CN110908105B - 扫描显示系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及扫描显示系统。显示系统可显示图像帧。所述系统可包括扫描镜和交错发光元件阵列。所述发光元件可发射图像光，并且准直光学器件可将光引导至所述扫描镜处，所述扫描镜在围绕轴线旋转时反射所述图像光。控制电路可跨所述图像帧的切向和矢状轴选择性地激活所述发光元件，同时控制所述扫描镜跨所述矢状轴扫描。

Description

扫描显示系统
本专利申请要求2019年8月28日提交的美国专利申请No.16/554,312、2019年8月28日提交的美国专利申请No.16/554,334以及2018年9月14日提交的美国临时专利申请No.62/731,448的优先权，这些专利申请据此全文以引用方式并入本文。
背景技术
本发明整体涉及显示系统，包括包含微投影仪和显示器的显示系统。
电子设备和其他系统通常包括显示器。例如，头戴式设备诸如一副虚拟现实或混合现实眼镜可具有用于为用户显示图像的显示器，或者投影仪系统可包括用于将光场投影到显示器的投影仪。投影仪可包括发射光场的光源和将发射的光传送至用户的辅助光学系统。
形成具有足够光学亮度、显示分辨率和紧凑度的投影和显示系统对于可缩放的使用是挑战性的。必须格外小心，以考虑包括跌落冲击和热负载的用户情况。
发明内容
一种显示系统诸如电子设备中的显示系统可显示图像帧。显示系统可包括扫描镜和以对角行和对准的垂直列布置的交错发光元件的阵列。交错发光元件可发射通过透镜传播至扫描的光场。扫描镜可在绕轴线旋转时反射图像光。控制电路可跨图像帧的切向和矢状轴选择性地激活发光元件(例如，使用所选择的定时延迟)，同时控制扫描镜以扫描频率跨矢状轴扫描。这可将来自扫描镜的反射图像光配置为显示为来自图像帧的连续像素列(例如，跨整个二维图像帧的连续列)。
如果需要，可使用沿着矢状轴交错的发光元件的附加阵列。如果需要，附加阵列可具有更大的角间距以执行纹理成像操作。附加阵列可包括用于执行注视跟踪的红外发射器、光学发射器和/或传感器。附加阵列可发射其他颜色的光。
在另一合适布置中，显示系统可包括沿着投影显示器的切向和矢状轴扫描的快速扫描镜和慢速扫描镜。该快速扫描镜可接收来自光子集成电路的多个光束。光子集成电路可接收来自多组激光管芯(例如，由对应的激光驱动器驱动的激光管芯)的光。光子集成电路可包括通道，这些通道传送来自所述多组激光管芯的光并且发射光作为提供给快速扫描镜的多个光束。通道可具有宽间距以容纳较大尺寸的激光管芯，并且可在发射光束之前减小间距以最大化所显示的图像帧的分辨率。快速扫描镜和慢速扫描镜可用光束填充图像帧。
附图说明
图1为根据一个实施方案的可包括显示系统的例示性系统的图示。
图2为根据一个实施方案的例示性光学系统部件的俯视图，该例示性光学系统部件包括用于向用户提供图像光的扫描镜。
图3为根据一个实施方案的图2所示类型的例示性光学系统部件的横截面侧视图。
图4为示出根据一个实施方案的图2和图3所示类型的例示性光学系统部件可如何安装在窄光学系统外壳内的透视图。
图5和图6为根据一个实施方案的具有交错发光元件的光源的例示性阵列的前视图。
图7为示出根据一个实施方案的由例示性显示器显示的图像可如何包括被较低分辨率区域围绕的高清晰度纹理区域的图示。
图8为示出根据一个实施方案的例示性光源控制电路和互连电路可如何在光源阵列之间形成的前视图。
图9为根据一个实施方案的具有交错发光元件和重叠每个发光元件的微透镜的例示性光源阵列的前视图。
图10为根据一个实施方案的具有重叠阵列中的每个光源的中心的接触焊盘并且具有交错发光元件的例示性光源阵列的后视图。
图11为根据一个实施方案的图5至图10所示类型的例示性光源阵列的横截面侧视图。
图12为根据一个实施方案的例示性光学系统部件的俯视图，该例示性光学系统部件包括用于向用户提供图像光的两个独立扫描镜和光子集成电路。
图13为根据一个实施方案的图12所示类型的光学系统部件的例示性光源的透视图。
图14为根据一个实施方案的例示性光学系统部件的俯视图，该例示性光学系统部件包括用于向用户提供图像光的两个独立扫描镜和通过光纤耦合到光源的光子集成电路。
图15为示出根据一个实施方案的如何使用图12至图14所示类型的例示性光学系统部件来扫描图像光以填充视场的图示。
具体实施方式
显示系统可集成到电子设备诸如用于虚拟现实和混合现实(增强现实)系统的头戴式设备或其他电子设备中。这些设备可包括便携式消费电子设备(例如，便携式电子设备，诸如蜂窝电话、平板电脑、眼镜、其他可穿戴装置)、在驾驶舱、车辆等中的头顶显示器、基于显示器的装置(投影仪、电视机等)。显示系统或显示系统所在的设备可包括投影系统，该投影系统可用于其中需要对光场进行远场投影的其他具体实施中。这可包括但不限于可穿戴眼部设备、家庭影院应用和虚拟/混合/增强现实设备。本文所述的投影系统包含柔性的高分辨率和纹理扫描能力。然而，这些示例仅为例示性的。可使用任何合适的装置来利用本文所述的显示系统为一位用户或多位用户提供视觉内容。
佩戴在用户头部的头戴式设备诸如增强现实眼镜可用于向用户提供覆盖在真实世界内容顶部的计算机生成的内容。真实世界内容可由用户通过光学系统的透明部分直接查看。光学系统可用于将图像从显示系统中的一个或多个像素阵列路由至用户的眼睛。光学系统中可包括波导诸如由透明材料(诸如玻璃或塑料)的片形成的薄平面波导或其他光导，以将来自像素阵列的图像光输送至用户。显示系统可包括反射型显示器，诸如硅上液晶显示器、微电子机械系统(MEMS)显示器(有时称为数字微镜设备)或其他显示器。
图1中示出了可设置有显示系统的例示性系统的示意图。如图1所示，系统10可为家庭影院系统、电视系统、头戴式设备、电子设备或用于投影远场图像光的其他系统。系统10可包括支撑结构诸如支撑结构20。在系统10为头戴式设备的情况下，支撑结构20可包括头戴式支撑结构。系统10的部件可由支撑结构20支撑。支撑结构20(有时可被称为外壳或壳体)可被配置为形成一副眼镜的框架(例如，左右镜腿和其他框架构件)、可被配置为形成头盔、可被配置为形成一副护目镜，或者可具有其他可佩戴在头部的构型，或者可被配置为形成用于系统10中的一些或全部部件的任何其他期望的外壳结构。
可使用控制电路16来控制系统10的操作。控制电路16可包括用于控制系统10的操作的存储和处理电路。电路16可以包括存储装置，诸如硬盘驱动器存储装置、非易失性存储器(例如，被配置为形成固态驱动器的电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如，静态或动态随机存取存储器)等。控制电路16中的处理电路可以基于一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、基带处理器、电源管理单元、音频芯片、图形处理单元、专用集成电路以及其他集成电路。软件代码可存储在电路16中的存储器上，并且在电路16中的处理电路上运行，以实现用于系统10的操作(例如，数据采集操作、涉及使用控制信号调节部件的操作、产生图像内容以向用户显示的图像渲染操作等)。
系统10可包括输入-输出电路诸如输入-输出设备12。输入-输出设备12可用于允许由系统10从外部装置(例如，拴系计算机、便携式设备(诸如手持设备或膝上型计算机)或其他电气装置)接收数据，并且允许用户向系统10提供用户输入。输入-输出设备12还可用于采集有关系统10的操作环境的信息。设备12中的输出部件可允许系统10向用户提供输出，并且可用于与外部电子装置通信。输入-输出设备12可包括传感器和其他部件18(例如，用于采集与系统10中的显示器上的虚拟对象数字地合并的真实世界对象的图像的图像传感器、加速度计、深度传感器、光传感器、触觉输出设备、扬声器、电池、用于在系统10和外部电子装置之间通信的无线通信电路等)。
如图1所示，输入-输出设备12可包括显示系统诸如显示系统14中的一个或多个显示器。显示系统14(有时可被称为显示器或光引擎)可用于为用户或系统10的用户显示图像。显示系统14包括光源，诸如产生照明(图像光)22的光源14A。照明22可穿过光学系统14B。光源14A可包括具有发光元件(例如，像素)的光源阵列。光学系统14B可包括在位置24处朝一个或多个用户扫描由发光元件(光22)发射的光以进行观察的一个或多个扫描镜。在系统10在头戴式装置上实现的情况下，位置24可以是例如观察框。在系统10在其他类型的基于显示器的设备中实现的情况下，位置10可以是投影仪屏幕或其他显示屏、墙壁或任何其他期望的远场位置。选择性地激活光源14A中的光元件并在一个或两个维度(轴线)上扫描反射镜可允许二维图像被投影在位置24处(例如，在位置24处的整个视场)。
光学系统14B可包括其他光学部件，诸如棱镜、附加反射镜、分束器、全息图、光栅(例如，可电调谐光栅)、透镜、波导、偏振器和/或将光22传送至位置24处的其他光学部件。如果需要，系统14B可包含部件(例如，光学组合器等)以允许真实世界图像光26(例如真实世界图像或真实世界对象诸如真实世界对象28)与虚拟(计算机生成的)图像诸如图像光22中的虚拟图像被在光学上组合。在这种类型的系统(有时称为增强现实系统)中，系统10的用户可查看真实世界内容和覆盖在真实世界内容之上的计算机生成的内容两者。基于相机的增强现实系统也可用于系统10中(例如，相机捕获对象28的真实世界图像并且将该内容与显示系统14上的虚拟内容进行数字合并的布置)。显示系统14可用于虚拟现实系统(例如，不具有合并的真实世界内容的系统)和/或用于将光投影到期望的显示位置的任何合适类型的系统中。
