JP2021532393A - ヘッドマウントディスプレイのための反射型円偏光子 - Google Patents

Abstract

本書に開示の技術は、ニアアイディスプレイのための折り畳み光学系に関する。一実施形態では、光学装置は、第１の偏光子と、第２の偏光子と、第１の偏光子と第２の偏光子との間に位置する部分反射器とを含む。第１の偏光子は、入射光を偏光させて第１の円偏光状態の光にするように構成される。第２の偏光子は、第２の円偏光状態の光を透過させ、その偏光状態を変化させることなく第１の円偏光状態の光を反射するように構成される。部分反射器は、第１の偏光子からの光を透過させ、第２の偏光子からの光を反射するように構成される。部分反射器によって反射された光と第２の偏光子からの光は、異なる偏光状態を有する。【選択図】図１４

Description

［０００１］ ヘッドセットまたは眼鏡の形態にあるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）またはヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）システムなどの人工現実システムは、一般的に、例えば、ユーザの眼の前約１０ｍｍ〜２０ｍｍ以内の電子ディスプレイまたは光学ディスプレイを介してコンテンツをユーザに提示するように構成されたニアアイディスプレイを含む。ニアアイディスプレイは、仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）、または複合現実（ＭＲ）アプリケーションにおけるように、仮想オブジェクトを表示するか、または実オブジェクトの画像を仮想オブジェクトと組み合わせることができる。例えば、ＡＲシステムでは、ユーザは、透明なディスプレイ眼鏡またはレンズ（しばしば、光学シースルーと称される）などを通して見ることによって、またはカメラによって取り込まれた周囲環境の表示画像（しばしば、ビデオシースルーと称される）を見ることによって、仮想オブジェクトの画像（例えば、コンピュータ生成画像（ＣＧＩ））と周囲環境の両方を見ることができる。

［０００２］ ニアアイディスプレイシステムは、コンピュータ生成画像の画像を画像面上に形成するように構成された光学系を含むことができる。ニアアイディスプレイの光学系は、画像源（例えば、ディスプレイパネル）によって生成された画像を中継して、画像源から離れ、ユーザの目からもわずか数センチメートル離れた位置にあるように見える虚像（ｖｉｒｔｕａｌ ｉｍａｇｅ）を生成することができる。例えば、光学系は、画像源からの光をコリメートするか、さもなければ、表示された仮想オブジェクトの空間情報を角度情報に変換して、遠く離れているように見える虚像を生成することができる。光学系は、画像を画像源の実際のサイズよりも大きく見えるようにするために、画像源を拡大することもできる。多くの場合、人工現実システムの用途は、例えば、コスト、サイズ、重量、限られた視野、小さいアイボックス、または画像源によって生成された画像を中継するために使用される光学系の効率が悪いために制限される。

［０００３］ 本開示は、概して、ニアアイディスプレイのための折り畳み光学系に関する。反射型円偏光子（ＣＰ）は、整列された反射型直線偏光子と波長板とを置き換えるために、折り畳み光学系で使用され、結果として、反射型直線偏光子と波長板との整列を回避してもよい。反射型円偏光子は、反射光の掌性を入射光の掌性と同じに保ちながら円偏光を反射することができる。反射型円偏光子は、例えば、コレステリック液晶（ＣＬＣ）を用いて作製することができる。

［０００４］ いくつかの実施例では、光学装置は、入射光を偏光させて第１の円偏光状態の光にするように構成された第１の偏光子と、第２の円偏光状態の光を透過し、第１の円偏光状態の光（ここで、第２の偏光子によって反射された光は第１の円偏光状態になり得る）を反射するように構成された第２の偏光子と、第１の偏光子と第２の偏光子との間に配置された部分反射器であって、第１の偏光子からの光を透過させ、第２の偏光子からの光を反射するように構成され得る部分反射器と、を含み得る。部分反射器によって反射される光と、第２の偏光子からの光は、異なる偏光状態を有し得る。

［０００５］ 光学装置のいくつかの実施形態では、第１の偏光子、第２の偏光子、または部分反射器のうちの少なくとも１つは、曲面上にあってもよい。いくつかの実施形態では、曲面は、光学レンズの表面であってもよい。

［０００６］ 光学装置のいくつかの実施形態では、第２の偏光子は、コレステリック液晶（ＣＬＣ）円偏光子を含むことができ、ＣＬＣ円偏光子は、らせん構造に配置された液晶分子を含むことができる。いくつかの実施形態では、らせん構造は、２つ以上のピッチを含むことができる。いくつかの実施形態では、ＣＬＣ円偏光子は、各層が異なる反射波長範囲を有する複数の層を含んでもよい。いくつかの実施形態では、複数の層の各々は、異なるピッチを有するらせん構造を含むことができる。いくつかの実施形態では、複数の層のうちの少なくとも２つの層は、異なるドーパント濃度のキラルドーパント材料でドープされてよく、または異なるキラルドーパント材料でドープされてもよい。いくつかの実施形態では、らせん構造のピッチは徐々に変化する。ＣＬＣ円偏光子は、ダブルツイストコレステリック液晶層または液晶ポリマー層を含んでもよい。いくつかの実施形態では、らせん構造は、左旋らせん構造を含んでよく、第２の偏光子は、右旋円偏光を透過し、左旋円偏光を反射するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、らせん構造は、右旋らせん構造を含んでもよく、第２の偏光子は、左旋円偏光を透過し、右旋円偏光を反射するように構成されてもよい。光学装置のいくつかの実施形態では、第１の偏光子は、らせん構造に配置された液晶分子を含むことができるコレステリック液晶（ＣＬＣ）円偏光子を含むことができる。

［０００７］ いくつかの実施形態によれば、画像を表示する方法は、画像源からの光を第１の偏光器によって偏光させて第１の円偏光状態の光にすることと、第１の円偏光状態の光を部分反射器によって第２の偏光子まで透過させることと、第２の偏光子によって第１の円偏光状態の光を反射させて部分反射器まで（第１の円偏光状態で）戻すことと、部分反射器によって第１の円偏光状態の光を反射させて第２の円偏光状態の光にすることと、第２の偏光子によって第２の円偏光状態の光をユーザの眼まで透過させることと、を含み得る。いくつかの実施形態では、第２の偏光子は、コレステリック液晶（ＣＬＣ）反射型円偏光子を含んでもよい。

［０００８］ いくつかの実施形態によれば、ニアアイディスプレイ装置は、表示光を放射するように構成されたディスプレイと、表示光を偏光させて第１の円偏光状態の光にするように構成された第１の偏光子と、第２の円偏光状態の光をユーザの眼まで透過させ、第１の円偏光状態の光を反射させて第１の円偏光状態の光にするように構成された第２の偏光子と、第１の偏光子と第２の偏光子との間に配置された部分反射器であって、第１の偏光子からの光を透過させ、第２の偏光子からの光を反射させるように構成された部分反射器とを含んでよく、部分反射器によって反射された光と第２の偏光子からの光とは異なる偏光状態を有してもよい。

［０００９］ いくつかの実施形態では、ニアアイディスプレイデバイスは、非ゼロ屈折力を有する光学レンズをさらに含んでもよく、第１の偏光子、第２の偏光子、または部分反射器のうちの少なくとも１つは、光学レンズの表面上にあってもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイは、周辺光を透過するように構成された透明ディスプレイを含んでもよく、ニアアイディスプレイ装置は、周辺光および表示光の両方をユーザの眼まで透過させるように構成されてもよい。第２の偏光子は、コレステリック液晶（ＣＬＣ）反射型円偏光子を含んでもよい。

［００１０］ いくつかの実施形態によれば、ニアアイディスプレイ装置は、出力面を含むディスプレイを含んでもよく、ディスプレイは、出力面を介して表示光を放射するように構成されてもよい。出力面は、ディスプレイの外部から出力面に入射する光を少なくとも部分的に反射するように構成されてもよく、反射光およびディスプレイの外部から出力面に入射する光は、異なる偏光状態を有してもよい。また、ニアアイディスプレイ装置は、ディスプレイの出力面上に形成され、らせん構造で配置された液晶分子を含む反射型円偏光子を含んでもよい。反射型円偏光子は、表示光中の第１の円偏光状態の光を反射させてディスプレイの出力面まで戻すように構成されてもよく、反射型円偏光子からディスプレイの出力面への反射光は、第１の円偏光状態にある。また、反射型円偏光子は、表示光中の第２の円偏光状態の光をユーザの眼まで透過させるように構成されてもよい。

［００１１］ この概要は、特許請求される主題の重要な特徴、または本質的な特徴を特定することを意図するものでもなく、特許請求される主題の範囲を決定するために単独で使用されることを意図するものでもない。主題は、本開示の明細書全体、任意のまたはすべての図面、および各請求項の適切な部分を参照することによって理解されたい。上記は、他の特徴および実施例とともに、以下の明細書、特許請求の範囲、および添付の図面においてより詳細に記載される。

［００１２］ 例示的な実施形態を、以下の図面を参照して以下に詳細に説明する。

ある種の実施形態によるニアアイディスプレイを含む人工現実システム環境の実施例の簡略化されたブロック図である。 本明細書で開示される実施例のいくつかを実装するためのヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）装置の形態にあるニアアイディスプレイ装置の一実施例の斜視図である。 本明細書で開示される実施例のいくつかを実装するための眼鏡の形態にあるニアアイディスプレイ装置の簡略化された一実施例の斜視図である。 ある種の実施形態による導波路ディスプレイを使用する光学シースルー拡張現実システムの一実施例を示す。 ある種の実施形態によるニアアイディスプレイの一実施例の断面図である。 ある種の実施形態によるニアアイディスプレイのための光学系の一実施例を示す。 ある種の実施形態によるニアアイディスプレイのための光学系の一実施例を示す。 ある種の実施形態による折り畳みレンズ系の実施形態を示す。 ある種の実施形態による折り畳みレンズ系の実施形態を示す。 ある種の実施形態による左旋らせんを有するコレステリック液晶円偏光子の実施形態を示す。 ある種の実施形態による右旋らせんを有するコレステリック液晶円偏光子の実施形態を示す。 ある種の実施形態による右旋らせんを有するコレステリック液晶ベースの円偏光子の実施形態をＡに示す。ガラスまたはメタルミラーによる円偏光の反射をＢに示す。 ある種の実施形態によるらせんコレステリック構造の一実施例の正規化された選択的反射スペクトルを示す。 ある種の実施形態による反射型円偏光子を含む折り畳みレンズ系の一実施例を示す。 反射型円偏光子を含み、ある種の実施形態による表示モードで動作する折り畳みレンズ系の一実施例を示す。 反射型円偏光子を含み、ある種の実施形態によるシースルーモードで動作する折り畳みレンズ系の一実施例を示す。 ＣＬＣ層の３つの実施例の透過スペクトルを示す。 ある種の実施形態による、第１の屈折力で動作するように構成された折り畳みレンズ系の一実施例を示す。 ある種の実施形態による、第２の屈折力で動作するように構成された折り畳みレンズ系の一実施例を示す。 ある種の実施形態による切り替え可能な円偏光子を使用して、複数の画像面上に画像を表示する方法の一実施例を示す簡略化されたフロー図である。 ある種の実施形態による、表示モードおよびシースルーモードでニアアイディスプレイ装置を動作させる方法の一実施例を示す簡略化されたフロー図である。 ある種の実施形態によるニアアイディスプレイの電子システムの一実施例の簡略化されたブロック図である。

［００３６］ 図は、単に説明を目的として、本開示の実施形態を示したものである。当業者であれば、以下の説明から、図示された構造および方法の代替実施形態が、本開示の原理または謳われている利点から逸脱することなく用いられ得ることを容易に認識するであろう。

［００３７］ 添付の図では、同様の構成要素および／または特徴は、同じ参照ラベルを有する場合がある。さらに、同じタイプの様々な構成要素は、同様の構成要素間を区別するダッシュおよび第２のラベルを参照ラベルの後に続けることによって区別され得る。第１の参照ラベルのみが明細書において使用されている場合、説明は、第２の参照ラベルに関係なく同じ第１の参照ラベルを有する類似の構成要素のいずれかに適用可能である。

［００３８］ 本明細書に開示される技術は、概して、ニアアイディスプレイの折り畳み光学素子に関する。いくつかの実施態様によれば、反射型円偏光子（ＣＰ）を折り畳み光学素子に使用して、整列された反射型直線偏光子および波長板を置き換え、これによって、反射型直線偏光子および波長板の整列を回避することができる。反射型円偏光子は、反射光の掌性を入射光の掌性と同じに保ちながら、第１の円偏光状態（例えば、左旋または右旋の円偏光）の光を反射するように構成されてもよい。反射型円偏光子は、その偏光状態を変えることなく、第２の円偏光状態の光を透過させることができる。ディスプレイ装置からの表示光は、偏光させて第１の円偏光状態の光にすることができ、これは、５０／５０ミラーを通過する間、その偏光状態を保ち、反射型円偏光子によって反射されて、５０／５０ミラーまで戻る。５０／５０ミラーは、第１の円偏光状態の光を反射し、第２の円偏光状態の光にして反射型円偏光子まで戻すことができる。次いで、反射型円偏光子は、５０／５０ミラーから反射された第２の円偏光状態の光をほとんどまたは全く損失なく通過させることができる。このようにして、ディスプレイ装置からの第１の円偏光状態の表示光を光学系によって折り畳み、第２の偏光状態の光としてユーザの眼まで到達させることができる。

［００３９］ いくつかの実施形態では、反射型円偏光子は、コレステリック液晶を使用して実装されてもよい。反射される光の偏光状態は、液晶分子によって形成されるコレステリックらせん上部構造の掌性によって決定され得る。反射型円偏光子の反射率を改善するために、複数層のコレステリック液晶を使用することができる。異なるピッチ（または周期）を有するコレステリック液晶の層を使用して、異なる波長の光を反射することができる。

［００４０］ さらに、反射型円偏光子内の液晶分子の配向（または整列）は、反射型円偏光子に電圧信号を印加することによって変化または再整列させることができ、その結果、液晶分子は、任意の偏光の光を透過させるように電界と整列させることができる。このように、ＨＭＤの動作は、異なるレベルまたは極性を有する電圧を印加することによって、表示モード（反射型円偏光子による反射を伴う）とシースルーモード（反射型円偏光子による反射を伴わない）との間で切り替えられてもよい。

［００４１］ 一実施形態では、反射型円偏光子に電圧が印加されない場合、表示光は、例えば、円偏光子を使用して、第１の円偏光状態（例えば、左旋または右旋）に偏光されてもよい。第１の円偏光状態の表示光は、５０／５０ミラーのような部分反射ミラーを通過した後、反射光の偏光状態を変えることなく、反射型円偏光子によって反射され、５０／５０ミラーまで戻されてもよい。５０／５０ミラーは、第１の円偏光状態の表示光を反射して、反射型円偏光子によって透過され得る第２の円偏光状態（例えば、右旋または左旋）の光にすることができる。したがって、反射型円偏光子は、表示モードで光を折り畳んで、表示された画像を画像面上に投影するのに役立ち得る。電圧信号が反射型円偏光子上に印加されると、液晶分子は電場と整列させることができ、従って、任意の偏光状態の光は折り畳まれることなく通過することができる。このようにして、折り畳み光学系は、シースルーモードでも画像の品質を損なうことなく、表示モードおよびシースルーモードの両方に使用することができる。

［００４２］ ある種の実施形態によれば、２つの反射型円偏光子と、５０／５０ミラーまたは５０％より大きいかまたは小さい反射率を有する部分ミラーなどの部分反射ミラーとを使用して、折り畳み光学装置の屈折力を変化させることができる。例えば、反射型円偏光子に電圧が印加されていない場合、第１の円偏光状態の光は、第１の反射型円偏光子および５０／５０ミラーを通過し、第２の反射型円偏光子まで到達することができ、これは、第１の円偏光状態の光を反射して５０／５０ミラーまで戻すことができる。５０／５０ミラーは、第１の円偏光状態の表示光を反射して、反射型円偏光子によって透過され得る第２の円偏光状態の光にすることができる。したがって、折り畳み光学装置は、第１の円偏光状態の光を折り畳んでもよく、その結果、表示光の第１の円偏光状態の光に対して第１の屈折力を有してもよい。電圧信号が、２つの反射型円偏光子のうちの少なくとも１つに対して印加されると、反射型円偏光子内の液晶分子は、電場と整列され、その結果、任意の偏光状態の光は、折り畳まれることなく、反射型円偏光子を通過することができる。したがって、折り畳み光学装置は、電圧信号が印加されたときに、第２の屈折力を有し得る。このようにして、折り畳み光学装置は、異なる画像面上に画像を中継するために異なる屈折力を達成することができる。

［００４３］ 以下の説明では、説明を目的として、本開示の実施例の完全な理解を提供するために、特定の詳細が記述されている。しかしながら、これらの特定の詳細がなくても、様々な実施例が実施され得ることは明らかであろう。例えば、デバイス、システム、構造、アセンブリ、方法、および他の構成要素は、不必要な詳細で実施例を曖昧にしないために、ブロック図の形式で構成要素として示され得る。他の例では、周知のデバイス、プロセス、システム、構造、および技法は、実施例が曖昧になることを回避するため、必要な詳細なしで示されることがある。図および説明は、限定的であることを意図していない。本開示で使用された用語および表現は、説明の用語として使用され、限定するものではなく、そのような用語および表現の使用において、示され、説明された特徴またはその一部の任意の均等物を排除することは意図していない。「例」という語は、本明細書では、「例、事例、または例示として機能する」ことを意味するように使用される。本明細書で「例」として説明される任意の実施形態または設計は、必ずしも、他の実施形態または設計よりも好ましい、または有利であると解釈されるべきではない。

