JP7228581B2 - 透明発光型ディスプレイを有する接眼レンズを備える拡張現実ディスプレイ - Google Patents

透明発光型ディスプレイを有する接眼レンズを備える拡張現実ディスプレイ Download PDF

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Description

（関連出願の相互参照）
本願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）下、その開示が、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、２０１７年１０月１１日に出願され、「ＡＵＧＭＥＮＴＥＤ ＲＥＡＬＩＴＹ ＤＩＳＰＬＡＹ ＣＯＭＰＲＩＳＩＮＧ ＥＹＥＰＩＥＣＥ ＨＡＶＩＮＧ Ａ ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ ＥＭＩＳＳＩＶＥ ＤＩＳＰＬＡＹ」と題された米国仮特許出願第６２／５７１，２０３号の優先権の利益を主張する。
（参照による組み込み）
本願は、以下の特許出願のそれぞれの全体を参照することによって組み込む：２０１４年１１月２７日に出願され、米国公開第２０１５／０２０５１２６号として、２０１５年７月２３日に公開された、米国出願第１４／５５５，５８５号、２０１５年４月１８日に出願され、米国公開第２０１５／０３０２６５２号として、２０１５年１０月２２日に公開された、米国出願第１４／６９０，４０１号、２０１４年３月１４日に出願された米国出願第１４／２１２，９６１号（２０１６年８月１６日に発行された現米国特許第９，４１７，４５２号）、２０１４年７月１４日に出願され、米国公開第２０１５／０３０９２６３号として２０１５年１０月２９日に公開された、米国出願第１４／３３１，２１８号、２０１７年４月６日に出願され、米国特許公開第２０１７／０２９３１４５号として２０１７年１０月１２日に公開された、米国特許出願第１５／４８１，２５５号（弁護士参照番号ＭＬＥＡＰ．０５９Ａ）、２０１７年６月１２日に出願された、米国仮特許出願第６２／５１８，５３９号（弁護士参照番号ＭＬＥＡＰ．１１９ＰＲ）、２０１８年６月１２日に出願され、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿に米国特許公開第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿として公開された、米国特許出願第１６／００６，０８０号（弁護士参照番号ＭＬＥＡＰ．１１９Ａ）、および２０１８年２月２２日に出願され、２０１８年８月２３日に米国特許公開第２０１８／０２３９１７７号として公開された、米国特許出願第１５／９０２，９２７号（弁護士参照番号ＭＬＥＡＰ．０５７Ａ２）。
本開示は、ディスプレイシステムに関し、より具体的には、拡張現実ディスプレイシステムに関する。
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過性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴い、拡張現実または「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シナリオでは、ＡＲ画像コンテンツは、実世界内のオブジェクトによって遮断されて見える、または別様にそれと相互作用するように知覚される。
図１を参照すると、拡張現実場面１０が、描写され、ＡＲ技術のユーザには、人々、木々、背景における建物、コンクリートプラットフォーム３０を特徴とする、実世界公園状設定２０が見える。これらのアイテムに加え、ＡＲ技術のユーザはまた、これらの要素４０、５０が実世界内に存在しないにもかかわらず、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。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。
拡張現実のために使用され得る、透明発光型ディスプレイを伴う接眼レンズを有する、頭部搭載型ディスプレイシステムの種々の実施例が、本明細書に説明される。
（実施例）
実施例－パートＩ
実施例１：光をユーザの眼に投影し、拡張現実画像コンテンツを該ユーザの視野内に表示するように構成される、頭部搭載型ディスプレイシステムであって、
ユーザの頭部上に支持されるように構成される、フレームと、
フレーム上に配置される、接眼レンズであって、該接眼レンズの少なくとも一部は、透明であって、該透明部分が、ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させ、ユーザの正面の環境のビューを提供するように、ユーザが該頭部搭載型ディスプレイを装着すると、ユーザの眼の正面の場所に配置される、接眼レンズと、
を備え、該接眼レンズは、複数のエミッタを備える透明発光型ディスプレイを備え、該透明発光型ディスプレイは、光を該ユーザの眼の中に放出し、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように構成され、該透明発光型ディスプレイは、ある面積にわたって透明であり、かつ、発光し、該透明発光型ディスプレイは、該透明発光型ディスプレイが、ユーザの正面の環境からの光を該透明発光型エリアを通してユーザの眼に透過させ、ユーザの正面の環境のビューを提供するように、ユーザが該頭部搭載型ディスプレイを装着すると、ユーザの眼の正面の場所に配置される、頭部搭載型ディスプレイシステム。
実施例２：該透明発光型ディスプレイは、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイを備える、実施例１に記載のシステム。
実施例３：近位レンズアレイが、透明発光型ディスプレイとユーザの眼との間にあるように、透明発光型ディスプレイの近位側上に配置される、近位レンズアレイをさらに備える、実施例１または２に記載のシステム。
実施例４：該近位レンズアレイは、透明発光型ディスプレイによって放出される光の発散を低減させるように構成される、実施例３に記載のシステム。
実施例５：該近位レンズアレイは、正の屈折力を有するレンズを備える、実施例３または４に記載のシステム。
実施例６：該近位レンズアレイは、透明発光型ディスプレイによって放出される光をコリメートするように構成される、実施例３－５のいずれかに記載のシステム。
実施例７：該近位レンズアレイは、該エミッタからある焦点距離に配置される、正の屈折力を有するレンズを備える、実施例６に記載のシステム。
実施例８：遠位レンズアレイが、透明発光型ディスプレイとユーザの正面の環境との間にあるように、近位側の反対の透明発光型ディスプレイ遠位側上に配置される、遠位レンズアレイをさらに備える、上記の実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例９：該遠位レンズアレイは、該近位レンズアレイによって導入される屈折力を相殺し、ユーザの正面の環境のビューに及ぼされる近位レンズアレイの屈折効果を低減させるための屈折力を有する、実施例８に記載のシステム。
実施例１０：近位可変焦点光学要素が、透明発光型ディスプレイとユーザの眼との間にあるように、透明発光型ディスプレイの近位側上に配置される、近位可変焦点光学要素をさらに備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例１１：該近位可変焦点光学要素は、可変焦点光学要素の状態および該可変焦点光学要素の焦点を改変するための電気信号を受信するように構成される、電気入力を有する、実施例１０に記載のシステム。
実施例１２：該近位可変焦点光学要素は、発光型ディスプレイから放出される光の発散を改変し、異なる画像コンテンツを接眼レンズの正面の異なる距離から放出されるかのように現れさせるように構成される、実施例１０または１１に記載のシステム。
実施例１３：該近位可変焦点光学要素は、異なる負の屈折力を導入し、透明発光型ディスプレイからの光の発散を変動させる、２つの状態間で変動するように構成される、実施例１０－１２のいずれかに記載のシステム。
実施例１４：該近位可変焦点光学要素は、１つの状態にあるとき、透明発光型ディスプレイからの光をコリメートするように構成される、実施例１０または１１に記載のシステム。
実施例１５：遠位可変焦点光学要素が、透明発光型ディスプレイとユーザの正面の環境との間にあるように、透明発光型ディスプレイの遠位側上に配置される、遠位可変焦点光学要素をさらに備える、上記の実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例１６：該遠位可変焦点光学要素は、遠位可変焦点光学要素の状態および前該遠位可変焦点光学要素の焦点を改変するための電気信号を受信するように構成される、電気入力を有する、実施例１５に記載のシステム。
実施例１７：該遠位可変焦点光学要素は、該近位可変焦点光学要素によって導入される屈折力を相殺するための屈折力を提供し、ユーザの正面の環境のビューに及ぼされる近位可変焦点光学要素の屈折効果を低減させるように構成される、実施例１５または１６に記載のシステム。
実施例１８：一対のオクルーダが、透明発光型ディスプレイとユーザの眼との間にあるように、透明発光型ディスプレイの近位側上に配置される、該一対のオクルーダをさらに備える、上記の実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例１９：該一対のオクルーダは、それぞれ、複数のピクセルを含む、第１および第２の空間光変調器を備え、該第１および第２の空間光変調器は、ピクセルの透過性状態を選択的に改変するための電気信号を受信するように構成される、電気入力を有する、実施例１８に記載のシステム。
実施例２０：透明発光型ディスプレイのあるエミッタから放出される、ある角度方向の光が、該第１の空間光変調器の該透過性ピクセルおよび該第２の空間光変調器の該透過性ピクセルの両方を通して伝搬するように、該第１および第２の空間光変調器の該電気入力に電気的に結合され、該第１の空間光変調器上の１つ以上のピクセルを周囲ピクセルが不透明である間に透過性にさせ、該第２の空間光変調器上の該ピクセルのうちの１つ以上のものを該第２の空間光変調器上の周囲ピクセルが、不透明である間に透過性にさせる、電子機器をさらに備える、実施例１９に記載のシステム。
実施例２１：遠位オクルーダが、透明発光型ディスプレイとユーザの正面の環境との間にあるように、透明発光型ディスプレイの遠位側上に配置される、遠位オクルーダをさらに備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例２２：該遠位オクルーダは、複数のピクセルを備える空間光変調器を備え、該遠位オクルーダは、ピクセルの透過性状態を選択的に改変するための電気信号を受信するように構成される、電気入力を有する、実施例２１に記載のシステム。
実施例２３：該空間光変調器の該電気入力に電気的に結合され、周囲ピクセルが、不透明であって、ユーザの正面の環境のビューの一部を選択的に遮断する間、該空間光変調器上の１つ以上のピクセルを透過性にさせる、電子機器をさらに備える、実施例２２に記載のシステム。
実施例２４：該透明発光型エリアは、該接眼レンズの該透明部分の少なくとも５０％にわたって延在する、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例２５：該透明発光型エリアは、該接眼レンズの該透明部分の少なくとも７５％にわたって延在する、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例２６：該透明発光型エリアは、少なくとも４平方センチメートルである、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例２７：少なくとも１つのオクルーダが、透明発光型ディスプレイとユーザの眼との間にあるように、透明発光型ディスプレイの近位側上に配置される、少なくとも１つのオクルーダをさらに備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例２８：該少なくとも１つのオクルーダは、複数のピクセルを含む空間光変調器を備え、該空間光変調器は、ピクセルの透過性状態を選択的に改変するための電気信号を受信するように構成される、電気入力を有する、実施例２７に記載のシステム。
実施例２９：透明発光型ディスプレイのあるエミッタから放出される、ある角度方向の光が、該空間光変調器の該透過性ピクセルを通して伝搬するように、該空間光変調器の該電気入力に電気的に結合され、周囲ピクセルが不透明である間、該空間光変調器上の１つ以上のピクセルを透過性にさせる、電子機器をさらに備える、実施例２８に記載のシステム。
実施例３０：近位レンズまたは近位レンズアレイが、透明発光型ディスプレイと少なくとも１つのオクルーダとの間にあるように、透明発光型ディスプレイの近位側上に配置される、該近位レンズまたは近位レンズアレイをさらに備える、実施例２７－２９のいずれかに記載のシステム。
実施例３１：該近位レンズまたは近位レンズアレイは、透明発光型ディスプレイからの光の異なる角度成分が、該少なくとも１つのオクルーダに集束されるように、ある焦点距離を有し、該少なくとも１つのオクルーダから離れるように該焦点距離に対応する距離に配置される、実施例３０に記載のシステム。
実施例３２：該近位可変焦点光学要素に通信可能に結合される、電子機器をさらに備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例３３：該電子機器は、画像コンテンツを表示するための深度に基づいて、近位可変焦点光学要素の屈折力を調節するように構成される、請求項３２に記載のディスプレイシステム。
実施例３４：該電子機器は、該遠位可変焦点光学要素に通信可能に結合される、実施例３２または３３のいずれかに記載のシステム。
実施例３５：該電子機器は、近位可変焦点光学要素の屈折力に応答して、遠位可変焦点光学要素の屈折力を調節するように構成される、実施例３２－３４のいずれかに記載のシステム。
実施例３６：ユーザの１つ以上の特性を監視するように構成される、少なくとも１つのセンサをさらに備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例３７：少なくとも１つのセンサは、少なくとも１つのカメラを備える、実施例３６に記載のシステム。
実施例３８：少なくとも１つのセンサは、ユーザの眼の位置付けを監視するように構成される、実施例３６または３７に記載のシステム。
実施例３９：電子機器は、透明発光型ディスプレイおよび少なくとも１つのセンサに通信可能に結合され、電子機器は、
少なくとも１つのセンサから、ユーザの１つ以上の特性を示す出力データを受信し、
少なくとも１つのセンサから受信された出力データに基づいて、近位可変焦点光学要素の屈折力を調節する、
ように構成される、実施例３６－３８のいずれかに記載のシステム。
実施例４０：電子機器は、少なくとも１つのセンサから受信された出力データに基づいて、遠位可変焦点光学要素の屈折力を調節するように構成される、実施例３９に記載のシステム。
実施例４１：透明発光型ディスプレイは、発散光をユーザに投影し、画像コンテンツを表示するように構成される、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例４２：近位または遠位可変焦点光学要素または両方の屈折力は、ユーザの視覚のための視覚補正を提供するために調節されるように構成される、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例４３：近位または遠位可変焦点光学要素または両方の屈折力は、ユーザの視覚を２つ以上の距離において補正するための処方箋に従って調節されるように構成される、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例４４：近位または遠位可変焦点光学要素または両方の屈折力は、ユーザの視覚を補正するための処方箋に従って調節されるように構成される、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例４５：近位または遠位可変焦点光学要素または両方は、２つの基板間に挟入される液晶の層を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例４６：近位または遠位可変焦点光学要素または両方は、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４５に記載のシステム。
実施例４７：基板は、ガラスを含む、実施例４５または４６に記載のシステム。
実施例４８：電子機器は、電流または電圧の印加によって、近位または遠位可変焦点光学要素または両方の屈折率を変動させるように構成される、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例４９：近位または遠位レンズアレイまたは両方は、マイクロレンズのアレイを備える、実施例３－４８のいずれかに記載のシステム。
実施例５０：近位または遠位レンズアレイまたは両方は、波長板レンズのアレイを備える、実施例３－４９のいずれかに記載のシステム。
実施例５１：近位または遠位レンズアレイまたは両方は、波長選択的レンズのアレイを備える、実施例３－５０のいずれかに記載のシステム。
実施例５２：近位および遠位レンズアレイは、反対符号を伴う屈折力を有する、実施例３－５１のいずれかに記載のシステム。
実施例５３：該透明発光型ディスプレイの遠位側上に配置される、屈折力を有する１つ以上の反射性光学要素をさらに備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例５４：１つ以上の反射性光学要素は、１つ以上のコレステリック液晶反射性波長板レンズを備える、実施例５３のいずれかに記載のシステム。
実施例５５：１つ以上の反射性光学要素は、コレステリック液晶反射性波長板レンズのアレイを備える、実施例５３のいずれかに記載のシステム。
実施例５６：透明発光型ディスプレイと該１つ以上の反射性光学要素との間に位置付けられる、リターダをさらに備える、実施例５３－５５のいずれかに記載のシステム。
実施例５７：該リターダは、４分の１波長板を備える、実施例５６に記載のシステム。
実施例５８：近位レンズアレイは、複数のレンズを備え、該レンズの異なるものは、透明発光型ディスプレイのピクセルの個別のセットに光学的に結合される、実施例３－５７のいずれかに記載のシステム。
実施例５９：電子機器は、同一照明パターンに従って、近位レンズアレイ内の２つ以上の個別のレンズに光学的に結合される、透明発光型ディスプレイのピクセルの２つ以上のセットを制御するように構成される、実施例５８に記載のシステム。
実施例６０：透明発光型ディスプレイのピクセルの各セットは、画像情報を異なる目線から表示するように構成される、実施例５８に記載のシステム。
実施例６１：透明発光型ディスプレイと近位または遠位可変焦点光学要素または両方との間に位置付けられる、液晶の１つ以上の層をさらに備え、電子機器は、電流または電圧を液晶の１つ以上の層のピクセルに印加し、入射光の一部を選択的にオクルードするように構成される、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例６２：少なくとも１つのプロセッサは、変調された電流または電圧を液晶の１つ以上の層のピクセルに印加するように構成され、該変調された電流または電圧は、変調周波数を有する、実施例６１に記載のシステム。
実施例６３：変調周波数は、少なくとも６０Ｈｚである、実施例６２に記載のシステム。
実施例６４：近位または遠位可変レンズ要素または両方は、
第１の偏光を有する光のための第１の屈折力を提供し、第２の偏光を有する光のための第２の屈折力を提供するように構成される、１つ以上の波長板レンズと、
光学経路内の１つ以上の切替可能な波長板であって、それを通して通過する光の偏光状態を選択的に改変するように構成される、１つ以上の切替可能な波長板と、
を備え、近位または遠位可変レンズ要素または両方は、個別の電気信号の印加に応じて調節可能な個別の屈折力を提供するように構成される、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例６５：電子機器は、近位または遠位可変レンズ要素または両方を、第１および第２の可変焦点レンズアセンブリが、実質的に一定正味屈折力をそれを通して通過する周囲環境からの周囲光に付与するように、異なる状態間で同期して切り替わらせるように構成される、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例６６：少なくとも１つのオクルーダが、透明発光型ディスプレイとユーザの眼との間にあるように、透明発光型ディスプレイの近位側上に配置される、少なくとも１つのオクルーダをさらに備える、上記の実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例６７：該少なくとも１つのオクルーダは、それぞれ、複数のピクセルを含む、第１および第２の空間光変調器を備え、該第１および第２の空間光変調器は、ピクセルの透過性状態を選択的に改変するための電気信号を受信するように構成される、電気入力を有する、実施例６６に記載のシステム。
