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特開2024-91869拡張および仮想現実ディスプレイシステムのための運動から画像描画までの短待ち時間アーキテクチャ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024091869
(43)【公開日】2024-07-05
(54)【発明の名称】拡張および仮想現実ディスプレイシステムのための運動から画像描画までの短待ち時間アーキテクチャ
(51)【国際特許分類】
G09G 3/20 20060101AFI20240628BHJP
G02B 30/52 20200101ALI20240628BHJP
G09G 5/00 20060101ALI20240628BHJP
H04N 5/64 20060101ALI20240628BHJP
G02B 27/02 20060101ALN20240628BHJP
【ＦＩ】
G09G3/20 680A
G02B30/52
G09G5/00 510A
G09G5/00 550C
G09G3/20 622Q
G09G3/20 622R
H04N5/64 511A
G02B27/02 Z
【審査請求】有
【請求項の数】1
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024069802
(22)【出願日】2024-04-23
(62)【分割の表示】P 2021537081の分割
【原出願日】2019-12-20
(31)【優先権主張番号】62/786,199
(32)【優先日】2018-12-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/800,363
(32)【優先日】2019-02-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/858,215
(32)【優先日】2019-06-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/911,018
(32)【優先日】2019-10-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】514108838
【氏名又は名称】マジック リープ， インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｍａｇｉｃ Ｌｅａｐ，Ｉｎｃ．
【住所又は居所原語表記】７５００ Ｗ ＳＵＮＲＩＳＥ ＢＬＶＤ，ＰＬＡＮＴＡＴＩＯＮ，ＦＬ ３３３２２ ＵＳＡ
(74)【代理人】
【識別番号】100078282
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 秀策
(74)【代理人】
【識別番号】100113413
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 夏樹
(74)【代理人】
【識別番号】100181674
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 貴敏
(74)【代理人】
【識別番号】100181641
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 大輔
(74)【代理人】
【識別番号】230113332
【弁護士】
【氏名又は名称】山本 健策
(72)【発明者】
【氏名】ライオネル アーネスト エドウィン
(72)【発明者】
【氏名】アンドリュー イアン ラッセル
(72)【発明者】
【氏名】ハワード ラッセル コーエン
(57)【要約】
【課題】拡張および仮想現実システムのための運動から画像描画までの短待ち時間のためのシステムおよび方法の提供。
【解決手段】いくつかのシステムは、光を頭部搭載型ディスプレイユニットから出力することによって、ユーザに提示される、レンダリングされるフレームを生成する。レンダリングされるフレームは、ユーザによって、仮想コンテンツとして知覚される。頭部搭載型ディスプレイユニットは、配向センサと、光をユーザに出力するように構成される、ディスプレイと、プロセッサとを含む。プロセッサは、仮想コンテンツのレンダリングされるフレームを受信し、配向情報を配向センサから取得し、ユーザの頭部の配向の変化に基づいて、仮想コンテンツのレンダリングされるフレームをワーピングまたは修正する。ワーピングされたレンダリングされるフレームは、続いて、変調された光を使用して、ディスプレイから出力される。
【選択図】図３２
【解決手段】いくつかのシステムは、光を頭部搭載型ディスプレイユニットから出力することによって、ユーザに提示される、レンダリングされるフレームを生成する。レンダリングされるフレームは、ユーザによって、仮想コンテンツとして知覚される。頭部搭載型ディスプレイユニットは、配向センサと、光をユーザに出力するように構成される、ディスプレイと、プロセッサとを含む。プロセッサは、仮想コンテンツのレンダリングされるフレームを受信し、配向情報を配向センサから取得し、ユーザの頭部の配向の変化に基づいて、仮想コンテンツのレンダリングされるフレームをワーピングまたは修正する。ワーピングされたレンダリングされるフレームは、続いて、変調された光を使用して、ディスプレイから出力される。
【選択図】図３２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
本明細書に記載の発明。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（優先権の主張）
本願は、２０１８年１２月２８日に出願され、「ＬＯＷ ＭＯＴＩＯＮ－ＴＯ－ＰＨＯＴＯＮ ＬＡＴＥＮＣＹ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＡＵＧＭＥＮＴＥＤ ＡＮＤ ＶＩＲＴＵＡＬ ＲＥＡＬＩＴＹ ＤＩＳＰＬＡＹ ＳＹＳＴＥＭＳ」と題された、米国仮出願第６２／７８６，１９９号、および２０１９年６月６日に出願され、「ＬＯＷ ＭＯＴＩＯＮ－ＴＯ－ＰＨＯＴＯＮ ＬＡＴＥＮＣＹ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＡＵＧＭＥＮＴＥＤ ＡＮＤ ＶＩＲＴＵＡＬ ＲＥＡＬＩＴＹ ＤＩＳＰＬＡＹ ＳＹＳＴＥＭＳ」と題された、米国仮出願第６２／８５８，２１５号、および２０１９年２月１日に出願され、「ＶＩＲＴＵＡＬ ＡＮＤ ＡＵＧＭＥＮＴＥＤ ＲＥＡＬＩＴＹ ＤＩＳＰＬＡＹ ＳＹＳＴＥＭＳ ＷＩＴＨ ＥＭＩＳＳＩＥ ＭＩＣＲＯ－ＤＩＳＰＬＡＹＳ」と題された、米国仮出願第６２／８００，３６３号、および２０１９年１０月４日に出願され、「ＡＵＧＭＥＮＴＥＤ ＡＮＤ ＶＩＲＴＵＡＬ ＲＥＡＬＩＴＹ
ＤＩＳＰＬＡＹ ＳＹＳＴＥＭＳ ＷＩＴＨ ＳＨＡＲＥＤ ＤＩＳＰＬＡＹ ＦＯＲ
ＬＥＦＴ ＡＮＤ ＲＩＧＨＴ ＥＹＥＳ」と題された、米国仮出願第６２／９１１，０１８号の優先権を主張する。上記の出願は、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。
（参照による組み込み）
本願は、２０１８年１２月２８日に出願され、「ＬＯＷ ＭＯＴＩＯＮ－ＴＯ－ＰＨＯＴＯＮ ＬＡＴＥＮＣＹ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＡＵＧＭＥＮＴＥＤ ＡＮＤ ＶＩＲＴＵＡＬ ＲＥＡＬＩＴＹ ＤＩＳＰＬＡＹ ＳＹＳＴＥＭＳ」と題された、米国仮出願第６２／７８６，１９９号、および２０１９年６月６日に出願され、「ＬＯＷ ＭＯＴＩＯＮ－ＴＯ－ＰＨＯＴＯＮ ＬＡＴＥＮＣＹ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＡＵＧＭＥＮＴＥＤ ＡＮＤ ＶＩＲＴＵＡＬ ＲＥＡＬＩＴＹ ＤＩＳＰＬＡＹ ＳＹＳＴＥＭＳ」と題された、米国仮出願第６２／８５８，２１５号、および２０１９年２月１日に出願され、「ＶＩＲＴＵＡＬ ＡＮＤ ＡＵＧＭＥＮＴＥＤ ＲＥＡＬＩＴＹ ＤＩＳＰＬＡＹ ＳＹＳＴＥＭＳ ＷＩＴＨ ＥＭＩＳＳＩＥ ＭＩＣＲＯ－ＤＩＳＰＬＡＹＳ」と題された、米国仮出願第６２／８００，３６３号、および２０１９年１０月４日に出願され、「ＡＵＧＭＥＮＴＥＤ ＡＮＤ ＶＩＲＴＵＡＬ ＲＥＡＬＩＴＹ
ＤＩＳＰＬＡＹ ＳＹＳＴＥＭＳ ＷＩＴＨ ＳＨＡＲＥＤ ＤＩＳＰＬＡＹ ＦＯＲ
ＬＥＦＴ ＡＮＤ ＲＩＧＨＴ ＥＹＥＳ」と題された、米国仮出願第６２／９１１，０１８号の優先権を主張する。上記の出願は、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。
（参照による組み込み）
【0002】
本願は、以下、すなわち、２０１８年３月１日に公開された、米国特許出願公開第２０１８／００６１１２１号、２０１８年１２月１４日に出願された、米国特許出願第１６／２２１０６５号、および２０１８年９月２７日に公開された、米国特許出願公開第２０１８／０２７５４１０号のそれぞれを参照することによって全体として組み込む。
【0003】
本開示は、ディスプレイシステムに関し、より具体的には、拡張および仮想現実ディスプレイシステムに関する。
【背景技術】
【0004】
現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、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おり、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。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。複合現実または「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シナリオは、実世界内のオブジェクトによってブロックされて見える、または別様にそれと相互作用するように知覚される、ＡＲ画像コンテンツを含んでもよい。
【0005】
図１を参照すると、拡張現実場面１０が、描写されている。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。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」を「見ている」と知覚する。これらの要素５０、４０は、実世界には存在しないという点で、「仮想」である。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。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0006】
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。頭部搭載型ディスプレイは、仮想コンテンツとしての出力のためにレンダリングされるフレームを生成するように構成される、処理システムと、データリンクを介して、処理システムと通信する、頭部搭載型ディスプレイユニットとを含む。頭部搭載型ディスプレイユニットは、レンダリングされるフレームを仮想コンテンツとして出力するように構成される。加えて、頭部搭載型ディスプレイユニットは、配向センサと、ディスプレイと、１つ以上のプロセッサとを備える。配向センサは、頭部搭載型ディスプレイユニットの配向と関連付けられる、配向情報を検出するように構成される。ディスプレイは、光を出力し、仮想コンテンツを提示するように構成される。１つ以上のプロセッサは、データリンクを介して、レンダリングされるフレームを受信し、頭部搭載型ディスプレイユニットの配向と関連付けられる、配向情報を取得し、レンダリングされるフレームをワーピングさせるように構成され、ワーピングされたレンダリングされるフレームは、ディスプレイを介して出力される。
【0007】
いくつかの他の実施形態では、システムが、提供される。本システムは、１つ以上のプロセッサと、命令を記憶する、１つ以上のコンピュータ記憶媒体とを備える。１つ以上のプロセッサによって実行されると、命令は、１つ以上のプロセッサに、システムの第１の要素によって、第１のフレームレートにおいて、システムによって表示されるための仮想コンテンツのレンダリングされるフレームを生成するステップと、第１の要素によって、ハードウェア接続を介して、仮想コンテンツのレンダリングされるフレームをシステムの第２の要素に提供するステップであって、レンダリングされるフレームは、第１のフレームレートにおいて提供される、ステップと、第２の要素によって、第１のフレームレートより高い第２のフレームレートにおいて、システムと関連付けられる配向情報に基づいて、閾値回数、各レンダリングされるフレームをワーピングさせるステップと、第２の要素と通信するディスプレイを介して、ワーピングされたフレームを第２のフレームレートにおいて出力するステップとを含む、動作を実施させる。ディスプレイは、第１のレンダリングされるフレームと関連付けられる、閾値数のワーピングされたフレームに続いて、第２の後続のレンダリングされるフレームと関連付けられる、閾値数のワーピングされたフレームを出力するように構成される。
【0008】
さらに他の実施形態では、方法が、提供される。本方法は、第１の要素と、第２の要素とを備える、頭部搭載型ディスプレイシステムによって実装される。第１の要素は、ハードウェア接続を介して、第２の要素と通信する。本方法は、第１の要素によって、第１のフレームレートにおいて、頭部搭載型ディスプレイシステムを介して表示されるための仮想コンテンツのレンダリングされるフレームを生成するステップと、第１の要素によって、レンダリングされるフレームを第２の要素に提供するステップであって、レンダリングされるフレームは、第１のフレームレートにおいて提供される、ステップと、第２の要素によって、第１のフレームレートより高い第２のフレームレートにおいて、頭部搭載型ディスプレイシステムと関連付けられる配向情報に基づいて、閾値回数、各レンダリングされるフレームをワーピングさせるステップと、第２の要素と通信するディスプレイを介して、ワーピングされたフレームを第２のフレームレートにおいて出力するステップとを含む。ディスプレイは、第１のレンダリングされるフレームと関連付けられる、閾値数のワーピングされたフレームに続いて、第２の後続のレンダリングされるフレームと関連付けられる、閾値数のワーピングされたフレームを出力する。
【0009】
付加的実施例は、下記に提供される。
【0010】
（実施例１）
頭部搭載型ディスプレイシステムであって、
仮想コンテンツとしての出力のためにレンダリングされるフレームを生成するように構成される、処理システムと、
データリンクを介して、処理システムと通信する、頭部搭載型ディスプレイユニットであって、頭部搭載型ディスプレイユニットは、レンダリングされるフレームを仮想コンテンツとして出力するように構成され、
配向センサであって、頭部搭載型ディスプレイユニットの配向と関連付けられる、配向情報を検出するように構成される、配向センサと、
ディスプレイであって、光を出力し、仮想コンテンツを提示するように構成される、ディスプレイと、
１つ以上のプロセッサであって、
データリンクを介して、レンダリングされるフレームを受信し、
頭部搭載型ディスプレイユニットの配向と関連付けられる、配向情報を取得し、
レンダリングされるフレームをワーピングさせ、ワーピングされたレンダリングされるフレームは、ディスプレイを介して出力される、
ように構成される、１つ以上のプロセッサと、
を備える、頭部搭載型ディスプレイユニットと、
を備える、頭部搭載型ディスプレイシステム。
頭部搭載型ディスプレイシステムであって、
仮想コンテンツとしての出力のためにレンダリングされるフレームを生成するように構成される、処理システムと、
データリンクを介して、処理システムと通信する、頭部搭載型ディスプレイユニットであって、頭部搭載型ディスプレイユニットは、レンダリングされるフレームを仮想コンテンツとして出力するように構成され、
配向センサであって、頭部搭載型ディスプレイユニットの配向と関連付けられる、配向情報を検出するように構成される、配向センサと、
ディスプレイであって、光を出力し、仮想コンテンツを提示するように構成される、ディスプレイと、
１つ以上のプロセッサであって、
データリンクを介して、レンダリングされるフレームを受信し、
頭部搭載型ディスプレイユニットの配向と関連付けられる、配向情報を取得し、
レンダリングされるフレームをワーピングさせ、ワーピングされたレンダリングされるフレームは、ディスプレイを介して出力される、
ように構成される、１つ以上のプロセッサと、
を備える、頭部搭載型ディスプレイユニットと、
を備える、頭部搭載型ディスプレイシステム。
【0011】
（実施例２）
処理システムは、レンダリングされるフレームを第１のフレームレートにおいて生成するように構成され、頭部搭載型ディスプレイユニットは、ワーピングされたレンダリングされるフレームを第１のフレームレートより高い第２のフレームレートにおいて出力するように構成される、実施例１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
処理システムは、レンダリングされるフレームを第１のフレームレートにおいて生成するように構成され、頭部搭載型ディスプレイユニットは、ワーピングされたレンダリングされるフレームを第１のフレームレートより高い第２のフレームレートにおいて出力するように構成される、実施例１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【0012】
（実施例３）
データリンクは、処理システムおよび頭部搭載型ディスプレイユニットを接続するケーブルを備え、データリンクの帯域幅は、第１のフレームレートを限定する、実施例１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
データリンクは、処理システムおよび頭部搭載型ディスプレイユニットを接続するケーブルを備え、データリンクの帯域幅は、第１のフレームレートを限定する、実施例１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【0013】
（実施例４）
頭部搭載型ディスプレイユニットは、各レンダリングされるフレームを、個別の配向情報に基づいて、閾値回数ワーピングさせるように構成される、実施例１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
頭部搭載型ディスプレイユニットは、各レンダリングされるフレームを、個別の配向情報に基づいて、閾値回数ワーピングさせるように構成される、実施例１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【0014】
（実施例５）
１つ以上のプロセッサのプロセッサは、配向情報に基づいてレンダリングされるフレームをワーピングさせるように構成される、ハードウェア特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）である、実施例１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
１つ以上のプロセッサのプロセッサは、配向情報に基づいてレンダリングされるフレームをワーピングさせるように構成される、ハードウェア特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）である、実施例１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【0015】
（実施例６）
ディスプレイは、空間光変調器を備え、空間光変調器は、ハードウェアＡＳＩＣを備える、実施例５に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
ディスプレイは、空間光変調器を備え、空間光変調器は、ハードウェアＡＳＩＣを備える、実施例５に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【0016】
（実施例７）
空間光変調器は、ハードウェアＡＳＩＣに基づいて、レンダリングされるフレームのピクセルを調節するように構成される、実施例６に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
空間光変調器は、ハードウェアＡＳＩＣに基づいて、レンダリングされるフレームのピクセルを調節するように構成される、実施例６に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【0017】
（実施例８）
ハードウェアＡＳＩＣは、ワーピングされたレンダリングされるフレームに対応する情報をディスプレイと関連付けられる空間光変調器に提供するように構成される、実施例５に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
ハードウェアＡＳＩＣは、ワーピングされたレンダリングされるフレームに対応する情報をディスプレイと関連付けられる空間光変調器に提供するように構成される、実施例５に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【0018】
（実施例９）
ディスプレイは、マイクロＬＥＤのアレイを備え、ワーピングされたレンダリングされるフレームの各ピクセルは、マイクロＬＥＤのうちの１つ以上のものと関連付けられる、実施例１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
ディスプレイは、マイクロＬＥＤのアレイを備え、ワーピングされたレンダリングされるフレームの各ピクセルは、マイクロＬＥＤのうちの１つ以上のものと関連付けられる、実施例１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【0019】
（実施例１０）
ディスプレイは、ディスプレイによって出力されたワーピングされたレンダリングされるフレーム毎に、パネルを大域的に更新するように構成される、実施例９に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
ディスプレイは、ディスプレイによって出力されたワーピングされたレンダリングされるフレーム毎に、パネルを大域的に更新するように構成される、実施例９に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【0020】
（実施例１１）
ディスプレイは、走査更新を提供することによって、パネルを更新するように構成される、実施例９に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
ディスプレイは、走査更新を提供することによって、パネルを更新するように構成される、実施例９に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【0021】
（実施例１２）
走査更新は、個々のピクセルの順次更新を備える、実施例１１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
走査更新は、個々のピクセルの順次更新を備える、実施例１１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【0022】
（実施例１３）
走査更新は、ピクセルのグループの同時順次更新を備える、実施例１１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
走査更新は、ピクセルのグループの同時順次更新を備える、実施例１１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【0023】
（実施例１４）
１つ以上のプロセッサは、頭部搭載型ディスプレイユニットのユーザの決定された視線に基づいて、レンダリングされるフレームをワーピングさせるように構成される、実施例１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
１つ以上のプロセッサは、頭部搭載型ディスプレイユニットのユーザの決定された視線に基づいて、レンダリングされるフレームをワーピングさせるように構成される、実施例１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【0024】
（実施例１５）
配向センサは、慣性測定ユニットである、実施例１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
配向センサは、慣性測定ユニットである、実施例１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【0025】
（実施例１６）
システムであって、
１つ以上のプロセッサと、
１つ以上のコンピュータ記憶媒体であって、該１つ以上のコンピュータ記憶媒体は、命令を記憶しており、該命令は、１つ以上のプロセッサによって実行されると、１つ以上のプロセッサに、
システムの第１の要素によって、第１のフレームレートにおいて、システムによって表示されるための仮想コンテンツのレンダリングされるフレームを生成するステップと、
第１の要素によって、ハードウェア接続を介して、仮想コンテンツのレンダリングされるフレームをシステムの第２の要素に提供するステップであって、レンダリングされるフレームは、第１のフレームレートにおいて提供される、ステップと、
第２の要素によって、第１のフレームレートより高い第２のフレームレートにおいて、システムと関連付けられる配向情報に基づいて、閾値回数、各レンダリングされるフレームをワーピングさせるステップと、
第２の要素と通信するディスプレイを介して、ワーピングされたフレームを第２のフレームレートにおいて出力するステップと
を含む動作を実施させる、１つ以上のコンピュータ記憶媒体と
を備え、
ディスプレイは、第１のレンダリングされるフレームと関連付けられる、閾値数のワーピングされたフレームに続いて、第２の後続のレンダリングされるフレームと関連付けられる、閾値数のワーピングされたフレームを出力するように構成される、システム。
システムであって、
１つ以上のプロセッサと、
１つ以上のコンピュータ記憶媒体であって、該１つ以上のコンピュータ記憶媒体は、命令を記憶しており、該命令は、１つ以上のプロセッサによって実行されると、１つ以上のプロセッサに、
システムの第１の要素によって、第１のフレームレートにおいて、システムによって表示されるための仮想コンテンツのレンダリングされるフレームを生成するステップと、
第１の要素によって、ハードウェア接続を介して、仮想コンテンツのレンダリングされるフレームをシステムの第２の要素に提供するステップであって、レンダリングされるフレームは、第１のフレームレートにおいて提供される、ステップと、
第２の要素によって、第１のフレームレートより高い第２のフレームレートにおいて、システムと関連付けられる配向情報に基づいて、閾値回数、各レンダリングされるフレームをワーピングさせるステップと、
第２の要素と通信するディスプレイを介して、ワーピングされたフレームを第２のフレームレートにおいて出力するステップと
を含む動作を実施させる、１つ以上のコンピュータ記憶媒体と
を備え、
ディスプレイは、第１のレンダリングされるフレームと関連付けられる、閾値数のワーピングされたフレームに続いて、第２の後続のレンダリングされるフレームと関連付けられる、閾値数のワーピングされたフレームを出力するように構成される、システム。
【0026】
（実施例１７）
ハードウェア接続は、第１の要素および第２の要素を接続するケーブルを備える、実施例１６に記載のシステム。
ハードウェア接続は、第１の要素および第２の要素を接続するケーブルを備える、実施例１６に記載のシステム。
【0027】
（実施例１８）
第２の要素およびディスプレイは、ユーザによって装着されるように構成される、頭部搭載型ディスプレイユニット内に含まれ、第１の要素は、ケーブルを介して、頭部搭載型ディスプレイユニットに接続される、実施例１７に記載のシステム。
第２の要素およびディスプレイは、ユーザによって装着されるように構成される、頭部搭載型ディスプレイユニット内に含まれ、第１の要素は、ケーブルを介して、頭部搭載型ディスプレイユニットに接続される、実施例１７に記載のシステム。
【0028】
（実施例１９）
ディスプレイは、マイクロＬＥＤを備える、実施例１６に記載のシステム。
ディスプレイは、マイクロＬＥＤを備える、実施例１６に記載のシステム。
【0029】
（実施例２０）
頭部搭載型ディスプレイシステムによって実施される、方法であって、頭部搭載型ディスプレイシステムは、第１の要素と、第２の要素とを備え、第１の要素は、ハードウェア接続を介して、第２の要素と通信し、
第１の要素によって、第１のフレームレートにおいて、頭部搭載型ディスプレイシステムを介して表示されるための仮想コンテンツのレンダリングされるフレームを生成するステップと、
第１の要素によって、レンダリングされるフレームを第２の要素に提供するステップであって、レンダリングされるフレームは、第１のフレームレートにおいて提供される、ステップと、
第２の要素によって、第１のフレームレートより高い第２のフレームレートにおいて、頭部搭載型ディスプレイシステムと関連付けられる配向情報に基づいて、閾値回数、各レンダリングされるフレームをワーピングさせるステップと、
第２の要素と通信するディスプレイを介して、ワーピングされたフレームを第２のフレームレートにおいて出力するステップと、
を含み、ディスプレイは、第１のレンダリングされるフレームと関連付けられる、閾値数のワーピングされたフレームに続いて、第２の後続のレンダリングされるフレームと関連付けられる、閾値数のワーピングされたフレームを出力する、方法。
頭部搭載型ディスプレイシステムによって実施される、方法であって、頭部搭載型ディスプレイシステムは、第１の要素と、第２の要素とを備え、第１の要素は、ハードウェア接続を介して、第２の要素と通信し、
第１の要素によって、第１のフレームレートにおいて、頭部搭載型ディスプレイシステムを介して表示されるための仮想コンテンツのレンダリングされるフレームを生成するステップと、
第１の要素によって、レンダリングされるフレームを第２の要素に提供するステップであって、レンダリングされるフレームは、第１のフレームレートにおいて提供される、ステップと、
第２の要素によって、第１のフレームレートより高い第２のフレームレートにおいて、頭部搭載型ディスプレイシステムと関連付けられる配向情報に基づいて、閾値回数、各レンダリングされるフレームをワーピングさせるステップと、
第２の要素と通信するディスプレイを介して、ワーピングされたフレームを第２のフレームレートにおいて出力するステップと、
を含み、ディスプレイは、第１のレンダリングされるフレームと関連付けられる、閾値数のワーピングされたフレームに続いて、第２の後続のレンダリングされるフレームと関連付けられる、閾値数のワーピングされたフレームを出力する、方法。
【0030】
（実施例２１）
ディスプレイは、マイクロＬＥＤを備える、実施例２０に記載の方法。
本発明は、例えば、以下の項目を提供する。
（項目１）
頭部搭載型ディスプレイシステムであって、
仮想コンテンツとしての出力のためにレンダリングされるフレームを生成するように構成される処理システムと、
データリンクを介して前記処理システムと通信する頭部搭載型ディスプレイユニットであって、前記頭部搭載型ディスプレイユニットは、前記レンダリングされるフレームを仮想コンテンツとして出力するように構成され、前記頭部搭載型ディスプレイユニットは、
配向センサであって、前記配向センサは、前記頭部搭載型ディスプレイユニットの配向と関連付けられる配向情報を検出するように構成される、配向センサと、
ディスプレイであって、前記ディスプレイは、光を出力し、前記仮想コンテンツを提示するように構成される、ディスプレイと、
１つ以上のプロセッサであって、前記１つ以上のプロセッサは、
前記データリンクを介して、レンダリングされるフレームを受信することと、
前記頭部搭載型ディスプレイユニットの配向と関連付けられる配向情報を取得することと、
前記レンダリングされるフレームをワーピングさせることであって、前記ワーピングされたレンダリングされるフレームは、前記ディスプレイを介して出力される、ことと
を行うように構成される、１つ以上のプロセッサと
を備える、頭部搭載型ディスプレイユニットと
を備える、頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目２）
前記処理システムは、レンダリングされるフレームを第１のフレームレートにおいて生成するように構成され、前記頭部搭載型ディスプレイユニットは、ワーピングされたレンダリングされるフレームを前記第１のフレームレートより高い第２のフレームレートにおいて出力するように構成される、項目１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目３）
前記データリンクは、前記処理システムおよび頭部搭載型ディスプレイユニットを接続するケーブルを備え、前記データリンクの帯域幅は、前記第１のフレームレートを限定する、項目１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目４）
前記頭部搭載型ディスプレイユニットは、各レンダリングされるフレームを、個別の配向情報に基づいて、閾値回数ワーピングさせるように構成される、項目１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目５）
前記１つ以上のプロセッサのプロセッサは、配向情報に基づいてレンダリングされるフレームをワーピングさせるように構成されるハードウェア特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）である、項目１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目６）
前記ディスプレイは、空間光変調器を備え、前記空間光変調器は、前記ハードウェアＡＳＩＣを備える、項目５に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目７）
前記空間光変調器は、前記ハードウェアＡＳＩＣに基づいて、前記レンダリングされるフレームのピクセルを調節するように構成される、項目６に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目８）
前記ハードウェアＡＳＩＣは、前記ワーピングされたレンダリングされるフレームに対応する情報を前記ディスプレイと関連付けられる空間光変調器に提供するように構成される、項目５に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目９）
前記ディスプレイは、マイクロＬＥＤのアレイを備え、前記ワーピングされたレンダリングされるフレームの各ピクセルは、前記マイクロＬＥＤのうちの１つ以上のものと関連付けられる、項目１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目１０）
前記ディスプレイは、前記ディスプレイによって出力されたワーピングされたレンダリングされるフレーム毎に、パネルを大域的に更新するように構成される、項目９に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目１１）
前記ディスプレイは、走査更新を提供することによって、前記パネルを更新するように構成される、項目９に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目１２）
前記走査更新は、個々のピクセルの順次更新を備える、項目１１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目１３）
前記走査更新は、ピクセルのグループの同時順次更新を備える、項目１１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目１４）
前記１つ以上のプロセッサは、前記頭部搭載型ディスプレイユニットのユーザの決定された視線に基づいて、前記レンダリングされるフレームをワーピングさせるように構成される、項目１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目１５）
前記配向センサは、慣性測定ユニットである、項目１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目１６）
システムであって、
１つ以上のプロセッサと、
１つ以上のコンピュータ記憶媒体であって、前記１つ以上のコンピュータ記憶媒体は、命令を記憶しており、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１つ以上のプロセッサに、
前記システムの第１の要素によって、第１のフレームレートにおいて、前記システムによって表示されるための仮想コンテンツのレンダリングされるフレームを生成することと、
