JP2023058677A - 光エミッタアレイによって形成される複数の瞳孔内視差ビューを使用して可変遠近調節キューを提供するためのディスプレイシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光エミッタアレイによって形成される複数の瞳孔内視差ビューを使用して可変遠近調節キューを提供するためのディスプレイシステムおよび方法の提供。【解決手段】ディスプレイシステム１００１は、複数の視差的に異なる瞳孔内画像を視認者の眼２１０の中に指向するように構成される。視差的に異なる瞳孔内画像は、仮想オブジェクトの異なる視差ビューを提供し、異なる角度から瞳孔上に衝突する。全体として、画像を形成する光の波面は、持続発散波面に近似し、瞳孔内画像間の視差差の量に応じて、ユーザのための選択可能遠近調節キューを提供する。視差差の量は、眼の中への画像光の入射を選択的に調整する、シャッタのアレイ２００４を使用して選択されてもよい。アレイ内の各開放されたシャッタは、異なる瞳孔内画像を提供し、開放シャッタの場所は、画像間の所望の視差差の量を提供する。【選択図】図９

Description

（優先権の主張）
本願は、参照することによって本明細書に組み込まれる、２０１９年２月２８日に出願された、米国仮出願第６２／８１２，１４２号、および２０１９年３月７日に出願された、米国仮出願第６２／８１５，２２５号の優先権を主張する。

（参照による組み込み）
本願は、参照することによって、以下の特許出願および刊行物、すなわち、２０１８年４月２６日に公開された、米国出願公開第２０１８／０１１３３１１号、２０１４年１１月２７日に出願された、米国特許出願第１４／５５５，５８５号、２０１５年４月１８日に出願された、米国特許出願第１４／６９０，４０１号、２０１４年３月１４日に出願された、米国特許出願第１４／２１２，９６１号、２０１４年７月１４日に出願された、米国特許出願第１４／３３１，２１８号、２０１６年３月１６日に出願された、米国特許出願第１５／０７２，２９０号、および２０１６年１１月１０日に公開された、第ＷＯ２０１６／１７９２４６号、および２０１９年２月１日に出願された、米国仮出願第６２／８００３６３号のそれぞれの全体を組み込む。

本開示は、拡張現実および仮想現実結像および可視化システムを含む、光学デバイスに関する。

現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、デジタル的に再現された画像またはその一部が、現実であるように見える、またはそのように知覚され得る様式で、ユーザに提示される、いわゆる「仮想現実」または「拡張現実」体験のためのシステムの開発を促進している。仮想現実、すなわち、「ＶＲ」シナリオは、典型的には、他の実際の実世界の視覚的入力に対する透過性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴い、拡張現実、すなわち、「ＡＲ」シナリオは、典型的には、ユーザの周囲の実際の世界の可視化に対する拡張としてのデジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。複合現実、すなわち、「ＭＲ」シナリオは、一種のＡＲシナリオであって、典型的には、自然世界の中に統合され、それに応答する、仮想オブジェクトを伴う。例えば、ＭＲシナリオでは、ＡＲ画像コンテンツは、実世界内のオブジェクトによって遮断されて見える、または別様にそれと相互作用するように知覚され得る。

図１を参照すると、拡張現実場面１０が、描写されており、ＡＲ技術のユーザには、人々、木々、背景における建物、コンクリートプラットフォーム３０を特徴とする、実世界公園状設定２０が見える。これらのアイテムに加え、ＡＲ技術のユーザはまた、実世界プラットフォーム３０上に立っているロボット像４０と、マルハナバチの擬人化のように見える、飛んでいる漫画のようなアバタキャラクタ５０等の「仮想コンテンツ」が「見える」と知覚するが、これらの要素５０、４０は、実世界には存在しない。ヒトの視知覚系は、複雑であって、他の仮想または実世界画像要素の中で仮想画像要素の快適で、自然な感覚で、かつ豊かな提示を促進する、ＡＲ技術を生産することは、困難である。

本明細書に開示されるシステムおよび方法は、ＡＲまたはＶＲ技術に関連する種々の課題に対処する。

いくつかの実施形態では、頭部搭載型ディスプレイシステムが、提供される。ディスプレイシステムは、画像を定義する画像光を出力するように構成される、マイクロディスプレイと、伝搬のために、マイクロディスプレイからの画像光を視認者の眼に指向するように構成される、投影光学系とを備える、画像投影システムを含む。ディスプレイシステムはまた、画像光を異なる場所から眼に選択的に透過させるために、選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイを備える。選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイは、投影光学系のアイボックスボリューム内に配置される。

いくつかの他の実施形態では、画像コンテンツを表示するための方法が、提供される。本方法は、頭部搭載型ディスプレイシステムから、仮想オブジェクトの視差的に異なる瞳孔内画像のセットを視認者の眼の中に投入するステップを含む。瞳孔内画像の各画像は、画像を頭部搭載型ディスプレイシステムのマイクロディスプレイ上に形成するステップと、マイクロディスプレイからの画像光を投影光学系を通して出力するステップと、シャッタのアレイのシャッタを開放し、画像光を開放されたシャッタを通して眼に伝搬するステップとによって提供される。シャッタのアレイは、投影光学系のアイボックスボリューム内に配置される。視差的に異なる瞳孔内画像のセットの異なる画像は、異なる開放されたシャッタを通して伝搬する。

さらに他の実施形態では、頭部搭載型ディスプレイシステムが、提供される。ディスプレイシステムは、光エミッタのグループのアレイを備える、マイクロディスプレイと、光エミッタの上層の光コリメータのアレイと、投影光学系とを備える。各光コリメータは、光エミッタのグループのうちの１つと関連付けられ、光エミッタの関連付けられるグループの全ての光エミッタを横断して延在する。光コリメータのアレイは、光エミッタと投影光学系との間にある。ディスプレイシステムは、オブジェクトの視差的に異なる瞳孔内画像のセットを視認者の眼の中に投入することによって、仮想オブジェクトを深度平面上に表示するように構成される。

いくつかの他の実施形態では、画像コンテンツを表示するための方法が、提供される。本方法は、頭部搭載型ディスプレイシステムから、視差的に異なる瞳孔内画像のセットを視認者の眼の中に投入するステップを含む。視差的に異なる瞳孔内画像のセットを投入するステップは、光エミッタのグループのアレイを提供するステップと、光エミッタの上層の光コリメータのアレイを提供するステップであって、各光コリメータは、光エミッタのグループと関連付けられる、ステップと、投影光学系を提供するステップであって、光コリメータのアレイは、光エミッタのグループのアレイと投影光学系との間にある、ステップと、光エミッタのグループの第１の光エミッタからの光を放出することによって、第１の視差的に異なる瞳孔内画像を眼の中に投入するステップと、光エミッタのグループの第２の光エミッタからの光を放出することによって、第２の視差的に異なる瞳孔内画像を眼の中に投入するステップとを含む。

加えて、本開示に説明される主題の種々の革新的側面は、以下の実施例において実装されてもよい。

（実施例１）
頭部搭載型ディスプレイシステムであって、
画像投影システムであって、画像投影システムは、
画像を定義する画像光を出力するように構成されるマイクロディスプレイと、
投影光学系であって、投影光学系は、伝搬のために、マイクロディスプレイからの画像光を視認者の眼に指向するように構成される、投影光学系と、
を備える、画像投影システムと、
画像光を異なる場所から眼に選択的に透過させるための選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイであって、選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイは、投影光学系のアイボックスボリューム内に配置される、選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイと
を備える、ディスプレイシステム。

（実施例２）
制御システムをさらに備え、制御システムは、１つ以上のプロセッサと、命令を記憶するメモリとを備え、命令は、１つ以上のプロセッサによって実行されると、ディスプレイシステムに、
仮想オブジェクトのための所望の深度平面を決定することと、
所望の深度平面に基づいて、開放されるべき選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイのシャッタを決定することと、
画像投影システムによって、異なる画像の提示と、シャッタの異なるものの開放とを同期させることであって、異なる画像は、仮想オブジェクトの異なるビューを提供する、ことと
を含む動作を実施させる、実施例１に記載のディスプレイシステム。

（実施例３）
シャッタは、移動可能な物理的構造である、実施例１または２のいずれかに記載のディスプレイシステム。

（実施例４）
物理的構造は、ＭＥＭＳベースの微小機械構造である、実施例３に記載のディスプレイシステム。

（実施例５）
シャッタは、強誘電性シャッタである、実施例３に記載のディスプレイシステム。

（実施例６）
シャッタは、可逆的に変化可能な状態を有する化学種を備え、状態は、異なる量の光透過を提供する、実施例１または２のいずれかに記載のディスプレイシステム。

（実施例７）
化学種は、液晶を備え、シャッタは、ピクセル化された液晶ディスプレイのピクセルによって形成される、実施例６に記載のディスプレイシステム。

（実施例８）
マイクロディスプレイは、光エミッタのアレイを備える発光型マイクロディスプレイである、実施例１－７のいずれかに記載のディスプレイシステム。

（実施例９）
光エミッタは、マイクロＬＥＤである、実施例８に記載のディスプレイシステム。

（実施例１０）
光コリメータのアレイを光エミッタと投影光学系との間にさらに備える、実施例１－９のいずれかに記載のディスプレイシステム。

（実施例１１）
光コリメータのアレイはそれぞれ、複数の光エミッタを横断して延在し、各光コリメータは、画像投影システムによって出力された画像内のピクセルに対応する、実施例１０に記載のディスプレイシステム。

（実施例１２）
マイクロディスプレイは、投影システムを形成する複数のモノクロマイクロディスプレイのうちの１つであり、モノクロマイクロディスプレイはそれぞれ、異なる原色の光を放出するように構成される、実施例１－１１のいずれかに記載のディスプレイシステム。

（実施例１３）
Ｘ－立方体プリズムをさらに備え、モノクロマイクロディスプレイはそれぞれ、画像光をＸ－立方体プリズムの異なる面の中に出力するように配列される、実施例１２に記載のディスプレイシステム。

（実施例１４）
画像光を視認者の眼に中継するように構成される瞳中継コンバイナ接眼レンズをさらに備え、選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイは、瞳中継コンバイナ接眼レンズへの画像光の伝搬を調整するように構成される、実施例１－１３のいずれかに記載のディスプレイシステム。

（実施例１５）
瞳中継コンバイナ接眼レンズは、導波管を備え、導波管は、
画像光を導波管の中に内部結合するための内部結合光学要素と、
内部結合された画像光を導波管から外に外部結合するための外部結合光学要素と
を備える、実施例１４に記載のディスプレイシステム。

（実施例１６）
導波管は、内部結合光学要素と、外部結合光学要素とを備える複数の導波管のうちの１つである、実施例１５に記載のディスプレイシステム。

（実施例１７）
投影システムは、０．２～０．５ｍｍの瞳直径を有する、実施例１－１６のいずれかに記載のディスプレイシステム。

（実施例１８）
画像コンテンツを表示するための方法であって、方法は、
頭部搭載型ディスプレイシステムから、仮想オブジェクトの視差的に異なる瞳孔内画像のセットを視認者の眼の中に投入すること
を含み、
瞳孔内画像の各画像は、
画像を頭部搭載型ディスプレイシステムのマイクロディスプレイ上に形成することと、
マイクロディスプレイからの画像光を投影光学系を通して出力することと、
シャッタのアレイのシャッタを開放し、画像光を開放されたシャッタを通して眼に伝搬することであって、シャッタのアレイは、投影光学系のアイボックスボリューム内に配置される、ことと
によって提供され、
視差的に異なる瞳孔内画像のセットの異なる画像は、異なる開放されたシャッタを通して伝搬する、方法。

（実施例１９）
視差的に異なる瞳孔内画像のセットの全ての画像は、フリッカ融合閾値内で眼の中に投入される、実施例１８に記載の方法。

（実施例２０）
フリッカ融合閾値は、１／６０秒である、実施例１８に記載の方法。

（実施例２１）
仮想オブジェクトが視認者に表示されるための所望の深度平面を決定することと、
所望の深度平面に基づいて、開放されるべき選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイのシャッタを決定することと、
視差的に異なる瞳孔内画像のセットの異なるものの提示とシャッタの異なるものの開放とを同期させることと
をさらに含む、実施例１８－２０のいずれかに記載の方法。

（実施例２２）
眼追跡センサを使用して、眼の視線を決定することと、
眼の決定された視線に基づいて、瞳孔内画像のためのコンテンツを選択することと
をさらに含む、実施例１８－２１のいずれかに記載の方法。

（実施例２３）
マイクロディスプレイは、発光型マイクロディスプレイである、実施例１８－２２のいずれかに記載の方法。

（実施例２４）
シャッタのアレイは、選択的に移動可能な物理的構造を備える、実施例１８－２３のいずれかに記載の方法。

（実施例２５）
シャッタのアレイは、可逆的に変化可能な状態を有する化学種を備え、状態は、異なる量の光透過を提供する、実施例１８－２３のいずれかに記載の方法。

（実施例２６）
異なる画像は、仮想オブジェクトの異なるビューを提供する、実施例１８－２５のいずれかに記載の方法。

（実施例２７）
頭部搭載型ディスプレイシステムであって、
光エミッタのグループのアレイを備えるマイクロディスプレイと、
光エミッタの上層の光コリメータのアレイであって、各光コリメータは、光エミッタのグループのうちの１つと関連付けられ、光エミッタの関連付けられるグループの全ての光エミッタを横断して延在する、光コリメータのアレイと、
投影光学系であって、光コリメータのアレイは、光エミッタと投影光学系との間にある、投影光学系と
を備え、
ディスプレイシステムは、オブジェクトの視差的に異なる瞳孔内画像のセットを視認者の眼の中に投入することによって、仮想オブジェクトを深度平面上に表示するように構成される、ディスプレイシステム。

（実施例２８）
１つ以上のプロセッサと、命令を記憶するメモリとをさらに備え、命令は、１つ以上のプロセッサによって実行されると、ディスプレイシステムに、
光エミッタによって形成される画像のための所望のレベルの視差差に基づいて、アクティブ化するための光エミッタのグループのそれぞれの光エミッタを決定することと、
光エミッタのグループの第１の光エミッタをアクティブ化し、第１の視差的に異なる瞳孔内画像を形成することと、
光エミッタのグループの第２の光エミッタをアクティブ化し、第２の視差的に異なる瞳孔内画像を形成することと
を含む動作を実施させ、
第１および第２の視差的に異なる瞳孔内画像は、仮想オブジェクトの異なるビューを提供する、実施例２７に記載のディスプレイシステム。

（実施例２９）
光エミッタのグループの第１の光エミッタをアクティブ化することは、光エミッタのグループの第２の光エミッタをアクティブ化することと時間的に重複し、第１および第２の視差的に異なる瞳孔内画像を眼の中に同時に投入する、実施例２７に記載のディスプレイシステム。

（実施例３０）
光コリメータは、レンズレットである、実施例２７－２９のいずれかに記載のディスプレイシステム。

（実施例３１）
画像光を異なる場所から眼に選択的に透過させるための選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイであって、選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイは、投影光学系のアイボックスボリューム内に配置される、選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイ
をさらに備える、実施例２７－３０のいずれかに記載のディスプレイシステム。

（実施例３２）
シャッタのアレイは、選択的に移動可能な物理的構造を備える、実施例３１に記載のディスプレイシステム。

（実施例３３）
シャッタのアレイは、可逆的に変化可能な状態を有する、化学種を備え、状態は、異なる量の光透過を提供する、実施例３１に記載のディスプレイシステム。

（実施例３４）
１つ以上のプロセッサと、命令を記憶するメモリとをさらに備え、命令は、１つ以上のプロセッサによって実行されると、ディスプレイシステムに、
仮想オブジェクトのための所望の深度平面を決定することと、
所望の深度平面に基づいて、開放されるべき選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイのシャッタを決定することと、
画像投影システムによって、異なる画像の提示と、シャッタの異なるものの開放を同期させることであって、異なる画像は、仮想オブジェクトの異なるビューを提供する、ことと
を含む動作を実施させる、実施例３１－３３のいずれかに記載のディスプレイシステム。

（実施例３５）
光コリメータは、異なる光のビームを、光エミッタの関連付けられるグループの光エミッタから第１の軸に沿った異なる場所に提供するように構成されるレンチキュラーレンズレットであり、
シャッタのアレイは、第１の軸に直交する第２の軸に沿って、サブ瞳を形成するように配列される、実施例２７－３４のいずれかに記載のディスプレイシステム。

（実施例３６）
マイクロディスプレイは、発光型マイクロディスプレイであり、光エミッタは、マイクロＬＥＤである、実施例２７－３５のいずれかに記載のディスプレイシステム。

（実施例３７）
マイクロディスプレイは、複数のモノクロマイクロディスプレイのうちの１つであり、モノクロマイクロディスプレイはそれぞれ、異なる原色の光を放出するように構成される、実施例２７－３６のいずれかに記載のディスプレイシステム。

（実施例３８）
Ｘ－立方体プリズムをさらに備え、モノクロマイクロディスプレイはそれぞれ、画像光をＸ－立方体プリズムの異なる面の中に出力するように配列される、実施例３７に記載のディスプレイシステム。

（実施例３９）
画像光を視認者の眼に中継するように構成される瞳中継コンバイナ接眼レンズをさらに備え、選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイは、瞳中継コンバイナ接眼レンズへの画像光の伝搬を調整するように構成される、実施例２７－３８のいずれかに記載のディスプレイシステム。

