JP2023509294A - スイッチ可能なパンチャラトナム－ベリー位相格子積層体 - Google Patents

Abstract

様々な実施形態によって、中心窩適応ディスプレイシステムおよびそのコンポーネントが説明される。中心窩適応ディスプレイシステムは、中心窩ディスプレイモジュールと直列に配設される周辺ディスプレイモジュールを含む。周辺ディスプレイモジュールは、ユーザの周辺視力用に低解像度で大きい視野の結像を生成するように構成される。中心窩ディスプレイモジュールは、高解像度の結像がユーザの目の注視の中心窩領域に向けてフォーカスされる、中心窩適応レンダリングを実行するように構成される。周辺ディスプレイモジュールは、比較的コンパクトな設計であるパンケーキレンズ内部に配設されるディフューザを含んでもよい。中心窩ディスプレイモジュールは、仮想画像をユーザの目に見える視野全体を覆うようにステアリングすることができるように、ビームステアリングデバイス（５２４）のステアリング範囲を大きくするパンチャラトナム－ベリー位相格子積層体（８０２）を含んでもよい。【選択図】図５

Description

関連出願の相互参照
本出願は、「Ｆｏｖｅａｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｓｙｓｔｅｍ」および「Ｐａｎｃａｋｅ Ｌｅｎｓ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｄｉｆｆｕｓｅｒ」と題される特許出願に関し、これらは本出願と同一の譲受人に譲渡され、また本出願と同日に提出されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

様々な実施形態の分野
本開示の実施形態は、一般的に光学システムに関し、より詳細には中心窩適応ディスプレイシステムに関する。

関連技術の説明
人工現実システムは、完全に生成されたコンテンツを含み得るコンテンツ、またはキャプチャした（例えば、現実世界の）コンテンツと組み合わせて生成されたコンテンツを表示する。現実的なディスプレイは、ユーザがユーザ自身の周辺視力、ならびにユーザの目の裏に位置する網膜中心窩（本明細書では「中心窩」とも称される）により作り出される高視力で見るものを考慮するべきである。ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）システムなどのいくつかの人工現実システムでは、小型のフォームファクタおよび軽量設計がさらに望ましい。このような人工現実システムを設計することは、難しいことが証明されている。

本開示の一実施形態は、光学システムを説明する。光学システムは、２つのパンチャラトナム－ベリー位相（ＰＢＰ）格子を含む。光学システムは、ＰＢＰ格子間に配設されたスイッチ可能な半波長板をさらに含む。

ＰＢＰ格子は、スイッチ可能な半波長板がスイッチオンされると光をある角度で回折するように構成されてもよく、ＰＢＰ格子は、スイッチ可能な半波長板がスイッチオフされると光を通過させるように構成されてもよい。

光学システムは、視線追跡モジュールをさらに含んでもよく、スイッチ可能な半波長板は、第１の視線追跡モジュールを使用して決定された瞳孔位置に基づいて制御されてもよい。

光学システムは、２つの追加的なＰＢＰ格子および２つの追加的なＰＢＰ格子間に配設された追加的なスイッチ可能な半波長板をさらに含んでもよい。

２つのＰＢＰ格子およびスイッチ可能な半波長板は、第１の方向に光をステアリングするように構成されてもよく、２つの追加的なＰＢＰ格子および追加的なスイッチ可能な半波長板は、第１の方向に直交してもよい第２の方向に光をステアリングするように構成されてもよい。

光学システムは、ビームステアリングデバイスをさらに含んでもよく、２つのＰＢＰ格子およびスイッチ可能な半波長板は、ビームステアリングデバイスのステアリング範囲を大きくするために使用されてもよい。

２つのＰＢＰ格子およびスイッチ可能な半波長板は、ビームステアリングデバイスより手前の光路中に配設されてもよい。

光学システムは、結像をユーザの目の注視の中心窩領域でフォーカスするように構成することができる、ヘッドマウントディスプレイの中心窩ディスプレイモジュールに含まれてもよい。

スイッチ可能な半波長板は、オフ状態で光を通過させることができ、オン状態では、光の偏光の左右像を変えることができる。

本開示の別の実施形態は、ディスプレイシステムを説明する。ディスプレイシステムは、光源を含む。ディスプレイシステムは、複数のパンチャラトナム－ベリー位相（ＰＢＰ）格子を含む光学積層体をさらに含む。光学積層体は、少なくとも２つのモード間でスイッチ可能である。

少なくとも２つのモードは、光学積層体に入射する光が光学積層体を通過することができる第１のモード、および光学積層体に入射する光が光学積層体によってある角度で回折され得る第２のモードを含んでもよい。

光学積層体は、２つのＰＢＰ格子および２つのＰＢＰ格子間に配設されたスイッチ可能な半波長板を含んでもよい。

光学積層体は、２つの追加的なＰＢＰ格子および２つの追加的なＰＢＰ格子間に配設された追加的なスイッチ可能な半波長板をさらに含んでもよい。

２つのＰＢＰ格子およびスイッチ可能な半波長板は、第１の方向に光をステアリングするために使用されてもよく、２つの追加的なＰＢＰ格子および追加的な半波長板は、第１の方向に直交してもよい第２の方向に光をステアリングするために使用されてもよい。

ディスプレイシステムは、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーをさらに含んでもよく、光学積層体はＭＥＭＳミラーのステアリング範囲を大きくするよう制御可能であってもよい。

光学積層体は、ＭＥＭＳミラーより手前の光路中に配設されてもよい。

ディスプレイシステムは、人工現実システムに含まれてもよい。

本開示の別の実施形態は、方法を説明する。方法は、ユーザの目の瞳孔位置を検出することを含む。方法は、検出された瞳孔位置に基づいて光をステアリングする角度を決定することをさらに含む。加えて、方法は、光学積層体が少なくとも２つのモード間でスイッチ可能な場合、複数のパンチャラトナム－ベリー位相（ＰＢＰ）格子を含む少なくとも１つの光学積層体を使用してその角度で光をステアリングすることを含む。

光学積層体は、２つのＰＢＰ格子および２つのＰＢＰ格子間に配設されたスイッチ可能な半波長板を含んでもよく、少なくとも２つのモードは、光学積層体に入射する光が光学積層体を通過することができる第１のモード、および光学積層体に入射する光が光学積層体によってある角度で回折され得る第２のモードを含んでもよい。

光は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーを使用して、ある角度でさらにステアリングされてもよく、光学積層体はＭＥＭＳミラーのステアリング範囲を大きくするよう制御可能であってもよい。

本明細書で開示される中心窩適応ディスプレイシステムの１つの利点は、中心窩適応ディスプレイシステムが、ユーザの目の注視の中心窩領域には高解像度の仮想結像を、それと共にユーザの目の注視の他の領域には低解像度で大きい視野の背景結像を生成することである。投影結像を生成するために使用されるディフューザは、パンケーキレンズ内に配設することが可能であり、パンケーキレンズは、小型のフォームファクタおよび重量が検討事項となるＨＭＤや他のデバイスを用いる用途に有益な比較的コンパクトな（つまり、より薄い）設計である。加えて、スイッチ可能なパンチャラトナム－ベリー位相格子積層体は、例えば仮想結像に関する光が、ユーザの目に見える視野全体を覆うようにステアリングすることができるように、高解像度の仮想結像を生成するために使用されるビームステアリングデバイスのステアリング範囲を大きくするために使用することが可能である。これらの技術上の利点は、従来技術の手法に優る１つまたは複数の技術的な進歩を代表する。

様々な実施形態の上述の特徴が詳細に理解され得るやり方、上で簡略に要約された開示される概念のさらに特定の説明は、様々な実施形態を参照することによって得ることができ、それらの一部は添付の図面に図示される。しかしながら、添付の図面は、開示される概念の典型的な実施形態のみを図示しており、故にいかなる範囲の限定と解釈されてはならず、他に同様の効果的な実施形態があることに留意されたい。

様々な実施形態による、ニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）の図である。 図１Ａに示されるＮＥＤの実施形態の前方剛体の断面図である。 様々な実施形態による、ＮＥＤとして実装されるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）の図である。 様々な実施形態による、ニアアイディスプレイとして実装される図２ＡのＨＭＤの断面図である。 様々な実施形態による、ＮＥＤシステムのブロック図である。 様々な実施形態による、中心窩適応ディスプレイシステムを図示する概略図である。 様々な実施形態による、中心窩適応ディスプレイシステムのコンポーネントをさらに詳細に示す図である。 様々な実施形態による、ディフューザを含むパンケーキレンズを図示する概略図である。 様々な実施形態による、ディフューザを含むパンケーキレンズの動作を図示するレイトレーシング図である。 様々な実施形態による、図４の中心窩ディスプレイモジュールの光学構成を図示する概略図である。 様々な実施形態による、図４の中心窩ディスプレイモジュールのコンポーネントをさらに詳細に示す図である。 様々な実施形態による、スイッチ可能なパンチャラトナム－ベリー位相（ＰＢＰ）格子積層体のコンポーネントおよび動作の図である。 様々な実施形態による、ＰＢＰ格子の図である。 様々な実施形態による、中心窩適応ディスプレイシステムを使用して人工現実コンテンツを生成する方法を示す図である。 様々な実施形態による、図１２の方法のステップのさらに詳細なステップの図である。 様々な実施形態による、図１２の方法のステップのさらに詳細な別のステップの図である。

以下の説明では、様々な実施形態のさらなる理解を与えるために、数多くの具体的な詳細が説明される。しかしながら、当業者には、開示される概念は、これらの具体的な詳細のうちの１つまたは複数を伴わずに実践され得ることが明らかである。

構成概要
本明細書で開示される１つまたは複数の実施形態は、中心窩適応ディスプレイシステムに関する。中心窩適応ディスプレイシステムは、中心窩ディスプレイモジュールと直列に配設される周辺ディスプレイモジュールを含む。周辺ディスプレイモジュールは、ユーザの周辺視力用に低解像度で大きい視野（ＦＯＶ）の結像を生成するように構成される一方で、中心窩ディスプレイモジュールは、高解像度の結像がユーザの目の注視の中心窩領域に向けてフォーカスされる、中心窩適応レンダリングを実行するように構成される。加えて、現実世界の光は、周辺と中心窩のディスプレイモジュールを通過し、ユーザによって観察することが可能である。

周辺ディスプレイモジュールは、ユーザの周辺視力用の背景結像を、背景結像を拡散するディフューザに投影する投影デバイス、ならびに背景結像がユーザにとってさらに遠くに見えるように光の伝播距離を大きくするパンケーキレンズを含む。ディフューザは、いくつかの実施形態では、偏光、角度、および波長選択的である。このようなディフューザは、例えばコレステリック液晶材料を使用して構成することができる。動作中、円偏光した光は傾斜した角度でディフューザに投影され、パンケーキレンズ内で２回跳ね返る。いくつかの実施形態では、ディフューザはまた、パンケーキレンズ内に含まれてもよく、これは、ディフューザがパンケーキレンズの外部にあるものよりもコンパクトな（つまり、より薄い）設計である。

中心窩ディスプレイモジュールは、ホログラフィックディスプレイ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーなどのビームステアリングデバイス、ホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）レンズなどの角度－波長選択的レンズ、ならびに視線追跡デバイスを含む。動作中、ビームステアリングデバイスは、視線追跡デバイスによってキャプチャされる瞳孔位置に基づいて、光をホログラフィックディスプレイから、角度－波長選択的レンズを介してユーザの目の注視の中心窩領域に向けてフォーカスするよう制御可能である。いくつかの実施形態では、中心窩ディスプレイモジュールはまた、ビームステアリングデバイスのステアリング範囲を大きくする、スイッチ可能なパンチャラトナム－ベリー位相（ＰＢＰ）格子積層体を含んでもよい。そのような事例では、スイッチ可能なＰＢＰ格子積層体は、２つのＰＢＰ格子間に配設されたスイッチ可能な半波長板を含んでもよい。スイッチ可能なＰＢＰ格子積層体中の１つのＰＢＰ格子によって作り出される回折角は、スイッチ可能な半波長板がオンである場合と、スイッチ可能な半波長板がオフである場合とでは、スイッチ可能な半波長板によって出力される光の偏光の左右像に基づいて、異なる。

本開示の実施形態はまた、人工現実システムを含むか、人工現実システムと併せて実装されてもよい。人工現実は、例えば、仮想現実（ＶＲ）システム、拡張現実（ＡＲ）システム、複合現実（ＭＲ）システム、ハイブリッド現実システム、またはそれらの何らかの組み合わせおよび／もしくは派生物を含み得る、ユーザへの提示前に何らかの様式で調節された現実の形態である。人工現実コンテンツは、限定はしないが、完全に生成されたコンテンツ、またはキャプチャした（例えば、現実世界の）コンテンツと組み合わせて生成されたコンテンツを含み得る。人工現実コンテンツは、限定はしないが、動画、音声、触覚フィードバック、またはそれらの何らかの組み合わせを含み得る。人工現実コンテンツは、単一のチャネルまたは複数のチャネルにおいて提示され得る（視聴者に三次元効果を作り出すステレオ動画像など）。加えて、いくつかの実施形態において、人工現実システムはまた、例えば、人工現実システムにおいてコンテンツを作成するために使用される、および／または人工現実システムにおいて別途使用される（例えば、人工現実においてアクティビティを実施する）、アプリケーション、製品、アクセサリ、サービス、またはそれらの何らかの組み合わせと関連付けられ得る。人工現実システムは、ホストコンピュータシステムに接続されたヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、スタンドアローンＨＭＤ、モバイルデバイスもしくはコンピューティングシステム、または１もしくは複数の視聴者に人工現実コンテンツを提供することができる任意の他のハードウェアプラットフォームを含む、様々なプラットフォームに実装され得る。

