JP2024502999A - 単一瞳ｒｇｂ光源 - Google Patents

Abstract

本開示の実施形態は、ディスプレイのためのシステムおよび方法である。実施形態では、ディスプレイシステムは、第１の光を放出するように構成される、光源と、第１の光を受光するように構成される、レンズと、第１の光を受光し、第２の光を放出するように構成される、画像生成器とを含む。ディスプレイシステムはさらに、複数の導波管を含み、複数の導波管のうちの少なくとも２つは、第２の光を選択的に結合するように構成される、内部結合格子を含む。いくつかの実施形態では、光源は、反射器と、反射器内に配置される、マイクロＬＥＤアレイとを有する、単一瞳光源を備えることができる。

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、その内容が両方とも参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、２０２１年１月８日に出願された、米国仮出願第６３／１３５，５３３号および２０２１年３月２４日に出願された、仮出願第６３／１６５，６６３号の優先権を主張する。

本開示は、一般に、視覚的情報を表示するためのシステムおよび方法に関し、特に、複合現実環境内で視覚的情報を表示するためのシステムおよび方法に関する。

仮想環境は、コンピューティング環境において普遍的であり、ビデオゲーム（仮想環境が、ゲーム世界を表し得る）、マップ（仮想環境が、ナビゲートされるべき地形を表し得る）、シミュレーション（仮想環境が、実環境をシミュレートし得る）、デジタルストーリーテリング（仮想キャラクタが、仮想環境内で相互に相互作用し得る）、および多くの他の用途において使用を見出している。現代のコンピュータユーザは、概して、快適に仮想環境を知覚し、それと相互作用している。しかしながら、仮想環境を伴うユーザの体験は、仮想環境を提示するための技術によって限定され得る。例えば、従来のディスプレイ（例えば、２Ｄディスプレイ画面）およびオーディオシステム（例えば、固定スピーカ）は、人を引き付け、現実的で、かつ没入型の体験を作成する方法で仮想環境を実現することが不可能であり得る。

仮想現実（「ＶＲ」）、拡張現実（「ＡＲ」）、複合現実（「ＭＲ」）、および関連技術（集合的に、「ＸＲ」）は、ＸＲシステムのユーザにコンピュータシステム内のデータによって表される仮想環境に対応する感覚情報を提示するための能力を共有する。本開示は、ＶＲ、ＡＲ、およびＭＲシステムの間の特異性を想定する（但し、いくつかのシステムは、一側面（例えば、視覚的側面）では、ＶＲとしてカテゴリ化され、同時に、別の側面（例えば、オーディオ側面）では、ＡＲまたはＭＲとしてカテゴリ化され得る）。本明細書で使用されるように、ＶＲシステムは、少なくとも１つの側面においてユーザの実環境を置換する、仮想環境を提示し、例えば、ＶＲシステムは、ユーザに、仮想環境のビューを提示し得る一方、同時に、光遮断頭部搭載型ディスプレイを用いて等、実環境のそのビューを不明瞭にする。同様に、ＶＲシステムは、ユーザに、仮想環境に対応するオーディオを提示し得る一方、同時に、実環境からのオーディオを遮断する（減衰させる）。

ＶＲシステムは、ユーザの実環境を仮想環境と置換することからもたらされる、種々の短所を被り得る。１つの短所は、仮想環境内のユーザの視野が（仮想環境ではなく）実環境内におけるその平衡および配向を検出する、その内耳の状態にもはや対応しなくなるときに生じ得る、乗り物酔いを感じることである。同様に、ユーザは、それらの自身の身体および四肢（そのビューは、ユーザが実環境内において「地に足が着いている」と感じるために依拠するものである）が直接可視ではない場合、ＶＲ環境内において失見当識を被り得る。別の短所は、特に、ユーザを仮想環境内に没入させようとする、リアルタイム用途において、完全３Ｄ仮想環境を提示しなければならない、ＶＲシステムに課される算出負担（例えば、記憶、処理力）である。同様に、そのような環境は、ユーザが、仮想環境内のわずかな不完全性にさえ敏感である傾向があり、そのいずれも、仮想環境内のユーザの没入感を破壊し得るため、没入していると見なされるために、非常に高水準の現実性に到達する必要があり得る。さらに、ＶＲシステムの別の短所は、システムのそのような用途が、実世界内で体験する、種々の光景および音等の実環境内の広範囲の感覚データを利用することができないことである。関連短所は、実環境内の物理的空間を共有するユーザが、仮想環境内で直接見る、または相互に相互作用することが不可能であり得るため、ＶＲシステムが、複数のユーザが相互作用し得る、共有環境を作成することに苦戦し得ることである。

本明細書で使用されるように、ＡＲシステムは、少なくとも１つの側面において実環境に重複またはオーバーレイする、仮想環境を提示する。例えば、ＡＲシステムは、表示される画像を提示する一方、光が、ディスプレイを通してユーザの眼の中に通過することを可能にする、透過性頭部搭載型ディスプレイを用いて等、ユーザに、実環境のユーザのビュー上にオーバーレイされる仮想環境のビューを提示し得る。同様に、ＡＲシステムは、ユーザに、仮想環境に対応するオーディオを提示し得る一方、同時に、実環境からのオーディオを混合させる。同様に、本明細書で使用されるように、ＭＲシステムは、ＡＲシステムと同様に、少なくとも１つの側面において実環境に重複またはオーバーレイする、仮想環境を提示し、加えて、ＭＲシステム内の仮想環境が、少なくとも１つの側面において実環境と相互作用し得ることを可能にし得る。例えば、仮想環境内の仮想キャラクタが、実環境内の照明スイッチを切り替え、実環境内の対応する電球をオンまたはオフにさせ得る。別の実施例として、仮想キャラクタが、実環境内のオーディオ信号に反応し得る（顔の表情を用いて等）。実環境の提示を維持することによって、ＡＲおよびＭＲシステムは、ＶＲシステムの前述の短所のうちのいくつかを回避し得、例えば、ユーザにおける乗り物酔いは、実環境からの視覚的キュー（ユーザ自身の身体を含む）が、可視のままであり得、そのようなシステムが、没入型であるために、ユーザに、完全に実現された３Ｄ環境を提示する必要がないため、低減される。さらに、ＡＲおよびＭＲシステムは、実世界感覚入力（例えば、景色、オブジェクト、および他のユーザのビューおよび音）を利用し、その入力を拡張させる、新しい用途を作成することができる。

ユーザのための没入型の体験を作成するために、現実的な様式で仮想環境を提示することは、困難であり得る。例えば、頭部搭載型ディスプレイは、広い視野（「ＦＯＶ」）を伴う高品質画像を提示しながら、ユーザに対する負担を最小限にするために、軽量かつコンパクトであるように設計される。しかしながら、実世界の設計制約は、頭部ウェアラブルデバイスの光学システムのサイズおよび重量と表示される画像の品質との間のトレードオフをもたらし得る。画像の品質は、例えば、光学システムの効率、例えば、光、色の均一性、および視野を失わないものに基づき得る。したがって、効率的であり、広い視野を有する、ＶＲ、ＡＲ、またはＭＲシステムにおいて仮想環境を提示するため等のコンパクトな光学システムの必要性が、存在する。

本明細書に開示されるものは、頭部ウェアラブルデバイスのため等のディスプレイのためのシステムおよび方法である。例示的ディスプレイシステムは、第１の光を放出するように構成される、光源と、第１の光を受光するように構成される、レンズと、第１の光を受光し、第２の光を放出するように構成される、画像生成器とを含むことができる。ディスプレイシステムはさらに、複数の導波管を含んでもよく、複数の導波管のうちの少なくとも１つは、第２の光を選択的に結合するように構成される、内部結合格子を含むことができる。いくつかの実施形態では、光源は、反射器と、反射器内に配置される、マイクロＬＥＤアレイとを有する、単一瞳光源を備えることができる。本明細書に開示される実施形態は、コンパクトかつ効率的なディスプレイシステムを提供し得る。

図１Ａ－１Ｃは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的複合現実環境を図示する。 図１Ａ－１Ｃは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的複合現実環境を図示する。 図１Ａ－１Ｃは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的複合現実環境を図示する。

図２Ａ－２Ｄは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、複合現実環境を生成し、それと相互作用するために使用され得る、例示的複合現実システムのコンポーネントを図示する。 図２Ａ－２Ｄは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、複合現実環境を生成し、それと相互作用するために使用され得る、例示的複合現実システムのコンポーネントを図示する。 図２Ａ－２Ｄは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、複合現実環境を生成し、それと相互作用するために使用され得る、例示的複合現実システムのコンポーネントを図示する。 図２Ａ－２Ｄは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、複合現実環境を生成し、それと相互作用するために使用され得る、例示的複合現実システムのコンポーネントを図示する。

図３Ａは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、複合現実環境に入力を提供するために使用され得る、例示的複合現実ハンドヘルドコントローラを図示する。

図３Ｂは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的複合現実システムと併用され得る、例示的補助ユニットを図示する。

図４は、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的複合現実システムに関する例示的機能ブロック図を図示する。

図５は、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的複合現実システムのための例示的光学システムを図示する。

図６は、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的複合現実システムのための例示的光学システムを図示する。

図７は、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的複合現実システムのための例示的光学システムを図示する。

図８Ａ－８Ｃは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的複合現実システムのための例示的光学システムを図示する。 図８Ａ－８Ｃは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的複合現実システムのための例示的光学システムを図示する。 図８Ａ－８Ｃは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的複合現実システムのための例示的光学システムを図示する。

図９は、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的反射器を図示する。

図１０は、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的光源を図示する。

図１１Ａ－１１Ｂは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１１Ａ－１１Ｂは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。

図１２Ａ－１２Ｂは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１２Ａ－１２Ｂは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。

図１３Ａ－１３Ｂは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１３Ａ－１３Ｂは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。

図１４Ａ－１４Ｂは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１４Ａ－１４Ｂは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。

図１５Ａ－１５Ｈは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１５Ａ－１５Ｈは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１５Ａ－１５Ｈは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１５Ａ－１５Ｈは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１５Ａ－１５Ｈは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１５Ａ－１５Ｈは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１５Ａ－１５Ｈは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１５Ａ－１５Ｈは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。

図１６Ａ－１６Ｈは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１６Ａ－１６Ｈは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１６Ａ－１６Ｈは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１６Ａ－１６Ｈは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１６Ａ－１６Ｈは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１６Ａ－１６Ｈは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１６Ａ－１６Ｈは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１６Ａ－１６Ｈは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。

図１７Ａ－１７Ｉは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１７Ａ－１７Ｉは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１７Ａ－１７Ｉは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１７Ａ－１７Ｉは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１７Ａ－１７Ｉは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１７Ａ－１７Ｉは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１７Ａ－１７Ｉは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１７Ａ－１７Ｉは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１７Ａ－１７Ｉは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。

図１８Ａ－１８Ｉは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１８Ａ－１８Ｉは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１８Ａ－１８Ｉは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１８Ａ－１８Ｉは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１８Ａ－１８Ｉは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１８Ａ－１８Ｉは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１８Ａ－１８Ｉは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１８Ａ－１８Ｉは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１８Ａ－１８Ｉは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。

図１９Ａ－１９Ｈは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１９Ａ－１９Ｈは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１９Ａ－１９Ｈは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１９Ａ－１９Ｈは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１９Ａ－１９Ｈは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１９Ａ－１９Ｈは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１９Ａ－１９Ｈは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。 図１９Ａ－１９Ｈは、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイの例示的照度を図示する。

図２０は、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態による、例示的光学システムのための例示的マイクロＬＥＤアレイを図示する。

詳細な説明
実施例の以下の説明では、本明細書の一部を形成し、例証として、実践され得る具体的実施例が示される、付随の図面が、参照される。他の実施例も、使用され得、構造変更が、開示される実施例の範囲から逸脱することなく、行われ得ることを理解されたい。
複合現実環境

全ての人々と同様に、複合現実システムのユーザは、実環境内に存在する、すなわち、「実世界」の３次元部分と、そのコンテンツの全てとが、ユーザによって知覚可能である。例えば、ユーザは、その通常の人間の感覚、すなわち、視覚、聴覚、触覚、味覚、嗅覚を使用して、実環境を知覚し、実環境内で自身の身体を移動させることによって、実環境と相互作用する。実環境内の場所は、座標空間内の座標として説明されることができ、例えば、座標は、緯度、経度、および海抜に対する高度、基準点からの３つの直交次元における距離、または他の好適な値を備えることができる。同様に、ベクトルは、座標空間内の方向および大きさを有する、量を説明することができる。

コンピューティングデバイスは、例えば、デバイスと関連付けられるメモリ内に、仮想環境の表現を維持することができる。本明細書で使用されるように、仮想環境は、３次元空間の算出表現である。仮想環境は、任意のオブジェクト、アクション、信号、パラメータ、座標、ベクトル、またはその空間と関連付けられる他の特性の表現を含むことができる。いくつかの実施例では、コンピューティングデバイスの回路（例えば、プロセッサ）は、仮想環境の状態を維持および更新することができ、すなわち、プロセッサは、第１の時間ｔ０において、仮想環境と関連付けられるデータおよび／またはユーザによって提供される入力に基づいて、第２の時間ｔ１における仮想環境の状態を決定することができる。例えば、仮想環境内のオブジェクトが、時間ｔ０において、第１の座標に位置し、あるプログラムされた物理的パラメータ（例えば、質量、摩擦係数）を有し、ユーザから受信された入力が、力がある方向ベクトルにおいてオブジェクトに印加されるべきであることを示す場合、プロセッサは、運動学の法則を適用し、基本力学を使用して、時間ｔ１におけるオブジェクトの場所を決定することができる。プロセッサは、仮想環境について既知の任意の好適な情報および／または任意の好適な入力を使用し、時間ｔ１における仮想環境の状態を決定することができる。仮想環境の状態を維持および更新する際、プロセッサは、仮想環境内の仮想オブジェクトの作成および削除に関連するソフトウェア、仮想環境内の仮想オブジェクトまたはキャラクタの挙動を定義するためのソフトウェア（例えば、スクリプト）、仮想環境内の信号（例えば、オーディオ信号）の挙動を定義するためのソフトウェア、仮想環境と関連付けられるパラメータを作成および更新するためのソフトウェア、仮想環境内のオーディオ信号を生成するためのソフトウェア、入力および出力を取り扱うためのソフトウェア、ネットワーク動作を実装するためのソフトウェア、アセットデータ（例えば、仮想オブジェクトを経時的に移動させるためのアニメーションデータ）を適用するためのソフトウェア、または多くの他の可能性を含む、任意の好適なソフトウェアを実行することができる。

