JP7407748B2 - 頭部搭載型ディスプレイシステムのための導波管ベースの照明 - Google Patents

頭部搭載型ディスプレイシステムのための導波管ベースの照明 Download PDF

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Description

（優先権の主張）
本願は、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、２０１８年７月５日に出願された、米国仮特許出願第６２／６９４，３６６号の優先権の利益を主張する。
本開示は、ディスプレイシステムに関し、より具体的には、拡張および仮想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、すなわち、「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、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可視化に対する拡張としてのデジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。複合現実または「ＭＲ」シナリオは、一種のＡＲシナリオであって、典型的には、自然世界の中に統合され、それに応答する、仮想オブジェクトを伴う。例えば、ＭＲシナリオは、実世界内のオブジェクトによって遮断されているように現れる、または別様にそれと相互作用するように知覚される、ＡＲ画像コンテンツを含み得る。
図１を参照すると、拡張現実場面１０が、描写されている。ＡＲ技術のユーザには、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。ユーザはまた、実世界プラットフォーム３０上に立っているロボット像４０と、マルハナバチの擬人化のように見える、飛んでいる漫画のようなアバタキャラクタ５０等の「仮想コンテンツ」を「見ている」と知覚する。これらの要素５０、４０は、実世界内に存在しないという点において、「仮想」である。ヒトの視知覚系は、複雑であって、他の仮想または実世界画像要素間における仮想画像要素の快適で、自然のような感覚で、かつ豊かな提示を促進する、ＡＲ技術の生成は、困難である。
本明細書に開示されるシステムおよび方法は、ＡＲまたはＶＲ技術に関連する種々の課題に対処する。
ＩＲ眼追跡のための物理的ＬＥＤは、審美的に望ましくなく、眼追跡性能が準最適であるように、機械的設置制約を課す。全体的システムの質量、パワー、体積、およびコストに著しく影響を及ぼすことなく、ユーザの眼をＩＲ光で照明するための改良されたシステム構成が、所望される。
種々の実施例は、下記に提供される。
光を頭部搭載型ディスプレイシステムを装着しているユーザの眼に投影し、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、
画像を投影するように構成される、画像プロジェクタと、
少なくとも１つの照明源と、
光誘導コンポーネントであって、フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように構成される、光誘導コンポーネントと、
少なくとも１つの照明源からの光をその中で誘導するように、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される、少なくとも１つの照明内部結合光学要素と、
フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように、光誘導コンポーネント上に配置される、少なくとも１つの拡散光学要素であって、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントから外に拡散結合するように構成される、少なくとも１つの拡散光学要素と、
を備える、頭部搭載型ディスプレイシステム。
光を頭部搭載型ディスプレイシステムを装着しているユーザの眼に投影し、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、
画像を投影するように構成される、画像プロジェクタと、
少なくとも１つの照明源と、
光誘導コンポーネントであって、フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように構成される、光誘導コンポーネントと、
少なくとも１つの照明源からの光をその中で誘導するように、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される、少なくとも１つの照明内部結合光学要素と、
フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように、光誘導コンポーネント上に配置される、少なくとも１つの外部結合光学要素であって、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントから外に結合し、該光誘導コンポーネントの前方のある距離にある場所から生じる光と一致するように、光誘導コンポーネントから外に結合される光を発散させるように構成される、少なくとも１つの外部結合光学要素と、
を備える、頭部搭載型ディスプレイシステム。
光を頭部搭載型ディスプレイシステムを装着しているユーザの眼に投影し、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、
画像を投影するように構成される、画像プロジェクタと、
少なくとも１つの照明源と、
光誘導コンポーネントであって、フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように構成される、光誘導コンポーネントと、
少なくとも１つの照明源からの光をその中で誘導するように、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される、少なくとも１つの照明内部結合光学要素と、
フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように、光誘導コンポーネント上に配置される、少なくとも１つのマスク開口部を備える、少なくとも１つのマスクであって、少なくとも１つのマスクおよび少なくとも１つのマスク開口部は、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントから外に少なくとも１つのマスク開口部を通して結合するように構成される、少なくとも１つのマスクと、
を備える、頭部搭載型ディスプレイシステム。
光を頭部搭載型ディスプレイシステムを装着しているユーザの眼に投影し、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、
画像を投影するように構成される、画像プロジェクタと、
少なくとも１つの照明源と、
光誘導コンポーネントであって、フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように構成される、光誘導コンポーネントと、
少なくとも１つの照明源からの光をその中で誘導するように、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される、少なくとも１つの照明内部結合光学要素であって、プリズムを備える、少なくとも１つの内部結合光学要素と、
を備え、該光誘導コンポーネントは、光誘導コンポーネント内で誘導される照明源からの光が、光誘導コンポーネントから外に結合されるように構成される、頭部搭載型ディスプレイシステム。
光を頭部搭載型ディスプレイシステムを装着しているユーザの眼に投影し、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、
画像を投影するように構成される、画像プロジェクタと、
少なくとも１つの照明源と、
光誘導コンポーネントであって、フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように構成される、光誘導コンポーネントと、
少なくとも１つの照明源からの光をその中で誘導するように、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される、少なくとも１つの照明内部結合光学要素と、
を備え、
該光誘導コンポーネントは、光誘導コンポーネント内で誘導される照明源からの光が、光誘導コンポーネントから外に結合されるように構成され、
画像プロジェクタは、画像を内部結合するように構成され、少なくとも１つの照明源は、光を少なくとも１つの照明内部結合光学要素の中に内部結合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。
光を頭部搭載型ディスプレイシステムを装着しているユーザの眼に投影し、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、
画像を投影するように構成される、画像プロジェクタと、
少なくとも１つの照明源と、
光誘導コンポーネントであって、フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように構成される、光誘導コンポーネントと、
少なくとも１つの照明源からの光をその中で誘導するように、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される、少なくとも１つの照明内部結合光学要素と、
光を該ユーザの眼の中に指向し、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、ユーザの前方の環境からの光をユーザの眼に透過させ、ユーザの前方の環境のビューを提供するように、ユーザが該フレームを装着すると、ユーザの眼の前方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、導波管と、画像プロジェクタからの光をその中で誘導するように、画像プロジェクタからの光を導波管の中に内部結合するように構成される、少なくとも１つの画像内部結合光学要素とを備える、頭部搭載型ディスプレイシステム。
光を頭部搭載型ディスプレイシステムを装着しているユーザの眼に投影し、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、
画像を投影するように構成される、画像プロジェクタと、
少なくとも１つの照明源と、
光誘導コンポーネントであって、フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように構成され、湾曲される、光誘導コンポーネントと、
少なくとも１つの照明源からの光をその中で誘導するように、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される、少なくとも１つの照明内部結合光学要素と、
を備え、該光誘導コンポーネントは、光誘導コンポーネント内で誘導される照明源からの光が、光誘導コンポーネントから外に結合されるように構成される、頭部搭載型ディスプレイシステム。
光を頭部搭載型ディスプレイシステムを装着しているユーザの眼に投影し、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、
画像を投影するように構成される、画像プロジェクタと、
少なくとも１つの照明源と、
光誘導コンポーネントであって、フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように構成され、該フレームの一部を構成する、光誘導コンポーネントと、
少なくとも１つの照明源からの光をその中で誘導するように、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される、少なくとも１つの照明内部結合光学要素と、
を備え、該光誘導コンポーネントは、光誘導コンポーネント内で誘導される照明源からの光が、光誘導コンポーネントから外に結合されるように構成される、頭部搭載型ディスプレイシステム。
光を頭部搭載型ディスプレイシステムを装着しているユーザの眼に投影し、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、
画像を投影するように構成される、画像プロジェクタと、
少なくとも１つの照明源と、
光誘導コンポーネントであって、フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように構成される、光誘導コンポーネントと、
少なくとも１つの照明源からの光をその中で誘導するように、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される、少なくとも１つの照明内部結合光学要素と、
フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように、光誘導コンポーネント上に配置される、少なくとも１つの外部結合光学要素であって、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントから外に結合するように構成される、少なくとも１つの外部結合光学要素と、
を備え、該光誘導コンポーネントは、該少なくとも１つの外部結合光学要素の反対側上に配置される、２つの光誘導コンポーネントを備える、頭部搭載型ディスプレイシステム。
該画像プロジェクタは、可視光源と、変調器とを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
光変調器は、空間光変調器を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
少なくとも１つの照明源は、ＩＲ光を放出するように構成される、赤外線（ＩＲ）光源を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
少なくとも１つの照明源は、可視光を放出するように構成される、可視光源を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該光誘導コンポーネントは、全内部反射によって該光誘導コンポーネント内の該少なくとも１つの照明源からの光を誘導するために十分な屈折率を有する、可視光に透過性の材料を含む、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該光誘導コンポーネントの少なくとも一部は、透明であって、該透明部分が、ユーザの前方の環境からの光をユーザの眼に透過させ、ユーザの前方の環境のビューを提供するように、ユーザが該フレームを装着すると、ユーザの眼の前方の場所に配置される、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
少なくとも１つの照明内部結合光学要素は、少なくとも１つのプリズムを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
画像プロジェクタからの光をその中で誘導するように、画像プロジェクタからの光を光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される、少なくとも１つの画像内部結合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。
画像プロジェクタは、画像を内部結合するように構成され、少なくとも１つの照明源は、光を少なくとも１つの照明内部結合光学要素の中に内部結合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。
光を該ユーザの眼の中に指向し、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る、接眼レンズをさらに備え、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、ユーザの前方の環境からの光をユーザの眼に透過させ、ユーザの前方の環境のビューを提供するように、ユーザが該フレームを装着すると、ユーザの眼の前方の場所に配置される、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該接眼レンズは、導波管と、画像プロジェクタからの光をその中で誘導するように、画像プロジェクタからの光を導波管の中に内部結合するように構成される、少なくとも１つの画像内部結合光学要素とを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該光誘導コンポーネントは、該接眼レンズの内側部分上に配置され、内側部分は、ユーザの眼と接眼レンズとの間にある、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該光誘導コンポーネントは、該接眼レンズの外側部分上に配置され、外側部分は、環境と接眼レンズとの間にある、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該光誘導コンポーネントは、湾曲される、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該光誘導コンポーネントは、円筒形の一部の形状を有する、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該光誘導コンポーネントは、該フレームに取り付けられる、遮蔽体またはバイザを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該遮蔽体またはバイザは、該ディスプレイシステムの内側部分上に配置される、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該遮蔽体またはバイザは、該ディスプレイシステムの外側部分上に配置される、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該光誘導コンポーネントは、該フレームの一部を構成する、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
少なくとも１つの拡散光学要素は、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントから外に該ユーザの眼に向かって結合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。
少なくとも１つの拡散光学要素は、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントから外にユーザの眼に対してユーザの前方にある環境に向かって結合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。
少なくとも１つのマスクは、該光誘導コンポーネント内で誘導される光を該光誘導コンポーネントから出射しないように遮断する、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つのマスクは、該少なくとも１つの照明源からの光を該光誘導コンポーネントの中に戻るように反射させる、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つのマスクは、該少なくとも１つの照明源によって放出されるある波長を反射させ、該少なくとも１つの照明源によって放出されない他の波長を透過させる、ダイクロイックである、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つのマスクは、該少なくとも１つの照明源によって放出されるある赤外線波長を反射させ、該少なくとも１つの照明源によって放出されない他の可視波長を透過させる、ダイクロイックである、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つのマスクは、該照明源によって放出される光を吸収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。
該少なくとも１つのマスク開口部は、約１０μｍの直径である、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
少なくとも１つの拡散光学要素は、少なくとも１つの光誘導コンポーネントの面積の５％未満である面積を横断して延在する、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
少なくとも１つのマスク開口部は、少なくとも１つの光誘導コンポーネントの面積の５％未満である面積を横断して延在する、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該光誘導コンポーネントが該光を該少なくとも１つの拡散光学要素に再指向するように、該少なくとも１つの照明内部結合光学要素から受光された光を該光誘導コンポーネント内に指向するように構成される、光再指向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。
該光誘導コンポーネントが該光を該少なくとも１つのマスク開口部に再指向するように、該少なくとも１つの照明内部結合光学要素から受光された光を該光誘導コンポーネント内に指向するように構成される、光再指向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。
該光誘導コンポーネントが該光を該少なくとも１つの外部結合要素に再指向するように、該少なくとも１つの照明内部結合光学要素から受光された光を該光誘導コンポーネント内に指向するように構成される、光再指向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。
