JP7768992B2

JP7768992B2 - ヘッドマウントディスプレイ用接眼部撮像アセンブリ

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Publication number: JP7768992B2
Application number: JP2023538730A
Authority: JP
Inventors: ジヘンジア，; デイビッドコーエン，; ライオネルアーネストエドウィン，; チャールズロバートシャバッカー，
Original assignee: Magic Leap Inc
Current assignee: Magic Leap Inc
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2025-11-12
Anticipated expiration: 2041-12-22
Also published as: CN116744839A; JP2025188100A; US20240073401A1; EP4268007A4; WO2022140582A1; JP2024501285A; EP4268007A1

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年１２月２３日出願の米国仮出願第６３／１３０，２７４号（代理人整理番号ＭＬＥＡＰ．３１７ＰＲ）の表題「ＥＹＥＰＩＥＣＥＩＭＡＧＩＮＧＡＳＳＥＭＢＬＩＥＳＦＯＲＡＨＥＡＤＭＯＵＮＴＥＤＤＩＳＰＬＡＹ」の優先権の利益を主張するものである。本出願は、２０１６年９月２１日出願の米国特許出願第１５／２７１，８０２号（代理人整理番号ＭＬＥＡＰ．０１１Ａ２）の表題「ＥＹＥＩＭＡＧＩＮＧＷＩＴＨＡＮＯＦＦ－ＡＸＩＳＩＭＡＧＥＲ」、２０１８年３月１９日出願の米国特許出願第１５／９２５，５０５号（代理人整理番号ＭＬＥＡＰ．０９９Ａ３）の表題「ＥＹＥ－ＩＭＡＧＩＮＧＡＰＰＡＲＡＴＵＳＵＳＩＮＧＤＩＦＦＲＡＣＴＩＶＥＯＰＴＩＣＡＬＥＬＥＭＥＮＴＳ」、及び２０２０年７月２９日出願の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０２０／０４４１０７号（代理人整理番号ＭＬＥＡＰ．２４７ＷＯ）の表題「ＡＮＧＵＬＡＲＬＹＳＥＧＭＥＮＴＥＤＨＯＴＭＩＲＲＯＲＦＯＲＥＹＥＴＲＡＣＫＩＮＧ」に関する。本段落中で言及される各出願の全体は、参照により本明細書に援用される。

本開示は、仮想現実及び拡張現実の撮像及び可視化システムに関し、特に、ヘッドマウントディスプレイの接眼部内又は接眼部上に一体化された撮像アセンブリに関する。

現代の演算及び表示技術により、いわゆる「仮想現実」又は「拡張現実」経験のためのシステムの開発が促進されており、デジタル的に再生された画像又はその一部分が現実であるかのように、又は現実と知覚され得るように、ユーザに提示される。仮想現実、すなわち、「ＶＲ」シナリオは、通常、他の実際の現実世界の視覚入力に対する透明性を伴わない、デジタル又は仮想の画像情報の提示を伴い、拡張現実、すなわち、「ＡＲ」シナリオは、通常、ユーザ周辺の実際の世界の可視化に対する拡張としての、デジタル又は仮想の画像情報の提示を伴う。混合現実、すなわち、「ＭＲ」シナリオは、一種のＡＲシナリオであり、通常、自然世界に一体化され、これに応答する拡張対象を伴う。例えば、ＭＲシナリオにおいて、ＡＲ画像コンテンツは、現実世界における対象によって遮断され得るか、又はさもなければ、現実世界における対象と相互作用するものとして知覚され得る。

図１を参照すると、ＡＲ技術のユーザが、背景中の人々、木々、建物、及びコンクリートプラットフォーム３０を特徴とする現実世界の公園のような設定２０を見る拡張現実シーン１０が描かれている。これらの項目に加えて、ＡＲ技術のユーザはまた、彼が、現実世界のプラットフォーム３０に立つロボット像４０、マルハナバチの擬人化のように見える漫画様アバターキャラクタ５０など、これらの要素４０、５０は現実世界には存在していなくても、「仮想コンテンツ」を「見ている」と知覚する。人間の視覚認識システムは複雑であるため、その他の仮想又は現実世界の画像要素の中でも、仮想画像要素の快適で、自然に感じられる、豊富な提示を促進するＡＲ技術を生み出すことが課題である。

本明細書に開示のシステム及び方法は、ＡＲ及びＶＲ技術に関する様々な課題に対処するものである。

添付の請求項の範囲内にある方法及び装置の種々の実装は、各々、いくつかの態様を有し、そのうちのいずれも、本明細書に記載される望ましい属性の責を単独で負うものでない。添付の請求項の範囲を限定することなく、いくつかの顕著な特徴が本明細書に記載される。

本開示の一態様は、対象の真正面の位置から対象を直接見ない撮像アセンブリにより、眼などの対象を撮像することを提供する。むしろ、本明細書において検討される種々の設計において、対象からの光は、少なくとも一部反射性の光学要素又は反射体からセンサへ反射される。この反射体は、部分的に反射性であり、部分的に透過性又は透明であり得、ユーザがその部分的反射／透過光学要素を透かして見ることができる。したがって、本明細書に記載の種々の実装による種々の光学デバイスは、対象から撮像アセンブリに光を方向付けるそのような反射体を備えることにより、撮像アセンブリが対象の真正面の位置にあるかのように、対象の画像を撮影する。本明細書に開示の種々の実装は、例えば、眼から撮像アセンブリに光を方向付け、撮像カメラ又はセンサが眼の真正面の位置にあるかのように、眼の画像を撮影するように構成されるが、代わりにセンサが視線（例えば、真正面を見る視線）、ユーザの眼の視野（例えば、中央視野）、又はこれらの任意の組み合わせからオフセットされる。ある実装の効果には、対象の真正面の位置から見ているかのように、しかしながら観覧する者の直接正面の対象に対するユーザの視界に干渉することなく、かつ／又は視界を妨害することなく（例えば、眼に対して一時的に撮像アセンブリの配置をすることにより）、対象を撮像することが含まれる。種々の例において、撮像アセンブリは、ヘッドマウントディスプレイの接眼部内、又は接眼部上に一体化される。そのようないくつかの設計の効果には、カメラのフォームファクタの低減と、接眼部内又は接眼部上の光学部品間の位置合わせの向上とが含まれる。撮像アセンブリを使用して、ユーザの眼又は環境内の対象を撮像することができる。

本明細書に記載の主題の１つ以上の実装の詳細については、添付の図面及び以下の説明に記載される。他の特徴、態様、及び効果は、説明、図面、及び請求項から明らかとなるであろう。この概要及び以下の詳細な説明のいずれも、本発明の主題の範囲を規定又は限定することを目的としたものでない。
本明細書は、例えば、以下も提供する。
（項目１）
ヘッドマウントディスプレイであって、
ユーザの頭部に支持されるように構成されたフレームと、
前記フレームに結合され、前記ユーザの眼の前方に配されるように構成され、複数の層を備える接眼部と、
前記ユーザによる観覧用に、前記接眼部に画像コンテンツを提供するように構成された画像注入デバイスと、
前記接眼部内又は前記接眼部上に一体化されたセンサアレイと、
前記接眼部内又は前記接眼部上に配され、前記センサアレイによる撮像のために対象から受けた光を反射するように構成された反射体と、
前記接眼部内又は前記接眼部上に配され、前記反射体から反射された光を受け、前記光の少なくとも一部を前記センサアレイに向かって回折又は屈折するように構成された透過回折又は透過屈折光学要素と、を備える、ヘッドマウントディスプレイ。
（項目２）
前記センサアレイが、前記層のうちの少なくとも１つ上に形成された複数の検出器画素を備える、先行項目のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
（項目３）
前記センサアレイが、ウエハスケール光学系を含む、先行項目のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
（項目４）
前記回折又は屈折光学要素が、前記センサアレイに対して位置合わせされた少なくとも１つのレンズを備えることで、前記反射体からの光が前記少なくとも１つのレンズを通って前記センサアレイまで通過し、前記センサアレイの上に画像を形成するようにした、先行項目のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
（項目５）
前記センサアレイが、前記接眼部の前記複数の層のうちの第１の層内又は前記第１の層上に配され、前記少なくとも１つのレンズが、前記接眼部の前記複数の層のうちの第２の異なる層内又は前記第２の層上に配された、項目４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
（項目６）
前記センサアレイが、前記接眼部の前記複数の層のうちのある層の第１の側内又は前記第１の側上に配され、前記少なくとも１つのレンズが、前記層の第２の反対の側内又は前記第２の反対の側上に配された、項目４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
（項目７）
少なくとも１つのレンズが、ウエハスケール光学系を含む、項目４～６のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
（項目８）
前記反射体が、ホットミラーを含む、先行項目のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
（項目９）
前記反射体が、第２の範囲の可視波長の光を透過しつつ、第１の範囲の赤外（ＩＲ）又は近赤外波長の光を反射するように構成されている、先行項目のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
（項目１０）
前記反射体が、前記複数の層のうちの少なくとも１つ上に形成された、先行項目のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
（項目１１）
前記反射体が、前記複数の層のうちの１つを含む、先行項目のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
（項目１２）
前記回折又は屈折光学要素が、前記反射体と前記センサアレイとの間の光学路内に配された、先行項目のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
（項目１３）
前記反射体が、前記複数の層のうちの第１の層上に配され、前記回折又は屈折光学要素が、前記複数の層のうちの第２の層上に配され、前記センサアレイが、前記複数の層のうちの第３の層上に配され、前記第２の層は、前記第１の層と前記第３の層間に配された、先行項目のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
（項目１４）
前記回折又は屈折光学要素が、軸外光学要素を備える、先行項目のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
（項目１５）
前記回折又は屈折光学要素が、屈折力を有する、先行項目のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
（項目１６）
前記回折又は屈折光学要素が、軸外レンズを含む、先行項目のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
（項目１７）
前記回折又は屈折光学要素の少なくとも一部が、前記接眼部の前記複数の層のうちの前記層のうちの１つ上に刻まれた、先行項目のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
（項目１８）
前記センサアレイが、前記センサアレイの前方に配された前記反射体から受けた光に少なくとも部分的に基づき、前記対象の少なくとも一部を撮像するように構成された前向きカメラであり、前記対象の前記少なくとも一部が、前記センサアレイの後方に配され、前記ユーザの前記眼、前記眼の一部、又は前記眼を包囲する組織の一部分を含む、先行項目のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
（項目１９）
前記センサアレイが、前記接眼部の前方の環境内の対象を撮像するように更に構成された、先行項目のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
（項目２０）
前記センサアレイが、前記センサアレイの後方にある前記反射体から受けた光に少なくとも部分的に基づき、前記対象の少なくとも一部を撮像するように構成された後ろ向きカメラであり、前記対象の前記少なくとも一部が、前記ユーザの前方の環境内の前記センサアレイの前方に配された、項目１９に記載のヘッドマウントディスプレイ。

拡張現実（ＡＲ）デバイスを通じたＡＲのユーザビューを示す。ウェアラブルディスプレイシステムの一例を示す。ユーザのため三次元画像をシミュレーションする従来のディスプレイシステムを示す。複数の深度平面を使用した三次元画像のシミュレーションアプローチの態様を示す。曲率半径と焦点半径との間の関係を示す。曲率半径と焦点半径との間の関係を示す。曲率半径と焦点半径との間の関係を示す。ユーザに画像情報を出力する導波路積層の一例を示す。導波路によって出力された出口ビームの一例を示す。各深度平面が複数の異なる成分カラーを使用して形成された画像を含む積層導波路アセンブリの一例を示す。各々がインカップリング光学要素を含む積層導波路セットの一例の断面側面図を示す。図９Ａの複数の積層導波路の一例の斜視図を示す。図９Ａ及び図９Ｂの複数の積層導波路の一例の上から見た平面図である。部分透過性で部分反射性の光学要素と、眼を追跡するカメラアセンブリとを備えた、ユーザの眼の中央視野又は真っ直ぐ前方への視線を妨げないように配された例示的な撮像システムを概略的に示す。部分透過性で部分反射性の光学要素と、眼を追跡するカメラアセンブリとを備えた、ユーザの眼の中央視野又は真っ直ぐ前方への視線を妨げないように配された例示的な撮像システムを概略的に示す。接眼部内又は接眼部上に一体化され、かつ眼又は環境中の対象を各々撮像するように構成された、ユーザの眼の中央視野又は真っ直ぐ前方への視線を妨げないように配された例示的な撮像システムを概略的に示す。接眼部内又は接眼部上に一体化され、かつ眼又は環境中の対象を各々撮像するように構成された、ユーザの眼の中央視野又は真っ直ぐ前方への視線を妨げないように配された例示的な撮像システムを概略的に示す。同一の層上であるが層の両側にレンズを備えるか、又はセンサアレイとは異なる層にレンズ及びセンサアレイを備える、接眼部内又は接眼部上に一体化された例としてのセンサアレイ及び光学レンズを概略的に示す。同一の層上であるが層の両側にレンズを備えるか、又はセンサアレイとは異なる層にレンズ及びセンサアレイを備える、接眼部内又は接眼部上に一体化された例としてのセンサアレイ及び光学レンズを概略的に示す。接眼部の層に一体化されたウエハスケール光学系を有するセンサアレイを備えた別の例示的な撮像システムを概略的に示す。ユーザの眼の中央視野又は真っ直ぐ前方への視線を妨げないように配されたカメラを使用した、対象を撮像する方法の一例のプロセスフロー図である。

図面全体を通じて、参照される要素間の対応を示すために、参照符号を繰り返し使用することがある。これらの図面は、本明細書に記載の例示的な実施形態を示すために提供されるものであり、本開示の範囲を限定することが意図されたものでない。

概要
ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）は、様々な目的のために装着者の眼の状態についての情報を使用することがある。例えば、この情報は、装着者の視線方向を推定するため、バイオメトリック識別のため、視力研究のため、装着者の生理学的状態の評価などに使用可能である。しかしながら、眼を撮像するのは課題であり得る。ＨＭＤと装着者の眼との間の距離が短い。更に、視線追跡には、大きな視野（ＦＯＶ）が必要であり、バイオメトリック識別には、虹彩上の標的上に比較的多くの数の画素が必要となる。撮像システムがこれらの目的の両方を達成しようとすると、これらの要件は大いに対立する。更に、瞼やまつ毛による閉塞で、両方の問題が更に複雑となり得る。眼の動きを追跡するための現在のいくつかの実装では、ＨＭＤに搭載され、眼の直接的画像を撮影するために、直接眼のほうに向けられたカメラを使用する。しかしながら、所望のＦＯＶ及び画素数を達成するためには、カメラは、装着者のＦＯＶ内に搭載されるため、装着者が周辺世界を見る能力を邪魔したり、これに干渉したりする傾向がある。他の実装では、眼を直接撮像しつつも、装着者の視界を邪魔しないようにカメラを遠ざけるが、結果として、眼を高い角度から撮像することとなり、画像の歪み、及び眼を撮像するのに利用可能な視野を低減させる。同様に、対象に直接向けられたカメラを使用して、装着者の眼の前方などの環境内の対象を撮像すると、装着者の正面への視線又は中央視野と位置合わせされた場合、装着者の視界を邪魔してしまうことがある。更に、カメラを遠ざけること及び／又は対象に対して大きな角度にカメラを向けることにより、対象の画像に歪みが生じ、かつ／又は、眼とは異なる視点を提供することがある。

本明細書に記載の撮像システムの実装は、これらの問題の一部又は全部に対処するものである。本明細書に記載の種々の実装は、例えば、装着者に周辺世界を見ることを許容しつつ、対象（例えば、眼の少なくとも一部、眼を包囲する組織の一部分、又は装着者の眼の前方の環境内の対象）を撮像することのできる装置及びシステムを提供する。例えば、撮像システムは、ユーザの眼の前方に配された接眼部内又は接眼部上に一体化されたセンサアレイを備え得る。接眼部は、対象からセンサアレイに光を方向付けるように構成された１つ以上の光学要素（例えば、部分的に反射し部分的に透過する反射体、及び光をセンサアレイに再び方向付ける透過回折光学要素、又は屈折光学要素）を含み得る。センサアレイは、光の少なくとも一部分を受け取ることで、眼などの対象の直接正面にある離間位置から直接視界位置にあるように、対象の画像を撮影することができる。

いくつかの実装において、本明細書に記載の撮像システムは、ＨＭＤ（又は、１つの眼鏡若しくはその他のアイウェアのレンズ）の表示光学系の一部分であり得る。接眼部を通じた、第２の範囲の波長（例えば、第１の範囲とは異なる範囲の波長）の妨げられない伝搬を許容しつつ、第１の範囲の波長を反射するように、１つ以上の反射光学要素が選択され得る。第１の範囲の波長は、例えば、赤外光（ＩＲ）であり、第２の範囲の波長は、可視光であり得る。例えば、接眼部は、反射光学要素（例えば、反射体）を含むことができ、反射光学要素は、可視光を透過させつつ、赤外光を反射する。実際には、撮像システムは、対象（例えば、装着者の眼）に背を向けた仮想カメラアセンブリがあるかのように挙動する。このように、仮想カメラアセンブリは、周辺世界からの可視光を透過させることができ、装着者によって知覚されることができつつ、対象（例えば、装着者の眼）から反射された赤外光を使用して画像を形成することができる。

いかなる特定の科学的理論にも従うことなく、本明細書に記載の実施形態には、いくつかの非限定的な効果が含まれ得る。いくつかの実施形態は、カメラアセンブリと眼との間の物理的距離を増加させることができ、これにより、装着者の視野又は中央視野の外側にカメラアセンブリを位置決めすることを促進し得るため、眼を直接見たのと同等の眼の画像を撮影することを許容しつつ、装着者の真正面の視界など、装着者の視界を邪魔することがない。本明細書に記載の実施形態の一部はまた、従来のシステムよりも大きな視野を使用して眼の追跡を許容することで、幅拾い範囲の位置にわたって眼の追跡ができるように構成され得る。本明細書に記載のいくつかの実装はまた、装着者の視界を妨害することなく、装着者の眼の前方の環境内の対象を撮像するように構成され得る。例えば、ＩＲ撮像を使用することで、接眼部を通じて見たり、環境を観覧したりする装着者の能力に干渉することなく、眼を撮像することを促進し得る。

以降、図を参照するが、図面全体を通じて、同様の参照符号は同様の部分を指す。

例示的なＨＭＤデバイス
図２は、ウェアラブルディスプレイシステム６０の一例を示している。ディスプレイシステム６０は、例えば、接眼部を備えたディスプレイ７０と、そのディスプレイ７０の機能をサポートする種々の機械的及び電子的モジュール及びシステムと、を含む。ディスプレイ７０は、フレーム８０に結合されてもよく、フレーム８０は、ディスプレイシステムのユーザ又は観覧する者９０によって装着可能であり、かつ、ユーザ９０の眼の前方にディスプレイ７０を位置決めするように構成されている。ディスプレイ７０は、いくつかの実施形態において、アイウェアと考えられ得る。いくつかの実施形態において、スピーカ１００は、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決めされるように構成されている（いくつかの実施形態において、図示されていないが、別のスピーカが、ステレオ／成形可能音声制御を提供するために、ユーザの他方の外耳道に隣接して位置決めされる）。いくつかの実施形態において、ディスプレイシステムはまた、音を検出するための１つ以上のマイクロフォン１１０又はその他のデバイスも含み得る。いくつかの実施形態において、マイクロフォンは、ユーザに、システム６０に対する入力又は指令（例えば、ボイスメニュー指令、自然言語質問など）を提供させるように構成され、かつ／又は、他の人との（例えば、同様のディスプレイシステムの他のユーザとの）音声通信を可能にしてもよい。マイクロフォンは更に、音声データ（例えば、ユーザ及び／又は環境からの音）を収集するための周辺センサとして構成され得る。いくつかの実施形態において、ディスプレイシステムはまた、周辺センサ１２０ａを備えてもよく、周辺センサ１２０ａは、フレーム８０から分離され、ユーザ９０の身体（例えば、ユーザ９０の頭、胴体、四肢など）に取り付けられてもよい。周辺センサ１２０ａは、いくつかの実施形態において、ユーザ９０の生理学的状態を特徴付けるデータを取得するように構成され得る。例えば、センサ１２０ａは、電極であってもよい。