一般来讲，希望在光学系统14B中提供尽可能大的反射区域(例如，直径为1.2-2.0mm)的扫描镜，以便最大化远场域内的图像分辨率。例如，较小的反射镜比较大的反射镜产生更大的光发散，从而在远场产生较低的分辨率。同时，扫描镜需要以相对较高的速度(频率)进行扫描(旋转)，以允许以适当高的帧速率显示图像。然而，以高速扫描反射镜可导致反射镜(尤其是对相对较大的反射镜)发生物理变形，这会使图像光发散，从而限制远场中的图像分辨率。因此，希望能够提供光学系统14B，该光学系统可克服这些困难以高帧速率提供高分辨率(低发散)图像，同时仍允许光学系统适配在系统10的受约束形状因数内。
图2为处于例示性配置的显示系统14的俯视图，其中光学系统14B包括单个扫描镜。如图2所示，光学系统14B可包括透镜40和扫描镜42。光源14A发射通过透镜40传播到扫描镜42的图像光(光场)22。扫描镜42围绕轴线30(平行于图2的Z轴延伸)旋转，如箭头32所示。扫描镜42可包括马达、致动器、MEMS结构，或控制镜42以期望的扫描频率围绕轴线30旋转的任何其他期望结构。扫描镜42将光22朝显示器14中的其他光学部件14C反射，并且当镜围绕轴线30被扫描(旋转)时，在对应的视场38上提供覆盖。视场38可为45度、介于40度和50度之间、小于40度、大于45度，或任何其他期望的视场。
其他光学部件14C可包括投影光学器件(例如，用于将图像光投影到显示屏、投影仪屏幕、墙壁或如图1所示的任何其他期望位置24上的光学部件)、透镜、分束器、光耦合器(例如，输入耦合器、输出耦合器、交叉耦合器等)、棱镜、附加反射镜、全息图、光栅(例如，可电调谐光栅)、波导、偏光器和/或将光22传送到位置24(图1)处的其他光学部件。如果需要，光源14A和光学系统14B可安装在光学系统外壳诸如外壳34内。外壳34可包括金属、电介质或其他材料，并且可保护光学系统34免受不对准、杂散光、灰尘或其他污染物的影响。外壳34可包括窗口36，光22在被反射离开扫描镜42之后穿过该窗口。
为了最小化远场光发散，从而最大化远场图像分辨率，扫描镜42可以相对较低的速度诸如用显示系统14显示图像(图像帧)时的帧速率(例如，光源14A的帧速率)旋转。例如，扫描镜42可以60Hz、120Hz、24Hz，介于24和120Hz之间，介于120Hz和240Hz之间，大于120Hz或在任何其他期望频率旋转。因为扫描镜42以相对较低的速度旋转，所以扫描镜42可执行扫描操作而不会对反射镜造成显著的机械变形，从而最大化反射镜尺寸(不引入过度变形)，最小化远场光发散，以及最大化远场中的图像分辨率。由镜42执行的这种水平扫描(例如，在围绕轴线30的箭头32的方向上)可导致光22填充(绘制)使用显示系统14显示的远场中的二维图像帧的一个维度。该维度在本文中有时被称为显示系统14的矢状轴或所显示图像的矢状轴。正交于矢状轴的轴线用于用图像光填充(绘制)二维图像帧的其余部分，并且在本文中有时被称为显示系统14的切向轴或所显示图像的切向轴(例如，平行于图2的Z轴)。
在一些情况下，使用附加反射镜来扫描切向轴。这些切向轴反射镜以较高的频率旋转，并且可限制远场图像分辨率。通过省略图2的示例中的用于覆盖切向轴的附加反射镜，可最大化远场图像分辨率。在图2的示例中，光源14A可包括以行和列布置的一个或多个光源阵列。每个阵列中的行M可显著多于列N(例如，M可为N的至少10、20、30、40、50、100、1000等倍)。因此，每个阵列可具有足够的宽度(平行于图2的Y轴)以覆盖显示系统14B的整个矢状轴，但具有足够的高度(平行于图2的Z轴)以覆盖显示系统14B的整个切向轴。这种类型的阵列在本文中有时可称为1.5维阵列或1.5D阵列。具有小于列数的10倍的行数的阵列在本文中有时可被称为2D阵列。具有一行或一列的阵列在本文中有时可被称为1D阵列。
光源14A可包括多个1.5D阵列(例如，用于发射不同颜色诸如红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)阵列的独立阵列)。控制电路16(图1)可用合适的定时方案来选择性地激活(例如，打开/关闭)每个1.5D阵列中的光源，以用每种颜色的远场光填充(绘制)显示系统14B的切向轴。当与扫描镜42的矢状轴旋转组合时，显示系统14可以高帧速率产生具有最大分辨率的多种颜色的二维远场图像。
图3为图2的显示系统14的横截面侧视图(例如，沿图2的箭头42的方向截取)。如图3所示，光源14A(例如，1.5D阵列)具有比宽度(平行于Y轴)更大的高度(平行于Z轴)，用于覆盖显示系统的切向轴。输出准直光学器件40(例如，多个透镜)可准直来自阵列的光22(例如，～0.4-1mRad)并且可将光引导至扫描镜42处。如箭头32所示，扫描镜42围绕轴线30旋转以覆盖矢状轴。选择性激活光源14A中的1.5D阵列上的光源结合旋转扫描镜42允许光22形成二维远场图像帧。在图3的示例中，光学系统外壳34被示出为仅包封透镜40。这仅为例示性的，并且如果需要，外壳34还可围绕光源14A和/或扫描镜42(例如，如图2所示)。例如，透镜40可为在一个或多个维度上切割而不是在Y-Z平面中表现出圆形轮廓(例如，以帮助将透镜适配在相对窄的外壳34内)的分体式透镜(在本文中有时称为短切光学器件或短切透镜)。因为发射器阵列在一个维度(例如，非扫描方向)上较长，所以透镜40可包括短切光学器件以有助于节省空间而不影响图像质量。
图4为图2和图3的显示系统14的透视图。如图4所示，光学系统外壳34具有窗口36。外壳34中的扫描镜42反射光22以穿过窗口36，如箭头50所示(例如，图2的其他光学部件14C)。外壳34可具有长度52、宽度56和高度54。长度52可大于高度54，并且高度54可大于宽度56。例如，长度52可为30-40mm、20-50mm、32-38mm，大于50mm，小于20mm或为任何其他期望长度。宽度56可为4-6mm、3-10mm、5-20mm、大于20mm或为任何其他期望宽度。高度54可为15-20mm、10-25mm、15-30mm，大于30mm，小于15mm或为任何其他期望高度。这样，外壳34、光源14A和光学系统14B可表现出相对窄的轮廓。这可允许显示器14集成在具有相对窄的轮廓诸如头戴式设备的系统10内(例如，眼镜框的镜腿、头盔、护目镜等内)或其他小型化或便携式显示系统内。
图5为显示器14中的光源14A的前视图(例如，沿图2的箭头44的方向截取)。如图5所示，光源14A可包括光投影仪，诸如光投影仪70。光投影仪70包括光源76的一个或多个1.5D阵列60，诸如1.5D阵列60A、60B和60C。每个阵列60中的光源76(在本文中有时称为光单元76、光源单元76、单元76或单元格76)可被布置成具有行和列的矩形网格图案。由于每个阵列60为1.5D阵列，因此每个阵列中的单元76的行(例如，平行于Y轴延伸)显著多于单元76的列(例如，平行于Z轴延伸)。
每个单元76可包括形成在下面的基板75(例如，阵列基板诸如半导体基板)上的对应发光元件74。发光元件74可包括发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、谐振腔发光二极管(RCLED)、微型发光二极管(μLED)、激光器(例如，垂直腔表面发射激光器(VCSEL))或任何其他期望的发光部件。投影仪70中的不同阵列60可包括不同类型的发光元件74(例如，一个阵列60可包括RCLED，而另一个阵列60包括VCSEL等)。这可允许投影仪70发射任何期望颜色的光(例如，在单一类型的发光元件不能产生特定期望波长的光的情况下)。发光元件74在本文中有时可被称为像素74。
每个阵列60中的每个发光元件74可发射对应颜色(波长)的光。作为一个示例，阵列60A中的发光元件74可发射红光(例如，波长介于625nm和740nm之间诸如640nm的光)，阵列60B中的发光元件74可发射绿光(例如，波长介于495nm和570nm之间诸如510nm的光)，并且阵列60C中的发光元件74可发射蓝光(例如，波长介于420nm和495nm之间诸如440nm的光)。通常，阵列60可发射任何期望波长的光(例如，近红外光、可见光、红外光、紫外光等)。
如果需要，可围绕阵列60的周边(例如，在阵列60的一个或多个侧面处)形成一个或多个较低分辨率的阵列诸如低分辨率阵列62(例如，第一阵列62A、第二阵列62B和第三阵列62C)。低分辨率阵列62可各自包括一列或多列以及两行或更多行的单元76。低分辨率阵列62可包括比阵列60更大的单元76，并且阵列62中的发光元件74可比阵列60中的发光元件74间隔开更远(例如，设置有更大的间距)(例如，阵列62可表现出比阵列60更大的角度扩展)。例如，低分辨率阵列62可以是1D阵列、1.5D阵列和/或2D阵列。每个阵列62中的发光元件74可与相邻阵列60中的发光元件74的颜色相同(例如，阵列62A中的发光元件74可发射与阵列60A相同波长的光，阵列62B中的发光元件74可发射与阵列60B相同波长的光等)。
低分辨率阵列62可在远场中生成图像帧的一部分，其具有比阵列60更大的角度扩展。这可允许在显示图像上执行纹理技术，其中所显示图像的中心部分以比所显示图像的周边部分具有更高的分辨率。这可例如模拟用户眼睛的自然响应，使得所显示的图像仍然自然地呈现给用户，同时还降低显示图像所需的资源和数据速率。也可通过动态控制扫描镜42的速度来执行纹理操作。例如，控制电路16可控制扫描镜42以在图像帧的中心内花费更多的时间(例如，通过更缓慢地旋转穿过帧的中心)并且花费更少的时间围绕图像帧的周边(例如，通过在帧的周边更快速地旋转)，从而最大化帧的中心附近的图像分辨率同时牺牲帧的周边附近的图像分辨率。