ディスプレイまたはスピーカ等の出力デバイスは、仮想環境のいずれかまたは全ての側面をユーザに提示することができる。例えば、仮想環境は、ユーザに提示され得る、仮想オブジェクト（無生物オブジェクト、人々、動物、光等の表現を含み得る）を含み得る。プロセッサは、仮想環境のビュー（例えば、原点座標、視軸、および錐台を伴う、「カメラ」に対応する）を決定し、ディスプレイに、そのビューに対応する仮想環境の視認可能場面をレンダリングすることができる。任意の好適なレンダリング技術が、本目的のために使用されてもよい。いくつかの実施例では、視認可能場面は、仮想環境内のいくつかの仮想オブジェクトのみを含み、ある他の仮想オブジェクトを除外してもよい。同様に、仮想環境は、ユーザに１つまたはそれを上回るオーディオ信号として提示され得る、オーディオ側面を含んでもよい。例えば、仮想環境内の仮想オブジェクトは、オブジェクトの場所座標から生じる音を生成してもよい（例えば、仮想キャラクタが、発話する、または音効果を引き起こし得る）、または仮想環境は、特定の場所と関連付けられる場合とそうではない場合がある、音楽キューまたは周囲音と関連付けられてもよい。プロセッサは、「聴取者」座標に対応するオーディオ信号、例えば、仮想環境内の音の合成に対応し、聴取者座標において聴取者によって聞こえるであろうオーディオ信号をシミュレートするように混合および処理される、オーディオ信号を決定し、ユーザに、１つまたはそれを上回るスピーカを介して、オーディオ信号を提示することができる。

仮想環境は、算出構造としてのみ存在するため、ユーザは、直接、その通常の感覚を使用して、仮想環境を知覚することができない。代わりに、ユーザは、例えば、ディスプレイ、スピーカ、触覚的出力デバイス等によって、ユーザに提示されるように、間接的にのみ、仮想環境を知覚することができる。同様に、ユーザは、直接、仮想環境に触れる、それを操作する、または別様にそれと相互作用することができないが、入力データを、入力デバイスまたはセンサを介して、デバイスまたはセンサデータを使用し、仮想環境を更新し得る、プロセッサに提供することができる。例えば、カメラセンサは、ユーザが仮想環境内のオブジェクトを移動させようとしていることを示す、光学データを提供することができ、プロセッサは、そのデータを使用し、仮想環境内において、適宜、オブジェクトを応答させることができる。

複合現実システムは、ユーザに、例えば、透過型ディスプレイおよび／または１つまたはそれを上回るスピーカ（例えば、ウェアラブル頭部デバイスの中に組み込まれ得る）を使用して、実環境および仮想環境の側面を組み合わせる、複合現実環境（「ＭＲＥ」）を提示することができる。いくつかの実施形態では、１つまたはそれを上回るスピーカは、頭部搭載型ウェアラブルユニットの外部にあってもよい。本明細書で使用されるように、ＭＲＥは、実環境および対応する仮想環境の同時表現である。いくつかの実施例では、対応する実および仮想環境は、単一座標空間を共有し、いくつかの実施例では、実座標空間および対応する仮想座標空間は、変換行列（または他の好適な表現）によって相互に関連する。故に、単一座標（いくつかの実施例では、変換行列とともに）は、実環境内の第１の場所と、また、仮想環境内の第２の対応する場所とを定義することができ、逆もまた同様である。

ＭＲＥでは、（例えば、ＭＲＥと関連付けられる仮想環境内の）仮想オブジェクトは、（例えば、ＭＲＥと関連付けられる実環境内の）実オブジェクトに対応することができる。例えば、ＭＲＥの実環境が、実街灯柱（実オブジェクト）をある場所座標に備える場合、ＭＲＥの仮想環境は、仮想街灯柱（仮想オブジェクト）を対応する場所座標に備えてもよい。本明細書で使用されるように、実オブジェクトは、その対応する仮想オブジェクトとともに組み合わせて、「複合現実オブジェクト」を構成する。仮想オブジェクトが対応する実オブジェクトに完璧に合致する、またはそれと整合することは、必要ではない。いくつかの実施例では、仮想オブジェクトは、対応する実オブジェクトの簡略化されたバージョンであり得る。例えば、実環境が、実街灯柱を含む場合、対応する仮想オブジェクトは、実街灯柱と概ね同一の高さおよび半径の円筒形を備えてもよい（街灯柱が形状において略円筒形であり得ることを反映する）。仮想オブジェクトをこのように簡略化することは、算出効率を可能にすることができ、そのような仮想オブジェクト上で実施されるべき計算を簡略化することができる。さらに、ＭＲＥのいくつかの実施例では、実環境内の全ての実オブジェクトが、対応する仮想オブジェクトと関連付けられなくてもよい。同様に、ＭＲＥのいくつかの実施例では、仮想環境内の全ての仮想オブジェクトが、対応する実オブジェクトと関連付けられなくてもよい。すなわち、いくつかの仮想オブジェクトが、任意の実世界対応物を伴わずに、ＭＲＥの仮想環境内にのみ存在し得る。

いくつかの実施例では、仮想オブジェクトは、時として著しく、対応する実オブジェクトのものと異なる、特性を有してもよい。例えば、ＭＲＥ内の実環境は、緑色の２本の枝が延びたサボテン、すなわち、とげだらけの無生物オブジェクトを備え得るが、ＭＲＥ内の対応する仮想オブジェクトは、人間の顔特徴および無愛想な態度を伴う、緑色の２本の腕の仮想キャラクタの特性を有してもよい。本実施例では、仮想オブジェクトは、ある特性（色、腕の数）において、その対応する実オブジェクトに類似するが、他の特性（顔特徴、性格）において、実オブジェクトと異なる。このように、仮想オブジェクトは、創造的、抽象的、誇張された、または架空の様式において、実オブジェクトを表す、または挙動（例えば、人間の性格）をそうでなければ無生物である実オブジェクトに付与する潜在性を有する。いくつかの実施例では、仮想オブジェクトは、実世界対応物を伴わない、純粋に架空の創造物（例えば、おそらく、実環境内の虚空に対応する場所における、仮想環境内の仮想モンスタ）であってもよい。

ユーザに、実環境を不明瞭にしながら、仮想環境を提示する、ＶＲシステムと比較して、ＭＲＥを提示する、複合現実システムは、仮想環境が提示される間、実環境が知覚可能なままであるであるという利点をもたらす。故に、複合現実システムのユーザは、実環境と関連付けられる視覚的およびオーディオキューを使用し、対応する仮想環境を体験し、それと相互作用することが可能である。実施例として、ＶＲシステムのユーザは、上記に記述されるように、ユーザが、直接、仮想環境を知覚する、またはそれと相互作用することができないため、仮想環境内に表示される仮想オブジェクトを知覚する、またはそれと相互作用することに苦戦し得るが、ＭＲシステムのユーザは、その自身の実環境内の対応する実オブジェクトが見え、聞こえ、触れることによって、仮想オブジェクトと相互作用することが直感的および自然であると見出し得る。本レベルの相互作用は、ユーザの仮想環境との没入感、つながり、および関与の感覚を向上させることができる。同様に、実環境および仮想環境を同時に提示することによって、複合現実システムは、ＶＲシステムと関連付けられる負の心理学的感覚（例えば、認知的不協和）および負の身体的感覚（例えば、乗り物酔い）を低減させることができる。複合現実システムはさらに、実世界の我々の体験を拡張または改変し得る用途に関する多くの可能性をもたらす。

図１Ａは、ユーザ１１０が複合現実システム１１２を使用する、例示的実環境１００を図示する。複合現実システム１１２は、例えば、下記に説明されるように、ディスプレイ（例えば、透過型ディスプレイ）および１つまたはそれを上回るスピーカと、１つまたはそれを上回るセンサ（例えば、カメラ）とを備えてもよい。示される実環境１００は、その中にユーザ１１０が立っている、長方形の部屋１０４Ａと、実オブジェクト１２２Ａ（ランプ）、１２４Ａ（テーブル）、１２６Ａ（ソファ）、および１２８Ａ（絵画）とを備える。部屋１０４Ａはさらに、場所座標１０６を備え、これは、実環境１００の原点と見なされ得る。図１Ａに示されるように、その原点を点１０６（世界座標）に伴う、環境／世界座標系１０８（ｘ－軸１０８Ｘ、ｙ－軸１０８Ｙ、およびｚ－軸１０８Ｚを備える）は、実環境１００のための座標空間を定義することができる。いくつかの実施形態では、環境／世界座標系１０８の原点１０６は、複合現実システム１１２の電源がオンにされた場所に対応してもよい。いくつかの実施形態では、環境／世界座標系１０８の原点１０６は、動作の間、リセットされてもよい。いくつかの実施例では、ユーザ１１０は、実環境１００内の実オブジェクトと見なされ得、同様に、ユーザ１１０の身体部分（例えば、手、足）は、実環境１００内の実オブジェクトと見なされ得る。いくつかの実施例では、その原点を点１１５（例えば、ユーザ／聴取者／頭部座標）に伴う、ユーザ／聴取者／頭部座標系１１４（ｘ－軸１１４Ｘ、ｙ－軸１１４Ｙ、およびｚ－軸１１４Ｚを備える）は、その上に複合現実システム１１２が位置する、ユーザ／聴取者／頭部のための座標空間を定義することができる。ユーザ／聴取者／頭部座標系１１４の原点１１５は、複合現実システム１１２の１つまたはそれを上回るコンポーネントに対して定義されてもよい。例えば、ユーザ／聴取者／頭部座標系１１４の原点１１５は、複合現実システム１１２の初期較正の間等、複合現実システム１１２のディスプレイに対して定義されてもよい。行列（平行移動行列および四元数行列または他の回転行列を含み得る）または他の好適な表現が、ユーザ／聴取者／頭部座標系１１４空間と環境／世界座標系１０８空間との間の変換を特性評価することができる。いくつかの実施形態では、左耳座標１１６および右耳座標１１７が、ユーザ／聴取者／頭部座標系１１４の原点１１５に対して定義されてもよい。行列（平行移動行列および四元数行列または他の回転行列を含み得る）または他の好適な表現が、左耳座標１１６および右耳座標１１７とユーザ／聴取者／頭部座標系１１４空間との間の変換を特性評価することができる。ユーザ／聴取者／頭部座標系１１４は、ユーザの頭部または頭部搭載型デバイスに対する、例えば、環境／世界座標系１０８に対する場所の表現を簡略化することができる。同時位置特定およびマッピング（ＳＬＡＭ）、ビジュアルオドメトリ、または他の技法を使用して、ユーザ座標系１１４と環境座標系１０８との間の変換が、リアルタイムで決定および更新されることができる。

図１Ｂは、実環境１００に対応する、例示的仮想環境１３０を図示する。示される仮想環境１３０は、実長方形部屋１０４Ａに対応する仮想長方形部屋１０４Ｂと、実オブジェクト１２２Ａに対応する仮想オブジェクト１２２Ｂと、実オブジェクト１２４Ａに対応する仮想オブジェクト１２４Ｂと、実オブジェクト１２６Ａに対応する仮想オブジェクト１２６Ｂとを備える。仮想オブジェクト１２２Ｂ、１２４Ｂ、１２６Ｂと関連付けられるメタデータは、対応する実オブジェクト１２２Ａ、１２４Ａ、および１２６Ａから導出される情報を含むことができる。仮想環境１３０は、加えて、仮想モンスタ１３２を備え、これは、実環境１００内の任意の実オブジェクトに対応しない。実環境１００内の実オブジェクト１２８Ａは、仮想環境１３０内の任意の仮想オブジェクトに対応しない。その原点を点１３４（持続的座標）に伴う、持続的座標系１３３（ｘ－軸１３３Ｘ、ｙ－軸１３３Ｙ、およびｚ－軸１３３Ｚを備える）は、仮想コンテンツのための座標空間を定義することができる。持続的座標系１３３の原点１３４は、実オブジェクト１２６Ａ等の１つまたはそれを上回る実オブジェクトと相対的に／それに対して定義されてもよい。行列（平行移動行列および四元数行列または他の回転行列を含み得る）または他の好適な表現が、持続的座標系１３３空間と環境／世界座標系１０８空間との間の変換を特性評価することができる。いくつかの実施形態では、仮想オブジェクト１２２Ｂ、１２４Ｂ、１２６Ｂ、および１３２はそれぞれ、持続的座標系１３３の原点１３４に対するそれらの自身の持続的座標点を有してもよい。いくつかの実施形態では、複数の持続的座標系が、存在してもよく、仮想オブジェクト１２２Ｂ、１２４Ｂ、１２６Ｂ、および１３２はそれぞれ、１つまたはそれを上回る持続的座標系に対するそれらの自身の持続的座標点を有してもよい。

持続的座標データは、物理的環境に対して存続する、座標データであり得る。持続的座標データは、ＭＲシステム（例えば、ＭＲシステム１１２、２００）によって、持続的仮想コンテンツを設置するために使用されてもよく、これは、その上に仮想オブジェクトが表示されている、ディスプレイの移動に結び付けられない場合がある。例えば、２次元画面は、仮想オブジェクトのみを画面上のある位置に対して表示し得る。２次元画面が、移動するにつれて、仮想コンテンツは、画面とともに移動し得る。いくつかの実施形態では、持続的仮想コンテンツが、部屋の角に表示され得る。ＭＲユーザが、角を見ると、仮想コンテンツが見え、角から眼を逸らし（仮想コンテンツは、仮想コンテンツが、ユーザの頭部の運動に起因して、ユーザの視野内からユーザの視野外の場所に移動している場合があるため、もはや可視ではなくなり得る）、眼を戻すと、仮想コンテンツが角に見え得る（実オブジェクトが挙動し得る方法に類似する）。

