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(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】2024-06-20
(45)【発行日】2024-06-28
(54)【発明の名称】一方向ミラーを伴う光学デバイス
(51)【国際特許分類】
G02B 27/02 20060101AFI20240621BHJP
G02F 1/13 20060101ALI20240621BHJP
G02B 5/30 20060101ALI20240621BHJP
G02C 11/00 20060101ALI20240621BHJP
【ＦＩ】
G02B27/02 Z
G02F1/13 505
G02B5/30
G02C11/00
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2022556049
(86)(22)【出願日】2021-03-24
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-05-10
(86)【国際出願番号】 US2021023987
(87)【国際公開番号】W WO2021195283
(87)【国際公開日】2021-09-30
【審査請求日】2024-03-22
(31)【優先権主張番号】62/994,739
(32)【優先日】2020-03-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】514108838
【氏名又は名称】マジック リープ， インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｍａｇｉｃ Ｌｅａｐ，Ｉｎｃ．
【住所又は居所原語表記】７５００ Ｗ ＳＵＮＲＩＳＥ ＢＬＶＤ，ＰＬＡＮＴＡＴＩＯＮ，ＦＬ ３３３２２ ＵＳＡ
(74)【代理人】
【識別番号】100078282
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 秀策
(74)【代理人】
【識別番号】100113413
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 夏樹
(74)【代理人】
【識別番号】100181674
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 貴敏
(74)【代理人】
【識別番号】100181641
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 大輔
(74)【代理人】
【識別番号】230113332
【弁護士】
【氏名又は名称】山本 健策
(72)【発明者】
【氏名】オ， チュルウ
(72)【発明者】
【氏名】コマンドゥリ， ラヴィ クマール
(72)【発明者】
【氏名】クラインマン， デイビッド
(72)【発明者】
【氏名】マトゥール， ヴァイブハブ
(72)【発明者】
【氏名】マンリー， デイビッド
【審査官】山本 貴一
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－１６１７９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０８５４２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／２３１７８４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２０１０－５３３２５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／０１９８５８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１８／０７０５００（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２７１８５３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１９／１７８３９８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０２０／１１６００８（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ２７／０１，２７／０２
Ｇ０２Ｆ １／１３
Ｇ０２Ｂ ５／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ユーザの頭部上に装着可能である光学デバイスであって、前記光学デバイスは、前記光学デバイスの世界側上に配置されている一方向ミラーであって、前記一方向ミラーは、
デポラライザであって、前記デポラライザは、前記デポラライザが、前記光学デバイスの前記世界側から光を受け取り、前記受け取られた光の少なくとも一部の偏光をランダム化するように、ランダム光学軸向きを有する少なくとも１つの位相差板を含む、デポラライザと、
前記デポラライザからの光を受け取るように向けられる偏光選択的ミラーであって、前記偏光選択的ミラーは、前記偏光選択的ミラーを通して、ランダム化された偏光を有する前記受け取られた光の一部を伝送するように構成され、前記偏光選択的ミラーは、透過軸を有する、偏光選択的ミラーと、
前記偏光選択的ミラーを通して伝送された前記光を受け取るように向けられる吸収性偏光器であって、前記吸収性偏光器は、前記偏光選択的ミラーの前記透過軸と整列させられた透過軸を有する、吸収性偏光器と
を備え、前記偏光選択的ミラーは、前記デポラライザと前記吸収性偏光器との間に配置されている、一方向ミラーと、
能動可変調光器であって、前記能動可変調光器は、前記吸収性偏光器と、追加の偏光器と、前記吸収性偏光器と前記追加の偏光器との間に配置される液晶要素のアレイとを備え、前記一方向ミラーおよび前記能動可変調光器は、前記一方向ミラーおよび前記能動可変調光器の両方の構成要素として前記吸収性偏光器を共有することによって、統合された構造を形成する、能動可変調光器と
を備える、光学デバイス。
【請求項2】
前記デポラライザは、４分の１波長板を備えている、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項3】
前記デポラライザは、超位相差板を備えている、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項4】
前記偏光選択的ミラーは、反射性偏光器を備えている、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項5】
前記偏光選択的ミラーと前記吸収性偏光器とは、間隔を置かれ、前記偏光選択的ミラーと前記吸収性偏光器との間の１つ以上の位相差板をさらに備えている、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項6】
前記１つ以上の位相差板は、２つの間隔を置かれた４分の１波長板を備えている、請求項５に記載の光学デバイス。
【請求項7】
前記反射性偏光器は、ワイヤグリッド偏光器を備えている、請求項４に記載の光学デバイス。
【請求項8】
前記ワイヤグリッド偏光器は、反復平行ワイヤを伴うナノスケールワイヤパターンを備えている、請求項７に記載の光学デバイス。
【請求項9】
前記ワイヤパターンの前記ワイヤの各々は、前記偏光選択的ミラーの前記透過軸と平行に引き延ばされている、請求項８に記載の光学デバイス。
【請求項10】
前記反射性偏光器は、多層偏光器を備えている、請求項４に記載の光学デバイス。
【請求項11】
前記多層偏光器は、所定の波長の入射光を反射するように構成されている、請求項１０に記載の光学デバイス。
【請求項12】
前記多層偏光器は、複数のポリマーフィルムを備えている、請求項１０に記載の光学デバイス。
【請求項13】
前記多層偏光器は、前記多層偏光器の前記透過軸と垂直な電場ベクトルを伴う入射光の５０％以下を反射する、請求項１０に記載の光学デバイス。
【請求項14】
前記多層偏光器は、前記多層偏光器の前記透過軸と垂直な電場ベクトルを伴う入射光の３０％～４０％を反射する、請求項１３に記載の光学デバイス。
【請求項15】
前記吸収性偏光器は、線形偏光を吸収するように構成されている、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項16】
前記光学デバイスは、頭部搭載型ディスプレイシステムであり、前記ディスプレイシステムは、頭部搭載型ディスプレイを備え、前記一方向ミラーは、前記ディスプレイが前記ユーザによって装着されている間、前記頭部搭載型ディスプレイの前記世界側上に配置され、前記ディスプレイのユーザ側と反対側に配置されている、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項17】
前記ディスプレイは、仮想コンテンツを伝える光を前記ユーザに出力するように構成されている少なくとも１つの導波管を含む接眼レンズを備え、前記少なくとも１つの導波管は、前記偏光選択的ミラーおよび前記能動可変調光器を通して伝送される前記光の少なくとも一部を前記ユーザの少なくとも１つの眼に伝送するために、少なくとも部分的に透明である、請求項１６に記載の光学デバイス。
【請求項18】
前記少なくとも１つの導波管は、複数の導波管を含み、前記複数の導波管の各々は、前記複数の導波管のうちの１つ以上の他の導波管と異なる波面発散量を伴う光を出力するように構成され、異なる波面発散量は、異なる深度面に対応する、請求項１７に記載の光学デバイス。
【請求項19】
前記２つの間隔を置かれた４分の１波長板は、実質的に整列させられた透過軸を有する、請求項６に記載の光学デバイス。
【請求項20】
前記能動可変調光器は、前記一方向ミラーを通して伝送される前記世界側からの前記光の少なくとも一部を可変的に調光し、前記調光された光を前記ユーザの眼に向かって伝送するように構成されている、請求項１に記載の光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（優先権の主張）
本願は、あらゆる目的のために、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２０２０年３月２５日に出願された米国仮出願第６２／９９４，７３９号の優先権を主張する。
（参照による組み込み）
本願は、あらゆる目的のために、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２０２０年３月２５日に出願された米国仮出願第６２／９９４，７３９号の優先権を主張する。
（参照による組み込み）
【0002】
本願は、参照することによって、以下の各々の全体を組み込む：「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｄｅｖｉｃｅ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ」と題され、２０１８年８月１６日に公開された米国特許公開第２０１８／０２３４６７５号、「Ｅｙｅｐｉｅｃｅｓ ｆｏｒ Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｓｙｓｔｅｍ」と題され、２０１９年６月２０日号に公開された米国特許公開第２０１９／０１８７４７４Ａ１号、および「Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ」と題され、２０１８年６月１４日に公開された米国特許公開第２０１８／０１６４６２７号。
（技術分野）
（技術分野）
【0003】
本開示は、一方向ミラーを有する拡張現実ディスプレイデバイス等の一方向ミラーを含む光学デバイスに関する。
【背景技術】
【0004】
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「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様式で、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。拡張現実または「ＡＲ」シナリオは、典型的に、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シナリオであり、典型的に、自然世界の中に統合され、それに応答する仮想オブジェクトを伴う。例えば、ＭＲシナリオは、実世界内のオブジェクトによってブロックされて見えるＡＲ画像コンテンツ、またはそうでなければ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。
【0005】
図１Ａを参照すると、拡張現実場面１０が描写されており、ＡＲ技術のユーザは、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を見ている。これらのアイテムに加えて、ＡＲ技術のユーザは、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」も「見ている」と知覚するが、これらの要素４０、５０は、実世界には存在しない。ヒトの視知覚系は、複雑であり、他の仮想または実世界画像要素の中で仮想画像要素の快適で、自然な感覚で、かつ豊かな提示を促進する、ＡＲ技術を生産することは、困難である。
【0006】
本明細書に開示されるシステムおよび方法は、とりわけ、ＡＲ技術に関連する種々の課題に対処する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0007】
いくつかの実装では、光学デバイスは、一方向ミラーを備えている。一方向ミラーは、デポラライザ（ｄｅｐｏｌａｒｉｚｅｒ）と、デポラライザからの光を受け取るように向けられ、透過軸を有する偏光選択的ミラーと、偏光選択的ミラーからの光を受け取るように向けられ、偏光選択的ミラーの透過軸と整列させられた透過軸を有する吸収性偏光器とを備えている。偏光選択的ミラーは、デポラライザと吸収性偏光器との間に配置される。
【0008】
いくつかの他の実装では、光学デバイスは、一方向ミラーを備えている。一方向ミラーは、コレステリック液晶反射性偏光器と、コレステリック液晶反射性偏光器を透過させられる光を受け取るように構成された円偏光器とを備えている。
【0009】
さらに他の実装では、光学デバイスは、一方向ミラー式調光器を備えている。一方向ミラー式調光器は、透過軸を有する偏光選択的ミラーと、偏光選択的ミラーの後方にあり、偏光選択的ミラーの透過軸と整列させられた透過軸を有する吸収性偏光器と、吸収性偏光器の後方にある切り替え可能な液晶要素のアレイと、切り替え可能な液晶要素のアレイの後方にあり、吸収性偏光器の透過軸と整列させられた透過軸を有する偏光器とを備えている。
【0010】
いくつかの他の実装では、光学デバイスは、透過軸を有する偏光選択的ミラーと、偏光選択的ミラーの透過軸と整列させられた透過軸を有する吸収性偏光器と、偏光選択的ミラーと吸収性偏光器との間の１つ以上の位相差板とを備えている。
【0011】
いくつかの実装の追加の例が、下記に提供される。
【0012】
実装１．光学デバイスであって、光学デバイスは、一方向ミラーを備え、
一方向ミラーは、
デポラライザと、
デポラライザからの光を受け取るように向けられ、透過軸を有する偏光選択的ミラーと、
偏光選択的ミラーからの光を受け取るように向けられ、偏光選択的ミラーの透過軸と整列させられた透過軸を有する吸収性偏光器と、
を備え、
偏光選択的ミラーは、デポラライザと吸収性偏光器との間に配置されている、光学デバイス。
一方向ミラーは、
デポラライザと、
デポラライザからの光を受け取るように向けられ、透過軸を有する偏光選択的ミラーと、
偏光選択的ミラーからの光を受け取るように向けられ、偏光選択的ミラーの透過軸と整列させられた透過軸を有する吸収性偏光器と、
を備え、
偏光選択的ミラーは、デポラライザと吸収性偏光器との間に配置されている、光学デバイス。
【0013】
実装２．デポラライザは、４分の１波長板を備えている、実装１に記載の光学デバイス。
【0014】
実装３．４分の１波長板は、アクロマティック４分の１波長板を備えている、実装２に記載の光学デバイス。
【0015】
実装４．デポラライザは、超位相差板を備えている、実装１に記載の光学デバイス。
【0016】
実装５．デポラライザは、受け取られた偏光から円偏光された光を出力するように構成されている、実装１に記載の光学デバイス。
【0017】
実装６．偏光選択的ミラーは、反射性偏光器を備えている、実装１に記載の光学デバイス。
【0018】
実装７．偏光選択的ミラーは、直接、吸収性偏光器に接触している、実装１に記載の光学デバイス。
【0019】
実装８．偏光選択的ミラーおよび吸収性偏光器は、間隔を置かれている、実装１に記載の光学デバイス。
【0020】
実装９．偏光選択的ミラーと吸収性偏光器との間の１つ以上の位相差板をさらに備えている、実装８に記載の光学デバイス。
【0021】
実装１０．１つ以上の位相差板は、２つの間隔を置かれた４分の１波長板を備えている、実装９に記載の光学デバイス。
【0022】
実装１１．吸収性偏光器は、吸収性偏光器の透過軸と垂直な電場ベクトルを有する光を吸収する、実装１に記載の光学デバイス。
