(57)【要約】エンドユーザによって使用される仮想画像生成システムのためのディスプレイサブシステムは、第１および第２の導波管装置と、少なくとも第１の光線および少なくとも第２の光線が、それぞれ、第１および第２の導波管装置から出射し、第１および第２の単眼画像を両眼画像としてエンドユーザに表示するように、第１および第２の光ビームを、それぞれ、第１および第２の導波管装置の中に導入するように構成される、第１および第２の投影サブアセンブリと、両眼画像として表示される第１および第２の単眼画像間の不整合を示す、少なくとも１つのパラメータを検出するように構成される、光感知アセンブリとを備える。
2021530735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンドユーザによって使用される仮想画像生成システムのためのディスプレイサブシステムであって、
第１の導波管装置および第２の導波管装置と、
第１の投影サブアセンブリおよび第２の投影サブアセンブリであって、前記第１の投影サブアセンブリおよび第２の投影サブアセンブリは、少なくとも第１の光線および少なくとも第２の光線が、それぞれ、前記第１の導波管装置および第２の導波管装置から出射し、第１の単眼画像および第２の単眼画像を両眼画像として前記エンドユーザに表示するように、第１の光ビームおよび第２の光ビームを、それぞれ、前記第１の導波管装置および第２の導波管装置の中に導入するように構成される、第１の投影サブアセンブリおよび第２の投影サブアセンブリと、
光感知アセンブリであって、前記光感知アセンブリは、前記両眼画像として表示される第１の単眼画像および第２の単眼画像の間の不整合を示す少なくとも１つのパラメータを検出するように構成される、光感知アセンブリと
を備える、ディスプレイサブシステム。
【請求項２】
前記第１の投影サブアセンブリおよび第２の投影サブアセンブリはそれぞれ、光を生成するように構成される１つ以上の光源と、前記光を個別の光ビームへとコリメートし、前記個別の光ビームを個別の導波管装置の中に結合するように構成される光学結合アセンブリとを備える、請求項１に記載のディスプレイサブシステム。
【請求項３】
各光学結合アセンブリは、個別の光を個別のコリメートされた光ビームへとコリメートするように構成されるコリメーション要素と、前記個別のコリメートされた光ビームを前記個別の導波管装置の中に光学的に結合するように構成される内部結合要素（ＩＣＥ）とを備える、請求項２に記載のディスプレイサブシステム。
【請求項４】
前記第１の導波管装置および第２の導波管装置はそれぞれ、その中で個別のＩＣＥが、前記個別のコリメートされた光ビームを内部結合された光ビームとして光学的に結合するように構成される平面光学導波管と、個別の内部結合された光ビームを複数の直交光ビームに分裂させるために、前記平面光学導波管と関連付けられる直交瞳拡張（ＯＰＥ）要素と、前記複数の直交光ビームを個別の平面光学導波管から出射する光線に分裂させるために、前記平面光学導波管と関連付けられる射出瞳拡張（ＥＰＥ）要素とを備える、請求項３に記載のディスプレイサブシステム。
【請求項５】
前記個別の平面光学導波管は、光学的透明材料の単一板面から形成される単一基板を備える、請求項４に記載のディスプレイサブシステム。
【請求項６】
前記第１の導波管装置および第２の導波管装置は、それぞれ、前記エンドユーザの眼と周囲環境との間の視野内に位置付けられるように構成される部分的に透明なディスプレイ表面を有する、請求項１に記載のディスプレイサブシステム。
【請求項７】
前記エンドユーザによって装着されるように構成されるフレーム構造をさらに備え、前記第１の導波管装置および第２の導波管装置は、前記フレーム構造によって担持される左接眼レンズおよび右接眼レンズである、請求項１に記載のディスプレイサブシステム。
【請求項８】
前記フレーム構造は、前記左接眼レンズおよび右接眼レンズを担持するフレームと、その上に前記光感知アセンブリが添着されるブリッジとを備える、請求項７に記載のディスプレイサブシステム。
【請求項９】
前記フレーム構造は、前記ブリッジから延在する左カンチレバー式アームおよび右カンチレバー式アームを備え、前記左接眼レンズは、第１のカンチレバー式アームに添着され、第２の接眼レンズは、第２のカンチレバー式アームに添着される、請求項８に記載のディスプレイサブシステム。
【請求項１０】
前記光感知アセンブリは、前記第１の導波管装置および第２の導波管装置に光学的に結合されるが、前記第１の導波管装置および第２の導波管装置から剛性的にデカップルされる、請求項７に記載のディスプレイサブシステム。
【請求項１１】
前記第１の導波管装置および第２の導波管装置はそれぞれ、個別の第１の導波管装置および第２の導波管装置からの光を光感知アセンブリに光学的に結合するように構成される外部結合要素を備え、前記少なくとも１つの検出されるパラメータは、前記第１の導波管装置および第２の導波管装置から外部結合された光から導出される、請求項１に記載のディスプレイサブシステム。
【請求項１２】
前記光感知アセンブリは、前記第１の導波管装置および第２の導波管装置から外部結合された光を別個に検出するように構成される２つの独立感知配列を備える、請求項１１に記載のディスプレイサブシステム。
【請求項１３】
前記光感知アセンブリは、前記第１の導波管装置および第２の導波管装置から外部結合された光を検出するように構成される単一センサを備える、請求項１１に記載のディスプレイサブシステム。
【請求項１４】
前記光感知アセンブリは、前記第１の導波管装置および第２の導波管装置から外部結合された光を前記単一センサに伝搬するように構成される光学導波管装置を備える、請求項１３に記載のディスプレイサブシステム。
【請求項１５】
前記光感知アセンブリは、少なくとも１つの非結像センサを備え、前記少なくとも１つの検出されるパラメータは、前記少なくとも第１の光線が前記第１の導波管装置から出射する角度と、前記少なくとも第２の光線が前記第２の導波管装置から出射する角度とを示す、請求項１に記載のディスプレイサブシステム。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの検出されるパラメータは、それぞれ、前記少なくとも第１の光線および前記少なくとも第２の光線を表す２つの光線の強度を含む、請求項１５に記載のディスプレイサブシステム。
【請求項１７】
２つの代表的光線は、それぞれ、前記エンドユーザの視野外で、前記第１の導波管装置および第２の導波管装置から出射する、請求項１６に記載のディスプレイサブシステム。
【請求項１８】
前記光感知アセンブリは、少なくとも１つの結像センサを備え、前記少なくとも１つの検出されるパラメータは、それぞれ、前記第１の導波管装置および第２の導波管装置によって生成される第１の代表的仮想単眼画像および第２の代表的仮想単眼画像を含む、請求項１に記載のディスプレイサブシステム。
【請求項１９】
前記第１の代表的仮想単眼画像および第２の代表的仮想単眼画像は、前記エンドユーザに表示される第１の仮想単眼画像および第２の仮想単眼画像の同じコピーである、請求項１８に記載のディスプレイサブシステム。
【請求項２０】
前記第１の代表的仮想単眼画像および第２の代表的仮想単眼画像は、前記エンドユーザに表示される第１の仮想単眼画像および第２の仮想単眼画像と別個の試験仮想単眼画像である、請求項１８に記載のディスプレイサブシステム。
【請求項２１】
前記試験仮想単眼画像は、前記エンドユーザの視野外で、個別の第１の導波管装置および第２の導波管装置によって表示される、請求項２０に記載のディスプレイサブシステム。
【請求項２２】
仮想画像生成システムであって、
請求項１に記載のディスプレイサブシステムと、
制御サブシステムであって、前記制御サブシステムは、前記光感知アセンブリによって検出された少なくとも１つのパラメータに基づいて、前記第１の単眼画像および第２の単眼画像の間の不整合を補正するように構成される、制御サブシステムと
を備える、仮想画像生成システム。
【請求項２３】
前記第１の導波管装置および第２の導波管装置のための較正プロファイルを記憶するように構成されるメモリをさらに備え、前記制御サブシステムは、前記記憶された較正プロファイルを修正することによって、前記第１の単眼画像および第２の単眼画像の間の不整合を補正するように構成される、請求項２２に記載の仮想画像生成システム。
【請求項２４】
３次元場面を記憶するように構成されるメモリをさらに備え、前記制御サブシステムは、前記３次元場面の複数の合成画像フレームをレンダリングするように構成され、前記ディスプレイサブシステムは、前記複数の画像フレームを前記エンドユーザに順次表示するように構成される、請求項２２に記載の仮想画像生成システム。
【請求項２５】
エンドユーザによる使用のための仮想画像生成システムであって、
左接眼レンズおよび右接眼レンズと、
左投影サブアセンブリおよび右投影サブアセンブリであって、前記左投影サブアセンブリおよび右投影サブアセンブリは、左単眼画像および右単眼画像が、両眼画像として前記エンドユーザに表示されるように、光を前記左接眼レンズおよび右接眼レンズの中に投影するように構成される、左投影サブアセンブリおよび右投影サブアセンブリと、
光感知アセンブリであって、前記光感知アセンブリは、前記両眼画像として表示される左単眼画像および右単眼画像の間の不整合を示す少なくとも１つのパラメータを検出するように構成される、光感知アセンブリと、
前記エンドユーザによって装着されるように構成されるフレーム構造であって、前記フレーム構造は、それぞれ、前記左接眼レンズおよび右接眼レンズを前記エンドユーザの眼の正面に位置付けるように構成される、フレーム構造と、
制御サブシステムであって、前記制御サブシステムは、前記光感知アセンブリによって検出された少なくとも１つの検出されるパラメータに基づいて、前記左単眼画像および右単眼画像の間の不整合を補正するように構成される、制御サブシステムと
を備える、仮想画像生成システム。
【請求項２６】
前記左投影サブアセンブリおよび右投影サブアセンブリはそれぞれ、光を生成するように構成される１つ以上の光源と、前記光を個別の光ビームへとコリメートし、前記個別の光ビームを個別の接眼レンズの中に結合するように構成される光学結合アセンブリとを備える、請求項２５に記載の仮想画像生成システム。
【請求項２７】
各光学結合アセンブリは、個別の光を個別のコリメートされた光ビームへとコリメートするように構成されるコリメーション要素と、前記個別のコリメートされた光ビームを前記個別の接眼レンズの中に光学的に結合するように構成される内部結合要素（ＩＣＥ）とを備える、請求項２６に記載の仮想画像生成システム。
【請求項２８】
前記左接眼レンズおよび右接眼レンズはそれぞれ、その中で個別のＩＣＥが、前記個別のコリメートされた光ビームを内部結合された光ビームとして光学的に結合するように構成される平面光学導波管と、個別の内部結合された光ビームを複数の直交光ビームに分裂させるために、前記平面光学導波管と関連付けられる直交瞳拡張（ＯＰＥ）要素と、前記複数の直交光ビームを個別の平面光学導波管から出射する光線に分裂させるために、前記平面光学導波管と関連付けられる射出瞳拡張（ＥＰＥ）要素とを備える、請求項２７に記載の仮想画像生成システム。
【請求項２９】
前記個別の平面光学導波管は、光学的透明材料の単一板面から形成される単一基板を備える、請求項２８に記載の仮想画像生成システム。
【請求項３０】
前記左投影サブアセンブリおよび右投影サブアセンブリは、前記フレーム構造によって担持され、前記光感知アセンブリは、前記フレーム構造によって担持される、請求項２５に記載の仮想画像生成システム。
【請求項３１】
前記フレーム構造は、前記左接眼レンズおよび右接眼レンズを担持するフレームと、その上に前記光感知アセンブリが添着されるブリッジとを備える、請求項２５に記載の仮想画像生成システム。
【請求項３２】
前記フレーム構造は、前記ブリッジから延在する左カンチレバー式アームおよび右カンチレバー式アームを備え、前記左接眼レンズは、前記左カンチレバー式アームに添着され、前記右接眼レンズは、前記右カンチレバー式アームに添着される、請求項３１に記載の仮想画像生成システム。
【請求項３３】
前記光感知アセンブリは、前記左接眼レンズおよび右接眼レンズに光学的に結合されるが、前記左接眼レンズおよび右接眼レンズから剛性的にデカップルされる、請求項２５に記載の仮想画像生成システム。
【請求項３４】
前記左接眼レンズおよび右接眼レンズはそれぞれ、個別の左接眼レンズおよび右接眼レンズからの光を前記光感知アセンブリに光学的に結合するように構成される外部結合要素を備え、前記少なくとも１つの検出されるパラメータは、前記左接眼レンズおよび右接眼レンズから外部結合された光から導出される、請求項２５に記載の仮想画像生成システム。
【請求項３５】
前記光感知アセンブリは、前記左接眼レンズおよび右接眼レンズから外部結合された光を別個に検出するように構成される２つの独立感知配列を備える、請求項３４に記載の仮想画像生成システム。
【請求項３６】
前記光感知アセンブリは、前記左接眼レンズおよび右接眼レンズから外部結合された光を検出するように構成される単一センサを備える、請求項３４に記載の仮想画像生成システム。
【請求項３７】
前記光感知アセンブリは、前記左接眼レンズおよび右接眼レンズから外部結合された光を前記単一センサに伝搬するように構成される光学導波管装置を備える、請求項３６に記載の仮想画像生成システム。
【請求項３８】
前記光感知アセンブリは、少なくとも１つの非結像センサを備え、前記少なくとも１つの検出されるパラメータは、光線が前記左接眼レンズから出射する角度と、第２の光線が前記右接眼レンズから出射する角度とを示す、請求項２５に記載の仮想画像生成システム。
【請求項３９】
前記少なくとも１つの検出されるパラメータは、それぞれ、第１の光線および第２の光線を表す２つの光線の強度を含む、請求項３８に記載の仮想画像生成システム。
【請求項４０】
代表的光線は、それぞれ、前記エンドユーザの視野外で、前記左接眼レンズおよび右接眼レンズから出射する、請求項３９に記載の仮想画像生成システム。
【請求項４１】
前記光感知アセンブリは、少なくとも１つの結像センサを備え、前記少なくとも１つの検出されるパラメータは、それぞれ、前記左接眼レンズおよび右接眼レンズによって生成される左代表的仮想単眼画像および右代表的仮想単眼画像を含む、請求項２５に記載の仮想画像生成システム。
【請求項４２】
前記左代表的仮想単眼画像および右代表的仮想単眼画像は、前記エンドユーザに表示される左仮想単眼画像および右仮想単眼画像の同じコピーである、請求項４１に記載の仮想画像生成システム。
【請求項４３】
前記左代表的仮想単眼画像および右代表的仮想単眼画像は、前記エンドユーザに表示される左仮想単眼画像および右仮想単眼画像と別個の試験仮想単眼画像である、請求項４１に記載の仮想画像生成システム。
【請求項４４】
前記試験仮想単眼画像は、前記エンドユーザの視野外で、個別の左接眼レンズおよび右接眼レンズによって表示される、請求項４３に記載の仮想画像生成システム。
【請求項４５】
前記左接眼レンズおよび右接眼レンズのための較正プロファイルを記憶するように構成されるメモリをさらに備え、前記制御サブシステムは、前記記憶された較正プロファイルを修正することによって、前記左単眼画像および右単眼画像の間の不整合を補正するように構成される、請求項２５に記載の仮想画像生成システム。
【請求項４６】
３次元場面を記憶するように構成されるメモリをさらに備え、前記制御サブシステムは、前記３次元場面の複数の合成画像フレームをレンダリングするように構成され、前記ディスプレイサブシステムは、前記複数の画像フレームを前記エンドユーザに順次表示するように構成される、請求項２５に記載の仮想画像生成システム。
【請求項４７】
ディスプレイシステムであって、
光を放出するように構成される一対の投影アセンブリであって、前記一対の投影アセンブリは、第１の投影アセンブリおよび第２の投影アセンブリを備える、一対の投影アセンブリと、
一対の接眼レンズであって、
前記第１の投影アセンブリに光学的に結合される第１の接眼レンズと、
前記第２の投影アセンブリに光学的に結合される第２の接眼レンズと
を備える、一対の接眼レンズと、
画像を捕捉するように構成される一対の結像センサを備える感知アセンブリであって、前記一対の結像センサは、
前記第１の接眼レンズを経て前記第１の投影アセンブリに光学的に結合される第１の結像センサと、
前記第２の接眼レンズを経て前記第２の投影アセンブリに光学的に結合される第２の結像センサと
を備える、感知アセンブリと、
前記一対の投影アセンブリおよび前記一対の結像センサと通信する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、
前記第２の結像センサによって捕捉された画像を表すデータを受信することと、
少なくとも部分的に、前記第２の結像センサから受信されたデータに基づいて、前記第１の投影アセンブリの動作を制御することと
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、ディスプレイシステム。
【請求項４８】
前記１つ以上のプロセッサはさらに、
前記第１の結像センサによって捕捉された画像を表すデータを受信することと、
少なくとも部分的に、前記第１の結像センサから受信されたデータに基づいて、前記第２の投影アセンブリの動作を制御することと
を行うように構成される、請求項４７に記載のディスプレイシステム。
【請求項４９】
少なくとも部分的に、前記第２の結像センサから受信されたデータに基づいて、前記第１の投影アセンブリの動作を制御するために、前記１つ以上のプロセッサは、
少なくとも部分的に、前記第１の結像センサおよび第２の結像センサから受信されたデータに基づいて、前記第１の投影アセンブリの動作を制御する
ように構成される、請求項４８に記載のディスプレイシステム。
【請求項５０】
少なくとも部分的に、前記第１の結像センサから受信されたデータに基づいて、前記第２の投影アセンブリの動作を制御するために、前記１つ以上のプロセッサは、
少なくとも部分的に、前記第１の結像センサおよび第２の結像センサから受信されたデータに基づいて、前記第２の投影アセンブリの動作を制御する
ように構成される、請求項４８に記載のディスプレイシステム。
【請求項５１】
前記感知アセンブリはさらに、
前記一対の結像センサに物理的に結合される伸長本体を備える、請求項４７に記載のディスプレイシステム。
【請求項５２】
前記第１の結像センサは、前記伸長本体の第１の遠位部分に物理的に結合され、前記第２の結像センサは、前記伸長本体の第２の遠位部分に物理的に結合される、請求項５１に記載のディスプレイシステム。
【請求項５３】
前記第１の結像センサは、前記第２の結像センサと側方に整合して前記伸長本体に物理的に結合される、請求項５１に記載のディスプレイシステム。
【請求項５４】
筐体構造をさらに備え、前記感知アセンブリは、前記筐体構造の内側表面に搭載される、請求項４７に記載のディスプレイシステム。
【請求項５５】
前記１つ以上のプロセッサはさらに、
第１のレンダリングカメラの視点からの仮想場面の画像を生成することと、
前記第１の投影アセンブリに、前記第１のレンダリングカメラの視点から生成されるような仮想場面の画像を表す光を放出させることと、
第２のレンダリングカメラの視点からの仮想場面の画像を生成することと、
前記第２の投影アセンブリに、前記第２のレンダリングカメラの視点から生成されるような仮想場面の画像を表す光を放出させることと
を行うように構成される、請求項４７に記載のディスプレイシステム。
【請求項５６】
少なくとも部分的に、前記第２の結像センサから受信されたデータに基づいて、前記第１の投影アセンブリの動作を制御するために、前記１つ以上のプロセッサは、
少なくとも部分的に、前記第２の結像センサから受信されたデータに基づいて、前記第１のレンダリングカメラの１つ以上の付帯パラメータを制御する
ように構成される、請求項５５に記載のディスプレイシステム。
【請求項５７】
前記１つ以上のプロセッサはさらに、
前記第１の結像センサによって捕捉された画像を表すデータを受信することと、
少なくとも部分的に、前記第１の結像センサから受信されたデータに基づいて、前記第２の投影アセンブリの動作を制御することと
を行うように構成され、
少なくとも部分的に、前記第１の結像センサから受信されたデータに基づいて、前記第２の投影アセンブリの動作を制御するために、前記１つ以上のプロセッサは、
少なくとも部分的に、前記第１の結像センサから受信されたデータに基づいて、前記第２のレンダリングカメラの１つ以上の付帯パラメータを制御する
ように構成される、請求項５５に記載のディスプレイシステム。
【請求項５８】
頭部搭載型ディスプレイシステムであって、
筐体構造と、
光を放出するように構成される一対の投影アセンブリと、
前記筐体構造の内側表面に搭載される光感知アセンブリと、
前記一対の投影アセンブリを前記感知アセンブリに光学的に結合するように構成される一対の接眼レンズと、
前記一対の投影アセンブリおよび前記光感知アセンブリと通信する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、少なくとも部分的に、前記光感知アセンブリから受信されたデータに基づいて、前記一対の投影アセンブリの動作を制御するように構成される、１つ以上のプロセッサと
を備える、ディスプレイシステム。
【請求項５９】
前記一対の接眼レンズ内の各接眼レンズは、
個別の導波管装置と、
前記一対の投影アセンブリの個別のものによって放出される光を前記個別の導波管装置の中に内部結合するように構成される個別の内部結合要素と、
前記個別の導波管装置内で誘導される前記一対の投影アセンブリの個別のものからの光を前記個別の導波管装置から外に結合するように構成される個別の外部結合要素と
を備える、請求項５８に記載のディスプレイシステム。
【請求項６０】
前記個別の外部結合要素の第１の部分は、前記個別の導波管装置内で誘導される前記一対の投影アセンブリの個別のものからの光を前記個別の導波管装置から外にユーザの個別の眼に向かって結合するように構成され、
前記個別の外部結合要素の第２の部分は、前記個別の導波管装置内で誘導される前記一対の投影アセンブリの個別のものからの光を前記個別の導波管装置から外に前記光感知アセンブリに向かって結合するように構成される、
請求項５９に記載のディスプレイシステム。
【請求項６１】
前記一対の接眼レンズ内の各接眼レンズは、
個別の射出瞳拡張（ＥＰＥ）要素であって、前記個別の射出瞳拡張（ＥＰＥ）要素は、前記個別の導波管装置内で誘導される前記一対の投影アセンブリの個別のものからの光を、前記個別の導波管装置から出射してユーザの個別の眼に指向される複数の光線に分裂させるように構成される、個別の射出瞳拡張（ＥＰＥ）要素
を備える、請求項５９に記載のディスプレイシステム。
【請求項６２】
