特表 2023-512873 ヘッドマウントディスプレイシステムのための偏光多重光学系

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-03-30

(54)【発明の名称】ヘッドマウントディスプレイシステムのための偏光多重光学系

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20230323BHJP

   H04N 5/64 20060101ALI20230323BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

H04N5/64 511A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022533449

(86)(22)【出願日】2021-02-02

(85)【翻訳文提出日】2022-08-04

(86)【国際出願番号】 US2021016223

(87)【国際公開番号】W WO2021158554

(87)【国際公開日】2021-08-12

(31)【優先権主張番号】62/971,180

(32)【優先日】2020-02-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【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】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ハッドマン、ジョシュア マーク

【テーマコード（参考）】

2H199

【Ｆターム（参考）】

2H199CA03

2H199CA04

2H199CA12

2H199CA25

2H199CA29

2H199CA32

2H199CA34

2H199CA42

2H199CA47

2H199CA53

2H199CA62

2H199CA65

2H199CA67

2H199CA68

2H199CA84

2H199CA86

2H199CA91

2H199CA92

2H199CA93

2H199CA94

2H199CA95

2H199CA96

(57)【要約】

本開示は、概して、レーザスキャンビームディスプレイシステムなどのディスプレイシステム、又は、ＨＭＤシステム又は他のデバイスの他のタイプのディスプレイシステム（例えば、マイクロディスプレイ）の性能及び効率を改善するための技術に関する。本開示のディスプレイシステムは、回折光学系の改善された最適化を可能にする偏光多重化を利用し得る。少なくともいくつかの実装において、ディスプレイシステムは、波長に依存する光（例えば、色）又は視野を選択的に偏光させて得る。光結合器は、色のサブセット又は視野全体の一部に対してそれぞれ最適化される偏光感受型回折光学系素子を含んでよく、これにより、ディスプレイシステムに対して改善された補正光学系を提供する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持構造と、
前記支持構造に連結されているディスプレイシステムと
を備え、前記ディスプレイシステムは、
ディスプレイ光源と、
前記ディスプレイ光源から光を受信し、第１偏光状態における第１の色の光、及び、第２偏光状態における第２の色の光を出力するように動作可能な選択的な偏光子光学系であって、前記第２偏光状態は、前記第１偏光状態に対して直交する、選択的な偏光子光学系と、
前記選択的な偏光子光学系から光を受信し、視聴者の目に画像を提供するように配置されている光結合器と
を有し、
前記光結合器は、
前記第１偏光状態の光を回折させ、前記第２偏光状態の光を回折させることなく通過させる第１の回折パタ－ンを含む第１偏光感受型回折光学系素子（ＰＳＤＯＥ）であって、前記第１の回折パタ－ンは、前記第１の色に対して最適化された補正を提供する、第１ＰＳＤＯＥと、
前記第２偏光状態の光を回折させ、前記第１偏光状態の光を回折させることなく通過させる第２の回折パターンを含む第２ＰＳＤＯＥであって、前記第２の回折パターンは、前記第２の色に対して最適化された補正を提供する、第２ＰＳＤＯＥと
を含む、ヘッドマウントディスプレイシステム。

【請求項2】

前記選択的な偏光子光学系、前記第１ＰＳＤＯＥ及び前記第２ＰＳＤＯＥの各々は、マルチツイストリターダを有する、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。

【請求項3】

前記選択的な偏光子光学系、前記第１ＰＳＤＯＥ及び前記第２ＰＳＤＯＥのうちの少なくとも１つは、マルチツイストリターダを有する、請求項１又は２に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。

【請求項4】

前記選択的な偏光子光学系、前記第１ＰＳＤＯＥ及び前記第２ＰＳＤＯＥのうちの少なくとも１つは、液晶材料を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。

【請求項5】

選択的な偏光子光学系は、前記第２偏光状態における第３の色の光を出力するように動作可能であり、前記第２の回折パターンは、前記第２の色及び前記第３の色に対して最適化された補正を提供する、請求項１から４のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。

【請求項6】

前記第１の色は赤であり、前記第２の色及び前記第３の色は、それぞれ緑及び青である、請求項５に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。

【請求項7】

前記第１の色は赤であり、前記第２の色は緑又は青である、請求項１から６のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。

【請求項8】

前記光結合器は、インカプラ及びアウトカプラを有する、請求項１から７のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。

【請求項9】

前記支持構造は、眼鏡レンズを有する、請求項１から８のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。

【請求項10】

前記ディスプレイ光源は、レーザスキャンビームシステム又はマイクロディスプレイを有する、請求項１から９のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。

【請求項11】

支持構造と、
前記支持構造に連結されているディスプレイシステムと
を備え、前記ディスプレイシステムは、
ディスプレイ光源と、
全視野を有する前記ディスプレイ光源からの光を受信し、第１偏光状態における前記全視野の第１視野部分の光及び第２偏光状態における前記全視野の第２視野部分の光を出力するように動作可能な選択的な偏光子光学系であって、前記第２偏光状態は、前記第１偏光状態に対して直交する、選択的な偏光子光学系と、
前記選択的な偏光子光学系から光を受信し、視聴者の目に画像を提供するように配置されている光結合器と
を有し、前記光結合器は、
前記第１偏光状態の光を回折させ、前記第２偏光状態の光を回折させることなく通過させる第１の回折パタ－ンを含む第１偏光感受型回折光学系素子（ＰＳＤＯＥ）であって、前記第１の回折パタ－ンは、前記第１視野部分に対して最適化された補正を提供する、第１ＰＳＤＯＥと、
前記第２偏光状態の光を回折させ、前記第１偏光状態の光を回折させることなく通過させる第２の回折パターンを含む第２ＰＳＤＯＥであって、前記第２の回折パターンは、前記第２視野部分に対して最適化された補正を提供する、第２ＰＳＤＯＥと
を含む、ヘッドマウントディスプレイシステム。

【請求項12】

前記第１視野部分は、０度からＭ度の角度範囲を有し、前記第２視野部分は、Ｍ度からＮ度の角度範囲を有し、Ｎは、前記ヘッドマウントディスプレイシステムの視野の前記角度範囲であり、ＭはＮよりも小さい、請求項１１に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。

【請求項13】

前記第１視野部分及び前記第２視野部分が組み合わさって、前記全視野を形成する、請求項１１又は１２に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。

【請求項14】

前記第１視野部分は、前記第２視野部分により取り囲まれている、請求項１１から１３のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。

【請求項15】

前記第１視野部分は、前記全視野の第１の半分を有し、前記第２視野部分は、前記全視野の第２の半分を有する、請求項１１から１４のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。

【請求項16】

前記第１視野部分及び前記第２視野部分は、互いに少なくとも部分的に重なる、請求項１１から１４のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。

【請求項17】

前記選択的な偏光子光学系、前記第１ＰＳＤＯＥ及び前記第２ＰＳＤＯＥの各々は、マルチツイストリターダを有する、請求項１１から１６のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。

【請求項18】

前記選択的な偏光子光学系、前記第１ＰＳＤＯＥ及び前記第２ＰＳＤＯＥのうちの少なくとも１つは、マルチツイストリターダを有する、請求項１１から１６のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。

【請求項19】

前記選択的な偏光子光学系、前記第１ＰＳＤＯＥ及び前記第２ＰＳＤＯＥのうちの少なくとも１つは、液晶材料を有する、請求項１１から１８のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。

【請求項20】

前記光結合器は、インカプラ及びアウトカプラを有する、請求項１１から１９のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。

【請求項21】

前記支持構造は、眼鏡レンズを有する、請求項１１から２０のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。

【請求項22】

前記ディスプレイ光源は、レーザスキャンビームシステム又はマイクロディスプレイを有する、請求項１１から２１のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して、ディスプレイシステム、より具体的には、ディスプレイシステムの効率及び性能を改善することに関する。

【背景技術】

【0002】

１つの現世代の仮想現実（「ＶＲ」）体験は、ヘッドマウントディスプレイ（「ＨＭＤ」）を用いて生成され、ＨＭＤは、据え置き型コンピュータ（例えば、パーソナルコンピュータ（「ＰＣ」）、ラップトップ、又は、ゲームコンソール）にテザリングされることができ、スマートフォン及び／又はその関連するディスプレイと組み合わせられ、及び／又は統合されることができる、又は、自己完結型とすることができる。概して、ＨＭＤは、ユーザの頭部に着用されるディスプレイデバイスであり、一方（単眼ＨＭＤ）又はそれぞれの目（双眼ＨＭＤ）の前方に小型ディスプレイデバイスを有する。ディスプレイユニットは、典型的には、小型化されており、例えば、ＣＲＴ、ＬＣＤ、液晶オンシリコン（ＬＣｏＳ）、ＯＬＥＤ技術又はレーザスキャンビームディスプレイを含み得る。双眼ＨＭＤは、それぞれの目に対して異なる画像を表示する可能性を有する。この能力は、立体画像を表示するために用いられている。

【0003】

スマートフォン、高解像度テレビ、及び、他の電子デバイスの進歩に伴い、より高性能なディスプレイに対する需要が高まってきている。仮想現実及び拡張現実システム、特に、ＨＭＤを用いたものの人気の高まりは、そのような需要をさらに高めている。仮想現実システムは、典型的には、装着者の目を完全に覆い隠し、装着者の前方にある実際の又は物理的な視界（又は、実際の現実）の代わりに「仮想」現実を用いており、一方、拡張現実システムは、典型的には、装着者の目の前方に１つ又は複数のスクリーンの半透明又は透明なオーバレイを提供して、実際の視界が追加の情報と共に拡張されるようにし、媒介現実システムは、現実世界の要素を仮想要素と組み合わせた情報を視聴者に同様に提示し得る。

【0004】

拡張現実アプリケーションについて、仮想画像及び現実世界を組み合わせて、ユーザの目に対して同時に配信するシースルー光結合器が提供され得る。光結合器に用いられるそのような技術は、高効率を提供する回折光学系を利用し、他の利点の中で、容易に製造することが可能である。しかしながら、視野全体にわたって、及び／又は、複数の波長全体にわたって高レベルの補正を提供する回折光結合器を設計することが重要な課題となり得る。

