High field of view organic solid crystal waveguide display for 2d pupil expansion

Abstract

An optical element includes a waveguide body that is configured to guide light by total internal reflection from an input end to an output end, an input coupling element located at the input end for coupling light into the waveguide body, and an output coupling element located at the output end for coupling light out of the waveguide body, where the waveguide body includes an organic solid crystal. The organic solid crystal may be optically anisotropic with a refractive index along at least one dimension of at least approximately 2.4 and may be oriented to produce an immersive field of view.

Description

HIGH FIELD OF VIEW ORGANIC SOLID CRYSTAL   WAVEGUIDE DISPLAY FOR 2D PUPIL EXPANSION  CROSS‐REFERENCE TO RELATED APPLICATION

[0001] This application claims the benefit of priority under 35 U.S.C. §119(e) of  U.S. Provisional Application No. 63 / 598,965, filed November 15, 2023, the contents of which  are incorporated herein by reference in their entirety.  BACKGROUND TO THE INVENTION

[0002] Polymer and other organic materials may be  incorporated  into a variety of different optic and electro‐optic device architectures, including passive and active optics and electroactive  devices.  Lightweight  and  conformable,  one  or  more  polymer / organic  solid layers may be  incorporated  into wearable devices such as smart glasses and are attractive candidates  for  emerging  technologies  including  virtual  reality / augmented  reality  devices where a comfortable, adjustable form factor is desired.

[0003] Virtual reality (VR) and augmented reality (AR) eyewear devices or headsets, for  instance, may enable users to experience events, such as  interactions with people  in a computer‐generated simulation of a three‐dimensional world or viewing data superimposed  on a real‐world view. By way of example, superimposing information onto a field of view may be  achieved  through  an optical  head‐mounted  display (OHMD)  or by  using embedded wireless  glasses  with  a  transparent heads‐up  display (HUD)  or augmented reality (AR)  overlay.  VR / AR  eyewear  devices  and  headsets may  be  used  for  a  variety  of purposes.  For  example,  governments may  use  such  devices  for military  training, medical professionals may use such devices to simulate surgery, and engineers may use such devices  as design visualization aids.

[0004] Organic  solid  crystal  (OSC)  materials  with  high  refractive  index  and birefringence can be used for various optical components,  including surface relief gratings, meta‐surfaces, waveguides, beam splitting, photonic elements such as photonic  integrated circuits, and polarization selective elements. For instance, an augmented reality display may  include an OSC‐based waveguide.

[0005] Organic  solid  crystals  with  high  refractive  index  and  birefringence  have  a unique value proposition for use in diffractive optical elements, such as a planar diffractive waveguide. An  example waveguide  includes  a  longitudinally  extending  high‐index  optical medium, which is transversely encased by low‐index media or cladding. During use, a guided  optical wave propagates in the waveguide through the high‐index core along the longitudinal  direction. In accordance with various embodiments, the high‐index core of such a waveguide may be  formed  from  an organic  solid  crystal  (OSC).  Such  a  construction may beneficially impact  one  or  more  of  the  display  fields  of  view,  uniformity,  efficiency,  and  cost  of manufacture.  SUMMARY OF THE INVENTION

[0006] According  to  the  present  invention  there  is  provided  an  optical  element comprising: a waveguide body extending from an input end to an output end and configured to guide  light by  total  internal  reflection  from  the  input end  to  the output end; an  input coupling element located proximate to the  input end for coupling  light  into the waveguide body; and an output coupling element located proximate to the output end for coupling light  out of the waveguide body, wherein the waveguide body comprises an optically anisotropic  organic solid crystal.

[0007] Optionally, the input coupling structure and the output coupling structure each  comprise diffractive gratings.

[0008] Optionally  the diffractive gratings are selected  from  the group consisting of volume Bragg gratings, polarization  volume holographic  (PVH) gratings, and  surface  relief gratings (SRG).

[0009] Optionally the diffractive gratings comprise binary phase gratings or slanted  gratings.

[0010] Optionally the optical element comprises a planar waveguide.

[0011] Optionally the optical element comprises a non‐planar waveguide.

[0012] Optionally, the organic solid crystal comprises a single crystal.

[0013] Optionally  the  waveguide  body  comprises  a  refractive  index  of  at  least approximately 2.4 and a birefringence of at least approximately 0.01.

[0014] Optionally the waveguide body comprises principal refractive  indices (n1, n2, n3), wherein n1≠n2≠n3, n1=n2≠n3, n1=n3≠n2, or n2=n3≠n1.

[0015] Optionally the waveguide body comprises a single optically anisotropic organic  solid crystal layer having a thickness of less than approximately 600 micrometers.

[0016] Optionally  the  waveguide  body  comprises  a  pair  of  optically  anisotropic organic solid crystal layers and has a thickness of less than approximately 1.5 mm.

[0017] Optionally the waveguide body comprises three optically anisotropic organic  solid crystal layers and has a thickness of less than approximately 1.8 mm.

[0018] According  to  the  present  invention  there  is  further  provided  a waveguide comprising: an optically anisotropic organic solid crystal substrate configured to guide light;  and a diffractive grating disposed over the optically anisotropic organic solid crystal substrate, wherein  the  optically  anisotropic  organic  solid  crystal  has  a  refractive  index  of  at  least approximately 2.4 and a birefringence index of at least approximately 0.01.

[0019] According  to  the present  invention  there  is yet  further provided an optical element comprising: a first waveguide having an input coupling element configured to couple  image light into a first waveguide body of the first waveguide, and an output coupling element  configured to couple the image light out of the first waveguide body; and a second waveguide having an  input coupling element configured  to couple  image  light received  from  the  first waveguide into a second waveguide body of the second waveguide, and an output coupling  element configured to couple the image light out of the second waveguide body.

[0020] Optionally the first waveguide expands the image light into a first direction.

[0021] Optionally  the  second  waveguide  expands  the  image  light  into  a  second direction orthogonal to the first direction.

[0022] Optionally the second waveguide body comprises an organic solid crystal.

[0023] Optionally the second waveguide body comprises a refractive index of at least  approximately 2.4.

[0024] Optionally the image light has a polarization direction aligned with a maximum  refractive index of the second waveguide body.

[0025] Optionally  a  polarization  direction  of  image  light  coupled  into  the  second waveguide body is substantially equal to a polarization direction of image light coupled out of  the second waveguide body.  BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0026] The accompanying drawings  illustrate a number of exemplary embodiments and are a part of the specification. Together with the following description, these drawings  demonstrate and explain various principles of the present disclosure.

[0027] FIG. 1 is a diagram of a head‐mounted display (HMD) that includes a near‐eye  display (NED) according to some embodiments.

[0028] FIG. 2  is a cross‐sectional view of the HMD  illustrated  in FIG. 1 according to some embodiments.

[0029] FIG. 3 illustrates an isometric view of a waveguide display in accordance with  various embodiments.

[0030] FIG.  4  is  a  cross‐sectional  view  of  a waveguide  display  according  to  some embodiments.

[0031] FIG.  5  is  a  perspective  view  of  an  example  organic  solid  crystal  substrate according to some embodiments.

[0032] FIG. 6  is a schematic diagram showing an organic solid crystal‐based planar waveguide according to some embodiments.

[0033] FIG. 7 is a series of k‐space images showing the impact of refractive index on field of view  for optically  isotropic and anisotropic organic  solid crystal‐based waveguides according to certain embodiments.

[0034] FIG. 8 shows an example waveguide display for 2D pupil replication according  to some embodiments.

[0035] FIG. 9 is an illustration of an example artificial‐reality system according to some  embodiments of this disclosure.

[0036] FIG. 10 is an illustration of an example artificial‐reality system with a handheld  device according to some embodiments of this disclosure.

[0037] FIG.  11A  is  an  illustration  of  example  user  interactions within  an  artificial‐reality system according to some embodiments of this disclosure.

[0038] FIG.  11B  is  an  illustration  of  example  user  interactions within  an  artificial‐reality system according to some embodiments of this disclosure.

[0039] FIG.  12A  is  an  illustration  of  example  user  interactions within  an  artificial‐reality system according to some embodiments of this disclosure.

[0040] FIG.  12B  is  an  illustration  of  example  user  interactions within  an  artificial‐reality system according to some embodiments of this disclosure.

[0041] FIG. 13  is an illustration of an example wrist‐wearable device of an artificial‐reality system according to some embodiments of this disclosure.

[0042] FIG.  14  is  an  illustration  of  an  example  wearable  artificial‐reality  system according to some embodiments of this disclosure.

[0043] FIG. 15 is an illustration of an example augmented‐reality system according to  some embodiments of this disclosure.

[0044] FIG. 16A  is an  illustration of an example virtual‐reality  system according  to some embodiments of this disclosure.

[0045] FIG. 16B is an illustration of another perspective of the virtual‐reality system  shown in FIG. 16A.

[0046] FIG. 17 is a block diagram showing system components of example artificial‐  and virtual‐reality systems.

[0047] Throughout  the  drawings,  identical  reference  characters  and  descriptions indicate similar, but not necessarily identical, elements. While the exemplary embodiments described  herein  are  susceptible  to  various modifications  and  alternative  forms,  specific embodiments have been shown by way of example in the drawings and will be described in  detail herein. However, the exemplary embodiments described herein are not intended to be limited  to  the  particular  forms  disclosed.  Rather,  the  present  disclosure  covers  all modifications, equivalents, and alternatives falling within the scope of the appended claims.  DETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS

[0048] In  both  one‐dimensional  and  two‐dimensional  diffractive  waveguides,  the supported field of view (FOV) is directly proportional to the refractive index of the waveguide  material. Without wishing to be bound by theory, an RGB display with an immersive field of view of 60x40 degrees would call for a waveguide substrate having a refractive  index of at least approximately 2.4. A limited number of optically transparent materials have a refractive  index of 2.4 or more.

[0049] In accordance with various embodiments, a waveguide display architecture for 2D pupil expansion may  include an optically anisotropic organic solid crystal having a high refractive index in a single direction (e.g., n1>2.4) or in only a pair of directions (e.g., n1>2.4, n2>2.4). Disclosed also  is a 2D AR display architecture based on a  first 1D pupil expansion within a waveguide (e.g., a geometric waveguide including an array of slanted mirrors) and a  second 1D expansion within an optically anisotropic organic solid crystal‐based waveguide, which  relaxes  the  requirements  for  a  high  isotropic  refractive  index,  requiring  only  one refractive index along any axis to be 2.4 or more.

[0050] One or more source materials may be used to form an organic solid crystal,  including an OSC substrate. Example organic materials include various classes of crystallizable organic  semiconductors.  Organic  semiconductors  may  include  small  molecules, macromolecules,  liquid  crystals,  organometallic  compounds,  oligomers,  and  polymers. Organic  semiconductors  may  include  p‐type,  n‐type,  or  ambipolar  polycyclic  aromatic hydrocarbons,  such  as  anthracene,  phenanthrene,  polycene,  triazole,  tolane,  thiophene, pyrene, corannulene,  fluorene, biphenyl, ter‐phenyl, etc. Further example small molecules include fullerenes, such as carbon 60.

[0051] Example  compounds may  include  cyclic,  linear and / or branched  structures, which may be saturated or unsaturated, and may additionally  include heteroatoms and / or saturated  or  unsaturated  heterocycles,  such  as  furan,  pyrrole,  thiophene,  pyridine, pyrimidine,  piperidine,  and  the  like.  Heteroatoms  (e.g.,  dopants)  may  include  fluorine, chlorine, nitrogen, oxygen, sulfur, phosphorus, as well as various metals. Suitable feedstock  for depositing solid organic semiconductor materials may include neat organic compositions,  melts, solutions, or suspensions containing one or more of the organic materials disclosed  herein.

[0052] Such  organic  materials  may  provide  functionalities,  including  phase modulation,  beam  steering,  wave‐front  shaping  and  correction,  optical  communication, optical computation, holography, and the like. Due to their optical and mechanical properties,  organic solid crystals may enable high‐performance devices, may be incorporated into passive or active optics,  including AR / VR headsets, and may replace comparative material systems such as polymers,  inorganic materials, and  liquid crystals.  In certain aspects, organic solid crystals may have optical properties that rival those of inorganic crystals while exhibiting the  processability and electrical response of liquid crystals.

[0053] Structurally, the disclosed organic materials may be glassy, polycrystalline, or  single crystal. Organic solid crystals, for instance, may include closely packed structures (e.g., organic  molecules)  that  exhibit  desirable  optical  properties  such  as  a  high  and  tunable refractive  index,  and high birefringence. Optically  anisotropic organic  solid materials may include  a  preferred  packing  of  molecules,  i.e.,  a  preferred  orientation  or  alignment  of molecules.  Example  devices may  include  a  birefringent  organic  solid  crystal  thin  film  or substrate  having  a  high  refractive  index  that may  be  further  characterized  by  a  smooth exterior surface.

[0054] High refractive index and highly birefringent organic semiconductor materials  may be manufactured as a free‐standing article or as a thin film deposited onto a substrate.  An epitaxial or non‐epitaxial growth process, for example, may be used to form an organic solid  crystal  (OSC)  layer  over  a  suitable  substrate  or  within  a  mold.  A  seed  layer  for encouraging  crystal  nucleation  and  an  anti‐nucleation  layer  configured  to  locally  inhibit nucleation may  collectively  promote  the  formation  of  a  limited  number  of  crystal  nuclei within specified locations, which may in turn encourage the formation of larger organic solid  crystals.

[0055] As  used  herein,  the  terms  “epitaxy,”  “epitaxial”  and / or  “epitaxial  growth and / or  deposition”  refer  to  the  nucleation  and  growth  of  an  organic  solid  crystal  on  a deposition  surface where  the  organic  solid  crystal  layer  being  grown  assumes  the  same crystalline  habit  as  the  material  of  the  deposition  surface.  For  example,  in  an  epitaxial deposition process, chemical reactants may be controlled, and the system parameters may be set so  that depositing atoms or molecules alight on  the deposition surface and remain sufficiently mobile  via  surface  diffusion  to  orient  themselves  according  to  the  crystalline orientation of the atoms or molecules of the deposition surface. An epitaxial process may be  homogeneous or heterogeneous.

[0056] In some embodiments, the organic crystalline phase may be optically isotropic (n1=n2=n3)  or  birefringent,  where  n1≠n2≠n3,  or  n1≠n2=n3,  or  n1=n2≠n3,  and  may  be characterized by a birefringence  (^n) between at  least one pair of orientations of at  least approximately  0.1,  e.g.,  at  least  approximately  0.1,  at  least  approximately  0.2,  at  least approximately 0.3, at least approximately 0.4, or at least approximately 0.5, including ranges  between any of the foregoing values. In some embodiments, a birefringent organic crystalline  phase may be characterized by a birefringence of less than approximately 0.1, e.g., less than approximately  0.1,  less  than  approximately  0.05,  less  than  approximately  0.02,  less  than approximately 0.01,  less  than approximately 0.005,  less  than approximately 0.002, or  less than approximately 0.001, including ranges between any of the foregoing values.