前記光感知アセンブリは、前記一対の接眼レンズから剛性的にデカップルされる、請求項５９に記載のディスプレイシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本開示は、２０１８年７月１３日に出願され、「ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＢＩＮＯＣＵＬＡＲ  ＤＥＦＯＲＭＡＴＩＯＮ  ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＯＮ」と題された、米国仮出願第６２／６９８，０１５号の優先権を主張する。本願は、完全に記載される場合と同様に、以下の特許出願および刊行物、すなわち、２０１４年１１月２７日に出願され、２０１５年７月２３日に米国特許公開第２０１５／０２０５１２６号として公開された、米国特許出願第１４／５５５，５８５号、２０１６年９月２３日に出願され、２０１７年３月３０日に米国特許公開第２０１７／００９１９９６号として公開された、米国特許出願第１５／２７４，８２３号、２０１６年１１月２日に出願され、２０１７年５月４日に米国特許公開第２０１７／０１２４９２８号として公開された、米国特許出願第１５／３４１，８２２号、２０１６年１１月２日に出願され、２０１７年５月４日に米国特許公開第２０１７／０１２２７２５号として公開された、米国特許出願第１５／３４１，７６０号、２０１７年１月１２日に出願され、２０１７年７月１３日に米国特許公開第２０１７／０１９９３８４号として公開された、米国特許出願第１５／４０５，１４６号、２０１７年１２月２１日に出願された、米国仮特許出願第６２／６０９，２４２号、２０１８年１２月２１日に出願され、２０１９年６月２７日に米国特許公開第２０１９／０１９７９８２号として公開された、米国特許出願第１６／２３０，１６９号、２０１９年１月１７日に出願された、米国仮特許出願第１６／２５０，９３１号、２０１９年１月１７日に出願された、米国仮特許出願第１６／２５１，０１７号、２０１８年７月１３日に出願された、米国仮特許出願第６２／６９８，０１５号、２０１８年１２月１９日に出願され、２０１９年６月２０日に米国特許公開第２０１９／０１８７４９０号として公開された、米国特許出願第１６／２２５，９６１号、２０１８年７月９日に出願され、２０１８年１１月２９日に米国特許公開第２０１８／０３４１１１２号として公開された、米国特許出願第１６／０３０，７１３号、２０１９年６月１１日に出願された、米国特許出願第１６／４３７，２２９号、および２０１４年１１月２７日に出願され、２０１５年７月２３日に米国特許公開第２０１５／０２０５１２６号として公開された、米国特許出願第１４／５５５，５８５号のそれぞれの全体を参照することによって組み込む。
【０００２】
本発明は、概して、１人以上のユーザのための双方向仮想または拡張現実環境を促進するように構成される、システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
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（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明性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う一方、拡張現実（ＡＲ）シナリオは、典型的には、エンド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。
【０００４】
例えば、図１を参照すると、拡張現実場面４が、描写されており、ＡＲ技術のユーザには、背景における人々、木々、建物を特徴とする実世界公園状設定６と、コンクリートプラットフォーム８とが見える。これらのアイテムに加え、ＡＲ技術のエンドユーザはまた、実世界プラットフォーム８上に立っているロボット像１０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１２とを「見ている」と知覚するが、これらの要素１０、１２は、実世界には存在しない。ヒトの視知覚系は、非常に複雑であって、他の仮想または実世界画像要素間における仮想画像要素の快適で、自然のような感覚で、かつ豊かな提示を促進する、ＶＲまたはＡＲ技術の生成は、困難である。
【０００５】
ＶＲおよびＡＲシステムは、典型的には、エンドユーザの頭部に少なくとも緩く結合され、したがって、ユーザの頭部が移動すると移動する、頭部装着型ディスプレイ（またはヘルメット搭載型ディスプレイまたはスマートグラス）を採用する。エンドユーザの頭部の運動が、ディスプレイサブシステムによって検出される場合、表示されているデータは、頭部の姿勢（すなわち、ユーザの頭部の配向および／または場所）の変化を考慮するように更新されることができる。
【０００６】
実施例として、頭部装着型ディスプレイを装着しているユーザが、３次元（３Ｄ）オブジェクトの仮想表現をディスプレイ上で視認し、３Ｄオブジェクトが現れる面積の周囲を歩く場合、その３Ｄオブジェクトは、視点毎に再レンダリングされ、エンドユーザに、実空間を占有するオブジェクトの周囲を歩いているという知覚を与えることができる。頭部装着型ディスプレイが、複数のオブジェクトを仮想空間内に提示するために使用される場合（例えば、豊かな仮想世界）、場面を再レンダリングして、エンドユーザの動的に変化する頭部の場所および配向に合致し、仮想空間で増加した没入感を提供するために、頭部の姿勢の測定を使用することができる。
【０００７】
ＡＲ（すなわち、実および仮想要素の同時視認）を可能にする頭部装着型ディスプレイは、いくつかの異なるタイプの構成を有することができる。多くの場合、「ビデオシースルー」ディスプレイと称される、１つのそのような構成では、カメラが、実際の場面の要素を捕捉し、コンピューティングシステムが、仮想要素を捕捉された実場面上に重畳し、非透明ディスプレイが、複合画像を眼に提示する。別の構成は、多くの場合、「光学シースルー」ディスプレイと称され、エンドユーザは、ディスプレイサブシステム内の透明（または半透明）要素を通して見て、環境内の実オブジェクトからの光を直接視認することができる。多くの場合、「結合器」と称される、透明要素は、実世界のエンドユーザの視点にわたってディスプレイからの光を重畳する。
【０００８】
ＶＲおよびＡＲシステムは、典型的には、投影サブシステムと、エンドユーザの視野の正面に位置付けられ、投影サブシステムが画像フレームを連続して投影する、ディスプレイ表面とを有する、ディスプレイサブシステムを採用する。真の３次元システムでは、ディスプレイ表面の深度は、フレームレートまたはサブフレームレートにおいて制御されることができる。投影サブシステムは、その中に１つ以上の光源からの光が異なる色の光を定義されたパターンで放出する、１つ以上の光ファイバと、光ファイバを所定のパターンで走査し、エンドユーザに連続して表示される画像フレームを作成する、走査デバイスとを含んでもよい。
【０００９】
一実施形態では、ディスプレイサブシステムは、ユーザの視野と略平行であって、その中に光ファイバからの光が投入される、１つ以上の平面光学導波管を含む。１つ以上の線形回折格子が、導波管内に埋設され、導波管に沿って伝搬する入射光の角度を変化させる。光の角度を全内部反射（ＴＩＲ）の閾値を超えて変化させることによって、光は、導波管の１つ以上の側方面から逃散する。線形回折格子は、低回折効率を有し、したがって、光が線形回折格子に遭遇する度に、一部の光エネルギーのみが、導波管から指向される。格子に沿った複数の場所において光を外部結合することによって、ディスプレイサブシステムの射出瞳は、効果的に増加される。ディスプレイサブシステムはさらに、光ファイバから生じる光をコリメートする、１つ以上のコリメーション要素と、コリメートされた光を導波管の縁にまたはそこから光学的に結合する、光学入力装置とを備えてもよい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示は、ＡＲまたはＶＲシステムのコンポーネントであるデバイス等のディスプレイデバイス内で生じる、両眼変形を補償するための技法を説明する。
【００１１】
少なくともいくつかの実施形態は、エンドユーザによって使用される仮想画像生成システムのためのディスプレイサブシステムを対象とする。サブシステムは、第１および第２の導波管装置と、少なくとも第１の光線および少なくとも第２の光線が、それぞれ、第１および第２の導波管装置から出射し、第１および第２の単眼画像を両眼画像としてエンドユーザに表示するように、第１および第２の光ビームを、それぞれ、第１および第２の導波管装置の中に導入するように構成される、第１および第２の投影サブアセンブリと、両眼画像として表示される第１および第２の単眼画像間の不整合を示す、少なくとも１つのパラメータを検出するように構成される、光感知アセンブリとを含むことができる。実施形態は、随意に、以下の側面のうちの１つ以上のものを含むことができる。
【００１２】
いくつかの実施形態では、第１および第２の投影サブアセンブリはそれぞれ、光を生成するように構成される、１つ以上の光源と、光を個別の光ビームへとコリメートし、個別の光ビームを個別の導波管装置の中に結合するように構成される、光学結合アセンブリとを備える。
【００１３】
いくつかの実施形態では、各光学結合アセンブリは、個別の光を個別のコリメートされた光ビームへとコリメートするように構成される、コリメーション要素と、個別のコリメートされた光ビームを個別の導波管装置の中に光学的に結合するように構成される、内部結合要素（ＩＣＥ）とを備える。
【００１４】
いくつかの実施形態では、第１および第２の導波管装置はそれぞれ、その中で個別のＩＣＥが、個別のコリメートされた光ビームを内部結合された光ビームとして光学的に結合するように構成される、平面光学導波管と、個別の内部結合された光ビームを複数の直交光ビームに分裂させるために、平面光学導波管と関連付けられる、直交瞳拡張（ＯＰＥ）要素と、複数の直交光ビームを個別の平面光学導波管から出射する光線に分裂させるために、平面光学導波管と関連付けられる、射出瞳拡張（ＥＰＥ）要素とを備える。
【００１５】
いくつかの実施形態では、個別の平面光学導波管は、光学的透明材料の単一板面から形成される、単一基板を備え、第１および第２の導波管装置は、それぞれ、エンドユーザの眼と周囲環境との間の視野内に位置付けられるように構成される、部分的に透明なディスプレイ表面を有する。
【００１６】
いくつかの実施形態では、ディスプレイサブシステムはさらに、エンドユーザによって装着されるように構成される、フレーム構造を備え、第１および第２の導波管装置は、フレーム構造によって担持される、左および右接眼レンズである。
【００１７】
いくつかの実施形態では、フレーム構造は、左および右接眼レンズを担持する、フレームと、その上に光感知アセンブリが添着される、ブリッジとを備える。
【００１８】
いくつかの実施形態では、フレーム構造は、ブリッジから延在する、左および右カンチレバー式アームを備え、左接眼レンズは、第１のカンチレバー式アームに添着され、第２の接眼レンズは、第２のカンチレバー式アームに添着される。
【００１９】
いくつかの実施形態では、光感知アセンブリは、第１および第２の導波管装置に光学的に結合されるが、第１および第２の導波管装置から剛性的にデカップルされる。
【００２０】
いくつかの実施形態では、第１および第２の導波管装置はそれぞれ、個別の第１および第２の導波管装置からの光を光感知アセンブリに光学的に結合するように構成される、外部結合要素を備え、少なくとも１つの検出されるパラメータは、第１および第２の導波管装置から外部結合された光から導出される。
【００２１】
いくつかの実施形態では、光感知アセンブリは、第１および第２の導波管装置から外部結合された光を別個に検出するように構成される、２つの独立感知配列を備える。
【００２２】
いくつかの実施形態では、光感知アセンブリは、第１および第２の導波管装置から外部結合された光を検出するように構成される、単一センサを備える。
【００２３】
いくつかの実施形態では、光感知アセンブリは、第１および第２の導波管装置から外部結合された光を単一センサに伝搬するように構成される、光学導波管装置を備える。
【００２４】
いくつかの実施形態では、光感知アセンブリは、少なくとも１つの非結像センサを備え、少なくとも１つの検出されるパラメータは、少なくとも第１の光線が第１の導波管装置から出射する角度と、少なくとも第２の光線が第２の導波管装置から出射する角度とを示す。
【００２５】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つの検出されるパラメータは、それぞれ、少なくとも第１の光線および少なくとも第２の光線を表す、２つの光線の強度を含み、２つの代表的光線は、それぞれ、エンドユーザの視野外で、第１および第２の導波管装置から出射する。
【００２６】
いくつかの実施形態では、光感知アセンブリは、少なくとも１つの結像センサを備え、少なくとも１つの検出されるパラメータは、それぞれ、第１および第２の導波管装置によって生成される、第１および第２の代表的仮想単眼画像を含む。
【００２７】
いくつかの実施形態では、第１および第２の代表的仮想単眼画像は、エンドユーザに表示される第１および第２の仮想単眼画像の同じコピーである。
【００２８】
いくつかの実施形態では、第１および第２の代表的仮想単眼画像は、エンドユーザに表示される第１および第２の仮想単眼画像と別個の試験仮想単眼画像である。
【００２９】
いくつかの実施形態では、試験仮想単眼画像は、エンドユーザの視野外で、個別の第１および第２の導波管装置によって表示される。
【００３０】
少なくともいくつかの実施形態は、随意に、これらの側面のうちの１つ以上のものを含み得る、ディスプレイサブシステムと、光感知アセンブリによって検出された少なくとも１つのパラメータに基づいて、第１および第２の単眼画像間の不整合を補正するように構成される、制御サブシステムとを含む、仮想画像生成システムを対象とする。実施形態は、随意に、以下の側面のうちの１つ以上のものを含むことができる。
【００３１】
いくつかの実施形態では、仮想画像生成システムはさらに、第１および第２の導波管装置のための較正プロファイルを記憶するように構成される、メモリを備え、制御サブシステムは、記憶された較正プロファイルを修正することによって、第１および第２の単眼画像間の不整合を補正するように構成される。
【００３２】
いくつかの実施形態では、仮想画像生成システムはさらに、３次元場面を記憶するように構成される、メモリを備え、制御サブシステムは、３次元場面の複数の合成画像フレームをレンダリングするように構成され、ディスプレイサブシステムは、複数の画像フレームをエンドユーザに順次表示するように構成される。
【００３３】
少なくともいくつかの実施形態は、エンドユーザによる使用のための仮想画像生成システムを対象とし、システムは、左および右接眼レンズ、左および右単眼画像が、両眼画像としてエンドユーザに表示されるように、光を左および右接眼レンズの中に投影するように構成される、左および右投影サブアセンブリと、両眼画像として表示される左および右単眼画像間の不整合を示す、少なくとも１つのパラメータを検出するように構成される、光感知アセンブリと、エンドユーザによって装着されるように構成される、フレーム構造であって、それぞれ、左および右接眼レンズをエンドユーザの眼の正面に位置付けるように構成される、フレーム構造と、光感知アセンブリによって検出された少なくとも１つの検出されるパラメータに基づいて、左および右単眼画像間の不整合を補正するように構成される、制御サブシステムとを備える。実施形態は、随意に、以下の側面のうちの１つ以上のものを含むことができる。
【００３４】
いくつかの実施形態では、左および右投影サブアセンブリはそれぞれ、光を生成するように構成される、１つ以上の光源と、光を個別の光ビームへとコリメートし、個別の光ビームを個別の接眼レンズの中に結合するように構成される、光学結合アセンブリとを備える。
【００３５】
いくつかの実施形態では、各光学結合アセンブリは、個別の光を個別のコリメートされた光ビームへとコリメートするように構成される、コリメーション要素と、個別のコリメートされた光ビームを個別の接眼レンズの中に光学的に結合するように構成される、内部結合要素（ＩＣＥ）とを備える。
【００３６】
いくつかの実施形態では、左および右接眼レンズはそれぞれ、その中で個別のＩＣＥが、個別のコリメートされた光ビームを内部結合された光ビームとして光学的に結合するように構成される、平面光学導波管と、個別の内部結合された光ビームを複数の直交光ビームに分裂させるために、平面光学導波管と関連付けられる、直交瞳拡張（ＯＰＥ）要素と、複数の直交光ビームを個別の平面光学導波管から出射する光線に分裂させるために、平面光学導波管と関連付けられる、射出瞳拡張（ＥＰＥ）要素とを備える。
【００３７】
いくつかの実施形態では、個別の平面光学導波管は、光学的透明材料の単一板面から形成される、単一基板を備える。
【００３８】
いくつかの実施形態では、左および右投影サブアセンブリは、フレーム構造によって担持され、光感知アセンブリは、フレーム構造によって担持される。
【００３９】
いくつかの実施形態では、フレーム構造は、左および右接眼レンズを担持する、フレームと、その上に光感知アセンブリが添着される、ブリッジとを備える。
【００４０】
いくつかの実施形態では、フレーム構造は、ブリッジから延在する、左および右カンチレバー式アームを備え、左接眼レンズは、左カンチレバー式アームに添着され、右接眼レンズは、右カンチレバー式アームに添着される。
【００４１】
いくつかの実施形態では、光感知アセンブリは、左および右接眼レンズに光学的に結合されるが、左および右接眼レンズから剛性的にデカップルされる。
【００４２】
いくつかの実施形態では、左および右接眼レンズはそれぞれ、個別の左および右接眼レンズからの光を光感知アセンブリに光学的に結合するように構成される、外部結合要素を備え、少なくとも１つの検出されるパラメータは、左および右接眼レンズから外部結合された光から導出される。
【００４３】
いくつかの実施形態では、光感知アセンブリは、左および右接眼レンズから外部結合された光を別個に検出するように構成される、２つの独立感知配列を備える。
【００４４】
いくつかの実施形態では、光感知アセンブリは、左および右接眼レンズから外部結合された光を検出するように構成される、単一センサを備える。
【００４５】
いくつかの実施形態では、光感知アセンブリは、左および右接眼レンズから外部結合された光を単一センサに伝搬するように構成される、光学導波管装置を備える。
【００４６】
いくつかの実施形態では、光感知アセンブリは、少なくとも１つの非結像センサを備え、少なくとも１つの検出されるパラメータは、光線が左接眼レンズから出射する角度と、第２の光線が右接眼レンズから出射する角度とを示す。
【００４７】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つの検出されるパラメータは、それぞれ、第１の光線および第２の光線を表す、２つの光線の強度を含む。
【００４８】
いくつかの実施形態では、代表的光線は、それぞれ、エンドユーザの視野外で、左および右接眼レンズから出射する。
【００４９】
いくつかの実施形態では、光感知アセンブリは、少なくとも１つの結像センサを備え、少なくとも１つの検出されるパラメータは、それぞれ、左および右接眼レンズによって生成される、左および右の代表的仮想単眼画像を含む。
【００５０】
いくつかの実施形態では、左および右の代表的仮想単眼画像は、エンドユーザに表示される左および右仮想単眼画像の同じコピーである。
【００５１】
いくつかの実施形態では、左および右の代表的仮想単眼画像は、エンドユーザに表示される左および右仮想単眼画像と別個の試験仮想単眼画像である。
【００５２】
いくつかの実施形態では、試験仮想単眼画像は、エンドユーザの視野外で、個別の左および右接眼レンズによって表示される。
【００５３】
いくつかの実施形態では、仮想画像生成システムはさらに、左および右接眼レンズのための較正プロファイルを記憶するように構成される、メモリを備え、制御サブシステムは、記憶された較正プロファイルを修正することによって、左および右単眼画像間の不整合を補正するように構成される。
【００５４】
いくつかの実施形態では、仮想画像生成システムはさらに、３次元場面を記憶するように構成される、メモリを備え、制御サブシステムは、３次元場面の複数の合成画像フレームをレンダリングするように構成され、ディスプレイサブシステムは、複数の画像フレームをエンドユーザに順次表示するように構成される。
【００５５】
少なくともいくつかの実施形態は、光を放出するように構成される、一対の投影アセンブリであって、第１の投影アセンブリおよび第２の投影アセンブリを備える、一対の投影アセンブリと、第１の投影アセンブリに光学的に結合される、第１の接眼レンズと、第２の投影アセンブリに光学的に結合される、第２の接眼レンズとを備える、一対の接眼レンズと、画像を捕捉するように構成される、一対の結像センサを備える、感知アセンブリであって、一対の結像センサは、第１の接眼レンズを経て第１の投影アセンブリに光学的に結合される、第１の結像センサと、第２の接眼レンズを経て第２の投影アセンブリに光学的に結合される、第２の結像センサとを備える、感知アセンブリと、一対の投影アセンブリおよび一対の結像センサと通信する、１つ以上のプロセッサであって、第２の結像センサによって捕捉された画像を表すデータを受信し、少なくとも部分的に、第２の結像センサから受信されたデータに基づいて、第１の投影アセンブリの動作を制御するように構成される、１つ以上のプロセッサとを備える、ディスプレイシステムを対象とする。実施形態は、随意に、以下の側面のうちの１つ以上のものを含むことができる。
【００５６】
いくつかの実施形態では、１つ以上のプロセッサはさらに、第１の結像センサによって捕捉された画像を表すデータを受信し、少なくとも部分的に、第１の結像センサから受信されたデータに基づいて、第２の投影アセンブリの動作を制御するように構成される、請求項４７に記載のディスプレイシステム。
【００５７】
いくつかの実施形態では、少なくとも部分的に、第２の結像センサから受信されたデータに基づいて、第１の投影アセンブリの動作を制御するために、１つ以上のプロセッサは、少なくとも部分的に、第１および第２の結像センサから受信されたデータに基づいて、第１の投影アセンブリの動作を制御するように構成される。
【００５８】
いくつかの実施形態では、少なくとも部分的に、第１の結像センサから受信されたデータに基づいて、第２の投影アセンブリの動作を制御するために、１つ以上のプロセッサは、少なくとも部分的に、第１および第２の結像センサから受信されたデータに基づいて、第２の投影アセンブリの動作を制御するように構成される。
【００５９】
いくつかの実施形態では、感知アセンブリはさらに、一対の結像センサに物理的に結合される、伸長本体を備える。
【００６０】
いくつかの実施形態では、第１の結像センサは、伸長本体の第１の遠位部分に物理的に結合され、第２の結像センサは、伸長本体の第２の遠位部分に物理的に結合される。
【００６１】
いくつかの実施形態では、第１の結像センサは、第２の結像センサと側方に整合して伸長本体に物理的に結合される。
【００６２】
いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムはさらに、筐体構造を備え、感知アセンブリは、筐体構造の内側表面に搭載される。
【００６３】
いくつかの実施形態では、１つ以上のプロセッサはさらに、第１のレンダリングカメラの視点からの仮想場面の画像を生成し、第１の投影アセンブリに、第１のレンダリングカメラの視点から生成されるような仮想場面の画像を表す光を放出させ、第２のレンダリングカメラの視点からの仮想場面の画像を生成し、第２の投影アセンブリに、第２のレンダリングカメラの視点から生成されるような仮想場面の画像を表す光を放出させるように構成される。
【００６４】
