JP6923552B2 - 可変焦点レンズ要素を用いた拡張現実システムおよび方法 - Google Patents

Description

（優先権主張）
本願は、２０１６年４月８日に出願された米国仮特許出願第６２／３２０，３７５号の優先権の利益を主張するものであり、該米国仮特許出願は、その全体が参照により本明細書中に援用される。

（参照による援用）
本願はまた、米国出願第１４／５５５，５８５号（出願日２０１４年１１月２７日）；米国出願第１４／６９０，４０１号（出願日２０１５年４月１８日）；米国出願第１４／２１２，９６１号（出願日２０１４年３月１４日）；米国出願第１４／３３１，２１８号（出願日２０１４年７月１４日）；および米国出願第１５／０７２，２９０号（出願日２０１６年３月１６日）の各々の特許出願の全体を参照により援用する。

本開示は、拡張現実イメージングおよび可視化システムを含む、光学デバイスに関する。

現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、いわゆる「仮想現実」または「拡張現実」体験のためのシステムの開発を促進しており、デジタル的に再現された画像またはその一部が、現実であるように見える、またはそのように知覚され得る様式でユーザに提示される。仮想現実または「ＶＲ」シナリオは、典型的には、他の実際の実世界の視覚的入力に対する透明性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴い、拡張現実または「ＡＲ」シナリオは、典型的には、ユーザの周囲の実際の世界の可視化に対する拡張としてのデジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。複合現実または「ＭＲ」シナリオは、一種のＡＲシナリオであって、典型的には、自然世界の中に統合され、それに応答する、仮想オブジェクトを伴う。例えば、ＭＲシナリオは、実世界内のオブジェクトによってブロックされて見える、または別様にそれと相互作用するように知覚される、ＡＲ画像コンテンツを含んでもよい。

図１を参照すると、拡張現実場面１０が、描写されている。ＡＲ技術のユーザには、背景における人々、木々、建物を特徴とする実世界公園状設定２０と、コンクリートプラットフォーム３０とが見える。ユーザはまた、実世界プラットフォーム３０上に立っているロボット像４０と、マルハナバチの擬人化のように見える、飛んでいる漫画のようなアバタキャラクタ５０等の「仮想コンテンツ」を「見ている」と知覚する。これらの要素５０、４０は、実世界には存在しないという点で、「仮想」である。ヒトの視知覚系は、複雑であって、他の仮想または実世界画像要素間における仮想画像要素の快適で、自然のような感覚で、かつ豊かな提示を促進する、ＡＲ技術の生成は、困難である。

本明細書に開示されるシステムおよび方法は、ＡＲまたはＶＲ技術に関連する種々の課題に対処する。

いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムが、提供される。ディスプレイシステムは、光を視認者に投影し、画像情報を１つ以上の深度平面上に表示するように構成される、頭部搭載型ディスプレイを備える。ディスプレイは、光を視認者に投影するように構成される、１つ以上の導波管を備える。１つ以上の導波管はさらに、周囲環境内のオブジェクトからの光を視認者に透過するように構成される。ディスプレイはまた、１つ以上の導波管と視認者の第１の眼との間の第１の可変焦点レンズ要素と、１つ以上の導波管と周囲環境との間の第２の可変焦点レンズ要素とを備える。眼追跡システムは、視認者の眼の輻輳・開散運動（ｖｅｒｇｅｎｃｅ）を決定するように構成される。ディスプレイシステムは、視認者の眼の決定された輻輳・開散運動に基づいて、第１および第２の可変焦点レンズ要素の屈折力を調節することによって、ユーザの眼の屈折誤差を補正するように構成される。

いくつかの他の実施形態では、画像情報を頭部搭載型ディスプレイ上に表示するための方法が、提供される。本方法は、視認者の頭部上に搭載されるディスプレイを提供するステップを含み、ディスプレイは、画像情報を１つ以上の深度平面上に表示するように構成される。ディスプレイは、光を視認者に投影し、画像情報を表示するように構成される、１つ以上の導波管を備える。１つ以上の導波管はさらに、周囲環境内のオブジェクトからの光を視認者に透過するように構成される。本方法はさらに、視認者の眼の輻輳・開散運動点を決定するステップと、視認者の眼の屈折誤差を補正するステップとを含む。屈折誤差は、決定された輻輳・開散運動点に基づいて、１つ以上の導波管と視認者の眼との間に配置される第１の可変焦点レンズ要素の屈折力を変動させるステップと、決定された輻輳・開散運動点に基づいて、１つ以上の導波管と視認者を囲繞する環境との間に配置される第２の可変焦点レンズ要素の屈折力を変動させるステップとによって、補正されてもよい。

実施例１：ディスプレイシステムであって、
光を視認者に投影し、画像情報を１つ以上の深度平面上に表示するように構成される頭部搭載型ディスプレイであって、前記ディスプレイは、
光を視認者に投影するように構成される１つ以上の導波管であって、前記１つ以上の導波管は、周囲環境内のオブジェクトからの光を視認者に透過させるようにさらに構成される、１つ以上の導波管と、
１つ以上の導波管と視認者の第１の眼との間の第１の可変焦点レンズ要素と、
１つ以上の導波管と周囲環境との間の第２の可変焦点レンズ要素と
を備える、ディスプレイと、
視認者の眼の輻輳・開散運動を決定するように構成される眼追跡システムと
を備え、ディスプレイシステムは、視認者の眼の決定された輻輳・開散運動に基づいて、第１および第２の可変焦点レンズ要素の屈折力を調節することによって、ユーザの眼の屈折誤差を補正するように構成される、ディスプレイシステム。

実施例２：ディスプレイシステムは、画像情報を表示するために、深度平面に応じて第１および第２の可変焦点レンズ要素の屈折力を修正するように構成される、実施例１に記載のディスプレイシステム。

実施例３：ディスプレイシステムは、第１の可変焦点レンズ要素の屈折力に応答して、第２の可変焦点レンズ要素の屈折力を調節するように構成される、実施例１−２のいずれかに記載のディスプレイシステム。

実施例４：１つ以上の導波管は、発散光を視認者に投影し、画像情報を表示するように構成される、実施例１−３のいずれかに記載のディスプレイシステム。

実施例５：１つ以上の導波管の各々は、固定屈折力を有する、実施例１−４のいずれかに記載のディスプレイシステム。

実施例６：１つ以上の導波管と視認者の第２の眼との間の第３の可変焦点要素をさらに備える、実施例１−５のいずれかに記載のディスプレイシステム。

実施例７：１つ以上の導波管と周囲環境との間の第４の可変焦点要素をさらに備える、実施例６に記載のディスプレイシステム。

実施例８：システムは、決定された輻輳・開散運動に基づいて、第３の可変焦点レンズ要素の屈折力を調節し、投影された光の波面を変動させるように構成される、実施例６−７のいずれかに記載のディスプレイシステム。

実施例９：システムは、決定された輻輳・開散運動に基づいて、第４の可変焦点レンズ要素の屈折力を調節し、周囲環境内のオブジェクトからの入射光の波面を変動させるように構成される、実施例６−８のいずれかに記載のディスプレイシステム。

実施例１０：眼追跡システムは、１つ以上のカメラを備える、実施例１−９のいずれかに記載のディスプレイシステム。

実施例１１：第１および／または第２の可変焦点レンズ要素の屈折力は、２つ以上の距離における視認者の視覚を補正するために、処方箋に従って調節される、実施例１−１０のいずれかに記載のディスプレイシステム。

実施例１２：システムは、第１および第２の可変焦点レンズ要素の各々に対し、３つ以上の事前に設定された処方箋屈折力を有する、実施例１−１１のいずれかに記載のディスプレイシステム。

実施例１３：利用可能な処方箋屈折力の数は、少なくともディスプレイのための深度平面の総数と等しい、実施例１−１２のいずれかに記載のディスプレイシステム。

実施例１４：第１および／または第２の可変焦点レンズ要素は、２つの基板間に挟入された液晶の層を備える、実施例１−１３のいずれかに記載のディスプレイシステム。

実施例１５：第１および／または第２の可変焦点レンズ要素は、電圧の印加に応じて液晶層の屈折率を改変するための電極を備える、実施例１４に記載のディスプレイシステム。

実施例１６：基板は、ガラスを含む、実施例１４−１５に記載のディスプレイシステム。

実施例１７：電流または電圧の印加によって第１および／または第２の可変焦点レンズ要素の屈折率を変動させるように構成される電子ハードウェア制御システムをさらに備える、実施例１−１６のいずれかに記載のディスプレイシステム。

実施例１８：眼追跡システムは、電子ハードウェア制御システムへのフィードバックループを形成し、視認者の眼の決定された輻輳・開散運動に従って、第１および／または第２の可変焦点レンズ要素の屈折率を変動させる、実施例１７に記載のディスプレイシステム。

実施例１９：画像情報を頭部搭載型ディスプレイ上に表示するための方法であって、前記方法は、
視認者の頭部上に搭載されるディスプレイを提供することであって、ディスプレイは、画像情報を１つ以上の深度平面上に表示するように構成され、ディスプレイは、
光を視認者に投影し、画像情報を表示するように構成される１つ以上の導波管
を備え、
１つ以上の導波管はさらに、周囲環境内のオブジェクトからの光を視認者に透過させるように構成される、ことと、
視認者の眼の輻輳・開散運動点を決定することと、
視認者の眼の屈折誤差を補正することであって、前記補正することは、
決定された輻輳・開散運動点に基づいて、１つ以上の導波管と視認者の眼との間に配置される第１の可変焦点レンズ要素の屈折力を変動させることと、
決定された輻輳・開散運動点に基づいて、１つ以上の導波管と視認者を囲繞する環境との間に配置される第２の可変焦点レンズ要素の屈折力を変動させることと
によって行われる、ことと
を含む、方法。

実施例２０：
第３の可変焦点レンズ要素および第４の可変焦点レンズ要素であって、第３の可変焦点レンズ要素は、１つ以上の導波管と視認者の他方の眼との間にあり、第４の可変焦点レンズ要素は、第３の可変焦点レンズの直前かつ１つ以上の導波管と周囲環境との間にある、第３の可変焦点レンズ要素および第４の可変焦点レンズ要素
をさらに備え、
決定された輻輳・開散運動点に基づいて、第３および第４の可変焦点レンズ要素の屈折力を変動させることによって、他方の眼の屈折誤差を補正することを含む、実施例１９に記載の方法。