【発明の概要】

【0005】

ヘッドマウントディスプレイシステムは、要約すると、支持構造と、前記支持構造に連結されるディスプレイシステムとを含んでよく、前記ディスプレイシステムは、ディスプレイ光源と、前記ディスプレイ光源から光を受信し、第１偏光状態における第１の色の光、及び、第２偏光状態における第２の色の光を出力するように動作可能な選択的な偏光子光学系（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｐｏｌａｒｉｚｅｒ ｏｐｔｉｃ）であって、前記第２偏光状態は、前記第１偏光状態に対して直交する、選択的な偏光子光学系と、前記選択的な偏光子光学系から光を受信し、視聴者の目に画像を提供するように配置されている光結合器とを含み、前記光結合器は、前記第１偏光状態の光を回折させ、前記第２偏光状態の光を回折させることなく通過させる第１の回折パタ－ンを含む第１偏光感受型回折光学系素子（ＰＳＤＯＥ）であって、前記第１の回折パターンは、前記第１の色に対して最適化された補正を提供する、第１ＰＳＤＯＥと、前記第２偏光状態の光を回折させ、前記第１偏光状態の光を回折させることなく通過させる第２の回折パターンを含む第２ＰＳＤＯＥであって、前記第２の回折パターンは、前記第２の色に対して最適化された補正を提供する、第２ＰＳＤＯＥとを含む。前記選択的な偏光子光学系、前記第１ＰＳＤＯＥ及び前記第２ＰＳＤＯＥの各々は、マルチツイストリターダを含み得る。前記選択的な偏光子光学系、前記第１ＰＳＤＯＥ及び前記第２ＰＳＤＯＥのうちの少なくとも１つは、マルチツイストリターダを含み得る。前記選択的な偏光子光学系、前記第１ＰＳＤＯＥ及び前記第２ＰＳＤＯＥのうちの少なくとも１つは、液晶材料を含み得る。選択的な偏光子光学系は、前記第２偏光状態における第３の色の光を出力するように動作可能であってよく、前記第２の回折パターンは、前記第２の色及び前記第３の色に対して最適化された補正を提供してよい。前記第１の色は赤であってよく、善意第２の色及び前記第３の色は、それぞれ緑及び青である。前記第１の色は赤であってよく、前記第２の色は緑又は青である。前記光結合器は、インカプラ及びアウトカプラを含んでよい。前記支持構造は、眼鏡レンズを含み得る。前記ディスプレイ光源は、レーザスキャンビームシステム又はマイクロディスプレイを含み得る。

【0006】

ヘッドマウントディスプレイシステムは、要約すると、支持構造と、前記支持構造に連結されているディスプレイシステムとを含んでよく、ディスプレイシステムは、ディスプレイ光源と、全視野を有する前記ディスプレイ光源から光を受信し、第１偏光状態における前記全視野の第１視野部分の光及び第２偏光状態における全視野の第２視野部分の光を出力するように動作可能な選択的な偏光子光学系であって、前記第２偏光状態は、前記第１偏光状態に対して直交する、選択的な偏光子光学系と、前記選択的な偏光子光学系から光を受信し、視聴者の目に画像を提供するように配置されている光結合器とを含み、前記光結合器は、前記第１偏光状態の光を回折させ、前記第２偏光状態の光を回折させることなく通過させる第１の回折パタ－ンを含む第１偏光感受型回折光学系素子（ＰＳＤＯＥ）であって、前記第１の回折パターンは、前記第１視野部分に対して最適化された補正を提供する、第１ＰＳＤＯＥと、前記第２偏光状態の光を回折させ、前記第１偏光状態の光を回折させることなく通過させる第２の回折パターンを含む第２ＰＳＤＯＥであって、前記第２の回折パターンは、前記第２視野部分に対して最適化された補正を提供する、第２ＰＳＤＯＥとを含む。前記第１視野部分は、０度からＭ度の角度範囲を含んでよく、前記第２視野部分は、Ｍ度からＮ度の角度範囲を有し、Ｎは、前記ＨＭＤシステムの前記視野の前記角度範囲であり、ＭはＮよりも小さい。前記第１視野部分及び前記第２視野部分が組み合わさって、前記全視野を形成し得る。前記第１視野部分は、前記第２視野部分により取り囲まれ得る。前記第１視野部分は、前記全視野の第１の半分を含んでよく、前記第２視野部分は、前記全視野の第２の半分を含んでよい。前記第１視野部分及び前記第２視野部分は、互いに少なくとも部分的に重なり得る。前記選択的な偏光子光学系、前記第１ＰＳＤＯＥ及び前記第２ＰＳＤＯＥの各々は、マルチツイストリターダを含み得る。前記選択的な偏光子光学系、前記第１ＰＳＤＯＥ及び前記第２ＰＳＤＯＥのうちの少なくとも１つは、マルチツイストリターダを含み得る。前記選択的な偏光子光学系、前記第１ＰＳＤＯＥ及び前記第２ＰＳＤＯＥのうちの少なくとも１つは、液晶材料を含み得る。前記光結合器は、インカプラ及びアウトカプラを含み得る。前記支持構造は、眼鏡レンズを含み得る。前記ディスプレイ光源は、レーザスキャンビームシステム又はマイクロディスプレイを含み得る。

【図面の簡単な説明】

【0007】

図面において、同一の参照符号は、同様の要素又は動作を識別する。図面中の要素のサイズ及び相対的な位置は、必ずしも縮尺通りには描かれていない。例えば、様々な要素の形状及び角度は、必ずしも縮尺通りには描かれておらず、これらの要素のいくつかは、図面の読みやすさを改善すべく、任意に拡大され、配置され得る。さらに、描かれるような要素の特定の形状は、必ずしも、特定の要素の実際の形状に関する任意の情報を伝えることを目的としておらず、図面において認識しやすくするために選択されているに過ぎないかもしれない。

【0008】

【図1】本開示において説明される少なくともいくつかの技術を実行するのに適している１つ又は複数のシステムを含むネットワーク化された環境の概略図である。

【0009】

【図2】説明される技術のうちの少なくともいくつかが、ビデオレンダリングコンピューティングシステムに対してテザリングされ、ユーザに仮想現実ディスプレイを提供する例示的なヘッドマウントディスプレイデバイスと共に用いられる例示的な環境を示す図である。

【0010】

【図3】双眼ディスプレイサブシステムを有する例示的なＨＭＤデバイスの正面絵画図である。

【0011】

【図4】本開示の例示的な実施形態に係る双眼ディスプレイサブシステム及び様々なセンサを有するＨＭＤデバイスの上面図を示す。

【0012】

【図5】１つの非限定的に示される実装に係る空間的に変化する偏光子を含むディスプレイシステムの概略的なブロック図である。

【0013】

【図6】１つの非限定的に示される実装に係るスキャンビームディスプレイシステムの概略図である。

【0014】

【図7】１つの非限定的に示される実装に係る、ユーザの決定され又は推論される注視位置に基づいて、選択的に調整される空間的に変化する偏光子を含むスキャンビームディスプレイシステムの概略図である。

【0015】

【図8】１つの非限定的に示される実装に係る導波路ベースの光学系及び空間的に変化する偏光子を含むディスプレイシステムの概略図である。

【0016】

【図9】１つの非限定的に示される実装に係る波長にわたって偏光多重化を利用する導波路ベースの光学系を含むディスプレイシステムの概略図である。

【0017】

【図10】１つの非限定的に示される実装に係る視野にわたって偏光多重化を利用する導波路ベースの光学系を含むディスプレイシステムの概略図である。

【0018】

【図11A】第２視野部分により取り囲まれる第１視野部分で構成されるＨＭＤシステムの全視野の概略図であり、ＨＭＤシステムの光結合器は、第１視野部分に対して最適化される第１偏光感受型回折光学系素子及び第２視野部分に対して最適化される第２偏光感受型回折光学系素子を含む。

【0019】

【図11B】第２視野部分に隣接して配置される第１視野部分で構成されるＨＭＤシステムの全視野の概略図であり、ＨＭＤシステムの光結合器は、第１視野部分に対して最適化される第１偏光感受型回折光学系素子及び第２視野部分に対して最適化される第２偏光感受型回折光学系素子を含む。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下の説明では、様々な開示される実装の完全な理解を提供するために、特定の具体的な詳細が記載されている。しかしながら、当業者は、これらの具体的な詳細のうちの１つ又は複数を用いることなく、又は、他の方法、コンポーネント、材料などを用いて、実装が実施され得ることを認識するだろう。他の例では、実装の説明を不必要に曖昧にすることを回避するために、コンピュータシステム、サーバコンピュータ及び／又は通信ネットワークと関連付けられる周知の構造が詳細には示されていない、又は、説明されていない。

【0021】

文脈上別段の必要性がない限り、本明細書及びそれに続く特許請求の範囲の全体にわたって、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という語は、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」と同義であり、包括的又はオープンエンドである（すなわち、追加の記載されていない要素又は方法の動作を排除しない）。

【0022】

本明細書の全体にわたって、「一実装」又は「実装」への言及は、当該実装に関連して説明する特定の特徴、構造又は特性が少なくとも１つの実装に含まれることを意味する。したがって、本明細書の全体にわたって様々な箇所に「一実装において」又は「実装において」という語句が現れた場合、必ずしもすべてが同じ実装に言及しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造又は特性は、１つ又は複数の実装において任意の適切なやり方で組み合わされ得る。

【0023】

本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いられるときに、文脈が明らかに別のものを規定していない限り、単数形は、「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」を形成し、複数の指示対象を含む。用語「又は」は、概してその意味で利用され、文脈が明らかに別のものを規定していない限り、「及び／又は」を含むことも留意されたい。

【0024】

本明細書において提供される本開示の見出し及び要約書は、便宜のためのみであり、実装の範囲又は意味を解釈するものではない。

【0025】

本開示は、概して、ディスプレイシステム、例えば、レーザスキャンビームディスプレイシステム、又は、他のタイプのディスプレイシステム（例えば、マイクロディスプレイ）の性能及び効率を改善するための技術に関する。拡張現実（ＡＲ）システムにおいて用いられる回折光学系などの多くのタイプの光学系について、視野全体にわたる、又は、広範囲の波長（例えば、赤、緑、青）にわたる補正を提供することは難しいかもしれない。本開示のディスプレイシステムは、回折光学系のより良い最適化を可能にする偏光多重化を利用し得る。少なくともいくつかの実装において、ディスプレイシステムは、視野の波長に応じて光を偏光させ得る。光結合器は、色のサブセット、又は、視野全体の一部に対してそれぞれ最適化される複数の偏光感受型回折光学系素子を含んでよく、これにより、ディスプレイシステムに対して改善される補正光学系を提供する。

