JP2023505791A - 複合現実ディスプレイのための増加された被写界深度 - Google Patents

Abstract

光学システムおよびその動作方法が、開示される。区切ゾーンが、ＶＡＣ限界に基づいて、光学システムからの距離の関数として定義される、区切ゾーンは、少なくとも１つの距離閾値を有する。仮想オブジェクトが表示されることになる、光学システムからの仮想深度面の仮想距離が、決定される。少なくとも１つの距離閾値までの仮想距離を比較することによって、仮想距離が区切ゾーン外にあるかどうかが決定される。仮想オブジェクトと関連付けられる、コリメートされたピクセルビームが、光学システムのプロジェクタによって生成される。コリメートされたピクセルビームは、仮想距離が区切ゾーン外にある場合、修正されたピクセルビームを生成するように修正される。

Description

本願は、その全内容が、あらゆる目的のために、参照することによって本明細書に組み込まれる、２０１９年１２月１０日に出願され、「ＩＮＣＲＥＡＳＥＤ ＤＥＰＴＨ ＯＦ ＦＩＥＬＤ ＦＯＲ ＭＩＸＥＤ－ＲＥＡＬＩＴＹ ＤＩＳＰＬＡＹ」と題された、米国仮特許出願第６２／９４６，２９１号の優先権の利益を主張する。

現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、デジタル的に再現された画像またはその一部が、それらが現実のように見える、または知覚され得る様式において、ユーザに提示される、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いる。仮想現実、すなわち、「ＶＲ」シナリオは、典型的には、他の実際の実世界視覚的入力に対する透過性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴い、拡張現実、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可視化に対する拡張として、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。

これらのディスプレイ技術において成された進歩にもかかわらず、当技術分野において、拡張現実システム、特に、ディスプレイシステムに関連する、改良された方法、システム、およびデバイスの必要性が存在する。

本開示は、概して、光学システムの性能およびユーザ体験を改良するための技法に関する。より具体的には、本開示の実施形態は、マイクロディスプレイと、コンパクトな形状因子において、そのシステムの被写界深度を動的に延在させることによって、ヒト視覚系遠近調節キューを妨げるためのスキームを用いる、漏出性格子光誘導瞳拡張接眼レンズ要素とを備える、固定焦点面光学システムを動作させるためのシステムおよび方法を提供する。本発明は、拡張現実（ＡＲ）デバイス等の光学システムを参照して説明されるが、本開示は、コンピュータビジョンおよび画像ディスプレイシステムにおける種々の用途に適用可能である。

本発明の概要が、一連の実施例を参照して下記に提供される。下記で使用されるように、一連の実施例の任意の参照は、それらの実施例のそれぞれを分離して参照するものとして理解されるものとする（例えば、「実施例１－４」は、「実施例１、２、３、または４」として理解されるべきである）。

実施例１は、光学システムを動作させる方法であって、輻輳・開散運動（ｖｅｒｇｅｎｃｅ）－遠近調節（ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ）衝突（ＶＡＣ）限界に基づいて、光学システムからの距離の関数として、区切ゾーンを定義するステップであって、区切ゾーンは、少なくとも１つの距離閾値を有する、ステップと、仮想オブジェクトが表示されることになる、光学システムからの仮想深度面の仮想距離を決定するステップと、少なくとも１つの距離閾値までの仮想距離を比較することによって、仮想距離が区切ゾーン外にあるかどうかを決定するステップと、光学システムのプロジェクタによって、仮想オブジェクトと関連付けられる、コリメートされたピクセルビームを生成するステップと、仮想距離が区切ゾーン外にあることを決定することに基づいて、コリメートされたピクセルビームを修正し、修正されたピクセルビームを生成するステップであって、コリメートされたピクセルビームを修正するステップは、コリメートされたピクセルビームを収束させるステップ、またはコリメートされたピクセルビームの直径を低減させるステップのうちの少なくとも１つを含む、ステップと、修正されたピクセルビームを光学システムの接眼レンズの中に投入するステップと、修正されたピクセルビームを接眼レンズからユーザの眼に向かって出力するステップとを含む、方法である。

実施例２は、光学システムであって、仮想オブジェクトと関連付けられる、コリメートされたピクセルビームを生成するように構成される、プロジェクタと、コリメートされたピクセルビームを修正し、修正されたピクセルビームを生成するように構成される、光修正デバイスと、修正されたピクセルビームを出力するように構成される、接眼レンズと、仮想オブジェクトが表示されることになる、光学システムからの仮想深度面の仮想距離を決定するステップと、仮想距離と少なくとも１つの距離閾値を比較するステップと、仮想距離と少なくとも１つの距離閾値を比較することに基づいて、光修正デバイスに、コリメートされたピクセルビームを修正し、修正されたピクセルビームを生成させるステップと含む、動作を実施するように構成される、処理モジュールとを備える、光学システムである。

実施例３は、コリメートされたピクセルビームを修正するステップは、コリメートされたピクセルビームを収束させるステップを含む、実施例２に記載の光学システムである。

実施例４は、コリメートされたピクセルビームを修正するステップは、コリメートされたピクセルビームの直径を低減させるステップを含む、実施例２－３に記載の光学システムである。

実施例５は、動作はさらに、光学システムからの距離の関数として、区切ゾーンを定義するステップであって、区切ゾーンは、少なくとも１つの距離閾値を含む、ステップを含む、実施例２－４に記載の光学システムである。

実施例６は、仮想距離と少なくとも１つの距離閾値を比較するステップは、仮想距離が区切ゾーン外にあるかどうかを決定するステップを含む、実施例５に記載の光学システムである。

実施例７は、区切ゾーンは、ＶＡＣ限界に基づいて定義される、実施例５－６に記載の光学システムである。

実施例８は、ＶＡＣ限界は、光学システムのユーザによって定義される、実施例７に記載の光学システムである。

実施例９は、少なくとも１つの距離閾値は、上側距離閾値を含む、実施例２－８に記載の光学システムである。

実施例１０は、仮想距離と少なくとも１つの距離閾値を比較するステップは、仮想距離が上側距離閾値を上回るかどうかを決定するステップを含む、実施例９に記載の光学システムである。

実施例１１は、仮想距離と少なくとも１つの距離閾値を比較することに基づいて、コリメートされたピクセルビームを修正するステップは、仮想距離が上側距離閾値を上回ることの決定に応答して、光修正デバイスに、コリメートされたピクセルビームを修正させるステップを含む、実施例１０に記載の光学システムである。

実施例１２は、少なくとも１つの距離閾値は、下側距離閾値を含む、実施例２－１１に記載の光学システムである。

実施例１３は、仮想距離と少なくとも１つの距離閾値を比較するステップは、仮想距離が下側距離閾値未満であるかどうかを決定するステップを含む、実施例１２に記載の光学システムである。

実施例１４は、仮想距離と少なくとも１つの距離閾値を比較することに基づいて、コリメートされたピクセルビームを修正するステップは、仮想距離が下側距離閾値未満であることの決定に応答して、光修正デバイスに、コリメートされたピクセルビームを修正させるステップを含む、実施例１３に記載の光学システムである。

実施例１５は、接眼レンズは、修正されたピクセルビームを光修正デバイスから受光するように構成される、実施例２－１４に記載の光学システムである。

実施例１６は、光修正デバイスは、プロジェクタと接眼レンズとの間の光学経路内に位置付けられる、実施例２－１５に記載の光学システムである。

実施例１７は、光学システムを動作させる方法であって、仮想オブジェクトが表示されることになる、光学システムからの仮想深度面の仮想距離を決定するステップと、仮想距離と少なくとも１つの距離閾値を比較するステップと、光学システムのプロジェクタによって、仮想オブジェクトと関連付けられる、コリメートされたピクセルビームを生成するステップと、仮想距離と少なくとも１つの距離閾値を比較することに基づいて、コリメートされたピクセルビームを修正し、修正されたピクセルビームを生成するステップとを含む、方法である。

実施例１８は、コリメートされたピクセルビームを修正するステップは、コリメートされたピクセルビームを収束させるステップを含む、実施例１７に記載の方法である。

実施例１９は、コリメートされたピクセルビームを修正するステップは、コリメートされたピクセルビームの直径を低減させるステップを含む、実施例１７－１８に記載の方法である。

実施例２０は、光学システムからの距離の関数として、区切ゾーンを定義するステップであって、区切ゾーンは、少なくとも１つの距離閾値を含む、ステップをさらに含む、実施例１７－１９に記載の方法である。

実施例２１は、仮想距離と少なくとも１つの距離閾値を比較するステップは、仮想距離が区切ゾーン外にあるかどうかを決定するステップを含む、実施例２０に記載の方法である。

