JP7055751B2 - 拡張現実のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

（関連出願の引用）
本願は、米国仮出願第６２／３１９，５６６号（２０１６年４月７日出願、名称「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＡＵＧＭＥＮＴＥＤ ＲＥＡＬＩＴＹ」、代理人事件番号ＭＬ．３００６５．００）に対する優先権を主張する。本願は、米国特許出願第１４／３３１，２１８号（２０１４年７月１４日出願、名称「ＰＬＡＮＡＲ ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＷＩＴＨ ＤＩＦＦＲＡＣＴＩＯＮ ＥＬＥＭＥＮＴ（Ｓ） ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭ ＥＭＰＬＯＹＩＮＧ ＳＡＭＥ」、代理人事件番号ＭＬ．２００２０．００）、米国特許出願第１４／５５５，５８５号（２０１４年１１月２７日出願、名称「ＶＩＲＴＵＡＬ ＡＮＤ ＡＵＧＭＥＮＴＥＤ ＲＥＡＬＩＴＹ ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ」、代理人事件番号ＭＬ．２００１１．００）、米国特許出願第１４／７２６，４２４号（２０１５年５月２９日出願、名称「ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＶＩＲＴＵＡＬ ＡＮＤ ＡＵＧＭＥＮＴＥＤ ＲＥＡＬＩＴＹ」、代理人事件番号ＭＬ．２００１６．００）、米国特許出願第１４／７２６，４２９号（２０１５年５月２９日出願、名称「ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＣＲＥＡＴＩＮＧ ＦＯＣＡＬ ＰＬＡＮＥＳ ＩＮ ＶＩＲＴＵＡＬ ＡＮＤ ＡＵＧＭＥＮＴＥＤ ＲＥＡＬＩＴＹ」、代理人事件番号ＭＬ．２００１７．００）、および、米国特許出願第１４／７２６，３９６号（２０１５年５月２９日出願、名称「ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＤＩＳＰＬＡＹＩＮＧ ＳＴＥＲＥＯＳＣＯＰＹ ＷＩＴＨ Ａ ＦＲＥＥＦＯＲＭ ＯＰＴＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭ ＷＩＴＨ ＡＤＤＲＥＳＳＡＢＬＥ ＦＯＣＵＳ ＦＯＲ ＶＩＲＴＵＡＬ ＡＮＤ ＡＵＧＭＥＮＴＥＤ ＲＥＡＬＩＴＹ」、代理人事件番号ＭＬ． ＭＬ．２００１８．００）に関連する。上記出願の内容は、それらが完全に記載されている場合と同様に、それらの全体が参照により本明細書に引用される。

（背景）
現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、デジタル的に再現された画像またはその一部が、現実であるように見える様式で、もしくはそのように知覚され得る様式でユーザに提示される、いわゆる「拡張現実」体験のためのシステムの開発を促進している。拡張現実、すなわち、「ＡＲ」シナリオは、典型的には、ユーザの周囲の実際の世界の視覚化の拡張として、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う（すなわち、他の実際の実世界視覚的入力に対して透過性）。故に、ＡＲシナリオは、他の実際の実世界の視覚的入力に対して透過性を伴うデジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。ヒトの視知覚系は、非常に複雑であり、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。

脳の視覚化中枢は、両眼およびその構成要素の互いに対する運動から有益な知覚情報を得る。互いに対する両眼の両眼離反運動（すなわち、眼の視線を収束させ、オブジェクトに固定するための互いに向かう、または離れる瞳の回転運動）は、眼のレンズの焦点合わせ（または「遠近調節」）と密接に関連付けられる。正常条件下において、眼のレンズの焦点を変化させる、すなわち、眼を遠近調節させ、異なる距離におけるオブジェクトに焦点を合わせることは、「遠近調節－両眼離反運動反射作用」として知られる関係下、自動的に、同一距離までの両眼離反運動における整合変化を生じさせるであろう。同様に、両眼離反運動の変化は、正常条件下において、遠近調節の整合変化を誘発するであろう。この反射作用に逆らう働きは、（従来の立体視ＡＲ構成の大部分におけるように）眼疲労、頭痛、または他の形態の不快感をユーザにもたらすことが知られている。

立体視ウェアラブル眼鏡は、概して、３次元視界がヒト視覚系によって知覚されるように、若干異なる要素提示を伴う画像を表示するように構成される左および右眼のための２つのディスプレイを特徴とする。そのような構成は、画像を３次元で知覚するために克服されなければならない両眼離反運動と遠近調節との間の不整合（「両眼離反運動－遠近調節衝突」）に起因して、多くのユーザにとって不快であることが見出されている。実際、一部のＡＲユーザは、立体視構成に耐えることができない。故に、大部分の従来のＡＲシステムは、部分的に、従来のシステムが両眼離反運動－遠近調節衝突を含むヒト知覚系の基本的側面のいくつかに対処できないので、ユーザに対して快適かつ最大限に有用であろう様式で豊かな両眼の３次元体験を提示するために最適ではない。

ＡＲシステムは、仮想デジタルコンテンツを種々の知覚される位置およびユーザに対する距離において表示することも可能でなければならない。ＡＲシステムの設計は、仮想デジタルコンテンツを送達することにおけるシステムの速度、仮想デジタルコンテンツの品質、ユーザの射出瞳距離（両眼離反運動－遠近調節衝突に対処する）、システムのサイズおよび可搬性、ならびに他のシステムおよび光学課題を含む多数の他の課題を提示する。

これらの問題（両眼離反運動－遠近調節衝突を含む）に対処するための１つの可能なアプローチは、画像を複数の深度平面に投影することである。このタイプのシステムを実装するために、１つのアプローチは、光が複数の深度平面から生じるように見えるように、複数の光誘導光学要素を使用して、光をユーザの眼に向かわせることである。光誘導光学要素は、デジタルまたは仮想オブジェクトに対応する仮想光を内部結合し、全内部反射（「ＴＩＲ」）によって、それを伝搬し、次いで、仮想光を外部結合し、デジタルまたは仮想オブジェクトをユーザの眼に表示するように設計される。光誘導光学要素は、実際の実世界オブジェクトからの（例えば、そこから反射した）光に透過性であるようにも設計される。したがって、光誘導光学要素の一部は、実世界オブジェクトからの実世界光に対して透過性でありながら、ＴＩＲを介した伝搬のために、仮想光を反射するように設計される。

しかしながら、一部の実世界光は、光誘導光学要素の中に内部結合され、非制御様式で外部結合し、ユーザの眼に提示される実世界オブジェクトの意図されない画像をもたらす。ＡＲシナリオにおける実世界オブジェクトの意図されない画像の出現は、ＡＲシナリオの意図される効果を妨害し得る。視野内の無作為場所における意図されない画像の出現も、両眼離反運動‐遠近調節衝突から不快感をもたらし得る。本明細書に説明されるシステムおよび方法は、これらの課題に対処するように構成される。

（要約）
一実施形態において、拡張現実システムは、仮想光ビームを生成するように構成される光源を含む。システムは、入射部分、出射部分、および表面を有する光誘導光学要素を含み、表面は、表面に隣接して配置されているダイバータも有する。光源および光誘導光学要素は、仮想光ビームが、入射部分を通って光誘導光学要素に入射し、少なくとも部分的に表面から反射することによって、光誘導光学要素を通って伝搬し、出射部分を通って光誘導光学要素から出射するように構成される。光誘導光学要素は、第１の実世界光ビームに対して透過性である。ダイバータは、表面において第２の実世界光ビームの光経路を修正するように構成される。

１つ以上の実施形態において、ダイバータは、第２の実世界光ビームを反射するように構成される。ダイバータは、第２の実世界光ビームを屈折させるように、または回折するように構成され得る。

