KR20200103841A - 단색성 디스플레이 도파관들을 위한 시스템들, 장치들, 및 방법들 - Google Patents
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Abstract
개시된 장치는 (1) 복수의 단색성 이미지들을 수신하도록 구성된 적어도 하나의 결합 요소를 가진 결합 영역으로서, 상기 단색성 이미지들의 각각은 적어도 하나의 미리 결정된 파장의 광을 포함하는, 상기 결합 영역, (2) 상기 적어도 하나의 결합 요소를 통해 수신된 광이 도파관 구성의 길이 내에서 이동하는 전파 영역, 및 (3) 상기 전파 영역을 따라 연장되며 아이박스를 향해 다색성 이미지를 투사하는 분리 요소들을 포함하는 분리 영역으로서, 상기 다색성 이미지는 단색성 이미지들을 포함하는, 상기 분리 영역을 포함할 수 있는 도파관 구성을 포함할 수 있다. 연관된 시스템들 및 디바이스들이 또한 여기에서 제공된다.
Description
관련 출원들에 대한 상호-참조
본 출원은 2018년 10월 11일에 출원된, "단색성 디스플레이 도파관들을 위한 시스템들, 장치들, 및 방법들"이라는 제목의 미국 정규 출원 번호 제16/157,544호; 2018년 1월 22일에 출원된, "타일링된 다중-단색성 디스플레이들을 위한 시스템들, 디바이스들, 및 방법들"이라는 제목의 미국 가 출원 번호 제62/620,432호; 2018년 1월 22일에 출원된, "단색성 디스플레이 도파관들을 위한 시스템들, 장치들, 및 방법들"이라는 제목의 미국 가 출원 번호 제62/620,434호; 및 2018년 1월 22일에 출원된, "단색성 디스플레이 디바이스들에서 구성요소 움직임을 위한 시스템들, 장치들, 및 방법들"이라는 제목의, 미국 가 출원 번호 제62/620,435호에 대한 우선권 및 그것의 이익을 주장한다. 이들 출원들의 전체 내용은 여기에서 참조로서 통합된다.
본 개시는 일반적으로 근안 디스플레이(near-eye-display) 시스템들에 관한 것이며, 보다 구체적으로 도파관 디스플레이들에 관한 것이다.
근안 광 필드 디스플레이들은 통상적으로 근안 디스플레이들(NED들) 및 전자 뷰파인더들 양쪽 모두를 포함한, 사용자의 눈으로 이미지들을 직접 투사한다. 종래의 근안 디스플레이들(NED들)은 일반적으로, 다색 픽셀 어레이(예컨대, 적색, 녹색, 및 청색 픽셀들을 포함한)를 사용하여, 사용자의 눈들에 이르기 전에 하나 이상의 렌즈들을 통과하는 이미지 광을 생성하는 디스플레이 요소를 갖는다. 이미지 광은 디스플레이 요소가 사용자의 눈들과 직접 동조될 필요가 없도록 도파관 또는 다른 광학 시스템에 의해 측방향으로 전파될 수 있다. 다색 픽셀 어레이들을 종종 각각의 컬러에 대해 서브픽셀들을 사용하며, 이것은 픽셀들 간의 거리를 증가시키며 또한 각각의 컬러에 대한 픽셀 위치에서 약간의 시프트를 생성한다. NED들을 갖고, 픽셀들 간의 이들 거리들 및 위치에서의 시프트들은 사용자에 의해 지각 가능할 수 있다. 더욱이, 색 수차들을 생성하지 않고 다색성 디스플레이로부터 광을 제어하는 것은 어려울 수 있다. 부가적으로, 가상 현실 시스템들 및/또는 증강 현실 시스템들에서 NED들은 소형, 경량, 및 고-해상도이도록 설계 기준을 가질 수 있으며, 종종 이들 기준들을 만족시키려는 시도로 이루어진 트레이드-오프들이 있을 수 있다. 따라서, 종래의 NED들은 이들 모든 점들에서 완전히 만족스럽지 않았다.
이하에서 보다 상세하게 설명될 바와 같이, 본 개시는 하나 이상의 도파관 부재들을 포함할 수 있는 도파관을 향해 단색성 이미지들을 투사하기 위해 하나 이상의 단색성 방출기 어레이들을 이용할 수 있는 장치들, 시스템들, 디바이스들, 및 방법들을 설명한다. 몇몇 실시예들에서, 단색성 이미지들은 원하는 다색성 이미지가 헤드-장착 디스플레이 디바이스의 아이박스로 향해지도록 도파관에서 조합될 수 있다.
일 예에서, 장치는 (1) 복수의 단색성 이미지들을 수신하도록 구성된 적어도 하나의 결합 요소를 가진 결합 영역으로서, 상기 단색성 이미지들의 각각은 적어도 하나의 미리 결정된 파장의 광을 포함하는, 상기 결합 영역, (2) 상기 적어도 하나의 결합 요소를 통해 수신된 광이 도파관 구성의 길이 내에서 이동할 수 있는 전파 영역, 및 (3) 상기 전파 영역을 따라 연장될 수 있으며 아이박스를 향해 다색성 이미지를 투사하는 분리 요소들을 포함할 수 있는 분리 영역으로서, 상기 다색성 이미지는 상기 단색성 이미지들을 포함할 수 있는, 상기 분리 영역을 포함할 수 있는 도파관 구성을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 도파관 구성은 (a) 제 1 최상부 표면 및 (b) 상기 최상부 표면의 반대편에 배치된 제 1 최하부 표면을 포함할 수 있는 (1) 제 1 도파관을 포함할 수 있다. 상기 도파관 구성은 (a) 제 2 최상부 표면 및 (b) 상기 제 2 최상부 표면의 반대편에 배치된 제 2 최하부 표면을 포함하는 (2) 제 2 도파관을 추가로 포함할 수 있다. 상기 전파 영역은 (1) 상기 제 1 최상부 표면과 제 1 최하부 표면 사이에서의 제 1 전파 영역 부분 및 (2) 상기 제 2 최상부 표면 및 상기 제 2 최하부 표면 사이에서의 제 2 전파 영역 부분을 포함할 수 있다.
몇몇 예들에서, 상기 적어도 하나의 결합 요소는 (1) 상기 제 1 도파관 상에서의 제 1 결합 요소 및 (2) 상기 제 2 도파관 상에서의 제 2 결합 요소를 포함할 수 있다. 상기 제 1 결합 요소는 제 1 미리 결정된 파장의 광을 포함한 단색성 이미지를 수신하도록 구성될 수 있으며, 상기 제 2 결합 요소는 제 2 미리 결정된 파장의 광을 포함한 단색성 이미지를 수신하도록 구성될 수 있다. 상기 제 1 미리 결정된 파장의 광 및 상기 제 2 미리 결정된 파장의 광은 상이할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 장치는 (1) 적어도 상기 제 1 미리 결정된 파장의 광을 방출하는 2-차원 구성으로 배치된 복수의 방출기들을 가진 제 1 단색성 방출기 어레이 및 (2) 적어도 상기 제 2 미리 결정된 파장의 광을 방출하는 2-차원 구성으로 배치된 복수의 방출기들을 가진 제 2 단색성 방출기 어레이를 추가로 포함할 수 있다. 상기 제 1 단색성 방출기 어레이는 상기 제 1 결합 요소와 동조될 수 있으며, 상기 제 2 단색성 방출기 어레이는 상기 제 2 결합 요소와 동조될 수 있다.
몇몇 예들에서, 상기 적어도 하나의 결합 요소는 (1) 상기 제 1 도파관 상에서의 제 1 결합 요소 및 제 2 결합 요소, 및 (2) 상기 제 2 도파관 상에서의 제 3 결합 요소 및 제 4 결합 요소를 포함할 수 있으며, 여기에서 상기 제 1 결합 요소는 제 1 미리 결정된 파장의 광을 포함한 제 1 단색성 이미지를 수신하도록 구성되고, 상기 제 2 결합 요소는 상기 제 1 미리 결정된 파장의 광과 상이한 제 2 미리 결정된 파장의 광을 포함한 제 2 단색성 이미지를 수신하도록 구성되고, 상기 제 3 결합 요소는 상기 제 1 미리 결정된 파장의 광을 포함한 제 3 단색성 이미지를 수신하도록 구성되며, 상기 제 4 결합 요소는 상기 제 2 미리 결정된 파장의 광을 포함한 제 4 단색성 이미지를 수신하도록 구성된다. 몇몇 예들에서, 상기 도파관 구성은 상기 제 1 도파관과 연관된 제 1 이미지 평면 및 상기 제 2 도파관과 연관된 제 2 이미지 평면 사이에 시거리(apparent distance)를 도입하기 위해 상기 제 1 도파관과 상기 제 2 도파관 사이에 배치된 광학 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.
상기 장치는, 몇몇 실시예들에서, 부가적인 복수의 결합 요소들을 가진 부가적인 결합 영역을 추가로 포함할 수 있으며, 여기에서 상기 결합 영역 및 상기 부가적인 결합 영역은 도파관 구성의 반대 측면들 상에 배치된다.
몇몇 실시예들에서, 상기 적어도 하나의 결합 요소는 단색성 이미지들 중 적어도 하나를 상기 전파 영역으로 향하게 하기 위해 적어도 하나의 반사성 광학 요소를 포함할 수 있다. 몇몇 예들에서, 상기 적어도 하나의 결합 요소는 상기 단색성 이미지들 중 적어도 하나를 상기 전파 영역으로 향하게 하기 위해 적어도 하나의 굴절성 광학 요소를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 적어도 하나의 결합 요소는 상기 단색성 이미지들 중 적어도 하나를 상기 전파 영역으로 향하게 하기 위해 적어도 하나의 세트의 그레이팅(grating)들을 포함할 수 있다.
몇몇 예들에서, 상기 전파 영역은 상기 단색성 이미지들의 복수의 동공 복제들을 생성하기 위해 단색성 이미지들을 복제할 수 있으며, 상기 분리 영역은 상기 다색성 이미지의 복수의 동공 복제들을 아이박스로 투사할 수 있다.
또 다른 예에서, 시스템은 (1) 제 1 최상부 표면 및 상기 제 1 최상부 표면의 반대편에 배치된 제 1 최하부 표면을 가진 제 1 도파관을 포함한 제 1 도파관 구성, (2) 상기 제 1 도파관의 제 1 최상부 표면을 통해 액세스 가능한 제 1 결합 요소로서, 상기 제 1 결합 요소는 제 1 단색성 이미지를 수신하고 상기 제 1 도파관 내에서 측방향으로 제 1 단색성 이미지를 전파하도록 구성되는, 상기 제 1 결합 요소, (3) 상기 제 1 단색성 이미지의 복수의 인스턴스들을 아이박스로 투사하는 제 1 분리 요소, (4) 제 2 최상부 표면 및 상기 제 2 최상부 표면의 반대편에 배치된 제 2 최하부 표면을 가진 제 2 도파관으로서, 상기 제 1 분리 요소는 상기 제 2 도파관을 통해 상기 제 1 단색성 이미지의 복수의 인스턴스들을 투사하는, 상기 제 2 도파관, (5) 상기 제 2 도파관의 제 2 최상부 표면을 통해 액세스 가능한 제 2 결합 요소로서, 상기 제 2 결합 요소는 제 2 단색성 이미지를 수신하며 상기 제 2 도파관 내에서 측방향으로 상기 제 2 단색성 이미지를 전파하도록 구성되는, 상기 제 2 결합 요소, 및 (6) 상기 제 2 단색성 이미지의 복수의 인스턴스들을 상기 아이박스로 투사하는 제 2 분리 요소로서, 상기 제 1 및 제 2 단색성 이미지들의 복수의 인스턴스들은 복수의 다색성 이미지들을 생성하기 위해 조합되는, 상기 제 2 분리 요소를 포함할 수 있다.
상기 시스템은, 몇몇 구현예들에서, (1) 제 3 최상부 표면 및 상기 최상부 표면의 반대편에 배치된 제 3 최하부 표면을 가진 제 3 도파관, (2) 상기 제 3 도파관의 제 3 최상부 표면을 통해 액세스 가능한 제 3 결합 요소로서, 상기 제 3 결합 요소는 제 3 단색성 이미지를 수신하며 상기 제 3 도파관 내에서 측방향으로 상기 제 3 단색성 이미지를 전파하도록 구성되는, 상기 제 3 결합 요소, (3) 상기 제 3 단색성 이미지의 복수의 인스턴스들을 아이박스로 투사하는 제 3 분리 요소, (4) 제 4 최상부 표면 및 상기 제 4 최상부 표면의 반대편에 배치된 제 4 최하부 표면을 가진 제 4 도파관으로서, 상기 제 3 분리 요소는 상기 제 4 도파관을 통해 상기 제 3 단색성 이미지의 복수의 인스턴스들을 투사하는, 상기 제 4 도파관, (5) 상기 제 4 도파관의 제 4 최상부 표면을 통해 액세스 가능한 제 4 결합 요소로서, 상기 제 4 결합 요소는 제 4 단색성 이미지를 수신하며 상기 제 4 도파관 내에서 측방향으로 제 4 단색성 이미지를 투사하도록 구성되는, 상기 제 4 결합 요소, 및 (6) 상기 제 4 단색성 이미지의 복수의 인스턴스들을 상기 아이박스로 투사하는 제 4 분리 요소로서, 상기 제 3 및 제 4 단색성 이미지들의 복수의 인스턴스들은 또 다른 복수의 다색성 이미지들을 생성하기 위해 조합되며, 상기 제 1 및 제 2 도파관들은 렌즈에 의해 분리되는, 상기 제 4 분리 요소를 포함할 수 있는 제 2 도파관 구성을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 렌즈는 상기 제 1 도파관 구성과 연관된 제 1 이미지 평면과 상기 제 2 도파관 구성과 연관된 제 2 이미지 평면 사이에서 변경 가능한 시거리를 생성하는 변경 가능한 초점 길이를 가진 가변 초점 렌즈일 수 있다.
몇몇 예들에서, 상기 제 2 도파관은 상기 제 1 단색성 이미지를 생성하는 제 1 단색성 방출기 어레이의 하우징을 수용하는 컷아웃을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제 1 도파관 구성은 곡선 단면 형태를 가질 수 있다.
일 예에서, 디바이스는 (1) 복수의 단색성 방출기 어레이들로서, 상기 복수의 단색성 방출기 어레이들 중 적어도 두 개는 상이한 파장들의 광의 단색성 이미지들을 생성하는, 상기 복수의 단색성 방출기 어레이들, 및 (2) 도파관 구성으로서, (a) 최상부 표면, (b) 상기 최상부 표면의 반대편에 배치된 최하부 표면, (c) 상기 단색성 이미지들을 수신하도록 구성된 적어도 하나의 결합 요소를 가진 결합 영역, (d) 상기 적어도 하나의 결합 요소를 통해 수신된 광이 상기 도파관 구성의 길이 내에서 이동하며 단색성 동공 복제들을 생성하기 위해 상기 단색성 이미지들을 복제하는 전파 영역, 및 (e) 상기 전파 영역을 따라 연장된 분리 영역으로서, 상기 분리 영역은 상기 최하부 표면을 통해 아이박스로 다색성 이미지의 복수의 인스턴스들을 투사하는 분리 요소들을 포함하고, 상기 다색성 이미지는 상이한 파장들의 광의 단색성 이미지들의 조합에서 기인하는, 상기 분리 영역을 포함한, 상기 도파관 구성을 포함한 헤드-장착 디스플레이를 포함할 수 있다.
상기 디바이스는, 몇몇 실시예들에서, 상기 다색성 이미지의 구성요소들로서 상기 단색성 이미지를 생성하기 위해 상기 복수의 단색성 방출기 어레이들과 통신하는 제어기를 추가로 포함할 수 있다.
몇몇 예들에서, 상기 최상부 표면 및 최하부 표면은 상기 복수의 다색성 이미지들이 아이박스에 제공되고 주변 환경이 상기 도파관 구성을 통해 상기 아이박스로 제공되도록 주변 광이 상기 아이박스를 향해 지나가도록 허용할 수 있다.
상기 디바이스는, 몇몇 실시예들에서, 사용 동안 사용자의 머리에 상기 헤드-장착 디스플레이를 고정시키는 프레임을 포함할 수 있으며, 상기 도파관은 접안렌즈에서 상기 프레임에 고정된다.
상기 언급된 실시예들 중 임의의 것으로부터의 특징들은 여기에서 설명된 일반적인 원리들에 따라 서로 조합하여 사용될 수 있다. 이들 및 다른 실시예들, 특징들, 및 이점들은 첨부된 도면들 및 청구항들과 함께 다음의 상세한 설명을 판독할 때 보다 완전하게 이해될 것이다.
본 발명은 가상 현실(VR)에서 또는 증강 또는 혼합 현실(AR/MR)에서 사용될 수 있는 개선된 NED들을 제공한다.
첨부된 도면들은 다수의 대표적인 실시예들을 예시하며 명세서의 일부이다. 다음의 설명과 함께, 이들 도면들은 본 개시의 다양한 원리들을 보여주고 설명한다.
도 1은 몇몇 실시예들에 따른, NED를 포함하는 HMD의 다이어그램이다.
도 2는 몇몇 실시예들에 따른, 도 1에 예시된 HMD의 단면이다.
도 3은 몇몇 실시예들에 따른, 도파관 구성을 가진 NED의 등각도이다.