【0023】
実装１２．反射性偏光器は、吸収性偏光器の透過軸と垂直な電場ベクトルを有する光を反射する、実装１に記載の光学デバイス。
【0024】
実装１３．反射性偏光器は、ワイヤグリッド偏光器を備えている、実装１に記載の光学デバイス。
【0025】
実装１４．ワイヤグリッド偏光器は、反復平行ワイヤを伴うナノスケールワイヤパターンを備えている、実装１３に記載の光学デバイス。
【0026】
実装１５．ワイヤパターンのワイヤの各々は、偏光選択的ミラーの透過軸と平行に引き延ばされる、実装１４に記載の光学デバイス。
【0027】
実装１６．反射性偏光器は、多層偏光器を備えている、実装１に記載の光学デバイス。
【0028】
実装１７．多層偏光器は、所定の波長の入射光を反射するように構成されている、実装１６に記載の光学デバイス。
【0029】
実装１８．多層偏光器は、複数のポリマーフィルムを備えている、実装１６に記載の光学デバイス。
【0030】
実装１９．多層偏光器は、多層偏光器の透過軸と垂直な電場ベクトルを伴う入射光の５０％を反射する、実装１６に記載の光学デバイス。
【0031】
実装２０．多層偏光器は、多層偏光器の透過軸と垂直な電場ベクトルを伴う入射光の３０％～４０％を反射する、実装１６に記載の光学デバイス。
【0032】
実装２１．吸収性偏光器は、線形偏光を吸収するように構成されている、実装１に記載の光学デバイス。
【0033】
実装２２．能動可変調光器をさらに備え、能動可変調光器は、
液晶要素のアレイと、
偏光器と
を備え、
液晶要素のアレイは、偏光器と一方向ミラーの吸収性偏光器との間にある、実装１に記載の光学デバイス。
液晶要素のアレイと、
偏光器と
を備え、
液晶要素のアレイは、偏光器と一方向ミラーの吸収性偏光器との間にある、実装１に記載の光学デバイス。
【0034】
実装２３．光学デバイスは、頭部搭載型ディスプレイシステムであり、ディスプレイシステムは、頭部搭載型ディスプレイを備え、
一方向ミラーは、頭部搭載型ディスプレイ上に配置され、ディスプレイのユーザ側の反対にある、実装１に記載の光学デバイス。
一方向ミラーは、頭部搭載型ディスプレイ上に配置され、ディスプレイのユーザ側の反対にある、実装１に記載の光学デバイス。
【0035】
実装２４．ディスプレイは、導波管スタックを備えている接眼レンズを備え、導波管スタックは、各々が光を視認者に出力するように構成された複数の導波管を備えている、実装２３に記載の光学デバイス。
【0036】
実装２５．複数の導波管のうちの各導波管は、複数の導波管のうちの１つ以上の他の導波管と異なる波面発散量を伴う光を出力するように構成され、異なる波面発散量は、異なる深度面に対応する、実装２４に記載の光学デバイス。
【0037】
実装２６．各導波管は、回折内部結合光学要素および回折外部結合光学要素を備えている、実装２４に記載の光学デバイス。
【0038】
実装２７．光学デバイスであって、光学デバイスは、一方向ミラーを備え、
一方向ミラーは、
コレステリック液晶反射性偏光器と、
コレステリック液晶反射性偏光器を透過させられた光を受け取るように構成された円偏光器、
を備えている、光学デバイス。
一方向ミラーは、
コレステリック液晶反射性偏光器と、
コレステリック液晶反射性偏光器を透過させられた光を受け取るように構成された円偏光器、
を備えている、光学デバイス。
【0039】
実装２８．円偏光器は、４分の１波長板と、吸収性偏光器とを備えている、実装２７に記載の光学デバイス。
【0040】
実装２９．吸収性偏光器は、線形偏光器を備えている、実装２８に記載の光学デバイス。
【0041】
実装３０．４分の１波長板は、コレステリック液晶反射性偏光器によって透過させられる光と反対方向に光を遅らせる、実装２８に記載の光学デバイス。
【0042】
実装３１．４分の１波長板は、アクロマティック４分の１波長板である、実装２８に記載の光学デバイス。
【0043】
実装３２．コレステリック液晶反射性偏光器は、第１の円偏光を透過させ、第１の円偏光と反対向きを伴う第２の円偏光を反射する、実装２７に記載の光学デバイス。
【0044】
実装３３．４分の１波長板は、コレステリック液晶反射性偏光器を透過させられた円偏光が線形偏光に変換されるように、光を遅らせるように構成されている、実装２８に記載の光学デバイス。
【0045】
実装３４．吸収性偏光器は、線形偏光の電場ベクトルと平行な透過軸を有する、実装２８に記載の光学デバイス。
【0046】
実装３５．光学デバイスは、頭部搭載型ディスプレイシステムであり、ディスプレイシステムは、頭部搭載型ディスプレイを備え、
一方向ミラーは、頭部搭載型ディスプレイ上に配置され、頭部搭載型ディスプレイのユーザ側の反対側に配置されている、実装２７に記載の光学デバイス。
一方向ミラーは、頭部搭載型ディスプレイ上に配置され、頭部搭載型ディスプレイのユーザ側の反対側に配置されている、実装２７に記載の光学デバイス。
【0047】
実装３６．頭部搭載型ディスプレイは、導波管スタックを備えている接眼レンズを備え、導波管スタックは、各々が光を視認者に出力するように構成された複数の導波管を備えている、実装３５に記載の光学デバイス。
【0048】
実装３７．実装各導波管は、１つ以上の他の導波管と異なる波面発散量を伴う光を出力するように構成され、異なる波面発散量は、異なる深度面に対応する、３６に記載の光学デバイス。
【0049】
実装３８．能動可変調光器をさらに備え、能動可変調光器は、
偏光器と、
液晶要素のアレイと
を備え、
液晶要素のアレイは、偏光器と一方向ミラーの吸収性偏光器との間にある、実装２７に記載の光学デバイス。
偏光器と、
液晶要素のアレイと
を備え、
液晶要素のアレイは、偏光器と一方向ミラーの吸収性偏光器との間にある、実装２７に記載の光学デバイス。
【0050】
実装３９．液晶要素のアレイの液晶要素は、透過モードから吸収モードに切り替わるように構成されている、実装３８に記載の光学デバイス。
【0051】
実装４０．光学デバイスであって、光学デバイスは、一方向ミラー式調光器を備え、
一方向ミラー式調光器は、
透過軸を有する偏光選択的ミラーと、
偏光選択的ミラーの後方にあり、偏光選択的ミラーの透過軸と整列させられた透過軸を有する吸収性偏光器と、
吸収性偏光器の後方にある切り替え可能な液晶要素のアレイと、
切り替え可能な液晶要素のアレイの後方にあり、吸収性偏光器の透過軸と整列させられた透過軸を有する偏光器と、
を備えている、光学デバイス。
一方向ミラー式調光器は、
透過軸を有する偏光選択的ミラーと、
偏光選択的ミラーの後方にあり、偏光選択的ミラーの透過軸と整列させられた透過軸を有する吸収性偏光器と、
吸収性偏光器の後方にある切り替え可能な液晶要素のアレイと、
切り替え可能な液晶要素のアレイの後方にあり、吸収性偏光器の透過軸と整列させられた透過軸を有する偏光器と、
を備えている、光学デバイス。
【0052】
実装４１．偏光選択的ミラーと吸収性偏光器との間の第１および第２の４分の１波長板をさらに備えている、実装４０に記載の光学デバイス。
【0053】
実装４２．第１のアクロマティック４分の１波長板と第２のアクロマティック４分の１波長板とは、１ｍｍを上回る空隙によって分離されている、実装４１に記載の光学デバイス。
【0054】
実装４３．偏光選択的ミラーは、ワイヤグリッド偏光器である、実装４０に記載の光学デバイス。
【0055】
実装４４．偏光選択的ミラーは、多層反射性偏光器である、実装４０に記載の光学デバイス。
【0056】
実装４５．光学デバイスは、頭部搭載型ディスプレイシステムであり、ディスプレイシステムは、頭部搭載型ディスプレイを備え、
一方向ミラー式調光器は、頭部搭載型ディスプレイ上に配置され、頭部搭載型ディスプレイのユーザ側の反対側に配置されている、実装４０に記載の光学デバイス。
一方向ミラー式調光器は、頭部搭載型ディスプレイ上に配置され、頭部搭載型ディスプレイのユーザ側の反対側に配置されている、実装４０に記載の光学デバイス。
【0057】
実装４６．頭部搭載型ディスプレイは、導波管スタックを備えている接眼レンズを備え、導波管スタックは、各々が光を視認者に出力するように構成された複数の導波管を備えている、実装４５に記載の光学デバイス。
【0058】
実装４７．各導波管は、１つ以上の他の導波管と異なる波面発散量を伴う光を出力するように構成され、異なる波面発散量は、異なる深度面に対応する、実装４６に記載の光学デバイス。
【0059】
実装４８．光学デバイスであって、光学デバイスは、
透過軸を有する偏光選択的ミラーと、
偏光選択的ミラーの透過軸と整列させられた透過軸を有する吸収性偏光器と、
偏光選択的ミラーと吸収性偏光器との間の１つ以上の位相差板と
を備えている、光学デバイス。
透過軸を有する偏光選択的ミラーと、
偏光選択的ミラーの透過軸と整列させられた透過軸を有する吸収性偏光器と、
偏光選択的ミラーと吸収性偏光器との間の１つ以上の位相差板と
を備えている、光学デバイス。
【0060】
実装４９．１つ以上の位相差板は、２つの間隔を置かれた４分の１波長板を備えている、実装４８に記載の光学デバイス。
【0061】
実装５０．２つの４分の１波長板の各々は、アクロマティック４分の１波長板を備えている、実装４９に記載の光学デバイス。
【0062】
実装５１．２つの４分の１波長板は、１ｍｍ以上の空隙によって間隔を置かれている、実装４９に記載の光学デバイス。
【0063】
実装５２．光学デバイスは、頭部搭載型ディスプレイシステムであり、ディスプレイシステムは、頭部搭載型ディスプレイを備え、
一方向ミラー式調光器は、頭部搭載型ディスプレイ上に配置され、頭部搭載型ディスプレイのユーザ側の反対側に配置されている、実装４８に記載の光学デバイス。
一方向ミラー式調光器は、頭部搭載型ディスプレイ上に配置され、頭部搭載型ディスプレイのユーザ側の反対側に配置されている、実装４８に記載の光学デバイス。
【0064】
実装５３．頭部搭載型ディスプレイは、導波管スタックを備えている接眼レンズを備え、導波管スタックは、各々が光を視認者に出力するように構成された複数の導波管を備えている、実装５２に記載の光学デバイス。
【0065】
実装５４．各導波管は、１つ以上の他の導波管と異なる波面発散量を伴う光を出力するように構成され、異なる波面発散量は、異なる深度面に対応する、実装５３に記載の光学デバイス。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
光学デバイスであって、前記光学デバイスは、一方向ミラーを備え、
前記一方向ミラーは、
デポラライザと、
前記デポラライザからの光を受け取るように向けられ、透過軸を有する偏光選択的ミラーと、
前記偏光選択的ミラーからの光を受け取るように向けられ、前記偏光選択的ミラーの前記透過軸と整列させられた透過軸を有する吸収性偏光器と
を備え、
前記偏光選択的ミラーは、前記デポラライザと前記吸収性偏光器との間に配置されている、光学デバイス。
（項目２）
前記デポラライザは、４分の１波長板を備えている、項目１に記載の光学デバイス。
（項目３）
前記デポラライザは、超位相差板を備えている、項目１に記載の光学デバイス。
（項目４）
前記デポラライザは、受け取られた偏光から円偏光された光を出力するように構成されている、項目１に記載の光学デバイス。
（項目５）
前記偏光選択的ミラーは、反射性偏光器を備えている、項目１に記載の光学デバイス。
（項目６）
前記偏光選択的ミラーと前記吸収性偏光器とは、間隔を置かれ、前記偏光選択的ミラーと前記吸収性偏光器との間の１つ以上の位相差板をさらに備えている、項目１に記載の光学デバイス。
（項目７）
１つ以上の位相差板は、２つの間隔を置かれた４分の１波長板を備えている、項目６に記載の光学デバイス。
（項目８）
前記反射性偏光器は、ワイヤグリッド偏光器を備えている、項目１に記載の光学デバイス。
（項目９）
前記ワイヤグリッド偏光器は、反復平行ワイヤを伴うナノスケールワイヤパターンを備えている、項目８に記載の光学デバイス。
（項目１０）
前記ワイヤパターンの前記ワイヤの各々は、前記偏光選択的ミラーの前記透過軸と平行に引き延ばされている、項目９に記載の光学デバイス。
（項目１１）
前記反射性偏光器は、多層偏光器を備えている、項目１に記載の光学デバイス。
（項目１２）
前記多層偏光器は、所定の波長の入射光を反射するように構成されている、項目１１に記載の光学デバイス。
（項目１３）
前記多層偏光器は、複数のポリマーフィルムを備えている、項目１１に記載の光学デバイス。
（項目１４）
前記多層偏光器は、前記多層偏光器の前記透過軸と垂直な電場ベクトルを伴う入射光の５０％以下を反射する、項目１１に記載の光学デバイス。
（項目１５）
前記多層偏光器は、前記多層偏光器の前記透過軸と垂直な電場ベクトルを伴う入射光の３０％～４０％を反射する、項目１１に記載の光学デバイス。
（項目１６）
前記吸収性偏光器は、線形偏光を吸収するように構成されている、項目１に記載の光学デバイス。
（項目１７）
能動可変調光器をさらに備え、前記能動可変調光器は、
液晶要素のアレイと、
偏光器と
を備え、
前記液晶要素のアレイは、前記一方向ミラーの前記偏光器と前記吸収性偏光器との間にある、項目１に記載の光学デバイス。
（項目１８）
前記光学デバイスは、頭部搭載型ディスプレイシステムであり、前記ディスプレイシステムは、頭部搭載型ディスプレイを備え、
前記一方向ミラーは、前記頭部搭載型ディスプレイ上に配置され、前記ディスプレイのユーザ側と反対側に配置されている、項目１に記載の光学デバイス。
（項目１９）
前記ディスプレイは、導波管スタックを備えている接眼レンズを備え、
前記導波管スタックは、各々が光を視認者に出力するように構成された複数の導波管を備えている、項目１８に記載の光学デバイス。
（項目２０）
前記複数の導波管のうちの各導波管は、前記複数の導波管のうちの１つ以上の他の導波管と異なる波面発散量を伴う光を出力するように構成され、異なる波面発散量は、異なる深度面に対応する、項目１９に記載の光学デバイス。
（項目２１）
光学デバイスであって、前記光学デバイスは、一方向ミラーを備え、
前記一方向ミラーは、
コレステリック液晶反射性偏光器と、
前記コレステリック液晶反射性偏光器を透過させられた光を受け取るように構成された円偏光器と
を備えている、光学デバイス。
（項目２２）
前記円偏光器は、４分の１波長板と、吸収性偏光器とを備えている、項目２１に記載の光学デバイス。
（項目２３）
前記吸収性偏光器は、線形偏光器を備えている、項目２２に記載の光学デバイス。
（項目２４）
前記４分の１波長板は、前記コレステリック液晶反射性偏光器によって透過させられる光と反対方向に光を遅らせる、項目２２に記載の光学デバイス。
（項目２５）
前記４分の１波長板は、アクロマティック４分の１波長板である、項目２２に記載の光学デバイス。
（項目２６）
前記コレステリック液晶反射性偏光器は、第１の円偏光を透過させ、前記第１の円偏光と反対向きを伴う第２の円偏光を反射する、項目２１に記載の光学デバイス。
（項目２７）
前記４分の１波長板は、前記コレステリック液晶反射性偏光器を透過させられた円偏光が線形偏光に変換されるように、光を遅らせるように構成されている、項目２２に記載の光学デバイス。
（項目２８）
前記光学デバイスは、頭部搭載型ディスプレイシステムであり、前記ディスプレイシステムは、頭部搭載型ディスプレイを備え、
前記一方向ミラーは、前記頭部搭載型ディスプレイ上に配置され、前記頭部搭載型ディスプレイのユーザ側の反対側に配置されている、項目２１に記載の光学デバイス。
（項目２９）
前記頭部搭載型ディスプレイは、導波管スタックを備えている接眼レンズを備え、
前記導波管スタックは、各々が光を視認者に出力するように構成された複数の導波管を備えている、項目２８に記載の光学デバイス。
（項目３０）
各導波管は、１つ以上の他の導波管と異なる波面発散量を伴う光を出力するように構成され、
異なる波面発散量は、異なる深度面に対応する、項目２９に記載の光学デバイス。
（項目３１）
能動可変調光器をさらに備え、前記能動可変調光器は、
偏光器と、
液晶要素のアレイと
を備え、
前記液晶要素のアレイは、前記偏光器と前記一方向ミラーの前記吸収性偏光器との間にある、項目２１に記載の光学デバイス。
（項目３２）
前記液晶要素のアレイの液晶要素は、透過モードから吸収モードに切り替わるように構成されている、項目３１に記載の光学デバイス。
（項目３３）
光学デバイスであって、前記光学デバイスは、一方向ミラー式調光器を備え、
前記一方向ミラー式調光器では、
透過軸を有する偏光選択的ミラーと、
前記偏光選択的ミラーの後方にあり、前記偏光選択的ミラーの前記透過軸と整列させられた透過軸を有する吸収性偏光器と、
前記吸収性偏光器の後方にある切り替え可能な液晶要素のアレイと、
前記切り替え可能な液晶要素のアレイの後方にあり、前記吸収性偏光器の前記透過軸と整列させられた透過軸を有する偏光器と
を備えている、光学デバイス。
（項目３４）
前記偏光選択的ミラーと前記吸収性偏光器との間の第１および第２の４分の１波長板をさらに備えている、項目３３に記載の光学デバイス。
（項目３５）
前記第１のアクロマティック４分の１波長板と前記第２のアクロマティック４分の１波長板とは、１ｍｍを上回る空隙によって分離されている、項目３４に記載の光学デバイス。
（項目３６）
前記偏光選択的ミラーは、ワイヤグリッド偏光器である、項目３３に記載の光学デバイス。
（項目３７）
前記偏光選択的ミラーは、多層反射性偏光器である、項目３３に記載の光学デバイス。
（項目３８）
