CN116802530A - 单光瞳rgb光源 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例是用于显示器的系统和方法。在实施例中，显示系统包括被配置为发射第一光的光源、被配置为接收第一光的透镜以及被配置为接收第一光并发射第二光的图像生成器。显示系统进一步包括多个波导，其中多个波导中的至少两个波导包括被配置为选择性地耦合第二光的耦入光栅。在一些实施例中，光源可以包括具有反射器和设置在反射器中的微型LED阵列的单光瞳光源。

Description

单光瞳RGB光源

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年1月8日提交的美国临时申请No.63/135,533和于2021年3月24日提交的临时申请No.63/165,663的优先权，其内容均通过引用整体并入在此。

技术领域

本公开一般涉及用于显示视觉信息的系统和方法，并且特别地涉及用于在混合现实环境中显示视觉信息的系统和方法。

背景技术

虚拟环境在计算环境中是普遍存在的，发现用于视频游戏(其中，虚拟环境可表示游戏世界)；地图(其中，虚拟环境可表示待导航的地形)；模拟(其中，虚拟环境可模拟真实环境)；数字讲故事(其中，虚拟角色可在虚拟环境中彼此交互)；和许多其他应用。现代计算机用户通常舒适感知虚拟环境并且与虚拟环境交互。然而，关于虚拟环境的用户体验可能受限于用于呈现虚拟环境的技术。例如，常规显示器(例如，2D显示屏)和音频系统(例如，固定扬声器)可能不能够以产生令人信服、逼真并且身临其境的体验的方式实现虚拟环境。

虚拟现实(“VR”)、增强现实(“AR”)、混合现实(“MR”)、和相关技术(统称为“XR”)共享向XR系统的用户呈现对应于由计算机系统中的数据表示的虚拟环境的感觉信息的能力。本公开考虑了VR、AR和MR系统之间的区别(尽管在一方面中(例如，视觉方面)一些系统可被分类为VR，并且同时在另一方面中(例如，音频方面)被分类为AR或MR))。如在此所使用的，VR系统呈现了在至少一个方面中替换用户的真实环境的虚拟环境；例如，VR系统可以向用户呈现虚拟环境的视图，而同时模糊他或她的真实环境的视图，诸如利用遮光头戴式显示器。类似地，VR系统可以向用户呈现对应于虚拟环境的音频，而同时阻挡(衰减)来自真实环境的音频。

VR系统可能经历由用虚拟环境替换用户的真实环境导致的各种缺点。一个缺点是当用户在虚拟环境中的视野不再对应于他或她的内耳的状态时可能出现的晕动病的感觉，他或她的内耳检测真实环境(非虚拟环境)中的个人的平衡和取向。类似地，用户可能经历他们自己的身体和四肢(用户依赖于其身体和四肢的视图来在真实环境中感觉“触地(grounded)”)不直接可见的VR环境中的混乱取向。另一个缺点是置于VR系统上的计算负担(例如，存储、处理能力)，该VR系统必须呈现全3D虚拟环境，特别地在试图使用户沉浸在虚拟环境中的实时应用中。类似地，这样的环境可能需要达到非常高标准的真实性以被认为是沉浸式的，因为用户倾向于对虚拟环境中的甚至较小的不完美敏感—其中的任何一个不完美可能破坏虚拟环境中的用户的沉浸感。进一步地，VR系统的另一个缺点在于，系统的这样的应用不能利用真实环境中的广泛的感官数据，诸如人们在真实世界中体验的各种视觉和声音。相关缺点是VR系统可能努力创建多个用户可以交互的共享环境，因为共享真实环境中的物理空间的用户可能不能够在虚拟环境中直接看到彼此或彼此交互。

如在此所使用的，在至少一个方面中，AR系统呈现重叠或覆盖真实环境的虚拟环境。例如，AR系统可以向用户呈现覆盖在用户的真实环境的视图上的虚拟环境的视图，诸如利用呈现显示的图像同时允许光穿过显示器到用户的眼睛中的透射式头戴显示器。类似地，AR系统可以向用户呈现对应于虚拟环境的音频，而同时混合来自真实环境的音频。类似地，如在此所使用的，MR系统在至少一个方面中如AR系统那样呈现重叠或覆盖真实环境的虚拟环境，并且可以附加地在至少一个方面中允许MR系统中的虚拟环境可以与真实环境交互。例如，虚拟环境中的虚拟角色可以切换真实环境中的灯开关，使得真实环境中的对应的灯泡接通或关断。作为另一示例，虚拟角色可以对真实环境中的音频信号作出反应(诸如用面部表情)。通过维持真实环境的呈现，AR和MR系统可以避免VR系统的前述缺点中的一些缺点；例如，用户的晕动病减少，因为来自真实环境(包括用户自己的身体)的视觉线索可以保持可见，并且这样的系统不需要向用户呈现完全真实的3D环境即可身临其境。进一步地，AR和MR系统可以利用真实世界感觉输入(例如，场景、对象和其他用户的视图和声音)来创建增强该输入的新应用。

以逼真的方式呈现虚拟环境以为用户创建身临其境的体验可能是困难的。例如，头戴式显示器设计为轻巧紧凑，以最小化对用户的压力，同时呈现具有宽视野(“FOV”)的高质量图像。然而，真实世界的设计限制可导致头戴式设备的光学系统的大小和重量与显示图像的质量之间的权衡。图像的质量可以基于例如光学系统的效率，例如不损失光的效率、颜色的均匀性和视野。因此，需要一种有效且具有宽视野的紧凑型光学系统，诸如用于在VR、AR或MR系统中呈现虚拟环境。

发明内容

在此公开了用于显示器(诸如用于头戴式设备)的系统和方法。示例显示系统可以包括被配置为发射第一光的光源、被配置为接收第一光的透镜以及被配置为接收第一光并发射第二光的图像生成器。显示系统可以进一步包括多个波导，其中多个波导中的至少一个波导可以包括被配置为选择性地耦合第二光的耦入光栅。在一些实施例中，光源可以包括具有反射器和设置在反射器中的微型LED阵列的单光瞳光源。在此公开的实施例可以提供紧凑且有效的显示系统。

附图说明

图1A-1C示出根据本公开的一个或多个实施例的示例混合现实环境。

图2A-2D示出根据本公开的一个或多个实施例的可以用于生成混合现实环境并与之交互的示例混合现实系统的组件。

图3A示出根据本公开的一个或多个实施例的可以用于向混合现实环境提供输入的示例混合现实手持控制器。

图3B示出根据本公开的一个或多个实施例的可以与示例混合现实系统一起使用的示例辅助单元。

图4示出根据本公开的一个或多个实施例的示例混合现实系统的示例功能框图。

图5示出根据本公开的一个或多个实施例的用于示例混合现实系统的示例光学系统。

图6示出根据本公开的一个或多个实施例的用于示例混合现实系统的示例光学系统。

图7示出根据本公开的一个或多个实施例的用于示例混合现实系统的示例光学系统。

图8A-8C示出根据本公开的一个或多个实施例的用于示例混合现实系统的示例光学系统。

图9示出根据本公开的一个或多个实施例的用于示例光学系统的示例反射器。

图10示出根据本公开的一个或多个实施例的用于示例光学系统的示例光源。

图11A-11B示出根据本公开的一个或多个实施例的用于示例光学系统的示例微型LED阵列的示例辐照度。

图12A-12B示出根据本公开的一个或多个实施例的用于示例光学系统的示例微型LED阵列的示例辐照度。

图13A-13B示出根据本公开的一个或多个实施例的用于示例光学系统的示例微型LED阵列的示例辐照度。

图14A-14B示出根据本公开的一个或多个实施例的用于示例光学系统的示例微型LED阵列的示例辐照度。

图15A-15H示出根据本公开的一个或多个实施例的用于示例光学系统的示例微型LED阵列的示例辐照度。

图16A-16H示出根据本公开的一个或多个实施例的用于示例光学系统的示例微型LED阵列的示例辐照度。

图17A-17I示出根据本公开的一个或多个实施例的用于示例光学系统的示例微型LED阵列的示例辐照度。

图18A-18I示出根据本公开的一个或多个实施例的用于示例光学系统的示例微型LED阵列的示例辐照度。

图19A-19H示出根据本公开的一个或多个实施例的用于示例光学系统的示例微型LED阵列的示例辐照度。

图20示出根据本公开的一个或多个实施例的用于示例光学系统的示例微型LED阵列。

具体实施方式

在以下示例的描述中，对附图进行参考，附图形成以下示例的描述的一部分，并且在附图中以举例说明的方式示出了可以实施的具体示例。应理解，在不脱离所公开的示例的范围的情况下，可以使用其他示例并且可以做出结构改变。

混合现实环境

像所有人一样，混合现实系统的用户存在于真实环境中—即，可由用户感知的“真实世界”的三维部分和其所有内容。例如，用户使用普通人类感觉(视觉、声音、触觉、味道、气味)感知真实世界，并且通过在真实环境中移动自己的身体与真实环境交互。真实环境中的位置可被描述为坐标空间中的坐标；例如，坐标可包括纬度、经度和相对于海平面的海拔；在三个正交维度上距参考点的距离；或其他适合的值。同样地，矢量可描述在坐标空间中具有方向和幅度的量。

计算设备可以例如在与设备相关联的存储器中维护虚拟环境的表示。如在此所使用的，虚拟环境是三维空间的计算表示。虚拟环境可以包括任何对象、动作、信号、参数、坐标、矢量、或与该空间相关联的其他特性的表示。在一些示例中，计算设备的电路(例如，处理器)可以维持和更新虚拟环境的状态；即，处理器可以在第一时间t0基于与虚拟环境相关联的数据和/或由用户提供的输入来确定的虚拟环境在第二时间t1的状态。例如，如果虚拟环境中的对象在时间t0位于第一坐标处，并且具有某个编程的物理参数(例如，质量、摩擦系数)；以及从用户接收的输入指示力应当以方向矢量施加到该对象；则处理器可应用运动学定律来使用基础力学确定对象在时间t1的位置。处理器可以使用关于虚拟环境已知的任何适合的信息和/或任何适合的输入来确定虚拟环境在时间t1的状态。在维持和更新虚拟环境的状态时，处理器可执行任何适合的软件，包括与虚拟环境中的虚拟对象的创建和删除有关的软件；用于定义虚拟环境中的虚拟对象或角色的行为的软件(例如，脚本)；用于定义虚拟环境中的信号(例如，音频信号)的行为的软件；用于创建和更新与虚拟环境相关联的参数的软件；用于生成虚拟环境中的音频信号的软件；用于处理输入和输出的软件；用于实现网络操作的软件；用于应用资产数据(例如，随时间移动虚拟对象的动画数据)的软件；或许多其他可能性。