（実施例４０）
瞳中継コンバイナ接眼レンズは、導波管を備え、導波管は、
画像光を導波管の中に内部結合するための内部結合光学要素と、
内部結合された画像光を導波管から外に外部結合するための外部結合光学要素と
を備える、実施例３９に記載のディスプレイシステム。

（実施例４１）
導波管は、内部結合光学要素と、外部結合光学要素とを備える複数の導波管のうちの１つである、実施例４０に記載のディスプレイシステム。

（実施例４２）
画像コンテンツを表示するための方法であって、方法は、
頭部搭載型ディスプレイシステムから、視差的に異なる瞳孔内画像のセットを視認者の眼の中に投入することを含み、
視差的に異なる瞳孔内画像のセットを投入することは、
光エミッタのグループのアレイを提供することと、
光エミッタの上層の光コリメータのアレイを提供することであって、各光コリメータは、光エミッタのグループと関連付けられる、ことと、
投影光学系を提供することであって、光コリメータのアレイは、光エミッタのグループのアレイと投影光学系との間にある、ことと、
光エミッタのグループの第１の光エミッタからの光を放出することによって、第１の視差的に異なる瞳孔内画像を眼の中に投入することと、
光エミッタのグループの第２の光エミッタからの光を放出することによって、第２の視差的に異なる瞳孔内画像を眼の中に投入することと
を含む、方法。

（実施例４３）
視差的に異なる瞳孔内画像のセットの画像はそれぞれ、異なる角度で眼の中に投入され、視差的に異なる瞳孔内画像のセットの全ての画像は、フリッカ融合閾値内で眼の中に投入される、実施例４２に記載の方法。

（実施例４４）
フリッカ融合閾値は、１／６０秒である、実施例４３に記載の方法。

（実施例４５）
異なる画像は、仮想オブジェクトの異なるビューを提供する、実施例４２－４３のいずれかに記載の方法。

（実施例４６）
第１の視差的に異なる瞳孔内画像を投入することと、第２の視差的に異なる瞳孔内画像を投入することは、同時に実施される、実施例４２－４５のいずれかに記載の方法。

（実施例４７）
画像光を異なる場所から眼に選択的に透過させるための選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイを提供することであって、選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイは、投影光学系のアイボックスボリューム内に配置される、こと
をさらに含む、実施例４２－４６のいずれかに記載の方法。

（実施例４８）
光コリメータは、異なる光のビームを光エミッタの関連付けられるグループの光エミッタから第１の軸に沿った異なる場所に提供するように構成されるレンチキュラーレンズレットであり、シャッタのアレイは、第１の軸に直交する第２の軸に沿って、サブ瞳を形成するように配列される、実施例４２－４７のいずれかに記載の方法。

（実施例４９）
光エミッタのグループの異なる光エミッタによって形成される複数の画像を空間的に多重化し、ディスプレイサブ瞳を第１の軸に沿って位置させることと、シャッタの開放と対応する光エミッタのアクティブ化とを同期させることによって、複数の画像を時間的に多重化させることとをさらに含む、実施例４７－４８のいずれかに記載の方法。

（実施例５０）
シャッタのアレイは、選択的に移動可能な物理的構造を備える、実施例４７－４９のいずれかに記載の方法。

（実施例５１）
シャッタのアレイは、可逆的に変化可能な状態を有する化学種を備え、状態は、異なる量の光透過を提供する、実施例４７－４９のいずれかに記載の方法。

（実施例５２）
第１の視差的に異なる瞳孔内画像を投入することと、第２の視差的に異なる瞳孔内画像を投入することは、光エミッタからの光を眼に瞳中継コンバイナ接眼レンズを通してルーティングすることを含む、実施例４２－５１のいずれかに記載の方法。

（実施例５３）
瞳中継コンバイナ接眼レンズは、導波管を備え、導波管は、
画像光を導波管の中に内部結合するための内部結合光学要素と、
内部結合された画像光を導波管から外に外部結合するための外部結合光学要素と
を備える、実施例５２に記載の方法。

（実施例５４）
頭部搭載型ディスプレイシステムから、第２のセットの視差的に異なる瞳孔内画像を視認者の第２の眼の中に投入することをさらに含む、実施例４２－５３のいずれかに記載の方法。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
頭部搭載型ディスプレイシステムであって、
画像投影システムであって、前記画像投影システムは、
画像を定義する画像光を出力するように構成されるマイクロディスプレイと、
投影光学系であって、前記投影光学系は、伝搬のために、前記マイクロディスプレイからの画像光を視認者の眼に指向するように構成される、投影光学系と
を備える、画像投影システムと、
前記画像光を異なる場所から前記眼に選択的に透過させるための選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイであって、前記選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイは、前記投影光学系のアイボックスボリューム内に配置される、選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイと
を備える、ディスプレイシステム。
（項目２）
制御システムをさらに備え、前記制御システムは、１つ以上のプロセッサと、命令を記憶するメモリとを備え、前記命令は、前記１つ以上のプロセッサによって実行されると、前記ディスプレイシステムに、
仮想オブジェクトのための所望の深度平面を決定することと、
前記所望の深度平面に基づいて、開放されるべき前記選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイのシャッタを決定することと、
前記画像投影システムによって、異なる画像の提示と、前記シャッタの異なるものの開放とを同期させることであって、前記異なる画像は、前記仮想オブジェクトの異なるビューを提供する、ことと
を含む動作を実施させる、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目３）
前記シャッタは、移動可能な物理的構造である、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目４）
前記物理的構造は、ＭＥＭＳベースの微小機械構造である、項目３に記載のディスプレイシステム。
（項目５）
前記シャッタは、強誘電性シャッタである、項目３に記載のディスプレイシステム。
（項目６）
前記シャッタは、可逆的に変化可能な状態を有する化学種を備え、前記状態は、異なる量の光透過を提供する、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目７）
前記化学種は、液晶を備え、前記シャッタは、ピクセル化された液晶ディスプレイのピクセルによって形成される、項目６に記載のディスプレイシステム。
（項目８）
前記マイクロディスプレイは、光エミッタのアレイを備える発光型マイクロディスプレイである、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目９）
前記光エミッタは、マイクロＬＥＤである、項目８に記載のディスプレイシステム。
（項目１０）
光コリメータのアレイを前記光エミッタと前記投影光学系との間にさらに備える、項目８に記載のディスプレイシステム。
（項目１１）
前記光コリメータのアレイはそれぞれ、複数の前記光エミッタを横断して延在し、各光コリメータは、前記画像投影システムによって出力された画像内のピクセルに対応する、項目１０に記載のディスプレイシステム。
（項目１２）
前記マイクロディスプレイは、前記投影システムを形成する複数のモノクロマイクロディスプレイのうちの１つであり、前記モノクロマイクロディスプレイはそれぞれ、異なる原色の光を放出するように構成される、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目１３）
Ｘ－立方体プリズムをさらに備え、前記モノクロマイクロディスプレイはそれぞれ、画像光を前記Ｘ－立方体プリズムの異なる面の中に出力するように配列される、項目１２に記載のディスプレイシステム。
（項目１４）
前記画像光を前記視認者の眼に中継するように構成される瞳中継コンバイナ接眼レンズをさらに備え、前記選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイは、前記瞳中継コンバイナ接眼レンズへの前記画像光の伝搬を調整するように構成される、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目１５）
前記瞳中継コンバイナ接眼レンズは、導波管を備え、前記導波管は、
前記画像光を前記導波管の中に内部結合するための内部結合光学要素と、
内部結合された画像光を前記導波管から外に外部結合するための外部結合光学要素と
を備える、項目１４に記載のディスプレイシステム。
（項目１６）
前記導波管は、内部結合光学要素と、外部結合光学要素とを備える複数の導波管のうちの１つである、項目１５に記載のディスプレイシステム。
（項目１７）
前記投影システムは、０．２～０．５ｍｍの瞳直径を有する、項目１に記載のディスプレイシステム。
（項目１８）
画像コンテンツを表示するための方法であって、前記方法は、
頭部搭載型ディスプレイシステムから、仮想オブジェクトの視差的に異なる瞳孔内画像のセットを視認者の眼の中に投入すること
を含み、
前記瞳孔内画像の各画像は、
前記画像を前記頭部搭載型ディスプレイシステムのマイクロディスプレイ上に形成することと、
前記マイクロディスプレイからの画像光を投影光学系を通して出力することと、
シャッタのアレイのシャッタを開放し、画像光を前記開放されたシャッタを通して前記眼に伝搬することであって、前記シャッタのアレイは、前記投影光学系のアイボックスボリューム内に配置されることと
によって提供され、
視差的に異なる瞳孔内画像のセットの異なる画像は、異なる開放されたシャッタを通して伝搬する、方法。
（項目１９）
視差的に異なる瞳孔内画像のセットの全ての画像は、フリッカ融合閾値内で前記眼の中に投入される、項目１８に記載の方法。
（項目２０）
前記フリッカ融合閾値は、１／６０秒である、項目１８に記載の方法。
（項目２１）
前記仮想オブジェクトが前記視認者に表示されるための所望の深度平面を決定することと、
前記所望の深度平面に基づいて、開放されるべき前記選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイのシャッタを決定することと、
視差的に異なる瞳孔内画像のセットの異なるものの提示と前記シャッタの異なるものの開放とを同期させることと
をさらに含む、項目１８に記載の方法。
（項目２２）
眼追跡センサを使用して、前記眼の視線を決定することと、
前記眼の決定された視線に基づいて、前記瞳孔内画像のためのコンテンツを選択することと
をさらに含む、項目１８に記載の方法。
（項目２３）
前記マイクロディスプレイは、発光型マイクロディスプレイである、項目１８に記載の方法。
（項目２４）
前記シャッタのアレイは、選択的に移動可能な物理的構造を備える、項目１８に記載の方法。
（項目２５）
前記シャッタのアレイは、可逆的に変化可能な状態を有する化学種を備え、前記状態は、異なる量の光透過を提供する、項目１８に記載の方法。
（項目２６）
前記異なる画像は、前記仮想オブジェクトの異なるビューを提供する、項目１８に記載の方法。
（項目２７）
頭部搭載型ディスプレイシステムであって、
光エミッタのグループのアレイを備えるマイクロディスプレイと、
前記光エミッタの上層の光コリメータのアレイであって、各光コリメータは、前記光エミッタのグループのうちの１つと関連付けられ、前記光エミッタの関連付けられるグループの全ての光エミッタを横断して延在する、光コリメータのアレイと、
投影光学系であって、前記光コリメータのアレイは、前記光エミッタと前記投影光学系との間にある、投影光学系と
を備え、
前記ディスプレイシステムは、オブジェクトの視差的に異なる瞳孔内画像のセットを視認者の眼の中に投入することによって、仮想オブジェクトを深度平面上に表示するように構成される、ディスプレイシステム。
（項目２８）
１つ以上のプロセッサと、命令を記憶するメモリとをさらに備え、前記命令は、前記１つ以上のプロセッサによって実行されると、前記ディスプレイシステムに、
光エミッタによって形成される画像のための所望のレベルの視差差に基づいて、アクティブ化するための前記光エミッタのグループのそれぞれの光エミッタを決定することと、
前記光エミッタのグループの第１の光エミッタをアクティブ化し、第１の視差的に異なる瞳孔内画像を形成することと、
前記光エミッタのグループの第２の光エミッタをアクティブ化し、第２の視差的に異なる瞳孔内画像を形成することと
を含む動作を実施させ、
前記第１および第２の視差的に異なる瞳孔内画像は、前記仮想オブジェクトの異なるビューを提供する、項目２７に記載のディスプレイシステム。
（項目２９）
前記光エミッタのグループの前記第１の光エミッタをアクティブ化することは、前記光エミッタのグループの第２の光エミッタをアクティブ化することと時間的に重複し、前記第１および第２の視差的に異なる瞳孔内画像を前記眼の中に同時に投入する、項目２７に記載のディスプレイシステム。
（項目３０）
前記光コリメータは、レンズレットである、項目２７に記載のディスプレイシステム。
（項目３１）
前記画像光を異なる場所から前記眼に選択的に透過させるための選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイであって、前記選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイは、前記投影光学系のアイボックスボリューム内に配置される、選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイ
をさらに備える、項目２７に記載のディスプレイシステム。
（項目３２）
前記シャッタのアレイは、選択的に移動可能な物理的構造を備える、項目３１に記載のディスプレイシステム。
（項目３３）
前記シャッタのアレイは、可逆的に変化可能な状態を有する化学種を備え、前記状態は、異なる量の光透過を提供する、項目３１に記載のディスプレイシステム。
（項目３４）
１つ以上のプロセッサと、命令を記憶するメモリとをさらに備え、前記命令は、前記１つ以上のプロセッサによって実行されると、前記ディスプレイシステムに、
仮想オブジェクトのための所望の深度平面を決定することと、
前記所望の深度平面に基づいて、開放されるべき前記選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイのシャッタを決定することと、
前記画像投影システムによって、異なる画像の提示と、前記シャッタの異なるものの開放とを同期させることであって、前記異なる画像は、前記仮想オブジェクトの異なるビューを提供する、ことと
を含む動作を実施させる、項目３１に記載のディスプレイシステム。
（項目３５）
前記光コリメータは、異なる光のビームを前記光エミッタの関連付けられるグループの光エミッタから第１の軸に沿った異なる場所に提供するように構成されるレンチキュラーレンズレットであり、
シャッタのアレイは、前記第１の軸に直交する第２の軸に沿って、サブ瞳を形成するように配列される、項目２７に記載のディスプレイシステム。
（項目３６）
前記マイクロディスプレイは、発光型マイクロディスプレイであり、前記光エミッタは、マイクロＬＥＤである、項目２７に記載のディスプレイシステム。
（項目３７）
前記マイクロディスプレイは、複数のモノクロマイクロディスプレイのうちの１つであり、前記モノクロマイクロディスプレイはそれぞれ、異なる原色の光を放出するように構成される、項目２７に記載のディスプレイシステム。
（項目３８）
Ｘ－立方体プリズムをさらに備え、前記モノクロマイクロディスプレイはそれぞれ、画像光を前記Ｘ－立方体プリズムの異なる面の中に出力するように配列される、項目３７に記載のディスプレイシステム。
（項目３９）
前記画像光を前記視認者の眼に中継するように構成される瞳中継コンバイナ接眼レンズをさらに備え、選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイは、前記瞳中継コンバイナ接眼レンズへの前記画像光の伝搬を調整するように構成される、項目２７に記載のディスプレイシステム。
（項目４０）
前記瞳中継コンバイナ接眼レンズは、導波管を備え、前記導波管は、
前記画像光を前記導波管の中に内部結合するための内部結合光学要素と、
内部結合された画像光を前記導波管から外に外部結合するための外部結合光学要素と
を備える、項目３９に記載のディスプレイシステム。
（項目４１）
前記導波管は、内部結合光学要素と、外部結合光学要素とを備える複数の導波管のうちの１つである、項目４０に記載のディスプレイシステム。
（項目４２）
画像コンテンツを表示するための方法であって、前記方法は、
頭部搭載型ディスプレイシステムから、視差的に異なる瞳孔内画像のセットを視認者の眼の中に投入すること
を含み、
前記視差的に異なる瞳孔内画像のセットを投入することは、
光エミッタのグループのアレイを提供することと、
前記光エミッタの上層の光コリメータのアレイを提供することであって、各光コリメータは、前記光エミッタのグループと関連付けられる、ことと、
投影光学系を提供することであって、前記光コリメータのアレイは、前記光エミッタのグループのアレイと前記投影光学系との間にある、ことと、
前記光エミッタのグループの第１の光エミッタからの光を放出することによって、第１の視差的に異なる瞳孔内画像を前記眼の中に投入することと、
前記光エミッタのグループの第２の光エミッタからの光を放出することによって、第２の視差的に異なる瞳孔内画像を前記眼の中に投入することと
を含む、方法。
（項目４３）
前記視差的に異なる瞳孔内画像のセットの画像はそれぞれ、異なる角度で前記眼の中に投入され、前記視差的に異なる瞳孔内画像のセットの全ての画像は、フリッカ融合閾値内で前記眼の中に投入される、項目４２に記載の方法。
（項目４４）
前記フリッカ融合閾値は、１／６０秒である、項目４３に記載の方法。
（項目４５）
前記異なる画像は、前記仮想オブジェクトの異なるビューを提供する、項目４２に記載の方法。
（項目４６）
前記第１の視差的に異なる瞳孔内画像を投入することと、前記第２の視差的に異なる瞳孔内画像を投入することとは、同時に実施される、項目４２に記載の方法。
（項目４７）
前記画像光を異なる場所から前記眼に選択的に透過させるための選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイを提供することであって、前記選択的にアクティブ化されるシャッタのアレイは、前記投影光学系のアイボックスボリューム内に配置される、こと
をさらに含む、項目４２に記載の方法。
（項目４８）
前記光コリメータは、異なる光のビームを前記光エミッタの関連付けられるグループの光エミッタから第１の軸に沿った異なる場所に提供するように構成されるレンチキュラーレンズレットであり、シャッタのアレイは、前記第１の軸に直交する第２の軸に沿って、サブ瞳を形成するように配列される、項目４７に記載の方法。
（項目４９）
前記光エミッタのグループの異なる光エミッタによって形成される複数の画像を空間的に多重化し、ディスプレイサブ瞳を前記第１の軸に沿って位置させることと、シャッタの開放と対応する光エミッタのアクティブ化とを同期させることによって、複数の画像を時間的に多重化させることとをさらに含む、項目４８に記載の方法。
（項目５０）
前記シャッタのアレイは、選択的に移動可能な物理的構造を備える、項目４７に記載の方法。
（項目５１）
前記シャッタのアレイは、可逆的に変化可能な状態を有する化学種を備え、前記状態は、異なる量の光透過を提供する、項目４７に記載の方法。
（項目５２）
前記第１の視差的に異なる瞳孔内画像を投入することと、前記第２の視差的に異なる瞳孔内画像を投入することは、前記光エミッタからの光を前記眼に瞳中継コンバイナ接眼レンズを通してルーティングすることを含む、項目４２に記載の方法。
（項目５３）
前記瞳中継コンバイナ接眼レンズは、導波管を備え、前記導波管は、
前記画像光を前記導波管の中に内部結合するための内部結合光学要素と、
内部結合された画像光を前記導波管から外に外部結合するための外部結合光学要素と
を備える、項目５２に記載の方法。
（項目５４）
前記頭部搭載型ディスプレイシステムから、第２のセットの視差的に異なる瞳孔内画像を視認者の第２の眼の中に投入することをさらに含む、項目４２に記載の方法。

