JP7332599B2 - タイル状単色マルチディスプレイのためのシステム、デバイス、および方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本願は、「ＳＹＳＴＥＭＳ， ＤＥＶＩＣＥＳ， ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＴＩＬＥＤ ＭＵＬＴＩ－ＭＯＮＯＣＨＲＯＭＡＴＩＣ ＤＩＳＰＬＡＹＳ」と題され、２０１８年１０月１０日に出願された米国特許非仮出願第１６／１５６，４５２号、「ＳＹＳＴＥＭＳ， ＤＥＶＩＣＥＳ， ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＴＩＬＥＤ ＭＵＬＴＩ－ＭＯＮＯＣＨＲＯＭＡＴＩＣ ＤＩＳＰＬＡＹＳ」と題され、２０１８年１月２２日に出願された米国特許仮出願第６２／６２０，４３２号、「ＳＹＳＴＥＭＳ， ＡＰＰＡＲＡＴＵＳＥＳ， ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＭＯＮＯＣＨＲＯＭＡＴＩＣ ＤＩＳＰＬＡＹ ＷＡＶＥＧＵＩＤＥＳ」と題され、２０１８年１月２２日に出願された米国特許仮出願第６２／６２０，４３４号、並びに、「ＳＹＳＴＥＭＳ， ＡＰＰＡＲＡＴＵＳＥＳ， ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ ＭＯＶＥＭＥＮＴ ＩＮ ＭＯＮＯＣＨＲＯＭＡＴＩＣ ＤＩＳＰＬＡＹ ＤＥＶＩＣＥＳ」と題され、２０１８年１月２２日に出願された米国特許仮出願第６２／６２０，４３５号、の優先権および利益を主張する。これらの出願の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、概して、ニアアイディスプレイシステムに関し、より具体的には、導波路ディスプレイに関する。

ニアアイライトフィールドディスプレイは、典型的には、ニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）と電子ビューファインダの両方を包含する画像をユーザの眼に直接投影する。従来のニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）は、一般的に、ユーザの眼に到達する前に１つまたは複数のレンズを通過する多色画素アレイ（例えば、赤、緑、および青の画素を含む）を使用して、画像光を生成する表示素子を有する。画像光は、導波路または他の光学系によって横方向に伝搬されてもよく、その結果、表示素子は、ユーザの眼と直接整列される必要がない。多色画素アレイは、しばしば、各色に対してサブ画素を使用し、画素間の距離を増大させるが、これはまた、各色に対して画素位置のわずかなずれを生み出す。ＮＥＤでは、このような画素間の距離および位置のずれは、ユーザが知覚しうるものになりうる。さらに、色収差を発生させずに多色ディスプレイからの光を制御することは困難になりうる。加えて、仮想現実システムおよび／または拡張現実システムにおけるＮＥＤは、コンパクトで、軽量で、高解像度であるという設計基準を有することがあり、これらの基準を満たそうとする試みにはトレードオフが生ずることが多い。したがって、従来のＮＥＤは、これらのすべての点を完全に満足できるものではなかった。

以下により詳細に記載されるように、本開示は、１つまたは複数の単色エミッタアレイを利用して、１つまたは複数の導波路部材を含みうる導波路に向かって単色画像を投影しうる、装置、システム、デバイス、および方法を記載している。いくつかの実施形態では、単色画像は、所望の多色画像がヘッドマウントディスプレイデバイスのアイボックスに導かれるように、導波路内で組み合わされてもよい。

一実施例では、プロジェクタデバイスは、（１）２次元構成で配置された第１の色の複数のエミッタを有する第１の単色エミッタアレイと、（２）２次元構成で配置された第２の色の複数のエミッタを有する第２の単色エミッタアレイとを含んでもよく、ここで、第１および第２の単色エミッタアレイは、第１および第２の色の画像を導波路構成に放出するように構成されてもよく、第１の色は、第２の色と異なってもよい。

いくつかの実施形態では、プロジェクタデバイスは、第１および第２の単色エミッタアレイが、導波路構成内で同じ方向に沿って第１および第２の色の画像を放出するよう構成されるように、第１および第２の単色エミッタアレイが固定される支持構造をさらに含んでもよい。

いくつかの実施例では、プロジェクタデバイスは、導波路構成をさらに含んでもよく、導波路構成は、１つまたは複数の導波路部材を含み、ヘッドマウントディスプレイの表示領域内に位置決めされ、第１および第２の単色エミッタアレイによって放出される第１および第２の色の画像を組み合わせて、少なくとも部分的にビューイングアイボックスを画定する少なくとも１つの多色射出瞳複製を生成する。

いくつかの実施形態では、第１の単色エミッタアレイは、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含んでもよく、複数のＬＥＤのうちの少なくとも１つは、複数のＬＥＤのうちの少なくとも１つから放出される光を導くために、発光面上に配置される屈折構造を含んでもよい。いくつかの実施例では、第１の単色エミッタアレイは、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含んでもよく、複数のＬＥＤのうちの少なくとも１つは、複数のＬＥＤのうちの少なくとも１つから放出される光を導くために、発光面上に配置される反射構造を含んでもよい。

いくつかの実施例では、第１および第２の単色エミッタアレイは、それぞれ、第１の寸法と第１の寸法よりも長く第１の寸法に直交する第２の寸法を画定してよく、第１および第２の単色エミッタアレイは、第１の寸法に沿って整列されてもよい。いくつかの実施形態では、第１および第２の単色エミッタアレイは、それぞれ、第１の寸法と第１の寸法よりも長く第１の寸法に直交する第２の寸法を画定してよく、第１および第２の単色エミッタアレイは、第１の寸法に沿って整列されてもよい。

いくつかの実施形態では、第１の単色エミッタアレイは、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含んでよく、複数のＬＥＤは、約５ミクロン未満のピッチで整列可能で、複数のＬＥＤのうちの少なくとも１つのＬＥＤは、ピッチ以下の直径を有する発光面を有することができる。

プロジェクタデバイスは、いくつかの実施例では、２次元構成で配置された第３の色の複数のエミッタを有する第３の単色エミッタアレイを含んでよく、第３の色は第１の色および第２の色とは異なり、第１、第２、および第３の単色エミッタアレイは線形構成で配置されてもよい。いくつかの実施形態では、プロジェクタデバイスは、２次元構成で配置された第３の色の複数のエミッタを有する第３の単色エミッタアレイを含んでよく、第３の色は、第１の色および第２の色とは異なり、第１、第２、および第３の単色エミッタアレイは、非線形構成で配置されてもよい。

一実施例では、ディスプレイシステムは、（１）第１の色の第１の画像を生成するために、２次元構成で配置された第１の色の複数のエミッタを有することができる第１の単色エミッタアレイと、（２）第２の色の第２の画像を生成するために、２次元構成で配置された第２の色の複数のエミッタを有することができる第２の単色エミッタアレイと、（３）第１の画像および第２画像を第１および第２の単色エミッタアレイから受け取ることができる少なくとも１つのカップリング素子（ａ）と、受け取った第１および第２の画像を導波路構成内で横方向に伝搬させることができる少なくとも１つの導波路本体（ｂ）と、受け取った第１および第２の画像を投影画像としてアイボックスに向けて投影することができる少なくとも１つのデカップリング素子（ｃ）とを含むことができる導波路構成と、を含みうる。

いくつかの実施形態では、導波路本体は、投影画像が、第１および第２の色とは異なる少なくとも１つの色を含むように、第１の単色エミッタアレイからの第１の色の第１の画像と、第２の単色エミッタアレイからの第２の色の第２の画像とを組み合わせてもよい。

ディスプレイシステムは、いくつかの実施例では、２次元構成で配置された第３の色の複数のエミッタを有する第３の単色エミッタアレイをさらに含んでもよい。加えて、いくつかの実施形態では、導波路本体は、第１の単色エミッタアレイからの第１の色の第１の画像、第２の単色エミッタアレイからの第２の色の第２の画像、および第３の単色エミッタアレイからの第３の色の第３の画像を組み合わせて投影画像にすることができ、投影画像は、第１、第２、および第３の色とは異なる少なくとも１つの色を含んでもよい。

導波路構成は、いくつかの実施形態では、第１のカップリング素子を含む第１の導波路部材（ａ）と、第２のカップリング素子を含む第２の導波路部材（ｂ）とを含んでよく、第１のカップリング素子は、第１の色の光を第１の導波路部材本体にカップリングさせるように寸法が決められてよく、第２のカップリング素子は、第２の色の光を第２の導波路部材本体にカップリングさせるように、第１のカップリング素子とは異なるように寸法が決められてもよい。さらに、いくつかの実施例では、第１の導波路部材は、第１の色の光を第２の導波路部材本体を通して投影画像の一部としてビューイングアイボックスに導くデカップリング素子を含んでもよい。

一実施例では、方法は、（１）第１の単色エミッタアレイからの第１の単色画像の放出を導波路構成の第１のカップリング素子に導くことと、（２）第２の単色エミッタアレイからの第２の単色画像の放出を導波路構成の第２のカップリング素子に導くこととを含み、これによって、導波路構成のデカップリング素子から多色画像を投影させることを含んでよく、多色画像は、導波路構成での第１の単色画像と第２の単色画像との組み合わせから生じることもある。

本方法は、いくつかの実施形態において、導波路構成内で多色画像の複数のインスタンスを複製することをさらに含んでもよく、ここで、導波路構成のデカップリング素子から多色画像を投影することは、デカップリング素子から多色画像の複数のインスタンスを投影することを含んでもよい。

いくつかの実施例では、第１のカップリング素子は、放出された第１の単色画像を、導波路構成の第１の表面と、第１の表面に対向して配置された導波路構成の第２の表面とのうちの１つで受け取り、デカップリング素子は、多色画像を、導波路構成の第２の表面からアイボックスに向けて投影してもよい。

この方法は、いくつかの実施例では、第１の単色画像および第２の単色画像が導波路構成内で整列されて、多色画像の意図されたバージョンを生成するように、（１）第１のカップリング素子に対して第１の単色エミッタアレイを整列すること、または（２）第２のカップリング素子に対して第２の単色エミッタアレイを整列することのうちの少なくとも１つを実行することをさらに含みうる。

一実施例では、コンピュータ可読媒体は、処理デバイスによって実行されるときに、（１）第１の単色エミッタエアレイからの第１の単色画像の放出を導波路構成の第１のカップリング素子に向けることと、（２）第２の単色エミッタアレイからの第２の単色画像の放出を導波路構成の第２のカップリング素子に向けることとを含みうる操作を処理デバイスに実行させ、これによって、導波路構成内の第１の単色画像と第２の単色画像から得られる多色画像が、導波路構成のデカップリング素子から投影されるようにしうる命令を記憶することができる。

添付の図面は、多数の例示的な実施形態を示し、本明細書の一部となっている。以下の説明と共に、これらの図面は、本開示の様々な原理を実証し、説明している。

いくつかの実施形態による、ＮＥＤを含むＨＭＤの図である。 いくつかの実施形態による、図１に示されるＨＭＤの断面図である。 いくつかの実施形態による、導波路構成を有するＮＥＤの等角図である。 いくつかの実施形態による、図３のディスプレイシステムに含まれうるプロジェクタデバイスの断面図である。 いくつかの実施形態による、図３のディスプレイシステムに含まれうるプロジェクタデバイスの断面図である。 いくつかの実施形態による、図３のディスプレイシステムに含まれうるプロジェクタデバイスの断面図である。 いくつかの実施形態による、図４Ａ～図４Ｃのプロジェクタデバイスに含まれうるエミッタアレイの上面図である。 いくつかの実施形態による、図４Ａ～図４Ｃのプロジェクタデバイスに含まれうるエミッタアレイの上面図である。 いくつかの実施形態による、図４Ａ～図４Ｃのプロジェクタデバイスに含まれうるエミッタアレイの上面図である。 いくつかの実施形態による、図４Ａ～図４Ｃおよび図５Ａ～図５Ｃのエミッタアレイに含まれるマイクロＬＥＤの概略断面図である。 いくつかの実施形態による、図４Ａ～図４Ｃおよび図５Ａ～図５Ｃのエミッタアレイに含まれるマイクロＬＥＤの概略断面図である。 いくつかの実施形態による、プロジェクタデバイスおよび導波路構成の断面図である。 いくつかの実施形態による、プロジェクタデバイスおよび導波路構成の断面図である。 いくつかの実施形態による、プロジェクタデバイスおよび導波路構成の断面図である。 いくつかの実施形態による、プロジェクタデバイスおよび導波路構成の断面図である。 いくつかの実施形態による、ディスプレイシステムにおいて画像を表示する方法のフロー図である。 いくつかの実施形態によるＮＥＤの斜視図である。 いくつかの実施形態によるＮＥＤの斜視図である。 いくつかの実施形態によるＮＥＤの斜視図である。 いくつかの実施形態による、別のＮＥＤの斜視図である。 いくつかの実施形態による、図１０ＡのＮＥＤの断面図である。 いくつかの実施形態による、作動システムを有するＮＥＤの断面図である。 いくつかの実施形態による、作動システムを有するＮＥＤの断面図である。 いくつかの実施形態による、作動システムを有するＮＥＤの断面図である。 いくつかの実施形態による、作動システムを有するＮＥＤの断面図である。 いくつかの実施形態による、解像度向上のプロセスを示す、図１１Ａ～図１１ＤのＮＥＤの実施形態によって生成された画像の一部である。 いくつかの実施形態による、解像度向上のプロセスを示す、図１１Ａ～図１１ＤのＮＥＤの実施形態によって生成された画像の一部である。 いくつかの実施形態による、解像度向上のプロセスを示す、図１１Ａ～図１１ＤのＮＥＤの実施形態によって生成された画像の一部である。 いくつかの実施形態による、解像度向上の別のプロセスを示す、図１１Ａ～図１１ＤのＮＥＤの実施形態によって生成された画像の一部である。 いくつかの実施形態による、解像度向上の別のプロセスを示す、図１１Ａ～図１１ＤのＮＥＤの実施形態によって生成された画像の一部である。 いくつかの実施形態による、解像度向上の別のプロセスを示す、図１１Ａ～図１１ＤのＮＥＤの実施形態によって生成された画像の一部である。 いくつかの実施形態による、画像強調のプロセスを示す、図１１Ａ～図１１ＤのＮＥＤの実施形態によって生成された画像の一部である。 いくつかの実施形態による、画像強調のプロセスを示す、図１１Ａ～図１１ＤのＮＥＤの実施形態によって生成された画像の一部である。 いくつかの実施形態による、図１１Ａ～図１１Ｄに示したようなディスプレイシステムまたはＮＥＤによって生成された画像を強調するための方法のフロー図である。

図面全体を通して、同一の参照符号および説明は、必ずしも同一ではないが、類似していることを示す。本明細書で説明される例示的な実施形態は、様々な修正および代替の形態を受け入れることができるが、特定の実施形態が例として図面に示され、本明細書で詳細に説明される。しかしながら、本明細書に記載の例示的な実施形態は、開示された特定の形態に限定されることを意図していない。むしろ、本開示は、添付の特許請求の範囲内にあるすべての修正、均等物、および代替物を包含する。
発明を実施するための形態