いくつかの実施形態では、少なくとも部分的に、第２の結像センサから受信されたデータに基づいて、第１の投影アセンブリの動作を制御するために、１つ以上のプロセッサは、少なくとも部分的に、第２の結像センサから受信されたデータに基づいて、第１のレンダリングカメラの１つ以上の付帯パラメータを制御するように構成される。
【００６５】
いくつかの実施形態では、１つ以上のプロセッサはさらに、第１の結像センサによって捕捉された画像を表すデータを受信し、少なくとも部分的に、第１の結像センサから受信されたデータに基づいて、第２の投影アセンブリの動作を制御するように構成され、少なくとも部分的に、第１の結像センサから受信されたデータに基づいて、第２の投影アセンブリの動作を制御するために、１つ以上のプロセッサは、少なくとも部分的に、第１の結像センサから受信されたデータに基づいて、第２のレンダリングカメラの１つ以上の付帯パラメータを制御するように構成される。
【００６６】
少なくともいくつかの実施形態は、筐体構造と、光を放出するように構成される、一対の投影アセンブリと、筐体構造の内側表面に搭載される、光感知アセンブリと、一対の投影アセンブリを感知アセンブリに光学的に結合するように構成される、一対の接眼レンズと、一対の投影アセンブリおよび光感知アセンブリと通信する、１つ以上のプロセッサであって、少なくとも部分的に、光感知アセンブリから受信されたデータに基づいて、一対の投影アセンブリの動作を制御す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システムを対象とする。実施形態は、随意に、以下の側面のうちの１つ以上のものを含むことができる。
【００６７】
いくつかの実施形態では、一対の接眼レンズ内の各接眼レンズは、個別の導波管装置と、一対の投影アセンブリの個別のものによって放出される光を個別の導波管装置の中に内部結合するように構成される、個別の内部結合要素と、個別の導波管装置内で誘導される一対の投影アセンブリの個別のものからの光を個別の導波管装置から外に結合するように構成される、個別の外部結合要素とを備える。
【００６８】
いくつかの実施形態では、個別の外部結合要素の第１の部分は、個別の導波管装置内で誘導される一対の投影アセンブリの個別のものからの光を個別の導波管装置から外にユーザの個別の眼に向かって結合するように構成され、個別の外部結合要素の第２の部分は、個別の導波管装置内で誘導される一対の投影アセンブリの個別のものからの光を個別の導波管装置から外に光感知アセンブリに向かって結合するように構成される。
【００６９】
いくつかの実施形態では、一対の接眼レンズ内の各接眼レンズは、個別の導波管装置内で誘導される一対の投影アセンブリの個別のものからの光を、個別の導波管装置から出射し、ユーザの個別の眼に指向される、複数の光線に分裂させるように構成される、個別の射出瞳拡張（ＥＰＥ）要素を備える。
【００７０】
いくつかの実施形態では、光感知アセンブリは、一対の接眼レンズから剛性的にデカップルされる。
【００７１】
図２を参照すると、ディスプレイサブシステム２０は、光を生成する、１つ以上の光源２２と、光を放出する、光ファイバ２４と、光ファイバ２４の遠位端から出射する光を光ビーム３６へとコリメートする、コリメーション要素２６とを含むことができる。ディスプレイサブシステム２０はさらに、それに対して、またはその中に光ファイバ２４が固定−自由可撓性カンチレバーとして搭載される、圧電要素２８と、圧電要素２２に電気的に結合され、圧電要素２８をアクティブ化し、電気的に刺激し、それによって、光ファイバ２４の遠位端を支点３４を中心として偏向３２を作成する所定の走査パターンで振動させ、それによって、走査パターンに従ってコリメートされた光ビーム３６を走査する駆動電子機器３０とを備える。
【００７２】
ディスプレイサブシステム２０は、エンドユーザの視野と略平行である、平面光学導波管４０と、平面光学導波管４０と関連付けられる、回折光学要素（ＤＯＥ）４２と、平面光学導波管４０の端部内に統合される、内部結合要素（ＩＣＥ）４２（ＤＯＥの形態をとる）とを含む、導波管装置３８を備える。ＩＣＥ４２は、コリメーション要素２６からコリメートされた光３６を平面光学導波管４０の中に内部結合および再指向する。コリメーション要素２６からコリメートされた光ビーム３６は、平面光学導波管４０に沿って伝搬し、ＤＯＥ４２と交差し、平面光学導波管４０のレンズ効果係数に応じた視認距離で集束される光線４６として、光の一部を導波管装置３８の面からエンドユーザの眼に向かって出射させる。したがって、光源２２は、駆動電子機器３０と併せて、空間的および／または時間的に変動する、光の形態でエンコードされた画像データを生成する。
【００７３】
エンドユーザによって可視化される各ピクセルの場所は、平面光学導波管４０から出射する光線４８の角度に非常に依存する。したがって、異なる角度で導波管４０から出射する光線４８は、エンドユーザの視野内の異なる場所にピクセルを作成するであろう。例えば、ピクセルをエンドユーザの視野の右上に位置させることが所望される場合、コリメートされた光ビーム３６は、ある角度において、導波管装置３８の中に入力されてもよく、ピクセルをエンドユーザの視野の中心に位置させることが所望される場合、コリメートされた光ビーム３６は、第２の異なる角度において、導波管装置３８の中に入力されてもよい。したがって、光ファイバ２４が、走査パターンに従って走査されるにつれて、光ファイバ２４から生じる光ビーム３６は、異なる角度で導波管装置３８の中に入力され、それによって、ピクセルをエンドユーザの視野内の異なる場所に作成するであろう。したがって、エンドユーザの視野内の各ピクセルの場所は、平面光学導波管４０から出射する光線４８の角度に非常に依存し、したがって、これらのピクセルの場所は、ディスプレイサブシステム２０によって生成された画像データ内にエンコードされる。
【００７４】
導波管装置３８に入射する光ビーム３６の角度、したがって、平面光学導波管４０に入射する光ビーム３６の角度は、平面光学導波管４０から出射する光線４８の角度と異なるであろうが、導波管装置３８に入射する光ビーム３６の角度と平面光学導波管４０から出射する光線４８の角度との間の関係は、周知かつ予測可能であって、したがって、平面光学導波管４０から出射する光線４８の角度は、導波管装置３８に入射するコリメートされた光ビーム３６の角度から容易に予測されることができる。
【００７５】
前述から、光ファイバ２４から導波管装置３８に入射する光ビーム３６の実際の角度、したがって、エンドユーザに向かって導波管４０から出射する光線４８の実際の角度は、エンドユーザによって可視化されるピクセルの場所が、ディスプレイサブシステム２０によって生成された画像データ内に適切にエンコードされるように、出射光線４８の設計される角度と同じまたはほぼ同じまたは１対１の関係であることが理解され得る。しかしながら、異なるスキャナ間の製造公差だけではなく、ディスプレイサブシステム２０をともに統合するために使用される接合材料の一貫性を変化させ得る、温度の変動等の変化する環境条件にも起因して、出射光線４８の実際の角度は、補償を伴わない場合、出射光線４８の設計された角度から変動し、それによって、エンドユーザの視野内の正しくない場所にあるピクセルを作成し、画像歪曲をもたらすであろう。
【００７６】
いくつかの実施形態では、ディスプレイサブシステム２０の２つの導波管装置３８は、それぞれ、図３に図示されるように、左接眼レンズ７０Ｌおよび右接眼レンズ７０Ｒの形態をとってもよい。そのような接眼レンズ７０Ｌ、７０Ｒは、一対の両眼整合接眼レンズの中に組み込まれてもよい。各接眼レンズ７０Ｌ、７０Ｒは、内部では剛性であり得るが、そのような実施形態では、２つの接眼レンズ７０Ｌ、７０Ｒは、フレーム構造（図示せず）の形状因子により、相互に対して柔軟／変形可能であり得る。本変形問題点は、特に、フレーム構造の形状因子が、搬送、快適性、およびより審美的に魅力的な見た目を促進するために、より軽量で、薄く、かつ可撓性になるにつれて、有意になる。いくつかの状況では、２つの接眼レンズ７０Ｌ、７０Ｒの相対的移動は、歪曲および他の誤差をユーザの網膜上に投影されるべき仮想両眼画像の中に導入し得る。
【００７７】
例えば、図４Ａ−４Ｄに図示されるように、仮想コンテンツの例示的表現は、仮想画像生成システムの一部として、一対の接眼レンズ７０Ｌ、７０Ｒを通して提示され、それぞれ、左および右眼に知覚され得る。図４Ａに示されるように、２つの接眼レンズ７０Ｌ、７０Ｒは、理想的様式において相互に整合される。言い換えると、２つの接眼レンズ７０Ｌ、７０Ｒの整合は、仮想画像生成システムの製造時以降、変化していない。したがって、仮想画像生成システムは、左および右単眼仮想コンテンツ７２Ｌ、７２Ｒを生成し、両眼整合仮想コンテンツ７４として、２つの接眼レンズ７０Ｌ、７０Ｒを通してユーザの眼に提示し得る。
【００７８】
しかしながら、２つの接眼レンズ７０Ｌ、７０Ｒの整合が、仮説上、仮想画像生成システムの製造時後のある時点で変化することになった場合、図４Ｂ、４Ｃ、および４Ｄのそれぞれにおける一対の接眼レンズ７０Ｌ、７０Ｒの整合は、図４Ａのものと異なり得る。図４Ｂ、４Ｃ、および４Ｄに図示されるように、ピッチ軸、ロール軸、およびヨー軸を中心とした一対の接眼レンズ７０Ｌ、７０Ｒの整合の工場後の変化は、それぞれ、図４Ｂ、４Ｃ、および４Ｄに示されるように、両眼不整合仮想コンテンツ７４として、左および右仮想コンテンツ７２Ｌ、７２Ｒが、一対の接眼レンズ７０Ｌ、７０Ｒを通して提示および知覚される結果をもたらし得る。左および右接眼レンズ７０Ｌ、７０Ｒ間のそのような不整合は、左および右仮想コンテンツ７２Ｌ、７２Ｒ間の知覚される平行移動および／または回転不整合をもたらし得る。さらに、研究は、両眼不整合が、生理学的疲労をヒト視覚系上に引き起こし得、ヒトが、それぞれ、４、６、および１０弧分までのピッチ、ロール、およびヨー軸を中心とした仮想画像の両眼回転不整合に敏感であることを示す。下記にさらに詳細に説明されるように、両眼接眼レンズの不整合のための補償は、直接、左および右眼のために意図される光を引き出し、仮想画像内の相対的不整合を比較的に感知および補正するためのシステムおよび技法を用いて達成され得る。
【００７９】
本発明の第１の側面によると、エンドユーザによって使用される仮想画像生成システムのためのディスプレイサブシステムが、提供される。ディスプレイサブシステムは、第１および第２の導波管装置を備える。一実施形態では、第１および第２の導波管装置は、それぞれ、エンドユーザの眼の正面に位置付けられるように構成される。別の実施形態では、第１および第２の導波管装置は、それぞれ、エンドユーザの眼と周囲環境との間の視野内に位置付けられるように構成される、部分的に透明なディスプレイ表面を有する。さらに別の実施形態では、ディスプレイサブシステムはさらに、エンドユーザによって装着されるように構成される、フレーム構造を備え、その場合、第１および第２の導波管装置は、フレーム構造によって担持される、左および右接眼レンズである。
【００８０】
ディスプレイサブシステムはさらに、少なくとも第１の光線および少なくとも第２の光線が、それぞれ、第１および第２の導波管装置から出射し、第１および第２の単眼画像を両眼画像としてエンドユーザに表示するように、第１および第２の光ビームを、それぞれ、第１および第２の導波管装置の中に導入するように構成される、第１および第２の投影サブアセンブリを備える。
【００８１】
一実施形態では、第１および第２の投影サブアセンブリはそれぞれ、光を生成するように構成される、１つ以上の光源と、光を個別の光ビームへとコリメートし、個別の光ビームを個別の導波管装置の中に結合するように構成される、光学結合アセンブリとを備える。光学結合アセンブリは、個別の光を個別のコリメートされた光ビームへとコリメートするように構成される、コリメーション要素と、個別のコリメートされた光ビームを個別の導波管装置の中に光学的に結合するように構成される、内部結合要素（ＩＣＥ）とを備えてもよい。この場合、第１および第２の導波管装置はそれぞれ、その中で個別のＩＣＥが、個別のコリメートされた光ビームを内部結合された光ビームとして光学的に結合するように構成される、平面光学導波管（例えば、光学的透明材料の単一板面から形成される、単一基板）と、個別の内部結合された光ビームを複数の直交光ビームに分裂させるために、平面光学導波管と関連付けられる、直交瞳拡張（ＯＰＥ）要素と、複数の直交光ビームを個別の平面光学導波管から出射する光線に分裂させるために、平面光学導波管と関連付けられる、射出瞳拡張（ＥＰＥ）要素とを備えてもよい。
【００８２】
本実施形態では、第１および第２の投影サブアセンブリはそれぞれさらに、制御信号に応答して、個別の１つ以上の光源によって生成される光を所定の走査パターンで走査するように構成される、走査デバイスを備えてもよい。各走査デバイスは、個別の１つ以上の光源によって生成された光を放出するように構成される、光ファイバと、所定の走査パターンに従って個別の光ファイバを変位させるように構成される、機械的駆動アセンブリとを備えてもよい。各機械的駆動アセンブリは、それに対して光ファイバが搭載される、圧電要素と、電気信号を圧電要素に伝達し、それによって、所定の走査パターンに従って光ファイバを振動させるように構成される、駆動電子機器とを備えてもよい。
【００８３】
ディスプレイサブシステムはさらに、両眼画像として表示される第１および第２の単眼画像間の不整合を示す、少なくとも１つのパラメータを検出するように構成される、光感知アセンブリを備える。
【００８４】
実施形態では、ディスプレイサブシステムはさらに、第１および第２の導波管装置を左および右接眼レンズとして担持する、フレームと、その上に光感知アセンブリが添着される、ブリッジとを有する、フレーム構造を備える。フレーム構造はさらに、ブリッジから延在する、左および右カンチレバー式アームを有してもよく、その場合、左接眼レンズは、左カンチレバー式アームに添着され、右接眼レンズは、右カンチレバー式アームに添着される。別の実施形態では、光感知アセンブリは、第１および第２の導波管装置に光学的に結合されるが、第１および第２の導波管装置から剛性的にデカップルされる。
【００８５】
さらに別の実施形態では、第１および第２の導波管装置はそれぞれ、個別の第１および第２の導波管装置からの光を光感知アセンブリに光学的に結合するように構成される、外部結合要素を備え、その場合、検出されるパラメータは、第１および第２の導波管装置から外部結合された光から導出される。光感知アセンブリは、第１および第２の導波管装置から外部結合された光を別個に検出するように構成される、２つの独立感知配列を備えてもよい。または光感知アセンブリは、第１および第２の導波管装置から外部結合された光を検出するように構成される、単一センサを備えてもよい。この場合、光感知アセンブリは、第１および第２の導波管装置から外部結合された光を単一センサに伝搬するように構成される、光学導波管装置を備えてもよい。
【００８６】
さらに別の実施形態では、光感知アセンブリは、少なくとも１つの非結像センサを備え、その場合、検出されるパラメータは、第１の光線が第１の導波管装置から出射する角度と、第２の光線が第２の導波管装置から出射する角度とを示してもよい。検出されるパラメータは、それぞれ、第１の光線および第２の光線を表す、２つの光線の強度を含んでもよい。２つの代表的光線は、それぞれ、エンドユーザの視野外で、第１および第２の導波管装置から出射してもよい。
【００８７】
さらに別の実施形態では、光感知アセンブリは、少なくとも１つの結像センサを備え、その場合、検出されるパラメータは、それぞれ、第１および第２の導波管装置によって生成される、第１および第２の代表的仮想単眼画像を含んでもよい。第１および第２の代表的仮想単眼画像は、エンドユーザに表示される第１および第２の仮想単眼画像の同じコピーであってもよい。または第１および第２の代表的仮想単眼画像は、エンドユーザに表示される第１および第２の仮想単眼画像と別個の試験仮想単眼画像であってもよい。試験仮想単眼画像は、エンドユーザの視野外で、個別の第１および第２の導波管装置によって表示されてもよい。
【００８８】
本発明の第２の側面によると、仮想画像生成システムは、上記に説明されるディスプレイサブシステムと、光感知アセンブリによって検出されたパラメータに基づいて、第１および第２の単眼画像間の不整合を補正するように構成される、制御サブシステムとを備える。一実施形態では、仮想画像生成システムはさらに、第１および第２の導波管装置のための較正プロファイルを記憶するように構成される、メモリを備え、その場合、制御サブシステムは、記憶された較正プロファイルを修正することによって、第１および第２の単眼画像間の不整合を補正するように構成されてもよい。別の実施形態では、仮想画像生成システムはさらに、３次元場面を記憶するように構成される、メモリを備え、その場合、制御サブシステムは、３次元場面の複数の合成画像フレームをレンダリングするように構成されてもよく、ディスプレイサブシステムは、複数の画像フレームをエンドユーザに順次表示するように構成されてもよい。
【００８９】
本発明の第３の側面によると、エンドユーザによる使用のための仮想画像生成システムが、提供される。仮想画像生成システムは、左および右接眼レンズを備える。左および右接眼レンズは、それぞれ、エンドユーザの眼と周囲環境との間の視野内に位置付けられるように構成される、部分的に透明なディスプレイ表面を有してもよい。
【００９０】
仮想画像生成システムはさらに、左および右単眼画像が、両眼画像としてエンドユーザに表示されるように、光を左および右接眼レンズの中に投影するように構成される、左および右投影サブアセンブリを備える。
【００９１】
一実施形態では、左および右投影サブアセンブリはそれぞれ、光を生成するように構成される、１つ以上の光源と、光を個別の光ビームへとコリメートし、個別の光ビームを個別の接眼レンズの中に結合するように構成される、光学結合アセンブリとを備える。各光学結合アセンブリは、個別の光を個別のコリメートされた光ビームへとコリメートするように構成される、コリメーション要素と、個別のコリメートされた光ビームを個別の接眼レンズの中に光学的に結合するように構成される、内部結合要素（ＩＣＥ）とを備えてもよい。左および右接眼レンズはそれぞれ、その中で個別のＩＣＥが、個別のコリメートされた光ビームを内部結合された光ビームとして光学的に結合するように構成される、平面光学導波管（例えば、光学的透明材料の単一板面から形成される、単一基板）と、個別の内部結合された光ビームを複数の直交光ビームに分裂させるために、平面光学導波管と関連付けられる、直交瞳拡張（ＯＰＥ）要素と、複数の直交光ビームを個別の平面光学導波管から出射する光線に分裂させるために、平面光学導波管と関連付けられる、射出瞳拡張（ＥＰＥ）要素とを備えてもよい。
【００９２】
別の実施形態では、左および右投影サブアセンブリはそれぞれ、制御信号に応答して、個別の光源によって生成された光を所定の走査パターンで走査するように構成される、走査デバイスを備える。各走査デバイスは、個別の光源によって生成された光を放出するように構成される、光ファイバと、所定の走査パターンに従って個別の光ファイバを変位させるように構成される、機械的駆動アセンブリとを備えてもよい。各機械的駆動アセンブリは、それに対して光ファイバが搭載される、圧電要素と、電気信号を圧電要素に伝達し、それによって、所定の走査パターンに従って光ファイバを振動させるように構成される、駆動電子機器とを備えてもよい。
【００９３】
仮想画像生成システムはさらに、両眼画像として表示される左および右単眼画像間の不整合を示す、少なくとも１つのパラメータを検出するように構成される、光感知アセンブリを備える。仮想画像生成システムはさらに、エンドユーザによって装着されるように構成される、フレーム構造を備える。フレーム構造は、それぞれ、左および右接眼レンズをエンドユーザの眼の正面に位置付けるように構成される。一実施形態では、左および右投影サブアセンブリは、フレーム構造によって担持され、光感知アセンブリは、フレーム構造によって担持される。別の実施形態では、フレーム構造は、左および右接眼レンズを担持する、フレームと、その上に光感知アセンブリが添着される、ブリッジとを備える。フレーム構造は、ブリッジから延在する、左および右カンチレバー式アームを備えてもよく、左接眼レンズは、左カンチレバー式アームに添着されてもよく、右接眼レンズは、右カンチレバー式アームに添着されてもよい。別の実施形態では、光感知アセンブリは、左および右接眼レンズに光学的に結合されるが、左および右接眼レンズから剛性的にデカップルされる。
【００９４】
さらに別の実施形態では、左および右接眼レンズはそれぞれ、個別の左および右接眼レンズからの光を光感知アセンブリに光学的に結合するように構成される、外部結合要素を備え、その場合、検出されるパラメータは、左および右接眼レンズから外部結合された光から導出されることができる。光感知アセンブリは、左および右接眼レンズから外部結合された光を別個に検出するように構成される、２つの独立感知配列を備えてもよい。または感知アセンブリは、左および右接眼レンズから外部結合された光を検出するように構成される、単一センサを備えてもよい。この場合、光感知アセンブリは、左および右接眼レンズから外部結合された光を単一センサに伝搬するように構成される、光学導波管装置を備えてもよい。
【００９５】
さらに別の実施形態では、光感知アセンブリは、少なくとも１つの非結像センサを備え、検出されるパラメータは、光線が左接眼レンズから出射する角度と、第２の光線が右接眼レンズから出射する角度とを示す。検出されるパラメータは、それぞれ、第１の光線および第２の光線を表す、２つの光線の強度を含んでもよい。２つの代表的光線は、それぞれ、エンドユーザの視野外で、第１および第２の導波管装置から出射してもよい。
【００９６】
さらに別の実施形態では、光感知アセンブリは、少なくとも１つの結像センサを備え、その場合、検出されるパラメータは、それぞれ、左および右接眼レンズによって生成される、左および右の代表的仮想単眼画像を含んでもよい。左および右の代表的仮想単眼画像は、エンドユーザに表示される左および右仮想単眼画像の同じコピーであってもよい。または左および右の代表的仮想単眼画像は、エンドユーザに表示される左および右仮想単眼画像と別個の試験仮想単眼画像であってもよい。試験仮想単眼画像は、エンドユーザの視野外で、個別の左および右接眼レンズによって表示されてもよい。
【００９７】
仮想画像生成システムはさらに、光感知アセンブリによって検出されたパラメータに基づいて、左および右単眼画像間の不整合を補正するように構成される、制御サブシステムを備える。一実施形態では、仮想画像生成システムはさらに、左および右接眼レンズのための較正プロファイルを記憶するように構成される、メモリを備え、その場合、制御サブシステムは、記憶された較正プロファイルを修正することによって、左および右単眼画像間の不整合を補正するように構成されてもよい。別の実施形態では、仮想画像生成システムはさらに、３次元場面を記憶するように構成される、メモリを備え、その場合、制御サブシステムは、３次元場面の複数の合成画像フレームをレンダリングするように構成されてもよく、ディスプレイサブシステムは、複数の画像フレームをエンドユーザに順次表示するように構成されてもよい。
【００９８】
本発明の付加的および他の目的、特徴、および利点は、詳細な説明、図、および請求項に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
本特許または出願申請書は、カラーで作成された少なくとも１つの図面を含有する。カラー図面を伴う本特許または特許出願公開文書の複写物は、要求および必要な手数料の支払に応じて、特許庁によって提供されるであろう。