いくつかの実施形態では、持続的座標データ（例えば、持続的座標系および／または持続的座標フレーム）は、原点と、３つの軸とを含むことができる。例えば、持続的座標系は、ＭＲシステムによって、部屋の中心に割り当てられてもよい。いくつかの実施形態では、ユーザが、部屋を動き回り、部屋から外に出て、部屋に再進入する等を行い得るが、持続的座標系は、部屋の中心に留まり得る（例えば、これが物理的環境に対して存続するため）。いくつかの実施形態では、仮想オブジェクトは、持続的座標データへの変換を使用して表示されてもよく、これは、持続的仮想コンテンツを表示することを可能にし得る。いくつかの実施形態では、ＭＲシステムは、同時位置特定およびマッピングを使用し、持続的座標データを生成してもよい（例えば、ＭＲシステムは、持続的座標系を空間内の点に割り当ててもよい）。いくつかの実施形態では、ＭＲシステムは、持続的座標データを規則的間隔で生成することによって、環境をマッピングしてもよい（例えば、ＭＲシステムは、持続的座標系をグリッド内に割り当ててもよく、そこで、持続的座標系は、別の持続的座標系の少なくとも５フィート以内にあり得る）。

いくつかの実施形態では、持続的座標データは、ＭＲシステムによって生成され、遠隔サーバに伝送されてもよい。いくつかの実施形態では、遠隔サーバは、持続的座標データを受信するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、遠隔サーバは、複数の観察事例からの持続的座標データを同期させるように構成されてもよい。例えば、複数のＭＲシステムが、持続的座標データで同一の部屋をマッピングし、そのデータを遠隔サーバに伝送してもよい。いくつかの実施形態では、遠隔サーバは、本観察データを使用し、規準持続的座標データを生成してもよく、これは、１つまたはそれを上回る観察に基づいてもよい。いくつかの実施形態では、規準持続的座標データは、持続的座標データの単一の観察より正確および／または信頼性があり得る。いくつかの実施形態では、規準持続的座標データは、１つまたはそれを上回るＭＲシステムに伝送されてもよい。例えば、ＭＲシステムは、画像認識および／または場所データを使用し、これが、対応する規準持続的座標データを有する、部屋内に位置することを認識してもよい（例えば、他のＭＲシステムが、その部屋を以前にマッピングしているため）。いくつかの実施形態では、ＭＲシステムは、その場所に対応する規準持続的座標データを遠隔サーバから受信してもよい。

図１Ａおよび１Ｂに関して、環境／世界座標系１０８は、実環境１００および仮想環境１３０の両方のための共有座標空間を定義する。示される実施例では、座標空間は、その原点を点１０６に有する。さらに、座標空間は、同一の３つの直交軸（１０８Ｘ、１０８Ｙ、１０８Ｚ）によって定義される。故に、実環境１００内の第１の場所および仮想環境１３０内の第２の対応する場所は、同一の座標空間に関して説明されることができる。これは、同一の座標が両方の場所を識別するために使用され得るため、実および仮想環境内の対応する場所を識別および表示することを簡略化する。しかしながら、いくつかの実施例では、対応する実および仮想環境は、共有座標空間を使用する必要がない。例えば、いくつかの実施例では（図示せず）、行列（平行移動行列および四元数行列または他の回転行列を含み得る）または他の好適な表現が、実環境座標空間と仮想環境座標空間との間の変換を特性評価することができる。

図１Ｃは、同時に、実環境１００および仮想環境１３０の側面をユーザ１１０に複合現実システム１１２を介して提示する、例示的ＭＲＥ１５０を図示する。示される実施例では、ＭＲＥ１５０は、同時に、ユーザ１１０に、実環境１００からの実オブジェクト１２２Ａ、１２４Ａ、１２６Ａ、および１２８Ａ（例えば、複合現実システム１１２のディスプレイの透過性部分を介して）と、仮想環境１３０からの仮想オブジェクト１２２Ｂ、１２４Ｂ、１２６Ｂ、および１３２（例えば、複合現実システム１１２のディスプレイのアクティブディスプレイ部分を介して）とを提示する。上記のように、原点１０６は、ＭＲＥ１５０に対応する座標空間のための原点として作用し、座標系１０８は、座標空間のためのｘ－軸、ｙ－軸、およびｚ－軸を定義する。

示される実施例では、複合現実オブジェクトは、座標空間１０８内の対応する場所を占有する、対応する対の実オブジェクトおよび仮想オブジェクト（すなわち、１２２Ａ／１２２Ｂ、１２４Ａ／１２４Ｂ、１２６Ａ／１２６Ｂ）を備える。いくつかの実施例では、実オブジェクトおよび仮想オブジェクトは両方とも、同時に、ユーザ１１０に可視であってもよい。これは、例えば、仮想オブジェクトが対応する実オブジェクトのビューを拡張させるように設計される情報を提示する事例において望ましくあり得る（仮想オブジェクトが古代の損傷された彫像の欠けた部分を提示する、博物館用途において等）。いくつかの実施例では、仮想オブジェクト（１２２Ｂ、１２４Ｂ、および／または１２６Ｂ）は、対応する実オブジェクト（１２２Ａ、１２４Ａ、および／または１２６Ａ）をオクルードするように、表示されてもよい（例えば、ピクセル化オクルージョンシャッタを使用する、アクティブピクセル化オクルージョンを介して）。これは、例えば、仮想オブジェクトが対応する実オブジェクトのための視覚的置換として作用する事例において望ましくあり得る（無生物実オブジェクトが「生きている」キャラクタとなる、双方向ストーリーテリング用途において等）。

いくつかの実施例では、実オブジェクト（例えば、１２２Ａ、１２４Ａ、１２６Ａ）は、必ずしも、仮想オブジェクトを構成しない場合がある、仮想コンテンツまたはヘルパデータと関連付けられてもよい。仮想コンテンツまたはヘルパデータは、複合現実環境内の仮想オブジェクトの処理または取扱を促進することができる。例えば、そのような仮想コンテンツは、対応する実オブジェクトの２次元表現、対応する実オブジェクトと関連付けられるカスタムアセットタイプ、または対応する実オブジェクトと関連付けられる統計的データを含み得る。本情報は、不必要な算出オーバーヘッドを被ることなく、実オブジェクトに関わる計算を可能にする、または促進することができる。

いくつかの実施例では、上記に説明される提示はまた、オーディオ側面を組み込んでもよい。例えば、ＭＲＥ１５０では、仮想モンスタ１３２は、モンスタがＭＲＥ１５０の周囲を歩き回るにつれて生成される、足音効果等の１つまたはそれを上回るオーディオ信号と関連付けられ得る。下記にさらに説明されるように、複合現実システム１１２のプロセッサは、ＭＲＥ１５０内の全てのそのような音の混合および処理された合成に対応するオーディオ信号を算出し、複合現実システム１１２内に含まれる１つまたはそれを上回るスピーカおよび／または１つまたはそれを上回る外部スピーカを介して、オーディオ信号をユーザ１１０に提示することができる。
例示的複合現実システム

例示的複合現実システム１１２は、ディスプレイ（接眼ディスプレイであり得る、左および右透過型ディスプレイと、ディスプレイからの光をユーザの眼に結合するための関連付けられるコンポーネントとを備え得る）と、左および右スピーカ（例えば、それぞれ、ユーザの左および右耳に隣接して位置付けられる）と、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）（例えば、頭部デバイスのつるのアームに搭載される）と、直交コイル電磁受信機（例えば、左つる部品に搭載される）と、ユーザから離れるように配向される、左および右カメラ（例えば、深度（飛行時間）カメラ）と、ユーザに向かって配向される、左および右眼カメラ（例えば、ユーザの眼移動を検出するため）とを備える、ウェアラブル頭部デバイス（例えば、ウェアラブル拡張現実または複合現実頭部デバイス）を含むことができる。しかしながら、複合現実システム１１２は、任意の好適なディスプレイ技術および任意の好適なセンサ（例えば、光学、赤外線、音響、ＬＩＤＡＲ、ＥＯＧ、ＧＰＳ、磁気）を組み込むことができる。加えて、複合現実システム１１２は、ネットワーキング特徴（例えば、Ｗｉ－Ｆｉ能力）を組み込み、他の複合現実システムを含む、他のデバイスおよびシステムと通信してもよい。複合現実システム１１２はさらに、バッテリ（ユーザの腰部の周囲に装着されるように設計されるベルトパック等の補助ユニット内に搭載され得る）と、プロセッサと、メモリとを含んでもよい。複合現実システム１１２のウェアラブル頭部デバイスは、ユーザの環境に対するウェアラブル頭部デバイスの座標のセットを出力するように構成される、ＩＭＵまたは他の好適なセンサ等の追跡コンポーネントを含んでもよい。いくつかの実施例では、追跡コンポーネントは、入力をプロセッサに提供し、同時位置特定およびマッピング（ＳＬＡＭ）および／またはビジュアルオドメトリアルゴリズムを実施してもよい。いくつかの実施例では、複合現実システム１１２はまた、下記にさらに説明されるように、ハンドヘルドコントローラ３００、および／またはウェアラブルベルトパックであり得る補助ユニット３２０を含んでもよい。

図２Ａ－２Ｄは、ＭＲＥ（ＭＲＥ１５０に対応し得る）または他の仮想環境をユーザに提示するために使用され得る、例示的複合現実システム２００（複合現実システム１１２に対応し得る）のコンポーネントを図示する。図２Ａは、例示的複合現実システム２００内に含まれるウェアラブル頭部デバイス２１０２の斜視図を図示する。図２Ｂは、ユーザの頭部２２０２上に装着されるウェアラブル頭部デバイス２１０２の上面図を図示する。図２Ｃは、ウェアラブル頭部デバイス２１０２の正面図を図示する。図２Ｄは、ウェアラブル頭部デバイス２１０２の例示的接眼レンズ２１１０の縁視図を図示する。図２Ａ－２Ｃに示されるように、例示的ウェアラブル頭部デバイス２１０２は、例示的左接眼レンズ（例えば、左透明導波管セット接眼レンズ）２１０８と、例示的右接眼レンズ（例えば、右透明導波管セット接眼レンズ）２１１０とを含む。各接眼レンズ２１０８および２１１０は、それを通して実環境が可視であり得る、透過性要素、および実環境に重複するディスプレイ（例えば、画像毎に変調された光を介して）を提示するためのディスプレイ要素を含むことができる。いくつかの実施例では、そのようなディスプレイ要素は、画像毎に変調された光の流動を制御するための表面回折光学要素を含むことができる。例えば、左接眼レンズ２１０８は、左内部結合格子セット２１１２と、左直交瞳拡張（ＯＰＥ）格子セット２１２０と、左射出（出力）瞳拡張（ＥＰＥ）格子セット２１２２とを含むことができる。本明細書で使用されるように、瞳は、格子セットまたは反射器等の光学要素からの光の出射を指し得る。同様に、右接眼レンズ２１１０は、右内部結合格子セット２１１８と、右ＯＰＥ格子セット２１１４と、右ＥＰＥ格子セット２１１６とを含むことができる。画像毎に変調された光は、内部結合格子２１１２および２１１８、ＯＰＥ２１１４および２１２０、およびＥＰＥ２１１６および２１２２を介して、ユーザの眼に転送されることができる。各内部結合格子セット２１１２、２１１８は、光をその対応するＯＰＥ格子セット２１２０、２１１４に向かって偏向させるように構成されることができる。各ＯＰＥ格子セット２１２０、２１１４は、光をその関連付けられるＥＰＥ２１２２、２１１６に向かって下方に漸次的に偏向させ、それによって、形成されている射出瞳を水平に延在させるように設計されることができる。各ＥＰＥ２１２２、２１１６は、その対応するＯＰＥ格子セット２１２０、２１１４から受光された光の少なくとも一部を、接眼レンズ２１０８、２１１０の背後に定義される、ユーザアイボックス位置（図示せず）に外向きに漸次的に再指向し、アイボックスに形成される射出瞳を垂直に延在させるように構成されることができる。代替として、内部結合格子セット２１１２および２１１８、ＯＰＥ格子セット２１１４および２１２０、およびＥＰＥ格子セット２１１６および２１２２の代わりに、接眼レンズ２１０８および２１１０は、ユーザの眼への画像毎に変調された光の結合を制御するための格子および／または屈折および反射性特徴の他の配列を含むことができる。

いくつかの実施例では、ウェアラブル頭部デバイス２１０２は、左つるのアーム２１３０と、右つるのアーム２１３２とを含むことができ、左つるのアーム２１３０は、左スピーカ２１３４を含み、右つるのアーム２１３２は、右スピーカ２１３６を含む。直交コイル電磁受信機２１３８は、左つる部品またはウェアラブル頭部ユニット２１０２内の別の好適な場所に位置することができる。慣性測定ユニット（ＩＭＵ）２１４０は、右つるのアーム２１３２またはウェアラブル頭部デバイス２１０２内の別の好適な場所に位置することができる。ウェアラブル頭部デバイス２１０２はまた、左深度（例えば、飛行時間）カメラ２１４２と、右深度カメラ２１４４とを含むことができる。深度カメラ２１４２、２１４４は、好適には、ともにより広い視野を網羅するように、異なる方向に配向されることができる。