実施例２１：輻輳・開散運動点を決定することは、１つ以上のカメラを使用して、視認者の両眼の輻輳・開散運動を追跡することを含む、実施例２０に記載の方法。

実施例２２：第１の可変焦点レンズ要素の屈折力は、第２の可変焦点レンズ要素の屈折力と同時に変動される、実施例１９−２１のいずれかに記載の方法。

実施例２３：１つ以上の導波管の各々は、導波管からの発散光を出力するように構成される、回折光学要素を備える、実施例１９−２２のいずれかに記載の方法。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
ディスプレイシステムであって、
光を視認者に投影し、画像情報を１つ以上の深度平面上に表示するように構成される頭部搭載型ディスプレイであって、前記ディスプレイは、
前記光を前記視認者に投影するように構成される１つ以上の導波管であって、前記１つ以上の導波管は、周囲環境内のオブジェクトからの光を前記視認者に透過させるようにさらに構成される、１つ以上の導波管と、
前記１つ以上の導波管と前記視認者の第１の眼との間の第１の可変焦点レンズ要素と、
前記１つ以上の導波管と周囲環境との間の第２の可変焦点レンズ要素と
を備える、ディスプレイと、
前記視認者の眼の輻輳・開散運動を決定するように構成される眼追跡システムと
を備え、
前記ディスプレイシステムは、前記視認者の眼の決定された輻輳・開散運動に基づいて、前記第１および第２の可変焦点レンズ要素の屈折力を調節することによって、前記ユーザの眼の屈折誤差を補正するように構成される、ディスプレイシステム。
（項目２）
前記ディスプレイシステムは、前記画像情報を表示するために、深度平面に応じて前記第１および第２の可変焦点レンズ要素の屈折力を修正するように構成される、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目３）
前記ディスプレイシステムは、前記第１の可変焦点レンズ要素の屈折力に応答して、前記第２の可変焦点レンズ要素の屈折力を調節するように構成される、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目４）
前記１つ以上の導波管は、発散光を前記視認者に投影し、前記画像情報を表示するように構成される、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目５）
前記１つ以上の導波管の各々は、固定屈折力を有する、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目６）
前記１つ以上の導波管と前記視認者の第２の眼との間の第３の可変焦点要素をさらに備える、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目７）
前記１つ以上の導波管と周囲環境との間の第４の可変焦点要素をさらに備える、項目６に記載のディスプレイシステム。
（項目８）
前記システムは、前記決定された輻輳・開散運動に基づいて、前記第３の可変焦点レンズ要素の屈折力を調節し、前記投影された光の波面を変動させるように構成される、項目６に記載のディスプレイシステム。
（項目９）
前記システムは、前記決定された輻輳・開散運動に基づいて、前記第４の可変焦点レンズ要素の屈折力を調節し、前記周囲環境内のオブジェクトからの入射光の波面を変動させるように構成される、項目８に記載のディスプレイシステム。
（項目１０）
眼追跡システムは、１つ以上のカメラを備える、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目１１）
前記第１および／または第２の可変焦点レンズ要素の屈折力は、２つ以上の距離における前記視認者の視覚を補正するために、処方箋に従って調節される、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目１２）
前記システムは、前記第１および第２の可変焦点レンズ要素の各々に対し、３つ以上の事前に設定された処方箋屈折力を有する、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目１３）
利用可能な処方箋屈折力の数は、少なくとも前記ディスプレイのための深度平面の総数と等しい、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目１４）
前記第１および／または第２の可変焦点レンズ要素は、２つの基板間に挟入された液晶の層を備える、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目１５）
前記第１および／または第２の可変焦点レンズ要素は、電圧の印加に応じて前記液晶層の屈折率を改変するための電極を備える、項目１４に記載のディスプレイシステム。
（項目１６）
前記基板は、ガラスを含む、項目１４に記載のディスプレイシステム。
（項目１７）
電流または電圧の印加によって前記第１および／または第２の可変焦点レンズ要素の屈折率を変動させるように構成される電子ハードウェア制御システムをさらに備える、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目１８）
前記眼追跡システムは、前記電子ハードウェア制御システムへのフィードバックループを形成し、前記視認者の眼の決定された輻輳・開散運動に従って、前記第１および／または第２の可変焦点レンズ要素の屈折率を変動させる、項目１７に記載のディスプレイシステム。
（項目１９）
画像情報を頭部搭載型ディスプレイ上に表示するための方法であって、前記方法は、
視認者の頭部上に搭載されるディスプレイを提供することであって、前記ディスプレイは、画像情報を１つ以上の深度平面上に表示するように構成され、前記ディスプレイは、
光を前記視認者に投影し、前記画像情報を表示するように構成される１つ以上の導波管
を備え、
前記１つ以上の導波管はさらに、周囲環境内のオブジェクトからの光を前記視認者に透過させるように構成される、ことと、
前記視認者の眼の輻輳・開散運動点を決定することと、
前記視認者の眼の屈折誤差を補正することであって、前記補正することは、
前記決定された輻輳・開散運動点に基づいて、前記１つ以上の導波管と前記視認者の眼との間に配置される第１の可変焦点レンズ要素の屈折力を変動させることと、
前記決定された輻輳・開散運動点に基づいて、前記１つ以上の導波管と前記視認者を囲繞する環境との間に配置される第２の可変焦点レンズ要素の屈折力を変動させることと
によって行われる、ことと
を含む、方法。
（項目２０）
第３の可変焦点レンズ要素および第４の可変焦点レンズ要素であって、前記第３の可変焦点レンズ要素は、前記１つ以上の導波管と前記視認者の他方の眼との間にあり、前記第４の可変焦点レンズ要素は、前記第３の可変焦点レンズの直前かつ前記１つ以上の導波管と周囲環境との間にある、第３の可変焦点レンズ要素および第４の可変焦点レンズ要素
をさらに備え、
前記決定された輻輳・開散運動点に基づいて、前記第３および第４の可変焦点レンズ要素の屈折力を変動させることによって、前記他方の眼の屈折誤差を補正することを含む、項目１９に記載の方法
（項目２１）
前記輻輳・開散運動点を決定することは、１つ以上のカメラを使用して、前記視認者の両眼の輻輳・開散運動を追跡することを含む、項目２０に記載の方法。
（項目２２）
前記第１の可変焦点レンズ要素の屈折力は、前記第２の可変焦点レンズ要素の屈折力と同時に変動される、項目１９に記載の方法。
（項目２３）
前記１つ以上の導波管の各々は、前記導波管からの発散光を出力するように構成される、回折光学要素を備える、項目１９に記載の方法。

図１は、ＡＲデバイスを通した拡張現実（ＡＲ）のユーザのビューを図示する。 図２は、ウェアラブルディスプレイシステムの実施例を図示する。 図３は、ユーザのための３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。 図４は、複数の深度平面を使用して３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。 図５Ａ−５Ｃは、曲率半径と焦点半径との間の関係を図示する。 図６は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図示する。 図７は、導波管によって出力された出射ビームの実施例を図示する。 図８は、スタックされた導波管アセンブリの実施例を図示し、各深度平面は、複数の異なる原色を使用して形成される画像を含む。 図９Ａは、それぞれ、内部結合光学要素を含む、スタックされた導波管のセットの実施例の断面側面図を図示する。 図９Ｂは、図９Ａの複数のスタックされた導波管の実施例の斜視図を図示する。 図９Ｃは、図９Ａおよび９Ｂの複数のスタックされた導波管の実施例の上下平面図を図示する。 図１０Ａおよび１０Ｂは、可変焦点レンズ要素と、１つ以上の導波管とを有する、ディスプレイの実施例の概略図である。図１０Ａは、単一導波管を伴う導波管スタックを示し、図１０Ｂは、複数の導波管を伴う導波管スタックを示す。 図１０Ａおよび１０Ｂは、可変焦点レンズ要素と、１つ以上の導波管とを有する、ディスプレイの実施例の概略図である。図１０Ａは、単一導波管を伴う導波管スタックを示し、図１０Ｂは、複数の導波管を伴う導波管スタックを示す。 図１１は、眼追跡システムを備える、拡張現実システムの種々のコンポーネントの概略図を示す。 図１２は、ユーザの眼の輻輳・開散運動に基づいて、可変焦点レンズ要素の屈折力を変動させるための方法の実施例を描写する。

図面は、例示的実施形態を図示するために提供され、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。

本明細書に開示されるように、拡張現実（ＡＲ）システムは、依然として、視認者が、自身の周囲の世界を見ることを可能にしながら、仮想コンテンツを視認者に表示し得る。好ましくは、本コンテンツは、例えば、画像情報を視認者の眼に投影し、周囲環境からの光をそれらの眼に透過させながら、その周囲環境のビューも可能にする、アイウェアの一部として、頭部搭載型ディスプレイ上に表示される。

しかしながら、多くの視認者は、光が自身の眼の網膜に正確に集束させることを妨害する、屈折誤差を伴う眼を有する。屈折誤差の実施例は、近視、遠視、老眼、および乱視を含む。これらの視認者は、ディスプレイによって投影された画像情報を明確に視認するために、特定の処方箋屈折力を伴うレンズ要素を要求し得る。いくつかの実施形態では、そのようなレンズ要素は、画像情報を投影するための導波管と視認者の眼との間に位置付けられてもよい。望ましくないことに、これらのレンズ要素と、可能性として、導波管等のディスプレイの他の光学透過部品とは、周囲環境の視認者のビューに収差を生じさせ得る。加えて、多くのレンズ要素は、視認者によって被られる屈折誤差の全てに対処し得ない、固定屈折力を有する。

いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムは、導波管または複数の導波管を挟入する（その両側に位置付けられる）、第１および第２の可変焦点レンズ要素を含む。第１のレンズ要素は、１つ以上の導波管と視認者の眼との間にあってもよく、１つ以上の導波管からその眼に投影される光の集束における屈折誤差を補正するように構成されてもよい。加えて、いくつかの実施形態では、第１のレンズ要素は、適切な量の屈折力を提供し、表示される仮想コンテンツを所望の深度平面上に設置するように構成されてもよい。第２のレンズ要素は、周囲環境と１つ以上の導波管との間にあってもよく、屈折力を提供し、導波管および第１のレンズ要素を通した周囲環境からの光の透過における収差を補償するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、視認者の他方の眼における屈折誤差は、別個に補正されてもよい。例えば、他方の眼と導波管との間の第３の可変焦点レンズ要素と、導波管と周囲環境との間の第４の可変焦点レンズ要素とが、本他方の眼における屈折誤差を補正するために使用されてもよい。可変焦点要素の焦点距離／屈折力は、実世界および／または仮想コンテンツがユーザの眼の網膜上に集束され、それによって、ユーザが高い光学的画像品質を伴って実および仮想オブジェクトの両方を視認することを可能にするように変動されてもよい。

いくつかの実施形態では、ディスプレイは、視認者の眼の輻輳・開散運動を決定するように構成される眼追跡システムを含む、ディスプレイシステムの一部である。眼追跡システムは、例えば、眼の輻輳・開散運動点を決定する、１つ以上のカメラであってもよく、その結果、眼が集束される距離を決定し、その距離に対して眼の適切な補正を導出するために利用されてもよい。異なる補正が、異なる輻輳・開散運動点のために要求され得、例えば、異なる補正が、視認者の眼が近距離、遠距離、または中間距離のオブジェクトに適切に集束するために要求され得る（実または仮想オブジェクトにかかわらず）ことを理解されたい。いくつかの実施形態では、可変焦点レンズ要素が可変屈折力を提供する能力は、例えば、処方箋眼鏡またはコンタクトレンズに容易に利用可能ではない、段階的補正を可能にし得る。例えば、２つ以上の、３つ以上の、４つ以上の、または５つ以上の一意の補正（いくつかの実施形態では、各眼に対して）が、利用可能であり得る。

固定処方箋光学装置を装着する代わりに、可変焦点レンズ要素が、所望の補正をユーザに提供するために構成されてもよい。例えば、拡張現実ディスプレイシステムは、異なる深度平面から投影された仮想オブジェクトおよび／または異なる距離における実世界オブジェクトのための異なる屈折力を提供するように構成されてもよい。例えば、近見視力補正を要求するユーザに関して、可変焦点レンズ要素は、ユーザが近見視力域に対応する距離に位置する仮想オブジェクトまたは実世界オブジェクトを視認するとき、近見視力屈折力を提供するように構成されてもよい。別の実施例として、中間距離視力補正を要求するユーザに関して、可変焦点レンズ要素は、ユーザが中間距離視力域に対応する距離に位置する仮想オブジェクトまたは実世界オブジェクトを視認するとき、中間距離視力屈折力を提供するように構成されてもよい。さらに別の実施例として、遠見視力補正を要求するユーザに関して、可変焦点レンズ要素は、ユーザが遠見視力域に対応する距離に位置する仮想オブジェクトまたは実世界オブジェクトを視認するとき、遠見視力屈折力を提供するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、近見視力補正、中間距離視力補正、および遠見視力補正のためのユーザの処方箋が、ディスプレイシステムによってアクセスされてもよく、システムは、ユーザが近見視力域、中間距離視力域、および遠見視力域に対応する距離に位置する仮想オブジェクトまたは実世界オブジェクトを視認するとき、ユーザの処方箋に従って、可変焦点レンズ要素の屈折力を変動させてもよい。

有利には、第１および／または第２のレンズ要素は、同一頭部搭載型ディスプレイが、補正レンズ要素を物理的に変更せずに、種々のユーザによって使用されることを可能にし得る。むしろ、ディスプレイは、ユーザに適合する。加えて、可変焦点レンズ要素は、適切な屈折力を提供し、１つ以上の導波管から投影された画像情報を所望の深度平面上に設置するように構成されてもよい。例えば、可変焦点レンズ要素は、１つ以上の導波管から視認者に投影される光の発散を変動させるように構成されてもよい。可変焦点レンズ要素によって提供される適合性は、同一ディスプレイが、提供され、異なるユーザによって使用され得、より少ない光学構造が、画像情報をある範囲の深度平面上に表示するために要求され得るため、ディスプレイの製造および設計を単純化するための利点を提供し得る。さらに、広範囲の補正をリアルタイムでもたらす能力は、従来の補正眼鏡を用いて容易に利用可能なものより多数の段階的補正を可能にし得る。これは、世界の視認者のビューおよび表示される画像情報の鮮明度および／または鮮鋭度を改良し得、また、長期のユーザの快適性を促進し得る。加えて、可変焦点レンズ要素は、例えば、ユーザが、加齢し、一方または両方の眼の状態が変化したとき、単に、ディスプレイシステムの中にプログラムされる事前に設定された補正を変更し、それによって、ディスプレイが新しいユーザの処方箋に容易に適合することを可能にすることによって、異なる処方箋を用いて構成されてもよい。

