特表 2023-512877 空間変動偏光子を使用した視野ベースの光学補正

(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】空間変動偏光子を使用した視野ベースの光学補正

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20230323BHJP

   G02B 27/28 20060101ALI20230323BHJP

   G02F 1/1347 20060101ALI20230323BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20230323BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20230323BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

G02B27/28 Z

G02F1/1347

G02B5/18

G02B5/30

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022534737

(86)(22)【出願日】2021-02-03

(85)【翻訳文提出日】2022-08-08

(86)【国際出願番号】 US2021016436

(87)【国際公開番号】W WO2021158677

(87)【国際公開日】2021-08-12

(31)【優先権主張番号】62/971,183

(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）】

2H149

2H189

2H199

2H249

【Ｆターム（参考）】

2H149AA17

2H149AA23

2H149AB05

2H149BA03

2H149BB28

2H189AA21

2H189AA29

2H189AA32

2H189JA05

2H189MA15

2H199AB12

2H199AB45

2H199AB58

2H199CA24

2H199CA26

2H199CA43

2H199CA65

2H199CA67

2H199CA74

2H199CA83

2H199CA92

2H199CA94

2H199CA96

2H249AA04

2H249AA08

2H249AA17

2H249AA50

2H249AA60

2H249AA64

(57)【要約】

光学システムを提供する。
光学システムは、ユーザの注視を追跡し、注視を表すデータを出力するように動作可能な注視トラッカと、複数の空間変動偏光子を有する矯正補正部分とを備える。空間変動偏光子のうちの第１の偏光子は、第１の偏光子がアクティブであるべきか、または、非アクティブであるべきかどうかを示す第１の制御信号を受け取るように構成された第１の制御入力端入力部を含む。第１の偏光子は、アクティブである際には、虚像の第１の領域に対応する位置において、通過している光に第１の光学矯正補正を提供する。光学システムは、注視を表すデータを受け取り、第１の光学矯正補正を光に実施するかどうかを、注視に基づいて判定し、第１の光学矯正補正を光に実施するべきと判定実施することを決定することに応答して、第１の偏光子がアクティブであるべきことを示す第１の制御信号を出力するように構成されたコントローラを備える。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ユーザの注視を追跡し、前記注視を表すデータを出力するように動作可能な注視トラッカと、
複数の空間変動偏光子を有する補正部分であって、前記複数の空間変動偏光子のうちの第１の空間変動偏光子が、複数の制御信号のうちの、前記第１の空間変動偏光子がアクティブであるべきか、または、非アクティブであるべきかを示す第１の制御信号を受け取るように構成された第１の制御入力部を含み、前記第１の空間変動偏光子が、アクティブである際には、虚像の複数の領域のうちの第１の領域に対応する位置において、前記補正部分を通過している光に第１の光学補正を提供するように動作可能である、補正部分と、
前記ユーザの前記注視を表す前記データを受け取り、
前記補正部分内で、前記第１の領域に対応する前記位置を通過している前記光に前記第１の光学補正を実施するべきかどうかを、前記注視に基づいて判定し、
前記補正部分内で、前記第１の領域に対応する前記位置を通過している前記光に前記第１の光学補正を実施することを決定することに応答して、前記第１の空間変動偏光子がアクティブであるべきことを示す前記第１の制御信号を出力する
ように構成されたコントローラと
を備える光学システム。

【請求項2】

前記虚像の前記複数の領域のうちの前記第１の領域が、前記ユーザの前記注視の視野内にある、
請求項１に記載の光学システム。

【請求項3】

前記コントローラが、
前記ユーザの前記注視を表す前記データに基づいて、前記注視が変化したと判定し、
前記補正部分内で、前記虚像の前記複数の領域のうちの第２の領域に対応する位置を通過している光に、前記複数の空間変動偏光子のうちの第２の空間変動偏光子による第２の光学補正を実施することを決定する
ように構成されている、
請求項１または２に記載の光学システム。

【請求項4】

前記複数の空間変動偏光子のうちの前記第２の空間変動偏光子が、前記複数の制御信号のうちの、前記第２の空間変動偏光子がアクティブであるべきか、または、非アクティブであるべきかを示す第２の制御信号を受け取るように構成された第２の制御入力部を有し、
前記コントローラが、前記補正部分内で、前記第２の領域に対応する前記位置を通過している前記光に前記第２の光学補正を実施することを決定することに応答して、前記第２の空間変動偏光子がアクティブであるべきことを示す前記第２の制御信号を出力するように構成されている、
請求項３に記載の光学システム。

【請求項5】

前記コントローラが、前記補正部分内で、前記第２の領域に対応する前記位置を通過している前記光に前記第２の光学補正を実施することを決定することに応答して、前記第１の空間変動偏光子が非アクティブであるべきことを示す前記第１の制御信号を出力するように構成されている、
請求項４に記載の光学システム。

【請求項6】

前記補正部分を通過している前記光が、前記第１の空間変動偏光子を通過した後に、前記第２の空間変動偏光子に入射するように、前記第１の空間変動偏光子および前記第２の空間変動偏光子が、積み重ね構成内に存在する、
請求項３から５のいずれか一項に記載の光学システム。

【請求項7】

前記第１の光学補正を提供することが、回折パターンに応じた回折、光コリメーション、集光、画像鮮明化、角分解能改変、焦点距離改変、または、収差補正を実行することを含む、
請求項１から６のいずれか一項に記載の光学システム。

【請求項8】

前記複数の空間変動偏光子のうちのいずれかの空間変動偏光子が、マルチツイストリターダ（ＭＴＲ）を含む、
請求項１から７のいずれか一項に記載の光学システム。

【請求項9】

支持構造と、
ディスプレイと、
ユーザの注視を追跡し、前記注視を表すデータを出力するように動作可能な注視トラッカと、
第１の光学サブシステムおよび第２の光学サブシステムを有する光学システムであって、前記第１の光学サブシステムおよび前記第２の光学サブシステムのそれぞれが、複数の空間変動偏光子を含む補正部分を含み、前記複数の空間変動偏光子のうちの第１の空間変動偏光子が、複数の制御信号のうちの、前記第１の空間変動偏光子がアクティブであるべきか、または、非アクティブであるべきかを示す第１の制御信号を受け取るように構成された第１の制御入力部を含み、前記第１の空間変動偏光子が、アクティブである際には、前記補正部分内で、虚像の複数の領域のうちの第１の領域に対応する位置を通過している光に第１の光学補正を提供するように動作可能である、光学システムと、
前記第１の光学サブシステムおよび前記第２の光学サブシステムのそれぞれについて、
前記ユーザの前記注視を表す前記データを受け取り、
前記補正部分内で、前記第１の領域に対応する前記位置を通過している前記光に前記第１の光学補正を実施するべきかどうかを、前記注視に基づいて判定し、
前記第１の領域に対応する前記位置において、前記補正部分を通過している前記光に前記第１の光学補正を実施することを決定することに応答して、前記第１の空間変動偏光子がアクティブであるべきことを示す前記第１の制御信号を出力する
ように構成されたコントローラと
を備えるヘッドマウントディスプレイシステム。

【請求項10】

前記第１の光学サブシステムおよび前記第２の光学サブシステムのそれぞれについて、前記虚像の前記複数の領域のうちの前記第１の領域が、前記ユーザの前記注視の視野内にある、
請求項９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】