該光再指向要素は、直交瞳エクスパンダを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該眼から反射された該少なくとも１つの照明源からの光を使用して、ユーザの眼を結像するように構成される、少なくとも１つのカメラをさらに備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つのカメラは、該少なくとも１つのカメラからの画像に基づいて該眼の移動を追跡するように構成される、電子機器と通信するように構成される、眼追跡カメラを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該光誘導コンポーネントは、円形形状を有する、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該光誘導コンポーネントは、該少なくとも１つの拡散光学要素の反対側上に配置される、２つの光誘導コンポーネントを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの光誘導コンポーネントは、拡散フィルムの反対側上に配置される、第１および第２の光誘導コンポーネントを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの拡散光学要素は、該光誘導コンポーネントの反対側上に配置される、一対の拡散光学要素を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの拡散光学要素は、該光誘導コンポーネントの反対側上に配置される、第１および第２の拡散フィルムを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの拡散光学要素は、光を異なる第１および第２の方向に配向される分布の中に指向するように構成される、第１および第２の拡散光学要素を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの拡散光学要素は、それぞれ、第１および第２の波長を有する光を異なる第１および第２の方向に配向される分布の中に選択的に指向するように構成される、第１および第２の拡散光学要素を備え、該少なくとも１つの照明源は、それぞれ、該第１および第２の波長を選択的に放出する、第１および第２の光源を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの照明源は、複数の照明源を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの照明源は、複数の照明源を備え、該少なくとも１つの拡散光学要素は、異なる照明源からの光を異なる方向に配向される個別の分布の中に指向する、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの照明源は、複数の照明源を備え、該少なくとも１つの拡散光学要素は、該少なくとも１つの光誘導コンポーネントの前方の異なる個別の場所から生じるかのように、異なる照明源からの光を指向する、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの照明源は、レーザ、ＬＥＤ、または垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの照明源はさらに、少なくとも１つのフィルタを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの拡散光学要素は、屈折性、反射性、回折性、またはそれらの任意の組み合わせである、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの拡散光学要素は、１つ以上の拡散器シート、１つ以上の光成形拡散器、１つ以上の拡散器フィルム、１つ以上のエッチング、１つ以上の透過性光学要素、１つ以上の粒子、１つ以上の不規則的表面、１つ以上の表面レリーフ構造、ＰＴＦＥ、テフロン（登録商標）、すりガラス、乳白ガラス、灰色ガラス、１つ以上の白色表面、着色ゲル、１つ以上のホログラム、またはそれらの任意の組み合わせを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの拡散光学要素は、少なくとも１つの照明源から放出される光の１つ以上の波長を実質的に選択的に拡散させ、その他を拡散させないような波長選択的である、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
システムは、複数の拡散光学要素と、光の複数の波長帯域を放出する、少なくとも１つの照明源とを備え、拡散光学要素の異なるものは、少なくとも１つの照明源からの複数の波長帯域の個別のものを選択的に拡散させる、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの拡散光学要素は、該環境からの可視光を再指向しない、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの拡散光学要素は、該照明源からの光を該環境に向かって指向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。
該少なくとも１つの照明源は、赤外線光を出力するように構成される、赤外線源を備え、該少なくとも１つの拡散光学要素は、該少なくとも１つの照明源からの赤外線光を該環境に向かって指向し、深度感知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。
該少なくとも１つの照明源は、可視光を出力するように構成される、可視光源を備え、該少なくとも１つの拡散光学要素は、該少なくとも１つの照明源からの可視光を該環境に向かって指向し、印を非ユーザに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。
該少なくとも１つの照明源は、可視光を出力するように構成される、可視光源を備え、該少なくとも１つの拡散光学要素は、該少なくとも１つの照明源からの可視光を該眼に向かって指向し、印をユーザに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。
該少なくとも１つの照明源は、可視光を出力するように構成される、可視光源を備え、該少なくとも１つの拡散光学要素は、該少なくとも１つの照明源からの可視光を眼の周縁に向かって指向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。
該少なくとも１つの照明源は、光を出力するように構成される、可視光源、赤外線源、または両方を備え、該少なくとも１つの拡散光学要素は、該少なくとも１つの照明源からの光を該環境に向かって指向し、信号または基点を外部センサまたは外部結像センサに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。
該少なくとも１つの照明源は、光を出力するように構成される、可視光源、赤外線源、または両方を備え、該少なくとも１つの拡散光学要素は、該少なくとも１つの照明源からの光を該ユーザに向かって指向し、信号または基点を外部センサまたは外部結像センサに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。
少なくとも１つの外部結合光学要素は、少なくとも１つの光誘導コンポーネントの面積の５％未満である面積を横断して延在する、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該光誘導コンポーネントは、該少なくとも１つの外部結合光学要素の反対側上に配置される、２つの光誘導コンポーネントを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの光誘導コンポーネントは、外部結合光学フィルムの反対側上に配置される、第１および第２の光誘導コンポーネントを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの外部結合光学要素は、該光誘導コンポーネントの反対側上に配置される、一対の外部結合光学要素を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの外部結合光学要素は、該光誘導コンポーネントの反対側上に配置される、第１および第２の外部結合光学フィルムを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの外部結合光学要素は、光を異なる第１および第２の方向に配向される分布の中に指向するように構成される、第１および第２の外部結合光学要素を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの外部結合光学要素は、それぞれ、第１および第２の波長を有する光を異なる第１および第２の方向に配向される分布の中に選択的に指向するように構成される、第１および第２の外部結合光学要素を備え、該少なくとも１つの照明源は、それぞれ、該第１および第２の波長を選択的に放出する、第１および第２の光源を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの照明源は、複数の照明源を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの照明源は、複数の照明源を備え、該少なくとも１つの外部結合光学要素は、異なる照明源からの光を異なる方向に配向される個別の分布の中に指向する、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの照明源は、複数の照明源を備え、該少なくとも１つの外部結合光学要素は、該少なくとも１つの光誘導コンポーネントの前方の異なる個別の場所から生じるかのように、異なる照明源からの光を指向する、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの照明源は、レーザ、ＬＥＤ、または垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの照明源はさらに、少なくとも１つのフィルタを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの外部結合光学要素は、屈折性、反射性、回折性、またはそれらの任意の組み合わせである、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの外部結合光学要素は、１つ以上の拡散器シート、１つ以上の光成形拡散器、１つ以上の拡散器フィルム、１つ以上のエッチング、１つ以上の透過性光学要素、１つ以上の粒子、１つ以上の不規則的表面、１つ以上の表面レリーフ構造、ＰＴＦＥ、テフロン（登録商標）、すりガラス、乳白ガラス、灰色ガラス、１つ以上の白色表面、着色ゲル、１つ以上のホログラム、またはそれらの任意の組み合わせを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの外部結合光学要素は、少なくとも１つの照明源から放出される光の波長帯域とのみ実質的に相互作用するように、波長選択的である、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
システムは、複数の外部結合光学要素と、光の複数の波長帯域を放出する、少なくとも１つの照明源とを備え、各外部結合光学要素は、少なくとも１つの照明源から放出される光の異なる波長帯域とのみ実質的に相互作用するように、波長選択的である、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの外部結合光学要素は、該環境からの可視光を再指向しない、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの外部結合光学要素は、該照明源からの光を該環境に向かって指向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。
該少なくとも１つの照明源は、赤外線光を出力するように構成される、赤外線源を備え、該少なくとも１つの外部結合光学要素は、該少なくとも１つの照明源からの赤外線光を該環境に向かって指向し、深度感知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。
該少なくとも１つの照明源は、可視光を出力するように構成される、可視光源を備え、該少なくとも１つの外部結合光学要素は、該少なくとも１つの照明源からの可視光を該環境に向かって指向し、印を非ユーザに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。
該少なくとも１つの照明源は、可視光を出力するように構成される、可視光源を備え、該少なくとも１つの外部結合光学要素は、該少なくとも１つの照明源からの可視光を該眼に向かって指向し、印をユーザに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。
該少なくとも１つの照明源は、可視光を出力するように構成される、可視光源を備え、該少なくとも１つの外部結合光学要素は、該少なくとも１つの照明源からの可視光を眼の周縁に向かって指向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。
該少なくとも１つの照明源は、光を出力するように構成される、可視光源、赤外線源、または両方を備え、該少なくとも１つの外部結合光学要素は、該少なくとも１つの照明源からの光を該環境に向かって指向し、信号または基点を外部センサまたは外部結像センサに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。
該少なくとも１つの照明源は、光を出力するように構成される、可視光源、赤外線源、または両方を備え、該少なくとも１つの外部結合光学要素は、該少なくとも１つの照明源からの光を該ユーザに向かって指向し、信号または基点をセンサまたは外部結像センサに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。
画像プロジェクタおよび照明源は、同一内部結合光学要素および光誘導コンポーネントを共有する、上記請求項のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの外部結合光学要素は、少なくとも１つの拡散光学要素、または少なくとも１つの拡散フィルム、またはそれらの任意の組み合わせを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの外部結合光学要素は、少なくとも１つの回折光学要素、または少なくとも１つのホログラフィカル光学要素、またはそれらの任意の組み合わせを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
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、光を前記頭部搭載型ディスプレイシステムを装着しているユーザの眼に投影し、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、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、
画像を投影するように構成される画像プロジェクタと、
少なくとも１つの照明源と、
光誘導コンポーネントであって、前記光誘導コンポーネントは、前記フレームがユーザによって装着されると、前記ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように構成される、光誘導コンポーネントと、
少なくとも１つの照明内部結合光学要素であって、前記少なくとも１つの照明内部結合光学要素は、前記少なくとも１つの照明源からの光をその中で誘導するように、前記少なくとも１つの照明源からの光を前記光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される、少なくとも１つの照明内部結合光学要素と、
少なくとも１つの拡散光学要素であって、前記少なくとも１つの拡散光学要素は、前記フレームがユーザによって装着されると、前記ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように、前記光誘導コンポーネント上に配置され、前記少なくとも１つの拡散光学要素は、前記少なくとも１つの照明源からの光を前記光誘導コンポーネントから外に拡散結合するように構成される、少なくとも１つの拡散光学要素と
を備える、頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目２）
前記画像プロジェクタは、可視光源と、変調器とを備える、項目１に記載のシステム。
（項目３）
前記光変調器は、空間光変調器を備える、項目２に記載のシステム。
（項目４）
前記少なくとも１つの照明源は、ＩＲ光を放出するように構成される赤外線（ＩＲ）光源を備える、項目１に記載のシステム。
（項目５）
前記光誘導コンポーネントは、全内部反射によって前記光誘導コンポーネント内の前記少なくとも１つの照明源からの光を誘導するために十分な屈折率を有する可視光に透過性の材料を含む、項目１に記載のシステム。
（項目６）
前記光誘導コンポーネントの少なくとも一部は、透明であり、前記透明部分が、前記ユーザの前方の環境からの光をユーザの眼に透過させ、前記ユーザの前方の環境のビューを提供するように、前記ユーザが前記フレームを装着すると、前記ユーザの眼の前方の場所に配置される、項目１に記載のシステム。
（項目７）
前記少なくとも１つの拡散光学要素は、前記少なくとも１つの照明源からの光を前記光誘導コンポーネントから外に前記ユーザの眼に向かって結合するように構成される、項目１に記載のシステム。
（項目８）
前記少なくとも１つの拡散光学要素は、前記少なくとも１つの照明源からの光を前記光誘導コンポーネントから外にユーザの眼に対して前記ユーザの前方にある環境に向かって結合するように構成される、項目１に記載のシステム。
（項目９）
前記少なくとも１つの拡散光学要素は、前記少なくとも１つの光誘導コンポーネントの面積の５％未満である面積を横断して延在する、項目１に記載のシステム。
（項目１０）
前記少なくとも１つの光誘導コンポーネントは、拡散フィルムの反対側上に配置される第１および第２の光誘導コンポーネントを備える、項目１に記載のシステム。
（項目１１）
前記少なくとも１つの拡散光学要素は、前記光誘導コンポーネントの反対側上に配置される一対の拡散光学要素を備える、項目１に記載のシステム。
（項目１２）
前記少なくとも１つの拡散光学要素は、前記光誘導コンポーネントの反対側上に配置される第１および第２の拡散フィルムを備える、項目１に記載のシステム。
（項目１３）
前記少なくとも１つの拡散光学要素は、光を異なる第１および第２の方向に配向される分布の中に指向するように構成される第１および第２の拡散光学要素を備える、項目１に記載のシステム。
（項目１４）
前記少なくとも１つの拡散光学要素は、それぞれ、第１および第２の波長を有する光を異なる第１および第２の方向に配向される分布の中に選択的に指向するように構成される第１および第２の拡散光学要素を備え、前記少なくとも１つの照明源は、それぞれ、前記第１および第２の波長を選択的に放出する第１および第２の光源を備える、項目１に記載のシステム。
（項目１５）
前記少なくとも１つの照明源は、複数の照明源を備え、前記少なくとも１つの拡散光学要素は、異なる照明源からの光を異なる方向に配向される個別の分布の中に指向する、項目１に記載のシステム。
（項目１６）
前記少なくとも１つの照明源は、複数の照明源を備え、前記少なくとも１つの拡散光学要素は、前記少なくとも１つの光誘導コンポーネントの前方の異なる個別の場所から生じるかのように、異なる照明源からの光を指向する、項目１に記載のシステム。
（項目１７）
前記少なくとも１つの拡散光学要素は、屈折性、反射性、回折性、またはそれらの任意の組み合わせである、項目１に記載のシステム。
（項目１８）
前記少なくとも１つの拡散光学要素は、１つ以上の拡散器シート、１つ以上の光成形拡散器、１つ以上の拡散器フィルム、１つ以上のエッチング、１つ以上の透過性光学要素、１つ以上の粒子、１つ以上の不規則的表面、１つ以上の表面レリーフ構造、ＰＴＦＥ、テフロン（登録商標）、すりガラス、乳白ガラス、灰色ガラス、１つ以上の白色表面、着色ゲル、１つ以上のホログラム、またはそれらの任意の組み合わせを備える、項目１に記載のシステム。
（項目１９）
前記少なくとも１つの拡散光学要素は、前記少なくとも１つの照明源から放出される光の１つ以上の波長を実質的に選択的に拡散させ、その他を拡散させないような波長選択的である、項目１に記載のシステム。
（項目２０）
前記システムは、複数の拡散光学要素と、光の複数の波長帯域を放出する少なくとも１つの照明源とを備え、前記拡散光学要素の異なるものは、前記少なくとも１つの照明源からの前記複数の波長帯域の個別のものを選択的に拡散させる、項目１に記載のシステム。
（項目２１）
前記少なくとも１つの拡散光学要素は、前記環境からの可視光を再指向しない、項目１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、一対のユーザ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－１０Ｄは、光が、光誘導コンポーネントを越えて（例えば、遠視野内に）、ユーザの眼の正面の仮想源から生じるように現れるように、照明源からの光をユーザの眼に投影するように構成される、光誘導コンポーネントの斜視図を図示する。いくつかの設計では、本光誘導コンポーネントは、同様に画像をディスプレイからユーザの眼の中に投影するように構成される、頭部搭載型ディスプレイの接眼レンズを備える。 図１０Ａ－１０Ｄは、光が、光誘導コンポーネントを越えて（例えば、遠視野内に）、ユーザの眼の正面の仮想源から生じるように現れるように、照明源からの光をユーザの眼に投影するように構成される、光誘導コンポーネントの斜視図を図示する。いくつかの設計では、本光誘導コンポーネントは、同様に画像をディスプレイからユーザの眼の中に投影するように構成される、頭部搭載型ディスプレイの接眼レンズを備える。 図１０Ａ－１０Ｄは、光が、光誘導コンポーネントを越えて（例えば、遠視野内に）、ユーザの眼の正面の仮想源から生じるように現れるように、照明源からの光をユーザの眼に投影するように構成される、光誘導コンポーネントの斜視図を図示する。いくつかの設計では、本光誘導コンポーネントは、同様に画像をディスプレイからユーザの眼の中に投影するように構成される、頭部搭載型ディスプレイの接眼レンズを備える。 図１０Ａ－１０Ｄは、光が、光誘導コンポーネントを越えて（例えば、遠視野内に）、ユーザの眼の正面の仮想源から生じるように現れるように、照明源からの光をユーザの眼に投影するように構成される、光誘導コンポーネントの斜視図を図示する。いくつかの設計では、本光誘導コンポーネントは、同様に画像をディスプレイからユーザの眼の中に投影するように構成される、頭部搭載型ディスプレイの接眼レンズを備える。
図１１Ａ－１１Ｂは、それを通して光が、光誘導コンポーネントから出射し、それによって、位置特定された（例えば、点）照明源を生産し得る、複数の開口部をその中に伴うマスクを有する、光誘導コンポーネントの斜視図を図示する。 図１１Ａ－１１Ｂは、それを通して光が、光誘導コンポーネントから出射し、それによって、位置特定された（例えば、点）照明源を生産し得る、複数の開口部をその中に伴うマスクを有する、光誘導コンポーネントの斜視図を図示する。
図１２Ａ－１２Ｂは、光誘導コンポーネントと、光誘導コンポーネント内で誘導される光を散乱させ、本実施例では、複数の別個の位置特定された（例えば、点）照明源を生産する、拡散光学要素または散乱領域を備える、１つ以上の外部結合光学要素との斜視図を図示する。 図１２Ａ－１２Ｂは、光誘導コンポーネントと、光誘導コンポーネント内で誘導される光を散乱させ、本実施例では、複数の別個の位置特定された（例えば、点）照明源を生産する、拡散光学要素または散乱領域を備える、１つ以上の外部結合光学要素との斜視図を図示する。