输出设备，诸如显示器或者扬声器，可以向用户呈现虚拟环境的任何或所有方面。例如，虚拟环境可以包括可以呈现给用户的虚拟对象(其可以包括无生命对象；人；动物；灯等的表示)。处理器可以确定虚拟环境的视图(例如，对应于具有坐标原点、视轴和视锥的“相机”)；以及向显示器渲染对应于该视图的虚拟环境的可视场景。出于该目的，可以使用任何适合的渲染技术。在一些示例中，可视场景可以仅包括虚拟环境中的一些虚拟对象，并且不包括某些其他虚拟对象。类似地，虚拟环境可以包括可作为一个或多个音频信号呈现给用户的音频方面。例如，虚拟环境中的虚拟对象可生成源于对象的位置坐标的声音(例如，虚拟角色可以说话或引起声音效果)；或者虚拟环境可以与音乐线索或环境声音相关联，音乐线索或环境声音可以与或可以不与特定位置相关联。处理器可确定对应于“听者”坐标的音频信号—例如，对应于虚拟环境中的声音的复合并且被混合和处理以模拟将由听者坐标处的听者听到的音频信号—并且经由一个或多个扬声器将音频信号呈现给用户。

由于虚拟环境仅作为计算结构存在，所以用户不能使用个人的普通感觉直接感知虚拟环境。相反，用户可以仅间接地感知如呈现给用户的虚拟环境，例如通过显示器、扬声器、触觉输出设备等。类似地，用户不能直接接触、操控虚拟环境或以其他方式与虚拟环境交互；但是可以经由输入设备或传感器将输入数据提供给可使用设备或传感器数据更新虚拟环境的处理器。例如，相机传感器可提供指示用户正试图移动虚拟环境中的对象的光学数据，并且处理器可使用该数据使得对象在虚拟环境中相应地作出反应。

混合现实系统可以向用户呈现组合真实环境和虚拟环境的方面的混合现实环境(“MRE”)，例如使用透射式显示器和/或一个或多个扬声器(其可以例如包含在可穿戴头部设备中)。在一些实施例中，一个或多个扬声器可以在头戴式可穿戴单元的外部。如在此所使用的，MRE是真实环境和对应的虚拟环境的同时表示。在一些示例中，对应的真实环境和虚拟环境共享单个坐标空间；在一些示例中，真实坐标空间和对应的虚拟坐标空间通过变换矩阵(或其他适合的表示)彼此相关。因此，单个坐标(在一些示例中，连同变换矩阵一起)可以定义真实环境中的第一位置，以及虚拟环境中的第二对应位置；反之亦然。

在MRE中，虚拟对象(例如，在与MRE相关联的虚拟环境中)可以对应于真实对象(例如，在与MRE相关联的真实环境中)。例如，如果MRE的真实环境包括位置坐标处的真实灯杆(真实对象)，则MRE的虚拟环境可以包括对应的位置坐标处的虚拟灯杆(虚拟对象)。如在此所使用的，真实对象组合其对应的虚拟对象一起构成“混合现实对象”。不需要虚拟对象与对应的真实对象完美匹配或者对准。在一些示例中，虚拟对象可以是对应的真实对象的简化版本。例如，如果真实环境包括真实灯杆，则对应的虚拟对象可以包括具有与真实灯杆大致相同的高度和半径的圆柱体(反映该灯杆可以在形状方面大致是圆柱形的)。以这种方式简化虚拟对象可以允许计算效率，并且可以简化将在这样的虚拟对象上执行的计算。进一步地，在MRE的一些示例中，真实环境中的并非所有真实对象可以与对应的虚拟对象相关联。同样地，在MRE的一些示例中，虚拟环境中的并非所有虚拟对象可以与对应的真实对象相关联。即，一些虚拟对象可以仅在MRE的虚拟环境中而没有任何现实世界配对物。

在一些示例中，虚拟对象可以具有与对应的真实对象的特性不同(有时甚至是截然不同)的特性。例如，虽然MRE中的真实环境可以包括绿色双臂仙人掌—多刺无生命对象—MRE中的对应的虚拟对象可以具有带有人面特征和粗暴行为的绿色双臂虚拟角色的特性。在该示例中，虚拟对象在某些特性(颜色、臂数)方面类似于其对应的真实对象；但是在其他特性(面部特征、个性)方面与真实对象不同。以这种方式，虚拟对象具有以创造性、抽象、夸大、或想象的方式表示真实对象的潜在性；或者向其他无生命真实对象给予行为(例如，人类个性化)。在一些示例中，虚拟对象可以是纯想象创造而没有现实世界配对物(例如，虚拟环境中的虚拟怪物，也许在对应于真实环境中的空白空间的位置处)。

与向用户呈现虚拟环境同时模糊真实环境的VR系统相比，呈现MRE的混合现实系统提供当虚拟环境被呈现时真实环境保持可感知的优点。因此，混合现实系统的用户能够使用与真实环境相关联的视觉和音频线索来体验对应的虚拟环境并且与对应的虚拟环境交互。作为示例，当VR系统的用户可能努力感知虚拟环境中显示的虚拟对象或与虚拟环境中显示的虚拟对象交互时—因为如上所述，用户不能直接感知虚拟环境或与虚拟环境交互—MR系统的用户可以通过看、听和触摸他或她自己的真实环境中的对应的真实对象来发现其与虚拟对象的交互是直观并且自然的。该交互性水平可以提高用户与虚拟环境的沉浸感、连接感和接合感。类似地，通过同时呈现真实环境和虚拟环境，混合现实系统可以减少与VR系统相关联的负面心理感觉(例如，认知失调)和负面身体感觉(例如，晕动病)。混合现实系统进一步为可以增强或更改我们的现实世界的体验的应用提供许多可能性。

图1A示出了用户110在其中使用混合现实系统112的示例真实环境100。混合现实系统112可以包括显示器(例如，透射式显示器)和一个或多个扬声器，以及一个或多个传感器(例如，相机)，例如如下文所描述的。示出的真实环境100包括用户110在其中站立的矩形房间104A；以及真实对象122A(灯)、124A(桌子)、126A(沙发)和128A(画)。房间104A还包括位置坐标106，其可以被称为是真实环境100的原点。如图1A所示，以点106(世界坐标)为原点的环境/世界坐标系108(包括x轴108X、y轴108Y和z轴108Z)可以定义用于真实环境100的坐标空间。在一些实施例中，环境/世界坐标系108的原点106可以对应于混合现实环境112供电的位置。在一些实施例中，环境/世界坐标系108的原点106可以在操作期间重置。在一些示例中，用户110可以被认为是真实环境100中的真实对象；类似地，用户110的身体部分(例如，手、脚)可以被认为是真实环境100中的真实对象。在一些示例中，其原点在点115(例如，用户/听者/头部坐标)处的用户/听者/头部坐标系114(包括x轴114X、y轴114Y和z轴114Z)可以定义混合现实系统112所位于的用户/听者/头部的坐标空间。用户/听者/头部坐标系114的原点115可以相对于混合现实系统112的一个或多个组件来定义。例如，用户/听者/头部坐标系114的原点115可以相对于混合现实系统112的显示器来定义，诸如在混合现实系统112的初始校准期间。矩阵(其可以包括平移矩阵和四元数矩阵或其他旋转矩阵)或其他适合的表示可以表征用户/听者/头部坐标系114空间与环境/世界坐标系108空间之间的变换。在一些实施例中，左耳坐标116和右耳坐标117可以相对于用户/听者/头部坐标系114的原点115来定义。矩阵(其可以包括平移矩阵和四元数矩阵或其他旋转矩阵)或者其他适合的表示可以表征左耳坐标116和右耳坐标117与用户/听者/头部坐标系114空间之间的变换。用户/听者/头部坐标系114可以简化相对于用户的头部或头戴式设备的位置的表示，例如，相对于环境/世界坐标系108。使用同时定位和地图构建(SLAM)、视觉里程计或其他技术，用户坐标系114与环境坐标系108之间的变换可以实时确定和更新。

图1B示出了对应于真实环境100的示例虚拟环境130。示出的虚拟环境130包括对应于真实矩形房间104A的虚拟矩形房间104B；对应于真实对象122A的虚拟对象122B；对应于真实对象124A的虚拟对象124B；以及对应于真实对象126A的虚拟对象126B。与虚拟对象122B、124B、126B相关联的元数据可以包括从对应的真实对象122A、124A、和126A导出的信息。虚拟环境130附加地包括虚拟怪物132，该虚拟怪物132不对应于真实环境100中的任何真实对象。真实环境100中的真实对象128A不对应于虚拟环境130中的任何虚拟对象。其原点在点134(持久坐标)处的持久坐标系133(包括x轴133X、y轴133Y和z轴133Z)可以定义用于虚拟内容的坐标空间。持久坐标系133的原点134可以相对于/关于一个或多个真实对象来定义，诸如真实对象126A。矩阵(其可以包括平移矩阵和四元数矩阵或其他旋转矩阵)或其他适合的表示可以表征持久坐标系133空间与环境/世界坐标系108空间之间的变换。在一些实施例中，虚拟对象122B、124B、126B和132中的每个虚拟对象可以具有相对于持久坐标系133的原点134的其自身的持久坐标点。在一些实施例中，可以存在多个持久坐标系，并且虚拟对象122B、124B、126B和132中的每个虚拟对象可以具有相对于一个或多个持久坐标系的其自身的持久坐标点。