前記第１の光学サブシステムおよび前記第２の光学サブシステムのそれぞれについて、前記コントローラが、
前記注視を表す前記データに基づいて、前記注視が変化したと判定し、
前記補正部分内で、前記虚像の前記複数の領域のうちの第２の領域に対応する位置を通過している光に、前記複数の空間変動偏光子のうちの第２の空間変動偏光子による第２の光学補正を実施することを決定する
ように構成されている、
請求項９または１０に記載の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の光学サブシステムおよび前記第２の光学サブシステムのそれぞれについて、前記複数の空間変動偏光子のうちの前記第２の空間変動偏光子が、前記複数の制御信号のうちの、前記第２の空間変動偏光子がアクティブであるべきか、または、非アクティブであるべきかを示す第２の制御信号を受け取るように構成された第２の制御入力部を有し、
前記第１の光学サブシステムおよび前記第２の光学サブシステムのそれぞれについて、前記コントローラが、前記補正部分内で、前記第２の領域に対応する前記位置を通過している前記光に前記第２の光学補正を実施することを決定することに応答して、前記第２の空間変動偏光子がアクティブであるべきことを示す前記第２の制御信号を出力するように構成されている、
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の光学サブシステムおよび前記第２の光学サブシステムのそれぞれについて、前記コントローラが、前記補正部分内で、前記第２の領域に対応する前記位置を通過している前記光に前記第２の光学補正を実施することを決定することに応答して、前記第１の空間変動偏光子が非アクティブであるべきことを示す前記第１の制御信号を出力するように構成されている、
請求項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の光学サブシステムおよび前記第２の光学サブシステムのそれぞれについて、前記補正部分を通過している前記光が、前記第１の空間変動偏光子を通過した後に、前記第２の空間変動偏光子に入射するように、前記第１の空間変動偏光子および前記第２の空間変動偏光子が、積み重ね構成内に存在する、
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の光学サブシステムおよび前記第２の光学サブシステムのそれぞれについて、前記第１の光学補正を提供することが、回折パターンに応じた回折、光コリメーション、集光、画像鮮明化、角分解能改変、焦点距離改変、または、収差補正を実行することを含む、
請求項９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の光学サブシステムおよび前記第２の光学サブシステムのそれぞれについて、前記複数の空間変動偏光子のうちのいずれかの空間変動偏光子が、マルチツイストリターダ（ＭＴＲ）を含む、
請求項９から１５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、空間変動偏光子を使用して、視野ベースの光学補正を実行する光学補正システムに関する。

【背景技術】

【0002】

ヘッドマウントディスプレイデバイス（ＨＭＤ）は、ユーザの頭部に着用され、ユーザにビジュアルコンテンツを提示するための１つまたは複数の表示ユニットを有する表示デバイスである。ＨＭＤは、仮想現実（ＶＲ）体験もしくは拡張現実（ＡＲ）体験を提供するために、または、オーディオビジュアル媒体のゲーミングもしくは提示を容易にするためにますます一般的になっている。表示ユニットは、一般に小型化されており、例えば、ＣＲＴ技術、ＬＣＤ技術、リキッドクリスタルオンシリコン（エルコス）技術、または、ＯＬＥＤ技術を含み得る。いくつかのＨＭＤは、双眼式であり、それぞれの眼に異なる画像を表示することが可能である。この機能を使用して、より没入感のあるユーザ体験を提示するための立体画像が表示される。

【0003】

従来型のＨＭＤは、ユーザの視野角または視野が考慮されない。従来型のＨＭＤは、ユーザの視野角または視野に虚像光を適応させずにユーザにビジュアルコンテンツを表示する。

【発明の概要】

【0004】

ヘッドマウントディスプレイは、虚像表示ユニットと、虚像光を改変するための光学システムとを含むものとして要約することができる。光学システムは、虚像光を改変して、ユーザの体験もしくは視認を向上させること、または、虚像光の角分解能を改善することができる。光学システムは、光学補正を実行して、虚像光の焦点距離を改変すること、または、虚像光を鮮明化することができる。具体的には、光学システムは、虚像光のうち、ユーザが視認している、または、見つめている特定の部分の光を対象にすること、改変すること、または、それに作用することができる。虚像光のうちのその部分は、ユーザの現在の視野に含まれ得る。したがって、虚像光のうちのその部分に光学補正を局所化させることができる。

【0005】

光学システムにより実行される光学補正は、ユーザの注視の角度もしくは方向、または、ユーザの視野に基づき得る。ユーザの注視の角度もしくは方向または視野は、例えば、ヘッドマウントディスプレイの注視トラッカにより検出され得る。光学システムは、虚像表示から受け取られる虚像光を改変して、左眼視認および右眼視認をそれぞれ補正するように動作可能な左光学サブシステムおよび右光学サブシステムを含むことができる。

【0006】

光学システムは、コントローラ入力に基づいて、アクティブ（オン）状態または非アクティブ（オフ）状態になるように、それぞれが動作可能な１つまたは複数の空間変動偏光子を含む。空間変動偏光子は、マルチツイストリターダ（ＭＴＲ）で形成し、単一の薄膜内で正確な遅延レベルを提供するようにカスタマイズすることができる。空間変動偏光子は、補正光学部品として動作し、自体を通過している光に屈折（屈折率に応じる）または回折（回折パターンに応じる）を受けさせるように構成することができる。空間変動偏光子は、偏光が方向付けられるレンズとして形成し、通過光を集光するために電気的に制御可能な焦点距離を有することができ、通過光にコリメーションを実行することができる。自体の空間変動特性に起因して、マルチツイストリターダは、切り替え可能な局所化された光学補正を提供する。この局所化された光学補正は、虚像光のうち、ユーザの現在の視野に含まれる部分に作用することができる。局所化された光学補正は、虚像光のうち、ユーザの現在の視野に含まれる部分に対して、虚像光のうち、ユーザの現在の視野の外にある他の部分とは異なって作用することができるので、現在の視野内での光学補正の最適化が可能になる。

【0007】

各空間変動偏光子は、その空間変動偏光子を通過している光に作用する回折パターン特性、光コリメーション特性、集光特性、または、収差補正特性をとりわけ有するように形成することができる。２つまたはそれより多くの空間変動偏光子のサブセットは、組み合わせることで、そのサブセットを通過している光に作用する特定の回折特性、光コリメーション特性、集光特性、または、収差補正特性をとりわけ有することができる。

【0008】

空間変動偏光子は、オン状態とオフ状態とで切り替え可能である。コントローラは、個別の空間変動偏光子、空間変動偏光子のサブセット、または、利用可能な全ての空間変動偏光子をオンまたはオフに切り替えて、対応する光学補正を実現および実装することができる。コントローラは、様々な空間変動偏光子をオン状態とオン状態とで切り替えて、虚像のそれぞれ異なる部分について、利用可能なそれぞれ異なる光学補正を切り替えることができる。視認中に、コントローラは、注視トラッカから、または、他のソースからユーザの注視の指示を受け取る。ユーザの注視が変化し、ユーザの注視が１つの領域から他の領域に変化すると、コントローラは、空間変動偏光子を切り替えて、虚像光のうち、ユーザの現在の視野に含まれる部分への局所化された光学補正を実現する。

【0009】

光学システムは、ユーザの注視を追跡し、前記注視を表すデータを出力するように動作可能な注視トラッカと、複数の空間変動偏光子を有する補正部分であって、前記複数の空間変動偏光子のうちの第１の空間変動偏光子が、複数の制御信号のうちの、前記第１の空間変動偏光子がアクティブであるべきか、または、非アクティブであるべきかを示す第１の制御信号を受け取るように構成された第１の制御入力部を含み、前記第１の空間変動偏光子が、アクティブである際には、虚像の複数の領域のうちの第１の領域に対応する位置において、前記補正部分を通過している光に第１の光学補正を提供するように動作可能である、補正部分と、前記ユーザの前記注視を表す前記データを受け取り、前記補正部分内で、前記第１の領域に対応する前記位置を通過している前記光に前記第１の光学補正を実施するべきかどうかを、前記注視に基づいて判定し、前記補正部分内で、前記第１の領域に対応する前記位置を通過している前記光に前記第１の光学補正を実施することを決定することに応答して、前記第１の空間変動偏光子がアクティブであるべきことを示す前記第１の制御信号を出力するように構成されたコントローラとを備えるものとして要約することができる。前記虚像の前記複数の領域のうちの前記第１の領域は、前記ユーザの前記注視の視野内にあり得る。前記コントローラは、前記ユーザの前記注視を表す前記データに基づいて、前記注視が変化したと判定し、前記補正部分内で、前記虚像の前記複数の領域のうちの第２の領域に対応する位置を通過している光に、前記複数の空間変動偏光子のうちの第２の空間変動偏光子による第２の光学補正を実施することを決定するように構成することができる。前記複数の空間変動偏光子のうちの前記第２の空間変動偏光子は、前記複数の制御信号のうちの、前記第２の空間変動偏光子がアクティブであるべきか、または、非アクティブであるべきかを示す第２の制御信号を受け取るように構成された第２の制御入力部を有することができ、前記コントローラは、前記補正部分内で、前記第２の領域に対応する前記位置を通過している前記光に前記第２の光学補正を実施することを決定することに応答して、前記第２の空間変動偏光子がアクティブであるべきことを示す前記第２の制御信号を出力するように構成されている。前記コントローラは、前記補正部分内で、前記第２の領域に対応する前記位置を通過している前記光に前記第２の光学補正を実施することを決定することに応答して、前記第１の空間変動偏光子が非アクティブであるべきことを示す前記第１の制御信号を出力するように構成することができる。前記補正部分を通過している前記光が、前記第１の空間変動偏光子を通過した後に、前記第２の空間変動偏光子に入射するように、前記第１および前記第２の空間変動偏光子は、積み重ね構成内に存在し得る。前記第１の光学補正を提供することは、回折パターンに応じた回折、光コリメーション、集光、画像鮮明化、角分解能改変、焦点距離改変、または、収差補正を実行することを含み得る。前記複数の空間変動偏光子のうちのいずれかの空間変動偏光子が、マルチツイストリターダ（ＭＴＲ）を含み得る。

