特許 7408629 空間的に変化するリターダ光学系を備えるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-22

(45)【発行日】2024-01-05

(54)【発明の名称】空間的に変化するリターダ光学系を備えるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20231225BHJP

   H04N 5/64 20060101ALI20231225BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

H04N5/64 511A

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2021506924

(86)(22)【出願日】2019-08-09

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-12-09

(86)【国際出願番号】 US2019045988

(87)【国際公開番号】W WO2020033882

(87)【国際公開日】2020-02-13

【審査請求日】2022-07-21

(31)【優先権主張番号】16/101,333

(32)【優先日】2018-08-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】517160525

【氏名又は名称】バルブ コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ハドマン、ジョシュア・マーク

【審査官】岩村 貴

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１０１０２０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／１７８８１７（ＷＯ，Ａ２）

【文献】国際公開第２０１８／０２６６３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１５１８０９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２００８－５２００８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００５／０５９６５３（ＷＯ，Ａ２）

【文献】特表２０１６－５１９３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００８－５０８５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５２６０７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２７／０１－２７／０２

Ｈ０４Ｎ ５／６４

Ｇ０２Ｂ ５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

システムであって、
情報ディスプレイと、
前記情報ディスプレイからの光をユーザの目に向けて指向するためのレンズアセンブリと、を備え、前記光が、前記レンズアセンブリの入射側に対する入射角が小さく且つ楕円偏光されていない光と、前記入射角が大きく且つ楕円偏光された光と、を含み、
前記レンズアセンブリが、
前記光が前記レンズアセンブリに入射する入射側と、
前記光が前記レンズアセンブリを出射する出射側と、
空間的に変化するリターダ、ＳＶＲ、であって、前記ＳＶＲの中心を通過する前記光の位相を、前記ＳＶＲから出てくる前記光が水平偏光されるように、前記ＳＶＲの周辺を通過する光と異なる量だけ変更するように構成されている、空間的に変化するリターダと、
前記ＳＶＲと、前記レンズアセンブリの前記出射側との間に配設された偏光ビームスプリッタ、部分反射ミラー、または直線偏光子のうちの少なくとも１つと、を含み、
前記ＳＶＲは、液晶素子の複数のねじれ複屈折層を備える、複屈折材料の１つまたは複数の層を備える、
システム。

【請求項2】

前記システムが、ヘッドマウント可能デバイス内に組み込まれている、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記ＳＶＲの一部が、４分の１波長板である、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記レンズアセンブリが、
第１の４分の１波長板と、
第２の４分の１波長板と、
前記第１の４分の１波長板と、前記第２の４分の１波長板との間に介在するレンズと、をさらに含み、
前記ＳＶＲの一部が、前記第１の４分の１波長板または前記第２の４分の１波長板のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

前記第１の４分の１波長板が、前記情報ディスプレイ上に配設されており、
前記第２の４分の１波長板が、前記偏光ビームスプリッタまたは前記部分反射ミラー上に配設されており、
前記ＳＶＲの一部が、前記第２の４分の１波長板である、請求項４に記載のシステム。

【請求項6】

前記ＳＶＲが、第１のＳＶＲであり、前記レンズアセンブリが、前記第１の４分の１波長板である第２のＳＶＲの一部をさらに含む、請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

ピクセル化されたディスプレイデバイスを使用して画像を生成することと、
レンズアセンブリによって前記画像の焦点距離を変更焦点距離に変更するために、前記画像の光を前記レンズアセンブリに指向することであって、
前記画像の光が、前記レンズアセンブリの入射側に対する入射角が小さく、且つ楕円偏光されていない光と、前記入射角が大きく、且つ楕円偏光された光と、を含み、
前記レンズアセンブリが、
空間的に変化するリターダ、ＳＶＲ、であって、前記ＳＶＲの中心を通過する前記光の位相を、前記ＳＶＲから出てくる前記光が水平偏光されるように、前記ＳＶＲの周辺を通過する光と異なる量だけ変更するように構成されている、空間的に変化するリターダと、前記ＳＶＲは、液晶素子の複数のねじれ複屈折層を備える、複屈折材料の１つまたは複数の層を備え、
前記ＳＶＲと、前記レンズアセンブリの出射側との間に配設された、偏光ビームスプリッタ、部分反射ミラー、または直線偏光子のうちの少なくとも１つと、を含む、指向することと、
前記変更された焦点距離を有する前記画像をユーザの目の上に投影することと、を含む方法。

【請求項8】

前記ＳＶＲが、重合性液晶の複数の複屈折層を備える、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記ＳＶＲの一部が、４分の１波長板である、請求項７に記載の方法。

【請求項10】

前記レンズアセンブリが、
第１の４分の１波長板と、
第２の４分の１波長板と、
前記第１の４分の１波長板と、前記第２の４分の１波長板との間に介在するビームスプリッタと、をさらに含み、
前記ＳＶＲの一部が、前記第１の４分の１波長板または前記第２の４分の１波長板の少なくとも１つである、請求項７に記載の方法。

【請求項11】

前記ＳＶＲが、第１のＳＶＲであり、前記４分の１波長板が、第１の４分の１波長板を備え、前記レンズアセンブリが、第２の４分の１波長板である第２のＳＶＲの一部をさらに含む、請求項９に記載の方法。

【請求項12】

前記ピクセル化されたディスプレイデバイスおよび前記レンズアセンブリが、ヘッドマウントディスプレイ内にある、請求項７に記載の方法。

【請求項13】

前記レンズアセンブリが、前記光の偏光に少なくとも部分的に基づいた軸上光学屈曲を使用して、前記ピクセル化されたディスプレイデバイスからの光を前記ユーザの目に向けて指向するように構成されている、請求項７に記載の方法。

【請求項14】

システムであって、
集合的に画像を形成するように構成されているピクセルを含む情報ディスプレイと、
前記情報ディスプレイの前記ピクセルを照射するバックライトアセンブリと、
前記画像の光を前記情報ディスプレイからユーザの目に向けて指向するための光学サブシステムと、を備え、
前記画像の光が、前記光学サブシステムの入射側に対する入射角が小さく、且つ楕円偏光されていない光と、前記入射角が大きく、且つ楕円偏光された光と、を含み、
前記光学サブシステムが、
空間的に変化するリターダ、ＳＶＲ、であって、前記光が前記ＳＶＲを通過するときに、前記光の位相を変更位相に変更するように構成されており、前記ＳＶＲの中心を通過する前記光の前記位相が、前記ＳＶＲから出てくる前記光が水平偏光されるように、前記ＳＶＲの周辺を通過する光と異なる量だけ変更される、空間的に変化するリターダと、前記ＳＶＲは、液晶素子の複数のねじれ複屈折層を備える、複屈折材料の１つまたは複数の層を備え、
前記光が前記ＳＶＲを通過した後に、前記変更された位相を有する前記光を受容し、前記光が、前記光学サブシステムの出射面を通過して、出射面からユーザの目に向かって出射することを選択的に可能にするように位置付けられた偏光ビームスプリッタ、部分反射ミラー、または直線偏光子のうちの少なくとも１つと、を含む、システム。

【請求項15】

前記ＳＶＲが、複屈折材料の１つまたは複数の層を備え、前記複屈折材料の１つまたは複数の層が、重合性液晶を含む、請求項１４に記載のシステム。

【請求項16】

前記ＳＶＲの一部が、４分の１波長板である、請求項１４に記載のシステム。

【請求項17】

前記光学サブシステムが、
第１の４分の１波長板と、
第２の４分の１波長板と、
前記第１の４分の１波長板と、前記第２の４分の１波長板との間に介在するレンズと、をさらに含み、
前記ＳＶＲの一部が、前記第１の４分の１波長板または前記第２の４分の１波長板のうちの少なくとも１つである、請求項１４に記載のシステム。