[0057] An  OSC  substrate  may  have  principal  refractive  indices  (n1,  n2,  n3)  along respective crystal axes of the material, where n1, n2, and n3 may  independently vary  from approximately 1.0 to approximately 4.0. According to further embodiments, an organic solid  crystal may be characterized by a refractive index along at least one direction (i.e., along one  direction, along a pair of orthogonal directions, or along 3 mutually orthogonal directions) of  at least approximately 1.8, e.g., 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, or 2.7, including ranges  between any of the foregoing values.

[0058] Organic solid crystal materials,  including multilayer organic solid crystal thin films or substrates, may be optically transparent and exhibit low bulk haze. As used herein, a material or element that is “transparent” or “optically transparent” may, for a given thickness, have a  transmissivity within  the visible  light spectrum of at  least approximately 80%, e.g., approximately 80, 90, 95, 97, 98, 99, or 99.5%, including ranges between any of the foregoing  values, and less than approximately 5% bulk haze, e.g., approximately 0.1, 0.2, 0.4, 1, 2, or 4%  bulk haze, including ranges between any of the foregoing values. Transparent materials will  typically exhibit very low optical absorption and minimal optical scattering.

[0059] As  used  herein,  the  terms  “haze”  and  “clarity”  may  refer  to  an  optical phenomenon  associated with  the  transmission  of  light  through  a  material,  and  may  be attributed, for example, to the refraction of light within the material, e.g., due to secondary  phases or porosity and / or the reflection of light from one or more surfaces of the material.  As will be appreciated, haze may be associated with an amount of light that is subject to wide  angle scattering (i.e., at an angle greater than 2.5° from normal) and a corresponding loss of transmissive  contrast, whereas  clarity may  relate  to an amount of  light  that  is  subject  to narrow angle scattering (i.e., at an angle less than 2.5° from normal) and an attendant loss of  optical sharpness or “see through quality.”

[0060] As  used  herein,  in  connection  with  a  waveguide  that  includes  a  grating configured to couple light into or out of the waveguide, a grating is an optical element having a periodic  structure  that  is  configured  to disperse or diffract  light  into plural  component beams.  The  direction  or  diffraction  angles  of  the  diffracted  light  may  depend  on  the wavelength of  the  light  incident on  the grating,  the orientation of  the  incident  light with respect to a grating surface, and the spacing between adjacent diffracting elements. Example  grating elements may include a metasurface. In certain embodiments, grating architectures  may be tunable along one, two, or three dimensions.

[0061] A grating may overlie a substrate through which an electromagnetic wave may  propagate. According to various embodiments, the substrate may include or may be formed from  an  organic  solid  crystal  material.  The  OSC  material  may  be  single  crystal  or polycrystalline,  and  may  include  an  amorphous  organic  phase.  In  some  examples,  the substrate may  include a  single phase OSC material.  In  some examples,  the  substrate may include  a  single  organic  solid  crystal  layer  or  an OSC multilayer.  Each OSC  layer may  be characterized  by  three  principal  refractive  indices,  where  n1≠n2≠n3,  n1=n2≠n3,  n1≠n2=n3, n1=n3≠n2. The  refractive  indices  (n1, n2, n3) may be  aligned or  askew with  respect  to  the principal dimensions of the substrate.

[0062] An optical element may include a grating disposed over an OSC substrate. The  grating may include a plurality of raised structures and may constitute a surface relief grating,  for example. Gratings may be configured as binary or slanted gratings, for example, having a  polar angle (^) and an azimuthal angle (^), where 0 ^ ^ ^ ^ and ^ (0 ^ ^ ^ ^). An OSC substrate  may include an OSC material with either a fixed optical axis or a spatially varying optical axis.

[0063] An optical element may be formed by depositing a blanket layer of an organic  solid crystal over a substrate or by providing an OSC substrate followed by photolithography and  etching  to  define  the  raised  structures.  In  alternate  embodiments,  individual  raised structures may be printed or formed separately and then laminated to the substrate. Such structures may  be  sized  and  dimensioned  to define  a  1D  or  2D  periodic  or  non‐periodic grating.

[0064] The following will provide, with reference to FIGS. 1‐17, detailed descriptions  of devices and related methods associated with the manufacture and operation of an organic  solid crystal (OSC)‐based waveguide. The discussion associated with FIGS. 1‐4 relates to an example near‐eye display  (NED).  The discussion  associated with  FIGS. 5  and 6  includes  a description of an OSC substrate and a diffractive waveguide including such a substrate. The  discussion associated with FIG. 7 includes a description of the impact of refractive index on  the field of view for OSC‐based waveguides. The discussion associated with FIG. 8 includes a description of a waveguide display  for 2D pupil replication. The discussion associated with FIGS. 9‐17 relates to exemplary virtual reality and augmented reality devices that may include  one or more OSC‐based diffractive waveguides as disclosed herein.

[0065] FIG.  1  is  a  diagram  of  a  near‐eye‐display  (NED),  in  accordance with  some embodiments. The NED 100 may present media to a user. Examples of media that may be  presented by the NED 100 include one or more images, video, audio, or some combination  thereof. In some embodiments, audio may be presented via an external device (e.g., speakers and / or  headphones)  that  receives  audio  information  from  the  NED  100,  a  console  (not shown), or both, and presents audio data to the user based on the audio  information. The NED 100 is generally configured to operate as an augmented reality (AR) NED. However, in  some embodiments, the NED 100 may be modified to also operate as a virtual reality (VR) NED,  a  mixed  reality  (MR)  NED,  or  some  combination  thereof.  For  example,  in  some embodiments, the NED 100 may augment views of a physical, real‐world environment with  computer‐generated elements (e.g., still images, video, sound, etc.).

[0066] The NED 100 shown in FIG. 1 may include a frame 105 and a display 110. The  frame 105 may include one or more optical elements that together display media to a user.  That is, the display 110 may be configured for a user to view the content presented by the  NED 100. As discussed below in conjunction with FIG. 2, the display 110 may include at least  one source assembly to generate image light to present optical media to an eye of the user. The  source assembly may  include, e.g., a  source, an optics  system, or  some  combination thereof.

[0067] It will be appreciated that FIG. 1 is merely an example of an augmented reality system,  and  the display  systems described herein may be  incorporated  into  further  such systems.  In some embodiments, FIG. 1 may also be referred to as a head‐mounted display (HMD).

[0068] FIG. 2 is a cross section 200 of the NED 100 illustrated in FIG. 1, in accordance  with some embodiments of the present disclosure. The cross section 200 may include at least  one display assembly 210 and an exit pupil 230. The exit pupil 230 is a location where the eye  220 may be positioned when the user wears the NED 100. In some embodiments, the frame  105 may represent a frame of eye‐wear glasses. For purposes of illustration, FIG. 2 shows the  cross section 200 associated with a single eye 220 and a single display assembly 210, but in alternative  embodiments  not  shown,  another  display  assembly  that  is  separate  from  or integrated with the display assembly 210 shown in FIG. 2, may provide image light to another  eye of the user.

[0069] The display assembly 210 may be configured to direct the image light to the  eye 220 through the exit pupil 230. The display assembly 210 may be composed of one or  more materials (e.g., plastic, glass, etc.) with one or more refractive indices that effectively  decrease the weight and widen a field of view of the NED 100.

[0070] In  alternate  configurations,  the NED  100 may  include  one  or more  optical elements  (not  shown)  between  the  display  assembly  210  and  the  eye  220.  The  optical elements may act to, by way of various examples, correct aberrations in image light emitted  from the display assembly 210, magnify image light emitted from the display assembly 210,  perform some other optical adjustment of image light emitted from the display assembly 210,  or combinations thereof. Example optical elements may include an aperture, a Fresnel lens,  a convex lens, a concave lens, a filter, a polarizer, or any other suitable optical element that  may affect image light.

[0071] In  some  embodiments,  the  display  assembly  210  may  include  a  source assembly to generate image light to present media to a user's eyes. The source assembly may include, e.g., a  light source, an optics system, or some combination thereof.  In accordance with various embodiments, a source assembly may include a light‐emitting diode (LED) such  as an organic light‐emitting diode (OLED).

[0072] FIG. 3 illustrates an isometric view of a waveguide display in accordance with  some embodiments. The waveguide display 300 may be a component (e.g., display assembly  210) of NED 100. In alternate embodiments, the waveguide display 300 may constitute a part  of some other NED, or other system that directs display image light to a particular location.

[0073] The waveguide display 300 may  include  a  source  assembly 310,  an output waveguide 320, and a controller 330. For purposes of illustration, FIG. 3 shows the waveguide  display 300 associated with a single eye 220, but in some embodiments, another waveguide  display separate (or partially separate) from the waveguide display 300 may provide image light  to another eye of  the user.  In a partially separate system,  for  instance, one or more components may be shared between waveguide displays for each eye.

[0074] The source assembly 310 generates image light. The source assembly 310 may  include a source 340, a light conditioning assembly 360, and a scanning mirror assembly 370.  The source assembly 310 may generate and output image light 345 to a coupling element 350  of the output waveguide 320. Image light may include linearly polarized light, for example.

[0075] The  source  340 may  include  a  source  of  light  that  generates  coherent  or partially coherent image light 345. The source 340 may emit light in accordance with one or  more illumination parameters received from the controller 330. The source 340 may include  one or more source elements, including, but not restricted to light emitting diodes, such as  micro‐OLEDs.

[0076] The output waveguide 320 may be configured as an optical waveguide that  outputs image light to an eye 220 of a user. The output waveguide 320 receives the image  light 345 through one or more coupling elements 350 and guides the received input image light  345  to  one  or more  decoupling  elements  380.  In  some  embodiments,  the  coupling element 350  couples  the  image  light 345  from  the  source  assembly  310  into  the output waveguide  320.  The  coupling  element  350  may  be  or  include  a  diffraction  grating,  a holographic grating, some other element that couples the  image  light 345  into the output waveguide  320,  or  some  combination  thereof.  For  example,  in  embodiments where  the coupling  element  350  is  a diffraction  grating,  the  pitch of  the diffraction  grating may be chosen  such  that  total  internal  reflection  occurs,  and  the  image  light  345  propagates internally  toward  the  decoupling  element  380.  For  example,  the  pitch  of  the  diffraction grating may be in the range of approximately 300 nm to approximately 600 nm.

[0077] The decoupling element 380 decouples  the  total  internally  reflected  image light  from  the  output waveguide  320.  The  decoupling  element  380 may  be  or  include  a diffraction grating, a holographic grating, some other element that decouples image light out  of the output waveguide 320, or some combination thereof. For example, in embodiments  where the decoupling element 380 is a diffraction grating, the pitch of the diffraction grating  may be chosen to cause incident image light to exit the output waveguide 320. An orientation  and position of the image light exiting from the output waveguide 320 may be controlled by changing an orientation and position of the  image  light 345 entering the coupling element 350.

[0078] The output waveguide 320 may be composed of one or more materials that  facilitate total internal reflection of the image light 345. The output waveguide 320 may be composed  of,  for  example,  silicon,  glass,  or  a  polymer,  or  some  combination  thereof. According to particular embodiments, the output waveguide 320  includes an organic solid crystal material. The output waveguide 320 may have a relatively small form factor such as for  use  in  a  head‐mounted  display.  For  example,  the  output  waveguide  320  may  be approximately 30 mm wide along an x‐dimension, 50 mm long along a y‐dimension, and 0.5‐ 1 mm thick along a z‐dimension. In some embodiments, the output waveguide 320 may be a  planar (2D) optical waveguide.

[0079] The  controller  330 may be  used  to  control  the  scanning operations  of  the source assembly 310.  In certain embodiments, the controller 330 may determine scanning instructions for the source assembly 310 based at least on one or more display instructions. Display  instructions  may  include  instructions  to  render  one  or  more  images.  In  some embodiments,  display  instructions  may  include  an  image  file  (e.g.,  bitmap).  The  display instructions may be  received  from, e.g., a console of a virtual  reality system  (not shown). Scanning instructions may include instructions used by the source assembly 310 to generate  image light 345. The scanning instructions may include, e.g., a type of a source of image light (e.g., monochromatic,  polychromatic),  a  scanning  rate,  an  orientation  of  scanning mirror assembly  370,  and / or  one or more  illumination  parameters,  etc.  The  controller  330 may include a combination of hardware, software, and / or firmware not shown here so as not to  obscure other aspects of the disclosure.

[0080] According  to  some  embodiments,  source  340 may  include  a  light  emitting diode  (LED),  such  as  an  organic  light  emitting  diode  (OLED).  An organic  light‐emitting diode (OLED) is a light‐emitting diode (LED) having an emissive electroluminescent layer that may  include a thin  film of an organic compound that emits  light  in response to an electric current. The organic layer is typically situated between a pair of conductive electrodes. One  or both of the electrodes may be optically transparent.

[0081] FIG. 4 illustrates an embodiment of a cross section of a waveguide display. The waveguide  display  400  includes  a  source  assembly  410  configured  to generate  image light 445 in  accordance  with  scanning  instructions  from  controller 430.  The  source assembly 410 includes a source 440 and an optics system 460. The source 440 may be a light  source that generates coherent or partially coherent light. The source 440 may include, e.g.,  a laser diode, a vertical cavity surface emitting laser, and / or a light emitting diode.

[0082] The optics system 460 includes one or more optical components that condition the  light  from  the  source 440.  Conditioning  light  from  the  source 440 may  include,  e.g., expanding, collimating, and / or adjusting orientation in accordance with instructions from the controller 430. The one or more optical components may  include one or more  lens,  liquid lens, mirror, aperture, and / or grating. In some embodiments, the optics system 460 includes  a liquid lens with a plurality of electrodes that allows scanning a beam of light with a threshold value of scanning angle to shift the beam of  light to a region outside the  liquid  lens. Light emitted from the optics system 460 (and also the source assembly 410) is referred to as image  light 445.

[0083] The  output  waveguide 420 receives  the  image  light 445.  Coupling element 450 couples  the  image  light 445 from  the  source  assembly 410 into  the  output waveguide 420.  In embodiments where the coupling element 450 is a diffraction grating, a pitch of the diffraction grating may be chosen such that total internal reflection occurs in the output  waveguide 420,  and  the  image  light 445 propagates  internally  in  the  output waveguide 420 (e.g., by total internal reflection), toward decoupling element 480.