前記第１の要素によって、ハードウェア接続を介して、前記仮想コンテンツのレンダリングされるフレームを前記システムの第２の要素に提供することであって、前記レンダリングされるフレームは、前記第１のフレームレートにおいて提供される、ことと、
前記第２の要素によって、前記第１のフレームレートより高い第２のフレームレートにおいて、前記システムと関連付けられる配向情報に基づいて、閾値回数、各レンダリングされるフレームをワーピングさせることと、
前記第２の要素と通信するディスプレイを介して、前記ワーピングされたフレームを前記第２のフレームレートにおいて出力することと
を含む動作を実施させる、１つ以上のコンピュータ記憶媒体と
を備え、
前記ディスプレイは、第１のレンダリングされるフレームと関連付けられる閾値数のワーピングされたフレームに続いて、第２の後続のレンダリングされるフレームと関連付けられる閾値数のワーピングされたフレームを出力するように構成される、システム。
（項目１７）
前記ハードウェア接続は、前記第１の要素および第２の要素を接続するケーブルを備える、項目１６に記載のシステム。
（項目１８）
前記第２の要素およびディスプレイは、ユーザによって装着されるように構成される頭部搭載型ディスプレイユニット内に含まれ、前記第１の要素は、前記ケーブルを介して、前記頭部搭載型ディスプレイユニットに接続される、項目１７に記載のシステム。
（項目１９）
前記ディスプレイは、マイクロＬＥＤを備える、項目１６に記載のシステム。
（項目２０）
頭部搭載型ディスプレイシステムによって実施される方法であって、前記頭部搭載型ディスプレイシステムは、第１の要素と、第２の要素とを備え、前記第１の要素は、ハードウェア接続を介して、前記第２の要素と通信し、前記方法は、
第１の要素によって、第１のフレームレートにおいて、前記頭部搭載型ディスプレイシステムを介して表示されるための仮想コンテンツのレンダリングされるフレームを生成することと、
前記第１の要素によって、前記レンダリングされるフレームを第２の要素に提供することであって、前記レンダリングされるフレームは、前記第１のフレームレートにおいて提供される、ことと、
前記第２の要素によって、前記第１のフレームレートより高い第２のフレームレートにおいて、前記頭部搭載型ディスプレイシステムと関連付けられる配向情報に基づいて、閾値回数、各レンダリングされるフレームをワーピングさせることと、
前記第２の要素と通信するディスプレイを介して、前記ワーピングされたフレームを前記第２のフレームレートにおいて出力することと
を含み、
前記ディスプレイは、第１のレンダリングされるフレームと関連付けられる閾値数のワーピングされたフレームに続いて、第２の後続のレンダリングされるフレームと関連付けられる閾値数のワーピングされたフレームを出力する、方法。
（項目２１）
前記ディスプレイは、マイクロＬＥＤを備える、項目２０に記載の方法。
ディスプレイは、マイクロＬＥＤを備える、実施例２０に記載の方法。
本発明は、例えば、以下の項目を提供する。
（項目１）
頭部搭載型ディスプレイシステムであって、
仮想コンテンツとしての出力のためにレンダリングされるフレームを生成するように構成される処理システムと、
データリンクを介して前記処理システムと通信する頭部搭載型ディスプレイユニットであって、前記頭部搭載型ディスプレイユニットは、前記レンダリングされるフレームを仮想コンテンツとして出力するように構成され、前記頭部搭載型ディスプレイユニットは、
配向センサであって、前記配向センサは、前記頭部搭載型ディスプレイユニットの配向と関連付けられる配向情報を検出するように構成される、配向センサと、
ディスプレイであって、前記ディスプレイは、光を出力し、前記仮想コンテンツを提示するように構成される、ディスプレイと、
１つ以上のプロセッサであって、前記１つ以上のプロセッサは、
前記データリンクを介して、レンダリングされるフレームを受信することと、
前記頭部搭載型ディスプレイユニットの配向と関連付けられる配向情報を取得することと、
前記レンダリングされるフレームをワーピングさせることであって、前記ワーピングされたレンダリングされるフレームは、前記ディスプレイを介して出力される、ことと
を行うように構成される、１つ以上のプロセッサと
を備える、頭部搭載型ディスプレイユニットと
を備える、頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目２）
前記処理システムは、レンダリングされるフレームを第１のフレームレートにおいて生成するように構成され、前記頭部搭載型ディスプレイユニットは、ワーピングされたレンダリングされるフレームを前記第１のフレームレートより高い第２のフレームレートにおいて出力するように構成される、項目１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目３）
前記データリンクは、前記処理システムおよび頭部搭載型ディスプレイユニットを接続するケーブルを備え、前記データリンクの帯域幅は、前記第１のフレームレートを限定する、項目１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目４）
前記頭部搭載型ディスプレイユニットは、各レンダリングされるフレームを、個別の配向情報に基づいて、閾値回数ワーピングさせるように構成される、項目１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目５）
前記１つ以上のプロセッサのプロセッサは、配向情報に基づいてレンダリングされるフレームをワーピングさせるように構成されるハードウェア特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）である、項目１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目６）
前記ディスプレイは、空間光変調器を備え、前記空間光変調器は、前記ハードウェアＡＳＩＣを備える、項目５に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目７）
前記空間光変調器は、前記ハードウェアＡＳＩＣに基づいて、前記レンダリングされるフレームのピクセルを調節するように構成される、項目６に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目８）
前記ハードウェアＡＳＩＣは、前記ワーピングされたレンダリングされるフレームに対応する情報を前記ディスプレイと関連付けられる空間光変調器に提供するように構成される、項目５に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目９）
前記ディスプレイは、マイクロＬＥＤのアレイを備え、前記ワーピングされたレンダリングされるフレームの各ピクセルは、前記マイクロＬＥＤのうちの１つ以上のものと関連付けられる、項目１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目１０）
前記ディスプレイは、前記ディスプレイによって出力されたワーピングされたレンダリングされるフレーム毎に、パネルを大域的に更新するように構成される、項目９に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目１１）
前記ディスプレイは、走査更新を提供することによって、前記パネルを更新するように構成される、項目９に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目１２）
前記走査更新は、個々のピクセルの順次更新を備える、項目１１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目１３）
前記走査更新は、ピクセルのグループの同時順次更新を備える、項目１１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目１４）
前記１つ以上のプロセッサは、前記頭部搭載型ディスプレイユニットのユーザの決定された視線に基づいて、前記レンダリングされるフレームをワーピングさせるように構成される、項目１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目１５）
前記配向センサは、慣性測定ユニットである、項目１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
（項目１６）
システムであって、
１つ以上のプロセッサと、
１つ以上のコンピュータ記憶媒体であって、前記１つ以上のコンピュータ記憶媒体は、命令を記憶しており、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１つ以上のプロセッサに、
前記システムの第１の要素によって、第１のフレームレートにおいて、前記システムによって表示されるための仮想コンテンツのレンダリングされるフレームを生成することと、
前記第１の要素によって、ハードウェア接続を介して、前記仮想コンテンツのレンダリングされるフレームを前記システムの第２の要素に提供することであって、前記レンダリングされるフレームは、前記第１のフレームレートにおいて提供される、ことと、
前記第２の要素によって、前記第１のフレームレートより高い第２のフレームレートにおいて、前記システムと関連付けられる配向情報に基づいて、閾値回数、各レンダリングされるフレームをワーピングさせることと、
前記第２の要素と通信するディスプレイを介して、前記ワーピングされたフレームを前記第２のフレームレートにおいて出力することと
を含む動作を実施させる、１つ以上のコンピュータ記憶媒体と
を備え、
前記ディスプレイは、第１のレンダリングされるフレームと関連付けられる閾値数のワーピングされたフレームに続いて、第２の後続のレンダリングされるフレームと関連付けられる閾値数のワーピングされたフレームを出力するように構成される、システム。
（項目１７）
前記ハードウェア接続は、前記第１の要素および第２の要素を接続するケーブルを備える、項目１６に記載のシステム。
（項目１８）
前記第２の要素およびディスプレイは、ユーザによって装着されるように構成される頭部搭載型ディスプレイユニット内に含まれ、前記第１の要素は、前記ケーブルを介して、前記頭部搭載型ディスプレイユニットに接続される、項目１７に記載のシステム。
（項目１９）
前記ディスプレイは、マイクロＬＥＤを備える、項目１６に記載のシステム。
（項目２０）
頭部搭載型ディスプレイシステムによって実施される方法であって、前記頭部搭載型ディスプレイシステムは、第１の要素と、第２の要素とを備え、前記第１の要素は、ハードウェア接続を介して、前記第２の要素と通信し、前記方法は、
第１の要素によって、第１のフレームレートにおいて、前記頭部搭載型ディスプレイシステムを介して表示されるための仮想コンテンツのレンダリングされるフレームを生成することと、
前記第１の要素によって、前記レンダリングされるフレームを第２の要素に提供することであって、前記レンダリングされるフレームは、前記第１のフレームレートにおいて提供される、ことと、
前記第２の要素によって、前記第１のフレームレートより高い第２のフレームレートにおいて、前記頭部搭載型ディスプレイシステムと関連付けられる配向情報に基づいて、閾値回数、各レンダリングされるフレームをワーピングさせることと、
前記第２の要素と通信するディスプレイを介して、前記ワーピングされたフレームを前記第２のフレームレートにおいて出力することと
を含み、
前記ディスプレイは、第１のレンダリングされるフレームと関連付けられる閾値数のワーピングされたフレームに続いて、第２の後続のレンダリングされるフレームと関連付けられる閾値数のワーピングされたフレームを出力する、方法。
（項目２１）
前記ディスプレイは、マイクロＬＥＤを備える、項目２０に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【0031】
以下の図面および関連付けられる説明は、本開示の実施形態を図示するために提供され、請求項の範囲を限定するものではない。本開示の側面および付帯利点の多くは、付随の図面と関連して検討されるとき、以下の詳細な説明を参照することによって、より深く理解されるのと同時に、より容易に理解されるであろう。
【0032】
【0033】
【0034】
【0035】
【0036】
【0037】
【0038】
【0039】
【0040】
【0041】
【0042】
【0043】
【0044】
【0045】
【0046】
【0047】
【0048】
【0049】
【0050】
【0051】
【0052】
【0053】
【0054】
【0055】
【0056】
【0057】
【0058】
【0059】
【0060】
【0061】
【0062】
【0063】
【0064】
【0065】
【0066】
【0067】
【0068】
【0069】
【0070】
【0071】
【0072】
【0073】
【0074】
【0075】
【0076】
【0077】
【0078】
【0079】
【0080】
【0081】
【発明を実施するための形態】
【0082】
本明細書は、とりわけ、拡張または仮想現実コンテンツをユーザに提供するためのシステムおよび技法を説明する。いくつかの実施形態では、拡張または仮想現実ディスプレイシステムは、画像フレームをレンダリングしてもよく、これは、次いで、ユーザに提示される。ユーザへの画像の提示は、ディスプレイシステムが、画像をユーザの眼の網膜上に形成し、拡張または仮想現実コンテンツ（「仮想コンテンツ」とも称され得る）として知覚される、空間的に変調された光を出力するステップを伴ってもよい。実施例として、ディスプレイシステムは、規則的インターバル、例えば、１つ以上のフレームレート（例えば、６０Ｈｚ、３３０Ｈｚ等）において、仮想コンテンツをユーザにレンダリングおよび提示してもよい。
【0083】
ユーザの頭部の配向および眼は、仮想コンテンツのための画像フレームのレンダリングを知らせ得る。実施例として、仮想コンテンツは、ユーザおよび／または実世界オブジェクトに対して位置が固定されるように知覚されるように構成されてもよい。したがって、ユーザが、頭部を下向きに回転させる場合、ディスプレイシステムは、仮想コンテンツが、適切な場所にあるように知覚され、適切な目線に対応する、詳細を示すように、適宜、レンダリングされる画像フレームを調節してもよい。結果として、仮想コンテンツを生成するステップは、ユーザの頭部の配向を決定し、本決定に基づいて、画像フレームをレンダリングするステップを伴ってもよい。ユーザの頭部の配向は、頭部姿勢または単に姿勢とも称され得、近似として、本姿勢は、ユーザの頭部に搭載されるディスプレイの配向を決定することによって決定されてもよい。
【0084】
ユーザの頭部は、移動し得、所与の瞬時における姿勢は、本移動の結果であり得ることを理解されたい。加えて、姿勢の決定と本姿勢に基づく空間的に変調された光のユーザの眼への出力との間には、遅延が存在し得る。遅延は、例えば、電子機器および光学システムが仮想コンテンツを生成するために必要とされる時間によって引き起こされ得る。本遅延は、運動から画像描画までの待ち時間と称され得る。
【0085】
ユーザの頭部が移動し続ける、インスタンスでは、運動から画像描画までの待ち時間の存在を前提として、ユーザの頭部の配向は、姿勢決定とレンダリングされるフレームのユーザの眼への提示との間の時間帯で変化し得る。結果として、レンダリングされるフレームは、レンダリングされるフレームを提示される時点でのユーザの姿勢に正確に対応しない場合がある。しかしながら、フレームを再レンダリングすることは、ユーザの頭部が、移動し続け、姿勢が、変化し続け得るため、本姿勢の変化に対処し得ない。
【0086】
本姿勢の変化に対処するための１つの技法は、ユーザの眼に提示する前に、レンダリングされるフレームを修正することである。そのような修正は、フレームを再レンダリングすることより迅速に生じ、それによって、ユーザに提示されるフレームと彼らが提示されるフレームを受信する時点でのユーザの姿勢との間の知覚可能不整合の可能性を低減させる。例えば、更新された姿勢情報が、取得されてもよく、レンダリングされるフレームは、更新された姿勢情報に対応するように修正されてもよい。そのような修正は、フレームワーピングと称され得、各レンダリングされるフレームは、ユーザに提示される前に、ワーピングされてもよい。
【0087】
しかしながら、そのようなワーピングを用いても、依然として、ユーザに提示されるフレームとユーザの姿勢との間の知覚可能不整合が存在し得る。例えば、そのような不整合は、ユーザの頭部が、ワーピングされたフレームでもユーザの現在の姿勢と不整合されるほど十分に迅速に移動する場合、生じ得る。結果として、運動から画像描画までの待ち時間をさらに低減させることが望ましいであろう。
【0088】
いくつかの実施形態では、運動から画像描画までの待ち時間を低減させるために、ディスプレイシステムは、現在の姿勢または配向情報に基づいて、仮想コンテンツの第１のレンダリングされるフレームを提供するように構成されてもよい。第１のレンダリングされるフレームは、仮想コンテンツがレンダリングされる（例えば、グラフィック処理ユニットによって）フレームレートに対して生成されてもよい。第１のレンダリングされるフレームは、決定された姿勢情報に応じて、ユーザに提示されてもよく、ワーピングされてもよい。第２の後続フレームのレンダリングに先立って、ディスプレイシステムは、ユーザに、１つ以上の付加的フレームを生成および提示してもよい。付加的フレームのうちの１つ以上のものは、第１のレンダリングされるフレームへの調節を含んでもよく、調節は、更新された姿勢情報に基づく。ディスプレイシステムは、次いで、コンテンツをレンダリングするためのフレームレートに従って、第２のレンダリングされるフレームをレンダリングおよび提示してもよい（可能性として、その第２のレンダリングされるフレームをワーピングさせた後）。したがって、ディスプレイシステムは、フレームをそのフレームレートでレンダリングするが、仮想コンテンツの付加的フレームをそのフレームレートを上回って出力してもよい。これらの付加的フレームは、姿勢情報に応じて、ワーピングされてもよい。したがって、いくつかの実施形態では、１つ以上のワーピングされたフレームが、レンダリングされるフレーム間に表されてもよい。
【0089】
有利なこととして、本明細書に説明される技法およびシステムは、運動から画像描画までの待ち時間を低減させ得る。本明細書に説明される技法およびシステムはまた、ワーピングと関連付けられる、視覚的アーチファクト、モーションブラー等を低減させ得る。本技法およびシステムはまた、有利なこととして、電力節約、処理節約等を提供し得る。
（レンダリングされるフレームのワーピング）
（レンダリングされるフレームのワーピング）
【0090】
図１を参照して説明されるように、ユーザには、例えば、ロボット４０を備える、仮想コンテンツが見え得る。本実施例では、ディスプレイシステムは、上記に説明されるようなフレームレートに従って、ロボット４０をレンダリングしてもよい。ディスプレイシステムは、次いで、レンダリングされるフレームをユーザに出力または提示してもよい。上記に説明されるように、ディスプレイシステムは、ユーザと関連付けられる配向情報に基づいて、各フレームをレンダリングしてもよい。配向情報の実施例は、ユーザの頭部の移動（例えば、１つ以上の軸を中心とした回転、１つ以上の軸に沿った平行移動等）、ユーザの眼の移動（例えば、１つ以上の軸を中心とした回転）、および同等物を含んでもよい。例えば、第１のフレームは、ユーザの頭部／眼がロボット４０に向かって直線に指向される間、レンダリングされてもよい。本実施例では、ユーザは、次いで、その頭部／眼を１つ以上の軸に沿って調節してもよい。後続の第２のフレームをレンダリングするとき、ディスプレイシステムは、したがって、本配向情報を利用して、第２のフレームのレンダリングを知らせてもよい。例えば、ロボット４０は、垂直に立っているままであるが、ユーザの視野の異なる部分内に現れるように、レンダリングされてもよい。
【0091】
上記の実施例では、第２のフレームは、第１のフレーム後のある時間周期にレンダリングされてもよい。６０Ｈｚの例示的フレームレートに関して、第２のフレームは、したがって、第１のフレームから１６ミリ秒後にレンダリングされてもよい。３３０Ｈｚの例示的フレームレートに関して、第２のフレームは、第１のフレームから８．３ミリ秒後にレンダリングされてもよい。しかしながら、本時間周期（例えば、１６ｍｓまたは８．３ｍｓ）の間、ユーザは、その頭部を下向きに回転させている場合がある。本回転後、ユーザは、依然として、第１のフレームを提示され得る。本第１のフレームは、真っ直ぐに見ているユーザに基づいてレンダリングされたため、第１のフレームは、したがって、回転の間、不正確に位置付けられるロボット４０を含み得る。第２のフレームが、レンダリングされると、ディスプレイシステムは、検出された回転に基づいて、ロボット４０をレンダリングしてもよい。したがって、第２のフレームが、提示されると、ロボット４０は、再位置付けられるように現れてもよい。ロボット４０の位置のこの更新は、ユーザに視覚的に明白な視覚的断続性を提供し得る。例えば、頭部移動（姿勢の変化）と運動から画像描画までの待ち時間の組み合わせが、閾値を超える提示される画像の変化をもたらし得、例えば、不自然であるほど、ユーザに顕著である。
【0092】
いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムは、第２のフレームがレンダリングされるまで、上記に説明される第１のフレームをワーピングさせるように構成されてもよい。フレームをワーピングさせるステップは、ユーザの決定された頭部姿勢、決定された眼視線、および同等物等の配向情報に基づいて、フレームの側面を調節するステップを含んでもよい。フレームの例示的側面は、フレームのピクセルを含んでもよい。本実施例では、レンダリングされるフレームをワーピングさせるステップは、レンダリングされるフレーム内に含まれる１つ以上のピクセルを個別の新しい位置に移動させ得る。したがって、ワーピングされたフレームは、既存のレンダリングされるフレーム内に含まれる画像情報に基づいて、生成されてもよい。
【0093】
ディスプレイシステムは、レンダリングされるフレームを、複数回、ユーザの決定された頭部姿勢に基づいて、ワーピングさせてもよい。ロボット４０の上記に説明される実施例に関して、ディスプレイシステムは、したがって、第２のフレームがレンダリングされるまで、第１のフレームを特定のフレームレートでワーピングさせてもよい。説明されるであろうように、ディスプレイシステムは、仮想コンテンツをあるレンダリングフレームレート（例えば、６０Ｈｚ、１２０Ｈｚ）でレンダリングし、仮想コンテンツをあるワーピングフレームレート（例えば、２４０Ｈｚ、４８０Ｈｚ、２，０００Ｈｚ、２０４０Ｈｚ等）でユーザに出力してもよい。このように、ユーザは、２つの時間的に隣接するレンダリングされるフレーム間の１つ以上のワーピングされたフレームを視認し得、事実上の運動からの待ち時間は、減少される。
【0094】
例えば、第１のフレームは、ディスプレイシステムを介して、特定の時間に提示されてもよい。上記に説明されるように、第１のフレームは、ユーザの決定された頭部姿勢に基づいて、レンダリングされてもよい。実施例として、頭部姿勢は、ディスプレイシステムと関連付けられる、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）等の配向センサに基づいてもよい。ディスプレイシステムは、次いで、ワーピングフレームレートに従って、ワーピングされたフレームを生成してもよい。ワーピングされたフレーム毎に、ディスプレイシステムは、ユーザの個別の決定された頭部姿勢に基づいて、第１のフレームを調節してもよい。これらのワーピングされたフレームは、第２のフレームがレンダリングされるフレームレートに従ってレンダリングされるまで、ユーザに提示されてもよい。ディスプレイシステムは、ユーザの決定された頭部姿勢に基づく、ワーピングされたフレームをユーザに提示するため、仮想コンテンツ（例えば、ロボット４０）は、より生きているように現れ得る。例えば、仮想コンテンツは、より自然に移動し、あまり明白な離散ジャンプを伴わずに、現れ得る。
【0095】
ワーピングの実施例は、遅れフレーム時間ワーピング、非同期時間ワーピング、持続時間ワーピング等を含んでもよい。持続時間ワーピングの実施例は、読取カーソル再指向、ピクセル再指向、バッファ再スミア、書込カーソル再指向等を含んでもよい。個々のレンダリングされるフレームのワーピングに関連するさらなる説明は、２０１８年３月１日に公開された、米国特許出願第２０１８／００６１１２１号（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）に議論される。
【0096】
本明細書に議論されるようなワーピングは、事実上の運動から画像描画までの待ち時間を低下させることに対する利点を提供し得るが、あるディスプレイ技術は、ワーピングと関連付けられる有効性を制約し得ることを理解されたい。いくつかのディスプレイシステムでは、画像を形成するために空間的に変調された光は、液晶ベースの空間光変調器によって提供されてもよい。空間光変調器は、光の知覚される強度を変調させ、光を画像情報でエンコーディングし得ることを理解されたい。そのような空間光変調器の実施例は、シリコン上液晶（ＬＣｏＳ）パネルである。ＬＣｏＳパネルは、ＬＣｏＳパネルが効果的に動作することが可能である、最大リフレッシュレートを有し得る。実施例として、ＬＣｏＳパネルは、１２０Ｈｚの最大リフレッシュレートを達成することが可能であり得る（例えば、３つの色が存在してもよく、それぞれ、３６０Ｈｚで提示される）。したがって、ＬＣｏＳパネルは、最大リフレッシュレートを上回らないレートで、ワーピングされた画像をユーザに出力し得る。本最大リフレッシュレートは、ユーザに知覚不能である、運動から画像描画までの待ち時間を達成することが不可能であり得る。
【0097】
有利なこととして、いくつかの実施形態では、運動から画像描画までの著しく短い待ち時間が、著しく高速の最大リフレッシュレートを提供する、ディスプレイ技術を使用して達成され得る。そのようなディスプレイ技術の実施例は、マイクロＬＥＤアレイまたはディスプレイ等の発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイを含む。マイクロＬＥＤディスプレイは、それぞれ、光を放出する、多数のマイクロＬＥＤを備えてもよい。したがって、マイクロＬＥＤアレイは、発光型空間光変調器と称され得る。いくつかの実施形態では、変調器は、異なる光源からの光を変調させてもよい。いくつかの実施形態では、変調器は、光源であってもよい。いくつかの実施形態では、各マイクロＬＥＤは、別個にアドレス指定可能である。マイクロＬＥＤは、非常に迅速にオンおよびオフに切り替えられることが可能であり得、例えば、２，０００Ｈｚ以上の最大リフレッシュレートを達成し得る。そのようなディスプレイ技術の別の実施例は、微小電気機械的システム（ＭＥＭＳ）に基づく技術を含んでもよい。例えば、デジタル光処理（ＤＬＰ）技術が、利用されてもよい。下記の説明は、議論を容易にするために、マイクロＬＥＤを参照するが、本開示は、例えば、ＬＣｏＳベースのシステムより高いリフレッシュレートを提供する、付加的ディスプレイ技術（例えば、ＤＬＰ）を利用してもよいことを理解されたい。そのような付加的ディスプレイ技術は、本開示の範囲内である。
【0098】
上記に説明されるディスプレイ技術の利用に基づいて、ディスプレイシステムは、したがって、仮想コンテンツのフレームがユーザに提供される、レートを増加させてもよい。例えば、ディスプレイシステムは、フレームを６０Ｈｚ、１２０Ｈｚ等のレンダリングフレームレートでレンダリングしてもよい。上記に説明される向上されたディスプレイ技術に起因して、ディスプレイシステムは、仮想コンテンツのフレームを２，０００Ｈｚまたはそれを上回って出力することが可能であり得る。３つの原色に分離されるマイクロＬＥＤに関して、ディスプレイシステムは、したがって、仮想コンテンツのフレームを６６６Ｈｚまたはそれを上回って出力してもよい。したがって、説明されるであろうように、ディスプレイシステムは、したがって、レンダリングされるフレームを、閾値回数、ユーザの決定された頭部姿勢に基づいて、ワーピングさせてもよい。６０Ｈｚのレンダリングフレームレートの実施例に関して、ディスプレイシステムは、レンダリングされるフレームを、後続のレンダリングされるフレームの生成に先立って、１１回またはそれを上回って、ワーピングおよび出力させてもよい。このように、本明細書に説明される技法は、ユーザがより現実的仮想コンテンツを提示されるように、運動から画像描画までの著しく短い待ち時間を提供し得る。
【0099】
本明細書に説明される技法は、したがって、全く異なる例示的利点を提供し得る。上記に説明されるように、運動から画像描画までの待ち時間は、改良され得る。加えて、本技法は、ディスプレイシステムリソース改良（例えば、低減された電力使用量、低減された処理要件等）を可能にし得る。さらに、ディスプレイシステムの可用性および性能における改良が、提供され得る。例えば、モーションブラーが、低減され得る一方、提示される仮想コンテンツの知覚される明度は、向上され得る。
（ディスプレイシステムリソースの節約）
（ディスプレイシステムリソースの節約）
【0100】
ディスプレイシステムによって利用される処理要素と空間光変調器との間の要求される帯域幅は、実質的であり得ることを理解されたい。実施例として、少なくとも、図９Ｅに図示されるように、グラフィック処理ユニットは、ローカル処理およびデータモジュール１４０内に含まれてもよく、これは、ユーザによって装着されるディスプレイユニット７０と別個である。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、ディスプレイユニット７０を介した提示のために、仮想コンテンツをレンダリングしてもよい。例えば、モジュール１４０は、仮想コンテンツのフレームをレンダリングし、次いで、随意に、これらのレンダリングされるフレームをワーピングさせてもよい。本明細書に説明されるように、本モジュール１４０は、随意に、ユーザ上に装着されてもよい（例えば、リュック内に、ユーザのズボンに取付可能であるエンクロージャ内に等）。したがって、いくつかの実施形態では、ディスプレイユニット７０は、レンダリングされるフレームを上記に説明されるレンダリングフレームレートで受信し得る。ＬＣｏＳパネルが利用され得る、スキームでは、ディスプレイユニット７０は、したがって、実施例として、レンダリングされるフレームを１２０Ｈｚで受信し得る。本実施例では、モジュール１４０とディスプレイユニット７０との間の帯域幅は、したがって、少なくとも、１２０Ｈｚによって乗算される各レンダリングされるフレーム内に含まれる、画像情報を表し得る。
【0101】
マイクロＬＥＤ等の本明細書に説明されるディスプレイ技術は、より実質的に高いリフレッシュレートが可能であり得るため、ローカル処理およびデータモジュール１４０とディスプレイユニット７０との間の帯域幅は、故に、より高くなり得る。モジュール１４０とディスプレイユニット７０との間の潜在的距離および必要とされる帯域幅に起因して、より高いリフレッシュレートでは、画像情報の伝送をサポートするために実質的電力要件が存在し得る。
【0102】
有利なこととして、下記に説明されるであろうように、従来、ローカル処理およびデータモジュール１４０内に含まれる、処理要素のうちの１つ以上のものは、ディスプレイユニット７０内に常駐し得る。第１の実施例として、モジュール１４０は、グラフィック処理ユニットを維持し、フレームをレンダリングし得る。これらのレンダリングされるフレームは、モジュール１４０からディスプレイユニット７０に、あるレンダリングフレームレート（例えば、６０Ｈｚ、１２０Ｈｚ）で提供されてもよい。しかしながら、ディスプレイユニット７０は、上記に説明されるワーピングを実施するように構成される、１つ以上の処理要素を含んでもよい。例えば、ディスプレイユニット７０は、ハードウェアワーピング特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を備えてもよい。
【0103】
本第１の実施例では、ハードウェアワーピングＡＳＩＣは、レンダリングされるフレームをモジュール１４０から受信し、次いで、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）、眼追跡カメラ、および同等物等の配向センサから受信された配向情報に従って、レンダリングされるフレームを繰り返しワーピングさせてもよい。ハードウェアワーピングＡＳＩＣは、次いで、ワーピングされたフレームをワーピングフレームレート（例えば、６６６Ｈｚ、２，０００Ｈｚ等）で出力し、空間光変調器の論理を制御してもよい。空間光変調器は、次いで、ワーピングされたフレームを形成する光をユーザに提示させてもよい。したがって、いくつかの実施形態では、ハードウェアワーピングＡＳＩＣは、空間光変調器の制御論理の物理的により近くに位置付けられてもよい。本近接度に起因して、本明細書に説明される技法は、有利なこととして、上記に説明される改良されたワーピング機能性と関連付けられる、電力要件を低減させ得る。
【0104】
第２の実施例として、上記に説明されるハードウェアワーピングＡＳＩＣは、空間光変調器の制御論理内に含まれてもよい。このように、空間光変調器は、レンダリングされるフレーム（例えば、ローカル処理およびデータモジュール１４０から）を受信し、配向センサから受信された情報に基づいて、レンダリングされるフレームをワーピングさせてもよい。空間光変調器は、次いで、直接、各ワーピングされたフレームを形成する光の出力を引き起こしてもよい。本第２の実施例では、モジュール１４０とディスプレイユニット７０との間の帯域幅要件は、低減され得る。例えば、ディスプレイユニット７０は、レンダリングされるフレームをレンダリングフレームレートで受信してもよい。加えて、空間光変調器の制御論理は、したがって、（１）直接、受信されたレンダリングされるフレームをワーピングさせ、（２）ワーピングされたフレームを形成する光をユーザに出力させてもよい。
（低減されたモーションブラー）
（低減されたモーションブラー）
【0105】
有利なこととして、仮想コンテンツの提示と関連付けられる、モーションブラーが、本明細書に説明される技法およびシステムを使用して、低減され得る。仮想コンテンツに関して、モーションブラーは、仮想コンテンツの提示と関連付けられる、場の残光性に関連し得ることを理解されたい。本明細書で利用されるような場の残光性は、単一仮想コンテンツフレームを形成する光がユーザに提示される、時間を示し得る。モーションブラーは、場の残光性における低減を通して低減され得ることを理解されたい。したがって、場の残光性を低減させることは、ユーザに、より短い持続時間にわたって、仮想コンテンツの同一フレームを提示させ得る。
【0106】
しかしながら、ＬＣｏＳパネルの実施例では、場の残光性における低減は、提示される仮想コンテンツと関連付けられる、知覚される明度を著しく低減させ得る。例えば、ＬＣｏＳパネルは、仮想コンテンツを１２０Ｈｚのフレームレートで提示することが可能であり得る。したがって、本実施例では、仮想コンテンツの隣接する提示されるフレーム間には、８．３３ｍｓが存在し得る。ＬＣｏＳパネルは、ＬＥＤ光源（例えば、図６および９Ｅのシステムに関して説明されるように）を利用してもよく、ＬＥＤは、随意に、３つの原色を備える。提示されている例示的フレームに関して、空間光変調器は、閾値時間量（例えば、１ｍｓ、１．２ｍｓ）にわたって、ＬＥＤの各原色を連続的にオンにさせ得る。空間光変調器は、次いで、８．３３ｍｓの残りにわたって、ＬＥＤをオフにし得る。本実施例では、ＬＥＤは、８．３３ｍｓフレームの持続時間（本明細書では、「デューティサイクル」と称される）の４０％、４５％等にわたってオンにされ得る。これは、モーションブラーの外観を低減させ得るが、達成可能明度を顕著に減少させ得る。
【0107】
上記の実施例と対照的に、本明細書に説明されるディスプレイシステムは、知覚される明度を維持しながら、閾値を下回る（例えば、０．４ｍｓ、０．５ｍｓ、０．６ｍｓ）場の残光性を達成し得る。このように、モーションブラーは、従来の技法と比較して、さらに低減され得る。加えて、ディスプレイシステムは、随意に、第２の閾値（例えば、９０％、９５％、９９％）を上回るデューティサイクルを達成し得る。
（例示的ディスプレイシステム）
（例示的ディスプレイシステム）
【0108】
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ディスプレイシステムを図示する。ユーザの眼は、離間されており、空間内の実オブジェクトを見ているとき、各眼は、オブジェクトの若干異なるビューを有し、オブジェクトの画像を各眼の網膜上の異なる場所に形成し得ることを理解されたい。これは、両眼視差と称され得、ヒト視覚系によって、深度の知覚を提供するために利用され得る。従来のディスプレイシステムは、仮想オブジェクトが所望の深度における実オブジェクトであるように各眼によって見えるであろう仮想オブジェクトのビューに対応する、眼２１０、２２０毎に１つの同一仮想オブジェクトの若干異なるビューを伴う２つの明確に異なる画像１９０、２００を提示することによって、両眼視差をシミュレートする。これらの画像は、ユーザの視覚系が深度の知覚を導出するために解釈し得る、両眼キューを提供する。