Ｉ．ニアアイディスプレイ
［００４４］ 図１は、特定の実施形態による、ニアアイディスプレイ１２０を含む人工現実システム環境１００の一実施例の簡略化されたブロック図である。図１に示した人工現実システム環境１００は、それぞれが任意選択のコンソール１１０に連結され得る、ニアアイディスプレイ１２０、任意選択の外部撮像装置１５０、および任意選択の入出力インターフェース１４０を含み得る。図１は、１つのニアアイディスプレイ１２０、１つの外部撮像装置１５０、および１つの入出力インターフェース１４０を含む例示的な人工現実システム環境１００を示しているが、任意の数のこれらの構成要素が人工現実システム環境１００に含まれてもよく、または構成要素のうちの任意のものが省略されてもよい。例えば、コンソール１１０と通信する１つまたは複数の外部撮像装置１５０によって監視される複数のニアアイディスプレイ１２０があってもよい。いくつかの構成では、人工現実システム環境１００は、外部撮像装置１５０、任意選択の入出力インターフェース１４０、および任意選択のコンソール１１０を含まなくてもよい。代替的な構成では、人工現実システム環境１００に、異なる構成要素または追加の構成要素を含めることができる。

［００４５］ ニアアイディスプレイ１２０は、コンテンツをユーザに提示するヘッドマウントディスプレイであってもよい。ニアアイディスプレイ１２０によって提示されるコンテンツの例は、画像、ビデオ、オーディオ、またはこれらの何らかの組合せのうちの１つまたは複数を含む。いくつかの実施形態では、オーディオは、ニアアイディスプレイ１２０、コンソール１１０、またはその両方からオーディオ情報を受信し、オーディオ情報に基づいてオーディオデータを提示する外部装置（例えば、スピーカおよび／またはヘッドホン）を介して提示され得る。ニアアイディスプレイ１２０は、１つまたは複数の剛体を含んでもよく、これらの剛体は、互いに剛性的にまたは非剛性的に連結されてもよい。剛体間の剛性連結は、連結された剛体が単一の剛体として動作することを可能にする。剛体間の非剛性連結では、剛体は互いに対して動くことができる。様々な実施形態では、ニアアイディスプレイ１２０は、眼鏡を含む任意の適切なフォームファクタで実装されてもよい。ニアアイディスプレイ１２０のいくつかの実施形態は、図２、図３、および図２０に関して以下でさらに説明される。加えて、様々な実施形態では、本明細書で説明される機能は、ニアアイディスプレイ１２０の外部の環境の画像と人工現実コンテンツ（例えば、コンピュータ生成画像）とを組み合わせるヘッドセットで使用されてもよい。したがって、ニアアイディスプレイ１２０は、生成されたコンテンツ（例えば、画像、ビデオ、サウンドなど）を用いて、ニアアイディスプレイ１２０の外部の物理的な現実世界環境の画像を拡張して、拡張された現実をユーザに提示することができる。

［００４６］ 様々な実施形態では、ニアアイディスプレイ１２０は、ディスプレイ電子機器１２２、ディスプレイ光学系１２４、および視線追跡ユニット１３０のうちの１つまたは複数を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ニアアイディスプレイ１２０はまた、１つまたは複数のロケータ１２６、１つまたは複数の位置センサ１２８、および慣性測定ユニット（ＩＭＵ）１３２を含んでもよい。ニアアイディスプレイ１２０は、様々な実施形態において、これらの要素のいずれかを省略してもよく、または追加の要素を含んでもよい。さらに、いくつかの実施形態では、ニアアイディスプレイ１２０は、図１に関連して説明した様々な要素の機能を組み合わせた要素を含むことができる。

［００４７］ ディスプレイ電子機器１２２は、例えばコンソール１１０から受信したデータに従って、ユーザに画像を表示するか、表示を促進することができる。様々な実施形態では、ディスプレイ電子機器１２２は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、マイクロ発光ダイオード（ｍＬＥＤ）ディスプレイ、アクティブマトリクスＯＬＥＤディスプレイ（ＡＭＯＬＥＤ）、透明ＯＬＥＤディスプレイ（ＴＯＬＥＤ）、またはその他の何らかのディスプレイなどの１つまたは複数のディスプレイパネルを含んでもよい。例えば、ニアアイディスプレイ１２０の１つの実装において、ディスプレイ電子機器１２２は、前面ＴＯＬＥＤパネル、後面ディスプレイパネル、および前面ディスプレイパネルと後面ディスプレイパネルとの間の光学部品（例えば、減衰器、偏光子、または回折またはスペクトル膜）を含んでもよい。ディスプレイ電子機器１２２は、赤、緑、青、白、または黄などの優勢な色の光を放射するピクセルを含むことができる。いくつかの実装では、ディスプレイ電子機器１２２は、２次元パネルによって生成されるステレオ効果によって３次元（３Ｄ）画像を表示して、画像深度の主観的知覚を生成することができる。例えば、ディスプレイ電子機器１２２は、ユーザの左眼および右眼の前にそれぞれ配置された左ディスプレイおよび右ディスプレイを含み得る。左右のディスプレイは、立体視効果（すなわち、画像を見ているユーザによる画像深度の知覚）を生成するために、互いに対して水平にシフトされた画像の複製を提示することができる。

［００４８］ 特定の実施形態では、ディスプレイ光学系１２４は、画像コンテンツを光学的に（例えば、光導波路およびカプラを使用して）表示するか、またはディスプレイ電子機器１２２から受け取った画像光を拡大し、画像光に関連する光学誤差を補正し、補正された画像光をニアアイディスプレイ１２０のユーザに提示することができる。様々な実施形態では、ディスプレイ光学系１２４は、例えば、基板、光導波路、開口、フレネルレンズ、凸レンズ、凹レンズ、フィルタ、またはディスプレイ電子機器１２２から放射される画像光に影響を及ぼし得る任意の他の適切な光学素子などの、１つまたは複数の光学素子を含んでもよい。ディスプレイ光学系１２４は、組み合わせにおける光学素子の相対的間隔および配向を維持するために、異なる光学素子ならびに機械的カップリングの組み合わせを含んでもよい。ディスプレイ光学系１２４内の１つまたは複数の光学素子は、反射防止コーティング、反射コーティング、フィルタコーティング、または異なる光学コーティングの組合せなどの光学コーティングを有してもよい。

［００４９］ ディスプレイ光学系１２４による画像光の拡大は、ディスプレイ電子機器１２２が、より大きなディスプレイよりも物理的に小さく、軽量で、かつ消費電力が少ないことを可能にし得る。さらに、拡大により、表示されたコンテンツの視野を大きくすることができる。ディスプレイ光学系１２４による画像光の拡大の大きさは、ディスプレイ光学系１２４から光学素子を調整、追加、または除去することによって変更され得る。

［００５０］ ディスプレイ光学系１２４はまた、２次元光学誤差、３次元光学誤差、またはこれらの組合せなど、１つまたは複数のタイプの光学誤差を補正するように設計されてもよい。２次元誤差は、２次元で生じる光学収差を含み得る。２次元誤差の例示的なタイプには、樽型歪曲、糸巻型歪曲、縦色収差、横色収差が含まれる。３次元誤差は、３次元において発生する光学誤差を含み得る。３次元誤差の例示的なタイプには、球面収差、コマ収差、視野湾曲、および非点収差が含まれる。

［００５１］ ロケータ１２６は、互いに対して、およびニアアイディスプレイ１２０上の基準点に対して、ニアアイディスプレイ１２０上の特定の場所に位置するオブジェクトであってもよい。いくつかの実装では、コンソール１１０は、外部撮像装置１５０によって取り込まれた画像内のロケータ１２６を識別して、人工現実ヘッドセットの位置、配向、またはその両方を判定することができる。ロケータ１２６は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、コーナーキューブリフレクタ、反射マーカー、ニアアイディスプレイ１２０が動作する環境と対比するタイプの光源、またはこれらのいくつかの組み合わせであってもよい。ロケータ１２６が能動コンポーネント（例えば、ＬＥＤまたは他のタイプの発光デバイス）である実施形態では、ロケータ１２６は、可視帯域（例えば、約３８０ｎｍ〜７５０ｎｍ）、赤外線（ＩＲ）帯域（例えば、約７５０ｎｍ〜１ｍｍ）、紫外線帯域（例えば、約１０ｎｍ〜約３８０ｎｍ）、電磁スペクトルの別の部分、または電磁スペクトルの部分の任意の組合せで光を放射することができる。

［００５２］ 外部撮像装置１５０は、コンソール１１０から受信した較正パラメータに基づいて、低速較正データを生成することができる。低速較正データは、外部撮像装置１５０によって検出可能であるロケータ１２６の観察された位置を示す１つまたは複数の画像を含んでもよい。外部撮像装置１５０は、１つまたは複数のカメラ、１つまたは複数のビデオカメラ、１つまたは複数のロケータ１２６を含む画像を取り込むことができる任意の他の装置、またはこれらの何らかの組合せを含むことができる。加えて、外部撮像装置１５０は、１つまたは複数のフィルタを含んでもよい（例えば、信号対雑音比を増加させるために）。外部撮像装置１５０は、外部撮像装置１５０の視野内のロケータ１２６から放射または反射される光を検出するように構成されてもよい。ロケータ１２６が受動素子（例えば、再帰反射器）を含む実施形態では、外部撮像装置１５０は、外部撮像装置１５０内の光源に光を逆反射させ得るロケータ１２６の一部または全部を照らす光源を含んでもよい。低速較正データは、外部撮像装置１５０からコンソール１１０に送信されてもよく、外部撮像装置１５０は、１つまたは複数の撮像パラメータ（例えば、焦点距離、焦点、フレームレート、センサ温度、シャッタ速度、絞りなど）を調整するために、コンソール１１０から１つまたは複数の較正パラメータを受信してもよい。

［００５３］ 位置センサ１２８は、ニアアイディスプレイ１２０の動作に応答して、１つまたは複数の測定信号を生成することができる。位置センサ１２８の例には、加速度計、ジャイロスコープ、磁力計、他の動作検出センサまたは誤差補正センサ、あるいはこれらのいくつかの組合せが含まれ得る。例えば、位置センサ１２８は、並進運動（前／後、上／下、左／右）を測定するための複数の加速度計と、回転運動（例えば、ピッチ、ヨー、ロール）を測定するための複数のジャイロスコープとを含む。いくつかの実施形態では、種々の位置センサは、互いに直交して配向されてもよい。

［００５４］ ＩＭＵ１３２は、１つまたは複数の位置センサ１２８から受信された測定信号に基づいて高速較正データを生成する電子装置であってもよい。位置センサ１２８は、ＩＭＵ１３２の外部、ＩＭＵ１３２の内部、またはこれらの何らかの組合せに配置することができる。１つまたは複数の位置センサ１２８からの１つまたは複数の測定信号に基づいて、ＩＭＵ１３２は、ニアアイディスプレイ１２０の初期位置に対するニアアイディスプレイ１２０の推定位置を示す高速較正データを生成し得る。例えば、ＩＭＵ１３２は、加速度計から受け取った測定信号を時間積分して速度ベクトルを推定し、その速度ベクトルを時間積分してニアアイディスプレイ１２０上の基準点の推定位置を決定する。代替的に、ＩＭＵ１３２は、サンプリングされた測定信号をコンソール１１０に与え、コンソール１１０は高速較正データを決定し得る。基準点は、概して、空間内の点として定義され得るが、様々な実施形態では、基準点は、ニアアイディスプレイ１２０内の点（例えば、ＩＭＵ１３２の中心）として定義され得る。

［００５５］ 視線追跡ユニット１３０は、１つまたは複数の視線追跡システムを含んでもよい。視線追跡は、ニアアイディスプレイ１２０に対する、眼の配向および位置を含む、眼の場所を決定することを意味し得る。視線追跡システムは、１つまたは複数の眼を撮像する撮像システムを含んでもよく、任意選択で、眼によって反射された光を撮像システムによって捕捉することができるように、眼に向けられる光を生成することができる発光器を含んでもよい。例えば、視線追跡ユニット１３０は、可視スペクトルまたは赤外スペクトルの光を放射するコヒーレント光源（例えば、レーザーダイオード）と、ユーザの眼によって反射された光を捕捉するカメラとを含んでもよい。別の例として、視線追跡ユニット１３０は、小型レーダーユニットによって放射される反射電波を捕捉することができる。視線追跡ユニット１３０は、眼を傷つけず、または身体的不快感を引き起こさない周波数および強度で光を放射する低出力発光体を使用してもよい。視線追跡ユニット１３０は、視線追跡ユニット１３０によって捕捉された眼の画像のコントラストを高める一方で、視線追跡ユニット１３０によって消費される全体の電力を減少させるように構成されてもよい（例えば、視線追跡ユニット１３０に含まれる発光体および撮像システムによって消費される電力を減少させる）。例えば、いくつかの実装では、視線追跡ユニット１３０は、１００ミリワット未満の電力を消費し得る。

［００５６］ ニアアイディスプレイ１２０は、例えば、ユーザの瞳孔間距離（ＩＰＤ）を決定し、注視方向を決定し、奥行き手掛かり（例えば、ユーザの主視線の外側のぼやけた画像）を導入し、ＶＲメディア内のユーザ関与（ｕｓｅｒ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）に関する経験則（例えば、露出された刺激の関数として任意の特定の被験者、対象物、またはフレームに費やされた時間）を収集し、ユーザの眼の少なくとも１つの配向に部分的に基づくいくつかの他の関数、またはこれらのいくつかの組合せを使用することができる。配向は、ユーザの両眼について決定され得るので、視線追跡ユニット１３０は、ユーザがどこを見ているかを決定することができる。例えば、ユーザの注視の方向を決定することは、ユーザの左眼及び右眼の決定された配向に基づいて収束点を決定することを含み得る。収束点は、ユーザの目の２つの中心窩軸が交差する点であってもよい。ユーザの注視の方向は、収束点およびユーザの目の瞳孔間の中間点を通る線の方向であってもよい。

［００５７］ 入出力インターフェース１４０は、ユーザがコンソール１１０にアクション要求を送信することを可能にする装置であってもよい。アクション要求は、特定のアクションを実行するための要求となり得る。例えば、アクション要求は、アプリケーションを開始または終了するためのものであるか、あるいはアプリケーション内で特定のアクションを実施するためのものであり得る。入出力インターフェース１４０は、１つまたは複数の入力デバイスを含んでもよい。例示的な入力デバイスには、キーボード、マウス、ゲームコントローラ、グローブ、ボタン、タッチスクリーン、あるいはアクション要求を受信し、受信したアクション要求をコンソール１１０に伝えるための任意の他のデバイスが含まれ得る。入出力インターフェース１４０によって受信されたアクション要求は、コンソール１１０に伝えることができ、コンソールは、要求されたアクションに対応するアクションを実行することができる。いくつかの実施形態では、入出力インターフェース１４０は、コンソール１１０から受信した命令に従って、ユーザに触覚フィードバックを提供してもよい。例えば、アクション要求が受信されると、あるいはコンソール１１０が要求されたアクションを実行し、入出力インターフェース１４０に命令を伝えると、入出力インターフェース１４０は、触覚フィードバックを提供することができる。

［００５８］ コンソール１１０は、外部撮像装置１５０、ニアアイディスプレイ１２０、および入出力インターフェース１４０のうちの１つまたは複数から受信した情報に従って、ユーザに提示するためにニアアイディスプレイ１２０にコンテンツを提供することができる。図１に示した実施例では、コンソール１１０は、アプリケーションストア１１２と、ヘッドセット追跡モジュール１１４と、人工現実エンジン１１６と、視線追跡モジュール１１８とを含むことができる。コンソール１１０のいくつかの実施形態は、図１に関連して説明したものとは異なる、または追加のモジュールを含むことができる。以下でさらに説明する機能は、コンソール１１０の構成要素間で、ここで説明するものとは異なる方法で分散することができる。

［００５９］ いくつかの実施形態では、コンソール１１０は、プロセッサと、プロセッサによって実行可能な命令を記憶する非一過性のコンピュータ可読記憶媒体とを含み得る。プロセッサは、命令を並列に実行する複数の処理ユニットを含むことができる。コンピュータ可読記憶媒体は、ハードディスクドライブ、リムーバブルメモリ、またはソリッドステートドライブ（例えば、フラッシュメモリまたはダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ））などの任意のメモリであってもよい。様々な実施形態において、図１と共に記載されるコンソール１１０のモジュールは、プロセッサによって実行されると、プロセッサに以下でさらに記載される機能を実行させる、非一過性のコンピュータ可読記憶媒体内の命令として符号化されてもよい。

［００６０］ アプリケーションストア１１２は、コンソール１１０による実行のために１つまたは複数のアプリケーションを記憶することができる。アプリケーションは、プロセッサによって実行されると、ユーザに提示するためのコンテンツを生成する命令のグループを含み得る。アプリケーションによって生成されたコンテンツは、ユーザの眼の動きを介してユーザから受信された入力、または入出力インターフェース１４０から受信された入力に応答することができる。アプリケーションの実施例には、ゲームアプリケーション、会議アプリケーション、動画再生アプリケーション、またはその他の適切なアプリケーションが含まれ得る。

［００６１］ ヘッドセット追跡モジュール１１４は、外部撮像装置１５０からの低速較正情報を使用して、ニアアイディスプレイ１２０の動きを追跡することができる。例えば、ヘッドセット追跡モジュール１１４は、ニアアイディスプレイ１２０の参照点の位置を、低速較正情報から観察されたロケータおよびニアアイディスプレイ１２０のモデルを用いて決定することができる。ヘッドセット追跡モジュール１１４はまた、高速較正情報からの位置情報を使用して、ニアアイディスプレイ１２０の基準点の位置を決定してもよい。加えて、いくつかの実施形態では、ヘッドセット追跡モジュール１１４は、ニアアイディスプレイ１２０の将来の位置を予測するため、高速較正情報、低速較正情報、またはこれらの何らかの組み合わせの部分を使用してもよい。ヘッドセット追跡モジュール１１４は、ニアアイディスプレイ１２０の推定または予測される将来の位置を人工現実エンジン１１６に提供することができる。

