JP2023507871A - 圧縮アイボックスを提供するための光学系および方法 - Google Patents

Abstract

システムは、１つまたは複数の導波路と、１つまたは複数の導波路と結合された複数の格子セットとを含む。格子セットからの格子の複数の組み合わせは、画像光を、非圧縮アイボックスを形成する複数のサブアイボックスを通って伝搬するよう案内するように構成可能である。システムはまた、格子の１つまたは複数の組み合わせを、非圧縮アイボックスのサイズよりも小さいサイズを有する圧縮アイボックスを形成する１つまたは複数のサブアイボックスを通って伝搬するよう画像光を案内するために、回折状態で動作するよう選択的に構成するように構成されたコントローラを含む。
【選択図】図１５Ａ

Description

本開示は、一般に光学系に関し、より具体的には光学系および圧縮アイボックスを提供するための方法に関する。

ニアアイディスプレイ（「ＮＥＤ」）は、航空、エンジニアリング、科学的調査、医療デバイス、コンピュータゲーム、ビデオ、スポーツ、訓練、およびシミュレーションなどの様々な用途において広く使用されている。ＮＥＤは、仮想現実（「ＶＲ」）デバイス、拡張現実（「ＡＲ」）デバイス、および／または混合現実（「ＭＲ」）デバイスとして機能することができる。ＮＥＤは、ＡＲデバイスおよび／またはＭＲデバイスとして機能するとき、ユーザの視点から少なくとも部分的に透明であり、ユーザは、周囲の現実世界の環境を観察することができる。そのようなＮＥＤは、光学的に透明なＮＥＤとも称される。ＮＥＤは、ＶＲデバイスとして機能するとき、ユーザが、ＮＥＤによって供給されるＶＲ像に実質的に没頭するように、不透明である。ＮＥＤは、光学的に透明なデバイスとしての機能とＶＲデバイスとしての機能との間で切り替え可能であり得る。

回折結合構造を用いる瞳複製（または瞳拡大）導波路表示システムは、有望なＮＥＤ設計であり、可能性として、眼鏡のフォームファクタ、適度に大きな視界（「ＦＯＶ」）、高い透過率、および大きなアイボックスを提供することができる。瞳複製導波路表示システムは、画像光を生成する表示要素（たとえば電子ディスプレイ）、および導波路表示システムによってもたらされるアイボックスに画像光を案内する導波路（または光ガイド）を含む。回折格子は、光導波路に対して、インカップリング要素およびアウトカップリング要素として結合され得る。導波路はまた、ディスプレイ要素によって生成された仮想画像が現実世界の画像または透明な画像と重ね合わされるように、画像光と現実世界からの光とを組み合わせるＡＲおよび／またはＭＲの結合器としても機能し得る。

本開示の一態様に従い、システムが提供される。システムは、１つまたは複数の導波路と、１つまたは複数の導波路と結合された複数の格子セットとを含む。格子セットからの格子の複数の組み合わせは、画像光を、非圧縮アイボックスを形成する複数のサブアイボックスを通って伝搬するよう案内するように構成可能である。システムはまた、格子の１つまたは複数の組み合わせを、非圧縮アイボックスのサイズよりも小さいサイズを有する圧縮アイボックスを形成する１つまたは複数のサブアイボックスを通って伝搬するよう画像光を案内するために、回折状態で動作するよう選択的に構成するように構成されたコントローラを含む。

実施形態によっては、コントローラは、格子の残りの１つまたは複数の組み合わせを非回折状態で動作するよう選択的に構成するようにさらに構成され得る。

実施形態によっては、システムは、視標追跡デバイスが、眼の瞳の視標追跡情報を得るように構成されていることをさらに含み得、コントローラは視標追跡デバイスと結合されており、視標追跡情報に基づいて格子の１つまたは複数の組み合わせを回折状態で動作するよう選択的に構成するように構成されている。

実施形態によっては、視標追跡情報は、眼の瞳のサイズ、眼の瞳の位置、眼の瞳の視線方向、または眼の瞳の運動方向のうちの少なくとも１つを含み得る。

実施形態によっては、圧縮アイボックスのサイズは眼の瞳のサイズと少なくとも同程度であり得、圧縮アイボックスの場所は眼の瞳の位置に対応する。

実施形態によっては、格子の１つまたは複数の組み合わせは１つまたは複数の直接切り替え可能格子を含み得る。

実施形態によっては、システムは、１つまたは複数の電圧を１つまたは複数の直接切り替え可能格子に供給するように構成された１つまたは複数の電源であって、コントローラが、１つまたは複数の電源を、１つまたは複数の直接切り替え可能格子を回折状態で動作するよう構成するために、１つまたは複数の電圧を供給するよう制御するように構成されている、１つまたは複数の電源をさらに備え得る。

実施形態によっては、格子の１つまたは複数の組み合わせは１つまたは複数の間接切り替え可能格子を含み得る。

実施形態によっては、システムは、１つまたは複数の間接切り替え可能格子と光学的に結合された１つまたは複数の偏光スイッチであって、コントローラが、１つまたは複数の偏光スイッチを、画像光が１つまたは複数の間接切り替え可能格子に入射する前の画像光の偏光を変化させるために、切り替え状態で動作するよう、または画像光が１つまたは複数の間接切り替え可能格子に入射する前の画像光の偏光を維持するために、非切り替え状態で動作するよう制御するように構成されている、１つまたは複数の偏光スイッチをさらに備え得る。

実施形態によっては、格子の１つまたは複数の組み合わせは１つまたは複数の直接切り替え可能格子および１つまたは複数の間接切り替え可能格子を含み得る。

実施形態によっては、システムは、１つまたは複数の電圧を１つまたは複数の直接切り替え可能格子に供給するように構成された１つまたは複数の電源であって、コントローラが、１つまたは複数の電源を、１つまたは複数の直接切り替え可能格子を回折状態で動作するよう構成するために、１つまたは複数の電圧を供給するよう制御するように構成されている、１つまたは複数の電源と、１つまたは複数の間接切り替え可能格子と光学的に結合された１つまたは複数の偏光スイッチであって、コントローラが、１つまたは複数の偏光スイッチを、画像光が１つまたは複数の間接切り替え可能格子に入射する前の画像光の偏光を変化させるために、切り替え状態で動作するよう、または画像光が１つまたは複数の間接切り替え可能格子に入射する前の画像光の偏光を維持するために、非切り替え状態で動作するよう制御するように構成されている、１つまたは複数の偏光スイッチと、をさらに備え得る。

実施形態によっては、複数のサブアイボックスは少なくとも部分的に重なり合っていてもよい。

実施形態によっては、複数の格子セットのうちの少なくとも１つは、積層構成または交互配置構成のうちの少なくとも一方で配列された格子を含み得る。

実施形態によっては、複数の格子セットのうちの少なくとも１つは、変動する傾斜角を有する格子を含み得る。

実施形態によっては、１つまたは複数の導波路と結合された複数の格子セットはインカップリング格子セットおよびアウトカップリング格子セットを含み得、格子セットからの格子の１つまたは複数の組み合わせのうちの少なくとも１つは、インカップリング格子セットからのインカップリング格子およびアウトカップリング格子セットからのアウトカップリング格子を含む。

実施形態によっては、コントローラは、格子の１つまたは複数の組み合わせを、画像光の所定の視野を、圧縮アイボックスを形成する１つまたは複数のサブアイボックスの各々に向けて送るために、回折状態で動作するよう選択的に構成するように構成され得る。

実施形態によっては、非圧縮アイボックスを通って伝搬する画像光の第１の視野は、圧縮アイボックスを通って伝搬する画像光の第２の視野と実質的に同じであり得る。

実施形態によっては、システムは、ニアアイディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ、またはヘッドマウンテッドディスプレイの構成要素であり得る。

本開示の別の態様に従い、システムが提供される。システムは、画像光を放射するように構成された光源を含む。システムはまた、光源と光学的に結合された複数の光偏向要素を含む。システムは、複数の光偏向要素のうちの１つまたは複数の光偏向要素を、画像光を、複数のサブアイボックスのうちの１つまたは複数のサブアイボックスを通って伝搬するよう案内するために、偏向状態で動作するよう選択的に構成するように構成されたコントローラであって、複数のサブアイボックスが非圧縮アイボックスを規定し、１つまたは複数のサブアイボックスが、非圧縮アイボックスのサイズよりも小さいサイズを有する圧縮アイボックスを規定する、コントローラをさらに含む。

実施形態によっては、コントローラは、視標追跡情報に基づいて、１つまたは複数の光偏向要素を、画像光を圧縮アイボックスへ案内するために、偏向状態で動作するよう選択的に構成するように構成され得る。

本明細書において、本発明の１つまたは複数の態様または実施形態に組み込むために適するものとして説明される特徴はいずれも、本開示のありとあらゆる態様および実施形態にわたって一般化可能であることを意図されていることは理解されるであろう。本開示の他の態様も、当業者によって、本開示の説明、請求項、および図面を考慮して理解され得る。以上の一般的な説明および以下の詳細な説明は単なる例示および説明のためのものにすぎず、請求項の限定ではない。

添付の図面は、様々な本開示の実施形態に係る例示の目的のために提供されており、本開示の範囲を限定すること意図されていない。

ニアアイディスプレイ（「ＮＥＤ（ｎｅａｒ－ｅｙｅ ｄｉｓｐｌａｙ）」）において実施される従来の導波路光学系の概略図を例示する。 本開示の一実施形態に係る、異なる時間インスタンスにおける圧縮アイボックスを提供するように構成された光学系の概略図を例示する。 本開示の一実施形態に係る、異なる時間インスタンスにおける圧縮アイボックスを提供するように構成された光学系の概略図を例示する。 本開示の一実施形態に係る、コントローラの概略図を例示する。 本開示の一実施形態に係る、１次元（「１Ｄ」）瞳複製およびアイボックス圧縮を提供するように構成された導波路ディスプレイアセンブリの概略図を例示する。 本開示の一実施形態に係る、２次元（「２Ｄ」）瞳複製およびアイボックス圧縮を提供するように構成された導波路ディスプレイアセンブリの概略図を例示する。 本開示の一実施形態に係る、図２Ａおよび図２Ｂに示される光学系のブロック図を概略的に例示する。 本開示の一実施形態に係る、図４Ａに示される光学系によって提供される第１の圧縮アイボックスを概略的に例示する。 本開示の一実施形態に係る、図４Ａに示される光学系によって提供される第２の圧縮アイボックスを概略的に例示する。 本開示の実施形態に係る、圧縮アイボックスを提供するための様々な方式を例示する図である。 本開示の実施形態に係る、圧縮アイボックスを提供するための様々な方式を例示する図である。 本開示の実施形態に係る、圧縮アイボックスを提供するための様々な方式を例示する図である。 本開示の実施形態に係る、圧縮アイボックスを提供するための様々な方式を例示する図である。 本開示の実施形態に係る、圧縮アイボックスを提供するための様々な方式を例示する図である。 本開示の実施形態に係る、圧縮アイボックスを提供するための様々な方式を例示する図である。 本開示の様々な実施形態に係る、複数の格子セットの様々な配列の概略図を例示する。 本開示の様々な実施形態に係る、複数の格子セットの様々な配列の概略図を例示する。 本開示の様々な実施形態に係る、複数の格子セットの様々な配列の概略図を例示する。 本開示の様々な実施形態に係る、複数の格子セットの様々な配列の概略図を例示する。 本開示の一実施形態に係る、導波路ディスプレイアセンブリの概略図を例示する。 本開示の一実施形態に係る、回折状態および非回折状態における格子の概略図をそれぞれ例示する。 本開示の一実施形態に係る、回折状態および非回折状態における格子の概略図をそれぞれ例示する。 本開示の別の実施形態に係る、非回折状態および回折状態における格子の概略図をそれぞれ例示する。 本開示の別の実施形態に係る、非回折状態および回折状態における格子の概略図をそれぞれ例示する。 本開示の別の実施形態に係る、回折状態および非回折状態における格子の概略図をそれぞれ例示する。 本開示の別の実施形態に係る、回折状態および非回折状態における格子の概略図をそれぞれ例示する。 本開示の別の実施形態に係る、回折状態および非回折状態における格子の概略図をそれぞれ例示する。 本開示の別の実施形態に係る、回折状態および非回折状態における格子の概略図をそれぞれ例示する。 本開示の一実施形態による、別々の時間インスタンスにおける圧縮アイボックスを供給するように構成された光学系の概略図である。 本開示の一実施形態による、別々の時間インスタンスにおける圧縮アイボックスを供給するように構成された光学系の概略図である。 本開示の一実施形態による、別々の時間インスタンスにおける圧縮アイボックスを供給するように構成された光学系の概略図である。 本開示の別の実施形態による、別々の時間インスタンスにおける圧縮アイボックスを供給するように構成された光学系の概略図である。 本開示の別の実施形態による、別々の時間インスタンスにおける圧縮アイボックスを供給するように構成された光学系の概略図である。 本開示の別の実施形態による、別々の時間インスタンスにおける圧縮アイボックスを供給するように構成された光学系の概略図である。 本開示の別の実施形態による、圧縮アイボックスを供給するように構成された光学系の概略図である。 本開示の別の実施形態による、圧縮アイボックスを供給するように構成された光学系の概略図である。 本開示の別の実施形態による、圧縮アイボックスを供給するように構成された光学系の概略図である。 本開示の別の実施形態による、圧縮アイボックスを供給するように構成された光学系の概略図である。 本開示の別の実施形態による、圧縮アイボックスを供給するように構成された光学系の概略図である。 本開示の別の実施形態による、圧縮アイボックスを供給するように構成された光学系の概略図である。 本開示の別の実施形態による、圧縮アイボックスを供給するように構成された光学系の概略図である。 本開示の別の実施形態による、圧縮アイボックスを供給するように構成された光学系の概略図である。 本開示の別の実施形態による、圧縮アイボックスを供給するように構成された光学系の概略図である。 本開示の別の実施形態による、圧縮アイボックスを供給するように構成された光学系の概略図である。 本開示の別の実施形態による、圧縮アイボックスを供給するように構成された光学系の概略図である。 本開示の別の実施形態による、圧縮アイボックスを供給するように構成された光学系の概略図である。 本開示の一実施形態による、圧縮アイボックスを供給するための方法を示す流れ図である。 本開示の別の実施形態による、圧縮アイボックスを供給するための方法を示す流れ図である。 本開示の別の実施形態による、圧縮アイボックスを供給するための方法を示す流れ図である。 本開示の一実施形態による、ＮＥＤを含むシステムの概略図である。 本開示の一実施形態による、図１８に示されたＮＥＤの半分を示す断面図である。 本開示の一実施形態による、ＮＥＤを含むシステムの概略ブロック図である。

本開示に従う実施形態が、添付の図面を参照して説明される。図面は例示の目的のための単なる例にすぎず、本開示の範囲を限定することを意図されていない。可能なときには、同じ、または同様の部分に言及するために、同じ参照符号が図面全体を通して用いられ、それらの詳細な説明は省略され得る。

さらに、本開示において、開示される実施形態、および開示される実施形態の特徴は組み合わせられ得る。説明される実施形態は、本開示の実施形態のうちの、全てではないが、一部である。本開示の実施形態に基づいて、当業者は、本開示に従う他の実施形態を導き出すことができる。例えば、変更、適合、置換、追加、または他の変形が本開示の実施形態に基づいて行われ得る。本開示の実施形態のこのような変形は依然として本開示の範囲に含まれる。したがって、本開示は、開示された実施形態に限定されない。代わりに、本開示の範囲は添付の請求項によって定義される。

本明細書で使用するとき、用語「結合する（ｃｏｕｐｌｅ）」、「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、「結合（ｃｏｕｐｌｉｎｇ）」、または同様のものは、光結合、機械結合、電気結合、電磁気結合、またはこれらの組み合わせを包含し得る。２つの光学要素の間の「光結合」は、２つの光学要素が光学的に直列に配列されており、一方の光学要素から出力された光が他方の光学要素によって直接または間接的に受光され得る構成を指す。光学的直列（ｏｐｔｉｃａｌ ｓｅｒｉｅｓ）とは、１つの光学要素から出力された光が他の光学要素のうちの１つまたは複数によって透過されるか、反射されるか、回折されるか、変換されるか、変更されるか、あるいは他の仕方で処理または操作され得るような、光路内における複数の光学要素の光学的位置付けを指す。実施形態によっては、複数の光学要素が配列された順番は複数の光学要素の全体の出力に影響を及ぼし得るか、または影響を及ぼし得ない。結合は直接結合または間接結合（例えば、中間要素を通じた結合）であり得る。

語句「ＡまたはＢのうちの少なくとも１つ」は、Ａのみ、Ｂのみ、あるいはＡおよびＢなどの、ＡおよびＢの全ての組み合わせを包含し得る。同様に、語句「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの少なくとも１つ」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢ、ＡおよびＣ、ＢおよびＣ、あるいはＡおよびＢおよびＣなどの、Ａ、Ｂ、およびＣの全ての組み合わせを包含し得る。語句「Ａおよび／またはＢ」は、語句「ＡまたはＢのうちの少なくとも１つ」のものと同様の仕方で解釈され得る。例えば、語句「Ａおよび／またはＢ」は、Ａのみ、Ｂのみ、あるいはＡおよびＢなどの、ＡおよびＢの全ての組み合わせを包含し得る。同様に、語句「Ａ、Ｂ、および／またはＣ」は、語句「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの少なくとも１つ」のものと同様の意味を有する。例えば、語句「Ａ、Ｂ、および／またはＣ」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢ、ＡおよびＣ、ＢおよびＣ、あるいはＡおよびＢおよびＣなどの、Ａ、Ｂ、およびＣの全ての組み合わせを包含し得る。

第１の要素が、第２の要素に、第２の要素上に、第２の要素において、または少なくとも部分的に第２の要素内に「付着させられる」、「提供される」、「形成される」、「取り付けられる」、「装着される」、「固定される」、「接続される」、「接合される」、「記録される」、または「配設される」ように説明されるとき、第１の要素は、堆積、コーティング、エッチング、接合、接着、螺合、プレス嵌め、スナップ嵌め、締め付け等などの、任意の好適な機械的または非機械的な仕方を用いて、第２の要素に、第２の要素上に、第２の要素において、または少なくとも部分的に第２の要素内に「付着させられ得る」、「提供され得る」、「形成され得る」、「取り付けられ得る」、「装着され得る」、「固定され得る」、「接続され得る」、「接合され得る」、「記録され得る」、または「配設され得る」。加えて、第１の要素は第２の要素と直接接触し得るか、または中間要素が第１の要素と第２の要素との間に存在し得る。第１の要素は、左側、右側、前側、後側、上側、または下側などの、第２の要素の任意の好適な側に配設され得る。

第１の要素が、第２の要素の「上に（ｏｎ）」配設または配列されるように示されるか、または説明されるとき、用語「上に（ｏｎ）」は、単に第１の要素と第２の要素との間の例示的な相対的な向きを指示するために使用されるに過ぎない。説明は、図に示される基準座標系に基づき得るか、あるいは図に示される現在の像または例示的な構成に基づき得る。例えば、図に示される像が説明されるとき、第１の要素は、第２の要素の「上に（ｏｎ）」配設されるように説明され得る。用語「上に（ｏｎ）」は、必ずしも、第１の要素が鉛直の重力方向において第２の要素の上方にあることを暗示するとは限らないことが理解される。例えば、第１の要素および第２の要素のアセンブリが１８０度回転させられたとき、第１の要素は第２の要素の「下に（ｕｎｄｅｒ）」あり得る（または第２の要素は第１の要素の「上に（ｏｎ）」あり得る）。それゆえ、図が、第１の要素が第２の要素の「上に（ｏｎ）」ある様子を示すとき、構成は単なる例示の例にすぎないことが理解される。第１の要素は第２の要素に対して任意の好適な向きで（例えば、第２の要素の上（ｏｖｅｒ）もしくは上方（ａｂｏｖｅ）、第２の要素の下方（ｂｅｌｏｗ）もしくは下（ｕｎｄｅｒ）、第２の要素の左側（ｌｅｆｔ）、第２の要素の右側（ｒｉｇｈｔ）、第２の要素の後側（ｂｅｈｉｎｄ）、第２の要素の前側（ｆｒｏｎｔ）等に）配設または配列され得る。

本明細書において使用される用語「プロセッサ」は、中央処理装置（「ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）」）、グラフィック処理装置（「ＧＰＵ（ｇｒａｐｈｉｃｓ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）」）、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）」）、プログラマブル論理デバイス（「ＰＬＤ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅ）」）、またはこれらの任意の組み合わせなどの、任意の好適なプロセッサを包含し得る。以上に列挙されていない他のプロセッサも用いられ得る。プロセッサは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、またはこれらの任意の組み合わせとして実施され得る。

用語「コントローラ」は、デバイス、回路、光学要素等を制御するための制御信号を生成するように構成された任意の好適な電気回路、ソフトウェア、またはプロセッサを包含し得る。「コントローラ」は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、またはこれらの任意の組み合わせとして実施され得る。例えば、コントローラはプロセッサを含み得るか、またはプロセッサの部分として含まれ得る。

用語「非一時的コンピュータ可読媒体」は、データ、信号、または情報を記憶、転送、通信、同報通信、または伝送するための任意の好適な媒体を包含し得る。例えば、非一時的コンピュータ可読媒体としては、メモリ、ハードディスク、磁気ディスク、光ディスク、テープ等を挙げることができる。メモリとしては、リードオンリーメモリ（「ＲＯＭ（ｒｅａｄ－ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ－ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）」）、フラッシュメモリ等を挙げることができる。

図１は、ニアアイディスプレイ（「ＮＥＤ」）において実施される従来の導波路（またはライトガイド）光学系１００の概略図を例示する。光学系１００は導波路ディスプレイシステム１００とも称され得る。図１に示されるように、導波路ディスプレイシステム１００は、画像光１０７を放射するように構成された光源アセンブリ１０５と、画像光１０７を、導波路ディスプレイシステム１００によって提供されるアイボックス１２０を通って伝搬するよう案内するように構成された導波路１１０とを含む。「画像光」は、コンピュータ生成（または仮想）画像に関連付けられた光を指す。導波路ディスプレイシステム１００は、導波路１１０に（例えば、導波路１１０の表面に）配設されたインカップリング要素１１１（例えば、回折インカップリング要素）を含む。インカップリング要素１１１は、光源アセンブリ１０５によって生成された画像光１０７を導波路１１０の内側の内部全反射（「ＴＩＲ（ｔｏｔａｌ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）」）経路内へ結合するように構成され得る。導波路ディスプレイシステム１００はまた、導波路１１０に（例えば、導波路１１０の表面に）配設されたアウトカップリング要素１１２（例えば、回折アウトカップリング要素）を含む。アウトカップリング要素１１２は、画像光１０７をアイボックス１２０に向けて導波路１１０外へ結合するように構成され得る。アイボックス１２０は、ユーザの眼１２５の眼の瞳１３０が、光源アセンブリ１０５から導波路１１０によって送られる仮想画像の全景を知覚することができる空間内の領域である。アイボックス１２０は、眼の瞳１３０の可能な位置の全てまたは大部分と重なり合う。「瞳拡大」と称されるこの特徴は、他の観察機器（例えば、双眼鏡、顕微鏡、または望遠鏡）によって提供される、運動する眼の瞳の特性ではなく、ユーザによって知覚されるとおりの完全な現実像の効果を生み出す。導波路１１０は導波路瞳拡大素子とも称される。

アイボックス１２０のパラメータ（例えば、位置、サイズ、深度）は、ニアアイディスプレイ（「ＮＥＤ」）の望ましい視野（「ＦＯＶ（ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ）」）および望ましいアイレリーフによって影響を受ける。ＦＯＶは、ユーザの眼によって見られたときの画像の角サイズ（例えば、画像の対角線の角サイズ）として定義される。アイレリーフは眼の瞳とＮＥＤの最も近くの構成要素との間の距離である。アイボックスのサイズは、多くの場合、ＦＯＶおよび／またはアイレリーフが増大するにつれて減少する。大きいアイボックスは、ユーザが、光源アセンブリ１０５によって生成された画像を見失うことなく、より広い範囲内で眼の瞳１３０を運動させることを可能にし、異なるユーザ間の瞳孔間距離（「ＩＰＤ（ｉｎｔｅｒｐｕｐｉｌｌａｒｙ ｄｉｓｔａｎｃｅ）」）のばらつきに対するより良好な適応をもたらす。典型的なＩＰＤ値は、ユーザの年齢、性別、および他の生理学的因子に応じて、５１ｍｍ～７７ｍｍの範囲に及ぶ。大きいアイボックスは、広い範囲内の眼球運動、および異なるユーザ間のＩＰＤのばらつきに対するより良好な適応を提供するが、導波路１１０からアウトカップリングされた画像光はアイボックス１２０全体にわたって分布させられる。それゆえ、アイボックス１２０において提供される平均光強度は低くなり得、眼の瞳１３０によって知覚される画像の明るさは低くなり得る。他方で、眼の瞳１３０の区域はアイボックス１２０の小部分を占有するのみである。平均的な成人ユーザの眼の瞳のサイズは、（例えば、暗闇にいるときに）拡大しているときには、直径４～８ミリメートル（「ｍｍ」）の範囲内で変動し、（例えば、明るい光の中で）縮小しているときには、直径２～４ｍｍの範囲内で変動し得る。換言すれば、眼の瞳のサイズは画像光の光強度（または明るさ）に応じて２～８ｍｍの範囲内で変動し得る。したがって、眼の瞳１３０は、アイボックス１２０を通って伝搬する画像光の小部分を受光するのみである。アイボックス１２０を通って伝搬する画像光のかなりの部分は眼の瞳１３０によって受光され得ず、失われ得る。したがって、導波路ディスプレイシステム１００は電力効率が低くなり得る。

本開示は、眼の瞳によって受光される画像光の強度を増大させ、眼の瞳の外側における画像光の損失を低減し、導波路ディスプレイシステムの電力効率を増大させるように構成された導波路ディスプレイシステムを含むシステム（例えば、光学系）を提供する。導波路ディスプレイシステムは、導波路（もしくは導波路スタック）、および導波路と結合された複数の格子セット（例えば、格子のセット）を含み得る。複数の格子セットは、導波路と結合された、インカップリング要素、アウトカップリング要素、または（含まれる場合には）方向転換要素のうちの少なくとも１つに含まれ得る。例えば、インカップリング要素、アウトカップリング要素、および方向転換要素の各々は、格子セット、例えば、インカップリング格子セット、アウトカップリング格子セット、および方向転換／フォールディング格子セットを含み得る。各格子セットは１つまたは複数の格子を含み得る。格子セットからの格子の複数の組み合わせは、画像光を、非圧縮アイボックスを形成する複数のサブアイボックスを通って伝搬するよう誘導するように構成可能であり得る。導波路ディスプレイシステムはまた、格子の（複数の組み合わせ未満の）１つまたは複数の組み合わせを、画像光を、１つまたは複数のサブアイボックスを通って伝搬するよう案内するために、回折状態で動作するよう選択的に構成するように構成されたコントローラを含み得る。１つまたは複数のサブアイボックスは、非圧縮アイボックスのサイズよりも小さいサイズ、および非圧縮アイボックスのＦＯＶと実質的に同じである視野（「ＦＯＶ」）を有する圧縮アイボックスを形成し得る。格子セット内の格子は同じ平面または異なる平面内に配設され得、例えば、格子は積層されるか、交互配置構成で並んで配設されるか、または互いに部分的に重なり合って並んで配設され得る。

インカップリング要素、アウトカップリング要素、または方向転換要素のうちの少なくとも１つに含まれる格子セットは切り替え可能格子セットまたは非切り替え可能格子セットであり得る。切り替え可能格子セットは、少なくとも１つが切り替え可能格子であり得る、１つまたは複数の格子を含み得る。実施形態によっては、切り替え可能格子セット内に含まれる格子の全てが切り替え可能格子であり得る。実施形態によっては、切り替え可能格子セットは少なくとも１つの切り替え可能格子および少なくとも１つの非切り替え可能格子を含み得る。切り替え可能格子は、例えば、コントローラによって、格子が入射光を回折し得る、回折状態で動作することと、格子が、無視し得る程度の回折を伴って、または回折を伴わずに入射光を透過し得る、非回折状態で動作することとの間で直接または間接的に制御され得る、または切り替えられ得る。少なくとも１つの切り替え可能格子が、画像光を回折するために回折状態で動作するとき、切り替え可能格子セットは回折状態で動作し得る。少なくとも１つの切り替え可能格子が非回折状態で動作し、全ての他の格子も非回折状態で動作するとき、切り替え可能格子セットは非回折状態で動作し得る。切り替え可能格子セット内に含まれる少なくとも１つの切り替え可能格子が回折状態と非回折状態との間で切り替えられるとき、切り替え可能格子セットは、回折状態と非回折状態との間で切り替えられると言及される。

非切り替え可能格子セットは、各々が非切り替え可能格子であり得る、１つまたは複数の格子を含み得る。非切り替え可能格子は、例えば、コントローラによって、格子が入射光を回折し得る、回折状態で動作することと、格子が、無視し得る程度の回折を伴って、または回折を伴わずに入射光を透過し得る、非回折状態で動作することとの間で直接または間接的に制御され得ない、または切り替えられ得ない。代わりに、非切り替え可能格子は、所定の波長範囲および所定の入射角範囲内の画像光のために回折状態で動作するように固定的に構成され得る。議論を簡単にするために、以下の説明において、切り替え可能格子セット内に含まれる全ての格子は、切り替え可能格子であると想定される。非切り替え可能格子セットは１つまたは複数の非切り替え可能格子を含み得、切り替え可能格子を含まなくてもよい。

実施形態によっては、導波路と結合された複数の格子セットは、１つまたは複数の切り替え可能格子セット、１つまたは複数の非切り替え可能格子セット、またはこれらの組み合わせを含み得る。議論の便宜のために、特に断りのない限り、導波路と結合されており、図に示される複数の格子セットの全ては、切り替え可能格子セットであると想定される。ただし、実施形態によっては、例示または開示された格子セットのうちの少なくとも１つは非切り替え可能格子セットであってもよい。それゆえ、議論を簡単にするために、用語「切り替え可能格子セット」は以下の説明において単に「格子セット」と称され得る。

実施形態によっては、格子セットから選択される格子の組み合わせは、インカップリング要素内に含まれる１つまたは複数の格子（例えば、インカップリング格子セット）、アウトカップリング要素内に含まれる１つまたは複数の格子（例えば、アウトカップリング格子セット）、および（光学系が方向転換要素を含む場合には）方向転換要素内に含まれる１つまたは複数の格子（例えば、方向転換格子セット）によって形成され得る。複数の格子が、インカップリング要素、アウトカップリング要素、または方向転換要素のうちの少なくとも１つに含まれるときには、インカップリング要素、アウトカップリング要素、および／または方向転換要素からの異なる格子を選択することによって格子の複数の組み合わせが形成され得る。格子が、回折状態で動作するように制御または構成されるとき、格子の組み合わせは、回折状態で動作するように制御または構成され得る。例えば、組み合わせに含まれる格子の各々が回折状態で動作するとき、格子の組み合わせは回折状態で動作し得る。格子が、非回折状態で動作するように制御または構成されるとき、格子の組み合わせは、非回折状態で動作するように制御または構成され得る。例えば、組み合わせに含まれる格子の各々が非回折状態で動作するとき、格子の組み合わせは非回折状態で動作し得る。

光学系に含まれる複数の格子セット（または格子の複数の組み合わせ）が、回折状態で動作するように制御または構成されるときには、複数の格子セットは、回折を介して、光源アセンブリから受光された画像光を、非圧縮アイボックスを形成する複数のサブアイボックスを通って伝搬するよう案内し、集中させ得る。コントローラは、複数の格子セットから選択された（複数の組み合わせのうちの）格子の組み合わせを、画像光をサブアイボックスへ案内するために、回折状態で動作するように選択的に構成または制御し、その一方で、残りの１つまたは複数の格子（または格子の残りの１つまたは複数の組み合わせ）を非回折状態で動作するように構成または制御し得る。換言すれば、異なる格子セットから（例えば、インカップリング格子セット、アウトカップリング格子セット、および光学系が方向転換格子セットを含む場合には、方向転換格子セットから）選択される格子の組み合わせはサブアイボックスに対応し得る（またはサブアイボックスを提供し得る）。特定の時間インスタンスまたは持続時間において、格子の（複数の組み合わせの全てよりも少数であり得る）１つまたは複数の組み合わせは、画像光を、圧縮アイボックスを形成し得る１つまたは複数のサブアイボックスへ案内するために、回折状態で動作するように選択的に構成され得る。圧縮アイボックスを通って伝搬する画像光の視野（「ＦＯＶ」）は、非圧縮アイボックスを通って伝搬する画像光のＦＯＶと実質的に同じであり得る。

複数のサブアイボックスはサブアイボックスアレイ（例えば、１次元（「１Ｄ」）アレイまたは２次元（「２Ｄ」）アレイ）状に配列され得る。すなわち、非圧縮アイボックスは、サブアイボックスアレイ全体から選択されるサブアイボックスのアレイを含み得る。実施形態によっては、サブアイボックスアレイの区域（例えば、サブアイボックスの全ての総区域）は非圧縮アイボックスの区域と実質的に同じであり得る。実施形態によっては、サブアイボックスのうちの少なくとも２つは互いに少なくとも部分的に重なり合っていてもよい。実施形態によっては、サブアイボックスは互いに重なり合っていなくてもよい。すなわち、サブアイボックスは、重なり合わない構成で配列されていてもよい。実施形態によっては、サブアイボックスのサイズは実質的に同じであり得る。実施形態によっては、サブアイボックスのうちの少なくとも２つ（例えば、全て）のサイズは異なり得る。実施形態によっては、サブアイボックスの形状は同じであり得る。実施形態によっては、サブアイボックスのうちの少なくとも２つ（例えば、全て）の形状は異なり得る。実施形態によっては、サブアイボックスのサイズは固定され得る（または非調整可能であり得る）。サブアイボックスは同じ形状およびサイズを有し得るか、あるいは形状およびサイズの異なる組み合わせを有し得る。サブアイボックスは全て重なり合っていないか、全て、隣接したものと重なり合っているか、あるいは重なり合っていないサブアイボックスおよび重なり合ったサブアイボックスの組み合わせを含み得る。

実施形態によっては、切り替え可能格子は、外部界、例えば、切り替え可能格子内に含まれるか、または切り替え可能格子と結合された電極に印加される外部電界を介して、回折状態と非回折状態との間で直接切り替え可能であり得る。直接切り替え可能格子は、能動液晶（「ＬＣ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）」）に基づいて製作された能動格子などの、能動格子であり得る。能動格子は、向きなどの、物理および／または光学特性を外部界（例えば、外部電界）によって変化させることができる、分子を含む。能動格子は偏光感受型（もしくは偏光選択型）であり得るか、または偏光非感受型（もしくは偏光非選択型）であり得る。能動および偏光感受型（もしくは選択型）格子の例としては、限定するものではないが、ホログラフィック高分子分散液晶（「Ｈ－ＰＤＬＣ（ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｐｏｌｙｍｅｒ－ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）」）格子、能動ＬＣを提供された（例えば、充填された）表面レリーフ格子、Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ－Ｂｅｒｒｙ位相（「ＰＢＰ（Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ－Ｂｅｒｒｙ ｐｈａｓｅ）」）格子、能動ＬＣに基づく偏光体積ホログラム（「ＰＶＨ（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｖｏｌｕｍｅ ｈｏｌｏｇｒａｍ）」）等を挙げることができる。能動および偏光非感受型（もしくは偏光非選択型）格子の例としては、直交した配向方向を有する２つの積層された能動および偏光選択型ＬＣ格子を挙げることができる。実施形態によっては、直接切り替え可能格子が回折状態で動作するときには、直接切り替え可能格子の回折効率は、例えば、コントローラによって制御されるとおりの、直接切り替え可能格子に印加される外部電界を変化させることを介して調節可能であり得る。

実施形態によっては、切り替え可能格子は、切り替え可能格子に結合された（コントローラによって制御され得る）偏光スイッチを介して回折状態と非回折状態との間で間接的に切り替え可能であり得る。間接切り替え可能格子は、能動および偏光感受型（もしくは偏光選択型）格子、あるいは受動および偏光感受型（もしくは偏光選択型）格子であり得る。受動および偏光選択型格子の例としては、例えば、受動ＬＣに基づく偏光体積ホログラム（「ＰＶＨ」）格子、受動ＬＣを提供された（例えば、充填された）表面レリーフ格子を挙げることができる。受動格子は、通常動作時に外部界（例えば、外部電界）にさらしたときに、向きなどの、物理および／または光学特性が実質的に不変のままである、分子を含み得る。

間接切り替え可能格子の偏光感受性（または偏光選択性）のゆえに、間接切り替え可能格子は、第１の偏光を有する画像光を回折するか、あるいは無視し得る程度の回折を伴って、または回折を伴わずに、第１の偏光とは異なる第２の偏光を有する画像光を透過し得る。第１の偏光が直線偏光であるときには、第２の偏光は、第１の偏光と直交する直線偏光であり得る。２つの偏光を表現する２つのベクトルの内積が実質的に０であるとき、２つの偏光は直交する。第１の偏光が円偏光であるときには、第２の偏光は、第１の偏光の掌性と反対の掌性を有する円偏光であり得る。それゆえ、間接切り替え可能格子の光入射側に配設された偏光スイッチが、画像光が間接切り替え可能格子に入射する前の画像光の偏光を制御する（例えば、切り替える、または維持する）ように構成されているとき、間接切り替え可能格子は、第１の偏光を有する画像光のために回折状態で、または第２の偏光を有する画像光のために非回折状態で動作するように構成され得る。

偏光スイッチは、コントローラによって、画像光が間接切り替え可能格子に入射する前の画像光の偏光を切り替えるか、または維持するために、切り替え状態または非切り替え状態で動作するように制御され得る。本開示において、間接切り替え可能格子が、コントローラによって、回折状態または非回折状態で動作するように制御または構成されると説明されるとき、それは、関連偏光スイッチが、コントローラによって、画像光が間接切り替え可能格子に入射する前の画像光の偏光を変化させる（例えば、切り替える）か、または維持するように制御または構成され、これにより、間接切り替え可能格子が、間接切り替え可能格子に入射する画像光が第１の偏光を有するときには、画像光を回折するか、あるいは間接切り替え可能格子に入射する画像光が、第１の偏光と直交する第２の偏光を有するときには、無視し得る程度の回折を伴って、または回折を伴わずに、画像光を透過するようにすることを意味する。

実施形態によっては、間接切り替え可能格子の光入射側に配設された偏光スイッチを切り替え状態または非切り替え状態で動作するように制御するために、コントローラは、偏光スイッチと電気結合された電源を制御し得る。コントローラは、電源から偏光スイッチへ出力される電圧を制御し得、これにより、偏光スイッチを、切り替え状態（第１の電圧が偏光スイッチに供給されたとき）、または非切り替え状態（第２の電圧が偏光スイッチに供給されたとき）で動作するように制御する。切り替え状態では、偏光スイッチは、画像光が間接切り替え可能格子に入射する前の画像光の偏光を、例えば、第１の偏光から第２の偏光へ、または第２の偏光から第１の偏光へ変化させる、または切り替え得る。非切り替え状態では、偏光スイッチは、画像光が間接切り替え可能格子に入射する前の画像光の偏光（例えば、第１の偏光または第２の偏光）を維持し得る。偏光スイッチを通じて間接切り替え可能格子に入射する画像光の偏光を制御することによって、間接切り替え可能格子は、第１の偏光を有する入射光のために回折状態で動作するか、または第２の偏光を有する入射光のために非回折状態で動作するように構成され得る。

導波路と結合された格子は、コントローラによって、回折状態で、または非回折状態で動作するように、個々に、または独立して制御または構成され得る。本開示の実施形態によれば、光学系が動作している期間中の異なる時間インスタンスにおいて、導波路と結合された複数の切り替え可能格子のうちの全てよりも少数（例えば、アウトカップリング要素内に含まれる切り替え可能格子のうちの全てよりも少数）は、コントローラによって、回折状態で動作するように選択的に制御または構成され得る。導波路と結合された残りの１つまたは複数の切り替え可能格子は、コントローラによって、非回折状態で動作するように選択的に制御または構成され得る。第１の切り替え可能格子を回折状態で動作するように選択的に制御するために、コントローラは、前の時間インスタンスまたは持続時間における第１の切り替え可能格子の状態に応じて、第１の切り替え可能格子を非回折状態から回折状態へ切り替えるか、または回折状態を維持し得る。第２の切り替え可能格子を非回折状態で動作するように選択的に制御するために、コントローラは、前の時間インスタンスまたは持続時間における第２の切り替え可能格子の状態に応じて、第２の切り替え可能格子を回折状態から非回折状態へ切り替えるか、または第２の切り替え可能格子の非回折状態を維持し得る。

実施形態によっては、インカップリング要素（例えば、インカップリング格子セット）、アウトカップリング要素（例えば、アウトカップリング格子セット）、および／または（含まれる場合には）方向転換要素（例えば、方向転換／フォールディング格子セット）内に含まれるものから選択される格子の複数の組み合わせは、実質的に同じＦＯＶの画像光をそれぞれのサブアイボックスへ案内するために、回折状態で動作するように制御または構成され得る。それゆえ、画像光が案内され、集中させられる異なるサブアイボックスの間のゴースト効果、歪み、および干渉が抑制され得る。実施形態によっては、インカップリング要素、アウトカップリング要素、および／または（含まれる場合には）方向転換要素内に含まれるものから選択される格子の組み合わせによって（圧縮アイボックスを形成し得る）サブアイボックスへ案内される画像光のＦＯＶは、非圧縮アイボックスへ案内される画像光のＦＯＶと実質的に同じであり得る。実施形態によっては、非圧縮アイボックスへ案内される画像光のＦＯＶは、光源アセンブリによって出力される画像光のＦＯＶと実質的に同じであり得る。すなわち、格子の組み合わせによって（圧縮アイボックスを形成し得る）サブアイボックスへ案内される画像光のＦＯＶは、光源アセンブリによって出力される画像光のＦＯＶと実質的に同じであり得る。実施形態によっては、格子の組み合わせによって（圧縮アイボックスを形成し得る）サブアイボックスへ案内される画像光のＦＯＶは、光源アセンブリによって出力される画像光のＦＯＶとは異なり得る（例えば、拡げられる、または拡大され得る）。

光学系が動作しているとき、光源アセンブリによって放射された画像光は、（例えば、コントローラによって）インカップリング要素、アウトカップリング要素、または方向転換要素のうちの少なくとも１つに含まれる１つまたは複数の格子を回折状態で動作するように選択的に構成すること、ならびにインカップリング要素、アウトカップリング要素、または方向転換要素のうちの少なくとも１つに含まれる残りの１つまたは複数の格子を非回折状態で動作するように選択的に構成することを通じて、非圧縮アイボックスの部分を通って、すなわち、非圧縮アイボックス内に含まれるサブアイボックスのうちの１つまたは複数（例えば、全てよりも少数）へ伝搬するよう案内され、集中させられ得る。サブアイボックスのうちの１つまたは複数（例えば、全てよりも少数）は圧縮アイボックスを形成し得る。それゆえ、光学系が動作している間、圧縮アイボックスのサイズは非圧縮アイボックスのサイズよりも小さいものであり得る。圧縮アイボックスのサイズ、場所、および／または形状は、圧縮アイボックスを形成するサブアイボックスの数および位置に従って変動し得る。圧縮アイボックスの場所は眼の瞳の位置と動的に整列させられ得る。

圧縮アイボックスのサイズは眼の瞳のサイズと同程度であり得る（例えば、眼の瞳のサイズと同じであるか、または眼の瞳のサイズよりも若干大きい）。平均的な成人ユーザの眼の瞳のサイズは、（例えば、暗闇にいるときに）拡大しているときには、直径４～８ミリメートル（「ｍｍ」）の範囲内で変動し、（例えば、明るい光の中で）縮小しているときには、直径２～４ｍｍの範囲内で変動し得る。換言すれば、眼の瞳のサイズは画像光の光強度（または明るさ）に応じて２～８ｍｍの範囲内で変動し得る。実施形態によっては、眼の瞳のサイズは眼の瞳の画像から測定され得る。それゆえ、実施形態によっては、圧縮アイボックスのサイズは２～８ｍｍの範囲内であり得る。実施形態によっては、圧縮アイボックスのサイズは、特定の時間インスタンスにおいて測定または決定された眼の瞳のサイズ、特定の時間インスタンスにおいて測定または決定された眼の瞳の位置、将来の時間インスタンスのために推定された眼の瞳の予測サイズ、あるいは将来の時間インスタンスのために推定された眼の瞳の予測位置のうちの少なくとも１つに基づいて、２～８ｍｍ（例えば、５～８ｍｍ）の範囲内で動的に調整され得る。