【0109】
図２を継続して参照すると、画像１９０、２００は、ｚ－軸上で距離２３０だけ眼２１０、２２０から離間される。ｚ－軸は、その眼が視認者の直前の光学無限遠におけるオブジェクトを固視している状態の視認者の光学軸と平行である。画像１９０、２００は、平坦であって、眼２１０、２２０から固定距離にある。それぞれ、眼２１０、２２０に提示される画像内の仮想オブジェクトの若干異なるビューに基づいて、眼は、必然的に、オブジェクトの画像が眼のそれぞれの網膜上の対応する点に来て、単一両眼視を維持するように回転し得る。本回転は、眼２１０、２２０のそれぞれの視線を仮想オブジェクトが存在するように知覚される空間内の点上に収束させ得る。その結果、３次元画像の提供は、従来、ユーザの眼２１０、２２０の輻輳・開散運動を操作し得、ヒト視覚系が深度の知覚を提供するように解釈する、両眼キューを提供することを伴う。
【0110】
しかしながら、深度の現実的かつ快適な知覚の生成は、困難である。眼からの異なる距離におけるオブジェクトからの光は、異なる発散量を伴う波面を有することを理解されたい。図３Ａ－３Ｃ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３Ａ－３Ｃ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。逆に言えば、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。単眼２１０のみが、例証を明確にするために、図３Ａ－３Ｃ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。
【0111】
図３Ａ－３Ｃを継続して参照すると、視認者の眼が固視しているオブジェクトからの光は、異なる波面発散度を有し得る。異なる波面発散量に起因して、光は、眼の水晶体によって異なるように集束され得、これは、ひいては、水晶体に、異なる形状をとり、集束された画像を眼の網膜上に形成することを要求し得る。集束された画像が、網膜上に形成されない場合、結果として生じる網膜ぼかしは、集束された画像が網膜上に形成されるまで、眼の水晶体の形状に変化を生じさせる、遠近調節のためのキューとして作用する。例えば、遠近調節のためのキューは、眼の水晶体を囲繞する毛様筋の弛緩または収縮をトリガし、それによって、レンズを保持する低靱帯に印加される力を変調し、したがって、固視されているオブジェクトの網膜ぼかしが排除または最小限にされるまで、眼の水晶体の形状を変化させ、それによって、固視されているオブジェクトの集束された画像を眼の網膜（例えば、中心窩）上に形成し得る。眼の水晶体が形状を変化させるプロセスは、遠近調節と称され得、固視されているオブジェクトの集束された画像を眼の網膜（例えば、中心窩）上に形成するために要求される眼の水晶体の形状は、遠近調節状態と称され得る。
【0112】
ここで図４Ａを参照すると、ヒト視覚系の遠近調節－輻輳・開散運動応答の表現が、図示される。オブジェクトを固視するための眼の移動は、眼にオブジェクトからの光を受け取らせ、光は、画像を眼の網膜のそれぞれ上に形成する。網膜上に形成される画像内の網膜ぼかしの存在は、遠近調節のためのキューを提供し得、網膜上の画像の相対的場所は、輻輳・開散運動のためのキューを提供し得る。遠近調節するためのキューは、遠近調節を生じさせ、それぞれ、眼の水晶体がオブジェクトの集束された画像を眼の網膜（例えば、中心窩）上に形成する特定の遠近調節状態をとる結果をもたらす。一方、輻輳・開散運動のためのキューは、各眼の各網膜上に形成される画像が単一両眼視を維持する対応する網膜点にあるように、輻輳・開散運動移動（眼の回転）を生じさせる。これらの位置では、眼は、特定の輻輳・開散運動状態をとっていると言え得る。図４Ａを継続して参照すると、遠近調節は、眼が特定の遠近調節状態を達成するプロセスであると理解され得、輻輳・開散運動は、眼が特定の輻輳・開散運動状態を達成するプロセスであると理解され得る。図４Ａに示されるように、眼の遠近調節および輻輳・開散運動状態は、ユーザが別のオブジェクトを固視する場合、変化し得る。例えば、遠近調節された状態は、ユーザがｚ－軸上の異なる深度における新しいオブジェクトを固視する場合、変化し得る。
【0113】
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・開散運動および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」であると知覚し得ると考えられる。上記に記載されるように、２つの眼の相互に対する輻輳・開散運動移動（例えば、瞳孔が相互に向かって、またはそこから移動し、眼の視線を収束させ、オブジェクトを固視するような眼の回転）は、眼の水晶体の遠近調節と密接に関連付けられる。通常条件下、焦点を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変化させるための眼の水晶体の焦点の変化は、「遠近調節－輻輳・開散運動反射」として知られる関係下、同一距離への輻輳・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、水晶体形状における合致する変化を誘起するであろう。
【0114】
ここで図４Ｂを参照すると、眼の異なる遠近調節および輻輳・開散運動状態の実施例が、図示される。対の眼２２２ａは、光学無限遠におけるオブジェクトを固視する一方、対の眼２２２ｂは、光学無限遠未満におけるオブジェクト２２１を固視する。着目すべきこととして、各対の眼の輻輳・開散運動状態は、異なり、対の眼２２２ａは、まっすぐ指向される一方、対の眼２２２は、オブジェクト２２１上に収束する。各対の眼２２２ａおよび２２２ｂを形成する眼の遠近調節状態もまた、水晶体２１０ａ、２２０ａの異なる形状によって表されるように異なる。
【0115】
望ましくないことに、従来の「３－Ｄ」ディスプレイシステムの多くのユーザは、これらのディスプレイにおける遠近調節と輻輳・開散運動状態との間の不整合に起因して、そのような従来のシステムを不快であると見出す、または奥行感を全く知覚しない場合がある。上記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、若干異なる画像を各眼に提供することによって、場面を表示する。そのようなシステムは、それらが、とりわけ、単に、場面の異なる提示を提供し、眼の輻輳・開散運動状態に変化を生じさせるが、それらの眼の遠近調節状態に対応する変化を伴わないため、多くの視認者にとって不快である。むしろ、画像は、眼が全ての画像情報を単一遠近調節状態において視認するように、ディスプレイによって眼から固定距離に示される。そのような配列は、遠近調節状態における整合する変化を伴わずに輻輳・開散運動状態に変化を生じさせることによって、「遠近調節－輻輳・開散運動反射」に逆らう。本不整合は、視認者不快感を生じさせると考えられる。遠近調節と輻輳・開散運動との間のより良好な整合を提供する、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得る。
【0116】
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。いくつかの実施形態では、異なる提示は、輻輳・開散運動のためのキューおよび遠近調節するための整合するキューの両方を提供し、それによって、生理学的に正しい遠近調節－輻輳・開散運動整合を提供してもよい。
【0117】
図４Ｂを継続して参照すると、眼２１０、２２０からの空間内の異なる距離に対応する、２つの深度平面２４０が、図示される。所与の深度平面２４０に関して、輻輳・開散運動キューが、眼２１０、２２０毎に適切に異なる視点の画像を表示することによって提供されてもよい。加えて、所与の深度平面２４０に関して、各眼２１０、２２０に提供される画像を形成する光は、その深度平面２４０の距離におけるある点によって生成されたライトフィールドに対応する波面発散を有してもよい。
【0118】
図示される実施形態では、点２２１を含有する、深度平面２４０のｚ－軸に沿った距離は、１ｍである。本明細書で使用されるように、ｚ－軸に沿った距離または深度は、ユーザの眼の射出瞳に位置するゼロ点を用いて測定されてもよい。したがって、１ｍの深度に位置する深度平面２４０は、眼が光学無限遠に向かって指向される状態におけるそれらの眼の光学軸上のユーザの眼の射出瞳から１ｍ離れた距離に対応する。近似値として、ｚ－軸に沿った深度または距離は、ユーザの眼の正面のディスプレイ（例えば、導波管の表面）から測定され、デバイスとユーザの眼の射出瞳との間の距離に関する値が加えられてもよい。その値は、瞳距離と呼ばれ、ユーザの眼の射出瞳と眼の正面のユーザによって装着されるディスプレイとの間の距離に対応し得る。実際は、瞳距離に関する値は、概して、全ての視認者に関して使用される、正規化された値であってもよい。例えば、瞳距離は、２０ｍｍであると仮定され得、１ｍの深度における深度平面は、ディスプレイの正面の９８０ｍｍの距離にあり得る。
【0119】
ここで図４Ｃおよび４Ｄを参照すると、整合遠近調節－輻輳・開散運動距離および不整合遠近調節－輻輳・開散運動距離の実施例が、それぞれ、図示される。図４Ｃに図示されるように、ディスプレイシステムは、仮想オブジェクトの画像を各眼２１０、２２０に提供してもよい。画像は、眼２１０、２２０に、眼が深度平面２４０上の点１５上に収束する、輻輳・開散運動状態をとらせ得る。加えて、画像は、その深度平面２４０における実オブジェクトに対応する波面曲率を有する光によって形成され得る。その結果、眼２１０、２２０は、画像がそれらの眼の網膜上に合焦された遠近調節状態をとる。したがって、ユーザは、仮想オブジェクトを深度平面２４０上の点１５にあるように知覚し得る。
【0120】
眼２１０、２２０の遠近調節および輻輳・開散運動状態はそれぞれ、ｚ－軸上の特定の距離と関連付けられることを理解されたい。例えば、眼２１０、２２０からの特定の距離におけるオブジェクトは、それらの眼に、オブジェクトの距離に基づいて、特定の遠近調節状態をとらせる。特定の遠近調節状態と関連付けられた距離は、遠近調節距離Ａｄと称され得る。同様に、特定の輻輳・開散運動状態または相互に対する位置における眼と関連付けられた特定の輻輳・開散運動距離Ｖｄが、存在する。遠近調節距離および輻輳・開散運動距離が整合する場合、遠近調節と輻輳・開散運動との間の関係は、生理学的に正しいと言え得る。これは、視認者のために最も快適なシナリオと見なされる。
【0121】
しかしながら、立体視ディスプレイでは、遠近調節距離および輻輳・開散運動距離は、常時、整合しない場合がある。例えば、図４Ｄに図示されるように、眼２１０、２２０に表示される画像は、深度平面２４０に対応する波面発散を伴って表示され得、眼２１０、２２０は、その深度平面上の点１５ａ、１５ｂが合焦する、特定の遠近調節状態をとり得る。しかしながら、眼２１０、２２０に表示される画像は、眼２１０、２２０を深度平面２４０上に位置しない点１５上に収束させる、輻輳・開散運動のためのキューを提供し得る。その結果、いくつかの実施形態では、遠近調節距離は、眼２１０、２２０の射出瞳から深度平面２４０までの距離に対応する一方、輻輳・開散運動距離は、眼２１０、２２０の射出瞳から点１５までのより大きい距離に対応する。遠近調節距離は、輻輳・開散運動距離と異なる。その結果、遠近調節－輻輳・開散運動不整合が存在する。そのような不整合は、望ましくないと見なされ、不快感をユーザに生じさせ得る。不整合は、距離（例えば、Ｖｄ－Ａｄ）に対応し、ジオプタを使用して特徴付けられ得ることを理解されたい。
【0122】
いくつかの実施形態では、同一参照点が遠近調節距離および輻輳・開散運動距離のために利用される限り、眼２１０、２２０の射出瞳以外の参照点が、遠近調節－輻輳・開散運動不整合を決定するための距離を決定するために利用されてもよいことを理解されたい。例えば、距離は、角膜から深度平面まで、網膜から深度平面まで、接眼レンズ（例えば、ディスプレイシステムの導波管）から深度平面まで等で測定され得る。
【0123】
理論によって限定されるわけではないが、ユーザは、不整合自体が有意な不快感を生じさせずに、依然として、最大約０．２５ジオプタ、最大約０．３３ジオプタ、および最大約０．５ジオプタの遠近調節－輻輳・開散運動不整合が生理学的に正しいとして知覚し得ると考えられる。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるディスプレイシステム（例えば、ディスプレイシステム２５０、図６）は、約０．５ジオプタまたはそれ未満の遠近調節－輻輳・開散運動不整合を有する画像を視認者に提示する。いくつかの他の実施形態では、ディスプレイシステムによって提供される画像の遠近調節－輻輳・開散運動不整合は、約０．３３ジオプタまたはそれ未満である。さらに他の実施形態では、ディスプレイシステムによって提供される画像の遠近調節－輻輳・開散運動不整合は、約０．２５ジオプタまたはそれ未満であって、約０．１ジオプタまたはそれ未満を含む。
【0124】
図５は、波面発散を修正することによって、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。ディスプレイシステムは、画像情報でエンコードされた光７７０を受け取り、その光をユーザの眼２１０に出力するように構成される、導波管２７０を含む。導波管２７０は、所望の深度平面２４０上のある点によって生成されたライトフィールドの波面発散に対応する定義された波面発散量を伴って光６５０を出力してもよい。いくつかの実施形態では、同一量の波面発散が、その深度平面上に提示される全てのオブジェクトのために提供される。加えて、ユーザの他方の眼は、類似導波管からの画像情報を提供され得るように図示されるであろう。
【0125】
いくつかの実施形態では、単一導波管が、単一または限定数の深度平面に対応する設定された波面発散量を伴う光を出力するように構成されてもよく、および／または導波管は、限定された範囲の波長の光を出力するように構成されてもよい。その結果、いくつかの実施形態では、複数またはスタックの導波管が、異なる深度平面のための異なる波面発散量を提供し、および／または異なる範囲の波長の光を出力するために利用されてもよい。本明細書で使用されるように、深度平面は、平面であり得る、または湾曲表面の輪郭に追従し得ることを理解されたい。
【0126】
図６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、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、導波管のスタックまたはスタックされた導波管アセンブリ２６０を含む。ディスプレイシステム２５０は、いくつかの実施形態では、ライトフィールドディスプレイと見なされてもよいことを理解されたい。加えて、導波管アセンブリ２６０はまた、接眼レンズとも称され得る。
【0127】
いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム２５０は、輻輳・開散運動するための実質的に連続キューおよび遠近調節するための複数の離散キューを提供するように構成されてもよい。輻輳・開散運動のためのキューは、異なる画像をユーザの眼のそれぞれに表示することによって提供されてもよく、遠近調節のためのキューは、選択可能離散量の波面発散を伴う画像を形成する光を出力することによって提供されてもよい。換言すると、ディスプレイシステム２５０は、可変レベルの波面発散を伴う光を出力するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、波面発散の各離散レベルは、特定の深度平面に対応し、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの特定の１つによって提供されてもよい。
【0128】
図６を継続して参照すると、導波管アセンブリ２６０はまた、複数の特徴３２０、３３０、３４０、３５０を導波管の間に含んでもよい。いくつかの実施形態では、特徴３２０、３３０、３４０、３５０は、１つ以上のレンズであってもよい。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０および／または
【0129】
複数のレンズ３２０、３３０、３４０、３５０は、種々のレベルの波面曲率または光線発散を用いて、画像情報を眼に送信するように構成されてもよい。各導波管レベルは、特定の深度平面と関連付けられてもよく、その深度平面に対応する画像情報を出力するように構成されてもよい。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、導波管のための光源として機能してもよく、画像情報を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入するために利用されてもよく、それぞれ、本明細書に説明されるように、眼２１０に向かって出力するために、各個別の導波管を横断して入射光を分散させるように構成されてもよい。光は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００の出力表面４１０、４２０、４３０、４４０、４５０から出射し、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の対応する入力表面４６０、４７０、４８０、４９０、５００の中に投入される。いくつかの実施形態では、入力表面４６０、４７０、４８０、４９０、５００はそれぞれ、対応する導波管の縁であってもよい、または対応する導波管の主要表面の一部（すなわち、世界５１０または視認者の眼２１０に直接面する導波管表面のうちの１つ）であってもよい。いくつかの実施形態では、光の単一ビーム（例えば、コリメートされたビーム）が、各導波管の中に投入され、特定の導波管と関連付けられた深度平面に対応する特定の角度（および発散量）において眼２１０に向かって指向される、クローン化されるコリメートされたビームの場全体を出力してもよい。いくつかの実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のうちの単一の１つは、複数（例えば、３つ）の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０と関連付けられ、その中に光を投入してもよい。
【0130】
いくつかの実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００はそれぞれ、対応する導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中への投入のための画像情報をそれぞれ生成する、離散ディスプレイである。いくつかの他の実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、例えば、１つ以上の光学導管（光ファイバケーブル等）を介して、画像情報を画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のそれぞれに送り得る、単一の多重化されたディスプレイの出力端である。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００によって提供される画像情報は、異なる波長または色（例えば、本明細書に議論されるように、異なる原色）の光を含んでもよいことを理解されたい。
【0131】
いくつかの実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入される光は、光投影システム５２０によって提供され、これは、光モジュール５３０を備え、これは、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光エミッタを含んでもよい。光モジュール５３０からの光は、ビームスプリッタ５５０を介して、光変調器５４０、例えば、空間光変調器によって指向および修正されてもよい。光変調器５４０は、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入される光の知覚される強度を変化させ、光を画像情報でエンコードするように構成されてもよい。空間光変調器の実施例は、シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）ディスプレイを含む、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を含む。いくつかの他の実施形態では、空間光変調器は、デジタル光処理（ＤＬＰ）デバイス等のＭＥＭＳデバイスであってもよい。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、図式的に図示され、いくつかの実施形態では、これらの画像投入デバイスは、光を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の関連付けられたものの中に出力するように構成される、共通投影システム内の異なる光経路および場所を表し得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、導波管アセンブリ２６０の導波管は、導波管の中に投入された光をユーザの眼に中継しながら、理想的レンズとして機能し得る。本概念では、オブジェクトは、空間光変調器５４０であってもよく、画像は、深度平面上の画像であってもよい。
【0132】
いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム２５０は、光を種々のパターン（例えば、ラスタ走査、螺旋走査、リサジューパターン等）で１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に、最終的には、視認者の眼２１０に投影するように構成される、１つ以上の走査ファイバを備える、走査ファイバディスプレイであってもよい。いくつかの実施形態では、図示される画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、光を１つまたは複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入するように構成される、単一走査ファイバまたは走査ファイバの束を図式的に表し得る。いくつかの他の実施形態では、図示される画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、複数の走査ファイバまたは走査ファイバの複数の束を図式的に表し得、それぞれ、光を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの関連付けられた１つの中に投入するように構成される。１つ以上の光ファイバは、光を光モジュール５３０から１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０に透過させるように構成されてもよいことを理解されたい。１つ以上の介在光学構造が、走査ファイバまたは複数のファイバと、１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０との間に提供され、例えば、走査ファイバから出射する光を１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に再指向してもよいことを理解されたい。
【0133】
コントローラ５６０は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００、光源５３０、および光モジュール５４０の動作を含む、スタックされた導波管アセンブリ２６０のうちの１つ以上のものの動作を制御する。いくつかの実施形態では、コントローラ５６０は、ローカルデータ処理モジュール１４０の一部である。コントローラ５６０は、例えば、本明細書に開示される種々のスキームのいずれかに従って、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０への画像情報のタイミングおよび提供を調整する、プログラミング（例えば、非一過性媒体内の命令）を含む。いくつかの実施形態では、コントローラは、単一一体型デバイスまたは有線または無線通信チャネルによって接続される分散型システムであってもよい。コントローラ５６０は、いくつかの実施形態では、処理モジュール１４０または１５０（図９Ｅ）の一部であってもよい。
【0134】
図６を継続して参照すると、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、全内部反射（ＴＩＲ）によって各個別の導波管内で光を伝搬するように構成されてもよい。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０はそれぞれ、主要上部表面および底部表面およびそれらの主要上部表面と底部表面との間に延在する縁を伴う、平面である、または別の形状（例えば、湾曲）を有してもよい。図示される構成では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０はそれぞれ、各個別の導波管内で伝搬する光を導波管から外に再指向し、画像情報を眼２１０に出力することによって、光を導波管から抽出するように構成される、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０を含んでもよい。抽出された光はまた、外部結合光と称され得、外部結合光学要素はまた、光抽出光学要素と称され得る。抽出された光のビームは、導波管によって、導波管内で伝搬する光が光抽出光学要素に衝打する場所において出力され得る。外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、例えば、本明細書にさらに議論されるような回折光学特徴を含む、格子であってもよい。説明を容易にし、図面を明確にするために、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の底部主要表面に配置されて図示されるが、いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、本明細書にさらに議論されるように、上部および／または底部主要表面に配置されてもよく、および／または導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の容積内に直接配置されてもよい。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、透明基板に取り付けられ、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０を形成する、材料の層内に形成されてもよい。いくつかの他の実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、材料のモノリシック片であってもよく、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、その材料片の表面上および／または内部に形成されてもよい。
【0135】
図６を継続して参照すると、本明細書に議論されるように、各導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、光を出力し、特定の深度平面に対応する画像を形成するように構成される。例えば、眼の最近傍の導波管２７０は、眼２１０にコリメートされた光（そのような導波管２７０の中に投入された）を送達するように構成されてもよい。コリメートされた光は、光学無限遠焦点面を表し得る。次の上方の導波管２８０は、眼２１０に到達し得る前に、第１のレンズ３５０（例えば、負のレンズ）を通して通過する、コリメートされた光を送出するように構成されてもよい。そのような第１のレンズ３５０は、眼／脳が、その次の上方の導波管２８０から生じる光を光学無限遠から眼２１０に向かって内向きにより近い第１の焦点面から生じるものとして解釈するように、若干の凸面波面曲率を生成するように構成されてもよい。同様に、第３の上方の導波管２９０は、眼２１０に到達する前に、その出力光を第１の３５０および第２の３４０レンズの両方を通して通過させる。第１の３５０および第２の３４０レンズの組み合わせられた屈折力は、眼／脳が、第３の導波管２９０から生じる光が次の上方の導波管２８０からの光であったよりも光学無限遠から人物に向かって内向きにさらに近い第２の焦点面から生じるものとして解釈するように、別の漸増量の波面曲率を生成するように構成されてもよい。
【0136】
他の導波管層３００、３１０およびレンズ３３０、３２０も同様に構成され、スタック内の最高導波管３１０が、人物に最も近い焦点面を表す集約焦点力のために、その出力をそれと眼との間のレンズの全てを通して送出する。スタックされた導波管アセンブリ２６０の他側の世界５１０から生じる光を視認／解釈するとき、レンズ３２０、３３０、３４０、３５０のスタックを補償するために、補償レンズ層６２０が、スタックの上部に配置され、下方のレンズスタック３２０、３３０、３４０、３５０の集約力を補償してもよい。そのような構成は、利用可能な導波管／レンズ対と同じ数の知覚される焦点面を提供する。導波管の外部結合光学要素およびレンズの集束側面は両方とも、静的であってもよい（すなわち、動的または電気活性ではない）。いくつかの代替実施形態では、一方または両方とも、電気活性特徴を使用して動的であってもよい。
【0137】
いくつかの実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの２つ以上のものは、同一の関連付けられた深度平面を有してもよい。例えば、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０が、同一深度平面に設定される画像を出力するように構成されてもよい、または導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の複数のサブセットが、深度平面毎に１つのセットを伴う、同一の複数の深度平面に設定される画像を出力するように構成されてもよい。これは、それらの深度平面において拡張された視野を提供するようにタイル化された画像を形成する利点を提供し得る。
【0138】
図６を継続して参照すると、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、導波管と関連付けられる特定の深度平面のために、光をそれらの個別の導波管から再指向し、かつ本光を適切な量の発散またはコリメーションを伴って出力するように構成されてもよい。その結果、異なる関連付けられる深度平面を有する導波管は、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０の異なる構成を有してもよく、これは、関連付けられる深度平面に応じて、異なる量の発散を伴って光を出力する。いくつかの実施形態では、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、光を具体的角度で出力するように構成され得る、立体または表面特徴であってもよい。例えば、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、立体ホログラム、表面ホログラム、および／または回折格子であってもよい。いくつかの実施形態では、特徴３２０、３３０、３４０、３５０は、レンズではなくてもよい。むしろ、それらは、単に、スペーサであってもよい（例えば、空隙を形成するためのクラッディング層および／または構造）。
【0139】
いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、回折パターンを形成する回折特徴または「回折光学要素」（また、本明細書では、「ＤＯＥ」とも称される）である。好ましくは、ＤＯＥは、ビームの光の一部のみがＤＯＥの各交差部で眼２１０に向かって偏向される一方、残りがＴＩＲを介して、導波管を通して移動し続けるように、十分に低回折効率を有する。画像情報を搬送する光は、したがって、様々な場所において導波管から出射する、いくつかの関連出射ビームに分割され、その結果、導波管内でバウンスする本特定のコリメートされたビームに関して、眼２１０に向かって非常に均一なパターンの出射放出となる。
【0140】
いくつかの実施形態では、１つ以上のＤＯＥは、それらが能動的に回折する「オン」状態と有意に回折しない「オフ」状態との間で切替可能であり得る。例えば、切替可能なＤＯＥは、微小液滴がホスト媒体中に回折パターンを備える、ポリマー分散液晶の層を備えてもよく、微小液滴の屈折率は、ホスト材料の屈折率に実質的に合致するように切り替えられてもよい（その場合、パターンは、入射光を著しく回折させない）、または微小液滴は、ホスト媒体のものに合致しない屈折率に切り替えられてもよい（その場合、パターンは、入射光を能動的に回折させる）。
【0141】
いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０（例えば、可視光および赤外線光カメラを含む、デジタルカメラ）が、眼２１０および／または眼２１０の周囲の組織の画像を捕捉し、例えば、ユーザ入力を検出する、および／またはユーザの生理学的状態を監視するために提供されてもよい。本明細書で使用されるように、カメラは、任意の画像捕捉デバイスであってもよい。いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０は、画像捕捉デバイスと、光（例えば、赤外線光）を眼に投影し、次いで、その光が眼によって反射され、画像捕捉デバイスによって検出され得る、光源とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０は、フレームまたは支持構造８０（図９Ｅ）に取り付けられてもよく、カメラアセンブリ６３０からの画像情報を処理し得る、処理モジュール１４０および／または１５０と電気通信してもよい。いくつかの実施形態では、１つのカメラアセンブリ６３０が、眼毎に利用され、各眼を別個に監視してもよい。
【0142】
カメラアセンブリ６３０は、いくつかの実施形態では、ユーザの眼移動等のユーザの移動を観察してもよい。実施例として、カメラアセンブリ６３０は、眼２１０の画像を捕捉し、眼２１０の瞳孔（または眼２１０のある他の構造）のサイズ、位置、および／または配向を決定してもよい。カメラアセンブリ６３０は、所望に応じて、ユーザが見ている方向（例えば、眼姿勢または視線方向）を決定するために使用される、画像（本明細書に説明されるタイプの処理回路網によって処理される）を取得してもよい。いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０は、複数のカメラを含んでもよく、そのうちの少なくとも１つは、眼毎に利用され、独立して、各眼の眼姿勢または視線方向を別個に決定してもよい。カメラアセンブリ６３０は、いくつかの実施形態では、コントローラ５６０またはローカルデータ処理モジュール１４０等の処理回路網と組み合わせて、カメラアセンブリ６３０内に含まれる光源から反射された光（例えば、赤外線光）の閃光（例えば、反射）に基づいて、眼姿勢または視線方向を決定してもよい。
【0143】
ここで図７を参照すると、導波管によって出力された出射ビームの実施例が、示される。１つの導波管が図示されるが、導波管アセンブリ２６０（図６）内の他の導波管も同様に機能し得、導波管アセンブリ２６０は、複数の導波管を含むことを理解されたい。光６４０が、導波管２７０の入力表面４６０において導波管２７０の中に投入され、ＴＩＲによって導波管２７０内を伝搬する。光６４０がＤＯＥ５７０上に衝突する点において、光の一部が、出射ビーム６５０として導波管から出射する。出射ビーム６５０は、略平行として図示されるが、本明細書に議論されるように、また、導波管２７０と関連付けられる深度平面に応じて、（例えば、発散出射ビームを形成する）ある角度で眼２１０に伝搬するように再指向されてもよい。略平行出射ビームは、眼２１０からの遠距離（例えば、光学無限遠）における深度平面に設定されるように現れる画像を形成するように光を外部結合する、外部結合光学要素を伴う導波管を示し得ることを理解されたい。他の導波管または他の外部結合光学要素のセットが、より発散する、出射ビームパターンを出力してもよく、これは、眼２１０がより近い距離に遠近調節し、網膜上に合焦させることを要求し、光学無限遠より眼２１０に近い距離からの光として脳によって解釈されるであろう。
【0144】