【請求項18】

前記光学サブシステムが、前記偏光ビームスプリッタを含み、
前記第１の４分の１波長板が、前記情報ディスプレイ上に配設されており、
前記第２の４分の１波長板が、前記偏光ビームスプリッタ上に配設されており、
前記ＳＶＲの一部が、前記第１の４分の１波長板である、請求項１７に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の相互参照】

【0001】

本書は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１８年８月１０日に出願された「ＨＥＡＤ－ＭＯＵＮＴＥＤ ＤＩＳＰＬＡＹ（ＨＭＤ） ＷＩＴＨ ＳＰＡＴＩＡＬＬＹ－ＶＡＲＹＩＮＧ ＲＥＴＡＲＤＥＲ ＯＰＴＩＣＳ」と題する米国特許出願第１６／１０１，３３３号の優先権を主張するＰＣＴ出願である。

【背景技術】

【0002】

ニアアイディスプレイ技術は、仮想現実（「ＶＲ」）または拡張現実（「ＡＲ」）システムの一部として、ユーザに情報および画像を提示するために使用され得る。そのようなニアアイディスプレイは、ヘッドマウントディスプレイ（「ＨＭＤ」）デバイスまたはヘッドセットに組み込まれ得る。これらのニアアイ情報ディスプレイが直視型として指向され得る一方、多くの場合、情報ディスプレイは、ＨＭＤ内の１つ以上のレンズと連結される。レンズシステムは、レンズ、様々な光学素子、開口絞り、および互いに光学的に整列した様々な構成要素を収容するためのレンズハウジングを備え得る。このようなレンズは、ＶＲまたはＡＲの体験を向上し得るが、レンズシステムの性能は、システムの要素の各々の設計、ならびに要素間の光学的相互作用を規定するシステムの全体的な設計に部分的に依存する。

【0003】

液晶ディスプレイなどの従来の情報ディスプレイは、通常、広い角錐または視野にわたって光を放出する。これらの従来のディスプレイの角度発散は、１６０度を超える範囲にわたり、１８０度に近づくことさえあり得る。直接見た場合、この角度的に広い光は、望ましくない効果を引き起こすことはない。しかしながら、従来の情報ディスプレイが、ＶＲまたはＡＲシステム内などのＨＭＤ内に用いられる場合、角度的に広い放出は、望ましくない結果につながる可能性がある。これは、情報ディスプレイによって放出された光が、レンズの結像能力を超える入射角でＨＭＤのレンズに当たる場合に当てはまる。そのような光は、少なくとも部分的には、軸外光が、いくぶん楕円形である偏光を示すという事実のために、ユーザの目（複数可）に適切に画像化されない。つまり、軸上光は、直線的に偏光される一方、軸外光は、ある程度の楕円偏光を示す。したがって、ＨＭＤのレンズ（複数可）の合焦能力を超える角度の光は、フラッド照明、ゴースト、グレア、散乱、および他の迷光効果などの望ましくない視覚効果をもたらす可能性がある。この画像化されない迷光により、ＶＲまたはＡＲヘッドセットのユーザは、望ましくない視覚的アーティファクトを体験する結果になる可能性がある。

【図面の簡単な説明】

【0004】

添付の図面を参照しながら、詳細な説明を記載する。図中で参照番号の最も左の桁（複数可）は、その参照番号が最初に現れる図を特定する。異なる図における同じ参照番号は、類似または同一の項目を示す。

【0005】

【図1】ユーザ、および本明細書に記載の技術および構成が実装され得るウェアラブルデバイスを示す概略図である。

【0006】

【図2】ユーザの目に対して位置付けられた例示的なウェアラブルデバイスの一部の概略断面図である。

【0007】

【図3】いくつかの実施形態による、ディスプレイと、空間的に変化するリターダ（ＳＶＲ）を含む光学サブシステムと、を含むシステムの概略断面図である。

【0008】

【図4】いくつかの実施形態による、ディスプレイと、空間的に変化するリターダ（ＳＶＲ）を含む光学サブシステムと、を含むシステムの概略断面図である。

【0009】

【図5】いくつかの実施形態による、ディスプレイと、空間的に変化するリターダ（ＳＶＲ）を含む光学サブシステムと、を含むシステムの概略断面図である。

【0010】

【図6】いくつかの実施形態による、例示的な空間的に変化するリターダ（ＳＶＲ）の概略図である。

【0011】

【図7】いくつかの実施形態による、ディスプレイと、空間的に変化するリターダ（ＳＶＲ）を含む光学サブシステムと、を含むシステムの概略断面図である。

【0012】

【図8】いくつかの例示的な実施形態による、合焦された像を、ディスプレイデバイスのユーザの目に提供するためのプロセスを示す流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本明細書に記載の様々な実施例では、技術およびアーキテクチャを使用して、ウェアラブルデバイスのユーザの目（片方または両方）に合焦された画像を生成することができる。ウェアラブルデバイスの例としては、ヘッドマウントディスプレイ（「ＨＭＤ」）デバイスまたはヘッドセットなど、ユーザの頭の上に着用される、またはヘルメットの一部としてのディスプレイデバイスが挙げられ、ウェアラブルデバイスの慣性位置または慣性方向を測定するための位置センサーおよび／または動きセンサーが含まれ得る。ディスプレイデバイスは、片方の目、各目、または両方の目の前のディスプレイを備え得る。ディスプレイデバイスとしては、ほんの数例を挙げると、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、リキッドクリスタルオンシリコン（ＬＣＯＳ）、またはブラウン管（ＣＲＴ）が挙げられ得る。ウェアラブルデバイスは、仮想画像と呼ばれるコンピュータ生成画像を表示し得る。例えば、ウェアラブルデバイスのプロセッサは、以下に説明するように、視聴者（ウェアラブルデバイスの着用者）がシーンを現実（または拡張現実）として知覚するように、合成（仮想）シーンをレンダリングして、表示し得る。

【0014】

いくつかの実施例では、ＬＣＤディスプレイデバイスは、いくつかの構成要素を備える。構成要素のうちの２つは、粒状またはピクセル化された様式で光を遮って画像を作成するディスプレイマトリックス、および光源またはバックライトである。光源は通常、ディスプレイマトリックスの後ろに位置付けられ、画像を照射する。カラーディスプレイの場合、バックライトは通常、例えば、白色光などの広いスペクトル光を放出する。

【0015】

ニアアイディスプレイ技術は、上記で紹介したものなどのウェアラブルデバイスの形態であり得る仮想現実（「ＶＲ」）または拡張現実（「ＡＲ」）システムの一部として、ユーザに情報および画像を提示するために使用され得る。ＶＲまたはＡＲのＨＭＤは、１つ以上のレンズを使用して、１つ以上の情報ディスプレイ（例えば、ピクセル化されたＬＣＤディスプレイデバイス）上に表示された画像に関連付けられた光をユーザの目（複数可）に指向する。特に、レンズは、情報ディスプレイが、実際よりも遠くにあるようにユーザに見えるようにするために、情報ディスプレイ（複数可）からの光を曲げるために使用される。これにより、仮想環境でより深い被写界深度がユーザに提供され、ユーザは、表示された画像により容易に焦点を合わせることが可能になる。レンズはまた、ユーザの情報ディスプレイの視野を広げるために、ＶＲまたはＡＲヘッドセット内で使用され得る。より広い視野は、ＶＲまたはＡＲシステムの没入効果を向上し得る。レンズはさらに、ユーザによって受容される光が、ユーザの左目および右目用に別々に調整されるように、単一のディスプレイからの光を成形するために、ＶＲまたはＡＲヘッドセット内で使用され得る。各目のために個別に調整された画像の使用は、ユーザに、例えば、立体画像または３次元画像を知覚させることができる。レンズはさらに、目の近くの環境で、ユーザの目が情報ディスプレイに比較的近いという制約で設計される。