本開示の実施形態はまた、人工現実システムを含むか、人工現実システムと併せて実装されてもよい。人工現実は、例えば、ＶＲシステム、ＡＲシステム、ＭＲシステム、ハイブリッド現実システム、またはそれらの何らかの組み合わせおよび／もしくは派生物を含み得る、ユーザへの提示前に何らかの様式で調節された現実の形態である。人工現実コンテンツは、限定はしないが、完全に生成されたコンテンツ、またはキャプチャした（例えば、現実世界の）コンテンツと組み合わせて生成されたコンテンツを含み得る。人工現実コンテンツは、限定はしないが、動画、音声、触覚フィードバック、またはそれらの何らかの組み合わせを含み得る。人工現実コンテンツは、単一のチャネルまたは複数のチャネルにおいて提示され得る（視聴者に三次元効果を作り出すステレオ動画像など）。加えて、いくつかの実施形態において、人工現実システムはまた、例えば、人工現実システムにおいてコンテンツを作成するために使用される、および／または人工現実システムにおいて別途使用される（例えば、人工現実においてアクティビティを実施する）、アプリケーション、製品、アクセサリ、サービス、またはそれらの何らかの組み合わせと関連付けられ得る。人工現実システムは、ホストコンピュータシステムに接続されたＨＭＤ、スタンドアローンＨＭＤ、モバイルデバイスもしくはコンピューティングシステム、または１もしくは複数の視聴者に人工現実コンテンツを提供することができる任意の他のハードウェアプラットフォームを含む、様々なプラットフォームに実装され得る。

システム概要
図１Ａは、様々な実施形態による、ニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）１００の配線図である。ＮＥＤおよびヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）は本明細書では参照例として開示されるが、中心窩適応ディスプレイシステムを含むディスプレイデバイスはまた、ヘッドマウントにせず、ユーザの片目または両目に近接して固定位置で配置するために構成されてもよい（例えば、ディスプレイデバイスは、ユーザの片目または両目の前方に配置するために、車や航空機などの乗り物に搭載されてもよい）。

示されるように、ＮＥＤ１００は、前方剛体１０５およびバンド１１０を含む。前方剛体１０５は、電子ディスプレイ（図示せず）の１つまたは複数の電子ディスプレイ素子、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）１１５、１つまたは複数の位置センサ１２０、およびロケータ１２５を含む。図１Ａに図示されるように、位置センサ１２０はＩＭＵ１１５内に配置され、ＩＭＵ１１５と位置センサ１２０のいずれもユーザには見えない。ＮＥＤ１００がＡＲまたはＭＲデバイスとして機能する様々な実施形態において、ＮＥＤ１００の一部および／またはその内部コンポーネントは、少なくとも部分的に透明である。

図１Ｂは、図１Ａに示されるＮＥＤ１００の実施形態の前方剛体１０５の断面図１６０である。示されるように、前方剛体１０５は、電子ディスプレイ１３０および光学系ブロック１３５を含み、これらは共に射出瞳１４５へ画像光を提供する。射出瞳１４５は、ユーザの目１４０が位置し得る前方剛体１０５の場所である。説明のため、図１Ｂは片目１４０に関する断面図１６０を示しているが、光学系ブロック１３５とは別個の別の光学系ブロックは、ユーザのもう片方の目に改変した画像光を提供することができる。追加的に、ＮＥＤ１００は、視線追跡システム（図１Ｂには図示せず）を含む。視線追跡システムは、ユーザの片目または両目を照射する１つまたは複数の光源を含んでもよい。視線追跡システムはまた、目の位置を追跡するためにユーザの片目または両目を撮像する１つまたは複数のカメラを含んでもよい。

電子ディスプレイ１３０は、ユーザに対して画像を表示する。様々な実施形態において、電子ディスプレイ１３０は、単一の電子ディスプレイまたは複数の電子ディスプレイ（例えば、ユーザの片目ごとに１つのディスプレイ）を含み得る。電子ディスプレイ１３０の例としては、以下が挙げられる：液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、アクティブマトリクス式有機発光ダイオードディスプレイ（ＡＭＯＬＥＤ）、ＱＯＬＥＤ、ＱＬＥＤ、何らかの他のディスプレイ、またはそれらの何らかの組み合わせ。

光学系ブロック１３５は、電子ディスプレイ１３０から発せられた画像光の配向を、ユーザから特定の仮想画像距離に電子ディスプレイ１３０が現れるように調節する。光学系ブロック１３５は、電子ディスプレイ１３０から発せられた画像光を受け取り、画像光を射出瞳１４５に関連付けられたアイボックスに導くように構成される。アイボックスに導かれる画像光は、目１４０の網膜に像を結ぶ。アイボックスは、目１４０が著しい画質の劣化を伴わずに上下左右にどれくらい動くかを定義する領域である。図１Ｂの図では、視野（ＦＯＶ）１５０は、任意の所与の瞬間に目１４０によって見られる観察可能な世界の範囲である。

追加的に、いくつかの実施形態では、光学系ブロック１３５は、受け取った光を拡大し、画像光に関する光学誤差を補正し、補正画像光を目１４０に提示する。光学系ブロック１３５は、１つまたは複数の光学素子１５５を光学直列に含んでもよい。光学素子１５５は、開口、フレネルレンズ、凸レンズ、凹レンズ、フィルタ、導波路、パンチャラトナム－ベリー位相（ＰＢＰ）レンズもしくは格子、色選択フィルタ、波長板、Ｃプレート、または画像光に影響を与えるあらゆる他の適切な光学素子１５５であってもよい。その上、光学系ブロック１３５は、異なる光学素子の組み合わせを含んでもよい。光学系ブロック１３５における光学素子のうちの１つまたは複数は、反射防止コーティングなどの１つまたは複数のコーティングを有してもよい。いくつかの実施形態では、光学系ブロック１３５は、図４～図１１と併せて以下で詳細に考察される、中心窩適応、周辺、および／または中心窩システムのうちの１つまたは複数の光学素子を含んでもよい。

図２Ａは、様々な実施形態による、ＮＥＤとして実装されるＨＭＤ１６２の図である。示されるように、ＨＭＤ１６２は、拡張現実眼鏡の形態である。ＨＭＤ１６２は、コンピュータ生成メディアをユーザに提示し、物理的で、現実世界の環境のビューをコンピュータ生成メディアで拡張する。ＨＭＤ１６２によって提示されるコンピュータ生成メディアの例としては、１つまたは複数の画像、動画、音声、またはそれらのいくつかの組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態において、音声は、ＨＭＤ１６２、コンソール（図示せず）または両方から音声情報を受信し、音声情報に基づいて音声データを提示する外部デバイス（例えば、スピーカおよびヘッドフォン）を介して提示される。いくつかの実施形態では、ＨＭＤ１６２は、ＶＲ ＨＭＤ、ＭＲ ＨＭＤ、またはそれらのいくつかの組み合わせとしても動作するように修正されてもよい。ＨＭＤ１６２は、フレーム１７５およびディスプレイ１６４を含む。示されるように、フレーム１７５は、ＮＥＤをユーザの頭部に搭載し、一方でディスプレイ１６４は画像光をユーザに提供する。ディスプレイ１６４は、異なるスタイルの眼鏡フレームに適合するよう多様な形状およびサイズにカスタマイズしてもよい。

図２Ｂは、様々な実施形態による、ＮＥＤとして実装される図２ＡのＨＭＤ１６２の断面図である。この視点には、フレーム１７５、ディスプレイ１６４（ディスプレイアセンブリ１８０およびディスプレイブロック１８５を含む）、および目１７０が含まれる。ディスプレイアセンブリ１８０は、画像光を、目１７０に与える。ディスプレイアセンブリ１８０は、異なる実施形態では異なるタイプの撮像光学系およびリダイレクト構造を包み込む、ディスプレイブロック１８５を収容する。説明のため、図２Ｂは単一のディスプレイブロック１８５および片方の目１７０に関する断面図を示しているが、図示されていない代替的な実施形態では、図２Ｂに示されるディスプレイブロック１８５とは別個の別のディスプレイブロックが、ユーザのもう片方の目に対して画像光を提供する。

ディスプレイブロック１８５は、図示されるように、局所的エリアからの光をコンピュータ生成の画像からの光と組み合わせて、拡張されたシーンを形成するように構成される。ディスプレイブロック１８５はまた、拡張されたシーンをユーザの目１７０の位置に対応するアイボックス１６５に提供するように構成される。ディスプレイブロック１８５は、例えば導波路ディスプレイ、フォーカスアセンブリ、補償アセンブリ、またはそれらのいくつかの組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイブロック１８５は、図４～図１１と併せて以下で詳細に考察される、中心窩適応、周辺、および／または中心窩システムのうちの１つまたは複数のコンポーネントを含んでもよい。

ＨＭＤ１６２は、ディスプレイブロック１８５と目１７０との間に、１つまたは複数の他の光学素子を含んでもよい。光学素子は、例えば、ディスプレイブロック１８５から発せられた画像光の収差を補正するように、ディスプレイブロック１８５から発せられた画像光を拡大するように、ディスプレイブロック１８５から発せられた画像光の何らかの他の光学的な調節のため、またはそれらのいくつかの組み合わせのために機能してもよい。光学素子の例としては、開口、フレネルレンズ、凸レンズ、凹レンズ、フィルタ、または画像光に影響を与えるあらゆる他の適切な光学素子を挙げることができる。ディスプレイブロック１８５はまた、重量を効果的に最小化してＨＭＤ１６２の視野を広げる１つまたは複数の屈折率を有する１つまたは複数の材料（例えば、プラスチック、ガラスなど）を含んでもよい。

図３は、コンソール３１０が動作するニアアイディスプレイシステム３００の実施形態のブロック図である。いくつかの実施形態では、ＮＥＤシステム３００は、ＮＥＤ１００またはＨＭＤ１６２に対応する。ＮＥＤシステム３００は、ＶＲシステム環境、ＡＲシステム環境、ＭＲシステム環境、またはそれらのいくつかの組み合わせにおいて、動作してもよい。図３に示されるＮＥＤシステム３００は、ＮＥＤ３０５およびコンソール３１０に結合された入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース３１５を含む。

図３は、１つのＮＥＤ３０５、および１つのＩ／Ｏインターフェース３１５を含む例示的なＮＥＤシステム３００の例を示しているが、他の実施形態では、あらゆる数のこれらのコンポーネントがＮＥＤシステム３００に含まれてもよい。例えば、それぞれが関連するＩ／Ｏインターフェース３１５を有し、各ＮＥＤ３０５とＩ／Ｏインターフェース３１５がコンソール３１０と通信する、複数のＮＥＤ３０５があってもよい。代替の構成において、異なるおよび／または追加のコンポーネントが、ＮＥＤシステム３００に含まれてもよい。追加的に、ＮＥＤ３０５、コンソール３１０、およびＩ／Ｏインターフェース３１５に含まれる様々なコンポーネントは、いくつかの実施形態において図３に関連して説明されるやり方以外の様々なやり方で分散されてもよい。例えば、コンソール３１０の機能性の一部またはすべては、ＮＥＤ３０５によって実現されてもよい。

ＮＥＤ３０５は、ユーザにコンテンツを提示するヘッドマウントディスプレイであってもよい。コンテンツは、コンピュータ生成の要素（例えば、二次元または三次元画像、二次元または三次元動画、音声など）を含む物理的で現実世界環境の仮想的および／または拡張的なビューを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ＮＥＤ３０５はまた、音声コンテンツをユーザに提示してもよい。ＮＥＤ３０５および／またはコンソール３１０は、音声コンテンツをＩ／Ｏインターフェース３１５を通じて外部デバイスに送信してもよい。外部デバイスとしては、様々な形態のスピーカシステム、および／またはヘッドフォンを挙げることができる。様々な実施形態では、音声コンテンツは、ＮＥＤ３０５によって表示されている視覚的コンテンツと同期される。

ＮＥＤ３０５は、共に剛結合または非剛結合され得る１つまたは複数の剛体を含み得る。剛体同士の剛結合は、結合した剛体を単一の剛実体として作用させる。それとは対照的に、剛体同士の非剛結合は、剛体が互いに対して移動することを可能にする。

図３に示されるように、ＮＥＤ３０５は、深度カメラアセンブリ（ＤＣＡ）３２０、ディスプレイ３２５、光学アセンブリ３３０、１つまたは複数の位置センサ３３５、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）３４０、視線追跡システム３４５、および可変焦点モジュール３５０を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイ３２５および光学アセンブリ３３０は、共に投影アセンブリに一体化することが可能である。ＮＥＤ３０５の様々な実施形態は、上に列挙したコンポーネントに加えて、それらより少ない、またはそれらとは異なるコンポーネントを有してもよい。追加的に、それぞれのコンポーネントの機能性は、部分的にまたは完全に、様々な実施形態における１つまたは複数の他のコンポーネントの機能性によって包含されてもよい。

ＤＣＡ３２０は、ＮＥＤ３０５の周囲のエリアの深度情報を記述するセンサデータをキャプチャする。センサデータは、三角法、構造化光イメージング、ｔｉｍｅ－ｏｆ－ｆｌｉｇｈｔイメージング、レーザスキャンなど深度イメージング技法のうちの１つまたは組み合わせによって生成されてもよい。ＤＣＡ３２０は、センサデータを用いてＮＥＤ３０５の周囲のエリアの様々な深度プロパティを計算することができる。追加的に、または代替的に、ＤＣＡ３２０は、処理するためにセンサデータをコンソール３１０に送信してもよい。

ＤＣＡ３２０は、照明光源、撮像デバイス、およびコントローラを含む。照明光源は、ＮＥＤ３０５の周囲のエリアに向けて光を発する。一実施形態では、発せられた光は、構造化光である。照明光源は、ある特性（例えば、波長、偏光、コヒーレンス、時間的挙動など）を有する光をそれぞれが発する複数のエミッタを含む。特性は、エミッタ同士で同じであってもよく、または異なっていてもよく、エミッタは同時的にまたは個別に動作してもよい。一実施形態において、複数のエミッタは、例えば、レーザダイオード（エッジエミッタなど）、無機もしくは有機発光ダイオード（ＬＥＤ）、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、または何らかの他の光源であってもよい。いくつかの実施形態では、照明光源における単一のエミッタまたは複数のエミッタは、構造化光パターンを有する光を発することができる。撮像デバイスは、複数のエミッタから生成された環境内の物体から反射された光に加えて、ＮＥＤ３０５の周りの環境における周囲光をキャプチャする。様々な実施形態では、撮像デバイスは、赤外カメラ、または可視スペクトルで動作するように構成されたカメラであってもよい。コントローラは、照明光源がどのように発光するか、および撮像デバイスがどのように光をキャプチャするかを調整する。例えば、コントローラは、発光の明るさを決定することができる。いくつかの実施形態では、コントローラはまた、検出された光を分析して、環境内の物体およびそのような物体に関連する位置情報を検出する。