実施例２２は、区切ゾーンは、ＶＡＣ限界に基づいて定義される、実施例２０－２１に記載の方法である。

実施例２３は、ＶＡＣ限界は、光学システムのユーザによって定義される、実施例２２に記載の方法である。

実施例２４は、少なくとも１つの距離閾値は、上側距離閾値を含む、実施例１７－２３に記載の方法である。

実施例２５は、仮想距離と少なくとも１つの距離閾値を比較するステップは、仮想距離が上側距離閾値を上回るかどうかを決定するステップを含む、実施例２４に記載の方法である。

実施例２６は、仮想距離と少なくとも１つの距離閾値を比較することに基づいて、コリメートされたピクセルビームを修正するステップは、仮想距離が上側距離閾値を上回ることの決定に応答して、コリメートされたピクセルビームを修正するステップを含む、実施例２５に記載の方法である。

実施例２７は、少なくとも１つの距離閾値は、下側距離閾値を含む、実施例１７－２６に記載の方法である。

実施例２８は、仮想距離と少なくとも１つの距離閾値を比較するステップは、仮想距離が下側距離閾値未満であるかどうかを決定するステップを含む、実施例２７に記載の方法である。

実施例２９は、仮想距離と少なくとも１つの距離閾値を比較することに基づいて、コリメートされたピクセルビームを修正するステップは、仮想距離が下側距離閾値未満であることの決定に応答して、コリメートされたピクセルビームを修正するステップを含む、実施例２８に記載の方法である。

実施例３０は、修正されたピクセルビームを光学システムの接眼レンズの中に投入するステップをさらに含む、実施例１７－２９に記載の方法である。

実施例３１は、修正されたピクセルビームを光学システムの接眼レンズからユーザの眼に向かって出力するステップをさらに含む、実施例１７－３０に記載の方法である。

実施例３２は、コリメートされたピクセルビームは、プロジェクタと光学システムの接眼レンズとの間の光学経路内に位置付けられる、光修正デバイスによって修正される、実施例１７－３１に記載の方法である。

従来の技法に優る多数の利点が、本開示の方法によって達成される。例えば、実施形態は、単一焦点面システムが、近視野および遠視野仮想深度面の両方において低減されたＶＡＣ等の２焦点面システムと同一利点のうちのいくつかを有することを有効にする。加えて、ピクセルビームは、接眼レンズの中への投入に先立って、修正されることができるため、実施形態は、瞳拡張コンバイナ接眼レンズ技術を採用する、既存の接眼レンズと互換性がある。実施形態はまた、多くの場合、近視野深度面のために採用される、平面をクリッピングする必要性を排除し、それによって、仮想コンテンツ消失に起因する、ユーザにとっての不便を低減させる。本開示の他の利点は、当業者に容易に明白となるであろう。

本開示のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書内に組み込まれ、その一部を構成する、付随の図面は、本開示の実施形態を図示し、詳細な説明とともに、本開示の原理を解説する役割を果たす。本開示の構造詳細を本開示の基本理解およびそれが実践され得る種々の方法のために必要であり得るもの以上にさらに詳細に示すことが、試みられているわけではない。

図１は、ウェアラブルＡＲデバイスを通して視認されるような拡張現実（ＡＲ）場面を図示する。

図２Ａは、単一固定焦点面を有する、ＡＲデバイスを図示する。

図２Ｂは、２つの固定焦点面を有する、ＡＲデバイスを図示する。

図３は、輻輳・開散運動－遠近調節衝突（ＶＡＣ）と仮想深度面の距離との間の関係を図示する。

図４は、例示的ウェアラブルＡＲデバイスの概略図を図示する。

図５は、ＡＲデバイスの視認光学系アセンブリの例示的機能と、本システムの出力の結果として生じるユーザ視知覚の対象とを図示する。

図６は、ＡＲデバイスの視認光学系アセンブリの例示的機能と、本システムの出力の結果として生じるユーザ視知覚の対象とを図示する。

図７は、ＡＲデバイスの視認光学系アセンブリの例示的機能と、本システムの出力の結果として生じるユーザ視知覚の対象とを図示する。

図８は、ＡＲデバイスの視認光学系アセンブリの例示的機能と、本システムの出力の結果として生じるユーザ視知覚の対象とを図示する。

図９は、ＡＲデバイスの視認光学系アセンブリの例示的機能と、本システムの出力の結果として生じるユーザ視知覚の対象とを図示する。

図１０Ａ－１０Ｃは、コリメートされたピクセルビームの直径を低減させるための例示的光修正デバイスを図示する。

図１１は、光修正デバイスのための例示的制御スキームと、本システムの出力の結果として生じるユーザ視知覚の対象とを図示する。

図１２は、ＶＡＣ区切ゾーンを定義するための例示的方法を図示する。

図１３は、ＶＡＣ区切ゾーンの種々の実施例を図示する。

図１４は、光学システムを動作させる例示的方法を図示する。

図１５は、簡略化されたコンピュータシステムを図示する。

添付の図では、類似コンポーネントおよび／または特徴は、同一数値参照標識を有し得る。さらに、同一タイプの種々のコンポーネントは、文字を伴う参照標識が続くことによって、またはダッシュを伴う参照標識の後に、類似コンポーネントおよび／または特徴の中で区別する、第２の数値参照標識が続くことによって、区別され得る。第１の数値参照標識のみが、本明細書内で使用される場合、説明は、添え字に関係なく、同一の第１の数値参照標識を有する、類似コンポーネントおよび／または特徴のうちの任意の１つに適用可能である。

複合現実（ＭＲ）および拡張現実（ＡＲ）ウェアラブルディスプレイは、広深度範囲にわたって、仮想コンテンツをユーザに提示することが可能である。多くのディスプレイに関して、ユーザは、異なる深度において、可変レベルの遠近調節－輻輳・開散運動衝突（ＶＡＣ）を被り得、これは、ユーザの脳が、ユーザの眼から仮想オブジェクトまでの距離と眼がその仮想オブジェクト上に合焦させるために要求される集束距離との間の不整合キューを受信するときに生じる。ＶＡＣは、視覚的疲労、頭痛、吐き気、および眼精疲労につながり、ユーザにとって有意な不快感源を残す。故に、ユーザの快適性を維持するために、現代のＭＲおよびＡＲウェアラブルディスプレイは、有意に低減された深度範囲をもたらし得る、深度範囲にわたって仮想コンテンツを送達するとき、ＶＡＣ予算許容値を考慮し得る。

ＶＡＣを軽減させるための種々のアプローチが、実装されている。１つのアプローチは、第２の深度面および眼追跡に基づく可変焦点スイッチを光学システムに追加することを含む。別のアプローチは、接眼レンズ焦点面を広範囲を横断して掃引する能力を伴う、可変焦点要素を追加することである。これらのアプローチは、付加的接眼レンズ層の形態における、および／または接眼レンズに跨架する液体充填可能調整可能レンズ対の統合を通した、増加された体積、および複雑な照明スキームに起因する増加された複雑性とともに生じる。

本発明のいくつかの実施形態は、光学システムに、区切ゾーンを提供し、その中では、限定された量のＶＡＣが、ユーザによって許容され、その外側では、拡張された被写界深度が、ヒト視覚系遠近調節キューを妨げるように、オンに切り替えられ得る。いくつかの実施形態では、区切ゾーンは、単一または複数の固定焦点面または単一または複数の可変焦点面に基づいて定義されることができる。区切ゾーン内にある、関連付けられる仮想深度面を有する、仮想コンテンツは、通常様式において、ユーザに投影され得る一方、区切ゾーン外にある仮想コンテンツは、遠近調節キューの信頼性を低減させるように、光修正デバイスによって修正される。

いくつかのインスタンスでは、光修正デバイスは、プロジェクタによって生成されたコリメートされた光を、接眼レンズに入射するとき、収束した状態にさせ得る。これは、接眼レンズの漏出性格子から外部結合される、仮想画像光（すなわち、仮想画像と関連付けられる光）もまた、収束させる。しかしながら、各ビームレットの主光線は、方向を変化させず、輻輳・開散運動キューを伴うが、非常に弱い遠近調節キューを伴う、仮想画像をもたらす。そのような仮想画像は、ＶＡＣが閾値許容度を超えるであろう、被写界深度の面積内においては、輻輳・開散運動－遠近調節応答を妨げ得る。したがって、本明細書に開示される実施形態は、ユーザの眼が、仮想深度面におけるピクセルに合焦することが不可能であり得るため、光学システムの被写界深度を延在させることができる。加えて、または代替として、光修正デバイスは、プロジェクタによって生成された各コリメートされたピクセルビームの直径を低減させ得る。これは、接眼レンズの漏出性格子から外部結合される光に、同様に、低減された直径を伴うピクセルビームを有しさせ、それによって、外部結合された光と関連付けられる、遠近調節キューを妨げることができる。