図１３Ａ－１３Ｂは、頭部搭載型ディスプレイの接眼レンズの外側カバーを備える、光誘導コンポーネントを図示する。本実施例では、外側カバーを備える、光誘導コンポーネントは、湾曲される。加えて、拡散光学要素を備える、１つ以上の外部結合光学要素は、光誘導コンポーネント内で誘導される光を光誘導コンポーネントから外に散乱させる。 図１３Ａ－１３Ｂは、頭部搭載型ディスプレイの接眼レンズの外側カバーを備える、光誘導コンポーネントを図示する。本実施例では、外側カバーを備える、光誘導コンポーネントは、湾曲される。加えて、拡散光学要素を備える、１つ以上の外部結合光学要素は、光誘導コンポーネント内で誘導される光を光誘導コンポーネントから外に散乱させる。
図１４Ａ－１４Ｂは、頭部搭載型ディスプレイの接眼レンズのための内側カバーを備える、光誘導コンポーネントを図示する。複数の拡散光学要素を備える、１つ以上の外部結合光学要素は、光誘導コンポーネントに対して配置され、光誘導コンポーネント内で誘導される光をそこから射出させる。 図１４Ａ－１４Ｂは、頭部搭載型ディスプレイの接眼レンズのための内側カバーを備える、光誘導コンポーネントを図示する。複数の拡散光学要素を備える、１つ以上の外部結合光学要素は、光誘導コンポーネントに対して配置され、光誘導コンポーネント内で誘導される光をそこから射出させる。
図１５Ａ－１５Ｂは、頭部搭載型ディスプレイシステムのフレーム内に統合される、光誘導コンポーネントを図示する。本実施例では、例えば、拡散光学要素または孔を備える、１つ以上の外部結合光学要素は、フレームの光誘導部分上に位置付けられ、その中で誘導される光を外に射出させる。 図１５Ａ－１５Ｂは、頭部搭載型ディスプレイシステムのフレーム内に統合される、光誘導コンポーネントを図示する。本実施例では、例えば、拡散光学要素または孔を備える、１つ以上の外部結合光学要素は、フレームの光誘導部分上に位置付けられ、その中で誘導される光を外に射出させる。
図１６は、例えば、環状形状の拡散フィルムまたは回折光学要素を備える、リング形状の外部結合要素を含む、円形形状の光誘導コンポーネントを図示する。
図１７Ａは、相互の上部にスタックされる、第１および第２の光誘導コンポーネントを図示する。本実施例では、第１および第２の光誘導コンポーネントは、例えば、第１および第２の光誘導コンポーネント内で誘導される光を光誘導コンポーネントから外に結合するように構成される、拡散光学要素または回折光学要素を備える、外部結合光学要素によって分離される。いくつかの実装では、外部結合は、双方向性であって、光は、対の光誘導コンポーネントの前方および後方から射出される。図１７Ｂは、光誘導コンポーネントの両側上に配置され、光誘導コンポーネント内で誘導される光を光誘導コンポーネントから外に結合する、第１および第２の外部結合光学要素を備える、光誘導コンポーネントを図示する。いくつかの実施例では、第１および第２の外部結合光学要素は、光が、光誘導コンポーネントおよび対の外部結合光学要素の前方および後方に射出されるように、双方向性外部結合を提供するように構成されてもよい。
図１７Ｃは、例えば、第１および第２の光誘導コンポーネント内で誘導される光を光誘導コンポーネントから外に結合するように構成される、拡散光学要素または回折光学要素を備える、１つ以上の外部結合光学要素の反対側上の第１および第２の光誘導コンポーネントを図示する。いくつかの実装では、外部結合は、双方向性であって、光は、対の光誘導コンポーネントの前方および後方に射出される。図示されるように、第１および第２の光誘導コンポーネントは、円形に成形され、外部結合光学要素は、環状に成形される。
図面は、例示的実施形態を図示するために提供され、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。同様の参照番号は、全体を通して同様の部分を指す。
ＡＲシステムは、依然として、ユーザに彼らの周囲の世界が見えることを可能にしながら、仮想コンテンツをユーザまたは視認者に表示し得る。好ましくは、本コンテンツは、例えば、画像情報をユーザの眼に投影する、アイウェアの一部としての頭部搭載型ディスプレイ上に表示される。加えて、ディスプレイはまた、周囲環境からの光をユーザの眼に透過させ、その周囲環境のビューを可能にしてもよい。本明細書で使用されるように、「頭部搭載型」または「頭部搭載可能である」ディスプレイは、視認者またはユーザの頭部上に搭載され得る、ディスプレイであることを理解されたい。
いくつかのＡＲシステムでは、複数の導波管は、仮想画像を複数の仮想深度平面（単に、本明細書では、「深度平面」とも称される）に形成するように構成されてもよい。複数の導波管の異なる導波管は、異なる屈折力を有してもよく、ユーザの眼から異なる距離に形成されてもよい。ディスプレイシステムはまた、屈折力を提供する、または加えて提供する、複数のレンズを含んでもよい。導波管および／またはレンズの屈折力は、画像を異なる仮想深度平面に提供し得る。望ましくないことに、導波管およびレンズはそれぞれ、ディスプレイの全体的厚さ、重量、およびコストを増加させ得る。
有利なこととして、本明細書に説明される種々の実施形態では、適応レンズアセンブリが、可変屈折力を提供し、例えば、レンズアセンブリを通して伝搬する光の波面発散を修正し、仮想深度平面をユーザから異なる知覚距離に提供するために利用されてもよい。適応レンズアセンブリは、それらの間に配置される、切替可能な波長板を有する、一対の波長板レンズを含んでもよい。第１および第２の波長板レンズはそれぞれ、それを通して通過する光の偏光状態を改変するように構成されてもよく、切替可能な波長板は、複数の状態、例えば、光の偏光を変化させずに、光が通過することを可能にする、第１の状態と、光の偏光を改変する、第２の状態（例えば、偏光の掌性を変化させることによって）との間で切替可能であってもよい。いくつかの実施形態では、波長板レンズの一方または両方が、これらの第１の状態と第２の状態との間で切替可能であってもよく、上記の介在する切替可能な波長板は、省略されてもよい。
適応レンズアセンブリは、複数の波長板レンズおよび複数の切替可能な波長板のスタックを備えてもよいことを理解されたい。例えば、適応レンズアセンブリは、介在する切替可能な波長板を伴う、一対の波長板レンズを備える、複数のサブアセンブリを備えてもよい。いくつかの実施形態では、適応レンズアセンブリは、交互する波長板レンズおよび切替可能な波長板を含んでもよい。有利なこととして、そのような交互配列は、近傍の切替可能な波長板に共通波長板レンズを共有させることによって、厚さおよび重量の低減を可能にする。いくつかの実施形態では、スタック内の切替可能なプレートの種々の組み合わせの状態を切り替えることによって、２つを上回る離散レベルの屈折力が、提供されてもよい。
いくつかの実施形態では、適応レンズアセンブリは、導波管アセンブリとともに、ディスプレイデバイスを形成し、画像を異なる仮想深度平面に形成する。種々の実施形態では、ディスプレイデバイスは、導波管アセンブリによって介在される、一対の適応レンズアセンブリを備える。導波管アセンブリは、光（例えば、可視光）をその中に伝搬し（例えば、全内部反射を介して）、光を外部結合するように構成される、導波管を含む。例えば、光は、導波管の主要表面に対して法線の光学軸方向に沿って外部結合されてもよい。対の適応レンズアセンブリのうちの１つは、導波管アセンブリの第１の側に形成されてもよく、可変屈折力を提供し、適応レンズアセンブリを通して通過する光の波面を修正し、画像を複数の仮想深度平面のそれぞれに形成するように構成されてもよい。例えば、適応レンズアセンブリは、導波管アセンブリから受光された外部結合される光を収束または発散させ得る。適応レンズアセンブリおよび／または導波管アセンブリを通して伝搬する周囲光の収束または発散に起因する、実世界ビューの修正を補償するために、対の適応レンズアセンブリの他方が、加えて、第１の側と反対の導波管アセンブリの第２の側に提供される。各適応レンズアセンブリの切替可能な波長板が、対応する状態をとると、適応レンズアセンブリは、適応レンズアセンブリの他方が、導波管アセンブリの第１の側の適応レンズアセンブリによって生じる歪曲を補正するように、反対符号を伴う屈折力を有し得る。
有利なこととして、持続的に可変の光学要素を有する、持続的に可変の適応レンズに対して、２つの状態間で切替可能な切替可能な波長板を利用することは、適応レンズアセンブリの駆動を簡略化させ、所望の屈折力のために適応レンズアセンブリを適切にアクティブ化する方法を決定するために必要とされる算出パワーを低減させる。加えて、適応レンズアセンブリが導波管によって出力された光の波面発散を修正することを可能にすることによって、複数の深度平面を提供するために必要とされる導波管の数は、各導波管が特定の量の波面発散を提供する配列に対して、低減される。
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。
例示的ディスプレイシステム
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、必然的に、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光させ、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。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、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、対の眼２２２ａは、まっすぐ指向される一方、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、深度知覚を提供し得ると考えられる。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を受光し、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、平面であってもよい、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。
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。説明の容易性および図面の明確性のために、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の底部主要表面に配置されて図示されるが、いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、本明細書にさらに議論されるように、上部主要表面および／または底部主要表面に配置されてもよい、および／または導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の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、その部品の材料表面上および／またはその内部に形成されてもよい。
図６を継続して参照すると、本明細書に議論されるように、各導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、光を出力し、特定の深度平面に対応する画像を形成するように構成される。例えば、眼の最近傍の導波管２７０は、眼２１０にコリメートされた光（そのような導波管２７０の中に投入された）を送達するように構成されてもよい。コリメートされた光は、光学無限遠焦点面を表し得る。次の上方の導波管２８０は、眼２１０に到達し得る前に、第１のレンズ３５０（例えば、負のレンズ）を通して通過する、コリメートされた光を送出するように構成されてもよい。そのような第１のレンズ３５０は、眼／脳が、その次の上方の導波管２８０から生じる光を光学無限遠から眼２１０に向かって内向きにより近い第１の焦点面から生じるように解釈するように、若干の凸面波面曲率を生成するように構成されてもよい。同様に、第３の上方の導波管２９０は、眼２１０に到達する前に、その出力光を第１のレンズ３５０および第２のレンズ３４０の両方を通して通過させる。第１のレンズ３５０および第２のレンズ３４０の組み合わせられた屈折力は、眼／脳が、第３の導波管２９０から生じる光が次の上方の導波管２８０からの光であったよりも光学無限遠から人物に向かって内向きにさらに近い第２の焦点面から生じるように解釈するように、別の漸増量の波面曲率を生成するように構成されてもよい。
他の導波管層３００、３１０およびレンズ３３０、３２０も同様に構成され、スタック内の最高導波管３１０は、人物に最も近い焦点面を表す集約焦点力のために、その出力をそれと眼との間のレンズの全てを通して送出する。スタックされた導波管アセンブリ２６０の他側の世界５１０から生じる光を視認／解釈するとき、レンズ３２０、３３０、３４０、３５０のスタックを補償するために、補償レンズ層６２０が、スタックの上部に配置され、下方のレンズスタック３２０、３３０、３４０、３５０の集約力を補償してもよい。そのような構成は、利用可能な導波管／レンズ対と同じ数の知覚される焦点面を提供する。導波管の外部結合光学要素およびレンズの集束側面は両方とも、静的であってもよい（すなわち、動的または電気活性ではない）。いくつかの代替実施形態では、一方または両方とも、電気活性特徴を使用して動的であってもよい。
いくつかの実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの２つ以上のものは、同一の関連付けられた深度平面を有してもよい。例えば、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０が、同一深度平面に設定される画像を出力するように構成されてもよい、または導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の複数のサブセットが、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、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、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い。いくつかの実施形態では、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、光を具体的角度で出力するように構成され得る、立体または表面特徴であってもよい。例えば、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、立体ホログラム、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な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、その光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、ある角度において眼２１０に伝搬する（例えば、発散出射ビームを形成する）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つまたはそれを上回る異なる波長または１つまたはそれを上回る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、光を受光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から受光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光しないように、他の内部結合光学要素７００、７１０、７２０から分離されてもよい（例えば、側方に離間される）。
各導波管はまた、関連付けられた光分散要素を含み、例えば、光分散要素７３０は、導波管６７０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置され、光分散要素７４０は、導波管６８０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置され、光分散要素７５０は、導波管６９０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置される。いくつかの他の実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０の底部主要表面上に配置されてもよい。いくつかの他の実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０の上部および底部両方の主要表面上に配置されてもよい、または光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、異なる関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０内の上部主要表面および底部主要表面の異なるもの上に配置されてもよい。
導波管６７０、６８０、６９０は、例えば、材料のガス、液体、および／または固体層によって離間および分離されてもよい。例えば、図示されるように、層７６０ａは、導波管６７０および６８０を分離してもよく、層７６０ｂは、導波管６８０および６９０を分離してもよい。いくつかの実施形態では、層７６０ａおよび７６０ｂは、低屈折率材料（すなわち、導波管６７０、６８０、６９０の直近のものを形成する材料より低い屈折率を有する材料）から形成される。好ましくは、層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料の屈折率は、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料の屈折率に対して０．０５以上または０．１０以下である。有利なこととして、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光する異なる内部結合光学要素を用いて）入射光をその導波管の中に再指向または偏向させる。光は、次いで、個別の導波管６７０、６８０、６９０内にＴＩＲをもたらすであろう角度で伝搬する。示される実施例では、光線７７０（例えば、青色光）は、前述の様式において、第１の内部結合光学要素７００によって偏光され、次いで、導波管を辿ってバウンスし続け、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７３０、次いで、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８００と相互作用する。光線７８０および７９０（例えば、それぞれ、緑色および赤色光）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上に衝突し、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光する。
図９Ｃは、図９Ａおよび９Ｂの複数のスタックされた導波管の実施例の上下平面図を図示する。図示されるように、導波管６７０、６８０、６９０は、各導波管の関連付けられた光分散要素７３０、７４０、７５０および関連付けられた外部結合光学要素８００、８１０、８２０とともに、垂直に整合されてもよい。しかしながら、本明細書に議論されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、垂直に整合されない。むしろ、内部結合光学要素は、好ましくは、非重複する（例えば、上下図に見られるように、側方に離間される）。本明細書でさらに議論されるように、本非重複空間配列は、１対１ベースで異なるリソースから異なる導波管の中への光の投入を促進し、それによって、具体的光源が具体的導波管に一意に結合されることを可能にする。いくつかの実施形態では、非重複の空間的に分離される内部結合光学要素を含む、配列は、偏移瞳システムと称され得、これらの配列内の内部結合光学要素は、サブ瞳に対応し得る。
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、接眼レンズと見なされ得る。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つまたはそれを上回るものは、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、遠隔処理モジュール１５０は、データおよび／または画像情報を分析および処理するように構成される、１つ以上のプロセッサを備えてもよく、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／または遠隔処理モジュール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。
照明
いくつかのインスタンスでは、照明を、例えば、眼に提供することは、有用であり得る。例えば、眼追跡のために光をユーザの眼に投影することが有益であり得る。眼追跡は、いくつかの実装では、ユーザの眼を１つ以上のカメラで結像することによって遂行され得る。眼の照明は、そのような結像および眼追跡を補助し得る。点源等の位置特定された光源を有し、その光源の場所を把握することもまた、眼追跡アルゴリズムを実行することを補助し得る。照明の原点の場所は、実際の光源場所、または照明が生じるように現れる、仮想光源の場所であってもよい。そのような場所の知識は、いくつかのアプローチにおいて、眼追跡アルゴリズムを処理する際に考慮されることができる。これらの照明源は、いくつかの実装では、点源等の位置特定された光源を備えてもよい。相互からの距離によって分離される、したがって、異なる／明確に異なる場所における、複数の照明源を使用する（およびこれらの場所を把握する）こともまた、眼追跡アルゴリズムを処理することを補助し得る。故に、いくつかの設計では、第１の照明源は、第１の時間に、光をユーザの眼に指向し、その間、第１の画像が、眼追跡カメラから取得され、第２の照明源は、第２の時間に、光をユーザの眼に指向し、その間、第２の画像が、眼追跡カメラから取得される。いくつかの実装では、第２の光照明は、第１の画像が取得されるとき、眼を照明しなくてもよい一方、第１の光照明は、第２の画像が取得されるとき、眼を照明しなくてもよい。本プロセスは、本明細書では、多重化と称され得、眼追跡アルゴリズムを実施する際に有益であり得る。
さらに、より中心にある（周縁における場所からとは対照的に）、眼の正面の１つ以上の場所から光をユーザの眼に投影する能力もまた、ある場合には、有用であり得る。本明細書に開示される種々の実施例（例えば、図１０Ａ－１０Ｄ）では、複数の光ビームが、ユーザの眼の真正面に配置される光誘導コンポーネントを使用して、概して、ユーザの眼の正面から（例えば、より中心かつあまり周辺ではない場所から）投影される。光誘導コンポーネントは、ユーザが、その眼の真正面に配置される光誘導コンポーネントを見通し、ユーザの正面の環境およびその中のオブジェクトを視認し得るように、可視光に対して光学的に透明であってもよい。本明細書に議論されるように、光誘導光学コンポーネントは、その中で誘導される光を光誘導光学コンポーネントから外に射出し、照明を提供し、例えば、光をユーザの眼に指向し、眼追跡を補助するように構成されてもよい。