如果需要，可在光源14A中包括深度感测和/或瞳孔跟踪电路。在图5的示例中，光源14A包括深度感测和瞳孔跟踪部件68。部件68可包括红外光源80的阵列64。每个红外(IR)光源80可包括对应的红外光发射元件78(例如，IR LED、IRμLED、IR VCSEL等)。光源80发射由光学系统14B朝位置24传送的红外光(图1)。红外光通过光学系统14B从用户的眼睛反射回光源14A。
图5的部件68可包括红外光传感器82的阵列66。每个红外光传感器82可包括对应的红外光敏元件84(例如，IR光电二极管、IR雪崩二极管等)。红外光敏元件84可感测反射的红外光并且可向控制电路16提供对应的红外图像信号。控制电路16可处理所发射的和所接收的红外信号以在位置24处(例如，观察框内)跟踪用户的视网膜(瞳孔)的位置、用户注视的方向、执行深度感测的方向，和/或基于所发射的和所接收的红外信号来执行任何其他期望的操作。阵列64可包括以任何期望图案布置的任何期望数量的单元80(例如，阵列64可为1.5D阵列、1D阵列、2D阵列等)。阵列66可包括以任何期望图案布置的任何期望数量的单元82(例如，阵列66可为1.5D阵列、1D阵列、2D阵列等)。
如果需要，光源14A可使用附加投影仪诸如图5的投影仪72来执行波长复用。投影仪72可包括投影仪70中的每个阵列60的1.5D阵列60(例如，其中投影仪72中的每个阵列60包括与投影仪70中的对应阵列60相同数量和图案的单元76)。在图5的示例中，投影仪72包括1.5D阵列60，诸如阵列60A’、60B’和60C’。阵列60A’中的发光元件74可发射波长从阵列60A发射的波长偏移预先确定的余量(例如，20nm、30nm、40nm，介于20nm和50nm之间，介于10nm和60nm之间等)的光。相似地，阵列60B’可发射从波长阵列60B发射的波长偏移的光，并且阵列60C’可发射波长从阵列60C发射的波长偏移预先确定的余量的光(例如，阵列60A’可发射670nm的红光，阵列60B’可发射540nm的绿光，并且阵列60C’可发射470nm的蓝光)。
使用附加波长偏移的投影仪诸如投影仪72可允许显示器14对光源14A发射的光执行两种不同操作。例如，其他光学部件14C(图2)可包括全息图、衍射光栅或被调谐为对特定波长的光起作用的其他结构。例如，光学部件14C可包括对投影仪70产生的光的波长起作用(例如，沿第一方向衍射)的第一全息图和对投影仪72产生的光的波长起作用(例如，沿第二方向衍射)的第二全息图。这可例如允许显示器14使用相同的物理窄光源14A来显示发射到系统10内的不同位置的RGB图像光。
图5的示例仅是例示性的。通常，可在光源14A内形成任何期望数量的投影仪。可在每个投影仪内形成任何期望数量的阵列60。每个阵列60可包括以任何期望图案布置的任何期望数量的单元76。每个阵列62可包括以任何期望图案布置的任何期望数量的单元76。可省略图5的一个或多个阵列60和/或62。如果需要，可以省略图5的投影仪72。
如图5所示，每个阵列60内的发光元件74相对于同一列单元76中的发光元件74水平对准，但相对于同一行单元76中的发光元件74垂直交错。例如，每列中的发光元件74可位于沿着Z轴(切向轴)与前一列单元76和下一列单元76不同的位置处。换句话讲，发光元件74在每个阵列60内垂直交错(例如，每个阵列60中的发光元件74共同形成具有垂直列和对角行的交错发光元件阵列)。如果需要，图5的每个对角行所示的每个发光元件74可存在多个副本(例如，以相对于其中对角行的每一列仅包括一个发光元件74的情况来增加亮度和/或动态范围)。以此方式交错发光元件74可允许阵列60表现出细垂直间距，使得光元件74可用光填充显示系统14的切向轴(例如，平行于图5的Z轴)，即使仅使用单个扫描镜来平行于Y轴(矢状轴)进行扫描也是如此。这还可用于最大化投影远场图像的分辨率。
图6为给定阵列60的前视图，其示出了发光元件74可如何在物理域中交错，同时由于扫描镜42的旋转而在光域中垂直连续。图6的左侧示出了给定阵列60的例示性四乘十二单元部分的物理域(例如，沿图2的箭头44的方向截取)。图6的右侧示出了由阵列60的四乘十二单元部分发射的光的光域(例如，如在由扫描镜42反射后从图2的光学部件14C观察)。
如图6所示，每个发光元件74可形成于阵列60的基板75中并且具有对应的像素尺寸(光学间距)110。偶数列中的每个发光元件74可直接从发光元件74垂直偏移至其左侧，并且发光元件74可通过像素偏移114直接偏移至其右侧。在图6的示例中，位置(1,2)处的发光元件通过像素偏移114与位置(1,1)处的发光元件竖直偏移。相似地，位置(1,3)处的发光元件通过像素偏移114与位置(1,2)处的发光元件竖直偏移，并且通过偏移115(例如，两倍像素偏移114)与位置(1,1)处的发光元件竖直偏移。偏移114可使位置(1,2)处的发光元件与位置(1,1)处的发光元件和位置(1,3)处的发光元件沿着Z轴分离相对较小的距离(像素间距)(例如，在4-6微米内、介于3和10微米之间、介于3和6微米之间等)。对于每行，该模式可跨阵列60的宽度122重复一次或多次。
这样，每行包括单元76的一个或多个(重复)组120，其包括跨整个物理行单元74延伸的交错发光元件76(例如，平行于图6的Z轴)。每个组120中的像素间距114的总和可例如大致等于从对应行的底部边缘到顶部边缘的距离(例如，减去该组中的发光元件之间的像素间距)。每行可包括任何期望数量的组120。每个组120可包括任何期望数量的单元76(例如，三个单元和跨行的高度延伸的三个偏移(交错)发光元件74、四个单元和跨行的高度延伸的四个偏移发光元件74、五个单元和跨行的高度延伸的五个偏移发光元件74、多于五个的单元、两个单元等。)
每个单元76具有电(物理)间距116。电间距116可容纳用于控制发光元件114的操作的路由部件。通常，可能期望像素尺寸110相对较小。较大的电间距116可允许足够的空间来容纳相对较小的发光元件114的电路由、热冷却、电流密度优化和接触电阻。电间距116可为例如介于30和50微米之间、介于10和50微米之间、介于35和45微米之间、大约40微米等(例如，在使用VCSEL形成光元件74的情况下)。
控制电路16可选择性地激活阵列60中的不同组的发光元件74(例如，在阵列的行和列上使用所选择的定时延迟)，同时控制扫描镜42的旋转频率以在远场中显示任何期望的高分辨率图像帧(例如，通过使像素激活的定时/延迟与扫描镜频率同步以及利用1.5D阵列的大高度来覆盖图像帧的第二维度(切向轴))。通过物理地错开发光元件74，控制发光元件74的定时，并以此方式控制扫描镜42，阵列60中的发光元件74可在由扫描镜42反射之后的光域(例如，如图123所示)中显示为单个连续发光元件列(例如，元件74可产生形成所显示图像的视觉上连续的图像数据)。这可允许1.5D阵列中的发光元件74在与由反射镜42扫描的矢状轴组合时，在远场(光学)域(例如，在图2的其他光学部件14C处)中填充(绘制)高分辨率高帧速率二维图像帧。尽管阵列60上具有更粗糙的物理(电)间距116(例如，用于容纳信号路由、热耗散等)，但图像帧的光域123可表现出超精细光学分辨率(例如，大于2048×1080的分辨率，具有3-6微米的有效像素间距)。
如果需要，控制电路16可动态地改变阵列60中的光元件74的不同子组的亮度(例如，使用脉宽调制方案、通过调节提供给发光元件的电流、通过调节源占空比等)。这可允许控制电路16根据需要局部增亮所显示的远场图像中的一些或全部(例如，使得当用户处于明亮房间时显示相对明亮的图像并且使得在用户处于黑暗房间时显示相对暗的图像以节省功率)。阵列60和扫描镜42的操作允许发光元件74在大部分时间打开，从而最大化所显示图像的平均亮度和可见度。例如，显示系统14可支持数千尼特的亮度。
图7为可由显示器14(例如，在光域中)显示的例示性纹理图像帧的图示。如图7所示，图像帧132可包括帧中心处的高清晰度纹理区域134。区域134被较低分辨率的外围区域130围绕。例如，区域134可使用高分辨率阵列60(图5)来产生，而区域130使用较低分辨率阵列62来产生。使用显示系统14生成这种类型的图像帧可允许显示系统14节约资源，同时由于在用户的视场的周边处感知到的模糊而仍提供对观察者来说看起来自然的图像帧。
图8为图5的投影仪70和部件68的前视图，其示出了路由电路和光源供电电路可如何插置到光源14A的阵列之间。如图8所示，路由(互连)电路100可在投影仪70中的阵列60、62、64和66之间延伸。路由电路100可传送控制信号，该控制信号打开或关闭阵列中的发光元件、调节发光元件的亮度，和/或使用阵列中的传感器部件(例如，阵列66中的红外光电二极管)来采集传感器信号。控制电路102还可位于阵列62之间或组件14A中的其他阵列之间。控制电路102可包括同步和功率集成电路(例如，专用集成电路)以及与功率或控制部件14A相关联的任何其他期望电路。图8的示例仅是例示性的，并且一般来讲，路由电路和控制电路可安装在任何其他期望的位置处。
如果需要，可在元件14A中的每个发光元件上提供微透镜，以用于引导由发光元件发射的光。图9为设置有微透镜的给定阵列60的前视图。如图9所示，微透镜诸如微透镜140可位于阵列60中的每个发光元件74上方(例如，居中)(例如，每个元件74可具有对应的微透镜140)。与元件74类似，微透镜140垂直交错排列。
阵列60中的每个单元76可耦合到驱动电路，诸如在对应的接触焊盘上方的驱动器集成电路。尽管微透镜140与发光元件74对准，但阵列60中的每个单元76可包括相对于该单元的物理区域居中的接触焊盘。图10为设置有用于耦合到驱动器集成电路的接触焊盘的给定阵列60的后视图。如图10所示，阵列60中的每个单元76包括相对于该单元76居中的对应接触焊盘150。接触焊盘150可传送驱动信号以选择性地激活(或停用)对应单元内的发光元件74。与图9的微透镜140不同，接触焊盘150不垂直交错排列(例如，以利用下面的驱动器集成电路简化封装)。
