CN111566539A - 用于拼接的多单色显示器的系统、设备和方法 - Google Patents

用于拼接的多单色显示器的系统、设备和方法 Download PDF

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Abstract

所公开的投影仪设备可以包括(1)第一单色发射器阵列，其具有以二维结构设置的第一颜色的多个发射器；以及(2)第二单色发射器阵列，其具有以二维结构设置的第二颜色的多个发射器。第一和第二单色发射器阵列可以被配置成将第一和第二颜色的图像发射到波导结构中，并且第一颜色可以不同于第二颜色。还提供了相关联的显示系统和方法。

Description

用于拼接的多单色显示器的系统、设备和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求以下申请的优先权和权益：标题为“SYSTEMS,DEVICES,AND METHODSFOR TILED MULTI-MONOCHROMATIC DISPLAYS”且于2018年10月10日提交的美国非临时申请第16/156,452号；标题为“SYSTEMS,DEVICES,AND METHODS FOR TILED MULTI-MONOCHROMATIC DISPLAYS”且于2018年1月22日提交的美国临时申请第62/620,432号；标题为“SYSTEMS,APPARATUSES,AND METHODS FOR MONOCHROMATIC DISPLAY WAVEGUIDES”且于2018年1月22日提交的美国临时申请第62/620,434号；以及标题为“SYSTEMS,APPARATUSES,AND METHODS FOR COMPONENT MOVEMENT IN MONOCHROMATIC DISPLAY DEVICES”且于2018年1月22日提交的美国临时申请第62/620,435号。这些申请的全部内容通过引用并入本文。
背景
本公开大体上涉及近眼显示系统，且更具体地涉及波导显示器。
近眼光场显示器(包括近眼显示器(NED)和电子取景器)通常将图像直接投影到用户的眼睛中。传统的近眼显示器(NED)通常具有使用多色像素阵列(包括例如红色、绿色和蓝色像素)生成图像光的显示元件，该图像光在到达用户的眼睛之前穿过一个或更多个透镜。图像光可以通过波导或其他光学系统横向传播，使得显示元件不需要直接对准用户的眼睛。多色像素阵列通常对每种颜色使用子像素，这增加了像素之间的距离，但也造成了每种颜色的像素位置的轻微偏移。对于NED，用户可以感知像素之间的这些距离和位置偏移。此外，在不产生色差的情况下，可能很难控制来自多色显示器的光。另外，虚拟现实系统和/或增强现实系统中的NED可以具有紧凑、重量轻和高分辨率的设计标准，并且在试图满足这些标准时经常会进行权衡。因此，传统的NED在所有这些方面中并不完全令人满意。
概述
如下面将更详细描述的，本公开描述了可以利用一个或更多个单色发射器阵列朝向可包括一个或更多个波导构件的波导投影单色图像的装置、系统、设备和方法。在一些实施例中，单色图像可以在波导中组合，使得期望的多色图像被导向头戴式显示设备的视窗(eyebox)。
在一个示例中，投影仪设备可以包括(1)第一单色发射器阵列，其具有以二维结构设置的第一颜色的多个发射器；以及(2)第二单色发射器阵列，其具有以二维结构设置的第二颜色的多个发射器，其中第一和第二单色发射器阵列可以被配置成将第一和第二颜色的图像发射到波导结构(waveguide configuration)中，并且第一颜色可以不同于第二颜色。
在一些实施例中，投影仪设备还可以包括支撑结构，第一和第二单色发射器阵列固定到该支撑结构，使得第一和第二单色发射器阵列被配置成沿着相同方向将第一和第二颜色的图像发射到波导结构中。
在一些示例中，投影仪设备还可以包括波导结构，其中波导结构包括一个或更多个波导构件，该波导结构被定位在头戴式显示器的显示区域内，并且组合由第一和第二单色发射器阵列发射的第一和第二颜色的图像，以生成至少部分地限定观察视窗的至少一个多色瞳孔复制(pupil replication)。
在一些实施例中，第一单色发射器阵列可以包括多个发光二极管(LED)，并且多个LED中的至少一个可以包括折射结构，其设置在发射表面上，以引导从多个LED中的至少一个发射的光。在一些示例中，第一单色发射器阵列可以包括多个发光二极管(LED)，并且多个LED中的至少一个可以包括设置在发射表面上的反射结构，以引导从多个LED中的至少一个发射的光。
在一些示例中，第一和第二单色发射器阵列可以各自限定第一维度和第二维度，该第二维度比第一维度长并且与第一维度正交，并且第一和第二单色发射器阵列可以沿着第一维度对准。在一些实施例中，第一和第二单色发射器阵列可以各自限定第一维度和第二维度，该第二维度比第一维度长并且与第一维度正交，并且第一和第二单色发射器阵列可以沿着第二维度对准。
在一些实施例中，第一单色发射器阵列可以包括多个发光二极管(LED)，多个LED可以以小于大约5微米的间距排列，并且多个LED中的至少一个LED可以具有直径小于或等于该间距的发射表面。
在一些示例中，投影仪设备可以包括第三单色发射器阵列，该第三单色发射器阵列具有以二维结构设置的第三颜色的多个发射器，其中第三颜色不同于第一颜色和第二颜色，并且第一、第二和第三单色发射器阵列可以以线性结构设置。在一些实施例中，投影仪设备可以包括第三单色发射器阵列，该第三单色发射器阵列具有以二维结构设置的第三颜色的多个发射器，其中第三颜色不同于第一颜色和第二颜色，并且第一、第二和第三单色发射器阵列可以以非线性结构设置。
在一个示例中，显示系统可以包括(1)第一单色发射器阵列，其可以具有以二维结构设置的第一颜色的多个发射器，以产生第一颜色的第一图像；(2)第二单色发射器阵列，其可以具有以二维结构设置的第二颜色的多个发射器，以产生第二颜色的第二图像；以及(3)波导结构，其可以包括(a)至少一个耦合元件，其可以从第一和第二单色发射器阵列接收第一图像和第二图像，(b)至少一个波导主体，其可以在波导结构内横向传播接收的第一和第二图像，以及(c)至少一个去耦元件，其可以将接收的第一和第二图像朝向视窗投影作为投影图像。
在一些实施例中，波导主体可以组合来自第一单色发射器阵列的第一颜色的第一图像和来自第二单色发射器阵列的第二颜色的第二图像，使得投影图像包括不同于第一颜色和第二颜色的至少一种颜色。
在一些示例中，显示系统还可以包括第三单色发射器阵列，该第三单色发射器阵列具有以二维结构设置的第三颜色的多个发射器。另外，在一些实施例中，波导主体可以将来自第一单色发射器阵列的第一颜色的第一图像、来自第二单色发射器阵列的第二颜色的第二图像以及来自第三单色发射器阵列的第三颜色的第三图像组合成投影图像，其中投影图像可以包括不同于第一、第二和第三颜色的至少一种颜色。
在一些实施例中，波导结构可以包括(a)包括第一耦合元件的第一波导构件，和(b)包括第二耦合元件的第二波导构件，其中第一耦合元件的尺寸可以被设计成将第一颜色的光耦合到第一波导构件主体中，并且第二耦合元件的尺寸可以被设计成不同于第一耦合元件以将第二颜色的光耦合到第二波导构件主体中。此外，在一些示例中，第一波导构件可以包括去耦元件，该去耦元件引导第一颜色的光穿过第二波导构件主体朝向观察视窗作为投影图像的一部分。
在一个示例中，一种方法可以包括(1)引导来自第一单色发射器阵列的第一单色图像的发射朝向波导结构的第一耦合元件，以及(2)引导来自第二单色发射器阵列的第二单色图像的发射朝向波导结构的第二耦合元件，从而使得多色图像从波导结构的去耦元件投影，其中多色图像可以在波导结构中由第一单色图像和第二单色图像的组合产生。
在一些实施例中，该方法还可以包括在波导结构内复制多色图像的多个实例，其中从波导结构的去耦元件投影多色图像可以包括从去耦元件投影多色图像的多个实例。
在一些示例中，第一耦合元件可以在下述之一上接收发射的第一单色图像：波导结构的第一表面，和与第一表面相对设置的波导结构的第二表面，并且去耦元件可以从波导结构的第二表面朝向视窗投影多色图像。
在一些示例中，该方法还可以包括执行以下操作中的至少一个：(1)相对于第一耦合元件对准第一单色发射器阵列，或者(2)相对于第二耦合元件对准第二单色发射器阵列，使得第一单色图像和第二单色图像在波导结构中对准，以产生多色图像的预期版本。
在一个示例中，计算机可读介质可以具有存储在其上的指令，指令在由处理设备执行时可以使处理设备执行操作，该操作可以包括(1)引导来自第一单色发射器阵列的第一单色图像的发射朝向波导结构的第一耦合元件，以及(2)引导来自第二单色发射器阵列的第二单色图像的发射朝向波导结构的第二耦合元件，从而使得多色图像从波导结构的去耦元件投影，多色图像在波导结构中由第一单色图像和第二单色图像的组合产生。
附图简述
附图示出了许多示例性实施例，并且是说明书的一部分。这些附图连同下面的描述一起展示并解释了本公开的各种原理。
图1是根据一些实施例的包括NED的HMD的图示。
图2是根据一些实施例的在图1中所示的HMD的横截面。
图3是根据一些实施例的具有波导结构的NED的等距视图。
图4A、图4B和图4C是根据一些实施例的可以被包括在图3的显示系统中的投影仪设备的横截面图。
图5A、图5B和图5C是根据一些实施例的可以被包括在图4A-4C的投影仪设备中的发射器阵列的顶视图。
图6A和图6B是根据一些实施例的被包括在图4A-4C和图5A-5C的发射器阵列中的微LED(microLED)的示意性横截面图。
图7A、图7B、图7C和图7D是根据一些实施例的投影仪设备和波导结构的横截面图。
图8是根据一些实施例的在显示系统中显示图像的方法的流程图。
图9A、图9B和图9C是根据一些实施例的NED的透视图。
图10A是根据一些实施例的另一个NED的透视图。
图10B是根据一些实施例的图10A的NED的横截面图。
图11A、图11B、图11C和图11D是根据一些实施例的具有致动系统的NED的横截面图。
图12A、图12B和图12C是根据一些实施例的由图11A-11D的NED的实施例生成的图像的部分，其显示分辨率增强的过程。
图13A、图13B和图13C是根据一些实施例的由图11A-11D的NED的实施例生成的图像的部分，其显示分辨率增强的另一过程。
图14A和图14B是根据一些实施例的由图11A-11D的NED的实施例生成的图像的部分，其显示图像增强的过程。
图15是根据一些实施例的用于增强由显示系统或NED(类似于图11A-11D的NED)生成的图像的方法的流程图。
在全部附图中，相同的参考符号和描述指示相似的但不一定相同的元件。虽然本文所述的示例性实施例容许各种修改和替代形式，但是特定的实施例在附图中作为示例被示出并且在本文将被详细描述。然而，本文描述的示例性实施例并不旨在受限于所公开的特定形式。更确切地，本公开涵盖了落在所附权利要求的范围内的所有修改、等同物和替代方案。
