴＹ」と題された米国特許出願第１４／７２６，４２９号（弁理士整理番号ＭＬ．２００１７．００）および２０１４年１１月２７日に出願され、「ＶＩＲＴＵＡＬ ＡＮＤ ＡＵＧＭＥＮＴＥＤ ＲＥＡＬＩＴＹ ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ」と題された米国特許出願第１４／５５５，５８５号（弁理士整理番号ＭＬ．３００１１．００）に提示されている。これらの仮想現実および／または拡張現実システムの設計は、仮想コンテンツを送達することにおけるシステムの速度、仮想コンテンツの品質、ユーザの射出瞳距離、システムのサイズおよび可搬性、ならびに他のシステムおよび光学課題を含む多数の課題を提示する。

本明細書に説明されるシステムおよび技法は、典型的なヒトの視覚的構成と連動し、これらの課題に対処するように構成される。

本発明の実施形態は、１人以上のユーザのための仮想現実および／または拡張現実相互作用を促進するためのデバイス、システム、および方法を対象とする。

一側面では、拡張現実コンテンツをユーザに送達するための拡張現実（ＡＲ）ディスプレイシステムが、開示される。ＡＲディスプレイシステムは、画像データの１つ以上のフレームを提供するための画像発生源と、画像データの１つ以上のフレームに関連付けられた光を伝送するための光変調器と、第１および第２の透過性プレートを備えているレンズアセンブリであって、第１および第２の透過性プレートの各々は、第１の側および第１の側と反対の第２の側を有し、第１の側は、平らな側であり、第２の側は、成形された側であり、第１の透過性プレートの第２の側は、少なくとも部分的に三次関数に基づく第１の表面サグを備え、第２の透過性プレートの第２の側は、少なくとも部分的に三次関数の逆に基づく第２の表面サグを備えている、レンズアセンブリと、画像データの１つ以上のフレームに関連付けられた光を受け取り、光をユーザの眼に向かわせるための回折光学要素（ＤＯＥ）とを備え、ＤＯＥは、第１の透過性プレートの第１の側と第２の透過性プレートの第１の側との間に、それらに隣接して配置され、ＤＯＥは、三次関数の逆に対応する屈折レンズ情報を用いてエンコードされるており、それによって、ＤＯＥの屈折レンズ情報が第１の透過性プレートの三次関数を相殺するようにＤＯＥが整列させられると、ＤＯＥによって生成される光の波面は、第１の透過性プレートによって生成される波面によって補償され、それによって、ＤＯＥに送達される仮想コンテンツに関連付けられたコリメートされた光線を発生させる。

ＡＲシステムはさらに、１つ以上の実施形態では、ＤＯＥをレンズアセンブリに対して側方に平行移動させるためのアクチュエータを備え得る。１つ以上の実施形態では、ＤＯＥは、フレーム毎ベースでレンズアセンブリに対して側方に平行移動させられる。１つ以上の実施形態では、システムはさらに、

ユーザの眼の両眼離反運動を追跡するための眼追跡モジュールを備え、ＤＯＥは、少なくとも部分的に追跡された両眼離反運動に基づいて、レンズアセンブリに対して側方に平行移動させられる。

１つ以上の実施形態では、ＤＯＥの側方変位は、ＤＯＥから発出する光線をある深度平面から発散するように見えるようにし、深度平面は、無限深度平面ではない。１つ以上の実施形態では、コリメートされた光線は、無限遠から発出するように見える。

１つ以上の実施形態では、第２の透過性プレートは、外界のオブジェクトに関連付けられた光が、ユーザによって視認されると、ゼロ屈折力を有するように知覚されるように、それらのそれぞれの頂点が光学軸上にある状態で第１の透過性プレートに対して配置される。１つ以上の実施形態では、ＡＲシステムはさらに、第１の透過性プレートに対して第２の透過性プレートを側方に平行移動させるための別のアクチュエータを備えている。１つ以上の実施形態では、第２の透過性プレートは、外界のオブジェクトに関連付けられた光が、ユーザによって視認されると、正の屈折力を有するように知覚されるように、第１の透過性プレートに対して第１の方向に側方にオフセットされる。

１つ以上の実施形態では、第２の透過性プレートは、外界のオブジェクトに関連付けられた光が、ユーザによって視認されると、負の屈折力を有するように知覚されるように、第１の透過性プレートに対して第２の方向に側方にオフセットされる。１つ以上の実施形態では、画像発生源は、時系列様式で画像データの１つ以上のフレームを送達する。

別の側面では、異なる焦点面を発生させる方法が、開示される。方法は、画像データの１つ以上のフレームに関連付けられた光を回折光学要素（ＤＯＥ）に送達することを含み、ＤＯＥは、２つの透過性プレートを備えているレンズアセンブリ間に配置され、透過性プレートの各々は、第１の側および第１の側と反対の第２の側を有し、第１の側は、平らな側であり、第２の側は、成形された側であり、第１の透過性プレートの第２の側は、少なくとも部分的に三次関数に基づく第１の表面サグを備え、第２の透過性プレートの第２の側は、少なくとも部分的に三次関数の逆に基づく第２の表面サグを備え、ＤＯＥは、第１の透過性プレートの第１の側と第２の透過性プレートの第１の側との間に、それらに隣接して配置され、ＤＯＥは、三次関数の逆に対応する屈折レンズ情報を用いてエンコードされており、それによって、ＤＯＥの屈折レンズ情報が第１の透過性プレートの三次関数を相殺するようにＤＯＥが整列させられると、ＤＯＥによって生成される光の波面は、第１の透過性プレートによって生成される波面によって補償され、それによって、ＤＯＥに送達される仮想コンテンツに関連付けられたコリメートされた光線を発生させる。

１つ以上の実施形態では、方法はさらに、ＤＯＥに送達される仮想コンテンツに関連付けられた光線が、少なくとも部分的に側方平行移動に基づいて、さまざまな角度で発散するように、第１の透過性プレートに対してＤＯＥを側方に平行移動させることを含む。

１つ以上の実施形態では、発散光線は、ユーザによって、光学的無限以外の深度平面から生じているように知覚される。１つ以上の実施形態では、方法はさらに、ユーザの眼の両眼離反運動を追跡することを含み、ＤＯＥは、少なくとも部分的にユーザの眼の追跡された両眼離反運動に基づいて、側方に平行移動させられる。

１つ以上の実施形態では、第２の透過性プレートは、外界のオブジェクトが、レンズアセンブリおよびＤＯＥを通してユーザによって視認されると、ゼロ屈折力を通して知覚されるように、ＤＯＥおよび第１の透過性プレートに対して配置される。１つ以上の実施形態では、第２の透過性プレートは、外界のオブジェクトが、レンズアセンブリおよびＤＯＥを通してユーザによって視認されると、正の屈折力を有するように知覚されるように、ＤＯＥおよび第１の透過性プレートに対して第１の方向にオフセットされる。

１つ以上の実施形態では、第２の透過性プレートは、外界のオブジェクトが、レンズアセンブリおよびＤＯＥを通してユーザによって視認されると、負の屈折力を有するように知覚されるように、ＤＯＥおよび第１の透過性プレートに対して第２の方向にオフセットされる。１つ以上の実施形態では、第１の方向は、第２の方向と反対である。

１つ以上の実施形態では、仮想コンテンツに関連付けられたコリメートされた光線は、光学的無限から発出するように見える。１つ以上の実施形態では、方法はさらに、時系列様式で仮想コンテンツの１つ以上のフレームをＤＯＥに送達することを含む。１つ以上の実施形態では、ＤＯＥは、フレーム毎ベースで第１の透過性プレートに対して側方に平行移動させられる。

１つ以上の実施形態では、ＤＯＥに送達される仮想コンテンツの１つ以上のフレームは、１つ以上の３次元オブジェクトの２次元画像スライスを含む。

さらに別の側面では、拡張現実ディスプレイシステムは、Ａｌｖａｒｅｚレンズの２つの透過性プレートを備えているレンズアセンブリであって、２つの透過性プレートの第１のものは、少なくとも部分的に三次関数に基づく第１の表面サグを備え、２つの透過性プレートの第２のものは、少なくとも部分的に三次関数の逆に基づく第２の表面サグを備え、それによって、２つの透過性プレートが、それらのそれぞれの頂点が光学軸上にある状態で配置されると、第１の透過性プレートの誘発位相変動は、第２の透過性プレートによって相殺される、レンズアセンブリと、仮想コンテンツに関する画像情報を受信し、ユーザの眼に向かわせるためのＤＯＥとを備え、ＤＯＥは、Ａｌｖａｒｅｚレンズの第１透過性プレートと第２の透過性プレートとの間に配置され、ＤＯＥは、第１の透過性プレートの第１の表面サグに対応する三次関数の逆を用いてエンコードされており、それによって、ＤＯＥが第１の透過性プレートと整列させられると、エンコードされたＤＯＥによって生成される波面は、第１の透過性プレートによって生成される波面によって補償され、それによって、ＤＯＥに送達される仮想コンテンツに関連付けられた光線をコリメートする。