１つ以上の実施形態において、ダイバータは、波長選択的である。光源は、仮想光ビームが、ダイバータが少なくとも部分的に反射性である波長に対応する波長を有するように構成され得る。

１つ以上の実施形態において、ダイバータは、入射角選択的である。光源および光誘導光学要素は、仮想光ビームが、ダイバータが反射性である入射角に対応する入射角で表面から反射するように構成され得る。

１つ以上の実施形態において、ダイバータは、偏光選択的である。仮想光ビームは、ダイバータが反射性である偏光に対応する偏光であり得る。

１つ以上の実施形態において、ダイバータは、ダイバータを伴わない表面と比較して、表面の臨界角を低減させるように構成される。ダイバータは、薄膜ダイクロイックダイバータであり得る。

１つ以上の実施形態において、光誘導光学要素は、第２の表面も有し、光源および光誘導光学要素は、仮想光ビームが、少なくとも部分的に表面および第２の表面から反射することによって、光誘導光学要素を通って伝搬するように構成される。光誘導光学要素は、第２の表面に隣接して配置されている第２のダイバータも有し得、第２のダイバータは、表面において第３の実世界光ビームの光経路を修正するように構成される。

１つ以上の実施形態において、ダイバータは、コーティングである。コーティングは、動的コーティングであり得る。動的コーティングは、誘電材料、液晶、またはニオブ酸リチウムを含み得る。ダイバータは、メタ表面材料を含み得る。ダイバータは、導波管外部結合器であり得る。

別の実施形態において、拡張現実システムは、仮想光ビームを生成するように構成される光源を含む。システムは、入射部分、出射部分、第１の表面、および第２の表面を有する光誘導光学要素も含む。第１の表面は、第１の表面に隣接して配置されている第１のダイバータを有する。第２の表面は、第２の表面に隣接して配置されている第２のダイバータを有する。光源および光誘導光学要素は、仮想光ビームが、入射部分を通って光誘導光学要素に入射し、少なくとも部分的に第１および第２の表面の両方から反射することによって、光誘導光学要素を通って伝搬し、出射部分を通って光誘導光学要素から出射するように構成される。光誘導光学要素は、第１の実世界光ビームに対して透過性である。第１および第２のダイバータの各々は、それぞれの第１および第２の表面において第２の実世界光ビームの反射を修正するように構成される。

１つ以上の実施形態において、第１および第２のダイバータの各々は、第２の実世界光ビームを反射するように構成される。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
拡張現実システムであって、前記システムは、
仮想光ビームを生成するように構成されている光源と、
入射部分、出射部分、および表面を有する光誘導光学要素であって、前記表面は、前記表面に隣接して配置されているダイバータを有する、光誘導光学要素と
を備え、
前記光源および前記光誘導光学要素は、前記仮想光ビームが、
（ａ）前記入射部分を通って前記光誘導光学要素に入射し、
（ｂ）少なくとも部分的に前記表面から反射することによって、前記光誘導光学要素を通って伝搬し、
（ｃ）前記出射部分を通って前記光誘導光学要素から出射する
ように構成され、
前記光誘導光学要素は、第１の実世界光ビームに対して透過性であり、
前記ダイバータは、前記表面において第２の実世界光ビームの光経路を修正するように構成されている、システム。
（項目２）
前記ダイバータは、前記第２の実世界光ビームを反射するように構成されている、項目１に記載のシステム。
（項目３）
前記ダイバータは、前記第２の実世界光ビームを屈折させるように、または回折するように構成されている、項目１に記載のシステム。
（項目４）
前記ダイバータは、波長選択的である、項目１に記載のシステム。
（項目５）
前記光源は、前記仮想光ビームが、前記ダイバータが少なくとも部分的に反射性である波長に対応する波長を有するように構成されている、項目４に記載のシステム。
（項目６）
前記ダイバータは、入射角選択的である、項目１に記載のシステム。
（項目７）
前記光源および前記光誘導光学要素は、前記仮想光ビームが、前記ダイバータが反射性である入射角に対応する入射角で前記表面から反射するように構成されている、項目６に記載のシステム。
（項目８）
前記ダイバータは、偏光選択的である、項目１に記載のシステム。
（項目９）
前記仮想光ビームは、前記ダイバータが反射性である偏光に対応する偏光を有する、項目８に記載のシステム。
（項目１０）
前記ダイバータは、前記ダイバータを伴わない前記表面と比較して、前記表面の臨界角を低減させるように構成されている、項目１に記載のシステム。
（項目１１）
前記ダイバータは、薄膜ダイクロイックダイバータである、項目１に記載のシステム。
（項目１２）
前記光誘導光学要素は、第２の表面も有し、前記光源および前記光誘導光学要素は、前記仮想光ビームが、少なくとも部分的に前記表面および前記第２の表面から反射することによって、前記光誘導光学要素を通って伝搬するように構成されている、項目１に記載のシステム。
（項目１３）
前記光誘導光学要素は、前記第２の表面に隣接して配置されている第２のダイバータも有し、前記第２のダイバータは、前記表面において第３の実世界光ビームの光経路を修正するように構成されている、項目１２に記載のシステム。
（項目１４）
前記ダイバータは、コーティングである、項目１に記載のシステム。
（項目１５）
前記コーティングは、動的コーティングである、項目１４に記載のシステム。
（項目１６）
前記動的コーティングは、誘電材料、液晶、またはニオブ酸リチウムを備えている、項目１５に記載のシステム。
（項目１７）
前記ダイバータは、メタ表面材料を備えている、項目１に記載のシステム。
（項目１８）
前記ダイバータは、導波管外部結合器である、項目１に記載のシステム。
（項目１９）
拡張現実システムであって、前記システムは、
仮想光ビームを生成するように構成されている光源と、
入射部分、出射部分、第１の表面、および第２の表面を有する光誘導光学要素と
を備え
前記第１の表面は、前記第１の表面に隣接して配置されている第１のダイバータを有し、
前記第２の表面は、前記第２の表面に隣接して配置されている第２のダイバータを有し、
前記光源および前記光誘導光学要素は、前記仮想光ビームが、
（ａ）前記入射部分を通って前記光誘導光学要素に入射し、
（ｂ）少なくとも部分的に前記第１および第２の表面の両方から反射することによって、前記光誘導光学要素を通って伝搬し、
（ｃ）前記出射部分を通って前記光誘導光学要素から出射する
ように構成され、
前記光誘導光学要素は、第１の実世界光ビームに対して透過性であり、
前記第１および第２のダイバータの各々は、前記それぞれの第１および第２の表面において第２の実世界光ビームの反射を修正するように構成されている、システム。
（項目２０）
前記第１および第２のダイバータの各々は、前記第２の実世界光ビームを反射するように構成されている、項目１９に記載のシステム。

図面は、本発明の種々の実施形態の設計および有用性を図示する。図は、正確な縮尺で描かれておらず、類似構造または機能の要素は、図全体を通して同一参照番号によって表されることに留意されたい。本発明の種々の実施形態の前述および他の利点ならびに目的が得られる方法をより深く理解するために、簡単に前述された発明を実施するための形態が、付随の図面に図示されるその具体的実施形態を参照することによって与えられるであろう。これらの図面は、本発明の典型的実施形態のみを描写し、その範囲の限定として見なされないことを理解した上で、本発明は、付随の図面の使用を通して追加の具体性および詳細とともに記載ならびに説明されるであろう。