いくつかのインスタンスでは、光学シースルー（ＯＳＴ）ＡＲデバイスは、光学スタック内に配列される１つまたはそれを上回るレンズアセンブリを使用して、屈折力を仮想画像光に適用することによって、ユーザに提示されている仮想コンテンツを改良することができる。本発明の実施形態は、レンズアセンブリを利用して、仮想オブジェクトの仮想深度面を変動させる、既存のシステムと互換性がある。

図１は、いくつかの実施形態による、ウェアラブルＡＲデバイスを通して視認されるようなＡＲ場面１００を図示する。ＡＲ技術のユーザに、人々、木々、背景内の建物、および実世界コンクリートプラットフォーム１２０等の種々の実世界オブジェクト１３０を特徴とする、実世界公園状設定１０６が見える、ＡＲ場面１００が、描写される。これらのアイテムに加え、ＡＲ技術のユーザはまた、実世界コンクリートプラットフォーム１２０上に立っている、ロボット像１０２－２、およびマルハナバチの擬人化のように見える、飛んでいる漫画状アバタキャラクタ１０２－１等の種々の仮想オブジェクト１０２が「見える」と知覚するが、これらの要素（キャラクタ１０２－１および像１０２－２）は、実世界内には存在しない。ヒト視知覚および神経系の極端な複雑性に起因して、他の仮想または実世界像要素の中への仮想画像要素の快適で自然な感覚の豊かな提示を促進する、仮想現実（ＶＲ）またはＡＲ技術を生産することは、困難である。

図２Ａは、いくつかの実施形態による、単一固定焦点面を有する、ＡＲデバイス２００Ａを図示する。動作の間、ＡＲデバイス２００Ａのプロジェクタ２１４は、仮想画像光２２３（すなわち、仮想コンテンツと関連付けられる光）を接眼レンズ２０２－１上に投影し得、これは、ユーザが対応する仮想コンテンツをユーザの環境内のある場所に位置付けられているように知覚するような様式において、ライトフィールド（すなわち、仮想コンテンツの角度表現）をユーザの網膜上に投影させ得る。例えば、接眼レンズ２０２－１によって外部結合された仮想画像光２２３は、ユーザにキャラクタ１０２－１を第１の仮想深度面２１０－１に位置付けられているように、および像１０２－２を第２の仮想深度面２１０－２に位置付けられているように知覚させ得る。ユーザは、仮想コンテンツを、プラットフォーム１２０等の１つまたはそれを上回る世界オブジェクト２３０に対応する、世界光２３２とともに知覚する。

いくつかの実施形態では、ＡＲデバイス２００Ａは、接眼レンズ２０２－１のユーザ側（ユーザの眼に最も近い接眼レンズ２０２－１の側）上に位置付けられる、第１のレンズアセンブリ２０５－１と、接眼レンズ２０２－１の世界側上に位置付けられる、第２のレンズアセンブリ２０５－２とを含む。レンズアセンブリ２０５－１、２０５－２はそれぞれ、屈折力をそれを通して通過する光に印加するように構成されてもよい。

図２Ｂは、いくつかの実施形態による、２つの固定焦点面を有する、ＡＲデバイス２００Ｂを図示する。動作の間、プロジェクタ２１４は、仮想画像光２２３を第１の接眼レンズ２０２－１および第２の接眼レンズ２０２－２上に投影してもよく、これは、ユーザが対応する仮想コンテンツをユーザの環境内のある場所に位置付けられているように知覚するような様式において、ライトフィールドをユーザの網膜上に投影させ得る。例えば、第１の接眼レンズ２０２－１によって外部結合された仮想画像光２２３は、ユーザに、キャラクタ１０２－１を第１の仮想深度面２１０－１に位置付けられるように知覚させ得、第２の接眼レンズ２０２－２によって外部結合された仮想画像光２２３は、ユーザに、像１０２－２を第２の仮想深度面２１０－２に位置付けられるように知覚させ得る。

図３は、それぞれ、図２Ａおよび２Ｂを参照して説明されるＡＲデバイス２００Ａ、２００Ｂのそれぞれに対し、ＶＡＣと仮想深度面の距離との間の関係を図示する。ＡＲデバイス２００Ｂに関して、２焦点面システムは、１．３ジオプタ（０．７７メートル）に切替点を伴う、１．９５ジオプタ（０．５１メートル）および０．６５ジオプタ（１．５４メートル）における切替可能な焦点面と、２．７ジオプタ（０．３７メートル）における近コンテンツ限界（クリッピング平面）と、その平面と無限遠との間で決して１．０ジオプタＶＡＣを超えない像を提供する能力とを提供する。ＡＲデバイス２００Ａに関して、単一固定焦点面システムは、１．５ジオプタ（０．６メートル）における焦点面場所と、２．５ジオプタ（０．４メートル）の近コンテンツ限界と、０．３１ジオプタ（３．２メートル）の遠コンテンツ限界とを有し、１．０ジオプタの最大許容可能ＶＡＣを仮定する。そのような構成は、０．４～３．２メートルの使用可能範囲を有し、その範囲外に該当するコンテンツは、ＶＡＣ限界超過を軽減させるためのあるソリューションを要求する。

図４は、本発明のいくつかの実施形態による、例示的ウェアラブルＡＲデバイス４００の概略図を図示する。ＡＲデバイス４００は、並置構成に配列される、左接眼レンズ４０２Ａと、左レンズアセンブリ４０５Ａとを含んでもよく、右接眼レンズ４０２Ｂおよび右レンズアセンブリ４０５Ｂもまた、並置構成に配列される。いくつかの実施形態では、ＡＲデバイス４００は、限定ではないが、直接、左接眼レンズ４０２Ａまたはその近くに取り付けられる、左正面に向いた世界カメラ４０６Ａと、直接、右接眼レンズ４０２Ｂまたはその近くに取り付けられる、右正面に向いた世界カメラ４０６Ｂと、直接、左接眼レンズ４０２Ａまたはその近くに取り付けられる、左側に向いた世界カメラ４０６Ｃと、直接、右接眼レンズ４０２Ｂまたはその近くに取り付けられる、右側に向いた世界カメラ４０６Ｄとを含む、１つまたはそれを上回るセンサを含む。いくつかの実施形態では、ＡＲデバイス４００は、左接眼レンズ４０２Ａに光学的にリンクされる、左プロジェクタ４１４Ａ、および右接眼レンズ４０２Ｂに光学的にリンクされる、右プロジェクタ４１４Ｂ等の１つまたはそれを上回る画像投影デバイスを含む。

ＡＲデバイス４００のコンポーネントのいくつかまたは全ては、投影された画像がユーザによって視認され得るように、頭部搭載型であってもよい。１つの特定の実装では、図４に示されるＡＲデバイス４００のコンポーネントは全て、ユーザによって装着可能な単一デバイス（例えば、単一ヘッドセット）上に搭載される。別の実装では、処理モジュール４５０の１つまたはそれを上回るコンポーネントは、ＡＲデバイス４００の他のコンポーネントと物理的に別個であって、１つまたはそれを上回る有線および／または無線接続によって、それに通信可能に結合される。例えば、処理モジュール４５０は、ＡＲデバイス４００の頭部搭載型部分上におけるローカルモジュール４５２と、ローカルモジュール４５２と物理的に別個であって、それに通信可能にリンクされる、遠隔モジュール４５６とを含んでもよい。遠隔モジュール４５６は、フレームに固定して取り付けられる、ユーザによって装着されるヘルメットまたは帽子に固定して取り付けられる、ヘッドホンに内蔵される、または別様に、ユーザに除去可能に取り付けられる（例えば、リュック式構成において、ベルト結合式構成において等）等、種々の構成において搭載されてもよい。

処理モジュール４５０は、プロセッサと、不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリ）等の関連付けられるデジタルメモリとを含んでもよく、その両方とも、データの処理、キャッシュ、および記憶を補助するために利用され得る。データは、カメラ４０６、周囲光センサ、眼追跡器、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、および／またはジャイロスコープ等のセンサ（例えば、ＡＲデバイス４００に動作可能に結合される、または別様に、ユーザに取り付けられ得る）から捕捉される、データを含んでもよい。例えば、処理モジュール４５０は、画像４２０をカメラ４０６から受信してもよい。具体的には、処理モジュール４５０は、左正面画像４２０Ａを左正面に向いた世界カメラ４０６Ａから、右正面画像４２０Ｂを右正面に向いた世界カメラ４０６Ｂから、左側画像４２０Ｃを左側に向いた世界カメラ４０６Ｃから、および右側画像４２０Ｄを右側に向いた世界カメラ４０６Ｄから受信してもよい。いくつかの実施形態では、画像４２０は、単一画像、一対の画像、画像のストリームを備える、ビデオ、ペアリングされた画像のストリームを備える、ビデオ、および同等物を含んでもよい。画像４２０は、ＡＲデバイス４００が電源投入されている間、周期的に生成され、処理モジュール４５０に送信されてもよい、または処理モジュール４５０によってカメラのうちの１つまたはそれを上回るものに送信される命令に応答して、生成されてもよい。別の実施例として、処理モジュール４５０は、周囲光情報を周囲光センサから受信してもよい。別の実施例として、処理モジュール４５０は、視線情報を１つまたはそれを上回る眼追跡器から受信してもよい。別の実施例として、処理モジュール４５０は、画像情報（例えば、画像明度値）をプロジェクタ４１４の一方または両方から受信してもよい。