ここで、図面を参照するが、同様の参照番号は、全体を通して同様の部分を指す。

図２は、ウェアラブルディスプレイシステム６０の実施例を図示する。ディスプレイシステム６０は、ディスプレイ７０と、そのディスプレイ７０の機能をサポートするための種々の機械的および電子的なモジュールおよびシステムとを含む。ディスプレイ７０は、フレーム８０に結合されてもよく、これは、ディスプレイシステムユーザまたは視認者９０によって装着可能であって、ディスプレイ７０をユーザ９０の眼の正面に位置付けるように構成される。ディスプレイ７０は、いくつかの実施形態においてはアイウェアと見なされてもよい。いくつかの実施形態では、スピーカ１００が、フレーム８０に結合され、ユーザ９０の外耳道に隣接して位置付けられるように構成される（いくつかの実施形態では、示されない別のスピーカが、随意に、ユーザの他方の外耳道に隣接して位置付けられ、ステレオ／成形可能音制御を提供してもよい）。ディスプレイシステムはまた、１つ以上のマイクロホン１１０または他のデバイスを含み、音を検出してもよい。いくつかの実施形態では、マイクロホンは、ユーザが、入力またはコマンドをシステム６０に提供することを可能にするように構成され（例えば、音声メニューコマンドの選択、自然言語質問等）、および／または他の人物（例えば、類似ディスプレイシステムの他のユーザ）とのオーディオ通信を可能にしてもよい。マイクロホンはさらに、周辺センサとして構成され、オーディオデータ（例えば、ユーザおよび／または環境からの音）を収集してもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムもまた、周辺センサ１２０ａを含んでもよく、これは、フレーム８０と別個であって、ユーザ９０の身体（例えば、ユーザ９０の頭部、胴体、四肢等上）に取り付けられてもよい。周辺センサ１２０ａは、いくつかの実施形態では、ユーザ９０の生理学的状態を特徴付けるデータを取得するように構成されてもよい。例えば、センサ１２０ａは、電極であってもよい。

図２を継続して参照すると、ディスプレイ７０は、有線導線または無線コネクティビティ等の通信リンク１３０によって、ローカルデータ処理モジュール１４０に動作可能に結合され、これは、フレーム８０に固定して取り付けられる、ユーザによって装着されるヘルメットまたは帽子に固定して取り付けられる、ヘッドホン内に埋設される、または別様にユーザ９０に除去可能に取り付けられる（例えば、リュック式構成、ベルト結合式構成において）等、種々の構成で搭載されてもよい。同様に、センサ１２０ａは、通信リンク１２０ｂ、例えば、有線導線または無線コネクティビティによって、ローカルデータ処理モジュール１４０に動作可能に結合されてもよい。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、ハードウェアプロセッサと、不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリまたはハードディスクドライブ）等のデジタルメモリとを備えてもよく、これらの両方は、データの処理、キャッシュ、および記憶を補助するために利用されてもよい。データは、ａ）センサ（例えば、画像捕捉デバイス（カメラ等）、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、ジャイロスコープ、および／または本明細書に開示される他のセンサ（例えば、フレーム８０に動作可能に結合され得るかまたは別様にユーザ９０に取り付けられ得る））から捕捉されたデータ、および／または、ｂ）可能性として処理または読出後にディスプレイ７０への通過のための遠隔処理モジュール１５０および／または遠隔データリポジトリ１６０（仮想コンテンツに関連するデータを含む）を使用して取得および／または処理されたデータを含む。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、これらの遠隔モジュール１５０、１６０が相互に動作可能に結合され、ローカル処理およびデータモジュール１４０に対するリソースとして利用可能であるように、有線または無線通信リンクを介して等、通信リンク１７０、１８０によって、遠隔処理モジュール１５０および遠隔データリポジトリ１６０に動作可能に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、ローカル処理およびデータモジュール１４０は、画像捕捉デバイス、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、および／またはジャイロスコープのうちの１つ以上のものを含んでもよい。いくつかの他の実施形態では、これらのセンサのうちの１つ以上のものは、フレーム８０に取り付けられてもよい、または有線または無線通信経路によってローカル処理およびデータモジュール１４０と通信する、独立構造であってもよい。

図２を継続して参照すると、いくつかの実施形態では、遠隔処理モジュール１５０は、データおよび／または画像情報を分析および処理するように構成される、１つ以上のプロセッサを備えてもよい。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ１６０は、インターネットまたは「クラウド」リソース構成における他のネットワーキング構成を通して利用可能であり得る、デジタルデータ記憶設備を備えてもよい。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ１６０は、１つ以上の遠隔サーバを含んでもよく、これは、情報（例えば、拡張現実コンテンツを生成するための情報）をローカル処理およびデータモジュール１４０および／または遠隔処理モジュール１５０に提供する。いくつかの実施形態では、全てのデータが、記憶され、全ての計算は、ローカル処理およびデータモジュール内で行われ、遠隔モジュールからの完全に自律的な使用を可能にする。

ここで図３を参照すると、「３次元」または「３−Ｄ」としての画像の知覚は、視認者の各眼への画像の若干異なる提示を提供することによって達成され得る。図３は、ユーザに関する３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。各眼２１０、２２０に対して１つの２つの明確に異なる画像１９０、２００が、ユーザに出力される。画像１９０、２００は、視認者の視線と平行な光学軸またはｚ−軸に沿って距離２３０だけ眼２１０、２２０から離間される。画像１９０、２００は、平坦であって、眼２１０、２２０は、単一の遠近調節された状態をとることによって、画像上に合焦し得る。そのような３−Ｄディスプレイシステムは、ヒト視覚系に依拠し、画像１９０、２００を組み合わせ、組み合わせられた画像の深度および／または尺度の知覚を提供する。

しかしながら、ヒト視覚系は、より複雑であって、深度の現実的知覚を提供することは、より困難であることを理解されたい。例えば、従来の「３−Ｄ」ディスプレイシステムの多くの視認者は、そのようなシステムが不快であることを見出す、または深度の感覚を全く知覚しない場合がある。理論によって限定されるわけではないが、オブジェクトの視認者は、輻輳・開散運動（ｖｅｒｇｅｎｃｅ）および遠近調節（ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ）の組み合わせに起因して、オブジェクトを「３次元」として知覚し得ると考えられる。相互に対する２つの眼の輻輳・開散運動の移動（例えば、瞳孔が、眼の視線を収束させ、オブジェクトを凝視するための相互に向かって、またはそこから離れるように移動する、眼の転動）は、眼の水晶体および瞳孔の集束（または「遠近調節」）と密接に関連付けられる。通常条件下では、眼の水晶体の焦点を変化させること、または、眼を遠近調節し、１つのオブジェクトから異なる距離における別のオブジェクトに焦点を変化させることは、「遠近調節−輻輳・開散運動反射」および瞳孔拡張または収縮として知られる関係下、同一距離までの輻輳・開散運動における整合的変化を自動的に生じさせるであろう。同様に、輻輳・開散運動における変化は、正常条件下では、水晶体形状および瞳孔サイズの遠近調節における整合変化を誘起するであろう。本明細書に記載されるように、多くの立体視または「３−Ｄ」ディスプレイシステムは、３次元視点がヒト視覚系によって知覚されるように、各眼への若干異なる提示（したがって、若干異なる画像）を使用して、場面を表示する。しかしながら、そのようなシステムは、とりわけ、単に、場面の異なる提示を提供するが、眼が全画像情報を単一の遠近調節された状態において視認すると、「遠近調節−輻輳・開散運動反射」に対抗して機能するため、多くの視認者にとって不快である。遠近調節と輻輳・開散運動との間のより優れた整合を提供するディスプレイシステムは、３次元画像のより現実的かつ快適なシミュレーションを形成し得る。

図４は、複数の深度平面を使用して３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。図４を参照すると、ｚ−軸上の眼２１０、２２０からの種々の距離におけるオブジェクトは、それらのオブジェクトが合焦するように、眼２１０、２２０によって遠近調節される。眼２１０、２２０は、特定の遠近調節された状態をとり、ｚ−軸に沿って異なる距離においてオブジェクトに合焦する。その結果、特定の遠近調節された状態は、特定の深度平面におけるオブジェクトまたはオブジェクトの一部が、眼がその深度平面のための遠近調節された状態にあるとき合焦するように、関連付けられた焦点距離を有する、深度平面２４０のうちの特定の１つと関連付けられると言え得る。いくつかの実施形態では、３次元画像は、各眼２１０、２２０に対して画像の異なる提示を提供することによって、また、深度平面のそれぞれに対応する画像の異なる提示を提供することによってシミュレートされてもよい。例証を明確にするために、別個であるように示されるが、眼２１０、２２０の視野は、例えば、ｚ−軸に沿った距離が増加するにつれて重複し得ることを理解されたい。加えて、例証を容易にするために、平坦として示されるが、深度平面の輪郭は、深度平面内の全ての特徴が特定の遠近調節された状態における眼と合焦するように、物理的空間内で湾曲され得ることを理解されたい。

オブジェクトと眼２１０または２２０との間の距離はまた、その眼によって視認されるようなそのオブジェクトからの光の発散の量を変化させ得る。図５Ａ−５Ｃは、距離と光線の発散との間の関係を図示する。オブジェクトと眼２１０との間の距離は、減少距離Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３の順序で表される。図５Ａ−５Ｃに示されるように、光線は、オブジェクトまでの距離が減少するにつれてより発散する。距離が増加するにつれて、光線は、よりコリメートされる。換言すると、点（オブジェクトまたはオブジェクトの一部）によって生成される光場は、点がユーザの眼から離れている距離の関数である、球状波面曲率を有すると言え得る。曲率は、オブジェクトと眼２１０との間の距離の減少に伴って増加する。その結果、異なる深度平面では、光線の発散度もまた、異なり、発散度は、深度平面と視認者の眼２１０との間の距離の減少に伴って増加する。単眼２１０のみが、例証を明確にするために、図５Ａ−５Ｃおよび本明細書の種々の他の図に図示されるが、眼２１０に関する議論は、視認者の両眼２１０および２２０に適用され得ることを理解されたい。

理論によって限定されるわけではないが、ヒトの眼は、典型的には、有限数の深度平面を解釈し、深度知覚を提供することができると考えられる。その結果、知覚された深度の高度に真実味のあるシミュレーションが、眼にこれらの限定数の深度平面のそれぞれに対応する画像の異なる提示を提供することによって達成され得る。異なる提示は、視認者の眼によって別個に集束され、それによって、異なる深度平面上に位置する場面のための異なる画像特徴に合焦させるために要求される眼の遠近調節に基づいて、および／または焦点がずれている異なる深度平面上の異なる画像特徴の観察に基づいて、ユーザに深度合図を提供することに役立ててもよい。

図６は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図示する。ディスプレイシステム２５０は、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０を使用して３次元知覚を眼／脳に提供するために利用され得る、導波管のスタックまたはスタックされた導波管アセンブリ２６０を含む。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム２５０は、図２のシステム６０であって、図６は、そのシステム６０のいくつかの部分をより詳細に概略的に示す。例えば、導波管アセンブリ２６０は、図２のディスプレイ７０の一部であってもよい。ディスプレイシステム２５０は、いくつかの実施形態では、ライトフィールドディスプレイと見なされてもよいことを理解されたい。加えて、導波管アセンブリ２６０はまた、接眼レンズとも称され得る。

図６を継続して参照すると、導波管アセンブリ２６０はまた、複数の特徴３２０、３３０、３４０、３５０を導波管間に含んでもよい。いくつかの実施形態では、特徴３２０、３３０、３４０、３５０は、１つ以上のレンズであってもよい。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０および／または複数のレンズ３２０、３３０、３４０、３５０は、種々のレベルの波面曲率または光線発散を用いて画像情報を眼に送信するように構成されてもよい。各導波管レベルは、特定の深度平面と関連付けられてもよく、その深度平面に対応する画像情報を出力するように構成されてもよい。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、導波管のための光源として機能してもよく、画像情報を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入するために利用されてもよく、それぞれ、本明細書に説明されるように、眼２１０に向かって出力するために各個別の導波管を横断して入射光を分散させるように構成されてもよい。光は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００の出力表面４１０、４２０、４３０、４４０、４５０から出射し、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の対応する入力表面４６０、４７０、４８０、４９０、５００の中に投入される。いくつかの実施形態では、入力表面４６０、４７０、４８０、４９０、５００はそれぞれ、対応する導波管の縁であってもよい、または対応する導波管の主要表面の一部（すなわち、世界５１０または視認者の眼２１０に直接面する導波管表面のうちの１つ）であってもよい。いくつかの実施形態では、光の単一ビーム（例えば、コリメートされたビーム）が、各導波管の中に投入され、クローン化されたコリメートビームの全体場を出力してもよく、これは、特定の導波管と関連付けられた深度平面に対応する特定の角度（および発散量）において眼２１０に向かって指向される。いくつかの実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のうちの単一の１つは、複数（例えば、３つ）の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０と関連付けられ、その中に光を投入してもよい。

いくつかの実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００はそれぞれ、それぞれ対応する導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中への投入のために画像情報を生成する、離散ディスプレイである。いくつかの他の実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、例えば、画像情報を１つ以上の光学導管（光ファイバケーブル等）を介して画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のそれぞれに送り得る、単一の多重化されたディスプレイの出力端である。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００によって提供される画像情報は、異なる波長または色（例えば、本明細書に議論されるように、異なる原色）の光を含んでもよいことを理解されたい。

いくつかの実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入される光は、光プロジェクタシステム５２０によって提供され、これは、光モジュール５４０を備え、これは、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光エミッタを含んでもよい。光モジュール５４０からの光は、ビームスプリッタ５５０を介して、光変調器５３０、例えば、空間光変調器によって指向および修正されてもよい。光変調器５３０は、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入される光の知覚される強度を変化させるように構成されてもよい。空間光変調器の実施例は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を含み、シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）ディスプレイを含む。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、概略的に図示され、いくつかの実施形態では、これらの画像投入デバイスは、光を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の関連付けられたものの中に出力するように構成される、共通投影システム内の異なる光経路および場所を表し得ることを理解されたい。

いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム２５０は、光を種々のパターン（例えば、ラスタ走査、螺旋走査、リサジューパターン等）で１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に、最終的には、視認者の眼２１０に投影するように構成される、１つ以上の走査ファイバを備える、走査ファイバディスプレイであってもよい。いくつかの実施形態では、図示される画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、光を１つまたは複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入するように構成される、単一走査ファイバまたは走査ファイバの束を概略的に表し得る。いくつかの他の実施形態では、図示される画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、複数の走査ファイバまたは走査ファイバの複数の束を概略的に表し得、それぞれ、光を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの関連付けられた１つの中に投入するように構成される。１つ以上の光ファイバは、光を光モジュール５４０から１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０に透過するように構成されてもよいことを理解されたい。１つ以上の介在光学構造が、走査ファイバまたは複数のファイバと、１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０との間に提供され、例えば、走査ファイバから出射する光を１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に再指向してもよいことを理解されたい。

コントローラ５６０は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００、光源５４０、および光モジュール５３０の動作を含む、スタックされた導波管アセンブリ２６０のうちの１つ以上のものの動作を制御する。いくつかの実施形態では、コントローラ５６０は、ローカルデータ処理モジュール１４０の一部である。コントローラ５６０は、例えば、本明細書に開示される種々のスキームのいずれかに従って、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０への画像情報のタイミングおよびプロビジョニングを調整する、プログラミング（例えば、非一過性媒体内の命令）を含む。いくつかの実施形態では、コントローラは、単一の一体型デバイスまたは有線または無線通信チャネルによって接続される分散型システムであってもよい。コントローラ５６０は、いくつかの実施形態では、処理モジュール１４０または１５０（図２）の一部であってもよい。

図６を継続して参照すると、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、全内部反射（ＴＩＲ）によって各個別の導波管内で光を伝搬するように構成されてもよい。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０はそれぞれ、主要上部表面および主要底部表面およびそれらの主要上部表面と主要底部表面との間に延在する縁を伴う、平面であるかまたは別の形状（例えば、湾曲）を有してもよい。図示される構成では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０はそれぞれ、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０を含んでもよく、これらの外部結合光学要素は、画像情報を眼２１０に出力するために、各個別の導波管内で伝搬する光を導波管から再指向させることによって、光を導波管から抽出するように構成される。抽出された光はまた、外部結合光と称され得、外部結合光学要素はまた、光抽出光学要素と称され得る。抽出された光のビームは、導波管によって、導波管内を伝搬する光が光抽出光学要素に衝打する場所において出力され得る。外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、例えば、本明細書にさらに議論されるような回折光学特徴を含む、格子であってもよい。説明の容易性および図面の明確性のために、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の底部主要表面に配置されて図示されるが、いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、本明細書にさらに議論されるように、上部主要表面および／または底部主要表面に配置されてもよい、および／または導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の体積内に直接配置されてもよい。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、透明基板に取り付けられ、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０を形成する、材料の層内に形成されてもよい。いくつかの他の実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、材料のモノリシック部品であってもよく、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、材料のその部品の表面上および／またはその内部に形成されてもよい。

図６を継続して参照すると、本明細書に議論されるように、各導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、光を出力し、特定の深度平面に対応する画像を形成するように構成される。例えば、眼の最近傍の導波管２７０は、眼２１０にコリメートされた光（そのような導波管２７０の中に投入された）を送達するように構成されてもよい。コリメートされた光は、光学無限遠焦点面を表し得る。次の上方の導波管２８０は、眼２１０に到達し得る前に、第１のレンズ３５０（例えば、負のレンズ）を通して通過する、コリメートされた光を送出するように構成されてもよい。そのような第１のレンズ３５０は、眼／脳が、その次の上方の導波管２８０から生じる光を光学無限遠から眼２１０に向かって内向きにより近い第１の焦点面から生じるように解釈するように、若干の凸面波面曲率を生成するように構成されてもよい。同様に、第３の上方の導波管２９０は、眼２１０に到達する前に、その出力光を第１のレンズ３５０および第２のレンズ３４０の両方を通して通過させる。第１のレンズ３５０および第２のレンズ３４０の組み合わせられた屈折力は、眼／脳が、第３の導波管２９０から生じる光が次の上方の導波管２８０からの光であったよりも光学無限遠から人物に向かって内向きにさらに近い第２の焦点面から生じるように解釈するように、別の漸増量の波面曲率を生成するように構成されてもよい。

他の導波管層３００、３１０およびレンズ３３０、３２０も同様に構成され、スタック内の最高導波管３１０は、人物に最も近い焦点面を表す集約焦点力のために、その出力をそれと眼との間のレンズの全てを通して送出する。スタックされた導波管アセンブリ２６０の他側の世界５１０から生じる光を視認／解釈するとき、レンズ３２０、３３０、３４０、３５０のスタックを補償するために、補償レンズ層６２０が、スタックの上部に配置され、下方のレンズスタック３２０、３３０、３４０、３５０の集約力を補償してもよい。そのような構成は、利用可能な導波管／レンズ対と同じ数の知覚される焦点面を提供する。導波管の外部結合光学要素およびレンズの集束側面は両方とも、静的であってもよい（すなわち、動的または電気活性ではない）。いくつかの代替実施形態では、一方または両方とも、電気活性特徴を使用して動的であってもよい。

いくつかの実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの２つ以上のものは、同一の関連付けられた深度平面を有してもよい。例えば、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０が、同一深度平面に設定される画像を出力するように構成されてもよい、または導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の複数のサブセットが、各深度平面に対して１つのセットを伴う、同一の複数の深度平面に設定される画像を出力するように構成されてもよい。これは、それらの深度平面において拡張された視野を提供するようにタイリングされた画像を形成する利点を提供し得る。

図６を継続して参照すると、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、導波管と関連付けられた特定の深度平面のために、光をその個別の導波管から再指向させることと、本光を適切な量の発散またはコリメーションを伴って出力することとの両方を行うように構成されてもよい。その結果、異なる関連付けられた深度平面を有する導波管は、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０の異なる構成を有してもよく、これは、関連付けられた深度平面に応じて、異なる量の発散を伴う光を出力する。いくつかの実施形態では、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、体積特徴または表面特徴であってもよく、これは、具体的角度において光を出力するように構成されてもよい。例えば、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、体積ホログラム、表面ホログラム、および／または回折格子であってもよい。いくつかの実施形態では、特徴３２０、３３０、３４０、３５０は、レンズではなくてもよい。むしろ、それらは、単に、スペーサ（例えば、クラッディング層および／または空隙を形成するための構造）であってもよい。

いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、回折パターンまたは「回折光学要素」（また、本明細書では、「ＤＯＥ」とも称される）を形成する、回折特徴である。好ましくは、ＤＯＥは、ビームの光の一部のみがＤＯＥの各交差部で眼２１０に向かって偏向される一方、残りがＴＩＲを介して導波管を通して移動し続けるように、十分に低い回折効率を有する。画像情報を搬送する光は、したがって、様々な場所において導波管から出射するいくつかの関連出射ビームに分割され、その結果は、導波管内でバウンスする本特定のコリメートされたビームに関して、眼２１０に向かって非常に均一なパターンで出射する放出となる。

いくつかの実施形態では、１つ以上のＤＯＥは、能動的に回折する「オン」状態と有意に回折しない「オフ」状態との間で切替可能であってもよい。例えば、切替可能なＤＯＥは、ポリマー分散液晶の層を備えてもよく、その中で微小液滴は、ホスト媒体中に回折パターンを備え、微小液滴の屈折率は、ホスト材料の屈折率に実質的に整合するように切り替えられてもよい（その場合、パターンは、入射光を著しく回折させない）、または微小液滴は、ホスト媒体のものに整合しない屈折率に切り替えられてもよい（その場合、パターンは、入射光を能動的に回折させる）。

いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０（例えば、可視光および赤外線光カメラを含む、デジタルカメラ）が、眼２１０および／または眼２１０の周囲の組織の画像を捕捉し、例えば、ユーザ入力を検出する、および／またはユーザの生理学的状態を監視するために提供されてもよい。本明細書で使用されるように、カメラは、任意の画像捕捉デバイスであってもよい。いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０は、画像捕捉デバイスと、光（例えば、赤外線光）を眼に投影し、その光が、次いで、眼によって反射され、画像捕捉デバイスによって検出され得る、光源とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０は、フレーム８０（図２）に取り付けられてもよく、カメラアセンブリ６３０からの画像情報を処理し得る、処理モジュール１４０および／または１５０と電気通信してもよい。いくつかの実施形態では、１つのカメラアセンブリ６３０が、各眼に対して利用され、各眼を別個に監視してもよい。

ここで図７を参照すると、導波管によって出力された出射ビームの実施例が、示される。１つの導波管が図示されるが、導波管アセンブリ２６０（図６）内の他の導波管も同様に機能し得、導波管アセンブリ２６０は、複数の導波管を含むことを理解されたい。光６４０が、導波管２７０の入力表面４６０において導波管２７０の中に投入され、ＴＩＲによって導波管２７０内を伝搬する。光６４０がＤＯＥ５７０上に衝突する点では、光の一部は、導波管から出射ビーム６５０として出射する。出射ビーム６５０は、略平行として図示されるが、本明細書に議論されるように、これらはまた、導波管２７０と関連付けられた深度平面に応じて、ある角度（例えば、発散出射ビームを形成する）において眼２１０に伝搬するように再指向されてもよい。略平行出射ビームは、眼２１０からの遠距離（例えば、光学無限遠）における深度平面に設定されるように現れる画像を形成するように光を外部結合する、外部結合光学要素を伴う導波管を示し得ることを理解されたい。他の導波管または他の外部結合光学要素のセットは、より発散する、出射ビームパターンを出力してもよく、これは、眼２１０がより近い距離に遠近調節し、それが網膜に合焦することを要求し、光学無限遠より眼２１０に近い距離からの光として脳によって解釈されるであろう。

いくつかの実施形態では、フルカラー画像が、原色、例えば、３つ以上の原色のそれぞれに画像をオーバーレイすることによって、各深度平面において形成されてもよい。図８は、スタックされた導波管アセンブリの実施例を図示し、各深度平面は、複数の異なる原色を使用して形成される画像を含む。図示される実施形態は、深度平面２４０ａ−２４０ｆを示すが、より多いまたはより少ない深度もまた、検討される。各深度平面は、第１の色Ｇの第１の画像、第２の色Ｒの第２の画像、および第３の色Ｂの第３の画像を含む、それと関連付けられた３つ以上の原色画像を有してもよい。異なる深度平面は、文字Ｇ、Ｒ、およびＢに続くジオプタ（ｄｐｔ）に関する異なる数字によって図に示される。単なる実施例として、これらの文字のそれぞれに続く数字は、ジオプタ（１／ｍ）、すなわち、視認者からの深度平面の逆距離を示し、図中の各ボックスは、個々の原色画像を表す。いくつかの実施形態では、異なる波長の光の眼の集束における差異を考慮するために、異なる原色に関する深度平面の正確な場所は、変動してもよい。例えば、所与の深度平面に関する異なる原色画像は、ユーザからの異なる距離に対応する深度平面上に設置されてもよい。そのような配列は、視力およびユーザ快適性を増加させ得、および／または色収差を減少させ得る。

いくつかの実施形態では、各原色の光は、単一の専用導波管によって出力されてもよく、その結果、各深度平面は、それと関連付けられた複数の導波管を有してもよい。そのような実施形態では、文字Ｇ、Ｒ、またはＢを含む、図中の各ボックスは、個々の導波管を表すものと理解され得、３つの導波管は、深度平面毎に提供されてもよく、３つの原色画像が、深度平面毎に提供される。各深度平面と関連付けられた導波管は、本図面では、説明を容易にするために相互に隣接して示されるが、物理的デバイスでは、導波管は全て、レベル毎に１つの導波管を伴うスタックで配列されてもよいことを理解されたい。いくつかの他の実施形態では、複数の原色が、例えば、単一の導波管のみが深度平面毎に提供され得るように、同一の導波管によって出力されてもよい。

図８を継続して参照すると、いくつかの実施形態では、Ｇは、緑色であって、Ｒは、赤色であって、Ｂは、青色である。いくつかの他の実施形態では、マゼンタ色およびシアン色を含む、光の他の波長と関連付けられた他の色も、赤色、緑色、または青色のうちの１つ以上のものに加えて使用されてもよい、またはそれらに取って代わってもよい。

本開示全体を通した所与の光の色の言及は、その所与の色として視認者によって知覚される、光の波長の範囲内の１つ以上の波長の光を包含するものと理解されると理解されたい。例えば、赤色光は、約６２０〜７８０ｎｍの範囲内である１つ以上の波長の光を含んでもよく、緑色光は、約４９２〜５７７ｎｍの範囲内である１つ以上の波長の光を含んでもよく、青色光は、約４３５〜４９３ｎｍの範囲内である１つ以上の波長の光を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、光源５４０（図６）は、視認者の視覚的知覚範囲外の１つ以上の波長、例えば、赤外線および／または紫外線波長の光を放出するように構成されてもよい。加えて、ディスプレイ２５０の導波管の内部結合、外部結合、および他の光再指向構造は、例えば、イメージング用途および／またはユーザ刺激用途のために、本光をディスプレイからユーザの眼２１０に向かって指向および放出するように構成されてもよい。