種々の状況では、光誘導光学コンポーネントは、眼の前方にあって、オブジェクトをその中に伴う環境は、光誘導光学コンポーネントの前方にある。その結果、用語「～の前方」および「～の正面」は、本明細書では、眼に対してより遠位の場所を説明するために使用され得る。逆に言えば、「～の後方」および「～の背面」は、本明細書では、眼のより近位の場所を説明するために使用され得る。
図１０Ａ－１０Ｄは、照明源からの光をユーザの眼に投影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の斜視図を図示する。図１０Ａは、光をその中で誘導し、照明を、例えば、眼に提供するための（例えば、眼追跡のために）光誘導コンポーネント９０２を図示する。内部結合要素９０８は、照明源からの光を光誘導コンポーネントに結合するように位置付けられる。光誘導コンポーネント９０２は、眼９１６の正面に配置されるように示される。種々の実装では、光誘導コンポーネントは、ユーザがユーザの眼の正面に配置される光誘導コンポーネントを見通し得るように、可視光に対して光学的に透明である。光誘導コンポーネントはまた、照明源からの光がその中で誘導され得るような屈折率を有する、材料を含んでもよい。
いくつかの設計では、光誘導コンポーネントは、上記に議論されるように、画像をディスプレイからユーザの眼に提示するための接眼レンズを備えてもよい。接眼レンズは、例えば、全内部反射によってディスプレイからの光を導波管内で誘導するための導波管を備えてもよい。同様に、画像をディスプレイからユーザの眼に伝達するための本接眼レンズは、その照明のために、照明源からの光を、例えば、眼に提供するための（例えば、眼追跡のために）導管として使用されてもよい。
光誘導コンポーネントは、光誘導コンポーネント内で誘導される光を光誘導コンポーネントから外に射出するように構成される、外部結合光学要素９１２を含む。いくつかの設計では、光誘導コンポーネントおよび外部結合光学要素は、ユーザの眼に対して配置され、照明源からの光をユーザの眼上に指向する。光結合光学コンポーネントが、同様に画像コンテンツをユーザの眼に提示するための接眼レンズを備える場合、外部結合光学要素は、例えば、上記に説明されるような射出瞳エクスパンダ９１２を備えてもよい。配光光学要素９１０は、光が光結合光学要素上の特定の場所から射出されるように、光誘導コンポーネント９０２内で誘導される光を再指向するために使用されてもよい。光結合光学コンポーネントが、同様に画像コンテンツをユーザの眼に提示するための接眼レンズを備える場合、配光光学要素は、例えば、上記に説明されるような直交瞳エクスパンダ９１０を備えてもよい。光誘導コンポーネント９０２、配光要素（ＯＰＥ）９１０および外部結合光学要素（ＯＰＥ）９１２は、図９Ａ－９Ｃに示される導波管６７０、６８０、６９０と類似様式で動作するように構成されてもよい。同様に、種々の実装では、配光要素および外部結合光学要素は、回折格子またはホログラムまたは両方または他の回折光学要素等の回折光学要素を備えてもよい。
同様に、光誘導コンポーネントは、例えば、図９Ａ－９Ｃに示される導波管６７０、６８０、６９０のうちの１つ以上のものを備えてもよい、または別様に、接眼レンズは、光誘導コンポーネントとして使用され、ディスプレイコンテンツを提供することに加え、照明を眼に提供してもよい。しかしながら、いくつかの他の実装では、光誘導コンポーネントは、図９Ａ－９Ｃに示される導波管６７０、６８０、６９０等の画像コンテンツをユーザの眼に伝達するために使用される任意の導波管または複数の導波管に対する付加的光誘導コンポーネントを備える。
図１０Ａ－１０Ｄに示されるように、１つ以上の照明源は、光誘導コンポーネント９０２の中に結合され、そこから射出され、照明を提供し、例えば、ユーザの眼を照明する、光を提供する。いくつかの設計では、照明源は、それぞれ、ＩＲまたは可視波長光を選択的に放出するように構成される、赤外線または可視光源等の不可視または可視光源を備えてもよい。照明源は、例えば、ＬＥＤまたはレーザまたは他のタイプのエミッタまたは光源を備えてもよい。いくつかの設計では、照明源は、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を備える。いくつかの実装では、フィルタが、スペクトル狭化を提供するために含まれてもよい。フィルタは、例えば、ある場合には、狭帯域通過フィルタを備えてもよい。
いくつかの実装では、照明源は、発散ビームを出力する、エミッタを備えてもよい。いくつかのそのような場合では、付加的コリメート光学系は、照明源からの光のコリメーションを増加させ得る。
いくつかの設計では、図１０Ａ－１０Ｄに示されるような、内部結合要素９０８は、内部結合プリズムまたは他の反射性結合要素を備える。いくつかの実装では、内部結合要素は、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントの臨界角より大きい角度で光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される。いくつかの実施形態では、内部結合要素は、少なくとも１つの照明源からの光を約４５°の角度で光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される。傾角反射性表面（例えば、全内部反射を介して反射を提供する）を有する、プリズムは、光誘導コンポーネントに対して（例えば、全内部反射を介して光を光誘導コンポーネント内で誘導する、光誘導コンポーネントの主要上部および底部または正面および背面反射表面に対して）４５°で照明源からの光を光誘導コンポーネントの中に方向転換させるために好適であり得る。光が、光誘導コンポーネントに対して（例えば、光誘導コンポーネントの主要上部および底部または正面および背面反射表面に対して）４５°の角度で光誘導コンポーネント（平面光誘導プレート、シート、またはフィルム等）内を伝搬し、かつ光誘導コンポーネントから外に方向転換されない場合、光は、光結合コンポーネントの端部から反射し、全内部反射を介して、その中で対向方向に誘導され続け得る。いくつかの実装では、内部結合光学要素は、内部結合格子（ＩＣＧ）または他の回折光学要素を備えてもよい。いくつかの設計では、１つを上回る内部結合要素が、採用されてもよい。
いくつかの設計では、１つ以上の照明源は、複数の光のビームを生産する、複数の照明源を備える。いくつかの実装では、照明源は、照明源のその他と異なる色の光を照射し、照明源は、複数のフィルタを含んでもよく、異なるフィルタは、それぞれ、異なる波長の光ビームを生産する。例えば、１、２、３、４、５、１０、または２０個の照明源、またはこれらの値のいずれか間の任意の範囲等の任意の数の照明源が、利用されてもよい。いくつかの実装では、複数の光ビームは、個別のスペクトル組成または色または波長帯域を有する。
図１０Ａ－１０Ｄは、３つの照明源９０４Ａ、９０４Ｂ、および９０４Ｃと、光を内部結合光学要素９０８（例えば、プリズム）の中に結合するように構成される、単一コリメートレンズ９０６と、光誘導コンポーネント９０２からの光をユーザの眼９１６に外部結合するように構成される、外部結合光学要素とを示す。種々の実装（例えば、図１０Ｂ参照）では、光は、外部結合された光が点源等の１つ以上の仮想源９９２Ａから生じるように現れるように、外部結合光学要素９１２から外部結合されることができる。光は、例えば、光が光誘導光学要素から離れた距離（例えば、その前方）に位置する位置特定された源（例えば、点源）等の仮想源から発出するように現れるように、光誘導コンポーネントから出射することに応じて発散し得る。
図１０Ｂ－１０Ｄはそれぞれ、動作時のそのようなシステムを図示し、光誘導コンポーネント９０２の中に結合され、特定の深度（例えば、深度平面９１４）における異なるように空間的に位置する位置特定された仮想源９２２Ａ、９２２Ｂ、および９２２Ｃから発出するかのように、異なる方向において眼９１６に外部結合される、光源９０４Ａ、９０４Ｂ、９０４Ｃからの光９２６Ａ、９２６Ｂ、および９２６Ｃを表示する。図１０Ｂは、例えば、プリズム９０８を介して、光誘導コンポーネント９０２の中に結合される、光の発散ビーム９２０Ａを放出する、第１の照明源９０４Ａを図示する。照明源９０４Ａと内部結合要素９０８との間の光学経路内のコリメートレンズ９０６は、光が共通方向に沿って実質的に伝搬するように、光をコリメートする。第１の照明源９２０Ａからの光は、光誘導コンポーネント９０２内を伝搬し、配光要素（例えば、ＯＰＥ）９１０によって外部結合光学要素９１２（例えば、ＥＰＥ）に向かって再指向される。外部結合光学要素は、光誘導コンポーネント９０２内で誘導される光をユーザの眼９１６に向かって射出する。光誘導コンポーネント９０２から出射する光は、深度平面９１４において第１の仮想光源９２２Ａから発出するように現れる、発散ビームを構成する。発散ビームが指向される、方向は、第１の仮想光源９２２Ａを、例えば、深度平面９１４上の特定の場所に位置するように現れさせる。故に、外部結合された光９２６Ａは、外部結合された光９２６Ａが深度平面９１４から生じる第１の仮想源９２２Ａから放出されるかのように、ユーザの眼９１６に指向され、仮想光９２４Ａは、光誘導コンポーネント９０２と深度平面９１４との間の外部結合された光９２６Ａの仮想投影である。
図１０Ｃは、プリズム９０８を介して光誘導コンポーネント９０２の中に結合される、光の発散ビーム９２０Ｂを放出する、第２の照明源９０４Ｂを図示する。第２の照明源９０４Ｂと内部結合要素９０８との間の光学経路内のコリメートレンズ９０６は、光が共通方向に沿って実質的に伝搬するように、光をコリメートする。第２の光源９２０Ｂからの光は、光誘導コンポーネント９０２内を伝搬し、配光要素（例えば、ＯＰＥ）９１０によって外部結合光学要素９１２（例えば、ＥＰＥ）に向かって再指向される。外部結合光学要素は、光誘導コンポーネント９０２内で誘導される光をユーザの眼９１６に向かって射出する。光誘導コンポーネント９０２から出射する光は、深度平面９１４における第２の仮想光源９２２Ｂから発出するように現れる、発散ビームを構成する。発散ビームが指向される、方向は、第２の仮想光源９２２Ｂを、例えば、深度平面９１４上の特定の場所に位置するように現れさせる。故に、外部結合された光９２６Ｂは、外部結合された光９２６Ｂが深度平面９１４から生じる第２の仮想源９２２Ｂから放出されるかのように、眼９１６に指向され、仮想光９２４Ｂは、光結合コンポーネント９０２と深度平面９１４との間の外部結合された光９２６Ｂの仮想投影である。
図１０Ｄは、プリズム９０８を介して光誘導コンポーネント９０２の中に結合される、光の発散ビーム９２０Ｃを放出する、第３の照明源９０４Ｃを図示する。第３の照明源９０４Ｃと内部結合要素９０８との間の光学経路内のコリメートレンズ９０６は、光が共通方向に沿って実質的に伝搬するように、光をコリメートする。第３の照明源９２０Ｃからの光は、光誘導コンポーネント９０２内で伝搬され、配光要素（例えば、ＯＰＥ）９１０によって外部結合光学要素９１２（例えば、ＥＰＥ）に向かって再指向される。外部結合光学要素は、光誘導コンポーネント９０２内で誘導される光をユーザの眼９１６に向かって射出する。光誘導コンポーネント９０２から出射する光は、深度平面９１４における第３の仮想光源９２２Ｃから発出するように現れる、発散ビームを構成する。発散ビームが指向される、方向は、第３の仮想光源９２２Ｃを、例えば、深度平面９１４上の特定の場所に位置するように現れさせる。故に、外部結合された光９２６Ｃは、外部結合された光９２６Ｃが深度平面９１４から生じる第３の仮想源９２２Ｃから放出されるかのように、眼９１６に指向され、仮想光９２４Ｃは、光結合コンポーネント９０２と深度平面９１４との間の外部結合された光９２６Ｃの仮想投影である。
種々の実装では、外部結合光学要素は、光が光誘導光学コンポーネント内で誘導されないように、光誘導コンポーネント内で誘導される光を光誘導コンポーネントから外に方向転換させるように構成される、格子構造またはホログラムまたは他の回折光学要素等の回折光学要素を備える。種々の実装では、外部結合光学要素は、光誘導コンポーネントの両側上および／または光誘導コンポーネント内に形成されてもよい。外部結合光学要素は、例えば、１つ以上の立体ホログラム、表面ホログラム、体積または表面回折光学要素、および／または回折格子を備えてもよい。回折光学要素（例えば、格子またはホログラム）は、光誘導コンポーネントから出射する光を発散させるように構成されることができ、光が、例えば、光誘導コンポーネントの前方の異なる場所から生じたかのように、光を現れさせるように構成されてもよい。故に、外部結合光学要素は、その上に入射する光を異なる場所または深度から生じるかのように発散させるための負の屈折力等の屈折力を有すると見なされ得る。故に、ある場合には、外部結合光学要素は、屈折力、例えば、負の屈折力を伴う、回折格子または回折光学要素（例えば、ホログラム）を備えてもよい。他のタイプの外部結合光学要素またはレンズまたはレンズアレイ等の付加的光学要素の追加が、屈折力を付与し、例えば、光誘導コンポーネントの正面（または後方）に位置する仮想光源から発出するかのように、光を発散させるために使用されてもよい。
上記に議論されるように、頭部搭載型ディスプレイシステムは、画像コンテンツをユーザに提供するように、１つ以上のディスプレイからの光を受光し、光をユーザの眼に指向するように構成される、導波管を含んでもよい。屈折力が、光学要素（例えば、外部結合光学要素またはＥＰＥ）に提供され、異なる深度平面から生じるかのように、導波管から射出される光を発散させてもよい。ディスプレイからの光をユーザの眼の中に指向し、画像コンテンツをユーザに提供するために使用される、そのようなシステム（例えば、導波管）はまた、照明源からの照明を指向する（例えば、ユーザの眼に）ために使用されてもよい。ディスプレイからの光を発散させるように構成される、類似構造（例えば、外部結合光学要素またはＥＰＥ）も、光結合コンポーネントから離れた距離の位置特定された仮想光源（例えば、点源）から生じるかのように、照明源からの光を発散させるために使用されてもよい。そのような構成では、光誘導光学要素は、１つ以上の内部結合光学要素を介して、１つ以上のディスプレイおよび１つ以上の照明源の両方からの光を受光してもよい。いくつかの実装では、同一外部結合光学要素（例えば、ＥＰＥ）が、光誘導コンポーネントまたは導波管からの光を外部結合するために使用される。本外部結合光学要素は、いくつかの実装では、ホログラム等の回折光学要素を備えてもよく、および／または、さらに、１つ以上のレンズと統合され、負の（または正の）屈折力を提供してもよい。他の実装では、光誘導コンポーネントが、１つ以上のディスプレイからの光をユーザの眼に伝達するために、接眼レンズまたは他の導波管に加え、提供されてもよい。いくつかの実装では、外部結合光学要素は、拡散性であってもよい。外部結合光学要素は、例えば、ホログラフィック拡散器を備えてもよい。
図１０Ｂ－１０Ｄに図示されるように、そこから光が発出するように現れる、仮想源は、単一仮想深度平面に沿って異なる位置に位置してもよい。故に、複数の仮想源が、単一仮想深度平面から生じ得る。逆に言えば、複数の仮想源が、複数の仮想深度平面から生じ得る。いくつかの設計では、仮想源は、仮想点源等の放出の位置特定された源であってもよい。いくつかの実装では、仮想源は、約１００ｎｍ、２５０ｎｍ、５００ｎｍ、約１μｍ、約２μｍ、約３μｍ、約５μｍ、約１０μｍ、または約５０μｍ、またはこれらの値のいずれか間の任意の範囲の最大側方範囲を有してもよい。いくつかの構成では、仮想源が位置する、仮想深度平面は、光結合コンポーネントまたはユーザの眼の正面（または後方）から約５ｍｍ、約１０ｍｍ、約１５ｍｍ、約２０ｍｍ、約３０ｍｍ、約５０ｍｍ、約１００ｍｍ、または約２００ｍｍ、またはこれらの値のいずれか間の任意の範囲にあってもよい。
種々の実装では、外部結合光学要素は、例えば、２、３、４、５、６、１０、または２０個の仮想源、またはこれらの値のいずれか間の任意の範囲等の複数の仮想源を生産してもよい。これらの仮想源は、同一深度平面上の異なる場所、異なる深度平面、または両方の組み合わせにあってもよい。
故に、外部結合光学要素は、外部結合された光を複数の方向に生産してもよい。これは、例えば、光を出力している光源に依存し得る。内部結合光学要素に対して異なる位置を有する、異なる光源は、可能性として、光誘導コンポーネント内で異なる方向にコリメートおよび指向され、したがって、異なる方向から、かつ可能性として、異なる場所において、外部結合光学要素上に入射する、異なるビームを提供してもよい。結果は、外部結合されたビームが異なる方向を有することになる。これは、そこから光が異なる照明源のために異なる（例えば、異なる場所を有する）ように生じるように現れる、仮想源を生じさせ得る。
上記に議論されるように、異なる既知の場所に置かれる複数の光源を有することは、眼追跡のために使用されることができ、光源の場所の知識は、眼追跡アルゴリズムを実行することを補助する。故に、異なる照明源（その結果、異なる対応する仮想源）が、カメラまたはセンサ（例えば、眼追跡カメラ）が画像を捕捉するとき、アクティブ化されてもよい。光は、眼の異なる画像がカメラによって捕捉される異なる時間において、ユーザの眼の正面の具体的側方位置および／または深度において、異なる仮想源から眼の中に投影されてもよい。その異なる既知の仮想源位置および深度を伴う、より多くの光ビームが、利用されるため、光ビームは、多重化され得、眼追跡は、改良され得る。そのような時間多重化アプローチは、眼追跡カメラと併用され、眼追跡ロバスト性を増加させ得る。ある場合には、波長多重化が、使用されてもよい。例えば、異なるスペクトル出力を有し（または波長フィルタを通して送光され）、異なるスペクトル分布を提供する、異なる照明源が、異なる波長に選択的に作用するように設計される、異なる外部結合光学要素の中に結合するために使用されることができる。故に、図示されるように、システムは、加えて、眼追跡カメラ９１８を備え、眼の画像を取得し、ユーザの眼９１６を追跡してもよい。
そのような上記に議論されるようないくつかの構成では、外部結合光学要素は、外部結合された光をユーザの眼に指向するように構成されてもよい。そのような照明は、眼に提供され、例えば、眼追跡を実施してもよい。しかしながら、他の構成では、外部結合光学要素は、外部結合された光をユーザの眼の正面の環境に指向するように構成されてもよい。そのような照明は、例えば、ユーザの正面の環境内のオブジェクトの深度を感知するために使用されてもよい。代替として、そのような照明は、他者に眼鏡類の状態（例えば、ビデオ会話中）の通知を提供するために、または審美的効果のために使用されてもよい。他の使用も、可能性として考えられ得る。
広範囲の変形例が、可能性として考えられる。例えば、いくつかの実装では、配光光学要素（またはＯＰＥ）が、使用されてもよい一方、他の実装では、ＯＰＥは、なくてもよい。同様に、配光光学要素（またはＯＰＥ）は、光誘導コンポーネント上または内に形成されてもよく、回折光学要素または他の光学構造を備えてもよい。
いくつかの実施形態では、頭部搭載型ディスプレイおよび照明源の画像プロジェクタは、同一内部結合光学要素および光誘導コンポーネントを共有する。
マスク
上記に議論されるように、眼追跡のため等のいくつかのインスタンスでは、光が複数の光源から生じたかのように、光をユーザの眼上に投影することは、有益であり得る。さらに、いくつかのインスタンスでは、例えば、深度感知のために、１つ以上の光源からの光をユーザの眼の正面の環境の中に投影することが、有用であり得る。１つ以上の照明源および光誘導コンポーネントが、そのような照明を提供するために採用されてもよい。
図１１Ａ－１１Ｂは、光が発出する位置特定された領域を生産するように構成される、開口部を伴う、マスクを有する、光誘導コンポーネント１００２の斜視図を図示する。具体的には、図１１Ａは、光をその中に結合するように位置付けられる、内部結合要素１００８を有する、光誘導コンポーネント１００２を示す。配光要素（例えば、ＯＰＥ）１０１０および外部結合光学要素１０１２（例えば、ＥＰＥ）が、光誘導コンポーネント１００２上または内に配置される。外部結合要素１０１２に対して（例えば、それにわたって、またはその下に）配置されるものは、４つのマスク孔またはマスク開口部１０２２Ａ、１０２２Ｂ、１０２２Ｃ、１０２２Ｄを備える、マスク１０１４である。光誘導コンポーネント１００２、配光要素（ＯＰＥ）１０１０、および外部結合光学要素（ＥＰＥ）１０１２は、図９Ａ－９Ｃに示され、図１０Ａ－１０Ｄに関して上記に議論されるように、導波管６７０、６８０、６９０と類似様式で動作するように構成されてもよい。例えば、いくつかの実装では、配光要素（ＯＰＥ）１０１０および外部結合光学要素（ＥＰＥ）１０１２の一方または両方は、回折光学要素を備えるが、これらの要素の構造は、そのように限定されるべきではない。さらに、外部結合光学要素は、屈折力を提供される、または別様に、外部結合光学要素によって光誘導コンポーネント１００２から射出される光を発散させるように構成される必要はない。下記に議論されるように、マスク内の開口部は、いくつかの実装では、そのような発散を提供してもよい。また、上記に議論されるように、光誘導コンポーネント１００２は、ディスプレイおよびからの光を受光し、画像コンテンツをユーザの眼に送達するように構成される、１つ以上の導波管（図９Ａ－９Ｃに示される導波管６７０、６８０、６９０等）を備える、接眼レンズを備えてもよい、または代替として、光誘導コンポーネント１００２は、画像コンテンツをユーザに送達するように構成される、そのような接眼レンズを補完してもよい。
図１１Ｂは、光が全内部反射によってその中で誘導されるように、内部結合光学要素１００８に対して配置され、光を光誘導コンポーネント１００２の中に結合する、照明源１００４を示す。配光要素１０１０は、内部結合光学要素によって光誘導コンポーネント１００２の中に結合される、光を受光し、光を外部結合光学要素に向かって再指向するように配置される。外部結合光学要素は、光を光誘導コンポーネントから射出させる。上記に議論されるように、外部結合光学要素は、回折光学要素、回折特徴、散乱特徴を備える、または別様に、光がその中で誘導されないように、光誘導コンポーネント内で誘導される光を方向転換させるように構成されてもよい。例えば、光は、光が全内部反射によって光誘導コンポーネント内で誘導されないであろうような角度で、ユーザの眼に向かって指向されてもよい。マスクは、光がマスク内の１つ以上の開口部１０２２Ａ、１０２２Ｂ、１０２２Ｃ、１０２２Ｄを通して通過しない限り、本光が光導波路から、例えば、眼に向かって出射しないように、照明源によって放出される光に対して不透明（例えば、吸収性、反射性）である、材料を含んでもよい。いくつかの実装では、マスクは、誘電コーティング等の誘電性を備えてもよく、具体的波長または複数の波長において反射性であってもよい。いくつかの設計では、より反射性およびあまり吸収性ではないことによって、マスクは、より効率的となり得る。