[0084] A  directing  element 475 may  be  configured  to  redirect  the  image light 445 toward the decoupling element 480 for decoupling from the output waveguide 420. In embodiments where  the directing element 475 is a diffraction grating,  the pitch of  the diffraction  grating  may  be  chosen  to  cause  incident  image  light 445 to  exit  the  output waveguide 420 at angle(s) of inclination relative to a surface of the decoupling element 480.

[0085] In  some  embodiments,  the  directing  element 475 and / or  the  decoupling element 480 may be  structurally  similar. The expanded  image  light 455 exiting  the output waveguide 420 may be expanded along one or more dimensions  (e.g., may be elongated along an x‐dimension).

[0086] In some embodiments, the waveguide display 400 may  include a plurality of source  assemblies 410 and  a  plurality  of  output  waveguides 420.  Each  of  the  source assemblies 410 may be configured to emit monochromatic image light of a specific band of  wavelength corresponding to a primary color (e.g., red, green, or blue). Each of the output  waveguides 420 may be stacked together with a distance of separation to output expanded  image light 455 that is multi‐colored.

[0087] Referring to FIG. 5, shown is an isometric view of a waveguide substrate, e.g., waveguide substrate 420. The substrate 500 may be  formed  from an OSC material having either fixed optical axes or spatially varying optical axes. Moreover, the optical axes of the  OSC material may be aligned with or at an arbitrary orientation with respect to the substrate  geometry. In certain embodiments, the thickness of the waveguide substrate may be less than approximately 800 micrometers, e.g.,  less  than approximately 800, 700, 600, 500, or 400 micrometers,  including  ranges between any of  the  foregoing values. A waveguide  formed using such a substrate may additionally include one or more coupling elements overlying the  substrate. Turning to FIG. 6, coupling elements (e.g., an in‐coupling element 619 and an out‐ coupling element 620) overlie the waveguide substrate 500. The coupling elements may be  either diffractive or refractive, and can be formed from inorganic materials, polymers, liquid  crystals, organic solid crystals, etc.

[0088] Referring to FIG. 7, shown are k‐space renderings that illustrate the effect of refractive  index on the field of view for optically  isotropic and optically anisotropic organic solid crystal waveguide substrates. In accordance with various embodiments, in support of a  large field of view, the polarization of image light entering the waveguide substrate may be  configured to align with a high refractive index direction of the substrate medium.

[0089] A waveguide display suitable for incorporation into augmented reality glasses  and configured to provide an image having a wide field of view is shown schematically in FIG. 8. The waveguide display  includes a  first element configured to expand  image  light  in one direction and a second element configured to receive the expanded image light output by the  first element and further expand the image light in a second direction orthogonal to the first  direction. The first element may include a Kaleido bar and the second element may include  an OSC‐based waveguide expander. In particular embodiments, the second element includes  a waveguide body formed from an organic solid crystal with a refractive index along at least one direction of  at  least approximately 2.4.  In  some  instantiations,  the  image  light has  a polarization directly aligned with a maximum refractive index of the waveguide body of the  second element.

[0090] Disclosed are large field of view waveguides that include organic solid crystals  (OSCs). The disclosed waveguides are advantageously low weight and exhibit a relatively slim  form factor. Also disclosed are display devices and systems that include such waveguides. A display system may  include a projector, an optical configuration configured to receive light from  the projector and direct  the  received  light  to a waveguide, where  the waveguide  is configured to receive the light from the optical configuration and expand and direct the light to a viewing  location. The waveguide may  include a  substrate  formed  from an organic or organo‐metallic material (e.g., a birefringent OSC) and a plurality of gratings disposed over  and in contact with at least one surface of the substrate.

[0091] According to exemplary embodiments, an optical element may include a first waveguide having an  input coupling element configured  to  couple  image  light  into a  first waveguide body of the first waveguide and an output coupling element configured to couple the  image  light out of  the  first waveguide body, and a second waveguide having an  input coupling element configured to couple image light received from the first waveguide into a  second waveguide body of the second waveguide and an output coupling element configured to couple  the  image  light out of  the second waveguide body. The  first waveguide may be configured  to  expand  image  light  in  one  direction  and  the  second  waveguide  may  be configured to expand the image light in a complementary direction to provide a 2D expansion  of the image light.

[0092] Embodiments of  the present disclosure may  include or be  implemented  in conjunction with various types of Artificial‐Reality (AR) systems. AR may be any superimposed functionality  and / or  sensory‐detectable  content  presented  by  an  artificial‐reality  system within a user’s physical surroundings. In other words, AR  is a form of reality that has been adjusted  in some manner before presentation  to a user. AR can  include and / or  represent virtual  reality  (VR),  augmented  reality,  mixed  AR  (MAR),  or  some  combination  and / or variation of these types of realities. Similarly, AR environments may include VR environments (including  non‐immersive,  semi‐immersive,  and  fully  immersive  VR  environments), augmented‐reality environments (including marker‐based augmented‐reality environments, markerless  augmented‐reality  environments,  location‐based  augmented‐reality environments,  and  projection‐based  augmented‐reality  environments),  hybrid‐reality environments, and / or any other type or form of mixed‐ or alternative‐reality environments.

[0093] AR  content  may  include  completely  computer‐generated  content  or computer‐generated  content  combined with  captured  (e.g.,  real‐world)  content. Such AR content may  include  video,  audio, haptic  feedback, or  some  combination  thereof, any of which may be presented in a single channel or in multiple channels (such as stereo video that  produces a three‐dimensional (3D) effect to the viewer). Additionally, in some embodiments, AR  may  also  be  associated  with  applications,  products,  accessories,  services,  or  some combination  thereof,  that  are used  to,  for  example,  create  content  in  an  artificial  reality and / or are otherwise used in (e.g., to perform activities in) an artificial reality.

[0094] AR  systems may be  implemented  in a variety of different  form  factors and configurations. Some AR systems may be designed to work without near‐eye displays (NEDs).  Other AR systems may include a NED that also provides visibility into the real world (such as, e.g., VR system 1600  in FIGS. 16A and 16B). While some AR devices may be self‐contained systems, other AR devices may  communicate  and / or  coordinate with  external devices  to provide  an AR experience  to  a user. Examples of  such external devices  include handheld controllers, mobile devices, desktop computers, devices worn by a user, devices worn by one  or more other users, and / or any other suitable external system.

[0095] FIGS. 9‐12B illustrate example artificial‐reality (AR) systems in accordance with  some embodiments. FIG. 9 shows a first AR system 900 and first example user interactions  using a wrist‐wearable device 902, a head‐wearable device (e.g., AR system 1500), and / or a  handheld intermediary processing device (HIPD) 906. FIG. 10 shows a second AR system 1000  and second example user interactions using a wrist‐wearable device 1002, AR glasses 1004,  and / or an HIPD 1006. FIGS. 11A and 11B show a third AR system 1100 and third example user 1108  interactions  using  a  wrist‐wearable  device  1102,  a  head‐wearable  device  (e.g.,  VR headset 1150), and / or an HIPD 1106. FIGS. 12A and 12B show a fourth AR system 1200 and  fourth example user 1208 interactions using a wrist‐wearable device 1230, VR headset 1220, and / or a haptic device 1260 (e.g., wearable gloves).

[0096] A wrist‐wearable device 1300, which can be used  for wrist‐wearable device 902, 1002, 1102, 1230, and one or more of its components, are described below in reference  to FIGS. 13 and 14; AR system 1500 and VR system 1600, which can respectively be used for AR glasses 904, 1004 or VR headset 1150, 1220,  and  their one or more  components  are described below in reference to FIGS. 15‐17.

[0097] Referring  to FIG. 9, wrist‐wearable device 902, AR glasses 904, and / or HIPD 906 can communicatively couple via a network 925 (e.g., cellular, near field, Wi‐Fi, personal  area network, wireless LAN, etc.). Additionally, wrist‐wearable device 902, AR glasses 904,  and / or HIPD 906 can also communicatively couple with one or more servers 930, computers 940  (e.g.,  laptops,  computers, etc.), mobile devices 950  (e.g.,  smartphones,  tablets, etc.), and / or other electronic devices via network 925 (e.g., cellular, near field, Wi‐Fi, personal area  network, wireless LAN, etc.).

[0098] In FIG. 9, a user 908 is shown wearing wrist‐wearable device 902 and AR glasses  904 and having HIPD 906 on their desk. The wrist‐wearable device 902, AR glasses 904, and  HIPD 906 facilitate user interaction with an AR environment. In particular, as shown by first AR  system  900,  wrist‐wearable  device  902,  AR  glasses  904,  and / or  HIPD  906  cause presentation of one or more avatars 910, digital representations of contacts 912, and virtual  objects 914. As discussed below, user 908 can interact with one or more avatars 910, digital  representations of contacts 912, and virtual objects 914 via wrist‐wearable device 902, AR  glasses 904, and / or HIPD 906.

[0099] User 908 can use any of wrist‐wearable device 902, AR glasses 904, and / or HIPD 906  to  provide  user  inputs.  For  example,  user  908  can  perform  one  or more  hand gestures that are detected by wrist‐wearable device 902 (e.g., using one or more EMG sensors  and / or IMUs, described below in reference to FIGS. 13 and 14) and / or AR glasses 904 (e.g.,  using one or more image sensor or camera, described below in reference to FIGS. 15‐17) to  provide a user input. Alternatively, or additionally, user 908 can provide a user input via one  or more touch surfaces of wrist‐wearable device 902, AR glasses 904, HIPD 906, and / or voice  commands captured by a microphone of wrist‐wearable device 902, AR glasses 904, and / or  HIPD 906. In some embodiments, wrist‐wearable device 902, AR glasses 904, and / or HIPD 906 include  a  digital  assistant  to  help  user  908  in  providing  a  user  input  (e.g.,  completing  a sequence of operations, suggesting different operations or commands, providing reminders, confirming a command, etc.). In some embodiments, user 908 can provide a user input via  one or more facial gestures and / or facial expressions. For example, cameras of wrist‐wearable  device 902, AR glasses 904, and / or HIPD 906 can track eyes of user 908 for navigating a user  interface.

[0100] Wrist‐wearable device 902, AR glasses 904, and / or HIPD 906 can operate alone or  in  conjunction  to  allow  user  908  to  interact  with  the  AR  environment.  In  some embodiments, HIPD 906 is configured to operate as a central hub or control center for the  wrist‐wearable device 902, AR glasses 904, and / or another communicatively coupled device. For example, user 908 can provide an  input to  interact with the AR environment at any of wrist‐wearable device 902, AR glasses 904, and / or HIPD 906, and HIPD 906 can identify one  or more back‐end and front‐end tasks to cause the performance of the requested interaction  and distribute instructions to cause the performance of the one or more back‐end and front‐end  tasks  at  wrist‐wearable  device  902,  AR  glasses  904,  and / or  HIPD  906.  In  some embodiments, a back‐end task is a background processing task that is not perceptible by the user (e.g., rendering content, decompression, compression, etc.), and a front‐end task  is a user‐facing  task  that  is  perceptible  to  the  user  (e.g.,  presenting  information  to  the  user, providing feedback to the user, etc.). As described herein, HIPD 906 can perform the back‐end  tasks and provide wrist‐wearable device 902 and / or AR glasses 904 operational data corresponding to the performed back‐end tasks such that wrist‐wearable device 902 and / or AR  glasses  904  can  perform  the  front‐end  tasks.  In  this way, HIPD  906, which  has more computational  resources  and  greater  thermal  headroom  than wrist‐wearable  device  902 and / or AR glasses 904, performs computationally intensive tasks and reduces the computer  resource utilization and / or power usage of wrist‐wearable device 902 and / or AR glasses 904.

[0101] In the example shown by first AR system 900, HIPD 906 identifies one or more  back‐end tasks and front‐end tasks associated with a user request to initiate an AR video call  with one or more other users (represented by avatar 910 and the digital representation of  contact 912) and distributes instructions to cause the performance of the one or more back‐ end tasks and front‐end tasks. In particular, HIPD 906 performs back‐end tasks for processing  and / or rendering image data (and other data) associated with the AR video call and provides  operational data associated with the performed back‐end tasks to AR glasses 904 such that  the AR glasses 904 perform front‐end tasks for presenting the AR video call (e.g., presenting  avatar 910 and digital representation of contact 912).

[0102] In some embodiments, HIPD 906 can operate as a  focal or anchor point  for causing the presentation of information. This allows user 908 to be generally aware of where  information is presented. For example, as shown in first AR system 900, avatar 910 and the  digital representation of contact 912 are presented above HIPD 906. In particular, HIPD 906  and AR glasses 904 operate in conjunction to determine a location for presenting avatar 910 and  the digital  representation of  contact 912.  In  some embodiments,  information  can be presented a predetermined distance from HIPD 906 (e.g., within 5 meters). For example, as  shown in first AR system 900, virtual object 914 is presented on the desk some distance from HIPD 906.  Similar  to  the  above  example,  HIPD 906  and  AR  glasses  904  can  operate  in conjunction to determine a location for presenting virtual object 914. Alternatively, in some embodiments,  presentation  of  information  is  not  bound  by  HIPD 906. More  specifically, avatar 910, digital representation of contact 912, and virtual object 914 do not have to be  presented within a predetermined distance of HIPD 906.

[0103] User  inputs provided  at wrist‐wearable device 902, AR  glasses 904,  and / or HIPD 906 are coordinated such that the user can use any device to initiate, continue, and / or  complete an operation. For example, user 908 can provide a user input to AR glasses 904 to  cause AR glasses 904 to present virtual object 914 and, while virtual object 914 is presented  by AR glasses 904, user 908 can provide one or more hand gestures via wrist‐wearable device  902 to interact and / or manipulate virtual object 914.

[0104] FIG.  10  shows  a  user  1008 wearing  a wrist‐wearable  device  1002  and  AR glasses 1004, and holding an HIPD 1006. In second AR system 1000, the wrist‐wearable device  1002, AR glasses 1004, and / or HIPD 1006 are used to receive and / or provide one or more messages  to a contact of user 1008.  In particular, wrist‐wearable device 1002, AR glasses 1004, and / or HIPD 1006 detect and coordinate one or more user inputs to initiate a messaging  application and prepare a response to a received message via the messaging application.