本開示は、概して、仮想現実（ＶＲ）において、または拡張現実または複合（ＡＲ／ＭＲ）において使用可能な改良されたＮＥＤを対象とする。いくつかのＮＥＤは、２次元構成で配置された第１の色の複数のエミッタを有する第１の単色エミッタアレイと、対応する２次元構成で配置された第２の異なる色の複数のエミッタを有する第２の単色エミッタアレイとを含む、プロジェクタデバイスを含んでもよい。これらの２次元構成は、いくつかの実施形態では同一であってもよい。第１および第２の単色エミッタアレイは、１つまたは複数の導波路部材を有する導波路構成に含まれるカップリング領域に向けて第１および第２の色の画像を放出するように構成されてもよい。導波路構成は、アイボックスに向けて導かれた少なくとも１つの多色画像を生成するように画像を組み合わせることができる。いくつかの実施例では、導波路構成は、多色画像の複数の複製をアイボックスに向けて投影するように構成されてもよい。

以下でより詳細に説明するように、本開示の実施形態は、従来のＮＥＤよりも小型で軽量でありながらもなお、大きな１つまたは複数のアイボックスおよび大きなＦＯＶを有するＮＥＤを提供しうる。かさばらず、より高解像度で、より明るいニアアイディスプレイを提供するため、少なくとも１つの単色エミッタアレイを導波路／結合器にカップリングすることができる。いくつかの実施形態では、エミッタアレイは、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）アレイ、または１００％に近い高フィルファクタ（ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ）を有する（例えば、マイクロレンズや他の耐熱構造、または反射構造を介するなど、物理的または光学的手段による）マイクロＬＥＤアレイであってもよい。他の実施形態では、エミッタアレイは、半導体ダイオード、半導体レーザダイオード、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）画素アレイ、量子ドットアレイ、可変バックライト光源を有する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などを含むが、これらに限定されない他のデバイス（例えば、直接発光光源）を含むことができる。投影された光はまず、内部全反射経路に沿って光を導く導波路内に組み込まれたカップリング素子と相互作用する前に、エミッタアレイと導波路との間の非常に小さな空隙を通過しうる。経路は、いくつかの実施例では、画像の複数のインスタンスである「射出瞳複製」を様々な場所で導波路から外へ導き、ＨＭＤのアイボックスに向けて導くため、内部全反射経路から光の一部をデカップリングする回折格子構造又は他のタイプの光デカップリング構造を含むことができる。

赤、緑、および青の単色エミッタアレイは、赤、緑、および青の各単色画像が導波路によって組み合わされるときに、フルカラー画像を再現するように提供されてもよい。エミッタアレイは、組み合わされたときにフルカラー画像を生成するように、各波長に対して特別に適合された１つのカップリング素子を用いて、３つのカップリング素子によって導波路にカップリングされてもよい。色は、単一の導波路内で、または、特定の波長のために設計された別々の導波路内で組み合わせることができ、これは、クロストークを防止し、内部反射およびデカップリングを提供する導波路および関連する回折格子の各色ごとの最適化を可能にしうる。エミッタアレイは、それぞれ異なる位置で導波路にカップリングされるため、フルカラー複製の領域は、３色すべての重複に制限されてもよい。しかしながら、フルカラー複製の領域は、アイボックスよりも大きくてもよい。

いくつかの実施形態では、適合的眼球離反運動の不一致（ＶＡＣ）の解決を支援するため、０．３ジオプトリー（Ｄ）および１．５Ｄなどの異なる焦点距離でフルカラー画像をユーザの眼に提示するように、複数の導波路／プロジェクタ表示デバイスを直列に配置することができる。表示デバイスは、２つの各ディスプレイ間で異なる焦点距離を提供するため、レンズなどの光学素子によって分離されてもよい。特定の用途または状況に対する焦点距離の差を最適化するため、個々の表示デバイススタックは、表示デバイス間の焦点距離に所望の差異を実現するように、その場で調整可能な共通の液体レンズまたは液晶レンズなどの可変焦点レンズによって分離されうる。

ＮＥＤのＦＯＶを増大させるため、複数組のエミッタアレイを単一の導波路構成にカップリングすることができる。例えば、複数組のエミッタアレイを有する１つのＮＥＤは、ユーザの左眼のために使用されてよく、一方、複数組のエミッタアレイを有する別のＮＥＤは、ユーザの右眼のために使用されてよい。各ＮＥＤのためのエミッタアレイの組は、互いに正確に１８０度離れてカップリングすることができ、あるいは、いくつかの実施形態では、互いに対して他の任意の角度でカップリングすることができ、他の実施形態では、互いに対して異なる角度でカップリングすることができる。各ＮＥＤのためのエミッタアレイの組は、別個のドライバまたはコントローラによって駆動されてよく、あるいは、単一のドライバによって駆動されてもよい。

解像度を改善するため、またはエミッタアレイ内の個々のエミッタの欠陥を軽減するため、開示したシステムおよびデバイスは、１つまたは複数のエミッタアレイと導波路との間の相対位置および／または角度の変化を生み出す作動システムを含みうるか、あるいは以下でより詳細に説明される他の方法によってもよい。２つ以上の位置および／または角度の間で機械的にオシレーションまたはディザリングを行うことによって、および／またはエミッタアレイ上の２つ以上の位置の間で放出される光の画素位置を電子的にシフトすることによって、１つのエミッタアレイは、異なる画像または１つの画像の異なる部分を各位置から投影する複数のエミッタアレイとして機能しうる。このようにして、画像は、任意の１つのエミッタアレイがエミッタを有する場合よりも、より高い解像度（例えば、画像画素のより大きな２次元構成）を有しうる。さらに、エミッタアレイの実施形態は、約５μｍ以下の直径を有する個々のエミッタを含むことができる。このようにサイズが小さいため、不良エミッタや欠陥エミッタを含まないエミッタアレイを生成することは、困難か不可能であろう。いくつかの実施形態は、エミッタアレイが第１の位置にあるときには、指示されるよりも長い期間にわたって低い輝度や強度を有するエミッタの配置を特定すること、またはエミッタの領域または組を特定することによって、また、エミッタアレイが第２の位置にあるときには、隣接するエミッタまたはエミッタの組を作動させることによって、このような不良エミッタを補償しうる。これは、第２の位置によって、不良エミッタが占有していた配置に隣接するエミッタが入るためである。さらに、いくつかの実施例では、エミッタの機械的なオシレーションまたはディザリングを行うため、スクリーンドア効果などの視覚的アーチファクトを補償するように小さな振動（例えば、２０Ｈｚ～２０ｋＨｚの周波数範囲内）がエミッタに導入されてもよい。エミッタを振動させるために使用しうる機構の例としては、限定するものではないが、１つまたは複数の圧電構造、作動液晶層、および作動された回折格子を挙げることができる。

以下では、図１～図７Ｄおよび図９Ａ～図１４を参照して、上記および本明細書の他の箇所で示した利点および改良を実現するため、ＨＭＤおよびＨＭＤのＮＥＤに含まれる様々な構成要素の詳細な説明を提示する。以下はまた、図８および図１５を参照して、本明細書に記載のＮＥＤに関連する方法および／または命令の説明を提示する。

図１は、いくつかの実施形態によるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）１００の図である。ＨＭＤ１００は、１つまたは複数のディスプレイデバイスを含むＮＥＤを含みうる。図示した実施形態は、左のディスプレイデバイス１１０Ａおよび右のディスプレイデバイス１１０Ｂを含み、これらはディスプレイデバイス１１０と総称される。ディスプレイデバイス１１０は、ユーザにメディアを提示することができる。ディスプレイデバイス１１０によって提示されるメディアの例には、１つまたは複数の画像、一連の画像（例えば、ビデオ）、オーディオ、またはこれらの何らかの組合せが含まれる。いくつかの実施形態では、オーディオは、ディスプレイデバイス１１０、コンソール（図示せず）、またはその両方からオーディオ情報を受信し、オーディオ情報に基づいてオーディオデータを提示する外部デバイス（例えば、スピーカおよび／またはヘッドホン）を介して提示されうる。ディスプレイデバイス１１０は、一般的に、ユーザがディスプレイデバイス１１０によって投影されたメディアを見ることができ、ディスプレイデバイス１１０を介して現実世界の環境を見ることができるように、ＡＲ ＮＥＤとして動作するように構成されうる。しかしながら、いくつかの実施形態では、ディスプレイデバイス１１０は、ＶＲ ＮＥＤ、複合現実（ＭＲ）ＮＥＤ、またはこれらの何らかの組み合わせとしても動作するように修正されてもよい。したがって、いくつかの実施形態では、ディスプレイデバイス１１０は、コンピュータで生成された要素（例えば、画像、ビデオ、音声など）を用いて、物理的な現実世界の環境のビューを拡張することができる。

図１に示したＨＭＤ１００は、ディスプレイデバイス１１０が左右別個のディスプレイを含む実施形態では、ディスプレイデバイス１１０をユーザの頭部の適所に固定する支持体又はフレーム１０５を含みうる。いくつかの実施形態では、フレーム１０５は、眼鏡のフレームであってもよい。本明細書でより詳細に説明されるように、ディスプレイデバイス１１０は、いくつかの実施例では、ホログラフィックまたは体積ブラッグ回折格子を備えた導波路を含んでもよい。いくつかの実施形態では、回折格子は、１つまたは複数のドーパントまたは感光性媒体を導波路の表面の所定の部分に塗布し、続いて紫外線（ＵＶ）露光または他の活性化電磁放射線の適用よって生成されてもよい。

図２は、いくつかの実施形態による、図１に示されたＨＭＤ１００およびディスプレイデバイス１１０Ａの断面２００である。ディスプレイデバイス１１０は、少なくとも１つの導波路構成２１０を含んでもよい。図２は、ユーザがディスプレイデバイス１１０を装着したときに、眼２２０が配置される位置であるアイボックス２３０を示している。眼２２０がアイボックス２３０と整列されている限り、ユーザは、導波路構成２１０によってアイボックス２３０に向けて導かれたフルカラー画像または射出瞳複製を見ることができる。導波路構成２１０は、多くの射出瞳複製を生成し、アイボックス２３０に導くことができる。説明のため、図２は１つの眼２２０および１つの導波路構成２１０に関連する断面２００を示している。いくつかの代替的な実施形態では、別の導波路構成２１０（図２に示す導波路構成２１０から分離されていてもよい）が、ユーザの別の眼２２０に位置するアイボックスに画像光を提供してもよい。

導波路構成２１０は、図２の下方に示されているように、眼２２０に近接して位置するアイボックスに画像光を導くように構成されてもよい。導波路構成２１０は、ディスプレイデバイス１１０の重量を効果的に最小化し、かつＦＯＶを広げる１つまたは複数の屈折率を有する、１つまたは複数の材料（例えば、プラスチック、ガラスなど）から構成されてもよい。代替的な構成では、ディスプレイデバイス１１０は、導波路構成２１０と眼２２０との間に１つまたは複数の光学素子を含んでもよい。光学素子は、例えば、導波路構成２１０から放出される画像光の収差を補正し、導波路構成２１０から放出される画像光を拡大し、導波路構成２１０から放出される画像光の何らかの他の光学調整を行うか、またはこれらの何らかの組み合わせを実行するように作用しうる。光学素子の例には、アパーチャ、フレネルレンズ、屈折（例えば、凸および／または凹）レンズ、反射面、フィルタ、または画像光に影響を及ぼす他の任意の適切な光学素子が含まれうる。導波路構成２１０は、１つまたは複数のブラッグ回折格子を備えた導波路を含んでもよい。

いくつかの実装形態では、本明細書に記載のレンズは、限定するものではないが、視野角、最大開口、解像度、歪み、色補正、後方焦点距離などを含むある種の設計仕様を満たすため、異なる設計を含むことができる。１つまたは複数のレンズは、シリンドリカルレンズ、アナモルフィックレンズ、フレネルレンズ、および／または屈折率分布型レンズなどを含みうる。レンズは、負の屈折率を有する部分を少なくとも一部有するスーパーレンズを含むことができる。レンズは、様々な形状を有するレンズを含むことができる。

いくつかの実施態様では、レンズは、様々な材料を含むことができる。例えば、レンズはガラスを含みうる。別の実施例では、レンズはプラスチック材料を含むことができる。例えば、レンズは、ＣＲ－３９レンズ材料、ウレタン系ポリマー、またはポリカーボネート材料を含むことができる。

図３は、いくつかの実施形態による、ディスプレイシステムまたはＮＥＤ３００の等角図を示す。いくつかの実施形態では、ＮＥＤ３００は、ＨＭＤ１００の構成要素であってよい。代替的な実施形態では、ＮＥＤ３００は、画像光を特定の位置に導く別のＨＭＤまたは他のシステムの一部であってもよい。

ＮＥＤ３００は、プロジェクタデバイス３１０と、導波路３２０と、コントローラ３３０とを含みうる。例示のため、図３は１つの眼２２０に関連するＮＥＤ３００を示しているが、いくつかの実施形態では、ＮＥＤ３００から完全にまたは部分的に分離された別の導波路が、ユーザのもう一方の眼に画像光を提供してもよい。部分的に分離されたシステムでは、１つまたは複数の構成要素を各眼の導波路間で共有することができる。いくつかの実施例では、１つの導波路３２０は、ユーザの両眼に画像光を提供することができる。また、いくつかの実施例では、導波路３２０は、以下でさらに詳細に説明するように、導波路構成の複数の導波路のうちの１つであってもよい。

プロジェクタデバイス３１０は、１つまたは複数の２次元単色画像を含む光を生成してもよい。プロジェクタデバイス３１０は、図４Ａ～図４Ｃおよび図５Ａ～図５Ｃに関して本明細書でさらに記載されるように、１つまたは複数の単色光源および光学系を含んでもよい。プロジェクタデバイス３１０は、導波路３２０の上面３７０上に位置するカップリング領域３５０に、少なくとも１つの２次元画像を含む画像光３５５を生成し、投影することができる。画像光３５５は、カップリング領域３５０に向かって１つの次元または軸に沿って伝搬しうる。

導波路３２０は、ユーザの眼２２０に導かれた画像光内の２次元画像を出力する光導波路であってもよい。導波路３２０は、導波路３２０の上面３７０上および／または本体内に配置された１つまたは複数のカップリング素子を含みうるカップリング領域３５０で画像光３５５を受け取ることができ、受け取った画像光３５５を導波路３２０の伝搬領域に導くことができる。カップリング領域３５０のカップリング素子は、例えば、回折格子、ホログラフィック回折格子、１つまたは複数のカスケード反射器、１つまたは複数のプリズム表面素子、ホログラフィック反射器のアレイ、メタマテリアル表面、またはこれらの何らかの組み合わせであってもよい。例示的なカップリング素子は、約３００ｎｍ～約６００ｎｍのピッチを有する格子であってもよい。いくつかの構成では、カップリング領域３５０内のカップリング素子のそれぞれは、Ｘ軸およびＹ軸の次元に沿って実質的に同じ領域を有してよく、Ｚ軸に沿った距離（例えば、上面３７０および底面３８０上、または上面３７０上の両方、しかし、界面層（図示せず）によって分離される）、または底面３８０上に存在し、界面層または導波路３２０の本体に埋め込まれるが界面層と分離される、しかし、界面層と分離される、両者）によって分離されてもよい。カップリング領域３５０は、上面３７０から底面３８０まで延在するものとして理解することができる。カップリング領域３５０は、受け取った画像光を、第１の回折格子ベクトルに従って、デカップリング素子間の導波路３２０の本体内に形成された導波路３２０の伝搬領域に方向転換することができる。