いくつかの構成では、マスク内の開口部は、マスクと比較して小さい。低減されたサイズは、いくつかのインスタンスでは、回折によって開口部を通して出射するビームの発散を生じさせ得る。開口部は、例えば、約１μｍ、約５μｍ、約１０μｍ、約２０μｍ、約５０μｍ、約１００μｍ、約５００μｍ、約１ｍｍ、または約５ｍｍ、またはこれらの値のいずれか間の任意の範囲の側方範囲、例えば、幅または直径を有してもよい。ある場合には、小開口部は、点光源を作成すると見なされ得る。相互から離間された、いくつかのそのような位置特定された光源は、マスク内の開口部によって作成されてもよい。
図１１Ｂは、示されるように、点源であり得る、開口部１０２２Ａ、１０２２Ｂ、１０２２Ｃ、１０２２Ｄを通して伝搬される、外部結合された光１０２６Ａ、１０２６Ｂ、１０２６Ｃ、１０２６Ｄを図示する。図１１Ｂは、特に、発散光ビーム１０２０を内部結合光学要素１００８に放出する、照明源１００４を描写する。内部結合要素１００８は、光が全内部反射によってその中で誘導されるように、光を光誘導コンポーネント１００２の中に結合する。しかしながら、光ビームは、光誘導光学要素内で発散し続ける。光誘導コンポーネント１００２の中に内部結合された光は、配光要素またはＯＰＥ１０１０に伝搬し得る。配光要素またはＯＰＥ１０１０は、本光の少なくとも一部を外部結合光学要素１０１２に再指向してもよい。上記に議論されるように、外部結合光学要素１０１２は、光誘導コンポーネント１００２からの光を射出するように構成される。しかしながら、マスク１０１４が、外部結合光学要素１０１２または光が外部結合光学要素によって射出されるであろう光誘導コンポーネント１００２の一部を被覆する場合、光は、光がマスクを通して殆ど逃散しないように、遮断され得る。しかしながら、マスク内の開口部１０２２Ａ、１０２２Ｂ、１０２２Ｃ、１０２２Ｄは、光がそれを通して通過することを可能にする。光１０２６Ａ、１０２６Ｂ、１０２６Ｃ、１０２６Ｄは、開口部１０２２Ａ、１０２２Ｂ、１０２２Ｃ、１０２２Ｄを通して、例えば、ユーザの眼（またはユーザの正面の環境）に出射し得る。
開口部は、マスクが透過性である、マスクの領域であり得、必ずしも、材料を欠いている領域である必要はない。例えば、マスクは、実質的に不透明（反射性および／または吸収性）である、領域と、実質的にあまり不透明ではない（例えば、あまり反射性および／または吸収性ではない）、領域とを備えてもよい。これらの後者の領域は、より多くの光がこれらの領域または開口部を通して通過するであろうため、本明細書では、マスク内の開口部と称される。マスクが反射性である、構成では、開口部を通して透過されない光は、本明細書では、再利用または光再利用と称されるプロセスにおいて、射出されるまで、潜在的に、光誘導コンポーネントの中に戻るように反射され、その中で誘導され得る。
いくつかの実装では、マスクは、ダイクロイックおよび／または波長選択的であってもよい。例えば、マスクは、不可視（例えば、赤外線）光を吸収または反射させ、それによって、赤外線光源であり得る、照明源からの光を遮断および／または再利用し得る。しかしながら、開口部は、本赤外線光を通過させるように構成されるであろう。しかしながら、マスクは、ユーザにマスクを通してユーザの正面の環境が見え得るように、可視光に対して透過性であり得る。
いくつかの実施形態では、複数のダイクロイックマスクが、第１の波長における光が、第１のマスクによって遮断または実質的に遮断されるが、しかしながら、第１のマスクの開口部を通して通過するように、例えば、第１のマスクが、第１の波長またはスペクトル範囲を遮断し、第２のマスクが、第２の波長またはスペクトル範囲を遮断するように、外部結合要素に対してスタックされてもよい。第１の波長はまた、第２のマスクによって透過されるであろう。同様に、第２の波長は、第２のマスクによって遮断または実質的に遮断されるであろうが、しかしながら、第２のマスク内の開口部を通して通過するであろう。第２の波長はまた、第１のマスクによって透過されるであろう。その結果、第１および第２の波長領域に対応する、光を出力するように構成される、第１および第２の光源が、それぞれ、生産される。上記に議論されるように、可能性として、既知の位置の異なる空間的に分離される光源を有することは、眼追跡を改良し得る。多重化（時間多重化および／または波長多重化）が、画像捕捉と異なる個別の光源のアクティブ化を協調させるために使用されてもよい。いくつかの実装では、複数のマスクの異なるものは、その独自のパターンおよび複数の開口部を備えてもよい。複数のマスクおよび開口部パターンは、複数の波長源および／またはフィルタと併用され、それによって、複数のマスクの選択的開口部を通した光の選択的波長ベースの外部結合を可能にしてもよい。
故に、照明源は、ＩＲおよび／または可視波長等の多種多様な異なる波長の光を放出してもよい。上記に議論されるように、照明源は、ＬＥＤまたはレーザを備えてもよい。いくつかの実装では、照明源は、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を備える。いくつかの構成では、照明源は、発散ビームを生産してもよく、および／または発散ビームは、光誘導コンポーネントの中に結合される。いくつかの設計では、１つ以上の照明源は、複数の光のビームを生産する、複数の照明源を備えてもよい。いくつかの実装では、複数の光ビームは、異なる個別の波長を有する。いくつかの構成では、狭帯域通過フィルタ等のフィルタが、光の波長特性を調整するために採用される。いくつかの実装では、複数の照明源は、複数のフィルタを含み、異なるフィルタは、異なる波長の光ビームを生産する。例えば、１、２、３、４、５、または１０個の照明源、またはこれらの値のいずれか間の任意の範囲等の任意の数の照明源が、利用されてもよい。
いくつかの構成では、内部結合光学要素は、内部結合格子（ＩＣＧ）を備えてもよい。いくつかの構成では、内部結合光学要素は、内部結合プリズムを備える。いくつかの実装では、内部結合要素は、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントの臨界角より大きい角度で光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される。いくつかの実装では、内部結合光学要素は、少なくとも１つの照明源からの光を約４５°の角度で光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される。傾角反射性表面（例えば、全内部反射を介して反射を提供する）を有する、プリズムは、光誘導コンポーネントに対して（例えば、光を全内部反射を介して光誘導コンポーネント内で誘導する、光誘導コンポーネントの主要上部および底部または正面および背面反射表面に対して）４５°で照明源からの光を光誘導コンポーネントの中に方向転換させるために好適であり得る。光が、光誘導コンポーネントに対して（例えば、光誘導コンポーネントの主要上部および底部または正面および背面反射表面に対して）４５°の角度で光誘導コンポーネント（平面光ガイドプレート、シート、またはフィルム等）内を伝搬し、光誘導コンポーネントから外に方向転換されない場合、光は、光誘導コンポーネントの端部から反射し、全内部反射を介して対向方向にその中で誘導され続け得る。１つを上回る内部結合光学要素が、採用されてもよい。
種々の実装では、光誘導コンポーネントは、１つ以上の照明源からの光に対して光学的に透過性の材料を含んでもよい。光は、全内部反射によって、光誘導コンポーネント内で誘導されてもよい。しかしながら、いくつかの実装では、光誘導コンポーネントは、そこから光が、反射され、光を光誘導コンポーネント内で誘導する、内側側壁を有する、中空導管を備える。
いくつかの実装では、光分散光学要素またはＯＰＥが、光誘導コンポーネント上または光誘導コンポーネント内に形成されてもよい。いくつかの構成では、光分散光学要素またはＯＰＥは、除外されてもよい。
いくつかの設計では、外部結合光学要素は、光誘導コンポーネント上または内に形成されてもよい。外部結合光学要素は、１つ以上の回折格子および／またはホログラム等の１つ以上の回折光学要素を備えてもよい。外部結合光学要素は、１つ以上の拡散または散乱特徴または層を備えてもよい。例えば、外部結合光学要素は、１つ以上の拡散器シート、１つ以上の光成形拡散器、１つ以上の拡散器フィルム、１つ以上のエッチング、１つ以上の透過性光学要素、１つ以上の粒子または粒子層、１つ以上の不規則的表面、１つ以上の表面レリーフ構造、ＰＴＦＥ、テフロン（登録商標）、すりガラス、乳白ガラス、灰色ガラス、１つ以上の白色表面、着色ゲル、１つ以上のホログラム、またはそれらの任意の組み合わせを備えてもよい。外部結合光学要素は、光のうちの少なくとも一部が開口部を通して出射し得るように、光誘導光学要素内で誘導される光をマスクおよびマスク内の開口部に向かって指向させてもよい。
いくつかの実装では、外部結合光学要素は、マスクの面積全体を包含する、および／またはその逆である。いくつかの実装では、外部結合光学要素は、マスクより大きい、またはマスクは、外部結合光学要素より大きい。いくつかの実装では、外部結合光学要素は、マスク開口部の面積を包含する。
いくつかの構成では、外部結合光学要素は、除外されてもよい。例えば、光は、単に、その中で全内部反射されないことによって、光誘導光学要素から外に漏出してもよい。例えば、光誘導要素の内側側壁は、反射性であるが、光誘導コンポーネント内で誘導される一部の光がそれを通して通過することを可能にしてもよい。他の変形例も、可能性として考えられる。
上記に議論されるように、いくつかの構成では、光は、追跡するために、光誘導光学要素から外にユーザの眼に向かって射出され、ユーザの眼を、例えば、赤外線光で照明する。いくつかの実装では、１つ以上のカメラが、照明源によって照明された眼の画像を捕捉するために使用される。いくつかの構成では、時間多重化アプローチが、カメラと併用され、眼追跡ロバスト性を増加させ得る。
いくつかの構成では、光は、光誘導コンポーネントから外にユーザの正面の環境に向かって射出され、可能性として、環境内のオブジェクトを照明し、例えば、深度感知を提供する。
故に、１つ以上の眼追跡カメラ、深度センサ、または他のコンポーネントが、加えて、含まれてもよい。同様に、画像コンテンツをユーザの眼の中に投影するための１つ以上のディスプレイもまた、含まれてもよい。同様に、上記に説明される特徴、構造、変形例、用途、使用、利点等のいずれも、照明を提供するために、マスクおよびマスク内の１つ以上の開口部を採用する、実装と併用されてもよい、またはそれに適用可能である。
いくつかの実施形態では、頭部搭載型ディスプレイの画像プロジェクタおよび照明源は、同一内部結合光学要素および光誘導コンポーネントを共有する。
拡散光学要素
種々の実装では、外部結合光学要素は、拡散光学要素を備えてもよい。
図１２Ａ－１２Ｂは、例えば、光誘導コンポーネント１１０２内で誘導される光を射出するための複数の拡散光学要素、拡散領域、または散乱領域を含む、光誘導コンポーネント１１０２の斜視図を図示する。具体的には、図１２Ａは、光をその中に結合するように位置付けられる、内部結合要素１１０８を有する、光誘導コンポーネント１１０２を示す。光誘導コンポーネント１１０２内で誘導される光を射出するための複数の拡散光学要素または散乱領域１１２２Ａ、１１２２Ｂ、１１２２Ｃ、１１２２Ｄ（例えば、４つの拡散光学要素が示される）を備える、配光要素（例えば、ＯＰＥ）１１１０および外部結合光学要素１１１２（例えば、ＥＰＥ）が、光誘導コンポーネント１１０２上または内に配置される。光誘導コンポーネント１１０２、配光要素（ＯＰＥ）１１１０および外部結合光学要素（ＥＰＥ）１１１２は、図９Ａ－９Ｃに示され、図１０Ａ－１０Ｄに関して上記に議論されるような導波管６７０、６８０、６９０と類似様式で動作するように構成されてもよい。例えば、いくつかの実装では、配光要素（ＯＰＥ）１０１０は、回折光学要素を備えるが、これらの要素の構造は、そのように限定されるべきではない。また、上記に議論されるように、光誘導コンポーネントはさらに、ディスプレイからの光を受光し、画像コンテンツをユーザの眼に送達するように構成される、１つ以上の導波管（図９Ａ－９Ｃに示される導波管６７０、６８０、６９０等）を備える、接眼レンズを備えてもよい、または代替として、光誘導コンポーネントは、画像コンテンツをユーザに送達するように構成される、そのような接眼レンズを補完してもよい。しかしながら、いくつかの実装では、光誘導コンポーネントは、同様に画像コンテンツをユーザに伝達するために使用される、接眼レンズを備えてもよい。例えば、光誘導コンポーネントは、照明源からの光を誘導し（例えば、ユーザの眼またはユーザの前方の環境に）、かつプロジェクタまたはディスプレイからの光をユーザの眼に誘導し、画像をユーザの眼に提示するための、導波管を備えてもよい。例えば、光誘導コンポーネントが、照明源からの照明および画像プロジェクタまたはディスプレイからの光の両方を伝達するために使用される場合等、ある設計では、拡散光学要素（または回折光学要素）を備える外部結合光学要素（ＥＰＥ）１１１２と、ディスプレイまたは画像プロジェクタからの光を外部結合するための外部結合光学要素（ＥＰＥ）の両方が、含まれてもよい。ある場合には、拡散光学要素（または回折光学要素）を備える外部結合光学要素（ＥＰＥ）１１１２および／またはディスプレイまたは画像プロジェクタからの光を外部結合するための外部結合光学要素（ＥＰＥ）の一方または両方が、波長選択的である。例えば、拡散光学要素（または回折光学要素）を備える外部結合光学要素（ＥＰＥ）１１１２は、第１の波長または波長のグループを選択的に外部結合するように構成されてもよく、ディスプレイまたは画像プロジェクタからの光を外部結合するための外部結合光学要素（ＥＰＥ）は、第２の波長または波長のグループを選択的に外部結合するように構成されてもよい。いくつかのそのような場合では、拡散光学要素（または回折光学要素）を備える外部結合光学要素（ＥＰＥ）１１１２は、第２の波長または波長のグループを有する、光を外部結合しないように構成されてもよく、ディスプレイまたは画像プロジェクタからの光を外部結合するための外部結合光学要素（ＥＰＥ）は、第１の波長または波長のグループを有する、光を外部結合しないように構成されてもよい。第１の波長または波長のグループは、赤外線波長および不可視波長を含んでもよく、第２の波長または波長のグループは、可視波長を含み、非赤外線波長を含まなくてもよい。そのような場合、例えば、拡散光学要素（または回折光学要素）を備える外部結合光学要素（ＥＰＥ）１１１２は、赤外線および不可視光を外部結合してもよい一方、ディスプレイまたは画像プロジェクタからの光を外部結合するための外部結合光学要素（ＥＰＥ）は、可視光を外部結合し、赤外線光または少なくとも照明源によって出力された赤外線光を外部結合しなくてもよい。故に、いくつかの設計では、外部結合光学要素１１１２は、例えば、外部結合光学要素が、その中で誘導される選択波長（例えば、ＩＲ）のみを外部結合し、その中で誘導される他の波長（例えば、可視）と相互作用しない、またはそれを外部結合しないように、波長選択的であってもよい。他のアプローチも、可能性として考えられる。例えば、いくつかの実装では、ディスプレイまたは画像プロジェクタからの光を外部結合するための外部結合光学要素（ＥＰＥ）は、拡散光学要素（または回折光学要素）を備える外部結合光学要素（ＥＰＥ）１１１２の側方設置または場所と対応する、開口部または断絶を有してもよい。
図１２Ｂは、内部結合光学要素１１０８に対して配置され、光が全内部反射によってその中で誘導されるように、光を光誘導コンポーネント１１０２の中に結合する、照明源１１０４を示す。配光要素１２１０は、内部結合光学要素によって光誘導コンポーネント１１０２の中に結合される光を受光し、光を拡散光学要素または散乱領域を備える外部結合光学要素に向かって再指向するように配置される。外部結合光学要素、すなわち、拡散光学要素または散乱領域は、照明源からの光を光誘導コンポーネント１１０２から射出させる。上記に議論されるように、外部結合光学要素は、光がその中で誘導されないように、光誘導コンポーネント１１０２内で誘導される光を方向転換させるように構成される、拡散特徴または散乱特徴を備えてもよい。例えば、光は、光が全内部反射によって光誘導コンポーネント１１０２内で誘導されないであろうような角度で、ユーザの眼に向かって指向されてもよい。散乱特徴１１２２Ａ、１１２２Ｂ、１１２２Ｃ、１１２２Ｄが、光が、光誘導コンポーネント、例えば、その表面上またはそこに位置し得る、位置特定された光源（例えば、点源）から発出するように現れるように、位置特定された領域内に配置されてもよい。
故に、いくつかの構成では、拡散領域１１２２Ａ、１１２２Ｂ、１１２２Ｃ、１１２２Ｄは、光誘導コンポーネント１１０２と比較して小さい。低減されたサイズは、いくつかのインスタンスでは、回折によって、ビームの発散を生じさせ得る。拡散領域１１２２Ａ、１１２２Ｂ、１１２２Ｃ、１１２２Ｄのうちの１つは、例えば、約１μｍ、約５μｍ、約１０μｍ、約２０μｍ、約５０μｍ、約１００μｍ、約５００μｍ、約１ｍｍ、または約５ｍｍ、またはこれらの値のいずれか間の任意の範囲の側方範囲、例えば、幅または直径を有してもよい。ある場合には、拡散領域１１２２Ａ、１１２２Ｂ、１１２２Ｃ、１１２２Ｄのうちの１つは、点光源を作成すると見なされ得る。相互から離間された、いくつかのそのような位置特定された光源は、複数の拡散領域１１２２Ａ、１１２２Ｂ、１１２２Ｃ、１１２２Ｄによって作成されてもよい。
図１２Ｂは、示されるように、点源に対応し得る、拡散領域１１２２Ａ、１１２２Ｂ、１１２２Ｃ、１１２２Ｄによって射出される、外部結合された光１１２６Ａ、１１２６Ｂ、１１２６Ｃ、１１２６Ｄを図示する。図１２Ｂは、特に、発散光１０２０を内部結合光学要素１１０８に放出する、照明源１１０４を描写する。内部結合要素１１０８は、光が全内部反射によってその中で誘導されるように、光を光誘導コンポーネント１１０２の中に結合する。しかしながら、光ビームは、光誘導光学要素内で発散し続け得る。光誘導コンポーネント１１０２の中に内部結合された光は、配光要素またはＯＰＥ１１１０に伝搬し得る。配光要素またはＯＰＥ１０１０は、本光の少なくとも一部を複数の拡散光学要素または散乱領域１１２２Ａ、１１２２Ｂ、１１２２Ｃ、１１２２Ｄを備える外部結合光学要素１１１２に再指向してもよい。上記に議論されるように、複数の拡散光学要素または散乱領域１１２２Ａ、１１２２Ｂ、１１２２Ｃ、１１２２Ｄを備える外部結合光学要素１１１２は、光を射出し、光誘導コンポーネント１１０２を形成するように構成される。光１１２６Ａ、１１２６Ｂ、１１２６Ｃ、１１２６Ｄは、拡散光学要素または散乱領域１１２２Ａ、１１２２Ｂ、１１２２Ｃ、１１２２Ｄによって、例えば、ユーザの眼（またはユーザの正面の環境）に射出されてもよい。
いくつかの実装では、複数の光ビームが、複数の拡散光学要素を備える複数の外部結合光学要素を照明する。例えば、いくつかの設計では、対向縁からの反射および／またはビームの分裂は、ビームを異なる拡散光学要素を備える異なる外部結合光学要素に向かって指向する。種々の実装では、例えば、複数の光ビームの異なる光ビームは、光の異なる波長を備え、複数の外部結合光学要素の異なるものは、異なる波長を有する異なる光ビームが異なる個別の外部結合光学要素を通して外部結合されるように、これらの波長の個別のものを選択的に外部結合する。いくつかの設計では、これらの複数の光ビームは、同時に、または順次、方向転換または外部結合されることができる。
照明源は、ＩＲおよび／または可視波長等の多種多様な異なる波長の光を放出してもよい。上記に議論されるように、照明源は、ＬＥＤまたはレーザを備えてもよい。いくつかの実装では、照明源は、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を備える。いくつかの実施形態では、照明源は、発散ビームを生産してもよく、および／または発散ビームは、光誘導コンポーネントの中に結合される。いくつかの構成では、１つ以上の照明源は、複数の光のビームを生産する、複数の照明源を備えてもよい。いくつかの実装では、複数の光ビームは、異なる個別の波長を有する。いくつかの構成では、狭帯域通過フィルタ等のフィルタが、光の波長特性を調整するように採用される。いくつかの設計では、複数の照明源は、複数のフィルタを含み、異なるフィルタは、異なる波長の光ビームを生産する。例えば、１、２、３、４、５、または１０個の照明源、またはこれらの値のいずれか間の任意の範囲等の任意の数の照明源が、利用されてもよい。いくつかの実施形態では、複数の光ビームは、同時に、または順次、方向転換されてもよい。
いくつかの構成では、内部結合要素は、内部結合格子（ＩＣＧ）を備えてもよい。いくつかの構成では、内部結合要素は、内部結合プリズムを備える。いくつかの実装では、内部結合要素は、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントの臨界角より大きい角度で光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される。いくつかの設計では、内部結合要素は、少なくとも１つの照明源からの光を約４５°の角度で光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される。傾角反射性表面（例えば、全内部反射を介して反射を提供する）を有する、プリズムは、照明源からの光を光誘導コンポーネントに対して（例えば、光を全内部反射を介して光誘導コンポーネント内で誘導する、光誘導コンポーネントの主要上部および底部または正面および背面反射表面に対して）４５°で光誘導コンポーネントの中に方向転換させるために好適であり得る。光が、光誘導コンポーネントに対して（例えば、光誘導コンポーネントの主要上部および底部または正面および背面反射表面に対して）４５°の角度で光誘導コンポーネント（平面光ガイドプレート、シート、またはフィルム等）内を伝搬し、光誘導コンポーネントから外に方向転換されない場合、光は、光結合コンポーネントの端部から反射し、全内部反射を介して対向方向にその中で誘導され続け得る。１つを上回る内部結合要素が、採用されてもよい。
種々の実装では、光誘導コンポーネントは、１つ以上の照明源からの光に対して光学的に透過性の材料を含んでもよい。光は、全内部反射によって、光誘導コンポーネント内で誘導されてもよい。しかしながら、いくつかの実装では、光誘導コンポーネントは、そこから光が、反射され、光を光誘導コンポーネント内で誘導する、内側側壁を有する、中空導管を備える。
いくつかの実装では、光分散光学要素またはＯＰＥが、光誘導コンポーネント上または光誘導コンポーネント内に形成されてもよい。いくつかの構成では、光分散光学要素またはＯＰＥは、除外されてもよい。