図１－３は、種々の拡張現実システムの詳細な概略図である。 図１－３は、種々の拡張現実システムの詳細な概略図である。 図１－３は、種々の拡張現実システムの詳細な概略図である。 図４は、拡張現実システムの焦点面を描写する略図である。 図５は、拡張現実システムの光誘導光学要素の詳細な概略図である。 図６は、拡張現実システムの従来技術光誘導光学要素の真横向き概略図である。 図７は、一実施形態による、拡張現実システムの光誘導光学要素の真横向き概略図である。 図８は、一実施形態による、拡張現実システムの光誘導光学要素のコーティングされた表面の真横向き概略図である。 記載なし

（詳細な説明）
本発明の種々の実施形態は、単一実施形態または複数の実施形態において光学システムを実装するためのシステム、方法、および製造品を対象とする。本発明の他の目的、特徴、および利点は、発明を実施するための形態、図、および請求項に説明される。

ここで、種々の実施形態が、当業者が本発明を実践することを可能にするように、本発明の例証的例として提供される図面を参照して詳細に説明されるであろう。留意すべきこととして、以下の図および例は、本発明の範囲を限定することを意味するものではない。本発明のある要素が、公知の構成要素（または方法もしくはプロセス）を使用して部分的または完全に実装され得る場合、本発明の理解のために必要なそのような公知の構成要素（または方法もしくはプロセス）のそれらの一部のみ、説明され、そのような公知の構成要素（または方法もしくはプロセス）の他の部分の発明を実施するための形態は、本発明を曖昧にしないように省略されるであろう。さらに、種々の実施形態は、例証として本明細書に参照される構成要素の現在および将来的公知の均等物を包含する。

光学システムは、ＡＲシステムから独立して実装され得るが、以下の多くの実施形態は、例証目的のためだけにＡＲシステムに関係して説明される。

（問題および解決策の概要）
実世界光が通過することを可能にしながら、仮想画像を種々の深度に生成するための光学システムの１つのタイプは、少なくとも部分的に透過性の光誘導光学要素（例えば、回折光学要素を含む、プリズム）を含む。しかしながら、これらの光誘導光学要素は、実世界オブジェクトからの実世界光を意図せずに内部結合し得る。偶発的に内部結合された実世界光は、光誘導光学要素からユーザの眼に向かって外部結合し得る。外部結合された実世界光は、光誘導光学要素から変化した角度で出射し、それによって、水平線の下方に現れる太陽の「残影」画像またはアーチファクト等のアーチファクトをＡＲシナリオに生成する。残影アーチファクトは、調和がなく、状況と矛盾した画像でＡＲシナリオの効果を妨害するだけではなく、両眼離反運動‐遠近調節衝突からユーザ不快感をも生じさせ得る。

以下の開示は、１つ以上のコーティングを光誘導光学要素の１つ以上の表面に塗布することによって、この問題に対処する多面焦点光学要素を使用して３Ｄ知覚を作成するためのシステムおよび方法の種々の実施形態を説明する。特に、コーティングは、コーティングされた光学要素が、低入射角（「ＡＯＩ」；例えば、光学要素の表面から約９０度）を伴う実世界光に対して実質的に透過性であるように、角度選択的であることができる。同時に、コーティングは、高ＡＯＩ（例えば、光学要素の表面と略平行；約１７０度）を伴う斜めの実世界光に対してコーティングされた光学要素を高反射性にする。したがって、コーティングされた光誘導光学要素は、実世界光の意図されない内部結合およびそれに関連付けられた残影アーチファクトを最小化しながら、視野内の実世界光に対して実質的に透過性であることができる。

（例証的拡張現実システム）
コーティングされた光誘導光学要素の実施形態の詳細を説明する前に、本開示は、ここで、例証的ＡＲシステムの簡単な説明を提供するであろう。

ＡＲシステムを実装するための１つの可能なアプローチは、それぞれの深度平面から生じるよう見える画像を生成するために、深度平面情報を組み込まれた複数の体積位相ホログラム、表面レリーフホログラム、または光誘導光学要素を使用する。言い換えると、回折パターン、すなわち、回折光学要素（「ＤＯＥ」）が、光誘導光学要素（「ＬＯＥ」；例えば、平面導波管）内に組み込まれるか、またはその上にインプリントされ得、それによって、コリメートされた光（略平面波面を伴う光ビーム）がＬＯＥに沿って実質的に全内部反射されるにつれて、複数の場所において回折パターンを横切り、ユーザの眼に向かって出射する。ＤＯＥは、ＬＯＥからＤＯＥを通して出射する光が近づき、特定の深度平面から生じるよう見えるように構成される。コリメートされた光は、光学凝集レンズ（「コンデンサ」）を使用して、生成され得る。

例えば、第１のＬＯＥは、光学無限深度平面から生じるよう見えるコリメートされた光を眼に送達するように構成され得る（０ジオプトリ）。別のＬＯＥは、２メートルの距離から生じるよう見えるコリメートされた光を送達するように構成され得る（１／２ジオプトリ）。さらに別のＬＯＥは、１メートルの距離から生じるよう見えるコリメートされた光を送達するように構成され得る（１ジオプトリ）。スタックされたＬＯＥアセンブリを使用することによって、複数の深度平面が生成され、各ＬＯＥが特定の深度平面から生じるよう見える画像を表示するように構成され得ることが理解され得る。スタックは、任意の数のＬＯＥを含み得ることを理解されたい。しかしながら、少なくともＮ個のスタックされたＬＯＥが、Ｎ個の深度平面を生成するために要求される。さらに、Ｎ、２Ｎ、または３Ｎ個のスタックされたＬＯＥが、ＲＧＢ着色画像をＮ個の深度平面において生成するために使用され得る。

３－Ｄ仮想コンテンツをユーザに提示するために、拡張現実（ＡＲ）システムは、Ｚ方向における種々の深度平面から（すなわち、ユーザの眼から直交して離れて）生じるよう見えるように、仮想コンテンツの画像をユーザの眼の中に投影する。言い換えると、仮想コンテンツは、ＸおよびＹ方向（すなわち、ユーザの眼の中心視覚軸に直交する２Ｄ平面）において変化するのみならず、それは、ユーザが、オブジェクトが非常に近くにあるように、無限距離にあるように、またはその間の任意の距離にあるように知覚し得るように、Ｚ方向にも変化するように見え得る。他の実施形態において、ユーザは、複数のオブジェクトを異なる深度平面において同時に感知し得る。例えば、ユーザには、無限遠から現れ、ユーザに向かって走ってくる、仮想ドラゴンが見え得る。代替として、ユーザは、ユーザから３メートル離れた距離における仮想鳥と、ユーザから腕の長さ（約１メートル）にある仮想コーヒーカップとを同時に見得る。

多平面焦点システムは、ユーザの眼からＺ方向にそれぞれの固定距離に位置する複数の深度平面の一部または全部上に画像を投影させることによって、可変深度の知覚を生成する。ここで図４を参照すると、多平面焦点システムは、典型的には、固定深度平面２０２（例えば、図４に示される６つの深度平面２０２）においてフレームを表示することを理解されたい。ＡＲシステムは、任意の数の深度平面２０２を含むことができるが、１つの例示的多平面焦点システムは、Ｚ方向に６つの固定深度平面２０２を有する。仮想コンテンツを生成することにおいて、６つの深度平面２０２の３－Ｄ知覚のうちの１つ以上のものが、ユーザが１つ以上の仮想オブジェクトをユーザの眼から可変距離において知覚するように生成される。ヒトの眼が、離れて現れるオブジェクトより近い距離のオブジェクトにより敏感であるとすると、図４に示されるように、眼により近いほど、より多くの深度平面２０２が生成される。他の実施形態において、深度平面２０２は、互いから等距離だけ離れて設置され得る。