【0026】

最初に、本明細書で説明される技術に関する例示的なヘッドマウントディスプレイデバイスの活用が、図１～図４を参照して説明される。次に、図５～図１１を参照して、本開示の特徴を含むディスプレイシステムの例示的な実装が説明される。
例示的なヘッドマウントディスプレイシステム及び環境

【0027】

図１は、ローカルメディアレンダリング（ＬＭＲ）システム１１０（例えば、ゲーミングシステム）を含むネットワーク化された環境１００の概略図であり、本明細書で説明される少なくともいくつかの技術を実行するのに適しているローカルコンピューティングシステム１２０及びディスプレイデバイス１８０（例えば、２つのディスプレイパネルを有するＨＭＤデバイス）を含む。図１の描かれている実施形態において、ローカルコンピューティングシステム１２０は、（例えば、図２に示されるような１つ又は複数のケーブル（ケーブル２２０）を介して、有線接続され、又は、デザリングされてよく、代わりに、無線であってよい）伝送リンク１１５を介して、ディスプレイデバイス１８０に通信可能に接続されている。他の実施形態において、ＨＭＤデバイス１８０に加えてであるか又はその代わりであるかに関わらず、ローカルコンピューティングシステム１２０は、有線又は無線リンクを介して、パネルディスプレイデバイス（例えば、ＴＶ、コンソール、モニタ）に、表示のための符号化された画像データを提供してよく、ディスプレイデバイスのそれぞれは、１つ又は複数のアドレス指定可能ピクセルアレイを含む。様々な実施形態において、ローカルコンピューティングシステム１２０は、汎用コンピューティングシステム、ゲーミングコンソール、ビデオストリーム処理デバイス、モバイルコンピューティングデバイス（例えば、携帯電話、ＰＤＡ又は他のモバイルデバイス）と、ＶＲ又はＡＲ処理デバイス、又は、他のコンピューティングシステムを含み得る。

【0028】

示される実施形態において、ローカルコンピューティングシステム１２０は、１つ又は複数のハードウェアプロセッサ（例えば、中央処理ユニット又は「ＣＰＵ」）１２５、メモリ１３０、様々なＩ／Ｏ（「入力／出力」）ハードウェアコンポーネント１２７（例えば、キーボード、マウス、１つ又は複数のゲーミングコントローラ、スピーカ、マイク、ＩＲ送信機及び／又は受信機など）、１つ又は複数の専用ハードウェアプロセッサ（例えば、グラフィックス処理ユニット又は「ＧＰＵ」）１４４及びビデオメモリ（ＶＲＡＭ）１４８を含むビデオサブシステム１４０、コンピュータ可読ストレージ１５０及びネットワーク接続１６０を含むコンポーネントを有する。また、示される実施形態において、アイトラッキングサブシステム１３５の実施形態は、例えば、ＣＰＵ１２５及び／又はＧＰＵ１４４を用いて、これらの説明される技術を実装する自動化動作を実行することにより、説明される技術のうちの少なくともいくつかを実行するために、メモリ１３０において実行し、メモリ１３０は、任意選択で、（例えば、ゲームプログラムなどの表示されるビデオ又は他の画像を生成するために）１つ又は複数の他のプログラム１３３をさらに実行してよい。本明細書で説明される少なくともいくつかの技術を実装する自動化動作の一部として、メモリ１３０において実行するアイトラッキングサブシステム１３５及び／又はプログラム１３３は、様々なタイプのデータを格納又は検索してよく、ストレージ１５０の例示的なデータベースデータ構造を含み、この例では、用いられるデータは、データベース（「ＤＢ」）１５４内の様々なタイプの画像データ情報、ＤＢ１５２内の様々なタイプのアプリケーションデータ、ＤＢ１５７内の様々なタイプの構成データを含んでよく、追加の情報、例えば、システムデータ又は他の情報を含んでよい。

【0029】

画像生成プログラム１３３に加えてであるか又はこれに代えてであるかに関わらず、ＬＭＲシステム１１０はまた、描かれている実施形態において、表示のためにＬＭＲシステム１１０にコンテンツをさらに提供し得る例示的なネットワークアクセス可能メディアコンテンツプロバイダ１９０に、１つ又は複数のコンピュータネットワーク１０１及びネットワークリンク１０２を介して通信可能に接続される。簡単にするためにネットワークアクセス可能メディアコンテンツプロバイダについてのいくつかの詳細が示されていないが、メディアコンテンツプロバイダ１９０は、１つ又は複数のハードウェアプロセッサ、Ｉ／Ｏコンポーネント、ローカルストレージデバイス及びメモリを含むローカルコンピューティングシステム１２０のコンポーネントと同様のコンポーネントをそれぞれ有し得る１つ又は複数のコンピューティングシステム（図示せず）を含んでよい。

【0030】

ディスプレイデバイス１８０は、図１の示される実施形態ではローカルコンピューティングシステム１２０とは区別され別個のものであるように示されている一方、特定の実施形態では、ローカルメディアレンダリングシステム１１０の一部又はすべてのコンポーネントは、単一のデバイス、例えば、モバイルゲーミングデバイス、携帯型ＶＲエンターテイメントシステム、ＨＭＤデバイスなどの中に統合又は収容され得ることが理解される。そのような実施形態において、伝送リンク１１５は、例えば、１つ又は複数のシステムバス及び／又はビデオバスアーキテクチャを含み得る。

【0031】

ローカルメディアレンダリングシステム１２０によりローカルに実行される操作に関する一例として、ローカルコンピューティングシステムはゲーミングコンピューティングシステムであり、その結果、アプリケーションデータ１５２は、メモリ１３０を用いてＣＰＵ１２５を介して実行される１つ又は複数のゲーミングアプリケーションを含み、様々なビデオフレームディスプレイデータは、例えば、ビデオサブシステム１４０のＧＰＵ１４４と共に画像生成プログラム１３３により生成及び／又は処理されると仮定する。高品質のゲーミング体験を提供するために、（ビデオフレームごとの高い画像解像度、及び、およそ６０－１８０のそのようなビデオフレーム毎秒の高い「フレームレート」に対応する）高いボリュームのビデオフレームデータは、ローカルコンピューティングシステム１２０により生成され、有線又は無線伝送リンク１１５を介してディスプレイデバイス１８０に提供される。

【0032】

コンピューティングシステム１２０及びディスプレイデバイス１８０は、単に例示であり、本開示の範囲を限定することを意図していないことも理解されるだろう。コンピューティングシステム１２０は、代わりに、互いに作用する複数のコンピューティングシステム又はデバイスを含んでよく、１つ又は複数のネットワーク、例えば、インターネットを通じて、ウェブを介して、又は、プライベートネットワーク（例えば、移動通信ネットワークなど）を介したものを含む、示されていない他のデバイスに接続されてよい。より一般的には、コンピューティングシステム又は他のコンピューティングノードは、説明されるタイプの機能とインタラクトし、実行し得るハードウェア又はソフトウェアの任意の組み合わせを含んでよく、限定するものではないが、デスクトップ又は他のコンピュータ、ゲームシステム、データベースサーバ、ネットワークストレージデバイス及び他のネットワークデバイス、ＰＤＡ、携帯電話、ワイヤレスフォン、ページャ、電子手帳、インターネット機器、（例えば、セットトップボックス及び／又はパーソナル／デジタルビデオレコーダを用いる）テレビベースシステム、及び、適切な通信能力を含む様々な他の消費財を含む。ディスプレイデバイス１８０は、同様に、様々なタイプ及び形態の１つ又は複数のディスプレイパネルを有する１つ又は複数のデバイスを含んでよく、任意選択で、様々な他のハードウェア及び／又はソフトウェアコンポーネントを含んでよい。

【0033】

様々なアイテムが、用いられている間メモリ内又はストレージ上に格納されているものとして示されている一方、これらのアイテム又はそれらの一部は、メモリ管理又はデータインテグリティの目的で、メモリと他の記憶デバイスとの間で転送されてよいことも理解されるだろう。したがって、いくつかの実施形態では、例えば、１つ又は複数のソフトウェアプログラム及び／又はデータ構造により構成される（例えば、１つ又は複数のソフトウェアプログラムのソフトウェア命令の実行による、及び／又は、そのようなソフトウェア命令及び／又はデータ構造のストレージによる）場合、説明される技術の一部又はすべては、１つ又は複数のプロセッサ又は他の構成されるハードウェア回路又はメモリ又はストレージを含むハードウェアにより実行されてよい。コンポーネント、システム及びデータ構造の一部又はすべては、非一時的コンピュータ可読記憶媒体、例えば、ハードディスク又はフラッシュドライブ、又は、他の不揮発性ストレージデバイス、揮発性又は不揮発性メモリ（例えば、ＲＡＭ）、ネットワークストレージデバイス、又は、適切なドライブ（例えば、ＤＶＤディスク、ＣＤディスク、光ディスクなど）又は適切な接続を介して読み込まれる携帯型媒体製品上に（例えば、ソフトウェア命令又は構造データとして）格納されてもよい。システム、コンポーネント及びデータ構造はまた、いくつかの実施形態では、無線ベース及び有線／ケーブルベース媒体を含む様々なコンピュータ可読伝送媒体上で、生成されたデータ信号として（例えば、搬送波又は他のアナログ又はデジタル伝搬信号の一部として）伝送されてよく、（例えば、単一の、又は、多重化されたアナログ信号の一部として、又は、複数の別個のデジタルパケット又はフレームとして）様々な形態を取り得る。そのようなコンピュータプログラム製品は、他の実施形態において他の形態を取ってもよい。したがって、本発明は、他のコンピュータシステム構成と共に実施され得る。