いくつかの構成では、外部結合された光の大部分は、光誘導コンポーネントから、すなわち、拡散光学要素から出射する。いくつかの設計では、拡散光学要素は、光を外に散乱させ得る。いくつかの構成では、拡散光学要素は、屈折性、反射性、回折性、またはそれらの任意の組み合わせである。いくつかの設計では、外部結合光学要素は、光誘導コンポーネント上または内に形成されてもよい。いくつかの設計では、例えば、拡散光学要素は、光誘導コンポーネントの上部表面上に配置される。いくつかの実装では、拡散シートまたはフィルムまたはその一部または拡散材料または粒子等の拡散光学要素が、光誘導コンポーネントの表面上に設置される。いくつかの構成では、拡散光学要素は、光誘導コンポーネントの体積内に配置される。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素は、拡散光学要素を備えてもよい。いくつかの実施形態では、複数の拡散光学要素を備える、複数の外部結合光学要素が、採用される。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素（または複数の拡散光学要素）は、それぞれ、異なるスペクトル領域からの光を選択的に外部結合する。
外部結合光学要素は、１つ以上の拡散または散乱特徴または層を備えてもよい。例えば、外部結合光学要素は、１つ以上の拡散器シート、１つ以上の光成形拡散器、１つ以上の拡散器フィルム、１つ以上のエッチング、１つ以上の透過性光学要素、１つ以上の粒子または粒子の層、１つ以上の不規則的表面、１つ以上の表面レリーフ構造、ポリテトラフルオロエチレン（例えば、ＰＴＦＥおよび／またはテフロン（登録商標））、すりガラス、乳白ガラス、灰色ガラス、１つ以上の白色表面、着色ゲル、１つ以上のホログラム、またはそれらの任意の組み合わせを備えてもよい。いくつかの実装では、拡散光学要素は、光誘導コンポーネントの小部分のみを横断して延在する。拡散光学要素は、例えば、１０％未満、５％未満、３％未満、２％未満、１％未満、０．５％未満、または１％未満、またはこれらの値のいずれか間の任意の範囲である、光誘導コンポーネントの面積を横断して延在してもよい。外部結合光学要素は、光の少なくとも一部が出射し得るように、光誘導コンポーネント内で誘導される光を指向させてもよい。
上記に議論されるように、いくつかの構成では、光は、光誘導光学要素から外にユーザの眼に向かって射出され、眼追跡のために、ユーザの眼を、例えば、赤外線光で照明する。いくつかの実装では、１つ以上のカメラが、照明源によって照明された眼の画像を捕捉するために使用される。いくつかの構成では、時間多重化アプローチが、カメラと併用され、眼追跡ロバスト性を増加させ得る。
いくつかの構成では、光は、光誘導光学要素から外にユーザの正面の環境に向かって射出され、可能性として、環境内のオブジェクトを照明し、例えば、深度感知を提供する。
いくつかの実装では、少なくとも１つの照明源は、可視光を放出してもよく、これは、光誘導光学要素から外部結合され、視覚的印（例えば、アラート、通知等）をユーザおよび／またはユーザの環境に提供する。例えば、いくつかの実施形態では、可視光は、外部結合され（例えば、ユーザ以外の傍観者に）、明滅色（例えば、赤色）照明パターンを提供してもよい。いくつかの構成では、例えば、明滅照明パターンは、接眼レンズがビデオを記録中であることを示し得る。いくつかの設計では、可視光が、外部結合され（例えば、ユーザに）、パルス状色（例えば、緑色）照明パターンを提供してもよい。いくつかの設計では、例えば、パルス状（例えば、緑色）照明パターンは、ユーザが未読メッセージ（例えば、電子メール、テキストメッセージ）を有することを示し得る、または別の形態のアラートを提供するために使用されてもよい。
いくつかの実装では、少なくとも１つの照明源は、可視光を放出してもよく、これは、光誘導光学要素から外部結合され、審美的向上および／またはエンターテインメント駆動特殊視覚的効果を提供する。例えば、いくつかの設計では、可視光は、例えば、ユーザが深海潜水複合現実体験等のアクティビティに従事している間、光輝くおよび／または変動する色（例えば、青色）背光でユーザの視覚的周縁を囲繞するように外部結合され、それによって、より優れた没入感を作成し得る。
いくつかの構成では、少なくとも１つの照明源は、可視および／または不可視（例えば、ＩＲまたはＵＶ）光を放出してもよく、これは、光誘導光学要素からユーザおよび／またはユーザの環境に外部結合され、環境内に位置する外部結像センサ（例えば、第三者カメラ、他の頭部搭載型ディスプレイ等）に認識可能な１つ以上の信号または基点を提供する役割を果たし得る、照明パターンを生産する。
故に、１つ以上の眼追跡カメラ、深度センサ、または他のコンポーネントが、加えて、含まれてもよい。同様に、画像コンテンツをユーザの眼の中に投影するための１つ以上のディスプレイもまた、含まれてもよい。同様に、上記に説明される特徴、構造、変形例、用途、使用、利点等のいずれも、照明を提供するために拡散光学要素または散乱領域を採用する、実装と併用されてもよい、またはそれに適用可能である。
いくつかの実施形態では、頭部搭載型ディスプレイの画像プロジェクタおよび照明源は、同一内部結合光学要素および光誘導コンポーネントを共有する。
外側および内側カバーまたは遮蔽体
上記に説明されるように、いくつかの実装では、照明を提供する（例えば、眼追跡のために眼に）ための光誘導コンポーネントは、１つ以上のディスプレイからの光を眼に指向し、画像コンテンツをそこに提供するために、１つ以上の導波管を備える接眼レンズを補完する。図１３Ａ－１３Ｂは、そのような構成の実施例を示し、光誘導コンポーネントは、カバーまたは遮蔽体を備える。
特に、図１３Ａは、外側カバーまたは遮蔽体１２００を光誘導要素１２０２の正面に備える、光誘導コンポーネントを図示する。本特定の実施例では、外側カバー１２００は、湾曲される。図１３Ａはまた、ディスプレイ（図示せず）からの光を受光し、ディスプレイからの光をユーザの眼に指向し、画像コンテンツをそこに提示するように構成される、内部結合格子（ＩＣＧ）と、配光要素（ＯＰＥ）１２１０と、外部結合光学要素（ＥＰＥ）１２１２とを有する、導波管１２０２を示す。図１３Ａはまた、導波管１２０２の正面の外側カバー１２００を示す。内部結合要素１２０８は、照明源からの光を、外側カバーを備える、光誘導コンポーネント１２００の中に結合するように位置付けられる。
システムはさらに、光が光誘導コンポーネント１２００内で誘導されるように、光を内部結合光学要素１２０８の中に結合するように構成される、照明源１２０４を備える。図１３Ｂは、光誘導コンポーネント／カバー１２００の後方に導波管１２０２を備える接眼レンズを伴わない、光誘導コンポーネント／カバー１２００を示す。図１３Ｂはまた、外側カバー１２００内または上に配置される拡散光学要素１２２２Ａ、１２２２Ｂ、１２２２Ｃ、１２２２Ｄ、１２２２Ｅを用いて、光誘導コンポーネント／カバー１２００から外にユーザの眼（図示せず）に射出される、光を示す。これらの拡散光学要素１２２２Ａ、１２２２Ｂ、１２２２Ｃ、１２２２Ｄ、１２２２Ｅは、例えば、光誘導コンポーネント／カバー１２００と比較して、比較的に小側方範囲を有する。その結果、光誘導コンポーネント／カバー１２００から拡散光学要素１２２２Ａ、１２２２Ｂ、１２２２Ｃ、１２２２Ｄ、１２２２Ｅによって射出される光は、事実上、複数の個別の点源から発出すると見なされ得る。
種々の実装では、光誘導コンポーネント／カバー１２００は、接眼レンズ１２０２のための保護カバーを備える。光誘導コンポーネント／カバー１２００は、例えば、ポリカーボネートおよび／またはアクリル等のプラスチック、およびガラス、またはそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。図示されるように、カバー１２００は、ユーザの眼の前方にある、接眼レンズ１２０２の前方にある。しかしながら、カバー１２００は、ユーザの正面の環境の後方にある。カバー１２００は、示されない、フレームによって支持されてもよい。カバー１２００は、接眼レンズ１２０２をユーザの前方の環境から保護し得る。図１３Ａ－１３Ｂに図示される実施例では、カバー１２００は、他の（例えば、直交）方向よりある方向に湾曲される。カバー１２００は、円筒形形状を有する。特に、カバー１２００は、１つの方向（垂直）に湾曲され、他の直交方向（水平）には湾曲されない。カバー１２００は、直円柱の一部の形状を有する。カバーは、湾曲されるように示されるが、カバーは、湾曲される必要はない、または示される特定の湾曲形状を有する必要はない。
いくつかの実施形態では、外側カバーは、接眼レンズにわたって配置され、遮蔽体として作用してもよい。いくつかの実施形態では、頭部搭載型ディスプレイは、バイザを含んでもよく、バイザは、光誘導コンポーネントを備える、外側カバーを構成する。故に、種々の実装では、外側カバーおよび／または光バイザは、照明を照明源からユーザの眼または環境に誘導するように構成される（例えば、全内部反射を使用して）。
上記に説明されるように、照明を提供する（例えば、眼追跡のために眼に）ための光誘導コンポーネントは、１つ以上のディスプレイからの光を眼に指向し、画像コンテンツをそこに提供するための１つ以上の導波管を備える、接眼レンズを補完することができる。特に、光誘導コンポーネントは、カバーまたは遮蔽体を備えることができ、本カバーまたは遮蔽体は、接眼レンズの後方に配置されてもよい。
図１４Ａ－１４Ｂは、特に、内側カバーまたは遮蔽体１３００を接眼レンズ（例えば、画像コンテンツを表示するように構成される、光誘導要素）１３０２の後方に備える、光誘導コンポーネントを示す。本特定の実施例では、内側カバー１３００は、湾曲されず、平面である。図１４Ａはまた、ディスプレイ（図示せず）からの光を受光し、ディスプレイからの光をユーザの眼に指向し、画像コンテンツをそこに提示するように構成される、内部結合格子（ＩＣＧ）と、配光要素（ＯＰＥ）１３１０と、外部結合光学要素（ＥＰＥ）１３１２とを有する、導波管１３０２を示す。図１４Ａはまた、導波管１３０２の後方の内側カバー１３００を示す。
システムはさらに、光が光誘導コンポーネント１３００内で誘導されるように、光を内部結合光学要素（例えば、プリズム）１３０８の中に結合するように構成される、照明源１３０４を備える。図１４Ｂは、導波管１２０２を光誘導コンポーネント／カバー１３００の前方に備える接眼レンズを伴わない、光誘導コンポーネント／カバー１３００を示す。図１４Ｂはまた、内側カバー１３００内または上に配置される拡散光学要素１３２２Ａ、１３２２Ｂ、１３２２Ｃ、１３２２Ｄ、１３２２Ｅを用いて、光誘導コンポーネント／カバー１３００から外にユーザの眼に（図示せず）射出される、光を示す。これらの拡散光学要素１３２２Ａ、１３２２Ｂ、１３２２Ｃ、１３２２Ｄ、１３２２Ｅは、例えば、光誘導コンポーネント／カバー１３００と比較して、比較的に小側方範囲を有する。その結果、光誘導コンポーネント／カバー１３００から拡散光学要素１３２２Ａ、１３２２Ｂ、１３２２Ｃ、１３２２Ｄ、１３２２Ｅによって射出される光は、事実上、複数の個別の点源から発出すると見なされ得る。
種々の実装では、光誘導コンポーネント／カバー１３００は、接眼レンズ１３０２のための保護カバーを備える。光誘導コンポーネント／カバー１３００は、例えば、ポリカーボネートおよび／またはアクリル等のプラスチック、およびガラス、またはそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。図示されるように、カバー１３００は、接眼レンズ１２０２の後方にあって、その両方は、ユーザの眼の前方かつユーザの正面の環境の後方にあることになる。カバー１２００は、示されない、フレームによって支持されてもよい。カバー１２００は、接眼レンズ１２０２の後方側を保護し得る。カバー１２００は、平坦または平面であるように示されるが、カバーは、平坦である必要はなく、湾曲されてもよく、直交方向より１つの方向に湾曲されてもよい（例えば、円筒形）。
いくつかの実装では、ディスプレイは、１つ以上のカバーを含む。いくつかの設計では、カバーは、審美的、着色、衝撃耐性、またはそれらの組み合わせのためのものであってもよい。例えば、カバーは、ディスプレイに対してより整然とした（例えば、あまり雑然としていない）見た目のために、カバーの背後のシステムコンポーネントを不明瞭にすることができる。いくつかの構成では、ディスプレイはまた、正面バンドおよびセンサカバーを含み、外部レンズの周囲のディスプレイの連続的正面を形成しながら、システムコンポーネントを保護し得る。カバーは、いくつかのインスタンスでは、潜在的に、仮想オブジェクトおよび実世界の物理的オブジェクトの両方からの光を伴うＡＲ体験を改良または最適化し得る、５０％～７０％透明度（ある場合には、着色によって提供され得る）を有してもよい。
いくつかの設計では、ディスプレイはさらに、１つ以上の（例えば、対）の内側カバーを含み、システムコンポーネントを保護し、および／またはユーザの顔に隣接するディスプレイのための保護内側表面を形成してもよい。いくつかの実装では、ディスプレイは、１つ以上の随意の処方箋レンズを含み、補正レンズを要求するユーザに適応してもよい。いくつかの設計では、搭載構造は、視認光学アセンブリの環境側またはユーザ側のいずれか上に配置される、カバーを格納してもよい。
いくつかの実装では、カバーまたはカバーレンズは、傷防止材料または他の保護被覆を備え、指先からの皮脂または外部環境からの粉塵および残骸等とのディスプレイの接触を防止してもよい。いくつかの構成では、カバーまたはカバーレンズは、偏光レンズ等の光修正器を含み、ある光を反射または吸収してもよい。いくつかの設計では、ディスプレイは、複数の導波管に加え、そのような保護カバーまたはカバーレンズを備える。
これらのカバーまたはレンズのいずれかは、光誘導コンポーネントを備え、照明源からの光を誘導する（例えば、全内部反射を介して）ように構成されてもよい。
設計および構成における変形例が、可能性として考えられる。例えば、外部結合は、ホログラム等の回折光学要素によって提供されてもよく、カバーと別個の深度平面上に配置される、仮想光源を提供してもよい。同様に、開口部を伴うマスクが、採用されてもよい。さらに他の配列、構成、および組み合わせも、可能性として考えられる。
フレーム
図１５Ａ－１５Ｂに図示されるように、光誘導コンポーネントは、フレームの一部を構成してもよい。故に、照明を提供する（例えば、眼追跡のために眼に）ための光誘導コンポーネントは、１つ以上のディスプレイからの光を眼に指向し、画像コンテンツをそこに提供するために、１つ以上の導波管を備える接眼レンズを補完することができる。
図１５Ａ－１５Ｂは、特に、接眼レンズ（例えば、画像コンテンツを表示するように構成される、導波管）１４０２を囲繞する、フレームの一部を構成する、光誘導コンポーネント１４００を示す。図１５Ａはまた、ディスプレイ（図示せず）からの光を受光し、ディスプレイからの光をユーザの眼に指向し、画像コンテンツをそこに提示するように構成される、配光要素（ＯＰＥ）１４１０と、外部結合光学要素（ＥＰＥ）１４１２とを有する、接眼レンズ／導波管１４０２を示す。
図１５Ａはまた、接眼レンズ／導波管１４０２を囲繞する、フレームの一部を示す。フレームの一部のうちの１つは、光をそれを通して伝達するための光誘導コンポーネント１４００を構成する。図１５Ａはまた、光がフレームの一部内に含まれる光誘導コンポーネント１４００内で誘導されるように、光を内部結合光学要素（例えば、プリズム）１４０８の中に結合するように構成される、照明源１４０４を示す。
いくつかの実装では、光誘導コンポーネント１４００を構成する、フレームの一部は、照明源１４０４によって出力された光に対して透過性の材料を含んでもよく、そのような光を全内部反射によってその中で誘導させるために十分な屈折率を有してもよい。いくつかの代替実装では、光誘導コンポーネント１４００を構成する、フレームの一部は、そこから照明源１４０４からの光が、反射し、それによって、光を光誘導コンポーネント内で伝搬させ得る、側壁を有する、中空空洞を備えてもよい。
図１５Ｂはまた、光結合コンポーネント１３００内または上に配置される拡散光学要素１４２２Ａ、１４２２Ｂ、１４２２Ｃ、１４２２Ｄ、１４２２Ｅを用いて、光誘導コンポーネント１４００から外にユーザの眼に（図示せず）射出される、光を示す。これらの拡散光学要素１４２２Ａ、１４２２Ｂ、１４２２Ｃ、１４２２Ｄ、１４２２Ｅは、例えば、光誘導コンポーネント１４００と比較して、比較的に小側方範囲を有する。その結果、光誘導コンポーネント１４００から拡散光学要素１４２２Ａ、１４２２Ｂ、１４２２Ｃ、１４２２Ｄ、１４２２Ｅによって射出される光は、事実上、複数の個別の点源から発出すると見なされ得る。
いくつかの実施形態では、拡散光学要素１４２２Ａ、１４２２Ｂ、１４２２Ｃ、１４２２Ｄ、１４２２Ｅは、フレームの表面上に配置され、これは、中実または中空であってもよい。拡散光学要素はまた、中空フレームまたは中実フレームの体積内に配置されてもよい。
光誘導コンポーネント１４００が、フレーム上の一部を構成し、外部結合光学要素が、フレームの本部分上に含まれる、いくつかのインスタンスでは、光は、上記に議論される、ユーザの眼の視野に対してより中心に位置する、光誘導コンポーネントと対照的に、周辺領域から放出され得る。本実施例では、複数の光ビームが、ユーザの眼に拡散光学要素から投影される。さらに、複数のビームは、線に沿って配列される。他の設計も、可能性として考えられる。例えば、より少ないビームが（例えば、単一ビームさえ）、使用されてもよい。加えて、ビームは、線に配列される必要はない。同様に、光誘導コンポーネント１４００を備える、フレームの一部は、概して、線形であるが、形状は、非線形であってもよい。他の非線形光誘導形状および構造が、使用されてもよい。いくつかの実装では、フレームは、ユーザの頭部に接触し、および／またはフレームをそこに固着させるように構成される、複数のアームを備えてもよく、光は、フレームの１つ以上のアームに内部結合され、および／またはそこから外部結合されてもよい。
設計および構成における変形例が、可能性として考えられる。例えば、外部結合は、ホログラム等の回折光学要素によって提供され得、フレームと別個の深度平面上に配置される、仮想光源を提供してもよい。同様に、開口部を伴うマスクが、採用されてもよい。さらに他の配列、構成、および組み合わせも、可能性として考えられる。
他の形状
光誘導コンポーネント、外部結合要素、マスクおよびマスク開口部、および拡散光学要素の複数のパターンおよび／または幾何学形状が、使用されてもよい。図１６は、円形形状の光誘導コンポーネントを図示する。図１６はまた、環状またはリング形状の拡散光学要素パターンを図示する。拡散光学要素または散乱特徴を備える、領域は、光結合コンポーネントからの光を抽出するように構成されてもよい。射出される光は、したがって、本環状またはリング形状の領域から放出されてもよい。他の形状も、可能性として考えられる。加えて、本実施例では、領域は、拡散光学要素を備えるが、領域は、そうでなければ、上記に説明されるような１つ以上の回折光学要素またはホログラムまたは開口部を伴うマスクを備え得る。これらのタイプの特徴の組み合わせもまた、可能性として考えられる。
他の形状も、可能性として考えられる。例えば、光誘導コンポーネントは、円形形状であるが、光誘導コンポーネントは、楕円形または卵形形状、正方形、矩形または他の規則的または不規則的形状であってもよい。光誘導コンポーネントは、平坦、例えば、平面であってもよい、または湾曲されてもよい。
いくつかの実装では、外部結合要素、マスク開口部、および／または拡散光学要素は、光誘導コンポーネント上の周辺に位置する。いくつかの設計では、外部結合要素、マスク開口部、および／または拡散光学要素は、光誘導コンポーネント上の中心に位置する。いくつかの構成では、光誘導コンポーネントにわたる外部結合要素、マスク開口部、および／または拡散光学要素の分布の形状は、環状または円形である、または線形等の、他の形状を有する。
いくつかの実装では、光誘導コンポーネントにわたる外部結合要素、マスク開口部、および／または拡散光学要素の分布の密度は、１個の要素／ｍｍ２、５個の要素／ｍｍ２、１０個の要素／ｍｍ２、５０個の要素／ｍｍ２、１００個の要素／ｍｍ２、５００個の要素／ｍｍ２、１，０００個の要素／ｍｍ２、１０，０００個の要素／ｍｍ２、１個の要素／μｍ２、５個の要素／μｍ２、１０個の要素／μｍ２、５０個の要素／μｍ２、１００個の要素／μｍ２、５００個の要素／μｍ２、１，０００個の要素／μｍ２、または１０，０００個の要素／μｍ２、またはこれらの値のいずれか間の任意の範囲である。他の変動も、可能性として考えられる。
光誘導コンポーネントおよび／または外部結合光学要素のスタック
いくつかのインスタンスでは、複数の光誘導コンポーネントおよび／または外部結合要素のスタックが、採用されてもよい。
図１７Ａは、例えば、相互の上部にスタックされた第１および第２の光誘導コンポーネントを図示する。本実施例では、第１および第２の光誘導コンポーネントは、例えば、第１および第２の光誘導コンポーネント内で誘導される光を光誘導コンポーネントから外に結合するように構成される、拡散光学要素または回折光学要素を備える、外部結合光学要素によって分離される。いくつかの実装では、外部結合は、双方向であって、光は、対の光誘導コンポーネントの前方および後方に射出される。
図１７Ｂは、光誘導コンポーネントの両側上に配置され、光誘導コンポーネント内で誘導される光を光誘導コンポーネントから外に結合する、第１および第２の外部結合光学要素を備える、光誘導コンポーネントを図示する。いくつかの実施例では、第１および第２の外部結合光学要素は、光が光誘導コンポーネントおよび対の外部結合光学要素の前方および後方に射出されるように、双方向性外部結合を提供するように構成されてもよい。
図１７Ｃは、例えば、第１および第２の光誘導コンポーネント内で誘導される光を光誘導コンポーネントから外に結合するように構成される、拡散光学要素または回折光学要素を備える、１つ以上の外部結合光学要素の反対側上の第１および第２の光誘導コンポーネントを図示する。いくつかの実装では、外部結合は、双方向であって、光は、対の光誘導コンポーネントの前方および後方に射出される。図示されるように、第１および第２の光誘導コンポーネントは、円形に成形され、外部結合光学要素は、環状に成形される。
拡散光学要素が、これらの実施例では、使用されてもよいが、他の実装では、外部結合光学要素は、回折光学要素を備えてもよい。本明細書に説明される１つ以上の開口部または他の特徴または構造を伴う、マスク等の他のコンポーネントが、使用されてもよい。また、形状および分布は、変動し得る。他の特徴もまた、変動し得る。
いくつかの実施形態では、照明源からの光を該環境に向かって指向することは、深度感知を提供し得る。いくつかの実施形態では、光をユーザおよび／または環境に向かって指向することは、インジケーションをユーザおよび／または世界に提供し得る。例えば、光は、ウェアラブルがビデオを記録中であることを示し得る。例えば、いくつかの実装では、可視光が、外部結合され、明滅（例えば、赤色）照明パターンを提供し、接眼レンズがビデオを記録中であることを示してもよい。別の実施例では、いくつかの構成では、可視光が、外部結合され、パルス状（例えば、緑色）照明パターンを提供し、ユーザが未読メッセージ（例えば、電子メール、テキストメッセージ）を有することを示してもよい、または別のメッセージまたはアラートを提供してもよい。