【0010】

ヘッドマウントディスプレイシステムは、支持構造と、ディスプレイと、ユーザの注視を追跡し、前記注視を表すデータを出力するように動作可能な注視トラッカと、第１および第２の光学サブシステムを有する光学システムであって、前記第１および前記第２の光学サブシステムのそれぞれが、複数の空間変動偏光子を含む補正部分を含み、前記複数の空間変動偏光子のうちの第１の空間変動偏光子が、複数の制御信号のうちの、前記第１の空間変動偏光子がアクティブであるべきか、または、非アクティブであるべきかを示す第１の制御信号を受け取るように構成された第１の制御入力部を含み、前記第１の空間変動偏光子が、アクティブである際には、虚像の複数の領域のうちの第１の領域に対応する位置において、前記補正部分を通過している光に第１の光学補正を提供するように動作可能である、光学システムと、前記第１および前記第２の光学サブシステムのそれぞれについて、前記ユーザの前記注視を表す前記データを受け取り、前記補正部分内で、前記第１の領域に対応する前記位置を通過している前記光に前記第１の光学補正を実施するべきかどうかを、前記注視に基づいて判定し、前記補正部分内で、前記第１の領域に対応する前記位置を通過している前記光に前記第１の光学補正を実施することを決定することに応答して、前記第１の空間変動偏光子がアクティブであるべきことを示す前記第１の制御信号を出力するように構成されたコントローラとを備えるものとして要約することができる。前記第１および前記第２の光学サブシステムのそれぞれについて、前記虚像の前記複数の領域のうちの前記第１の領域は、前記ユーザの前記注視の視野内にあり得る。前記第１および前記第２の光学サブシステムのそれぞれについて、前記コントローラは、前記注視を表す前記データに基づいて、前記注視が変化したと判定し、前記補正部分内で、前記虚像の前記複数の領域のうちの第２の領域に対応する位置を通過している光に、前記複数の空間変動偏光子のうちの第２の空間変動偏光子による第２の光学補正を実施することを決定するように構成することができる。前記第１および前記第２の光学サブシステムのそれぞれについて、前記複数の空間変動偏光子のうちの前記第２の空間変動偏光子は、前記複数の制御信号のうちの、前記第２の空間変動偏光子がアクティブであるべきか、または、非アクティブであるべきかを示す第２の制御信号を受け取るように構成された第２の制御入力部を有することができ、前記第１および前記第２の光学サブシステムのそれぞれについて、前記コントローラは、前記補正部分内で、前記第２の領域に対応する前記位置を通過している前記光に前記第２の光学補正を実施することを決定することに応答して、前記第２の空間変動偏光子がアクティブであるべきことを示す前記第２の制御信号を出力するように構成されている。前記第１および前記第２の光学サブシステムのそれぞれについて、前記コントローラは、前記補正部分内で、前記第２の領域に対応する前記位置を通過している前記光に前記第２の光学補正を実施することを決定することに応答して、前記第１の空間変動偏光子が非アクティブであるべきことを示す前記第１の制御信号を出力するように構成することができる。前記第１および前記第２の光学サブシステムのそれぞれについて、前記補正部分を通過している前記光が、前記第１の空間変動偏光子を通過した後に、前記第２の空間変動偏光子に入射するように、前記第１および前記第２の空間変動偏光子は、積み重ね構成内に存在し得る。前記第１および前記第２の光学サブシステムのそれぞれについて、前記第１の光学補正を提供することは、回折パターンに応じた回折、光コリメーション、集光、画像鮮明化、角分解能改変、焦点距離改変、または、収差補正を実行することを含み得る。前記第１および前記第２の光学サブシステムのそれぞれについて、前記複数の空間変動偏光子のうちのいずれかの空間変動偏光子が、マルチツイストリターダ（ＭＴＲ）を含み得る。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】１つまたは複数の実装形態による光学システムを有するヘッドマウントディスプレイの俯瞰平面図である。

【0012】

【図2】図１のヘッドマウントディスプレイの光学システムの光学サブシステムの図である。

【0013】

【図3】図１のヘッドマウントディスプレイの外装の俯瞰斜視図である。

【図4】ヘッドマウントディスプレイの模式ブロック図である。

【0014】

【図5】図４を参照して説明されるコントローラに結合された補正部分の図である。

【0015】

【図6】複数の空間変動偏光子により実行される視野ベースの光学補正の例を示す図である。

【0016】

【図7】説明される１つの非限定的実装形態による空間変動偏光子についての例示的表面位相マップの図である。

【0017】

【図8】説明される１つの非限定的実装形態による空間変動偏光子についての他の例示的表面位相マップの図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下の説明では、開示される様々な実装形態の完全な理解をもたらすために、特定の具体的詳細が記載される。しかし、当業者は、これらの具体的詳細のうちの１つまたは複数がなくても、または、他の方法、コンポーネント、材料などを用いて、実装形態が実践され得ることを認識するであろう。他の例では、実装形態の不要に曖昧な説明を避けるために、コンピュータシステム、サーバコンピュータ、および／または、通信ネットワークに関連する周知の構造の図示または詳細な説明を行っていない。

【0019】

文脈上他の意味に解するべき場合を除き、以下の明細書および特許請求の範囲を通して、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という単語は、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」と同義であり、包括的またはオープンエンドである（すなわち、記載されていない追加の要素または方法行為を排除しない）。本明細書では、特に断りのない限り、または、文脈と矛盾しない限り、「セット」という用語（例えば、「アイテムのセット」）と言った場合、１つまたは複数の部材または例を含む非空の集合と解釈される。

【0020】

本明細書を通して、「１つの実装形態」または「一実装形態」と言った場合、その実装形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または、性質が、少なくとも１つの実装形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書中の様々な箇所で「１つの実装形態では」または「一実装形態では」という言い回しが現れた場合、必ずしも全てが同一の実装形態を指しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または、性質を、任意の適当な手法で、１つまたは複数の実装形態内で組み合わせることができる。

【0021】

文脈が明確に規定しない限り、本明細書および添付の特許請求の範囲では、単数形の「ａ」、「ａｎ」、および、「ｔｈｅ」は、複数の指示対象を含む。文脈が明確に規定しない限り、「または（ｏｒ）」という用語は、「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」を含む意味合いで一般に用いられることにも留意されたい。