引き続き図２を参照すると、ディスプレイ７０は、有線リード又は無線接続などの通信リンク１３０により、フレーム８０に固定的に取り付けられる、ユーザの装着したヘルメット又は帽子に固定的に取り付けられる、ヘッドフォンに内蔵される、又はさもなければ、取り外し可能に（例えば、バックパックスタイル構成、ベルト連結スタイル構成で）ユーザ９０に取り付けられるなど、種々の構成で搭載され得るローカルデータ処理モジュール１４０に対して、動作可能に結合される。同様に、センサ１２０ａは、通信リンク１２０ｂ、例えば、有線リード又は無線接続により、ローカルプロセッサ及びデータモジュール１４０に対して動作可能に結合され得る。ローカル処理及びデータモジュール１４０は、ハードウェアプロセッサと、非揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリ又はハードディスクドライブ）などのデジタルメモリと、を備えてもよく、両方とも、データの処理、キャッシング、保存の支援を行うのに利用され得る。データには、ａ）画像撮影デバイス（例えば、カメラなど）、マイクロフォン、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、及び／又は、本明細書に開示のその他のセンサなど、（例えば、フレーム８０に対して動作可能に結合されるか、又はさもなければユーザ９０に取り付けられ得る）センサから捕捉されたデータ、及び／又は、ｂ）場合によっては、このような処理又は検索後のディスプレイ７０への通過のための、（仮想コンテンツに関するデータを含む）遠隔処理モジュール１５０及び／又は遠隔データリポジトリ１６０を使用して取得及び／又は処理されたデータ、が含まれ得る。ローカル処理及びデータモジュール１４０は、有線又は無線通信リンクを介するなど、通信リンク１７０、１８０により、遠隔処理モジュール１５０及び遠隔データリポジトリ１６０に対して動作可能に結合され得ることにより、これらの遠隔モジュール１５０、１６０が互いに対して動作可能に結合され、ローカル処理及びデータモジュール１４０へのリソースとして利用可能となる。いくつかの実施形態において、ローカル処理及びデータモジュール１４０は、画像撮影デバイス、マイクロフォン、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、及び／又はジャイロのうちの１つ以上を含んでもよい。他のいくつかの実施形態において、これらのセンサのうちの１つ以上は、フレーム８０に取り付けられてもよく、又は有線若しくは無線の通信経路により、ローカル処理及びデータモジュール１４０と通信するスタンドアローン構造であってもよい。

図２を引き続き参照すると、いくつかの実施形態において、遠隔処理モジュール１５０は、データ及び／又は画像情報を分析及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てもよい。いくつかの実施形態において、遠隔データリポジトリ１６０は、デジタルデータ保存設備を備え、デジタルデータ保存設備は、「クラウド」リソース構成におけるインターネット又は他のネットワーキング構成を通じて利用可能であり得る。いくつかの実施形態において、遠隔データリポジトリ１６０は、１つ以上の遠隔サーバを含んでもよく、遠隔サーバは、例えば、拡張現実コンテンツを生成するための情報などの情報を、ローカル処理及びデータモジュール１４０及び／又は遠隔処理モジュール１５０に提供する。いくつかの実施形態において、全てのデータが保存され、全ての演算が、ローカル処理及びデータモジュールにおいて実施されることで、遠隔モジュールからの完全自律使用を可能にする。

画像の「三次元」すなわち「３Ｄ」としての知覚は、観覧する者の各眼に僅かに異なる画像表現を提供することによって達成され得る。図３は、ユーザに対して三次元画像をシミュレーションするための従来のディスプレイシステムを示している。２つのはっきりと異なる画像１９０、２００は、各々が各眼２１０、２２０に対応したもので、ユーザに出力される。画像１９０、２００は、観覧する者の視線に平行な光学軸又はＺ軸に沿った距離２３０で、眼２１０、２２０から離間している。画像１９０、２００は、平坦であり、眼２１０、２２０は、単一収容状態を想定することによって画像上に焦点を合わせ得る。このような３Ｄディスプレイシステムは、画像１９０、２００を組み合わせて、組み合わせた画像の深さ及び／又は尺度を知覚するという人間の視覚システムに依拠するものである。

しかしながら、人間の視覚システムは、より複雑であり、現実的な深さの知覚を提供することは、更に課題となることが理解されるであろう。例えば、従来の「３Ｄ」ディスプレイシステムを観覧する多くの者は、そのようなシステムが不快であると感じるか、又は深さの感覚を全く知覚しないこともある。理論に限定されることなく、対象を観覧する者は、輻輳及び調節の組み合わせのゆえに、その対象を「３次元」であると知覚し得る。２つの眼の互いに対する運動（例えば、瞳が互いに近付く、又は遠ざかるように移動することで、眼の視線を収束し、対象上に固定させる眼の回転）は、眼の水晶体と瞳との焦点合わせ（すなわち「調節」）に密接に関連している。通常の条件下において、眼の水晶体の焦点を変更する、すなわち、眼の調節を行って、異なる距離にある１つの対象から別の対象へ焦点を変更することにより、瞳孔拡張又は瞳孔収縮とともに、「調節輻輳反射」として既知の関係の下、自動的に同一距離に輻輳を合わせるように変更を生じる。同様に、輻輳の変更は、通常の条件下において、水晶体の形状及び瞳のサイズの調節を合わせるように変更するトリガとなる。本明細書に記載のとおり、多くの立体又は「３Ｄ」ディスプレイシステムでは、各眼に対する僅かに異なる提示（つまり、僅かに異なる画像）を使用してシーンを表示することで、人間の視覚システムに三次元視点を知覚させるようにする。しかしながら、このようなシステムはとりわけ、異なるシーンの提示を単に提供するのみで、眼では単一の調節状態で画像情報の全てを観覧しており、「調節輻輳反射」に対抗するため、多くのユーザにとっては不快なものとなる。調節と輻輳との間でより合致したディスプレイシステムでは、装着持続時間と、ひいては診断及び治療プロトコルの準拠とに貢献する、より現実的かつ快適な三次元画像のシミュレーションを形成し得る。

図４は、複数の深度平面を使用した三次元画像のシミュレーションアプローチの態様を示している。図４を参照すると、ｚ軸上の眼２１０、２２０から種々の距離にある対象は、眼２１０、２２０に調節されて、これらの対象に焦点が合わされている。眼２１０、２２０は、ｚ軸に沿った異なる距離で対象に焦点を合わせる特定の調節状態をとる。結果として、特定の調節状態は、深度平面２４０のうちの特定の１つと関連付けられると言ってもよく、この特定の１つは、関連焦点距離を有し、眼がその深度平面に対して調節状態にあるとき、特定の深度平面内の対象又は対象の一部に焦点が合うようになる。いくつかの実施形態において、眼２１０、２２０の各々に対して異なる画像提示を行うことにより、また更に深度平面の各々に対応して異なる画像提示を提供することにより、三次元画像がシミュレーションされてもよい。例示の明確さのために別々に示されているが、眼２１０、２２０の視野は、例えば、ｚ軸に沿う距離が増加するほど重なり合い得る。更に、図示の容易さのために平坦に示されているが、深度平面の輪郭は、物理的空間において湾曲していてもよく、深度平面中のあらゆる特徴が、特定の調節状態において眼の焦点のあった状態にあるようにすることが理解されるであろう。

対象と眼２１０又は２２０との間の距離はまた、その眼によって観覧される、その対象からの光の発散量も変更させ得る。図５Ａ～図５Ｃは、距離と光線の発散との間の関係を示している。対象と眼２１０との間の距離は、距離の降順、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３の順に表されている。図５Ａ～図５Ｃに示されるとおり、対象への距離が短くなるほど、光線はより発散する。距離が長くなるほど、光線はよりコリメートされる。別の表現をすると、ある点（対象又は対象の一部）で生成された明視野が球状の波面曲率を有し、これはその点がユーザの眼からどれだけ離れているかの関数となると言ってもよい。曲率は、対象と眼２１０との間の距離が短くなるほど大きくなる。結果として、異なる深度平面において、光線の発散程度も異なり、深度平面と観覧する者の眼２１０との間の距離が短くなるほど、発散程度が上昇する。図５Ａ～図５Ｃにおいては、図示の明確さのために単一の眼２１０のみを図示したが、眼２１０に関する検討は、観覧する者の両方の眼２１０及び２２０に適用されてよいことが理解されるであろう。

理論に限定されることなく、人間の眼は、通常、有限数の深度平面を解釈して深度知覚を与えることができると考えられている。結果として、知覚された深度を高度に信じられるほどシミュレーションすることは、眼に、これら限られた数の深度平面の各々に対応して異なる画像提示を提供することによって達成され得る。異なる提示は、観覧する者の眼によって別々に焦点が合わせられてもよく、これにより、異なる深度平面上に位置するシーンに対して異なる画像特徴に焦点を合わせるのに必要な眼の調節に基づき、及び／又は、異なる深度平面上の異なる画像特徴の焦点が外れていることを観察することに基づき、ユーザに深度の手がかりを与える手助けとなる。

導波路積層アセンブリの例
図６は、ユーザに画像情報を出力する導波路積層の一例を示している。ディスプレイシステム２５０は、複数の導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０を使用して眼／脳に三次元知覚を提供するように利用され得る、導波路の積層、又は積層された導波路アセンブリ２６０を含む。いくつかの実施形態において、ディスプレイシステム２５０は、図２のシステム６０であり、図６は、そのシステム６０のいくつかの部分を更に詳細に概略的に示している。例えば、導波路アセンブリ２６０は、図２のディスプレイ７０の一部であってもよい（例えば、接眼部の少なくとも一部を形成してもよい）。ディスプレイシステム２５０は、いくつかの実施形態において、明視野と見なされてもよいことが理解されるであろう。

図６を引き続き参照すると、導波路アセンブリ２６０はまた、導波路間に複数の特徴３２０、３３０、３４０、３５０を含んでもよい。いくつかの実施形態において、特徴３２０、３３０、３４０、３５０は、１つ以上のレンズであってもよい。導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０及び／又は複数のレンズ３２０、３３０、３４０、３５０は、種々のレベルの波面曲率又は光線発散で、眼に画像情報を送るように構成され得る。各導波路レベルは、特定の深度平面に関連付けられてもよく、その深度平面に対応する画像情報を出力するように構成されてもよい。画像注入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、導波路用の光源として機能してもよく、導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０に画像情報を注入するのに利用されてもよく、各々、本明細書に記載のとおり、眼２１０に向かって出力するために到来する光を各波長にわたって分布させるように構成され得る。光は、画像注入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００の出力面４１０、４２０、４３０、４４０、４５０から出て、導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０の対応する入力面４６０、４７０、４８０、４９０、５００に注入される。いくつかの実施形態において、入力面４６０、４７０、４８０、４９０、５００は各々、対応する導波路のエッジであってもよく、又は対応する導波路の主要面（すなわち、世界５１０又は観覧する者の眼２１０に直接対向した導波路面のうちの１つ）の一部であってもよい。いくつかの実施形態において単一の光ビーム（例えば、コリメートされたビーム）が、特定の導波路に関連付けられた深度平面に対応する特定の角度（及び発散量で）で眼２１０に向けられたクローン化コリメートビームの視野全体を出力するために、各導波路に注入され得る。いくつかの実施形態において、画像注入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のうちの１つが、複数（例えば、３つ）の導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０と関連付けられ、これらに光を注入してもよい。

いくつかの実施形態において、画像注入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、各々、対応する導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０のそれぞれへの注入のための画像情報を生成する別個のディスプレイである。他のいくつかの実施形態において、画像注入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、例えば、１つ以上の光学導管（ファイバー光学ケーブルなど）を介して画像注入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００の各々に画像情報をパイプしてもよい、単一の多重化ディスプレイの出力端である。画像注入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００によって提供される画像情報は、異なる波長又は色（例えば、本明細書において検討されるとおり、異なる成分の色）の光を含んでもよいことが理解されるであろう。

いくつかの実施形態にいて、導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０に注入される光は、光プロジェクタシステム５２０によって提供され、光プロジェクタシステム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）などの発光器を含み得る。光モジュール５３０からの光は、変調器５４０、例えば、空間光変調器に向かって方向付けられ、光変調器５４０により、ビームスプリッタ５５０を介して修正され得る。光変調器５４０は、導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０に注入される光の知覚強度を変更するように構成され得る。空間光変調器の例として、ｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌｏｎｓｉｌｉｃｏｎ（ＬＣＯＳ）を含む液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）が挙げられる。

いくつかの実施形態において、ディスプレイシステム２５０は、種々のパターン（例えば、ラスタ走査、渦巻走査、リサージュパターンなど）の光を１つ以上の導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０、最終的には観覧する者の眼２１０に投射するように構成された１つ以上の走査ファイバを備えた走査ファイバディスプレイであり得る。いくつかの実施形態において、図示の画像注入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、１つ又は複数の導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０に光を注入するように構成された単一の走査ファイバ、又は走査ファイバの束を概略的に表していてもよい。他のいくつかの実施形態において、図示の画像注入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、複数の走査ファイバ又は複数の走査ファイバの束を概略的に表していてもよく、各々、導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの関連の１つに光を注入するように構成されている。１つ以上の光学ファイバが光モジュール５３０から１つ以上の導波路２７０、２８０、２９０、３００、及び３１０に光を透過するように構成され得ることが理解されるであろう。１つ以上の介在する光学構造が、この又はこれらの走査ファイバと１つ以上の導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０との間に設けられ、例えば、走査ファイバを出た光を１つ以上の導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０に再度方向付けてもよいことが理解されるであろう。

コントローラ５６０は、画像注入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００、光源５３０、及び光変調器５４０の動作を含む、積層導波路アセンブリ２６０のうちの１つ以上の動作を制御する。いくつかの実施形態において、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、本明細書に開示の種々の方式のいずれかに従って、導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０への画像の提供とタイミングを規制するプログラミング（例えば、非一時的媒体における命令）を含む。いくつかの実施形態において、コントローラは、単一の一体型デバイスであるか、又は有線又は無線の通信チャンネルによって接続された分散システムであってもよい。コントローラ５６０は、いくつかの実施形態において、処理モジュール１４０又は１５０（図２）の一部であってもよい。

図６を引き続き参照すると、導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、ＴＩＲによってそれぞれ各導波路内で光を伝搬するように構成され得る。導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、各々、平面状であるか、又は主要な上面及び底面、並びにこれらの主要な上面及び底面の間に延設されたエッジを備えた、他の形状（例えば、湾曲）を有してもよい。図示の構成において、導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、各々、眼２１０に画像情報を出力するために、導波路を出て、光を再度方向付け、各導波路内で伝搬させることにより、導波路から光を抽出するように構成されたアウトカップリング光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０を含み得る。抽出された光はまた、アウトカップリングされた光とも称され、アウトカップリング光学要素の光はまた、光抽出光学要素とも称され得る。抽出された光ビームは、導波路内を伝搬する光が光抽出光学要素にぶつかる場所で、導波路によって出力され得る。アウトカップリング光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、例えば、本明細書において更に検討されるとおり、回折光学特徴を含む、格子であり得る。説明の容易さ及び図面の明確さのために、導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０の主要底面に配されたものが図示されているが、いくつかの実施形態において、アウトカップリング光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、本明細書において更に検討されるとおり、主要上面及び／若しくは主要底面に配されてもよく、並びに／又は、導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０の容量内に直接配されてもよい。いくつかの実施形態において、アウトカップリング光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、透明基板に取り付けられた層状の材料に形成され、導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０を形成してもよい。他のいくつかの実施形態において、導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、モノリシックな材料片であってもよく、アウトカップリング光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、その材料片の表面上及び／又はその材料片の内部に形成されてもよい。

図６を引き続き参照すると、本明細書で検討されるとおり、各導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、特定の深度平面に対応する画像を形成するための光を出力するように構成されている。例えば、眼に最も近い導波路２７０は、眼２１０にコリメートされた（このような導波路２７０に注入された）光を送るように構成され得る。コリメートされた光は、光学無限大焦点面を表してもよい。次の導波路アップ２８０は、眼２１０に到達し得る前に第１のレンズ３５０（例えば、負レンズ）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てもよく、このような第１のレンズ３５０は、僅かに凸状の波面曲率を生じるように構成され得ることで、眼／脳が次の導波路アップ２８０から到来する光を、光学無限大から眼２１０に向かって内側に近付くように第１の焦点面から到来するものとして解釈する。同様に、第３のアップ導波路２９０は、その出力光を、眼２１０に到達する前に、第１のレンズ３５０及び第２のレンズ３４０の両方を通過させ、第１のレンズ３５０及び第２のレンズ３４０の屈折力の組み合わせが、更なる増分量の波面曲率を生じるように構成され得ることで、眼／脳が、第３の導波路２９０から到来する光を、次の導波路アップ２８０からの光よりも、光学無限大からその人に向かって更に内側に近付いた第２の焦点面から到来したものとして解釈する。

残りの導波路層３００、３１０、及びレンズ３３０、３２０は、同様に構成され、積層のうち最も高い導波路３１０が、その人に最も近い焦点面を表す集約屈折力のために、その導波路と眼との間の全てのレンズを通じてその出力を送る。積層導波路アセンブリ２６０の他方側において世界５１０から到来する光を観覧／解釈するとき、レンズ３２０、３３０、３４０、３５０の積層に寄与するために、寄与レンズ層６２０が、下のレンズ積層３２０、３３０、３４０、３５０の集約力に寄与するように積層の頂上部に配され得る。このような構成により、存在する利用可能な導波路／レンズと同数の焦点面が知覚されるようにする。導波路のアウトカップリング光学要素及びレンズの焦点合わせの態様は両方とも、静的であってもよい（すなわち、動的又は電気活性でない）。いくつかの代替実施形態において、これらのうちのいずれか又は両方が、電気活性特徴を使用して動的であってもよい。

いくつかの実施形態において、導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの２つ以上は、同一の関連深度平面を有し得る。例えば、複数の導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０が、同一の深度平面に画像セットを出力するように構成されてもよく、又は導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０の複数のサブセットが、各深度平面に対して１セットとなるように、同一の複数の深度平面に画像セットを出力するように構成されてもよい。これは、これらの深度平面において拡張された視野を提供するためのタイル化画像を形成するのに有利となり得る。

図６を引き続き参照すると、アウトカップリング光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、これらの各導波路から出た光を再度方向付けることと、導波路に関連付けられた特定の深度平面に対して適切な発散量又はコリメート量でこの光を出力することと、の両方を行うように構成され得る。結果として、異なる関連深度平面を有した導波路は、異なる構成のアウトカップリング光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０を有してもよく、アウトカップリング光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、関連深度平面に応じて、異なる発散量で光を出力する。いくつかの実施形態において、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、特定角度で光を出力するように構成され得る体積又は表面の特徴であってもよい。例えば、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、体積ホログラム、表面ホログラム、及び／又は回折格子であり得る。いくつかの実施形態において、特徴３２０、３３０、３４０、３５０は、レンズでなくてもよく、むしろ、これらは、単にスペーサ（例えば、空隙を形成するクラッド層及び／又は構造）であってもよい。

いくつかの実施形態において、アウトカップリング光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、回折パターンを形成する回折特徴、すなわち「回折光学要素」（本明細書では、「ＤＯＥ」とも称される）である。好ましくは、ＤＯＥは、回折効率が十分に低いため、ＤＯＥの各交差により、光ビームの一部分のみが眼２１０に向かって逸らされ、残りは引き続きＴＩＲを通じて移動する。したがって、画像情報を伝達する光は、非常に多数の場所で導波路を出る多数の関連出口ビームに分割され、その結果として、この特定のコリメートビームが導波路内で跳ね返るように、かなり均一なパターンの眼２１０に向かった出口放出となる。