圧縮アイボックスのサイズは非圧縮アイボックスのサイズよりも小さいものであり得る。例えば、圧縮アイボックスのサイズは、非圧縮アイボックスのサイズの５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、または９０％であり得る。実施形態によっては、圧縮アイボックスのサイズは、非圧縮アイボックスのサイズの、５％～３０％、５％～５０％、５％～７０％、５％～８０％、または５％～９０％の範囲内であり得る。実施形態によっては、圧縮アイボックスのサイズは、眼の瞳のサイズの、１．０～１．５倍、１．５～２．０倍、２．０～２．５倍等であり得る。実施形態によっては、圧縮アイボックスの場所は眼の瞳の位置に対応し得る。実施形態によっては、圧縮アイボックスを通って伝搬する画像光は、光源アセンブリによって出力される画像光のＦＯＶと実質的に同じであるＦＯＶを有し得る。

実施形態によっては、圧縮アイボックスのサイズは、光学系が動作している期間の大部分にわたって、非圧縮アイボックスのものよりも小さいものであり得るが、画像光を、非圧縮アイボックス内に含まれるサブアイボックスの全てへ案内するために、格子セットの全てが回折状態で動作するように構成されるときには、圧縮アイボックスのサイズは、非圧縮アイボックスのものと実質的に同じになるように依然として一時的に調整され得ることが理解される。

実施形態によっては、切り替え可能格子が、回折状態で動作するように制御または構成されるとき、切り替え可能格子は、「活動化される」または回折状態になっていると言及され得る。切り替え可能格子が、非回折状態で動作するように制御または構成されるとき、切り替え可能格子は、「非活動化される」または非回折状態になっていると言及され得る。非活動化状態では、切り替え可能格子は、無視し得る程度の回折を伴って、または回折を伴わずに、画像光を、切り替え可能格子を透過させ得る。導波路と結合された、インカップリング要素、アウトカップリング要素、または方向転換要素のうちの少なくとも１つに含まれる複数の格子は、コントローラによって、光源アセンブリから受光された画像光を、様々な対応するサブアイボックスを通って伝搬するよう案内し、集中させるための格子の様々な組み合わせを形成するように、個々に、独立して、または選択的に制御または活動化され得る。格子の組み合わせ内の１つまたは複数の格子が、回折を介して、画像光を対応するサブアイボックスへ案内し、集中させるように活動化されるとき、サブアイボックスは、活動化されると言及され得る。格子の組み合わせ内の１つまたは複数の格子が、画像光が、回折を介して、対応するサブアイボックスへ案内され、集中させられないよう、非活動化されるとき、サブアイボックスは、非活動化されると言及され得る。

実施形態によっては、コントローラは、眼の瞳の視標追跡情報に基づいて、圧縮アイボックスの場所、形状、および／またはサイズを動的に制御または調整し得る。すなわち、コントローラは、異なる視標追跡情報に基づいて、格子の異なる組み合わせを、画像光を異なる対応するサブアイボックスへ案内し、集中させるように動的および／または選択的に制御または構成し得る。圧縮アイボックスの場所、形状、および／またはサイズの動的調整は、コントローラによって、リアルタイムに、ほぼリアルタイムに、または所定の時間間隔で遂行され得る。異なる時間インスタンスにおいて、眼が運動するのに従い、コントローラは視標追跡デバイスまたはシステムから（例えば、視標追跡デバイスまたはシステム内に含まれる光センサによってリアルタイムに取り込まれた画像データに基づいて）リアルタイム視標追跡情報を得ることができる。視標追跡デバイスまたはシステムは、好適な方法（画像データを取り込むことに限定されない）で視標追跡情報を得るための１つまたは複数の好適な要素（光センサのみに限定されない）を含み得る。異なる時間インスタンスにおいて、コントローラは、導波路に結合された格子の異なる組み合わせを、回折を介して、所定のＦＯＶの画像光を、異なる１つまたは複数の対応するサブアイボックスによって形成された異なる圧縮アイボックスへ案内し、集中させるために、回折状態で動作するように選択的および／または動的に構成し得る。異なる残りの格子（または格子の組み合わせ）は、画像光が、無視し得る程度の回折を伴って、または回折を伴わずに格子を透過され得るよう、非回折状態で動作するように動的および／または選択的に制御または構成され得る。

実施形態によっては、視標追跡情報は、限定するものではないが、眼の瞳のサイズ、眼の瞳の位置、眼の瞳の運動方向、および／または眼の瞳の視線方向（例えば、眼の瞳の注視方向）を含み得る。例えば、眼の瞳のサイズは、現在の時間インスタンスのための眼の瞳の測定サイズ、または将来の、もしくは後続の時間インスタンスのための眼の瞳の予測サイズのうちの少なくとも一方を含み得る。実施形態によっては、測定サイズは、コントローラまたは視標追跡システムによって、眼の瞳の画像データに基づいて推定または測定され得る。実施形態によっては、眼の瞳の予測サイズは現在のサイズおよび／または履歴サイズに基づいて予測または推定され得る。実施形態によっては、予測サイズは眼の瞳の現在の画像データおよび／または履歴画像データに基づいて推定され得る。実施形態によっては、眼の瞳の位置は、眼の瞳の実際の現在の位置、または眼の瞳の予測位置のうちの少なくとも一方を含み得る。現在の位置は眼の瞳の現在の画像データに基づいて測定または推定され得る。眼の瞳の予測位置は、眼の瞳の現在の位置、履歴位置、または運動方向のうちの少なくとも１つに基づいて推定され得る。

実施形態によっては、眼の瞳の運動方向は、眼の瞳の実際の現在の運動方向、または眼の瞳の予測運動方向のうちの少なくとも一方を含み得る。眼の瞳の現在の運動方向は眼の瞳の現在の画像データおよび／または眼の瞳の履歴画像データに基づいて決定または推定され得る。予測運動方向は、眼の瞳の現在の運動および／または履歴運動に基づいて（例えば、眼の瞳の現在の画像データおよび／または履歴画像データに基づいて）推定された眼の瞳の運動の予測軌跡であり得る。視線方向は、実際の現在の視線方向、または予測視線方向のうちの少なくとも一方を含み得る。実際の現在の視線方向は眼の瞳の現在の画像データに基づいて決定され得る。予測視線方向は、現在の視線方向、履歴視線方向、またはユーザの注意を引き付け得る画像の特定の部分においてユーザに表示されるべきコンテンツ等のうちの少なくとも１つに基づいて推定または予測され得る。コントローラは、様々な視標追跡情報を決定または予測するための様々な計算アルゴリズムを実行し得る。実施形態によっては、画像解析アルゴリズム、人工知能、および機械学習アルゴリズム（畳み込みニューラルネットワークに基づくアルゴリズムなど）が、コントローラによって、視標追跡情報を識別または予測するために実行され得る。コントローラは、少なくとも１つの種類の視標追跡情報、例えば、眼の瞳のサイズ、眼の瞳の位置、眼の瞳の運動方向、または眼の瞳の視線方向のうちの少なくとも１つに基づいて、圧縮アイボックスの場所、形状、および／またはサイズを動的に調整し得る。議論の目的のために、以下の説明では、眼の瞳の位置が視標追跡情報の一例として用いられ得る。

実施形態によっては、視標追跡システムまたはデバイスは、眼の瞳の画像データを得るように構成された光センサを含み得る。実施形態によっては、視標追跡システムは画像データをコントローラへ伝送し得、コントローラは画像データを、視標追跡情報を得るために解析し得る。コントローラは、圧縮アイボックスの場所、形状、またはサイズのうちの少なくとも１つを調整するために、視標追跡情報に基づいて切り替え可能格子の切り替えを制御し得る（例えば、直接切り替え可能格子に印加される電界を制御すること、または間接切り替え可能格子と結合された偏光スイッチに印加される電界を制御することを含む）。

実施形態によっては、視標追跡システムは、視標追跡情報を決定するように構成され得る、内部プロセッサを含み得る。実施形態によっては、プロセッサは、視標追跡情報を決定する、または得るために、光センサによって得られた画像データを解析し得る。プロセッサは上述の様々な種類の視標追跡情報を決定し得る。実施形態によっては、プロセッサは視標追跡情報をコントローラに提供し得、コントローラは、圧縮アイボックスの場所、形状、またはサイズのうちの少なくとも１つを調整するために視標追跡情報に基づいて切り替え可能格子の切り替えを制御し得る。実施形態によっては、視標追跡システムのプロセッサは、圧縮アイボックスの場所、形状、またはサイズのうちの少なくとも１つを調整するために、視標追跡情報に基づいて切り替え可能格子の切り替えを制御し得る（例えば、直接切り替え可能格子に印加される電界、または間接切り替え可能格子と結合された偏光スイッチに印加される電界を制御することを含む）。本明細書において、コントローラによって遂行されるように説明される機能または制御について、実施形態によっては、機能または制御の一部または全ては視標追跡システムのプロセッサによって遂行され得る。実施形態によっては、コントローラは省略され得る。議論の目的のために、コントローラが、様々な機能および制御を遂行するように説明される。

実施形態によっては、視標追跡情報に基づいて、コントローラは、導波路に結合された１つまたは複数の格子（例えば、格子のうちの全てよりも少数）（例えば、アウトカップリング要素内に含まれる格子のうちの全てよりも少数）を、光源アセンブリから受光された画像光を、１つまたは複数の対応するサブアイボックスを通って伝搬するよう案内し、集中させるように選択的に制御または構成し得る。コントローラは残りの１つまたは複数の格子を非回折状態で動作するように選択的に制御または構成し得る。画像光が案内され、集中させられる１つまたは複数の（全てよりも少数の）サブアイボックスは圧縮アイボックスを形成し得る。それゆえ、圧縮アイボックスは、非圧縮アイボックスのものよりも小さいサイズを有し得る。圧縮アイボックスのサイズは少なくとも眼の瞳のサイズを覆い得る。例えば、実施形態によっては、圧縮アイボックスのサイズは、眼の瞳のサイズと少なくとも同程度である（例えば、眼の瞳のサイズと同じであるか、または眼の瞳のサイズよりも若干大きい）サイズを有し得る。圧縮アイボックスの場所は眼の瞳の位置と動的に整列させられ得る。

実施形態によっては、圧縮アイボックスを通って伝搬する画像光のＦＯＶは、非圧縮アイボックスを通って伝搬する画像光のＦＯＶと実質的に同じであり得る。それゆえ、圧縮アイボックス内に配置された眼の瞳は、光源アセンブリによって生成された画像の全コンテンツを観察し得る。圧縮アイボックスは、非圧縮アイボックスよりも小さいサイズを有するため、圧縮アイボックスを通して眼の瞳へ送られる画像光の光強度は、非圧縮アイボックス全体を通して眼の瞳へ送られる画像光の光強度と比べて増大させられ得る（例えば、圧縮アイボックスを通して眼の瞳によって受光される光はより高い明るさを有し得る）。眼の瞳の外側の領域へ案内される画像光の損失、および眼の瞳の周りの望ましくない照明が低減され得る。その結果、光源アセンブリの電力消費が著しく低減され得、その一方で、導波路ディスプレイシステムの電力効率が著しく改善され得る。低減された電力消費は、より小さい光源アセンブリおよびより小さい電力供給が用いられることを有効にし得、これがひいては光学系の全体的フォームファクタを低減する。他方で、（例えば、少なくとも、画像の角サイズを決定する全ＦＯＶを受光する）非圧縮アイボックスに関連付けられる利点が圧縮アイボックスによって維持され得、ゴースト効果、歪み、および干渉が抑制され得る。

実施形態によっては、本開示はまた、画像光を放射するように構成された光源を含むシステムを提供する。システムはまた、光源と光学的に結合されており、画像光を（非圧縮アイボックスまたは圧縮アイボックスであり得る）アイボックスへ案内するように構成された複数の格子を含む。システムは、複数の格子のうちの１つまたは複数の格子を、画像光を、複数のサブアイボックスのうちの１つまたは複数のサブアイボックスを通って伝搬するよう案内するために、回折状態で動作するよう選択的に構成するように構成されたコントローラをさらに含む。複数のサブアイボックスは非圧縮アイボックスを規定し、１つまたは複数のサブアイボックス（複数のサブアイボックスのうちの全てよりも少数）は、非圧縮アイボックスのサイズよりも小さいサイズを有する圧縮アイボックスを規定する。

図２Ａおよび図２Ｂは、本開示の実施形態に係る、異なる時間インスタンスにおける眼の瞳１３０の位置と整列させられた圧縮アイボックス２５５を提供するように構成されたシステム（例えば、光学系）またはデバイス２００の概略図を例示する。光学系２００は導波路ディスプレイシステム２００とも称され得る。図２Ａは、第１の時間インスタンスにおける圧縮アイボックス２５５を提供する光学系２００を例示する。光学系２００は、ＶＲ、ＡＲ、および／またはＭＲ適用物のためのＮＥＤにおいて実施され得る。本明細書において開示される様々な光学デバイス、要素、構成、および方法は、圧縮アイボックス２５５を提供するために光学系２００において実施され得る。図２Ａに示されるように、光学系２００は、光源アセンブリ２１１、導波路２１０、コントローラ２６０、および視標追跡システム２７０を含み得る。他の実施形態では、光学系２００は、図２Ａに示されない追加の要素を含み得るか、または図２Ａに示される１つまたは複数の要素を省略し得る。

光源アセンブリ２１１は光源２１２および光コンディショニングシステム２１３を含み得る。実施形態によっては、光源２１２は、画像光を生成するように構成され得る。光コンディショニングシステム２１３は、光源２１２によって生成された画像光をコンディショニングし、コンディショニングされた画像光２０５を導波路２１０に向けて出力するように構成された１つまたは複数の光学構成要素を含み得る。光源２１２は、例えば、レーザダイオード、垂直共振器面発光レーザ、発光ダイオード、またはこれらの組み合わせを含み得る。実施形態によっては、光源２１２は、液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ）」）パネル、シリコン上の液晶（「ＬＣｏＳ（ｌｉｑｕｉｄ－ｃｒｙｓｔａｌ－ｏｎ－ｓｉｌｉｃｏｎ）」）ディスプレイパネル、有機発光ダイオード（「ＯＬＥＤ（ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）」）ディスプレイパネル、マイクロ発光ダイオード（「ｍｉｃｒｏ－ＬＥＤ（ｍｉｃｒｏ ｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）」）ディスプレイパネル、デジタル光処理（「ＤＬＰ（ｄｉｇｉｔａｌ ｌｉｇｈｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」）ディスプレイパネル、レーザ走査プロジェクタ、超光度ダイオード（「ＳＬＥＤ（ｓｕｐｅｒ ｌｕｍｉｎｏｕｓ ｄｉｏｄｅ）」）走査プロジェクタ、またはこれらの組み合わせなどの、ディスプレイパネルであり得る。実施形態によっては、光源２１２は、ＯＬＥＤ表示パネルまたはマイクロＬＥＤ表示パネルなどの、自発光型パネルであり得る。実施形態によっては、光源２１２は、ＬＣＤパネル、ＬＣｏＳ表示パネル、またはＤＬＰ表示パネルなどの、外部ソースによって照明される表示パネルであり得る。外部ソースの例は、レーザ、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、またはこれらの組み合わせを含み得る。実施形態によっては、コントローラ２６０は、光コンディショニングシステム２１３を、光源２１２によって生成された画像光をコンディショニングするように制御し得、これは、例えば、画像光を透過すること、減衰させること、拡大すること、コリメートすること、偏光させること、および／または画像光の伝搬方向を調整することを含み得る。光源アセンブリ２１１は画像光２０５を導波路２１０に向けて出力し得る。

光学系２００は、導波路２１０の第１の部分に配設されているか、または導波路２１０の第１の部分と結合されている１つまたは複数のインカップリング要素２３１、ならびに導波路２１０の第２の部分に配設されているか、または導波路２１０の第２の部分と結合されている１つまたは複数のアウトカップリング要素２３５を含み得る。例示の目的のために、図２Ａには、１つのインカップリング要素２３１および１つのアウトカップリング要素２３５が示されている。第１の部分および第２の部分は導波路２１０の異なる部分に配置され得る。インカップリング要素２３１は、光源アセンブリ２１１から出力された画像光２０５を、内部全反射（「ＴＩＲ」）を通して導波路２１０の内側で伝搬する画像光２１５として導波路２１０内へ結合するように構成され得る。議論の目的のために、画像光２１５の視野（「ＦＯＶ」）は、画像光２０５のＦＯＶと同じであると想定される。ただし、実施形態によっては、画像光２０５および２１５のＦＯＶは異なり得る。アウトカップリング要素２３５は、ＴＩＲを通して導波路２１０の内側で伝搬する画像光２１５を、眼の瞳１３０の位置と動的に整列させられる、圧縮アイボックス２５５を通って伝搬する画像光２２５として導波路２１０外へ結合するように構成され得る。画像光２２５のＦＯＶは画像光２１５および画像光２０５のＦＯＶと同じであり得る。それゆえ、光学系は圧縮アイボックス２５５を通して全ＦＯＶの画像光を眼の瞳１３０へ案内し得る。実施形態によっては、画像光２２５のＦＯＶは画像光２１５のＦＯＶよりも大きいものであり得る（または拡大される）。

導波路２１０は、現実世界環境に面する第１の表面もしくは側面２１０－１、および眼の瞳１３０に面する反対側の第２の表面もしくは側面２１０－２を含み得る。実施形態によっては、インカップリング要素２３１またはアウトカップリング要素２３５のうちの少なくとも一方（例えば、各々）は第１の表面２１０－１または第２の表面２１０－２に導波路２１０の一部として一体形成され得る。実施形態によっては、インカップリング要素２３１およびアウトカップリング要素２３５のうちの少なくとも一方（例えば、各々）は別個に形成され、導波路２１０の第１の表面２１０－１または第２の表面２１０－２に配設され得る（例えば、該表面に取り付けられている）。実施形態によっては、インカップリング要素２３１およびアウトカップリング要素２３５のうちの一方は別個に形成され、導波路２１０の第１の表面２１０－１または第２の表面２１０－２に配設され得（例えば、該表面に取り付けられており）、インカップリング要素２３１およびアウトカップリング要素２３５のうちの他方は第１の表面２１０－１または第２の表面２１０－２に導波路２１０の一部として一体形成され得る。例示の目的のために、図２Ａは、インカップリング要素２３１およびアウトカップリング要素２３５が導波路２１０の第１の表面２１０－１および第２の表面２１０－２にそれぞれ配設されている様子を示す。

実施形態によっては、光学系２００は、光源アセンブリ２１１によって生成された画像光を方向転換させる、折り返す、および／または拡大するように構成された追加の要素を含み得る。例えば、図２Ａに示されるように、光学系２００は、導波路２１０の内側で伝搬する画像光２１５を所定の方向に案内するように構成された１つまたは複数の方向転換要素２３３（方向転換要素２３３が任意選択的なものであり得ることを指示するために点線の枠によって表現されている）を含み得る。実施形態によっては、方向転換要素２３３はアウトカップリング要素２３５の反対側の導波路２１０の場所に配列され得る。図示されていないが、実施形態によっては、方向転換要素２３３およびアウトカップリング要素２３５は導波路２１０の同じ表面の異なる場所に配設され得る。実施形態によっては、方向転換要素２３３は導波路２１０の第１の表面２１０－１または第２の表面２１０－２に配設され得る。実施形態によっては、方向転換要素２３３は別個に形成され、導波路２１０の第１の表面２１０－１または第２の表面２１０－２に配設され得る（例えば、該表面に取り付けられている）。実施形態によっては、方向転換要素２３３は第１の表面２１０－１または第２の表面２１０－２に導波路２１０の一部として一体形成され得る。実施形態によっては、複数の機能、例えば、画像光２１５をアウトカップリングすること、方向転換させること、折り返すこと、および／または拡大することが、単一の要素、例えば、アウトカップリング要素２３５に組み合わせられ得る。アウトカップリング要素２３５が、方向転換要素によって提供される機能も遂行するように構成されているときには、方向転換要素２３３は省略され得る。導波路２１０、インカップリング要素２３１、およびアウトカップリング要素２３５は、例示の目的のために、平坦な表面２１０－１および２１０－２を有するように示されているが、実施形態によっては、本明細書において開示される導波路、インカップリング要素、アウトカップリング要素、および方向転換要素のうちの任意のものは１つまたは複数の湾曲した表面または湾曲した形状を含み得る。

インカップリング要素２３１、アウトカップリング要素２３５、または方向転換要素２３３のうちの少なくとも１つは回折要素であり得る。実施形態によっては、インカップリング要素２３１、アウトカップリング要素２３５、または方向転換要素２３３のうちの少なくとも１つは、ＬＣを充填された表面レリーフ格子（「ＳＲＧ（ｓｕｒｆａｃｅ ｒｅｌｉｅｆ ｇｒａｔｉｎｇ）」）、Ｈ－ＰＤＬＣ格子、体積ホログラム、偏光選択型格子、偏光体積ホログラム（「ＰＶＨ」）、メタ表面格子、またはこれらの任意の組み合わせなどの、１つまたは複数の回折格子を含む回折要素であり得る。インカップリング要素２３１内に含まれる回折格子はインカップリング格子と称され得る。アウトカップリング要素２３５内に含まれる回折格子はアウトカップリング格子と称され得る。方向転換要素２３３内に含まれる回折格子はフォールディングまたは方向転換格子と称され得る。インカップリング格子の周期は、インカップリング格子が、回折を介して、画像光２０５を、内部全反射（「ＴＩＲ」）を通して導波路２１０の内側で伝搬する画像光２１５として結合し得るように構成され得る。アウトカップリング格子の周期は、アウトカップリング格子が、回折を介して、ＴＩＲを通して導波路２１０の内側で伝搬する画像光２１５を導波路２１０外へ結合し得るように構成され得る。例えば、アウトカップリング格子は、内部全反射条件がもはや満足されず、画像光２１５が導波路２１０外へ回折されるよう、画像光２１５を回折し得る。

方向転換要素２３３は、ＴＩＲを通して導波路２１０の内側で伝搬する画像光２１５を第１の方向（例えば、図２Ａにおけるｘ軸方向）に拡大するように構成され得る。方向転換要素２３３は、拡大された画像光２１５をアウトカップリング要素２３５へ方向転換させるように構成され得る。アウトカップリング要素２３５は、方向転換要素２３３によって案内された画像光２１５を導波路２１０外へ結合し、画像光２１５を第２の方向（例えば、図２Ａにおけるｙ軸方向）に拡大し得る。それゆえ、画像光２１５（または画像光２０５）の２次元（「２Ｄ」）拡大が達成され得る。

導波路２１０は、画像光２１５がＴＩＲを通して導波路２１０の内側で伝搬するのを促進するように構成された１種または複数種の材料を含み得る。導波路２１０は、例えば、プラスチック、ガラス、および／またはポリマーを含み得る。導波路２１０は比較的小さいフォームファクタを有し得る。例えば、導波路２１０は、おおよそ、ｘ軸次元に沿って幅５０ｍｍ、ｙ軸次元に沿って長さ３０ｍｍ、およびｚ軸次元に沿って厚さ０．５～１ｍｍであり得る。導波路２１０、インカップリング要素２３１、アウトカップリング要素２３５、および方向転換要素２３３で導波路ディスプレイアセンブリを形成し得る。実施形態によっては、導波路ディスプレイアセンブリはまた、光源アセンブリ２１１を含み得る。本開示の導波路ディスプレイアセンブリを用いることで、物理的ディスプレイおよび電子機器がＮＥＤの前方本体の脇に移動され得、現実世界環境の実質的に全く遮るもののない像が達成され得、これがＡＲユーザ体験を向上させる。

光学系２００は、導波路２１０に結合された複数の格子セットを含み得る。複数の格子セットは、導波路２１０に結合された、インカップリング要素２３１、アウトカップリング要素２３５、または方向転換要素２３３のうちの少なくとも１つに含まれ得る。例えば、インカップリング要素２３１はインカップリング格子セットを含み得、アウトカップリング要素２３５はアウトカップリング格子セットを含み得、方向転換要素２３３は方向転換／折り返し格子セットを含み得る。各格子セットは１つまたは複数の格子を含み得る。導波路２１０に結合された複数の格子セットは、上述されたように、（少なくとも１つの切り替え可能格子を含む）切り替え可能格子セットまたは（全ての非切り替え可能格子を含む）非切り替え可能格子セットのうちの少なくとも一方を含み得る。切り替え可能格子または切り替え可能格子セットは、上述されたように、直接切り替え可能であるか、または間接的に切り替え可能であり得る。例示および議論の目的のために、インカップリング要素２３１、アウトカップリング要素２３５、および方向転換要素２３３内に含まれる格子は、直接切り替え可能格子であると想定される。

インカップリング要素２３１内に含まれる１つまたは複数の格子から選択される少なくとも１つの格子、およびアウトカップリング要素２３５内に含まれる１つまたは複数の格子から選択される少なくとも１つの格子によって、格子の組み合わせが形成され得る。実施形態によっては、格子の組み合わせはまた、方向転換要素２３３内に含まれる１つまたは複数の格子から選択される少なくとも１つの格子を含み得る。インカップリング要素２３１、アウトカップリング要素２３５、および／または方向転換要素２３３から異なる格子を選択することによって、格子の様々な組み合わせが形成され得る。実施形態によっては、コントローラ２６０が選択を遂行し得る。すなわち、コントローラ２６０は、（格子の選択された組み合わせを形成する）１つまたは複数の格子を回折状態で動作するように選択的に制御または構成し、残りの１つまたは複数の格子を非回折状態で動作するように選択的に制御または構成し得る。回折状態で動作する（格子の選択された組み合わせを形成する）１つまたは複数の格子は、光源アセンブリ２１１から出力された画像光２０５を、対応するサブアイボックスを通って伝搬するように案内し、集中させ得る。

インカップリング要素２３１、アウトカップリング要素２３５、および／または方向転換要素２３３内に含まれる格子によって形成された格子の複数の組み合わせは、回折を介して、光源アセンブリ２１１から受光された画像光２０５を、複数のサブアイボックスを通って伝搬するように案内し、集中させ得る。実施形態によっては、格子の各組み合わせは、光源アセンブリ２１１から受光された画像光２０５をサブアイボックスへ案内し、集中させ得る。複数のサブアイボックスはサブアイボックスアレイ（例えば、１Ｄアレイまたは２Ｄアレイ）状に配列され得、非圧縮アイボックス２５０を形成する。サブアイボックスアレイの区域は非圧縮アイボックス２５０の区域と実質的に同じであり得る。非圧縮アイボックス２５０の特性は導波路ディスプレイアセンブリの物理特性によって決定され得る。実施形態によっては、非圧縮アイボックス２５０は、８ｍｍ以上および５０ｍｍ以下の幅、ならびに／あるいは６ｍｍ以上および６０ｍｍ以下の高さを有し得る。本明細書において開示される非圧縮アイボックスのサイズは上述の例示的なサイズに限定されない。非圧縮アイボックスは、本開示の技術の適用に応じて、任意の好適なサイズを有し得る。

回折状態で動作する格子の選択された組み合わせは、非圧縮アイボックス２５０全体を通って伝搬する画像光のＦＯＶと実質的に同じであり得るＦＯＶを有する画像光２２５をサブアイボックスへ案内し得る。実施形態によっては、回折状態で動作する格子の選択された組み合わせは、画像光２１５（または画像光２０５）のＦＯＶと実質的に同じである、または該ＦＯＶよりも大きいＦＯＶを有する画像光２２５をサブアイボックスへ案内し得る。複数の格子セットによって形成された複数の組み合わせは、回折を介して、光源アセンブリ２１１から受光された画像光２０５を、実質的に同じＦＯＶを有する複数のサブアイボックスを通って伝搬するように案内し、集中させ得る。それゆえ、画像光が案内され、集中させられる異なるサブアイボックスの間のゴースト効果、歪み、および干渉が抑制され得る。実施形態によっては、眼の瞳１３０へ案内される画像光２２５は、６０度以上および１５０度以下の対角線ＦＯＶを有し得る。

コントローラ２６０は、光源アセンブリ２１１、視標追跡システム２７０、インカップリング要素２３１、アウトカップリング要素２３５、および方向転換要素２３３などの、光学系２００内に含まれる１つまたは複数の他の要素またはデバイスと（例えば、有線および／または無線通信を通じて）通信可能に結合され得る。コントローラ２６０は、通信可能に結合されたデバイスまたは要素からの信号またはデータを受信し得、光学デバイスまたは要素の動作状態を制御し得る。

視標追跡システム２７０は、眼１２５の眼の瞳１３０の１つまたは複数の画像（または画像データ）を取り込むように構成された、カメラなどの、光センサ（または撮像センサ）２６５を含み得る。実施形態によっては、視標追跡システム２７０は、光センサ２６５と有線または無線結合された内部プロセッサ２８０を含み得る。実施形態によっては、内部プロセッサ２８０は光センサ２６５の動作を制御し得る。実施形態によっては、内部プロセッサ２８０は光センサ２６５からの画像データを受信し得る。内部プロセッサ２８０は、様々なステップまたは機能を遂行するための視標追跡システム２７０内に含まれる非一時的コンピュータ可読媒体（図示せず）内に記憶されたコンピュータ実行可能コードまたは命令（例えば、ソフトウェアコード）を実行し得る。例えば、内部プロセッサ２８０は、１つまたは複数の取り込まれた画像（または画像データ）を解析または処理し、眼の瞳１３０に関連する視標追跡情報を得ることができる。内部プロセッサ２８０は、ハードウェア構成要素（例えば、回路、ゲート）、ソフトウェア構成要素（コード、命令）、またはその両方を含み得る。任意の好適なプロセッサが用いられ得る。視標追跡システム２７０はまた、視標追跡情報を得るべく眼の瞳１３０の画像を取り込むことを目的として（眼の瞳１３０を含む）眼１２５を照明するための光（例えば、赤外光）を放射するように構成された光源を含み得る。例示を簡単にするために、光源は図２Ａに示されていない。光センサは、視標追跡システムによって視標追跡を実施するための単なる一例にすぎないことが留意される。導波路の非圧縮アイボックス内の眼の瞳の場所（もしくは位置）および／またはサイズを予測するための他の好適な技術が、光センサの代わりに、または光センサに加えて、視標追跡システムにおいて実施され得る。例えば、眼の瞳に関連するデータは光センサ以外のセンサを通じて得られてもよい。人工知能および／または機械学習アルゴリズムなどのアルゴリズムが、光センサ以外のセンサによって測定されたデータに基づいて（または光センサによって得られたデータと組み合わせて）、眼の瞳の履歴視標追跡情報、その他に基づいて、視標追跡情報（例えば、位置および／または眼の瞳のサイズを含む）を予測するために実施され得る。

実施形態によっては、コントローラ２６０は視標追跡システム２７０とは別個の要素またはデバイスとして提供され得る。実施形態によっては、コントローラ２６０は視標追跡システム２７０の一体の部分であり得る（例えば、コントローラ２６０は内部プロセッサ２８０であり得る）。例示の目的のために、コントローラ２６０は視標追跡システム２７０とは別個のデバイスとして示されている。コントローラ２６０は、インカップリング要素２３１、アウトカップリング要素２３５、方向転換要素２３３、ならびに／あるいはインカップリング要素２３１、アウトカップリング要素２３５、または方向転換要素２３３のうちの少なくとも１つと光学的に結合された他の光学要素のうちの少なくとも１つなどの、光学系２００内に含まれる他の要素、デバイス、またはセンサを制御するように構成され得る。図２Ａに示される破線は、コントローラ２６０と様々な他のシステム、デバイス、要素、またはセンサとの間の接続を概略的に表現する。

実施形態によっては、コントローラ２６０は、眼の瞳１３０の視標追跡情報に基づいて、導波路２１０内に含まれるか、または導波路２１０と結合された様々な光学要素（例えば、格子または格子セット）を、光源アセンブリ２１１によって生成された画像光２０５を圧縮アイボックス２５５に向けて誘導するよう（例えば、案内し、集中させるよう）制御するように構成され得る。導波路ディスプレイアセンブリ（導波路２１０、インカップリング要素２３１、およびアウトカップリング要素２３５を含む）は圧縮アイボックス２５５を通して画像光２０５の全ＦＯＶを眼の瞳１３０へ送り得る。圧縮アイボックス２５５は、導波路ディスプレイアセンブリによって提供される非圧縮アイボックス２５０の１つまたは複数のサブアイボックスによって形成され得る。圧縮アイボックス２５５の位置は、全ＦＯＶの画像光が眼の瞳１３０によって受光され得るよう、眼の瞳１３０の位置と動的に整列させられ得る。その結果、ユーザは、光源アセンブリ２１１によって生成された（画像光２０５の形態の）画像の全コンテンツを知覚することができる。

眼の瞳１３０が、位置が非圧縮アイボックス２５０内で変化させられるよう運動または回転させられたとき、コントローラ２６０は、圧縮アイボックス２５５の場所が眼の瞳１３０の新たな位置と整列させられるよう圧縮アイボックス２５５の場所、形状、および／またはサイズを調整するために、導波路２１０内に含まれる、または導波路２１０と結合された１つまたは複数の光学要素（例えば、格子）を動的および選択的に制御し得る。圧縮アイボックス２５５のサイズは非圧縮アイボックス２５０のサイズよりも小さいものであり得、眼の瞳１３０のサイズと少なくとも同程度であり得る（例えば、眼の瞳１３０のサイズと同じであるか、または眼の瞳１３０のサイズよりも若干大きい）。実施形態によっては、圧縮アイボックスの形状および／またはサイズはまた、眼の瞳１３０の形状および／またはサイズに基づいて動的に調整され得る。

実施形態によっては、視標追跡システム２７０の内部プロセッサ２８０は、眼の瞳１３０の取り込まれた画像データに基づいて視標追跡情報を決定し得る。例えば、内部プロセッサ２８０は、眼の瞳１３０の取り込まれた画像データに基づいて、眼ごとに最大６自由度の眼の瞳１３０の位置および／または運動（すなわち、３Ｄ位置、ロール、ピッチ、およびヨー）を決定または検出し得る。任意の好適な画像処理および／または顔認識アルゴリズムが用いられ得る。実施形態によっては、内部プロセッサ２８０は、取り込まれた画像データに基づいて眼の瞳１３０のサイズを決定し得る。実施形態によっては、内部プロセッサ２８０は、様々な決定された視標追跡情報を包含する信号またはデータをコントローラ２６０へ伝送し得る。代替的に、プロセッサ２８０は画像データをコントローラ２６０へ伝送し得、コントローラ２６０は、眼の瞳１３０に関連する視標追跡情報を得るために画像データの解析を遂行し得る。

実施形態によっては、コントローラ２６０は、視標追跡情報に基づいて、インカップリング要素２３１、アウトカップリング要素２３５、または方向転換要素２３３のうちの少なくとも１つに含まれる格子を、光源アセンブリ２１１によって放射された画像光２０５を、眼の瞳１３０と動的に整列させられ得る、圧縮アイボックス２５５へ誘導および／または案内するように制御し得る。上述されたように、コントローラ２６０は、例えば、眼の瞳１３０のサイズ、眼の瞳１３０の位置、眼の瞳１３０の運動方向、眼の瞳１３０の視線方向、またはこれらの任意の好適な組み合わせを含む、リアルタイム視標追跡情報に基づいて、圧縮アイボックス２５５のサイズ、形状、および／または場所を動的に調整し得る。例えば、異なる時間インスタンスにおいて、リアルタイムに得られた視標追跡情報に基づいて、コントローラ２６０は、インカップリング要素２３１、アウトカップリング要素２３５、または方向転換要素２３３のうちの少なくとも１つに含まれる異なる格子（例えば、格子の異なる組み合わせ）を、所定のＦＯＶの画像光を非圧縮アイボックス２５０の異なるサブアイボックスへ案内し、集中させるよう、動的に構成し得、これにより、異なる場所における、ならびに／あるいは異なるサイズおよび／または形状を有する圧縮アイボックスを動的に提供する。

実施形態によっては、光学系２００は、積層構成で配設された複数の導波路２１０を含み得る（図２Ａには示されていない）。複数の導波路２１０のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、画像光２０５を、圧縮アイボックス２５５を形成する、１つまたは複数のサブアイボックスに向けて（例えば、１つまたは複数のサブアイボックスを通って伝搬するよう）案内し、集中させるように構成され得る、１つまたは複数の回折要素（例えば、インカップリング要素、アウトカップリング要素、および／または方向転換要素）と結合されているか、または１つまたは複数の回折要素を含み得る。実施形態によっては、積層構成で配設された複数の導波路２１０は、多色画像光２２５（例えば、フルカラー画像光）を出力するように構成され得る。

実施形態によっては、光学系２００は１つまたは複数の光源アセンブリ２１１および／または１つまたは複数の導波路２１０を含み得る。実施形態によっては、光源アセンブリ２１１のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、原色（例えば、赤色、緑色、もしくは青色）に対応する特定の波長帯域、および所定のＦＯＶ（もしくはＦＯＶの所定の部分）の単色画像光を放射するように構成され得る。実施形態によっては、光学系２００は、例えば、赤色、緑色、および青色光を任意の好適な順序でそれぞれインカップリングし、その後、アウトカップリングすることによって、成分色画像（例えば、原色画像）を送るように構成された３つの異なる導波路２１０を含み得る。３つの導波路２１０のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は１つまたは複数の格子セットと結合され得る。実施形態によっては、導波路ディスプレイアセンブリは、例えば、赤色および緑色光の組み合わせ、ならびに緑色および青色光の組み合わせを任意の好適な順序でそれぞれインカップリングし、その後、アウトカップリングすることによって、成分色画像（例えば、原色画像）を送るように構成された２つの異なる導波路を含み得る。実施形態によっては、光源アセンブリ２１１のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、所定のＦＯＶを有する多色画像光（例えば、フルカラー画像光）を放射するように構成され得る。

図２Ｂは、（図２Ａに描かれた時間インスタンスとは異なる）第２の時間インスタンスにおける異なる場所における圧縮アイボックス２５５を提供する光学系２００を例示する。図２Ｂに示されるように、眼の瞳１３０が非圧縮アイボックス２５０内の第２の位置へ運動したとき、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０は、眼の瞳１３０の新たに獲得された画像データに基づいて、例えば、眼の瞳１３０の位置の変化を含む、視標追跡情報の変化（例えば、新たな視標追跡情報）を決定または検出し得る。視標追跡情報の変化（例えば、眼の瞳１３０の位置の変化、または眼の瞳１３０の新たな位置）に基づいて、コントローラ２６０は、インカップリング要素２３１、アウトカップリング要素２３５、または方向転換要素２３３のうちの少なくとも１つに含まれる１つまたは複数の格子（例えば、格子の異なる組み合わせ）を、回折を介して、画像光２０５を、眼の瞳１３０の変化した位置に対応する異なる場所に配置された圧縮アイボックス２５５を形成する、異なるサブアイボックスに向けて案内し、集中させるように選択的に構成または制御し得る。実施形態によっては、圧縮アイボックス２５５のサイズおよび／または形状はまた、眼の瞳１３０の視標追跡情報に基づいて変化させられ得る。眼の瞳１３０の位置が視標追跡情報の一例として用いられているが、眼の瞳１３０の位置の代わりに、または眼の瞳１３０の位置と組み合わせて、他の種類の視標追跡情報（例えば、眼の瞳１３０のサイズ、視線方向、および／または運動方向）が、圧縮アイボックスの場所、形状、および／またはサイズを調整するための基礎として用いられてもよい。加えて、これらの種類の視標追跡情報の任意の好適な組み合わせが、圧縮アイボックス２５５を動的にレンダリングするための基礎として用いられ得る。

図２Ｃは、本開示の一実施形態に係る、コントローラ２６０の概略図を例示する。コントローラ２６０は、プロセッサもしくは処理ユニット２４１、記憶デバイス２４２、および入力／出力インターフェース２４３を含み得る。プロセッサ２４１は、中央処理装置、グラフィック処理装置、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路、プログラマブル論理デバイス、複合プログラマブル論理デバイス、フィールドプログラマブルゲートアレイ等などの、任意の好適なプロセッサを含み得る。プロセッサ２４１は、ユーザの眼の瞳１３０のサイズ、位置（または場所）、運動方向（例えば、並進および／または回転運動方向）、ならびに／あるいは視線方向などの、視標追跡情報を得るべく、視標追跡システム２７０（例えば、光源および／または光センサ２６５）を制御するために特別にプログラムされ得る。プロセッサ２４１は、視標追跡情報に基づいて、インカップリング要素２３１、アウトカップリング要素２３５、または方向転換要素２３３のうちの少なくとも１つに含まれる切り替え可能格子を、光源アセンブリ２１１からの画像光２０５を、ユーザの眼の瞳１３０の位置に対応する場所に配置された、圧縮アイボックス２５５を通って伝搬するよう案内し、集中させるように動的に制御するように構成され得る。

記憶デバイス２４２は、データ、信号、情報、またはコンピュータ可読コードもしくは命令を記憶するように構成され得る。記憶デバイス２４２は、磁気ディスク、光ディスク、フラッシュメモリ、リードオンリーメモリ（「ＲＯＭ」）、またはランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）等などの、非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含み得る。プロセッサ２４１は記憶デバイス２４２にアクセスし、データまたは命令を記憶デバイス２４２から取得し得る。実施形態によっては、記憶デバイス２４２は、視標追跡システム２７０によって提供された画像データを記憶し得る。実施形態によっては、プロセッサ２４１は画像データを取得し得、視標追跡情報を得るために画像データを処理または解析し得る。実施形態によっては、プロセッサ２４１は視標追跡情報を記憶デバイス２４２から取得し得、視標追跡情報に基づいて、光学系２００内に含まれる様々な光学要素を、画像光を圧縮アイボックス２５５へ案内するように制御し得る。実施形態によっては、記憶デバイス２４２は、インカップリング要素２３１、アウトカップリング要素２３５、または方向転換要素２３３のうちの少なくとも１つに含まれる格子セットの現在の動作状態および／または履歴動作状態を記憶し得る。プロセッサ２４１は、インカップリング要素２３１、アウトカップリング要素２３５、または方向転換要素２３３のうちの少なくとも１つに含まれる格子セットの次の動作状態を決定する際に、現在の動作状態および／または履歴動作状態を取得し得る。

入力／出力インターフェース２４３は任意の好適なデータまたは信号インターフェースであり得る。入力／出力インターフェース２４３は、有線または無線通信のために構成されたインターフェースであり得る（それゆえ、入力／出力インターフェース２４３は通信インターフェースとも称され得る）。実施形態によっては、入力／出力インターフェース２４３は、信号またはデータを受信および伝送するように構成されたトランシーバを含み得る。実施形態によっては、入力／出力インターフェース２４３は、視標追跡システム２７０、インカップリング要素２３１、アウトカップリング要素２３５、方向転換要素２３３、ならびに／あるいは電圧を能動格子または偏光スイッチに供給するための１つまたは複数の電源と通信するように構成され得る。入力／出力インターフェース２４３は、視標追跡システム２７０、インカップリング要素２３１、アウトカップリング要素２３５、方向転換要素２３３、および／または電源から（または視標追跡システム２７０、インカップリング要素２３１、アウトカップリング要素２３５、方向転換要素２３３、および／または電源へ）データもしくは信号を受信し得る（またはデータもしくは信号を伝送し得る）。実施形態によっては、入力／出力インターフェース２４３は視標追跡システム２７０以外の別の外部デバイスとデータを通信し得る。

図３Ａは、本開示の一実施形態に係る、（例えば、水平方向３２０－１における）１次元（「１Ｄ」）瞳複製（もしくは瞳拡大）およびアイボックス圧縮を提供するように構成された導波路ディスプレイアセンブリ３００Ａの概略図を例示する。例示の目的のために、水平方向３２０－１および鉛直方向３２０－２は、以下において、ユーザの眼の位置との関係で定義され得る。導波路ディスプレイアセンブリ３００Ａは、画像光３１２を放射するように構成された光源アセンブリ３１１ａ、および、アイボックス（図３Ａには示されていない）を通って伝搬するよう画像光を誘導するように構成された導波路３１０ａを含み得る。インカップリング要素３３１ａおよびアウトカップリング要素３３５ａが導波路３１０ａの同じ表面または異なる表面に配設され得る。例示の目的のために、図３Ａは、インカップリング要素３３１ａおよびアウトカップリング要素３３５ａが導波路３１０ａの同じ表面に配設されている様子を示す。インカップリング要素３３１ａは、光源アセンブリ３１１ａによって放射された画像光３１２を導波路３１０ａ内へ結合するように構成され得る。画像光３１２は、ＴＩＲを通してアウトカップリング要素３３５ａに向かって導波路３１０ａの内側で伝搬し得る。アウトカップリング要素３３５ａは、ＴＩＲを通して導波路３１０ａの内側で伝搬する画像光３１２をアイボックスに向けて導波路３１０ａ外へ結合するように構成され得る。