ここで図９Ａを参照すると、いくつかの実施形態では、導波管に衝突する光は、その光を導波管の中に内部結合するために再指向される必要があり得る。内部結合光学要素が、光をその対応する導波管の中に再指向および内部結合するために使用されてもよい。図９Ａは、各々が内部結合光学要素を含む複数またはセットのスタックされた導波管６６０の実施例の断面側面図を図示する。導波管はそれぞれ、１つ以上の異なる波長または１つ以上の異なる波長範囲の光を出力するように構成されてもよい。スタック６６０は、スタック２６０（図６）に対応してもよく、スタック６６０の図示される導波管は、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の一部に対応してもよいが、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のうちの１つ以上のものからの光が、内部結合のために光が再指向されることを要求する位置から、導波管の中に投入されることを理解されたい。

スタックされた導波管の図示されるセット６６０は、導波管６７０、６８０、および６９０を含む。各導波管は、関連付けられた内部結合光学要素（導波管上の光入力面積とも称され得る）を含み、例えば、内部結合光学要素７００は、導波管６７０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置され、内部結合光学要素７１０は、導波管６８０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置され、内部結合光学要素７２０は、導波管６９０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置される。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０のうちの１つ以上のものは、個別の導波管６７０、６８０、６９０の底部主要表面上に配置されてもよい（特に、１つ以上の内部結合光学要素は、反射性偏向光学要素である）。図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、その個別の導波管６７０、６８０、６９０の上側主要表面（または次の下側導波管の上部）上に配置されてもよく、特に、それらの内部結合光学要素は、透過性偏向光学要素である。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、個別の導波管６７０、６８０、６９０の本体内に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、本明細書に議論されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、他の光の波長を透過させながら、光の１つ以上の波長を選択的に再指向させるように波長選択的である。その個別の導波管６７０、６８０、６９０の片側または角に図示されるが、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、いくつかの実施形態では、その個別の導波管６７０、６８０、６９０の他の面積内に配置されてもよいことを理解されたい。

図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、相互から側方にオフセットされてもよい。いくつかの実施形態では、各内部結合光学要素は、それが光を受信し、その光が別の内部結合光学要素を通して通過しないように、オフセットされてもよい。例えば、各内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、図６に示されるように、光を異なる画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、および４００から受信するように構成されてもよく、光を内部結合光学要素７００、７１０、７２０の他のものから実質的に受信しないように、他の内部結合光学要素７００、７１０、７２０から分離されてもよい（例えば、側方に離間される）。

各導波管はまた、関連付けられた光分散要素を含み、例えば、光分散要素７３０は、導波管６７０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置され、光分散要素７４０は、導波管６８０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置され、光分散要素７５０は、導波管６９０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置される。いくつかの他の実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０の底部主要表面上に配置されてもよい。いくつかの他の実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０の上部および底部両方の主要表面上に配置されてもよい、または光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、異なる関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０内の上部主要表面および底部主要表面の異なるもの上に配置されてもよい。

導波管６７０、６８０、６９０は、例えば、材料のガス、液体および／または固体層によって離間および分離されてもよい。例えば、図示されるように、層７６０ａは、導波管６７０および６８０を分離してもよく、層７６０ｂは、導波管６８０および６９０を分離してもよい。いくつかの実施形態では、層７６０ａおよび７６０ｂは、低屈折率材料（すなわち、導波管６７０、６８０、６９０の直近のものを形成する材料より低い屈折率を有する材料）から形成される。好ましくは、層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料の屈折率は、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料の屈折率の０．０５以上または０．１０以下である。有利には、より低い屈折率の層７６０ａ、７６０ｂは、導波管６７０、６８０、６９０を通る光の全内部反射（ＴＩＲ）（例えば、各導波管の上部主要表面および底部主要表面間のＴＩＲ）を促進する、クラッディング層として機能してもよい。いくつかの実施形態では、層７６０ａ、７６０ｂは、空気から形成される。図示されないが、導波管の図示されるセット６６０の上部および底部は、直近クラッディング層を含んでもよいことを理解されたい。

好ましくは、製造および他の考慮点を容易にするために、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料は、類似または同一であって、層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料は、類似または同一である。いくつかの実施形態では、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料は、１つ以上の導波管間で異なってもよい、および／または、層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料は、依然として、前述の種々の屈折率関係を保持しながら、異なってもよい。

図９Ａを継続して参照すると、光線７７０、７８０、７９０が、導波管のセット６６０に入射する。光線７７０、７８０、７９０は、１つ以上の画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００（図６）によって導波管６７０、６８０、６９０の中に投入されてもよいことを理解されたい。

いくつかの実施形態では、光線７７０、７８０、７９０は、異なる色に対応し得る、異なる性質、例えば、異なる波長または異なる波長範囲を有する。内部結合光学要素７００、７１０、７２０はそれぞれ、光が、ＴＩＲによって、導波管６７０、６８０、６９０のうちの個別の１つを通して伝搬するように、入射光を偏向させる。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０はそれぞれ、他の波長を下層導波管および関連付けられた内部結合光学要素に透過させながら、１つ以上の特定の光の波長を選択的に偏向させる。

例えば、内部結合光学要素７００は、それぞれ、異なる第２および第３の波長または波長範囲を有する、光線７８０および７９０を透過させながら、第１の波長または波長範囲を有する光線７７０を偏向させるように構成されてもよい。透過された光線７８０は、第２の波長または波長範囲の光を偏向させるように構成される、内部結合光学要素７１０に衝突し、それによって偏向される。光線７９０は、第３の波長または波長範囲の光を選択的に偏向させるように構成される、内部結合光学要素７２０によって偏向される。

図９Ａを継続して参照すると、偏向された光線７７０、７８０、７９０は、対応する導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬するように偏向される。すなわち、各導波管の内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、光をその対応する導波管６７０、６８０、６９０の中に偏向させ、光を対応する導波管の中に内部結合する。光線７７０、７８０、７９０は、光をＴＩＲによって個別の導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬させる角度で偏向される。光線７７０、７８０、７９０は、導波管の対応する光分散要素７３０、７４０、７５０に衝突するまで、ＴＩＲによって個別の導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬する。

ここで図９Ｂを参照すると、図９Ａの複数のスタックされた導波管の実施例の斜視図が、図示される。前述のように、内部結合された光線７７０、７８０、７９０は、それぞれ、内部結合光学要素７００、７１０、７２０によって偏向され、次いで、それぞれ、導波管６７０、６８０、６９０内でＴＩＲによって伝搬する。光線７７０、７８０、７９０は、次いで、それぞれ、光分散要素７３０、７４０、７５０に衝突する。光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、外部結合光学要素８００、８１０、８２０に向かって伝搬するように、光線７７０、７８０、７９０を偏向させる。

いくつかの実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）である。いくつかの実施形態では、ＯＰＥは、光を外部結合光学要素８００、８１０、８２０に偏向または分散させ、いくつかの実施形態では、また、外部結合光学要素に伝搬するにつれて、本光のビームまたはスポットサイズを増加させ得る。いくつかの実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、省略されてもよく、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、光を外部結合光学要素８００、８１０、８２０に直接偏向させるように構成されてもよい。例えば、図９Ａを参照すると、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、外部結合光学要素８００、８１０、８２０と置換されてもよい。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素８００、８１０、８２０は、光を視認者の眼２１０（図７）に指向させる、射出瞳（ＥＰ）または射出瞳エクスパンダ（ＥＰＥ）である。ＯＰＥは、少なくとも１つの軸においてアイボックスの寸法を増加させるように構成されてもよく、ＥＰＥは、ＯＰＥの軸と交差する、例えば、直交する軸においてアイボックスを増加させてもよいことを理解されたい。例えば、各ＯＰＥは、光の残りの部分が導波管を辿って伝搬し続けることを可能にしながら、ＯＰＥに衝打する光の一部を同一導波管のＥＰＥに再指向するように構成されてもよい。ＯＰＥへの衝突に応じて、再び、残りの光の別の部分は、ＥＰＥに再指向され、その部分の残りの部分は、導波管等を辿ってさらに伝搬し続ける。同様に、ＥＰＥへの衝打に応じて、衝突光の一部は、導波管からユーザに向かって指向され、その光の残りの部分は、ＥＰに再び衝打するまで、導波管を通して伝搬し続け、その時点で、衝突する光の別の部分は、導波管から指向される等となる。その結果、内部結合された光の単一ビームは、その光の一部がＯＰＥまたはＥＰＥによって再指向される度に、「複製」され、それによって、図６に示されるように、クローン化された光のビーム野を形成し得る。いくつかの実施形態では、ＯＰＥおよび／またはＥＰＥは、光のビームのサイズを修正するように構成されてもよい。

故に、図９Ａおよび９Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、導波管のセット６６０は、各原色に対し、導波管６７０、６８０、６９０と、内部結合光学要素７００、７１０、７２０と、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７３０、７４０、７５０と、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８００、８１０、８２０とを含む。導波管６７０、６８０、６９０は、各１つの間に空隙／クラッディング層を伴ってスタックされてもよい。内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、（異なる波長の光を受信する異なる内部結合光学要素を用いて）入射光をその導波管の中に再指向または偏向させる。光は、次いで、個別の導波管６７０、６８０、６９０内にＴＩＲをもたらすであろう角度で伝搬する。示される実施例では、光線７７０（例えば、青色光）は、前述の様式において、第１の内部結合光学要素７００によって偏光され、次いで、導波管を辿ってバウンスし続け、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７３０、次いで、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８００と相互作用する。光線７８０および７９０（例えば、それぞれ、緑色光および赤色光）は、導波管６７０を通して通過し、光線７８０は、内部結合光学要素７１０上に入射し、それによって偏向される。光線７８０は、次いで、ＴＩＲを介して、導波管６８０を辿ってバウンスし、その光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７４０、次いで、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８１０に進むであろう。最後に、光線７９０（例えば、赤色光）は、導波管６９０を通して通過し、導波管６９０の光内部結合光学要素７２０に衝突する。光内部結合光学要素７２０は、光線が、ＴＩＲによって光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７５０に伝搬し、次いで、ＴＩＲによって外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８２０に伝搬するように、光線７９０を偏向させる。外部結合光学要素８２０は、次いで、最後に、光線７９０を視認者に外部結合し、視認者はまた、他の導波管６７０、６８０からの外部結合した光も受信する。

図９Ｃは、図９Ａおよび９Ｂの複数のスタックされた導波管の実施例の上下平面図を図示する。図示されるように、導波管６７０、６８０、６９０は、各導波管の関連付けられた光分散要素７３０、７４０、７５０および関連付けられた外部結合光学要素８００、８１０、８２０とともに、垂直に整合されてもよい。しかしながら、本明細書に議論されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、垂直に整合されない。むしろ、内部結合光学要素は、好ましくは、非重複する（例えば、上下図に見られるように、側方に離間される）。本明細書でさらに議論されるように、本非重複空間配列は、１対１ベースで異なるリソースから異なる導波管の中への光の投入を促進し、それによって、具体的光源が具体的導波管に一意に結合されることを可能にする。いくつかの実施形態では、非重複の空間的に分離される内部結合光学要素を含む配列は、偏移瞳システムと称され得、これらの配列内の内部結合光学要素は、サブ瞳に対応し得る。

ここで、図１０Ａおよび１０Ｂを参照する。上記に説明されるもの等の拡張現実ディスプレイのいくつかの実施形態は、拡張現実システム内に含まれる可変焦点レンズ要素の焦点距離を調整することによって、光の波面を調節するように構成されてもよい（拡張現実システムから投影される画像情報のための光および周囲実世界内のオブジェクトからの入射光を含む）。上記に議論されるように、拡張現実システムは、光をユーザまたは視認者（例えば、図２の視認者またはユーザ９０）の眼に向かって投影する、複数のスタックされた導波管（例えば、図９Ａおよび９Ｂの複数またはセットのスタックされた導波管６６０に対応する、または図６のスタックされた導波管アセンブリ２６０に対応する）を含み得る、ディスプレイデバイスを備えてもよい。いくつかの他の実施形態では、ディスプレイデバイスは、単一導波管のみを含んでもよい。その結果、複数の導波管が、本明細書の開示の種々の部分で参照されるが、複数の導波管は、単一導波管によって置換されてもよいことを理解されたい。

本明細書に議論されるように、導波管から投影された光は、仮想拡張現実画像情報を視認者に提供するために使用されてもよい。光は、ユーザが、視認者からの１つ以上の異なる深度または距離から生じるように光を知覚するように投影されてもよい。ディスプレイデバイスは、ユーザにディスプレイデバイスを通して周囲環境内の実世界オブジェクトが見えるように、光学的に透過性であってもよい。いくつかの実施形態では、導波管は、固定屈折力を有するように構成されてもよい。投影された光が異なる深度から生じるような外観を提供するために、導波管は、異なる深度平面に対応する異なる発散量を伴う光の発散ビームを出力するように構成されてもよい。