【0034】

図２は、仮想現実ディスプレイを人間のユーザ２０６に提供するために、テザリングされる接続２２０（又は、他の実施形態では、無線接続）を介してビデオレンダリングコンピューティングシステム２０４に連結せれる例示的なＨＭＤデバイス２０２と共に、説明される技術の少なくともいくつかが用いられる例示的な環境２００を示す。ユーザがＨＭＤデバイス２０２を装着し、実際の物理的な環境とは異なるシミュレーションされる環境のコンピューティングシステム２０４からＨＭＤデバイスを介して表示される情報を受信し、コンピューティングシステムは、シミュレーションされる環境の画像、例えば、コンピューティングシステム上で実行するゲームプログラム及び／又は他のソフトウェアプログラムにより生成された画像を、ユーザに対する表示のためにＨＭＤデバイスに供給する画像レンダリングシステムとして動作する。ユーザは、この例では、実際の物理的な環境２００の追跡されたボリューム２０１の周りを移動することをさらに可能にし、さらに、ユーザがシミュレーションされる環境とさらにインタラクトすることを可能にする１つ又は複数のＩ／Ｏ（「入力／出力」）デバイスを有してよく、この例では、ハンドヘルドコントローラ２０８及び２１０を含む。

【0035】

図示される例では、環境２００は、ＨＭＤデバイス２０２又はコントローラ２０８及び２１０の追跡を容易にし得る１つ又は複数の基地局２１４（２つが示されており、ラベル付けされた基地局２１４ａ及び２１４ｂ）を含み得る。ユーザがＨＭＤデバイス２０２の場所を移動し、又は、向きを変えるにつれて、例えば、シミュレーションされる環境の対応する一部が、ＨＭＤデバイス上でユーザに表示されることを可能にするために、ＨＭＤデバイスの位置が追跡され、コントローラ２０８及び２１０は、さらに、同様の技術を利用して、コントローラの位置を追跡することに用いて（任意選択でその情報を用いて、ＨＭＤデバイスの位置を決定又は検証を支援して）よい。ＨＭＤデバイス２０２の追跡された位置が分かった後に、対応する情報は、テザー２２０を介して又は無線でコンピューティングシステム２０４に伝送され、追跡された位置情報を用いて、シミュレーションされる環境の１つ又は複数の次の画像を生成して、ユーザに表示する。

【0036】

本開示の様々な実装において用いられ得る位置追跡の多数の異なる方法があり、限定されるものではないが、音響追跡、慣性追跡、磁気追跡、光学系追跡、これらの組み合わせなどを含む。

【0037】

少なくともいくつかの実装において、ＨＭＤデバイス２０２は、本開示の追跡機能又は他の態様を実装するために用いられ得る１つ又は複数の受光器又はセンサを含んでよい。例えば、基地局２１４は、追跡されたボリューム２０１にわたって光学系信号をそれぞれスイープし得る。各特定の実装の要件に応じて、各基地局２１４は、１つよりも多くの光学系信号を生成し得る。例えば、６自由度トラッキングのためには、典型的には、単一の基地局２１４で十分である一方、ＨＭＤデバイス及び周辺に安定なルームスケールの追跡を提供するために、いくつかの実施形態では、複数の基地局（例えば、基地局２１４ａ、２１４ｂ）が必要とされ、又は、所望され得る。この例では、受光器は、ＨＭＤデバイス２０２及び又は他の追跡対象オブジェクト、例えば、コントローラ２０８及び２１０に組み込まれる。少なくともいくつかの実装において、低レイテンシセンサフュージョンをサポートするために、受光器は、各追跡対象デバイス上の加速度計及びジャイロスコープ慣性測定ユニット（「ＩＭＵ」）と対にされてよい。

【0038】

少なくともいくつかの実装において、各基地局２１４は、垂直軸上で、追跡されたボリューム２０１にわたって線形ビームをスイープする２つのロータを含む。各スイープサイクルの開始時に、基地局２１４は、追跡されたオブジェクト上のすべてのセンサに対して可視である無指向性光パルス（「同期信号」と称される）を放出してよい。したがって、各センサは、同期信号とビーム信号との間の継続時間を計測することにより、スイープされるボリュームでユニークな角度位置を計算する。単一の剛体に固定されている複数のセンサを用いて、センサ距離及び方向が解決され得る。

【0039】

追跡されるオブジェクト（例えば、ＨＭＤデバイス２０２、コントローラ２０８及び２１０）上に位置する１つ又は複数のセンサは、ロータからの変調された光を検出することが可能な光電子工学デバイスを有し得る。可視光又は近赤外（ＮＩＲ）光について、シリコンフォトダイオード及び適切な増幅器／検出器回路が用いられ得る。環境２００が基地局２１４信号の信号に対して同様の波長を有する静止及び時変信号（光ノイズ）を含み得るので、少なくともいくつかの実装では、基地局光は、いずれの干渉信号からも区別し、及び／又は、基地局信号の波長以外の放射のいずれの波長からもセンサをフィルタリングしやすくなるようなそのようなやり方で変調され得る。

【0040】

インサイドアウト追跡はまた、ＨＭＤデバイス２０２及び／又は他のオブジェクト（例えば、コントローラ２０８及び２１０、タブレットコンピュータ、スマートフォン）の位置を追跡するために用いられ得るタイプの位置追跡である。ＨＭＤの位置を決定するために用いられるカメラ又は他のセンサの位置により、インサイドアウト追跡はアウトサイドイン追跡とは異なる。インサイドアウト追跡に関して、カメラ又はセンサは、ＨＭＤ又は追跡対象のオブジェクト上に配置されており、一方、アウトサイドアウト方式の追跡において、カメラ又はセンサは、環境内の固定位置に配置されている。

【0041】

インサイドアウト追跡を利用するＨＭＤは、１つ又は複数のカメラを利用して、「見張る」ことで、環境に対してその位置がどのように変化するかを決定する。ＨＭＤが移動した場合、センサは、部屋内のそれらの場所を再調整し、したがって、仮想環境がリアルタイムに応答する。このタイプの位置追跡は、環境内に配置されたマーカを用いて、又は、用いることなく実現されることができる。ＨＭＤ上に配置されたカメラは、周囲の環境の特徴を観察する。マーカを用いる場合、マーカは、追跡システムにより容易に検出されるように設計され、特定のエリア内に配置されている。「マーカなし」インサイドアウト追跡と共に、ＨＭＤシステムは、位置及び方向を決定するために環境内に元々存在する際立った特徴（例えば、自然な特徴）を用いる。ＨＭＤシステムのアルゴリズムは、特定の画像又は形状を識別し、それらを用いて、空間内のデバイスの位置を計算する。加速度計及びジャイロスコープからのデータはまた、位置追跡の精度を高めるために用いられることができる。

【0042】

図３は、ユーザ３４２の頭部に着用された場合の例示的なＨＭＤデバイス３４４の正面図を示す情報３００を示す。ＨＭＤデバイス３４４は、前面又は前方カメラ３４６及び１つ又は複数のタイプの複数のセンサ３４８ａ～３４８ｄ（まとめて３４８）をサポートする前面構造３４３を含む。一例として、１つ又は複数の外部デバイス（図示せず、例えば、図２の基地局２１４）から放出された光情報を検出して用いる光センサなど、センサ３４８の一部又はすべては、空間内のデバイス３４４の位置及び方向を決定する際に支援してよい。示されるように、前方カメラ３４６及びセンサ３４８は、ユーザ３４２がＨＭＤデバイス３４４を操作する実際のシーン又は環境（図示せず）に向けて前方に向けられている。実際の物理的な環境は、例えば、１つ又は複数のオブジェクト（例えば、壁、天井、家具、階段、車、木、追跡マーカ、又は、任意の他のタイプのオブジェクト）を含んでよい。特定の数のセンサ３４８が、示されるセンサの数よりも少ない、又は、これらよりも多くてよい。ＨＭＤデバイス３４４は、（例えば、加速度計及びジャイロスコープ、並びに、任意選択で、磁力計の組み合わせを用いて）ＨＭＤデバイス３４４の特定の力、角速度及び／又はＨＭＤデバイスを取り囲む磁場を測定及び報告するＩＭＵ（慣性測定ユニット）３４７電子デバイスなどの前面構造に取り付けられていない（例えば、ＨＭＤデバイスの内部である）１つ又は複数の追加コンポーネントをさらに含んでよい。図４に関して以下でさらに詳細に説明されるように、ＨＭＤデバイスは、ユーザの目（図示せず）に向けられており、任意選択で、ＨＭＤデバイス内の光学レンズ系及び／又はディスプレイパネルの１つ又は複数の位置合わせ又は他の位置決めを変更する１つ又は複数の付属内部モータを有する１つ又は複数のディスプレイパネル及び光学レンズ系を含む図示されていない追加コンポーネントをさらに含んでよい。

【0043】

ＨＭＤデバイス３４４の図示される例は、ＨＭＤデバイス３４４のハウジングに取り付けられ、ユーザの頭部の周りに全体に又は部分的に延びる１つ又は複数のストラップ３４５に少なくとも部分的に基づいて、ユーザ３４２の頭部上で支持されている。ここでは示されていないが、ＨＭＤデバイス３４４は、例えば、ストラップ３４５の１つ又は複数に取り付ける１つ又は複数の外部モータをさらに有してよく、自動補正動作は、ユーザの頭部上でのＨＭＤデバイスの位置合わせ又は他の位置決めを修正するために、そのようなモータを用いて、そのようなストラップを調整することを含んでよい。ＨＭＤデバイスは、示されるストラップに加えてである又はこれに代えてであるかに関わらず、ここでは示されていない他の支持構造（例えば、ノーズピース、あご紐など）を含んでよく、いくつかの実施形態は、ユーザの頭部上でのＨＭＤデバイスの位置合わせ又は他の位置決めを修正するために、それらの形状及び／又は位置を同様に調整する１つ又は複数のそのような他の支持構造を取り付けたモータを含んでよいことが理解されるだろう。ユーザの頭部に固定されていない他のディスプレイデバイスは、ディスプレイデバイスの位置決めに影響を与える１つ又は複数の構造に同様に取り付けられるか、又は、その一部であってよく、それらの形状及び／又は位置を同様に修正して、ディスプレイデバイスの１人又は複数のユーザの１つ又は複数の瞳孔に対するディスプレイデバイスの位置合わせ又は他の位置決めを修正するために、少なくともいくつかの実施形態では、モータ又は他の機械式アクチュエータを含んでよい。