デカップリング素子３６０Ａは、導波路３２０からの内部全反射画像光を、デカップリング素子３６０Ｂを介してデカップリングされうるように方向転換することができる。デカップリング素子３６０Ａは、導波路３２０の上面３７０の一部であるか、上面に固定されているか、あるいは上面内に形成されてもよい。デカップリング素子３６０Ｂは、導波路３２０の底面３８０の一部であるか、底面に固定されているか、あるいは底面内に形成されてもよく、その結果、デカップリング素子３６０Ａはデカップリング素子３６０Ｂに対向し、両者の間に伝搬領域が延在する。いくつかの構成では、Ｘ軸および／またはＹ軸に沿って、対向するデカップリング素子間にオフセットがあってもよい。デカップリング素子３６０Ａおよび３６０Ｂは、例えば、回折格子、ホログラフィック回折格子、体積ブラッグ回折格子、１つまたは複数のカスケード反射器、１つまたは複数のプリズム表面素子、ホログラフィック反射器のアレイなどであってよく、共にデカップリング領域を形成しうる。

いくつかの実施形態では、デカップリング素子３６０Ａの各々は、Ｘ軸およびＹ軸の次元に沿って実質的に同じ面積を有してよく、Ｚ軸に沿った距離だけ分離されてよい（例えば、上面３７０および底面３８０上にあるか、共に上面３７０上にあるが界面層（図示せず）によって分離されているか、底面３８０上にあり、界面層によって分離されているか、共に導波路３２０の導波路本体に埋め込まれるが界面層によって分離される）。デカップリング素子３６０Ａは、関連する第２の回折格子ベクトルを有してもよく、デカップリング素子３６０Ｂは、関連する第３の回折格子ベクトルを有してもよい。

図３には、プロジェクタデバイス３１０、カップリング領域３５０、および導波路３２０に対するデカップリング素子３６０Ａおよび３６０Ｂの特定の位置および構成が示されているが、以下でより詳細に説明する他の位置の構成、並びに本明細書では特に説明しない他の構成が他の実施例で採用されることもある。

いくつかの実施形態では、導波路３２０から出る画像光３４０の配向および／または位置は、カップリング領域３５０に入る画像光３５５の配向を変更することによって制御されてもよい。そのために、いくつかの実施形態では、導波路３２０に対するプロジェクタデバイス３１０の配向は、カップリング領域３５０に入る画像光３５５の配向および／または位置を変更しうる。また、いくつかの実施例では、プロジェクタデバイス３１０の単色エミッタアレイに対するプロジェクタデバイス３１０の１つまたは複数の光学部品（例えば、レンズ）の配向および／または位置は、カップリング領域３５０に入る画像光３５５の配向および／または位置を変更するように制御可能に修正されうる。デカップリング素子３６０Ａおよび／またはデカップリング素子３６０Ｂのピッチは、約２００ｎｍ～約７００ｎｍとすることができる。いくつかの構成では、カップリング領域３５０は、画像光を導波路３２０にカップリングし、画像光は、導波路３２０の平面に沿って伝搬する。デカップリング素子３６０Ａは、プロジェクタデバイス３１０によって放出される第１の角度範囲の第１の部分を覆うカップリング領域３５０から画像光を受け取り、受け取った画像光を別の次元に回折することができる。デカップリング素子３６０Ｂは、アイボックスに向かって２次元展開画像を回折することができる。

カップリング領域３５０と、デカップリング素子３６０Ａおよびデカップリング素子３６０Ｂによって画定されるデカップリング領域とは、それぞれの回折格子ベクトルの和が、光が入る角度とほぼ同じ角度で導波路３２０を出るように、ゼロに近いかまたはゼロに等しくなりうる閾値未満であるように設計されてもよい。したがって、導波路３２０に入射した画像光３５５は、導波路３２０から画像光３４０として出力されたときに同一方向に伝搬されうる。画像光３４０は、入力画像光３５５の複数の射出瞳複製又はコピーを含みうる。図３に示されたようなデカップリング素子３６０Ａおよび３６０Ｂに対するカップリング領域３５０の位置は、一例に過ぎない。他の実施形態では、カップリング領域３５０の位置は、導波路３２０の任意の他の部分（例えば、上面３７０の上端縁または上面３７０の下端縁）の上にあってもよい。いくつかの実施形態では、ＮＥＤ３００は、ＦＯＶおよび／またはアイボックスをさらに増大させるために、複数のプロジェクタデバイス３１０および／又は複数のカップリング領域３５０を含んでもよい。また、いくつかの実施形態では、デカップリング素子３６０Ａおよび３６０Ｂは、部分的にのみ重なり合ってよく、または完全に分離されてもよい。

導波路３２０は、上面３７０と、互いに反対のＸ方向およびＹ方向に延在する底面３８０とを有する導波路本体を含んでもよい。導波路３２０は、画像光３５５の内部全反射を促進する１つまたは複数の材料から構成されてもよい。例えば、導波路３２０は、例えば、シリコーン、プラスチック、ガラス、セラミック、またはポリマー、あるいはこれらの何らかの組み合わせから構成されてもよい。例えば、導波路３２０は、可視スペクトルにおいて実質的に透明である誘電体または他の材料を含むことができる。光学コーティングが、導波路３２０に関連して使用されてもよい。光学コーティングは、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、および様々な金属酸化物などの材料の薄層を含むことができる誘電体コーティングになりうる。これらの層の組成、厚さ、および数を選択することによって、コーティングの反射率および透過率を調整することができる。

導波路３２０は、比較的小さなフォームファクタを有することができる。例えば、導波路３２０は、Ｘ方向の次元に沿って約５０ｍｍ幅であり、Ｙ方向の次元に沿って３０ｍｍ長さであり、Ｚ方向の次元に沿って０．３～２ｍｍ厚さになりうる。他の実施形態では、導波路３２０は、Ｘ方向の次元に沿って約１５０ｍｍ幅であり、Ｙ方向の次元に沿って１００ｍｍ長さであり、Ｚ方向の次元に沿って０．１～２ｍｍの範囲の厚さになりうる。

いくつかの実施形態では、１つまたは複数のコントローラ（コントローラ３３０など）が、プロジェクタデバイス３１０の動作を制御してもよい。コントローラ３３０は、プロジェクタデバイス３１０に対する表示命令を生成することができる。表示命令は、１つまたは複数の単色画像を投影または放出するための命令を含みうる。いくつかの実施形態では、表示命令は、モノクロ画像ファイル（例えば、ビットマップ）を含みうる。表示命令は、例えば、図１のＨＭＤ１００に含まれる処理デバイスから受け取るか、処理デバイスとの無線または有線通信で受信されてもよい。本明細書で説明するように、表示命令は、プロジェクタデバイス３１０またはその個々のエミッタアレイを移動させるための命令、作動システムを作動させることによって導波路３２０を移動させるための命令をさらに含みうる。コントローラ３３０は、本開示の他の態様を曖昧にしないように、本明細書では明示的に示されていないハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアの組合せを含みうる。

いくつかの実施形態では、導波路３２０は、比較的大きなＦＯＶで拡大画像光３４０をユーザの眼２２０に出力することができる。例えば、拡張画像光３４０は、少なくとも６０度の対角ＦＯＶ（Ｘ方向およびＹ方向）でユーザの眼２２０に出力されうる。導波路３２０は、Ｘ方向およびＹ方向にそれぞれ少なくとも２０ｍｍの長さおよび少なくとも１０ｍｍの幅を有するアイボックスを提供するように構成されうる。一般的に、水平ＦＯＶは垂直ＦＯＶよりも大きくなることがある。例えば、導波路３２０は、１６：９、１６：１０、１６：１３、又は他の何らかのアスペクト比を有することができる。

図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃは、いくつかの実施形態による、プロジェクタデバイス３１０として図３のＮＥＤ３００に含まれうるプロジェクタデバイスの断面図である。図４Ａのプロジェクタデバイス４００Ａは、複数の２次元単色エミッタアレイを含んでもよい。図示されているように、プロジェクタデバイス４００Ａは、第１のエミッタアレイ４０２Ａ、第２のエミッタアレイ４０２Ｂ、および第３のエミッタアレイ４０２Ｃを含んでもよく、各エミッタアレイはアレイハウジング４０４Ａ、４０４Ｂ、および４０４Ｃに配置されてもよい。便宜上、エミッタアレイ４０２Ａ～４０２Ｃは、エミッタアレイ４０２と総称されるが、個別にエミッタアレイ４０２と称することもできる。同様に、アレイハウジング４０４Ａ～４０４Ｃは、ハウジング４０４と総称されるが、個別にハウジング４０４と称することもできる。ハウジング４０４の各々は、エミッタアレイ４０２によって放出される光の方向を変更するか、他の特性を制御することができるレンズ（例えば、ガラス、プラスチック、またはメタマテリアルのレンズ）、プリズム、フィルタなどの１つまたは複数の光学部品を含みうる光学系４０６を含んでもよい。図示したように、エミッタアレイ４０２は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プリント回路基板（ＰＣＢ）４０８、バックプレーン、またはエミッタアレイ４０２をコントローラ４１０に接続するリード線を含みうる他の構造など、共通構造に固定することができる。他の実施形態では、制御装置４１０は、ＨＭＤ１００の上または内部のどこかに配置されてよく、フレーム１０５に直接または間接的に固定されてもよい。

エミッタアレイ４０２の各々は、単一色の個々のエミッタの２次元構成を有する単色エミッタアレイであってもよい。本明細書に記載のように、緑色は約５００ｎｍから約５５５ｎｍまでの波長範囲として理解されうる。さらに、本明細書に記載のように、赤色は約６２２ｎｍから約７８０ｎｍまでの波長範囲として理解されうる。青色は約４４０ｎｍから約４９２ｎｍまでの波長範囲として理解されうる。したがって、単色エミッタアレイ４０２は、いくつかの実施形態において、単一波長ではなく、狭い波長範囲内の光を放出してもよい。例えば、単色エミッタアレイ４０２は、１つまたは複数の色フィルタを使用する方法などによって、幅が５～１０ｎｍの波長範囲内で放出してもよく、緩和された色収差補正性能要件によって、投影レンズ設計の単純化を促進しうる。特定の実施例によれば、エミッタアレイ４０２Ａは、赤色光エミッタのみを含んでもよく、エミッタアレイ４０２Ｂは、緑色光エミッタのみを含んでもよく、エミッタアレイ４０２Ｃは、青色光エミッタのみを含んでもよい。コントローラ４１０の指示の下で、エミッタアレイ４０２Ａ～４０２Ｃの各々は、そのエミッタによって生成される色によって単色画像を生成することができる。したがって、３つの単色エミッタアレイ４０２Ａ～４０２Ｃは、図３のカップリング領域３５０に向かって３つの単色画像（例えば、赤色画像、緑色画像、および青色画像）を同時に放出することができる。３つの単色画像は、フルカラー画像から抽出されうる。例えば、コントローラ４１０は、ユーザに表示されるフルカラー画像を受け取り、次にフルカラーを赤色画像、緑色画像、および青色画像などの複数の単色画像に分解してもよい。本明細書に記載のように、導波路構成３２０は、３つの単色画像を組み合わせて（または再度組み合わせて）、フルカラー画像または多色画像を生成してもよく、次にこれらを光３４０として眼２２０に向けて導いてもよい。さらに他の実施例では、１つまたは複数のエミッタアレイ４０２Ａ～４０２Ｃは、複数の波長の光、波長の範囲、または単色光以外の他の形態の光を生成しうる。

いくつかの実施形態では、較正および／または整列システム（図４Ａには示していない）を使用して、（例えば、単色エミッタアレイ４０２Ａ～４０２Ｃのうちの１つまたは複数の機械的移動、または関連する単色エミッタアレイ４０２Ａ～４０２Ｃから放出される１つまたは複数の画素による単色画像のうちの１つまたは複数のソフトウェア移動を介して）複数の単色画像の整列を行い、所望のまたは意図され適切に整列された多色画像を生成することができる。

図４Ｂは、複数のエミッタアレイが、共通のＡＳＩＣ、ＰＣＢ、バックプレーン、または他の構造に固定されることによって、互いに対して固定されていなくてもよいプロジェクタデバイス４００Ｂを示している。代わりに、エミッタアレイ４０２の各々は、個々のＰＣＢ４０８Ａ、４０８Ｂ、４０８Ｃ、および４０８Ｄに固定されてもよい。他の実施形態では、１つまたは複数のＰＣＢ４０８Ａ～４０８Ｄの代わりに、ＡＳＩＣまたは他の個々の構造、あるいはこれらの何らかの組合せを使用することができる。プロジェクタデバイス４００Ｂは、第４のアレイハウジング４０４Ｄ内に配置された第４の単色エミッタアレイ４０２Ｄ（又は、厳密には単色ではない光を放出する他のエミッタアレイ）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、エミッタアレイ４０２Ｄは、白色光エミッタアレイであってもよく、その結果、エミッタアレイ４０２Ｄの各エミッタは、白色光のみを生成する。いくつかの実施形態では、白色光エミッタアレイは、そうでなければエミッタアレイ４０２Ａ～４０２Ｃの組み合わせによって生成される白色画像画素を生成するために使用されてもよい。白色光エミッタアレイは、見る人によって白色として知覚される光を生成しうる。いくつかの実施形態では、白色光エミッタアレイは、黄色蛍光体コーティング（例えば、セリウム（ＩＩＩ）ドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｃｅ：ＹＡＧ））を有する青色マイクロＬＥＤを含むことができる。青色エミッタと蛍光体との組み合わせは、ユーザに白色に見える光を提供しうる。これは、単一のエミッタアレイの電力要件を３エミッタアレイの組合せに置き換えることにより、電力消費を低減することができる。追加的にまたは代替的に、エミッタアレイ４０２Ｄによって生成されるそのような単色画像は、エミッタ４０２Ａ～４０２Ｃについての３つの画像を組み合わせることによって生成される多色画像の色を実質的に変えない輝度または彩度の画像であってもよい。いくつかの実施形態では、白色光エミッタアレイは、白色として知覚されうる広い可視発光スペクトルを生成するマイクロＯＬＥＤエミッタアレイであってもよい。他の例では、第４の単色エミッタアレイ４０２Ｄは、別の色（例えば、緑と青の間のシアンまたは他の色）を放出してよく、全体的により効率的であってよく、また、単色エミッタアレイ４０２Ａ～４０２Ｄを４原色システムとして使用することを容易にしうる。