いくつかの実施形態において、１つ以上のＤＯＥは、それらがアクティブに回折する「オン」状態と、それらが著しくは回折しない「オフ」状態と、の間で切り替え可能であってもよい。例えば、切り替え可能なＤＯＥは、ポリマー分散液晶の層を含んでもよく、その内部では微小液滴がホスト媒体中で回折パターンを含み、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てもよく（この場合、パターンは入射光を感知できる程度には回折しない）、又は微小液滴は、ホスト媒体の屈折率とは合致しない屈折率に切り替えられ得る（この場合、パターンは入射光をアクティブに回折する）。

いくつかの実施形態において、カメラアセンブリ６３０（例えば、可視光及び赤外光カメラを含む、デジタルカメラ）が、眼２１０、眼２１０の一部、眼２１０を包囲する組織の少なくとも一部分の画像を撮影するように設けられ、例えば、ユーザの入力検出、眼からのバイオメトリック情報の抽出、眼の視線方向の推定及び追跡、ユーザの生理学的状態のモニタリングなどを行うようにしてもよい。本明細書において使用されるカメラとは、任意の画像撮影デバイスであり得る。いくつかの実施形態において、カメラアセンブリ６３０は、画像撮影デバイスと、眼に光（例えば、ＩＲ又は近赤外光）を投射するための光源とを備えてもよく、光は、その後、眼によって反射され、画像撮影デバイスによって検出され得る。いくつかの実施形態において、光源は、ＩＲ又は近赤外を放出する発光ダイオード（「ＬＥＤ」）を含む。光源は、カメラアセンブリ６３０に取り付けられるものとして図示されているが、光源は、カメラアセンブリに対して他のエリアに配され得ることで、光源によって放出された光が装着者の眼に向かって方向付けられる（例えば、本明細書に記載の光源５３０）ことが理解されるであろう。いくつかの実施形態において、カメラアセンブリ６３０は、フレーム８０（図２）に取り付けられてもよく、本明細書において検討されるとおり、例えば、ユーザの生理学的状態、装着者の視線方向、虹彩識別などに関する種々の判定を行うため、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又は１５０と電気的に通信してもよい。ユーザの生理学的状態に関する情報を使用して、ユーザの挙動又は感情の状態を判定してもよい。そのような情報の例として、ユーザの動き、又はユーザの表情が挙げられる。ユーザの挙動又は感情の状態は、次いで、収集された環境又は仮想コンテンツデータで、三角法で測られることで、挙動又は感情の状態、生理学的状態、及び環境又は仮想コンテンツデータの間の関係を判定するようにしてもよい。いくつかの実施形態において、各眼を別々にモニタリングするために、１つのカメラアセンブリ６３０が各眼に対して利用され得る。

以降、図７を参照して、導波路によって出力された出口ビームの一例を示す。１つの導波路が図示されているが、導波路アセンブリ２６０が複数の導波路を含む場合、導波路アセンブリ２６０（図６）中の他の導波路が同様に機能してもよいことが理解されるであろう。光６４０は、導波路２７０の入力面４６０における導波路２７０に注入され、ＴＩＲによって導波路２７０内を伝搬する。光６４０がＤＯＥ５７０に衝突する地点で、光の一部分が出口ビーム６５０として導波路を出る。出口ビーム６５０は、実質的に平行なものとして図示されているが、本明細書において検討されるとおり、これらは、導波路２７０に関連付けられた深度平面に応じて、（例えば、発散出口ビームを形成する）ある角度で眼２１０に伝搬するように再度方向付けられてもよい。実質的に平行な出口ビームは、光をアウトカップリングして、眼２１０から長距離（例えば、光学無限大）の深度平面上に設定されたように見える画像を形成するアウトカップリング光学要素を備えた導波路を示し得る。他の導波路又は他のアウトカップリング光学要素の組は、より発散の多い出口ビームパターンを出力してもよく、これには、眼２１０がより近い距離に調節を行うことで、網膜上に焦点を合わせるようにすることが必要となり、これが脳によって光学無限大よりも眼２１０に近い距離からの光であると解釈される。

いくつかの実施形態において、成分カラー、例えば、３つ以上の成分カラーの各々において画像を重ね合わせることにより、各深度平面において、フルカラー画像が形成され得る。図８は、各深度平面が複数の異なる成分カラーを使用して形成された画像を含む積層導波路アセンブリの一例を示している。図示の実施形態では、深度平面２４０ａ～２４０ｆを示しているが、より多くの数又はより少ない数の深度が考慮されてもよい。各深度平面は、第１の色Ｇの第１の画像、第２の色Ｒの第２の画像、及び第３の色Ｂの第３の画像を含む、それに関連付けられた３つ以上の成分カラー画像を有してもよい。異なる深度平面は、図中、Ｇ、Ｒ、及びＢの文字に続く異なる数のジオプトリ（ｄｐｔ）で示されている。単なる例として、これらの各文字に続く数は、ジオプトリ（１／ｍ）、又は観覧する者からの深度平面の逆距離を示しており、図中の各ボックスは、個々の成分カラー画像を表している。いくつかの実施形態において、眼が異なる波長の光の焦点を合わせる際の違いを考慮すると、異なる成分カラーに対する深度平面の正確な位置づけは変動し得る。例えば、所与の深度平面に対する異なる成分カラー画像が、ユーザから異なる距離に対応する深度平面上に位置づけられ得る。このような配置により、視力及びユーザの快適さを増加させてもよく、又は色収差を低減してもよい。

いくつかの実施形態において、各成分カラーの光は、単一の専用の導波路によって出力されてもよく、結果として、各深度平面が、それに関連付けられた複数の導波路を有してもよい。このような実施形態において、図中のＧ、Ｒ、又はＢの文字を含む各ボックスは、個々の導波路を表すものと理解されてもよく、３つの導波路が、深度平面毎に設けられてもよく、この場合、３つの成分カラー画像が深度平面毎に設けられる。説明を容易にするため、この図面中、各深度平面に関連付けられた導波路は互いに隣接するものとして示されているが、物理的デバイス中では、これらの導波路がレベル毎に１つの導波路として積層中に全て配置されてもよいことが理解されるであろう。他のいくつかの実施形態において、複数の成分カラーが同一の導波路によって出力されて、例えば、深度平面毎に単一の導波路のみが設けられるようにしてもよい。

図８を引き続き参照すると、いくつかの実施形態において、Ｇは緑色であり、Ｒは赤色であり、Ｂは青色である。他のいくつかの実施形態において、赤、緑、若しくは青に加えて、マゼンタ及びシアンを含む、他の波長の光に関連付けられた他の色が使用されてもよく、又は赤、緑、若しくは青のうちの１つ以上を代替してもよい。いくつかの実施形態において、特徴３２０、３３０、３４０、及び３５０は、周囲環境からの光を遮断するか、又は選択的にこれを観覧する者の眼まで通過させるように構成されたアクティブ又はパッシブ光学フィルタであってもよい。

本開示全体を通じた光の所与の色に対する言及は、観覧する者によってその所与の色であるものと知覚される光の波長範囲内にある１つ以上の波長の光を網羅するものと理解されるであろうことが認められるであろう。例えば、赤色光は、約６２０～７８０ｎｍの範囲内に１つ以上の波長の光を含み得、緑色光は、約４９２～５７７ｎｍの範囲内に１つ以上の波長の光を含み得、青色光は、約４３５～４９３ｎｍの範囲内に１つ以上の波長の光を含み得る。

いくつかの実施形態において、光源５３０（図６）は、例えば、ＩＲ又は紫外線波長など、観覧する者の視覚認識範囲外の１つ以上の波長の光を放出するように構成され得る。赤外光には、７００ｎｍ～１０μｍの範囲内の波長を有する光が含まれ得る。いくつかの実施形態において、赤外光には、７００ｎｍ～１．５μｍの範囲内の波長を有する近赤外光が含まれ得る。更にディスプレイ２５０の導波路のインカップリング、アウトカップリング、及びその他の光再方向付け構造が、例えば、撮像又はユーザの刺激付与のために、ディスプレイからユーザの眼２１０に向かって、この光を方向付けて放出するように構成されてもよい。

以降、図９Ａを参照すると、いくつかの実施形態において、導波路に衝突した光は、導波路内に光をインカップリングするように再度方向付けられる必要があり得る。インカップリング光学要素を使用して、光をその対応する導波路内に再度方向付け及びインカップリングしてもよい。図９Ａは、各々、インカップリング光学要素を含む、複数の積層導波路、又は積層導波路セット６６０の例の断面側面図を示している。導波路は、各々、１つ以上の異なる波長、又は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。積層６６０は、積層２６０（図６）に対応してもよく、積層６６０の図示の導波路は、画像注入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のうちの１つ以上からの光が、インカップリングのために光の再度方向付けを必要とする位置から導波路内に注入されること以外は、複数の導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０の一部に対応し得ることが理解されるであろう。

図示の積層導波路のセット６６０は、導波路６７０、６８０、及び６９０を含む。各導波路は、関連のインカップリング光学要素（導波路上の光入力エリアとも称され得る）を含み、例えば、インカップリング光学要素７００が導波路６７０の主要面（例えば、主要上面）上に配され、インカップリング光学要素７１０が、導波路６８０の主要面（例えば、主要上面）上に配され、インカップリング光学要素７２０が導波路６９０の主要面（例えば、主要上面）上に配される。いくつかの実施形態において、インカップリング光学要素７００、７１０、７２０は、各導波路６７０、６８０、６９０の主要底面上に配されてもよい（特に、この場合、１つ以上のインカップリング光学要素が反射、偏向光学要素である）。図示のとおり、インカップリング光学要素７００、７１０、７２０は、これら各導波路６７０、６８０、６９０の主要上面上（又は、次の下位の導波路の頂上部）に配されてもよく、特にこの場合、これらのインカップリング光学要素は、透過偏向光学要素である。いくつかの実施形態において、インカップリング光学要素７００、７１０、７２０は、各導波路６７０、６８０、６９０の本体内に配されてもよい。いくつかの実施形態において、本明細書で検討されたとおり、インカップリング光学要素７００、７１０、７２０は、波長選択的であり、これらが他の波長の光を透過させつつ、１つ以上の波長の光を選択的に再度方向付けるようにする。これらのそれぞれの導波路６７０、６８０、６９０の１つの側又は隅に図示されているが、インカップリング光学要素７００、７１０、７２０は、いくつかの実施形態において、これらのそれぞれの導波路６７０、６８０、６９０の他のエリア内に配されてもよい。

図示のとおり、インカップリング光学要素７００、７１０、７２０は、互いから横方向にオフセットされてもよい。いくつかの実施形態において、各インカップリング光学要素は、光に別のインカップリング光学要素を通過させることなく、その光を受けるようにオフセットされてもよい。例えば、各インカップリング光学要素７００、７１０、７２０は、図６に示されるとおり、異なる画像注入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、及び４００からの光を受けるように構成されてもよく、インカップリング光学要素７００、７１０、７２０のうちの他のものからの光を実質的に受け取らないように、他のインカップリング光学要素７００、７１０、７２０から離れていてもよい（例えば、横方向に離間）。

各導波路はまた、例えば、配光要素７３０が導波路６７０の主要面（例えば、主要上面）上に配され、配光要素７４０が導波路６８０の主要面（例えば、主要上面）上に配され、配光要素７５０が導波路６９０の主要面（例えば、主要上面）上に配された、関連配光要素も含む。他のいくつかの実施形態において、配光要素７３０、７４０、７５０は、関連導波路６７０、６８０、６９０のそれぞれの主要底面上に配されてもよい。他のいくつかの実施形態において、配光要素７３０、７４０、７５０は、関連導波路６７０、６８０、６９０のそれぞれの主要上面上及び主要底面上の両方に配されてもよく、又は配光要素７３０、７４０、７５０は、異なる関連導波路６７０、６８０、６９０のそれぞれにおいて主要上面及び主要底面のうちの異なる表面上に配されてもよい。

導波路６７０、６８０、６９０は、例えば、気体、液体、又は固体材料層によって離間し、分離されてもよい。例えば、図示のとおり、層７６０ａは、導波路６７０及び６８０を分離してもよく、層７６０ｂは導波路６８０及び６９０を分離してもよい。いくつかの実施形態において、層７６０ａ及び７６０ｂは、屈折率の低い材料（すなわち、導波路６７０、６８０、６９０のうちの直近で隣接する導波路を形成する材料より低い屈折率を有した材料）で形成される。好ましくは、層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料の屈折率は、０．０５以上であるか、又は導波路６７０、６８０、６９０を形成する材料の屈折率より０．１０以下である。好都合なことに、屈折率のより低い層７６０ａ、７６０ｂが導波路６７０、６８０、６９０を通じた光のＴＩＲ（例えば、各導波路の主要上面と主要底面との間のＴＩＲ）を促進するクラッド層として機能し得る。いくつかの実施形態において、層７６０ａ、７６０ｂは空気で形成される。図示はされていないが、図示の導波路セット６６０の頂上部及び底部には、すぐ隣接するクラッド層が含まれ得ることが理解されるであろう。

好ましくは、製造の容易さ及び他の考慮事項のため、導波路６７０、６８０、６９０を形成する材料は、同様又は同一であり、層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料は、同様又は同一である。いくつかの実施形態において、導波路６７０、６８０、６９０を形成する材料は、１つ以上の導波路の間で異なってもよく、又は層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料は、上述の種々の屈折率の関係を依然として保持しつつ、異なってもよい。

図９Ａを引き続き参照すると、光線７７０、７８０、７９０は、導波路セット６６０に入射する。光線７７０、７８０、７９０は、１つ以上の画像注入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００（図６）によって導波路６７０、６８０、６９０に注入され得ることが理解されるであろう。

いくつかの実施形態において、光線７７０、７８０、７９０は、異なる色に対応し得る異なる特性、例えば、異なる波長又は異なる波長範囲を有する。インカップリング光学要素７００、７１０、７２０は、各々、光がＴＩＲによって導波路６７０、６８０、６９０のうちのそれぞれ１つを通って伝搬するように、入射光を偏向させる。

例えば、インカップリング光学要素７００は、光線７７０を偏向させるように構成されてもよく、この光線７７０は、第１の波長又は波長範囲を有する。同様に、透過された光線７８０は、インカップリング光学要素７１０に衝突され、これによって偏向され、このインカップリング光学要素７１０は、第２の波長又は波長範囲の光を偏向させるように構成されている。同様に、光線７９０は、インカップリング光学要素７２０によって偏向されるが、このインカップリング光学要素７２０は、第３の波長又は波長範囲の光を選択的に偏向させるように構成されている。

図９Ａを引き続き参照すると、偏向された光線７７０、７８０、７９０は、対応する導波路６７０、６８０、６９０を通って伝搬するように偏向される。すなわち、各導波路のインカップリング光学要素７００、７１０、７２０は、対応する導波路６７０、６８０、６９０内に光を偏向させ、光を対応する導波路内にインカップリングさせる。光線７７０、７８０、７９０は、ＴＩＲによって光にそれぞれの導波路６７０、６８０、６９０を通って伝搬させる角度で、偏向される。光線７７０、７８０、７９０は、導波路の対応する配光要素７３０、７４０、７５０に衝突するまで、ＴＩＲによってそれぞれの導波路６７０、６８０、６９０を通って伝搬する。

以降、図９Ｂを参照して、図９Ａの複数の積層導波路の一例の斜視図を示す。上述のとおり、インカップリングされた光線７７０、７８０、７９０は、インカップリング光学要素７００、７１０、７２０のそれぞれによって偏向された後、導波路６７０、６８０、６９０内でそれぞれＴＩＲによって伝搬する。次いで、光線７７０、７８０、７９０は、配光要素７３０、７４０、７５０のそれぞれに衝突する。配光要素７３０、７４０、７５０は、アウトカップリング光学要素８００、８１０、８２０のそれぞれに向かって伝搬するように、光線７７０、７８０、７９０を偏向させる。

いくつかの実施形態において、配光要素７３０、７４０、７５０は、直交瞳孔エキスパンダ（ＯＰＥ）である。いくつかの実施形態において、ＯＰＥは、アウトカップリング光学要素８００、８１０、８２０への光の偏向又は配光の両方を行い、この光がアウトカップリング光学要素に伝搬する際、この光のビーム又はスポットサイズも増加させる。いくつかの実施形態において、例えば、ビームサイズが既に所望のサイズである場合、配光要素７３０、７４０、７５０は、省略されてもよく、インカップリング光学要素７００、７１０、７２０は、アウトカップリング光学要素８００、８１０、８２０に直接向かって光を偏向させるように構成されてもよい。例えば、図９Ａを参照すると、配光要素７３０、７４０、７５０は、アウトカップリング光学要素８００、８１０、８２０のそれぞれに置き換えられてもよい。いくつかの実施形態において、アウトカップリング光学要素８００、８１０、８２０は、観覧する者の眼２１０内で光を方向付ける出口瞳孔（ＥＰ）又は出口瞳孔エキスパンダ（ＥＰＥ）である（図７）。ＯＰＥは、少なくとも１つの軸においてアイボックスの次元を増加させるように構成され得、ＥＰＥは、ＯＰＥの軸に交差、例えば、直交する軸においてアイボックスを拡大するものであり得ることが理解されるであろう。

したがって、図９Ａ及び図９Ｂを参照すると、いくつかの実施形態において、導波路セット６６０は、各成分カラーに対して、導波路６７０、６８０、６９０と、インカップリング光学要素７００、７１０、７２０と、配光要素（例えば、ＯＰＥ）７３０、７４０、７５０と、アウトカップリング光学要素（例えば、ＥＰ）８００、８１０、８２０と、を含む。導波路６７０、６８０、６９０は、各々の間に空隙／クラッド層を備えて積層され得る。インカップリング光学要素７００、７１０、７２０は、（異なるインカップリング光学要素が異なる波長の光を受けて）入射光をその導波路内に再度方向付け又は偏向させる。次いで、光は、結果としてそれぞれの導波路６７０、６８０、６９０内のＴＩＲとなる角度で伝搬する。図示の例において、光線７７０（例えば、青色光）は、第１のインカップリング光学要素７００によって偏向された後、引き続き跳ね返って導波路を下り、先に述べたように、配光要素（例えば、ＯＰＥ）７３０、ひいてはアウトカップリング光学要素（例えば、ＥＰ）８００と相互作用する。光線７８０及び７９０（例えば、緑色光及び赤色光のそれぞれ）は、導波路６７０を通過し、光線７８０がインカップリング光学要素７１０に衝突して、これによって偏向される。その後、光線７８０は、跳ね返ってＴＩＲを介して導波路６８０を下り、その配光要素（例えば、ＯＰＥ）７４０、ひいてはアウトカップリング光学要素（例えば、ＥＰ）８１０に向かって進む。最後に、光線７９０（例えば、赤色光）は、導波路６９０を通過して、導波路６９０の光インカップリング光学要素７２０に衝突する。光インカップリング光学要素７２０は、光線がＴＩＲによって配光要素（例えば、ＯＰＥ）７５０、ひいてはＴＩＲによってアウトカップリング光学要素（例えば、ＥＰ）８２０に伝搬するように、光線７９０を偏向させる。最後に、アウトカップリング光学要素８２０は、光線７９０を観覧する者に向かってアウトカップリングするが、この観覧する者はまた、他の導波路６７０、６８０からのアウトカップリングされた光も受ける。