図２Ａ－２Ｄに示される実施例では、画像毎に変調された光の左源２１２４は、左内部結合格子セット２１１２を通して、左接眼レンズ２１０８の中に光学的に結合されることができ、画像毎に変調された光の右源２１２６は、右内部結合格子セット２１１８を通して、右接眼レンズ２１１０の中に光学的に結合されることができる。画像毎に変調された光の源２１２４、２１２６は、例えば、光ファイバ走査装置、デジタル光処理（ＤＬＰ）チップまたはシリコン上液晶（ＬＣｏＳ）変調器等の電子光変調器を含む、プロジェクタ、または側面あたり１つまたはそれを上回るレンズを使用して、内部結合格子セット２１１２、２１１８の中に結合される、マイクロ発光ダイオード（μＬＥＤ）またはマイクロ有機発光ダイオード（μＯＬＥＤ）パネル等の発光型ディスプレイを含むことができる。入力結合格子セット２１１２、２１１８は、画像毎に変調された光の源２１２４、２１２６からの光を、接眼レンズ２１０８、２１１０のための全内部反射（ＴＩＲ）に関する臨界角を上回る角度に偏向させることができる。ＯＰＥ格子セット２１１４、２１２０は、伝搬する光をＴＩＲによってＥＰＥ格子セット２１１６、２１２２に向かって下方に漸次的に偏向させる。ＥＰＥ格子セット２１１６、２１２２は、ユーザの眼の瞳孔を含む、ユーザの顔に向かって、光を漸次的に結合する。

いくつかの実施例では、図２Ｄに示されるように、左接眼レンズ２１０８および右接眼レンズ２１１０はそれぞれ、複数の導波管２４０２を含む。例えば、各接眼レンズ２１０８、２１１０は、複数の個々の導波管を含むことができ、それぞれ、個別の色チャネル（例えば、赤色、青色、および緑色）専用である。いくつかの実施例では、各接眼レンズ２１０８、２１１０は、そのような導波管の複数のセットを含むことができ、各セットは、異なる波面曲率を放出される光に付与するように構成される。波面曲率は、例えば、ユーザの正面のある距離に（例えば、波面曲率の逆数に対応する距離だけ）位置付けられる仮想オブジェクトを提示するように、ユーザの眼に対して凸面であってもよい。いくつかの実施例では、ＥＰＥ格子セット２１１６、２１２２は、各ＥＰＥを横断して出射する光のＰｏｙｎｔｉｎｇベクトルを改変することによって凸面波面曲率をもたらすために、湾曲格子溝を含むことができる。

いくつかの実施例では、表示されるコンテンツが３次元である知覚を作成するために、立体視的に調節される左および右眼像は、画像毎光変調器２１２４、２１２６および接眼レンズ２１０８、２１１０を通して、ユーザに提示されることができる。３次元仮想オブジェクトの提示の知覚される現実性は、仮想オブジェクトが立体視左および右画像によって示される距離に近似する距離に表示されるように、導波管（したがって、対応する波面曲率）を選択することによって向上されることができる。本技法はまた、立体視左および右眼像によって提供される深度知覚キューと人間の眼の自動遠近調節（例えば、オブジェクト距離依存焦点）との間の差異によって引き起こされ得る、一部のユーザによって被られる乗り物酔いを低減させ得る。

図２Ｄは、例示的ウェアラブル頭部デバイス２１０２の右接眼レンズ２１１０の上部からの縁視図を図示する。図２Ｄに示されるように、複数の導波管２４０２は、３つの導波管の第１のサブセット２４０４と、３つの導波管の第２のサブセット２４０６とを含むことができる。導波管の２つのサブセット２４０４、２４０６は、異なる波面曲率を出射する光に付与するために異なる格子線曲率を特徴とする、異なるＥＰＥ格子によって区別されることができる。導波管のサブセット２４０４、２４０６のそれぞれの中で、各導波管は、異なるスペクトルチャネル（例えば、赤色、緑色、および青色スペクトルチャネルのうちの１つ）をユーザの右眼２２０６に結合するために使用されることができる。（図２Ｄには図示されないが、左接眼レンズ２１０８の構造は、右接眼レンズ２１１０の構造に類似する。）

図３Ａは、複合現実システム２００の例示的ハンドヘルドコントローラコンポーネント３００を図示する。いくつかの実施例では、ハンドヘルドコントローラ３００は、把持部分３４６と、上部表面３４８に沿って配置される、１つまたはそれを上回るボタン３５０とを含む。いくつかの実施例では、ボタン３５０は、例えば、カメラまたは他の光学センサ（複合現実システム２００の頭部ユニット（例えば、ウェアラブル頭部デバイス２１０２）内に搭載され得る）と併せて、ハンドヘルドコントローラ３００の６自由度（６ＤＯＦ）運動を追跡するための光学追跡標的としての使用のために構成されてもよい。いくつかの実施例では、ハンドヘルドコントローラ３００は、ウェアラブル頭部デバイス２１０２に対する位置または配向等の位置または配向を検出するための追跡コンポーネント（例えば、ＩＭＵまたは他の好適なセンサ）を含む。いくつかの実施例では、そのような追跡コンポーネントは、ハンドヘルドコントローラ３００のハンドル内に位置付けられてもよい、および／またはハンドヘルドコントローラに機械的に結合されてもよい。ハンドヘルドコントローラ３００は、ボタンの押下状態、またはハンドヘルドコントローラ３００の位置、配向、および／または移動（例えば、ＩＭＵを介して）のうちの１つまたはそれを上回るものに対応する、１つまたはそれを上回る出力信号を提供するように構成されることができる。そのような出力信号は、複合現実システム２００のプロセッサへの入力として使用されてもよい。そのような入力は、ハンドヘルドコントローラの位置、配向、および／または移動（転じて、コントローラを保持するユーザの手の位置、配向、および／または移動）に対応し得る。そのような入力はまた、ユーザがボタン３５０を押下したことに対応し得る。

図３Ｂは、複合現実システム２００の例示的補助ユニット３２０を図示する。補助ユニット３２０は、エネルギーを提供し、システム２００を動作するためのバッテリを含むことができ、プログラムを実行し、システム２００を動作させるためのプロセッサを含むことができる。示されるように、例示的補助ユニット３２０は、補助ユニット３２０をユーザのベルトに取り付けるため等のクリップ２１２８を含む。他の形状因子も、補助ユニット３２０のために好適であり、ユニットをユーザのベルトに搭載することを伴わない、形状因子を含むことも明白となるであろう。いくつかの実施例では、補助ユニット３２０は、例えば、電気ワイヤおよび光ファイバを含み得る、多管式ケーブルを通して、ウェアラブル頭部デバイス２１０２に結合される。補助ユニット３２０とウェアラブル頭部デバイス２１０２との間の無線接続もまた、使用されることができる。

いくつかの実施例では、複合現実システム２００は、１つまたはそれを上回るマイクロホンを含み、音を検出し、対応する信号を複合現実システムに提供することができる。いくつかの実施例では、マイクロホンは、ウェアラブル頭部デバイス２１０２に取り付けられる、またはそれと統合されてもよく、ユーザの音声を検出するように構成されてもよい。いくつかの実施例では、マイクロホンは、ハンドヘルドコントローラ３００および／または補助ユニット３２０に取り付けられる、またはそれと統合されてもよい。そのようなマイクロホンは、環境音、周囲雑音、ユーザまたは第三者の音声、または他の音を検出するように構成されてもよい。

図４は、上記に説明される複合現実システム２００（図１に関する複合現実システム１１２に対応し得る）等の例示的複合現実システムに対応し得る、例示的機能ブロック図を示す。図４に示されるように、例示的ハンドヘルドコントローラ４００Ｂ（ハンドヘルドコントローラ３００（「トーテム」）に対応し得る）は、トーテム／ウェアラブル頭部デバイス６自由度（６ＤＯＦ）トーテムサブシステム４０４Ａを含み、例示的ウェアラブル頭部デバイス４００Ａ（ウェアラブル頭部デバイス２１０２に対応し得る）は、トーテム／ウェアラブル頭部デバイス６ＤＯＦサブシステム４０４Ｂを含む。実施例では、６ＤＯＦトーテムサブシステム４０４Ａおよび６ＤＯＦサブシステム４０４Ｂは、協働し、ウェアラブル頭部デバイス４００Ａに対するハンドヘルドコントローラ４００Ｂの６つの座標（例えば、３つの平行移動方向におけるオフセットおよび３つの軸に沿った回転）を決定する。６自由度は、ウェアラブル頭部デバイス４００Ａの座標系に対して表されてもよい。３つの平行移動オフセットは、そのような座標系内におけるＸ、Ｙ、およびＺオフセットとして、平行移動行列として、またはある他の表現として表されてもよい。回転自由度は、ヨー、ピッチ、およびロール回転のシーケンスとして、回転行列として、四元数として、またはある他の表現として表されてもよい。いくつかの実施例では、ウェアラブル頭部デバイス４００Ａ、ウェアラブル頭部デバイス４００Ａ内に含まれる、１つまたはそれを上回る深度カメラ４４４（および／または１つまたはそれを上回る非深度カメラ）、および／または１つまたはそれを上回る光学標的（例えば、上記に説明されるようなハンドヘルドコントローラ４００Ｂのボタン３５０またはハンドヘルドコントローラ４００Ｂ内に含まれる専用光学標的）は、６ＤＯＦ追跡のために使用されることができる。いくつかの実施例では、ハンドヘルドコントローラ４００Ｂは、上記に説明されるようなカメラを含むことができ、ウェアラブル頭部デバイス４００Ａは、カメラと併せた光学追跡のための光学標的を含むことができる。いくつかの実施例では、ウェアラブル頭部デバイス４００Ａおよびハンドヘルドコントローラ４００Ｂはそれぞれ、３つの直交して配向されるソレノイドのセットを含み、これは、３つの区別可能な信号を無線で送信および受信するために使用される。受信するために使用される、コイルのそれぞれにおいて受信される３つの区別可能な信号の相対的大きさを測定することによって、ハンドヘルドコントローラ４００Ｂに対するウェアラブル頭部デバイス４００Ａの６ＤＯＦが、決定され得る。加えて、６ＤＯＦトーテムサブシステム４０４Ａは、改良された正確度および／またはハンドヘルドコントローラ４００Ｂの高速移動に関するよりタイムリーな情報を提供するために有用である、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）を含むことができる。

いくつかの実施形態では、ウェアラブルシステム４００は、マイクロホンアレイ４０７を含むことができ、これは、ヘッドギヤデバイス４００Ａ上に配列される、１つまたはそれを上回るマイクロホンを含むことができる。いくつかの実施形態では、マイクロホンアレイ４０７は、４つのマイクロホンを含むことができる。２つのマイクロホンは、ヘッドギヤ４００Ａの正面上に設置されることができ、２つのマイクロホンは、頭部ヘッドギヤ４００Ａの背面に設置されることができる（例えば、左後方に１つ、および右後方に１つ）。いくつかの実施形態では、マイクロホンアレイ４０７によって受信された信号は、ＤＳＰ４０８に伝送されることができる。ＤＳＰ４０８は、信号処理をマイクロホンアレイ４０７から受信された信号上で実施するように構成されることができる。例えば、ＤＳＰ４０８は、雑音低減、音響エコーキャンセル、および／またはビーム形成をマイクロホンアレイ４０７から受信された信号上で実施するように構成されることができる。ＤＳＰ４０８は、信号をプロセッサ４１６に伝送するように構成されることができる。

いくつかの実施例では、例えば、座標系１０８に対するウェアラブル頭部デバイス４００Ａの移動を補償するために、座標をローカル座標空間（例えば、ウェアラブル頭部デバイス４００Ａに対して固定される座標空間）から慣性座標空間（例えば、実環境に対して固定される座標空間）に変換することが、必要になり得る。例えば、そのような変換は、ウェアラブル頭部デバイス４００Ａのディスプレイが、ディスプレイ上の固定位置および配向（例えば、ディスプレイの右下角における同一の位置における）ではなく、仮想オブジェクトを実環境に対する予期される位置および配向に提示し（例えば、ウェアラブル頭部デバイスの位置および配向にかかわらず、前方に向いた実椅子に着座している仮想人物）、仮想オブジェクトが実環境内に存在する（かつ、例えば、ウェアラブル頭部デバイス４００Ａが偏移および回転するにつれて、実環境内に不自然に位置付けられて現れない）という錯覚を保全するために必要であり得る。いくつかの実施例では、座標空間の間の補償変換が、座標系１０８に対するウェアラブル頭部デバイス４００Ａの変換を決定するために、ＳＬＡＭおよび／またはビジュアルオドメトリプロシージャを使用して、深度カメラ４４４からの像を処理することによって決定されることができる。図４に示される実施例では、深度カメラ４４４は、ＳＬＡＭ／ビジュアルオドメトリブロック４０６に結合され、像をブロック４０６に提供することができる。ＳＬＡＭ／ビジュアルオドメトリブロック４０６実装は、本像を処理し、次いで、頭部座標空間と別の座標空間（例えば、慣性座標空間）との間の変換を識別するために使用され得る、ユーザの頭部の位置および配向を決定するように構成される、プロセッサを含むことができる。同様に、いくつかの実施例では、ユーザの頭部姿勢および場所に関する情報の付加的源が、ＩＭＵ４０９から取得される。ＩＭＵ４０９からの情報は、ＳＬＡＭ／ビジュアルオドメトリブロック４０６からの情報と統合され、改良された正確度および／またはユーザの頭部姿勢および位置の高速調節に関するよりタイムリーな情報を提供することができる。

いくつかの実施例では、深度カメラ４４４は、ウェアラブル頭部デバイス４００Ａのプロセッサ内に実装され得る、手のジェスチャトラッカ４１１に、３Ｄ像を供給することができる。手のジェスチャトラッカ４１１は、例えば、深度カメラ４４４から受信された３Ｄ像を手のジェスチャを表す記憶されたパターンに合致させることによって、ユーザの手のジェスチャを識別することができる。ユーザの手のジェスチャを識別する他の好適な技法も、明白となるであろう。