図４Ｃは、エミッタアレイ４０２の高さがエミッタアレイごとに変化しうるプロジェクタデバイス４００Ｃを示している。図示したように、アレイハウジング４０４Ａは、アレイハウジング４０４Ｂよりも高いか背が高いことがあり、次にアレイハウジング４０４Ｂはアレイハウジング４０４Ｃよりも高いか背が高いことがある。高さの違いは、各ハウジングに含まれる光学系の違いを許容することができる。したがって、光学系４０６Ａは、光学系４０６Ｂよりも多くの構成要素またはより大きな構成要素を有してもよく、より高い出力レベルで動作してもよく、次に光学系４０６Ｂは、光学系４０６Ｃよりも多くの構成要素および／またはより低い出力レベルを有してもよい。例えば、図４Ｃのエミッタアレイ４０２Ａは、緑の画像エミッタアレイであってもよい。緑のエミッタアレイ４０２Ａはサイズがより大きいため、より大きな熱放散および／または光学素子の改善をもたらしうる。これにより、緑の画像を３つの単色画像の中で最も明るくすることができる。

図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃは、いくつかの実施形態による、図３のプロジェクタデバイス３１０に含まれうるエミッタアレイ構成の上面図である。図５Ａに示した構成５００Ａは、軸Ａ１に沿った図４Ａのエミッタアレイ４０２Ａ～４０２Ｃの線形構成である。この特定の線形構成は、矩形エミッタアレイ４０２のより長い辺に従って配置されてもよい。エミッタアレイ４０２は、いくつかの実施形態では、エミッタの正方形の構成を有してもよいが、他の実施形態では、エミッタの長方形の構成を含んでもよい。さらに他の例では、エミッタアレイ４０２Ａ～４０２Ｃは、第１の方向に直交する第１の寸法（例えば、幅）と第２の寸法（例えば、長さ）を画定しつつ、（例えば、楕円形の、円形の、または何らかの方法で丸められた）他の構成を有してもよく、１つの寸法は互いに等しいかまたは等しくない。図５Ｂでは、エミッタアレイ４０２Ａ～４０２Ｃは、軸Ａ２に沿って、長方形のエミッタアレイ４０２の短辺に従って線形構成５００Ｂで配置されてもよい。図５Ｃは、エミッタアレイ４０２の中心が非線形（例えば、三角形）の形状または構成を形成する、エミッタアレイ４０２Ａ～４０２Ｃの三角形構成を示す。図５Ｃの構成５００Ｃのいくつかの実施形態は、エミッタアレイ４０２が長方形または正方形の構成になるように、白色光エミッタアレイ４０２Ｄを含んでもよい。エミッタアレイ４０２は、いくつかの実施形態で、１０００×１０００以上のエミッタを有する２次元エミッタ構成を有してもよい。他の様々な構成もまた、本開示の範囲内にある。

図６Ａと図６Ｂは、いくつかの実施形態による、図４Ａ～図４Ｃおよび図５Ａ～図５Ｃのエミッタアレイ４０２内に個々のエミッタとして含まれうる例示的なマイクロＬＥＤ６００Ａの概略断面図である。図６Ａは、マイクロＬＥＤ６００Ａの概略断面を示す。「マイクロＬＥＤ」は、小さなアクティブ発光領域（例えば、いくつかの実施形態では２，０００μｍ^２未満、他の実施形態では２０μｍ^２未満、または１０μｍ^２未満）を有する特定のタイプのＬＥＤであってもよい。いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤ６００Ａの発光面は、約５μｍ未満の直径を有してもよいが、他の実施形態では、発光面により小さな（例えば、２μｍ）またはより大きな直径が用いられてもよい。また、マイクロＬＥＤ６００Ａは、いくつかの実施例では、コリメートされた光出力または非ランベルト光出力を有してもよく、これは、小さなアクティブ発光領域から放出される光の輝度レベルを増大させうる。

マイクロＬＥＤ６００Ａは、特に、基板６０２上に配置された半導体エピタキシャル層６０４を有するＬＥＤ基板６０２と、エピタキシャル層６０４上に配置された誘電体層６１４およびｐコンタクト６１９と、誘電体層６１４およびｐコンタクト６１９上に配置された金属反射器層６１６と、エピタキシャル層６０４上に配置されたｎコンタクト６１８とを含んでもよい。エピタキシャル層６０４は、メサ６０６に成形されてもよい。アクティブ発光領域６０８は、エピタキシャル層６０４のｐドープ領域６１７によって、メサ６０６の構造内に形成されてもよい。

基板６０２は、サファイアまたはガラスなどの透明材料を含みうる。一実施形態では、基板６０２は、シリコン、酸化シリコン、二酸化シリコン、酸化アルミニウム、サファイア、シリコンとゲルマニウムの合金、リン化インジウム（ＩｎＰ）などを含みうる。いくつかの実施形態では、基板６０２は、半導体材料（例えば、単結晶シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、および／またはＩＩＩ－Ｖ系材料（例えば、ヒ化ガリウム）、またはこれらの任意の組合せ）を含みうる。様々な実施形態では、基板６０２は、ポリマーベースの基板、ガラス、または２次元材料（例えば、グラフェンおよび二硫化モリブデン）、有機材料（例えば、ペンタセン）、透明酸化物（例えば、インジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ））、多結晶ＩＩＩ－Ｖ材料、多結晶ゲルマニウム、多結晶シリコン、アモルファスＩＩＩ－Ｖ材料、アモルファスゲルマニウム、アモルファスシリコン、またはこれらの任意の組合せを含む任意の他の曲げ可能な基板を含んでもよい。いくつかの実施形態では、基板６０２は、アクティブＬＥＤと同じタイプのＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体（例えば、窒化ガリウム）を含んでもよい。他の実施例では、基板６０２は、エピタキシャル層６０４の格子定数に近い格子定数を有する材料を含んでもよい。

エピタキシャル層６０４は、窒化ガリウム（ＧａＮ）またはヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）を含みうる。アクティブ層６０８は、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）を含んでもよい。使用される半導体材料の種類および構造は、特定の色を放出するマイクロＬＥＤを生成するために変えられてもよい。一実施形態では、使用される半導体材料は、ＩＩＩ～Ｖ族半導体材料を含みうる。ＩＩＩ－Ｖ族半導体材料層は、ＩＩＩ族元素（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎなど）とＶ族元素（Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂなど）とを組み合わせて形成されるこれらの材料を含みうる。ｐコンタクト６１９およびｎコンタクト６１８は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）から形成されたコンタクト層、または所望の厚さで透明でありうる別の導電性材料から形成されたコンタクト層、または良好な光透過性／透明性と電気接触の両方を提供するためにグリッド状パターンでアレイ化され、その結果、マイクロＬＥＤ６００Ａも透明または実質的に透明でありうる。このような実施例では、金属反射器層６１６は省略されてもよい。他の実施形態では、ｐコンタクト６１９およびｎコンタクト６１８は、画素設計に応じて、光透過性または透明でなくてもよい導電性材料（例えば、金属）から形成されるコンタクト層を含んでもよい。

いくつかの実装形態では、より広スペクトルの透明導電性酸化物（ＴＣＯ）、導電性ポリマー、金属グリッド、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン、ナノワイヤメッシュ、および薄い金属膜を含む、ＩＴＯの代替物を使用することができる。追加のＴＣＯは、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）およびインジウムドープ酸化カドミウムなどのドープ二元化合物を含むことができる。追加のＴＣＯは、スズ酸バリウム、およびバナジン酸ストロンチウムおよびバナジン酸カルシウムなどの金属酸化物を含みうる。いくつかの実施態様では、導電性ポリマーが使用できる。例えば、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）ＰＥＤＯＴ：ポリ（スチレンスルホン酸）ＰＳＳ層を使用することができる。別の実施例では、ヨウ素がドープされたポリ（４，４－ジオクチルシクロペンタジチオフェン）材料または２，３－ジクロロ－５，６－ジシアノ－１，４－ベンゾキノン（ＤＤＱ）を使用することができる。いくつかの例示的な実施形態では、例示的なポリマーおよび同様の材料をスピンコーティングすることができる。

いくつかの実施形態では、ｐコンタクト６１９は、メサ６０６のｐドープ領域６１７とオーム接触を形成する材料であってもよい。そのような材料の試験は、限定するものではないが、パラジウム、その後の酸化およびアニーリングによってＮｉＡｕ多層コーティングとして堆積された酸化ニッケル、銀、酸化ニッケル／銀、金／亜鉛、白金金、またはｐドープＩＩＩ－Ｖ族半導体材料とオーム接触を形成する他の組み合わせを含みうる。

エピタキシャル層６０４のメサ６０６は、基板６０２の基板発光面６１０に対向する側に、切り捨てられた頂部を有してもよい。メサ６０６はまた、マイクロＬＥＤ６００Ａ内で発生する光のための反射エンクロージャ又は放物面反射器を形成するために、放物面又は放物面に近い形状を有してもよい。しかしながら、図６Ａはメサ６０６のための放物面または放物面に近い形状を示すが、他の実施形態では、メサ６０６のための他の形状も可能である。矢印は、アクティブ層６０８から放出された光６１２が、マイクロＬＥＤ６００Ａから逃れるのに十分な角度（すなわち、内部全反射の角度の外側）で、メサ６０６の内壁から発光面６１０に向かってどのように反射されうるかを示している。ｐコンタクト６１９とｎコンタクト６１８は、マイクロＬＥＤ６００Ａを基板に電気的に接続することができる。

マイクロＬＥＤ６００Ａの放物面形状の構造は、非成形のＬＥＤまたは標準的なＬＥＤと比較した場合、マイクロＬＥＤ６００Ａの抽出効率が低照射角で増大する結果となりうる。標準的なＬＥＤダイは一般的に、１２０°の半値全幅（ＦＷＨＭ）角を提供しうる。比較してみると、マイクロＬＥＤ６００Ａは、標準的なＬＥＤダイよりも少ない制御された発光角ＦＷＨＭ（例えば、約６０°）を提供するように設計可能である。この効率の向上とマイクロＬＥＤ６００Ａのコリメートされた出力によって、熱管理および／またはバッテリ寿命にとって重要となりうる、ＮＥＤの全体的な出力効率の改善が可能になる。

マイクロＬＥＤ６００Ａは、図６Ａに示したように、水平面に沿って切ったときに円形断面を含みうる。しかしながら、マイクロＬＥＤ６００Ａの断面は、他の例では非円形であってもよい。マイクロＬＥＤ６００Ａは、ウェハ処理ステップ中にＬＥＤダイ上に直接エッチングされた放物面構造を有してもよい。放物面構造は、光を生成するために、マイクロＬＥＤ６００Ａのアクティブ発光領域６０８を含んでよく、放物面構造は、基板発光面６１０から放出される準コリメート光６１２を形成するため、生成された光の一部を反射してもよい。いくつかの実施例では、マイクロＬＥＤ６００Ａの光学的サイズは、アクティブ発光領域６０８以下であってもよい。他の実施形態では、マイクロＬＥＤ６００Ａの光学的サイズは、エミッタアレイ４０２によって生成される任意の主光線角度（ＣＲＡ）オフセットを含む、マイクロＬＥＤ６００Ａの使用可能な輝度を改善するため、屈折または反射アプローチなどによって、アクティブ発光領域６０８よりも大きくてもよい。

図６Ｂは、図６ＡのマイクロＬＥＤ６００Ａと多くの点で類似するマイクロＬＥＤ６００Ｂを示す。マイクロＬＥＤ６００Ｂは、放物面構造上に形成されうるマイクロレンズ６２０をさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、マイクロレンズ６２０は、マイクロＬＥＤ６００Ａ上にポリマーコーティングを塗布し、コーティングをパターン化し、コーティングをリフローして所望のレンズ曲率を達成することによって形成されてもよい。マイクロレンズ６２０は、マイクロＬＥＤ６００Ｂの主光線角度を変更するために、発光面上に配置されてもよい。別の実施形態では、マイクロレンズ６２０は、マイクロＬＥＤ６００Ａの上にマイクロレンズ材料を堆積させることによって（例えば、スピンオン法または堆積プロセスによって）形成されてもよい。例えば、湾曲した上面を有するマイクロレンズテンプレート（図示せず）を、マイクロレンズ材料の上にパターン化することができる。いくつかの実施形態では、マイクロレンズテンプレートは、丸みを帯びた形状を形成するため、分散露光線量を使用して露光され（例えば、ネガ型フォトレジストの場合、曲率の底部ではより多くの光が露光され、曲率の頂部ではより少ない光が露光される）、現像され、ベークされてもよい。次いで、マイクロレンズ６２０は、マイクロレンズテンプレートに従ってマイクロレンズ材料を選択的にエッチングすることによって形成することができる。いくつかの実施形態では、マイクロレンズ６２０の形状は、基板６０２にエッチングすることによって形成されてもよい。他の実施形態では、マイクロレンズの代わりに、環状レンズ、フレネルレンズ、またはフォトニック結晶構造などの、他のタイプの光整形素子または光分配素子が使用されうる。

いくつかの実施形態では、図６Ａおよび図６Ｂに関連して上記で具体的に論じたもの以外のマイクロＬＥＤ配列を、エミッタアレイ４０２内のマイクロＬＥＤとして使用することができる。例えば、マイクロＬＥＤは、金属反射器に囲まれてエピタキシャル成長した発光材料の分離されたピラーを含んでもよい。また、エミッタアレイ４０２の画素は、光のクロストークを防止するため、反射材料または吸収材料によって囲まれることも囲まれないこともある、エピタキシャル成長した材料の小さなピラー（例えば、ナノワイヤ）のクラスタを含んでもよい。いくつかの実施例では、マイクロＬＥＤ画素は、プラズマ処理、イオン注入などのパッシベーション手段を用いて個々の画素を電気的に絶縁することができる、平面的なエピタキシャル成長したＬＥＤデバイス上の個々の金属ｐコンタクトであってもよい。このようなデバイスは、マイクロレンズ、回折構造、またはフォトニック結晶などの光抽出増強法で製造することができる。本明細書に具体的に開示されたもの以外の、上述の寸法のマイクロＬＥＤを製造するための他のプロセスは、他の実施形態で使用されてもよい。