【０１００】
下記に説明される図面は、例証目的のためだけのものである。図面は、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
【０１０１】
下記に説明される図面は、例証目的のためだけのものである。図面は、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。本特許または出願申請書は、カラーで作成された少なくとも１つの図面を含有する。カラー図面を伴う本特許または特許出願公開文書の複写物は、要求および必要な手数料の支払に応じて、米国特許庁によって提供されるであろう。
【０１０２】
図面は、本発明の好ましい実施形態の設計および有用性を図示し、類似要素は、共通参照番号によって参照される。本発明の前述および他の利点および目的が得られる方法をより深く理解するために、簡単に前述された本発明のより詳細な説明が、付随の図面に図示されるその具体的実施形態を参照することによって与えられるであろう。これらの図面は、本発明の典型的実施形態のみを描写し、したがって、その範囲の限定と見なされるべきではないことを理解した上で、本発明は、付随の図面の使用を通して付加的具体性および詳細とともに説明および記載されるであろう。
【０１０３】
【図１】図１は、先行技術の拡張現実生成デバイスによってエンドユーザに表示され得る、３次元拡張現実場面の写真である。
【０１０４】
【図２】図２は、拡張現実生成デバイス内で使用され得る、先行技術のディスプレイサブシステムの平面図である。
【０１０５】
【図３】図３は、図２の先行技術のディスプレイサブシステム内で使用され得る、左および右接眼レンズの平面図である。
【０１０６】
【図４Ａ】図４Ａは、左および右接眼レンズが整合されている、図３の左および右接眼レンズの平面図である。
【０１０７】
【図４Ｂ】図４Ｂは、左および右接眼レンズが、ピッチ軸を中心として回転不整合状態である、図３の左および右接眼レンズの平面図である。
【０１０８】
【図４Ｃ】図４Ｃは、左および右接眼レンズが、ロール軸を中心として回転不整合状態である、図３の左および右接眼レンズの平面図である。
【０１０９】
【図４Ｄ】図４Ｄは、左および右接眼レンズが、ヨー軸を中心として回転不整合状態である、図３の左および右接眼レンズの平面図である。
【０１１０】
【図５】図５は、本発明の一実施形態に従って構築された仮想画像生成システムのブロック図である。
【０１１１】
【図６Ａ】図６Ａは、図５の仮想画像生成システムを装着するために使用され得る、１つの技法の平面図である。
【０１１２】
【図６Ｂ】図６Ｂは、図５の仮想画像生成システムを装着するために使用され得る、別の技法の平面図である。
【０１１３】
【図６Ｃ】図６Ｃは、図５の仮想画像生成システムを装着するために使用され得る、さらに別の技法の平面図である。
【０１１４】
【図６Ｄ】図６Ｄは、図５の仮想画像生成システムを装着するために使用され得る、さらに別の技法の平面図である。
【０１１５】
【図７】図７は、図５の仮想画像生成システムにおいて使用するためのディスプレイサブシステムの一実施形態の平面図である。
【０１１６】
【図８】図８は、図７のディスプレイサブシステムにおいて使用するための平面光学導波管の一実施形態である。
【０１１７】
【図９】図９は、図５の仮想画像生成システムによって生成された例示的フレームの平面図である。
【０１１８】
【図１０】図１０は、図９の例示的フレームを生成するために使用され得る、１つの走査パターンの平面図である。
【０１１９】
【図１１】図１１は、別の例示的フレームを生成するために使用され得る、別の走査パターンの平面図である。
【０１２０】
【図１２】図１２は、さらに別の例示的フレームを生成するために使用され得る、さらに別の走査パターンの平面図である。
【０１２１】
【図１３】図１３は、さらに別の例示的フレームを生成するために使用され得る、さらに別の走査パターンの平面図である。
【０１２２】
【図１４Ａ】図１４Ａは、図７のディスプレイサブシステムにおいて使用するための左接眼レンズの一実施形態の平面図である。
【０１２３】
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図７のディスプレイサブシステムにおいて使用するための左接眼レンズの別の実施形態の平面図である。
【０１２４】
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、図７のディスプレイサブシステムにおいて使用するための左接眼レンズのさらに別の実施形態の平面図である。
【０１２５】
【図１４Ｄ】図１４Ｄは、図７のディスプレイサブシステムにおいて使用するための左接眼レンズのさらに別の実施形態の平面図である。
【０１２６】
【図１４Ｅ】図１４Ｅは、図７のディスプレイサブシステムにおいて使用するための左接眼レンズのさらに別の実施形態の平面図である。
【０１２７】
【図１５】図１５は、線１５−１５に沿って得られた、図１４Ａの左接眼レンズの断面図である。
【０１２８】
【図１６】図１６は、線１６−１６に沿って得られた、図１４Ａの左接眼レンズの断面図である。
【０１２９】
【図１７Ａ】図１７Ａは、図１４Ａの導波管装置の斜視図であって、特に、無限視認距離に集束される出射光線を示す。
【０１３０】
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、図１４Ａの導波管装置の斜視図であって、特に、第１の非無限視認距離に集束される出射光線を示す。
【０１３１】
【図１７Ｃ】図１７Ｃは、図１４Ａの導波管装置の斜視図であって、特に、第２の非無限視認距離に集束される出射光線を示す。
【０１３２】
【図１８】図１８は、線１８−１８に沿って得られた、図１４Ｂの左接眼レンズの断面図である。
【０１３３】
【図１９】図１９は、線１９−１９に沿って得られた、図１４Ｂの左接眼レンズの断面図である。
【０１３４】
【図２０】図２０は、図５の仮想画像生成システムにおいて使用するための、ディスプレイサブシステムおよび光センサアセンブリと関連付けられたフレーム構造の上面図である。
【０１３５】
【図２１】図２１は、図２０のフレーム構造の正面図である。
【０１３６】
【図２２Ａ】図２２Ａは、図２０のフレーム構造の上面図であって、左および右接眼レンズは、比較的に整合されている。
【０１３７】
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、図２０のフレーム構造の上面図であって、左および右接眼レンズは、比較的に不整合状態である。
【０１３８】
【図２３Ａ】図２３Ａは、ディスプレイ画面の斜視図であって、コリメートされた光ビームの１つのビーム角度とエンドユーザの視野（ＦＯＶ）内のピクセルとの間の対応を示す。
【０１３９】
【図２３Ｂ】図２３Ｂは、ディスプレイ画面の斜視図であって、コリメートされた光ビームの別のビーム角度とエンドユーザの視野（ＦＯＶ）内のピクセルとの間の対応を示す。
【０１４０】
【図２４】図２４は、ｘ−ｚ平面およびｙ−ｚ平面上に投影された、図２３Ａのディスプレイ画面から出射する光線の角度の投影の斜視図である。
【０１４１】
【図２５】図２５は、図１４Ａのフレーム構造において使用するための光センサアセンブリの平面図である。
【０１４２】
【図２６Ａ】図２６Ａは、図２５の感知アセンブリの直交センサの一実施形態の平面図である。
【０１４３】
【図２６Ｂ】図２６Ｂは、図２５の感知アセンブリの直交センサの別の実施形態の平面図である。
【０１４４】
【図２６Ｃ】図２６Ｃは、図２５の感知アセンブリの直交センサのさらに別の実施形態の平面図である。
【０１４５】
【図２７Ａ】図２７Ａは、例示的誘電層伝送−角度関係の略図である。
【０１４６】
【図２７Ｂ】図２７Ｂは、光検出器強度−電圧関係の略図である。
【０１４７】
【図２８Ａ】図２８Ａは、ｘ−ｙ平面に対して左接眼レンズから出射する光線を図示する、略図の斜視図である。
【０１４８】
【図２８Ｂ】図２８Ｂは、ｘ−ｙ平面上に投影された図２３ａの光線を図示する、略図の平面図である。
【０１４９】
【図２９Ａ】図２９Ａは、図２５の感知アセンブリの４つの象限センサの一実施形態の平面図である。
【０１５０】
【図２９Ｂ】図２９Ｂは、図２５の感知アセンブリの位置感知検出器（ＰＳＤ）の一実施形態の平面図である。
【０１５１】
【図３０】図３０は、図５の仮想画像生成システムにおいて使用するための、ディスプレイサブシステムおよび別の光センサアセンブリと関連付けられたフレーム構造の上面図である。
【０１５２】
【図３１Ａ】図３１Ａは、図５の仮想画像生成システムにおいて使用するためのさらに別の光センサアセンブリの正面図である。
【０１５３】
【図３１Ｂ】図３１Ｂは、図３１Ａの光センサアセンブリの斜視図である。
【０１５４】
【図３２Ａ】図３２Ａは、図５の画像生成システムにおいて使用するための、ディスプレイサブシステムと関連付けられた正面筐体構造の斜視図である。
【０１５５】
【図３２Ｂ】図３２Ｂは、対応する背面筐体構造を伴う、図３２Ａの正面筐体構造の別の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０１５６】
続く説明は、仮想現実および／または拡張現実システムにおいて使用されるべきディスプレイサブシステムおよび方法に関する。しかしながら、本発明は、仮想または拡張現実システムにおける用途に有用であるが、本発明は、その最も広範な側面では、そのように限定されない場合があることを理解されたい。
【０１５７】
図５を参照して、本発明に従って構築された仮想画像生成システム１００の一実施形態が、ここで説明されるであろう。仮想画像生成システム１００は、拡張現実サブシステムとして動作され、エンドユーザ５０の視野内の物理的オブジェクトと混合された仮想オブジェクトの画像を提供してもよい。仮想画像生成システム１００を動作させるときの２つの基本アプローチが存在する。第１のアプローチは、１つ以上の撮像機（例えば、カメラ）を採用し、周囲環境の画像を捕捉するものである。仮想画像生成システム１００は、仮想画像を周囲環境の画像を表すデータの中に混合させる。第２のアプローチは、１つ以上の少なくとも部分的に透明な表面を採用し、それを通して周囲環境が、見られ、その上に仮想画像生成システム１００が、仮想オブジェクトの画像を生成するものである。
【０１５８】
仮想画像生成システム１００および本明細書に教示される種々の技法は、拡張現実および仮想現実サブシステム以外の用途でも採用されてもよい。例えば、種々の技法は、任意の投影またはディスプレイサブシステムに適用されてもよい、または移動が、頭部ではなく、エンドユーザの手によって行われ得る、ピコプロジェクタに適用されてもよい。したがって、多くの場合、拡張現実サブシステムまたは仮想現実サブシステムの観点から本明細書に説明されるが、本教示は、そのような使用のそのようなサブシステムに限定されるべきではない。
【０１５９】
少なくとも拡張現実用途のために、種々の仮想オブジェクトをエンドユーザ５０の視野内の個別の物理的オブジェクトに対して空間的に位置付けることが望ましくあり得る。仮想オブジェクトはまた、本明細書では、仮想タグまたはタグまたはコールアウトとも称され、多種多様な形態、基本的に、画像として表されることが可能な任意の種々のデータ、情報、概念、または論理構造のいずれかをとってもよい。仮想オブジェクトの非限定的実施例として、仮想テキストオブジェクト、仮想数字オブジェクト、仮想英数字オブジェクト、仮想タグオブジェクト、仮想フィールドオブジェクト、仮想チャートオブジェクト、仮想マップオブジェクト、仮想計装オブジェクト、または物理的オブジェクトの仮想視覚表現が挙げられ得る。
【０１６０】
仮想画像生成システム１００は、エンドユーザ５０によって装着されるフレーム構造１０２と、ディスプレイサブシステム１０４がエンドユーザ５０の眼５２の正面に位置付けられるように、フレーム構造１０２によって担持されるディスプレイサブシステム１０４と、スピーカ１０６がエンドユーザ５０の外耳道に隣接して位置付けられる（随意に、別のスピーカ（図示せず）がエンドユーザ５０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する）ように、フレーム構造１０２によって担持されるスピーカ１０６とを備える。ディスプレイサブシステム１０４は、エンドユーザ５０の眼５２に、高レベルの画質および３次元知覚を伴って、物理的現実に対する拡張として快適に知覚され得、かつ２次元コンテンツを提示可能であり得る、光ベースの放射パターンを提示するように設計される。ディスプレイサブシステム１０４は、フレームのシーケンスを高周波数で提示し、単一コヒーレント場面の知覚を提供する。
【０１６１】
図示される実施形態では、ディスプレイサブシステム１０４は、それを通してユーザが光を実オブジェクトから透明（または半透明）要素を介して直接光を視認することができる「光学シースルー」ディスプレイを採用する。透明要素は、多くの場合、「結合器」と称され、ディスプレイからの光を実世界のユーザの視野にわたって重畳する。ディスプレイサブシステム１０４は、左および右投影サブシステム１０８Ｌ、１０８Ｒと、その上に投影サブシステム１０８Ｌ、１０８Ｒが左および右単眼画像を投影する、左および右の部分的に透明なディスプレイ画面（または接眼レンズ）１１０Ｌ、１１０Ｒとを備える。下記にさらに詳細に説明されるであろうように、フレーム構造１０２は、接眼レンズ１１０を、それぞれ、両眼画像としてのエンドユーザ５０への単眼画像の提示のために、エンドユーザ５０の眼５２の正面に位置付け、かつ周囲環境からの直接光が、接眼レンズ１１０を通して、それぞれ、エンドユーザ５０の眼５２に伝送されるように、接眼レンズ１１０をエンドユーザ５０の眼５２と周囲環境との間のエンドユーザ５０の視野内に位置付けるように、２つの透明接眼レンズ１１０を担持するように設計される。
【０１６２】
図示される実施形態では、投影アセンブリ１０８Ｌ、１０８Ｒはそれぞれ、走査光を、それぞれ、部分的に透明な接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒに提供する。例えば、投影サブシステム１０８Ｌ、１０８Ｒはそれぞれ、光ファイバ走査ベースの投影デバイスの形態をとってもよく、接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒはそれぞれ、その中に個別の投影サブシステム１０８Ｌ、１０８Ｒからの走査光が、投入され、例えば、無限遠により近い単一光学視認距離（例えば、腕の長さ）における画像、複数の離散光学視認距離または焦点面における画像、および／または複数の視認距離または焦点面にスタックされ、立体３Ｄオブジェクトを表す、画像層を生産する、導波管ベースのディスプレイの形態をとってもよい。いくつかの実施形態では、それぞれ投影サブシステム１０８Ｌ、１０８Ｒは、シリコン上液晶（「ＬＣｏＳ」）コンポーネント等の空間光変調器（「ＳＬＭ」）を備えてもよい。いくつかの実施形態では、投影サブシステム１０８Ｌ、１０８Ｒはそれぞれ、微小電気機械的（「ＭＥＭｓ」）走査ミラー等の別のタイプの走査デバイスを備えてもよい。１つ以上の実施形態において採用され得る、他の投影サブシステム構成の実施例は、２０１４年１１月２７日に出願され、２０１５年７月２３日に米国特許公開第２０１５／０２０５１２６号として公開された、米国特許出願第１４／５５５，５８５号（その全体が、参照することによって本明細書に組み込まれる）内に提供される。
【０１６３】
ライトフィールド内のこれらの層は、ヒト視覚副系にともに連続して現れるように十分に近接してスタックされてもよい（例えば、１つの層は、隣接する層の乱信号円錐域内にある）。加えて、または代替として、写真要素が、２つまたはそれを上回る層を横断して混成され、それらの層がより疎らにスタックされる場合でも、ライトフィールド内の層間の遷移の知覚される連続性を増加させてもよい（例えば、１つの層は隣接する層の乱信号円錐域外にある）。
【０１６４】
仮想画像生成システム１００はさらに、エンドユーザ５０の頭部５４の位置および移動および／またはエンドユーザ５０の眼の位置および眼間距離を検出するために、フレーム構造１０２に搭載される１つ以上のセンサ１０３（図２０および２１に示される）を備える。そのようなセンサは、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、および／またはジャイロスコープ）を含んでもよい。
【０１６５】
仮想画像生成システム１００はさらに、エンドユーザ５０の頭部５４の瞬時位置を検出し、センサから受信された位置データに基づいて、エンドユーザ５０の頭部５４の位置を予測し得る、ユーザ配向検出モジュール１１２を備える。エンドユーザ５０の頭部５４の瞬時位置の検出は、エンドユーザ５０が見ている具体的実際のオブジェクトの決定を促進し、それによって、その実際のオブジェクトのために生成されるべき具体的テキストメッセージのインジケーションを提供し、さらに、テキストメッセージがストリーミングされるべきテキスト領域のインジケーションを提供する。ユーザ配向モジュール１１２はまた、センサから受信された追跡データに基づいて、エンドユーザ５０の眼５２を追跡する。
【０１６６】
仮想画像生成システム１００はさらに、多種多様な形態のいずれかをとり得る、制御サブシステムを備える。制御サブシステムは、いくつかのコントローラ、例えば、１つ以上のマイクロコントローラ、マイクロプロセッサまたは中央処理ユニット（ＣＰＵ）、デジタル信号プロセッサ、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、他の集積回路コントローラ、例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルゲートアレイ（ＰＧＡ）、例えば、フィールドＰＧＡ（ＦＰＧＡＳ）、および／またはプログラマブル論理コントローラ（ＰＬＵ）を含む。いくつかの実施形態では、制御サブシステムは、例えば、実行可能命令の実行を通して、本明細書に説明される動作を実施する、１つ以上のプロセッサを含む、および／またはそれと通信する。
【０１６７】
図示される実施形態では、仮想画像生成システム１００の制御サブシステムは、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１１４と、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）１１６と、１つ以上のフレームバッファ１１８と、３次元データを記憶するための３次元データベース１２０とを備える。ＣＰＵ１１４は、全体的動作を制御する一方、ＧＰＵ１１６は、３次元データベース１２０内に記憶される３次元データからフレームをレンダリングし（例えば、３次元場面を２次元画像に変換し）、これらのフレームをフレームバッファ１１６内に記憶する。図示されないが、１つ以上の付加的集積回路が、フレームのフレームバッファ１１６の中への読込および／またはそこからの読取およびディスプレイサブシステム１０４の投影アセンブリ１０８の動作を制御してもよい。
【０１６８】
仮想画像生成システム１００はさらに、両眼画像として表示される左および右単眼画像間の不整合を示す、少なくとも１つのパラメータを感知するように構成される、光感知アセンブリ１２２を備える。図示される実施形態では、光感知アセンブリ１２２は、接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの両方から出射する光線を感知することによって、これを遂行する。検出されるパラメータは、下記にさらに詳細に説明されるであろうように、接眼レンズ１１０上に表示される単眼画像の両眼整合を較正または再較正するために使用されてもよい。
【０１６９】
仮想画像生成システム１００の種々の処理コンポーネントは、分散型サブシステム内に物理的に含有されてもよい。例えば、図６ａ−６ｄに図示されるように、仮想画像生成システム１００は、有線導線または無線コネクティビティ１３６等によって、ディスプレイサブシステム１０４およびセンサに動作可能に結合される、ローカル処理およびデータモジュール１３０を備える。ローカル処理およびデータモジュール１３０は、フレーム構造１０２に固定して取り付けられる（図６ａ）、ヘルメットまたは帽子５６に固定して取り付けられる（図６ｂ）、ヘッドホン内に埋設される、エンドユーザ５０の胴体５８に除去可能に取り付けられる（図６ｃ）、またはベルト結合式構成においてエンドユーザ５０の腰６０に除去可能に取り付けられる（図６ｄ）等、種々の構成において搭載されてもよい。仮想画像生成システム１００はさらに、有線導線または無線コネクティビティ１３８、１４０等によって、ローカル処理およびデータモジュール１３０に動作可能に結合される、遠隔処理モジュール１３２および遠隔データリポジトリ１３４を備え、これらの遠隔モジュール１３２、１３４は、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１３０へのリソースとして利用可能となる。
【０１７０】
ローカル処理およびデータモジュール１３０は、電力効率的プロセッサまたはコントローラおよびフラッシュメモリ等のデジタルメモリを備えてもよく、両方とも、センサから捕捉され、および／または可能性として、そのような処理または読出後、ディスプレイサブシステム１０４への通過のために、遠隔処理モジュール１３２および／または遠隔データリポジトリ１３４を使用して取得および／または処理されたデータの処理、キャッシュ、および記憶を補助するために利用されてもよい。遠隔処理モジュール１３２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つ以上の比較的に強力なプロセッサまたはコントローラを備えてもよい。遠隔データリポジトリ１３４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り得る、比較的に大規模なデジタルデータ記憶設備を備えてもよい。一実施形態では、全てのデータが、記憶され、全ての算出は、ローカル処理およびデータモジュール１３０で実施され、任意の遠隔モジュールからの完全に自律的使用を可能にする。
【０１７１】
前述の種々のコンポーネント間の結合１３６、１３８、１４０は、有線または光学通信を提供するための１つまたはそれを上回る有線インターフェースまたはポート、または無線通信を提供するためのＲＦ、マイクロ波、およびＩＲ等を介した１つまたはそれを上回る無線インターフェースまたはポートを含んでもよい。いくつかの実施形態では、全ての通信は、有線であってもよい一方、他の実施形態では、全ての通信は、無線であってもよい。なおもさらなる実施形態では、有線および無線通信の選択肢は、図６ａ−６ｄに図示されるものと異なってもよい。したがって、有線または無線通信の特定の選択肢は、限定と見なされるべきではない。
【０１７２】
図示される実施形態では、ユーザ配向モジュール１１２は、ローカル処理およびデータモジュール１３０内に含有される一方、ＣＰＵ１１４およびＧＰＵ１１６は、遠隔処理モジュール１３２内に含有されるが、代替実施形態では、ＣＰＵ１１４、ＧＰＵ１２４、またはその一部は、ローカル処理およびデータモジュール１３０内に含有されてもよい。３Ｄデータベース１２０は、遠隔データリポジトリ１３４と関連付けられることができる。
【０１７３】