いくつかの実施例では、１つまたはそれを上回るプロセッサ４１６は、ウェアラブル頭部デバイスの６ＤＯＦヘッドギヤサブシステム４０４Ｂ、ＩＭＵ４０９、ＳＬＡＭ／ビジュアルオドメトリブロック４０６、深度カメラ４４４、および／または手のジェスチャトラッカ４１１からデータを受信するように構成されてもよい。プロセッサ４１６はまた、制御信号を６ＤＯＦトーテムシステム４０４Ａに送信し、そこから受信することができる。プロセッサ４１６は、ハンドヘルドコントローラ４００Ｂがテザリングされない実施例において等、無線で、６ＤＯＦトーテムシステム４０４Ａに結合されてもよい。プロセッサ４１６はさらに、オーディオ／視覚的コンテンツメモリ４１８、グラフィカル処理ユニット（ＧＰＵ）４２０、および／またはデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）オーディオ空間化装置４２２等の付加的コンポーネントと通信してもよい。ＤＳＰオーディオ空間化装置４２２は、頭部関連伝達関数（ＨＲＴＦ）メモリ４２５に結合されてもよい。ＧＰＵ４２０は、画像毎に変調された光の左源４２４に結合される、左チャネル出力と、画像毎に変調された光の右源４２６に結合される、右チャネル出力とを含むことができる。ＧＰＵ４２０は、例えば、図２Ａ－２Ｄに関して上記に説明されるように、立体視画像データを画像毎に変調された光の源４２４、４２６に出力することができる。ＤＳＰオーディオ空間化装置４２２は、オーディオを左スピーカ４１２および／または右スピーカ４１４に出力することができる。ＤＳＰオーディオ空間化装置４２２は、プロセッサ４１９から、ユーザから仮想音源（例えば、ハンドヘルドコントローラ３２０を介して、ユーザによって移動され得る）への方向ベクトルを示す入力を受信することができる。方向ベクトルに基づいて、ＤＳＰオーディオ空間化装置４２２は、対応するＨＲＴＦを決定することができる（例えば、ＨＲＴＦにアクセスすることによって、または複数のＨＲＴＦを補間することによって）。ＤＳＰオーディオ空間化装置４２２は、次いで、決定されたＨＲＴＦを仮想オブジェクトによって生成された仮想音に対応するオーディオ信号等のオーディオ信号に適用することができる。これは、複合現実環境内の仮想音に対するユーザの相対的位置および配向を組み込むことによって、すなわち、その仮想音が実環境内の実音である場合に聞こえるであろうもののユーザの予期に合致する仮想音を提示することによって、仮想音の信憑性および現実性を向上させることができる。

図４に示されるもの等のいくつかの実施例では、プロセッサ４１６、ＧＰＵ４２０、ＤＳＰオーディオ空間化装置４２２、ＨＲＴＦメモリ４２５、およびオーディオ／視覚的コンテンツメモリ４１８のうちの１つまたはそれを上回るものは、補助ユニット４００Ｃ（上記に説明される補助ユニット３２０に対応し得る）内に含まれてもよい。補助ユニット４００Ｃは、バッテリ４２７を含み、そのコンポーネントを給電する、および／または電力をウェアラブル頭部デバイス４００Ａまたはハンドヘルドコントローラ４００Ｂに供給してもよい。ユーザの腰部に搭載され得る、補助ユニット内にそのようなコンポーネントを含むことは、ウェアラブル頭部デバイス４００Ａのサイズおよび重量を限定することができ、これは、ひいては、ユーザの頭部および頸部の疲労を低減させることができる。

図４は、例示的複合現実システムの種々のコンポーネントに対応する要素を提示するが、これらのコンポーネントの種々の他の好適な配列も、当業者に明白となるであろう。例えば、補助ユニット４００Ｃと関連付けられるものとして図４に示される要素は、代わりに、ウェアラブル頭部デバイス４００Ａまたはハンドヘルドコントローラ４００Ｂと関連付けられ得る。さらに、いくつかの複合現実システムは、ハンドヘルドコントローラ４００Ｂまたは補助ユニット４００Ｃを完全に省略してもよい。そのような変更および修正は、開示される実施例の範囲内に含まれるものとして理解されるものである。
例示的光学システム

例示的複合現実システム（例えば、複合現実システム２００）のウェアラブル頭部デバイスは、ディスプレイを介してユーザに画像を提示するための光学システムを含んでもよい。図５－７および８Ａ－８Ｃは、ウェアラブル頭部デバイス（例えば、ウェアラブル頭部デバイス２１０２）において使用され得る、光学システムの実施例を図示する。

図５は、ウェアラブル頭部デバイス（例えば、ウェアラブル頭部デバイス２１０２）において使用され得る、例示的光学システム５００を図示する。光学システム５００は、複数のＬＥＤ５０１ａ－ｃおよびプリズム５０７を含む、光源と、画像生成器５０５と、角度付き部分的透過性部分的反射性表面５０９と、プロジェクタレンズアセンブリ５０３とを含むことができる。いくつかの実施形態では、画像生成器は、ＬｃｏＳ（シリコン上液晶）等の空間光変調器を含むことができる。

図に図示されるように、複数のＬＥＤ５０１ａ－ｃは、赤色ＬＥＤ５０１ａ、緑色ＬＥＤ５０１ｂ、および青色ＬＥＤ５０１ｃのうちの少なくとも１つを含んでもよい。複数のＬＥＤは、光をプリズム５０７の中に投影するように配列されてもよい。いくつかの実施形態では、プリズム５０７は、ＬＥＤ５０１ａ－ｃのそれぞれからの光を組み合わせ、光５３０を画像生成器５０５に出力するように構成される、ｘキューブであってもよい。プリズム５０７は、プリズムに入射する光の一部が、失われる、例えば、散乱され得る場合、ある程度の非効率性をもたらし得る。加えて、ｘキューブは、典型的には、種々のプリズムの交差と関連付けられる画像アーチファクトを有する。いくつかの実施形態では、光５３０は、画像生成器５０５によって受光される前に、部分的透過性部分的反射性表面５０９を通して通過し得る。図に示されるように、光源、例えば、複数のＬＥＤ５０１ａ－ｃおよびプリズム５０７は、プリズム５０７によって放出された光５３０が、軸５３５に対して軸上にあり（すなわち、光５３０が軸５３５に沿って整合される）、画像生成器５０５と同軸であるように位置付けられる。

画像生成器５０５は、光５３０を受光し、これを反射させ、画像光５３３を形成し得る。画像生成器５３３によって出力された画像光５３３は、部分的透過性部分的反射性表面５０９によって、プロジェクタレンズアセンブリ５０３に向かって反射され得る。部分的透過性部分的反射性表面５０９を通して通過する、および／またはそれによって反射される、光５３０および画像光５３３の一部は、失われる、例えば、レンズ５０３から離れるように散乱または透過され得る。頭部ウェアラブルデバイスの接眼レンズは、画像光５３３を受光し、これをユーザに提示するように構成されることができる。いくつかの実施形態では、光学システム５００の視野（ＦＯＶ）は、５５度であり得る。システム５００の本５５度ＦＯＶは、レンズアセンブリ５０３の焦点距離に基づき得る。図５に図示されるように、レンズアセンブリ５０３の幅（および対応して、焦点距離）は、画像生成器５０５および光源５０１のサイズ、例えば、占有面積によって限定され得る。いくつかの実施形態では、レンズ５０３は、より短い焦点距離のレンズ５０３を有してもよく、これは、ＦＯＶを増加させることができる。しかしながら、焦点距離を短縮するための利用可能な空間、例えば、占有面積は、プリズムまたはビームスプリッタによって限定される。実践的には、これは、達成可能な視野を５５度に限定し得る。

図６は、ウェアラブル頭部デバイス（例えば、ウェアラブル頭部デバイス２１０２）において使用され得る、例示的光学システム６００を図示する。光学システム６００は、ＲＧＢ ＬＥＤアレイ６０１を含む、光源と、画像生成器６０５、例えば、ＬＣｏＳ等の空間光変調器と、角度付き部分的透過性部分的反射性表面６０９と、プロジェクタレンズアセンブリ６０３とを含むことができる。光学システム６００は、光学システム５００よりもコンパクトであり得る。例えば、光学システム６００は、光源からの光を組み合わせるためにプリズムを含む必要はなく、それによって、物理的空間を節約する。

図に図示されるように、光源６０１は、光６３０を画像生成器６０５に放出する、ＲＧＢ ＬＥＤアレイを含んでもよい。いくつかの実施形態では、光６３０は、画像生成器６０５によって受光される前に、部分的透過性部分的反射性表面６０９を通して通過し得る。部分的透過性部分的反射性表面６０９を通して通過する、および／またはそれによって反射される、光６３０および画像光６３３一部は、失われる、例えば、散乱され得る。実施例では、光源６０１および画像生成器６０５は、光源６０１からの光が、本軸に沿って画像生成器６０５に送達されるように、同一の軸（６３５）上に位置する。画像生成器６３３によって出力された画像光６３３は、部分的透過性部分的反射性表面６０９によって、プロジェクタレンズアセンブリ６０３に向かって反射され得る。頭部ウェアラブルデバイスの接眼レンズは、画像光６３３を受光し、これをユーザに提示するように構成されることができる。いくつかの実施形態では、光学システム６００の視野（ＦＯＶ）は、最大で、例えば、５５度であり得る。

図７は、ウェアラブル頭部デバイス（例えば、ウェアラブル頭部デバイス２１０２）において使用され得る、例示的光学システム７００の上下図を図示する。本図に図示されるように、光学システム７００は、例えば、光源７０１と、レンズアセンブリ７０３と、画像生成器７０５、例えば、ＬＣｏＳ等の空間光変調器と、色フィルタ７１９と、複数の導波管７１１とを含むことができる。いくつかの実施形態では、光学システム７００はさらに、光源７０１と複数の導波管７１１との間に位置付けられる、偏光子を含んでもよい。

複数の導波管７１１は、導波管スタック７１０を形成するように並列に配列されてもよい。導波管スタック７１０は、導波管スタック７１０の第１の面７２３が、実世界環境７２５に暴露され、スタックの第２の面７２７が、実世界環境７２５の遠位にある、例えば、ウェアラブル頭部デバイスを装着するユーザの眼７２０に向くように構成されてもよい。光学システム７００はまた、円形偏光子７１７と、第１の４分の１波長板と第２の４分の１波長板との間に偏光子（例えば、線形偏光子）を含み得る、光学要素スタック７０７（ここでは「ＭＳＰ」と称される）とを含んでもよい。

光源７０１は、１つまたはそれを上回るＬＥＤ源７０１ａ－ｃを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ＬＥＤ源は、反射器、例えば、ＣＰＣ反射器内に配置される、ＬＥＤを含んでもよい。図に図示されるように、光源７０１は、３つの別個のＬＥＤ源７０１ａ－ｃを含む。３つのＬＥＤ源はそれぞれ、原色である、赤色、緑色、および青色に対応してもよい。いくつかの実施形態では、ＬＥＤ源はそれぞれ、約１ｍｍの射出瞳または出射開口を有してもよい。光源７０１は、導波管スタック７１０の第１の面７２３上に配置されてもよい。光源は、（図２Ａに示されるもの等）頭部ウェアラブルデバイスのつる領域の近傍に位置してもよい。光源７０１は、導波管スタック７１０を通して、かつレンズアセンブリ７０３および画像生成器７０５に向かって光７３０を指向するように構成されてもよい。例示的光学システム５００および６００と比較して、示されるような光源７０１および画像生成器７０５は、軸外れであり、例えば、光源７０１および画像生成器７０５の軸は、整合されない。

光源７０１によって、例えば、ＬＥＤ源７０１ａ－ｃによって生成される、光７３０は、複数の導波管７１１およびレンズアセンブリ７０３を通して通過することによって、画像生成器７０５に到達する。いくつかの実施形態では、光学システム７００は、光源７０１からの光が、複数の導波管７１１を通して透過されるが、色フィルタ７１９および／または偏光子７１７を通して透過されないように配列されることができる。光７３０は、下記により詳細に議論されるように、画像生成器７０５から反射された後、色フィルタ７１９および／または偏光子７１７を通して通過することができる。レンズアセンブリ７０３は、光７３０を画像生成器７０５に指向するように構成されることができる。いくつかの実施形態では、ＭＳＰ７０７が、レンズアセンブリ７０３と画像生成器７０５との間に位置してもよい。したがって、光７３０は、画像生成器７０５に入射する前に、ＭＳＰ７０７を通して通過し得る。図７に図示される光学システム７００は、レンズと画像生成器との間に位置付けられる、プリズム、ビームスプリッタ、および導波管等の大きい光学要素が、省略され得るため、比較的に大きいＦＯＶ（例えば、光学システム５００および６００と比較して）を有し得る。

画像生成器７０５は、入射光７３０を反射させ、画像光７３３を生成することができる。いくつかの実施形態では、画像生成器は、ＬＣｏＳ等の空間光変調器であり得る。画像光７３３は、画像生成器７０５から出射することに応じて、ＭＳＰ７０７を通して通過し得る。いくつかの実施形態では、ＭＳＰ８０７は、ユーザに提示される画像に対する本システムにおける反射の効果を最小限にするために、傾斜されてもよい。画像光７３３は、次いで、レンズアセンブリ７０３に入射し得、そこで、これは、導波管スタック７１０に向かって指向される。導波管スタック７１０の第２の面７２７に到達することに応じて、画像光７３３は、円形偏光子７１７および／または色フィルタ７１９を通して通過し得る。円形偏光子７１７は、画像光７３３を偏光させることができる一方、色フィルタは、光源７０１によって出力された光の波長に対応しない波長をフィルタリングして除くことができる。いくつかの実施形態では、光学システム７００は、色フィルタ７１９を含まなくてもよく、例えば、光７３０は、内部結合格子を介して導波管スタックの中に選択的に内部結合されてもよい。

内部結合格子７１５ａ－ｃが、次いで、フィルタリングされた光を受光することができる。各内部結合格子は、特定の波長の光を対応する導波管の中に回折または内部結合するように構成されてもよい。言い換えると、ＬＥＤ源７０１ａ－ｃのそれぞれは、それぞれ、特定の波長における光を出力し得、対応する色フィルタ７１９および内部結合格子７１５が、同一の波長に調整され得る。例えば、色フィルタ７１９ａは、光源７０１ａによって出力された波長に対応しない波長をフィルタリングして除くことができ、内部結合格子７１５ａは、ＬＥＤ源７０１ａによって出力された波長に対応する光を回折するように構成されることができる。