도 4a, 도 4b, 및 도 4c는 몇몇 실시예들에 따른, 도 3의 디스플레이 시스템에 포함될 수 있는 투사기 디바이스들의 단면도들이다.
도 5a, 도 5b, 및 도 5c는 몇몇 실시예들에 따른, 도 4a 내지 도 4c의 투사기 디바이스들에 포함될 수 있는 방출기 어레이들의 상면도들이다.
도 6a 및 도 6b는 몇몇 실시예들에 따라, 도 4a 내지 도 4c 및 도 5a 내지 도 5c의 방출기 어레이들에 포함된 microLED의 개략적인 단면도들이다.
도 7a, 도 7b, 도 7c, 및 도 7d는 몇몇 실시예들에 따른, 투사기 디바이스들 및 도파관 구성들의 단면도들이다.
도 8은 몇몇 실시예들에 따른, 디스플레이 시스템에서 이미지를 디스플레이하는 방법의 흐름도이다.
도 9a, 도 9b, 및 도 9c는 몇몇 실시예들에 따른, NED들의 투시도들이다.
도 10a는 몇몇 실시예들에 따른, 또 다른 NED의 투시도이다.
도 10b는 몇몇 실시예들에 따른, 도 10a의 NED의 단면도이다.
도 11a, 도 11b, 도 11c, 및 도 11d는 몇몇 실시예들에 따른, 작동 시스템을 가진 NED의 단면도들이다.
도 12a, 도 12b, 및 도 12c는 몇몇 실시예들에 따른, 분해능 강화의 프로세스를 도시한 도 11a 내지 도 11d의 NED의 실시예들에 의해 생성된 이미지들의 부분들이다.
도 13a, 도 13b, 및 도 13c는 몇몇 실시예들에 따른, 분해능 강화의 또 다른 프로세스를 도시한 도 11a 내지 도 11d의 NED의 실시예들에 의해 생성된 이미지들의 부분들이다.
도 14a 및 도 14b는 몇몇 실시예들에 따른, 분해능 강화의 프로세스를 도시한 도 11a 내지 도 11d의 NED의 실시예들에 의해 생성된 이미지들의 부분들이다.
도 15는 몇몇 실시예들에 따른, 도 11a 내지 도 11d의 것들처럼 디스플레이 시스템 또는 NED에 의해 생성된 이미지들을 강화하기 위한 방법의 흐름도이다.
도면들 전체에 걸쳐, 동일한 참조 글자들 및 설명들은 반드시 동일한 것은 아니지만, 유사한 요소들을 나타낸다. 여기에서 설명된 대표적인 실시예들은 다양한 수정들 및 대안적인 형태들의 영향을 받기 쉽지만, 특정 실시예들은 도면들에서 예로서 도시되었으며, 여기에서 상세하게 설명될 것이다. 그러나, 여기에서 설명된 대표적인 실시예들은 개시된 형태들에 제한되도록 의도되지 않는다. 오히려, 본 개시는 첨부된 청구항들의 범위 내에 있는 모든 수정들, 등가물들, 및 대안들을 커버한다.
도 1은 몇몇 실시예들에 따른, NED를 포함하는 HMD의 다이어그램이다.
도 2는 몇몇 실시예들에 따른, 도 1에 예시된 HMD의 단면이다.
도 3은 몇몇 실시예들에 따른, 도파관 구성을 가진 NED의 등각도이다.
도 4a, 도 4b, 및 도 4c는 몇몇 실시예들에 따른, 도 3의 디스플레이 시스템에 포함될 수 있는 투사기 디바이스들의 단면도들이다.
도 5a, 도 5b, 및 도 5c는 몇몇 실시예들에 따른, 도 4a 내지 도 4c의 투사기 디바이스들에 포함될 수 있는 방출기 어레이들의 상면도들이다.
도 6a 및 도 6b는 몇몇 실시예들에 따라, 도 4a 내지 도 4c 및 도 5a 내지 도 5c의 방출기 어레이들에 포함된 microLED의 개략적인 단면도들이다.
도 7a, 도 7b, 도 7c, 및 도 7d는 몇몇 실시예들에 따른, 투사기 디바이스들 및 도파관 구성들의 단면도들이다.
도 8은 몇몇 실시예들에 따른, 디스플레이 시스템에서 이미지를 디스플레이하는 방법의 흐름도이다.
도 9a, 도 9b, 및 도 9c는 몇몇 실시예들에 따른, NED들의 투시도들이다.
도 10a는 몇몇 실시예들에 따른, 또 다른 NED의 투시도이다.
도 10b는 몇몇 실시예들에 따른, 도 10a의 NED의 단면도이다.
도 11a, 도 11b, 도 11c, 및 도 11d는 몇몇 실시예들에 따른, 작동 시스템을 가진 NED의 단면도들이다.
도 12a, 도 12b, 및 도 12c는 몇몇 실시예들에 따른, 분해능 강화의 프로세스를 도시한 도 11a 내지 도 11d의 NED의 실시예들에 의해 생성된 이미지들의 부분들이다.
도 13a, 도 13b, 및 도 13c는 몇몇 실시예들에 따른, 분해능 강화의 또 다른 프로세스를 도시한 도 11a 내지 도 11d의 NED의 실시예들에 의해 생성된 이미지들의 부분들이다.
도 14a 및 도 14b는 몇몇 실시예들에 따른, 분해능 강화의 프로세스를 도시한 도 11a 내지 도 11d의 NED의 실시예들에 의해 생성된 이미지들의 부분들이다.
도 15는 몇몇 실시예들에 따른, 도 11a 내지 도 11d의 것들처럼 디스플레이 시스템 또는 NED에 의해 생성된 이미지들을 강화하기 위한 방법의 흐름도이다.
도면들 전체에 걸쳐, 동일한 참조 글자들 및 설명들은 반드시 동일한 것은 아니지만, 유사한 요소들을 나타낸다. 여기에서 설명된 대표적인 실시예들은 다양한 수정들 및 대안적인 형태들의 영향을 받기 쉽지만, 특정 실시예들은 도면들에서 예로서 도시되었으며, 여기에서 상세하게 설명될 것이다. 그러나, 여기에서 설명된 대표적인 실시예들은 개시된 형태들에 제한되도록 의도되지 않는다. 오히려, 본 개시는 첨부된 청구항들의 범위 내에 있는 모든 수정들, 등가물들, 및 대안들을 커버한다.
본 개시는 일반적으로 가상 현실(VR)에서 또는 증강 또는 혼합 현실(AR/MR)에서 사용될 수 있는 개선된 NED들에 관한 것이다. 몇몇 NED들은 2-차원 구성으로 배치된 제 1 컬러의 복수의 방출기들을 가진 제 1 단색성 방출기 어레이 및 대응하는 2-차원 구성으로 배치된 제 2의, 상이한 컬러의 복수의 방출기들을 가진 제 2 단색성 방출기 어레이를 포함한 투사기 디바이스를 포함할 수 있다. 이들 2-차원 구성들은 몇몇 실시예들에서 동일할 수 있다. 제 1 및 제 2 단색성 방출기 어레이들은 하나 이상의 도파관 부재들을 가진 도파관 구성에 포함된 결합 영역을 향해 제 1 및 제 2 컬러들의 이미지들을 방출하도록 구성될 수 있다. 도파관 구성은 아이박스로 향하는 적어도 하나의 다색성 이미지를 생성하기 위해 이미지들을 조합할 수 있다. 몇몇 예들에서, 도파관 구성은 아이박스를 향해 다색성 이미지의 다수의 복제들을 투사하도록 구성될 수 있다.
이하에서 보다 상세하게 설명될 바와 같이, 본 개시의 실시예들은 여전히 큰 아이박스 또는 아이박스들 및 큰 FOV를 가지면서, 종래의 NED들보다 작고 가벼운 NED들을 제공할 수 있다. 덜 부피가 큰, 고-분해능, 및 더 밝은 근안 디스플레이들을 제공하기 위해, 적어도 하나의 단색성 방출기 어레이가 도파관/조합기에 결합될 수 있다. 방출기 어레이는, 몇몇 실시예들에서, 100%에 가까울 수 있는, 높은 충전율을 가진(예컨대, 마이크로렌즈 또는 다른 내화물 구조들, 또는 반사성 구조들을 통해서와 같은, 물리적 또는 광학 수단들에 의해) 수직-공동 표면-방출 레이저(VCSEL) 어레이 또는 microLED 어레이일 수 있다. 다른 실시예들에서, 방출기 어레이는 이에 제한되지 않지만, 반도체 다이오드들, 반도체 레이저 다이오드들, 유기 발광 다이오드(OLED) 픽셀 어레이, 양자 점 어레이, 가변 역광 소스를 가진 액정 디스플레이(LCD) 등을 포함한, 다른 디바이스들(예컨대, 직접 방출 광원들)을 포함할 수 있다. 투사된 광은 먼저 총 내부 반사 경로를 따라 광을 향하게 하는, 도파관으로 통합된, 결합 요소와 상호 작용하기 전에 방출기 어레이와 도파관 사이에서의 매우 작은 공극을 통과할 수 있다. 경로는, 몇몇 예들에서, 상이한 곳들에서 도파관 밖으로 및 HMD의 아이박스를 향해, 이미지의 다수의 인스턴스들, "동공 복제들"을 향하게 하기 위해 총 내부 반사 경로로부터 광의 부분들을 분리하는 그레이팅 구조들 또는 다른 유형들의 광 분리 구조들을 포함할 수 있다.
적색, 녹색, 및 청색 단색성 방출기 어레이들은 각각의 적색, 녹색, 및 청색 단색성 이미지들이 도파관에 의해 조합될 때 전체-컬러 이미지들을 재생성하기 위해 제공될 수 있다. 방출기 어레이들은 조합될 때 전체-컬러 이미지들을 생성하기 위해 3개의 결합 요소들에 의해 도파관에 결합될 수 있으며, 하나의 결합 요소는 각각의 파장에 대해 특수하게 적응된다. 컬러들은 단일 파장에서 또는 특정 파장들에 대해 설계된 별개의 도파관들에서 조합될 수 있으며, 이것은 크로스토크를 방지하며 내부 반사 및 분리를 위해 제공하는 도파관들 및 연관된 그레이팅들의 각각의 컬러-당 최적화를 허용한다. 방출기 어레이들은 각각 상이한 위치들에서 도파관에 결합되기 때문에, 전체-컬러 복제의 영역은 3개 컬러들 모두의 중첩에 제한될 수 있다. 그러나, 전체-컬러 복제의 영역은 아이박스보다 클 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 수렴-조절 불일치(vergence-accommodation conflict; VAC)를 해결하도록 돕기 위해, 다수의 도파관/투사기 디스플레이 디바이스들은 사용자의 눈에 대해, 0.3 디옵터(D)에서 및 1.5 D에서와 같은, 상이한 초점 거리들로 전체-컬러 이미지들을 제공하기 위해 직렬로 위치될 수 있다. 디스플레이 디바이스들은 두 개의 디스플레이들의 각각 사이에 상이한 초점 거리들을 제공하기 위해, 렌즈와 같은, 광학 요소에 의해 분리될 수 있다. 특정한 애플리케이션 또는 상황에 대한 초점 거리들에서의 차이를 최적화하기 위해, 개개의 디스플레이 디바이스 스택들이 디스플레이 디바이스들 간의 초점 거리에서의 원하는 차이를 달성하기 위해 제자리에서 튜닝될 수 있는 공통 액체 또는 액정 렌즈와 같은, 가변-초점 렌즈에 의해 분리될 수 있다.
NED의 FOV를 증가시키기 위해, 방출기 어레이들의 다수의 세트들이 단일 도파관 구성으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 방출기 어레이들의 다수의 세트들을 가진 하나의 NED는 사용자의 왼쪽 눈을 위해 사용될 수 있지만, 방출기 어레이들의 다수의 세트들을 가진 또 다른 NED는 사용자의 오른쪽 눈을 위해 사용될 수 있다. 각각의 NED에 대한 방출기 어레이들의 세트는 서로 정확하게 180도 떨어져 결합될 수 있거나 또는 몇몇 실시예들에서, 서로에 대해 임의의 다른 각도로, 및 다른 실시예들에서 서로에 대하여 상이한 각도들로 결합될 수 있다. 각각의 NED에 대한 방출기 어레이들의 세트들은 별개의 구동기들 또는 제어기들에 의해 구동될 수 있거나 또는 단일 구동기에 의해 구동될 수 있다.
분해능을 개선하기 위해 또는 방출기 어레이 내에서 개개의 방출기들의 결함들을 완화시키기 위해, 개시된 시스템들 및 디바이스들은, 이하에서 보다 상세하게 설명된 다른 방법들에 의해, 또는 방출기 어레이 또는 어레이들 및 도파관 사이에서의 상대적인 위치 및/또는 각도에서의 변화들을 생성하는 작동 시스템을 포함할 수 있다. 둘 이상의 위치들 및/또는 각도들 사이에서 기계적으로 발진시키거나 또는 디더링함으로써, 및/또는 방출기 어레이 자체 상에서의 둘 이상의 위치들 간에 방출된 광의 픽셀 위치들을 전자적으로 시프트함으로써, 단일 방출기 어레이는 다수의 방출기 어레이들로서 동작할 수 있어서, 각각의 위치로부터 상이한 이미지 또는 단일 이미지의 상이한 부분을 투사할 수 있다. 이러한 방식으로, 이미지들은 임의의 단일 방출기 어레이가 방출기들을 갖는 것보다 큰 분해능(예컨대, 이미지 픽셀들의 보다 큰 2-차원 구성)을 가질 수 있다. 부가적으로, 방출기 어레이들의 실시예들은 약 5μm 이하의 직경들을 가진 개개의 방출기들을 포함할 수 있다. 이러한 작은 크기 때문에, 임의의 잘못된 또는 결함이 있는 방출기들이 없는 방출기 어레이를 생성하는 것은 어렵거나 또는 불가능할 수 있다. 몇몇 실시예들은 그것들의 위치를 식별하거나 또는 방출기 어레이가 제 1 위치에 있을 때 지시된 것보다 일정 기간에 걸쳐 낮은 밝기 또는 세기를 가진 방출기들의 영역 또는 세트를 식별하며, 제 2 위치가 이웃하는 방출기로 하여금 잘못된 방출기에 의해 이전에 점유된 위치에 있게 할 수 있으므로, 방출기 어레이가 제 2 위치에 있을 때 이웃하는 방출기 또는 방출기들의 세트를 작동시킴으로써 이러한 잘못된 방출기들을 보상할 수 있다. 더욱이, 몇몇 예들에서, 방출기들을 기계적으로 발진시키거나 또는 디더링하기 위해, 작은 진동들(예컨대, 20Hz 내지 20kHz의 주파수 범위에 있는)이 스크린 도어 효과와 같은, 시각적 아티팩트들을 보상하기 위해 방출기들로 도입될 수 있다. 방출기들을 진동시키기 위해 이용될 수 있는 메커니즘들의 예들은, 이에 제한되지 않지만, 하나 이상의 피에조 구조들, 작동된 액정 층들, 및 작동된 회절 그레이팅들을 포함할 수 있다.
다음은, 도 1 내지 도 7d 및 도 9a 내지 도 14를 참조하여, 상기 및 여기에서의 다른 곳에서 표시된 이익들 및 개선들을 달성하기 위해 HMD 및 HMD의 NED들에 포함된 다양한 구성요소들에 대한 상세한 설명을 제공할 것이다. 다음은 또한, 도 8 및 도 15를 참조하여, 여기에서 설명된 NED들과 연관된 방법들 및/또는 지시들에 대한 설명들을 제공할 것이다.
도 1은 몇몇 실시예들에 따른 헤드-장착 디스플레이(HMD)(100)의 다이어그램이다. HMD(100)는, 하나 이상의 디스플레이 디바이스들을 포함할 수 있는, NED를 포함할 수 있다. 묘사된 실시예는 좌측 디스플레이 디바이스(110A) 및 우측 디스플레이 디바이스(110B)를 포함하며, 이것은 종합하여 디스플레이 디바이스(110)로 불리운다. 디스플레이 디바이스(110)는 사용자에게 미디어를 제공할 수 있다. 디스플레이 디바이스(110)에 의해 제공된 미디어의 예들은 하나 이상의 이미지들, 일련의 이미지들(예컨대, 비디오), 오디오, 또는 그것의 몇몇 조합을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 오디오는 디스플레이 디바이스(110), 콘솔(도시되지 않음), 또는 양쪽 모두로부터 오디오 정보를 수신하며 오디오 정보에 기초하여 오디오 데이터를 제공하는 외부 디바이스(예컨대, 스피커들 및/또는 헤드폰들)를 통해 제공될 수 있다. 디스플레이 디바이스(110)는 일반적으로 AR NED로서 동작하도록 구성될 수 있으며, 따라서 사용자는 디스플레이 디바이스(110)에 의해 투사된 미디어를 보며 디스플레이 디바이스(110)를 통해 실-세계 환경을 볼 수 있다. 그러나, 몇몇 실시예들에서, 디스플레이 디바이스(110)는 또한 VR NED, 혼합 현실(MR) NED, 또는 그것의 몇몇 조합으로서 동작하도록 수정될 수 있다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 디스플레이 디바이스(110)는 컴퓨터-생성 요소들(예컨대, 이미지들, 비디오, 사운드 등)을 가진 물리적, 실-세계 환경의 뷰들을 증가시킬 수 있다.