実施例６８：透明発光型ディスプレイのあるエミッタから放出される、ある角度方向の光が、該第１の空間光変調器の該透過性ピクセルおよび該第２の空間光変調器の該透過性ピクセルの両方を通して伝搬するように、該第１および第２の空間光変調器の該電気入力に電気的に結合され、該第１の空間光変調器上の周囲ピクセルが不透明である間、該第１の空間光変調器上の１つ以上のピクセルを透過性にさせ、該第２の空間光変調器上の周囲ピクセルが、不透明である間、該第２の空間光変調器上の該ピクセルのうちの１つ以上のものを透過性にさせる、電子機器をさらに備える、実施例６７に記載のシステム。
実施例６９：該透明発光型ディスプレイの遠位側上に配置される、１つ以上の反射性光学要素をさらに備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例７０：反射性光学要素は、透明発光型ディスプレイからの光を受け取り、該光をユーザの眼に反射させるように配置される、実施例６９に記載のシステム。
実施例７１：１つ以上の反射性光学要素は、１つ以上の液晶反射性レンズを備える、実施例６９または７０に記載のシステム。
実施例７２：１つ以上の反射性光学要素は、液晶反射性レンズのアレイを備える、実施例６９または７０に記載のシステム。
実施例７３：透明発光型ディスプレイと該１つ以上の反射性光学要素との間に位置付けられる、リターダをさらに備える、実施例６９－７２のいずれかに記載のシステム。
実施例７４：該リターダは、４分の１波リターダを備える、実施例７３に記載のシステム。
実施例７５：近位レンズが、透明発光型ディスプレイとユーザの眼との間にあるように、透明発光型ディスプレイの近位側上に配置される、近位レンズをさらに備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例７６：該近位レンズは、単一レンズを備える、実施例７５に記載のシステム。
実施例７７：該近位レンズは、透明発光型ディスプレイによって放出される光の発散を低減させるように構成される、実施例７５または７６に記載のシステム。
実施例７８：該近位レンズは、正の屈折力を有するレンズを備える、実施例７５－７７のいずれかに記載のシステム。
実施例７９：該近位レンズは、透明発光型ディスプレイによって放出される光をコリメートするように構成される、実施例７５－７８のいずれかに記載のシステム。
実施例８０：該近位レンズは、該エミッタからある焦点距離に配置される、正の屈折力を有するレンズを備える、実施例７９に記載のシステム。
実施例８１：遠位レンズが、透明発光型ディスプレイとユーザの正面の環境との間にあるように、近位側の反対の透明発光型ディスプレイの遠位側上に配置される、該遠位レンズをさらに備える、実施例７５－７９のいずれかに記載のシステム。
実施例８２：該遠位レンズは、単一レンズを備える、実施例８１に記載のシステム。
実施例８３：該遠位レンズは、該近位レンズによって導入される屈折力を相殺し、ユーザの正面の環境のビューに及ぼされる近位レンズの屈折効果を低減させるための屈折力を有する、実施例８１または８２に記載のシステム。
実施例８４：反射性光学要素は、液晶を含む、実施例６９または７０に記載のシステム。
実施例８５：波長板レンズをさらに備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例８６：波長板レンズは、液晶を含む、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例８７：波長板レンズは、反射性である、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例８８：波長板レンズレットアレイをさらに備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例８９：波長板レンズレットアレイは、液晶を含む、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例９０：波長板レンズレットアレイは、反射性である、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例９１：１つ以上の反射性光学要素は、１つ以上の液晶反射性波長板レンズを備える、実施例６９－９０に記載のシステム。
実施例９２：１つ以上の反射性光学要素は、液晶反射性波長板レンズのアレイを備える、実施例６９－９０に記載のシステム。
実施例９３：１つ以上の反射性光学要素は、１つ以上のコレステリック液晶反射性波長板レンズを備える、実施例６９－９１のいずれかに記載のシステム。
実施例９４：１つ以上の反射性光学要素は、コレステリック液晶反射性波長板レンズのアレイを備える、実施例６９－９２のいずれかに記載のシステム。
実施例９５：近位レンズアレイは、液晶を含む、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例９６：遠位レンズアレイは、液晶を含む、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例９７：近位レンズを透明発光型ディスプレイの近位側上にさらに備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例９８：遠位レンズを透明発光型ディスプレイの遠位側上にさらに備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
実施例－パートＩＩ
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、１つ以上の深度平面に関する画像情報を表示するように構成される、頭部搭載可能ディスプレイであって、
光を生産するように構成される、発光パネルであって、周囲環境内のオブジェクトからの光が、それを通して視認者に通過することを可能にするようにさらに構成される、発光パネルと、
発光パネルと視認者の第１の眼との間の第１の可変焦点レンズアセンブリと、
発光パネルと周囲環境との間の第２の可変焦点レンズアセンブリと、
視認者の１つ以上の特性を監視するように構成される、少なくとも１つのセンサと、
を備える、ディスプレイと、
発光パネルおよび少なくとも１つのセンサに通信可能に結合される、少なくとも１つのプロセッサであって、
少なくとも１つのセンサから、視認者の１つ以上の特性を示す出力データを受信し、
少なくとも１つのセンサから受信された出力データに基づいて、第１および第２の可変焦点レンズアセンブリの屈折力を調節する、
ように構成される、少なくとも１つのプロセッサと、
備える、ディスプレイシステム。
実施例２：少なくとも１つのプロセッサは、画像情報を表示するための深度平面に応じて、第１および第２の可変焦点レンズアセンブリの屈折力を調節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：少なくとも１つのプロセッサは、第１の可変焦点レンズアセンブリの屈折力に応答して、第２の可変焦点レンズアセンブリの屈折力を調節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４：発光パネル内の１つ以上のエミッタは、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に記載のディスプレイシステム。
実施例５：少なくとも１つのセンサは、視認者の第１の眼の位置付けを監視するように構成される、少なくとも１つのカメラを備える、実施例１に記載のディスプレイシステム。
実施例６：第１および／または第２の可変焦点レンズアセンブリの屈折力は、２つ以上の距離における視認者の視覚を補正するための処方箋に従って調節される、実施例１に記載のディスプレイシステム。
実施例７：第１のおよび／または第２の可変焦点レンズアセンブリは、２つの基板間に挟入される、液晶の層を備える、実施例１に記載のディスプレイシステム。
実施例８：第１および／または第２の可変焦点レンズアセンブリは、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７に記載のディスプレイシステム。
実施例９：基板は、ガラスを含む、実施例７に記載のディスプレイシステム。
実施例１０：少なくとも１つのプロセッサはさらに、電流または電圧の印加によって、第１および／または第２の可変焦点レンズアセンブリの屈折率を変動させ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１１：発光パネルは、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）フィルムを備える、実施例１に記載のディスプレイシステム。
実施例１２：ディスプレイはさらに、ＯＬＥＤフィルムに光学的に結合される、レンズのアレイを備える、実施例１１に記載のディスプレイシステム。
実施例１３：レンズアレイは、ＯＬＥＤフィルムと第１の可変焦点レンズアセンブリとの間に位置付けられる、実施例１２に記載のディスプレイシステム。
実施例１４：レンズアレイは、マイクロレンズのアレイを備える、実施例１３に記載のディスプレイシステム。
実施例１５：レンズアレイは、波長板レンズのアレイを備える、実施例１３に記載のディスプレイシステム。
実施例１６：レンズアレイは、波長選択的レンズのアレイを備える、実施例１３に記載のディスプレイシステム。
実施例１７：ディスプレイはさらに、ＯＬＥＤフィルムと第２の可変焦点レンズアセンブリとの間に位置付けられる、レンズの別のアレイを備え、
２つのレンズアレイは、反対符号を伴う屈折力を有する、実施例１３に記載のディスプレイシステム。
実施例１８：レンズアレイは、ＯＬＥＤフィルムと第２の可変焦点レンズアセンブリとの間に位置付けられる、実施例１２に記載のディスプレイシステム。
実施例１９：レンズアレイは、コレステリック液晶反射性波長板レンズのアレイを備える、実施例１３に記載のディスプレイシステム。
実施例２０：ディスプレイはさらに、ＯＬＥＤフィルムとコレステリック液晶反射性波長板レンズのアレイとの間に位置付けられる、４分の１波長板を備える、実施例１３に記載のディスプレイシステム。
実施例２１：レンズアレイ内の各レンズは、ＯＬＥＤフィルムのピクセルの個別のセットに光学的に結合される、実施例１２に記載のディスプレイシステム。
実施例２２：少なくとも１つのプロセッサは、同一照明パターンに従って、レンズアレイ内の２つ以上の個別のレンズに光学的に結合される、ＯＬＥＤフィルムのピクセルの２つ以上のセットを制御するように構成される、実施例２１に記載のディスプレイシステム。
実施例２３：ＯＬＥＤフィルムのピクセルの各セットは、画像情報を異なる目線から表示するように構成される、実施例２１に記載のディスプレイシステム。
実施例２４：ディスプレイはさらに、発光パネルと第１の可変焦点レンズアセンブリとの間に位置付けられる、液晶の１つ以上の層を備え、少なくとも１つのプロセッサは、電流または電圧を液晶の１つ以上の層のピクセルに印加し、入射光の一部を選択的にオクルード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２５：少なくとも１つのプロセッサは、特定の変調周波数において、電流または電圧のパルスを液晶の１つ以上の層のピクセルに印加するように構成される、実施例２４に記載のディスプレイシステム。
実施例２６：特定の変調周波数は、少なくとも６０Ｈｚである、実施例２５に記載のディスプレイシステム。
実施例２７：第１および第２の可変焦点レンズアセンブリは、
第１の偏光を有する光のための第１の屈折力を提供し、第２の偏光を有する光のための第２の屈折力を提供するように構成される、１つ以上の波長板レンズと、
光学経路内の１つ以上の切替可能な波長板であって、それぞれ、それを通して通過する光の偏光状態を選択的に改変するように構成される、１つ以上の切替可能な波長板と、
を備え、第１および第２の可変焦点レンズアセンブリは、個別の電気信号の印加に応じて調節可能な個別の屈折力を提供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２８：少なくとも１つのプロセッサは、第１および第２の可変焦点レンズアセンブリを、第１および第２の可変焦点レンズアセンブリが、実質的に一定正味屈折力をそれを通して通過する周囲環境からの周囲光に付与するように、異なる状態間で同期して切り替えさせるように構成される、実施例２７に記載のディスプレイシステム。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
光をユーザの眼に投影し、拡張現実画像コンテンツを前記ユーザの視野内に表示するように構成される頭部搭載型ディスプレイシステムであって、前記頭部搭載型ディスプレイシステムは、
前記ユーザの頭部上に支持されるように構成されるフレームと、
前記フレーム上に配置される接眼レンズであって、前記接眼レンズの少なくとも一部は、透明であり、前記透明部分が、前記ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させ、前記ユーザの正面の環境のビューを提供するように、前記ユーザが前記頭部搭載型ディスプレイを装着すると、前記ユーザの眼の正面の場所に配置される、接眼レンズと
を備え、
前記接眼レンズは、複数のエミッタを備える透明発光型ディスプレイを備え、前記透明発光型ディスプレイは、光を前記ユーザの眼の中に放出し、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように構成され、前記透明発光型ディスプレイは、ある面積にわたって透明であり、かつ、発光し、前記透明発光型ディスプレイは、前記透明発光型ディスプレイが、前記ユーザの正面の環境からの光を透明発光型エリアを通してユーザの眼に透過させ、前記ユーザの正面の環境のビューを提供するように、前記ユーザが前記頭部搭載型ディスプレイを装着すると、前記ユーザの眼の正面の場所に配置される、頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目２）
前記透明発光型ディスプレイは、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイを備える、項目１に記載のシステム。
（項目３）
近位レンズアレイをさらに備え、前記近位レンズアレイは、前記近位レンズアレイが、前記透明発光型ディスプレイと前記ユーザの眼との間にあるように、前記透明発光型ディスプレイの近位側上に配置される、項目１または２に記載のシステム。
（項目４）
前記近位レンズアレイは、前記透明発光型ディスプレイによって放出される光の発散を低減させるように構成される、項目３に記載のシステム。
（項目５）
前記近位レンズアレイは、正の屈折力を有するレンズを備える、項目３または４に記載のシステム。
（項目６）
前記近位レンズアレイは、前記透明発光型ディスプレイによって放出される光をコリメートするように構成される、項目３－５のいずれかに記載のシステム。
（項目７）
前記近位レンズアレイは、前記エミッタからある焦点距離に配置される正の屈折力を有するレンズを備える、項目６に記載のシステム。
（項目８）
遠位レンズアレイをさらに備え、前記遠位レンズアレイは、前記遠位レンズアレイが、前記透明発光型ディスプレイと前記ユーザの正面の環境との間にあるように、前記近位側の反対の前記透明発光型ディスプレイ遠位側上に配置される、項目３－７のいずれかに記載のシステム。
（項目９）
前記遠位レンズアレイは、前記近位レンズアレイによって導入される屈折力を相殺し、前記ユーザの正面の環境のビューに及ぼされる前記近位レンズアレイの屈折効果を低減させるための屈折力を有する、項目８に記載のシステム。
（項目１０）
近位可変焦点光学要素をさらに備え、前記近位可変焦点光学要素は、前記近位可変焦点光学要素が、前記透明発光型ディスプレイと前記ユーザの眼との間にあるように、前記透明発光型ディスプレイの近位側上に配置される、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目１１）
前記近位可変焦点光学要素は、可変焦点光学要素の状態および可変焦点光学要素の焦点を改変するための電気信号を受信するように構成される電気入力を有する、項目１０に記載のシステム。
（項目１２）
前記近位可変焦点光学要素は、前記発光型ディスプレイから放出される光の発散を改変し、異なる画像コンテンツを前記接眼レンズの正面の異なる距離から放出されるかのように現れさせるように構成される、項目１０または１１に記載のシステム。
（項目１３）
前記近位可変焦点光学要素は、異なる負の屈折力を導入し、前記透明発光型ディスプレイからの光の発散を変動させる２つの状態間で変動するように構成される、項目１０－１２のいずれかに記載のシステム。
（項目１４）
前記近位可変焦点光学要素は、１つの状態にあるとき、前記透明発光型ディスプレイからの光をコリメートするように構成される、項目１０または１１に記載のシステム。
（項目１５）
遠位可変焦点光学要素をさらに備え、前記遠位可変焦点光学要素は、前記遠位可変焦点光学要素が、前記透明発光型ディスプレイと前記ユーザの正面の環境との間にあるように、前記透明発光型ディスプレイの遠位側上に配置される、項目１０－１４のいずれかに記載のシステム。
（項目１６）
前記遠位可変焦点光学要素は、前記遠位可変焦点光学要素の状態および前記遠位可変焦点光学要素の焦点を改変するための電気信号を受信するように構成される電気入力を有する、項目１５に記載のシステム。
（項目１７）
前記遠位可変焦点光学要素は、前記近位可変焦点光学要素によって導入される屈折力を相殺するための屈折力を提供し、前記ユーザの正面の環境のビューに及ぼされる前記近位可変焦点光学要素の屈折効果を低減させるように構成される、項目１５または１６に記載のシステム。
（項目１８）
少なくとも１つのオクルーダをさらに備え、前記少なくとも１つのオクルーダは、前記少なくとも１つのオクルーダが、前記透明発光型ディスプレイと前記ユーザの眼との間にあるように、前記透明発光型ディスプレイの近位側上に配置される、項目１０－１７のいずれかに記載のシステム。
（項目１９）
前記少なくとも１つのオクルーダは、それぞれ、複数のピクセルを含む、第１および第２の空間光変調器を備え、前記第１および第２の空間光変調器は、前記ピクセルの透過性状態を選択的に改変するための電気信号を受信するように構成される電気入力を有する、項目１８に記載のシステム。
（項目２０）
電子機器をさらに備え、前記電子機器は、前記透明発光型ディスプレイのあるエミッタから放出されるある角度方向の光が、前記第１の空間光変調器の透過性ピクセルおよび前記第２の空間光変調器の透過性ピクセルの両方を通して伝搬するように、前記第１および第２の空間光変調器の前記電気入力に電気的に結合され、前記第１の空間光変調器上の１つ以上のピクセルを周囲ピクセルが不透明である間に透過性にさせ、前記第２の空間光変調器上の前記ピクセルのうちの１つ以上のものを前記第２の空間光変調器上の周囲ピクセルが不透明である間に透過性にさせる、項目１９に記載のシステム。
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、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３Ａ－３Ｃは、曲率半径と焦点半径との間の関係を図示する。
図４Ａは、ヒト視覚系の遠近調節（ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ）－輻輳・開散運動（ｖｅｒｇｅｎｃｅ）応答の表現を図示する。
図４Ｂは、ユーザの一対の眼の異なる遠近調節状態および輻輳・開散運動状態の実施例を図示する。
図４Ｃは、ディスプレイシステムを介してコンテンツを視認しているユーザの上下図の表現の実施例を図示する。
図４Ｄは、ディスプレイシステムを介してコンテンツを視認しているユーザの上下図の表現の別の実施例を図示する。
図５は、波面発散を修正することによって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９Ｄ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１０Ａは、図９Ａ－９Ｄに示されるような導波管スタックの代わりに、透明発光型ディスプレイを有する接眼レンズを含む、拡張現実ディスプレイの実施例を図示する。透明発光型ディスプレイは、一対の可変焦点光学要素間に位置するように示される。可変焦点光学要素は、透明発光型ディスプレイおよび／または環境から放出される光の発散および／または収束を修正するように構成される。
図１０Ｂは、一対のレンズアレイ間に配置される、図１０Ａに示されるものに類似する透明発光型ディスプレイを図示し、レンズアレイは、一対の可変焦点光学要素間に位置する。
図１０Ｃは、図１０Ｂに図示されるような透明発光型ディスプレイを有する接眼レンズを含むが、一対のレンズアレイ間に位置する透明発光型ディスプレイの代わりに、単一レンズアレイが、透明発光型ディスプレイとユーザの眼との間の透明発光型ディスプレイの近位側上に配置される、拡張現実ディスプレイの実施例を図示する。
図１０Ｄは、図１０Ｂに示されるものに類似する接眼レンズを図示し、透明発光型ディスプレイは、一対のレンズアレイおよび一対の可変焦点光学要素間に配置される。図１０Ｄは、拡張現実ディスプレイの第１の動作モードを図示し、ピクセルの類似（または同一）パターンが、レンズのアレイの個別のレンズの背後から照明される。その結果、図１０Ｄは、アレイ内の複数のレンズから出力された光の角度が、同一であることを示す。そのような構成は、画像コンテンツの損失を伴わずに、眼の位置付けにおける増加された公差を有効にする。