深度平面位置２０２は、典型的には、ジオプトリで測定され、それは、メートル単位で測定された焦点距離の逆数と等しい光強度の単位である。例えば、一実施形態において、深度平面１は、１／３ジオプトリだけ離れ、深度平面２は、０．３ジオプトリだけ離れ、深度平面３は、０．２ジオプトリだけ離れ、深度平面４は、０．１５ジオプトリだけ離れ、深度平面５は、０．１ジオプトリだけ離れ、深度平面６は、無限遠（すなわち、０ジオプトリ離れている）を表し得る。他の実施形態は、他の距離／ジオプトリで深度平面２０２を生成し得ることを理解されたい。したがって、仮想コンテンツを方略的に設置された深度平面２０２に生成することにおいて、ユーザは、仮想オブジェクトを３次元で知覚可能である。例えば、ユーザは、深度平面１に表示されるとき、その近くにあるように第１の仮想オブジェクトを知覚し得る一方、別の仮想オブジェクトは、深度平面６における無限遠において現れる。代替として、仮想オブジェクトは、仮想オブジェクトがユーザに非常に近接して現れるまで、最初に、深度平面６で、次いで、深度平面５で表示され得る等。前述の例は、例証目的のために大幅に簡略化されていることを理解されたい。別の実施形態において、全６つの深度平面は、ユーザから離れた特定の焦点距離に集められ得る。例えば、表示されるべき仮想コンテンツが、ユーザから１／２メートル離れたコーヒーカップである場合、全６つの深度平面は、コーヒーカップの種々の断面で生成され、ユーザにコーヒーカップの非常に粒度の細かい３Ｄビューを与え得る。

一実施形態において、ＡＲシステムは、多平面焦点システムとして機能し得る。言い換えると、６つの固定された深度平面から生じるように見える画像が、光源と迅速に連動して生成され、画像情報をＬＯＥ１、次いで、ＬＯＥ２、次いで、ＬＯＥ３等と迅速に伝達するように、全６つのＬＯＥが、同時に照明され得る。例えば、無限光学における空の画像を含む所望の画像の一部が、時間１において出射され、光のコリメーションを保持するＬＯＥ１０９０（例えば、図４からの深度平面６）が、利用され得る。次いで、より近い木の枝の画像が、時間２において出射され、１０メートル離れた深度平面から生じるように見える画像を生成するように構成されるＬＯＥ１０９０（例えば、図４からの深度平面５）が、利用され得る。次いで、ペンの画像が、時間３において出射され、１メートル離れた深度平面から生じるように見える画像を生成するように構成されるＬＯＥ１０９０が、利用され得る。このタイプのパラダイムは、ユーザの眼および脳（例えば、視覚野）が、入力が同一画像の全部分であるように知覚するように、迅速時間順次方式（例えば、３６０Ｈｚ）で繰り返されることができる。

ＡＲシステムは、３－Ｄ体験のための画像を生成するために、Ｚ軸（すなわち、深度平面）に沿った種々の場所から生じるように見えるように画像を投影すること（すなわち、光ビームを発散または収束させることによって）が要求される。本願で使用される場合、光ビームは、限定ではないが、光源から放散する光エネルギー（可視および非可視光エネルギーを含む）の方向性投影を含む。種々の深度平面から生じるよう見える画像を生成することは、その画像のためのユーザの眼の両眼離反運動と遠近調節とを適合させ、両眼離反運動－遠近調節衝突を最小化または排除する。

図１は、画像を単一深度平面において投影させるための基本光学システム１００を描写する。システム１００は、光源１２０と、それに関連付けられた回折光学要素（図示せず）および内部結合格子１９２（「ＩＣＧ」）を有するＬＯＥ１９０とを含む。回折光学要素は、体積または表面レリーフを含む任意のタイプであり得る。一実施形態において、ＩＣＧ１９２は、ＬＯＥ１９０の反射モードアルミ被覆部分である。別の実施形態において、ＩＣＧ１９２は、ＬＯＥ１９０の透過回折部分である。システム１００が使用されているとき、光源１２０からの光ビームは、ユーザの眼への表示のために、ＩＣＧ１９２を介してＬＯＥ１９０に入射し、実質的全内部反射（「ＴＩＲ」）によってＬＯＥ１９０に沿って伝搬する。１つのみのビームが図１に図示されるが、多数のビームが、同一ＩＣＧ１９２を通して広範囲の角度からＬＯＥ１９０に入射し得ることを理解されたい。ＬＯＥの中に「入射する」または「入ることが許される」光ビームは、限定ではないが、実質的ＴＩＲによってＬＯＥに沿って伝搬するようにＬＯＥと相互作用する、光ビームを含む。図１に描写されるシステム１００は、種々の光源１２０（例えば、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、レーザ、およびマスクされた広面積／広帯域エミッタ）を含むことができる。他の実施形態において、光源１２０からの光は、光ファイバケーブル（図示せず）を介して、ＬＯＥ１９０に送達され得る。

図２は、光源１２０と、３つのＬＯＥ１９０と、３つのそれぞれの内部結合格子１９２とを含む、別の光学システム１００’を描写する。光学システム１００’は、３つのビームスプリッタまたはダイクロイックミラー１６２（光をそれぞれのＬＯＥに向かわせる）と、３つのＬＣシャッタ１６４（ＬＯＥが照明されるときを制御する）とも含む。システム１００’が使用されるとき、光源１２０からの光ビームは、３ビームスプリッタ１６２によって、３つの光サブビーム／ビームレットに分割される。３ビームスプリッタは、ビームレットをそれぞれの内部結合格子１９２に向け直す。ビームレットがそれぞれの内部結合格子１９２を通ってＬＯＥ１９０に入射した後、それらは、実質的ＴＩＲによって、ＬＯＥ１９０に沿って伝搬し、追加の光学構造と相互作用し、表示をユーザの眼にもたらす。光学経路の遠い側上の内部結合格子１９２の表面は、不透過性材料（例えば、アルミニウム）でコーティングされ、光が内部結合格子１９２を通過して次のＬＯＥ１９０に入ることを防止することができる。一実施形態において、ビームスプリッタ１６２は、波長フィルタと組み合わせられ、赤色、緑色、および青色ビームレットを生成することができる。そのような実施形態において、３つの単色ＬＯＥ１９０が、色画像を単一深度平面において表示するために要求される。別の実施形態において、ＬＯＥ１９０の各々は、同一の色または異なる色のいずれかのユーザの視野内で側方に角変位させられた、より大きい単一深度平面画像面積（「タイル状視野」）の一部を提示し得る。

図３は、６つのビームスプリッタ１６２と、６つのＬＣシャッタ１６４と、各々がそれぞれのＩＣＧ１９２を有する６つのＬＯＥ１９０とを有するさらに別の光学システム１００’’を描写する。図２の議論の際に上で説明されたように、３つのＬＯＥ１９０が、色画像を単一深度平面において表示するために要求される。したがって、本システム１００’’の６つのＬＯＥ１９０は、色画像を２つの深度平面において表示することが可能である。

図５は、ＩＣＧ１９２と、直交瞳エクスパンダ１９４（「ＯＰＥ））と、射出瞳エクスパンダ１９６（「ＥＰＥ））とを有するＬＯＥ１９０を描写する。

図１－４に示されるように、深度平面、フィールドタイル、または生成される色の数が、増加するにつれて（例えば、増加するＡＲシナリオ品質に伴って）、ＬＯＥ１９０およびＩＣＧ１９２の数も、増加する。例えば、単一ＲＧＢ色深度平面は、３つのＩＣＧ１９２を伴う少なくとも３つのＬＯＥ１９０を要求する。その結果、これらの光学要素における実世界光の意図しない内部結合の機会も、増加する。さらに、実世界光は、外部結合格子（図示せず）を含むＬＯＥ１９０全体にわたって内部結合され得る。したがって、容認可能ＡＲシナリオを生成するために要求される光学要素の数の増加は、内部結合された実世界光からの残影アーチファクトの問題を悪化させる。