カメラ４０６Ａ、４０６Ｂは、それぞれ、ユーザの左および右眼の視野内に実質的に重複する、画像を捕捉するように位置付けられてもよい。故に、カメラ４０６の設置は、ユーザの眼の近くであるが、ユーザの視野を不明瞭にするほど近くなくあり得る。代替として、または加えて、カメラ４０６Ａ、４０６Ｂは、それぞれ、仮想画像光４２２Ａ、４２２Ｂの内部結合場所と整合するように位置付けられてもよい。カメラ４０６Ｃ、４０６Ｄは、例えば、ユーザの周辺視覚内またはユーザの周辺視覚外にある、ユーザの側面に対して画像を捕捉するように位置付けられてもよい。カメラ４０６Ｃ、４０６Ｄを使用して捕捉された画像４２０Ｃ、４２０Ｄは、必ずしも、カメラ４０６Ａ、４０６Ｂを使用して捕捉された画像４２０Ａ、４２０Ｂと重複する必要はない。

接眼レンズ４０２Ａ、４０２Ｂは、それぞれ、プロジェクタ４１４Ａ、４１４Ｂによって生成された光を指向および外部結合するように構成される、透明または半透明導波管を備えてもよい。具体的には、処理モジュール４５０は、左プロジェクタ４１４Ａに、左仮想画像光４２２Ａを左接眼レンズ４０２Ａに出力させ得、右プロジェクタ４１４Ｂに、右仮想画像光４２２Ｂを右接眼レンズ４０２Ｂに出力させ得る。いくつかの実施形態では、接眼レンズ４０２Ａ、４０２Ｂはそれぞれ、異なる色に対応する、複数の導波管を備えてもよい。いくつかの実施形態では、レンズアセンブリ４０５Ａ、４０５Ｂは、接眼レンズ４０２Ａ、４０２Ｂに結合され、および／またはそれと統合されてもよい。例えば、レンズアセンブリ４０５Ａ、４０５Ｂは、多層接眼レンズの中に組み込まれてもよく、接眼レンズ４０２Ａ、４０２Ｂのうちの１つを構成する、１つまたはそれを上回る層を形成してもよい。

いくつかの実施形態では、ＡＲデバイス４００は、仮想画像光４２２Ａ、４２２Ｂを修正するための１つまたはそれを上回る光修正デバイス４０４Ａ、４０４Ｂを含む。具体的には、左光修正デバイス４０４Ａは、左接眼レンズ４０２Ａ上に出力されることに先立って、左仮想画像光４２２Ａを修正するように、左プロジェクタ４１４Ａと左接眼レンズ４０２Ａとの間の光学経路内に位置付けられてもよく、右光修正デバイス４０４Ｂは、右接眼レンズ４０２Ｂ上に出力されることに先立って、右仮想画像光４２２Ｂを修正するように、右プロジェクタ４１４Ｂと右接眼レンズ４０２Ｂとの間の光学経路内に位置付けられてもよい。いくつかの実施形態では、光修正デバイス４０４Ａ、４０４Ｂは、プロジェクタ４１４Ａ、４１４Ｂと統合されてもよい。いくつかの実施形態では、光修正デバイス４０４Ａ、４０４Ｂは、接眼レンズ４０２Ａ、４０２Ｂと統合されてもよい。

いくつかの実施形態では、プロジェクタ４１４Ａ、４１４Ｂは、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）空間光変調器（ＳＬＭ）走査デバイスを含んでもよい。そのような実施形態では、光修正デバイス４０４Ａ、４０４Ｂは、走査式ミラーに先立って、レーザビーム内で使用され得る、可変焦点ミラーまたはレンズを採用してもよい。中継光学システムが、使用される場合、中継光学系内の光学要素のうちの１つは、可変焦点であって、収束ピクセル光線を接眼レンズ上に形成されるＩＣＧに提供するように切り替えられ得る。標準的投影システムが、ピクセルベースのＳＬＭ（シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）等）と併用される場合、ＳＬＭ自体は、投影レンズが有限外部焦点面（したがって、収束性ピクセル光線）を生産するように、（アレイと垂直な）ｚ－軸において平行移動され得る。いくつかの実施形態では、可変焦点レンズが、マイクロディスプレイの投影／中継レンズと接眼レンズ自体のＩＣＧとの間に組み込まれ、出力されるコリメートされたピクセル光線を収束性状態に変換し得る。

図５は、ＡＲデバイスの視認光学系アセンブリ５００の例示的機能と、本システムの出力の結果として生じるユーザ視知覚の対象とを図示する。視認光学系アセンブリ５００は、プロジェクタ５１４と、接眼レンズ５０２とを含む。プロジェクタ５１４は、接眼レンズ５０２上に形成される、入力結合格子（ＩＣＧ）５０３において、接眼レンズ５０２上で搬送される、コリメートされたピクセルビーム５１６を生成する。ＩＣＧ５０３によって回折された後、コリメートされたピクセルビーム５１６は、接眼レンズ５０２上に形成される出力格子が、光をユーザに向かって回折するまで、接眼レンズ５０２内を伝搬する。

プログラムされた屈折力を伴わない、漏出性格子光誘導瞳拡張接眼レンズが、仮想画像を無限遠に生産する。知覚の対象は、瞳を通して収集され、ユーザの眼の網膜上に結像される、複数の出力「ビームレット」（入力ピクセル波面の放出される複製物）によって生産される。この場合、ユーザの眼が、無限遠に合焦されると、ピクセルの鮮明な画像が、網膜上に形成される。眼が、別の平面（例えば、ユーザから１．３３メートル）に合焦されると、ピクセルのぼけた画像が、網膜上に形成される。

図６は、ＡＲデバイスの視認光学系アセンブリ６００の例示的機能と、本システムの出力の結果として生じるユーザ視知覚の対象とを図示する。視認光学系アセンブリ６００は、接眼レンズ６０２上に形成されるＩＣＧ６０３において、接眼レンズ６０２上で搬送される、コリメートされたピクセルビーム６１６を生成する、プロジェクタ６１４を含む。ＩＣＧ６０３によって回折された後、コリメートされたピクセルビーム６１６は、接眼レンズ６０２上に形成される出力格子が、光をユーザに向かって回折するまで、接眼レンズ６０２内を伝搬する。

視認光学系アセンブリ６００は、ピクセル光を集束させることと、ビームレットをユーザの眼から１．３３メートルに収束させることとの両方を行うように、放出されるビームレットの波面を変調させ、それらを相互に対して発散させ、かつ各光線を独立して発散させる、－０．７５ジオプタレンズアセンブリ６０５を含む。レンズアセンブリ６０５は、出現するビームレットの主光線を偏移させ、レンズの焦点距離におけるコリメートされた出力を単一ピクセル焦点位置に発散させる。この場合、ユーザの眼が、１．３３メートルに合焦されると、ピクセルの鮮明な画像が、網膜上に形成される。眼が、無限遠に合焦すると、その画像は、ぼかされる。

図６に図示される実施例では、画像の焦点深度は、ビームレット充塞密度（いくつかの他の要因とともに、ビーム径、接眼レンズ基板厚によって決定される）、ユーザの瞳孔のサイズ、レンズアセンブリ６０５の光学品質、およびユーザの眼の固有の被写界深度を含む、いくつかの要因よって決定される。これらの要因はそれぞれ、本システムのための容認可能ＶＡＣ予算値を決定すると見なされ得る。いくつかの実施形態では、１．０ジオプタが、ＶＡＣ予算値として使用されることができるが、本値は、実践では、より高いまたはより低くあり得る。

図７は、ＡＲデバイスの視認光学系アセンブリ７００の例示的機能と、本システムの出力の結果として生じるユーザ視知覚の対象とを図示する。視認光学系アセンブリ７００は、光修正デバイス７０４によって修正され、収束波面を有する、修正されたピクセルビーム７５２を生産する、コリメートされたピクセルビーム７１６を生成する、プロジェクタ７１４を含む。修正されたピクセルビーム７５２は、接眼レンズ７０２上に形成されるＩＣＧ７０３において、接眼レンズ７０２上で搬送される。ＩＣＧ７０３によって回折された後、修正されたピクセルビーム７５２は、接眼レンズ７０２上に形成される出力格子が、光をユーザに向かって回折するまで、接眼レンズ７０２内を伝搬する。