図９Ｃは、図９Ａ及び図９Ｂの複数の積層導波路の例を上から見た平面図である。図示のとおり、導波路６７０、６８０、６９０は、各導波路の関連の配光要素７３０、７４０、７５０と関連のアウトカップリング光学要素８００、８１０、８２０とともに、垂直方向に位置合わせされ得る。しかしながら、本明細書において検討されるとおり、インカップリング光学要素７００、７１０、７２０は、垂直方向に位置合わせされるのでなく、代わりに、インカップリング光学要素が重ね合わせられない（例えば、上から見た図に見て取れるとおり、横方向に離間する）ことが好ましい。本明細書において更に検討されるとおり、この重ね合わせられない空間配置により、一対一ベースで異なるリソースから異なる導波路に光を注入するのを促進することで、特定の光源が特定の導波路に一意的に結合されるようにする。いくつかの実施形態において、重ね合わせのない、空間的に離れたインカップリング光学要素を含む配置は、シフト瞳孔システムと称されてもよく、これらの配置内のインカップリング光学要素は、サブ瞳孔に対応し得る。

例示的な撮像システム
ＨＭＤ（例えば、図２に示されるウェアラブルディスプレイシステム２００）の装着者の眼又は眼の周辺の組織は、眼からカメラアセンブリまで光を方向付けるために１つ以上の光学要素を使用することで、撮像可能である。結果として得られた画像を使用して、片眼又は両眼の追跡、網膜の撮像、眼の形状の三次元における再構築、眼からのバイオメトリック情報の抽出（例えば、虹彩識別）などを行うことができる。

以上に概要を述べたとおり、ＨＭＤにおいて装着者の眼の状態についての情報を使用し得るのには、種々の理由がある。例えば、この情報は、装着者の視線方向の推定のため、又はバイオメトリック識別のために使用され得る。しかしながら、ＨＭＤと装着者の眼との間の距離が短いため、この問題は難易度が高い。視線追跡では、より広い視野が必要となる一方、バイオメトリック識別では、虹彩上の標的に比較的多数の画素が必要となるという事実により、これは更に複雑となる。これらの目的の両方を達成しようとする撮像システムでは、これら２つのタスクの要件が大いに対立する。最後に、瞼及びまつ毛による閉塞で、両方の問題が更に複雑となる。本明細書に記載の撮像システムの実施形態は、これらの問題の少なくとも一部又は全部に対処し得る。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、装着者９０の一方の眼又は両方の眼２１０、２２０を撮像するように構成された撮像システム１０００ａの例を概略的に示している。撮像システム１０００ａは、基板１０７０と、眼２２０を見るように配置されたカメラアセンブリ１０３０と、を備える。図１０Ａ及び図１０Ｂを参照して本明細書に記載する撮像システム１０００ａの実施形態は、本明細書に記載のディスプレイデバイス（例えば、図２に示されるウェアラブルディスプレイシステム６０、図６及び図７に示されるディスプレイシステム２５０、及び図９Ａ～図９Ｃの積層６６０）を含むＨＭＤとともに使用することができる。例えば、撮像システム１０００ａが、図６のディスプレイシステム２５０の一部であるいくつかの実装において、基板１０７０は、導波路２７０、２８０、２９０、３００、又は３１０のうちの１つを備えるか、又はこれを代替してもよく、導波路２７０、２８０、２９０、３００、又は３１０のうちの２つの間に配されてもよく、導波路積層２６０と眼２１０との間に配されてもよく、又は導波路積層２６０と世界５１０との間に配されてもよい。

いくつかの実施形態において、カメラアセンブリ１０３０は、例えば、図２のウェアラブルディスプレイシステム６０のフレーム８０上（例えば、装着者のこめかみ付近のつる８２上）、図２のディスプレイ（例えば、接眼部）７０のエッジ周辺（図１０Ｂに図示のとおり）、及び／又は、図２のディスプレイ（例えば、接眼部）７０に内蔵されるなど、装着者の眼の近傍に搭載され得る。カメラアセンブリ１０３０は、図６のカメラアセンブリ６３０と実質的に同様であってもよい。他の実施形態において、第２のカメラアセンブリは、装着者の他方の眼２１０を別に撮像するために使用可能である。カメラアセンブリ１０３０は、ＩＲ放射に感度を有するＩＲデジタルカメラを含み得る。カメラアセンブリ１０３０は、図１０Ａに示されるとおり、正面（例えば、装着者の視界が向く方向）を向くように搭載可能であり、又はカメラアセンブリ１０３０は、例えば、眼２２０若しくは眼の側など、後方を向き、後方に方向付けられるように搭載可能である（例えば、図１０Ｂ）。

いくつかの実施形態において、カメラアセンブリ１０３０は、画像撮影デバイスと、眼２２０に光を投射する光源１０３２とを含んでもよく、この光は、その後、眼２２０に反射されて、カメラアセンブリ１０３０に検出され得る。光源１０３２は、カメラアセンブリ１０３０に取り付けられるものとして示されているが、光源１０３２は、カメラアセンブリに対して他のエリアに配されてもよく、それにより、光源によって放出された光が、装着者の眼に向かって方向付けられ、カメラアセンブリ１０３０に向かって反射される。例えば、撮像システム１０００ａがディスプレイシステム２５０の一部であり（図６）、基板１０７０が導波路２７０、２８０、２９０、３００、又は３１０のうちの１つを含むか、又はこの１つを代替し、光源１０３２は、発光器３６０，３７０，３８０，３９０のうちの１つ又は光源５３０であり得る。

図１０Ａに示される実施形態において、カメラアセンブリ１０３０は、基板１０７０の近位面１０７４など、基板に向かって方向付けられるように位置決めされる。基板１０７０は、例えば、図２のディスプレイ（例えば、接眼部）７０の一部、又は１つの眼鏡のレンズであり得る。基板１０７０は、基板１０７０に入射する可視光の少なくとも１０％、２０％、３０％、４０％、又は５０％以上まで、場合によっては８０％、９０％、９５％、９８％、９９％、９９．９％、９９．９９％以上まで、又はこれらの値のいずれかで形成される任意の範囲内で、透過性であり得る。他の実施形態において、基板１０７０は、（例えば、仮想現実ディスプレイにおいて）透明である必要はない。基板１０７０は、１つ以上の反射光学要素１０７８を備えることができる。いくつかの実施形態において、１つ以上の反射光学要素１０７８は、第１の範囲の波長とは異なる第２の範囲の波長に対しては実質的に透過可能でありながら、第１の範囲の波長を反射するように選択され得る。いくつかの実施形態において、第１の範囲の波長は、ＩＲ波長であり得、第２の範囲の波長は、可視波長であり得る。したがって、ある実装において、１つ以上の反射光学要素は、ホットミラー又は反射体１０７８を含み得る。基板１０７０は、ポリカーボネートなどのポリマー又はプラスチック材料を含むか、又は所望の光学特性を有する他の軽量材料を含み得る。特定の科学的理論に従うことなく、プラスチック材料の剛性がより低くてもよく、したがって、使用中の破損又は不具合の影響を受けにくくてもよい。プラスチック材料もまた軽量であり得るため、プラスチック材料の合成と組み合わせられたとき、より薄い基板とすることができるようになり、コンパクトかつ軽量な撮像システムの製造を促進し得る。基板１０７０は、所望の光学的特性を有する、ポリカーボネート又はその他のプラスチックなどのポリマーを含むものとして説明されるが、所望の光学特性を有した、例えば、溶融シリカなど、他の材料も可能である。

１つ以上の反射光学要素１０７８は、第２の範囲の波長の光（例えば、可視光）を透過させつつ、第１の範囲の波長の光（例えば、赤外光）を反射又は再度方向付けするように構成された反射光学要素を含み得る。このような実施形態において、眼２２０からの赤外光１０１０ａ、１０１２ａ、及び１０１４ａは、１つ以上の光学要素１０７８から反射し、結果として、カメラアセンブリ１０３０によって画像形成に使用され得る反射赤外光１０１０ｂ、１０１２ｂ、１０１４ｂを生じる。いくつかの実施形態において、カメラアセンブリ１０３０は、１つ以上の反射光学要素１０７８によって反射された第１の範囲の波長の少なくともサブセット（非空のサブセット、又は全部未満のサブセット）に感度が高いか、又はこれを撮影することができるものとし得る。例えば、１つ以上の反射光学要素１０７８が部分的に透過反射要素であってもよい場合、１つ以上の光学要素１０７８は、７００ｎｍ～１．５μｍの範囲内の赤外光を反射してもよく、カメラアセンブリ１０３０は、７００ｎｍ～９００ｎｍの範囲内の波長の近赤外光に感度が高いか、又はこれを撮影することができてもよい。別の例として、１つ以上の反射光学要素１０７８は、７００ｎｍ～１．５μｍの範囲内の赤外光を反射してもよい。いくつかの実装において、カメラアセンブリ１０３０は、９００ｎｍ～１．５μｍの範囲内の赤外光をフィルタリングするフィルタを含み得るため、カメラアセンブリ１０３０は７００ｎｍ～９００ｎｍの波長の近赤外光を撮影できる。

外界（例えば、図６の世界５１０）からの可視光は、基板１０７０を透過して、装着者によって知覚され得る。それにも関わらず、光は、基板の反対側（例えば、眼の側）では、対象から反射され、カメラアセンブリ１０３０に入射し得る。実際には、反射光学要素１つ以上の光学要素１０７８によって生じたこの反射の結果として、撮像システム１０００ａは、眼２２０が直接見た画像を撮影する、装着者の眼２２０に背を向けた仮想カメラアセンブリ１０３０ｃが存在するかのように挙動することができる。仮想カメラアセンブリ１０３０ｃは、装着者の眼２２０から基板１０７０に伝搬される仮想赤外光線１０１０ｃ、１０１２ｃ、及び１０１４ｃによって形成される仮想画像が含まれてもよいため、「ｃ」の参照を付してラベル付けされる。１つ以上の反射光学要素１０７８は、基板１０７０の近位表面１０７４上に配されるものとして示されているが、他の構成も可能である。例えば、１つ以上の反射光学要素１０７８は、基板１０６０の遠位表面１０７６上又は基板１０７０内に配され得る。

したがって、撮像システム１０００ａの例示的な配置を図１０Ａ及び図１０Ｂに示すが、他の配置も可能である。

接眼部内又は接眼部上に一体化された例示的な撮像システム
図１１Ａは、本明細書に記載のディスプレイシステム（例えば、図２に示されるウェアラブルディスプレイシステム６０、図６及び図７に示されるディスプレイシステム２５０、並びに図９Ａ～図９Ｃの積層６６０）を含むＨＭＤ（例えば、アイウェア）とともに使用可能な別の例示的な撮像システム２０００を概略的に示している。例えば、いくつかの実装において、図１１Ａに示される接眼部２０１０は、フレーム（例えば、図２に示されるフレーム８０）に結合可能であり、このフレームは、ユーザの頭部に支持されるように構成可能である。更に、接眼部２０１０は、ユーザの眼２０２０の前方に配されるように構成可能である。接眼部２０１０は、接眼部及びユーザの眼の前方の上記環境を見るために接眼部を通して観覧するように、接眼部２０１０の前方の環境２０２１の一部分からユーザの眼２０２０まで光を透過するように透明である、少なくとも一部分を含み得る。接眼部２０１０はまた、観覧のため、ユーザの眼２０２０に仮想コンテンツを提供することができる。種々の実装において、接眼部２０１０は、１つ以上の層（例えば、図６に示される導波路２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの１つ以上）を含み得る。更に、画像注入デバイス（例えば、図６に示される画像注入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００）のうちの１つ以上は、ユーザによる観覧のため、接眼部２０１０に画像コンテンツを提供するように構成可能である。例えば、接眼部２０１０は、ユーザに画像コンテンツを提示するため、１つ以上の画像注入デバイスからユーザの眼２０２０に光を方向付けるように構成可能である。

撮像システム２０００はまた、センサアレイ２０３０、屈折又は透過回折光学要素２０４０、及び反射体２０５０を含み得る。種々の実装において、撮像システム２０００及び／又はその種々の部分（例えば、センサアレイ２０３０、屈折又は透過回折光学要素２０４０、及び反射体２０５０）は、接眼部２０１０内又は接眼部２０１０上に配されるか、又はこれに一体化され得る。反射体２０５０は、センサアレイ２０３０による撮像のために、対象（例えば、ユーザの眼２０２０、眼２０２０の一部、又は眼２０２０を包囲する組織の一部分）から受けた光２０６０ａを反射するように構成可能である。反射体又は反射光学要素２０５０は、ユーザがそれを通じてユーザの前の環境を見ることができるように、部分的に反射性かつ部分的に透過性であってもよい。屈折又は透過回折光学要素２０４０は、反射体２０５０から反射された光２０６０ｂを受け、光２０６０ｃの少なくとも一部をセンサアレイ２０３０に向かって再度方向付けするように構成可能である。屈折又は透過回折光学要素２０４０は、例えば、自らに入射する反射体２０５０からの光を透過及び回折することで、上記光の少なくとも一部分を上記センサアレイ２０３０に偏向及び方向付けするように構成された、透過回折光学要素又は回折格子などの透過要素を含み得る。屈折又は透過回折光学要素２０４０はまた、自らに入射する反射体２０５０からの光を屈折することで、上記光の少なくとも一部分を上記センサアレイ２０３０に偏向及び再度方向付けするように構成された、屈折光学要素などの透過要素を含み得る。

いくつかの実装において、屈折又は透過回折光学要素２０４０は、軸外光学要素を含み得る。このような軸外光学要素は、ビームを偏向させることで、入射したビームが軸に沿って伝搬しない、異なる「歪み」方向に方向付けられたとき、光学要素又は光学システムの光学軸などの軸に平行に、又はこれに沿って伝搬するようにし得、逆もまた同様である。この場合、光学軸は、センサアレイを備えたカメラの光学軸であってもよく、軸外光学要素の光学軸を含んでもよい。軸外光学要素は、光学軸又は回転対称の中央からオフセットした機械的中央を有してもよい。種々の実装において、軸外光学要素は、軸外光学要素及び／又は接眼部２０１０又は、上記軸外光学要素が内部又は上部に配される層に直角な軸、例えば、光学軸を有するように構成されている。この光学軸は、場合によっては、軸外光学要素内又は軸外光学要素上に含まれる光学面又は光学特徴に関する対称軸に対応し得る。反射体２０５０からの光には、偏向、回折、屈折、再度方向付け、又はこれらの組み合わせを施すことで、上記軸又は光学軸に更に沿って上記センサアレイ２０３０まで伝搬するようにすることができる。

反射体の結果として、事実上、撮像システム２０００は、対象２０２０を直接見たものを撮影する、対象２０２０に背を向けた仮想カメラアセンブリ２０３０ｄが存在するかのように挙動することができる。仮想カメラアセンブリ２０３０ｄは、例えば、接眼部２０１０を通じて対象から伝搬された仮想赤外光線２０６０ｄを介して対象２０２０を撮像すると考えられてもよい。

本明細書に記載のとおり、接眼部２０１０は、１つ以上の層を含んでもよい。図１１Ａでは、３つの層２０１１、２０１２、２０１３が示されている。しかしながら、いくつかの実装において、１つ又は２つのみの層が含まれてもよい。他の実装では、３つ以上の層（例えば、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、９つ、１０個など、又はこのような値で形成される任意の範囲）が含まれ得る。層２０１１、２０１２、２０１３は、全内部反射により、その内部で光を案内するように構成された１つ以上の導波路を含み得る。例えば、層２０１１、２０１２、２０１３は、１つ以上の画像注入デバイスのうちの１つ以上（例えば、図６に示される画像注入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のうちの１つ以上）から光を受けるように構成された導波路のうちの１つ以上（例えば、図６に示される導波路２７０、２８０、２９０、３１０のうちの１つ以上）を含み得る。１つ以上の導波路は、全内部反射により、内部で光を伝搬させるように構成され得る。１つ以上の導波路は、ユーザの眼２０２０に画像情報を出力するため、１つ以上の導波路を出た光を配光及び／又は抽出するように構成された、１つ以上のインカップリング光学要素（例えば、図９Ａに示される７００、７１０、７２０）、アウトカップリング光学要素（例えば、図６に示される５７０、５８０、５９０、６００、６１０）、又はその他の光再度方向付け光学要素（例えば、図９Ａに示される７３０、７４０、７５０）を含み得る。いくつかの実装において、導波路は、瞳孔を拡張するとともに、導波路内で案内された光を出力するように構成された、１つ以上の複合瞳孔エキスパンダ（ＣＰＥ）を含み得る。これらのインカップリング光学要素、アウトカップリング光学要素、再度方向付け光学要素、及び複合瞳孔エキスパンダのうちの任意の１つ以上は、回折格子又はホログラフィック光学要素などの回折光学要素を含み得る。場合によっては、異なるカラー画像コンテンツを提供するため、異なる導波路を配置することができる。

その他の光学要素（例えば、レンズ、偏光板、プリズムなど）を使用して、特定用途に合わせた所望に応じて、例えば、光の焦点合わせ、収差補正、方向付けなどの操作を行い得る。例えば、接眼部２０１０は（例えば、１つ以上の層２０１１、２０１２、２０１３）は、（例えば、コリメートされたビーム中など）様々なレベルの波面曲率、又は光線発散、又はこれらが不足した状態で、眼２０２０に画像情報を方向付けるように構成された、１つ以上のレンズ（例えば、図６に示されるレンズ３２０、３３０、３４０、３５０）を含み得る。本明細書に記載のとおり、接眼部２０１０は、光をユーザの眼２０２０内に投射することで、異なる発散量及び／又はコリメーションで画像コンテンツを表示し、場合によっては、発散又はコリメートされることで、ユーザの眼２０２０から異なる距離から投射されるかのように光を提供するように構成された、異なる導波路又は導波路群を含み得る。場合によっては、接眼部２０１０は、前方又は後方レンズを含み得る。例えば、図６に示されるような寄与レンズ層６２０を使用して、層２０１１、２０１２、２０１３内のレンズの集約力に寄与することができる。別の例として、レンズを使用して、焦点深度を拡張することができる。場合によっては、処方レンズを使用して、屈折異常のあるユーザに屈折補正を提供することができる。例えば、レンズを使用して、近視、遠視、老眼、乱視など、又はこれらの任意の組み合わせを補正することができる。

いくつかの実装において、接眼部２０１０（例えば、１つ以上の層２０１１、２０１２、２０１３）は、装飾（又は化粧）レンズなど、外側レンズ又は窓を含み得る。例えば、外側又は装飾レンズは、アイウェアの見た目に影響する曲線形状などの形状を有し得る。いくつかの実装において、外側又は装飾レンズは、日光をフィルタリングするためのサングラスのように使用されるレンズであってもよい。別の例において、外側又は装飾レンズは、ゴーグルにおける使用のための、カラーフィルタリングレンズであり得る。更に他の例において、外側又は装飾レンズは、レンズを装着していない他の人々から視認可能である、色付きの視覚的見た目を有し得る（例えば、他の人々には青色、赤色などに見えるレンズ）。外側又は装飾レンズはまた、ユーザ以外の人々によって視認されるカラー層を含み得る。場合によっては、１つ以上のレンズ又は表面には、反射防止及び／又は耐スクラッチ性コーティングを設けることができる。

いくつかの実装において、接眼部２０１０（例えば、１つ以上の層２０１１、２０１２、２０１３）は、照明層及び／又は調光器を含むことができる。照明層及び／又は調光器を使用して、接眼部２０１０、ひいては観覧用の投射画像の明るさ及び／又はコントラストを調整してもよい。一例として、照明層は、例えば、撮像され、及び／又は、場合によっては、眼の追跡のために眼に閃光を提供するために、赤外光で眼を照明するため、光を（例えば、１つ以上の光源から）提供することができる。別の例として、調光器は、観覧される画像に合わせて光の量を低減することができる。場合によっては、調光器は、１つ以上の膜（例えば、特定の波長又は量の光を遮断するための１つ以上のレインボー膜又はフィルタ）を含み得る。場合によっては、調光器は、湾曲層（例えば、湾曲レンズ）であってもよい。