図７に示されるように、光学システム７００のＬＥＤ源７０１ａ－ｃはそれぞれ、空間的に分離される。ＬＥＤ源７０１ａ－ｃは、水平および垂直方向の両方において空間的に分離され得る。同様に、内部結合格子７１５ａ－ｃは、水平および垂直の両方で空間的に分離され得る。したがって、ＬＥＤ源のそれぞれから放出された光は、異なる経路に沿って進行し、個別の内部結合格子７１５ａ－ｃに到達し得る。例えば、ＬＥＤ源７０１ａから放出された光は、ＬＥＤ源７０１ｂから放出された光から（垂直および水平に）空間的に分離されることができる。また、ＬＥＤ源７０１ａから放出された光に対応する、内部結合格子７１５ａにおいて受光された画像光は、ＬＥＤ源７０１ｂから放出された光に対応する、内部結合格子７１５ｂによって受光された光から（垂直および水平に）空間的に分離されることができる。光源および内部結合格子の本空間的分離は、色クロストークを限定することができる。

図７に図示されるように、光学システム７００は、例えば、光学システム５００および６００と比較して、比較的にコンパクトな構成を提供することができる。上記に議論されるように、示される実施例では、光源７０１および画像生成器７０５は、相互から軸外れに位置し、これは、レンズアセンブリ７０３が、光を画像生成器７０５に、およびそこからの両方で指向することを可能にする。したがって、レンズアセンブリは、より短い焦点距離、したがって、より広い視野を有するように調整されることができ、画像生成器は、レンズアセンブリの後面上に配置されることができる。これは、例えば、光学システム５００および６００と比較して、光学システム７００の全体的奥行を低減させ得る。さらに、光学システム７００のＦＯＶは、より大きく、例えば、７０～１００度のＦＯＶであり得る。加えて、光学システム７００は、より少ない光が、種々の光学コンポーネント、例えば、プリズムおよび部分的透過性部分的反射性表面に対して失われるため、より効率的であり得る。

図８Ａ－８Ｃは、本開示の実施形態による、ウェアラブル頭部デバイス（例えば、ウェアラブル頭部デバイス２１０２）において使用され得る、光学システム８００の実施例を図示する。図８Ａは、本開示の実施形態による、ウェアラブル頭部デバイスにおいて使用され得る、光学システム８００の上下図を示す。図８Ｂは、本開示の実施形態による、ウェアラブル頭部デバイスにおいて使用され得る、光学システム８００の導波管スタックの斜視図を示す。図８Ｃは、本開示の実施形態による、ウェアラブル頭部デバイスにおいて使用され得る、光学システムの別の図を示す。光学システム８００は、光および／または画像を、例えば、ウェアラブル頭部デバイスのユーザに出力するために使用されることができる。当業者によって理解されるであろうように、これらの図はそれぞれ、単眼のための光学システムを示す。本システムは、両眼のために複製または別様に修正され得る。

図８Ａは、本開示の実施形態による、ウェアラブル頭部デバイスにおいて使用され得る、光学システム８００の上下図を図示する。光学システム８００は、例えば、光源８０１と、レンズアセンブリ８０３と、画像生成器８０５と、複数の導波管８１１とを含んでもよい。複数の導波管８１１は、導波管スタック８１０を形成するように並列に配列されてもよい。導波管スタック８１０は、導波管スタック８１０の第１の面８２３が、実世界環境８２５に暴露され、スタックの第２の面８２７が、実世界環境８２５の遠位にある、例えば、ウェアラブル頭部デバイスを装着するユーザの眼８２０に向くように構成されてもよい。光学システム８００はまた、円形偏光子８１７と、ＭＳＰ８０７とを含んでもよい。円形偏光子は、導波管スタック８１０の第２の面８２４上に位置してもよい。ＭＳＰ８０７は、レンズアセンブリ８０３とＬＣＯＳ８０５との間に位置してもよい。いくつかの実施形態では、光学システム８００は、色フィルタ（図示せず）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、複数の導波管８１１は、光源８０１からの光８３０が、画像生成器８０５へのその経路上で、導波管８１１を通して通過しない、または導波管の全てではないが、そのうちの１つまたはそれを上回るものを通して通過するように、切り詰められてもよい。本構成は、光の損失を減少させ得る。いくつかの実施形態では、光源はさらに、ＣＰＣ反射器の射出瞳と導波管との間に偏光子を含んでもよい。

光学システム８００は、単一の光源８０１を含むことができる。いくつかの実施形態では、光源８０１は、空間光変調器、例えば、マイクロＬＥＤアレイが内側に配置される、単一のＣＰＣ反射器を含んでもよい。マイクロＬＥＤアレイは、ＣＰＣ反射器の底部を横断して、またはＣＰＣ反射器内の入射瞳の内側に配置されることができる。いくつかの実施形態では、反射器は、約１～１．３ｍｍの射出瞳直径を有してもよい。マイクロＬＥＤアレイは、複数の赤色、緑色、および青色ＬＥＤを含む、ＲＧＢマイクロＬＥＤアレイであり得る。マイクロＬＥＤアレイは、具体的色に対応するＬＥＤの全てを順次オンおよびオフにするように構成されることができる。例えば、マイクロＬＥＤは、順次的ＲＧＢ光源を形成するようなパターンにおいて、全ての緑色ＬＥＤを同時にオンおよびオフにし、全ての赤色ＬＥＤを同時にオンおよびオフにし、全ての青色ＬＥＤを同時にオンおよびオフにするように構成されることができる。ＣＰＣ反射器は、マイクロＬＥＤ源からの光を収集および成形することができ、これは、典型的には、ランバーシアンまたは略ランバーシアン角度分布を有する。このように、ＣＰＣ反射器は、光学システムおよびＩＣＧのために最適化される射出瞳サイズを形成し得る。ＣＰＣ反射器はまた、本システムのＦＯＶに対応する最適な角度範囲で光を提供し得る。したがって、光源８０１は、小さい、例えば、単一の源のパッケージにおいて、均一かつ効率的な光源を提供することができる。マイクロＬＥＤアレイに関連する付加的説明が、下記に提供される。光源は、図２Ａに示されるもの等、頭部ウェアラブルディスプレイのつる領域の近傍に位置付けられてもよい。いくつかの実施形態では、光源は、ウェアラブルディスプレイの他の部分上に位置付けられてもよい。

光学システム８００の導波管スタック８１０は、内部結合格子８１５と、外部結合格子８１３とを含む、複数の導波管８１１を含むことができる。図８Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、導波管８１１ａ－ｃのうちの３つまたはそれを上回るものは、内部結合格子８１５ａ－ｃと、外部結合格子８１３ａ－ｃとを含んでもよい。いくつかの実施形態では、導波管８１１ａ－ｃはそれぞれさらに、導波管８１１ａ－ｃを横断して、かつ対応する外部結合格子８１３ａ－ｃに向かって光８３３ａ－ｃを伝搬するように構成される、直交瞳エキスパンダ（「ＯＰＥ」）８１４ａ－ｃを含んでもよい。図に示されるように、内部結合格子８１５ａ－ｃは、垂直および水平に空間的に整合される、例えば、重複してもよい。

いくつかの実施形態では、内部結合格子８１５ａ－ｃはそれぞれ、特定の波長の光８３３ａ－ｃを対応する導波管８１１ａ－ｃの中に選択的に回折することができる。例えば、各画像光８３３ａ－ｃは、異なる波長に対応してもよく、例えば、光８３３ａは、赤色波長に対応してもよく、光８３３ｂは、緑色波長に対応してもよく、光８３３ｃは、青色波長に対応してもよい。ひいては、内部結合格子８１５ａは、光８３３ａの赤色波長に敏感であってもよく、内部結合格子８１５ｂは、光８３３ｂの緑色波長に敏感であってもよく、内部結合格子８１５ｃは、光８３３ｃの青色波長に敏感であってもよい。例えば、光８３３ａは、赤色光波長に対応してもよく、内部結合格子８１５ａは、赤色光波長に対応する光８３３ａを選択的に回折するように構成されてもよい。内部結合格子８１５ａが、光８３３ｂまたは８３３ｃを受光すると、該光は、導波管８１１ａの中に回折されることなく、内部結合格子８１５ａを通して通過し得る。本説明される構成は、例示的であり、当業者は、内部結合格子のうちのいずれかが、任意の好適な波長に対応し得ることを認識するであろう。ＯＰＥ８１４は、全内部反射（ＴＩＲ）によって、内部結合光８３５を水平方向において外部結合格子８１３に伝搬することができ、そこで、内部結合光８３５は、導波管スタック８１０から外に、かつユーザの眼８２０に向かって指向されることができる。選択的色内部結合格子に加えて、導波管８１１は、色クロストークをさらに限定するために、その特定の導波管において所望されない色を吸収するように形成されることができる。

図７に図示される内部結合格子７１５ａ－ｃと比較して、内部結合格子８１５は、空間的に重複する、例えば、整合されるように配列されてもよい。ある場合には、内部結合格子が、重複すると、プロジェクタおよび全体的光学システムのサイズは、低減されることができる。さらに、単一瞳光源が、より単純かつ安価な整合および試験機器を可能にし得る。

光学システム８００は、光学システム７００に関して上記に説明されるものに類似する様式で機能し得る。図８Ｃを参照すると、光源８０１は、導波管スタック８１０の第１の面８２３上に配置されてもよい。光源８０１は、導波管スタック８１０を通して、かつレンズアセンブリ８０３および画像生成器８０５に向かって光８３０を指向するように構成されてもよい。光源８０１および画像生成器８０５は、軸外れであるように、例えば、光源８０１および画像生成器８０５の軸が、整合されないように構成されてもよい。光８３０は、画像生成器８０５が、光源８０１によって生成された光８３０を受光するように、レンズアセンブリ８０３を通して通過する。レンズアセンブリ８０３は、光８３０を画像生成器８０５に指向するように構成されることができる。いくつかの実施形態では、光生成器８０５は、レンズアセンブリ８０３の後面上に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、ＭＳＰ８０７が、レンズアセンブリ８０３と画像生成器８０５との間に位置してもよい。したがって、光８３０は、画像生成器８０５に入射する前に、ＭＳＰ８０７を通して通過し得る。いくつかの実施形態では、ＭＳＰ８０７は、ユーザに提示される画像に対する本システムにおける反射の効果を最小限にするために、傾斜されてもよい。

画像生成器８０５は、入射光８３０を反射させ、画像光８３３を生成することができる。画像光８３３は、画像生成器８０５から出射することに応じて、ＭＳＰ８０７を通して通過し得る。画像光８３３は、次いで、レンズアセンブリ８０３に入射し得、そこで、光８３３は、導波管スタック８１０に向かって指向されることができる。導波管スタック８１０の第２の面８２７に到達することに応じて、画像光８３３は、導波管スタック８１０の第２の面８２７に入射する前に、円形偏光子８１７を通して通過することができる。

導波管スタック８１０によって受光された画像光８３３は、内部結合格子８１５のうちの１つによって回折され得る。例えば、画像光８３３が、色赤の波長に対応する場合、画像光８３３は、同一の波長に対応する光を回折するように構成される、内部結合格子８１５によって回折され得る。内部結合光８３５は、次いで、ＴＩＲを介して導波管８１１に沿って伝搬することができる。内部結合光８３５は、外部結合格子８１３を介して導波管８１１から出射し、ユーザの眼８２０に提示され得る。いくつかの実施形態では、ＯＰＥが、図８Ｂに関して説明されるように、導波管スタック８１０内に含まれてもよい。

光学システム７００に関して上記に議論されるように、光学システム８００は、高処理能力、例えば、効率を伴って均一な画像を提供する、比較的にコンパクトな構成を提供することができる。例えば、示されるような光源８０１は、画像生成器８０５から軸外れであるため、レンズアセンブリ８０３は、光を画像生成器８０５に指向するために使用されることができる。図示されるように、画像生成器８０５は、レンズアセンブリ８０３の後部に配置されることができ、これは、例えば、光学システム５００および６００と比較して、光学システム８００の全体的奥行を低減させる。加えて、光学システム８００は、より少ない光が、種々の光学コンポーネント、例えば、プリズムおよび部分的透過性部分的反射性表面に対して失われるため、より効率的であり得る。さらに、光源８０１および空間的に整合された内部結合格子８１５の低減された占有面積に起因して、光学システム８００は、光学システム７００よりも小さくあり得る。

図９は、本開示の実施形態による、反射器９５０を図示する。反射器９５０は、光入力開口部９５１と、光出力開口部９５９と、側面９５３とを含んでもよい。図に示されるように、反射器９５０は、複合放物面集光器（ＣＰＣ）に対応する外形を有してもよい。例えば、反射器９５０の側面９５３は、ＣＰＣ反射器の外形に対応してもよい。いくつかの実施形態では、光入力開口部９５１および光出力開口部９５９は、円形、楕円形、または長方形であってもよい。光入力開口部は、光エミッタ（図示せず）から光（例えば、光線９３１、９３２、９３３）を受光するように構成されてもよい。光は、反射器の側面９５３から反射し、光出力開口部９５９を通して反射器９５０から出射することができる。このように、反射器９５０は、縁光線を収集する。出力される光の空間的均一性は、画像生成器を横断する光の分布が、画像品質にとって最適であるように設計されてもよい。反射器が改良された空間的均一性を呈することが、望ましい。このように、ＣＰＣは、本システムの効率を増加させながら、照明のサイズおよび光の角度分布を制御するように設計されてもよい。

図１０は、本開示の実施形態による、光源１００１を図示する。光源１００１は、単一瞳ＲＧＢ光源（光源８０１に対応し得る）であり得る。本図に示されるように、光源１００１は、反射器１０５０と、マイクロＬＥＤアレイ１０４０とを含んでもよい。