図１は、ＡＲデバイスを通した拡張現実（ＡＲ）のユーザのビューを図示する。

図２は、ユーザのための３次元画像をシミュレートするための従来のスキームを図示する。

図３は、複数の深度平面を使用して３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。

図４Ａ－４Ｃは、波面曲率と焦点距離との間の関係を図示する。

図５は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図示する。

図６Ａは、連続入射波面のための眼の遠近調節前および遠近調節後の状態を図示する。

図６Ｂは、連続入射波面のための区分近似に対する眼の遠近調節前および遠近調節後の状態を図示する。

図７Ａは、投影システムによって提供される有限焦点距離仮想画像から発出する発散波面に対して遠近調節する眼を図示する。

図７Ｂは、無限遠合焦仮想画像によって形成される波面セグメントを利用して図７Ａの発散波面の近似を形成するためのシステムを図示する。

図８は、図７Ｂの発散波面近似を形成する視差ビューの実施例を図示する。

図９は、図７Ｂおよび８の発散波面近似を形成するための投影システムを備える、ディスプレイシステムの実施例を図示する。

図１０Ａ－１０Ｃは、異なる視差ビューを提供するためのシャッタのアレイの実施例を図示する。

図１１は、異なる視差的に異なる瞳孔内画像を図９に示されるものと異なる時間に提供する、図９の投影システムの実施例を図示する。

図１２は、光コリメータのアレイを発光型マイクロディスプレイと投影光学系との間に伴う、図９および１１の投影システムの実施例を図示する。

図１３は、図７Ｂおよび８の発散波面近似を形成するための投影システムを備える、ディスプレイシステムの別の実施例を図示する。

図１４は、光コリメータのアレイと、異なる視差的に異なる瞳孔内画像を形成するためのシャッタのアレイとを有する、投影システムの実施例を図示する。

図１５は、種々の実施形態による、投影システムによって提供される深度平面の範囲の実施例を図示する。

図１６Ａは、シャッタのアレイと、画像コンテンツを世界のユーザのビュー上に重畳するための瞳中継コンバイナ接眼レンズとを備える、投影システムを備える、ディスプレイシステムの実施例を図示する。

図１６Ｂは、異なる瞳孔内画像を提供するための光コリメータのアレイと、画像コンテンツを世界のユーザのビュー上に重畳するための瞳中継コンバイナ接眼レンズとを備える、投影システムを備える、ディスプレイシステムの実施例を図示する。

図１７Ａは、シャッタのアレイと、画像コンテンツを世界のユーザのビュー上に重畳するための瞳中継コンバイナ接眼レンズとを備える、投影システムを備える、ディスプレイシステムの別の実施例を図示する。

図１７Ｂは、異なる瞳孔内画像を提供するための光コリメータのアレイと、画像コンテンツを世界のユーザのビュー上に重畳するための瞳中継コンバイナ接眼レンズとを備える、投影システムを備える、ディスプレイシステムの別の実施例を図示する。

図１８は、眼追跡システムと、瞳エクスパンダを伴うコンバイナ接眼レンズとを備える、ディスプレイシステムの実施例を図示する。

図１９は、眼追跡システムと、非無限遠深度平面を生産するように構成される瞳エクスパンダを伴う瞳中継コンバイナ接眼レンズとを備える、ディスプレイシステムの実施例を図示する。

図２０Ａ－２０Ｂは、複数のマイクロディスプレイを有する、投影システムの実施例を図示する。

図２１は、異なる原色に対応する異なる波長の光を出力するためのスタックされた導波管アセンブリを備える、接眼レンズの実施例を図示する。

図２２は、ウェアラブルディスプレイシステムの実施例を図示する。

ヒト視覚系は、画像の若干異なる提示を視認者の左および右眼のそれぞれに提供することによって、ディスプレイによって提示される画像を「３次元」であるように知覚させられ得る。各眼に提示される画像に応じて、視認者は、画像内の「仮想」オブジェクトを視認者（本明細書では、「ユーザ」とも称される）から選択された距離（例えば、ある「深度平面」）にあるように知覚する。しかしながら、単に、画像の異なる提示を左および右眼に提供することは、視認者に不快感を生じさせ得る。本明細書でさらに議論されるように、視認快適性は、眼が仮想オブジェクトが設置された深度平面における実オブジェクトを遠近調節するであろう画像に対して眼に遠近調節させることによって、増加され得る。

所与の深度平面上の仮想オブジェクトのための適切な遠近調節は、その深度平面上の実オブジェクトから生じる光の波面発散に合致する波面発散を有する光を用いて、画像を眼に提示することによって、誘発され得る。いくつかのディスプレイシステムは、明確に異なる屈折力を有する明確に異なる構造を使用して、適切な波面発散を提供する。例えば、１つの構造は、（仮想オブジェクトを１つの深度平面上に設置するための）具体的量の波面発散を提供してもよく、別の構造は、（仮想オブジェクトを異なる深度平面上に設置するための）異なる量の波面発散を提供してもよい。したがって、物理的構造とこれらのディスプレイシステム内の深度平面との間には、１対１の対応が存在し得る。深度平面毎に別個の構造の必要性に起因して、そのようなディスプレイシステムは、嵩張りおよび／または重くなり得、これは、ポータブル頭部搭載型ディスプレイ等のいくつかの用途にとって望ましくあり得ない。加えて、そのようなディスプレイシステムは、利用され得る異なる屈折力の構造の数に関する実践的限界に起因して、それらが眼から誘発し得る、異なる遠近調節応答の数が限定され得る。

連続波面、例えば、連続発散波面は、眼の中に指向される視差的に異なる瞳孔内画像を投入することによって、近似され得ることが見出されている。例えば、ディスプレイシステムは、遠近調節応答とディスプレイ内の光学構造との間の１対１の対応を要求せずに、ある範囲の遠近調節応答を提供し得る。ディスプレイシステムは、視差的に異なる瞳孔内画像のセットを眼の中に投入することによって、所望の深度平面に対応する選択された量の知覚される波面発散を伴う光を出力してもよい。これらの画像は、各画像が所与の深度平面上の同一仮想オブジェクトまたは場面の異なる視差ビューであると見なされ得るため、「視差的に異なる」瞳孔内画像と称され得る。これらは、視差差を保有する画像のセットが、片眼、例えば、視認者の右または左眼の瞳孔の中に投影されるため、「瞳孔内」画像である。画像は、ある程度の重複を有し得るが、これらの画像を形成する光ビームは、重複を伴わない少なくともいくつかの面積を有し、瞳孔上に若干異なる角度から衝突するであろう。いくつかの実施形態では、視認者の他方の眼、例えば、左眼は、その独自の視差的に異なる瞳孔内画像のセットを提供されてもよい。各眼の中に投影された視差的に異なる瞳孔内画像のセットは、若干異なり得る、例えば、画像は、各眼によって提供される若干異なる視点に起因して、同一場面の若干異なるビューを示し得る。

異なるビューの瞳孔内画像のそれぞれを形成する光の波面は、眼の瞳孔の中に投影されるとき、全体として、連続発散波面に近似し得る。本近似された波面の知覚される発散の量は、瞳孔内画像間の視差差を変動させることによって、変動され得る、すなわち、視差差の変化は、瞳孔内画像を形成する光の波面が及ぶ角度範囲を変化させる。好ましくは、本角度範囲は、近似されている連続波面が及ぶ角度範囲を模倣する。いくつかの実施形態では、個々の瞳孔内画像を形成する光の波面は、本明細書に議論されるように、コリメートまたは準コリメートされる。瞳孔内画像を提供するためのシステムの実施例は、２０１８年４月２６日に公開された、米国出願公開第２０１８／０１１３３１１号に開示される。その出願に開示される、いくつかの実施形態は、光エミッタを利用して、空間光変調器を照明し、これは、光エミッタからの光を画像情報でエンコーディングする、すなわち、複数の光エミッタが、提供されてもよく、異なる瞳孔内画像が、光エミッタを使用して、異なる場所に形成され、所望の視差差の量を画像間に提供してもよい。

好ましくは、特定の連続波面に近似させるための瞳孔内画像のセットが、ヒト視覚系が、画像が異なる時間に眼に提供されたことを検出しないほど十分に急速に、眼の中に投入される。理論によって限定されるわけではないが、用語「フリッカ融合閾値」は、ヒトの眼に提示される画像が、同時に提示されていると知覚される、持続時間を示すために使用され得る、すなわち、視覚系は、フリッカ融合閾値内に網膜上に形成される画像を同時に提示されていると知覚し得る。いくつかの実施形態では、連続波面に近似させるステップは、光のビームの全てを投入するための総持続時間がフリッカ融合閾値未満の状態において、瞳孔内画像のセット毎に、光のビームを眼の中に順次投入するステップを含んでもよい。フリッカ融合閾値を上回る持続時間にわたって画像のセットを提示することは、ヒト視覚系が画像のうちの少なくともいくつかが眼の中に別個に投入されていると知覚する結果をもたらし得ることを理解されたい。実施例として、フリッカ融合閾値は、約１／６０秒であってもよい。その結果、瞳孔内画像の各セットは、特定の数の視差ビュー、例えば、２つ以上のビュー、３つ以上のビュー、４つ以上のビュー等から成ってもよく、好ましくは、これらのビューは全て、フリッカ融合閾値内で眼に提供される。

所望のビューの全てをフリッカ融合閾値内で提供することは、物理的要素が出力された光の強度を変調させるように移動される、空間光変調器を使用するもの等、いくつかのディスプレイ技術にとって、課題を提示する。これらの要素を物理的に移動させる必要性は、個々のピクセルが状態を変化させ得る速度を限定し得、また、これらの光学要素を使用したディスプレイのフレームレートを制約する。加えて、空間光変調器は、別個の光源を要求し得、これは、望ましくないことに、ディスプレイシステムの複雑性、サイズ、および重量を追加し得、潜在的に、表示される画像の明度を限定し得る。

いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムは、発光型マイクロディスプレイを含み、これは、有利なこととして、異なる瞳孔内画像を著しく高レートで提供し得る。加えて、ディスプレイシステムは、シャッタのアレイを含んでもよい。シャッタのアレイのシャッタは、個々に選択的に開放され、またはアクティブ化され、光透過を可能にし、光が異なる場所から網膜の中に伝搬することを可能にしてもよい。発光型マイクロディスプレイは、瞳孔内画像を形成するための画像光を放出し、画像光は、シャッタのアレイに伝搬する。異なる場所におけるシャッタの異なるものは、選択的に開放され（画像光に対して透過性にされ）、画像光がそれらの異なる場所から視認者の眼の中にさらに伝搬することを可能にしてもよい。瞳孔内画像間の視差差の量は、シャッタが開放される場所を変化させることによって変動されてもよい。その結果、開放されたシャッタ場所における空間差は、光が眼の中へと辿る経路における差異に変換され得る。異なる経路は、異なる量の視差差に対応し得る。いくつかの実施形態では、光コリメータのアレイは、発光型マイクロディスプレイに近接して配置されてもよい。例えば、発光型マイクロディスプレイの各ピクセルは、関連付けられる光コリメータを有してもよい。光コリメータは、発光型マイクロディスプレイによって放出される光の角度放出プロファイルを狭め、それによって、視認者の眼に最終的に到達する、放出される光の量を増加させてもよい。

発光型マイクロディスプレイによって形成される画像は、シャッタのアレイ内で開放される、シャッタと時間的に同期されてもよいことを理解されたい。例えば、１つの瞳孔内画像に対応する、１つのシャッタ（または複数の隣接するまたは連続的なシャッタ）の開放は、マイクロディスプレイ内のピクセルのアクティブ化と同期される、またはそれと同時であってもよい。いったん第２の瞳孔内画像のための所望の場所における別のシャッタが、開放されると、マイクロディスプレイは、その第２の瞳孔内画像を形成するための光を放出してもよい。付加的瞳孔内画像が、異なる場所におけるシャッタの開放と同期することによって形成されてもよい。眼への瞳孔内画像の本時間ベースの順次投入は、瞳孔内画像の時間的多重化または時間的に多重化された表示と称され得る。結果として、いくつかの実施形態では、マイクロディスプレイによる瞳孔内画像の提示は、異なる視差ビューが、発光型マイクロディスプレイによって異なる時間に提供され、所望の視差差を提供する異なるシャッタの開放と同期され得るように、時間的に多重化されてもよい。

好ましくは、発光型マイクロディスプレイは、マイクロＬＥＤディスプレイであって、これは、高明度および高ピクセル密度のための利点を提供する。いくつかの他の実施形態では、マイクロディスプレイは、マイクロＯＬＥＤディスプレイである。

いくつかの実施形態では、発光型マイクロディスプレイは、例えば、１～５μｍ、１～４μｍまたは１～２μｍを含む、１０μｍ未満、８μｍ未満、６μｍ未満、５μｍ未満、または２μｍ未満のピッチと、２μｍまたはそれ未満、１．７μｍまたはそれ未満、または１．３μｍまたはそれ未満のエミッタサイズとを有する、光エミッタのアレイを備える。いくつかの実施形態では、エミッタサイズは、上記のサイズの上限と、１μｍの下限とを有する、範囲内である。エミッタサイズ対ピッチの比の実施例は、１：１～１：５、１：２～１：４、または１：２～１：３を含む。

いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムは、光コリメータアレイと併せて、発光型マイクロディスプレイを利用し、異なる量の視差差を提供してもよい。コリメータアレイは、マイクロディスプレイによって放出される光を、異なる量の視差差に対応する、異なる経路に沿って、指向するように構成されてもよい。例えば、コリメータアレイは、発光型マイクロディスプレイに近接して、または直接その上に位置付けられてもよい。いくつかの実施形態では、光コリメータは、レンズレットである。コリメータアレイの各コリメータは、関連付けられるサブピクセルのグループを含んでもよく、それぞれ、コリメータに対して異なる場所に配置される。結果として、サブピクセルのグループの異なるサブピクセルからの光は、コリメータと異なるようにインターフェースをとり、若干異なる経路に沿って、コリメータによって指向される。これらの異なる経路は、異なる量の視差差に対応し得る。したがって、各コリメータは、瞳孔内画像の異なるピクセルに対応し得、各サブピクセルは、２つ以上のピクセル間の視差差が、それらのピクセルを形成するサブピクセルの適切なアクティブ化によって選択され得るように、そのピクセルのための異なる光経路を提供し得る。いくつかの実施形態では、有利なこととして、異なる瞳孔内画像は、画像を形成するサブピクセルの場所によって決定された視差差およびそれらのサブピクセルからの光の伝搬を指向するコリメータアレイと同時に、形成され、眼に提供されてもよい。

上記に述べられたように、異なるサブピクセルからの光は、投影光学系、したがって、視認者の眼への異なる経路を辿るであろう。その結果、アクティブサブピクセルの側方および／または垂直変位は、光コリメータアレイから出射し、最終的に、投影光学系を通して視認者の瞳孔に向かって伝搬する、光の角度変位に変換される。いくつかの実施形態では、異なる画像を形成するために使用されるアクティブ化されるサブピクセル間の側方変位の増加は、マイクロディスプレイに対して測定されるような角度変位の増加に変換されると理解され得る。いくつかの実施形態では、特定の波面に近似させるために使用される、瞳孔内画像はそれぞれ、異なるサブピクセルからの光を出力し、それによって、角度変位を画像のそれぞれを形成する光のビーム間に提供することによって形成されてもよい。

いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムは、コリメータアレイまたはシャッタのアレイを利用するかどうかにかかわらず、光を眼の中に投入するための投影光学系を含んでもよい。発光型マイクロディスプレイは、画像情報でエンコーディングされた光を出力し、瞳孔内画像を形成するように構成されてもよい。光は、続いて、投影光学系上に衝突し、それを通して、最終的には、視認者の眼に伝搬する。

いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムは、コンバイナ接眼レンズを含んでもよく、これは、仮想画像コンテンツが世界の視認者のビューまたは周囲環境とオーバーレイされることを可能にする。例えば、コンバイナ接眼レンズは、視認者に世界が見えることを可能にする、光学的に透過性の導波管であってもよい。加えて、導波管は、瞳孔内画像を形成する、光を受け取り、誘導し、最終的に、視認者の眼に出力するために利用されてもよい。導波管は、視認者と世界との間に位置付けられ得るため、導波管によって出力された光は、世界内の種々の深度平面上に設置される、仮想画像を形成するように知覚され得る。本質的に、コンバイナ接眼レンズは、視認者が、ディスプレイシステムからの光と世界からの光の組み合わせを受け取ることを可能にする。

いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムはまた、眼追跡システムを含み、視認者の視線方向を検出してもよい。そのような眼追跡システムは、適切なコンテンツが、視認者が見ている場所に基づいて、選択および表示されることを可能にする。

好ましくは、ディスプレイシステムは、個々の瞳孔内画像を形成する光によって提供される被写界深度が、実質的に無限であって、視覚系が、眼が個々の瞳孔内画像に対して遠近調節不能である、「開ループ」モードで動作する、十分に小射出瞳を有する。いくつかの実施形態では、個々の画像を形成する光ビームは、眼上に入射するとき、約０．５ｍｍ未満の幅または直径を有する面積を占有する。しかしながら、瞳孔内画像のセットを形成する光ビームは、少なくとも部分的に、重複せず、光ビームのセットは、好ましくは、０．５ｍｍより大きい面積を画定し、十分な情報を眼の水晶体に提供し、瞳孔内画像を形成する光の波面によって形成される波面近似に基づいて、所望の遠近調節応答を誘発することを理解されたい。

理論によって限定されるわけではないが、光のビームのセットによって画定された面積は、それを通して眼が場面を視認する合成開口を模倣すると見なされ得る。瞳孔の正面の十分に小さいピンホールを通して場面を視認することは、ほぼ無限被写界深度を提供することを理解されたい。ピンホールの小開口を前提として、眼の水晶体は、明確に異なる焦点深度を判別するための適正な場面サンプリングを提供されない。ピンホールが拡大するにつれて、付加的情報が、眼の水晶体に提供され、自然光学現象が、限定された焦点深度が知覚されることを可能にする。有利なこととして、光のビームのセットによって画定された面積および対応する視差的に異なる瞳孔内画像のセットは、無限被写界深度を生産するピンホールより大きくされ得、複数の瞳孔内画像は、上記の拡大されたピンホールによって提供される効果の近似を生産し得る。

本明細書に開示されるいくつかの実施形態は、種々の利点を提供し得る。例えば、マイクロディスプレイは、発光型であるため、外部照明は、要求されず、それによって、投影システムのサイズおよび重量の低減を促進する。これらのマイクロディスプレイの小サイズは、過度に大または複雑なプロジェクタを要求せずに、別個の原色（例えば、赤色、緑色、青色）マイクロディスプレイパネルを伴う、単一プロジェクタの使用を可能にする。いくつかの実施形態では、有利なこととして、本明細書に開示される、種々のマイクロディスプレイの小サイズおよび重量のため、異なるプロジェクタが、異なる原色のために使用されてもよい。加えて、ＬＣＯＳディスプレイ等の典型的ディスプレイと対照的に、偏光が、光に画像情報を提供するために必要とされない。結果として、偏光と関連付けられる、光損失は、回避され得る。また、マイクロディスプレイの個々の光エミッタは、高エタンデュを有し、結果として、各ピクセルからの光は、必然的に、超大規模な瞳面積を充填し、これは、望ましくは、大アイボックスボリュームを提供することができる。いくつかの実施形態では、発光型マイクロディスプレイは、マイクロＬＥＤディスプレイであって、これは、著しく高フレームレート（例えば、１～２ｋＨｚを含む、１ｋＨｚ以上のフレームレート）を有してもよい。加えて、発光型マイクロディスプレイは、著しく小ピクセルピッチ（例えば、２～４μｍまたは１～２μｍを含む、１～４μｍ）と、高ピクセル密度を有してもよく、これは、望ましくは、高画像分解能を提供し得る。

ここで、図面を参照するが、同様の参照番号は、全体を通して同様の部分を指す。

本明細書に議論されるように、「３次元」または「３－Ｄ」としての画像の知覚は、視認者の各眼への画像の若干異なる提示を提供することによって達成され得る。図２は、ユーザに関する３次元画像をシミュレートするための従来のスキームを図示する。眼２１０、２２０毎に１つの２つの明確に異なる画像１９０、２００が、ユーザに出力される。画像１９０、２００は、視認者の通視線と平行な光学またはｚ－軸に沿って距離２３０だけ眼２１０、２２０から離間される。画像１９０、２００は、平坦であって、眼２１０、２２０は、単一の遠近調節された状態をとることによって、画像上に合焦し得る。そのような３－Ｄディスプレイスキームは、ヒト視覚系に依拠し、画像１９０、２００を組み合わせ、組み合わせられた画像の深度および／または尺度の知覚を提供する。

しかしながら、ヒト視覚系は、より複雑であって、深度の現実的知覚を提供することは、より困難であることを理解されたい。例えば、従来の「３－Ｄ」ディスプレイシステムの多くの視認者は、そのようなシステムが不快であることを見出す、または深度の感覚を全く知覚しない場合がある。理論によって限定されるわけではないが、オブジェクトの視認者は、輻輳・開散運動と遠近調節の組み合わせに起因して、オブジェクトを「３次元」として知覚し得ると考えられる。相互に対する２つの眼の輻輳・開散運動の移動（すなわち、瞳孔が、眼の視線を収束させ、オブジェクトを固視させるための相互に向かった、またはそこから離れるが、眼の回転）は、眼の水晶体および瞳孔の合焦（または「遠近調節」）と密接に関連付けられる。通常条件下、１つのオブジェクトから異なる距離における別のオブジェクトに眼の水晶体の焦点を変化させる（または眼を遠近調節する）ことは、「遠近調節－輻輳・開散運動反射」として知られる関係下、同一距離までの輻輳・開散運動の合致する変化を自動的に生じさせるであろう。同様に、輻輳・開散運動の変化は、通常条件下、水晶体形状および瞳孔サイズの変化に伴う、遠近調節の合致する変化を誘起するであろう。本明細書に記載されるように、多くの立体視または「３－Ｄ」ディスプレイシステムは、３次元視点がヒト視覚系によって知覚されるように、各眼への若干異なる提示（したがって、若干異なる画像）を使用して、場面を表示する。しかしながら、そのようなシステムは、とりわけ、単に、場面の異なる提示を提供する、すなわち、全画像情報を、眼は、異なる深度におけるオブジェクトに関す画像情報さえ、単一の遠近調節された状態において視認するため、多くの視認者にとって不快である。しかしながら、これは、「遠近調節－輻輳・開散運動反射」に対抗して機能する。遠近調節と輻輳・開散運動との間のより優れた整合を提供するディスプレイシステムは、３次元画像のより現実的かつ快適なシミュレーションを形成し、これは、ユーザが、より長い持続時間にわたって、ディスプレイを装着することを促進する。

図３は、複数の深度平面を使用して３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。ｚ－軸上の眼２１０、２２０からの種々の距離におけるオブジェクトは、それらのオブジェクトが合焦するように、眼２１０、２２０によって遠近調節される。すなわち、眼２１０、２２０は、特定の遠近調節された状態をとり、ｚ－軸に沿って異なる距離においてオブジェクトに合焦させる。その結果、特定の遠近調節された状態は、特定の深度平面におけるオブジェクトまたはオブジェクトの一部が、眼がその深度平面のための遠近調節された状態にあるとき合焦するように、関連付けられた焦点距離を有する、深度平面２４０のうちの特定の１つと関連付けられると言え得る。いくつかの実施形態では、３次元画像が、眼２１０、２２０毎に画像の異なる提示を提供することによってシミュレートされてもよく、画像の提示はまた、異なる深度平面に関して異なる。例証を明確にするために別個であるものとして示されるが、眼２１０、２２０の視野は、例えば、ｚ－軸に沿った距離が増加するにつれて重複し得ることを理解されたい。加えて、例証を容易にするために平坦として示されるが、深度平面の輪郭は、深度平面内の全ての特徴が特定の遠近調節された状態における眼と合焦するように、物理的空間内で湾曲され得ることを理解されたい。

オブジェクトと眼２１０または２２０との間の距離はまた、その眼によって視認されるようなそのオブジェクトからの光の発散の量を変化させ得る。図４Ａ－４Ｃは、距離と光線の発散との間の関係を図示する。オブジェクトと眼２１０との間の距離は、減少距離Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３の順序で表される。図４Ａ－４Ｃに示されるように、光線は、オブジェクトまでの距離が減少するにつれてより発散する。距離が増加するにつれて、光線は、よりコリメートされる。換言すると、点（オブジェクトまたはオブジェクトの一部）によって生成されるライトフィールドは、点がユーザの眼から離れている距離の関数である、球状波面曲率を有すると言え得る。曲率は、オブジェクトと眼２１０との間の距離の減少に伴って増加する。その結果、異なる深度平面では、光線の発散度もまた、異なり、発散度は、深度平面と視認者の眼２１０との間の距離の減少に伴って増加する。単眼２１０のみが、例証を明確にするために、図４Ａ－４Ｃおよび本明細書の種々の他の図に図示されるが、眼２１０に関する議論は、視認者の両眼２１０および２２０に適用され得ることを理解されたい。

理論によって限定されるわけではないが、ヒトの眼は、典型的には、有限数の深度平面を解釈し、深度知覚を提供することができると考えられる。その結果、知覚された深度の高度に真実味のあるシミュレーションが、眼にこれらの限定数の深度平面のそれぞれに対応する画像の異なる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、視認者の眼によって別個に集束され、それによって、異なる特徴が異なる深度平面上に位置する場面内の異なる画像特徴に合焦させるために要求される眼の遠近調節に基づいて、ユーザに深度キューを提供することに役立ててもよい。これはまた、他の深度平面上の他の画像特徴を焦点外に現れさせ得、これは、視認者にとって付加的深度感覚を提供する。

各深度平面は、関連付けられた波面発散を有するため、特定の深度平面にあるように現れる画像コンテンツを表示するために、いくつかのディスプレイは、その深度平面に対応する波面発散を伴う光を出力するための屈折力を有する、導波管を利用してもよい。複数の類似するが異なる屈折力を有する導波管が、画像コンテンツを複数の深度平面上に表示するために利用されてもよい。例えば、そのようなシステムは、スタック内に形成される複数のそのような導波管を利用してもよい。図５は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図示する。ディスプレイシステム２５０は、画像情報を出力するための複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０を使用して３次元知覚を眼／脳に提供するために利用され得る、導波管のスタック２６０を含む。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、画像情報を含有する光を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０に投入するために利用されてもよい。いくつかの実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、異なる光投影システムおよび／または１つ以上の投影システムの異なる瞳と理解され得る。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、例えば、空気または他の低屈折率材料によって、他の導波管から分離されてもよく、導波管の個々のものを通して、光の全内部反射を促進する。各導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、各導波管が特定の深度平面に対応する事前に設定された量の波面発散を伴う光を出力するような屈折力を提供する、構造（例えば、それぞれ、光学格子および／またはレンズ５７０、５８０、５９０、６００、６１０）を含んでもよい。したがって、各導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、画像コンテンツをその導波管によって提供される波面発散の量によって決定された関連付けられた深度平面上に設置する。

しかしながら、導波管と深度平面との間の１対１の対応は、複数の深度平面が所望されるシステム内では、嵩張りかつ重いデバイスにつながり得ることを理解されたい。そのような実施形態では、複数の深度平面は、複数の導波管を要求するであろう。加えて、色画像が所望される場合、各深度平面が、複数の対応する導波管を有し得、原色（例えば、赤色、緑色、または青色）毎に１つの導波管が、色画像を形成するために要求され得るため、さらにより多数の導波管が、要求され得る。

有利なこととして、本明細書の種々の実施形態は、オブジェクトまたは場面の異なる視差ビューを提示する瞳孔内画像を形成する、離散光ビームを使用することによって、所望の連続波面に近似させる、より単純なディスプレイシステムを提供し得る。さらに、投影システムに対するディスプレイシステムのサイズおよび重量を低減させ得る、発光型マイクロディスプレイを利用する、光投影システムは、別個の空間光変調器と、光源とを利用する。加えて、いくつかの実施形態は、著しく高フレームレートを提供し、所望の数の瞳孔内画像を所与の持続時間内に提供する際、柔軟性に関する利点を提供し得る。

ここで図６Ａを参照すると、眼２１０の遠近調節前状態と、連続入力波面１０００を受け取ることに応じた遠近調節後状態とが、図示される。例証ａ）は、視覚系が波面１０００を網膜２１１上に合焦させる前の遠近調節前状態を示す。着目すべきこととして、焦点２１２は網膜２１１上にない。例えば、焦点２１２は、図示されるように、網膜２１１の前方にあり得る。例証ｂ）は、ヒト視覚系が視認者の眼２１０の瞳孔筋肉組織を撓曲させ、波面１０００を網膜２１１上に合焦させた後の遠近調節後状態を示す。図示されるように、焦点２１２は、網膜２１１上にあり得る。

図６Ａの波面１０００等の連続波面は、複数の波面を使用して近似され得ることが見出されている。図６Ｂは、眼２１０の遠近調節前状態と、図６Ａの連続波面１０００の区分近似を受け取ることに応じた遠近調節後状態とを図示する。図６Ｂの例証ａ）は、眼２１０の遠近調節前状態を示し、例証ｂ）は、遠近調節後状態を示す。近似は、複数の構成波面１０１０ａ、１０１０ｂ、および１０１０ｃを使用して形成されてもよく、それぞれ、別個の光のビームと関連付けられる。本明細書で使用されるように、参照番号１０１０ａ、１０１０ｂ、および１０１０ｃは、光ビームとその光ビームの関連付けられた波面の両方を示し得る。いくつかの実施形態では、構成波面１０１０ａおよび１０１０ｂは、コリメートされた光のビームによって形成されるような平面波面であり得る。例証ｂ）に示されるように、構成波面１０１０ａおよび１０１０ｂによって形成される波面近似１０１０は、眼２１０によって網膜２１１上に合焦され、焦点２１２は、網膜２１１上にある。有利なこととして、遠近調節前および後の状態は、図６Ａに示される連続波面１０００によって生じるものに類似する。

連続発散波面は、光学投影システムを使用して形成されてもよいことを理解されたい。上記に述べられたように、２０１８年４月２６日に公開された、米国出願公開第２０１８／０１１３３１１号は、光源を使用して空間光変調器１０１８を照明する例示的システムを開示する。図７Ａは、投影システムによって提供される有限焦点距離仮想画像から発出する発散波面に対して遠近調節する眼を図示する。本システムは、空間光変調器１０１８と、焦点距離「Ｆ」および外部停止を伴う投影光学系１０２０とを含む。光源（図示せず）は、光を空間光変調器１０１８に提供し、画像は、光を変調させることによって、空間光変調器１０１８によって形成され得る。画像情報を含有する変調された光は、投影光学系１０２０を通して眼２１０に指向されてもよい。図７Ａに示されるように、マイクロディスプレイ２０００と投影光学系１０２０との間の間隔（Ｆ未満）は、発散波面１０００が眼２１０に向かって出力されるように選定されてもよい。図６Ａに関して上記に述べられたように、眼２１０は、次いで、波面１０００を網膜２１１上に合焦させ得る。

図７Ｂは、無限遠合焦仮想画像によって形成される波面セグメントを利用して図７Ａの発散波面の近似を形成するためのシステムを図示する。上記のように、本システムは、空間光変調器１０１８と、投影光学系１０２０とを含む。上記のように、光源（図示せず）は、光を空間光変調器１０１８に提供し、これは、光を変調させ、画像を形成する。空間光変調器１０１８は、相互に対して偏移される、２つの画像を形成し得る。空間光変調器１０１８は、Ｆの背面焦点距離を有する、投影光学系１０２０の背面焦点面から距離Ｆに設置される。第１の画像に関する画像情報を含有する、光ビーム１０１０ａは、投影光学系１０２０を通して眼２１０の中に伝搬する。第２の画像に関する画像情報を含有する、光ビーム１０１０ｂは、投影光学系１０２０を通して眼２１０の中への異なる経路を辿る。光ビーム１０１０ａおよび１０１０ｂは、それらの光ビームが、発散波面１０００（図７Ａ）の角度範囲に合致する光ビーム毎の角度範囲を画定するように、空間光変調器から経路に沿って投影光学１０２０を通して眼２１０の中に伝搬する。光ビーム１０１０ａと１０１０ｂとの間の角度分離は、近似される波面発散量の増加に伴って増加することを理解されたい。

ここで図８を参照すると、図７Ｂの発散波面近似を形成する視差ビューの実施例が、図示される。光ビーム１０１０ａ、１０１０ｂ、および１０１０ｃはそれぞれ、空間内の画像の異なる場所に対応する若干異なる視点からの同一オブジェクトまたは場面の１つのビューの明確に異なる画像を形成することを理解されたい。図示されるように、画像は、異なる時間に連続して眼２１０の中に投入されてもよい。代替として、画像は、光学システムが可能である場合、同時に投入されてもよい、または画像のグループは、本明細書に議論されるように、同時に投入されてもよい。いくつかの実施形態では、画像の全てを形成する光が眼２１０の中に投入される、総持続時間は、視認者のフリッカ融合閾値未満である。例えば、フリッカ融合閾値は、１秒の１／６０であり得、光ビーム１０１０ａ、１０１０ｂ、および１０１０ｃは全て、そのフリッカ融合閾値未満の持続時間にわたって眼２１０の中に投入される。したがって、ヒト視覚系は、これらの画像の全てを統合し、それらは、光ビーム１０１０ａ、１０１０ｂ、および１０１０ｃが、その眼２１０の中に同時に投入されたかのように眼２１０に現れる。光ビーム１０１０ａ、１０１０ｂ、および１０１０ｃは、したがって、波面近似１０１０を形成する。