持久坐标数据可以是相对于物理环境持续存在的坐标数据。持久坐标数据可以被MR系统(例如，MR系统112、200)用来放置持久虚拟内容，其可以不依赖于显示虚拟对象的显示器的移动。例如，二维屏幕可能只显示相对于屏幕上某个位置的虚拟对象。随着二维屏幕移动，虚拟内容可以随着屏幕移动。在一些实施例中，持久虚拟内容可以显示在房间的角落。MR用户可能会看向角落、看到虚拟内容、从角落看向别处(虚拟内容可能不再可见，因为由于用户头部的运动，虚拟内容可能已从用户视野内移动到用户视野外的位置)，并且然后回头看角落里的虚拟内容(类似于真实对象的行为方式)。

在一些实施例中，持久坐标数据(例如，持久坐标系和/或持久坐标框架)可以包括原点和三个轴。例如，持久坐标系可以由MR系统分配给房间的中心。在一些实施例中，用户可以在房间周围移动、离开房间、重新进入房间等，并且持久坐标系可以保持在房间的中心(例如，因为它相对于物理环境持续存在)。在一些实施例中，可以使用到持久坐标数据的变换来显示虚拟对象，这可以使得能够显示持久虚拟内容。在一些实施例中，MR系统可以使用同时定位和地图创建来生成持久坐标数据(例如，MR系统可以将持久坐标系分配给空间中的点)。在一些实施例中，MR系统可以通过以固定间隔生成持久坐标数据来构图环境(例如，MR系统可以在网格中分配持久坐标系，其中持久坐标系可以至少在另一持久坐标系的五英尺内)。

在一些实施例中，持久坐标数据可以由MR系统生成并传输到远程服务器。在一些实施例中，远程服务器可以被配置为接收持久坐标数据。在一些实施例中，远程服务器可以被配置为同步来自多个观察实例的持久坐标数据。例如，多个MR系统可以采用持久坐标数据构图同一房间，并将该数据传输到远程服务器。在一些实施例中，远程服务器可以使用该观察数据来生成规范持久坐标数据，该规范持久坐标数据可以基于一个或多个观察。在一些实施例中，规范持久坐标数据可能比持久坐标数据的单次观察更准确和/或更可靠。在一些实施例中，规范持久坐标数据可以被传输到一个或多个MR系统。例如，MR系统可以使用图像识别和/或位置数据来识别它位于具有对应的规范持久坐标数据的房间中(例如，因为其它MR系统之前已经构图了房间)。在一些实施例中，MR系统可以从远程服务器接收与其位置对应的规范持久坐标数据。

关于图1A和图1B，环境/世界坐标系108定义用于真实环境100和虚拟环境130二者的共享坐标空间。在示出的示例中，坐标空间具有在点106处的其原点。进一步地，坐标空间由相同三个正交轴(108X、108Y、108Z)定义。因此，真实环境100中的第一位置和虚拟环境130中的第二对应位置可以相对于相同坐标空间来描述。这简化了识别和显示真实环境和虚拟环境中的对应的位置，因为相同坐标可以用于识别这两个位置。然而，在一些示例中，对应的真实环境和虚拟环境不需要使用共享坐标空间。例如，在一些示例中(未示出)，矩阵(其可以包括平移矩阵和四元数矩阵或其他旋转矩阵)或其他适合的表示可以表征真实环境坐标空间与虚拟环境坐标空间之间的变换。

图1C示出了经由混合现实系统112将真实环境100和虚拟环境130的各方面同时呈现给用户的示例MRE 150。在示出的示例中，MRE 150同时向用户110呈现来自真实环境100的真实对象122A、124A、126A和128A(例如，经由混合现实系统112的显示器的透射部分)；以及来自虚拟环境130的虚拟对象122B、124B、126B和132(例如，经由混合现实系统112的显示器的有源显示部分)。如上文，原点106充当用于对应于MRE 150的坐标空间的原点，并且坐标系108定义用于坐标空间的x轴、y轴和z轴。

在示出的示例中，混合现实对象包括占用坐标空间108中的对应位置的对应的真实对象和虚拟对象对(即，122A/122B、124A/124B、126A/126B)。在一些示例中，真实对象和虚拟对象二者可以对用户110同时可见。这可能在例如虚拟对象呈现被设计为增强对应真实对象的视图的信息的实例中(诸如在虚拟对象呈现古代损坏雕塑的丢失件的博物馆应用中)是期望的。在一些示例中，可以显示虚拟对象(122B、124B和/或126B)(例如，经由使用像素化遮挡快门的有源像素化遮挡)以便遮挡对应的真实对象(122A、124A和/或126A)。这可能在例如虚拟对象充当对应的真实对象的视觉替换的实例中(诸如在无生命真实对象变为“活的”角色的交互式讲故事应用中)是期望的。

在一些示例中，真实对象(例如，122A、124A、126A)可以与可以不必构成虚拟对象的虚拟内容或助手数据相关联。虚拟内容或助手数据可以促进混合现实环境中的虚拟对象的处理或处置。例如，这样的虚拟内容可以包括以下各项的二维表示：对应的真实对象；与对应的真实对象相关联的定制资产类型；或与对应的真实对象相关联的统计数据。该信息可以使能或者促进涉及真实对象的计算而不引起不必要的计算开销。

在一些示例中，上文所描述的呈现还可以包含音频方面。例如，在MRE150中，虚拟怪物132可以与一个或多个音频信号相关联，诸如当怪物在MRE 150周围到处走时生成的脚步声效果。如下文进一步描述的，混合现实系统112的处理器可以计算对应于MRE 150中的所有此类声音的混合和处理的复合的音频信号，并且经由包括在混合现实系统112中的一个或多个扬声器和/或一个或多个外部扬声器将音频信号呈现给用户110。

示例混合现实系统

示例混合现实系统112可以包括可穿戴头部设备(例如，可穿戴增强现实或混合现实头部设备)，其包括：显示器(其可以包括可以是近眼显示器的左和右透射式显示器，以及用于将来自显示器的光耦合到用户的眼睛的相关联的组件)；左和右扬声器(例如，其分别邻近用户的左耳和右耳定位)；惯性测量单元(IMU)(例如，其安装到头部设备的边撑臂)；正交线圈电磁接收器(例如，其安装到左支撑件)；远离用户取向的左和右相机(例如，深度(飞行时间)相机)；以及朝向用户取向的左和右眼相机(例如，用于检测用户的眼运动)。然而，混合现实系统112可以包含任何适合的显示技术，以及任何适合的传感器(例如，光学、红外、声学、LIDAR、EOG、GPS、磁的)。另外，混合现实系统112可以包含网络特征(例如，Wi-Fi能力)，以与其他设备和系统(包括其他混合现实系统)通信。混合现实系统112还可以包括电池(其可以安装在辅助单元中，诸如被设计为穿戴在用户的腰部周围的腰带包)、处理器和存储器。混合现实系统112的可穿戴头部设备可以包括跟踪组件，诸如IMU或其他适合的传感器，其被配置为输出可穿戴头部设备相对于用户的环境的一组坐标。在一些示例中，跟踪组件可以向执行同时定位和地图构建(SLAM)和/或视觉里程计算法的处理器提供输入。在一些示例中，混合现实系统112还可以包括手持式控制器300和/或辅助单元320，其可以是可穿戴腰带包，如下文进一步描述的。

图2A-2D示出了可以用于将MRE(其可以对应于MRE 150)或其他虚拟环境呈现给用户的示例混合现实系统200(其可以对应于混合现实系统112)的组件。图2A示出了在示例混合现实系统200中包括的可穿戴头部设备2102的透视图。图2B示出了在用户的头部2202上穿戴的可穿戴头部设备2102的俯视图。图2C示出了可穿戴头部设备2102的前视图。

图2D示出了可穿戴头部设备2102的示例目镜2110的边缘视图。如图2A-2C所示，示例可穿戴头部设备2102包括示例左目镜(例如，左透明波导集目镜)2108和示例右目镜(例如，右透明波导集目镜)2110。每个目镜2108和2110可以包括：透射元件，通过该透射元件，真实环境可以是可见的；以及显示元件，其用于呈现叠加在真实环境上的显示(例如，经由成影像调制光)。在一些示例中，此类显示元件可以包括用于控制成影像调制光的流动的表面衍射光学元件。例如，左目镜2108可以包括左耦入光栅集2112、左正交光瞳扩展(OPE)光栅集2120和左出射(输出)光瞳扩展(EPE)光栅集2122。如在此所使用的，光瞳可以指光从诸如光栅集或反射器之类的光学元件的出口。类似地，右目镜2110可以包括右耦入光栅集2118、右OPE光栅集2114和右EPE光栅集2116。成影像调制光可以经由耦入光栅2112和2118、OPE 2114和2120、和EPE 2116和2122传递到用户的眼睛。每个耦入光栅集2112、2118可以被配置为朝向其对应的OPE光栅集2120、2114偏转光。每个OPE光栅集2120、2114可以被设计为朝向其相关联的EPE 2122、2116向下递增地偏转光，从而水平扩展形成的出射光瞳。每个EPE 2122、2116可以被配置为将从其对应的OPE光栅集2120、2114接收的光的至少一部分向外递增地重引导到限定在目镜2108、2110后面的用户眼盒(eyebox)位置(未示出)，从而垂直扩展在眼盒处形成的出射光瞳。可替代地，代替耦入光栅集2112和2118、OPE光栅集2114和2120、和EPE光栅集2116和2122，目镜2108和2110可以包括用于控制将成影像调制光耦合到用户的眼睛的光栅和/或折射和反射特征的其他布置。

在一些示例中，可穿戴头部设备2102可以包括左边撑臂2130和右边撑臂2132，其中，左边撑臂2130包括左扬声器2134并且右边撑臂2132包括右扬声器2136。正交线圈电磁接收器2138可以定位在左边撑件中，或者在可穿戴头部单元2102中的另一适合的位置。惯性测量单元(IMU)2140可以定位在右边撑臂2132中，或者在可穿戴头部设备2102中的另一适合的位置。可穿戴头部设备2102还可以包括左深度(例如，飞行时间)相机2142和右深度相机2144。深度相机2142、2144可以在不同方向上合适地取向以便一起覆盖更宽的视野。