図７に図示される実施例では、結像されるピクセルの波面を修正することは、屈折力を投影システムに導入し、無限遠集束システムを、有限画像位置をプロジェクタの正面に生産する、システムに変換する。そのような構成では、単一ピクセルが、収束（湾曲）波面をプロジェクタの瞳面に生産する。収束ピクセル光線が、接眼レンズに入射すると、出射ビームレットは、本収束を維持するが、しかしながら、各ビームレットの主光線は、方向を変化させない。この場合、ユーザの眼が、１．３３メートルまたは無限遠のいずれかに合焦されると、ピクセルのぼかされた画像が、網膜上に形成される。加えて、ユーザの眼が１．３３メートルに合焦されるときに知覚されるピクセルは、図７における異なるタイプのぼけによって描写されるように、ユーザの眼が無限遠に合焦されるときに知覚されるピクセルと異なり得る。

図８は、ＡＲデバイスの視認光学系アセンブリ８００の例示的機能と、本システムの出力の結果として生じるユーザ視知覚の対象とを図示する。視認光学系アセンブリ８００は、光修正デバイス８０４によって修正され、収束波面を有する、修正されたピクセルビーム８５２を生産する、コリメートされたピクセルビーム８１６を生成する、プロジェクタ８１４を含む。修正されたピクセルビーム８５２は、接眼レンズ８０２上に形成されるＩＣＧ８０３において、接眼レンズ８０２上で搬送される。ＩＣＧ８０３によって回折された後、修正されたピクセルビーム８５２は、接眼レンズ８０２上に形成される出力格子が、光をユーザに向かって回折するまで、接眼レンズ８０２内を伝搬する。視認光学系アセンブリ８００はさらに、放出されるビームレットの波面を変調させる、接眼レンズ８０２とユーザの眼との間に位置付けられる、－０．７５ジオプタレンズアセンブリ８０５を含む。

図８に図示される実施例では、レンズアセンブリ８０５は、各ビームレット出力をコリメートしながら、同時に、各ビームレットの主光線を再指向し、レンズの焦点面におけるある点の周囲で枢動させる。結果として、ユーザの眼が、１．３３メートルに合焦されると、ピクセルのぼかされた画像が、網膜上に形成される。ユーザの眼が、無限遠に集束されると、ぼかされた画像の繰り返される構造を備える、知覚の対象が、生産される。ユーザの眼は、ぼかされた画像に合焦させることが不可能であって、それによって、ユーザの生理学的輻輳・開散運動－遠近調節キューを妨げ、輻輳・開散運動－遠近調節衝突の不快な影響を低減させる。繰り返される構造を有する、本知覚の対象は、仮想コンテンツが、ＶＡＣ閾値外の平面上に存在することを可能にする。結果として、光学システムの被写界深度は、ユーザの眼が仮想深度面におけるピクセルに合焦することが可能ではないであろうため、不快感を伴わずに、ＶＡＣ閾値を越えて延在することができる。

図９は、ＡＲデバイスの視認光学系アセンブリ９００の例示的機能と、本システムの出力の結果として生じるユーザ視知覚の対象とを図示する。視認光学系アセンブリ９００は、空間光変調器（ＳＬＭ）、中継光学系、偏光器、ビームスプリッタ、レンズ、またはそれらの組み合わせ等の光修正デバイス９０４によって修正され、低減された直径を有する、修正されたピクセルビーム９５２を生産する、コリメートされたピクセルビーム９１６を生成する、プロジェクタ９１４を含む、修正されたピクセルビーム９５２は、接眼レンズ９０２上に形成されるＩＣＧ９０３において、接眼レンズ９０２上で搬送される。ＩＣＧ９０３によって回折された後、修正されたピクセルビーム９５２は、接眼レンズ９０２上に形成される出力格子が、光をユーザに向かって回折するまで、接眼レンズ９０２内を伝搬する。視認光学系アセンブリ９００はさらに、接眼レンズ９０２とユーザの眼との間に位置付けられる、－１ジオプタコンポーネントと、接眼レンズ９０２の世界側上に位置付けられる、＋１ジオプタコンポーネントとを含む、レンズアセンブリ９０５を含む。

図９に図示される実施例では、輻輳・開散運動－遠近調節キューは、妨げられ、本システムの被写界深度は、画像光の発散／収束を通してではなく、レーザビームの直径を変調させることによって、延在される。これは、光をＩＣＧ９０３の中に投入することに先立って、光修正デバイス９０４によって実施されてもよい。この場合、知覚の対象は、接眼レンズ９０２とユーザの眼との間のレンズアセンブリが、ピクセルビームの低減されたサイズに起因して、小焦点スポットを提供することができないことによって駆動される。

図１０Ａ－１０Ｃは、本発明のいくつかの実施形態による、コリメートされたピクセルビームの直径を低減させるための例示的光修正デバイスを図示する。第１のレンズ１００２および第３のレンズ１００６に対する第２のレンズ１００４の位置を変動させることによって、入力されたコリメートされたピクセルビームの直径は、拡張される、低減される、または未修正のままにされることができる。図１０Ａを参照すると、第２のレンズ１００４は、第３のレンズ１００６より第１のレンズ１００２の近くに（例えば、第１のレンズ１００２に隣接して）位置付けられ、コリメートされたピクセルビームの直径を、光修正デバイスからの出射に応じて、拡張された状態にさせるように調節される。図１０Ｂを参照すると、第２のレンズ１００４は、第１のレンズ１００２と第３のレンズ１００６との間の中点に位置付けられ、コリメートされたピクセルビームの直径を、光修正デバイスからの出射に応じて、未修正のままにさせるように調節される。図１０Ｃを参照すると、第２のレンズ１００４は、第１のレンズ１００２より第３のレンズ１００６の近くに（例えば、第３のレンズ１００６に隣接して）位置付けられ、コリメートされたピクセルビームの直径を、光修正デバイスからの出射に応じて、低減された状態にさせるように調節される。

いくつかの実施形態では、図１０Ａ－１０Ｃに図示される光修正デバイスは、ＭＥＭＳレーザビームの直径を動的に変化させるために使用される。いくつかのインスタンスでは、光修正デバイスは、ＭＥＭＳミラーに入射することに立って、レーザビームを修正するように、ＭＥＭＳミラーに先立って位置付けられてもよい。

図１１は、本発明のいくつかの実施形態による、光修正デバイスのための例示的制御スキームと、本システムの出力の対応するユーザ視知覚の対象とを図示する。いくつかの実施形態では、ＶＡＣ区切ゾーン１１０２が、１ジオプタ等の所望のＶＡＣ限界に基づいて定義される。ＶＡＣ区切ゾーン１１０２は、それを下回ると、ユーザによって被られるＶＡＣがＶＡＣ限界を超える、下側距離閾値１１０４と、それを上回ると、ユーザによって被られるＶＡＣがＶＡＣ限界を超える、上側距離閾値１１０６とを含んでもよい。

制御スキーム下では、（ＡＲデバイスまたはユーザから）仮想深度面までの距離が、下側距離閾値１１０４未満であることが決定されると、光修正デバイスは、コリメートされたピクセルビームの波面を修正させられる。仮想深度面までの距離が、下側距離閾値１１０４上回り、上側距離閾値１１０６未満（すなわち、ＶＡＣ区切ゾーン１１０２内）であることが決定されると、光修正デバイスは、コリメートされたピクセルビームを修正せず、修正を伴わずに、コリメートされたピクセルビームを出力させられる。仮想深度面までの距離が、上側距離閾値１１０６を上回ることが決定されると、光修正デバイスは、コリメートされたピクセルビームの波面を修正させられる。

制御スキームは、随意に、距離閾値またはその近くにおいて、コリメートされたピクセルビームに対する段階的修正を実装してもよい。例えば、光修正デバイスは、距離閾値直前において、部分的修正、距離閾値において、より大きな修正、および距離閾値を優に過ぎて、完全修正を仮想距離のためのコリメートされたピクセルビームに付与してもよい。一実施例として、３．２メートルの上側距離閾値に関して、コリメートされたピクセルビームが、２．８メートルの仮想距離のために、０％、３．０メートルの仮想距離のために、２５％、３．２メートルの仮想距離のために、５０％、３．４メートルの仮想距離のために、７５％、および３．６メートルの仮想距離のために、１００％収束される、制御スキームが、実装されてもよい。同一または異なる実施例では、０．４メートルの下側距離閾値に関して、コリメートされたピクセルビームが、０．６メートルの仮想距離のために、０％、０．５メートルの仮想距離のために、２５％、０．４メートルの仮想距離のために、５０％、０．３メートルの仮想距離のために、７５％、および０．２メートルの仮想距離のために、１００％収束される、制御スキームが、実装されてもよい。上記の実施例より長いまたはより短い遷移帯域を伴う、制御スキームも、実装されてもよい。当業者は、種々の変形例、代替、および修正を想起するであろう。