前記光学デバイスは、頭部搭載型ディスプレイシステムであり、前記ディスプレイシステムは、頭部搭載型ディスプレイを備え、
前記一方向ミラー式調光器は、前記頭部搭載型ディスプレイ上に配置され、前記頭部搭載型ディスプレイのユーザ側の反対側に配置されている、項目３３に記載の光学デバイス。
（項目３９）
前記頭部搭載型ディスプレイは、導波管スタックを備えている接眼レンズを備え、
前記導波管スタックは、各々が光を視認者に出力するように構成された複数の導波管を備えている、項目３８に記載の光学デバイス。
（項目４０）
各導波管は、１つ以上の他の導波管と異なる波面発散量を伴う光を出力するように構成され、
異なる波面発散量は、異なる深度面に対応する、項目３９に記載の光学デバイス。
（項目４１）
光学デバイスであって、前記光学デバイスは、
透過軸を有する偏光選択的ミラーと、
前記偏光選択的ミラーの透過軸と整列させられた透過軸を有する吸収性偏光器と、
前記偏光選択的ミラーと前記吸収性偏光器との間の１つ以上の位相差板と
を備えている、光学デバイス。
（項目４２）
前記１つ以上の位相差板は、２つの間隔を置かれた４分の１波長板を備えている、項目４１に記載の光学デバイス。
（項目４３）
前記２つの４分の１波長板の各々は、アクロマティック４分の１波長板を備えている、項目４２に記載の光学デバイス。
（項目４４）
前記２つの４分の１波長板は、１ｍｍ以上の空隙によって間隔を置かれている、項目４２に記載の光学デバイス。
（項目４５）
前記光学デバイスは、頭部搭載型ディスプレイシステムであり、前記ディスプレイシステムは、頭部搭載型ディスプレイを備え、
前記一方向ミラー式調光器は、前記頭部搭載型ディスプレイ上に配置され、前記頭部搭載型ディスプレイのユーザ側の反対側に配置されている、項目４１に記載の光学デバイス。
（項目４６）
前記頭部搭載型ディスプレイは、導波管スタックを備えている接眼レンズを備え、
前記導波管スタックは、各々が光を視認者に出力するように構成された複数の導波管を備えている、項目４５に記載の光学デバイス。
（項目４７）
各導波管は、１つ以上の他の導波管と異なる波面発散量を伴う光を出力するように構成され、
異なる波面発散量は、異なる深度面に対応する、項目４６に記載の光学デバイス。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
光学デバイスであって、前記光学デバイスは、一方向ミラーを備え、
前記一方向ミラーは、
デポラライザと、
前記デポラライザからの光を受け取るように向けられ、透過軸を有する偏光選択的ミラーと、
前記偏光選択的ミラーからの光を受け取るように向けられ、前記偏光選択的ミラーの前記透過軸と整列させられた透過軸を有する吸収性偏光器と
を備え、
前記偏光選択的ミラーは、前記デポラライザと前記吸収性偏光器との間に配置されている、光学デバイス。
（項目２）
前記デポラライザは、４分の１波長板を備えている、項目１に記載の光学デバイス。
（項目３）
前記デポラライザは、超位相差板を備えている、項目１に記載の光学デバイス。
（項目４）
前記デポラライザは、受け取られた偏光から円偏光された光を出力するように構成されている、項目１に記載の光学デバイス。
（項目５）
前記偏光選択的ミラーは、反射性偏光器を備えている、項目１に記載の光学デバイス。
（項目６）
前記偏光選択的ミラーと前記吸収性偏光器とは、間隔を置かれ、前記偏光選択的ミラーと前記吸収性偏光器との間の１つ以上の位相差板をさらに備えている、項目１に記載の光学デバイス。
（項目７）
１つ以上の位相差板は、２つの間隔を置かれた４分の１波長板を備えている、項目６に記載の光学デバイス。
（項目８）
前記反射性偏光器は、ワイヤグリッド偏光器を備えている、項目１に記載の光学デバイス。
（項目９）
前記ワイヤグリッド偏光器は、反復平行ワイヤを伴うナノスケールワイヤパターンを備えている、項目８に記載の光学デバイス。
（項目１０）
前記ワイヤパターンの前記ワイヤの各々は、前記偏光選択的ミラーの前記透過軸と平行に引き延ばされている、項目９に記載の光学デバイス。
（項目１１）
前記反射性偏光器は、多層偏光器を備えている、項目１に記載の光学デバイス。
（項目１２）
前記多層偏光器は、所定の波長の入射光を反射するように構成されている、項目１１に記載の光学デバイス。
（項目１３）
前記多層偏光器は、複数のポリマーフィルムを備えている、項目１１に記載の光学デバイス。
（項目１４）
前記多層偏光器は、前記多層偏光器の前記透過軸と垂直な電場ベクトルを伴う入射光の５０％以下を反射する、項目１１に記載の光学デバイス。
（項目１５）
前記多層偏光器は、前記多層偏光器の前記透過軸と垂直な電場ベクトルを伴う入射光の３０％～４０％を反射する、項目１１に記載の光学デバイス。
（項目１６）
前記吸収性偏光器は、線形偏光を吸収するように構成されている、項目１に記載の光学デバイス。
（項目１７）
能動可変調光器をさらに備え、前記能動可変調光器は、
液晶要素のアレイと、
偏光器と
を備え、
前記液晶要素のアレイは、前記一方向ミラーの前記偏光器と前記吸収性偏光器との間にある、項目１に記載の光学デバイス。
（項目１８）
前記光学デバイスは、頭部搭載型ディスプレイシステムであり、前記ディスプレイシステムは、頭部搭載型ディスプレイを備え、
前記一方向ミラーは、前記頭部搭載型ディスプレイ上に配置され、前記ディスプレイのユーザ側と反対側に配置されている、項目１に記載の光学デバイス。
（項目１９）
前記ディスプレイは、導波管スタックを備えている接眼レンズを備え、
前記導波管スタックは、各々が光を視認者に出力するように構成された複数の導波管を備えている、項目１８に記載の光学デバイス。
（項目２０）
前記複数の導波管のうちの各導波管は、前記複数の導波管のうちの１つ以上の他の導波管と異なる波面発散量を伴う光を出力するように構成され、異なる波面発散量は、異なる深度面に対応する、項目１９に記載の光学デバイス。
（項目２１）
光学デバイスであって、前記光学デバイスは、一方向ミラーを備え、
前記一方向ミラーは、
コレステリック液晶反射性偏光器と、
前記コレステリック液晶反射性偏光器を透過させられた光を受け取るように構成された円偏光器と
を備えている、光学デバイス。
（項目２２）
前記円偏光器は、４分の１波長板と、吸収性偏光器とを備えている、項目２１に記載の光学デバイス。
（項目２３）
前記吸収性偏光器は、線形偏光器を備えている、項目２２に記載の光学デバイス。
（項目２４）
前記４分の１波長板は、前記コレステリック液晶反射性偏光器によって透過させられる光と反対方向に光を遅らせる、項目２２に記載の光学デバイス。
（項目２５）
前記４分の１波長板は、アクロマティック４分の１波長板である、項目２２に記載の光学デバイス。
（項目２６）
前記コレステリック液晶反射性偏光器は、第１の円偏光を透過させ、前記第１の円偏光と反対向きを伴う第２の円偏光を反射する、項目２１に記載の光学デバイス。
（項目２７）
前記４分の１波長板は、前記コレステリック液晶反射性偏光器を透過させられた円偏光が線形偏光に変換されるように、光を遅らせるように構成されている、項目２２に記載の光学デバイス。
（項目２８）
前記光学デバイスは、頭部搭載型ディスプレイシステムであり、前記ディスプレイシステムは、頭部搭載型ディスプレイを備え、
前記一方向ミラーは、前記頭部搭載型ディスプレイ上に配置され、前記頭部搭載型ディスプレイのユーザ側の反対側に配置されている、項目２１に記載の光学デバイス。
（項目２９）
前記頭部搭載型ディスプレイは、導波管スタックを備えている接眼レンズを備え、
前記導波管スタックは、各々が光を視認者に出力するように構成された複数の導波管を備えている、項目２８に記載の光学デバイス。
（項目３０）
各導波管は、１つ以上の他の導波管と異なる波面発散量を伴う光を出力するように構成され、
異なる波面発散量は、異なる深度面に対応する、項目２９に記載の光学デバイス。
（項目３１）
能動可変調光器をさらに備え、前記能動可変調光器は、
偏光器と、
液晶要素のアレイと
を備え、
前記液晶要素のアレイは、前記偏光器と前記一方向ミラーの前記吸収性偏光器との間にある、項目２１に記載の光学デバイス。
（項目３２）
前記液晶要素のアレイの液晶要素は、透過モードから吸収モードに切り替わるように構成されている、項目３１に記載の光学デバイス。
（項目３３）
光学デバイスであって、前記光学デバイスは、一方向ミラー式調光器を備え、
前記一方向ミラー式調光器では、
透過軸を有する偏光選択的ミラーと、
前記偏光選択的ミラーの後方にあり、前記偏光選択的ミラーの前記透過軸と整列させられた透過軸を有する吸収性偏光器と、
前記吸収性偏光器の後方にある切り替え可能な液晶要素のアレイと、
前記切り替え可能な液晶要素のアレイの後方にあり、前記吸収性偏光器の前記透過軸と整列させられた透過軸を有する偏光器と
を備えている、光学デバイス。
（項目３４）
前記偏光選択的ミラーと前記吸収性偏光器との間の第１および第２の４分の１波長板をさらに備えている、項目３３に記載の光学デバイス。
（項目３５）
前記第１のアクロマティック４分の１波長板と前記第２のアクロマティック４分の１波長板とは、１ｍｍを上回る空隙によって分離されている、項目３４に記載の光学デバイス。
（項目３６）
前記偏光選択的ミラーは、ワイヤグリッド偏光器である、項目３３に記載の光学デバイス。
（項目３７）
前記偏光選択的ミラーは、多層反射性偏光器である、項目３３に記載の光学デバイス。
（項目３８）
前記光学デバイスは、頭部搭載型ディスプレイシステムであり、前記ディスプレイシステムは、頭部搭載型ディスプレイを備え、
前記一方向ミラー式調光器は、前記頭部搭載型ディスプレイ上に配置され、前記頭部搭載型ディスプレイのユーザ側の反対側に配置されている、項目３３に記載の光学デバイス。
（項目３９）
前記頭部搭載型ディスプレイは、導波管スタックを備えている接眼レンズを備え、
前記導波管スタックは、各々が光を視認者に出力するように構成された複数の導波管を備えている、項目３８に記載の光学デバイス。
（項目４０）
各導波管は、１つ以上の他の導波管と異なる波面発散量を伴う光を出力するように構成され、
異なる波面発散量は、異なる深度面に対応する、項目３９に記載の光学デバイス。
（項目４１）
光学デバイスであって、前記光学デバイスは、
透過軸を有する偏光選択的ミラーと、
前記偏光選択的ミラーの透過軸と整列させられた透過軸を有する吸収性偏光器と、
前記偏光選択的ミラーと前記吸収性偏光器との間の１つ以上の位相差板と
を備えている、光学デバイス。
（項目４２）
前記１つ以上の位相差板は、２つの間隔を置かれた４分の１波長板を備えている、項目４１に記載の光学デバイス。
（項目４３）
前記２つの４分の１波長板の各々は、アクロマティック４分の１波長板を備えている、項目４２に記載の光学デバイス。
（項目４４）
前記２つの４分の１波長板は、１ｍｍ以上の空隙によって間隔を置かれている、項目４２に記載の光学デバイス。
（項目４５）
前記光学デバイスは、頭部搭載型ディスプレイシステムであり、前記ディスプレイシステムは、頭部搭載型ディスプレイを備え、
前記一方向ミラー式調光器は、前記頭部搭載型ディスプレイ上に配置され、前記頭部搭載型ディスプレイのユーザ側の反対側に配置されている、項目４１に記載の光学デバイス。
（項目４６）
前記頭部搭載型ディスプレイは、導波管スタックを備えている接眼レンズを備え、
前記導波管スタックは、各々が光を視認者に出力するように構成された複数の導波管を備えている、項目４５に記載の光学デバイス。
（項目４７）
各導波管は、１つ以上の他の導波管と異なる波面発散量を伴う光を出力するように構成され、
異なる波面発散量は、異なる深度面に対応する、項目４６に記載の光学デバイス。
【図面の簡単な説明】
【0066】
【0067】
【0068】
【0069】
【0070】
【0071】
【0072】
【0073】
【0074】
【0075】
【0076】
【0077】
【0078】
【0079】
【0080】
【0081】
【0082】
【発明を実施するための形態】
【0083】
拡張現実（ＡＲ）システムは、仮想コンテンツをユーザまたは視認者に表示し得る。このコンテンツは、例えば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得、頭部搭載型ディスプレイは、画像情報をユーザの眼に投影する。加えて、システムがＡＲシステムである場合、周囲環境のビューを可能にするために、ディスプレイは、周囲環境からの光もユーザの眼に透過し得る。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」ディスプレイがユーザの頭部または視認者上に搭載され得るディスプレイであること、接眼ディスプレイであり得ることを理解されたい。
【0084】
ＡＲデバイスを使用するとき、ユーザは、自らを包囲する環境（すなわち、周囲環境）と、ディスプレイによって提示される仮想コンテンツとの両方を見ることが可能である。ディスプレイは、画像光をユーザの眼に向かって後方に出力し、仮想コンテンツを表示し得る。加えて、この画像光の一部は、周囲環境に向かって前方に射出され得る。例えば、画像光は、回折光学要素を使用して、ディスプレイからユーザの眼に射出され得、回折光学要素は、対称的に機能し、画像光を反対方向に周囲環境に向かっても射出する。したがって、周囲環境内の個人は、望ましくないことに、表示されるコンテンツを見ることができることも、ディスプレイデバイスの審美的魅力に悪影響を及ぼす出力された光を見ることもある。しかしながら、この表示されるコンテンツのプライバシを維持することは、ＡＲデバイスにおいて特に困難である。何故なら、ＡＲデバイスが、周囲環境からの光を取り込むように透過的であるように設計されるからである。したがって、全ての画像光が周囲環境の中に出て行くことを単に遮断することは、選択肢ではない。
【0085】
いくつかの実装では、プライバシ、審美性、および機械的安定性および強度は、一方向ミラーを使用して改良され得る。一方向ミラーは、部分的に反射性であり、それによって、周囲環境からの光は、世界に向かって戻るように部分的に反射され、ユーザに部分的に透過させられる。周囲環境に向かって反射される光は、ディスプレイから周囲環境に向かって出力される画像光のコンテンツを不明瞭にするために使用され得る一方、一方向ミラーを通した光の伝送は、ユーザが周囲環境を見ることを可能にする。したがって、プライバシおよび審美性は、改良され得る。加えて、追加の構造をディスプレイの正面に提供することによって、アセンブリの機械的強度は、増加させられ得る一方、一方向ミラーは、ディスプレイのための保護も提供し得る。
【0086】
いくつかの実装では、一方向ミラーは、偏光器の前方の偏光選択的ミラーを使用して形成される。本明細書で使用されるように、「前方」は、２つの構造の相対的位置を指し、構造の前方側は、一方向ミラーが光を反射する（例えば、周囲環境に向かって）ように構成される方向における側であり、構造の「後方」側は、一方向ミラーが光を透過させる（例えば、ユーザに向かって）ように構成される方向における側である。例えば、一方向ミラーが光を世界の中に戻るように反射するように構成された頭部搭載型ディスプレイに関して、偏光器の前方の偏光選択的ミラーは、偏光器の世界側に配置され、偏光器は、偏光選択的ミラーの後方（または偏光選択的ミラーのユーザ側）にある。偏光選択的ミラーは、１つの偏光の光を反射する一方、別の偏光の光を（例えば、ユーザの眼に）透過させる。一方向ミラーは、ディスプレイの前方に提供され得る。しかしながら、画像光は、ディスプレイから偏光選択的ミラーにも射出され得、偏光選択的ミラーは、望ましくないことに、光をユーザの眼に戻るように反射し、知覚される画質を低下させ得る。有利なこととして、偏光器は、ディスプレイから射出される光の偏光を変化させるために利用され得、それによって、光は、偏光選択的ミラーを透過させられる。
【0087】
しかしながら、一方向ミラーは、種々の課題に直面し得、それらは、有利なこととして、本明細書に開示されるある実装によって対処され得ることを理解されるであろう。例えば、周囲環境からの光は、偏光され得（例えば、スマートフォン、腕時計、テレビ等の他のディスプレイデバイスからの光）、その光の源に対する一方向ミラーの向きに応じて、偏光された周囲光は、一方向ミラーを透過させられないこともある。結果として、ユーザは、偏光を視認者に出力する（または偏光を視認者に方向づけることによって可視にされる）周囲環境の一部を見ることができないこともある。いくつかの実装では、デポラライザが、一方向ミラーの一部として、偏光選択的ミラーの前方に提供され得る。いくつかの実装では、デポラライザは、入射光の偏光をランダム化し、例えば、１つの偏光の光を２つの異なる偏光の光に変換し、そのうちの１つは、偏光選択的ミラーによって反射され、そのうちの１つは、偏光選択的ミラーおよび偏光器を透過させられ、それによって、ユーザが、透過させられた偏光を受け取り、偏光によって提供されるコンテンツを知覚することを可能にする。デポラライザが、偏光器等の偏光要素が透過光をフィルタリングするために適用されたときでも、入射光の偏光の任意の変化がヒトの視覚によって知覚不能であるように、デポラライザに入射し、それを透過させられる光の偏光を変化させると理解され得ることを認識されたい。
【0088】