ディスプレイ３２５は、コンソール３１０から受信したピクセルデータに従って、二次元または三次元画像をユーザに対して表示する。様々な実施形態において、ディスプレイ３２５は、単一のディスプレイまたは複数のディスプレイ（例えば、ユーザの片目ごとに別個のディスプレイ）を含む。いくつかの実施形態では、ディスプレイ３２５は、単一または複数の導波路ディスプレイを含む。光は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、無機発光ダイオード（ＩＬＥＤ）ディスプレイ、アクティブマトリクス式有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイ、透明有機発光ダイオード（ＴＯＬＥＤ）ディスプレイ、レーザベースディスプレイ、１つまたは複数の導波路、他のタイプのディスプレイ、スキャナ、一次元アレイなどを通じて、単一または複数の導波路ディスプレイにカップリングすることができる。加えて、複数のディスプレイのタイプの組み合わせが、ディスプレイ３２５に組み込まれて、別個に、並行して、および／または組み合わせて使用されてもよい。

光学アセンブリ３３０は、ディスプレイ３２５から受け取った画像光を拡大し、画像光に関する光学誤差を補正し、補正画像光をＮＥＤ３０５のユーザに提示する。光学アセンブリ３３０は、複数の光学素子を含む。例えば、以下の光学素子のうちの１つまたは複数が、光学アセンブリ３３０に含まれてもよい：開口、フレネルレンズ、凸レンズ、凹レンズ、フィルタ、反射面、または画像光を偏向、反射、屈折する、および／もしくは何らかのやり方で改変するあらゆる他の適切な光学素子。その上、光学アセンブリ３３０は、異なる光学素子の組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態では、光学アセンブリ３３０における光学素子のうちの１つまたは複数は、部分的反射コーティングまたは反射防止コーティングなどの１つまたは複数のコーティングを有してもよい。光学アセンブリ３３０は、例えば、投影アセンブリなどの投影アセンブリに一体化することが可能である。一実施形態において、光学アセンブリ３３０は、光学系ブロック１５５を含む。

動作中、光学アセンブリ３３０は、ディスプレイ３２５によって生成された画像光を、拡大したり、フォーカスしたりする。そのようにしながら、光学アセンブリ３３０は、光学アセンブリ３３０を使用しないディスプレイよりも、ディスプレイ３２５が物理的に小型で、より軽量で、より少ない電力消費となるようにすることができる。加えて、拡大は、ディスプレイ３２５によって提示されるコンテンツの視野を大きくし得る。例えば、いくつかの実施形態では、表示されるコンテンツの視野は、ユーザの視野を部分的にまたは完全に使用する。例えば、表示される画像の視野は、３１０度を満たすか、３１０度を越える場合がある。様々な実施形態では、拡大の大きさは、光学素子を追加すること、または除去することによって調節することができる。

いくつかの実施形態では、光学アセンブリ３３０は、１つまたは複数のタイプの光学誤差を補正するように設計されてもよい。光学誤差の例としては、たる形もしくは糸巻形ひずみ、軸上色収差、または倍率色収差が挙げられる。他のタイプの光学誤差としては、他のタイプの光学誤差に加えて、球面収差、レンズ像面湾曲による色収差または誤差、非点収差をさらに挙げることができる。いくつかの実施形態では、ディスプレイ３２５に送られる視覚的コンテンツは、予め歪めてあり、ディスプレイ３２５からの画像光が光学アセンブリ３３０の様々な光学素子を通過すると、光学アセンブリ３３０は、その歪みを補正する。いくつかの実施形態では、光学アセンブリ３３０の光学素子は、１つまたは複数の光学素子と結合された少なくとも１つの導波路を含む投影アセンブリとしてディスプレイ３２５に一体化される。いくつかの実施形態では、ディスプレイ３２５および／または光学アセンブリ３３０は、図４～図７と併せて以下で考察される周辺ディスプレイシステムまたはそのコンポーネントを含んでもよい。

ＩＭＵ３４０は、位置センサ３３５のうちの１つまたは複数から受信した測定信号に基づいて、およびＤＣＡ３２０から受信した深度情報から、ＮＥＤ３０５の位置を示すデータを生成する電子デバイスである。ＮＥＤ３０５のいくつかの実施形態では、ＩＭＵ３４０は、専用のハードウェアコンポーネントであってもよい。他の実施形態では、ＩＭＵ３４０は、１つまたは複数のプロセッサに実装されたソフトウェアコンポーネントであってもよい。

動作中、位置センサ３３５は、ＮＥＤ３０５の動きに応答して１つまたは複数の測定信号を生成する。位置センサ３３５の例としては、以下が挙げられる：１つもしくは複数の加速度計、１つもしくは複数のジャイロスコープ、１つもしくは複数の磁気計、１つもしくは複数の高度計、１つもしくは複数の傾斜計、ならびに／または動き検出、ドリフト検出、および／もしくは誤差検出のための様々なタイプのセンサ。位置センサ３３５は、ＩＭＵ３４０の外部に、ＩＭＵ３４０の内部に、またはそれらの何らかの組み合わせで配置されてもよい。

１つまたは複数の位置センサ３３５からの１つまたは複数の測定信号に基づいて、ＩＭＵ３４０は、ＮＥＤ３０５の初期位置に対するＮＥＤ３０５の推定現在位置を示すデータを生成する。例えば、位置センサ３３５は、並進運動（前後、上下、左右）を測定するための複数の加速度計、および回転運動（例えば、ピッチ、ヨー、およびロール）を測定するための複数のジャイロスコープを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ＩＭＵ３４０は、測定信号を素早くサンプリングして、サンプリングされたデータからＮＥＤ３０５の推定現在位置を計算する。例えば、ＩＭＵ３４０は、速度ベクトルを推定するために加速度計から経時的に受信される測定信号を統合し、ＮＥＤ３０５上の基準点の推定現在位置を決定するために速度ベクトルを経時的に統合してもよい。代替的に、ＩＭＵ３４０は、サンプリングされた測定信号をコンソール３１０に提供し、コンソール３１０はサンプルデータを分析して１つまたは複数の測定誤差を判断する。コンソール３１０は、制御信号および／または測定誤差のうちの１つまたは複数をＩＭＵ３４０にさらに送信して、ＩＭＵ３４０が１つまたは複数の測定誤差（例えば、ドリフト誤差）を、補正および／または低減するように構成してもよい。基準点は、ＮＥＤ３０５の位置を記述するために用いられ得る点である。基準点は、一般的に、空間中のある点、またはＮＥＤ３０５の位置および／もしくは配向に関する位置として定義することができる。

様々な実施形態では、ＩＭＵ３４０は、コンソール３１０から１つまたは複数のパラメータを受信する。１つまたは複数のパラメータは、ＮＥＤ３０５の追跡を維持するために使用される。受信したパラメータに基づいて、ＩＭＵ３４０は、１つまたは複数のＩＭＵパラメータ（例えば、サンプリングレート）を調節することができる。いくつかの実施形態では、特定のパラメータは、ＩＭＵ３４０に基準点の初期位置を更新させ、その位置が基準点の次の位置に対応するようにする。基準点の初期位置を基準点の次の較正済の位置として更新することは、ＩＭＵ３４０の現在位置推定を検出する際のドリフト誤差を低減することに役立つ。

いくつかの実施形態では、視線追跡システム３４５は、ＮＥＤ３０５に一体化される。視線追跡システム３４５は、１つまたは複数の照明光源および撮像デバイス（カメラ）を含んでもよい。動作中、視線追跡システム３４５は、ユーザがＮＥＤ３０５を装着するとユーザの目に関する追跡データを生成して分析する。視線追跡システム３４５は、ユーザの目の位置についての情報、つまり目の注視の角度についての情報を含み得る視線追跡情報をさらに生成してもよい。

いくつかの実施形態では、可変焦点モジュール３５０が、ＮＥＤ３０５にさらに一体化される。可変焦点モジュール３５０は、可変焦点モジュール３５０が視線追跡システム３４５から視線追跡情報を受信できるようにするために、視線追跡システム３４５に通信可能に結合することができる。可変焦点モジュール３５０は、視線追跡システム３４５から受信した視線追跡情報に基づいて、ディスプレイ３２５から発せられた画像光の焦点をさらに修正してもよい。したがって、可変焦点モジュール３５０は、ユーザの目が画像光を解像する際に作り出され得る輻輳調節矛盾を低減することができる。様々な実施形態では、可変焦点モジュール３５０は、光学アセンブリ３３０の少なくとも１つの光学素子で（例えば、機械的または電気的のいずれかで）インターフェースすることができる。

動作中、可変焦点モジュール３５０は、光学アセンブリ３３０を伝播する画像光の焦点を調節するために、光学アセンブリ３３０内の１つまたは複数の光学素子の位置および／または配向を調節することができる。様々な実施形態では、可変焦点モジュール３５０は、視線追跡システム３４５から取得した視線追跡情報を使用して、光学アセンブリ３３０内の１つまたは複数の光学素子をどのように調節するかを決定することができる。いくつかの実施形態では、可変焦点モジュール３５０は、ディスプレイ３２５によって発せられた画像光の解像度を調節するために、視線追跡システム３４５から取得した視線追跡情報に基づいて画像光の中心窩適応レンダリングを行うことができる。この場合、可変焦点モジュール３５０は、ユーザの目の注視の中心窩領域に高ピクセル密度を、またユーザの目の注視の他の領域に低ピクセル密度を表示するようにディスプレイ３２５を構成する。いくつかの実施形態では、可変焦点モジュール３５０は、図４～図５、および図８～図１１と併せて以下で考察される中心窩ディスプレイシステムまたはそのコンポーネントを含んでもよい。

Ｉ／Ｏインターフェース３１５は、ユーザからコンソール３１０へのアクション要求の転送を容易にする。加えて、Ｉ／Ｏインターフェース３１５は、コンソール３１０からユーザへのデバイスフィードバックの転送を容易にする。アクション要求は、特定のアクションを実施するための要求である。例えば、アクション要求は、画像もしくは動画データのキャプチャを開始もしくは終了させる命令であってもよく、または動画再生を一時停止する、音声再生の音量を大きくするもしくは小さくするなどアプリケーション内で特定のアクションを実施するための命令などであってもよい。様々な実施形態では、Ｉ／Ｏインターフェース３１５は、１つまたは複数の入力デバイスを含み得る。入力デバイスの例としては、以下が挙げられる：キーボード、マウス、ゲームコントローラ、ジョイスティック、および／またはアクション要求を受信し、アクション要求をコンソール３１０に通信するためのあらゆる他の適切なデバイス。いくつかの実施形態では、Ｉ／Ｏインターフェース３１５は、Ｉ／Ｏインターフェース３１５の初期位置に対するＩ／Ｏインターフェース３１５の推定現在位置を示す較正データをキャプチャするＩＭＵ３４０を含む。

動作中、Ｉ／Ｏインターフェース３１５はユーザからアクション要求を受信し、それらのアクション要求をコンソール３１０に送信する。アクション要求を受信したことに応答して、コンソール３１０は対応するアクションを実施する。例えば、アクション要求を受信したことに応答して、コンソール３１０は、Ｉ／Ｏインターフェース３１５が、ユーザの腕に触覚フィードバックを発するように構成することができる。例えば、コンソール３１５は、アクション要求が受信されたときに、Ｉ／Ｏインターフェース３１５が、触覚フィードバックをユーザに与えるように構成されてもよい。追加的に、または代替的に、コンソール３１０は、コンソール３１０がアクション要求を受信したことに応答してアクションを実施するときに、Ｉ／Ｏインターフェース３１５が、触覚フィードバックを生成するように構成されてもよい。

コンソール３１０は、ＤＣＡ３２０、ＮＥＤ３０５、およびＩ／Ｏインターフェース３１５のうちの１つまたは複数から受信される情報に従って処理するために、ＮＥＤ３０５にコンテンツを提供する。図３に示されるように、コンソール３１０はアプリケーションストア３５５、追跡モジュール３６０、およびエンジン３６５を含む。いくつかの実施形態では、コンソール３１０は、図３に関して説明したモジュールおよび／もしくはコンポーネントに加えて、それらより少ない、またはそれらとは異なるモジュールおよび／もしくはコンポーネントを有してもよい。同様に、以下でさらに説明される機能は、図３に関して説明したものとは異なる様式で、コンソール３１０のコンポーネントに分散され得る。

アプリケーションストア３５５は、コンソール３１０による実行のための１つまたは複数のアプリケーションを記憶する。アプリケーションは、プロセッサによって実行されるとき、ユーザに対する提示のためのコンテンツを生成するなど、機能の特定のセットを実施する命令のグループである。例えば、アプリケーションは、ユーザから入力を（例えば、ユーザが自身の頭部を動かす際のＮＥＤ３０５の動きによって、Ｉ／Ｏインターフェース３１５によって、など）受信したことに応答してコンテンツを生成してもよい。アプリケーションの例としては、ゲーミングアプリケーション、会議アプリケーション、動画再生アプリケーション、または他の適切なアプリケーションが挙げられる。

追跡モジュール３６０は、１つまたは複数の較正パラメータを使用してＮＥＤシステム３００を較正する。追跡モジュール３６０は、ＮＥＤ３０５またはＩ／Ｏインターフェース３１５の位置および／または配向を決定する際の誤差を低減するために、１つまたは複数の較正パラメータをさらに調節してもよい。例えば、追跡モジュール３６０は、ＤＣＡ３２０の焦点を調節するために、較正パラメータをＤＣＡ３２０に送信してもよい。したがって、ＤＣＡ３２０は、環境内の物体から反射する構造化光の要素の位置をさらに正確に決定することができる。追跡モジュール３６０はまた、修正する様々な較正パラメータを決定する際、ＩＭＵ３４０によって生成されたセンサデータを分析することができる。さらには、いくつかの実施形態では、ＮＥＤ３０５がユーザの目の追跡を失った場合、追跡モジュール３６０は、ＮＥＤシステム３００のコンポーネントのうちの一部またはすべてを再較正することができる。例えば、ＤＣＡ３２０がユーザの目に投影される少なくともしきい値数の構造化光の要素の視線を失った場合、追跡モジュール３６０は、視線追跡を再確立するために、較正パラメータを可変焦点モジュール３５０に送信してもよい。