【0022】

本明細書で提供される開示の見出しおよび要約は、便宜のみのためのものであり、実装形態の範囲または意味を解釈しない。

【0023】

図１は、１つまたは複数の実施形態によるヘッドマウントディスプレイデバイス（ＨＭＤ）１００の俯瞰平面図を示す。ＨＭＤ１００は、毎秒３０フレーム（もしくは画像）または毎秒９０フレームなどの表示レートで提示される対応する映像を介するなどして、ユーザ１０４に仮想現実（ＶＲ）を提示するように構成され、同様のシステムの他の実施形態は、ユーザ１０４に拡張現実表示を提示することができる。ＨＭＤ１００は、ユーザ１０４の左眼１０５ｌおよび右眼１０５ｒに補正された虚像光１０２を提供する。ＨＭＤ１００は、フレーム１０８に装着された、または、フレーム１０８内に装着された１つまたは複数の虚像表示ユニット１０６を含む。虚像表示ユニット１０６は、ユーザにビジュアルコンテンツを知覚させるための虚像光１０２を生成する。ＨＭＤ１００は、虚像表示ユニット１０６の出射側に提供される左右のレンズ１０７ｌのセットおよびレンズ１０７ｒのセットを更に含み得る。虚像表示ユニット１０６から虚像光１０２が出射された後に、左右のレンズ１０７ｌのセットおよび１０７ｒのセットは、虚像光１０２を集光またはコリメーションし、そうでなければ、改変することができる。左右のレンズ１０７ｌのセットおよび１０７ｒのセットは、例えば、虚像光１０２を屈折させる、またはコリメーションするフレネルレンズを含み得る。

【0024】

また、ＨＭＤ１００は、ユーザの１つまたは複数の視覚条件についての補正のために選択的に可変な光学的性質を有する光学システム１１２を含む。例えば、光学システム１１２は、光を局所的に補正するように、選択的に調整可能である。虚像表示ユニット１０６から出射される虚像光１０２は、光学システム１１２内の光路１２６に沿って進み、これにより、光学システム１１２の光学的性質に応じて虚像光１０２が改変され、ユーザの左右の眼１０５ｌおよび１０５ｒそれぞれに、補正された虚像光１１４が出射される。

【0025】

フレーム１０８は、ユーザ１０４の頭部でＨＭＤ１００を支持するための装着構造である。フレーム１０８は、生成されるビジュアルコンテンツを視認するユーザの眼１０５ｌおよび１０５ｒの前方での位置決めを行うために、前部分１１８と、前部分１１８とは反対にある視認部分１２０とを有する本体１１６を含む。ＨＭＤ１００は、ユーザの頭部にＨＭＤ１００を選択的に装着するための１つまたは複数の支持構造を含む。例えば、図１のＨＭＤ１００は、ユーザ１０４の左右の耳１２４ｌおよび１２４ｒをそれぞれ覆うように載る左右のつる１２２ｌおよび１２２ｒを含む。いくつかの実施形態では、ＨＭＤ１００は、本体１１６に接続され、ユーザ１０４の頭部の裏に巻き付くストラップなどの他の支持構造を含んでもよい。ＨＭＤ１００の鼻アセンブリ（図示せず）は、ユーザ１０４の鼻の上で本体１１６を支持することができる。フレーム１０８は、ユーザの眼１０５ｌおよび１０５ｒのうちの一方の前方で光学システム１１２を位置決めするように形作ることおよびサイズを定めることができる。フレーム１０８は、説明目的で簡略化して眼鏡と同様に示されているが、実際には、より精巧な構造（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）を使用して、ユーザ１０４の頭部でＨＭＤ１００を支持および位置決めすることができることを理解されたい。

【0026】

虚像表示ユニット１０６は、光学システム１１２中で伝送され、光学システム１１２により選択的に改変される虚像光１０２を生成する。虚像表示ユニット１０６は、左眼１０５ｌへの提示用の画像光を生成するための左表示ユニット１０６ｌと、右眼１０５ｒへの提示用の画像光を生成するための右表示ユニット１０６ｒとを含む。虚像表示ユニット１０６は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオオード（ＬＥＤ）、陰極線管（ＣＲＴ）、リキッドクリスタルオンシリコン（エルコス）、または、虚像光１０２を生成する他の発光技術を含むことができる。図１に示す実施形態の虚像表示ユニット１０６は、ＨＭＤ１００の前部分に位置し、ユーザ１０４の眼に向かって後ろ方向に光を出射する。いくつかの実施形態では、虚像表示ユニット１０６は、眼１０５ｌまたは１０５ｒに、虚像光１０２を向ける（例えば、反射、屈折させる）波長を含むことができ、これにより、ユーザ１０４によるビジュアルコンテンツの知覚のために、虚像表示ユニット１０６の発光素子は、眼１０５ｌおよび１０５ｒの直接前方ではなくなる。いくつかの実施形態では、本体１１６の前部分１１８を少なくとも部分的に透明にすることができ、これにより、ユーザ１０４は、拡張現実体験を提供するための外部コンテンツを知覚することができる。

【0027】

ＨＭＤ１００は、ユーザ１０４またはユーザの眼１０５ｌ、１０５ｒの注視（またはその方向）を追跡するように構成される注視トラッカ１２７を含む。注視トラッカ１２７は、ＨＭＤ１００の内部要素として図示されているが、代替実施形態では、注視トラッカ１２７は、外部センサであってもよい。さらに、注視トラッカ１２７は、眼１０５ｌおよび１０５ｒのそれぞれについて別々に注視もしくは瞳孔の追跡を実行すること、または、ユーザ１０４の頭部の位置または向きを追跡すること（例えば、頭部追跡の一部分として）ができる。さらに、注視トラッカ１２７は、ユーザの体の他の様々な種類の動きおよび位置を追跡することができる。

【0028】

注視トラッカ１２７は、ユーザ１０４の注視を表すデータを出力することができる。このデータは、視認部分１２０のうち、ユーザ１０４が自身の注視を向けている部分（位置または領域）を示すことができる。この部分（位置または領域）は、視認部分１２０の中心、視認部分１２０の四半分の１つ、または、視認部分１２０の任意の他の領域であり得る。ユーザ１０４の注視を表すデータは、ユーザの注視が向けられる角度または座標（デカルト座標もしくは極座標）であり得る。

【0029】

いくつかの実施形態では、図１に示すものと同様の表示システムを用いて、説明された技術を使用することができるが、他の実施形態では、単一の光学レンズおよび表示デバイスを用いたもの、または、複数のこうした光学レンズおよび表示デバイスを用いたものを含めた、他の種類の表示システムが使用され得る。他のこうしたデバイスの非排他的な例には、カメラ、望遠鏡、顕微鏡、双眼鏡、スポッティングスコープ、測量スコープなどが含まれる。さらに、説明された技術は、光を出射して画像を形成する多種多様な表示パネルまたは他の表示デバイスを用いて使用することができ、１人のユーザまたは複数のユーザが、１つまたは複数の光学レンズを通して、これら画像を視認する。他の実施形態では、ユーザは、表示パネルを介すること以外のやり方で作られる１つまたは複数の画像（他の光源からの光を部分的にまたは全体的に反射する面の上などで作られる画像など）を１つまたは複数の光学レンズを通して視認することができる。

【0030】

虚像光１０２は、虚像表示ユニット１０６のそれぞれから、光学システム１１２中の光路１２６に沿って進み、視認部分１２０に向かう複数の光線を含み得る。光学システム１１２は、複数の光線のうちのいくつかまたは全てを改変して、補正された虚像光１１４を提供する。光学システム１１２は、虚像光１０２を改変するための１つまたは複数の光学サブシステム１３０を含む。複数の光学サブシステム１３０が、左眼１０５ｌについて虚像光１０２を改変するための左光学サブシステム１３０ｌと、右眼１０５ｒについて虚像光１０２を改変するための右光学サブシステム１３０ｒとを含むが、１つの光学サブシステム１３０を使用して、両方の眼１０５ｌ、１０５ｒについて虚像光１０２をまとめて改変することもできる。ユーザ１０４の視認体験を向上させるように、または、左眼１０５ｌおよび右眼１０５ｒそれぞれにおける視覚上の不備もしくは欠損を補正するように、左右の光学サブシステム１３０ｌおよび１３０ｒのそれぞれを独立して調整可能にすることができる。