示例性实施例的详细描述
本公开总体上涉及可用于虚拟现实(VR)或增强或混合现实(AR/MR)中的改进的NED。一些NED可以包括投影仪设备，该投影仪设备包括第一单色发射器阵列和第二单色发射器阵列，该第一单色发射器阵列具有以二维结构设置的第一颜色的多个发射器，该第二单色发射器阵列具有以对应的二维结构设置的第二不同颜色的多个发射器。在一些实施例中，这些二维结构可以是相同的。第一和第二单色发射器阵列可以被配置成朝向被包括在具有一个或更多个波导构件的波导结构中的耦合区域发射第一和第二颜色的图像。波导结构可以组合图像以产生导向视窗的至少一个多色图像。在一些示例中，波导结构可以被配置成朝向视窗投射多色图像的多个复制。
如将在下面更详细解释的，本公开的实施例可以提供一种NED，其比传统的NED更小且更轻，同时仍然具有一个或更多个大视窗和一个大FOV。为了提供体积更小、分辨率更高且更亮的近眼显示器，至少一个单色发射器阵列可以耦合到波导/组合器。在一些实施例中，发射器阵列可以是垂直腔表面发射激光器(VCSEL)阵列或具有高填充因子(例如，通过物理或光学手段，诸如经由微透镜或其他耐火结构或反射结构)的微LED阵列，该填充因子可以接近100％。在其他实施例中，发射器阵列可以包括其他设备(例如，直接发射光源)，其包括但不限于半导体二极管、半导体激光二极管、有机发光二极管(OLED)像素阵列、量子点阵列、具有可变背光源的液晶显示器(LCD)等。投射的光可以首先通过发射器阵列和波导之间的非常小的气隙，然后与包含在波导中的耦合元件相互作用，该耦合元件沿着全内反射路径引导光。在一些示例中，该路径可以包括光栅结构或其他类型的光去耦结构，其将部分的光从全内反射路径去耦，以将图像的多个实例(“瞳孔复制”)从波导的不同位置导出并导向HMD的视窗。
可以提供红、绿和蓝单色发射器阵列以当波导组合相应的红、绿和蓝单色图像时再现全色图像。发射器阵列可以通过三个耦合元件耦合到波导，其中一个耦合元件专门适用于每个波长，以在组合时产生全色图像。这些颜色可以在单个波导中组合，也可以在针对特定波长设计的单独波导中组合，这可以防止串扰，并允许对每个波导和相关联的光栅的每种颜色优化，从而提供内反射和去耦。因为发射器阵列各自在不同的定位(position)处耦合到波导，所以全色复制的区域可以被限制为所有三种颜色的重叠。然而，全色复制的面积可大于视窗。
在一些实施例中，为了帮助解决辐辏调节冲突(VAC)，多个波导/投影仪显示设备可以串联定位，以向用户的眼睛呈现不同焦距(诸如0.3屈光度(D)和1.5D)的全色图像。显示设备可以由诸如透镜的光学元件分开，以在两个显示器的每一个之间提供不同的焦距。为了针对特定的应用或情况优化焦距的差异，各个显示设备堆叠可以由变焦透镜分开，诸如普通的液体或液晶透镜，其可以被原位调节以实现显示设备之间的焦距的期望差异。
为了增加NED的FOV，可以将多组发射器阵列耦合到单个波导结构中。例如，具有多组发射器阵列的一个NED可以用于用户的左眼，而具有多组发射器阵列的另一个NED可以用于用户的右眼。在一些实施例中，用于每个NED的多组发射器阵列可以彼此精确地相隔180度耦合，或者可以以相对于彼此的任何其他角度耦合，并且在其他实施例中以相对于彼此的不同角度耦合。对于每个NED的多组发射器阵列可以由单独的驱动器或控制器驱动，或者可以由单个驱动器驱动。
为了提高分辨率或减轻发射器阵列内单独发射器的缺陷，所公开的系统和设备可以包括致动系统，该致动系统产生在一个发射器阵列或更多个发射器阵列与波导之间的相对定位和/或角度的变化，或者通过下面更详细描述的其他方法产生这种变化。通过在两个或更多个定位和/或角度之间机械振荡或抖动，和/或通过在发射器阵列本身上的两个或更多个定位之间电子移动发射光的像素位置，单个发射器阵列可以充当多个发射器阵列，从每个定位投射不同图像或单个图像的不同部分。以这种方式，图像可以具有比具有多个发射器的任何单个发射器阵列更高的分辨率(例如，图像像素的更大的二维结构)。另外，发射器阵列的实施例可以包括具有的直径小于或等于约5μm的单独发射器。由于这种小尺寸，生产没有任何故障或缺陷的发射器的发射器阵列可能是困难的或不可能的。一些实施例可以通过以下方式来补偿这种故障发射器：识别这样的故障发射器的位置或识别在一段时间内具有相比于在发射器阵列处于第一定位时所指示的更低的亮度或强度的区域或发射器组，并且当发射器阵列处于第二定位时启动相邻发射器或发射器组，因为第二定位可能导致相邻发射器处于先前被故障发射器占据的位置。此外，在一些示例中，为了机械地振荡或抖动发射器，可以向发射器引入小的振动(例如，在20Hz至20kHz的频率范围内)，以补偿视觉伪像(visual artifact)，诸如纱窗效应(screen door effect)。可用于振动发射器的机构的示例可包括但不限于一个或更多个压电结构、致动液晶层和致动衍射光栅。
下面将参照图1-图7D和图9A-图14提供HMD和被包括在HMD的NED中的各种部件的详细描述，以实现上述和本文其他地方所示的益处和改进。下面还将参考图8和图15提供与本文描述的NED相关联的方法和/或指令的描述。
图1是根据一些实施例的头戴式显示器(HMD)100的图示。HMD 100可以包括NED，其可以包括一个或更多个显示设备。所描绘的实施例包括左显示设备110A和右显示设备110B，它们统称为显示设备110。显示设备110可以向用户呈现媒体。由显示设备110呈现的媒体的示例包括一个或更多个图像、一系列图像(例如，视频)、音频或它们的某种组合。在一些实施例中，音频可经由外部设备(例如，扬声器和/或头戴式耳机)呈现，该外部设备从显示设备110、控制台(未示出)或两者接收音频信息，并基于音频信息来呈现音频数据。显示设备110通常可以被配置为作为AR NED来操作，使得用户可以看到由显示设备110投影的媒体，并且通过显示设备110看到现实世界环境。然而，在一些实施例中，可以修改显示设备110，从而也作为VR NED、混合现实(MR)NED或它们的某种组合来进行操作。因此，在一些实施例中，显示设备110可以用计算机生成的元素(例如，图像、视频、声音等)来增强物理现实世界环境的视图。
在显示设备110包括分离的左和右显示器的实施例中，图1所示的HMD 100可以包括将显示设备110固定在用户头部适当位置的支架或框架105。在一些实施例中，框架105可以是眼镜框架。如本文中更详细描述的，在一些示例中，显示设备110可以包括具有全息或体积布拉格光栅的波导。在一些实施例中，光栅可以通过将一种或更多种掺杂剂或光敏介质施加到波导的表面的预定部分并随后进行紫外(UV)曝光或施加其他激活电磁辐射的过程来生成。
图2是根据一些实施例的图1所示的HMD 100和显示设备110A的横截面200。显示设备110可以包括至少一个波导结构210。图2显示了视窗230，其是在用户佩戴显示设备110时眼睛220所处的位置。只要眼睛220与视窗230对准，用户就能够看到通过波导结构210导向视窗230的全色图像或瞳孔复制。波导结构210可以产生许多瞳孔复制并将其引导至视窗230。出于说明的目的，图2显示了与单眼220和单个波导结构210相关联的横截面200。在一些替代实施例中，另一波导结构210(其可以与图2所示的波导结构210分离)可以向位于用户的另一只眼睛220处的视窗提供图像光。
如下面在图2中所示，波导结构210可以被配置成将图像光引导到位于眼睛220附近的视窗。波导结构210可以由具有一个或更多个折射率的一种或更多种材料(例如，塑料、玻璃等)构成，该一种或更多种材料有效地最小化显示设备110的重量并拓宽其FOV。在替代配置中，显示设备110可包括在波导结构210和眼睛220之间的一个或更多个光学元件。光学元件可以起作用来例如校正从波导结构210发射的图像光中的像差、放大从波导结构210发射的图像光、对从波导结构210发射的图像光进行某种其他光学调节或者执行这些操作的某种组合。光学元件的示例可以包括光圈、菲涅尔透镜、折射透镜(例如，凸透镜和/或凹透镜)、反射表面、滤光器或影响图像光的任何其他合适的光学元件。波导结构210可以包括具有一组或更多组布拉格光栅的波导。
在一些实现中，本文描述的透镜可以包括不同的设计以满足某些设计规格，其包括但不限于视角、最大孔径、分辨率、失真、颜色校正、后焦距等。一个或更多个透镜可以包括柱面透镜、变形透镜(anamorphic lens)、菲涅耳透镜和/或梯度折射率透镜等。透镜可以包括至少一部分具有负折射率的超透镜。透镜可以包括具有各种形状的透镜。
在一些实现中，透镜可以包括各种材料。例如，透镜可以包括玻璃。在另一个示例中，透镜可以包括塑料材料。例如，透镜可以包括CR-39透镜材料、聚氨酯基聚合物(urethane-based polymer)或聚碳酸酯材料。
图3示出了根据一些实施例的显示系统或NED 300的等距视图。在一些实施例中，NED 300可以是HMD 100的部件。在替代实施例中，NED 300可以是将图像光导向特定位置的另一个HMD或其他系统的一部分。
NED 300可以包括投影仪设备310、波导320和控制器330。出于说明的目的，图3示出了与单只眼睛220相关联的NED 300，但是在一些实施例中，与NED 300完全分离或部分分离的另一个波导可以向用户的另一只眼睛提供图像光。在部分分离的系统中，在对于每只眼睛的波导之间可以共享一个或更多个部件。在一些情况下，单个波导320可以向用户的双眼提供图像光。此外，在一些示例中，波导320可以是波导结构的多个波导中的一个，如下面更全面描述的。
投影仪设备310可以生成包括一个或更多个二维单色图像的光。投影仪设备310可以包括一个或更多个单色光源和光学(optics)系统，如本文中参考图4A-4C和图5A-5C进一步描述的。投影仪设备310可以生成图像光355，并将其投影到位于波导320的顶表面370上的耦合区域350，图像光355包括至少一个二维图像。图像光355可以沿着朝向耦合区域350的维度或轴传播。
波导320可以是以导向用户的眼睛220的图像光输出二维图像的光波导。波导320可以在耦合区域350处接收图像光355，耦合区域350可以包括位于波导320的顶表面370上和/或主体内的一个或更多个耦合元件，并且可以将接收的图像光355引导到波导320的传播区域。耦合区域350的耦合元件可以是例如衍射光栅、全息光栅、一个或更多个级联反射器、一个或更多个棱镜表面元件(prismatic surface element)、全息反射器的阵列、超材料表面或其某种组合。示例性耦合元件可以是具有大约300nm至大约600nm的间距的光栅。在一些配置中，耦合区域350中的每个耦合元件可以具有沿着X轴和Y轴维度的基本相同的区域，并且可以沿着Z轴隔开一段距离(例如，在顶表面370和底表面380上，或者两者都在顶表面370上但是由界面层(未示出)隔开，或者都在底表面380上且由界面层隔开，或者两者都嵌入波导320的主体中但是由界面层隔开)。耦合区域350可以理解为从顶表面370延伸到底表面380。耦合区域350可以根据第一光栅矢量将接收到的图像光重新引导到波导320的传播区域，该传播区域形成在波导320的主体中去耦元件之间。