도 1에 도시된 HMD(100)는 사용자의 머리 상에서의 위치에 디스플레이 디바이스(110)를 고정시키는 지지대 또는 프레임(105)을 포함할 수 있으며, 실시예들에서 디스플레이 디바이스(110)는 별개의 좌측 및 우측 디스플레이들을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 프레임(105)은 안경의 프레임일 수 있다. 여기에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 디스플레이 디바이스(110)는, 몇몇 예들에서, 홀로그램 또는 용적측정 브래그 그레이팅들을 가진 도파관을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 그레이팅들은 도파관의 표면의 미리 결정된 부분들에 하나 이상의 도펀트들 또는 감광성 미디어를 인가하는 프로세스 및 다른 활성화 전자기 방사선의 뒤이은 자외선(UV) 광 노출 또는 인가에 의해 생성될 수 있다.
도 2는 몇몇 실시예들에 따른, 도 1에 예시된 HMD(100) 및 디스플레이 디바이스(110A)의 단면(200)이다. 디스플레이 디바이스(110)는 적어도 하나의 도파관 구성(210)을 포함할 수 있다. 도 2는 사용자가 디스플레이 디바이스(110)를 착용할 때 눈(220)이 배치되는 위치인, 아이박스(230)를 보여준다. 눈(220)이 아이박스(230)와 동조되는 한, 사용자는 도파관 구성(210)에 의해 아이박스(230)로 향해진 전체-컬러 이미지 또는 동공 복제를 볼 수 있을 것이다. 도파관 구성(210)은 많은 동공 복제들을 생성하며 이를 아이박스(230)로 향하게 한다. 예시의 목적들을 위해, 도 2는 단일 눈(220) 및 단일 도파관 구성(210)과 연관된 단면(200)을 도시한다. 몇몇 대안적인 실시예들에서, 또 다른 도파관 구성(210)(도 2에 도시된 도파관 구성(210)과 별개일 수 있는)이 사용자의 또 다른 눈(220)에 위치된 아이박스로 이미지 광을 제공할 수 있다.
이하에서 도 2에 예시되는 바와 같이, 도파관 구성(210)은 눈(220)에 근접하여 위치된 아이박스로 이미지 광을 향하게 하도록 구성될 수 있다. 도파관 구성(210)은 효과적으로 무게를 최소화하고 디스플레이 디바이스(110)의 FOV를 넓히는 하나 이상의 굴절률들을 가진 하나 이상의 재료들(예컨대, 플라스틱, 유리 등)로 구성될 수 있다. 대안적인 구성들에서, 디스플레이 디바이스(110)는 도파관 구성(210)과 눈(220) 사이에 하나 이상의 광학 요소들을 포함할 수 있다. 광학 요소들은 예컨대, 도파관 구성(210)으로부터 방출된 이미지 광에서의 수차들을 정정하고, 도파관 구성(210)으로부터 방출된 이미지 광을 확대하고, 도파관 구성(210)으로부터 방출된 이미지 광의 몇몇 다른 광학 조정을 하거나 또는 그것의 몇몇 조합을 수행하도록 동작할 수 있다. 광학 요소들의 예들은 애퍼처, 프레넬 렌즈(Fresnel lens), 굴절(예컨대, 볼록 및/또는 오목) 렌즈, 반사성 표면, 필터, 또는 이미지 광에 영향을 주는 임의의 다른 적절한 광학 요소를 포함할 수 있다. 도파관 구성(210)은 브래그 그레이팅들의 하나 이상의 세트들을 가진 도파관을 포함할 수 있다.
몇몇 구현예들에서, 여기에서 설명된 렌즈들은 이에 제한되지 않지만, 뷰잉 각, 최대 애퍼처, 분해능, 왜곡, 컬러 정정, 뒤 초점 거리 등을 포함한, 특정한 설계 규격들을 충족시키기 위해 상이한 설계들을 포함할 수 있다. 렌즈 또는 렌즈들은 원통 렌즈, 애너모픽 렌즈, 프레넬 렌즈, 및/또는 구배 지수 렌즈 등을 포함할 수 있다. 렌즈는 적어도 음의 굴절률을 가진 부분을 가진 슈퍼렌즈를 포함할 수 있다. 렌즈는 다양한 형태들을 가진 렌즈들을 포함할 수 있다.
몇몇 구현예들에서, 렌즈는 다양한 재료들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 렌즈는 유리를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 렌즈는 플라스틱 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 렌즈는 CR-39 렌즈 재료, 우레탄-기반 폴리머, 또는 폴리카보네이트 재료를 포함할 수 있다.
도 3은 몇몇 실시예들에 따른, 디스플레이 시스템 또는 NED(300)의 등각도를 예시한다. 몇몇 실시예들에서, NED(300)는 HMD(100)의 구성요소일 수 있다. 대안적인 실시예들에서, NED(300)는 이미지 광을 특정한 위치로 향하게 하는 또 다른 HMD 또는 다른 시스템의 부분일 수 있다.
NED(300)는 투사기 디바이스(310), 도파관(320), 및 제어기(330)를 포함할 수 있다. 예시의 목적들을 위해, 도 3은 단일 눈(220)과 연관된 NED(300)를 도시하지만, 몇몇 실시예들에서, NED(300)로부터 완전히 분리되거나 또는 부분적으로 분리된 또 다른 도파관이 사용자의 또 다른 눈으로 이미지 광을 제공할 수 있다. 부분적으로 분리된 시스템에서, 하나 이상의 구성요소들은 각각의 눈에 대해 도파관들 간에 공유될 수 있다. 몇몇 인스턴스들에서, 단일 도파관(320)은 사용자의 양쪽 눈들 모두로 이미지 광을 제공할 수 있다. 또한, 몇몇 예들에서, 도파관(320)은 이하에서 보다 완전하게 설명되는 바와 같이, 도파관 구성의 다수의 도파관들 중 하나일 수 있다.
투사기 디바이스(310)는 하나 이상의 2-차원 단색성 이미지들을 포함한 광을 생성할 수 있다. 투사기 디바이스(310)는, 여기에서 도 4a 내지 도 4c 및 도 5a 내지 도 5c에 관하여 추가로 설명되는 바와 같이, 하나 이상의 단색성 광학 소스들 및 광학 시스템을 포함할 수 있다. 투사기 디바이스(310)는, 적어도 하나의 2-차원 이미지를 포함한, 이미지 광(355)을 생성하며, 이를 도파관(320)의 최상부 표면(370) 상에 위치된 결합 영역(350)으로 투사할 수 있다. 이미지 광(355)은 차원 또는 축을 따라 결합 영역(350)으로 전파될 수 있다.
도파관(320)은 사용자의 눈(220)으로 향해진 이미지 광에서 2-차원 이미지들을 출력하는 광학 도파관일 수 있다. 도파관(320)은 도파관(320)의 최상부 표면(370) 상에 및/또는 그것의 몸체 내에 위치된 하나 이상의 결합 요소들을 포함할 수 있는, 결합 영역(350)에서 이미지 광(355)을 수신할 수 있으며, 수신된 이미지 광(355)을 도파관(320)의 전파 영역으로 유도할 수 있다. 결합 영역(350)의 결합 요소는, 예컨대, 회절 그레이팅, 홀로그램 그레이팅, 하나 이상의 연쇄된 반사기들, 하나 이상의 각기둥 표면 요소들, 홀로그램 반사기들의 어레이, 메타물질 표면, 또는 그것의 몇몇 조합일 수 있다. 대표적인 결합 요소는 대략 300nm 내지 대략 600nm의 피치를 가진 그레이팅일 수 있다. 몇몇 구성들에서, 결합 영역(350)에서 결합 요소들의 각각은 X-축 및 Y-축 차원들을 따라 대체로 동일한 영역을 가질 수 있으며 Z-축을 따르는 거리만큼 분리될 수 있다(예컨대, 최상부 표면(370) 및 최하부 표면(380) 상에서, 또는 양쪽 모두 계면 층(도시되지 않음)에 의해 분리된 최상부 표면(370) 상에서, 또는 최하부 표면(380) 상에 있으며 계면 층을 갖고 분리되거나 또는 양쪽 모두가 도파관(320)의 몸체로 내장되지만 계면 층을 갖고 분리된). 결합 영역(350)은 최상부 표면(370)으로부터 최하부 표면(380)으로 연장된 것으로 이해될 수 있다. 결합 영역(350)은 제 1 그레이팅 벡터에 따라, 수신된 이미지 광을, 분리 요소들 사이에 있는 도파관(320)의 몸체에 형성된 도파관(320)의 전파 영역으로 리다이렉팅할 수 있다.
분리 요소(360A)는 분리 요소(360B)를 통해 분리될 수 있도록 도파관(320)으로부터 총 내부 반사 이미지 광을 리다이렉팅할 수 있다. 분리 요소(360A)는 도파관(320)의 최상부 표면(370)의 부분이고, 그것에 부착되거나, 또는 그것에 형성될 수 있다. 분리 요소(360B)는 도파관(320)의 최하부 표면(380)의 부분이고, 그것에 부착되거나, 또는 그것에 형성될 수 있으며, 따라서 분리 요소(360A)는 그 사이에 연장된 전파 영역을 갖고 분리 요소(360B)의 반대편에 있다. 몇몇 구성들에서, X-축 및/또는 Y-축을 따라 대향된 분리 요소들 간에 오프셋이 있을 수 있다. 분리 요소들(360A 및 360B)은, 예컨대, 회절 그레이팅, 홀로그램 그레이팅, 용적측정 브래그 그레이팅, 하나 이상의 연쇄된 반사기들, 하나 이상의 각기둥 표면 요소들, 홀로그램 반사기들의 어레이 등일 수 있으며, 함께 분리 영역을 형성할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 분리 요소들(360A)의 각각은 X-축 및 Y-축 차원들을 따라 대체로 동일한 영역을 가질 수 있으며 Z-축을 따르는 거리만큼 분리될 수 있다(예컨대, 최상부 표면(370) 및 최하부 표면(380) 상에서, 또는 최상부 표면(370) 상에 있지만 계면 층(도시되지 않음)을 갖고 분리되거나, 또는 최하부 표면(380) 상에 있지만 계면 층을 갖고 분리된 또는 도파관(320)의 도파관 몸체로 내장되지만 계면 층을 갖고 분리된). 분리 요소(360A)는 연관된 제 2 그레이팅 벡터를 가질 수 있으며, 분리 요소(360B)는 연관된 제 3 그레이팅 벡터를 가질 수 있다.
도파관(320)에 대한 투사기 디바이스(310), 결합 영역(350), 및 분리 요소들(360A 및 360B)의 특정한 위치들 및 구성들이 도 3에서 묘사되지만, 이하에서 보다 상세하게 설명된 다른 위치들 및 구성들뿐만 아니라, 여기에서 구체적으로 설명되지 않은 다른 것들이 다른 예들에서 이용될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 도파관(320)에서 빠져나간 이미지 광(340)의 배향 및/또는 위치는 결합 영역(350)에 들어간 이미지 광(355)의 배향을 변경함으로써 제어될 수 있다. 이를 위해, 몇몇 실시예들에서, 도파관(320)에 대한 투사기 디바이스(310)의 배향은 결합 영역(350)에 들어간 이미지 광(355)의 배향 및/또는 위치를 변경할 수 있다. 또한, 몇몇 예들에서, 투사기 디바이스(310)의 단색성 방출기 어레이에 대한 투사기 디바이스(310)의 하나 이상의 광학 구성요소들(예컨대, 렌즈들)의 배향 및/또는 위치는 결합 영역(350)에 들어간 이미지 광(355)의 배향 및/또는 위치를 변경하도록 제어 가능하게 수정될 수 있다. 분리 요소(360A) 및/또는 분리 요소(360B)의 피치는 대략 200nm 내지 대략 700nm일 수 있다. 몇몇 구성들에서, 결합 영역(350)은 이미지 광을 도파관(320)으로 결합하며 이미지 광은 도파관(320)의 평면을 따라 전파된다. 분리 요소(360A)는 투사기 디바이스(310)에 의해 방출된 제 1 각도 범위의 제 1 범위를 커버하는 결합 영역(350)으로부터 이미지 광을 수신할 수 있으며 또 다른 차원으로 수신된 이미지 광을 회절시킬 수 있다. 분리 요소(360B)는 아이박스를 향해 2-차원 확장 이미지를 회절시킬 수 있다.
결합 영역(350)과 분리 요소(360A) 및 분리 요소(360B)에 의해 정의된 분리 영역은 그것들 각각의 그레이팅 벡터들의 합이 임계 값보다 작도록 설계될 수 있으며, 이것은 광이 그것이 들어간 대략 동일한 각도로 도파관(320)을 빠져나가도록 0에 가깝거나 또는 그것과 같을 수 있다. 따라서, 도파관(320)에 들어간 이미지 광(355)은 그것이 도파관(320)으로부터 이미지 광(340)으로서 출력될 때 동일한 방향으로 전파될 수 있다. 이미지 광(340)은 입력 이미지 광(355)의 다수의 동공 복제들 또는 사본들을 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 분리 요소들(360A 및 360B)에 대한 결합 영역(350)의 위치는 단지 예이다. 다른 실시예들에서, 결합 영역(350)의 위치는 도파관(320)의 임의의 다른 부분(예컨대, 최상부 표면(370)의 최상부 에지 또는 최상부 표면(370)의 최하부 에지) 상에 있을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, NED(300)는 FOV 및/또는 아이박스를 더 증가시키기 위해 복수의 투사기 디바이스들(310) 및/ 또는 복수의 결합 영역들(350)을 포함할 수 있다. 또한, 몇몇 실시예들에서, 분리 요소들(360A 및 360B)은 단지 부분적으로 중첩하거나 또는 완전히 분리될 수 있다.
도파관(320)은 서로 반대편인, X- 및 Y-방향들로 연장된, 최상부 표면(370) 및 최하부 표면(380)을 가진 도파관 몸체를 포함할 수 있다. 도파관(320)은 이미지 광(355)의 총 내부 반사를 가능하게 하는 하나 이상의 재료들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도파관(320)은 예컨대, 실리콘, 플라스틱, 유리, 세라믹들, 또는 폴리머들, 또는 그것의 몇몇 조합으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도파관(320)은 가시 스펙트럼에서 대체로 투명한 유전체 또는 다른 재료를 포함할 수 있다. 광학적 코팅이 도파관(320)과 관련되어 사용될 수 있다. 광학적 코팅은 불화 마그네슘, 불화 칼슘, 및 다양한 금속 산화물들과 같은 재료들의 얇은 층들을 포함할 수 있는 유전체 코팅일 수 있다. 조성, 두께, 및 이들 층들의 수의 선택에 의해, 코팅의 반사율 및 투과율이 튜닝될 수 있다.
도파관(320)은 비교적 작은 형태 인자를 가질 수 있다. 예를 들어, 도파관(320)은 X-차원을 따라 대략 50mm 폭, Y-차원을 따라 30mm 길이, 및 Z-차원을 따라 0.3 내지 2mm 두께일 수 있다. 다른 실시예들에서, 도파관(320)은 X-차원을 따라 대략 150mm 폭 및 Y-차원을 따라 100mm 길이일 수 있으며, 두께는 Z-차원을 따라 범위가 0.1 내지 2mm 사이에 있을 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 하나 이상의 제어기들(제어기(330)와 같은)은 투사기 디바이스(310)의 동작들을 제어할 수 있다. 제어기(330)는 투사기 디바이스(310)에 대한 디스플레이 지시들을 생성할 수 있다. 디스플레이 지시들은 하나 이상의 단색성 이미지들을 투사하거나 또는 방출하기 위한 지시들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 디스플레이 지시들은 단색성 이미지 파일(예컨대, 비트맵)을 포함할 수 있다. 디스플레이 지시들은 예컨대, 도 1의 HMD(100)에 포함되거나 또는 그것과 무선 또는 유선 통신하는 프로세싱 디바이스로부터 수신될 수 있다. 여기에서 설명된 바와 같이, 디스플레이 지시들은, 작동 시스템을 작동시킴으로써 도파관(320)을 이동시키기 위해, 투사기 디바이스(310), 또는 그것의 개개의 방출기 어레이들을 이동시키기 위한 지시들을 추가로 포함할 수 있다. 제어기(330)는 본 개시의 다른 양상들을 모호하게 하지 않도록 여기에서 명시적으로 도시되지 않은 하드웨어, 소프트웨어, 및/또는 펌웨어의 조합을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 도파관(320)은 비교적 큰 FOV를 갖고 사용자의 눈(220)으로 확장된 이미지 광(340)을 출력할 수 있다. 예를 들어, 확장된 이미지 광(340)은 적어도 60도의 대각선 FOV(X- 및 Y-방향들로)를 갖고 사용자의 눈(220)으로 출력될 수 있다. 도파관(320)은 각각, X- 및 Y-방향들로, 적어도 20mm의 길이 및 적어도 10mm의 폭을 아이박스에 제공하도록 구성될 수 있다. 일반적으로, 수평 FOV는 수직 FOV보다 클 수 있다. 예를 들어, 도파관(320)은 16:9, 16:10, 16:13의 종횡비, 또는 몇몇 다른 종횡비를 가질 수 있다.