【0044】

図４は、ニアツーアイディスプレイシステム４０２及び４０４の対を含むＨＭＤデバイス４０５の簡略化された上面図４００を示す。ＨＭＤデバイス４０５は、例えば、図１～図３に示される同一又は同様のＨＭＤデバイス、又は、異なるＨＭＤデバイスであってよく、ここで説明されるＨＭＤデバイスは、以下でさらに説明される例においてさらに用いられてよい。図４のニアツーアイディスプレイシステム４０２及び４０４は、それぞれディスプレイパネル４０６及び４０８（例えば、ＯＬＥＤマイクロディスプレイ）、及び、それぞれ１つ又は複数の光学レンズを有するそれぞれの光学レンズ系４１０及び４１２を含む。ディスプレイシステム４０２及び４０４は、ハウジング（又は、フレーム）４１４内に取り付けられ、又は、別の方法で、その中に配置されてよく、前面部４１６（例えば、図３の前表面３４３と同一又は同様のものである）と、左テンプル４１８と、右テンプル４２０と、ＨＭＤデバイスがユーザにより着用された場合、装着者であるユーザ４２４の顔に接触又は近接する内表面４２１を含む。２つのディスプレイシステム４０２及び４０４は、左テンプル４１８及び右テンプル４２０がそれぞれユーザの耳４２６及び４２８の上に載っており、一方、鼻アセンブリ４９２は、ユーザのお鼻４３０の上に載り得る状態で、装着者であるユーザ４２４の頭部４２２に着用されることができる眼鏡構成でハウジング４１４に固定され得る。ストラップ（図示せず）又は他の構造は、いくつかの実施形態では、図２及び図３に示される実施形態など、ユーザの頭部にＨＭＤデバイスを固定するために用いられ得るが、図４の例では、ＨＭＤデバイス４０５は、鼻ディスプレイ及び／又は右耳掛けテンプル及び左耳掛けテンプルにより、部分的に又は全体的に、ユーザの頭部上で支持され得る。ハウジング４１４は、ユーザの目４３２及び４３４それぞれのうちの一方の前方に２つの光学レンズ系４１０及び４１２の各々を配置するために形成され、及び、サイズが決められてよく、その結果、各瞳孔４９４の目標位置は、それぞれの光学レンズ系及び／又はディスプレイパネルの前方で鉛直方向及び水平方向に中心に置かれる。ハウジング４１４は、説明の目的で、眼鏡と同様の簡略化された方式で示されているが、実際には、より精巧な構造体（例えば、ゴーグル、一体型ヘッドバンド、ヘルメット、ストラップなど）が、ユーザ４２４の頭部４２２上にディスプレイシステム４０２及び４０４を支持及び配置するために用いられてよいことを理解されたい。

【0045】

図４のＨＭＤデバイス４０５及び本明細書で説明される他のＨＭＤデバイスは、例えば、３０又は６０又は９０フレーム（又は画像）毎秒などの表示速度で提示される対応するビデオを介して、ユーザに仮想現実ディスプレイを提示することが可能であり、一方、同様のシステムの他の実施形態は、拡張現実ディスプレイをユーザに提示し得る。図４の表示４０６及び４０８の各々は、ユーザ４２４の目４３２及び４３４それぞれにそれぞれの光学レンズ系４１０及び４１２を通じて伝えられ、かつにそれぞれの光学レンズ系４１０及び４１２より焦点が合わせられる光を生成し得る。光が目の内部を通過するそれぞれの目の瞳孔４９４の開口は、典型的には、非常に明るい状態で直径２ｍｍ（ミリメートル）から暗い状態で８ｍｍ程度までの範囲に及ぶ瞳孔サイズを有する一方、瞳孔が収められるより大きい虹彩は、およそ１２ｍｍのサイズを有し得、瞳孔（及びそれを囲む虹彩）は、典型的には、開いた瞼の下の眼の可視部分内で水平及び／又は鉛直方向において数ミリメートルだけさらに動き得、またこれにより、眼球がその中心の周りに回転するにつれて、異なる水平位置及び鉛直位置に向けてディスプレイの光学レンズ又は他の物理的要素からの異なる深さに瞳孔がさらに動くことになる（結果として、瞳孔が動くことができる３次元体積が得られる）。 ユーザの瞳孔に入る光は、画像及び／又はビデオとしてユーザ４２４により視認される。いくつかの実装において、光学レンズ系４１０及び４１２の各々と、ユーザの目４３２及び４３４との間の距離は、比較的短くてよく（例えば、３０ｍｍ未満、２０ｍｍ未満）、有利には、光学レンズ系及びディスプレイシステムの重みが比較的にユーザの顔の近くにあり、また、より広い視野をユーザに提供し得るので、ＨＭＤデバイスが、ユーザにとってより軽く感じられる。ここでは示されていないが、そのようなＨＭＤデバイスのいくつかの実施形態では、様々な追加の内部及び／又は外部センサを含んでよい。

【0046】

示される実施形態において、図４のＨＭＤデバイス４０５は、（例えば、１つ又は複数のＩＭＵユニットの一部として）１つ又は複数の加速度計及び／又はジャイロスコープ４９０を含むような、ハードウェアセンサ及び追加コンポーネントをさらに含む。本明細書の他の箇所でさらに詳細に説明されるように、加速度計及び／又はジャイロスコープからの値は、ＨＭＤデバイスの方向をローカルで決定するために用いられ得る。さらに、ＨＭＤデバイス４０５は、前面部４１６の外部にあるカメラ４８５などの１つ又は複数の前面カメラを含んでよく、その情報は、ＡＲ機能又は測位機能を提供するためなどで、ＨＭＤデバイスの動作の一部として用いられ得る。さらに、本明細書の他の箇所でさらに詳細に説明されるように、ＨＭＤデバイス４０５は、他のコンポーネント４７５（例えば、ディスプレイパネル４０６及び４０８上の画像の表示を制御する電子回路、内部ストレージ、１つ又は複数のバッテリ、外部基地局とインタラクトする位置追跡デバイスなど）をさらに含んでよい。他の実施形態は、コンポーネント４７５、４８５及び／又は４９０のうちの１つ又は複数を含めなくてもよい。ここでは示されていないが、そのようなＨＭＤデバイスのいくつか実施形態では、ユーザの体、目、コントローラなどの様々な他のタイプの動き及び位置を追跡するように、様々な追加の内部及び／又は外部センサを含み得る。

【0047】

示される実施形態において、図４のＨＭＤデバイス４０５は、ユーザの瞳又は注視方向を決定するための説明された技術の一部として開示された実施形態により用いられ得るハードウェアセンサ及び追加コンポーネントをさらに含み、本明細書の他の箇所で説明されるように、これによる使用のためにＨＭＤデバイスと関連付けられる１つ又は複数のコンポーネントに提供されてよい。例えば、この例では各瞳孔に対して別個に、ユーザの瞳孔４９４の実際の位置に関する情報を取得する際の使用のために、この例におけるハードウェアセンサは、ディスプレイパネル４０６及び４０８上又はその近くに取り付けられる、及び／又は、光学レンズ系４１０及び４１２の近くにある内表面４２１に配置されるアイトラッキングサブシステムの１つ又は複数のアイトラッキングアセンブリ４７２を含む。

【0048】

アイトラッキングアセンブリ４７２の各々は、１つ又は複数の光源（例えば、ＩＲ ＬＥＤ）、及び、１つ又は複数の光検出器（例えば、シリコンフォトダイオード）を含み得る。さらに、図４には、明確さのために、４つの全アイトラッキングアセンブリ４７２のみが示されているが、実際には、異なる数のアイトラッキングアセンブリが提供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、ユーザ４２４のそれぞれの目に対して４つのアイトラッキングアセンブリ、合計８個のアイトラッキングアセンブリ４７２が提供される。さらに、少なくともいくつかの実装において、各アイトラッキングアセンブリは、ユーザ４２４の目４３２及び４３４のうちの一方に向けられた光源と、ユーザのそれぞれの目により反射された光を受信するように配置されている光検出器と、鏡面反射を介して反射された光が光検出器に与えることを防止するように配置され、構成されている偏光子とを含む。

【0049】

本明細書の他の箇所でさらに詳細に説明されるように、アイトラッキングアセンブリ４７２からの情報は、ＨＭＤデバイス４０５の使用中におけるユーザの注視方向を決定及び追跡するために用いられ得る。さらに、少なくともいくつかの実施形態において、ＨＭＤデバイス４０５は、例えば、ニアツーアイディスプレイシステム４０２及び４０４の一方又は両方の目標瞳位置をパーソナライズ又は他の方法で調整して、瞳孔４９４の一方又は両方の実際の位置に対応させるために、ＨＭＤデバイス４０５のハウジング内にある光学レンズ系４１０及び４１２及び／又はディスプレイパネル４０６及び４０８の（例えば、鉛直、水平の左右方向及び／又は水平の前後方向における）１つ又は複数の位置合わせ及び／又は他の位置決めを移動４３９させるために用いられ得る１つ又は複数の内部モータ４３８（又は、他の動きメカニズム）を含んでよい。そのようなモータ４３８は、例えば、ハウジング４１４上の１つ又は複数の制御４３７のユーザ操作により、及び／又は、１つ又は複数の関連付けられている別個のＩ／Ｏコントローラ（図示せず）のユーザ操作を介して制御されてよい。他の実施形態において、ＨＭＤデバイス４０５は、例えば、制御４３７の使用を介してユーザにより手動で変更される調節可能な位置決め機構（例えば、ねじ、スライド部、ラチェットなど）の使用により、そのようなモータ４３８を用いることなく、光学レンズ系４１０及び４１２及び／又はディスプレイパネル４０６及び４０８の位置合わせ及び／又は他の位置決めを制御してよい。さらに、図４には、ニアツーアイディスプレイシステムの１つのみに対して、モータ４３８が示されている一方、各ニアツーアイディスプレイシステムは、いくつかの実施形態では、それ自体の１つ又は複数のモータを有してよく、いくつかの実施形態では、１つ又は複数のモータが、複数のニアツーアイディスプレイシステムの各々を（例えば、独立して）制御するために用いられてよい。