【0031】

図２は、１つまたは複数の実施形態による図１の光学サブシステム１３０（例えば、光学サブシステム１３０ｌまたは１３０ｒ）の図２００を示す。光学サブシステム１３０は、単一の眼について、虚像光１０２に対応する当初虚像光２０４を受け取るための受取部分２０２と、補正された虚像光２０８を出射するための出射部分２０６とを含む。当初虚像光２０４は、ユーザ１０４にビジュアルコンテンツを知覚させるための特定の属性（例えば、色、方向、輝度）セットをそれぞれが有する複数の光線２０５を含み得る。複数の光線２０５のうちのいずれかの光線２０５は、当初虚像（当初虚像光２０４により表される）上の位置に対応する。当初虚像上のその位置とマッチする、一致する、または、対応する位置において、いずれかの光線２０５（または光）が受取部分２０２に入射し得る。

【0032】

光学サブシステム１３０は、本明細書で説明される１つまたは複数の空間変動偏光子２１１を有する補正部分２１０を更に備える。補正部分２１０は、当初虚像光２０４を補正し、補正された虚像光２０８を出射する。任意の一時点で、補正部分２１０は、当初虚像光２０４の一部分を補正することができる。補正部分２１０は、当初虚像光２０４の異なる部分を異なるやり方で補正することができる。補正部分２１０は、当初虚像光２０４の１つまたは複数の部分を補正してもよく、当初虚像光２０４の１つまたは複数の他の部分には光学補正を適用しなくてもよい。

【0033】

３つの空間変動偏光子２１１（第１、第２、および第３の空間変動偏光子２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ）が図２に示されているが、光学サブシステム１３０は、任意数の空間変動偏光子２１１を含むことができることを留意されたい。

【0034】

各空間変動偏光子２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃは、空間変動偏光子２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃがオンであるべきか、オフであるべきかを示すそれぞれの制御信号を受け取るように動作可能なそれぞれの入力部２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃを有する。制御信号は、空間変動偏光子２１１がオンであるべきことを示す第１の状態と、空間変動偏光子２１１がオフであるべきことを示す第２の状態とを有することができる。入力部２１２は、本明細書で説明されるコントローラ（図２には示されていない）に結合することができ、制御信号は、このコントローラから受け取ることができる。

【0035】

空間変動偏光子２１１は、マルチツイストリターダ（ＭＴＲ）で形成することができ、マルチツイストリターダ（ＭＴＲ）は、カスタマイズされた正確な広帯域遅延レベル、狭帯域遅延レベル、または、複数帯域遅延レベルを単一の薄膜内にもたらす波長板に類似した位相差膜である。より具体的には、ＭＴＲは、単一基板上にあり、単一の位置合わせ層を伴う２つまたはそれより多くのツイスト液晶（ＬＣ）層を備える。次のＬＣ層が前の層により直接的に位置合わせされるので、簡単な作製が可能になり、自動的な層間位置合わせが実現され、継続的に変動する光軸を有するモノシリックな膜がもたらされる。

【0036】

自体の空間変動特性に起因して、マルチツイストリターダは、局所化された光学補正を提供する。この局所化された光学補正は、虚像光（例えば、当初虚像光）のうち、ユーザの現在の視野に含まれる部分に作用することができる。局所化された光学補正は、虚像光のうち、ユーザの現在の視野に含まれる部分に対して、虚像光のうち、ユーザの現在の視野の外にある他の部分とは異なって作用することができる。

【0037】

空間変動偏光子２１１は、複屈折材料で形成される波リターダを備えることができる。複屈折は、光の偏光および伝搬方向に依存する屈折率を有する材料の特性である。波リターダは、波リターダ中を進んでいる光の偏光状態または位相を変える。波リターダは、遅軸（または非普通軸）および高速軸（普通軸）を有することができる。偏光が波リターダ中を進む際に、高速軸に沿った光は、遅軸に沿った光よりも速く進む。

【0038】

空間変動偏光子２１１は、補正光学部品として動作するように構成することができる。空間変動偏光子２１１の複屈折材料は、自体を通過している光に屈折（例えば、屈折率に応じる）を受けさせるように構成することができる。各空間変動偏光子２１１は、回折パターンを有し得る。空間変動偏光子２１１は、偏光が方向付けられるレンズとして形成することができ、電気的に制御可能な焦点距離を有し得る。さらに、空間変動偏光子２１１は、通過している光にコリメーションを実行することができる。

【0039】

本明細書では光学補正は、補正部分２１０を通過している、または、それを横切っている光に光学的な変化または改変をもたらすことを含む。本明細書では、光学的改変に関する補正は、補正前の光もしくは画像の不備、または、光もしくは画像の不備に対する補正を意味することを意図しない。光学補正を使用して、特定の状況セットについて、画像の可視化を向上もしくは改善すること、または、特定のユーザ体験基準もしくはユーザ体験メトリクスを満たすことができる。

【0040】

補正部分２１０の１つまたは複数の空間変動偏光子２１１は、電気的に制御される補正光学部品として個別に動作すること、まとめて動作すること、または、サブセットに分かれて動作することができる。各空間変動偏光子２１１は、その空間変動偏光子２１１を通過している光に作用する回折パターン特性、光コリメーション特性、集光特性、または、収差補正特性をとりわけ有するように形成することができる。さらに、利用可能な空間変動偏光子２１１のうちの２つまたはそれより多くの空間変動偏光子２１１のサブセットは、組み合わせることで、そのサブセットを通過している光に作用する特定の回折特性、光コリメーション特性、集光特性、または、収差補正特性をとりわけ有することができる。サブセットがアクティブ化され（またはオンに切り替えられ）、利用可能な他の空間変動偏光子２１１が非アクティブ化される（またはオフに切り替えられる）と、サブセットは、そのサブセットの特定の特性に応じて、自体を通過している光に作用することができる。

【0041】

各空間変動偏光子２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃは、光学部品として特定の光学補正を実行するように形成することができる。さらに、または、こうする代わりに、２つまたはそれより多くの空間変動偏光子２１１を、組み合わせることで光学部品として特定の光学補正を実行するように形成することもできる。空間変動偏光子２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃを層状にすること、または、積み重ねることができ、複数の光線２０５が、第１の空間変動偏光子２１１ａから第２の空間変動偏光子２１１ｂを通過し、次いで、第３の空間変動偏光子２１１ｃに達する。第１の空間変動偏光子２１１ａおよび第２の空間変動偏光子２１１ｂはそれぞれ、所望の光学補正を共同で実行するように形成される。第１の空間変動偏光子２１１ａは、第１の空間変動偏光子２１１ａに入射する光２０５に第１の光学補正を実行するように形成することができる。第２の空間変動偏光子２１１ｂは、第２の空間変動偏光子２１１ｂに入射する（第１の光学補正で補正された後）光に第２の光学補正を実行するように形成することができる。第１および第２の光学補正の組み合わせにより、所望の光学補正が共同で実現される。

【0042】

引き続きこの例では、第３の空間変動偏光子２１１ｃをオフにすることができ、これにより、第３の空間変動偏光子２１１ｃが、第１の空間変動偏光子２１１ａおよび第２の空間変動偏光子２１１ｂにより実行される所望の光学補正への妨害または干渉を行わなくなる。オフにされると、第３の空間変動偏光子２１１ｃは、自体で光学補正を実行しなくてよい。あるいは、オフにされる際、第３の空間変動偏光子２１１ｃは、第３の光学補正を実行してもよい。このケースでは、第３の光学補正を打ち消す（かつ、第３の光学補正の効果を逆にする）ように、第１および第２の光学補正を調整して、求められる光学補正を実現することができる。

【0043】

光学補正は、当初虚像光２０４に対して、空間的に不均一に実行することができる。空間的不均一性は、当初虚像光２０４の異なる部分に、異なるやり方で、または、不均等に光学補正を適用することを含む。また、空間的不均一性は、当初虚像光２０４の異なる部分に異なる種類の光学補正を実行すること、または、当初虚像光２０４の異なる位置で異なる種類の光学補正を実行することを含む。例えば、第１の空間変動偏光子２１１ａの第１の光学補正は、当初虚像光２０４の第１の部分（例えば、中心）をフォーカスし、当初虚像光２０４の第２の部分（例えば、外周または端部）を非フォーカスにし得る。「非フォーカス」または「フォーカス外」という言い回しは、相対的な言い回しであり得、こうした部分へのフォーカスは、「フォーカスされた」部分に対して最適化しない場合があることを意味することを理解されたい。引き続きこの例では、第２の空間変動偏光子２１１ａの第２の光学補正が、ユーザの処方に従って、当初虚像光２０４の中心を光学的に補正することができ、当初虚像光２０４の外周または端部には、ユーザの処方に従って光学補正を実行することはできない。ある光学補正は、当初虚像光２０４の一部分の鮮明化を実行し、当初虚像光２０４の他の部分には鮮明化を実行しないようにすることができる。