いくつかの実装において、接眼部２０１０（例えば、１つ以上の層２０１１、２０１２、２０１３）は、所望の光学特性を有した材料を含み得る。本明細書に記載のとおり、ユーザがＨＭＤを装着しているときに、ユーザの眼２０２０の前方の箇所に配されると、接眼部２０１０は、ユーザ及び接眼部２０１０の前方の環境２０２１の一部分からユーザの眼２０２０まで光を透過させて、環境２０２１のその一部分の視界を提供する部分を備え得る。種々の実装において、接眼部２０１０の層２０１１、２０１２、２０１３のうちの１つ以上は、透明であるその少なくとも一部分を含み得る。いくつかの例において、接眼部２０１０は、可視光に対して透明な少なくとも１つのガラス又はプラスチック／ポリマー層を含み得る。場合によっては、接眼部２０１０は、可視光の少なくとも１０％、２０％、３０％、４０％、５０％以上で、場合によっては８０％、９０％、９５％、９８％、９９％、９９．９％、９９．９９％以上まで、又はこれらの値のうちのいずれかで形成される任意の範囲内で、透過性及び／又は透明であり得る。

図１１Ａを引き続き参照すると、撮像システム２０００は、接眼部内、又は接眼部上に一体化されたセンサアレイ２０３０を備え得る。センサアレイ２０３０は、層２０１１に図示されているが、センサアレイ２０３０は、接眼部２０１０の層２０１１、２０１２２０１３のうちのいずれか１つ以上の内部又はその上、例えば、導波路、照明層、調光器層、前方レンズ、後方レンズ、化粧又は装飾レンズなどのうちの１つ以上の内部又はその上に一体化され得る。センサアレイ２０３０は、対象を撮像するように構成可能である。例えば、センサアレイ２０３０を、図１１Ａに示されるとおり、前方（例えば、装着者の視界方向）を向くように設けることができ、装着者の眼２０２０（又は、眼２０２０の一部若しくは眼２０２０を包囲する組織の一部分）を観覧して、反射体２０５０によってセンサアレイに反射する眼からの光を受けることによって、眼２０２０の画像を撮影するように構成され得る。別の例として、図１１Ｂに示されるとおり、センサアレイ２０３０は、後方（例えば、図１１Ａに示されるのと反対方向）を向き、眼２０２０に方向付けられるように設けることができ、装着者が反射体２０５０によってセンサアレイに反射した対象からの光を受けることによって、装着者が観覧している環境２０２１内の対象２０２２を撮像することができる。

センサアレイ２０３０は、センサアレイ２０３０が周辺世界に対する装着者の視界、又は中央視野、又は正面を見る視線を邪魔したり、ＨＭＤの動作を妨げたりすることがないように、装着者の眼２０２０の周辺のいずれかの位置において、接眼部２０１０内、又は接眼部２０１０上に一体化可能である。いくつかの実装において、センサアレイ２０３０は、例えば、つる又はテンプルに隣接して、鼻梁に隣接して、眼の上方、又は眼の下方かつ頬の上方において、接眼部２０１０内、又は接眼部２０１０上に一体化可能である。いくつかの実装において、センサアレイ２０３０は、接眼部の中央よりも、接眼部、又はテンプル、又はつる、又は鼻にあたる部分、又はこれらのうちの任意の組み合わせの縁部により近い位置において、又は正面を見る視線が通過して方向付けられる接眼部上の位置において、接眼部２０１０内、又は接眼部２０１０上に一体化可能である。いくつかの実装において、各眼が別々に撮像可能となるように装着者の他方の眼、又は多数の対象が別々に撮像可能となるように環境２０２１内における他の対象など、追加の対象に対して、追加のセンサアレイを使用することができる。

場合によっては、センサアレイ２０３０は、ＣＭＯＳ検出器アレイを含み得る。場合によっては、センサアレイ２０３０は、ＣＣＤ検出器アレイを含み得る。いくつかの例において、センサアレイ２０３０は、接眼部２０１０の層２０１１、２０１２、２０１３のうちの少なくとも１つの上に形成された（例えば、刻まれた）か、又はこの上に配された（例えば、接着された）検出器画素を含み得る。検出器画素は、少なくとも１つの層２０１１、２０１２、２０１３上に形成又は配されることができ、その少なくとも一部分は透明で、ユーザがＨＭＤを装着するときにユーザの眼２０２０の前方箇所に配されることで、透明部分がユーザ及び接眼部２０１１の前方の環境２０２１の一部分からユーザの眼２０２０に光を透過して、環境２０２１のその部分を観覧させるようにする。センサアレイ２０３０は、ウエハスケール光学系を含み得る。ウエハスケール光学系は、接眼部内又は接眼部上に一体化され得る。種々の実装において、ウエハスケール光学系は、接眼部２０１０を除外するハウジング内に含まれない。例えば、ウエハスケール光学系は、接眼部２０１０を収容するハウジングとは別のハウジングに含まれない。むしろ、ウエハスケール光学系は、接眼部２０１０の層２０１１、２０１２、２０１３のうちの１つの内部、又はその上に含まれ得る。ウエハスケール光学系は、例えば、センサアレイ上の対象の画像を形成するように構成された撮像レンズを備え得る。したがって、ウエハスケール光学系は、屈折力を有する光学要素を含んでもよく、ウエハスケール光学系は、屈折レンズを含んでもよい。

種々の実装において、光源（例えば、図１０Ａ～図１０Ｂにおける１０３２）は、光源からの光が、撮像のために対象２０２０に方向付けられ、センサアレイ２０３０に向かって反射され得るように位置決めされ得る。いくつかの設計において、光源は、赤外（ＩＲ）又は近赤外スペクトルで光を投射してもよく、センサアレイ２０３０は、このような光又はこのような光のサブセットに対して感度が高くてもよい。いくつかの実装において、光源は、接眼部と、眼の前方の環境とに向かって正面を向くことで、光が反射体から眼に向かって反射されるようにする。いくつかの実装において、光源は、眼の前方に向かって対向することで、光が眼を照明するようにする。

いくつかの実装において、センサアレイ２０３０は、反射体２０５０によって反射された第１の範囲の波長の少なくともサブセット（非空のサブセット、又は全部未満のサブセット）に感度が高いか、又はこれを撮影することができるものとし得る。例えば、反射体２０５０は、７００ｎｍ～１．５μｍの範囲内の赤外光を反射してもよく、センサアレイ２０３０は、７００ｎｍ～９００ｎｍの波長の近赤外に感度が高いか、又はこれを撮影することができてもよい。別の例として、反射体２０５０は、７００ｎｍ～１．５μｍの範囲内の赤外光を反射してもよく、センサアレイ２０３０は、９００ｎｍ～１．５μｍの範囲内の赤外光をフィルタリングして、センサアレイ２０３０が７００ｎｍ～９００ｎｍの波長で近赤外光を撮影できるようにするフィルタを備えてもよい。しかしながら、他の構成も可能であり、センサアレイ２０３０は、場合によっては反射体２０５０によって反射されるよりも幅広い範囲の波長に対して感度が高くてもよい。

種々の実装において、光源からの光は、反射体２０５０によってセンサアレイ２０３０に向かって反射され得る。図１１Ａに示されるとおり、反射体２０５０は、接眼部２０１０内、又は接眼部２０１０上に配され得る。反射体２０５０は、層２０１３上に図示されているが、接眼部２０１０の層２０１１、２０１２、２０１３のうちのいずれか１つ以上の上（例えば、導波路、照明層、調光器層、前方レンズ、後方レンズ、化粧又は装飾レンズなど）に形成されてもよく、又は反射体２０５０は、接眼部２０１０の層２０１１、２０１２、２０１３のうちの１つを含んでもよい。場合によっては、反射体２０５０は、接眼部２０１０の少なくとも１つの層２０１１、２０１２、２０１３内又は少なくとも１つの層２０１１、２０１２、２０１３上に配され得、その少なくとも一部分は透明で、ユーザがＨＭＤを装着するとき、ユーザの眼２０２０の前方の箇所に配されることで、透明部分が、ユーザ及び接眼部２０１１の前方の環境２０２１の一部分からユーザの眼２０２０に光を透過させて、環境２０２１のその一部分を見えるようにする。場合によっては、反射体２０５０は、ホットミラーを含み得る。場合によっては、反射体２０５０は、光学コーティングを含み得る。

反射体２０５０は、第２の範囲の波長の光（例えば、可視光）を透過させつつ、第１の範囲の波長の光（例えば、赤外又は近赤外光）を反射又は再度方向付けするように構成され得る。このようないくつかの実装において、眼２０２０からの赤外光２０６０ａは、反射体２０５０に向かって伝搬され、反射体２０５０から反射して、結果として、反射赤外光２０６０ｂとなり、その少なくとも一部分が、センサアレイ２０３０によって受け取られ、撮像可能となり得る。

いくつかの実装において、反射体２０５０は、例えば、本明細書に記載の回折光学要素などの回折光学要素（ＤＯＥ）を含み得る。いくつかの設計において、例えば、反射体２０５０は、回折格子を含み得る。場合によっては、反射体２０５０は、反射回折を介して、第１の波長の光（例えば、赤外又は近赤外光）を回折する反射回折光学要素であってもよく、この場合、第２の範囲の波長の光（例えば、可視光）を透過させつつ、上記反射体から反射される光は、回折される。このようないくつかの実装において、眼２０２０からの赤外光２０６０ａは、反射体２０５０に向かって伝搬され、反射体２０５０から回折されて（例えば、反射体から反射された赤外光が回折されて）、結果として、回折赤外光２０６０ｂとなり、その少なくとも一部分が、センサアレイ２０３０によって受け取られ、撮像可能となり得る。

いくつかの実装において、反射体２０５０は、ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）、ホログラフィックミラー（ＨＭ）、又は体積回折光学要素（ＶＤＯＥ）などのＤＯＥを含む。いくつかの実装において、これらのうちのいずれかは、屈折力を有し得る。場合によっては、反射体２０５０は、とりわけ、偏光選択性、帯域幅、位相プロファイル、回折特性の空間的変動、スペクトル選択性、及び／又は回折効率の高さのうちのいずれか１つ以上を増加及び／又は最適化するように構成され得る、コレステリック液晶回折光学要素又は回折格子などの回折光学要素を含む。例えば、２０１７年１２月７日出願の米国特許出願第１５／８３５，１０８号の表題「ＤｉｆｆｒａｃｔｉｖｅＤｅｖｉｃｅｓＢａｓｅｄＯｎＣｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ」に記載のＣＬＣ又はＣＬＣＧのいずれかを、本明細書に記載の反射体２０５０又はコレステリック回折光学要素として実装可能であり、これは、開示の全てについて、その全体が参照により本明細書に援用される。いくつかの実施形態において、反射体２０５０は、アクティブに回折を行う「オン」状態と、著しくは回折を行わない「オフ」状態との間で切り替えられ得る切り替え可能ＤＯＥであり得る。

いくつかの実装において、反射体２０５０又は回折光学要素は、任意の液晶格子又は構造を備え得る。上述のＣＬＣ又はＣＬＣＧは、液晶格子又は構造の一例であり得る。他の液晶格子又は構造もまた、可視光の波長より小さなサイズを有した液晶特徴及び／又はパターンを含んでもよく、Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ－Ｂｅｒｒｙ位相効果（ＰＢＰＥ）構造、メタサーフェス、又はメタマテリアルと称されるものを含んでもよい。例えば、米国特許公開第２０１７／００１０４６６号の表題「ＤｉｓｐｌａｙＳｙｓｔｅｍＷｉｔｈＯｐｔｉｃａｌＥｌｅｍｅｎｔｓＦｏｒＩｎ－ＣｏｕｐｌｉｎｇＭｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄＬｉｇｈｔＳｔｒｅａｍｓ」、２０１８年１月２４日出願の米国特許出願第１５／８７９，００５号の表題「ＡｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎＣｏａｔｉｎｇｓＦｏｒＭｅｔａｓｕｒｆａｃｅｓ」、又は２０１７年１２月１３日出願の米国特許出願第１５／８４１，０３７号の表題「ＰａｔｔｅｒｎｉｎｇＯｆＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｓＵｓｉｎｇＳｏｆｔ－ＩｍｐｒｉｎｔＲｅｐｌｉｃａｔｉｏｎＯｆＳｕｒｆａｃｅＡｌｉｇｎｍｅｎｔＰａｔｔｅｒｎｓ」に記載のＰＢＰＥ構造、メタサーフェス、又はメタマテリアルのいずれかは、本明細書に開示の反射体２０５０として実装可能であり、これらは各々、開示の全てについて、その全体が参照により本明細書に援用される。このような構造は、ビーム指向、波面成形、波長及び／又は偏光の分離のために光を操作するように構成されてもよく、異なる波長及び／又は偏光の結合には、メタサーフェスを備えた液晶格子を含むことができ、これらは別段に、ＰＢＰＥ構造を備えたメタマテリアル液晶格子又は液晶格子と称される。いくつかの実装において、ＰＢＰＥ構造を備えた液晶格子は、ＰＢＰＥ構造の高い波長感度を保ちつつ、液晶格子の入射角に対する高い回折効率及び低い感度を組み合わせ得る。

いくつかの実装において、屈折又は透過回折光学要素２０４０は、反射体２０５０から反射された光２０６０ｂを受け、光の少なくとも一部２０６０ｃをセンサアレイ２０３０に向かって再度方向付けるように構成可能である。図１１Ａに示されるとおり、屈折又は透過回折光学要素２０４０は、層２０１２上に配されるが、接眼部２０１０の層２０１１、２０１２、２０１３のうちのいずれか１つの内部、又はその上（例えば、導波路、照明層、調光器層、前方レンズ、後方レンズ、化粧又は装飾レンズなどのうちのいずれか１つ以上の内部、又はその上）に配され得る。場合によっては、屈折又は透過回折光学要素２０４０は、接眼部２０１０の層２０１１、２０１２、２０１３のうちの１つの上に刻まれ得る。

一例として、センサアレイ２０３０は、接眼部２０１０の第１の層２０１１内、又は第１の層２０１１上に配され得、屈折又は透過回折光学要素２０４０は、接眼層２０１０の第２の異なる層２０１２内、又は第２の層２０１２上に配され得る。第１の層２０１１及び／又は第２の層２０１２は、それを通じて光を透過する、透明なその一部分を含み得る。

種々の実装において、屈折又は透過回折光学要素２０４０は、反射体２０５０とセンサアレイ２０３０との間の光学路内に配され得る。例えば、反射体２０５０は、層２０１３上に配され得るもので、屈折又は透過回折光学要素２０４０は、層２０１２上に配され得るもので、センサアレイ２０３０は、層２０１１上に配され得るものである。層２０１２は、層２０１３と層２０１１との間に配され得る。層２０１１、２０１２、及び２０１３は、透明で、ユーザの前方の環境２０２１の一部分から光を透過することができる。

場合によっては、屈折又は透過回折光学要素２０４０は、センサアレイ２０３０に対して位置合わせされた少なくとも１つのレンズを備えることができ、それにより、反射体２０５０からの光が少なくとも１つのレンズを通じてセンサアレイ２０３０まで通過して、センサアレイ２０３０上に画像を形成することができる。例として、少なくとも１つのレンズは、少なくとも１つの回折光学要素を含み得る。別の例として、少なくとも１つのレンズは、少なくとも１つの屈折レンズを含み得る。この少なくとも１つのレンズは、少なくとも１つの軸外屈折レンズを含み得る。種々の実装において、少なくとも１つのレンズは、ウエハスケール光学系を含み得る。いくつかの実装において、少なくとも１つのレンズは、屈折力を有し得る。

場合によっては、屈折又は透過回折光学要素２０４０は、透過回折光学要素（ＤＯＥ）又は透過回折格子を含み得る。いくつかの実装において、透過ＤＯＥ又は回折格子は、ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）、ホログラフィックミラー（ＯＡＨＭ）、又は体積回折光学要素（ＯＡＶＤＯＥ）を含み得る。いくつかの実装において、透過ＤＯＥは、軸外ＤＯＥ、軸外回折格子、軸外ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）、軸外ホログラフィックミラー（ＯＡＨＭ）、又は軸外体積回折光学要素（ＯＡＶＤＯＥ）を含み得る。いくつかの実装において、これらのうちのいずれかが、屈折力を有し得る。いくつかの実施形態において、ＯＡＨＭも屈折力を有してよく、この場合、これは、軸外体積回折光学要素（ＯＡＶＤＯＥ）であり得る。場合によっては、透過回折光学要素２０４０は、とりわけ、偏光選択性、帯域幅、位相プロファイル、回折特性の空間的変動、スペクトル選択性、及び／又は回折効率の高さのうちのいずれか１つ以上を増加及び／又は最適化するように構成され得る、軸外コレステリック液晶回折格子（ＯＡＣＬＣＧ）などのコレステリック液晶回折光学要素又は回折格子であり得る。例えば、２０１７年１２月７日出願の米国特許出願第１５／８３５，１０８号の表題「ＤｉｆｆｒａｃｔｉｖｅＤｅｖｉｃｅｓＢａｓｅｄＯｎＣｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ」に記載のＣＬＣ又はＣＬＣＧのいずれかを、本明細書に記載のコレステリック回折光学要素２０４０として実装可能であり、これは、開示の全てについて、その全体が参照により本明細書に援用される。いくつかの実施形態において、透過回折光学要素２０４０は、アクティブに回折を行う「オン」状態と著しくは回折を行わない「オフ」状態との間で切り替えられ得る切り替え可能ＤＯＥであり得る。

いくつかの実装において、透過回折光学要素２０４０は、光学的に透過性の液晶格子であり得る。上述のＣＬＣ又はＣＬＣＧは、液晶格子の一例であり得る。他の液晶格子は、可視光の波長より小さなサイズを有する液晶特徴及び／又はパターンを含んでもよく、Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ－Ｂｅｒｒｙ位相効果（ＰＢＰＥ）構造、メタサーフェス、又はメタマテリアルと称されるものを含んでもよい。例えば、米国特許公開第２０１７／００１０４６６号の表題「ＤｉｓｐｌａｙＳｙｓｔｅｍＷｉｔｈＯｐｔｉｃａｌＥｌｅｍｅｎｔｓＦｏｒＩｎ－ＣｏｕｐｌｉｎｇＭｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄＬｉｇｈｔＳｔｒｅａｍｓ」、２０１８年１月２４日出願の米国特許出願第１５／８７９，００５号の表題「ＡｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎＣｏａｔｉｎｇｓＦｏｒＭｅｔａｓｕｒｆａｃｅｓ」、又は２０１７年１２月１３日出願の米国特許出願第１５／８４１，０３７号の表題「ＰａｔｔｅｒｎｉｎｇＯｆＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｓＵｓｉｎｇＳｏｆｔ－ＩｍｐｒｉｎｔＲｅｐｌｉｃａｔｉｏｎＯｆＳｕｒｆａｃｅＡｌｉｇｎｍｅｎｔＰａｔｔｅｒｎｓ」に記載のＰＢＰＥ構造、メタサーフェス、又はメタマテリアルのいずれかは、本明細書に開示の軸外光学要素２０４０として実装可能であり、これらは各々、開示の全てについて、その全体が参照により本明細書に援用される。このような構造は、ビーム指向、波面成形、波長及び／又は偏光の分離などのために光を操作するように構成可能であり、異なる波長及び／又は偏光の結合には、メタサーフェスを備えた液晶格子を含むことができ、これらは別段に、ＰＢＰＥ構造を備えたメタマテリアル液晶格子又は液晶格子と称される。いくつかの実装において、ＰＢＰＥ構造を備えた液晶格子は、ＰＢＰＥ構造の高い波長感度を保ちつつ、液晶格子の入射角に対する高い回折効率及び低い感度を組み合わせ得る。

本明細書に記載のとおり、撮像システム２０００は、ユーザの眼、ユーザの眼の一部、眼を包囲する組織の一部分のうちの少なくとも１つの画像に基づき、ユーザの視線を追跡するために、ヘッドマウントディスプレイにおいて使用可能である。例えば、図１１Ａに示されるとおり、センサアレイ２０３０は、少なくとも部分的に、センサアレイ２０３０の前方に配された反射体２０５０から受けた光に基づき、対象の少なくとも一部（例えば、ユーザの眼２０２０、眼２０２０の一部、又は眼２０２０を包囲する組織の一部分）を撮像するように構成された前向きカメラであり得る。対象２０２０の少なくとも一部は、センサアレイ２０３０の後方に配され得る。