１つ以上の実施形態では、ＤＯＥは、レンズアセンブリから出射する光線が発散するように、第１の透過性プレートに対して側方に平行移動させられる。１つ以上の実施形態では、拡張現実ディスプレイシステムはさらに、ユーザの眼の両眼離反運動を追跡するための眼追跡モジュールを備え、ＤＯＥは、少なくとも部分的にユーザの眼の追跡された両眼離反運動に基づいて、側方に平行移動させられる。

１つ以上の実施形態では、発散光線は、光学的無限以外の深度平面から発散するように見える。１つ以上の実施形態では、コリメートされた光線は、光学的無限から発出するように見える。

１つ以上の実施形態では、第２の透過性プレートは、外界のオブジェクトに関連付けられた光が、ユーザによって視認されると、ゼロ屈折力を有するように知覚されるように、それらのそれぞれの頂点が光学軸上にある状態で第１の透過性プレートに対して配置される。１つ以上の実施形態では、第２の透過性プレートは、外界のオブジェクトに関連付けられた光が、ユーザによって視認されると、正の屈折力を有するように知覚されるように、第１の透過性プレートに対して第１の方向にオフセットされる。

１つ以上の実施形態では、第２の透過性プレートは、外界のオブジェクトに関連付けられた光が、ユーザによって視認されると、負の屈折力を有するように知覚されるように、第１の透過性プレートに対して第２の方向にオフセットされ、第２の方向は、第１の方向と反対である。

１つ以上の実施形態では、拡張現実ディスプレイシステムはさらに、画像発生源を備え、画像発生源は、時系列様式で画像データの１つ以上のフレームを送達する。１つ以上の実施形態では、ＤＯＥは、フレーム毎ベースで第１の透過性プレートに対して側方に平行移動させられる。

本発明の追加および他の目的、特徴、ならびに利点は、発明を実施するための形態、図、および請求項に説明される。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
拡張現実コンテンツをユーザに送達するための拡張現実（ＡＲ）ディスプレイシステムであって、
画像データの１つ以上のフレームを提供するための画像発生源と、
前記画像データの１つ以上のフレームに関連付けられた光を伝送するための光変調器と、
第１および第２の透過性プレートを備えているレンズアセンブリであって、前記第１および第２の透過性プレートの各々は、第１の側および前記第１の側と反対の第２の側を有し、前記第１の側は、平らな側であり、前記第２の側は、成形された側であり、前記第１の透過性プレートの前記第２の側は、少なくとも部分的に三次関数に基づく第１の表面サグを備え、前記第２の透過性プレートの前記第２の側は、少なくとも部分的に前記三次関数の逆に基づく第２の表面サグを備えている、レンズアセンブリと、
前記画像データの１つ以上のフレームに関連付けられた光を受け取り、前記光を前記ユーザの眼に向かわせるための回折光学要素（ＤＯＥ）と
を備え、
前記ＤＯＥは、前記第１の透過性プレートの前記第１の側と前記第２の透過性プレートの前記第１の側との間に、それらに隣接して配置され、前記ＤＯＥは、前記三次関数の前記逆に対応する屈折レンズ情報を用いてエンコードされており、それによって、前記ＤＯＥの前記屈折レンズ情報が前記第１の透過性プレートの前記三次関数を相殺するように前記ＤＯＥが整列させられると、前記ＤＯＥによって生成される光の波面は、前記第１の透過性プレートによって生成される波面によって補償され、それによって、前記ＤＯＥに送達される仮想コンテンツに関連付けられたコリメートされた光線を発生させる、システム。
（項目２）
前記ＤＯＥを前記レンズアセンブリに対して側方に平行移動させるためのアクチュエータをさらに備えている、項目１に記載のＡＲシステム。
（項目３）
前記ＤＯＥは、フレーム毎ベースで前記レンズアセンブリに対して側方に平行移動させられる、項目２に記載のシステム。
（項目４）
前記ユーザの眼の両眼離反運動を追跡するための眼追跡モジュールをさらに備え、前記ＤＯＥは、少なくとも部分的に前記追跡された両眼離反運動に基づいて、前記レンズアセンブリに対して側方に平行移動させられる、項目２に記載のシステム。
（項目５）
前記ＤＯＥの側方変位は、前記ＤＯＥから発出する光線をある深度平面から発散するように見えるようにし、前記深度平面は、無限深度平面ではない、項目２に記載のＡＲシステム。
（項目６）
前記コリメートされた光線は、無限遠から発出するように見える、項目１に記載のＡＲシステム。
（項目７）
前記第２の透過性プレートは、前記第１の透過性プレートに対してそれらのそれぞれの頂点が光学軸上にある状態で配置され、それによって、外界のオブジェクトに関連付けられた光は、前記ユーザによって視認されると、ゼロ屈折力を有するように知覚される、項目１に記載のＡＲシステム。
（項目８）
前記第１の透過性プレートに対して前記第２の透過性プレートを側方に平行移動させるための別のアクチュエータをさらに備えている、項目１に記載のＡＲシステム。
（項目９）
前記第２の透過性プレートは、前記第１の透過性プレートに対して第１の方向に側方にオフセットされ、それによって、外界のオブジェクトに関連付けられた光は、前記ユーザによって視認されると、正の屈折力を有するように知覚される、項目８に記載のＡＲシステム。
（項目１０）
前記第２の透過性プレートは、前記第１の透過性プレートに対して第２の方向に側方にオフセットされ、それによって、外界のオブジェクトに関連付けられた光は、前記ユーザによって視認されると、負の屈折力を有するように知覚される、項目８に記載のＡＲシステム。
（項目１１）
前記画像発生源は、時系列様式で前記画像データの１つ以上のフレームを送達する、項目１に記載のＡＲシステム。
（項目１２）
焦点面を発生させる方法であって、前記方法は、画像データの１つ以上のフレームに関連付けられた光を回折光学要素（ＤＯＥ）に送達することを含み、
前記ＤＯＥは、２つの透過性プレートを備えているレンズアセンブリ間に配置され、前記透過性プレートの各々は、第１の側および前記第１の側と反対の第２の側を有し、前記第１の側は、平らな側であり、前記第２の側は、成形された側であり、前記第１の透過性プレートの前記第２の側は、少なくとも部分的に三次関数に基づく第１の表面サグを備え、前記第２の透過性プレートの前記第２の側は、少なくとも部分的に前記三次関数の逆に基づく第２の表面サグを備え、前記ＤＯＥは、前記第１の透過性プレートの前記第１の側と前記第２の透過性プレートの前記第１の側との間に、それらに隣接して配置され、前記ＤＯＥは、前記三次関数の前記逆に対応する屈折レンズ情報を用いてエンコードされており、それによって、前記ＤＯＥの屈折レンズ情報が前記第１の透過性プレートの前記三次関数を相殺するように前記ＤＯＥが整列させられると、前記ＤＯＥによって生成される光の波面は、前記第１の透過性プレートによって生成される波面によって補償され、それによって、前記ＤＯＥに送達される仮想コンテンツに関連付けられたコリメートされた光線を発生させる、方法。
（項目１３）
前記ＤＯＥに送達される仮想コンテンツに関連付けられた光線が、少なくとも部分的に前記側方平行移動に基づいて、さまざまな角度で発散するように、前記第１の透過性プレートに対して前記ＤＯＥを側方に平行移動させることをさらに含む、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
前記発散光線は、前記ユーザによって、光学的無限以外の深度平面から生じているように知覚される、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
前記ユーザの眼の両眼離反運動を追跡することをさらに含み、前記ＤＯＥは、少なくとも部分的に前記ユーザの眼の前記追跡された両眼離反運動に基づいて、側方に平行移動させられる、項目１３に記載の方法。
（項目１６）
前記第２の透過性プレートは、外界のオブジェクトが、前記レンズアセンブリおよび前記ＤＯＥを通して前記ユーザによって視認されると、ゼロ屈折力を通して知覚されるように、前記ＤＯＥおよび前記第１の透過性プレートに対して配置される、項目１２に記載の方法。
（項目１７）
前記第２の透過性プレートは、外界のオブジェクトが、前記レンズアセンブリおよび前記ＤＯＥを通して前記ユーザによって視認されると、正の屈折力を有するように知覚されるように、前記ＤＯＥおよび前記第１の透過性プレートに対して第１の方向にオフセットされる、項目１２に記載の方法。
（項目１８）
前記第２の透過性プレートは、外界のオブジェクトが、前記レンズアセンブリおよび前記ＤＯＥを通して前記ユーザによって視認されると、負の屈折力を有するように知覚されるように、前記ＤＯＥおよび前記第１の透過性プレートに対して第２の方向にオフセットされる、項目１７に記載の方法。
（項目１９）
前記第１の方向は、前記第２の方向と反対である、項目１８に記載の方法。
（項目２０）
前記仮想コンテンツに関連付けられたコリメートされた光線は、光学的無限から発出するように見える、項目１２に記載の方法。
（項目２１）
時系列様式で仮想コンテンツの１つ以上のフレームを前記ＤＯＥに送達することをさらに含む、項目１２に記載の方法。
（項目２２）
前記ＤＯＥは、フレーム毎ベースで前記第１の透過性プレートに対して側方に平行移動させられる、項目２１に記載の方法。
（項目２３）
前記ＤＯＥに送達される前記仮想コンテンツの１つ以上のフレームは、１つ以上の３次元オブジェクトの２次元画像スライスを含む、項目２１に記載の方法。