図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、および図７Ｄは、いくつかの実施形態による、プロジェクタデバイスおよび導波路構成を含むディスプレイシステムまたはＮＥＤの断面図である。図７Ａ～図７Ｄに示された実施形態は、多くの画像複製（例えば、射出瞳複製）の投影を提供することができ、一方、他の実施形態は、代わりに１つの点で１つの画像投影のデカップリングを提供することができる。したがって、開示されたＮＥＤの追加の実施形態は、１つのデカップリング素子を提供することができる。アイボックス２３０に向けて１つの画像を出力することで、カップリングされた画像光の強度を保持しうる。１つの点でのデカップリングを提供するいくつかの実施形態は、出力画像光のステアリングをさらに提供することができる。そのような瞳孔ステアリング（ｐｕｐｉｌ－ｓｔｅｅｒｉｎｇ）ＮＥＤは、ユーザの注視をモニタするための視線追跡のためのシステムをさらに含むことができる。射出瞳複製を提供する導波路構成のいくつかの実施形態は、本明細書に記載のように１次元の複製を提供することができるが、他の実施形態は、２次元の複製を提供することができる。図７Ａ～図７Ｄに示されているように、２次元の射出瞳複製は、各図の平面内及び平面外に光を導くことを含みうる。図は簡略化された形式で示されている。検出されたユーザの注視は、エミッタアレイの位置および／または配向を個別に、またはプロジェクタデバイス７５０を全体的に調整するために、および／または導波路構成の位置および／または配向を調整するために使用されてもよい。出力画像瞳孔を操縦するためのディスプレイシステム構成要素の位置および／または配向を調整するためのいくつかの例示的な作動システムは、図１１Ａ～図１Ｄに関連して以下でさらに詳細に記載される。

図７Ａでは、導波路構成７００Ａは、支持構造７５４（例えば、プリント回路基板または別の構造）に固定された１つまたは複数の単色エミッタ７５２を含みうるプロジェクタデバイス７５０と協働して配置される。支持構造７５４は、図１のフレーム１０５にカップリングされてもよい。導波路構成７００Ａは、距離Ｄ１を有する空隙によって、プロジェクタデバイス７５０から分離されてもよい。距離Ｄ１は、いくつかの実施例では、約５０μｍから約５００μｍの範囲内であってもよい。プロジェクタデバイス７５０から投影される１つまたは複数の単色画像は、導波路構成７００Ａに向かって空隙を通過してもよい。本明細書に記載のプロジェクタデバイスの実施形態はいずれも、プロジェクタデバイス７５０として利用されうる。

導波路構成７００Ａは、ガラスまたはプラスチック材料から形成されうる導波路７０２Ａを含みうる。いくつかの実施形態では、導波路７０２Ａは、上面７０８Ａ上のデカップリング素子７０６Ａと底面７０８Ｂ上のデカップリング素子７０６Ｂとによって形成される、カップリング領域７０４Ａおよびデカップリング領域を含みうる。デカップリング素子７０６Ａと７０６Ｂとの間の導波路７０２Ａ内の領域は、伝搬領域７１０とみなすことができ、その中で、プロジェクタデバイス７５０から受け取られ、カップリング領域７０４Ａに含まれるカップリング素子によって導波路７０２Ａ内にカップリングされる光画像は、導波路７０２Ａ内を横方向に伝搬しうる。

カップリング領域７０４Ａは、所定の波長の光、例えば、赤、緑、または青の光をカップリングするように構成され寸法が決められたカップリング素子７１２を含みうる。白色光エミッタアレイがプロジェクタデバイス７５０に含まれる場合、所定の波長に入る白色光の一部は、カップリング素子７１２の各々によってカップリングされてもよい。いくつかの実施形態では、カップリング素子７１２は、所定の波長の光をカップリングするように寸法が決められたブラッグ回折格子などの回折格子になりうる。いくつかの実施例では、各カップリング素子７１２の回折格子は、特定のカップリング素子７１２が導波路７０２Ａにカップリングされるべき所定の光の波長に関連する回折格子間の分離距離を示し、その結果、各カップリング素子７１２に対して異なる回折格子分離距離が生じることがある。したがって、各カップリング素子７１２は、含まれる場合には、白色光エミッタアレイからの白色光の限られた部分をカップリングしうる。他の実施例では、回折格子分離距離は、各カップリング素子７１２について同じであってもよい。いくつかの実施例では、カップリング素子７１２は、多重化カプラであってよく、または多重化カプラを含んでもよい。

図７Ａに示されたように、赤色画像７２０Ａ、青色画像７２０Ｂ、および緑色画像７２０Ｃは、カップリング領域７０４Ａのカップリング素子によって伝搬領域７１０にカップリングされてよく、導波路７０２Ａ内で横方向に横断を開始してもよい。光の一部は、光が１次元の射出瞳複製のためにデカップリング素子７０６Ａに接触した後、および光が２次元の射出瞳複製のためにデカップリング素子７０６Ａおよびデカップリング素子７０６Ｂの両方に接触した後に、導波路７０２Ａの外に投影されてもよい。２次元の射出瞳複製の実施形態では、光はデカップリング素子７０６Ａのパターンがデカップリング素子７０６Ｂのパターンと交差する位置で導波路７０２Ａの外に投影されてもよい。

デカップリング素子７０６Ａによって導波路７０２Ａの外に投影されない光の部分は、デカップリング素子７０６Ｂで反射されてもよい。デカップリング素子７０６Ｂは、図示されたように、すべての入射光をデカップリング素子７０６Ａに向かって反射して戻すことができる。したがって、導波路７０２Ａは、赤色画像７２０Ａ、青色画像７２０Ｂ、および緑色画像７２０Ｃを、射出瞳複製７２２と称されうる多色画像インスタンスに組み合わせることができる。多色射出瞳複製７２２は、図２のアイボックス２３０に向かって、また、射出瞳複製７２２をフルカラー画像（例えば、赤、緑、および青に加えた色を含む画像）として解釈することができる眼２２０に投影することができる。導波路７０２Ａは、数十または数百の射出瞳複製７２２を生成すること、あるいは１つの複製７２２を生成することができる。

図７Ｂは、導波路構成７００Ｂおよびプロジェクタデバイス７５０の断面図である。導波路構成７００Ｂは、多くの点で、図７Ａの導波路構成７００Ａと類似しうる。導波路構成７００Ｂは、導波路７０２Ｂが異なるカップリング領域７０４Ｂを含んでもよいという点で、導波路構成７００Ａと異なる場合がある。カップリング素子７１２として回折格子を含むのではなく、導波路構成７００Ｂのカップリング領域７０４Ｂは、受け取った画像光を反射して屈折し、デカップリング素子７０６Ａに向けて導く、底面７０８Ｂから内側に延びるプリズムを含んでもよい。同様に、図７Ｃは、導波路構成７００Ｃとプロジェクタデバイス７５０との断面図である。また、導波路構成７００Ｃは、図７Ａの導波路構成７００Ａに関連して本明細書に記載される特徴の多くを含んでもよい。導波路構成７００Ｃは、上面７０８Ａから上方に突出するプリズム要素を有するカップリング領域７０４Ｃを有する導波路７０２Ｃを含んでもよい。

図７Ｄは、導波路構成７００Ｄおよびプロジェクタデバイス７６０の断面図である。導波路構成７００Ｄは、複数の導波路を含んでもよい。図示したように、一組の導波路７０２Ｄは、第１の導波路７３０Ａ、第２の導波路７３０Ｂ、および第３の導波路７３０Ｃを含んでもよい。導波路７３０の各々は、それ自体のカップリング領域７３２Ａ、７３２Ｂ、および７３２Ｃをそれぞれ含むことができる。カップリング領域７３２の各々は、所定の波長の光を受け取るように適合されてもよい。同様に、導波路７３０の各々は、例えば、光の波長に基づいて所定の厚みを有することによって、所定の波長の光を受け取るように適合されてもよい。導波路７３０の他の光学特性は、導波路が受け取るべき光の所定の波長に基づいて適応されてもよい。導波路７３０の各々は、所定の波長の光に特別に適合されてもよいデカップリング領域を有してもよい。デカップリング素子７０６Ａおよび７０６Ｂは、明確にするために、図７Ｄには明示的に示されていない。

図４Ｃのプロジェクタデバイス４００Ｃと同様に、プロジェクタデバイス７６０は、異なる色に対して異なる長さのアレイハウジングを含んでもよい。図示したように、アレイハウジング７６２Ａは、アレイハウジング７６２Ｂよりも長くてもよく、次いで、アレイハウジング７６２Ｂはアレイハウジング７６２Ｃよりも長くてもよい。プロジェクタデバイス７６０の個々のエミッタアレイに関連する高さまたはバレル長は、光学系の改良、放熱の増大を可能にしうる。本明細書に記載のように、最も背の高いアレイハウジング７６２Ａは、人間の眼が緑の光の波長に最も反応するため、緑の光または緑の画像を放出するエミッタアレイを含んでもよい。積層導波路構成を使用する場合、導波路構成７００Ｄと同様に、各導波路７３０は、互いの導波路を収容すべきである。例えば、導波路７３０Ａは、（１）導波路７３０Ｂによって投影されうる画像７２０Ｂと、（２）導波路７３０Ｃによって投影されうる画像７２０Ｃとを通過させてもよい。同様に、導波路７３０Ｂは、導波路７３０Ｃによって投影されうる画像７２０Ｃを通過させてもよい。このようにして、射出瞳複製７２２は、視覚的に整列され、重なり合う画像７２０Ａ、７２０Ｂ、および７２０Ｃを含むことができる。

アレイハウジング７６２Ａのバレルは、導波路７３０Ｃの上面の上方から導波路７３０Ｂの底面まで延在しうるので、導波路７３０Ｃおよび導波路７３０Ｂの両方は、ハウジング７６２Ａを収容するように成形または構成されうる。例えば、アレイハウジング７６２Ａを収容するために、導波路７３０Ｂにノッチまたは切り欠きを形成してもよい。同様に、アレイハウジング７６２Ａおよびアレイハウジング７６２Ｂの両方を収容するために、導波路７３０Ｃにノッチまたは切り欠きを形成してもよい。導波路７３０Ａは、アレイハウジングが導波路７３０Ａの上面を越えて延在することがないため、いかなる切り欠きも必要としない場合がある。

図７Ａ～図７Ｄは、本明細書で説明される様々な単色エミッタアレイと併せて使用することができる様々な導波路構成７００Ａ～７００Ｄを示しているが、単色エミッタアレイ（例えば、単色エミッタアレイ４０２Ａ～４０２Ｄ）から光を受け取り、その光を組み合わせて多色画像を生成する、本明細書で特に開示しない他の導波路構成も、他の実施形態で使用することができる。例えば、図７Ａ～図７Ｄは、一般的に同じ支持構造７５４にカップリングされた複数の単色エミッタ７５２を有するプロジェクタデバイス７５０を示しているが、他の実施形態は、導波路構成７００の周囲の異なる位置に配置される別々の単色エミッタ７５２（例えば、導波路構成７００の上面の近くに配置される１つまたは複数の単色エミッタ７５２と、導波路構成７００の底面の近くに配置される１つまたは複数の単色エミッタ７５２）を有するプロジェクタデバイス７５０を採用してもよい。

図８は、いくつかの実施形態による、図７Ａ～図７Ｄに示されるようなディスプレイシステムまたはＮＥＤにおいて画像を表示する方法８００のフロー図である。図８に示すステップのうちの１つまたは複数は、図１、図２、図３などに示すシステムを含む、任意の適切なコンピュータ実行可能コードおよび／またはコンピューティングシステムによって実行することができる。例えば、ステップのうちの１つまたは複数は、図３のコントローラ３３０または本明細書で説明される他の処理デバイスによって実行されうる。一実施例では、図８に示したステップの各々は、その構造が複数のサブステップを含み、かつ／または複数のサブステップによって表されるアルゴリズムを表すことができる。その例を以下でより詳細に示す。方法８００の実施形態は、図８に列挙して示したステップの前後や間に、あるいはその一部として、追加のステップを含んでもよい。

図８に示したように、ステップ８０２では、処理装置は、第１の単色エミッタアレイから導波路の第１のカップリング素子に向かって、第１の単色画像を放出させることができる。例えば、コントローラ３３０は、第１の単色画像を放出するように、図４Ａのプロジェクタデバイス４００Ａの単色エミッタアレイ４０２Ａを導いてもよい。この実施例では、単色画像は、赤色光からなる画像であってもよい。単色画像は、図７Ａの導波路構成７００Ａのカップリング領域７０４Ａに含まれるカップリング素子７１２に向けて導かれてもよい。いくつかの実施形態では、コントローラ３３０または別の処理デバイスなどの処理デバイスは、分解を指示してもよく、あるいはフルカラー画像を、第１の単色画像を含む複数の単色画像に分解してもよい。

ステップ８０４では、処理デバイスは、第２の単色エミッタアレイからの第２の単色画像の放出を、導波路の第２のカップリング素子に向けて導くことができる。例えば、コントローラ３３０は、図４Ａのプロジェクタデバイス４００Ａの単色エミッタアレイ４０２Ｂに、第２の単色画像を放出させることができるが、これは青色光からなる単色画像であってもよい。青色光単色画像は、導波路構成７００Ａの対応するカップリング素子７１２に投影されてもよい。

ステップ８０２および８０４の結果として、多色画像は、導波路のデカップリング素子から導かれるか投影されてよく、多色画像は、第１の単色画像と第２の単色画像との組み合わせとなっている。たとえば、図７Ａの射出瞳複製７２２には多色画像が提供されている場合があり、これは、単色画像７２０Ａ、７２０Ｂ、および７２０Ｃを１つのフルカラー画像に組み合わせたものであり、デカップリング素子７０６Ａによってアイボックス２３０に向けて投影され、そこを通ってユーザの眼２２０に向けて投影される場合がある。多色画像の投影は、導波路内への第１および第２の単色画像の処理デバイス方向への放出および導波路自体の光学的特徴の結果であってもよい。

方法８００のいくつかの実施形態は、多色画像を複製して、導波路内の多色画像の複数のインスタンスを生成する結果を生じさせ、導波路の非干渉要素から多色画像を投影することは、非干渉要素から多色画像の複数のインスタンスを投影することを含みうる。例えば、導波路７０２Ａは、射出瞳複製７２２のような複数の射出瞳複製を生成することができる。

方法８００のいくつかのさらなる実施形態では、第１のカップリング素子は、放出された第１の単色画像を導波路の第１の表面上で受け取り、デカップリング素子は、多色画像を導波路の第２の表面からアイボックスに向けて投影することができ、第２の表面は、第１の表面に対向して配置される。例えば、カップリング素子７１２は、導波路７０２Ａの上面７０８Ａを通して画像７２０Ａを受け取ってもよい。射出瞳複製７２２は、底面７０８Ｂを通して放出されてもよい。

加えて、方法８００のいくつかの実施形態は、白色光を放出する複数のＬＥＤを作動させることによって、単色エミッタアレイからの白色光単色画像の放出を指示するステップを含んでもよい。例えば、図４Ｂの単色エミッタアレイ４０２Ｄは、白色光画像を生成するように動かされる白色光エミッタを含んでもよい。

また、方法８００のいくつかの実施形態では、コントローラ３３０は、コントローラ３３０が色空間の構成色に分解しうる多色画像又は「白色光」画像を表す信号を受信することができ、構成色の各々は、各単色エミッタアレイ４０２Ａ～４０２Ｄによって生成される単色画像を定義する。さらに、方法８００のいくつかの実施形態は、方法８００の説明されたステップまたは操作のうちの１つまたは複数に対応する命令が内部に記憶された、有形の非一過性のコンピュータ可読媒体を含むことができる。処理デバイスが命令を実行するとき、処理デバイスは、方法８００のステップのうちの１つまたは複数を実行することができる。