いくつかの実装において、撮像システム２０００は、接眼部２０２０の前方の環境２０２１内の対象を撮像するために使用可能である。例えば、図１１Ｂに示されるとおり、センサアレイ２０３０は、センサアレイ２０３０の後方に配された反射体２０５０から受けた光に少なくとも部分的に基づき、対象２０２２の少なくとも一部を撮像するように構成された後向きカメラであり得る。対象２０２２の少なくとも一部は、ユーザの前方の環境２０２１内の、センサアレイ２０３０の前方に配され得る。図示の構成において、屈折又は透過回折光学要素は、反射体２０５０とセンサアレイ２０３０との間に配される。

本明細書に開示のとおり、図１１Ａに示されるように、センサアレイ２０３０は、接眼部２０１０の第１の層２０１１内、又は第１の層２０１１上に配され得、屈折又は透過回折光学要素２０４０は、接眼部２０１０の第２の異なる層２０１２内、又は第２の層２０１２上に配され得る。種々の実装において、屈折又は透過回折光学要素２０４０は、センサアレイ２０３０と位置合わせされた少なくとも１つの撮像レンズを含むことで、センサアレイ２０３０上に画像を形成することができる。いくつかの実装において、屈折又は透過は、軸外レンズなどの軸外光学要素を含む。場合によっては、屈折又は透過回折光学要素２０４０は、センサアレイ２０３０と同一の層上に配され得る。例えば、図１２Ａに示されるとおり、センサアレイ２０３０は、接眼部２０１０の層２０１１の第１の側２０１１ａ内、又は第１の側２０１１ａ上に配され得、屈折又は透過回折光学要素２０４０ａは、層２０１１の第２の反対の側２０１１ｂ内、又は第２の側２０１１ｂ上に配され得る。種々の実装において、屈折又は透過回折光学要素２０４０ａは、センサアレイ２０３０と位置合わせされた少なくとも１つの撮像レンズを備えることで、センサアレイ２０３０上に画像を形成することができる。いくつかの設計において、屈折又は透過回折光学要素は、軸外レンズなどの軸外光学要素を含む。いくつかの実装において、センサアレイ２０３０及び屈折又は透過回折光学要素２０４０ａが内部又は上に配される層２０１１には、光を透過する、透明なその一部分が含まれ得る。

いくつかの実装において、接眼部２０１０は、１つを超える数の屈折又は透過回折光学要素２０４０を含み得る。屈折又は透過回折光学要素２０４０は、センサアレイ２０３０から接眼部２０１０の同一及び／又は異なる層２０１１、２０１２、２０１３上にあり得る。例えば、図１２Ｂに示されるとおり、接眼部２０１０は、センサアレイ２０３０から接眼部２０１０の同一の層２０１１及び異なる層２０１２の両方の上に、屈折又は透過回折光学要素２０４０ａ、２０４０ｂを備える。種々の実装において、屈折又は透過回折光学要素２０４０ａ、２０４０ｂは、センサアレイ２０３０と位置合わせされた撮像レンズを含み、センサアレイ２０３０上に画像を形成することができる。センサアレイ２０３０及び屈折又は透過回折光学要素２０４０ａ、２０４０ｂが内部又は上に配された層２０１１、２０１２には、各々、透明で光を透過する、その一部が含まれ得る。いくつかの実装において、屈折又は透過回折光学要素は、光ビームを再度方向付けるための軸外光学要素と、センサアレイ２０３０上に画像を形成するための撮像レンズと、を含み得る。

場合によっては、複数の屈折又は透過回折光学要素２０４０ａ、２０４０ｂは、センサアレイ２０３０とは異なる１つ以上の層上にあり得る。例えば、屈折又は透過回折光学要素２０４０ａ、２０４０ｂは、同一の層２０１２の両側２０１２ａ、２０１２ｂ上であるものの、センサアレイ２０３０からの層２０１１とは異なる側にあり得る。別の例として、屈折又は透過回折光学要素２０４０ａ、２０４０ｂは、互いから、かつ、センサアレイ２０３０から別々の層（例えば、図１１Ａ～図１１Ｂの２０１２、２０１３）上にあり得る。屈折又は透過回折光学要素２０４０ａ、２０４０ｂは、１つ以上のレンズ（例えば、単一のレンズ又は複数のレンズ）を含み得る。場合によっては、１つ以上のレンズは、センサアレイ２０３０とともに使用され、センサアレイ２０３０上に画像を形成することができる。いくつかの設計において、屈折又は透過回折は、光ビームを再度方向付けるように構成された少なくとも１つの屈折又は透過回折と、同一又は異なる層上に少なくとも１つの撮像レンズと、を備え得る。

図１３は、他の撮像システム２１００の例示的な実装を概略的に示している。種々の実装において、接眼部２１１０は、図１１Ａ～図１１Ｂに対して記載した接眼部２０１０と同様であり得る。例えば、接眼部２０１０は、１つ以上の層２１１１、２１１２、２１１３を含み得る。層２１１１、２１１２、２１１３は、図１１Ａ～図１１Ｂに対して記載した層２０１１、２０１２、２０１３と同様であり得る（例えば、導波路、照明層、調光器層、前方レンズ、後方レンズ、化粧又は装飾レンズなどのうちの１つ以上）。１つ以上の層２１１１、２１１２、２１１３は、平面状であり得る。撮像システム２１００はまた、図１１Ａ～図１１Ｂに対して記載した反射体２０５０と同様の反射体２１５０を含み得る。撮像システム２１００はまた、撮像器２１３０を含み得る。撮像器２１３０は、（図１１Ａ～図１１Ｂに対して説明したセンサアレイ２０３０と同様の）センサアレイと、ウエハスケール撮像光学系と、を含み得る。例えば、撮像器２１３０のセンサアレイ及びウエハスケール撮像光学系は、接眼部２１１０内、又は接眼部２１１０上に一体化され得る。種々の実装において、接眼部２１１０内又は接眼部２１１０上に一体化されたウエハスケール撮像光学系は、接眼部２１１０を除くハウジング内に含まれない。例えば、カメラは、接眼部上に配されるハウジング内にウエハスケール光学系を含むセンサアレイを備える必要はなく、これはまた、ハウジング内に含まれてもよい。むしろ、ウエハスケール光学系は、接眼部の層上に含まれ、センサアレイと位置合わせされ、センサアレイは、ハウジング内に含まれ得る、接眼部の同一層又は異なる層上に含まれ得る。

撮像システム２１００は、図１１Ａ～図１１Ｂに対して記載した撮像システム２０００と同様であり得る。いくつかのそのような設計において、撮像システム２１００は、図１１Ａ～図１１Ｂとの関係で上に検討したとおり、軸外光学要素を備えた屈折又は透過回折光学要素２０４０を含んでもよく、又は含まなくてもよい。場合によっては、ウエハスケール撮像光学系は、センサアレイと同一又は異なる層上に配された（例えば、図１２Ａ～図１２Ｂに対して記載した光学要素２０４０ａ、２０４０ｂと同様であり得る）１つ以上の撮像レンズを含み得る。撮像レンズは、センサアレイに対して位置合わせされ、反射体２１５０からの光がセンサアレイを通過して、センサアレイの上に画像を形成することができる。

対象を撮像する例示的なルーチン
図１４は、軸外カメラ（又は、センサアレイ）、例えば、図６のカメラアセンブリ６３０、図１０Ａのカメラアセンブリ１０３０、図１１Ａ、図１１Ｂのセンサアレイ２０３０、又は図１３の撮像器２１３０を使用して、対象（例えば、ユーザの眼、又は環境内の対象）を撮像する例示的なルーチンのプロセスフロー図である。ルーチン１９００は、カメラアセンブリが対象の真正面から対象に直接向いているかのように対象を撮像するために、対象（例えば、眼）に対して離間して位置決めされているか、又はこれから横にずれて位置決めされているカメラアセンブリに向かって、対象からの光がいかに方向付けられ得るかを説明している。

ブロック１９１０において、対象から光を受け取り、光をカメラアセンブリに方向付けるように構成された撮像システムが提供される。撮像システムは、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａ、図１１Ｂ、及び図１３との関係で上述したような撮像システムのうちの１つ以上であってもよい。

ブロック１９２０にて、光は、カメラアセンブリ（例えば、図６のカメラアセンブリ６３０、図１０Ａ～図１０Ｂのカメラアセンブリ１０３０、図１１Ａ、図１１Ｂのセンサアレイ２０３０、又は図１３の撮像器２１３０）で捕捉される。カメラアセンブリは、眼、眼の瞳、又は眼の正面に向かう視線側に配され得る。カメラアセンブリは、接眼部の側（例えば、側頭）に配され得る。カメラアセンブリは、前向き又は後向き構成のカメラであってもよい。ブロック１９３０にて、本明細書及び本開示全体を通じて記載のとおり、捕捉された光に基づき、対象の画像が生成され得る。

いくつかの実施形態において、ルーチン１９００は、光源（例えば、図６の光源又は図１０Ａ～図１０Ｂの光源１０３２）からの光で対象を照明する任意のステップ（図示せず）を含んでもよい。いくつかの実施形態において、光は、赤外光を含む波長の範囲を含んでもよい。

いくつかの実施形態において、ブロック１９３０にて生成された画像は、例えば、画像処理技術を使用して、処理及び分析されてもよい。いくつかの実装において、分析された画像を使用して、眼の追跡、バイオメトリック識別、眼の形状の多視鏡的再構築、眼の調節状態の推定、眼の網膜、虹彩、又はその他の特徴的パターンの撮像のうちの１つ以上を実施し、上述及び本開示全体を通じて説明されるとおり、分析された軸外画像に部分的に基づき、ユーザの生理学的状態を評価し得る。いくつかの実装において、分析された画像を使用して、環境内の対象を追跡してもよい。

種々の実施形態において、ルーチン１９００は、メモリ内に記憶された命令を実行するように構成されたハードウェアプロセッサ（例えば、図２のローカル処理及びデータモジュール１４０）によって実施され得る。他の実施形態において、コンピュータ実行可能命令を備えた（ディスプレイ装置とネットワーク通信する）遠隔演算デバイスは、ディスプレイ装置に、ルーチン１９００の態様を実施させることができる。