追跡モジュール３６０は、ＤＣＡ３２０、１つもしくは複数の位置センサ３３５、ＩＭＵ３４０、またはそれらの何らかの組み合わせからの情報を使用して、ＮＥＤ３０５の動きおよび／またはＩ／Ｏインターフェース３１５の動きを追跡する。例えば、追跡モジュール３６０は、ＮＥＤ３０５にローカルなエリアのマッピングからＮＥＤ３０５の基準位置を決定してもよい。追跡モジュール３６０は、ＮＥＤ３０５それ自体から受信した情報に基づいて、このマッピングを生成してもよい。追跡モジュール３６０はまた、ＩＭＵ３４０からのセンサデータおよび／またはＤＣＡ３２０からの深度データを利用して、ＮＥＤ３０５および／またはＩ／Ｏインターフェース３１５についての基準位置を決定してもよい。様々な実施形態では、追跡モジュール３６０は、ＮＥＤ３０５および／またはＩ／Ｏインターフェース３１５のその後の位置についての推定および／または予測を生成する。追跡モジュール３６０は、予測されたその後の位置をエンジン３６５に送信してもよい。

エンジン３６５は、ＮＥＤ３０５から受信した情報に基づいて、ＮＥＤ３０５の周囲のエリア（つまり、「局所的エリア」）の三次元マッピングを生成する。いくつかの実施形態では、エンジン３６５は、ＤＣＡ３２０から受信した深度データに基づいて、局所的エリアの三次元マッピング用の深度情報を決定する（例えば、局所的エリア内の物体の深度情報）。いくつかの実施形態では、エンジン３６５は、ＤＣＡ３２０によって生成された深度データを使用して、ＮＥＤ３０５の深度および／または位置を計算する。特に、エンジン３６５は、ＮＥＤ３０５の深度および／または位置を計算するために、ステレオベースの技法、構造化光照明技法、ｔｉｍｅ－ｏｆ－ｆｌｉｇｈｔ技法などの、様々な技法を実装することができる。様々な実施形態では、エンジン３６５は、ＤＣＡ３２０から受信した深度データを使用して、局所的エリアのモデルを更新し、更新モデルに一部基づいてメディアコンテンツを生成および／または修正する。

エンジン３６５はまた、ＮＥＤシステム３００内でアプリケーションを実行し、ＮＥＤ３０５の位置情報、加速度情報、速度情報、予測した今後の位置、またはそれらの何らかの組み合わせを追跡モジュール３６０から受信する。受信した情報に基づいて、エンジン３６５は、ユーザへの提示のためにＮＥＤ３０５に送信する様々な形態のメディアコンテンツを決定する。例えば、受信した情報が、ユーザが左を見たことを示す場合、エンジン３６５は、仮想環境内で、または局所的エリアを追加的なメディアコンテンツで拡張する環境内で、メディアコンテンツにおけるユーザの運動を左右逆にする、ＮＥＤ３０５のためのメディアコンテンツを生成する。したがって、エンジン３６５は、ユーザへの提示用のメディアコンテンツ（例えば、視覚的コンテンツおよび／または音声コンテンツ）を生成および／または修正することができる。エンジン３６５は、メディアコンテンツをＮＥＤ３０５に向けてさらに送信してもよい。追加的に、Ｉ／Ｏインターフェース３１５からアクション要求を受信したことに応答して、エンジン３６５は、コンソール３１０で実行中のアプリケーション内でアクションを実施してもよい。エンジン３０５は、アクションが実施されるとフィードバックをさらに提供してもよい。例えば、エンジン３６５は、ＮＥＤ３０５が視覚的および／もしくは音声フィードバックを生成するように、ならびに／またはＩ／Ｏインターフェース３１５がユーザに向けて触覚フィードバックを生成するように構成してもよい。

いくつかの実施形態では、視線追跡システム３４５から受信した視線追跡情報（例えば、ユーザの目の配向）に基づいて、エンジン３６５は、ＮＥＤ３０５に提供されるメディアコンテンツの、ディスプレイ３２５でのユーザへ向けた提示用の解像度を決定する。エンジン３６５は、視線追跡システム３４５から受信したユーザの注視の方向に少なくとも一部基づいて、ディスプレイ３２５が視覚的コンテンツの中心窩適応レンダリングを実施するように構成することによって、ＮＥＤ３０５に提供される視覚的コンテンツの解像度を調節することができる。エンジン３６５は、ユーザの注視の中心窩領域ではディスプレイ３２５で高解像度を有し、他の領域では低解像度を有するコンテンツをＮＥＤ３０５に提供し、それによりＮＥＤ３０５の電力消費を低減している。加えて、中心窩適応レンダリングを用いることは、ユーザの視覚体験の品質を損なうことなく、視覚的コンテンツをレンダリングする際に使用される計算サイクル数を低減させる。いくつかの実施形態では、エンジン３６５は、輻輳調節矛盾を低減するために、視線追跡情報をさらに使用して、ディスプレイ３２５から発せられた画像光の焦点を調節することができる。いくつかの実施形態では、エンジン３６５は、図４～図１１と併せて以下で詳細に考察される、中心窩適応、周辺、および／もしくは中心窩システムまたはそのコンポーネントのうちの１つまたは複数と相互動作してもよい。

中心窩適応ディスプレイシステム
図４は、様々な実施形態による、中心窩適応ディスプレイシステム４００を図示する概略図である。示されるように、中心窩適応ディスプレイシステム４００は、周辺ディスプレイモジュール４０２および中心窩ディスプレイモジュール４１０を含む。説明目的で、図４～図１１は、画像光をユーザの片目に提供する単一の中心窩適応ディスプレイシステムおよびそのコンポーネントを示す。示されない一部の実施形態では、もう１つの別個の中心窩適応ディスプレイシステムが、ユーザのもう片方の目に画像光を提供してもよい。

動作中、中心窩適応ディスプレイシステム４００は、ユーザの目の注視の中心窩領域には中心窩適応レンダリングにより高解像度の仮想結像を、ならびにユーザの目の注視の他の領域には低解像度で大きい視野（ＦＯＶ）の背景結像を生成するように構成される。特に、中心窩ディスプレイモジュール４１０は、高解像度の仮想結像を生成するように構成され、一方で周辺ディスプレイモジュール４０２は、低解像度で大きいＦＯＶの背景結像を生成するように構成される。加えて、周辺および中心窩ディスプレイモジュール４０２および４１０は、現実世界の光を通過させ、ユーザによって観察できるように構成される。

示されるように、周辺ディスプレイモジュール４０２は、投影デバイス４０４、ディフューザ４０６、およびパンケーキレンズ４０８を含む。中心窩ディスプレイモジュール４１０は、ホログラフィックディスプレイ４１２、ビームステアリングデバイス４１４、角度－波長選択的レンズ４１６、ならびに視線追跡モジュール４１８を含む。例として、ディフューザ４０６ならびに角度－波長選択的レンズ４１６は、互いに直線上にある。つまり、ディフューザ４０６と角度－波長選択的レンズ４１６は、共通の軸を共有している。

動作中、投影デバイス４０４は、生成される結像に対応する偏光した光を発する。示されるように、偏光した光が、傾斜した角度でディフューザ４０６に投影され、ディフューザ４０６は、ディフューザ４０６の偏光および角度選択性特性に起因して、そのような光を反射および拡散する。いくつかの実施形態では、ディフューザ４０６は、偏光、角度、および波長選択的であってもよい。そのような事例では、ディフューザ４０６は、ほとんどの光を通過させることができるが、特定の波長範囲内にあり、特定の角度範囲内でディフューザ４０６に入射する、偏光の特定の左右像を持つ光は拡散させる。より一般的には、他の光（例えば、現実世界の光）を通過させつつ、投影デバイス４０４からディフューザに投影される光を拡散させることができる、あらゆる技術的に実現可能なディフューザが使用されてもよい。

ディフューザ４０６によって拡散された光は、ユーザの目の注視の非中心窩領域に、低解像度で高ＦＯＶの背景結像を与える。加えて、現実世界の光、つまりディフューザ４０６に入射する現実世界のシーンからの光は、ディフューザ４０６の偏光、角度、および波長選択性特性のおかげで拡散されることなくディフューザ４０６を通過する。結果として、ユーザは、ディフューザ４０６および現実世界のコンテンツを使用して生成された、低解像度で、高ＦＯＶの両方の背景結像を観察することができる。

示されるように、ディフューザ４０６によって拡散される光は、パンケーキレンズ４０８を通過する。パンケーキレンズは、屈曲光学系であり、このレンズに入った光は、出て行く前に複数回反射するか、「跳ね返る（ｂｏｕｎｃｅ）」。複数の跳ね返りは、光の伝播距離を大きくし、次いでユーザからの結像の知覚距離を大きくすることができる、および／または結像を拡大することができる。光の伝播距離を大きくすることによって、パンケーキレンズ４０８は、ディフューザ４０６を介して生成された低解像度で、高ＦＯＶの背景結像が、ユーザからより遠くに見えるようにする。例として、パンケーキレンズ４０８はまた、低解像度で、高ＦＯＶの背景結像をよりずっと遠くに見えるようにすることが可能な焦点屈折力（ｆｏｃａｌ ｐｏｗｅｒ）を有する。本明細書において、パンケーキレンズは、参照例として説明されるが、他の実施形態では、あらゆる技術的に実現可能な光学素子を使用して、光の伝播距離を大きくしてもよく、ユーザからの結像の知覚距離を大きくする、および／または結像を拡大してもよい。

説明目的で別個のコンポーネントとして示されているが、いくつかの実施形態では、ディフューザ４０６はパンケーキレンズ４０８内に含められてもよい。そのような実施形態を、図６～図７と併せて以下で詳細に考察する。つまり、ディフューザ４０６は、一般的にパンケーキレンズ４０８内部に含まれてもよく、またはパンケーキレンズ４０８の外部にあってもよい。ディフューザ４０６がパンケーキレンズ４０８内部に含まれる構成は、ディフューザ４０６がパンケーキレンズ４０８とは別個である構成よりもコンパクトである。そのようなコンパクトさは、小型のフォームファクタおよび重量が検討事項となるＨＭＤや他のデバイスを用いる用途で有益な可能性がある。

示されるように、パンケーキレンズ４０８を通過した光は、中心窩ディスプレイモジュール４１０の角度－波長選択的レンズ４１６をさらに通過してアイボックスに向かう。いくつかの実施形態では、角度－波長選択的レンズ４１６はまた、焦点屈折力を有する。動作中、そのような角度－波長選択的レンズ４１６は、パンケーキレンズ４０８を通過した光を含め、ほとんどの光を通過させることができるが、一方で、ビームステアリングデバイス４１４によって角度－波長選択的レンズ４１６にステアリングされるホログラフィックディスプレイ４１２からの光を含め、特定の波長の範囲内にあり、特定の角度範囲内でレンズ４１６に入射する光を反射およびフォーカスする。

示されるように、ビームステアリングデバイス４１４は、ビームステアリングミラーである。ビームステアリングミラー４１４は、注視追従（ｇａｚｅ－ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ）ステアリングを行うように構成され、このステアリングでは、ビームステアリングミラー４１４は、ホログラフィックディスプレイ４１２からユーザの目の注視の中心窩領域に向けて、角度－波長選択的レンズ４１６を介して光をステアリングし、それによってユーザによって観察可能な高解像度の仮想結像を作り出す。いくつかの実施形態では、ビームステアリングミラー４１４は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーであってもよい。そのようなＭＥＭＳミラーは、参照例として本明細書で説明されるが、他の実施形態では、あらゆる技術的に実現可能なデバイスを使用して、ユーザの目の注視の中心窩領域に向けて、光をステアリングしてもよい。

示されるように、角度－波長選択的レンズ４１６は、レンズ４１６の波長および角度選択性特性に起因してビームステアリングミラー４１４によってレンズ４１６で様々な角度でフォーカスされる、ホログラフィックディスプレイ４１２からの光を反射する。いくつかの実施形態では、角度－波長選択的レンズ４１６は、体積型格子レンズなどのホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）であってもよい。ＨＯＥは、ホログラフィックイメージングのプロセスまたは原理を使用して作り出される光学素子である。本明細書では、説明目的で主にＨＯＥについて考察されるが、他の実施形態では、本明細書で説明される角度－波長選択的レンズ４１６の機能性を実施するあらゆる光学素子が使用されてもよい。

ホログラフィックディスプレイ４１２は、光回折を使用して仮想イメージを作るディスプレイである。いくつかの実施形態では、ホログラフィックディスプレイ４１２は、投影デバイスによって発せられた光を変調するように構成された空間光変調器を含んでもよい。さらには、ホログラフィックディスプレイ４１２によって作り出された光は、特定の角度範囲内で角度－波長選択的レンズ４１６に入射する場合、角度－波長選択的レンズ４１６によって反射される波長範囲内にあってもよい。本明細書では、説明目的で主にホログラフィックディスプレイについて考察されるが、他の実施形態では、高解像度の結像を作り出すためにユーザの目の注視の中心窩領域でフォーカスすることができる光を生成することが可能な、あらゆる技術的に実現可能なディスプレイデバイスが使用されてもよい。

上述で示したように、中心窩適応ディスプレイシステム４００のユーザは、（１）中心窩ディスプレイモジュール４１０によってユーザの目の注視の中心窩領域でフォーカスされる高解像度の仮想結像、（２）周辺ディスプレイモジュール４０２によって作り出される、低解像度で高ＦＯＶの背景結像、および（３）現実世界のシーンからのコンテンツ、を含むＡＲコンテンツを観察することが可能である。本明細書においてＡＲは参照例として説明されるが、中心窩適応ディスプレイシステム４００はまた、ＶＲ、ＭＲ、ハイブリッド現実、またはそれらの何らかの組み合わせおよび／もしくは派生物などの、他の人工現実用途で使用されてもよいことを理解されたい。例えば、ＶＲの事例では、現実世界の光は中心窩適応ディスプレイシステム４００の出力に含まれない。