図面は、本発明の種々の実施形態の設計および有用性を図示する。図は、正確な縮尺で描かれておらず、類似構造または機能の要素は、図全体を通して類似参照番号によって表されることに留意されたい。本発明の種々の実施形態の前述および他の利点ならびに目的を得る方法をより深く理解するために、簡単に前述された発明を実施するための形態が、付随の図面に図示されるその具体的実施形態を参照することによって与えられるであろう。これらの図面は、本発明の典型的実施形態のみを描写し、その範囲の限定として見なされないことを理解した上で、本発明は、付随の図面の使用を通して追加の具体性および詳細とともに記載ならびに説明されるであろう。

図１は、３つの異なる構成におけるＡｌｖａｒｅｚレンズの平面図を図示する。 図２は、屈折レンズ情報を用いてエンコードされる回折光学要素（ＤＯＥ）およびＡｌｖａｒｅｚレンズの１つの透過性プレートの平面図を図示する。 図３は、図１のＤＯＥおよびＡｌｖａｒｅｚレンズを備えている光学アセンブリを通過する光の例示的実施形態を図示する。 図４は、図３の光学アセンブリを使用して深度平面を変動させる例示的実施形態を図示する。 図５Ａ−５Ｃは、ＤＯＥがＡｌｖａｒｅｚレンズに対して異なる側方平行移動を受ける、種々の構成を図示する。 図５Ａ−５Ｃは、ＤＯＥがＡｌｖａｒｅｚレンズに対して異なる側方平行移動を受ける、種々の構成を図示する。 図５Ａ−５Ｃは、ＤＯＥがＡｌｖａｒｅｚレンズに対して異なる側方平行移動を受ける、種々の構成を図示する。 図６は、図３の光学アセンブリを使用して深度平面を発生させる例示的方法を図示する。 図７は、図３の光学アセンブリを修正してユーザの光学処方を補償する例示的実施形態を図示する。 図８は、図３の光学アセンブリを利用するシステムの例示的構成の平面図を図示する。

本発明の種々の実施形態は、単一実施形態またはいくつかの実施形態における、電子回路設計の多シナリオの物理的認知設計を実装する方法、システム、および製造品を対象とする。本発明の他の目的、特徴、および利点も、発明を実施するための形態、図、および請求項に説明される。

ここで、種々の実施形態が、当業者が本発明を実践することを可能にするように、本発明の例証的実施例として提供される、図面を参照して詳細に説明される。留意すべきこととして、以下の図および実施例は、本発明の範囲を限定することを意味するものではない。本発明のある要素が、公知の構成要素（または方法もしくはプロセス）を使用して部分的または完全に実装され得る場合、本発明の理解のために必要なそのような公知の構成要素（または方法もしくはプロセス）のそれらの一部のみ、説明され、そのような公知の構成要素（または方法もしくはプロセス）の他の部分の詳細な説明は、本発明を曖昧にしないように、省略されるであろう。さらに、種々の実施形態は、例証として本明細書に参照される構成要素の現在および将来的公知の均等物を包含する。

仮想および／または拡張現実を生成する方法ならびにシステムが開示される。現実的かつ楽しい仮想現実（ＶＲ）または拡張現実（ＡＲ）体験を提供するために、仮想コンテンツは、仮想コンテンツが、現実に配置されており、実世界深度から生じているように知覚されるように（従来の２Ｄディスプレイとは対照的に）、ユーザから離れたさまざまな深度で提示されるべきである。このアプローチは、異なるオブジェクトを異なる深度で視認するために、眼が常に焦点を変化させるという点において、視覚の実世界体験を綿密に模倣する。例えば、ヒトの眼の筋肉は、焦点を近くのオブジェクトに当てるために「緊張」し、焦点をより離れたオブジェクトに当てるために「弛緩」する。

実オブジェクトを綿密に模倣するように仮想コンテンツを配置することによって、ユーザの自然生理学的応答（例えば、異なるオブジェクトに対する異なる焦点）は、実質的にそのままであって、それによって、より現実的かつ快適な視認体験を提供する。これは、従来のＶＲまたはＡＲシステム（例えば、ＧｏｏｇｌｅＧｌａｓｓ（登録商標）またはＯｃｕｌｕｓ（登録商標）のような２Ｄ画面）とは対照的であり、それらは、ユーザに固定された深度平面上における仮想コンテンツを視認させ、ユーザに実世界の実オブジェクトと仮想コンテンツとの間を行ったり来たりさせ、不快感をユーザに生じさせる。本願は、それがユーザによってさまざまな深度で知覚されるように、３Ｄ仮想コンテンツを投影するための種々のＡＲシステムアプローチについて論じる。

３Ｄ仮想コンテンツをユーザに提示するために、拡張現実（ＡＲ）システムは、ユーザの眼からｚ方向にさまざまな深度平面において仮想コンテンツの画像を投影する。言い換えると、ユーザに提示される仮想コンテンツは、ｘおよびｙ方向に変化する（大部分の２Ｄコンテンツ同様に）だけではなく、ｚ方向にも変化し、３Ｄ深度の知覚を与え得る。したがって、ユーザは、仮想オブジェクトを非常に近くにあるように（例えば、実際の机の上に置かれた仮想本）、または無限距離にあるように（例えば、ユーザから離れた非常に遠くの距離にある仮想木）、もしくはその間の任意の距離にあるように感知し得る。または、ユーザは、複数のオブジェクトを異なる深度平面において同時に感知し得る。例えば、ユーザは、無限遠から見え、ユーザに向かって走ってくる仮想ドラゴンを見得る。別の実施形態では、ユーザは、ユーザから１メートル離れた距離における仮想鳥と、ユーザから腕の長さにある仮想コーヒーカップとを同時に見得る。

さまざまな深度の知覚を作成する２つの主要な方法が存在し得る：多平面焦点システムおよび可変平面焦点システム。多平面焦点システムでは、システムは、ユーザから離れたｚ方向における固定された深度平面上に仮想コンテンツを投影するように構成される。可変平面焦点システムでは、システムは、１つ以上の深度平面を投影するが、深度平面をｚ方向に移動させ、３Ｄ知覚を作成する。１つ以上の実施形態では、可変焦点要素（ＶＦＥ）が、光が特定の深度から生じているように見えるように、仮想コンテンツに関連付けられた光の焦点を変化させるために利用され得る。他の実施形態では、異なる焦点に対応するハードウェア構成要素が、以下にさらに詳細に論じられるであろうように、複数の深度平面の知覚を作成するために方略的に採用され得る。ＶＦＥは、フレーム毎に光の焦点を変動させ得る。種々のタイプの多平面および可変平面焦点システムのさらなる詳細は、「ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＣＲＥＡＴＩＮＧ ＦＯＣＡＬ ＰＬＡＮＥＳ ＩＮ ＶＩＲＴＵＡＬ ＡＮＤ ＡＵＧＭＥＮＴＥＤ ＲＥＡＬＩＴＹ」と題され、２０１５年５月２９日に出願された米国出願第１４／７２６，４２９号に見出され得る。