［００６２］ ヘッドセット追跡モジュール１１４は、１つまたは複数の較正パラメータを使用して人工現実システム環境１００を較正することができ、１つまたは複数の較正パラメータを調整して、ニアアイディスプレイ１２０の位置を決定する際の誤差を低減することができる。例えば、ヘッドセット追跡モジュール１１４は、外部撮像装置１５０の焦点を調整して、ニアアイディスプレイ１２０上の観察されたロケータについて、より正確な位置を得ることができる。さらに、ヘッドセット追跡モジュール１１４によって実行される較正は、ＩＭＵ１３２から受信した情報を考慮に入れることもできる。加えて、ニアアイディスプレイ１２０の追跡が失われた場合（例えば、外部撮像装置１５０が少なくとも閾値数のロケータ１２６の視線を失った場合）、ヘッドセット追跡モジュール１１４は、較正パラメータの一部または全部を再較正することができる。

［００６３］ 人工現実エンジン１１６は、人工現実システム環境１００内でアプリケーションを実行し、ヘッドセット追跡モジュール１１４から、ニアアイディスプレイ１２０の位置情報、ニアアイディスプレイ１２０の加速度情報、ニアアイディスプレイ１２０の速度情報、ニアアイディスプレイ１２０の予測される将来位置、あるいはこれらの何らかの組み合わせを受信し得る。また、人工現実エンジン１１６は、視線追跡モジュール１１８から推定された眼の位置および配向情報を受信することができる。受信された情報に基づいて、人工現実エンジン１１６は、ユーザに提示するため、ニアアイディスプレイ１２０に提供するコンテンツを決定することができる。例えば、受信された情報が、ユーザが左を見たことを示す場合、人工現実エンジン１１６は、仮想環境におけるユーザの目の動きを反映する、ニアアイディスプレイ１２０のためのコンテンツを生成することができる。さらに、人工現実エンジン１１６は、入出力インターフェース１４０から受け取ったアクション要求に応答して、コンソール１１０上で実行されるアプリケーション内でアクションを実行し、アクションが実行されたことを示すフィードバックをユーザに提供することができる。フィードバックは、ニアアイディスプレイ１２０を介した視覚フィードバックまたは聴覚フィードバック、または入出力インターフェース１４０を介した触覚的フィードバックであってもよい。

［００６４］ 視線追跡モジュール１１８は、視線追跡ユニット１３０から視線追跡データを受け取り、視線追跡データに基づいてユーザの眼の位置を決定することができる。眼の位置は、ニアアイディスプレイ１２０またはその任意の要素に対する眼の配向、位置、またはその両方を含み得る。眼の回転軸は、眼窩内の眼の位置の関数として変化するため、眼窩内の眼の位置を決定することは、視線追跡モジュール１１８が眼の配向をより正確に決定することを可能にし得る。

［００６５］ いくつかの実施形態では、視線追跡モジュール１１８は、視線追跡ユニット１３０によって捕捉された画像と眼球位置との間のマッピングを記憶して、視線追跡ユニット１３０によって捕捉された画像から基準眼球位置を決定することができる。代替的にまたは追加的に、視線追跡モジュール１１８は、基準眼球位置が決定される画像を、更新された眼球位置が決定される画像と比較することによって、基準眼球位置に対する更新された眼球位置を決定することができる。視線追跡モジュール１１８は、異なる撮像装置または他のセンサからの測定値を使用して、眼球位置を決定してもよい。例えば、視線追跡モジュール１１８は、低速視線追跡システムからの測定値を使用して基準眼球位置を決定し、次いで、低速視線追跡システムからの測定値に基づいて次の基準眼球位置が決定されるまで、高速視線追跡システムからの基準眼球位置に対する更新位置を決定してもよい。

［００６６］ 視線追跡モジュール１１８は、視線追跡の精度および正確性を改善するために、視線較正パラメータを決定することもできる。視線較正パラメータは、ユーザがニアアイディスプレイ１２０を着用または調整するときにはいつでも変更し得るパラメータを含んでもよい。例示的な視線較正パラメータは、視線追跡ユニット１３０の構成要素と、眼の中心、瞳孔、角膜境界、または眼の表面上の点などの、眼の１つまたは複数の部分との間の推定距離を含み得る。他の例示的な視線較正パラメータは、特定のユーザに固有のものであってもよく、推定平均眼球半径、平均角膜半径、平均強膜半径、眼表面上の特徴のマップ、および推定眼球表面輪郭を含んでもよい。ニアアイディスプレイ１２０の外側からの光が（いくつかの拡張現実アプリケーションにおけるように）眼に到達し得る実施形態では、較正パラメータは、ニアアイディスプレイ１２０の外側からの光の変動に起因する強度および色バランスに対する補正係数を含んでもよい。視線追跡モジュール１１８は、視線追跡ユニット１３０によって捕捉された測定値が、視線追跡モジュール１１８が正確な眼の位置（本明細書では「有効な測定値」とも称される）を決定することを可能にするか否かを判定するために、視線較正パラメータを使用してもよい。視線追跡モジュール１１８が正確な眼の位置を決定できない可能性がある無効な測定値は、ユーザが、ヘッドセットを点滅させ、調整し、またはヘッドセットを取り外すことによって引き起こされる可能性があり、かつ／または、外光に起因する照明の閾値変化よりも大きな変化を経験するニアアイディスプレイ１２０によって引き起こされる可能性がある。いくつかの実施形態では、視線追跡モジュール１１８の機能の少なくともいくつかは、視線追跡ユニット１３０によって実行されてもよい。

［００６７］ 図２は、本明細書で開示される実施例のいくつかを実装するためのヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）装置２００の形態にあるニアアイディスプレイの一実施例の斜視図である。ＨＭＤ装置２００は、例えば、仮想現実（ＶＲ）システム、拡張現実（ＡＲ）システム、複合現実（ＭＲ）システム、またはそれらのいくつかの組み合わせの一部であってもよい。ＨＭＤ装置２００は、本体２２０およびヘッドストラップ２３０を含み得る。図２は、本体２２０の上面２２３、前面２２５、および右側面２２７を斜視図で示す。ヘッドストラップ２３０は、調節可能または伸長可能な長さを有してもよい。ユーザがＨＭＤ装置２００をユーザの頭部に取り付けることができるように、ＨＭＤ装置２００の本体２２０とヘッドストラップ２３０との間には十分な空間があってもよい。様々な実施形態では、ＨＭＤ装置２００は、追加の構成要素、より少ない構成要素、または異なる構成要素を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、ＨＭＤ装置２００は、頭部ストラップ２３０ではなく、例えば図２に示したような眼鏡テンプルおよびテンプルチップを含んでもよい。

［００６８］ ＨＭＤ装置２００は、コンピュータ生成要素を有する物理的な現実世界環境の仮想ビューおよび／または拡張ビューを含むメディアをユーザに提示することができる。ＨＭＤ装置２００によって提示されるメディアの実施例には、画像（例えば、２次元（２Ｄ）または３次元（３Ｄ）画像）、ビデオ（例えば、２Ｄまたは３Ｄビデオ）、オーディオ、またはこれらのいくつかの組合せが含まれ得る。画像およびビデオは、ＨＭＤ装置２００の本体２２０内に封入された１つまたは複数のディスプレイアセンブリ（図２には図示せず）によってユーザのそれぞれの眼に提示されてもよい。様々な実施形態では、１つまたは複数のディスプレイアセンブリは、単一の電子ディスプレイパネルまたは複数の電子ディスプレイパネル（例えば、ユーザのそれぞれの眼に１つのディスプレイパネル）を含むことができる。電子表示パネルの例は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオードディスプレイ（ＯＬＥＤ）、無機発光ダイオードディスプレイ（ＩＬＥＤ）、マイクロ発光ダイオードディスプレイ（ｍＬＥＤ）、アクティブマトリクス有機発光ダイオードディスプレイ（ＡＭＯＬＥＤ）、透明有機発光ダイオードディスプレイ（ＴＯＬＥＤ）、またはこれらのいくつかの組み合わせを含み得る。ＨＭＤ装置２００は、２つのアイボックス領域を含み得る。

［００６９］ いくつかの実装形態では、ＨＭＤ装置２００は、深度センサ、運動センサ、位置センサ、及び視線追跡センサのような種々のセンサ（図示せず）を含み得る。これらのセンサのいくつかは、感知のために構造化された光パターンを使用してもよい。いくつかの実装形態では、ＨＭＤ装置２００は、コンソールと通信するための入出力インターフェースを含むことができる。いくつかの実装形態では、ＨＭＤ装置２００は、ＨＭＤ装置２００内のアプリケーションを実行し、様々なセンサからＨＭＤ装置２００の奥行き情報、位置情報、加速度情報、速度情報、予測される将来の位置、またはこれらの何らかの組合せを受信することができる仮想現実エンジン（図示せず）を含むことができる。いくつかの実装形態では、仮想現実エンジンによって受信された情報は、１つまたは複数のディスプレイアセンブリへの信号（例えば、表示命令）を生成するために使用することができる。いくつかの実装形態では、ＨＭＤ装置２００は、互いに対して、かつ基準点に対して、本体２２０上の固定位置に配置されたロケータ（ロケータ１２６など、図示せず）を含むことができる。各ロケータは、外部撮像装置によって検出可能な光を放射することができる。

［００７０］ 図３は、本明細書に開示の実施例のいくつかを実施するための眼鏡の形態にある、簡略化された例示的なニアアイディスプレイ３００の斜視図である。ニアアイディスプレイ３００は、図１のニアアイディスプレイ１２０の特定の実装であってもよく、仮想現実ディスプレイ、拡張現実ディスプレイ、および／または複合現実ディスプレイとして動作するように構成されてもよい。ニアアイディスプレイ３００は、フレーム３０５とディスプレイ３１０とを含んでもよい。ディスプレイ３１０は、ユーザにコンテンツを提示するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイ３１０は、ディスプレイ電子機器および／またはディスプレイ光学系を含んでもよい。例えば、図１のニアアイディスプレイ１２０に関して上述のように、ディスプレイ３１０は、ＦＣＤディスプレイパネル、ＦＥＤディスプレイパネル、または光ディスプレイパネル（例えば、導波路ディスプレイアセンブリ）を含み得る。

［００７１］ ニアアイディスプレイ３００はさらに、フレーム３０５の上に、または内部に種々のセンサ３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃ、３５０ｄ、および３５０ｅを含んでもよい。いくつかの実施形態では、センサ３５０ａ〜３５０ｅは、１つまたは複数の深度センサ、運動センサ、位置センサ、慣性センサ、または周辺光センサを含んでもよい。いくつかの実施形態では、センサ３５０ａ〜３５０ｅは、異なる方向の異なる視野を表す画像データを生成するように構成された１つまたは複数の画像センサを含んでもよい。いくつかの実施形態では、センサ３５０ａ〜３５０ｅは、ニアアイディスプレイ３００の表示内容を制御する、または表示内容に影響を与えるために、および／または対話型のＶＲ／ＡＲ／ＭＲ体験をニアアイディスプレイ３００のユーザに提供するために、入力デバイスとして使用されてもよい。いくつかの実施形態では、センサ３５０ａ〜３５０ｅはまた、立体撮像のために使用されてもよい。

［００７２］ いくつかの実施形態では、ニアアイディスプレイ３００は、光を物理的環境に投影するために、１つまたは複数の照明器３３０をさらに含んでもよい。投影された光は、異なる周波数帯域（例えば、可視光、赤外光、紫外光など）に関連付けられ、様々な目的を果たし得る。例えば、照明器３３０は、暗い環境内で異なる対象物の画像を取り込む際にセンサ３５０ａ〜３５０ｅを支援するため、暗い環境内で（または、低強度の赤外光、紫外光などを有する環境内で）光を投影してもよい。いくつかの実施形態では、照明器３３０は、環境内の対象物に特定の光パターンを投影するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、照明器３３０は、図１に関して上述したロケータ１２６などのロケータとして使用することができる。

［００７３］ いくつかの実施形態では、ニアアイディスプレイ３００は、高解像度カメラ３４０も含んでもよい。カメラ３４０は、視野内の物理的環境の画像をキャプチャすることができる。キャプチャされた画像は、例えば、仮想現実エンジン（例えば、図１の人工現実エンジン１１６）によって処理されて、キャプチャされた画像に仮想オブジェクトを追加するか、またはキャプチャされた画像内の物理的オブジェクトを修正することができ、処理された画像は、ＡＲアプリケーションまたはＭＲアプリケーションのためにディスプレイ３１０によってユーザに表示され得る。

［００７４］ 図４は、特定の実施形態による導波路ディスプレイを使用する光学シースルー拡張現実システム４００の一実施例を示す。拡張現実システム４００は、プロジェクタ４１０およびコンバイナ４１５を含んでもよい。プロジェクタ４１０は、光源または画像源４１２およびプロジェクタ光学系４１４を含んでもよい。いくつかの実施形態では、画像源４１２は、ＬＣＤディスプレイパネルまたはＬＥＤディスプレイパネルなどの仮想オブジェクトを表示する複数のピクセルを含んでもよい。いくつかの実施形態では、画像源４１２は、コヒーレント光または部分的なコヒーレント光を生成する光源を含むことができる。例えば、画像源４１２は、レーザダイオード、垂直キャビティ面発光レーザ、および／または発光ダイオードを含んでもよい。いくつかの実施形態では、画像源４１２は、原色（例えば、赤色、緑色、または青色）に対応する単色画像光をそれぞれ放射する複数の光源を含むことができる。いくつかの実施形態では、画像源４１２は、空間光変調器などの光パターン発生器を含んでもよい。プロジェクタ光学系４１４は、画像源４１２からの光を、拡大、コリメート、走査、または画像源４１２からの光をコンバイナ４１５に投影することなどの条件づけを可能にする１つまたは複数の光学部品を含んでもよい。１つまたは複数の光学部品は、例えば、１つまたは複数のレンズ、液体レンズ、ミラー、アパーチャ、および／または回折格子を含むことができる。いくつかの実施形態では、プロジェクタ光学系４１４は、画像源４１２からの光の走査を可能にする複数の電極を有する液体レンズ（例えば、液晶レンズ）を含むことができる。

［００７５］ コンバイナ４１５は、プロジェクタ４１０からの光をコンバイナ４１５の基板４２０に連結するための入力カプラ４３０を含んでもよい。入力カプラ４３０は、体積型ホログラフィック回折格子、回折光学素子（ＤＯＥ） （例えば、表面刻線型回折格子）、または屈折カプラ（例えば、ウェッジまたはプリズム）を含んでもよい。入力カプラ４３０は、可視光に対して３０％、５０％、７５％、９０％以上のカップリング効率を有し得る。本明細書で使用されるように、可視光は、約３８０ｎｍ〜約７５０ｎｍの間の波長を有する光を意味し得る。基板４２０内にカップリングされた光は、例えば、内部全反射（ＴＩＲ）によって基板４２０内を伝搬することができる。基板４２０は、眼鏡のレンズの形態であってもよい。基板４２０は、平坦なまたは湾曲した表面を有することができ、ガラス、石英、プラスチック、ポリマー、ポリ（メチルメタクリレート） （ＰＭＭＡ）、結晶、またはセラミックなどの１つまたは複数のタイプの誘電体材料を含むことができる。基板の厚さは、例えば、約１ｍｍ未満〜約１０ｍｍ以上の範囲であってもよい。基板４２０は、可視光に対して透明であってもよい。材料は、光ビームが、５０％、４０％、７５％、８０％、９０％、９５％以上などの高い透過率で材料を通過することができ、光ビームの一部分（例えば、５０％、４０％、２５％、２０％、１０％、５％未満、あるいはそれ以下）が、材料によって散乱、反射、または吸収され得る場合に、光ビームに対して「透明」となり得る。透過の割合（すなわち、透過率）は、ある範囲の波長にわたる明所的に重み付けされたまたは重み付けされていない平均透過率、または可視波長範囲のようなある範囲の波長にわたる最低透過率、のいずれかによって表すことができる。

［００７６］ 基板４２０は、基板４２０によって導かれ、基板４２０内を伝搬する光の少なくとも一部を抽出し、拡張現実システム４００のユーザの眼４９０に抽出された光４６０を導くように構成された複数の出力カプラ４４０を含んでもよく、またはそれに連結されてもよい。入力カプラ４３０として、出力カプラ４４０は、格子カプラ（例えば、体積型ホログラフィック回折格子または表面レリーフ格子）、他のＤＯＥ、プリズムなどを含んでもよい。出力カプラ４４０は、異なる位置で異なる結合（例えば、回折）効率を有することができる。基板４２０はまた、コンバイナ４１５の前面の環境からの光４５０がほとんどまたは全く損失なく通過することを可能にし得る。出力カプラ４４０はまた、光４５０がほとんど損失なく通過することを可能にし得る。例えば、いくつかの実装では、出力カプラ４４０は、光４５０が屈折され得るか、さもなければほとんど損失のない出力カプラ４４０を通過し、その結果、抽出された光４６０よりも高い強度を有し得るように、光４５０に対して低い回折効率を有し得る。いくつかの実装では、出力カプラ４４０は、光４５０に対して高い回折効率を有し、光４５０を、ほとんど損失することなく、ある所望の方向（すなわち、回折角）に回折し得る。その結果、ユーザは、コンバイナ４１５の前面の環境と、プロジェクタ４１０によって投影された仮想オブジェクトとの合成画像を見ることができる。

［００７７］ 図５は、特定の実施形態によるニアアイディスプレイ５００の一実施例の断面図である。ニアアイディスプレイ５００は、少なくとも１つのディスプレイアセンブリ５１０を含んでもよい。ディスプレイアセンブリ５１０は、画像光（すなわち、ディスプレイ光）を、射出瞳５３０に位置するアイボックスおよびユーザの眼５２０に向けるように構成され得る。本開示における図５および他の図は、例示を目的として、ニアアイディスプレイのユーザの眼を示しているが、ユーザの眼は、対応するニアアイディスプレイの一部ではないことに留意されたい。