【0050】

説明される技術は、いくつかの実施形態では、示されるものと同様のディスプレイシステムを有するいくつかの実施形態において用いられてよい一方、他の実施形態では、単一の光学レンズを用いること、又は、複数のそのような光学レンズ及びディスプレイデバイスを用いることを含む、他のタイプのディスプレイシステムが用いられてよい。他のそのようなデバイスの非排他的な例は、カメラ、望遠鏡、顕微鏡、双眼、スポット範囲、調査範囲などを含む。さらに、本明細書の他の箇所で説明されるように、説明される技術は、光を放出して、１人又は複数のユーザが１つ又は複数の光学レンズを通じて見る画像を形成する多種多様なディスプレイパネル又は他のディスプレイデバイスと共に用いられ得る。他の実施形態において、ユーザは、部分的に又は全体的に、別の光源（例えば、レーザスキャンビーム）から光を反射する表面上などのディスプレイパネルを介する以外の方式で生成される１つ又は複数の光学レンズを通じて１つ又は複数の画像を見てよい。
例示的なディスプレイシステム

【0051】

図５は、１つの非限定的に示される実装に係るディスプレイシステム５００の概略的なブロック図である。ディスプレイシステム５００は、ヘッドマウントディスプレイシステム、例えば、上述したヘッドマウントディスプレイシステムのディスプレイシステム、又は、任意の他のタイプのディスプレイシステム（例えば、ウェアラブル又は非ウェアラブルディスプレイシステム）であってよい。ディスプレイシステム５００は、スキャンビームディスプレイシステム、又は、別のタイプのディスプレイシステム（例えば、マイクロディスプレイ）を含んでよい。少なくともいくつかの実装において、ディスプレイシステム５００は、ヘッドマウントディスプレイデバイスなどのデバイスにおいて提供される２つの実質的に同一のディスプレイシステムのうちの１つであってよい。

【0052】

ディスプレイシステム５００は、瞳リレー系５０４に光学系的に連結されるディスプレイ光源５０２を含む。ディスプレイ光源５０２は、レーザスキャンビーム光源、マイクロディスプレイ又は任意の他の適切なディスプレイ光源を含んでよい。瞳リレー系５０４は、ディスプレイ光源５０２から視聴者の目５０６の第２の瞳孔（又は、他の画像面、表面又は材料）へと第１の瞳孔を中継するように配置されている。瞳リレー系５０４は、偏光感受型光学系５０８（例えば、ポストスキャン光学系）を含み、導波路ベースの光学系、パンケーキ光学系、バードバス光学系、コーティングベースの光学系、又は、他の光学系のうちの１つ又は複数を含んでよい。偏光感受型光学系５０８は、１つ又は複数のコンポーネントを含んでよい。偏光感受型光学系５０８の効率は、そこを通り抜ける光の偏光に対して非常に敏感であり得る。つまり、異なる偏光は、強度と、偏光感受型光学系５０８から抜け出す迷光とを著しく変化させるであろう。

【0053】

偏光感受型光学系５０８に提供される光の偏光を最適化するために、ディスプレイシステム５００の瞳リレー系５０４は、位置に応じて空間的に変化する偏光を有する空間的に変化する偏光子５１０をさらに含み、均一に偏光された光、又は、より一般的には、最適化された偏光された光を偏光感受型光学系５０８に提供すべく、偏光における変化に対する補償する働きを有する。例えば、偏光感受型光学系５０８は、１つ又は複数のミラー又は他の光学系が合成角から生成した偏光のいずれかを補償又は「取り消す」ように構成されてよい。さらに以下で説明されるように、空間的に変化する偏光子５１０は、ユーザの注視位置に基づいて、領域又は視野の最適化された性能を提供するように、リアルタイムに選択的に調整され得る。

【0054】

空間的に変化する偏光子５１０は、複屈折材料で形成されている波長リターダを含んでよい。複屈折は、偏光及び光の伝搬方向に依存する屈折率を有する材料の特性である。波長リターダは、波長リターダを通じて移動する光の偏光状態又は位相を変更する。波長リターダは、遅軸（又は、異常軸）及び高速軸（通常軸）を有し得る。波長リターダを通じて、偏光された光が進むにつれて、高速軸に沿う光は、遅軸に沿うよりも、より迅速に移動する。

【0055】

上述したように、空間的に変化する偏光子５１０は、ディスプレイ光源５０２から偏光感受型光学系５０８へ光のより均一で効率的な分散を可能にする視野（例えば、軸上から軸外）にわたって、位置の関数、例えば、水平位置、鉛直位置、径方向位置を変化させる位相差を提供し得る。空間的に変化する偏光子５１０の遅延が変化する特定の方式は、例えば、入射光の偏光状態、入射角度、材料、様々なコンポーネントの形状などディスプレイシステム５００の光学系の特定の構造及び材料に応じて決まり得る。

【0056】

一例として、空間的に変化する偏光子５１０は、第１の位置で遅延を提供しなくてよく、空間的に変化する偏光子の第２の位置において、遅延を直線的に増加させて、λ／４（又は、他の値）の遅延を提供してよい。概して、空間的に変化する偏光子５１０は、位置の関数としていずれかのやり方で変化する遅延を提供してよく、遅延の量は、任意の値（例えば、λ／２０、λ／１０、λ／４、λ、２λ）であってよい。さらに、遅延の量は、１つ又は複数の方向のみ増加させ、１つ又は複数の方向のみ低減させ、又は、両方を増加及び低減させてよい。遅延の量は、連続的に変化してよい、又は、多くのステップで変化してよい。遅延の量は、例えば、線形関数、多項式関数、指数関数、階段関数を含む任意のタイプの関数、他のタイプの関数、又は、これらの組み合わせに従って変化し得る。

【0057】

少なくともいくつかの実装において、空間的に変化する偏光子５１０は、マルチツイストリターダ（ＭＴＲ）で形成されてよく、単一の薄膜における正確かつカスタマイズされたレベルの広帯域、狭帯域又は多帯域遅延を提供する波長板状の位相差フィルムである。より具体的には、ＭＴＲは、単一の基板上にあり単一のアライメント層を有する２つ又はそれより多くのツイスト型液晶（ＬＣ）層を備える。次のＬＣ層は、前の層により直接位置合わせされ、シンプルな製造を可能にし、自動層間位置合わせを実現し、結果として、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。

【0058】

図６は、１つの非限定的に示される実装に係るスキャンビームディスプレイシステム又はプロジェクタ６００の概略図である。スキャンビームディスプレイシステム６００は、光源６０２を含み、ビーム６０４を放出するレーザ光源であってよい。光源６０２は、さらに２つの光源、例えば、赤の光源、緑の光源及び青の光源などを含んでよい。そのような例において、複数の光源は、ビームコンバイナにより単一のビームに組み合わせられてよい。少なくともいくつかの実装において、光源６０２は、１つ又は複数の色の光源（例えば、赤、緑、青）と、アイトラッキングなどの様々な目的で用いられ得る不可視のビーム、例えば、赤外線ビーム又は紫外線ビームを放出する光源とを含んでよい。

【0059】

ビーム６０４は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースのスキャナを含み得るスキャンプラットフォーム６０６に入射し、プラットフォームのスキャンミラー６０８で反射して、制御された出力ビーム６１０を生成する。スキャンプラットフォーム６０６は、回折光格子、移動光回折格子、光バルブ、回転ミラー、可動式シリコンデバイス、デジタル光プロジェクタデバイス、フライングスポットプロジェクタ、液晶オンシリコン（ＬＣｏＳ）デバイス、又は、他のスキャン又は変調デバイスを含み得る。スキャンプラットフォーム６０６は、スキャンプラットフォーム及び光源６０２に連結されるコントローラ６１２により選択的に制御される１つ又は複数の駆動回路に連結されてよく、１つ又は複数の駆動回路は、１つ又は複数のコンポーネントを有する任意の適切な制御回路を含み得る。駆動回路は、スキャンミラー６０８が入射ビーム６０４を偏向させて、出力ビーム６１０にスキャン、例えば、ラスタースキャンを生成させる方向を調節し、これにより、表示面又は視聴者の目６１４などの画像面上に表示される画像を生成する。

【0060】

図７は、１つの非限定的に示される実装に係るスキャンビームディスプレイシステム又はプロジェクタ７００の概略図である。スキャンビームディスプレイシステム７００は、多くの点で、図６のスキャンビームディスプレイシステム６００と同様又は同一であり得る。したがって、同様のコンポーネントは、同一の数字で参照され、そのようなコンポーネントの議論は、簡単にするために、ここでは繰り返すことはしない。

【0061】

スキャンビームディスプレイシステム７００は、ポストスキャン補正光学系７０２（ポストスキャン光学系）及びコリメーション光学系７０４を含む。ポストスキャン光学系７０２は、スキャンプラットフォーム６０６の後の光経路に配置されている１つ又は複数の光学系を含んでよく、本明細書では、概して「ポストスキャン」と称され得る。ポストスキャン補正光学系７０２は、投影された画像内の１つ又は複数の歪みアーチファクトを補正又は調整するように設計及び構成され得る。そのような歪みの例は、スマイル歪み、糸巻き型歪み、樽型歪み、軸外プロジェクションベースの歪みなどを含んでよい。これらは、単に、ポストスキャン補正光学系７０２が補正し得る非限定的な例のタイプの歪みであることを理解されたい。

【0062】

ポストスキャン光学系７０２は、導波路ベースの光学系、パンケーキ光学系、バードバス光学系、コーティングベースの光学系などのうちの１つ又は複数を含み得る。ポストスキャン光学系は、１つ又は複数のコンポーネントを含んでよい。ポストスキャン光学系７０２の効率は、そこを通り抜ける光の偏光に対して非常に敏感であり得る。つまり、異なる偏光は、強度と、ポストスキャン光学系７０２から抜け出す迷光とを著しく変化させるだろう。少なくともいくつかの実装において、ディスプレイシステム７００は、ポストスキャン光学系７０２により引き起こされる無限遠焦点の損失を少なくとも部分的に取り戻すために利用され得るコリメート又はビーム形成光学系７０４を含んでもよい。