いくつかの実施形態では、フルカラー画像が、原色、例えば、３つ以上の原色のそれぞれに画像をオーバーレイすることによって、各深度平面において形成されてもよい。図８は、スタックされた導波管アセンブリの実施例を図示し、各深度平面は、複数の異なる原色を使用して形成される画像を含む。図示される実施形態は、深度平面２４０ａ－２４０ｆを示すが、より多いまたはより少ない深度もまた、検討される。各深度平面は、第１の色Ｇの第１の画像、第２の色Ｒの第２の画像、および第３の色Ｂの第３の画像を含む、それと関連付けられた３つ以上の原色画像を有してもよい。異なる深度平面は、文字Ｇ、Ｒ、およびＢに続くジオプタ（ｄｐｔ）に関する異なる数字によって図に示される。単なる実施例として、これらの文字のそれぞれに続く数字は、ジオプタ（１／ｍ）、すなわち、視認者からの深度平面の逆距離を示し、図中の各ボックスは、個々の原色画像を表す。いくつかの実施形態では、異なる波長の光の眼の集束における差異を考慮するために、異なる原色に関する深度平面の正確な場所は、変動してもよい。例えば、所与の深度平面に関する異なる原色画像は、ユーザからの異なる距離に対応する深度平面上に設置されてもよい。そのような配列は、視力およびユーザ快適性を増加させ得、および／または色収差を減少させ得る。
【0145】
いくつかの実施形態では、各原色の光は、単一専用導波管によって出力されてもよく、その結果、各深度平面は、それと関連付けられた複数の導波管を有してもよい。そのような実施形態では、文字Ｇ、Ｒ、またはＢを含む、図中の各ボックスは、個々の導波管を表すものと理解され得、３つの導波管は、深度平面毎に提供されてもよく、３つの原色画像が、深度平面毎に提供される。各深度平面と関連付けられた導波管は、本図面では、説明を容易にするために相互に隣接して示されるが、物理的デバイスでは、導波管は全て、レベル毎に１つの導波管を伴うスタックで配列されてもよいことを理解されたい。いくつかの他の実施形態では、複数の原色が、例えば、単一導波管のみが深度平面毎に提供され得るように、同一導波管によって出力されてもよい。
【0146】
図８を継続して参照すると、いくつかの実施形態では、Ｇは、緑色であって、Ｒは、赤色であって、Ｂは、青色である。いくつかの他の実施形態では、マゼンタ色およびシアン色を含む、光の他の波長と関連付けられた他の色も、赤色、緑色、または青色のうちの１つ以上のものに加えて使用されてもよい、またはそれらに取って代わってもよい。
【0147】
本開示全体を通した所与の光の色の言及は、その所与の色として視認者によって知覚される、光の波長の範囲内の１つ以上の波長の光を包含するものと理解されると理解されたい。例えば、赤色光は、約６２０～７８０ｎｍの範囲内である１つ以上の波長の光を含んでもよく、緑色光は、約４９２～５７７ｎｍの範囲内である１つ以上の波長の光を含んでもよく、青色光は、約４３５～４９３ｎｍの範囲内である１つ以上の波長の光を含んでもよい。
【0148】
いくつかの実施形態では、光源５３０（図６）は、視認者の視覚的知覚範囲外の１つ以上の波長、例えば、赤外線および／または紫外線波長の光を放出するように構成されてもよい。加えて、ディスプレイ２５０の導波管の内部結合、外部結合、および他の光再指向構造は、例えば、結像および／またはユーザ刺激用途のために、本光をディスプレイからユーザの眼２１０に向かって指向および放出するように構成されてもよい。
【0149】
ここで図９Ａを参照すると、いくつかの実施形態では、導波管に衝突する光は、その光を導波管の中に内部結合するために再指向される必要があり得る。内部結合光学要素が、光をその対応する導波管の中に再指向および内部結合するために使用されてもよい。図９Ａは、それぞれ、内部結合光学要素を含む、複数またはセット６６０のスタックされた導波管の実施例の断面側面図を図示する。導波管はそれぞれ、１つ以上の異なる波長または１つ以上の異なる波長範囲の光を出力するように構成されてもよい。スタック６６０は、スタック２６０（図６）に対応し得、スタック６６０の図示される導波管は、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の一部に対応してもよいが、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のうちの１つ以上のものからの光が、光が内部結合のために再指向されることを要求する位置から導波管の中に投入されることを理解されたい。
【0150】
スタックされた導波管の図示されるセット６６０は、導波管６７０、６８０、および６９０を含む。各導波管は、関連付けられた内部結合光学要素（導波管上の光入力面積とも称され得る）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の片側または角に図示されるが、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。
【0151】
図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、これらの内部結合光学要素に伝搬する光の方向における、図示される真正面図に見られるように、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らないように、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）。
【0152】
各導波管はまた、関連付けられた光分散要素を含み、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。
【0153】
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の０．０５以上であるまたは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を通して光の全内部反射（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。
【0154】
好ましくは、製造および他の考慮点を容易にするために、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料は、類似または同一であって、層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料は、類似または同一である。いくつかの実施形態では、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料は、１つ以上の導波管間で異なってもよい、および／または層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料は、依然として、前述の種々の屈折率関係を保持しながら、異なってもよい。
【0155】
図９Ａを継続して参照すると、光線７７０、７８０、７９０が、導波管のセット６６０に入射する。光線７７０、７８０、７９０は、１つ以上の画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００（図６）によって導波管６７０、６８０、６９０の中に投入されてもよいことを理解されたい。
【0156】
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。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０はそれぞれ、他の波長を下層導波管および関連付けられた内部結合光学要素に透過させながら、１つ以上の特定の光の波長を選択的に偏向させる。
【0157】
例えば、内部結合光学要素７００は、それぞれ、異なる第２および第３の波長または波長範囲を有する、光線７８０および７９０を透過させながら、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。透過された光線７８０は、第２の波長または波長範囲の光を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。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。
【0158】
図９Ａを継続して参照すると、偏向された光線７７０、７８０、７９０は、対応する導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬するように偏向される。すなわち、各導波管の内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、光をその対応する導波管６７０、６８０、６９０の中に偏向させ、光を対応する導波管の中に内部結合する。光線７７０、７８０、７９０は、光をＴＩＲによって個別の導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬させる角度で偏向される。光線７７０、７８０、７９０は、導波管の対応する光分散要素７３０、７４０、７５０に衝突するまで、ＴＩＲによって個別の導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬する。
【0159】
ここで図９Ｂを参照すると、図９Ａの複数のスタックされた導波管の実施例の斜視図が、図示される。上記に記載されるように、内部結合された光線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。
【0160】
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、いくつかの実施形態では、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、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。例えば、図９Ａを参照すると、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、外部結合光学要素８００、８１０、８２０と置換されてもよい。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７）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。例えば、各ＯＰＥは、光の残りの部分が導波管を辿って伝搬し続けることを可能にしながら、ＯＰＥに衝打する光の一部を同一導波管のＥＰＥに再指向するように構成されてもよい。ＯＰＥへの衝突に応じて、再び、残りの光の別の部分は、ＥＰＥに再指向され、その部分の残りの部分は、導波管等を辿ってさらに伝搬し続ける。同様に、ＥＰＥへの衝打に応じて、衝突光の一部は、導波管からユーザに向かって指向され、その光の残りの部分は、ＥＰに再び衝打するまで、導波管を通して伝搬し続け、その時点で、衝突する光の別の部分は、導波管から指向される等となる。その結果、内部結合される光の単一ビームは、その光の一部がＯＰＥまたはＥＰＥによって再指向される度に、「複製」され、それによって、図６に示されるように、クローン化された光のビーム野を形成し得る。いくつかの実施形態では、ＯＰＥおよび／またはＥＰＥは、光のビームのサイズを修正するように構成されてもよい。
【0161】
故に、図９Ａおよび９Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、導波管のセット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、個別の導波管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、最後に、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。
【0162】
図９Ｃは、図９Ａおよび９Ｂの複数のスタックされた導波管の実施例の上下平面図を図示する。本上下図は、内部結合光学要素８００、８１０、８２０に向かう光の伝搬方向に見られるように、真正面図とも称され得る、すなわち、上下図は、画像光がページに対して法線に入射する、導波管の図であることを理解されたい。図示されるように、導波管６７０、６８０、６９０は、各導波管の関連付けられた光分散要素７３０、７４０、７５０および関連付けられた外部結合光学要素８００、８１０、８２０とともに、垂直に整合されてもよい。しかしながら、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、垂直に整合されない。むしろ、内部結合光学要素は、好ましくは、非重複する（例えば、上下図に見られるように、側方に離間される）。本明細書でさらに議論されるように、本非重複空間配列は、１対１ベースで異なるソースから異なる導波管の中への光の投入を促進し、それによって、具体的光源が具体的導波管に一意に結合されることを可能にする。いくつかの実施形態では、非重複の空間的に分離される内部結合光学要素を含む、配列は、偏移瞳システムと称され得、これらの配列内の内部結合光学要素は、サブ瞳に対応し得る。
【0163】
空間的に重複する面積は、上下図に見られるように、その面積の７０％以上の、８０％以上の、または９０％以上の側方重複を有し得ることを理解されたい。他方では、側方に偏移される面積は、上下図に見られるように、その面積の３０％未満が重複する、２０％未満が重複する、または１０％未満が重複する。いくつかの実施形態では、側方に偏移される面積は、重複を有していない。
【0164】
図９Ｄは、複数のスタックされた導波管の別の実施例の上下平面図を図示する。図示されるように、導波管６７０、６８０、６９０は、垂直に整合されてもよい。しかしながら、図９Ｃの構成と比較して、別個の光分散要素７３０、７４０、７５０および関連付けられる外部結合光学要素８００、８１０、８２０は、省略される。代わりに、光分散要素および外部結合光学要素が、事実上、重畳され、上下図に見られるように、同一面積を占有する。いくつかの実施形態では、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）が、導波管６７０、６８０、６９０の１つの主要表面上に配置されてもよく、外部結合光学要素（例えば、ＥＰＥ）が、それらの導波管の他の主要表面上に配置されてもよい。したがって、各導波管６７０、６８０、６９０は、集合的に、それぞれ、組み合わせられたＯＰＥ／ＥＰＥ１２８１、１２８２、１２８３と称される、重畳された光分散および外部結合光学要素を有してもよい。そのような組み合わせられたＯＰＥ／ＥＰＥに関するさらなる詳細は、２０１８年１２月１４日に出願された、米国特許出願第１６／２２１，３５９号（その開示全体が、参照することによって本明細書に組み込まれる）に見出され得る。内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、光を内部結合し、それぞれ、組み合わせられたＯＰＥ／ＥＰＥ１２８１、１２８２、１２８３に指向する。いくつかの実施形態では、図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、偏移された瞳空間配列を有する場合、側方に偏移されてもよい（例えば、それらは、図示される上下図に見られるように、側方に離間される）。図９Ｃの構成と同様に、本側方に偏移された空間配列は、１対１のベースで、異なる導波管の中への異なる波長の光の投入を促進する（例えば、異なる光源から）。
【0165】
図９Ｅは、本明細書に開示される種々の導波管および関連システムが統合され得る、ウェアラブルディスプレイシステム６０の実施例を図示する。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム６０は、図６のシステム２５０であって、図６は、そのシステム６０のいくつかの部分をより詳細に図式的に示す。例えば、図６の導波管アセンブリ２６０は、ディスプレイ７０の一部であってもよい。
【0166】
図９Ｅを継続して参照すると、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。ディスプレイ７０は、内部結合される画像光を中継し、その画像光をユーザ９０の眼に出力するように構成される、導波管２７０等の１つ以上の導波管を含んでもよい。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も、随意に、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／成形可能音制御を提供してもよい）。ディスプレイシステム６０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（例えば、音声メニューコマンドの選択、自然言語質問等）、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てもよい。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１１２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、周辺センサ１２０ａを含んでもよく、これは、フレーム８０と別個であって、ユーザ９０の身体（例えば、ユーザ９０の頭部、胴体、四肢等）上に取り付けられてもよい。周辺センサ１２０ａは、いくつかの実施形態では、ユーザ９０の生理学的状態を特徴付け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。
【0167】
図９Ｅ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および不揮発性メモリ（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。随意に、ローカル処理およびデータモジュール１４０は、１つ以上の中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、専用処理ハードウェア等を含んでもよい。データは、ａ）センサ（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（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））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／または処理される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に対する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、独立構造であってもよい。
【0168】
図９Ｅ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く、例えば、１つ以上の中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、専用処理ハードウェア等を含む。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、仮想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。随意に、ＣＰＵ、ＧＰＵ等を含む、外部システム（例えば、１つ以上のプロセッサ、１つ以上のコンピュータのシステム）が、処理（例えば、画像情報を生成する、データを処理する）の少なくとも一部を実施し、例えば、無線または有線接続を介して、情報をモジュール１４０、１５０、１６０に提供し、情報をそこから受信してもよい。
【0169】
図１０は、空間光変調器９３０と、別個の光源９４０とを有する、光投影システム９１０を伴う、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。光源９４０は、１つ以上の光エミッタを備え、空間光変調器（ＳＬＭ）９３０を照明してもよい。レンズ構造９６０が、光源９４０からの光をＳＬＭ９３０上に集束させるために使用されてもよい。ビームスプリッタ（例えば、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ））９５０が、光源９４０からの光を空間光変調器９３０に反射させ、これは、光を反射および変調させる。画像光とも称される、反射された変調された光は、次いで、ビームスプリッタ９５０を通して、接眼レンズ９２０に伝搬する。別のレンズ構造である、投影光学系９７０が、画像光を接眼レンズ９２０上に収束または集束させるために利用されてもよい。接眼レンズ９２０は、１つ以上の導波管または変調された光を眼２１０に中継する導波管を含んでもよい。
【0170】
本明細書に記載されるように、別個の光源９４０および関連付けられるレンズ構造９６０は、望ましくないことに、重量およびサイズをウェアラブルディスプレイシステムに追加し得る。これは、特に、長時間にわたってディスプレイシステムを装着しているユーザにとって、ディスプレイシステムの快適性を減少させ得る。
【0171】
加えて、光源９４０は、ＳＬＭ９３０と併せて、エネルギーを非効率的に消費し得る。例えば、光源９４０は、ＳＬＭ９３０の全体を照明し得る。ＳＬＭ９３０は、次いで、光を接眼レンズ９２０に向かって選択的に反射させる。したがって、光源９４０によって生産された全ての光が、画像を形成するために利用され得ない。本光の一部、例えば、画像の暗い領域に対応する光は、接眼レンズ９２０に反射されない。結果として、光源９４０は、光を生成するためのエネルギーを利用して、ＳＬＭ９３０の全体を照明するが、本光のある割合のみが、いくつかの画像を形成するために必要とされ得る。
【0172】
さらに、本明細書に記載されるように、ある場合には、ＳＬＭ９３０は、マイクロミラーを使用して、または下層ミラーから反射された光の量を修正する、液晶分子を使用して、光を変調させ、入射光を選択的に反射させ得る。結果として、そのようなデバイスは、光源９４０からの光を変調させるために、光学要素（例えば、それぞれ、ＬＣｏＳまたはＤＬＰパネル等におけるマイクロミラーまたは液晶分子）の物理的移動を要求する。光を変調させ、光を、例えば、ピクセルに対応する、画像情報でエンコーディングするために要求される、物理的移動は、例えば、ＬＥＤまたはＯＬＥＤを「オン」または「オフ」にする能力と比較して、比較的に低速で生じ得る。本比較的に低速の移動は、ディスプレイシステムのフレームレートを限定し得、例えば、モーションブラー、色割れ、および／またはユーザの頭部の姿勢または該姿勢の変化と不整合される、提示される画像として、可視であり得る。
【0173】
したがって、本明細書に議論されるように、画像情報でエンコーディングされた光は、１つ以上の異なる光源からの光を変調させる、ＬＣｏＳまたはＤＬＰパネル等の反射性空間光変調器を利用する、プロジェクタシステムによって出力されてもよい。いくつかの他の実施形態では、変調器は、光源であってもよい。いくつかの実施形態では、空間光変調器は、発光型マイクロディスプレイ（例えば、マイクロＬＥＤアレイ）等の発光型空間光変調器であってもよい。本明細書に開示されるように、発光型マイクロディスプレイを利用する、ウェアラブルディスプレイは、特に、比較的に低重量および嵩高性、高エネルギー効率、および高フレームレートを有し、低モーションブラーおよび運動から画像描画までの短待ち時間を伴う、ウェアラブルディスプレイシステムを促進する際に有利であり得る。加えて、走査式ファイバディスプレイと比較して、発光型マイクロディスプレイは、コヒーレント光源の使用によって生じるアーチファクトを回避し得る。
【0174】
ここで図１１Ａを参照すると、複数の発光型マイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃを有する、光投影システム１０１０を伴う、ウェアラブルディスプレイシステムの実施例が、図示される。マイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃからの光は、光学コンバイナ１０５０によって組み合わせられ、接眼レンズ１０２０に向かって指向され、これは、光をユーザの眼２１０に中継する。投影光学系１０７０は、光学コンバイナ１０５０と接眼レンズ１０２０との間に提供されてもよい。いくつかの実施形態では、接眼レンズ１０２０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、光投影システム１０１０および接眼レンズ１０２０は、フレーム８０（図９Ｅ）に支持されてもよい（例えば、取り付けられる）。
【0175】
いくつかの実施形態では、マイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃは、モノクロマイクロディスプレイであってもよく、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、モノクロ画像を提供する。本明細書に議論されるように、モノクロ画像は、組み合わせられ、フルカラー画像を形成する。
【0176】
いくつかの他の実施形態では、マイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃ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１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃはそれぞれ、赤色、緑色、および青色光エミッタを含む。マイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃ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、画像の明度および明度の明度ダイナミックレンジを増加させるための利点を提供し得る。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、利用されてもよく、光学コンバイナ１０５０は、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。
【0177】
マイクロディスプレイは、光エミッタ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（ルクス／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。
【0178】
図１１Ａを継続して参照すると、マイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃはそれぞれ、画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃを放出するように構成されてもよい。マイクロディスプレイが、モノクロマイクロディスプレイである場合、画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃはそれぞれ、異なる原色であってもよい。光学コンバイナ１０５０は、画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃを受け取り、光が、概して、同一方向に、例えば、投影光学系１０７０に向かって伝搬するように、本光を効果的に組み合わせる。いくつかの実施形態では、光学コンバイナ１０５０は、画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃを投影光学系１０７０に再指向する、反射性内部表面を有する、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１０７０は、画像光を接眼レンズ１０２０上に収束または集束させる、１つ以上のレンズを備える、レンズ構造であってもよいことを理解されたい。接眼レンズ１０２０は、次いで、画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃを眼２１０に中継する。
【0179】
いくつかの実施形態では、接眼レンズ１０２０は、それぞれ、個別の内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃを有する、複数のスタックされた導波管１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃを備えてもよい。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１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃ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１０２０内の導波管の数は、３つの導波管のセットまたは各３つの導波管の複数のセットを含んでもよい。いくつかの実施形態では、各セットは、本明細書に議論されるように、特定の深度平面に対応する波面発散を伴う、光を出力してもよい。導波管１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃおよび内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃは、それぞれ、図９Ａ－９Ｃの導波管６７０、６８０、６９０および内部結合光学要素７００、７１０、７２０に対応し得ることを理解されたい。投影光学系１０７０から視認されるように、内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃは、それらが、少なくとも部分的に、そのような図に見られるように、重複しないように、側方に偏移されてもよい。
【0180】
図示されるように、本明細書に開示される種々の内部結合光学要素（例えば、内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃ）は、関連付けられる導波管（例えば、それぞれ、導波管１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃ）の主要表面上に配置されてもよい。加えて、また、図示されるように、その上に所与の内部結合光学要素が配置される、主要表面は、導波管の背面表面であってもよい。そのような構成では、内部結合光学要素は、反射性光再指向要素であってもよく、これは、関連付けられる導波管を通して、ＴＩＲを支援する角度で光を反射させることによって、光を内部結合する。ある他の構成では、内部結合光学要素は、導波管の前方（後方表面より投影光学系１０７０に近い）表面上に配置されてもよい。そのような構成では、内部結合光学要素は、透過性光再指向要素であってもよく、これは、光が内部結合光学要素を通して透過されるにつれて、光の伝搬方向を変化させることによって、光を内部結合する。本明細書に開示される内部結合光学要素のいずれも、反射性または透過性内部結合光学要素であってもよいことを理解されたい。
【0181】
図１１Ａを継続して参照すると、マイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃの異なるものからの画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃは、それらが内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃの異なるもの上に衝突するように、接眼レンズ１０２０への異なる経路を辿り得る。画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃが、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１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃは、それぞれ、例えば、図９Ａ－９Ｃの内部結合光学要素７００、７１０、７２０に関して上記に説明されるように、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。
【0182】
図１１Ａを継続して参照すると、光学コンバイナ１０５０は、内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃの適切な関連付けられるもの上に衝突するために、画像光が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１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃによって放出される画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃ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、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１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃを組み合わせるが、光は、光学コンバイナから若干異なる方向に出射してもよい。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１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃを異なる経路に沿って接眼レンズ１０２０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１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃは、内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃの異なる関連付けられるもの上に入射し得る。いくつかの実施形態では、マイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃ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１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃに提供し得る。例えば、マイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃ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、反射性内部表面１０５２、１０５４上に適切な角度で入射し、関連付けられる内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、または１０２２ｃ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、正方形ではなく、少なくとも２つの面を有する、直角プリズムの形状であってもよい。
【0183】
図１１Ａを継続して参照すると、いくつかの実施形態では、直接、出力面１０５１に対向する、モノクロマイクロディスプレイ１０３０ｂは、有利なこととして、緑色光を出力し得る。反射性表面１０５２、１０５４は、マイクロディスプレイから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、ヒトの眼は、緑色の色に最も敏感である。その結果、出力面１０５１に対向する、モノクロマイクロディスプレイ１０３０ｂは、好ましくは、緑色光が、光学コンバイナ１０５０から出力されるため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の他の表面に向いてもよいことを理解されるであろう。
【0184】
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、時間分割多重化を用いて達成され得る。例えば、発光型マイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃの異なるものが、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得る。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、異なる原色画像が、ヒト視覚系が原色画像が異なる時間に表示されているように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、時間的に分離されているのではなく、同時に提示されているように、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、ヒト視覚系は、フリッカ融合閾値を有し得ることを理解されたい。フリッカ融合閾値は、ヒト視覚系が異なる時間に提示されているような画像を区別することが不可能である、持続時間と理解され得る。その持続時間内に提示される画像は、融合され、または組み合わせられ、結果として、ユーザによって、同時に提示されているように知覚され得る。その持続時間外の画像間の時間的間隙を伴う、フリッカ画像は、組み合わせられず、画像のフリッカが、知覚可能である。いくつかの実施形態では、持続時間は、１／６０秒またはそれ未満であって、これは、６０Ｈｚ以上のフレームレートに対応する。好ましくは、任意の個々の眼のための画像フレームは、ユーザのフリッカ融合閾値の持続時間に等しいまたはより高いフレームレートでユーザに提供される。例えば、左眼または右接眼レンズ毎のフレームレートは、６０Ｈｚ以上の、または１２０Ｈｚまたはそれを上回ってもよく、結果として、光投影システム１０１０によって提供されるフレームレートは、いくつかの実施形態では、１２０Ｈｚ以上の、または２４０Ｈｚまたはそれを上回ってもよい。