ここで図７を参照すると、各投影アセンブリ１０８は、光を生成する（例えば、異なる色の光を定義されたパターンで放出する）、１つ以上の光源１５０（１つのみが図７に示される）を含む。光源１５０は、多種多様な形態のいずれかをとる、例えば、それぞれ、ピクセル情報またはデータの個別のフレーム内で規定された定義されたピクセルパターンに従って、赤色、緑色、および青色のコヒーレントなコリメートされた光を生成するように動作可能なＲＧＢレーザのセット（例えば、赤色、緑色、および青色光を出力可能なレーザダイオード）であってもよい。レーザ光は、高色飽和を提供し、非常にエネルギー効率的である。
【０１７４】
各投影アセンブリ１０８はさらに、制御信号に応答して、所定の走査パターンで光を走査する、走査デバイス１５２（１つのみが図７に示される）を備える。走査デバイス１５２は、１つ以上の光ファイバ１５４（例えば、単一モード光ファイバ）を備え、それぞれ、その中に光が光源１５０から受光される、近位端１５４ａと、そこから光が接眼レンズ１１０に提供される、遠位端１５４ｂとを有する。走査デバイス１５２はさらに、光ファイバ１５４が搭載される、機械的駆動アセンブリ１５６を備える。駆動アセンブリ１５６は、走査パターンに従って支点１５８を中心として各光ファイバ１５４の遠位端１５４ｂを変位させるように構成される。
【０１７５】
この目的を達成するために、駆動アセンブリ１５６は、光ファイバ１５４が搭載される、圧電要素１６０を備え、駆動電子機器１６２は、電気信号を圧電要素１６０に伝達し、それによって、光ファイバ１５４の遠位端１５４ｂを走査パターンに従って振動させるように構成される。したがって、光源１５０および駆動電子機器１６２の動作は、空間的および／または時間的に変動する光の形態でエンコードされる画像データを生成する様式で協調される。光ファイバ走査技法の説明は、米国特許第２０１５／０３０９２６４号（参照することによって明示的に本明細書に組み込まれる）に提供される。
【０１７６】
各投影アセンブリ１０８はさらに、個別の走査デバイス１５２からの光を個別の接眼レンズ１１０の中に結合する、光学結合アセンブリ１６４を備える。光学結合アセンブリ１６４は、走査デバイス１５２によって放出される光をコリメートされた光ビーム２００へとコリメートする、コリメーション要素１６６を備える。コリメーション要素１６６は、光ファイバ１５４から物理的に分離されるように図７に図示されるが、コリメーション要素は、「Ｍｉｃｒｏｌｅｎｓ  Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ  ｆｏｒ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  ｉｎ  Ｖｉｒｔｕａｌ／Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ  Ｒｅａｌｉｔｙ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題された米国特許出願第１５／２８６，  ２１５号（参照することによって明示的に本明細書に組み込まれる）に説明されるように、「マイクロレンズ」配列において、各光ファイバ１５４の遠位端１５４ｂに物理的に搭載されてもよい。光学結合サブシステム１６４はさらに、内部結合要素（ＩＣＥ）１６８、例えば、１つ以上の反射表面、回折格子、ミラー、ダイクロイックミラー、またはプリズムを備え、光を個別の接眼レンズ１１０の端部の中に光学的に結合する。
【０１７７】
各接眼レンズ１１０は、平面光学導波管１７２と、平面光学導波管１７２と関連付けられる、１つ以上の回折光学要素（ＤＯＥ）１７４とを含む、導波管装置１７０の形態をとる。代替実施形態では、導波管装置１７０は、複数の平面光学導波管１７２と、それぞれ、平面光学導波管１７２と関連付けられる、ＤＯＥ１７４とを備えてもよい。
【０１７８】
図８に最良に図示されるように、平面光学導波管１７２は、第１の端部１７６ａと、第２の端部１７６ｂとを有し、第２の端部１７６ｂは、平面光学導波管１７２の長さ１７８に沿って第１の端部１７６ａに対向する。平面光学導波管１７２は、第１の面１８０ａと、第２の面１８０ｂとを有し、少なくとも第１および第２の面１８０ａ、１８０ｂ（集合的に、１８０）は、平面光学導波管１７２の長さ１７８の少なくとも一部に沿って、少なくとも部分的に、内部反射光学経路（実線矢印１８２ａおよび破線矢印１８２ｂによって図示され、集合的に、１８２）を形成する。平面光学導波管１７２は、光が定義された臨界角未満において面１８０に衝打するための実質的全内部反射（ＴＩＲ）を提供する、種々の形態をとってもよい。
【０１７９】
ＤＯＥ１７４（二重鎖線によって図７および８に図示される）は、ＴＩＲ光学経路１８２を中断し、平面光学導波管１７２の長さ１７６の少なくとも一部に沿って延在する、平面光学導波管１７２の内部１８６と外部１８８との間の複数の光学経路（実線矢印１８４ａおよび破線矢印１８４ｂによって図示され、集合的に、１８４）を提供する、多種多様な形態をとってもよい。図示される実施形態では、ＤＯＥ１７４は、１つ以上の回折格子を備え、それぞれ、光を異なる方向に進行するいくつかのビームの中に分裂および回折させる、光波長のオーダーの周期的構造を伴う、光学コンポーネントとして特徴付けられることができる。回折格子は、例えば、基板上にフォトリソグラフ印刷され得る、表面ナノ隆起、ナノパターン、細隙等から成ることができる。ＤＯＥ１７４は、見掛けオブジェクトの位置付けおよび見掛けオブジェクトの焦点面をもたらし得る。これは、フレーム毎、サブフレーム毎、またはさらにピクセル毎に達成されてもよい。
【０１８０】
図８に図示されるように、光は、ＴＩＲ伝搬から生じる少なくともいくつかの反射または「バウンス」を伴って、平面光学導波管１７２に沿って伝搬する。いくつかの実施形態は、反射を促進し得る、例えば、薄膜、誘電コーティング、金属コーティング等、１つ以上の反射体を内部光学経路内に採用してもよいことに留意されたい。光は、平面光学導波管１７２の長さ１７８に沿って伝搬し、長さ１７８に沿って種々の位置においてＤＯＥ１７４と交差する。ＤＯＥ１７４は、平面光学導波管１７２内に組み込まれる、または平面光学導波管１７２の面１８０のうちの１つ以上のものに当接または隣接してもよい。ＤＯＥ１７４は、少なくとも２つの機能を遂行する。ＤＯＥ１７４は、光の角度を偏移させ、光の一部をＴＩＲから逃散させ、内部２１６から平面光学導波管１７２の面１８０の外部に出現させる。ＤＯＥ１７４は、外部結合された光を視認距離に集束させる。したがって、平面光学導波管１７２の面１８０を通して見ると、１つ以上の視認距離においてデジタル画像が見える。
【０１８１】
２つの異なる角度のうちの１つにおいて導波管１７２に入射する、コリメートされた光ビーム２００は、２つのＴＩＲ光学経路１８２ａ、１８２ｂのうちの１つを辿り、外部光学経路の２つのセットのうちの１つに沿って、平面光学導波管１７２から出射する光線２０２をもたらすであろう。すなわち、ＴＩＲ光学経路１８２ａによって表される角度において導波管１７２に入射する、コリメートされた光ビーム２００ａは、外部光学経路のセットに沿って平面光学導波管１７２から出射する光線２０２ａをもたらし、ＴＩＲ光学経路１８２ｂによって表される角度において導波管１７２に入射する、コリメートされた光ビーム２００ｂは、外部光学経路のセットに沿って平面光学導波管１７２から出射する光線２０２ｂをもたらすであろう。
【０１８２】
前述から、ディスプレイサブシステム１０４は、１つ以上の仮想オブジェクトの単眼画像を各接眼レンズ１００からユーザに提示する、ピクセル情報の一連の合成画像フレームを生成することが理解され得る。例えば、図９を参照すると、合成画像フレーム２５０は、水平行または線２５４ａ−２５４ｎに分割されるセル２５２ａ−２５２ｍとともに図式的に図示される。フレーム２５０の各セル２５２は、セル２５２が応答する個別のピクセルのための複数の色および／または強度毎に、値を規定してもよい。例えば、フレーム２５０は、ピクセル毎に、赤色２５６ａのための１つ以上の値と、緑色２５６ｂのための１つ以上の値と、青色２５６ｃのための１つ以上の値とを規定してもよい。値２５６は、色毎のバイナリ表現、例えば、色毎の個別の４ビット数として規定されてもよい。フレーム２５０の各セル２５２は、加えて、振幅を規定する、値２５６ｄを含んでもよい。
【０１８３】
フレーム２５０は、１つ以上のフィールド、集合的に、２５８を含んでもよい。フレーム２５０は、単一フィールドから成ってもよい。代替として、フレーム２５０は、２つまたはさらにより多くのフィールド２５８ａ−２５８ｂを備えてもよい。フレーム２５０の完全な第１のフィールド２５８ａのためのピクセル情報は、完全な第２のフィールド２５８ｂのためのピクセル情報の前に規定される、例えば、アレイ、順序付けられたリスト、または他のデータ構造（例えば、記録、リンクされたリスト）内の第２のフィールド２５８ｂのためのピクセル情報の前に生じてもよい。提示サブシステムが２つを上回るフィールド２５８ａ−２５８ｂを取り扱うように構成されると仮定して、第３またはさらに第４のフィールドが、第２のフィールド２５８ｂに追従してもよい。
【０１８４】
ここで図１０を参照すると、フレーム２５０は、ラスタ走査パターン２６０を使用して生成される。ラスタ走査パターン２６０では、ピクセル２６８（１つのみ取り上げられる）は、連続して提示される。ラスタ走査パターン２６０は、典型的には、左から右に（矢印２６２ａ、２６２ｂによって示される）、次いで、上から下に（矢印２６４によって示される）ピクセル２６８を提示する。したがって、提示は、右上角から開始し、線の終了に到達するまで、第１の線２６６ａを横断して左にトラバースしてもよい。ラスタ走査パターン２６０は、典型的には、次いで、下の次の線における左から開始する。提示は、１つの線の終了から次の線の開始まで戻るとき、一時的に、ブラックアウトまたはブランクにされてもよい。本プロセスは、最下線２６６ｎが、例えば、最右下ピクセル２６８において完了するまで、線毎に繰り返される。フレーム２５０が完成すると、新しいフレームが、開始され、再び、次のフレームの最上線の右に戻る。再び、提示は、次のフレームを提示するために左下から右上に戻る間、ブランクにされてもよい。
【０１８５】
ラスタ走査の多くの実施形態は、インタレース走査パターンと称されるものを採用する。インタレースラスタ走査パターンでは、第１および第２のフィールド２５８ａ、２５８ｂからの線は、インタレースされる。例えば、第１のフィールド２５８ａの線を提示するとき、第１のフィールド２５８ａのためのピクセル情報が、奇数線のみのために使用されてもよい一方、第２のフィールド２５８ｂのためのピクセル情報は、偶数線のみのために使用されてもよい。したがって、フレーム２５０（図９）の第１のフィールド２５８ａの線は全て、典型的には、第２のフィールド２５８ｂの線の前に提示される。第１のフィールド２５８ａは、第１のフィールド２５８ａのピクセル情報を使用して提示され、線１、線３、線５等を連続して提示してもよい。次いで、フレーム２５０（図９）の第２のフィールド２５８ｂは、第２のフィールド２５８ｂのピクセル情報を使用することによって、第１のフィールド２５８ａに続いて提示され、線２、線４、線６等を連続して提示してもよい。
【０１８６】
図１１を参照すると、スパイラル走査パターン２７０が、ラスタ走査パターン２６０の代わりに使用され、フレーム２５０を生成してもよい。スパイラル走査パターン２７０は、コイルまたはループと命名され得る、１つ以上の完全な角度サイクル（例えば、３６０度）を含み得る、単一スパイラル走査線２７２から成ってもよい。図１０に図示されるラスタ走査パターン２６０と同様に、スパイラル走査パターン２７０内のピクセル情報は、角度インクリメントとして、各シーケンシャルピクセルの色および／または強度を規定するために使用される。振幅または半径方向値２７４は、スパイラル走査線２７２の開始点２７６からの半径方向寸法を規定する。
【０１８７】
図１２を参照すると、リサジュー走査パターン２８０が、代替として使用され、フレーム２５０を生成してもよい。リサジュー走査パターン２８０は、コイルまたはループと命名され得る、１つ以上の完全な角度サイクル（例えば、３６０度）を含み得る、単一リサジュー走査線２８２から成ってもよい。代替として、リサジュー走査パターン２８０は、２つ以上のリサジュー走査線２８２を含んでもよく、各位相は、相互に対して偏移され、リサジュー走査線２８２をネスト化する。ピクセル情報は、角度インクリメントとして、各シーケンシャルピクセルの色および／または強度を規定するために使用される。振幅または半径方向値は、リサジュー走査線２８２の開始点２８６からの半径方向寸法２８４を規定する。
【０１８８】
図１３を参照すると、マルチフィールドスパイラル走査パターン２９０が、代替として使用され、フレーム２５０を生成してもよい。マルチフィールドスパイラル走査パターン２９０は、２つ以上の明確に異なるスパイラル走査線、集合的に、１６０、具体的には、４つのスパイラル走査線２９２ａ−１６０ｄを含む。スパイラル走査線２９２毎のピクセル情報は、フレームの個別のフィールドによって規定されてもよい。有利なこととして、複数のスパイラル走査線２９２は、単に、スパイラル走査線２９２の各連続するもの間の位相を偏移させることによってネスト化され得る。スパイラル走査線２９２間の位相差は、採用されるであろう、スパイラル走査線２９２の総数の関数である。例えば、４つのスパイラル走査線２９２ａ−２９２ｄは、９０−度位相偏移によって分離されてもよい。例示的実施形態は、１０の明確に異なるスパイラル走査線（例えば、サブスパイラル）を伴って、１００Ｈｚリフレッシュレートで動作してもよい。図９の実施形態と同様に、１つ以上の振幅または半径方向値は、スパイラル走査線２９２の開始点２９６からの半径方向寸法２９４を規定する。
【０１８９】
ディスプレイサブシステムを説明するさらなる詳細は、「Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ」と題された米国特許出願第１４／２１２，  ９６１号と、「Ｐｌａｎａｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｗｉｔｈ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｅｌｅｍｅｎｔｓ（ｓ）  ａｎｄ  Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ  Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ  Ｓａｍｅ」と題された米国特許出願第１４／６９６，３４７号（参照することによって本明細書に組み込まれる）とに提供される。
【０１９０】
ここで図１４Ａ−１４Ｅを参照すると、左接眼レンズ１１０Ｌの異なるバリエーションが、ここで説明されるであろう。左接眼レンズ１１０Ｌは、個別の投影サブアセンブリ１０８からの光を内部結合し、光をエンドユーザ５０の左眼５２に外部結合し、かつ光を光感知アセンブリ１２２に外部結合するために、１つ以上の回折光学要素（ＤＯＥ）を利用する。右接眼レンズ１１０Ｒは、左接眼レンズ１１０Ｌと同じ様式で動作し、したがって、左接眼レンズ１１０Ｌに関する以下の開示は、右接眼レンズ１１０Ｒにも等しく適用されることを理解されたい。
【０１９１】
上記に議論されるように、左接眼レンズ１１０Ｌは、図１４Ａに図示されるように、こめかみに面した端部１７２ａと、鼻に面した端部１７２ｂとを有する、矩形形状の平面光学導波管１７２を含む、導波管装置１７０の形態をとる。図１５および１６に最良に示されるように、導波管１７２は、例えば、ガラス、溶融シリカ、アクリル、またはポリカーボネート等の光学的に透明な材料の単一の一体型基板または平面であるが、代替実施形態では、導波管１７２は、同一平面または異なる平面においてともに接合される、光学的に透明な材料の別個の明確に異なる板から成ってもよい。
【０１９２】
ＩＣＥ１６８は、投影アセンブリ１０８からコリメートされた光ビーム２００を面１８０ｂを介して導波管１７２の中に受光するために、導波管１７２の面１８０ｂ内に埋設されるが、代替実施形態では、ＩＣＥ１６８は、コリメートされた光ビーム２００を導波管１７２の中に内部結合された光ビームとして結合するために、導波管１７２の他の面１８０ａまたはさらに縁に埋設されてもよい。図示される実施形態では、ＩＣＥ１６８は、接眼レンズ１７２Ｌのこめかみに面した端部１７２ａに位置付けられる。
【０１９３】
ＤＯＥ１７４は、導波管１７２の中に光学的に結合されるコリメートされた光ビーム２００の有効射出瞳を２次元拡張させるために、導波管１７２と関連付けられる（例えば、導波管１７２内に組み込まれる、または導波管１７２の面１８０ａ、１８０ｂのうちの１つ以上のものに当接または隣接する）。この目的を達成するために、ＤＯＥ１７４は、内部結合された光ビーム２００を直交光ビーム２０１の中に分裂させるために導波管１７２の面１８０ｂに隣接する、１つ以上の直交瞳拡張（ＯＰＥ）要素１７４ａ（１つのみが図１４Ａに示される）と、各直交光ビーム２０１をエンドユーザ５０の眼５２に向かって導波管１７２の面１８０ｂから出射する外部結合された光線２０２の中に分裂させるために導波管１７２と関連付けられる、射出瞳拡張（ＥＰＥ）要素１７４ｂとを備える。導波管１７２が明確に異なる板から成る、代替実施形態では、ＯＰＥ要素１７４およびＥＰＥ要素１７４ｂは、導波管１７２の異なる板の中に組み込まれてもよい。
【０１９４】
ＯＰＥ要素１７４ａは、光を第１の軸（図１４Ａにおける垂直またはｙ−軸）に沿って中継し、第２の軸（図１４Ａにおける水平またはｘ−軸）に沿って光の有効射出瞳を拡張させる。特に、ＩＣＥ１６８は、ＴＩＲを介した内部反射光学経路２０４ａに沿った（この場合、水平またはｘ−軸に沿った）導波管１７２内の伝搬のために、コリメートされた光ビーム２００を光学的に内部結合し、そうすることによって、ＯＰＥ要素１７４ａと繰り返し交差する。図示される実施形態では、ＯＰＥ要素１７４ａは、ＯＰＥ要素１７４ａとの各交差点において、内部結合された光ビーム２００の一部（例えば、９０％を上回る）が、ＴＩＲを介して内部反射光学経路２０４ａに沿って導波管１７２内を伝搬し続け、内部結合された光ビーム２００の残りの部分（例えば、１０％未満）が、ＴＩＲを介して内部反射光学経路２０４ｂに沿って（この場合、垂直またはｙ−軸に沿って）ＥＰＥ要素１７４ｂに向かって導波管１７２内を伝搬する、直交光ビーム２０１として回折されるように、比較的に低回折効率（例えば、５０％未満）を有し、一連の対角線回折要素（ｘ−軸に対して４５度）を備える。光学経路２０４ｂは、光学経路２０４ａに垂直または直交するように説明されるが、光学経路２０４ｂは、代替として、光学経路２０４ａに対して斜めに配向されてもよいことを理解されたい。したがって、内部結合された光ビーム２００を平行内部反射光学経路２０４ｂに沿って伝搬する複数の直交ビーム２０１の中に分割することによって、導波管装置１７０の中に内部結合されたコリメートされた光ビーム２００の射出瞳は、ＯＰＥ要素１７４ａによってｙ−軸に沿って垂直に拡張される。
【０１９５】
ＥＰＥ要素１７４ｂは、順に、第１の軸（図１４Ａにおける垂直またはｙ−軸）に沿って光の有効射出瞳をさらに拡張させる。特に、ＥＰＥ要素１７４ｂは、ＯＰＥ要素１７４ａのように、図１５および１６に図示されるように、ＥＰＥ要素１７４ｂとの各交差点において、各直交光ビーム２０１の一部（例えば、９０％を上回る）が、個別の内部反射光学経路２０４ｂに沿って伝搬し続け、各直交光ビーム２０１の残りの部分が、導波管１７２の面１８０ｂから出射する（ｚ−軸に沿って）、外部結合された光線２０２として回折されるように、比較的に低回折効率（例えば、５０％未満）を有する。すなわち、光ビームがＥＰＥ要素１７４ｂに衝突する度に、その一部は、導波管１７２の面１８０ｂに向かって回折されるであろう一方、残りの部分は、個別の内部反射光学経路２０４ｂに沿って伝搬し続けるであろう。
【０１９６】
したがって、各直交光ビーム２０１を複数の外部結合された光線２０２に分割することによって、内部結合された光ビーム２００の射出瞳はさらに、ＥＰＥ要素１７４ｂによってｙ軸に沿って垂直に拡張され、オリジナルの内部結合された光ビーム２００のより大きいバージョンに類似する、外部結合された光線２０２の２次元アレイをもたらす。
【０１９７】
光ビームレットを導波管１７２の面１８０ｂから外部結合する機能に加え、ＥＰＥ要素１７４ｂは、画像または仮想オブジェクトの一部が、その焦点平面に合致する視認距離において、エンドユーザ５０によって見られるように、光ビームレットの出力セットを所与の焦点平面に沿って集束させる役割を果たす。例えば、ＥＰＥ要素１７４ｂが、線形回折パターンのみを有する場合、導波管１７２の面１８０ｂからエンドユーザ５０の眼５２に向かって出射する、外部結合された光線２０２は、図１７ａに示されるように、略平行であって、これは、エンドユーザ５０の脳によって、光学無限遠における視認距離（焦点平面）からの光として解釈されるであろう。しかしながら、ＥＰＥ要素１７４ｂが、線形回折パターン成分および半径方向対称回折パターン成分の両方を有する場合、導波管１７２の面１８０ｂから出射する、外部結合された光線２０２は、エンドユーザ５０の眼５２の視点からより発散してレンダリングされ（例えば、凸面曲率が、光波面上に付与されるであろう）、結果として生じる画像を網膜上に合焦させるために、眼５２がより近い距離に遠近調節することを要求し、エンドユーザ５０の脳によって、図１７ｂに示されるように、光学無限遠より眼５２に近い視認距離（例えば、４メートル）からの光として解釈されるであろう。導波管１７２の面１８０ｂから出射する、外部結合された光線２０２は、エンドユーザ５０の眼５２の視点からさらにより発散してレンダリングされ（例えば、より凸面の曲率が、光波面上に付与されるであろう）、結果として生じる画像を網膜上に合焦させるために、眼５２がさらにより近い距離に遠近調節することを要求し得、エンドユーザ５０の脳によって、図１７ｃに示されるように、眼５２により近い視認距離（例えば、０．５メートル）からの光として解釈されるであろう。
【０１９８】
左接眼レンズ１１０Ｌは、１つのみの焦点平面を有するように本明細書に説明されているが、関連付けられるＯＰＥ要素１７４ａおよびＥＰＥ要素１７４ｂを伴う、複数の平面光学導波管１７２が、同時に、または並行して、米国特許公開第２０１５／０３０９２６４号および２０１５／０３４６４９０号（参照することによって明示的に本明細書に組み込まれる）に議論されるように、画像を複数の焦点平面に生成するために使用されることができることを理解されたい。
【０１９９】
図１４Ａに戻って参照すると、接眼レンズ１１０Ｌは、外部結合要素（例えば、ＤＯＥ）１９０を含むことによって、直接、エンドユーザ５０の眼５２のために意図される光を引き出すために活用されてもよい。したがって、光は、エンドユーザ５０の視野外にあって、光線２０２が接眼レンズ１１０から出射し、したがって、接眼レンズ１１０から出射する光線２０２を表す、場所と異なる、場所において、接眼レンズ１１０から出射する。下記にさらに詳細に説明されるであろうように、表示される左および右単眼画像間の不整合を示す、パラメータは、接眼レンズ１１０から外部結合された光から導出される。図示される実施形態では、外部結合ＤＯＥ１９０は、接眼レンズ１７２Ｌの鼻に面した端部１７２ｂに位置付けられる。
【０２００】