（瞳エクスパンダ）
上記に議論されるＬＯＥ１９０は、加えて、射出瞳エクスパンダ１９６（「ＥＰＥ」）として機能し、光源１２０の開口数を増加させ、それによって、システム１００の分解能を増加させることができる。光源１２０は、小径／スポットサイズの光を生成するので、ＥＰＥ１９６は、ＬＯＥ１９０から出射する光の瞳の見掛けサイズを拡張させ、システム分解能を増加させる。ＡＲシステム１００の他の実施形態において、システムは、ＥＰＥ１９６に加え、直交瞳エクスパンダ１９４（「ＯＰＥ」）をさらに備え、ＸおよびＹ方向の両方において光を拡張させ得る。ＥＰＥ１９６およびＯＰＥ１９４についてのさらなる詳細は、前述の米国実用特許出願第１４／５５５，５８５号および米国実用特許出願第１４／７２６，４２４号に説明されており、その内容は、参照することによって前述に組み込まれている。

図５は、ＩＣＧ１９２、ＯＰＥ１９４、およびＥＰＥ１９６を有するＬＯＥ１９０を描写する。図５は、ユーザの眼からのビューに類似する、上方視点からのＬＯＥ１９０を描写する。ＩＣＧ１９２、ＯＰＥ１９４、およびＥＰＥ１９６は、立体または表面リリーフを含む、任意のタイプのＤＯＥであり得る。

ＩＣＧ１９２は、光源１２０からの光ビームにＴＩＲによる伝搬のために入ることを許すように構成されるＤＯＥ（例えば、線形格子）である。図５に描写される実施形態において、光源１２０は、ＬＯＥ１９０の側面に配置される。

ＯＰＥ１９４は、システム１００を通って伝搬する光ビームが９０度側方に偏向されるであろうように、側方平面（すなわち、光経路と垂直）に傾斜させられるＤＯＥ（例えば、線形格子）である。ＯＰＥ１９４は、光経路に沿って部分的に透過性および部分的に反射性であり、それによって、光ビームは、ＯＰＥ１９４を部分的に通過し、複数（例えば、１１）のビームレットを形成する。一実施形態において、光経路は、Ｘ軸に沿ってあり、ＯＰＥ１９４は、ビームレットをＹ軸に対して曲げるように構成される。

ＥＰＥ１９６は、システム１００を通って伝搬するビームレットが軸方向に９０度偏向されるであろうように、軸方向平面（すなわち、光経路またはＹ方向に対して平行）に傾斜させられるＤＯＥ（例えば、線形格子）である。ＥＰＥ１９６も、光経路（Ｙ軸）に沿って部分的に透過性および部分的に反射性であり、ビームレットは、ＥＰＥ１９６を部分的に通過し、複数（例えば、７つ）のビームレットを形成する。ＥＰＥ１９６も、Ｚ方向に傾斜させられ、伝搬ビームレットの一部をユーザの眼に向かわせる。

ＯＰＥ１９４およびＥＰＥ１９６の両方も、Ｚ軸に沿って少なくとも部分的に透過性であり、実世界光（例えば、実世界オブジェクトから反射する）が、Ｚ方向においてＯＰＥ１９４およびＥＰＥ１９６を通過し、ユーザの眼に到達することを可能にする。いくつかの実施形態において、ＩＣＧ１９２も、Ｚ軸に沿って少なくとも部分的に透過性であり、実世界光に入ることを許す。しかしながら、ＩＣＧ１９２、ＯＰＥ１９４、またはＥＰＥ１９６が、ＬＯＥ１９０の透過回折部分であるとき、それらは、実世界光をＬＯＥ１９０の中に意図せずに内部結合し得る。上で説明されるように、この意図せずに内部結合された実世界光は、ユーザの眼の中に外部結合され、残影アーチファクトを形成し得る。

（残影アーチファクト問題）
図６は、ＬＯＥ１９０を有する従来技術ＡＲシステム１００の真横向き概略図である。ＬＯＥ１９０は、図５に描写されるものに類似するが、ＩＣＧ１９２およびＥＰＥ１９６のみが、図６に描写され、ＯＰＥ１９４は、明確にするために省略される。種々の源からのいくつかの例示的光ビームが、上で述べられた残影アーチファクト問題を実証するために図示される。光源１２０によって生成された仮想光ビーム３０２は、ＩＣＧ１９２によって、ＬＯＥ１９０の中に内部結合される。仮想光ビーム３０２は、ＡＲシステム１００によって生成された仮想オブジェクトのための情報を搬送する。

仮想光ビーム３０２は、ＴＩＲによってＬＯＥ１９０を通って伝搬され、ＥＰＥ１９６に衝突する度に部分的に出射する。図６において、仮想光ビーム３０２は、ＥＰＥ１９６上の２つの場所に衝突する。出射する仮想光ビームレット３０２’は、ＡＲシステム１００によって決定された角度においてユーザの眼３０４に向かう。図６に描写される仮想光ビームレット３０２’は、互いに略平行である。仮想光ビームレット３０２’は、したがって、無限遠近くから生じるように見える画像（例えば、遠くの鳥の群れ；図示せず）をレンダリングするであろう。仮想光ビームレット３０２’は、互いに対して広範囲の角度においてユーザの眼３０４に向かい、ユーザの眼からの広範囲の距離から生じるように見える画像をレンダリングすることができる。

ＬＯＥ１９０は、実世界オブジェクト３０８（例えば、遠くの木）から反射するそれら等の実世界光ビーム３０６に対して透過性でもある。図６に描写される木３０８は、ユーザの眼３０４から遠くにあるので、実世界光ビーム３０２は、互いに略平行である。実世界光ビーム３０６は、ＬＯＥ１９０が、比較的に低ＡＯＩ（例えば、ＬＯＥ１９０の外部表面３１０から約９０度）においてＬＯＥ１９０に衝突する光に対して透過性であるので、軌道を著しく変化させずに、ＬＯＥ１９０を通過する。ユーザの眼３０２により近い距離における実世界オブジェクト３０８は、互いから発散するが、依然として、ＬＯＥ１９０を実質的に通過するであろう。

問題は、この従来技術ＬＯＥ１９０が、高ＡＯＩ（例えば、ＬＯＥ１９０の表面と略平行；約１７０度）においてＬＯＥ１９０に向かう高ＡＯＩ実世界光ビーム３１２をも内部結合する（屈折によって）ことである。例えば、図６に描写される高ＡＯＩオブジェクト３１４（すなわち、太陽）は、ＬＯＥ１９０に対して高ＡＯＩにある。太陽３１４は、ＬＯＥ１９０の右に描写されるが、太陽３１４は、ＬＯＥ１９０の上方の空高くにあり得、典型的には、そうである。

太陽３１４は、明るくもあるので、残影アーチファクトを生成し得る高ＡＯＩオブジェクト３１４である。残影アーチファクトを生成し得る他のオブジェクト３１４は、高ＡＯＩにおいてＬＯＥ１９０に偶発的に衝突する光源（懐中電灯、ランプ、ヘッドライト等）を含む。