图11为示出了两个阵列60(诸如第一阵列60-1和第二阵列60-2)可如何耦合到下面的驱动器集成电路的侧视图。如图11所示，第一阵列60-1中的基板75的底部表面上的接触焊盘150耦合到驱动器集成电路162上的对应接触焊盘160(例如，专用集成电路诸如有源矩阵驱动器集成电路)。相似地，第二阵列60-2的基板75的底部表面上的接触焊盘150耦合到驱动器集成电路162上的对应接触焊盘160。接触焊盘150可使用焊料球、球栅阵列或任何其他期望的导电互连结构连接到接触焊盘160。总体来讲，阵列60和集成电路162可形成显示器(光源)集成电路封装163。
如果需要，显示系统14可包括用于显示图像的两个扫描镜。图12为例示性显示系统14的俯视图，其中显示系统14包括两个扫描镜，诸如第一扫描镜224和第二扫描镜226。如图12所示，光源14A包括多组激光管芯204，它们各自耦合到对应的激光驱动器202。例如，光源14A可包括耦合到驱动电路202A并由该驱动电路控制的第一组激光管芯204、耦合到驱动电路202B并由该驱动电路控制的第二组激光管芯204，以及耦合到驱动电路202C并由该驱动电路控制的第三组激光管芯204。每组中的激光管芯204可产生不同波长的光，使得每个驱动电路202将特定颜色的光提供给显示系统14。例如，激光管芯204可包括边缘发射激光管芯。
如图12所示，光学系统14B可包括耦合透镜206、光子集成电路(PIC)200、一个或多个准直光学器件222(例如，一个或多个准直透镜)、第一扫描镜224和第二扫描镜226。光子集成电路200(在本文中有时称为光子光波电路(PLC)200)可包括基板208，诸如玻璃基板。光刻技术可用于在基板208中产生光刻图案(通道)218。例如，通道218可具有与基板208中的周围材料不同的折射率。
每个耦合透镜206可用于将从对应的激光管芯204发射的光耦合到通道218中的相应一个中。例如，透镜206可将由耦合到驱动器202A的激光管芯204发射的光耦合到PIC 200的侧面214处的通道218中，透镜206可将由耦合到驱动器202B的激光管芯204发射的光耦合到PIC 200的侧面216处的通道218中，并且透镜206可将由耦合到驱动器202C的激光管芯204发射的光耦合到PIC 200的侧面212处的通道218中。
通道218在PIC 200的侧面214、216和212处具有相对较大的间距236，以容纳大尺寸的激光管芯204。然而，为了最大化所显示图像的分辨率，通道218可将光通过PIC 210引导至边缘210，其中通道218表现出减小的间距238。例如，间距238可介于10微米和20微米之间、大约12微米、介于8微米和16微米之间、小于8微米、大于20微米、介于5微米和20微米之间等。通道218可将来自激光管芯204的光通过PIC 200传送至表面210(例如，经由全内反射)，其中光作为光220从PIC 200发射。
由PIC 200发射的光场可经由准直光学器件222传播到扫描镜224。扫描镜224可以相对快的频率围绕轴线228(如箭头230所示)进行扫描(旋转)(例如，跨所显示图像的矢状轴)。因此，扫描镜224在本文中有时可称为快速扫描镜224或快速反射镜224，并且矢状轴在本文中有时可称为快速扫描轴或快速轴。扫描镜224朝扫描镜226反射光220。扫描镜226可以相对慢(低)的频率围绕轴线232(如箭头234所示)进行扫描(旋转)(例如，跨所显示图像的切向轴)。因此，扫描镜226在本文中有时可称为慢速扫描镜226或慢速反射镜226，并且切向轴在本文中有时可称为慢速扫描轴或慢速轴。轴线228和232可以是正交的(例如，因为显示器的切向轴和矢状轴是正交的)。通过同时扫描反射镜226和224两者，光220可横扫显示图像的切向轴和矢状轴两者，以填充(绘制)远场(例如，在其他光学部件14C处)中的二维图像。
来自耦合到驱动器202A的激光管芯204的光可在空间上与来自耦合到驱动器202B的激光管芯204的光偏移，其可在空间上与来自耦合到PIC 200的边缘210处的驱动器202C的激光管芯204的光偏移(例如，由于PIC 200中的通道218的间距)。这允许不同颜色的三个不同光束(例如，来自驱动器202A、202B和202C中的每一者)在反射镜224和226中的每一者处发生空间偏移，并且因此在扫描期间跨所显示的远场图像(例如，相对于切向轴尺寸，光束之间的角间距为1-10mRad)。相对于仅使用单个激光器的情况，这可用光填充更多的图像，从而最大化所显示的远场图像的分辨率。在PIC 200的边缘210处的通道218的相对精细的间距238进一步最大化所显示的远场的分辨率(例如，至至少1920×1080)。扫描反射镜224和226可足够快速地旋转以支持相对较高的帧速率(例如，90Hz或更大)。
同时扫描不同光束(例如，来自每个驱动器202)还可允许扫描镜224在覆盖矢状轴时比仅扫描单个光束的情况下更缓慢地旋转(例如，因为每个光束将填充所显示的远场图像中的一些，否则将必须使用单个光束的附加循环来覆盖这些远场图像)。例如，扫描镜224可以20kHz或更低的频率旋转，而在仅扫描单个光束的情况下，扫描镜将需要以20kHz或更高的频率旋转。扫描镜224的旋转频率的这种减小可在旋转期间减少反射镜224中的机械变形，从而最小化光束发散并且最大化远场中的图像分辨率。反射镜224还可以比27kHz扫描镜大多达40％(例如，不引入过度的旋转变形)，还允许反射镜224最大化远场图像分辨率。反射镜226可以小于反射镜224的旋转频率的任何期望频率旋转。
图12的示例仅是例证性的。一般来讲，可使用两个驱动电路202或多于三个驱动电路202。每个驱动电路202可驱动任何期望数量的激光管芯。如果需要，可将驱动器202、激光管芯204、光学器件206和/或PIC 200安装到公共基板上以形成单个集成光学系统、封装件或集成电路240。
图13为示出透镜206如何将来自激光管芯204的光耦合到PIC 200中的透视图。如图13所示，激光管芯204可包括发射光的边缘发射激光管芯。耦合透镜206可包括一个或多个球透镜、一个或多个共焦透镜、单个透镜、安装到激光管芯204的微透镜，或直接安装在PIC 200的边缘216上的微透镜，和/或其他光学部件，以将来自激光管芯204的光引导至或以其他方式耦合到PIC 200中的通道218中。如果需要，可省略光学部件206，并且激光管芯204可直接将光发射到通道218中。
如果需要，显示系统14中的激光管芯可通过光纤耦合到PIC 200。图14为示出系统14中的激光管芯可如何通过光纤耦合到PIC 200的俯视图。如图14所示，光源14A可包括各自发射相应颜色的激光的RGB激光管芯270A、270B和270C。RGB激光管芯270A可通过光纤268A耦合到PIC 200，RGB激光管芯270B可通过光纤268B耦合到PIC 200，并且RGB激光管芯270C可通过光纤268C耦合到PIC 200。光纤268A、268B和268C可耦合到PIC 200上的沟槽阵列262。沟槽阵列262可包括将光纤保持在固定间距264处的适当位置的沟槽。由于光纤的物理尺寸，间距264相对较大。PIC管芯200可包括间距减小区域260，该间距减小区域包括耦合到沟槽阵列262中的各个光纤的对应通道218。通道218可在区域262和260之间的边界处表现出间距264，并且可在PIC 200的边缘210处表现出减小的间距266(例如，介于10微米和20微米之间、大约12微米、介于8微米和16微米之间、小于8微米、大于20微米、介于5和20微米之间等)。通道218随后可朝准直器222发射来自RGB激光管芯270A、270B和270C的独立光束。反射镜224和226可执行切向和矢状轴扫描以利用由激光管芯270A、270B和270C发射的光束来填充二维远场图像帧。
图14的示例仅是例示性的。一般来讲，可使用任何期望数量的激光管芯270(例如，三个或更多个激光管芯270或发射任何期望的可见波长、紫外波长或红外波长的光的四个或更多个激光管芯270)。如果需要，可将激光管芯270、光纤268和PIC 200安装到公共基板上以形成单个集成光学系统、封装件或集成电路240。
图12至图14的示例仅是例示性的。一般来讲，PIC 200可发射任何期望波长的光。例如，如果需要，可使用波长多路复用，其中其他光学部件14C中的不同全息元件对不同波长的红光，不同波长的绿光和不同波长的蓝光执行不同的操作。如果需要，PIC 200可发射紫外光和/或红外光。PIC 200还可将反射的红外光提供给耦合到PIC 200的光电二极管(例如，以执行注视跟踪和/或深度感测操作)。激光管芯204和270无需包括边缘发射激光管芯，并且如果需要，可包括VCSEL或可使用任何其他期望的发光元件(例如，LED)来形成。驱动器202可利用引线结合，通过硅通孔、陶瓷或硅内插器或任何其他期望的互连结构耦合到管芯204(图12)。PIC 200的基板208可包括玻璃、氧氮化物、氮化物或任何其他期望的材料，可以单层形成，或者可包括多层材料。尽管使用了物理上较大的光源，但PIC 200可用于减小与光源204和270相关联的相对较大的间距，以最大化所显示的远场图像的分辨率。虽然图12和图14将两个反射镜224和226示出为独立的分立反射镜(例如，用于执行相应的快速和慢速轴扫描)，但这仅是例示性的，并且在另一合适的布置方式中，反射镜224和226可被实现为在两个自由度(例如，快速(矢状)和慢速(切向)轴)上扫描的单个反射镜(其中每个自由度以与在使用两个分立反射镜的情况下扫描反射镜224和226中的相应一个相同的频率扫描)。