導波管の固定屈折力は、視認者の眼が、好適な遠近調節範囲を有し、導波管によって出力された光を集束させると想定していることを理解されたい。しかしながら、前述のように、一部の視認者は、明確に見えるように補正レンズを要求し得、その結果、導波管から出力された画像情報は、そのような視認者に明確に見えない場合がある。いくつかの実施形態では、第１の可変焦点レンズ要素が、導波管と視認者の眼との間に提供され、導波管によって出力された光の波面に対して適切な調節を提供し、本光が視認者の眼によって正しく集束されることを可能にしてもよい。しかしながら、本第１のレンズ要素もまた、周囲環境から視認者の眼に伝搬する光の経路内にある。その結果、第１のレンズ要素は、周囲環境からの光の波面を修正し、それによって、収差を世界の視認者のビューに生じさせ得る。そのような収差を補正するために、第２の可変焦点レンズ要素が、第１の可変焦点レンズ要素とは複数のスタックされた導波管の反対側に配置されてもよい。すなわち、第２の可変焦点レンズ要素は、複数のスタックされた導波管と周囲実世界との間にあって、周囲環境内の実世界オブジェクトからの光の波面を調節してもよい。第２の可変焦点レンズ要素は、第１の可変焦点レンズ要素によって生じる収差を補償するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、第２の可変焦点レンズもまた、導波管によって生じる収差を補償するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、第２の可変焦点レンズ要素の焦点は、第１の可変焦点レンズ要素の焦点の反転または反対であってもよい。例えば、第１の可変焦点レンズ要素が、正の屈折力を有する場合、第２の可変焦点レンズ要素は、負の屈折力を有してもよく、これは、類似した大きさであってもよい。いくつかの他の実施形態では、第１の可変焦点レンズ要素の屈折力および介在導波管の屈折力の両方を補償するために、第２のレンズ要素の屈折力は、第１のレンズ要素および導波管の集約屈折力と反対かつ類似した大きさであってもよい。

いくつかの他の実施形態では、導波管は、屈折力を有していなくてもよく（例えば、導波管は、コリメートされた光を出力するように構成されてもよく）、第１の可変焦点レンズ要素は、導波管から放出される光の波面を修正し、画像情報が特定の深度平面上にあるように視認者によって解釈されるために適切な発散量を提供するように構成されてもよい。適切な発散量は、画像情報を特定の深度平面上に設置するための屈折力が、その深度平面のための視認者の光学処方箋を考慮するために特定の差異によって調節され得るので、異なる視認者のために変動し得ることを理解されたい。そのような実施形態では、第１および第２の可変焦点レンズ要素間の導波管スタックは、単に、単一導波管によって形成されてもよい。

第１および第２の可変焦点レンズ要素は、視認者の眼のうちの一方のために提供されてもよく、第１および第２の可変焦点レンズ要素に類似する、第３および第４の可変焦点レンズ要素が、それぞれ、視認者の他方の眼のために提供されてもよいことを理解されたい。

図１０Ａおよび１０Ｂは、可変焦点レンズ要素と、導波管スタックとを有する、ディスプレイシステム（例えば、拡張現実ディスプレイシステム）の実施例の略図を示す。ディスプレイシステム２０１０は、ディスプレイシステム２５０（図６）に対応してもよいことを理解されたい。図１０Ａの例示的ディスプレイシステム２０１０は、単一導波管を伴う導波管スタックを示す一方、図１０Ｂの実施例は、複数の導波管を伴う導波管スタックを示す。図１０Ａおよび１０Ｂの両方では、第１の可変焦点レンズ要素２００７ａおよび第２の可変焦点レンズ要素２００７ｂは、導波管スタック２００５（図１０Ａ）の両側に配置され、第３の可変焦点レンズ要素２００８ａおよび第４の可変焦点レンズ要素２００８ｂは、導波管スタック２００６（図１０Ｂ）の両側に配置される。

図１０Ａおよび１０Ｂの種々の図示される導波管２００５ａ、２００５ｂ、２００６ａ、２００６ｂは、図６の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０および／または図９Ａおよび９Ｂの導波管６７０、６８０、および６９０の個々のものに類似する特性および／または特徴を有してもよい。導波管スタック２００５、２００６は、図９Ａおよび９Ｂの複数またはセットのスタックされた導波管６６０または図６のスタックされた導波管アセンブリ２６０に類似する特性および／または特徴を有してもよい。いくつかの実施形態では、導波管２００５ａ、２００５ｂ、２００６ａ、２００６ｂは、屈折力、例えば、固定屈折力を伴う導波管を提供する、回折光学要素等の光学要素を含んでもよい。例えば、これらの導波管のうちの１つ以上のものは、０ジオプタ〜約５．０ジオプタ、約０．５ジオプタ〜約４．５ジオプタ、約１．０ジオプタ〜約４．０ジオプタ、約１．５ジオプタ〜約３．５ジオプタ、約２．０ジオプタ〜約３．０ジオプタの範囲内、またはこれらの範囲またはサブ範囲内の任意の値の屈折力を有してもよい。別の実施例として、特定の実施形態では、導波管はそれぞれ、１．５ジオプタの屈折力を有してもよい。

前述のように、光学源２００３または２００４から画像情報（例えば、仮想コンテンツ）を提供する光は、光が全内部反射によってそれらの導波管のそれぞれを通して伝搬するように、それぞれ、導波管２００５ａまたは２００６ａの中に投入されてもよい。伝搬する光は、導波管２００５ａ（または導波管２００５ｂ）から外部結合要素（例えば、図９Ａおよび９Ｂの外部結合要素８００、８１０、８２０に対応する）によってユーザの眼２００１に向かって投影されてもよい。いくつかの実施形態では、光学源２００３、２００４は、本明細書に開示されるように、可動ファイバを利用して、２Ｄ画像パターンを作成する、ファイバ走査デバイス（ＦＳＤ）であってもよい。ＦＳＤは、例えば、ラスタ走査、スパイラル走査、リサジュー等の種々のパターンにおいて光を投影させることによって、２Ｄ画像パターンを作成してもよい。いくつかの他の実施形態では、光学源２００３ａ（および／または２００３ｂ）は、例えば、同様に本明細書に開示されるように、全画像が導波管上に投影される、画像投影システムであってもよい。光学源２００３ａ（および／または２００３ｂ）からの光は、導波管の縁を通して、または導波管の主要表面を通して、導波管スタック２００５の中に投入されてもよいことを理解されたい。導波管スタックは、複数の導波管を含む場合、光学源２００３および／または２００４は、光をこれらの導波管の複数のものの中に投入するように構成されてもよい、または付加的な光学源、例えば、各導波管に対して１つの光学源が、提供されてもよい。

図１０Ａおよび１０Ｂに図示されるように、第１の可変焦点レンズ要素２００７ａが、導波管スタック２００５とユーザの眼２００１との間に配置されてもよく、第２の可変焦点レンズ要素２００７ｂが、導波管スタック２００５とユーザを囲繞する実世界との間に配置されてもよい。眼２００１は、図６の視認者の眼２１０に対応してもよいことを理解されたい。同様に、第３の可変焦点レンズ要素２００８ａが、導波管スタック２００６とユーザの眼２００２との間に配置されてもよく、第２の可変焦点レンズ要素２００８ｂが、導波管スタック２００６とユーザを囲繞する実世界との間に配置されてもよい。

いくつかの実施形態では、第１および第２の可変焦点レンズ要素２００７ａおよび２００７ｂおよび第３および第４の可変焦点レンズ要素２００８ａおよび２００８ｂは、適合可能光学要素であってもよい。適合可能光学要素は、例えば、電気信号をそこに印加し、その上に入射する波面の形状を変化させることによって、動的に改変されてもよい。いくつかの実施形態では、適合可能光学要素は、動的レンズ（例えば、液晶レンズ、電気活性レンズ、可動要素を伴う従来の屈折レンズ、機械的変形ベースのレンズ、エレクトロウェッティングレンズ、エラストマレンズ、または異なる屈折率を伴う複数の流体）等の透過光学要素を備えてもよい。適合可能光学形状、屈折率、または他の特性を改変することによって、その上に入射する波面が、本明細書に説明されるように、変化され、例えば、視認者の眼による光の焦点を改変し得る。

いくつかの実施形態では、可変焦点レンズ要素２００７ａ、２００７ｂ、２００８ａ、２００８ｂは、２つの基板間に挟入される液晶の層を備えてもよい。基板は、例えば、ガラス、プラスチック、アクリル等の光学的に透過性の材料を備えてもよい。いくつかの実施形態では、基板は、平坦であってもよい。いくつかの実施形態では、基板は、基板の一部が固定屈折力を有し得るように、湾曲領域を有してもよい。

いくつかの実施形態では、可変焦点レンズ要素２００７ａ、２００７ｂ、２００８ａ、２００８ｂの屈折力は、例えば、液晶層および／または基板と統合される１つ以上の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）および／または電極を介して液晶層に印加される電気信号（例えば、電流および／または電圧）を調節することによって、変動されてもよい。液晶層内の液晶種の配向は、層の屈折率を決定することを理解されたい。印加された電気信号は、液晶種の配向を設定し、それによって、印加される電気信号を改変することによって、所望に応じて、液晶層の屈折率が変動されることを可能にする。いくつかの実施形態では、可変焦点レンズ要素２００７ａ、２００７ｂ、２００８ａ、２００８ｂの屈折力は、約±５．０ジオプタ間で変動されてもよい（例えば、約−４．０ジオプタ〜＋４．０ジオプタ、約−３．５ジオプタ〜約＋３．５ジオプタ、約−３．０ジオプタ〜約＋３．０ジオプタ、約−２．０ジオプタ〜約＋２．０ジオプタ、約−１．５ジオプタ〜約＋１．５ジオプタ、これらの範囲またはサブ範囲のいずれか内の値を含む）。

有利には、可変焦点レンズ要素２００７ａ、２００７ｂ、２００８ａ、２００８ｂは、その個別の関連付けられた導波管スタック２００５、２００６の導波管の開口に実質的に合致される広開口を有してもよい。いくつかの実施形態では、可変焦点レンズ要素２００７ａ、２００７ｂ、２００８ａ、２００８ｂの開口は、導波管スタック２００５、２００６の導波管の表面積と実質的に等しくてもよい（例えば、約±２０％、約±１５％、または約±１０％以内）。その結果、可変焦点レンズ要素２００７ａ、２００７ｂ、２００８ａ、２００８ｂおよび導波管スタック２００５、２２０６が、光を関連付けられた眼２００１、２００２に透過させる面積は、実質的に等しくあり得る。

図１０Ａおよび１０Ｂを継続して参照すると、第１および第３の可変焦点レンズ要素２００７ａ、２００８ａはそれぞれ、その屈折力を変動させ、それぞれ、導波管スタック２００５、２００６の導波管から投影された光の波面を調節し、その光を、それぞれ、眼２００１、２００２の網膜上に適切に集束させ得る。本明細書に記載されるように、第１および第３の可変焦点レンズ要素２００７ａ、２００８ａは、収差を周囲環境内のオブジェクト２００９からの入射光の波面に生じさせ、それによって、第１の可変焦点レンズ要素２００７ａを通して視認される実世界オブジェクト２００９の光学画質を減少させ得る。第２および第４の可変焦点レンズ要素２００７ｂ、２００８ｂは、有利には、オブジェクト２００９を視認するとき、それぞれ、第１および第３の可変焦点レンズ要素２００７ａ、２００８ａおよび任意の導波管によって導入される収差を補償し得る。いくつかの実施形態では、第２および第４の可変焦点レンズ要素２００７ｂ、２００８ｂは、それぞれ、第１および第３の可変焦点レンズ要素２００７ａ、２００８ａおよび関連付けられた導波管スタック２００５、２００６によって提供される屈折力と反対の屈折力を提供するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、反対の屈折力の大きさは、各眼２００１、２００２に対するディスプレイシステム２０１０の正味屈折力が、眼が輻輳・開散運動している深度平面における眼のための光学処方箋と等しくなるように構成されるようなものである。第１および第２の可変焦点レンズ要素２００７ａおよび２００７ｂによって提供される屈折力は、電子ハードウェア制御システム２０１１によって変動および制御されてもよい。いくつかの実施形態では、電子ハードウェア制御システム２０１１は、図２のローカル処理およびデータモジュール１４０および／または遠隔処理モジュール１５０に対応してもよい。