【0185】
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の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１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃによって、同時に表示されてもよい。
【0186】
本明細書に議論されるように、マイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃはそれぞれ、光エミッタのアレイを含んでもよい。図１１Ｂは、光エミッタ１０４４のアレイ１０４２の実施例を図示する。関連付けられるマイクロディスプレイが、モノクロマイクロディスプレイである場合、光エミッタ１０４４は全て、同一色の光を放出するように構成されてもよい。
【0187】
関連付けられるマイクロディスプレイが、フルカラーマイクロディスプレイである場合、光エミッタ１０４４の異なるものは、異なる色の光を放出するように構成されてもよい。そのような実施形態では、光エミッタ１０４４は、サブピクセルと見なされ得、グループ内に配列されてもよく、各グループは、各原色の光を放出するように構成される、少なくとも１つの光エミッタを有する。例えば、原色が、赤色、緑色、および青色である場合、各グループは、少なくとも１つの赤色サブピクセルと、少なくとも１つの緑色サブピクセルと、少なくとも１つの青色サブピクセルとを有してもよい。
【0188】
光エミッタ１０４４は、例証を容易にするために、グリッドパターンで配列されて示されるが、光エミッタ１０４４は、他の規則的に繰り返す空間配列を有してもよいことを理解されるであろう。例えば、異なる原色の光エミッタの数は、変動し得、光エミッタのサイズも、変動し得、光エミッタの形状および／または光エミッタのグループによって作り出される形状も、変動し得る等である。
【0189】
図１１Ｂを継続して参照すると、マイクロエミッタ１０４４は、光を放出することを理解されたい。加えて、リソグラフィまたは他のパターン化および処理限界等の製造制約および／または電気考慮点は、近傍の光エミッタ１０４４が離間される近接度を限定し得る。結果として、他の光エミッタ１０４４を形成することが実践的ではない、光エミッタ１０４４を囲繞する面積１０４５が存在し得る。本面積１０４５は、光エミッタ１０４４間にエミッタ間領域を形成する。いくつかの実施形態では、面積１０４５を考慮して、光エミッタは、例えば、１０μｍ未満、８μｍ未満、６μｍ未満、または５μｍ未満であって、かつ１～５μｍを含む１μｍを上回る、ピッチを有し、エミッタサイズは、２μｍまたはそれ未満、１．７μｍまたはそれ未満、または１．３μｍまたはそれ未満である。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。いくつかの実施形態では、エミッタサイズ対ピッチの比は、１：１～１：５、１：２～１：４、または１：２～１：３である。
【0190】
いくつかの光エミッタデバイスアーキテクチャおよび材料を前提として、電流密集は、エミッタの効率を減少させ得、ピクセルのドループは、ピクセルの非意図的アクティブ化を生じさせ得る（例えば、１つの光エミッタに指向されるエネルギーが近傍の光エミッタに漏れることに起因して）ことを理解されたい。結果として、比較的に大面積１０４５は、有益なこととして、電流密集およびピクセルのドループを低減させ得る。いくつかの実施形態では、エミッタサイズ対ピッチの比は、好ましくは、１：２～１：４または１：２～１：３である。
【0191】
しかしながら、また、光エミッタ間の大分離（例えば、小さな光エミッタ対ピッチの比）は、望ましくないことに、可視間隙または暗領域を光エミッタ間に引き起こし得ることを理解されたい。本明細書に議論されるように、側方に平行移動されるときでも、いくつかの間隙は、依然として、オリジナル間隙のサイズ、平行移動の距離、および利用されるサブフレームの数（および結果として生じる平行移動インクリメント）に応じて、可視であり得る。いくつかの実施形態では、光コリメータ等のレンズ構造が、これらの暗領域を効果的に充填または部分的に充填するために利用されてもよい。例えば、光コリメート型レンズが、エミッタ１０４４からの光がレンズを完全に充填するように、光エミッタ１０４４上およびその周囲に延在してもよい。例えば、光コリメート型レンズは、光エミッタ１０４４より大きい幅を有してもよく、いくつかの実施形態では、コリメート型レンズの幅は、ピッチとほぼ等しくてもよい。結果として、エミッタ１０４４のサイズは、レンズの面積を横断して延在するように事実上増加され、それによって、面積１０４５の一部または全部を充填する。いくつかの他の実施形態では、コリメート型レンズの幅は、投影システムが、本明細書に議論されるように、サブフレーム毎に平行移動される距離とほぼ等しくてもよい。光コリメータ等のレンズ構造がさらに、本明細書で議論される（例えば、図３０Ａおよび関連議論において）。
【0192】
本明細書に議論されるように、光エミッタ１０４４は、ＯＬＥＤまたはマイクロＬＥＤであってもよい。ＯＬＥＤは、例えば、光を放出するために電極間に配置される、有機材料の層を利用してもよいことを理解されたい。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等の第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１０４４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。
【0193】
ここで図１２を参照すると、複数の発光型マイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃを有する、光投影システムを伴う、ウェアラブルディスプレイシステムの別の実施例が、図示される。図示されるディスプレイシステムは、図１１Ａのディスプレイシステムに類似するが、光学コンバイナ１０５０は、標準的Ｘ－立方体プリズム構成を有し、Ｘ－立方体プリズムの反射性表面１０５２、１０５４上への光の入射角を修正するために、光再指向構造１０８０ａおよび１０８０ｃを含む。標準的Ｘ－立方体プリズム構成は、Ｘ－立方体の面に対して法線である、光を受け取り、Ｘ－立方体の横方向面から法線角度で出力されるように、本光を４５°で再指向するであろうことを理解されたい。しかしながら、これは、画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃを接眼レンズ１０２０の同一内部結合光学要素上に入射させるであろう。画像光が、導波管アセンブリの内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃの関連付けられるもの上に入射するように、画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃのための異なる経路を提供するために、光再指向構造１０８０ａ、１０８０ｃが、利用されてもよい。
【0194】
いくつかの実施形態では、光再指向構造１０８０ａ、１０８０ｃは、レンズ構造であってもよい。レンズ構造は、入射光を受け取り、光が、反射性表面１０５２、１０５４の対応するものから反射し、光経路に沿って、内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｃの対応するものに向かって伝搬するような角度で、入射光を再指向するように構成されてもよいことを理解されたい。実施例として、光再指向構造１０８０ａ、１０８０ｃは、マイクロレンズ、ナノレンズ、反射性ウェル、メタ表面、および液晶格子を備えてもよい。いくつかの実施形態では、マイクロレンズ、ナノレンズ、反射性ウェル、メタ表面、および液晶格子は、アレイに編成されてもよい。例えば、マイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｃの各光エミッタは、１つのマイクロレンズと合致されてもよい。いくつかの実施形態では、光を特定の方向に再指向するために、マイクロレンズまたは反射性ウェルは、非対称であってもよく、および／または光エミッタは、マイクロレンズに対して中心からずらして配置されてもよい。加えて、いくつかの実施形態では、光再指向構造１０８０ａ、１０８０ｃは、コリメータであってもよく、これは、関連付けられる光エミッタの角度放出プロファイルを狭化し、最終的に接眼レンズ１０２０の中に内部結合される光の量を増加させる。そのような光再指向構造１０８０ａ、１０８０ｃに関するさらなる詳細は、図２４Ａ－２７Ｃに関して下記に議論される。
【0195】
ここで図１３Ａを参照すると、いくつかの実施形態では、内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃのうちの２つ以上のものは、重複してもよい（例えば、内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃの中への光伝搬の方向における、真正面図に見られるように）。図１３Ａは、複数の発光型マイクロディスプレイ１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃと、重複する光内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｃおよび非重複する光内部結合光学要素１０２２ｂを伴う、接眼レンズ１０２０とを有する、光投影システム１０１０を伴う、ウェアラブルディスプレイシステムの側面図の実施例を図示する。図示されるように、内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｃは、重複する一方、内部結合光学要素１０２２ｂは、側方に偏移される。換言すると、内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｃは、直接、画像光１０３２ａ、１０３２ｃの経路内に整合される一方、画像光１０３２ｂは、画像光１０３２ａ、１０３２ｃが入射される面積に対して側方に偏移される、接眼レンズ１０２０の面積上に入射するように、接眼レンズ１０２０への別の経路を辿る。
【0196】
図示されるように、画像光１０３２ｂおよび画像光１０３２ａ、１０３２ｃのための経路間の差異は、光再指向構造１０８０ａ、１０８０ｃを使用して確立されてもよい。いくつかの実施形態では、発光型マイクロディスプレイ１０３０ｂからの画像光１０３２ｂは、直接、光学コンバイナ１０５２を通して進む。発光型マイクロディスプレイ１０３２ａからの画像光１０３２ａは、光再指向構造１０８０ａによって、反射性表面１０５４から反射し、光学コンバイナ１０５０から外に、画像光１０３２ｃと同一方向に伝搬するように再指向される。発光型マイクロディスプレイ１０３２ｃからの画像光１０３２ｃは、光再指向構造１０８０ｃによって、画像光１０３２ｃが、光学コンバイナ１０５０から外に、画像光１０３２ｂと同一方向に伝搬するような角度で、反射性表面１０５２から反射するように再指向されることを理解されたい。したがって、光再指向構造１０８０ａ、１０８０ｃによる光の再指向および反射性表面１０５２、１０５４の角度は、光学コンバイナ１０５０から外に画像光１０３２ａ、１０３２ｃのための共通経路を提供するように構成され、本共通経路は、画像光１０３２ｂの経路と異なる。いくつかの他の実施形態では、光再指向構造１０８０ａ、１０８０ｃの一方または両方は、省略されてもよく、光学コンバイナ１０５０内の反射性表面１０５２、１０５４は、光学コンバイナ１０５０から出射し、画像光１０３２ｂの方向と異なる、同一方向に伝搬するように、画像光１０３２ａ、１０３２ｃを適切な個別の方向に反射させるように構成されてもよい。したがって、投影光学系１０７０を通して伝搬後、画像光１０３２ａ、１０３２ｃは、１つの射出瞳から出射する一方、画像光１０３２ｂは、別の射出瞳から出射する。本構成では、光投影システム１０１０は、２瞳投影システムと称され得る。
【0197】
いくつかの実施形態では、光投影システム１０１０は、単一出力瞳を有してもよく、単一瞳投影システムと称され得る。そのような実施形態では、光投影システム１０１０は、画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃを接眼レンズ１０２０の単一共通面積上に指向するように構成されてもよい。そのような構成は、光を接眼レンズ１０２０の単一光内部結合面積に指向するように構成される、複数の発光型マイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃを有する、光投影システム１０１０を伴う、ウェアラブルディスプレイシステムを図示する、図１３Ｂに示される。いくつかの実施形態では、さらに本明細書で議論されるように、接眼レンズ１０２０は、重複する光内部結合光学要素を有する、導波管のスタックを含んでもよい。いくつかの他の実施形態では、単一光内部結合光学要素は、全ての原色の光を単一導波管の中に内部結合するように構成されてもよい。図１３Ｂのディスプレイシステムは、光再指向構造１０８０ａ、１０８０ｃの省略および導波管１０２０ａと関連付けられる内部結合光学要素１１２２ａの併用を除き、図１３Ａのディスプレイシステムに類似する。図示されるように、内部結合光学要素１１２２ａは、画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃのそれぞれを導波管１０２０ａの中に内部結合し、これは、次いで、画像光を眼２１０に中継する。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素１１２２ａは、回折格子を備えてもよい。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素１１２２ａは、メタ表面および／または液晶格子である。
【0198】
本明細書に議論されるように、いくつかの実施形態では、発光型マイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃは、異なる色の光を放出するように構成される、モノクロマイクロディスプレイであってもよい。いくつかの実施形態では、発光型マイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃのうちの１つ以上のものは、２つ以上であるが全てではない原色の光を放出するように構成される、光エミッタのグループを有してもよい。例えば、単一発光型マイクロディスプレイは、青色光を放出するように構成される、グループあたり少なくとも１つの光エミッタと、緑色光を放出するように構成される、グループあたり少なくとも１つの光エミッタとを伴う、光エミッタのグループを有してもよく、Ｘ－立方体１０５０の異なる面上の別個の発光型マイクロディスプレイは、赤色光を放出するように構成される、光エミッタを有してもよい。いくつかの他の実施形態では、発光型マイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃはそれぞれ、それぞれ、全ての原色の光エミッタを有する、フルカラーディスプレイであってもよい。本明細書に記載されるように、複数の類似マイクロディスプレイを利用することは、ダイナミックレンジのための利点および増加されたディスプレイ明度を提供し得る。
【0199】
いくつかの実施形態では、単一フルカラー発光型マイクロディスプレイが、利用されてもよい。図１４は、単一発光型マイクロディスプレイ１０３０ｂを伴う、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。図１４のウェアラブルディスプレイシステムは、図１４のウェアラブルディスプレイシステムに類似するが、単一発光型マイクロディスプレイ１０３０ｂは、全ての原色の光を放出するように構成される、フルカラーマイクロディスプレイである。図示されるように、マイクロディスプレイ１０３０ｂは、各原色の画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃを放出する。そのような実施形態では、光学コンバイナ１０５０（図１３Ｂ）は、省略されてもよく、これは、有利なこととして、光学コンバイナを伴うシステムに対して、ウェアラブルディスプレイシステムの重量およびサイズを低減させ得る。
【0200】
上記に議論されるように、接眼レンズ１０２０の内部結合光学要素は、種々の構成をとってもよい。接眼レンズ１０２０に関する構成のいくつかの実施例は、図１５－２３Ｃに関連して下記に議論される。
【0201】
図１５は、それぞれ、重複する内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃを伴う、導波管１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃのスタックを有する、接眼レンズ１０２０の実施例の側面図を図示する。図示される導波管スタックは、図１３Ｂおよび１４の単一の図示される導波管１０２０ａの代わりに利用されてもよいことを理解されたい。本明細書に議論されるように、内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃはそれぞれ、具体的色を有する光を内部結合するように構成される（例えば、特定の波長または波長の範囲の光）。画像光が接眼レンズ１０２０に向かってページを辿って垂直に伝搬する、接眼レンズ１０２０の図示される配向では、内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃは、上下図（内部結合光学要素に伝搬する画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃの方向における真正面図）に見られるように、それらが相互に空間的に重複するように、相互に垂直に整合される（例えば、画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃの伝搬方向と平行な軸に沿って）。
【0202】
図１５を継続して参照すると、本明細書に議論されるように、投影システム１０１０（図１３、１４）は、投影システムの単一瞳を通して、第１のモノクロカラー画像、第２のモノクロカラー画像、および第３のモノクロカラー画像（例えば、赤色、緑色、および青色カラー画像）を出力するように構成され、モノクロ画像は、それぞれ、画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃによって形成される。内部結合光学要素１０２２ｃは、導波管１０２０ｃの上側および底部主要表面における複数回の全内部反射によって、導波管１０２０ｃを通して伝搬するように、第１のカラー画像のために、画像光１０３２ｃを導波管１０２０ｃの中に内部結合するように構成され、内部結合光学要素１０２２ｂは、導波管１０２０ｂの上側および底部主要表面における複数回の全内部反射によって、導波管１０２０ｂを通して伝搬するように、第２のカラー画像のために、画像光１０３２ｂを導波管１０２０ｂの中に内部結合するように構成され、内部結合光学要素１０２２ａは、導波管１０２０ａの上側および底部主要表面における複数回の全内部反射によって、導波管１０２０ａを通して伝搬するように、第３のカラー画像のために、画像光１０３２ａを導波管１０２０ａの中に内部結合するように構成される。
【0203】
本明細書に議論されるように、内部結合光学要素１０２２ｃは、好ましくは、第１のカラー画像に対応する、実質的に全ての入射光１０３２ｃを関連付けられる導波管１０２０ｃの中に内部結合する一方、それぞれ、第２のカラー画像および第３のカラー画像に対応する、実質的に全ての入射光１０３２ｂ、１０３２ａが、内部結合されずに、透過されることを可能にするように構成される。同様に、内部結合光学要素１０２２ｂは、好ましくは、第２のカラー画像に対応する、実質的に全ての入射画像光１０３２ｂを関連付けられる導波管１０２０ｂの中に内部結合する一方、第３のカラー画像に対応する、実質的に全ての入射光が、内部結合されずに、透過されることを可能にするように構成される。
【0204】
実践では、種々の内部結合光学要素は、完璧な選択性を有していない場合があることを理解されたい。例えば、画像光１０３２ｂ、１０３２ａの一部は、望ましくないことに、内部結合光学要素１０２２ｃによって、導波管１０２０ｃの中に内部結合され得、入射画像光１０３２ａの一部は、望ましくないことに、内部結合光学要素１０２２ｂによって、導波管１０２０ｂの中に内部結合され得る。さらに、画像光１０３２ｃの一部は、内部結合光学要素１０２２ｃを通して透過され、それぞれ、内部結合光学要素１０２０ｂおよび／または１０２０ａによって、導波管１０２０ｂおよび／または１０２０ａの中に内部結合され得る。同様に、画像光１０３２ｂの一部は、内部結合光学要素１０２２ｂを通して透過され、内部結合光学要素１０２２ａによって、導波管１０２０ａの中に内部結合され得る。
【0205】
カラー画像のための画像光を意図されない導波管の中に内部結合することは、例えば、クロストークおよび／または残影等の望ましくない光学効果を生じさせ得る。例えば、第１のカラー画像のための画像光１０３２ｃの意図されない導波管１０２０ｂおよび／または１０２０ａの中への内部結合は、第１のカラー画像、第２のカラー画像、および／または第３のカラー画像間の望ましくないクロストークをもたらし得、および／または望ましくない残影をもたらし得る。別の実施例として、それぞれ、第２または第３のカラー画像のための画像光１０３２ｂ、１０３２ａの意図されない導波管１０２０ｃの中への内部結合は、第１のカラー画像、第２のカラー画像、および／または第３のカラー画像間の望ましくないクロストークをもたらし得、および／または望ましくない残影を生じさせ得る。いくつかの実施形態では、これらの望ましくない光学効果は、意図されない導波管の中に内部結合される、入射光の量を低減させ得る、カラーフィルタ（例えば、吸光性カラーフィルタ）を提供することによって軽減され得る。
【0206】
図１６は、残影または導波管間のクロストークを軽減するために、カラーフィルタを伴う、導波管のスタックの実施例の側面図を図示する。図１６の接眼レンズ１０２０は、カラーフィルタ１０２４ｃ、１０２４ｂおよび１０２８、１０２６のうちの１つ以上のものの存在を除き、図１５のものに類似する。カラーフィルタ１０２４ｃ、１０２４ｂは、それぞれ、導波管１０２０ｂおよび１０２０ａの中に非意図的に内部結合される、光の量を低減させるように構成される。カラーフィルタ１０２８、１０２６は、それぞれ、導波管１０２０ｂ、１０２０ｃを通して伝搬する、非意図的に内部結合される画像光の量を低減させるように構成される。
【0207】
図１６を継続して参照すると、導波管１０２０ｃの上側および下側主要表面上に配置される、一対のカラーフィルタ１０２６は、導波管１０２０ｃの中に非意図的に内部結合されたとされ得る、画像光１０３２ａ、１０３２ｂを吸光するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、導波管１０２０ｃと１０２０ｂとの間に配置される、カラーフィルタ１０２４ｃは、内部結合されずに、内部結合光学要素１０２２ｃを通して透過される、画像光１０３２ｃを吸光するように構成される。導波管１０２０ｂの上側および下側主要表面上に配置される、一対のカラーフィルタ１０２８は、導波管１０２０ｂの中に内部結合される、画像光１０３２ａを吸光するように構成される。導波管１０２０ｂと１０２０ａとの間に配置される、カラーフィルタ１０２４ｂは、内部結合光学要素７１０を通して透過される、画像光１０３２ｂを吸光するように構成される。
【0208】
いくつかの実施形態では、導波管１０２０ｃの各主要表面上のカラーフィルタ１０２６は、類似し、画像光１０３２ａ、１０３２ｂの両方の波長の光を吸光するように構成される。いくつかの他の実施形態では、導波管１０２０ｃの１つの主要表面上のカラーフィルタ１０２６は、画像光１０３２ａの色の光を吸光するように構成されてもよく、他の主要表面上のカラーフィルタは、画像光１０３２ｂの色の光を吸光するように構成されてもよい。配列のいずれかでは、カラーフィルタ１０２６は、全内部反射によって、導波管１０２０ｃを通して伝搬する、画像光１０３２ａ、１０３２ｂを選択的に吸光するように構成されてもよい。例えば、導波管１０２０ｃの主要表面からの画像光１０３２ａ、１０３２ｂのＴＩＲバウンスでは、画像光１０３２ａ、１０３２ｂは、それらの主要表面上のカラーフィルタ１０２６に接触し、その画像光の一部は、吸光される。好ましくは、カラーフィルタ１０２６による画像光１０３２ａ、１０３２ｂの選択的吸光に起因して、導波管１０２０ｃを通してＴＩＲを介して内部結合される画像光１０３２ｃの伝搬は、著しく影響されない。
【0209】
同様に、複数のカラーフィルタ１０２８が、全内部反射によって、導波管１０２０ｂを通して伝搬する、内部結合される画像光１０３２ａを吸光する、吸光フィルタとして構成されてもよい。導波管１０２０ｂの主要表面からの画像光１０３２ａのＴＩＲバウンスでは、画像光１０３２ａは、それらの主要表面上のカラーフィルタ１０２８に接触し、その画像光の一部は、吸光される。好ましくは、画像光１０３２ａの吸光は、選択的であって、同様に導波管１０２０ｂを通してＴＩＲを介して伝搬する、内部結合される画像光１０３２ｂの伝搬に影響を及ぼさない。
【0210】
図１６を継続して参照すると、カラーフィルタ１０２４ｃおよび１０２４ｂはまた、吸光フィルタとして構成されてもよい。カラーフィルタ１０２４ｃは、画像光１０３２ａ、１０３２ｂが、殆どまたは全く減衰を伴わずに、カラーフィルタ１０２４ｃを通して透過される一方、画像光１０３２ｃの色の光が、選択的に吸光されるように、画像光１０３２ａ、１０３２ｂの色の光に対して実質的に透過性であってもよい。同様に、カラーフィルタ１０２４ｂは、入射画像光１０３２ａが、殆どまたは全く減衰せずに、カラーフィルタ１０２４ｂを通して透過される一方、画像光１０３２ｂの色の光が、選択的に吸光されるように、画像光１０３２ａの色の光に対して実質的に透過性であってもよい。カラーフィルタ１０２４ｃは、図１６に示されるように、導波管１０２０ｂの主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置されてもよい。代替として、カラーフィルタ１０２４ｃは、導波管１０２０ｃと１０２０ｂとの間に位置付けられる、別個の基板上に配置されてもよい。同様に、カラーフィルタ１０２４ｂは、導波管１０２０ａの主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置されてもよい。代替として、カラーフィルタ１０２４ｂは、導波管１０２０ｂと１０２０ａとの間に位置付けられる、別個の基板上に配置されてもよい。カラーフィルタ１０２４ｃおよび１０２４ｂは、画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃを出力する、プロジェクタの単一瞳と垂直に整合されてもよい（画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃが、図示されるように、導波管スタック１０２０に対して垂直に伝搬する、配向において）ことを理解されたい。
【0211】
いくつかの実施形態では、カラーフィルタ１０２６および１０２８は、導波管１０２０ｃ、１０２０ｂの厚さを通して伝搬する、光（例えば、導波管１０２０ｃ、１０２０ｂを通して周囲環境および／または他の導波管から伝搬する、画像光１０３２ａ、１０３２ｂの色の光）の有意な望ましくない吸光を回避するために、約１０％未満（例えば、約５％未満またはそれに等しく、約２％未満またはそれに等しく、かつ約１％を上回る）単一通過減衰係数を有してもよい。カラーフィルタ１０２４ｃおよび１０２４ｂの種々の実施形態は、透過されるべき波長のための低減衰係数と、吸光されるべき波長のための高減衰係数とを有するように構成されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、カラーフィルタ１０２４ｃは、画像光１０３２ａ、１０３２ｂの色を有する、入射光の８０％を上回って、９０％を上回って、または９５％を上回って透過させ、画像光１０３２ａの色を有する、入射光の８０％を上回って、９０％を上回って、または９５％を上回って吸光するように構成されてもよい。同様に、カラーフィルタ１０２４ｂは、画像光１０３２ａの色を有する、入射光の８０％を上回って、９０％を上回って、または９５％を上回って透過させ、画像光１０３２ｂの色を有する、入射光の８０％を上回って、９０％を上回って、または９５％を上回って吸光するように構成されてもよい。
【0212】
いくつかの実施形態では、カラーフィルタ１０２６、１０２８、１０２４ｃ、１０２４ｂは、導波管１０２０ｃ、１０２０ｂ、および／または１０２０ａの一方または両方の表面上に堆積される、色選択的吸光材料の層を備えてもよい。色選択的吸光材料は、染料、インク、または金属、半導体、および誘電体等の他の吸光材料を備えてもよい。いくつかの実施形態では、金属、半導体、および誘電体等の材料の吸光は、これらの材料を利用して、サブ波長格子（例えば、光を回折しない、格子）を形成することによって、色選択的にされてもよい。格子は、プラズモニクス（例えば、金、銀、およびアルミニウム）または半導体（例えば、シリコン、非晶質シリコン、およびゲルマニウム）から作製されてもよい。
【0213】
色選択的材料は、種々の堆積方法を使用して、基板上に堆積されてもよい。例えば、色選択的吸光材料は、ジェット堆積技術（例えば、インクジェット堆積）を使用して、基板上に堆積されてもよい。インクジェット堆積は、色選択的吸光材料の薄い層の堆積を促進し得る。インクジェット堆積は、堆積が基板の選択された面積上に局所化されることを可能にするため、インクジェット堆積は、基板を横断して非均一厚さおよび／または組成を提供することを含む、色選択的吸光材料の層の厚さおよび組成の高度の制御を提供する。いくつかの実施形態では、インクジェット堆積を使用して堆積される色選択的吸光材料は、厚さ約１０ｎｍ～約１ミクロン（例えば、約１０ｎｍ～約５０ｎｍ、約２５ｎｍ～約７５ｎｍ、約４０ｎｍ～約１００ｎｍ、約８０ｎｍ～約３００ｎｍ、約２００ｎｍ～約５００ｎｍ、約４００ｎｍ～約８００ｎｍ、約５００ｎｍ～約１ミクロン、またはこれらの値のいずれかによって定義された範囲／サブ範囲内の任意の値）を有してもよい。色選択的吸光材料の堆積される層の厚さを制御することは、所望の減衰係数を有する、カラーフィルタを達成する際に有利であり得る。さらに、異なる厚さを有する層が、基板の異なる部分に堆積されてもよい。加えて、色選択的吸光材料の異なる組成が、インクジェット堆積を使用して、基板の異なる部分に堆積されてもよい。組成および／または厚さのそのような変動は、有利なこととして、吸光率の場所特有の変動を可能にし得る。例えば、周囲からの光の透過（視認者に周囲環境が見えることを可能にするために）が必要ない、導波管の面積では、組成および／または厚さは、光の選択された波長の高吸光率または減衰率を提供するように選択されてもよい。コーティング、スピンコーティング、噴霧等の他の堆積方法も、色選択的吸光材料を基板上に堆積させるために採用されてもよい。
【0214】
図１７は、図１５および１６の導波管アセンブリの上下図の実施例を図示する。図示されるように、内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃは、空間的に重複する。加えて、導波管１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃは、各導波管の関連付けられる光分散要素７３０、７４０、７５０および関連付けられる外部結合光学要素８００、８１０、８２０とともに、垂直に整合されてもよい。内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃは、画像光が、ＴＩＲによって、関連付けられる光分散要素７３０、７４０、７５０に向かって伝搬するように、入射画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃ（図１５および１６）がそれぞれ、それぞれ、導波管１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃ内に内部結合するように構成される。
【0215】
図１８は、図１５および１６の導波管アセンブリの上下図の別の実施例を図示する。図１７におけるように、内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃは、空間的に重複し、導波管１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃは、垂直に整合される。しかしながら、各導波管の関連付けられる光分散要素７３０、７４０、７５０および関連付けられる外部結合光学要素８００、８１０、８２０の代わりに、それぞれ、組み合わせられたＯＰＥ／ＥＰＥ１２８１、１２８２、１２８３がある。内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃは、画像光が、ＴＩＲによって、関連付けられる組み合わせられたＯＰＥ／ＥＰＥ１２８１、１２８２、１２８３に向かって伝搬するように、入射画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃ（図１５および１６）がそれぞれ、それぞれ、導波管１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃ内に内部結合するように構成される。
【0216】
図１５－１８は、ディスプレイシステムの単一瞳構成のために、重複する内部結合光学要素を示すが、ディスプレイシステムは、いくつかの実施形態では、２瞳構成を有してもよいことを理解されたい。３つの原色が利用される、そのような構成では、２つの色のための画像光は、重複する内部結合光学要素を有してもよい一方、第３の色のための画像光は、側方に偏移された内部結合光学要素を有してもよい。例えば、光学コンバイナ１０５０（図１１Ａ、１２、１３Ａ－１３Ｂ）および／または光再指向構造１０８０ａ、１０８０ｃは、２つの色の画像光が、直接、接眼レンズ１０２０の重複面積上に入射する一方、画像光の別の色が、側方に偏移される面積上に入射するように、画像光を投影光学系１０７０を通して指向するように構成されてもよい。例えば、反射性表面１０５２、１０５４（図１１Ａ）は、１つの色の画像光が、発光型マイクロディスプレイ１０３０ｂからの画像光と共通光経路を辿る一方、別の色の画像光が、異なる光経路を辿るように、角度付けられてもよい。いくつかの実施形態では、光再指向構造１０８０ａ、１０８０ｃ（図１２）の両方を有するのではなく、これらの光再指向構造のうちの１つは、マイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｃのうちの１つからの光のみが、角度付けられ、他の２つのマイクロディスプレイによって放出される光と異なる光経路を提供するように、省略されてもよい。
【0217】
図１９Ａは、いくつかの重複する内部結合光学要素と、いくつかの側方に偏移された内部結合光学要素とを伴う、導波管のスタックを有する、接眼レンズの実施例の側面図を図示する。図１９Ａの接眼レンズは、図１５の接眼レンズに類似するが、内部結合光学要素のうちの一方は、他方の内部結合光学要素に対して側方に偏移される。画像光が接眼レンズ１０２０に向かってページを辿って垂直に伝搬する、接眼レンズ１０２０の図示される配向では、内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｃは、内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃに伝搬する画像光１０３２ａ、１０３２ｃの方向における、真正面図に見られるように、それらが相互に空間的に重複するように、相互に垂直に整合される（例えば、画像光１０３２ａ、１０３２ｃの伝搬方向と平行な軸に沿って）。同一真正面図に見られるように（例えば、図示される配向における上下図に見られるように）、内部結合光学要素１０２２ｂは、他の内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｃに対して側方に偏移される。内部結合光学要素１０２２ｂのための光は、内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｃのための光と異なる射出瞳を通して、接眼レンズ１０２０に出力される。導波管１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃを備える、図示される導波管スタックは、図１３および１４の単一の図示される導波管１０２０ａの代わりに利用されてもよいことを理解されたい。