図１０Ｅは、図１０Ｅの拡張現実ディスプレイの第２の異なる動作モードを示し、ピクセルの異なるパターンが、レンズのアレイの個別のレンズの背後から照明される。その結果、図１０Ｅは、アレイ内の複数のレンズから出力された光の角度が、同一ではないことを示す。代わりに、角度成分は、レンズレットのアレイを横断して変動する。しかしながら、本システムは、異なるレンズが、提示される画像コンテンツの異なる目線を提供するように構成される。
図１０Ｆは、一対の波長板レンズアレイ間に位置する、透明発光型ディスプレイを有する接眼レンズを含む、拡張現実ディスプレイの実施例を図示し、波長板レンズアレイは、一対の可変焦点光学要素間に位置する。
図１０Ｇは、一対のレンズ（例えば、無限焦点レンズ）間に位置する、透明発光型ディスプレイを有する接眼レンズを含む、拡張現実ディスプレイの実施例を図示する。一対のレンズ（例えば、無限焦点レンズ）は、一対の可変焦点光学要素間に位置する。
図１０Ｈは、図１０Ａ－１０Ｇに示されるような透明発光型ディスプレイの例示的部分を図示する。
図１１は、外界内のあるオブジェクトからの光を遮断するように構成される、オクルーダをさらに備える、図１０の拡張現実ディスプレイを図示する。オクルーダは、それぞれ、電気信号に応答して、透明と不透明との間で切り替わることが可能な複数のピクセルを備える。
図１２Ａは、透明発光型ディスプレイと、所望の画像場所に対応する透明発光型ディスプレイから放出される光の角度を選択するように構成される、一対のオクルーダとを含む、拡張現実ディスプレイの実施例を図示する。オクルーダは、それぞれ、電気信号に応答して、透明と不透明との間で切り替わることが可能な複数のピクセルを備える。
図１２Ｂは、図１２Ａの透明発光型ディスプレイによって放出される、光線の例示的経路を図示する。光線の一部は、不透明状態におけるオクルーダ内のピクセルによって遮断される一方、光線の一部は、透明状態におけるオクルーダ内のピクセルを通して伝搬される。
図１３は、外界内のあるオブジェクトからの光を遮断するように構成される、オクルーダをさらに備える、図１２の拡張現実ディスプレイを図示する。
図１４は、後方に向いた透明発光型ディスプレイと、４分の１波長板または４分の１波リターダと、反射性波長板レンズレットアレイとを有する、接眼レンズを含む、拡張現実ディスプレイの実施例を図示する。
図１５は、図１４の拡張現実ディスプレイの例示的動作を図示する。
図１６は、一対の可変焦点光学要素間に挟入される、図１４の拡張現実ディスプレイを図示する。
図１７Ａは、液晶を備える、波長板レンズの実施例を図示する。
図１７Ｂは、液晶を備える、波長板レンズの別の実施例を図示する。
図１７Ｃは、光の偏光および光が入射する側に応じて、異なる屈折力を提供し、それを通して通過する光を発散または収束させる、波長板レンズの実施例を図示する。
図１７Ｄは、光の偏光および光が入射する側に応じて、異なる屈折力を提供し、それを通して通過する光を発散または収束させる、波長板レンズの実施例を図示する。
図１８Ａは、波長板レンズと、切替可能な波長板とを備える、適応レンズアセンブリの実施例を図示する。
図１８Ｂは、動作時、切替可能な波長板が非アクティブ化されている、図１８Ａの適応レンズアセンブリの実施例を図示する。
図１８Ｃは、動作時、切替可能な波長板がアクティブ化されている、図１８Ａの適応レンズアセンブリの実施例を図示する。
図１９は、ディスプレイデバイスを使用して生成され得る、複数の仮想深度平面の実施例を図示する。
図２０Ａ－２０Ｃは、ディスプレイデバイスの一部として実装され得る、例示的反射性回折レンズを図示し、反射性回折レンズは、パターン化されたコレステリック液晶（ＣＬＣ）材料から形成され、反射性偏光ミラーとしての役割を果たす。
図２１Ａは、回折レンズ内で観察される色収差の実施例を図示する。
図２１Ｂは、スタックされた構成における複数の反射性回折レンズを備える、例示的反射性回折レンズを図示する。
ここで、図を参照するが、同様の参照番号は、全体を通して同様の部分を指す。別様に示されない限り、図面は、概略であって、必ずしも、正確な縮尺で描かれていない。
図２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。ユーザの眼は、離間されており、空間内の実オブジェクトを見ているとき、各眼は、オブジェクトの若干異なるビューを有し、オブジェクトの画像を各眼の網膜上の異なる場所に形成し得ることを理解されたい。これは、両眼視差と称され得、ヒト視覚系によって、深度の知覚を提供するために利用され得る。従来のディスプレイシステムは、仮想オブジェクトが所望の深度における実オブジェクトであるように各眼によって見えるであろう仮想オブジェクトのビューに対応する、眼２１０、２２０毎に１つの同一仮想オブジェクトの若干異なるビューを伴う２つの明確に異なる画像１９０、２００を提示することによって、両眼視差をシミュレートする。これらの画像は、ユーザの視覚系が深度の知覚を導出するために解釈し得る、両眼キューを提供する。
図２を継続して参照すると、画像１９０、２００は、ｚ－軸上で距離２３０だけ眼２１０、２２０から離間される。ｚ－軸は、その眼が視認者の直前の光学無限遠におけるオブジェクトを固視している状態の視認者の光学軸と平行である。画像１９０、２００は、平坦であって、眼２１０、２２０から固定距離にある。それぞれ、眼２１０、２２０に提示される画像内の仮想オブジェクトの若干異なるビューに基づいて、眼は、自然に、オブジェクトの画像が眼のそれぞれの網膜上の対応する点に来て、単一両眼視を維持するように回転し得る。本回転は、眼２１０、２２０のそれぞれの視線を仮想オブジェクトが存在するように知覚される空間内の点上に収束させ得る。その結果、３次元画像の提供は、従来、ユーザの眼２１０、２２０の輻輳・開散運動を操作し得、ヒト視覚系が深度の知覚を提供するように解釈する、両眼キューを提供することを伴う。
しかしながら、深度の現実的かつ快適な知覚の生成は、困難である。眼からの異なる距離におけるオブジェクトからの光は、異なる発散量を伴う波面を有することを理解されたい。図３Ａ－３Ｃ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３Ａ－３Ｃ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。逆に言えば、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ライトフィールドは、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。曲率が増加すると、オブジェクトと眼２１０の間の距離が減少する。単眼２１０のみが、例証を明確にするために、図３Ａ－３Ｃ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。
図３Ａ－３Ｃを継続して参照すると、視認者の眼が固視しているオブジェクトからの光は、異なる波面発散度を有し得る。異なる波面発散量に起因して、光は、眼の水晶体によって異なるように集束され得、これは、ひいては、水晶体に、異なる形状をとり、集束された画像を眼の網膜上に形成することを要求し得る。集束された画像が、網膜上に形成されない場合、結果として生じる網膜ぼけは、集束された画像が網膜上に形成されるまで、眼の水晶体の形状に変化を生じさせる、遠近調節のためのキューとして作用する。例えば、遠近調節のためのキューは、眼の水晶体を囲繞する毛様筋の弛緩または収縮を誘起し、それによって、レンズを保持する提靭帯に印加される力を変調し、したがって、固視されているオブジェクトの網膜ぼけが排除または最小限にされるまで、眼の水晶体の形状を変化させ、それによって、固視されているオブジェクトの集束された画像を眼の網膜（例えば、中心窩）上に形成し得る。眼の水晶体が形状を変化させるプロセスは、遠近調節と称され得、固視されているオブジェクトの集束された画像を眼の網膜（例えば、中心窩）上に形成するために要求される眼の水晶体の形状は、遠近調節状態と称され得る。
ここで図４Ａを参照すると、ヒト視覚系の遠近調節－輻輳・開散運動応答の表現が、図示される。オブジェクトを固視するための眼の移動は、眼にオブジェクトからの光を受信させ、光は、画像を眼の網膜のそれぞれ上に形成する。網膜上に形成される画像内の網膜ぼけの存在は、遠近調節のためのキューを提供し得、網膜上の画像の相対的場所は、輻輳・開散運動のためのキューを提供し得る。遠近調節するためのキューは、遠近調節を生じさせ、眼の水晶体がそれぞれオブジェクトの集束された画像を眼の網膜（例えば、中心窩）上に形成する特定の遠近調節状態をとる結果をもたらす。一方、輻輳・開散運動のためのキューは、各眼の各網膜上に形成される画像が、単一両眼視を維持する対応する網膜点にあるように、輻輳・開散運動移動（眼の回転）を生じさせる。これらの位置では、眼は、特定の輻輳・開散運動状態をとっていると言え得る。図４Ａを継続して参照すると、遠近調節は、眼が特定の遠近調節状態を達成するプロセスであると理解され得、輻輳・開散運動は、眼が特定の輻輳・開散運動状態を達成するプロセスであると理解され得る。図４Ａに示されるように、眼の遠近調節および輻輳・開散運動状態は、ユーザが別のオブジェクトを固視する場合、変化し得る。例えば、遠近調節された状態は、ユーザがｚ－軸上の異なる深度における新しいオブジェクトを固視する場合、変化し得る。
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・開散運動および遠近調節の組み合わせに起因して、オブジェクトを「３次元」であると知覚し得ると考えられる。前述のように、２つの眼の相互に対する輻輳・開散運動移動（例えば、瞳孔が相互に向かって、またはそこから移動し、眼の視線を収束させ、オブジェクトを固視するような眼の回転）は、眼の水晶体の遠近調節と密接に関連付けられる。通常条件下では、眼の水晶体の形状を変化させ、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、自動的に、「遠近調節－輻輳・開散運動反射」として知られる関係下、同一距離まで輻輳・開散運動における整合する変化を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、通常条件下、水晶体形状における整合する変化を誘起するであろう。
ここで図４Ｂを参照すると、眼の異なる遠近調節および輻輳・開散運動状態の実施例が、図示される。一対の眼２２２ａは、光学無限遠におけるオブジェクトを固視する一方、一対の眼２２２ｂは、光学無限遠未満におけるオブジェクト２２１を固視する。着目すべきこととして、各対の眼の輻輳・開散運動状態は、異なり、一対の眼２２２ａは、まっすぐ指向される一方、一対の眼２２２は、オブジェクト２２１上に収束する。各対の眼２２２ａおよび２２２ｂを形成する眼の遠近調節状態もまた、水晶体２１０ａ、２２０ａの異なる形状によって表されるように異なる。
望ましくないことに、従来の「３－Ｄ」ディスプレイシステムの多くのユーザは、これらのディスプレイにおける遠近調節と輻輳・開散運動状態との間の不整合に起因して、そのような従来のシステムを不快であると見出す、または奥行感を全く知覚しない場合がある。前述のように、多くの立体視または「３－Ｄ」ディスプレイシステムは、若干異なる画像を各眼に提供することによって、場面を表示する。そのようなシステムは、それらが、とりわけ、単に、場面の異なる提示を提供し、眼の輻輳・開散運動状態に変化を生じさせるが、それらの眼の遠近調節状態に対応する変化を伴わないため、多くの視認者にとって不快である。むしろ、画像は、眼が全ての画像情報を単一遠近調節状態において視認するように、ディスプレイによって眼から固定距離に示される。そのような配列は、遠近調節状態における整合する変化を伴わずに輻輳・開散運動状態に変化を生じさせることによって、「遠近調節－輻輳・開散運動反射」に逆らう。本不整合は、視認者不快感を生じさせると考えられる。遠近調節と輻輳・開散運動との間のより良好な整合を提供する、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。
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。いくつかの実施形態では、異なる提示は、輻輳・開散運動のためのキューおよび遠近調節するための整合するキューの両方を提供し、それによって、生理学的に正しい遠近調節－輻輳・開散運動整合を提供してもよい。
図４Ｂを継続して参照すると、眼２１０、２２０からの空間内の異なる距離に対応する、２つの深度平面２４０が、図示される。所与の深度平面２４０に関して、輻輳・開散運動キューが、眼２１０、２２０毎に適切に異なる視点の画像を表示することによって提供されてもよい。加えて、所与の深度平面２４０に関して、各眼２１０、２２０に提供される画像を形成する光は、その深度平面２４０までの距離におけるある点によって生成されたライトフィールドに対応する波面発散を有してもよい。
図示される実施形態では、点２２１を含有する、深度平面２４０のｚ－軸に沿った距離は、１ｍである。本明細書で使用されるように、ｚ－軸に沿った距離または深度は、ユーザの眼の射出瞳に位置するゼロ点を用いて測定されてもよい。したがって、１ｍの深度に位置する深度平面２４０は、眼が光学無限遠に向かって指向された状態でそれらの眼の光学軸上のユーザの眼の射出瞳から１ｍ離れた距離に対応する。近似値として、ｚ－軸に沿った深度または距離は、ユーザの眼の正面のディスプレイ（例えば、導波管の表面）から測定され、デバイスとユーザの眼の射出瞳との間の距離に関する値が加えられてもよい。その値は、瞳距離と呼ばれ、ユーザの眼の射出瞳と眼の正面のユーザによって装着されるディスプレイとの間の距離に対応し得る。実際は、瞳距離に関する値は、概して、全ての視認者に関して使用される、正規化された値であってもよい。例えば、瞳距離は、２０ｍｍであると仮定され得、１ｍの深度における深度平面は、ディスプレイの正面の９８０ｍｍの距離にあり得る。
ここで図４Ｃおよび４Ｄを参照すると、整合遠近調節－輻輳・開散運動距離および不整合遠近調節－輻輳・開散運動距離の実施例が、それぞれ、図示される。図４Ｃに図示されるように、ディスプレイシステムは、仮想オブジェクトの画像を各眼２１０、２２０に提供してもよい。画像は、眼２１０、２２０に、眼が深度平面２４０上の点１５上に収束する、輻輳・開散運動状態をとらせ得る。加えて、画像は、その深度平面２４０における実オブジェクトに対応する波面曲率を有する光によって形成され得る。その結果、眼２１０、２２０は、画像がそれらの眼の網膜上に合焦する、遠近調節状態をとる。したがって、ユーザは、仮想オブジェクトを深度平面２４０上の点１５にあるように知覚し得る。
眼２１０、２２０の遠近調節および輻輳・開散運動状態はそれぞれ、ｚ－軸上の特定の距離と関連付けられることを理解されたい。例えば、眼２１０、２２０からの特定の距離におけるオブジェクトは、それらの眼に、オブジェクトの距離に基づいて、特定の遠近調節状態をとらせる。特定の遠近調節状態と関連付けられた距離は、遠近調節距離Ａｄと称され得る。同様に、特定の輻輳・開散運動状態における眼と関連付けられた特定の輻輳・開散運動距離Ｖｄまたは相互に対する位置が、存在する。遠近調節距離および輻輳・開散運動距離が整合する場合、遠近調節と輻輳・開散運動との間の関係は、生理学的に正しいと言える。これは、視認者に最も快適なシナリオであると見なされる。
しかしながら、立体視ディスプレイでは、遠近調節距離および輻輳・開散運動距離は、常時、整合しない場合がある。例えば、図４Ｄに図示されるように、眼２１０、２２０に表示される画像は、深度平面２４０に対応する波面発散を伴って表示され得、眼２１０、２２０は、その深度平面上の点１５ａ、１５ｂが合焦する、特定の遠近調節状態をとり得る。しかしながら、眼２１０、２２０に表示される画像は、眼２１０、２２０を深度平面２４０上に位置しない点１５上に収束させる、輻輳・開散運動のためのキューを提供し得る。その結果、遠近調節距離は、いくつかの実施形態では、眼２１０、２２０の射出瞳から深度平面２４０までの距離に対応する一方、輻輳・開散運動距離は、眼２１０、２２０の射出瞳から点１５までのより大きい距離に対応する。遠近調節距離は、輻輳・開散運動距離と異なる。その結果、遠近調節－輻輳・開散運動不整合が存在する。そのような不整合は、望ましくないと見なされ、不快感をユーザに生じさせ得る。不整合は、距離（例えば、Ｖｄ－Ａｄ）に対応し、ジオプタを使用して特性評価され得ることを理解されたい。
いくつかの実施形態では、眼２１０、２２０の射出瞳以外の参照点も、同一参照点が遠近調節距離および輻輳・開散運動距離のために利用される限り、遠近調節－輻輳・開散運動不整合を決定するための距離を決定するために利用されてもよいことを理解されたい。例えば、距離は、角膜から深度平面、網膜から深度平面、接眼レンズ（例えば、ディスプレイデバイスの導波管）から深度平面等まで測定され得る。
理論によって限定されるわけではないが、ユーザは、不整合自体が有意な不快感を生じさせずに、依然として、最大約０．２５ジオプタ、最大約０．３３ジオプタ、および最大約０．５ジオプタの遠近調節－輻輳・開散運動不整合を生理学的に正しいと知覚し得ると考えられる。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるディスプレイシステム（例えば、ディスプレイシステム２５０、図６）は、約０．５ジオプタまたはそれ未満の遠近調節－輻輳・開散運動不整合を有する、画像を視認者に提示する。いくつかの他の実施形態では、ディスプレイシステムによって提供される画像の遠近調節－輻輳・開散運動不整合は、約０．３３ジオプタまたはそれ未満である。さらに他の実施形態では、ディスプレイシステムによって提供される画像の遠近調節－輻輳・開散運動不整合は、約０．１ジオプタまたはそれ未満を含む、約０．２５ジオプタまたはそれ未満である。
図５は、波面発散を修正することによって、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。ディスプレイシステムは、画像情報でエンコードされた光７７０を受信し、その光をユーザの眼２１０に出力するように構成される、導波管２７０を含む。導波管２７０は、所望の深度平面２４０上のある点によって生成されたライトフィールドの波面発散に対応する定義された波面発散量を伴って光６５０を出力してもよい。いくつかの実施形態では、同一量の波面発散が、その深度平面上に提示される全てのオブジェクトのために提供される。加えて、ユーザの他方の眼は、類似導波管からの画像情報を提供され得るように図示されるであろう。
いくつかの実施形態では、単一導波管が、単一または限定数の深度平面に対応する設定された波面発散量を伴う光を出力するように構成されてもよく、および／または導波管は、限定された範囲の波長の光を出力するように構成されてもよい。その結果、いくつかの実施形態では、複数またはスタックの導波管が、異なる深度平面のための異なる波面発散量を提供し、および／または異なる範囲の波長の光を出力するために利用されてもよい。本明細書で使用されるように、深度平面は、平坦または湾曲表面の輪郭に追従してもよいことを理解されたい。いくつかの実施形態では、有利には、簡略化するために、深度平面は、平坦表面の輪郭に追従し得る。
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。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。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。
いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム２５０は、輻輳・開散運動するための実質的に連続キューおよび遠近調節するための複数の離散キューを提供するように構成されてもよい。輻輳・開散運動のためのキューは、異なる画像をユーザの眼のそれぞれに表示することによって提供されてもよく、遠近調節のためのキューは、選択可能な離散量の波面発散を伴う画像を形成する光を出力することによって提供されてもよい。換言すると、ディスプレイシステム２５０は、可変レベルの波面発散を伴う光を出力するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、波面発散の各離散レベルは、特定の深度平面に対応し、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの特定の１つによって提供されてもよい。
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を導波管の間に含んでもよい。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に向かって出力の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５３０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５３０からの光は、ビームスプリッタ５５０を介して、光変調器５４０、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５４０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、光を画像情報でエンコードす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、図式的に図示され、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、導波管アセンブリ２６０の導波管は、導波管の中に投入された光をユーザの眼に中継しながら、理想的レンズとして機能し得る。本概念では、オブジェクトは、空間光変調器５４０であってもよく、画像は、深度平面上の画像であってもよい。