図６に示されるように、高ＡＯＩ実世界ビーム３１２は、ＬＯＥ１９０の外部表面３１０においてＬＯＥ１９０の中に内部結合され得る。ＬＯＥ１９０が作製される材料の屈折率に起因して、内部結合される高ＡＯＩ実世界ビーム３１２’は、高ＡＯＩ実世界ビーム３１２から軌道を変化させる。最終的に、内部結合された高ＡＯＩ実世界ビーム３１２’がＥＰＥ１９６に衝突すると、それは、さらに変化した軌道を伴う出射する高ＡＯＩ実世界ビーム３１２’’として、ＬＯＥ１９０から出射する。図６に示されるように、出射する高ＡＯＩ実世界ビーム３１２’’は、太陽３１４の実際の場所と異なる視野内の場所から生じるように見える太陽の残影画像／アーチファクト３１６をレンダリングする。図６において、残影画像／アーチファクト３１６は、木３０８と同一場所から生じるように見える。実世界木３０８に重なる太陽３１４の意図されない残影画像／アーチファクト３１６の並置は、ＡＲシナリオの意図される効果を妨害し得る。意図されない残影画像／アーチファクト３１６の出現はまた、残影画像／アーチファクト３１６がランダムな焦点の度合いを伴って現れるであろうため、両眼離反運動‐遠近調節衝突から不快感をもたらし得る。

ＡＲシステム１００は、実世界光ビーム３０６に対してある程度の透過性を要求するので、そのＬＯＥ１９０は、高ＡＯＩ実世界光ビーム３１２の意図されない内部結合と、内部結合された高ＡＯＩ実世界ビーム３１２’がＬＯＥ１９０から出射するときに生成される残影アーチファクトとの問題を有する。単一ビームおよびビームレットが、図６に描写されるが、これは、明確にするためのものであることを理解されたい。図６に描写される各単一ビームまたはビームレットは、関連情報を搬送し、類似軌道を有する、複数のビームまたはビームレットを表す。

（コーティングされた光誘導光学要素）
図７は、一実施形態による、ＬＯＥ１９０を有するＡＲシステム１００の真横向き概略図である。ＬＯＥ１９０は、ＩＣＧ１９２と、ＯＰＥ（図示せず）と、ＥＰＥ１９６と、選択的反射コーティング３２０とを有する。選択的反射コーティング３２０は、ＬＯＥ１９０の外部表面３１０上に配置される。選択的反射コーティング３２０は、コーティング３２０が「調整」される方法に応じて、種々の特性を有する光を反射するように構成されることができる。一実施形態において、コーティングは、比較的に高ＡＯＩにおいて、コーティング３２０に衝突する光を選択的に反射する一方、比較的に低ＡＯＩにおいてコーティング３２０に衝突する光がコーティングを通過することを可能にするように調整される。コーティング３２０は、比較的に低ＡＯＩ光が、その軌道角度を著しく変化させずに、それを通過することを可能にするように調整される。

コーティング３２０の調整は、コーティングの物理的寸法および化学組成を選択し、その反射特性を制御することを伴う。例えば、コーティング３２０は、図８に描写されるように、複数の薄層を含み得る。コーティング３２０全体またはその中の１つもしくはそれを上回る層は、ダイクロイック材料または光の特性（例えば、波長、ＡＯＩ、および／または偏光）に基づく光の差異のある反射率を伴う他の材料を含み得る。異なる反射率特性を有する層が、組み合わせられ、コーティング３２０を調整することができる。

一実施形態において、コーティング３２０は、種々のＡＯＩにおいて標的反射率を達成するように調整されることができる。コーティング設計ソフトウェアは、標的反射率を達成するために、層の数および各層のための屈折率を決定することができる。標準的屈折率および厚さのスタックから開始し（例えば、ミラー設計者から）、ソフトウェアは、ＡＯＩまたは波長の関数として、構造に対する閉形式解を決定することができる。コーティング３２０内の層の数および／またはそれらの層の屈折率ならびに厚さを増加させることは、ＡＯＩおよび反射率の観点から、鋭いカットオフを含むより複雑な反射率対ＡＯＩプロファイルを促進する。単一層および単一屈折率の材料の場合、コーティング３２０は、Ｖ‐コート（すなわち、１つの波長および１つの角度における反射防止材料）であることができる。２つの層の場合、コーティング３２０は、Ｗ‐コート（すなわち、２つの波長および２つの角度における反射防止材料）であることができる。コーティング設計技法は、多くの層および非常に鋭い波長カットオフを伴う蛍光顕微鏡のための生物学的フィルタを設計するために使用される技法に類似する。コーティング３２０の例は、誘電コーティング、液晶コーティング、およびニオブ酸リチウムコーティング等の動的コーティング（ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏａｔｉｎｇ）を含む。

システム１００は、仮想光ビーム３０２をＩＣＧ１９２に向かわせるように構成される光源１２０を含む。仮想光ビーム３０２は、ＩＣＧ１９２によってＬＯＥ１９０の中に内部結合される。仮想光ビーム３０２は、ＡＲシステム１００によって生成された仮想オブジェクトに関する情報を搬送する。

仮想光ビーム３０２は、ＴＩＲによってＬＯＥ１９０を通って伝搬され、ＥＰＥ１９６に衝突する度に部分的に出射する。コーティング３２０は、システム１００の臨界角以上のＡＯＩに伴う光を選択的に反射し、それによって、ＴＩＲを促進するように調整される。他の実施形態において、コーティング３２０は、ＬＯＥ１９０の臨界角を低減させ、ＴＩＲをさらに促進するように調整されることができる。

図７において、仮想光ビーム３０２は、ＥＰＥ１９６上の２つの場所に衝突する。出射する仮想光ビームレット３０２’は、ＡＲシステム１００によって決定された角度においてユーザの眼３０４に向かう。図６に描写される仮想光ビームレット３０２’は、互いに略平行である。仮想光ビームレット３０２’は、したがって、無限遠近くから生じるように見える画像（例えば、遠くの鳥の群れ；図示せず）をレンダリングするであろう。仮想光ビームレット３０２’は、互いに対して広範囲の角度においてユーザの眼３０４に向かい、ユーザの眼からの広範囲の距離から生じるように見える画像をレンダリングすることができる。

ＬＯＥ１９０は、実世界オブジェクト３０８（例えば、遠くの木）から反射するもの等の実世界光ビーム３０６に対して実質的に透過性でもある。ＬＯＥ１９０に塗布されるコーティング３２０も、システム１００の臨界角未満のＡＯＩを伴う実世界光ビーム３０６に対して実質的に透過性であるように調整される。図６に描写される木３０８は、ユーザの眼３０４から遠いので、実世界光ビーム３０２は、互いに略平行である。実世界光ビーム３０６は、ＬＯＥ１９０が比較的に低ＡＯＩ（例えば、ＬＯＥ１９０の外部表面３１０から約９０度）においてＬＯＥ１９０に衝突する光に対して実質的に透過性であるので、軌道を著しく変化させずに、ＬＯＥ１９０を通過する。ユーザの眼３０２により近い距離における実世界オブジェクト３０８は、互いから発散するであろうが、依然として、ＬＯＥ１９０およびコーティング３２０を実質的に通過するであろう。

高ＡＯＩ実世界光ビーム３１２が、高ＡＯＩ（例えば、ＬＯＥ１９０の表面と略平行）においてＬＯＥ１９０に衝突すると、高ＡＯＩ実世界光ビーム３１２は、コーティング３２０によって選択的反射され、ＬＯＥ１９０の中に内部結合しない。コーティング３２０は、その高ＡＯＩにより、高ＡＯＩ実世界光ビーム３１２を選択的に反射するように調整される。図７に示されるように、反射された高ＡＯＩ実世界ビーム３１２’’’は、ＬＯＥ１９０から離れるように向かわせられ、ユーザの眼３０４に衝突しない。反射された高ＡＯＩ実世界ビーム３１２’’’は、ユーザの眼３０４に到達しないので、残影アーチファクトは、ユーザの視野内に生成されない。