【0044】

図３は、１つまたは複数の実施形態によるＨＭＤ１００の外装３００を示す。ＨＭＤ１００は、本体１１６に取り付けられるストラップ３０２のセットを含む。ストラップ３０２のセットは、ビジュアルコンテンツを視認するためにユーザ１０４の頭部にＨＭＤ１００を選択的に固定して装着するように使用可能である。本体１１６は、ＨＭＤ１００の様々な側面を制御するための制御パネル３０４を含むことができる。制御パネル３０４は、光学システム１１２の光学的性質を制御して、ビジュアルコンテンツを補正するための１つまたは複数の入力デバイスを含むことができる。ビジュアルコンテンツは、ユーザ１０４の体験を改善するように補正すること、および／または、ユーザ１０４の視覚条件（例えば、近視、遠視、乱視）について補正することができる。

【0045】

入力デバイスは、コントローラに電気的に結合されており、補正部分２１０と、補正部分２１０の１つまたは複数の空間変動偏光子２１１とにより実行される光学補正を構成するようにコントローラに命令するように構成されている電気デバイスであってもよい。一例として、ユーザ１０４による対話に応答して、入力デバイスは、電気信号をコントローラへと送らせることができ、これに応答して、コントローラは、１つまたは複数の制御信号をそれぞれの空間変動偏光子２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃに送って、補正部分２１０により実行される光学補正を調整する。制御パネル３０４の電気的入力デバイスの非限定的な例には、英数字入力を提供するための、もしくは、メニューをナビゲートするためのキーのセットを有するキーパッド、または、コントローラに電気的に結合されるダイヤルもしくはノブが含まれる。外装３００は、光学システム１１２の現在の光学設定など、ＨＭＤ１００についての情報を表示するためのディスプレイ３０６を含むことができる。いくつかの実施形態では、ディスプレイ３０６は、光学システム１１２を制御するためにユーザ１０４が対話することができるタッチスクリーン入力デバイスであり得る。

【0046】

いくつかの実施形態では、ユーザは、虚像表示ユニット１０６により提示されるビジュアルコンテンツに関連して、光学システム１１２の光学設定を調整することができる。例えば、ＨＭＤ１００を身に着けているユーザが、虚像表示ユニット１０６により表示されるメニューまたは他のビジュアルコンテンツに従って、制御パネル３０４または他の入力デバイス（例えば、ハンドヘルドコントローラ、マウス、キーボード）と対話をして、光学設定を調整することができる。一例として、ユーザは、制御パネル３０４または他の入力デバイスを介してメニューをナビゲートし、ユーザ入力を提供することができ、このユーザ入力に応答して、光学システム１１２の光学設定が変更される。他の例として、ＨＭＤ１００は、ユーザ１０４により知覚されるビジュアルコンテンツについてのユーザ入力に応答して、光学システム１１２の光学設定をリアルタイムで調整することができる。ユーザは、ＨＭＤ１００に対する視覚テストを開始することができ、これにより、虚像表示ユニット１０６にテストパターンなどのビジュアルコンテンツを表示させ、ユーザは、ビジュアルコンテンツの鮮明度についての入力を提供するように促される。この入力を受け取る結果、ＨＭＤ１００は、ビジュアルコンテンツの鮮明度を改善するために、光学システム１１２の光学設定を自動的に調整して、ユーザ１０４の体験を改善することができる。

【0047】

図４は、１つまたは複数の実施形態によるＨＭＤ１００の様々なパーツの相互接続を示すブロック図４００である。ＨＭＤ１００は、コントローラ４０２を含む。コントローラ４０２は、１つまたは複数のプロセッサ４０４と、１つまたは複数のプロセッサ４０４による実行の結果、本明細書で説明される１つまたは複数の動作をＨＭＤ１００に実行させる命令のセットを記憶するメモリ４０６とを備える。非限定的な説明例として、メモリ４０６は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含むことができ、ソリッドステートメモリまたはハードディスクドライブの形態にすることができる。また、ＨＭＤ１００は、外部デバイスと通信をやり取りするためにコントローラ４０２に電気的に結合される通信インタフェース４０８を含む。通信インタフェース４０８は、ネットワークルータまたはコンピューティングデバイス（例えば、ラップトップ、デスクトップ、タブレット、モバイルデバイス）などの外部デバイスとワイヤレスで通信をやり取りするＷｉ－Ｆｉ（登録商標）トランシーバ、セルラトランシーバ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）トランシーバなどの１つまたは複数のワイヤレストランシーバを含むことができる。通信インタフェース４０８は、ユニバーサルシリアルバスポートまたはネットワークインタフェースポートなど、外部デバイスとの有線通信のための有線通信ポートを含むこともできる。

【0048】

ＨＭＤ１００は、ＨＭＤ１００にユーザ入力を提供するための、コントローラ４０２に電気的に結合される入力デバイス４１０のセットを含むことができる。入力デバイス４１０のセットのうちの１つまたは複数の入力デバイス４１０が、ＨＭＤ１００の外装３００上に提供され得る（例えば、制御パネル３０４の一部分として）。コントローラ４０２は、虚像表示ユニット１０６および／またはディスプレイ３０６（これが含まれている場合）に電気的に結合し、それらを制御するように構成することもできる。いくつかの実施形態では、コントローラ４０２は、虚像表示ユニット１０６を介して虚像光１０２を生成するための１つまたは複数のグラフィック処理ユニットを含むことができる。

【0049】

コントローラ４０２は、光学システム１１２に電気的に結合され、本明細書で説明されるように、光学システム１１２を制御して、その光学的性質を調整するように構成される。具体的には、コントローラ４０２は、左光学サブシステム１３０ｌの補正部分４１２および右光学サブシステム１３０ｒの補正部分４１６に電気的に結合され、それらを制御するように構成される。

【0050】

各補正部分４１２、４１６は、図２を参照して本明細書で説明されるように構成することができる。コントローラ４０２を、補正部分４１２、４１６に電気的に結合して、これらの補正部分のそれぞれの空間変動偏光子２１１を制御する。具体的には、コントローラ４０２は、補正部分４１２、４１６に信号（例えば、制御信号）を送って、それぞれの補正部分４１２、４１６に、それらの空間変動偏光子２１１を切り替えてオン、オフすることで光学補正を実行させる。先で説明したように、補正部分４１２、４１６を制御して、それらの光学的性質を改変することができる。コントローラ４０２は、入力を受け取ることに応答して信号を送ることができる。例えば、コントローラ４０２は、入力デバイス４１０から入力を受け取ることに応答して、光学的性質を調整させてもよい。他の例として、コントローラ４０２は、通信インタフェース４０８を介して入力を受け取ることに応答して、光学的性質を調整することもできる。

【0051】

コントローラ４０２が受け取る入力は、特定のフォーマットを有し得る。入力は、右眼についての処方および／または左眼についての処方を示し得る。それぞれの眼について、入力は、屈折力もしくは球面度（ＳＰＨもしくはＳと表すこともある）、シリンダ度（ＣＹＬもしくはＣと表すこともある）、および／または、軸（通常０から１８０）を示し得る。入力は、左光学サブシステム１３０ｌおよび右光学サブシステム１３０ｒについての入力を含んでもよい。

【0052】

少なくともいくつかの実装形態では、ＨＭＤ１００は、ユーザ１０４またはユーザの眼１０５ｌ、１０５ｒの注視（またはその方向）を追跡するように構成される注視トラッカ１２７を含む。注視トラッカ１２７は、眼１０５ｌおよび１０５ｒのそれぞれについて別々に注視もしくは瞳孔の追跡を実行すること、または、ユーザ１０４の頭部の位置または向きを追跡すること（例えば、頭部追跡の一部分として）ができる。さらに、注視トラッカ１２７は、ユーザの体の他の様々な種類の動きおよび位置を追跡することもできる。注視トラッカ１２７は、ユーザ１０４の注視を表すデータを出力することができる。このデータは、ディスプレイ３０６または視認部分１２０のうち、ユーザ１０４が自身の注視を向けている部分（位置または領域）を示すことができる。この部分（位置または領域）は、中心、四半分の１つ、または、他の任意の領域であり得る。ユーザ１０４の注視を表すデータは、ユーザの注視が向けられる角度または座標（デカルト座標もしくは極座標）であり得る。