도 4a, 도 4b, 및 도 4c는 몇몇 실시예들에 따른, 투사기 디바이스(310)로서 도 3의 NED(300)에 포함될 수 있는 투사기 디바이스들의 단면도들이다. 도 4a의 투사기 디바이스(400A)는 복수의 2-차원 단색성 방출기 어레이들을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 투사기 디바이스(400A)는 제 1 방출기 어레이(402A), 제 2 방출기 어레이(402B), 및 제 3 방출기 어레이(402C)를 포함할 수 있으며, 그 각각은 각각 어레이 하우징(404A, 404B, 및 404C)에 배치될 수 있다. 편리함을 위해, 방출기 어레이들(402A 내지 402C)은 총괄하여 방출기 어레이들(402)로서 및 또한 개별적으로 방출기 어레이(402)로서 불리울 수 있다. 유사하게, 어레이 하우징들(404A 내지 404C)은 총괄하여 하우징들(404)로서 또는 개별적으로 하우징(404)으로서 불리울 수 있다. 하우징들(404)의 각각은 광학 시스템(406)을 포함할 수 있으며, 이것은 방출기 어레이들(402)에 의해 방출된 광의 방향을 변경하거나 또는 다른 특성들을 제어할 수 있는, 렌즈들(예컨대, 유리, 플라스틱, 또는 메타물질 렌즈들)과 같은, 하나 이상의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 방출기 어레이들(402)은 애플리케이션-특정 집적 회로(ASIC), 인쇄 회로 보드(PCB)(408), 뒤판, 또는 다른 구조와 같은, 공통 구조에 고정될 수 있으며, 이것은 제어기(410)에 방출기 어레이들(402)을 연결하는 리드들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 제어기(410)는 프레임(105)에 직접 또는 간접적으로 고정된, HMD(100) 내에 또는 그것 상에서의 다른 곳에 배치될 수 있다.
방출기 어레이들(402)의 각각은 단일 컬러의 개개의 방출기들의 2-차원 구성을 가진 단색성 방출기 어레이일 수 있다. 여기에서 설명된 바와 같이, 녹색 컬러는 약 500nm 내지 약 555nm의 파장 범위로서 이해될 수 있다. 뿐만 아니라, 여기에서 설명된 바와 같이, 적색 컬러는 약 622nm 내지 약 780nm의 파장 범위로서 이해될 수 있다. 청색 컬러는 약 440nm 내지 약 492nm의 파장 범위로서 이해될 수 있다. 따라서, 단색성 방출기 어레이(402)는 몇몇 실시예들에서, 단일 파장에서보다는, 좁은 파장 범위 내에서 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 단색성 방출기 어레이(402)는, 감소된 무색 성능 요건들을 가진 단순화된 투사 렌즈를 가능하게 할 수 있는, 하나 이상의 단색성 필터들을 사용하는 것에 의해서와 같은, 폭 5 내지 10nm의 파장 범위 내에서 방출할 수 있다. 특정한 예들에 따르면, 방출기 어레이(402A)는 단지 적색-광 방출기들만을 포함할 수 있고, 방출기 어레이(402B)는 단지 적색-광 방출기들만을 포함할 수 있으며, 방출기 어레이(402C)는 단지 청색-광 방출기들만을 포함할 수 있다. 제어기(410)의 지시하에서, 방출기 어레이들(402A 내지 402C)의 각각은 그것의 방출기들에 의해 생성된 컬러에 따라 단색성 이미지를 생성할 수 있다. 따라서, 3개의 단색성 방출기 어레이들(402A 내지 402C)은 도 3의 결합 영역(350)을 향해 3개의 단색성 이미지들(예컨대, 적색 이미지, 녹색 이미지, 및 청색 이미지)을 동시에 방출할 수 있다. 3개의 단색성 이미지들은 전체-컬러 이미지로부터 추출될 수 있다. 예를 들어, 제어기(410)는 사용자에게 디스플레이될 전체-컬러 이미지를 수신하며 그 후 전체-컬러를, 적색 이미지, 녹색 이미지, 및 청색 이미지와 같은, 다수의 단색성 이미지들로 분해할 수 있다. 여기에서 설명되는 바와 같이, 도파관 구성(320)은 그 후 광(340)으로서 눈(220)으로 향해질 수 있는, 전체-컬러 이미지 또는 다색성 이미지를 생성하기 위해 3개의 단색성 이미지들을 조합(또는 재조합)할 수 있다. 다른 예들에서, 하나 이상의 방출기 어레이들(402A 내지 402C)은 다수의 파장들의 광, 파장들의 범위들, 단색성 광이 아닌 다른 형태들의 광을 생성할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 교정 및/또는 정렬 시스템(도 4a에 도시되지 않음)은 원하는 또는 의도된, 적절히 정렬된 다색성 이미지를 생성하도록 다수의 단색성 이미지들을 정렬시키기 위해 이용될 수 있다(예컨대, 단색성 방출기 어레이들(402A 내지 402C) 중 하나 이상의 기계적 움직임 또는 그것들의 연관된 단색성 방출기 어레이들(402A 내지 402C)로부터 방출된 것으로서 하나 이상의 픽셀들에 의해 단색성 이미지들 중 하나 이상의 소프트웨어 움직임을 통해).
도 4b는 복수의 방출기 어레이들이 공통 ASIC, PCB, 뒤판, 또는 다른 구조에 고정됨으로써 서로에 대해 고정되지 않을 수 있는 투사기 디바이스(400B)를 묘사한다. 대신에, 방출기 어레이들(402)의 각각은 개개의 PCB(408A, 408B, 408C, 및 408D)에 고정될 수 있다. 다른 실시예들에서, ASIC들 또는 다른 개개의 구조들, 또는 그것의 몇몇 조합은 PCB들(408A 내지 408D) 중 하나 이상 대신에 이용될 수 있다. 투사기 디바이스(400B)는 제 4 어레이 하우징(404D) 내에 배치된 제 4 단색성 방출기 어레이(402D)(또는 엄격하게 단색성이 아닌 광을 방출하는 다른 방출기 어레이)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 방출기 어레이(402D)는 백색-광 방출기 어레이일 수 있으며, 따라서 방출기 어레이(402D)의 각각의 방출기는 단지 백색 광만을 생성한다. 몇몇 실시예들에서, 백색-광 방출기 어레이는 그 외 방출기 어레이들(402A 내지 402C)의 조합에 의해 생성될 백색 이미지 픽셀들을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 백색-광 방출기 어레이는 뷰어에 의해 백색으로 지각되는 광을 생성할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 백색-광 방출기 어레이는 황색 인광체 코팅(예컨대, 세륨(III)-도핑 이트륨 알루미늄 가넷(Ce:YAG))을 가진 청색 microLED들을 포함할 수 있다. 청색 방출기들 및 인광체의 조합은 사용자에게 백색으로 보이는 광을 제공할 수 있다. 이것은 3-방출기 어레이들의 조합으로 단일 방출기 어레이의 전력 요건들을 대체함으로써 전력 소비를 감소시킬 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 방출기 어레이(402D)에 의해 생성된 이러한 단색성 이미지는 방출기 어레이들(402A 내지 402C)을 위해 3개의 이미지들을 조합함으로써 생성된 다색성 이미지의 컬러들을 대체로 변경하지 않는 밝기 또는 채도 이미지일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 백색-광 방출기 어레이는 백색으로 지각될 수 있는 넓은 가시 방출 스펙트럼을 생성하는 마이크로-OLED 방출기 어레이일 수 있다. 다른 예들에서, 제 4 단색성 방출기 어레이(402D)는 또 다른 컬러(예컨대, 청록색 또는 녹색과 청색 사이에서의 다른 컬러)를 방출할 수 있고, 전체적으로 더 효율적일 수 있으며 4-컬러 주요 시스템으로서 단색성 방출기 어레이들(402A 내지 402D)의 사용을 가능하게 할 수 있다.
도 4c는 방출기 어레이들(402)의 높이가 방출기 어레이마다 달라질 수 있는 투사기 디바이스(400C)를 묘사한다. 도시된 바와 같이, 어레이 하우징(404A)은 어레이 하우징(404B)보다 높거나 또는 더 클 수 있으며, 이것은 결과적으로 어레이 하우징(404C)보다 높거나 또는 클 수 있다. 높이에서의 차이들은 각각의 하우징에 포함된 광학 시스템에서의 차이들을 허용할 수 있다. 따라서, 광학 시스템(406A)은 광학 시스템(406B)보다 많거나 또는 큰 구성요소들을 가질 수 있거나 또는 더 높은 전력 레벨로 동작할 수 있으며, 이것은 결과적으로 광학 시스템(406C)보다 많은 구성요소들 및/또는 더 적은 전력 레벨을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 4c의 방출기 어레이(402A)는 녹색 이미지 방출기 어레이일 수 있다. 녹색 방출기 어레이(402A)의 더 큰 크기는 더 큰 열 발산 및/또는 개선된 광학을 제공할 수 있다. 이것은 녹색 이미지가 3개의 단색성 이미지들 중 가장 밝을 수 있게 할 것이다.
도 5a, 도 5b, 및 도 5c는 몇몇 실시예들에 따른, 도 3의 투사기 디바이스(310)에 포함될 수 있는 방출기 어레이 구성들의 상면도들이다. 도 5a에 도시된 구성(500A)은 축(A1)을 따르는 도 4a의 방출기 어레이들(402A 내지 402C)의 선형 구성이다. 이러한 특정한 선형 구성은 직사각형 방출기 어레이들(402)의 보다 긴 측면에 따라 배열될 수 있다. 방출기 어레이들(402)은 몇몇 실시예들에서 정사각형 구성의 방출기들을 가질 수 있지만, 다른 실시예들은 직사각형 구성의 방출기들을 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 방출기 어레이들(402A 내지 402C)은 제 1 방향에 직교하는 제 1 치수(예컨대, 폭) 및 제 2 치수(예컨대, 길이)를 정의하면서 다른 구성들(예컨대, 타원형, 원형, 또는 그 외 몇몇 방식으로 둥근)을 가질 수 있으며, 하나의 치수는 서로 동일하거나 또는 동일하지 않다. 도 5b에서, 방출기 어레이들(402A 내지 402C)은 축(A2)을 따라, 직사각형 방출기 어레이들(402)의 더 짧은 측면에 따라 선형 구성(500B)으로 배치될 수 있다. 도 5c는 방출기 어레이들(402A 내지 402C)의 삼각형 구성을 도시하며 여기에서 방출기 어레이들(402)의 중심들은 비-선형(예컨대, 삼각형) 형태 또는 구성을 형성한다. 도 5c의 구성(500C)의 몇몇 실시예들은 백색-광 방출기 어레이(402D)를 추가로 포함할 수 있으며, 따라서 방출기 어레이들(402)은 직사각형 또는 정사각형 구성에 있다. 방출기 어레이들(402)은 몇몇 실시예들에서, 1000×1000 이상의 방출기들을 가진 2-차원 방출기 구성을 가질 수 있다. 다양한 다른 구성들이 또한 본 개시의 범위 내에 있다.
도 6a 및 도 6b는 몇몇 실시예들에 따른, 도 4a 내지 도 4c 및 도 5a 내지 도 5c의 방출기 어레이들(402)에서 개개의 방출기로서 포함될 수 있는 예시적인 microLED(600A)의 개략적인 단면도들이다. 도 6a는 microLED(600A)의 개략적인 단면을 도시한다. "microLED"는 작은 활성 광 방출 영역(예컨대, 몇몇 실시예들에서, 2,000μm2 미만, 다른 실시예들에서 20μm2 미만 또는 10μm2 미만)을 가진 특정한 유형의 LED일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, microLED(600A)의 방출성 표면은 대략 5μm 미만의 직경을 가질 수 있지만, 방출성 표면에 대해 더 작은(예컨대, 2μm) 또는 더 큰 직경들이 다른 실시예들에서 이용될 수 있다. microLED(600A)는 또한 몇몇 예들에서, 시준된 또는 비-램버시안(non-Lambertian) 광 출력을 가질 수 있으며, 이것은 작은 활성 발광 영역으로부터 방출된 광의 밝기 레벨을 증가시킬 수 있다.
microLED(600A)는 다른 구성요소들 중에서, 기판(602) 상에 배치된 반도체 에피택셜 층(604)을 가진 LED 기판(602), 에피택셜 층(604) 상에 배치된 유전체 층(614) 및 p-접촉부(619), 유전체 층(614) 및 p-접촉부(619) 상에 배치된 금속 반사기 층(616), 및 에피택셜 층(604) 상에 배치된 n-접촉부(618)를 포함할 수 있다. 에피택셜 층(604)은 메사(606)로 성형될 수 있다. 활성 발광 영역(608)은 에피택셜 층(604)의 p-도핑 영역(617)에 의해 메사(606)의 구조에 형성될 수 있다.
기판(602)은 사파이어 또는 유리와 같은 투명한 재료들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 기판(602)은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 이산화물, 알루미늄 산화물, 사파이어, 실리콘 및 게르마늄의 합금, 인화 인듐(InP) 등을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기판(602)은 반도체 재료(예컨대, 단결정 실리콘, 게르마늄, 실리콘 게르마늄(SiGe), 및/또는 III-V 기반 재료(예컨대, 갈륨 비소), 또는 그것의 조합)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 기판(602)은 폴리머-기반 기판, 유리, 또는 2-차원 재료들(예컨대, 그래핀 및 몰리브덴 이황화물), 유기 재료들(예컨대, 펜타센), 투명 산화물들(예컨대, 인듐 갈륨 아연 산화물(IGZO)), 다결정성 III-V 재료들, 다결정성 게르마늄, 다결정성 실리콘, 비정질 III-V 재료들, 비정질 게르마늄, 비정질 실리콘, 또는 그것의 임의의 조합을 포함한 임의의 다른 굽힘 가능한 기판을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기판(602)은 활성 LED(예컨대, 갈륨 질화물)와 동일한 유형의 III-V 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 기판(602)은 에피택셜 층(604)의 것에 가까운 격자 상수를 가진 재료를 포함할 수 있다.
에피택셜 층(604)은 갈륨 질화물(GaN) 또는 갈륨 비소(GaAs)를 포함할 수 있다. 활성 층(608)은 인듐 갈륨 질화물(InGaN)을 포함할 수 있다. 사용된 반도체 재료의 유형 및 구조는 특정 컬러들을 방출하는 microLED들을 생성하기 위해 달라질 수 있다. 일 실시예에서, 사용된 반도체 재료들은 III-V 반도체 재료를 포함할 수 있다. III-V 반도체 재료 층들은 그룹 V 원소들(N, P, As, Sb 등)과 그룹 III 원소들(Al, Ga, In 등)을 조합함으로써 형성되는 이들 재료들을 포함할 수 있다. p-접촉부(619) 및 n-접촉부(618)는 또한 투명하거나 또는 대체로 투명한 microLED(600A)를 야기할 수 있는, 양호한 광학적 투과/투명성 및 전기 접촉 양쪽 모두를 제공하기 위해 그리드-형 패턴으로 배열되거나 또는 원하는 두께로 투명할 수 있는 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 또 다른 도전성 재료로부터 형성된 접촉 층들일 수 있다. 이러한 예들에서, 금속 반사기 층(616)은 생략될 수 있다. 다른 실시예들에서, p-접촉부(619) 및 n-접촉부(618)는 픽셀 설계에 의존하여, 광학적으로 투과성이거나 또는 투명하지 않을 수 있는 도전성 재료(예컨대, 금속들)로부터 형성된 접촉 층들을 포함할 수 있다.
몇몇 구현예들에서, 더 넓은-스펙트럼 투명 도전성 산화물들(TCO들), 도전성 폴리머들, 금속 그리드들, 탄소 나노튜브들(CNT), 그래핀, 나노와이어 메시들, 및 얇은-금속 막들을 포함한, ITO에 대한 대안들이 사용될 수 있다. 부가적인 TCO들은 알루미늄-도핑 아연-산화물(AZO) 및 인듐-도핑 카드뮴-산화물과 같은, 도핑된 이진 화합물들을 포함할 수 있다. 부가적인 TCO들은 바륨 주석산염 및 스트론튬 바나듐산염 및 칼슘 바나듐산염과 같은, 금속 산화물들을 포함할 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 도전성 폴리머들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) PEDOT: 폴리(스틸렌 술폰산염) PSS 층이 사용될 수 있다. 또 다른 예에서, 아이오딘 또는 2,3-디클로로-5,6-디시아노-1,4-벤졸퀴논(DDQ)로 도핑된 폴리(4,4-디옥틸 사이클로펜타디시티오펜) 재료가 사용될 수 있다. 예시적인 폴리머들 및 유사한 재료들이 몇몇 예시적인 실시예들에서 스핀-코팅될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, p-접촉부(619)는 메사(606)의 p-도핑 영역(617)과 옴 접촉을 형성하는 재료일 수 있다. 이러한 재료들의 검시관은, 이에 제한되지 않지만 팔라듐, 뒤이은 산화 및 어닐링으로의 NiAu 다층 코팅으로서 증착된 니켈 산화물, 은, 니켈 산화물/은, 금/아연, 백금 금, 또는 p-도핑 III-V 반도체 재료와 옴 접촉들을 형성하는 다른 조합들을 포함할 수 있다.