去耦元件360A可以重新引导来自波导320的全内反射图像光，使得它可以通过去耦元件360B去耦。去耦元件360A可以是波导320的顶表面370的一部分、固定到该顶表面或形成于该顶表面中。去耦元件360B可以是波导320的底表面380的一部分、固定到该底表面380或形成在该底表面380中，使得去耦元件360A与去耦元件360B相对，其中传播区域在它们之间延伸。在一些配置中，在相对的去耦元件之间可能存在沿着X轴和/或Y轴的偏移。去耦元件360A和360B可以是例如衍射光栅、全息光栅、体积布拉格光栅、一个或更多个级联反射器、一个或更多个棱镜表面元件、全息反射器的阵列等，并且可以一起形成去耦区域。
在一些实施例中，去耦元件360A中的每一个可以具有沿着X轴和Y轴维度的基本相同的区域，并且可以沿着Z轴隔开一段距离(例如，在顶表面370和底表面380上，或者两者都在顶表面370上但是由界面层(未示出)隔开，或者都在底表面380上且由界面层隔开，或者两者都嵌入波导320的波导主体中但是由界面层隔开)。去耦元件360A可以具有相关联的第二光栅矢量，并且去耦元件360B可以具有相关联的第三光栅矢量。
尽管图3中描绘了投影仪设备310、耦合区域350以及去耦元件360A和360B相对于波导320的特定位置和配置，但是在其他示例中可以采用下面更详细描述的其他位置配置，以及本文中没有具体描述的其他位置配置。
在一些实施例中，可通过改变进入耦合区域350的图像光355的定向来控制从波导320出射的图像光340的定向和/或定位。为此，在一些实施例中，投影仪设备310相对于波导320的定向可以改变进入耦合区域350的图像光355的定向和/或定位。此外，在一些示例中，投影仪设备310的一个或更多个光学部件(例如，透镜)相对于投影仪设备310的单色发射器阵列的定向和/或定位可以被可控地修改，以改变进入耦合区域350的图像光355的定向和/或定位。去耦元件360A和/或去耦元件360B的间距可以是大约200nm至大约700nm。在一些配置中，耦合区域350将图像光耦合到波导320中，并且图像光沿着波导320的平面传播。去耦元件360A可以接收来自耦合区域350的图像光，该图像光覆盖由投影仪设备310发射的第一角度范围的第一部分，并且去耦元件360A可以将接收到的图像光衍射到另一维度。去耦元件360B可以将二维扩展图像朝向视窗进行衍射。
耦合区域350和由去耦元件360A和去耦元件360B限定的去耦区域可以被设计成使得它们各自的光栅矢量之和小于阈值，该阈值可以接近或等于零，使得光以与其进入的角度大致相同的角度离开波导320。因此，进入波导320的图像光355在其作为图像光340从波导320输出时可以在相同的方向上传播。图像光340可以包括输入图像光355的多个瞳孔复制或副本(copies)。如图3所示的耦合区域350相对于去耦元件360A和360B的位置只是一个示例。在其他实施例中，耦合区域350的位置可以在波导320的任何其他部分上(例如，顶表面370的顶边或顶表面370的底边)。在一些实施例中，NED 300可以包括多个投影仪设备310和/或多个耦合区域350，以进一步增加FOV和/或视窗。此外，在一些实施例中，去耦元件360A和360B可以仅部分重叠或完全分离。
波导320可以包括波导主体，其中该波导主体具有彼此相对的在X方向和Y方向上延伸的顶表面370和底表面380。波导320可以由有助于图像光355的全内反射的一种或更多种材料组成。例如，波导320可以由例如，硅、塑料、玻璃、陶瓷、或聚合物、或它们的某种组合组成。例如，波导320可以包括在可见光谱中基本透明的电介质或其他材料。光学涂层可以与波导320结合使用。光学涂层可以是电介质涂层，其可以包括薄的材料层，诸如氟化镁、氟化钙和各种金属氧化物。通过选择这些层的成分、厚度和数量，可以调节涂层的反射率和透射率。
波导320可以具有相对较小的形状因子。例如，波导320可以沿X维度约50mm宽，沿Y维度30mm长，以及沿Z维度约0.3-2mm厚。在其他实施例中，波导320可以沿X维度约150mm宽，沿Y维度100mm长，以及沿Z维度厚度范围在0.1-2mm之间。
在一些实施例中，一个或更多个控制器(诸如，控制器330)可以控制投影仪设备310的操作。控制器330可以针对投影仪设备310生成显示指令。显示指令可以包括投影或发射一个或更多个单色图像的指令。在一些实施例中，显示指令可以包括单色图像文件(例如，位图)。显示指令可以从例如被包括在图1的HMD 100中的处理设备接收或与之无线或有线通信的处理设备接收。如本文所述，显示指令还可以包括用于移动投影仪设备310或其单独的发射器阵列的指令、用于通过激活致动系统来移动波导320的指令。控制器330可以包括本文未明确示出的硬件、软件和/或固件的组合，以避免模糊本公开的其他方面。
在一些实施例中，波导320可以以相对大FOV将扩展的图像光340输出到用户的眼睛220。例如，扩展的图像光340可以以(X方向和Y方向中的)至少60度的对角FOV被输出到用户的眼睛220。波导320可以被配置成分别在X方向和Y方向上提供长度至少为20mm、宽度至少为10mm的视窗。一般来说，水平FOV可大于垂直FOV。例如，波导320可以具有16：9、16：10、16：13的纵横比或某个其他纵横比。
图4A、图4B和图4C是根据一些实施例的可以被包括在图3的NED300中作为投影仪设备310的投影仪设备的横截面图。图4A的投影仪设备400A可以包括多个二维单色发射器阵列。如所示，投影仪设备400A可以包括第一发射器阵列402A、第二发射器阵列402B和第三发射器阵列402C，它们中的每一个可以分别设置在阵列外壳404A、404B和404C中。为方便起见，发射器阵列402A-C可以统称为发射器阵列402，并且也可以单独称为发射器阵列402。类似地，阵列外壳404A-C可以统称为外壳404，或者单独称为外壳404。外壳404中的每一个可以包括光学系统406，光学系统406可以包括一个或更多个光学部件，诸如透镜(例如，玻璃、塑料或超材料透镜)、棱镜、滤光器等，这可以改变由发射器阵列402发射的光的方向或控制光的其他特性。如所示，发射器阵列402可以固定到公共结构，诸如专用集成电路(ASIC)、印刷电路板(PCB)408、背板或其他结构，其可以包括将发射器阵列402连接到控制器410的引线。在其他实施例中，控制器410可以设置在HMD 100内或上的其他地方，直接或间接地固定到框架105。
发射器阵列402中的每一个可以是单色发射器阵列，其具有单一颜色的单独发射器的二维结构。如本文所述，绿色可以理解为从大约500nm到大约555nm的波长范围。此外，如本文所述，红色可以理解为从大约622nm到大约780nm的波长范围。蓝色可以理解为从大约440nm到大约492nm的波长范围。因此，在一些实施例中，单色发射器阵列402可以发射窄波长范围内的光，而不是单一波长的光。例如，单色发射器阵列402可以诸如通过使用一个或更多个彩色滤光片在5-10nm宽度的波长范围内发射，这可以有助于具有降低的消色差性能要求的简化投影透镜设计。根据某些示例，发射器阵列402A可以仅包括红光发射器，发射器阵列402B可以仅包括绿光发射器，并且发射器阵列402C可以仅包括蓝光发射器。在控制器410的引导下，发射器阵列402A-C中的每一个可以根据其发射器产生的颜色产生单色图像。因此，三个单色发射器阵列402A-C可以同时向图3的耦合区域350发射三个单色图像(例如，红色图像、绿色图像和蓝色图像)。三个单色图像可以从全色图像中提取。例如，控制器410可以接收要显示给用户的全色图像，然后将全色图像分解成多个单色图像，诸如红色图像、绿色图像和蓝色图像。如本文所述，波导结构320可以组合(或重新组合)三个单色图像，以产生全色图像或多色图像，然后可以将其作为光340导向眼睛220。在另外其他示例中，一个或更多个发射器阵列402A-C可以产生多个波长、多个波长范围的光、或者除单色光之外的其他形式的光。
在一些实施例中，校准和/或对准系统(未在图4A中示出)可以被用来对准多个单色图像(例如，通过一个或更多个单色发射器阵列402A-C的机械移动或者将一个或更多个单色图像软件移动(software movement)一个或更多个从它们相关联的单色发射器阵列402A-C发射的像素)，以产生期望的或预期的、正确对准的多色图像。
图4B描绘了投影仪设备400B，其中多个发射器阵列可能不会通过固定到公共的ASIC、PCB、背板或其他结构而相对于彼此固定。相反，发射器阵列402中的每一个可以固定到单独的PCB 408A、408B、408C和408D。在其他实施例中，可以使用ASIC或其他单独的结构或它们的某种组合来代替一个或更多个PCB 408A-D。投影仪设备400B可以包括设置在第四阵列外壳404D内的第四单色发射器阵列402D(或发射不是严格单色的光的其他发射器阵列)。在一些实施例中，发射器阵列402D可以是白光发射器阵列，使得发射器阵列402D的每个发射器仅产生白光。在一些实施例中，白光发射器阵列可用于产生白色图像像素，该白色图像像素原本将由发射器阵列402A-C的组合产生。白光发射器阵列可产生被观察者感知为白色的光。在一些实施例中，白光发射器阵列可以包括具有黄色磷光体涂层(例如，掺杂铈(III)的钇铝石榴石(Ce:YAG))的蓝色微LED。蓝色发射器和磷光体的组合可以提供对于用户来说看起来是白色的光。这可以通过用单个发射器阵列的功率需求代替三个发射器阵列的组合来降低功耗。附加地或可替代地，由发射器阵列402D产生的这种单色图像可以是亮度或饱和度图像，其基本上不改变通过组合发射器阵列402A-C的三个图像所产生的多色图像的颜色。在一些实施例中，白光发射器阵列可以是微OLED发射器阵列，其产生可被感知为白色的宽可见发射光谱。在其他示例中，第四单色发射器阵列402D可以发射另一种颜色(例如，青色或绿色和蓝色之间的其他颜色)，总体上可能更有效，并且可以便于将单色发射器阵列402A-D用作四色原色系。
图4C描绘了投影仪设备400C，其中发射器阵列402的高度可以随着发射器阵列的不同而变化。如所示，阵列外壳404A可以比阵列外壳404B高(higher)或高于(taller)阵列外壳404B，而阵列外壳404B又可以比阵列外壳404C高或高于阵列外壳404C。高度的差异可允许每个外壳中包含的光学系统存在差异。因此，光学系统406A相比光学系统406B可以具有更多或更大的部件，或者可以以更高的功率水平操作，光学系统406B又可以比光学系统406C具有更多的部件和/或更低的功率水平。例如，图4C的发射器阵列402A可以是绿色图像发射器阵列。绿色发射器阵列402A的较大尺寸可以提供更大的散热和/或改进的光学器件。这可以使绿色图像成为三个单色图像中最亮的。