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図式的に表し得る。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図式的に表し得、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５３０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５３０、および光変調器５４０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、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、光を再指向させ、各個別の導波管内で伝搬させ、導波管から画像情報を眼２１０に出力することによって、光を導波管から抽出するように構成される、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０を含んでもよい。抽出された光はまた、外部結合光と称され得、外部結合光学要素光はまた、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、導波管内で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。説明を容易にし、図面を明確にするために、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の容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、モノリシック材料部品であってもよく、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、その材料部品の表面上および／または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、動的ではない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、深度平面毎に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ル化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し、かつ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、体積または表面特徴であってもよく、これは、具体的角度で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、回折パターンを形成する回折特徴または「回折光学要素」（また、本明細書では、「ＤＯＥ」とも称される）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、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パターンの出射放出となる。
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、次いで、それが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９Ｄ）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、眼毎に利用され、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、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、発散出射ビーム形成）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、網膜に合焦させることを要求し、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、単一導波管のみが深度平面毎に提供され得るように、同一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、視認者によってその所与の色であるように知覚される、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であろうことを理解されたい。例えば、赤色光は、約６２０～７８０ｎｍの範囲内の１つ以上の波長の光を含んでもよく、緑色光は、約４９２～５７７ｎｍの範囲内の１つ以上の波長の光を含んでもよく、青色光は、約４３５～４９３ｎｍの範囲内の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５３０（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、結像および／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、それぞれ、内部結合光学要素を含む、複数またはセット６６０のスタックされた導波管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、光が内部結合のために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しながら、１つ以上の光の波長を選択的に再指向するような波長選択的である。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、その光が別の内部結合光学要素を通して通過せずに、光を受信する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の上部主要表面および底部主要表面の両方の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を０．０５またはそれを上回る、または０．１０またはそれを下回る。有利には、より低い屈折率層７６０ａ、７６０ｂは、導波管６７０、６８０、６９０を通して光の全内部反射（ＴＩＲ）（例えば、各導波管の上部主要表面および底部主要表面の間の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を選択的に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に偏向または分散し、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、光を直接外部結合光学要素８００、８１０、８２０に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、原色毎に、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によって偏向され、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、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け取る。
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。
図９Ｄは、本明細書に開示される種々の導波管および関連システムが統合され得る、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。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム６０は、図６のシステム２５０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図式的に示す。例えば、図６の導波管アセンブリ２６０は、ディスプレイ７０の一部であってもよい。
図９Ｄを継続して参照すると、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では、アイウェアと見なされ得る。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も、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６０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６０はさらに、オブジェクト、刺激、人々、動物、場所、またはユーザの周囲の世界の他の側面を検出するように構成される、１つ以上の外向きに指向される環境センサ１１２を含んでもよい。例えば、環境センサ１１２は、１つ以上のカメラを含んでもよく、これは、例えば、ユーザ９０の通常の視野の少なくとも一部に類似する画像を捕捉するように、外向きに向いて位置してもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムはまた、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入手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９Ｄ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、リュック式構成において、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、ローカルプロセッサおよびデータモジュール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および不揮発性メモリ（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を備えてもよく、両方とも、データの処理、キャッシュ、および記憶を補助するために利用されてもよい。随意に、ローカル処理およびデータモジュール１４０は、１つ以上の中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、専用処理ハードウェア等を含んでもよい。データは、ａ）センサ（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る、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んでもよい。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９Ｄを継続して参照すると、いくつかの実施形態では、遠隔治療モジュール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く、例えば、１つ以上の中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、専用処理ハードウェア等を含んでもよい。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／または遠隔治療モジュール１５０に生成するための情報を提供する。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。随意に、ＣＰＵ、ＧＰＵ等を含む、外部システム（例えば、１つ以上のプロセッサ、１つ以上のコンピュータのシステム）が、処理（例えば、画像情報を生成する、データを処理する）の少なくとも一部を実施し、例えば、無線または有線接続を介して、情報をモジュール１４０、１５０、１６０に提供し、情報をそこから受信してもよい。
ここで図１０Ａを参照すると、いくつかの実施形態では、接眼レンズは、透明発光型ディスプレイ１０１０を備える、システム１０００－Ａを含む。図１０は、図９Ａ－９Ｄに示されるような導波管スタックの代わりに、透明発光型ディスプレイ１０１０を有する接眼レンズを含む、拡張現実ディスプレイの実施例を図示する。
透明発光型ディスプレイ１０１０は、例えば、アレイに配列される、複数のエミッタを備える。ある場合には、例えば、透明発光型ディスプレイ１０１０は、７２０ｐ、１０８０ｐ、４Ｋ、または８Ｋの分解能を生産するために十分なピクセルを備えてもよい。ピクセルの分解能および数は、これらの値のいずれかによって定義された任意の範囲内であってもよい。これらの範囲外の値もまた、可能性として考えられる。透明発光型ディスプレイ１０１０内のピクセルの数は、接眼レンズのサイズおよび／または画像コンテンツの所望の光学品質に依存し得る。
透明ディスプレイ１０１０は、透明フィルム空間光変調器を備えてもよい。透明ディスプレイ１０１０は、透明有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイを備えてもよい。複数のエミッタは、複数の有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を備えてもよい。いくつかの設計では、ＯＬＥＤディスプレイは、ＯＬＥＤフィルムを備えてもよく、これは、比較的に薄くかつ可撓性である。いくつかの設計では、透明ディスプレイ１０１０は、量子ドット発光ダイオード（ＱＬＥＤまたはＱＤ－ＬＥＤ）ディスプレイを備えてもよい。他のタイプの透明ディスプレイもまた、可能性として考えられる。
透明発光型ディスプレイ１０１０は、眼２１０の光学経路内に位置付けられる、接眼レンズ内に含まれてもよい。故に、透明発光型ディスプレイ１０１０は、眼２１０の光学経路内に位置付けられてもよい。接眼レンズおよび透明発光型ディスプレイ１０１０は、接眼レンズおよび透明発光型ディスプレイ１０１０が、眼２１０の光学経路内にあるように、頭部上に配置されるように構成される、フレームによって支持されてもよい。透明発光型ディスプレイ１０１０は、透明であるため、ユーザの正面の環境内のオブジェクト５１０は、透明発光型ディスプレイを通して視認され得る。
接眼レンズおよび透明発光型ディスプレイ１０１０は、近位側と、遠位側とを有してもよい。近位側は、遠位側より眼に近い。遠位側は、近位側よりオブジェクトに近い。
近位可変焦点光学要素１０４０は、透明発光型ディスプレイ１０１０とユーザの眼２１０との間の光学経路内に配置されてもよい。より具体的には、近位可変焦点光学要素１０４０は、近位レンズアレイ１０２０とユーザの眼２１０（例えば、図１０Ｂ参照）との間に配置されてもよい。近位可変焦点光学要素１０４０は、可変または切替可能な屈折力を有する、光学要素を備えてもよい。近位可変焦点光学要素の屈折力は、第１の屈折力から第２の屈折力に、可能性として、第３の屈折力（またはそれよりも大きいもの）に切り替えられてもよい。近位可変焦点光学要素は、可変焦点光学要素によって提供される屈折力を制御するように構成される、電気入力を含んでもよい。いくつかの実装では、近位可変焦点光学要素１０４０は、切替可能な液晶レンズアセンブリを備える。いくつかの実装では、回折パターンは、ＬＣレンズアセンブリが、屈折力を、それと相互作用する、例えば、それを通して通過する、光に付与するように、可変液晶（ＬＣ）レンズアセンブリ上にレンダリング／表示されてもよい。
近位可変焦点光学要素１０４０は、適切な屈折力を提供し、ユーザの眼内の透明発光型ディスプレイからの光によって形成される画像を異なる深度から生じるかのように現れさせるように構成されてもよい。例えば、近位可変焦点光学要素１０４０は、透明発光型ディスプレイ１０１０から視認者に投影された光の発散を変動させるように構成されてもよい。１つの状態では、例えば、近位可変焦点光学要素１０４０は、ユーザから遠く離れた距離（例えば、光学無限遠）におけるオブジェクトから伝搬するかのように、透明発光型ディスプレイから放出される光をコリメートするように構成されてもよい。別の状態では、近位可変焦点光学要素１０４０は、ユーザにより近い距離におけるオブジェクトから伝搬するかのように、透明発光型ディスプレイから放出される光を発散するように構成されてもよい。同様に、別のレンズアセンブリは、１つの状態では、近位可変焦点光学要素１０４０が、ユーザに近い距離におけるオブジェクトから伝搬するかのように、透明発光型ディスプレイから放出される光を発散するように構成され得るように構成されてもよい。別の状態にある間、近位可変焦点光学要素１０４０は、ユーザにより近い距離にあるオブジェクトから伝搬するかのように、透明発光型ディスプレイから放出される光をより発散させるように構成されてもよい。他の構成もまた、可能性として考えられる。
遠位可変焦点光学要素１０５０は、透明発光型ディスプレイ１０１０と環境５１０との間の光学経路内に配置されてもよい。より具体的には、遠位可変焦点光学要素１０５０は、遠位レンズアレイ１０３０と環境５１０との間に配置されてもよい。種々の設計では、遠位可変焦点光学要素１０５０は、液晶レンズアセンブリを備える。遠位可変焦点光学要素１０５０は、上記に説明されるような近位可変焦点光学要素１０４０に実質的に類似してもよい。遠位可変焦点光学要素１０５０は、屈折力、故に、近位可変焦点光学要素１０４０の効果を相殺するように、環境５１０からの光の収束および／または発散を変動させるように構成されてもよい。その結果、環境内のオブジェクトは、近位可変焦点光学要素１０５０の屈折力を有する光学要素を通して結像されるかのように現れ得ない。ユーザは、例えば、ユーザにとって不快および／または不適切であり得る、光学補正および屈折力を有するレンズを通したその環境の視認の必要がなくなり得る。
可変焦点レンズ要素の使用は、２０１７年４月６日に出願され、２０１７年１０月１２日に米国特許公開第２０１７／０２９３１４５号として公開された米国特許出願第１５／４８１２５５号（弁護士参照番号ＭＬＥＡＰ．０５９Ａ）（参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に開示され、かつ下記の、例えば、見出し「屈折力を提供するためのレンズ、可変焦点レンズ要素、および他の構成」下の節において議論される。
近位または遠位可変焦点光学要素１０４０、１０５０または両方は、調節可能屈折力を有する、広範囲の光学要素を備えてもよい。可変焦点光学要素１０４０、１０５０は、例えば、同調可能または切替可能な液晶レンズ、波長板レンズ、および切替可能なリターダ等の異なるタイプの液晶レンズを備えてもよい。これらは、種々の実装では、回折レンズを含んでもよい。同調可能または切替可能な液晶レンズの実施例は、２つの電極基板間に配置される、液晶を含み、電極への電気信号の印加は、液晶の屈折率を変化させることができる。いくつかの実装では、可変焦点光学要素は、回折波長板レンズを備えてもよい。いくつかの実装では、１つ以上の回折波長板レンズが、スタックにおいて等、１つ以上の切替可能な波長板とともに含まれてもよい。例えば、可変焦点レンズは、切替可能な半波長板と交互にスタックされた回折波長板レンズを備えてもよい。液晶ベースのレンズおよび他のレンズ技術を含む、切替可能なレンズの実施例は、下記の、例えば、見出し「屈折力を提供するためのレンズ、可変焦点レンズ要素、および他の構成」下の節において、および２０１７年６月１２日に出願された米国特許出願第６２／５１８５３９号（弁護士参照番号ＭＬＥＡＰ．１１９ＰＲ）、および２０１８年６月１２日に出願され、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿に米国特許公開第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿として公開された米国特許出願第１６／００６，０８０（弁護士参照番号ＭＬＥＡＰ．１１９Ａ）号（参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に議論される。
図１０Ｂは、透明発光型ディスプレイ１０１０と、近位可変焦点光学要素１０４０と、遠位可変焦点光学要素１０５０とを備える、別のシステム１０００－Ｂを図示する。これらの要素は、図１０Ａを参照して上記に説明されるものに実質的に類似する（またはそれと異なる）ことができる。しかしながら、加えて、システム１０００－Ｂはさらに、近位レンズアレイ１０２０と、透明発光型ディスプレイ１０１０とユーザの正面の環境５１０との間の光学経路内に配置される、遠位レンズアレイ１０３０とを備える。図１０Ｂに示される実施例では、透明発光型ディスプレイは、反対側上において、近位レンズアレイ１０２０および遠位レンズアレイ１０３０および近位可変焦点光学要素１０４０および遠位可変焦点光学要素１０５０によって囲繞される。故に、近位レンズアレイ１０２０は、透明発光型ディスプレイ１０１０とユーザの眼２１０との間の光学経路内に配置されてもよい。