에피택셜 층(604)의 메사(606)는 기판(602)의 기판 광 방출성 표면(610)과 반대편 측면 상에 절단된 최상부를 가질 수 있다. 메사(606)는 또한 microLED(600A) 내에 생성된 광에 대한 반사성 엔클로저 또는 포물형 반사기를 형성하기 위해 포물선 또는 포물선에 가까운 형태를 가질 수 있다. 그러나, 도 6a는 메사(606)에 대해 포물선 또는 포물선에 가까운 형태를 묘사하지만, 메사(606)에 대한 다른 형태들이 다른 실시예들에서 가능하다. 화살표들은 활성 층(608)으로부터 방출된 광(612)이, 광이 microLED(600A)를 빠져나가기에 충분한 각도로(총 내부 반사의 각도 밖에서) 어떻게 광 방출성 표면(610)을 향해 메사(606)의 내부 벽들로부터 반사될 수 있는지를 나타낸다. p-접촉부(619) 및 n-접촉부(618)는 기판에 microLED(600A)를 전기적으로 연결할 수 있다.
microLED(600A)의 포물-형 구조는 성형되지 않은 또는 표준 LED들과 비교할 때 낮은 조명 각들로 microLED(600A)의 추출 효율에서의 증가를 야기할 수 있다. 표준 LED 다이들은 일반적으로 120°의 방출 반치전폭(FWHM) 각도를 제공할 수 있다. 비교 시, microLED(600A)는 약 60°와 같은, 표준 LED 다이들보다 작은 제어된 방출 각 FWHM을 제공하도록 설계될 수 있다. microLED(600A)의 이러한 증가된 효율 및 시준된 출력은 NED의 전체 전력 효율에서의 개선을 가능하게 할 수 있으며, 이것은 열 관리 및/또는 배터리 수명에 중요할 수 있다.
microLED(600A)는 도 6a에 도시된 바와 같이, 수평 평면을 따라 절단될 때 원형 단면을 포함할 수 있다. 그러나, microLED(600A) 단면은 다른 예들에서 비-원형일 수 있다. microLED(600A)는 웨이퍼 프로세싱 단계들 동안 LED 다이로 직접 에칭된 포물형 구조를 가질 수 있다. 포물형 구조는 광을 발생시키기 위해 microLED(600A)의 활성 발광 영역(608)을 포함할 수 있으며, 포물형 구조는 기판 광 방출성 표면(610)으로부터 방출된 준-시준 광(612)을 형성하기 위해 발생된 광의 일 부분을 반사할 수 있다. 몇몇 예들에서, microLED(600A)의 광학 크기는 활성 발광 영역(608)보다 작거나 또는 동일할 수 있다. 다른 실시예들에서, microLED(600A)의 광학 크기는 방출기 어레이(402)에 의해 생성될 임의의 주광선 각(chief ray angle; CRA) 오프셋들을 포함하여, microLED(600A)의 사용 가능한 밝기를 개선하기 위해, 굴절성 또는 반사성 접근법을 통해서와 같은, 활성 발광 영역(608)보다 클 수 있다.
도 6b는 도 6a의 microLED(600A)와 많은 점들에서 유사한 microLED(600B)를 묘사한다. microLED(600B)는 포물형 구조 위에 형성될 수 있는, 마이크로렌즈(620)를 추가로 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 마이크로렌즈(620)는 microLED(600A) 위에 폴리머 코팅을 도포하고, 코팅을 패터닝하며, 원하는 렌즈 곡률을 달성하기 위해 코팅을 리플로잉함으로써 형성될 수 있다. 마이크로렌즈(620)는 microLED(600B)의 주광선 각을 변경하기 위해 방출성 표면 위에 배치될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 마이크로렌즈(620)는 microLED(600A) 위에 마이크로렌즈 재료를 증착시킴으로써 형성될 수 있다(예를 들어, 스핀-온 방법 또는 증착 프로세스에 의해). 예를 들어, 곡선 상부 표면을 가진 마이크로렌즈 템플릿(도시되지 않음)은 마이크로렌즈 재료 위에 패터닝될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 마이크로렌즈 템플릿은 분배한 노출 광 선량을 사용하여 노출되고(예컨대, 음의 포토레지스트를 위해, 더 많은 광이 곡률이 최하부에서 노출되며 더 적은 광이 곡률의 최상부에서 노출된다), 현상되며, 둥근 형태를 형성하기 위해 베이킹된 포토레지스트 재료를 포함할 수 있다. 마이크로렌즈(620)는 그 후 마이크로렌즈 템플릿에 따라 마이크로렌즈 재료를 선택적으로 에칭함으로써 형성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 마이크로렌즈(620)의 형태는 기판(602)으로 에칭함으로써 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 환상형 렌즈, 프레넬 렌즈, 또는 광자 결정 구조들과 같은, 다른 유형들의 광-성형 또는 광-분배 요소들이 마이크로렌즈들 대신에 사용될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 도 6a 및 도 6b와 함께 상기 구체적으로 논의된 것들 외에 다른 microLED 배열들이 방출기 어레이(402)에서 microLED로서 이용될 수 있다. 예를 들어, microLED는 금속 반사기로 둘러싸인 에피택셜 성장 발광 재료의 절연된 필러들을 포함할 수 있다. 방출기 어레이(402)의 픽셀들은 또한 광학 크로스토크를 방지하기 위해 반사 재료 또는 흡수 재료로 둘러싸이거나 또는 둘러싸이지 않을 수 있는 에피택셜 성장 재료의 작은 필러들(예컨대, 나노와이어들)의 클러스터들을 포함할 수 있다. 몇몇 예들에서, microLED 픽셀들은 평면의, 에피택셜 성장 LED 디바이스 상에서 개개의 금속 p-접촉부들일 수 있으며, 여기에서 개개의 픽셀들은 플라즈마 처리, 이온-주입 등과 같은, 패시베이션 수단들을 사용하여 전기적으로 절연될 수 있다. 이러한 디바이스들은 마이크로렌즈들, 회절성 구조들, 또는 광자 결정들과 같은, 광 추출 강화 방법들로 제작될 수 있다. 여기에서 구체적으로 개시된 것들 외에 상기 주지된 차원들의 microLED들을 제작하기 위한 다른 프로세스들이 다른 실시예들에서 이용될 수 있다.
도 7a, 도 7b, 도 7c, 및 도 7d는 몇몇 실시예들에 따른, 투사기 디바이스 및 도파관 구성을 포함하는 디스플레이 시스템들 또는 NED들의 단면도들이다. 도 7a 내지 도 7d에서 묘사된 실시예들은 많은 이미지 복제들(예컨대, 동공 복제들)의 투사를 위해 제공할 수 있지만, 다른 실시예들이 대신 단일 포인트에서 단일 이미지 투사를 분리하는 것을 제공할 수 있다. 따라서, 개시된 NED들의 부가적인 실시예들은 단일 분리 요소를 위해 제공할 수 있다. 아이박스(230)를 향해 단일 이미지를 출력하는 것은 결합된 이미지 광의 강도를 보존할 수 있다. 단일 포인트에서 분리하는 것을 제공하는 몇몇 실시예들은 출력 이미지 광의 조향을 추가로 제공할 수 있다. 이러한 동공-조향 NED들은 사용자의 시선을 모니터링하기 위해 눈 추적을 위한 시스템들을 추가로 포함할 수 있다. 여기에서 설명된 바와 같이, 동공 복제를 제공하는 도파관 구성들의 몇몇 실시예들은 1-차원 복제를 제공할 수 있지만, 다른 실시예들은 2-차원 복제를 제공할 수 있다. 도 7a 내지 도 7d에서 예시된 바와 같이, 2-차원 동공 복제는 각각의 도면의 평면으로 및 그 밖으로 광을 향하게 하는 것을 포함할 수 있다. 도면들은 단순화된 포맷으로 제공된다. 사용자의 검출된 시선은 개별적으로 방출기 어레이들 또는 전체적으로 투사기 디바이스(750)의 위치 및/또는 배향을 조정하기 위해 및/또는 도파관 구성의 위치 및/또는 배향을 조정하기 위해 사용될 수 있다. 출력 이미지 동공을 조향하기 위해 디스플레이 시스템 구성요소들의 위치 및/또는 배향을 조정하기 위한 몇몇 대표적인 작동 시스템들이 도 11a 내지 도 11d에 대하여 이하에서 보다 상세하게 설명된다.
도 7a에서, 도파관 구성(700A)은 지지 구조(754)(예컨대, 인쇄 회로 보드 또는 또 다른 구조)에 고정된 하나 이상의 단색성 방출기들(752)을 포함할 수 있는, 투사기 디바이스(750)와 협력하여 배치된다. 지지 구조(754)는 도 1의 프레임(105)에 결합될 수 있다. 도파관 구성(700A)은 거리(D1)를 가진 공극에 의해 투사기 디바이스(750)로부터 분리될 수 있다. 거리(D1)는 몇몇 예들에서 대략 50μm 내지 대략 500μm의 범위에 있을 수 있다. 투사기 디바이스(750)로부터 투사된 단색성 이미지 또는 이미지들은 도파관 구성(700A)을 향해 공극을 통과할 수 있다. 여기에서 설명된 투사기 디바이스 실시예들 중 임의의 것은 투사기 디바이스(750)로서 이용될 수 있다.
도파관 구성(700A)은 유리 또는 플라스틱 재료로부터 형성될 수 있는, 도파관(702A)을 포함할 수 있다. 도파관(702A)은 몇몇 실시예들에서, 결합 영역(704A)과 최상부 표면(708A) 상에서의 분리 요소들(706A) 및 최하부 표면(708B) 상에서의 분리 요소들(706B)에 의해 형성된 분리 영역을 포함할 수 있다. 분리 요소들(706A 및 706B) 사이에서 도파관(702A) 내에서의 영역은 전파 영역(710)으로 고려될 수 있으며, 여기에서 투사기 디바이스(750)로부터 수신되고 결합 영역(704A)에 포함된 결합 요소들에 의해 도파관(702A)으로 결합된 광 이미지는 도파관(702A) 내에서 측방향으로 전파될 수 있다.
결합 영역(704A)은 미리 결정된 파장의 광, 예컨대, 적색, 녹색, 또는 청색 광을 결합하도록 구성되고 치수화된 결합 요소(712)를 포함할 수 있다. 백색 광 방출기 어레이가 투사기 디바이스(750)에 포함될 때, 미리 결정된 파장에 있는 백색 광의 부분은 결합 요소들(712)의 각각에 의해 결합될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 결합 요소들(712)은 미리 결정된 파장의 광을 결합하도록 치수화된, 브래그 그레이팅들과 같은, 그레이팅들일 수 있다. 몇몇 예들에서, 각각의 결합 요소(712)의 그레이팅들은 특정한 결합 요소(712)가 도파관(702A)으로 결합하여, 각각의 결합 요소(712)에 대한 상이한 그레이팅 이격 거리들을 야기하는 미리 결정된 파장의 광과 연관된 그레이팅들 간의 이격 거리를 보일 수 있다. 따라서, 각각의 결합 요소(712)는 포함될 때 백색 광 방출기 어레이로부터의 백색 광의 제한된 부분을 결합할 수 있다. 다른 예들에서, 그레이팅 이격 거리는 각각의 결합 요소(712)에 대해 동일할 수 있다. 몇몇 예들에서, 결합 요소(712)는 다중화된 결합기이거나 또는 이를 포함할 수 있다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 적색 이미지(720A), 청색 이미지(720B), 및 녹색 이미지(720C)는 전파 영역(710)으로 결합 영역(704A)의 결합 요소들에 의해 결합될 수 있으며 도파관(702A) 내에서 측방향으로 가로지르기 시작할 수 있다. 광의 일 부분은 광이 1-차원 동공 복제를 위해 분리 요소(706A)에 접촉한 후, 및 광이 2-차원 동공 복제를 위해 분리 요소(706A) 및 분리 요소(706B) 양쪽 모두에 접촉한 후 도파관(702A) 밖으로 투사될 수 있다. 2-차원 동공 복제 실시예들에서, 광은 분리 요소(706A)의 패턴이 분리 요소(706B)의 패턴과 교차하는 위치들에서 도파관(702A) 밖으로 투사될 수 있다.
분리 요소(706A)에 의해 도파관(702A) 밖으로 투사되지 않은 광의 부분은 분리 요소(706B)로부터 반사될 수 있다. 분리 요소(706B)는 묘사된 대로, 분리 요소(706A)를 향해 다시 모든 입사 광을 반사할 수 있다. 따라서, 도파관(702A)은 적색 이미지(720A), 청색 이미지(720B), 및 녹색 이미지(720C)를 다색성 이미지 인스턴스로 조합할 수 있으며, 이것은 동공 복제(722)로 불리울 수 있다. 다색성 동공 복제(722)는 도 2의 아이박스(230)를 향해 및 눈(220)으로 투사될 수 있으며, 이것은 전체-컬러 이미지(예컨대, 적색, 녹색, 및 청색 외에 컬러들을 포함한 이미지)로서 동공 복제(722)를 해석할 수 있다. 도파관(702A)은 수십 또는 수백의 동공 복제들(722)을 생성할 수 있거나 또는 단일 복제(722)를 생성할 수 있다.
도 7b는 도파관 구성(700B) 및 투사기 디바이스(750)의 단면도이다. 도파관 구성(700B)은 많은 점들에서 도 7a의 도파관 구성(700A)과 유사할 수 있다. 도파관 구성(700B)은 도파관(702B)이 상이한 결합 영역(704B)을 포함할 수 있다는 점에서 도파관 구성(700A)과 상이할 수 있다. 결합 요소들(712)로서 그레이팅들을 포함하기보다는, 도파관 구성(700B)의 결합 영역(704B)은 수신된 이미지 광을 반사하고 굴절시키는, 최하부 표면(708B)으로부터 안쪽으로 연장되고, 그것을 분리 요소(706A)로 향하게 하는 프리즘을 포함할 수 있다. 유사하게, 도 7c는 도파관 구성(700C) 및 투사기 디바이스(750)의 단면도이다. 도파관 구성(700C)은 또한 도 7a의 도파관 구성(700A)과 관련되어 여기에서 설명된 특징들 중 많은 것을 포함할 수 있다. 도파관 구성(700C)은 최상부 표면(708A)으로부터 위쪽으로 돌출되는 프리즘 요소를 가진 결합 영역(704C)을 가진 도파관(702C)을 포함할 수 있다.
도 7d는 도파관 구성(700D) 및 투사기 디바이스(760)의 단면도이다. 도파관 구성(700D)은 다수의 도파관들을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 도파관들(702D)의 세트는 제 1 도파관(730A), 제 2 도파관(730B), 및 제 3 도파관(730C)을 포함할 수 있다. 도파관들(730)의 각각은 각각, 그 자신의 결합 영역(732A, 732B, 및 732C)을 포함할 수 있다. 결합 영역들(732)의 각각은 미리 결정된 파장의 광을 수신하도록 적응될 수 있다. 유사하게, 파장들(730)의 각각은 예를 들어, 광의 파장에 기초하여 미리 결정된 두께를 가짐으로써 미리 결정된 파장의 광을 수신하도록 적응될 수 있다. 도파관들(730)의 다른 광학적 속성들은 도파관이 수신할 미리 결정된 파장의 광에 기초하여 적응될 수 있다. 도파관들(730)의 각각은 또한 미리 결정된 파장의 광에 대해 구체적으로 적응될 수 있는 분리 영역들을 가질 수 있다. 분리 요소들(706A 및 706B)은 명료함을 위해 도 7d에서 명시적으로 묘사되지 않았다.
도 4c의 투사기 디바이스(400C)처럼, 투사기 디바이스(760)는 상이한 컬러들에 대해 상이한 길이들의 어레이 하우징들을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 어레이 하우징(762A)은 어레이 하우징(762B)보다 길 수 있으며, 이것은 결과적으로 어레이 하우징(762C)보다 길 수 있다. 투사기 디바이스(760)의 각각의 개개의 방출기 어레이와 연관된 높이 또는 배럴 길이는 개선된 광학, 증가된 열 발산 등을 허용할 수 있다. 여기에서 주지된 바와 같이, 가장 큰 어레이 하우징(762A)은, 인간 눈들이 녹색 광 파장들에 가장 응답적이기 때문에, 녹색 광 또는 녹색 이미지들을 방출하는 방출기 어레이를 포함할 수 있다. 적층형 도파관 구성을 사용할 때, 도파관 구성(700D)처럼, 각각의 도파관(730)은 각각의 다른 도파관을 수용해야 한다. 예를 들어, 도파관(730A)은 (1) 도파관(730B)에 의해 투사될 수 있는, 이미지(720B), 및 (2) 도파관(730C)에 의해 투사될 수 있는 이미지(720C)를 통과할 수 있다. 유사하게, 도파관(730B)은 도파관(730C)에 의해 투사될 수 있는, 이미지(720C)를 통과할 수 있다. 이러한 방식으로, 동공 복제(722)는 시각적으로 정렬된 및 중첩하는 이미지들(720A, 720B, 및 720C)을 포함할 수 있다.