在图2A-2D中示出的示例中，左成影像调制光源2124可以通过左耦入光栅集2112光学耦合到左目镜2108中，并且右成影像调制光源2126可以通过右耦入光栅集2118光学耦合到右目镜2110中。成影像调制光源2124、2126可以包括例如光纤扫描器；包括电子光调制器的投影仪，诸如数字光处理(DLP)芯片或硅上液晶(LCoS)调制器；或发射显示器，诸如微发光二极管(μLED)或微有机发光二极管(μOLED)面板，其使用每侧一个或多个透镜耦合到耦入光栅集2112、2118中。耦入光栅集2112、2118可以将来自成影像调制光源2124、2126的光偏转到大于针对目镜2108、2110的全内反射(TIR)的临界角的角度。OPE光栅集2114、2120朝向EPE光栅集2116、2122递增地偏转通过TIR传播的光。EPE光栅集2116、2122将光递增地耦向用户的面部，包括用户的眼睛的瞳孔。

在一些示例中，如图2D所示，左目镜2108和右目镜2110中的每一个包括多个波导2402。例如，每个目镜2108、2110可以包括多个单独波导，每个波导专用于相应的颜色通道(例如，红色、蓝色和绿色)。在一些示例中，每个目镜2108、2110可以包括多个这样的波导集，其中，每个集被配置为向发射光赋予不同的波前曲率。波前曲率可以相对于用户的眼睛是凸的，例如以呈现定位在用户的前面一定距离(例如，通过对应于波前曲率的倒数的距离)的虚拟对象。在一些示例中，EPE光栅集2116、2122可以包括弯曲光栅凹陷，以通过改变跨每个EPE的出射光的坡印廷(Poynting)矢量实现凸波前曲率。

在一些示例中，为了创建所显示的内容是三维的感知，立体调节的左和右眼影像可以通过成影像光调制器2124、2126和目镜2108、2110呈现给用户。三维虚拟对象的呈现的感知真实性可以通过选择波导(并且因此对应的波前曲率)来增强，使得虚拟对象在近似由立体左和右图像指示的距离的距离处被显示。该技术还可以减少由一些用户经历的晕动病，晕动病可能由立体左眼和右眼影像提供的深度感知线索与人眼的自动调节(例如，对象距离相关焦点)之间的差异引起。

图2D示出了从示例可穿戴头部设备2102的右目镜2110的顶部的面向边缘的视图。如图2D所示，多个波导2402可以包括具有三个波导的第一子集2404和具有三个波导的第二子集2406。波导的两个子集2404、2406可以通过以不同光栅线曲率为特征的不同EPE光栅来区分，以向出射光赋予不同波前曲率。在波的子集导2404、2406中的每一个内，每个波导可以用于将不同光谱通道(例如，红色、绿色和蓝色光谱通道之一)耦合到用户的右眼2206。(虽然未在图2D中示出，但是左目镜2108的结构类似于右目镜2110的结构。)

图3A示出了混合现实系统200的示例手持式控制器组件300。在一些示例中，手持式控制器300包括柄部346和沿着顶表面348设置的一个或多个按钮350。在一些示例中，按钮350可以被配置用作光学跟踪目标，例如，用于与相机或其他光学传感器(其可以安装在混合现实系统200的头部单元(例如，可穿戴头部设备2102)中)结合来跟踪手持式控制器300的六自由度(6DOF)运动。在一些示例中，手持式控制器300包括用于检测位置或取向(诸如相对于可穿戴头部设备2102的位置或取向)的跟踪组件(例如，IMU或其他适合的传感器)。在一些示例中，此类跟踪组件可以定位在手持式控制器300的手柄中，和/或可以机械接到手持式控制器。手持式控制器300可以被配置为提供对应于按钮的按压状态；或手持式控制器300的位置、取向和/或运动(例如，经由IMU)中的一个或多个的一个或多个输出信号。此类输出信号可以用作混合现实系统200的处理器的输入。这样的输入可以对应于手持式控制器的位置、取向和/或运动(例如，通过扩展，对应于握住控制器的用户的手的位置、取向和/或运动)。这样的输入还可以对应于按压按钮350的用户。

图3B示出了混合现实系统200的示例辅助单元320。辅助单元320可以包括提供能量以操作系统200的电池，并且可以包括用于执行程序以操作系统200的处理器。如所示出的，示例辅助单元320包括夹子2128，诸如用于将辅助单元320附接到用户的腰带。其他形状因素适合于辅助单元320并且将是明显的，包括不涉及将单元安装到用户的腰带的形状因素。在一些示例中，辅助单元320通过多导管电缆耦接到可穿戴头部设备2102，该多导管电缆可以包括例如电线和光纤。还可以使用辅助单元320与可穿戴头部设备2102之间的无线连接。

在一些示例中，混合现实系统200可以包括检测声音并且将对应的信号提供给混合现实系统的一个或多个麦克风。在一些示例中，麦克风可以附接到可穿戴头部设备2102或与其集成，并且可以被配置为检测用户的语音。在一些示例中，麦克风可以附接到手持式控制器300和/或辅助单元320或与其集成。这样的麦克风可以被配置为检测环境声音、环境噪声、用户或第三方的语音或其他声音。

图4示出了可以对应于示例混合现实系统的示例功能框图，诸如上文所描述的混合现实系统200(其可以对应于关于图1的混合现实系统112)。如图4所示，示例手持式控制器400B(其可以对应于手持式控制器300(“图腾”))包括图腾到可穿戴头部设备六自由度(6DOF)图腾子系统404A，并且示例可穿戴头部设备400A(其可以对应于可穿戴头部设备2102)包括图腾到可穿戴头部设备6DOF子系统404B。在示例中，6DOF图腾子系统404A和6DOF子系统404B合作来确定手持式控制器400B相对于可穿戴头部设备400A的六个坐标(例如，在三个平移方向上的偏移和沿着三个轴的旋转)。六个自由度可以相对于可穿戴头部设备400A的坐标系表示。三个平移偏移可以表示为这样的坐标系中的X、Y和Z偏移、平移矩阵、或某种其他表示。旋转自由度可以表示为偏航、俯仰和滚动旋转的序列、旋转矩阵、四元数或某些其他表示。在一些示例中，可穿戴头部设备400A；包括在可穿戴头部设备400A中的一个或多个深度相机444(和/或一个或多个非深度相机)；和/或一个或多个光学目标(例如，如上文所描述的手持式控制器400B的按钮450，或包括在手持式控制器400B中的专用光学目标)可以用于6DOF跟踪。在一些示例中，如上文所描述的，手持式控制器400B可以包括相机；并且可穿戴头部设备400A可以包括用于结合相机进行光学跟踪的光学目标。在一些示例中，可穿戴头部设备400A和手持式控制器400B各自包括一组三个正交取向的螺线管，其用于无线发送和接收三个可区分的信号。通过测量用于接收的线圈中的每一个中接收的该三个可区分信号的相对幅度，可以确定可穿戴头部设备400A相对于手持式控制器400B的6DOF。此外，6DOF图腾子系统404A可以包括惯性测量单元(IMU)，该惯性测量单元(IMU)对提供关于手持式控制器400B的快速运动的改进的准确度和/或更及时的信息有用。

在一些实施例中，可穿戴系统400可以包括麦克风阵列407，其可以包括布置在头部设备400A上的一个或多个麦克风。在一些实施例中，麦克风阵列407可以包括四个麦克风。两个麦克风可以放置在头部装备400A的前面，并且两个麦克风可以放置在头部装备400A的后面(例如，一个在左后方并且一个在右后方)。在一些实施例中，由麦克风阵列407接收到的信号可以被传输到DSP 408。DSP 408可以被配置为对从麦克风阵列407接收到的信号执行信号处理。例如，DSP 408可被配置为对从麦克风阵列407接收的信号执行降噪、声回波消除和/或波束形成。DSP 408可被配置为向处理器416传输信号。

在一些示例中，将将坐标从局部坐标空间(例如，相对于可穿戴头部设备400A固定的坐标空间)变换到惯性坐标空间(例如，相对于真实环境固定的坐标空间)可能变得必要，例如以便补偿可穿戴头部设备400A相对于坐标系108的运动。例如，这样的变换可能对于可穿戴头部设备400A的显示器是必要的，以将虚拟对象呈现在相对于真实环境的期望位置和取向处(例如，坐在真实椅子中、面向前的虚拟人，而不管可穿戴头部设备的位置和取向)，而不是在显示器上的固定位置和取向处(例如，在显示器的右下角的相同位置处)，以保持虚拟对象存在于真实环境中的错觉(并且例如当可穿戴头部设备400A移动和旋转时不显得不自然地定位在真实环境中)。在一些示例中，坐标空间之间的补偿变换可以通过使用SLAM和/或视觉里程计程序处理来自深度相机444的影像来确定，以便确定可穿戴头部设备400A相对于坐标系108的变换。在图4所示的示例中，深度相机444耦接到SLAM/视觉里程计块406并且可以向块406提供影像。SLAM/视觉里程计块406实施方式可以包括处理器，该处理器被配置为处理该影像并且确定用户的头部的位置和取向，其然后可以用于识别头部坐标空间与另一坐标空间(例如，惯性坐标空间)之间的变换。类似地，在一些示例中，从IMU 409获得关于用户的头部姿势和位置的信息的附加源。来自IMU 409的信息可以与来自SLAM/视觉里程计块406的信息集成以提供关于用户的头部姿势和位置的快速调节的经改进的准确度和/或更及时的信息。

在一些示例中，深度相机444可以将3D影像供应给手势跟踪器411，该手势跟踪器411可以在可穿戴头部设备400A的处理器中实施。手势跟踪器411可以识别用户的手势，例如通过将从深度相机444接收的3D影像与表示手势的存储的图案匹配。识别用户的手势的其他适合的技术将是明显的。