【0016】

様々な実施例において、ウェアラブルデバイスの光学システムは、空間的に変化するリターダ（ＳＶＲ）を内蔵している。特に、情報ディスプレイも含むシステムは、情報ディスプレイに比較的近いユーザの目の上に画像を合焦させることを伴うニアツーアイアプリケーションを可能にする。ＳＶＲは、（情報ディスプレイによって生成された画像の）光の位相を、ＳＶＲの異なる部分ごとに異なる量だけ変更するために使用される。したがって、ＳＶＲは、様々な入射角に対して適切なレベルの位相差を提供し、これにより、従来の光学システム設計に存在するフラッド照明、ゴースト、グレア、散乱、および他の迷光効果などの望ましくない視覚効果が軽減される。ＳＶＲによるそのような位相変更は、以下に説明するように、光学システム内の様々な光学素子と協調して機能する。

【0017】

当業者は、以下の説明が例示にすぎず、決して限定するものではないことに気付くであろう。本開示の利益を享受する当業者には、他の実施形態もおのずから容易に示唆されるであろう。添付された図面に示されるような特定の実装例が、以降詳細に言及される。図面および以下の説明全体にわたって、同じまたは類似の部品を示すために同じ参照番号が使用される。

【0018】

図１は、いくつかの実施形態による、ユーザ１０２およびウェアラブルデバイス１０４を示す概略図である。ウェアラブルデバイス１０４に関連付けられたコンピューティングデバイスは、個々の仮想コンテンツアイテムに関連付けられたレンダリングデータをウェアラブルデバイス１０４に提供し、個々の仮想コンテンツアイテムを、ウェアラブルデバイス１０４に関連付けられたディスプレイ上に提示させることができる。レンダリングデータは、デバイスのディスプレイを介して、仮想コンテンツアイテムのグラフィック表現をレンダリングするための命令を含み得る。例えば、レンダリングデータは、仮想コンテンツアイテムに関連付けられた幾何形状、視点、テクスチャ、照明、陰影などを示す命令を含み得る。例示の実施例では、仮想コンテンツアイテムは、ユーザ１０２が、ウェアラブルデバイス１０４を使用してプレイすることができるゲームの一部として、ウェアラブルデバイス１０４のディスプレイ上に提示され得る。

【0019】

いくつかの実施例では、コンピューティングデバイスは、インターネットなどのネットワーク内にウェアラブルデバイス１０４から遠く離れて位置し得る。他の実施形態では、コンピューティングデバイスは、ウェアラブルデバイス１０４と併置され得る（例えば、ウェアラブルデバイス１０４内に埋め込まれる）。さらに、ウェアラブルデバイス１０４は、グローバルまたはローカルの有線または無線接続（例えば、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、イントラネット、ブルートゥース（登録商標）など）などによって、任意の方法でネットワークに通信可能に結合され得る。ネットワーク（複数可）は、コンピューティングデバイス（複数可）と、ユーザ１０２などの１人以上のユーザに関連付けられたウェアラブルデバイス（複数可）１０４との間の通信を容易にし得る。

【0020】

図２は、ユーザの目２０６に対して位置付けられたウェアラブルデバイス２０４の一部２０２の概略断面図である。例えば、ウェアラブルデバイス２０４は、ウェアラブルデバイス１０４と同じまたは類似であり得る。特定の実施形態では、ウェアラブルデバイス２０４は、ユーザの左目および右目の両方によって見られる画像を表示するように構成され得る。これは、左および右のＬＣＤディスプレイを別々に使用して達成され得るか、または単一のＬＣＤディスプレイを使用して達成され得る。同様に、（例えば、ＶＲまたはＡＲヘッドセットの形態の）ウェアラブルデバイス２０４は、単一のレンズアセンブリを備えてもよく、または個々の左および右のレンズアセンブリを使用してもよい。

【0021】

例示的な光線２０８および２１０は、ウェアラブルデバイス２０４から目２０６の角膜２１２までの可能性のある光の経路を示している。角膜２１２は、実質的に球形を有するものとして扱われ得る。ウェアラブルデバイス２０４は、例えば、約２０ミリメートルのアイレリーフを提供するために、光線２０８および２１０の経路が比較的短くなるようにニアツーアイディスプレイを含み得る。この場合、ウェアラブルデバイス２０４の光学系は、ウェアラブルデバイスに比較的近い表面（例えば、角膜２１２）上に光を合焦させるように構成される。そのような構成は、ユーザの目２０６からの物理的クリアランスを可能にしながら、パンケーキ光学システムがウェアラブルデバイス２０４内に嵌まることを可能にする、比較的薄いプロファイルを有するパンケーキ光学システムを伴い得る。

【0022】

図３は、いくつかの実施形態による、ディスプレイと、空間的に変化するリターダ（ＳＶＲ）を含む光学サブシステムと、を含むシステム３００の概略断面図である。システム３００は、例えば、ウェアラブルデバイス１０４／２０４などのヘッドマウント可能デバイス内に組み込まれ得る。しかしながら、システム３００は、カメラ、双眼鏡、事務機器、科学機器などを含むがこれらに限定されない他のタイプのデバイス内に組み込まれ得ることが理解されるべきである。システム３００は、情報ディスプレイ３０２と呼ばれることもあるピクセル化されたディスプレイデバイス３０２と、バックライトアセンブリ３０４と、光学サブシステム３０６と、を含み得る。ユーザの目３０８の概略図も示されている。そのような要素が、光軸３１０に沿って整列されている。

【0023】

光を放出するバックライトアセンブリ３０４は、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）、１つ以上のＯＬＥＤ、１つ以上の冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬ）、１つ以上のレーザー、１つ以上の量子ドット、またはこれらの例示的な光源の任意の組み合わせなどの光源を含み得る。バックライトアセンブリ３０４内の光源は、情報ディスプレイ３０２が、可視スペクトルにわたってカラー画像を生成し得るように、広域スペクトル（例えば、白色光）にわたって光を放出し得る。バックライトアセンブリ３０４は、例えば、約１６０～１８０度の範囲にわたり、その前面全体にわたって均一に光を放出し得る。

【0024】

情報ディスプレイ３０２は、バックライトアセンブリ３０４と連携して、最大約１８０度の範囲の角度にわたって光（バックライトアセンブリ３０４の面とほぼ平行な光）を放出することができる。この範囲の放出角度は、バックライトアセンブリ３０４の視野、またはバックライトアセンブリ３０４の光錐と呼ばれることもある。いくつかの実施形態では、情報ディスプレイ３０２は、１つ以上の偏光層、液晶層、および薄膜トランジスタ層を含むＬＣＤマトリックスであり得る。ＬＣＤマトリックスは、バックライトの一部をピクセル化された様式で覆い隠すことによって画像を作成する。光３１２がバックライトアセンブリ３０４から放出され、情報ディスプレイ３０２（例えば、ＬＣＤマトリックス）を通過するときに、画像が表示される。明確にするために、図３は、バックライトアセンブリ３０４と、情報ディスプレイ３０２との間の分離を示している。しかしながら、これら２つの構成要素は、それらの間に、あったとしてもごくわずかのスペースを有して、一緒に重ね合わされ得る。