【0218】
図１９を継続して参照すると、内部結合光学要素１０２２ｃは、導波管１０２０ｃの上側主要表面と底部主要表面との間の複数回の全内部反射によって、導波管１０２０ｃを通して伝搬するように、画像光１０３２ｃを導波管１０２０ｃの中に内部結合するように構成され、内部結合光学要素１０２２ｂは、導波管１０２０ｂの上側主要表面と底部主要表面との間の複数回の全内部反射によって、導波管１０２０ｂを通して伝搬するように、画像光１０３２ｂを導波管１０２０ｂの中に内部結合するように構成され、内部結合光学要素１０２２ａは、導波管１０２０ａの上側主要表面と底部主要表面との間の複数回の全内部反射によって、導波管１０２０ａを通して伝搬するように、画像光１０３２ａを導波管１０２０ａの中に内部結合するように構成される。
【0219】
内部結合光学要素１０２２ｃは、好ましくは、全ての入射光１０３２ｃを関連付けられる導波管１０２０ｃの中に内部結合する一方、全ての入射光１０３２ａを透過させるように構成される。他方では、画像光１０３２ｂは、任意の他の内部結合光学要素を通して伝搬する必要なく、内部結合光学要素１０２２ｂに伝搬し得る。これは、いくつかの実施形態では、それに対して眼がより敏感である光が、他の内部結合光学要素を通した伝搬と関連付けられる、任意の損失または歪曲を伴わずに、所望の内部結合光学要素上に入射することを可能にすることによって、有利であり得る。理論によって限定されるわけではないが、いくつかの実施形態では、画像光１０３２ｂは、それに対してヒトの眼がより敏感である、緑色光である。導波管１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃは、特定の順序で配列されるように図示されるが、いくつかの実施形態では、導波管１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃの順序は、異なり得ることを理解されたい。
【0220】
本明細書に議論されるように、内部結合光学要素１０２２ａの上層の内部結合光学要素１０２２ｃは、完璧な選択性を有していない場合があることを理解されたい。画像光１０３２ａの一部は、望ましくないことに、内部結合光学要素１０２２ｃによって、導波管１０２０ｃの中に内部結合され得、画像光１０３２ｃの一部は、内部結合光学要素１０２２ｃを通して透過され得、その後、画像光１０３２ｃは、内部結合光学要素１０２０ａに衝打し、導波管１０２０ａの中に内部結合され得る。本明細書に議論されるように、そのような望ましくない内部結合は、残影またはクロストークとして可視であり得る。
【0221】
図１９Ｂは、残影または導波管間のクロストークを軽減するためのカラーフィルタを伴う、図１９Ａの接眼レンズの実施例の側面図を図示する。特に、カラーフィルタ１０２４ｃおよび／または１０２６は、図１９Ａに示される構造に追加される。図示されるように、内部結合光学要素１０２２ｃは、画像光１０３２ａの一部を導波管１０２０ｃの中に非意図的に内部結合し得る。加えて、または代替として、画像光１０３２ｃの一部は、望ましくないことに、内部結合光学要素１０２２ｃを通して透過され、その後、内部結合光学要素１０２２ａによって、非意図的に内部結合され得る。
【0222】
導波管１０２２ｃを通して伝搬する画像光１０３２ａを非意図的に内部結合することを軽減させるために、吸光性カラーフィルタ１０２６が、導波管１０２２ｃの一方または両方の主要表面上に提供されてもよい。吸光性カラーフィルタ１０２６は、非意図的に内部結合される画像光１０３２ａの色の光を吸光するように構成されてもよい。図示されるように、吸光性カラーフィルタ１０２６は、導波管１０２０ｃを通した画像光の一般的伝搬方向に配置される。したがって、吸光性カラーフィルタ１０２６は、その光がＴＩＲによって導波管１０２０ｃを通して伝搬し、導波管１０２０ｃの主要表面の一方または両方から反射する際、吸光性カラーフィルタ１０２６に接触するにつれて、画像光１０３２ａを吸光するように構成される。
【0223】
図１９Ｂを継続して参照すると、内部結合されずに、内部結合光学要素１０２２ｃを通して伝搬する、画像光１０３２ｃを軽減させるために、吸光性カラーフィルタ１０２４ｃが、内部結合光学要素１０２２ａの前方に提供されてもよい。吸光性カラーフィルタ１０２４ｃは、画像光１０３２ｃの色の光を吸光し、その光が内部結合光学要素１０２２ａに伝搬することを防止するように構成される。導波管１０２０ｃと１０２０ｂとの間に図示されるが、いくつかの他の実施形態では、吸光性カラーフィルタ１０２４ｃは、導波管１０２０ｂと１０２０ａとの間に配置されてもよい。吸光性カラーフィルタ１０２４ｃおよび１０２６の組成、形成、および性質に関するさらなる詳細は、図１６の議論に提供されることを理解されたい。
【0224】
また、図１６および１９Ｂに図示される実施形態では、カラーフィルタ１０２６、１０２８、１０２４ｃ、および１０２４ｂのうちの１つ以上のものは、１つ以上の内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃが、それぞれ、関連付けられる導波管１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２２ｃの中に内部結合されるように意図される、光の色に関して十分に高選択性を有する場合、省略されてもよいことを理解されたい。
【0225】
図２０Ａは、図１９Ａおよび１９Ｂの接眼レンズの上下図の実施例を図示する。図示されるように、内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｃは、空間的に重複する一方、内部結合光学要素１０２２ｂは、側方に偏移される。加えて、導波管１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃは、各導波管の関連付けられる光分散要素７３０、７４０、７５０および関連付けられる外部結合光学要素８００、８１０、８２０とともに、垂直に整合されてもよい。内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃは、画像光が、ＴＩＲによって、関連付けられる光分散要素７３０、７４０、７５０に向かって伝搬するように、入射画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃ（図１５および１６）をそれぞれ、それぞれ、導波管１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃ内に内部結合するように構成される。
【0226】
図２０Ｂは、図１９Ａおよび１９Ｂの導波管アセンブリの上下図の別の実施例を図示する。図２０Ａにおけるように、内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｃは、空間的に重複し、内部結合光学要素は、側方に偏移され、導波管１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃは、垂直に整合される。しかしながら、各導波管の関連付けられる光分散要素７３０、７４０、７５０および関連付けられる外部結合光学要素８００、８１０、８２０の代わりに、それぞれ、組み合わせられたＯＰＥ／ＥＰＥ１２８１、１２８２、１２８３がある。内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃは、画像光が、ＴＩＲによって、関連付けられる組み合わせられたＯＰＥ／ＥＰＥ１２８１、１２８２、１２８３に向かって伝搬するように、入射画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃ（図１５および１６）をそれぞれ、それぞれ、導波管１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃ内に内部結合するように構成される。
【0227】
ここで図２１を参照すると、内部結合される光の再バウンスが、望ましくないことに、導波管内で生じ得ることを理解されたい。再バウンスは、導波管に沿って伝搬する内部結合される光が、初期内部結合入射後、２回目として、または後続の時間において、内部結合光学要素に衝打するときに生じる。再バウンスは、内部結合される光の一部が、望ましくないことに、内部結合光学要素の材料によって、外部結合および／または吸光される結果をもたらし得る。外部結合および／または吸光は、望ましくないことに、全体的内部結合効率および／または内部結合される光の均一性の低減を生じさせ得る。
【0228】
図２１は、導波管１０３０ａ内の再バウンスの実施例の側面図を図示する。図示されるように、画像光１０３２ａは、内部結合光学要素１０２２ａによって、導波管１０３０ａの中に内部結合される。内部結合光学要素１０２２ａは、概して、方向１０３３に、導波管を通して伝搬するように、画像光１０３２ａを再指向する。再バウンスは、内部結合される画像光が、内部結合光学要素１０２２ａに対向する導波管１０３０ａの主要表面から内部反射またはバウンスし、内部結合光学要素１０２２ａ上に入射する、または第２のバウンス（再バウンス）を被るときに生じ得る。導波管１０３０ａの同一表面上の２つの近傍のバウンス間の距離は、間隔１０３４によって示される。
【0229】
理論によって限定されるわけではないが、内部結合光学要素１０２２ａは、対称的に挙動し得ることを理解されたい。すなわち、入射光が、ＴＩＲ角度で導波管を通して伝搬するように、入射光を再指向し得る。しかしながら、ＴＩＲ角度で回折光学要素上に入射する光（再バウンスに応じて等）はまた、外部結合され得る。加えて、または代替として、内部結合光学要素１０２２ａが反射性材料でコーティングされる、実施形態では、金属等の材料の層からの光の反射はまた、反射が材料からの光の吸光および放出を伴い得るため、入射光の部分的吸光を伴い得ることを理解されたい。結果として、光の外部結合および／または吸光は、望ましくないことに、内部結合される光の損失を引き起こし得る。故に、再バウンスされた光は、内部結合光学要素１０２２ａと１回のみ相互作用する、光と比較して、有意な損失を被り得る。
【0230】
いくつかの実施形態では、内部結合要素は、再バウンスに起因する内部結合される画像光損失を軽減させるように構成される。概して、内部結合される光の再バウンスは、内部結合光学要素１０２２ａの端部１０２３に向かって、内部結合される光の伝搬方向１０３３に生じる。例えば、端部１０２３に対向する内部結合光学要素１０２２ａの端部において内部結合される光は、その光のための間隔１０３４が十分に短い場合、再バウンスし得る。そのような再バウンスを回避するために、いくつかの実施形態では、内部結合光学要素１０２２ａは、伝搬方向端部１０２３において切頂され、それに沿って再バウンスが生じる可能性が高い、内部結合光学要素１０２２ａの幅１０２２ｗを低減させる。いくつかの実施形態では、切頂は、内部結合光学要素１０２２ａの全ての構造（例えば、金属化および回折格子）の完全切頂であってもよい。いくつかの他の実施形態では、例えば、内部結合光学要素１０２２ａが、金属化された回折格子を備える場合、伝搬方向端部１０２３における内部結合光学要素１０２２ａの一部は、内部結合光学要素１０２２ａの伝搬方向端部１０２３が、再バウンス光を殆ど吸光せず、および／またはより低い効率を伴って、再バウンス光を外部結合するように、金属化されなくてもよい。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素１０２２ａの回折領域は、伝搬方向１０３３に沿って、伝搬方向１０３３と垂直なその長さより短い幅を有してもよく、および／または画像光１０３２ａの第１の部分が、内部結合光学要素１０２２ａ上に入射し、光のビームの第２の部分が、内部結合光学要素１０２２ａ上に入射せずに、導波管１０３０ａ上に衝突するように定寸および成形されてもよい。導波管１０３２ａおよび光内部結合光学要素１０２２ａは、明確にするために、単独で図示されるが、再バウンスおよび再バウンスを低減させるための議論される方略は、本明細書に開示される内部結合光学要素のいずれかに適用されてもよいことを理解されたい。また、間隔１０３４は、導波管１０３０ａの厚さに比例する（より大きい厚さは、より大きい間隔１０３４をもたらす）ことを理解されたい。いくつかの実施形態では、個々の導波管の厚さは、再バウンスが生じないように、間隔１０３４を設定するように選択されてもよい。再バウンス軽減に関するさらなる詳細は、２０１８年７月２４日に出願された、米国仮出願第６２／７０２，７０７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）に見出され得る。
【0231】
図２２Ａ－２３Ｃは、再バウンスを低減させるように構成される、内部結合光学要素を有する、接眼レンズの上下図の実施例を図示する。内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃは、関連付けられる光分散要素７３０、７４０、７５０（図２２Ａ－２２Ｃ）または組み合わせられるＯＰＥ／ＥＰＥ１２８１、１２８２、１２８３（図２３Ａ－２３Ｃ）に向かった伝搬方向に伝搬するように、光を内部結合するように構成される。図示されるように、内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃは、伝搬方向に沿ったより短い寸法と、横軸に沿ったより長い寸法とを有してもよい。例えば、内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃはそれぞれ、伝搬方向の軸に沿ったより短い辺と、直交軸に沿ったより長い辺とを伴う、矩形形状であってもよい。内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃは、他の形状（例えば、直交、六角形等）を有してもよいことを理解されたい。加えて、内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃの異なるものは、いくつかの実施形態では、異なる形状を有してもよい。また、好ましくは、図示されるように、非重複する内部結合光学要素は、それらが他の内部結合光学要素の伝搬方向にないように位置付けられてもよい。例えば、図２２Ａ、２２Ｂ、２３Ａ、および２３Ｂに示されるように、非重複する内部結合光学要素は、伝搬方向の軸を交差（例えば、直交）する軸に沿った線に配列されてもよい。
【0232】
図２２Ａ－２２Ｃの導波管アセンブリは、内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃの重複を除き、類似することを理解されたい。例えば、図２２Ａは、重複を伴わない、内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃを図示する。図２２Ｂは、重複する内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｃと、非重複する内部結合光学要素１０２２ｂとを図示する。図２２Ｃは、全ての内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃ間の重複を図示する。
【0233】
図２３Ａ－２３Ｃの導波管アセンブリもまた、内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃの重複を除き、類似する。図２３Ａは、重複を伴わない、内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃを図示する。図２３Ｂは、重複する内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｃと、非重複する内部結合光学要素１０２２ｂとを図示する。図２２Ｃは、全ての内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃ間の重複を図示する。
【0234】
ここで図２４Ａを参照すると、発光型マイクロディスプレイは、高エタンデュを有し、これが、効率的光の利用に関する課題を提示することを理解されたい。本明細書に議論されるように、発光型マイクロディスプレイは、複数の個々の光エミッタを含んでもよい。これらの光エミッタはそれぞれ、大角度放出プロファイル、例えば、Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎまたは近Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ放出プロファイルを有し得る。望ましくないことに、本光は全て、捕捉され、ディスプレイシステムの接眼レンズに指向されない場合がある。
【0235】
図２４Ａは、発光型マイクロディスプレイ１０３２の個々の光エミッタ１０４４によって放出された光と、投影光学系１０７０によって捕捉された光との角度放出プロファイルの実施例を図示する。図示される発光型マイクロディスプレイ１０３２は、発光型マイクロディスプレイ１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃを含む、本明細書に開示される発光型マイクロディスプレイのいずれかに対応し得る。図示されるように、投影光学系１０７０は、角度放出プロファイル１０４６を有する、光を捕捉するであろうように定寸されてもよい。しかしながら、光エミッタ１０４４内の角度放出プロファイル１０４６は、有意により大きく、光エミッタ１０４４によって放出される光の全てが、投影光学系１０７０上に入射せず、必ずしも、光が投影光学系１０７０の中およびそれを通して伝搬するであろう、角度で入射しない。結果として、光エミッタ１０４４によって放出される光の一部は、望ましくないことに、捕捉され、最終的に、ユーザの眼に中継され、画像を形成しないため、「無駄」となり得る。これは、光エミッタ１０４０によって出力された光のより多くのものが、最終的に、ユーザの眼に到達した場合に予期されるであろうものより暗く現れる、画像をもたらし得る。
【0236】
いくつかの実施形態では、光エミッタ１０４０によって放出される光のより多くのものを捕捉するための１つの方略は、投影光学系１０７０のサイズを増加させ、光を捕捉する投影光学系１０７０の開口数のサイズを増加させることである。加えて、または代替として、投影光学系１０７０はまた、高屈折率材料（例えば、１．５を上回る屈折率を有する）で形成されてもよく、これはまた、集光を促進し得る。いくつかの実施形態では、投影光学系１０７０は、光エミッタ１０４４によって放出される光の所望の高割合を捕捉するように定寸される、レンズを利用してもよい。いくつかの実施形態では、投影光学系１０７０は、伸長射出瞳を有し、例えば、図２２Ａ－２３Ｃの内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃの形状に類似する断面プロファイルを有する、光ビームを放出するように構成されてもよい。例えば、投影光学系１０７０は、図２２Ａ－２３Ｃの内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃの伸長寸法に対応する寸法において、伸長されてもよい。理論によって限定されるわけではないが、そのような伸長内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃは、発光型マイクロディスプレイと接眼レンズ１０２０（図２２Ａ－２３Ｃ）との間のエタンデュ不整合を改良し得る。いくつかの実施形態では、接眼レンズ１０２０（例えば、図１１Ａおよび１２－２３Ｃ）の導波管の厚さは、例えば、本明細書に議論されるように、再バウンス間隔を増加させることにより、再バウンスを低減させることによって、事実上捕捉される光のパーセンテージを増加させるように選択されてもよい。
【0237】
いくつかの実施形態では、１つ以上の光コリメータが、光エミッタ１０４４からの光の角度放出プロファイルを低減または狭化するために利用されてもよい。結果として、光エミッタ１０４４によって放出される光のより多くのものが、投影光学系１０７０によって捕捉され、ユーザの眼に中継され、有利なこととして、画像の明度およびディスプレイシステムの効率を増加させ得る。いくつかの実施形態では、光コリメータは、投影光学系の集光効率（投影光学系によって捕捉される、光エミッタ１０４４によって放出される光のパーセンテージ）が、約８５～９５％または８５～９０％を含む、８０％以上の、８５％以上の、または９０％以上の値に到達することを可能にし得る。加えて、光エミッタ１０４４からの光の角度放出プロファイルは、６０°またはそれ未満、５０°またはそれ未満、または４０°またはそれ未満に低減され得る（例えば、１８０°から）。いくつかの実施形態では、低減された角度放出プロファイルは、約３０～６０°、３０～５０°、または３０～４０°の範囲内であってもよい。光エミッタ１０４４からの光は、円錐の形状を作り出し得、光エミッタ１０４４は、円錐の頂点にあることを理解されたい。角度放出プロファイルは、円錐の辺によって作り出される角度を指し、関連付けられる光エミッタ１０４４は、その角度の頂点にある（円錐の中央を通して延在し、円錐頂点を含む、平面に沿って得られた、断面に見られるように）。
【0238】
図２４Ｂは、光コリメータのアレイを使用した角度放出プロファイルの狭化の実施例を図示する。図示されるように、発光型マイクロディスプレイ１０３２は、光エミッタ１０４４のアレイを含み、これは、角度放出プロファイル１０４６を伴う、光を放出する。光コリメータ１３０２のアレイ１３００は、光エミッタ１０４４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１０４４は、関連付けられる光コリメータ１３０２と１対１で合致される（光エミッタ１０４４あたり１つの光コリメータ１３０２）。各光コリメータ１３０２は、関連付けられる光エミッタ１０４４からの入射光を再指向し、狭化された角度放出プロファイル１０４７を提供する。したがって、比較的に大角度放出プロファイル１０４６は、より小さい角度放出プロファイル１０４７に狭化される。
【0239】
いくつかの実施形態では、光コリメータ１３０２およびアレイ１３００は、図１２および１３Ａの光再指向構造１０８０ａ、１８０ｃの一部であってもよい。したがって、光コリメータ１３０２は、光学コンバイナ１０５０の中に適切な角度で伝搬し、複数の光経路および関連複数の射出瞳を画定するように、光エミッタ１０４４の角度放出プロファイルを狭化し、また、光を再指向してもよい。光は、光コリメータ１３０２を適切に成形することによって、特定の方向に再指向されてもよいことを理解されたい。
【0240】
好ましくは、光コリメータ１３０２は、光エミッタ１０４４に近接近して位置付けられ、光エミッタ１０４４によって出力された大割合の光を捕捉する。いくつかの実施形態では、間隙が、光コリメータ１３０２と光エミッタ１０４４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１３０２は、光エミッタ１０４４と接触してもよい。角度放出プロファイル１０４６は、光の広円錐を作り出してもよいことを理解されたい。好ましくは、光エミッタ１０４４からの光の円錐の全体または大部分は、単一の関連付けられる光コリメータ１３０２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１０４４は、関連付けられる光コリメータ１３０２の受光面より小さい（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１０４４は、近傍の離れた光エミッタ１０４４間の間隔より小さい幅を有する。
【0241】
有利なこととして、光コリメータ１３０２は、光の利用の効率を増加させ得、また、近傍の光エミッタ１０４４間のクロストークの発生を低減させ得る。光エミッタ１０４４間のクロストークは、近傍の光エミッタからの光が、その近傍の光エミッタと関連付けられない光コリメータ１３０２によって捕捉されるときに生じ得ることを理解されたい。その捕捉された光は、ユーザの眼に伝搬され、それによって、所与のピクセルに関する誤った画像情報を提供し得る。
【0242】
図２４Ａおよび２４Ｂを参照すると、投影光学系１０７０によって捕捉される光のビームのサイズは、投影光学系１０７０から出射する、光のビームのサイズに影響を及ぼし得る。図２４Ａに示されるように、光コリメータを使用しないと、出射ビームは、比較的に大幅１０５０を有し得る。図２４Ｂに示されるように、光コリメータ１３０２を伴うと、出射ビームは、より小さい幅１０５２を有し得る。したがって、いくつかの実施形態では、光コリメータ１３０２が、接眼レンズの中に内部結合するために、所望のビームサイズを提供するために使用されてもよい。例えば、光コリメータ１３０２が角度放出プロファイル１０４６を狭化する量は、少なくとも部分的に、それに対して投影光学系１０７０によって出力された光が指向される、接眼レンズ内の内部結合光学要素のサイズに基づいて、選択されてもよい。
【0243】
光コリメータ１３０２は、種々の形態をとってもよいことを理解されたい。例えば、光コリメータ１３０２は、いくつかの実施形態では、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１０４４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１３０２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１３０２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、光コリメータの１３０２は、反射性ウェルの形態をとってもよい。
【0244】
異なる光コリメータ１３０２は、関連付けられる光エミッタ１０４４によって放出される光の波長または色に応じて、異なる寸法および／または形状を有してもよいことを理解されたい。したがって、フルカラー発光型マイクロディスプレイに関して、アレイ１３００は、関連付ける光エミッタ１０４４によって放出される光の色に応じて、異なる寸法および／または形状を伴う、複数の光コリメータ１３０２を含んでもよい。発光型マイクロディスプレイがモノクロマイクロディスプレイである、実施形態では、アレイ１３００は、簡略化されてもよく、アレイ内の光コリメータ１３０２のそれぞれが、同一色の光を再指向するように構成される。そのようなモノクロマイクロディスプレイを用いることで、光コリメータ１３０２は、いくつかの実施形態では、アレイ１３００を横断して、類似してもよい。
【0245】
図２４Ｂを継続して参照すると、本明細書に議論されるように、光コリメータ１３０２は、光エミッタ１０４４と１対１の関連付けを有してもよい。例えば、各光エミッタ１０４４は、離散する関連付けられる光コリメータ１３０２を有してもよい。いくつかの他の実施形態では、光コリメータ１３０２は、それらが、複数の光エミッタ１０４４を横断して延在するように、伸長されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、光コリメータ１３０２は、ページの向こう側に向けて伸長され、複数の光エミッタ１０４４の行の正面に延在してもよい。いくつかの他の実施形態では、単一光コリメータ１３０２は、光エミッタ１０４４の列を横断して延在してもよい。さらに他の実施形態では、光コリメータ１３０２は、レンズ構造（例えば、ナノレンズ構造、マイクロレンズ構造等）のスタックされた列および／または行を備えてもよい。
【0246】
上記に述べられたように、光コリメータ１３０２は、反射性ウェルの形態をとってもよい。図２５Ａは、光を投影光学系に指向するためのテーパ状反射性ウェルのアレイの側面図の実施例を図示する。図示されるように、光コリメータアレイ１３００は、その中に反射性ウェルの形態における、複数の光コリメータ１３０２が、形成され得る、基板１３０１を含んでもよい。各ウェルは、少なくとも１つの光エミッタ１０４４を含んでもよく、これは、Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ角度放出プロファイル１０４６を伴う光を放出してもよい。光コリメータ１３０２のウェルの反射性壁１３０３は、テーパ状であって、より狭角度放出プロファイル１０４７を伴って、ウェルから出力されるように、放出される光を反射させる。図示されるように、反射性壁１３０３は、断面サイズが光エミッタ１０４４からの距離に伴って増加するように、テーパ状であってもよい。いくつかの実施形態では、反射性壁１３０３は、湾曲されてもよい。例えば、側１３０３は、複合放物線集光器（ＣＰＣ）の形状を有してもよい。
【0247】
ここで図２５Ｂを参照すると、非対称テーパ状反射性ウェルの側面図の実施例が、図示される。本明細書に議論されるように、例えば、図１２Ａ－１３Ａに図示されるように、光コリメータ１３０２を利用して、光エミッタ１０４４の表面に対して法線ではない特定の方向に、光を操向することが望ましくあり得る。いくつかの実施形態では、図２５Ｂに図示されるような側面図において視認されるように、光コリメータ１３０２は、非対称であってもよく、上辺１３０３ａは、光エミッタ１０４４の表面と、下辺１３０３ｂと異なる角度（例えば、より大きい角度）を形成する。例えば、光エミッタ１０４４に対する反射性壁１３０３ａ、１３０３ｂの角度は、光を特定の非法線方向に指向するために、光コリメータ１３０２の異なる辺上で異なり得る。したがって、図示されるように、光コリメータ１３０２から出射する光は、概して、光エミッタ１０４４の表面に対して法線ではない、方向１０４８に伝搬し得る。いくつかの他の実施形態では、光を方向１０４８に指向するために、上辺１３０３ａのテーパは、下辺のテーパと異なり得る。例えば、上辺１３０３ａは、下辺１３０３ｂより広い範囲に拡開し得る。
【0248】
図２５を継続して参照すると、基板１３０１は、反射性壁１３０３の所望の形状を維持するために十分な機械的完全性を有する、種々の材料から形成されてもよい。好適な材料の実施例は、金属、プラスチック、およびガラスを含む。いくつかの実施形態では、基板１３０１は、材料のプレートであってもよい。いくつかの実施形態では、基板１３０１は、連続する一体型の材料片である。いくつかの他の実施形態では、基板１３０１は、２つ以上の材料片をともに継合することによって形成されてもよい。
【0249】
反射性壁１３０３は、種々の方法によって、基板１３０１内に形成されてもよい。例えば、壁１３０３は、基板１３０１を機械加工する、または別様に、材料を除去し、壁１３０３を画定することによって、所望の形状に形成されてもよい。いくつかの他の実施形態では、壁１３０３は、基板１３０１が形成されるにつれて形成されてもよい。例えば、壁１３０３は、基板１３０１がその所望の形状に成型されるにつれて、基板１３０１の中に成型されてもよい。いくつかの他の実施形態では、壁１３０３は、本体２２００の形成後、材料の再配列によって画定されてもよい。例えば、壁１３０３は、インプリントによって画定されてもよい。
【0250】
いったん壁１３０３の輪郭が、形成されると、それらは、さらなる処理を受け、所望の反射度を有する、表面を形成してもよい。いくつかの実施形態では、基板１３０１の表面自体が、反射性であってもよい、例えば、本体は、反射性金属から形成される。そのような場合、さらなる処理は、壁１３０３の内部表面を平滑化または研磨し、その反射率を増加させるステップを含んでもよい。いくつかの他の実施形態では、反射体２１１０の内部表面は、例えば、蒸着プロセスによって、反射性コーティングで裏打ちされてもよい。例えば、反射性層は、物理的蒸着（ＰＶＤ）または化学蒸着（ＣＶＤ）によって形成されてもよい。
【0251】
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放出される光の方向に影響を及ぼし得ることを理解されたい。これは、例えば、上層の関連付けられる光コリメータの中心線に対して異なる位置における光エミッタのための光経路の差異の実施例を図示する、図２６Ａ－２６Ｃに図示される。図２６Ａに示されるように、発光型マイクロディスプレイ１０３０は、それぞれ、関連付けられる光コリメータ１３０２を有する、複数の光エミッタ１０４４ａを有し、これは、狭化された角度放出プロファイル１０４７を有する、光の出力を促進する。光は、投影光学系１０７０（例証を容易にするために、単純レンズとして表される）を通して通過し、これは、種々の光エミッタ１０４４ａからの光を面積１４０２ａ上に収束させる。
【0252】
図２６Ａを継続して参照すると、いくつかの実施形態では、光コリメータ１３０２はそれぞれ、対称であってもよく、光コリメータの対称性の軸に沿って延在する、中心線を有してもよい。図示される構成では、光エミッタ１０４４ａは、光コリメータ１３０２のそれぞれの中心線上に配置される。
【0253】
ここで図２６Ｂを参照すると、光エミッタ１０４４ｂは、その個別の光コリメータ１３０２の中心線から距離１４００だけオフセットされる。本オフセットは、光エミッタ１０４４ｂからの光に、光コリメータ１３０２を通る、異なる経路を辿らせ、これは、狭化された角度放出プロファイル１０４７ｂを伴う、光エミッタ１０４４ｂからの光を出力する。投影光学系１０７０は、次いで、光エミッタ１０４４ｂからの光を面積１４０２ｂ上に収束させ、これは、その上に光エミッタ１０４４ａからの光が収束する、面積１４０２ａに対してオフセットされる。
【0254】
ここで図２６Ｃを参照すると、光エミッタ１０４４ａおよび１０４４ｂの両方からオフセットされた光エミッタ１０４４ｃが、図示される。本オフセットは、光エミッタ１０４４ｃからの光に、光コリメータ１３０２を通る、光エミッタ１０４４ａおよび１０４４ｂからの光と異なる経路を辿らせる。これは、光コリメータ１３０２に、投影光学系１０７０への、光エミッタ１０４４ａおよび１０４４ｂからの光と異なる経路を辿る、狭化された角度放出プロファイルを伴う、光エミッタ１０４４ｃからの光を出力させる。最終的には、投影光学系１０７０は、光エミッタ１０４４ｃからの光を面積１４０２ｃ上に収束させ、これは、面積１４０２ａおよび１４０２ｂに対してオフセットされる。
【0255】
図２６Ａ－２６Ｃを参照すると、光エミッタ１０４４ａ、１０４４ｂ、１０４４ｃの各三回対称軸は、共通光コリメータ１３０２を共有してもよい。いくつかの実施形態では、マイクロディスプレイ１０３０は、フルカラーマイクロディスプレイであってもよく、各光エミッタ１０４４ａ、１０４４ｂ、１０４４ｃは、異なる原色の光を放出するように構成されてもよい。有利なこととして、オフセット面積１４０２ａ、１４０２ｂ、１４０２ｃは、いくつかの実施形態では、導波管の内部結合光学要素に対応し得る。例えば、面積１４０２ａ、１４０２ｂ、１４０２ｃは、それぞれ、図１１Ａおよび１２の内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃに対応し得る。したがって、光コリメータ１３０２および光エミッタ１０４４ａ、１０４４ｂ、１０４４ｃのオフセット配向は、有利なこととして、フルカラー発光型マイクロディスプレイを使用して、単純３瞳投影システム１０１０を提供し得る。
【0256】
本明細書に記載されるように、光コリメータ１３０２はまた、ナノレンズの形態をとってもよい。図２７は、ナノレンズである、光コリメータ１３０２の上層アレイ１３００を伴う、発光型マイクロディスプレイ１０３０の個々の光エミッタ１０４４の側面図の実施例を図示する。本明細書に議論されるように、光エミッタ１０４４の個々のものはそれぞれ、関連付けられる光コリメータ１３０２を有してもよい。光コリメータ１３０２は、光エミッタ１０４４からの光を再指向し、光エミッタ１０４４の大角度放出プロファイル１０４６を狭化し、狭化された角度放出プロファイル１０４７を伴う、光を出力する。
【0257】
図２７を継続して参照すると、いくつかの実施形態では、光コリメータ１３０２は、格子構造であってもよい。いくつかの実施形態では、光コリメータ１３０２は、異なる屈折率を有する材料の交互伸長離散拡張部（例えば、線）によって形成される、格子であってもよい。例えば、材料１３０６の拡張部は、ページの内外に伸長されてもよく、基板１３０８の材料内に形成され、それによって分離されてもよい。いくつかの実施形態では、材料１３０６の伸長拡張部は、サブ波長幅およびピッチを有してもよい（例えば、光コリメータ１３０２が関連付けられる光エミッタ１０４４から受け取るように構成される、光の波長より小さい、幅およびピッチ）。いくつかの実施形態では、ピッチ１３０４は、３０～３００ｎｍであってもよく、格子の深度は、１０～１，０００ｎｍであってもよく、基板１３０８を形成する材料の屈折率は、１．５～３．５であってもよく、格子特徴１３０６を形成する材料の屈折率は、１．５～２．５であってもよい（かつ基板１３０８を形成する材料の屈折率と異なる）。
【0258】
図示される格子構造は、種々の方法によって形成されてもよい。例えば、基板１３０８は、エッチングまたはナノインプリントされ、溝を画定してもよく、溝は、基板１３０８と異なる屈折率の材料で充填され、格子特徴１３０６を形成してもよい。
【0259】