図９Ａ、図９Ｂ、および図９Ｃは、いくつかの実施形態による、ディスプレイシステムまたはＮＥＤの斜視図である。図９ＡのＮＥＤ９００Ａは、ユーザの両眼に画像を投影するのに十分な幅または長さとなりうる細長い導波路構成９０２を含みうる。導波路構成９０２は、デカップリング領域９０４を含むことができる。導波路構成９０２を通してユーザの両眼に画像を提供するため、複数のカップリング領域９０６が、導波路構成９０２の導波路の上面に設けられてもよい。カップリング領域９０６Ａおよび９０６Ｂは、それぞれ、エミッタアレイセット９０８Ａおよびエミッタアレイセット９０８Ｂによって提供される光画像とインターフェース接続するために、複数のカップリング素子を含んでもよい。エミッタアレイセット９０８の各々は、本明細書で説明するように、複数の単色エミッタアレイを含むことができる。示したように、エミッタアレイセット９０８はそれぞれ、赤色エミッタアレイ、緑色エミッタアレイ、および青色エミッタアレイを含みうる。本明細書に記載のように、いくつかのエミッタアレイセットは、白色エミッタアレイ、あるいは何らかの他の色または色の組み合わせを放出するエミッタアレイを含んでもよい。

導波路構成９０２のいくつかの実装形態では、エミッタアレイセット９０８は、分割線９１０Ａによって示されるように、デカップリング領域９０４のほぼ同一の部分を覆うことができる。他の実施形態では、エミッタアレイセット９０８は、分割線９１０Ｂによって示されるように、非対称に、導波路構成９０２の導波路内に画像を提供してもよい。このような実施において、エミッタアレイセット９０８Ａは、デカップリング領域９０４の半分以上に画像を提供することができ、一方、エミッタアレイセット９０８Ｂは、デカップリング領域９０４の半分未満に画像を提供することができる。エミッタアレイセット９０８は、図９Ａに示されたように、導波路構成９０２の両側に配置されてもよいが、他の実施形態では、１８０°以外の角度で配置されたエミッタアレイセット９０８を含んでもよい。導波路構成９０２は、いくつかの実施形態では平面であってよいが、他の実施形態では、ユーザの顔／頭部により良く適合するように湾曲した断面形状を有してもよい。

図９Ｂは、デカップリング領域９２２Ａおよび９２２Ｂをそれぞれ有する右眼導波路９２０Ａおよび左眼導波路９２０Ｂを備えた導波路構成を有するＮＥＤ９００Ｂの斜視図である。右眼導波路９２０Ａは、１つまたは複数のカップリング領域９２４Ａ、９２４Ｂ、９２４Ｃ、および９２４Ｄ（そのすべてまたは一部は、カップリング領域９２４と総称されることがある）と、対応する数のエミッタアレイセット９２６Ａ、９２６Ｂ、９２６Ｃ、および９２６Ｄ（そのすべてまたは一部は、エミッタアレイセット９２６と総称されることがある）とを含んでもよい。したがって、右眼導波路９２０Ａの図示された実施形態は、２つのカップリング領域９２４および２つのエミッタアレイセット９２６を含みうるが、他の実施形態では、より多くのまたはより少ない数を含むことがある。いくつかの実施形態では、エミッタアレイセットの個々のエミッタアレイは、デカップリング領域の周囲の異なる位置に配置されてもよい。例えば、エミッタアレイセット９２６Ａは、デカップリング領域９２２Ａの左側に沿って配置された赤色エミッタアレイと、デカップリング領域９２２Ａの上側に沿って配置された緑色エミッタアレイと、デカップリング領域９２２Ａの右側に沿って配置された青色エミッタアレイとを含んでもよい。したがって、エミッタアレイセットのエミッタアレイは、デカップリング領域に対して、すべて一緒に、ペアで、あるいは個別に配置することができる。

左眼導波路９２０Ｂは、いくつかの実施形態では、右眼導波路９２０Ａと同じ数および構成のカップリング領域９２４とエミッタアレイセット９２６を含んでもよい。他の実施形態では、左眼導波路９２０Ｂおよび右眼導波路９２０Ａは、異なる数および構成（例えば、位置と配向）のカップリング領域９２４とエミッタアレイセット９２６を含んでもよい。右眼導波路９２０Ａの描写には、１つのエミッタアレイセット９２６に含まれる個々のエミッタアレイの有効射出瞳複製領域の描写が含まれる。例えば、エミッタアレイセット９２６の赤色エミッタアレイは、限られた領域９２８Ａ内に赤色画像の射出瞳複製を生成することができる。緑色エミッタアレイは、限られた領域９２８Ｂ内に緑色画像の射出瞳複製を生成することができる。青色エミッタアレイは、限られた領域９２８Ｃ内に青色画像の射出瞳複製を生成することができる。限られた領域９２８は、１つの単色エミッタアレイから別の単色エミッタアレイまで異なっていてもよいので、限られた領域９２８の重なり合う部分のみが、アイボックス２３０に向かって投影されるフルカラー射出瞳複製を提供することができる。

図９Ｃは、いくつかの点で図９Ａおよび図９ＢのＮＥＤ９００ＡおよびＮＥＤ９００Ｂに類似するＮＥＤ９００Ｃの斜視図である。ＮＥＤ９００Ｃは、カップリング領域９４４Ａを有する第１の導波路部分９４０Ａと、カップリング領域９４４Ｂを有する第２の導波路部分９４０Ｂとを有する導波路構成を含んでもよい。図示したように、導波路９４０Ａおよび９４０Ｂは、ブリッジ導波路９４０Ｃによって接続されてもよく、デカップリング領域９４２Ａおよび９４２Ｂを有してもよい。ブリッジ導波路９４０Ｃは、エミッタアレイセット９４６Ａからの光が、導波路部分９４０Ａから導波路部分９４０Ｂ内に伝搬することを可能にしうる。同様に、ブリッジ導波路９４０Ｃは、エミッタアレイセット９４６Ｂから放出された光が、導波路部分９４０Ｂから導波路部分９４０Ａ内に伝搬することを可能にしうる。いくつかの実施形態では、ブリッジ導波路部分９４０Ｃは、すべての光が導波路部分９４０Ｃ内で内部全反射するように、いかなるデカップリング素子を含んでいなくてもよい。他の実施形態では、ブリッジ導波路部分９４０Ｃは、デカップリング領域９４２Ｃを含みうる。いくつかの実施形態では、ブリッジ導波路９４０Ｃは、導波路部分９４０Ａおよび９４０Ｂの両方から光を得て、得られた光を導波路部分９４０Ａと導波路部分９４０Ｂとの間の画像の位置のずれを検出するような検出器（例えば、光検出器）にカップリングするために使用してもよい。

図１０Ａは、いくつかの実施形態による、多平面導波路構成１００２を有する別のディスプレイシステムまたはＮＥＤ１０００Ａの斜視図である。図示したように、導波路構成１００２は、第１の導波路部分１００４Ａと第２の導波路部分１００４Ｂとを含んでもよい。第１の導波路部分１００４Ａと第２の導波路部分１００４Ｂは、実質的に同一平面上にあり、第１の画像平面上のユーザに画像を提示しうる。第１の導波路部分１００４Ａは、カップリング領域１００６Ａおよびデカップリング領域１００８Ａを含んでもよい。第２の導波路部分１００４Ｂは、カップリング領域１００６Ｂおよびデカップリング領域１００８Ｂを含んでもよい。エミッタアレイセット１０１０Ａは、カップリング領域１００６Ａと整列されてよく、エミッタアレイセット１０１０Ｂは、カップリング領域１００６Ｂと整列されてもよい。

導波路構成１００２は、第３の導波路部分１００４Ｃおよび第４の導波路部分１００４Ｄを含むことによって、第２の画像平面を提供してもよい。第３の導波路部分１００４Ｃおよび第４の導波路部分１００４Ｄは、ブリッジ導波路部分１００４Ｅによって接続されてよく、その結果、デカップリング領域１００８Ｃ、１００８Ｄ、および１００８Ｅは、第２の画像平面について統一された伝搬領域を画定することができる。第３の導波路部分１００４Ｃは、複数のカップリング領域を含んでもよく、そのカップリング領域１００６Ｃは、図１０Ａにおいて見ることができる。第４の導波路部分１００４Ｄは、カップリング領域１００６Ｄおよび１００６Ｅを含んでもよい。カップリング領域１００６Ｃ～１００６Ｅの各々は、それぞれ、関連付けられたエミッタアレイセット１０１０Ｃ、１０１０Ｄ、および１０１０Ｅを有してもよい。導波路構成１００２は、ユーザが異なる深度に配置されるべき投影画像を知覚しうるように、２つの画像平面を提供しうる。

図１０Ｂは、いくつかの実施形態による、ディスプレイシステムまたはＮＥＤ１０００Ｂの断面図である。図１０ＡのＮＥＤ１０００Ａと同様に、ＮＥＤ１０００Ｂは、複数の画像平面を提供することができる。図１０Ｂに示したＮＥＤ１０００Ｂの実施形態では、第１の画像平面は、導波路構成１０５０Ａによって提供されてよく、第１のプロジェクタデバイス１０５４Ａに含まれる３つの単色エミッタアレイのそれぞれに対して、３つの導波路１０５２Ａ、１０５２Ｂ、および１０５２Ｃを含んでもよい。第２の画像平面は、導波路構成１０５０Ｂによって提供されてよく、また、３つの導波路１０５２Ｄ、１０５２Ｅ、および１０５２Ｆを含んでもよい。導波路１０５２Ａ～１０５２Ｆは、図７Ａ～図７Ｄに示されるものなど、本明細書で説明される他の導波路と同様であってもよい。第２のプロジェクタデバイス１０５４Ｂは、本明細書に記載のように、３つ以上の単色エミッタアレイを含んでもよい。上述のように、本開示のいくつかの実施形態は、ユーザが、導波路構成１０５０Ａおよび１０５０Ｂによって表示される情報を視覚化することを可能にする一方で、構成１０５０Ａおよび１０５０Ｂを介して周囲環境１０６０を視覚化することも可能である。

ＮＥＤ１０００Ｂの実施形態は、導波路構成１０５０Ａおよび１０５０Ｂに加えて、光学部品を含んでもよい。例えば、光学部品１０６２は、導波路構成１０５０Ａと導波路構成１０５０Ｂとの間に配置されてもよい。光学部品１０６２は、２つの画像平面の間に見かけの分離距離を生じさせることができるレンズ又は他の光学部品であってもよい。例えば、光学部品１０６２は、－０．５ジオプター（Ｄ）レンズであってもよい。いくつかの実施形態では、光学部品１０６２は、静電気アクチュエータ、熱アクチュエータ、または機械的アクチュエータを使用して、図３のコントローラ３３０のようなコントローラによって調整されうる、電気的に同調可能な液晶レンズまたは別の可変焦点レンズのような可変焦点構成要素であってもよい。いくつかの実施形態では、光学部品１０６２によって導入されるジオプター空間における見かけの分離距離は、約０．３Ｄ～約１．５Ｄの範囲とすることができる。性能を改善するために、ＮＥＤ１０００Ｂのいくつかの実施形態に追加の光学部品１０６４および１０６６を含めてもよい。光学部品１０６４および／または１０６６は、固定または可変焦点距離を有してもよい。光学部品１０６２、１０６４、および１０６６は、全レンズ効果の和がゼロになるように較正され、動作されてもよく、その結果、周囲環境１０６０の光学歪みはほとんどまたは全く生じない。

図１０Ａおよび図１０Ｂに示した実施形態、ならびに複数の画像平面を見る人に提示しうる、上では特に論じていない他の実施形態を用いて、上述のＶＡＣ問題に対処することができ、その結果、より現実的かつ／または快適な視聴者体験を提供できる可能性がある。

図１１Ａ、図１１Ｂ、および図１１Ｃは、いくつかの実施形態による、作動システムを有するディスプレイシステムの断面図である。図１１Ａのディスプレイシステム１１００は、プロジェクタデバイス１１０２および導波路構成１１０４を含んでもよい。いくつかの実施形態では、プロジェクタデバイス１１０２および導波路構成１１０４のいずれかまたは両方を、作動構成要素によって図１のＨＭＤ１００のフレーム１０５にカップリングすることができる。導波路構成１１０４および／またはプロジェクタデバイス１１０２は、１次元において平行な関係または他の固定関係を保証するスロット内に配置されてもよい。スロットは、プロジェクタデバイス１１０２および／または導波路構成１１０４が、カンチレバー構成で配置されるのを妨げることがある。例えば、プロジェクタデバイス１１０２は、作動構成要素１１０６Ａおよび第１のスロットによってフレーム１０５にカップリングされてよく、一方、導波路構成１１０４は追加的または代替的に、作動構成要素１１０６Ｂおよび第２のスロットによってフレーム１０５にカップリングされてもよい。

いくつかの実施形態では、作動構成要素１１０６Ａおよび／または１１０６Ｂは、図３のコントローラ３３０または作動システムの一部として作動する別の処理装置によって動かされてもよい。作動構成要素１１０６Ａおよび／または１１０６Ｂは、圧電素子、ボイスコイルモータ、あるいは（例えば、ユーザによって知覚されるように、第１の画素位置と隣接する第２の画素位置との間など、少なくとも第１の位置と第２の位置との間で移動する）ディザリングまたはオシレーションを迅速に行うことができる別の適切な作動構成要素によって提供されてもよい。例えば、作動構成要素１１０６Ａおよび１１０６Ｂは、ユーザに提供される画像のフレームレートの整数倍で動作されてもよい。例えば、画像フレームレートが６０Ｈｚである場合、作動システムは、１２０Ｈｚまたは１８０Ｈｚで作動してもよい。

図１１Ｂに示されたように、作動構成要素１１０６Ａの起動は、フレーム１０５および／または導波路構成１１０４に対して、プロジェクタデバイス１１０２の変位を生じさせうる。変位は、第１の方向（Ｘ方向など）における変位Ｄ２の大きさを有してもよい。いくつかの実施形態では、作動構成要素１１０６Ａおよび１１０６Ｂは、１つの次元に沿って動作してもよい。他の実施形態では、作動構成要素１１０６Ａおよび１１０６Ｂは、プロジェクタデバイス１１０２および／または導波路構成１１０４が、Ｘ方向（例えば、図１１Ｂに示されるように、左右方向）およびＹ方向（例えば、リーダの視点から、図１１Ｂの内外方向）などの２次元で移動できるようにしてもよい。変位Ｄ２は、プロジェクタデバイス１１０２に含まれる個々のエミッタアレイのピッチに対応してもよい。例えば、エミッタアレイ内の隣接するエミッタの中心間の距離が２ミクロンである場合、作動構成要素１１０６Ａの作動によって引き起こされる変位Ｄ２は、２ミクロン、その整数倍、その整数分の１、または整数倍にその整数分の１を加えたものとすることができる。いくつかの実施形態では、変位Ｄ２は、隣接するエミッタの中心間の距離の一部であってもよい。例えば、変位Ｄ２は、隣接するエミッタの中心間の距離の１／２又は１／３とすることができ、したがって、作動構成要素１１０６Ａおよび／又は１１０６Ｂによって提供される作動のために、より高い動作周波数を可能にする。