ここで図９を参照すると、図７Ｂおよび８の発散波面近似１０１０を形成するための投影システム１００３を備える、ディスプレイシステム１００１の実施例が、図示される。投影システム１００３は、画像を形成するためのピクセルとして機能する、複数の光エミッタ２００２を備える、マイクロディスプレイ２０００を備える。光エミッタ２００２は、光２００２ａ、２００２ｂ、２００２ｃを放出し、これは、中継／投影光学系１０２０を通して伝搬し、中継／投影光学系１０２０によって出力される。光は、次いで、シャッタのアレイ２００４の開放シャッタ２００６_１を通して継続する。開放シャッタ２００６_１は、シャッタ開口サブ瞳を形成すると理解され得る。加えて、開放シャッタ２００６_１を通して伝搬する光は、光ビーム１０１０ａと理解され得、これは、眼２１０の中に伝搬し、瞳孔内画像（例えば、図８における光のビーム１０１０ａによって形成される画像参照）を形成する。好ましくは、シャッタのアレイ２００４は、眼２１０の瞳孔の平面上またはそれに近接して位置する。

投影光学系１０２０によって受け取られる光の開口数は、焦点距離および投影光学系の直径によって決定されることを理解されたい。投影光学系１０２０から出現する光は、瞳を形成し、これは、いくつかの実施形態では、投影光学系１０２０の出射開口にあってもよい。加えて、投影光学系１０２０を通して伝搬し、そこから出射する、光２００２ａ、２００２ｂ、２００２ｃは、異なる方向に伝搬し続けるが、また、ボリューム２００３を画定するように重複する。ボリューム２００３は、アイボックスであって、いくつかの実施形態では、角錐形状であってもよい。上記に述べられたように、アイボックスは、マイクロディスプレイ２０００の光エミッタ２００２の全てからの寄与を含む。好ましくは、投影光学系瞳のサイズ（例えば、側方寸法）と、その中に眼２１０が設置される、アイボックスのサイズ（例えば、側方寸法）は、マイクロディスプレイ２０００からの画像を視認するときの眼２１０の瞳孔と同じ多さまたはより大きいサイズ（例えば、側方寸法）である。結果として、好ましくは、マイクロディスプレイ２０００上に形成される画像の全体が、眼２１０によって視認され得る。加えて、本明細書に記載されるように、シャッタのアレイ２００４は、好ましくは、シャッタのアレイ２００４がまた、アイボックスボリューム２００３内にあるように、眼２１０の瞳孔の平面上またはそれに近接して位置する。

図９を継続して参照すると、本明細書に記載されるように、マイクロディスプレイ２０００は、光エミッタ２００２のアレイを備えてもよい。光エミッタの実施例は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）およびマイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）を含む。ＯＬＥＤは、光を放出するために有機材料を利用し、マイクロＬＥＤは、光を放出するために無機材料を利用することを理解されたい。

有利なこととして、いくつかのマイクロＬＥＤは、ＯＬＥＤより高い輝度およびより高い効率（ｌｕｘ／Ｗの観点から）を提供する。いくつかの実施形態では、マイクロディスプレイは、好ましくは、マイクロＬＥＤディスプレイである。マイクロＬＥＤは、光放出のために、無機材料、例えば、ＧａＡｓ、ＧａＮ、および／またはＧａＩｎ等のＩＩＩ－Ｖ族材料を利用してもよい。ＧａＮ材料の実施例は、ＩｎＧａＮを含み、これは、いくつかの実施形態では、青色または緑色光エミッタを形成するために使用されてもよい。ＧａＩｎ材料の実施例は、ＡｌＧａＩｎＰを含み、これは、いくつかの実施形態では、赤色光エミッタを形成するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、光エミッタ２００２は、初期色の光を放出してもよく、これは、蛍光体材料または量子ドットを使用して、他の所望の色に変換されてもよい。例えば、光エミッタ２０００２は、青色光を放出してもよく、これは、青色波長光を緑色または赤色波長に変換する、蛍光体材料または量子ドットを励起させる。

いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム１００１は、眼の視線を監視するように構成される、眼追跡デバイス１０２２、例えば、カメラを含んでもよい。そのような監視は、視認者が見ている方向を決定するために使用されてもよく、これは、その方向に関して適切な画像コンテンツを選択するために使用され得る。眼追跡デバイス１０２２は、視認者の両眼を追跡してもよい、または各眼は、その独自の関連付けられた眼追跡デバイスを含んでもよい。いくつかの実施形態では、視認者の両眼の輻輳・開散運動が、追跡され得、眼の視線の収束点が、決定され、眼が指向される方向および距離を決定し得る。

図９を継続して参照すると、ディスプレイシステム１００１はまた、ディスプレイシステムによって提供される画像コンテンツのタイミングおよびタイプを決定するための制御システム１０２４を含んでもよい。いくつかの実施形態では、制御システム１０２４は、ディスプレイシステム１００１を制御するためのプログラムを記憶するメモリを伴う、１つ以上のハードウェアプロセッサを備える。例えば、システム１０２４は、シャッタアレイ２００４の個々のシャッタの開放、マイクロディスプレイ２０００のエミッタ２００２のアクティブ化、および／または眼追跡デバイス１０２２から受信されたデータに対するディスプレイシステム１００１の解釈および反応を制御するように構成されてもよい。好ましくは、システム１０２４は、所望の深度平面または波面発散のための適切な差量を伴う視差ビューを形成するために、所望の深度平面または波面発散に関する入力を受信し、開放するための適切なシャッタを計算するように構成される、算出モジュール１０２４ａを含む。加えて、算出モジュール１０２４ａは、マイクロディスプレイ２０００の光エミッタ２００２の適切な作動を決定し、所望の視差ビューの画像を形成するように構成されてもよい。システム１０２４はまた、シャッタアレイ２００４の特定のシャッタのアクティブ化とマイクロディスプレイ２０００の光エミッタ２００２による光の放出を同期させ、所望の視差ビューを提供する画像を形成するように構成される、同期モジュール１０２４ｂを含んでもよい。加えて、システム１０２４は、入力を眼追跡デバイス１０２２から受信する、眼追跡モジュール１０２４ｃを含んでもよい。例えば、眼追跡デバイス１０２２は、眼２１０を結像するように構成される、カメラであってもよい。眼追跡デバイス１０２２によって捕捉された画像に基づいて、眼追跡モジュール１０２４ｃは、瞳孔の配向を決定し、眼２１０の通視線を外挿するように構成されてもよい。本情報は、算出モジュール１０２４ａに電子的に伝達されてもよい。算出モジュール１０２４ａは、眼２１０の通視線または視線に基づいて（好ましくは、また、視認者の他方の眼の通視線または視線に基づいて、例えば、視認者の眼の固視点に基づいて）、画像コンテンツを選択するように構成されてもよい。

ここで図１０Ａを参照すると、シャッタ２００６のアレイ２００４の実施例が、図示される。図示される図は、アレイ２００４上に衝突する、マイクロディスプレイ２０００からの光の方向から分かるように、真正面図である。図示されるように、アレイ２００４は、２つの寸法に延在してもよく、シャッタ２００６の行および列を備えてもよい。好ましくは、シャッタ２００６はそれぞれ、個々にアクティブ化または開放されてもよい。開放されたシャッタ２００６の場所は、瞳孔内画像の所望の場所に対応し得る。例えば、図９に示されるシャッタアレイ２００４は、図８に示される光ビーム１０１０ａの場所に対応する、開放されたシャッタ２００６ａを有してもよい。

アレイ２００４は、他の全体的構成を有してもよいことを理解されたい。例えば、水平視差専用駆動遠近調節に関して、アレイ２００４は、図１０Ａに示されるように、シャッタ２００６の水平線であってもよい。いくつかの他の実施形態では、垂直視差専用駆動遠近調節に関して、アレイ２００４は、図１０Ｂに示されるように、シャッタ２００６の垂直線であってもよい。

正方形のグリッドとして示されるが、シャッタ２００６は、任意の構成でアレイ化されてもよく、これは、シャッタ２００６の異なるものを開放するとき、ある視差差を提供する。例えば、シャッタ２００６は、六角形グリッドで配列されてもよい。加えて、シャッタ２００６は、正方形以外の形状を有してもよい。例えば、シャッタ２００６は、六角形形状、円形形状、三角形形状等を有してもよい。いくつかの実施形態では、複数のシャッタが、開放されてもよく、これは、開放のサイズおよび／または形状が、所望に応じて選択されることを可能にし得る。

本明細書で議論されるシャッタは、光に対して独立して透過性にされ得る、構造であることを理解されたい。その結果、開放されたシャッタは、光に対して透過されるように制御されたものであって、閉鎖されたシャッタは、光を遮断する、または不透明であるように制御されたものである。いくつかの実施形態では、シャッタは、それぞれ、光の経路から外にまたはその中に移動することによって、光を透過または遮断するための第１の位置と第２の位置との間で移動する、物理的構造であってもよい。いくつかの他の実施形態では、シャッタは、化学種を含んでもよく、これは、状態または配向を可逆的に変化させ、シャッタの光透過性質を変化させる。シャッタとしての使用のために好適な構造の実施例は、透過性のピクセル化された液晶ディスプレイを形成するピクセル、ＭＥＭＳベースの微小機械構造（例えば、光の経路の中におよびそこから外に垂直および／または水平に移動し得る）、または少なくとも２つの状態間で高切替レートが可能な他のアレイのセグメント化された構造を含む。シャッタの付加的実施例は、強誘電性シャッタを含む。好ましくは、シャッタは、マイクロディスプレイ２０００のフレーム更新レートを上回るレートにおいて、ディスプレイシステムのために所望されるシャッタ開口サブ瞳（または瞳孔内画像）の数によって決定された係数によって、状態を変化させる（透過性（開放）状態と非透過性（閉鎖）状態との間で切り替える）ことが可能である。例えば、マイクロディスプレイ２０００が、画像を１２０Ｈｚで生産し、３つのサブ瞳が、所望される場合、シャッタアレイ２００４のシャッタ２００６は、好ましくは、マイクロディスプレイフレームレートの少なくとも３倍または３×１２０Ｈｚ（例えば、３６０Ｈｚまたはより高い）の切替レートが可能である。

好ましくは、投影システム１００３（図９）は、比較的に長被写界深度を生産し、これは、システム内の開口を限定することによって制御されてもよい。理論によって限定されるわけではないが、本明細書に議論されるように、投影システムは、眼が、そのような画像に個々に遠近調節することが不可能であるため、ヒト視覚系を「開ループ」モードで動作するように強制するために十分に小さい有効瞳直径を伴って、画像を眼に提供するように構成されてもよい。しかしながら、複数の瞳孔内画像は、所望の遠近調節応答を誘発するために十分な情報を眼に提供すると考えられる。本明細書に議論されるように、瞳孔内画像を形成する光の波面は、全体として、それに対して眼が遠近調節する、波面近似を提供する。いくつかの実施形態では、投影システム１００３は、約０．５ｍｍまたはそれ未満（例えば、０．２～０．５ｍｍ）の有効瞳直径を伴って、画像を提供するように構成されてもよく、これは、ヒト視覚系を「開ループ」モードで動作するように強制するために十分に小さいと考えられる。その結果、いくつかの実施形態では、シャッタ２００６は、開放されると、０．５ｍｍまたはそれ未満（例えば、０．２～０．５ｍｍ）の幅を有する、開放を提供する。

再び、図９を参照すると、図示される開放されたシャッタ２００６_１は、第１の時間（ｔ＝ｔ_１）に開放され、初期瞳孔内画像を提供し、第１の視差ビューを示すことを理解されたい。続いて、後の時間（ｔ＝ｔ_２）において、別のシャッタが、開放され、第２の瞳孔内画像を提供し、第２の視差ビューを示し得る。

ここで図１１を参照すると、異なる視差的に異なる瞳孔内画像を後の時間（例えば、時間ｔ＝ｔ_２）に提供する、図９の投影システムの実施例が、図示される。図示されるように、シャッタ２００６_２は、開放され、光のビーム１０１０ｂを眼２１０の中に提供する。光ビーム１０１０ｂは、図８の右側に示される瞳孔内画像を形成してもよい。付加的シャッタが、他の時間に開放され、他の瞳孔内画像を提供してもよく、波面曲率に近似させるための瞳孔内画像のセットは、好ましくは、フリッカ融合閾値内に眼に提供されることを理解されたい。

再び、図９を参照すると、本明細書に記載されるように、ヒト視覚系のフリッカ融合閾値は、依然として同時に投入されているように知覚されながら眼２１０の中に投入され得る、画像の数に時間制約を課す。例えば、制御システム１０２４の処理帯域幅および光源１０２６の発光領域とマイクロディスプレイ２０００の光変調器を切り替えるための能力は、フリッカ融合閾値によって可能にされる持続時間内に眼２１０の中に投入され得る画像の数を限定し得る。本有限数の画像を前提として、制御システム１０２４は、表示される画像に関する選択を行うように構成されてもよい。例えば、フリッカ融合閾値内において、ディスプレイシステムは、視差的に異なる瞳孔内画像のセットを眼の中に投入することが要求され得、ひいては、各視差ビューは、フルカラー画像を形成するために、種々の原色の画像を要求し得る。いくつかの実施形態では、原色画像を使用するフルカラー画像の形成は、所望の遠近調節応答の解明から分岐される。例えば、理論によって限定されるわけではないが、単色の光を伴う所望の遠近調節応答を誘発することが可能性として考えられ得る。そのような場合では、遠近調節応答を誘発するために使用される視差的に異なる瞳孔内画像は、単色のみにおけるであろう。その結果、他の色の光を使用して視差的に異なる瞳孔内画像を形成することは必要ではなく、それによって、他のタイプの画像が表示されるためのフリッカ融合閾値内の時間を解放するであろう。例えば、波面により良好に近似させるために、より大きい視差的に異なる瞳孔内画像のセットが、生成されてもよい。

いくつかの他の実施形態では、制御システム１０２４は、ヒト視覚系があまり敏感ではない光の色の画像を表示するために、フリッカ融合閾値内で殆ど時間を費やさないように構成されてもよい。例えば、ヒト視覚系は、緑色光ほど青色光に対して敏感ではない。その結果、ディスプレイシステムは、青色光を用いて形成される画像より緑色光を用いて形成される多数の画像を生成するように構成されてもよい。

マイクロディスプレイ２０００の光エミッタは、大角度放出プロファイル（例えば、Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ角度放出プロファイル）を伴う、光を放出し得ることを理解されたい。望ましくないことに、そのような角度放出プロファイルは、放出される光の小部分のみが、最終的に、投影光学系１０２０を通して伝搬し、視認者の眼に到達し得るため、光を「浪費」し得る。

ここで図１２を参照すると、いくつかの実施形態では、光コリメータが、光エミッタによって放出される光の角度放出プロファイルを狭めるために利用されてもよい。図１２は、光コリメータ２０１０のアレイを発光型マイクロディスプレイ２０００と投影光学系１０２０との間に伴う、図９および１１の投影システムの実施例を図示する。光コリメータ２０１０のアレイは、光エミッタ２００２の前方に配置される。いくつかの実施形態では、各光エミッタ２００２は、専用光コリメータ２０１０を有する、すなわち、各光エミッタ２００２は、関連付けられる光コリメータ２０１０と１／１で合致される（光エミッタ２００２あたり１つの光コリメータ２０１０）。光コリメータは、関連付けられる光エミッタ２００２からの光を取り上げ、その光を光学無限遠（またはいくつかの他の実施形態では、ある他の非無限平面）に結像するように構成されてもよい。

光コリメータ２０１０は、入射光の角度放出プロファイルを狭めるように構成されてもよい。例えば、図示されるように、各光コリメータ２０１０は、比較的に広初期角度放出プロファイルを伴う、関連付けられる光エミッタ２００２からの光を受け取り、光エミッタ２００２の広初期角度放出プロファイルより狭い角度放出プロファイルを伴って、その光を出力する。いくつかの実施形態では、光コリメータ２０１０から出射する光の光線は、コリメータ２０１０を通して透過され、そこから出射する前の、光コリメータ２０１０によって受け取られた光の光線より平行である。有利なこととして、光コリメータ２０１０は、その光のより多くのものが、コリメータ２０１０が存在しない場合より視認者の眼の中に指向されることを可能にすることによって、画像を形成するための光の利用の効率を増加させ得る。

好ましくは、光コリメータ２０１０は、光エミッタ２００２に近接近して位置付けられ、光エミッタ２００２によって出力された光の大割合を捕捉する。いくつかの実施形態では、間隙が、光コリメータ２０１０と光エミッタ２００２との間に存在してもよい。いくつかの他の実施形態では、光コリメータ２０１０は、光エミッタ２００２と接触してもよい。好ましくは、光エミッタ２００２からの光の円錐の全体または大部分が、単一の関連付けられる光コリメータ２０１０上に入射する。したがって、いくつかの実施形態では、各光エミッタ２００２は、関連付けられる光コリメータ２０１０の光受け取り面より小さい（より小さい面積を占有する）。いくつかの実施形態では、各光エミッタ２００２は、近傍の光エミッタ２００２間の間隔より小さい幅を有する。