多平面焦点システムの一実施形態では、種々の焦点面は、深度平面情報を用いてエンコードされる回折光学要素（ＤＯＥ）（例えば、体積位相ホログラム、表面レリーフ回折要素等）の使用を通して発生させられる。１つ以上の実施形態では、ＤＯＥは、光誘導パターンを用いてエンコードされる物理的光誘導光学要素を指す。

このアプローチでは、波面は、コリメートされたビームがＤＯＥに沿って全内部反射されると、複数の場所において波面を横切るように、ＤＯＥ内でエンコードされ得る。説明するために、１つ以上の仮想オブジェクトに関連付けられたコリメートされた光は、光導波管としての役割を果たすＤＯＥの中にフィードされる。ＤＯＥの中にエンコードされた波面または屈折レンズ情報により、ＤＯＥ内で全内部反射される光は、複数の点においてＤＯＥ構造を横切り、ＤＯＥを通り抜けてユーザに向かって外向きに回折するであろう。言い換えると、１つ以上の仮想オブジェクトに関連付けられた光は、ＤＯＥのエンコードされた屈折レンズ情報に基づいて、変換される。したがって、異なる波面が、ＤＯＥ内でエンコードされ、ＤＯＥの中にフィードされる光線に対して異なる回折パターンを生成し得ることを理解されたい。第１のＤＯＥは、ＤＯＥから出射する光線のための第１の発散角を生成する第１の波面を有し得る。これは、ユーザに、任意の送達される仮想コンテンツを第１の深度平面において知覚させ得る。同様に、第２のＤＯＥは、ＤＯＥから出射する光線のための第２の発散角を生成する第２の波面を有し得る。これは、ユーザに、送達される仮想コンテンツを第２の深度平面において知覚させ得る。さらに別の例では、ＤＯＥは、それがコリメートされた光を眼に送達するように、波面を用いてエンコードされ得る。ヒトの眼は、コリメートされた光を無限遠から生じる光として知覚するので、このＤＯＥは、無限遠平面を表し得る。

上で述べたように、異なる波面を用いてエンコードされるＤＯＥのこの特性は、眼によって知覚される場合に種々の深度平面を生成するために使用され得る。例えば、ＤＯＥは、ユーザが、仮想オブジェクトがユーザから０．５メートルの距離から生じているように知覚するように、０．５メートルの深度平面を表す波面を用いてエンコードされ得る。別のＤＯＥは、ユーザが、仮想オブジェクトがユーザから３メートルの距離から生じているように知覚するように、３メートルの深度平面を表す波面を用いてエンコードされ得る。スタックされたＤＯＥアセンブリを使用することによって、異なる仮想コンテンツを送達する複数の深度平面が、ＡＲ体験のために生成され得、各ＤＯＥは、仮想画像をそれぞれの深度平面に表示するように構成されることを理解されたい。一実施形態では、６つのスタックされたＤＯＥが、６つの深度平面を生成するために使用され得る。

スタックされたＤＯＥはさらに、１つ以上のＤＯＥがオンまたはオフにされ得るように、動的であるように構成され得ることを理解されたい。一実施形態では、１つ以上のＤＯＥは、能動的に回折する「オン」状態と、有意に回折しない「オフ」状態との間で切り替え可能である。例えば、切り替え可能ＤＯＥは、ポリマー分散液晶の層を備え得、微小液滴が、ホスト媒体中の波面を含み、微小液滴の屈折率は、ホスト材料の屈折率と実質的に一致するように切り替えられることができるか（その場合、波面ＤＯＥは、入射光を著しく回折しない）、または微小液滴は、ホスト媒体のものに一致しない屈折率に切り替えられることができる（その場合、波面は、入射光を能動的に回折する）。ＤＯＥに関するさらなる詳細は、２０１４年１１月２７日に出願され、「ＶＩＲＴＵＡＬ ＡＮＤ ＡＵＧＭＥＮＴＥＤ ＲＥＡＬＩＴＹ ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ」と題された米国特許出願第１４／５５５，５８５号（弁理士整理番号ＭＬ．２００１ １．００）に説明されている。

１つ以上の実施形態では、スタックされたＤＯＥアセンブリシステムは、眼追跡サブシステムと結合され得る。眼追跡サブシステムは、ユーザの眼の移動を追跡し、ユーザの現在の焦点（および深度）を決定するように構成される一組のハードウェアおよびソフトウェア構成要素を備えている。任意のタイプの眼追跡サブシステムが、使用され得る。例えば、一例示的眼追跡システムは、ユーザの眼の両眼離反運動を追跡し、ユーザの現在の焦点深度を決定する。他の眼追跡サブシステムは、他の好適な方法を使用し得る。ユーザの現在の焦点の状態に関するこの情報は、ひいては、複数のＤＯＥのうちのどれが任意の所与の時点においてオンまたはオフにされるべきかを決定するために使用され得る。例えば、ユーザが、現在、３メートル離れたオブジェクトを見ていると決定される場合、仮想コンテンツを３メートル（または約３メートル）に表示するように構成される１つ以上のＤＯＥがオンにされ得る一方、残りのＤＯＥは、オフにされ得る。前述の構成は、例示的アプローチにすぎず、スタックされたＤＯＥシステムの他の構成も、同様に使用され得ることを理解されたい。

スタックされたＤＯＥアセンブリは、異なる深度平面をユーザから固定距離（例えば、１／３ジオプトリ、１／２ジオプトリ、光学的無限等）において生成することにおいて効果的であるが、いくつかのＡＲ用途にとって幾分嵩張り得る。任意の数のＤＯＥが、スタックされ、スタックされたＤＯＥアセンブリを生成し得るが、典型的には、ユーザに完全３Ｄ深度の幻影を与えるために、少なくとも６つのＤＯＥが、一緒にスタックされる。したがって、これは、システムに、光学システムの流線型の見た目ではなく、かなり嵩張る見た目を与え得る。複数のＤＯＥを一緒にスタックすることは、ＡＲシステムの全体的重量を追加することにもなる。

さらに、このタイプの複数の焦点面システムは、固定深度平面をユーザから固定距離に発生させることを理解されたい。例えば、上で述べたように、第１の深度平面は、ユーザから１／３ジオプトリにおいて発生させられ得、第２の深度平面は、１／２ジオプトリにおいて発生させられ得る等。この配列は、ユーザの焦点に基づいて正しい深度平面をオンにするとき、十分に正確であるように構成され得るが、ユーザの眼は、依然として、焦点をシステムによって投影される固定深度平面に若干変化させる必要があることを理解されたい。

説明するために、スタックされたＤＯＥシステムが、６つのスタックされたＤＯＥ（例えば、１／３ジオプトリ、１／２ジオプトリ、１ジオプトリ、２ジオプトリ、４ジオプトリ、および光学的無限）を備え、ユーザの眼が、１．１ジオプトリの距離において焦点を合わせていると仮定されたい。眼追跡システムを通して受信された入力に基づいて、第３のＤＯＥ要素（１ジオプトリ）が、オンに切り替えられ得、仮想コンテンツが、１ジオプトリの深度において送達され得る。これは、送達されている仮想コンテンツを鑑賞するために、ユーザに焦点をその元の１．１ジオプトリの焦点から１ジオプトリにわずかに変化させることを要求する。したがって、ユーザの焦点に一致する１．１ジオプトリにおいて深度平面を生成するのではなく、システムは、ユーザに、焦点をシステムによって生成される深度平面に若干変化させるように強いる。これは、いくつかの不快感をユーザにもたらし得る。以下の開示は、単一深度平面のみがユーザの眼の両眼離反運動（眼追跡サブシステムによって検出される）と一致するように生成されるような多平面焦点システムではなく、可変平面焦点システムにおいてＤＯＥを使用する方法およびシステムを提示する。加えて、６つの代わりに単一ＤＯＥを使用することは、システムをあまり嵩張らず、より審美的に魅力的にし得る。さらに、複数の固定深度平面を利用するいくつかのシステムでは、移動する仮想オブジェクトを投影させるとき、ある深度平面から別の深度平面に移行することが困難であり得る。ある固定深度平面から別の固定深度平面にジャンプするのではなく、仮想オブジェクトの深度を継続的に調節するシステムを通して、よりシームレスにある深度平面の別の深度平面への移行を取り扱うことは、困難であり得る（例えば、ユーザのより知覚に移動するオブジェクト）。