いくつかの実装では、偏光選択的ミラーの後方にある偏光器の存在は、追加の光学機能性を伴うコンパクトな統合された構造の形成を可能にする。例えば、偏光器は、能動可変調光器と併せて使用され得、能動可変調光器は、液晶要素の後方アレイと、追加の後方偏光器とを使用して形成される。可変調光器は、周囲環境からの光の透過が変調されることを可能にする（例えば、仮想コンテンツと空間的に重複し得る周囲光を遮断することによって、ディスプレイデバイスによる仮想コンテンツの提示を促進するために）。
【0089】
一方向ミラーの偏光選択的ミラーと偏光器とは、整列させられ、それによって、偏光器によって変換された光（例えば、ディスプレイからの画像光）が一方向ミラーを通して周囲環境に向かって透過させられ、その逆も同様であることを理解されたい。しかしながら、偏光選択的ミラーと偏光器との適切な整列は、例えば、偏光選択的ミラーが間隙（例えば、１ｍｍ以上の空隙）によって偏光器から間隔を置かれている実装では、困難であり得る。偏光選択的ミラーと偏光器との透過軸間の整列誤差は、偏光選択的ミラーからユーザに戻るようなディスプレイ光の望ましくない反射につながり得、それは、ディスプレイの視覚的品質を劣化させ得る（例えば、画像間の知覚可能不整列を伴って、ディスプレイコンテンツの複製された画像を引き起こす）。そのような場合、偏光選択的ミラーと偏光器とが互いに直接取り付けられていないので、不整列は、製造中に生じ得、および／または、デバイスを使用する過程においても経時的に生じ得る。いくつかの実装では、偏光選択的ミラーと偏光器との間の整列許容誤差は、各々が偏光選択的ミラーおよび偏光器に取り付けられる光学位相差板を使用して増加させられ得る。光学位相差板は、線形偏光を円偏光に変換するように構成され得、４分の１波長板であり得る。いくつかの実装では、これらの位相差板はまた、可視波長スペクトルにわたって動作するように設計され得る。第１の位相差板は、偏光選択的ミラーを通過する光を円偏光に変換し、円偏光は、第２の位相差板に伝搬し、第２の位相差板は、偏光器を通した伝搬のために円偏光を線形偏光に変換する。線形に偏光された光の円形に偏光された光へのおよび線形偏光に戻るような類似変換は、ディスプレイから周囲環境に向かって反対方向に進行する光に関して生じる。好ましくは、第１の位相差板は、偏光選択的ミラーに取り付けられるか、または積層され、第２の位相差板は、偏光選択的ミラーの後方にある偏光器に取り付けられるか、または、積層される。第１および第２の位相差板間を伝搬する光は、円偏光されるので、一方向ミラーは、第１および第２の位相差板の相対的向きに比較的に鈍感であり、それによって、整列許容誤差を増加させる。加えて、本明細書に議論されるように、第２の位相差板は、有利なこととして、第２の位相差板の前方の表面からのフレネル反射に起因して、ユーザに戻るような画像光の反射を低減させ得る。
【0090】
いくつかの実装では、偏光選択的ミラーは、コレステリック液晶反射性偏光器であり得る。そのような偏光選択的ミラーは、有利なこととして、大きい整列許容誤差を伴うコンパクトな一方向ミラーを提供する。例えば、コレステリック液晶反射性偏光器は、上で議論されるように、周囲環境からの線形偏光を円偏光に変換し、それによって、後方偏光器との大きい整列許容誤差を提供し得る。これは、上で説明されるような第１および第２の位相差板を必要とせずに達成され得、それは、それによって、高度にコンパクトな一方向ミラーの形成を可能にし得る。いくつかの他の実装では、偏光選択的ミラーは、アルミニウム等の金属材料のナノワイヤのアレイを備え得るワイヤグリッド偏光器、または延伸ポリマーフィルム等の異方性フィルムの交互層を備え得る多層偏光器であり得る。
【0091】
本明細書に開示される実装は、本明細書に議論されるように、１つ以上の利点を提供し得ることを理解されたい。例えば、一方向ミラーは、サングラス等のアイウェアにより近似する外観を提供することによって、ディスプレイシステムの審美的魅力を増加させ得る。加えて、別個の構造をディスプレイの前方に提供することによって、一方向ミラーは、ディスプレイの機械的強度を増加させ、一方向ミラーは、画像コンテンツをユーザに提供するディスプレイの部分を遮蔽および保護することも行い得る。加えて、一方向ミラーは、ディスプレイにおける複雑な機能的コンポーネントを隠し、それによって、ディスプレイシステムの審美的魅力をさらに増加させ得る。さらに、上で議論されるように、プライバシが、周囲環境に向かって出力された画像光の可視性を低減させることによって、増加させられ得る。
【0092】
ここで、図面を参照するが、その中で同様の参照番号は、全体を通して同様の部分を指す。
【0093】
図１Ａは、画像光をユーザの眼に提示するためのディスプレイアセンブリ１０２を含む例示的ウェアラブル拡張現実（ＡＲ）ディスプレイシステム６０の斜視図である。ディスプレイアセンブリ１０２は、ユーザの各眼に１つの一対のディスプレイ１０４を含み得る。ディスプレイ１０４は、画像光を出力し、仮想コンテンツをユーザの眼に提供する、光学構造であり得る。いくつかの他の実装では、ディスプレイ１０４は、単に、連続的光出力構造の異なる部分（例えば、２つの異なる部分を有する単一パネル）であり得る。
【0094】
いくつかの実装では、ディスプレイ１０４は、光学コンバイナであり得、少なくとも部分的に外界から入射する光に対して透過的であり、画像光（仮想コンテンツを形成するための画像情報を有する光）をユーザの眼に向かって出力するようにも構成されている。例えば、光学コンバイナは、画像光をユーザの眼に中継する接眼レンズであり得る。ディスプレイ１０４は、図５－９Ｄに関して本明細書でさらに議論される導波管２７０または導波管スタック２６０または６６０に対応し得る。本明細書にさらに議論されるように、ディスプレイアセンブリ１０２は、一方向ミラーを含み得、一方向ミラーは、周囲光を反射する一方、依然として、ユーザが世界を見ることを可能にし、ディスプレイからの光が一ユーザから離れるように方向ミラーを透過させられることを可能にするように構成されている。
【0095】
図２Ａおよび２Ｂは、一方向ミラー２１２と、ディスプレイ２１０とを有する光学デバイスの概略側面図の例である。図２Ａは、周囲環境からの光（「世界光」）と一方向ミラー２１２との間の相互作用の例を図示し、一部の世界光は、周囲環境に戻るように反射され、一部の世界光は、一方向ミラー２１２を通して眼２１４に透過させられる。図２Ｂは、ディスプレイ２１０によって出力された光の相互作用の例を図示し、一部の光は、ユーザの眼２１４に向かって伝搬し、一部の光は、一方向ミラー２１２を通して周囲環境に伝搬する。図３Ａおよび３Ｂは、図２Ａおよび２Ｂに類似し、図２Ａおよび２Ｂの構造を通して伝搬する光の偏光に関する詳細をさらに図示する。
【0096】
図２Ａを継続して参照すると、ディスプレイ２１０は、図１Ｂのディスプレイ１０４のうちの１つに対応し得ることを理解されたい。一方向ミラー２１２は、ディスプレイ２１０の前方に配置され得る。一方向ミラー２１２は、偏光選択的ミラー２０６と、吸収性偏光器２０８とを含む。一方向ミラー２１２は、偏光選択的ミラー２０６の前方にデポラライザ２０４をさらに含み得、それによって、偏光選択的ミラー２０６は、デポラライザ２０４と吸収性偏光器２０８との間に配置される。いくつかの実装では、偏光選択的ミラー２０６は、ワイヤグリッド偏光器、多層偏光器、またはコレステリック液晶反射性偏光器等の反射性偏光器を含み得る。いくつかの実装では、吸収性偏光器２０８は、結晶ベースの偏光器、ポラロイド（登録商標）ベースの偏光フィルタ、またはナノ粒子ベースの偏光器を含み得る。吸収性偏光器２０８は、吸収性偏光器２０８の透過軸と整列させられていない偏光を有する光を吸収するように構成され得る。
【0097】
本明細書に記載されるように、図２Ａは、外界２０２（周囲環境）からの光と一方向ミラー２１２の相互作用を図示する。世界光２０２ａは、デポラライザ２０４を通して、偏光選択的ミラー２０６に伝搬し、偏光選択的ミラー２０６で、世界光２０２ａの一部２０２ｂは、周囲環境２０２に戻るように反射される。世界光２０２ａの別の部分２０２ｃは、吸収性偏光器２０８を通して、さらに、ディスプレイ２１０を通して、ユーザの眼２１４に伝搬し、それによって、ユーザが、周囲環境を見ることを可能にする。
【0098】
図３Ａは、そのミラーの光学機能性を促進するための一方向ミラー２１２の種々の部分の光学特性に関する追加の詳細を提供する。デポラライザ２０４、偏光選択的ミラー２０６、および吸収性偏光器２０８の各々が１つの偏光の光を優先的に透過させるように構成され得、別の偏光の光の透過を遮断し得ることを理解されたい。したがって、デポラライザ２０４、偏光選択的ミラー２０６、および吸収性偏光器２０８の各々は、透過軸を有する光学構造であり、それによって、透過軸と整列させられた特定の偏光および向きの光が、その構造を通して透過または伝搬する一方、異なる偏光の光が、それを透過させられないこともあると理解され得る。例えば、いくつかの実装では、透過軸と平行な電場ベクトルを有する光は、透過させられ得る一方、透過軸と垂直な電場ベクトルを有する光は、透過させられないこともある。偏光選択的ミラー２０６がワイヤグリッド偏光器である場合等のいくつかの実装では、透過軸がワイヤグリッド偏光器を形成する「ワイヤ」の伸長方向と垂直であり得ることを理解されたい。類似関係は、材料の実質的に線形の列から形成される他の偏光器にも当てはまり得る。好ましくは、偏光選択的ミラー２０６の透過軸２０６ａは、吸収性偏光器２０８の透過軸２０８ａと整列させられるか、または、それと実質的に平行である。
【0099】
図示されるように、周囲環境２０２からの世界光２０２ａは、偏光選択的ミラー２０６に向かって伝搬し得る。図３Ａに示されるように、世界光２０２ａは、線形偏光２０２ａ－１の光を含み得、それは、偏光選択的ミラー２０６の透過軸２０６ａおよび吸収性偏光器２０８の透過軸２０８ａと平行な電場ベクトルを有する。世界光２０２ａは、線形偏光２０２ａ－２の光を有し得、それは、偏光選択的ミラー２０６および吸収性偏光器２０８の透過軸と垂直に向けられた電場ベクトルを有する。世界光２０２ａが偏光選択的ミラー２０６に到達すると、垂直な電場ベクトル２０２ｂ－１を伴う光は、偏光選択的ミラー２０６によって、反射光２０２ｂとして反射される一方、平行な電場ベクトル２０２ｃ－１を伴う光は、偏光選択的ミラー２０６を通して、透過光２０２ｃとして透過させられる。さらに、電場ベクトル平行２０２ｃ－１を伴う光も、偏光選択的ミラー２０６および吸収性偏光器２０８の透過軸２０６ａ、２０８ａが整列させられているので、吸収性偏光器２０８を透過させられる。
【0100】
図３Ａを継続して参照すると、上記に述べられたように、世界光２０２ａは、異なる偏光の光を含み得、その一部は、反射され、その一部は、一方向ミラー２１２を透過させられる。世界光２０２ａは、外部ディスプレイ（例えば、コンピュータモニタ、電話ディスプレイ、腕時計ディスプレイ等）からの光等の単一偏光を有する偏光も含み得る。この光が偏光選択的ミラー２０６に衝打し、透過軸２０６ａと整列させられていない場合、この偏光の全てはが反射され得ることを理解されたい。結果として、偏光が、眼２１２に到達しないこともあり、望ましくないことに、ユーザは、外部ディスプレイを読み取ることが可能でないこともある。
【0101】
有利なこととして、デポラライザ２０４が、入射世界光２０２ａの偏光をランダム化するために提供され得る。いくつかの実装では、デポラライザ２０４は、偏光選択的ミラー２０６の透過軸２０６ａおよび吸収性偏光器２０８ａの透過軸２０８ａと整列させられた透過軸２０４ａを有し得る。いくつかの実装では、デポラライザ２０４の透過軸２０４ａは、デポラライザ２０４によって出力された光の少なくとも一部が、その偏光選択的ミラー２０６を透過させられるように、偏光選択的ミラー２０６の透過軸と整列させられた偏光の光であることを示すと理解され得る。いくつかの実装では、デポラライザ２０４上に最初に入射する、偏光された世界光２０２ａの２０～７０％、３０～７０％、３０～６０％、または４０～６０％は、一方向ミラー２１２を通して眼２１４に向かって透過させられる。
【0102】
いくつかの実装では、デポラライザ２０４は、アクロマティック４分の１波長板（ＡＱＷＰ）等の４分の１波長板であり得る。いくつかの実装では、デポラライザ２０４は、超位相差板または高遅延値を有する材料の１つ以上の層であり得る。いくつかの実装では、デポラライザ２０４は、ランダム光学軸向きを伴う位相差板であり得る。いくつかの実装では、デポラライザ２０４は、偏光された光の一部を円偏光に変換するように構成され得る。図３Ａに図示されるように、世界光２０２ａが偏光される（例えば、向き２０２ａ－１、２０２ａ－２のうちの１つの光を有する）場合、デポラライザ２０４は、偏光選択的ミラー２０６に到達する前、偏光された世界光２０２ａの一部を右旋円偏光された光２０２ａ－４および／または左旋円偏光された光２０２ａ－３に変換し得る。デポラライザ２４によって出力された光が、ランダムに、線形に、または円形に偏光されるかどうかにかかわらず、好ましくは、デポラライザ２０４によって出力された光の一部は、光のその部分が偏光選択的ミラー２０６を透過させられるような偏光の光である。好ましくは、いくつかの実施形態では、デポラライザ２０４によって出力された光の２０～７０％、３０～７０％、３０～６０％、または４０～６０％は、偏光選択的ミラー２０６を透過させられるように、偏光選択的ミラー２０６の透過軸と整列させられた線形成分を有する。いくつかの実装では、偏光選択的ミラー２０６から反射される光２０２ｂは、線形偏光２０２ｂ－１を有し得、デポラライザ２０４は、この光２０２ｂを円偏光２０２ｂ－２に変換し得る。
【0103】
再び、図２Ｂを参照すると、ディスプレイ２１０から出力された光の透過が、図示される。好ましくは、画像光２１０ｂは、ディスプレイ２１０からユーザの眼２１４の中に出力される。付随的に、ディスプレイ２１０は、光２１０ａを周囲環境２０２にも向かって出力し得る。
【0104】
ここで図３Ｂを参照すると、ディスプレイ２１０から生じる光２１０ａは、偏光選択的ミラー２０６および吸収性偏光器２０８の透過軸２０６ａ、２０８ａと整列させられた偏光を伴う光２１０ａ－１と、透過軸２０６ａ、２０８ａに対して垂直に向けられた偏光を伴う光２１０ａ－２とを含む。吸収性偏光器２０８の透過軸２０８ａと整列させられた偏光を伴う光２１０ａ－１は、吸収性偏光器２０８を透過させられる一方、吸収性偏光器２０８の透過軸２０８ａと垂直に向けられた偏光を伴う光２１０ａ－２は、吸収性偏光器２０８によって吸収される。さらに、本光２１０ａは、好ましくは、偏光選択的ミラー２０６を透過し、実質的に無または低レベルの反射のみを伴い、したがって、ユーザの眼２１４に向かって戻るように反射されない。一方向ミラー２１２によってユーザの眼２１４に向かって戻るように反射される光は、この反射された画像光が、反射された結果として、時間遅れとなり、および／または収差の影響を受け得るので、望ましくないことに、ディスプレイによって出力された画像のユーザの視認体験に悪影響を及ぼし得ることを理解されたい。
【0105】
図３Ｂに図示されるように、デポラライザ２０４は、特定の偏光２１０ａ－１を有するように偏光されているディスプレイ２１０からの画像光２１０ａを円偏光２１０ａ－２にさらに変換する。光を円偏光に変換しない場合、光２１０ａおよび２０２ｂを視認する線形偏光器（偏光サングラス等）を伴うアイウェアは、ある向きでは、反射された光２０２ｂをフィルタリング除去し、画像光２１０ａを透過させ、それによって、画像光がそのアイウェアの装着者に可視となることを可能にし得る。偏光選択的ミラー２０６によって反射された光２０２ａおよびディスプレイ２１０からの光２１０ａを円偏光２０２ｂ－２、２１０ａ－２に変換する場合、線形偏光器を伴うアイウェアを有する光２０２ａ、２１０ａの周囲環境２０２内の視認者は、電場ベクトルを有しないこともあり、視認者は、単に、ディスプレイ２１０からの光２１０ａを見ることが可能であり、それによって、デポラライザ２０４は、プライバシを提供することをさらに補助するであろう。
【0106】
図３Ａおよび３Ｂを継続して参照すると、いくつかの実装では、本明細書に記載されるように、偏光選択的ミラー２０６は、線形偏光を反射するように構成されたワイヤグリッド偏光器（ＷＧＰ）であり得る。例として、ＷＧＰは、反復平行ワイヤを伴うナノスケールワイヤパターンを含み得る。いくつかの実装では、ワイヤパターンのワイヤの各々は、偏光選択的ミラー２０６の透過軸２０６ａと垂直に引き延ばされ得る。
【0107】
いくつかの実装では、偏光選択的ミラー２０６は、多層偏光器（ＭＬＰ）であり得る。多層偏光器は、所定の波長の入射光を反射するように構成され得る。例えば、所定の波長は、異なる色に対応する波長を含み得る。いくつかの実装では、多層偏光器は、軸に沿って押し出され、引き伸ばされた複数のポリマー薄膜を含み得、これは、伸張軸および横軸に沿って、屈折率における差異を提供し得る。有利なこととして、多層偏光器は、一方向ミラーの色のカスタマイズを可能にし得、それによって、異なる色調で提供され得るサングラスと全く同じように、種々の異なる色のディスプレイシステムを提供する能力を提供する。これは、ディスプレイシステムの審美的魅力を改良し得る。例えば、異なる色は、所定の波長の光（所望の色に対応する）を反射する多層偏光器の使用によって提供され得る。加えて、ある波長の光を反射するが、透過光として影響されないこともあるユーザの眼２１４に到達する世界光の色点は、ある波長の光を優先的に透過させることによって色点を改変するように構成され得る吸収性偏光器２０８によって決定されるであろう。さらに、多層偏光器が異なる反射率を有し得ることを理解されたい。多層偏光器は、有利なこととして、反射された光の量に基づいて、調整された量のプライバシを提供するように構成され得る。例えば、より高い反射率を伴う多層偏光器は、より高いプライバシのために利用され得、より低い反射率を伴う多層偏光器は、プライバシ要件がより低いときに利用され得る。