图5A、图5B和图5C是根据一些实施例的可以被包括在图3的投影仪设备310中的发射器阵列结构的顶视图。图5A所示的结构500A是图4A的发射器阵列402A-C沿着轴A1的线性结构。这种特定的线性结构可以根据矩形发射器阵列402的较长边来布置。虽然在一些实施例中发射器阵列402可以具有正方形的发射器结构，但是其他实施例可以包括矩形的发射器结构。在另外其他示例中，发射器阵列402A-C可以具有其他结构(例如，椭圆形、圆形或其他以某种方式变圆的形状)，同时限定第一维度(例如，宽度)和与第一方向正交的第二维度(例如，长度)，其中一个维度彼此相等或不相等。在图5B中，发射器阵列402A-C可以根据矩形发射器阵列402的较短边来沿着轴A2以线性结构500B设置。图5C显示了发射器阵列402A-C的三角形结构，其中发射器阵列402的中心形成非线性(例如，三角形)形状或结构。图5C的结构500C的一些实施例还可包括白光发射器阵列402D，使得发射器阵列402呈矩形或正方形结构。在一些实施例中，发射器阵列402可以具有多于1000×1000个发射器的二维发射器结构。各种其他结构也在本公开的范围内。
图6A和图6B是根据一些实施例的可被包括在图4A-4C和图5A-5C的发射器阵列402中作为单独发射器的示例微LED 600A的示意性横截面图。图6A显示了微LED 600A的示意性横截面。“微LED”可以是具有小的有源发光区域(例如，在一些实施例中小于2,000μm2，在其他实施例中小于20μm2或小于10μm2)的特定类型的LED。在一些实施例中，微LED600A的发射表面可以具有小于大约5μm的直径，尽管在其他实施例中可以利用发射表面的更小(例如，2μm)或更大的直径。在一些示例中，微LED 600A还可以具有准直或非朗伯(non-Lambertian)光输出，这可以增加从小的有源发光区域发射的光的亮度水平。
除其他部件外，微LED 600A还可以包括：LED基板602(其中半导体外延层604设置在基板602上)、设置在外延层604上的电介质层614和p触点619、设置在电介质层614和p触点619上的金属反射器层616和设置在外延层604上的n触点618。外延层604可以成形为台面结构(mesa)606。有源发光区域608可以通过外延层604的p掺杂区617形成在台面结构606的结构中。
基板602可以包括透明材料，诸如蓝宝石或玻璃。在一个实施例中，基板602可以包括硅、氧化硅、二氧化硅、氧化铝、蓝宝石、硅和锗的合金、磷化铟(InP)等。在一些实施例中，基板602可以包括半导体材料(例如，单晶硅、锗、硅锗(SiGe)和/或基于III-V族的材料(例如，砷化镓)、或其任意组合)。在多个实施例中，基板602可以包括基于聚合物的基板、玻璃或任何其他可弯曲的基板，该任何其他可弯曲的基板包括二维材料(例如，石墨烯和二硫化钼)、有机材料(例如，并五苯)、透明氧化物(例如，铟镓锌氧化物(IGZO))、多晶III-V族材料、多晶锗、多晶硅、非晶III-V族材料、非晶锗、非晶硅或其任意组合。在一些实施例中，基板602可以包括与有源LED相同类型的III-V族化合物半导体(例如，氮化镓)。在其他示例中，基板602可以包括具有的晶格常数(lattice constant)接近外延层604的晶格常数的材料。
外延层604可以包括氮化镓(GaN)或砷化镓(GaAs)。有源层608可以包括氮化铟镓(InGaN)。所使用的半导体材料的类型和结构可能会有所不同，以产生发射特定颜色的微LED。在一个实施例中，所使用的半导体材料可以包括III-V族半导体材料。III-V族半导体材料层可以包括通过组合三族元素(Al、Ga、In等)与五族元素(N、P、As、Sb等)形成的那些材料。p触点619和n触点618可以是由氧化铟锡(ITO)或另一种导电材料形成的接触层，其可以在期望的厚度是透明的或者以栅格状图案排列，以提供良好的光透射/透明性和电接触，这可以导致微LED 600A也是透明的或基本透明的。在这样的示例中，可以省略金属反射器层616。在其他实施例中，p触点619和n触点618可以包括由导电材料(例如，金属)形成的接触层，该接触层根据像素设计可以不是光学透射的或透明的。
在一些实现中，可以使用ITO的替代物，包括宽光谱透明导电氧化物(TCO)、导电聚合物、金属格栅、碳纳米管(CNT)、石墨烯、纳米线网和薄金属膜。另外的TCO可以包括掺杂的二元化合物，诸如掺杂铝的氧化锌(AZO)和掺杂铟的氧化镉。另外的TCO可以包括锡酸钡和金属氧化物，诸如钒酸锶和钒酸钙。在一些实现中，可以使用导电聚合物。例如，可以使用聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)PEDOT：聚(苯乙烯磺酸盐)PSS层。在另一示例中，可以使用掺杂有碘或2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌(DDQ)的聚(4,4-二辛基环戊二噻吩)材料。在一些示例实施例中，示例聚合物和类似材料可以被旋涂。
在一些实施例中，p触点619可以是与台面结构606的p掺杂区617形成欧姆接触的材料。这种材料的检查者可以包括但不限于钯、沉积为NiAu多层涂层并随后进行氧化和退火的氧化镍、银、氧化镍/银、金/锌、铂金或与p-掺杂的III-V族半导体材料形成欧姆接触的其他组合。
外延层604的台面结构606在与基板602的基板发光表面610相对的一侧上可具有截顶(truncated top)。台面结构606也可以具有抛物线或接近抛物线的形状，以形成用于在微LED 600A内生成的光的反射壳体或抛物线反射器。然而，尽管图6A描绘了台面结构606的抛物线或接近抛物线的形状，但是在其他实施例中台面结构606的其他形状也是可能的。箭头指示了从有源层608发射的光612可如何从台面结构606的内壁朝向发光表面610以足以使光逃离(escape)微LED 600A的角度(即，在全内反射的角度之外)反射。p触点619和n触点618可以将微LED 600A电连接到基板。
当与未定型的或标准的LED相比时，微LED 600A的抛物线形结构可导致微LED600A在低照射角度下的提取效率提高。标准LED管芯(die)通常可提供120°的发射半峰全宽(FWHM)角。相比之下，微LED 600A可以被设计成提供小于标准的LED管芯的受控发射角FWHM，例如大约60°。微LED 600A的这种提高的效率和准直输出能够提高NED的整体功率效率，这对热管理和/或电池寿命可以是非常重要的。
如图6A所示，当沿着水平面切割时，微LED 600A可以包括圆形横截面。然而，在其他示例中，微LED 600A的横截面可以是非圆形的。微LED 600A可以具有在晶片处理步骤期间直接蚀刻到LED管芯上的抛物线结构。抛物线结构可以包括微LED 600A的有源发光区域608以生成光，并且抛物线结构可以反射生成的光的一部分以形成从基板发光表面610发射的类准直(quasi-collimated)光612。在一些示例中，微LED 600A的光学尺寸可以小于或等于有源发光区域608。在其他实施例中，微LED 600A的光学尺寸可以大于有源发光区域608，诸如通过折射或反射方法，以提高微LED 600A的可用亮度，包括由发射器阵列402产生的任何主射线角度(CRA)偏移。
图6B描绘了在许多方面类似于图6A的微LED 600A的微LED 600B。微LED 600B还可以包括微透镜620，其可以形成在抛物面结构上。在一些实施例中，微透镜620可以通过在微LED 600A上涂覆聚合物涂层、图案化涂层以及回流涂层以获得期望的透镜曲率来形成。微透镜620可以设置在发射表面上，以改变微LED 600B的主射线角度。在另一实施例中，微透镜620可通过在微LED 600A上方沉积微透镜材料(例如，通过旋涂法或沉积工艺)来形成。例如，具有弯曲上表面的微透镜模板(未示出)可以在微透镜材料上图案化。在一些实施例中，微透镜模板可以包括光致抗蚀剂材料，该光致抗蚀剂材料使用分布曝光剂量(distributing exposing light dose)来曝光(例如，对于负性光致抗蚀剂，较多的光在弯曲部(curvature)的底部处曝光，而较少的光在弯曲部的顶部处曝光)、被显影和被烘烤以形成圆形。然后，可以通过根据微透镜模板选择性地蚀刻微透镜材料来形成微透镜620。在一些实施例中，微透镜620的形状可以通过蚀刻到基板602中来形成。在其他实施例中，可以使用其他类型的光成形或光分布元件(诸如，环形透镜、菲涅耳透镜或光子晶体结构)来代替微透镜。
在一些实施例中，除了上面结合图6A和图6B具体讨论的那些之外的微LED布置可以用作发射器阵列402中的微LED。例如，微LED可以包括由金属反射器包围的外延生长发光材料的隔离柱。发射器阵列402的像素还可以包括外延生长材料的小柱(例如，纳米线)的簇，这些小柱可以被或可以不被反射材料或吸收材料包围，以防止光学串扰。在一些示例中，微LED像素可以是外延生长的平面LED设备上的单独的金属p触点，其中单独的像素可以使用钝化手段(诸如等离子体处理、离子注入等)电隔离。这种设备可以用光提取增强方法制造，诸如微透镜、衍射结构或光子晶体。在其他实施例中，可以采用除了本文中具体公开的那些之外的用于制造上述尺寸的微LED的其他工艺。
图7A、图7B、图7C和图7D是根据一些实施例的包括投影仪设备和波导结构的显示设备或NED的横截面视图。图7A-7D中描绘的实施例可以提供许多图像复制(例如，瞳孔复制)的投影，而其他实施例可以替代地提供在单个点处的单个图像投影的去耦。因此，所公开的NED的附加实施例可以提供单个去耦元件。向视窗230输出单个图像可以保持耦合图像光的强度。提供单个点处的去耦的一些实施例还可以提供输出图像光的操纵(steer)。这种瞳孔操纵NED还可以包括用于眼睛跟踪的系统，以监控用户的注视。如本文所述，提供瞳孔复制的波导结构的一些实施例可以提供一维复制，而其他实施例可以提供二维复制。如图7A-7D所示，二维瞳孔复制可以包括将光引导到每个图的平面内和平面外。这些图以简化格式呈现。检测到的用户注视可用于单独地调整发射器阵列的定位和/或定向或者整体地调整投影仪设备750的定位和/或定向，和/或调整波导结构的定位和/或定向。用于调整显示系统部件的定位和/或定向以操纵输出图像瞳孔的一些示例性致动系统将在下文参照图11A-11D更详细地描述。
在图7A中，波导结构700A与投影仪设备750协作设置，投影仪设备750可以包括固定到支撑结构754(例如，印刷电路板或另一结构)的一个或更多个单色发射器752。支撑结构754可以耦合到图1的框架105。波导结构700A可以以具有距离D1的气隙与投影仪设备750分开。在一些示例中，距离D1可以在从大约50μm到大约500μm的范围内。从投影仪设备750投影的一个单色图像或更多个单色图像可以穿过气隙朝向波导结构700A。本文描述的任何投影仪设备实施例都可以用作投影仪设备750。