【0025】

光学サブシステム３０６は、情報ディスプレイ３０２からの光をユーザの目３０８に向けて指向するためのレンズアセンブリを含み得る。光学サブシステム３０６は、例えば、パンケーキ構成を有し得る。この場合、光学サブシステム３０６は、以下に説明するように、光の偏光に少なくとも部分的に基づく軸上光学屈曲を使用して、情報ディスプレイ３０２からの光をユーザの目３０８に向けて指向するように構成された光学素子のアセンブリを含み得る。いくつかの実施形態では、光学サブシステム３０６のレンズアセンブリは、レンズ以外の様々な光学素子を含む。例えば、光学サブシステム３０６は、少なくとも１つの偏光ビームスプリッタ３３８と、空間的に変化するリターダ（ＳＶＲ）３１６と、を含み得る。偏光ビームスプリッタ３３８は、ＳＶＲ３１６と、光学サブシステム３０６の出射面（または側）３１４との間に位置され得る。ＳＶＲ３１６は、ＳＶＲ３１６を通過する光の位相を、ＳＶＲ３１６の異なる部分ごとに異なる量だけ変更するように構成される。例えば、ディスプレイの周辺からユーザの目に向けて放出された光は、比較的大きな入射角で光学サブシステム３０６に入射し得る。ＳＶＲ３１６は、ＳＶＲ３１６全体にわたって位相変更の程度を変化させるように構成された場合、望ましくない視覚効果を軽減するために（例えば、望ましくない迷光がユーザの目３０８に到達するのを排除する）、あらゆる角度からの光に対して適切なレベルの位相差を提供し得る。

【0026】

偏光ビームスプリッタ３３８は、直線偏光された光のみを通過させ、それによって、直線偏光されていないすべての他の光を反射するビームスプリッタを表し得る。偏光ビームスプリッタ３３８は、直線偏光子反射器、または反射直線偏光子と見なされ得る。すなわち、偏光ビームスプリッタ３３８は、直線偏光子およびビームスプリッタの機能を単一の要素に組み合わせ得る。

【0027】

いくつかの実施形態では、偏光ビームスプリッタ３３８は、部分反射ミラー（例えば、５０／５０ミラー）で置き換えられ得る。すなわち、いくつかの実施形態によれば、光学サブシステム３０６は、ＳＶＲ３１６と、光学サブシステム３０６の出射面（または側）３１４との間に位置する少なくとも１つの部分反射ミラーを含み得る（例えば、部分反射ミラーは、図３の参照番号３３８の位置にあり得る）。

【0028】

図３は、情報ディスプレイ３０２によって生成された画像の光の例示的な光経路３１８を示す。簡単にするために、光学サブシステム３０６は、少なくとも１つのレンズ形状の要素を含むものとして概略的に示されている。しかしながら、光学サブシステム３０６は、レンズである必要のないいくつかのタイプの光学素子のいずれかを含み得る。次に、光学サブシステム３０６の特定の実施例について説明する。

【0029】

光学サブシステム３０６は、前面３２２と、裏面３２４と、を有する第１の４分の１波長板３２６を含み得る。前面３２２は、光が光学サブシステム３０６に入射する、光学サブシステム３０６（例えば、レンズアセンブリ）の入射側と見なされ得る。第１の４分の１波長板３２６の前面３２２は、情報ディスプレイ３０２上に配設され得る。本明細書で使用される「上に配設される」は、「接触している」か、または別の層上に配設された層との間にスペースがあり得るように「隣接している」ことを意味し得る。したがって、第１の４分の１波長板３２６は、情報ディスプレイ３０２と接触していてもよく、または情報ディスプレイ３０２から距離を置いて離間していてもよいが、情報ディスプレイとレンズ３３０との間に介在している。「上に配設される」は、上に直接配設されるか、または（例えば、１つ以上の中間層を伴って）上に間接的に配設されることを意味し得ることも理解されるべきである。レンズ３３０は、第１の４分の１波長板３２６と、ＳＶＲ３１６との間に介在し得る。ＳＶＲ３１６は、偏光ビームスプリッタ３３８上に配設され得る（または、代替的に、ＳＶＲ３１６は、図３の参照番号３３８の位置にある部分反射ミラー上に配設され得る）。

【0030】

一例では、ＳＶＲ３１６は、第２の４分の１波長板の一部であり得る。このように、（レンズ３３０と、偏光ビームスプリッタ３３８（または部分反射ミラー）との間に介在する）第２の４分の１波長板は、ＳＶＲ３１６を通過する光の位相を、ＳＶＲ３１６の異なる部分ごとに異なる量だけ変更する材料、特徴、または別の適切な機構を含み得る。ＳＶＲ３１６は、レンズ３３０と、偏光ビームスプリッタ３３８（または部分反射ミラー）との間に介在するものとして図３に示され、説明されているが、代替的に、ＳＶＲ３１６は、そうしないで、第１の４分の１波長板３２６の一部になり得ることが理解されるべきである。この代替の実施形態では、図３に示されるＳＶＲ３１６は、標準的な４分の１波長板（すなわち、ＳＶＲを有さない４分の１波長板）で置き換えられ得る。すなわち、光学サブシステム３０６は、２つの４分の１波長板を（１つは３２６の位置に、今１つは３１６の位置に）含み得、ＳＶＲは、２つの４分の１波長板のいずれかの一部であり得る。いくつかの実施形態では、光学サブシステム３０６が、２つの４分の１波長板を（１つは３２６の位置に、今１つは３１６の位置に）含む場合、ＳＶＲは、両方の４分の１波長板の一部であり得る。

【0031】

光学サブシステム３０６の動作原理を例示するために、光経路３１８は、第１の４分の１波長板３２６の前面３２２で偏光された（例えば、１つの配向ｐに直線偏光された）第１の４分の１波長板３２６に入射する。第１の４分の１波長板３２６の裏面３２４を出射する光は、円偏光され得る。この光は、レンズ３３０を通過する。次に、レンズ３３０から出射する光は、ＳＶＲ３１６を通過し、偏光ビームスプリッタ３３８から反射される（または、代替的に、ＳＶＲ３１６を通過する光は、図３の参照番号３３８の位置にある部分反射ミラーから反射される）。この反射光は、ＳＶＲ３１６を逆方向に通過し、光は、円偏光されて４５度に配向されたまま、その利き手を変えることになる。ＳＶＲ３１６を逆方向に通過した光は、再びレンズ３３０によって反射され、光は、ＳＶＲ３１６を順方向に（すなわち、ユーザの目３０８に向かって）３回目の通過をすることになる。この反射光は、偏光ビームスプリッタ３３８を通過し（または、代替的に、光は、図３の参照番号３３８の位置にある部分反射ミラーを通過する）、光学サブシステム３０６の出射側（または面）３１４から出射する。