图15示出了示出反射镜224和226可如何执行快速和慢速扫描以填充远场(光域)中的高分辨率图像帧的绘图。如图15所示，图300绘出了对仅包括单个RGB光源的光学系统的扫描。图300的曲线304示出了在该情况下光束如何横扫二维图像帧。如曲线304所示，在光束的每个循环之间存在相对大量的空(空白)空间。这用于限制所显示图像的总体分辨率。
图15的曲线图302绘出了对图12至图14的光学系统14B的扫描。曲线306绘出了由图12的驱动器202A或图14的管芯270A产生的光束(例如，第一颜色的光束)。曲线308绘出了由图12的驱动器202B或图14的管芯270B产生的光束(例如，第二颜色的光束)。曲线310绘出了由图12的驱动器202C或图14的管芯270C产生的光束(例如，第三颜色的光束)。由扫描镜224执行沿图302的快速(矢状)轴的扫描，而由扫描镜226执行沿图302的慢速(切向)轴的扫描。由PIC 200提供的间距减小在每个光束之间产生非常精细的角间距(例如，相对于切向轴在1-10mRad之间)。这允许光束306、308和310填充单个光束之间原本将为空(空白)的空间(例如，如图300的曲线304所示)。这继而最小化反射镜224的期望扫描速度(例如，至20kHz或更低)，从而允许反射镜224的直径最大化而不会引起旋转相关的变形，并且最大化所显示的二维远场图像的分辨率。如果需要，反射镜224可以高于20kHz的频率扫描(例如，使得反射镜扫描超出人耳可听的范围)。
如果需要，图12至图14的通道218中的光可使用PIC 200中的光组合器在通道218之间组合(耦合)。例如，第一颜色的光可传播穿过通道218，第二颜色的光可传播穿过第二通道218，并且第三颜色的光可传播穿过PIC200的第二通道218。光组合器可包括一个或多个光学耦合器。光学耦合器可包括通道218的多个部分，这些部分彼此紧邻以使得不同颜色的光在通道之间泄漏。这些类型的光学耦合器可用于向给定通道提供不同颜色的光的任何混合，以便从PIC输出。这样，任何期望颜色的光可由PIC 200的边缘210处的任何给定通道218发射。
物理环境是指人们在没有电子系统帮助的情况下能够感测和/或交互的物理世界。物理环境诸如物理公园包括物理物品，诸如物理树木、物理建筑物和物理人。人们能够诸如通过视觉、触觉、听觉、味觉和嗅觉来直接感测物理环境和/或与物理环境交互。
相反，计算机生成现实(CGR)环境是指人们经由电子系统(例如，包括本文所述的显示系统的电子系统)感测和/或交互的完全或部分模拟的环境。在CGR中，跟踪人的物理运动的一个子组或其表示，并且作为响应，以符合至少一个物理定律的方式调节在CGR环境中模拟的一个或多个虚拟对象的一个或多个特征。例如，CGR系统可以检测人的头部转动，并且作为响应，以与此类视图和声音在物理环境中变化的方式类似的方式调节呈现给人的图形内容和声场。在一些情况下(例如，出于可达性原因)，对CGR环境中虚拟对象的特征的调节可以响应于物理运动的表示(例如，声音命令)来进行。
人可以利用其感官中的任一感官来感测CGR对象和/或与CGR对象交互，包括视觉、听觉、触觉、味觉和嗅觉。例如，人可以感测音频对象和/或与音频对象交互，该音频对象创建3D或空间音频环境，该3D或空间音频环境提供3D空间中点音频源的感知。又如，音频对象可以使能音频透明度，该音频透明度在有或者没有计算机生成的音频的情况下选择性地引入来自物理环境的环境声音。在某些CGR环境中，人可以感测和/或只与音频对象交互。CGR的示例包括虚拟现实和混合现实。
虚拟现实(VR)环境是指被设计成对于一个或多个感官完全基于计算机生成的感官输入的模拟环境。VR环境包括人可以感测和/或交互的多个虚拟对象。例如，树木、建筑物和代表人的化身的计算机生成的图像是虚拟对象的示例。人可以通过在计算机生成的环境内人的存在的模拟、和/或通过在计算机生成的环境内人的物理运动的一个子组的模拟来感测和/或与VR环境中的虚拟对象交互。
与被设计成完全基于计算机生成的感官输入的VR环境相比，混合现实(MR)环境是指被设计成除了包括计算机生成的感官输入(例如，虚拟对象)之外还引入来自物理环境的感官输入或其表示的模拟环境。在虚拟连续体上，混合现实环境是完全物理环境作为一端和虚拟现实环境作为另一端之间的任何状况，但不包括这两端。
在一些MR环境中，计算机生成的感官输入可以对来自物理环境的感官输入的变化进行响应。另外，用于呈现MR环境的一些电子系统可以跟踪相对于物理环境的位置和/或取向，以使虚拟对象能够与真实对象(即，来自物理环境的物理物品或其表示)交互。例如，系统可以导致运动使得虚拟树木相对于物理地面看起来是静止的。混合现实的示例包括增强现实和增强虚拟。
增强现实(AR)环境是指其中一个或多个虚拟对象叠加在物理环境或其表示之上的模拟环境。例如，用于呈现AR环境的电子系统可具有透明或半透明显示器，人可以透过该显示器直接查看物理环境。该系统可以被配置为在透明或半透明显示器上呈现虚拟对象，使得人利用该系统感知叠加在物理环境之上的虚拟对象。另选地，系统可以具有不透明显示器和一个或多个成像传感器，成像传感器捕获物理环境的图像或视频，这些图像或视频是物理环境的表示。系统将图像或视频与虚拟对象组合，并在不透明显示器上呈现组合物。人利用系统经由物理环境的图像或视频而间接地查看物理环境，并且感知叠加在物理环境之上的虚拟对象。如本文所用，在不透明显示器上显示的物理环境的视频被称为“透传视频”，意味着系统使用一个或多个图像传感器捕获物理环境的图像，并且在不透明显示器上呈现AR环境时使用那些图像。进一步另选地，系统可以具有投影系统，该投影系统将虚拟对象投射到物理环境中，例如作为全息图或者在物理表面上，使得人利用该系统感知叠加在物理环境之上的虚拟对象。
增强现实环境也是指其中物理环境的表示被计算机生成的感官信息进行转换的模拟环境。例如，在提供透传视频中，系统可以对一个或多个传感器图像进行转换以施加与成像传感器所捕获的视角不同的选择视角(例如，视点)。又如，物理环境的表示可以通过图形地修改(例如，放大)其部分而进行转换，使得修改后的部分可以是原始捕获图像的代表性的但不是真实的版本。再如，物理环境的表示可以通过以图形方式消除或模糊其部分而进行转换。
增强虚拟(AV)环境是指其中虚拟或计算机生成的环境结合来自物理环境的一个或多个感官输入的模拟环境。感官输入可以是物理环境的一个或多个特征的表示。例如，AV公园可以具有虚拟树木和虚拟建筑物，但人的脸部是从对物理人拍摄的图像逼真再现的。又如，虚拟对象可以采用一个或多个成像传感器所成像的物理物品的形状或颜色。再如，虚拟对象可以采用符合太阳在物理环境中的位置的阴影。
有许多不同类型的电子系统使人能够感测和/或与各种CGR环境交互。示例包括头戴式系统、基于投影的系统、平视显示器(HUD)、集成有显示能力的车辆挡风玻璃、集成有显示能力的窗户、被形成为被设计用于放置在人眼睛上的透镜的显示器(例如，类似于隐形眼镜)、耳机/听筒、扬声器阵列、输入系统(例如，具有或没有触觉反馈的可穿戴或手持控制器)、智能电话、平板电脑、和台式/膝上型计算机。头戴式系统可以具有一个或多个扬声器和集成的不透明显示器。另选地，头戴式系统可以被配置为接受外部不透明显示器(例如，智能电话)。头戴式系统可以结合用于捕获物理环境的图像或视频的一个或多个成像传感器、和/或用于捕获物理环境的音频的一个或多个麦克风。头戴式系统可以具有透明或半透明显示器，而不是不透明显示器。透明或半透明显示器可以具有媒介，代表图像的光通过该媒介被引导到人的眼睛。显示器可以利用数字光投影、OLED、LED、uLED、硅基液晶、激光扫描光源或这些技术的任意组合。媒介可以是光学波导、全息图媒介、光学组合器、光学反射器、或它们的任意组合。在一个实施方案中，透明或半透明显示器可被配置为选择性地变得不透明。基于投影的系统可以采用将图形图像投影到人的视网膜上的视网膜投影技术。投影系统也可以被配置为将虚拟对象投影到物理环境中，例如作为全息图或在物理表面上。本文所述的显示系统可以用于这些类型的系统和用于任何其他期望的显示布置。
如上文所述，本发明技术的一个方面在于采集和使用得自各种来源的数据，以改进向用户传送图像、执行注视跟踪操作和/或执行其他与显示相关的操作。本公开预期，在一些实例中，这些所采集的数据可包括唯一地识别或可用于联系或定位特定人员的个人信息数据。此类个人信息数据可包括人口统计数据、基于位置的数据、电话号码、电子邮件地址、twitter ID、家庭地址、与用户的健康或健身等级相关的数据或记录(例如，生命信号测量、药物信息、锻炼信息)、出生日期、或任何其他识别信息或个人信息。
本公开认识到在本发明技术中使用此类个人信息数据可用于使用户受益。例如，个人信息数据可用于跟踪用户的注视以更新所显示的图像和/或执行其他期望的显示操作。因此，使用此类个人信息数据使得用户能够查看已更新的显示图像。此外，本公开还预期个人信息数据有益于用户的其它用途。例如，健康和健身数据可用于向用户的总体健康状况提供见解，或者可用作使用技术来追求健康目标的个人的积极反馈。