【0063】

ディスプレイシステム７００は、上述したように、非常に偏光感度が高くてよいポストスキャン光学系７０２に偏光補償を提供するスキャンミラー６０８とポストスキャン光学系７０２との間に配置されている空間的に変化する偏光子７０６の形態の偏光補償光学系をさらに含む。空間的に変化する偏光子７０６は、例えば、ポストスキャン光学系７０２上、この隣、又は、この内側に配置され得る。他の実装において、空間的に変化する偏光子７０６は、光源６０２と表示される画像との間の光学系経路における他の箇所（例えば、プレスキャン、ポストスキャン、光源の隣接など）に配置されている。

【0064】

少なくともいくつかの実装において、コントローラ６１２は、空間的に変化する偏光子の空間に依存する位相遅延を任意の所望の構成に選択的に変化させる空間的に変化する偏光子７０６に動作可能に連結されてよい。そのような実装において、空間的に変化する偏光子７０６の空間に依存する位相遅延がコントローラ６１２により選択的に制御されることを可能にする１つ又は複数の薄膜トランジスタ層が提供され得る。コントローラ６１２は、例えば、１回だけ、周期的に、ディスプレイシステム７００又はそのごく一部のフレームレートに等しいレートで、などの任意の所望のレートで位相差を制御し得る。

【0065】

少なくともいくつかの実装において、コントローラ６１２は、視線追跡情報７０８を受信するように動作可能であってよく、ユーザが現在注視していると思われる最適化された領域において最適化される空間的に変化する偏光子７０６の空間に依存する位相遅延を選択的に調整するために用いられ得る。そのような視線追跡情報は、アイトラッキングサブシステムから、表示されるコンテンツに関する情報（例えば、オブジェクトの焦点）から、又は、ディスプレイに対して、ユーザが注視している可能性が高いに関する情報を提供する任意の他の情報源から受信され得る。

【0066】

上記のように、ポストスキャン光学系７０２の効率は、そこを通り抜ける光の偏光に対して非常に敏感であり得る。つまり、異なる偏光は、強度と、ポストスキャン光学系７０２から抜け出す迷光とを著しく変化させるであろう。比較的小さい領域又は視野（例えば、０～１０度、０～３０度、他の領域）にわたって空間的に変化する偏光子７０６を最適化するのに有利であり得、視野全体にわたって最適化するよりも著しく性能向上を提供し得る。視線追跡情報を用いて、システムは、より低い性能（例えば、より低い明度、より多くの迷光）領域の外部のエリアを構成しつつ、様々な特性（例えば、強度、迷光）に関する領域を最適化してよい。周辺領域を見分けるほどユーザの視覚がないので、ユーザが注視している領域の外側で、表示の性能が低下していることを、ユーザは、認識さえしないかもしれない。

【0067】

図８は、１つの非限定的に示される実装に係るヘッドマウントディスプレイシステムでの使用のための、導波路ベースの光学系と、空間的に変化する偏光子の形態の偏光補償光学系とを含むディスプレイシステム８００の概略図である。ディスプレイシステム８００は、レンズ又は支持構造８０２（９例えば、処方箋が必要な、又は、処方箋なしで購入可能な眼鏡レンズ）を含み得る。導波路構造８０４は、少なくとも部分的に構造８０２内に埋め込まれてよい、又は、構造に近接して（例えば、構造の前方又は後方に）配置されてよい。導波路８０４は、導波路内に全反射を提供すべく、周囲の構造（例えば、構造８０２）の屈折率とは十分に異なる屈折率を有する材料で形成されている矩形（又は、他の形状）プリズム構造であってよい。

【0068】

導波路８０４へと光が結合することを可能にすべく、ディスプレイシステム８００は、導波路の第１部分に物理的に連結されているインカプラ８０６を含む。同様に、導波路８０４から視聴者の目８１０に向けて光が結合することを可能にすべく、ディスプレイシステム８００は、導波路の第２部分に物理的に連結されているアウトカプラ８０８を含む。上述したように、インカプラ８０６を通じてイン結合（ｉｎ－ｃｏｕｐｌｅ）し、アウトカプラ８０８を通じてアプト結合（ｏｕｔ－ｃｏｕｐｌｅ）するディスプレイ光は、ディスプレイ光源、例えば、プロジェクタ、スキャンレーザプロジェクタ、マイクロディスプレイ、又は、他のディスプレイ光源から生じ得る。非限定的な例として、カプラ８０６及び８０８は、回折格子、ホログラム、ホログラフィック光学系素子、体積型回折格子、表面レリーフ型回折格子などのうちの１つ又は複数を含んでよい。カプラ８０６及び８０８は、反射型カプラ又は透過型カプラであってもよい。一例として、構造８０２は、右眼鏡レンズを含んでよく、インカプラ８０６は、ディスプレイソース（例えば、プロジェクタ）に近接する眼鏡レンズのエッジ近くに配置されてよく、視聴者が、真っ直ぐの領域又はだいたい真っ直ぐ前方を見つつ、導波路８０４からの光を見ることができるように、アウトカプラは、眼鏡レンズの中心に向けて配置されてよい。

【0069】

ディスプレイシステム８００は、空間的に変化する偏光子８１２の形態の偏光補償光学系をさらに含む。非限定的な図示される例において、上述したように、非常に偏光感度が高くなり得る導波路８０４に入る光に対して偏光補償を提供すべく、空間的に変化する偏光子８１２は、インカプラ８０６に隣接して配置されている。空間的に変化する偏光子８１２は、例えば、導波路８０４上、この隣、又は、この内側（破線で示されるように）配置され得る。少なくともいくつかの実装において、空間的に変化する偏光子８１２は、例えば、インカプラ８０６側、又は、アウトカプラ８０８側のいずれかに隣接して配置されている。他の実装において、空間的に変化する偏光子８１２は、偏光補償を提供すべく、ディスプレイ光源と、視聴者の目との間の光学系経路における他の箇所に配置されている。

【0070】

図９は、偏光多重化を利用して、波長（例えば、色）にわたって最適化される導波路構造を提供する拡張現実システムに対するディスプレイシステム９００の概略図である。ディスプレイシステム８００は、ディスプレイシステム８００のコンポーネントと同様又は同一であるいくつかのコンポーネントを含み、コンポーネントは、同一の参照数字により識別される。ディスプレイシステム９００は、レンズ又は支持構造８０２（例えば、処方箋が必要な、又は、処方箋なしで購入可能な眼鏡レンズ）を含み得る。光結合器構造９０２は、少なくとも部分的に構造８０２（例えば、レンズ）内に埋め込まれてよい、又は、構造に近接して（例えば、構造の前方又は後方に）配置されてよい。光結合器９０２は、光結合器の少なくとも一部内に全反射を提供すべく、周囲の構造（例えば、構造８０２）の屈折率とは十分に異なる屈折率を有する材料で形成されている矩形（又は、他の形状）構造であってよい。

【0071】

光結合器９０２へと光が結合することを可能にすべく、ディスプレイシステム９００は、光結合器９０２の第１部分に物理的に連結されているインカプラ８０６を含む。同様に、光結合器９０２から視聴者の目８１０に向けて光が結合することを可能にすべく、ディスプレイシステム９００は、第１部分とは反対側の光結合器の第２部分に物理的に連結されているアウトカプラ８０８を含む。上述したようにインカプラ８０６を通じてイン結合し、アウトカプラ８０８を通じてアウト結合するディスプレイ光は、光学エンジン９０８から生じてよく、ディスプレイ光源９１０、例えば、プロジェクタ、スキャンレーザプロジェクタ、マイクロディスプレイ、又は、他のディスプレイ光源を含んでよい。非限定的な例として、カプラ８０６及び８０８は、回折格子、ホログラム、ホログラフィック光学系素子、体積型回折格子、表面レリーフ型回折格子などのうちの１つ又は複数を含んでよい。カプラ８０６及び８０８は、反射型カプラ又は透過型カプラであってもよい。一例として、構造８０２は、右眼鏡レンズを含んでよく、インカプラ８０６は、ディスプレイソース（例えば、プロジェクタ）に近接する眼鏡レンズのエッジ近くに配置されてよく、視聴者が、真っ直ぐの領域又はだいたい真っ直ぐ前方を見つつ、光結合器９０２からの光を見ることができるように、アウトカプラは、眼鏡レンズの中心に向けて配置されてよい。さらに、少なくともいくつかの実装において、図９に示されるコンポーネントは、ユーザの一方の目に対するものであってよく、同様又は同一のコンポーネントのセットが、双眼表示を提供すべく、ユーザの他方の目に対して提供されてよい。

【0072】

図示される例において、光学エンジン９０８は、光源９１０の前方に位置する選択的な偏光子光学系（ＳＰＯ）９１２（例えば、マイクロディスプレイ、スキャンビーム）を含む。選択的な偏光子光学系９１２は、液晶材料、例えば、上述したマルチツイストリターダ（ＭＴＲ）で形成されてよく、本明細書の他の箇所で説明される空間的に変化する偏光子と同様又は同一であってよい。一般的に、選択的な偏光子光学系を出るディスプレイソースからの光は、コリメータ９１４によりコリメートされ、次に、光結合器９０２によりガイドされるインカプラ８０６とインタラクトする。光結合器９０２は、光学補正を提供し、アウトカプラ８０８に光を伝え、光９２０は、光結合器９０２を出て、ユーザの目８１０に画像を提示する。

【0073】

より具体的には、選択的な偏光子光学系９１２は、複数の波長又は色Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３（例えば、赤、緑、青）を含む光９１６を受信する。選択的な偏光子光学系９１２は、ディスプレイ光源９１０から光９１６を受信し、第１偏光状態（Ｐ１）における第１の色（Ｃ１）の光９１８、及び、第２偏光状態（Ｐ２）における少なくとも第２の色（Ｃ２又はＣ３）の光を出力するように動作可能であり、第２偏光状態は、第１偏光状態に対して直交する。非限定的な例として、選択的な偏光子光学系９１２は、赤色光（Ｃ１）をＰ個の偏光状態（Ｐ１）に変換してよく、緑色（Ｃ２）及び青色（Ｃ３）光を偏光状態（Ｐ２）に変換してよい。