図１２は、本発明のいくつかの実施形態による、ＶＡＣ区切ゾーン１２０２を定義するための例示的方法を図示する。最初に、ユーザによって被られるＶＡＣが、ＡＲデバイスから仮想深度面までの距離の関数として、プロットされる（代替として、「ＶＡＣプロット」と称される）。いくつかの実施形態では、ＶＡＣプロットは、ＡＲデバイスの焦点面設計に基づいて決定される。図１２に図示されるＶＡＣプロットに関して、０．７５メートル焦点面が、利用される。次に、ＶＡＣ限界が、ユーザによって被られるＶＡＣとともにプロットされる。次に、２つのプロット間の交点１２０４、１２０６が、識別され、対応する距離が、それぞれ、ＶＡＣゾーン１２０２の下側および上側距離閾値として使用される。

図１３は、種々の単一焦点面システムのためのＶＡＣプロットに基づいて定義され得る、ＶＡＣ区切ゾーンの種々の実施例を図示する。ＡＲデバイスの焦点面が、増加するにつれて、ＶＡＣ区切ゾーンの下側距離閾値および上側距離閾値の両方が、増加し、近視野と遠視野性能との間のトレードオフを提示する。付加的深度面も、本システムに追加され、ＶＡＣ区切ゾーンを増加させることができる。

図１４は、本発明のいくつかの実施形態による、光学システム（例えば、ＡＲデバイス４００）を動作させる例示的方法１４００を図示する。方法１４００の１つまたはそれを上回るステップは、図示される実施形態と異なる順序で実施されてもよく、方法１４００の１つまたはそれを上回るステップが、方法１４００の実施の間、省略されてもよい。さらに、方法１４００の２つまたはそれを上回るステップが、同時に、または相互に並行して、実施されてもよい。

ステップ１４０２では、ＶＡＣ区切ゾーン（例えば、ＶＡＣ区切ゾーン１１０２、１２０２）が、定義される。いくつかの実施形態では、ＶＡＣ区切ゾーンは、光学デバイスの焦点面の数および／またはその対応する焦点面場所に基づいて定義される。例えば、１．５ジオプタにおける焦点面場所を伴う、単一焦点面システムと関連付けられる、ＶＡＣが、推定され、ＶＡＣ区切ゾーンを決定するために使用されることができ、これは、例えば、１．９５ジオプタおよび０．６５ジオプタにおける焦点面場所を伴う、２焦点面システム等の複数の焦点面システムと関連付けられるＶＡＣを使用して決定される、ＶＡＣ区切ゾーンより有意に小さくあり得る。いくつかの実施形態では、ＶＡＣ区切ゾーンは、加えて（または代替として）、ＶＡＣ限界に基づいて定義され、これは、ユーザによって規定されてもよい、または本システムのために事前に定義されてもよい。いくつかの実施形態では、ＶＡＣ区切ゾーンは、少なくとも、図３、１２、および１３を参照して説明されるように、光学システムと関連付けられるＶＡＣとＶＡＣ限界との間の交点（例えば、交点１２０４、１２０６）を見出すことによって定義される。

いくつかの実施形態では、ＶＡＣ区切ゾーンは、光学システムからの距離の関数として定義され、ＶＡＣ区切ゾーンの内側の距離は、仮想コンテンツがユーザにＶＡＣ限界未満のＶＡＣを被らせる、仮想深度面に対応し、ＶＡＣ区切ゾーンの外側の距離は、仮想コンテンツがユーザにＶＡＣ限界を上回るＶＡＣを被らせる、仮想深度面に対応する。いくつかの実施形態では、ＶＡＣ区切ゾーンは、少なくとも１つの距離閾値を含む。例えば、ＶＡＣ区切ゾーンは、下側距離閾値（例えば、下側距離閾値１１０４）および／または上側距離閾値（例えば、上側距離閾値１１０６）を含んでもよく、下側距離閾値は、上側距離閾値未満である。

ステップ１４０４では、仮想オブジェクト（例えば、仮想オブジェクト１０２）が表示されることになる、光学システムから仮想深度面（例えば、仮想深度面２１０）までの仮想距離が、決定される。仮想距離は、物理的変位を示す、メートル、ジオプタ、またはある他の単位で表されてもよい。いくつかの実施形態では、仮想距離は、処理モジュール（例えば、処理モジュール４５０）によって決定される。いくつかの実施形態では、仮想距離は、仮想オブジェクトと関連付けられる、コリメートされたピクセルビームが、光学システムによって生成されることに先立って、その間、またはその後に決定される。

ステップ１４０６では、仮想距離が、下側距離閾値および／または上側距離閾値と比較される。いくつかの実施形態では、仮想距離が、下側距離閾値未満である、下側距離閾値を上回る、上側距離閾値未満である、または上側距離閾値を上回るかどうかが決定される。例えば、いくつかの実施形態では、ステップ１４０６は、仮想距離が下側距離閾値未満であるかどうかを決定するステップを含んでもよい。別の実施例として、いくつかの実施形態では、ステップ１４０６は、仮想距離が上側距離閾値を上回るかどうかを決定するステップを含んでもよい。別の実施例として、いくつかの実施形態では、ステップ１４０６は、仮想距離が下側距離閾値未満であるまたは上側距離閾値を上回るかどうかを決定するステップを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ステップ１４０６は、仮想距離がＶＡＣ区切ゾーン外であるかどうかを決定するステップに匹敵する。

ステップ１４０８では、仮想オブジェクトと関連付けられる、コリメートされたピクセルビーム（例えば、コリメートされたピクセルビーム５１６、６１６、７１６、８１６、９１６）が、光学システムによって生成される。いくつかの実施形態では、コリメートされたピクセルビームは、光学システムのプロジェクタ（例えば、プロジェクタ２１４、４１４、５１４、６１４、７１４、８１４、９１４）によって生成される。コリメートされたピクセルビームは、仮想オブジェクトを表示するために、色、明度、およびサイズ情報を含有してもよい。例えば、コリメートされたピクセルビームは、単一ＬＥＤ色源（例えば、赤色）または複数のＬＥＤ色源（例えば、赤色、緑色、および青色）からの光を含んでもよい。

ステップ１４１０では、コリメートされたピクセルビームが、修正されたピクセルビーム（例えば、修正されたピクセルビーム７５２、８５２、９５２）を生成するように修正される。いくつかの実施形態では、コリメートされたピクセルビームは、光学システムの光修正デバイス（例えば、光修正デバイス４０４、７０４、８０４、９０４）によって修正される。いくつかの実施形態では、ステップ１４１０が、実施されるかどうかは、ステップ１４０６において実施される比較に依存し得る。例えば、いくつかの実施形態では、ステップ１４１０は、仮想距離がＶＡＣ区切ゾーン外にあることが決定されたときのみ、実施される。例えば、ステップ１４１０は、仮想距離が下側距離閾値未満であることの決定に応答して、または仮想距離が上側距離閾値を上回ることの決定に応答してのみ、実施されてもよい。いくつかの実施形態では、光修正デバイスは、プロジェクタと統合される。いくつかの実施形態では、光修正デバイスは、プロジェクタと別個である。

いくつかの実施形態では、ステップ１４１０は、ステップ１４１２および／またはステップ１４１４を含む。ステップ１４１２では、コリメートされたピクセルビームが、収束される。いくつかの実施形態では、コリメートされたピクセルビームは、光修正デバイスによって収束される。ステップ１４１４では、コリメートされたピクセルビームの直径は、低減される。いくつかの実施形態では、コリメートされたピクセルビームの直径は、光修正デバイスによって低減される。

ステップ１４１６では、修正されたピクセルビームは、光学システムの接眼レンズ（例えば、接眼レンズ２０２、４０２、５０２、６０２、７０２、８０２、９０２）の中に投入される。いくつかの実施形態では、修正されたピクセルビームは、接眼レンズ上に形成されるＩＣＧ（例えば、ＩＣＧ５０３、６０３、７０３、８０３、９０３）の中に投入される。

ステップ１４１８では、修正されたピクセルビームは、光学システムの接眼レンズから出力される。いくつかの実施形態では、修正されたピクセルビームは、接眼レンズ上に形成される、漏出性格子から出力される。いくつかの実施形態では、修正されたピクセルビームは、接眼レンズからユーザの眼に向かって出力される。

図１５は、本明細書に説明される実施形態による、簡略化されたコンピュータシステム１５００を図示する。図１５に図示されるようなコンピュータシステム１５００は、本明細書に説明されるデバイスの中に組み込まれてもよい。図１５は、種々の実施形態によって提供される方法のステップの一部または全部を実施し得る、コンピュータシステム１５００の一実施形態の概略化された例証を提供する。図１５は、種々のコンポーネントの一般化された例証を提供するためだけに意図され、そのいずれかまたは全てが、必要に応じて利用されてもよいことに留意されたい。図１５は、したがって、広義には、個々のシステム要素が比較的に分離された様式または比較的により統合された様式において実装され得る状況を図示する。