【0108】
ここで図２Ｃを参照すると、吸収性偏光器２０８は、有利なこととして、追加の光学機能性を提供するための他の光学構造を形成するために利用され得ることを理解されたい。例えば、図２Ｃは、能動可変調光器２１６と統合された構造を形成する一方向ミラー２１２を図示する。能動可変調光器２１６は、能動可変光透過率を有し得る。能動可変調光器２１６は、一方向ミラー２１２の吸収性偏光器２０８と追加の偏光器２１６ｂとの間に配置された液晶要素のアレイ２１６ａを含み得る。液晶要素のアレイ２１６ａは、例えば、電気入力（電気電圧等）の印加によって、減衰モードから透過モードに移行するように電子的に制御可能であり得る。そのような液晶要素のアレイの例は、米国特許公開第２０１８／０２３４６７５号（参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に開示される。
【0109】
能動可変調光器は、２つの偏光器によって挟まれた液晶要素のアレイを含み得ることを理解されたい。有利なこととして、吸収性偏光器２０８は、能動可変調光器の偏光器のうちの１つに取って代わり得る。したがって、液晶要素のアレイ２１６ａは、吸収性偏光器２０８と偏光器２１６ｂとによって挟まれ得る。吸収性偏光器２０８は、一方向ミラー２１２と能動可変調光器２１６とによって共有され、単一の統合されたユニットである一方向ミラー式調光器を形成し、それは、コンポーネント数を節約し、一方向ミラーおよび能動可変調光器の両方を利用するデバイスのコストおよび複雑性を減少させ得る。加えて、能動可変調光器２１６とディスプレイ２１２との間ではなく、一方向ミラー２１２を機能的要素２１６の外側に含むことによって、単に材料の追加の受動層を備えている受動一方向ミラー２１２が、下層の調光器およびディスプレイ２１０をさほど再エンジニアリングせずに、調光器２１６およびディスプレイ２１０を含むデバイスに単純に追加され得る。
【0110】
いくつかの実装では、偏光選択的ミラー２０６と吸収性偏光器２０８とが互いに接触し得ること（例えば、積層される）、または、それらが間隙（例えば、空隙）によって間隔を置かれ得ることも理解されたい。例えば、偏光選択的ミラー２０６および吸収性偏光器２１８は、１ｍｍ以上、２ｍｍ以上、または３ｍｍ以上（１～５ｍｍ、２～５ｍｍ、および３～５ｍｍを含む）の間隙によって分離され得る。そのような間隙は、例えば、偏光選択的ミラー２０６が既存の吸収性偏光器２１８およびディスプレイ２１０と組み合わせられる実装において、存在し得る。例えば、偏光選択的ミラー２０６は、吸収性偏光器２１８およびディスプレイ２１２を保持するフレームの前方部分に取り付けられ得る（または偏光選択的ミラー２０６は、フレームに取り付けられ得、ディスプレイ２１２内の吸収性偏光器が、続いて、フレームの後方部分に追加され得る）。本明細書に議論されるように、偏光選択的ミラー２０６および吸収性偏光器２１８は、好ましくは、透過軸が整列させられた状態で向けられる。しかしながら、偏光選択的ミラー２０６および吸収性偏光器２１８の共通フレームへの機械的取り付けは、例えば、ディスプレイシステムの組立中、および／またはディスプレイシステムの使用中、整列誤差をもたらし得る。例えば、経時的に、フレームの変形が存在し得、ディスプレイシステムは、機械的応力を受け得（例えば、落とされること、手荒に扱われること等に起因して）、および／または、偏光選択的ミラー２０６および吸収性偏光器２１８の一方または両方が、緩み得る。望ましくないことに、偏光選択的ミラー２０６と吸収性偏光器２１８との間の不整列は、本明細書に議論されるように、一方向ミラーの光学機能性が、偏光選択的ミラー２０６および吸収性偏光器２１８を含む一方向ミラーを形成する種々の偏光感知構造の透過軸の適切な整列に依存するので、一方向ミラー２１２の機能性に悪影響を及ぼし得る。
【0111】
いくつかの実装では、偏光選択的ミラー２０６と吸収性偏光器２１８との間の整列許容誤差は、偏光選択的ミラー２０６と吸収性偏光器２１８との間の体積（例えば、間隙）内で光を円偏光に変換する光学構造を使用して増加させられ得る。
【0112】
図３Ｃは、円偏光を提供するための光学位相差板２１８ａ、２１８ｂを伴う一方向ミラー２１２ａを有する光学デバイスの概略側面図の例である。同様の参照番号によって示されるように、一方向ミラー２１２ａは、図２Ａ、２Ｂ、３Ａ、および３Ｂの一方向ミラー２１２のそれに類似する特徴を有し、これらの特徴に関する詳細は、ここでは繰り返されないであろう。一方向ミラー２１２ａは、偏光選択的ミラー２０６と吸収性偏光器２０８との間の１つ以上の位相差板２１８ａ、２８１ｂをさらに含む。好ましくは、一方向ミラー２１２ａは、一対の対向する位相差板２１８ａ、２８１ｂを含み、これらは、直接、互いに面する。位相差板２１８ａ、２８１ｂは、アクロマティック４分の１波長板等の４分の１波長板であり得る。
【0113】
図３Ｃに図示されるように、偏光選択的ミラー２０６の透過軸と整列した線形に偏光された世界光２０２ａは、その偏光選択的ミラー２０６を透過させられた後、位相差板２１８ａ、２８１ｂのうちの第１のものを通して伝搬し、世界光２０２ａは、円偏光された世界光２１８ｃに変換される。円偏光された世界光２１８ｃは、位相差板２１８の第２のものを通して伝搬し、それは、吸収性偏光器の透過軸２０８と整列させられた向きを有する線形偏光に戻るように円偏光された世界光２１８ｃを変換し、その線形に偏光された光は、次いで、線形に偏光された世界光２０２ｃ－１として眼２１４まで伝搬し続ける。
【0114】
いくつかの実装では、位相差板２１８ａは、位相差板２１８ａおよび偏光選択的ミラー２０６が連続的一体型ユニットを形成するように、偏光選択的ミラー２０６に積層または接着される。加えて、または代替として、いくつかの実装では、位相差板２１８ｂは、位相差板２１８ｂおよび吸収性偏光器２０８が連続的一体型ユニットを形成するように、吸収性偏光器２０８に積層または接着される。有利なこととして、そのような一体型構造は、製造中、位相差板２１８ａまたは２１８ｂの偏光選択的ミラー２０６または吸収性偏光器２０８への精密な整列を可能にし得、構造がレーム上に嵌められ、整列させられること（例えば、フレーム上に手動で嵌められること）を要求せずに達成され得る。加えて、そのような一体型ユニットを形成することは、一方向ミラー２１２ａの長期耐久性および機械的安定性を促進し、それによって、不整列の発生を経時的に低減させ得る。
【0115】
加えて、本明細書に開示される一方向ミラーにおける可能な大きな不整列源は、偏光選択的ミラー２０６および吸収性偏光器２０８の透過軸の可能な不整列（特に、これらの特徴が、本明細書に議論されるように、間隙によって分離されるとき）から生じることを理解されたい。有利なこととして、世界光２０２ａを円偏光に変換し、間隙を横断することによって、偏光選択的ミラー２０６と吸収性偏光器２０８との間の不整列に対する一方向ミラーの感度は、低減させられ得、整列許容誤差は、増加させられ得る。いくつかの実施形態では、円偏光の使用は、効果的に、一方向ミラーを偏光選択的ミラー２０６と吸収性偏光器２０８との間の不整列に比較的に鈍感にし、位相差板２１８ｂは、吸収性偏光器２０８の透過軸と整列するための適切な偏光および向きを有する線形偏光に円偏光を変換し、線形偏光が吸収性偏光器２０８を透過させられるようにするために利用され得る。
【0116】
図３Ｄは、図３Ｃの構造を図示し、ここでは、一方向ミラー２１２ａを通したディスプレイ２１０からの光の伝搬の例を示す。ディスプレイ２１０は、画像光２１０ｂをユーザの眼２１４に出力し、付随的に、光２１０ａを周囲環境２０２にも向かって前方に出力する。本明細書に議論されるように、画像光２１０ａの偏光およびその光の電場ベクトルは、その画像光２１０ａの一部が、吸収性偏光器２０８を透過させられるように向けられる一方、透過軸と整列させられていない電場ベクトルを伴う光は、吸収性偏光器２０８によって吸収される。位相差板２１８ｂは、次いで、光２１０ａを円偏光２１８ｄに変換する。位相差板２１８ａは、続いて、円偏光２１８ｄを線形偏光に変換し、それは、偏光選択的ミラー２０６を通して画像光２１０ａ－１として通過するように向けられる。
【0117】
付随的反射が、位相差板２１８ｂの前方の異なる材料間の界面において、例えば、偏光選択的ミラー２０６と位相差板２１８ａとの間の界面からのフレネル反射が生じ得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、付随的に反射された光２１０ａｒは、位相差板２１８ａを通過し、円偏光２１８ｃの画像光に変換されることができる。位相差板２１８ｂは、続いて、光を、吸収性偏光器２０８の透過軸２０８ａに直交する偏光を有する線形に偏光された画像光に変換する。結果として、線形に偏光された画像光は、吸収性偏光器２０８によって吸収される。したがって、吸収性偏光器２０８は、事実上、偏光選択的ミラー２０６からの反射２１０ａｒを吸収し得、それは、画質を改良し得る。
【0118】
本明細書に議論されるように、いくつかの実装では、偏光選択的ミラーは、コレステリック液晶反射性偏光器等の反射性円偏光器であり得る。コレステリック液晶反射性偏光器の例は、「Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ」と題され、２０１８年６月１４日に公開された米国特許公開第２０１８／０１６４６２７号（その開示全体が、参照することによって本明細書に組み込まれる）に開示される。
【0119】
図４Ａおよび４Ｂは、その中で偏光選択的ミラー２０６が反射性円偏光器である、一方向ミラー４１６を有する光学デバイスの概略側面図の例である。図４Ａは、光学デバイスを通した世界光４１２ａの伝搬を図示し、図４Ｂは、光学デバイスを通した画像光４１０ａの伝搬を図示する。図示される例では、一方向ミラー４１６は、位相差板２０４の前方の反射性円偏光器２０６を含み、位相差板２０４は、吸収性偏光器２０８の前方にある。
【0120】
図４Ａを参照すると、世界光４１２ａ（図２Ａ、３Ａ、３Ｃの世界光２０２ａに対応し得る）が、世界２０２から受け取られる。世界光４１２ａは、２つの直交コンポーネント４１２ａ－１、４１２ａ－２を含み、それらは、いくつかの実装では、異なる電場ベクトル（例えば、異なる線形偏光の光のため）を表し得る。図示される例では、反射性円偏光器２０６は、１つの偏光の光を透過させ、反対の線形偏光を有する光４１２ｂを反射するように構成され得る。透過させられる光は、円偏光４１２ａ－３を有する光に変換され得、それは、次いで、４分の１波長板等の位相差板２０７、次いで、吸収性偏光器２０８を通過する。位相差板２０７は、円偏光を有する世界光４１２ａ－３を、線形偏光を有する光４１２ａ－４に変換する。好ましくは、線形偏光４１２ａ－４の向きは、吸収性偏光器２０８の透過軸２０８ａと整列させられる。したがって、線形偏光４１２ａ－４を伴う世界光は、吸収性偏光器２０８を透過させられる。線形偏光４１２ａ－４を伴う世界光４１２ａは、続いて、ディスプレイ２１０を通して、ユーザの眼２１４まで透過させられる。いくつかの実施形態では、位相差板２０７は、吸収性偏光器２０８に積層または接着され得る。加えて、いくつかの実施形態では、反射性円偏光器２０６は、位相差板２０７から間隔を置かれ得る。有利なこととして、反射性円偏光器２０６によって提供される円偏光は、本明細書に議論されるように、整列許容誤差を増加させ得る。
【0121】
図４Ｂは、ディスプレイ２１０からの画像光の伝搬を図示し、画像光の伝搬は、一方の方向におけるユーザの眼２１４への伝搬と、反対方向における一方向ミラー４１６を通した外の世界２０２への伝搬とを図示している。ディスプレイ２１０によって眼２１４に出力された画像光２１０ｂは、仮想画像をユーザの眼２１４に提供する。本明細書に議論されるように、ディスプレイ２１０は、付随的に、画像光４１０ａを世界２０２にも向かって出力し得る。図４Ｂに示されるように、いくつかの実装では、ディスプレイ２１０から出力された画像光４１０ａは、２つの直交電場ベクトル４１０ａ－１、４１０ａ－２を含み、異なる線形偏光の光を表す。ディスプレイ２１０から生じる画像光４１０ａは、吸収性偏光器２０８の透過軸２０８ａに直交する電場ベクトル４１０ａ－２を伴う画像光が吸収される一方、透過軸２０８ａと整列させられた電場ベクトル４１０ａ－３を伴う画像光が透過させられるように、偏光され得る。位相差板２０７は、次いで、透過させられる画像光を円偏光４１０ａ－４を伴う光に変換する。偏光選択的ミラー２０６の透過軸の向きは、位相差板２０７の前方に伝搬する画像光の向き４１０ａ－４に合致し、偏光選択的ミラー２０６を透過させられる。
【0122】
本明細書に議論されるように、偏光選択的ミラー２０６は、コレステリック液晶偏光器（ＣＬＣＰ）であり得、それは、１つ以上の利点を提供し得る。コレステリック液晶偏光器２０６は、入射円偏光の角度の向きに対して実質的に鈍感であり得、したがって、吸収性円偏光器４０８に対する明確な透過軸整列を伴って向けられる必要がなくなり得る。さらに、図３Ａのデポラライザ２０４を伴う一方向ミラー２１２と同様、一方向ミラー４１６は、円偏光４１２ｂ－１を伴う反射光４１２ｂを提供し（図４Ａ）、反対円偏光４１０ａ－４を伴う光を透過させる（図４Ｂ）。図３Ａに関連して上で議論されるように、反射光４１２ｂに円偏光を提供することによって、あるサングラス等の線形偏光器を装着している、他の個人は、反射された光４１２ｂをフィルタリング除去し、世界２０２の中に逃散する画像光４１０ａを見ることを防止される。
【0123】
加えて、有利なこととして、一方向ミラー４１６の色調は、ＣＬＣＰ内のコレステリック液晶の組成を調節することによって調節され得る。組成を調節することによって、ＣＬＣＰは、所定の波長の光を反射し、それによって、一方向ミラー４１６を利用するディスプレイシステムの外部外観に影響を及ぼすように構成され得る。加えて、ＣＬＣＰは、ある波長の光を殆ど透過させないが、眼２１４に到達する世界光の色点は、世界のユーザのビューは、吸収性偏光器２０８（ある波長の光を優先的に透過させることによって、色点を改変するように構成され得る）によって決定されるので、影響されないであろう。さらに、ＣＬＣＰの反射率は、ＣＬＣＰの厚さに基づいて調節され得る。いくつかの実装では、ＣＬＣＰは、世界光４１２ａの最大５０％、例えば、世界光４１２ａの３０～５０％または４０～５０％を反射し得る。いくつかの実装では、ＣＬＣＰは、入射世界光４１２ａの２０～７０％、３０～７０％、３０～６０％、または４０～６０％を反射し得る。反射される光の量を調整することによって、ＣＬＣＰは、プライバシのレベルを調整し得る。
【0124】
再び、図４Ｂを参照すると、フレネル反射が、位相差板２０７を通過後、コレステリック液晶偏光器２０６の表面上に入射する画像光４１０ａに関して生じ得ることを理解されたい。画像光４１０ａの一部は、円偏光４０２ａ－１を有する反射された画像光４０２ａとして、コレステリック液晶偏光器２０６から反射し得、円偏光４０２ａ－１は、コレステリック液晶偏光器２０６上に入射する画像光４１０ａの偏光４１０ａ－４と反対である。円偏光された反射された画像光４０２ａは、位相差板２０７によって、線形偏光４０２ａ－２を有する線形偏光に変換され得る。線形偏光４０２ａ－２は、吸収性偏光器２０８の透過軸２０８ａに直交し得、吸収性偏光器２０８によって吸収され得る。有利なこととして、図３Ｃの実装と異なり、図４Ａおよび４Ｂの一方向ミラー４１６は、追加の４分の１波長板の使用を省略し得る一方、依然として、大きい整列許容誤差およびユーザの眼２１４への低レベルの反射された画像光４０２ａを提供する。加えて、いくつかの実装では、デポラライザ２０４（図２Ａ－３ｄ）等のデポラライザが、コレステリック液晶偏光器２０６の前方に提供され、コレステリック液晶偏光器２０６に対するその偏光の向きに関係なく、コレステリック液晶偏光器２０６を通した偏光の伝送を可能にし得る。
【0125】
図４Ｃは、能動可変調光器２１６を有する図４Ａおよび４Ｂの一方向ミラー４１６の実装の側面図を図示する。能動可変調光器２１６は、液晶要素のアレイ２１６ａを含み、それは、吸収性偏光器２０８と偏光器２１６ｂとの間に挟まれている。したがって、吸収性偏光器２０８は、有利なこととして、一方向ミラー４１６および能動可変調光器２１６の両方のための光学機能性を提供し、それによって、図２Ｃに関して本明細書でさらに議論されるように、複数の光学機能性を伴う高度にコンパクトな構造を提供する。
【0126】
本明細書で議論されるように、図２Ａ－４ｃのディスプレイおよび一方向ミラーは、拡張現実ディスプレイシステムの一部でもあり得る。拡張現実ディスプレイシステムのいくつかの実装の詳細は、以下に説明される。
（例示的拡張現実ディスプレイシステム）
（例示的拡張現実ディスプレイシステム）
【0127】