図５は、様々な実施形態による、中心窩適応ディスプレイシステム５００のコンポーネントをさらに詳細に示している。示されるように、中心窩適応ディスプレイシステム５００は、周辺ディスプレイモジュール５０２および中心窩ディスプレイモジュール５１２を含み、これらは図４と併せて上述した、周辺ディスプレイモジュール４０２および中心窩ディスプレイモジュール４１０にそれぞれ対応する。動作中、中心窩ディスプレイモジュール５１２は、ユーザの目の注視の中心窩領域用に中心窩適応レンダリングにより高解像度の仮想結像を生成するように構成され、一方で周辺ディスプレイモジュール５０２は、ユーザの目の注視の他の領域用に低解像度で大きいＦＯＶの背景結像を生成するように構成される。

示されるように、周辺ディスプレイモジュール５０２は、投影デバイス５０２を含み、投影デバイス５０２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイス、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）、レーザなど、あらゆる技術的に実現可能な光源を含んでもよい。いくつかの実施形態では、投影デバイス５０２はピコプロジェクタであってもよい。

周辺ディスプレイモジュール５０２は、投影デバイス５０２からの発散光ビームをレンダリングして、ディフューザ５０８に投影される平行ビームにするように構成されたコンデンサ５０６をさらに含む。ディフューザ５０８は、偏光、角度、および波長選択的なディフューザであり、図４と併せて上述したディフューザ４０６と類似している。本明細書で説明されるディフューザ５０８の、偏光、角度、および波長選択性を含む特性を有するディフューザは、コレステリック液晶材料を用いて構成してもよい。いくつかの実施形態では、ディフューザ５０８は、コレステリック液晶材料を使用して構成された体積型格子レンズであってもよい。より一般的には、あらゆる技術的に実現可能な材料を使用してディフューザ５０８を構成してもよい。

図４に関連する上の考察と同様に、投影デバイス５０２は、コンデンサ５０６を介して傾斜した角度でディフューザ５０８に投影される、生成された結像に関する偏光した光を発する。ディフューザ５０８の偏光および角度選択性特性によって、ディフューザ５０８は、投影された光をアイボックスに向けて反射および拡散するように構成される。このような拡散は、ユーザの目の注視の非中心窩領域に、低解像度で高ＦＯＶの背景結像を作り出す。

説明したように、ディフューザ５０８の偏光および角度選択性特性は、ディフューザ５０８に、特定の角度範囲内でディフューザ５０８に入射する、偏光の特定の左右像を有する光を拡散または散乱させるだけである。例えば、特定の実施形態では、ディフューザ５０８は、偏光の１つの左右像を有し、４０°の角度でディフューザ５０８に入射する光を選択的に拡散しつつ、他の光は拡散せずに通過させることが可能である。いくつかの実施形態では、ディフューザ５０８は、特定の角度範囲内で入射する右円偏光（ＲＣＰ）の光を拡散するように構成される。そのような事例では、ディフューザ５０８は、左円偏光（ＬＣＰ）の光、および／または他の角度（例えば、０度）でディフューザ５０８に入射する光は、拡散させずに通過させることができるが、光に幾分の減衰が生じる場合がある。本明細書では、説明目的で、偏光の特定の左右像を有し、特定の角度で光学素子に入射する光を説明したが、他の実施形態では、偏光の任意の左右像を有する光、および／またはあらゆる技術的に実現可能な角度範囲内で光学素子に入射する光が使用されてもよい。例えば、代わりにいくつかの実施形態では、ディフューザ５０８は、特定の角度範囲内でディフューザ５０８に入射するＬＣＰ光を拡散し、ＲＣＰの光および／または他の角度でディフューザ５０８に入射する光を、拡散せずに通過させるように構成されてもよい。

示されるように、ディフューザ５０８は、ディフューザ５０８背後の現実世界のシーンからの光に対しては透明である。結果として、ユーザ（例えば、中心窩適応ディスプレイシステム４００を含むＨＭＤを装着しているユーザ）は、ディフューザ５０８によって拡散される生成コンテンツ（および、以降でさらに詳細に考察するような、中心窩ディスプレイモジュール５１２によってユーザの目の注視の中心窩領域でフォーカスされる生成コンテンツ）に加えて、現実世界のシーン中の物体を観察することが可能である。本明細書では、光学素子は透明であると説明されることがあるが、光が「透明な」光学素子を通過する際、光の幾分の減衰が生じ得ることを理解されたい。

示されるように、ディフューザ５０８によって作り出される拡散結像は、パンケーキレンズ５１０をさらに通過し、このパンケーキレンズ５１０は、パンケーキレンズ４０８に相当し、光の伝播距離を大きくするように構成されることにより、拡散された結像が、ユーザに対してより遠くに見えるようにする。いくつかの実施形態では、ディフューザ５０８は、図５に示されるように、パンケーキレンズ５１０の外部ではなく、パンケーキレンズ５１０内部に含むことができる。そのような実施形態は比較的コンパクトであることが可能であり、図６～図７と併せて以下で詳細に考察する。

次に中心窩ディスプレイモジュール５１２を見ると、示されるように、中心窩ディスプレイモジュールは、投影デバイス５１４および空間光変調器（ＳＬＭ）５１６を含む。いくつかの実施形態では、ＳＬＭ５１６は、入射してくる光を変調してホログラフィックディスプレイに提供するように構成される。そのような事例では、アプリケーション（例えば、アプリケーションストア３５５に記憶されたアプリケーションのうちの１つ）またはエンジン（例えば、エンジン３６５）は、仮想結像を生成するために必要な、投影デバイス５１４によって発せられた光に対する変調を決定し、それに応じてＳＬＭ５１６を制御してもよい。加えて、ＳＬＭ５１６によって変調された光は、凹型ミラー５２０および１つまたは複数のビームスプリッタ（例えば、ビームスプリッタ５２２）を介して、ＭＥＭＳミラー５２４にフォーカスされてもよい。

動作中、視線追跡モジュール５２８は、ユーザの目の瞳孔位置を追跡するように構成される。例えば、いくつかの実施形態では、アプリケーション（例えば、アプリケーションストア３５５に記憶されたアプリケーションのうちの１つ）またはエンジン（例えば、エンジン３６５）は、図３と併せて上述したように、ユーザが装着するＮＥＤまたはＨＭＤに含まれる１つまたは複数の照明光源と撮像デバイス（カメラ）を用いて生成された、ユーザの目に関連する追跡データを分析してもよい。

ＭＥＭＳミラー５２４は、視線追跡モジュール５２８によって検出された瞳孔位置に基づいて、凹型ミラー５２０によってＭＥＭＳミラー５２４に反射された光をステアリングするように制御可能である。つまり、ＭＥＭＳミラー５２４は、注視追従ステアリングを行うように制御されてもよい。特に、ＭＥＭＳミラー５２４は、高解像度の結像が反射されるように、また検出された瞳孔位置に対応するユーザの目の注視の中心窩領域を通過するべくＨＯＥ５２６によってフォーカスされるようにステアリングされてもよい。例えば、ＭＥＭＳミラー５２４は、ＭＥＭＳミラー５２４によって反射されるほとんどの光線がユーザの瞳孔を通過して適当な注視方向ビューを与えるようにステアリングすることが可能である。いくつかの実施形態では、ＭＥＭＳミラー５２４は、ユーザ注視方向にしたがう様々な視野を提供するために、三方向にステアリング可能であってもよい。

いくつかの実施形態では、中心窩ディスプレイモジュール５１２は、図７～図８と併せて以下でさらに詳細に考察するように、ＭＥＭＳミラー５２４のステアリング範囲を大きくするスイッチ可能なＰＢＰ格子積層体をさらに含んでもよい。本明細書で使用される場合、ＭＥＭＳミラー５２４の「ステアリング範囲」とは、ＭＥＭＳミラー５２４がＭＥＭＳミラー５２４に入射した光をステアリングすることが可能な角度範囲を指す。ＭＥＭＳミラー５２４のステアリング範囲は、ＭＥＭＳミラー５２４の傾き角、すなわちＭＥＭＳミラー５２４が機械的に偏向可能な角度によって限定されることを理解されたい。いくつかの事例では、ＭＥＭＳミラー５２４の限定されるステアリング範囲は、ユーザの目に見える視野全体を覆うように拡大する必要がある場合がある。スイッチ可能なＰＢＰ格子積層体は、いくつかの実施形態ではＭＥＭＳミラー５２４のステアリング範囲を大きくするために使用されてもよい。しかしながら、ＭＥＭＳミラー５２４が関連用途に十分なステアリング範囲を有する場合は、スイッチ可能なＰＢＰ格子積層体は、不必要であってもよいことを理解されたい。

説明したように、ＨＯＥ５２６は、焦点屈折力を有するレンズであり、いくつかの実施形態では、さらに偏光、角度、および波長選択的である。そのような事例では、ＨＯＥ５２６は、周辺ディスプレイモジュール５０２によって生成される低解像度で、高ＦＯＶの背景結像用の光を含むほとんどの光、ならびに現実世界の光を通過させることができる。同時に、ＨＯＥ５２６は、ＭＥＭＳミラー５２４からの、特定の波長を有しＨＯＥ５２６に特定の角度範囲内で入射する光を反射して、ユーザの目の注視の中心窩領域に向けてフォーカスするように構成される。結果として、ユーザは、中心窩ディスプレイモジュール５１２によって生成され、ユーザの目の注視の中心窩領域でフォーカスされた高解像度の仮想結像、ならびに周辺ディスプレイモジュール５０２によって生成される低解像度で大きいＦＯＶの背景結像および周辺ディスプレイモジュール５０２と中心窩ディスプレイモジュール５１２の光学素子を通過した現実世界の光を観察することが可能である。

本明細書では、具体的な光学素子およびデバイスを、参照例として考察するが、代替的な実施形態では、本明細書で開示される光学素子および／またはデバイスの機能性を実行することが可能な、あらゆる他の技術的に実現可能なタイプの光学素子および／またはデバイスが使用されてもよい。いくつかの実施形態では、中心窩適応ディスプレイシステム４００および５００はまた、示されていない他の光学素子を含んでもよい。例えば、中心窩適応ディスプレイシステム４００または５００は、現実世界の光を、ディフューザ４０６またはディフューザ５１０によってそれぞれ拡散され反射された光と組み合わせるように構成されたコンバイナを含んでもよい。

いくつかの実施形態では、中心窩適応ディスプレイシステム４００および５００のそれぞれは、図１～図３と併せて上述したＮＥＤ１００もしくは３００、またはＨＭＤ１６２などの、ＮＥＤまたはＨＭＤに含まれてもよい。他の実施形態では、中心窩適応ディスプレイシステム４００および５００のそれぞれは、モバイルデバイス、コンピューティングシステム、または人工現実コンテンツを１つもしくは複数のユーザに提供することが可能なあらゆる他のハードウェアプラットフォームなどの、あらゆる技術的に実現可能なプラットフォーム上の人工現実システムを含んでもよいか、またはそのようなシステムと併せて実装されてもよい。

ディフューザを含むパンケーキレンズ
図６は、様々な実施形態による、ディフューザを含むパンケーキレンズ６００を図示する概略図である。説明したように、パンケーキレンズは、屈曲光学系であり、このレンズに入った光は、出て行く前に複数回反射するか「跳ね返る（ｂｏｕｎｃｅ）」。例として、光はパンケーキレンズ６００内で２回跳ね返る。複数の跳ね返りは、光の伝播距離を大きくし、次いで視聴者からの結像の知覚距離を大きくすることができる、および／または結像を拡大することができる。

示されるように、パンケーキレンズ６００は、偏光－角度選択的ミラー６０２、半波長板６０４、ディフューザ６０６、およびハーフミラー６０８を含む。パンケーキレンズ６００のコンポーネントのすべてまたは一部は、互いに物理的に接触していてもよく、互いに１つの基板を共有してもよく、互いに積層されてもよく、互いに光学的に接触してもよく、屈折率マッチング流体もしくは光学糊を互いの間に有してもよく、および／またはコンポーネント同士の間に空間があってもよい。例えば、パンケーキレンズ６００のコンポーネントの一部のすべてまたは一部は、レンズの表面であることができる。

偏光－角度選択的ミラー６０２は、１つまたは複数の角度範囲内でミラー６０２に入射する光の偏光の１つまたは複数の左右像を選択的に反射しつつ、他の光を通すように構成される。いくつかの実施形態では、図７と併せて以下でさらに詳細に考察するように、偏光－角度選択的ミラー６０２は、特定の角度範囲でミラー６０２に入射するＬＣＰ光、および０°でミラー６０２に入射するＲＣＰ光を選択的に通しつつ、ミラー６０２に０°で入射するＬＣＰ光を反射する。さらには、偏光－角度選択的ミラー６０２は、Ｂｒａｇｇ反射器のように、反射光の偏光を維持する。いくつかの実施形態では、偏光－角度選択的ミラー６０２は、偏光選択性を有する液晶材料から構成された体積型格子ミラーであってもよい。より一般的には、偏光－角度選択的ミラー６０２は、あらゆる技術的に実現可能な材料から構成されてもよい。

偏光－角度選択的ミラー６０２とは対照的に、ハーフミラー６０８は、反射光の左右像を維持しない単純なメタミラーである。特に、ハーフミラー６０８は、光の偏光の１つの左右像を通すが、偏光のもう一方の左右像を反射するように構成される。加えて、ハーフミラー６０８によって反射される光の偏光の左右像は、反対の左右像に変換される。例えば、いくつかの実施形態では、図７と併せて以下でさらに詳細に考察するように、ハーフミラー６０８は、ＬＣＰ光を通しつつ、ＲＣＰ光をＬＣＰ光として反射する。

半波長板６０４は、光の１つの直線成分を他の成分に対して１８０°遅らせるように構成される。結果として、半波長板６０４は、入射する光の偏光の左右像を、偏光のもう一方の左右像に変換する。例えば、半波長板６０４は、ＬＣＰ光をＲＣＰ光に変換することが可能であり、その逆も可能である。