この目的を達成するために、深度情報を用いてエンコードされる単一ＤＯＥが、以下にさらに説明されるように、Ａｌｖａｒｅｚレンズに結合され得る。Ａｌｖａｒｅｚレンズは、２つの透過性屈折プレートを備え、２つの透過性プレートの各々は、平らな表面と、２次元３次プロファイルに成形された表面（例えば、表面サグ）とを有する。平らな表面は、１つ以上の実施形態では、略平坦表面であり得る。典型的には、２つの３次表面は、両透過性プレートが、光学軸上にそれらのそれぞれの頂点を伴って配置された場合、２つの透過性プレートによって誘発される位相変動が互いに相殺するように、互いに逆であるように作製される。Ａｌｖａｒｅｚレンズの位相輪郭は、典型的には、Ｓ＝ａ（ｙ^３＋３ｘ^２ｙ）に類似する三次関数または多項式関数から生じる。Ｓは、Ａｌｖａｒｅｚレンズの表面サグを表す。実際の三次関数は、Ａｌｖａｒｅｚレンズが設計される用途に基づいて異なり得ることを理解されたい。例えば、ＡＲ用途の性質（例えば、深度平面の数、深度平面のタイプ、仮想コンテンツのタイプ等）に応じて、透過性プレートの表面サグが生成される実際の数学関数は、変更され得る。例えば、上記の方程式における「ａ」は、異なるタイプのＡＲデバイスに対して異なり得る。同様に、上記の方程式の他の変数のいずれも、同様に変更され得る。１つ以上の実施形態では、Ａｌｖａｒｅｚレンズの表面サグは、ある方向における三次関数および他の方向におけるｘ^２ｙ関数に基づく。この組み合わせられた数学関数を使用して生成される透過性プレートを用いて、透過性プレートは、両方向に焦点を合わすことが可能である。

さらに、表面サグはまた、前述の主要数学方程式に加え、数学項を使用して生成され得る。追加のサグ項は、Ａｘ^２＋Ｂｙ^２＋Ｃｙ^３等の形態を取り得る。これらの追加の関数は、光線追跡最適化のための表面サグを最適化することに役立ち得る。光線追跡最適化は、より良好な結果が得られるまで、係数を調節するために使用される。これらの項は、Ａｌｖａｒｅｚレンズの基本表面サグにわずかな摂動を生成し得るが、ＡＲ目的のためにより優れた性能をもたらし得ることを理解されたい。

ここで図１に示される構成１００を参照すると、上で簡単に論じられたように、Ａｌｖａｒｅｚレンズの２つのプレートが、その頂点が光学軸（１０２）上にあるように配置されると、誘発位相変動が、互いに相殺し、それによって、Ａｌｖａｒｅｚレンズがゼロ屈折力を有する状態にする。言い換えると、ユーザが、１０２に描写されるもの等の構成におけるＡｌｖａｒｅｚレンズを通して見ることになる場合、ユーザは、単に、透明ガラス片を通して見ているかのようにレンズを通して見えるであろう。

しかしながら、２つの透過性プレートが、１０４または１０６に示されるもの等の相対的側方平行移動を受ける場合、位相変動が、誘発され、負の屈折力（１０４）または正の屈折力（１０６）のいずれかをもたらす。結果として生じる位相変動は、３次表面プロファイルの差異であり、二次位相プロファイル、または、屈折力をもたらす。図１に示されるように、屈折力は、正の屈折力または負の屈折力のいずれかであり得る。屈折力の大きさは、上で述べたように、Ａｌｖａｒｅｚレンズの輪郭に対応する三次関数に基づいて変動し得ることを理解されたい。

一実施形態では、Ａｌｖａｒｅｚレンズは、全体としてのアセンブリが、３Ｄにおける仮想コンテンツをユーザに提示するための複数の深度平面を生成することに役立つように、単一ＤＯＥ（例えば、体積位相格子、表面レリーフＤＯＥ等）に結合される。より具体的には、特定の深度平面情報（すなわち、屈折レンズ情報）をＤＯＥ内にエンコードするのではなく、代わりに、Ａｌｖａｒｅｚレンズのプレートの一方上における波面を補償する三次関数（例えば、Ａｌｖａｒｅｚレンズの透過性プレートの三次関数の逆）を用いてエンコードされる。したがって、Ａｌｖａｒｅｚレンズのプレートを互いに対して移動させるのではなく、ＤＯＥが、Ａｌｖａｒｅｚレンズの両プレートに対して移動させられ、異なる深度平面をユーザのために生成することができる。

ここで図２のＡｌｖａｒｅｚレンズ構成２００を参照すると、ＤＯＥは、Ａｌｖａｒｅｚレンズの透過性プレートの一方の屈折レンズ関数を補償するように、Ａｌｖａｒｅｚレンズのプレートの一方の三次関数の逆を用いてエンコードされることができる。図示される実施形態では、ＤＯＥ２０２は、送達される仮想コンテンツに関連付けられた光が、Ａｌｖａｒｅｚレンズの透過性プレートの一方の波面の逆を模倣する様式でＤＯＥ２０２から出射するように、エンコードされる。例証目的のために、図２に示されるように、ＤＯＥ２０２から出射する光は、例えば、全て真っすぐに出て来るのではなく、あるパターンで出て来るように示される。図示される実施形態では、透過性プレート２０４の一方から出射する光は、ＤＯＥ２０２から出射する光のパターンの反対の様式で出て来るように示される。２つのパターンは、互いに数学的逆を構成するので、２つのパターンを一緒に置くことは、２つの結果として生じる波面を相殺し、ユーザの眼に到達する光は、コリメートされる（例えば、無限遠から生じているように知覚される）。Ａｌｖａｒｅｚレンズの他方の透過性プレートは、ユーザが所望の仮想コンテンツの歪められていない画像を視認することを確実にし、その結果、外界からの光は、歪められていない様式でユーザの眼に到達することを理解されたい。

図３に示されるＡｌｖａｒｅｚレンズの構成３００では、ＤＯＥ２０２のアセンブリと透過性プレート２０４の一方とから出射する光線は、ＤＯＥ２０２によって発生させられる波面が、透過性プレート２０４によって発生させられる逆の波面を相殺し、その逆も同様であるので、図２に示されるような発散パターンを有するのではなく、コリメートされて見える。したがって、図３に示されるように、ＤＯＥ２０２および透過性プレート２０４の組み合わせから出射する光は、コリメートされる。コリメートされた光線は、眼によって、無限遠から生じる光線として知覚されるので、ユーザは、仮想コンテンツを無限遠深度平面から生じているように知覚する。

他方の透過性プレート３０４もまた、透過性プレート２０４の波面を相殺するので、アセンブリの一体部分であることを理解されたい。したがって、外界からの光は、透過性プレート３０４の屈折パターンを通過し、他方の透過性プレート２０４の逆の波面によって相殺され、それによって、ユーザは、アセンブリを通して見るとき、図１に関連して論じられるように、ゼロ屈折力において、世界から生じる光をそのまま視認する。上で述べたように、世界から通過する光は、ＤＯＥによって影響されず、透過性プレートが完全に整列させられると、Ａｌｖａｒｅｚレンズは、実質的に透明である。

１つ以上の実施形態では、レンズアセンブリおよびＤＯＥはさらに、コリメートされた光が発生させられるように、ＤＯＥがＡｌｖａｒｅｚレンズを構成するレンズアセンブリと完全に整列させられたことを示すマーキング機構を備え得る。例えば、マーキング機構は、単に、ＤＯＥの境界とＡｌｖａｒｅｚレンズ（またはＡｌｖａｒｅｚレンズの対応するマーキング）の整列が、波面の相殺（例えば、光のコリメート）をもたらすであろうことを示すＤＯＥ上の境界であり得る。同様に、ＡＲシステムは、任意の他の好適な機構を通して（例えば、センサ、電気機械的スイッチ等を通して）、ＤＯＥがＡｌｖａｒｅｚレンズと完全に整列させられたことを検出し得る。