光コリメータ２０１０は、種々の形態をとってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、光コリメータ２０１０は、球状またはレンチキュラーレンズレットを含む、マイクロレンズまたはレンズレットであってもよい。本明細書に議論されるように、各マイクロレンズは、好ましくは、関連付けられる光エミッタ２００２の幅を上回る幅を有する。マイクロレンズは、フォトレジストおよびエポキシ等の樹脂を含む、ガラスまたはポリマー等の湾曲透明材料から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、光コリメータ２０１０は、ナノレンズ、例えば、回折光学格子であってもよい。いくつかの実施形態では、光コリメータ２０１０は、メタ表面および／または液晶格子であってもよい。いくつかの実施形態では、光コリメータ２０１０は、反射性ウェルの形態をとってもよい。

ここで図１３を参照すると、図７Ｂおよび８の発散波面近似を形成するための投影システム１００３の別の実施例が、図示される。いくつかの実施形態では、投影システム１００３は、マイクロディスプレイ２０００と、マイクロディスプレイ２０００と投影光学系１０２０との間に配置される、光コリメータ２０１０のアレイとを備えてもよい。投影システムは、図９に関して上記に説明されるように、投影システム１００３および眼追跡デバイス１０２２を制御するための制御システム１０２４を有する、ディスプレイシステム１００１の一部である。

図１３を継続して参照すると、マイクロディスプレイ２０００は、複数の光エミッタ２００２を備えてもよい。光エミッタ２００２は、グループあたり２つ以上の光エミッタを備える、グループ内に配列されてもよい。光エミッタ２００２の各グループは、関連付けられる光コリメータ２０１０を含む。図示されるように、光コリメータの各グループ２００２ｇは、２つの光エミッタ２００２_１、２００２_２を含んでもよく、関連付けられる光コリメータ２０１０_１は、両光エミッタからの光を捕捉するように構成される。好ましくは、関連付けられる光コリメータ２０１０_１は、関連付けられる光コリメータ２０１０_１が、両光エミッタ２００２_１、２００２_２の面積を上回る面積を包含するように、両光エミッタ２００２_１、２００２_２を横断して延在する、幅を有する。いくつかの実施形態では、光コリメータ２０１０は、光エミッタ２００２_１、２００２_２から離間される。いくつかの他の実施形態では、光コリメータ２０１０は、光エミッタ２００２_１、２００２_２に接触してもよい。例えば、光コリメータ２００２は、レンズレットであってもよく、光エミッタ２００２_１、２００２_２は、関連付けられるレンズレット２０１０_１内に配置されてもよい。

関連付けられる光コリメータに対する光エミッタの場所は、光コリメータから外に伝搬する光の方向に影響を及ぼし得ることを理解されたい。光エミッタ２００２_１、２００２_２は、関連付けられる光コリメータ２０１０_１と異なるようにインターフェースをとり（例えば、異なる場所に位置する）、これは、光コリメータ２０１０_１に、光エミッタ２００２_１、２００２_２のそれぞれからの光を異なる経路に沿って投影光学系１０２０に、次いで、眼２１０に指向させる。好ましくは、光エミッタ２００２_１、２００２_２の場所および関連付けられる光コリメータ２０１０_１の物理的パラメータ（例えば、サイズおよび形状）は、異なる瞳孔内画像に対応する異なる光経路を提供するように構成される。２つの光エミッタ２００２_１、２００２_２が、例証を明確にするために提供されるが、光コリメータと関連付けられる光エミッタの各グループは、２つを上回る光エミッタを有してもよいことを理解されたい。例えば、グループ２００２ｇはそれぞれ、３つ以上の光エミッタ、４つ以上の光エミッタ等を有してもよい。より多数の空間的に明確に異なる光エミッタは、より多数の潜在的レベルの視差差を促進する。

いくつかの実施形態では、光エミッタの各グループの光エミッタからの画像光は、関連付けられる光コリメータ２０１０および投影光学系１０２０によって指向され、光のビーム１０１０ａとして第１の瞳孔内画像を形成してもよく、光エミッタの各グループの別の光エミッタからの画像光は、関連付けられる光コリメータ２０１０および投影光学系１０２０によって指向され、光のビーム１０１０ｂとして第２の瞳孔内画像を形成してもよい。本明細書に議論されるように、光ビーム１０１０ａ、１０１０ｂは、好ましくは、眼が各光のビームによって形成される個々の画像を遠近調節することが不可能であるほど十分に小直径を有する。いくつかの実施形態では、眼２１０の瞳孔における、各光のビーム１０１０ａ、１０１０ｂの直径は、約０．５ｍｍまたはそれ未満（例えば、０．２～０．５ｍｍ）である。

図１３を継続して参照すると、光エミッタ２００２_１、２００２_２のグループ２００２ｇを含む、投影システム１００３は、空間多重化を使用して、異なる瞳孔内画像を形成してもよい。そのような空間多重化に関して、異なる場所における光エミッタが、異なる瞳孔内画像を形成するために使用されてもよい、すなわち、光エミッタの各グループの異なる光エミッタは、異なる瞳孔内画像に関する画像情報を提供してもよい。光エミッタの各グループの対応する光エミッタからの光は、光学構造（例えば、光コリメータのアレイ２０１０の光コリメータおよび投影光学系１０２０）によって指向され、対応する瞳孔内画像を形成するための光ビーム１０１０ａ、１０１０ｂのうちの１つを形成する。有利なこととして、瞳孔内画像は、眼に同時に提供され、フリッカ融合閾値下で画像を急速に順次提供する必要性を省き得る。これは、マイクロディスプレイ２０００のフレームレートおよび支援制御システム１０２４に関する要件を軽減させ得る。

ここで図１４を参照すると、図１３の投影システム１００３は、光エミッタの関連付けられるグループを伴う、光コリメータと、また、空間および時間的多重化の組み合わせを提供するために、シャッタのアレイ２００４との両方を含んでもよいことを理解されたい。シャッタのアレイ２００４はさらに、眼に入射し、瞳孔内画像を形成する、光のビームの場所および／またはサイズを精緻化してもよい。例えば、光コリメータのアレイ２０１０によって出力された光のビームは、瞳孔内画像を形成するために所望されるものより大きい（例えば、０．５ｍｍの直径より大きいものを含む、眼の開ループ動作のために所望されるものより大きい）場合がある。シャッタアレイ２００４のシャッタは、眼２１０に最終的に入射する、光ビームのサイズを限定するために利用されてもよい。加えて、コリメータアレイ２０１０の光コリメータによって提供される各光のビームは、複数のシャッタ上に衝突し得る。結果として、シャッタは、入射する光のビーム毎に、付加的レベルの視差差を提供し得、これは、光コリメータアレイ２０１０によって出力された光のビームのみによって提供されるであろうものより多数の深度平面上への仮想コンテンツの提示を促進し得る。

いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムは、１次元において（例えば、ｘ－軸に沿って）時間的に多重化し、別の次元において（例えば、ｙ－軸等の直交次元に沿って）空間的に多重化してもよい。例えば、光コリメータは、球状レンズレットではなく、レンチキュラーレンズレットであってもよく、空間的に明確に異なる光エミッタからの光の異なるビームを、レンチキュラーレンズレットの伸長軸であり得る、第２の軸に直交する、第１の軸に沿った異なる場所に提供するように構成されてもよい。シャッタのアレイは、その第２の軸に沿って、サブ瞳を異なる点および異なる時間に形成するために利用されてもよい。例えば、第１の軸に沿ったサブ瞳の位置決めは、レンチキュラーレンズレット（第２の軸に沿って伸長される）と関連付けられる光エミッタの各グループの異なる光エミッタをアクティブ化することによる、空間多重化によって達成されてもよい一方、第２の軸に沿ったサブ瞳の位置決めは、所望の時間（例えば、空間多重化のために使用される対応する、光エミッタのアクティブ化に重複する時間）において、第２の軸上のシャッタを開放することによる、時間多重化によって提供されてもよい。

ここで図１５を参照すると、本明細書に開示される投影システムによって提供される深度平面の範囲の実施例が、図示される。範囲は、光学無限遠における遠方平面から眼２１０により近い近接平面に及ぶ。光学無限遠における遠方平面は、相互に対して実質的にコリメートされる、または平行である、光ビーム（例えば、光ビーム１０１０ａおよび１０１０ｂ）によって形成される瞳孔内画像によって提供されてもよい。そのような遠方平面に関して、光ビームは、視差差を有しない、または低視差差を有すると理解され得る。

図１５を継続して参照すると、より近い深度平面は、より高いレベルの視差差を使用して、提供されてもよい。いくつかの実施形態では、眼２１０に対する近接平面の知覚される近傍度は、瞳孔内画像を形成する光ビーム間の最大視差差によって決定されてもよい。例えば、光ビーム１０１０ａと１０１０ｂとの間の最大視差差は、シャッタのアレイ２００４のシャッタ（図９－１２および１４）間の最大距離および／または光エミッタのその関連付けられるグループ（図１３および１４）の光エミッタ２００２からの光のための各光コリメータ１０１０ａによって提供される方向における最大差によって決定されてもよい。

ここで図１６Ａを参照すると、シャッタのアレイと、画像コンテンツを世界のユーザのビュー上に重畳するための瞳中継コンバイナ接眼レンズとを備える、投影システムを備える、ディスプレイシステムの実施例が、図示される。好ましくは、接眼レンズ１０３０は、視認者に世界が見え得るように、光学的に透過性であって、世界からの光２０１２が、接眼レンズを通して視認者の眼２１０の中に伝搬することを可能にする。いくつかの実施形態では、接眼レンズ１０３０は、内部結合光学要素７７０および外部結合光学要素８００等の内部結合光学要素と、外部結合光学要素とを有する、１つ以上の導波管１０３２を備える。内部結合光学要素７７０は、画像光２０１４を投影システム１００３から受け取り、全内部反射によって、接眼レンズ１０３０を通して外部結合光学要素８００に伝搬するように、その画像光を再指向する。外部結合光学要素８００は、画像光２０１４を視認者の眼２１０に出力する。有利なこととして、接眼レンズ１０３０は、投影システム１００３によって提供される、画像の属性の全てを保存し、したがって、急速切替視差ビューは、接眼レンズ１０３０を通して正確に描かれる。画像光２０１４は、マイクロディスプレイ２０００によって放出される光であって、例えば、光２００ａ、２００２ｂ、２００２ｃ（図９）または光コリメータのアレイ２０１０（図１３および１４）を通して提供される光に対応し得ることを理解されたい。

図示されるように、投影システム１００３は、シャッタのアレイ２００４を、それを通して光が、投影システム１００３から内部結合光学要素７７０に向かって出射する、瞳面２００５上に備えてもよい。レンズ構造２０１６が、シャッタアレイ２００４と内部結合光学要素７７０との間に提供され、画像光２０１４を中継してもよい。いくつかの実施形態では、レンズ構造２０１６はまた、接眼レンズ１０３０を形成する導波管１０３２内での伝搬のために、画像光２０１４をコリメートしてもよい。

内部結合光学要素７７０および外部結合光学要素８００は、屈折または反射性構造であってもよい。好ましくは、内部結合光学要素７７０および外部結合光学要素８００は、回折光学要素である。回折光学要素の実施例は、表面レリーフ特徴、立体位相特徴、メタ材料、または液晶偏光格子を含む。導波管１０３２の同一側上に配置されて図示されるが、内部結合光学要素７７０および外部結合光学要素８００は、導波管１０３２の異なる側上に配置されてもよいことを理解されたい。また、導波管１０３２の投影光学系１０２０に対向する側上に示されるが、内部結合光学要素７７０および外部結合光学要素８００の一方または両方は、導波管１０３２の投影光学系１０２０と同一側上に配置されてもよい。

図１６Ｂは、異なる瞳孔内画像を提供するための光コリメータのアレイと、画像コンテンツを世界のユーザのビュー上に重畳するための瞳中継コンバイナ接眼レンズとを備える、投影システムを備える、ディスプレイシステムの実施例を図示する。図１６Ｂのディスプレイシステムは、投影システム１００３が、図９の投影システムではなく、図１３のものに類似する以外、図１６Ａのものに類似する。図示されるように、投影システム１００３は、マイクロディスプレイ２０００と、マイクロディスプレイ２０００と投影光学系１０２０との間の光コリメータ２０１０のアレイを備えてもよい。マイクロディスプレイ２０００は、光コリメータ２０１０あたり１つのグループを伴う、グループ２００２ｇ内に形成される、複数の光エミッタを備えてもよい。関連付けられる光コリメータに対する光エミッタの場所は、光コリメータから外に伝搬する光の方向、したがって、光エミッタのグループ２００２ｇの異なる光エミッタ２００２_１、２００２_２を使用して形成される画像間の視差差を決定する。結果として、本明細書に記載されるように、光エミッタのグループ内の異なる光エミッタのアクティブ化は、異なる光エミッタを使用して形成される瞳孔内画像間の視差差を設定する。いくつかの実施形態では、光エミッタの各グループ２００２ｇの第１の光エミッタ２００２_１からの光は、関連付けられる光コリメータ２０１０および投影光学系１０２０によって指向され、光のビーム１０１０ａを伴う第１の瞳孔内画像を形成し、光エミッタの各グループ２００２ｇの第２の光エミッタ２００２_２からの光は、関連付けられる光コリメータ２０１０および投影光学系１０２０によって指向され、光のビーム１０１０ｂを伴う第２の瞳孔内画像を形成し得る。

本明細書に開示される投影システムの実施形態のいずれかは、図１６Ａおよび１６Ｂのディスプレイシステム内において、例えば、これらの図の投影システム１００３として利用されてもよいことを理解されたい。例えば、投影システム１００３は、例えば、図１２および１４に示されるように、光コリメータおよびシャッタのアレイの両方を利用してもよい。

図１７Ａは、シャッタのアレイと、画像コンテンツを世界のユーザのビュー上に重畳するための瞳中継コンバイナ接眼レンズとを備える、投影システムの別の実施例を図示する。図示されるディスプレイシステムは、接眼レンズ１０３０と関連付けられる光学構造を除き、図１６Ａのものに類似する。接眼レンズ１０３０は、画像光２０１４を眼２１０の中に反射させるために、部分的に透明な中継ミラー２０２０を備えてもよい。図示されるように、画像光２０１４は、内部結合光学要素７７０によって内部結合され、これは、導波管１０３２を通して伝搬するように、光２０１４を再指向する。接眼レンズ１０３０は、外部結合光学要素８００を含み、これは、画像光２０１４を、導波管１０３２の前面上の４分の１波長板２０１８を通して、前方に指向する。図示されるように、部分的に、透明中継ミラー２０２０は、４分の１波長板２０１８および導波管１０３２の前方にあって、そこから離間されてもよい。

図１７Ｂは、異なる瞳孔内画像を提供するための光コリメータのアレイと、画像コンテンツを世界のユーザのビュー上に重畳するための瞳中継コンバイナ接眼レンズとを備える、投影システムを備える、ディスプレイシステムの別の実施例を図示する。図示されるディスプレイシステムは、接眼レンズ１０３０と関連付けられる光学構造を除き、図１６Ｂのものに類似する。接眼レンズ１０３０および関連付けられる構造は、図１７Ａに図示されるものに類似する。上記に述べられたように、画像光２０１４は、内部結合光学要素７７０によって内部結合され、全内部反射によって、導波管１０３２を通して伝搬する。外部結合光学要素８００は、画像光２０１４を、眼２１０から離れるように、４分の１波長板２０１８を通して、部分的に透明な中継ミラー２０２０へと前方に出力する。図示されるように、部分的に透明な中継ミラー２０２０は、４分の１波長板２０１８および導波管１０３２の前方にあって、そこから離間され、画像光２０１４を眼２１０の中に反射させてもよい。いくつかの実施形態では、部分的に透明な中継ミラー２０２０は、４分の１波長板２０１８を通して透過される偏光の光を選択的に反射させるように構成されてもよい。

ここで図１８を参照すると、眼追跡システム１０２２と、瞳エクスパンダ１０３４を伴うコンバイナ接眼レンズ１０３０とを備える、投影システム１００３を有する、ディスプレイシステム１００１の実施例が、図示される。瞳エクスパンダ１０３４は、例えば、接眼レンズ１０３０を横断して投影システム瞳を複製するように構成される、回折光学要素を備えてもよい。瞳エクスパンダ１０３４は、眼運動を通して視認者の瞳孔によって横断され得る大面積を横断して投影システム瞳を複製するため、マイクロディスプレイ２０００によって形成される画像および光源１０２６の発光領域の場所は、眼追跡システム１０２２からの入力に基づいて、リアルタイムで更新されることができる。有利なこととして、本構成は、より快適な視認のためのより大きいアイボックスを可能にし、眼とコンバイナの相対的位置付けおよび瞳孔間距離の変動に関する制限を緩和させる。