【0032】

ＳＶＲ３１６は、ＳＶＲ３１６を通過する光の位相を、入射光がＳＶＲ３１６に入射するＳＶＲ３１６上の位置の関数としての適切なレベルの位相差で変更する。このように、ＳＶＲ３１６から出射する光は、水平偏光される。偏光ビームスプリッタ３３８が、水平偏光された光がユーザの目３０８に向かって通過することを可能にし、さもなければ垂直偏光された光を遮断するので、ＳＶＲ３１６は、後期段階の位相変更を行って、光が、偏光ビームスプリッタ３３８を通過することを可能にする。図３の実施例では、例示的な光経路３１８が軸外れであるため、ＳＶＲ３１６に入射する光経路３１８は楕円偏光され、光経路３１８がＳＶＲ３１６に入射するＳＶＲ３１６上の位置は、光の位相を適切な量だけ変更して、入射する楕円偏光された光を水平偏光された光として出射させる材料（例えば、複屈折材料）および／または特徴（複数可）を含む。これは、ゼロに等しい入射角で光学サブシステム３０６に入射する軸上光経路（図示せず）と対照的であり得る。位相が変更される量は、ＳＶＲ３１６の中心では位相変更がほとんどないか全くない状態で、ＳＶＲ３１６の領域全体で変化するので、このような軸上光経路は、ＳＶＲ３１６によってその偏光状態が変えられることはないであろう。しかしながら、さらに軸外れである入射光については、ＳＶＲ３１６は、その軸外入射光の位相を入射角、したがってＳＶＲ３１６上の位置の関数としての適切な量に変更するように構成される。偏光ビームスプリッタ３３８が、水平偏光された光がユーザの目３０８に向かって通過することを可能にし、さもなければ、水平偏光されていないすべての他の光を反射し得ることを、実施例は説明しているが、偏光ビームスプリッタ３３８は、垂直偏光された光がユーザの目３０８に向かって通過することを可能にし、さもなければ、垂直偏光されていないすべての他の光を反射し得ることが理解されるべきである。

【0033】

図４は、いくつかの実施形態による、ディスプレイと、空間的に変化するリターダ（ＳＶＲ）を含む光学サブシステムと、を含むシステム４００の概略断面図である。システム４００は、例えば、ウェアラブルデバイス１０４／２０４などのヘッドマウント可能デバイス内に組み込まれ得る。しかしながら、システム４００は、カメラ、双眼鏡、事務機器、科学機器などを含むがこれらに限定されない他のタイプのデバイス内に組み込まれ得ることが理解されるべきである。システム４００は、情報ディスプレイ４０２と呼ばれることもあるピクセル化されたディスプレイデバイス４０２と、バックライトアセンブリ４０４と、光学サブシステム４０６と、を含み得る。ユーザの目４０８の概略図も示されている。そのような要素が、光軸４１０に沿って整列されている。

【0034】

光を放出するバックライトアセンブリ４０４は、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）、１つ以上のＯＬＥＤ、１つ以上の冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬ）、１つ以上のレーザー、１つ以上の量子ドット、またはこれらの例示的な光源の任意の組み合わせなどの光源を含み得る。バックライトアセンブリ４０４内の光源は、情報ディスプレイ４０２が、可視スペクトルにわたってカラー画像を生成し得るように、広域スペクトル（例えば、白色光）にわたって光を放出し得る。バックライトアセンブリ４０４は、例えば、約１６０～１８０度の範囲にわたり、その前面全体にわたって均一に光を放出し得る。

【0035】

情報ディスプレイ４０２は、バックライトアセンブリ４０４と連携して、最大約１８０度の範囲の角度にわたって光（バックライトアセンブリ４０４の面とほぼ平行な光）を放出することができる。この範囲の放出角度は、バックライトアセンブリ４０４の視野、またはバックライトアセンブリ４０４の光錐と呼ばれることもある。いくつかの実施形態では、情報ディスプレイ４０２は、１つ以上の偏光層、液晶層、および薄膜トランジスタ層を含むＬＣＤマトリックスであり得る。ＬＣＤマトリックスは、バックライトの一部をピクセル化された様式で覆い隠すことによって画像を作成する。光４１２がバックライトアセンブリ４０４から放出され、情報ディスプレイ４０２（例えば、ＬＣＤマトリックス）を通過するときに、画像が表示される。明確にするために、図４は、バックライトアセンブリ４０４と、情報ディスプレイ４０２との間の分離を示している。しかしながら、これら２つの構成要素は、それらの間に、あったとしてもごくわずかのスペースを有して、一緒に重ね合わされ得る。

【0036】

光学サブシステム４０６は、情報ディスプレイ４０２からの光をユーザの目４０８に向けて指向するためのレンズアセンブリを含み得る。光学サブシステム４０６は、例えば、パンケーキ構成を有し得る。この場合、光学サブシステム４０６は、以下に説明するように、光の偏光に少なくとも部分的に基づく軸上光学屈曲を使用して、情報ディスプレイ４０２からの光をユーザの目４０８に向けて指向するように構成された光学素子のアセンブリを含み得る。いくつかの実施形態では、光学サブシステム４０６のレンズアセンブリは、レンズ以外の様々な光学素子を含む。例えば、光学サブシステム４０６は、少なくとも１つの直線偏光子４３８と、空間的に変化するリターダ（ＳＶＲ）４１６と、を含み得る。直線偏光子４３８は、ＳＶＲ４１６と、光学サブシステム４０６の出射面４１４との間に位置し得る。ＳＶＲ４１６は、ＳＶＲ４１６を通過する光の位相を、ＳＶＲ４１６の異なる部分ごとに異なる量だけ変更するように構成される。例えば、ディスプレイの周辺からユーザの目に向けて放出された光は、比較的大きな入射角で光学サブシステム４０６に入射し得る。ＳＶＲ４１６は、ＳＶＲ４１６全体にわたって位相変更の程度を変化させるように構成された場合、望ましくない視覚効果を軽減するために（例えば、望ましくない迷光がユーザの目４０８に到達するのを排除する）、あらゆる角度からの光に対して適切なレベルの位相差を提供し得る。

【0037】

図４は、情報ディスプレイ４０２によって生成された画像の光の例示的な光経路４１８を示す。簡単にするために、光学サブシステム４０６は、少なくとも１つのレンズ形状の要素を含むものとして概略的に示されている。しかしながら、光学サブシステム４０６は、レンズである必要のないいくつかのタイプの光学素子のいずれかを含み得る。次に、光学サブシステム４０６の特定の実施例について説明する。

【0038】

光学サブシステム４０６は、反射および屈折要素４３０（「要素４３０」と呼ばれることもある）を含み得る。反射および屈折要素４３０は、入射光の約５０パーセントが要素４３０を通過することを可能にする一方、入射光の約５０パーセントが要素４３０によって反射されて離れる、５０／５０ミラーを含み得る。光学サブシステム４０６は、前面４２２と、裏面４２４と、を有する第１の４分の１波長板４２６をさらに含み得る。第１の４分の１波長板４２６は、第１の４分の１波長板４２６の裏面４２４に隣接する前面と、裏面４２８と、を有するビームスプリッタ４３６上に配設され得る。ビームスプリッタ４３６は、ＳＶＲ４１６上に配設され得る。ＳＶＲ４１６は、直線偏光子４３８上に配設され得る。「上に配設される」は、上に直接配設されるか、または（例えば、１つ以上の中間層を伴って）上に間接的に配設されることを意味し得ることが理解されよう。さらに、「上に配設される」は、「接触している」か、または別の層上に配設された層との間にスペースがあり得るように「隣接している」ことを意味し得ることが理解されるべきである。

【0039】

一例では、ＳＶＲ４１６は、第２の４分の１波長板の一部であり得る。このように、（偏光ビームスプリッタ４３６と、直線偏光子４３８との間に介在する）第２の４分の１波長板は、ＳＶＲ４１６を通過する光の位相を、ＳＶＲ４１６の異なる部分ごとに異なる量だけ変更する材料、特徴、または別の適切な機構を含み得る。ＳＶＲ４１６は、ビームスプリッタ４３６と、直線偏光子４３８との間に介在するものとして図４に示され、説明されているが、代替的に、ＳＶＲ４１６は、そうしないで、第１の４分の１波長板４２６の一部であり得ることが理解されるべきである。この代替の実施形態では、図４に示されるＳＶＲ４１６は、標準的な４分の１波長板と置き換えられ得る。すなわち、光学サブシステム４０６は、２つの４分の１波長板を（１つは４２６の位置に、今１つは４１６の位置に）含み得、ＳＶＲは、２つの４分の１波長板のいずれかの一部であり得る。いくつかの実施形態では、光学サブシステム４０６が、２つの４分の１波長板を（１つは４２６の位置に、今１つは４１６の位置に）含む場合、ＳＶＲは、両方の４分の１波長板の一部であり得る。