図３に戻って参照すると、上で述べたように、ユーザは、送達される仮想コンテンツを無限遠深度平面において視認する（すなわち、眼に到達する光線は、コリメートされる）。したがって、ユーザの眼が、無限遠において焦点を合わせている場合（ＡＲデバイスの眼追跡サブシステムによって検出されるように）、図３の光学構成は、無限遠深度平面から生じているように光を投影させることにおいて効果的であろう。しかしながら、他の深度平面から生じているように仮想コンテンツを投影するために、光学アセンブリから生じる光は、所望の深度平面において発散するように修正される必要がある。

この目的を達成するために、ＤＯＥ２０２は、Ａｌｖａｒｅｚレンズの透過性プレートに対して側方に平行移動させられ、所望の深度平面において発散する発散光線を生成し得る。ここで図４を参照すると、４０２において、世界からの光線および仮想コンテンツに関連付けられた光線は両方とも、眼に到達するとき、コリメートされている。したがって、上で述べたように、ユーザは、仮想コンテンツを無限深度平面から生じているように知覚する。この効果をもたらすために、Ａｌｖａｒｅｚレンズの２つの透過性プレート３０４および２０４は、それらがそれらのそれぞれの波面を正確に相殺し、世界からの光がそのまま見えるように（すなわち、ゼロ屈折力）配置され、ＤＯＥ２０２は、ＤＯＥ２０２のエンコードされた波面と透過性プレート２０４の波面とも互いに相殺し、それによって、眼によって無限遠から生じているように知覚される仮想コンテンツのコリメートされた光を生成するように、直接、透過性プレート２０４に隣接して配置される。当然ながら、Ａｌｖａｒｅｚレンズに対するＤＯＥ２０２の配置は、上記効果をもたらすために精密である必要があることを理解されたい。

４０４では、ＤＯＥ２０２は、Ａｌｖａｒｅｚレンズに対して右に側方に移動させられ、それによって、仮想コンテンツに関連付けられた外部結合された光線の波面を変化させる。透過性プレート３０４および２０４は、依然として、互いに整列させられているので、ユーザは、依然として、外界のオブジェクトをゼロ屈折力において視認するが、仮想コンテンツは、ここで説明されるように、異なるように視認される。４０２の場合におけるようにコリメートされるのではなく、ＤＯＥ２０２の中にフィードされた仮想コンテンツに関連付けられた光線は、ここでは、発散する。発散光線は、眼によって、特定の深度平面から生じているように知覚される。したがって、送達される仮想コンテンツは、Ａｌｖａｒｅｚレンズの透過性プレート３０４および２０４に対するＤＯＥ２０２の側方平行移動に応じて、３メートル、または１．５メートル、または０．５メートルの距離から生じているように知覚され得る。例えば、０．５ｍｍの若干の側方平行移動は、仮想コンテンツが３メートルの距離から生じているように見えるように、発散光線を生成し得る。または、別の実施例では、１ｍｍの側方平行移動は、仮想コンテンツが２メートルの距離から生じているように見えるように、発散光線を生成し得る（実施例にすぎない）。したがって、ＤＯＥ２０２をＡｌｖａｒｅｚレンズに対して移動させることによって、仮想コンテンツに関連付けられた光線は、所望の深度平面から生じているように見えるように操作されることができることを理解されたい。

図５Ａ−５Ｃは、Ａｌｖａｒｅｚレンズに対するＤＯＥ２０２の側方平行移動によってもたらされる複数の深度平面を生成する一実施形態を図示する。図３および４に図示される他方の透過性プレート３０４は、例証目的のためだけに、図５Ａ−５Ｃでは省略されることを理解されたい。他の実施形態は、ＤＯＥ２０２がそれらの両方に対して移動させられるように、Ａｌｖａｒｅｚレンズの両透過性プレートを備えている。

最初に、図５Ａを参照すると、５０２では、ＤＯＥ２０２と透過性プレート２０４との間には、ゼロ側方シフトが存在する。図５Ａに示されるように、ＤＯＥ２０２と透過性プレート２０４との間にゼロ側方シフトが存在するので、ＤＯＥの波面は、透過性プレート２０４の波面によって完全に補償され、それによって、ユーザの眼に到達するコリメートされた光をもたらす。上記で広範に論じられるように、これは、無限深度平面から生じているように知覚される仮想コンテンツをもたらす。

ここで図５Ｂを参照すると、５０４では、ＤＯＥ２０２は、０．５ｍｍの側方シフト分だけ、Ａｌｖａｒｅｚレンズに対して側方に平行移動させられる（例えば、アクチュエータまたは任意の電気機械的手段を通して）。その結果、光学アセンブリから生じる光線は、ユーザの眼に到達するとき、コリメートされず、むしろ、特定の発散角において発散する。したがって、投影される仮想コンテンツは、ユーザによって視認されると、無限遠平面から生じているように見えず、むしろ、有限深度平面（例えば、ユーザから５フィート等）から生じているように見える。

ここで図５Ｃを参照すると、５０６では、ＤＯＥ２０２は、１ｍｍのシフト分だけ、Ａｌｖａｒｅｚレンズに対してさらに側方に平行移動させられる。その結果、光学アセンブリから生じる光線は、投影される仮想コンテンツが、ユーザによって視認されると、別の有限深度平面（例えば、ユーザから２フィート等）から生じているように見えるように、さらに別の発散角を有する。したがって、Ａｌｖａｒｅｚレンズに対してＤＯＥ２０２を移動させることは、所望の仮想コンテンツを投影する複数の深度平面を生成することに役立つことを理解されたい。

ここで図６を参照すると、図３の光学アセンブリを使用して異なる焦点面を生成する例示的方法６００が、説明される。図３の光学アセンブリは、他のサブシステム（例えば、眼追跡サブシステム、ファイバ走査ディスプレイ（ＦＳＤ）、画像プロセッサ、および他の制御回路）を含むより大きい拡張現実（ＡＲ）システムの一部であることを理解されたい。

６０２では、ＡＲシステムは、眼追跡サブシステムを通して、ユーザの眼の両眼離反運動を決定する。ユーザの眼両眼離反運動は、ユーザの眼が現在焦点を合わせている場所を決定するために使用され得る。遠近調節およびユーザの眼に対する快適性の目的のために、ＡＲシステムは、ユーザに、仮想コンテンツを視認するために焦点を変化させることを強いるのではなく、所望の仮想コンテンツをユーザの眼がすでに焦点を合わせている場所に投影する。これは、仮想コンテンツのより快適な視認を提供する。ユーザの眼の決定された両眼離反運動は、１つ以上の仮想コンテンツをユーザに投影する、焦点距離または焦点深度を決定付ける。

６０４では、ユーザの眼の決定された遠近調節において焦点が合って見えるべき特定の仮想コンテンツが、決定される。例えば、ユーザが、無限遠に焦点を合わせている場合、仮想コンテンツ（例えば、仮想木）が、ユーザに焦点が合って見えるべきであることが決定され得る。仮想場面の残りの部分は、ソフトウェアぼかしを通してぼかされ得る。または、仮想オブジェクトの組全体が、決定された遠近調節に基づいて、焦点が合って見えるべきであることが決定され得る。その場合、全仮想オブジェクトが、ユーザへの投影のために準備され得る。

６０６では、ＡＲシステム（例えば、プロセッサを通して）は、特定の深度平面をもたらすために要求される側方シフト（すなわち、ＤＯＥ２０２とＡｌｖａｒｅｚレンズとの間の要求される側方平行移動）を決定し、深度平面を決定された焦点距離において生成する。これは、要求される側方シフト間の相関を記憶するマッピングテーブルを通して検索することによって、行われ得る。同様に、他のそのような技法も、同様に使用され得る。

６０８では、決定された側方シフトに基づいて、ＤＯＥ２０２は、Ａｌｖａｒｅｚレンズの透過性プレートに対して移動させられる。光学アセンブリは、所望のシフト（例えば、０．５ｍｍ、１ｍｍ等）までの側方平行移動を物理的に生じさせる圧電アクチュエータまたはボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を含み得ることを理解されたい。１つ以上の実施形態では、複数のアクチュエータが、Ａｌｖａｒｅｚレンズの透過性プレートに対してＤＯＥをシフトさせるために使用され得る。いくつかの実施形態では、第２のアクチュエータは、Ａｌｖａｒｅｚレンズの他方の透過性プレートに対して、Ａｌｖａｒｅｚレンズの一方の透過性プレートを側方にシフトさせるために使用され得る。