いくつかの実装では、ユーザおよび／または環境に向かって光を指向することは、審美的目的のため、および／または特殊効果を提供するためであってもよい。例えば、いくつかの設計では、可視光が、ユーザが深海潜水複合現実体験等のあるアクティビティに従事する間、光輝くおよび／または変動する（例えば、青色）背光でユーザの視覚的周縁を囲繞するように外部結合され、それによって、より優れた没入感を作成し得る。
いくつかの構成では、少なくとも１つの照明源は、可視および／または不可視（例えば、ＩＲまたはＵＶ）光を放出してもよく、これは、光誘導光学要素からユーザおよび／またはユーザの環境に外部結合され、環境内に位置する外部結像センサ（例えば、第三者カメラ、頭部搭載型ディスプレイ等）に認識可能な１つ以上の基点または信号を提供する役割を果たし得る、照明パターンを生産する。
いくつかの実施形態では、光は、仮想光源アーキテクチャを使用して外部結合される。いくつかの実施形態では、光は、マスクアーキテクチャを使用して外部結合される。いくつかの実施形態では、光は、拡散光学要素アーキテクチャを使用して外部結合される。
（実施例）
種々の実施例が、下記に提供される。
光を頭部搭載型ディスプレイシステムを装着しているユーザの眼に投影し、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、
画像を投影するように構成される、画像プロジェクタと、
少なくとも１つの照明源と、
光誘導コンポーネントであって、フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように構成される、光誘導コンポーネントと、
少なくとも１つの照明源からの光をその中で誘導するように、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される、少なくとも１つの照明内部結合光学要素と、
フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように、光誘導コンポーネント上に配置される、少なくとも１つの拡散光学要素であって、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントから外に拡散結合するように構成される、少なくとも１つの拡散光学要素と、
を備える、頭部搭載型ディスプレイシステム。
光を頭部搭載型ディスプレイシステムを装着しているユーザの眼に投影し、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、
画像を投影するように構成される、画像プロジェクタと、
少なくとも１つの照明源と、
光誘導コンポーネントであって、フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように構成される、光誘導コンポーネントと、
少なくとも１つの照明源からの光をその中で誘導するように、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される、少なくとも１つの照明内部結合光学要素と、
フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように、光誘導コンポーネント上に配置される、少なくとも１つの外部結合光学要素であって、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントから外に結合し、該光誘導コンポーネントの前方のある距離にある場所から生じる光と一致するように、光誘導コンポーネントから外に結合される光を発散させるように構成される、少なくとも１つの外部結合光学要素と、
を備える、頭部搭載型ディスプレイシステム。
光を頭部搭載型ディスプレイシステムを装着しているユーザの眼に投影し、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、
画像を投影するように構成される、画像プロジェクタと、
少なくとも１つの照明源と、
光誘導コンポーネントであって、フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように構成される、光誘導コンポーネントと、
少なくとも１つの照明源からの光をその中で誘導するように、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される、少なくとも１つの照明内部結合光学要素と、
フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように、光誘導コンポーネント上に配置される、少なくとも１つのマスク開口部を備える、少なくとも１つのマスクであって、少なくとも１つのマスクおよび少なくとも１つのマスク開口部は、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントから外に少なくとも１つのマスク開口部を通して結合するように構成される、少なくとも１つのマスクと、
を備える、頭部搭載型ディスプレイシステム。
光を頭部搭載型ディスプレイシステムを装着しているユーザの眼に投影し、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、
画像を投影するように構成される、画像プロジェクタと、
少なくとも１つの照明源と、
光誘導コンポーネントであって、フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように構成される、光誘導コンポーネントと、
少なくとも１つの照明源からの光をその中で誘導するように、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される、少なくとも１つの照明内部結合光学要素であって、プリズムを備える、少なくとも１つの内部結合光学要素と、
を備え、該光誘導コンポーネントは、光誘導コンポーネント内で誘導される照明源からの光が、光誘導コンポーネントから外に結合されるように構成される、頭部搭載型ディスプレイシステム。
光を頭部搭載型ディスプレイシステムを装着しているユーザの眼に投影し、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、
画像を投影するように構成される、画像プロジェクタと、
少なくとも１つの照明源と、
光誘導コンポーネントであって、フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように構成される、光誘導コンポーネントと、
少なくとも１つの照明源からの光をその中で誘導するように、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される、少なくとも１つの照明内部結合光学要素と、
を備え、
該光誘導コンポーネントは、光誘導コンポーネント内で誘導される照明源からの光が、光誘導コンポーネントから外に結合されるように構成され、
画像プロジェクタは、画像を内部結合するように構成され、少なくとも１つの照明源は、光を少なくとも１つの照明内部結合光学要素の中に内部結合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。
光を頭部搭載型ディスプレイシステムを装着しているユーザの眼に投影し、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、
画像を投影するように構成される、画像プロジェクタと、
少なくとも１つの照明源と、
光誘導コンポーネントであって、フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように構成される、光誘導コンポーネントと、
少なくとも１つの照明源からの光をその中で誘導するように、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される、少なくとも１つの照明内部結合光学要素と、
光を該ユーザの眼の中に指向し、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、ユーザの前方の環境からの光をユーザの眼に透過させ、ユーザの前方の環境のビューを提供するように、ユーザが該フレームを装着すると、ユーザの眼の前方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、導波管と、画像プロジェクタからの光をその中で誘導するように、画像プロジェクタからの光を導波管の中に内部結合するように構成される、少なくとも１つの画像内部結合光学要素とを備える、頭部搭載型ディスプレイシステム。
光を頭部搭載型ディスプレイシステムを装着しているユーザの眼に投影し、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、
画像を投影するように構成される、画像プロジェクタと、
少なくとも１つの照明源と、
光誘導コンポーネントであって、フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように構成され、湾曲される、光誘導コンポーネントと、
少なくとも１つの照明源からの光をその中で誘導するように、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される、少なくとも１つの照明内部結合光学要素と、
を備え、該光誘導コンポーネントは、光誘導コンポーネント内で誘導される照明源からの光が、光誘導コンポーネントから外に結合されるように構成される、頭部搭載型ディスプレイシステム。
光を頭部搭載型ディスプレイシステムを装着しているユーザの眼に投影し、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、
画像を投影するように構成される、画像プロジェクタと、
少なくとも１つの照明源と、
光誘導コンポーネントであって、フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように構成され、該フレームの一部を構成する、光誘導コンポーネントと、
少なくとも１つの照明源からの光をその中で誘導するように、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される、少なくとも１つの照明内部結合光学要素と、
を備え、該光誘導コンポーネントは、光誘導コンポーネント内で誘導される照明源からの光が、光誘導コンポーネントから外に結合されるように構成される、頭部搭載型ディスプレイシステム。
光を頭部搭載型ディスプレイシステムを装着しているユーザの眼に投影し、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、
画像を投影するように構成される、画像プロジェクタと、
少なくとも１つの照明源と、
光誘導コンポーネントであって、フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように構成される、光誘導コンポーネントと、
少なくとも１つの照明源からの光をその中で誘導するように、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される、少なくとも１つの照明内部結合光学要素と、
フレームがユーザによって装着されると、ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように、光誘導コンポーネント上に配置される、少なくとも１つの外部結合光学要素であって、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントから外に結合するように構成される、少なくとも１つの外部結合光学要素と、
を備え、該光誘導コンポーネントは、該少なくとも１つの外部結合光学要素の反対側上に配置される、２つの光誘導コンポーネントを備える、頭部搭載型ディスプレイシステム。
該画像プロジェクタは、可視光源と、変調器とを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
光変調器は、空間光変調器を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
少なくとも１つの照明源は、ＩＲ光を放出するように構成される、赤外線（ＩＲ）光源を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
少なくとも１つの照明源は、可視光を放出するように構成される、可視光源を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該光誘導コンポーネントは、全内部反射によって該光誘導コンポーネント内の該少なくとも１つの照明源からの光を誘導するために十分な屈折率を有する、可視光に透過性の材料を含む、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該光誘導コンポーネントの少なくとも一部は、透明であって、該透明部分が、ユーザの前方の環境からの光をユーザの眼に透過させ、ユーザの前方の環境のビューを提供するように、ユーザが該フレームを装着すると、ユーザの眼の前方の場所に配置される、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
少なくとも１つの照明内部結合光学要素は、少なくとも１つのプリズムを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
画像プロジェクタからの光をその中で誘導するように、画像プロジェクタからの光を光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成される、少なくとも１つの画像内部結合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。
画像プロジェクタは、画像を内部結合するように構成され、少なくとも１つの照明源は、光を少なくとも１つの照明内部結合光学要素の中に内部結合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。
光を該ユーザの眼の中に指向し、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る、接眼レンズをさらに備え、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、ユーザの前方の環境からの光をユーザの眼に透過させ、ユーザの前方の環境のビューを提供するように、ユーザが該フレームを装着すると、ユーザの眼の前方の場所に配置される、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該接眼レンズは、導波管と、画像プロジェクタからの光をその中で誘導するように、画像プロジェクタからの光を導波管の中に内部結合するように構成される、少なくとも１つの画像内部結合光学要素とを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該光誘導コンポーネントは、該接眼レンズの内側部分上に配置され、内側部分は、ユーザの眼と接眼レンズとの間にある、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該光誘導コンポーネントは、該接眼レンズの外側部分上に配置され、外側部分は、環境と接眼レンズとの間にある、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該光誘導コンポーネントは、湾曲される、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該光誘導コンポーネントは、円筒形の一部の形状を有する、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該光誘導コンポーネントは、該フレームに取り付けられる、遮蔽体またはバイザを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該遮蔽体またはバイザは、該ディスプレイシステムの内側部分上に配置される、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該遮蔽体またはバイザは、該ディスプレイシステムの外側部分上に配置される、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該光誘導コンポーネントは、該フレームの一部を構成する、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
少なくとも１つの拡散光学要素は、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントから外に該ユーザの眼に向かって結合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。
少なくとも１つの拡散光学要素は、少なくとも１つの照明源からの光を光誘導コンポーネントから外にユーザの眼に対してユーザの前方にある環境に向かって結合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。
少なくとも１つのマスクは、該光誘導コンポーネント内で誘導される光を該光誘導コンポーネントから出射しないように遮断する、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つのマスクは、該少なくとも１つの照明源からの光を該光誘導コンポーネントの中に戻るように反射させる、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つのマスクは、該少なくとも１つの照明源によって放出されるある波長を反射させ、該少なくとも１つの照明源によって放出されない他の波長を透過させる、ダイクロイックである、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つのマスクは、該少なくとも１つの照明源によって放出されるある赤外線波長を反射させ、該少なくとも１つの照明源によって放出されない他の可視波長を透過させる、ダイクロイックである、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つのマスクは、該照明源によって放出される光を吸収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。
該少なくとも１つのマスク開口部は、約１０μｍの直径である、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
少なくとも１つの拡散光学要素は、少なくとも１つの光誘導コンポーネントの面積の５％未満である面積を横断して延在する、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
少なくとも１つのマスク開口部は、少なくとも１つの光誘導コンポーネントの面積の５％未満である面積を横断して延在する、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該光誘導コンポーネントが該光を該少なくとも１つの拡散光学要素に再指向するように、該少なくとも１つの照明内部結合光学要素から受光された光を該光誘導コンポーネント内に指向するように構成される、光再指向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。
該光誘導コンポーネントが該光を該少なくとも１つのマスク開口部に再指向するように、該少なくとも１つの照明内部結合光学要素から受光された光を該光誘導コンポーネント内に指向するように構成される、光再指向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。
該光誘導コンポーネントが該光を該少なくとも１つの外部結合要素に再指向するように、該少なくとも１つの照明内部結合光学要素から受光された光を該光誘導コンポーネント内に指向するように構成される、光再指向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。
該光再指向要素は、直交瞳エクスパンダを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該眼から反射された該少なくとも１つの照明源からの光を使用して、ユーザの眼を結像するように構成される、少なくとも１つのカメラをさらに備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つのカメラは、該少なくとも１つのカメラからの画像に基づいて該眼の移動を追跡するように構成される、電子機器と通信するように構成される、眼追跡カメラを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該光誘導コンポーネントは、円形形状を有する、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該光誘導コンポーネントは、該少なくとも１つの拡散光学要素の反対側上に配置される、２つの光誘導コンポーネントを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの光誘導コンポーネントは、拡散フィルムの反対側上に配置される、第１および第２の光誘導コンポーネントを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの拡散光学要素は、該光誘導コンポーネントの反対側上に配置される、一対の拡散光学要素を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの拡散光学要素は、該光誘導コンポーネントの反対側上に配置される、第１および第２の拡散フィルムを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの拡散光学要素は、光を異なる第１および第２の方向に配向される分布の中に指向するように構成される、第１および第２の拡散光学要素を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの拡散光学要素は、それぞれ、第１および第２の波長を有する光を異なる第１および第２の方向に配向される分布の中に選択的に指向するように構成される、第１および第２の拡散光学要素を備え、該少なくとも１つの照明源は、それぞれ、該第１および第２の波長を選択的に放出する、第１および第２の光源を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの照明源は、複数の照明源を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの照明源は、複数の照明源を備え、該少なくとも１つの拡散光学要素は、異なる照明源からの光を異なる方向に配向される個別の分布の中に指向する、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの照明源は、複数の照明源を備え、該少なくとも１つの拡散光学要素は、該少なくとも１つの光誘導コンポーネントの前方の異なる個別の場所から生じるかのように、異なる照明源からの光を指向する、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの照明源は、レーザ、ＬＥＤ、または垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの照明源はさらに、少なくとも１つのフィルタを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの拡散光学要素は、屈折性、反射性、回折性、またはそれらの任意の組み合わせである、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの拡散光学要素は、１つ以上の拡散器シート、１つ以上の光成形拡散器、１つ以上の拡散器フィルム、１つ以上のエッチング、１つ以上の透過性光学要素、１つ以上の粒子、１つ以上の不規則的表面、１つ以上の表面レリーフ構造、ＰＴＦＥ、テフロン（登録商標）、すりガラス、乳白ガラス、灰色ガラス、１つ以上の白色表面、着色ゲル、１つ以上のホログラム、またはそれらの任意の組み合わせを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの拡散光学要素は、少なくとも１つの照明源から放出される光の１つ以上の波長を実質的に選択的に拡散させ、その他を拡散させないような波長選択的である、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