[0105] In some embodiments, user 1008 initiates, via a user input, an application on  wrist‐wearable device 1002, AR glasses 1004, and / or HIPD 1006 that causes the application  to initiate on at least one device. For example, in second AR system 1000, user 1008 performs  a hand gesture associated with a command for initiating a messaging application (represented  by messaging user interface 1016), wrist‐wearable device 1002 detects the hand gesture and,  based on a determination that user 1008 is wearing AR glasses 1004, causes AR glasses 1004  to present a messaging user interface 1016 of the messaging application. AR glasses 1004 can present messaging user interface 1016 to user 1008 via its display (e.g., as shown by a field of  view 1018 of user 1008). In some embodiments, the application is initiated and executed on  the device (e.g., wrist‐wearable device 1002, AR glasses 1004, and / or HIPD 1006) that detects  the user input to initiate the application, and the device provides another device operational data  to cause  the presentation of  the messaging application. For example, wrist‐wearable device 1002 can detect the user input to initiate a messaging application, initiate and run the  messaging application, and provide operational data to AR glasses 1004 and / or HIPD 1006 to cause  presentation  of  the  messaging  application.  Alternatively,  the  application  can  be initiated and executed at a device other than the device that detected the user  input. For example, wrist‐wearable device 1002 can detect the hand gesture associated with initiating the  messaging  application  and  cause  HIPD  1006  to  run  the  messaging  application  and coordinate the presentation of the messaging application.

[0106] Further, user 1008 can provide a user input provided at wrist‐wearable device  1002, AR glasses 1004, and / or HIPD 1006 to continue and / or complete an operation initiated  at another device. For example, after initiating the messaging application via wrist‐wearable  device 1002 and while AR glasses 1004 present messaging user interface 1016, user 1008 can provide  an  input  at HIPD  1006  to  prepare  a  response  (e.g.,  shown by  the  swipe  gesture performed on HIPD 1006). Gestures performed by user 1008 on HIPD 1006 can be provided  and / or displayed on another device. For example, a swipe gestured performed on HIPD 1006  is displayed on a virtual keyboard of messaging user interface 1016 displayed by AR glasses  1004.

[0107] In  some  embodiments, wrist‐wearable device  1002, AR  glasses  1004, HIPD 1006,  and / or  any  other  communicatively  coupled  device  can  present  one  or  more notifications  to  user  1008.  The  notification  can  be  an  indication  of  a  new message,  an incoming  call,  an  application  update,  a  status  update,  etc.  User  1008  can  select  the notification via wrist‐wearable device 1002, AR glasses 1004, and / or HIPD 1006 and can cause  presentation of an application or operation associated with the notification on at least one device. For example, user 1008 can  receive a notification  that a message was  received at wrist‐wearable device 1002, AR glasses 1004, HIPD 1006, and / or any other communicatively  coupled device and can then provide a user input at wrist‐wearable device 1002, AR glasses  1004, and / or HIPD 1006 to review the notification, and the device detecting the user input  can cause an application associated with the notification to be initiated and / or presented at wrist‐wearable device 1002, AR glasses 1004, and / or HIPD 1006.

[0108] While the above example describes coordinated inputs used to interact with a messaging  application,  user  inputs  can  be  coordinated  to  interact  with  any  number  of applications  including,  but  not  limited  to,  gaming  applications,  social media  applications, camera  applications, web‐based  applications,  financial  applications,  etc.  For  example, AR glasses 1004 can present to user 1008 game application data, and HIPD 1006 can be used as  a controller to provide inputs to the game. Similarly, user 1008 can use wrist‐wearable device 1002 to  initiate a camera of AR glasses 1004, and user 308 can use wrist‐wearable device 1002, AR glasses 1004, and / or HIPD 1006 to manipulate the image capture (e.g., zoom in or  out, apply filters, etc.) and capture image data.

[0109] Users may interact with the devices disclosed herein in a variety of ways. For  example, as shown in FIGS. 11A and 11B, a user 1108 may interact with an AR system 1100  by donning a VR headset 1150 while holding HIPD 1106 and wearing wrist‐wearable device 1102.  In this example, AR system 1100 may enable a user to interact with a game 1110 by swiping their arm. One or more of VR headset 1150, HIPD 1106, and wrist‐wearable device 1102 may detect  this gesture and,  in  response, may display a sword strike  in game 1110. Similarly, in FIGS. 12A and 12B, a user 1208 may interact with an AR system 1200 by donning  a VR headset 1220 while wearing haptic device 1260 and wrist‐wearable device 1230. In this  example, AR system 1200 may enable a user to interact with a game 1210 by swiping their  arm. One or more of VR headset 1220, haptic device 1260, and wrist‐wearable device 1230  may detect this gesture and, in response, may display a spell being cast in game 1110.

[0110] Having discussed example AR  systems, devices  for  interacting with such AR systems and other computing systems more generally will now be discussed in greater detail. Some explanations of devices and components  that can be  included  in some or all of  the example devices discussed below are explained herein for ease of reference. Certain types of  the components described below may be more suitable for a particular set of devices, and less  suitable  for  a different  set of devices, but  subsequent  reference  to  the  components explained here should be considered to be encompassed by the descriptions provided.

[0111] In  some  embodiments  discussed  below,  example  devices  and  systems, including  electronic  devices  and  systems,  will  be  addressed.  Such  example  devices  and systems  are  not  intended  to  be  limiting,  and  one  of  skill  in  the  art will  understand  that alternative devices and systems to the example devices and systems described herein may be used to perform  the operations and construct the systems and devices that are described herein.

[0112] An electronic device may be a device that uses electrical energy to perform a specific  function. An electronic device  can be any physical object  that  contains electronic components  such  as  transistors,  resistors,  capacitors,  diodes,  and  integrated  circuits. Examples of electronic devices  include  smartphones,  laptops, digital  cameras,  televisions, gaming  consoles,  and music players,  as well  as  the  example  electronic devices discussed herein. As  described  herein,  an  intermediary  electronic  device may be  a  device  that  sits between  two  other  electronic  devices  and / or  a  subset  of  components  of  one  or  more electronic  devices  and  facilitates  communication,  data  processing,  and / or  data  transfer between the respective electronic devices and / or electronic components.

[0113] An  integrated  circuit  may  be  an  electronic  device  made  up  of  multiple interconnected electronic components such as  transistors, resistors, and capacitors. These components may be etched onto a small piece of semiconductor material, such as silicon. Integrated circuits may  include analog  integrated circuits, digital  integrated circuits, mixed signal  integrated  circuits,  and / or  any  other  suitable  type  or  form  of  integrated  circuit. Examples  of  integrated  circuits  include  application‐specific  integrated  circuits  (ASICs), processing units, central processing units (CPUs), co‐processors, and accelerators.

[0114] Analog integrated circuits, such as sensors, power management circuits, and  operational amplifiers, may process continuous signals and perform analog functions such as amplification,  active  filtering,  demodulation,  and  mixing.  Examples  of  analog  integrated circuits include linear integrated circuits and radio frequency circuits.

[0115] Digital integrated circuits, which may be referred to as logic integrated circuits, may  include  microprocessors,  microcontrollers,  memory  chips,  interfaces,  power management  circuits,  programmable  devices,  and / or  any  other  suitable  type  or  form  of integrated  circuit.  In  some  embodiments,  examples  of  integrated  circuits  include  central processing units (CPUs),

[0116] Processing  units,  such  as  CPUs,  may  be  electronic  components  that  are responsible for executing instructions and controlling the operation of an electronic device  (e.g., a computer). There are various types of processors that may be used interchangeably,  or may be specifically required, by embodiments described herein. For example, a processor  may be: (i) a general processor designed to perform a wide range of tasks, such as running software applications, managing operating systems, and performing arithmetic and  logical operations;  (ii) a microcontroller designed  for  specific  tasks  such as  controlling electronic devices, sensors, and motors; (iii) an accelerator, such as a graphics processing unit (GPU), designed to accelerate the creation and rendering of  images, videos, and animations (e.g., virtual‐reality animations,  such as  three‐dimensional modeling);  (iv) a  field‐programmable gate array (FPGA) that can be programmed and reconfigured after manufacturing and / or can  be customized to perform specific tasks, such as signal processing, cryptography, and machine learning;  and / or  (v)  a  digital  signal  processor  (DSP)  designed  to  perform  mathematical operations on signals such as audio, video, and radio waves. One or more processors of one  or more electronic devices may be used in various embodiments described herein.

[0117] Memory generally refers to electronic components in a computer or electronic  device that store data and instructions for the processor to access and manipulate. Examples of memory  can  include:  (i)  random  access memory  (RAM)  configured  to  store  data  and instructions  temporarily;  (ii)  read‐only  memory  (ROM)  configured  to  store  data  and instructions  permanently  (e.g.,  one  or  more  portions  of  system  firmware,  and / or  boot loaders) and / or semi‐permanently; (iii) flash memory, which can be configured to store data  in electronic devices (e.g., USB drives, memory cards, and / or solid‐state drives (SSDs)); and / or  (iv) cache memory configured to temporarily store frequently accessed data and instructions. Memory,  as  described  herein,  can  store  structured  data  (e.g.,  SQL  databases, MongoDB databases, GraphQL data,  JSON data, etc.). Other examples of data stored  in memory can include  (i) profile data,  including user account data, user  settings, and / or other user data stored by  the user,  (ii)  sensor data detected  and / or otherwise obtained by one or more sensors, (iii) media content data including stored image data, audio data, documents, and the like, (iv) application data, which can  include data collected and / or otherwise obtained and stored during use of an application, and / or any other types of data described herein.

[0118] Controllers may be electronic components  that manage and coordinate  the operation  of  other  components  within  an  electronic  device  (e.g.,  controlling  inputs, processing  data,  and / or  generating  outputs).  Examples  of  controllers  can  include:  (i) microcontrollers,  including  small,  low‐power  controllers  that  are  commonly  used  in embedded systems and Internet of Things (IoT) devices; (ii) programmable logic controllers (PLCs)  that may be configured  to be used  in  industrial automation systems  to control and monitor  manufacturing  processes;  (iii)  system‐on‐a‐chip  (SoC)  controllers  that  integrate multiple components such as processors, memory, I / O interfaces, and other peripherals into  a single chip; and / or (iv) DSPs.

[0119] A power system of an electronic device may be configured to convert incoming electrical power  into a  form  that can be used  to operate  the device. A power system can include various components, such as (i) a power source, which can be an alternating current  (AC) adapter or a direct current (DC) adapter power supply, (ii) a charger input, which can be configured  to use a wired and / or wireless connection  (which may be part of a peripheral interface,  such  as  a  USB,  micro‐USB  interface,  near‐field  magnetic  coupling,  magnetic inductive  and magnetic  resonance  charging,  and / or  radio  frequency  (RF)  charging),  (iii)  a power‐management integrated circuit, configured to distribute power to various components of  the  device  and  to  ensure  that  the  device  operates within  safe  limits  (e.g.,  regulating voltage, controlling current  flow, and / or managing heat dissipation), and / or  (iv) a battery configured to store power to provide usable power to components of one or more electronic  devices.

[0120] Peripheral  interfaces  may  be  electronic  components  (e.g.,  of  electronic devices) that allow electronic devices to communicate with other devices or peripherals and  can provide the ability to input and output data and signals. Examples of peripheral interfaces can  include  (i)  universal  serial  bus  (USB)  and / or  micro‐USB  interfaces  configured  for connecting  devices  to  an  electronic  device,  (ii)  Bluetooth  interfaces  configured  to  allow devices to communicate with each other, including Bluetooth low energy (BLE), (iii) near field communication  (NFC)  interfaces  configured  to  be  short‐range  wireless  interfaces  for operations such as access control,  (iv) POGO pins, which may be small, spring‐loaded pins configured to provide a charging interface, (v) wireless charging interfaces, (vi) GPS interfaces, (vii) Wi‐Fi  interfaces  for providing a connection between a device and a wireless network, and / or (viii) sensor interfaces.

[0121] Sensors may be electronic components (e.g., in and / or otherwise in electronic communication  with  electronic  devices,  such  as  wearable  devices)  configured  to  detect physical and environmental changes and generate electrical signals. Examples of sensors can  include (i) imaging sensors for collecting imaging data (e.g., including one or more cameras disposed  on  a  respective  electronic  device),  (ii)  biopotential‐signal  sensors,  (iii)  inertial measurement units (e.g., IMUs) for detecting, for example, angular rate, force, magnetic field,  and / or changes in acceleration, (iv) heart rate sensors for measuring a user’s heart rate, (v) SpO2 sensors for measuring blood oxygen saturation and / or other biometric data of a user,  (vi) capacitive sensors for detecting changes in potential at a portion of a user’s body (e.g., a sensor‐skin  interface),  and / or  (vii)  light  sensors  (e.g.,  time‐of‐flight  sensors,  infrared  light sensors, visible light sensors, etc.).

[0122] Biopotential‐signal‐sensing  components  may  be  devices  used  to  measure electrical  activity  within  the  body  (e.g.,  biopotential‐signal  sensors).  Some  types  of biopotential‐signal sensors  include  (i) electroencephalography  (EEG) sensors configured  to measure  electrical  activity  in  the  brain  to  diagnose  neurological  disorders,  (ii) electrocardiography  (ECG or EKG)  sensors  configured  to measure electrical activity of  the heart  to  diagnose  heart  problems,  (iii)  electromyography  (EMG)  sensors  configured  to measure the electrical activity of muscles and to diagnose neuromuscular disorders, and (iv)  electrooculography (EOG) sensors configure to measure the electrical activity of eye muscles  to detect eye movement and diagnose eye disorders.

[0123] An application stored in memory of an electronic device (e.g., software) may  include instructions stored in the memory. Examples of such applications include (i) games, (ii)  word  processors,  (iii)  messaging  applications,  (iv)  media‐streaming  applications,  (v) financial applications, (vi) calendars. (vii) clocks, and (viii) communication interface modules for  enabling  wired  and / or  wireless  connections  between  different  respective  electronic devices  (e.g.,  IEEE 1502.15.4, Wi‐Fi,  ZigBee, 6LoWPAN, Thread,  Z‐Wave, Bluetooth  Smart, ISA100.11a, WirelessHART, or MiWi), custom or standard wired protocols (e.g., Ethernet or  HomePlug), and / or any other suitable communication protocols).

[0124] A  communication  interface  may  be  a  mechanism  that  enables  different systems or devices to exchange information and data with each other, including hardware,  software, or a combination of both hardware and software. For example, a communication interface  can  refer  to  a  physical  connector  and / or  port  on  a  device  that  enables communication  with  other  devices  (e.g.,  USB,  Ethernet,  HDMI,  Bluetooth).  In  some embodiments, a communication interface can refer to a software layer that enables different software  programs  to  communicate  with  each  other  (e.g.,  application  programming interfaces (APIs), protocols like HTTP and TCP / IP, etc.).

[0125] A graphics module may be a component or software module that is designed  to handle graphical operations and / or processes and can include a hardware module and / or  a software module.

[0126] Non‐transitory computer‐readable storage media may be physical devices or  storage media that can be used to store electronic data in a non‐transitory form (e.g., such  that the data is stored permanently until it is intentionally deleted or modified).