近位レンズアレイ１０２０は、マイクロレンズ等の複数のレンズまたはレンズレットを備えてもよい。ある場合には、近位レンズアレイ１０２０は、正の屈折力を有する、複数のレンズを備えてもよい。これらのレンズは、平凸面または両凸レンズ等によって、凸面レンズであってもよい。より少なくより大きいレンズのアレイが、例えば、仮想コンテンツの分解能を増加または最大限にするように、採用されてもよい。同様に、多くのより小さいレンズを伴うアレイが、例えば、より稠密なライトフィールド（より多くのビームレットを伴う）を生産する、したがって、ライトフィールド内に表される各角度成分がユーザの網膜の適切な領域に到達するであろう、可能性を増加させるように、採用されてもよい。いくつかの設計に関して、近位レンズアレイ１０２０内のレンズまたはレンズレットの数は、透明発光型ディスプレイ１０１０内のエミッタの数に対応してもよい。いくつかの実装では、複数のレンズまたはレンズレットは、複数の個別のエミッタと関連付けられる。いくつかの設計では、近位レンズアレイ１０２０は、１つのピクセルからの光が、レンズレットアレイまたはレンズ上に入射することに先立って、異なるピクセルからの光と経路が交差しないように、透明発光型ディスプレイ１０１０から離れた距離に位置付けられる。本理由から、透明発光型ディスプレイ１０１０と近位レンズアレイ１０２０との間の距離は、透明発光型ディスプレイ１０１０のピクセルの発散性質に基づいて、選択されてもよい。いくつかの設計では、近位レンズアレイ１０２０は、透明発光型ディスプレイ１０１０からある焦点距離に配置される。故に、いくつかの設計では、近位レンズアレイ１０２０は、透明発光型ディスプレイ１０１０内のエミッタから放出される光をコリメートするように構成される。いくつかの実装では、近位レンズアレイ１０２０は、透明発光型ディスプレイ１０１０のピクセルと近位レンズアレイ１０２０のレンズとの間の距離を低減または最小限にし、したがって、また、ピクセルによって放出される光が近位レンズアレイ１０２０内のレンズの屈折力を受ける前に発散する程度を低減または最小限にするように、複数のエミッタの上部に直接層化されてもよい。これらの実装のうちのいくつかでは、近位レンズアレイ１０２０は、例えば、事実上、透明発光型ディスプレイ１０１０の最外基板層としての役割を果たし得る。
遠位レンズアレイ１０３０は、透明発光型ディスプレイ１０１０と環境５１０との間のユーザの眼２１０の光学経路内に配置されてもよい。遠位レンズアレイ１０３０は、負の屈折力を有する、複数のレンズまたはレンズレットを備えてもよい。遠位レンズアレイ１０３０は、例えば、平凹面または両凹レンズ等の凹面レンズを備えてもよい（但し、図１０Ｂは、凸面レンズを示す）。より少なくより大きいレンズのアレイが、例えば、仮想コンテンツの分解能を増加または最大限にするように、採用されてもよい。同様に、多くのより小さいレンズを伴うアレイが、例えば、より稠密なライトフィールド（よりビームレットを伴う）を生産する、したがって、ライトフィールド内に表される各角度成分が、ユーザの網膜の適切な領域に到達するであろう可能性を増加させるように、採用されてもよい。いくつかの実施形態では、遠位レンズアレイ１０３０内のレンズまたはレンズレットの数は、近位レンズアレイ１０２０内のレンズまたはレンズレットの数に対応する、またはそれと等しい。遠位レンズアレイ１０３０内のレンズレットの数はまた、透明発光型ディスプレイ１０１０内のエミッタの数に対応してもよい。遠位レンズアレイ１０３０の屈折力は、近位レンズアレイ１０２０の屈折力を相殺し、それによって、ユーザの正面の環境内のオブジェクトのビューに及ぼされる近位レンズアレイの効果を低減させる、屈折力を有してもよい。いくつかの実装では、遠位レンズアレイ１０３０は、図１０Ｃに示されるように、除外される一方、近位レンズアレイ１０２０は、透明発光型ディスプレイ１０１０と眼２１０との間に留まる。
本明細書における種々の図（例えば、図１０Ａ－１０Ｇおよび１１－１６）は、ユーザの片眼のために、単一接眼レンズを示すが、接眼レンズ、透明発光型ディスプレイ、および近位または遠位可変焦点光学要素または近位または遠位レンズアレイ等の任意の他のコンポーネントは、ユーザの眼毎に提供されてもよい。
示されるシステム１０００－Ｂは、光をユーザの眼の中に投入し、画像コンテンツをユーザに提示するように動作してもよい。接眼レンズおよび透明発光型ディスプレイ１０１０は、透明であるため、ユーザはまた、ユーザの正面の環境内のオブジェクトを見ることが可能であり得る。故に、システム１０００は、拡張現実画像コンテンツをユーザに表示するために使用されてもよい。具体的には、透明発光型ディスプレイ１０１０内の複数のエミッタは、画像をユーザの眼２１０内に生産する、光を放出してもよい。光が、透明発光型ディスプレイ１０１０から放出された後、光は、近位レンズアレイ１０２０を通して通過し、これは、いくつかの設計では、光の発散の低減を生じさせ得る。エミッタは、例えば、発散する光のビームを放出してもよい。近位レンズアレイ１０２０は、ビームをあまり発散させ得ず、ある場合には、光をコリメートしてもよい。光は、次いで、近位可変焦点光学要素１０４０に入射し得、これは、光の発散を改変し、画像コンテンツを、可変焦点光学要素の状態およびその結果として生じる屈折力に応じて、接眼レンズの正面の異なる距離から放出されるかのように現れさせる。
透明発光型ディスプレイ１０１０の透明性質は、ユーザが、外側環境を観察する一方、また、同時に、透明発光型ディスプレイ１０１０から放出される光を観察することを可能にする。しかしながら、上記に議論されるように、種々の実装では、近位レンズアレイ１０２０は、透明発光型ディスプレイ１０１０とユーザの眼２１０との間のユーザの光学経路内に位置し、例えば、透明発光型ディスプレイ１０１０によって放出される光をコリメートするために十分な屈折力を有し得る。故に、図示されるように、近位レンズアレイ１０２０はまた、周囲環境５１０からユーザの眼２１０に伝搬する光の経路内にあり得る。その結果、近位レンズアレイ１０２０は、周囲環境５１０からの光の波面を修正し、それによって、世界のユーザのビューに悪影響を及ぼし得る。そのような効果を相殺するために、遠位レンズアレイ１０３０は、透明発光型ディスプレイ１０１０と環境５１０との間に位置付けられ、実世界オブジェクトからの光の波面を調節してもよい。このように、遠位レンズアレイ１０３０は、近位レンズアレイ１０２０によって導入される屈折力およびユーザの眼内に形成される環境内のオブジェクトの画像に及ぼされる本屈折力の結果として生じる効果を補償するように構成されてもよい。
近位可変焦点光学要素１０４０は、適切な調節を透明発光型ディスプレイ１０１０によって出力された光の波面に提供し、本光が、ユーザからの適切な距離からであるように現れる、画像をユーザの眼内に形成することを可能にし得る。上記に議論されるように、透明発光型ディスプレイ１０１０は、近位レンズアレイ１０２０と組み合わせて、コリメートされた光を出力し得る。そのような場合では、近位可変焦点光学要素１０４０は、眼が、遠近調節し、投影された画像コンテンツの画像を網膜上に集束させるように、放出される光の波面を修正し、適切な発散の量を提供するように構成され得る。脳は、本遠近調節の量を感知し、ユーザからある距離と関連付け得る。故に、画像コンテンツは、脳によって、ユーザからの特定の距離と関連付けられるであろう。このように、好適な発散の選択は、画像コンテンツと具体的距離を関連付けることができる。本目的のために、可変焦点要素１０４０、１０５０は、同様に、上記に説明されるレンズのうちのいくつかに類似することができる。例えば、近位可変焦点光学要素１０４０は、レンズ３２０、３３０、３４０、３５０（図６を参照して上記に説明されるような）のうちの１つ以上のものに類似する役割を果たすと見なされ得、遠位可変焦点は、補償レンズ層６２０（また、図６を参照して上記に説明される）のものに類似する役割を果たすと見なされ得る。
しかしながら、図示および上記に議論されるように、近位可変焦点光学要素１０４０もまた、周囲環境５１０から視認者の眼２１０に伝搬する光の経路内にある。その結果、近位可変焦点光学要素１０４０は、周囲環境５１０からの光の波面を修正し、それによって、世界のユーザのビューに悪影響を及ぼさせ得る。そのような効果を補正するために、遠位可変焦点光学要素１０５０は、透明発光型ディスプレイ１０１０の近位可変焦点光学要素１０４０と反対側上に配置されてもよい。すなわち、遠位可変焦点光学要素１０５０は、透明発光型ディスプレイ１０１０と周囲実世界との間にあって、周囲環境５１０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。遠位可変焦点光学要素１０５０は、近位可変焦点光学要素１０４０によって導入される屈折力を補償するように構成されてもよい。いくつかの実装では、遠位可変焦点光学要素１０５０の屈折力は、近位可変焦点光学要素１０４０の屈折力の逆数または反対のものであってもよい。例えば、近位可変焦点光学要素１０４０が、正の屈折力を有する場合、遠位可変焦点光学要素１０５０は、類似の大きさであり得る、負の屈折力を有してもよい。いくつかの設計では、遠位可変焦点光学要素１０５０はまた、透明発光型ディスプレイ１０１０および／またはレンズアレイ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。例えば、近位可変焦点光学要素１０４０の屈折力および介在透明発光型ディスプレイ１０１０の可能性として考えられる屈折力の両方を補償するために、遠位可変焦点光学要素１０５０の屈折力は、近位可変焦点光学要素１０４０および透明発光型ディスプレイ１０１０の集約屈折力と反対かつ類似の大きさであってもよい。
図１０Ｄに図示されるように、システム１０００－Ｂは、出力ビームレット１０６０のアレイが、ピクセルの同一パターンを近位レンズアレイ１０２０の個別のレンズレットまたはレンズの背後から照明することによって生産される、第１の動作モードを含んでもよい。その結果、アレイ内の複数のレンズから出力された光の角度は、同一であって、類似の角度付けられたビームレット１０６０のグリッドまたはアレイ全体が、角度成分毎に生産され得る。本アプローチは、図７および９Ａ－９Ｄに示される、導波管ベースの接眼レンズによって生産された波面に類似する。そのような構成は、画像コンテンツの損失を伴わずに、眼の位置付けにおける増加された公差を有効にする。
さらに、図１０Ｅに図示されるように、システム１０００－Ｂは、ピクセルの異なるパターンが、個別のレンズレットの背後から照明される、第２のまたは代替動作モードを含んでもよい。その結果、アレイ内の複数のレンズから出力された光の角度は、同一ではない。代わりに、角度成分は、レンズレットのアレイを横断して変動する。しかしながら、本システムは、異なるレンズが、提示される画像コンテンツの異なる目線を提供するように構成される。３Ｄ空間内の所与の点は、近位レンズアレイ１０２０を横断して変動する、角度成分を使用して、表されてもよい。本システムは、「４Ｄ」ライトフィールドを生産すると見なされ得る。
図１０Ｆを参照すると、いくつかの設計では、接眼レンズは、内側（または近位）回折波長板レンズまたはレンズレットアレイ１０１２と、外側（または遠位）回折波長板レンズまたはレンズレットアレイ１０１４とを含む、システム１０００－Ｆを含む。上記に議論される実施例と同様に、図１０Ｆは、透明発光型ディスプレイ１０１０と、近位可変焦点光学要素１０４０と、遠位可変焦点光学要素１０５０とを備える、接眼レンズを示す。しかしながら、図１０Ｆでは、接眼レンズは、図１０Ｂに示されるような近位および遠位レンズアレイ１０２０、１０３０の代わりに、内側および外側回折波長板レンズアレイ１０１２、１０１４を有する。回折波長板レンズまたはレンズアレイのいくつかの実施例は、液晶を含む。回折波長板レンズまたはレンズアレイは、屈折力を提供し、したがって、偏光の発散または収束を生じさせてもよい。ある場合には、回折波長板レンズまたはレンズアレイは、回折波長板レンズが、異なる偏光に関して異なる（例えば、反対）屈折力を有するため、１つの偏光の光を収束させ、別の偏光の光を発散させる。回折波長板レンズまたはレンズレットはまた、その上に入射する光の偏光を変換してもよい（例えば、回転させる）。回折波長板レンズは、下記の、例えば、見出し「屈折力を提供するためのレンズ、可変焦点レンズ要素、および他の構成」下の節において、また、２０１７年６月１２日に出願された米国仮特許出願第６２／５１８，５３９号（弁護士参照番号ＭＬＥＡＰ．１１９ＰＲ）、および２０１８年６月１２日に出願され、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿に米国特許公開第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿として公開された米国特許出願第１６／００６，０８０号（弁護士参照番号ＭＬＥＡＰ．１１９Ａ）（参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に議論される。内側レンズ１０１６は、透明発光型ディスプレイ１０１０と近位可変焦点光学要素１０４０との間のユーザの光学経路内に位置付けられてもよい。内側レンズ１０１６は、透明発光型ディスプレイ１０１０から放出される光の発散を修正するように構成されてもよい。例えば、内側レンズ１０１６は、焦点距離ｆを有してもよく、透明発光型ディスプレイ内のエミッタから放出される光がコリメートされるように、透明発光型ディスプレイ１０１０から離れた本焦点距離ｆに配置されてもよい。
外側（または遠位）波長板レンズまたはレンズレットアレイ１０１４は、透明発光型ディスプレイ１０１０と遠位可変焦点光学要素１０５０との間のユーザの光学経路内に位置付けられ得る。外側波長板レンズアレイ１０１４は、内側波長板レンズアレイ１０１２に実質的に類似し得る。例えば、内側波長板レンズアレイ１０１２は、周囲環境５１０からの光の波面を修正し、それによって、世界のユーザのビューに悪影響を及ぼすであろう、正の屈折力を有し得る。そのような効果を低減させるために、外側波長板レンズアレイ１０１４は、透明発光型ディスプレイ１０１０と環境５１０との間に位置付けられてもよい。いくつかの実装では、例えば、外側波長板レンズアレイ１０１４は、内側波長板レンズアレイ１０１４と等しくかつ反対の屈折力を有する。例えば、内側波長板が、上記に議論されるように、焦点距離ｆを有し、透明発光型ディスプレイから距離ｆに配置される場合、外側波長板レンズアレイもまた、焦点距離ｆを有してもよい。外側波長板レンズアレイはまた、ある場合には、透明発光型ディスプレイから離れた焦点距離に配置されてもよい。故に、外側波長板レンズアレイおよび内側波長板レンズアレイは、無限焦点システムを形成してもよい。故に、本明細書で使用されるように、ある場合には、外側波長板レンズアレイは、無限焦点レンズアレイと称され得る。同様に、内側波長板レンズアレイも、無限焦点レンズアレイと称され得る。
図１０Ｇを参照すると、いくつかの設計に関して、接眼レンズは、図１０Ｂに示されるような近位および遠位レンズアレイ１０２０、１０３０の代わりに、内側（または近位）レンズ１０１６と、外側（または遠位）レンズ１０１８とを含む、システム１０００－Ｇを含む。システム１０００－Ｇは、図１０Ａを参照して上記に説明されるものに実質的に類似する（またはそれと異なる）、透明発光型ディスプレイ１０１０と、近位可変焦点光学要素１０４０と、遠位可変焦点光学要素１０５０とを含む。しかしながら、例えば、マイクロレンズを備える、レンズレットアレイの代わりに、より大きい（例えば、単一）レンズが、透明発光型ディスプレイの近位および遠位側上で使用されてもよい。示されるように、内側（または近位）レンズ１０１６は、透明発光型ディスプレイ１０１０と近位可変焦点光学要素１０４０との間のユーザの光学経路内に位置付けられてもよい。内側レンズ１０１６は、透明発光型ディスプレイ１０１０から放出される光の発散を修正するように構成されてもよい。
外側（または遠位）レンズ１０１８は、透明発光型ディスプレイ１０１０と遠位可変焦点光学要素１０５０との間のユーザの光学経路内に位置付けられ得る。外側レンズ１０１８は、内側レンズ１０１６に実質的に類似し得る。内側レンズ１０１６は、周囲環境５１０からの光の波面を修正し、それによって、世界のユーザのビューに影響を及ぼし得る。そのような効果を補償するために、外側レンズ１０１８は、透明発光型ディスプレイ１０１０と環境との間に位置付けられてもよい。種々の実施例では、内側レンズ１０１６は、正であって、外側レンズ１０１８は、負であろう。故に、外側レンズ１０１８は、凹面であってもよい（但し、図１０Ｇでは、凸面として示される）。種々の実装では、内側レンズ１０１６は、単一レンズを備えることができる。同様に、種々の実装では、外側レンズ１０１８は、単一レンズを備えることができる。いくつかの実装では、内側レンズ１０１６および／または外側レンズ１０１８は、透明発光型ディスプレイからある焦点距離に配置されてもよく、上記に説明されるような無限焦点レンズシステムを形成してもよい。故に、本明細書で使用されるように、ある場合には、外側レンズは、無限焦点レンズと称され得る。同様に、内側レンズも、無限焦点レンズと称され得る。
レンズ、例えば、単一レンズ（例えば、単一屈折レンズ）は、図１０Ｃに関して上記に議論されるように、透明発光型ディスプレイの各側上に示されるが、外側レンズは、いくつかの設計では、除外されてもよい。また、異なるタイプのレンズが、採用されてもよい。
故に、透明発光型ディスプレイに最も近いレンズ、例えば、近位（または内側）レンズ、複数のレンズ、またはレンズレットアレイおよび遠位（または外側）レンズ、複数のレンズ、またはレンズレットアレイの一方または両方は、屈折レンズ、回折レンズ、波長板レンズ、メタ材料レンズ、液晶レンズ（例えば、コレステリック液晶レンズ）等を備えてもよい。例えば、これらのレンズは、回折／メタ材料レンズ、回折レンズまたはレンズレットアレイ、回折波長板レンズ、回折波長板レンズまたはレンズレットアレイ、回折液晶レンズ、回折液晶レンズまたはレンズレットアレイ、回折液晶波長板レンズ、回折液晶波長板レンズまたはレンズレットアレイ、反射性液晶レンズ、反射性波長板レンズ、反射性液晶波長板レンズ、反射性レンズまたはレンズレットアレイ、反射性液晶レンズまたはレンズレットアレイ、反射性波長板レンズまたはレンズレットアレイ、反射性液晶波長板レンズまたはレンズレットアレイ、コレステリック液晶反射性波長板レンズまたはレンズレットアレイ、コレステリック液晶反射性波長板レンズ等を備えてもよい。ある場合には、これらのレンズは、波長選択的であってもよく、透明発光型ディスプレイ内のエミッタの波長に合致される、またはそれに対応する、波長で選択的に動作してもよい（例えば、発散を低減させる、コリメートする等）。
図１０Ｈは、図１０Ａ－１０Ｇに示されるような透明発光型ディスプレイの例示的部分の断面図を図示する。図１０Ｈを参照すると、いくつかの実装では、透明発光型ディスプレイは、アノードおよびカソード等の電極をエミッタの両側上に備える。これらの電極の一方または両方は、いくつかの実施例では、それぞれ、酸化インジウムスズ（「ＩＴＯ」）または他の透明伝導性材料の１つ以上の層を備えてもよい。これらの電極は、電気接続を、透明発光型ディスプレイ１０１０、特に、エミッタに提供する。いくつかの設計では、エミッタはさらに、両側上において、正孔輸送層および電子輸送層によって囲繞されてもよい。透明発光型ディスプレイ１０１０はさらに、例えば、構造支持のために、ガラス基板を備えてもよい。ガラス基板は、レンズまたはレンズレットアレイ（例えば、物理的マイクロレンズアレイ、回折波長板レンズレットアレイ、コレステリック液晶反射性波長板レンズアレイ、またはレンズ等）等の構造支持を提供し得る、光学要素等の他の要素と置換されてもよい。いくつかの実装では、図１０Ｈの透明発光型ディスプレイ１０１０はさらに、カソードの外側表面に隣接して層化される、１つ以上の反射性または部分反射性光学要素を含んでもよい。いくつかの実施形態では、カソード自体が、反射性または部分反射性であってもよい。
図１１は、透明発光型ディスプレイ１０１０と、近位レンズアレイ１０２０と、遠位レンズアレイ１０３０と、近位可変焦点光学要素１０４０と、遠位可変焦点光学要素１０５０とを備える、別のシステム１１００を図示する。これらの要素は、図１０を参照して上記に説明されるものに実質的に類似することができる。しかしながら、加えて、システム１１００はさらに、透明発光型ディスプレイ１０１０とユーザの正面の環境５１０との間の光学経路内に配置される、遠位オクルーダ１１１０を備える。より具体的には、遠位オクルーダ１１１０は、遠位可変焦点光学要素１０５０と環境５１０との間に位置付けられてもよい。いくつかの実施形態では、遠位オクルーダ１１１０は、複数のピクセルを備える、空間光変調器を備える。例えば、遠位オクルーダ１１１０は、液晶空間光変調器を備えてもよい。遠位オクルーダ１１１０は、ピクセルの透過性状態を選択的に改変するための電気信号を受信するように構成される、電気入力を有してもよい。ある構成では、システム１１１０はさらに、空間光変調器の電気入力に電気的に結合され、他のピクセルが、不透明であって、ユーザの正面の環境のビューの一部を選択的に遮断する間、空間光変調器上の１つ以上のピクセルを透過性にさせる、電子機器を備える。電子機器は、したがって、ユーザによって見られる環境のビューを修正し、例えば、ユーザに可視の環境内のオブジェクトを制御することが可能であり得る。加えて、画像コンテンツが、透明発光型ディスプレイを使用して、ユーザに提示されることができる。