在一些示例中，一个或多个处理器416可以被配置为从可穿戴头部设备的6DOF头部装备子系统404B、IMU 409、SLAM/视觉里程计块406、深度相机444和/或手势跟踪器411接收数据。处理器416还可以发送和接收来自6DOF图腾系统404A的控制信号。处理器416可以无线耦合到6DOF图腾系统404A，诸如在手持式控制器400B不受限的示例中。处理器416还可以与附加组件通信，诸如音频-视觉内容存储器418、图形处理单元(GPU)420、和/或数字信号处理器(DSP)音频空间化器(audio spatializer)422。DSP音频空间化器422可以耦接到头部相关传递函数(HRTF)存储器425。GPU 420可以包括耦接到左成影像调制光源424的左通道输出和耦接到右成影像调制光源426的右通道输出。GPU 420可以将立体图像数据输出到成影像调制光源424、426，例如如上文相对于图2A-2D所描述的。DSP音频空间化器422可以向左扬声器412和/或右扬声器414输出音频。DSP音频空间化器422可以从处理器419接收指示从用户到虚拟声源的方向矢量(其可以由用户移动，例如，经由手持式控制器320)的输入。基于方向矢量，DSP音频空间化器422可以确定对应的HRTF(例如，通过访问HRTF、或通过内插多个HRTF)。DSP音频空间化器422然后可以将所确定的HRTF应用到音频信号，诸如对应于由虚拟对象生成的虚拟声音的音频信号。这可以通过并入用户相对于混合现实环境中的虚拟声音的相对位置和取向—即，通过呈现与该虚拟声音将听起来像什么(如果其是真实环境中的真实声音)的用户期望相匹配的虚拟声音来提高虚拟声音的可信度和真实性。

在一些示例中，诸如图4所示，处理器416、GPU 420、DSP音频空间化器422、HRTF存储器425和音频/视觉内容存储器418中的一者或多者可以包括在辅助单元400C中(其可以对应于上文所描述的辅助单元320)。辅助单元400C可以包括对其组件供电和/或向可穿戴头部设备400A或手持式控制器400B供电的电池427。将这样的组件包括在可安装到用户的腰部的辅助单元中可以限制可穿戴头部设备400A的大小和重量，其进而可以减少用户的头部和颈部的疲劳。

虽然图4呈现了对应于示例混合现实系统的各种组件的元件，但是这些组件的各种其他适合的布置对于本领域技术人员来说将变得明显。例如，在图4中呈现为与辅助单元400C相关联的元件可以替代地与可穿戴头部设备400A或手持式控制器400B相关联。此外，一些混合现实系统可以完全放弃手持式控制器400B或辅助单元400C。这样的改变和修改将被理解为包括在所公开的示例的范围内。

示例光学系统

示例混合现实系统(例如，混合现实系统200)的可穿戴头部设备可以包括用于经由显示器向用户呈现图像的光学系统。图5-7和8A-8C示出可用于可穿戴头部设备(例如，可穿戴头部设备2102)的光学系统的示例。

图5示出可以在可穿戴头部设备(例如，可穿戴头部设备2102)中使用的示例光学系统500。光学系统500可以包括包含多个LED 501a-c和棱镜507的光源、图像生成器505、成角度的部分透射部分反射表面509和投射器透镜组件503。在一些实施例中，图像生成器可以包括空间光调制器，诸如LcoS(硅上液晶)。

如图中所示，多个LED 501a-c可以包括红色LED 501a、绿色LED 501b和蓝色LED501c中的至少一者。多个LED可以布置成将光投影到棱镜507中。在一些实施例中，棱镜507可以是x立方体，其被配置为组合来自LED 501a-c中每一个LED的光并将光530输出到图像生成器505。棱镜507可能导致一些低效率，其中进入棱镜的光的一部分可能丢失，例如散射。此外，x立方体通常具有与各种棱镜的相交相关联的图像伪影。在一些实施例中，光530可以在被图像生成器505接收之前穿过部分透射部分反射表面509。如图中所示，光源(例如多个LED 501a-c和棱镜507)被定位成使得由棱镜507发射的光530关于轴535在轴上(即，光530沿轴535对齐)，并且与图像生成器505同轴。

图像生成器505可以接收光530并将其反射以形成图像光533。由图像生成器533输出的图像光533可以被部分透射部分反射表面509朝向投射器透镜组件503反射。穿过由部分透射部分反射表面509和/或由部分透射部分反射表面509反射的光530和图像光533的一部分可能丢失，例如从透镜503散射或透射离开。头戴式设备的目镜可以被配置为接收图像光533并将其呈现给用户。在一些实施例中，光学系统500的视野(FOV)可以是55度。系统500的该55度FOV可以基于透镜组件503的焦距。如图5中所示，透镜组件503的宽度(以及相应的焦距)可受限于图像生成器505和光源501的大小，例如占用空间。在一些实施例中，透镜503可具有较短的焦距透镜503，其可以增加FOV。然而，用于缩短焦距的可用空间(例如占用空间)受到棱镜或分束器限制。实际上，这可以将可实现的视野限制为55度。

图6示出可用于可穿戴头部设备(例如，可穿戴头部设备2102)的示例光学系统600。光学系统600可以包括包含RGB LED阵列601的光源、图像生成器605，例如诸如LCoS的空间光调制器、成角度的部分透射部分反射表面609以及投射器透镜组件603。光学系统600可以比光学系统500更紧凑。例如，光学系统600不需要包括棱镜来组合来自光源的光，从而节省了物理空间。

如图中所示，光源601可以包括向图像生成器605发射光630的RGB LED阵列。在一些实施例中，光630可以在被图像生成器605接收之前穿过部分透射部分反射表面609。穿过部分透射部分反射表面609和/或被部分透射部分反射表面609反射的光630和图像光633的一部分可能丢失，例如散射。在示例中，光源601和图像生成器605位于同一轴(635)上，使得来自光源601的光沿着该轴传送到图像生成器605。由图像生成器633输出的图像光633可以被部分透射部分反射表面609朝向投射器透镜组件603反射。头戴式设备的目镜可以被配置为接收图像光633并将其呈现给用户。在一些实施例中，光学系统600的视野(FOV)可以高达例如55度。

图7示出可以用于可穿戴头部设备(例如，可穿戴头部设备2102)的示例光学系统700的顶视图。如该图中所示，光学系统700可以包括例如光源701、透镜组件703、图像生成器705(例如诸如LCoS的空间光调制器)、滤色器719以及多个波导711。在一些实施例中，光学系统700可以进一步包括位于光源701和多个波导711之间的偏振器。

多个波导711可以平行布置以形成波导堆叠710。波导堆叠710可以被配置为使得波导堆叠710的第一面723暴露于真实世界环境725并且堆叠的第二面727远离真实世界环境725，例如，面向佩戴可穿戴头部设备的用户的眼睛720。光学系统700还可以包括圆偏振器717和光学元件堆叠707(这里称为“MSP”)，其可以包括在第一四分之一波片和第二四分之一波片之间的偏振器(例如，线性偏振器)。

光源701可以包括一个或多个LED源701a-c。在一些实施例中，LED源可以包括设置在反射器，例如CPC反射器中的LED。如图中所示，光源701包括三个独立的LED源701a-c。该三个LED源可以各自对应于原色，红色、绿色和蓝色。在一些实施例中，LED源中的每个LED源可具有约1mm的出射光瞳或出射孔径。光源701可以设置在波导堆叠710的第一面723上。光源可以位于头戴式显示器的太阳穴区域附近(诸如图2A所示)。光源701可被配置为将光730引导通过波导堆叠710并朝向透镜组件703和图像生成器705。与示例光学系统500和600相比，所示的光源701和图像生成器705是离轴，例如，光源701和图像生成器705的轴未对齐。

由光源701(例如由LED源701a-c)生成的光730通过穿过多个波导711和透镜组件703到达图像生成器705。在一些实施例中，光学系统700可以被布置为使得来自光源701的光透射通过多个波导711但不通过滤色器719和/或偏振器717。光730可以在从图像生成器705反射之后穿过滤色器719和/或偏振器717，如下面更详细讨论的。透镜组件703可被配置为将光730引导到图像生成器705。在一些实施例中，MSP 707可以位于透镜组件703和图像生成器705之间。因此，光730可以在进入图像生成器705之前穿过MSP 707。图7中所示的光学系统700可以具有相对大的FOV(例如，与光学系统500和600相比)，因为可以省略位于透镜和图像生成器之间的大光学元件，诸如棱镜、分束器和波导。

图像生成器705可以反射入射光730以生成图像光733。在一些实施例中，图像生成器可以是空间光调制器，诸如LCoS。图像光733可以在离开图像生成器705时穿过MSP 707。在一些实施例中，MSP 807可以倾斜以最小化系统中的反射对呈现给用户的图像的影响。然后图像光733可以进入透镜组件703，在那里它被导向波导堆叠710。在到达波导堆叠710的第二面727时，图像光733可以穿过圆偏振器717和/或滤色器719。圆偏振器717可以使图像光733偏振，而滤色器可以滤除与由光源701输出的光的波长不对应的波长。在一些实施例中，光学系统700可以不包括滤色器719，例如光730可以经由耦入光栅选择性地耦入到波导堆叠中。

然后耦入光栅715a-c可以接收过滤的光。每个耦入光栅可以被配置为将特定波长的光衍射或耦入到对应的波导中。换句话说，LED源701a-c中的每个LED源可以各自输出特定波长的光并且对应的滤色器719和耦入光栅715可以被调谐到相同的波长。例如，滤色器719a可以滤除与由光源701a输出的波长不对应的波长；并且耦入光栅715a可被配置为衍射与由LED源701a输出的波长对应的光。