[0127] FIGS.  13  and  14  illustrate  an  example wrist‐wearable  device  1300  and  an example  computer  system  1400,  in  accordance with  some  embodiments. Wrist‐wearable device 1300 is an instance of wearable device 902 described in FIG. 9 herein, such that the  wearable device 902 should be understood to have the features of the wrist‐wearable device  1300 and vice versa. FIG. 14 illustrates components of the wrist‐wearable device 1300, which can  be  used  individually  or  in  combination,  including  combinations  that  include  other electronic devices and / or electronic components.

[0128] FIG. 13 shows a wearable band 1310 and a watch body 1320 (or capsule) being coupled,  as discussed below,  to  form wrist‐wearable  device  1300. Wrist‐wearable device 1300 can perform various  functions and / or operations associated with navigating  through user interfaces and selectively opening applications as well as the functions and / or operations  described above with reference to FIGS. 9‐12B.

[0129] As will  be  described  in  more  detail  below,  operations  executed  by wrist‐wearable device 1300  can  include  (i) presenting  content  to  a user  (e.g., displaying  visual content via a display 1305), (ii) detecting (e.g., sensing) user input (e.g., sensing a touch on  peripheral button 1323 and / or at a touch screen of the display 1305, a hand gesture detected by  sensors  (e.g.,  biopotential  sensors)),  (iii)  sensing  biometric  data  (e.g.,  neuromuscular signals, heart rate, temperature, sleep, etc.) via one or more sensors 1313, messaging (e.g.,  text, speech, video, etc.); image capture via one or more imaging devices or cameras 1325, wireless  communications  (e.g.,  cellular,  near  field,  Wi‐Fi,  personal  area  network,  etc.), location determination, financial transactions, providing haptic feedback, providing alarms, providing  notifications,  providing  biometric  authentication,  providing  health  monitoring, providing sleep monitoring, etc.

[0130] The above‐example functions can be executed  independently  in watch body 1320,  independently  in  wearable  band  1310,  and / or  via  an  electronic  communication between watch body 1320 and wearable band 1310. In some embodiments, functions can be  executed on wrist‐wearable device 1300 while an AR environment is being presented (e.g.,  via one of AR systems 900 to 1200). The wearable devices described herein can also be used  with other types of AR environments.

[0131] Wearable band 1310 can be configured to be worn by a user such that an inner  surface of a wearable structure 1311 of wearable band 1310 is in contact with the user’s skin. In  this example, when worn by a user, sensors 1313 may contact  the user’s skin.  In some examples, one or more of sensors 1313 can sense biometric data such as a user’s heart rate,  a saturated oxygen level, temperature, sweat level, neuromuscular signals, or a combination thereof.  One  or more  of  sensors  1313  can  also  sense  data  about  a  user’s  environment including  a user’s motion,  altitude,  location, orientation,  gait,  acceleration, position, or  a combination thereof. In some embodiment, one or more of sensors 1313 can be configured  to track a position and / or motion of wearable band 1310. One or more of sensors 1313 can  include any of the sensors defined above and / or discussed below with respect to FIG. 13.

[0132] One or more of sensors 1313 can be distributed on an inside and / or an outside surface of wearable band 1310.  In  some embodiments, one or more of  sensors 1313 are uniformly spaced along wearable band 1310. Alternatively,  in some embodiments, one or more of sensors 1313 are positioned at distinct points along wearable band 1310. As shown in FIG. 13, one or more of sensors 1313 can be the same or distinct. For example,  in some embodiments, one or more of sensors 1313 can be shaped as a pill (e.g., sensor 1313a), an  oval, a circle a square, an oblong (e.g., sensor 1313c) and / or any other shape that maintains  contact with the user’s skin (e.g., such that neuromuscular signal and / or other biometric data  can be accurately measured at the user’s skin). In some embodiments, one or more sensors  of 1313 are aligned to form pairs of sensors (e.g., for sensing neuromuscular signals based on  differential sensing within each respective sensor). For example, sensor 1313b may be aligned  with an adjacent sensor to form sensor pair 1314a and sensor 1313d may be aligned with an  adjacent sensor to form sensor pair 1314b. In some embodiments, wearable band 1310 does not  have  a  sensor  pair.  Alternatively,  in  some  embodiments, wearable  band  1310  has  a predetermined number of sensor pairs (one pair of sensors, three pairs of sensors, four pairs  of sensors, six pairs of sensors, sixteen pairs of sensors, etc.).

[0133] Wearable band 1310 can include any suitable number of sensors 1313. In some embodiments,  the  number  and  arrangement  of  sensors  1313  depends  on  the  particular application for which wearable band 1310 is used. For instance, wearable band 1310 can be  configured as an armband, wristband, or chest‐band that include a plurality of sensors 1313 with  different  number  of  sensors  1313,  a  variety  of  types  of  individual  sensors with  the plurality of sensors 1313, and different arrangements for each use case, such as medical use cases as compared to gaming or general day‐to‐day use cases.

[0134] In accordance with some embodiments, wearable band 1310 further includes  an electrical ground electrode and a shielding electrode. The electrical ground and shielding electrodes,  like the sensors 1313, can be distributed on the  inside surface of the wearable band 1310  such  that  they contact a portion of  the user’s skin. For example,  the electrical ground and shielding electrodes can be at an inside surface of a coupling mechanism 1316 or  an inside surface of a wearable structure 1311. The electrical ground and shielding electrodes can be  formed and / or use the same components as sensors 1313.  In some embodiments, wearable band 1310 includes more than one electrical ground electrode and more than one  shielding electrode.

[0135] Sensors 1313 can be formed as part of wearable structure 1311 of wearable  band 1310. In some embodiments, sensors 1313 are flush or substantially flush with wearable  structure 1311 such that they do not extend beyond the surface of wearable structure 1311. While  flush with wearable structure 1311, sensors 1313 are still configured to contact the user’s skin (e.g., via a skin‐contacting surface). Alternatively, in some embodiments, sensors  1313 extend beyond wearable structure 1311 a predetermined distance (e.g., 0.1 – 2 mm) to make  contact  and  depress  into  the  user’s  skin.  In  some  embodiment,  sensors  1313  are coupled to an actuator (not shown) configured to adjust an extension height (e.g., a distance  from the surface of wearable structure 1311) of sensors 1313 such that sensors 1313 make contact and depress  into  the user’s  skin.  In  some embodiments,  the actuators adjust  the extension  height  between  0.01 mm  –  1.2 mm.  This may  allow  a  user  to  customize  the positioning of sensors 1313 to improve the overall comfort of the wearable band 1310 when worn while  still  allowing  sensors 1313  to  contact  the user’s  skin.  In  some  embodiments, sensors 1313 are indistinguishable from wearable structure 1311 when worn by the user.

[0136] Wearable structure 1311 can be formed of an elastic material, elastomers, etc.,  configured to be stretched and fitted to be worn by the user. In some embodiments, wearable  structure 1311 is a textile or woven fabric. As described above, sensors 1313 can be formed as part of a wearable  structure 1311. For example,  sensors 1313 can be molded  into  the wearable structure 1311, be integrated into a woven fabric (e.g., sensors 1313 can be sewn  into the fabric and mimic the pliability of fabric and can and / or be constructed from a series  woven strands of fabric).

[0137] Wearable  structure  1311  can  include  flexible  electronic  connectors  that interconnect  sensors  1313,  the  electronic  circuitry,  and / or  other  electronic  components (described below in reference to FIG. 14) that are enclosed in wearable band 1310. In some  embodiments, the flexible electronic connectors are configured to interconnect sensors 1313, the electronic  circuitry, and / or other electronic  components of wearable band 1310 with respective  sensors and / or other electronic components of another electronic device  (e.g., watch body 1320). The flexible electronic connectors are configured to move with wearable structure  1311  such  that  the  user  adjustment  to wearable  structure  1311  (e.g.,  resizing, pulling,  folding,  etc.)  does  not  stress  or  strain  the  electrical  coupling  of  components  of wearable band 1310.

[0138] As described above, wearable band 1310 is configured to be worn by a user. In  particular, wearable band 1310 can be shaped or otherwise manipulated to be worn by a user.  For example, wearable band 1310 can be shaped to have a substantially circular shape such  that it can be configured to be worn on the user’s lower arm or wrist. Alternatively, wearable  band 1310 can be shaped to be worn on another body part of the user, such as the user’s  upper arm (e.g., around a bicep), forearm, chest, legs, etc. Wearable band 1310 can include a retaining  mechanism  1312  (e.g.,  a  buckle,  a  hook  and  loop  fastener,  etc.)  for  securing wearable band 1310 to the user’s wrist or other body part. While wearable band 1310 is worn  by the user, sensors 1313 sense data (referred to as sensor data) from the user’s skin. In some  examples, sensors 1313 of wearable band 1310 obtain (e.g., sense and record) neuromuscular  signals.

[0139] The sensed data  (e.g., sensed neuromuscular signals) can be used to detect and / or determine the user’s intention to perform certain motor actions. In some examples,  sensors 1313 may sense and record neuromuscular signals from the user as the user performs muscular  activations  (e.g., movements,  gestures,  etc.).  The  detected  and / or  determined motor  actions  (e.g.,  phalange  (or digit) movements, wrist movements,  hand movements, and / or other muscle  intentions)  can  be used  to  determine  control  commands or  control information (instructions to perform certain commands after the data is sensed) for causing a  computing  device  to  perform  one  or more  input  commands.  For  example,  the  sensed neuromuscular  signals can be used  to control certain user  interfaces displayed on display 1305 of wrist‐wearable device 1300 and / or can be transmitted to a device responsible for rendering  an  artificial‐reality  environment  (e.g.,  a  head‐mounted  display)  to  perform  an action in an associated artificial‐reality environment, such as to control the motion of a virtual device displayed  to  the user. The muscular activations performed by  the user can  include static gestures, such as placing the user’s hand palm down on a table, dynamic gestures, such  as grasping a physical or virtual object, and covert gestures that are imperceptible to another person,  such  as  slightly  tensing  a  joint  by  co‐contracting opposing muscles  or  using  sub‐muscular activations. The muscular activations performed by the user can include symbolic  gestures (e.g., gestures mapped to other gestures, interactions, or commands, for example,  based on a gesture vocabulary that specifies the mapping of gestures to commands).

[0140] The sensor data sensed by sensors 1313 can be used to provide a user with an enhanced  interaction with  a  physical  object  (e.g.,  devices  communicatively  coupled with wearable band 1310) and / or a virtual object in an artificial‐reality application generated by an  artificial‐reality  system  (e.g.,  user  interface  objects  presented  on  the  display  1305,  or another computing device (e.g., a smartphone)).

[0141] In  some  embodiments,  wearable  band  1310  includes  one  or  more  haptic devices 1446 (e.g., a vibratory haptic actuator) that are configured to provide haptic feedback  (e.g., a cutaneous and / or kinesthetic sensation, etc.) to the user’s skin. Sensors 1313 and / or haptic devices 1446  (shown  in  FIG. 14)  can be  configured  to operate  in  conjunction with multiple applications  including, without  limitation, health monitoring, social media, games, and artificial reality (e.g., the applications associated with artificial reality).

[0142] Wearable band 1310 can also include coupling mechanism 1316 for detachably  coupling a capsule (e.g., a computing unit) or watch body 1320 (via a coupling surface of the watch body  1320)  to wearable band  1310.  For  example,  a  cradle or  a  shape of  coupling mechanism 1316 can correspond to shape of watch body 1320 of wrist‐wearable device 1300. In  particular,  coupling mechanism  1316  can  be  configured  to  receive  a  coupling  surface proximate  to  the bottom side of watch body 1320  (e.g., a side opposite  to a  front side of watch body 1320 where display 1305 is located), such that a user can push watch body 1320  downward into coupling mechanism 1316 to attach watch body 1320 to coupling mechanism  1316. In some embodiments, coupling mechanism 1316 can be configured to receive a top side of  the watch body 1320  (e.g., a side proximate  to  the  front side of watch body 1320 where display 1305  is  located) that  is pushed upward  into the cradle, as opposed to being pushed  downward  into  coupling  mechanism  1316.  In  some  embodiments,  coupling mechanism 1316 is an integrated component of wearable band 1310 such that wearable band 1310 and coupling mechanism 1316 are a single unitary structure.  In some embodiments, coupling mechanism 1316 is a type of frame or shell that allows watch body 1320 coupling  surface to be retained within or on wearable band 1310 coupling mechanism 1316 (e.g., a  cradle, a tracker band, a support base, a clasp, etc.).

[0143] Coupling mechanism 1316 can allow  for watch body 1320  to be detachably coupled to the wearable band 1310 through a friction fit, magnetic coupling, a rotation‐based  connector, a shear‐pin coupler, a retention spring, one or more magnets, a clip, a pin shaft, a  hook and loop fastener, or a combination thereof. A user can perform any type of motion to  couple the watch body 1320 to wearable band 1310 and to decouple the watch body 1320  from the wearable band 1310. For example, a user can twist, slide, turn, push, pull, or rotate  watch body 1320 relative to wearable band 1310, or a combination thereof, to attach watch  body 1320 to wearable band 1310 and to detach watch body 1320 from wearable band 1310. Alternatively,  as  discussed  below,  in  some  embodiments,  the  watch  body  1320  can  be decoupled from the wearable band 1310 by actuation of a release mechanism 1329.

[0144] Wearable band 1310 can be coupled with watch body 1320 to  increase the functionality of wearable band 1310 (e.g., converting wearable band 1310 into wrist‐wearable  device 1300, adding an additional computing unit and / or battery to increase computational  resources and / or a battery life of wearable band 1310, adding additional sensors to improve  sensed data, etc.). As described above, wearable band 1310 and coupling mechanism 1316  are configured to operate independently (e.g., execute functions independently) from watch body 1320. For example, coupling mechanism 1316 can  include one or more sensors 1313 that contact a user’s skin when wearable band 1310  is worn by  the user, with or without watch body 1320 and can provide sensor data for determining control commands.

[0145] A user can detach watch body 1320 from wearable band 1310 to reduce the encumbrance of wrist‐wearable device 1300 to the user. For embodiments  in which watch body 1320 is removable, watch body 1320 can be referred to as a removable structure, such that  in  these embodiments wrist‐wearable device 1300  includes a wearable portion  (e.g., wearable band 1310) and a removable structure (e.g., watch body 1320).