【0074】

光結合器９０２は、第１偏光感受型回折光学系素子（ＰＳＤＯＥ）９０４及び第２偏光感受型回折光学系素子９０６を含む。第１及び第２偏光感受型回折光学系素子の各々は、液晶材料、例えば、マルチツイストリターダから形成されてよく、本明細書の他の箇所で説明される空間的に変化する偏光子と同様又は同一であってよい。第１偏光感受型回折光学系素子９０４は、第１偏光状態（Ｐ１）の光を回折させ、第２偏光状態（Ｐ２）の光を回折させることなく通過させる第１の回折パタ－ンを含む。同様に、第２偏光感受型回折光学系素子９０６は、第２偏光状態（Ｐ２）の光を回折させ、第１偏光状態（Ｐ１）の光を回折させることなく通過させる第２の回折パターンを含む。第１の回折パターンは、第１の色（Ｃ１）に対して最適化された補正を提供するように設計されており、第２の回折パターンは、少なくとも第２の色（例えば、Ｃ２及び／又はＣ３）に対して最適化された補正を提供するように設計されている。

【0075】

上述したように、所望の波長（例えば、３８０から７４０ナノメートル）の全体にわたって適切な補正を提供する回折光学系素子を設計することは困難となり得る。色に応じて光源９１０からの光を偏光させることにより、第１及び第２偏光感受型回折光学系素子９０４及び９０６の各々は、より狭い範囲の波長を最適化することができ、光結合器９０２全体により、より多くの設計上の自由、及び、最終的により良い修正を可能にする。上記の例を続けると、第１偏光感受型回折光学系素子が、第２偏光状態（Ｐ２）における緑又は青色光を見ないので、第１偏光感受型回折光学系素子９０４は、第１偏光状態（Ｐ１）における赤色光（Ｃ１）のみに対して最適化され得る。同様に、第２偏光感受型回折光学系素子が、第１偏光状態（Ｐ１）における赤色光（Ｃ１）を視認しないので、第２偏光感受型回折光学系素子９０６は、第２偏光状態（Ｐ２）における緑色光（Ｃ２）及び青色光（Ｃ３）のみに対して最適化され得る。

【0076】

図１０は、偏光多重化を利用して、ディスプレイシステムの全又は全体的な視野にわたって最適化される導波路構造を提供する拡張現実システムに対するディスプレイシステム１０００の概略図である。ディスプレイシステム１０００は、上述したディスプレイシステムのコンポーネントと同様又は同一であるいくつかのコンポーネントを含み、コンポーネントは、同一の参照数字により識別される。ディスプレイシステム１０００は、レンズ又は支持構造８０２（例えば、処方箋が必要な、又は、処方箋なしで購入可能な眼鏡レンズ）を含み得る。光結合器構造１００２は、少なくとも部分的に構造８０２（例えば、レンズ）内に埋め込まれてよい、又は、構造に近接して（例えば、構造の前方又は後方に）配置されてよい。光結合器１００２は、光結合器の少なくとも一部内に全反射を提供すべく、周囲の構造（例えば、構造８０２）の屈折率とは十分に異なる屈折率を有する材料で形成されている矩形（又は、他の形状）構造であってよい。

【0077】

光結合器１００２へと光が結合することを可能にすべく、ディスプレイシステム１０００は、光結合器１００２の第１部分に物理的に連結されているインカプラ８０６を含む。同様に、光結合器１００２から視聴者の目８１０に光が結合することを可能にすべく、ディスプレイシステム１０００は、第１部分とは反対側の光結合器の第２部分に物理的に連結されているアウトカプラ８０８を含む。上述したように、インカプラ８０６を通じてイン結合し、アウトカプラ８０８を通じてアウト結合するディスプレイ光は、光学エンジン１００８から生じてよく、ディスプレイ光源１０１０、例えば、プロジェクタ、スキャンレーザプロジェクタ、マイクロディスプレイ、又は、他のディスプレイ光源を含んでよい。非限定的な例として、カプラ８０６及び８０８は、回折格子、ホログラム、ホログラフィック光学系素子、体積型回折格子、表面レリーフ型回折格子などのうちの１つ又は複数を含んでよい。カプラ８０６及び８０８は、反射型カプラ又は透過型カプラであってもよい。一例として、構造８０２は、右眼鏡レンズを含んでよく、インカプラ８０６は、ディスプレイソース（例えば、プロジェクタ）に近接する眼鏡レンズのエッジ近くに配置されてよく、視聴者が、真っ直ぐの領域又はだいたい真っ直ぐ前方を見つつ、光結合器１００２からの光を見ることができるように、アウトカプラは、眼鏡レンズの中心に向けて配置されてよい。さらに、少なくともいくつかの実装において、図１０に示されるコンポーネントは、ユーザの一方の目に対するものであってよく、同様又は同一のコンポーネントのセットは、双眼表示を提供すべく、ユーザの他方の目に対して提供されてよい。

【0078】

図示される例において、光学エンジン１００８は、光源１０１０の前方に位置する選択的な偏光子光学系（ＳＰＯ）１０１２（例えば、マイクロディスプレイ、スキャンビーム）を含む。選択的な偏光子光学系１０１２は、液晶材料、例えば、マルチツイストリターダ（ＭＴＲ）で形成されてよい。一般的に、選択的な偏光子光学系１０１２から出るディスプレイソースからの光は、コリメータ１０１４によりコリメートされ、次に、光結合器１００２によりガイドされるインカプラ８０６とインタラクトする。光結合器１００２は、光学補正を提供し、アウトカプラ８０８に光を伝え、光１０２０は、光結合器１００２を出て、ユーザの目８１０に画像を提示する。

【0079】

より具体的には、選択的な偏光子光学系１０１２は、ユーザの目８１０に提供される全又は全体的な視野を通じて複数の波長又は色Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３（例えば、赤、緑、青）を含む光１０１６を受信する。選択的な偏光子光学系１０１２は、ディスプレイ光源１０１０からの光１０１６を受信し、第１偏光状態（Ｐ１）における第１視野部分（ＦＯＶ１）内の光１０１８、及び、第２偏光状態（Ｐ２）における第２視野部分（ＦＯＶ２）内の光１０１９を出力するように動作可能であり、第２偏光状態は、第１偏光状態に対して直交する。非限定的な例として、選択的な偏光子光学系１０１２は、軸上にあり、かつ、狭い角度範囲（例えば、軸から２０度以内）にある光をＰ個の偏光状態（Ｐ１）に変換してよく、狭い角度範囲外の視野全体にある光を偏光状態（Ｐ２）に変換してよい。図１１Ａは、第２視野部分１１０４により取り囲まれている狭い角度範囲を有する第１視野部分１１０２で構成されているＨＭＤシステムの例示的な全視野１１００を示す。図１１Ｂは、第２視野部分１１０８に隣接して配置されている第１視野部分１１０６で構成されている全視野１１００の別の例を示す。示される実施形態は、例のみの目的で提供されており、第１及び第２視野部分の他の構成が用いられてよいことを理解されたい。

【0080】

光結合器１００２は、第１偏光感受型回折光学系素子（ＰＳＤＯＥ）１００４及び第２偏光感受型回折光学系素子１００６を含む。第１及び第２偏光感受型回折光学系素子の各々は、液晶材料、例えば、マルチツイストリターダから形成されてよい。第１偏光感受型回折光学系素子１００４は、第１偏光状態（Ｐ１）の光を回折させ、第２偏光状態（Ｐ２）の光を回折させることなく通過させる第１の回折パタ－ンを含む。同様に、第２偏光感受型回折光学系素子１００９は、第２偏光状態（Ｐ２）の光を回折させ、第１偏光状態（Ｐ１）の光を回折させることなく通過させる第２の回折パターンを含む。第１の回折パターンは、第１視野部分（ＦＯＶ１）に対して最適化された補正を提供するように設計されており、第２の回折パターンは、第２視野部分（ＦＯＶ２）に対して最適化された補正を提供するように設計されている。

【0081】

上述したように、ディスプレイシステムの視野全体にわたって適切な補正を提供する回折光学系素子を設計することは困難となり得る。視野全体の視野部分に応じて光源１０１０からの光を偏光させることにより、第１及び第２偏光感受型回折光学系素子１００４及び１００６の各々は、より小さい視野を最適化することができ、光結合器１００２全体により、より多くの設計上の自由、及び、最終的により良い修正を可能にする。上記の例を続けると、第１偏光感受型回折光学系素子は、第２偏光状態（Ｐ２）における広い視野（ＦＯＶ２）内の光を視認しないので、第１偏光感受型回折光学系素子１００４は、第１偏光状態（Ｐ１）における狭い視野（ＦＯＶ１）のみに対して最適化され得る。同様に、第２偏光感受型回折光学系素子が、第１偏光状態（Ｐ１）における狭い視野（ＦＯＶ１）内の光を視認しないので、第２偏光感受型回折光学系素子１００６は、第２偏光状態（Ｐ２）における広い視野（ＦＯＶ２）内の光のみに対して最適化され得る。

【0082】

少なくともいくつかの実装において、コントローラ（例えば、コントローラ６１２）は、それらの空間に依存する位相遅延を任意の所望の構成に選択的に変化させるべく、選択的な偏光子光学系及び／又は偏光感受型回折光学系素子に動作可能に連結され得る。 そのような実装において、コンポーネントの空間に依存する位相遅延が選択的に制御されることを可能にする１つ又は複数の薄膜トランジスタ層が提供され得る。コントローラは、例えば、１回だけ、周期的に、ディスプレイシステム又はそのごく一部のフレームレートに等しいレートで、などの任意の所望のレートで位相差を制御し得る。

【0083】

本明細書で説明される空間的に変化する偏光子を利用することにより、光学系設計者は、改善された性能及び効率を有する光学系を生成すべく、非常に多くの自由度を有し、ディスプレイシステムがより良い視聴体験、コストの削減を提供することを可能にし、サイズ又は重みをより小さくし、より少ない電力を消費し、当業者に明らかとなる他の利点を提供する。

【0084】

上記で説明される様々な実装は、さらなる実装形態を提供するために組み合わせられることができる。上記の詳細な説明を踏まえて、これら及び他の変更が実装に対して行われ得る。一般的に、以下の特許請求の範囲において、用いられている用語は、本明細書及び特許請求の範囲において開示されている特定の実装に特許請求の範囲を限定するように解釈されるべきではないが、そのような特許請求の範囲の対象となる均等物の範囲全体と共にすべての可能な実装を含むように解釈されるべきである。したがって、特許請求の範囲は、本開示により限定されるものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【国際調査報告】