【0040】

光学サブシステム４０６の動作原理を例示するために、光経路４１８は、光学サブシステム４０６の入射側（または面）（例えば、要素４３０の入射側）で偏光された（例えば、１つの配向ｐに直線偏光された）光学サブシステム４０６に入射する。光の一部は、反射および屈折要素４３０を通過する一方、光の残りは、要素４３０によって反射されて離れる。要素４３０の出射側から出射する光経路４１８は、要素４３０を通過する光の部分を表す。次に、要素４３０から出射する光は、第１の４分の１波長板４２６を通過して円偏光される。この円偏光された光は、ビームスプリッタ４３６から反射し、第１の４分の１波長板４２６を逆方向に通過し、光は、円偏光されて４５度に配向されたまま、その利き手を変えることになる。いくつかの実施形態では、ビームスプリッタ４３６は、別の５０／５０ミラーを含む。第１の４分の１波長板４２６を逆方向に通過した光は、再び反射され、光は、第１の４分の１波長板４２６を順方向に（すなわち、ユーザの目４０８に向かって）３回目の通過をすることになる。この反射光は、ビームスプリッタ４３６を通過し、次に、ＳＶＲ４１６（例えば、ＳＶＲ４１６を含む第２の４分の１波長板）を通過し、その後、直線偏光子４３８を通過して、光学サブシステム４０６の出射側（または面）４１４から出射する。

【0041】

ＳＶＲ４１６は、ＳＶＲ４１６を通過する光の位相を、入射光がＳＶＲ４１６に入射するＳＶＲ４１６上の位置の関数としての適切なレベルの位相差で変更する。このように、ＳＶＲ４１６から出射する光は、水平偏光される。直線偏光子４３８は、水平偏光された光がユーザの目４０８に向かって通過することを可能にし、さもなければ垂直偏光された光を遮断するので、ＳＶＲ４１６は、後期段階の位相変更を行って、光が、直線偏光子４３８を通過することを可能にする。図４の実施例では、例示的な光経路４１８が軸外れであるため、ＳＶＲ４１６に入射する光経路４１８は楕円偏光され、光経路４１８がＳＶＲ４１６に入射するＳＶＲ４１６上の位置は、光の位相を適切な量だけ変更して、入射する楕円偏光された光を水平偏光された光として出射させる材料（例えば、複屈折材料）および／または特徴（複数可）を含む。これは、ゼロに等しい入射角で光学サブシステム４０６に入射する軸上光経路（図示せず）と対照的であり得る。位相が変更される量は、ＳＶＲ４１６の中心では位相変更がほとんどないか全くない状態で、ＳＶＲ４１６の領域全体で変化するので、このような軸上光経路は、ＳＶＲ４１６によってその偏光状態が変えられることはないであろう。しかしながら、さらに軸外れである入射光については、ＳＶＲ４１６は、その軸外入射光の位相を入射角、したがってＳＶＲ４１６上の位置の関数としての適切な量に変更するように構成される。

【0042】

図５は、いくつかの実施形態による、ディスプレイと、光学サブシステムと、を含むシステム５００の概略断面図である。システム５００は、例えば、ウェアラブルデバイス１０４／２０４などのヘッドマウント可能デバイス内に組み込まれ得る。しかしながら、システム５００は、カメラ、双眼鏡、事務機器、科学機器などを含むがこれらに限定されない他のタイプのデバイス内に組み込まれ得ることが理解されるべきである。システム５００は、情報ディスプレイ５０２と呼ばれることもあるピクセル化されたディスプレイデバイス５０２と、バックライトアセンブリ５０４と、光学サブシステム５０６と、を含み得る。ユーザの目５０８の概略図も示されている。そのような要素が、光軸５１０に沿って整列されている。

【0043】

光を放出するバックライトアセンブリ５０４は、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）、１つ以上のＯＬＥＤ、１つ以上の冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬ）、１つ以上のレーザー、１つ以上の量子ドット、またはこれらの例示的な光源の任意の組み合わせなどの光源を含み得る。バックライトアセンブリ５０４内の光源は、情報ディスプレイ５０２が、可視スペクトルにわたってカラー画像を生成し得るように、広域スペクトル（例えば、白色光）にわたって光を放出し得る。バックライトアセンブリ５０４は、例えば、約１６０～１８０度の範囲にわたり、その前面全体にわたって均一に光を放出し得る。

【0044】

情報ディスプレイ５０２は、バックライトアセンブリ５０４と連携して、最大約１８０度の範囲の角度にわたって光（バックライトアセンブリ５０４の面とほぼ平行な光）を放出することができる。この範囲の放出角度は、バックライトアセンブリ５０４の視野、またはバックライトアセンブリ５０４の光錐と呼ばれることもある。いくつかの実施形態では、情報ディスプレイ５０２は、１つ以上の偏光層、液晶層、および薄膜トランジスタ層を含むＬＣＤマトリックスであり得る。ＬＣＤマトリックスは、バックライトの一部をピクセル化された様式で覆い隠すことによって画像を作成する。光５１２がバックライトアセンブリ５０４から放出され、情報ディスプレイ５０２（例えば、ＬＣＤマトリックス）を通過するときに、画像が表示される。明確にするために、図５は、バックライトアセンブリ５０４と情報ディスプレイ５０２との間の分離を示している。しかしながら、これら２つの構成要素は、それらの間に、あったとしてもごくわずかのスペースを有して、一緒に重ね合わされ得る。

【0045】

光学サブシステム５０６は、情報ディスプレイ５０２からの光をユーザの目５０８に向けて指向するためのレンズアセンブリを含み得る。光学サブシステム５０６は、例えば、パンケーキ構成を有し得る。この場合、光学サブシステム５０６は、以下に説明するように、光の偏光に少なくとも部分的に基づく軸上光学屈曲を使用して、情報ディスプレイ５０２からの光をユーザの目５０８に向けて指向するように構成された光学素子のアセンブリを含み得る。いくつかの実施形態では、光学サブシステム５０６のレンズアセンブリは、レンズ以外の様々な光学素子を含む。例えば、光学サブシステム５０６は、少なくとも１つの直線偏光子５３８と、空間的に変化するリターダ（ＳＶＲ）５１６と、を含み得る。直線偏光子５３８は、ＳＶＲ５１６と、光学サブシステム５０６の出射面５１４との間に位置し得る。ＳＶＲ５１６は、ＳＶＲ５１６を通過する光の位相を、ＳＶＲ５１６の異なる部分ごとに異なる量だけ変更するように構成される。例えば、バックライト／ディスプレイが様々な角度で光を放出する場合、ディスプレイの周辺からユーザの目に向けて放出された光は、比較的大きな入射角で光学サブシステム５０６に入射し得る。ＳＶＲ５１６は、ＳＶＲ５１６全体にわたって位相変更の程度を変化させるように構成された場合、望ましくない視覚効果を軽減するために（例えば、望ましくない迷光がユーザの目５０８に到達するのを排除する）、あらゆる角度からの光に対して適切なレベルの位相差を提供し得る。