いくつかの実装では、システム１１１０はさらに、近位レンズ１１２０と、遠位レンズ１１３０とを備える。遠位レンズ１１３０は、環境からの光を遠位オクルーダ１１１０のピクセル上に集束させるように構成されてもよい。遠位レンズ１１３０は、ある焦点距離を有してもよく、遠位オクルーダ１１１０は、焦点距離に対応する遠位レンズ１１３０からの距離に位置付けられてもよい、すなわち、遠位オクルーダ１１１０は、レンズ１１３０の焦点面にまたはそれに沿って位置付けられてもよい。このように、本システムは、環境からの入射光の具体的角度成分を選択的にオクルードすることができる。近位レンズ１１２０の目的は、遠位レンズ１１３０との無限焦点レンズ対を形成することである。近位レンズ１１２０の屈折力は、遠位レンズ１１３０のものと同一であってもよく、遠位オクルーダ１１１０および遠位レンズ１１３０は、遠位レンズの焦点距離だけ相互から分離されてもよい（遠位オクルーダもまた、レンズ１１３０の焦点面にまたはそれに沿って位置付けられるように）。いくつかの実装では、遠位オクルーダ１１１０および近位レンズ１１２０は、近位レンズの焦点距離だけ相互から分離されてもよい（遠位オクルーダもまた、レンズ１１２０の焦点面にまたはそれに沿って位置付けられるように）。このように、本システム、例えば、遠位オクルーダ１１１０は、単に、光がシステム１０００に到達する前に、具体的角度成分の環境からの光を奪取することができる（他の方法において、環境からの光を修正せずに）。近位レンズ１１２０は、遠位オクルーダ１１１０と遠位可変焦点光学要素１０５０との間の光学経路内に位置付けられてもよい。遠位レンズ１１３０は、遠位オクルーダ１１１０と環境５１０との間に位置付けられてもよい。これらのレンズは、正の屈折力を有してもよい。図示されるように、これらのレンズは、両凸または可能性として考えられる平凸面等の凸面であってもよい。レンズの代替タイプが、使用されてもよい。レンズの他の組み合わせ（異なるタイプ、屈折力、レンズ間の間隔）も、使用されることができる。種々の実装では、選択は、レンズが無限焦点システムを形成するように行われる。いくつかの実装では、空間を節約する目的のために、本無限焦点システムを折畳する、または別様に、本システムを再構成することが望ましくあり得る。例えば、１つ以上のミラーまたは反射体が、入射光を折畳された光学経路に沿って光学要素からおよび／またはそれに向かって再指向するように採用されてもよい。
他の構成も、可能性として考えられる。図１２は、例えば、所望の画像をユーザの眼内に形成する、適切な角度の光を選択するために使用される、複数のオクルーダ１２１０、１２２０を含む、システム１２００を示す。上記に議論されるシステムと同様に、図１２に示されるシステム１２００は、透明発光型ディスプレイ１０１０と、近位可変焦点光学要素１０４０と、遠位可変焦点光学要素１０５０とを備える。透明発光型ディスプレイ１０１０、近位可変焦点光学要素１０４０、および遠位可変焦点光学要素１０５０は、図１０を参照して上記に説明されるものに実質的に類似する（またはそれと異なる）ことができる。上記で参照されるように、システム１２００はさらに、一対のオクルーダ、例えば、第１のオクルーダ１２１０と、第２のオクルーダ１２２０とを備える。オクルーダの構造は、図１１を参照して上記に説明される、遠位オクルーダ１１１０に実質的に類似してもよい。例えば、オクルーダ１１１０は、光を透過させるか、または光の透過を低減させる（例えば、光の透過を遮断する）かのいずれかとなるように選択的に改変され得る、複数のピクセル要素を備える、空間光変調器要素を備えてもよい。空間光変調器は、例えば、液晶空間光変調器を備えてもよい。本空間光変調器は、異なるピクセル要素を通して透過される光の強度を変動させるように構成されてもよい。空間光変調器は、個々のピクセル要素の状態およびそれを通して透過される光の強度レベルを制御するための、電気入力を含んでもよい。故に、第１の空間光変調器１２１０、１２２０上上の電気入力に電気的に結合される、電子機器を使用することによって、周囲ピクセルが不透明である間、第１の空間光変調器１２１０上の１つ以上のピクセル要素は、透過性にされ得る一方、第２の空間光変調器１２２０上の周囲ピクセルが不透明である間、第２の空間光変調器１２２０上の１つ以上のピクセル要素は、透過性にされ得る。透明にされる（かつ不透明ピクセル要素によって囲繞される）、第１の空間光変調器１２１０上の１つ以上のピクセル要素、および透明にされる（かつ不透明ピクセル要素によって囲繞される）、空間光変調器１２２０上の１つ以上のピクセル要素は、光を放出するように設定される、透明発光型ディスプレイ上の１つ以上のピクセルまたはエミッタからの光を受容するように配置される、線形光学経路に沿って整合されてもよい。第１および第２の空間光変調器１２１０、１２２０上のこれらのピクセル要素と、相互および透明発光型ディスプレイ内の放出ピクセルから放出される光の整合の結果、透明発光型ディスプレイ１０１０から放出されるある角度方向の光は、第１の空間光変調器１２１０および第２の空間光変調器１２２０の整合された透過性ピクセルの両方を通して伝搬する。これらの特定の角度は、眼内の具体的場所にマッピングされ得、例えば、網膜上のある場所は、したがって、眼内に形成される画像上（例えば、網膜上）のある位置に対応し得る。故に、透明発光型ディスプレイ内の選択されたピクセル／エミッタからの光の色および強度と、透明にされ、透明発光型ディスプレイからの特定の角度の光を収集するように適切に整合される、第１および第２の空間光変調器１２１０、１２２０上の１つ以上のピクセル要素を協調させることによって、画像の具体的部分の色および明度が、眼内に形成される画像内に確立され得る。透明発光型ディスプレイおよび第１および第２のオクルーダ１２１０、１２２０と通信する、電子機器は、透明発光型ディスプレイ内の異なるピクセル／エミッタおよび第１および第２のオクルーダ上の適切に選択されたピクセル要素を通して循環し、眼内に形成される画像上の具体的場所に対応する、特定の角度の放出ピクセルからの光を選択的に伝搬するように構成されることができる。同様に、透明発光型ディスプレイ上の異なるピクセルから放出される光の色および強度は、眼内に形成される画像上の個別の共役画像場所上の色および強度における対応する変動を生産するように変動され得る。所望の画像が、したがって、眼の中に提示され得る。故に、電子機器は、所望の画像を作成するための時間における適切なシーケンスで、透明発光型ディスプレイ上の選択されたピクセル／エミッタの放出と、第１および第２のオクルーダ１２１０、１２２０上の適切なピクセル要素を通した光の透過を適切に協調させるように構成されてもよい。
透明発光型ディスプレイ上のエミッタからの光を遮断することに加え、オクルーダ内の不透明ピクセル要素もまた、環境５１０からの光を遮断し得る。したがって、いくつかの実装では、オクルーダのピクセルは、環境５１０からの光がユーザに可視である一方、オクルーダがまた、ユーザの眼内に画像を形成するために適切な時間において、透明発光型ディスプレイ１０１０からの光の適切な角度の光を選択的に透過させる、十分に高い周波数で動作され得る。本周波数は、ヒトの眼によって検出され得るものより高くあり得る。本周波数は、例えば、６０Ｈｚまたはそれを上回ってもよい。ピクセルの透過性状態における周波数（および透明発光型ディスプレイ内のエミッタが光を放出する周波数）は、環境内のオブジェクトが、可視であって、ユーザが、環境内のこれらのオブジェクトの真ん中において、画像が環境内にある印象を有するように、十分に高くあり得る。いくつかの実装では、したがって、オクルーダおよび透明発光型ディスプレイの動作の周波数は、環境に対するおよびその上に重畳される画像コンテンツの所望のレベルの可視性を提供するように選択されてもよい。同様に、透明発光型ディスプレイ１０１０は、透明発光型ディスプレイが、オクルーダ内の適切なピクセル要素が透明状態になるのと同時に、適切なピクセル／エミッタから放出するように、一対のオクルーダ１２１０、１２２０と協調される。しかしながら、他の時間では、発光型ディスプレイ内のエミッタは、可視光の放出を低減させる、または放出しないように設定されてもよい一方、オクルーダ内のピクセル要素は、ユーザに環境が見え得るように、透明状態に設定される。
いくつかの構成では、単一オクルーダが、一対のオクルーダとは対照的に、使用されてもよい。本アプローチ（またはある他の時間多重化ベースのアプローチ）では、オクルーダは、透明発光型ディスプレイに比較的に近接して位置付けられてもよい。ピクセルの複数の領域が同時に照明されることになる限りにおいて、ピクセルのそれらの領域は、相互から実質的に分離されてもよい（例えば、ピクセルの領域は、相互から少なくとも所定のユークリッド距離に位置付けられる）。いくつかの実装では、オクルーダは、比較的に高分解能を有する。
図１２Ｂは、オクルーダ内の透明ピクセルを通して選択的に伝送されている、透明発光型ディスプレイ１０１０内のピクセルから放出される光の実施例を図示する。第１および第２のエミッタ１２３０、１２５０は、例えば、光をユーザの眼２１０の方向に放出するが、しかしながら、オクルーダ１２２０、１２１０上に入射する。本実施例では、第１および第２のオクルーダ１２２０、１２３０はそれぞれ、不透明および透明ピクセルを備える。図示されるように、第１および第２のエミッタ１２３０、１２５０からの放出の少なくとも一部は、第１および第２のオクルーダ１２２０、１２１０内の不透明ピクセルによって遮断される。しかしながら、光の一部は、透明ピクセルを通して伝送される。したがって、適切な角度を伴う光は、選択的に、一対のオクルーダ１２２０、１２１０を通過し、近位可変焦点光学要素１０４０に到達することを可能にされる一方、他の角度の光は、遮断される。上記に議論されるように、これらの角度は、オブジェクトの特定の部分からの光と、また、網膜上の共役画像上の類似場所とに対応してもよい。
図１１に示されるものに類似する付加的オクルーダ１１１０が、図１３に示されるようなシステムに追加されることができる。図１３は、透明発光型ディスプレイ１０１０と、近位可変焦点光学要素１０４０と、遠位可変焦点光学要素１０５０と、第１のオクルーダ１２１０と、第２のオクルーダ１２２０とを備える、図１２に示されるものに類似するシステム１３００を図示する。これらの要素は、図１２を参照して上記に説明されるものに実質的に類似する（またはそれと異なる）ことができる。しかしながら、システム１３００はさらに、遠位オクルーダ１１１０を透明発光型ディスプレイ１０１０の遠位側上（例えば、透明発光型ディスプレイとユーザの正面の環境との間）に備えてもよい。本遠位オクルーダ１１１０は、透明または透過性光学状態、または代替として、不透明非透過性または不透明状態のいずれかに選択的に設定され得る、複数のピクセル要素を有する、空間光変調器を備えてもよい。いくつかの実装では、システム１３００のオクルーダ１２１０および１２２０が、例えば、ヒトの眼が判別し得るより高速の特定の周波数（例えば、６０Ｈｚ以上の）で動作される状況において、システム１３００のオクルーダ１１１０は、オクルーダ１１００が、比較的に定常状態に保持され得る（例えば、フリッカしない）ように、ＤＣまたは非ＰＷＭ制御信号を使用して動作されてもよい。故に、環境のある部分が可視であることを可能にする一方、環境の他の部分のビューが、遮断されるように、あるピクセル要素は、透明であるように選択されてもよい一方、他のピクセル要素は、不透明であるように設定されてもよい。故に、いくつかの実装では、遠位オクルーダ１１１０は、図１１に説明される遠位オクルーダに実質的に類似することができる。いくつかの実装では、遠位オクルーダ１１１０は、液晶空間光変調器を備えてもよい。
示されるようないくつかの構成では、本システムはさらに、遠位オクルーダ１１１０の反対側上に、遠位レンズ１１３０と、近位レンズ１１２０とを備えてもよい。遠位および近位レンズ１１２０、１１３０は、上記に説明されるものに実質的に類似してもよい。これらのレンズ１１３０、１１２０は、正の屈折力を有してもよい。いくつかの実装では、これらのレンズ１１３０、１１２０は、両凸レンズ等の凸面レンズであってもよい。遠位および近位レンズ１１３０、１１２０は、上記に説明されるように、他のタイプのレンズを備えてもよい。
図１４は、後方に向いた透明発光型ディスプレイ１０１０と、反射性波長板レンズまたはレンズレットアレイ１４１０とを備える、別の拡張現実ディスプレイシステム１４００を図示する。後方に向いた透明発光型ディスプレイは、図１０Ａを参照して上記に説明される透明発光型ディスプレイ１０１０に実質的に類似することができるが、後方に向いた透明発光型ディスプレイは、光が、ユーザに向かっての代わりに、環境に向かって放出されるように配向される。反射性波長板レンズレットアレイ１４１０は、透明発光型ディスプレイによって放出される光が、反射性波長板レンズレットアレイ１４１０から透明発光型ディスプレイに戻るように反射されるように、透明発光型ディスプレイ１０１０とユーザの正面の環境５１０との間の光学経路内に配置されてもよい。本光の一部または事実上全部は、透明発光型ディスプレイ１０１０を通して眼２１０に透過される。
上記に議論されるように、回折波長板レンズまたはレンズアレイのいくつかの実施例は、液晶を含む。回折波長板レンズまたはレンズアレイは、屈折力を提供し、したがって、偏光の発散または収束を生じさせ得る。ある場合には、回折波長板レンズまたはレンズアレイは、回折波長板レンズが、異なる偏光のための異なる（例えば、反対）屈折力を有するため、１つの偏光の光を収束させ、別の偏光の光を発散させる。回折波長板レンズまたはレンズレットはまた、その上に入射する光の偏光を変換してもよい（例えば、回転させる）。回折波長板レンズは、下記の、例えば、見出し「屈折力を提供するためのレンズ、可変焦点レンズ要素、および他の構成」下の節において、また、２０１７年６月１２日に出願された米国仮特許出願第６２／５１８，５３９号（弁護士参照番号ＭＬＥＡＰ．１１９ＰＲ）、および２０１８年６月１２日に出願され、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿に米国特許公開第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿として公開された米国特許出願第１６／００６，０８０号（弁護士参照番号ＭＬＥＡＰ．１１９Ａ）（参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に議論される。いくつかの実装では、反射性波長板レンズレットアレイ１４１０は、コレステリック液晶（ＣＬＣ）反射性波長板レンズレットアレイを備えてもよい。代替として、ＣＬＣ反射性波長板レンズが、使用されてもよい。反射性液晶レンズは、下記の、例えば、見出し「屈折力を提供するためのレンズ、可変焦点レンズ要素、および他の構成」下の節において、また、２０１８年２月２２日に出願され、２０１８年８月２３日に米国特許公開第２０１８／０２３９１７７号として公開された米国特許出願第１５／９０２，９２７号（弁護士参照番号ＭＬＥＡＰ．５７Ａ２）（参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に議論される。
故に、反射性波長板レンズまたはレンズレットアレイ１４１０は、正の屈折力等の屈折力を有し、例えば、透明発光型ディスプレイ内のエミッタによって放出される光の発散を低減させてもよい。いくつかの設計では、例えば、反射性波長板レンズレットアレイ１４１０は、ある焦点距離を有してもよく、透明発光型ディスプレイのエミッタは、エミッタによって放出される光が、反射性波長板レンズレットアレイによってコリメートされるように、本焦点距離に対応する反射性波長板レンズレットアレイから離れた距離に配置されてもよい。
上記に議論されるように、波長板レンズまたはレンズアレイは、波長板レンズが、異なる偏光のための異なる（例えば、反対）屈折力を有するため、１つの偏光の光を収束させ、別の偏光の光を発散させる。波長板レンズまたはレンズレットはまた、その上に入射する光の偏光を変換してもよい（例えば、回転させる）。故に、リターダが、システム内に含まれ、偏光を制御してもよい。図１４に示されるシステムでは、例えば、随意の４分の１波長板１４２０または４分の１波リターダが、透明発光型ディスプレイ１０１０と反射性波長板レンズレットアレイ１４１０との間に配置される。（本明細書で使用されるように、波長板は、リターダを備え、剛性プレート等のプレートである必要がなく、薄くおよび／または可撓性であり得、例えば、１つ以上の薄膜または層を備えてもよい。）
図１５に図示されるように、透明発光型ディスプレイから放出される光は、２回、随意の４分の１波長板１４２０を通して通過し、４分の１波の位相差を各通過に、または合計全波の位相差を２回の通過に追加するであろう。本システムでは、例えば、随意の４分の１波長板１４２０を通して通過することに応じて、透明発光型ディスプレイ１０１０内のエミッタから放出される、線形偏光（例えば、水平偏光）は、円偏光に変換される。本光は、反射性波長板レンズレットアレイ１４１０上に入射し、これは、本配向の円偏光のための正の屈折力を呈する。反射性波長板レンズレットアレイ１４１０は、反射された光を反対配向の円偏光に変換する。本円偏光は、再び、随意の４分の１波長板１４２０を通して通過し、線形偏光（例えば、垂直偏光）に逆変換される。随意の４分の１波長板１４２０を通した２回の通過によって導入される、全波の位相差は、線形偏光の回転を生じさせる。光またはその実質的部分は、透明発光型ディスプレイを通してユーザの眼に向かって透過される。
図１６は、システム１４００の両側上のユーザの光学経路内に配置される、近位および遠位可変焦点光学要素１０４０、１０５０をさらに備える、図１５に示されるものに類似する拡張現実ディスプレイシステム１４００を図示する。近位および遠位可変焦点光学要素１０４０、１０５０は、反射性波長板レンズレットアレイ１４１０、随意の４分の１波長板１４２０、および透明発光型ディスプレイ１０１０を挟入する。近位および遠位可変焦点光学要素１０４０、１０５０は、上記に説明されるものに実質的に類似してもよい。
（屈折力を提供するためのレンズ、可変焦点レンズ要素、および他の構成）
いくつかの実施形態では、可変焦点レンズ要素は、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）等の透過性光学要素を備えてもよい。適合可能光学系の形状、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は、例えば、本明細書に説明されるように、視認者の眼による光の集束を改変するように変化されてもよい。
いくつかの実施形態では、可変焦点レンズ要素は、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含んでもよい。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の屈折力は、例えば、１つ以上の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）および／または液晶層および／または基板と統合された電極を介して、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。いくつかの実装では、液晶層内の液晶種の配向は、層の屈折率を決定する。種々の実装では、印加される電気信号は、液晶種の配向を設定し、それによって、液晶層の屈折率が、印加される電気信号を改変することによって、所望に応じて変動されることを可能にする。
液晶ベースの波長板レンズの実施例は、図１７Ａおよび１７Ｂに関して図示される。
図１７Ａおよび１７Ｂは、それぞれ、波長板レンズ１７００Ａおよび１７００Ｂの実施例を図示し、それぞれ、透明基板１７０４、例えば、その上に、基板１７０４の主要表面に沿って軸方向（例えば、ｘ－方向またはｙ－方向）と平行な方向に対して異なる伸長方向に沿って伸長される液晶分子１７０８を形成させている、ガラス基板を備える。すなわち、液晶分子１７０８は、基板１７０４の主要表面に対して法線の方向（例えば、ｚ－方向）を中心として異なる回転角度（φ）だけ回転され、φは、層法線と平行な方向（例えば、ｘ－方向またはｙ－方向）に対する液晶分子の伸長方向間の角度として説明される。
図示される実装では、中心軸Ｃから所与の半径における液晶分子１７０８は、同一回転角度（φ）を有する。配列されるように、液晶分子１７０８は、コリメートされた光のビームをある焦点距離における点に集束させるように構成される。任意の理論によって拘束されるわけではないが、液晶分子１７０８の回転角度（φ）は、＋／－ｋ０ｒ２／ｆ，ｒ２に比例し得、ｒは、Ｃからの半径方向距離であって、ｋ０＝２π／λは、回折波長板レンズによって集束されることになる光の波数であって、１は、光の波長であって、ｆは、波長板レンズ１７００Ａ、１７００Ｂの焦点距離である。＋および－符号は、波長板レンズ１７００Ａ、１７００Ｂの中心Ｃの最近傍の液晶分子１７０８に対する、液晶分子１７０８の回転方向に対応し得る。
波長板レンズ１７００Ａおよび１７００Ｂの液晶分子１７０８のパターンは、相互の反転像を表す。すなわち、波長板レンズ１７００Ａおよび１７００Ｂのうちの一方は、波長板レンズ１７００Ｂおよび１７００Ｂの他方を軸方向（例えば、ｘ－方向またはｙ－方向）の周囲において１８０度回転させることによって取得され得る。構成されるように、波長板レンズ１７００Ａおよび１７００Ｂの焦点距離および屈折力は、大きさが同一であるが、反対符号である。
いくつかの実装では、波長板レンズ１７００Ａおよび１７００Ｂはそれぞれ、半波長板レンズとしての役割を果たし得る。半波長板レンズとして構成されるとき、波長板レンズ１７００Ａおよび１７００Ｂはそれぞれ、入力ビームの偏光に対して、線形偏光の平面を角度２α回転させ、αは、入力偏光方向と波長板軸との間の角度である。円偏光ビームに関して、本角度の変化は、位相偏移および偏光掌性の逆転に変換される。したがって、±２α位相偏移が、偏光掌性に応じた位相偏移の符号を伴って、円偏光ビーム内に生成され得る。
図１７Ｃは、いくつかの実施形態による、光の偏光および光が入射する側に応じて、それを通して通過する光を発散または収束させる、波長板レンズの実施例を図示する。半波長板レンズとして構成されるとき、図示される波長板レンズ１７００Ａは、第１の側上に入射する右円偏光（ＲＨＣＰ）光ビーム１７１２を左円偏光（ＬＨＣＰ）ビーム１７１６へと発散させるように構成されてもよい。他方では、波長板レンズ１７００Ａは、第１の側と反対の第２の側上に入射するＲＨＣＰ光ビーム１７２０を左円偏光（ＬＨＣＰ）ビーム１７２４へと収束させるように構成されてもよい。