コンピュータシステム１５００は、バス１５０５を介して電気的に結合されることができる、または必要に応じて別様に通信し得る、ハードウェア要素を備えるように示される。ハードウェア要素は、限定ではないが、デジタル信号処理チップ、グラフィック加速プロセッサ、および／または同等物等の、１つまたはそれを上回る汎用プロセッサおよび／または１つまたはそれを上回る特殊目的プロセッサを含む、１つまたはそれを上回るプロセッサ１５１０と、限定ではないが、マウス、キーボード、カメラ、および／または同等物を含むことができる、１つまたはそれを上回る入力デバイス１５１５と、限定ではないが、ディスプレイデバイス、プリンタ、および／または同等物を含むことができる、１つまたはそれを上回る出力デバイス１５２０とを含んでもよい。

コンピュータシステム１５００はさらに、限定ではないが、ローカルおよび／またはネットワークアクセス可能記憶装置を備えることができ、および／または、限定ではないが、プログラム可能である、フラッシュ更新可能である、および／または同等物であることができる、ディスクドライブ、ドライブアレイ、光学記憶デバイス、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）等のソリッドステート記憶デバイス、および／または読取専用メモリ（「ＲＯＭ」）を含むことができる、１つまたはそれを上回る非一過性記憶デバイス１５２５を含む、および／またはそれと通信してもよい。そのような記憶デバイスは、限定ではないが、種々のファイルシステム、データベース構造、および／または同等物を含む、任意の適切なデータ記憶を実装するように構成されてもよい。

コンピュータシステム１５００はまた、限定ではないが、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）デバイス、８０２．１１デバイス、ＷｉＦｉデバイス、ＷｉＭａｘデバイス、セルラー通信設備等、および／または同等物等のモデム、ネットワークカード（無線または有線）、赤外線通信デバイス、無線通信デバイス、および／またはチップセットを含むことができる、通信サブシステム１５１９を含み得る。通信サブシステム１５１９は、１つまたはそれを上回る入力および／または出力通信インターフェースを含み、データが、一実施例として挙げるために以下に説明されるネットワーク、すなわち、他のコンピュータシステム、テレビ、および／または本明細書に説明される任意の他のデバイス等のネットワークと交換されることを可能にしてもよい。所望の機能性および／または他の実装懸念に応じて、ポータブル電子デバイスまたは類似デバイスは、通信サブシステム１５１９を介して、画像および／または他の情報を通信してもよい。他の実施形態では、ポータブル電子デバイス、例えば、第１の電子デバイスは、コンピュータシステム１５００、例えば、電子デバイスの中に入力デバイス１５１５として組み込まれてもよい。いくつかの実施形態では、コンピュータシステム１５００はさらに、作業メモリ１５３５を備え、これは、上記に説明されるようなＲＡＭまたはＲＯＭデバイスを含むであろう。

コンピュータシステム１５００はまた、種々の実施形態によって提供されるコンピュータプログラムを備え得る、および／または本明細書に説明されるような他の実施形態によって提供される方法を実装し、および／またはシステムを構成するように設計され得る、１つまたはそれを上回るアプリケーションプログラム１５４５等のオペレーティングシステム１５４０、デバイスドライバ、実行可能ライブラリ、および／または他のコードを含む、作業メモリ１５３５内に現在位置するものとして示される、ソフトウェア要素を含むことができる。単に、一例として、上記に議論される方法に関して説明される１つまたはそれを上回るプロシージャは、コンピュータまたはコンピュータ内のプロセッサによって実行可能なコードおよび／または命令として実装され得、ある側面では、次いで、そのようなコードおよび／または命令は、説明される方法に従って１つまたはそれを上回る動作を実施するように汎用コンピュータまたは他のデバイスを構成および／または適合するために使用されることができる。

これらの命令および／またはコードのセットは、上記に説明される記憶デバイス１５２５等の非一過性コンピュータ可読記憶媒体上に記憶されてもよい。ある場合には、記憶媒体は、コンピュータシステム１５００等のコンピュータシステム内に組み込まれ得る。他の実施形態では、記憶媒体は、コンピュータシステムと別個である、例えば、コンパクトディスク等の可撤性媒体である、および／または記憶媒体が、汎用コンピュータをその上に記憶される命令／コードを用いてプログラム、構成、および／または適合するために使用され得るように、インストールパッケージ内に提供され得る。これらの命令は、コンピュータシステム１５００によって実行可能である、実行可能コードの形態をとり得る、および／または、例えば、種々の概して利用可能なコンパイラ、インストールプログラム、圧縮／解凍ユーティリティ等のいずれかを使用したコンピュータシステム１５００上へのコンパイルおよび／またはインストールに応じて、次いで、実行可能コードの形態をとる、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り得る。

実質的な変形例が、具体的要件に従って構成されてもよいことが、当業者に明白となるであろう。例えば、カスタマイズされたハードウェアもまた、使用され得る、および／または特定の要素が、ハードウェア、アプレット等のポータブルソフトウェアを含む、ソフトウェア、または両方内に実装され得る。さらに、ネットワーク入力／出力デバイス等の他のコンピューティングデバイスへの接続も、採用されてもよい。

上記に述べられたように、一側面では、いくつかの実施形態は、コンピュータシステム１５００等のコンピュータシステムを採用し、本技術の種々の実施形態による方法を実施してもよい。一式の実施形態によると、そのような方法のプロシージャの一部または全部は、プロセッサ１５１０が、オペレーティングシステム１５４０の中に組み込まれ得る、１つまたはそれを上回る命令の１つまたはそれを上回るシーケンス、および／または作業メモリ１５３５内に含有される、アプリケーションプログラム１５４５等の他のコードを実行することに応答して、コンピュータシステム１５００によって実施される。そのような命令は、記憶デバイス１５２５のうちの１つまたはそれを上回るもの等の別のコンピュータ可読媒体から作業メモリ１５３５の中に読み取られてもよい。単に、一例として、作業メモリ１５３５内に含有される命令のシーケンスの実行は、プロセッサ１５１０に、本明細書に説明される方法の１つまたはそれを上回るプロシージャを実施させ得る。加えて、または代替として、本明細書に説明される方法の一部は、特殊ハードウェアを通して実行されてもよい。

用語「機械可読媒体」および「コンピュータ可読媒体」は、本明細書で使用されるとき、機械を具体的方式で動作させるデータを提供することに関わる、任意の媒体を指す。コンピュータシステム１５００を使用して実装される、ある実施形態では、種々のコンピュータ可読媒体は、実行のための命令／コードをプロセッサ１５１０に提供する際に関わり得る、および／またはそのような命令／コードを記憶および／または搬送するために使用され得る。多くの実装では、コンピュータ可読媒体は、物理的および／または有形記憶媒体である。そのような媒体は、不揮発性媒体または揮発性媒体の形態をとってもよい。不揮発性媒体は、例えば、記憶デバイス１５２５等の光学および／または磁気ディスクを含む。揮発性媒体は、限定ではないが、作業メモリ１５３５等の動的メモリを含む。

一般的形態の物理的および／または有形コンピュータ可読媒体は、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、可撓性ディスク、ハードディスク、磁気テープ、または任意の他の磁気媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、任意の他の光学媒体、パンチカード、紙テープ、孔のパターンを伴う任意の他の物理的媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ－ＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップまたはカートリッジ、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、任意の他の媒体を含む。

種々の形態のコンピュータ可読媒体が、実行のための１つまたはそれを上回る命令の１つまたはそれを上回るシーケンスをプロセッサ１５１０に搬送する際に関わってもよい。単に、一例として、命令は、最初に、遠隔コンピュータの磁気ディスクおよび／または光学ディスク上で搬送されてもよい。遠隔コンピュータは、命令をその動的メモリの中にロードし、コンピュータシステム１５００によって受信および／または実行される伝送媒体を経由して、命令を信号として送信し得る。

通信サブシステム１５１９および／またはそのコンポーネントは、概して、信号を受信し、バス１５０５が、次いで、信号および／または信号によって搬送されるデータ、命令等を作業メモリ１５３５に搬送し得、そこから、プロセッサ１５１０が、命令を読み出し、実行する。作業メモリ１５３５によって受信された命令は、随意に、プロセッサ１５１０による実行前または後のいずれかにおいて、非一過性記憶デバイス１５２５上に記憶されてもよい。