動作時、（ＩＣＥ１６８を経て）接眼レンズ１１０Ｌの中に内部結合される、左眼のために意図される、投影サブシステム１０８によって放出される一部の光は、ＯＰＥ要素１７４ａの領域を通して辿って伝搬し、外部結合ＤＯＥ１９０に到達し得る。したがって、外部結合ＤＯＥ１９０は、図１５に図示されるように、光センサアセンブリ１２２に向かって導波管１７２の面１８０ｂから出射する（ｚ軸に沿って）、代表的外部結合光線２０３として、内部結合された光ビーム２００の一部を外部結合する。図示される実施形態では、基板１７０は、その上に外部結合ＤＯＥ１９０が搭載される、タブ１７３を備える。好ましくは、基板１７０のタブ１７３は、ＤＯＥ１９０から出射する光がエンドユーザ５０によって可視化され得ないように、エンドユーザ５０の視野外にある。
【０２０１】
ここで図１４Ｂを参照すると、別の左接眼レンズ１１０Ｌは、図１４Ａに図示される左接眼レンズ１１０Ｌに類似するが、ＯＰＥ要素１７４ａおよびＥＰＥ要素１７４ｂは、互いに９０度クロックされ、例えば、ＥＰＥ要素１７４は、図１４Ａに図示されるようにＯＰＥ要素１７４の下の代わりに、ＯＰＥ要素１７４ａと基板の鼻に面した端部１７２ｂとの間に位置する。図１４Ａに図示される左接眼レンズ１１０Ｌと同様に、ＯＰＥ１７４ａおよびＥＰＥ要素１７４ｂは、ＩＣＥ１６８を介して導波管１７２の中に光学的に結合される、コリメートされた光ビーム２００の有効射出瞳を２次元で拡張させる。すなわち、ＯＰＥ要素１７４ａは、内部結合された光ビーム２００を直交光ビーム２０１に分裂させ、射出瞳拡張（ＥＰＥ）要素１７４ｂは、各直交光ビーム２０１を、エンドユーザ５０の眼５２に向かって導波管１７２の面１８０ｂから出射する、外部結合された光線２０２に分裂させる。
【０２０２】
ＯＰＥ要素１７４ａは、光を第１の軸（図１４Ｂにおける水平またはｘ軸）に沿って中継し、光の有効射出瞳を第２の軸（図１４Ｂにおける垂直またはｙ軸）に沿って拡張させる。特に、ＩＣＥ１６８は、内部反射性光学経路２０４ａに沿った（この場合、水平またはｘ軸に沿った）ＴＩＲを介した導波管１７２内での伝搬のために、コリメートされた光ビーム２００を光学的に内部結合し、そうすることによって、ＯＰＥ要素１７４ａと繰り返し交差する。図示される実施形態では、ＯＰＥ要素１７４ａは、比較的に低回折効率（例えば、５０％未満）を有し、ＯＰＥ要素１７４ａとの交点の各点において、内部結合された光ビーム２００の一部（例えば、９０％を上回る）が、ＴＩＲを介して、内部反射性光学経路２０４ａに沿って導波管１７２内を伝搬し続け、内部結合された光ビーム２００の残りの部分（例えば、１０％未満）が、ＴＩＲを介して、内部反射性光学経路２０４ｂに沿って（この場合、垂直またはｙ軸に沿って）、次いで、内部反射性経路２０４ａに沿って（この場合、水平またはｘ軸に沿って）、ＥＰＥ要素１７４ｂに向かって、導波管１７２内を伝搬する、直交光ビーム２０１として回折されるように、一連の対角線回折要素（ｘ軸に対して４５度）を備える。したがって、内部結合された光ビーム２００を、平行内部反射性光学経路２０４ｂに沿って伝搬する、複数の直交ビーム２０１に分割することによって、導波管装置１７０の中に内部結合される、コリメートされた光ビーム２００の射出瞳は、ＯＰＥ要素１７４ａによって、ｙ軸に沿って垂直に拡張される。
【０２０３】
ＥＰＥ要素１７４ｂは、ひいては、第１の軸（図１４Ｂにおける水平またはｘ軸）に沿って、光の有効射出瞳をさらに拡張させる。特に、ＥＰＥ要素１７４ｂは、ＯＰＥ要素１７４ａのように、図１８および１９に図示されるように、ＥＰＥ要素１７４ｂとの交点の各点において、各直交光ビーム２０１の一部（例えば、９０％を上回る）が、個別の内部反射性光学経路２０４ａに沿って伝搬し続け、各直交光ビーム２０１の残りの部分が、導波管１７２の面１８０ｂから出射する（ｚ軸に沿って）、外部結合された光線２０２として回折されるように、比較的に低回折効率（例えば、５０％未満）を有する。すなわち、光ビームがＥＰＥ要素１７４ｂに衝打する度に、その一部は、導波管１７２の面１８０ｂに向かって回折されるであろう一方、残りの部分は、個別の内部反射性光学経路２０４ｂに沿って伝搬し続けるであろう。
【０２０４】
したがって、各直交光ビーム２０１を複数の外部結合された光線２０２の中に分割することによって、内部結合された光ビーム２００の射出瞳は、ＥＰＥ要素１７４ｂによってｘ−軸に沿って水平にさらに拡張され、オリジナルの内部結合された光ビーム２００のより大きいバージョンに類似する、外部結合された光線２０２の２次元アレイをもたらす。
【０２０５】
図１４Ａにおける接眼レンズ１１０Ｌのように、図１５における接眼レンズ１１０Ｌは、外部結合ＤＯＥ１９０を接眼レンズ１７２Ｌの鼻に面した端部１７２ｂに含むことによって、直接、エンドユーザ５０の眼５２のために意図される光を引き出すために活用されてもよい。しかしながら、ＯＰＥ要素１７４の領域のみを通して伝搬する代わりに、（ＩＣＥ１６８を経て）接眼レンズ１１０Ｌの中に内部結合される、左眼のために意図された、投影サブシステム１０８によって放出される一部の光は、ＯＰＥ要素１７４ａおよびＥＰＥ要素１７４ｂの両方の領域を通して辿って伝搬し、外部結合ＤＯＥ１９０に到達し得る。したがって、外部結合ＤＯＥ１９０は、図１８に図示されるように、光センサアセンブリ１２２に向かって導波管１７２の面１８０ｂから出射する（ｚ軸に沿って）、代表的外部結合光線２０３として、内部結合された光ビーム２００の一部を外部結合する。図示される実施形態では、基板１７０は、その上に外部結合ＤＯＥ１９０が搭載される、タブ１７３を備える。好ましくは、基板１７０のタブ１７３は、ＤＯＥ１９０から出射する光がエンドユーザ５０によって可視化され得ないように、エンドユーザ５０の視野外にある。いくつかの実施形態では、ＤＯＥ１９０の機能性は、外部結合プリズムを用いて提供されてもよい。
【０２０６】
ＯＰＥ要素１７４ａおよびＥＰＥ要素１７４ｂは、ｘ−ｙ平面において非重複として図１４Ａおよび１４Ｂに図示されるが、ＯＰＥ要素１７４ａおよびＥＰＥ要素１７４ｂは、ｘ−ｙ平面において、完全または少なくとも部分的に、相互に重複してもよいことに留意されたい。例えば、図１４Ｃに図示されるように、別の左接眼レンズ１１０Ｌは、図１４Ａおよび１４Ｂに図示される左接眼レンズ１１０Ｌに類似するが、導波管１７２は、三角形に成形され、ＯＰＥ要素１７４ａおよびＥＰＥ要素１７４ｂは、それぞれ、導波管１７２の対向面上に配置される。別の実施例として、図１４Ｄに図示されるように、さらに別の左接眼レンズ１１０Ｌは、図１４Ａおよび１４Ｂに図示される左接眼レンズ１１０Ｌに類似するが、導波管１７２は、不規則的に成形され、ＯＰＥ要素１７４ａおよびＥＰＥ要素１７４ｂは、それぞれ、導波管１７２の対向面上に配置される。図１４Ｃおよび１４ＤにおけるＯＰＥ要素１７４ａおよびＥＰＥ要素１７４ｂの配列は、本明細書では、集合的に、ＤＯＥ１７４ａ−ｂと称され得る。いくつかの実施形態では、ＯＰＥ要素１７４ａおよびＥＰＥ要素１７４ｂの機能性は、単一ＤＯＥを用いて提供されてもよい。また、さらに別の実施例として、図１４Ｅに図示されるように、別の左接眼レンズ１１０Ｌは、図１４Ｄに図示される左接眼レンズ１１０Ｌに類似するが、ＤＯＥ１７４ａ−ｂはさらに、光を光センサアセンブリ１２２に向かって外部結合するように構成される。本理由から、図１４Ｅの接眼レンズ１１０Ｌは、図１４Ａ−１４Ｄを参照して上記に説明される外部結合ＤＯＥ１９０等の専用外部結合ＤＯＥを含む必要はない。図１４Ｅの実施例では、左接眼レンズ１１０ＬのＤＯＥ１７４ａ−ｂは、導波管１７２の鼻に面した端部１７２ｂの中に連続的に延在する。したがって、図１４Ｅの左接眼レンズ１１０ＬのＤＯＥ１７４ａ−ｂの少なくとも一部は、エンドユーザ５０のＦＯＶ外に位置付けられ得る。いくつかの実施例では、ＤＯＥ１７４ａ−ｂのそのような部分は、図２０−２２Ｂ、３０、および３２Ａ−３２Ｂを参照して本明細書に説明されるもののうちの１つ以上のもの等のフレームまたは筐体構造の１つ以上の部分によって、物理的に隠され得る。
【０２０７】
図２１を参照すると、フレーム構造１０２、ディスプレイサブシステム１０４、および光感知アセンブリ１２２の一実施形態が、ここで説明されるであろう。図示される実施形態では、フレーム構造１０２は、例えば、拡大鏡またはサングラスの形状における、比較的に軽量で、薄く、かつ可撓性の形状因子を有し、搬送、快適性、およびより審美的に魅力的な見た目を促進する。フレーム構造１０２は、個別の左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒを担持するためのフレーム３００だけではなく、それぞれ、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒと関連付けられる、個別の左および右投影サブアセンブリ１０８Ｌ、１０８Ｒと、一対の左および右つるのアーム３０２Ｌ、３０２Ｒと、つるのアーム３０２Ｌ、３０２Ｒ間のブリッジ３０４と、ブリッジ３０４に添着される、鼻当て３０６とを備える。フレーム構造１０２はまた、エンドユーザ５０の頭部５４の位置および移動を検出するためのビデオカメラの形態における、前向き左および右センサ１０３Ｌ、１０３Ｒを担持する。
【０２０８】
図示される実施形態では、フレーム３００、アーム３０２Ｌ、３０２Ｒ、およびブリッジ３０４は、ともにモノリシックに統合されるが、代替実施形態では、これらのコンポーネントのいずれかは、離散部品から成ることができ、次いで、接合材料または締結具等の好適な界面接触コンポーネントを使用して、ともに統合される。つるのアーム３０２Ｌ、３０２Ｒは、エンドユーザ５０の頭部５４の個別のこめかみに係合し、フレーム３００、したがって、エンドユーザ５０の眼５２の正面の左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒを維持するように設計される。つるのアーム３０２Ｌ、３０２Ｒは、それぞれ、左および右ヒンジ３０８Ｌ、３０８Ｒを備え、フレーム構造１０２をエンドユーザ５２の頭部５４に適切に適合させるためのアーム３０２Ｌ、３０２Ｒの撓曲を促進してもよい。鼻当て３０６は、フレーム構造１０２を着用するとき、エンドユーザ５２の鼻上に静止し、鼻およびこめかみの快適性を向上させるように構成される。鼻当て３０６は、付加的快適性のためにエンドユーザ５２の鼻の形状に共形化する、凸面表面を有してもよい。
【０２０９】
フレーム３００は、それぞれ、ブリッジ３０４から離れるように延在する、カンチレバーアーム部分３１２と、エンドユーザ５２の眼５２の平面と平行な平面において、個別のカンチレバーアーム部分３１２から延在する、添着アーム部分３１４とを有する、左および右カンチレバー式アーム３１０Ｌ、３１０Ｒを備える。左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒは、それぞれ、好適な様式において、添着アーム部分３１４に添着され、左および右投影サブアセンブリ１０８Ｌ、１０８Ｒは、それぞれ、添着アーム部分３１４の外側端部に添着され、光線が、それぞれ、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒから出射し、左および右単眼画像を両眼画像としてエンドユーザ５０に表示するように、それぞれ、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの中への光ビームの導入を促進する。いくつかの実施形態では、左および右ヒンジ３０８Ｌ、３０８Ｒおよび／または左および右のつるのアーム３０２Ｌ、３０２Ｌは、直接、アーム部分３１４の左および右の遠位端に添着されてもよい。図２０に示されるような左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒは、図１４Ａ−１４Ｄを参照して上記に説明されるような左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒと同一または類似してもよい。したがって、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒは、上記に説明されるように、それぞれ、２つの投影サブシステム１０８Ｌ、１０８Ｒから放出される光を受光／内部結合するように構成される、左および右ＩＣＥ（図２０および２１に示されない）と、それぞれ、光を光感知アセンブリ１２２に向かって外部結合するように構成される、左および右外部結合ＤＯＥ１９０Ｌ、１９０Ｒと、ＯＰＥおよび／または射出瞳拡張ＥＰＥ機能性を提供するように構成される、１つ以上の付加的ＤＯＥ（図２０および２１に示されない）とを備える。
【０２１０】
いくつかの実施例では、図２０に示されるような左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒは、図１４Ｅを参照して上記に説明されるような左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒと同一または類似してもよい。したがって、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒはそれぞれ、投影サブシステム１０８Ｌ、１０８Ｒの個別のものから放出される光を受光／内部結合するように構成される、ＩＣＥと、ＯＰＥおよび／または射出瞳拡張ＥＰＥ機能性を提供し、光を光感知アセンブリ１２２に向かって外部結合するように構成される、ＤＯＥ１７４ａ−ｂ（図２０および２１に示されない）とを備えてもよい。図１４Ｃおよび１４Ｄを参照して上記に述べられたように、ＤＯＥ１７４ａ−ｂは、１つ以上のＤＯＥコンポーネントの形態をとってもよい。
【０２１１】
図２０に図示されるように、接眼レンズ１１０Ｌから外に外部結合ＤＯＥ１９０を通して結合される、光は、光感知アセンブリ１２２に到達する前に、自由空間内を伝搬し得る。上記に説明されるように、右接眼レンズ１１０Ｒは、左接眼レンズ１１０Ｌのものに類似する光学アーキテクチャ（例えば、左接眼レンズ１１０Ｌの光学アーキテクチャの鏡映画像バージョン）とともに実装されてもよい。したがって、接眼レンズ１１０Ｒから外に個別の外部結合ＤＯＥを通して結合される、光は、上記に述べられた光感知アセンブリ１２２に到達する前に、自由空間内を伝搬し得る。
【０２１２】
光感知アセンブリ１２２は、中心に搭載されてもよく、図示される実施形態では、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの両方からの光を測定するように、ブリッジ３０４の正面表面に添着される。したがって、光感知アセンブリ１２２は、下記にさらに詳細に説明されるであろうように、個別の左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの左および右ＤＯＥ１９０Ｌ、１９０Ｒから出射する光線を感知する。
【０２１３】
図２０に図示されるように、フレーム構造１０２、光感知アセンブリ１２２、および接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒは、光感知アセンブリ１２２が、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの両方と光学的に結合されるが、左接眼レンズ１１０Ｌおよび右接眼レンズ１１０Ｒから剛性的に（物理的に）デカップルされるように構成される。言い換えると、それに対して光感知アセンブリ１２２が搭載されるかまたは位置付けられるフレーム構造１０２の部分は、それによって左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒが担持または別様に支持されるフレーム構造１０２の部分（例えば、カンチレバー式アーム３１０Ｌ、３１０Ｒ）と、移動可能または柔軟に結合される。いくつかの実施例では、それに対して光感知アセンブリ１２２が搭載されるかまたは位置付けられるフレーム構造１０２の部分自体は、局所変形を最小限にし、光感知アセンブリ１２２とモノリシック構造を形成するように、比較的に剛性である。このように、接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒから剛性的にデカップルされる／それに柔軟に結合されるが、２つの接眼レンズ１１０Ｌおよび１１０Ｒ間に常駐し、それらに物理的に橋架する、フレーム構造１０２の一部上に搭載されることによって、光感知アセンブリ１２２は、本質的に、２つの接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒ間の相対的変形に非依存的となり得る。したがって、光感知アセンブリ１２２は、両眼変形分析および／またはオンライン仮想画像較正の目的のために、外部結合ＤＯＥ１９０Ｌ、１９０Ｒから外に結合される光を客観的に観察するために非常に好適である。
【０２１４】
図２２Ａおよび２２Ｂを参照すると、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒが、比較的に整合され、したがって、両眼調和可能仮想画像を提示する（例えば、仮想画像生成システム１００のユーザに）ように構成されるように、フレーム構造１０２が機械的に理想的条件にあるとき（「状態Ａ」）と、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒが相互に対して不整合状態にあるように、フレーム構造１０２が準理想的物理的（変形）条件（例えば、使用による磨耗、熱効果等の結果）にあるとき（「状態Ｂ」）との仮想画像生成システム１００の動作が、示される。さらに、仮想コンテンツは、接眼レンズを含む、任意の物理的コンポーネントに対して、予測可能に移動しないことが見出されている。むしろ、仮想画像挙動は、光生成器（例えば、投影サブシステム）の内部および光生成器−接眼レンズインターフェース（例えば、ＩＣＥに対する投影サブシステムの位置付け）および熱および他の効果の関数である。
【０２１５】
図２２Ａに描写されるように、状態Ａでは、仮想画像生成システム１００は、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの両方を通して、仮想単眼画像を表示するように動作する。すなわち、投影サブシステム１０８Ｌは、仮想コンテンツを表す光を左接眼レンズ１１０Ｌに向かって投影し、これは、ひいては、本光を内部結合し（例えば、ＩＣＥを通して）、上記に説明されるＯＰＥ１７４ａおよびＥＰＥ１７４ｂ等のＯＰＥおよび／またはＥＰＥ機能性を提供するように構成される、ＤＯＥに向かって誘導する。誘導される光の大部分は、ＤＯＥを横断するにつれて、接眼レンズ１１０Ｌから出射し得る（例えば、ユーザの左眼に向かって指向される）が、本光の一部は、外部結合ＤＯＥ１９０Ｌに向かって継続し、そこで、接眼レンズ１１０Ｌから外に光（光線２０３によって表される）として結合され、少なくとも部分的に、光感知アセンブリ１２２によって傍受されてもよい。投影サブシステム１０８Ｒは、右接眼レンズ１１０ＲおよびそのＤＯＥ（例えば、外部結合ＤＯＥ１９０、ＩＣＥ、ＯＰＥ１７４ａ、およびＥＰＥ１７４ｂ等）とともに、仮想コンテンツを提示し（例えば、ユーザの右眼に）、また、（例えば、外部結合ＤＯＥ１９０Ｒを通して）該仮想コンテンツを表す光を外部結合し、光感知アセンブリ１２２に指向するように、状態Ａにおける類似様式で動作してもよい。
【０２１６】
図２２Ｂに描写されるように、状態Ｂでは、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒは、ヨー軸を中心として相互に少なくとも回転不整合状態であることが分かる。本変形（この場合、右カンチレバー式アーム３１０Ｒのアーム部分３１２のカンチレバー支持によって生じる）の結果として、さらに、光（光線２０３によって表される）が状態Ｂにおいて右接眼レンズ１１０Ｒの外部結合ＤＯＥ１９０Ｒから出射する角度が、光（対応する光線２０３によって表される）が状態Ａにおいて右接眼レンズ１１０Ｒの外部結合ＤＯＥ１９０Ｒから出射する角度と異なり、また、光（光線２０３によって表される）が状態ＡおよびＢの両方において左接眼レンズ１１０Ｌの外部結合ＤＯＥ１９０Ｌから出射する角度とも異なることが分かる。光感知アセンブリ１２２の光能力によって、仮想画像生成システム１００は、光感知アセンブリ１２２から出力されたデータに基づいて、２つの接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒ間のそのような変形／相対的不整合を検出することが可能であり得る。
【０２１７】
簡単に上記に議論されたように、ＤＯＥ１９０Ｌ、１９０Ｒの両方から出射する光を検出することによって、光感知アセンブリ１２２は、個別の左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒによって両眼画像として提示される左および右単眼画像間の不整合を示す、少なくとも第１のパラメータを感知し得る。仮想画像生成システム１００の制御回路（例えば、ＣＰＵ１１４）は、光感知アセンブリ１２２によって行われたそのような測定を表す、データを受信および処理し得る。仮想画像生成システム１００の制御回路構成は、フレーム構造１０２が状態Ａにあるときの光感知アセンブリ１２２上に入射する光から導出されるデータと、フレーム構造１０２が状態Ｂにあるときの光感知アセンブリ１２２上に入射する光に関して導出されるデータを事実上比較し、続いて、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの相対的変形状態を定量化、特性評価、または別様に検出するように動作し得る。
【０２１８】
１つ以上の回転軸（例えば、ピッチ軸、ロール軸、および／またはヨー軸）を中心とした左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの相対的不整合の検出に応答して、仮想画像生成システム１００は、１つ以上のオンライン仮想画像較正動作を実施し、両眼調和可能仮想画像（例えば、仮想画像生成システム１００のユーザに）を提示する、または別様にそのような不整合を補償し得る。上記に説明されるように、そのような較正ルーチンは、接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒに関して記憶される平行移動および／または回転パラメータを更新するステップを含んでもよい。仮想画像は、ＧＰＵ１１６または仮想画像生成システム１００の制御サブシステムの他のコンポーネントによって事実上較正され得る。具体的には、そのような更新された平行移動および／または回転パラメータは、レンダリング空間またはそれと関連付けられる「仮想画面」内の「仮想カメラ」（「レンダリングカメラ」とも称される）の１つ以上の付帯パラメータを平行移動させる、回転させる、または別様に変換するために利用されてもよい。いくつかの実施例では、レンダリングカメラの１つ以上の固有のパラメータは、検出された両眼不整合に基づいて調節されてもよい。レンダリングプロセスにおけるレンダリングカメラの作成、調節、および使用について議論するさらなる詳細は、米国特許出願第１５／２７４，８２３号および米国特許出願第１６／２５０，９３１号（その両方とも、あらゆる目的のために、参照することによってその全体として明示的に本明細書に組み込まれる）に提供される。
【０２１９】