［００７８］ ＨＭＤ装置２００およびニアアイディスプレイ３００として、ニアアイディスプレイ５００は、フレーム５０５と、フレーム５０５に連結または埋め込まれたディスプレイ５１２および／またはディスプレイ光学系５１４を含むディスプレイアセンブリ５１０とを含んでもよい。上述のように、ディスプレイ５１２は、コンソール１１０などのコンソールから受信したデータに従って、ユーザに画像を電気的に（例えば、ＬＣＤを使用して）または光学的に（例えば、導波路ディスプレイおよび光カプラを使用して）表示することができる。ディスプレイ５１２は、赤、緑、青、白、または黄などの優勢な色の光を放射するサブピクセルを含むことができる。いくつかの実施形態では、ディスプレイアセンブリ５１０は、積層導波路ディスプレイ、可変焦点導波路ディスプレイなどを含むがこれらに限定されない、１つまたは複数の導波路ディスプレイのスタックを含むことができる。積層導波路ディスプレイは、それぞれの単色光源が異なる色である導波路ディスプレイを積層することによって生成される多色ディスプレイ（例えば、赤−緑−青（ＲＧＢ）ディスプレイ）である。また、積層導波路ディスプレイは、複数の平面上に投影することができる多色ディスプレイ（例えば、多平面カラーディスプレイ）であってもよい。いくつかの構成では、積層導波路ディスプレイは、複数の平面上に投影され得る単色ディスプレイ（例えば、多平面単色ディスプレイ）であってもよい。可変焦点導波路ディスプレイは、導波路ディスプレイから放射される画像光の焦点位置を調整することができるディスプレイである。代替の実施形態では、ディスプレイアセンブリ５１０は、積層導波路ディスプレイおよび可変焦点導波路ディスプレイを含んでもよい。

［００７９］ ディスプレイ光学系５１４は、ディスプレイ光学系１２４と同様であってもよく、画像コンテンツを光学的に（例えば、光導波路および光カプラを使用して）表示し、画像光に関連する光学誤差を補正し、仮想オブジェクトおよび実オブジェクトの画像を結合し、
ユーザの眼５２０が配置され得るニアアイディスプレイ５００の射出瞳５３０に、補正された画像光を提示する。ディスプレイ光学系５１４はまた、画像を中継して、画像源から離れて、ユーザの眼からほんの数センチメートル離れているように見える虚像を生成することができる。例えば、ディスプレイ光学系５１４は、画像源をコリメートして、遠く離れているように見える虚像を生成し、表示された仮想オブジェクトの空間情報を角度情報に変換することができる。ディスプレイ光学系５１４は、画像源を拡大して、画像を画像源の実際のサイズよりも大きく見えるようにすることもできる。ディスプレイ光学系の詳細は、以下に記載される。

ＩＩ．ディスプレイ光学系
［００８０］ 様々な実装では、ＨＭＤなどのニアアイディスプレイの光学系は、瞳孔形成型または非瞳孔形成型とすることができる。非瞳孔形成ＨＭＤは、表示された画像を中継するために中間光学系を使用しないため、ユーザの瞳孔は、ＨＭＤの瞳孔として機能し得る。そのような非瞳孔形成ディスプレイは、拡大鏡（「単純なアイピース」と呼ばれることもある）の変形であってもよく、拡大鏡は、表示された画像を拡大して、眼からより遠い距離に虚像を形成することができる。非瞳孔形成ディスプレイは、より少ない光学素子を使用してもよい。瞳孔形成ＨＭＤは、例えば、複合顕微鏡または望遠鏡の光学系と同様の光学系を使用することができ、内部アパーチャと、中間画像を拡大し、それを射出瞳に中継する何らかの形態の投影光学系とを含むことができる。瞳孔形成ＨＭＤのより複雑な光学系は、画像源から射出瞳までの経路により多数の光学素子を有することが可能で、光学収差を補正し、焦点手掛かり（ｆｏｃａｌ ｃｕｅｓ）を生成するために使用することができ、ＨＭＤをパッケージングするための設計自由度を提供することができる。例えば、光学系がコンパクトなＨＭＤに適合するように折り畳まれるか、または包まれるように、多数の反射器（例えば、ミラー）が光路内に挿入されてもよい。

［００８１］ 図６は、特定の実施形態による、ニアアイディスプレイ装置のための非瞳孔形成構成を有する光学系６００の一実施例を示す。光学系６００は、プロジェクタ光学系６１０および画像源６２０を含んでもよい。プロジェクタ光学系６１０は、拡大器として機能し得る。図６は、画像源６２０がプロジェクタ光学系６１０の前方にあることを示す。いくつかの他の実施形態では、画像源６２０は、ユーザの眼６９０の視野の外側に配置されてもよい。例えば、図４に示すような１つまたは複数の反射器または方向性カプラを使用して、画像源からの光を反射させて、画像源が図６に示す画像源６２０の位置にあるように見せることができる。したがって、画像源６２０は、上述の画像源４１２と同様であってもよい。画像源６２０上の領域（例えば、ピクセルまたは発光源）からの光は、プロジェクタ光学系６１０によってユーザの眼６９０に向けられてもよい。プロジェクタ光学系６１０によって方向付けられた光は、画像面６３０上に虚像を形成してもよい。画像面６３０の位置は、画像源６２０の位置およびプロジェクタ光学系６１０の焦点距離に基づいて決定されてもよい。ユーザの眼６９０は、プロジェクタ光学系６１０によって方向付けられた光を使用して、ユーザの眼６９０の網膜上に実像を形成することができる。このようにして、画像源６２０上の異なる空間位置にあるオブジェクトは、異なる視角でユーザの眼６９０から遠く離れた画像面上のオブジェクトであるかのように見えることがある。

［００８２］ 図７は、特定の実施形態による、ニアアイディスプレイ装置のための瞳孔形成構成を有する光学系７００の一実施例を示す。光学系７００は、画像源７１０、第１の中継レンズ７２０、および第２の中継レンズ７３０を含んでもよい。画像源７１０、第１の中継レンズ７２０、および第２の中継レンズ７３０がユーザの眼７９０の前に示されているとしても、それらのうちの１つまたは複数は、例えば、１つまたは複数の反射器または方向性カプラが光の伝搬方向を変更するために使用される場合には、ユーザの眼７９０の視野の外側に物理的に配置されてもよい。画像源７１０は、上述の画像源４１２と同様であってもよい。第１の中継レンズ７２０は、１つまたは複数のレンズを含むことができ、画像源７１０の中間画像７５０を生成することができる。第２の中継レンズ７３０は、１つまたは複数のレンズを含むことができ、中間画像７５０を射出瞳７４０に中継することができる。図７に示すように、画像源７１０上の異なる空間位置にある物体は、異なる視角でユーザの眼７９０から遠く離れた物体であるように見えることがある。次いで、異なる角度からの光は、眼によって、ユーザの眼７９０の網膜７９２上の異なる位置に集束され得る。例えば、光の少なくともいくつかの部分は、網膜７９２上の中心窩７９４に集束され得る。

［００８３］ 光学系６００および光学系７００は、従来の光学系を使用して実装される場合、大型で重いものになり得る。いくつかの実装では、反射光学素子を含む折り畳み光学系を使用して、大きな視野を有するコンパクトなＨＭＤシステムを実装することができる。

ＩＩＩ．折り畳みレンズ
［００８４］ 図８は、第１のレンズＭ−１（または湾曲した基板）および第２のレンズＭ−２（または湾曲した基板）を備える折り畳みレンズ系８００の実施形態を示す。ディスプレイ８０４からの光は、折り畳みレンズ系８００によってアイボックス８０８に中継されてもよい。第１のレンズＭ−１は、その上に形成される部分反射器８１２を含んでもよい。部分反射器８１２は、２０％または４０％以上、かつ６０％または９０％以下の透過率Ｔを有することができる（例えば、Ｔ＝５０％±２％、５％、または１０％の５０／５０ミラー）。第２のレンズＭ−２は、その上に形成される反射型偏光子８１６を含んでもよい。折り畳みレンズ系８００はまた、第１のレンズＭ−１と第２のレンズＭ−２との間に１／４波長板（図８には図示せず）を含むことができる。図８に示したように、ディスプレイ８０４から放射される光は、部分反射器８１２（例えば、光の半分は、部分反射器８１２を透過され得る）および第１のレンズＭ−１によって透過され、反射型偏光子８１６から第２のレンズＭ−２上で反射され、部分反射器８１２および第１のミラーＭ−１から反射され、次いで、反射型偏光子８１６を通ってアイボックス８０８まで透過されてもよい。このようにして、光は、部分反射器８１２および反射型偏光子８１６によって形成されたキャビティ内で折り畳まれ、有効光路を増加させ、コンパクトなフォームファクタで所望の屈折力を達成することができる。

［００８５］ 図９は、折り畳みレンズ系９００の実施形態を示す。折り畳みレンズ系９００は、折り畳みレンズ系８００の具体的な実装であってもよい。折り畳みレンズ系９００の構成要素は、図９では平坦な構成要素として示されているが、構成要素の少なくともいくつかは、湾曲した形状を有してもよい。例えば、構成要素の少なくともいくつかは、例えば図８に示したように、レンズまたは湾曲した基板の表面などの湾曲した表面上に形成されてもよい。

［００８６］ 図９に示した例では、ディスプレイ９０２からの光は、光路（ＯＰ）９０４に沿ってアイボックス９１６へ進む。ディスプレイ９０２からの光は、まず、円偏光に変換されてもよい。円偏光を生成するにはいくつかの方法があり得る。１つは直線偏光子の後に１／４波長板を使用する方法で、この場合、直線偏光子の透過軸は、１／４波長板の高速軸と低速軸との間の半分（４５°）である。非偏光は直線偏光子で直線偏光することができ、直線偏光は１／４波長板で円偏光に変換することができる。例えば、図９に示したように、光路９０４の第１の部分ＯＰ−１の光は、直線偏光子９０６（例えば、吸収偏光子またはビーム分割偏光子）を介して、ディスプレイ９０２を透過した後に直線偏光される。例えば、光は、ｘ／ｙ平面においてｘ軸に対して４５度で偏光されてよく、ここでｚ軸は、光の伝搬方向である。直線偏光は、１／４波長板（ＱＷＰ）９０８を通過して、光路９０４の第２の部分ＯＰ−２に沿って円偏光になり得る。より具体的には、ＱＷＰ９０８の高速軸は、ｙ軸に沿って整列されてもよく、光は、ＱＷＰ９０８を通過した後に、左旋円偏光になり得る。

［００８７］ 次いで、左旋円偏光は、部分反射器９１０を通過し得る。部分反射器９１０を通過した後、光の偏光は、光路９０４の第３の部分ＯＰ−３に沿って変化しない。光学位相差板９１２を通過した後、光は、光路９０４の第４の部分ＯＰ−４上の直線偏光（例えば、ｘ軸に対して４５度）に戻される。例えば、光学位相差板９１２は、ＱＷＰ９０８の軸から９０度回転される軸を有する第２の１／４波長板であってもよい。

［００８８］ 光路９０４の第４の部分ＯＰ−４からの光は、１３５度で直線偏光された光を通過させ、４５度で直線偏光された光を反射する反射型直線偏光子９１４で反射されてもよい。反射型直線偏光子９１４によって反射された後、光路９０４の第４の部分ＯＰ−４からの光は、光路９０４の第５の部分ＯＰ−５において１３５度で直線偏光になることがある。これは、反射面における電界が、ｘ／ｙ平面では変化しないままであるが、ビーム伝搬の方向は反転されるからである。次いで、反射型直線偏光子９１４から反射された光は、光学位相差板９１２を再び通過し、光路９０４の第６の部分ＯＰ−６で（例えば、左旋）円偏光になる。

［００８９］ 光路９０４の第６部分ＯＰ−６からの光は、反射（例えば、５０％反射）され、光路９０４の第７の部分ＯＰ−７で反対方向の（例えば、右旋）円偏光となる。光学位相差板９１２の３回目の通過後、光は、光路９０４の第８の部分ＯＰ−８で直線偏光となり、光路９０４の第４の部分ＯＰ−４での光の偏光方向（例えば、４５度）と直交する偏光方向（例えば、１３５度）となる。次いで、光路９０４の第８の部分ＯＰ−８からの光は、反射型直線偏光子９１４を通ってアイボックス９１６まで透過される。部分反射器９１０（例えば、第１のレンズＭ−１上）と反射型直線偏光子９１４（例えば、第２のレンズＭ−２上）との間のキャビティにおける二重反射および三重パスによって、システムの全物理長を低減することができる。

［００９０］ 図９に示したように、折り畳み光学系は、光路を効果的に「折り畳む」ように、折り畳み光学系内の特定の偏光状態の光を透過および反射するために、１つまたは複数の偏光子および１つまたは複数の波長板を使用することができる。折り畳み光学系は、ＨＭＤの厚さおよび／または重量を減少させることができ、広い視野を提供することができる。しかしながら、偏光子および／または波長板が正確に位置合わせされていない場合には、ユーザの眼に表示される画像の品質が（例えば、強いゴースト画像によって）損なわれることがある。例えば、直線偏光子９０６およびＱＷＰ９０８は、円偏光を生成するために、直線偏光子９０６の偏光方向が、ＱＷＰ９０８の高速軸と低速軸との間の中間（４５度）になるように整列される必要があり得る。ＱＷＰ９０８および光学位相差板９１２は、ＯＰ−４上の光学位相差板９１２を通過する光を直線偏光にするために、ＱＷＰ９０８の高速軸および低速軸が、それぞれ、光学位相差板９１２の低速軸および高速軸に整列されるように整列される必要があり得る。さもなければ、ＯＰ−４上の光学位相差板９１２を通過する光は、直線偏光されなくてもよく、光の少なくとも一部は、反射型直線偏光板９１４を透過して（完全に反射されるのではなく）、ゴースト像を引き起こすことがある。同様に、反射型直線偏光子９１４および光学位相差板９１２は、反射型直線偏光子９１４の偏光方向が、光学位相差板９１２の高速軸と低速軸との間の中間（４５度）になるように整列させる必要があり得る。多くの場合、光学部品を適切に整列させることが困難であったり、コストがかかり、または時間がかかることがあり、これはまた、使用中に、それらが初期段階で正確に整列されていても、不整列になることがあり得る。そのため、正確な整列が必要となり得るこれらの光学部品の少なくともいくつかを除去することが望ましい。

ＩＶ．反射型円偏光子
［００９１］ 特定の実施形態によれば、反射型円偏光子を折り畳み光学系に使用して、整列を必要とし得る反射型直線偏光子と波長板とを置き換えることができ、これにより、整列処理を避けることができる。反射型円偏光子は、反射光の掌性を入射光と同じに保ちながら第１の円偏光状態の光を反射し、第２の（例えば、反対の）円偏光状態の光を透過させるように構成することができる。いくつかの実施態様では、ディスプレイ装置からの表示光を偏光させて第１の円偏光状態にし、次いで、部分反射器（例えば、５０／５０ミラー）を通過させ、反射型円偏光子によって反射させて部分反射器まで戻すことができる。部分反射器は、第１の円偏光状態の光を反射させて第２の円偏光状態の光にし、反射型円偏光子まで戻すことができる。次いで、反射型円偏光子は、部分反射器から反射された第２の円偏光状態の光を通過させることができる。このようにして、ディスプレイ装置からの第１の円偏光状態の表示光は、第２の偏光状態の光としてユーザの眼に到達する前に、光学系によって折り畳まれてもよい。いくつかの実装では、直線偏光子９０６およびＱＷＰ９０８は、組み合わされてディスプレイ装置からの表示光を円偏光するが、整列要件をさらに減らすために、円偏光子で置き換えることができる。

［００９２］ 反射型円偏光子を実装するには、多数の異なる方法があり得る。いくつかの実施形態では、反射型円偏光子は、コレステリック液晶（ＣＬＣ） （キラル液晶とも呼ばれる）を使用して実装されてもよい。ＣＬＣ円偏光子によって反射される光の偏光状態は、液晶分子によって形成されるコレステリックヘリカル上部構造の掌性に依存し得る。反射型円偏光子の反射率を改善するために、コレステリック液晶材料の複数の層を使用することができる。いくつかの実施形態では、異なるピッチ（または周期）を有するコレステリック液晶の複数の層を使用して、異なる波長の光を反射することができる。コレステリック液晶ベースの反射型円偏光子を、以下でより詳しく説明する。

［００９３］ 液晶では、棒状の液晶分子は、一般的に、ダイレクタと呼ばれる軸に沿って慣性モーメントがほぼ揃った状態で配向されている。液晶分子の異方性配向により、屈折率、弾性定数、粘度、誘電率、熱伝導率および電気伝導率などの液晶の物理的特性も異方性を有し得る。液晶は対掌性になりうる。例えば、アキラルＬＣホスト材料は、キラル材料でドープされた場合（しばしばキラルドーパントと呼ばれる）、らせん状の超分子構造を形成することができる。キラル液晶中の液晶分子は、層構造内の層法線に対して有限の角度で傾斜していてもよい。キラリティは、１つの層から次の層への有限の方位ねじれを誘発し、層法線方向に沿った分子軸のらせんねじれを生成することができる。ＬＣ分子が完全な３６０°ねじれを受ける距離は、キラルピッチｐと呼ばれる。カイラル液晶の構造は、０°および±１８０°におけるディレクタが等価であるため、ハーフピッチごとに繰り返す。ピッチｐは、温度が変化したとき、または他の分子（例えば、キラルドーパント）が液晶ホストに添加されたときに変化させることができる。したがって、ピッチは、異なる材料または異なる濃度の材料（例えば、キラルドーパント）で液晶ホストをドープすることによって調整され得る。いくつかの液晶デバイスでは、ピッチは、可視光の波長と同程度であってもよい。このようなＣＬＣデバイスは、ブラッグ反射や低閾値レーザ発光などの特異な光学特性を示すことがある。さらに、ＣＬＣはまた、特殊な電気光学効果、例えば、メモリ効果、回折格子効果、並びにらせんの引き出し効果（ｗｉｔｈｄｒａｗａｌ ｅｆｆｅｃｔ）を示す。

［００９４］ コレステリック液晶の別の構造パラメータは、ねじれ感（ｔｗｉｓｔ ｓｅｎｓｅ）であり、これは、らせんの掌性（左旋または右旋）を決定する。独特のらせん構造により、コレステリック液晶は、選択的光反射、旋光効果、および他の液晶材料と区別する円偏光二色性など、特定の光学特性を示すことがある。巨視的な観点から、掌性は、コレステリック液晶の光学的反射特性を決定する。ＣＬＣ分子は、次式に従って、ｚ方向に沿って空間内にらせんを形成し得る。