ここで図１９を参照すると、眼追跡システム１０２２と、非無限遠深度平面を生産するように構成される瞳エクスパンダ１０３５を伴うコンバイナ接眼レンズ１０３０とを備える、投影システム１００３を有する、ディスプレイシステム１００１の実施例が、図示される。いくつかの実施形態では、非無限遠深度平面は、３メートルにあってもよく、これは、無限遠まで約２．５メートルの予算内遠近調節をもたらす。例えば、遠近調節－輻輳・開散運動不整合に関するヒト視覚系の公差を前提として、視認者から無限遠まで約２．５メートルの距離における仮想コンテンツは、殆ど不快感を伴わずに、３メートル深度平面上に設置され得る。そのようなシステムでは、視差的に異なる瞳孔内画像は、可能性として、全て固定「デフォルト」焦点面より視認者に近い、より狭範囲の深度平面のための遠近調節を駆動するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、本システムはまた、眼追跡システム１０２２を組み込み、例えば、視認者の両眼の輻輳・開散運動角度に基づいて、視認者の固視の距離を決定してもよい。

マイクロディスプレイ２０００は、モノクロディスプレイであってもよく、ディスプレイシステム１００１は、モノクロ画像を眼２１０に提供するように構成されてもよいことを理解されたい。より好ましくは、ディスプレイシステム１００１は、フルカラー画像を眼２１０に提供するように構成される。そのような実施形態では、マイクロディスプレイ２０００は、フルカラーマイクロディスプレイであってもよい。例えば、フルカラー画像は、異なる原色（例えば、赤色、緑色、および青色等の３つ以上の原色）によって形成される、異なる画像を提供することによって形成されてもよく、これは、組み合わせにおいて、視認者によって、フルカラー画像であると知覚される。マイクロディスプレイ２０００は、全ての原色の光を放出するように構成されてもよい。例えば、異なる色は、異なる光エミッタによって放出されてもよい。

いくつかの他の実施形態では、フルカラー画像は、複数のマイクロディスプレイによって提供される原色画像を使用して形成されてもよく、そのうちの少なくともいくつかは、モノクロマイクロディスプレイである。例えば、異なるモノクロマイクロディスプレイは、異なる原色画像を提供するように構成されてもよい。原色画像は、眼２１０に同時に提供されてもよい、または時間的に多重化されてもよい（例えば、単一フルカラー画像を形成するための異なる原色画像は全て、フリッカ融合閾値内で眼２１０に提供されてもよい）。

図２０Ａ－２０Ｂは、複数の発光型マイクロディスプレイ２０００ａ、２０００ｂ、２０００ｃを有する、投影システムの実施例を図示する。マイクロディスプレイ２０００ａ、２０００ｂ、２０００ｃはそれぞれ、本明細書に開示されるマイクロディスプレイ２０００（例えば、図９、１１－１４、および１６Ａ－１７Ｂ参照）に類似してもよい。マイクロディスプレイ２０００ａ、２０００ｂ、２０００ｃからの光は、光学コンバイナ１０５０によって組み合わせられ、投影光学系１０２０に向かって、最終的に、視認者の眼２１０に指向される。本明細書に議論されるように、いくつかの実施形態では、投影光学系１０２０からの光は、接眼レンズ１０３０に指向されてもよく、これは、１つ以上の導波管を備える、導波管アセンブリであってもよい。

いくつかの実施形態では、マイクロディスプレイ２０００ａ、２０００ｂ、２０００ｃは、モノクロマイクロディスプレイであってもよい。各モノクロマイクロディスプレイは、異なる原色の光を出力し、異なるモノクロ画像を提供してもよく、これは、視認者によって組み合わせられ、フルカラー画像を形成してもよい。

図２０Ａを継続して参照すると、光学コンバイナ１０５０は、それぞれ、マイクロディスプレイ２０００ａ、２０００ｂ、２０００ｃのそれぞれから画像光２００１ａ、２００１ｂ、２００１ｃを受け取り、光が、概して、同一方向に、例えば、投影光学系１０２０に向かって伝搬するように、本光を組み合わせる。いくつかの実施形態では、光学コンバイナ１０５０は、画像光２００１ｃ、２００１ａを、それぞれ、投影光学系１０２０に再指向する、反射性内部表面１０５２、１０５４を有する、ダイクロイックＸ－立方体プリズムであってもよい。投影光学系１０２０は、シャッタのアレイ２００４上に衝突する、画像光を収束または集束させる。画像光２００１ａ、２００１ｂ、２００１ｃは、次いで、開放シャッタ（例えば、シャッタ２００６_１）を通して、眼２１０の中に伝搬する。

ここで図２０Ｂを参照すると、複数の発光型マイクロディスプレイ２０００ａ、２０００ｂ、２０００ｃと、光コリメータの関連付けられるアレイ２０１０ａ、２０１０ｂ、２０１０ｃとを伴う、光投影システム１０１０の実施例が、それぞれ、図示される。アレイ２０１０ａ、２０１０ｂ、２０１０ｃはそれぞれ、本明細書に開示されるアレイ２０１０（例えば、図１２－１４、１６Ｂ、および１７Ｂ参照）に類似してもよい。

いくつかの実施形態では、アレイ２０１０ａ、２０１０ｂ、２０１０ｃはそれぞれ、マイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃによって放出される画像光２００１ａ、２００１ｂ、２００１ｃの角度放出プロファイルを狭めるように構成される、光コリメータを備えてもよい。画像光２００１ａ、２００１ｂ、２００１ｃは、続いて、光学コンバイナ１０５０を通して、投影光学系１０２０に、次いで、眼２１０の中に伝搬する。加えて、各光コリメータは、本明細書に議論されるように、光エミッタの関連付けられるグループ（例えば、図１３、１４、１６Ｂ、および１７Ｂに図示されるように）を有してもよく、各グループのエミッタの異なる光エミッタからの光を、異なる瞳孔内画像を形成するための異なる量の視差差に対応する、異なる経路に沿って指向してもよい。

図２０Ａおよび２０Ｂを参照すると、いくつかの他の実施形態では、マイクロディスプレイ２０００ａ、２０００ｂ、２０００ｃはそれぞれ、全ての原色の光を出力するように構成される、フルカラーディスプレイであってもよい。例えば、マイクロディスプレイ２０００ａ、２０００ｂ、２０００ｃはそれぞれ、赤色、緑色、および青色光を放出するように構成される、光エミッタを含んでもよい。マイクロディスプレイ２０００ａ、２０００ｂ、２０００ｃは、同じであってもよく、同一画像を表示してもよい。しかしながら、複数のマイクロディスプレイを利用することは、複数のマイクロディスプレイからの光を組み合わせ、単一画像を形成することによって、画像の明度の明度および明度ダイナミックレンジを増加させる利点を提供し得る。いくつかの実施形態では、２つ以上の（例えば、３つの）マイクロディスプレイが、これらのマイクロディスプレイの全てからの光を組み合わせるように構成される、光学コンバイナ１０５０とともに利用されてもよい。

図２０Ａおよび２０Ｂを継続して参照すると、いくつかの実施形態では、出力面１０５１に直接対向する、モノクロマイクロディスプレイ２０００ｂは、有利なこととして、緑色光を出力してもよい。反射性表面１０５２、１０５４は、それぞれ、マイクロディスプレイ２０００ｃ、２０００ａからの光を反射させるとき、光学損失を有し得ることを理解されたい。加えて、原色である赤色、緑色および青色のうち、ヒトの眼は、緑色の色に最も敏感である。その結果、光学コンバイナ１０５０の出力面に対向するモノクロマイクロディスプレイ２０００ｂは、好ましくは、緑色光が、光学コンバイナ１０５０から出力されるように反射される必要なく、直接、光学コンバイナ１０５０を通して進み得るように、緑色光を出力する。しかしながら、緑色モノクロマイクロディスプレイは、いくつかの他の実施形態では、光学コンバイナ１０５０の他の表面に向き得ることを理解されるであろう。

いくつかの実施形態では、本明細書に議論されるように、ディスプレイシステムは、接眼レンズ（例えば、接眼レンズ１０３０、図１６Ａ－１９）を備え、投影光学系１０２０によって出力された光を眼２１０に中継してもよい。いくつかの実施形態では、接眼レンズは、全ての原色の光を内部結合および外部結合するように構成される、単一導波管を備えてもよい。

いくつかの他の実施形態では、接眼レンズ１０３０は、導波管のスタックを形成する、複数の導波管を備えてもよい。各導波管は、画像光を内部結合するための個別の内部結合光学要素を有する。例えば、各導波管は、異なる原色または異なる波長の範囲の光を内部結合するように構成される、関連付けられる内部結合光学要素を有してもよい。いくつかの実施形態では、導波管の数は、マイクロディスプレイ２０００ａ、２０００ｂ、２０００ｃによって提供される原色の数に比例する。例えば、３つの原色が存在する場合、接眼レンズ１０３０内の導波管の数は、３つの導波管のセットまたは３つの導波管の複数のセットを含んでもよい。導波管および関連付けられる構造の配列の実施例は、２０１９年２月１日に出願された、米国仮出願第６２／８００３６３号（その開示全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる）に議論される。

ここで図２１を参照すると、異なる原色に対応する異なる波長の光を出力するためのスタックされた導波管アセンブリを備える、接眼レンズ６６０（図１６Ａ－１９の接眼レンズ１０３０に対応し得る）の実施例が、図示される。いくつかの実施形態では、導波管アセンブリは、導波管６７０、６８０、および６９０を含み、これは、個々に、導波管１０３２（図１６Ａ－１７Ｂ）に対応し得る。各導波管は、関連付けられた内部結合光学要素を含み、例えば、内部結合光学要素７００は、導波管６７０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置され、内部結合光学要素７１０は、導波管６８０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置され、内部結合光学要素７２０は、導波管６９０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置される。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０のうちの１つ以上のものは、個別の導波管６７０、６８０、６９０の底部主要表面上に配置されてもよい（特に、１つ以上の内部結合光学要素は、反射性偏向光学要素である）。図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、その個別の導波管６７０、６８０、６９０の上側主要表面（または次の下側導波管の上部）上に配置されてもよく、特に、それらの内部結合光学要素は、透過性偏向光学要素である。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、個別の導波管６７０、６８０、６９０の本体内に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、本明細書に議論されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、他の光の波長を透過しながら、１つ以上の光の波長を選択的に再指向するような波長選択的である。その個別の導波管６７０、６８０、６９０の１つの側またはコーナーに図示されるが、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、いくつかの実施形態では、その個別の導波管６７０、６８０、６９０の他の面積内に配置されてもよいことを理解されたい。

図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、相互から側方にオフセットされてもよい。いくつかの実施形態では、各内部結合光学要素は、その光が別の内部結合光学要素を通して通過せずに、光を受け取るようにオフセットされてもよい。例えば、各内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、図６に示されるように、光を異なる画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、および４００から受け取るように構成されてもよく、光を内部結合光学要素７００、７１０、７２０の他のものから実質的に受け取りないように、他の内部結合光学要素７００、７１０、７２０から分離されてもよい（例えば、側方に離間される）。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、垂直に整合され、側方にオフセットされない。

各導波管はまた、関連付けられた光分散要素を含んでもよく、例えば、光分散要素７３０は、導波管６７０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置され、光分散要素７４０は、導波管６８０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置され、光分散要素７５０は、導波管６９０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置される。いくつかの他の実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０の底部主要表面上に配置されてもよい。いくつかの他の実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０の上部および底部両方の主要表面上に配置されてもよい、または光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、異なる関連付けられた導波管６７０、６８０、６９０内の上部および底部主要表面の異なるもの上に配置されてもよい。

導波管６７０、６８０、６９０は、例えば、材料のガス、液体、および／または固体層によって離間および分離されてもよい。例えば、図示されるように、層７６０ａは、導波管６７０および６８０を分離してもよく、層７６０ｂは、導波管６８０および６９０を分離してもよい。いくつかの実施形態では、層７６０ａおよび７６０ｂは、低屈折率材料（すなわち、導波管６７０、６８０、６９０の直近のものを形成する材料より低い屈折率を有する材料）から形成される。好ましくは、層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料の屈折率は、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料の屈折率に対して０．０５以上または０．１０以下である。有利なこととして、より低い屈折率層７６０ａ、７６０ｂは、導波管６７０、６８０、６９０を通して光のＴＩＲ（例えば、各導波管の上部および底部主要表面間のＴＩＲ）を促進する、クラッディング層として機能してもよい。いくつかの実施形態では、層７６０ａ、７６０ｂは、空気から形成される。図示されないが、導波管の図示されるセット６６０の上部および底部は、直近クラッディング層を含んでもよいことを理解されたい。

図２１を継続して参照すると、光線７７０、７８０、７９０が、投影システム１００３（図９、１１－１４、および１６Ａ－１７Ｂ）によって、導波管６７０、６８０、６９０上に入射し、その中に投入される。

いくつかの実施形態では、光線７７０、７８０、７９０は、異なる色に対応し得る、異なる性質、例えば、異なる波長または異なる波長範囲を有する。内部結合光学要素７００、７１０、７２０はそれぞれ、光が、ＴＩＲによって、導波管６７０、６８０、６９０のうちの個別の１つを通して伝搬するように、入射光を偏向させる。

例えば、内部結合光学要素７００は、第１の波長または波長範囲を有する、光線７７０を偏向させるように構成されてもよい。同様に、伝送される光線７８０は、第２の波長または波長範囲の光を選択的に偏向させるように構成される、内部結合光学要素７１０に衝突し、それによって偏向される。同様に、光線７９０は、第３の波長または波長範囲の光を選択的に偏向させるように構成される、内部結合光学要素７２０によって偏向される。

図２１を継続して参照すると、内部結合される光線７７０、７８０、７９０は、それぞれ、内部結合光学要素７００、７１０、７２０によって偏向され、次いで、それぞれ、導波管６７０、６８０、６９０内でＴＩＲによって伝搬する。光線７７０、７８０、７９０は、次いで、それぞれ、光分散要素７３０、７４０、７５０に衝突する。光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、外部結合光学要素８００、８１０、８２０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では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）である。いくつかの実施形態では、ＯＰＥは、光を外部結合光学要素８００、８１０、８２０に偏向または分散し、また、外部結合光学要素に伝搬するにつれて、本光のビームまたはスポットサイズを増加させ得る。いくつかの実施形態では、例えば、ビームサイズが、すでに所望のサイズである場合、光分散要素７３０、７４０、７５０は、省略されてもよく、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、光を直接外部結合光学要素８００、８１０、８２０に偏向させるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素８００、８１０、８２０は、光を視認者の眼２１０（図１８参照）に指向させる、射出瞳（ＥＰ）または射出瞳エクスパンダ（ＥＰＥ）である。ＯＰＥは、少なくとも１つの軸においてアイボックスの寸法を増加させるように構成されてもよく、ＥＰＥは、ＯＰＥの軸と交差する、例えば、直交する軸においてアイボックスを増加させてもよいことを理解されたい。

故に、いくつかの実施形態では、接眼レンズ６６０は、原色毎に、導波管６７０、６８０、６９０と、内部結合光学要素７００、７１０、７２０と、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７３０、７４０、７５０と、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８００、８１０、８２０とを含む。導波管６７０、６８０、６９０は、各１つの間に空隙／クラッディング層を伴ってスタックされてもよい。内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、（異なる波長の光を受け取る異なる内部結合光学要素を用いて）入射光をその導波管の中に再指向または偏向させる。光は、次いで、個別の導波６７０、６８０、６９０内にＴＩＲをもたらすであろう角度で伝搬する。示される実施例では、光線７７０（例えば、青色光）は、前述の様式において、第１の内部結合光学要素７００によって偏光され、次いで、導波管を辿ってバウンスし続け、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７３０、次いで、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８００と相互作用する。光線７８０および７９０（例えば、それぞれ、緑色および赤色光）は、導波管６７０を通して通過し、光線７８０は、内部結合光学要素７１０上に衝突し、それによって偏向される。光線７８０は、次いで、ＴＩＲを介して、導波管６８０を辿ってバウンスし、その光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７４０、次いで、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８１０に進むであろう。最後に、光線７９０（例えば、赤色光）は、導波管６９０を通して通過し、導波管６９０の光内部結合光学要素７２０に衝突する。光内部結合光学要素７２０は、光線が、ＴＩＲによって、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７５０に、次いで、ＴＩＲによって、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８２０に伝搬するように、光線７９０を偏向させる。外部結合光学要素８２０は、次いで、最終的に、光線７９０を視認者に外部結合し、視認者はまた、他の導波管６７０、６８０からの外部結合した光も受け取る。

上記に述べられたように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、相互から側方にオフセットされてもよい。そのような実施形態では、マイクロディスプレイ２０００ａ、２０００ｂ、２０００ｃの異なるものからの画像光２００１ａ、２００１ｂ、２００１ｃは、それらが内部結合光学要素７００、７１０、７２０の異なるもの上に衝突するように、接眼レンズ１０３０への異なる経路を辿ってもよい。画像光２００１ａ、２００１ｂ、２００１ｃは、異なる原色の光を含む場合、関連付けられる内部結合光学要素７００、７１０、７２０はそれぞれ、本明細書に議論されるように、異なる波長の光を選択的に内部結合するように構成されてもよい。