波导结构700A可以包括波导702A，其可以由玻璃或塑料材料形成。在一些实施例中，波导702A可以包括耦合区域704A和由顶表面708A上的去耦元件706A和底表面708B上的去耦元件706B形成的去耦区域。波导702A内在去耦元件706A和706B之间的区域可以被认为是传播区域710，其中从投影仪设备750接收并通过耦合区域704A中包括的耦合元件耦合到波导702A中的光图像可以在波导702A内横向传播。
耦合区域704A可以包括耦合元件712，该耦合元件712被配置和依尺寸设定以耦合预定波长的光，例如红光、绿光或蓝光。当白光发射器阵列被包括在投影仪设备750中时，落入预定波长的白光部分可以由耦合元件712中的每一个耦合。在一些实施例中，耦合元件712可以是光栅(诸如布拉格光栅)，其尺寸被设计成耦合预定波长的光。在一些示例中，每个耦合元件712的光栅可以呈现与特定耦合元件712要耦合到波导702A中的预定波长的光相关联的光栅之间的间隔距离，从而导致对于每个耦合元件712的不同光栅间隔距离。因此，每个耦合元件712可以耦合来自白光发射器阵列(当被包括时)的白光的有限部分。在其他示例中，对于每个耦合元件712，光栅间隔距离可以相同。在一些示例中，耦合元件712可以是多路复用耦合器或包括多路复用耦合器。
如图7A所示，红色图像720A、蓝色图像720B和绿色图像720C可以通过耦合区域704A的耦合元件耦合到传播区域710中，并且可以开始在波导702A内横向穿过。在光接触去耦元件706A之后，一部分光可被投射出波导702A以用于一维瞳孔复制，以及在光接触去耦元件706A和去耦元件706B两者之后，一部分光可以被投射出波导702A以用于二维瞳孔复制。在二维瞳孔复制实施例中，光可以在去耦元件706A的图案与去耦元件706B的图案相交的位置处投射出波导702A。
未被去耦元件706A投射出波导702A的那部分光可以被去耦元件706B反射。如所示，去耦元件706B可以将所有入射光反射回到去耦元件706A。因此，波导702A可以将红色图像720A、蓝色图像720B和绿色图像720C组合成多色图像实例，这可以称为瞳孔复制722。多色瞳孔复制722可以朝向图2的视窗230投射并投射到眼睛220，眼睛220可以将瞳孔复制722解释为全色图像(例如，除了红色、绿色和蓝色之外还包括其他颜色的图像)。波导702A可以产生数十或数百个瞳孔复制722，或者可以产生单个复制722。
图7B是波导结构700B和投影仪设备750的横截面图。波导结构700B可以在许多方面中类似于图7A的波导结构700A。波导结构700B与波导结构700A的不同之处可在于波导702B可以包括不同的耦合区域704B。代替包括光栅作为耦合元件712，波导结构700B的耦合区域704B可以包括从底表面708B向内延伸的棱镜，该棱镜反射且折射接收的图像光，将其导向去耦元件706A。类似地，图7C是波导结构700C和投影仪设备750的横截面图。波导结构700C还可以包括本文结合图7A的波导结构700A描述的许多特征。波导结构700C可以包括具有耦合区域704C的波导702C，其中耦合区域704C具有从顶表面708A向上突出的棱镜元件。
图7D是波导结构700D和投影仪设备760的横截面图。波导结构700D可以包括多个波导。如所示，一组波导702D可以包括第一波导730A、第二波导730B和第三波导730C。波导730中的每一个可以分别包括其自己的耦合区域732A、732B和732C。耦合区域732中的每一个可以适于接收预定波长的光。类似地，例如，波导730中的每一个可以适于通过具有基于光的波长的预定厚度来接收预定波长的光。波导730的其他光学特性可以基于波导要接收的预定波长的光来调整。波导730中的每一个可以具有去耦区域，该去耦区域也可以特别适用于预定波长的光。为了清晰起见，去耦元件706A和706B没有在图7D中明确示出。
如同图4C的投影仪设备400C，投影仪设备760可以包括用于不同颜色的不同长度的阵列外壳。如所示，阵列外壳762A可以比阵列外壳762B长，而阵列外壳762B又可以比阵列外壳762C长。与投影仪设备760的每个单独的发射器阵列相关联的高度或筒长度可以允许改善光学器件、增加散热等。如本文所述，最高的阵列外壳762A可以包括发射绿光或绿色图像的发射器阵列，因为人眼对绿光波长最敏感。当使用堆叠的波导结构时，像波导结构700D一样，每个波导730应该适应彼此的波导。例如，波导730A可以通过(1)可以由波导730B投影的图像720B，和(2)可以由波导730C投影的图像720C。类似地，波导730B可以通过可以由波导730C投影的图像720C。以这种方式，瞳孔复制722可以包括视觉上对齐和重叠的图像720A、720B和720C。
因为阵列外壳762A的筒可以从波导730C的顶表面上方延伸到波导730B的底表面，所以波导730C和波导730B都可以被成形或配置成容纳外壳762A。例如，可以在波导730B中形成凹口或切口，以容纳阵列外壳762A。类似地，可以在波导730C中形成凹口或切口，以容纳阵列外壳762A和阵列外壳762B。波导730A可以不需要任何切口，因为没有阵列外壳可以延伸超过波导730A的顶表面。
尽管图7A-7D示出了各种波导结构700A-700D，其可以与本文讨论的各种单色发射器阵列结合使用，但是本文没有具体公开的从单色发射器阵列(例如，单色发射器阵列402A-D)接收光并组合该光以产生多色图像的其他波导结构也可以在其他实施例中使用。例如，尽管图7A-7D通常示出了投影仪设备750，其具有耦合到同一支撑结构754的多个单色发射器752，但是其他实施例可以使用具有位于波导结构700周围的不同位置处的单独的单色发射器752的投影仪设备750(例如，一个或更多个单色发射器752位于波导结构700的顶表面附近和一个或更多个单色发射器752位于波导结构700的底表面附近)。
图8是根据一些实施例的在显示系统或NED(如图7A-7D中所示的那些NED)中显示图像的方法800的流程图。图8中所示的一个或更多个步骤可以由任何合适的计算机可执行代码和/或计算系统来执行，包括图1、图2、图3等所示的系统。例如，一个或更多个步骤可以由图3的控制器330或本文所述的其他处理设备来执行。在一个示例中，图8所示的步骤中的每一个可以表示算法，该算法的结构包括多个子步骤和/或由多个子步骤表示，将在下面更详细地提供子步骤的示例。方法800的实施例可以包括在图8所示的列举步骤之前、之后、之间或作为其一部分的附加步骤。
如图8所示，在步骤802，处理设备可以使第一单色图像从第一单色发射器阵列朝向波导的第一耦合元件发射。例如，控制器330可以指示图4A的投影仪设备400A的单色发射器阵列402A发射第一单色图像。在这个示例中，单色图像可以是由红光组成的图像。单色图像可以被引导到被包括在图7A的波导结构700A的耦合区域704A中的耦合元件712。在一些实施例中，处理设备(诸如，控制器330或另一处理设备)可以指示分解或者可以将全色图像分解成包括第一单色图像的多个单色图像。
在步骤804，处理设备可以将来自第二单色发射器阵列的第二单色图像的发射导向波导的第二耦合元件。例如，控制器330可以使图4A的投影仪设备400A的单色发射器阵列402B发射第二单色图像，其可以是由蓝光组成的单色图像。蓝光单色图像可以被投影到波导结构700A的相应耦合元件712。
作为步骤802和804的结果，多色图像可以从波导的去耦元件被引导或投影，其中多色图像是第一和第二单色图像的组合。例如，多色图像可以在图7A的瞳孔复制722中被提供，其可以将单色图像720A、720B和720C组合成单个全色图像，该单个全色图像可以由去耦元件706A朝向视窗230投影，并通过视窗230投影到用户的眼睛220。多色图像的投影可能是处理设备引导第一和第二单色图像发射到波导中和波导本身的光学特征的结果。
方法800的一些实施例可以导致复制多色图像以在波导内产生多色图像的多个实例，其中从波导的去耦元件投影多色图像可以包括从去耦元件投影多色图像的多个实例。例如，波导702A可以产生如瞳孔复制722的多个瞳孔复制。
在方法800的一些附加实施例中，第一耦合元件可以在波导的第一表面上接收发射的第一单色图像，并且去耦元件可以从波导的第二表面向视窗投射多色图像，其中第二表面与第一表面相对设置。例如，耦合元件712可以通过波导702A的顶表面708A接收图像720A。瞳孔复制722可以通过底表面708B发射。
另外，方法800的一些实施例可以包括通过激活发射白光的多个LED来引导从单色发射器阵列发射白光单色图像的步骤。例如，图4B的单色发射器阵列402D可以包括可被激活以产生白光图像的白光发射器。
此外，在方法800的一些实施例中，控制器330可以接收表示多色或“白光”图像的信号，控制器330可以将该信号分解为颜色空间的组成颜色，其中每个组成颜色定义由每个单色发射器阵列402A-D产生的单色图像。另外，方法800的一些实施例可以包括有形的、非暂时性的计算机可读介质，该介质具有存储在其上的与所描述的方法800的一个或更多个步骤或操作相对应的指令。当处理设备执行指令时，处理设备可以执行方法800的一个或更多个步骤。
图9A、图9B和图9C是根据一些实施例的显示系统或NED的透视图。图9A中的NED900A可以包括长形波导结构902，其可以足够宽或足够长以将图像投影到用户的双眼。波导结构902可以包括去耦区域904。为了通过波导结构902向用户的双眼提供图像，可以在波导结构902的波导的顶表面中提供多个耦合区域906。耦合区域906A和906B可以包括多个耦合元件，以分别与由发射器阵列组908A和发射器阵列组908B提供的光图像对接。如本文所述，发射器阵列组908中的每一个可以包括多个单色发射器阵列。如所示，发射器阵列组908可以各自包括红色发射器阵列、绿色发射器阵列和蓝色发射器阵列。如本文所述，一些发射器阵列组还可以包括白色发射器阵列或者发射某种其他颜色或颜色组合的发射器阵列。
在波导结构902的一些实现中，发射器阵列组908可以覆盖去耦区域904的大致相同的部分，如由分隔线910A所示。在其他实施例中，发射器阵列组908可以不对称地将图像提供到波导结构902的波导中，如分隔线910B所示。在这样的实现中，发射器阵列组908A可以将图像提供到多于一半的去耦区域904，而发射器阵列组908B可以将图像提供到少于一半的去耦区域904。虽然发射器阵列组908可以如图9A所示设置在波导结构902的相对两侧，但是其他实施例可以包括以不同于180°的角度隔开排列的发射器阵列组908。虽然在一些实施例中波导结构902可以是平面的，但是在其他实施例中它也可以具有弯曲的横截面形状，以更好地符合用户的面部/头部。