[0146] Turning to watch body 1320, in some examples watch body 1320 can have a  substantially rectangular or circular shape. Watch body 1320 is configured to be worn by the  user on their wrist or on another body part. More specifically, watch body 1320 is sized to be easily carried by  the user, attached on a portion of  the user’s clothing, and / or coupled  to wearable band 1310 (forming the wrist‐wearable device 1300). As described above, watch body 1320 can have a shape corresponding to coupling mechanism 1316 of wearable band  1310. In some embodiments, watch body 1320 includes a single release mechanism 1329 or multiple  release mechanisms  (e.g.,  two  release mechanisms 1329 positioned on opposing sides of watch body 1320, such as spring‐loaded buttons) for decoupling watch body 1320  from wearable band 1310. Release mechanism 1329 can include, without limitation, a button, a knob, a plunger, a handle, a  lever, a  fastener, a  clasp, a dial, a  latch, or a  combination thereof.

[0147] A  user  can  actuate  release  mechanism  1329  by  pushing,  turning,  lifting, depressing, shifting, or performing other actions on release mechanism 1329. Actuation of release  mechanism  1329  can  release  (e.g.,  decouple)  watch  body  1320  from  coupling mechanism  1316  of  wearable  band  1310,  allowing  the  user  to  use  watch  body  1320 independently from wearable band 1310 and vice versa. For example, decoupling watch body  1320 from wearable band 1310 can allow a user to capture images using rear‐facing camera 1325b. Although  release mechanism 1329  is  shown positioned at a corner of watch body 1320,  release mechanism  1329  can be  positioned  anywhere  on watch  body  1320  that  is convenient for the user to actuate. In addition, in some embodiments, wearable band 1310 can  also  include  a  respective  release mechanism  for  decoupling watch  body  1320  from coupling mechanism 1316. In some embodiments, release mechanism 1329 is optional and  watch body 1320 can be decoupled from coupling mechanism 1316 as described above (e.g.,  via twisting, rotating, etc.).

[0148] Watch body 1320 can include one or more peripheral buttons 1323 and 1327  for performing various operations at watch body 1320. For example, peripheral buttons 1323  and 1327 can be used to turn on or wake (e.g., transition from a sleep state to an active state)  display 1305, unlock watch body 1320, increase or decrease a volume, increase or decrease a  brightness, interact with one or more applications, interact with one or more user interfaces, etc. Additionally or alternatively,  in some embodiments, display 1305 operates as a  touch screen and allows the user to provide one or more  inputs  for  interacting with watch body 1320.

[0149] In some embodiments, watch body 1320 includes one or more sensors 1321.  Sensors 1321 of watch body 1320 can be the same or distinct from sensors 1313 of wearable band 1310.  Sensors 1321 of watch body 1320  can be distributed on an  inside and / or  an outside surface of watch body 1320. In some embodiments, sensors 1321 are configured to contact a user’s skin when watch body 1320 is worn by the user. For example, sensors 1321  can be placed on the bottom side of watch body 1320 and coupling mechanism 1316 can be  a cradle with an opening that allows the bottom side of watch body 1320 to directly contact the  user’s  skin.  Alternatively,  in  some  embodiments, watch  body  1320  does  not  include sensors that are configured to contact the user’s skin (e.g., including sensors internal and / or  external to the watch body 1320 that are configured to sense data of watch body 1320 and  the surrounding environment). In some embodiments, sensors 1321 are configured to track  a position and / or motion of watch body 1320.

[0150] Watch  body  1320  and wearable  band  1310  can  share  data  using  a wired communication method (e.g., a Universal Asynchronous Receiver / Transmitter (UART), a USB  transceiver, etc.) and / or a wireless communication method (e.g., near field communication, Bluetooth, etc.).  For example, watch body 1320 and wearable band 1310  can  share data sensed by sensors 1313 and 1321, as well as application and device specific information (e.g., active  and / or  available  applications,  output  devices  (e.g.,  displays,  speakers,  etc.),  input devices (e.g., touch screens, microphones, imaging sensors, etc.).

[0151] In  some embodiments, watch body 1320  can  include, without  limitation,  a front‐facing camera 1325a and / or a rear‐facing camera 1325b, sensors 1321 (e.g., a biometric sensor,  an  IMU,  a  heart  rate  sensor,  a  saturated  oxygen  sensor,  a  neuromuscular  signal sensor,  an  altimeter  sensor,  a  temperature  sensor,  a bioimpedance  sensor,  a pedometer sensor, an optical sensor (e.g., imaging sensor 1463), a touch sensor, a sweat sensor, etc.). In  some embodiments, watch body 1320 can include one or more haptic devices 1476 (e.g., a vibratory haptic actuator)  that  is configured  to provide haptic  feedback  (e.g., a cutaneous and / or kinesthetic sensation, etc.) to the user. Sensors 1421 and / or haptic device 1476 can also be configured  to operate  in conjunction with multiple applications  including, without limitation, health monitoring applications, social media applications, game applications, and  artificial reality applications (e.g., the applications associated with artificial reality).

[0152] As described above, watch body 1320 and wearable band 1310, when coupled,  can form wrist‐wearable device 1300. When coupled, watch body 1320 and wearable band 1310  may  operate  as  a  single  device  to  execute  functions  (operations,  detections, communications, etc.) described herein. In some embodiments, each device may be provided with particular  instructions  for performing  the one or more operations of wrist‐wearable device 1300. For example,  in accordance with a determination that watch body 1320 does not  include  neuromuscular  signal  sensors,  wearable  band  1310  can  include  alternative instructions  for  performing  associated  instructions  (e.g.,  providing  sensed  neuromuscular signal  data  to  watch  body  1320  via  a  different  electronic  device).  Operations  of  wrist‐wearable device 1300 can be performed by watch body 1320 alone or  in conjunction with wearable band 1310 (e.g., via respective processors and / or hardware components) and vice versa.  In some embodiments, operations of wrist‐wearable device 1300, watch body 1320, and / or wearable band 1310 can be performed in conjunction with one or more processors  and / or hardware components.

[0153] As described below with reference to the block diagram of FIG. 14, wearable band 1310 and / or watch body 1320  can each  include  independent  resources  required  to independently execute functions. For example, wearable band 1310 and / or watch body 1320  can each include a power source (e.g., a battery), a memory, data storage, a processor (e.g.,  a central processing unit (CPU)), communications, a light source, and / or input / output devices.

[0154] FIG. 14 shows block diagrams of a computing system 1430 corresponding to wearable  band  1310  and  a  computing  system  1460  corresponding  to watch  body  1320 according to some embodiments. Computing system 1400 of wrist‐wearable device 1300 may  include a combination of components of wearable band computing system 1430 and watch  body computing system 1460, in accordance with some embodiments.

[0155] Watch  body  1320  and / or  wearable  band  1310  can  include  one  or  more components shown in watch body computing system 1460. In some embodiments, a single  integrated circuit may include all or a substantial portion of the components of watch body computing  system  1460  included  in  a  single  integrated  circuit.  Alternatively,  in  some embodiments, components of the watch body computing system 1460 may be included in a plurality  of  integrated  circuits  that  are  communicatively  coupled.  In  some  embodiments, watch body computing system 1460 may be configured to couple (e.g., via a wired or wireless connection) with wearable band computing system 1430, which may allow  the computing systems to share components, distribute tasks, and / or perform other operations described  herein (individually or as a single device).

[0156] Watch body computing system 1460 can include one or more processors 1479,  a controller 1477, a peripherals interface 1461, a power system 1495, and memory (e.g., a  memory 1480).

[0157] Power system 1495 can include a charger input 1496, a power‐management integrated circuit (PMIC) 1497, and a battery 1498. In some embodiments, a watch body 1320  and a wearable band 1310 can have respective batteries (e.g., battery 1498 and 1459) and  can share power with each other. Watch body 1320 and wearable band 1310 can receive a  charge using a variety of techniques. In some embodiments, watch body 1320 and wearable band 1310  can use  a wired  charging  assembly  (e.g., power  cords)  to  receive  the  charge. Alternatively, or in addition, watch body 1320 and / or wearable band 1310 can be configured  for wireless charging. For example, a portable charging device can be designed to mate with  a portion of watch body 1320 and / or wearable band 1310 and wirelessly deliver usable power  to battery 1498 of watch body 1320 and / or battery 1459 of wearable band 1310. Watch body 1320 and wearable band 1310 can have  independent power  systems  (e.g., power  system 1495 and 1456, respectively) to enable each to operate independently. Watch body 1320 and wearable band 1310 can also share power  (e.g., one can charge  the other) via  respective PMICs (e.g., PMICs 1497 and 1458) and charger inputs (e.g., 1457 and 1496) that can share  power over power and ground conductors and / or over wireless charging antennas.

[0158] In  some embodiments, peripherals  interface 1461 can  include one or more sensors 1421. Sensors 1421 can  include one or more coupling  sensors 1462  for detecting when watch body 1320  is  coupled with  another  electronic device  (e.g.,  a wearable band 1310). Sensors 1421 can  include one or more  imaging sensors 1463  (e.g., one or more of cameras 1425,  and / or  separate  imaging  sensors 1463  (e.g.,  thermal‐imaging  sensors)).  In some embodiments,  sensors 1421  can  include one or more  SpO2  sensors 1464.  In  some embodiments, sensors 1421 can include one or more biopotential‐signal sensors (e.g., EMG  sensors 1465, which may be disposed on an interior, user‐facing portion of watch body 1320  and / or wearable band 1310). In some embodiments, sensors 1421 may include one or more  capacitive sensors 1466. In some embodiments, sensors 1421 may include one or more heart  rate sensors 1467. In some embodiments, sensors 1421 may include one or more IMU sensors 1468.  In some embodiments, one or more  IMU sensors 1468 can be configured  to detect movement of a user’s hand or other location where watch body 1320 is placed or held.

[0159] In some embodiments, one or more of sensors 1421 may provide an example  human‐machine interface. For example, a set of neuromuscular sensors, such as EMG sensors  1465, may be arranged circumferentially around wearable band 1310 with an interior surface of  EMG  sensors  1465  being  configured  to  contact  a  user’s  skin.  Any  suitable  number  of neuromuscular  sensors may  be  used  (e.g.,  between  2  and  20  sensors).  The  number  and arrangement of neuromuscular sensors may depend on the particular application for which the wearable device  is used.  For  example, wearable band 1310  can be used  to  generate control  information  for  controlling  an  augmented  reality  system,  a  robot,  controlling  a vehicle, scrolling through text, controlling a virtual avatar, or any other suitable control task.

[0160] In some embodiments, neuromuscular sensors may be coupled together using  flexible electronics incorporated into the wireless device, and the output of one or more of the  sensing  components  can  be  optionally  processed  using  hardware  signal  processing circuitry (e.g., to perform amplification, filtering, and / or rectification). In other embodiments,  at least some signal processing of the output of the sensing components can be performed in  software such as processors 1479. Thus, signal processing of signals sampled by the sensors can be performed  in hardware, software, or by any suitable combination of hardware and software, as aspects of the technology described herein are not limited in this respect.

[0161] Neuromuscular signals may be processed in a variety of ways. For example, the output  of  EMG  sensors  1465  may  be  provided  to  an  analog  front  end,  which  may  be configured to perform analog processing (e.g., amplification, noise reduction, filtering, etc.)  on the recorded signals. The processed analog signals may then be provided to an analog‐to‐ digital converter, which may convert the analog signals to digital signals that can be processed  by one or more computer processors. Furthermore, although this example is as discussed in  the context of interfaces with EMG sensors, the embodiments described herein can also be  implemented in wearable interfaces with other types of sensors including, but not limited to, mechanomyography  (MMG)  sensors,  sonomyography  (SMG)  sensors,  and  electrical impedance tomography (EIT) sensors.

[0162] In  some  embodiments,  peripherals  interface  1461  includes  a  near‐field communication (NFC) component 1469, a global‐position system (GPS) component 1470, a  long‐term evolution (LTE) component 1471, and / or a Wi‐Fi and / or Bluetooth communication component 1472.  In some embodiments, peripherals  interface 1461  includes one or more buttons 1473 (e.g., peripheral buttons 1323 and 1327 in FIG. 13), which, when selected by a user,  cause  operation  to  be  performed  at watch  body  1320.  In  some  embodiments,  the peripherals  interface 1461  includes one or more  indicators, such as a  light emitting diode (LED),  to provide a user with visual  indicators  (e.g., message  received,  low battery, active microphone and / or camera, etc.).

[0163] Watch body 1320 can  include at  least one display 1305 for displaying visual representations of  information or data to a user,  including user‐interface elements and / or three‐dimensional virtual objects. The display can also  include a touch screen for  inputting user inputs, such as touch gestures, swipe gestures, and the like. Watch body 1320 can include  at least one speaker 1474 and at least one microphone 1475 for providing audio signals to the user  and  receiving  audio  input  from  the  user.  The  user  can  provide  user  inputs  through microphone 1475 and can also receive audio output from speaker 1474 as part of a haptic  event provided by haptic controller 1478. Watch body 1320 can include at least one camera 1425,  including a front camera 1425a and a rear camera 1425b. Cameras 1425 can include ultra‐wide‐angle  cameras,  wide  angle  cameras,  fish‐eye  cameras,  spherical  cameras, telephoto cameras, depth‐sensing cameras, or other types of cameras.

[0164] Watch  body  computing  system  1460  can  include  one  or  more  haptic controllers 1478 and associated componentry (e.g., haptic devices 1476) for providing haptic  events at watch body 1320 (e.g., a vibrating sensation or audio output in response to an event  at the watch body 1320). Haptic controllers 1478 can communicate with one or more haptic  devices 1476, such as electroacoustic devices, including a speaker of the one or more speakers  1474 and / or other audio components and / or electromechanical devices that convert energy  into linear motion such as a motor, solenoid, electroactive polymer, piezoelectric actuator,  electrostatic actuator, or other tactile output generating components (e.g., a component that converts  electrical  signals  into  tactile  outputs  on  the  device). Haptic  controller  1478  can provide haptic events to that are capable of being sensed by a user of watch body 1320. In  some embodiments, one or more haptic controllers 1478 can receive input signals from an  application of applications 1482.

[0165] In some embodiments, wearable band computing system 1430 and / or watch  body computing system 1460 can include memory 1480, which can be controlled by one or  more memory controllers of controllers 1477. In some embodiments, software components stored  in  memory  1480  include  one  or  more  applications  1482  configured  to  perform operations at the watch body 1320. In some embodiments, one or more applications 1482 may  include  games,  word  processors,  messaging  applications,  calling  applications,  web browsers,  social media  applications, media  streaming  applications,  financial  applications, calendars, clocks, etc. In some embodiments, software components stored in memory 1480 include  one  or more  communication  interface modules  1483  as  defined  above.  In  some embodiments, software components stored in memory 1480  include one or more graphics modules 1484 for rendering, encoding, and / or decoding audio and / or visual data and one or  more data management modules 1485 for collecting, organizing, and / or providing access to  data 1487 stored in memory 1480. In some embodiments, one or more of applications 1482  and / or one or more modules can work in conjunction with one another to perform various  tasks at the watch body 1320.