【0053】

光学サブシステム１１２の光学設定の調整は、ユーザ１０４の注視を表すデータに基づいて、かつ／または、ユーザ１０４により提供されるフィードバックを通してリアルタイムで調整することができる。コントローラ４０２は、光学システム１１２の光学設定に行うべき調整を決定するためのテストを開始することができる。このテストは、テストパターンまたは詳細な視覚像などの特定のビジュアルコンテンツを虚像表示ユニット１０６に表示させることと、入力デバイス４１０または制御パネル３０４を介してフィードバックを提供することをユーザに促すこととを含み得る。ユーザ１０４は、ビジュアルコンテンツのいくつかの側面（例えば、テキスト、画像）が不鮮明に見えることを示すフィードバックを提供してもよい。コントローラ４０２は、光学システム１１２の光学設定を調整し、ビジュアルコンテンツのそれらの側面の鮮明度が調整により改善されたかどうかをユーザ１０４に尋ねることができる。このプロセスは、反復式にすることができ、ユーザ１０４がビジュアルコンテンツの鮮明度に満足するまで繰り返すことができる。入力デバイス４１０または制御パネル３０４を介してユーザ１０４からユーザ入力を受け取ることに応答してテストが実行されてもよい。コントローラ４０２は、ユーザ１０４に自身の注視を変化させるように指示し、局所化された光学補正を適用し、入力デバイス４１０または制御パネル３０４を介してフィードバックを提供することをユーザに促してもよい。

【0054】

通信インタフェース４０８を介した入力は、デバイス（例えば、ラップトップ、デスクトップ、モバイルデバイス、コントローラ）により、ユーザとの対話の結果として提供され得る。こうしたコンピューティングデバイスは、命令（例えば、アプリケーション、プログラム）のセットであって、それとユーザが対話をして、コンピューティングデバイスに、光学的性質を示すまたは表す情報を含む通信を送らせることで、虚像光１０２を改変する（例えば、ユーザ１０４の視覚条件を補正する）ことが可能な命令のセットを含み得る。ユーザは、医療専門家により提供される処方として、入力デバイス４１０またはコンピューティングデバイスに入力を行うことができ、先で説明したように、予め決められたフォーマットを有し得る。

【0055】

コントローラ４０２は、入力デバイス４１０または通信インタフェース４０８から入力を受け取ることに応答して、補正部分４１２、４１６に送られるべき信号を決定することができる。プロセッサ４０４のうちの１つまたは複数は、例えば、メモリ４０６に記憶され、対応する補正部分４１２、４１６に送られるべき制御信号を示すデータ構造にアクセスすることができる。このデータ構造は、入力データが、送られるべき対応する出力（すなわち、制御信号）に関連付けられているアレイ、ルックアップテーブル、または、他の参照構造であり得る。いくつかの実装形態では、コントローラ４０２は、光学システム１１２の現在の状態を示す情報をメモリ４０６に記憶することができ、その情報から、コントローラ４０２は、受け取られる入力を満足する調整を決定することができる。

【0056】

一実施形態では、空間変動偏光子２１１は、ユーザ１０４の処方もしくは医学的条件、または、ＨＭＤ１００の潜在的ユーザの組についての高度な知識を用いて形成することができ、空間変動偏光子２１１を、ユーザ１０４または潜在的ユーザの組に適合させることができる。このケースでは、ＨＭＤ１００は、ユーザ１０４または潜在的ユーザの組についてカスタマイズすることができ、潜在的ユーザは、ユーザの友人またはユーザの家族であり得る。例えば、各空間変動偏光子２１１は、潜在的なユーザの組のうちの特定のユーザについて光学的に補正を行うように形成することができる。使用中に、コントローラ４０２は、ＨＭＤ１００のユーザが誰であるかに応じて、特定の空間変動偏光子２１１に切り替えることができる。

【0057】

空間変動偏光子２１１は、ユーザの現在の処方の範囲内で光学補正を提供するように形成することができる。ユーザの視力が経時的に変化または低下した場合、ユーザ１０４に対してカスタマイズされたＨＭＤ１００のコントローラ４０２は、その範囲内で光学補正を調整することで、光学補正を微調整し、ユーザの変更された処方により適した光学補正を提供することができる。本明細書で説明される補正部分４１２、４１６により提供される光学補正を変更することが可能であるので、予見される、または予測可能な新たな光学補正ニーズに光学補正を適応させることが可能になる。例えば、ユーザの現在の処方、および、予見される、または予測可能な処方の変更に基づいて、局所化された光学的フォーカス、または、領域ベースの光学的フォーカスを実行することができる。

【0058】

いくつかの実施形態では、ＨＭＤ１００は、ユーザの眼１０５ｌおよび１０５ｒの視覚条件を検出し、検出の結果として、光学システム１１２を自動的に調整するように構成され得る。こうした実施形態では、ＨＭＤ１００は、ユーザの眼１０５ｌおよび１０５ｒについての情報を検出する１つまたは複数のセンサ４２４を含み、測定値をコントローラ４０２に提供することができ、それに応じて、コントローラ４０２は、光学システム１１２を調整する。また、ＨＭＤ１００は、コントローラ４０２に結合され、情報を得るためにセンサ４２４に関連して使用される１つまたは複数の点灯素子４２６を含むことができる。発光素子４２６は、何らかの角度の光であって、その光がセンサ４２４により反射され、かつ、受け取られるような特定の性質（例えば、周波数、強度）を有する光を出射することができる。センサ４２４は、ユーザの眼から検出される光に基づいて、ユーザの眼についての情報を決定することができる。ユーザ１０４の眼について決定される情報の結果、コントローラ４０２は、光学システム１１２の光学的性質を適切に調整できる。

【0059】

図５は、図４を参照して説明されるコントローラ４０２に結合された補正部分２１０を示す。コントローラ４０２は、複数の空間変動偏光子２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃそれぞれの複数の入力部２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃにそれぞれ結合される複数の出力部２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃを有する。図示の例では、説明目的で３層の空間変動偏光子が示されているが、適用の際には、これよりも少ない層（例えば、１層、２層）、または、これよりも多い層（例えば、５層、１０層、２０層など）を適宜使用することができる。コントローラ４０２は、各出力部２１４を介して、空間変動偏光子２１１をアクティブまたは非アクティブにさせるように動作可能な制御信号を送る。

【0060】

コントローラ４０２は、注視トラッカ１２７の出力部に結合される入力部を有する。コントローラ４０２は、注視トラッカ１２７から、ユーザの注視を表すデータを受け取り、そのデータに基づいて、複数の空間変動偏光子２１１をオン状態とオフ状態とで切り替える。コントローラ４０２は、ユーザ１０４が自身の注視を向ける領域、および／または、ユーザの注視の外の領域に対して光学補正を実行するように、複数の空間変動偏光子２１１を動作させることができる。視認期間中にユーザの注視が経時的に変化すると、コントローラ４０２は、複数の空間変動偏光子２１１を時分割多重で動作させて、光学補正がユーザの注視に追従するように、光学補正が実行される位置を変化させることできる。

【0061】

虚像のうち、元はユーザの注視の外であったが、現在はユーザ１０４により注視されている領域に対しては、それに対して実行される光学補正において変化を加えること、または、光学補正を取り除くこと、もしくは、適用することができる。同様に、虚像のうち、元はユーザ注視により注視されていたが、現在はユーザの注視の外である領域に対しても、それに対して実行される光学補正において変化を加えること、または、光学補正を取り除くこと、もしくは、適用することができる。