本開示は、ヘッドマウントディスプレイの種々の実施例を提供する。このような例には、以下の実施例が含まれるが、これらに限定されるものでない。
パートＩ
１．ヘッドマウントディスプレイであって、
ユーザの頭部に支持されるように構成されたフレームと、
上記フレームに結合され、ユーザの眼の前方に配されるように構成され、複数の層を備える接眼部と、
ユーザによる観覧用に、接眼部に画像コンテンツを提供するように構成された画像注入デバイスと、
接眼部内又は接眼部上に一体化されたセンサアレイと、
接眼部内又は接眼部上に配され、上記センサアレイによる撮像のために対象から受けた光を反射するように構成された反射体と、
接眼部内又は接眼部上に配され、反射体から反射された光を受け、光の少なくとも一部を透過し、センサアレイに向かって回折するように構成された透過回折光学要素と、を備える、ヘッドマウントディスプレイ。
２．上記接眼部が、上記画像注入デバイスからの光を上記ユーザの眼に向かわせて、上記ユーザに画像コンテンツを提示する、実施例１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
３．複数の層が、上記画像注入デバイスから光を受け、全内部反射により、その内部で光の少なくとも一部分を案内することで、ユーザに画像コンテンツを提供するように構成された１つ以上の導波路を備える、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
４．複数の層が、複数の導波路を備え、異なる導波路が、異なるカラー画像コンテンツを提供するように配置される、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
５．複数の層が、複数の導波路を備え、異なる導波路又は導波路群が、ユーザの眼内に光を投影することで、ユーザの眼から異なる距離より投影されているかのように、異なる発散量で画像コンテンツを表示するように構成された、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
６．複数の層が、屈折異常のあるユーザに屈折補正を提供するように構成された、装飾又は化粧レンズ、前方レンズ、調光器、後方レンズ、照明層、又は処方レンズのうちの１つ以上を備える、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
７．上記接眼部が、透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
８．上記複数の層が、透明な少なくとも１つのガラス又はプラスチック層を備える、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
９．上記センサアレイが、上記層のうちの少なくとも１つ上に形成された複数の検出器画素を備える、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１０．上記センサアレイは、少なくとも一部が透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、少なくとも１つの層上に配された、複数の検出器画素を備える、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１１．上記センサアレイが、ウエハスケール光学系を含む、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１２．上記透過回折光学要素が、上記センサアレイに対して位置合わせされた少なくとも１つの回折レンズを備えることで、上記反射体からの光が上記少なくとも１つの回折レンズを通って上記センサアレイまで通過して、上記センサアレイの上に画像を形成するようにした、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１３．上記センサアレイが、上記接眼部の上記複数の層のうちの第１の層内又は第１の層上に配され、上記少なくとも１つの回折レンズが、上記接眼部の上記複数の層のうちの第２の異なる層内又は第２の層上に配された、実施例１２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１４．第１及び第２の層が、各々、透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、少なくとも一部分を備える、実施例１３に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１５．上記センサアレイが、上記接眼部の上記複数の層のうちのある層の第１の側内又は側上に配され、上記少なくとも１つの回折レンズが、上記層の第２の反対の側内又は第２の側上に配された、実施例１２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１６．上記センサアレイ及び少なくとも１つのレンズが内部又はその上に配された上記層が、透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、少なくとも一部分を備える、実施例１５に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１７．上記反射体が、ホットミラーを含む、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１８．上記反射体が、第２の範囲の可視波長の光を透過しつつ、第１の範囲の赤外（ＩＲ）又は近赤外波長の光を反射するように構成された、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１９．上記反射体が、上記複数の層のうちの少なくとも１つ上に形成された、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２０．上記反射体が、上記複数の層のうちの１つを含む、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２１．上記反射体が、光学コーティングを含む、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２２．上記反射体は、その少なくとも一部が透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、少なくとも１つの層上に配された、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２３．上記透過回折光学要素が、上記反射体と上記センサアレイとの間の光学路内に配された、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２４．上記反射体が、上記複数の層のうちの第１の層上に配され、上記透過回折光学要素が、上記複数の層のうちの第２の層に配され、上記センサアレイが、上記複数の層のうちの第３の層上に配され、上記第２の層が、上記第１及び第３の層間に配された、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２５．上記第１、第２、及び第３の層の上記少なくとも一部分が、透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、実施例２４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
２６．上記透過回折光学要素が、透過回折格子を備える、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２７．上記透過回折光学要素が、透過ホログラフィック光学要素、透過体積回折光学要素（ＯＡＶＤＯＥ）、又は透過コレステリック液晶回折格子（ＯＡＣＬＣＧ）を備える、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２８．上記透過回折光学要素が、屈折力を有する、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２９．上記透過回折光学要素の少なくとも一部分が、接眼部の複数の層のうちの層のうちの１つ上に刻まれた、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
３０．センサアレイが、上記センサアレイの前方に配された上記反射体から受けた光に少なくとも部分的に基づき、対象の少なくとも一部を撮像するように構成された前向きカメラであり、対象の少なくとも一部が、上記センサアレイの後方に配され、ユーザの眼、眼の一部、又は眼を包囲する組織の一部分のうちの少なくとも１つを含む、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
３１．ユーザの眼、眼の一部、又は眼を包囲する組織の一部分のうちの少なくとも１つに向かって、第１の範囲の波長の光を放出する光源を更に備える、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
３２．第１の範囲の波長が、赤外（ＩＲ）又は近赤外スペクトルのうちの少なくとも１つの光を含む、実施例３１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
３３．ヘッドマウントディスプレイが、ユーザの眼、眼の一部、又は眼を包囲する組織の一部分のうちの少なくとも１つの画像に基づき、ユーザの視線を追跡するように構成された、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
３４．センサアレイが、上記接眼部の前方の環境内の対象を撮像するように更に構成された、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
３５．センサアレイが、上記センサアレイの後方にある上記反射体から受けた光に少なくとも部分的に基づき、対象の少なくとも一部を撮像するように構成された後ろ向きカメラであり、対象の少なくとも一部が、ユーザの前方の環境内のセンサアレイの前方に配された、実施例３４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
３６．ヘッドマウントディスプレイが、アイウェアを含む、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
パートＩＩ
１．ヘッドマウントディスプレイであって、
ユーザの頭部に支持されるように構成されたフレームと、
上記フレームに結合され、ユーザの眼の前方に配されるように構成され、複数の層を備える接眼部と、
ユーザによる観覧用に、接眼部に画像コンテンツを提供するように構成された画像注入デバイスと、
接眼部内又は接眼部上に一体化されたセンサアレイと、
接眼部内又は接眼部上に配され、上記センサアレイによる撮像のために対象から受けた光を反射するように構成された反射体と、
接眼部内又は接眼部上に配され、反射体から反射された光を受け、光の少なくとも一部をセンサアレイに向かって屈折させる透過屈折光学要素と、を備える、ヘッドマウントディスプレイ。
２．上記接眼部が、上記画像注入デバイスからの光を上記ユーザの眼に向かわせて、上記ユーザに画像コンテンツを提示する、実施例１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
３．複数の層が、上記画像注入デバイスから光を受け、全内部反射により、その内部で光の少なくとも一部を案内することで、ユーザに画像コンテンツを提供するように構成された１つ以上の導波路を備える、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
４．複数の層が、複数の導波路を備え、異なる導波路が、異なるカラー画像コンテンツを提供するように配置される、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
５．複数の層が、複数の導波路を備え、異なる導波路又は導波路群が、ユーザの眼内に光を投影することで、ユーザの眼から異なる距離より投影されているかのように、異なる発散量で画像コンテンツを表示するように構成された、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
６．複数の層が、屈折異常のあるユーザに屈折補正を提供するように構成された、装飾又は化粧レンズ、前方レンズ、調光器、後方レンズ、照明層、又は処方レンズのうちの１つ以上を備える、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
７．上記接眼部が、透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
８．上記複数の層が、透明な少なくとも１つのガラス又はプラスチック層を備える、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
９．上記センサアレイが、上記層のうちの少なくとも１つ上に形成された複数の検出器画素を備える、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１０．上記センサアレイは、少なくとも一部が透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、少なくとも１つの層上に配された、複数の検出器画素を備える、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１１．上記センサアレイが、ウエハスケール光学系を含む、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１２．上記屈折光学要素が、上記センサアレイに対して位置合わせされた少なくとも１つのレンズを備えることで、上記反射体からの光が上記少なくとも１つのレンズを通って上記センサアレイまで通過して、上記センサアレイの上に画像を形成するようにした、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１３．上記センサアレイが、上記接眼部の上記複数の層のうちの第１の層内又は第１の層上に配され、上記少なくとも１つのレンズが、上記接眼部の上記複数の層のうちの第２の異なる層内又は第２の層上に配された、実施例１２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１４．第１及び第２の層が、各々、透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、少なくとも一部分を備える、実施例１３に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１５．上記センサアレイが、上記接眼部の上記複数の層のうちのある層の第１の側内又は側上に配され、上記少なくとも１つのレンズが、上記層の第２の反対の側内又は第２の側上に配された、実施例１２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１６．上記センサアレイ及び少なくとも１つのレンズが内部又はその上に配された上記層が、透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、少なくとも一部分を備える、実施例１５に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１７．少なくとも１つのレンズが、回折光学要素を備える、実施例１２～１６のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１８．少なくとも１つのレンズが、少なくとも１つの屈折レンズを含む、実施例１２～１６のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１９．少なくとも１つのレンズが、ウエハスケール光学系を含む、実施例１２～１６のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２０．上記反射体が、ホットミラーを含む、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２１．上記反射体が、第２の範囲の可視波長の光を透過しつつ、第１の範囲の赤外（ＩＲ）又は近赤外波長の光を反射するように構成された、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２２．上記反射体が、上記複数の層のうちの少なくとも１つ上に形成された、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２３．上記反射体が、上記複数の層のうちの１つを含む、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２４．上記反射体が、光学コーティングを含む、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２５．上記反射体は、その少なくとも一部が透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、少なくとも１つの層上に配された、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２６．上記屈折光学要素が、上記反射体と上記センサアレイとの間の光学路内に配された、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２７．上記反射体が、上記複数の層のうちの第１の層上に配され、上記屈折光学要素が、上記複数の層のうちの第２の層上に配され、上記センサアレイは、上記複数の層のうちの第３の層上に配され、上記第２の層は、上記第１及び第３の層間に配された、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２８．上記第１、第２、及び第３の層の上記少なくとも一部分が、透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、実施例２７に記載のヘッドマウントディスプレイ。
２９．上記屈折光学要素が、軸外光学要素を含む、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
３０．上記屈折光学要素が、屈折力を有する、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
３１．上記屈折光学要素が、軸外レンズを含む、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
３２．上記屈折光学要素の少なくとも一部分が、接眼部の複数の層のうちの層の１つ上に刻まれた、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
３３．センサアレイが、上記センサアレイの前方に配された上記反射体から受けた光に少なくとも部分的に基づき、対象の少なくとも一部を撮像するように構成された前向きカメラであり、対象の少なくとも一部が、上記センサアレイの後方に配され、ユーザの眼、眼の一部、又は眼を包囲する組織の一部分を含む、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
３４．ユーザの眼、眼の一部、又は眼を包囲する組織の一部分のうちの少なくとも１つに向かって、第１の範囲の波長の光を放出する光源を更に備える、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
３５．第１の範囲の波長が、赤外（ＩＲ）又は近赤外スペクトルのうちの少なくとも１つの光を含む、実施例Ｅｒｒｏｒ！Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｏｕｒｃｅｎｏｔｆｏｕｎｄ．に記載のヘッドマウントディスプレイ。
３６．ヘッドマウントディスプレイが、ユーザの眼、眼の一部、又は眼を包囲する組織の一部分のうちの少なくとも１つの画像に基づき、ユーザの視線を追跡するように構成された、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
３７．センサアレイが、上記接眼部の前方の環境内の対象を撮像するように更に構成された、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
３８．センサアレイが、上記センサアレイの後方にある上記反射体から受けた光に少なくとも部分的に基づき、対象の少なくとも一部を撮像するように構成された後ろ向きカメラであり、対象の少なくとも一部が、ユーザの前方の環境内のセンサアレイの前方に配された、実施例３７に記載のヘッドマウントディスプレイ。
３９．ヘッドマウントディスプレイが、アイウェアを含む、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
パートＩＩＩ
１．ヘッドマウントディスプレイであって、
ユーザの頭部に支持されるように構成されたフレームと、
上記フレームに結合され、ユーザの眼の前方に配されるように構成され、複数の層を備える接眼部と、
ユーザによる観覧用に、接眼部に画像コンテンツを提供するように構成された画像注入デバイスと、
接眼部内又は接眼部上に一体化されたセンサアレイと、
接眼部内又は接眼部上に配され、上記センサアレイによる撮像のために対象から受けた光を反射するように構成された反射体と、
接眼部内又は接眼部上に配され、反射体から反射された光を受け、光の少なくとも一部分をセンサアレイに向けるように構成された軸外光学要素と、を備える、ヘッドマウントディスプレイ。
２．上記接眼部が、上記画像注入デバイスからの光を上記ユーザの眼に向かわせて、上記ユーザに画像コンテンツを提示する、実施例１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
３．複数の層が、上記画像注入デバイスから光を受け、全内部反射により、その内部で光の少なくとも一部を案内することで、ユーザに画像コンテンツを提供するように構成された１つ以上の導波路を備える、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
４．複数の層が、複数の導波路を備え、異なる導波路が、異なるカラー画像コンテンツを提供するように配置される、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
５．複数の層が、複数の導波路を備え、異なる導波路又は導波路群が、ユーザの眼内に光を投影することで、ユーザの眼から異なる距離より投影されているかのように、異なる発散量で画像コンテンツを表示するように構成された、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
６．複数の層が、屈折異常のあるユーザに屈折補正を提供するように構成された、装飾又は化粧レンズ、前方レンズ、調光器、後方レンズ、照明層、又は処方レンズのうちの１つ以上を備える、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
７．上記接眼部が、透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
８．上記複数の層が、透明な少なくとも１つのガラス又はプラスチック層を備える、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
９．上記センサアレイが、上記層のうちの少なくとも１つ上に形成された複数の検出器画素を備える、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１０．上記センサアレイは、少なくとも一部が透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、少なくとも１つの層上に配された、複数の検出器画素を備える、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１１．上記センサアレイが、ウエハスケール光学系を含む、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１２．上記軸外光学要素が、上記センサアレイに対して位置合わせされた少なくとも１つのレンズを備えることで、上記反射体からの光が上記少なくとも１つのレンズを通って上記センサアレイまで通過して、上記センサアレイの上に画像を形成するようにした、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１３．上記センサアレイが、上記接眼部の上記複数の層のうちの第１の層内又は第１の層上に配され、上記少なくとも１つのレンズが、上記接眼部の上記複数の層のうちの第２の異なる層内又は第２の層上に配された、実施例１２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１４．第１及び第２の層が、各々、透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、少なくとも一部分を備える、実施例１３に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１５．上記センサアレイが、上記接眼部の上記複数の層のうちのある層の第１の側内又は側上に配され、上記少なくとも１つのレンズが、上記層の第２の反対の側内又は第２の側上に配された、実施例１２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１６．上記センサアレイ及び少なくとも１つのレンズが内部又はその上に配された上記層が、透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、少なくとも一部分を備える、実施例１５に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１７．少なくとも１つのレンズが、回折光学要素を備える、実施例１２～１６のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１８．少なくとも１つのレンズが、少なくとも１つの屈折レンズを含む、実施例１２～１６のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１９．少なくとも１つのレンズが、ウエハスケール光学系を含む、実施例１２～１６のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２０．上記反射体が、ホットミラーを含む、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２１．上記反射体が、第２の範囲の可視波長の光を透過しつつ、第１の範囲の赤外（ＩＲ）又は近赤外波長の光を反射するように構成された、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２２．上記反射体が、上記複数の層のうちの少なくとも１つ上に形成された、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２３．上記反射体が、上記複数の層のうちの１つを含む、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２４．上記反射体が、光学コーティングを含む、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２５．上記反射体は、その少なくとも一部が透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、少なくとも１つの層上に配された、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２６．上記軸外光学要素が、上記反射体と上記センサアレイとの間の光学路内に配された、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２７．上記反射体が、上記複数の層のうちの第１の層上に配され、上記軸外光学要素が、上記複数の層のうちの第２の層上に配され、上記センサアレイが、上記複数の層のうちの第３の層上に配され、上記第２の層が、上記第１及び第３の層間に配された、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
２８．上記第１、第２、及び第３の層の上記少なくとも一部分が、透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、実施例２７に記載のヘッドマウントディスプレイ。
２９．上記軸外光学要素が、回折光学要素（ＤＯＥ）又は回折格子を備える、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
３０．上記軸外光学要素が、軸外回折光学要素（ＤＯＥ）、軸外回折格子、軸外ホログラフィックミラー（ＯＡＨＭ）、軸外体積回折光学要素（ＯＡＶＤＯＥ）、又は軸外コレステリック液晶回折格子（ＯＡＣＬＣＧ）を備える、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
３１．上記軸外光学要素が、屈折力を有する、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
３２．上記軸外光学要素の少なくとも一部分が、接眼部の複数の層のうちの層の１つ上に刻まれた、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
３３．センサアレイが、上記センサアレイの前方に配された上記反射体から受けた光に少なくとも部分的に基づき、対象の少なくとも一部を撮像するように構成された前向きカメラであり、対象の少なくとも一部が、上記センサアレイの後方に配され、ユーザの眼、眼の一部、又は眼を包囲する組織の一部分のうちの少なくとも１つを含む、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
３４．ユーザの眼、眼の一部、又は眼を包囲する組織の一部分のうちの少なくとも１つに向かって、第１の範囲の波長の光を放出する光源を更に備える、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
３５．第１の範囲の波長が、赤外（ＩＲ）又は近赤外スペクトルのうちの少なくとも１つの光を含む、実施例Ｅｒｒｏｒ！Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｏｕｒｃｅｎｏｔｆｏｕｎｄ．に記載のヘッドマウントディスプレイ。
３６．ヘッドマウントディスプレイが、ユーザの眼、眼の一部、又は眼を包囲する組織の一部分のうちの少なくとも１つの画像に基づき、ユーザの視線を追跡するように構成された、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
３７．センサアレイが、上記接眼部の前方の環境内の対象を撮像するように更に構成された、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
３８．センサアレイが、上記センサアレイの後方にある上記反射体から受けた光に少なくとも部分的に基づき、対象の少なくとも一部を撮像するように構成された後ろ向きカメラであり、対象の少なくとも一部が、ユーザの前方の環境内のセンサアレイの前方に配された、実施例３７に記載のヘッドマウントディスプレイ。
３９．ヘッドマウントディスプレイが、アイウェアを含む、先行実施例のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
４０．ヘッドマウントディスプレイであって、
ユーザの頭部に支持されるように構成されたフレームと、
上記フレームに結合され、ユーザの眼の前方に配されるように構成され、複数の層を備える接眼部と、
ユーザによる観覧用に、接眼部に画像コンテンツを提供するように構成された画像注入デバイスと、
上記接眼部の上記複数の層のうちの第１の層内又は第１の層上に一体化されたセンサアレイと、
上記センサアレイと位置合わせされて、上記センサアレイの上に画像を形成する少なくとも１つの撮像レンズであって、上記接眼部の上記複数の層のうちの第２の層内又は第２の層上に配された少なくとも１つの撮像レンズと、を備える、ヘッドマウントディスプレイ。
４１．上記接眼部が、上記画像注入デバイスからの光をユーザの眼に向かわせて、上記ユーザに画像コンテンツを提示する、実施例４０に記載のヘッドマウントディスプレイ。
４２．複数の層が、上記画像注入デバイスから光を受け、全内部反射により、その内部で光の少なくとも一部を案内することで、ユーザに画像コンテンツを提供するように構成された１つ以上の導波路を備える、実施例４０～４１のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
４３．複数の層が、複数の導波路を備え、異なる導波路が、異なるカラー画像コンテンツを提供するように配置される、実施例４０～４２のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
４４．複数の層が、複数の導波路を備え、異なる導波路又は導波路群が、ユーザの眼内に光を投影することで、ユーザの眼から異なる距離より投影されているかのように、異なる発散量で画像コンテンツを表示するように構成された、実施例４０～４３のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
４５．複数の層は、屈折異常のあるユーザに屈折補正を提供するように構成された、化粧窓、前方レンズ、調光器、後方レンズ、照明層、又は処方レンズのうちの１つ以上を備える、実施例４０～４４のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
４６．上記接眼部が、透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、実施例４０～４５のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
４７．上記複数の層が、透明な少なくとも１つのガラス又はプラスチック層を備える、実施例４０～４６のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
４８．上記センサアレイが、上記層のうちの少なくとも１つ上に形成された複数の検出器画素を備える、実施例４０～４７のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
４９．上記センサアレイは、少なくとも一部が透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、少なくとも１つの層上に配された、複数の検出器画素を備える、実施例４０～４８のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
５０．反射体を更に備え、上記少なくとも１つのレンズは、上記センサアレイに対して位置合わせされることで、上記反射体からの光が上記少なくとも１つのレンズを通って上記センサアレイまで通過して、上記センサアレイの上に画像を形成するようにした、実施例４０～４９のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
５１．第１及び第２の層が、各々、透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、少なくとも一部分を備える、実施例４０～５０のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
５２．上記少なくとも１つのレンズが、回折光学要素を備える、実施例４０～５１のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
５３．上記少なくとも１つのレンズが、少なくとも１つの回折レンズを含む、実施例４０～５１のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
５４．上記少なくとも１つのレンズが、ウエハスケール光学系を含む、実施例４０～５３のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
５５．接眼部内又は接眼部上に配された反射体を更に備え、反射体は、上記センサアレイによる撮像のために対象から受けた光を反射するように構成された、実施例４０～５４のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
５６．上記反射体が、ホットミラーを含む、実施例５５に記載のヘッドマウントディスプレイ。
５７．上記反射体が、第２の範囲の可視波長の光を透過しつつ、第１の範囲の赤外（ＩＲ）又は近赤外波長の光を反射するように構成された、実施例５５又は５６に記載のヘッドマウントディスプレイ。
５８．上記反射体が、上記複数の層のうちの少なくとも１つ上に形成された、実施例５５～５７のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
５９．上記反射体が、上記複数の層のうちの１つを含む、実施例５５～５８のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
６０．上記反射体が、光学コーティングを含む、実施例５５～５９のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
６１．上記反射体は、その少なくとも一部が透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、少なくとも１つの層上に配された、実施例５５～６０のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
６２．接眼部内又は接眼部上に配された軸外光学要素を更に備え、軸外光学要素は、反射体から反射された光を受け、光の少なくとも一部分を少なくとも１つの撮像レンズに向かわせるように構成された、実施例５０～６１のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
６３．上記軸外光学要素が、上記反射体と上記少なくとも１つの撮像レンズとの間の光学路内に配された、実施例６２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
６４．上記反射体が、上記複数の層のうちの第３の層上に配され、上記第２の層は、上記第１及び第３の層間に配された、実施例５０～６３のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
６５．上記第１、第２、及び第３の層の上記少なくとも一部分が、透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、実施例６４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
６６．上記軸外光学要素が、回折光学要素（ＤＯＥ）又は回折格子を備える、実施例６２～６５のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
６７．上記軸外光学要素が、軸外回折光学要素（ＤＯＥ）、軸外回折格子、軸外ホログラフィックミラー（ＯＡＨＭ）、軸外体積回折光学要素（ＯＡＶＤＯＥ）、又は軸外コレステリック液晶回折格子（ＯＡＣＬＣＧ）を備える、実施例６２～６６のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
６８．上記軸外光学要素が、屈折力を有する、実施例６２～６７のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
６９．上記軸外光学要素の少なくとも一部分が、接眼部の複数の層のうちの層のうちの１つ上に刻まれた、実施例６２～６８のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
７０．センサアレイは、上記センサアレイの前方の配された反射体から受けた光に少なくとも部分的に基づき、対象の少なくとも一部を撮像するように構成された前向きカメラであり、対象の少なくとも一部は、上記センサアレイの後方に配され、ユーザの眼、眼の一部、又は眼を包囲する組織の一部分のうちの少なくとも１つを含む、実施例５０～６９のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
７１．ユーザの眼、眼の一部、又は眼を包囲する組織の一部分のうちの少なくとも１つに向かって、第１の範囲の波長の光を放出する光源を更に備える、実施例４０～７０のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
７２．第１の範囲の波長が、赤外（ＩＲ）又は近赤外スペクトルのうちの少なくとも１つの光を含む、実施例７１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
７３．ヘッドマウントディスプレイが、ユーザの眼、眼の一部、又は眼を包囲する組織の一部分のうちの少なくとも１つの画像に基づき、ユーザの視線を追跡するように構成された、実施例４０～７２のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
７４．センサアレイは、接眼部の前方の環境内の対象を撮像するように構成された、実施例４０～６９のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
７５．センサアレイは、上記センサアレイの後方にある反射体から受けた光に少なくとも部分的に基づき、対象の少なくとも一部を撮像するように構成された後向きカメラであり、対象の少なくとも一部は、ユーザの前方の環境においてセンサアレイの前方に配された、実施例５０～６９及び７４のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
７６．ヘッドマウントディスプレイが、アイウェアを含む、実施例４０～７５のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
７７．ヘッドマウントディスプレイであって、
ユーザの頭部に支持されるように構成されたフレームと、
上記フレームに結合され、ユーザの眼の前方に配されるように構成され、複数の層を備える接眼部と、
ユーザによる観覧用に、接眼部に画像コンテンツを提供するように構成された画像注入デバイスと、
上記接眼部の上記複数の層のうちのある層の第１の側内又は第１の側上に一体化されたセンサアレイと、
上記センサアレイと位置合わせされて上記センサアレイの上に画像を形成し、上記センサアレイが上に配された上記接眼部の上記複数の層のうちの上記層の第２の側内又は第２の側上に配された少なくとも１つの撮像レンズと、を備える、ヘッドマウントディスプレイ。
７８．上記接眼部が、上記画像注入デバイスからの光を上記ユーザの眼に向かわせて、上記ユーザに画像コンテンツを提示する、実施例７７に記載のヘッドマウントディスプレイ。
７９．複数の層が、上記画像注入デバイスから光を受け、全内部反射により、その内部で光の少なくとも一部を案内することで、ユーザに画像コンテンツを提供するように構成された１つ以上の導波路を備える、実施例７７～７８のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
８０．複数の層が、複数の導波路を備え、異なる導波路が、異なるカラー画像コンテンツを提供するように配置される、実施例７７～７９のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
８１．複数の層が、複数の導波路を備え、異なる導波路又は導波路群が、ユーザの眼内に光を投影することで、ユーザの眼から異なる距離より投影されているかのように、異なる発散量で画像コンテンツを表示するように構成された、実施例７７～８０のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
８２．複数の層は、屈折異常のあるユーザに屈折補正を提供するように構成された、化粧窓、前方レンズ、調光器、後方レンズ、照明層、又は処方レンズのうちの１つ以上を備える、実施例７７～８１のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
８３．上記接眼部が、透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、実施例７７～８２のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
８４．上記複数の層が、透明な少なくとも１つのガラス又はプラスチック層を備える、実施例７７～８３のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
８５．上記センサアレイが、上記層のうちの少なくとも１つ上に形成された複数の検出器画素を備える、実施例７７～８４のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
８６．上記センサアレイは、少なくとも一部が透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、少なくとも１つの層上に配された、複数の検出器画素を備える、実施例７７～８５のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
８７．反射体を更に備え、上記少なくとも１つのレンズは、上記センサアレイに対して位置合わせされることで、上記反射体からの光が上記少なくとも１つのレンズを通って上記センサアレイまで通過して、上記センサアレイの上に画像を形成するようにした、実施例７７～８６のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
８８．上記センサアレイ及び少なくとも１つのレンズが内部又はその上に配された上記層が、透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、少なくとも一部分を備える、実施例７７～８７のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
８９．上記少なくとも１つのレンズが、回折光学要素を備える、実施例７７～８８のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
９０．上記少なくとも１つのレンズが、少なくとも１つの回折レンズを含む、実施例７７～８８のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
９１．上記少なくとも１つのレンズが、ウエハスケール光学系を含む、実施例７７～９０のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
９２．接眼部内又は接眼部上に配された反射体を更に備え、反射体は、上記センサアレイによる撮像のために対象から受けた光を反射するように構成された、実施例７７～９１のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
９３．上記反射体が、ホットミラーを含む、実施例９２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
９４．上記反射体が、第２の範囲の可視波長の光を透過しつつ、第１の範囲の赤外（ＩＲ）又は近赤外波長の光を反射するように構成された、実施例９２又は９３に記載のヘッドマウントディスプレイ。
９５．上記反射体が、上記複数の層のうちの少なくとも１つ上に形成された、実施例９２～９４のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
９６．上記反射体が、上記複数の層のうちの１つを含む、実施例９２～９５のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
９７．上記反射体が、光学コーティングを含む、実施例９２～９６のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
９８．上記反射体は、その少なくとも一部が透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、少なくとも１つの層上に配された、実施例９２～９７のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
９９．接眼部内又は接眼部上に配された軸外光学要素を更に備え、軸外光学要素は、反射体から反射された光を受け、光の少なくとも一部分を少なくとも１つの撮像レンズに向かわせるように構成された、実施例８７～９８のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１００．上記軸外光学要素が、上記反射体と上記少なくとも１つの撮像レンズとの間の光学路内に配された、実施例９９に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１０１．上記反射体が、上記複数の層のうちの第１の層上に配され、上記軸外光学要素が、上記複数の層のうちの第２の層に配され、上記センサアレイが、上記複数の層のうちの第３の層上に配され、上記第２の層が、上記第１及び第３の層間に配された、実施例９９又は１００に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１０２．上記第１、第２、及び第３の層の上記少なくとも一部分が、透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、実施例１０１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１０３．上記軸外光学要素が、回折光学要素（ＤＯＥ）又は回折格子を備える、実施例９９～１０２のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１０４．上記軸外光学要素が、軸外回折光学要素（ＤＯＥ）、軸外回折格子、軸外ホログラフィックミラー（ＯＡＨＭ）、軸外体積回折光学要素（ＯＡＶＤＯＥ）、又は軸外コレステリック液晶回折格子（ＯＡＣＬＣＧ）を備える、実施例９９～１０３のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１０５．上記軸外光学要素が、屈折力を有する、実施例９９～１０４のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１０６．上記軸外光学要素の少なくとも一部分が、接眼部の複数の層のうちの層のうちの１つ上に刻まれた、実施例９９～１０５のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１０７．センサアレイは、上記センサアレイの前方の配された反射体から受けた光に少なくとも部分的に基づき、対象の少なくとも一部を撮像するように構成された前向きカメラであり、対象の少なくとも一部は、上記センサアレイの後方に配され、ユーザの眼、眼の一部、又は眼を包囲する組織の一部分のうちの少なくとも１つを含む、実施例８７～１０６のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１０８．ユーザの眼、眼の一部、又は眼を包囲する組織の一部分のうちの少なくとも１つに向かって、第１の範囲の波長の光を放出する光源を更に備える、実施例７７～１０７のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１０９．第１の範囲の波長が、赤外（ＩＲ）又は近赤外スペクトルのうちの少なくとも１つの光を含む、実施例１０８に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１１０．ヘッドマウントディスプレイが、ユーザの眼、眼の一部、又は眼を包囲する組織の一部分のうちの少なくとも１つの画像に基づき、ユーザの視線を追跡するように構成された、実施例７７～１０９のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１１１．センサアレイは、上記接眼部の前方の環境内の対象を撮像するように構成された、実施例７７～１０６のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１１２．センサアレイは、上記センサアレイの後方にある反射体から受けた光に少なくとも部分的に基づき、対象の少なくとも一部を撮像するように構成された後向きカメラであり、対象の少なくとも一部は、ユーザの前方の環境においてセンサアレイの前方に配された、実施例８７～１０６及び１１１のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１１３．ヘッドマウントディスプレイが、アイウェアを含む、実施例７７～１１２のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１１４．ヘッドマウントディスプレイであって、
ユーザの頭部に支持されるように構成されたフレームと、
上記フレームに結合され、ユーザの眼の前方に配されるように構成され、上記眼の前方に配された複数の層を備える接眼部と、
ユーザによる観覧用に、接眼部に画像コンテンツを提供するように構成された画像注入デバイスと、
接眼部内又は接眼部上に一体化されたセンサアレイ及びウエハスケール撮像光学系を備える撮像器と、
接眼部内又は接眼部上に配され、上記撮像器による撮像のために対象から受けた光を反射するように構成された反射体と、を備え、
上記ウエハスケール撮像光学系は、上記接眼部を除くハウジング内に含まれない、ヘッドマウントディスプレイ。
１１５．上記接眼部の上記複数の層が、複数の平面層を備え、上記撮像器が、上記平面層の法線に対して傾斜した、実施例１１４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１１６．上記撮像器が、反射体の方向に傾斜した、実施例１１４又は１１５に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１１７．上記撮像器が、反射体に対向するように傾斜し、そこからの光を受ける、実施例１１４～１１６のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１１８．上記撮像器が、前方方向に対して傾斜した、実施例１１４～１１７のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ
１１９．上記接眼部が、上記画像注入デバイスからの光を上記ユーザの眼に向かわせて、上記ユーザに画像コンテンツを提示する、実施例１１４～１１８のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１２０．複数の層が、上記画像注入デバイスから光を受け、全内部反射により、その内部で光の少なくとも一部を案内することで、ユーザに画像コンテンツを提供するように構成された１つ以上の導波路を備える、実施例１１４～１１９のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１２１．複数の層が、複数の導波路を備え、異なる導波路が、異なるカラー画像コンテンツを提供するように配置される、実施例１１４～１２０のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１２２．複数の層が、複数の導波路を備え、異なる導波路又は導波路群が、ユーザの眼内に光を投影することで、ユーザの眼から異なる距離より投影されているかのように、異なる発散量で画像コンテンツを表示するように構成された、実施例１１４～１２１のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１２３．複数の層は、屈折異常のあるユーザに屈折補正を提供するように構成された、化粧窓、前方レンズ、調光器、後方レンズ、照明層、又は処方レンズのうちの１つ以上を備える、実施例１１４～１２２のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１２４．上記接眼部が、透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、実施例１１４～１２３のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１２５．上記複数の層が、透明な少なくとも１つのガラス又はプラスチック層を備える、実施例１１４～１２４のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１２６．上記センサアレイが、上記層のうちの少なくとも１つ上に形成された複数の検出器画素を備える、実施例１１４～１２５のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１２７．上記センサアレイは、少なくとも一部が透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、少なくとも１つの層上に配された、複数の検出器画素を備える、実施例１１４～１２６のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１２８．上記ウエハスケール撮像光学系が、上記センサアレイに対して位置合わせされた少なくとも１つのレンズを備えることで、上記反射体からの光が上記少なくとも１つのレンズを通って上記センサアレイまで通過して、上記センサアレイの上に画像を形成するようにした、実施例１１４～１２７のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１２９．上記センサアレイが、上記接眼部の上記複数の層のうちの第１の層内又は第１の層上に配され、上記少なくとも１つのレンズが、上記接眼部の上記複数の層のうちの第２の異なる層内又は第２の層上に配された、実施例１２８に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１３０．第１及び第２の層が、各々、透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、少なくとも一部分を備える、実施例１２９に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１３１．上記センサアレイが、上記接眼部の上記複数の層のうちのある層の第１の側内又は側上に配され、上記少なくとも１つのレンズが、上記層の第２の反対の側内又は第２の側上に配された、実施例１２８に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１３２．上記センサアレイ及び少なくとも１つのレンズが内部又はその上に配された上記層が、透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、少なくとも一部分を備える、実施例１３１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１３３．少なくとも１つのレンズが、回折光学要素を備える、実施例１２８～１３２のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１３４．少なくとも１つのレンズが、少なくとも１つの屈折レンズを含む、実施例１２８～１３２のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１３５．上記少なくとも１つのレンズの少なくとも一部分が、接眼部の複数の層のうちの層のうちの１つ上に刻まれた、実施例１２８～１３４のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１３６．上記反射体が、ホットミラーを含む、実施例１１４～１３５のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１３７．上記反射体が、第２の範囲の可視波長の光を透過しつつ、第１の範囲の赤外（ＩＲ）又は近赤外波長の光を反射するように構成された、実施例１１４～１３６のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１３８．上記反射体が、上記複数の層のうちの少なくとも１つ上に形成された、実施例１１４～１３７のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１３９．上記反射体が、上記複数の層のうちの１つを含む、実施例１１４～１３８のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１４０．上記反射体が、光学コーティングを含む、実施例１１４～１３９のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１４１．上記反射体は、その少なくとも一部が透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、少なくとも１つの層上に配された、実施例１１４～１４０のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１４２．接眼部内又は接眼部上に配された軸外光学要素を更に備え、軸外光学要素は、反射体から反射された光を受け、光の少なくとも一部分を撮像器に向かわせるように構成された、実施例１１４～１４１のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１４３．上記軸外光学要素が、上記反射体と上記撮像器との間の光学路内に配された、実施例１４２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１４４．上記反射体が、上記複数の層のうちの第１の層上に配され、上記軸外光学要素が、上記複数の層のうちの第２の層上に配され、上記センサアレイが、上記複数の層のうちの第３の層上に配され、上記第２の層が、上記第１及び第３の層間に配された、実施例１４２～１４３のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１４５．上記第１、第２、及び第３の層の上記少なくとも一部分が、透明であり、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着したときにユーザの眼の前方の位置に配されて、透明部分が、ユーザ及び接眼部の前方の環境の一部からユーザの眼まで光を透過して、ユーザと接眼部の前方の環境のその部分の眺望を提供するようにした、実施例１４４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１４６．上記軸外光学要素が、回折光学要素（ＤＯＥ）又は回折格子を備える、実施例１４２～１４５のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１４７．上記軸外光学要素が、軸外回折光学要素（ＤＯＥ）、軸外回折格子、軸外ホログラフィックミラー（ＯＡＨＭ）、軸外体積回折光学要素（ＯＡＶＤＯＥ）、又は軸外コレステリック液晶回折格子（ＯＡＣＬＣＧ）を備える、実施例１４２～１４６のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１４８．上記軸外光学要素が、屈折力を有する、実施例１４２～１４７のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１４９．上記軸外光学要素の少なくとも一部分が、接眼部の複数の層のうちの層のうちの１つ上に刻まれた、実施例１４２～１４８のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１５０．上記撮像器が、上記反射体から受けた光に少なくとも部分的に基づき、対象の少なくとも一部を撮像するように構成された前向きカメラであり、これが上記撮像器の前方に配され、対象の少なくとも一部は、上記撮像器の後方に配され、ユーザの眼、眼の一部、又は眼を包囲する組織の一部分のうちの少なくとも１つを含む、実施例１１４～１４９のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１５１．ユーザの眼、眼の一部、又は眼を包囲する組織の一部分のうちの少なくとも１つに向かって、第１の範囲の波長の光を放出する光源を更に備える、実施例１１４～１５０のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１５２．第１の範囲の波長が、赤外（ＩＲ）又は近赤外スペクトルのうちの少なくとも１つの光を含む、実施例１５１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１５３．ヘッドマウントディスプレイが、ユーザの眼、眼の一部、又は眼を包囲する組織の一部分のうちの少なくとも１つの画像に基づき、ユーザの視線を追跡するように構成された、実施例１１４～１５２のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１５４．撮像器が、上述の接眼部の前方の環境内の対象を撮像するように構成された、実施例１１４～１４９のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
１５５．撮像器が、上記反射体から受けた光に少なくとも部分的に基づき、対象の少なくとも一部を撮像するように構成された後向き前らであり、これが上記撮像器の後方にあり、対象の少なくとも一部は、ユーザの前方の環境において撮像器の前方に配された、実施例１５４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
１５６．ヘッドマウントディスプレイが、アイウェアを含む、実施例１１４～１５５のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。