어레이 하우징(762A)의 배럴이 도파관(730C)의 최상부 표면 위로부터 도파관(730B)의 최하부 표면으로 연장될 수 있기 때문에, 도파관(730C) 및 도파관(730B) 양쪽 모두는 하우징(762A)을 수용하도록 성형되거나 또는 구성될 수 있다. 예를 들어, 노치 또는 컷아웃이 어레이 하우징(762A)을 수용하기 위해 도파관(730B)에 형성될 수 있다. 유사하게, 노치 또는 컷아웃이 어레이 하우징(762A) 및 어레이 하우징(762B) 양쪽 모두를 수용하기 위해 도파관(730C)에 형성될 수 있다. 도파관(730A)은 어떤 어레이 하우징도 도파관(730A)의 최상부 표면을 넘어 연장될 수 없기 때문에 임의의 컷아웃을 요구하지 않을 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 여기에서 논의된 다양한 단색성 방출기 어레이들과 함께 이용될 수 있는 다양한 도파관 구성들(700A 내지 700D)을 예시하지만, 단색성 방출기 어레이들(예컨대, 단색성 방출기 어레이들(402A 내지 402D)로부터 광을 수신하며 다색성 이미지를 생성하기 위해 상기 광을 조합하는 여기에서 구체적으로 개시되지 않은 다른 도파관 구성들이 또한 다른 실시예들에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 7a 내지 도 7d는 일반적으로 동일한 지지 구조(754)에 결합된 다수의 단색성 방출기들(752)을 가진 투사기 디바이스(750)를 도시하지만, 다른 실시예들은 도파관 구성(700)에 대해 이질적 위치들에 위치된 별개의 단색성 방출기들(752) (예컨대, 도파관 구성(700)의 최상부 표면 가까이에 위치된 하나 이상의 단색성 방출기들(752) 및 도파관 구성(700)의 최하부 표면 가까이에 위치된 하나 이상의 단색성 방출기들(752))을 가진 투사기 디바이스(750)를 이용할 수 있다.
도 8은 몇몇 실시예들에 따라, 도 7a 내지 도 7d에 도시된 것들처럼 디스플레이 시스템 또는 NED에서 이미지를 디스플레이하는 방법(800)의 흐름도이다. 도 8에 도시된 단계들 중 하나 이상은 도 1, 도 2, 도 3 등에 예시된 시스템(들)을 포함하여, 임의의 적절한 컴퓨터-실행 가능한 코드 및/또는 컴퓨팅 시스템에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 단계들 중 하나 이상은 도 3의 제어기(330) 또는 여기에서 설명된 다른 프로세싱 디바이스들에 의해 수행될 수 있다. 일 예에서, 도 8에 도시된 단계들의 각각은 그 구조가 다수의 서브-단계들을 포함하고 및/또는 그것에 의해 표현되는 알고리즘을 나타낼 수 있으며, 그 예들은 이하에서 보다 상세하게 제공될 것이다. 방법(800)의 실시예들은 도 8에 도시된 나열된 단계들 앞에, 뒤에, 그 사이에, 또는 그것의 일부로서 부가적인 단계들을 포함할 수 있다.
도 8에 예시된 바와 같이, 단계(802)에서, 프로세싱 디바이스는 제 1 단색성 방출기 어레이로부터 도파관의 제 1 결합 요소를 향해 제 1 단색성 이미지의 방출을 야기할 수 있다. 예를 들어, 제어기(330)는 제 1 단색성 이미지를 방출하도록 도 4a의 투사기 디바이스(400A)의 단색성 방출기 어레이(402A)에 지시할 수 있다. 이 예에서, 단색성 이미지는 적색 광으로 이루어진 이미지일 수 있다. 다색성 이미지는 도 7a의 도파관 구성(700A)의 결합 영역(704A)에 포함된 결합 요소(712)로 향해질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제어기(330) 또는 또 다른 프로세싱 디바이스와 같은, 프로세싱 디바이스는 분해를 지시할 수 있거나 또는 제 1 단색성 이미지를 포함한 복수의 단색성 이미지들로 전체-컬러 이미지를 분해할 수 있다.
단계(804)에서, 프로세싱 디바이스는 제 2 단색성 이미지의 방출을 제 2 단색성 방출기 어레이로부터 도파관의 제 2 결합 요소로 향하게 할 수 있다. 예를 들어, 제어기(330)는 도 4a의 투사기 디바이스(400A)의 단색성 방출기 어레이(402B)가 청색 광으로 이루어진 단색성 이미지일 수 있는, 제 2 단색성 이미지를 방출하게 할 수 있다. 청색 광 단색성 이미지는 도파관 구성(700A)의 대응하는 결합 요소(712)로 투사될 수 있다.
단계(802) 및 단계(804)의 결과로서, 다색성 이미지가 도파관의 분리 요소로부터 향해지거나 또는 투사될 수 있으며, 상기 다색성 이미지는 제 1 및 제 2 단색성 이미지들의 조합이다. 예를 들어, 다색성 이미지는, 단색성 이미지들(720A, 720B, 및 720C)을, 분리 요소들(706A)에 의해 아이박스(230)를 향해 및 그것을 통해 사용자의 눈(220)으로 투사될 수 있는, 단일 전체-컬러 이미지로 조합할 수 있는, 도 7a의 동공 복제(722)에서 제공될 수 있다. 다색성 이미지의 투사는 도파관으로의 제 1 및 제 2 단색성 이미지들의 및 도파관 자체의 광학 특징들의 프로세싱 디바이스 지시 방출의 결과일 수 있다.
방법(800)의 몇몇 실시예들은 도파관 내에서 다색성 이미지의 복수의 인스턴스들을 생성하기 위해 다색성 이미지를 복제하는 것을 야기할 수 있으며, 여기에서 도파관의 분리 요소로부터 다색성 이미지를 투사하는 것은 분리 요소로부터 다색성 이미지의 복수의 인스턴스들을 투사하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도파관(702A)은 동공 복제(722)처럼 복수의 동공 복제들을 생성할 수 있다.
방법(800)의 몇몇 부가적인 실시예들에서, 제 1 결합 요소는 도파관의 제 1 표면상에서 방출된 제 1 단색성 이미지를 수신할 수 있으며 분리 요소는 도파관의 제 2 표면으로부터 아이박스를 향해 다색성 이미지를 투사할 수 있고, 상기 제 2 표면은 상기 제 1 표면의 반대편에 배치된다. 예를 들어, 결합 요소(712)는 도파관(702A)의 최상부 표면(708A)을 통해 이미지(720A)를 수신할 수 있다. 동공 복제들(722)은 최하부 표면(708B)을 통해 방출될 수 있다.
부가적으로, 방법(800)의 몇몇 실시예들은 백색 광을 방출하는 복수의 LED들을 활성화함으로써 단색성 방출기 어레이로부터 백색-광 단색성 이미지의 방출을 지시하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4b의 단색성 방출기 어레이(402D)는 백색 광 이미지를 생성하기 위해 활성화될 수 있는 백색 광 방출기들을 포함할 수 있다.
또한, 방법(800)의 몇몇 실시예들에서, 제어기(330)는 다색성 또는 "백색-광" 이미지를 나타내는 신호를 수신할 수 있으며, 제어기(330)는 컬러 공간의 구성 컬러들로 분해할 수 있으며, 여기에서 구성 컬러들의 각각은 각각의 단색성 방출기 어레이(402A 내지 402D)에 의해 생성될 단색성 이미지를 정의한다. 부가적으로, 방법(800)의 몇몇 실시예들은 그것 상에 방법(800)의 설명된 단계들 또는 동작들 중 하나 이상에 대응하는 지시들을 저장한 유형의, 비-일시적 컴퓨터-판독 가능한 매체를 포함할 수 있다. 프로세싱 디바이스가 지시들을 실행할 때, 프로세싱 디바이스는 방법(800)의 단계들 중 하나 이상을 수행할 수 있다.
도 9a, 도 9b, 및 도 9c는 몇몇 실시예들에 따른, 디스플레이 시스템들 또는 NED들의 투시도들이다. 도 9a에서의 NED(900A)는 이미지들을 사용자의 양쪽 눈들 모두로 투사하기에 충분히 넓거나 또는 길 수 있는 가늘고 긴 도파관 구성(902)을 포함할 수 있다. 도파관 구성(902)은 분리 영역(904)을 포함할 수 있다. 도파관 구성(902)을 통해 사용자의 양쪽 눈들로 이미지들을 제공하기 위해, 다수의 결합 영역들(906)이 도파관 구성(902)의 도파관의 최상부 표면에서 제공될 수 있다. 결합 영역들(906A 및 906B)은 각각 방출기 어레이 세트(908A) 및 방출기 어레이 세트(908B)에 의해 제공된 광 이미지들과 인터페이스하기 위해 다수의 결합 요소들을 포함할 수 있다. 방출기 어레이 세트들(908)의 각각은 여기에서 설명된 바와 같이, 복수의 단색성 방출기 어레이들을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 방출기 어레이 세트들(908)은 각각 적색 방출기 어레이, 녹색 방출기 어레이, 및 청색 방출기 어레이를 포함할 수 있다. 여기에서 설명된 바와 같이, 몇몇 방출기 어레이 세트들은 백색 방출기 어레이 또는 몇몇 다른 컬러를 방출하는 방출기 어레이 또는 컬러들의 조합을 추가로 포함할 수 있다.
도파관 구성(902)의 몇몇 구현예들에서, 방출기 어레이 세트들(908)은 분할기 라인(910A)에 의해 도시된 바와 같이, 분리 영역(904)의 대략 동일한 부분들을 커버할 수 있다. 다른 실시예들에서, 방출기 어레이 세트들(908)은 분할기 라인(910B)에 의해 도시된 바와 같이, 도파관 구성(902)의 도파관으로 이미지들을 비대칭적으로 제공할 수 있다. 이러한 구현예에서, 방출기 어레이 세트(908A)는 분리 영역(904)의 절반 이상으로 이미지들을 제공할 수 있는 반면, 방출기 어레이 세트(908B)는 분리 영역(904)의 절반 미만으로 이미지들을 제공할 수 있다. 방출기 어레이 세트들(908)은 도 9a에 도시된 바와 같이 도파관 구성(902)의 반대 측면들에 배치될 수 있지만, 다른 실시예들은 180°가 아닌 다른 각도들로 떨어져 배열된 방출기 어레이 세트들(908)을 포함할 수 있다. 도파관 구성(902)은 몇몇 실시예들에서 평면일 수 있지만, 그것은 또한 사용자의 얼굴/머리에 더 잘 맞도록 다른 실시예들에서 곡선 단면 형태를 가질 수 있다.
도 9b는 각각 분리 영역들(922A 및 922B)을 가진 우측 눈 도파관(920A) 및 좌측 눈 도파관(920B)을 갖는 도파관 구성을 가진 NED(900B)의 투시도이다. 우측 눈 도파관(920A)은 하나 이상의 결합 영역들(924A, 924B, 924C, 및 924D)(그 모두 또는 일부는 총괄하여 결합 영역들(924)로서 불리울 수 있다) 및 대응하는 수의 방출기 어레이 세트들(926A, 926B, 926C, 및 926D)(그 모두 또는 일부는 총괄하여 방출기 어레이 세트들(926)로서 불리울 수 있다)을 포함할 수 있다. 따라서, 우측 눈 도파관(920A)의 묘사된 실시예는 두 개의 결합 영역들(924) 및 두 개의 방출기 어레이 세트들(926)을 포함할 수 있지만, 다른 실시예들은 더 많거나 또는 더 적게 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 방출기 어레이 세트의 개개의 방출기 어레이들은 분리 영역 주위에서의 상이한 위치들에 배치될 수 있다. 예를 들어, 방출기 어레이 세트(926A)는 분리 영역(922A)의 좌측 측면을 따라 배치된 적색 방출기 어레이, 분리 영역(922A)의 최상부 측면을 따라 배치된 녹색 방출기 어레이, 및 분리 영역(922A)의 우측 측면을 따라 배치된 청색 방출기 어레이를 포함할 수 있다. 따라서, 방출기 어레이 세트의 방출기 어레이들은 분리 영역에 대하여, 모두 함께, 쌍으로, 또는 개별적으로 배치될 수 있다.
좌측 눈 도파관(920B)은, 몇몇 실시예들에서, 우측 눈 도파관(920A)과 동일한 수 및 구성의 결합 영역들(924) 및 방출기 어레이 세트들(926)을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 좌측 눈 도파관(920B) 및 우측 눈 도파관(920A)은 상이한 수들 및 구성들(예컨대, 위치들 및 배향들)의 결합 영역들(924) 및 방출기 어레이 세트들(926)을 포함할 수 있다. 우측 눈 도파관(920A)의 묘사에 하나의 방출기 어레이 세트(926)에 포함된 개개의 방출기 어레이들의 유효 동공 복제 영역들의 묘사가 포함된다. 예를 들어, 방출기 어레이 세트(926)의 적색 방출기 어레이는 제한된 영역(928A) 내에서 적색 이미지의 동공 복제들을 생성할 수 있다. 녹색 방출기 어레이는 제한된 영역(928B) 내에서 녹색 이미지의 동공 복제들을 생성할 수 있다. 청색 방출기 어레이는 제한된 영역(928C) 내에서 청색 이미지의 동공 복제들을 생성할 수 있다. 제한된 영역들(928)이 하나의 단색성 방출기 어레이에서 또 다른 것으로 상이할 수 있기 때문에, 제한된 영역들(928)의 중첩 부분들만이 아이박스(230)를 향해 투사된, 전체-컬러 동공 복제를 제공할 수 있을 것이다.
도 9c는 특정한 점들에서 도 9a 및 도 9b의 NED들(900A 및 900B)과 유사한 NED(900C)의 투시도이다. NED(900C)는 결합 영역(944A)을 가진 제 1 도파관 부분(940A) 및 결합 영역(944B)을 가진 제 2 도파관 부분(940B)을 갖는 도파관 구성을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 도파관 부분들(940A 및 940B)은 브리지 도파관(940C)에 의해 연결될 수 있으며 분리 영역들(942A 및 942B)을 가질 수 있다. 브리지 도파관(940C)은 방출기 어레이 세트(946A)로부터의 광이 도파관 부분(940A)으로부터 도파관 부분(940B)으로 전파되도록 허용할 수 있다. 유사하게, 브리지 도파관(940C)은 방출기 어레이 세트(946B)로부터 방출된 광이 도파관 부분(940B)으로부터 도파관 부분(940A)으로 전파되도록 허용할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 브리지 도파관 부분(940C)은 임의의 분리 요소들을 포함하지 않을 수 있으며, 따라서 모든 광은 완전히 도파관 부분(940C) 내에서 내부적으로 반사한다. 다른 실시예들에서, 브리지 도파관 부분(940C)은 분리 영역(942C)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 브리지 도파관(940C)은 양쪽 도파관 부분들(940A 및 940B) 모두로부터 광을 획득하며 획득된 광을, 도파관 부분들(940A 및 940B) 사이에서의 이미지 오정렬을 검출하기 위해서와 같이, 검출(예컨대, 광검출기)에 결합하기 위해 사용될 수 있다.
도 10a는 몇몇 실시예들에 따른, 다중-평면 도파관 구성(1002)을 가진, 또 다른 디스플레이 시스템 또는 NED(1000A)의 투시도이다. 도시된 바와 같이, 도파관 구성(1002)은 제 1 도파관 부분(1004A) 및 제 2 도파관 부분(1004B)을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 도파관 부분들(1004A 및 1004B)은 대체로 동일 평면이며 제 1 이미지 평면상에서 사용자에게 이미지들을 제공할 수 있다. 제 1 도파관 부분(1004A)은 결합 영역(1006A) 및 분리 영역(1008A)을 포함할 수 있다. 제 2 도파관 부분(1004B)은 결합 영역(1006B) 및 분리 영역(1008B)을 포함할 수 있다. 방출기 어레이 세트(1010A)는 결합 영역(1006A)과 동조될 수 있으며 방출기 어레이 세트(1010B)는 결합 영역(1006B)과 동조될 수 있다.
도파관 구성(1002)은 제 3 도파관 부분(1004C) 및 제 4 도파관 부분(1004D)의 포함에 의해 제 2 이미지 평면을 제공할 수 있다. 제 3 도파관 부분(1004C) 및 제 4 도파관 부분(1004D)은 브리지 도파관 부분(1004E)에 의해 연결될 수 있으며, 따라서 분리 영역들(1008C, 1008D, 및 1008E)은 제 2 이미지 평면을 위한 통합된 전파 영역을 정의할 수 있다. 제 3 도파관 부분(1004C)은 다수의 결합 영역들을 포함할 수 있으며, 그것의 결합 영역(1006C)은 도 10a에서 가시적이다. 제 4 도파관 부분(1004D)은 결합 영역들(1006D 및 1006E)을 포함할 수 있다. 결합 영역들(1006C 내지 1006E)의 각각은 각각 연관된 방출기 어레이 세트(1010C, 1010D, 및 1010E)를 가질 수 있다. 도파관 구성(1002)은 두 개의 이미지 평면들을 제공할 수 있으며, 따라서 사용자는 상이한 깊이들로 배치될 투사된 이미지들을 지각할 수 있다.
도 10b는 몇몇 실시예들에 따른, 디스플레이 시스템 또는 NED(1000B)의 단면도이다. 도 10a의 NED(1000A)처럼, NED(1000B)는 다수의 이미지 평면들을 제공할 수 있다. 도 10b에 도시된 NED(1000B)의 실시예에서, 제 1 이미지 평면은 도파관 구성(1050A)에 의해 제공될 수 있으며, 이것은 제 1 투사기 디바이스(1054A)에 포함된 3개의 단색성 방출기 어레이들의 각각에 대한 3개의 도파관들(1052A, 1052B, 및 1052C)을 포함할 수 있다. 제 2 이미지 평면은 또한, 3개의 도파관들(1052D, 1052E, 및 1052F)을 포함할 수 있는, 도파관 구성(1050B)에 의해 제공될 수 있다. 도파관들(1052A 내지 1052F)은, 도 7a 내지 도 7d에 묘사된 것들과 같은, 여기에서 설명된 다른 도파관들과 유사할 수 있다. 제 2 투사기 디바이스(1054B)는 여기에서 설명된 바와 같이 3개 이상의 단색성 방출기 어레이들을 포함할 수 있다. 주지된 바와 같이, 본 개시의 몇몇 실시예들은 사용자로 하여금 구성들(1050A 및 1050B)을 통해 주변 환경(1060)을 또한 시각화하면서 도파관 구성들(1050A 및 1050B)에 의해 디스플레이된 정보를 시각화하도록 허용할 수 있다.