ディフューザ６０６は、いくつかの実施形態では、図４および図５と併せて上述したディフューザ４０６および５０８にそれぞれ類似している。そのような事例では、ディフューザ６０６は、偏光、角度、および波長選択的であってもよい。例えば、図７と併せて以下でさらに詳細に考察するように、ディフューザ６０６は、プロジェクタから特定の角度範囲で入射したＲＣＰ光を拡散しつつ、他の光を通すように構成することが可能である。

示されるように、パンケーキレンズ６００の内部では、ディフューザ６０６は、半波長板６０４とハーフミラー６０８との間に配設される。ディフューザ６０６がパンケーキレンズ６００内に含まれる光学システムは、ディフューザをパンケーキレンズの外部に有するシステムよりもコンパクトであり、小型のフォームファクタおよび重量が検討事項となるＨＭＤや他のデバイスを用いる用途で有益な可能性がある。

図７は、様々な実施形態による、ディフューザ６０６を含むパンケーキレンズ６００の動作を図示するレイトレーシング図である。示されるように、ＬＰＣ光（例えば、投影デバイス４０４または５０４からの光）は、偏光－角度選択的ミラー６０２を介して傾斜した角度でパンケーキレンズ６００に入る。例として、偏光－角度選択的ミラー６０２は、いくつかの実施形態では、ある角度範囲内でミラー６０２に入射するＬＣＰ光を通すように構成される。加えて、偏光－角度選択的ミラー６０２は、他の光を通過させるように構成される。

示されるように、ある角度で偏光－角度選択的ミラー６０２に入射するＬＣＰ光はミラー６０２を通過するが、ミラー６０２は、ミラー６０２に特定の角度範囲内で入射するＬＣＰ光、およびミラー６０２に０°で入射するＲＣＰ光を選択的に通しつつ、ミラー６０２に０°で入射するＬＣＰ光を反射するように構成される。偏光－角度選択的ミラー６０２を通過したＬＣＰ光は、次いでＬＣＰ光をＲＣＰ光に変換する半波長板６０４に入射する。

示されるように、半波長板６０４によって作り出されたＲＣＰ光は、傾斜した角度でディフューザ６０６に入射する。いくつかの実施形態では、ディフューザ６０６は、ある角度範囲内でディフューザ６０６に入射する、このようなＲＣＰ光を拡散または散乱するように構成される。加えて、ディフューザ６０６は、ＬＣＰの光、および／または他の角度（例えば、０度）でディフューザ６０６に入射する光は、拡散せずに通過させるように構成されるが、光に幾分の減衰が生じる場合がある。

示されるように、ディフューザ６０６によって作り出される、拡散された光はＲＣＰであり、０°でディフューザ６０６から反射されるが偏光の左右像は維持する。反射されたＲＣＰ光は、半波長板６０４を再度通過し、この半波長板６０４はＲＣＰ光をＬＣＰ光に変換する。ＬＣＰ光は、次いで偏光－角度選択的ミラー６０２に入射し、これによりパンケーキレンズ６００内の１跳ね返りが完了する。

パンケーキレンズ６００内の第２の跳ね返りは、ＬＣＰ光が偏光－角度選択的ミラー６０２によって反射されると開始する。示されるように、偏光－角度選択的ミラー６０２は、ＬＣＰである反射光の左右像を維持する。反射されたＬＣＰ光は、半波長板６０４を通過し、ＲＣＰ光に変換される。次いでＲＣＰ光はディフューザ６０６を再度通過するが、その偏光の左右像は維持され、拡散されない。その後、ディフューザ６０６を通過したＲＣＰ光は、ハーフミラー６０８によって反射される。

説明したように、ハーフミラー６０８は、反射光の左右像を維持しない単純なメタミラーである。示されるように、ハーフミラー６０８に入射するＲＣＰ光は、ＬＣＰ光として反射される。いくつかの実施形態では、ハーフミラー６０８は、結像をさらに遠くに見せるために使用することが可能な焦点屈折力を有する凹型のハーフミラーであってもよい。示されるように、一部の光はハーフミラー６０８を通過し、外部に漏れる。しかしながら、実施形態においては漏れる光の割合は比較的小さい場合がある（例えば、おおよそ１パーセント）。

示されるように、ハーフミラー６０８によって反射されるＬＣＰ光は、拡散することなくディフューザ６０６を再度通過し、次いで半波長板６０４によってＲＣＰ光に変換される。その後、ＲＣＰ光は、このようなＲＣＰ光を通過させるように構成されたミラー６０２を通過し、パンケーキレンズ６００を出てアイボックスに向かう。

さらに示されるように、ＬＣＰである現実世界の光は、パンケーキレンズ６００を直接通過する。動作中、ハーフミラー６０８は、入射する現実世界の光を、ハーフミラー６０８を通過するＬＣＰ成分と、ハーフミラー６０８によって反射されるＲＣＰ成分とに分離する。いくつかの実施形態では、円偏光板（図示せず）は、現実世界の光のＬＣＰ成分がハーフミラー６０８に入射するよりも前に、そのＬＣＰ成分を選択的に通過させるために使用してもよい。

示されるように、ハーフミラー６０８を通過したＬＣＰの現実世界の光は、ディフューザ６０６を通過しつつ、その偏光の左右像を維持し、拡散されない。その後、ＬＣＰの現実世界の光は、半波長板を通過して、半波長板６２４によってＲＣＰ光に変換される。次いでＲＣＰ光はミラー６０２を通過して、パンケーキレンズ６００を出てアイボックスに向かう。

説明したように、ディフューザを含むパンケーキレンズは、ディフューザとパンケーキレンズが別個である設計よりもコンパクトな設計である。その結果、ディフューザとパンケーキレンズを必要とするシステム（例えば、周辺ディスプレイモジュール４０２もしくは５０２、または中心窩適応ディスプレイシステム４００およびまたは５００）は、比較的コンパクトな構成を有することが可能である。そのようなコンパクトさは、小型のフォームファクタおよび重量が検討事項となるＨＭＤや他のデバイスを用いる用途で有益な可能性がある。加えて、パンケーキレンズ６００は、ディフューザ６０６の角度選択性によって、作り出されるクロストークまたは予期される光の低減を比較的少なくすることができる。

本明細書では、パンケーキレンズ６００の具体的な光学素子を、参照例として考察するが、代替的な実施形態では、本明細書で開示される光学素子の機能性を実行することが可能な、あらゆる他の技術的に実現可能なタイプの光学素子が使用されてもよい。

スイッチ可能なＰＢＰ格子積層体を有する中心窩ディスプレイシステム
図８は、様々な実施形態による、図５の中心窩ディスプレイモジュール５１２のコンポーネントの光学構成を図示する概略図である。説明的な例として図５の中心窩ディスプレイモジュール５１２に関して説明したが、図８の光学構成もまた、図４の中心窩ディスプレイモジュール４１０など他の中心窩ディスプレイシステムに適用可能である。

示されるように、中心窩ディスプレイモジュール５１２は、図５と併せて上述された、ＳＬＭ５１６、凹型ミラー５２０、ＭＥＭＳミラー５２４、およびＨＯＥ５２６を含む。説明目的で、光は、ＭＥＭＳミラー５２４を通過するものとして示されるが、実際には、光はＭＥＭＳミラー５２４によって反射されることを理解されたい。説明したように、中心窩ディスプレイシステムに含まれるＳＬＭ５１６は、ホログラフィックディスプレイを提供し、ホログラフィックディスプレイからの光は、ユーザの目の注視の中心窩領域でフォーカスすることが可能である。特に、中心窩領域ロケーションに対応する瞳孔位置に変化が検出されたことに応答して、ＭＥＭＳミラー５２４は、特定の角度でホログラフィックディスプレイからの光をステアリングするように制御することが可能である。特に、ＭＥＭＳミラー４２０は、ホログラフィックディスプレイからのほとんどの光線を、このような光線がＨＯＥ５２６から反射され、検出された瞳孔位置を通過するように、ステアリングすることが可能である。結果として、中心窩ディスプレイモジュール５１２は、適当な注視方向ビューを生成することが可能である。

示されるように、中心窩ディスプレイモジュール５１２は、任意選択のスイッチ可能なＰＢＰ格子積層体８０２をさらに含む。スイッチ可能なＰＢＰ格子積層体８０２は、光路中、ＭＥＭＳミラー５２４の手前に配設される。スイッチ可能なＰＢＰ格子積層体８０２はＭＥＭＳミラー５２４のステアリング範囲を拡大するように構成される。いくつかの実施形態では、スイッチ可能なＰＢＰ格子積層体８０２は、ＭＥＭＳミラー５２４のステアリング範囲を倍にすることができる。例えば、ＭＥＭＳミラー５２４の水平ステアリング範囲が±１５°であり、アクティブなＰＢＰ格子素子を有していない場合、水平ステアリング範囲はアクティブなＰＢＰ素子を用いて±３０°まで拡大することが可能である。アクティブなＰＢＰ素子を有しておらず、垂直ステアリング範囲が±１０°と仮定すると、全体的な動的視野は７５°×３５°、対角線方向７９°となる。単純さのため、本明細書ではＭＥＭＳミラー５２４のステアリング範囲が一方向に（例えば、水平に）沿って拡大するスイッチ可能なＰＢＰ積層体に関して説明するが、いくつかの実施形態では、中心窩ディスプレイモジュールはまた、ＭＥＭＳミラー５２４のステアリング範囲が直交方向に（例えば、垂直に）拡大する別のスイッチ可能なＰＢＰ積層体を含んでもよい。上述の例を続きであるが、垂直ステアリング範囲を拡大する、このようなスイッチ可能なＰＢＰ積層体を使用して、±１０°の垂直なステアリング範囲は、±２０°まで倍にすることが可能である。

図９は、様々な実施形態による、中心窩ディスプレイモジュール５１２のコンポーネントをさらに詳細に示す。説明的な例として図５の中心窩ディスプレイモジュール５１２に関して説明したが、図９に示されるコンポーネントもまた、図４の中心窩ディスプレイモジュール４１０など他の中心窩ディスプレイシステムに含まれてもよい。

示されるように、中心窩ディスプレイモジュール５１２は、ホログラフィックディスプレイを提供するＳＬＭ５１６を含む。中心窩ディスプレイモジュール５１２は、ビームスプリッタ５０６をさらに含み、ビームスプリッタ５０６は別のビームスプリッタ９０２と凹型ミラー（図示せず）と共に、ＳＬＭ５１６からの光をスイッチ可能なＰＢＰ格子積層体８０２およびＭＥＭＳミラー５２４に向けてフォーカスする。

示されるように、スイッチ可能なＰＢＰ格子積層体８０２は、光路中、ＭＥＭＳミラー５２４の手前に配設される。動作中、スイッチ可能なＰＢＰ格子積層体８０２およびＭＥＭＳミラー５２４を使用して、ＨＯＥ５２６を介して光をステアリングし、図９では領域９０４として示されるユーザの目の注視の中心窩領域に対応する瞳孔位置に向ける。示されるように、光は、ＭＥＭＳミラー５２４によって、瞳孔位置（視線追跡器５２８によって追跡される）に基づいて決定される角度でＨＯＥ５２６に向けてステアリングされる。ＨＯＥ５２６に入射するステアリングされた光は、ＨＯＥ５２６の角度－波長選択性特性により、ＨＯＥ５２６によって瞳孔９０４に向かって反射およびフォーカスされる。同じ角度および波長選択性特性により、周辺ディスプレイモジュール５０２によって生成された低解像度で、高ＦＯＶの背景結像用の光、ならびに現実世界の光は、ＨＯＥ５２６を通過することができる。

図１０は、様々な実施形態による、図８のスイッチ可能なＰＢＰ格子積層体８０２のコンポーネントおよび動作を示す。パネルＡに示すように、スイッチ可能なＰＢＰ格子積層体８０２は、２つのＰＢＰ格子１００２および１００６、ならびにＰＢＰ格子１００２と１００６との間に配設されたスイッチ可能な半波長板１００４を含む。スイッチ可能なＰＢＰ格子積層体８０２のコンポーネントのすべてまたは一部は、互いに物理的に接触していてもよく、互いに１つの基板を共有してもよく、互いに積層されてもよく、互いに光学的に接触してもよく、屈折率マッチング流体もしくは光学糊を互いの間に有してもよく、および／またはコンポーネント同士の間に空間があってもよい。例えば、ＰＢＰ格子積層体８０２のコンポーネントの一部のすべてまたは一部は、レンズの表面であることができる。

図１１に関して以下でさらに詳細に考察するように、ＰＢＰ格子１００２および１００６のそれぞれは、ＰＢＰ格子１００２または１００６に入射する光の偏光の左右像、およびＰＢＰ格子１００２または１００６に印加される（または印加されない）電場の強さに応じた３つの可能な状態を有する。ＰＢＰ格子１００２および１００６は、３つの状態のそれぞれにおいて、光を異なるように回折する。結果として、ＰＢＰ格子１００２および１００６に入射する光は、ＰＢＰ格子１００２および１００６の状態に応じて異なる角度でリダイレクトされる可能性がある。

スイッチ可能な半波長板１００４は、オン状態とオフ状態の、２つの可能な状態を有する。スイッチ可能な半波長板１００４がオフ状態にある場合、スイッチ可能な半波長板１００４は妨げられることなく光を通過させる。つまり、スイッチ可能な半波長板１００４は、オフ状態では、特性を持たないガラスのように作用する。オン状態では、スイッチ可能な半波長板１００４は、光の１つの直線成分を他の成分に対して１８０°遅らせる半波長板として作用する。オン状態では、スイッチ可能な半波長板１００４は、入射してきたＬＣＰ光をＲＣＰ光に変換するか、その逆である。

パネルＡに示されるように、ＰＢＰ格子１００２および１００６は、スイッチ可能な半波長板１００４がオフ状態の場合、ＰＢＰ格子１００２および１００６によって作り出される回折角が打ち消されるように構成される。結果として、スイッチ可能なＰＢＰ格子積層体８０２を通過する光の伝播方向は、スイッチ可能な半波長板１００４（またスイッチ可能なＰＢＰ積層体８０２全体）がオフ状態にあるときは、変わらないままである。