[0166] In  some  embodiments,  software  components  stored  in memory  1480  can include  one  or  more  operating  systems  1481  (e.g.,  a  Linux‐based  operating  system,  an Android operating system, etc.). Memory 1480 can also  include data 1487. Data 1487 can include profile data 1488A, sensor data 1489A, media content data 1490, and application data  1491.

[0167] It  should  be  appreciated  that  watch  body  computing  system  1460  is  an example of a computing system within watch body 1320, and that watch body 1320 can have  more or fewer components than shown in watch body computing system 1460, can combine  two or more components, and / or can have a different configuration and / or arrangement of  the components. The various components shown in watch body computing system 1460 are implemented  in hardware, software,  firmware, or a combination thereof,  including one or more signal processing and / or application‐specific integrated circuits.

[0168] Turning  to  the  wearable  band  computing  system  1430,  one  or  more components  that  can  be  included  in  wearable  band  1310  are  shown.  Wearable  band computing system 1430 can include more or fewer components than shown in watch body  computing system 1460, can combine two or more components, and / or can have a different  configuration and / or arrangement of some or all of the components. In some embodiments,  all, or a substantial portion of the components of wearable band computing system 1430 are included  in a single  integrated circuit. Alternatively,  in some embodiments, components of wearable band computing system 1430 are included in a plurality of integrated circuits that are communicatively coupled. As described above,  in  some embodiments, wearable band computing system 1430 is configured to couple (e.g., via a wired or wireless connection) with watch  body  computing  system  1460,  which  allows  the  computing  systems  to  share components, distribute tasks, and / or perform other operations described herein (individually  or as a single device).

[0169] Wearable  band  computing  system  1430,  similar  to watch  body  computing system  1460,  can  include  one  or  more  processors  1449,  one  or  more  controllers  1447 (including  one  or more  haptics  controllers  1448),  a  peripherals  interface  1431  that  can includes one or more  sensors 1413 and other peripheral devices, a power  source  (e.g., a power system 1456), and memory (e.g., a memory 1450) that includes an operating system (e.g., an operating system 1451), data (e.g., data 1454  including profile data 1488B, sensor data 1489B, etc.), and one or more modules (e.g., a communications interface module 1452,  a data management module 1453, etc.).

[0170] One or more of sensors 1413 can be analogous to sensors 1421 of watch body  computing system 1460. For example, sensors 1413 can include one or more coupling sensors 1432,  one  or  more  SpO2  sensors  1434,  one  or  more  EMG  sensors  1435,  one  or  more capacitive sensors 1436, one or more heart rate sensors 1437, and one or more IMU sensors  1438.

[0171] Peripherals  interface 1431 can also  include other components analogous  to those included in peripherals interface 1461 of watch body computing system 1460, including  an NFC component 1439, a GPS component 1440, an LTE component 1441, a Wi‐Fi and / or Bluetooth  communication  component  1442,  and / or  one  or more  haptic  devices  1446  as described  above  in  reference  to  peripherals  interface  1461.  In  some  embodiments, peripherals interface 1431 includes one or more buttons 1443, a display 1433, a speaker 1444,  a microphone 1445, and a camera 1455. In some embodiments, peripherals interface 1431  includes one or more indicators, such as an LED.

[0172] It  should be appreciated  that wearable band  computing  system 1430  is an example of a computing system within wearable band 1310, and that wearable band 1310  can have more or fewer components than shown in wearable band computing system 1430, combine  two  or  more  components,  and / or  have  a  different  configuration  and / or arrangement  of  the  components.  The  various  components  shown  in  wearable  band computing system 1430 can be implemented in one or more of a combination of hardware, software, or  firmware,  including one or more signal processing and / or application‐specific integrated circuits.

[0173] Wrist‐wearable device 1300 with respect to FIG. 13 is an example of wearable band 1310 and watch body 1320 coupled  together, so wrist‐wearable device 1300 will be understood to include the components shown and described for wearable band computing  system 1430 and watch body computing system 1460. In some embodiments, wrist‐wearable device 1300 has a  split architecture  (e.g., a  split mechanical architecture, a  split electrical architecture, etc.) between watch body 1320 and wearable band 1310. In other words, all of  the components shown in wearable band computing system 1430 and watch body computing  system 1460 can be housed or otherwise disposed in a combined wrist‐wearable device 1300  or within individual components of watch body 1320, wearable band 1310, and / or portions  thereof (e.g., a coupling mechanism 1316 of wearable band 1310).

[0174] The  techniques  described  above  can  be  used with  any  device  for  sensing neuromuscular signals but could also be used with other types of wearable devices for sensing neuromuscular  signals  (such as body‐wearable or head‐wearable devices  that might have neuromuscular sensors closer to the brain or spinal column).

[0175] In some embodiments, wrist‐wearable device 1300 can be used in conjunction with a head‐wearable device  (e.g., AR  system 1500 and VR  system 1600) and / or an HIPD described below, and wrist‐wearable device 1300 can also be configured to be used to allow a user  to control any aspect of  the artificial  reality  (e.g., by using EMG‐based gestures  to control user interface objects in the artificial reality and / or by allowing a user to interact with  the touchscreen on the wrist‐wearable device to also control aspects of the artificial reality). Having  thus  described  example wrist‐wearable  devices,  attention will  now  be  turned  to example head‐wearable devices, such AR system 1500 and VR system 1600.

[0176] FIGS. 15 to 17 show example artificial‐reality systems, which can be used as or in  connection with wrist‐wearable  device  1300.  In  some  embodiments,  AR  system  1500 includes an eyewear device 1502, as shown in FIG. 15. In some embodiments, VR system 1600 includes  a  head‐mounted  display  (HMD)  1612,  as  shown  in  FIGS.  16A  and  16B.  In  some embodiments, AR  system  1500  and VR  system  1600  can  include one or more  analogous components (e.g., components for presenting interactive artificial‐reality environments, such  as processors, memory, and / or presentation devices, including one or more displays and / or  one or more waveguides), some of which are described in more detail with respect to FIG. 17.  As described herein, a head‐wearable device can include components of eyewear device 1502  and / or head‐mounted display 1612. Some embodiments of head‐wearable devices do not  include any displays, including any of the displays described with respect to AR system 1500 and / or  VR  system  1600.  While  the  example  artificial‐reality  systems  are  respectively described herein as AR system 1500 and VR system 1600, either or both of the example AR  systems described herein can be configured to present fully‐immersive virtual‐reality scenes  presented in substantially all of a user’s field of view or subtler augmented‐reality scenes that are presented within a portion, less than all, of the user’s field of view.

[0177] FIG. 15  show an example  visual depiction of AR  system 1500,  including  an eyewear  device  1502  (which may  also  be  described  herein  as  augmented‐reality  glasses, and / or smart glasses). AR system 1500 can include additional electronic components that are  not shown in FIG. 15, such as a wearable accessory device and / or an intermediary processing  device, in electronic communication or otherwise configured to be used in conjunction with  the eyewear device 1502. In some embodiments, the wearable accessory device and / or the  intermediary processing device may be configured to couple with eyewear device 1502 via a coupling mechanism  in  electronic  communication with  a  coupling  sensor  1724  (FIG.  17), where  coupling  sensor 1724  can detect when an electronic device becomes physically or electronically  coupled with eyewear device 1502.  In  some embodiments, eyewear device 1502 can be configured to couple to a housing 1790 (FIG. 17), which may include one or more  additional coupling mechanisms configured to couple with additional accessory devices. The components  shown  in FIG. 15 can be  implemented  in hardware,  software,  firmware, or a combination  thereof,  including  one  or  more  signal‐processing  components  and / or application‐specific integrated circuits (ASICs).

[0178] Eyewear  device  1502  includes mechanical  glasses  components,  including  a frame 1504 configured to hold one or more lenses (e.g., one or both lenses 1506‐1 and 1506‐2). One  of  ordinary  skill  in  the  art will  appreciate  that  eyewear  device  1502  can  include additional mechanical components, such as hinges configured to allow portions of frame 1504 of  eyewear device 1502  to be  folded  and unfolded,  a bridge  configured  to  span  the  gap between lenses 1506‐1 and 1506‐2 and rest on the user’s nose, nose pads configured to rest  on the bridge of the nose and provide support for eyewear device 1502, earpieces configured  to rest on the user’s ears and provide additional support for eyewear device 1502, temple  arms configured to extend from the hinges to the earpieces of eyewear device 1502, and the  like. One of ordinary skill in the art will further appreciate that some examples of AR system  1500 can include none of the mechanical components described herein. For example, smart contact  lenses  configured  to  present  artificial  reality  to  users  may  not  include  any components of eyewear device 1502.

[0179] Eyewear device 1502 includes electronic components, many of which will be  described in more detail below. Some example electronic components are illustrated in FIG.  15, including acoustic sensors 1525‐1, 1525‐2, 1525‐3, 1525‐4, 1525‐5, and 1525‐6, which can be distributed along a substantial portion of the frame 1504 of eyewear device 1502. Eyewear  device 1502 also includes a left camera 1539A and a right camera 1539B, which are located  on different sides of the frame 1504. Eyewear device 1502 also includes a processor 1548 (or  any other suitable type or form of integrated circuit) that is embedded into a portion of the  frame 1504.

[0180] FIGS.  16A  and  16B  show  a VR  system  1600  that  includes  a  head‐mounted display  (HMD)  1612  (e.g.,  also  referred  to  herein  as  an  artificial‐reality  headset,  a  head‐wearable device, a VR headset, etc.), in accordance with some embodiments. As noted, some artificial‐reality systems (e.g., AR system 1500) may,  instead of blending an artificial reality with actual reality, substantially replace one or more of a user’s visual and / or other sensory  perceptions of the real world with a virtual experience (e.g., AR systems 1100 and 1200).

[0181] HMD 1612 includes a front body 1614 and a frame 1616 (e.g., a strap or band) shaped  to  fit around a user’s head.  In some embodiments,  front body 1614 and / or  frame 1616  include  one  or  more  electronic  elements  for  facilitating  presentation  of  and / or interactions with an AR and / or VR system (e.g., displays, IMUs, tracking emitter or detectors). In  some  embodiments,  HMD  1612  includes  output  audio  transducers  (e.g.,  an  audio transducer 1618), as shown  in FIG. 16B.  In some embodiments, one or more components, such as the output audio transducer(s) 1618 and frame 1616, can be configured to attach and  detach (e.g., are detachably attachable) to HMD 1612 (e.g., a portion or all of frame 1616, and / or  audio  transducer  1618),  as  shown  in  FIG.  16B.  In  some  embodiments,  coupling  a detachable  component  to  HMD  1612  causes  the  detachable  component  to  come  into electronic communication with HMD 1612.

[0182] FIGS.  16A  and  16B  also  show  that  VR  system  1600  includes  one  or more cameras, such as left camera 1639A and right camera 1639B, which can be analogous to left and  right  cameras  1539A  and  1539B  on  frame  1504  of  eyewear  device  1502.  In  some embodiments, VR system 1600 includes one or more additional cameras (e.g., cameras 1639C and  1639D), which  can be  configured  to  augment  image data  obtained by  left  and  right cameras 1639A and 1639B by providing more information. For example, camera 1639C can be used to supply color information that  is not discerned by cameras 1639A and 1639B. In some embodiments, one or more of cameras 1639A to 1639D can include an optional IR cut  filter configured to remove IR light from being received at the respective camera sensors.

[0183] FIG. 17  illustrates a computing  system 1720 and an optional housing 1790, each of which show components that can be included in AR system 1500 and / or VR system  1600. In some embodiments, more or fewer components can be included in optional housing  1790 depending on practical restraints of the respective AR system being described.

[0184] In  some  embodiments,  computing  system  1720  can  include  one  or  more peripherals  interfaces  1722A  and / or  optional  housing  1790  can  include  one  or  more peripherals interfaces 1722B. Each of computing system 1720 and optional housing 1790 can also  include one or more power systems 1742A and 1742B, one or more controllers 1746 (including one or more haptic controllers 1747), one or more processors 1748A and 1748B (as defined  above,  including  any of  the  examples provided),  and memory 1750A  and 1750B, which can all be in electronic communication with each other. For example, the one or more processors 1748A and 1748B can be configured  to execute  instructions stored  in memory 1750A and 1750B, which can cause a controller of one or more of controllers 1746 to cause operations  to be performed  at one or more peripheral devices  connected  to peripherals interface  1722A  and / or  1722B.  In  some  embodiments,  each  operation  described  can  be powered by electrical power provided by power system 1742A and / or 1742B.

[0185] In some embodiments, peripherals interface 1722A can include one or more  devices configured to be part of computing system 1720, some of which have been defined  above and / or described with respect to the wrist‐wearable devices shown in FIGS. 13 and 14. For  example, peripherals  interface 1722A  can  include one or more  sensors 1723A.  Some example sensors 1723A  include one or more coupling sensors 1724, one or more acoustic sensors 1725, one or more  imaging sensors 1726, one or more EMG sensors 1727, one or more capacitive sensors 1728, one or more  IMU sensors 1729, and / or any other  types of sensors  explained  above  or  described with  respect  to  any  other  embodiments  discussed herein.

[0186] In some embodiments, peripherals  interfaces 1722A and 1722B can  include one or more additional peripheral devices, including one or more NFC devices 1730, one or  more GPS devices 1731, one or more LTE devices 1732, one or more Wi‐Fi and / or Bluetooth  devices 1733, one or more buttons 1734 (e.g., including buttons that are slidable or otherwise  adjustable), one or more displays 1735A and 1735B, one or more speakers 1736A and 1736B,  one or more microphones 1737, one or more cameras 1738A and 1738B (e.g., including the  left camera 1739A and / or a right camera 1739B), one or more haptic devices 1740, and / or  any other types of peripheral devices defined above or described with respect to any other embodiments discussed herein.

[0187] AR systems can include a variety of types of visual feedback mechanisms (e.g.,  presentation devices). For example, display devices in AR system 1500 and / or VR system 1600 can  include one or more  liquid‐crystal displays  (LCDs),  light emitting diode  (LED) displays, organic LED  (OLED) displays, and / or any other  suitable  types of display  screens. Artificial‐reality systems can include a single display screen (e.g., configured to be seen by both eyes), and / or  can provide  separate display  screens  for each eye, which  can allow  for additional flexibility for varifocal adjustments and / or for correcting a refractive error associated with a  user’s vision. Some embodiments of AR systems also include optical subsystems having one or more  lenses  (e.g., conventional concave or convex  lenses, Fresnel  lenses, or adjustable liquid lenses) through which a user can view a display screen.