反射器１０５０は、図９の反射器９５０に関して議論されるもの等、ＣＰＣ外形を有してもよい。いくつかの実施形態では、側面１０５３は、楕円、双曲線、または二円錐形状の外形を有してもよい。側面１０５３の外形は、反射器１０５０の出口において角度的に制御された光出力を提供するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤアレイ１０４０は、光入力開口部１０５１を横断して位置付けられてもよい。マイクロＬＥＤアレイ１０４０が反射器１０５０の外側にある状態で図示されるが、当業者は、マイクロＬＥＤアレイが、光入力開口部１０５１における反射器１０４０の内側に位置付けられ得ることを理解するであろう。上記に説明されるように、マイクロＬＥＤアレイ１０４０によって生成された光は、３つの原色、すなわち、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、および赤色（Ｒ）における光を含み得る。言い換えると、マイクロＬＥＤアレイ１０４０は、複数の赤色、緑色、および青色ＬＥＤ（個々に図示せず）を含む、ＲＧＢマイクロＬＥＤアレイであり得る。複数の赤色、緑色、および青色ＬＥＤはそれぞれ、反射器１０５０の底部開口を横断して均一に分配されるように配列されてもよい。いくつかの実施形態では、特定の波長のより多くの屈折力が、所望される場合、所望の波長に対応するマイクロＬＥＤの数は、増加されてもよい、および／または所望の波長に対応するマイクロＬＥＤは、他の波長に対応するマイクロＬＥＤよりも大きくてもよい。

光入力開口部１０５１を横断するＬＥＤの実質的に均一な分布は、光源１００１から出射する光のホットスポットの形成を低減または軽減させ得る。例えば、単一瞳ＲＧＢ光源を達成するために、３つのＬＥＤ、すなわち、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、および緑色ＬＥＤが、反射器内にともに設置され得る。しかしながら、本構成は、光出力開口部１０５９から出射する光の実質的な不均一性、例えば、ホットスポットをもたらす。光源１００１を出る光におけるこれらのホットスポットは、ひいては、ＬＣＯＳを横断する不均一な照明を提供し得、これは、画像光における色の局在化をもたらす。ウェアラブル頭部デバイスでは、ホットスポットは、特定の色で過飽和されたディスプレイ上の面積としてユーザに対して現れ得る。例えば、ユーザによって視認されるようなディスプレイは、青色の色調で過飽和されている領域を有し得る。別の実施例として、ディスプレイが、ユーザに、真の白色画像を提示したはずの場合、画像の第１の領域は、青色に見え得、画像の第２の領域は、緑色に見え得、画像の第３の領域は、赤色に見え得る。ディスプレイ上で視認可能な色の本局在化は、望ましくなく、ユーザのＸＲ体験を損ない得る。ディスプレイが光のより高い均一性を呈することが、望ましくあり得る。

光の均一性を改良するために、光源は、光源から出射する光の拡散、例えば、エタンデュを増加させるために、拡散器を含み得る。しかしながら、拡散器は、光源からの光を散乱させ、ディスプレイの最大輝度を減少させることによって、非効率性をもたらし得る。複数のマイクロＬＥＤの実質的に均一な分布に起因して、光源１００１は、非効率的な拡散器を伴わずに、均一な光出力を提供し得る。このように、光源１００１は、均一および効率的の両方である、小さい、例えば、単一瞳パッケージを提供することができる。例えば、上記に説明されるシステム７００および８００と比較して、当業者は、３瞳光学システム７００が、単一瞳光学システム８００よりも大きい可能性が高いことを理解するであろう。さらに、上記に議論されるように、単一の反射器内にＲＧＢ ＬＥＤエミッタを含むことは、不均一な光を提供する、比較的に大きい非効率的な反射器をもたらす。比較すると、光学システム８００は、小さい単一瞳パッケージにおいて、光の損失をもたらし得る拡散器または他の技法に依拠する必要がない、効率的かつ均一な光源を提供することができる。
例示的マイクロＬＥＤアレイ

光源、例えば、光源８０１または１００１は、マイクロＬＥＤアレイを含んでもよい。マイクロＬＥＤアレイは、パネル内に配列される、複数のマイクロＬＥＤを含むことができる。各マイクロＬＥＤは、マイクロＬＥＤアレイのピクセルを形成することができる。マイクロＬＥＤアレイは、いくつかの異なる構成を有することができる。例えば、マイクロＬＥＤアレイを設計するとき、各マイクロＬＥＤのサイズおよび形状およびアレイ内のマイクロＬＥＤのパターンまたは構成は、変動されることができる。例えば、マイクロＬＥＤは、円形、長方形、六角形、または半径方向形状、または任意の他の好適な形状を有してもよい。さらに、マイクロＬＥＤは、線形、直線、または六角形アレイを含む、種々の構成において配列されることができる。

上記に議論されるように、マイクロＬＥＤアレイは、光源、例えば、光源８０１または１００１を形成するために、反射器、例えば、ＣＰＣ反射器内に配置されてもよい。マイクロＬＥＤの形状およびマイクロＬＥＤの相対的構成は、光源から出射する光、例えば、光８３０の照度に影響を及ぼし得る。これは、ひいては、画像生成器８０５において受光される光の照度に影響を及ぼし、最終的に、ユーザに提示される光に影響を及ぼし得る。光源から出射する光は、光源、例えば、光源８０１の単一瞳を介して光学システム、例えば、光学システム８００に入射する、光、例えば、光８３０に対応してもよい。上記に議論されるように、本光は、画像生成器、例えば、画像生成器８０５によって反射され、ユーザに提示されるべき画像光を形成することができる。したがって、マイクロＬＥＤのサイズ、形状、および構成を変更することは、光源、例えば、光源８０１の瞳から出射する光の照度に影響を及ぼし、ひいては、ユーザに提示される光に影響を及ぼす。個々のマイクロＬＥＤエミッタは、同一のサイズを有する、またはサイズにおいて変動することができる。個々のマイクロＬＥＤエミッタのサイズは、１μｍ～１００μｍに及ぶことができる。マイクロＬＥＤエミッタの数は、ＣＰＣ反射器の入射瞳のサイズによって決定され得る。入射瞳サイズは、ＣＰＣ反射器の射出瞳に関連し得る。いくつかの実施形態では、ＣＰＣ反射器の射出瞳サイズは、光学システムのサイズおよび構成に基づいてもよく、例えば、射出瞳サイズは、効率および変調伝達関数（ＭＴＦ）を最適化するように選択されてもよい。いくつかの実施形態では、アレイの充填率は、達成可能な屈折力出力を最大限にするために、可能な限り高くてもよい。

図１１Ａ－１８Ｉは、本開示の実施形態による、マイクロＬＥＤアレイの種々の構成の実施例を図示する。本開示の実施形態は、本明細書に開示されるマイクロＬＥＤアレイ構成に限定されず、むしろ、これらの実施例は、本開示の実施形態による、マイクロＬＥＤアレイ構成のタイプの例示にすぎない。

図１１Ａは、本開示の実施形態による、マイクロＬＥＤアレイ１１００のレイアウトを図示する。本図に示されるように、マイクロＬＥＤアレイ１１００は、形状において長方形であってもよく、マイクロＬＥＤ源は、約３０μｍの高さおよび幅を伴って形状において長方形であってもよい。本図は、単一の色のマイクロＬＥＤを図示するが、当業者は、マイクロＬＥＤアレイが、少なくとも２つの付加的色に対応する付加的マイクロＬＥＤ源を含み得ることを理解するであろう。図１１Ｂは、マイクロＬＥＤアレイ１１００を含む、光学システム８００の構成に基づいて、画像生成器を横断する、例えば、それによって反射される画像光の結果として生じる照度を図示する。

図１２Ａは、本開示の実施形態による、マイクロＬＥＤアレイ１２００のレイアウトを図示する。本図に示されるように、マイクロＬＥＤアレイ１２００は、形状において長方形であってもよく、マイクロＬＥＤは、約５０μｍの幅を伴って形状において長方形であってもよい。本図は、単一の色のマイクロＬＥＤを図示するが、当業者は、マイクロＬＥＤアレイが、少なくとも２つの付加的色に対応する付加的マイクロＬＥＤ源を含み得ることを理解するであろう。図１２Ｂは、マイクロＬＥＤアレイ１２００を含む、光学システム８００の構成に基づいて、画像生成器を横断する、例えば、それによって反射される画像光の結果として生じる照度を図示する。

図１３Ａは、本開示の実施形態による、マイクロＬＥＤアレイ１３００のレイアウトを図示する。本図に示されるように、マイクロＬＥＤアレイ１３００は、形状において長方形であってもよく、マイクロＬＥＤは、約４０μｍの幅および高さを伴って形状において長方形であってもよい。本図は、単一の色のマイクロＬＥＤ源を図示するが、当業者は、マイクロＬＥＤアレイが、少なくとも２つの付加的色に対応する付加的マイクロＬＥＤ源を含み得ることを理解するであろう。図１３Ｂは、マイクロＬＥＤアレイ１３００を含む、光学システム８００の構成に基づいて、画像生成器を横断する、例えば、それによって反射される画像光の結果として生じる照度を図示する。

図１４Ａは、本開示の実施形態による、マイクロＬＥＤアレイ１４００のレイアウトを図示する。本図に示されるように、マイクロＬＥＤアレイ１４００は、形状において六角形であってもよく、マイクロＬＥＤは、約３０μｍの幅および約２６μｍの高さを伴って形状において長方形であってもよいが、他のサイズ、例えば、２５～５０μｍが、使用されてもよい。本図は、単一の色のマイクロＬＥＤ源を図示するが、当業者は、マイクロＬＥＤアレイが、少なくとも２つの付加的色に対応する付加的マイクロＬＥＤ源を含み得ることを理解するであろう。図１４Ｂは、マイクロＬＥＤアレイ１４００を含む、光学システム８００の構成に基づいて、画像生成器を横断する、例えば、それによって反射される画像光の結果として生じる照度を図示する。

図１５Ａは、本開示の実施形態による、マイクロＬＥＤアレイ１５００のレイアウトを図示する。本図に示されるように、マイクロＬＥＤアレイ１５００は、半径方向構成を有してもよく、マイクロＬＥＤは、約４０μｍの幅および高さを伴って形状において長方形であってもよいが、他のサイズ、例えば、２５～５０μｍが、使用されてもよい。本図は、３つの色を含む、マイクロＬＥＤ源の構成を図示する。図１５Ｂは、マイクロＬＥＤアレイ１５００を含む、光学システム８００の構成に基づいて、画像生成器を横断する、例えば、それによって反射される画像光の結果として生じる照度を図示する。図１５Ｃは、３つの色の第１の色に関するマイクロＬＥＤアレイ１５００のレイアウトを図示する。図は、同時に放出する第１の色に対応するマイクロＬＥＤ源の全てに関する光源、例えば、反射器の射出瞳を出る光の照度を図示する。（別様に記述されない限り、マイクロＬＥＤ源のそれぞれの初期放出パワーおよび／または照度が、同一であり得ることを理解されたい。）図１５Ｄは、図１５Ｃに示される単一の色を伴う光学システムの画像生成器によって反射される画像光の照度を図示する。図１５Ｅは、例えば、第２の色に対応するマイクロＬＥＤ源が、同時に放出している、３つの色の第２の色に関するマイクロＬＥＤアレイ１５００を伴う反射器の瞳から出射する光の照度を図示する。図１５Ｆは、図１５Ｅに示される単一の色を伴う光学システムの画像生成器によって反射される画像光の照度を図示する。図１５Ｇは、例えば、第３の色に対応するマイクロＬＥＤ源が、同時に放出している、３つの色の第３の色に関するマイクロＬＥＤアレイ１５００を伴う反射器の瞳から出射する光の照度を図示する。図１５Ｈは、図１５Ｇに示される単一の色を伴う光学システムの画像生成器によって反射される画像光の照度を図示する。

図１６Ａは、本開示の実施形態による、マイクロＬＥＤアレイ１６００のレイアウトを図示する。本図に示されるように、マイクロＬＥＤアレイ１６００は、六角形構成を有してもよく、マイクロＬＥＤは、２５～５０μｍの幅および高さを伴って形状において長方形であってもよい。マイクロＬＥＤアレイ１６００は、原色である、赤色、緑色、および青色に対応するマイクロＬＥＤ源を含んでもよい。本図は、光源、例えば、反射器の射出瞳において測定される、例えば、全ての３つの色に対応する、アレイ１６００内の全てのマイクロＬＥＤ源の照度を図示する。図１６Ｂは、マイクロＬＥＤアレイ１６００を伴う光学システムの画像生成器によって反射される画像光の照度を図示する。図１６Ｃは、３つの色の第１の色に関するマイクロＬＥＤアレイ１６００のレイアウトを図示する。図は、マイクロＬＥＤアレイの光の照度を図示する。（別様に記述されない限り、マイクロＬＥＤ源のそれぞれの初期放出パワーおよび／または照度が、同一であり得ることを理解されたい。）図１６Ｄは、図１６Ｃに示される単一の色を伴う光学システムの画像生成器によって反射される画像光の照度を図示する。図１６Ｅは、例えば、第２の色に対応するマイクロＬＥＤ源が、同時に放出している、３つの色の第２の色に関するマイクロＬＥＤアレイ１６００を伴う反射器の瞳から出射する光の照度を図示する。図１６Ｆは、図１６Ｅに示される単一の色を伴う光学システムの画像生成器によって反射される画像光の照度を図示する。図１６Ｇは、例えば、第３の色に対応するマイクロＬＥＤ源が、同時に放出している、３つの色の第３の色に関するマイクロＬＥＤアレイ１６００を伴う反射器の瞳から出射する光の照度を図示する。図１６Ｈは、図１６Ｇに示される単一の色を伴う光学システムの画像生成器によって反射される画像光の照度を図示する。