実施形態によっては、インカップリング要素３３１ａまたはアウトカップリング要素３３５ａのうちの少なくとも一方（例えば、各々）は、格子セットを含み得る、回折要素であり得る。各格子セットは１つまたは複数の格子を含み得る。各格子セットは切り替え可能格子セットまたは非切り替え可能格子セットであり得る。切り替え可能格子セットは少なくとも１つの切り替え可能格子を含み得る。実施形態によっては、インカップリング要素３３１ａ（またはアウトカップリング要素３３５ａ）は、全ての切り替え可能格子、全ての非切り替え可能格子、あるいは少なくとも１つの切り替え可能格子および少なくとも１つの非切り替え可能格子の組み合わせを含み得る。例示の目的のために、図３Ａは、１つの格子がインカップリング要素３３１ａ内に含まれ（それゆえ、インカップリング要素３３１ａはインカップリング格子３３１ａとも称される）、１つの格子がアウトカップリング要素３３５ａ内に含まれる（それゆえ、アウトカップリング要素３３５ａはアウトカップリング格子３３５ａとも称される）様子を示す。実施形態によっては、インカップリング格子３３１ａまたはアウトカップリング格子３３５ａのうちの少なくとも１つは透過または反射格子であり得る。実施形態によっては、インカップリング格子３３１ａまたはアウトカップリング格子３３５ａのうちの少なくとも１つは、直接切り替え可能格子（例えば、能動格子）あるいは間接切り替え可能格子（例えば、受動および偏光感受型格子、あるいは能動および偏光感受型格子）であり得る。インカップリング格子３３１ａまたはアウトカップリング格子３３５ａのうちの少なくとも一方が間接切り替え可能格子であるときには、偏光スイッチが間接切り替え可能格子の光入射側に配設され得る。例示的な間接切り替え可能格子および例示的な偏光スイッチが以下において図９Ａおよび図９Ｂに関連して説明される。

インカップリング格子３３１ａの格子ベクトルＫ_ｉｎは、２π／ｄ_ｉの大きさを有するように構成され得る。ここで、ｄ_ｉは格子の周期である。格子ベクトルＫ_ｉｎの方向はインカップリング格子３３１ａの周期性の方向のものであり得る。アウトカップリング格子３３５ａの格子ベクトルＫ_ｏｕｔは、２π／ｄ_ｏの大きさを有するように構成され得る。ここで、ｄ_ｏはアウトカップリング格子３３５ａの周期である。格子ベクトルＫ_ｏｕｔの方向はアウトカップリング格子３３５ａの周期性の方向のものであり得る。格子ベクトル（例えば、Ｋ_ｉｎ、Ｋ_ｏｕｔ）は入射画像光に対する格子の回折効果を指示し得る。図３Ａに示される実施形態では、格子ベクトルＫ_ｉｎおよびＫ_ｏｕｔは実質的に平行（または逆平行）であり得る。

実施形態によっては、インカップリング格子３３１ａおよびアウトカップリング格子３３５ａは両方とも、鉛直に延びる格子特徴を有するように構成され得る。インカップリング格子３３１ａは、光源アセンブリ３１１ａから受光された画像光３１２の光路を水平方向３２０－１に沿って曲げるように構成され得、アウトカップリング格子３３５ａは、受光された画像光３１２の光路を水平方向３２０－１に沿って曲げるように構成され得、これにより、光源アセンブリ３１１ａから受光された画像光３１２を水平方向３２０－１に拡大する。すなわち、導波路３１０ａ、インカップリング格子３３１ａ、およびアウトカップリング格子３３５ａの組み合わせは、１Ｄ瞳拡大、および上述されたアイボックス圧縮を提供し得る。実施形態によっては、ＴＩＲを通して導波路３１０ａの内側で伝搬する画像光３１２は、インカップリング格子３３１ａからアウトカップリング格子３３５ａへ進行する際に画像光３１２の偏光を変化させ得ない（または実質的に変化させ得ない）。

実施形態によっては、ＴＩＲを通して導波路３１０ａの内側で伝搬する画像光３１２は、インカップリング格子３３１ａからアウトカップリング格子３３５ａへ進行する際に画像光３１２の偏光を変化させ得る。実施形態によっては、画像光３１２が導波路３１０ａの内側で伝搬する際に生じ得る画像光３１２の偏光状態の変化を抑制または低減するために、導波路３１０ａは偏光補正フィルム３５１ａを含み得る。実施形態によっては、偏光補正フィルム３５１ａは、画像光３１２が導波路３１０ａの内側で伝搬する際に、画像光３１２の偏光状態を保存するように構成され得る。実施形態によっては、偏光補正フィルム３５１ａは、特定の導波路構成のために構成された複合補償フィルム（例えば、偏光補正異方性プレート）を含み得る。実施形態によっては、偏光補正フィルム３５１ａは導波路３１０ａの表面に隣接して、または該表面上に配設され得、画像光３１２の伝搬区域を少なくとも部分的に覆い得る。実施形態によっては、インカップリング格子３３１ａおよびアウトカップリング格子３３５ａのうちの１つまたは複数が間接切り替え可能格子であるときには、導波路ディスプレイアセンブリ３００Ａはまた、２Ｄ瞳拡大、および上述されたアイボックス圧縮を提供するために間接切り替え可能格子と結合された１つまたは複数の偏光スイッチを含み得る。

図３Ｂは、本開示の一実施形態に係る、例えば、水平方向３２０－１および鉛直方向３２０－２の両方における、２次元（「２Ｄ」）瞳複製（もしくは瞳拡大）およびアイボックス圧縮を提供するように構成された導波路ディスプレイアセンブリ３００Ｂの概略図を例示する。導波路ディスプレイアセンブリ３００Ｂは、画像光３１４を放射するように構成された光源アセンブリ３１１ｂ、および、アイボックス（図示せず）を通って伝搬するよう画像光３１４を誘導するように構成された導波路３１０ｂを含み得る。図３Ｂに示される光源アセンブリ３１１ｂのサイズは、図３Ａに示される光源アセンブリ３１１ａのものと比べて鉛直方向において低減され得る。導波路３１０ｂは、インカップリング要素３３１ｂ、方向転換要素３３３、およびアウトカップリング要素３３５ｂと結合され得る。インカップリング要素３３１ｂは、光源アセンブリ３１１ｂによって放射された画像光３１４を導波路３１０ｂ内へ結合するように構成され得る。画像光３１４はＴＩＲを通して方向転換要素３３３およびアウトカップリング要素３３５ｂに向かって導波路３１０ｂの内側で伝搬し得る。方向転換要素３３３は、画像光３１４をアウトカップリング要素３３５ｂへ案内するように構成され得る。アウトカップリング要素３３５ｂは、画像光３１４をアイボックスに向けて導波路３１０ｂ外へ結合するように構成され得る。

実施形態によっては、インカップリング要素３３１ｂ、方向転換要素３３３、およびアウトカップリング要素３３５ｂは導波路３１０ｂの同じ表面または異なる表面に配設され得る。例示の目的のために、図３Ｂは、インカップリング要素３３１ｂ、方向転換要素３３３、およびアウトカップリング要素３３５ｂが導波路３１０ｂの同じ表面に配設されている様子を示す。実施形態によっては、インカップリング要素３３１ｂ、アウトカップリング要素３３５ｂ、および方向転換要素３３３の各々は、格子セットを含む回折要素であり得る。各格子セットは１つまたは複数の格子を含み得る。例示の目的のために、図３Ａは、１つの格子がインカップリング要素３３１ｂ内に含まれ（それゆえ、インカップリング要素３３１ｂはインカップリング格子３３１ｂとも称される）、１つの格子が方向転換要素３３３内に含まれ（それゆえ、方向転換要素３３３は方向転換格子３３３とも称される）、１つの格子がアウトカップリング要素３３５ａ内に含まれる（それゆえ、アウトカップリング要素３３５ａはアウトカップリング格子３３５ａとも称される）様子を示す。実施形態によっては、インカップリング格子３３１ｂ、方向転換格子３３３、およびアウトカップリング格子３３５ｂのうちの少なくとも１つは透過または反射格子であり得る。インカップリング格子３３１ｂ、方向転換格子３３３、またはアウトカップリング格子３３５ｂのうちの少なくとも１つは、直接切り替え可能格子（例えば、能動格子）あるいは間接切り替え可能格子（例えば、受動および偏光感受型格子、または能動および偏光切り替え可能格子）であり得る。

格子ベクトルＫ_ｉｎおよびＫ_ｏｕｔは、インカップリング格子３３１ａおよびアウトカップリング格子３３５ａに関連して上述されたＫ_ｉｎおよびＫ_ｏｕｔと同様の、インカップリング格子３３１ｂおよびアウトカップリング格子３３５ｂに関連付けられた格子ベクトルであり得る。実施形態によっては、方向転換格子３３３は、２π／ｄ_ｆの大きさを有する格子ベクトルＫ_ｆｏｌｄに関連付けられ得る。ここで、ｄ_ｆは格子のピッチである。実施形態によっては、インカップリング格子３３１ｂは、鉛直に延びる格子特徴を有するように構成され得、アウトカップリング格子３３ｂは、水平に延びる格子特徴を有するように構成され得る。方向転換格子３３３は、水平方向に対して所定の角度を成す方向に延びる格子特徴を有するように構成され得る。方向転換格子３３３は、１つの方向（例えば、水平方向）に伝搬する画像光３１４を、直交方向（例えば、鉛直方向）に伝搬する画像光として回折するように構成され得る。それゆえ、方向転換格子３３３は、水平方向３２０－１に沿った第１のビーム拡大を提供するように構成され得、アウトカップリング格子３３５ｂは、鉛直方向３２０－２に沿った第２の直交したビーム拡大を提供するように構成され得る。すなわち、方向転換格子３３３は単一の導波路内における２Ｄビーム拡大を有効にし得る。その結果、導波路３１０ｂ、インカップリング要素３３１ｂ、方向転換要素３３３、およびアウトカップリング要素３３５ｂの組み合わせは、２Ｄ瞳拡大、および上述されたアイボックス圧縮を提供し得る。

実施形態によっては、インカップリング格子３３１ｂ、方向転換格子３３３、またはアウトカップリング格子３３５ｂのうちの少なくとも１つは偏光感受型格子であり得る。実施形態によっては、ＴＩＲを通して導波路３１０ｂの内側で伝搬する画像光３１４は、インカップリング格子３３１ｂから方向転換格子３３３およびアウトカップリング格子３３５ｂへ進行する際に画像光３１４の偏光を変化させ得ない。実施形態によっては、ＴＩＲを通して導波路３１０ｂの内側で伝搬する画像光３１４は、インカップリング格子３３１ｂから方向転換格子３３３およびアウトカップリング格子３３５ｂへ進行する際に画像光３１４の偏光を変化させ得る。実施形態によっては、画像光３１４が導波路３１０ｂの内側で伝搬する際に生じ得る画像光３１４の偏光状態の変化を抑制または低減するために、導波路３１０ｂは偏光補正フィルム３５１を含み得る。実施形態によっては、偏光補正フィルム３５１は、画像光３１４が導波路３１０ｂの内側で伝搬する際に、画像光３１４の偏光状態を保存するように構成され得る。実施形態によっては、偏光補正フィルム３５１は、特定の導波路構成のために構成された複合補償フィルム（例えば、偏光補正異方性プレート）を含み得る。実施形態によっては、偏光補正フィルム３５１は導波路３１０ｂの表面に隣接して、または該表面上に配設され得、画像光３１４の伝搬区域を少なくとも部分的に覆い得る。実施形態によっては、インカップリング格子３３１ｂ、方向転換格子３３３、およびアウトカップリング格子３３５ｂのうちの１つまたは複数が間接切り替え可能格子であるときには、導波路ディスプレイアセンブリ３００Ｂはまた、２Ｄ瞳拡大、および上述されたアイボックス圧縮を提供するために間接切り替え可能格子と結合された１つまたは複数の偏光スイッチを含み得る。

図４Ａは、本開示の一実施形態に係る、図２Ａおよび図２Ｂに示される光学系２００のブロック図を概略的に例示する。例示の目的のために、光学系２００内に含まれる１つまたは複数の導波路および光源アセンブリは図４Ａに示されていない。図４Ａに概略的に例示されるように、光学系２００は、導波路２１０に結合された複数の格子セット４５０、４６０、および４７０を含み得る。例えば、格子セット４５０（格子４５０－１、４５０－２、．．．、４５０－ｍを含む）はインカップリング要素２３１内に含まれ得、格子セット４６０（格子４６０－１、４６０－２、．．．、４６０－ｎを含む）はアウトカップリング要素２３５内に含まれ得、格子セット４７０（格子４７０－１、４７０－２、．．．、４７０－ｐを含む）は方向転換要素２３３内に含まれ得る。それゆえ、格子セット４５０、４６０、および４７０は、インカップリング格子セット４５０、アウトカップリング格子セット４６０、および方向転換／フォールディング格子セット４７０とそれぞれ称され得る。（例えば、アウトカップリング要素２３５が、方向転換要素２３３によって提供される機能を含むときに）方向転換要素２３３が省略されるときには、格子セット４７０は省略され得るか、またはアウトカップリング要素２３５内に含まれ得る。数ｍ、ｎ、およびｐは、特定の適用に応じた、任意の好適な正の整数であり得る。議論の目的のために、各格子は、切り替え可能格子であると想定される。

図４Ａに示されるように、コントローラ２６０は、インカップリング要素２３１から選択される（例えば、格子４５０－１、４５０－２、．．．、４５０－ｍから選択される）１つまたは複数の格子、アウトカップリング要素２３５から選択される（例えば、格子４６０－１、４６０－２、．．．、４６０－ｎから選択される）１つまたは複数の格子、および方向転換要素２３３から選択される（例えば、格子４７０－１、４７０－２、．．．、４７０－ｐから選択される）１つまたは複数の格子を含む格子の組み合わせを回折状態で動作するように選択的に制御または構成し、残りの１つまたは複数の格子を非回折状態で動作するように選択的に制御または構成し得る。回折状態で動作する格子の組み合わせは、回折を介して、光源アセンブリ２１１から受光された画像光を、導波路を通ってサブアイボックスに向かって伝搬するように案内し、集中させ得る。格子４５０－１がインカップリング格子セット４５０から選択され、格子４６０－１がアウトカップリング格子セット４６０から選択され、格子４７０－１が方向転換格子セット４７０から選択されるとき、格子（４５０－１、４６０－１、および４７０－１）の組み合わせは、回折を介して、光源アセンブリ２１１から受光された画像光を、導波路を通って第１のサブアイボックスに向かって伝搬するように案内し、集中させ得る。インカップリング格子セット４５０、アウトカップリング格子セット４６０、および方向転換格子セット４７０から異なる格子を選択することを通じて、格子のＮ個の組み合わせを得ることができる。Ｎは任意の好適な正の整数であり得る。格子のＮ個の組み合わせはＮ個の数のサブアイボックスに対応し得る。

例示の目的のために、図４Ａは、格子の組み合わせ（例えば、４５０－１、４６０－１、および４７０－１）が、回折を介して、光源アセンブリ２１１から受光された画像光を、導波路を通って第１のサブアイボックス４２０－１に向かって伝搬するように案内し、集中させ得る様子を示す。格子の組み合わせ（例えば、４５０－２、４６０－２、および４７０－２）は、回折を介して、光源アセンブリ２１１から受光された画像光を、導波路を通って第２のサブアイボックス４２０－２に向かって伝搬するように案内し、集中させ得る。格子の組み合わせ（例えば、４５０－３、４６０－３、および４７０－３）は、回折を介して、光源アセンブリ２１１から受光された画像光を、導波路を通って第（Ｎ－１）のサブアイボックス４２０－（Ｎ－１）に向かって伝搬するように案内し、集中させ得る。格子の組み合わせ（４５０－ｍ、４６０－ｎ、および４７０－ｐ）は、回折を介して、光源アセンブリ２１１から受光された画像光を、導波路を通って第Ｎのサブアイボックス４２０－Ｎに向かって伝搬するように案内し、集中させ得る。

Ｎ個の数のサブアイボックスは非圧縮アイボックス４２０を形成し得る。実施形態によっては、（全てよりも少数であり得る）１つまたは複数の活動化されたサブアイボックスは圧縮アイボックス４１０を形成し得る。圧縮アイボックス４１０を通って伝搬する画像光は眼の瞳１３０によって受光され得る。圧縮アイボックス４１０は、非圧縮アイボックス４２０のサイズよりも小さいサイズを有し得る。実施形態によっては、格子の複数の組み合わせが、画像光を複数のサブアイボックスへ案内するように選択的に構成されるときには、圧縮アイボックス４２０は複数のサブアイボックスによって形成され得る。例示の目的のために、図４Ａおよび図４Ｂは、第１のサブアイボックス４２０－１が活動化され、その一方で、残りの１つまたは複数のサブアイボックスが非活動化されるときに、第１のサブアイボックス４２０－１が圧縮アイボックス４１０（第１の圧縮アイボックスと称される）を形成し得る様子を示す。図４Ａおよび図４Ｃは、第１のサブアイボックス４２０－１および第２のサブアイボックス４２０－２が活動化され、その一方で、残りの１つまたは複数のサブアイボックスが非活動化されるときに、第１のサブアイボックス４２０－１および第２のサブアイボックス４２０－２が別の圧縮アイボックス４１０（第２の圧縮アイボックスと称される）を形成し得る様子を示す。議論の目的のために、図４Ｂおよび図４Ｃは、８つのサブアイボックスが非圧縮アイボックス４２０を形成し得る様子を示す。

コントローラ２６０は、眼の瞳１３０の動的に得られた変化する視標追跡情報に基づいて、異なる時間インスタンスまたは持続期間において格子の異なる組み合わせを、画像光を、（異なる圧縮アイボックスを形成する）異なるサブアイボックスへ案内するように動的に構成し得る。例えば、圧縮アイボックス４１０の場所、形状、またはサイズのうちの少なくとも１つは、変化する視標追跡情報（例えば、眼の瞳１３０のサイズ、位置、視線方向、および／または運動方向の変化）に基づいて動的に調整され得る。調整は、リアルタイムに得られた視標追跡情報に基づいてリアルタイムに遂行され得る。視標追跡情報は、視標追跡システム２７０によって得られ、コントローラ２６０へ伝送されてもよいか、または視標追跡システム２７０によって獲得され、コントローラ２６０へ伝送された眼の瞳１３０の画像データに基づいてコントローラ２６０によって得られてもよい。議論の便宜のために、以下の説明では、インカップリング要素、アウトカップリング要素、および（含まれる場合には）方向転換要素から選択される格子の各組み合わせが、画像光を異なるサブアイボックスへ案内するように構成されると想定される。

図５Ａ～図５Ｆは、本開示の実施形態に係る、眼の瞳１３０の位置と動的に整列させられる圧縮アイボックス５２５を提供するための様々な方式を例示する。例示および議論を簡単にするために、図５Ａ～図５Ｆでは、眼の瞳１３０の位置の変化が視標追跡情報の変化の一例として例示されている。任意の他の好適な種類の視標追跡情報が、眼の瞳１３０の位置の代わりに、または眼の瞳１３０の位置と組み合わせて、圧縮アイボックスの場所、形状、および／またはサイズを調整するための基礎として用いられ得ることが理解される。例示の目的のために、図５Ａ～図５Ｆに示されるように、非圧縮アイボックスは、５５０と標識された区域によって表現されており、各サブアイボックスは円によって表現されている。複数のサブアイボックスはサブアイボックスアレイ状に配列され得、サブアイボックスアレイの区域は非圧縮アイボックス５５０の区域と実質的に同じであり得る。非圧縮アイボックス５５０は任意の好適な形状を有し得、サブアイボックスは任意の好適な形状を有し得る。サブアイボックスは、互いに少なくとも部分的に重なり合うように示されている。実施形態によっては、サブアイボックスは互いに重なり合っていなくてもよい。サブアイボックスは、同じ形状およびサイズを有するように示されている。実施形態によっては、サブアイボックスのうちの少なくとも２つ（例えば、全て）は異なる形状を有し得る。実施形態によっては、サブアイボックスのうちの少なくとも２つ（例えば、全て）は異なるサイズを有し得る。圧縮アイボックス５２５は濃い灰色の範囲によって呈示されている。圧縮アイボックス５２５は１つまたは複数のサブアイボックスを含み得る。

図５Ａは、第１の時間インスタンスにおいて、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０が、眼の瞳１３０の画像データに基づいて、眼の瞳１３０（黒色点によって表現されている）がサブアイボックス５５５－１内の第１の場所（または位置）にある、例えば、サブアイボックス５５５－１の中心またはその付近にある様子を検出または決定し得る様子を示す。コントローラ２６０は、サブアイボックス５５５－１に対応する（例えば、以上において図４Ａに関連して説明されたとおりの）格子の第１の組み合わせを、光源アセンブリから受光された画像光をサブアイボックス５５５－１を通って伝搬するよう案内し集中させるために、回折状態で動作するように選択的に制御または構成し得る。コントローラ２６０は、残りの１つまたは複数の格子（または格子の残りの１つまたは複数の組み合わせ）を（空の、または網掛けのない白色のサブアイボックスによって指示されるように）非回折状態で動作するように選択的に制御または構成し得る。すなわち、コントローラ２６０は、圧縮アイボックス５２５を形成するために、サブアイボックス５５５－１を選択的に活動化するか、またはサブアイボックス５５５－１を活動化状態であるまま維持し得る。コントローラ２６０は、残りの１つまたは複数のサブアイボックスが前の時間インスタンスまたは期間内で活動化状態であった場合には、非圧縮アイボックス５５０内に含まれる残りの１つまたは複数のサブアイボックスを選択的に非活動化し得るか、あるいは残りの１つまたは複数のサブアイボックスが前の時間インスタンスまたは期間内で非活動化状態であった場合には、残りの１つまたは複数のサブアイボックスを非活動化状態のまま維持し得る。

図５Ｂは、第２の時間インスタンスにおいて、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０が、眼の瞳１３０の現在（または新たに）獲得された画像データに基づいて、眼の瞳１３０が、サブアイボックス５５５－１と、隣接したサブアイボックス５５５－２との間の重なり領域内の第２の場所（または位置）に配置されていることを検出または決定し得る様子を示す。コントローラ２６０は、サブアイボックス５５５－１および５５５－２にそれぞれ対応する格子の２つの組み合わせを、光源アセンブリから受光された画像光を、隣接したサブアイボックス５５５－１および５５５－２を通って伝搬するよう案内し、集中させるために、回折状態で動作するように選択的に制御または構成し得る。コントローラ２６０は、残りの１つまたは複数の格子、または１つまたは格子の複数の組み合わせを非回折状態で動作するように選択的に構成し得る。すなわち、コントローラ２６０は、圧縮アイボックス５２５を形成するために、隣接したサブアイボックス５５５－１および５５５－２を選択的に活動化し得る。それゆえ、眼の瞳１３０が２つの隣接したサブアイボックスの重なり領域内にあるときに、開口（カットオフ）効果が抑制され得る。実施形態によっては、サブアイボックス５５５－１および５５５－２に対応する格子の２つの組み合わせは、光源アセンブリから受光された画像光を、実質的に同じ回折効率をもってサブアイボックス５５５－１および５５５－２を通って伝搬するよう回折するように構成され得る。すなわち、サブアイボックス５５５－１および５５５－２を通って伝搬する画像光の光強度は実質的に同じであり得る。

図５Ｃは、第３の時間インスタンスにおいて、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０が、眼の瞳１３０の現在（または新たに）獲得された画像データに基づいて、眼の瞳１３０が、重なり領域付近にあるが、まだ該領域内にはないサブアイボックス５５５－１内の第３の場所（または位置）に配置されていることを検出または決定し得る様子を示す。コントローラ２６０は、格子の２つの組み合わせを、光源アセンブリから受光された画像光を、それぞれサブアイボックス５５５－１および５５５－２を通って伝搬するよう案内し、集中させるために、回折状態で動作するように選択的に制御または構成し得る。サブアイボックス５５５－１および５５５－２で圧縮アイボックス５２５を形成し得る。コントローラ２６０は、残りの１つまたは複数の格子、または１つまたは格子の複数の組み合わせを非回折状態で動作するように選択的に構成し得る。２つのサブアイボックスを通って伝搬する画像光の光強度が実質的に同じである、図５Ｂに示される第２の時間インスタンスとは異なり、図５Ｃに示される第３の時間インスタンスでは、２つのサブアイボックスを通って伝搬する画像光の光強度は、より暗い、およびより明るい色によって示されるように、異なり得る。すなわち、サブアイボックス５５５－１および５５５－２に対応する格子セットの２つの組み合わせは、光源アセンブリから受光された画像光を、異なる回折効率をもってサブアイボックス５５５－１および５５５－２を通って伝搬するよう回折し得る。例えば、図５Ｃに示されるように、眼の瞳１３０により近いサブアイボックス５５５－１を通って伝搬する画像光の光強度は、眼の瞳１３０からより遠く離れたサブアイボックス５５５－２を通って伝搬する画像光の光強度よりも高いものであり得る。

図５Ｄは、第４の時間インスタンスにおいて、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０が、眼の瞳１３０の現在（または新たに）獲得された画像データに基づいて、眼の瞳１３０が、サブアイボックス５５５－１、５５５－２、５５５－３、および５５５－４の中心まで実質的に等しい距離を有する、第４の場所（または位置）に配置されていることを検出または決定し得る様子を示す。コントローラ２６０は、対応する格子の４つの異なる組み合わせを、光源アセンブリから受光された画像光をそれぞれ４つのサブアイボックス５５５－１、５５５－２、５５５－３、および５５５－４を通って伝搬するよう案内し集中させるために、回折状態で動作するように選択的に制御または構成し得る。コントローラ２６０は、残りの１つまたは複数の格子、または１つまたは格子の複数の組み合わせを非回折状態で動作するように選択的に構成または制御し得る。すなわち、コントローラ２６０はサブアイボックス５５５－１、５５５－２、５５５－３、および５５５－４を、圧縮アイボックス５２５を形成するよう選択的に活動化し、その一方で、残りの１つまたは複数のサブアイボックスを非活動化し得る。

実施形態によっては、コントローラ２６０は、格子の４つの組み合わせを、光源アセンブリから受光された画像光を、実質的に同じ回折効率でサブアイボックス５５５－１、５５５－２、５５５－３、および５５５－４を通って伝搬するよう回折するように選択的に制御または構成し得る。すなわち、サブアイボックス５５５－１、５５５－２、５５５－３、および５５５－４を通って伝搬する画像光の光強度は、図５Ｄにおいて実質的に同じ色によって示されるように、実質的に同じであり得る．実施形態によっては、格子セットの４つの組み合わせは、光源アセンブリから受光された画像光を、異なる回折効率でサブアイボックス５５５－１、５５５－２、５５５－３、および５５５－４を通って伝搬するよう回折し得る。実施形態によっては、サブアイボックス５５５－１、５５５－２、５５５－３、および５５５－４を通って伝搬する画像光の光強度は、眼の瞳１３０から、サブアイボックス５５５－１、５５５－２、５５５－３、および５５５－４を表現する円の中心までの距離の関数であり得る。例えば、サブアイボックスを通って伝搬する画像光の光強度は眼の瞳１３０からサブアイボックスの中心までの距離に反比例し得る。実施形態によっては、距離が短いほど、サブアイボックスを通って伝搬する画像光の光強度は大きい（または高い）。換言すれば、コントローラ２６０は、格子の組み合わせを、眼の瞳１３０からの距離に反比例する回折効率で画像光を回折するように制御または構成し得、格子セットの組み合わせに対応するサブアイボックスを表現する円の中心により近い。それゆえ、眼の瞳１３０からサブアイボックスの中心までの距離に応じて、サブアイボックス５５５－１、５５５－２、５５５－３、および５５５－４を通って伝搬する画像光の光強度は同じであり得るか、または異なり得る。

図５Ｅは、第５の時間インスタンスにおいて、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０が、眼の瞳１３０の現在（または新たに）獲得された画像データに基づいて、眼の瞳１３０が、矢印５７０によって指示される水平方向に運動していると決定または予測し得る様子を示す。コントローラ２６０は、格子の１つまたは複数の組み合わせを、画像光を１つまたは複数のサブアイボックスへ回折するために、回折状態で動作するように選択的に制御または構成し得る。例示の目的のために、圧縮アイボックス５２５を形成する、３つのサブアイボックス５５５－１、５５５－２、および５５５－５が活動化されるように示されている。すなわち、コントローラ２６０は、格子の３つの異なる組み合わせを、回折を介して、画像光を、３つのサブアイボックス５５５－１、５５５－２、および５５５－５を通って伝搬するよう案内し、集中させるために、回折状態で動作するように制御し得る。３つのサブアイボックス５５５－１、５５５－２、および５５５－５は眼の瞳１３０の運動方向５７０に沿って配置され得る。コントローラ２６０は、残りの１つまたは複数の格子、または１つまたは格子の複数の組み合わせを非回折状態で動作するように選択的に制御または構成し得る。すなわち、コントローラ２６０はサブアイボックス５５５－１、５５５－２、および５５５－５を、圧縮アイボックス５２５を形成するよう活動化し、その一方で、残りの１つまたは複数のサブアイボックスを非活動化し得る。

実施形態によっては、コントローラ２６０は、サブアイボックス５５５－１、５５５－２、および５５５－５に対応する格子の３つの組み合わせを、画像光を、実質的に同じ回折効率でサブアイボックス５５５－１、５５５－２、および５５５－５を通って伝搬するよう回折するように制御または構成し得る。すなわち、サブアイボックス５５５－１、５５５－２、および５５５－５を通って伝搬する画像光の光強度は実質的に同じであり得る。実施形態によっては、コントローラ２６０は、サブアイボックス５５５－１、５５５－２、および５５５－５に対応する格子の３つの組み合わせを、画像光を、異なる回折効率でサブアイボックス５５５－１、５５５－２、および５５５－５を通って伝搬するよう回折するように制御または構成し得る。すなわち、サブアイボックス５５５－１、５５５－２、および５５５－５のうちの少なくとも２つを通って伝搬する画像光の光強度は異なり得る。例えば、光強度は運動方向５７０に沿って次第に低減し得、例えば、サブアイボックス５５５－５における画像光の光強度はサブアイボックス５５５－２における画像光の光強度よりも大きいものであり得、サブアイボックス５５５－２における画像光の光強度は、サブアイボックス５５５－１へ案内される画像光の光強度よりも大きいものであり得る。

実施形態によっては、コントローラ２６０は、格子の対応する３つの組み合わせを、回折状態で動作することを開始するよう順次制御することによって、サブアイボックス５５５－１、５５５－２、および５５５－５を順次活動化し得る。サブアイボックス５５５－１、５５５－２、および５５５－５の活動化の間の時間間隔は、特定の適用に基づいて構成または設定され得る、任意の好適な値であり得る。実施形態によっては、コントローラ２６０は、格子セットの３つの組み合わせを回折状態で動作するように実質的に同時に制御することによって、サブアイボックス５５５－１、５５５－２、および５５５－５を実質的に同時に活動化し得る。

実施形態によっては、コントローラ２６０は、図５Ｅに示されるように、水平方向の運動方向５７０に沿って配置された２つ以上のサブアイボックスを選択的に活動化し得る。同様に、運動方向５７０が鉛直方向のものであるときには、コントローラ２６０は、鉛直方向における２つ以上のサブアイボックスに対応する格子の２つ以上の組み合わせを、画像光を２つ以上のサブアイボックスに向けて案内し、集中させるために、選択的に活動化し得る。実施形態によっては、運動方向５７０は、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０によって、眼の瞳１３０の現在の画像データに基づいて得ることができる、眼の瞳１３０の現在の運動方向であり得る。実施形態によっては、運動方向４７０は、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０によって、眼の瞳１３０の現在の運動方向および眼の瞳１３０の履歴運動方向もしくは位置に基づいて推定される予測方向（または予測軌跡）であり得る。例えば、コントローラ２６０は、眼の瞳１３０の運動方向を予測するために、２つ以上の一連の画像または画像フレーム（例えば、現在の画像フレームおよび前の画像フレーム）を解析し得る。コントローラ２６０は、眼の瞳１３０が予測運動方向に沿ってサブアイボックスへ実際に運動する前に、予測運動方向に基づいてサブアイボックスを活動化し得る。これは光学系２００のユーザ体験を改善し得る。予測は、視標追跡システム２７０のメモリまたはコントローラ２６０の記憶デバイス内に記憶されたコンピュータ可読命令またはコード（例えば、ソフトウェアコード）の形で具現され得る好適なアルゴリズムに基づいてコントローラ２６０によって遂行され得る。

図５Ｆは、第６の時間インスタンスにおいて、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０が、眼の瞳１３０の現在獲得された画像データに基づいて、眼の瞳１３０が、矢印５７５によって指示される方向（例えば、対角方向）に運動していると予測または決定し得る様子を示す。運動方向５７５は、水平でも鉛直でもない任意の運動方向を表現する。コントローラ２６０は、運動方向５７５に沿ったサブアイボックス５５５－１および５５５－６を選択的に活動化し、その一方で、残りの１つまたは複数のサブアイボックスを選択的に非活動化し得る。すなわち、コントローラ２６０は、格子の２つ以上の組み合わせを、回折を介して、光源アセンブリから受光された画像光をサブアイボックス５５５－１および５５５－６へ案内し、集中させるために、回折状態で動作するように選択的に制御し得る。実施形態によっては、コントローラ２６０は、サブアイボックス５５５－１および５５５－６を順次に、または実質的に同時に活動化し得る。サブアイボックス５５５－１および５５５－６を通って伝搬する画像光の光強度は実質的に同じであり得るか、または異なり得る（例えば、運動方向５７５に沿って次第に減少する）。図示されていないが、運動方向４７５に沿った２つを超えるサブアイボックスが実質的に同時に、または順次に活動化されてもよい。

図５Ａ～図５Ｆには示されていないが、サブアイボックスの活動化はまた、眼の瞳１３０の画像データから測定された眼の瞳１３０のサイズにも基づき得る。例えば、低照度の状況では、眼の瞳のサイズは大きくなり得る（拡大し得る）。したがって、実施形態によっては、圧縮アイボックス５２５が、眼の瞳１３０のサイズと少なくとも同程度である（例えば、眼の瞳１３０のサイズと同じであるか、または眼の瞳１３０のサイズよりも若干大きい）サイズを有するよう、より多くのサブアイボックスが活動化され得る。実施形態によっては、サブアイボックスの活動化（ひいては、圧縮アイボックス５２５の場所、形状、および／またはサイズ）の調整は、眼の瞳１３０のサイズおよび眼の瞳１３０の位置、眼の瞳１３０のサイズおよび眼の瞳１３０の運動方向、眼の瞳１３０のサイズおよび眼の瞳１３０の視線方向、眼の瞳１３０の位置および眼の瞳１３０の運動方向、眼の瞳１３０の位置および眼の瞳１３０の視線方向等などの、２つ以上の種類の視標追跡情報の組み合わせに基づき得る。これらの種類の視標追跡情報の任意の好適な組み合わせが、圧縮アイボックスを動的にレンダリングするための基礎として用いられ得る。

図６Ａ～図６Ｄは、本開示の様々な実施形態に係る、導波路に結合された回折要素（例えば、インカップリング要素、アウトカップリング要素、および／または方向転換要素）内に含まれ得る複数の格子の様々な配列を概略的に例示する。例えば、配列は、図２Ａおよび図２Ｂに示されるインカップリング要素２３１、アウトカップリング要素２３５、および方向転換要素２３３内に含まれる格子に、図３Ａおよび図３Ｂに示されるインカップリング要素３３１ａ（もしくは３３１ｂ）、アウトカップリング要素３３５ａ（もしくは３３５ｂ）、および方向転換要素３３３内に含まれる格子に、あるいは図４に示される格子に適用可能であり得る。格子は少なくとも１つの（例えば、全ての）切り替え可能格子を含み得る。切り替え可能格子の詳細な説明は上述の説明を参照することができる。

図６Ａは、本開示の一実施形態に係る、複数の格子の配列を概略的に例示する。図６Ａに示されるように、複数の格子は積層され得る。図６Ａでは、回折要素６０５が複数の格子６１１－１、６１１－２、および６１１－３のスタックを含み得る。格子の数は、２つ、４つ、５つ、６つ等などの、任意の好適な数であり得る。格子６１１－１、６１１－２、および６１１－３は、インカップリング要素（例えば、図２Ａに示されるインカップリング要素２３１）、アウトカップリング要素（例えば、図２Ａに示されるアウトカップリング要素２３５）、または方向転換要素（例えば、図２Ａに示される方向転換要素２３３）内に含まれる格子を表現し得る。例えば、実施形態によっては、図６Ａに示される格子は、インカップリング要素内に含まれ得る、図４Ａに示される格子４５０－１、４５０－２、．．．、４５０－ｍを表現し得る。実施形態によっては、図６Ａに示される格子は、アウトカップリング要素内に含まれ得る、図４Ａに示される格子４６０－１、４６０－２、．．．、４６０－ｎを表現し得る。実施形態によっては、図６Ａに示される格子は、方向転換要素内に含まれ得る、図４Ａに示される格子４７０－１、４７０－２、．．．、４７０－ｐを表現し得る。したがって、回折要素６０５は、インカップリング要素、アウトカップリング要素、または方向転換要素を表現し得る。例えば、導波路に結合されたインカップリング要素、アウトカップリング要素、および方向転換要素の各々は、図６Ａに示される積層構成で配列された複数の格子を有し得る。

格子は例示の目的のために長方形プレートによって概略的に表現されている。格子は、導波路、例えば、図２Ａおよび図２Ｂに示される導波路２１０の同じ表面または異なる表面に配設され得る。コントローラ２６０は、（図６Ａに示される構成を有し得る）インカップリング要素内に含まれる格子、（図６Ａに示される構成を有し得る）アウトカップリング要素内に含まれる格子、および（含まれる場合には、図６Ａに示される構成を有し得る）方向転換要素内に含まれる格子から格子の１つまたは複数の組み合わせを選択し得る。コントローラ２６０は、格子の選択された組み合わせを回折状態で動作するように構成し、その一方で、残りの１つまたは複数の格子、または格子の１つまたは複数の組み合わせを、非回折状態で動作するよう構成し得る。回折状態で動作する格子の選択された組み合わせは、回折を介して、光源アセンブリからの画像光を１つまたは複数のサブアイボックスへ案内し、集中させ得る。サブアイボックスは、非圧縮アイボックス内に含まれるサブアイボックスのアレイのうちの１つであり得る。実施形態によっては、１つまたは複数のサブアイボックスは圧縮アイボックスを形成し得る。非圧縮アイボックス、サブアイボックス、および圧縮アイボックスの詳細な説明は上述の説明を参照することができる。

実施形態によっては、光学系が、互いに積層された複数の導波路を含むときには、複数の格子は複数の導波路に配設され得る。導波路のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、（図６Ａに示される構成を有し得る）インカップリング要素、（図６Ａに示される構成を有し得る）アウトカップリング要素、および（含まれる場合には、図６Ａに示される構成を有し得る）方向転換要素と結合され得る。コントローラ２６０は、導波路と結合された、インカップリング要素内に含まれる格子、アウトカップリング要素内に含まれる格子、および（含まれる場合には）方向転換要素内に含まれる格子から格子の組み合わせを選択し得る。

図６Ｂは、本開示の別の実施形態に係る、交互配置構成で配列された異なる格子の部分格子を有する複数の格子の配列を概略的に例示する。複数の格子は、インカップリング要素内に含まれるインカップリング格子、アウトカップリング要素内に含まれるアウトカップリング格子、または方向転換要素内に含まれる方向転換格子であり得る。格子のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は複数の部分格子を含み得る。複数の格子の異なる部分格子は交互配置格子アレイ６１０（回折要素６１０とも称される）の形で配列され得る。交互配置格子アレイ６１０は、インカップリング要素、アウトカップリング要素、または方向転換要素内に含まれる格子を表現し得る。実施形態によっては、インカップリング要素内に含まれ得る、図４Ａに示される格子４５０－１、４５０－２、．．．、４５０－ｍは交互配置格子アレイ６１０の形で配列され得る。実施形態によっては、アウトカップリング要素内に含まれ得る、図４Ａに示される格子４６０－１、４６０－２、．．．、４６０－ｎは交互配置格子アレイ６１０の形で配列され得る。実施形態によっては、方向転換要素内に含まれ得る、図４Ａに示される格子４７０－１、４７０－２、．．．、４７０－ｐは交互配置格子アレイ６１０の形で配列され得る。

図６Ｂに示される交互配置構成では、異なる格子に属する部分格子は単一の層またはプレート内に交互配置され得る。交互配置格子アレイ６１０は、混合された様態で多数の行および多数の列の形で配設された複数の部分格子によって形成された格子マトリックスを含み得る。格子マトリックス内の２つの隣接した部分格子は異なる格子に属し得る。例えば、図６Ｂに示されるように、部分格子６２１－１は第１の格子（例えば、図４Ａに示される格子４５０－１、４６０－１、または４７０－１）に属し得る。行方向に部分格子６２１－１に隣接して配設された部分格子６２２－１は第２の格子（例えば、図４Ａに示される格子４５０－２、４６０－２、または４７０－２）に属し得る。行方向に部分格子６２２－１に隣接して配設された部分格子６２３－１は第３の格子（例えば、図４Ａに示される格子４５０－３、４６０－３、または４７０－３）に属し得る。交互配置構成は行および列内で繰り返され得る。図６Ｂにおいて同じ塗りつぶしパターンで例示された部分格子は同じ格子に属し得る。格子マトリックスは交互配置格子マトリックスと称され得る。

実施形態によっては、図６Ｂに示される交互配置格子アレイ６１０内において、同じ格子に属する任意の２つの部分格子は同じ行または同じ列内に互いに隣接して配置され得ない。実施形態によっては、他の交互配置構成では、同じ格子に属する２つの部分格子は、同じ行内、または同じ列内のどちらかに互いに隣接して配置され得る。実施形態によっては、異なる格子に属する部分格子は格子マトリックス内でランダムに分布させられ得る。実施形態によっては、同じ格子に属する部分格子は、同じ行内、または同じ列内に配設され得る。このような実施形態では、異なる格子は、行を成して、または列を成して並んで配設され得る。実施形態によっては、同じ格子内の異なる部分格子は、画像光の所定のＦＯＶの異なる部分を対応するサブアイボックスへ送るように構成され得る。コントローラ２６０は、（図６Ｂに示される構成を有し得る）インカップリング要素、（図６Ｂに示される構成を有し得る）アウトカップリング要素、および（含まれる場合には、図６Ｂに示される構成を有し得る）方向転換要素から格子の１つまたは複数の組み合わせを選択し得る。コントローラ２６０は、格子の選択された１つまたは複数の組み合わせを回折状態で動作するように構成し、その一方で、残りの１つまたは複数の格子、または格子の１つまたは複数の組み合わせを、非回折状態で動作するよう構成し得る。回折状態で動作する格子の１つまたは複数の組み合わせは、回折を介して、光源アセンブリからの画像光を１つまたは複数のサブアイボックスへ案内し、集中させ得る。実施形態によっては、１つまたは複数のアイボックスは圧縮アイボックスを形成し得る。

図６Ｃは、本開示の別の実施形態に係る、複数の格子の配列を概略的に例示する。複数の格子は、インカップリング要素（例えば、インカップリング要素２３１）、アウトカップリング要素（例えば、アウトカップリング要素２３５）、または方向転換要素（例えば、方向転換要素２３３）であり得る、回折要素６７０を形成するか、または回折要素６７０内に含まれ得る。例えば、実施形態によっては、インカップリング要素内に含まれ得る、図４Ａに示される格子４５０－１、４５０－２、．．．、４５０－ｍは、図６Ｃに示される構成で配列され得る。実施形態によっては、アウトカップリング要素内に含まれ得る、図４Ａに示される格子４６０－１、４６０－２、．．．、４６０－ｎは、図６Ｃに示される構成で配列され得る。実施形態によっては、方向転換要素内に含まれ得る、図４Ａに示される格子４７０－１、４７０－２、．．．、４７０－ｐは、図６Ｃに示される構成で配列され得る。

図６Ｃに示される回折要素６７０内に含まれる格子は、図６Ａに示される積層構成、および図６Ｂに示される交互配置構成の組み合わせである構成で配設され得る。例示の目的のために、図６Ｃは、回折要素６７０が、互いに積層された図６Ｂからの２つ以上の格子（例えば、格子６１１－１および格子６１１－２）を含み得る様子を示す。図６Ａからの２つ以上の積層された格子は交互配置格子アレイ６１０をさらに積層され得る。実施形態によっては、図６Ａに示される積層構成からの追加の格子が回折要素６７０内に含まれ得る。実施形態によっては、交互配置格子アレイ６１０と同様の追加の交互配置格子アレイが回折要素６７０内に含まれ得る。コントローラ２６０は、（図６Ｃに示される構成を有し得る）インカップリング要素、（図６Ｃに示される構成を有し得る）アウトカップリング要素、および（含まれる場合には、図６Ｃに示される構成を有し得る）方向転換要素から格子の１つまたは複数の組み合わせを選択し得る。コントローラ２６０は、格子の選択された１つまたは複数の組み合わせを回折状態で動作するように構成し、その一方で、残りの１つまたは複数の格子、または格子の１つまたは複数の組み合わせを、非回折状態で動作するよう構成し得る。回折状態で動作する格子の１つまたは複数の組み合わせは、回折を介して、光源アセンブリからの画像光を１つまたは複数のサブアイボックスへ案内し、集中させ得る。実施形態によっては、１つまたは複数のアイボックスは圧縮アイボックスを形成し得る。