【0062】

非アクティブの際には、空間変動偏光子２１１は、光学的に透明であり得、または、空間変動偏光子２１１の材料組成に関連する固有の光学補正のみを実行してもよい。様々な種類の材料が、光学特性を有し、光を変化させるように動作可能である。本明細書で説明されるように、空間変動偏光子２１１は、２つまたはそれより多くのツイスト液晶層で形成することができる。空間変動偏光子２１１の液晶層は、オフにされても、固有の光学補正を実行することできる。オンにされると、空間変動偏光子２１１は、それが実行するように設計された光学補正を実行する。

【0063】

第１、第２、および第３の空間変動偏光子２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃは、第１、第２、および第３の光学補正を実行するように形成される。動作においては、コントローラ４０２は、空間変動偏光子２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃに制御信号を送って、空間変動偏光子２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃをアクティブ状態と非アクティブ状態とで動作する。例えば、第１の光学補正をアクティブ化し、第２および第３の光学補正を非アクティブ化するために、コントローラ４０２は、第１の空間変動偏光子２１１ａをアクティブ化する制御信号を第１の空間変動偏光子２１１ａに送り、第２および第３の空間変動偏光子２１１ｂ、２１１ｃをそれぞれ非アクティブ化するそれぞれの制御信号を、第２および第３の空間変動偏光子２１１ｂ、２１１ｃに送る。第１の光学補正は、求められる光学補正と、光学的補償との組み合わせであってもよい。光学的補償は、非アクティブ化された第２および第３の空間変動偏光子２１１ｂ、２１１ｃにより実行される固有の光学補正を打ち消すことができる。したがって、第１の空間変動偏光子２１１ａを出て、非アクティブ化された第２および第３の空間変動偏光子２１１ｂ、２１１ｃを横切る光は、非アクティブ化された第２および第３の空間変動偏光子２１１ｂ、２１１ｃにより実行される固有の光学補正について予め打ち消されている。

【0064】

他の例では、コントローラ４０２は、第１の空間変動偏光子２１１ａを非アクティブ化する制御信号を第１の空間変動偏光子２１１ａに送り得、第２および第３の空間変動偏光子２１１ｂ、２１１ｃをそれぞれアクティブ化するそれぞれの制御信号を、第２および第３の空間変動偏光子２１１ｂ、２１１ｃに送り得る。第２および第３の空間変動偏光子２１１ｂ、２１１ｃにより提供される第１の光学補正は、第２の光学補正と、第３の光学補正との組み合わせである。コントローラ４０２は、空間変動偏光子２１１をアクティブ状態と、非アクティブ状態との間で選択的に切り替えて、補正部分２１０に光学補正を提供させることができる。

【0065】

図６は、複数の空間変動偏光子２１１ａから２１１ｌにより実行される視野ベースの光学補正の例を示す図である。図６の例では、第１の空間変動偏光子２１１ａは、画像（またはディスプレイ）の中心領域（または中心部分）をフォーカスすることと同時に、画像の左上、右上、左下、および右下の周囲領域（または周囲部分）をフォーカスの外にすることにより光学補正を実行する。これらの５つの領域に対して第１の空間変動偏光子２１１ａが実行する光学補正が、第２の空間変動偏光子２１１ｂ、第３の空間変動偏光子２１１ｃ、第４の空間変動偏光子２１１ｄ、第５の空間変動偏光子２１１ｅおよび第６の空間変動偏光子２１１ｆによりそれぞれ個別に実行されてもよい。第２の空間変動偏光子２１１ｂは、画像（またはディスプレイ）の中心領域をフォーカスし、一方で、左上、右上、左下および右下の領域に光学補正を適用しない。第３の空間変動偏光子２１１ｃは、左上の領域をフォーカスの外にし、一方で、中心領域をフォーカスすること、または、残りの周囲部分をフォーカスの外にすることを行わない。第４の空間変動偏光子２１１ｄは、右上部分をフォーカスの外にし、一方で、中心部分をフォーカスすること、または、残りの周囲部分をフォーカスの外にすることを行わない。第５の空間変動偏光子２１１ｅは、左下部分をフォーカスの外にし、一方で、中心部分をフォーカスすること、または、残りの周囲部分をフォーカスの外にすることを行わない。第６の空間変動偏光子２１１ｆは、右下部分をフォーカスの外にし、一方で、中心部分をフォーカスすること、または、残りの周囲部分をフォーカスの外にすることを行わない。

【0066】

フォーカスを行う代わりに、第７、第８、第９、第１０、および第１１の空間変動偏光子２１１ｇ、２１１ｈ、２１１ｉ、２１１ｊ、２１１ｋは、第２、第３、第４、第５、および第６の空間変動偏光子２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄ、２１１ｅ、２１１ｆにより光学的に補正される領域を鮮明化することにより光学補正を実行する。第１２の空間変動偏光子２１１ｌは、画像の中心部分の角分解能を変えることにより中心部分を光学的に補正する。図６の例の第１２の空間変動偏光子２１１ｌは、画像の他の領域を光学補正しない。

【0067】

空間変動偏光子２１１は、画像の異なる領域に対して、１つもしくは複数の異なる種類の光学補正または同じ光学補正を実行することができる。コントローラ４０２は、空間変動偏光子２１１を切り替えて、様々な光学効果を実現する。例えば、ユーザの注視が変化すると、コントローラ４０２は、それに応じて、空間変動偏光子２１１をオンに切り替え（また、他の空間変動偏光子２１１をオフに切り替え）て、ユーザの注視内の領域にフォーカスを維持し、注視の外である他の領域をフォーカスの外にすることができる。コントローラ４０２は、空間変動偏光子２１１を動作させて、ユーザの注視内の領域が鮮明化されるように維持すること、または、それらの領域の角分解能もしくは焦点距離を変化させることができる。

【0068】

本開示の空間変動偏光子は、表面位相マップにより、または、２つまたはそれより多くの表面位相マップを多重化したものの組み合わせより規定される空間変動偏光を提供することができる。より一般的に言うと、本開示の空間変動偏光子のうちの１つまたは複数の空間変動偏光子の表面を規定するために任意の線形関数または非線形関数を使用して、所望の機能を提供することができる。図７および図８は、空間変動偏光子についての表面位相マップの２つの非限定的な例を示す。図７の例示的表面マップ７００では、－０．４３３波長から＋０．４３３波長を、光学部品の中心から外周に向かって同心状に位相が変動する。図８の例示的表面マップ８００では、光学部品の底（図参照）での－１．２５Ｅ＋００４から、光学部品の頂点（図参照）での＋１．２５Ｅ＋００４までを位相が線形的に変動し、単位はそれぞれ、２πラジアンの周期である。適用の際には、２つまたはそれより多くの空間変動偏光子を積み重ねてもよい。例えば、同心状の表面位相マップ７００は、線形状の位相マップ８００などと多重化されてもよい。表面マップ７００および８００の位相変動は、簡単にするために不連続の刻みとして示されているが、実際には、位相は、光学部品の表面に渡り途切れることなく変動可能であり得ることを留意されたい。さらに、表面位相マップ７００および８００における特定の位相値は、例として提供されており、限定を行うものとみなされるべきではない。

【0069】

少なくともいくつかの実装形態では、空間変動偏光子の表面位相マップは、表示元、レンズなど、表示システムの少なくとも１つの他のコンポーネントによる望ましくない偏光を相殺するように、または、打ち消すように設計することができる。こうした実装形態では、まず、光学システム（例えば、レンズ、または、レンズおよび表示元）の位相プロファイルまたは位相マップを決定してもよい。次いで、決定された位相マップを反転させ、空間変動偏光子に適用することができ、これより、空間変動偏光子が、光学システムの他のコンポーネントによる望ましくない効果を相殺するか、または、それを打ち消す。

【0070】

先に説明した様々な実施形態を組み合わせて、更なる実施形態を提供することが可能である。上記の詳細な説明に照らして、こうした変更および他の変更を実施形態に行うことが可能である。以下の特許請求の範囲では、一般には、使用される用語は、本明細書および特許請求の範囲で開示される特定の実施形態に請求項を限定するとみなされるべきでなく、考えられる全ての実施形態とともに、こうした請求項に与えられる均等物の全範囲を含むものとみなされるべきである。したがって、特許請求の範囲は、開示により限定されない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】