本公开设想负责采集、分析、公开、传输、存储或其他使用此类个人信息数据的实体将遵守既定的隐私政策和/或隐私实践。具体地，此类实体应当实行并坚持使用被公认为满足或超出对维护个人信息数据的隐私性和安全性的行业或政府要求的隐私政策和实践。此类政策应该能被用户方便地访问，并应随着数据的采集和/或使用变化而被更新。来自用户的个人信息应当被收集用于实体的合法且合理的用途，并且不在这些合法使用之外共享或出售。此外，在收到用户知情同意后，应进行此类采集/共享。此外，此类实体应考虑采取任何必要步骤，保卫和保障对此类个人信息数据的访问，并确保其它有权访问个人信息数据的人遵守其隐私政策和流程。另外，这种实体可使其本身经受第三方评估以证明其遵守广泛接受的隐私政策和实践。此外，应当调整政策和实践，以便采集和/或访问的特定类型的个人信息数据，并适用于包括管辖范围的具体考虑的适用法律和标准。例如，在美国，对某些健康数据的收集或获取可能受联邦和/或州法律的管辖，诸如健康保险流通和责任法案(HIPAA)；而其他国家的健康数据可能受到其他法规和政策的约束并应相应处理。因此，在每个国家应为不同的个人数据类型保持不同的隐私实践。
不管前述情况如何，本公开还预期用户选择性地阻止使用或访问个人信息数据的实施方案。即本公开预期可提供硬件元件和/或软件元件，以防止或阻止对此类个人信息数据的访问。例如，就注视跟踪而言，本发明的技术可被配置为在注册服务期间或者其后的任何时间，允许用户选择“加入”或“退出”参与对个人信息数据的收集。又如，用户可选择不执行注视跟踪或收集个人信息数据的其他操作。再如，用户可以选择限制执行注视跟踪的时间长度。除了提供“选择加入”和“选择退出”选项外，本公开设想提供与访问或使用个人信息相关的通知。例如，可在下载应用时向用户通知其个人信息数据将被访问，然后就在个人信息数据被应用访问之前再次提醒用户。
此外，本公开的目的是应管理和处理个人信息数据以最小化无意或未经授权访问或使用的风险。一旦不再需要数据，通过限制数据采集和删除数据可最小化风险。此外，并且当适用时，包括在某些健康相关应用中，数据去标识可用于保护用户的隐私。可在适当时通过移除特定标识符(例如，出生日期等)、控制所存储数据的量或特异性(例如，在城市级别而不是在地址级别收集位置数据)、控制数据如何被存储(例如，在用户之间聚合数据)、和/或其他方法来促进去标识。
因此，虽然本公开广泛地覆盖了使用个人信息数据来实现一个或多个各种所公开的实施方案，但本公开还预期各种实施方案也可在无需访问此类个人信息数据的情况下被实现。即，本发明技术的各种实施方案不会由于缺少此类个人信息数据的全部或一部分而无法正常进行。例如，可基于非个人信息数据或绝对最小量的个人信息(诸如与用户相关联的设备所请求的内容、适用于显示系统的其他非个人信息或公开可用信息)来显示图像。
根据一个实施方案，提供了一种显示系统，被配置为显示具有像素的图像帧，该显示系统包括扫描镜；以对角行和对准的垂直列布置的交错发光元件的阵列，交错发光元件被配置为发射图像光；以及被配置为准直图像光并将图像光引导至扫描镜处的输出准直光学器件，扫描镜被配置为在以扫描频率围绕轴线旋转时通过反射图像光来显示图像帧中的像素列。
根据另一个实施方案，阵列包括1.5D阵列。
根据另一个实施方案，1.5D阵列具有第一数目的对角行和第二数目的对准的垂直列，第一数目为第二数目的至少10倍。
根据另一个实施方案，显示系统包括发光元件的附加阵列，附加阵列中的发光元件被配置为发射附加图像光，准直光学器件被配置为准直附加图像光并且将附加图像光引导至扫描镜处，并且扫描镜被配置为在以扫描频率围绕轴线旋转时通过反射附加图像光来显示图像帧中的附加像素列。
根据另一个实施方案，发光元件的附加阵列包括交错发光元件的附加阵列，交错发光元件的附加阵列以对角行和对准的垂直列布置，交错发光元件的阵列被配置为发射第一波长的图像光，并且交错发光元件的附加阵列被配置为发射与第一波长不同的第二波长的图像光。
根据另一个实施方案，显示系统包括被配置为在扫描镜反射之后沿第一方向衍射图像光的第一衍射光栅，和被配置为在扫描镜反射之后沿第二方向衍射附加图像光的第二衍射光栅。
根据另一个实施方案，交错发光元件的阵列具有第一物理间距，并且发光元件的附加阵列具有大于第一物理间距的第二物理间距。
根据另一个实施方案，显示系统包括与阵列中的交错发光元件中的每一个对准的微透镜的阵列，和耦合到交错发光元件并且相对于阵列中的至少一些交错发光元件不对准的接触焊盘的阵列。
根据另一个实施方案，显示系统包括被配置为发射红外光的发光元件的附加阵列，输出准直光学器件被配置为准直红外光并且将红外光引导至扫描镜处，并且准直光学器件包括安装在外壳内的短切光学器件。
根据另一个实施方案，显示系统包括被配置为接收来自扫描镜的被反射的红外光的红外光传感器阵列。
根据另一个实施方案，交错发光元件阵列具有介于10和50微米之间的物理间距。
根据另一个实施方案，图像帧中所显示的像素列中的像素具有小于10微米的像素间距。
根据另一个实施方案，扫描频率小于或等于240Hz。
根据另一个实施方案，交错发光元件包括选自由以下项组成的组中的发光元件：垂直腔表面发射激光器(VCSEL)、谐振腔发光二极管(RCLED)、发光二极管(LED)和微型发光二极管(μLED)。
根据另一个实施方案，显示系统包括封装扫描镜、阵列和至少一个透镜的外壳，该外壳具有窗口并且该镜被配置为反射图像光以穿过窗口。
根据另一个实施方案，每个对角行包括交错发光元件的多个副本。
根据另一个实施方案，提供了一种装置，该装置包括被配置为显示图像帧并且包括被配置为产生图像光的M行乘N列(M是N的至少十倍)的光源的阵列的显示系统；被配置为将图像光引导至反射图像光的扫描镜的光学系统；被配置为跨图像帧的切向轴选择性地激活阵列中的光源，同时控制扫描镜以扫描频率跨图像帧的矢状轴进行扫描的控制电路。
根据另一个实施方案，控制电路被配置为在扫描镜扫描整个矢状轴时将所选择的定时延迟施加到阵列中的不同组的光源。
根据另一个实施方案，控制电路被配置为动态地调节光源阵列中的每个光源的亮度。
根据另一个实施方案，控制电路被配置为在图像帧的中心区域内以第一速度旋转扫描镜，并且在围绕中心区域的图像帧的外围区域中以小于第一速度的第二速度旋转扫描镜。
根据一个实施方案，提供了一种被配置为显示图像帧的显示系统，该显示系统包括扫描镜；布置成行和列并且被配置为发射图像光的光源单元阵列，该阵列中的每一行包括第一发光元件、相对于第一发光元件沿图像帧的切向轴偏移的第二发光元件，和相对于第一和第二发光元件沿切向轴偏移的第三发光元件，第二发光元件被插入在第一和第三发光元件之间；以及被配置为在跨图像帧的矢状轴扫描的同时反射图像光的扫描镜。
根据一个实施方案，提供了一种被配置为显示图像帧的显示系统，该显示系统包括第一、第二和第三组激光管芯，第一组激光管芯被配置为发射第一组光束，第二组激光管芯被配置为发射第二组光束，并且第三组激光管芯被配置为发射第三组光束，第一、第二和第三组光束各自包括至少三个波长范围的光；光子集成电路，第一、第二和第三组激光管芯被配置为分别以第一间距将第一、第二和第三组光束发射到光子集成电路中，并且光子集成电路被配置为以比第一间距更精细的第二间距发射第一、第二和第三组光束；被配置为反射第一、第二和第三组光束同时沿图像帧的第一轴扫描的第一扫描镜；以及被配置为反射第一、第二和第三组光束同时沿图像帧的第二轴扫描的第二扫描镜。
根据另一个实施方案，第一轴包括矢状轴，并且第一扫描镜被配置为以第一频率沿矢状轴扫描。
根据另一个实施方案，第二轴包括切向轴，并且第二扫描镜被配置为以小于第一频率的第二频率沿切向轴扫描。
根据另一个实施方案，第一频率大于20kHz。
根据另一个实施方案，显示系统包括插置在光子集成电路和第一扫描镜之间的输出准直光学器件，该输出准直光学器件被配置为准直第一、第二和第三组光束并且将第一、第二和第三组光束引导至第一扫描镜处，第一扫描镜被配置为朝第二扫描镜反射第一、第二和第三组光束。
根据另一个实施方案，所述至少三个波长范围包括第一、第二和第三可见颜色。
根据另一个实施方案，光子集成电路包括具有第一折射率的基板和具有不同于第一折射率的第二折射率的该基板中的多个通道，所述多个通道被配置为传送第一、第二和第三组光束并且将第一、第二和第三组光束发射出光子集成电路。
根据另一个实施方案，所述多个通道具有第一间距，其中所述多个通道从第一、第二和第三组激光管芯接收第一、第二和第三组光束，并且所述多个通道具有第二间距，其中所述多个通道将第一、第二和第三组光束发射出光子集成电路。
根据另一个实施方案，显示系统包括被配置为将第一、第二和第三组光束耦合到光子集成电路中的耦合透镜。
根据另一个实施方案，显示系统包括耦合到第一组激光管芯中的每个激光管芯的第一激光驱动器、耦合到第二组激光管芯中的每个激光管芯的第二激光驱动器以及耦合到第三组激光管芯中的每个激光管芯的第三激光驱动器。
根据另一个实施方案，第一、第二和第三组激光管芯各自包括边缘发射激光管芯。
根据另一个实施方案，显示系统包括将第一组激光管芯耦合到光子集成电路的第一组光纤、将第二组激光管芯耦合到光子集成电路的第二组光纤以及将第三组激光管芯耦合到光子集成电路的第三组光纤。
根据另一个实施方案，光子集成电路包括将第一、第二和第三组光纤保持在适当位置的沟槽阵列。
根据一个实施方案，装置包括被配置为发射至少三个波长范围的第一组光束的第一组光源；被配置为发射至少三个波长范围的第二组光束的第二组光源；光子集成电路、该光子集成电路包括被配置为传送第一组光束并且将第一组光束发射出光子集成电路的第一组通道、被配置为传送第二组光束并且将第二组光束发射出光子集成电路的第二组通道；被配置为反射第一和第二组光束的矢状轴扫描镜；以及被配置为反射由矢状轴扫描镜反射的第一和第二组光束的切向轴扫描镜。
根据另一个实施方案，在从光子集成电路发射时，以对应的角间距第一组光束彼此分开并且第二组光束彼此分开。
根据另一个实施方案，角间距在1mRAD和10mRAD之间。