如图7中所示，光学系统700的LED源701a-c中的每一个LED源是空间分离的。LED源701a-c可以在水平和竖直方向上空间分离。类似地，耦入光栅715a-c可以在空间上水平和竖直地分离。因此，从LED源中的每个LED源发射的光可以沿着不同的路径行进以到达相应的耦入光栅715a-c。例如，从LED源701a发射的光可以与从LED源701b发射的光空间(竖直和水平)分离。此外，在耦入光栅715a处接收的与从LED源701a发射的光对应的图像光可以与由耦入光栅715b接收的与从LED源701b发射的光对应的光空间分离(竖直和水平)。光源和耦入光栅的该空间分离可以限制颜色串扰。

如图7中所示，例如与光学系统500和600相比，光学系统700可以提供相对紧凑的配置。如上所述，在所示示例中，光源701和图像生成器705位于彼此离轴的位置，这允许透镜组件703将光引导到图像生成器705和从图像生成器705发出。因此，可以将透镜组件被调整为具有更短的焦距，并且从而具有更宽的视野，并且可以将图像生成器设置在透镜组件的背面。例如与光学系统500和600相比，这可以减小光学系统700的总深度。此外，光学系统700的FOV可以更大，例如70-100度的FOV。另外，光学系统700可以更有效，因为较少的光损失到各种光学组件，例如棱镜和部分透射部分反射表面。

图8A-8C示出根据本公开的实施例的可以在可穿戴头部设备(例如，可穿戴头部设备2102)中使用的光学系统800的示例。图8A示出根据本公开的实施例的可以在可穿戴头部设备中使用的光学系统800的顶视图。

图8B示出根据本公开的实施例的可以在可穿戴头部设备中使用的光学系统800的波导堆叠的透视图。图8C示出根据本公开的实施例的可用于可穿戴头部设备的光学系统的另一视图。光学系统800可用于例如向可穿戴头部设备的用户输出光和/或图像。如本领域技术人员将理解的，这些图中的每一个图都示出用于单只眼睛的光学系统。可以针对双眼复制或以其它方式修改系统。

图8A示出根据本公开的实施例的可以在可穿戴头部设备中使用的光学系统800的顶视图。光学系统800可以包括例如光源801、透镜组件803、图像生成器805以及多个波导811。多个波导811可以平行布置以形成波导堆叠810。波导堆叠810可以被配置为使得波导堆叠810的第一面823暴露于真实世界环境825并且堆叠的第二面827远离真实世界环境825，例如，面向佩戴可穿戴头部设备的用户的眼睛820。光学系统800还可以包括圆偏振器817和MSP 807。圆偏振器可以位于波导堆叠810的第二面824上。MSP 807可以位于透镜组件803和LCOS 805之间。在一些实施例中，光学系统800可以包括滤色器(未示出)。在一些实施例中，多个波导811可以被截断，使得来自光源801的光830在其到达图像生成器805的路径上不穿过波导811或者穿过波导中的一个或多个但不是全部。该配置可以减少光损失。在一些实施例中，光源可以进一步包括在CPC反射器的出射光瞳和波导之间的偏振器。

光学系统800可以包括单个光源801。在一些实施例中，光源801可以包括空间光调制器，例如内部设置有微型LED阵列的单个CPC反射器。微型LED阵列可以跨越CPC反射器的底部或在CPC反射器中的入射光瞳内部设置。在一些实施例中，反射器可以具有大约1-1.3mm的出射光瞳直径。微型LED阵列可以是包括多个红色、绿色和蓝色LED的RGB微型LED阵列。微型LED阵列可以配置为顺序打开和关闭与特定颜色对应的所有LED。例如，微型LED可以配置为以形成顺序RGB光源的模式同时打开和关闭所有绿色LED、同时打开和关闭所有红色LED、以及同时打开和关闭所有蓝色LED。CPC反射器可以收集和成形来自微型LED源的光，该光通常具有朗伯或接近朗伯的角分布。以该方式，CPC反射器可以形成针对光学系统和ICG优化的出射光瞳大小。CPC反射器还可以提供具有与系统的FOV对应的最优角度范围的光。因此，光源801可以在例如单源的小封装中提供均匀且有效的光源。下面提供了与微型LED阵列相关的附加说明。光源可以定位在头戴式显示器的太阳穴区域附近，诸如图2A中所示。在一些实施例中，光源可以定位于可穿戴显示器的其它部分上。

光学系统800的波导堆叠810可以包括多个波导811，该多个波导811包括耦入光栅815和耦出光栅813。参考图8B，在一些实施例中，三个或更多个波导811a-c可以包括耦入光栅815a-c和耦出光栅813a-c。在一些实施例中，波导811a-c中的每个波导可以进一步包括正交光瞳扩展器(“OPE”)814a-c，该正交光瞳扩展器被配置为使光833a-c跨越波导811a-c并朝向对应的耦出光栅813a-c传播。如图中所示，耦入光栅815a-c可以在空间上竖直和水平对齐，例如重叠。

在一些实施例中，耦入光栅815a-c中的每一个可以选择性地将特定波长的光833a-c衍射到对应的波导811a-c中。例如，每个图像光833a-c可以对应于不同的波长，例如，光833a可以对应于红色波长，光833b可以对应于绿色波长，而光833c可以对应于蓝色波长。反过来，耦入光栅815a可能对光的红色波长833a敏感，耦入光栅815b可能对光的绿色波长833b敏感，并且耦入光栅815c可能对光的蓝色波833c长敏感。例如，光833a可以对应于红光波长，并且耦入光栅815a可以被配置为选择性地衍射与红光波长对应的光833a。当耦入光栅815a接收光833b或833c时，所述光可以穿过耦入光栅815a而不会被衍射到波导811a中。该描述的配置是示例性的并且技术人员将认识到任何耦入光栅可以对应于任何合适的波长。OPE 814可以通过全内反射(TIR)在水平方向上将耦入光835传播到耦出光栅813，在耦出光删处，耦入光835可以被引导出波导堆叠810并朝向用户的眼睛820。除了选择性颜色耦入光栅之外，波导811可以形成为吸收特定波导中不需要的颜色以进一步限制颜色串扰。

与图7中所示的耦入光栅715a-c相比，耦入光栅815可以布置成空间重叠，例如对齐。在一些情况下，当输耦入光栅重叠时，可以减小投影仪和整个光学系统的大小。此外，单个光瞳光源可以允许更简单和更便宜的对齐和测试设备。

光学系统800可以以类似于上面关于光学系统700所述的方式工作。参考图8C，光源801可以设置在波导堆叠810的第一面823上。光源801可以被配置为引导光830通过波导堆叠810并且朝向透镜组件803和图像生成器805。光源801和图像生成器805可以被配置为离轴，例如，使得光源801和图像生成器805的轴不对齐。光830穿过透镜组件803，使得图像生成器805接收由光源801生成的光830。透镜组件803可以配置为将光830引导至图像生成器805。在一些实施例中，光生成器805可以设置在透镜组件803的背面。在一些实施例中，MSP 807可以位于透镜组件803和图像生成器805之间。因此，光830可以在进入图像生成器805之前穿过MSP 807。在一些实施例中，MSP 807可以倾斜以最小化系统中的反射对呈现给用户的图像的影响。

图像生成器805可以反射入射光830以生成图像光833。图像光833可以在离开图像生成器805时穿过MSP 807。图像光833然后可以进入透镜组件803，其中光833可以被朝向波导堆叠810引导。在到达波导堆叠810的第二面827时，图像光833可以在进入波导堆叠810的第二面827之前穿过圆偏振器817。

由波导堆叠810接收的图像光833可以被耦入光栅815之一衍射。例如，如果图像光833对应于红色的波长，则图像光833可以由被配置为衍射与相同波长对应的光的耦入光栅815衍射。耦入光835然后可以经由TIR沿着波导811传播。耦入光835可以经由耦出光栅813离开波导811并且呈现给用户的眼睛820。在一些实施例中，OPE可以被包括在如关于图8B所述的波导堆叠810中。

如上文关于光学系统700所讨论的，光学系统800可以提供相对紧凑的配置，相对紧凑的配置提供具有高吞吐量(例如效率)的均匀图像。例如，因为所示的光源801与图像生成器805离轴，因此透镜组件803可用于将光引导至图像生成器805。如图所示，图像生成器805可设置在透镜组件803的背面，例如与光学系统500和600相比，这减小了光学系统800的总深度。另外，光学系统800可以更有效，因为较少的光损失到各种光学组件，例如棱镜和部分透射部分反射表面。此外，由于光源801和空间对齐的耦入光栅815的减小占据空间，光学系统800可以小于光学系统700。

图9示出根据本公开的实施例的反射器950。反射器950可以包括光输入开口951和光输出开口959以及侧面953。如图中所示，反射器950可以具有与复合抛物面聚光器(CPC)对应的轮廓。例如，反射器950的侧面953可以对应于CPC反射器的轮廓。在一些实施例中，光输入开口951和光输出开口959可以是圆形、椭圆形或矩形。光输入开口可以被配置为从光发射器(未示出)接收光(例如，光线931、932、933)。光可以从反射器的侧面953反射以通过光输出开口959离开反射器950。以该方式，反射器950收集边缘光线。可以设计输出光的空间均匀性，使得光横跨图像生成器的分布对于图像质量而言是最优的。期望反射器表现出改进的空间均匀性。以该方式，CPC可以被设计成控制照射的大小和光的角度分布，同时提高系统的效率。

图10示出根据本公开的实施例的光源1001。光源1001可以是单光瞳RGB光源(其可以对应光源801)。如图中所示，光源1001可以包括反射器1050和微型LED阵列1040。

反射器1050可以具有CPC轮廓，诸如关于图9中的反射器950所讨论的。在一些实施例中，侧面1053可以具有椭圆、双曲线或双锥形状的轮廓。侧面1053的轮廓可以被配置为在反射器1050的出口处提供角度受控的光输出。