ここで、ｐはらせんのピッチであり、φ_０は境界条件に依存する定数である。このらせん構造は、掌性が変化しない円偏光の反射をもたらす可能性がある。

［００９５］ 図１０は、左旋らせん構造を有するコレステリック液晶円偏光子１０００の実施形態を示す。円偏光子１０００は、基板１０１０と基板１０２０との間に埋め込まれた複数の層を含んでもよい。インサート１０５０はらせん構造のハーフピッチを示す。インサート１０５０に示したように、複数の層内の液晶分子１００２は、層法線（ｚ方向）に対して異なる角度だけ傾斜してもよく、層法線に沿って分子軸のらせんねじれを生成してもよい。図１０に示した例では、液晶分子は左旋らせん構造を形成する。このように、円偏光子１０００に入射する左旋円偏光１０３０は反射され、左旋円偏光１０３２として戻されることがある。一方、円偏光子１０００に入射する右旋円偏光１０４０は、右旋円偏光１０４２として円偏光子１０００を通過することがある。

［００９６］ 図１１は、右旋らせん構造を有するコレステリック液晶円偏光子１１００の実施形態を示す。円偏光子１１００は、複数の層１１１０を含むことができる。インサート１１５０は、らせん構造のハーフピッチを示す。インサート１１５０に示すように、複数の層１１１０内の液晶分子１１０２は、層法線（ｚ方向）に対して異なる角度だけ傾斜され、層法線に沿って分子軸のらせんねじれを生成し得る。図１１に示す実施例では、液晶分子は右旋らせん構造を形成する。このように、右旋円偏光成分と左旋円偏光成分とを含む非偏光１１２０が円偏光子１１００に入射すると、右旋円偏光成分は反射され、右旋円偏光１１３０として戻されることがある。対照的に、左旋円偏光成分は、左旋円偏光１１４０として円偏光子１１００を通過することがある。

［００９７］ したがって、円偏光子によって反射される円偏光の掌性は、対応する掌性に従って円偏光子内の液晶分子をねじることによって選択されることがある。対照的に、ガラスまたは金属反射器は、入射円偏光を反射し、その結果、反射円偏光は、入射円偏光と比較して反対の掌性を有する。反射型ＣＬＣ円偏光子と金属またはガラス反射器との間の反射特性のこのような差は、以下の図１２Ａおよび図１２Ｂに示されている。

［００９８］ 図１２Ａは、右旋らせんを有するコレステリック液晶円偏光子１２００の実施形態を示す。円偏光子１２００は、２つの基板１２１０の間に埋め込まれた液晶分子１２２０を含む。液晶分子１２２０は、右旋らせん構造を形成する。このように、円偏光子１２００に入射する右旋円偏光１２３０は、右旋円偏光１２３２として反射して戻されてもよく、一方、円偏光子１２００に入射する左旋円偏光１２４０は、左旋円偏光１２４２として円偏光子１２００を通過してもよい。

［００９９］ 図１２Ｂは、ガラスまたは金属ミラー１２５０による円偏光の反射を示す。図示したように、ガラスまたは金属ミラー１２５０に入射する右旋円偏光１２６０は、左旋円偏光１２７０として反射して戻されてもよい。

［０１００］ 図１３は、様々なセル厚を有する例示的なコレステリック液晶セルの正規化された選択反射スペクトルを示す。ヘリカル構造から生じる屈折率の周期的変化により、ＣＬＣはＢｒａｇｇの関係に基づいて入射光を選択的に反射することができる。選択反射の中心波長λおよび波長範囲（すなわち、帯域幅）Δλは、それぞれλ＝ｎｐおよびΔλ＝Δｎｐと表すことができる。ここで、ｎ＝（ｎ_ｏ＋ｎ_ｅ）／２は、局所一軸構造の常光屈折率（ｎ_ｏ）および異常光屈折率（ｎ_ｅ）の平均であり、ｐはらせんピッチであり、Δｎ＝ｎ_ｅ−ｎ_ｏは複屈折である。反射帯域幅内では、左旋らせん構造を持つコレステリック液晶は、右旋円偏光を通過させ、左旋円偏光を反射させることができる。右旋らせん構造を有するコレステリック液晶は、左旋円偏光を通過させ、右旋円偏光を反射させることができる。反射帯域幅外では、左旋および右旋円偏光の両方が透過される。また、コレステリック液晶の偏光選択性により、通常の非偏光がＣＬＣを通過する場合には、最大反射率は通常５０％までに制限され、他の５０％以上がコレステリック液晶を透過することがある。

［０１０１］ 図１３に示した例では、第１のコレステリック液晶セルは、６ピッチを含むことができ、第１のコレステリック液晶セルの反射スペクトルは、曲線１３１０によって示される。曲線１３１０は、可視光帯域における第１のコレステリック液晶セルの最大正規化反射率が約８０％であり、波長選択性があまり良好でないことを示す。第２のコレステリック液晶セルは、１０ピッチを含むことができる。第２のコレステリック液晶セルの反射スペクトルは、曲線１３２０によって示される。曲線１３２０は、可視光帯域における第２のコレステリック液晶セルの最大正規化反射率が９５％に近く、波長選択性が第１のコレステリック液晶セルよりもはるかに良好であることを示している。曲線１３３０および１３４０は、それぞれ１５および２０ピッチのセル厚を有する第３および第４のコレステリック液晶セルの反射スペクトルを示す。図示したように、第３および第４のコレステリック液晶セルは、１００％に近いピーク正規化反射率を有し、非常に良好な波長選択性を有する。したがって、１つの円偏光状態（例えば、右旋または左旋）の光は、ほとんど全て反射されてもよく、その結果、透過光は、反対の円偏光状態（例えば、左旋または右旋）の光のみを含んでもよい。

［０１０２］ コレステリック液晶ベースの円偏光子は、透明ガラス基板などの基板上に種々の方法で作製され得る。例えば、コレステリック液晶ベースの円偏光子は、ダブルツイストコレステリック液晶層（ここで、液晶分子は、基板に垂直な方向と基板に平行な方向との２つの方向に沿ってねじれ得る）または液晶ポリマー層を使用して形成され得る。一実施形態では、所望のパターンを含む配向層が、例えば、フォトリソグラフィ、直接書き込み（例えば、ｅ−ビームを使用する）、またはホログラフィック記録を使用して、基板上に形成されてもよい。液晶ポリマー薄膜は、配向層上にコーティングされてもよい。液晶ポリマー（またはモノマー）分子は、配向層上のパターンに従って配向することができる。ＵＶ重合（または硬化）プロセスを使用して、液晶ポリマー（またはモノマー）分子を重合させることができ、これにより、液晶分子を入射直線偏光ＵＶ光に対して平行または垂直に配向させ、液晶分子を薄膜内に固定することができる。コーティングおよび重合プロセスは、所望の反射率を達成するために、所望の厚さ（またはピッチ数）を有する液晶ポリマー分子の三次元スパイラル構造を生成するために繰り返し実行されてもよい。

Ｖ．円偏光子を用いた折り畳みレンズ
［０１０３］ 折り畳みレンズ系８００または９００は、図１０〜図１２に関して上述したＣＬＣ円偏光子を使用して、簡略化され、改良されてもよい。例えば、ＣＬＣ円偏光子を使用して、直線偏光子９０６およびＱＷＰ９０８を置き換えるか、または光学位相差板９１２および反射型直線偏光子９１４を置き換えることができる。したがって、光学位相差板９１２と反射型直線偏光板９１４との整列は、単一の反射型円偏光板で置き換えられるので、除外されてもよい。直線偏光子９０６とＱＷＰ９０８との整列は、それらが単一の円偏光子（例えば、反射型または吸収型円偏光子）によって置き換えられる場合には、除外されてもよい。ＱＷＰ９０８と反射型直線偏光子９１４（および光学位相差板９１２）との整列は、円偏光子によって透過または反射される光が、特定の方向または角度に沿って直線偏光されるのではなく、左旋円偏光または右旋円偏光のいずれかであるため、除外することもできる。

［０１０４］ 図１４は、特定の実施形態による、１つまたは複数の円偏光子を含む折り畳みレンズ系１４００の一実施例を示す。折り畳みレンズ系１４００は、ディスプレイ１４０２と共に使用することができる。ディスプレイ１４０２からの光は、折り畳みレンズ系１４００を通り、光路（ＯＰ）１４０４に沿ってユーザの眼まで移動することができる。光路１４０４の第１の部分ＯＰ−１では、ディスプレイ１４０２からの光は、偏光されないことがある。ディスプレイ１４０２からの非偏光光は、まず、円偏光子１４０８によって円偏光に変換されてもよい。図１４に示された実施例では、円偏光子１４０８を通過した後、ディスプレイ１４０２からの光は、光路１４０４の第２の部分ＯＰ−２に沿って左旋円偏光になる。

［０１０５］ 部分反射器１４１０を通過した後、光の偏光状態は、光路１４０４の第３の部分ＯＰ−３に沿って変化しない。光路１４０４の第３の部分ＯＰ−３からの光は、反射型偏光子１４１４に到達することができ、これは、上述のように、反射型ＣＬＣ円偏光子であってもよい。図１４に示した実施例では、反射型偏光子１４１４は、左旋円偏光子を含んでもよく、したがって、図１０に示したように、右旋円偏光を透過しつつ、左旋円偏光子を反射してもよい。反射型偏光子１４１４によって反射された左旋円偏光は、それが部分反射器１４１０に到達する前に、光路１４０４の第４の部分ＯＰ−４に沿って伝搬してもよい。部分反射器１４１０は、例えば、図９または図１２Ｂに関して上述したように、左旋円偏光を反射して右旋円偏光にすることができる。部分反射器１４１０から反射された右旋円偏光は、光路１４０４の第５の部分ＯＰ−５に沿って伝搬し、再び反射型偏光子１４１４に到達し得る。上述のように、図１４に示された実施例では、反射型偏光子１４１４は、損失がほとんどまたは全くない右旋円偏光を透過する左旋円偏光子であってもよい。反射型偏光子１４１４を通過した後、右旋円偏光は、ユーザの眼に向かって光路１４０４の第６の部分ＯＰ−６に沿って伝搬してもよい。

［０１０６］ 部分反射器１４１０および反射型偏光子１４１４によって形成されるキャビティ内の二重反射のため、ディスプレイ１４０２からの光は、キャビティを３回通過することができ、その結果、システムの全物理長（部分反射器１４１０と反射型偏光子１４１４との間の距離を含む）は、光学長を短縮することなく減少させることができる。

［０１０７］ 種々の実施形態では、円偏光子１４０８、部分反射器１４１０、および反射型偏光子１４１４のいずれかは、平坦または湾曲形状を有してもよい。例えば、円偏光子１４０８、部分反射器１４１０、および反射型偏光子１４１４のいずれかは、平坦または湾曲した基板上に形成されてもよい。いくつかの実施形態では、円偏光子１４０８、部分反射器１４１０、および反射型偏光子１４１４のいずれかは、図８に関して上述したように、レンズ（例えば、凹レンズまたは凸レンズ）の表面上に形成されてもよい。

ＶＩ．表示モードおよびシースルーモード用の折り畳みレンズ
［０１０８］ いくつかの用途では、（１）ニアアイディスプレイ装置（例えば、種々のＬＣＤまたはＬＥＤディスプレイ）からの画像をユーザの眼に投影できる表示モード（例えば、ＶＲまたはＡＲ用途において）、および（２）周辺光がニアアイディスプレイシステムを通過してユーザの眼に至ることができる光学シースルーモードの両方で、ニアアイディスプレイシステムを使用できることが望ましい場合がある。これは、（１）ディスプレイ装置からの第１の偏光状態（例えば、左旋円偏光などの円偏光）の折り畳み光、および（２）シースルーモードのための第２の偏光状態（例えば、右旋円偏光などの別の円偏光）の光を透過させ（折り畳みなし）、したがって、表示モード（例えば、大きな屈折力）およびシースルーモード（例えば、小さなまたはゼロに近い屈折力）のための異なる屈折力を生成する折り畳み光学系を使用することによって達成され得る。

［０１０９］ 上述の折り畳みレンズ系１４００はまた、表示された画像が投影されないシースルーモードで使用されてもよい。図１４に示したように、シースルーモードでは、円偏光子１４０８および／またはディスプレイ１４０２（透明でない場合）を除去することができる。周囲環境からの右旋円偏光は、光路１４１８に沿って、透明ディスプレイ（例えば、ディスプレイ１４０２）、部分反射器１４１０、および反射型偏光子１４１４を通過し、ユーザの眼に到達し得る。しかしながら、上述のように、周囲環境からの左旋円偏光は、透明ディスプレイ（例えば、ディスプレイ１４０２）および部分反射器１４１０を通過することもあれば、反射型偏光子１４１４によって反射されて部分反射器１４１０まで戻ることもあり得る。部分反射器１４１０は次に、左旋円偏光を反射して、反射型偏光子１４１４に向かって右旋円偏光にすることができ、この偏光子は、右旋円偏光をユーザの眼に向かって透過されてもよい。右旋円偏光は、部分反射器１４１０および反射型偏光子１４１４によって形成されるキャビティを１回通過するため、右旋円偏光に対する折り畳みレンズ系１４００の屈折力は比較的小さく、例えばゼロに近くてもよい。一方、左旋円偏光は、部分反射器１４１０および反射型偏光子１４１４によって形成されるキャビティ内で前後に反射されてもよく、したがって、左旋円偏光に対する折り畳みレンズ系１４００の屈折力は、比較的大きくてもよい。

［０１１０］ したがって、シースルーモードでは、第１の偏光状態（例えば、左旋円偏光）の光と、同じ物体からの第２の偏光状態（例えば、右旋円偏光）の光との両方がユーザの眼に到達することがあるが、異なる屈折力で屈折および／または反射されることがある。そのため、第１の偏光状態の光と第２の偏光状態の光とで、作用する合焦能力が異なるため、周囲環境の画像が不鮮明になることがある。したがって、画像の明るさ、コントラスト、鮮明さが低下することがある。

［０１１１］ 上述のように、ＣＬＣ反射型円偏光子中の液晶分子の配向は、コレステリックヘリカル超構造を形成するため、ある方法で整列させることができ、ここで、円偏光子によって反射される光の偏光状態は、コレステリックヘリカル超構造の掌性によって決定され得る。多くの液晶デバイス（例えば、上述の反射型円偏光子）では、液晶分子の配向（または整列）は、液晶デバイスに電圧信号を印加することによって変化または再整列させることができる。例えば、電圧信号が液晶装置に印加されると、液晶装置の液晶分子は、液晶分子のダイレクタが電界Ｅに平行になるように再整列され、これにより、液晶装置は任意の偏光の光を透過させることができる。したがって、上述のような円偏光子は、円偏光子に電圧信号が印加されると、任意の偏光状態の光に対して透明になることがある。

［０１１２］ このように、上述のような円偏光子を有するニアアイディスプレイ装置の動作は、異なるレベルまたは極性を有する電圧信号を円偏光子に印加することによって、表示モード（反射型円偏光子による光反射を伴う）とシースルーモード（反射型円偏光子による光反射を伴わない）との間で切り替えられ得る。例えば、いくつかの実施形態では、電圧信号が反射型円偏光子に印加されない場合には、表示光は、円偏光子（例えば、反射型、吸収型、またはビーム分割型円偏光子）を用いて、第１の円偏光状態（例えば、左旋または右旋）に偏光されてもよい。第１の円偏光状態の表示光は、５０／５０ミラーを通過してもよく、次いで、図１４に関して上述したように、ＣＬＣ反射型円偏光子によって反射され、５０／５０ミラーまで戻されてもよい。５０／５０ミラーは、第１の円偏光状態の表示光を反射して、反射型円偏光子によって透過され得る第２の円偏光状態（例えば、右旋または左旋）の光にすることができる。したがって、反射型円偏光子は、画像面上に画像を投影するために、表示モードで光を折り畳むのに役立ち得る。電圧信号が反射型円偏光子に印加されると、液晶分子は電界と整列することができ、これによって、任意の偏光状態の光は、折り畳まれることなく、反射型円偏光子（電圧信号によって任意の偏光状態の光に対して透明になり得る）を通過することができる。このようにして、上述の折り畳みレンズ系は、シースルーモードにおける画像の品質を損なうことなく、表示モードおよびシースルーモードの両方で使用することができる。

［０１１３］ 図１５Ａは、反射型円偏光子１５１４を含み、特定の実施形態による表示モードで動作する折り畳みレンズ系１５００の一実施例を示す。反射型円偏光子１５１４は、上述のように、ＣＬＣ円偏光子であってもよく、電圧源１５１８によって制御されてもよい。表示モードでは、反射型円偏光子１５１４は、電圧源１５１８から切り離されてもよく、結果として、例えば、図１０〜図１２に関して記載されているように、反射型円偏光子として機能してもよい。ディスプレイ１５０２（折り畳みレンズ系１５００の一部ではない）からの光であって、光路１５０４の第１の部分ＯＰ−１上を伝搬する光は、左旋円偏光子１５０８によって円偏光に変換されてもよく、光路１５０４の第２の部分ＯＰ−２に沿って左旋円偏光になる。部分反射器１５１０（例えば、５０／５０ミラー）を通過した後、光は光路１５０４の第３の部分ＯＰ−３に沿って左旋円偏光のままである。光路１５０４の第３の部分ＯＰ−３からの光は、反射型円偏光子１５１４に到達し得る。