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を受け取り、その光をユーザの眼２１４に出力するように構成された導波管２７０を含む。導波管２７０は、接眼レンズとも称され得、それは、画像光７７２をユーザの眼２１４に中継する。導波管２７０は、所望の深度面２４０上のある点によって生成された明視野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を出力し得る。いくつかの実装では、同じ量の波面発散が、その深度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、ユーザの他方の眼が同様の導波管からの画像情報を提供され得ることが例証されるであろう。
【0128】
いくつかの実装では、単一導波管が、単一または限定数の深度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得、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得る。その結果、いくつかの実装では、複数またはスタックの導波管が、異なる深度面のための異なる波面発散量を提供するために、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得る。本明細書で使用されるように、深度面は、平面であり得るか、または、湾曲表面の輪郭を辿り得ることを理解されたい。
【0129】
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、いくつかの実装では、明視野ディスプレイと見なされ得ることを理解されたい。加えて、導波管アセンブリ２６０は、接眼レンズとも称され得る。
【0130】
いくつかの実装では、ディスプレイシステム２５０は、両眼離反運動のための実質的に連続したキュー、および遠近調節のための複数の別々のキューを提供するように構成され得る。両眼離反運動のためのキューは、異なる画像をユーザの眼の各々に表示することによって提供され得、遠近調節のためのキューは、選択可能な別々の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得る。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得る。いくつかの実装では、波面発散の各別々のレベルは、特定の深度面に対応し、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得る。
【0131】
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を導波管の間に含み得る。いくつかの実装では、特徴３２０、３３０、３４０、３５０は、１つ以上のレンズであり得る。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０および／または
【0132】
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得る。各導波管レベルは、特定の深度面に関連付けられ得、その深度面に対応する画像情報を出力するように構成され得る。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得、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得、それらの各々は、本明細書に説明されるように、眼２１４に向かう出力のために、各それぞれの導波管に入射光を分配するように構成され得る。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。いくつかの実装では、入力表面４６０、４７０、４８０、４９０、５００の各々は、対応する導波管の縁であり得るか、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２１４に直接面する導波管表面のうちの１つ）であり得る。いくつかの実装では、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、特定の導波管に関連付けられた深度面に対応する特定の角度（および発散量）において眼２１４に向かって方向づけられたクローン化されるコリメートされたビームの場全体を出力し得る。いくつかの実装では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のうちのただ１つのものが、複数（例えば、３つ）の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０に関連付けられ、それらの中に光を投入し得る。
【0133】
いくつかの実装では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、それぞれ、各々が対応する導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中への投入のための画像情報を生成する別々のディスプレイ構造である。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、１つ以上の光学導管（光ファイバケーブル等）を介して、画像情報を画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００の各々に送り得る画像光を出力するための単一の多重化されたシステムの出力端である。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、異なる構成要素の色）の光を含み得ることを理解されたい。
【0134】
いくつかの実装では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入される光は、光投影システム５２０によって提供され、光投影システム５２０は、光モジュール５３０を備え、光モジュール５３０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光エミッタを含み得る。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方向づけられ、修正され得る。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得る。空間光変調器の例は、シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）ディスプレイを含む液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を含む。いくつかの他の実施形態では、空間光変調器は、デジタル光処理（ＤＬＰ）デバイス等のＭＥＭＳデバイスであり得る。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００が図式的に図示されており、いくつかの実装では、これらの画像投入デバイスが光を導波管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た共通投影システムにおける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。いくつかの実装では、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。この概念では、オブジェクトは、空間光変調器５４０であり得、画像は、深度面上の画像であり得る。
【0135】
いくつかの実装では、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、視認者の眼２１４に投影するように構成された１つ以上の走査ファイバを備えている走査ファイバディスプレイであり得る。いくつかの実装では、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た単一の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、それらの各々は、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ている。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に透過させるように構成され得る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の中に方向転換させ得ることを理解されたい。
【0136】
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つ以上の動作を制御する。いくつかの実装では、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提供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。いくつかの実装では、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り得る。コントローラ５６０は、いくつかの実装では、処理モジュール１４０または１５０（図９Ｅ）の一部であり得る。
【0137】
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）によって各それぞれの導波管内で光を伝搬するように構成され得る。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の各々は、主要上部表面および底部表面、およびそれらの主要上部表面と底部表面との間に延びている縁を伴う平面であるか、または別の形状（例えば、湾曲）を有し得る。図示される構成では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の各々は、各それぞれの導波管内で伝搬する光を導波管から外に方向転換させ、画像情報を眼２１４に出力することによって、光を導波管から外に抽出するように構成された外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０を含み得る。抽出された光は、外部結合光とも称され得、外部結合光学要素は、光抽出光学要素とも称され得る。抽出された光のビームは、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、導波管によって出力され得る。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り得る。説明を容易にし、図面を明確にするために、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の底部主要表面に配置されて図示されるが、いくつかの実装では、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、上部および／または底部主要表面に配置され得、および／または、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に直接配置され得る。いくつかの実装では、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得る。いくつかの他の実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、材料のモノリシック片であり得、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、その材料片の表面上および／または内部に形成され得る。
【0138】
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、特定の深度面に対応する画像を形成するように構成されている。例えば、眼に最も近い導波管２７０は、眼２１４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得る。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２１４に到達し得る前、第１のレンズ３５０（例えば、負のレンズ）を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得る。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２１４に向かって内向きにより近い第１の焦点面から生じるものとして解釈するように、若干の凸面波面曲率を生成するように構成され得る。同様に、第３の上方の導波管２９０は、眼２１４に到達する前、その出力光を第１のレンズ３５０および第２のレンズ３４０の両方に通す。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ものとして解釈するように、別の増加した量の波面曲率を生成するように構成され得る。
【0139】
他の導波管層３００、３１０およびレンズ３３０、３２０も同様に構成され、スタック内の最も高い導波管３１０が、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の他の側の世界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の総力を補償し得る。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の両方は、静的であり得る（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、一方または両方が、電気活性特徴を使用して動的であり得る。
【0140】
いくつかの実装では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの２つ以上は、同じ関連付けられた深度面を有し得る。例えば、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０が、同じ深度面に設定される画像を出力するように構成され得るか、または、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの一部の複数個が、各深度面のための１組で、同じ複数の深度面に設定された画像を出力するように構成され得る。これは、それらの深度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。
【0141】
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、導波管に関連付けられた特定の深度面のために、光をそれらのそれぞれの導波管から方向転換させ、この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得る。その結果、異なる関連付けられた深度面を有する導波管は、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０の異なる構成を有し得、それらは、関連付けられた深度面に応じて、異なる量の発散を伴って光を出力する。いくつかの実装では、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、光を特定の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り得る。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り得る。いくつかの実装では、特徴３２０、３３０、３４０、３５０は、レンズではないこともある。むしろ、それらは、単に、スペーサであり得る（例えば、空隙を形成するためのクラッディング層および／または構造）。
【0142】
いくつかの実装では、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の各交点を用いて眼２１４に向かって偏向させられる一方、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、その結果は、導波管内で跳ね返るこの特定のコリメートされたビームに関する眼２１４に向かって非常に均一なパターンの出射放出である。
【0143】
いくつかの実装では、１つ以上のＤＯＥは、それらが能動的に回折する「オン」状態とあまり回折させない「オフ」状態との間で切り替え可能であり得る。例えば、切り替え可能なＤＯＥは、微小液滴がホスト媒体中に回折パターンを備えているポリマー分散液晶の層を備え得、微小液滴の屈折率は、ホスト材料の屈折率に実質的に合致するように切り替えられ得るは（その場合、パターンは、入射光をあまり回折させない）、または微小液滴は、ホスト媒体のものに合致しない屈折率に切り替えられ得る（その場合、パターンは、入射光を能動的に回折させる）。
【0144】