図１７Ａは、本開示の実施形態による、マイクロＬＥＤアレイ１７００のレイアウトを図示する。本図に示されるように、マイクロＬＥＤアレイ１７００は、六角形構成を有してもよく、マイクロＬＥＤは、２５～５０μｍの直径を伴って形状において円形であってもよい。マイクロＬＥＤアレイ１７００は、原色である、赤色、緑色、および青色に対応するマイクロＬＥＤ源を含んでもよい。本図は、例えば、全ての３つの色に対応する、アレイ１７００内の全てのマイクロＬＥＤ源の照度を図示する。いくつかの実施形態では、アレイ内の全てのマイクロＬＥＤは、３つの色、例えば、赤色、緑色、および青色に対応するマイクロＬＥＤを含んでもよい。図１７Ｂは、マイクロＬＥＤアレイ１７００を伴う光学システムの画像生成器によって反射される画像光の照度を図示する。図１７Ｃは、マイクロＬＥＤアレイ１７００のマイクロＬＥＤ源の全てが放出しているとき、画像生成器の出力を受信する、真の色検出器の出力を図示する。図１７Ｄは、３つの色の第１の色に関するマイクロＬＥＤアレイ１５００のレイアウトを図示する。図は、同時に放出する第１の色に対応するマイクロＬＥＤ源の全てに関する光源、例えば、反射器の射出瞳を出る光の照度を図示する。（別様に記述されない限り、マイクロＬＥＤ源のそれぞれの初期放出パワーおよび／または照度が、同一であり得ることを理解されたい。）図１７Ｅは、図１７Ｄに示される単一の色を伴う光学システムの画像生成器によって反射される画像光の照度を図示する。図１７Ｆは、例えば、第２の色に対応するマイクロＬＥＤ源が、同時に放出している、３つの色の第２の色に関するマイクロＬＥＤアレイ１７００を伴う反射器の瞳から出射する光の照度を図示する。図１７Ｇは、図１７Ｆに示される単一の色を伴う光学システムの画像生成器によって反射される画像光の照度を図示する。図１７Ｈは、例えば、第３の色に対応するマイクロＬＥＤ源が、同時に放出している、３つの色の第３の色に関するマイクロＬＥＤアレイ１７００を伴う反射器の瞳から出射する光の照度を図示する。図１７Ｉは、図１７Ｈに示される単一の色を伴う光学システムの画像生成器によって反射される画像光の照度を図示する。

図１８Ａは、本開示の実施形態による、マイクロＬＥＤアレイ１８００のレイアウトを図示する。本図に示されるように、マイクロＬＥＤアレイ１８００は、六角形構成を有してもよく、マイクロＬＥＤは、２５～５０μｍの幅を伴って形状において長方形であってもよい。マイクロＬＥＤアレイ１８００は、原色である、赤色、緑色、および青色に対応するマイクロＬＥＤを含んでもよい。本図は、光源、例えば、反射器の射出瞳において測定される、例えば、全ての３つの色に対応する、アレイ１８００内のマイクロＬＥＤの全ての照度を図示する。図１８Ｂは、マイクロＬＥＤアレイ１８００を伴う光学システムの画像生成器によって反射される画像光の照度を図示する。図１８Ｄは、３つの色の第１の色に関するマイクロＬＥＤアレイ１８００のレイアウトを図示する。図は、同時に放出する第１の色に対応するマイクロＬＥＤ源の全てに関する光源、例えば、反射器の射出瞳を出る光の照度を図示する。（別様に記述されない限り、マイクロＬＥＤ源のそれぞれの初期放出パワーおよび／または照度が、同一であり得ることを理解されたい。）図１８Ｄは、３つの色の第１の色に関するマイクロＬＥＤアレイ１５００のレイアウトを図示する。図は、第１の色に対応するマイクロＬＥＤ源の全てに関する光源、例えば、反射器の射出瞳を出る光の照度を図示する。（別様に記述されない限り、マイクロＬＥＤ源のそれぞれの初期放出パワーおよび／または照度が、同一であり得ることを理解されたい。）図１８Ｅは、図１８Ｄに示される単一の色を伴う光学システムの画像生成器によって反射される画像光の照度を図示する。図１８Ｆは、例えば、第２の色に対応するマイクロＬＥＤ源が、同時に放出している、３つの色の第２の色に関するマイクロＬＥＤアレイ１８００を伴う反射器の瞳から出射する光の照度を図示する。図１８Ｇは、図１８Ｆに示される単一の色を伴う光学システムの画像生成器によって反射される画像光の照度を図示する。図１８Ｈは、例えば、第３の色に対応するマイクロＬＥＤ源が、同時に放出している、３つの色の第３の色に関するマイクロＬＥＤアレイ１８００を伴う反射器の瞳から出射する光の照度を図示する。図１８Ｉは、図１８Ｈに示される単一の色を伴う光学システムの画像生成器によって反射される画像光の照度を図示する。

いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤアレイは、ディザリングを使用し、光源の射出瞳の出力における量子化パターンの出現を低減させ、画像生成器を横断する出力の視覚的均一性を増加させてもよい。図１９Ａ－１９Ｈは、それらの中心位置からのマイクロＬＥＤ要素のわずかなディザを含む、例示的マイクロＬＥＤアレイを図示する。図１９Ａは、光源の射出瞳、例えば、反射器の出射開口部において測定される、アレイ内に含まれる全てのマイクロＬＥＤの照度を図示する。いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤ要素は、±５μｍのディザを有してもよい。図１９Ａは、例えば、図１７Ｄと比較して、マイクロＬＥＤ要素の間隔が不規則に見える、ディザリングを図示する。図１９Ｂは、マイクロＬＥＤアレイ１９００を伴う光学システムの画像生成器によって反射される画像光の照度を図示する。図１９Ｃは、例えば、単一の色に対応するマイクロＬＥＤ源が、同時に放出している、３つの色の単一の色に関するマイクロＬＥＤアレイ１９００を伴う反射器の瞳から出射する光の照度を図示する。図１９Ｄは、図１９Ｃに示される単一の色を伴う光学システムの画像生成器によって反射される画像光の照度を図示する。図１９Ｅは、マイクロＬＥＤアレイの各列が、異なる量だけオフセットされ、同一の列内の要素が、同一の量だけオフセットされ得る、ディザリング構成を図示する。例えば、列のオフセットは、７μｍ、１４μｍ、または２１μｍのいずれかであってもよい。図１９Ｆは、図１９Ｅに示される単一の色を伴う光学システムの画像生成器によって反射される画像光の照度を図示する。図１９Ｇは、４つのオフセット値が繰り返される、ディザリング構成を図示する。図に示されるように、オフセットは、－１４μｍ、－５μｍ、４μｍ、および１３μｍのオフセットを伴う４つの列のセットを含んでもよく、そこで、本オフセット構成は、繰り返されることができる。図１９Ｈは、図１９Ｇに示される単一の色を伴う光学システムの画像生成器によって反射される画像光の照度を図示する。

図２０は、本開示の実施形態による、マイクロＬＥＤアレイ２０００のレイアウトを図示する。本図に示されるように、マイクロＬＥＤアレイ２０００は、各マイクロＬＥＤが、端から端までマイクロＬＥＤアレイを横断して延在する、複数のストライプを備えるように、ストライプ構成を有してもよい。例えば、マイクロＬＥＤアレイは、複数の垂直ストライプを含んでもよく、ストライプの長さは、マイクロＬＥＤアレイのｘ軸に沿ったストライプの場所に基づいて、変動することができる。いくつかの実施形態では、ストライプは、約１０～４０μｍの幅を伴って形状において長方形であってもよい。ストライプの間の間隔は、約１０μｍまたはそれを下回ってもよい。いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤアレイは、約０．７～１．００ｍｍの直径を有してもよい。いくつかの実施形態では、ストライプは、ストライプの長さが、ｙ軸に沿ったストライプの場所に基づいて変動し得るように、列において水平に配列されてもよい。

マイクロＬＥＤアレイ２０００は、原色である、赤色、緑色、および青色に対応するマイクロＬＥＤ源を含んでもよい。本図は、例えば、全ての３つの色に対応する、アレイ２０００内の全てのマイクロＬＥＤ源の構成を図示する。いくつかの実施形態では、アレイ内の全てのマイクロＬＥＤは、３つの色、例えば、赤色、緑色、および青色に対応するマイクロＬＥＤ源を含んでもよい。いくつかの実施形態では、３つの色は、繰り返す、例えば、赤色－緑色－青色を繰り返す、青色－赤色－緑色を繰り返す等のセットにおいて配列されてもよい。いくつかの実施形態では、異なる色に対応するストライプの幅は、変動してもよい。例えば、赤色に対応するストライプは、第１の幅を有してもよく、緑色に対応するストライプは、第２の幅を有してもよく、青色に対応するストライプは、第３の幅を有してもよく、第１、第２、および第３の幅は、異なる。異なる色（例えば、波長）に対応するストライプの相対的幅は、特定の色の所望の屈折力に基づいてもよい。いくつかの実施形態では、ストライプの幅は、マイクロＬＥＤアレイ内のその相対的場所に基づいて変動してもよく、例えば、より幅狭のストライプが、マイクロＬＥＤアレイの中心の近傍に位置し、より幅広のストライプが、縁の近傍に位置する。

図１０を参照すると、いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤアレイ１０４０は、光入力開口部１０５１を横断する反射器１０５０の底部内に位置してもよい。他の実施形態では、マイクロＬＥＤアレイは、反射器の底部から変位されてもよく、例えば、マイクロＬＥＤは、反射器の縦方向軸に沿った異なる位置に位置してもよく、縦方向軸は、反射器の光入力開口部および光出力開口部に垂直である軸に対応する。いくつかの実施例では、マイクロＬＥＤアレイをｚ方向に移動させることは、光出力出口、例えば、反射器の射出瞳から出力される光の焦点および効率に影響を及ぼし得る。

開示される実施例は、付随の図面を参照して完全に説明されているが、種々の変更および修正が、当業者に明白となるであろうことに留意されたい。例えば、１つまたはそれを上回る実装の要素は、組み合わせられ、削除され、修正され、または補完され、さらなる実装を形成してもよい。そのような変更および修正は、添付の請求項によって定義されるような開示される実施例の範囲内に含まれるものとして理解されるものである。

Claims (20)

1. ディスプレイシステムであって、
   第１の光を放出するように構成される光源と、
   前記第１の光を受光するように構成されるレンズと、
   前記第１の光を受光し、第２の光を放出するように構成される画像生成器と、
   複数の導波管であって、前記複数の導波管のうちの少なくとも２つはそれぞれ、前記第２の光を選択的に結合するように構成される内部結合格子を含む、複数の導波管と
   を備え、
   前記光源は、反射器と、前記反射器内に配置されるマイクロＬＥＤアレイとを備える単一瞳光源を備える、ディスプレイシステム。
2. 前記マイクロＬＥＤアレイは、少なくとも、第１の波長において放出するように構成される第１の複数のマイクロＬＥＤ源と、第２の波長において放出するように構成される第２の複数のマイクロＬＥＤ源とを含む、請求項１に記載のディスプレイシステム。
3. 少なくとも第１の内部結合格子が、前記第１の波長に対応する光を内部結合するように構成され、第２の内部結合格子が、前記第２の波長に対応する光を内部結合するように構成される、請求項２に記載のディスプレイシステム。
4. 前記光源は、第１の時間に前記第１の波長を放出し、第２の時間に前記第２の波長を放出するように構成され、前記第２の時間は、前記第１の時間と異なる、請求項２に記載のディスプレイシステム。
5. 前記少なくとも２つの複数の導波管の内部結合格子は、整合される、請求項１に記載のディスプレイシステム。
6. 前記光源は、前記画像生成器からオフセットされる、請求項１に記載のディスプレイシステム。
7. 前記反射器は、複合放物面集光器反射器を備える、請求項１に記載のディスプレイシステム。
8. 頭部ウェアラブルデバイスであって、
   ディスプレイシステムであって、
   第１の光を放出するように構成される光源と、
   前記第１の光を受光するように構成されるレンズと、
   前記第１の光を受光し、第２の光を放出するように構成される画像生成器と、
   複数の導波管であって、前記複数の導波管のうちの少なくとも２つはそれぞれ、前記第２の光を選択的に結合するように構成される内部結合格子を含む、複数の導波管と
   を備え、
   前記光源は、反射器と、前記反射器内に配置されるマイクロＬＥＤアレイとを備える単一瞳光源を備える、ディスプレイシステム
   を備える、頭部ウェアラブルデバイス。
9. 前記マイクロＬＥＤアレイは、少なくとも、第１の波長において放出するように構成される第１の複数のマイクロＬＥＤ源と、第２の波長において放出するように構成される第２の複数のマイクロＬＥＤ源とを含む、請求項８に記載の頭部ウェアラブルデバイス。
10. 少なくとも第１の内部結合格子が、前記第１の波長に対応する光を内部結合するように構成され、第２の内部結合格子が、前記第２の波長に対応する光を内部結合するように構成される、請求項９に記載の頭部ウェアラブルデバイス。
11. 前記光源は、第１の時間に前記第１の波長を放出し、第２の時間に前記第２の波長を放出するように構成され、前記第２の時間は、前記第１の時間と異なる、請求項９に記載の頭部ウェアラブルデバイス。
12. 前記少なくとも２つの複数の導波管の内部結合格子は、整合される、請求項８に記載の頭部ウェアラブルデバイス。
13. 前記光源は、前記画像生成器からオフセットされる、請求項８に記載の頭部ウェアラブルデバイス。
14. 前記反射器は、複合放物面集光器反射器を備える、請求項８に記載の頭部ウェアラブルデバイス。
15. ディスプレイシステムであって、
    単一瞳光源であって、
    入射開口部と、出射開口部とを有する反射器と、
    前記入射開口部に近接して配置されるマイクロＬＥＤアレイと
    を備える、単一瞳光源
    を備える、ディスプレイシステム。
16. 前記反射器は、複合放物面集光器反射器を備える、請求項１５に記載のディスプレイシステム。
17. 前記マイクロＬＥＤアレイは、正方形構成、長方形構成、六角形構成、半径方向構成、およびストライプ構成から成る群から選択される少なくとも１つにおいて配列される複数のマイクロＬＥＤを備える、請求項１５に記載のディスプレイシステム。
18. 前記マイクロＬＥＤアレイは、複数のマイクロＬＥＤ源を備え、前記マイクロＬＥＤ源は、円形形状、長方形形状、および正方形形状のうちの少なくとも１つを有する、請求項１５に記載のディスプレイシステム。
19. 前記マイクロＬＥＤアレイは、少なくとも３つの波長における光を放出するように構成される、請求項１５に記載のディスプレイシステム。
20. 前記マイクロＬＥＤアレイは、前記入射開口部を横断して配置される、請求項１５に記載のディスプレイシステム。

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