いくつかの実施形態では、１つ以上のレンダリングカメラが、ユーザの眼毎に採用されてもよい。したがって、これらの実施形態のうちのいくつかでは、仮想画像生成システム１００は、左接眼レンズ１１０Ｌと関連付けられた第１のレンダリングカメラと、右接眼レンズ１１０Ｒと関連付けられた第２のレンダリングカメラとを採用してもよい。ピッチ、ロール、および／またはヨー軸を中心とした左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの不整合に対処するために、仮想画像生成システム１００は、例えば、１つ以上の調節を、それぞれ、ピッチ、ロール、および／またはヨー軸を中心とした第１および第２のレンダリングカメラの一方または両方の配向に行ってもよい。例えば、図４Ｂに示されるものに類似する、ピッチ軸を中心とした不整合を補償するために、仮想画像生成システム１００は、１つ以上の調節を行い、第２のレンダリングカメラをピッチ軸を中心として下向きに回転または傾斜させる、第１のレンダリングカメラをピッチ軸を中心として上向きに回転または傾斜させる、またはそれらの組み合わせを行ってもよい。代替として、または加えて、仮想画像生成システム１００は、１つ以上の動作を実施し、右接眼レンズ１１０Ｒ上に提示される仮想画像を下向きに垂直に平行移動させる、左接眼レンズ１１０Ｌ上に提示される仮想画像を上向きに垂直に平行移動させる、または両方を行い、図４Ｂに示されるものに類似する、ピッチ軸を中心とした不整合を補償してもよい。同様に、図４Ｃに示されるものに類似する、ロール軸を中心とした不整合を補償するために、仮想画像生成システム１００は、１つ以上の調節を行い、第２のレンダリングカメラをロール軸を中心として時計回りに回転または傾斜させる、第１のレンダリングカメラをロール軸を中心として反時計回りに回転または傾斜させる、またはそれらの組み合わせを行ってもよい。さらに、図４Ｄに示されるものに類似する、ヨー軸を中心とした不整合を補償するために、仮想画像生成システム１００は、１つ以上の調節を行い、第２のレンダリングカメラをヨー軸を中心として左に回転または傾斜させる、第１のレンダリングカメラをヨー軸を中心として右に回転または傾斜させる、またはそれらの組み合わせを行ってもよい。代替として、または加えて、仮想画像生成システム１００は、１つ以上の動作を実施し、右接眼レンズ１１０Ｒ上に提示される仮想画像を左に水平に平行移動させる、左接眼レンズ１１０Ｌ上に提示される仮想画像を右に水平に平行移動させる、または両方を行い、図４Ｄに示されるものに類似する、ヨー軸を中心とした不整合を補償してもよい。複数の軸を中心とした不整合を補償するために、仮想画像生成システム１００は、回転および／または平行移動調節の組み合わせを第１および第２のレンダリングカメラおよび／または左および右仮想画像の一方または両方に行ってもよい。いくつかの実施形態では、仮想画像生成システム１００は、所望の結果が達成されるまで、微細またはインクリメント調節を第１および第２のレンダリングカメラおよび／または左および右仮想画像の一方または両方の配向および／または位置に行うように、フィードバックループ上で動作してもよい。
【０２２０】
いくつかの実施形態では、仮想画像生成システム１００は、相対的平行移動パラメータおよび相対的回転パラメータを含む、２つの接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒのための較正プロファイルを記憶してもよい。相対的平行移動パラメータは、２つの接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒのそれぞれの重心間の相対的距離に対応してもよく、相対的回転パラメータは、２つの接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒ間の相対的角度配向に対応してもよい。いくつかの実施例では、相対的平行移動パラメータは、接眼レンズ１１０Ｌのディスプレイ位置合わせ体積の頂点と接眼レンズ１１０Ｒのディスプレイ位置合わせ体積の頂点との間の距離に対応してもよい。同様に、これらの実施例のうちのいくつかでは、相対的回転パラメータは、接眼レンズ１１０Ｌのディスプレイ位置合わせ体積と接眼レンズ１１０Ｒのディスプレイ位置合わせ体積との間の相対的角度配向に対応してもよい。ディスプレイ位置合わせ体積およびそれと関連付けられるシステムおよび技法の実施例に関する付加的情報は、米国特許出願第１６／２５１，  ０１７号（その全体が、参照することによって本明細書に組み込まれる）に提供される。
【０２２１】
一実施形態では、光感知アセンブリ１２２によって感知される、画像不整合パラメータは、光線２０３が個別の左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒから出射する角度を含む。この目的を達成するために、光感知アセンブリ１２２は、個別の左および右ＤＯＥ１９０Ｌ、１９０Ｒから出射する光線２０３を独立して感知するために、２つの離散センサ（図示せず）を備える。図示される実施形態では、光感知アセンブリ１２２は、１つ以上の基準平面に対する光線２０３の角度を示すパラメータを感知する。例えば、これらの基準平面は、以下にさらに詳細に説明されるように、ｘ−ｚ平面、ｙ−ｚ平面、およびｘ−ｙ平面を備えてもよい。着目すべきこととして、これらの基準平面は、平坦であってもよいが、各左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの外部表面は、代替として、湾曲され得るため、これらの基準平面もまた、湾曲されてもよい。
【０２２２】
また、簡潔に前述されたように、出射光線の角度は、画像フレーム内のピクセルの位置と非常に相関する。例えば、図２３Ａおよび２３Ｂに図示されるように、投影サブシステム１０８のうちの１つからコリメートされた光ビーム２００は、ＩＣＥ１６８を介して、個別の接眼レンズ１１０に入射し、導波管１７２内を伝搬する。伝搬する光ビーム２００の射出瞳は、例えば、図１４Ａ−１４Ｅおよび図１５−１９の導波管１７２の面１８０ｂから出射する光線２０２に関して上記に説明されるように、ＤＯＥ１７４によってｘ−軸およびｙ−軸に沿って拡張される。接眼レンズ１１０の中に入力されるコリメートされた光ビーム２００に対応する、１つのみの光線２０２が、簡潔目的のために示されるが、典型的には、コリメートされた光ビーム２００の走査角度に関連する出射光線２０２の全てのあらゆる角度を伴って、単一のコリメートされた光ビーム２００に対応して接眼レンズ１１０から出射する、多くの光線２０２が存在するであろうことを理解されたい。
【０２２３】
コリメートされた光ビーム２００は、投影サブシステム１０８によって走査され、光２１０ａの入力円錐を生成し、本円錐内の各ビーム角度は、ユーザの視野（ＦＯＶ）２１４内のピクセル２１２に対応する。図２３Ａに示されるように、コリメートされた光ビーム２００が、１つの特定のビーム角度を有する場合、対応するピクセル２１２ａは、ＦＯＶ２１４の左下領域内で生成される一方、コリメートされた光ビーム２００が、別の特定のビーム角度を有する場合、対応するピクセル２１２ｂは、ＦＯＶ２１４の右上領域内に生成される。接眼レンズ１１０は、入力光円錐２１０ａを導波管１７２の放出面１８０ｂに伝送し、光２１０ｂの出力円錐をもたらすことによって、ｘ−ｙ画像平面をエンドユーザ５０に提示する。
【０２２４】
２つの接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒのそれぞれに対して、ＣＰＵ１１４（図５に示される）が、単眼画像データを生成し、これは、ピクセルの色および強度を定義することに加え、個別の接眼レンズ１１０のための単眼画像のピクセルの場所を定義し、したがって、接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの両方に関する同一ピクセルの定義された場所に対応する出射光線２０２の相対的設計角度、および光感知アセンブリ１２２によって感知される接眼レンズ１１０Ｌ、１００Ｒの両方に関する出射光線２０２の実際の相対的角度に基づいて、個別の接眼レンズ１１０に対する投影サブシステム１０８によって生成された光ビーム２００の角度を制御し、それによって、接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの出射光線２０２の実際の相対的角度が、接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの出射光線２０２の設計される相対的角度とほぼ同じである、すなわち、エンドユーザ５０が合致する単眼画像を両眼画像として正しく知覚するように、接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒによって生産された単眼画像のピクセルが、可能な限り近似するように合致することを確実にする。
【０２２５】
例えば、図２４を参照すると、３次元空間内の原点からの出射光線２０２の配向は、ＦＯＶ２１４のｘ−ｙ平面内のピクセル２１２の個別のｘ−およびｙ−座標に緊密に対応する、ｘ−ｚ平面２１６ａ上の１つと、ｙ−ｚ平面２１６ｂ上の別のものとの２つの角度によって定義されてもよい。ＣＰＵ１１４は、光感知アセンブリ１２２によって感知されるパラメータに基づいて、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒ毎のｘ−ｚおよびｙ−ｚ平面２１６ａ、２１６ｂにおける出射光線２０２の実際の角度を決定し、接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒのそれぞれの対応するピクセル２１２に関する出射光線２０２の実際の角度と出射光線２０２の設計通りの角度との間の逸脱を算出し、投影サブシステム１０８の動作を修正し、接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒに関する出射光線２０２の相対的実際の角度と出射光線２０２の相対的設計通りの角度との間の相違を補償し、接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒによって生成される単眼画像に整合させてもよい。
【０２２６】
そのような相違を補正するために、ＣＰＵ１１４は、投影サブシステム１０８に、接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの一方または両方に関するコリメートされた光ビーム２００の走査位置を調節するように命令してもよい。図示される実施形態では、個別の接眼レンズ１１０に関するコリメートされた光ビーム２００の走査位置は、走査デバイス１５６の機械的応答が、所望のピクセル位置のための所望の機械的応答により一致するように、走査デバイス１５６（図７参照）の作動／駆動プロファイル（例えば、圧電要素１６０の駆動電子機器１６２によって提供される駆動電圧、駆動信号、駆動パターン等）を修正することによって調節されてもよい。別の実施例として、ＣＰＵ１１４は、個別の接眼レンズ１１０Ｌに関する単眼画像データを修正し（例えば、ピクセル変調／ピクセル同期を修正することによって）、接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒに関する左および右単眼画像間の既知の不整合を補償してもよい。この場合、出射光線２０３の「正しくない角度」が、測定されるが、補正されない。さらに別の実施例として、コリメートされた光ビーム２００の走査位置の修正および画像データの修正の組み合わせが、ＣＰＵ１１４によって採用されてもよい。
【０２２７】
コリメートされた光ビーム２００の走査位置および／または接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの一方または両方に関する単眼画像データは、角度測定をリアルタイムで監視し、可能な限り迅速に対応する投影サブシステム１０８の一方または両方への調節をもたらし、処理および因果関係に起因する遅延を最小限にする、ソフトウェア／ハードウェアコントローラ（例えば、比例−積分−微分（ＰＩＤ）に類似する）を採用することによって、修正され、接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの出射光線２０２の相対的実際の角度と接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの出射光線２０２の所望の角度との間の不整合を補償することができる。代替として、ディスプレイサブシステム１０４は、同じ標的走査パターンが各画像フレームを生成するために使用される、反復システムであるため、前の画像フレームのために取得された角度測定が、算出および記憶されることができ、次いで、補正が、後続画像フレームに適用されることができる。高画像フレームレートが存在する場合、約数ミリ秒の遅延を被り得る。
【０２２８】
左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１００Ｒ毎に、光感知アセンブリ１２２は、ｘ−ｚおよびｙ−ｚ平面２１６ａ、２１６ｂに対する光線２０２のうちの少なくとも１つの強度を検出する。図１４Ａ−１４Ｅおよび図１５−１９に図示される実施形態では、感知アセンブリ１２２は、個別の接眼レンズ１１０から出射または放出される光線２０２を表す、少なくとも１つの光線２０３（１つのみが本明細書に説明される）の強度を測定する。本実施形態では、代表的光線２０３は、出射光線２０２と異なり、出射光線２０２と異なる場所において、好ましくは、エンドユーザ５０のＦＯＶ２１４外で、個別の接眼レンズ１１０の外部結合ＤＯＥ１９０から出射する。
【０２２９】
一実施形態では、光感知アセンブリ１２２は、それぞれ、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの左および右ＤＯＥ１９０Ｌ、１９０Ｒから出射する光を別個に検出するために、２つの別個かつ独立したセンサ配列を備える。この場合、２つのセンサ配列は、そこからフレーム３００の変形によって生じる左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒ間の任意の不整合を検出するために、安定プラットフォームを提供するように、２つのセンサ配列間に変形が存在しないように、相互に剛性的に結合されることが重要である。そのような２つのセンサ配列の実施例は、図３１Ａ−３１Ｂを参照して下記にさらに詳細に説明される。
【０２３０】
例えば、図２５に図示されるように、光感知アセンブリ１２２は、左接眼レンズ１１０Ｌの左ＤＯＥ１９０Ｌから出射する代表的光線２０３の角度を検出するための左非結像センサ配列２２０Ｌと、右接眼レンズ１１０Ｒの右ＤＯＥ１９０Ｒから出射する代表的光線２０３の角度を検出するための右非結像センサ配列２２０Ｒとを備える。センサ配列２２０Ｌ、２２０Ｒはそれぞれ、接眼レンズ１１０の個別のＤＯＥ１９０から出射する代表的光線２０３の直交成分を感知するように構成される、一対の直交角度センサ２２２ａおよび２２２ｂ（集合的に、２２２）と、直交角度センサ２２２からの読取値が個別の接眼レンズ１１０内の光の強度に正規化され得るように、代表的光線２０３の絶対強度を感知するように構成される、正規化センサ２２４とを備える。すなわち、画像が、生成されると、ピクセル強度は、異なるピクセルの色に対応して変調される。したがって、光強度センサ２２４によって測定されたピクセル強度変調は、角度センサ２２２の測定を解釈するときに考慮され得る。
【０２３１】
図２６Ａをさらに参照すると、一対の角度センサ２２２ａ、２２２ｂは、それぞれ、一対の光強度センサ２２６ａ、２２６ｂ（集合的に、２２６）と、一対の角度選択的誘電層２２８ａ、２２８ｂ（集合的に、２２８）と、一対の円筒形レンズ（例えば、ＧＲＩＮレンズ）２３０ａ、２３０ｂ（集合的に、２３０）とを備える。ＧＲＩＮレンズ２３０は、直接、個別の接眼レンズ１１０のＤＯＥ１９０に面し、誘電層２２８は、それぞれ、直接、ＧＲＩＮレンズ２３０の外向きに向いた表面に搭載され、光強度センサ２２６は、それぞれ、直接、誘電層２２８の外向きに向いた表面に搭載される。
【０２３２】
重要なこととして、各誘電層２２８の指向性性質は、光エネルギーが誘電層２２８（ｘ−ｙ平面に位置する）の平面に入射する角度の既知の関数として、光エネルギーを伝送する。例えば、図２７Ａに図示される例示的誘電層伝送−角度関係から分かるように、代表的光線２０３の角度が、誘電層２２８の平面（０度）の法線に近いほど、光強度センサ２２６に伝送される代表的光線２０３のエネルギーは、大きくなる。さらに、各光強度センサ２２６は、個別の誘電層２２８の平面に対して法線の角度において入射する光エネルギーの強度の既知の関数である、電圧を生成するであろう。例えば、図２７Ｂに図示される例示的光検出器強度−電圧関係から分かるように、誘電層２２８に入射する光エネルギーの強度が高いほど、誘電層２２８によって生成される電圧は、大きくなる。その結果、代表的光線２０３が光強度センサ２２６の平面に入射する角度は、以下にさらに詳細に説明されるであろうように、これらの関係曲線から決定されることができる。図２７Ａおよび２７Ｂに図示される関係曲線は、分析的に生成されてもよい、または単位あたり関連値を測定または較正し、それによって、より正確かつ較正された関係曲線をもたらすことによって、生成されてもよいことに留意されたい。
【０２３３】
また、入射光に対して法線の平面へのセンサ開口の投影が、入射光の入射角が大きいほど面積が減少する、「コサイン減衰」、および光センサの光学物理的特性に起因して、代表的光線２０３の角度を感知する一次手段として利用され得る、光強度センサ２２６自体が、ある程度の角度依存を有し、その場合、角度センサ２２２は、誘電層２２８を含まなくてもよい、または角度センサ２２２内の誘電層２２８の使用に加え、代表的光線２０３の角度を感知する二次または補助手段として利用されることができることに留意されたい。いずれの場合も、個別の光強度センサ２２６によって感知される電圧をある範囲の光入射角度と相関させる、光検出器強度−角度関係（図示せず）が、生成されてもよい。本光検出器強度−角度関係自体が、代表的光線２０３の角度を決定するために使用されることができる、または誘電層伝送−角度関係（図２７Ａ）および光検出器強度−電圧関係（図２７Ｂ）から決定された代表的光線２０３の角度を確認するために使用されてもよい。
【０２３４】
着目すべきこととして、誘電層２２８は、代表的光線２０３からのエネルギーを同一入射角であるが、異なる半径方向に等しく伝送するであろうという点において、性質上、等方性であるため、感知アセンブリ１２２は、誘電層２２８の円形対称を分断し、それによって、代表的光線２０３の配向がｘ−ｚおよびｙ−ｚ平面２１６ａ、２１６ｂの中に投影されることを可能にする。この目的を達成するために、円筒形レンズ２３０ａ、２３０ｂはそれぞれ、代表的光線２０３の第１および第２の直交成分（ｘ−ｚおよびｙ−ｚ平面２１６ａ、２１６ｂに対応する）を個別の誘電層２２８ａ、２２８ｂに通過させるように構成される。
【０２３５】
したがって、一方のレンズ２３０ａは、代表的光線２０３ａのエネルギーを水平（ｘ−）成分に分離し、他方のレンズ２３０ｂは、代表的光線２０３ｂのエネルギーを垂直（ｙ−）成分に分離する。したがって、一方の光強度センサ２２６ａは、ＤＯＥ１９０から出射する代表的光線２０３ａの水平エネルギー成分のみを受信し、他方の光強度センサ２２４ｂは、ＤＯＥ１９０を介して、代表的光線２０３ｂの垂直エネルギー成分のみを受信するであろう。ｘ−ｚおよびｙ−ｚ平面２１６ａ、２１６ｂ上に投影された代表的光線２０２の角度は、次いで、以下に議論されるように、代表的光線２０３のこれらの水平および垂直成分から決定されることができる。
【０２３６】
着目すべきこととして、各角度センサ２２２は、例証における簡潔性および明確性の目的のために、１つの代表的光線２０３を検出するように説明されるが、角度センサ２２２はそれぞれ、実際には、多くの光線を検出し、したがって、角度センサ２２２の電圧出力は、代表的光線２０３の水平成分２０３ａまたは垂直成分２０３ｂの合成を表すであろう。しかしながら、ＤＯＥ１９０は、好ましくは、ＤＯＥ１９０から出射する代表的光線２０３の角度が内部結合されたコリメートされたビーム２００の具体的角度を前提として均一であるように、線形回折パターンを有する。
【０２３７】
図２６Ｂに図示される代替実施形態では、円筒形レンズ２３０を使用するのではなく、外部結合ＤＯＥ１９０自体が、上記に説明される円筒形レンズ２３０と同一様式において、１つの直交成分を角度センサ２２２ａに通過させる部分と、他の直交成分を角度センサ２２２ｂに通過させる別の部分とに区画化されてもよい。図２６Ｃに図示されるさらに別の代替実施形態では、角度センサ２２２はそれぞれ、代表的光線２０３を直交偏光された光線の中に偏光させ、次いで、誘電層２２８ａ、２２８ｂを介して、個別の光強度センサ２２６ａ、２２６ｂに通過されるように構成される、一対の偏光要素２３２ａ、２３２ｂ（集合的に、２３２）を備える。
【０２３８】
さらに別の代替実施形態では、円筒形レンズまたは上記に説明される他のデバイスのいずれかの代わりに、誘電層２２８ａ、２２８ｂ自体が、誘電層２２８が、もはや等方性ではなく、むしろ、異方性であって、１つの直交方向において他の直交方向においてより代表的光線２０３を通過させ、かつその逆も同様である傾向になるように、直交配向に歪まされることができる。異方性誘電層２２８は、直交様式において代表的光線２０３を完璧に伝送しないが、代表的光線２０３の角度は、ｘ−ｚおよびｙ−ｚ平面２１６ａ、２１６ｂ上に投影されると、依然として、誘電層２２８の既知の直交伝送係数（すなわち、他の直交方向に対する１つの直交方向において各誘電層２２８によって伝送される光エネルギーの比率）に照らして決定されることができる。
【０２３９】
着目すべきこととして、開示されるような角度センサ２２０は、ｘ−ｚ平面２１６ａまたはｙ−ｚ平面２１６ｂにおける出射光線２０３の絶対角度が得られ得る、情報のみを感知可能である（例えば、３０°の絶対角度は、＋３０°または−３０°であり得る）。したがって、感知アセンブリ１２２は、ｘ−ｚ平面２１６ａまたはｙ−ｚ平面２１６ｂにおける出射光線２０３の相対角度を示す別のパラメータを感知する。図示される実施形態では、本検出されたパラメータは、ｘ−ｚおよびｙ−ｚ平面２１６ａ、２１６ｂ上に投影された光線２０３の角度の符号が決定され得るように、コリメートされた光ビーム２００が平面に投影される、象限を備える。
【０２４０】
例えば、図２８Ａに図示されるように、１つの出射光線２０３は、ｘ−ｙ平面２１６ｃに対して角度を形成する。すなわち、ｘ−ｙ平面２１６ｃ上に投影されると、出射光線２０３は、図２８Ｂに図示されるように、ｘ−ｙ平面２１６ｃに角度を形成し得る。そこに示されるように、出射光線２０３の角度は、ｘ−ｙ平面２１６ｃの第２の象限内に投影され、したがって、出射光線２０３がｘ−ｚ平面２１６ａにおいて成す角度が負の符号を有し、出射光線２０３がｙ−ｚ平面２１６ｂにおいて成す角度が正の符号を有することが決定され得る。
【０２４１】
感知アセンブリ１２２は、コリメーション要素２７４からＩＣＥ１６８に入射するコリメートされた光ビーム２００が向けられる象限を検出することによって、出射光線２０３が投影される象限を間接的に検出するように構成される（図７に示される）。特に、感知アセンブリ１２２は、図１４Ａ−１４Ｅおよび図１５−１９に示されるＩＣＥ１６８に搭載され得る、１つ以上の象限センサ（図示せず）を備える。図２９Ａに図示されるように、４つの象限センサ２３２は、コリメートされた光ビーム２００によるセンサ２３２のうちの１つのアクティブ化が光ビーム２００が現在向けられている象限を示すであろうように、基準平面２３４の象限内で離間される。代替として、図２９Ｂに図示されるように、感知アセンブリ１２２は、象限の交差点に心合される、象限位置感知検出器（ＰＳＤ）２３６を備えてもよい。いずれの場合も、コリメートされた光ビーム２００の角度位置が、個別の接眼レンズ１１０から出射する光線２０３の角度と相関性であるため、光線２０３がｘ−ｙ平面２１６ｃの中に投影される象限は、コリメートされた光ビーム２００が向けられる基準平面２３４の象限から導出されることができる。