波長板レンズ１７００Ｂに関して、状況は、逆転される。図１７Ｄに図示されるように、半波長板として構成されるとき、波長板レンズ１７００Ｂは、第１の側上に入射するＬＨＣＰ光ビーム１７２８をＲＨＣＰビーム１７３２へと収束させるように構成されてもよい。他方では、波長板レンズ１７００Ｂは、第１の側と反対の第２の側上に入射するＬＨＣＰ光ビーム１７３６をＲＨＣＰビーム１７４０へと発散させるように構成されてもよい。
したがって、液晶１７０８の回転角度方向および半径方向分布を制御することによって、波長板レンズは、掌性のいずれかを有する円偏光を収束または発散させるように構成され得る。液晶の回転角度間の関係に基づいて、屈折力は、増加または減少され得る。加えて、いくつかの実施形態では、液晶は、電場を印加することによって、整合および不整合にされてもよい。したがって、屈折力が約ゼロである限界では、波長板レンズは、波長板、例えば、切替可能な波長板として使用されてもよい。
図１８Ａは、いくつかの実施形態による、波長板レンズと、切替可能な波長板とを備える、適応レンズアセンブリの実施例を図示する。図１８Ｂは、動作時、図１８Ａに図示される適応レンズアセンブリ１８００の切替可能な波長板が、非アクティブ化されるときの切替可能な波長板アセンブリ１８００Ａを図示する一方、図１８Ｃは、動作時、図１８Ａに図示される適応レンズアセンブリ１８００の切替可能な波長板がアクティブ化されるときの切替可能なアセンブリ１８００Ｂを図示する。適応レンズアセンブリ１８００は、本明細書に議論される透明発光型ディスプレイ１０１０からの光を結合し、それを通して透過させるように構成される。適応レンズアセンブリ１８００は、第１の波長板レンズ（Ｌ１／ＨＷＰ１）１８０４、例えば、第１の半波長板レンズと、第２の波長板レンズ（Ｌ２／ＨＷＰ２）１８０８、例えば、第２の半波長板レンズと、切替可能な波長板（ＨＷＰ３）１８１２、例えば、切替可能な半波長板とを備える。
種々の実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８はそれぞれ、レンズおよび半波長板としての役割を果たすように構成される。図１７Ａおよび１７Ｂに関して上記に説明されるように、半波長板として構成されるとき、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８はそれぞれ、第１の掌性の円偏光を有する光（第１のＨＣＰ）を第２の掌性の円偏光を有する光（第２のＨＣＰ）に変換するように構成される。すなわち、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８はそれぞれ、それを通して通過する光を、それぞれ、ＬＨＣＰまたはＲＨＣＰを有する光からＲＨＣＰに変換する、またはＬＨＣＰを有する光に変換するように構成される。
種々の実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８はそれぞれ、所与の偏光に関して、第１のレンズ効果または第１のレンズ効果と反対の第２のレンズ効果を有する、レンズとしての役割を果たすように構成される。すなわち、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８はそれぞれ、通過する光の収束または発散のいずれかを行うように構成される。種々の実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８はそれぞれ、入射光の偏光状態に応じて、反対レンズ効果を有するように構成されてもよい。例えば、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８はそれぞれ、第１のＨＣＰを有するその上に入射する光を集束させるように構成される一方、第２のＨＣＰを有するその上に入射する光を焦点ずれさせるように構成されてもよい。
いくつかの実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８は、所与のＨＣＰを有する光に関して同一レンズ効果を有するように構成される。すなわち、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８は両方とも、ＬＨＣＰを有する光を集束させ、ＲＨＣＰを有する光を集束させ、ＬＨＣＰを有する光を焦点ずれさせる、またはＲＨＣＰを有する光を焦点ずれさせるように構成されてもよい。
いくつかの実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８はそれぞれ、図１７Ａおよび１７Ｂに関して上記に説明されるように、個別の波長板レンズ１８０４、１８０８の中心軸から所与の半径における液晶が同一回転角度（φ）を有するように、伸長および回転される、液晶分子を備えてもよい。第１および第２の波長板レンズ１８０４、１８０８はそれぞれ、偏光状態を改変する、例えば、それを通して通過する光の偏光状態を反転させるように構成される。切替可能な波長板１８１２は、電気的にアクティブ化されると、偏光状態を改変する、例えば、それを通して通過する光の偏光状態を反転させるように構成される一方、非アクティブ化されると、それを通して通過する光の偏光状態を改変せずに、光を実質的に通過させるように構成される。電気信号、例えば、切替可能な波長板１８１２を切り替えるための電流信号または電圧信号が、そこに電気的に接続される切替回路１８１６によって提供されてもよい。
種々の実施形態では、アクティブ化される、例えば、切替回路１８１６によって提供される電圧または電流信号を使用して、電気的にアクティブ化されると、ＨＷＰ３ １８１２Ｂ（図１８Ｃ）は、半波長板としての役割を果たす。すなわち、アクティブ化されると、ＨＷＰ３ １８１２Ｂ（図１８Ｃ）は、それぞれ、それを通して通過する光をＬＨＣＰまたはＲＨＣＰを有する光からＲＨＣＰまたはＬＨＣＰを有する光に変換するように構成される、半波長板としての役割を果たす。したがって、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４、Ｌ２／ＨＷＰ２ １８０８、およびＨＷＰ３ １８１２Ｂはそれぞれ、アクティブ化される（図１８Ｃ）と、第１の掌性の円偏光（第１のＨＣＰ）を有する光を第２の掌性の円偏光（第２のＨＣＰ）を有する光に変換するように構成される。
種々の実施形態では、非アクティブ化される、例えば、切替回路１８１６によって提供される電圧または電流信号を使用して、例えば、電圧または電流信号を除去することによって、電気的に非アクティブ化されると、ＨＷＰ３ １８１２Ａ（図１８Ｂ）は、偏光または任意のレンズ効果を提供することに影響を及ぼさずに、光のための透過媒体としての役割を果たす。
いくつかの実施形態では、単一波長板レンズ１８０４および／または１８０８は、波長板レンズおよび切替可能な半波長板の両方として機能してもよい。そのような実施形態では、専用の切替可能な半波長板１８１２は、省略されてもよい。
図１８Ｂは、いくつかの実施形態による、動作時、切替可能な波長板が非アクティブ化されている、図１８Ａの適応レンズアセンブリの実施例を図示する。適応レンズアセンブリ１８００Ａは、切替可能な波長板１８１２が、非アクティブ化されると、例えば、電流または電圧が、切替回路１８１６によって切替可能な波長板１８１２に印加されないとき、非アクティブ化されてもよい。適応レンズアセンブリ１８００Ａは、第１の適応レンズアセンブリ（世界側）または第２の適応レンズアセンブリ（ユーザ側）に対応してもよい。Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８はそれぞれ、第１のＨＣＰ、例えば、それを通して通過するＬＨＣＰを有する光に第１のレンズ効果、例えば、発散効果を及ぼすように構成されてもよい。Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８はそれぞれまた、反対ＨＣＰ、例えば、それを通して通過するＲＨＣＰを有する光に第１のレンズ効果と反対の第２のレンズ効果、例えば、収束効果を及ぼすように構成されてもよい。
一例にすぎないが、第１のＨＣＰ、例えば、ＬＨＣＰを有する光ビーム１８２０は、ビーム１８２０が、それを通して透過されるためにＬ１／ＨＷＰ１８０４上に衝突するまで、例えば、正のｚ－方向に進行する。Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４は、ＬＨＣＰを有する光ビーム１８２０をＲＨＣＰを有する光ビーム１８２４に変換する。Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４はまた、レンズとして構成されるため、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４はまた、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４の第１の屈折力Ｐ１に従って、光ビーム１８２０を発散させる。
ＲＨＣＰを有する光ビーム１８２４は、続いて、非アクティブ化状態におけるＨＷＰ３ １８１２Ａ上に入射する。ＨＷＰ３ １８１２Ａは、非アクティブ化されているため、ＲＨＣＰを有する光ビーム１８２４は、偏光またはレンズ効果の観点から実質的に影響されずに、ＨＷＰ３ １８１２Ａを通して透過し、ＲＨＣＰを有する光ビーム１８２８Ａとして、Ｌ２／ＨＷＰ２ １８０８上に入射する。ユーザ側上の適応レンズアセンブリとして構成されるとき、Ｌ２／ＨＷＰ２ １８０８は、図示される実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４と同様に、すなわち、偏光を変換し、ＬＨＣＰを有する光を発散させる一方、ＲＨＣＰを有する光を収束させるように構成される。したがって、ＲＨＣＰを有する光ビーム１８２８Ａは、ＬＨＣＰを有する光ビーム１８３２に逆変換される。したがって、ＨＷＰ３ １８１２Ａが、非アクティブ化されると、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０４は、Ｌ１／ＨＷＰ１ １３０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８が、反対レンズ効果をそれを通して通過する光に及ぼすように、反対偏光を有する光ビームを透過させる。すなわち、Ｌ２／ＨＷＰ２ １８０４上に入射する光ビーム１８２８Ａは、ＲＨＣＰを有するため、Ｌ２／ＨＷＰ２ １８０８から出射する光ビーム１８３２Ａは、第１の屈折力Ｐ１に従って発散される、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４から出射する光ビーム１８２４と異なり、第２の屈折力Ｐ２に従って収束される。その後、非アクティブ化状態における適応レンズアセンブリ１８００Ａからの出射に応じて、光ビーム１８３２Ａは、眼によって視認され得る。
いくつかの実施形態では、ＨＷＰ３ １８１２Ａが、非アクティブ化されると、負（すなわち、発散）であり得るＬ１／ＨＷＰ１１８０４の第１の屈折力Ｐ１および正（すなわち、収束）であり得るＬ２／ＨＷＰ２ １８０８の第２の屈折力Ｐ２は、実質的に同一または合致される大きさを有し得る。これらの実施形態では、約Ｐ１＋Ｐ２であり得る、適応レンズアセンブリ１８００Ａの正味屈折力Ｐｎｅｔは、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８のレンズ効果の補償のため、実質的にゼロであり得る。しかしながら、実施形態は、そのように限定されず、第１および第２の屈折力Ｐ１、Ｐ２は、正味屈折力Ｐｎｅｔが非ゼロ値を有し得るように、異なる大きさを有してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、非ゼロＰｎｅｔは、ユーザの眼鏡処方箋と等しく、それによって、ユーザの眼の集束誤差（例えば、屈折集束誤差）の補正を可能にしてもよい。
図示される実施形態では、入射光ビーム１８２０は、ＬＨＣＰを有するが、類似結果は、入射光ビーム１８２０がＲＨＣＰを有するときにももたらされるであろうことを理解されたい。すなわち、光ビーム１８２０が、ＲＨＣＰを有するとき、光ビーム１８２４および１８２８Ａは、ＬＨＣＰを有し、図示される実施形態と異なり、光ビーム１８２４および１８２８Ａは、光ビーム１８２０に対して収束される。同様に、Ｌ２／ＨＷＰ２ １８０８は、正味屈折力Ｐｎｅｔが実質的にゼロであり得るように、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４によって収束される光ビーム１８２８Ａを発散させる。
図１８Ｂに関して上記で説明される、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８のレンズ効果および入射光ビームの偏光状態に対するレンズ効果の選択性は、単なる一実施例としての役割を果たし、他の構成も、可能性として考えられることを理解されたい。例えば、図１８Ｂでは、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８は、ＬＨＣＰを有する光を発散させる一方、ＲＨＣＰを有する光を収束させるように構成されるが、他の実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８は、ＬＨＣＰを有する光を収束させる一方、ＲＨＣＰを有する光を発散させるように構成されてもよい。
要するに、いくつかの実施形態では、適応レンズアセンブリ１８００ＡのＨＷＰ３ １８１２Ａが、非アクティブ化状態にあるとき、出射する光ビーム１８３２Ａは、入射光ビーム１８２０と同一ＨＣＰを有し、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４のＰ１とＬ２／ＨＷＰ２ １８０８のＰ２との間のレンズ効果の補償のため、レンズ効果の観点から、入射光ビーム１８２０に実質的に合致され得る。その結果、例えば、ユーザが、仮想コンテンツを視認していないとき、世界のビューは、比較的に、適応レンズアセンブリの存在によって影響されない。
図１８Ｃは、いくつかの実施形態による、動作時、切替可能な波長板がアクティブ化されている、図１８Ａの適応レンズアセンブリの実施例を図示する。適応レンズアセンブリ１８００Ｂは、切替可能な波長板１８１２Ｂが、アクティブ化されると、例えば、電流または電圧が、切替回路１８１６によって、切替可能な波長板１８１２Ｂに印加されると、アクティブ化されてもよい。適応レンズアセンブリ１８００Ｂは、例えば、第１の適応レンズアセンブリ（世界側）または第２の適応レンズアセンブリ（ユーザ側）に対応してもよい。
ユーザ側上の第２の適応レンズアセンブリとして構成されるとき、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８はそれぞれ、ＨＣＰのうちの１つ、例えば、それを通して通過するＬＨＣＰを有する光を発散させるように構成されてもよい。Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８はそれぞれまた、他のＨＣＰ、例えば、それを通して通過するＲＨＣＰを有する光を収束させるように構成されてもよい。
透明発光型ディスプレイ１０１０からの光は、切替可能なレンズアセンブリ１８００Ｂ上に、ＬＨＣＰを有する円偏光ビーム１８２０として入射してもよい。いくつかの実装では、１つ以上の偏光器および／または偏光制御要素（例えば、１つ以上の線形偏光器、リターダ、またはそれらの組み合わせ、および／または円偏光器）が、光の好適な偏光（例えば、ある場合には、円偏光）を提供するために含まれてもよい。例えば、１つ以上の偏光器および／または偏光制御要素（例えば、１つ以上の線形偏光器、リターダ、またはそれらの組み合わせ、および／または円偏光器）が、透明発光型ディスプレイ１０１０に対して配置され、例えば、非偏光であり得る、透明発光型ディスプレイから出力された光を、好適な偏光（例えば、ある場合には、円偏光）に変換してもよい。他の偏光器および／または偏光制御コンポーネントおよび／またはその構成が、含まれてもよく、場所は、変動してもよい。光ビーム１８２０は、光ビーム１８２０が、Ｌ１／ＨＷＰ１８０４上に衝突し、それを通して透過されるまで、例えば、正のｚ－方向に進行する。Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４は、ＬＨＣＰを有する光ビーム１８２０をＲＨＣＰを有する光ビーム１８２４に変換する。Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４は、ＬＨＣＰを有する光を発散させるように構成されるため、光ビーム１８２４もまた、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４の第１の屈折力Ｐ１に従って発散される。
ＲＨＣＰを有する光ビーム１８２４は、続いて、アクティブ化状態におけるＨＷＰ３ １８１２Ｂ上に入射する。図１８Ｂに関して上記に図示される非アクティブ化されるＨＷＰ１８１２Ａと異なり、ＨＷＰ３ １８１２Ｂは、アクティブ化されているため、ＨＷＰ３ １８１２Ｂを通して透過する、ＲＨＣＰを有する光ビーム１８２４は、ＬＣＨＰを有する光ビーム１８２８Ｂに変換される。続いて、ＬＨＣＰを有する光ビーム１８２８Ｂは、Ｌ２／ＨＷＰ２ １８０８上に入射する。図１８Ｂに関して上記に図示される光ビーム１８２８Ａと異なり、Ｌ２／ＨＷＰ２ １８０８上に入射する光ビーム１８２８Ｂは、ＬＨＣＰを有するため、Ｌ２／ＨＷＰ２ １８０８はさらに、光ビーム１８２８Ｂを、第２の屈折力Ｐ２に従って、ＲＨＣＰを有する光ビーム１８３２Ｂへと発散させる。すなわち、図１８Ｂに関して図示されるＨＷＰ１８１２Ａの非アクティブ化状態と異なり、ＨＷＰ１８１２Ｂは、アクティブ化されているため、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ１ １８０４は、同一偏光ＬＨＣＰを有する光ビームを透過させるように構成される。したがって、図１８Ｂに関して図示される補償効果を有する、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８と異なり、図１８ＣにおけるＬ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８は、付加的レンズ効果をそれを通して通過する光に及ぼす。すなわち、Ｌ１／ＨＷＰ１上に入射する光ビーム１８２０およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０４上に入射する光ビーム１８２８Ｂの両方が、ＬＨＣＰを有するため、Ｌ２／ＨＷＰ２ １８０８から出射する光ビーム１８３２Ｂは、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４による発散に加え、さらに発散されるであろう。その後、アクティブ化状態における適応レンズアセンブリ１８００Ｂからの出射に応じて、光ビーム１８３２Ａは、眼によって視認され得る。
いくつかの実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４の第１の屈折力Ｐ１およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８の第２の屈折力Ｐ２は両方とも、負（すなわち、発散）であってもよく、実質的に同一または合致される大きさを有してもよい。これらの実施形態では、約Ｐ１＋Ｐ２であり得る、適応レンズアセンブリ１８００Ｂの正味屈折力Ｐｎｅｔは、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８の組み合わせの付加的レンズ効果のため、Ｐ１またはＰ２のものの実質的に２倍であり得る。しかしながら、実施形態は、そのように限定されず、第１および第２の屈折力Ｐ１、Ｐ２は、異なる大きさを有してもよい。
図示される実施形態では、入射光ビーム１８２０は、ＬＨＣＰを有するが、類似結果は、入射光ビーム１８２０がＲＨＣＰを有するときにももたらされるであろう。すなわち、光ビーム１８２０が、ＲＨＣＰを有するとき、図示される実施形態と異なり、結果として生じる光ビーム１８３２Ｂは、ＬＨＣＰを有し、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８によって、第１および第２の屈折力Ｐ１およびＰ２の大きさのほぼ和である大きさを有する、正味屈折力Ｐｎｅｔに従って収束される。
図１８Ｃに関して上記で説明される、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８のレンズ効果および入射光ビームの偏光状態へのレンズ効果の依存性は、単なる一実施例としての役割を果たし、他の構成も、可能性として考えられることを理解されたい。例えば、図１８Ｂでは、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８は、ＬＨＣＰを有する光を発散させる一方、ＲＨＣＰを有する光を収束させるように構成されるが、他の実施形態では、Ｌ１／ＨＷＰ１ １８０４およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８は、反対に、ＬＨＣＰを有する光を発散させる一方、ＲＨＣＰを有する光を収束させるように構成されてもよい。