【0046】

図５は、情報ディスプレイ５０２によって生成された画像の光の例示的な光経路５１８を示す。簡単にするために、光学サブシステム５０６は、少なくとも１つのレンズ形状の要素を含むブロックとして概略的に示されている。しかしながら、光学サブシステム５０６は、レンズである必要のないいくつかのタイプの光学素子のいずれかを含み得る。次に、光学サブシステム５０６の特定の実施例について説明する。

【0047】

光学サブシステム５０６は、前面５２２と、裏面５２４と、を有する直線偏光子５２０を含み得る。直線偏光子５２０は、直線偏光子５２０の裏面５２４に隣接する前面と、裏面５２８と、を有する４分の１波長板５２６上に配設され得る。４分の１波長板５２６は、レンズダブレット５３０上に配設され得る。一実施例では、レンズダブレット５３０は、平面５３２と、凹面５３４と、を有する平凹シングレットを含み得る。凹面５３４の曲率は、光学サブシステム５０６の焦点距離を確立し得る。光学コーティング（例えば、金属薄膜または多層誘電体膜）を備え得る第１の反射偏光ビームスプリッタは、レンズダブレット５３０の凹面５３４に位置（例えば、上に配設）し得る。レンズダブレット５３０は、ＳＶＲ５１６上に配設され得る。ＳＶＲ５１６は、第２の反射偏光ビームスプリッタ５３６上に配設され得る。第２の反射偏光ビームスプリッタ５３６は、任意の第２の直線偏光子５３８上に配設され得る。「上に配設される」は、上に直接配設されるか、または（例えば、１つ以上の中間層を伴って）上に間接的に配設されることを意味し得ることが理解されるべきである。さらに、「上に配設される」は、「接触している」か、または別の層上に配設された層との間にスペースがあり得るように「隣接している」ことを意味し得ることが理解されるべきである。

【0048】

光学サブシステム５０６の動作原理を例示するために、光経路５１８は、光学サブシステム５０６の入射側（または面）で偏光されない光学サブシステム５０６に入射し、光経路５１８は、直線偏光子５２０によって、例えば、１つの配向ｐ、に偏光される。４分の１波長板５２６を通過した後、光は、右旋円偏光される。レンズダブレット５３０を通過し、続いてＳＶＲ５１６を通過した後、結果として得られるｓ偏光された光は、第２の反射偏光ビームスプリッタ５３６から反射し、ＳＶＲ５１６を逆方向に通過し、レンズダブレット５３０の凹面５３４における第１の反射偏光ビームスプリッタから再び反射し、ＳＶＲ５１６の３回目の通過をし、ｐ偏光された光として光学サブシステム５０６の出射側（または面）５１４から出射する。任意のｓ偏光された迷光は、任意選択の第２の直線偏光子５３８によって除去され得、その結果、純粋なｐ偏光された光が、目５０８に到達する。

【0049】

図６は、いくつかの実施形態による、例示的な空間的に変化するリターダ（ＳＶＲ）６００の概略図である。ＳＶＲ６００は、例えば、図３／図４／図５に示されるＳＶＲ３１６／４１６／５１６と同じか、または類似であり得る。

【0050】

いくつかの実施例では、ＳＶＲ６００は、基板６０２と、配向層６０４と、液晶素子のＭ個のねじれ複屈折層６０６Ａ、６０６Ｂ、…、６０６Ｍと、を備えたモノリシック構造であり得、ここで、Ｍは２以上の整数である。そのような層は、重合性液晶を含み得る。図６の円筒は、光軸（およびネマチックダイレクタフィールド）に対応する。後続のねじれ複屈折層６０６は、先行するねじれ複屈折層６０６によって整列される。楕円６０８および６１０は、それぞれ、入射光６１２および出射光６１４の偏光を概略的に示す。

【0051】

ＳＶＲ６００は、広帯域偏光変換の効果的な制御などの多くの便益を提供する。ＳＶＲ６００は、前の層によって直接整列される後続の液晶層を含むので、ＳＶＲ６００の製造は比較的簡単であり、自動的な層間位置合わせを達成し、連続的に変化する光軸を有するモノリシックフィルムをもたらす。ＳＶＲ６００は、一般に、パターン化されたアクロマティックリターダに最適であり、可視光から赤外線までの波長内で、広帯域および／または低変動の位相差を実現し得る。例えば、ＳＶＲ６００は、４５０～６５０ナノメートル（ｎｍ）および４００～８００ｎｍの帯域幅にわたって比較的高い収色性で動作し得る。

【0052】

図６に示される例示的なＳＶＲ６００は、本明細書に記載の技術およびシステムでの実装に好適であるＳＶＲ４１６／５１６の一例にすぎないことを理解されたい。いくつかの実施形態では、例示的なＳＶＲ４１６／５１６は、ＳＶＲを通過する光の偏光状態を、ＳＶＲの異なる部分ごとに異なる量だけ変更するメカニズムとして機能する、ポリマーなどの複屈折材料の１つ以上の層を備え得る。いくつかの実施形態では、例示的なＳＶＲ４１６／５１６は、ＳＶＲを通過する光の偏光状態を、ＳＶＲの異なる部分ごとに異なる量だけ変更するメカニズムとして機能する薄膜ダイクロイック材料（例えば、スタック）を備え得る。いくつかの実施形態では、例示的なＳＶＲ４１６／５１６は、ＳＶＲを通過する光の偏光状態を、ＳＶＲの異なる部分ごとに異なる量だけ変更するメカニズムとして機能するナノ特徴を有する基板を備え得る。これらの例示的な構成のいずれにおいても、ＳＶＲ４１６／５１６は、ＳＶＲ４１６／５１６上の位置の関数としての異なる程度／量で偏光を変更する（例えば、ＳＶＲ４１６／５１６の周辺に向かってより大きな量だけ偏光状態を変更する、およびＳＶＲ４１６／５１６の中心に向かってより少ない量だけ偏光状態を変更する）。

【0053】

図７は、いくつかの実施形態による、ディスプレイと、光学サブシステムと、を含むシステム７００の概略断面図である。システム７００は、例えば、ウェアラブルデバイス１０４／２０４などのヘッドマウント可能デバイスに組み込まれ得る。システム７００は、情報ディスプレイ７０２と、バックライトアセンブリ７０４と、光学サブシステム７０６と、を含み得る。ユーザの目７０８の概略図も示されている。そのような要素が、光軸７１０に沿って整列されている。

【0054】

システム７００は、図５に示されたシステム５００と同様であり得、光学サブシステム７０６の入射側（または面）７１４に配設されたフレネルレンズ７１２、または光学サブシステム７０６の出射側（または面）７１８上のフレネルレンズ７１６が追加されている。例えば、フレネルレンズ７１２は、図４を参照して説明したように、第１の４分の１波長板４２６の前面４２２上に、または図５を参照して説明したように、直線偏光子５２０の前面５２２上に配設され得る。代替的に、（図３／図４／図５を参照して説明したように）偏光ビームスプリッタ３３８、第２の反射偏光ビームスプリッタ５３６、または直線偏光子４３８／５３８が、フレネルレンズ７１６上に配設されてもよい。図７は、光学サブシステム７０６の一部としてフレネルレンズ７１６および７１８の両方を示しているが、光学サブシステム７０６は、フレネルレンズ７１６なしで、フレネルレンズ７１２を含み得るか、または光学サブシステム７０６は、フレネルレンズ７１２なしで、フレネルレンズ７１６を含み得ることが理解されるべきである。光学サブシステム７０６へのフレネルレンズ（７１２または７１６）のそのような追加は、光学サブシステム７０６を出射する光の焦点距離を変更するために使用され得る。追加的または代替的に、他のタイプのレンズが、光学サブシステム７０６の７１４側、および／または７１８側に使用されてもよい。