図６Ｄは、本開示の別の実施形態に係る、複数の格子の配列を概略的に例示する。複数の格子は、インカップリング要素（例えば、インカップリング要素２３１）、アウトカップリング要素（例えば、アウトカップリング要素２３５）、または方向転換要素（例えば、方向転換要素２３３）であり得る、回折要素６８０を形成するか、または回折要素６８０内に含まれ得る。例えば、実施形態によっては、インカップリング要素内に含まれ得る、図４Ａに示される格子４５０－１、４５０－２、．．．、４５０－ｍは、図６Ｄに示される構成で配列され得る。実施形態によっては、アウトカップリング要素内に含まれ得る、図４Ａに示される格子４６０－１、４６０－２、．．．、４６０－ｎは、図６Ｄに示される構成で配列され得る。実施形態によっては、方向転換要素内に含まれ得る、図４Ａに示される格子４７０－１、４７０－２、．．．、４７０－ｐは、図６Ｄに示される構成で配列され得る。

回折要素６８０内に含まれる格子は交互配置格子アレイのスタックの形で配列され得る。交互配置格子アレイのスタックは、互いに積層された２つ以上の交互配置格子アレイ（各々、交互配置格子アレイ６１０と同様であり得る）を含み得る。例示の目的のために、図６Ｄでは、２つの交互配置格子アレイ６８５および６８７が、互いに積層されるように示されている。追加の交互配置格子アレイが含まれ得る。コントローラ２６０は、（図６Ｄに示される構成を有し得る）インカップリング要素、（図６Ｄに示される構成を有し得る）アウトカップリング要素、および（含まれる場合には、図６Ｄに示される構成を有し得る）方向転換要素から格子の１つまたは複数の組み合わせを選択し得る。コントローラ２６０は、格子の選択された１つまたは複数の組み合わせを回折状態で動作するように構成し、その一方で、残りの１つまたは複数の格子、または格子の１つまたは複数の組み合わせを、非回折状態で動作するよう構成し得る。回折状態で動作する格子の１つまたは複数の組み合わせは、回折を介して、光源アセンブリからの画像光を１つまたは複数のサブアイボックスへ案内し、集中させ得る。実施形態によっては、アイボックスは圧縮アイボックスを形成し得る。

図７は、本開示の一実施形態に係る、光源アセンブリから受光された画像光の全視野（「ＦＯＶ」）を圧縮アイボックスへ送るように構成された導波路ディスプレイアセンブリ７００を概略的に例示する。導波路ディスプレイアセンブリ７００は、光学系２００などの、本明細書において開示される任意の光学系において実施され得る。換言すれば、画像光の全ＦＯＶを圧縮ボックスへ送るための例示的な構造および機構は、本明細書において開示される任意の他の光学系または導波路ディスプレイアセンブリ（もしくは導波路ディスプレイシステム）に適用可能であり得る。

図７に示されるように、導波路ディスプレイアセンブリ７００は、導波路７１０、導波路７１０と結合された（例えば、導波路７１０の表面に配設された）インカップリング要素７１１、および導波路７１０と結合された（例えば、導波路７１０の表面に配設された）アウトカップリング要素７１２を含み得る。実施形態によっては、導波路ディスプレイアセンブリ７００はまた、方向転換要素（図示せず）を含み得る。インカップリング要素７１１、アウトカップリング要素７１２、および（含まれる場合には）方向転換要素の各々は格子セットを含み得る。インカップリング要素７１１、アウトカップリング要素７１２、および（含まれる場合には）方向転換要素の各々において、格子は、図６Ａ～図６Ｄに示される構成のうちの任意のもので配列され得る。議論の目的のために、インカップリング要素７１１は、単一の格子を含むと想定され、アウトカップリング要素７１２は、切り替え可能格子である単一の格子を含むと想定される。

実施形態によっては、導波路ディスプレイアセンブリ７００はまた、入力視野（「ＦＯＶ」）を有する画像光７０６を導波路７１０へ出力するように構成された光源アセンブリ７０５を含み得る。インカップリング要素７１１は、画像光７０６を、内部全反射（「ＴＩＲ」）を通して導波路７１０の内側で伝搬する画像光７１６として導波路７１０内へ結合するように構成され得る。議論の目的のために、画像光７１６のＦＯＶは、光源アセンブリ７０５によって生成された画像光７０６のＦＯＶと実質的に同じであると想定される。実施形態によっては、図示されていないが、画像光７１６のＦＯＶは画像光７０６のＦＯＶよりも小さいものであり得る。

画像光７１６はＴＩＲを通してアウトカップリング要素７１２に向かって導波路７１０に沿って伝搬し得る。コントローラ２６０（図７には示されていない）は、アウトカップリング要素７１２内に含まれる切り替え可能格子と結合され得る。コントローラ２６０は、（インカップリング要素７１１内に含まれる格子と共に格子の組み合わせを形成し得る）アウトカップリング要素７１２内に含まれる格子を回折状態で動作するように選択的に制御または構成し、（インカップリング要素内に含まれる格子と共に格子の１つまたは複数の残りの１つまたは複数の組み合わせを形成し得る）アウトカップリング要素７１２内に含まれる残りの１つまたは複数の格子を非回折状態で動作するように選択的に制御または構成し得る。回折状態で動作するアウトカップリング要素７１２の格子は、回折を介して、画像光７１６を画像光７２６として導波路７１０外へ結合し得る。画像光７２６はサブアイボックス７２５を通って伝搬し得る。サブアイボックス７２５は圧縮アイボックスを形成するか、または圧縮アイボックスの一部を形成し得る。サブアイボックス７２５は非圧縮アイボックス７２０の一部である。

画像光７２６のＦＯＶは画像光７１６のＦＯＶ（および画像光７０６のＦＯＶ）と実質的に同じであり得る。すなわち、アウトカップリング要素７１２内の各格子は、回折状態で動作するように構成されたとき、画像光７１６（または画像光７０６）の全ＦＯＶを対応するサブアイボックスへ送り得る。例えば、アウトカップリング要素７１２内に含まれる各格子は、連続的なＦＯＶを提供するために、連続的に変動する傾斜角（φ０、φ１、φ２）を有するように構成されている。各格子において、複数の格子は、格子の異なる部分が、全ＦＯＶの異なる部分に対応する画像光７１６の異なる部分（または光ビーム）を異なる回折効率をもって回折し得るよう、異なる角度選択性を有するように構成され得る。例えば、アウトカップリング要素７１２内に含まれる各格子は、ＦＯＶの対応する部分に関連付けられた光ビームに、ＦＯＶの他の部分に関連付けられた光ビームよりも高い回折効率を提供するように構成され得る。

例示の目的のために、図７は、画像光７１６の全ＦＯＶを非圧縮アイボックス７２０の（圧縮アイボックスを形成し得るか、または圧縮アイボックスの一部であり得る）サブアイボックス７２５へ送るための格子７５０の例示的な構成を示す。格子７５０は、変動する（例えば、連続的に変動する）傾斜角を有する、開示された切り替え可能格子であり得る。例えば、格子７５０の傾斜角は図７におけるｙ軸方向に連続的に変動し得る（例えば、増大する）。例示の目的のために、画像光７１６のＦＯＶは３つの部分、ＦＯＶ－１、ＦＯＶ－２、およびＦＯＶ－３に分割され得る。画像光７１６のＦＯＶの３つの部分、ＦＯＶ－１、ＦＯＶ－２、およびＦＯＶ－３は画像光７１６のＦＯＶの左側部分、中心部分、および右側部分にそれぞれ対応し得る。格子７５０は、第１の部分７５０－１、第２の部分７５０－２、および第３の部分７５０－３を含み得る。実施形態によっては、第１の部分７５０－１、第２の部分７５０－２、および第３の部分７５０－３は、異なる傾斜角を有するように構成され得る。コントローラ２６０が、格子７５０を回折状態で動作するように制御または構成するとき、第１の部分７５０－１は、ＦＯＶ－１に関連付けられた第１の光ビームに、ＦＯＶ－２に関連付けられた第２の光ビーム、またはＦＯＶ－３に関連付けられた第３の光ビームよりも高い回折効率を提供し得る。例えば、第１の部分７５０－１によって、ＦＯＶ－２およびＦＯＶ－３に関連付けられた光ビームに提供される回折効率は、無視し得る程度のものであり得る。それゆえ、第１の部分７５０－１は主として画像光７１６のＦＯＶ－１をサブアイボックス７２５へ送り得る。

同様に、格子７５０の第２の部分７５０－２は、ＦＯＶ－２に関連付けられた第２の光ビームに、ＦＯＶ－１に関連付けられた第１の光ビーム、またはＦＯＶ－３に関連付けられた第３の光ビームよりも高い回折効率を提供し得る。例えば、第２の部分７５０－２によって、ＦＯＶ－１およびＦＯＶ－３に関連付けられた光ビームに提供される回折効率は、無視し得る程度のものであり得る。それゆえ、第２の部分７５０－２は主として画像光７１６のＦＯＶ－２をサブアイボックス７２５へ送り得る。

格子７５０の第３の部分７５０－３は、ＦＯＶ－３に関連付けられた第３の光ビームに、ＦＯＶ－１に関連付けられた第１の光ビーム、またはＦＯＶ－２に関連付けられた第２の光ビームよりも高い回折効率を提供し得る。例えば、第３の部分７５０－３によって、ＦＯＶ－１およびＦＯＶ－２に関連付けられた光ビームに提供される回折効率は、無視し得る程度のものであり得る。それゆえ、第３の部分７５０－３は主として画像光７１６のＦＯＶ－３をサブアイボックス７２５へ送り得る。それゆえ、格子７０５は、コントローラ２６０によって、画像光７１６（または画像光７０６）の全ＦＯＶをサブアイボックス７２５へ送るように構成または制御され得る。圧縮アイボックス７２５を通って伝搬する画像光７２６は、非圧縮アイボックス７２０を通って伝搬する画像光のＦＯＶと実質的に同じであるＦＯＶを有し得る。その結果、圧縮アイボックス７２５へ送られる画像コンテンツは、非圧縮アイボックス７２０へ送られる画像コンテンツと実質的に同じであり得る。

図７に示される格子７５０は、他の図に示され、本明細書において説明される任意の格子であり得る。アウトカップリング要素７１２内に含まれる複数の格子の配列は、図６Ａ～図６Ｄに示されるものなどの、他の図に示される任意の配列であり得る。実施形態によっては、光学系７００は、互いに積層された複数の導波路を含み得る。導波路と結合された、または導波路に配設されたアウトカップリング要素は複数の格子を含み得る。格子の各々は、光源アセンブリ７０５から受光された画像光の全ＦＯＶを対応するサブアイボックスへ案内するように構成され得る。

図８Ａおよび図８Ｂは、本開示の一実施形態に係る、回折状態および非回折状態における回折光学要素（または回折要素）８０１の概略図をそれぞれ例示する。回折光学要素８０１は、コントローラ２６０によって制御される直接切り替え可能格子であり得る。電源８４０が回折光学要素８０１と電気結合され得る。電源８４０は、電界を回折光学要素８０１に提供するように構成され得る。コントローラ２６０は（例えば、有線または無線接続を通じて）電源８４０と電気結合され得、電源８４０の電圧および／または電流の出力を制御するように構成され得る。図８Ａおよび図８Ｂに示される回折光学要素８０１は、本明細書において開示される光学要素、デバイス、およびシステムにおいて、例えば、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂ、図４、図６Ａ～図６Ｄ、および図７、ならびに他の後の図に示される、またはそれらに関連して説明されるものなどの、圧縮アイボックスを提供するための、上述され、他の図に示された格子として実施され得る。上述されたように、直接切り替え可能格子は、能動偏光感受型格子、または能動偏光非感受型格子であり得る。例示の目的のために、回折光学要素８０１は能動偏光感受型格子として示されている。コントローラ２６０が電源８４０を、電界を回折光学要素８０１内に生成するよう制御するとき、回折光学要素８０１は回折状態と非回折状態との間で直接切り替え可能であり得る。

図８Ａおよび図８Ｂに示されるように、回折光学要素８０１は、互いに反対側に（例えば、向かい合って）配列された上部基板８１０および下部基板８１５を含み得る。実施形態によっては、上部基板８１０または下部基板８１５のうちの少なくとも一方（例えば、各々）は、インジウムスズ酸化物（「ＩＴＯ」）電極などの、電界を回折光学要素８０１に供給するための透明電極を基板の表面（例えば、内面）に提供され得る。電源８４０は、電界を回折光学要素８０１に提供するための電圧を供給するべく、透明電極と電気結合され得る。

実施形態によっては、回折光学要素８０１は、上部基板８１０と向かい合った下部基板８１５の表面に配設された（例えば、該表面に接合された、または該表面上に形成された）表面レリーフ格子（「ＳＲＧ」）８０５を含み得る。ＳＲＧ８０５は、複数の溝８０６を規定または形成する（ミクロンレベルまたはナノレベルのサイズを有する）複数の微小構造８０５ａを含み得る（図８Ａおよび図８Ｂにおいて、微小構造８０５ａはベタの黒色の長手方向構造として概略的に例示されており、溝８０６はベタの黒色部分の間の白色部分として示されている）。ＳＲＧ８０５内に含まれる溝８０６の数はＳＲＧ８０５の格子周期およびサイズによって決定され得る。溝８０６は光学異方性材料８５０を少なくとも部分的に提供され得る（例えば、充填されている）。光学異方性材料８５０の分子８２０は細長い形状（図８Ａおよび図８Ｂにおいて白色の棒によって表現されている）を有し得る。分子８２０は溝８０６内に配向され得、例えば、ホメオトロピックに配向され得るか、一様に配向され得るか、またはその両方であり得る。光学異方性材料８５０は、ＳＲＧ８０５の溝８０６の溝方向（例えば、ｙ軸方向、長さ方向、または長手方向）に沿った第１の主屈折率（例えば、ｎ^ｅ _ＡＮ）を有し得る。光学異方性材料８５０は、ＳＲＧ８０５の溝方向と垂直な面内方向（例えば、ｘ軸方向、幅方向、または横方向）に沿った第２の主屈折率（例えば、ｎ^ｏ _ＡＮ）を有し得る。

溝８０６が、実質的に長方形のプリズム形状、または長手形状を有するとき、溝方向は、例えば、溝の長さの方向であり得る。いくつかの実施形態では、溝８０６は他の形状を有し得る。実施形態によっては、溝方向は、他の好適な方向であると定義され得る。光学異方性材料８５０は、外部界、例えば、電源８４０によって提供される外部電界によって方向変更可能なＬＣ配向子を有する能動液晶（「ＬＣ」）などの、能動光学異方性材料であり得る。光学異方性材料８５０の分子８２０はＬＣ分子８２０とも称され得る。能動ＬＣは正または負の誘電異方性を有し得る。

ＳＲＧ８０５は、非晶質もしくは液晶性ポリマー、またはＬＣ特性を有するもの（反応性メソゲン（「ＲＭ（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｍｅｓｏｇｅｎ）」））を含む架橋性モノマーなどの、有機材料に基づいて製作され得る。実施形態によっては、ＳＲＧ８０５は、メタ表面の製造のために用いられる金属または酸化物などの、無機材料に基づいて製作され得る。ＳＲＧ８０５の材料は等方性または異方性のものであり得る。実施形態によっては、ＳＲＧ８０５は光学異方性材料８５０のための配向を提供し得る。すなわち、ＳＲＧ８０５は、光学異方性材料８５０を配向させるための配向層または配向構造として機能し得る。実施形態によっては、光学異方性材料８５０の分子８２０は、機械的力（例えば、引張）、光（例えば、光配向を通じて）、電界、磁界、またはこれらの組み合わせなどの、好適な配向方法によってＳＲＧ８０５の溝８０６内に配向され得る。例示の目的のために、図８Ａおよび図８Ｂは、ＳＲＧ８０５が、周期的な長方形プロファイルを有するバイナリ非傾斜格子であり得る様子を示す。すなわち、ＳＲＧ８０５の溝８０６の断面プロファイルは周期的な長方形形状を有し得る。実施形態によっては、ＳＲＧ８０５は、微小構造８０５ａが傾斜角をもって傾斜しているバイナリ傾斜格子であり得る。実施形態によっては、ＳＲＧ８０５の傾斜角は（例えば、図７に示されるものと同様に）連続的に変動し得る。実施形態によっては、ＳＲＧ８０５の溝８０６の断面プロファイルは、適用に応じて、非長方形、例えば、正弦曲線、三角形、平行四辺形（例えば、微小構造８０５ａが傾斜しているとき）、または鋸歯状であり得る。

実施形態によっては、光学異方性材料８５０の配向はＳＲＧ８０５以外の１つまたは複数の配向構造（例えば、配向層）によって提供され得る。配向構造が基板８１０および／または８１５に配設され得る（例えば、２つの配向層が２つの基板８１０および８１５のそれぞれの反対の表面に配設され得る）。実施形態によっては、２つの基板８１０および８１５に配設された配向構造は、平行平面配向を提供するように構成され得る。実施形態によっては、２つの基板８１０および８１５に配設された配向構造は、ハイブリッド配向を提供するように構成され得る。例えば、２つの基板８１０および８１５のうちの一方に配設された配向構造は、平面配向を提供するように構成され得、他方の基板８１０または８１５に配設された配向構造は、ホメオトロピック配向を提供するように構成され得る。実施形態によっては、光学異方性材料８５０の配向は、基板８１０および／または８１５に配設されたＳＲＧ８０５および１つまたは複数の配向構造（例えば、配向層）の両方によって提供され得る。例えば、光学異方性材料８５０の配向は、上部基板８１０に配設されたＳＲＧ８０５および配向層の両方によって提供され得る。

議論の目的のために、図８Ａに示されるように、光学異方性材料８５０は、ネマチック液晶（「ＮＬＣ（ｎｅｍａｔｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）」）などの、正の異方性を有する能動ＬＣを含み得る。光学異方性材料８５０のＬＣ分子８２０は溝方向（例えば、ｙ軸方向）に複数の溝８０６内に一様に配向され得る。第２の主屈折率（例えば、ｎ^ｏ _ＡＮ）はＳＲＧ８０５の屈折率ｎ_ｇと実質的に一致し得、第１の主屈折率（例えば、ｎ^ｅ _ＡＮ）はＳＲＧ８０５の屈折率ｎ_ｇと一致しなくてもよい。回折光学要素８０１は直線偏光依存性を有し得る。例えば、図８Ａを参照すると、ＳＲＧ８０５の溝方向（例えば、ｙ軸方向）に偏光した直線偏光到来光８３０が回折光学要素８０１に入射したとき、ｎ^ｅ _ＡＮとｎ_ｇとの屈折率差のゆえに、到来光８３０は回折光学要素８０１内における屈折率の周期的な変調を経験し得る。その結果、回折光学要素８０１は到来光８３０を光８３５として回折し得る。屈折率ｎ^ｏ _ＡＮおよびｎ_ｇの間の実質的一致のゆえに、回折光学要素８０１は、ＳＲＧ８０５の溝方向（例えば、ｙ軸方向）と垂直な面内方向（例えば、ｘ軸方向）に偏光した直線偏光到来光にとっては実質的に光学的に均一なプレートとして機能し得る（図８Ａおよび図８Ｂには示されていない）。すなわち、回折光学要素８０１は、溝方向と垂直な面内方向に直線偏光した到来光を回折し得ない。むしろ、回折光学要素８０１は、溝方向と垂直な面内方向に偏光した到来光を、無視し得る程度の回折を伴って、または回折を伴わずに透過し得る。

実施形態によっては、回折光学要素８０１は、外部界、例えば、電源８４０によって提供される外部電界によって回折状態（または活動化状態）と非回折状態（または非活動化状態）との間で直接切り替え可能であり得る、能動格子であり得る。例えば、回折光学要素８０１は、上部および下部基板８１０および８１５に配設された電極（例示を簡単にするために図８Ａおよび図８Ｂには示されていない）を含み得、電源８４０は、電界を回折光学要素８０１に提供するために電極と電気結合され得る。コントローラ２６０は電源８４０の出力（例えば、電圧および／または電流）を制御し得る。議論の目的のために、電圧が、回折光学要素８０１に提供される電界に影響を及ぼすためにコントローラ２６０によって制御され得る、電源８４０の出力の一例として用いられる。電源８４０によって出力される電圧を制御することによって、コントローラ２６０は、回折状態と非回折状態との間での回折光学要素８０１の切り替えを制御し得る。例えば、コントローラ２６０は、回折光学要素８０１を回折状態と非回折状態との間で切り替えるために電源８４０によって回折光学要素８０１の電極に供給される電圧を制御し得る。回折光学要素８０１が回折状態で動作するとき、実施形態によっては、コントローラ２６０は、回折光学要素８０１の回折効率を調整するために電源８４０によって回折光学要素８０１の電極に供給される電圧を調整し得る。

実施形態によっては、コントローラ２６０は、電源８４０によって回折光学要素８０１に供給される電圧を閾値電圧以下になるよう制御することによって、回折光学要素８０１を回折状態（または活動化状態）で動作するように構成し得る。実施形態によっては、閾値電圧は回折光学要素８０１の物理パラメータによって決定され得る。電圧が閾値電圧以下であるときには、供給電圧によって生成される電界は、ＬＣ分子８２０を向け直すのに不十分であり得る。実施形態によっては、コントローラ２６０は、供給電圧を、ＬＣ分子８２０を電界の方向と平行になるよう向け直すために半波長板の閾値電圧よりも高くなるように（および十分に高くなるように）制御することによって、回折光学要素８０１を非回折状態（または非活動化状態）で動作するように構成し得る。

図８Ａに示されるように、コントローラ２６０が電源８４０を、ＳＲＧ８０５の溝方向（例えば、ｙ軸方向）に偏光した直線偏光到来光８３０のために閾値電圧以下である電圧を供給するように制御するとき（例えば、電源８４０が実質的に０の電圧を供給するとき）、屈折率ｎ^ｅ _ＡＮおよびｎ_ｇの間の差のゆえに、光８３０は、回折光学要素８０１を通って伝搬する間に回折光学要素８０１内における屈折率の周期的な変調を経験し得る。その結果、光８３０は回折光学要素８０１によって光８３５として回折され得る。すなわち、コントローラ２６０は電源８４０を、閾値電圧以下である電圧を供給するように制御し得、これにより、回折光学要素８０１を、直線偏光到来光８３０を回折するために、回折状態で動作するように構成する。実施形態によっては、回折状態で動作する回折光学要素８０１によって、溝方向に偏光した到来光８３０に提供される屈折率ｎ_ｍの変調（すなわち、ｎ^ｅ _ＡＮとｎ_ｇとの間の差）は、非回折状態で動作する回折光学要素８０１によって光８３０に提供される変調よりも大きいものであり得る。回折状態で動作するとき、回折光学要素８０１の回折効率は調節可能（または調整可能）であり得る。コントローラ２６０は、回折光学要素８０１の回折効率を調節するために供給電圧の大きさを調節し得る（または調整し得る）。

図８Ｂに示されるように、電圧が回折光学要素８０１に供給されたとき、（例えば、ｚ軸方向に沿った）電界が、２つの反対に配設された基板８１０および８１５の間に生成され得る。電圧が閾値電圧よりも高く、次第に増大させられるとき、正の誘電異方性を有するＬＣ分子８２０は、電界によって向け直されるように傾き得る（例えば、次第に電界方向と平行に向くようになり得る）。電圧が変化するにつれて、ＳＲＧ８０５の溝方向（例えば、ｙ軸方向）に偏光した直線偏光到来光８３０のために、回折光学要素８０１によって光８３０に提供される屈折率ｎ_ｍの変調（すなわち、ｎ^ｅ _ＡＮとｎ_ｇとの差）はそれに応じて変化し得、これがひいては、回折光学要素８０１によって光８３０に提供される回折効率を変化させ得る。

電圧が十分に高いときには、図８Ｂに示されるように、正の誘電異方性を有するＬＣ分子８２０の配向子は、電界方向（例えば、ｚ軸方向）と平行になるように向け直され得る。屈折率ｎ^ｏ _ＡＮおよびｎ_ｇの間の実質的一致のゆえに、回折光学要素８０１は、ＳＲＧ８０５の溝方向に偏光した到来光８３０にとっては実質的に光学的に均一なプレートとして機能し得る。すなわち、回折光学要素８０１は、ＳＲＧ８０５の溝方向に偏光した光８３０のために非回折状態で動作し得る。非回折状態で動作するとき、回折光学要素８０１は光８３０を画像光８９０として、無視し得る程度の回折を伴って、または回折を伴わずに回折光学要素８０１を透過させ得る。

図８Ａおよび図８Ｂに示される実施形態では、回折光学要素８０１は、回折光学要素８０１が、電源８４０によって供給される電圧が閾値電圧以下であるときには、回折状態で動作し、電圧が閾値電圧よりも十分に高いときには、非回折状態で動作するように構成されている。他の実施形態では、ＬＣ分子８２０の初期の向きを異なって構成することによって、回折光学要素８０１は、回折光学要素８０１が、電源８４０によって供給される電圧が閾値電圧よりも十分に高いときには、回折状態で動作し、電源８４０によって供給される電圧が閾値電圧以下であるときには、非回折状態で動作するように構成され得る。

図９Ａおよび図９Ｂは、本開示の一実施形態に係る、非回折状態および回折状態における回折光学要素９０１の概略図をそれぞれ例示する。回折光学要素９０１は間接切り替え可能格子であり得る。偏光スイッチ９７０が回折光学要素９０１の光入射側に配設され得る。電源９８０が、偏光スイッチ９７０内の電界を提供するために偏光スイッチ９７０と電気結合され得る。コントローラ２６０は、偏光スイッチ９７０内の電界を制御するために電源９８０の出力を制御し得る。

間接切り替え可能回折光学要素９０１は、本明細書において開示される様々な光学要素、デバイス、およびシステムにおいて、例えば、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂ、図４、図６Ａ～図６Ｄ、および図７、ならびに他の後の図に示される、またはそれらに関連して説明される格子などの、圧縮アイボックスを提供するための、上述され、他の図に示された格子として実施され得る。間接切り替え可能回折光学要素９０１は、偏光感受型（もしくは選択型）である能動格子であり得るか、または偏光感受型（もしくは選択型）である受動格子であり得る。間接切り替え可能回折光学要素９０１は直線偏光依存型（または直線偏光選択型もしくは感受型）あるいは円偏光依存型（または円偏光選択型もしくは感受型）であり得る。例示の目的のために、間接切り替え可能回折光学要素９０１は直線偏光依存型として示されている。例えば、回折光学要素９０１は、第１の偏光を有する直線偏光を回折し、第１の偏光と直交する第２の偏光を有する直線偏光を透過するように構成され得る。回折光学要素９０１は直接切り替え可能でないため、コントローラ２６０は、回折光学要素９０１に入射する画像光の偏光を制御することによって、回折光学要素９０１を、第１の偏光を有する画像光のために回折状態で動作するよう、または第２の偏光を有する画像光のために非回折状態で動作するよう間接的に切り替え得る。回折光学要素９０１に入射する画像光の偏光を制御するために、コントローラ２６０は、回折光学要素９０１の光入射側に配設された偏光スイッチ９７０を制御し得る。偏光スイッチ９７０は、画像光が回折光学要素９０１に入射する前の画像光の偏光を制御し得る。

回折光学要素９０１は、図８Ａおよび図８Ｂに示される回折光学要素８０１内に含まれるものと同様または同じである要素を含み得る。例えば、回折光学要素９０１は、基板８１０および８１５と同様であり得る、互いに反対に配列された上部基板９１０および下部基板９１５を含み得る。回折光学要素９０１は、上部基板９１０と向かい合った下部基板９１５の表面に配設された（例えば、該表面に接合された、または該表面上に形成された）ＳＲＧ９０５を含み得る。ＳＲＧ９０５は、図８Ａおよび図８Ｂに示されるＳＲＧ８０５の一実施形態であり得、図９Ａおよび図９ＢはＳＲＧ８０５の断面図を示す。ＳＲＧ９０５は、ＳＲＧ８０５内に含まれる溝８０６と同様であり得る、複数の溝９０６を規定または形成する複数の微小構造９０５ａを含み得る。ＳＲＧ９０５の溝９０６のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、光学異方性材料８５０と同様であり得る、光学異方性材料９５０を少なくとも部分的に提供され得る（例えば、充填されている）。図８Ａおよび図８Ｂに示される分子８２０と同様であり得る、光学異方性材料９５０の分子９２０はＳＲＧ９０５の溝９０６内に配向され得る。ＳＲＧ８０５と同様に、ＳＲＧ９０５は、光学異方性材料９５０の分子９２０を配向させるための配向構造として機能し得る。

光学異方性材料９５０が能動または方向変更可能ＬＣを含むときには、回折光学要素９０１は、回折光学要素８０１と同様に、能動型になり得る。上述されたように、能動および偏光感受型（もしくは選択型）格子は依然として間接的に切り替え可能であり得る。光学異方性材料９５０が受動または非方向変更可能ＬＣを含むときには、回折光学要素９０１は受動型になり得る。受動または非方向変更可能ＬＣは外部界（例えば、電界）によって直接切り替え可能になり得ない。受動ＬＣを有する受動および偏光感受型格子は偏光スイッチ９７０を通じて間接的に切り替え可能であり得る。受動ＬＣは、例えば、重合性プレポリマー組成物または重合性ＬＣ前駆体から重合される光学異方性ポリマーを含み得る。実施形態によっては、重合性ＬＣ前駆体は、ＬＣ分子のものと同様の光学特性を有する重合性分子であるＲＭを含み得る。

光学異方性材料９５０は、ＳＲＧ９０５の複数の溝９０６の溝方向（例えば、ｙ軸方向）に沿った第１の主屈折率（例えば、ｎ^ｅ _ＡＮ）、およびＳＲＧ９０５の溝方向と垂直な面内方向（例えば、ｘ軸方向）に沿った第２の主屈折率（例えば、ｎ^ｏ _ＡＮ）を有し得る。議論の目的のために、図９Ａおよび図９Ｂでは、分子９２０は溝方向（例えば、ｙ軸方向）に溝９０６内に一様に配向され得る。第２の主屈折率（例えば、ｎ^ｏ _ＡＮ）はＳＲＧ９０５の屈折率ｎ_ｇと実質的に一致し得、第１の主屈折率（例えば、ｎ^ｅ _ＡＮ）はＳＲＧ９０５の屈折率ｎ_ｇと一致しなくてもよい。

実施形態によっては、コントローラ２６０は、回折光学要素９０１の光入射側に配設された偏光スイッチ９７０を、画像光が回折光学要素９０１に入射する前の画像光の偏光を変化させるか、または維持するように制御し得る。回折光学要素９０１に入射する画像光の偏光が切り替えられるか、または維持されるとき、回折光学要素９０１は、入射光が第１の偏光を有するときには、回折状態で動作するか、または入射光が第２の偏光を有するときには、非回折状態で動作し得る。

コントローラ２６０は、偏光スイッチ９７０に印加される電界を制御し得る。例えば、コントローラ２６０は、偏光スイッチ９７０と電気結合された電源９８０を、異なる電圧を偏光スイッチ９７０に供給するように制御し得る。異なる電圧が偏光スイッチ９７０に供給されるとき、偏光スイッチ９７０は、切り替え状態または非切り替え状態で動作するように構成され得る。例えば、偏光スイッチ９７０に供給される電圧が所定の電圧値以下であるとき（例えば、０の電圧が供給されるとき）、偏光スイッチ９７０は、図９Ａに示されるように、切り替え状態で動作し得る。所定の電圧値よりも高い電圧が偏光スイッチ９７０に供給されるとき（例えば、５Ｖ、１０Ｖなどの、０でない電圧が供給されるとき）、偏光スイッチ９７０は非切り替え状態で動作し得る。切り替え状態では、偏光スイッチ９７０は、図９Ａに示されるように、画像光９２５の偏光を第１の偏光９２６（例えば、ｙ軸方向の偏光）から第２の偏光９３１（例えば、ｘ軸方向の偏光）へ切り替える。非切り替え状態では、図９Ｂに示されるように、偏光スイッチ９７０は、光９２５が回折光学要素９０１に入射する前の光９２５の第１の偏光９２６を維持し得る。

偏光スイッチ９７０は任意の好適な偏光スイッチであり得る。実施形態によっては、偏光スイッチ９７０は、９０°ねじれネマチック液晶（「ＴＮＬＣ（ｔｗｉｓｔ－ｎｅｍａｔｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）」）セルなどの、ＬＣベースの偏光スイッチを含み得る。ＴＮＬＣセルは、ＬＣ配向子の実質的に直交する配向方向を提供する光入射面および光出射面を有し得る。ＴＮＬＣセルの光入射面によって提供される配向方向は、ＴＮＬＣセルに入射する直線偏光９２５の偏光方向（例えば、第１の偏光９２６）と実質的に平行に向けられ得、これにより、ＴＮＬＣセルが切り替え状態で動作するときには、光９２５の偏光を約９０°だけ回転させるか、またはＴＮＬＣセルが非切り替え状態で動作するときには、ＴＮＬＣセルに入射する光９２５の偏光を維持する。実施形態によっては、ＴＮＬＣセルは、図９Ａに示されるように、電源９８０によって供給される電圧がＴＮＬＣセルの所定の電圧値以下であるときには、切り替え状態で動作するか、または図９Ｂに示されるように、電圧が、ＬＣ配向子を電界方向に沿って向け直すための所定の電圧値よりも高い（および十分に高い）ときには、非切り替え状態で動作し得る。

実施形態によっては、偏光スイッチ９７０は切り替え可能半波長板（「ＳＨＷＰ（ｓｗｉｔｃｈａｂｌｅ ｈａｌｆ－ｗａｖｅ ｐｌａｔｅ）」）を含み得る。切り替え状態で動作するＳＨＷＰは、直線偏光到来光９２５の偏光を、直交した偏光に切り替えるように構成され得る。非切り替え状態で動作するＳＨＷＰは直線偏光到来光９２５の偏光を維持し得る。実施形態によっては、ＳＨＷＰはＬＣ層を含み得、外部電界（例えば、電圧）が、ＬＣの向きを変化させるためにＬＣ層に印加され得、これにより、偏光スイッチ９７０を、切り替え状態で、または非切り替え状態で動作するように制御する。例えば、ＳＨＷＰは、図９Ａに示されるように、外部から印加される電圧がＬＣ層の所定の電圧値以下であるときには、切り替え状態で動作するか、または図９Ｂに示されるように、外部から印加される電圧が、ＬＣ配向子を電界方向に沿って向け直すための所定の電圧値よりも高い（および十分に高い）ときには、非切り替え状態で動作し得る。

議論の目的のために、図９Ａおよび図９Ｂに示される偏光スイッチ９７０は、ＴＮＬＣセルを含むと想定される。ＴＮＬＣセルの光入射面によって提供される配向方向は光９２５の偏光方向（例えば、ｙ軸方向）と平行であり得る。電源９８０は、電界を提供するためにＴＮＬＣセル内に含まれる電極と電気結合され得る。コントローラ２６０は電源９８０と電気結合され得、電源９８０の出力（例えば、電圧および／または電流）を制御し得る。以下の説明では、電圧が電源９８０の制御パラメータの一例として用いられる。

例えば、図９Ａに示されるように、印加電圧が閾値電圧よりも低いときには（例えば、電圧が０であるときには）、ＴＮＬＣセルは切り替え状態で動作し得る。第１の偏光９２６を有する画像光９２５の偏光方向は、偏光スイッチ９７０を出ていく際に、ＴＮＬＣセルのねじれた構造によって約９０°だけ回転させられ得る。それゆえ、偏光スイッチ９７０内に含まれるＴＮＬＣセルは到来光９２５の偏光を第１の偏光９２６（例えば、図９Ａにおけるｙ軸方向の偏光）から、第１の偏光９２６と垂直な第２の偏光９３１（例えば、図９Ａにおけるｘ軸方向の偏光）へ切り替え得る。すなわち、第１の偏光９２６を有する画像光９２５は、偏光スイッチ９７０、第２の偏光９３１を有する画像光９２５として存在し得る。光学異方性材料９５０の屈折率ｎ^ｏ _ＡＮとＳＲＧ９０５のｎ_ｇとの間の実質的一致のゆえに、回折光学要素９０１は光９３０にとっては実質的に光学的に均一なプレートとして機能し得る。すなわち、回折光学要素９０１は、第２の偏光９３１を有する画像光９２５のために非回折状態で動作し得る。回折光学要素９０１は画像光９２５を、無視し得る程度の回折を伴って、または回折を伴わずに、第２の偏光９３１を有する画像光９３０として回折光学要素９０１を透過させ得る。すなわち、回折光学要素９０１の回折効果は、第２の偏光９３１を有する画像光９２５のために実質的に０であり得る。

偏光スイッチ９７０内に含まれるＴＮＬＣセルのねじれた構造は、電源９８０によって提供される外部界などの、外力のゆえにねじれがなくなり得る。その結果、偏光スイッチ９７０を通って伝搬する画像光９２５の偏光は影響を受けない、または維持され得る。図９Ｂに示されるように、印加電圧が所定の電圧値よりも高い（および十分に高い）ときには、ＴＮＬＣセルは非切り替え状態で動作し得る。電源９８０が電圧を電極に提供したとき、電極を有する２つの反対に配設された基板の間に電界が生成され得る。ＴＮＬＣセル内のＬＣ分子は電界によって向け直され、電界が、十分に強くなるよう増大させられたとき、電界方向と平行になるように傾き得る（例えば、次第に平行になっていく）。それゆえ、ＴＮＬＣセルのねじれた構造はねじれがなくなり得、ＴＮＬＣセルは、第１の偏光９２６を有する画像光９２５を、偏光に影響を及ぼすことなく透過し得る。屈折率ｎ^ｅ _ＡＮおよびｎ_ｇの間の差のゆえに、回折光学要素９０１を通って伝搬する画像光９２５は回折光学要素９０１内で屈折率の周期的な変調を経験し得る。その結果、回折光学要素９０１は、第１の偏光９２６を有する画像光９２５を、第１の偏光９２６を有する画像光９４５として回折し得る。

ＴＮＬＣセルの切り替え時間は約３～５ミリ秒（「ｍｓ」）であり得る。実施形態によっては、回折光学要素９０１の切り替え速度をさらに増大させるために、ＦＬＣに基づくＳＨＷＰなどの、強誘電性液晶（「ＦＬＣ（ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）」）に基づく偏光スイッチが採用され得る。切り替え時間は、マイクロ秒（「μｓ」）のオーダー、例えば、１００μｓ未満に低減され得る。さらに、回折光学要素９０１が外部偏光スイッチ９７０を通じて回折状態と非回折状態との間で間接的に切り替えられるときには、回折光学要素９０１内に含まれ得る電極は省略され得、これにより、望ましくない光吸収、および屈折率の変更が著しく抑制され得る。

図９Ａおよび図９Ｂに示される間接切り替え可能回折光学要素９０１および偏光スイッチ９７０は、本明細書において説明され、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂ、図４、図６Ａ～図６Ｄ、および図７、ならびに後の図などの、他の図に示される任意の格子セットまたは格子アレイにおいて実施され得る。例えば、任意の他の図に示される格子が、間接的に切り替え可能である受動格子または間接的に切り替え可能である能動格子であるときには、格子は、格子の光入射側に配設された偏光スイッチと結合され、コントローラ２６０によって制御され得る。偏光スイッチは、格子の入射光の偏光を制御し得、これにより、格子を、第１の偏光を有する画像光のために回折状態で動作するか、または第２の偏光を有する画像光のために非回折状態で動作するように間接的に制御する。

例えば、図６Ａに示される回折要素６０５内に含まれる格子６１１－１、６１１－２、および６１１－３が間接切り替え可能格子を含むときには、１つまたは複数の偏光スイッチ（偏光スイッチ９７０と各々同様であり得る）が格子６１１－１、６１１－２、および６１１－３と結合され得、これにより、間接切り替え可能格子は、入射光が第１の偏光を有するときには、回折状態で動作することと、入射光が第２の偏光を有するときには、非回折状態で動作することとの間で切り替えられ得る。

実施形態によっては、図６Ｂに示される回折要素６１０（交互配置格子アレイ６１０とも称される）は１つまたは複数の間接切り替え可能格子を含み得る。１つまたは複数の偏光スイッチ（偏光スイッチ９７０と各々同様であり得る）が、１つまたは複数の間接切り替え可能格子を切り替えるために回折要素６１０と結合され得る。実施形態によっては、交互配置構成内に含まれる各間接切り替え可能格子が個々の偏光スイッチと結合され得る。実施形態によっては、偏光スイッチはまた、交互配置された回折要素６１０内の格子アレイに対応する、アレイ構成で配列され得る。

実施形態によっては、図６Ｃに示される回折要素６７０は１つまたは複数の間接切り替え可能格子を含み得る。１つまたは複数の偏光スイッチ（偏光スイッチ９７０と各々同様であり得る）が、１つまたは複数の間接切り替え可能格子を切り替えるために回折要素６７０と結合され得る。例えば、格子６１１－１および６１１－２が間接切り替え可能格子を含むときには、格子６１１－１および６１１－２の各々に対応する偏光スイッチは、間接切り替え可能格子に対応する複数の個々の偏光スイッチを各々有し得る。交互配置格子アレイ６１０が間接切り替え可能格子を含むときには、対応する偏光スイッチは、交互配置格子アレイ６１０内の格子アレイに対応する個々の偏光スイッチのアレイを含む偏光スイッチアレイを含み得る。

実施形態によっては、図６Ｄに示される回折要素６８０は１つまたは複数の間接切り替え可能格子を含み得る。１つまたは複数の偏光スイッチ（偏光スイッチ９７０と各々同様であり得る）が、１つまたは複数の間接切り替え可能格子を切り替えるために回折要素６８０と結合され得る。例えば、交互配置格子アレイ６８５および６８７の両方が間接切り替え可能格子を含むときには、２つの偏光スイッチアレイが格子アレイ６８５および６８７とそれぞれ結合され得る。各偏光スイッチアレイは、格子アレイ６８５および６８７内に含まれる間接切り替え可能格子に対応する複数の個々の偏光スイッチを含み得る。

実施形態によっては、図２Ａおよび図２Ｂに示されるインカップリング要素２３１、アウトカップリング要素２３５、または方向転換要素２３３のうちの少なくとも１つが１つまたは複数の間接切り替え可能格子を含むときには、１つまたは複数の偏光スイッチ（偏光スイッチ９７０と各々同様であり得る）が、１つまたは複数の間接切り替え可能格子を切り替えるためにインカップリング要素２３１、アウトカップリング要素２３５、または方向転換要素２３３のうちの少なくとも１つと結合され得る。実施形態によっては、図３Ａおよび図３Ｂに示されるインカップリング要素３３１ａ（もしくは３３１ｂ）、アウトカップリング要素３３５ａ（もしくは３３５ｂ）、または方向転換（もしくはフォールディング）要素３３３のうちの少なくとも１つが１つまたは複数の間接切り替え可能格子を含むときには、１つまたは複数の偏光スイッチ（偏光スイッチ９７０と各々同様であり得る）が、１つまたは複数の間接切り替え可能格子を切り替えるためにインカップリング要素３３１ａ（もしくは３３１ｂ）、アウトカップリング要素３３５ａ（もしくは３３５ｂ）、または方向転換（もしくはフォールディング）要素３３３のうちの少なくとも１つと結合され得る。実施形態によっては、図４Ａに示される格子４５０－１～４５０－ｍ、４６０－１～４６０－ｎ、および４７０－１～４７０－ｐからの少なくとも１つの格子が間接切り替え可能格子を含むときには、少なくとも１つの格子は、間接切り替え可能格子を切り替えるために少なくとも１つの偏光スイッチ（例えば、偏光スイッチ９７０）と結合され得る。実施形態によっては、図７に示されるインカップリング要素７１１またはアウトカップリング要素７１２のうちの少なくとも一方が間接切り替え可能格子を含むときには、偏光スイッチが、間接切り替え可能格子を切り替えるためにインカップリング要素７１１またはアウトカップリング要素７１２のうちの少なくとも一方と結合され得る。