画像光２００１ａ、２００１ｂ、２００１ｃのための異なる光経路は、コンバイナ１０５０（図２０Ａ－２０Ｂ）によって、アレイ２０１０ａ、２０１０ｂ、２０１０ｃのうちの１つ以上のものによって、および／またはマイクロディスプレイ２０００ａ、２０００ｂ、２０００ｃのうちの１つ以上のものを光学コンバイナ１０５０の反射性表面１０５２、１０５４に対して適切な角度で角度付けることによって提供されてもよい。例えば、図２０Ａ－２０Ｂを参照すると、光学コンバイナ１０５０は、画像光が、内部結合光学要素７００、７１０、７２０の関連付けられるもの上に衝突するために、異なる光学経路に沿って伝搬するように、マイクロディスプレイ２０００ａ、２０００ｂ、２０００ｃによって放出される画像光２００１ａ、２００１ｂ、２００１ｃを再指向するように構成されてもよい。したがって、光学コンバイナ１０５０は、光が光学コンバイナから若干異なる方向に出射し得るが、画像光が光学コンバイナ１０５０の共通面から出力されるという意味において、画像光２００１ａ、２００１ｂ、２００１ｃを組み合わせる。例えば、Ｘ－立方体プリズムの反射性内部表面１０５２、１０５４はそれぞれ、画像光２００１ａ、２００１ｂ、２００１ｃを異なる経路に沿って接眼レンズ１０３０に指向するように角度付けられてもよい。結果として、画像光２００１ａ、２００１ｂ、２００１ｃは、内部結合光学要素７００、７１０、７２０の異なる関連付けられるもの上に入射してもよい。いくつかの実施形態では、マイクロディスプレイ２０００ａ、２０００ｂ、２０００ｃは、Ｘ－立方体プリズムの反射性内部表面１０５２、１０５４に対して適切に角度付けられ、所望の光経路を内部結合光学要素７００、７１０、７２０に提供してもよい。例えば、マイクロディスプレイ２０００ａ、２０００ｂ、２０００ｃのうちの１つ以上のものの面は、マイクロディスプレイによって放出される画像光が、適切な角度で反射性内部表面１０５２、１０５４上に入射し、関連付けられる内部結合光学要素７００、７１０、７２０に向かって伝搬するように、光学コンバイナ１０５０の面に合致するように角度付けられてもよい。立方体に加え、光学コンバイナ１０５０は、種々の他の多面体の形態をとってもよいことを理解されたい。例えば、光学コンバイナ１０５０は、正方形ではない、少なくとも２つの面を有する、直角プリズムの形状にあってもよい。

本明細書に議論されるように、ユーザによるフルカラー画像の知覚は、いくつかの実施形態では、時分割多重化を用いて達成されてもよい。例えば、マイクロＬＥＤアレイ２０００ａ、２０００ｂ、２０００ｃの異なるものは、異なる時間にアクティブ化され、異なる原色画像を生成してもよい。そのような実施形態では、単一フルカラー画像を形成する、異なる原色画像は、ヒト視覚系が、異なる時間に表示されていると原色画像を知覚しないほど十分に迅速に順次表示され得る、すなわち、単一フルカラー画像を形成する、異なる原色画像は全て、ユーザが、時間的に分離されるのではなく、同時に提示されていると原色画像を知覚するほど十分に短い、持続時間内に表示され得る。例えば、原色画像は、ヒト視覚系のフリッカ融合閾値より高いフレームレートで順次表示されてもよい。実施例として、フリッカ融合閾値は、６０Ｈｚであってもよく、これは、大部分のユーザが、異なる時間に表示されていると原色画像を知覚しないほど十分に高速であると見なされる。いくつかの実施形態では、異なる原色画像は、６０Ｈｚより高いレートで順次表示される。時分割多重化は、有利なこととして、表示される画像を形成するために利用されるプロセッサ（例えば、グラフィックプロセッサ）上の算出負荷を低減させ得ることを理解されたい。十分な算出リソースが利用可能である場合等、いくつかの他の実施形態では、フルカラー画像を形成する、全ての原色画像は、マイクロディスプレイ２０００ａ、２０００ｂ、２０００ｃによって同時に表示されてもよい。

ここで図２２を参照すると、ウェアラブルディスプレイシステム６０の実施例が、図示される。ディスプレイシステム６０は、視認者またはユーザ９０の眼毎に投影システム１００３を伴う、図９および１３のディスプレイシステム１００１に対応してもよい。

ディスプレイシステム６０は、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ための種々の機械的および電子的モジュールおよ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、これは、ディスプレイシステムユーザまたは視認者９０によって装着可能であって、ディスプレイ７０をユーザ９０の眼の正面に位置付けるように構成される。ディスプレイ７０は、いくつかの実施形態では、アイウェアと見なされ得る。いくつかの実施形態では、スピーカ１００が、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付けられるように構成される（いくつかの実施形態では、示されない別のスピーカが、ユーザの他方の外耳道に隣接して位置付けられ、ステレオ／調節可能音制御を提供する）。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムはまた、１つ以上のマイクロホン１１０または他のデバイスを含み、音を検出してもよい。いくつかの実施形態では、マイクロホンは、ユーザが入力またはコマンド（例えば、音声メニューコマンドの選択、自然言語質問等）をシステム６０に提供することを可能にするように構成され、および／または他の人物（例えば、類似ディスプレイシステムの他のユーザ）とのオーディオ通信を可能にし得る。マイクロホンはさらに、周辺センサとして構成され、オーディオデータ（例えば、ユーザおよび／または環境からの音）を収集してもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム６０はさらに、オブジェクト、刺激、人々、動物、場所、またはユーザの周囲の世界の他の側面を検出するように構成される、１つ以上の外向きに指向される環境センサ１１２を含んでもよい。例えば、環境センサ１２１は、１つ以上のカメラを含んでもよく、これは、例えば、ユーザ９０の通常の視野の少なくとも一部に類似する画像を捕捉するように外向きに向いて位置してもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムはまた、フレーム８０から別個であって、ユーザ９０の身体（例えば、ユーザ９０の頭部、胴体、四肢等の上）に取り付けられ得る、周辺センサ１２０ａを含んでもよい。周辺センサ１２０ａは、いくつかの実施形態では、ユーザ９０の生理学的状態を特性評価するデータを入手するように構成されてもよい。例えば、センサ１２０ａは、電極であってもよい。

図２２を継続して参照すると、ディスプレイ７０は、有線導線または無線コネクティビティ等の通信リンク１３０によって、ローカルデータ処理モジュール１４０に動作可能に結合され、これは、フレーム８０に固定して取り付けられる、ユーザによって装着されるヘルメットまたは帽子に固定して取り付けられる、ヘッドホンに内蔵される、または別様にユーザ９０に除去可能に取り付けられる（例えば、リュック式構成において、ベルト結合式構成において）等、種々の構成において搭載されてもよい。同様に、センサ１２０ａは、通信リンク１２０ｂ、例えば、有線導線または無線コネクティビティによって、ローカルプロセッサおよびデータモジュール１４０に動作可能に結合されてもよい。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、ハードウェアプロセッサと、不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリまたはハードディスクドライブ）等のデジタルメモリとを備えてもよく、その両方とも、データの処理、キャッシュ、および記憶を補助するために利用され得る。データは、ａ）画像捕捉デバイス（カメラ等）、マイクロホン、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、ジャイロスコープ、および／または本明細書に開示される他のセンサ等の（例えば、フレーム８０に動作可能に結合される、または別様にユーザ９０に取り付けられ得る）センサから捕捉されるデータ、および／またはｂ）可能性として、処理または読出後にディスプレイ７０への通過のために、遠隔処理モジュール１５０および／または遠隔データリポジトリ１６０（仮想コンテンツに関連するデータを含む）を使用して入手および／または処理されたデータを含んでもよい。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、これらの遠隔モジュール１５０、１６０が、相互に動作可能に結合され、ローカル処理およびデータモジュール１４０へのリソースとして利用可能であるように、有線または無線通信リンク等を介して、通信リンク１７０、１８０によって、遠隔処理モジュール１５０および遠隔データリポジトリ１６０に動作可能に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、ローカル処理およびデータモジュール１４０は、画像捕捉デバイス、マイクロホン、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、および／またはジャイロスコープのうちの１つ以上のものを含んでもよい。いくつかの他の実施形態では、これらのセンサのうちの１つ以上のものは、フレーム８０に取り付けられてもよい、または有線または無線通信経路によってローカル処理およびデータモジュール１４０と通信する、独立型構造であってもよい。いくつかの実施形態では、ローカル処理およびデータモジュール１４０は、１つ以上のグラフィックプロセッサを含んでもよく、制御システム１０２４（図９および１３）に対応してもよい。

図２２を継続して参照すると、いくつかの実施形態では、遠隔処理モジュール１５０は、データおよび／または画像情報を分析および処理するように構成される、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では、遠隔データリポジトリ１６０は、デジタルデータ記憶設備を備えてもよく、これは、インターネットまたは「クラウド」リソース構成における他のネットワーキング構成を通して利用可能であってもよい。いくつかの実施形態では、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、これは、情報、例えば、拡張現実コンテンツを生成するための情報をローカル処理およびデータモジュール１４０および／また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では、全てのデータが、記憶され、全ての算出が、ローカル処理およびデータモジュールにおいて実施され、遠隔モジュールからの完全に自律的な使用を可能にする。

本明細書に説明される、および／または図に描写されるプロセス、方法、およびアルゴリズムはそれぞれ、具体的かつ特定のコンピュータ命令を実行するように構成される、１つ以上の物理的コンピューティングシステム、ハードウェアコンピュータプロセッサ、特定用途向け回路、および／または電子ハードウェアによって実行される、コードモジュールにおいて具現化され、それによって完全または部分的に自動化され得ることを理解されたい。例えば、コンピューティングシステムは、具体的コンピュータ命令とともにプログラムされた汎用コンピュータ（例えば、サーバ）または専用コンピュータ、専用回路等を含むことができる。コードモジュールは、実行可能プログラムにコンパイルおよびリンクされる、動的リンクライブラリ内にインストールされ得る、またはインタープリタ型プログラミング言語において書き込まれ得る。いくつかの実装では、特定の動作および方法が、所与の機能に特有の回路によって実施され得る。

さらに、本開示の機能性のある実装は、十分に数学的、コンピュータ的、または技術的に複雑であるため、（適切な特殊化された実行可能命令を利用する）特定用途向けハードウェアまたは１つ以上の物理的コンピューティングデバイスは、例えば、関与する計算の量または複雑性に起因して、または結果を実質的にリアルタイムで提供するために、機能性を実施する必要があり得る。例えば、ビデオは、多くのフレームを含み、各フレームは、数百万のピクセルを有し得、具体的にプログラムされたコンピュータハードウェアは、商業的に妥当な時間量において所望の画像処理タスクまたは用途を提供するようにビデオデータを処理する必要がある。

コードモジュールまたは任意のタイプのデータは、ハードドライブ、ソリッドステートメモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、光学ディスク、揮発性または不揮発性記憶装置、同一物の組み合わせ、および／または同等物を含む、物理的コンピュータ記憶装置等の任意のタイプの非一過性コンピュータ可読媒体上に記憶され得る。いくつかの実施形態では、非一過性コンピュータ可読媒体は、ローカル処理およびデータモジュール（１４０）、遠隔処理モジュール（１５０）、および遠隔データリポジトリ（１６０）のうちの１つ以上のものの一部であってもよい。本方法およびモジュール（またはデータ）はまた、無線ベースおよび有線／ケーブルベースの媒体を含む、種々のコンピュータ可読伝送媒体上で生成されたデータ信号として（例えば、搬送波または他のアナログまたはデジタル伝搬信号の一部として）伝送され得、種々の形態（例えば、単一または多重化アナログ信号の一部として、または複数の離散デジタルパケットまたはフレームとして）をとり得る。開示されるプロセスまたはプロセスステップの結果は、任意のタイプの非一過性有形コンピュータ記憶装置内に持続的または別様に記憶され得る、またはコンピュータ可読伝送媒体を介して通信され得る。

本明細書に説明される、および／または添付される図に描写されるフロー図における任意のプロセス、ブロック、状態、ステップ、または機能性は、プロセスにおいて具体的機能（例えば、論理または算術）またはステップを実装するための１つ以上の実行可能命令を含む、コードモジュール、セグメント、またはコードの一部を潜在的に表すものとして理解されたい。種々のプロセス、ブロック、状態、ステップ、または機能性は、組み合わせられる、再配列される、本明細書に提供される例証的実施例に追加される、そこから削除される、修正される、または別様にそこから変更されてもよい。いくつかの実施形態では、付加的または異なるコンピューティングシステムまたはコードモジュールが、本明細書に説明される機能性のいくつかまたは全てを実施し得る。本明細書に説明される方法およびプロセスはまた、いずれの特定のシーケンスにも限定されず、それに関連するブロック、ステップ、または状態は、適切な他のシーケンスで、例えば、連続して、並行して、またはある他の様式で実施されることができる。タスクまたはイベントが、開示される例示的実施形態に追加される、またはそこから除去され得る。さらに、本明細書に説明される実施形態における種々のシステムコンポーネントの分離は、例証目的のためであり、全ての実施形態においてそのような分離を要求するものとして理解されるべきではない。説明されるプログラムコンポーネント、方法、およびシステムは、概して、単一のコンピュータ製品においてともに統合され得るかまたは複数のコンピュータ製品にパッケージ化され得ることを理解されたい。

前述の明細書では、本発明は、その具体的実施形態を参照して説明された。しかしながら、種々の修正および変更が、本発明のより広義の精神および範囲から逸脱することなくそこに行われ得ることが明白となるであろう。明細書および図面は、故に、限定的意味ではなく、例証と見なされるべきである。

実際、本開示のシステムおよび方法は、それぞれ、いくつかの革新的側面を有し、そのうちのいかなるものも、本明細書に開示される望ましい属性に単独で関与しない、またはそのために要求されないことを理解されたい。上記に説明される種々の特徴およびプロセスは、相互に独立して使用され得る、または種々の方法で組み合わせられ得る。全ての可能な組み合わせおよび副次的組み合わせが、本開示の範囲内に該当することが意図される。

別個の実施形態の文脈において本明細書に説明されるある特徴はまた、単一実施形態における組み合わせにおいて実装されてもよい。逆に、単一実施形態の文脈において説明される種々の特徴もまた、複数の実施形態において別個に、または任意の好適な副次的組み合わせにおいて実装されてもよい。さらに、特徴がある組み合わせにおいて作用するものとして上記に説明され、さらに、そのようなものとして最初に請求され得るが、請求される組み合わせからの１つ以上の特徴は、いくつかの場合では、組み合わせから削除されてもよく、請求される組み合わせは、副次的組み合わせまたは副次的組み合わせの変形例を対象とし得る。いかなる単一の特徴または特徴のグループも、あらゆる実施形態に必要または必須ではない。

とりわけ、「～できる（ｃａｎ）」、「～し得る（ｃｏｕｌｄ）」、「～し得る（ｍｉｇｈｔ）」、「～し得る（ｍａｙ）」、「例えば（ｅ．ｇ．）」、および同等物等、本明細書で使用される条件文は、別様に具体的に記載されない限り、または使用されるような文脈内で別様に理解されない限り、概して、ある実施形態がある特徴、要素、および／またはステップを含む一方、他の実施形態がそれらを含まないことを伝えることが意図されることを理解されたい。したがって、そのような条件文は、概して、特徴、要素、および／またはステップが、１つ以上の実施形態に対していかようにも要求されること、または１つ以上の実施形態が、著者の入力または促しの有無を問わず、これらの特徴、要素、および／またはステップが任意の特定の実施形態において含まれる、または実施されるべきかどうかを決定するための論理を必然的に含むことを合意することを意図されない。用語「～を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「～を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「～を有する（ｈａｖｉｎｇ）」、および同等物は、同義語であり、非限定的方式で包括的に使用され、付加的要素、特徴、行為、動作等を除外しない。また、用語「または」は、その包括的意味において使用され（およびその排他的意味において使用されず）、したがって、例えば、要素のリストを接続するために使用されると、用語「または」は、リスト内の要素のうちの１つ、いくつか、または全てを意味する。加えて、本願および添付される請求項で使用されるような冠詞「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、別様に規定されない限り、「１つ以上の」または「少なくとも１つ」を意味するように解釈されるべきである。同様に、動作は、特定の順序で図面に描写され得るが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作が示される特定の順序で、または連続的順序で実施される、または全ての図示される動作が実施される必要はないと認識されるべきである。さらに、図面は、フローチャートの形式で１つ以上の例示的プロセスを図式的に描写し得る。しかしながら、描写されない他の動作も、図式的に図示される例示的方法およびプロセス内に組み込まれることができる。例えば、１つ以上の付加的動作が、図示される動作のいずれかの前に、その後に、それと同時に、またはその間に実施されることができる。加えて、動作は、他の実施形態において再配列される、または再順序付けられ得る。ある状況では、マルチタスクおよび並列処理が、有利であり得る。さらに、上記に説明される実施形態における種々のシステムコンポーネントの分離は、全ての実施形態におけるそのような分離を要求するものとして理解されるべきではなく、説明されるプログラムコンポーネントおよびシステムは、概して、単一のソフトウェア製品においてともに統合される、または複数のソフトウェア製品にパッケージ化され得ることを理解されたい。加えて、他の実装も、以下の請求項の範囲内である。いくつかの場合では、請求項に列挙されるアクションは、異なる順序で実施され、依然として、望ましい結果を達成することができる。

故に、請求項は、本明細書に示される実施形態に限定されることを意図されず、本明細書に開示される本開示、原理、および新規の特徴と一貫する最も広い範囲を与えられるべきである。

Claims (1)

1. 本明細書に記載の発明。

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