システムは、複数の拡散光学要素と、光の複数の波長帯域を放出する、少なくとも１つの照明源とを備え、拡散光学要素の異なるものは、少なくとも１つの照明源からの複数の波長帯域の個別のものを選択的に拡散させる、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの拡散光学要素は、該環境からの可視光を再指向しない、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの拡散光学要素は、該照明源からの光を該環境に向かって指向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。
該少なくとも１つの照明源は、赤外線光を出力するように構成される、赤外線源を備え、該少なくとも１つの拡散光学要素は、該少なくとも１つの照明源からの赤外線光を該環境に向かって指向し、深度感知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。
該少なくとも１つの照明源は、可視光を出力するように構成される、可視光源を備え、該少なくとも１つの拡散光学要素は、該少なくとも１つの照明源からの可視光を該環境に向かって指向し、印を非ユーザに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。
該少なくとも１つの照明源は、可視光を出力するように構成される、可視光源を備え、該少なくとも１つの拡散光学要素は、該少なくとも１つの照明源からの可視光を該眼に向かって指向し、印をユーザに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。
該少なくとも１つの照明源は、可視光を出力するように構成される、可視光源を備え、該少なくとも１つの拡散光学要素は、該少なくとも１つの照明源からの可視光を眼の周縁に向かって指向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。
該少なくとも１つの照明源は、光を出力するように構成される、可視光源、赤外線源、または両方を備え、該少なくとも１つの拡散光学要素は、該少なくとも１つの照明源からの光を該環境に向かって指向し、信号または基点を外部センサまたは外部結像センサに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。
該少なくとも１つの照明源は、光を出力するように構成される、可視光源、赤外線源、または両方を備え、該少なくとも１つの拡散光学要素は、該少なくとも１つの照明源からの光を該ユーザに向かって指向し、信号または基点を外部センサまたは外部結像センサに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。
少なくとも１つの外部結合光学要素は、少なくとも１つの光誘導コンポーネントの面積の５％未満である面積を横断して延在する、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該光誘導コンポーネントは、該少なくとも１つの外部結合光学要素の反対側上に配置される、２つの光誘導コンポーネントを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの光誘導コンポーネントは、外部結合光学フィルムの反対側上に配置される、第１および第２の光誘導コンポーネントを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの外部結合光学要素は、該光誘導コンポーネントの反対側上に配置される、一対の外部結合光学要素を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの外部結合光学要素は、該光誘導コンポーネントの反対側上に配置される、第１および第２の外部結合光学フィルムを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの外部結合光学要素は、光を異なる第１および第２の方向に配向される分布の中に指向するように構成される、第１および第２の外部結合光学要素を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの外部結合光学要素は、それぞれ、第１および第２の波長を有する光を異なる第１および第２の方向に配向される分布の中に選択的に指向するように構成される、第１および第２の外部結合光学要素を備え、該少なくとも１つの照明源は、それぞれ、該第１および第２の波長を選択的に放出する、第１および第２の光源を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの照明源は、複数の照明源を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの照明源は、複数の照明源を備え、該少なくとも１つの外部結合光学要素は、異なる照明源からの光を異なる方向に配向される個別の分布の中に指向する、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの照明源は、複数の照明源を備え、該少なくとも１つの外部結合光学要素は、該少なくとも１つの光誘導コンポーネントの前方の異なる個別の場所から生じるかのように、異なる照明源からの光を指向する、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの照明源は、レーザ、ＬＥＤ、または垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの照明源はさらに、少なくとも１つのフィルタを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの外部結合光学要素は、屈折性、反射性、回折性、またはそれらの任意の組み合わせである、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの外部結合光学要素は、１つ以上の拡散器シート、１つ以上の光成形拡散器、１つ以上の拡散器フィルム、１つ以上のエッチング、１つ以上の透過性光学要素、１つ以上の粒子、１つ以上の不規則的表面、１つ以上の表面レリーフ構造、ＰＴＦＥ、テフロン（登録商標）、すりガラス、乳白ガラス、灰色ガラス、１つ以上の白色表面、着色ゲル、１つ以上のホログラム、またはそれらの任意の組み合わせを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの外部結合光学要素は、少なくとも１つの照明源から放出される光の波長帯域とのみ実質的に相互作用するように、波長選択的である、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
システムは、複数の外部結合光学要素と、光の複数の波長帯域を放出する、少なくとも１つの照明源とを備え、各外部結合光学要素は、少なくとも１つの照明源から放出される光の異なる波長帯域とのみ実質的に相互作用するように、波長選択的である、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの外部結合光学要素は、該環境からの可視光を再指向しない、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの外部結合光学要素は、該照明源からの光を該環境に向かって指向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。
該少なくとも１つの照明源は、赤外線光を出力するように構成される、赤外線源を備え、該少なくとも１つの外部結合光学要素は、該少なくとも１つの照明源からの赤外線光を該環境に向かって指向し、深度感知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。
該少なくとも１つの照明源は、可視光を出力するように構成される、可視光源を備え、該少なくとも１つの外部結合光学要素は、該少なくとも１つの照明源からの可視光を該環境に向かって指向し、印を非ユーザに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。
該少なくとも１つの照明源は、可視光を出力するように構成される、可視光源を備え、該少なくとも１つの外部結合光学要素は、該少なくとも１つの照明源からの可視光を該眼に向かって指向し、印をユーザに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。
該少なくとも１つの照明源は、可視光を出力するように構成される、可視光源を備え、該少なくとも１つの外部結合光学要素は、該少なくとも１つの照明源からの可視光を眼の周縁に向かって指向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。
該少なくとも１つの照明源は、光を出力するように構成される、可視光源、赤外線源、または両方を備え、該少なくとも１つの外部結合光学要素は、該少なくとも１つの照明源からの光を該環境に向かって指向し、信号または基点を外部センサまたは外部結像センサに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。
該少なくとも１つの照明源は、光を出力するように構成される、可視光源、赤外線源、または両方を備え、該少なくとも１つの外部結合光学要素は、該少なくとも１つの照明源からの光を該ユーザに向かって指向し、信号または基点をセンサまたは外部結像センサに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。
画像プロジェクタおよび照明源は、同一内部結合光学要素および光誘導コンポーネントを共有する、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの外部結合光学要素は、少なくとも１つの拡散光学要素、または少なくとも１つの拡散フィルム、またはそれらの任意の組み合わせを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
該少なくとも１つの外部結合光学要素は、少なくとも１つの回折光学要素、または少なくとも１つのホログラフィカル光学要素、またはそれらの任意の組み合わせを備える、上記実施例のいずれかに記載のシステム。
付加的考慮点
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例示され得るが、例示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、例示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つまたはそれを上回る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つまたはそれを上回る実施形態が、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含意することを意図されない。用語「～を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「～を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「～を有する（ｈａｖｉｎｇ）」、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実施例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」を意味すると解釈されるものである。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、以下の実施例の範囲内である。いくつかの場合では、実施例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、本開示は、本明細書に示される実施形態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. 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、光を１つ以上の導波管を介して前記頭部搭載型ディスプレイシステムを装着しているユーザの眼に投影することにより、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ており、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ているフレームと、
    画像を投影するように構成されている画像プロジェクタと、
    少なくとも１つの照明源と、
    前記１つ以上の導波管とは異なる光誘導コンポーネントであって、前記光誘導コンポーネントは、前記フレームが前記ユーザによって装着されると、前記ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように構成されており、前記光誘導コンポーネントは、画像コンテンツを前記ユーザの視野内に表示するために、前記１つ以上の導波管から投影される前記光とは別個に前記ユーザの眼の照明を提供するように構成されている、光誘導コンポーネントと、
    少なくとも１つの照明内部結合光学要素であって、前記少なくとも１つの照明内部結合光学要素は、前記少なくとも１つの照明源からの光をその中で誘導するように、前記少なくとも１つの照明源からの光を前記光誘導コンポーネントの中に内部結合するように構成されている、少なくとも１つの照明内部結合光学要素と、
    少なくとも１つの拡散光学要素であって、前記少なくとも１つの拡散光学要素は、前記フレームが前記ユーザによって装着されると、前記ユーザの眼のうちの１つの前方に位置付けられるように、前記光誘導コンポーネント上に配置され、前記少なくとも１つの拡散光学要素は、前記少なくとも１つの照明源からの光を前記ユーザの眼を照明するために前記眼に向かって前記光誘導コンポーネントから外に拡散結合するように構成されている、少なくとも１つの拡散光学要素と
    を備え、
    前記光誘導コンポーネントは、全内部反射によって前記光誘導コンポーネント内の前記少なくとも１つの照明源からの光を誘導するために十分な屈折率を有する可視光に透過性の材料を含む、頭部搭載型ディスプレイシステム。
  2. 前記画像プロジェクタは、可視光源と光変調器とを備える、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
  3. 前記光変調器は、空間光変調器を備える、請求項２に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
  4. 前記少なくとも１つの照明源は、赤外線（ＩＲ）光源を備え、前記赤外線（ＩＲ）光源は、ＩＲ光を放出するように構成されている、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
  5. 前記光誘導コンポーネントの少なくとも一部は、透明であり、前記光誘導コンポーネントの少なくとも前記一部は、前記ユーザの前方の環境からの光を前記ユーザの眼に透過させることにより、前記ユーザの前方の環境のビューを提供するように、前記ユーザが前記フレームを装着すると、前記ユーザの眼の前方の場所に配置されている、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
  6. 前記少なくとも１つの拡散光学要素は、前記少なくとも１つの照明源からの光を前記光誘導コンポーネントから外に前記ユーザの眼に向かって結合するように構成されている、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
  7. 前記少なくとも１つの拡散光学要素は、前記少なくとも１つの照明源からの光を前記光誘導コンポーネントから外にユーザの眼に対して前記ユーザの前方にある環境に向かって結合するように構成されている、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
  8. 前記少なくとも１つの拡散光学要素は、前記少なくとも１つの光誘導コンポーネントの面積の５％未満である面積を横断して延在する、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
  9. 前記少なくとも１つの光誘導コンポーネントは、拡散フィルムの反対側上に配置されている第１の光誘導コンポーネントおよび第２の光誘導コンポーネントを備える、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
  10. 前記少なくとも１つの拡散光学要素は、前記光誘導コンポーネントの反対側上に配置されている一対の拡散光学要素を備える、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
  11. 前記少なくとも１つの拡散光学要素は、前記光誘導コンポーネントの反対側上に配置されている第１の拡散フィルムおよび第２の拡散フィルムを備える、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
  12. 前記少なくとも１つの拡散光学要素は、光を異なる第１の方向および第２の方向に配向される分布の中に指向するように構成されている第１の拡散光学要素および第２の拡散光学要素を備える、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
  13. 前記少なくとも１つの拡散光学要素は、第１の拡散光学要素および第２の拡散光学要素を備え、前記第１の拡散光学要素および前記第２の拡散光学要素は、それぞれ、第１の波長および第２の波長を有する光を異なる第１の方向および第２の方向に配向される分布の中に選択的に指向するように構成されており、前記少なくとも１つの照明源は、第１の光源および第２の光源を備え、前記第１の光源および前記第２の光源は、それぞれ、前記第１の波長および前記第２の波長を選択的に放出する、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
  14. 前記少なくとも１つの照明源は、複数の照明源を備え、前記少なくとも１つの拡散光学要素は、異なる照明源からの光を異なる方向に配向される個別の分布の中に指向する、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
  15. 前記少なくとも１つの照明源は、複数の照明源を備え、前記少なくとも１つの拡散光学要素は、前記少なくとも１つの光誘導コンポーネントの前方の異なる個別の場所から生じるかのように、異なる照明源からの光を指向する、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
  16. 前記少なくとも１つの拡散光学要素は、屈折性、反射性、回折性、または、これらの任意の組み合わせである、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
  17. 前記少なくとも１つの拡散光学要素は、１つ以上の拡散器シート、１つ以上の光成形拡散器、１つ以上の拡散器フィルム、１つ以上のエッチング、１つ以上の透過性光学要素、１つ以上の粒子、１つ以上の不規則的表面、１つ以上の表面レリーフ構造、ＰＴＦＥ、テフロン（登録商標）、すりガラス、乳白ガラス、灰色ガラス、１つ以上の白色表面、着色ゲル、１つ以上のホログラム、または、これらの任意の組み合わせを備える、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
  18. 前記少なくとも１つの拡散光学要素は、前記少なくとも１つの照明源から放出される光の１つ以上の波長を実質的に選択的に拡散させ、その他の波長を拡散させないような波長選択的である、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
  19. 前記頭部搭載型ディスプレイシステムは、複数の拡散光学要素と、光の複数の波長帯域を放出する少なくとも１つの照明源とを備え、前記複数の拡散光学要素のうちの異なるものは、前記少なくとも１つの照明源からの前記複数の波長帯域の個別のものを選択的に拡散させる、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
  20. 前記少なくとも１つの拡散光学要素は、前記ユーザの環境からの可視光を再指向しない、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
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