いくつかの実施形態では、拡張現実ディスプレイシステム２０１０は、ユーザの眼の輻輳・開散運動を決定するように構成されてもよい。第１および第２の可変焦点レンズ要素２００７ａ、２００７ｂの屈折力は、眼２００１、２００２の輻輳・開散運動点に基づいて、設定されてもよい。第３および第４の可変焦点レンズ要素２００８ａ、２００８ｂの屈折力もまた、本輻輳・開散運動点に基づいて、設定されてもよい。輻輳・開散運動点は、眼２００１、２００２の視線が収束する空間内の点であって、それらの眼の生理学的遠近調節標的に対応し得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、点が眼２００１、２００２から離れる距離が、例えば、眼２００１、２００２と各眼によって成される角度との間の分離の既知の量に基づいて、計算されてもよい。いったんその距離が計算されると、その距離に関する視認者のための適切な補正が、決定されてもよい。例えば、ディスプレイシステム２０１０は、１つ以上の光学処方箋を用いてプログラムされてもよい。いくつかの実施形態では、光学処方箋は、ローカル処理およびデータモジュール１４０および／または遠隔データリポジトリ１６０内に記憶されてもよい。眼２００１、２００２と輻輳・開散運動点との間の距離は、その距離に関する適切な補正と合致されてもよく、可変焦点レンズ要素２００７ａ、２００７ｂ、２００８ａ、２００８ｂは、補正を提供するように調節されてもよい。いくつかの実施形態では、眼２００１、２００２は、異なる事前に規定された補正を有し得、その結果、可変焦点レンズ要素の対２００７ａ、２００７ｂ、および２００８ａ、２００８ｂは、異なる屈折力を提供してもよい。

有利には、可変焦点レンズ要素２００７ａ、２００７ｂ、２００８ａ、２００８ｂは、その屈折力が、例えば、異なる電圧の印加によって、所望に応じて調節され得るため、多数の可能性として考えられる補正を提供する。いくつかの実施形態では、眼毎の補正の総数は、１、２、３、または４つを上回ってもよい。いくつかの実施形態では、眼毎の補正の総数は、ディスプレイシステム２０１０が画像情報を表示するように構成される、深度平面の数と等しくてもよい。これらの補正は、光学処方箋に対応してもよく、これは、眼２００１、２００２からの種々の距離におけるオブジェクトに関して決定されてもよいことを理解されたい。例えば、４つの処方箋が、眼２００１、２００２からの４つの徐々に離れた距離（例えば、近、中近、中遠、および遠距離）における屈折誤差の補正を決定することによって、取得されてもよい。いくつかの実施形態では、導波管スタック２００５によって出力された画像コンテンツを視認するための可能性として考えられる補正の数は、周囲環境内のオブジェクト２００９を視認するときの可能性として考えられる補正の数と異なってもよい。

図１０Ａおよび１０Ｂを継続して参照すると、いくつかの実施形態では、可変焦点レンズ要素２００７ａ、２００７ｂ、２００８ａ、２００８ｂの焦点または屈折力はそれぞれ、ユーザの眼２００１、２００４の決定された輻輳・開散運動に基づいて、設定されてもよい。例えば、第１および第２の可変焦点レンズ要素の屈折力２００７ａおよび２００７ｂは、他のレンズ要素の屈折力を具体的に参照せずに、ユーザの眼２００１の輻輳・開散運動に基づいて、変動されてもよい。

いくつかの実施形態では、第１および第２の可変焦点レンズ要素２００７ａ、２００７ｂのうちの一方または第３および第４の可変焦点要素２００８ａ、２００８ｂのうちの一方は、マスタとして指定されてもよく、第１および第２の可変焦点レンズ要素２００７ａ、２００７ｂまたは第３および第４の可変焦点要素２００８ａ、２００８ｂのうちの他方は、スレーブとして指定されてもよい。スレーブとして指定された可変焦点レンズ要素は、マスタ可変焦点レンズ要素に従うように構成されてもよい。いくつかの他の実施形態では、第２および第４の可変焦点レンズ要素２００７ｂ、２００８ｂは、第１および第３の可変焦点レンズ要素２００７ａ、２００８ａにスレーブ化されてもよく、第１および第３の可変焦点レンズ要素２００７ａ、２００８ａの焦点は、ユーザの眼２００１、２００２の決定された輻輳・開散運動点に基づいて、設定されてもよい。例えば、導波管２００５ａ（および／または導波管２００５ｂ）が、約１．５ジオプタの屈折力を有し、ユーザが、２．０ジオプタにおいて輻輳・開散運動している場合、第１の可変焦点レンズ要素２００７ａは、＋０．５ジオプタの屈折力を有してもよく、第２の可変焦点レンズ要素２００７ｂは、屈折力−０．５ジオプタの屈折力を有してもよい。

可変焦点レンズ要素２００７ａ、２００７ｂ、２００８ａ、２００８ｂの屈折力は、リアルタイムで変動されてもよく、好ましくは、ヒトの眼が遠近調節状態を変化させるレートに等しい以上のレートで変化されてもよい。好ましくは、第１および第２の可変焦点レンズ要素は、ユーザが所与の輻輳・開散運動点に関して適切な補正を受信する際に遅延を被らないように、ヒトの眼が遠近調節状態を変化させる前に、その屈折力を変化させることができる。いくつかの実施形態では、第１および第２の可変焦点レンズ要素は、約３００ｍｓ未満、約２７５ｍｓ未満、または約２５０ｍｓ未満において屈折力を変化させることができる。電子ハードウェア制御システム２０１１は、可変焦点レンズ要素２００７ａ、２００７ｂ、２００８ａ、２００８ｂの屈折力が同時に変動され得るように、可変焦点レンズ要素２００７ａ、２００７ｂ、２００８ａ、２００８ｂを駆動してもよい。

本明細書に説明される拡張現実ディスプレイシステムの種々の実施形態は、１つ以上の眼追跡カメラまたはイメージングシステムを備える眼追跡システムを含み、ユーザの１つ以上の眼を追跡し、ユーザの眼の輻輳・開散運動を決定／測定してもよい。眼追跡システム２２を含む、拡張現実システム２０１０の例示的実施形態は、図１１に図示される。眼追跡システム２２は、指向される光源２６（例えば、赤外線光源）と対合されたカメラ２４（例えば、赤外線カメラ）を含み、ユーザの眼２００１、２００２を監視および追跡するように構成されてもよい。これらのカメラ２４および光源２６は、ローカル処理モジュール１４０に動作可能に結合されてもよい。そのようなカメラ２４は、個別の眼の配向、瞳孔サイズ、および対応する視線方向のうちの１つ以上のものを監視してもよい。本明細書に説明されるように、カメラ２４は、眼２００１、２００２の輻輳・開散運動点を決定するように構成されてもよい。

図１１を継続して参照すると、カメラ２４および光源２６は、フレーム８０上に搭載されてもよく、これはまた、導波管スタック２００５、２００６を保持してもよい。いくつかの実施形態では、カメラ２４は、通信リンク１７０、１８０を通して、ローカル処理およびデータモジュール１４０と通信してもよい。

いくつかの実施形態では、眼２００１、２００２の輻輳・開散運動を決定することに加え、カメラ２４は、ユーザ入力を提供する眼を追跡するために利用されてもよい。例えば、眼追跡システム２２は、仮想メニュー上のアイテムを選択する、および／または他の入力をディスプレイシステム２０１０に提供するために利用されてもよい。

ここで図１２Ａを参照すると、フローチャート２２００が、提供され、ユーザの決定された輻輳・開散運動に基づいて、可変焦点レンズ要素の屈折力を変動させる例示的方法を描写する。ブロック２２０５では、ユーザの眼の輻輳・開散運動点が、決定または測定されてもよい。そのような決定は、例えば、本明細書に説明される眼追跡システムを使用して行われてもよい。本決定に基づいて、ユーザの眼が指向される距離および／または深度平面が、推定されてもよい。可変レンズ要素の対の屈折力が、決定された輻輳・開散運動に従って変動され、ユーザによって視認される仮想オブジェクトおよび／または実世界オブジェクトの画質を改良してもよい。ブロック２２１５では、可変焦点レンズ要素の屈折力（例えば、可変焦点レンズ要素２００７ａ、２００７ｂ、２００８ａ、２００８ｂのうちの１つ）が、変動され、導波管スタック２００５、２００６（図１０Ａおよび１０Ｂ）の導波管等の導波管から投影された光の波面を調節する。ブロック２２２０では、別の可変焦点レンズ要素の屈折力（例えば、可変焦点レンズ要素２００７ａ、２００７ｂ、２００８ａ、２００８ｂのうちの異なるもの）が、変動され、周囲環境内のオブジェクトからの入射周囲光の波面を調節する。ブロック２２１５、２２２０は、連続して実施されてもよい（例えば、２２１５が２２２０の前に実施される、またはその逆）、またはこれらのブロック２２１５、２２２０は、並行して実施されてもよいことを理解されたい。いくつかの実施形態では、ブロック２２０５、２２１５、２２２０は、ディスプレイシステム２０１０によって持続的に実施され、自動的かつ持続的に、可変焦点レンズ要素の屈折力を調節し、ユーザのための快適な視認体験を提供してもよい。

本明細書に説明される、および／または図に描写されるプロセス、方法、およびアルゴリズムはそれぞれ、具体的かつ特定のコンピュータ命令を実行するように構成される、１つ以上の物理的コンピューティングシステム、ハードウェアコンピュータプロセッサ、特定用途向け回路、および／または電子ハードウェアによって実行される、コードモジュールにおいて具現化され、それによって完全または部分的に自動化され得ることを理解されたい。例えば、コンピューティングシステムは、具体的コンピュータ命令とともにプログラムされた汎用コンピュータ（例えば、サーバ）または専用コンピュータ、専用回路等を含むことができる。コードモジュールは、実行可能プログラムにコンパイルおよびリンクされる、動的リンクライブラリ内にインストールされ得る、または解釈されるプログラミング言語において書き込まれ得る。いくつかの実装では、特定の動作および方法が、所与の機能に特有の回路によって実施され得る。

さらに、本開示の機能性のある実装は、十分に数学的、コンピュータ的、または技術的に複雑であるため、（適切な特殊化された実行可能命令を利用する）特定用途向けハードウェアまたは１つ以上の物理的コンピューティングデバイスは、例えば、関与する計算の量または複雑性に起因して、または結果を実質的にリアルタイムで提供するために、機能性を実施する必要があり得る。例えば、ビデオは、多くのフレームを含み、各フレームは、数百万のピクセルを有し得、具体的にプログラムされたコンピュータハードウェアは、商業的に妥当な時間量において所望の画像処理タスクまたは用途を提供するようにビデオデータを処理する必要がある。

コードモジュールまたは任意のタイプのデータは、ハードドライブ、ソリッドステートメモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、光学ディスク、揮発性または不揮発性記憶装置、同一物の組み合わせ、および／または同等物を含む、物理的コンピュータ記憶装置等の任意のタイプの非一過性コンピュータ可読媒体上に記憶され得る。いくつかの実施形態では、非一過性コンピュータ可読媒体は、ローカル処理およびデータモジュール（７０）、遠隔処理モジュール（７２）、および遠隔データリポジトリ（７４）のうちの１つ以上のものの一部であってもよい。本方法およびモジュール（またはデータ）はまた、無線ベースおよび有線／ケーブルベースの媒体を含む、種々のコンピュータ可読伝送媒体上で生成されたデータ信号として（例えば、搬送波または他のアナログまたはデジタル伝搬信号の一部として）透過され得、種々の形態（例えば、単一または多重化アナログ信号の一部として、または複数の離散デジタルパケットまたはフレームとして）をとり得る。開示されるプロセスまたはプロセスステップの結果は、任意のタイプの非一過性有形コンピュータ記憶装置内に持続的または別様に記憶され得る、またはコンピュータ可読伝送媒体を介して通信され得る。

本明細書に説明される、および／または添付される図に描写されるフロー図における任意のプロセス、ブロック、状態、ステップ、または機能性は、プロセスにおいて具体的機能（例えば、論理または算術）またはステップを実装するための１つ以上の実行可能命令を含む、コードモジュール、セグメント、またはコードの一部を潜在的に表すものとして理解されたい。種々のプロセス、ブロック、状態、ステップ、または機能性は、組み合わせられる、再配列される、追加される、削除される、修正される、または別様に本明細書に提供される例証的実施例から変更されてもよい。いくつかの実施形態では、付加的または異なるコンピューティングシステムまたはコードモジュールが、本明細書に説明される機能性のいくつかまたは全てを実施し得る。本明細書に説明される方法およびプロセスはまた、任意の特定のシーケンスに限定されず、それに関連するブロック、ステップ、または状態は、適切な他のシーケンスで、例えば、連続して、並行して、またはある他の様式で実施されることができる。タスクまたはイベントが、開示される例示的実施形態に追加される、またはそれから除去され得る。さらに、本明細書に説明される実装における種々のシステムコンポーネントの分離は、例証を目的とし、全ての実施形態においてそのような分離を要求するものとして理解されるべきではない。説明されるプログラムコンポーネント、方法、およびシステムは、概して、単一コンピュータ製品においてともに統合される、または複数のコンピュータ製品にパッケージ化され得ることを理解されたい。

前述の明細書では、本発明は、その具体的実施形態を参照して説明された。しかしながら、種々の修正および変更が、本発明のより広義の精神および範囲から逸脱することなくそこに行われ得ることが明白となるであろう。明細書および図面は、故に、限定的意味ではなく、例証と見なされるべきである。