［０１１４］ 反射型円偏光子１５１４は、左旋円偏光子を含んでもよく、したがって、右旋円偏光を透過しつつ、左旋円偏光を反射してもよい。反射型円偏光子１５１４によって反射された左旋円偏光は、部分反射器１５１０に到達する前に、光路１５０４の第４の部分ＯＰ−４に沿って伝搬し得る。部分反射器１５１０は、図１２Ｂに関して上述したように、左旋円偏光を反射して右旋円偏光にし得る。部分反射器１５１０から反射された右旋円偏光は、光路１５０４の第５の部分ＯＰ−５に沿って伝搬し、再び反射型円偏光子１５１４に到達し得る。反射型円偏光子１５１４は、左旋円偏光子であり、そのため、ほとんどまたは全く損失がないまま、右旋円偏光を透過させることができる。反射型円偏光子１５１４を通過した後、右旋円偏光は、アイボックス１５１６に向かって、光路１５０４の第６の部分ＯＰ−６に沿って伝搬し得る。ディスプレイ１５０２からの光は、表示モードにおいて、部分反射器１５１０と反射型円偏光子１５１４との間のキャビティを３回通過し得るため、光学長を短縮することなく、システムの全物理長を減少させることができ、画像面上に表示画像を投影するために、折り畳みレンズ系１５００によって、非ゼロ屈折力を達成することができる。

［０１１５］ 図１５Ｂは、反射型円偏光子を含み、シースルーモードで動作する折り畳みレンズ系の一実施例を示す。いくつかの実施形態では、ディスプレイ１５０２は、図４に関して上述のような透明ディスプレイであってもよく、または透明液晶ディスプレイであってもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイ１５０２は、透明でなくてもよく、シースルーモードで除去または変位させることができる。シースルーモードでは、反射型円偏光子１５１４は、電圧源１５１８に接続されてもよく、したがって、上述のように、任意の偏光状態の光に対して透明であってもよい。周囲環境からの光および／または透明ディスプレイ（例えば、ディスプレイ１５０２）を通過する光は、光路１５０６の第１の部分ＯＰ−１上を伝搬してもよく、左旋円偏光子１５０８によって、光路１５０６の第２の部分ＯＰ−２に沿った円偏光に変換されてもよい。光の偏光状態は、部分反射器１５１０を通過した後も変化しない。光路１５０６の第３の部分ＯＰ−３上の左旋円偏光は、反射型円偏光子１５１４に到達し得る。反射型円偏光子１５１４は、電圧源１５１８に接続されると、任意の偏光状態の光に対して透明になり得るため、アイボックス１５１６に向かってほとんどまたは全く損失なく、左旋円偏光を透過させ得る。周囲環境（および／またはディスプレイ１５０２）からの光は、一旦シースルーモードで、部分反射器１５１０と反射型円偏光子１５１４との間のキャビティを通過し得るので、システムの物理長は光学長と同等であってもよく、折り畳みレンズ系１５００は、シースルーモードでは周囲の物体に対して比較的小さな屈折力を有してもよい。いくつかの実施形態では、折り畳みレンズ系１５００は、折り畳みレンズ系１５００の屈折力が、ユーザの視覚（近視または遠視のいずれか）を矯正するのを助けることができるように構成されてもよい。このように、折り畳みレンズ系１５００は、シースルーモードにおける補正レンズとして機能し得る。

［０１１６］ 種々の実施形態では、円偏光子１５０８、部分反射器１５１０、および反射型円偏光子１５１４のいずれかは、平坦な形状または湾曲した形状を有してもよい。例えば、円偏光子１５０８、部分反射器１５１０、および反射型円偏光子１５１４のいずれかは、平坦な基板または湾曲した基板上に形成されてもよい。いくつかの実施態様では、円偏光子１５０８、部分反射器１５１０、および反射型円偏光子１５１４のいずれかは、図８に関して上述したように、レンズ（例えば、凹レンズまたは凸レンズ）の表面上に形成されてもよい。

［０１１７］ いくつかの実施形態では、ディスプレイ１５０２は、上述のように、透明液晶ディスプレイまたは導波路ディスプレイなどの透明ディスプレイであってもよく、折り畳みレンズ系１５００は、拡張現実、複合現実、または複合現実デバイスとして機能してもよく、これらを使用して、物理世界および仮想世界の両方の画像をユーザに提示することができる。例えば、折り畳みレンズ系１５００の前方の物理世界からの光は、ディスプレイ１５０２を通過し、次いで、ディスプレイ１５０２からユーザの眼への表示光と同様に伝搬し得る。

［０１１８］ いくつかの実施形態では、折り畳みレンズ系１５００は、ディスプレイ１５０２上に形成されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、ディスプレイ１５０２は、ディスプレイ１５０２の外部から入射する光を反射する一方で、ディスプレイ１５０２の内部から光を透過させ得る出力面を含んでもよい。したがって、部分反射器１５１０は必要とされないこともあり、反射型円偏光子１５１４はディスプレイ１５０２上に形成されてもよい。ディスプレイ１５０２からの光は、出力面を通過して、反射型円偏光子１５１４に到達することができ、円偏光子は、第１の円偏光状態の光をユーザの眼に伝送し、第２の円偏光状態の光をディスプレイ１５０２の出力面に反射させ得る。第２の円偏光状態の反射光は、ディスプレイ１５０２の出力面によって反射され、第１の円偏光状態の光になって、反射型円偏光子１５１４に戻され、次いで、ディスプレイ１５０２の出力面から、第１の円偏光状態の光をユーザの眼まで透過させ得る。

［０１１９］ いくつかの実施形態では、コレステリック液晶セルは、１つの反射帯域を含み得る。式Δλ＝Δｎｐ＝（ｎ_ｅ−ｎ_ｏ）ｐによれば、帯域幅Δλは、垂直入射における複屈折Δｎおよびｐに依存する。Δｎおよびｐが大きいほど、Δλは大きくなる。液晶材料またはほとんどの無色有機材料について、Δｎは、約０．０３〜約０．４５またはそれ以上の範囲になり得る。したがって、Δλは、可視スペクトルにおいて約１１０ｎｍ以上とすることができる。

［０１２０］ 高いΔｎを有するコレステリック液晶材料は、合成が困難で、粘度が高く、化学的および熱的安定性が低く、色欠陥を有することがある。したがって、ＣＬＣ材料のΔｎを増加させることによって可視光範囲をカバーできるＣＬＣ反射型円偏光子を作ることは困難になり得る。式λ＝ｎｐによれば、ＣＬＣ反射型円偏光子の反射帯の中心波長は、平均屈折率ｎまたはＣＬＣ反射型円偏光子のピッチｐを変化させることによって変えることができる。いくつかの実施態様では、反射型円偏光子は、各層が異なるピッチを有し、赤、緑、青の光または赤外光などの異なる波長範囲に対する反射型円偏光子として機能し得る複数の層を含んでもよい。異なる波長範囲に対して複数のＣＬＣ層を積層することにより、円偏光の広帯域反射を達成することができる。例えば、可視光用の広帯域円偏光子は、それぞれ赤、緑、および青の円偏光を反射する３つのＣＬＣ層のスタックを含むことができる。ＣＬＣ層は、上述のように異なる波長範囲の円偏光を反射するために、異なるピッチを有してもよい。いくつかの実施形態では、広い反射帯域を達成するために、ＣＬＣのピッチが徐々に変化するように、ＣＬＣ反射型円偏光子を製造してもよい。

［０１２１］ 図１６は、異なるピッチを有するコレステリック液晶層の３つの例の透過スペクトルを示す。曲線１６１０は、赤色光に対して比較的高い反射率を有する第１のＣＬＣ円偏光子層の透過スペクトルを示す。曲線１６２０は、緑色光に対して比較的高い反射率を有する第２のＣＬＣ円偏光子層の透過スペクトルを示す。曲線１６３０は、青色光に対して高い反射率を有する第３のＣＬＣ円偏光子層の透過スペクトルを示す。３つのＣＬＣ層のスタックは、広い波長範囲の光に対して比較的高い反射率を有し得る。いくつかの実施形態では、円偏光子１５０８または反射型円偏光子１５１４は、それぞれが異なる波長範囲に対する反射型円偏光子として機能するＣＬＣ層のスタックを含んでもよい。

［０１２２］ 折り畳みレンズ系１５００では、透明ディスプレイからの周辺光または光は、シースルーモードで円偏光子（例えば、円偏光子１５０８）によって減衰されてもよい。いくつかの実施形態では、円偏光子１５０８は、ＣＬＣ円偏光子を使用して実装されてもよく、電圧信号を使用して円偏光子１５０８および反射型円偏光子１５１４の両方を切り替えることによって、折り畳みレンズ系を表示モードまたはシースルーモードに設定されてもよい。電圧信号が円偏光子１５０８に印加されない場合、折り畳みレンズ系１５００は、表示モードに設定されてもよく、円偏光子１５０８は、上述のように円偏光子として機能してもよい。電圧信号が円偏光子１５０８に印加され、円偏光子１５０８が任意の偏光状態の光に対して透明な装置になると、折り畳みレンズ系１５００はシースルーモードに設定され得、ここで、任意の偏光状態の光は、ほとんどまたは全く損失することなく、円偏光子１５０８を通過することができる。上述のように、シースルーモードでは、反射型円偏光子１５１４は、電圧源１５１８に接続されてもよく、したがって、任意の偏光状態の光に対して、ほとんどまたは全く損失のない透明になり得る。

ＶＩＩ．表示モードで切り替え可能な屈折力を有する折り畳みレンズ
［０１２３］ 追加的にまたは代替的に、図１５Ａおよび図１５Ｂに示したような２つの円偏光子および部分反射器（例えば、５０／５０ミラー）を使用して、異なる画像面に画像を投影するための折り畳み光学装置の屈折力を変化させてもよい。例えば、円偏光子に電圧信号が印加されない場合、第１の円偏光状態の表示光は、第１の円偏光子および５０／５０ミラーを通過し、第２の円偏光子に到達し得る。第２の円偏光子は、第１の円偏光状態の光を、上述のように反射させて５０／５０ミラーまで戻してもよい。５０／５０ミラーは、第１の円偏光状態の表示光を反射させて、第２の円偏光子によって透過され得る第２の円偏光状態の光にし得る。したがって、折り畳み光学装置は、第１の円偏光状態の光を折り畳んでもよく、したがって、表示光の第１の円偏光状態の光に対して第１の屈折力を有してもよい。電圧信号が両方の円偏光子（または第２の円偏光子のみ）に印加されるとき、円偏光子（または第２の円偏光子のみ）内の液晶分子は、電界と整列されてもよく、その結果、任意の偏光状態の光は、折り畳まれることなく２つの円偏光子（または第２の円偏光子のみ）を通過することができる。したがって、折り畳まれた光学装置は、電圧信号が印加されたときには、第２の屈折力を有してもよい。このようにして、折り畳まれた光学装置は、異なる屈折力を有してもよく、異なる画像面上に表示された画像を中継することができる。

［０１２４］ 図１７Ａは、特定の実施形態による、第１の屈折力で動作するように構成された折り畳みレンズ系１７００の一実施例を示す。折り畳みレンズ系１７００は、ディスプレイ１７０２によって生成された画像を異なる画像面上に投影することができる。折り畳みレンズ系１７００は、第１の円偏光子１７０８、部分反射器１７１０、および第２の円偏光子１７１４を含んでもよい。いくつかの実施形態では、第１の円偏光子１７０８および／または第２の円偏光子１７１４は、反射型ＣＬＣ円偏光子であってもよく、図１６に関して上述のように、それぞれが異なる波長範囲のための円偏光子として機能するＣＬＣ層のスタックを含んでもよい。第１の円偏光子１７０８は、電圧源１７１６によって制御されてもよく、切り替え可能であってもよい。図１７Ａに示したように、第１の円偏光子１７０８は、電圧源１７１６から切り離されてもよく、したがって、上述のように、例えば、左旋円偏光子として機能してもよい。ディスプレイ１７０２からの光であって、光路１７０４の第１の部分ＯＰ−１上を伝搬する光は、第１の円偏光子１７０８によって偏光され、光路１７０４の第２の部分ＯＰ−２に沿って左旋円偏光になり得る。部分反射器１７１０（例えば、５０／５０ミラー）を通過した後、表示光は、光路１７０４の第３の部分ＯＰ−３に沿って左旋円偏光のままである。光路１７０４の第３の部分ＯＰ−３からの光は、第２の円偏光子１７１４に到達してもよい。

［０１２５］ 第２の円偏光子１７１４は、左旋円偏光子を含んでもよく、したがって、左旋円偏光を反射してもよい。第２の円偏光子１７１４によって反射された左旋円偏光は、部分反射器１７１０に到達する前に、光路１７０４の第４の部分ＯＰ−４に沿って伝搬してもよい。部分反射器１７１０は、左旋円偏光を反射して、右旋円偏光にすることができる。部分反射器１７１０で反射された右旋円偏光は、光路１７０４の第５の部分ＯＰ−５に沿って伝搬し、再び第２の円偏光子１７１４に到達し得る。次いで、（左旋の）第２の円偏光子１７１４は、ほとんどまたは全く損失がないまま、右旋円偏光を透過させることができる。ディスプレイ１７０２からの光は、部分反射器１７１０と第２の円偏光子１７１４との間を３回移動し得るため、折り畳みレンズ系１７００は、第１の屈折力を有してもよく、第１の画像面上に表示画像を投影してもよい。

［０１２６］ 図１７Ｂは、特定の実施形態による、第２の屈折力で動作するように構成された折り畳みレンズ系１７００を示す。図１７Ｂに示したように、第１の円偏光子１７０８は、電圧源１７１６に接続されてもよく、電圧源１７１６によって第１の円偏光子に印加される電場は、電場が印加されると、第１の円偏光子１７０８が右旋円偏光子として機能し得るように、液晶分子の掌性を変化させてもよい。ディスプレイ１７０２からの光および光路１７０６上を伝搬する光は、第１の円偏光子１７０８（現時点では右旋）によって円偏光されてもよく、光路１７０６に沿って右旋円偏光になってもよい。部分反射器１７１０を通過した後、表示光は、右旋円偏光のままでよく、左旋の第２の円偏光子１７１４に到達し得る。（左旋の）第２の円偏光子１７１４は、右旋円偏光の表示光をほとんどまたは全く損失させることなく、透過させ得る。ディスプレイ１７０２からの光は、一旦、部分反射器１７１０と第２の円偏光子１７１４との間のキャビティを通過し得るため、折り畳みレンズ系１７００は、第１の屈折力とは異なる第２の屈折力を有してもよく、表示された画像を第２の画像面上に投影してもよい。

［０１２７］ いくつかの実施形態では、第２の円偏光子１７１４は、電圧源によって制御されてもよく、切り替え可能であってもよい。例えば、電圧信号が第１の円偏光子１７０８および第２の円偏光子１７１４に印加されると、両方の円偏光子は、任意の偏光状態の光を伝送し得る。したがって、折り畳みレンズ系１７００は、表示光を折り畳まなくてもよく、図１７Ａに関して上述の第１の屈折力とは異なる第２の屈折力を有してもよい。

［０１２８］ 様々な実施形態では、第１の円偏光子１７０８、部分反射器１７１０、および第２の円偏光子１７１４のいずれかは、平坦な形状または湾曲した形状を有してもよい。例えば、第１の円偏光子１７０８、部分反射器１７１０、および第２の円偏光子１７１４のいずれかは、平坦な基板または湾曲した基板上に形成されてもよい。いくつかの実施形態では、第１の円偏光子１７０８、部分反射器１７１０、および第２の円偏光子１７１４のいずれかは、図８に関して上述のように、レンズ（例えば、凹レンズまたは凸レンズ）の表面上に形成されてもよい。円偏光子および／または部分反射器が形成されるレンズは、非ゼロ屈折力を有し得るので、異なる値の２つの非ゼロ屈折力は、２つの異なる画像面上に表示された画像を投影するための円偏光子を切り替えることによって達成され得る。いくつかの実施形態では、複数の切り替え可能な円偏光子を使用して、折り畳みレンズ系の屈折力を複数の値のうちの１つに設定してもよく、したがって、表示画像は、複数の画像面のうちの１つに投影されてもよい。

ＶＩＩＩ．方法例
［０１２９］ 図１８は、特定の実施形態による、１つまたは複数の切り替え可能な円偏光子を使用して、複数の画像面で画像を表示する方法の一実施例を示す簡略化されたフロー図１８００である。フロー図１８００に記載された動作は、例示を目的にしたものに過ぎず、限定することを意図していない。様々な実装では、付加的な動作を追加し、いくつかの動作を省略し、いくつかの動作を組み合わせ、いくつかの動作を分割し、またはいくつかの動作を並べ替えるために、フロー図１８００に修正を行うことができる。フロー図１８００に記載される動作は、例えば、上述の折り畳みレンズ系８００、１４００、１５００、または１７００を使用して実行されてもよい。

［０１３０］ ブロック１８１０では、折り畳みレンズ系の第１の円偏光子（例えば、円偏光子１５０８または第１の円偏光子１７０８）が、第１の表示画像からの光を偏光して、第１の円偏光状態（例えば、左旋円偏光）の光にしてもよい。第１の円偏光子は、反射型円偏光子であってもなくてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、第１の円偏光子は、上述のＣＬＣ反射型円偏光子であってもよい。いくつかの実施形態では、第１の円偏光子は、吸収型円偏光子または異なるタイプの反射型円偏光子であってもよい。

［０１３１］ ブロック１８２０では、折り畳みレンズ系の部分反射器（例えば、部分反射器１５１０または１７１０）は、第１の円偏光状態の光を第２の円偏光子まで透過させてもよい。いくつかの実施形態では、部分反射器は、５０／５０ミラーを含み得る。いくつかの実施形態では、部分反射器は、一方向から入射する光を透過させ、別の方向から入射する光を反射させてもよい。いくつかの実施形態では、部分反射器は、金属またはガラス反射器を含んでもよい。部分反射器は、偏光を反射し、入射光の偏光状態に対して反射光の偏光状態を変化させることができる。

［０１３２］ ブロック１８３０では、折り畳みレンズ系の第２の円偏光子（例えば、反射型偏光子１５１４または第２の円偏光子１７１４）は、第１の円偏光状態の光を反射させて、部分反射器まで戻してもよい。いくつかの実施形態では、第２の円偏光子は、上述のＣＬＣ反射型円偏光子を含んでもよい。第２の円偏光子は、反射光の掌性を変化させることなく、第１の円偏光状態（例えば、左旋円偏光）の光を反射させ、反対の円偏光状態（例えば、右旋円偏光）の光を、透過光の掌性を変化させることなく透過させることができる。