前述の様式において、選択的反射コーティング３２０は、ＡＲシステム１００の要求される実世界光ビーム３０６に対する透過性の程度を維持しながら、残影アーチファクトを低減または排除する。コーティング３２０は、ＬＯＥ１９０が高ＡＯＩ実世界光ビーム３１２を内部結合することを実質的に防止する。

コーティング３２０は、仮想光ビーム３０２の特性に対して選択的であり、そのＴＩＲを促進するように調整され得る。一実施形態において、コーティング３２０は、ある波長の光を反射するように、またはより大きな程度まで反射するように調整され、光源１２０は、仮想光ビーム３０２がそのある波長を有するように構成されることができる。別の実施形態において、コーティング３２０は、あるＡＯＩを有する光を反射するように、またはより大きな程度まで反射するように調整され、システム１００は、仮想光ビーム３０２がそのあるＡＯＩを有するように構成されることができる。さらに別の実施形態において、コーティング３２０は、ある偏光を有する光を反射するように、またはより大きな程度まで反射するように調整され、システム１００は、仮想光ビーム３０２がそのある偏光を有するように構成されることができる。さらに別の実施形態において、コーティング３２０は、外部表面３１０の臨界角を低減させるように調整される。さらに別の実施形態において、コーティング３２０は、ユーザの眼が最も敏感である（例えば、５２０ｎｍまたは５３２ｎｍ「緑色」光）、１つ以上の波長における光を反射し、それによって、その光の意図しない内部結合を防止するように調整される。

単一ビームおよびビームレットが、図６に描写されるが、これは、明確にするためのものであることを理解されたい。図６に描写される各単一ビームまたはビームレットは、関連情報を搬送し、類似軌道を有する、複数のビームまたはビームレットを表す。

コーティング３２０は、実世界高ＡＯＩ光を反射することによって、視野を低減させ得るが、残影アーチファクトの低減または排除は、低減させられた視野のコストを上回り得る利点である。さらに、コーティング３２０は、容認可能視野を保持しながら、残影アーチファクトを低減させるように調整され得る。

本明細書に説明される実施形態は、単一のコーティングされた表面３１０を含むが、他の実施形態は、２つ以上のコーティングされた表面３１０を有し、コーティングされた表面３１０の全てにおける高ＡＯＩ実世界光ビーム３１２の意図されない内部結合を低減させる。単一表面３１０がコーティングされる実施形態において、正面に面した表面３１０が高ＡＯＩ実世界光ビーム３１２に最もさらされるであろうため、正面に面した表面３１０が、好ましくは、コーティングされる。

本明細書に説明される実施形態は、コーティングされた外部表面３１０を含むが、コーティング３２０またはその構造および化学均等物が、ＬＯＥ１９０の中に組み込まれることもできる。いくつかの実施形態において、コーティング３２０またはその構造および化学均等物は、ＬＯＥ１９０の内部表面に配置される。他の実施形態において、コーティング３２０またはその構造および化学均等物は、ＬＯＥ１９０の中央に配置される。実施形態は、コーティング３２０またはその構造および化学均等物が高ＡＯＩ実世界光ビーム３１２を反射し、それらがＬＯＥ１９０の中に内部結合することを防止する限り、あらゆる可能な位置を含む。

本明細書に説明される実施形態は、ＬＯＥ１９０の１つの外部表面３１０上のコーティング３２０を含むが、他の実施形態は、複数の表面上の複数のコーティングを含む。例えば、図９に描写される光学システム１００は、ＬＯＥ１９０の第１の外部表面３１０上の第１のコーティング３２０と、ＬＯＥ１９０の第２の外部表面３１０’上の第２のコーティング３２２’とを含む。この第２のコーティング３２２’は、ＬＯＥ１９０の中への第２の方向からの選択実世界光ビーム（例えば、高ＡＯＩ）の内部結合を防止することができる。

本明細書に説明される実施形態は、少なくとも部分的に、透過性コーティング３２０を含むが、他の実施形態は、実世界光ビームがＬＯＥの中に内部結合されないように、選択実世界光ビーム（例えば、高ＡＯＩ）の光経路を変化させるための他の「ダイバータ」を含み得る。ダイバータの例は、メタ表面材料等の種々の「損失性物質」および導波管外部結合器を含む。

本明細書に説明される実施形態は、選択実世界光ビームを反射するダイバータ（例えば、コーティング）を含むが、他の実施形態は、選択実世界光ビームの光経路を変化させるダイバータを含む。そのようなダイバータは、選択実世界光ビームを屈折させ、または回折し得る。

前述のＡＲシステムは、選択的反射性光学要素から利益を享受し得る種々の光学システムの例として提供される。故に、本明細書に説明される光学システムの使用は、開示されるＡＲシステムに限定されず、むしろ、任意の光学システムに適用可能である。

種々の本発明の例示的実施形態が、本明細書で説明される。非限定的な意味で、これらの例が参照される。それらは、本発明のより広く適用可能な側面を例証するように提供される。種々の変更が、説明される本発明に行われ得、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、均等物が置換され得る。加えて、特定の状況、材料、物質組成、プロセス、プロセス行為、またはステップを本発明の目的、精神、もしくは範囲に適合させるように、多くの修正が行われ得る。さらに、当業者によって理解されるように、本明細書で説明および例証される個々の変形例の各々は、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、他のいくつかの実施形態のうちのいずれかの特徴から容易に分離され、またはそれらと組み合わせられ得る、離散構成要素および特徴を有する。全てのそのような修正は、本開示に関連付けられる請求項の範囲内にあることを目的としている。

本発明は、対象デバイスを使用して行われ得る方法を含む。方法は、そのような好適なデバイスを提供するという行為を含み得る。そのような提供は、エンドユーザによって行われ得る。換言すれば、「提供する」行為は、単に、エンドユーザが、対象方法において必須デバイスを提供するように、取得し、アクセスし、接近し、位置付けし、設定し、起動し、電源を入れ、または別様に作用することを要求する。本明細書で記載される方法は、論理的に可能である記載された事象の任意の順番で、ならびに事象の記載された順番で実行され得る。

本発明の例示的側面が、材料選択および製造に関する詳細とともに、上で記載されている。本発明の他の詳細に関しては、これらは、上で参照された特許および出版物と関連して理解されるとともに、概して、当業者によって公知または理解され得る。一般的または論理的に採用されるような追加の行為の観点から、本発明の方法ベースの側面に関して、同じことが当てはまり得る。

加えて、本発明は、種々の特徴を随意的に組み込むいくつかの例を参照して説明されているが、本発明は、本発明の各変形例に関して考慮されるような説明および指示されるものに限定されるものではない。種々の変更が、説明される本発明に行われ得、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、均等物（本明細書に記載されようと、いくらか簡単にするために含まれていなかろうと）が置換され得る。加えて、値の範囲が提供される場合、その範囲の上限と下限との間の全ての介在値、およびその規定範囲内の任意の他の規定または介在値が、本発明内に包含されることを理解されたい。