実際、本開示のシステムおよび方法は、それぞれ、いくつかの革新的側面を有し、そのうちのいかなるものも、本明細書に開示される望ましい属性に単独で関与しない、またはそのために要求されないことを理解されたい。上記に説明される種々の特徴およびプロセスは、相互に独立して使用され得る、または種々の方法で組み合わせられ得る。全ての可能な組み合わせおよび副次的組み合わせが、本開示の範囲内に該当することが意図される。

別個の実施形態の文脈において本明細書に説明される特定の特徴はまた、単一実施形態における組み合わせにおいて実装されてもよい。逆に、単一実施形態の文脈において説明される種々の特徴はまた、複数の実施形態において別個に、または任意の好適な副次的組み合わせにおいて実装されてもよい。さらに、特徴が特定の組み合わせにおいて作用するものとして上記に説明され、さらに、そのようなものとしてまずは請求され得るが、請求される組み合わせからの１つ以上の特徴は、いくつかの場合では、組み合わせから削除されてもよく、請求される組み合わせは、副次的組み合わせまたは副次的組み合わせの変形例を対象とし得る。いかなる単一の特徴または特徴のグループも、あらゆる実施形態に必要または必須ではない。

とりわけ、「〜できる（ｃａｎ）」、「〜し得る（ｃｏｕｌｄ）」、「〜し得る（ｍｉｇｈｔ）」、「〜し得る（ｍａｙ）」、「例えば（ｅ．ｇ．）」、および同等物等、本明細書で使用される条件文は、別様に具体的に記載されない限り、または使用されるような文脈内で別様に理解されない限り、概して、特定の実施形態が特定の特徴、要素、および／またはステップを含む一方、他の実施形態がそれらを含まないことを伝えることが意図されることを理解されたい。したがって、そのような条件文は、概して、特徴、要素、および／またはステップが、１つ以上の実施形態に対していかようにも要求されること、または１つ以上の実施形態が、著者の入力または促しの有無を問わず、これらの特徴、要素、および／またはステップが任意の特定の実施形態において含まれる、または実施されるべきかどうかを決定するための論理を必然的に含むことを示唆することを意図されない。用語「〜を備える」、「〜を含む」、「〜を有する」、および同等物は、同義語であり、非限定的方式で包括的に使用され、付加的要素、特徴、行為、動作等を除外しない。また、用語「または」は、その包括的意味において使用され（およびその排他的意味において使用されず）、したがって、例えば、要素のリストを接続するために使用されると、用語「または」は、リスト内の要素のうちの１つ、いくつか、または全てを意味する。加えて、本願および添付される請求項で使用されるような冠詞「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、別様に規定されない限り、「１つ以上の」または「少なくとも１つ」を意味するように解釈されるべきである。同様に、動作は、特定の順序で図面に描写され得るが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作が示される特定の順序または連続的順序で実施されること、または、全ての図示される動作が実施されることは必要ではないと認識されるべきである。さらに、図面は、フローチャートの形態で１つ以上の例示的プロセスを概略的に描写し得る。しかしながら、描写されない他の動作も、概略的に図示される例示的方法およびプロセス内に組み込まれることができる。例えば、１つ以上の付加的動作が、図示される動作のいずれかの前に、その後に、それと同時に、またはその間に実施されることができる。加えて、動作は、他の実施形態において再配列される、または再順序付けられ得る。ある状況では、マルチタスクおよび並列処理が、有利であり得る。さらに、上記に説明される実施形態における種々のシステムコンポーネントの分離は、全ての実施形態におけるそのような分離を要求するものとして理解されるべきではなく、説明されるプログラムコンポーネントおよびシステムは、概して、単一のソフトウェア製品においてともに統合される、または複数のソフトウェア製品にパッケージ化され得ることを理解されたい。加えて、他の実装も、以下の請求項の範囲内である。いくつかの場合では、請求項に列挙されるアクションは、異なる順序で実施され、依然として、望ましい結果を達成することができる。

故に、請求項は、本明細書に示される実装に限定されることを意図されず、本明細書に開示される本開示、原理、および新規の特徴と一貫する最も広い範囲を与えられるべきである。

Claims (23)

1. ディスプレイシステムであって、前記ディスプレイシステムは、
   光を視認者に投影することにより、仮想オブジェクトを１つ以上の深度平面上に表示するように構成されている頭部搭載型のディスプレイであって、前記ディスプレイは、
   前記光を前記視認者に投影するように構成されている１つ以上の導波管であって、前記１つ以上の導波管は、周囲環境内のオブジェクトからの光を前記視認者に透過させるようにさらに構成されている、１つ以上の導波管と、
   前記１つ以上の導波管と前記視認者の第１の眼との間の第１の可変焦点レンズ要素と、
   前記１つ以上の導波管と周囲環境との間の第２の可変焦点レンズ要素と
   を備える、ディスプレイと、
   前記視認者の眼の輻輳・開散運動を決定するように構成されている眼追跡システムと
   を備え、
   前記ディスプレイシステムは、
   前記視認者の眼の前記輻輳・開散運動の深度を決定することと、
   深度平面上に前記仮想オブジェクトを形成するために前記投影された光の波面発散を修正することを前記第１の可変焦点レンズ要素に行わせることと
   を行うように構成されており、
   前記波面発散の前記修正の量は、前記視認者の眼の前記輻輳・開散運動の前記決定された深度に対して前記視認者の第１の眼の屈折誤差を補正するための量に基づく、ディスプレイシステム。
2. 前記ディスプレイシステムは、深度平面上に前記周囲環境内の前記オブジェクトからの入射光の波面発散を修正することを前記第２の可変焦点レンズ要素に行わせるように構成されており、前記波面発散の前記修正の量は、前記視認者の眼の前記輻輳・開散運動の前記決定された深度と、前記視認者の第１の眼の前記屈折誤差を補正するための量とに基づく、請求項１に記載のディスプレイシステム。
3. 前記ディスプレイシステムは、前記第１の可変焦点レンズ要素の前記補正された屈折誤差の量に応答して、前記第２の可変焦点レンズ要素の補正された屈折誤差の量を調節するように構成されている、請求項１に記載のディスプレイシステム。
4. 前記１つ以上の導波管は、発散光を前記視認者に投影することにより、前記仮想オブジェクトを表示するように構成されている、請求項１に記載のディスプレイシステム。
5. 前記１つ以上の導波管の各々は、固定屈折力を有する、請求項１に記載のディスプレイシステム。
6. 前記ディスプレイシステムは、前記１つ以上の導波管と前記視認者の第２の眼との間の第３の可変焦点要素をさらに備える、請求項１に記載のディスプレイシステム。
7. 前記ディスプレイシステムは、前記１つ以上の導波管と周囲環境との間の第４の可変焦点要素をさらに備える、請求項６に記載のディスプレイシステム。
8. 前記ディスプレイシステムは、深度平面上に前記仮想オブジェクトを形成するために前記投影された光の波面発散を修正することを前記第３の可変焦点レンズ要素に行わせるように構成されており、前記波面発散の前記修正の量は、前記視認者の眼の前記輻輳・開散運動の前記決定された深度と、前記視認者の第２の眼の屈折誤差を補正するための量とに基づく、請求項７に記載のディスプレイシステム。
9. 前記ディスプレイシステムは、深度平面上に前記周囲環境内の前記オブジェクトからの入射光の波面発散を修正することを前記第４の可変焦点レンズ要素に行わせるように構成されており、前記波面発散の前記修正の量は、前記視認者の眼の前記輻輳・開散運動の前記決定された深度と、前記視認者の第２の眼の前記屈折誤差を補正するための量とに基づく、請求項８に記載のディスプレイシステム。
10. 眼追跡システムは、１つ以上のカメラを備える、請求項１に記載のディスプレイシステム。
11. 前記第１の可変焦点レンズ要素および／または前記第２の可変焦点レンズ要素の補正された屈折誤差の量は、２つ以上の距離における前記視認者の第１の眼の視覚を補正するために、光学処方箋に従って調節される、請求項１に記載のディスプレイシステム。
12. 前記ディスプレイシステムは、前記第１の可変焦点レンズ要素および前記第２の可変焦点レンズ要素の各々に対し、３つ以上の事前に設定された光学処方箋屈折誤差を有する、請求項１に記載のディスプレイシステム。
13. 利用可能な光学処方箋屈折誤差の数は、少なくとも前記ディスプレイのための深度平面の総数と等しい、請求項１に記載のディスプレイシステム。
14. 前記第１の可変焦点レンズ要素および／または前記第２の可変焦点レンズ要素は、２つの基板の間に挟入された液晶の層を備える、請求項１に記載のディスプレイシステム。
15. 前記第１の可変焦点レンズ要素および／または前記第２の可変焦点レンズ要素は、電圧の印加に応じて前記液晶層の屈折率を改変するための電極を備える、請求項１４に記載のディスプレイシステム。
16. 前記基板は、ガラスを含む、請求項１４に記載のディスプレイシステム。
17. 前記ディスプレイシステムは、電子ハードウェア制御システムをさらに備え、前記電子ハードウェア制御システムは、電流または電圧の印加によって前記第１の可変焦点レンズ要素および／または前記第２の可変焦点レンズ要素の屈折率を変動させるように構成されている、請求項１５に記載のディスプレイシステム。
18. 前記眼追跡システムは、前記電子ハードウェア制御システムへのフィードバックループを形成することにより、前記視認者の眼の決定された輻輳・開散運動に従って、前記第１の可変焦点レンズ要素および／または前記第２の可変焦点レンズ要素の屈折率を変動させる、請求項１７に記載のディスプレイシステム。
19. 画像情報を頭部搭載型のディスプレイ上に表示するための方法であって、前記方法は、
    視認者の頭部上に搭載されているディスプレイを提供することであって、前記ディスプレイは、仮想オブジェクトを１つ以上の深度平面上に表示するように構成されており、前記ディスプレイは、光を前記視認者に投影することにより、前記仮想オブジェクトを表示するように構成されている１つ以上の導波管を備え、前記１つ以上の導波管は、周囲環境内のオブジェクトからの光を前記視認者に透過させるようにさらに構成されている、ことと、
    前記視認者の眼の輻輳・開散運動点を決定することと、
    前記視認者の前記視認者の第１の眼の屈折誤差を補正することであって、前記補正することは、
    前記１つ以上の導波管と前記視認者の眼との間に配置されている第１の可変焦点レンズ要素の屈折力を変動させることであって、前記第１の可変焦点レンズ要素は、深度平面上に前記仮想オブジェクトを形成するために前記投影された光の波面発散を修正し、前記波面発散の前記修正の量は、前記視認者の眼の前記輻輳・開散運動の前記決定された深度と、前記視認者の第１の眼の屈折誤差を補正するための量とに基づく、ことと、
    前記１つ以上の導波管と前記視認者を囲繞する環境との間に配置されている第２の可変焦点レンズ要素の屈折力を変動させることであって、前記第２の可変焦点レンズ要素の前記屈折力は、深度平面上に前記周囲環境内の前記オブジェクトからの入射光の波面発散を修正し、前記波面発散の前記修正の量は、前記視認者の眼の前記輻輳・開散運動の前記決定された深度に対して前記視認者の第１の眼の前記屈折誤差を補正するための量に基づく、ことと
    によって行われる、ことと
    を含む、方法。
20. 第３の可変焦点レンズ要素および第４の可変焦点レンズ要素であって、前記第３の可変焦点レンズ要素は、前記１つ以上の導波管と前記視認者の第２の眼との間にあり、前記第４の可変焦点レンズ要素は、前記１つ以上の導波管と周囲環境との間にある、第３の可変焦点レンズ要素および第４の可変焦点レンズ要素をさらに備え、
    前記第３の可変焦点レンズ要素の屈折力を変動させることであって、前記第３の可変焦点レンズ要素は、深度平面上に前記仮想オブジェクトを形成するために前記投影された光の波面発散を修正し、前記波面発散の前記修正の量は、前記視認者の眼の前記輻輳・開散運動の前記決定された深度と、前記視認者の第２の眼の屈折誤差を補正するための量とに基づく、ことと
    前記第４の可変焦点レンズ要素の屈折力を変動させることであって、前記第４の可変焦点レンズ要素は、深度平面上に前記周囲環境内の前記オブジェクトからの入射光の波面発散を修正し、前記波面発散の前記修正の量は、前記視認者の眼の前記輻輳・開散運動の前記決定された深度と、前記視認者の第１の眼の前記屈折誤差を補正するための量とに基づく、ことと
    によって、前記視認者の第２の眼の屈折誤差を補正することを含む、請求項１９に記載の方法
21. 前記輻輳・開散運動点を決定することは、１つ以上のカメラを使用して、前記視認者の両眼の輻輳・開散運動を追跡することを含む、請求項２０に記載の方法。
22. 前記第１の可変焦点レンズ要素の屈折力は、前記第２の可変焦点レンズ要素の屈折力と同時に変動される、請求項１９に記載の方法。
23. 前記１つ以上の導波管の各々は、前記導波管からの発散光を出力するように構成されている回折光学要素を備える、請求項１９に記載の方法。

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