根据另一个实施方案，光子集成表面具有第一边缘和第二边缘，第一和第二组通道在第一边缘处表现出第一间距，并且在第二边缘处表现出小于第一间距的第二间距，并且第一和第二组通道被配置为在第二边缘处将第一和第二组光束分别发射出光子集成电路。
根据另一个实施方案，第一和第二组光源包括选自由以下项组成的组中的光源：边缘发射激光管芯、垂直腔表面发射激光器((VCSEL)、谐振腔发光二极管(RCLED)和发光二极管(LED)。
根据另一个实施方案，该装置包括被配置为发射至少三个波长范围的第三组光束的第三组光源、光子集成电路中的第三组通道，该第三组通道被配置为传送第三组光束并且将第三组光束发射出光子集成电路；以及被配置为将第三组光束中的至少一些耦合到第二组通道中的光耦合器。
根据另一个实施方案，所述至少三个波长范围包括至少一个可见波长范围。
根据另一个实施方案，所述至少三个波长范围包括至少一个红外波长范围。
根据另一个实施方案，所述至少三个波长范围包括至少一个红外波长范围。
根据另一个实施方案，第一组光源包括红外光源。
根据一个实施方案，提供了一种装置，该装置包括由第一激光驱动器驱动并且被配置为发射至少三个波长范围内的第一组光束的第一组激光管芯；由第二激光驱动器驱动并且被配置为发射至少三个波长范围内的第二组光束的第二组激光管芯；光子集成电路，该光子集成电路包括被配置为在光子集成电路的第一边缘处接收来自第一组激光管芯的第一组光束的第一组通道，并且包括被配置为在光子集成电路的第二边缘处接收来自第二组激光管芯的第二组光束的第二组通道，第一组通道在第一边缘处具有第一间距，第二组通道在第二边缘处具有第一间距，并且第一和第二组通道在光子集成电路的第三边缘处具有小于第一间距的第二间距。
前述内容仅为例示性的并且可对所述实施方案作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。

Claims (12)

1.一种显示系统，被配置为显示具有像素的图像帧，所述显示系统包括：
扫描镜；
交错发光元件的第一阵列，所述交错发光元件的第一阵列以对角行和对准的垂直列布置，其中所述交错发光元件被配置为发射第一图像光并且具有第一物理间距；
发光元件的第二阵列，其中所述第二阵列中的所述发光元件被配置为发射第二图像光并且具有大于所述第一物理间距的第二物理间距；和
输出准直光学器件，所述输出准直光学器件被配置为准直所述第一图像光和所述第二图像光并将所述第一图像光和所述第二图像光引导至所述扫描镜处，其中所述扫描镜被配置为在以扫描频率围绕轴线旋转时通过反射所述第一图像光来显示所述图像帧中的第一像素列，并且其中所述扫描镜被配置为在以所述扫描频率围绕所述轴线旋转时通过反射所述第二图像光来显示所述图像帧中的第二像素列。
2.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述第一阵列包括1.5D阵列。
3.根据权利要求2所述的显示系统，其中所述1.5D阵列具有第一数目的对角行和第二数目的对准的垂直列，所述第一数目为所述第二数目的至少10倍。
4.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述发光元件的第二阵列包括交错发光元件的附加阵列，所述交错发光元件的附加阵列以对角行和对准的垂直列布置，所述交错发光元件的第一阵列被配置为发射第一波长的所述第一图像光，并且所述交错发光元件的附加阵列被配置为发射与所述第一波长不同的第二波长的所述第二图像光。
5.根据权利要求1所述的显示系统，还包括与所述第一阵列中的所述交错发光元件中的每一个对准的微透镜的阵列，和耦合到所述交错发光元件并且相对于所述第一阵列中的所述交错发光元件中的至少一些不对准的接触焊盘的阵列。
6.根据权利要求1所述的显示系统，还包括：
发光元件的附加阵列，所述发光元件的附加阵列被配置为发射红外光，其中所述输出准直光学器件被配置为准直所述红外光并且将所述红外光引导至所述扫描镜处，并且其中所述准直光学器件包括安装在外壳内的短切光学器件；和
红外光传感器阵列，所述红外光传感器阵列被配置为接收来自所述扫描镜的被反射的所述红外光。
7.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述交错发光元件的第一阵列具有介于10和50微米之间的物理间距，其中所述图像帧中所显示的像素列中的像素具有小于10微米的像素间距。
8.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述扫描频率小于或等于240Hz。
9.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述交错发光元件包括选自由以下项组成的组中的发光元件：垂直腔表面发射激光器VCSEL、谐振腔发光二极管RCLED、发光二极管LED和微型发光二极管μLED。
10.根据权利要求1所述的显示系统，还包括封装所述扫描镜、所述第一阵列和所述第二阵列、以及至少一个透镜的外壳，其中所述外壳具有窗口并且所述扫描镜被配置为反射图像光以穿过所述窗口。
11.根据权利要求1所述的显示系统，其中每个对角行包括所述交错发光元件的多个副本。
12.一种装置，包括：
显示系统，所述显示系统被配置为显示图像帧并且包括被配置为产生图像光的M行乘N列的光源的阵列，以及被配置为将所述图像光引导至反射所述图像光的扫描镜的光学系统，其中M是N的至少十倍；和
控制电路，所述控制电路被配置为，在控制所述扫描镜以扫描频率跨所述图像帧的矢状轴进行扫描时，跨所述图像帧的切向轴选择性地激活所述阵列中的所述光源，其中所述控制电路被配置为在所述扫描镜跨所述矢状轴进行扫描时，将所选择的定时延迟施加到所述阵列中的不同组的光源，并且其中所述控制电路被配置为在所述图像帧的中心区域内以第一速度旋转所述扫描镜，并且在围绕所述中心区域的所述图像帧的外围区域中以小于所述第一速度的第二速度旋转所述扫描镜。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12068358B2 (en) 2020-08-05 2024-08-20 Jade Bird Display (shanghai) Limited Scan needle and scan display system including same

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10698086B1 (en) * 2018-05-09 2020-06-30 Facebook Technologies, Llc Photonic integrated circuit illuminator
GB2575651B (en) * 2018-07-17 2020-12-16 Envisics Ltd Image projector
US11493760B2 (en) * 2019-03-27 2022-11-08 Meta Platforms Technologies LLC Waveguide concentrator for light source
US11538784B2 (en) * 2019-05-29 2022-12-27 Seoul Viosys Co., Ltd. Light emitting device having cantilever electrode, LED display panel and LED display apparatus having the same
BR112021023898A2 (pt) 2019-05-29 2022-01-25 Seoul Viosys Co Ltd Dispositivo emissor de luz, painel e aparelho de visualização
CN212083822U (zh) * 2020-04-03 2020-12-04 深圳光峰科技股份有限公司 增强现实显示光学器件、眼镜及hud显示系统
CN111508383B (zh) * 2020-04-23 2022-03-25 歌尔光学科技有限公司 成像方法、成像装置及计算机可读存储介质
AU2021320057A1 (en) * 2020-08-05 2023-03-30 Jade Bird Display (shanghai) Limited Scan needle and scan display system including same
US11308862B2 (en) 2020-08-05 2022-04-19 Jade Bird Display (shanghai) Limited Scan needle and scan display system including same
US11270632B2 (en) 2020-08-05 2022-03-08 Jade Bird Display (shanghai) Limited Scan needle and scan display system including same
US11270620B2 (en) 2020-08-05 2022-03-08 Jade Bird Display (shanghai) Limited Scan needle and scan display system including same
US11317065B2 (en) 2020-08-05 2022-04-26 Jade Bird Display (shanghai) Limited Scan needle and scan display system including same