NED(1000B)의 실시예들은 도파관 구성들(1050A 및 1050B) 외에 광학 구성요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 구성요소(1062)는 도파관 구성들(1050A 및 1050B) 사이에 배치될 수 있다. 광학 구성요소(1062)는 두 개의 이미지 평면들 사이에 시 이격 거리를 생성할 수 있는 렌즈 또는 다른 광학 구성요소일 수 있다. 예를 들어, 광학 구성요소(1062)는 -0.5 디옵터(D) 렌즈일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 광학 구성요소(1062)는, 정전, 열, 또는 기계적 작동기들을 사용하여, 도 3의 제어기(330)처럼, 제어기에 의해 조정될 수 있는, 전기적으로-동조 가능한 액정 렌즈 또는 또 다른 가변-초점 렌즈와 같은, 가변 초점 구성요소일 수 있다. 광학 구성요소(1062)에 의해 도입된, 디옵터 공간에서의, 시 이격 거리는 몇몇 실시예들에서, 대략 0.3 D 내지 대략 1.5 D의 범위에 있을 수 있다. 부가적인 광학 구성요소들(1064 및 1066)은 성능을 개선하기 위해 NED(1000B)의 몇몇 실시예들에 포함될 수 있다. 광학 구성요소들(1064 및/또는 1066)은 고정 또는 가변 초점 길이들을 가질 수 있다. 광학 구성요소들(1062, 1064, 및 1066)은 총 렌즈 효과가 합이 0이도록 교정되고 동작될 수 있으며, 따라서 주변 환경(1060)의 광학적 왜곡은 적게 생성되거나 또는 생성되지 않는다.
도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같은 실시예들, 뿐만 아니라 뷰어에게 다수의 이미지 평면들을 제공할 수 있는 상기 구체적으로 논의되지 않은 다른 것들이 상기 언급된 VAC 문제를 처리하기 위해 이용될 수 있으며, 그에 따라 잠재적으로 보다 현실적인 및/또는 기쁨을 주는 뷰어 경험을 제공한다.
도 11a, 도 11b, 및 도 11c는 몇몇 실시예들에 따른, 작동 시스템을 가진 디스플레이 시스템들의 단면도들이다. 도 11a의 디스플레이 시스템(1100)은 투사기 디바이스(1102) 및 도파관 구성(1104)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 투사기 디바이스(1102) 및 도파관 구성(1104) 중 어느 하나 또는 양쪽 모두는 작동 구성요소들에 의해 도 1의 HMD(100)의 프레임(105)에 결합될 수 있다. 도파관 구성(1104) 및/또는 투사기 디바이스(1102)는 일 차원에서 병렬 또는 그 외 고정된 관계를 보장하는 슬롯들 내에 배치될 수 있다. 슬롯들은 투사기 디바이스(1102) 및/또는 도파관 구성(1104)이 캔틸레버 구성으로 배치되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 투사기 디바이스(1102)는 작동 구성요소(1106A)에 의해 및 제 1 슬롯에 의해 프레임(105)에 결합될 수 있는 반면, 부가적으로 또는 대안적으로, 도파관 구성(1104)은 작동 구성요소(1106B) 및 제 2 슬롯에 의해 프레임(105)에 결합될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 작동 구성요소들(1106A 및/또는 1106B)은 도 3의 제어기(330) 또는 작동 시스템의 부분으로서 동작하는 또 다른 프로세싱 디바이스에 의해 활성화될 수 있다. 작동 구성요소들(1106A 및/또는 1106B)은 압전 요소, 음성 코일 모터, 또는 빠르게 디더링하거나 또는 발진할 수 있는(예컨대, 사용자에 의해 지각된 바와 같이, 제 1 픽셀 위치와 인접한 제 2 픽셀 위치 사이에서와 같은, 적어도 제 1 위치 및 제 2 위치 사이에서 이동하는) 또 다른 적절한 작동 구성요소에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 작동 구성요소들(1106A 및 1106B)은 사용자에게 제공될 이미지들의 정수 배의 프레임 레이트로 동작될 수 있다. 예를 들어, 이미지 프레임 레이트가 60Hz이면, 작동 시스템은 120Hz로 또는 180Hz로 동작할 수 있다.
도 11b에 도시된 바와 같이, 작동 구성요소(1106A)의 활성화는 프레임(106) 및/또는 도파관 구성(1104)에 대한 투사기 디바이스(1102)의 변위를 야기할 수 있다. 변위는 X-방향과 같은, 제 1 방향으로 변위(D2)의 규모를 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 작동 구성요소들(1106A 및 1106B)은 단일 차원을 따라 동작할 수 있다. 다른 실시예들에서, 작동 구성요소들(1106A 및 1106B)은 투사기 디바이스(1102) 및/또는 도파관 구성(1104)이 X-방향(예컨대, 도 11b에 도시된 바와 같이, 좌측 및 우측) 및 Y-방향(예컨대, 판독자의 관점으로부터, 도 11b의 안 및 밖)으로와 같은, 2차원들로 이동하도록 허용할 수 있다. 변위(D2)는 투사기 디바이스(1102)에 포함된 개개의 방출기 어레이들의 피치에 대응할 수 있다. 예를 들어, 방출기 어레이에서 이웃 방출기들의 중심들 간의 거리가 2마이크론일 때, 작동 구성요소(1106A)의 활성화에 의해 야기된 변위(D2)는 2마이크론, 그것의 정수 배, 그것의 일부, 또는 정수 더하기 그것의 몇몇 부분일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 변위(D2)는 이웃하는 방출기들의 중심들 간의 거리의 일부일 수 있다. 예를 들어, 변위(D2)는 이웃하는 방출기들의 중심들 간의 거리의 1/2 또는 1/3일 수 있으며, 따라서 가능하게는 작동 구성요소들(1106A 및/또는 1106B)에 의해 제공된 작동을 위해 보다 높은 동작 주파수들을 가능하게 한다.
도 11c는 몇몇 실시예들에 따른, 작동 구성요소(1106B)의 작동을 묘사한다. 작동 구성요소(1106B)의 활성화는 도 11c에 포함된 화살표의 방향으로 도파관 구성(1104)의 변위(D3)를 야기할 수 있다. 변위는 변위(D2)와 유사할 수 있으며, 따라서 변위(D3)는 투사기 디바이스(1102)에 포함된 방출기 어레이들의 피치에 기초하여 정수 배일 수 있거나 또는 그것의 일부일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 작동 구성요소들(1106A 및/또는 1106B)은 도파관 구성(1104)에 포함된 분리 요소 또는 요소들에 의해 아이박스(230)를 향해 투사된 하나 이상의 동공 복제들을 조향시키기 위해, 각각 투사기 디바이스(1102) 및/또는 도파관 구성(1104)의 위치 및/또는 배향을 변경할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 작동 구성요소(1106)는 도 11d에 도시된 바와 같이, 투사기 디바이스(1102) 및 도파관 구성(1104) 사이에 배치될 수 있다. 작동 구성요소(1106D)는 미러(1108), 또는 또 다른 적절한 광학 구성요소에 결합될 수 있으며, 변위(D4)에 의해 도시된 바와 같이 미러의 각도를 변하게 하기 위해 활성화될 수 있다. 미러(1108)가 상이한 위치들 사이에서 구동됨에 따라, 도파관 구성(1104)에 결합된 광은 여기에서 설명된 바와 같이, 도 11a 내지 도 11d의 이익들을 제공하기 위해 상이한 관점들로부터 투사될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 프레임(105)에 투사기 디바이스(1102)를 결합한 작동 구성요소(1106A)는 상기 설명된 바와 같이, 몇몇 거리(예컨대, 단일 픽셀, 픽셀의 일 부분, 정수 배의 픽셀들, 다수의 픽셀들 더하기 픽셀의 몇몇 부분 등)만큼 픽셀들의 움직임을 야기하기 위해 도파관 구성(1104)에 대하여 투사기 디바이스(1102)의 각 또는 회전 움직임을 야기할 수 있다. 다른 예들에서, 그것들의 연관된 광학 구성요소들(406)의 하나 이상의 광학 구성요소들(예컨대, 하나 이상의 렌즈들)에 대한 하나 이상의 단색성 방출기 어레이들(402)의 상대적 이동 및/또는 배향은 이러한 픽셀 움직임을 야기하기 위해 이용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 광학 구성요소들 중 하나 이상의 굴절률을 제어 가능하게 변경하는 것은 이러한 픽셀 움직임을 또한 제공할 수 있다.
작동 구성요소들(1106A 및/또는 1106B)의 활성화는 보다 높은 분해능 이미지들의 투사를 위해 또는 투사기 디바이스(1102)의 방출기 어레이들 중 하나 이상에 포함된 잘못된 방출기들을 보상하기 위해 제공할 수 있다. 이러한 동작들의 예들은, 이하에서 보다 상세하게 설명되는, 도 12a 내지 도 12c, 도 13a 내지 도 13c, 도 14a 내지 도 14b에 포함된다.
도 12a, 도 12b, 및 도 12c는 몇몇 실시예들에 따라, 분해능 강화의 프로세스를 도시하는 도 11a 내지 도 11d의 디스플레이 시스템들의 실시예들에 의해 생성된 이미지들의 부분들을 묘사한다. 도 12a 내지 도 12c는 몇몇 실시예들에 따른, 동공 복제(1200)의 일치 부분을 도시한다. 상기 부분은 개개의 이미지 픽셀들이 원형 표현들로서 명확하게 도시되도록 크게 확대된다. 도 11a에 도시된 바와 같이, 디스플레이 시스템(1100)은 제 1 구성에 있을 수 있다. 예를 들어, 투사기 디바이스(1102)는 제 1 위치에 있을 수 있다. 제 1 위치에 있는 동안, 개개의 방출기 어레이는 대표적인 로우들(1202A, 1202B, 1202C, 1202D, 및 1202E)을 포함한, 이미지 픽셀들의 로우들을 생성할 수 있다. 이들 로우들(1202)은 투사기 디바이스(1102)가 제 1 위치에 있는 제 1 시간에 생성될 수 있다. 제 2 시간에, 작동 구성요소(1106A)의 활성화 후, 투사기 디바이스(1102)는 변위(D2)만큼 제 2 위치로 이동될 수 있다. 변위(D2)는 방출기 어레이에서 인접한 방출기들 간의 이격 거리의 절반과 동일할 수 있다. 제 2 위치에 있는 동안, 투사기 디바이스(1102)의 개개의 방출기 어레이는 대표적인 로우들(1204A, 1204B, 1204C, 1204D, 및 1204E)에서 이미지 픽셀들을 투사하기 위해 활성화될 수 있다. 따라서, 도 12a에서 로우들(1202)에 도시된 이미지 픽셀들은 도 12b에서의 로우들(1204)에 도시된 이미지 픽셀들을 생성하기 위해 사용된 동일한 방출기들에 의해 생성될 수 있다.
로우들(1202)에서의 이미지 픽셀들은 제 1 이미지 또는 이미지 부분의 이미지 픽셀들일 수 있지만, 로우들(1204)에서의 이미지 픽셀들은 제 2 이미지 또는 이미지 부분의 이미지 픽셀들일 수 있다. 눈(220)에 입사된 광이 짧은 양의 시간 동안 지속될 수 있기 때문에, 제 1 및 제 2 위치들 간의 빠른 발진 및 두 개의 상이한 세트들의 이미지 픽셀들의 투사가 더 많은 이미지 픽셀들을 가진 연속 이미지로서 사용자에 의해 지각될 수 있으며, 따라서 투사기 디바이스(1102) 및 도파관 구성(1104)에 의해 제공된 단일의, 정적 이미지에 의해 제공된 것보다 큰 몇몇 레벨의 분해능을 제공한다. 몇몇 실시예들에서, 방출기 어레이들은 원하는 이미지 분해능을 위해 방출기들의 수의 절반을 포함하도록 제작될 수 있다. 개개의 방출기들 간의 추가 공간은 제작 동안 수율을 개선할 수 있다. 예를 들어, 방출기 어레이는 단위 길이당 픽셀들의 수가 제 2 방향에서보다 제 1 방향으로 2, 3, 또는 4배 더 크도록 의도적으로 생성될 수 있다. 추가 공간은 회로부를 위해 및 방출기 어레이의 몇몇 특징들에 대한 제작 제약들을 완화시키기 위해 사용될 수 있다. 다른 예들에서, 픽셀들 간의 추가 공간은 상기 논의된 바와 같이, 투사기 디바이스(1102)의 움직임으로 인한 분해능에서의 증가를 제공하면서 픽셀들 간의 피치보다 적을 수 있다(예컨대, 제작 수율을 증가시키기 위해).
도 13a, 도 13b, 및 도 13c는 몇몇 실시예들에 따라, 분해능 강화의 또 다른 프로세스를 도시한, 디스플레이 시스템 또는 도 11a 내지 도 11d의 디스플레이 시스템(1100)의 실시예들에 의해 생성된 이미지들의 부분들을 도시한다. 도 13a는 이미지 픽셀들(1302)의 제 1 세트를 가진 동공 복제 부분(1300)을 도시한다. 작동 구성요소들(1106A 및/또는 1106B)의 작동 후, 방출기 어레이의 개개의 방출기들은 도 13b에 도시된 바와 같이, 제 2 세트의 이미지 픽셀들(1304)을 생성하기 위해 다시 활성화될 수 있다. 이미지 픽셀들(1302) 및 이미지 픽셀들(1304)이 시간적으로 빠르게 연속적으로 도시될 수 있기 때문에, 동공 복제 부분(1300)은 동시에 이미지 픽셀들(1302) 및 이미지 픽셀들(1304)을 포함하는 것으로 사용자에게 보일 수 있다. 이러한 방식으로, 디스플레이 시스템(1100)은 더 높은 분해능 이미지, 예컨대, 개개의 방출기 어레이가 방출기들을 갖는 것보다 많은 수의 이미지 픽셀들을 가진 이미지를 생성할 수 있다.
도 14a 및 도 14b는 몇몇 실시예들에 따른, 이미지 강화의 프로세스를 도시한 도 11a 내지 도 11d의 디스플레이 시스템(1100)의 실시예들에 의해 생성된 이미지들의 부분들이다. 동공 복제 부분(1400)은 하나 이상의 잘못된 픽셀들을 포함한 복수의 이미지 픽셀들을 도시한다. 동공 복제 부분(1400)은 4개의 대표적인 잘못된 픽셀들(1402A, 1402B, 1402C, 및 1402D)을 포함할 수 있다. 잘못된 픽셀들은 제작 결함들에서 기인할 수 있다. 예를 들어, 개개의 방출기들의 크기 때문에, 주어진 방출기 어레이에서 하나 이상의 방출기들은 기능하지 않거나 또는 부적절하게 기능할 수 있으며, 따라서 하나 이상의 방출기들은 이미지 픽셀들을 생성하기 위해 의지될 수 없다. 이러한 잘못된 방출기들은 디스플레이 시스템(1100)처럼, 디스플레이 시스템들의 제작 동안 교정 또는 테스팅 스테이지에서 식별될 수 있다. 움직임의 축을 따라, 예컨대, 잘못된 방출기 중 어느 한 측면 상에 위치된 이웃하는 방출기들은 잘못된 방출기를 보상하기 위해 여기에서 설명된 바와 같이 식별되고 동작될 수 있다.
도 14a에 도시된 바와 같이, 보상 픽셀들(1404A, 1404B, 1404C, 및 1404D)은 인접한 방출기들로 하여금 정상보다 높은 밝기로 동작될 수 있게 함으로써 생성될 수 있다. 보상 픽셀들(1404)의 밝기는 눈(220)에 의해 이웃하는 잘못된 픽셀들(1402)의 어두움과 시각적으로 평균화될 수 있다. 투사기 디바이스(1102) 및/또는 도파관 구성(1104)이 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동될 때, 상이한 이웃하는 방출기가 도 14b에 도시된 바와 같이 증가하는 밝기 레벨에서 작동될 수 있다. 예를 들어, 도 14b는 보상 픽셀들(1406A, 1406B, 1406C, 및 1406D)이 잘못된 방출기들의 반대 측면 상에서 이웃하는 방출기들에 의해 생성될 수 있음을 도시한다. 몇몇 실시예들에서, 보상 픽셀들은 상이한 밝기 레벨에서 동작되지 않을 수 있으며 간단히 의도된 픽셀 밝기 및 이웃하는 픽셀 밝기의 평균 레벨에서 동작될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 3개 이상의 위치들은 3개 이상의 픽셀들이, 사용자에 의해 지각된 바와 같이, 단일의 픽셀 위치를 비추기 위해 이용될 수 있도록 투사기 디바이스(1102) 및/또는 도파관 구성(1104)에 의해 가정될 수 있다.