図１１Ｃは、いくつかの実施形態による、作動構成要素１１０６Ｂの作動を示す。作動構成要素１１０６Ｂの起動は、導波路構成１１０４の変位Ｄ３を、図１１Ｃに含まれる矢印の方向に生じさせてもよい。変位は、変位Ｄ３がプロジェクタデバイス１１０２に含まれるエミッタアレイのピッチに基づく整数倍であってよく、あるいはその整数分の１であってもよいように、変位Ｄ２と同様であってもよい。いくつかの実施形態では、作動構成要素１１０６Ａおよび／または１１０６Ｂは、導波路構成１１０４に含まれる１つまたは複数のデカップリング素子によってアイボックス２３０に向けて投影される１つまたは複数の射出瞳複製を操縦するために、プロジェクタデバイス１１０２および／または導波路構成１１０４の位置および／または配向をそれぞれ変更することができる。

いくつかの実施形態では、作動構成要素１１０６は、図１１Ｄに示されたように、プロジェクタデバイス１１０２と導波路構成１１０４との間に配置されてもよい。作動構成要素１１０６Ｄは、ミラー１１０８、または別の適切な光学部品にカップリングされてよく、変位Ｄ４によって示されるように、ミラーの角度を変化させるように動かされてもよい。ミラー１１０８は様々な位置の間で駆動されるため、導波路構成１１０４にカップリングされうる光は、本明細書に記載のように、様々な向きから投影され、図１１Ａ～図１１Ｄの利点を提供しうる。

いくつかの実施形態では、プロジェクタデバイス１１０２をフレーム１０５にカップリングする作動構成要素１１０６Ａは、上述したように、導波路構成１１０４に対するプロジェクタデバイス１１０２の角度または回転運動を引き起こして、画素をある距離（例えば、１つの画素、画素の数分の１、画素の整数倍、数個の画素に画素の数分の１を加えた値）だけ移動させることができる。さらに他の例では、関連する光学系４０６の１つまたは複数の光学部品（例えば、１つまたは複数のレンズ）に対する１つまたは複数の単色エミッタアレイ４０２の相対並進および／または配向を使用して、そのような画素移動を引き起こすことができる。他の実施形態では、１つまたは複数の光学部品の屈折率を制御可能に変更することによって、そのような画素の動きも提供することができる。

作動構成要素１１０６Ａおよび／または１１０６Ｂの起動は、より高い解像度の画像の投影、またはプロジェクタデバイス１１０２のエミッタアレイのうちの１つまたは複数に含まれる欠陥のあるエミッタの補償を提供することができる。このような動作の実施例は、図１２Ａ～図１２Ｃ、図１３Ａ～図１３Ｃ、および図１４Ａ～図１４Ｂに含まれ、これらは、以下でより詳細に説明される。

図１２Ａ、図１２Ｂ、および図１２Ｃは、いくつかの実施形態による、解像度向上のプロセスを示す図１１Ａ～図１１Ｄのディスプレイシステムの実施形態によって生成された画像の一部を示す。図１２Ａ～図１２Ｃは、いくつかの実施形態による、射出瞳複製１２００の一貫した部分を示す。個々の画像画素が円形表現として明瞭に示されるように、一部が高拡大されている。図１１Ａに示したように、ディスプレイシステム１１００は、第１の構成であってもよい。例えば、プロジェクタデバイス１１０２は、第１の位置にあってもよい。第１の位置にある間、個々のエミッタアレイは、例示的な列１２０２Ａ、１２０２Ｂ、１２０２Ｃ、１２０２Ｄ、および１２０２Ｅを含む、画像画素の列を生成してもよい。これらの列１２０２は、プロジェクタデバイス１１０２が第１の位置にあるときに、初めて生成されてもよい。第２の時点で、作動構成要素１１０６Ａの起動後、プロジェクタデバイス１１０２は、変位Ｄ２だけ第２の位置に移動されてもよい。変位Ｄ２は、エミッタアレイ内の隣接するエミッタ間の分離距離の半分に等しくてもよい。第２の位置にある間、プロジェクタデバイス１１０２の個々のエミッタアレイは、例示的な行１２０４Ａ、１２０４Ｂ、１２０４Ｃ、１２０４Ｄ、および１２０４Ｅ内の画像画素を投影するように動かされてもよい。したがって、図１２Ａの列１２０２に示された画像画素は、図１２Ｂの列１２０４に示された画像画素を生成するために使用される同じエミッタによって生成されてもよい。

列１２０２内の画像画素は、第１の画像または画像の一部の画像画素であってよく、列１２０４内の画像画素は、第２の画像または画像の一部の画像画素であってもよい。眼２２０に入射する光は、短時間持続しうるため、画像画素の２つの異なる組の第１の位置と第２の位置との間のオシレーションおよび投影は、より多くの画像画素を有する連続画像として、ユーザによって知覚され、したがって、プロジェクタデバイス１１０２および導波路構成１１０４によって提供される１つの静的な画像によって提供されるものよりも高い解像度のあるレベルを提供する。いくつかの実施形態では、エミッタアレイは、所望の画像解像度のためのエミッタの数の半分を含むように製造されてもよい。個々のエミッタ間に余分なスペースを設けると、製造中の歩留まりが向上することがある。例えば、エミッタアレイは、単位長さ当たりの画素数が、第２の方向よりも第１の方向において２倍、３倍、または４倍大きくなるように意図的に作られてもよい。余分なスペースは、回路のために使用されてよく、また、エミッタアレイのいくつかの特徴のための製造上の制約を緩和するために使用されてもよい。他の例では、画素間の余分なスペースは、（例えば、製造歩留まりを高めるために）画素間のピッチよりも小さくてよく、一方で、上述のように、プロジェクタデバイス１１０２の移動による解像度の増大をもたらす。

図１３Ａ、図１３Ｂ、および図１３Ｃは、ディスプレイシステムまたは図１１Ａ～図１１Ｄのディスプレイシステム１１００の実施形態によって生成された画像の一部を示し、いくつかの実施形態による、解像度向上の別のプロセスを示している。図１３Ａは、画像画素１３０２の第１の組を有する射出瞳複製部分１３００を示す。作動構成要素１１０６Ａおよび／または１１０６Ｂの作動後、図１３Ｂに示したように、エミッタアレイの個々のエミッタは、再び動かされて画像画素１３０４の第２の組を生成してもよい。画像画素１３０２および画像画素１３０４は、時間的に連続して示されるため、射出瞳複製部分１３００は、ユーザには画像画素１３０２および画像画素１３０４を同時に含むように見える。このようにして、ディスプレイシステム１１００は、より高い解像度の画像、例えば、個々のエミッタアレイがエミッタを有するよりも多い画像画素数を有する画像を生成することができる。

図１４Ａおよび図１４Ｂは、いくつかの実施形態による、画像強調のプロセスを示す、図１１Ａ～図１１Ｄのディスプレイシステム１１００の実施形態によって生成された画像の一部である。射出瞳複製部分１４００は、１つまたは複数の欠陥画素を含む複数の画像画素を示す。射出瞳複製部分１４００は、４つの例示的な欠陥画素１４０２Ａ、１４０２Ｂ、１４０２Ｃ、および１４０２Ｄを含みうる。欠陥画素は、製造上の欠陥に起因しうる。例えば、個々のエミッタのサイズのために、所与のエミッタアレイ内の１つまたは複数のエミッタは、機能していないか、または不十分に機能している可能性があり、その結果、１つまたは複数のエミッタは、画像画素を確実に生成することができない。そのような欠陥のあるエミッタは、ディスプレイシステム１１００のようなディスプレイシステムの製造中に、較正または試験段階で識別されうる。移動軸に沿って、例えば、欠陥のあるエミッタの両側に配置された隣接するエミッタは、欠陥のあるエミッタを補償するために、本明細書に記載のように特定され、動作されてもよい。

図１４Ａに示したように、補償画素１４０４Ａ、１４０４Ｂ、１４０４Ｃおよび１４０４Ｄは、隣接するエミッタを通常よりも高い輝度で動作させることによって生成されてもよい。補償画素１４０４の輝度は、隣接する欠陥画素１４０２の暗さと共に、眼２２０によって視覚的に平均化されうる。プロジェクタデバイス１１０２および／または導波路構成１１０４が、第１の位置から第２の位置に移動される場合には、図１４Ｂに示したように、異なる隣接するエミッタが高輝度レベルで駆動されてもよい。例えば、図１４Ｂは、補償画素１４０６Ａ、１４０６Ｂ、１４０６Ｃ、および１４０６Ｄが、欠陥のあるエミッタの反対側の隣接するエミッタによって生成されうることを示している。いくつかの実施形態では、補償画素は、異なる輝度レベルで操作されなくてもよいが、意図される画素輝度および隣接する画素輝度の平均レベルで単純に操作されてもよい。いくつかの実施形態では、ユーザによって知覚されるため、１つの画素位置を照らすために３つ以上の画素が使用されるように、プロジェクタデバイス１１０２および／または導波路構成１１０４によって、３つ以上の位置が想定されてもよい。

図１５は、いくつかの実施形態による、図１１Ａ～図１１Ｄに示したものと同様なディスプレイシステムまたはＮＥＤによって生成される画像を強調するための方法１５００のフロー図である。方法１５００は、ステップまたは動作の列挙した順序で描かれてもよいが、方法１５００の実施形態は、図１５に列挙して示したステップの前後や間に、あるいはその一部として、追加のステップまたは代替のステップを含んでもよい。

したがって、方法１５００のいくつかの実施形態は、ステップ１５０２から開始することができ、ここで、処理装置は、２次元構成で配置された第１の色の複数のエミッタを有する第１の単色エミッタアレイからの単色画像の一部を含む光の放出を導くことができる。単色画像は、単色画像の完全なインスタンスから少なくとも１つの画像画素が欠落した複数の画像画素を含みうる。例えば、図３のコントローラ３３０は、図４Ｃの単色エミッタアレイ４０２Ａからの光の放出を導くことができる。エミッタアレイ４０２Ａは、それぞれ、図６Ａおよび図６ＢのマイクロＬＥＤ６００Ａおよび／または６００Ｂのような個々のエミッタを含んでもよい。単色画像は、フルカラー画像の構成単色画像への分解によって生成されてもよい。第１の投影画像は、種々の理由により、１つまたは複数の欠落または欠損した画像画素を含んでもよい。例えば、単色エミッタアレイ４０２Ａは、図１４Ａおよび図１４Ｂに示したように、所望の輝度レベルを生成することができない１つまたは複数の欠陥のあるエミッタを含んでもよい。他の実施形態では、欠落した画像画素は、図１２Ａ～図１２Ｃに示され、本明細書で説明されるように、画像画素の列の間にギャップが存在するように、列の間に空間を有するエミッタの構成に起因しうる。

ステップ１５０４では、単色画像の一部を含む光は、単色画像の一部から複数の初期射出瞳複製を生成する導波路にカップリングされてもよい。例えば、プロジェクタデバイス７５０のエミッタアレイのうちの１つによって生成される光は、カップリング領域７０４Ａ内のカップリング素子７１２によって導波路７０２Ａ内にカップリングされてもよい。受け取った光とデカップリング素子７０６Ａおよび７０６Ｂとの相互作用は、画像７２０Ａ～７２０Ｃのそれぞれの複製を含みうる射出瞳複製７２２のように、１つまたは複数の射出瞳複製を生成することができる。

ステップ１５０６では、処理デバイスは、第１の構成から第２の構成へと、第１の単色エミッタアレイと導波路との間の相対運動（例えば、並進および／または角度配向）を引き起こすことができる。例えば、コントローラ３３０は、図１１Ａのプロジェクタデバイス１１０２を、図１１Ｂに示したように、変位Ｄ２だけ変位させてもよい。代替的にまたは追加的に、コントローラ３３０は、図１１Ｃに示したように、導波路構成１１０４の変位を引き起こしうる。これは、作動構成要素１１０６Ａおよび／または１１０６Ｂに起動信号を送ることによって行われてもよい。相対運動は、プロジェクタデバイス１１０２および導波路構成１１０４の構成に変化を引き起こしうる。言い換えるならば、プロジェクタデバイス１１０２および導波路構成１１０４の一方または両方は、第１の位置から第２の位置に動かされてもよい。いくつかの実施形態は、追加の位置を含みうる。さらに他の例では、所望の画像シフトを生成するため、プロジェクタデバイス１１０２の１つまたは複数の光学部品を制御可能に変更する、または移動させるなど、上述の内容を利用することができる。

ステップ１５０８では、処理デバイスは、第１の単色エミッタアレイからの単色画像の追加部分を含む光の別の放出を導くことができる。単色画像の追加部分は、単色画像の完全なインスタンスから欠落している少なくとも１つの画像画素に追加することができる。例えば、単色画像の追加部分は、図１２Ｂの画像画素１２０４Ａ～１２０４Ｅと類似してもよく、図１２Ａの画像画素１２０２Ａ～１２０２Ｅを補完して、図１２Ｃに示されるように射出瞳複製部分１２００に含まれる解像度が高められた画像を形成する。追加部分は、いくつかの実施形態では、図１３Ｃの画像画素１３０４であってもよい。加えて、追加部分は、図１４Ａの補償画像画素１４０４または図１４Ｂの補償画像画素１４０６によって提供されてもよい。

ステップ１５１０では、単色画像の一部および単色画像の追加部分を含む光は、導波路からアイボックスに向かって複数の強化された射出瞳複製として投影されてもよい。例えば、図１２Ｃ、図１３Ｃ、図１４Ａ、および図１４Ｂに示される画像画素によって表される解像度が高められた画像は、１つまたは複数の射出瞳複製７２２として導波路７０２Ａから投影することができる。

方法１５００のいくつかの実施形態では、単色画像の一部を含みうる光の放出を導くことは、単色画像の完全なインスタンスの全画像画素の第１の部分を含む光の放出を導くことを含みうる。例えば、画像画素１２０２Ａ～１２０２Ｅは、所望の画像に含まれる画像画素の２分の１であってもよい。他の実施形態では、第１の部分は、全画像画素の３分の１または４分の１であってもよい。

方法１５００の実施形態は、さらに、単色画像の完全なインスタンスの画像画素の総数の第２の部分を含む光の放出を導くことによって、単色画像の追加の部分を含む光の他の放出を導くステップを含んでもよい。第２の部分は、２分の１、３分の２、４分の３、または３分の１または４分の１など、より小さい部分であってもよい。画像画素の総数の第１の部分と画像画素の総数の第２の部分との和は、単色画像の完全なインスタンスの画像画素の総数にほぼ等しいことがある。いくつかの実施態様では、画像の２つ以上の部分は、２つ以上の位置で単色画像アレイによって放出される部分によって組み合わされてもよい。したがって、単色画像の完全なインスタンスの画像画素の総数は、第１の単色エミッタアレイの複数のエミッタにおけるエミッタのカウントよりも大きくてもよい。