追加の考慮事項
上述の実施形態において、光学的配置は、撮像ディスプレイシステム、より具体的には、拡張現実ディスプレイシステムの文脈で説明されている。しかしながら、光学的配置の原理及び利点は、他のヘッドマウントディスプレイ、光学システム、装置、又は方法に使用され得ることが理解されるであろう。上記において、実施形態のいずれか１つの任意の特徴が、実施形態の他のいずれか１つの他の任意の特徴と組み合わされ、及び／又は、置換され得ることが認識されるであろう。

文脈上明確に別段の要求がない限り、明細書及び特許請求の範囲を通して、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含むこと（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含むこと（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｅ）」、及び「有すること（ｈａｖｉｎｇ）」などの単語は、排他的又は網羅的な意味ではなく、包括的な意味で解釈されるべきである。つまり、「含むが、これに限定されない」という意味である。本明細書で一般的に使用される「結合された」という用語は、直接接続され得るか、又は１つ以上の中間要素を介して接続され得る２つ以上の要素を指す。同様に、本明細書で一般的に使用される場合、「接続された」という語は、直接接続され得るか、又は１つ以上の中間要素を介して接続され得る２つ以上の要素を指す。文脈に応じて、「結合された」又は「接続された」は、光が１つの光学素子から他の光学素子に結合又は接続されるような光学結合又は光学接続を指し得る。更に、「ここに（ｈｅｒｅｉｎ）」、「上に（ａｂｏｖｅ）」、「下に（ｂｅｌｏｗ）」、「以下に（ｉｎｆｒａ）」、「以上に（ｓｕｐｒａ）」及び同様の単語は、本出願で用いる場合、本出願の特定の部分ではなく、本出願全体を指す。文脈が許す場合、単数又は複数を用いた上の詳細な説明における単語は、複数又は単数もそれぞれ含み得る。単語「又は」は、２つ以上の項目の一覧を参照する場合、包括的な（排他的なものではなく）「又は」であり、「又は」は、単語の以下の解釈の全てを包含する。すなわち、一覧内の項目のいずれか、一覧内の項目の全て、及び一覧内の項目のうちの１つ以上の任意の組み合わせであり、一覧に追加される他の項目を除外するものではない。更に、本出願において使用される「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」、並びに添付の特許請求の範囲は、別段の明示のない限り、「１つ以上」又は「少なくとも１つ」を意味すると解釈されるものである。

本明細書で使用される場合、項目の一覧の「少なくとも１つ」を指すフレーズは、単一のメンバーを含む、これらのアイテムの任意の組み合わせを指す。例として、「少なくとも以下のうちの１つ：Ａ、Ｂ、又はＣ」は、以下をカバーすることが意図される。Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ及びＢ、Ａ及びＣ、Ｂ及びＣ、並びにＡ、Ｂ、及びＣ。特段に明記しない限り、「Ｘ、Ｙ及びＺのうちの少なくとも１つ」というフレーズなどの結合的用語は、一般的に、項目、用語などがＸ、Ｙ又はＺのうちの少なくとも１つであり得ることを伝えるために使用される文脈で別様に理解される。したがって、このような結合的用語は、一般的に、特定の実施形態がＸのうちの少なくとも１つ、Ｙのうちの少なくとも１つ、及びＺのうちの少なくとも１つがそれぞれ存在することを必要とすることを示唆することが意図されるものでない。

「し得る（ｃａｎ）」、「し得る（ｃｏｕｌｄ）」、「し得る（ｍｉｇｈｔ）」、又は「し得る（ｍａｙ）」、「例えば（ｅ．ｇ．，）」、「例えば（ｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ）」「など（ｓｕｃｈａｓ）」などの本明細書で使用される条件付き用語は、別段に明記されない限り、又は使用される文脈内で別様に理解されない限り、一般に、特定の実施形態が、特定の特徴、要素、及び／又は状態を含む一方で、他の実施形態は、それらを含まない旨を伝えることが意図されている。したがって、そのような条件付き用語は、一般に、特徴、要素、及び／又は状態が、１つ以上の実施形態に何らかの方法で必要とされるか、又はこれらの特徴、要素、及び／又は状態が、任意の特定の実施形態において含まれるか、又は実施されるべきかを示唆することを意図するものでない。

特定の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、本開示の範囲を限定することが意図されたものでない。実際、本明細書に記載の新規の装置、方法、及びシステムは、他の種々の形態で実装され得る。更に、本明細書に記載の方法及びシステムの形態における種々の省略、代替、及び変更が、本開示の要旨から逸脱することなく加えられ得る。例えば、ブロックは所与の配置で提示されるが、代替の実施形態は、異なる構成要素及び／又は回路トポロジで同様の機能を実施してもよく、一部のブロックは、削除、移動、追加、細分化、組み合わせ、及び／又は修正されてもよい。これらのブロックは、各々、種々の異なるやり方で実装され得る。上述の種々の実施形態の要素及び行為の任意の好適な組み合わせが行われて、さらなる実施形態を提供することができる。上述の種々の特徴及びプロセスは、互いに独立して実装されてもよく、又は種々のやり方で組み合わせられ得る。いずれの要素又は要素の組み合わせも、全ての実施形態において必須又は不可欠ではない。本開示の特徴の全ての好適な組み合わせ及び下位的組み合わせは、本開示の範囲内であることが意図される。

Claims

ヘッドマウントディスプレイであって、
ユーザの頭部に支持されるように構成されたフレームと、
前記フレームに結合され、前記ユーザの眼の前方に配されるように構成され、複数の層を備える接眼部と、
前記ユーザによる観覧用に、前記接眼部に画像コンテンツを提供するように構成された画像注入デバイスと、
前記接眼部内又は前記接眼部上に配され、撮像のために対象から受けた光を反射するように構成された反射体と、
前記接眼部内に一体化されたか又は前記接眼部の直接上にあるセンサアレイであって、前記センサアレイは、前記対象の前方に位置決めされ、前記対象から遠ざかる方に向けられた前記センサアレイの視野を伴って配向される、センサアレイと、
前記接眼部内又は前記接眼部上に配され、前記反射体から反射された光を受け、前記センサアレイの後方に位置する前記対象を撮像するように前記光の少なくとも一部を前記センサアレイに向かって回折又は屈折するように構成された透過回折又は透過屈折光学要素と、を備える、ヘッドマウントディスプレイ。
前記センサアレイが、前記層のうちの少なくとも１つ上に形成された複数の検出器画素を備える、先行請求項のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
前記センサアレイが、ウエハスケール光学系を含む、先行請求項のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
前記回折又は屈折光学要素が、前記センサアレイに対して位置合わせされた少なくとも１つのレンズを備えることで、前記反射体からの光が前記少なくとも１つのレンズを通って前記センサアレイまで通過し、前記センサアレイの上に画像を形成するようにした、先行請求項のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
前記センサアレイが、前記接眼部の前記複数の層のうちの第１の層内又は前記第１の層上に配され、前記少なくとも１つのレンズが、前記接眼部の前記複数の層のうちの第２の異なる層内又は前記第２の層上に配された、請求項４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
前記センサアレイが、前記接眼部の前記複数の層のうちのある層の第１の側内又は前記第１の側上に配され、前記少なくとも１つのレンズが、前記層の第２の反対の側内又は前記第２の反対の側上に配された、請求項４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
少なくとも１つのレンズが、ウエハスケール光学系を含む、請求項４～６のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
前記反射体が、ホットミラーを含む、先行請求項のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
前記反射体が、第２の範囲の可視波長の光を透過しつつ、第１の範囲の赤外（ＩＲ）又は近赤外波長の光を反射するように構成されている、先行請求項のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
前記反射体が、前記複数の層のうちの少なくとも１つ上に形成された、先行請求項のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
前記回折又は屈折光学要素が、前記反射体と前記センサアレイとの間の光学路内に配された、先行請求項のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
前記反射体が、前記複数の層のうちの第１の層上に配され、前記回折又は屈折光学要素が、前記複数の層のうちの第２の層上に配され、前記センサアレイが、前記複数の層のうちの第３の層上に配され、前記第２の層は、前記第１の層と前記第３の層間に配された、先行請求項のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
前記回折又は屈折光学要素が、軸外光学要素を備える、先行請求項のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
前記回折又は屈折光学要素が、屈折力を有する、先行請求項のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
前記回折又は屈折光学要素が、軸外レンズを含む、先行請求項のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
前記センサアレイが、前記センサアレイの前方に配された前記反射体から受けた光に少なくとも部分的に基づき、前記対象の少なくとも一部を撮像するように構成された前向きカメラであり、前記対象の前記少なくとも一部が、前記センサアレイの後方に配され、前記ユーザの前記眼、前記眼の一部、又は前記眼を包囲する組織の一部分を含む、先行請求項のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
前記センサアレイが、前記接眼部の前方の環境内の対象を撮像するように更に構成された、先行請求項のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
前記センサアレイが、前記センサアレイの後方にある前記反射体から受けた光に少なくとも部分的に基づき、前記対象の少なくとも一部を撮像するように構成された後ろ向きカメラであり、前記対象の前記少なくとも一部が、前記ユーザの前方の環境内の前記センサアレイの前方に配された、請求項１７に記載のヘッドマウントディスプレイ。