説明される本発明の変形例の任意の随意的な特徴が、独立して、または本明細書で説明される特徴のうちのいずれか１つ以上のものと組み合わせて、記載および請求され得ることも考慮される。単数形のアイテムへの参照は、複数形の同一のアイテムが存在するという可能性を含む。より具体的には、本明細書で、および本明細書に関連付けられる請求項で使用されるように、「１つの（「ａ」、「ａｎ」）」、「該（ｓａｉｄ）」、および「ｔｈｅ（ｔｈｅ）」という単数形は、特に規定がない限り、複数形の指示対象を含む。換言すれば、冠詞の使用は、上記説明ならびに本開示に関連付けられる請求項において、対象アイテムの「少なくとも１つ」を可能にする。さらに、そのような請求項は、任意の随意的な要素を除外するように起草され得ることに留意されたい。したがって、この記述は、請求項の要素の記載と関連して、「単に（ｓｏｌｅｌｙ）」、「のみ（ｏｎｌｙ）」、および均等物等のそのような排他的用語の使用、または「否定的」制限の使用のために、先行詞としての機能を果たすことを目的としている。

そのような排他的用語を使用することなく、本開示に関連付けられる請求項での「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、所与の数の要素がそのような請求項で列挙されるか、または特徴の追加をそのような請求項に記載される要素の性質の変換として見なすことができるかにかかわらず、任意の追加の要素を含むことを可能にするものとする。本明細書で具体的に定義される場合を除いて、本明細書で使用される全ての技術および科学用語は、請求項の有効性を維持しながら、可能な限り広い一般的に理解されている意味を与えられるものである。

本発明の範疇は、提供される例および／または対象の明細書に限定されるものではなく、むしろ、本開示に関連付けられる請求項の言葉の範囲のみによって限定されるものである。

前述の明細書において、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、本発明のより広範な精神および範囲から逸脱することなくそこに成され得ることが、明白であろう。例えば、前述のプロセスフローは、特定の順序のプロセスアクションを参照して説明される。しかしながら、説明されるプロセスアクションの多くの順序は、本発明の範囲または動作に影響を及ぼすことなく、変更され得る。明細書および図面は、故に、限定的意味ではなく、例証と見なされるものとする。

Claims (22)

1. 拡張現実システムであって、前記システムは、
   仮想光ビームを生成するように構成されている光源と、
   入射部分、出射部分、および表面を有する光誘導光学要素であって、前記表面は、前記表面に隣接して配置されているダイバータを有する、光誘導光学要素と
   を備え、
   前記光誘導光学要素は、臨界角以上の角度で前記光誘導光学要素に入射する光ビームを全内部反射（ＴＩＲ）によって伝搬し、前記臨界角未満の角度で前記光誘導光学要素に入射する光ビームが前記光誘導光学要素を通過することを可能にするように構成されており、
   前記光源および前記光誘導光学要素は、前記仮想光ビームが、
   （ａ）前記入射部分を通って前記光誘導光学要素に入射し、
   （ｂ）ＴＩＲによって、前記光誘導光学要素を通って伝搬し、
   （ｃ）前記出射部分を通って前記光誘導光学要素から出射する
   ように構成され、
   前記ダイバータは、前記臨界角以上の角度で前記ダイバータに入射する実世界光ビームが前記表面に到達するのを防止し、前記臨界角未満の角度で前記ダイバータに入射する実世界光ビームが前記ダイバータを通過して前記表面に到達するのを可能にするように構成されており、
   前記ダイバータは、異なる反射率特性を有する複数の層を備える、システム。
2. 前記ダイバータは、前記臨界角以上の角度で前記ダイバータに入射する実世界光ビームを反射して、前記実世界光ビームが前記表面を通って前記光誘導光学要素に入射するのを防止するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記ダイバータは、さらなる実世界光ビームを屈折させるように、または回折するようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム。
4. 前記ダイバータは、波長選択的である、請求項１に記載のシステム。
5. 前記光源は、前記仮想光ビームが、前記ダイバータが少なくとも部分的に反射性である波長に対応する波長を有するように構成されている、請求項４に記載のシステム。
6. 前記ダイバータは、入射角選択的である、請求項１に記載のシステム。
7. 前記光源および前記光誘導光学要素は、前記仮想光ビームが、前記ダイバータが反射性である入射角に対応する入射角で前記表面から反射するように構成されている、請求項６に記載のシステム。
8. 前記ダイバータは、偏光選択的である、請求項１に記載のシステム。
9. 前記仮想光ビームは、前記ダイバータが反射性である偏光に対応する偏光を有する、請求項８に記載のシステム。
10. 前記ダイバータは、前記ダイバータを伴わない前記表面と比較して、前記表面の臨界角を低減させるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
11. 前記ダイバータは、薄膜ダイクロイックダイバータである、請求項１に記載のシステム。
12. 前記光誘導光学要素は、第２の表面も有し、前記光源および前記光誘導光学要素は、前記仮想光ビームが、少なくとも部分的に前記表面および前記第２の表面から反射することによって、前記光誘導光学要素を通って伝搬するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
13. 前記光誘導光学要素は、前記第２の表面に隣接して配置されている第２のダイバータも有し、前記第２のダイバータは、前記臨界角以上の角度で前記第２のダイバータに入射する実世界光ビームが前記第２の表面に到達するのを防止し、前記臨界角未満の角度で前記第２のダイバータに入射する実世界光ビームが前記第２のダイバータを通過して前記第２の表面に到達するのを可能にするように構成されている、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記ダイバータは、コーティングである、請求項１に記載のシステム。
15. 前記コーティングは、動的コーティングである、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記動的コーティングは、誘電材料、液晶、またはニオブ酸リチウムを備えている、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記ダイバータは、メタ表面材料を備えている、請求項１に記載のシステム。
18. 前記ダイバータは、導波管外部結合器である、請求項１に記載のシステム。
19. 拡張現実システムであって、前記システムは、
    仮想光ビームを生成するように構成されている光源と、
    入射部分、出射部分、第１の表面、および第２の表面を有する光誘導光学要素と
    を備え、
    前記光誘導光学要素は、臨界角以上の角度で前記光誘導光学要素に入射する光ビームを全内部反射（ＴＩＲ）によって伝搬し、前記臨界角未満の角度で前記光誘導光学要素に入射する光ビームが前記光誘導光学要素を通過することを可能にするように構成されており、
    前記第１の表面は、前記第１の表面に隣接して配置されている第１のダイバータを有し、
    前記第２の表面は、前記第２の表面に隣接して配置されている第２のダイバータを有し、
    前記光源および前記光誘導光学要素は、前記仮想光ビームが、
    （ａ）前記入射部分を通って前記光誘導光学要素に入射し、
    （ｂ）ＴＩＲによって、前記光誘導光学要素を通って伝搬し、
    （ｃ）前記出射部分を通って前記光誘導光学要素から出射する
    ように構成され、
    前記第１および第２のダイバータの各々は、前記臨界角以上の角度で前記第１および第２のダイバータに入射する実世界光ビームが前記それぞれの第１および第２の表面に到達するのを防止し、前記臨界角未満の角度で前記第１および第２のダイバータに入射する実世界光ビームが前記第１および第２のダイバータを通過して前記それぞれの第１および第２の表面に到達するのを可能にするように構成されており、
    前記第１のダイバータは、異なる反射率特性を有する第１の複数の層を備え、
    前記第２のダイバータは、異なる反射率特性を有する第２の複数の層を備える、システム。
20. 前記第１および第２のダイバータの各々は、前記臨界角以上の角度で前記第１および第２のダイバータに入射する実世界光ビームを反射して、前記実世界光ビームが前記それぞれの第１および第２の表面を通って前記光誘導光学要素に入射するのを防止するように構成されている、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記ダイバータは、前記ダイバータの物理的寸法および化学組成を選択することによって調整される、請求項１～１８のいずれか一項に記載のシステム。
22. 前記第１のダイバータ、前記第２のダイバータの各々は、それぞれ、前記第１のダイバータ、前記第２のダイバータの物理的寸法および化学組成を選択することによって調整される、請求項１９～２０のいずれか一項に記載のシステム。

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