有利なこととして、ナノレンズアレイは、種々の利点を提供し得る。例えば、ナノレンズレットの集光効率は、大きく、例えば、８５～９０％を含む、８０～９５％であり得、角度放出プロファイルの優れた低減、例えば、３０～４０°までの低減（１８０°から）を伴う。加えて、低レベルのクロストークが、ナノレンズ光コリメータ１３０２のそれぞれが、特定の色および可能性として特定の入射角の光に作用する一方、好ましくは、高消光率を提供する（他の色の光の波長に関して）ように選択される、物理的寸法および性質（例えば、ピッチ、深度、特徴１３０６および基板１３０８を形成する材料の屈折率）を有し得るため、達成され得る。加えて、ナノレンズアレイは、平坦プロファイル（例えば、平坦基板上に形成される）を有し得、これは、フラットパネルであり得る、マイクロディスプレイとの統合を促進し得、また、ナノレンズアレイを形成する際、製造を促進し、高再現性および精度を提供し得る。例えば、高度に再現可能な溝形成および堆積プロセスが、各ナノレンズを形成するために使用されてもよい。さらに、これらのプロセスは、アレイのナノレンズ間の変動に関して、類似変動を伴う湾曲レンズを形成するときに典型的に達成されるものを上回る容易性および再現性を可能にする。
【0260】
ここで図２８を参照すると、発光型マイクロディスプレイ１０３０の実施例の斜視図が、図示される。光コリメータアレイ１３００は、有利なこととして、マイクロディスプレイから放出される光が所望に応じてルーティングされることを可能にすることを理解されたい。結果として、いくつかの実施形態では、フルカラーマイクロディスプレイの光エミッタは、例えば、ディスプレイデバイス内での製造または実装の容易性のために、所望に応じて編成され得る。いくつかの実施形態では、光エミッタ１０４４は、行または列１３０６ａ、１３０６ｂ、１３０６ｃ内に配列されてもよい。各行または列は、同一原色の光を放出するように構成される、光エミッタ１０４４を含んでもよい。３つの原色が利用される、ディスプレイでは、３つの行または列のグループが存在してもよく、これは、マイクロディスプレイ１０３０を横断して繰り返される。より多くの原色が利用される場合、各繰り返しグループは、その数の行または列を有してもよいことを理解されたい。例えば、４つの原色が利用される場合、各グループは、４つの行または４つの列を有してもよく、１つの行または１つの列は、単一原色の光を放出するように構成される、光エミッタによって形成される。
【0261】
いくつかの実施形態では、いくつかの行または列は、特定の原色の光エミッタの数を増加させるように繰り返されてもよい。例えば、いくつかの原色の光エミッタは、複数の行または列を占有してもよい。これは、色平衡を促進し得、および／または経時的光放出強度における微分劣化または低減に対処するために利用されてもよい。
【0262】
図２７および２８を参照すると、いくつかの実施形態では、光エミッタ１０４４はそれぞれ、関連付けられる光コリメータ１３０２を有してもよい。いくつかの他の実施形態では、複数の光エミッタ１０４４の各ライン１３０６ａ、１３０６ｂ、１３０６ｃは、単一の関連付けられる光コリメータ１３０２を有してもよい。その単一の関連付けられる光コリメータ１３０２は、関連付けられるライン１３０６ａ、１３０６ｂ、または１３０６ｃの実質的に全体を横断して延在してもよい。いくつかの他の実施形態では、関連付けられる光コリメータ１３０２は、伸長され、関連付けられるライン１３０６ａ、１３０６ｂ、または１３０６ｃの一部を形成する、複数の光エミッタ１０４４にわたって延在してもよく、複数の類似光コリメータ１３０２が、関連付けられるライン１３０６ａ、１３０６ｂ、１３０６ｃのそれぞれに沿って提供されてもよい。
【0263】
図２８を継続して参照すると、各光エミッタ１０４４は、特定の軸に沿って（例えば、図示されるように、ｙ－軸に沿って）伸長されてもよい。すなわち、各光エミッタは、特定の軸に沿って長さを有し、長さは、光エミッタの幅より長い。加えて、同一原色の光を放出するように構成される、光エミッタのセットが、光エミッタ１０４４の伸長軸を交差（例えば、直交）する、軸（例えば、ｘ－軸）に沿って延在するライン１３０６ａ、１３０６ｂ、または１３０６ｃ（例えば、行または列）内に配列されてもよい。したがって、いくつかの実施形態では、同一原色の光エミッタ１０４４は、光エミッタのライン１３０６ａ、１３０６ｂ、または１３０６ｃを形成し、ラインは、第１の軸（例えば、ｘ－軸）に沿って延在し、ライン内の個々の光エミッタ１０４４は、第２の軸（例えば、ｙ－軸）に沿って伸長される。
【0264】
対照的に、フルカラーマイクロディスプレイは、典型的には、各原色のサブピクセルを含み、サブピクセルは、グループ内の特定の比較的に緊密に充塞された空間配向に配列され、これらのグループは、アレイを横断して再現されることを理解されたい。サブピクセルの各グループは、画像内のピクセルを形成してもよい。ある場合には、サブピクセルは、軸に沿って伸長され、同一原色のサブピクセルの行または列は、その同一軸に沿って延在する。そのような配列は、各グループのサブピクセルがともに近接して位置することを可能にし、これが、画質およびピクセル密度に関する利点を有し得ることを理解されたい。しかしながら、図２８の図示される配列では、異なる原色のサブピクセルは、光エミッタ１０４４の伸長形状に起因して、比較的に遠く離れている。すなわち、ライン１３０６ａの光エミッタは、ライン１３０６ｂの光エミッタの伸長形状が、光エミッタ１３０６ａおよび１３０６ｃを光エミッタの所与のラインの近傍の光エミッタより離間させるため、ライン１３０６ｃの光エミッタから比較的に遠く離れている。これは、マイクロディスプレイ１０３０の表面上に形成される、画像が、直接、ユーザの眼に中継される場合、容認不可能に不良な画質を提供することが予期され得るが、光コリメータアレイ１３００の使用は、有利なこととして、異なる色の光が、所望に応じてルーティングされ、高品質画像を形成することを可能にする。例えば、各原色の光が、別個のモノクロ画像を形成するために使用されてもよく、これは、次いで、接眼レンズ１０２０（例えば、図１１Ａおよび１２－１４）等の接眼レンズにルーティングされ、その中で組み合わせられる。
【0265】
図２７および２８を参照すると、いくつかの実施形態では、光エミッタ１０４４はそれぞれ、関連付けられる光コリメータ１３０２を有してもよい。いくつかの他の実施形態では、光エミッタ１０４４の各ライン１３０６ａ、１３０６ｂ、１３０６ｃは、単一の関連付けられる光コリメータ１３０２を有してもよい。その単一の関連付けられる光コリメータ１３０２は、関連付けられるライン１３０６ａ、１３０６ｂ、または１３０６ｃの実質的に全体を横断して延在してもよい。いくつかの他の実施形態では、関連付けられる光コリメータ１３０２は、関連付けられるライン１３０６ａ、１３０６ｂ、または１３０６ｃの一部を形成する、複数の光エミッタ１０４４にわたって伸長され、延在してもよく、複数の類似光コリメータ１３０２が、関連付けられるライン１３０６ａ、１３０６ｂ、１３０６ｃのそれぞれに沿って提供されてもよい。
【0266】
光コリメータ１３０２は、光を異なる光経路に沿って指向し、多瞳投影システムを形成するために利用されてもよいことを理解されたい。例えば、光コリメータ１３０２は、光を内部結合するために、異なる原色の光を、それぞれ、２つまたは３つの面積に指向してもよい。
【0267】
図２９は、多瞳投影システム１０１０を形成するために使用される、図２８のフルカラー発光型マイクロディスプレイ１０３０を伴う、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。図示される実施形態では、フルカラー発光型マイクロディスプレイ１０３０は、３つの原色の光を放出し、３瞳投影システム１０１０を形成する。投影システム１０１０は、３つの射出瞳を有し、それを通して異なる原色の画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃが、それぞれ、接眼レンズ１０２０の３つの側方に偏移された光内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃに伝搬する。接眼レンズ１０２０は、次いで、画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃをユーザの眼２１０に中継する。
【0268】
発光型マイクロディスプレイ１０３０は、光エミッタ１０４４のアレイを含み、これは、モノクロ光エミッタ１０４４ａ、１０４４ｂ、１０４４ｃに細分割されてもよく、これは、それぞれ、画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃを放出する。光エミッタ１０４４は、広角放出プロファイル１０４６を伴う、画像光を放出することを理解されたい。画像光は、光コリメータのアレイ１３００を通して伝搬し、これは、角度放出プロファイルを狭化された角度放出プロファイル１０４７に低減させる。
【0269】
加えて、光コリメータのアレイ１３００は、画像光が適切な内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃに伝搬するように、投影光学系１０７０に画像光を出力させる角度で、画像光が投影光学系１０７０上に入射するように、画像光（画像光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃ）を再指向するように構成される。例えば、光コリメータのアレイ１３００は、好ましくは、投影光学系１０７０を通して伝搬し、内部結合光学要素１０２２ａ上に入射するように、画像光１０３２ａを指向し、投影光学系１０７０を通して伝搬し、内部結合光学要素１０２２ｂ上に入射するように、画像光１０３２ｂを指向し、投影光学系１０７０を通して伝搬し、内部結合光学要素１０２２ｃ上に入射するように、画像光１０３２ｃを指向するように構成される。
【0270】
異なる光エミッタ１０４４は、異なる波長の光を放出し得、適切な内部結合光学要素に到達するために、異なる方向に再指向される必要があり得るため、いくつかの実施形態では、異なる光エミッタ１０４４と関連付けられる、光コリメータは、異なる物理的パラメータ（例えば、異なるピッチ、異なる幅等）を有してもよい。有利なこととして、光コリメータとしての平坦ナノレンズの使用は、光コリメータのアレイ１３００を横断して物理的性質を変動させる、光コリメータの形成を促進する。本明細書に記載されるように、ナノレンズは、パターン化および堆積プロセスを使用して、形成されてもよく、これは、基板を横断して異なるピッチ、幅等を伴う、構造の形成を促進する。
【0271】
再び、図２４Ａを参照すると、図示されるディスプレイシステムは、単一発光型マイクロディスプレイを示し、光学コンバイナ１０５０（図１１Ａおよび１２－１３Ｂ）を省略することを理解されたい。光学コンバイナ１０５０を利用する実施形態では、光学コンバイナ１０５０内の反射性表面１０５２、１０５４（図１１Ａ、１２－１３Ｂ、および３０Ｂ）は、好ましくは、鏡面反射体であって、光エミッタ１０４４からの光は、反射性表面１０５２、１０５４から反射された後、その大角度放出プロファイルを留保することが予期されるであろう。したがって、図２４Ａに示される無駄にされる光に関する問題は、光学コンバイナ１０５０が利用されるときにも同様に存在する。
【0272】
ここで図３０Ａを参照すると、発光型マイクロディスプレイと、関連付けられる光コリメータのアレイとを伴う、ウェアラブルディスプレイシステムの実施例が、図示される。図３０Ａは、光エミッタ１０４４と、光コリメータ１３０２と、接眼レンズ１０２０の内部結合光学要素との間の交互作用に関する付加的詳細を示す。ディスプレイシステムは、マイクロディスプレイ１０３０ｂを含み、これは、いくつかの実施形態では、フルカラーマイクロディスプレイであってもよい。いくつかの他の実施形態では、マイクロディスプレイ１０３０ｂは、モノクロマイクロディスプレイであってもよく、付加的モノクロマイクロディスプレイ（図示せず）が、随意の光学コンバイナ１０５０の異なる面に提供されてもよい（図３０Ｃに示されるように）。
【0273】
図３０Ａを継続して参照すると、マイクロディスプレイ１０３０ｂは、それぞれ、広角放出プロファイル（例えば、Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ角度放出プロファイル）を伴う、光を放出する、光エミッタ１０４４のアレイを含む。各光エミッタ１０４４は、関連付けられる専用光コリメータ１３０２を有し、これは、事実上、角度放出プロファイルを狭化された角度放出プロファイル１０４７に狭化する。狭化された角度放出プロファイルを伴う、光ビーム１０３２ｂは、投影光学系１０７０を通して通過し、これは、それらの光ビームを内部結合光学要素１０２２ｂ上に投影または収束させる。光ビーム１０３２ｂは、ある断面形状およびサイズ１０４７ａを有することを理解されたい。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素１０２２ｂは、ビーム１０３２ｂがその内部結合光学要素１０２２ｂ上に入射するときの光ビーム１０３２ｂの断面形状およびサイズと実質的に合致する、またはそれより大きい、サイズおよび形状を有する。したがって、いくつかの実施形態では、内部結合光学要素１０２２ｂのサイズおよび形状は、内部結合光学要素１０２２ｂ上に入射するときの光ビーム１０３２ｂの断面サイズおよび形状に基づいて選択されてもよい。いくつかの他の実施形態では、他の要因（再バウンス軽減または内部結合光学要素１０２２ｂによって支援される角度または視野）が、内部結合光学要素１０２２ｂのサイズおよび形状を決定するために利用されてもよく、光コリメータ１３０２は、好ましくは、内部結合光学要素１０２２ｂのサイズおよび形状によって完全またはほぼ完全に包含される、適切に定寸および成形された断面を伴う、光ビーム１０３２ｂを提供するように構成（例えば、定寸および成形）されてもよい。いくつかの実施形態では、光コリメータ１３０２および内部結合光学要素１０２２ｂのための物理的パラメータは、他の所望の機能性（例えば、再バウンス軽減、所望の視野のための支援等）と併せて、高度に効率的光利用を提供するように相互に修正されてもよい。有利なこととして、光コリメータ１３０２によって提供される上記の光コリメーションと、光ビーム１０３２ｂの断面サイズおよび形状と内部結合光学要素１０２２ｂのサイズおよび形状の合致は、内部結合光学要素１０２２ｂが入射光ビーム１０３２ｂの大パーセンテージを捕捉することを可能にする。内部結合される光は、次いで、導波管１０２０ｂを通して伝搬し、眼２１０に外部結合される。
【0274】
図示されるように、マイクロディスプレイ１０３０ｂは、光エミッタ１０４４のアレイ１０４２を含んでもよく、それぞれ、総幅１０４５ｗを有する、非発光面積１０４５によって囲繞される。加えて、光エミッタ１０４４は、幅Ｗと、ピッチＰとを有する。光エミッタ１０４４が規則的に離間される、アレイでは、各光エミッタ１０４４および囲繞する面積１０４５は、事実上、ピッチＰに等しくあり得る、幅１０４５ｗを有する、単位セルを形成する。
【0275】
いくつかの実施形態では、光コリメータ１３０２は、直接、関連付けられる光エミッタ１０４４上に配置され、それを囲繞する、マイクロレンズである。いくつかの実施形態では、マイクロレンズ１３０２の幅は、近傍のマイクロレンズ１３０２が相互にほぼ接触または直接接触するように、１０４５ｗに等しい。光エミッタ１０４４からの光は、関連付けられるマイクロレンズ１３０２を充填し、事実上、光エミッタ１０４４によって包含される面積を拡大し得ることを理解されたい。有利なこととして、そのような構成は、光を放出しない、そうでなければ、暗い空間としてユーザに可視となり得る、面積１０４５の知覚性を低減させる。しかしながら、マイクロレンズ１３０２は、マイクロレンズ１３０２の面積全体を横断して延在するように、事実上、関連付けられる光エミッタ１０４４を拡大するため、面積１０４５は、マスクされてもよい。
【0276】
図３０Ａを継続して参照すると、光エミッタ１０４４および光コリメータ１３０２の相対的サイズは、光エミッタ１０４４からの光が関連付けられる光コリメータ１３０２を充填するように選択されてもよい。例えば、光エミッタ１０４４は、所望の曲率を有する、マイクロレンズコリメータ１３０２が、光エミッタ１０４４の個々のものにわたって延在して形成され得るように、十分に離間されてもよい。加えて、上記に述べられたように、内部結合光学要素１０２２ｂのサイズおよび形状は、好ましくは、その内部結合光学要素１０２２ｂ上に入射するときの光ビーム１０３２ｂの断面形状およびサイズに合致する、またはそれを超えるように選択される。その結果、いくつかの実施形態では、内部結合光学要素１０２２ｂの幅１０２５は、マイクロレンズ１３０２の幅に等しい以上の（１０４５ｗまたはＰに等しい幅を有してもよい）。好ましくは、幅１０２５は、光ビーム１０３２ｂのある程度の拡散を考慮するために、マイクロレンズ１３０２の幅または１０４５ｗまたはＰを上回る。本明細書に議論されるように、幅１０２５はまた、再バウンスを軽減させるように選択されてもよく、内部結合光学要素１０２２ｂの長さ（幅に直交する）より短くてもよい。いくつかの実施形態では、幅１０２５は、眼２１０への伝搬のために外部結合される前に、導波管１０２０ｂを通して、内部結合される光１０３２ｂの伝搬方向と同一軸に沿って延在してもよい。
【0277】
ここで図３０Ｂを参照すると、複数の発光型マイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃと、光コリメータの関連付けられるアレイ１３００ａ、１３００ｂ、１３００ｃ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。マイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃによって放出される光の角度放出プロファイルは、光コリメータアレイ１３００ａ、１３００ｂ、１３００ｃによって狭化され、それによって、光が光学コンバイナ１０５０を通して伝搬後、投影光学系１０７０によって放出される光の大パーセンテージの集光を促進する。投影光学系１０７０は、次いで、光を接眼レンズ１０２０（例えば、図１１Ａおよび１２－１４）（図示せず）等の接眼レンズに指向する。
【0278】
図３０Ｃは、それぞれが、それぞれ、光コリメータの関連付けられるアレイ１３００ａ、１３００ｂ、１３００ｃを伴う、複数の発光型マイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃを伴う、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。図示されるディスプレイシステムは、画像情報を伴う光を放出するために、複数のマイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃを含む。図示されるように、マイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃは、マイクロＬＥＤパネルであってもよい。いくつかの実施形態では、マイクロディスプレイは、モノクロマイクロＬＥＤパネルであってもよく、それぞれ、異なる原色を放出するように構成される。例えば、マイクロディスプレイ１０３０ａは、赤色である、光１０３２ａを放出するように構成されてもよく、マイクロディスプレイ１０３０ｂは、緑色である、光１０３２ｂを放出するように構成されてもよく、マイクロディスプレイ１０３０ｃは、青色である、光１０３２ｃを放出するように構成されてもよい。
【0279】
各マイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃは、それぞれ、光コリメータの関連付けられるアレイ１３００ａ、１３００ｂ、１３００ｃを有してもよい。光コリメータは、関連付けられるマイクロディスプレイの光エミッタからの光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃの角度放出プロファイルを狭化する。いくつかの実施形態では、個々の光エミッタは、専用の関連付けられる光コリメータ（図３０Ａに示されるように）を有する。
【0280】
図３０Ｃを継続して参照すると、光コリメータのアレイ１３００ａ、１３００ｂ、１３００ｃは、関連付けられるマイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｂ、１０３０ｃと光学コンバイナ１０５０との間にあって、これは、Ｘ－立方体であってもよい。図示されるように、光学コンバイナ１０５０は、入射光を光学コンバイナの出力面から外に反射させるために、内部反射性表面１０５２、１０５４を有する。入射光の角度放出プロファイルの狭化に加え、光コリメータのアレイ１３００ａ、１３００ｃは、光が、それぞれ、関連付けられる光内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｃに向かって伝搬するために適切な角度で、光学コンバイナ１０５０の内部反射性表面１０５２、１０５４に衝打するように、関連付けられるマイクロディスプレイ１０３０ａ、１０３０ｃからの光を再指向するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、光を特定の方向に再指向するために、光コリメータのアレイ１３００ａ、１３００ｃは、マイクロレンズまたは反射性ウェルを備えてもよく、これは、非対称であってもよく、および／または光エミッタが、本明細書に開示されるように、マイクロレンズまたは反射性ウェルに対して中心からずらして配置されてもよい。
【0281】
図３０Ｃを継続して参照すると、投影光学系１０７０（例えば、投影レンズ）が、光学コンバイナ１０５０の出力面に配置され、その光学コンバイナから出射される画像光を受け取る。投影光学系１０７０は、画像光を接眼レンズ１０２０上に収束または集束させるように構成される、レンズを備えてもよい。図示されるように、接眼レンズ１０２０は、複数の導波管を備えてもよく、それぞれ、特定の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。例えば、導波管１０２０ａは、赤色光１０３２ａをマイクロディスプレイ１０３０ａから受け取るように構成されてもよく、導波管１０２０ｂは、緑色光１０３２ｂをマイクロディスプレイ１０３０ｂから受け取るように構成されてもよく、導波管１０２０ｃは、青色光１０３２ｃをマイクロディスプレイ１０３０ｃから受け取るように構成されてもよい。各導波管１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃは、光をその中に内部結合するために、それぞれ、関連付けられる光内部結合光学要素１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃを有する。加えて、本明細書に議論されるように、導波管１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃは、それぞれ、図９Ｂの導波管６７０、６８０、６９０に対応し得、それぞれ、関連付けられる直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）と、射出瞳エクスパンダ（ＥＰＥ）とを有してもよく、これは、最終的には、光１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃをユーザに外部結合する。
【0282】
本明細書に議論されるように、マイクロディスプレイを組み込む、ウェアラブルディスプレイシステムは、好ましくは、異なる量の波面発散を伴う、光を出力し、ユーザのために快適な遠近調節－輻輳・開散運動整合を提供するように構成される。これらの異なる量の波面発散は、異なる屈折力を伴う外部結合光学要素を使用して、達成されてもよい。本明細書に議論されるように、外部結合光学要素は、接眼レンズ１０２０（例えば、図１１Ａおよび１２－１４）等の接眼レンズの導波管上または内に存在してもよい。いくつかの実施形態では、レンズが、外部結合光学要素によって提供される波面発散を増大させるために利用されてもよい、または外部結合光学要素がコリメートされた光を出力するように構成される構成では、所望の波面発散を提供するために使用されてもよい。
【0283】
図３１Ａおよび３１Ｂは、視認者への光の波面発散を変動させるためのレンズを有する、接眼レンズ１０２０の実施例を図示する。図３１Ａは、導波管構造１０３２を有する、接眼レンズ１０２０を図示する。いくつかの実施形態では、本明細書に議論されるように、全ての原色の光が、導波管構造１０３２が、単一導波管のみを含むように、単一導波管の中に内部結合されてもよい。これは、有利なこととして、コンパクトな接眼レンズを提供する。いくつかの他の実施形態では、導波管構造１０３２は、複数の導波管（例えば、図１１Ａおよび１２－１３Ａの導波管１０３２ａ、１０３２ｂ、１０３２ｃ）を含むと理解され得、それぞれ、単一原色の光をユーザの眼に中継するように構成されてもよい。
【0284】
いくつかの実施形態では、可変焦点レンズ要素１５３０、１５４０が、導波管構造１０３２の両側上に配置されてもよい。可変焦点レンズ要素１５３０、１５４０は、眼２１０への導波管構造１０３２からの画像光の経路内と、また、周囲環境から導波管構造１００３ ２を通して眼２１０への光の経路内とにあってもよい。可変焦点光学要素１５３０は、導波管構造１０３２によって眼２１０に出力される画像光の波面発散を変調させ得る。可変焦点光学要素１５３０は、世界の眼２１０のビューを歪曲させ得る、屈折力を有し得ることを理解されたい。その結果、いくつかの実施形態では、第２の可変焦点光学要素１５４０が、導波管構造１０３２の世界側上に提供されてもよい。第２の可変焦点光学要素１５４０は、可変焦点レンズ要素１５３０、１５４０および導波管構造１０３２の正味屈折力が実質的にゼロであるように、可変焦点光学要素１５３０のものと反対の（または導波管構造１０３２が屈折力を有する場合、光学要素１５３０および導波管構造１０３２の正味屈折力と反対の）屈折力を提供し得る。
【0285】
好ましくは、可変焦点レンズ要素１５３０、１５４０の屈折力は、例えば、電気信号をそこに印加することによって、動的に改変されてもよい。いくつかの実施形態では、可変焦点レンズ要素１５３０、１５４０は、動的レンズ（例えば、液晶レンズ、電気活性レンズ、可動要素を伴う従来の屈折レンズ、機械的変形ベースのレンズ、エレクトロウェッティングレンズ、エラストマレンズ、または異なる屈折率を伴う複数の流体）等の透過性光学要素を備えてもよい。可変焦点レンズ要素の形状、屈折率、または他の特性を改変することによって、入射光の波面が、変化されてもよい。いくつかの実施形態では、可変焦点レンズ要素１５３０、１５４０は、２つの基板間に狭入される、液晶の層を備えてもよい。基板は、ガラス、プラスチック、アクリル等の光学的に透過性の材料を備えてもよい。
【0286】
いくつかの実施形態では、仮想コンテンツを異なる深度平面上に設置するために、可変量の波面発散を提供することに加えて、または代替として、可変焦点レンズ要素１５３０、１５４０および導波管構造１０３２は、有利なこととして、補正レンズのためのユーザの処方箋屈折力に等しい、正味屈折力を提供してもよい。したがって、接眼レンズ１０２０は、近視、遠視、老眼、および非点収差を含む、屈折誤差を補正するために使用される、レンズのための代用品としての役割を果たし得る。補正レンズのための代用品としての可変焦点レンズ要素の使用に関するさらなる詳細は、２０１７年４月６日に出願された、米国特許出願第１５／４８１，２５５号（開示全体は、その参照することによって本明細書に組み込まれる）に見出され得る。
【0287】
ここで図３１Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、接眼レンズ１０２０は、可変ではなく、静的レンズ要素を含んでもよい。図３１Ｂと同様に、導波管構造１０３２は、単一導波管（例えば、異なる色の光を中継し得る）または複数の導波管（例えば、それぞれ、単一原色の光を中継し得る）を含んでもよい。同様に、導波管構造１０３４は、単一導波管（例えば、異なる色の光を中継し得る）または複数の導波管（例えば、それぞれ、単一原色の光を中継し得る）を含んでもよい。導波管構造１０３２、１０３４の一方または両方は、屈折力を有してもよく、特定の波面発散の量を伴う、光を出力してもよい、または、単に、コリメートされた光を出力してもよい。
【0288】
図３１Ｂを継続して参照すると、接眼レンズ１０２０は、いくつかの実施形態では、静的レンズ要素１５３２、１５３４、１５４２を含んでもよい。これらのレンズ要素はそれぞれ、周囲環境から導波管構造１０３２、１０３４を通して眼２１０の中への光の経路内に配置される。加えて、レンズ要素１５３２は、導波管構造１００３ ２と眼２１０との間にある。レンズ要素１５３２は、導波管構造１０３２によって眼２１０に出力される光の波面発散を修正する。
【0289】
レンズ要素１５３４は、導波管構造１０３４によって眼２１０に出力される光の波面発散を修正する。導波管構造１０３４からの光はまた、レンズ要素１５３２を通して通過することを理解されたい。したがって、導波管構造１０３４によって出力される光の波面発散は、レンズ要素１５３４およびレンズ要素１５３２（および導波管構造１００３ ２が屈折力を有する場合、導波管構造１０３２）の両方によって修正される。いくつかの実施形態では、レンズ要素１５３２、１５３４および導波管構造１０３２は、導波管構造１０３４から出力される光のための特定の正味屈折力を提供する。
【0290】
図示される実施形態は、２つの異なるレベルの波面発散を提供し、１つは、導波管構造１０３２から出力される光のためのものであって、２つ目は、導波管構造１０３４によって出力される光のためのものである。結果として、仮想オブジェクトは、異なるレベルの波面発散に対応する、２つの異なる深度平面上に設置され得る。いくつかの実施形態では、付加的レベルの波面発散、したがって、付加的深度平面が、付加的レンズ要素を付加的導波管構造と眼２１０との間に伴って、付加的導波管構造をレンズ要素１５３２と眼２１０との間に追加することによって提供されてもよい。さらなるレベルの波面発散は、さらなる導波管構造およびレンズ要素を追加することによって、同様に追加されてもよい。
【0291】
図３１Ｂを継続して参照すると、レンズ要素１５３２、１５３４および導波管構造１０３２、１０３４は、世界のユーザビューを歪曲させ得る、正味屈折力を提供することを理解されたい。結果として、レンズ要素１５４２が、周囲光の屈折力および歪曲に対抗するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、レンズ要素１５４２の屈折力は、レンズ要素１５３２、１５３４および導波管構造１０３２、１０３４によって提供される集約屈折力を無効にするために設定される。いくつかの他の実施形態では、レンズ要素１５４２、レンズ要素１５３２、１５３４、および導波管構造１０３２、１０３４の正味屈折力は、補正レンズのためのユーザの処方箋屈折力に等しい。
（運動から画像描画までの短待ち時間を伴う、ディスプレイシステム）
（運動から画像描画までの短待ち時間を伴う、ディスプレイシステム）
【0292】
本明細書に説明されるように、ＬＣｏＳは、ディスプレイシステム内で空間光変調器として利用されてもよい。実施例として、例えば、ＬＣｏＳの液晶の配向を変化させるために必要とされる時間に起因して、ＬＣｏＳは、比較的に低い最大リフレッシュレートに限定され得る。上記に説明されるように、本最大リフレッシュレートは、ある場合には、約３３０Ｈｚであり得る。したがって、本明細書に説明されるように、本最大リフレッシュレートは、望ましくない可視ディスプレイアーチファクトを生じさせ得る。
【0293】
実施例として、運動から画像描画までの待ち時間に関して、仮想コンテンツは、それが実世界内に設置されているように知覚されるように構成され得る。ディスプレイシステムは、１つ以上の配向センサ（例えば、慣性測定ユニット（ＩＭＵ））によって生成された情報を使用して、少なくとも部分的に、ユーザと関連付けられる頭部姿勢を決定し得る。頭部姿勢は、３次元空間内のユーザの頭部の配向を知らせ得る。本頭部姿勢は、したがって、仮想コンテンツの生成を知らせ得る。例えば、ユーザが、軸を中心として、その頭部を回転させるにつれて、仮想コンテンツは、仮想コンテンツが移動するように現れないように、適宜、調節されるべきである。上記に説明されるように、運動から画像描画までの待ち時間は、ユーザの姿勢が決定された時間から、移動に基づいて調節される仮想コンテンツを形成する光がユーザの眼に出力されるまでの時間を示し得る。最大リフレッシュレートは、したがって、本時間が低減され得る、範囲を限定し得る。したがって、ユーザが、その頭部を移動させるにつれて、運動から画像描画までの待ち時間は、知覚可能となり得る。
【0294】
別の実施例として、ユーザによって知覚されるような提示される仮想コンテンツと関連付けられる、明白なモーションブラーが存在し得る。上記に説明されるように、提示される仮想コンテンツの残光性は、モーションブラーに関連し得ると理解され得る。残光性は、仮想コンテンツのフレームが、出力フレームの開始から出力されている後続フレームまで、ユーザに出力されている、時間を示し得る。本明細書で利用されるように、デューティサイクルは、バックライト（例えば、ＬＥＤ）が光を出力する、パーセンテージ時間を示し得る。したがって、デューティサイクルは、仮想コンテンツの提示と関連付けられる、残光性およびフレームレートに基づき得る。例えば、デューティサイクルは、フレーム毎に時間によって除算される、残光性に実質的に類似し得る。残光性を増加させることは、例えば、デューティサイクルが対応して増加するため、知覚される明度を増加させ得る。しかしながら、残光性を増加させることは、モーションブラーを増加させるという有害な影響を有し得る。したがって、残光性を減少させることが有利であり得る。しかしながら、ＬＣｏＳパネルを用いると、明度の低減は、提示される仮想コンテンツを不自然なものにレンダリングし得る。
【0295】
本明細書に説明されるものは、少なくとも、上記に説明される例示的問題を克服する、ディスプレイシステムの実施例である。本明細書の例示的実施形態では、ディスプレイシステムは、議論を容易にするために、マイクロＬＥＤを利用するものとして説明される。上記に説明されるように、マイクロＬＥＤは、高速（例えば、２，０００Ｈｚ、２，５００Ｈｚ等）で切替（例えば、オンおよびオフ）が可能であり得る。加えて、マイクロＬＥＤは、発光型であってもよい。いくつかの実施形態では、仮想コンテンツフレームの各ピクセルは、別個にアドレス指定可能であってもよい。したがって、マイクロＬＥＤは、ＬＣｏＳパネルに取って代わり得る。マイクロＬＥＤが、いくつかの特定の実施形態に説明されるが、付加的ディスプレイ技術が、活用されてもよいことを理解されたい。例えば、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）技術等のデジタル光処理（ＤＬＰ）ディスプレイが、随意に、利用されてもよい。いくつかの実施形態では、空間光変調器は、本明細書に議論されるように、ＯＬＥＤアレイ等のＤＬＰパネルであってもよい。
【0296】
図３２は、いくつかの実施形態による、例示的空間光変調器３２００のブロック図を図示する。空間光変調器３２００は、本明細書に開示されるように、空間的に変調された光を提供するための光学要素と、例えば、光学要素を動作させるため、および種々の他の処理のための、電子機器とを含んでもよいことを理解されたい。空間光変調器３２００は、例えば、ユーザの頭部上に装着されるディスプレイシステム（例えば、ディスプレイユニット７０、図９Ｅ）の一部として、ディスプレイシステム（例えば、ディスプレイシステム６０、図９Ｅ）内に含まれてもよい。いくつかの実施形態では、空間光変調器３２００は、ピクセルのアレイを備える、パネルの形態をとってもよい。図示されるように、空間光変調器３２００は、好ましくは、配向センサ３２０２（例えば、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）、眼追跡カメラ、および同等物）と、ワーピングエンジン３２０４と、パネル上制御論理３２０６とを含む。例えば、これらの種々の要素は、共通基板、例えば、共通回路基板または電気相互接続を伴う他の支持体を共有してもよい。配向センサ３２０２、ワーピングエンジン３２０４、およびパネル上制御論理３２０６は、下記にさらに詳細に説明されるであろうが、しかしながら、これらの要素のうちの１つ以上のものは、いくつかの実施形態では、空間光変調器３２００と物理的に別個であってもよいことを理解されたい。例えば、要素は、ディスプレイシステムの他の部分内に含まれてもよい。本実施例では、要素は、１つ以上の接続を介して、変調器３２００と通信してもよい。
【0297】