图9B是NED 900B的透视图，该NED 900B具有波导结构，该波导结构具有分别具有去耦区域922A和922B的右眼波导920A和左眼波导920B。右眼波导920A可包括一个或更多个耦合区域924A、924B、924C和924D(其全部或一部分可统称为耦合区域924)和相应数量的发射器阵列组926A、926B、926C和926D(其全部或一部分可统称为发射器阵列组926)。因此，尽管右眼波导920A的所示实施例可包括两个耦合区域924和两个发射器阵列组926，但其他实施例可包括更多或更少的耦合区域和发射器阵列组。在一些实施例中，发射器阵列组的各个发射器阵列可以设置在去耦区域周围的不同位置处。例如，发射器阵列组926A可以包括沿着去耦区域922A的左侧设置的红色发射器阵列、沿着去耦区域922A的顶侧设置的绿色发射器阵列、以及沿着去耦区域922A的右侧设置的蓝色发射器阵列。因此，发射器阵列组的发射器阵列可以相对于去耦区域全部一起、成对或单独设置。
在一些实施例中，左眼波导920B可以包括与右眼波导920A相同数量和配置的耦合区域924和发射器阵列组926。在其他实施例中，左眼波导920B和右眼波导920A可以包括不同数量和配置(例如，定位和定向)的耦合区域924和发射器阵列组926。被包括在右眼波导920A的描述中的是被包括在一个发射器阵列组926中的各个发射器阵列的有效瞳孔复制区域的描述。例如，发射器阵列组926的红色发射器阵列可以在有限区域928A内产生红色图像的瞳孔复制。绿色发射器阵列可以在有限区域928B内产生绿色图像的瞳孔复制。蓝色发射器阵列可以在有限区域928C内产生蓝色图像的瞳孔复制。因为有限区域928可以因单色发射器阵列的不同而有所不同，所以只有有限区域928的重叠部分能够提供朝向视窗230投射的全色瞳孔复制。
图9C是在某些方面类似于图9A和图9B的NED 900A和900B的NED900C的透视图。NED900C可以包括波导结构，其具有带有耦合区域944A的第一波导部分940A和带有耦合区域944B的第二波导部分940B。如所示，波导部分940A和940B可以通过桥式波导(bridgewaveguide)940C连接，并且可以具有去耦区域942A和942B。桥式波导940C可以允许来自发射器阵列组946A的光从波导部分940A传播到波导部分940B。类似地，桥式波导940C可以允许从发射器阵列组946B发射的光从波导部分940B传播到波导部分940A。在一些实施例中，桥式波导部分940C可以不包括任何去耦元件，使得所有光在波导部分940C内全内反射。在其他实施例中，桥式波导部分940C可以包括去耦区域942C。在一些实施例中，桥式波导940C可用于从波导部分940A和940B获得光，并将获得的光耦合到检测器(例如，光电检测器)，例如以检测波导部分940A和940B之间的图像未对准。
图10A是根据一些实施例的具有多平面波导结构1002的另一显示系统或NED1000A的透视图。如所示，波导结构1002可以包括第一波导部分1004A和第二波导部分1004B。第一波导部分1004A和第二波导部分1004B可以基本共面，并且在第一图像平面上向用户呈现图像。第一波导部分1004A可以包括耦合区域1006A和去耦区域1008A。第二波导部分1004B可以包括耦合区域1006B和去耦区域1008B。发射器阵列组1010A可以与耦合区域1006A对准，发射器阵列组1010B可以与耦合区域1006B对准。
波导结构1002可以通过包括第三波导部分1004C和第四波导部分1004D来提供第二图像平面。第三波导部分1004C和第四波导部分1004D可以通过桥式波导部分1004E连接，使得去耦区域1008C、1008D和1008E可以限定对于第二图像平面的统一传播区域。第三波导部分1004C可以包括多个耦合区域，其中耦合区域1006C在图10A中可见。第四波导部分1004D可以包括耦合区域1006D和1006E。耦合区域1006C-E中的每一个可以分别具有相关联的发射器阵列组1010C、1010D和1010E。波导结构1002可以提供两个图像平面，使得用户可以感知到定位于不同深度的投影图像。
图10B是根据一些实施例的显示系统或NED 1000B的横截面图。就像图10A中的NED1000A，NED 1000B可以提供多个图像平面。在图10B所示的NED 1000B的实施例中，第一图像平面可以由波导结构1050A提供，波导结构1050A可以包括用于被包括在第一投影仪设备1054A中的三个单色发射器阵列中的每一个的三个波导1052A、1052B和1052C。第二图像平面可以由波导结构1050B提供，波导结构1050B也可以包括三个波导1052D、1052E和1052F。波导1052A-F可以类似于本文描述的其他波导，诸如图7A-7D中描述的那些波导。第二投影仪设备1054B可以包括如本文所述的三个或更多个单色发射器阵列。如所述，本公开的一些实施例可以允许用户可视化由波导结构1050A和1050B显示的信息，同时还通过结构1050A和1050B可视化周围环境1060。
除了波导结构1050A和1050B之外，NED 1000B的实施例还可以包括光学部件。例如，光学部件1062可以设置在波导结构1050A和1050B之间。光学部件1062可以是能够在两个图像平面之间产生视在(apparent)分离距离的透镜或其他光学部件。例如，光学部件1062可以是-0.5屈光度(D)的透镜。在一些实施例中，光学部件1062可以是变焦部件(诸如电可调液晶透镜或另一变焦透镜)，其可由控制器(如图3的控制器330)使用静电、热或机械致动器来调节。在一些实施例中，由光学部件1062引入的屈光度空间中的视在分离距离的范围可以从大约0.3D到大约1.5D。在NED 1000B的一些实施例中可以包括附加光学部件1064和1066，以提高性能。光学部件1064和/或1066可以具有固定或可变的焦距。光学部件1062、1064和1066可以被校准和操作，使得总透镜效应总和为零，从而产生很少或不产生周围环境1060的光学失真。
如图10A和图10B所示的实施例以及上面没有具体讨论的可以向观看者呈现多个图像平面的其他实施例可以被用来解决上述VAC问题，从而潜在地提供更真实和/或更令人愉快的观看者体验。
图11A、图11B和图11C是根据一些实施例的具有致动系统的显示系统的横截面图。图11A的显示系统1100可以包括投影仪设备1102和波导结构1104。在一些实施例中，投影仪设备1102和波导结构1104中的任一个或两者可以由致动部件耦合到图1的HMD 100的框架105。波导结构1104和/或投影仪设备1102可以设置在槽内，以确保在一个维度上的平行或其他方式的固定关系。这些槽可以防止投影仪设备1102和/或波导结构1104可能以悬臂式结构设置。例如，投影仪设备1102可以通过致动部件1106A和通过第一槽耦合到框架105，同时，附加地或可替代地，波导结构1104可以通过致动部件1106B和第二槽耦合到框架105。
在一些实施例中，致动部件1106A和/或1106B可以由图3的控制器330或作为致动系统的一部分操作的另一处理设备来激活。致动部件1106A和/或1106B可以由压电元件、音圈马达或能够快速抖动或振动(例如，在至少第一定位和第二定位之间移动，诸如在用户感知的第一像素定位和相邻的第二像素定位之间移动)的另一合适的致动部件提供。例如，致动部件1106A和1106B可以以要提供给用户的图像的帧速率的整数倍操作。例如，如果图像帧速率是60Hz，则致动系统可以以120Hz或180Hz操作。
如图11B所示，致动部件1106A的激活可导致投影仪设备1102相对于框架105和/或波导结构1104的位移。该位移可以在第一方向(诸如X方向)上具有位移量D2。在一些实施例中，致动部件1106A和1106B可以沿着单一维度操作。在其他实施例中，致动部件1106A和1106B可以允许投影仪设备1102和/或波导结构1104在二个维度(诸如在X方向(例如，如图11B所示的左和右)和Y方向(例如，从阅读者的角度来看，进入和离开图11B))上移动。位移D2可以对应于投影仪设备1102中包括的各个发射器阵列的间距。例如，当发射器阵列中相邻发射器的中心之间的距离为2微米时，由致动部件1106A的激活引起的位移D2可以是2微米、其整数倍、其分数或其整数倍加其某个分数。在一些实施例中，位移D2可以是相邻发射器的中心之间距离的一部分。例如，位移D2可以是相邻发射器的中心之间距离的一半或三分之一，因此可能有利于由致动部件1106A和/或1106B提供的致动的更高操作频率。
图11C描绘了根据一些实施例的致动部件1106B的致动。致动部件1106B的激活可以导致波导结构1104在图11C中包括的箭头方向上的位移D3。该位移可以类似于位移D2，使得位移D3可以是基于投影仪设备1102中包括的发射器阵列的间距的整数倍，或者可以是其分数。在一些实施例中，致动部件1106A和/或1106B可以分别改变投影仪设备1102和/或波导结构1104的定位和/或定向，以便通过被包括在波导结构1104中的一个或更多个去耦元件来操纵朝向视窗230投影的一个或更多个瞳孔复制。
在一些实施例中，致动部件1106可以设置在投影仪设备1102和波导结构1104之间，如图11D所示。致动部件1106D可以耦合到反射镜1108或另一个合适的光学部件，并且可以被激活以使反射镜的角度改变，如位移D4所示。当反射镜1108在不同定位之间被驱动时，光可以被耦合到波导结构1104中，可以从不同的角度投射出，以提供如本文所述的图11A-11D的益处。
在一些实施例中，如上所述，将投影仪设备1102耦合到框架105的致动部件1106A可以引起投影仪设备1102相对于波导结构1104的角运动或旋转运动，以引起像素移动一定距离(例如，单个像素、像素的一分数、像素的整数倍、多个像素加上像素的某一分数等)。在另外其他示例中，可以采用一个或更多个单色发射器阵列402相对于其相关联的光学系统406的一个或更多个光学部件(例如，一个或更多个透镜)的相对平移和/或定向来引起这种像素移动。在其他实施例中，可控地改变一个或更多个光学部件的折射率也可以提供这种像素移动。
致动部件1106A和/或1106B的激活可以提供更高分辨率图像的投影，或者补偿被包括在投影仪设备1102的一个或更多个发射器阵列中的故障发射器。这些操作的示例被包括在图12A-12C、图13A-13C和图14A-14B中，它们将在下面更详细地描述。
图12A、图12B和图12C描绘了根据一些实施例的由图11A-11D的显示系统的实施例生成的图像的部分，其显示分辨率增强的过程。图12A-12C示出了根据一些实施例的瞳孔复制1200的一致部分。该部分被高度放大，使得单独的图像像素被清晰地显示为圆形表示。如图11A所示，显示系统1100可以处于第一配置。例如，投影仪设备1102可以处于第一定位。当处于第一定位时，单个发射器阵列可以产生多行图像像素，包括示例性的行1202A、1202B、1202C、1202D和1202E。当投影仪设备1102处于第一定位时，可以在第一时间产生这些行1202。在第二时间，在致动部件1106A的激活之后，投影仪设备1102可以以位移D2移动到第二定位。位移D2可以等于发射器阵列中相邻发射器之间的间隔距离的一半。当处于第二定位时，投影仪设备1102的单个发射器阵列可以被激活以投影示例性行1204A、1204B、1204C、1204D和1204E中的图像像素。因此，图12A中的行1202所示的图像像素可以由用于产生图12B中的行1204所示的图像像素的相同发射器产生。