いくつかの実施形態では、方法１５００は、コントローラ３３０と同様に、処理装置が、第１の色の複数のエミッタのうちの第１のエミッタが、単色画像の第１の画像画素を生成することができない欠陥のあるエミッタであることを検出することができるステップをさらに含んでもよい。これらの実施形態では、処理装置はさらに、第１の単色エミッタアレイの複数のエミッタの２次元構成内の欠陥のあるエミッタの位置を検出し、第１のエミッタに隣接し、電位移動の軸に沿って配置された複数の隣接するエミッタから補償エミッタを特定することができる。いくつかの実施態様では、単色画像の追加部分を含む光の他の放出を導くステップは、単色画像の完全なインスタンスから欠落している少なくとも１つの画像画素を追加するために、第１画像画素を生成するように補償エミッタを指示することを含みうる。処理装置は、欠陥のあるエミッタを補償するため、増加した輝度および／または動作デューティサイクルを上げて補償エミッタの動作を指示することができる。

いくつかの実施形態では、第１の構成から第２の構成までの第１の単色エミッタアレイと導波路との間の相対運動を生じさせることは、アクチュエータシステムを起動して、第１の単色エミッタアレイを第１の位置から第２の位置へ変位させること、および／またはアクチュエータシステムを起動して導波路を第３の位置から第４の位置へ変位させることを含みうる。第１の単色エミッタアレイを第１の位置から第２の位置へ変位させるようにアクチュエータシステムを起動することは、２次元構成に配置された第２の色の複数のエミッタを有する第２の単色エミッタアレイを変位させることを含みうる。第１の単色エミッタアレイおよび第２の単色エミッタアレイは、図４ＡのＰＣＢ４０８のような共通プラットフォーム、あるいはＰＣＢ４０８が保護されうるより安全なプラットフォームに固定することができる。第１の色および第２の色は、赤と青、または青と緑など、異なる色であってもよい。

さらに、方法１５００のいくつかの実施形態は、方法１５００の説明されたステップまたは操作のうちの１つまたは複数に対応する命令が内部に記憶された、有形の非一過性のコンピュータ可読媒体を含むことができる。処理デバイスが命令を実行するとき、処理デバイスは、方法１５００のステップのうちの１つまたは複数を実行することができる。

上記で詳述したように、本明細書で説明および／または図示したコンピューティングデバイスおよびシステムは、コンピュータ可読命令を実行することができる任意のタイプまたは形態のコンピューティングデバイスまたはシステムを広く表す。それらの最も基本的な構成において、これらのコンピューティングデバイスは、それぞれ、少なくとも１つのメモリデバイスと少なくとも１つの物理処理デバイスとを含みうる。

いくつかの実施例では、「メモリデバイス」という用語は一般的に、データおよび／またはコンピュータ可読命令を記憶することができる任意のタイプまたは形態の揮発性または不揮発性の記憶デバイスまたは媒体を指す。一実施例では、メモリデバイスは、本明細書で説明するプロセスまたはステップを実行するための命令を含む１つまたは複数のモジュールを格納、ロード、および／または維持することができる。メモリデバイスの例には、限定するものではないが、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、光ディスクドライブ、キャッシュ、これらの１つまたは複数の変形または組み合わせ、あるいは他の任意の適切な記憶メモリが含まれる。

いくつかの実施例では、「物理プロセッサ」、「処理装置」、または「コントローラ」という用語は一般的に、コンピュータ可読命令を解釈および／または実行することができる、任意の種類または形態のハードウェア実装処理ユニットを指す。一実施例では、物理プロセッサは、上述のメモリデバイスに記憶された１つまたは複数のモジュールにアクセスおよび／または書き換えを行うことができる。物理プロセッサの例には、限定するものではないが、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、画像プロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、ソフトコアプロセッサを実装するフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、これらの１つまたは複数の一部、これらの１つまたは複数の変形または組み合わせ、あるいは任意の他の適切な物理プロセッサが含まれる。

別個の要素として図示されているが、本明細書で説明および／または図示したモジュールは、単一のモジュールまたはアプリケーションの一部を表すことがある。さらに、特定の実施形態では、これらのモジュールの１つまたは複数は、コンピューティングデバイスによって実行されると、コンピューティングデバイスに１つまたは複数のタスクを実行させることができる１つまたは複数のソフトウェアアプリケーションまたはプログラムを表しうる。例えば、本明細書で説明および／または図示したモジュールのうちの１つまたは複数は、本明細書で説明および／または図示したコンピューティングデバイスまたはシステムのうちの１つまたは複数の上で動作するように格納され構成されたモジュールを表しうる。これらのモジュールの１つまたは複数は、１つまたは複数のタスクを実行するように構成された１つまたは複数の特殊用途コンピュータのすべてまたは一部を表すこともある。

さらに、本明細書で説明されるモジュールのうちの１つまたは複数は、データ、物理デバイス、および／または物理デバイスの表現を、ある形態から別の形態に変換することができる。例えば、本明細書で列挙されるモジュールのうちの１つまたは複数は、変換されるべき画像データを受け取り、例えば、画像データを単色画像に分割し、単色画像を単色画像の部分に分割し、変換の結果を出力し、また、変換の結果を使用して、アイボックスに向けて投影される１つまたは複数の射出瞳複製を生成するため、導波路構成によって組み合わせられる単色画像および画像の一部を投影することによって、画像データを変換することができる。追加的にまたは代替的に、本明細書で列挙されるモジュールのうちの１つまたは複数は、コンピューティングデバイス上で実行すること、コンピューティングデバイス上にデータを記憶すること、および／またはそうでなければコンピューティングデバイスと対話することによって、プロセッサ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、および／または物理コンピューティングデバイスの任意の他の部分を１つの形態から別の形態に変換することができる。

いくつかの実施形態では、「コンピュータ可読媒体」という用語は一般的に、コンピュータ可読命令を記憶または搬送することができる任意の形態のデバイス、キャリア、または媒体を指す。コンピュータ可読媒体の例には、限定するものではないが、搬送波などの伝送タイプの媒体、および磁気記憶媒体（例えば、ハードディスクドライブ、テープドライブ、およびフロッピーディスク）、光記憶媒体（例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、およびＢＬＵ－ＲＡＹディスク）、電子記憶媒体（例えば、ソリッドステートドライブおよびフラッシュ媒体）、ならびに他の配布システムなどの非一過性タイプの媒体が含まれる。

本開示の実施形態は、人工現実システムを含むか、または人工現実システムと共に実装されうる。人工現実は、ユーザへの提示前になんらかの方法で調整された現実の形式であり、例えば、仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）、複合現実（ＭＲ）、ハイブリッド現実、またはこれらの何らかの組み合わせおよび／もしくは派生物を含みうる。人工現実コンテンツは、完全に生成されたコンテンツ、またはキャプチャされた（例えば、現実世界の）コンテンツと組み合わせて生成されたコンテンツを含みうる。人工現実コンテンツは、ビデオ、音声、触覚フィードバック、または、これらのなんらかの組み合わせを含み、これらのいずれかは、１つのチャネルもしくは複数のチャネル（見る人に立体効果をもたらすステレオビデオなど）において提示されうる。加えて、いくつかの実施形態では、人工現実は、例えば、人工現実におけるコンテンツを作成するために使用される、および／または人工現実において他の方法で使用される（例えば、人工現実における活動を実行する）用途、製品、アクセサリ、サービス、またはこれらのなんらかの組み合わせにも関連付けられうる。人工現実コンテンツを提供する人工現実システムは、ホストコンピュータシステムに接続されたヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、独立型ＨＭＤ、モバイルデバイスまたはコンピューティングシステム、あるいは、１人または複数の見る人に人工現実コンテンツを提供することができる任意の他のハードウェアプラットフォームを含む、様々なプラットフォーム上に実装されうる。

本明細書に記載および／または図示されたステップのプロセスパラメータおよびシーケンスは、単なる例として与えられており、所望に応じて変更することができる。例えば、本明細書で図示および／または説明されるステップは、特定の順序で示され、または説明されうるが、これらのステップは、必ずしも図示または説明される順序で実行される必要はない。本明細書で説明および／または図示された様々な例示的な方法は、本明細書で説明または図示されたステップのうちの１つまたは複数を省略することもでき、または開示されたステップに加えて追加のステップを含むこともできる。

前述の説明は、他の当業者が、本明細書で開示される例示的な実施形態の様々な態様を最もよく利用することを可能にするために提供されている。この例示的な説明は、網羅的であること、または開示された任意の正確な形態に限定されることを意図していない。本開示の精神および範囲から逸脱することなく、多くの修正および変形が可能である。本明細書に開示される実施形態は、すべての点で例示的なものであり、限定的なものではないと理解されたい。本開示の範囲を決定する際には、添付の特許請求の範囲およびこれらの均等物を参照すべきである。

特に断らない限り、明細書および特許請求の範囲において用いられる「接続される」および「カップリングされる」という用語（およびこれらの派生語）は、直接的および間接的な（すなわち、他の要素または構成要素を介した）つながりを許容するものとして解釈されるものとする。さらに、明細書および特許請求の範囲において使用される用語「ａ」または「ａｎ」は、「の少なくとも１つ」を意味するものと解釈される。最後に、使用を容易にするために、本明細書および特許請求の範囲で使用される用語「含む」および「有する」（およびそれらの派生語）は、「含む」という用語と交換可能であり、同じ意味を有する。

Claims (7)

1. ディスプレイシステムであって、該ディスプレイシステムは、
   第１の色の第１の画像を生成するために２次元構成で配置された前記第１の色の複数のエミッタを有する第１の単色エミッタアレイと、
   第２の色の第２の画像を生成するために２次元構成で配置された前記第２の色の複数のエミッタを有する第２の単色エミッタアレイと、
   導波路構成であって、
   前記第１の色の第１の画像を第１の導波路部材本体にカップリングするよう寸法決めされた第１のカップリング素子を含む第１の導波路部材、
   前記第２の色の第２の画像を第２の導波路部材本体にカップリングするため、前記第１のカップリング素子とは異なるよう寸法決めされた第２のカップリング素子を含む第２の導波路部材、ここで、前記第１の導波路部材本体および前記第２の導波路部材本体は、前記導波路構成内でカップリングされた前記第１の画像および前記第２の画像を横方向に伝搬するように構成されており、ならびに、
   横方向に伝搬された前記第１の画像および前記第２の画像を投影画像としてアイボックスに向けて投影するように構成された少なくとも１つのデカップリング素子、
   を備える導波路構成と、
   を備え、
   前記第１の導波路部材本体および前記第２の導波路部材本体は、前記投影画像が前記第１および第２の色とは異なる少なくとも１つの色を含むように、前記第１の単色エミッタアレイからの前記第１の色の前記第１の画像と、前記第２の単色エミッタアレイからの前記第２の色の前記第２の画像とを組み合わせるように構成されている、
   ディスプレイシステム。
2. ２次元構成で配置された第３の色の複数のエミッタを有する第３の単色エミッタアレイをさらに備える、請求項１に記載のディスプレイシステム。
3. 前記第１の導波路部材本体および前記第２の導波路部材本体は、
   前記第１の単色エミッタアレイからの前記第１の色の前記第１の画像と、
   前記第２の単色エミッタアレイからの前記第２の色の前記第２の画像と、
   第３の単色エミッタアレイからの第３の色の第３の画像とを、前記投影画像へと組み合わせ、前記投影画像は、前記第１の色、前記第２の色、および前記第３の色とは異なる少なくとも１つの色を含む、請求項１又は２に記載のディスプレイシステム。
4. 前記第１の導波路部材は、前記第１の色の光を、前記第２の導波路部材本体を通して、前記投影画像の一部としてビューイングアイボックスに導くデカップリング素子を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のディスプレイシステム。
5. 第１の単色エミッタアレイからの第１の単色画像の放出を導波路構成の第１のカップリング素子に向けて導くこと、ここで前記第１のカップリング素子は、前記第１の単色画像を第１の導波路部材本体にカップリングするよう寸法決めされたものであり、
   第２の単色エミッタアレイからの第２の単色画像の放出を前記導波路構成の第２のカップリング素子に向けて導くこと、ここで前記第２のカップリング素子は、前記第２の単色画像を第２の導波路部材本体にカップリングするため、前記第１のカップリング素子とは異なるよう寸法決めされたものであり、かつ前記第１の導波路部材本体および前記第２の導波路部材本体は、前記導波路構成内でカップリングされた前記第１の単色画像および前記第２の単色画像を横方向に伝搬するように構成されており、ならびに
   横方向に伝搬された前記第１の単色画像および前記第２の単色画像を投影画像としてアイボックスに向けて投影すること、
   を含み、これによって、前記導波路構成における前記第１の単色画像と前記第２の単色画像との組み合わせから生じる多色画像が、前記導波路構成のデカップリング素子から投影され、
   前記第１の導波路部材本体および前記第２の導波路部材本体は、前記投影画像が前記第１および第２の単色とは異なる少なくとも１つの色を含むように、前記第１の単色画像と、前記第２の単色画像とを組み合わせるように構成されている、方法。
6. 前記第１のカップリング素子は、前記導波路構成の第１の表面と、該第１の表面に対向して配置された前記導波路構成の第２の表面とのうちの１つで、放出された前記第１の単色画像を受け取り、
   前記デカップリング素子は、前記多色画像を、前記導波路構成の前記第２の表面からアイボックスに向けて投影する、請求項５に記載の方法。
7. 処理デバイスによって実行されると、該処理デバイスに動作を実行させる命令を内部に記憶させたコンピュータ可読媒体であって、前記動作は、
   第１の単色エミッタアレイからの第１の単色画像の放出を導波路構成の第１のカップリング素子に向けて導くこと、ここで前記第１のカップリング素子は、前記第１の単色画像を第１の導波路部材本体にカップリングするよう寸法決めされたものであり、
   第２の単色エミッタアレイからの第２の単色画像の放出を前記導波路構成の第２のカップリング素子に向けて導くこと、ここで前記第２のカップリング素子は、前記第２の単色画像を第２の導波路部材本体にカップリングするため、前記第１のカップリング素子とは異なるよう寸法決めされたものであり、かつ前記第１の導波路部材本体および前記第２の導波路部材本体は、前記導波路構成内でカップリングされた前記第１の単色画像および前記第２の単色画像を横方向に伝搬するように構成されており、ならびに
   横方向に伝搬された前記第１の単色画像および前記第２の単色画像を投影画像としてアイボックスに向けて投影すること、
   を含み、これによって、前記導波路構成における前記第１の単色画像と前記第２の単色画像との組み合わせから生じる多色画像が、前記導波路構成のデカップリング素子から投影され、
   前記第１の導波路部材本体および前記第２の導波路部材本体は、前記投影画像が前記第１および第２の単色とは異なる少なくとも１つの色を含むように、前記第１の単色画像と、前記第２の単色画像とを組み合わせるように構成されている、コンピュータ可読媒体。

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