【0055】

図８は、いくつかの例示的な実施形態による、合焦された画像を、ディスプレイデバイスのユーザの目に提供するためのプロセス８００を示す流れ図である。例えば、そのようなディスプレイデバイスは、ウェアラブルデバイス１０４と同じか、または類似であるＨＭＤ内に含まれ得る。ブロック８０２において、ディスプレイデバイスは、例えば、ＬＣＤディスプレイなどのピクセル化されたディスプレイデバイスを使用して画像を生成し得る。そのような生成は、例えば、照明バックライトと連携し得る。ブロック８０４において、ディスプレイデバイスは、画像の光を、光学サブシステム５０６などのレンズアセンブリに指向して、画像の焦点距離を変更焦点距離に変更し得る。例えば、レンズアセンブリは、空間的に変化するリターダ（ＳＶＲ）３１６／４１６／５１６／６００を通過する光の位相を、ＳＶＲ３１６／４１６／５１６／６００の異なる部分ごとに異なる量だけ変更するように構成されたＳＶＲ３１６／４１６／５１６／６００を含み得る。ブロック８０６において、ディスプレイデバイスは、変更された焦点距離を有する画像をユーザの目に投影し得る。

【0056】

上記の実施例に対して多くの変形および修正が行われてよく、その要素は、他の許容可能な実施例に含まれるものとして理解されるべきである。そのようなすべての修正および変形は、本開示の範囲内で本明細書に含まれることを意図している。
以下に、本出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
システムであって、
情報ディスプレイと、
前記情報ディスプレイからの光をユーザの目に向けて指向するためのレンズアセンブリと、を備え、前記レンズアセンブリが、
前記光が前記レンズアセンブリに入射する入射側と、
前記光が前記レンズアセンブリを出射する出射側と、
空間的に変化するリターダ（ＳＶＲ）であって、前記ＳＶＲを通過する前記光の位相を、前記ＳＶＲの異なる部分ごとに異なる量だけ変更する、空間的に変化するリターダと、
前記ＳＶＲと、前記レンズアセンブリの前記出射側との間に配設された偏光ビームスプリッタまたは部分反射ミラーのうちの少なくとも１つと、を含む、システム。
［２］
前記ＳＶＲが、複屈折材料の１つまたは複数の層を備える、［１］に記載のシステム。
［３］
前記複屈折材料の１つまたは複数の層が、液晶素子の複数のねじれ複屈折層を備える、［２］に記載のシステム。
［４］
前記システムが、ヘッドマウント可能デバイス内に組み込まれている、［１］に記載のシステム。
［５］
前記ＳＶＲが、４分の１波長板の一部である、［１］に記載のシステム。
［６］
前記レンズアセンブリが、
第１の４分の１波長板と、
第２の４分の１波長板と、
前記第１の４分の１波長板と、前記第２の４分の１波長板との間に介在するレンズと、をさらに含み、
前記ＳＶＲが、前記第１の４分の１波長板または前記第２の４分の１波長板のうちの少なくとも１つの一部である、［１］に記載のシステム。
［７］
前記第１の４分の１波長板が、前記情報ディスプレイ上に配設されており、
前記第２の４分の１波長板が、前記偏光ビームスプリッタまたは前記部分反射ミラー上に配設されており、
前記ＳＶＲが、前記第２の４分の１波長板の一部である、［６］に記載のシステム。
［８］
前記ＳＶＲが、第１のＳＶＲであり、前記レンズアセンブリが、前記第１の４分の１波長板の一部である第２のＳＶＲをさらに含む、［７］に記載のシステム。
［９］
ピクセル化されたディスプレイデバイスを使用して画像を生成することと、
前記画像の焦点距離を変更焦点距離に変更するために、前記画像の光をレンズアセンブリに指向することであって、前記レンズアセンブリが、
空間的に変化するリターダ（ＳＶＲ）であって、前記ＳＶＲを通過する前記光の位相を、前記ＳＶＲの異なる部分ごとに異なる量だけ変更するように構成されている、空間的に変化するリターダと、
偏光ビームスプリッタ、部分反射ミラー、または前記ＳＶＲと、前記レンズアセンブリの出射側との間に配設された直線偏光子のうちの少なくとも１つと、を含む、指向することと、
前記変更された焦点距離を有する前記画像をユーザの目の上に投影することと、を含む方法。
［１０］
前記ＳＶＲが、重合性液晶の複数の複屈折層を備える、［９］に記載の方法。
［１１］
前記ＳＶＲが、４分の１波長板の一部である、［９］に記載の方法。
［１２］
前記４分の１波長板が、第１の４分の１波長板を備え、前記レンズアセンブリが、
第２の４分の１波長板と、
前記第１の４分の１波長板と、前記第２の４分の１波長板との間に介在するビームスプリッタと、をさらに含む、［１１］に記載の方法。
［１３］
前記ＳＶＲが、第１のＳＶＲであり、前記４分の１波長板が、第１の４分の１波長板を備え、前記レンズアセンブリが、前記第２の４分の１波長板の一部である第２のＳＶＲをさらに含む、［１１］に記載の方法。
［１４］
前記ピクセル化されたディスプレイデバイスおよび前記レンズアセンブリが、ヘッドマウントディスプレイ内にある、［９］に記載の方法。
［１５］
前記レンズアセンブリが、前記光の偏光に少なくとも部分的に基づいた軸上光学屈曲を使用して、前記ピクセル化されたディスプレイデバイスからの光を前記ユーザの目に向けて指向するように構成されている、［９］に記載の方法。
［１６］
システムであって、
集合的に画像を形成するように構成されているピクセルを含む情報ディスプレイと、
前記情報ディスプレイの前記ピクセルを照射するバックライトアセンブリと、
前記画像の光を前記情報ディスプレイからユーザの目に向けて指向するための光学サブシステムと、を備え、前記光学サブシステムが、
空間的に変化するリターダ（ＳＶＲ）であって、前記光が前記ＳＶＲを通過するときに、前記光の位相を変更位相に変更するように構成されており、前記光の前記位相が、前記ＳＶＲの異なる部分ごとに異なる量だけ変更される、空間的に変化するリターダと、
前記光が前記ＳＶＲを通過した後に、前記変更された位相を有する前記光を受容し、前記光が、前記光学サブシステムの出射面を通過して、出射面からユーザの目に向かって出射することを選択的に可能にするように位置付けられた偏光ビームスプリッタ、部分反射ミラー、または直線偏光子のうちの少なくとも１つと、を含む、システム。
［１７］
前記ＳＶＲが、複屈折材料の１つまたは複数の層を備え、前記複屈折材料の１つまたは複数の層が、重合性液晶を含む、［１６］に記載のシステム。
［１８］
前記ＳＶＲが、４分の１波長板の一部である、［１６］に記載のシステム。
［１９］
前記光学サブシステムが、
第１の４分の１波長板と、
第２の４分の１波長板と、
前記第１の４分の１波長板と、前記第２の４分の１波長板との間に介在するレンズと、をさらに含み、
前記ＳＶＲが、前記第１の４分の１波長板または前記第２の４分の１波長板のうちの少なくとも１つの一部である、［１６］に記載のシステム。
［２０］
前記光学サブシステムが、前記偏光ビームスプリッタを含み、
前記第１の４分の１波長板が、前記情報ディスプレイ上に配設されており、
前記第２の４分の１波長板が、前記偏光ビームスプリッタ上に配設されており、
前記ＳＶＲが、前記第１の４分の１波長板の一部である、［１９］に記載のシステム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】