上記に議論される方法、システム、およびデバイスは、実施例である。種々の構成は、必要に応じて、種々のプロシージャまたはコンポーネントを省略、代用、または追加してもよい。例えば、代替構成では、本方法は、説明されるものと異なる順序で実施されてもよく、および／または種々の段階は、追加される、省略される、および／または組み合わせられてもよい。また、ある構成に関して説明される特徴は、種々の他の構成において組み合わせられてもよい。構成の異なる側面および要素は、類似様式で組み合わせられてもよい。また、技術は、進歩するものであって、したがって、要素の多くは、実施例であって、本開示の範囲または請求項を限定するものではない。

具体的詳細が、実装を含む、例示的構成の完全な理解を提供するために説明に与えられる。しかしながら、構成は、これらの具体的詳細を伴わずに実践されてもよい。例えば、周知の回路、プロセス、アルゴリズム、構造、および技法は、構成を曖昧にすることを回避するために、不必要な詳細を伴わずに示されている。本説明は、例示的構成のみを提供し、請求項の範囲、可用性、または構成を限定するものではない。むしろ、構成の前述の説明は、当業者に説明される技法を実装するための有効な説明を提供するであろう。種々の変更が、本開示の精神または範囲から逸脱することなく、要素の機能および配列に行われてもよい。

また、構成は、概略フローチャートまたはブロック図として描写される、プロセスとして説明され得る。それぞれ、シーケンシャルプロセスとして動作を説明し得るが、動作の多くは、並行して、または同時に実施されてもよい。加えて、動作の順序は、再配列されてもよい。プロセスは、図内に含まれない付加的ステップを有してもよい。さらに、本方法の実施例は、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、または任意のそれらの組み合わせによって実装されてもよい。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内に実装されるとき、必要タスクを実施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、記憶媒体等の非一過性コンピュータ可読媒体内に記憶されてもよい。プロセッサは、説明されるタスクを実施してもよい。

いくつかの例示的構成が説明されたが、種々の修正、代替構造、および均等物が、本開示の精神から逸脱することなく、使用されてもよい。例えば、前述の要素は、より大きいシステムのコンポーネントであってもよく、他のルールが、本技術の用途に優先する、または別様にそれを修正してもよい。また、いくつかのステップは、前述の要素が検討される前、間、または後に行われてもよい。故に、前述の説明は、請求項の範囲を束縛するものではない。

本明細書および添付の請求項で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈によって明確に別様に示されない限り、複数参照を含む。したがって、例えば、「ユーザ（ａ ｕｓｅｒ）」の言及は、複数のそのようなユーザを含み、「プロセッサ（ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）」の言及は、１つまたはそれを上回るプロセッサおよび当業者に公知のその均等物等の言及を含む。

また、単語「ｃｏｍｐｒｉｓｅ（～を備える）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（～を備える）」、「ｃｏｎｔａｉｎｓ（～を含有する）」、「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ（～を含有する）」、「ｉｎｃｌｕｄｅ（～を含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（～を含む）」、および「ｉｎｃｌｕｄｅｓ（～を含む）」は、本明細書および以下の請求項で使用されるとき、述べられた特徴、整数、コンポーネント、またはステップの存在を規定するために意図されるが、それらは、１つまたはそれを上回る他の特徴、整数、コンポーネント、ステップ、行為、またはグループの存在または追加を除外するものではない。

また、本明細書に説明される実施例および実施形態は、例証目的のみのためのものであって、それに照らして、種々の修正または変更が、当業者に示唆され、本願の精神および権限および添付の請求項の範囲内に含まれることを理解されたい。

Claims (20)

1. 光学システムを動作させる方法であって、前記方法は、
   輻輳・開散運動－遠近調節衝突（ＶＡＣ）限界に基づいて、前記光学システムからの距離の関数として、区切ゾーンを定義することであって、前記区切ゾーンは、少なくとも１つの距離閾値を有する、ことと、
   仮想オブジェクトが表示されることになる前記光学システムからの仮想深度面の仮想距離を決定することと、
   前記少なくとも１つの距離閾値までの仮想距離を比較することによって、前記仮想距離が前記区切ゾーン外にあるかどうかを決定することと、
   前記光学システムのプロジェクタによって、前記仮想オブジェクトと関連付けられるコリメートされたピクセルビームを生成することと、
   前記仮想距離が前記区切ゾーン外にあることを決定することに基づいて、前記コリメートされたピクセルビームを修正し、修正されたピクセルビームを生成することであって、前記コリメートされたピクセルビームを修正することは、
   前記コリメートされたピクセルビームを収束させること、または
   前記コリメートされたピクセルビームの直径を低減させること
   のうちの少なくとも１つを含む、ことと、
   前記修正されたピクセルビームを前記光学システムの接眼レンズの中に投入することと、
   前記修正されたピクセルビームを前記接眼レンズからユーザの眼に向かって出力することと
   を含む、方法。
2. 光学システムであって、
   プロジェクタであって、前記プロジェクタは、仮想オブジェクトと関連付けられるコリメートされたピクセルビームを生成するように構成される、プロジェクタと、
   光修正デバイスであって、前記光修正デバイスは、前記コリメートされたピクセルビームを修正し、修正されたピクセルビームを生成するように構成される、光修正デバイスと、
   前記修正されたピクセルビームを出力するように構成される接眼レンズと、
   処理モジュールであって、前記処理モジュールは、
   前記仮想オブジェクトが表示されることになる前記光学システムからの仮想深度面の仮想距離を決定することと、
   前記仮想距離と少なくとも１つの距離閾値を比較することと、
   前記仮想距離と前記少なくとも１つの距離閾値を比較することに基づいて、前記光修正デバイスに、前記コリメートされたピクセルビームを修正し、前記修正されたピクセルビームを生成させることと
   を含む動作を実施するように構成される、処理モジュールと
   を備える、光学システム。
3. 前記コリメートされたピクセルビームを修正することは、
   前記コリメートされたピクセルビームを収束させることを含む、請求項２に記載の光学システム。
4. 前記コリメートされたピクセルビームを修正することは、
   前記コリメートされたピクセルビームの直径を低減させることを含む、請求項２に記載の光学システム。
5. 前記動作はさらに、
   前記光学システムからの距離の関数として、区切ゾーンを定義することであって、前記区切ゾーンは、前記少なくとも１つの距離閾値を含む、ことを含む、請求項２に記載の光学システム。
6. 前記仮想距離と前記少なくとも１つの距離閾値を比較することは、
   前記仮想距離が前記区切ゾーン外にあるかどうかを決定することを含む、請求項５に記載の光学システム。
7. 前記区切ゾーンは、輻輳・開散運動－遠近調節衝突（ＶＡＣ）限界に基づいて定義される、請求項５に記載の光学システム。
8. 前記ＶＡＣ限界は、前記光学システムのユーザによって定義される、請求項７に記載の光学システム。
9. 前記接眼レンズは、前記修正されたピクセルビームを前記光修正デバイスから受光するように構成される、請求項２に記載の光学システム。
10. 前記光修正デバイスは、前記プロジェクタと前記接眼レンズとの間の光学経路内に位置付けられる、請求項２に記載の光学システム。
11. 光学システムを動作させる方法であって、前記方法は、
    仮想オブジェクトが表示されることになる前記光学システムからの仮想深度面の仮想距離を決定することと、
    前記仮想距離と少なくとも１つの距離閾値を比較することと、
    前記光学システムのプロジェクタによって、前記仮想オブジェクトと関連付けられるコリメートされたピクセルビームを生成することと、
    前記仮想距離と前記少なくとも１つの距離閾値を比較することに基づいて、前記コリメートされたピクセルビームを修正し、修正されたピクセルビームを生成することと
    を含む、方法。
12. 前記コリメートされたピクセルビームを修正することは、
    前記コリメートされたピクセルビームを収束させることを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記コリメートされたピクセルビームを修正することは、
    前記コリメートされたピクセルビームの直径を低減させることを含む、請求項１１に記載の方法。
14. 前記光学システムからの距離の関数として、区切ゾーンを定義することであって、前記区切ゾーンは、前記少なくとも１つの距離閾値を含む、ことをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
15. 前記仮想距離と前記少なくとも１つの距離閾値を比較することは、
    前記仮想距離が前記区切ゾーン外にあるかどうかを決定することを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記区切ゾーンは、輻輳・開散運動－遠近調節衝突（ＶＡＣ）限界に基づいて定義される、請求項１４に記載の方法。
17. 前記ＶＡＣ限界は、前記光学システムのユーザによって定義される、請求項１６に記載の方法。
18. 前記修正されたピクセルビームを前記光学システムの接眼レンズの中に投入することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
19. 前記修正されたピクセルビームを前記光学システムの接眼レンズからユーザの眼に向かって出力することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
    
20. 前記コリメートされたピクセルビームは、前記プロジェクタと前記光学システムの接眼レンズとの間の光学経路内に位置付けられる光修正デバイスによって修正される、請求項１１に記載の方法。

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