US11308848B2 (en) 2020-08-05 2022-04-19 Jade Bird Display (shanghai) Limited Scan needle and scan display system including same
WO2022163282A1 (ja) * 2021-01-29 2022-08-04 ソニーグループ株式会社 表示装置
CN117396774A (zh) * 2021-05-27 2024-01-12 索尼半导体解决方案公司 测距装置、光集成电路和测距系统
WO2023055884A1 (en) * 2021-10-01 2023-04-06 Google Llc Multiple-source laser display system
GB2623760A (en) * 2022-10-24 2024-05-01 Newell Neil Display

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102597869A (zh) * 2009-08-31 2012-07-18 3M创新有限公司 投影和显示系统
GB2515517A (en) * 2013-06-26 2014-12-31 Prp Optoelectronics Ltd A projection display system

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5325386A (en) 1992-04-21 1994-06-28 Bandgap Technology Corporation Vertical-cavity surface emitting laser assay display system
JP2001501318A (ja) 1996-08-28 2001-01-30 リフレクション・テクノロジー・インコーポレーテッド デュアル・ライン発光体アレイを備えた小型画像発生装置
EP1436931B1 (en) 2001-10-09 2005-12-28 Infinera Corporation Digital optical network architecture
AU2002334906A1 (en) 2001-10-09 2003-04-22 Infinera Corporation Transmitter photonic integrated circuits (txpic) and optical transport networks employing txpics
US7446822B2 (en) 2002-05-15 2008-11-04 Symbol Technologies, Inc. High-resolution image projection
JP2008164955A (ja) 2006-12-28 2008-07-17 Konica Minolta Opto Inc レーザ投射装置
JP5220120B2 (ja) 2008-10-17 2013-06-26 パナソニック株式会社 走査型画像表示装置
US8371698B2 (en) 2010-04-12 2013-02-12 Microvision, Inc. Scanning projector with vertical interpolation onto horizontal trajectory
WO2011135848A1 (ja) 2010-04-28 2011-11-03 パナソニック株式会社 走査型画像表示装置
GB2498179A (en) 2011-12-23 2013-07-10 Prp Optoelectronics Ltd Projection display system
US9779643B2 (en) * 2012-02-15 2017-10-03 Microsoft Technology Licensing, Llc Imaging structure emitter configurations
EP2850471B1 (en) * 2012-05-18 2020-08-26 RealD Spark, LLC Directionally illuminated waveguide arrangement
US9831387B2 (en) 2014-06-14 2017-11-28 Hiphoton Co., Ltd. Light engine array
KR102597579B1 (ko) 2015-10-21 2023-11-01 프린스톤 옵트로닉스, 인크. 코딩된 패턴 투영기
US10056020B2 (en) * 2016-02-11 2018-08-21 Oculus Vr, Llc Waveguide display with two-dimensional scanner
US20180122143A1 (en) 2016-03-15 2018-05-03 Sutherland Cook Ellwood, JR. Hybrid photonic vr/ar systems
JP2019534478A (ja) * 2016-10-28 2019-11-28 マジック リープ， インコーポレイテッドＭａｇｉｃ Ｌｅａｐ，Ｉｎｃ． 走査反射器を用いた広い視野の表示のための方法およびシステム
US9986215B1 (en) 2017-03-23 2018-05-29 Microsoft Technology Licensing, Llc Laser scan beam foveated display
US10417975B2 (en) 2017-04-03 2019-09-17 Microsoft Technology Licensing, Llc Wide field of view scanning display
US10499021B2 (en) * 2017-04-11 2019-12-03 Microsoft Technology Licensing, Llc Foveated MEMS scanning display
US10209509B1 (en) 2017-07-28 2019-02-19 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Optical scanning device that includes mirrors and optical waveguide region
WO2019079894A1 (en) 2017-10-23 2019-05-02 North Inc. MULTIPLE LASER DIODE MODULES WITH FREE SPACES
US10488653B2 (en) * 2017-11-17 2019-11-26 Microsoft Technology Licensing, Llc Display alignment tracking in display systems
US10571703B2 (en) * 2017-12-11 2020-02-25 North Inc. Wavelength combiner method using photonic integrated circuit with respective input facets for corresponding lasers
US20190219765A1 (en) 2017-12-21 2019-07-18 North Inc. Directly written waveguide for coupling of laser to photonic integrated circuit
US10620430B2 (en) 2018-01-12 2020-04-14 Microsoft Technology Licensing, Llc Geometrically multiplexed RGB lasers in a scanning MEMS display system for HMDS
CN111656249B (zh) 2018-01-31 2021-07-20 奇跃公司 用于带有具有光焦度的扫描镜的大视场显示器的方法及系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102597869A (zh) * 2009-08-31 2012-07-18 3M创新有限公司 投影和显示系统
GB2515517A (en) * 2013-06-26 2014-12-31 Prp Optoelectronics Ltd A projection display system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12068358B2 (en) 2020-08-05 2024-08-20 Jade Bird Display (shanghai) Limited Scan needle and scan display system including same

Also Published As

Publication number Publication date
US11875714B2 (en) 2024-01-16
US20200088994A1 (en) 2020-03-19
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