図３２を継続して参照すると、ローカル処理およびデータモジュール１４０（図９Ｅ）は、ディスプレイユニットを介した提示のために、レンダリングされるコンテンツ３２２２を生成してもよい。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、グラフィック処理ユニット、中央処理ユニット等の処理要素を含んでもよい。例えば、グラフィック処理ユニット３２２０を使用して、ローカル処理およびデータモジュール１４０は、ユーザへの提示のために、仮想コンテンツのレンダリングされるフレームを生成してもよい。図示されるように、ユーザの眼３２１０は、仮想コンテンツに対応する画像情報でエンコーディングされた、空間的に変調された光３２１２を受け取る。空間的に変調された光３２１２は、空間光変調器３２００の動作に基づいて提供される。図示されないが、光３２１２は、１つ以上の光学要素（例えば、コンバイナ、コリメート光学系、焦点操作光学系等）を通して、眼３２１０にルーティングされてもよいことを理解されたい。加えて、発光型ディスプレイ技術が、マイクロＬＥＤ等の空間的に変調された光３２１２を生成するために利用されてもよい。
【0298】
ローカル処理およびデータモジュール１４０は、ディスプレイユニットと別個であって、データリンク１３０を介して、ディスプレイユニットと通信してもよい。実施例として、データリンク１３０は、変調器３２００とモジュール１４０との間の物理的接続（例えば、１つ以上のケーブルを介して）を表し得る。別の実施例として、データリンク１３０は、例えば、ＷｉＦｉ（例えば、８０２．１１ａｄ、８０２．１１ａｙ）等を介して提供される、無線接続であってもよい。
【0299】
したがって、空間光変調器３２００およびローカル処理およびデータモジュール１４０は、データリンク１３０を利用して、情報を相互の間でルーティングしてもよい。例えば、空間光変調器３２００は、配向情報３２０８をローカル処理およびデータモジュール１４０に提供してもよい。配向情報３２０８は、慣性測定ユニット３２０２、眼追跡カメラ、および同等物に基づいて、生成されてもよい。上記に説明されるように、配向情報３２０８は、ディスプレイユニットと関連付けられる頭部姿勢、ユーザの眼視線、および同等物を知らせ得る。実施例として、配向情報３２０８は、１つ以上の軸を中心とした平行移動または回転を決定するために利用されてもよい。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、本配向情報３２０８を利用して、仮想コンテンツを生成してもよい。
【0300】
例えば、グラフィック処理ユニット３２２０は、ユーザの仮想または実世界環境内での提示のために、仮想コンテンツを生成してもよい。仮想コンテンツは、ユーザに対する特定の設置のために構成されてもよく、グラフィック処理ユニット３２２０は、ユーザの頭部姿勢に基づいて、各フレームをレンダリングしてもよい。グラフィック処理ユニット３２２０は、コンテンツ３２２２を特定のフレームレート（例えば、６０Ｈｚ、３３０Ｈｚ）または最大の特定のフレームレートでレンダリングしてもよいことを理解されたい。特定のフレームレートは、例えば、ディスプレイシステムの電力使用量、熱生成等に関する制約に基づいてもよい。加えて、レンダリングされるコンテンツ３２２２は、例えば、現実的照明、陰影、ポリゴン等を用いて、高品質でレンダリングされてもよい。特定のフレームレートは、高品質仮想コンテンツのレンダリングと上記に示される制約を平衡させるように選択されてもよい。したがって、グラフィック処理ユニット３２２０は、受信された配向情報３２０８を利用して、周期的に、レンダリングされるコンテンツ３２２２を生成してもよい。レンダリングされるコンテンツ３２２２は、次いで、データリンク１３０を介して、空間光変調器３２００に提供されてもよい。
【0301】
上記に説明されるように、運動から画像描画までの待ち時間は、ユーザの特定の配向または姿勢が決定された（例えば、配向センサ３２０２を介して）時間から、検出された移動を組み込む、仮想コンテンツを形成する光３２１２が、ユーザの眼３２１０に提示されるまでの時間を示し得る。グラフィック処理ユニット３２２０は、レンダリングされるコンテンツ３２２２を上記に説明される特定のフレームレートで出力し得るため、運動から画像描画までの待ち時間は、ユーザに顕著となり得る。６０Ｈｚで提供されているレンダリングされるコンテンツ３２２２の実施例に関して、運動から画像描画までの待ち時間は、１６ミリ秒またはそれを上回り得る。
【0302】
上記の実施例によると、レンダリングされるコンテンツ３２２２のフレームが、眼３２１０に提供された後、ユーザの眼３２１０は、したがって、１６ｍｓにわたって、後続フレームを受信し得ない。理解されるであろうように、ユーザは、後続フレームの受信に先立って、１つ以上の軸を中心として、その身体を移動させている場合がある。例えば、ユーザは、その頭部を回転させている、仮想コンテンツにより近いている、またはそこからより離れている等の場合がある。したがって、より最近の配向情報を組み込むために、例示的フレームは、２回またはそれを上回って、眼３２１０に提示されてもよい。各提示は、更新された配向情報に基づいて変動し得る。上記に説明されるように、レンダリングされるコンテンツ３２２２は、データリンク１３０を介して、グラフィック処理ユニット３２２０から、あるレンダリングフレームレート（例えば、６０Ｈｚ、３３０Ｈｚ）で提示されてもよい。各レンダリングされるフレームは、１回またはそれを上回って、配向情報に基づいて調節されてもよい。各レンダリングされるフレーム内に含まれる同一画像情報は、したがって、２回またはそれを上回って、ユーザの眼３２１０に出力されてもよい。
【0303】
本明細書に議論されるように、ユーザ姿勢の変化が存在する場合、姿勢のその変化のタイミングと関連付けられる、レンダリングされるコンテンツ３２２２の各レンダリングされるフレームは、配向センサ３２０２によって生成された更新された配向情報に従って、ワーピングされてもよい。配向センサ３２０２は、閾値周波数（例えば、２，０００Ｈｚ、３，０００Ｈｚ、５，０００Ｈｚ等）を上回って、更新された配向情報を生成してもよい。図示される実施例では、ワーピングエンジン３２０４が、空間光変調器３２００内に含まれる。本ワーピングエンジン３２０４は、ワーピングプロセスを受信されたレンダリングされるフレーム上で実施する、処理要素を表し得る。例えば、ワーピングエンジン３２０４は、ワーピングプロセスを実施するように設計される、ハードウェアＡＳＩＣまたはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）であってもよい。別の実施例として、ワーピングエンジン３２０４は、空間光変調器３２００の一部を形成する、１つ以上のプロセッサ上で実行される、ソフトウェアを表し得る。ワーピングエンジン３２０４は、したがって、配向センサ３２０２から受信された情報に基づいて、レンダリングされるフレームを更新することによって、ワーピングされたフレームを生成してもよい。ワーピングエンジン３２０４は、次いで、ワーピングされたフレームをあるワーピングフレームレートで出力してもよい。例えば、ワーピングフレームレートは、レンダリングフレームレート（例えば、６４０Ｈｚ、６６６Ｈｚ、１，０００Ｈｚ、２，０００Ｈｚ等）より実質的に高くてもよい。
【0304】
有利なこととして、ワーピングエンジン３２０４は、本明細書に説明されるディスプレイ技術と関連付けられる、パネル上制御論理３２０６に近接して位置付けられてもよい。実施例として、パネル上制御論理３２０６は、特定のマイクロＬＥＤをアドレス指定し、アドレス指定されるマイクロＬＥＤに、光３２１２を出力させてもよい。ワーピングエンジン３２０４の本設置は、ワーピングエンジン３２０４をローカル処理およびデータモジュール１４０に設置することと比較して、種々の利点を提供し得る。
【0305】
例えば、ローカル処理およびデータモジュール１４０におけるワーピングエンジン３２０４を伴う、そのようなスキームでは、ローカル処理およびデータモジュール１４０は、レンダリングされるコンテンツ３２２２をレンダリングフレームレートより実質的に高く出力する必要があり得る。したがって、データリンク１３０は、モジュール１４０と空間光変調器３２００との間の帯域幅の対応する増加を要求し得る。帯域幅の本増加は、モジュール１４０の柔軟性を限定し得る。例えば、ディスプレイシステム（例えば、ディスプレイシステム６０）は、より多くの電力を利用し得る。増加された帯域幅は、データリンク１３０を要求される速さに維持するために、ディスプレイシステムによって消耗される電力も同様に増加させ得る。実際、ローカル処理およびデータモジュール１４０およびディスプレイユニットを接続するケーブル自体も、給電されることが要求され得る。このように、そのような設置は、ディスプレイシステムのバッテリ寿命を低減させ得る。同様に、そのような設置は、増加されたバッテリサイズを要求し得、これは、重量、コスト等をディスプレイシステムに追加し得る。
【0306】
ワーピングエンジン３２０４を空間光変調器３２００の一部として含むことはまた、ローカル処理およびデータモジュール１４０をディスプレイユニットの物理的により近くに位置させることに優る利点を提供する。望ましくないことに、これは、本明細書に説明されるディスプレイユニットの可用性を低減させ得る。実施例として、ローカル処理およびデータモジュール１４０は、ディスプレイユニット７０（図９Ｅ）自体上に設置され得る。これは、重量、バルク等をユーザの頭部上に装着される部品に追加し得る。別の実施例として、ローカル処理およびデータモジュール１４０およびディスプレイユニットを接続するケーブルは、より厚くあることが要求され得る。加えて、ケーブルは、ディスプレイユニットが端部-ユーザにあまり使い勝手がよくない状態にあり得るほど、より脆弱であ
り得る。
り得る。
【0307】
ワーピングエンジン３２０４は、上記に説明されるように、随意に、ハードウェアＡＳＩＣであってもよいため、ワーピングエンジン３２０４は、閾値を下回る、熱設計電力（ＴＤＰ）を有してもよい。ディスプレイユニット内のワーピングエンジン３２０４の設置は、したがって、熱、ファンの要件、または増加されたファン等に起因して、ディスプレイユニットの可用性の減少を回避し得る。したがって、設置は、有利なこととして、本明細書に説明される問題に対処し得る一方、運動から画像描画までの待ち時間の実質的短縮を有効にする。
【0308】
本明細書に説明されるように、ワーピングエンジン３２０４は、ディスプレイユニット７０（図９Ｅ）の接眼レンズ２７０を介した出力のために、ワーピングされたフレームを生成してもよい。いくつかの実施形態では、ワーピングエンジン３２０４は、完全画像フレームを生成してもよい。例えば、完全画像フレームは、レンダリングされるコンテンツ３２２２のレンダリングされるフレームと関連付けられる、ワーピングされた画像情報を含んでもよい。これらの完全画像フレームは、次いで、空間光変調器３２００によって、完全画像フレームをユーザの眼３２１０内に形成する、光３２１０を出力するために利用されてもよい。いくつかの実施形態では、ワーピングエンジン３２０４は、代わりに、レンダリングされるコンテンツ３２２２のレンダリングされるフレームに行われるための調節を示す、情報を生成してもよい。例示的調節は、レンダリングされるフレーム内でピクセルに行われるための偏移を含んでもよい。図３３Ａ－３３Ｂに関して下記に説明されるように、パネル上制御論理は、したがって、調節を実装してもよい。このように、ワーピングエンジン３２０４とパネル上制御論理３２０６との間で要求される帯域幅は、低減され得る。
【0309】
図３３Ａは、いくつかの実施形態による、別の例示的空間光変調器３３０２のブロック図を図示する。本実施例では、ディスプレイユニット３３００は、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）等の配向センサ３２０２を含み、さらに、空間光変調器３３０２を含む。図３２に説明されるように、空間光変調器３３０２は、パネル上制御論理３２０６を含んでもよく、これは、例示的ワーピングプロセスを実施する、ワーピングエンジン３２０４を含む。空間光変調器３３０２は、ワーピングエンジン３２０４を使用して、レンダリングされるコンテンツ３２２２の受信されたレンダリングされるフレームをワーピングさせてもよい。空間光変調器３３０２は、次いで、マイクロＬＥＤ等のディスプレイ要素を制御し、直接、ワーピングされたフレームを形成する、光３２１２を出力してもよい。
【0310】
本実施例では、パネル上制御論理３２０６は、レンダリングされるコンテンツ３２２２の、ローカル処理およびデータモジュール１４０から現在受信されているレンダリングされるフレームを記憶してもよい。上記に説明されるように、ローカル処理およびデータモジュール１４０は、レンダリングされるコンテンツ３２２２のレンダリングされるフレームを６０Ｈｚ、３３０Ｈｚ等で生成してもよい。したがって、パネル上制御論理３２０６は、現在のレンダリングされるフレームを、約１６ｍｓ、８．３３ｍｓ等にわたって記憶してもよい。パネル上制御論理３２０６は、ディスプレイユニット３３００の配向情報に関する周期的更新を配向センサ３２０２から受信してもよい。上記に説明されるように、配向情報は、現在のレンダリングされるフレームをワーピングさせるために利用されてもよい。
【0311】
例えば、パネル上制御論理は、ワーピングエンジン３２０４を含んでもよい。ワーピングエンジン３２０４は、配向センサ３２０２からの情報を利用して、現在のレンダリングされるフレームのピクセルを調節するために十分な情報を生成してもよい。本生成された情報は、偏移されたピクセル値を反映させてもよい。生成された情報はまた、現在のレンダリングされるフレームのピクセルに適用されるための１つ以上の変換を反映させてもよい。いくつかの実施形態では、生成された情報は、特定のピクセルまたはピクセルのグループ（例えば、現在のレンダリングされるフレームのサブ領域等に従って参照される）に行われるための偏移または調節を示す、テーブルを備えてもよい。
【0312】
パネル上制御論理３２０６は、ワーピングエンジン３２０４によって生成された情報を利用して、上記に説明される現在のレンダリングされるフレームを操作してもよい。実施例として、配向センサから受信された１つ以上の周期的更新に関して、ワーピングエンジン３２０４は、調節情報を生成してもよい。パネル上制御論理３２０６は、次いで、適宜、現在のレンダリングされるフレームをワーピングさせてもよい。このように、パネル上制御論理は、多数のワーピングされたフレームを生成してもよい。
【0313】
図３３Ｂは、例示的空間光変調器３３０２の別のブロック図を図示する。本実施例では、ディスプレイユニット３３００は、視線予測器３３０４を含む。視線予測器３３０４は、ユーザの眼を監視する、１つ以上のカメラからの情報を受信してもよい。カメラは、眼の周期的画像を取得し、コンピュータビジョンまたは機械学習ベースの技法を利用して、眼の瞳孔と関連付けられる、配向を決定してもよい。配向を利用して、視線予測器３３０４は、ユーザの視線と関連付けられる、３次元固視点を決定してもよい。３次元固視点は、瞳孔から延在する、３次元の空間ベクトル内の交点を表し得る。視線予測器３３０４は、したがって、ユーザの視線を監視してもよい。
【0314】
ワーピングエンジン３２０４は、視線予測器３３０４から受信された情報（例えば、決定された視線）を使用して、レンダリングされるコンテンツ３２２２のワーピングを知らせてもよい。例えば、ワーピングエンジン３２０４は、視線予測器３３０４および慣性測定ユニット３２０２を個別の信号として利用してもよい。これらの信号は、例えば、１つ以上の記憶されるモデルに従って、集約されてもよい。視線を決定することは、ユーザの視線の変化が、そこからユーザが仮想コンテンツを視認し得る、目線を変化させ得、したがって、レンダリングされるコンテンツ３２２２の所望のワーピングを変化させ得るため、レンダリングされるコンテンツアイテム３２２２のワーピングに関する増加された正確度を提供し得る。
【0315】
図３４Ａは、いくつかの実施形態による、空間光変調器のピクセルを更新するための例示的スキームの略図を図示する。上記に説明されるように、空間光変調器は、例えば、空間光変調器を横断して異なる場所またはピクセルにおけるその光の強度を変化させることによって、ユーザに出力される光を変調させてもよい。結果として、仮想コンテンツの画像が、ユーザに出力され得る。本明細書に説明されるように、そのような光を生成するための例示的ディスプレイ技術は、マイクロＬＥＤを含んでもよい。マイクロＬＥＤは、高速で切替可能であり得ることを理解されたい。例えば、マイクロＬＥＤは、２，０００Ｈｚまたはそれを上回って、リフレッシュされることが可能であり得る。下記に説明されるであろうように、空間光変調器は、本高速を活用して、光をユーザに出力する、異なるスキームを利用してもよい。
【0316】
いくつかの実施形態では、仮想コンテンツのフレームの各ピクセルは、１つ以上のマイクロＬＥＤと関連付けられてもよい。実施例として、複数のマイクロＬＥＤ、例えば、ピクセル毎に３つのマイクロＬＥＤ（例えば、赤色、緑色、青色）が存在してもよい。フレームを形成する、光を生成するために、空間光変調器（例えば、パネル上制御論理３２０６）は、情報を各ピクセルと関連付けられるマイクロＬＥＤに提供してもよい。提供される情報は、各マイクロＬＥＤの明度、各マイクロＬＥＤがオンにされる持続時間等のうちの１つ以上のものを制御するために利用されてもよい。いくつかの実施形態では、空間光変調器は、各ピクセルおよびその関連付けられるマイクロＬＥＤを別個にアドレス指定してもよい。
【0317】
図３４Ａを継続して参照すると、パネル上制御論理３２０６は、大域的更新３４０２を空間光変調器のピクセルのアレイに提供するものとして図示される。上記に説明されるように、パネル上制御論理３２０６は、光を出力し、レンダリングされるフレームのピクセルを形成する、マイクロＬＥＤを別個にアドレス指定してもよい。したがって、本実施例では、パネル上制御論理３２０６は、仮想コンテンツのフレームのピクセルを形成する、マイクロＬＥＤが、レンダリングされるフレームに基づいて大域的に更新されるようにトリガしてもよい。大域的更新は、同時に、空間光変調器のピクセルのそれぞれを更新してもよい。更新は、例えば、マイクロＬＥＤによって放出される光の強度および／または本光放出の持続時間を変化させてもよい。本更新は、２，０００Ｈｚ等の特定のリフレッシュレートで実施されてもよい。いくつかの実施形態では、各ピクセルは、複数のマイクロＬＥＤ、例えば、３つのマイクロＬＥＤと関連付けられてもよい。したがって、各ピクセルは、２，０００Ｈｚで大域的に更新されてもよく、結果として生じる仮想コンテンツは、マイクロＬＥＤの数によって除算される、大域的更新レートで提示されてもよい。３つのマイクロＬＥＤが存在する場合、仮想コンテンツは、６６６Ｈｚのリフレッシュレートで効果的に更新される。いくつかの実施形態では、更新は、仮想コンテンツと関連付けられるピクセルにのみ適用されてもよく、仮想コンテンツと関連付けられない、ピクセルをスキップしてもよい。例えば、仮想コンテンツは、フレーム全体を占有していない場合があることを理解されたい。いくつかの実施形態では、仮想コンテンツを提供する、ピクセルアレイ内のピクセルのみが、更新される。
【0318】
有利なこととして、大域的更新３４０２を実施することは、ユーザへの仮想コンテンツの提示と関連付けられる、視覚的アーチファクトを限定し得る。図３４Ｂに関して下記に説明されるであろうように、いくつかの実施形態では、パネル上制御論理３２０６は、走査更新を実施させ得る。そのような走査更新では、マイクロＬＥＤは、順次、更新され得る。本更新は、可視走査アーチファクトを導入し得、これは、提示される仮想コンテンツの視覚的忠実性または視認快適性を減少させ得る。図３４Ａの実施例では、大域的更新３４０２は、これらの走査アーチファクトを回避し得る。
【0319】
大域的更新３４０２は、そのようなアーチファクトを回避し得るが、パネル上制御論理３２０６と通信するために要求される帯域幅は、いくつかの実施形態では、実質的となり得る。例えば、図３２－３３Ｂに説明されるように、パネル上制御論理３２０６は、仮想コンテンツのワーピングされたフレームをあるワーピングフレームレート（例えば、６６６Ｈｚ、２，０００Ｈｚ等）で提示し得る。したがって、パネル上制御論理３２０６は、ワーピングフレームレートによって乗算される、各フレーム内の画像情報と同等の帯域幅を要求し得る。本大帯域幅は、望ましくないことに、大量の電力を利用し得る。いくつかの実施形態では、パネル上制御論理３２０６は、図３４Ｂに示される走査更新を利用して、システムリソースの利用を低減させてもよい。
【0320】
図３３Ａ－３３Ｂに関して議論されるように、パネル上制御論理３２０６はまた、レンダリングされるコンテンツのフレームをワーピングさせるための機能性を含んでもよい。例えば、パネル上制御論理３２０６は、上記に説明されるように、レンダリングされるコンテンツのフレームを受信してもよい（例えば、ローカル処理およびデータモジュール１４０から）。パネル上制御論理３２０６は、次いで、ユーザ姿勢に関する更新を、少なくとも、配向センサから受信してもよい。これらの更新を使用して、パネル上制御論理３２０６は、レンダリングされるコンテンツの後続フレームの受信前に、受信されたレンダリングされるフレームを、閾値回数、ワーピングさせてもよい。レンダリングされるコンテンツを、ワーピングされたフレームが生成されるレートと同等のレードで提供することに関して、ワーピングは、帯域幅に関するより低い要件をパネル上制御論理３２０６に提供する。いくつかの実施形態では、帯域幅は、レンダリングフレームレート（例えば、６０Ｈｚ、３３０Ｈｚ）によって乗算される、コンテンツのレンダリングされるフレーム内に含まれる画像情報に類似し得る。
【0321】
マイクロＬＥＤの高速切替能力に起因して、マイクロＬＥＤの残光性３４０６は、短くなり得る（例えば、０．４ｍｓ、０．５ｍｓ、または０．６ｍｓ）。図３４Ａに図示されるように、マイクロＬＥＤ３４０４は、迅速にオンになり（例えば、ＬＥＤ立ち上がり時間３４０８）、残光性３４０６のためにオンであって、次いで、迅速にオフになってもよい（例えば、ＬＥＤ立ち下がり時間３４１０）。上記に説明されるように、残光性３４０６は、仮想コンテンツのフレームを提示するとき、ピクセルがオンである時間を表し得る。ユーザは、仮想コンテンツのフレームを高速レート（例えば、２，０００Ｈｚ等におけるワーピングフレームレート）で受信するため、残光性３４０６は、短くなり得る。
【0322】
有利なこととして、低残光性３４０６に起因して、本明細書に説明される技法は、仮想コンテンツの視認と関連付けられる、モーションブラーを低減させ得る。残光性の増加は、モーションブラーにおける対応する増加を生じさせ得ることを理解されたい。以前の技法は、ＬＣｏＳパネルに関して等、モーションブラーに対抗するために、残光性の低減を利用していた。しかしながら、残光性を低減させることはまた、パネルのデューティサイクルを低減させ得る。本低減されたデューティサイクルに起因して、ユーザによって知覚される明度は、望ましくないことに、低減されるであろう。
【0323】
対照的に、本明細書に説明されるマイクロＬＥＤは、高デューティサイクルを維持しながら、低残光性を有し得る。図３３Ａの実施例では、残光性は、約０．５ミリ秒であり得、デューティサイクルは、９９％であり得る。したがって、ユーザは、有利なこととして、明るいと知覚される、仮想コンテンツを提示され得る。加えて、高デューティサイクルは、電力の明度への望ましい効率的変換を提供する。
【0324】
図３４Ｂは、いくつかの実施形態による、空間光変調器のピクセルを更新するための付加的例示的スキームの略図を図示する。これらの実施例では、パネル上制御論理３２０６は、順次走査更新３４２０を介して、パネル３４２２のピクセルを更新してもよい。パネル３４２２は、ピクセルのアレイを備える、空間光変調器であってもよいことを理解されたい。パネル３４２２は、パネル上制御論理３２０６を介して制御されてもよく、パネルのピクセルは、いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤを備えてもよい。
【0325】
図示される実施例では、２つのタイプの走査更新が、提示される。走査更新３４２４に関して、パネル上制御論理３２０６は、パネル３４２２の単一ピクセルを順次更新させてもよい。実施例として、パネル上制御論理３２０６は、パネル３４２２の左上におけるピクセル（例えば、図示されるように）を更新させてもよい。論理３２０６は、次いで、隣接するピクセル（例えば、同一行内等の右）を更新させてもよい。論理３２０６は、したがって、行を横断して走査し、次いで、次の行に降下してもよい。随意に、パネル上制御論理３２０６は、仮想コンテンツと関連付けられない、ピクセルをスキップしてもよい。例えば、仮想コンテンツは、フレーム全体を占有しない場合があることを理解されたい。いくつかの実施形態では、仮想コンテンツは、仮想コンテンツに対応するピクセルである、パネル３４２２のピクセルアレイ内のあるピクセルのみが、利用および更新されるように疎らであってもよい。
【0326】
随意に、走査更新３４２４に関して、パネル上制御論理３２０６は、仮想コンテンツのフレームと関連付けられる中心窩化領域に基づいて、走査してもよい。例えば、ディスプレイシステムは、ユーザが固視している、固視点を決定してもよい。本固視点の閾値角距離内に該当する仮想コンテンツは、ユーザの中心窩上に該当すると識別され得る。ユーザは、中心窩上に該当するコンテンツに関して高視力を有し得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムは、中心窩上に該当する本コンテンツのためのピクセルを優先的に更新するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、中心窩上に該当するコンテンツのためのピクセルは、網膜の周辺領域上に該当するコンテンツのためのピクセルより高いレートで更新されてもよい。いくつかの他の実施形態では、中心窩上に形成されるピクセルのみが、更新される。いくつかの実施形態では、パネル上制御論理３２０６は、中心窩化領域内に含まれるピクセルにおいて走査を開始してもよい。例えば、論理３２０６は、中心窩化領域の左上ピクセルにおいて走査を開始してもよい。
【0327】
走査更新Ｂ３４２６に関して、パネル上制御論理３２０６は、順次更新をパネル３４２２の異なる場所において同時に生じさせてもよい。例えば、パネル上制御論理３２０６は、多重波においてパネルを更新してもよい。本専門用語では、単一波は、したがって、走査更新Ａを表し得、走査更新Ｂは、走査更新Ａの複数の同時インスタンスを有する。図示されるように、パネル上制御論理３２０６は、１０個の波において、パネル３４２２を更新する。本数未満またはそれ上回る波も、いくつかの実施形態では、利用されてもよいことを理解されたい。パネル上制御論理３２０６は、随意に、パネル３４２２の各ピクセルを特定の波に割り当ててもよい。パネル上制御論理３２０６は、次いで、順次、同一波に割り当てられるピクセルを更新してもよい。図示されるように、波は、並行して更新されてもよい。複数の波に起因して、走査更新Ｂは、走査更新Ａと比較して、あまり明白ではない走査アーチファクトを生じさせ得る。
【0328】
中心窩化領域に関する上記の議論と同様に、パネル上制御論理３２０６は、中心窩化領域内におけるその含有に基づいて、各波に割り当てられるあるピクセルを更新させてもよい。随意に、パネル上制御論理３２０６は、ピクセルを波に迅速に割り当て、かつそこから割当解除してもよい。例えば、パネル上制御論理３２０６は、中心窩化領域内の波の数を増加させてもよい。したがって、中心窩化領域内のピクセルが、第１の数の波に割り当てられる場合、論理３２０６は、これを第２のより多い数の波に増加させてもよい。したがって、中心窩化領域内のピクセルは、より迅速に更新され得る。いくつかの実施形態では、中心窩上に該当するコンテンツのためのピクセルは、網膜の周辺領域上に該当するコンテンツのためのピクセルより高いレートで更新されてもよい。いくつかの他の実施形態では、中心窩上に形成されるピクセルのみが、波において更新される。
【0329】
本明細書に説明される走査更新３４２０では、パネル上制御論理３２０６は、特定の走査率で走査してもよい。本特定の走査率は、実施例として、上記に説明される最大リフレッシュレートより高くてもよい。実施例として、最大リフレッシュレートは、２，０００Ｈｚであってもよい。したがって、各ピクセル（例えば、関連付けられるマイクロＬＥＤ）は、毎０．５ミリ秒（例えば、２，０００Ｈｚ）より低速で更新され得る。しかしながら、ピクセルは、順次、走査されるため、パネル上制御論理３２０６は、０．５ミリ秒より短い時間間隔内で情報を２つの隣接するピクセルに提供し得る。結果として、走査更新３４２０は、依然として、本明細書に説明される例示的利点を達成し得る。例えば、運動から画像描画までの待ち時間は、低減され得る。別の実施例として、モーションブラーも、本明細書に議論されるように、低減され得る。
【0330】
図３５は、本明細書に説明される技法に従って、レンダリングされるコンテンツのワーピングされたフレームを出力するための例示的プロセス３５００のフローチャートを図示する。便宜上、プロセス３５００は、１つ以上のプロセッサのディスプレイシステム（例えば、ウェアラブルディスプレイシステム６０、図９Ｅ）によって実施されるものとして説明されるであろう。
【0331】
ブロック３５０２では、ディスプレイユニットが、仮想コンテンツのレンダリングされるフレームを受信する。少なくとも図３２に関して上記に説明されるように、ディスプレイシステムは、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）を利用して、仮想コンテンツのフレームを生成してもよい。例えば、ＧＰＵは、フレームを６０Ｈｚ、３３０Ｈｚ等で出力してもよい。
【0332】
ブロック３５０４では、ディスプレイユニットが、ディスプレイユニットのユーザの更新された頭部姿勢を決定する。ディスプレイユニットは、随意に、視線検出器とともに、配向センサ（例えば、慣性測定ユニット（ＩＭＵ））を利用して、ユーザの頭部姿勢を決定してもよい。ユーザが、移動し、その姿勢を変化させるにつれて、仮想コンテンツは、したがって、移動に基づいて更新され得る。
【0333】
ブロック３５０６では、ディスプレイユニットが、決定された頭部姿勢に基づいて、レンダリングされるフレームをワーピングさせる。上記に説明されるように、ディスプレイユニットは、プロセッサ、ハードウェアＡＳＩＣ等を利用して、レンダリングされるフレームをワーピングさせてもよい。ワーピングされたレンダリングされるフレームは、したがって、頭部姿勢に関する直近の決定に従って、ワーピングされてもよい。
【0334】
ブロック３５０８では、ディスプレイユニットが、ワーピングされたフレームをユーザに出力または提示する。ディスプレイユニットは、本明細書に説明される技法に従って、ワーピングされたフレームをユーザに出力してもよい。例えば、ディスプレイユニットは、マイクロＬＥＤを利用して、空間的に変調された光を出力し、ワーピングされたフレームを表示してもよい。
【0335】
ブロック３５０４、３５０６、３５０８は、ディスプレイユニットが仮想コンテンツの別のレンダリングされるフレームを受信する前に、１回またはそれを上回って、繰り返されてもよい。したがって、ディスプレイユニットは、別のレンダリングされるフレームを受信する前に、１回またはそれを上回って、新しい頭部姿勢を決定し、新しい頭部姿勢に基づいて、レンダリングされるフレームをワーピングさせ、新しいワーピングされたフレームを出力してもよい。ディスプレイユニットは、したがって、ワーピングされたフレームを、レンダリングされるフレームがディスプレイユニットに提供されるレートより高くあり得る、閾値周波数（例えば、６６６Ｈｚ、２，０００Ｈｚ等）を上回って、出力してもよい。
（付加的考慮点）
（付加的考慮点）
【0336】
前述の説明は、解説の目的のために、説明される実施形態の徹底的な理解を提供するために具体的名称を使用した。しかしながら、具体的詳細は、説明される実施形態を実践するために要求されないことが当業者に明白となるであろう。したがって、具体的実施形態の前述の説明は、例証および説明の目的のために提示される。それらは、包括的であること、または説明される実施形態を開示される精密な形態に限定することを意図していない。多くの修正および変形例が、上記の教示に照らして、可能性として考えられることが当業者に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、例証的と見なされるべきである。
【0337】
説明される実施形態の種々の側面、実装、または特徴は、別個に、または任意の組み合わせにおいて、使用されてもよい。説明される実施形態の種々の側面は、ソフトウェア、ハードウェア、またはハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせによって実装されてもよい。説明される実施形態はまた、製造動作を制御するためのコンピュータ可読媒体上のコンピュータ可読コードとして、または製造ラインを制御するためのコンピュータ可読媒体上のコンピュータ可読コードとして具現化されてもよい。コンピュータ可読媒体は、コンピュータシステムによってその後読み取られ得る、データを記憶し得る、任意のデータ記憶デバイスである。コンピュータ可読媒体の実施例は、読取専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、ＣＤ－ＲＯＭ、ＨＤＤ、ＤＶＤ、磁気テープ、および光学データ記憶デバイスを含む。コンピュータ可読媒体はまた、コンピュータ可読コードが、分散型方式において記憶および実行されるように、ネットワークに結合されたコンピュータシステムにわたって分散されてもよい。
【0338】
したがって、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。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得る、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。
【0339】
さらに、本開示の機能性のある実施形態は、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。
【0340】
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。
【0341】
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、適切である他のシーケンスで、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てもよい。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、本実施形態で説明される実装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る、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。
【0342】
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。
【0343】
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、単一の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、単一の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。
【0344】
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に、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態で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てもよい。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、他の実装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。
【0345】
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。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図9E】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19A】
【図19B】
【図20A】
【図20B】
【図21】
【図22A】
【図22B】
【図22C】
【図23A】
【図23B】
【図23C】
【図24A】
【図24B】
【図25A】
【図25B】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30A】
【図30B】
【図30C】
【図31】
【図32】
【図33A】
【図33B】
【図34A】
【図34B】
【図35】
【外国語明細書】