６１０では、側方シフトが完了すると、仮想コンテンツが、ＤＯＥ２０２に送達される。上で述べたように、ＤＯＥとＡｌｖａｒｅｚレンズとの間の側方シフトは、眼が仮想コンテンツに関連付けられた光が特定の深度平面から生じているように知覚するように、光線の発散を生成する。または、ユーザの眼が、無限遠に焦点を合わせている場合、ＡＲシステムは、外部結合された光線がコリメートされ、ユーザが仮想コンテンツに関連付けられた光を無限深度平面から生じているように知覚するように、ＤＯＥ２０２をＡｌｖａｒｅｚレンズの透過性プレートと精密に整列させるであろう。一実施形態では、仮想コンテンツは、ファイバスキャナディスプレイ（ＦＳＤ）、ＤＬＰ、または任意の他のタイプの空間光変調器を通して、ＤＯＥの中にフィードされ得る。

さらに、Ａｌｖａｒｅｚレンズのさらに別の用途では、透過性プレートは、ユーザの現在の光学処方を補償する様式で向けられ得る。説明するために、ＡＲシステムの多くのユーザは、処方眼鏡またはコンタクトを装着することを要求する何らかの処方屈折力を有し得る。ＡＲシステムを眼鏡またはコンタクトの上に装着することは、困難であり得る。したがって、Ａｌｖａｒｅｚレンズは、仮想コンテンツをさまざまな深度平面において提示することに加え、ユーザの近視（または遠視）を補償もするＡＲシステムと共に使用され得る。

図１に戻って参照すると、上で述べたように、２つの透過性プレートが、波面が相殺されるように精密に整列させられると、Ａｌｖａｒｅｚレンズは、ゼロ屈折力を有する。しかしながら、互いに対する透過性プレートの側方平行移動は、正または負の屈折力のいずれかをもたらす。これは、ユーザの処方屈折力の補償の状況において使用されることができる。例えば、ユーザが近視である場合、ＡＲシステムは、Ａｌｖａｒｅｚレンズの透過性プレートが、前述の実施例の場合におけるように、完全に整列させられるのではなく、互いに対して若干オフセットされるように、設計され得る。

図７の図示される実施形態７００では、前述の実施例の場合におけるように、完全に互いに整列させられるのではなく、透過性プレート３０４と２０４とは、若干オフセットされ、負の屈折力をもたらす。当然ながら、プレート間のシフトの大きさは、ユーザの処方屈折力によって決定付けられ得る。例えば、より大きいシフト（またはその逆も同様）は、より大きい処方屈折力を有するユーザのために要求され得る。または、より小さいシフト（またはその逆も同様）は、より小さい処方屈折力を有するユーザのために十分であり得る。光学処方屈折力が同一であることを前提として、ＡＲシステムは、ＡＲシステムが、追加の眼鏡またはコンタクトを装着する必要なく、快適に装着され得るように、各ユーザのために屈折力を補償するようにカスタム設計され得る。

透過性プレート間の側方シフトは、一実施形態では、一定のままであり得る。当然ながら、ＤＯＥ２０２も、上で述べたようにオフセットされた透過性プレートに対して移動することを理解されたい。したがって、Ａｌｖａｒｅｚレンズに対するＤＯＥ２０２の側方シフトは、さまざまな距離において深度平面を生成し、Ａｌｖａｒｅｚレンズの透過性プレートの側方シフトは、ユーザの処方屈折力（例えば、近視、遠視等）を補償するための屈折力を生成する。

ここで図８を参照して、Ａｌｖａｒｅｚレンズと組み合わせてＤＯＥを使用する、ＡＲシステムの例示的実施形態８００が、ここで説明される。ＡＲシステムは、概して、画像生成プロセッサ８１２と、少なくとも１つのＦＳＤ８０８と、ＦＳＤ回路８１０と、結合光学８３２と、ＤＯＥとＡｌｖａｒｅｚレンズ８０２の透過性プレートとを含む少なくとも１つの光学アセンブリとを含む。システムはまた、眼追跡サブシステム８０８を含み得る。

図８に示されるように、ＦＳＤ回路は、画像発生プロセッサ８１２、マキシムチップ８１８、温度センサ８２０、圧電駆動／変換器８２２、赤色レーザ８２６、青色レーザ８２８、緑色レーザ８３０、および、全３つのレーザ８２６、８２８、８３０を組み合わせるファイバコンバイナと通信する回路８１０を備え得る。

画像発生プロセッサは、ユーザに最終的に表示される仮想コンテンツを発生させることに関与する。画像生成プロセッサは、仮想コンテンツに関連付けられた画像またはビデオを３Ｄにおいてユーザに投影され得るフォーマットに変換し得る。例えば、３Ｄコンテンツを発生させることにおいて、仮想コンテンツは、特定の画像の一部が特定の深度平面上に表示される一方、その他が他の深度平面に表示されるように、フォーマットされる必要があり得る。または、画像は全て、特定の深度平面において発生させられ得る。または、画像発生プロセッサは、一緒に視認されると、仮想コンテンツがユーザの眼にコヒーレントかつ快適に見えるように、若干異なる画像を右および左眼にフィードするようにプログラムされ得る。１つ以上の実施形態では、画像発生プロセッサ８１２は、時系列様式で仮想コンテンツを光学アセンブリに送達する。仮想場面の第１の部分は、光学アセンブリが、第１の部分を第１の深度平面において投影するように、最初に送達され得る。そして、画像発生プロセッサ８１２は、光学アセンブリが第２の部分を第２の深度平面に投影するように、同一仮想場面の別の部分を送達し得る等。ここでは、Ａｌｖａｒｅｚレンズアセンブリが、フレーム毎ベースで複数の側方平行移動（複数の深度平面に対応する）を生成するために十分に迅速に側方に平行移動させられ得る。

画像発生プロセッサ８１２はさらに、メモリ８１４と、ＣＰＵ８１８と、ＧＰＵ８１６と、画像発生および処理のための他の回路とを含み得る。画像発生プロセッサは、ＡＲシステムのユーザに提示されるべき所望の仮想コンテンツを用いてプログラムされ得る。いくつかの実施形態では、画像発生プロセッサは、装着式ＡＲシステム内に格納され得ることを理解されたい。他の実施形態では、画像発生プロセッサおよび他の回路は、装着式光学に結合されるベルトパック内に格納され得る。

ＡＲシステムはまた、光をＦＳＤから光学アセンブリ８０２に向かわせるための結合光学８３２を含む。結合光学８３２は、光をＤＯＥアセンブリの中に向かわせるために使用される１つ以上の従来のレンズを指し得る。ＡＲシステムはまた、ユーザの眼を追跡し、ユーザの焦点を決定するように構成される、眼追跡サブシステム８０６を含む。

１つ以上の実施形態では、ソフトウェアぼかしが、仮想場面の一部としてぼかしを誘発するために使用され得る。ぼかしモジュールは、１つ以上の実施形態では、処理回路の一部であり得る。ぼかしモジュールは、ＤＯＥの中にフィードされている画像データの１つ以上のフレームの一部をぼかし得る。そのような実施形態では、ぼかしモジュールは、特定の深度フレームにおいてレンダリングされることを意図されないフレームの一部を完全にぼかし得る。

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、本発明のより広範な精神および範囲から逸脱することなく、種々の修正ならびに変更がそこに行われ得ることは明白となるであろう。例えば、前述のプロセスフローは、プロセスアクションの特定の順序を参照して説明されている。しかしながら、説明されるプロセスアクションの多くの順序は、本発明の範囲または動作に影響を及ぼすことなく、変更され得る。本明細書および図面は、故に、制限的意味ではなく、例証的意味におけるものであると見なされる。

種々の本発明の例示的実施形態が、本明細書で説明される。非限定的な意味で、これらの実施例が参照される。それらは、本発明のより広く適用可能な側面を例証するように提供される。種々の変更が、説明される本発明に行われ得、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、均等物が置換され得る。加えて、特定の状況、材料、物質組成、プロセス、プロセス行為、またはステップを本発明の目的、精神、もしくは範囲に適合させるように、多くの修正が行われ得る。さらに、当業者によって理解されるように、本明細書で説明および例証される個々の変形例の各々は、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、他のいくつかの実施形態のうちのいずれかの特徴から容易に分離され、またはそれらと組み合わせられ得る、個別の構成要素および特徴を有する。全てのそのような修正は、本開示に関連付けられる請求項の範囲内にあることを目的としている。