図１０Ａおよび図１０Ｂは、本開示の一実施形態に係る、回折状態および非回折状態における透過型間接切り替え可能格子１００５の概略図をそれぞれ例示する。コントローラ２６０は偏光スイッチ１０２０を通じて格子１００５を間接的に切り替え得る。電源１０２１が偏光スイッチ１０２０と電気結合され得る。コントローラ２６０は、偏光スイッチ１０２０を制御するために電源１０２１を制御し得る。偏光スイッチ１０２０は偏光スイッチ９７０と同様であり得る。間接切り替え可能格子を間接的に切り替えるために偏光スイッチを制御することの詳細な説明は、図９Ａおよび図９Ｂに関連して与えられた上述の説明を参照することができる。偏光スイッチ１０２０は格子１００５の光入射側に配設され得る。偏光スイッチ１０２０は、格子１００５に入射する画像光の偏光を切り替えるか、または維持するように構成され得、これにより、格子１００５を、入射画像光が第１の偏光を有するときには、回折状態で動作するか、または入射画像光が第２のものを有するときには、非回折状態で動作するように間接的に切り替える。

図１０Ｃおよび図１０Ｄは、本開示の一実施形態に係る、回折状態および非回折状態における反射型間接切り替え可能格子１０５０の概略図をそれぞれ例示する。偏光スイッチ１０２０は格子１０５０の光入射側に配設され得る。コントローラ２６０は、偏光スイッチ１０２０を制御するために電源１０２１を制御し得る。偏光スイッチ１０２０は、格子１０５０に入射する画像光の偏光を切り替えるか、または維持し得る。格子１０５０に入射する画像光の偏光を切り替えるか、または維持することによって、コントローラ２６０は格子１０５０を、入射画像光が第１の偏光を有するときには、回折状態で動作することと、入射画像光が第２の偏光を有するときには、非回折状態で動作することとの間で間接的に切り替え得る。格子１００５または１０５０に入射する画像光の第１および第２の偏光は、直交する直線偏光、または反対の掌性を有する円偏光であり得る。例示の目的のために、第１および第２の偏光は、図１０Ａ～図１０Ｄにおいて、反対の掌性を有する円偏光として示されている。

図１０Ａ～図１０Ｄに示される実施形態では、コントローラ２６０は、電源１０２１によって偏光スイッチ１０２０に供給される電圧を制御し得る。偏光スイッチ１０２０の切り替え状態および非切り替え状態を制御するために電圧を制御することの説明は、偏光スイッチ９７０に関する上述の説明を参照することができる。間接切り替え可能格子１００５および１０５０は、圧縮アイボックスを提供するための、上述され、他の図に示されたものを含む、本明細書において開示される様々なデバイス、システム、およびアセンブリにおいて実施され得る。格子１００５および１０５０は円偏光選択型（または感受型、依存型）であり得、能動型または受動型であり得る。コントローラ２６０は、画像光の偏光を格子１００５および１０５０に入射するよう制御するために偏光スイッチ１０２０を制御し得、これにより、格子１００５および１０５０を、回折状態または非回折状態で動作するように制御する。

実施形態によっては、図１０Ａおよび図１０Ｂに示される間接切り替え可能透過型格子１００５は透過型ＰＶＨ格子であり得、図１０Ｃおよび図１０Ｄに示される間接切り替え可能反射型格子１０５０は反射型ＰＶＨ格子であり得る。ＰＶＨ格子は、３次元（「３Ｄ」）方位パターンで配列された光学異方性分子（例えば、ＬＣ分子）を有するＰＶＨ層（またはフィルム）を含み得る。ＰＶＨ層は、ブラッグ回折を介して入射画像光を回折するように構成され得る。ＰＶＨ層は、ＰＶＨ層内の螺旋のねじれの掌性に基づいて、左旋ＰＶＨまたは右旋ＰＶＨと称され得る。ＰＶＨ層は、ＰＶＨ層内の螺旋のねじれの掌性と同じである掌性を有する円偏光を主として回折し、ＰＶＨ層内の螺旋のねじれの掌性と反対である掌性を有する円偏光を主として透過するように構成され得る。例えば、左旋ＰＶＨ層は、左旋円偏光した（「ＬＨＣＰ（ｌｅｆｔ－ｈａｎｄｅｄ ｃｉｒｃｕｌａｒｌｙ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ）」）光を主として回折し、右旋円偏光した（「ＲＨＣＰ（ｒｉｇｈｔ－ｈａｎｄｅｄ ｃｉｒｃｕｌａｒｌｙ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ）」）光を主として透過するように構成され得る。右旋ＰＶＨ層は、ＲＨＣＰ光ビームを主として回折し、ＬＨＣＰ光を主として透過するように構成され得る。議論の目的のために、図１０Ａおよび図１０Ｂに示される格子１００５は右旋透過ＰＶＨ層を含み得、図１０Ｃおよび図１０Ｄに示される格子１０５０は右旋反射ＰＶＨ層を含み得る。

実施形態によっては、偏光スイッチ１０２０はＳＨＷＰを含み得る。図１０Ａに示されるように、コントローラ２６０は、電源１０２１から偏光スイッチ１０２０に供給される電圧を所定の電圧値よりも（十分に）高くなるよう制御することにより、偏光スイッチ１０２０を非切り替え状態で動作するよう制御し得る。偏光スイッチ１０２０は、非切り替え状態では、ＲＨＣＰ光１０２５を、ＲＨＣＰ光１０３０として、掌性に影響を与えることなく透過し得る。右掌性の透過型ＰＶＨ層を含む格子１００５は、ＲＨＣＰ光１０３０を、例えばａ＋１番目の順序のＬＨＣＰ光１０４０として、主として前方に回折し得る。すなわち、右掌性の透過型ＰＶＨ層は、ＲＨＣＰ光１０３０を回折して、偏光の掌性を左掌性に切り替え得る。図１０Ｂに示されるように、コントローラ２６０は、電源１０２１から偏光スイッチ１０２０に供給される電圧を所定の電圧値以下になるよう制御することにより、偏光スイッチ１０２０を切り替え状態で動作するよう制御し得る。偏光スイッチ１０２０は、切り替え状態では、ＲＨＣＰ光１０２５の掌性を左掌性へと反転し得る。したがって、偏光スイッチ１０２０から出力される画像光１０３５はＬＨＣＰ光１０３５になり得る。右掌性の透過型ＰＶＨ層を含む格子１００５は、ＬＨＣＰ光１０３５を、ＬＨＣＰ光１０４５として、主として０番目の順序に透過し得る。すなわち、右掌性の透過型ＰＶＨ層は、ＬＨＣＰ光１０３５を、偏光の掌性に影響を与えることなく透過し得る。

図１０Ｃに示されるように、コントローラ２６０は、電源１０２１から偏光スイッチ１０２０に供給される電圧を所定の電圧値よりも（十分に）高くなるよう制御することにより、偏光スイッチ１０２０を非切り替え状態で動作するよう制御し得る。偏光スイッチ１０２０は、非切り替え状態の動作では、ＲＨＣＰ光１０２５を、ＲＨＣＰ光１０３０として、掌性に影響を与えることなく透過し得る。右掌性の反射型ＰＶＨ層を含む格子１０５０は、ＲＨＣＰ光１０３０を、例えばａ＋１番目の順序のＲＨＣＰ光１０６０として、主として後方に回折し得る。図１０Ｄに示されるように、コントローラ２６０は、電源１０２１から偏光スイッチ１０２０に供給される電圧を所定の電圧値以下になるよう制御することにより、偏光スイッチ１０２０を切り替え状態で動作するよう制御し得る。偏光スイッチ１０２０は、切り替え状態で動作するとき、ＲＨＣＰ光１０２５の掌性を反転して、ＲＨＣＰ光１０２５をＬＨＣＰ光１０３５として透過し得る。右掌性の透過型ＰＶＨ層を含む格子１０５０は、ＬＨＣＰ光１０３５を、ＬＨＣＰ光１０６５として、主として０番目の順序に透過し得る。

例示的光学システムは、１つまたは複数の導波路を含み、リアルタイムで取得されたユーザの視標追跡情報（例えば眼の瞳の位置）を基に、別々の時間インスタンスにおいて、導波路に結合された様々な回折要素（回折光学要素）を制御して、種々の圧縮アイボックスに画像光を案内するためのものであり、これを説明する。議論のために、１つまたは複数の導波路が、ユーザの種々の視標追跡情報を基に、別々の時間インスタンスにおいて、種々の圧縮アイボックスを形成する種々のサブアイボックスに画像光を案内するように構成されているとき、画像光の偏光は、１つまたは複数の導波路の内部を伝搬する間に影響されないと見なされる。実施形態によっては、画像光が１つまたは複数の導波路の内部を伝搬している間に、画像光の偏光が変化する可能性がある。画像光の偏光が１つまたは複数の導波路の内部で変化するとき、望ましくない（またはゴースト）画像光を阻止するために、それぞれの導波路に、またはそれぞれの導波路に隣接して、偏光補正膜および浄化偏光子が配設されてよい。偏光補正膜は、画像光が導波路の内部を伝搬するとき、画像光の偏光状態を維持するように構成され得る。

例示のために、図１１Ａ～図１２Ｃおよび図１４Ａ～図１６Ｃに示されるものなどのアイボックス圧縮の原理を説明する（または圧縮アイボックスを提供する）ための例として、１次元（「１Ｄ」）瞳拡大およびアイボックス圧縮（例えばｘ軸方向におけるもの）に関する様々な導波路ディスプレイアセンブリが使用される。実施形態によっては、案内された画像光を９０°方向転換する追加の回折光学要素（例えば折り畳み要素または方向転換要素）を導入することにより、２次元（「２Ｄ」）瞳拡大およびアイボックス圧縮（例えばｘ軸方向とｙ軸方向との両方におけるもの）が実現され得る。２Ｄ瞳拡大およびアイボックス圧縮（例えばｘ軸方向とｙ軸方向との両方におけるもの）のための例示の導波路ディスプレイアセンブリが、図１３Ａ～図１３Ｄに示されている。図１１Ａ～図１２Ｃおよび図１４Ａ～図１６Ｃに示される実施形態には、２Ｄの瞳拡大およびアイボックス圧縮を実現するための方向転換要素が（図には示されていないが）含まれ得る。実施形態によっては、図１１Ａ～図１２Ｃおよび図１４Ａ～図１６Ｃに示されるアウトカップリング要素が折り畳み機能を含み得て、方向転換要素が省略され得る。したがって、図１１Ａ～図１２Ｃおよび図１４Ａ～図１６Ｃにおけるアイボックス圧縮の原理を説明するために１Ｄ瞳拡大が使用されるが、図１１Ａ～図１２Ｃおよび図１４Ａ～図１６Ｃに含まれる光学システムは、２Ｄの瞳拡大およびアイボックス圧縮を提供することができる。例示のために、瞳拡大およびアイボックス圧縮用の導波路ディスプレイアセンブリは、直線偏光選択性格子または直線偏光依存性格子を含むと見なされる。実施形態によっては、瞳拡大およびアイボックス圧縮用の導波路ディスプレイアセンブリはまた、直線偏光選択性格子または直線偏光依存性格子を含む導波路ディスプレイアセンブリに関する同じ設計原理に従って、回転偏光選択性格子または回転偏光依存性格子などの他の適切な偏光選択性格子または偏光依存性格子を含むように構成され得る。

図１１Ａ～図１１Ｃは、本開示の一実施形態による、別々の時間インスタンスにおいて圧縮アイボックスを供給するように構成された光学システム１１００の概略図を示す。光学システム１１００は、本明細書で開示されて他の図に示された他の光学システムに含まれるものと同一または類似の要素を含み得る。他の図に示される特徴は、議論を簡単にするために以下では明示的に説明されなくても、図１１Ａ～図１１Ｃに示される実施形態に適用可能であり得る。同一または類似の要素または特徴の説明は、図２Ａ～図１０Ｄに関連して提供されたものを含めて、上記の対応する説明を参照することができる。光学システム１１００は、光源アセンブリ（図示せず）、導波路１１０１、コントローラ２６０、および視標追跡システム２７０を含み得る。光源アセンブリは、図２Ａおよび図２Ｂに示された光源アセンブリ２１１など他の図に示されたものを含む、本明細書で開示した任意の光源アセンブリでよい。導波路１１０１は、導波路２１０などの他の図に示されたものを含めて、本明細書で開示された導波路のうちの任意のものでよい。

導波路１１０１には、インカップリング要素（図示せず）およびアウトカップリング要素１１３５が結合され得る。インカップリング要素は、図２Ａおよび図２Ｂに示されたインカップリング要素２３１などの他の図に示されたものを含めて、本明細書で開示されたインカップリング要素のうちの任意のものでよい。インカップリング要素は、１つまたは複数のインカップリング格子を含むインカップリング格子セットを含み得る。インカップリング格子セットは、全ての切り替え可能格子、全ての切り替え不能格子、あるいは少なくとも１つの切り替え可能格子および少なくとも１つの切り替え不能格子を含み得る。インカップリング格子セットが直接切り替え可能格子を含むとき、直接切り替え可能格子を切り替えるために、直接切り替え可能格子に含まれる電極に電圧を供給するように、インカップリング格子セットに対して電源が電気的に結合され得る。インカップリング格子セットが間接切り替え可能格子を含むとき、格子の、第１の偏光を有する入射光用の回折状態の動作と、第１の偏光とは異なる第２の偏光を有する入射光用の非回折状態の動作とを切り替えるために、間接切り替え可能格子に対して偏光スイッチが結合され得る。

アウトカップリング要素１１３５は、図２Ａおよび図２Ｂに示されたアウトカップリング要素２３５などの他の図に示されたものを含めて、本明細書で開示されたアウトカップリング要素のうちの任意のものでよい。アウトカップリング要素１１３５は、１つまたは複数のアウトカップリング格子を含むアウトカップリング格子セットを含み得る。議論のために、アウトカップリング要素１１３５はアウトカップリング格子セット１１３５とも称され得る。アウトカップリング格子セット１１３５は、全ての切り替え可能格子、全ての切り替え不能格子、あるいは少なくとも１つの切り替え可能格子および少なくとも１つの切り替え不能格子を含み得る。議論のために、アウトカップリング要素１１３５に含まれるアウトカップリング格子のうちの全てが、切り替え可能格子と見なされる。アウトカップリング要素１１３５は、導波路１１０１の第１の面１１０１－１または第２の面１１０１－２に配設され得る。図１１Ａ～図１１Ｃでは、例示のために、アウトカップリング要素１１３５は導波路１１０１の第２の面１１０１－２に配設されるように示されている。

光源アセンブリは、所定のＦＯＶを有する画像光を放射するように構成され得る。光源アセンブリによって生成された画像光が、インカップリング要素によって画像光１１２０として結合されてよく、導波路１１０１の内部をＴＩＲによって伝搬し得る。画像光１１２０のＦＯＶは、光源アセンブリによって生成された画像光のＦＯＶと実質的に同じでよい。アウトカップリング要素１１３５は、導波路１１０１からの画像光１１２０を、回折によって、圧縮アイボックス１１５５の方へ案内して集中させるように構成され得る。実施形態によっては、圧縮アイボックス１１５５を通って伝搬する画像光のＦＯＶは、導波路１１０１の内部を伝搬する画像光１１２０または光源アセンブリによって生成された画像光のＦＯＶと実質的に同じでよい。

図１１Ａ～図１１Ｃにおいて、アウトカップリング要素１１３５は複数のアウトカップリング格子１１３５－１、１１３５－２、および１１３５－３を含み得、そのうち少なくとも１つ（例えばそれぞれ）が直接切り替え可能格子でよい。アウトカップリング格子の数は３に限定されず、２、４、５、６などの任意の適切な数であり得る。直接切り替え可能格子は、図８Ａおよび図８Ｂに示された回折光学要素８０１でよい。アウトカップリング格子１１３５－１、１１３５－２、および１１３５－３は、図６Ａ～図６Ｄに示された任意の適切な構成を有し得る。図１１Ａ～図１１Ｃでは複数のアウトカップリング格子１１３５－１、１１３５－２、および１１３５－３は互いに積み重ねて示されているが、他の実施形態では、アウトカップリング格子は並んで（例えば上記で説明されたように交互配置構成に）配設され得る。アウトカップリング格子１１３５－１、１１３５－２、および１１３５－３には電源１１８０が電気的に結合されてよく、電源１１８０は、コントローラ２６０によって、それぞれのアウトカップリング格子１１３５－１、１１３５－２、および１１３５－３を入射光に対して回折状態または非回折状態で動作するよう独立して切り替えるための電圧を別個に供給するように制御され得る。

アウトカップリング格子１１３５－１、１１３５－２、および１１３５－３の各々が、回折状態で動作するとき、画像光１１２０を、対応するサブアイボックス通って伝搬するよう案内して集中させるように構成され得る。複数のアウトカップリング格子１１３５－１、１１３５－２、および１１３５－３の全てが回折状態で動作するとき、複数のアウトカップリング格子は、画像光１１２０を、例えば３つのサブアイボックスといった複数のサブアイボックスを通って伝搬するよう案内して集中させ得る。複数のサブアイボックスが非圧縮アイボックス１１５０を形成し得る。アウトカップリング格子のうち１つまたは複数（実施形態によっては一部）が、画像光１１２０を、１つまたは複数（実施形態によっては一部）の対応するサブアイボックス通って伝搬するよう案内して集中させるように回折状態で動作するとき、１つまたは複数のサブアイボックスによって圧縮アイボックス１１５５が形成され得る。

図１１Ａ～図１１Ｃに示される実施形態では、アウトカップリング格子１１３５－１、１１３５－２、および１１３５－３の各々が別々のサブアイボックスに対応し得る。アウトカップリング格子１１３５－１、１１３５－２、および１１３５－３のうちの１つが活性化されるとき、対応するサブアイボックスが活性化され、この１つのサブアイボックスによって圧縮アイボックス１１５５が形成され得る。アウトカップリング格子１１３５－１、１１３５－２、および１１３５－３のうちの２つ以上が、同時に、またはある期間内で順次に活性化されるとき、２つ以上のサブアイボックスが活性化され得、これらの２つ以上のサブアイボックスによって圧縮アイボックス１１５５が形成され得る。圧縮アイボックス１１５５のサイズは、眼の瞳１３０のサイズと少なくとも実質的に同程度でよく（またはこれよりも少し大きくてよく）、非圧縮アイボックス１１５０のサイズよりも小さくてよい。

アウトカップリング要素１１３５の中の複数のアウトカップリング格子１１３５－１、１１３５－２、および１１３５－３は、コントローラ２６０によって、個々に、かつ／または独立して制御され得る。コントローラ２６０は、アウトカップリング格子１１３５－１、１１３５－２、および１１３５－３のうちの１つまたは複数を、回折状態で動作するよう、個々に、かつ／または独立して選択的に制御するかまたは構成してよく、残りの１つまたは複数のアウトカップリング格子を、非回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよい。例えば、コントローラ２６０は、アウトカップリング格子１１３５－１、１１３５－２、および１１３５－３に供給する電圧を独立して制御するように電源１１８０（複数の給電ユニットまたは出力端子を含み得る）を制御し得、それによってアウトカップリング格子１１３５－１、１１３５－２、および１１３５－３の回折状態または非回折状態を独立して制御する。

実施形態によっては、視標追跡システム２７０は、眼の瞳１３０に関する視標追跡情報を得て、コントローラ２６０に視標追跡情報を伝送し得るように構成され得る。実施形態によっては、視標追跡システム２７０は、眼の瞳１３０に関する画像データをコントローラ２６０に伝送してよく、コントローラ２６０は、画像データを分析して視標追跡情報を得てよい。議論のために、以下の議論では、眼の瞳１３０に関する視標追跡情報の一例として、眼の瞳１３０の位置が使用される。上記で説明された他のタイプの視標追跡情報（例えば眼の瞳１３０のサイズ、運動方向、または視線方向）のうちのいずれか１つ、または任意の組み合わせが、圧縮アイボックスを動的にレンダリングするための基準として、眼の瞳１３０の位置と組み合わせて、またはその代わりに使用され得る。これらのタイプの視標追跡情報の任意の適切な組み合わせが、圧縮アイボックスを動的にレンダリングするための基準として使用され得る。また、議論のために、視標追跡情報は、コントローラ２６０が、視標追跡システム２７０から受け取った画像データを分析することによって得られるものと称されることがある。

コントローラ２６０は、視標追跡情報を基に、アウトカップリング要素１１３５に含まれるアウトカップリング格子１１３５－１、１１３５－２、および１１３５－３のうちの１つまたは複数を、回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよく、アウトカップリング要素１１３５に含まれる残りの１つまたは複数のアウトカップリング格子を、非回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよい。回折状態で動作するように制御された１つまたは複数のアウトカップリング格子は、画像光１１２０を圧縮アイボックス１１５５に案内して集中させ得る。非回折状態で動作するように制御された、残りの１つまたは複数のアウトカップリング格子は、画像光１１２０に対して、実質的に、光学的に均一な板として機能し得る。すなわち、非回折状態で動作するアウトカップリング格子は、入射光を、無視できる程度の回折またはゼロ回折で透過し得る。コントローラ２６０は、アウトカップリング格子を回折状態または非回折状態で動作するよう選択的に制御するために、アウトカップリング格子を回折状態から非回折状態に切り替えるか、または非回折状態から回折状態に切り替えてよく、あるいは以前の時間インスタンスまたは持続時間におけるアウトカップリング格子の状態に依拠して、アウトカップリング格子の回折状態または非回折状態を維持してよい。

圧縮アイボックス１１５５の場所、形状、および／またはサイズは、コントローラ２６０によって、リアルタイムの視標追跡情報を基に動的に変化され得る。図１１Ａ～図１１Ｃは、眼の瞳１３０の位置が変化するとき、圧縮アイボックス１１５５が種々の場所に位置付けられ得る様子を示すものである。図１１Ａを参照して、第１の時間インスタンスにおいて、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０は、光センサ２６５によって取り込まれた眼の瞳１３０に関する画像データを基に、眼の瞳１３０が非圧縮アイボックス１１５０の内部の第１の位置にあることを検知するかまたは判定してよい。コントローラ２６０は、眼の瞳１３０の位置情報を基に、第１のアウトカップリング格子１１３５－１を回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよく、残りのアウトカップリング格子１１３５－２および１１３５－３を非回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよい。回折状態で動作するアウトカップリング格子１１３５－１は、導波路１１０１からの画像光１１２０を画像光１１２５として結合し得る。アウトカップリング格子１１３５－１は、画像光１１２５を、非圧縮アイボックス１１５０のうちの対応する第１のサブアイボックスに案内して集中させ得る。実施形態によっては、第１のサブアイボックスが圧縮アイボックス１１５５を形成し得る。

非回折状態で動作するアウトカップリング格子１１３５－２および１１３５－３は、画像光１１２５を、無視できる程度の回折またはゼロ回折で透過し得る。圧縮アイボックス１１５５のサイズおよび場所は、眼の瞳１３０の視標追跡情報における変化（例えば眼の瞳１３０のサイズの変化、眼の瞳１３０の位置の変化、眼の瞳１３０の運動方向における変化、および／または眼の瞳１３０の視線方向における変化）が検知されるまで、第１の期間にわたって維持され得る。

図１１Ｂを参照して、第２の時間インスタンスにおいて、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０は、光センサ２６５によって取り込まれた眼の瞳１３０に関する画像データを基に、眼の瞳１３０が非圧縮アイボックス１１５０の内部の第２の位置まで移動したこと、または第２の位置の方へ移動中であることを検知するかまたは判定してよい。コントローラ２６０は、眼の瞳１３０の新規の位置情報を基に、第２のアウトカップリング格子１１３５－２を回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよく、残りのアウトカップリング格子１１３５－１および１１３５－３を非回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよい。非回折状態で動作するアウトカップリング格子１１３５－１は、画像光１１２０を、アウトカップリング格子１１３５－２の方へ、無視できる程度の回折またはゼロ回折で透過し得る。回折状態で動作するアウトカップリング格子１１３５－２は、導波路１１０１からの画像光１１２０を画像光１１２６として結合し、画像光１１２６を、非圧縮アイボックス１１５０のうちの対応する第２のサブアイボックスへと案内して集中させ得る。非回折状態で動作するアウトカップリング格子１１３５－３は、画像光１１２６を、無視できる程度の回折またはゼロ回折で透過し得る。第２のサブアイボックスは第１のサブアイボックスとは異なるものでよく、圧縮アイボックス１１５５を形成し得る。

第２の時間インスタンスにおける圧縮アイボックス１１５５の形状、場所、および／またはサイズのうちの少なくとも１つは、第１の時間インスタンスにおける圧縮アイボックス１１５５のサイズ、形状、および／または場所のうちの少なくとも１つとは異なり得る。例えば、第２の時間インスタンスでは、場所とサイズとの両方が第１の時間インスタンスにおけるものとは異なる可能性がある。実施形態によっては、第１の時間インスタンスと第２の時間インスタンスとで、圧縮アイボックス１１５５のサイズは同一のままでよく、圧縮アイボックス１１５５の場所は異なってよい。圧縮アイボックス１１５５のサイズおよび場所は、眼の瞳１３０の視標追跡情報における変化が検知されるまで、第２の期間にわたって維持され得る。

図１１Ｃを参照して、第３の時間インスタンスにおいて、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０は、光センサ２６５によって取り込まれた眼の瞳１３０に関する画像データを基に、眼の瞳１３０が非圧縮アイボックス１１５０の内部の第３の位置まで移動したこと、または第３の位置の方へ移動中であることを検知するかまたは判定してよい。コントローラ２６０は、眼の瞳１３０の新規の位置情報を基に、第３のアウトカップリング格子１１３５－３を回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよく、第１のアウトカップリング格子１１３５－１および第２のアウトカップリング格子１１３５－２を非回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよい。非回折状態で動作するアウトカップリング格子１１３５－１および１１３５－２は、画像光１１２０を、無視できる程度の回折またはゼロ回折で透過し得る。回折状態で動作するアウトカップリング格子１１３５－３は、導波路１１０１からの画像光１１２０を画像光１１２７として結合し、画像光１１２７を、非圧縮アイボックス１１５０のうちの対応する第３のサブアイボックスへと案内して集中させ得る。第３のサブアイボックスは第２のサブアイボックスとは異なるものでよく、圧縮アイボックス１１５５を形成し得る。

第３の時間インスタンスにおける圧縮アイボックス１１５５の形状、場所、および／またはサイズのうちの少なくとも１つは、第２の時間インスタンスにおける圧縮アイボックス１１５５のサイズ、形状、および／または場所のうちの少なくとも１つとは異なり得る。例えば、第３の時間インスタンスでは、場所とサイズとの両方が、第２の時間インスタンスにおける対応する場所やサイズとは異なる可能性がある。実施形態によっては、第３の時間インスタンスでは、第２の時間インスタンスと比較して、圧縮アイボックス１１５５のサイズは同一であり得、場所は異なり得る。圧縮アイボックス１１５５のサイズおよび場所は、眼の瞳１３０の視標追跡情報における変化が検知されるまで、第３の期間にわたって維持され得る。

実施形態によっては、圧縮アイボックス１１５５を通って伝搬する画像光１１２５、１１２６、または１１２７のＦＯＶは、非圧縮アイボックス１１５０を通って伝搬する画像光のＦＯＶと実質的に同じであり得る。その結果、圧縮アイボックス１１５５に送られる画像内容は、非圧縮アイボックス１１５０に送られる画像内容と実質的に同じであり得る。実施形態によっては、画像光１１２５、１１２６、または１１２７は、光源アセンブリによって生成された画像光のＦＯＶと実質的に同じＦＯＶを有し得る。その結果、ユーザの眼は、光源アセンブリ２１１によって生成された画像の全内容を知覚し得る。

例示のために、図１１Ａ～図１１Ｃは、ある時間インスタンスにおいて、コントローラ２６０が、アウトカップリング格子１１３５－１、１１３５－２、および１１３５－３のうちの１つを回折状態で動作するよう選択的に制御し、残りのアウトカップリング格子を非回折状態で動作するよう選択的に制御することにより、画像光１１２０を、導波路１１０１から、１つのサブアイボックスを含む圧縮アイボックスに案内して集中させ得る様子を示すものである。実施形態によっては、コントローラ２６０は、アウトカップリング格子のうちの２つ以上（例えば１１３５－１と１１３５－３、１１３５－２と１１３５－３、または１１３５－１と１１３５－２）を回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成し、残りのアウトカップリング格子を非回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成し得る。回折状態で動作する２つ以上のアウトカップリング格子は、導波路１１０１の内部をＴＩＲによって伝搬する画像光１１２０を、少なくとも眼の瞳１３０の領域をカバーする２つ以上の対応するサブアイボックスの方へ案内して集中させ得る。圧縮アイボックス１１５５は、２つ以上のサブアイボックスによって形成され得る。２つ以上のサブアイボックスの場所は（よって圧縮アイボックス１１５５の場所は）、眼の瞳１３０の位置に対応し得る。２つ以上のサブアイボックスは同時に活性化されてよく、ある期間内で順次に活性化されてもよい。２つ以上のサブアイボックスにおける光強度は均一（例えば実質的に同じ）でよく、異なってもよい。

図１２Ａ～図１２Ｃは、本開示の一実施形態による、別々の時間インスタンスにおいて圧縮アイボックスを供給するように構成された光学システム１２００の概略図を示す。光学システム１２００は、本明細書で開示された光学システム２００または１１００などの他の光学システムに含まれるものに類似の要素を含み得る。他の図に示される特徴は、議論を簡単にするために以下では明示的に説明されなくても、図１２Ａ～図１２Ｃに示される実施形態に適用可能であり得る。同一または類似の要素の説明は、図２Ａ～図１１Ｃに関連して提供されたものを含めて、上記の説明を参照することができる。光学システム１２００は、コントローラ２６０、視標追跡システム２７０、および電源１１８０を含み得る。光学システム１２００は導波路１２０１を含み得、これは、導波路２１０または導波路１１０１など開示された導波路の任意の一実施形態でよい。光学システム１２００は、所定のＦＯＶを有する画像光を導波路１２０１の方へ放射するように構成された光源アセンブリ（図示せず）を含み得る。光源アセンブリから放射された画像光を、画像光１２２０として導波路１２０１に結合するように構成されたインカップリング要素（図示せず）が、導波路１２０１に結合され得る。画像光１２２０は、導波路１２０１の内部をＴＩＲによって伝搬し得る。画像光１２２０のＦＯＶは、光源アセンブリから放射された画像光のＦＯＶと実質的に同じでよい。光源アセンブリおよびインカップリング要素の説明は、上記の説明を参照することができる。

アウトカップリング要素１２３５は、導波路１２０１からの画像光１２２０を圧縮アイボックス１２５５に対して結合するように構成されて導波路１２０１に結合され得る。アウトカップリング要素１２３５は、導波路１２０１の第１の面１２０１－１または第２の面１２０１－２に配設され得る。例示のために、アウトカップリング要素１２３５は、導波路１２０１の第２の面１２０１－２に配設されるものとして示されている。実施形態によっては、アウトカップリング要素１２３５はアウトカップリング格子セット（議論のために１２３５と称されることもある）を含み得る。アウトカップリング格子セット１２３５は複数のアウトカップリング格子を含み得る。それぞれのアウトカップリング格子が複数のサブ格子を含み得る。複数のアウトカップリング格子の複数のサブ格子の全てが、図６Ｂに示される実施形態に類似して、交互配置の格子配列に、互いに混合して交互配置され得る。アウトカップリング要素１２３５に含まれる少なくとも１つ（例えばそれぞれ）の格子が、直接切り替え可能格子であり得る。格子の交互配置構成の詳細な説明は上記の説明を参照することができる。

例えば、アウトカップリング要素１２３５は、それぞれが複数のサブ格子を含んでいる複数のアウトカップリング格子を含み得る。例えば、アウトカップリング要素１２３５は、複数のサブ格子１２３１－１、．．．、１２３１－ｎを含む第１のアウトカップリング格子を含み得る。アウトカップリング要素１２３５は、複数のサブ格子１２３１－１、．．．、１２３２－ｎを含む第２のアウトカップリング格子を含み得る。アウトカップリング要素１２３５は、複数のサブ格子１２３３－１、．．．、１２３３－ｎを含む第３のアウトカップリング格子を含み得る。第１のアウトカップリング格子に含まれるサブ格子１２３１－１、１２３１－２、．．．、１２３１－ｎは、交互配置構成（例えばマトリックス構成）で種々の場所に分配され得る。第２のアウトカップリング格子に含まれるサブ格子１２３２－１、１２３２－２、．．．、１２３２－ｎは、交互配置構成（例えばマトリックス構成）で種々の場所に分配され得る。第３のアウトカップリング格子に含まれるサブ格子１２３３－１、１２３３－２、．．．、１２３３－ｎは、交互配置構成（例えばマトリックス構成）で種々の場所に分配され得る。アウトカップリング格子の数は３に限定されず、２、４、５、６などの任意の適切な数であり得る。サブ格子の数「ｎ」は任意の適切な数でよい。同一のアウトカップリング格子に属するサブ格子は、導波路１２０１の内部をＴＩＲによって同一のサブアイボックスまで伝搬する画像光１２２０のＦＯＶの種々の部分を送るように構成され得る。実施形態によっては、同一のアウトカップリング格子に属するサブ格子が、同一のサブアイボックスに対して画像光１２２０の波長スペクトルの別々の部分を送るように構成され得る。

コントローラ２６０は、アウトカップリング要素１２３５に含まれるアウトカップリング格子のうちの１つまたは複数（例えばそれぞれ）を、例えば直接切り替えによって、回折状態または非回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよい。アウトカップリング格子の直接切り替えを制御するための、コントローラ２６０と電源１１８０および格子との間の接続は、破線１２８０によって概略的に表されている。アウトカップリング要素１２３５の複数のアウトカップリング格子は、コントローラ２６０によって、回折状態で動作して、導波路１２０１の内部をＴＩＲによって伝搬する画像光１２２０を複数のサブアイボックスの方へ案内するよう、個々に、または独立して制御可能であり得る。例えば、図１２Ａ～図１２Ｃに示される実施形態では、第１のアウトカップリング格子は第１のサブアイボックスに対応し得、第２のアウトカップリング格子は第２のサブアイボックスに対応し得、第３のアウトカップリング格子は第３のサブアイボックス対応し得る、などである。アウトカップリング格子の全てが、回折状態で動作するようにコントローラ２６０によって制御されるとき、導波路１２０１の内部をＴＩＲによって伝搬する画像光１２２０は、非圧縮アイボックス１２５０を形成する複数のサブアイボックスへと案内して集中され得る。

視標追跡システム２７０に含まれる光センサ２６５が、眼の瞳１３０に関連する画像データを得てよい。実施形態によっては、視標追跡システム２７０は、例えば内部プロセッサ２８０によって画像データを分析して、眼の瞳１３０に関連する視標追跡情報を得てよい。実施形態によっては、視標追跡システム２７０がコントローラ２６０に画像データを伝送してよく、コントローラ２６０は、画像データを分析して視標追跡情報を得てよい。コントローラ２６０は、視標追跡情報を基に、アウトカップリング要素１２３５に含まれるアウトカップリング格子のうちの１つまたは複数を回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよく、画像光１２２０を、回折によって、圧縮アイボックス１２５５を形成する１つまたは複数のサブアイボックスへと案内して集中させる。

アウトカップリング要素１２３５に含まれて選択的に制御される１つまたは複数のアウトカップリング格子は、インカップリング要素から選択された１つまたは複数のインカップリング格子を有する格子の１つまたは複数の組み合わせを形成し得る。実施形態によっては、コントローラ２６０が、アウトカップリング要素１２３５に含まれるアウトカップリング格子を回折状態で動作するよう選択的に制御し、アウトカップリング要素１２３５に含まれる残りの１つまたは複数のアウトカップリング格子を非回折状態で動作するよう選択的に制御するとき、回折状態で動作する１つまたは複数のアウトカップリング格子が、インカップリング要素に含まれる１つまたは複数のインカップリング格子と共に格子の組み合わせを形成し得る。したがって、格子の組み合わせは、コントローラ２６０によって、回折状態で動作するよう選択的に制御され得、格子の残りの１つまたは複数の組み合わせは、コントローラ２６０によって、非回折状態で動作するよう選択的に制御され得る。回折状態で動作する格子の組み合わせは、画像光１２２０を、１つのアイボックスによって形成され得る圧縮アイボックス１２５５へと案内し得る。コントローラ２６０がアウトカップリング要素１２３５に含まれる２つ以上のアウトカップリング格子を回折状態で動作するよう選択的に制御するとき、コントローラ２６０によって、格子の２つ以上の組み合わせが回折状態で動作するよう選択的に制御される。回折状態で動作する２つ以上のアウトカップリング格子（または１つまたは複数のインカップリング格子を有する２つ以上のアウトカップリング格子によって形成された格子の組み合わせ）は、画像光１２２０を、圧縮アイボックス１２５５を形成する２つ以上のサブアイボックスへと案内し得る。図１２Ａ～図１２Ｃの以下の説明では、アウトカップリング要素１２３５からの１つのアウトカップリング格子は（よって、光学システム１２００における、アウトカップリング格子と１つまたは複数のインカップリング格子とによって形成された、格子の１つの組み合わせは）、各時間インスタンスにおいて、回折状態で動作するよう選択的に制御されると見なされる。

図１２Ａを参照して、第１の時間インスタンスにおいて、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０は、眼の瞳１３０の画像データを基に、眼の瞳１３０が非圧縮アイボックス１２５０の内部の第１の位置にあることを検知するかまたは判定して、サブ格子１２３１－１、１２３１－２、．．．、１２３１－ｎを含む第１のアウトカップリング格子を回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよく、サブ格子１２３２－１、１２３２－２、．．．、１２３２－ｎを含む第２のアウトカップリング格子、およびサブ格子１２３３－１、１２３３－２、．．．、１２３３－ｎを含む第３のアウトカップリング格子を、非回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよい。回折状態で動作する第１のアウトカップリング格子（１２３１－１、１２３１－２、．．．、１２３１－ｎを含む）は、導波路１２０１からの画像光１２２０を、回折によって、画像光１２２５として結合し得る。第１のアウトカップリング格子は、画像光１２２５を、非圧縮アイボックス１２５０の第１のサブアイボックスを通って伝搬するよう案内して集中させ得る。第１のサブアイボックスは圧縮アイボックス１２５５を形成し得る。圧縮アイボックス１２５５の場所は眼の瞳１３０の場所に対応し得る。非回折状態で動作する、第２のアウトカップリング格子（１２３２－１、１２３２－２、．．．、１２３２－ｎを含む）および第３のアウトカップリング格子（１２３３－１、１２３３－２、．．．、１２３３－ｎを含む）は、画像光１２２０に対して、実質的に、光学的に均一な板として機能し得る。第２のアウトカップリング格子および第３のアウトカップリング格子は、画像光１２２０の、導波路１２０１の内部のＴＩＲ経路を維持し得る。圧縮アイボックス１２５５のサイズおよび場所は、眼の瞳１３０の視標追跡情報における変化が検知されるまで、第１の期間にわたって維持され得る。

図１２Ｂを参照して、第２の時間インスタンスにおいて、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０は、光センサ２６５によって取得された眼の瞳１３０の画像データを基に、眼の瞳１３０が非圧縮アイボックス１２５０の内部の第２の位置の方へ移動中であること、または第２の位置まで移動したことを検知するかまたは判定してよい。コントローラ２６０は、眼の瞳１３０の新たに取得された位置情報を基に、第２のアウトカップリング格子（１２３２－１、１２３２－２、．．．、１２３２－ｎを含む）を回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよく、第１のアウトカップリング格子（１２３１－１、１２３１－２、．．．、１２３１－ｎを含む）、および第３のアウトカップリング格子（１２３３－１、１２３３－２、．．．、１２３３－ｎを含む）を非回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよい。例えば、コントローラ２６０は、第１のアウトカップリング格子を回折状態から非回折状態に切り替え、第２のアウトカップリング格子を非回折状態から回折状態に切り替え、第３のアウトカップリング格子の非回折状態を維持してよい。回折状態で動作する第２のアウトカップリング格子は、回折によって、導波路１２０１からの画像光１２２０を画像光１２２６として結合し得る。第２のアウトカップリング格子は、画像光１２２６を、非圧縮アイボックス１２５０の第２のサブアイボックスに集中させ得る。第２のサブアイボックスは圧縮アイボックス１２５５を形成し得る。第２の時間インスタンスにおける第２のサブアイボックスは、図１２Ａに示された第１の時間インスタンスにおける第１のサブアイボックスとは異なり得る。

圧縮アイボックス１２５５の場所は眼の瞳１３０の新規の場所に対応し得る。非回折状態で動作する、第１のアウトカップリング格子および第３のアウトカップリング格子は、画像光１２２０に対して、実質的に、光学的に均一な板として機能し得る。第１のアウトカップリング格子および第３のアウトカップリング格子は、画像光１２２０の、導波路１２０１の内部のＴＩＲ経路を維持し得る。圧縮アイボックス１２５５のサイズおよび場所は、眼の瞳１３０の視標追跡情報における変化が検知されるまで、第２の期間にわたって維持され得る。

図１２Ｃを参照して、第３の時間インスタンスにおいて、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０は、光センサ２６５によって取得された眼の瞳１３０の画像データを基に、眼の瞳１３０が非圧縮アイボックス１２５０の内部の第３の位置の方へ移動中であること、または第３の位置まで移動したことを検知するかまたは判定してよい。コントローラ２６０は、眼の瞳１３０の位置情報を基に、第３のアウトカップリング格子（１２３３－１、１２３３－２、．．．、１２３３－ｎを含む）を回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよく、第２のアウトカップリング格子（１２３２－１、１２３２－２、．．．、１２３２－ｎを含む）、および第１のアウトカップリング格子（１２３１－１、１２３１－２、．．．、１２３１－ｎを含む）を、非回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよい。例えば、コントローラ２６０は、第２のアウトカップリング格子を回折状態から非回折状態に切り替え、第３のアウトカップリング格子を非回折状態から回折状態に切り替え、第１のアウトカップリング格子の非回折状態を維持してよい。回折状態で動作する第３のアウトカップリング格子は、導波路１２０１からの画像光１２２０を画像光１２２７として結合し得る。第３のアウトカップリング格子は、画像光１２２７を、回折によって、非圧縮アイボックス１２５０の第３のサブアイボックスを通って伝搬するよう集中させ得る。第３のサブアイボックスは、第２の時間インスタンスにおける第２のサブアイボックスとは異なり得る。第３のサブアイボックスは圧縮アイボックス１２５５を形成し得る。圧縮アイボックス１２５５の場所は眼の瞳１３０の新規の場所に対応し得る。

非回折状態で動作する、第１のアウトカップリング格子および第２のアウトカップリング格子は、画像光１２２０に対して、実質的に、光学的に均一な板として機能し得る。第１のアウトカップリング格子および第２のアウトカップリング格子は、画像光１２２０の、導波路１２０１の内部のＴＩＲ経路を維持し得る。圧縮アイボックス１２５５のサイズおよび場所は、眼の瞳１３０の視標追跡情報における変化が検知されるまで、第３の期間にわたって維持され得る。

実施形態によっては、圧縮アイボックス１２５５を通って伝搬する画像光１２２５、１２２６、または１２２７のＦＯＶは、非圧縮アイボックス１２５０を通って伝搬する画像光のＦＯＶと実質的に同じであり得る。その結果、圧縮アイボックス１２５５に送られる画像内容は、非圧縮アイボックス１２５０に送られる画像内容と実質的に同じであり得る。実施形態によっては、画像光１２２５、１２２６、または１２２７は、光源アセンブリによって生成された画像光のＦＯＶと実質的に同じＦＯＶを有し得る。その結果、ユーザの眼は、光源アセンブリ２１１によって生成された画像の全内容を知覚し得る。

例示のために、図１２Ａ～図１２Ｃは、各時間インスタンスにおいて、第１のアウトカップリング格子、第２のアウトカップリング格子、および第３のアウトカップリング格子のうちの１つが、回折状態で動作するよう選択的に制御または構成され、残りの１つまたは複数のアウトカップリング格子が、非回折状態で動作するよう選択的に制御または構成される様子を示す。すなわち、それぞれの時間インスタンスにおいて、画像光１２２０は、１つのサブアイボックスによって形成された圧縮アイボックスへと案内されて集中され得る。実施形態によっては、アウトカップリング要素１２３５に含まれる２つ以上のアウトカップリング格子が（よってインカップリング要素およびアウトカップリング要素１２３５からの格子の２つ以上の組み合わせが）、回折状態で動作するよう一緒に（例えば同時に）または順次に、選択的に制御または構成されてよく、画像光１２２０を、２つ以上の近隣の（または隣接する）圧縮アイボックスを形成するサブアイボックスへと案内して集中させる。２つ以上のサブアイボックスにおける光強度は、実質的に同じでよく、または異なってもよい。