いくつかの実装では、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２１４および／または眼２１４の周囲の組織の画像を捕捉するために（例えば、ユーザ入力を検出するために、および／またはユーザの生理学的状態を監視するために）提供され得る。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り得る。いくつかの実装では、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）を眼に投影するための光源とを含み得、光は、次いで、眼によって反射され、画像捕捉デバイスによって検出され得る。いくつかの実装では、カメラアセンブリ６３０は、フレームまたは支持構造８０（図９Ｅ）に取り付けられ得、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と電気通信し得る。いくつかの実装では、１つのカメラアセンブリ６３０が、各眼のために利用され、各眼を別個に監視し得る。
【0145】
カメラアセンブリ６３０は、いくつかの実装では、ユーザの眼移動等のユーザの移動を観察し得る。例として、カメラアセンブリ６３０は、眼２１４の画像を捕捉し、眼２１４の瞳孔（または眼２１４のある他の構造）のサイズ、位置、および／または向きを決定し得る。カメラアセンブリ６３０は、所望に応じて、ユーザが見ている方向（例えば、眼姿勢または視線方向）を決定するために使用される、画像（本明細書に説明されるタイプの処理回路網によって処理される）を取得し得る。いくつかの実装では、カメラアセンブリ６３０は、複数のカメラを含み得、それらのうちの少なくとも１つが、各眼のために利用され、独立して、各眼の眼姿勢または視線方向を別個に決定し得る。カメラアセンブリ６３０は、いくつかの実装では、コントローラ５６０またはローカルデータ処理モジュール１４０等の処理回路網と組み合わせて、カメラアセンブリ６３０内に含まれる光源から反射された光（例えば、赤外線光）の閃光（例えば、反射）に基づいて、眼姿勢または視線方向を決定し得る。
【0146】
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上に衝突する点において、光の一部が、出射ビーム６５０として導波管から出射する。出射ビーム６５０は、実質的に平行として図示されるが、本明細書に議論されるように、導波管２７０に関連付けられた深度面に応じて、（例えば、発散出射ビームを形成する）ある角度で眼２１４に伝搬するように方向転換させられ得る。実質的に平行出射ビームは、眼２１４からの遠距離（例えば、光学無限遠）における深度面に設定されるように見え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組が、より発散する、出射ビームパターンを出力し得、それは、眼２１４がより近い距離に遠近調節し、網膜上に焦点を合わせることを要求し、光学無限遠より眼２１４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。
【0147】
いくつかの実装では、フルカラー画像が、構成要素の色（例えば、３つ以上の構成要素の色）の各々における画像をオーバーレイすることによって、各深度面において形成され得る。図８は、スタックされた導波管アセンブリの例を図示し、各深度面は、複数の異なる構成要素の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、深度面２４０ａ－２４０ｆを示すが、より多いまたはより少ない深度も、検討される。各深度面は、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の画像を含むそれに関連付けられた３つ以上の構成要素の色の画像を有し得る。異なる深度面は、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。単なる例として、これらの文字の各々に続く数字は、ジオプタ（１／ｍ）、すなわち、視認者からの深度面の距離の逆数を示し、図中の各ボックスは、個々の構成要素の色の画像を表す。いくつかの実装では、異なる波長の光の眼の焦点合わせにおける差異を考慮するために、異なる構成要素の色に関する深度面の正確な場所は、変動し得る。例えば、所与の深度面に関する異なる構成要素の色の画像は、ユーザからの異なる距離に対応する深度面上に設置され得る。そのような配置は、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。
【0148】
いくつかの実装では、各構成要素の色の光は、単一の専用導波管によって出力され得、その結果、各深度面は、それに関連付けられた複数の導波管を有し得る。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、深度面毎に提供され得、３つの構成要素の色の画像が、深度面毎に提供される。各深度面に関連付けられた導波管は、この図では、説明を容易にするために互いに隣接して示されるが、物理的デバイスでは、導波管の全ては、レベル毎に１つの導波管を伴うスタックで配置され得ることを理解されたい。いくつかの他の実施形態では、複数の構成要素の色が、例えば、単一の導波管のみが深度面毎に提供され得るように、同じ導波管によって出力され得る。
【0149】
図８を継続して参照すると、いくつかの実装では、Ｇは、緑色であり、Ｒは、赤色であり、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に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つ以上に加えて使用され得るか、または、それらに取って代わり得る。
【0150】
本開示全体を通した所与の光の色の言及は、その所与の色として視認者によって知覚される光の波長の範囲内の１つ以上の波長の光を包含するものと理解されると理解されたい。例えば、赤色光は、約６２０～７８０ｎｍの範囲内である１つ以上の波長の光を含み得、緑色光は、約４９２～５７７ｎｍの範囲内である１つ以上の波長の光を含み得、青色光は、約４３５～４９３ｎｍの範囲内である１つ以上の波長の光を含み得る。
【0151】
いくつかの実装では、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得る。加えて、ディスプレイ２５０の導波管の内部結合、外部結合、および他の光方向変換構造は、例えば、結像および／またはユーザ刺激用途のために、この光をディスプレイからユーザの眼２１４の方に方向づけ、放出するように構成され得る。
【0152】
ここで図９Ａを参照すると、いくつかの実装では、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方向転換させら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方向転換および内部結合するために使用され得る。図９Ａは、各々が内部結合光学要素を含む複数または組のスタックされた導波管６６０の例の断面側面図を図示する。導波管の各々は、１つ以上の異なる波長または１つ以上の異なる波長範囲の光を出力するように構成され得る。スタック６６０は、スタック２６０（図６）に対応し得、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の一部に対応し得るが、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のうちの１つ以上からの光が、光が内部結合のために方向転換させら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。
【0153】
スタックされた導波管の図示される組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（導波管上の光入力エリアとも称され得る）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。いくつかの実装では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０のうちの１つ以上は、それぞれの導波管６７０、６８０、６９０の底部主要表面上に配置され得る（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、それらのそれぞれの導波管６７０、６８０、６９０の上側主要表面（または次の下側導波管の上部）上に配置され得、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。いくつかの実装では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、それぞれの導波管６７０、６８０、６９０の本体内に配置され得る。いくつかの実装では、本明細書に議論されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、他の光の波長を透過させながら、１つ以上の光の波長を選択的に方向転換させるような波長選択的である。それらのそれぞれの導波管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、いくつかの実装では、それらのそれぞれの導波管６７０、６８０、６９０の他のエリア内に配置され得ることを理解されたい。
【0154】
図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、これらの内部結合光学要素に伝搬する光の方向において、図示される正面図に見られるように、互いから側方にオフセットされ得る。いくつかの実装では、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過せずに、それが光を受け取るようにオフセットされ得る。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から受け取るように構成され得、それが内部結合光学要素７００、７１０、７２０の他のものから光を実質的に受け取らないように、他の内部結合光学要素７００、７１０、７２０から分離され得る（例えば、側方に間隔を置かれる）。
【0155】
各導波管は、関連付けられた光分配要素も含み、例えば、光分配要素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、光分配要素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、光分配要素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、光分配要素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得る。いくつかの他の実施形態では、光分配要素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得るか、または、光分配要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、異なる関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０内の上部および底部主要表面の異なるもの上に配置され得る。
【0156】
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間隔を置かれ、分離され得る。例えば、図示されるように、層７６０ａは、導波管６７０と６８０とを分離し得、層７６０ｂは、導波管６８０と６９０とを分離し得る。いくつかの実装では、層７６０ａおよび７６０ｂは、低屈折率材料（すなわち、導波管６７０、６８０、６９０のうちのすぐ近くものを形成する材料より低い屈折率を有する材料）から形成される。好ましくは、層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料の屈折率は、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料の屈折率を０．０５または０．１０下回る。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得る。いくつかの実装では、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組６６０の上部および底部は、直近クラッディング層を含み得ることを理解されたい。
【0157】
好ましくは、製造の容易さおよび他の考慮のために、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料は、類似または同じであり、層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料は、類似または同じである。いくつかの実装では、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り得、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、異なり得る。
【0158】
図９Ａを継続して参照すると、光線７７０、７８０、７９０が、導波管の組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の中に投入され得ることを理解されたい。
【0159】
いくつかの実装では、光線７７０、７８０、７９０は、異なる色に対応し得る異なる特性、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の各々は、光が、ＴＩＲによって、導波管６７０、６８０、６９０のうちのそれぞれの１つを通して伝搬するように、入射光を偏向させる。いくつかの実装では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０の各々は、他の波長を下にある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。
【0160】
例えば、内部結合光学要素７００は、異なる第２および第３の波長または波長範囲を有する光線７８０および７９０を透過させながら、第１の波長または波長範囲を有する光線７７０を偏向させるように構成され得る。透過させられた光線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た内部結合光学要素７１０に衝突し、それによって偏向させられる。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た内部結合光学要素７２０によって偏向させられる。
【0161】
図９Ａを継続して参照すると、偏向させられる光線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せられる。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によってそれぞれの導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬させる角度で偏向させられる。光線７７０、７８０、７９０は、導波管の対応する光分配要素７３０、７４０、７５０に衝突するまで、ＴＩＲによってそれぞれの導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬する。
【0162】
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例の斜視図が、図示される。上で記載されるように、内部結合される光線７７０、７８０、７９０は、それぞれ、内部結合光学要素７００、７１０、７２０によって偏向させられ、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、光分配要素７３０、７４０、７５０に衝突する。光分配要素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。
【0163】
いくつかの実装では、光分配要素７３０、７４０、７５０は、直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）である。いくつかの実装では、ＯＰＥは、光を外部結合光学要素８００、８１０、８２０に偏向させ、または分配し、いくつかの実装では、ＯＰＥは、光が外部結合光学要素まで伝搬するとき、この光のビームまたはスポットサイズを増加させ得る。いくつかの実装では、光分配要素７３０、７４０、７５０は、省略され得、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得る。例えば、図９Ａを参照すると、光分配要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、外部結合光学要素８００、８１０、８２０と置換され得る。いくつかの実装では、外部結合光学要素８００、８１０、８２０は、光を視認者の眼２１４（図７）に方向づける射出瞳（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得、ＥＰＥは、ＯＰＥの軸と交差する軸、例えば、直交する軸においてアイボックスを増加させ得る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じ導波管のＥＰＥに方向転換させるように構成され得る。ＯＰＥに衝突すると、再び、残りの光の別の部分は、ＥＰＥに方向転換させられ、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に衝打すると、衝突光の一部は、導波管からユーザに向かって方向づけられ、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、導波管から方向づけられる等。その結果、内部結合される光の単一ビームは、その光の一部がＯＰＥまたはＥＰＥによって方向転換させられる度に、「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。いくつかの実装では、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得る。