本発明は、対象デバイスを使用して行われ得る方法を含む。方法は、そのような好適なデバイスを提供するという行為を含み得る。そのような提供は、エンドユーザによって行われ得る。換言すれば、「提供する」行為は、単に、エンドユーザが、対象方法において必須デバイスを提供するように、取得し、アクセスし、接近し、位置付けし、設定し、起動し、電源を入れ、または別様に作用することを要求する。本明細書で記載される方法は、論理的に可能である記載された事象の任意の順番で、ならびに事象の記載された順番で実行され得る。

本発明の例示的側面が、材料選択および製造に関する詳細とともに、上記で記載されている。本発明の他の詳細に関しては、これらは、上記で参照された特許および出版物と関連して理解されるとともに、概して、当業者によって公知または理解されたい。一般的または論理的に採用されるような追加の行為の観点から、本発明の方法ベースの側面に関して、同じことが当てはまり得る。

加えて、本発明は、種々の特徴を随意的に組み込むいくつかの実施例を参照して説明されているが、本発明は、本発明の各変形例に関して考慮されるような説明および指示されるものに限定されるものではない。種々の変更が、説明される本発明に行われ得、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、均等物（本明細書に記載されようと、いくらか簡単にするために含まれていなかろうと）が置換され得る。加えて、値の範囲が提供される場合、その範囲の上限と下限との間の全ての介在値、およびその規定範囲内の任意の他の規定または介在値が、本発明内に包含されることを理解されたい。

説明される本発明の変形例の任意の随意的な特徴が、独立して、または本明細書で説明される特徴のうちのいずれか１つ以上のものと組み合わせて、記載および請求され得ることも想定される。単数形のアイテムへの参照は、複数形の同一のアイテムが存在するという可能性を含む。より具体的には、本明細書で、および本明細書に関連付けられる請求項で使用されるように、「１つの（「ａ」、「ａｎ」）」、「該（ｓａｉｄ）」、および「ｔｈｅ（ｔｈｅ）」という単数形は、特に規定がない限り、複数形の指示対象を含む。換言すれば、冠詞の使用は、上記の説明ならびに本開示に関連付けられる請求項において、対象アイテムの「少なくとも１つ」を可能にする。さらに、そのような請求項は、任意の随意的な要素を除外するように起草され得ることに留意されたい。したがって、この記述は、請求項の要素の記載と関連して、「単に」、「のみ」、および均等物等の排他的用語の使用、または「否定的」制限の使用のために、先行詞としての機能を果たすことを目的としている。

そのような排他的用語を使用することなく、本開示に関連付けられる請求項での「備えている」という用語は、所与の数の要素がそのような請求項で列挙されるか、または特徴の追加をそのような請求項に記載される要素の性質の変換として見なすことができるかにかかわらず、任意の追加の要素を含むことを可能にするものとする。本明細書で具体的に定義される場合を除いて、本明細書で使用される全ての技術および科学用語は、請求項の有効性を維持しながら、可能な限り広い一般的に理解されている意味を与えられるものである。

本発明の範疇は、提供される例示的および／または対象の明細書に限定されるものではなく、むしろ、本開示に関連付けられる請求項の言葉の範囲のみによって限定されるものである。

例証される実施形態の上記の説明は、排他的であること、または実施形態を開示される精密な形態に限定することを意図するものではない。具体的実施形態および実施例が、例証目的のために本明細書に説明されているが、種々の同等修正が、当業者によって認識されるであろうように、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、行われることができる。種々の実施形態の本明細書に提供される教示は、必ずしも、概して上記に説明される例示的ＡＲシステムではなく、仮想またはＡＲもしくはハイブリッドシステムを実装する、および／またはユーザインターフェースを採用する、他のデバイスにも適用されることができる。

例えば、前述の詳細な説明は、ブロック図、概略図、および実施例の使用を介して、デバイスおよび／またはプロセスの種々の実施形態を記載している。そのようなブロック図、概略図、および実施例が、１つ以上の機能および／もしくは動作を含む限り、そのようなブロック図、フロー図、または実施例内の各機能および／もしくは動作は、実装される、個々におよび／または集合的に、広範囲のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、または事実上任意のそれらの組み合わせによって実装され得ることが、当業者によって理解されるであろう。

一実施形態では、本主題は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を介して実装され得る。しかしながら、当業者は、本明細書に開示される実施形態は、全体的または部分的に、１つ以上のコンピュータによって実行される１つ以上のコンピュータプログラムとして（例えば、１つ以上のコンピュータシステム上で起動する１つ以上のプログラムとして）、１つ以上のコントローラ（例えば、マイクロコントローラ）によって実行される１つ以上のプログラムとして、１つ以上のプロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ）によって実行される１つ以上のプログラムとして、ファームウェアとして、もしくは事実上任意のそれらの組み合わせとして、標準的集積回路内に同等に実装されることができ、ソフトウェアおよび／またはファームウェアのための回路の設計ならびに／もしくはコードの書込が、本開示の教示に照らして、十分に当業者の技術の範囲内にあるであろうことを認識するであろう。

論理が、ソフトウェアとして実装され、メモリ内に記憶されると、論理または情報は、任意のプロセッサ関連システムまたは方法による使用もしくはそれと関連した使用のために、任意のコンピュータ読み取り可能な媒体上に記憶されることができる。本開示の文脈では、メモリは、コンピュータおよび／またはプロセッサプログラムを含有もしくは記憶する、電子、磁気、光学、または他の物理的デバイスもしくは手段である、コンピュータ読み取り可能な媒体である。論理および／または情報は、命令実行システム、装置、もしくはデバイスから命令をフェッチし、論理および／または情報に関連付けられた命令を実行することができる、コンピュータベースのシステム、プロセッサ含有システム、または他のシステム等の命令実行システム、装置、またはデバイスによる使用もしくはそれと関連した使用のために、任意のコンピュータ読み取り可能な媒体において具現化されることができる。

本明細書の文脈では、「コンピュータ読み取り可能な媒体」は、命令実行システム、装置、および／またはデバイスによる使用もしくはそれと関連した使用のために、論理および／または情報に関連付けられたプログラムを記憶し得る、任意の要素であることができる。コンピュータ読み取り可能な媒体は、例えば、限定ではないが、電子、磁気、光学、電磁、赤外線、または半導体システム、装置、もしくはデバイスであることができる。コンピュータ読み取り可能な媒体のより具体的例示的（非包括的リスト）として、ポータブルコンピュータディケット（磁気、コンパクトフラッシュ（登録商標）カード、セキュアデジタル等）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、またはフラッシュメモリ）、ポータブルコンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤＲＯＭ）、デジタルテープ、および他の非一過性媒体が挙げられるであろう。

本明細書に説明される方法の多くは、変形例とともに行われることができる。例えば、方法の多くは、追加の行為を含む、いくつかの行為を省略する、および／または例証もしくは説明されるものと異なる順序で行い得る。

上記の種々の実施形態を組み合わせてさらなる実施形態を提供することができる。本明細書中において言及した、および／または出願データシートに列挙した米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願および非特許刊行物は全て、本明細書の具体的教示および定義に矛盾しない限り、それらの全体が引用により本明細書に組み入れられる。実施形態の態様は、なおさらなる実施形態を提供するために、種々の特許、出願、および刊行物のシステム、回路、および概念を利用することが必要である場合には、改変することができる。

これらおよび他の変更が、上記に詳述される説明に照らして、実施形態に成されることができる。概して、以下の請求項では、使用される用語は、請求項を、本明細書および請求項で開示される具体的実施形態に限定するように解釈されるべきではないが、そのような請求項が権利を持つ均等物の全範囲とともに、全ての可能性として考えられる実施形態を含むように解釈されるべきである。故に、請求項は、本開示によって限定されない。

さらに、上記で説明される種々の実施形態は、さらなる実施形態を提供するように組み合わせることができる。その上さらなる実施形態を提供するために、種々の特許、出願、および出版物の概念を採用するように、必要であれば、実施形態の側面を修正することができる。

これらおよび他の変更が、上記に詳述される説明に照らして、実施形態に成されることができる。概して、以下の請求項では、使用される用語は、請求項を、本明細書および請求項で開示される具体的実施形態に限定するように解釈されるべきではないが、そのような請求項が権利を持つ均等物の全範囲とともに、全ての可能性として考えられる実施形態を含むように解釈されるべきである。故に、請求項は、本開示によって限定されない。

Claims (1)

1. 本明細書に記載の発明。