図１２Ａ～図１２Ｃでは、アウトカップリング要素１２３５は、直接切り替え可能アウトカップリング格子を含むものとして示されるが、いくつかの実施形態では、アウトカップリング要素１２３５は格子配列に配置された間接切り替え可能アウトカップリング格子を含み得る。そのような実施形態では、アウトカップリング要素１２３５には偏光スイッチ（例えば偏光スイッチ９７０）の配列が結合され得る。実施形態によっては、偏光スイッチは、アウトカップリング格子（またはサブ格子）の入射光の偏光を制御するための間接切り替え可能アウトカップリング格子（またはサブ格子）に対応し得る。そのような実施形態では、電源１１８０が、偏光スイッチに、偏光スイッチの切り替え状態または非切り替え状態を制御するための電圧を供給し得る。実施形態によっては、アウトカップリング要素１２３５は、交互配置構成に配置された、少なくとも１つの直接切り替え可能アウトカップリング格子と少なくとも１つの切り替え不能アウトカップリング格子とを含み得る。

実施形態によっては、図６Ｄに示された構成に類似して、光学システム１２００には、それぞれがアウトカップリング格子の交互配置構成（アウトカップリング要素１２３５の構成に類似のもの）を有する２つ以上のアウトカップリング要素が含まれ得る。２つ以上のアウトカップリング要素は、互いに積み重ねられて導波路１２０１の同一の面に配設されてよく、導波路１２０１の別々の面に配設されてもよい。２つ以上のアウトカップリング要素は、直接切り替え可能アウトカップリング格子、間接切り替え可能アウトカップリング格子、または両方を含み得る。間接切り替え可能アウトカップリング格子が含まれているとき、交互配置構成に配置された１つまたは複数の偏光スイッチが、対応するアウトカップリング要素に結合され得る。

図１３Ａ～図１３Ｄは、本開示の一実施形態による、別々の時間インスタンスにおいて圧縮アイボックスを供給するように構成された光学システム１３００の概略図を示す。光学システム１３００は、他の図に示されるものなどの開示された光学システムのうちの任意の一実施形態であり得る。光学システム１３００は、本明細書で開示された光学システム２００、１１００、または１２００などの他の光学システムに含まれるものに類似の要素を含み得る。他の図に示される特徴は、議論を簡単にするために以下では明示的に説明されなくても、図１３Ａ～図１３Ｄに示される実施形態に適用可能であり得る。同一または類似の要素の説明は、図２Ａ～図１２Ｃに関連して提供されたものを含めて、上記の説明を参照することができる。

光学システム１３００は、２Ｄの瞳拡大（または瞳レプリカ作成）およびアイボックス圧縮をもたらすように構成され得る。光学システム１３００は導波路１３１０を含み得る。導波路１３１０の詳細な説明は、上記で提供された他の導波路の説明を参照することができる。光源アセンブリ（図示せず）から受け取った所定のＦＯＶを有する画像光を導波路１３１０に結合するように構成されたインカップリング要素１３３１が、導波路１３１０の面に配設され得る。インカップリング要素１３３１はインカップリング格子セット（議論のために１３３１と称されることもある）を含み得る。インカップリング格子セット１３３１は１つまたは複数のインカップリング格子を含み得る。インカップリング格子セット１３３１に含まれるインカップリング格子は、全ての切り替え可能格子、全ての切り替え不能格子、あるいは少なくとも１つの切り替え可能格子と少なくとも１つの切り替え不能格子との組み合わせを含み得る。切り替え可能格子は（例えば図８Ａおよび図８Ｂに示されるように）直接切り替え可能でよく、または（例えば図９Ａ～図１０Ｄに示されるように）間接切り替え可能でもよい。間接切り替え可能格子が含まれているとき、１つまたは複数の偏光スイッチがインカップリング要素１３３１に結合され得る。実施形態によっては、インカップリング格子セット１３３１は、図６Ａ～図６Ｄに示されたものなどの適切な構成に配置されたインカップリング格子の積層を含み得る。

図１３Ａ～図１３Ｄに示された、圧縮アイボックスおよび２Ｄ瞳拡大をもたらすための構成は、それだけではないが、図１１Ａ～図１１Ｃ、図１２Ａ～図１２Ｃ、図１４Ａ、図１４Ｂ、１５Ａ～図１５Ｃ、および図１６Ａ～図１６Ｃに示された光学システムを含めて、本明細書で開示された他の光学システムに適用可能であり得る。それらの光学システムには方向転換要素が含まれ得るが、例示を簡単にするために示されていない。あるいは、それらの光学システムに含まれるアウトカップリング要素には案内機能が含まれ得る。したがって、本明細書で開示された他の光学システムでは２Ｄ瞳拡大も提供される。

導波路１３１０の面にアウトカップリング要素１３３５が配設され得る。アウトカップリング要素１３３５はアウトカップリング格子セット（議論のために１３３５と称されることもある）を含み得る。アウトカップリング格子セット１３３５は１つまたは複数のアウトカップリング格子を含み得る。アウトカップリング格子セット１３３５のアウトカップリング格子は、全ての切り替え可能格子、全ての切り替え不能格子、あるいは少なくとも１つの切り替え可能格子および少なくとも１つの切り替え不能格子を含み得る。例示のために、２つのアウトカップリング格子１３３５ｂおよび１３３５ｄが示されている。アウトカップリング格子の数は２に限定されず、１、３、４、５、６などであり得る。議論のために、２つのアウトカップリング格子１３３５ｂおよび１３３５ｄは切り替え可能格子と見なされる。切り替え可能格子は（例えば図８Ａおよび図８Ｂに示されるように）直接切り替え可能でよく、または（例えば図９Ａ～図１０Ｄに示されるように）間接切り替え可能でもよい。間接切り替え可能格子が含まれているとき、１つまたは複数の偏光スイッチがアウトカップリング格子１３３５に結合され得る。実施形態によっては、アウトカップリング格子セット１３３５は、図６Ａ～図６Ｄに示されたものなどの適切な構成に配置された切り替え可能アウトカップリング格子の積層を含み得る。

導波路１３１０の面に、方向転換要素（または折り畳み要素）１３３３が配設され得る。実施形態によっては、方向転換要素の機能がアウトカップリング要素１３３５に含まれて、方向転換要素１３３３が省略されることがある。方向転換要素１３３３は方向転換／折り畳み格子セット（議論のために１３３３と称されることもある）を含み得る。方向転換／折り畳み格子セット１３３３は、１つまたは複数の方向転換／折り畳み格子を含み得る。折り畳み要素１１３３の折り畳み格子は、全ての切り替え可能格子、全ての切り替え不能格子、あるいは少なくとも１つの切り替え可能格子および少なくとも１つの切り替え不能格子を含み得る。例示のために、２つの折り畳み格子１３３３ａおよび１３３３ｃが示されている。方向転換／折り畳み格子セット１３３３における折り畳み格子の数は２に限定されず、１、３、４、５、６などであり得る。議論のために、２つの折り畳み格子１３３３ａおよび１３３３ｃは切り替え可能格子と見なされる。切り替え可能格子は（例えば図８Ａおよび図８Ｂに示されるように）直接切り替え可能でよく、または（例えば図９Ａ～図１０Ｄに示されるように）間接切り替え可能でもよい。間接切り替え可能格子が含まれているとき、１つまたは複数の偏光スイッチが方向転換／折り畳み格子セット１３３３に結合され得る。実施形態によっては、方向転換／折り畳み格子セット１３３３は、図６Ａ～図６Ｄに示されたものなどの適切な構成に配置された切り替え可能格子の積層を含み得る。

図１３Ａ～図１３Ｄに示される光学システム１３００は、２Ｄアイボックス圧縮をもたらすように構成され得る。図１３Ａ～図１３Ｄに示される実施形態では、方向転換要素１３３３は、（例えば画像光をサブアイボックスに案内することによって）第１の方向（例えばｘ軸方向）における瞳拡大をもたらすように構成され得る。方向転換要素１３３３は、導波路１３１０の内部で第１の伝搬方向に伝搬する画像光を、第１の伝搬方向と異なる（例えば、第１の伝搬方向に対して直交する）第２の伝搬方向へと方向転換し得る。アウトカップリング要素１３３５は、（例えば画像光をサブアイボックスに案内することによって）第１の方向に対して垂直な第２の方向（例えばｙ軸方向）における瞳拡大をもたらすように構成され得る。実施形態によっては、格子１３３３ａ、１３３３ｃ、１３３５ｂ、または１３３５ｄのうちの少なくとも１つ（例えばそれぞれ）が、外部場（例えば電界）によって直接切り替え可能な直接切り替え可能格子でよい。実施形態によっては、格子１３３３ａ、１３３３ｃ、１３３５ｂ、または１３３５ｄのうちの少なくとも１つ（例えばそれぞれ）が、格子の光入射側に配設された偏光スイッチによって間接切り替え可能な間接切り替え可能格子でよい。議論のために、図１３Ａ～図１３Ｄに示される格子１３３３ａ、１３３３ｃ、１３３５ｂ、および１３３５ｄは、直接切り替え可能格子と見なされる。直接切り替え可能格子に電界を供給するための電源は、図１３Ａ～図１３Ｄには示されていない。実施形態によっては、方向転換要素１３３３の折り畳み格子１３３３ａおよびアウトカップリング要素１３３５のアウトカップリング格子１３３５ｂは、導波路１３１０の第１の層（例えば第１の面）に配設され得る。方向転換要素１３３３の折り畳み格子１３３３ｃおよびアウトカップリング要素１３３５のアウトカップリング格子１３３５ｄは、導波路１３１０の第２の層（例えば第２の面）に配設され得る。格子１３３３ａ、１３３３ｃ、１３３５ｂ、および１３３５ｄの他の構成が使用され得る。

図１３Ａ～図１３Ｄに示されるように、複数のサブアイボックスをもたらすために、格子１３３３ａ、１３３３ｃ、１３３５ｂ、および１３３５ｄの種々の組み合わせが活性化され得る。複数のサブアイボックスは、全て活性化されたとき非圧縮アイボックス１３５０を形成する。議論のために、インカップリング要素１３３１は、１つのインカップリング格子を含むと見なされ、これは、格子の全ての異なる組み合わせに含まれている。実施形態によっては、図１３Ａに示されるように、第１の時間インスタンスにおいて、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０（図１３Ａには示されていない）は、眼の瞳（図示せず）の画像データを基に、眼の瞳が第１の位置にあることを検知するかまたは判定し得る。コントローラ２６０は、眼の瞳の位置情報を基に、方向転換要素１３３３の折り畳み格子１３３３ａおよびアウトカップリング要素１３３５のアウトカップリング格子１３３５ｂを含む格子の組み合わせを回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよく、方向転換要素１３３３の折り畳み格子１３３３ｃおよびアウトカップリング要素１３３５のアウトカップリング格子１３３５ｄを含む残りの格子を非回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよい。したがって、導波路１３１０の内部をＴＩＲによって伝搬する画像光は、格子１３３３ａおよび１３３５ｂによって、導波路１３１０から非圧縮アイボックス１３５０のサブアイボックスを通って伝搬するように結合され得る。このサブアイボックスは、眼の瞳の第１の位置に対応する圧縮アイボックス１３５１を形成し得る。圧縮アイボックス１３５１のサイズおよび／または場所は、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０によって眼の瞳の視標追跡情報における変化（例えば眼の瞳のサイズの変化、眼の瞳の位置の変化、眼の瞳の運動方向における変化、および／または眼の瞳の視線方向における変化）が検知されるまで、第１の期間にわたって維持され得る。

図１３Ｂに示されるように、第２の時間インスタンスにおいて、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０は、現在取得された眼の瞳の画像データを基に、眼の瞳が非圧縮アイボックス１３５０の内部の第２の位置の方へ移動中であること、または第２の位置まで移動したことを検知するかまたは判定してよい。コントローラ２６０は、方向転換要素１３３３の折り畳み格子１３３３ｃおよびアウトカップリング要素１３３５のアウトカップリング格子１３３５ｂを含む格子の組み合わせを回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよく、方向転換要素１３３３の折り畳み格子１３３３ａおよびアウトカップリング要素１３３５のアウトカップリング格子１３３５ｄを含む残りの格子を非回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよい。したがって、導波路１３１０の内部をＴＩＲによって伝搬する画像光は、格子１３３３ｃおよび１３３５ｂによって、導波路１３１０から非圧縮アイボックス１３５０の第２のサブアイボックスを通って伝搬するように結合され得る。第２のアイボックスは、眼の瞳の第２の位置に対応する圧縮アイボックス１３５２を形成し得る。圧縮アイボックス１３５２のサイズおよび／または場所は、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０によって眼の瞳の視標追跡情報における変化が検知されるまで、第２の期間にわたって維持され得る。

図１３Ｃに示されるように、第３の時間インスタンスにおいて、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０は、現在取得された眼の瞳の画像データを基に、眼の瞳が非圧縮アイボックス１３５０の内部の第３の位置の方へ移動中であること、または第３の位置まで移動したことを検知するかまたは判定してよい。コントローラ２６０は、方向転換要素１３３３の折り畳み格子１３３３ａおよびアウトカップリング要素１３３５のアウトカップリング格子１３３５ｄを含む格子の組み合わせを回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよく、方向転換要素１３３３の折り畳み格子１３３３ｃおよびアウトカップリング要素１３３５のアウトカップリング格子１３３５ｂを含む残りの格子を非回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよい。したがって、導波路１３１０の内部をＴＩＲによって伝搬する画像光は、格子１３３３ａおよび１３３５ｄによって、導波路１３１０から非圧縮アイボックス１３５０の第３のサブアイボックスを通って伝搬するように結合され得る。第３のサブアイボックスは、眼の瞳の第３の位置に対応する圧縮アイボックス１３５３を形成し得る。圧縮アイボックス１３５３のサイズおよび／または場所は、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０によって眼の瞳の視標追跡情報における変化が検知されるまで、第３の期間にわたって維持され得る。

図１３Ｄに示されるように、第４の時間インスタンスにおいて、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０は、現在取得された眼の瞳の画像データを基に、眼の瞳が非圧縮アイボックス１３５０の内部の第４の位置の方へ移動中であること、または第４の位置まで移動したことを検知するかまたは判定してよい。コントローラ２６０は、方向転換要素１３３３の折り畳み格子１３３３ｃおよびアウトカップリング要素１３３５のアウトカップリング格子１３３５ｄを含む格子の組み合わせを回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよく、方向転換要素１３３３の折り畳み格子１３３３ａおよびアウトカップリング要素１３３５のアウトカップリング格子１３３５ｂを含む残りの格子を非回折状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよい。したがって、導波路１３１０の内部をＴＩＲによって伝搬する画像光は、格子１３３３ｃおよび１３３５ｄによって、導波路１３１０から非圧縮アイボックス１３５０の第４のサブアイボックスを通って伝搬するように結合され得る。第４のサブアイボックスは、眼の瞳の第４の位置に対応する圧縮アイボックス１３５４を形成し得る。圧縮アイボックス１３５４のサイズ、形状、および／または場所は、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０によって眼の瞳の視標追跡情報における変化が検知されるまで、第４の期間にわたって維持され得る。

実施形態によっては、圧縮アイボックス１３５１、１３５２、１３５３、または１３５４を通って伝搬する画像光は、非圧縮アイボックス１３５０を通って伝搬する画像光のＦＯＶと実質的に同じＦＯＶを有し得る。その結果、圧縮アイボックス１３５１、１３５２、１３５３、または１３５４に送られる画像内容は、非圧縮アイボックス１３５０に送られる画像内容と実質的に同じであり得る。実施形態によっては、圧縮アイボックス１３５１、１３５２、１３５３、または１３５４を通って伝搬する画像光は、光源アセンブリによって生成された画像光のＦＯＶと実質的に同じＦＯＶを有し得る。その結果、ユーザの眼は、光源アセンブリ２１１によって生成された画像の全内容を知覚し得る。

例示のために、図１３Ａ～図１３Ｄは、それぞれの時間インスタンスにおいて、方向転換要素１３３３における１つの折り畳み格子とアウトカップリング要素１３３５における１つのアウトカップリング格子とを含む格子の組み合わせが回折状態で動作するように構成され、方向転換要素１３３３およびアウトカップリング要素１３３５に含まれる残りの格子（または格子の組み合わせ）が非回折状態で動作するように構成される様子を示す。すなわち、それぞれの時間インスタンスにおいて、回折状態で動作する格子の組み合わせが、導波路１３１０からの画像光を結合して、アウトカップリングされた画像光を、１つのサブアイボックスを含む圧縮アイボックスへと案内して集中させ得る。実施形態によっては、方向転換要素１３３３から複数の折り畳み格子が選択されてよく、かつ／またはアウトカップリング要素１３３５から複数のアウトカップリング格子が選択されてよく、格子の２つ以上の組み合わせを形成する。格子の２つ以上の組み合わせは、一緒に（例えば同時に）、または順次に（例えばオーバーラップする期間を通じて）回折状態で動作して、画像光を、２つ以上のサブアイボックスへと案内するように構成され得る。圧縮アイボックスは２つ以上のサブアイボックスによって形成され得る。圧縮アイボックスのサイズおよび／または場所は、コントローラ２６０によって、現在取得された眼の瞳の画像データ（または眼の瞳の現在取得された視標追跡情報）を基に、動的に変化され得る。

図１４Ａおよび図１４Ｂは、本開示の一実施形態による、別々の時間インスタンスにおいて圧縮アイボックスを供給するように構成された光学システム１４００の概略図を示す。光学システム１４００は、本明細書で開示された光学システム２００、１１００、１２００、または１３００などの他の光学システムに含まれるものに類似または同一の要素を含み得る。他の図に示される特徴は、議論を簡単にするために以下では明示的に説明されなくても、図１４Ａおよび図１４Ｂに示される実施形態に適用可能であり得る。同一または類似の要素の説明は、図２Ａ～図１３Ｄに関連して提供されたものを含めて、上記の説明を参照することができる。例えば、光学システム１４００は、視標追跡システム２７０、コントローラ２６０、および導波路１４１０を含み得る。

導波路１４１０は、インカップリング格子セットを含むインカップリング要素１４３１（議論のために１４３１とも称される）を含み得る。インカップリング格子セット１４３１は１つまたは複数のインカップリング格子を含み得る。議論のために、各インカップリング格子は間接切り替え可能格子と見なされる。それぞれの間接切り替え可能格子が、図９Ａ～図１０Ｄに示された間接切り替え可能格子であり得る。例えば、インカップリング格子セット１４３１は、第１のインカップリング格子１４３１Ａおよび第２のインカップリング格子１４３１Ｂを含み得る。第１の格子１４３１Ａおよび第２の格子１４３１Ｂのうちの少なくとも１つ（例えばそれぞれ）が、間接切り替え可能格子であり得る。実施形態によっては、図１４Ａに示されるように、第１のインカップリング格子１４３１Ａは導波路１４１０の第１の面１４１０－１に配設されてよく、第２のインカップリング格子１４３１Ｂは導波路１４１０の第２の面１４１０－２に配設されてよい。実施形態によっては、第１のインカップリング格子１４３１Ａおよび第２のインカップリング格子１４３１Ｂは、互いに積み重ねられて、導波路１４１０の同一の面（例えば第１の面１４１０－１または第２の面１４１０－２）に配設されてよい。

導波路１４１０は、アウトカップリング格子セットを含むアウトカップリング要素１４３５（議論のために１４３５とも称される）を含み得る。アウトカップリング格子セット１４３５は１つまたは複数のアウトカップリング格子を含み得る。アウトカップリング格子のうちの少なくとも１つ（例えばそれぞれ）が、間接切り替え可能格子であり得る。それぞれの間接切り替え可能格子が、図９Ａ～図１０Ｄに示された間接切り替え可能格子であり得る。例えば、アウトカップリング格子セット１４３５は、第１のアウトカップリング格子１４３５Ａおよび第２のアウトカップリング格子１４３５Ｂを含み得る。第１のアウトカップリング格子１４３５Ａおよび第２のアウトカップリング格子１４３５Ｂのうちの少なくとも１つ（例えばそれぞれ）が、間接切り替え可能格子であり得る。図１４Ａに示されるように、第１のアウトカップリング格子１４３５Ａは導波路１４１０の第１の面１４１０－１に配設されてよく、第２のアウトカップリング格子１４３５Ｂは導波路１４１０の第２の面１４１０－２に配設されてよい。実施形態によっては、第１のアウトカップリング格子１４３５Ａおよび第２のアウトカップリング格子１４３５Ｂは、互いに積み重ねられて、導波路１４１０の同一の面（例えば第１の面１４１０－１または第２の面１４１０－２）に配設されてよい。

実施形態によっては、インカップリング格子セット１４３１は、１４３１Ａまたは１４３１Ｂなどの１つのインカップリング格子を含んでよく、または追加の格子を含んでもよい。追加のインカップリング格子は、インカップリング格子１４３１Ａおよび／または１４３１Ｂと積み重ねられてよい。実施形態によっては、アウトカップリング要素１４３５は、１４３５Ａまたは１４３５Ｂなどの１つのアウトカップリング格子を含んでよく、または追加のアウトカップリング格子を含んでもよい。追加のインカップリング格子は、アウトカップリング格子１４３５Ａおよび／または１４３５Ｂと積み重ねられてよい。実施形態によっては、光学システム１４００には、１つまたは複数の方向転換（または折り畳み）要素（図示せず）が含まれ得る。

インカップリング要素１４３１のインカップリング格子１４３１Ａおよび１４３１Ｂは、それぞれ、例えば直交する直線偏光、または逆の掌性を有する回転偏光といった別々の偏光を有する画像光を回折するように構成され得る。例えば、入射光が第１の偏光１４７０Ａを有するとき、インカップリング格子１４３１Ａは、第１の偏光１４７０Ａを有する入射光に対して回折状態で動作し得、インカップリング格子１４３１Ｂは、第１の偏光１４７０Ａを有する入射光に対して非回折状態で動作し得る。入射光が、（第１の偏光１４７０Ａに対して直交するか、または第１の偏光１４７０Ａの掌性と反対の掌性を有する）第２の偏光１４７０Ｂを有するとき、インカップリング格子１４３１Ａは、第２の偏光１４７０Ｂを有する入射光に対して非回折状態で動作し得、インカップリング格子１４３１Ｂは、第２の偏光１４７０Ｂを有する入射光に対して回折状態で動作し得る。アウトカップリング要素１４３５のアウトカップリング格子１４３５Ａおよび１４３５Ｂは、それぞれ、例えば直交する直線偏光、または逆の掌性を有する回転偏光といった別々の偏光を有する画像光を回折するように構成され得る。例えば、入射光が第１の偏光１４７０Ａを有するとき、アウトカップリング格子１４３５Ａは、第１の偏光１４７０Ａを有する入射光に対して回折状態で動作し得、アウトカップリング格子１４３５Ｂは、第１の偏光１４７０Ａを有する入射光に対して非回折状態で動作し得る。入射光が、（第１の偏光に対して直交するか、または第１の偏光の掌性と反対の掌性を有する）第２の偏光１４７０Ｂを有するとき、アウトカップリング格子１４３５Ａは、第２の偏光１４７０Ｂを有する入射光に対して非回折状態で動作し得、アウトカップリング格子１４３５Ｂは、第２の偏光１４７０Ｂを有する入射光に対して回折状態で動作し得る。

議論および例示のために、インカップリング要素１４３１のインカップリング格子１４３１Ａおよびアウトカップリング要素１４３５のアウトカップリング格子１４３５Ａは同一の偏光感度（または選択性）を有すると見なされ、インカップリング要素１４３１のインカップリング格子１４３１Ｂおよびアウトカップリング要素１４３５のアウトカップリング格子１４３５Ｂは同一の偏光感度（または選択性）を有すると見なされる。インカップリング要素１４３１およびアウトカップリング要素１４３５の動作状態（回折状態または非回折状態）は、インカップリング要素１４３１の光入射側に配設された偏光スイッチ１４５２を制御するコントローラ２６０によって制御され得る。すなわち、間接切り替え可能インカップリング要素１４３１およびアウトカップリング要素１４３５は、インカップリング要素１４３１の入射光の偏光を（よってアウトカップリング要素１４３５の入射光の偏光を）切り替えることによって、回折状態または非回折状態で動作するように切り替えられ得る。コントローラ２６０は、偏光スイッチ１４５２の動作状態、すなわち入射光の偏光を切り替える切り替え状態または偏光に影響を与えることなく入射光を透過する非切り替え状態を制御し得る。

光学システム１４００は光源アセンブリ１４１１を含み得る。コントローラ２６０は、光源アセンブリ１４１１を、非偏光画像光を放射するように制御するかまたは構成してよい。光学システム１４００は、光源アセンブリ１４１１と導波路１４１０との間に配設された偏光子１４５１を含み得る。偏光子１４５１は、光源アセンブリ１４１１によって放射された非偏光画像光を、偏光子１４５１の透過軸に依拠して、第１の偏光１４７０Ａまたは第２の偏光１４７０Ｂのうちの１つを有する偏光画像光１４０３Ａに変換するように構成され得る。例示および議論のために、画像光１４０３Ａは第１の偏光１４７０Ａを有すると見なされる。画像光１４０３Ａは、光源アセンブリ１４１１によって放射された画像光のＦＯＶと実質的に同じであり得る所定のＦＯＶを有してよい。

光学システム１４００は、偏光子１４５１と導波路１４１０との間に配設された偏光スイッチ１４５２も含み得る。偏光スイッチ１４５２は、インカップリング要素１４３１の光入射側に配設される。偏光スイッチ１４５２は、本明細書で開示されて図９Ａおよび図９Ｂに示された偏光スイッチ９７０、または図１０Ａ～図１０Ｄに示された偏光スイッチ１０２０などの任意の偏光スイッチの一実施形態でよい。コントローラ２６０は、偏光スイッチ１４５２に電界を供給するために、偏光スイッチ１４５２の電極と電気的に接続された電源（図示せず）を制御し得る。コントローラ２６０は、電源から偏光スイッチ１４５２に供給される電圧を制御することにより、偏光スイッチ１４５２が切り替え状態または非切り替え状態で動作するように制御する。コントローラ２６０は、偏光スイッチ１４５２の動作状態（切り替え状態または非切り替え状態）を制御することにより、インカップリング要素１４３１に入射する画像光の偏光を（よってアウトカップリング要素１４３５に入射する画像光の偏光を）間接的に制御し得る。したがって、コントローラ２６０は、インカップリング要素１４３１およびアウトカップリング要素１４３５に含まれる格子の動作状態（回折状態または非回折状態）を制御し得る。コントローラ２６０は、（例えば有線または無線の接続を介して）光源アセンブリ１４１１および偏光スイッチ１４５２（例えば偏光スイッチ１４５２と結合された電源）と電気的に結合されてよい。コントローラ２６０と他の要素との間の有線または無線の電気的接続および通信は、例示を簡単にするために、図１４Ａおよび図１４Ｂには示されていない。

議論のために、図１４Ａおよび図１４Ｂでは、偏光子１４５１は、非偏光画像光を、第１の偏光１４７０Ａ（例えばｙ軸方向の直線偏光）を有する直線偏光画像光１４０３Ａに変換するように構成された直線偏光子と見なされる。図１４Ａに示されるように、第１の時間インスタンスにおいて、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０は、眼の瞳１３０の画像データを基に、眼の瞳１３０が非圧縮アイボックス１４５０の内部の第１の場所にあることを検知するかまたは判定してよい。コントローラ２６０は、偏光スイッチ１４５２を非切り替え状態で動作するように制御し得る。その結果、第１の偏光１４７０Ａを有する画像光１４０３Ａは、第１の偏光１４７０Ａを有する画像光１４０５Ａとして偏光スイッチ１４５２を透過し得る。画像光１４０５Ａは画像光１４０３Ａのものと同じＦＯＶを有し得る。インカップリング格子１４３１Ａおよびアウトカップリング格子１４３５Ａが、第１の偏光１４７０Ａを有する画像光を回折するように構成されており、インカップリング格子１４３１Ｂおよびアウトカップリング格子１４３５Ｂが、第１の偏光１４７０Ａを有する画像光を透過するように構成されているので、第１の偏光１４７０Ａを有する画像光１４０５Ａは、インカップリング格子１４３１Ｂおよびインカップリング格子１４３１Ａを導波路１４１０の方へ透過し得る。インカップリング格子１４３１Ａは、第１の偏光１４７０Ａを有する画像光１４０５Ａを、回折によって導波路１４１０に結合し得る。インカップリングされた画像光は、第１の偏光１４７０Ａを有する画像光１４１５Ａと表される。実施形態によっては、画像光１４１５Ａは、画像光１４０５ＡのＦＯＶと実質的に同じＦＯＶを有し得る。第１の偏光を有する画像光１４１５Ａは、導波路１４１０内を、ＴＩＲによって、アウトカップリング要素１４３５の方へ伝搬し得る。

アウトカップリング格子１４３５Ｂは、第１の偏光１４７０Ａを有してアウトカップリング格子１４３５Ｂに入射する画像光１４１５Ａに対して、光学的に均一な板として機能し得る。例えば、アウトカップリング格子１４３５Ｂは、第１の偏光１４７０Ａを有してアウトカップリング格子１４３５Ｂに入射する画像光１４１５ＡのＴＩＲ経路を維持し得る。アウトカップリング格子１４３５Ａは、第１の偏光１４７０Ａを有する画像光１４１５Ａを、導波路１４１０から回折によって結合し得る。アウトカップリングされた画像光は、第１の偏光１４７０Ａを有する画像光１４２５Ａと表され得る。アウトカップリング格子１４３５Ａは、画像光１４２５Ａを、非圧縮アイボックス１４５０の第１のサブアイボックスの方へ案内して集中させ得る。第１のサブアイボックスは、眼の瞳１３０の第１の場所に対応する圧縮アイボックス１４５５を形成し得る。圧縮アイボックス１４５５の場所、形状、および／またはサイズは、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０によって眼の瞳１３０の視標追跡情報における変化が検知されるまで、第１の期間にわたって維持され得る。

図１４Ｂを参照して、第２の時間インスタンスにおいて、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０は、光センサ２６５によって取り込まれた眼の瞳１３０に関連する画像データを基に、眼の瞳１３０が第２の位置の方へ移動中であること、または第２の位置まで移動したことを検知するかまたは判定してよい。コントローラ２６０は、偏光スイッチ１４５２を切り替え状態で動作するように制御し得る。偏光スイッチ１４５２は、画像光１４０３Ａの偏光を切り替えて、第２の偏光１４７０Ｂを有する画像光１４０５Ｂを出力し得る。インカップリング格子１４３１Ｂおよびアウトカップリング格子１４３５Ｂが、第２の偏光１４７０Ｂを有する入射光に対して回折状態で動作するように構成されており、インカップリング格子１４３１Ａおよびアウトカップリング格子１４３５Ａが、第２の偏光１４７０Ｂを有する入射光に対して非回折状態で動作するように構成されているので、インカップリング格子１４３１Ｂは、第２の偏光１４７０Ｂを有する画像光１４０５Ｂを、導波路１４１０内のＴＩＲに回折によって結合し得る。インカップリングされた画像光は、第２の偏光１４７０Ｂを有する画像光１４１５Ｂと表される。実施形態によっては、画像光１４１５Ｂは、画像光１４０５ＢのＦＯＶと実質的に同じＦＯＶを有し得る。

インカップリング格子１４３１Ａおよびアウトカップリング格子１４３５Ａは、第２の偏光１４７０Ｂを有する画像光１４１５Ｂに対して光学的に均一な板として機能し得る。例えば、インカップリング格子１４３１Ａおよびアウトカップリング格子１４３５Ａは、それぞれ、第２の偏光１４７０Ｂを有してインカップリング格子１４３１Ａおよびアウトカップリング格子１４３５Ａに入射する画像光１４１５ＢのＴＩＲ経路を維持し得る。アウトカップリング格子１４３５Ｂは、第２の偏光１４７０Ｂを有する画像光１４１５Ｂを、導波路１４１０から回折によって結合し得る。アウトカップリングされた画像光は、第２の偏光を有する画像光１４２５Ｂと表される。アウトカップリング格子１４３５Ｂは、画像光１４２５Ｂを、第１の時間インスタンスにおける第１のサブアイボックスとは別の第２のサブアイボックスを通って伝搬するように案内して集中させ得る。アウトカップリング格子１４３５Ａは、第２の偏光１４７０Ｂを有してアウトカップリング格子１４３５Ａに入射する画像光１４２５Ｂを、第２のサブアイボックスの方へ透過し得る。第２のサブアイボックスは、眼の瞳１３０の第２の場所に対応する圧縮アイボックス１４５５を形成し得る。圧縮アイボックス１４５５の場所、形状、および／またはサイズは、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０によって眼の瞳１３０の視標追跡情報における変化が検知されるまで、第２の期間にわたって維持され得る。

図１４Ａおよび図１４Ｂに示される実施形態では、眼の瞳１３０は、視標追跡システム２７０によって動的に監視され得る。眼の瞳１３０に関する視標追跡情報は、動的に更新され得る。視標追跡情報における変化が検知されたとき、圧縮アイボックス１４５５の場所、形状、および／またはサイズのうちの少なくとも１つが、現在取得された視標追跡情報を基に変化され得る。コントローラ２６０は、インカップリング要素１４３１およびアウトカップリング要素１４３５からの格子の種々の組み合わせが、画像光を、種々の場所および／または種々のサイズの圧縮アイボックス１４５５へと導くよう互いに機能し得るように、画像光１４０５Ａまたは１４０５Ｂの偏光を変化させるように、偏光スイッチ１４５２を動的に制御し得る。

実施形態によっては、圧縮アイボックス１４５５を通って伝搬する画像光１４２５Ａまたは１４２５ＢのＦＯＶは、非圧縮アイボックス１４５０を通って伝搬する画像光のＦＯＶと実質的に同じであり得る。その結果、圧縮アイボックス１４５５に送られる画像内容は、非圧縮アイボックス１４５０に送られる画像内容と実質的に同じであり得る。実施形態によっては、圧縮アイボックス１４５５を通って伝搬する画像光１４２５Ａまたは１４２５Ｂは、光源アセンブリ１４１１によって生成された画像光のＦＯＶと実質的に同じＦＯＶを有し得る。その結果、ユーザの眼は、光源アセンブリ１４１１によって生成された画像の全内容を知覚し得る。

図１５Ａ～図１５Ｃは、本開示の一実施形態による、別々の時間インスタンスにおいて圧縮アイボックスを供給するように構成された光学システム１５００の概略図を示す。光学システム１５００は、本明細書で開示された光学システム２００、１１００、１２００、１３００、または１４００などの他の光学システムに含まれるものに類似または同一の要素を含み得る。他の図に示される特徴は、議論を簡単にするために以下では明示的に説明されなくても、図１５Ａ～図１５Ｃに示される実施形態に適用可能であり得る。同一または類似の要素の説明は、図２Ａ～図１４Ｂに関連して提供されたものを含めて、上記の説明を参照することができる。例えば、光学システム１５００は、視標追跡システム２７０およびコントローラ２６０を含み得る。光学システム１５００は、画像光を圧縮アイボックス１５５５に案内するかまたは導くように構成された導波路積層１５０１を含み得る。導波路積層１５０１は、互いに積み重ねられた複数の導波路を含み得る。少なくとも１つ（例えばそれぞれ）の導波路が、インカップリング要素およびアウトカップリング要素に対して結合され得る。実施形態によっては、導波路積層１５０１は、導波路に結合された複数の格子セットを含み得る。複数の導波路に結合された複数のインカップリング要素および複数のアウトカップリング要素には、複数の格子セットが含まれ得る。インカップリング要素およびアウトカップリング要素のうちの少なくとも１つ（例えばそれぞれ）が、上記で説明されて他の図に示された、１つまたは複数の間接切り替え可能格子および１つまたは複数の偏光スイッチを含む格子セットを含み得る。

図１５Ａに示されるように、光学システム１５００は光源アセンブリ１５１１を含み得る。コントローラ２６０は、光源アセンブリ１５１１を、所定のＦＯＶを有する画像光を放射するように制御するかまたは構成してよい。導波路積層１５０１は、光源アセンブリ１５１１から受け取った画像光を、眼の瞳１３０の位置に対応する圧縮アイボックス１５５５に案内するように構成され得る。圧縮アイボックス１５５５は、非圧縮アイボックス１５５０の１つまたは複数のサブアイボックスによって形成され得る。非圧縮アイボックス１５５０は、導波路積層１５０１に含まれる格子によってもたらされ得る。圧縮アイボックス１５５５のサイズは非圧縮アイボックス１５５０のサイズよりも小さくてよい。例示のために、１つのアウトカップリング要素が、全ての時間インスタンスにおいて、選択的に、回折状態に構成されると見なされるので、図１５Ａ～図１５Ｃに示される圧縮アイボックス１５５５は１つのサブアイボックスによって形成されると見なされる。複数のインカップリング要素および／または複数のアウトカップリング要素が回折状態で動作するように構成されているとき、２つ以上のサブアイボックスが活性化され得、２つ以上のサブアイボックスによって圧縮アイボックス１５５５が形成され得る。

導波路積層１５０１は、互いに積み重ねられた複数の導波路を含み得る。例示のために、３つの導波路１５１０Ａ、１５１０Ｂ、および１５１０Ｃが示されている。２、４、５、６などの他の適切な導波路の数が使用され得る。実施形態によっては、導波路内で導波が生じるように、導波路はエアギャップによって分離され得る。実施形態によっては、近隣の導波路間のエアギャップは、導波路よりも屈折率が低い材料（例えば液状接着剤）を少なくとも部分的に充填されてよい。導波路（１５１０Ａ、１５１０Ｂ、および１５１０Ｃ）のうちの少なくとも１つ（例えばそれぞれ）が、インカップリング要素（１５３１Ａ、１５３１Ｂ、または１５３１Ｃ）およびアウトカップリング要素（１５３５Ａ、１５３５Ｂ、または１５３５Ｃ）と結合され得る。インカップリング要素（１５３１Ａ、１５３１Ｂ、または１５３１Ｃ）は、光源アセンブリから受け取った画像光１５１１を導波路に結合するように構成され得る。画像光は、導波路の内部をＴＩＲによって伝搬し得る。アウトカップリング要素（１５３５Ａ、１５３５Ｂ、または１５３５Ｃ）は、導波路の内部を伝搬した画像光を、導波路から圧縮アイボックス１５５５通って伝搬するよう結合するように構成され得る。導波路（１５１０Ａ、１５１０Ｂ、または１５１０Ｃ）は、導波路に配設された対応するインカップリング要素（１５３１Ａ、１５３１Ｂ、または１５３１Ｃ）およびアウトカップリング要素（１５３５Ａ、１５３５Ｂ、または１５３５Ｃ）を有する導波路ディスプレイアセンブリを形成し得る。図１５Ａ～図１５Ｃに示された実施形態では、光学システム１５００は３つの導波路ディスプレイアセンブリを含み得る。

図１５Ａ～図１５Ｃに示されるように、別々の時間インスタンスにおいて、３つの導波組立体のうちの１つまたは複数に含まれるインカップリング要素（１５３１Ａ、１５３１Ｂ、または１５３１Ｃ）およびアウトカップリング要素（１５３５Ａ、１５３５Ｂ、または１５３５Ｃ）は、光源アセンブリ１５１１から受け取った画像光を、種々の場所（および／または種々のサイズ）の圧縮アイボックス１５５５まで案内するように、コントローラ２６０によって選択的に制御または構成され得る。インカップリング要素（１５３１Ａ、１５３１Ｂ、または１５３１Ｃ）のうちの少なくとも１つ（例えばそれぞれ）およびアウトカップリング要素（１５３５Ａ、１５３５Ｂ、または１５３５Ｃ）が、１つまたは複数の間接切り替え可能格子を含む格子セットを含み得る。インカップリング要素（１５３１Ａ、１５３１Ｂ、および１５３１Ｃ）およびアウトカップリング要素（１５３５Ａ、１５３５Ｂ、および１５３５Ｃ）の、１つまたは複数の間接切り替え可能格子の間接切り替えは、コントローラ２６０によって制御され得る１つまたは複数の偏光スイッチによって制御され得る。議論および例示を簡単にするために、インカップリング要素（１５３１Ａ、１５３１Ｂ、および１５３１Ｃ）およびアウトカップリング要素（１５３５Ａ、１５３５Ｂ、および１５３５Ｃ）の各々が、１つの間接切り替え可能格子を有すると見なされる。いくつかの実施形態では、インカップリング要素（１５３１Ａ、１５３１Ｂ、および１５３１Ｃ）およびアウトカップリング要素（１５３５Ａ、１５３５Ｂ、および１５３５Ｃ）の各々が、図６Ａ～図６Ｄに示された構成のうちの任意のものに配置された２つ以上の格子を含み得ることが理解される。

偏光スイッチ（例えば１５５２Ａ、１５５２Ｂ、または１５５２Ｃ）は、対応するインカップリング要素（例えば１５３１Ａ、１５３１Ｂ、または１５３１Ｃ）の光入射側に配設されてよい。画像光は、偏光スイッチを通過してからインカップリング要素に入射し得る。偏光スイッチ（例えば１５５２Ａ、１５５２Ｂ、または１５５２Ｃ）は、コントローラ２６０によって、切り替え状態または非切り替え状態で動作するように制御され得る。コントローラ２６０に制御された偏光スイッチ（例えば１５５２Ａ、１５５２Ｂ、または１５５２Ｃ）が、対応するインカップリング要素に入射する画像光の偏光を制御してよく、それによって、インカップリング要素（例えば１５３１Ａ、１５３１Ｂ、または１５３１Ｃ）を、回折状態または非回折状態で動作するように切り替える。

実施形態によっては、アウトカップリング要素（例えば１５３５Ａ、１５３５Ｂ、および１５３５Ｃ）のうちの少なくとも１つ（例えばそれぞれ）が、偏光スイッチ（例えば１５５７Ａ、１５５７Ｂ、または１５５７Ｃ）に関連付けられ得る。例えば、偏光スイッチ１５５７Ａがアウトカップリング要素１５３５Ｂに関連付けられてよく、偏光スイッチ１５５７Ｂがアウトカップリング要素１５３５Ｃに関連付けられてよい。偏光スイッチ１５５７Ｃは、アウトカップリング要素に関連付けられなくてよい。実施形態によっては偏光スイッチ１５５７Ｃが省略され得る。アウトカップリング要素１５３５Ａは、偏光スイッチに関連付けられなくてよい。実施形態によっては、アウトカップリング要素１５３５Ａは、導波路１５０１Ａとアウトカップリング要素１５３５Ａとの間に配設された偏光スイッチに関連付けられ得る。例示を簡単にするために、アウトカップリング要素１５３５Ａに関連付けられ得る偏光スイッチは省略されている。

導波路積層１５０１のインカップリング要素（例えば１５３１Ａ、１５３１Ｂ、および１５３１Ｃ）およびアウトカップリング要素（例えば１５３５Ａ、１５３５Ｂ、および１５３５Ｃ）に含まれる格子は、同一の偏光または異なる偏光を有する画像光を回折するように構成され得る。議論のために、図１５Ａ～図１５Ｃにおいて、導波路積層１５０１のインカップリング要素（例えば１５３１Ａ、１５３１Ｂ、および１５３１Ｃ）およびアウトカップリング要素（例えば１５３５Ａ、１５３５Ｂ、および１５３５Ｃ）に含まれる格子は、例えば直線偏光であり得る第１の偏光１５７０－１といった同一の偏光を有する画像光は回折して、例えば第１の偏光１５７０－１と直交する第２の偏光１５７０－２といった異なる偏光を有する画像光は、無視できる程度の回折またはゼロ回折で透過するように構成され得る。すなわち、導波路積層１５０１のインカップリング要素（例えば１５３１Ａ、１５３１Ｂ、および１５３１Ｃ）およびアウトカップリング要素（例えば１５３５Ａ、１５３５Ｂ、および１５３５Ｃ）は、同一の偏光選択性を有するように構成され得る。例示の偏光として直線偏光１５７０－１および１５７０－２が使用される。実施形態によっては、逆の掌性を有する回転偏光が、それぞれ第１の偏光１５７０－１および第２の偏光１５７０－２として使用され得る。

光源アセンブリ１５１１は、例えばコントローラ２６０によって、非偏光画像光を放射するように構成または制御され得る。光学システム１５００は、光源アセンブリ１５１１と導波路積層１５０１との間に配設された偏光子１５５１を含み得る。偏光子１５５１は、非偏光画像光を、第１の偏光１５７０－１または第２の偏光１５７０－２を有する偏光画像光１５０３Ｂに変換するように構成され得る。議論のために、図１５Ａ～図１５Ｃにおいて、第１の偏光１５７０－１はｙ軸方向の直線偏光と見なされ、第２の偏光１５７０－２はｘ軸方向の直線偏光と見なされる。偏光子１５５１は、非偏光画像光を、第２の偏光１５７０－２（例えばｘ軸方向の偏光）を有する直線偏光画像光１５０３Ｂに変換するように構成された直線偏光子でよい。