その結果、いくつかの実施形態では、適応レンズアセンブリ１８００Ｂの切替可能な半波長板１８１２Ｂが、アクティブ化状態にあるとき、出射する光ビーム１８３２Ｂは、入射光ビーム１８２０に対して反対ＨＣＰを有し、Ｌ１／ＨＷＰ１１８０４の付加的屈折力Ｐ１およびＬ２／ＨＷＰ２ １８０８のＰ２に従って発散されてもよい。その結果、ユーザが、仮想コンテンツを視認するとき、仮想コンテンツは、その値が約Ｐｎｅｔ＝Ｐ１＋Ｐ２である、正味屈折力に従って、眼２１０の中に集束される。
上記には、アクティブ化状態における適応レンズアセンブリが、上記に説明されるディスプレイデバイスにおけるユーザ側上の第２の適応レンズアセンブリとして構成されるときについて説明された。しかしながら、上記に説明されるように、任意の補償効果を伴わずに、第２の適応レンズアセンブリをアクティブ化し、仮想コンテンツをユーザの眼２１０に表示することは、実世界のビューの焦点ずれまたは歪曲をもたらし得、これは、望ましくあり得ない。したがって、世界側上の第１の適応レンズアセンブリを、仮想コンテンツを表示するようにアクティブ化されると、少なくとも部分的に、第２の適応レンズアセンブリのレンズ効果を補償または無効にするように構成することが望ましくあり得る。
図１８Ｃを参照すると、ユーザ側上の第２の適応レンズアセンブリのレンズ効果を無効にするための世界側上の第１の適応レンズアセンブリとして構成されるとき、適応レンズアセンブリ１８００Ｂのコンポーネントは、世界５１０から眼２１０に透過される光が、第１および第２の適応レンズアセンブリを横断するにつれて、それぞれ、図１８Ｃに関して説明される適応レンズアセンブリ１８００Ｂに関して上記に説明されるように構成され得るように構成されてもよい。動作時、上記に説明されるように、世界から第１の適応レンズアセンブリを通して透過される光の偏光は、第１の偏光状態から第２の偏光状態、例えば、ＲＨＣＰからＬＨＣＰに変換される。続いて、第２の適応レンズアセンブリを通して透過される光の偏光は、第２の偏光状態から第１の偏光状態、例えば、ＬＨＣＰからＲＨＣＰに逆変換される。さらに、世界から第１の適応レンズアセンブリを通して透過される光は、第１の符号、例えば、正の符号を有する、第１の正味屈折力Ｐｎｅｔ１＝Ｐ１＋Ｐ２に従って、第１のレンズ効果、例えば、収束効果を受ける。続いて、第２の適応レンズアセンブリを通して透過される光は、第２の適応レンズアセンブリ上に入射する光が、第１の適応レンズアセンブリ上に入射する光と反対偏光を有するため、第２の符号、例えば、負の符号を有する、第２の正味屈折力Ｐｎｅｔ２＝Ｐ１’＋Ｐ２’に従って、第１のレンズ効果と反対の第２のレンズ効果、例えば、発散効果を受ける。Ｐｎｅｔ１およびＰｎｅｔ２が、実質的に類似した大きさを有するとき、Ｐ＝Ｐｎｅｔ１＋Ｐｎｅｔ２によって近似される、全体的レンズ効果は、実質的にゼロであり得る。その結果、ユーザが、第２のレンズアセンブリをアクティブ化することによって、仮想コンテンツを視認し、かつ周囲世界内の実オブジェクトを視認するとき、世界のビューは、比較的に、第１のレンズアセンブリの補償効果によって影響されない。上記に議論されるように、いくつかの実装では、１つ以上の偏光器および／または偏光制御要素（例えば、１つ以上の線形偏光器、リターダ、またはそれらの組み合わせおよび／または円偏光器）が、光の好適な偏光（例えば、ある場合には、円偏光）を提供するために含まれてもよい。例えば、１つ以上の偏光器および／または偏光制御要素（例えば、１つ以上の線形偏光器、リターダ、またはそれらの組み合わせ、および／または円偏光器）が、世界またはユーザの正面の環境に対して配置され、例えば、非偏光であり得る、そこからの光を、好適な偏光（例えば、ある場合には、円偏光）に変換してもよい。他の偏光器および／または偏光制御コンポーネントおよび／またはその構成が、含まれてもよく、場所は、変動してもよい。
種々の実施形態では、アクティブ化されると、第１および第２の適応レンズアセンブリはそれぞれ、例えば、約±５．０ジオプタ～０ジオプタ、±４．０ジオプタ～０ジオプタ、±３．０ジオプタ～０ジオプタ、±２．０ジオプタ～０ジオプタ、±１．０ジオプタ～０ジオプタの範囲内（これらの値によって定義された任意の範囲、例えば、±１．５ジオプタを含む）の正味屈折力（正または負）を提供してもよい。これらの範囲外の他の値および他の範囲もまた、可能性として考えられる。
複数のレンズまたはレンズアセンブリ、可能性として、複数の切替可能なレンズアセンブリが、広範囲の値の屈折力を取得するために採用されてもよい。いくつかの構成では、複数の屈折力が、レンズおよび／または波長板等の光学要素に印加される電気信号を使用した切替または別様のもの等の切り替えによって選択的に提供されてもよい。図１６は、本明細書に開示される、ディスプレイデバイス内の第２の適応レンズアセンブリ１５０８内のサブスタック１５０８－１、１５０８－２、１５０８－３のうちの１つ以上のものを選択することによって、ユーザ１６０４のために選択され得る、画像ｆｓ０のデフォルト仮想深度および第１－第６の仮想画像深度ｆｓ１－ｆｓ６の実施例を図式的に図示する。加えて、第２の適応レンズアセンブリ１５０８内のサブスタック１５０８－１、１５０８－２、１５０８－３のうちの選択された１つは、実世界のビューの望ましくない焦点ずれまたは歪曲が、低減または最小限にされるように、第１の適応レンズアセンブリ１５０４内のサブスタック１５０４－１、１５０４－２、１５０４－３のうちの対応するサブスタックの１つと対合される。
屈折力を提供する他の設計および構成も、可能性として考えられる。例えば、コレステリック液晶光学要素等の反射性液晶要素等の反射性光学要素が、採用されてもよい。
本明細書に説明されるように、いくつかのディスプレイデバイスは、光を世界向きに（例えば、ユーザの眼４から離れるように世界に向かって）非対称的に投影するように構成される、接眼レンズと、次いで、光の方向をユーザの眼４に向かって戻るように逆転させる（例えば、反射または回折によって）、光学構造（例えば、図１４－１６の反射性波長板レンズまたはレンズレットアレイ１４１０）とを備える。
図２０Ａおよび２０Ｂは、ディスプレイデバイスの一部として実装され得る、反射性回折レンズ３１００Ａを図示し、反射性回折レンズ３１００Ａは、反射性偏光ミラーとしての役割を果たす、パターン化されたＣＬＣ材料から形成される。図２０Ａは、フレネルパターン（例えば、バイナリフレネルレンズパターン）の上部における液晶配向子の局所配向（矢印）を図示する。故に、ＣＬＣレンズ３１００Ａは、屈折力を有するように構成されることができる（印加された電場等によって調節可能であり得る）。ＣＬＣレンズ３１００Ａの実施形態は、図１４－１６のディスプレイ内に反射率および屈折力を提供するために使用されることができる。
図２０Ｂを参照すると、レンズ３１００Ａが、ＣＬＣキラリティの掌性（例えば、ＲＨＣＰ）に対応する（例えば、それと同一掌性を有する）円偏光を有する、円偏光入射光３０１２で照明されると、反射された光３０１６は、透過性レンズに類似するレンズ効果を呈する。他方では、直交偏光（例えば、ＬＨＣＰ）を伴う光は、干渉なく透過される。レンズ３１００Ａは、約１０ｎｍ未満、約２５ｎｍ未満、約５０ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満の範囲、またはある他の範囲内の帯域幅を有するように構成されることができる。
図２０Ｃは、複数の反射性回折レンズ３１００－Ｒ、３１００－Ｇ、および３１００－Ｂを備える、反射性回折レンズ３１００Ｃを図示する。図示される実施形態では、反射性回折レンズ３１００－Ｒ、３１００－Ｇ、および３１００－Ｂは、スタックされた構成にあって、それぞれ、赤色、緑色、および青色スペクトル内の波長Δλの範囲内の光を反射させるように構成される。レンズ３１００Ｃが、ＣＬＣキラリティの掌性（例えば、ＲＨＣＰ）に対応する円偏光と、赤色、緑色、および青色スペクトル内の波長Δλの範囲内の波長とを有する、円偏光入射光３０１２で照明されるとき、反射された光３０１６は、透過性レンズに類似するレンズ効果を呈する。他方では、直交偏光（例えば、ＬＨＣＰ）を伴う光は、干渉なく透過される。
回折レンズ（例えば、フレネルベースの／フレネルレンズ）は、多くの場合、焦点距離３２０４が、光の波長に応じて変動するため、深刻な色収差に悩まされる。これは、入射赤色、緑色、および青色光が、レンズ３２００Ａからの異なる距離に集束されることを示す、回折レンズ３２００Ａに関して、図２１Ａに図示される。
ＣＬＣ材料の中程度の帯域幅の利点を用いることで、レンズのスタックは、異なる色に関して実質的に同一焦点距離を有するように実装されることができる。図２１Ｂは、図２０Ｃに関して図示される反射性回折レンズ３１００Ｃに類似する、スタックされた構成における複数の反射性回折レンズ３２００－Ｒ、３２００－Ｇ、および３２００－Ｂを備える、反射性回折レンズ３２００Ｂを図示する。図２１Ｂに示されるように、３つの個々のレンズ３２００－Ｒ、３２００－Ｇ、および３２００－Ｂは、それぞれ、赤色、緑色、および青色波長に関して、実質的に同一焦点距離または屈折力を有するように設計される。ＣＬＣ材料の帯域幅は、多くの実装では、約５０ｎｍ～１００ｎｍであるため、３つの波長間のクロストークは、低減または最小限にされることができる。３つのＣＬＣ層が、示されるが、レンズ３２００Ｂ上に入射する光の色に対応する、より少ないまたはより多い数の層も、使用されることができる。
波長板レンズまたはレンズレットアレイは、例えば、長方形アレイ等のアレイにおいて、側方に離間される、複数のそのようなレンズ（例えば、液晶レンズ）を生産することによって作成されてもよい。透過性波長板レンズまたはレンズレットアレイは、例えば、長方形アレイ等のアレイにおいて、側方に離間される、複数の透過性波長板レンズを生産することによって作成されてもよい。反射性波長板レンズまたはレンズレットアレイは、例えば、長方形アレイ等のアレイにおいて、側方に離間される、複数の反射性波長板レンズを生産することによって作成されてもよい。レンズアレイにおけるこれらのレンズは、いくつかの実装では、単一レンズ実装より小さくてもよい。
広範囲の変形例が、可能性として考えられる。例えば、図示されるように、単一レンズ１０１８、１０１６またはレンズアレイ１０３０、１０２０、１０１４、１０６等のレンズが、使用されてもよい。反射体もまた、屈折力の有無にかかわらず、使用されてもよい。図示されるように、反射性レンズレット１４１０が、使用されてもよい。いくつかの実装では、単一レンズ１０１８、１０１６または反射体（近位および／または遠位）は、使用されてもよいが、レンズまたはレンズレットアレイまたは反射性レンズまたはレンズレットアレイが、採用されてもよい。液晶レンズおよび／または反射体が、システム内に含まれてもよい。波長板レンズまたはレンズレットアレイが、使用されてもよい。これらの波長板レンズまたはレンズレットアレイは、反射性または透過性であってもよい。任意の組み合わせも、可能性として考えられる。要素のいずれかはまた、システムから除外されてもよい。例えば、レンズレットアレイ１０２０、１０３０、１０１２、１０１４または単一レンズ１０１６、１０１８（近位および／または遠位）は、可変焦点レンズ（近位または遠位）を伴わずに使用されてもよい。加えて、順序は、変動してもよい。例えば、可変焦点アレイ１０４０、１０５０（近位または遠位）は、可能性として、いくつかの実装では、他の単一レンズ１０１６、１０１８またはレンズレットアレイ１０２０、１０３０、１０１２、１０１４（近位または遠位）より透明発光型アレイ１０１０に近くてもよい。広範囲の他の変形例もまた、可能性として考えられる。
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、専用回路等を含んでもよい。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得る、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。いくつかの実施形態では、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施形態は、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（１４０）、遠隔処理モジュール（１５０）、および遠隔データリポジトリ（１６０）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）伝送され得、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てもよい。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、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、単一の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ある特徴はまた、単一の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、単一の実施形態の文脈において説明される種々の特徴もまた、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、特徴がある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最初に請求され得るが、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、ある実施形態がある特徴、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で、または連続的順序で実施される、または全ての図示される動作が実施される必要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図式的に描写し得る。しかしながら、描写されない他の動作も、図式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得る。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得る。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 (20)

  1. 光をユーザの眼に投影し、拡張現実画像コンテンツを前記ユーザの視野内に表示するように構成される頭部搭載型ディスプレイシステムであって、前記頭部搭載型ディスプレイシステムは、
    前記ユーザの頭部上に支持されるように構成されるフレームと、
    前記フレーム上に配置される接眼レンズであって、前記接眼レンズの少なくとも一部は、透明であり、前記透明部分が、前記ユーザの正面の環境からの光を前記ユーザの眼に透過させ、前記ユーザの正面の環境のビューを提供するように、前記ユーザが前記頭部搭載型ディスプレイを装着すると、前記ユーザの眼の正面の場所に配置される、接眼レンズと
    を備え、
    前記接眼レンズは、
    複数のエミッタを備える透明発光型ディスプレイであって、
    前記透明発光型ディスプレイは、透明伝導性材料を備える電極を備え、
    前記透明発光型ディスプレイは、光を前記ユーザの眼の中に放出し、拡張現実画像コンテンツを前記ユーザの視野に表示するように構成され、
    前記透明発光型ディスプレイは、あるエリアにわたって透明であり、かつ、発光し、
    前記透明発光型ディスプレイは、前記透明発光型ディスプレイが、前記ユーザの正面の環境からの光を透明発光型エリアを通して前記ユーザの眼に透過させ、前記ユーザの正面の環境のビューを提供するように、前記ユーザが前記頭部搭載型ディスプレイを装着すると、前記ユーザの眼の正面の場所に配置される、透明発光型ディスプレイと、
    空間光変調器を備える少なくとも１つのオクルーダであって、前記空間光変調器は、前記空間光変調器の１つ以上のピクセルを前記空間光変調器の他のピクセルが不透明である間に透過性にさせる電気入力を受信するように構成される、少なくとも１つのオクルーダと、
    前記透明発光型ディスプレイおよび前記少なくとも１つのオクルーダに結合される電子機器であって、前記電子機器は、前記空間光変調器の前記１つ以上のピクセルと整合した前記エミッタのうちの少なくとも１つのエミッタの光放出を同時に制御している間に、ヒトの眼によって検出され得る周波数より高い周波数で前記１つ以上のピクセルの不透明度を制御するように、前記透明発光型ディスプレイおよび前記少なくとも１つのオクルーダの動作を協調させるように構成される、電子機器と
    を備える、頭部搭載型ディスプレイシステム。
  2. 前記透明発光型ディスプレイは、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイを備える、請求項１に記載のシステム。
  3. 近位レンズアレイをさらに備え、前記近位レンズアレイは、前記近位レンズアレイが、前記透明発光型ディスプレイと前記ユーザの眼との間にあるように、前記透明発光型ディスプレイの近位側上に配置される、請求項１または２に記載のシステム。
  4. 前記近位レンズアレイは、前記透明発光型ディスプレイによって放出される光の発散を低減させるように構成される、請求項３に記載のシステム。
  5. 前記近位レンズアレイは、正の屈折力を有するレンズを備える、請求項３または４に記載のシステム。
  6. 前記近位レンズアレイは、前記透明発光型ディスプレイによって放出される光をコリメートするように構成される、請求項３－５のいずれかに記載のシステム。
  7. 前記近位レンズアレイは、前記エミッタからある焦点距離に配置される正の屈折力を有するレンズを備える、請求項６に記載のシステム。
  8. 遠位レンズアレイをさらに備え、前記遠位レンズアレイは、前記遠位レンズアレイが、前記透明発光型ディスプレイと前記ユーザの正面の環境との間にあるように、前記近位側の反対の前記透明発光型ディスプレイの遠位側上に配置される、請求項３－７のいずれかに記載のシステム。
  9. 前記遠位レンズアレイは、前記近位レンズアレイによって導入される屈折力を相殺し、前記ユーザの正面の環境のビューに及ぼされる前記近位レンズアレイの屈折効果を低減させるための屈折力を有する、請求項８に記載のシステム。
  10. 近位可変焦点光学要素をさらに備え、前記近位可変焦点光学要素は、前記近位可変焦点光学要素が、前記透明発光型ディスプレイと前記ユーザの眼との間にあるように、前記透明発光型ディスプレイの近位側上に配置される、請求項１－９のいずれかに記載のシステム。
  11. 前記近位可変焦点光学要素は、前記可変焦点光学要素の状態および前記可変焦点光学要素の焦点を改変するための電気信号を受信するように構成される電気入力を有する、請求項１０に記載のシステム。
  12. 前記近位可変焦点光学要素は、前記発光型ディスプレイから放出される光の発散を改変し、異なる画像コンテンツを前記接眼レンズの正面の異なる距離から放出されるかのように現れさせるように構成される、請求項１０または１１に記載のシステム。
  13. 前記近位可変焦点光学要素は、異なる負の屈折力を導入し、前記透明発光型ディスプレイからの光の発散を変動させる２つの状態間で変動するように構成される、請求項１０－１２のいずれかに記載のシステム。
  14. 前記近位可変焦点光学要素は、１つの状態にあるとき、前記透明発光型ディスプレイからの光をコリメートするように構成される、請求項１０または１１に記載のシステム。
  15. 遠位可変焦点光学要素をさらに備え、前記遠位可変焦点光学要素は、前記遠位可変焦点光学要素が、前記透明発光型ディスプレイと前記ユーザの正面の環境との間にあるように、前記透明発光型ディスプレイの遠位側上に配置される、請求項１０－１４のいずれかに記載のシステム。
  16. 前記遠位可変焦点光学要素は、前記遠位可変焦点光学要素の状態および前記遠位可変焦点光学要素の焦点を改変するための電気信号を受信するように構成される電気入力を有する、請求項１５に記載のシステム。
  17. 前記遠位可変焦点光学要素は、前記近位可変焦点光学要素によって導入される屈折力を相殺するための屈折力を提供し、前記ユーザの正面の環境のビューに及ぼされる前記近位可変焦点光学要素の屈折効果を低減させるように構成される、請求項１５または１６に記載のシステム。
  18. 前記少なくとも１つのオクルーダは、前記少なくとも１つのオクルーダが、前記透明発光型ディスプレイと前記ユーザの眼との間にあるように、前記透明発光型ディスプレイの近位側上に配置される、請求項１０－１７のいずれかに記載のシステム。
  19. 前記少なくとも１つのオクルーダは、それぞれ、複数のピクセルを含む、第１および第２の空間光変調器を備え、前記第１および第２の空間光変調器は、前記ピクセルの透過性状態を選択的に改変するための電気信号を受信するように構成される電気入力を有する、請求項１８に記載のシステム。
  20. 前記電子機器は、前記透明発光型ディスプレイのあるエミッタから放出されるある角度方向の光が、前記第１の空間光変調器の透過性ピクセルおよび前記第２の空間光変調器の透過性ピクセルの両方を通して伝搬するように、前記第１および第２の空間光変調器の前記電気入力に電気的に結合され、前記第１の空間光変調器上の１つ以上のピクセルを周囲ピクセルが不透明である間に透過性にさせ、前記第２の空間光変調器上の前記ピクセルのうちの１つ以上のものを前記第２の空間光変調器上の周囲ピクセルが不透明である間に透過性にさせる、請求項１９に記載のシステム。
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