［０１３３］ ブロック１８４０では、部分反射器は、第１の円偏光状態の光を反射させ、第２の円偏光状態の光にして、第２の円偏光子まで戻してもよい。例えば、第１の円偏光状態の光が左旋円偏光である場合には、部分反射器で反射された光は右旋円偏光であってもよい。

［０１３４］ ブロック１８５０では、第２の円偏光子は、第２の円偏光状態の光をユーザの眼まで透過させ得る。例えば、第２の円偏光子は、左旋ＣＬＣらせんを含み、ほとんどまたは全く損失がない状態で右旋円偏光を透過させることができる左旋反射型円偏光子として機能し得る。第１の画像からの光は、部分反射器と第２の円偏光子との間のキャビティ内を３回進むので、第１の画像からの光に対する光路は、折り畳みレンズ系の物理的な経路よりも長くなり得る。したがって、折り畳みレンズ系は、大きな屈折力を有してもよく、第１の画像を第１の画像面に中継してもよい。

［０１３５］ ブロック１８６０では、電圧源は、第２の円偏光子上に電圧信号を印加してもよい。電圧信号によって、第２の円偏光子は任意の円偏光の光を透過させることができる。例えば、上述のように、電圧源によって第２の円偏光子に印加される電場は、電場の方向と共にＣＬＣ円偏光子内の液晶分子を再配列し、らせん構造を乱すことができ、その結果、第２の円偏光子は、任意の偏光状態の光に対して透明になり得る。

［０１３６］ ブロック１８７０では、第２の円偏光子は、第２の画像からの光をユーザの眼まで透過させることができる。いくつかの実施形態では、第１の円偏光子は、第２の画像からの光を偏光させて第１の円偏光状態の光にすることができ、部分反射器は、第２の画像からの光の中の第１の円偏光状態の光を第２の円偏光子まで透過させることができ、第２の円偏光子（電圧信号を受信した後、任意の偏光状態の光に対して透明）は、第２の画像からの光の中の第１の円偏光状態の光をユーザの眼にまで透過させることができる。いくつかの実施形態では、第２の電圧源は、第１の円偏光子上に第２の電圧信号を印加することができ、第２の電圧信号によって、第１の円偏光子は任意の円偏光状態の光に対して透明になり得る。したがって、第１の円偏光子および部分反射器は、第２の画像からの任意の偏光状態の光を第２の円偏光子まで透過させることができ、これによって、第２の画像からの任意の円偏光状態の光を、ユーザの眼まで透過させることができる。いずれの場合も、第２の画像からの光は、部分反射器と第２の円偏光子との間のキャビティ内を１回だけ移動することができ、第２の画像からの光に対する光路は、折り畳みレンズ系の物理的な経路と同等になり得る。したがって、折り畳みレンズ系は、小さな屈折力を有してもよく、第２の画像を第１の画像面とは異なる第２の画像面に中継してもよい。

［０１３７］ 図１９は、特定の実施形態による、表示モードおよびシースルーモードでニアアイディスプレイ装置を動作させる方法の一実施例を示す簡略化されたフロー図１９００である。フロー図１９００に記載された動作は、例示を目的にしたものに過ぎず、限定することを意図していない。様々な実装では、付加的な動作を追加し、いくつかの動作を省略し、いくつかの動作を組み合わせ、いくつかの動作を分割し、またはいくつかの動作を並べ替えるために、フロー図１９００に修正を行うことができる。フロー図１９００に記載される動作は、例えば、上述の折り畳みレンズ系８００、１４００、１５００、または１７００を使用して実行されてもよい。

［０１３８］ ブロック１９１０では、ニアアイディスプレイ内の折り畳みレンズ系（例えば、折り畳みレンズ系１５００または１７００）の第１の円偏光子（例えば、反射型偏光子１５１４または第２の円偏光子１７１４）は、ニアアイディスプレイを表示モードに設定するために、電圧信号から切り離されてもよい。上述のように、第１の円偏光子は、電圧信号が印加されていないときには、ＣＬＣらせん構造を含むＣＬＣ反射型円偏光子を含んでもよい。第１の円偏光子の円偏光能力は、電圧信号が印加されているときには、液晶分子を再配列し、らせん構造を乱すため、無効にされてもよい。電圧信号が印加されないとき、第１の円偏光子は、反射光の偏光状態を変化させることなく、第１の円偏光状態（例えば、らせん構造が右旋の場合には、右旋円偏光）の光を反射させ、透過光の偏光状態を変化させることなく、第２の円偏光状態（例えば、左旋円偏光）の光を透過させることができる。

［０１３９］ ブロック１９２０では、折り畳みレンズ系の第２の円偏光子（例えば、円偏光子１５０８または第１の円偏光子１７０８）が、表示画像からの光を、第１の円偏光状態（例えば、右旋円偏光）の光に偏光させてもよい。いくつかの実施形態では、第１の円偏光子は、上述のＣＬＣ反射型円偏光子であってもよい。いくつかの実施形態では、第１の円偏光子は、吸収型円偏光子または異なるタイプの反射型円偏光子であってもよい。

［０１４０］ ブロック１９３０では、折り畳みレンズ系の部分反射器（例えば、部分反射器１５１０または１７１０）は、第１の円偏光状態の光を第１の円偏光子まで透過させることができる。いくつかの実施形態では、部分反射器は、５０／５０ミラーを含み得る。いくつかの実施形態では、部分反射器は、一方向から入射する光を透過させ、別の方向から入射する光を反射させてもよい。いくつかの実施形態では、部分反射器は、金属またはガラス反射器を含んでもよい。部分反射器は、偏光を反射し、入射光の偏光状態に対して反射光の偏光状態を変化させることができる。

［０１４１］ ブロック１９４０では、第１の円偏光子は、第１の円偏光状態の光を反射させて、部分反射器まで戻してもよい。例えば、第１の円偏光状態の光が右旋円偏光である場合には、第１の円偏光子から反射された光は、右旋円偏光であってもよい。

［０１４２］ ブロック１９５０では、部分反射器は、第１の円偏光状態の光を反射して第２の円偏光状態の光にし、第１の円偏光子まで戻してもよい。例えば、第１の円偏光状態の光が右旋円偏光である場合には、部分反射器で反射された光は、左旋円偏光であってもよい。

［０１４３］ ブロック１９６０では、第１の円偏光子は、第２の円偏光状態の光をユーザの眼まで透過させてもよい。例えば、第１の円偏光子は、右旋円偏光子であってもよく、部分反射器で反射された左旋円偏光をユーザの眼まで透過させてもよい。表示画像からの光は、表示モードでは、部分反射器と第１の円偏光子との間のキャビティ内を３回進むため、折り畳みレンズ系は、大きな屈折力を有し、表示画像を画像面に中継してもよい。

［０１４４］ ブロック１９７０では、第１の円偏光子は、電圧信号に接続されてもよく、電圧信号によって、第１の円偏光子が任意の円偏光状態の光を透過させ、これによって、ニアアイディスプレイをシースルーモードに設定してもよい。例えば、上述のように、電圧信号によって第１の円偏光子に印加される電場は、電場の方向と共にＣＬＣ円偏光子内の液晶分子を再配列し、らせん構造を乱すことができ、したがって、第１の円偏光子は、任意の偏光状態の光に対して透明になり得る。

［０１４５］ ブロック１９８０では、第１の円偏光子は、周辺光をユーザの眼まで透過させることができる。いくつかの実施形態では、第２の円偏光子は、周辺光を第１の円偏光状態の光に偏光させてもよく、部分反射器は、周辺光の中の第１の円偏光状態の光を第１の円偏光子まで透過させてもよく、次いで、第１の円偏光子は、周辺光における第１の円偏光状態の光をユーザの眼まで透過させてもよい。いくつかの実施形態では、第２の電圧信号を第２の円偏光子に印加することができ、第２の電圧信号はらせん構造を乱し、第２の円偏光子を任意の円偏光状態の光に対して透明にすることができる。したがって、第２の円偏光子および部分反射器は、任意の円偏光状態の周辺光を第１の円偏光子まで透過させることができ、次いで、第１の円偏光子は、任意の円偏光状態の周辺光をユーザの眼まで透過させることができる。そのため、シースルーモードでは、周辺光は、部分反射器と第２の円偏光子との間のキャビティを１回だけ通過することができ、したがって、折り畳みレンズ系は、周辺光に対して小さいまたはほぼゼロに近い屈折力を有することができる。

［０１４６］ 本発明の実施形態は、人工現実システムの構成要素を製造するために使用されてもよく、または人工現実システムと共に実装されてもよい。人工現実は、ユーザへの提示前になんらかの方法で調整された現実の形式であり、例えば、仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）、複合現実（ＭＲ）、ハイブリッド現実、またはこれらの何らかの組み合わせ、および／もしくは派生物を含み得る。人工現実コンテンツは、完全に生成されたコンテンツ、または取り込まれた（例えば、現実世界の）コンテンツと組み合わせて生成されたコンテンツを含み得る。人工現実コンテンツは、動画、音声、触覚フィードバック、またはこれらのいくつかの組み合わせを含み、これらのいずれも、１つのチャネルまたは複数のチャネル（見る人に３Ｄ効果をもたらす立体動画（ｓｔｅｒｅｏ ｖｉｄｅｏ）など）で提示され得る。加えて、いくつかの実施形態では、人工現実はまた、人工現実内において例えばコンテンツを制作するために使用される、および／または人工現実内においてそれ以外のために（例えば人工現実内で活動を行うために）使用されるアプリケーション、製品、アクセサリ、サービス、またはこれらのいくつかの組み合わせに関連付けられてもよい。人工現実コンテンツを提供する人工現実システムは、ホストコンピュータシステムに接続されたヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、独立型ＨＭＤ、モバイルデバイスまたはコンピューティングシステム、あるいは、１人または複数の見る人に人工現実コンテンツを提供することができる任意の他のハードウェアプラットフォームを含む、様々なプラットフォーム上に実装されうる。

ＩＸ．システム例
［０１４７］ 図２０は、本明細書で開示される実施例のいくつかを実装するためのニアアイディスプレイ（例えば、ＨＭＤ装置）の電子システム２０００の実施例の簡略化されたブロック図である。電子システム２０００は、ＨＭＤ装置または上述の他のニアアイディスプレイの電子システムとして使用されてもよい。この実施例では、電子システム２０００は、１つまたは複数のプロセッサ２０１０およびメモリ２０２０を含むことができる。プロセッサ２０１０は、多数の構成要素で動作を実行するための命令を実行するように構成されてもよく、例えば、携帯用電子装置内での実装に適した汎用プロセッサまたはマイクロプロセッサであってもよい。プロセッサ２０１０は、電子システム２０００内の複数の構成要素と通信可能に連結され得る。この通信連結を実現するために、（１つまたは複数の）プロセッサ２０１０は、バス２０４０を介して他の図示された構成要素と通信することができる。バス２０４０は、電子システム２０００内でデータを転送するように適合された任意のサブシステムであってもよい。バス２０４０は、データを転送するために、複数のコンピュータバスおよび追加の回路を含んでもよい。

［０１４８］ メモリ２０２０は、（１つまたは複数の）プロセッサ２０１０に連結され得る。いくつかの実施形態では、メモリ２０２０は、短期記憶と長期記憶の両方を提供することができ、いくつかのユニットに分割することができる。メモリ２０２０は、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）および／またはダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）および／またはリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリであってもよい。さらに、メモリ２０２０は、セキュアデジタル（ＳＤ）カードなどの取り外し可能な記憶装置を含むことができる。メモリ２０２０は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、および電子システム２０００のための他のデータの記憶媒体を提供することができる。ある実施形態では、メモリ２０２０は、異なるハードウェアモジュールに分散されてもよい。命令セットおよび／またはコードは、メモリ２０２０上に記憶され得る。命令は、電子システム２０００によって実行可能な実行可能コードの形態をとることができ、および／またはソースおよび／またはインストール可能コードの形態をとることができ、このソースおよび／またはインストール可能コードは、コンパイル時および／または電子システム２０００へのインストール時に（例えば、一般に入手可能な様々なコンパイラ、インストールプログラム、圧縮／解凍ユーティリティなどのいずれかを使用して）実行可能コードの形態をとることができる。

［０１４９］ いくつかの実施形態では、メモリ２０２０は、任意の数のアプリケーションを含むことができる複数のアプリケーションモジュール２０２２〜２０２４を記憶することができる。アプリケーションの実施例には、ゲームアプリケーション、会議アプリケーション、動画再生アプリケーション、またはその他の適切なアプリケーションがある。アプリケーションは、深度検知機能または視線追跡機能を含んでもよい。アプリケーションモジュール２０２２〜２０２４は、プロセッサ２０１０によって実行される特定の命令を含むことができる。いくつかの実施形態では、アプリケーションモジュール２０２２〜２０２４の特定のアプリケーションまたは部分は、他のハードウェアモジュール２０８０によって実行可能であってもよい。いくつかの実施形態では、メモリ２０２０は、セキュアメモリをさらに含むことができ、セキュアメモリは、セキュア情報へのコピーまたは他の許可されていないアクセスを防止するための追加のセキュリティ制御を含むことができる。

［０１５０］ いくつかの実施形態では、メモリ２０２０は、読み込まれたオペレーティングシステム２０２５を含み得る。オペレーティングシステム２０２５は、アプリケーションモジュール２０２２〜２０２４によって提供される命令の実行を開始し、および／または他のハードウェアモジュール２０８０、ならびに１つまたは複数のワイヤレストランシーバを含み得るワイヤレス通信サブシステム２０３０とのインターフェースを管理するように動作可能であり得る。オペレーティングシステム２０２５は、スレッディング、リソース管理、データ記憶制御、および他の同様の機能を含む、電子システム２０００のコンポーネントにわたる他の動作を実行するように適合され得る。

［０１５１］ 無線通信サブシステム２０３０は、例えば、赤外線通信装置、無線通信装置および／またはチップセット（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）装置、ＩＥＥＥ ８０２．１１装置、Ｗｉ−Ｆｉ装置、ＷｉＭａｘ装置、セルラ通信設備等）、および／または同様の通信インターフェースを含み得る。電子システム２０００は、無線通信サブシステム２０３０の一部として、またはシステムの任意の部分に連結された別個の構成要素として、無線通信のための１つまたは複数のアンテナ２０３４を含むことができる。所望の機能に応じて、無線通信サブシステム２０３０は、異なるデータネットワーク、および／または、無線ワイドエリアネットワーク（ＷＷＡＮ）、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）、または無線パーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）などのネットワークタイプと通信することを含み得る、ベーストランシーバステーションおよび他の無線デバイスおよびアクセスポイントと通信するための別個のトランシーバを含むことができる。ＷＷＡＮは、例えば、ＷｉＭａｘ（ＩＥＥＥ ８０２．１６）ネットワークであってよい。ＷＬＡＮは、例えば、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｘのネットワークであってもよい。ＷＰＡＮは、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈネットワーク、ＩＥＥＥ ８０２．１５ｘ、またはその他のタイプのネットワークであってもよい。本明細書で説明される技法はまた、ＷＷＡＮ、ＷＬＡＮ、および／またはＷＰＡＮの任意の組合せのために使用され得る。無線通信サブシステム２０３０は、ネットワーク、他のコンピュータシステム、および／または本明細書に記載する他の任意の装置とのデータ交換を可能にし得る。ワイヤレス通信サブシステム２０３０は、アンテナ２０３４およびワイヤレスリンク２０３２を使用して、ＨＭＤ装置の識別子、位置データ、地理的マップ、ヒートマップ、写真、またはビデオなどのデータを送信または受信するための手段を含み得る。無線通信サブシステム２０３０、（１つまたは複数の）プロセッサ２０１０、およびメモリ２０２０は、全体として、本明細書で開示されるいくつかの機能を実行するための手段のうちの１つまたは複数の少なくとも一部を備えることができる。

［０１５２］ また、電子システム２０００の実施形態は、１つまたは複数のセンサ２０９０を含んでもよい。センサ２０９０は、例えば、イメージセンサ、加速度計、圧力センサ、温度センサ、近接センサ、磁力計、ジャイロスコープ、慣性センサ（例えば、加速度計とジャイロスコープとを組み合わせたモジュール）、周辺光センサ、または、感覚出力を提供し、および／または深度センサまたは位置センサなどの感覚入力を受信するように動作可能な任意の他の同様のモジュールを含み得る。例えば、いくつかの実装形態では、（１つまたは複数の）センサ２０９０は、１つまたは複数の慣性測定ユニット（ＩＭＵ）および／または１つまたは複数の位置センサを含み得る。ＩＭＵは、１つまたは複数の位置センサから受信した測定信号に基づいて、ＨＭＤ装置の初期位置に対するＨＭＤ装置の推定位置を示す較正データを生成することができる。位置センサは、ＨＭＤ装置の運動に応答して、１つまたは複数の測定信号を生成することができる。位置センサの例は、１つまたは複数の加速度計、１つまたは複数のジャイロスコープ、１つまたは複数の磁力計、動きを検出する別の適切なタイプのセンサ、ＩＭＵの誤差補正に使用されるタイプのセンサ、またはこれらの何らかの組合せを含むことができるが、これらに限定されない。位置センサは、ＩＭＵの外部、ＩＭＵの内部、またはこれらの何らか組合せで配置することができる。少なくともいくつかのセンサは、感知のために構造化された光パターンを使用することができる。

［０１５３］ 電子システム２０００は、ディスプレイモジュール２０６０を含んでもよい。ディスプレイモジュール２０６０は、ニアアイディスプレイであってもよく、画像、ビデオ、および様々な命令などの情報を電子システム２０００からユーザにグラフィカルに提示することができる。このような情報は、１つまたは複数のアプリケーションモジュール２０２２〜２０２４、仮想現実エンジン２０２６、１つまたは複数の他のハードウェアモジュール２０８０、これらの組合せ、または（例えば、オペレーティングシステム２０２５によって）ユーザのグラフィカルコンテンツを解決するための任意の他の適切な手段から導かれてもよい。ディスプレイモジュール２０６０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）技術、発光ダイオード（ＬＥＤ）技術（例えば、ＯＬＥＤ、ＩＬＥＤ、ｍＬＥＤ、ＡＭＯＬＥＤ、ＴＯＬＥＤなどを含む）、発光ポリマーディスプレイ（ＬＰＤ）技術、または何らかの他のディスプレイ技術を使用してもよい。