図１５Ａを参照して、第１の時間インスタンスにおいて、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０は、光センサ２６５によって取り込まれた画像データを基に、眼の瞳１３０が第１の位置にあることを検知するかまたは判定してよい。コントローラ２６０は、眼の瞳１３０の位置情報を基に、偏光スイッチ１５５２Ａ、１５５２Ｂ、および１５５７Ａを、切り替え状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよい。コントローラ２６０は、偏光スイッチ１５５２Ｃ、１５５７Ｂ、および１５５７Ｃを、非切り替え状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してもよい。例示のために、切り替え状態で動作する偏光スイッチは黒色で塗りつぶされた長方形として表されており、非切り替え状態で動作する偏光スイッチは白色の長方形（または塗りつぶされていない長方形）として表されている。

切り替え状態で動作する偏光スイッチ１５５２Ａは、偏光子１５５１から受け取った、第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５０３Ｂを、第１の偏光１５７０－１を有する画像光１５０５Ａとして透過するように構成され得る。インカップリング要素１５３１Ａは、第１の偏光１５７０－１を有する画像光は回折して、第２の偏光１５７０－２を有する画像光は透過するように構成されているので、第１の偏光１５７０－１を有する画像光１５０５Ａを、回折によって、導波路１５１０Ａに結合し得る。インカップリングされた画像光は、第１の偏光１５７０－１を有する画像光１５１５Ａと表され得、導波路１５１０Ａの内部をＴＩＲによってアウトカップリング要素１５３５Ａの方へ伝搬し得る。実施形態によっては、画像光１５１５Ａは、画像光１５０５ＡのＦＯＶと実質的に同じＦＯＶを有し得る。アウトカップリング要素１５３５Ａは、第１の偏光１５７０－１を有する画像光１５１５Ａを、導波路１５１０Ａから回折によって結合し得る。アウトカップリングされた画像光は、第１の偏光１５７０－１を有する画像光１５２５Ａと表され得る。アウトカップリング要素１５３５Ａは、第１の偏光１５７０－１を有する画像光１５２５Ａを、眼の瞳１３０の第１の位置に対応する圧縮アイボックス１５５５を形成し得る第１のサブアイボックスの方へ案内して集中させ得る。

導波路積層１５０１のアウトカップリング側において切り替え状態で動作する偏光スイッチ１５５７Ａは、第１の偏光１５７０－１を有する画像光１５２５Ａを第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５２６Ｂに変換し得る。アウトカップリング要素１５３５Ｂが、第１の偏光１５７０－１を有する画像光は回折して、第２の偏光１５７０－２を有する画像光は透過するように構成されているので、第２の偏光１５７０－２を有して偏光スイッチ１５５７Ａから出力された画像光１５２６Ｂは、導波路１５１０Ｂおよびアウトカップリング要素１５３５Ｂを通って、無視できる程度の回折またはゼロ回折で伝わり得る。アウトカップリング要素１５３５Ｂから出力された画像光は、第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５２７Ｂと表され得る。非切り替え状態で動作する偏光スイッチ１５５７Ｂは、第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５２７Ｂを、画像光１５２７Ｂの偏光に影響を与ることなく透過し得る。偏光スイッチ１５５７Ｂから出力された画像光は、第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５２８Ｂと表され得る。

アウトカップリング要素１５３５Ｃが、第１の偏光１５７０－１を有する画像光は回折して、第２の偏光１５７０－２を有する画像光は透過するように構成されているので、第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５２８Ｂは、導波路１５１０Ｃおよびアウトカップリング要素１５３５Ｃを通って、無視できる程度の回折またはゼロ回折で伝わり得る。アウトカップリング要素１５３５Ｃから出力された画像光は、第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５２９Ｂと表され得る。非切り替え状態で動作する偏光スイッチ１５５７Ｃは、第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５２９Ｂを、第１のサブアイボックスの方へ、偏光に影響を与えることなく透過し得る。第１のサブアイボックスは、眼の瞳１３０の第１の位置に対応する圧縮アイボックス１５５５を形成し得る。偏光スイッチ１５５７Ｃによって出力された画像光は、第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５３０Ｂと表され得る。圧縮アイボックス１５５５の場所、形状、および／またはサイズは、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０によって眼の瞳１３０の視標追跡情報における変化が検知されるまで、第１の期間にわたって維持され得る。

実施形態によっては、導波路積層１５０１のインカップリング側において、第１の偏光１５７０－１を有する画像光１５０５Ａの一部１５０６Ａは、インカップリング要素１５３１Ａによって、導波路１５１０Ａの中をＴＩＲによって伝搬するように結合されなくてもよい。むしろ、画像光１５０５Ａの一部１５０６Ａは、導波路１５１０Ａを通って導波路１５１０Ｂの方へ伝わり得る。切り替え状態で動作する偏光スイッチ１５５２Ｂは、第１の偏光１５７０－１を有する画像光１５０５Ａの一部１５０６Ａを、第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５０６Ｂに変換し得る。インカップリング要素１５３１Ｂが、第１の偏光１５７０－１を有する画像光は回折して、第２の偏光１５７０－２を有する画像光は透過するように構成されているので、第２の偏光１５７０－２を有して偏光スイッチ１５５２Ｂから出力された画像光１５０６Ｂは、インカップリング要素１５３１Ｂによって、導波路１５１０Ｂに、導波路１５１０Ｂの中をＴＩＲによって伝搬するように結合されなくてもよい。むしろ、画像光１５０６Ｂは、インカップリング要素１５３１Ｂおよび導波路１５１０Ｂを通って導波路１５１０Ｃの方へ伝わり得る。非切り替え状態で動作する偏光スイッチ１５５２Ｃは、第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５０６Ｂを、偏光に影響を与ることなく透過し得る。インカップリング要素１５３１Ｃが、第１の偏光１５７０－１を有する画像光は回折して、第２の偏光１５７０－２を有する画像光は透過するように構成されているので、第２の偏光１５７０－２を有して偏光スイッチ１５５２Ｃから出力された画像光１５０６Ｂは、インカップリング要素１５３１Ｃによって、導波路１５１０Ｃに、導波路１５１０Ｃの中をＴＩＲによって伝搬するように結合されなくてもよい。むしろ、第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５０６Ｂは、インカップリング要素１５３１Ｃおよび導波路１５１０Ｃを透過し得る。

図１５Ｂを参照して、第２の時間インスタンスにおいて、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０は、光センサ２６５によって取り込まれた眼の瞳１３０に関連する画像データを基に、眼の瞳１３０が第２の位置の方へ移動中であること、または第２の位置まで移動したことを、検知するかまたは判定してよい。コントローラ２６０は、偏光スイッチ１５５２Ａ、１５５７Ａ、および１５５７Ｃを、非切り替え状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよく、偏光スイッチ１５５２Ｂ、１５５２Ｃ、および１５５７Ｂを、切り替え状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよい。非切り替え状態で動作する偏光スイッチ１５５２Ａは、光源アセンブリ１５１１から第２の偏光１５７０－２を有して放射された直線偏光画像光１５０３Ｂを、偏光に影響を与えることなく透過し得る。偏光スイッチ１５５２Ａから出力された画像光は、第２の偏光１５７０－２を有する直線偏光画像光１５０５Ｂと表され得る。

インカップリング要素１５３１Ａが、第１の偏光１５７０－１を有する画像光は回折して、第２の偏光１５７０－２を有する画像光は透過するように構成されているので、第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５０５Ｂは、インカップリング要素１５３１Ａによって、導波路１５１０Ａに、導波路１５１０Ａの中をＴＩＲによって伝搬するように結合されなくてもよい。むしろ、第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５０５Ｂは、インカップリング要素１５３１Ａおよび導波路１５１０Ａを、導波路１５１０Ｂの方へ伝わり得る。切り替え状態で動作する導波路１５１０Ｂにおいてインカップリング要素１５３１Ｂに結合された偏光スイッチ１５５２Ｂは、導波路１５１０Ａから受け取った第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５０５Ｂを、第１の偏光１５７０－１を有する画像光１５０５Ｃに変換し得る。

インカップリング要素１５３１Ｂは、第１の偏光１５７０－１を有する画像光は回折して、第２の偏光１５７０－２を有する画像光は透過するように構成されているので、画像光１５０５Ｃを導波路１５１０Ｂに結合し得る。インカップリングされた画像光は、第１の偏光１５７０－１を有する画像光１５１５Ｂと表され得、導波路１５１０Ｂの内部をＴＩＲによって伝搬し得る。画像光１５１５Ｂは、画像光１５０５Ｃ、１５０５Ｂ、および／または１５０３Ｂと同一のＦＯＶを有し得る。第１の偏光１５７０－１を有する画像光１５１５Ｂは、アウトカップリング要素１５３５Ｂによって、第１の偏光１５７０－１を有する画像光１５１７Ａとして導波路１５１０Ｂから結合され得る。画像光１５１７Ａは画像光１５１５Ｂのものと同じＦＯＶを有し得る。アウトカップリング要素１５３５Ｂは、第１の偏光１５７０－１を有する画像光１５１７Ａを、第２のサブアイボックスを通って伝搬するように案内して集中させ得る。第２のサブアイボックスは、第１の時間インスタンスにおける第１のサブアイボックスとは異なり得る。第２のサブアイボックスは、眼の瞳１３０の第２の位置に対応する圧縮アイボックス１５５５を形成し得る。

切り替え状態で動作する偏光スイッチ１５５７Ｂは、第１の偏光１５７０－１を有してアウトカップリング要素１５３５Ｂから出力された画像光１５１７Ａを、第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５１８Ｂに変換し得る。アウトカップリング要素１５３５Ｃが、第１の偏光１５７０－１を有する画像光は回折して、第２の偏光１５７０－２を有する画像光は透過するように構成されているので、第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５１８Ｂは、導波路１５１０Ｃおよびアウトカップリング要素１５３５Ｃを通って、偏光スイッチ１５５７Ｃの方へ、伝わり得る。アウトカップリング要素１５３５Ｃから出力された画像光は、第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５１９Ｂと表され得る。非切り替え状態で動作する偏光スイッチ１５５７Ｃは、画像光１５１９Ｂを、画像光１５２１Ｂとして、第２のサブアイボックスの方へ偏光に影響を与ることなく透過し得る。第２のサブアイボックスは、眼の瞳１３０の第２の位置に対応する圧縮アイボックス１５５５を形成し得る。圧縮アイボックス１５５５の場所は眼の瞳１３０の新規の位置に対応し得、圧縮アイボックス１５５５のサイズは眼の瞳１３０のサイズを少なくともカバーし得る。圧縮アイボックス１５５５の場所、形状、またはサイズのうちの少なくとも１つが、第１の時間インスタンスにおけるものとは異なり得る。圧縮アイボックス１５５５の場所、形状、および／またはサイズは、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０によって眼の瞳１３０の視標追跡情報における変化が検知されるまで、第２の期間にわたって維持され得る。

導波路積層１５０１のインカップリング側に戻って、図１５Ｂに示されるように、画像光１５０５Ｃの一部１５０６Ｃは、導波路１５１０Ｂに、導波路１５１０Ｂの中をＴＩＲによって伝搬するように結合されなくてよい。むしろ、画像光の一部１５０６Ｃ（画像光１５０６Ｃとも称される）は、導波路１５１０Ｂを通って、導波路１５１０Ｃにおいてインカップリング要素１５３１Ｃに結合された偏光スイッチ１５５２Ｃの方へ伝わり得る。切り替え状態で動作する偏光スイッチ１５５２Ｃは、第１の偏光１５７０－１２を有する画像光１５０６Ｃを、第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５０７Ｃに変換し得る。インカップリング要素１５３１Ｃが、第１の偏光１５７０－１を有する画像光は回折して、第２の偏光１５７０－２を有する画像光は透過するように構成されているので、第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５０７Ｃは、インカップリング要素１５３１Ｃによって、導波路１５１０Ｃに、導波路１５１０Ｃの中をＴＩＲによって伝搬するように結合されなくてよい。むしろ、第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５０７Ｃは、インカップリング要素１５３１Ｃおよび導波路１５１０Ｃを通って伝わり得る。

図１５Ｃを参照して、第３の時間インスタンスにおいて、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０は、光センサ２６５によって取り込まれた眼の瞳１３０の画像データを基に、眼の瞳１３０が非圧縮アイボックス１５５０の内部の第３の位置まで移動したこと、または第３の位置の方へ移動中であることを検知するかまたは判定してよい。コントローラ２６０は、眼の瞳１３０の位置情報を基に、偏光スイッチ１５５２Ａ、１５５２Ｂ、１５５７Ａ、および１５５７Ｂを、非切り替え状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよく、偏光スイッチ１５５２Ｃおよび１５５７Ｃを、切り替え状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよい。非切り替え状態で動作する偏光スイッチ１５５２Ａは、光源アセンブリ１５５１から第２の偏光１５７０－２を有して放射された直線偏光画像光１５０３Ｂを、第２の偏光１５７０－２を有する直線偏光画像光１５０５Ｂとして、偏光に影響を与えることなく透過し得る。

インカップリング要素１５３１Ａが、第１の偏光１５７０－１を有する画像光は回折して、第２の偏光１５７０－２を有する画像光は透過するように構成されているので、第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５０５Ｂは、インカップリング要素１５３１Ａによって、導波路１５１０Ａに、導波路１５１０Ａの中をＴＩＲによって伝搬するように結合されなくてよい。むしろ、第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５０５Ｂは、インカップリング要素１５３１Ａおよび導波路１５１０Ａを、導波路１５１０Ｂの方へ伝わり得る。非切り替え状態で動作する偏光スイッチ１５５２Ｂは、第２の偏光１５７０－２を有して導波路１５１０Ｂから出力された画像光１５０５Ｂを、偏光に影響を与ることなく透過し得る。インカップリング要素１５３１Ｂが、第１の偏光１５７０－１を有する画像光は回折して、第２の偏光１５７０－２を有する画像光は透過するように構成されているので、第２の偏光１５７０－２を有して偏光スイッチ１５５２Ｂから出力された画像光１５０５Ｂは、インカップリング要素１５３１Ｂによって、導波路１５１０Ｂに、導波路１５１０Ｂの中をＴＩＲによって伝搬するように結合されなくてよい。むしろ、第２の偏光１５７０－２を有して偏光スイッチ１５５２Ｂから出力された画像光１５０５Ｂは、インカップリング要素１５３１Ｂおよび導波路１５１０Ｂを通って、導波路１５１０Ｃの方へ、無視できる程度の回折またはゼロ回折で伝わり得る。

切り替え状態で動作する偏光スイッチ１５５２Ｃは、第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５０５Ｂを第１の偏光１５７０－１を有する画像光１５６５Ａに変換し得る。インカップリング要素１５３１Ｃは、第１の偏光１５７０－１を有する画像光は回折して、第２の偏光１５７０－２を有する画像光は透過するように構成されているので、偏光１５７０－１を有する画像光１５６５Ａを、第１の偏光１５７０－１を有する画像光１５７５Ａとして、導波路１５１０Ｃに結合し得る。画像光１５７５Ａは、ＴＩＲによって、導波路１５１０Ｃの内部を、アウトカップリング要素１５３５Ｃの方へ伝搬し得る。アウトカップリング要素１５３５Ｃは、導波路１５１０Ｃからの第１の偏光１５７０－１を有する画像光１５７５Ａを、回折によって、第１の偏光１５７０－１を有する画像光１５８５Ａとして結合するように構成され得る。アウトカップリング要素１５３５Ｃは、第１の偏光１５７０－１を有する画像光１５８５Ａを、第３のサブアイボックスを通って伝搬するように案内して集中させ得る。第３のサブアイボックスは、第２の時間インスタンスにおける第２のサブアイボックスとは異なり得る。第３のサブアイボックスは、眼の瞳１３０の第３の位置に対応する圧縮アイボックス１５５５を形成し得る。

切り替え状態で動作する偏光スイッチ１５５７Ｃは、第１の偏光１５７０－１を有する画像光１５８５Ａを、第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５９５Ｂに変換し得る。第２の偏光１５７０－２を有する画像光１５９５Ｂは、圧縮アイボックス１５５５を通って伝搬し得る。圧縮アイボックス１５５５の場所は眼の瞳１３０の位置に対応し得、圧縮アイボックス１５５５のサイズは眼の瞳１３０のサイズを少なくともカバーし得る。圧縮アイボックス１５５５の場所、形状、またはサイズのうちの少なくとも１つが、第２の時間インスタンスにおけるものとは異なり得る。圧縮アイボックス１５５５の場所、形状、および／またはサイズは、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０によって眼の瞳１３０の視標追跡情報における変化が検知されるまで、第３の期間にわたって維持され得る。

実施形態によっては、圧縮アイボックス１５５５を通って伝搬する画像光１５３０Ｂ、１５２１Ｂ、または１５９５ＢのＦＯＶは、非圧縮アイボックス１５５０を通って伝搬する画像光のＦＯＶと実質的に同じであり得る。その結果、圧縮アイボックス１５５５に送られる画像コンテンツは、非圧縮アイボックス１５５０に送られる画像コンテンツと実質的に同じであり得る。実施形態によっては、圧縮アイボックス１５５５を通って伝搬する画像光１５３０Ｂ、１５２１Ｂ、または１５９５Ｂは、光源アセンブリ１５１１によって生成された画像光のＦＯＶと実質的に同じＦＯＶを有し得る。その結果、ユーザの眼は、光源アセンブリ１５１１によって生成された画像の全コンテンツを知覚し得る。

図１５Ａ～図１５Ｃを参照して、光学システム１５００は、光源アセンブリ１５１１によって生成された画像光のＦＯＶと実質的に同じＦＯＶおよび同じ偏光（例えば第２の偏光１５７０－２）を有する画像光を、圧縮アイボックス１５５５を通して、眼の瞳１３０へ動的に送ってよい。圧縮アイボックス１５５５の位置は、眼の瞳１３０の変化する位置に対して動的に位置合わせされ得る。圧縮アイボックス１５５５のサイズは、非圧縮アイボックス１５５０のサイズよりも小さい。眼の瞳１３０の視標追跡情報の一例として、位置情報が使用される。圧縮アイボックス１５５５の動的レンダリングは、眼の瞳１３０の位置の代わりの、またはこれと組み合わせた、眼の瞳１３０のサイズ、眼の瞳１３０の視線方向、および／または眼の瞳１３０の運動方向など、他のタイプの視標追跡情報のうちのいずれか１つ、または任意の組み合わせに基づき得る。これらのタイプの視標追跡情報の任意の適切な組み合わせが、圧縮アイボックスを動的にレンダリングするための基準として使用され得る。

実施形態によっては、間接切り替え可能なインカップリング要素およびアウトカップリング要素は、導波路積層におけるそれぞれの導波路に配設されなくてもよい。むしろ、間接切り替え可能なインカップリング要素およびアウトカップリング要素は、図１６Ａ～図１６Ｃに示されるように、それぞれ対応する偏光スイッチと積み重ねられて共通の（例えば１つの）導波路に取り付けられ得る。図１６Ａ～図１６Ｃは、本開示の一実施形態による、別々の時間インスタンスにおいて圧縮アイボックスを供給するように構成された光学システム１６００の概略図を示す。光学システム１６００は、上記で説明されて他の図に示された光学システム２００、１１００、１２００、１３００、１４００、または１５００などの他の光学システムに含まれるものに類似または同一の要素を含み得る。他の図に示された特徴は、議論を簡単にするために以下では明示的に説明されなくても、図１６Ａ～図１６Ｃに示される実施形態に適用可能であり得る。同一または類似の要素の説明は、図２Ａ～図１５Ｃに関連して提供されたものを含めて、上記の説明を参照することができる。例えば、光学システム１６００は、視標追跡システム２７０およびコントローラ２６０を含み得る。

図１６Ａ～図１６Ｃに示されるように、光学システム１６００は、所定のＦＯＶを有する画像光を放射するように構成された光源アセンブリ１６１１、および１つの導波路１６１０を含み得る。導波路１６１０は、導波路１６１０の第１の面１６１０－１または第２の面１６１０－２に配設されたインカップリング要素１６３１を含み得る。インカップリング要素の数は１に限定されず、２、３、４、５、６などの任意の適切な数であり得る。例えば、いくつかの実施形態では、導波路１６１０は、互いに積み重ねられた複数のインカップリング要素を含み得る。インカップリング要素１６３１は、１つまたは複数の直接切り替え可能格子、１つまたは複数の間接切り替え可能格子（この場合、１つまたは複数の間接切り替え可能格子には１つまたは複数の偏光スイッチが結合され得る）、１つまたは複数の切り替え不能格子、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。

導波路１６１０は、対応する偏光スイッチと共に積み重ねられた複数のアウトカップリング要素１６３５Ａ、１６３５Ｂ、および１６３５Ｃを含み得る。アウトカップリング要素と偏光スイッチとの積層は、導波路１６１０の第１の面１６１０－１または第２の面１６１０－２に配設され得る。アウトカップリング要素の数は３に限定されず、２、４、５、６などの任意の適切な数であり得る。少なくとも１つ（例えばそれぞれ）のアウトカップリング要素が、１つまたは複数の間接切り替え可能格子を含み得る。アウトカップリング要素に含まれる間接切り替え可能格子の切り替えは、アウトカップリング要素に入射する画像光の偏光を制御することによって実現され得る。アウトカップリング要素に入射する画像光の偏光の制御は、対応する偏光スイッチを制御することによって実現され得る。

インカップリング要素１６３１とアウトカップリング要素１６３５Ａ、１６３５Ｂ、および１６３５Ｃとは、導波路１６１０の同一の面または別々の面に配設されてよい。実施形態によっては、アウトカップリング要素１６３５Ａ、１６３５Ｂ、および１６３５Ｃのうちの少なくとも１つ（例えばそれぞれ）が、対応するアウトカップリング要素の、画像光が入射する光入射側に配設され得る偏光スイッチと結合されてよい。アウトカップリング要素と光学的に結合される偏光スイッチの数は、アウトカップリング要素の数と同じでも、より少なくても、より多くてもよい。例示のために、図１６Ａ～図１６Ｃは、アウトカップリング要素１６３５Ａ、１６３５Ｂ、および１６３５Ｃが、それぞれ偏光スイッチ１６５７Ａ、１６５７Ｂ、および１６５７Ｃに結合されている様子を示す。

実施形態によっては、光学システム１６００は、アウトカップリング要素１６３５Ｃと眼の瞳１３０との間に配設された追加の偏光スイッチ１６５７Ｄを含み得る。偏光スイッチ１６５７Ｄは、別々の時間インスタンスまたは期間において、同じ偏光の画像光を眼の瞳１３０にレンダリングするために含まれ得る。実施形態によっては、別々の時間インスタンスまたは期間において異なる偏光の画像光が眼の瞳１３０に送られ得るように、偏光スイッチ１６５７Ｄが省略されてよい。例示のために、図１６Ａ～図１６Ｃには、互いから空隙で分離された複数のアウトカップリング要素および偏光スイッチが示されている。実施形態によっては、アウトカップリング要素と偏光スイッチとが、空隙なく互いに直接接触して結合され得る。

実施形態によっては、光源アセンブリ１６１１は非偏光画像光を放射するように構成され得る。光学システム１６００は、光源アセンブリ１６１１と導波路１６１０との間に配設された偏光子１６５１を含み得る。偏光子１６５１は、非偏光画像光を、偏光子１６５１の透過軸に依拠して、第１の偏光１６７０－１または第１の偏光１６７０－１に対して直交する第２の偏光１６７０－２を有する偏光画像光１６０５に変換するように構成され得る。議論のために、図１６Ａ～図１６Ｃにおいて、第１の偏光１６７０－１はｙ軸方向の直線偏光と見なされ、第２の偏光１６７０－２はｘ軸方向の直線偏光と見なされる。偏光子１６５１は、非偏光画像光を、第１の偏光１６７０－１（例えばｙ軸方向の偏光）を有する直線偏光画像光１６０５に変換するように構成された直線偏光子と見なされる。画像光１６０５は所定のＦＯＶを有し得る。実施形態によっては、逆の掌性を有する回転偏光が、それぞれ第１の偏光１６７０－１および第２の偏光１６７０－２として使用され得る。

議論のために、インカップリング要素１６３１ならびにアウトカップリング要素１６３５Ａ、１６３５Ｂ、および１６３５Ｃは、同じ偏光選択性を有するものと見なされる。例えば、インカップリング要素１６３１ならびにアウトカップリング要素１６３５Ａ、１６３５Ｂ、および１６３５Ｃは、第１の偏光１６７０－１を有する画像光は回折して、第２の偏光１６７０－２を有する画像光は無視できる程度の回折またはゼロ回折で透過するように構成され得る。コントローラ２６０は、偏光スイッチ１６５７Ａ、１６５７Ｂ、１６５７Ｃ、および１６５７Ｄの各々を、画像光がアウトカップリング要素に入射する前の画像光の偏光を切り替えるための切り替え状態または維持するための非切り替え状態で動作するよう、選択的に制御するかまたは構成してよく、それによって、それぞれのアウトカップリング要素を、第１の偏光１６７０－１を有する画像光に対して回折状態で動作するか、または第２の偏光１６７０－２を有する画像光に対して非回折状態で動作するように、間接的に制御するかまたは構成する。

コントローラ２６０は、光学システム１６００に含まれる、視標追跡システム２７０および偏光スイッチ１６５７Ａ、１６５７Ｂ、１６５７Ｃ、および１６５７Ｄなどの他の要素に対して通信可能に結合され得る。例えば、コントローラ２６０は、偏光スイッチに電界を供給するために、偏光スイッチ１６５７Ａ、１６５７Ｂ、１６５７Ｃ、および１６５７Ｄに関連した１つまたは複数の電源にも通信可能に結合され得る。コントローラ２６０と他の要素との間の接続は、有線でも無線でもよく、例示を簡単にするために図１６Ａ～図１６Ｃには示されていない。コントローラ２６０は、（例えば電気的に接続された電源を制御することにより）偏光スイッチを制御して、対応するアウトカップリング要素を、第１の偏光１６７０－１を有する画像光に対して回折状態で動作するか、または第２の偏光１６７０－２を有する画像光に対して非回折状態で動作するよう、間接的に構成し得る。

図１６Ａを参照して、第１の時間インスタンスにおいて、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０は、光センサ２６５によって取り込まれた眼の瞳１３０の画像データを基に、眼の瞳１３０が第１の位置にあることを検知するかまたは判定してよい。コントローラ２６０は、眼の瞳１３０の位置情報を基に、偏光スイッチ１６５７Ａ、１６５７Ｃ、および１６５７Ｄを非切り替え状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよく、偏光スイッチ１６５７Ｂを切り替え状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよい。例示のために、切り替え状態で動作する偏光スイッチは黒色で塗りつぶされた長方形として表されており、切り替え状態で動作する偏光スイッチは白色の長方形（または塗りつぶされていない長方形）として表されている。インカップリング要素１６３１は、第１の偏光１６７０－１を有する画像光１６０５を、第１の偏光１６７０－１を有する画像光１６１５として導波路１６１０に結合し得る。第１の偏光１６７０－１を有する画像光１６１５は、導波路１６１０内を、ＴＩＲによって、アウトカップリング要素の積層の方へ伝搬し得る。非切り替え状態で動作する偏光スイッチ１６５７Ａは、偏光スイッチ１６５７Ａに入射する画像光１６１５の偏光に影響を与えなくてよい。偏光スイッチ１６５７Ａは、画像光１６１５を、第１の偏光１６７０－１を有する画像光１６２５Ａとしてアウトカップリング要素１６３５Ａへと透過し得る。

アウトカップリング要素１６３５Ａは、第１の偏光１６７０－１を有する画像光は回折して、第２の偏光１６７０－２を有する画像光は透過するように構成されているので、導波路１６１０からの、偏光１６７０－１を有する画像光１６２５Ａを、回折によって結合し得る。アウトカップリングされた画像光は、第１の偏光１６７０－１を有する画像光１６２５Ｂと表され得る。アウトカップリング要素１６３５Ａは、第１の偏光１６７０－１を有する画像光１６２５Ｂを、非圧縮アイボックス１６５０の第１のサブアイボックスを通って伝搬するように案内して集中させ得る。第１のサブアイボックスは、眼の瞳１３０の第１の位置に対応する圧縮アイボックス１６５５を形成し得る。切り替え状態で動作する偏光スイッチ１６５７Ｂは、第１の偏光１６７０－１を有する画像光１６２５Ｂを、第２の偏光１６７０－２を有する画像光１６２５Ｃに変換し得る。アウトカップリング要素１６３５Ｂは、第１の偏光１６７０－１を有する画像光は回折し、第２の偏光１６７０－２を有する画像光は透過するように構成されているので、第２の偏光１６７０－２を有する画像光１６２５Ｃを、第２の偏光１６７０－２を有する画像光１６２５Ｄとして、偏光スイッチ１６５７Ｃの方へ、無視できる程度の回折またはゼロ回折で透過し得る。

非切り替え状態で動作する偏光スイッチ１６５７Ｃは、第２の偏光１６７０－２を有する画像光１６２５Ｄを、第２の偏光１６７０－２を有する画像光１６２５Ｅとして、アウトカップリング要素１６３５Ｃの方へ透過し得る。アウトカップリング要素１６３５Ｃは、第１の偏光１６７０－１を有する画像光は回折し、第２の偏光１６７０－２を有する画像光は透過するように構成されているので、第２の偏光１６７０－２を有する画像光１６２５Ｅを、第２の偏光１６７０－２を有する画像光１６２５Ｆとして、無視できる程度の回折またはゼロ回折で透過し得る。非切り替え状態で動作する偏光スイッチ１６５７Ｄは、第２の偏光１６７０－２を有する画像光１６２５Ｆを、第２の偏光１６７０－２を有する画像光１６２５Ｇとして、眼の瞳１３０の第１の位置に対応する圧縮アイボックス１６５５を形成する第１のサブアイボックスの方へ透過し得る。圧縮アイボックス１６５５の場所、形状、および／またはサイズは、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０によって眼の瞳１３０の視標追跡情報における変化が検知されるまで、第１の期間にわたって維持され得る。

図１６Ｂを参照して、第２の時間インスタンスにおいて、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０は、光センサ２６５によって取得された眼の瞳１３０の現在取得された画像データを基に、眼の瞳１３０が第２の位置まで移動したこと、または第２の位置の方へ移動中であることを、検知するかまたは判定してよい。コントローラ２６０は、偏光スイッチ１６５７Ａ、１６５７Ｂ、および１６５７Ｃを、切り替え状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよく、偏光スイッチ１６５７Ｄを、非切り替え状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよい。インカップリング要素１６３１は、第１の偏光１６７０－１を有する画像光１６０５を、回折によって導波路１６１０に結合し得る。第１の偏光１６７０－１を有する画像光１６１５は、導波路１６１０内を、ＴＩＲによって、アウトカップリング要素の積層の方へ伝搬し得る。

偏光スイッチ１６５７Ａに画像光１６１５が入射するとき、切り替え状態で動作する偏光スイッチ１６５７Ａは、第１の偏光１６７０－１を有する画像光１６１５を、第２の偏光１６７０－２を有する画像光１６２６Ａに変換し得る。アウトカップリング要素１６３５Ａは、第１の偏光１６７０－１を有する画像光は回折し、第２の偏光１６７０－２を有する画像光は透過するように構成されているので、第２の偏光１６７０－２を有する画像光１６２６Ａを、第２の偏光１６７０－２を有する画像光１６２６Ｂとして、偏光スイッチ１６５７Ｂの方へ、無視できる程度の回折またはゼロ回折で透過し得る。切り替え状態で動作する偏光スイッチ１６５７Ｂは、第２の偏光１６７０－２２を有する画像光１６２６Ｂを、第１の偏光１６７０－１を有してアウトカップリング要素１６３５Ｂに向かう画像光１６２６Ｃに変換し得る。

アウトカップリング要素１６３５Ｂは、第１の偏光１６７０－１を有する画像光は回折して、第２の偏光１６７０－２を有する画像光は透過するように構成されているので、アウトカップリング要素１６３５Ｂからの出力である、偏光１６７０－１を有する画像光１６２６Ｃを、回折によって結合し得る。アウトカップリングされた画像光は、第１の偏光１６７０－１を有する画像光１６２６Ｄと表され得る。アウトカップリング要素１６３５Ｂは、第１の偏光１６７０－１を有する画像光１６２６Ｄを、第１の時間インスタンスにおける第１のサブアイボックスとは別の第２のサブアイボックスの方へ伝搬するように案内して集中させ得る。第２のサブアイボックスは、眼の瞳１３０の第２の位置に対応する圧縮アイボックス１６５５を形成し得る。

切り替え状態で動作する偏光スイッチ１６５７Ｃは、第１の偏光１６７０－１を有する画像光１６２６Ｄを、第２の偏光１６７０－２を有する画像光１６２６Ｅに変換し得る。アウトカップリング要素１６３５Ｃは、第１の偏光１６７０－１を有する画像光は回折し、第２の偏光１６７０－２を有する画像光は透過するように構成されているので、第２の偏光１６７０－２を有する画像光１６２６Ｅを、第２の偏光１６７０－２を有する画像光１６２６Ｆとして、無視できる程度の回折またはゼロ回折で透過し得る。非切り替え状態で動作する偏光スイッチ１６５７Ｄは、第２の偏光１６７０２を有する画像光１６２６Ｆを、第２の偏光１６７０－２を有する画像光１６２６Ｇとして、圧縮アイボックス１６５５を形成する第２のサブアイボックスの方へ透過し得る。圧縮アイボックス１６５５の場所は、第２のインスタンスにおける眼の瞳１３０の新規の位置に対応し得、第１の時間インスタンスにおける圧縮アイボックス１６５５の場所とは異なり得る。第２の時間インスタンスにおける圧縮アイボックス１６５５の場所、形状、またはサイズのうちの少なくとも１つが、第１の時間インスタンスにおけるものとは異なり得る。圧縮アイボックス１６５５の場所、形状、および／またはサイズは、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０によって眼の瞳１３０の視標追跡情報における変化が検知されるまで、第２の期間にわたって維持され得る。

図１６Ｃを参照して、第３の時間インスタンスにおいて、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０は、現在取得された眼の瞳１３０の画像データを基に、眼の瞳１３０が第３の位置まで移動したこと、または第３の位置の方へ移動中であることを、検知するかまたは判定してよい。コントローラ２６０は、眼の瞳１３０の位置情報を基に、偏光スイッチ１６５７Ａ、１６５７Ｃ、および１６５７Ｄを切り替え状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよく、偏光スイッチ１６５７Ｂを非切り替え状態で動作するよう選択的に制御するかまたは構成してよい。

インカップリング要素１６３１は、第１の偏光１６７０－１を有する画像光１６０５を、回折によって導波路１６１０に結合し得る。第１の偏光１６７０－１を有する画像光１６１５は、導波路１６０１内を、ＴＩＲによって、アウトカップリング要素の積層の方へ伝搬し得る。偏光スイッチ１６５７Ａに画像光１６１５が入射するとき、切り替え状態で動作する偏光スイッチ１６５７Ａは、第１の偏光１６７０－１を有する画像光１６１５を、第２の偏光１６７０－２を有してアウトカップリング要素１６３５Ａに向かう画像光１６２７Ａに変換し得る。アウトカップリング要素１６３５Ａは、第１の偏光１６７０－１を有する画像光は回折し、第２の偏光１６７０－２を有する画像光は透過するように構成されているので、第２の偏光１６７０－２を有する画像光１６２７Ａを、第２の偏光１６７０－２を有する画像光１６２７Ｂとして、無視できる程度の回折またはゼロ回折で透過し得る。

非切り替え状態で動作する偏光スイッチ１６５７Ｂは、アウトカップリング要素１６３５Ａから受け取った第２の偏光１６７０－２を有する画像光１６２７Ｂを、第２の偏光１６７０－２を有する画像光１６２７Ｃとして透過し得る。アウトカップリング要素１６３５Ｂは、第１の偏光１６７０－１を有する画像光は回折し、第２の偏光１６７０－２を有する画像光は透過するように構成されているので、第２の偏光１６７０－２を有する画像光１６２７Ｃを、第２の偏光１６７０－２を有する画像光１６２７Ｄとして、無視できる程度の回折またはゼロ回折で透過し得る。切り替え状態で動作する偏光スイッチ１６５７Ｃは、アウトカップリング要素１６３５Ｂから受け取った第２の偏光１６７０－２を有する画像光１６２７Ｄを、第１の偏光１６７０－１を有する画像光１６２７Ｅに変換し得る。

アウトカップリング要素１６３５Ｃは、第１の偏光１６７０－１を有する画像光は回折して、第２の偏光１６７０－２を有する画像光は透過するように構成されているので、導波路１６０１からの、偏光１６７０－１を有する画像光１６２７Ｅを、回折によって結合し得る。アウトカップリングされた光は、第１の偏光１６７０－１を有する画像光１６２７Ｆと表され得る。アウトカップリング要素１６３５Ｃは、第１の偏光１６７０－１を有する画像光１６２７Ｆを、第２の時間インスタンスにおける第２のサブアイボックスとは別の第３のサブアイボックスの方へ伝搬するように案内して集中させ得る。第３のサブアイボックスは、眼の瞳１３０の第３の位置に対応する圧縮アイボックス１６５５を形成し得る。

切り替え状態で動作する偏光スイッチ１６５７Ｄは、第１の偏光１６７０－１を有する画像光１６２７Ｆを、第２の偏光１６７０－２を有する画像光１６２７Ｇに変換し得る。第２の偏光１６７０－２を有する画像光１６２７Ｇは、圧縮アイボックス１６５５を形成する第３のサブアイボックスを通って伝搬し得る。圧縮アイボックス１６５５Ｃの場所は眼の瞳１３０の位置に対応し得る。第３の時間インスタンスにおける圧縮アイボックス１６５５の場所、形状、またはサイズのうちの少なくとも１つが、第２の時間インスタンスにおけるものとは異なり得る。圧縮アイボックス１６５５の場所、形状、および／またはサイズは、視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０によって眼の瞳１３０の視標追跡情報における変化が検知されるまで、第３の期間にわたって維持され得る。

実施形態によっては、圧縮アイボックス１６５５を通って伝搬する画像光１６２５Ｇ、１６２６Ｇ、または１６２７ＧのＦＯＶは、非圧縮アイボックス１６５０を通って伝搬する画像光のＦＯＶと実質的に同じであり得る。その結果、圧縮アイボックス１６５５に送られる画像コンテンツは、非圧縮アイボックス１６５０に送られる画像コンテンツと実質的に同じであり得る。実施形態によっては、圧縮アイボックス１６５５を通って伝搬する画像光１６２５Ｇ、１６２６Ｇ、または１６２７Ｇは、光源アセンブリ１６１１によって生成された画像光のＦＯＶと実質的に同じＦＯＶを有し得る。その結果、ユーザの眼は、光源アセンブリ１６１１によって生成された画像の全コンテンツを知覚し得る。

図１６Ａ～図１６Ｃに示されるように、光学システム１６００によって動的に供給され得る画像光は、非圧縮アイボックス１６５０を通って伝搬する画像光のＦＯＶと実質的に同じＦＯＶを有して圧縮アイボックス１６５５を通って伝搬し、また眼の瞳１３０と同じ偏光（例えば第２の偏光１６７０－２）を有して、眼の瞳１３０の変化する場所に対応する異なる場所の圧縮アイボックス１６５５を通って伝搬する。圧縮アイボックス１６５５の場所、形状、および／またはサイズは、眼の瞳１３０の変化する場所に対応するよう動的に変化され得る。上記の説明では、眼の瞳１３０の視標追跡情報の一例として、位置情報が使用されている。代わりに、またはそれに加えて、圧縮アイボックス１６５５の動的レンダリングは、眼の瞳１３０の位置の代わりの、またはこれと組み合わせた、眼の瞳１３０のサイズ、眼の瞳１３０の視線方向、および／または眼の瞳１３０の運動方向など、他のタイプの視標追跡情報のうちのいずれか１つ、または任意の組み合わせに基づき得る。これらのタイプの視標追跡情報の任意の適切な組み合わせが、圧縮アイボックスを動的にレンダリングするための基準として使用され得る。

図１７Ａは、本開示の一実施形態による、圧縮アイボックスを提供するための方法１７００を示す流れ図である。方法１７００は、コントローラ２６０、または視標追跡システム２７０の内部プロセッサ２８０によって実行され得る。議論のために、様々なプロセス、ステップ、および方法は、コントローラ２６０によって実行されるものとして説明され得る。方法１７００は、眼の瞳の視標追跡情報を判定するステップ（ステップ１７０５）を含み得る。例えば、視標追跡システム２７０の光センサ２６５は、眼の瞳１３０の画像データを、例えばリアルタイムで取り込み得る。視標追跡システム２７０またはコントローラ２６０の内部プロセッサ２８０は、画像データを分析して、眼の瞳１３０の視標追跡情報を得るかまたは決定してよい。眼の瞳１３０の画像データを分析することから、様々な視標追跡情報が得られる。実施形態によっては、視標追跡情報を判定するステップは、例えば人工知能アルゴリズムまたは他の適切な技術によって、眼の瞳のサイズ、眼の瞳の位置、眼の瞳の視線方向、または眼の瞳の運動方向のうちの少なくとも１つを予測するステップを含み得る。上記に列挙された視標追跡情報の予測は、眼の瞳の画像データ、または例えば、眼の瞳の視標追跡情報の履歴データを含む他のセンサデータ（光センサ以外のセンサによって得られたデータ）に基づき得る。

方法１７００は、視標追跡情報を基に、１つまたは複数の導波路と結合された複数の格子セットに含まれる格子の１つまたは複数の組み合わせを、回折状態で動作するよう選択的に構成して、画像光を、複数のサブアイボックスのうちの１つまたは複数のサブアイボックス通って伝搬するように案内させるステップであって、複数のサブアイボックスが非圧縮アイボックスを画定し、複数のサブアイボックスのうちの１つまたは複数のサブアイボックスが、非圧縮アイボックスよりもサイズが小さい圧縮アイボックスを規定する、ステップ（ステップ１７１０）も含み得る。例えば、導波路と結合された複数の格子セットは、インカップリング要素に含まれるインカップリング格子セット、アウトカップリング要素に含まれるアウトカップリング格子セット、および方向転換要素（含まれる場合）に含まれる方向転換格子セットを含み得る。各格子セットが１つまたは複数の格子を含み得る。コントローラ２６０は、視標追跡情報を基に、インカップリング要素からの１つまたは複数の格子（またはインカップリング格子セット）、アウトカップリング要素からの１つまたは複数の格子（またはアウトカップリング格子セット）、および方向転換要素からの１つまたは複数の格子（または含まれる場合には方向転換格子セット）を含む１つまたは複数の格子（または格子の１つまたは複数の組み合わせ）を、回折状態で動作するよう選択的に構成するかまたは制御してよい。回折状態で動作する１つまたは複数の選択された格子は、所定のＦＯＶを有する画像光を、回折によって、圧縮アイボックスの方へ案内して集中させ得る。ステップ１７０５および１７１０は、コントローラ２６０によって、眼の瞳１３０のリアルタイム視標追跡情報を基に、圧縮アイボックスの場所、形状、および／またはサイズをリアルタイムで動的に調整するために、繰り返し動的に実行され得る。例えば、ある時間インスタンスにおいて視標追跡情報の変化が検知または判定された場合は常に、圧縮アイボックスの場所、形状、およびサイズのうちの１つまたは複数を変化させるためにステップ１７１０が実行され得る。

方法１７００は、他の図に関連して上記で説明されたものなどの他のステップまたはプロセスを含み得る。例えば、方法１７００は、コントローラ２６０によって、残りの１つまたは複数の格子あるいは複数の格子に含まれる格子の１つまたは複数の組み合わせ（例えばインカップリング要素、アウトカップリング要素、および方向転換要素（含まれる場合）に含まれるもの）を、非回折状態で動作するよう選択的に構成するかまたは制御するステップを含み得る。実施形態によっては、複数の格子のうちの格子は直接切り替え可能格子でよく、１つまたは複数の直接切り替え可能格子を含み得る。格子を、回折状態または非回折状態で動作するよう制御するかまたは構成するステップは、直接切り替え可能格子に対して電気的に結合された電源を制御して、格子を回折状態（または非回折状態）で動作するよう構成するための、所定の閾値電圧よりも（十分に）高い電圧、または格子を非回折状態（または回折状態）で動作するよう構成するための、所定の閾値電圧以下の電圧を供給させるステップを含み得る。