在一些实施例中，微型LED阵列1040可以跨越光输入开口1051定位。虽然图示为微型LED阵列1040在反射器1050外部，但是技术人员将理解微型LED阵列可以在光输入开口1051处定位于反射器1040内部。如上所述，由微型LED阵列1040生成的光可以包括三原色的光，即蓝色(B)、绿色(G)和红色(R)。换句话说，微型LED阵列1040可以是包括多个红色、绿色和蓝色LED(未单独示出)的RGB微型LED阵列。多个红色、绿色和蓝色LED中的每一者可以布置为跨越反射器1050的底部孔径均匀分布。在一些实施例中，如果需要特定波长的更多光功率，则与所需波长对应的微型LED的数量可以增加和/或与所需波长对应的微型LED可以大于与其它波长对应的微型LED。

LED跨光输入开口1051的基本均匀分布可以减少或减轻离开光源1001的光的热点的形成。例如，为了实现单光瞳RGB光源，三个LED--红色LED、蓝色LED和绿色LED--可以一起放置在反射器中。然而，该配置导致离开光输出开口1059的光的显著不均匀性，例如热点。离开光源1001的光中的这些热点进而可以横跨LCOS提供不均匀的照明，这导致图像光中颜色的局部化。在可穿戴头部设备中，热点可能会将自身作为以以特定颜色在显示器上过度饱和的区域呈现给用户。例如，如由用户观看的显示器可具有蓝色色调过饱和的区域。作为另一个示例，如果显示器向用户呈现纯白色图像，则图像的第一区域可能显现蓝色，图像的第二区域可能显现绿色，并且图像的第三区域可能显现红色。在显示器上可见的该颜色局部化可能会不利地影响用户的XR体验。可能希望显示器表现出更大的光均匀性。

为了提高光的均匀性，光源可以包括漫射器以增加离开光源的光的扩散，例如展度。然而，漫射器可能由于从光源散射光而导致效率低下，从而降低显示器的最大亮度。由于多个微型LED的基本均匀分布，光源1001可以提供均匀的光输出而没有低效的漫射器。以该方式，光源1001可以提供既均匀又有效的小封装，例如单光瞳封装。例如，比较上述系统700和800，技术人员会理解三光瞳光学系统700可能大于单光瞳光学系统800。此外，如上所述，在单个反射器中包括RGB LED发射器导致提供不均匀光的相对大的、低效的反射器。相比之下，光学系统800可以在小的单光瞳封装中提供有效且均匀的光源，其不需要依赖可能导致光损失的漫射器或其它技术。

示例微型LED阵列

光源(例如光源801或1001)可以包括微型LED阵列。微型LED阵列可以包括布置在面板中的多个微型LED。每个微型LED可以形成微型LED阵列的像素。微型LED阵列可以具有多种不同的配置。例如，在设计微型LED阵列时，每个微型LED的大小和形状以及阵列中微型LED的图案或配置都可以变化。例如，微型LED可以具有圆形、矩形、六边形或径向，或任何其它合适的形状。此外，微型LED可以布置成各种配置，包括线性、直线或六边形阵列。

如上所讨论的，微型LED阵列可以设置在反射器(例如CPC反射器)中以形成光源，例如光源801或1001。微型LED的形状以及微型LED的相关配置可以影响离开光源的光(例如光830)的辐照度。这进而可以影响在图像生成器805处接收的光的辐照度，并最终影响呈现给用户的光。离开光源的光可以对应于经由光源(例如，光源801)的单光瞳进入光学系统(例如，光学系统800)的光(例如，光830)。如上所讨论的，该光可以被图像生成器(例如图像生成器805)反射，以形成要呈现给用户的图像光。因此，改变微型LED的大小、形状和配置会影响离开光源(例如，光源801)的光瞳的光的辐照度，并且进而影响呈现给用户的光。单个微型LED发射器可以具有相同的大小或在大小上变化。单个微型LED发射器的大小范围可从1μm到100μm。微型LED发射器的数量可由CPC反射器的入射光瞳大小确定。入射光瞳大小可能与CPC反射器的出射光瞳有关。在一些实施例中，CPC反射器的出射光瞳大小可以基于光学系统的大小和配置，例如，可以选择出射光瞳大小以优化效率和调制传递函数(MTF)。在一些实施例中，阵列的填充因子可以尽可能高以使可实现的光功率输出最大化。

图11A至18I示出根据本公开的实施例的微型LED阵列的各种配置的示例。本公开的实施例不限于在此公开的微型LED阵列配置，而是这些示例仅仅是根据本公开的实施例的微型LED阵列配置的类型的示例。

图11A示出根据本公开的实施例的微型LED阵列1100的布局。如该图中所示，微型LED阵列1100的形状可以是矩形，并且微型LED源的形状可以是矩形，高度和宽度约为30μm。该图示出单一颜色的微型LED，但是本领域技术人员将理解微型LED阵列可以包括与至少两种附加颜色对应的附加微型LED源。图11B示出基于包括微型LED阵列1100的光学系统800的配置，图像光跨图像生成器(例如，由图像生成器反射)的所得辐照度。

图12A示出根据本公开的实施例的微型LED阵列1200的布局。如该图中所示，微型LED阵列1200的形状可以是矩形，并且微型LED的形状可以是矩形，宽度约为50μm。该图示出单一颜色的微型LED，但是本领域技术人员将理解微型LED阵列可以包括与至少两种附加颜色对应的附加微型LED源。图12B示出基于包括微型LED阵列1200的光学系统800的配置，图像光跨图像生成器(例如，由图像生成器反射)的所得辐照度。

图13A示出根据本公开的实施例的微型LED阵列1300的布局。如该图中所示，微型LED阵列1300的形状可以是矩形，并且微型LED的形状可以是矩形，宽度和高度约为40μm。该图示出单一颜色的微型LED源，但本领域技术人员将理解微型LED阵列可以包括与至少两种附加颜色对应的附加微型LED源。图13B示出基于包括微型LED阵列1300的光学系统800的配置，图像光跨图像生成器(例如，由图像生成器反射)的所得辐照度。

图14A示出根据本公开的实施例的微型LED阵列1400的布局。如该图中所示，微型LED阵列1400的形状可以是六边形，并且微型LED的形状可以是矩形，宽度约为30μm，并且高度约为26μm，但也可以使用其它大小，例如25-50μm。该图示出单一颜色的微型LED源，但本领域技术人员将理解微型LED阵列可以包括与至少两种附加颜色对应的附加微型LED源。图14B示出基于包括微型LED阵列1400的光学系统800的配置，图像光跨图像生成器(例如，由图像生成器反射)的所得辐照度。

图15A示出根据本公开的实施例的微型LED阵列1500的布局。如该图中所示，微型LED阵列1500可具有径向配置，并且微型LED的形状可以是矩形，宽度和高度约为40μm，但也可使用其它大小，例如25-50μm。该图示出包括三种颜色的微型LED源的配置。图15B示出基于包括微型LED阵列1500的光学系统800的配置，图像光跨图像生成器(例如，被图像生成器反射)的所得辐照度。图15C示出三种颜色中的第一颜色的微型LED阵列1500的布局。该图示出对于同时发射的与第一颜色对应的所有微型LED源，离开光源(例如，反射器)的出射光瞳的光的辐照度。(除非另有说明，否则应理解，微型LED源中的每个微型LED源的初始发射功率和/或辐照度可以相同)。图15D示出由图15C中所示的具有单色的光学系统的图像生成器反射的图像光的辐照度。图15E示出从具有针对三种颜色中的第二颜色的微型LED阵列1500的反射器的光瞳出射的光的辐照度，例如，其中与第二颜色对应的微型LED源同时发射。图15F示出由图15E中所示的具有单色的光学系统的图像生成器反射的图像光的辐照度。图15G示出从具有针对三种颜色中的第三颜色的微型LED阵列1500的反射器的光瞳出射的光的辐照度，例如，其中与第三颜色对应的微型LED源同时发射。图15H示出由图15G中所示的具有单色的光学系统的图像生成器反射的图像光的辐照度。

图16A示出根据本公开的实施例的微型LED阵列1600的布局。如该图中所示，微型LED阵列1600可以具有六边形配置，微型LED的形状可以是矩形，宽度和高度为25-50μm。微型LED阵列1600可以包括与原色(红色、绿色和蓝色)对应的微型LED源。该图示出在光源(例如，反射器)的出射光瞳处测量的阵列1600中所有微型LED源的辐照度，例如，对应于所有三种颜色。图16B示出由具有微型LED阵列1600的光学系统的图像生成器反射的图像光的辐照度。图16C示出三种颜色中的第一颜色的微型LED阵列1600的布局。该图示出微型LED阵列的光的辐照度。(除非另有说明，否则应理解，微型LED源中的每个微型LED源的初始发射功率和/或辐照度可以相同)。图16D示出由图16C中所示的具有单色的光学系统的图像生成器反射的图像光的辐照度。图16E示出从具有针对三种颜色中的第二颜色的微型LED阵列1600的反射器的光瞳出射的光的辐照度，例如，其中与第二颜色对应的微型LED源同时发射。图16F示出由图16E中所示的具有单色的光学系统的图像生成器反射的图像光的辐照度。图16G示出从具有针对三种颜色中的第三颜色的微型LED阵列1600的反射器的光瞳出射的光的辐照度，例如，其中与第三颜色对应的微型LED源同时发射。图16H示出由图16G中所示的具有单色的光学系统的图像生成器反射的图像光的辐照度。

图17A示出根据本公开的实施例的微型LED阵列1700的布局。如该图中所示，微型LED阵列1700可以具有六边形配置，并且微型LED的形状可以是圆形，直径为25-50μm。微型LED阵列1700可以包括与原色(红色、绿色和蓝色)对应的微型LED源。该图示出阵列1700中例如对应于所有三种颜色的所有微型LED源的辐照度。在一些实施例中，阵列中的所有微型LED可以包括与三种颜色(例如，红色、绿色和蓝色)对应的微型LED。图17B示出由具有微型LED阵列1700的光学系统的图像生成器反射的图像光的辐照度。图17C示出当微型LED阵列1700的所有微型LED源都在发射时接收图像生成器的输出的真彩色检测器的输出。图17D示出针对三种颜色中的第一颜色的微型LED阵列1500的布局。该图示出对于同时发射的与第一颜色对应的所有微型LED源，离开光源(例如，反射器)的出射光瞳的光的辐照度。(除非另有说明，否则应理解，微型LED源中每个微型LED源的初始发射功率和/或辐照度可以相同)。图17E示出由图17D中所示的具有单色的光学系统的图像生成器反射的图像光的辐照度。图17F示出从具有针对三种颜色中的第二颜色的微型LED阵列1700的反射器的光瞳出射的光的辐照度，例如，其中与第二颜色对应的微型LED源同时发射。图17G示出由图17F中所示的具有单色的光学系统的图像生成器反射的图像光的辐照度。图17H示出从具有针对三种颜色中的第三颜色的微型LED阵列1700的反射器的光瞳出射的光的辐照度，例如，其中与第三颜色对应的微型LED源同时发射。图17I示出由图17H中所示的具有单色的光学系统的图像生成器反射的图像光的辐照度。