［０１５４］ 電子システム２０００は、ユーザ入出力モジュール２０７０を含み得る。ユーザ入出力モジュール２０７０は、ユーザがアクション要求を制御回路２０００に送信することを可能にし得る。アクション要求は、特定のアクションを実行するための要求となり得る。例えば、アクション要求は、アプリケーションを開始または終了するためのものであるか、あるいはアプリケーション内で特定のアクションを実施するためのものとなり得る。ユーザ入出力モジュール２０７０は、１つまたは複数の入力デバイスを含んでもよい。例示的な入力デバイスは、タッチスクリーン、タッチパッド、マイクロフォン、ボタン、ダイヤル、スイッチ、キーボード、マウス、ゲームコントローラ、またはアクション要求を受信し、受信したアクション要求を電子システム２０００に通信するための他の任意の適切なデバイスを含み得る。いくつかの実施形態では、入出力モジュール２０７０は、電子システム２０００から受信した命令に従って、ユーザに触覚フィードバックを提供してもよい。例えば、触覚フィードバックは、アクション要求が受信されたとき、または実行されたときに提供されてもよい。

［０１５５］ 電子システム２０００は、例えば、ユーザの眼の位置を追跡するために、ユーザの写真またはビデオを撮影するために使用され得るカメラ２０５０を含んでもよい。カメラ２０５０はまた、例えば、ＶＲ、ＡＲ、またはＭＲアプリケーションなどの環境の写真またはビデオを撮影するために使用されてもよい。カメラ２０５０は、例えば、数百万または数千万の画素を有する相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）イメージセンサを含み得る。いくつかの実装形態では、カメラ２０５０は、３Ｄ画像をキャプチャするために使用される２つ以上のカメラを含み得る。

［０１５６］ いくつかの実施形態では、電子システム２０００は、複数の他のハードウェアモジュール２０８０を含んでもよい。他のハードウェアモジュール２０８０の各々は、電子システム２０００内の物理モジュールであってもよい。他のハードウェアモジュール２０８０の各々は、構造として恒久的な構成であってもよいが、他のハードウェアモジュール２０８０のいくつかは、特定の機能を実行するか、または一時的にアクティブ化されるように一時的な構成であってもよい。他のハードウェアモジュール２０８０の例は、例えば、オーディオ出力および／または入力モジュール（例えば、マイクロフォンまたはスピーカ）、近距離無線通信（ＮＦＣ）モジュール、充電式バッテリ、バッテリ管理システム、有線／無線バッテリ充電システムなどを含むことができる。ある実施形態では、他のハードウェアモジュール２０８０の１つまたは複数の機能をソフトウェアで実装されてもよい。

［０１５７］ いくつかの実施形態では、電子システム２０００のメモリ２０２０は、仮想現実エンジン２０２６も記憶することができる。仮想現実エンジン２０２６は、電子システム２０００内でアプリケーションを実行し、様々なセンサから位置情報、加速度情報、速度情報、予測される将来位置、またはＨＭＤ装置のいくつかの組み合わせを受信してもよい。いくつかの実施形態では、仮想現実エンジン２０２６によって受信された情報は、表示モジュール２０６０への信号（例えば、表示命令）を生成するために使用されてもよい。例えば、受信された情報が、ユーザが左を見ていることを指示する場合、仮想現実エンジン２０２６は、仮想環境におけるユーザの動きを反映するＨＭＤ装置のためのコンテンツを生成する。加えて、仮想現実エンジン２０２６は、ユーザ入出力モジュール２０７０から受信したアクション要求に応答してアプリケーション内でアクションを実行し、ユーザにフィードバックを提供することができる。提供されるフィードバックは、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、または触覚フィードバックであってもよい。いくつかの実装では、プロセッサ２０１０は、仮想現実エンジン２０２６を実行し得る１つまたは複数のＧＰＵを含んでもよい。

［０１５８］ 様々な実装では、上述のハードウェアおよびモジュールは、単一のデバイス上、または、有線または無線接続を用いて互いに通信可能な複数のデバイス上に実装可能である。例えば、いくつかの実装では、ＧＰＵ、仮想現実エンジン２０２６、およびアプリケーション（例えば、追跡アプリケーション）などのいくつかの構成要素またはモジュールは、頭部装着型ディスプレイ装置とは別個のコンソール上で実装され得る。いくつかの実装では、１つのコンソールが複数のＨＭＤに接続されること、または、複数のＨＭＤをサポートすることがある。

［０１５９］ 代替的な構成では、異なるおよび／または追加の構成要素を電子システム２０００に含めることができる。同様に、構成要素のうちの１つまたは複数の機能は、上述した方法とは異なる方法で構成要素間に分散させることができる。例えば、いくつかの実施形態では、電子システム２０００は、ＡＲシステム環境および／またはＭＲ環境などの他のシステム環境を含むように修正されてもよい。

［０１６０］ 上述の方法、システム、およびデバイスは、実施例である。様々な実施形態は、必要に応じて、様々な手順または構成要素を省略、置換、または追加することができる。例えば、代替的な構成では、説明された方法は、説明されたものとは異なる順序で実行されてもよく、および／または、様々な段階が追加され、省略され、および／または組み合わされてもよい。また、特定の実施形態に関して説明した特徴は、様々な他の実施形態において組み合わせることができる。実施形態の異なる態様および要素は、同様の方法で組み合わされてもよい。また、技術は発展するため、要素の多くは例であって、本開示の範囲をこれらの特定の例に限定されない。

［０１６１］ 実施形態の完全な理解を提供するために、具体的な詳細は説明の中で与えられる。しかしながら、実施形態は、これらの特定の詳細なしに実施されてもよい。例えば、周知の回路、プロセス、システム、構造、および技術は、実施形態が曖昧になることを避けるために、不必要な詳細なしに示されている。この説明は、例示的な実施形態のみを提供し、本発明の範囲、適用性、または構成を限定することを意図していない。むしろ、実施形態の前述の説明は、様々な実施形態を実施するための可能な説明を当業者に提供することになる。本開示の主旨および範囲から逸脱することなく、要素の機能および配置に様々な変更を加えることができる。

［０１６２］ また、いくつかの実施形態は、フロー図またはブロック図として示されるプロセスとして説明されている。各々は、動作を順次処理として説明することができるが、動作の多くは、並行して、または同時に実行することができる。また、動作の順序を入れ替えてもよい。プロセスは、図に含まれていない追加のステップを有してもよい。さらに、方法の実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語、またはそれらの任意の組合せによって実装され得る。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、またはマイクロコードで実現される場合、関連タスクを実行するためのプログラムコードまたはコードセグメントは、記憶媒体のようなコンピュータ読み取り可能媒体に記憶されてもよい。プロセッサは、関連するタスクを実行し得る。

［０１６３］ 特定の要件に従って実質的な改変を行い得ることは、当業者には明らかであろう。例えば、カスタマイズされた、または特別な目的のハードウェアを使用することもでき、および／または特定の要素をハードウェア、ソフトウェア（アプレットなどのポータブルソフトウェアを含む）、またはその両方で実装することもできる。さらに、ネットワーク入出力デバイスなどの他のコンピューティングデバイスへの接続を使用することができる。

［０１６４］ 添付の図を参照すると、メモリを含むことのできる構成要素は、非一過性の機械可読媒体を含むことができる。「機械可読媒体」および「コンピュータ可読媒体」という用語は、機械を特定の様式で動作させるデータを提供することに関与する任意の記憶媒体を指し得る。上述の実施形態では、様々な機械可読媒体が、実行のために処理ユニットおよび／または他のデバイスに命令／コードを提供することに関与し得る。追加的にまたは代替的に、機械可読媒体は、このような命令／コードを記憶および／または携行するために使用されてもよい。多くの実装では、コンピュータ可読媒体は、物理的および／または有形の記憶媒体である。このような媒体は、不揮発性媒体、揮発性媒体、および伝送媒体を含むが、これらに限定されない多くの形態をとることができる。コンピュータ可読媒体の一般的な形態には、例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）またはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、パンチカード、紙テープ、穴のパターンを有する任意の他の物理媒体、ＲＡＭ、プログラマブルリードオンリメモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭ）、フラッシュＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップまたはカートリッジ、以下で説明する搬送波、またはコンピュータが命令および／またはコードを読み取ることができる任意の他の媒体などの磁気媒体および／または光媒体が含まれる。コンピュータプログラム製品は、プロシージャ、関数、サブプログラム、プログラム、ルーチン、アプリケーション（Ａｐｐ）、サブルーチン、モジュール、ソフトウェアパッケージ、クラス、または命令、データ構造、またはプログラムステートメントの任意の組み合わせを表すコードおよび／または機械で実行可能な命令を含み得る。

［０１６５］ 当業者は、本明細書で説明されるメッセージを通信するために使用される情報および信号が、様々な異なる技術および技法のうちの任意のものを使用して表され得ることを理解するであろう。例えば、上記の説明の全体にわたって参照されてよいデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボルおよびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場または磁気粒子、光場または光粒子、またはこれらの任意の組み合わせによって表わされてよい。

［０１６６］ 本明細書で使用される用語「および」と「または」は、そのような用語が使用される文脈に少なくとも部分的に依存することも期待される様々な意味を含むことができる。典型的には、「または」は、Ａ、Ｂ、またはＣなどのリストを関連付けるために使用される場合、ここでは包括的な意味で使用されるＡ、Ｂ、およびＣ、ならびにここでは排他的な意味で使用されるＡ、Ｂ、またはＣを意味することが意図される。さらに、本明細書で使用される「１つまたは複数」という用語は、単数形の任意の特徴、構造、または特性を説明するために使用されてもよく、または特徴、構造、または特性のいくつかの組合せを説明するために使用されてもよい。しかし、これは単に例示的な例であり、特許請求される主題はこの例に限定されないことに留意されたい。さらに、Ａ、Ｂ、またはＣなどのリストを関連付けるために使用される場合、用語「の少なくとも１つ」は、Ａ、ＡＢ、ＡＣ、ＢＣ、ＡＡ、ＡＢＣ、ＡＢＣ、ＡＡＢ、ＡＡＢＢＣＣなどのＡ、Ｂ、および／またはＣの任意の組み合わせを意味すると解釈することができる。

［０１６７］ さらに、特定の実施形態は、ハードウェアとソフトウェアの特定の組み合わせを使用して説明されてきたが、ハードウェアとソフトウェアの他の組み合わせも可能であることを理解されたい。特定の実施形態は、ハードウェアのみで、またはソフトウェアのみで、またはこれらの組み合わせを使用して実装されてもよい。一実施例では、ソフトウェアは、本開示に記載されているステップ、動作、またはプロセスのいずれかまたはすべてを実行するための１つまたは複数のプロセッサによって実行可能なコンピュータプログラムコードまたは命令を含むコンピュータプログラム製品で実現することができ、ここで、コンピュータプログラムは、非一過性のコンピュータ可読媒体に格納することができる。本明細書で説明される様々なプロセスは、同じプロセッサ上で、または任意の組合せで異なるプロセッサ上で実施することができる。

［０１６８］ デバイス、システム、コンポーネント、またはモジュールが、特定の動作または機能を実行するように構成されているものとして説明されている場合、そのような構成は、例えば、動作を実行するように電子回路を設計することによって、コンピュータ命令またはコードを実行するようにプログラマブル電子回路（マイクロプロセッサなど）をプログラミングすることによって、あるいは非一過性メモリ媒体上に格納されたコードまたは命令を実行するようにプログラムされたプロセッサまたはコアによって、あるいはそれらの任意の組合せによって達成され得る。プロセスは、プロセス間通信のための従来の技法を含むが、それに限定されない様々な技法を使用して通信することができ、プロセスの異なる対は、異なる技法を使用することができ、またはプロセスの同じ対は、異なる時間に異なる技法を使用することができる。

［０１６９］ したがって、本明細書および図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味で考慮されるべきである。しかし、特許請求の範囲に記載されたより広い主旨および範囲から逸脱することなく、追加、低減、削除、ならびに他の修正および変更を加え得ることは明らかであろう。したがって、特定の実施形態が説明されているが、これらは限定を意図するものではない。様々な修正および均等物は、以下の特許請求の範囲の範囲内にある。

Claims (21)

1. 入射光を偏光させて第１の円偏光状態の光にするように構成された第１の偏光子と、
   第２の偏光子であって、
   第２の円偏光状態の光を透過させ、
   前記第１の円偏光状態の光を反射させるように構成された、第２の偏光子であって、前記第２の偏光子によって反射された前記光は、第１の円偏光状態にある、第２の偏光子と、
   前記第１の偏光子と前記第２の偏光子との間に配置された部分反射器であって、
   前記第１の偏光子からの光を透過させ、
   前記第２の偏光子からの光を反射させるように構成され、前記部分反射器によって反射された前記光と前記第２の偏光子からの光とは異なる偏光状態を有する、部分反射器と、
   を備える、光学装置。
2. 前記第１の偏光子、前記第２の偏光子、または前記部分反射器のうちの少なくとも１つが、曲面上にある、請求項１に記載の光学装置。
3. 前記曲面が光学レンズの表面である、請求項２に記載の光学装置。
4. 前記第２の偏光子は、らせん構造に配置された液晶分子を含むコレステリック液晶（ＣＬＣ）円偏光子を含む、請求項１に記載の光学装置。
5. 前記らせん構造は２つ以上のピッチを含む、請求項４に記載の光学装置。
6. 前記ＣＬＣ円偏光子は複数の層を含み、各層は異なる反射波長範囲を有する、請求項４に記載の光学装置。
7. 前記複数の層のそれぞれは、異なるピッチを有するらせん構造を含む、請求項６に記載の光学装置。
8. 前記複数の層の少なくとも２つの層は、異なるドーパント濃度のキラルドーパント材料でドープされている、請求項７に記載の光学装置。
9. 前記複数の層の少なくとも２つの層は、異なるキラルドーパント材料でドープされている、請求項７に記載の光学装置。
10. 前記らせん構造のピッチは徐々に変化する、請求項４に記載の光学装置。
11. 前記ＣＬＣ円偏光子は、ダブルツイストコレステリック液晶層または液晶ポリマー層を含む、請求項４に記載の光学装置。
12. 前記らせん構造は左旋らせん構造を含み、
    前記第２の偏光子は右旋円偏光を透過させ、左旋円偏光を反射するように構成されている、請求項４に記載の光学装置。
13. 前記らせん構造は右旋らせん構造を含み、
    前記第２の偏光子は左旋円偏光を透過させ、右旋円偏光を反射するように構成されている、請求項４に記載の光学装置。
14. 前記第１の偏光子はコレステリック液晶（ＣＬＣ）円偏光子を含み、前記ＣＬＣ円偏光子はらせん構造に配置された液晶分子を含む、請求項１に記載の光学装置。
15. 画像を表示する方法であって、
    第１の偏光子によって、画像源からの光を偏光させて第１の円偏光状態の光にすることと、
    部分反射器によって、前記第１の円偏光状態の前記光を第２の偏光子まで透過させることと、
    前記第２の偏光子によって、前記第１の円偏光状態の前記光を反射させ、前記第１の円偏光状態にある反射された前記光を前記部分反射器まで戻すことと、
    前記部分反射器によって、前記第１の円偏光状態の前記光を反射させて第２の円偏光状態の光にして、前記第２の偏光子まで戻すことと、
    前記第２の偏光子によって、前記第２の円偏光状態の前記光をユーザの眼まで透過させることと、
    を含む方法。
16. 前記第２の偏光子が、コレステリック液晶（ＣＬＣ）反射型円偏光子を含む、請求項１５に記載の方法。
17. 表示光を放射するように構成されたディスプレイと、
    前記表示光を偏光させて第１の円偏光状態の光にするように構成された第１の偏光子と、
    第２の偏光子であって、
    第２の円偏光状態の光をユーザの眼まで透過させ、
    前記第１の円偏光状態の光を反射させて前記第１の円偏光状態の光にする
    ように構成された、第２の偏光子と、
    前記第１の偏光子と前記第２の偏光子との間に配置された部分反射器であって、
    前記第１の偏光子からの光を透過させ、
    前記第２の偏光子からの光を反射させるように構成され、前記部分反射器によって反射された前記光と前記第２の偏光子からの光とは異なる偏光状態を有する、部分反射器と、
    を備える、ニアアイディスプレイ装置。
18. 非ゼロ屈折力を有する光学レンズをさらに備え、前記第１の偏光子、前記第２の偏光子、または前記部分反射器のうちの少なくとも１つは、前記光学レンズの表面上にある、請求項１７に記載のニアアイディスプレイ装置。
19. 前記ディスプレイは、周辺光を透過するように構成された透明ディスプレイを含み、
    前記ニアアイディスプレイ装置は、前記周辺光および前記表示光の両方を前記ユーザの眼まで透過させるように構成されている、請求項１７に記載のニアアイディスプレイ装置。
20. 前記第２の偏光子が、コレステリック液晶（ＣＬＣ）反射型円偏光子を含む、請求項１７に記載のニアアイディスプレイ装置。
21. 出力面を含むディスプレイであって、
    前記ディスプレイは、前記出力面を通して表示光を放射するように構成され、
    前記出力面は、前記ディスプレイの外部から前記出力面に入射する光を少なくとも部分的に反射させ、反射された前記光および前記ディスプレイの前記外部から前記出力面に入射する前記光は、異なる偏光状態を有する
    ように構成された、ディスプレイと、
    前記ディスプレイの前記出力面上に形成され、らせん構造に配列された液晶分子を含む反射型円偏光子であって、
    前記表示光中の第１の円偏光状態の光を反射させて前記ディスプレイの前記出力面まで戻すように構成され、前記反射型円偏光子から前記ディスプレイの前記出力面へ反射された前記光は前記第１の円偏光状態にあり、
    前記表示光中の第２の円偏光状態の光をユーザの眼まで透過させる、反射型円偏光子と、
    を備える、ニアアイディスプレイ装置。

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