パネルＢに示されるように、ＰＢＰ格子１００２および１００６は、スイッチ可能な半波長板１００４がオン状態の場合、ＰＢＰ格子１００２と１００６によって作り出される回折角が足し合わされるようにさらに構成される。結果として、スイッチ可能なＰＢＰ格子積層体８０２を通過する光の伝播方向は、スイッチ可能な半波長板１００４（およびスイッチ可能なＰＢＰ積層体８０２全体）がオン状態にあるときは、変化する。

パネルＡとＢとの回折角の差異は、ＰＢＰ格子１００６の異なる状態に起因し、スイッチ可能な半波長板１００４がオン状態またはオフ状態のときの、スイッチ可能な半波長板１００４によって出力される光の偏光の異なる左右像によって生じる。回折角が異なる結果として、スイッチ可能なＰＢＰ格子積層体８０２は、スイッチ可能な半波長板１００４（およびスイッチ可能なＰＢＰ積層体８０２全体）を適宜オンまたはオフにすることによって、積層体８０２に入射する光のビームをステアリングするように制御することができる。さらには、図８～図９と併せて上述したように、スイッチ可能なＰＢＰ格子積層体８０２によって提供されるステアリング範囲を使用して、ＭＥＭＳミラー５２４などのビームステアリングデバイスのステアリング範囲を大きく（例えば、２倍に）することができる。

本明細書では、ＰＢＰ格子積層体８００の具体的な光学素子を、参照例として考察するが、代替的な実施形態では、本明細書で開示される光学素子の機能性を実行することが可能な、あらゆる技術的に実現可能なタイプの光学素子が使用されてもよい。

図１１は、様々な実施形態による、ＰＢＰ格子１１００を示す。いくつかの実施形態では、ＰＢＰ格子１１００は、図８と併せて上述したＰＢＰ格子１００２および１００６のうちの１つであってもよい。互いに直交するｘ軸およびｙ軸１１１０が、基準として図示される。ｚ軸は図示されていないが、ｘｙ平面に直交し、格子１１００の光軸に沿っている。

示されるように、格子１１００は、ＬＣまたは線形反復パターンで配向するメタ構造の一軸速軸１１２０を含む。図１１では、速軸の配向は、ＬＣまたはメタ構造の配向を概略的に表現するように揃えられた短い線分として図示されている。例えば、速軸１１２０Ａは、ｘ方向に配向しているが、ＬＣ１１２０Ｂはｙ方向に配向している。１１２０Ａと１１２０Ｂとの間の速軸は、ｘ方向とｙ方向に対して中間的な方向に沿って揃っている。そのようなパターン化された配向を有する一軸波長板は、光の光波が波長板（例えば、位相板）を伝播する際の偏光の進行の結果として、光の幾何学的位相シフトを引き起こす。様々な実施形態では、ｘ軸に沿う速軸の配向は、格子１１００の特定のｘｙ平面について一定である。さらには、図示されていないが、様々な実施形態において、ｘｙ平面に垂直な（ｚ軸）、ある方向における速軸の配向は、回転的に変化してもよい（例えば、ねじれ構造）。

格子１１００の線形反復パターンは、パターンの繰返し部分の間がｙ軸に沿って距離１１３０の半分であるピッチを有する。ピッチは、一部、格子１１００の光学的な性質を決定する。例えば、光学軸に沿って格子１１００に入射する偏光した光は、それぞれが回折次数ｍ＝＋１、－１、および０に対応する、一次、共役、および漏れ（ｌｅａｋａｇｅ）の光を含む格子出力をもたらす。本明細書では、ｍ＝＋１は一次の次数として考え、共役次数はｍ＝－１の次数として考えるが、次数の指定は反転させてもよく、または変えてもよい。ピッチは、異なる回折次数における光の回折角（例えば、ビームステアリング角）を決定する。一般的に、所与の光の波長に対し、ピッチが小さくなると、角度は大きくなる。

いくつかの実施形態では、１１００などのＰＢＰ格子は、アクティブ（「アクティブ素子」とも称される）またはパッシブ（「パッシブ素子」とも称される）であってもよい。アクティブなＰＢＰ格子は、例えば、アクティブなＰＢＰレンズの状態と同様に、次の３つの光学的な状態を有する：加法状態、中間状態、および減法状態。加法状態では、アクティブなＰＢＰ格子は特定の波長の光を、減法状態の回折角に対して正となる角度に回折する。減法状態では、アクティブなＰＢＰ格子は特定の波長の光を、加法状態の正の角度に対して負となる角度に回折する。その一方で、中間状態では、ＰＢＰ格子は光の回折に至らず、アクティブなＰＢＰ格子を通過する光の偏光に影響しない。

アクティブなＰＢＰ格子の状態は、アクティブなＰＢＰ格子に入射する光の偏光の左右像、およびアクティブなＰＢＰ格子に印加される電場の尺度によって決定される場合がある。例えば、いくつかの実施形態では、アクティブなＰＢＰ格子は、右回りの円偏光を有する入射光およびゼロの（またはより一般的には、しきい値電場を下回る）電場が印加されたことに応答して減法状態で動作する。いくつかの実施形態では、ＰＢＰ格子は、左回りの円偏光を有する入射光およびゼロの電場が印加されたことに応答して加法状態で動作する。いくつかの実施形態では、ＰＢＰ格子は、印加される電場に応答して（偏光に関わらず）中間状態で動作する。正の誘電率異方性を有する液晶は、印加される電場方向に沿って揃えることができる。アクティブなＰＢＰ格子が、加法または減法状態にある場合、アクティブなＰＢＰ格子から出力される光は、アクティブなＰＢＰ格子に入る光の左右像と反対の左右像を有する。アクティブなＰＢＰ格子が、中間状態にある場合、アクティブなＰＢＰ格子から出力される光は、アクティブなＰＢＰ格子に入る光と同じ左右像を有する。

パッシブなＰＢＰ格子の状態は、パッシブなＰＢＰ格子に入射する光の偏光の左右像によって決定される。例えば、いくつかの実施形態では、パッシブなＰＢＰ格子は、右回りの円偏光を有する入射光に応答して減法状態で動作する。いくつかの実施形態では、パッシブなＰＢＰ格子は、左回りの円偏光を有する入射光に応答して加法状態で動作する。加法または減法状態にあるパッシブなＰＢＰ格子では、パッシブなＰＢＰ格子から出力される光は、パッシブなＰＢＰ格子に入る光の左右像と反対の左右像を有する。

中心窩適応ディスプレイシステムを使用して人工現実コンテンツを生成する
図１２は、様々な実施形態による、中心窩適応ディスプレイシステムを使用して人工現実コンテンツを生成する方法を示す。図１～図３および図５～図１１のシステムを参照して方法ステップを説明するが、当業者であれば、あらゆるシステムは、他の実施形態では任意の順序で、方法ステップを実装するように構成されてもよいことを理解されよう。特に、方法は、説明的な例として図５の中心窩適応ディスプレイシステム５００を参照して説明されるが、方法はまた、図４の中心窩適応ディスプレイシステム４００などの他の中心窩適応ディスプレイシステムで実装されてもよい。

示されるように、方法１２００は、ブロック１２０２で始まり、このブロックでは、アプリケーションにより、ＨＯＥ５２６と直線上にある少なくともディフューザ５０８を使用して投影画像が生成される。アプリケーションは、例えば、図３と併せて上述したようなアプリケーションストア３５５に記憶されたアプリケーションのうちの１つであってもよく、ゲーミングアプリケーション、会議アプリケーション、動画再生アプリケーション、またはあらゆる他の適切なアプリケーションを含んでもよい。そのようなアプリケーションに関して説明するが、他の実施形態では、方法１２００の一部またはすべてのステップは、図３と併せて上述したエンジン３６５などのエンジンによって実施されてもよい。

図４～図７と併せて上述したように、いくつかの実施形態では、ディフューザ５０８は、偏光、角度、および波長選択的であってもよい。そのような事例では、ディフューザ５０８は、特定の角度範囲でディフューザ５０８に投影される、偏光の特定の左右像を有し、特定の波長範囲内の光を反射および拡散しつつ、他の光（例えば、現実世界の光）はディフューザ５０８を通過させてもよい。結果として、ディフューザ５０８を使用して、ユーザの目の注視の非中心窩領域に、低解像度で大きいＦＯＶの背景画像を生成することができる。いくつかの実施形態では、図６～図７と併せて上述したように、ディフューザ５０８は、パンケーキレンズ内に含まれてもよい。

図１３は、様々な実施形態による、図１２の方法１２００のブロック１２０２をさらに詳細に示す。図５～図７のシステムを参照して方法ステップを説明するが、当業者であれば、あらゆるシステムは、他の実施形態では任意の順序で、方法ステップを実装するように構成されてもよいことを理解されよう。特に、説明的な例として図５の中心窩適応ディスプレイシステム５００を参照して説明されるが、方法ステップはまた、図４の中心窩適応ディスプレイシステム４００などの他の中心窩適応ディスプレイシステムで実装されてもよい。

ブロック１３０２において、アプリケーションは、ユーザの目の注視の非中心窩領域用の背景画像を決定する。説明したように、非中心窩領域は、ユーザの周辺視力に相当するため、ブロック１３０４で決定される背景画像は、ユーザの目の注視の中心窩領域用に生成される仮想画像と同じ解像度（つまり、ピクセル密度）の画像である必要はない。ステップ１３０２で決定される背景画像は、任意の好適な画像であってもよく、特定の画像は一般的に用途に応じたものとなる。

ブロック１３０４において、アプリケーションによって背景画像が、ある角度でディフューザ５０８に投影される。いくつかの実施形態では、ディフューザは、光の伝播距離を大きくするパンケーキレンズ内に含まれてもよい。他の実施形態では、ディフューザは、パンケーキレンズとは別個であってもよい。説明したように、偏光の特定の左右像および特定の波長を有し、特定の角度でディフューザに投影される光を、反射して拡散しつつ、他の光（例えば、現実世界の光）はディフューザを通過させるために、ディフューザはまた、いくつかの実施形態では、偏光、角度、および波長選択的であってもよい。

図１２に戻ると、ブロック１２０４において、アプリケーションはユーザの目の瞳孔位置を決定する。実施形態では、あらゆる技術的に実現可能な視線追跡技法が採用されてもよい。例えば、アプリケーションは、図３と併せて上述したように、ユーザが装着するＮＥＤまたはＨＭＤに含まれる１つまたは複数の照明光源と撮像デバイス（カメラ）を用いて生成された、ユーザの目に関連する追跡データを分析してもよい。

ブロック１２０６において、アプリケーションによって、ブロック１２０４で決定された瞳孔位置に基づいて、少なくともＨＯＥ５２６を使用して、仮想画像が生成され、ユーザの目の注視の中心窩領域でフォーカスされる。いくつかの実施形態では、ＳＬＭ５１６を介して生成される光をフォーカスするために使用されるＭＥＭＳミラー５２４のステアリング範囲は、図７～図８と併せて上述したように、スイッチ可能なＰＢＰ格子積層体８０２を使用してさらに大きくすることができる。

説明したように、ＨＯＥ５２６は、投影画像およびブロック１２０２で生成された関連する光、ならびに現実世界の光をＨＯＥ５２６に通過させる、角度－波長選択的レンズである。加えて、ＨＯＥ５２６は、ＨＯＥ５２６に特定の角度で入射するＭＥＭＳミラー５２４からの特定波長の光を反射してユーザの目の注視の中心窩領域に向けてフォーカスするように構成され、それにより、高解像度の結像を生成する。

図１４は、様々な実施形態による、図１２の方法１２００のブロック１２０６をさらに詳細に示す。図５および図８～図１１のシステムを参照して方法ステップを説明するが、当業者であれば、あらゆるシステムは、他の実施形態では任意の順序で、方法ステップを実装するように構成されてもよいことを理解されよう。特に、説明的な例として図５の中心窩適応ディスプレイシステム５００を参照して説明されるが、方法ステップはまた、図４の中心窩適応ディスプレイシステム４００などの他の中心窩適応ディスプレイシステムで実装されてもよい。

示されるように、ブロック１４０２において、アプリケーションによってＳＬＭ５１６は投影デバイス５１４によって発せられた光を変調する。説明したように、いくつかの実施形態では、ＳＬＭ５１６は、光回折を使用して、ユーザの目の注視の中心窩領域でフォーカスされる高解像度の仮想画像を作成するホログラフィックディスプレイを提供してもよい。そのような事例では、アプリケーションは、高解像度の仮想結像を生成するために必要とされる、投影デバイス５１４によって発せられる光に対する変調を決定し、それに応じてＳＬＭ５１６を制御することができる。あらゆる好適な変調が決定されてもよく、特定の変調は一般的に用途に応じたものとなる。加えて、ＳＬＭ５１６によって変調された光は、いくつかの実施形態では、凹型ミラー５０８および１つまたは複数のビームスプリッタ（例えば、ビームスプリッタ５０６および９０２）を介して、ＭＥＭＳミラー５２４にフォーカスされてもよい。

示されるように、ブロック１４０４において、アプリケーションは、方法１２００のブロック１２０４で決定された瞳孔位置に基づいて、ＭＥＭＳミラー４１４を使用してＨＯＥ５２６に光をステアリングする角度を決定する。説明したように、決定される角度は、光を、決定された瞳孔位置に対応するユーザの目の注視の中心窩領域でフォーカスするために必要な角度である。

ブロック１４０６において、アプリケーションは、角度がＭＥＭＳミラー５２４のステアリング範囲内にあるかどうかを決定する。説明したように、ＭＥＭＳミラー５２４のステアリング範囲は、いくつかの実施形態では、ＭＥＭＳミラー５２４によって達成可能な傾き角によって限定され得る。例えば、ＭＥＭＳミラー５２４の水平ステアリング範囲はアクティブなＰＢＰ格子素子なしで±１５°まで限定される可能性があり、ＭＥＭＳミラー５２４の垂直ステアリング範囲はアクティブなＰＢＰ素子なしで±１０°まで限定される可能性がある。