[0188] For example, respective displays 1735A and 1735B can be coupled to each of  the lenses 1506‐1 and 1506‐2 of AR system 1500. Displays 1735A and 1735B may be coupled  to each of lenses 1506‐1 and 1506‐2, which can act together or independently to present an  image or series of images to a user. In some embodiments, AR system 1500 includes a single  display 1735A or 1735B (e.g., a near‐eye display) or more than two displays 1735A and 1735B.  In some embodiments, a first set of one or more displays 1735A and 1735B can be used to  present an augmented‐reality environment, and a second set of one or more display devices 1735A  and  1735B  can  be  used  to  present  a  virtual‐reality  environment.  In  some embodiments, one or more waveguides are used  in conjunction with presenting artificial‐reality content to the user of AR system 1500 (e.g., as a means of delivering light from one or more displays 1735A and 1735B  to  the user’s eyes).  In  some embodiments, one or more waveguides are  fully or partially  integrated  into  the eyewear device 1502. Additionally, or alternatively to display screens, some artificial‐reality systems include one or more projection  systems. For example, display devices in AR system 1500 and / or VR system 1600 can include  micro‐LED projectors that project light (e.g., using a waveguide) into display devices, such as  clear combiner lenses that allow ambient light to pass through. The display devices can refract  the projected light toward a user’s pupil and can enable a user to simultaneously view both  artificial‐reality content and the real world. Artificial‐reality systems can also be configured  with any other suitable type or form of image projection system. In some embodiments, one  or more waveguides are provided additionally or alternatively to the one or more display(s)  1735A and 1735B.

[0189] Computing system 1720 and / or optional housing 1790 of AR system 1500 or VR system 1600 can  include some or all of the components of a power system 1742A and 1742B. Power systems 1742A and 1742B can include one or more charger inputs 1743, one  or more PMICs 1744, and / or one or more batteries 1745A and 1744B.

[0190] Memory 1750A and 1750B may include instructions and data, some or all of which  may  be  stored  as  non‐transitory  computer‐readable  storage  media  within  the memories 1750A and 1750B. For example, memory 1750A and 1750B can include one or more operating  systems  1751,  one  or  more  applications  1752,  one  or  more  communication interface applications 1753A and 1753B, one or more graphics applications 1754A and 1754B,  one or more AR processing applications 1755A and 1755B, and / or any other types of data  defined above or described with respect to any other embodiments discussed herein.

[0191] Memory 1750A and 1750B also include data 1760A and 1760B, which can be  used in conjunction with one or more of the applications discussed above. Data 1760A and 1760B  can  include profile data 1761,  sensor data  1762A  and  1762B, media  content data 1763A, AR application data 1764A and 1764B, and / or any other types of data defined above  or described with respect to any other embodiments discussed herein.

[0192] In some embodiments, controller 1746 of eyewear device 1502 may process information  generated  by  sensors  1723A  and / or  1723B  on  eyewear  device  1502  and / or another electronic device within AR system 1500. For example, controller 1746 can process  information from acoustic sensors 1525‐1 and 1525‐2. For each detected sound, controller  1746 can perform a direction of arrival (DOA) estimation to estimate a direction from which  the detected sound arrived at eyewear device 1502 of AR system 1500. As one or more of  acoustic sensors 1725 (e.g., the acoustic sensors 1525‐1, 1525‐2) detects sounds, controller 1746  can  populate  an  audio  data  set with  the  information  (e.g.,  sensor  data  1762A  and 1762B).

[0193] In some embodiments, a physical electronic connector can convey information  between eyewear device 1502 and another electronic device and / or between one or more  processors 1548, 1748A, 1748B of AR system 1500 or VR system 1600 and controller 1746.  The information can be in the form of optical data, electrical data, wireless data, or any other  transmittable data form. Moving the processing of information generated by eyewear device  1502 to an intermediary processing device can reduce weight and heat in the eyewear device,  making it more comfortable and safer for a user. In some embodiments, an optional wearable accessory device (e.g., an electronic neckband) is coupled to eyewear device 1502 via one or more  connectors.  The  connectors  can  be  wired  or  wireless  connectors  and  can  include electrical and / or non‐electrical (e.g., structural) components. In some embodiments, eyewear  device 1502 and the wearable accessory device can operate independently without any wired  or wireless connection between them.

[0194] In  some  situations,  pairing  external  devices,  such  as  an  intermediary processing device (e.g., HIPD 906, 1006, 1106) with eyewear device 1502 (e.g., as part of AR  system 1500) enables eyewear device 1502 to achieve a similar form factor of a pair of glasses while  still  providing  sufficient  battery  and  computation  power  for  expanded  capabilities. Some, or all, of the battery power, computational resources, and / or additional features of AR system 1500  can be provided by a paired device or  shared between a paired device and eyewear device 1502,  thus  reducing  the weight, heat profile, and  form  factor of eyewear device 1502 overall while allowing eyewear device 1502 to retain its desired functionality. For example,  the wearable  accessory  device  can  allow  components  that would  otherwise be included on eyewear device 1502  to be  included  in  the wearable accessory device and / or intermediary processing device, thereby shifting a weight load from the user’s head and neck  to one or more other portions of the user’s body. In some embodiments, the intermediary processing device has a  larger surface area over which to diffuse and disperse heat to the ambient environment. Thus, the intermediary processing device can allow for greater battery  and computation capacity than might otherwise have been possible on eyewear device 1502  standing alone. Because weight carried in the wearable accessory device can be less invasive  to a user than weight carried in the eyewear device 1502, a user may tolerate wearing a lighter  eyewear device and carrying or wearing the paired device for greater lengths of time than the  user would tolerate wearing a heavier eyewear device standing alone, thereby enabling an  artificial‐reality environment to be incorporated more fully into a user’s day‐to‐day activities.

[0195] AR  systems  can  include  various  types  of  computer  vision  components  and subsystems. For example, AR system 1500 and / or VR system 1600 can include one or more optical  sensors  such as  two‐dimensional  (2D) or  three‐dimensional  (3D) cameras,  time‐of‐flight depth sensors, structured  light  transmitters and detectors, single‐beam or sweeping laser rangefinders, 3D LiDAR sensors, and / or any other suitable type or form of optical sensor.  An AR system can process data from one or more of these sensors to identify a location of a  user and / or aspects of the use’s real‐world physical surroundings, including the locations of real‐world objects within the real‐world physical surroundings.  In some embodiments, the methods described herein are used  to map the real world, to provide a user with context about  real‐world  surroundings,  and / or  to  generate  digital  twins  (e.g.,  interactable  virtual objects), among a variety of other functions. For example, FIGS. 16A and 16B show VR system  1600 having cameras 1639A to 1639D, which can be used to provide depth information for  creating a voxel field and a two‐dimensional mesh to provide object information to the user  to avoid collisions.

[0196] In some embodiments, AR system 1500 and / or VR system 1600 can  include haptic (tactile)  feedback systems, which may be  incorporated  into headwear, gloves, body suits,  handheld  controllers,  environmental  devices  (e.g.,  chairs  or  floormats),  and / or  any other type of device or system, such as the wearable devices discussed herein. The haptic feedback  systems may  provide  various  types  of  cutaneous  feedback,  including  vibration, force, traction, shear, texture, and / or temperature. The haptic  feedback systems may also provide various  types of kinesthetic  feedback, such as motion and compliance. The haptic feedback may be implemented using motors, piezoelectric actuators, fluidic systems, and / or a  variety  of  other  types  of  feedback mechanisms.  The  haptic  feedback  systems may  be implemented  independently of other artificial‐reality devices, within other artificial‐reality devices, and / or in conjunction with other artificial‐reality devices.

[0197] In some embodiments of an artificial reality system, such as AR system 1500  and / or VR system 1600, ambient light (e.g., a live feed of the surrounding environment that  a user would normally see) can be passed through a display element of a respective head‐ wearable device presenting aspects of the AR system. In some embodiments, ambient light can be passed through a portion  less that  is  less than all of an AR environment presented within a user’s field of view (e.g., a portion of the AR environment co‐located with a physical object  in  the user’s  real‐world environment  that  is within  a designated boundary  (e.g.,  a guardian boundary) configured to be used by the user while they are interacting with the AR  environment). For example, a visual user interface element (e.g., a notification user interface  element) can be presented at the head‐wearable device, and an amount of ambient light (e.g.,  15‐50% of the ambient light) can be passed through the user interface element such that the user  can  distinguish  at  least  a  portion  of  the  physical  environment  over which  the  user interface element is being displayed.

[0198] The  process  parameters  and  sequence  of  the  steps  described  and / or illustrated herein are given by way of example only and can be varied as desired. For example,  while the steps illustrated and / or described herein may be shown or discussed in a particular order,  these  steps  do  not  necessarily  need  to  be  performed  in  the  order  illustrated  or discussed. The various exemplary methods described and / or illustrated herein may also omit  one or more of the steps described or illustrated herein or include additional steps in addition  to those disclosed.

[0199] The preceding description has been provided to enable others skilled in the art to  best  utilize  various  aspects  of  the  exemplary  embodiments  disclosed  herein.  This exemplary description is not intended to be exhaustive or to be limited to any precise form  disclosed. Many modifications and variations are possible without departing from the scope  of the present disclosure as set out in the claims. The embodiments disclosed herein should  be considered in all respects illustrative and not restrictive. Reference should be made to the  appended claims and their equivalents in determining the scope of the present disclosure.

[0200] Unless otherwise noted, the terms “connected to” and “coupled to” (and their  derivatives), as used in the specification and claims, are to be construed as permitting both  direct and indirect (i.e., via other elements or components) connection. In addition, the terms  “a” or “an,” as used in the specification and claims, are to be construed as meaning “at least  one of.” Finally, for ease of use, the terms “including” and “having” (and their derivatives), as  used in the specification and claims, are interchangeable with and have the same meaning as  the word “comprising.”

[0201] It will be understood  that when  an  element  such  as  a  layer or  a  region  is referred to as being formed on, deposited on, or disposed “on” or “over” another element, it  may be located directly on at least a portion of the other element, or one or more intervening  elements may also be present. In contrast, when an element is referred to as being “directly  on” or “directly over” another element, it may be located on at least a portion of the other  element, with no intervening elements present.

[0202] As used herein, the term “approximately” in reference to a particular numeric  value or range of values may, in certain embodiments, mean and include the stated value as  well as all values within 10% of the stated value. Thus, by way of example, reference to the  numeric value “50” as “approximately 50” may, in certain embodiments, include values equal  to 50±5, i.e., values within the range 45 to 55.

[0203] As used herein,  the  term “substantially”  in  reference  to a given parameter, property, or condition may mean and include to a degree that one of ordinary skill in the art  would understand that the given parameter, property, or condition is met with a small degree of  variance,  such  as  within  acceptable  manufacturing  tolerances.  By  way  of  example, depending on the particular parameter, property, or condition that is substantially met, the parameter,  property,  or  condition  may  be  at  least  approximately  90%  met,  at  least approximately 95% met, or even at least approximately 99% met.

[0204] While various features, elements or steps of particular embodiments may be disclosed using the transitional phrase “comprising,” it  is to be understood that alternative embodiments,  including  those  that  may  be  described  using  the  transitional  phrases “consisting  of”  or  “consisting  essentially  of,”  are  implied.  Thus,  for  example,  implied alternative  embodiments  to  an  organic  solid  crystal  layer  that  comprises  or  includes anthracene include embodiments where an organic solid crystal layer consists essentially of  anthracene and embodiments where an organic solid crystal layer consists of anthracene.

Claims

What is claimed is:

1. An optical element comprising:   a waveguide body extending from an input end to an output end and configured to guide light by total internal reflection from the input end to the output end;   an input coupling element located proximate to the input end for coupling light into the waveguide body; and   an output coupling element located proximate to the output end for coupling light out of  the waveguide  body, wherein  the waveguide  body  comprises  an  optically  anisotropic organic solid crystal.

2. The optical element of claim 1, wherein the input coupling structure and the output coupling structure each comprise diffractive gratings.

3. The optical element of claim 2, wherein the diffractive gratings are selected from the group consisting of volume Bragg gratings, polarization volume holographic (PVH) gratings  and surface relief gratings (SRG); and / or   wherein the diffractive gratings comprise binary phase gratings or slanted gratings.

4. The optical element of claim 1, wherein  the optical element comprises a planar waveguide; and / or    wherein the optical element comprises a non‐planar waveguide.

5. The optical element of claim 1, wherein the organic solid crystal comprises a single crystal.

6. The optical element of claim 1, wherein the waveguide body comprises a refractive index of at least approximately 2.4 and a birefringence of at least approximately 0.

01.

7. The optical element of claim 1, wherein the waveguide body comprises principal refractive indices (n1, n2, n3), wherein n1≠n2≠n3, n1=n2≠n3, n1=n3≠n2, or n2=n3≠n1.

8. The optical element of claim 1, wherein the waveguide body comprises at least one of:    (i) a single optically anisotropic organic solid crystal  layer having a thickness of  less than approximately 600 micrometers;    (ii) a pair of optically anisotropic organic solid crystal layers, and has a thickness of less than approximately 1.5 mm; and    (iii) three optically anisotropic organic solid crystal layers, and has a thickness of less than approximately 1.8 mm.

9. A waveguide comprising:   an optically anisotropic organic solid crystal substrate configured to guide light; and   a  diffractive  grating  disposed  over  the  optically  anisotropic  organic  solid  crystal substrate, wherein the optically anisotropic organic solid crystal has a refractive index of at  least approximately 2.4 and a birefringence of at least approximately 0.

01.

10. An optical element comprising:   a first waveguide having an input coupling element configured to couple image light into a first waveguide body of the first waveguide, and an output coupling element configured  to couple the image light out of the first waveguide body; and   a second waveguide having an  input coupling element configured  to couple  image light  received  from  the  first  waveguide  into  a  second  waveguide  body  of  the  second waveguide, and an output coupling element configured to couple the image light out of the  second waveguide body.

11. The optical element of claim 10, wherein the first waveguide expands the image light into a first direction; and    optionally, wherein the second waveguide expands the  image  light  into a second direction orthogonal to the first direction.

12. The optical element of claim 10, wherein the second waveguide body comprises an organic solid crystal.

13. The optical element of claim 10, wherein the second waveguide body comprises a refractive index of at least approximately 2.

4.

14. The optical element of  claim 10, wherein  the  image  light has a polarization direction aligned with a maximum refractive index of the second waveguide body.

15. The optical element of claim 10, wherein a polarization direction of image light coupled into the second waveguide body is substantially equal to a polarization direction of  image light coupled out of the second waveguide body.

Images