图18A示出根据本公开的实施例的微型LED阵列1800的布局。如该图中所示，微型LED阵列1800可以具有六边形配置，并且微型LED的形状可以是矩形，宽度为25-50μm。微型LED阵列1800可以包括与原色(红色、绿色和蓝色)对应的微型LED。该图示出在光源(例如，反射器)的出射光瞳处测量的阵列1800中所有微型LED的辐照度，例如，对应于所有三种颜色。图18B示出由具有微型LED阵列1800的光学系统的图像生成器反射的图像光的辐照度。图118D示出针对三种颜色中的第一颜色的微型LED阵列1800的布局。该图示出对于同时发射的与第一颜色对应的所有微型LED源，离开光源(例如，反射器)的出射光瞳的光的辐照度。(除非另有说明，否则应理解，微型LED源中每个微型LED源的初始发射功率和/或辐照度可以相同)。图18D示出针对三种颜色中的第一颜色的微型LED阵列1500的布局。该图示出对于与第一颜色对应的所有微型LED源，离开光源(例如，反射器)的出射光瞳的光的辐照度。(除非另有说明，否则应理解，微型LED源中每个微型LED源的初始发射功率和/或辐照度可以相同)。图18E示出由图18D中所示的具有单色的光学系统的图像生成器反射的图像光的辐照度。图18F示出从具有针对三种颜色中的第二颜色的微型LED阵列1800的反射器的光瞳出射的光的辐照度，例如，其中与第二颜色对应的微型LED源同时发射。图18G示出由图18F中所示的具有单色的光学系统的图像生成器反射的图像光的辐照度。图18H示出从具有针对三种颜色中的第三颜色的微型LED阵列1800的反射器的光瞳出射的光的辐照度，例如，其中与第三颜色对应的微型LED源同时发射。图18I示出由图18H中所示的具有单色的光学系统的图像生成器反射的图像光的辐照度。

在一些实施例中，微型LED阵列可以使用抖动来减少量化图案在光源的出射光瞳的输出中的出现，以增加跨图像生成器的输出的视觉均匀性。图19A-19H示出示例微型LED阵列，其包括微型LED元件从它们的中心位置的轻微抖动。图19A示出在光源的出射光瞳处(例如，反射器的出射开口处)测量的阵列中包括的所有微型LED的辐照度。在一些实施例中，微型LED元件可以具有+/-5μm的抖动。例如，图19A示出抖动，其中与图17D相比，微型LED元件的间距表现出不规则。图19B示出由具有微型LED阵列1900的光学系统的图像生成器反射的图像光的辐照度。图19C示出从具有针对三种颜色中的单色的微型LED阵列1900的反射器的光瞳出射的光的辐照度，例如，其中与单色对应的微型LED源同时发射。图19D示出由图19C中所示的具有单色的光学系统的图像生成器反射的图像光的辐照度。图19E示出抖动配置，其中微型LED阵列的每一行偏移不同的量并且同一行中的元件可以偏移相同的量。例如，行的偏移可以是7μm、14μm或21μm。图19F示出由图19E中所示的具有单色的光学系统的图像生成器反射的图像光的辐照度。图19G示出重复四个偏移值的抖动配置。如图中所示，偏移可包括一组四行，偏移为-14μm、-5μm、4μm和13μm，其中可以重复该偏移配置。图19H示出由图19G中所示的具有单色的光学系统的图像生成器反射的图像光的辐照度。

图20示出根据本公开的实施例的微型LED阵列2000的布局。如该图中所示，微型LED阵列2000可以具有条纹配置，使得每个微型LED包括从一端到另一端跨微型LED阵列延伸的多个条纹。例如，微型LED阵列可以包括多个竖直条纹，其中条纹的长度可以基于条纹沿着微型LED阵列的x轴的位置而变化。在一些实施例中，条纹的形状可为矩形，宽度为约10-40μm。条纹之间的间距可以为约10μm或更小。在一些实施例中，微型LED阵列可以具有大约0.7-1.00mm的直径。在一些实施例中，条纹可以水平排列成行，使得条纹的长度可以基于条纹沿y轴的位置而变化。

微型LED阵列2000可以包括与原色(红色、绿色和蓝色)对应的微型LED源。该图示出阵列2000中的例如与所有三种颜色对应的所有微型LED源的配置。在一些实施例中，阵列中的所有微型LED可以包括与三种颜色(例如，红色、绿色和蓝色)对应的微型LED源。在一些实施例中，三种颜色可以设置成重复的组，例如，重复红-绿-蓝，重复蓝-红-绿等。在一些实施例中，与不同颜色对应的条纹的宽度可以变化。例如，与红色对应的条纹可以具有第一宽度，与绿色对应的条纹可以具有第二宽度，并且与蓝色对应的条纹可以具有第三宽度，其中第一、第二和第三宽度不同。与不同颜色(例如，波长)对应的条纹的相对宽度可以基于特定颜色的所需光功率。在一些实施例中，条纹的宽度可以基于其在微型LED阵列中的相对位置而变化，例如，较窄的条纹位于微型LED阵列的中心附近而较宽的条纹位于边缘附近。

参考图10，在一些实施例中，微型LED阵列1040可以跨光输入开口1051位于反射器1050的底部。在其它实施例中，微型LED阵列可以从反射器的底部移位，例如，微型LED可以位于沿反射器的纵轴的不同位置，其中纵轴对应于垂直于反射器的光输入开口和光输出开口的轴。在一些示例中，在z方向上移动微型LED阵列可影响从光输出出口(例如，反射器的出射光瞳)输出的光的聚焦和效率。

尽管已经参考附图充分描述了所公开的示例，但是要注意，各种变化和修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。例如，一个或多个实现方式的元素可以被组合、删除、修改或补充以形成进一步的实现方式。此类变化和修改应被理解为包括在所附权利要求限定的所公开示例的范围内。

Claims (20)

1.一种显示系统，其包括：

光源，其被配置为发射第一光；

透镜，其被配置为接收所述第一光；

图像生成器，其被配置为接收所述第一光并发射第二光；以及

多个波导，其中，所述多个波导中的至少两个波导各自包括被配置为选择性地耦合所述第二光的耦入光栅；

其中，所述光源包括单光瞳光源，所述单光瞳光源包括反射器和设置在所述反射器中的微型LED阵列。

2.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述微型LED阵列至少包括被配置为以第一波长发射的第一多个微型LED源和被配置为以第二波长发射的第二多个微型LED源。

3.根据权利要求2所述的显示系统，其中，至少第一耦入光栅被配置为耦入与所述第一波长对应的光并且第二耦入光栅被配置为耦入与所述第二波长对应的光。

4.根据权利要求2所述的显示系统，其中，所述光源被配置为在第一时间发射所述第一波长并且在第二时间发射所述第二波长，其中，所述第二时间与所述第一时间不同。

5.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述多个波导中的所述至少两个波导的所述耦入光栅对齐。

6.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述光源偏离所述图像生成器。

7.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述反射器包括复合抛物面聚光器反射器。

8.一种头戴式设备，包括：

显示系统，其包括：

光源，其被配置为发射第一光；

透镜，其被配置为接收所述第一光；

图像生成器，其被配置为接收所述第一光并发射第二光；以及

多个波导，其中，所述多个波导中的至少两个波导各自包括被配置为选择性地耦合所述第二光的耦入光栅；

其中，所述光源包括单光瞳光源，所述单光瞳光源包括反射器和设置在所述反射器中的微型LED阵列。

9.根据权利要求8所述的头戴式设备，其中，所述微型LED阵列至少包括被配置为以第一波长发射的第一多个微型LED源和被配置为以第二波长发射的第二多个微型LED源。

10.根据权利要求9所述的头戴式设备，其中，至少第一耦入光栅被配置为耦入与所述第一波长对应的光并且第二耦入光栅被配置为耦入与所述第二波长对应的光。

11.根据权利要求9所述的头戴式设备，其中，所述光源被配置为在第一时间发射所述第一波长并且在第二时间发射所述第二波长，其中，所述第二时间与所述第一时间不同。

12.根据权利要求8所述的头戴式设备，其中，所述多个波导中的所述至少两个波导的所述耦入光栅对齐。

13.根据权利要求8所述的头戴式设备，其中，所述光源偏离所述图像生成器。

14.根据权利要求8所述的头戴式设备，其中，所述反射器包括复合抛物面聚光器反射器。

15.一种显示系统，包括：

单光瞳光源，其包括：

反射器，其具有入口开口和出口开口；以及

微型LED阵列，其设置在所述入口开口附近。

16.根据权利要求15所述的显示系统，其中，所述反射器包括复合抛物面聚光器反射器。

17.根据权利要求15所述的显示系统，其中，所述微型LED阵列包括多个微型LED，所述多个微型LED以选自以下配置中的至少一种布置：正方形配置、矩形配置、六边形配置、径向配置和条纹配置。

18.根据权利要求15所述的显示系统，其中，所述微型LED阵列包括多个微型LED源，所述微型LED源具有圆形、矩形和正方形中的至少一种。

19.根据权利要求15所述的显示系统，其中，所述微型LED阵列被配置为发射至少三种波长的光。

20.根据权利要求15所述的显示系统，其中，所述微型LED阵列跨所述入口开口设置。