行1202中的图像像素可以是第一图像或图像部分的图像像素，而行1204中的图像像素可以是第二图像或图像部分的图像像素。因为入射到眼睛220上的光可以持续短暂的时间量，所以第一定位和第二定位之间的快速振荡以及两个不同组的图像像素的投影可以被用户感知为具有更多图像像素的连续图像，从而提供比由投影仪设备1102和波导结构1104提供的单个静态图像所提供的分辨率更高的某个分辨率水平。在一些实施例中，发射器阵列可以被制造成包括一半数量的发射器，以获得期望的图像分辨率。单独发射器之间的额外空间可以提高制造过程中的产量。例如，可以有意地生产发射器阵列，使得每单位长度的像素数量在第一方向上比在第二方向上大两倍、三倍或四倍。额外空间可用于电路并放松发射器阵列的一些特征的制造约束。在其他示例中，像素之间的额外空间可以小于像素之间的间距(例如，为了增加制造产量)，同时如上所讨论，因投影仪设备1102的移动而提供分辨率的增加。
图13A、图13B和图13C显示了根据一些实施例的由图11A-11D的显示系统或者显示系统1100的实施例生成的图像的部分，其显示分辨率增强的另一过程。图13A示出了具有第一组图像像素1302的瞳孔复制部分1300。在致动部件1106A和/或1106B的激活之后，发射器阵列的各个发射器可以被再次激活，以产生如图13B所示的第二组图像像素1304。因为图像像素1302和图像像素1304可以在时间上以快速顺序示出，所以瞳孔复制部分1300对于用户来说可以看起来同时包括图像像素1302和图像像素1304。以这种方式，显示系统1100可以产生更高分辨率的图像，例如，具有比具有发射器的单个发射器阵列更多数量的图像像素的图像。
图14A和图14B是根据一些实施例的由图11A-11D的显示系统1100的实施例生成的图像的部分，其显示图像增强的过程。瞳孔复制部分1400示出了包括一个或更多个故障像素的多个图像像素。瞳孔复制部分1400可以包括四个示例性故障像素1402A、1402B、1402C和1402D。故障像素可能是由制造缺陷造成的。例如，由于单个发射器的尺寸，给定发射器阵列中的一个或更多个发射器可能不起作用或不充分起作用，使得不能依靠一个或更多个发射器来产生图像像素。这种故障发射器可以在显示系统(如显示系统1100)的制造过程中的校准或测试阶段被识别。沿着运动轴定位(例如，在故障发射器的任一侧上)的相邻发射器可以如本文所述被识别和操作以补偿故障发射器。
如图14A所示，补偿像素1404A、1404B、1404C和1404D可以通过使相邻发射器以比正常情况下更高的亮度操作来产生。补偿像素1404的亮度可以由眼睛220用相邻故障像素1402的黑暗度来在视觉上平均。当投影仪设备1102和/或波导结构1104从第一定位移动到第二定位时，不同的相邻发射器可以如图14B所示以增加的亮度水平被致动。例如，图14B示出补偿像素1406A、1406B、1406C和1406D可以由故障发射器的相对侧上的相邻发射器产生。在一些实施例中，补偿像素可以不是以不同的亮度水平操作，而是可以仅在预期像素亮度和相邻像素亮度的平均水平下操作。在一些实施例中，投影仪设备1102和/或波导结构1104可以假定三个或更多个定位，使得可以采用三个或更多个像素来照亮用户感知的单个像素定位。
图15是根据一些实施例的用于增强由显示系统或NED(类似于图11A-11D的NED)生成的图像的方法1500的流程图。虽然方法1500可以被描绘为步骤或操作的列举顺序，但是方法1500的实施例可以包括在图15所示的列举步骤之前、之后、之间或作为其一部分的附加或替代步骤。
因此，方法1500的一些实施例可以开始于步骤1502，其中处理设备可以指示来自第一单色发射器阵列的包括单色图像的一部分的光的发射，该第一单色发射器阵列具有以二维结构设置的第一颜色的多个发射器。单色图像可以包括多个图像像素，其中至少一个图像像素从该单色图像的完整实例中缺失。例如，图3的控制器330可以指示来自图4C的单色发射器阵列402A的光的发射。发射器阵列402A可以包括单独的发射器，分别如图6A和图6B的微LED 600A和/或600B。单色图像可以通过将全色图像分解成组成单色图像来产生。由于各种原因，第一投影图像可以包括一个或更多个缺失或不存在的图像像素。例如，单色发射器阵列402A可以包括一个或更多个不能够产生期望亮度水平的故障发射器，如图14A和图14B所示。在其他实施例中，缺失的图像像素可能是由于在行之间具有空间使得在图像像素的行之间存在间隙的发射器的配置导致的，如图12A-12C所示且如本文所述的。
在步骤1504，包括单色图像的该一部分的光可以耦合到波导中，该波导从单色图像的该一部分产生多个初始瞳孔复制。例如，由投影仪设备750的发射器阵列之一产生的光可以通过耦合区域704A中的耦合元件712耦合到波导702A中。接收到的光与去耦元件706A和706B的相互作用可以产生一个或更多个瞳孔复制(如瞳孔复制722)，其可以包括图像720A-C中每一个的复制。
在步骤1506，处理设备可以引起第一单色发射器阵列和波导之间从第一配置到第二配置的相对运动(例如，平移或/或角度定向)。例如，控制器330可以使图11A的投影仪设备1102移位一位移量D2，如图11B所示。可替代地或附加地，如图11C所示，控制器330可以引起波导结构1104的位移。这可以通过向致动部件1106A和/或1106B发送激活信号来完成。相对运动可以导致投影仪设备1102和波导结构1104的配置改变。换句话说，投影仪设备1102和波导结构1104中的一个或两个可以从第一定位移动到第二定位。一些实施例可以包括附加定位。在另外其他示例(例如上面描述的那些示例)中，例如可控制地改变或移动投影仪设备1102的一个或更多个光学部件可以用于产生期望的图像偏移。
在步骤1508，处理设备可以指示来自第一单色发射器阵列的包括单色图像的附加部分的光的另一发射。单色图像的附加部分可以添加在从单色图像的完整实例中缺失的至少一个图像像素中。例如，单色图像的附加部分可以类似于图12B的图像像素1204A-E，其补充了图12A的图像像素1202A-E，以形成被包括在如图12C所示的瞳孔复制部分1200中的提高分辨率的图像。在一些实施例中，附加部分可以是图13C的图像像素1304。另外，附加部分可以由图14A的补偿图像像素1404或图14B的补偿图像像素1406来提供。
在步骤1510，包括单色图像的一部分和单色图像的附加部分的光可以作为多个增强的瞳孔复制从波导向视窗投射。例如，由图12C、图13C、图14A和图14B中所示的图像像素表示的增强分辨率的图像可以作为一个或更多个瞳孔复制722从波导702A投射。
在方法1500的一些实施例中，指示可包括单色图像的一部分的光的发射可包括指示包括单色图像的完整实例的图像像素总数的第一分数的光的发射。例如，图像像素1202A-E可以是期望图像中包括的图像像素的一半。在其他实施例中，第一分数可以是总图像像素的三分之一或四分之一。
方法1500的实施例还可以包括通过指示包括单色图像的完整实例的图像像素总数的第二分数的光的发射来指示包括单色图像的附加部分的光的其他发射的步骤。第二部分可以是二分之一、三分之二、四分之三或更小的分数，诸如三分之一或四分之一。图像像素总数的第一分数和图像像素总数的第二分数的总和可以近似等于单色图像的完整实例的图像像素的总数。在一些实施例中，图像的多于两个部分可以由单色图像阵列在多于两个定位处发射的部分组合。因此，单色图像的完整实例的图像像素的总数可以大于第一单色发射器阵列的多个发射器中的发射器的计数。
在一些实施例中，方法1500还可以包括如下步骤，在这些步骤中，像控制器330一样的处理设备可以检测到第一颜色的多个发射器中的第一发射器是不能产生单色图像的第一图像像素的故障发射器。在这些实施例中，处理设备还可以检测第一单色发射器阵列的多个发射器的二维结构中的故障发射器的位置，并且从与第一发射器相邻并且沿着潜在运动轴设置的多个相邻发射器中识别补偿发射器。在一些实施例中，指示包括单色图像的附加部分的光的另一发射的步骤可以包括指示补偿发射器产生第一图像像素，以添加单色图像的完整实例中缺失的至少一个图像像素。处理设备可以以增加的亮度和/或操作占空比来指示补偿发射器的操作，以补偿故障发射器。
在一些实施例中，引起第一单色发射器阵列和波导之间从第一配置到第二配置的相对运动可以包括激活致动器系统以将第一单色发射器阵列从第一定位移位到第二定位和/或激活致动器系统以将波导从第三定位移位到第四定位。激活致动器系统以将第一单色发射器阵列从第一定位移位到第二定位可以包括移位第二单色发射器阵列，该第二单色发射器阵列具有以二维结构设置的第二颜色的多个发射器。第一单色发射器阵列和第二单色发射器阵列可以被固定到公共平台，如图4A的PCB 408或更安全的平台，PCB 408可以固定到该平台。第一颜色和第二颜色可以是不同的颜色，诸如红色和蓝色或者蓝色和绿色等。
另外，方法1500的一些实施例可以包括有形的、非暂时性的计算机可读介质，其上存储有对应于方法1500的一个或更多个所描述的步骤或操作的指令。当处理设备执行指令时，处理设备可以执行方法1500的一个或更多个步骤。
如上所详述，本文描述和/或示出的计算设备和系统广义地表示能够执行计算机可读指令的任何类型或形式的计算设备或系统。在它们的最基本的配置中，这些计算设备可以各自包括至少一个存储器设备和至少一个物理处理设备。
在一些示例中，术语“存储器设备”通常指能够存储数据和/或计算机可读指令的任何类型或形式的易失性或非易失性存储设备或介质。在一个示例中，存储器设备可以存储、加载和/或维护包含用于执行本文描述的过程或步骤的指令的一个或更多个模块。存储器设备的示例非限制地包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、硬盘驱动器(HDD)、固态驱动器(SSD)、光盘驱动器、高速缓存、这些部件中的一个或更多个的变形或组合、或者任何其他合适的储存存储器。
在一些示例中，术语“物理处理器”、“处理设备”或“控制器”通常指能够解释和/或执行计算机可读指令的任何类型或形式的硬件实现的处理单元。在一个示例中，物理处理器可以访问和/或修改存储在上述存储器设备中的一个或更多个模块。物理处理器的示例非限制地包括微处理器、微控制器、图像处理器、中央处理单元(CPU)、实现软核处理器的现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、这些部件中的一个或更多个的部分、这些部件中的一个或更多个的变形或组合、或任何其他合适的物理处理器。