【０２４２】
代替実施形態では、光線２０３がｘ−ｙ平面２１６ｃの中に投影される象限は、単に、出射光線２０３の強度が感知アセンブリ１２２によって感知されるとき、走査パターン内の現在の走査位置の象限から推測されることができる。
【０２４３】
ｘ−ｚ平面２１６ａおよびｙ−ｚ平面２１６ｂ上に投影された光線２０３の角度を決定する１つの方法が、ここで説明されるであろう。光強度センサ２２２が、９０ｍＶの電圧を測定すると仮定する。図２２ｂに図示される例示的光検出器強度−電圧関係に従って、代表的光線２０３の絶対強度が、次いで、１００ｎｉｔｓであると決定されることができる。
【０２４４】
角度センサ２２０ａが、７０ｍＶの電圧を測定すると仮定する。図２７Ｂに図示される例示的光検出器強度−電圧関係に従って、角度選択誘電層２２６ａによって光強度センサ２２４ａに伝送される代表的光線２０３の強度が、次いで、８０ｎｉｔｓであると決定されることができる。したがって、１００ｎｉｔｓの光線の既知の強度に基づいて、誘電層２２６ａは、光エネルギーの８０／１００＝８０％を光強度センサ２２４ａに伝送すると決定されることができる。図２７Ａに図示される例示的誘電層伝送−角度関係に従って、ｘ−ｚ平面２１６ａに投影された代表的光線２０３の絶対角度が、次いで、２０度であると決定されることができる。
【０２４５】
同様に、角度センサ２２０ｂが、６５ｍＶの電圧を測定すると仮定する。図２７Ｂに図示される例示的光検出器強度−電圧関係に従って、角度選択誘電層２２６ｂによって光強度センサ２２４ｂに伝送される代表的光線２０３の強度が、次いで、７５ｎｉｔｓであると決定されることができる。したがって、１００ｎｉｔｓの光線の既知の強度に基づいて、誘電層２２６ｂは、光エネルギーの７５／１００＝７５％を光強度センサ２２４ｂに伝送すると決定されることができる。図２７Ａに図示される例示的誘電層伝送−角度関係に従って、ｙ−ｚ平面２１６ａに投影された代表的光線２０３の絶対角度が、次いで、３５度であると決定されることができる。
【０２４６】
センサ２３２またはＰＳＤ２３６が、ｘ−ｙ平面２１６ｃ上に投影された代表的光線２０３の角度が、第３の象限内にあることを検出する場合、または別様にｘ−ｙ平面２１６ｃ上に投影された代表的光線２０３の角度が、コリメートされたビーム２００の既知の走査角度の情報から導出される第３の象限内にあることが既知である場合、それぞれ、ｘ−ｚ平面２１６ａおよびｙ−ｚ平面２１６ｂの中に投影される代表的光線２０３の角度は両方とも、負であって、したがって、−２０度および−３５度であるはずであると決定されることができる。
【０２４７】
光感知アセンブリ１２２は、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの個別の左および右ＤＯＥ１７０Ｌ、１７０Ｒから出射する光を検出するための２つの別個かつ独立したセンサ配列を有するように説明されたが、他の実施形態では、光感知アセンブリ１２２は、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの左および右ＤＯＥ１７０Ｌ、１７０Ｒの両方から出射する光を検出するための単一センサ配列を有してもよい。
【０２４８】
例えば、ここで図３０を参照すると、フレーム構造１０２によって担持される、別の光感知アセンブリ１２２’が、説明されるであろう。光感知アセンブリ１２２’は、単一センサ２５０と、平面光学導波管２７２と、平面光学導波管２７２と関連付けられる、左および右内部結合要素（ＩＣＥ）２６８Ｌ、２６８Ｒおよび外部結合ＤＯＥ２９０とを含む、導波管装置２７０とを備える。いくつかの実施例では、光感知アセンブリ１２２’は、図２２Ａ−２２Ｂを参照して上記に説明される実施例のうちの１つ以上のものにおける光感知アセンブリ１２２として実装されてもよい。平面光学導波管２７２は、第１の端部２７６ａと、第２の端部２７６ｂとを有し、第２の端部２７６ｂは、平面光学導波管２７２の長さ２７８に沿って、第１の端部２７６ａに対向する。平面光学導波管２７２は、第１の面２８０ａと、第２の面２８０ｂ（集合的に、２８０）を有し、平面光学導波管２７２の長さ２７８の少なくとも一部に沿って、内部反射性光学経路（実線矢印２８２によって図示される）を形成する。平面光学導波管２７２は、光が定義された臨界角未満で面２８０に衝打するための実質的全内部反射（ＴＩＲ）を提供する、種々の形態をとってもよい。
【０２４９】
左および右ＩＣＥ２６８Ｌ、２６８Ｒは、それぞれ、代表的光線２０３を左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの左および右外部結合ＤＯＥ１７０Ｌ、１７０Ｒから受光するために、導波管２７２の対向端２７６ａ、２７６ｂにおいて、導波管２７２の面２８０ｂに内蔵されるが、代替実施形態では、ＩＣＥ２６８Ｌ、２６８Ｒは、代表的光線２０３を導波管２７２の中に内部結合された光ビームとして結合するために、導波管２７２の他の面１８０ａまたはさらに縁に内蔵されてもよい。光は、平面光学導波管２７２に沿って伝搬し、少なくとも一部の反射または「バウンス」が、ＴＩＲ伝搬から生じる。外部結合ＤＯＥ２９０は、ＩＣＥ２６８Ｌ、２６８Ｒと対照的に、光を導波管２７２の面１８０ａから単一センサ２５０に向かって出射する代表的光線２０３として外部結合するために、導波管２７２の面２８０ａに内蔵される。
【０２５０】
単一センサ２５０は、３次元において、それぞれ、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの左および右ＤＯＥ１９０Ｌ、１９０Ｒから出射する、代表的光線２０３の角度を感知するために、図２５−２６に図示されるセンサ配列２２０の形態のうちの１つをとることができる。この場合、角度検出が、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの左および右ＤＯＥ１９０Ｌ、１９０Ｒから出射する代表的光線２０３の角度が、代替として検出され得るように、時間多重化されることができる。
【０２５１】
別の実施形態では、左および右接眼レンズ１７０Ｌ、１７０Ｒから出射する代表的光線２０３は、点源（例えば、ピクセル）の角度場所の関数である、干渉パターン（投影された画像のフーリエ変換）をセンサ２５０の表面上に形成し得る。そのような干渉パターンを感知し、それから観察される点を推定し、それらを点の意図される角度場所と比較することは、左および右接眼レンズ１７０Ｌ、１７０Ｒ間の相対的ピッチおよびヨーを与えるであろう。ロールは、２つの接眼レンズ１７０Ｌ、１７０Ｒのそれぞれからの３つ以上の点を使用することによって求められることができる。
【０２５２】
他の実施形態では、結像ベースのアプローチもまた、仮想画像生成システム１００によって採用され得、その場合、図３０に図示される中心感知アセンブリ１２２’のセンサ２５０は、１つ以上の結像デバイス（例えば、カメラ、光ダイオード等）と、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの左および右ＤＯＥ１９０Ｌ、１９０Ｒから出射する光が、レンズ効果を受け、画像を結像センサ２５０上に形成するように、１つ以上のレンズ効果要素（図示せず）とを含む、またはその形態をとってもよい。結像ベースのアプローチは、ガラス基板上に統合される、従来的カメラと、屈折レンズ効果または「ウエハ」カメラとを採用することができる。そのような実施形態では、仮想画像生成システム１００は、１つ以上の結像デバイスによって捕捉された画像に基づいて、２つの接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒ間の変形／相対的不整合を検出することが可能であり得る。いくつかの実施形態では、仮想画像生成システム１００は、１つ以上の結像デバイスによって捕捉された画像を、左接眼レンズ１１０Ｌを通して知覚されるように意図されるような仮想画像、右接眼レンズ１１０Ｒを通して知覚されるように意図されるような仮想画像、知覚されるように意図されるような２つの前述の仮想画像の融合、またはそれらの組み合わせに対して評価することによって、２つの接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒ間の変形／相対的不整合を検出してもよい。いくつかの実施例では、そのような結像デバイスはまた、「実世界」（例えば、仮想画像生成システム１００のユーザの正面の環境）の画像を捕捉することが可能な前向きに向いた画像センサ（例えば、カメラ１０３）として、二重の役割を果たすように構成されてもよい。
【０２５３】
したがって、感知アセンブリ１２２’の結像センサは、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒを介してエンドユーザ５０に提示される、左および右単眼仮想画像の同じコピーを入手する。代替として、仮想画像生成システム１００は、エンドユーザ５０に提示される実際の仮想画像と別個に、試験単眼仮想画像を左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの中に投影してもよい（例えば、エンドユーザ５０の視野外で数ピクセル）。
【０２５４】
いずれの場合も、仮想画像生成システム１００の制御回路構成（例えば、ＣＰＵ１１４）は、感知アセンブリ１２２’によって検出された単眼仮想画像（接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒによって両眼画像としてエンドユーザ５０に提示される単眼仮想画像の表現として）を受信および比較し、単眼画像間の不整合が存在するかどうかを決定し得る。１つ以上の回転軸（例えば、ピッチ軸、ロール軸、および／またはヨー軸）を中心とした左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの相対的不整合の検出に応答して、仮想画像生成システム１００は、上記に議論されるように、１つ以上のオンライン仮想画像較正動作を実施し、両眼調和可能仮想画像を提示する（例えば、仮想画像生成システム１００のユーザに）、または別様にそのような不整合を補償する。
【０２５５】
上記に述べられたように、いくつかの実施形態では、本明細書に説明される光感知アセンブリ１２２は、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒの個別の左および右ＤＯＥ１７０Ｌ、１７０Ｒから出射する光を検出するために、一対の感知デバイスを含んでもよい。例えば、図３１Ａは、図５の仮想画像生成システムにおいて使用するためのさらに別の光センサアセンブリ１２２”の正面図を描写する。いくつかの実施例では、光感知アセンブリ１２２”は、図２２Ａ−２２Ｂを参照して上記に説明される実施例のうちの１つ以上のものにおける光感知アセンブリ１２２として実装されてもよい。光感知アセンブリ１２２”は、本体３１１０上または内に配置される、左および右センサ３１５０Ｌ、３１５０Ｒを含む。
【０２５６】
左および右センサ３１５０Ｌ、３１５０Ｒは、それぞれ、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒに光学的に結合されてもよく、本体３１１０を経て相互に剛性的に結合されてもよい。左および右センサ３１５０Ｌ、３１５０Ｒは、例えば、画像を捕捉するように構成される、カメラまたは他の結像デバイスの形態をってもよい。したがって、いくつかの実施形態では、左および右センサ３１５０Ｌ、３１５０Ｒは、それぞれ、単眼仮想画像を表す光を含み得る、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒによって外部結合された光を受光および結像するように構成されてもよい。例えば、図３１Ｂは、その中で左および右センサ３１５０Ｌ、３１５０Ｒが、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒから外部結合されるような光線２０３を受光および結像する、図３１Ａの光センサアセンブリ１２２”の斜視図を描写する。上記に述べられたように、左および右センサ３１５０Ｌ、３１５０Ｒによって捕捉された画像は、それぞれ、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒを通して知覚されるように意図されるような左および右仮想画像、知覚されるように意図されるような２つの前述の仮想画像の融合、またはそれらの組み合わせに対して評価され、２つの接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒ間の変形／相対的不整合を検出または測定してもよい。いくつかの実施例では、仮想画像生成システム１００は、左および右センサ３１５０Ｌ、３１５０Ｒによって捕捉された画像のそのような評価に基づいて、回転および／または平行移動調節を、それぞれ、２つの接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒと関連付けられる、２つのレンダリングカメラの一方または両方、および／または、それぞれ、２つの接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒを通して提示されることになる２つの仮想画像の一方または両方に行ってもよい。より具体的には、仮想画像生成システム１００は、左および右センサ３１５０Ｌ、３１５０Ｒによって捕捉された画像を評価し、左および右センサ３１５０Ｌ、３１５０Ｒによって捕捉された画像の一方または両方と、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒを通して知覚されるように意図されるような左および右仮想画像の一方または両方との間の相違を識別および定量化してもよい。仮想画像生成システム１００は、例えば、画像内の決定された相違に基づいて、前述の調節のうちの１つ以上のものを行ってもよい。いくつかの実施形態では、仮想画像生成システム１００は、１つ以上の画像処理動作を実施し、左および右センサ３１５０Ｌ、３１５０Ｒによって捕捉された画像を融合させる、または別様に組み合わせてもよく、次いで、１つ以上の動作を実施し、結果として生じる組み合わせられた画像と、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒを通して知覚されるように意図されるような左および右仮想画像の融合との間の相違を識別および定量化してもよい。そのような実施形態では、仮想画像生成システム１００は、例えば、画像内の決定された相違に基づいて、前述の調節のうちの１つ以上のものを行ってもよい。いくつかの実施例では、左および右仮想画像は、試験仮想単眼画像に対応してもよい。そのような試験仮想単眼画像は、例えば、格子模様パターンまたは他の所定の空間変動パターンに対応してもよい。
【０２５７】
光センサアセンブリ１２２”の本体３１１０は、左および右センサ３１５０Ｌ、３１５０Ｒ間の変形を最小限にし、そこから左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒ間の不整合を検出するための安定プラットフォームとしての役割を果たすように設計されてもよい。したがって、いくつかの実施例では、光センサアセンブリ１２２”の本体３１１０は、金属（例えば、アルミニウム）、セラミック、ガラス、炭素繊維、またはその合成物等の比較的に剛性および／または高強度材料から作製されてもよい。さらに、左および右センサ３１５０Ｌ、３１５０Ｒは、左センサ３１５０Ｌが、右センサ３１５０Ｒと同一平面内に位置付けられるように、光センサアセンブリ１２２”の本体３１１０上および／または内に配置されてもよく、その逆も同様である。すなわち、左および右センサ３１５０Ｌ、３１５０Ｒは、相互に側方に整合されてもよく、本体３１１０は、そのような整合を維持する役割を果たし得る。したがって、いくつかの実施形態では、光センサアセンブリ１２２”の本体３１１０の１つ以上の表面は、幾何学的に平面であってもよい。いくつかの実施例では、光センサアセンブリ１２２”の本体３１１０の左および右遠位部分は、それぞれ、左および右センサ３１５０Ｌ、３１５０Ｒを受容および／または係合するように構成される、一対の穴または陥凹領域を特徴としてもよい。いくつかの実施形態では、左および右センサ３１５０Ｌ、３１５０Ｒは、接着剤の１つ以上の層、１つ以上の他の搭載ハードウェアコンポーネント、またはそれらの組み合わせを用いて、光センサアセンブリ１２２”の本体３１１０上または内に固着されてもよい。このように、左および右センサ３１５０Ｌ、３１５０Ｒおよび本体３１１０は、ともにモノリシックに統合されてもよい。図３１Ａおよび３１Ｂに描写されるように、いくつかの実施例では、本体３１１０の形状は、直角プリズムのものに対応してもよい。しかしながら、光センサアセンブリ１２２”の本体３１１０は、種々の異なる伸長幾何学形状のいずれかをとってもよいことを理解されたい。
【０２５８】
いくつかの実施形態では、光センサアセンブリ１２２”の本体３１１０はさらに、ブラケット、貫通孔、スタンドオフ、ねじ山付きソケット、および同等物等、フレーム３００への光センサアセンブリ１２２”の搭載または取付を有効にする、または別様に促進するように構成される、１つ以上の特徴を含んでもよい。いくつかの実施例では、１つ以上の別個の搭載ハードウェアコンポーネントは、ブラケット、スタンドオフ、スペーサ、接着剤層、ナット、ボルト、および同等物等、フレーム３００への光センサアセンブリ１２２”の搭載または取付を有効にする、または別様に促進するために利用されてもよい。いくつかの実施形態では、左および右センサ３１５０Ｌ、３１５０Ｒの一方または両方と関連付けられる、回路構成コンポーネントは、光センサアセンブリ１２２”の本体３１１０上および／または内に配置されてもよい。いくつかの実施例では、１つ以上の光学コンポーネント（例えば、プリズム、ビームスプリッタ、ミラー、レンズ、自由形態光学要素等）は、光を左および右センサ３１５０Ｌ、３１５０Ｒに向かって再経路指定する、または別様に左および右センサ３１５０Ｌ、３１５０Ｒによって捕捉するために光を調整するように、左および右センサ３１５０Ｌ、３１５０Ｒおよび本体３１１０のうちの１つ以上のもの上および／または内に配置されてもよい。
【０２５９】
いくつかの実施形態では、光感知アセンブリ１２２”は、仮想画像生成システム１００のディスプレイサブシステムの筐体構造の一部に搭載されてもよい。例えば、図３２Ａおよび３２Ｂは、図５の画像生成システムにおいて使用するための、ディスプレイサブシステムと関連付けられた正面筐体構造３２１０の斜視図を描写する。いくつかの実施例では、光感知アセンブリ１２２”は、正面筐体構造３２１０の中心部分３２１２の内向きに向いた側に搭載される、または別様に取り付けられてもよい。他の実施例では、光感知アセンブリ１２２”は、図３２Ｂに示されるように背面筐体構造３２２０の中心部分３２２２の外向きに向いた側に、搭載される、または別様に取り付けられてもよい。いずれの場合も、光感知アセンブリ１２２”は、正面および背面筐体構造３２１０、３２２０間に封入されてもよい。いくつかの実施形態では、正面および背面筐体構造３２１０、３２２０の一方または両方の部分は、プラスチック、金属、炭素繊維、またはその合成物から作製されてもよい。本明細書に説明されるシステムのうちの１つ以上のものにおいて採用され得る、筐体構造の付加的実施例は、米国特許出願第１６／２２５，９６１号（その全体が、参照することによって本明細書に組み込まれる）に提供される。
【０２６０】
いくつかの実施形態では、仮想画像生成システム１００のディスプレイサブシステムの１つ以上の付加的コンポーネントは、少なくとも部分的に、正面および背面筐体構造３２１０、３２２０間に位置付けられる、または格納されてもよい。そのような１つ以上のコンポーネントは、例えば、左および右投影サブシステム１０８Ｌ、１０８Ｒと、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒと、種々の他の電子および／または光学コンポーネントのいずれかとを含んでもよい。いくつかの実施例では、上記に説明されるようなフレーム３００の機能的均等物である、またはそれに類似する、１つ以上のコンポーネントもまた、少なくとも部分的に、正面および背面筐体構造３２１０、３２２０間に位置付けられる、または格納されてもよい。これらの実施例のうちの少なくともいくつかでは、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒは、そのような１つ以上のコンポーネントによって担持されてもよい。いくつかの実施形態では、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒは、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０ＲのＤＯＥ１７４または１７４ａ−ｂが、ディスプレイサブシステムの装着者に暴露され得る一方、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０ＲのＤＯＥ１９０が、正面および背面筐体構造３２１０、３２２０の部分３２１２および３２２２間またはそれに近接して位置付けられるように、正面および背面筐体構造３２１０、３２２０間に配列されてもよい。したがって、これらの実施形態では、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０ＲのＤＯＥ１９０は、正面および背面筐体構造３２１０、３２２０によって隠され、したがって、ディスプレイサブシステムの装着者のＦＯＶ外にあり得る。同様に、図１４Ｅの接眼レンズが利用される、実施形態に関して、左および右接眼レンズ１１０Ｌ、１１０Ｒは、各ＤＯＥ１７４ａ−ｂの第１の部分が、ディスプレイサブシステムの装着者に暴露され、各ＤＯＥ１７４ａ−ｂの第２の部分が、正面および背面筐体構造３２１０、３２２０の部分３２１２および３２２２間またはそれに近接する場所において、装着者のＦＯＶ外に位置付けられるように、正面および背面筐体構造３２１０、３２２０間に配列されてもよい。本発明の特定の実施形態が、図示および説明されたが、本発明を好ましい実施形態に限定することを意図するものではなく、種々の変化および修正が本発明の精神および範囲から逸脱することなく成されてもよいことが、当業者に明白となるであろうことを理解されたい。したがって、本発明は、請求項によって定義された本発明の精神および範囲内に含まれ得る、代替、修正、および均等物を網羅することが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２６Ｃ】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０】
2021530735.tif 000051
【図３１Ａ】
2021530735.tif 000052
【図３１Ｂ】
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【図３２Ａ】
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【図３２Ｂ】
2021530735.tif 000055
【国際調査報告】
2021530735.tif 000056
2021530735.tif 000057
2021530735.tif 000058