実施形態によっては、格子セットの格子は間接切り替え可能格子でよい。間接切り替え可能格子は偏光感受性または偏光選択性でよい。間接切り替え可能格子を回折状態または非回折状態で動作するよう制御するかまたは構成するステップは、格子に結合された偏光スイッチを、画像光が格子に入射する前の画像光の偏光を変化させるための切り替え状態、または画像光が格子に入射する前の画像光の偏光を維持するための非切り替え状態で動作するように制御するステップを含み得る。格子に入射する画像光の偏光の制御することにより、間接切り替え可能格子は、第１の所定の偏光を有する画像光用の回折状態、または第１の所定の偏光とは異なる第２の偏光を有する画像光用の非回折状態で動作するように制御され得る。第２の偏光は、第１の所定の偏光に対して直交するものでよく、または第１の所定の偏光の掌性と反対の掌性を有するものでもよい。圧縮アイボックスを通って伝搬する画像光が眼の瞳によって受け取られ得るように、圧縮アイボックスの場所は眼の瞳の位置に対応し得、圧縮アイボックスのサイズは眼の瞳のサイズを少なくともカバーし得る。圧縮アイボックスを用いると、眼の瞳によって受け取られる画像光の強度が増加され得る。光学システムの電力効率が改善され得る。

図１７Ｂは、本開示の別の実施形態による、圧縮アイボックスを提供するための方法１７５０を示す流れ図である。方法１７５０は、開示された光学システムに含まれる１つまたは複数の構成要素によって実行され得る。方法１７５０は、画像光を生成するステップ（ステップ１７５５）を含み得る。例えば、光源は画像光を生成し得る。実施形態によっては、画像光は仮想画像または表示画像を表し得る。実施形態によっては、光源は、コントローラによって、所定の光学的性質を有する画像光を生成するように制御され得る。方法１７５０は、複数の格子のうちの１つまたは複数の格子を、回折状態で動作するよう選択的に構成して、画像光を、複数のサブアイボックスのうちの１つまたは複数のサブアイボックスを通って伝搬するように案内させるステップであって、複数のサブアイボックスが非圧縮アイボックスを画定し、複数のサブアイボックスのうちの１つまたは複数のサブアイボックスが、非圧縮アイボックスよりもサイズが小さい圧縮アイボックスを規定する、ステップ（ステップ１７６０）も含み得る。例えば、上記で論じられたように、コントローラは、インカップリング要素（例えばインカップリング格子セット）、アウトカップリング要素（例えばアウトカップリング格子セット）、または方向転換要素（例えば方向転換格子セット）のうちの少なくとも１つに含まれる１つまたは複数の直接切り替え可能格子ならびに／あるいは１つまたは複数の間接切り替え可能格子を回折状態で動作するよう選択的に構成して、画像光を、圧縮アイボックスを規定する１つまたは複数のサブアイボックス通って伝搬するように案内させてよい。１つまたは複数のサブアイボックスは、非圧縮アイボックスを規定する複数のアイボックスの一部でよい。圧縮アイボックスのサイズは非圧縮アイボックスのサイズよりも小さくてよい。実施形態によっては、複数の格子のうちの１つまたは複数の格子を回折状態で動作するよう選択的に構成して、画像光を、圧縮アイボックスを規定する１つまたは複数のサブアイボックスを通って伝搬するように案内させるステップは、複数の格子のうちの１つまたは複数の格子を回折状態で動作するよう選択的に構成して、視標追跡情報を基に、画像光を、圧縮アイボックスを規定する１つまたは複数のサブアイボックスを通って伝搬するように案内させるステップを含み得る。方法１７５０は、視標追跡システムによって視標追跡情報を得るステップも含み得る。実施形態によっては、視標追跡情報を得るステップは、眼の瞳の画像データを得るステップと、この画像データを分析して、眼の瞳のサイズ、眼の瞳の位置、眼の瞳の視線方向、または眼の瞳の運動方向のうちの少なくとも１つを得るステップとを含み得る。実施形態によっては、視標追跡情報を得るステップは、眼の瞳のサイズ、眼の瞳の位置、眼の瞳の視線方向、または眼の瞳の運動方向のうちの少なくとも１つ予測するステップを含み得る。実施形態によっては、方法１７５０は、複数の格子のうちの残りの１つまたは複数の格子を非回折状態で動作するよう選択的に構成して、画像光を無視できる程度の回折で透過させるステップをさらに含み得る。

圧縮アイボックスを提供するための、開示された光学デバイスおよび方法は、ニアアイディスプレイ（「ＮＥＤ」）の中に実装され得る。図１８は、本開示の一実施形態による、ＮＥＤ １８２０を含むシステム１８００の概略図を示す。システム１８００は人工現実システムでよい。人工現実は、ユーザ（または視聴者）に提示される前に人為的に調整される現実の一形態であり、例えば、仮想現実（「ＶＲ」）、拡張現実（「ＡＲ」）、混合現実（「ＭＲ」）、ハイブリッド現実（「ＨＲ」）、またはそれらのいくつかの組み合わせおよび／または派生物を含み得る。人工現実システムは、コンピュータベースの画像ソースによって視聴者に仮想画像が提供されるＶＲシステムと、「仮想の」要素またはコンピュータで生成された要素に現実世界の画像が部分的に埋め込まれるＡＲシステムと、画像の中で仮想の要素が現実世界の要素と組み合わされるＭＲシステムまたはＨＲシステムとを含み得る。したがって、人工現実のコンテンツは、デバイスで生成されたコンテンツおよび／またはシステムで生成されたコンテンツである完全に仮想のコンテンツを含み得る。実施形態によっては、人工現実のコンテンツは、ユーザに（例えばデバイスの透明または半透明の部分を通して）直接見える現実世界のコンテンツと組み合わせた仮想コンテンツを含み得る。実施形態によっては、人工現実のコンテンツは、１つまたは複数のシステムカメラによって取り込まれた現実世界のコンテンツと組み合わされて頭部装着型デバイスによってユーザに表示される仮想コンテンツを含み得る。人工現実のコンテンツは、ビデオ、音響、触覚フィードバック、またはそれらのいくつかの組み合わせを含み得る。人工現実のコンテンツは、１つのチャネルまたは複数のチャネル（視聴者に対する３次元視覚効果を生成するステレオビデオなど）でユーザに提示され得る。加えて、人工現実は、例えば人工現実におけるコンテンツを生成するように使用され、かつ／または人工現実で使用される（例えば人工現実におけるアクティビティを実行する）アプリケーション、製品、付属品、サービス、またはそれらのいくつかの組み合わせにも関連付けられ得る。

図１８に示されるように、システム１８００は、コンピュータデバイス１８１０－１または１８１０－２（以下、総体として「クライアントデバイスまたはコンピュータデバイス１８１０」と称される）と、（有線または無線の接続によって）互いに通信可能に結合されたネットワーク１８３０とを含み得る。コンピュータデバイス１８１０は、デスクトップコンピュータ、ワークステーション、またはネットワークサーバ１８１０－１もしくは携帯機器１８１０－２を含み得る。システム１８００は、ＮＥＤ １８２０を装着している視聴者に、デバイスの音響出力、視覚出力、触覚出力、および／または他の感覚出力を提供し得る。ＮＥＤ １８２０に供給されるコンテンツは、コンピュータデバイス１８１０のうちの任意のものによって生成され、ＮＥＤ １８２０によって、現実世界に対して調整または修正され得る。システム１８００は、例えばＶＲシステム、ＡＲシステム、ＭＲシステム、ＨＲシステム、あるいはそれらのいくつかの組み合わせおよび／または派生物を含み得る。コントローラ２６０は、コンピュータデバイス１８１０に含まれてよく、またはＮＥＤ １８２０に含まれてもよい。

ＶＲ構成では、ＮＥＤ １８２０は、ユーザに、コンピュータで生成されて事前記録されたコンテンツを表示し、ユーザの現実世界の環境の視野を遮ってよい。ＭＲ構成では、ＮＥＤ １８２０は、現実世界と仮想コンテンツとの任意の混合を提供し得る。ＡＲ構成では、ＮＥＤ １８２０は、コンピュータで生成された追加のコンテンツと共に、現実世界の体験を（例えば現実世界からの実際の像を表示することによって）提供し得る。例えば、仮想コンテンツが現実世界の視野に（例えば光学的シースルーまたはビデオシースルーによって）投影され得て、ユーザはＡＲまたはＭＲを体験し得る。ＮＥＤ １８２０は、開示された光学システムのうち任意のものを含み得、かつ／または開示された方法を実行して、圧縮アイボックスによってユーザの眼に画像光を供給し得る。

人工現実システム１８００は、本開示に基づくＮＥＤを含む様々なプラットホーム上で実施され得、例えば自動車もしくは航空機のフロントガラスもしくはバックミラー、眼鏡もしくはバイザーのレンズ、ヘルメット、および／または帽子として、多くの形態で実施され得る。図１８に示されるように、ＮＥＤ １８２０は、フレーム１８２６、右側ディスプレイシステム１８２２Ｒ、および左側ディスプレイシステムを１８２２Ｌ含み得る。フレーム１８２６は、ユーザの身体部分（例えば頭部）に（例えば両眼に近接して）右側ディスプレイシステム１８２２Ｒおよび左側ディスプレイシステムを１８２２Ｌ取り付けるように構成された適切なタイプの取り付け構造を含み得る。フレーム１８２６は、ユーザにメディアコンテンツを表示するように構成され得る１つまたは複数の光学要素に結合されてよい。実施形態によっては、フレーム１８２６は眼鏡のフレームを表すことがある。右側ディスプレイシステム１８２２Ｒおよび左側ディスプレイシステム１８２２Ｌは、ユーザが、ＮＥＤ １８２０によって提示されたコンテンツを見ること、および／または現実世界の対象物の画像を見ることを可能にするように構成され得る（例えば、右側ディスプレイシステム１８２２Ｒおよび左側ディスプレイシステム１８２２Ｌの各々がシースルーの光学要素を含み得る）。実施形態によっては、右側ディスプレイシステム１８２２Ｒおよび左側ディスプレイシステム１８２２Ｌは、光（例えば仮想画像に対応する画像光）を生成してユーザの眼に案内するように構成された任意の適切なディスプレイアセンブリ（図示せず）を含み得る。実施形態によっては、ＮＥＤ １８２０は投影システムを含み得る。例示のために、図１８は、投射システムが、フレーム１８２６に結合された光源アセンブリ（例えばプロジェタ）１８２４を含み得る様子を示す。

図１９は、本開示の一実施形態による、図１８に示されたＮＥＤ １８２０の半分の断面図を示す。図１９に示されるように、ＮＥＤ １８２０にはコントローラ２６０および視標追跡システム２７０が含まれ得る。例示のために、図１９は、左側ディスプレイシステム１８２２Ｌに関連する断面図を示す。図１９に示されるように、左側ディスプレイシステム１８２２Ｌは、ユーザの眼１２５用の導波路ディスプレイアセンブリ１８２８を含み得る。参照番号１８５５は非圧縮アイボックスを指示する。非圧縮アイボックス１８５５の１つまたは複数のサブアイボックスによって形成され得る圧縮アイボックスは、図１９には示されていない。導波路ディスプレイアセンブリ１８２８は、本明細書に開示されて他の図に示されたように、導波路と、導波路に結合された少なくとも１つのインカップリング要素と、導波路に結合された少なくとも１つのアウトカップリング要素とを含み得る。実施形態によっては、導波路ディスプレイアセンブリ１８２８は、本明細書に開示されて他の図に示された少なくとも１つの方向転換要素も含み得る。導波路ディスプレイアセンブリ１８２８は、コントローラ２６０によって、光源アセンブリ１８２４から放射された画像光を、視標追跡システム２７０から供給された視標追跡情報を基に、ユーザの眼の瞳１３０の位置に対応する圧縮アイボックスに導くように制御され得る。例示のために、図１９は、一方の眼１２５に関連した一方の導波路ディスプレイアセンブリ１８２８を示す。実施形態によっては、図１９に示された導波路ディスプレイアセンブリ１８２８から分離した、これに類似の別の導波路ディスプレイアセンブリが、コントローラ２６０によって、光源アセンブリ１８２４から放射された画像光をユーザの他方の眼の位置に対応する圧縮アイボックスに導くように制御され得る。実施形態によっては、一方の眼用の導波路ディスプレイアセンブリ１８２８は、他方の眼用の導波路ディスプレイアセンブリ１８２８から分離されるかまたは部分的に分離されてよい。実施形態によっては、１つの導波路ディスプレイアセンブリ１８２８が、画像光を、ユーザの両眼１２５用の圧縮アイボックスに案内するように構成され得る。

実施形態によっては、ＮＥＤ １８２０は、導波路ディスプレイアセンブリ１８２８と眼１２５との間に配設された１つまたは複数の光学要素を含み得る。光学要素は、例えば、導波路ディスプレイアセンブリ１８２８から出力された画像光の収差の補正、画像光の拡大、または別のタイプの光学調整を実行するように構成され得る。１つまたは複数の光学要素の例は、開口、フレネルレンズ、凸レンズ、凹レンズ、フィルタ、画像光に影響を与える他の適切な光学要素、またはそれらの組み合わせを含み得る。実施形態によっては、ＮＥＤ １８２０には、現実世界の対象物によって反射された画像光の透過率を動的に調整することによって、ＮＥＤ １８２０を、ＶＲデバイスとＡＲデバイスとの間、またはＶＲデバイスとＭＲデバイスとの間で切り替え得る、適応調光要素１８３２が含まれ得る。実施形態によっては、適応調光要素１８３２は、ＡＲ／ＭＲデバイスとＶＲデバイスとの間の切り換えと併せて、ＡＲ／ＭＲデバイスにおいて、実際の物体と仮想物体（または実際のコンテンツと仮想コンテンツ）の輝度の差を軽減するように使用され得る。

図２０は、本開示の一実施形態による、ＮＥＤを含むシステム２０００の概略ブロック図を示す。実施形態によっては、システム２０００は、図１８に示されたシステム１８００の一実施形態でよく、またはシステム１８００の部品として含まれてもよい。実施形態によっては、システム２００は、他の図に示された他の光学システムの一実施形態でよく、または他の図に示された他の光学システムに含まれるものでもよい。システム２０００は、光学要素、デバイス、または他の図に示された特徴もしくは本明細書に開示されて図には示されていない特徴を含み得る。システム２０００は、図１８および図１９に示されたＮＥＤ １８２０などの本明細書に開示された任意のＮＥＤであり得るＮＥＤ ２０８０を含み得る。ＮＥＤ ２０８０は導波路ディスプレイアセンブリ２０１０を含み得る。導波路ディスプレイアセンブリ２０１０は、他の図に示された任意の実施形態でよい。導波路ディスプレイアセンブリ２０１０は、本明細書に開示されたように、１つまたは複数の導波路、１つまたは複数のインカップリング要素、１つまたは複数のアウトカップリング要素、ならびに／あるいは１つまたは複数の方向転換要素を含み得る。導波路ディスプレイアセンブリ２０１０は任意の特徴、要素、または他の図に示されたデバイス、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。

ＮＥＤ ２０８０は、１つまたは複数の位置センサ２０１２および１つまたは複数の慣性測定ユニット２０１４（「ＩＭＵ ２０１４」）も含み得る。ＩＭＵ ２０１４は、位置センサ２０１２のうちの１つまたは複数から受け取った測定信号に基づいてＮＥＤ ２０８０の初期位置に対するＮＥＤ ２０８０の推定された位置を指示する速い較正データを生成するように構成された電子デバイスを含み得る。システム２０００は光源アセンブリ２０１１を含み得る。光源アセンブリ２０１１は、本明細書に開示された光源アセンブリのうちの任意のものでよい。光源アセンブリ２０１１は、導波路ディスプレイアセンブリ２０１０に画像光を放射するように構成され得る。導波路ディスプレイアセンブリ２０１０は、上記で説明されたように、画像光を、圧縮アイボックスを通してユーザの眼の瞳に案内するように構成され得る。システム２０００は、上記で説明された視標追跡システム２７０およびコントローラ２６０を含み得る。実施形態によっては、視標追跡システム２７０は、視標追跡のためにユーザの眼を照明する光（例えば赤外線）を放射するための光源（図示せず）を含み得る。システム２０００は、システムレベルの入出力インターフェース２０５０を含み得る。ＮＥＤ ２０８０は、入出力インターフェース２０５０と、図１８に示されたネットワーク１８３０とによって、外部コンピュータデバイスと通信し得る。実施形態によっては、入出力インターフェース２０５０は、モデムおよび／または無線周波数ＲＦのハードウェアおよびソフトウェア（例えばＲＦのアンテナ、フィルタ、増幅器など、およびデジタル、アナログ、デジタル－アナログ変換器、アナログ－デジタル変換器、デジタル信号プロセッサなど）を含む有線インターフェースまたは無線インターフェースを含み得る。

本開示は、ユーザの眼の瞳の位置と動的に位置合わせされ得る圧縮アイボックスを提供するための光学システムおよび方法を提供するものである。光学システムは、１つまたは複数の導波路と、１つまたは複数の導波路に結合された複数の格子セットとを含み得る。複数の格子セットは、画像光を１つまたは複数の導波路に結合するように構成された少なくとも１つのインカップリング格子セットと、１つまたは複数の導波路からの画像光を結合するように構成された少なくとも１つのアウトカップリング格子セットとを含み得る。実施形態によっては、複数の格子セットは、少なくとも１つの方向転換／折り畳み格子セットも含み得る。各格子セットが１つまたは複数の格子を含み得る。複数の格子セットは、画像光を、非圧縮アイボックスを形成する複数のサブアイボックスを通って伝搬するよう案内するように構成可能であり得る。実施形態によっては、光学システムには、複数の格子セットから選択された１つまたは複数の格子（または格子の１つまたは複数の組み合わせ）を回折状態で動作するよう選択的に構成して、画像光を、非圧縮アイボックスの１つまたは複数のサブアイボックスを通って伝搬するように案内させ、複数の格子セットのうちの残りの１つまたは複数の格子（または格子の１つまたは複数の組み合わせ）は非回折状態で動作するよう選択的に構成するように構成されたコントローラも含まれ得る。画像光を伝搬させる１つまたは複数のサブアイボックスは圧縮アイボックスを形成し得、これのサイズは、眼の瞳のサイズと少なくとも同程度であり、非圧縮アイボックスのサイズよりも小さい。圧縮アイボックスの場所は眼の瞳の場所に対応し得る。実施形態によっては、光学システムは、眼の瞳の視標追跡情報を供給するように構成された視標追跡システムも含み得る。

開示された光学システムおよび方法は、圧縮アイボックスを通って眼の瞳に送られる画像光の光強度を増加し得、眼の瞳の外部の領域に案内される画像光の損失および眼の瞳のまわりの望ましくない照明を低減し得るものである。その結果、光学システムの電力効率がかなり改善され得る。加えて、１つまたは複数のサブアイボックスを通って伝搬する画像光が実質的に同じＦＯＶを有し得、これは非圧縮アイボックスを通って伝搬する画像光のＦＯＶと同じであり得る。その結果、１つまたは複数のサブアイボックスの間の、ゴースト効果、歪み、および干渉が抑制され得、圧縮アイボックスに送られる画像コンテンツが、非圧縮アイボックスに送られる画像コンテンツと実質的に同じになり得る。実施形態によっては、別々の時間インスタンスまたは期間において１つまたは複数のサブアイボックスを通って伝搬する画像光が、実質的に同じＦＯＶを有し得、これは、導波路に結合された光源アセンブリから放射された画像光のＦＯＶと同じであり得る。したがって、１つまたは複数のサブアイボックスによって形成された圧縮アイボックスの内部にある眼の瞳は、光源アセンブリによって生成された画像の全コンテンツを知覚し得る。

前述の実施形態の変形形態も、本開示の範囲内に含まれる。圧縮アイボックスを提供するためのシステムおよび方法の上記の説明では、サブアイボックスのサイズおよび／または形状は一定であると見なされている。実施形態によっては、サブアイボックスのサイズおよび／または形状は、可変または調整可能でよい。例えば、コントローラ２６０は、測定または判定された眼の瞳１３０のサイズを基に、サブアイボックスのサイズを動的に調整するために回折状態で動作するように構成された回折要素（例えばインカップリング要素、アウトカップリング要素、および／または方向転換要素）の部分のサイズを動的に調整し得る。例えば、眼の瞳１３０のサイズがより小さくなるかまたはより大きくなるとき、それに応じてサブアイボックスのサイズが調整され得る。したがって、圧縮アイボックスを形成するサブアイボックスの数を増減する（例えば、回折状態で動作するように構成された格子の組み合わせの数を制御する）ことにより、または（上記で説明されたように）各サブアイボックスのサイズを増減することにより、あるいは両方の方法を組み合わせることによって、圧縮アイボックスが動的に調整され得る。

実施形態によっては、インカップリング要素の積層、アウトカップリング要素の積層、または方向転換要素の積層は、１つまたは複数の切り替え可能格子と１つまたは複数の切り替え不能格子との組み合わせを含み得る。例えば、図１１Ａ～図１１Ｃに示された光学システム１１００では、インカップリング要素は切り替え不能格子を含み得る。実施形態によっては、アウトカップリング要素１１３５の格子の積層には１つまたは複数の切り替え不能格子が含まれ得る。実施形態によっては、図１２Ａ～図１２Ｃに示された光学システム１２００では、インカップリング要素は切り替え不能格子を含み得る。実施形態によっては、交互配置されたアウトカップリング要素１２３５には１つまたは複数の切り替え不能格子が含まれ得る。実施形態によっては、図１３Ａ～図１３Ｄに示された光学システム１３００では、インカップリング要素１３３１、アウトカップリング要素１３３５、または方向転換要素１３３３のうちの少なくとも１つが、少なくとも１つの切り替え不能格子を含み得る。実施形態によっては、図１４Ａおよび図１４Ｂに示された光学システム１４００では、インカップリング要素１４３１またはアウトカップリング要素１４３５のうちの少なくとも１つが、少なくとも１つの切り替え不能格子を含み得る。実施形態によっては、図１５Ａ～図１５Ｃに示された光学システム１５００では、インカップリングインカップリング要素１５３１Ａ、１５３１Ｂ、１５３１Ｃのうちの少なくとも１つが、少なくとも１つの切り替え不能格子を含み得る。実施形態によっては、光学システム１５００では、アウトカップリング要素１５３５Ａ、１５３５Ｂ、１５３５Ｃ、または１５３５Ｄのうちの少なくとも１つに、少なくとも１つの切り替え不能格子が含まれ得る。実施形態によっては、図１６Ａ～図１６Ｃに示された光学システム１６００では、インカップリング要素１６３１は少なくとも１つの切り替え不能格子を含み得る。光学システム１６００では、アウトカップリング要素１６３５Ａ、１６３５Ｂ、または１６３５Ｃのうちの少なくとも１つに、少なくとも１つの切り替え不能格子が含まれ得る。

実施形態によっては、格子（またはインカップリング要素もしくはアウトカップリング要素）の積層は、少なくとも１つの直接切り替え可能格子と少なくとも１つの間接切り替え可能格子との組み合わせを含み得る。例えば、図１６Ａ～図１６Ｃに示された光学システム１６００では、直接切り替え可能アウトカップリング要素（または格子）は、間接切り替え可能アウトカップリング要素１６３５Ａ、１６３５Ｂ、および１６３５Ｃと積み重ねられてよい。実施形態によっては、アウトカップリング要素１６３５Ａ、１６３５Ｂ、および１６３５Ｃのうちの１つが直接切り替え可能アウトカップリング要素によって置換され得る。実施形態によっては、図１５Ａ～図１５Ｃに示された光学システム１５００では、直接切り替え可能アウトカップリング要素（または格子）は、間接切り替え可能アウトカップリング要素１５３５Ａ、１５３５Ｂ、および１５３５Ｃと積み重ねられてよい。実施形態によっては、図１４Ａおよび図１４Ｂに示された光学システム１４００では、直接切り替え可能インカップリング要素（または格子）は、間接切り替え可能インカップリング格子１４３１Ａまたは１４３１Ｂと積み重ねられてよい。実施形態によっては、直接切り替え可能アウトカップリング要素（または格子）は、間接切り替え可能アウトカップリング格子１４３５Ａまたは１４３５Ｂと積み重ねられてよい。

実施形態によっては、図１３Ａ～図１３Ｄに示された光学システム１３００に含まれるインカップリング要素１３３１、アウトカップリング要素１３３５、または方向転換要素１３３３のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの直接切り替え可能格子と少なくとも１つの間接切り替え可能格子との組み合わせを含み得る。実施形態によっては、図１２Ａ～図１２Ｃに示された光学システム１２００では、アウトカップリング要素１２３５の格子の配列は、少なくとも１つの直接切り替え可能格子および少なくとも１つの間接切り替え可能格子を含み得る。実施形態によっては、図１１Ａ～図１１Ｃに示された光学システム１１００では、アウトカップリング要素１１３５に含まれるアウトカップリング格子の積層は、少なくとも１つの直接切り替え可能格子と少なくとも１つの間接切り替え可能格子との組み合わせを含み得る。実施形態によっては、図２Ａ、図２Ｂ、および図４に示された光学システムでは、インカップリング要素２３１、アウトカップリング要素２３５、および／または方向転換要素２３３のうちの少なくとも１つが、少なくとも１つの直接切り替え可能格子と少なくとも１つの間接切り替え可能格子との組み合わせを含み得る。

実施形態によっては、図１２Ａ～図１２Ｃに示された光学システム１２００には、１つまたは複数の格子が積層構成に配置されて、次いで、図６Ｃに示された構成に類似して、交互配置のアウトカップリング要素１２３５と積み重ねられたものが含まれ得る。言い換えれば、図１１Ａおよび図１２Ａに表された実施形態または特徴は、１つの光学システムに組み合わされ得る。

実施形態によっては、図１５Ａ～図１５Ｃに示されるように、各導波路（１５１０Ａ、１５１０Ｂ、または１５１０Ｃ）が、アウトカップリング要素と偏光スイッチとの積層、インカップリング要素と偏光スイッチとの積層、または両方と結合され得る。実施形態によっては、各導波路と結合されたアウトカップリング要素の各積層は、図１６Ａに示されたアウトカップリング要素の積層に類似の構成を有し得る。実施形態によっては、各導波路と結合されたアウトカップリング要素の各積層が、少なくとも１つの交互配置された間接切り替え可能格子配列と少なくとも１つの偏光スイッチ配列との積層構成を有し得る。実施形態によっては、各導波路と結合されたアウトカップリング要素の各積層が、図６Ｄに示された構成に類似の、互いに積み重ねた２つ以上の交互配置された間接切り替え可能格子の配列を含み得る。実施形態によっては、各導波路と結合されたインカップリング要素の各積層は、図６Ａ～図６Ｄに示された格子の積層に類似の構成を有し得る。図１５Ａに示された光学システム１５００では、実施形態によっては、画像光を３つの導波路１５１０Ａ、１５１０Ｂ、および１５１０Ｃに案内するために共通のインカップリング要素が使用され得る。例えば、インカップリング要素に含まれるインカップリング格子の積層が、別々の導波路に関連付けられ得る。

実施形態によっては、図１４Ａ～図１６Ｃに示されたインカップリング要素（またはインカップリング格子）またはアウトカップリング要素（またはアウトカップリング格子）のうちの少なくとも１つが、図６Ｂに示された構成に類似の交互配置の格子配列を含み得る。実施形態によっては、図１４Ａ～図１６Ｃに示された光学システムには、交互配置の格子配列を有する少なくとも１つの追加のインカップリング要素（またはインカップリング格子）および／または少なくとも１つの追加のアウトカップリング要素（またはアウトカップリング格子）が含まれ得る。実施形態によっては、交互配置の格子配列は、全ての切り替え可能格子、全ての切り替え不能格子、あるいは少なくとも１つの切り替え可能格子と少なくとも１つの切り替え不能格子との組み合わせを含み得る。実施形態によっては、交互配置の格子配列は、全ての直接切り替え可能格子、全ての間接切り替え可能格子、あるいは少なくとも１つの直接切り替え可能格子と少なくとも１つの間接切り替え可能との組み合わせを含み得る。

本開示では、圧縮アイボックスのサイズは非圧縮アイボックスのサイズよりも小さいと説明されている。これは１つの例示的実施形態である。開示された光学システムおよび格子では、時間インスタンスによっては、画像光を複数のサブアイボックス（すなわち非圧縮アイボックス）に案内するために、導波路と結合された複数の格子のうちの全てが活性化される可能性がある。よって、ある特定の時間インスタンスまたは期間において、圧縮アイボックスのサイズが非圧縮アイボックスのサイズと同じになり得る。

圧縮アイボックスを提供するための開示された導波路ディスプレイアセンブリおよび方法は、ユーザの眼の瞳の位置と動的に位置合わせされ得、例えばニアアイディスプレイ（「ＮＥＤ」）、ヘッドアップディスプレイ（「ＨＵＤ」））、頭部装着型ディスプレイ（「ＨＭＤ」）、スマートフォン、ラップトップコンピュータ、またはテレビなどの様々なシステムに実装され得る。加えて、開示された導波路ディスプレイシステムは、ユーザの眼の瞳の位置と動的に位置合わせする圧縮アイボックスを提供するための機構を説明する例示のためのものである。ユーザの眼の瞳の位置と動的に位置合わせする圧縮アイボックスを提供するための機構は、開示された導波路ディスプレイシステム以外の任意の適切なディスプレイシステムに適用可能であり得る。本明細書に示されて開示された偏光選択性格子は例示のためのものである。偏光選択性格子に関して本明細書で説明されたものと同一または類似の設計原理に従って、圧縮アイボックスを提供するために、任意の適切な偏光選択性要素が使用され、かつ構成され得る。例えば、偏光選択性要素は、サブ波長構造、液晶、光屈折性ホログラフィ材料、またはそれらの組み合わせを含む、偏光選択性格子またはホログラフィ要素を含み得る。実施形態によっては、偏光選択性格子に関して本明細書で説明されたものと同一または類似の設計原理に従って、圧縮アイボックスを提供するために、偏光選択性要素も実装されて構成され得る。実施形態によっては、偏光非選択性要素および偏光選択性要素は、光偏向要素と称されることがある。実施形態によっては、光偏向要素は、回折格子、縦続接続反射器、角柱面要素、および／またはホログラフィ反射器の配列、またはそれらの組み合わせを含み得る。

例えば、いくつかの実施形態では、開示された光学システムは、１つまたは複数の導波路と、１つまたは複数の導波路に結合された複数の光偏向要素とを含み得る。画像光を、非圧縮アイボックスを形成する複数のサブアイボックス通って伝搬するように案内する（例えば偏向させる）ために、光偏向要素の複数の組み合わせが構成可能であり得る。開示された導波路ディスプレイアセンブリは、光偏向要素の１つまたは複数の組み合わせを、偏向状態で動作するよう選択的に構成して、画像光を、非圧縮アイボックスよりもサイズが小さい圧縮アイボックスを形成する１つまたは複数のサブアイボックスを通って伝搬するよう案内させる（例えば偏向させる）ように構成されたコントローラも含み得る。コントローラは、光偏向要素の１つまたは複数の残りの組み合わせを非偏向状態で動作するよう選択的に構成して、画像光を、無視できる程度の偏向で透過させるようにさらに構成され得る。

実施形態によっては、開示された光学システムは、画像光を放射するように構成された光源を含み得る。この光学システムは、光源に対して光学的に結合された複数の光偏向要素も含み得る。光学システムはコントローラをさらに含み得、コントローラは、複数の光偏向要素のうちの１つまたは複数の光偏向要素を偏向状態で動作するよう選択的に構成して、画像光を、複数のサブアイボックスのうちの１つまたは複数のサブアイボックスを通って伝搬するよう案内させる（例えば偏向させる）ように構成されている。複数のサブアイボックスが非圧縮アイボックスを規定してよく、１つまたは複数のサブアイボックスが、非圧縮アイボックスよりもサイズが小さい圧縮アイボックスを規定してよい。コントローラは、１つまたは複数の残りの光偏向要素を非偏向状態で動作するよう選択的に構成して、画像光を、無視できる程度の偏向で透過させるようにさらに構成され得る。

図１７Ｃは、本開示の一実施形態による、圧縮アイボックスを提供するための方法１７８０を示す流れ図である。方法１７８０は、画像光を生成するステップ（ステップ１７８５）を含み得る。画像光は仮想画像を表し得る。方法１７８０は、複数の光偏向要素のうちの１つまたは複数の光偏向要素を偏向状態で動作するよう選択的に構成して、画像光を、複数のサブアイボックスのうちの１つまたは複数のサブアイボックスを通って伝搬するように案内させるステップであって、複数のサブアイボックスが非圧縮アイボックスを画定し、複数のサブアイボックスのうちの１つまたは複数のサブアイボックスが、非圧縮アイボックスよりもサイズが小さい圧縮アイボックスを規定する、ステップ（ステップ１７９０）も含み得る。方法１７８０は追加のステップを含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、開示された方法は、複数の光偏向要素のうちの１つまたは複数の光偏向要素を、偏向状態で動作するよう選択的に構成して、画像光を、視標追跡情報を基に、圧縮アイボックスを規定する１つまたは複数のサブアイボックスを通って伝搬するように案内させる（例えば偏向させる）ステップを含み得る。実施形態によっては、開示された方法は、視標追跡システムによって視標追跡情報を得るステップを含み得る。実施形態によっては、視標追跡情報を得るステップは、眼の瞳の画像データを得るステップと、画像データを分析して、眼の瞳のサイズ、眼の瞳の位置、眼の瞳の視線方向、または眼の瞳の運動方向のうちの少なくとも１つを得るステップとを含み得る。実施形態によっては、視標追跡情報を得るステップは、眼の瞳のサイズ、眼の瞳の位置、眼の瞳の視線方向、または眼の瞳の運動方向のうちの少なくとも１つ予測するステップを含み得る。実施形態によっては、開示された方法は、複数の光偏向要素のうちの１つまたは複数の残りの光偏向要素を非偏向状態で動作するよう選択的に構成して、画像光を、無視できる程度の偏向で透過させる（例えば、非偏向状態で動作する１つまたは複数の残りの光偏向要素は、入射してくる画像光の伝搬方向を変化させなくてよい）ステップも含み得る。

本開示の実施形態の前述の説明は、例示のために提示されたものである。これは、網羅的であること、または本開示を開示された明確な形態に限定することを意図するわけではない。当業者なら、上記の開示に照らして、修正形態および変形形態が可能であることを理解することができる。

この説明のいくつかの部分では、本開示の実施形態が、情報に対する操作のアルゴリズムや記号表現によって説明されていることがある。これらの操作は、機能的、計算的、または論理的に説明されているが、コンピュータプログラムまたは同等の電気回路、マイクロコード等によって実施され得る。その上、時には、これらの操作の機構をモジュールと称するのが、一般性を損なうことなく好都合であることが判明している。説明された操作および関連するモジュールは、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはその任意の組み合わせで具現され得る。

本明細書に説明されたステップ、操作、またはプロセスのうちの任意のものが、１つまたは複数のハードウェアおよび／またはソフトウェアのモジュールを、単独で、または他のデバイスとの組み合わせで用いて、実行または実施され得る。一実施形態では、ソフトウェアモジュールは、説明されたステップ、操作、またはプロセスのうちの任意のものまたは全てを実行するためにコンピュータプロセッサによって実行され得るコンピュータプログラムコードを含有しているコンピュータ可読媒体を含むコンピュータプログラム製品を用いて実施される。実施形態によっては、ハードウェアモジュールは、デバイス、システム、光学要素、コントローラ、電気回路、論理ゲートなどのハードウェアコンポーネントを含み得る。

本開示の実施形態は、本明細書の操作を実行するための装置にも関係し得る。この装置は、特定の目的のために特別に構築され得、かつ／またはコンピュータに記憶されたコンピュータプログラムによって選択的に活性化または再構成される汎用コンピュータデバイスを含み得る。そのようなコンピュータプログラムは、コンピュータシステムバスに結合され得る、非一時的かつ有体のコンピュータ可読記憶媒体、または電子的命令を記憶するのに適する任意のタイプの記録媒体に記憶されてよい。非一時的コンピュータ可読記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、読取り専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、電気的プログラム可能読取り専用メモリ（「ＥＰＲＯＭ」）、電気的消去可能プログラム可能読取り専用メモリ（「ＥＥＰＲＯＭ」）、レジスタ、ハードディスク、半導体ディスクドライブ、スマートメディアカード（「ＳＭＣ」）、セキュアデジタルカード（「ＳＤ」）、フラッシュカードなどの、プログラムコードを記憶することができる任意の媒体であり得る。その上、明細書に説明されたあらゆるコンピュータシステムが、１つのプロセッサを含むものでよく、または計算能力を強化するために複数のプロセッサを採用するアーキテクチャでもよい。プロセッサは、中央処理装置（「ＣＰＵ」）、グラフィック処理ユニット（「ＧＰＵ」）、あるいはデータを処理し、かつ／またはデータを基に計算を実行するように構成された任意の処理デバイスでよい。プロセッサは、ソフトウェアコンポーネントとハードウェアコンポーネントとの両方を含み得る。例えば、プロセッサは、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）、プログラム可能論理回路（「ＰＬＤ」）、またはその組み合わせなどのハードウェアコンポーネントを含み得る。ＰＬＤは、結合プログラム可能論理回路（「ＣＰＬＤ」）、フィールドプログラマブルゲートアレイなど（「ＦＰＧＡ」）でよい。

本開示の実施形態は、本明細書に説明された計算プロセスによって生成される製品にも関係し得る。そのような製品は、計算プロセスに由来する情報を含み得、この情報は、非一時的かつ有体のコンピュータ可読記憶媒体に記憶され、コンピュータプログラム製品の任意の実施形態、または本明細書で説明した他のデータの組み合わせを含み得る。

さらに、図面に示された１つの実施形態が１つの要素を示すとき、この実施形態または図には示されていないが本開示の範囲内に入る別の実施形態は、複数のそのような要素を含み得ることが理解される。同様に、図面に示された１つの実施形態が複数のそのような要素を示すとき、この実施形態または図には示されていないが本開示の範囲内に入る別の実施形態は、そのような要素を１つだけ含む可能性もあることが理解される。図面に示された要素の数は例示のみを目的としており、実施形態の範囲を限定するものと解釈されるべきでない。その上に、他に断らない限り、図面に示された実施形態は相互排除ではなく、任意の適切なやり方で組み合わされ得る。例えば、１つの図／実施形態に示された要素は、別の図／実施形態に示されていなくても、この、別の図／実施形態に含まれる可能性がある。本明細書に開示された、１つまたは複数の光学層、フィルム、板、または要素を含む任意の光学デバイスにおいて、図に示された層、フィルム、板、または要素の数は、例示のみを目的とするものである。図示されていないが本開示の範囲内に入る他の実施形態では、同一または別の図／実施形態に示された、同一または別の層、フィルム、板、または要素は、積層を形成するために、様々なやり方で組み合わされてよく、または繰り返されてよい。

例示的実装形態を例証するために様々な実施形態が説明されてきた。当業者なら、開示された実施形態を基に、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な他の変更形態、修正形態、再配置、および置換を構成するであろう。したがって、本開示は、上記の実施形態を参照しながら詳細に説明されているが、前述の実施形態に限定されることはない。本開示は、本開示の範囲から逸脱することなく、他の同等の形態で具現され得る。本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲において規定される。

Claims (15)

1. １つまたは複数の導波路と、
   前記１つまたは複数の導波路と結合された複数の格子セットであって、
   前記格子セットからの格子の複数の組み合わせが、画像光を、非圧縮アイボックスを形成する複数のサブアイボックスを通って伝搬するよう案内するように構成可能である、複数の格子セットと、
   格子の１つまたは複数の組み合わせを、前記非圧縮アイボックスのサイズよりも小さいサイズを有する圧縮アイボックスを形成する１つまたは複数のサブアイボックスを通って伝搬するよう前記画像光を案内するために、回折状態で動作するよう選択的に構成するように構成されたコントローラと、
   を備える、システム。
2. 前記コントローラが、格子の残りの１つまたは複数の組み合わせを非回折状態で動作するよう選択的に構成するようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム。
3. 視標追跡デバイスが、眼の瞳の視標追跡情報を得るように構成されていることをさらに含み、
   前記コントローラが前記視標追跡デバイスと結合されており、前記視標追跡情報に基づいて格子の前記１つまたは複数の組み合わせを前記回折状態で動作するよう選択的に構成するように構成されており、好ましくは、前記視標追跡情報が、前記眼の瞳のサイズ、前記眼の瞳の位置、前記眼の瞳の視線方向、または前記眼の瞳の運動方向のうちの少なくとも１つを含み、好ましくは、前記圧縮アイボックスの前記サイズが前記眼の瞳の前記サイズと少なくとも同程度であり、前記圧縮アイボックスの場所が前記眼の瞳の前記位置に対応する、請求項１または２に記載のシステム。
4. 格子の前記１つまたは複数の組み合わせが１つまたは複数の直接切り替え可能格子を含み、好ましくは、１つまたは複数の電圧を前記１つまたは複数の直接切り替え可能格子に供給するように構成された１つまたは複数の電源をさらに備え、
   前記コントローラが、前記１つまたは複数の電源を、前記１つまたは複数の直接切り替え可能格子を前記回折状態で動作するよう構成するために、前記１つまたは複数の電圧を供給するよう制御するように構成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
5. 格子の前記１つまたは複数の組み合わせが１つまたは複数の間接切り替え可能格子を含み、好ましくは、前記１つまたは複数の間接切り替え可能格子と光学的に結合された１つまたは複数の偏光スイッチをさらに備え、
   前記コントローラが、前記１つまたは複数の偏光スイッチを、前記画像光が前記１つまたは複数の間接切り替え可能格子に入射する前の前記画像光の偏光を変化させるために、切り替え状態で動作するよう、または前記画像光が前記１つまたは複数の間接切り替え可能格子に入射する前の前記画像光の前記偏光を維持するために、非切り替え状態で動作するよう制御するように構成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 格子の前記１つまたは複数の組み合わせが１つまたは複数の直接切り替え可能格子および１つまたは複数の間接切り替え可能格子を含み、好ましくは、
   １つまたは複数の電圧を前記１つまたは複数の直接切り替え可能格子に供給するように構成された１つまたは複数の電源であって、前記コントローラが、前記１つまたは複数の電源を、前記１つまたは複数の直接切り替え可能格子を前記回折状態で動作するよう構成するために、前記１つまたは複数の電圧を供給するよう制御するように構成されている、１つまたは複数の電源と、
   前記１つまたは複数の間接切り替え可能格子と光学的に結合された１つまたは複数の偏光スイッチであって、前記コントローラが、前記１つまたは複数の偏光スイッチを、前記画像光が前記１つまたは複数の間接切り替え可能格子に入射する前の前記画像光の偏光を変化させるために、切り替え状態で動作するよう、または前記画像光が前記１つまたは複数の間接切り替え可能格子に入射する前の前記画像光の前記偏光を維持するために、非切り替え状態で動作するよう制御するように構成されている、１つまたは複数の偏光スイッチと、
   をさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
7. 前記複数のサブアイボックスが少なくとも部分的に重なり合っている、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
8. 前記複数の格子セットのうちの少なくとも１つが、積層構成または交互配置構成のうちの少なくとも一方で配列された格子を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のシステム。
9. 前記複数の格子セットのうちの少なくとも１つが、変動する傾斜角を有する格子を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載のシステム。
10. 前記１つまたは複数の導波路と結合された前記複数の格子セットがインカップリング格子セットおよびアウトカップリング格子セットを含み、
    前記格子セットからの格子の前記１つまたは複数の組み合わせのうちの少なくとも１つが、前記インカップリング格子セットからのインカップリング格子および前記アウトカップリング格子セットからのアウトカップリング格子を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のシステム。
11. 前記コントローラが、格子の前記１つまたは複数の組み合わせを、前記画像光の所定の視野を、前記圧縮アイボックスを形成する前記１つまたは複数のサブアイボックスの各々に向けて送るために、前記回折状態で動作するよう選択的に構成するように構成されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載のシステム。
12. 前記非圧縮アイボックスを通って伝搬する前記画像光の第１の視野が、前記圧縮アイボックスを通って伝搬する前記画像光の第２の視野と実質的に同じである、請求項１から１１のいずれか一項に記載のシステム。
13. ニアアイディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ、またはヘッドマウンテッドディスプレイの構成要素である、請求項１から１２のいずれか一項に記載のシステム。
14. 画像光を放射するように構成された光源と、
    前記光源と光学的に結合された複数の光偏向要素と、
    前記複数の光偏向要素のうちの１つまたは複数の光偏向要素を、複数のサブアイボックスのうちの１つまたは複数のサブアイボックスを通って伝搬するよう前記画像光を案内するために、偏向状態で動作するよう選択的に構成するように構成されたコントローラであって、前記複数のサブアイボックスが非圧縮アイボックスを規定し、前記１つまたは複数のサブアイボックスが、前記非圧縮アイボックスのサイズよりも小さいサイズを有する圧縮アイボックスを規定する、コントローラと、
    を備えるシステム。
15. 前記コントローラが、視標追跡情報に基づいて、前記１つまたは複数の光偏向要素を、前記画像光を前記圧縮アイボックスへ案内するために、前記偏向状態で動作するよう選択的に構成するように構成されている、請求項１４に記載のシステム。

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