【0164】
故に、図９Ａおよび９Ｂを参照すると、いくつかの実装では、導波管の組６６０は、各構成要素の色のために、導波管６７０、６８０、６９０と、内部結合光学要素７００、７１０、７２０と、光分配要素（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つ間に空隙／クラッディング層を伴ってスタックされ得る。内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、（異なる波長の光を受け取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方向変換または偏向させる。光は、次いで、それぞれの導波管６７０、６８０、６９０内にＴＩＲをもたらすであろう角度で伝搬する。示される例では、光線７７０（例えば、青色光）は、前述の様式において、第１の内部結合光学要素７００によって偏向され、次いで、導波管を辿って跳ね返り続け、光分配要素（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せられる。光線７８０は、次いで、ＴＩＲを介して、導波管６８０を辿って跳ね返り、その光分配要素（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、光分配要素（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、他の導波管６７０、６８０からの外部結合した光も受け取る。
【0165】
図９Ｃは、図９Ａおよび９Ｂの複数のスタックされた導波管の例の見下げ平面図を図示する。この見下げ図は、内部結合光学要素８００、８１０、８２０に向かう光の伝搬方向に見られるように、真正面図とも称され得、すなわち、見下げ図は、画像光がページに対して垂直に入射する導波管の図であることを理解されたい。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配要素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、垂直に整列させられ得る。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、垂直に整列させられていない。むしろ、内部結合光学要素は、好ましくは、重複しない（例えば、見下げ図に見られるように、側方に間隔を置かれる）。本明細書でさらに議論されるように、この非重複空間配置は、１対１ベースで異なる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、特定の光源が特定の導波管に独自に結合されることを可能にする。いくつかの実装では、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置は、シフト瞳システムと称され得、これらの配置内の内部結合光学要素は、サブ瞳に対応し得る。
【0166】
空間的に重複するエリアは、見下げ図に見られるように、そのエリアの７０％以上、８０％以上、または９０％以上の側方重複を有し得ることを理解されたい。他方では、側方にシフトされるエリアは、見下げ図に見られるように、そのエリアの３０％未満、２０％未満、または１０％未満が重複する。いくつかの実装では、側方にシフトされるエリアは、重複を有していない。
【0167】
図９Ｄは、複数のスタックされた導波管の別の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、垂直に整列させられ得る。しかしながら、図９Ｃの構成と比較して、別個の光分配要素７３０、７４０、７５０および関連付けられた外部結合光学要素８００、８１０、８２０は、省略される。代わりに、光分配要素および外部結合光学要素が、事実上、重ね合わせられ、見下げ図に見られるように、同じエリアを占有する。いくつかの実装では、光分配要素（例えば、ＯＰＥ）が、導波管６７０、６８０、６９０の１つの主要表面上に配置され得、外部結合光学要素（例えば、ＥＰＥ）が、それらの導波管の他の主要表面上に配置され得る。したがって、各導波管６７０、６８０、６９０は、重ね合わせられた光分散および外部結合光学要素を有し得、それぞれ、集合的に、組み合わせられたＯＰＥ／ＥＰＥ１２８１、１２８２、１２８３と称される。そのような組み合わせられたＯＰＥ／ＥＰＥに関するさらなる詳細は、「Ｅｙｅｐｉｅｃｅｓ ｆｏｒ Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｓｙｓｔｅｍ」と題され、２０１９年６月２０日に公開された米国特許公開第２０１９／０１８７４７４Ａ１号（開示全体が、その参照することによって本明細書に組み込まれる）に見出され得る。内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、光を内部結合し、それぞれ、組み合わせられたＯＰＥ／ＥＰＥ１２８１、１２８２、１２８３に方向づける。いくつかの実装では、図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、シフトされた瞳空間配置を有する場合、側方にシフトされ得る（例えば、それらは、図示される見下げ図に見られるように、側方に間隔を置かれる）。図９Ｃの構成と同様、この側方にシフトされた空間配置は、１対１のベースで、異なる導波管の中への異なる波長の光の投入を促進する（例えば、異なる光源から）。
【0168】
図９Ｅ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の例を図示する。いくつかの実装では、ディスプレイシステム６０は、図６のディスプレイシステム２５０であり、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、ディスプレイアセンブリ７０の一部であり得、それは、ディスプレイアセンブリ１０２（図１Ｂ）に対応し得る。
【0169】
図９Ｅを継続して参照すると、ディスプレイシステム６０は、ディスプレイアセンブリ７０と、そのディスプレイアセンブリ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。ディスプレイアセンブリ７０は、フレーム８０に結合され得、フレームは、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、ディスプレイアセンブリ７０をユーザ９０の眼の正面に位置付けるように構成されている。ディスプレイアセンブリ７０は、いくつかの実装では、アイウェアと見なされ得る。ディスプレイアセンブリ７０は、内部結合される画像光を中継し、その画像光をユーザ９０の眼に出力するように構成された導波管２７０等の１つ以上の導波管を含み得る。いくつかの実装では、スピーカ１０００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（いくつかの実装では、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得る）。ディスプレイシステム６０は、１つ以上のマイクロホン１１０または他のデバイスも含み、音を検出し得る。いくつかの実装では、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得る。マイクロホンは、周辺センサとしてさらに構成され、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）を収集し得る。いくつかの実装では、ディスプレイシステム６０は、オブジェクト、刺激、人々、動物、場所、またはユーザの周囲の世界の他の側面を検出するように構成された１つ以上の外向きに方向づけられる環境センサ１１２をさらに含み得る。例えば、環境センサ１１２は、１つ以上のカメラを含み得、カメラは、例えば、ユーザ９０の通常の視野の少なくとも一部に類似する画像を捕捉するように外向きに面して位置し得る。いくつかの実装では、ディスプレイシステムは、周辺センサ１２０ａも含み得、それは、フレーム８０と別個であり、ユーザ９０の身体（例えば、ユーザ９０の頭部、胴体、四肢等）上に取り付けられ得る。周辺センサ１２０ａは、いくつかの実装では、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得る。例えば、センサ１２０ａは、電極であり得る。
【0170】
図９Ｅを継続して参照すると、ディスプレイアセンブリ７０は、有線導線または無線接続等の通信リンク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、ローカルデータ処理モジュール１４０は、フレーム８０に固定して取り付けられる構成、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構成、ヘッドホンに内蔵される構成、またはそうでなければユーザ９０に除去可能に取り付けられる構成（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、種々の構成において搭載され得る。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接続によって、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得る。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得、それらの両方は、データの処理、キャッシュ、および記憶を補助するために利用され得る。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み得る。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、またはそうでなければユーザ９０に取り付けられ得る））から捕捉されるデータ、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アセンブリ７０への通過のために、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）を使用して入手および／または処理されるデータを含み得る。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が互い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等を介して、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得る。いくつかの実装では、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つ以上を含み得る。いくつかの他の実施形態では、これらのセンサのうちの１つ以上は、フレーム８０に取り付けられ得る、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、独立構造であり得る。
【0171】
図９Ｅを継続して参照すると、いくつかの実装では、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た１つ以上のプロセッサを備え得、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む。いくつかの実装では、遠隔データリポジトリ１６０は、デジタルデータ記憶設備を備え得、デジタルデータ記憶設備は、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。いくつかの実装では、遠隔データリポジトリ１６０は、１つ以上の遠隔サーバを含み得、遠隔サーバは、情報、例えば、仮想コンテンツを生成するための情報をローカル処理およびデータモジュール１４０および／または遠隔処理モジュール１５０に提供する。いくつかの実装では、全てのデータが、記憶され、全ての算出が、ローカル処理およびデータモジュールにおいて実施され、遠隔モジュールからの完全に自律的な使用を可能にする。随意に、ＣＰＵ、ＧＰＵ等を含む外部システム（例えば、１つ以上のプロセッサ、１つ以上のコンピュータのシステム）が、処理（例えば、画像情報を生成する、データを処理する）の少なくとも一部を実施し、例えば、無線または有線接続を介して、情報をモジュール１４０、１５０、１６０に提供し、情報をそれら受信し得る。
【0172】
前述の議論では、本発明は、その具体的実装を参照して説明されている。しかしながら、種々の修正および変更が、本発明のより広い精神および範囲から逸脱することなく、そこに行われてもよい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、例証的と見なされるべきである。
【0173】
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。上で説明される種々の特徴およびプロセスは、互いに独立して使用され得るか、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。
【0174】
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得る。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、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得る。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で説明され、さらに、そのようなものとして最初に請求され得るが、請求される組み合わせからの１つ以上の特徴は、いくつかの場合では、組み合わせから削除され得、請求される組み合わせは、副次的組み合わせまたは副次的組み合わせの変形例を対象とし得る。いかなる単一の特徴または特徴のグループも、あらゆる実施形態に必要または必須ではない。
【0175】
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、そうでなければ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そうでなければ理解されない限り、概して、ある実施形態がある特徴、要素、および／またはステップを含む一方、他の実施形態がそれらを含まないことを伝えることが意図されることを理解されたい。したがって、そのような条件文は、概して、特徴、要素、および／またはステップが、１つ以上の実施形態に対していかようにも要求されること、または１つ以上の実施形態が、著者の入力または促しの有無を問わず、これらの特徴、要素、および／またはステップが任意の特定の実施形態において含まれる、または実施されるべきかどうかを決定するための論理を必然的に含むことを含意することを意図されない。用語「～を備えている（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、追加の要素、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、またの全てを意味する。加えて、本願および添付される請求項で使用されるように、冠詞「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、そうでなければ規定されない限り、「１つ以上の」または「少なくとも１つ」を意味するように解釈されるべきである。同様に、動作は、特定の順序で図面に描写され得るが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作が示される特定の順序で、または連続的順序で実施される、またの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てもよい。例えば、１つ以上の追加の動作が、図示される動作のいずれかの前、その後に、それと同時に、またはその間に実施されることができる。加えて、動作は、他の実装において再配置される、または再順序付けられ得る。さらに、上で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い。加えて、他の実装も、以下の請求項の範囲内である。いくつかの場合では、請求項に列挙されるアクションは、異なる順序で実施され、依然として、望ましい結果を達成することができる。
【0176】
故に、請求項は、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。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図9E】