尽管被示为单独的元件，但是本文描述和/或示出的模块可以表示单个模块或应用的部分。此外，在某些实施例中，这些模块中的一个或更多个可以表示一个或更多个软件应用或程序，其当由计算设备执行时可以使计算设备执行一个或更多个任务。例如，本文描述和/或示出的一个或更多个模块可以表示被存储和配置为在本文描述和/或示出的一个或更多个计算设备或系统上运行的模块。这些模块中的一个或更多个还可以表示被配置为执行一个或更多个任务的一个或更多个专用计算机的全部或部分。
此外，本文描述的一个或更多个模块可以将数据、物理设备和/或物理设备的表示从一种形式转换成另一种形式。例如，本文所述的一个或更多个模块可以接收要被变换的图像数据，通过例如将图像数据分割成单色图像、将单色图像分割成单色图像部分、输出变换的结果并使用变换的结果来投影单色图像和图像部分来变换图像数据，该单色图像和图像部分可以被波导结构组合成一般的一个或更多个瞳孔复制，该瞳孔复制向视窗投影。附加地或可替代地，本文所述的一个或更多个模块可以通过在计算设备上执行、在计算设备上存储数据、和/或以其他方式与计算设备交互来将处理器、易失性存储器、非易失性存储器和/或物理计算设备的任何其他部分从一种形式转换成另一种形式。
在一些实施例中，术语“计算机可读介质”通常指能够存储或携带计算机可读指令的任何形式的设备、载体或介质。计算机可读介质的示例包括但不限于传输型介质(诸如，载波)以及非暂时性介质，诸如，磁存储介质(例如，硬盘驱动器、磁带驱动器和软盘)、光存储介质(例如，光盘(CD)、数字视频盘(DVD)和BLU-RAY盘)、电子存储介质(例如，固态驱动器和闪存介质)以及其他分发系统。
本公开的实施例可以包括人工现实系统或结合人工现实系统来被实现。人工现实是在呈现给用户之前以某种方式被调整的现实的形式，其可以包括例如虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR)、混杂现实或其某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全生成的内容或者与所捕获的(例如，现实世界)内容组合的所生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈、或其某种组合，其中任何一个都可以在单个通道中或在多个通道中被呈现(例如向观看者产生三维效果的立体视频)。此外，在一些实施例中，人工现实还可以与用于例如在人工现实中创建内容和/或以其他方式在人工现实中使用(例如，在人工现实中执行活动)的应用、产品、附件、服务或其某种组合相关联。可以在各种平台(包括连接到主计算机系统的头戴式显示器(HMD)、独立的HMD、移动设备或计算系统、或者能够向一个或更多个观看者提供人工现实内容的任何其他硬件平台)上实现提供人工现实内容的人工现实系统。
在本文描述和/或示出的过程参数和步骤的顺序仅作为示例被给出，并且可以根据需要而变化。例如，虽然在本文示出和/或描述的步骤可以以特定顺序被示出或讨论，但这些步骤不一定需要以所示出或讨论的顺序来被执行。本文描述和/或示出的各种示例性方法也可以省略在本文描述或示出的一个或更多个步骤，或者包括除了那些所公开的步骤之外的附加步骤。
提供前面的描述以使本领域中的其他技术人员能够最好地利用本文公开的示例性实施例的各种方面。该示例性描述并不旨在是穷尽的或受限于所公开的任何精确形式。许多修改和变化是可能的，而不偏离本公开的精神和范围。本文公开的实施例应当在所有方面被认为是说明性的而不是限制性的。在确定本公开的范围时，应当参考所附权利要求及其等同物。
除非另外提到，如在说明书和权利要求中使用的术语“连接到”和“耦合到”(及其派生词)应被解释为允许直接和间接(即，经由其他元件或部件)连接。此外，如在说明书和权利要求中使用的术语“一个(a)”或“一个(an)”应被解释为意指“...中的至少一个”。最后，为了容易使用，如在说明书和权利要求中使用的术语“包括(including)”和“具有”(及其派生词)与词“包括(comprising)”可互换并具有与词“包括(comprising)”相同的含义。

Claims (21)

1.一种投影仪设备，包括：
第一单色发射器阵列，其具有以二维结构设置的第一颜色的多个发射器；和
第二单色发射器阵列，其具有以二维结构设置的第二颜色的多个发射器，其中：
所述第一单色发射器阵列和所述第二单色发射器阵列被配置成将所述第一颜色和所述第二颜色的图像发射到波导结构中；和
所述第一颜色不同于所述第二颜色。
2.根据权利要求1所述的投影仪设备，还包括：
支撑结构，所述第一单色发射器阵列和所述第二单色发射器阵列固定到所述支撑结构，使得所述第一单色发射器阵列和所述第二单色发射器阵列被配置成沿着相同方向将所述第一颜色和所述第二颜色的图像发射到所述波导结构中。
3.根据权利要求1所述的投影仪设备，还包括所述波导结构，其中所述波导结构：
包括一个或更多个波导构件；
定位于头戴式显示器的显示区域内；和
组合由所述第一单色发射器阵列和所述第二单色发射器阵列发射的所述第一颜色和所述第二颜色的图像，以生成至少部分地限定观察视窗的至少一个多色瞳孔复制。
4.根据权利要求1所述的投影仪设备，其中：
所述第一单色发射器阵列包括多个发光二极管(LED)；和
所述多个LED中的至少一个LED包括折射结构，所述折射结构设置在发射表面上，以引导从所述多个LED中的所述至少一个LED发射的光。
5.根据权利要求1所述的投影仪设备，其中：
所述第一单色发射器阵列包括多个发光二极管(LED)；和
所述多个LED中的至少一个LED包括反射结构，所述反射结构被配置成引导从所述多个LED中的所述至少一个LED发射的光。
6.根据权利要求1所述的投影仪设备，其中：
所述第一单色发射器阵列和所述第二单色发射器阵列各自限定了第一维度和第二维度，所述第二维度比所述第一维度长并且与所述第一维度正交；和
所述第一单色发射器阵列和所述第二单色发射器阵列沿着所述第一维度对准。
7.根据权利要求1所述的投影仪设备，其中：
所述第一单色发射器阵列和所述第二单色发射器阵列各自限定了第一维度和第二维度，所述第二维度比所述第一维度长并且与所述第一维度正交；和
所述第一单色发射器阵列和所述第二单色发射器阵列沿着所述第二维度对准。
8.根据权利要求1所述的投影仪设备，其中：
所述第一单色发射器阵列包括多个发光二极管(LED)；
所述多个LED以小于大约5微米的间距对准；和
所述多个LED中的至少一个LED具有直径小于或等于所述间距的发射表面。
9.根据权利要求1所述的投影仪设备，还包括第三单色发射器阵列，所述第三单色发射器阵列具有以二维结构设置的第三颜色的多个发射器，其中：
所述第三颜色不同于所述第一颜色和所述第二颜色；和
所述第一单色发射器阵列、所述第二单色发射器阵列和所述第三单色发射器阵列以线性结构设置。
10.根据权利要求1所述的投影仪设备，还包括第三单色发射器阵列，所述第三单色发射器阵列具有以二维结构设置的第三颜色的多个发射器，其中：
所述第三颜色不同于所述第一颜色和所述第二颜色；和
所述第一单色发射器阵列、所述第二单色发射器阵列和所述第三单色发射器阵列以非线性结构设置。
11.一种显示系统，包括：
第一单色发射器阵列，其具有以二维结构设置的第一颜色的多个发射器，以产生所述第一颜色的第一图像；
第二单色发射器阵列，其具有以二维结构设置的第二颜色的多个发射器，以产生所述第二颜色的第二图像；以及
波导结构，其包括：
至少一个耦合元件，其被配置为从所述第一单色发射器阵列和所述第二单色发射器阵列接收所述第一图像和所述第二图像；
至少一个波导主体，其被配置为在所述波导结构内横向传播所接收的第一图像和第二图像；和
至少一个去耦元件，其被配置为将接收到的第一图像和第二图像朝向视窗投影作为投影图像。
12.根据权利要求11所述的显示系统，其中，所述波导主体组合来自所述第一单色发射器阵列的所述第一颜色的所述第一图像和来自所述第二单色发射器阵列的所述第二颜色的所述第二图像，使得所述投影图像包括不同于所述第一颜色和所述第二颜色的至少一种颜色。
13.根据权利要求11所述的显示系统，还包括第三单色发射器阵列，所述第三单色发射器阵列具有以二维结构设置的第三颜色的多个发射器。
14.根据权利要求13所述的显示系统，其中，所述波导主体将以下项组合为所述投影图像：
来自所述第一单色发射器阵列的所述第一颜色的所述第一图像；
来自所述第二单色发射器阵列的所述第二颜色的所述第二图像；和
来自所述第三单色发射器阵列的所述第三颜色的第三图像，
所述投影图像包括不同于所述第一颜色、所述第二颜色和所述第三颜色的至少一种颜色。
15.根据权利要求11所述的显示系统，其中，所述波导结构包括：
第一波导构件，其包括第一耦合元件；和
第二波导构件，其包括第二耦合元件，其中：
所述第一耦合元件的尺寸被设计成将所述第一颜色的光耦合到第一波导构件主体中；和
所述第二耦合元件的尺寸与所述第一耦合元件不同地被设计成将所述第二颜色的光耦合到第二波导构件主体中。
16.根据权利要求15所述的显示系统，其中，所述第一波导构件包括去耦元件，所述去耦元件引导所述第一颜色的光通过所述第二波导构件主体朝向观察视窗，作为所述投影图像的一部分。
17.一种方法，包括：
引导来自第一单色发射器阵列的第一单色图像的发射朝向波导结构的第一耦合元件；和
引导来自第二单色发射器阵列的第二单色图像的发射朝向所述波导结构的第二耦合元件，从而使得多色图像从所述波导结构的去耦元件被投影，所述多色图像由所述波导结构中所述第一单色图像和所述第二单色图像的组合产生。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
在所述波导结构内复制所述多色图像的多个实例，其中从所述波导结构的所述去耦元件投影所述多色图像包括从所述去耦元件投影所述多色图像的所述多个实例。
19.根据权利要求17所述的方法，其中：
所述第一耦合元件在以下项中的一个上接收发射的第一单色图像：所述波导结构的第一表面，和与所述第一表面相对设置的所述波导结构的第二表面；和
所述去耦元件将所述多色图像从所述波导结构的所述第二表面朝向视窗投影。
20.根据权利要求17所述的方法，还包括：
执行以下操作中的至少一个：
相对于所述第一耦合元件对准所述第一单色发射器阵列，或者
相对于所述第二耦合元件对准所述第二单色发射器阵列，
使得所述第一单色图像和所述第二单色图像在所述波导结构中对准，以产生所述多色图像的预期版本。
21.一种计算机可读介质，其上存储有指令，所述指令在由处理设备执行时使所述处理设备执行包括以下项的操作：
引导来自第一单色发射器阵列的第一单色图像的发射朝向波导结构的第一耦合元件；和
引导来自第二单色发射器阵列的第二单色图像的发射朝向所述波导结构的第二耦合元件，从而使得多色图像从所述波导结构的去耦元件被投影，所述多色图像由所述波导结构中所述第一单色图像和所述第二单色图像的组合产生。
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