アプリケーションが、角度がＭＥＭＳミラー５２４のステアリング範囲内であると判定した場合、ブロック１４０８において、アプリケーションによってＭＥＭＳミラーはブロック１４０４で決定された角度で光をステアリングする。例えば、アプリケーションは、制御信号を送り、ブロック１４０４で決定された角度に基づいて、ＭＥＭＳミラー５２４を電磁気的に駆動することができる。この事例では、スイッチ可能なＰＢＰ格子積層体８０２は、スイッチオンされない（または、スイッチ可能なＰＢＰ格子積層体８０２が既にオンである場合、スイッチオフされる）。

一方で、角度がＭＥＭＳミラー５２４のステアリング範囲内ではない場合、ブロック１４１０において、アプリケーションは、スイッチ可能なＰＢＰ格子積層体８０２がスイッチオンの状態で、ＭＥＭＳミラー５２４を使用してＨＯＥ５２６に光をステアリングする角度を決定する。例えば、スイッチ可能なＰＢＰ格子積層体８０２がＭＥＭＳミラー５２４のステアリング範囲を倍にするように構成されている場合、アプリケーションは、ブロック１４０４で決定された角度をブロック１４１０において２で割ることが可能である。

ブロック１４１２において、アプリケーションによって、スイッチ可能なＰＢＰ格子積層体８０２はスイッチオンにされ、ＭＥＭＳミラー５２４はブロック１４１０で決定された角度で光をステアリングする。説明したように、スイッチ可能な半波長板１００４をスイッチオンすることによって、スイッチ可能なＰＢＰ格子積層体８０２をスイッチオンしてもよい。

図１２に戻ると、ステップ１２０８において、アプリケーションは、別の時点へと継続するかどうかを判定する。アプリケーションが継続すると判定する場合、方法１２００はステップ１２０２に戻り、このステップでは、アプリケーションにより、ＨＯＥ５２６と直線上にある少なくともディフューザ５０８を使用して別の投影画像が生成される。一方で、アプリケーションが継続しないと判定した場合、方法１２００は終了する。

本明細書で開示される中心窩適応ディスプレイシステムの１つの利点は、中心窩適応ディスプレイシステムが、ユーザの目の注視の中心窩領域には高解像度の仮想結像を、それと共にユーザの目の注視の他の領域には低解像度で大きい視野の背景結像を生成することである。投影結像を生成するために使用されるディフューザは、パンケーキレンズ内に配設することが可能であり、パンケーキレンズは、小型のフォームファクタおよび重量が検討事項となるＨＭＤや他のデバイスを用いる用途に有益な比較的コンパクトな（つまり、より薄い）設計である。加えて、スイッチ可能なパンチャラトナム－ベリー位相格子積層体は、例えば仮想結像に関する光が、ユーザの目に見える視野全体を覆うようにステアリングすることができるように、高解像度の仮想結像を生成するために使用されるビームステアリングデバイスのステアリング範囲を大きくするために使用することが可能である。これらの技術上の利点は、従来技術の手法に優る１つまたは複数の技術的な進歩を代表する。

請求項のいずれかで述べられる請求項要素のいずれか、および／または本出願において説明されるあらゆる要素の、任意およびすべての組み合わせは、あらゆる様式で、本開示および保護の企図される範囲に含まれる。

本開示の実施形態の前述の説明は、説明を目的として提示されたものであり、網羅的であること、または本開示を開示される厳密な形態に限定するように意図されていない。当業者であれば、上述の開示に照らして、多くの修正形態および変形形態が可能であることを諒解されよう。

本説明の一部分は、本開示の実施形態を、情報に対する操作のアルゴリズムおよび記号的な表現の観点から説明している。このようなアルゴリズム的な説明および表現は、一般的にはデータ処理分野の熟練者により、自身の仕事の実体を、他の当業者に効果的に伝えるために使用される。このような操作は、機能的に、計算科学的に、または論理的に説明されるが、コンピュータプログラムまたは等価的な電気回路、マイクロコードなどによって実装されるものと理解される。さらには、一般性を失うことなく、時には、このような操作の配置構成をモジュールと称することが便利であることもまた証明されている。説明される操作およびその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、またはそれらのあらゆる組み合わせに具体化され得る。

本明細書において説明されるステップ、操作、またはプロセスのいずれも、１つまたは複数のハードウェアまたはソフトウェアモジュールにより、単体で、または他のデバイスとの組み合わせとして、実施または実装することができる。一実施形態において、ソフトウェアモジュールは、説明されるステップ、操作、またはプロセスの、いずれかまたはすべてを実施するためにコンピュータプロセッサによって実行可能な、コンピュータプログラムコードを含むコンピュータ可読媒体を備えるコンピュータプログラム製品により実装される。

本開示の実施形態はまた、本明細書における動作を実施するための装置に関連する場合がある。この装置は、必要とされる目的のために特別に構築されてもよく、および／またはコンピュータに記憶されるコンピュータプログラムによって選択的にアクティブ化または再構成される汎用コンピューティングデバイスを含んでもよい。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連結可能な場合がある、非一時的な有形のコンピュータ可読記憶媒体、または電子的な命令を記憶するために適したあらゆるタイプの媒体に記憶されてもよい。さらには、本明細書で言及されるあらゆるコンピューティングシステムは、単一のプロセッサを含んでもよく、またはコンピューティング能力の向上のために複数のプロセッサ設計を採用するアーキテクチャであってもよい。

本開示の実施形態はまた、本明細書において説明される計算プロセスによって作り出される製品に関連する場合がある。そのような製品は、計算プロセスから得られる情報を含んでもよく、この場合、情報は、非一時的な有形な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あらゆる実施形態または本明細書において説明される他のデータの組み合わせを含んでもよい。

最終的に、本明細書で用いられる言葉は、原則的に読み易さと指示的な目的のために選ばれたものであり、発明の主題を詳述するため、またはその範囲を定めるために選ばれたものではない場合がある。したがって、本開示の範囲は、この詳細な説明によって限定されることは意図されておらず、これに基づく出願に対して発行されるあらゆる特許請求によって限定されることが意図されている。したがって、実施形態の開示は、本開示の範囲を限定するのではなく、例示的であることが意図されており、これを以下の特許請求の範囲において述べる。

様々な実施形態の説明が、説明を目的として提示されてきたが、網羅的であることまたは開示される実施形態に限定されることを意図されていない。説明される実施形態の範囲および思想から逸脱することなく、多くの修正形態および変形形態が、当業者には明らかである。

本実施形態の態様は、システム、方法、またはコンピュータプログラム製品として具体化することができる。したがって、本開示の態様は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、またはソフトウェアとハードウェアの態様を組み合わせた実施形態の形態を取ってもよく、これらは本明細書においては、すべて全体的に「モジュール」または「システム」と称することができる。さらには、本開示の態様は、コンピュータ可読プログラムコードが具体化された１つまたは複数のコンピュータ可読媒体に具体化されたコンピュータプログラム製品の形態を取ってもよい。

１つまたは複数のコンピュータ可読媒体のあらゆる組み合わせを利用することができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読の信号媒体またはコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。コンピュータ可読記憶媒体は、例えば、電子的、磁気的、光学的、電磁気的、赤外、または半導体のシステム、装置、もしくはデバイス、または前述のあらゆる適切な組み合わせであってもよいが、それに限定されない。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例（非網羅的な一覧）としては、以下が挙げられよう：１つまたは複数の配線を有する電気接続、ポータブルのコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、光ファイバ、ポータブルコンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、光学記憶デバイス、磁気記憶デバイス、または前述のあらゆる適切な組み合わせ。本文書のコンテキストでは、コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置、またはデバイスにより、またはそれと併せて使用するためのプログラムを含むか記憶することができるあらゆる有形の媒体であってもよい。

本開示の態様は、本開示の実施形態による、方法、装置（システム）、およびコンピュータプログラム製品のフローチャート図および／またはブロック図を参照して上述される。フローチャート図および／またはブロック図のそれぞれのブロック、ならびにフローチャート図および／またはブロック図におけるブロックの組み合わせは、コンピュータプログラム命令によって実装可能であることを理解されたい。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、特殊目的コンピュータ、または他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに提供されて、マシンを作り出すことができる。命令は、コンピュータまたは他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサを通じて実行されると、フローチャートおよび／またはブロック図の１つまたは複数のブロックに指定される機能／作用の実装を可能にする。そのようなプロセッサは、限定することなく、汎用プロセッサ、特殊目的プロセッサ、特定用途向けプロセッサ、またはフィールドプログラマブルゲートアレイであってもよい。

図面中のフローチャートおよびブロック図は、本開示の様々な実施形態による、システム、方法、およびコンピュータプログラム製品の可能な実装形態の、アーキテクチャ、機能性、および動作を図示している。この点において、フローチャートまたはブロック図のそれぞれのブロックは、指定される論理機能を実装するための１つまたは複数の実行可能な命令を含む、コードのモジュール、セグメント、または一部を表現している場合がある。一部の代替的な実装形態では、ブロックに示される機能は、図面に示される順とは異なって生じてもよいことにも留意されたい。例えば、続けて示される２つのブロックは、実際には、実質的に同時的に実行されてもよく、または関与する機能性に応じて、ブロックは時に逆の順で実行されてもよい。ブロック図および／またはフローチャート図のそれぞれのブロック、ならびにブロック図および／またはフローチャート図のブロックの組み合わせは、指定された機能もしくは作用を実施する特殊目的のハードウェアベースのシステム、または特殊目的ハードウェアとコンピュータ命令との組み合わせによって実装することも可能であることにも留意されたい。

上記は、本開示の実施形態に向けたものであるが、本開示の他の実施形態およびさらなる実施形態が、その基本的な範囲を逸脱することなく考案されてもよく、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって定められる。

Claims (15)

1. ２つのパンチャラトナム－ベリー位相（ＰＢＰ）格子と、
   前記ＰＢＰ格子間に配設されたスイッチ可能な半波長板と
   を備える、光学システム。
2. 前記ＰＢＰ格子が、前記スイッチ可能な半波長板がスイッチオンされると、光をある角度で回折するように構成され、
   前記ＰＢＰ格子が、前記スイッチ可能な半波長板がスイッチオフされると、光を通すように構成される
   請求項１に記載の光学システム。
3. 視線追跡モジュールをさらに備え、前記スイッチ可能な半波長板が、第１の視線追跡モジュールを使用して決定された瞳孔位置に基づいて制御される、請求項１に記載の光学システム。
4. ２つの追加的なＰＢＰ格子および前記２つの追加的なＰＢＰ格子間に配設された追加的なスイッチ可能な半波長板をさらに備え、任意選択で、
   前記２つのＰＢＰ格子および前記スイッチ可能な半波長板が、第１の方向に光をステアリングするように構成され、前記２つの追加的なＰＢＰ格子および前記追加的なスイッチ可能な半波長板が、前記第１の方向に直交する第２の方向に光をステアリングするように構成される、請求項１に記載の光学システム。
5. ビームステアリングデバイスをさらに備え、前記２つのＰＢＰ格子および前記スイッチ可能な半波長板が、前記ビームステアリングデバイスのステアリング範囲を大きくするために使用され、任意選択で、
   前記２つのＰＢＰ格子および前記スイッチ可能な半波長板が、前記ビームステアリングデバイスより手前の光路中に配設される、請求項１に記載の光学システム。
6. 前記光学システムが、結像をユーザの目の注視の中心窩領域でフォーカスするように構成されるヘッドマウントディスプレイの中心窩ディスプレイモジュールに含まれる、請求項１に記載の光学システム。
7. 前記スイッチ可能な半波長板が、オフ状態では光を通過させ、オン状態では、光の偏光の左右像を変える、請求項１に記載の光学システム。
8. 光源と、
   複数のパンチャラトナム－ベリー位相（ＰＢＰ）格子を含む光学積層体であって、少なくとも２つのモード間でスイッチ可能である、光学積層体と
   を備える、ディスプレイシステム。
9. 前記少なくとも２つのモードが、前記光学積層体に入射する光が前記光学積層体を通過する第１のモード、および前記光学積層体に入射する光が前記光学積層体によってある角度で回折される第２のモードを含む、請求項８に記載のディスプレイシステム。
10. 前記光学積層体が、２つのＰＢＰ格子および前記２つのＰＢＰ格子間に配設されたスイッチ可能な半波長板を備える、請求項８に記載のディスプレイシステム。
11. 前記光学積層体が、２つの追加的なＰＢＰ格子および前記２つの追加的なＰＢＰ格子間に配設された追加的なスイッチ可能な半波長板をさらに備え、任意選択で、
    ２つのＰＢＰ格子およびスイッチ可能な半波長板が、第１の方向に光をステアリングするために使用され、前記２つの追加的なＰＢＰ格子および前記追加的な半波長板が、前記第１の方向に直交する第２の方向に光をステアリングするために使用される、請求項８に記載のディスプレイシステム。
12. 微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーをさらに備え、前記光学積層体が、前記ＭＥＭＳミラーのステアリング範囲を大きくするよう制御可能であり、任意選択で、
    前記光学積層体が、前記ＭＥＭＳミラーより手前の光路中に配設される、請求項８に記載のディスプレイシステム。
13. 前記ディスプレイシステムが、人工現実システムに含まれる、請求項８に記載のディスプレイシステム。
14. ユーザの目の瞳孔位置を検出することと、
    検出された前記瞳孔位置に基づいて光をステアリングする角度を決定することと、
    複数のパンチャラトナム－ベリー位相（ＰＢＰ）格子を含む少なくとも１つの光学積層体を使用して前記角度で前記光をステアリングすることであって、前記光学積層体が少なくとも２つのモード間でスイッチ可能である、前記光をステアリングすることと
    を含む、方法。
15. 前記光学積層体が、２つのＰＢＰ格子および前記２つのＰＢＰ格子間に配設されたスイッチ可能な半波長板を含み、
    前記少なくとも２つのモードが、前記光学積層体に入射する光が前記光学積層体を通過する第１のモード、および前記光学積層体に入射する光が前記光学積層体によってある角度で回折される第２のモードを含み、任意選択で、
    前記光が、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーを使用して、前記角度でさらにステアリングされ、前記光学積層体が前記ＭＥＭＳミラーのステアリング範囲を大きくするよう制御可能である、請求項１４に記載の方法。

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