도 15는 몇몇 실시예들에 따른, 도 11a 내지 도 11d의 것들과 같은 디스플레이 시스템들 또는 NED들에 의해 생성된 이미지들을 강화하기 위한 방법(1500)의 흐름도이다. 방법(1500)은 열거된 시퀀스의 단계들 또는 동작들로서 묘사될 수 있지만, 방법(1500)의 실시예들은 도 15에서 도시된 열거된 단계들 앞에, 뒤에, 그 사이에, 또는 그것의 부분으로서 부가적인 또는 대안적인 단계들을 포함할 수 있다.
따라서, 방법(1500)의 몇몇 실시예들은 단계(1502)에서 시작할 수 있으며, 여기에서 프로세싱 디바이스는 2-차원 구성으로 배치된 제 1 컬러의 복수의 방출기들을 가진 제 1 단색성 방출기 어레이로부터 단색성 이미지의 일 부분을 포함한 광의 방출을 지시할 수 있다. 단색성 이미지는 단색성 이미지의 완전한 인스턴스로부터 손실된 적어도 하나의 이미지 픽셀을 가진 복수의 이미지 픽셀들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3의 제어기(330)는 도 4c의 단색성 방출기 어레이(402A)로부터 광의 방출을 지시할 수 있다. 방출기 어레이(402A)는 각각, 도 6a 및 도 6b의 microLED들(600A 및/또는 600B)처럼 개개의 방출기들을 포함할 수 있다. 단색성 이미지는 전체-컬러 이미지의 구성 단색성 이미지들로의 분해에 의해 생성될 수 있다. 제 1 투사된 이미지는 다양한 이유들로 하나 이상의 손실된 또는 부재 이미지 픽셀들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단색성 방출기 어레이(402A)는 도 14a 및 도 14b에 도시된 바와 같이, 원하는 밝기 레벨을 생성할 수 없는 하나 이상의 잘못된 방출기들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 손실 이미지 픽셀은 갭들이 도 12a 내지 도 12c에 도시된 바와 같이 및 여기에서 설명되는 바와 같이, 이미지 픽셀들의 로우들 간에 존재하도록 로우들 사이에 공간들을 가진 방출기들의 구성에 기인할 수 있다.
단계(1504)에서, 단색성 이미지의 부분을 포함한 광은 단색성 이미지의 부분으로부터 복수의 초기 동공 복제들을 생성하는 도파관으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 투사기 디바이스(750)의 방출기 어레이들 중 하나에 의해 생성된 광은 결합 영역(704A)에서 결합 요소(712)에 의해 도파관(702A)으로 결합될 수 있다. 분리 요소들(706A 및 706B)과 수신된 광의 상호작용은 이미지들(720A 내지 720C)의 각각의 복제를 포함할 수 있는, 동공 복제(722)처럼, 하나 이상의 동공 복제들을 생성할 수 있다.
단계(1506)에서, 프로세싱 디바이스는 제 1 구성으로부터 제 2 구성으로 제 1 단색성 방출기 어레이와 도파관 사이에 상대적인 모션(예컨대, 평행 이동 및/또는 각도 배향)을 야기할 수 있다. 예를 들어, 제어기(330)는 도 11a의 투사기 디바이스(1102)가 도 11b에 도시된 바와 같이 변위(D2)만큼 변위되게 할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 제어기(330)는 도 11c에 도시된 바와 같이 도파관 구성(1104)의 변위를 야기할 수 있다. 이것은 활성화 신호들을 작동 구성요소들(1106A 및/또는 1106B)로 전송함으로써 행해질 수 있다. 상대적이 모션은 투사기 디바이스(1102) 및 도파관 구성(1104)의 구성에서의 변화를 야기할 수 있다. 다시 말해서, 하나 또는 양쪽 투사기 디바이스(1102) 및 도파관 구성(1104)은 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동될 수 있다. 몇몇 실시예들은 부가적인 위치들을 포함할 수 있다. 제어 가능하게 변경하는 것, 또는 이동하는 것과 같은, 상기 설명된 것들과 같은, 다른 예들에서, 투사기 디바이스(1102)의 하나 이상의 광학 구성요소들은 원하는 이미지 시프팅을 생성하기 위해 이용될 수 있다.
단계(1508)에서, 프로세싱 디바이스는 제 1 단색성 방출기 어레이로부터 단색성 이미지의 부가적인 부분을 포함한 광의 또 다른 방출을 지시할 수 있다. 단색성 이미지의 부가적인 부분은 단새성 이미지의 완전한 인스턴스로부터 손실된 적어도 하나의 이미지 픽셀에 부가할 수 있다. 예를 들어, 단색성 이미지의 부가적인 부분은 도 12c에 도시된 바와 같이 동공 복제 부분(1200)에 포함된 증가된 분해능 이미지를 형성하기 위해 도 12a의 이미지 픽셀들(1202A 내지 1202E)을 보완하는, 도 12b의 이미지 픽셀들(1204A 내지 1204E)과 유사할 수 있다. 부가적인 부분은 몇몇 실시예들에서, 도 13c의 이미지 픽셀들(1304)일 수 있다. 또한, 부가적인 부분은 도 14a의 보상 이미지 픽셀들(1404) 또는 도 14b의 보상 이미지 픽셀들(1406)에 의해 제공될 수 있다.
단계(1510)에서, 단색성 이미지의 부분 및 단색성 이미지의 부가적인 부분을 포함한 광은 도파관으로부터 아이박스를 향해 복수의 강화된 동공 복제들로서 투사될 수 있다. 예를 들어, 도 12c, 도 13c, 도 14a, 및 도 14b에 도시된 이미지 픽셀들에 의해 표현된 강화된 분해능 이미지들은 하나 이상의 동공 복제들(722)로서 도파관(702A)으로부터 투사될 수 있다.
방법(1500)의 몇몇 실시예들에서, 단색성 이미지의 부분을 포함할 수 있는 광의 방출을 지시하는 것은 단색성 이미지의 완전한 인스턴스의 이미지 픽셀들의 총 수의 제 1 부분을 포함한 광의 방출을 지시하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미지 픽셀들(1202A 내지 1202E)은 원하는 이미지 포함된 이미지 픽셀들의 1/2일 수 있다. 다른 실시예들에서, 제 1 부분은 총 이미지 필셀들의 1/3 또는 1/4일 수 있다.
방법(1500)의 실시예들은 단색성 이미지의 완전한 인스턴스의 이미지 픽셀들의 총 수의 제 2 부분을 포함한 광의 방출을 지시함으로써 단색성 이미지의 부가적인 부분을 포함한 광의 다른 방출을 지시하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 제 2 부분은 1/2, 2/3, 3/4, 또는 1/3 또는 1/4와 같은 보다 작은 분수일 수 있다. 이미지 픽셀들의 총 수의 제 1 부분 및 이미지 픽셀들의 총 수의 제 2 부분의 합은 단색성 이미지의 완전한 인스턴스의 이미지 픽셀들의 총 수와 대략 동일할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 이미지의 2개 이상의 부분들은 2개 이상의 위치들에서 단색성 이미지 어레이에 의해 방출된 부분들에 의해 조합될 수 있다. 따라서, 단색성 이미지의 완전한 인스턴스의 이미지 픽셀들의 총 수는 제 1 단색성 방출기 어레이의 복수의 방출기들에서 방출기들의 카운트보다 클 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 방법(1500)은 제어기(330)와 같은, 프로세싱 디바이스가, 제 1 컬러의 복수의 방출기들 중 제 1 방출기가 단색성 이미지의 제 1 이미지 픽셀을 생성할 수 없는 잘못된 방출기임을 검출할 수 있는 단계들을 추가로 포함할 수 있다. 이들 실시예들에서, 프로세싱 디바이스는 또한 제 1 단색성 방출기 어레이의 복수의 방출기들의 2-차원 구성에서 잘못된 방출기의 위치를 검출하며 제 1 방출기에 인접하여 잠재적인 움직임의 축을 따라 배치된 복수의 이웃 방출기들로부터 보상 방출기를 식별할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 단색성 이미지의 부가적인 부분을 포함한 광의 다른 방출을 지시하는 단계는 단색성 이미지의 완전한 인스턴스로부터 손실된 적어도 하나의 이미지 픽셀을 부가하기 위해 제 1 이미지 픽셀을 생성하도록 보상 방출기에 지시하는 것을 포함할 수 있다. 프로세싱 디바이스는 잘못된 방출기를 보상하기 위해 증가된 박기 및/또는 동작 듀티 사이클에서 보상 방출기의 동작을 지시할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 제 1 구성으로부터 제 2 구성으로 제 1 단색성 방출기 어레이와 도파관 사이에서 상대적인 모션을 야기하는 것은 제 1 위치로부터 제 2 위치로 제 1 단색성 방출기 어레이를 변위시키도록 작동기 시스템을 활성화하는 것 및/또는 제 3 위치로부터 제 4 위치로 도파관을 변위시키도록 작동기 시스템을 활성화하는 것을 포함할 수 있다. 제 1 위치로부터 제 2 위치로 제 1 단색성 방출기 어레이를 변위시키도록 작동기 시스템을 활성화하는 것은 2-차원 구성으로 배치된 제 2 컬러의 복수의 방출기들을 가진 제 2 단색성 방출기 어레이를 변위시키는 것을 포함할 수 있다. 제 1 단색성 방출기 어레이 및 제 2 단색성 방출기 어레이는 도 4a의 PCB(408) 또는 PCB(408)가 고정될 수 있는, 보다 안전한 플랫폼과 같은, 공통 플랫폼에 고정될 수 있다. 제 1 컬러 및 제 2 컬러는, 적색 및 청색 또는 청색 및 녹색 등과 같은, 상이한 컬러들일 수 있다.
부가적으로, 방법(1500)의 몇몇 실시예들은 방법(1500)의 설명된 단계들 또는 동작들 중 하나 이상에 대응하는 지시들을 저장한 유형의, 비-일시적 컴퓨터-판독 가능한 매체를 포함할 수 있다. 프로세싱 디바이스가 지시들을 실행할 때, 프로세싱 디바이스는 방법(1500)의 단계들 중 하나 이상을 수행할 수 있다.
상기 설명된 바와 같이, 여기에서 설명되고 및/또는 예시된 컴퓨팅 디바이스들 및 시스템들은 컴퓨터-판독 가능한 지시들을 실행할 수 있는 임의의 유형 또는 형태의 컴퓨팅 디바이스 또는 시스템을 광범위하게 나타낸다. 그것들의 가장 기본적인 구성에서, 이들 컴퓨팅 디바이스(들)는 각각 적어도 하나의 메모리 디바이스 및 적어도 하나의 물리 프로세싱 디바이스를 포함할 수 있다.
몇몇 예들에서, 용어("메모리 디바이스")는 일반적으로 데이터 및/또는 컴퓨터-판독 가능한 지시들을 저장할 수 있는 임의의 유형 또는 형태의 휘발성 또는 비-휘발성 저장 디바이스 또는 매체를 나타낸다. 일 예에서, 메모리 디바이스는 여기에서 설명된 프로세스들 또는 단계들을 실행하기 위한 지시들을 포함한 하나 이상의 모듈들을 저장하고, 로딩하며, 및/또는 유지할 수 있다. 메모리 디바이스의 예들은, 제한 없이, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플래시 메모리, 하드 디스크 드라이브들(HDD들), 고체-상태 드라이브들(SSD들), 광학 디스크 드라이브들, 캐시들, 이들 중 하나 이상의 변화들 또는 조합들, 또는 임의의 다른 적절한 저장 메모리를 포함한다.
몇몇 예들에서, 용어("물리 프로세서", "프로세싱 디바이스", 또는 "제어기")는 일반적으로 컴퓨터-판독 가능한 지시들을 해석하고 및/또는 실행할 수 있는 임의의 유형 또는 형태의 하드웨어-구현 프로세싱 유닛을 나타낸다. 일 예에서, 물리 프로세서는 상기 설명된 메모리 디바이스에 저장된 하나 이상의 모듈들을 액세스하고 및/또는 수정할 수 있다. 물리 프로세서들의 예들은, 제한 없이, 마이크로프로세서들, 마이크로제어기들, 이미지 프로세서들, 중앙 프로세싱 유닛들(CPU들), 소프트코어 프로세서들을 구현하는 필드-프로그램 가능한 게이트 어레이들(FPGA들), 애플리케이션-특정 집적 회로들(ASIC들), 이들 중 하나 이상의 부분들, 이들 중 하나 이상의 변화들 또는 조합들, 또는 임의의 다른 적절한 물리 프로세서를 포함한다.
별개의 요소들로서 예시되지만, 여기에서 설명된 및/또는 예시된 모듈들은 단일 모듈 또는 애플리케이션의 부분들을 나타낼 수 있다. 또한, 특정한 실시예들에서, 이들 모듈들 중 하나 이상은 컴퓨팅 디바이스에 의해 실행될 때, 컴퓨팅 디바이스로 하여금 하나 이상의 태스크들을 수행하게 할 수 있는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션들 또는 프로그램들을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 여기에서 설명된 및/또는 예시된 모듈들 중 하나 이상은 여기에서 설명된 및/또는 예시된 컴퓨팅 디바이스들 또는 시스템들 중 하나 이상에 저장되며 그것을 구동하도록 구성된 모듈들을 나타낼 수 있다. 이들 모듈들 중 하나 이상은 또한 하나 이상의 태스크들을 수행하도록 구성된 하나 이상의 특수-목적 디바이스들의 모두 또는 일부들을 나타낼 수 있다.
또한, 여기에서 설명된 모듈들 중 하나 이상은 데이터, 물리 디바이스들, 및/또는 물리 디바이스들의 표현들을 하나의 형태로부터 또 다른 것으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 여기에서 나열된 모듈들 중 하나 이상은 변환될 이미지 데이터를 수신하고, 예를 들어, 이미지 데이터를 단색성 이미지들로 분리하는 것, 단색성 이미지들을 단색성 이미지 부분들로 분리하는 것, 변환의 결과를 출력하는 것 및 아이박스를 향해 투사되는 하나 이상의 동공 복제들을 생성하기 위해 도파관 구성에 의해 조합될 수 있는 단색성 이미지들 및 이미지 부분들을 투사하기 위해 변환의 결과를 사용하는 것에 의해 이미지 데이터를 변환할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 여기에서 나열된 모듈들 중 하나 이상은, 컴퓨팅 디바이스 상에서 실행하는 것, 컴퓨팅 디바이스 상에 데이터를 저장하는 것, 및/또는 그 외 컴퓨팅 디바이스와 상호작용하는 것에 의해 프로세서, 휘발성 메모리, 비-휘발성 메모리, 및/또는 물리 컴퓨팅 디바이스의 임의의 다른 부분을 하나의 형태로부터 또 다른 것으로 변환할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 용어("컴퓨터-판독 가능한 매체")는 일반적으로 컴퓨터-판독 가능한 지시들을 저장하거나 또는 운반할 수 있는 임의의 형태의 디바이스, 캐리어, 또는 매체를 나타낸다. 컴퓨터-판독 가능한 미디어의 예들은, 제한 없이, 캐리어 파들과 같은 송신-형 미디어, 및 자기-저장 미디어(예컨대, 하드 디스크 드라이브들, 테이프 드라이브들, 및 플로피 디스크들), 광학-저장 미디어(예컨대, 컴팩트 디스크들(CD들), 디지털 비디오 디스크들(DVD들), 및 블루-레이 디스크들), 전자-저장 미디어(예컨대, 고체-상태 드라이브들 및 플래시 미디어), 및 다른 분배 시스템들과 같은, 비-일시적-형 미디어를 포함한다.
본 개시의 실시예들은 인공 현실 시스템을 포함하거나 또는 그것과 함께 구현될 수 있다. 인공 현실은 사용자로의 프로젠테이션 전에 몇몇 방식으로 조정된 현실의 형태이며, 이것은 예컨대, 가상 현실(VR), 증강 현실(AR), 혼합 현실(MR), 하이브리드 현실, 또는 몇몇 조합 및/또는 그것의 파생물들을 포함할 수 있다. 인공 현실 콘텐트는 완전 생성 콘텐트 또는 캡처된(예컨대, 실세계) 콘텐트와 조합된 생성 콘텐트를 포함할 수 있다. 인공 현실 콘텐트는 비디오, 오디오, 햅틱 피드백, 또는 그것의 몇몇 조합을 포함할 수 있으며, 그것 중 임의의 것은 단일 채널에 또는 다중 채널들(뷰어에게 3-차원 효과를 생성하는 스테레오 비디오와 같은)로 제공될 수 있다. 부가적으로, 몇몇 실시예들에서, 인공 현실은 또한 예컨대, 인공 현실에서 콘텐트를 생성하며 및/또는 그 외 인공 현실에서 사용되는(예컨대, 그곳에서 활동들을 수행하는) 애플리케이션들, 제품들, 액세서리들, 서비스들, 또는 그것의 몇몇 조합과 연관될 수 있다. 인공 현실 콘텐트를 제공하는 인공 현실 시스템은 호스트 컴퓨터 시스템에 연결된 헤드-장착 디스플레이(HMD), 독립형 HMD, 이동 디바이스 또는 컴퓨팅 시스템, 또는 하나 이상의 뷰어들에게 인공 현실 콘텐트를 제공할 수 있는 임의의 다른 하드웨어 플랫폼을 포함한, 다양한 플랫폼들 상에서 구현될 수 있다.
여기에서 설명된 및/또는 예시된 단계들의 프로세스 파라미터들 및 시퀀스는 단지 예로서 제공되며 원하는 대로 변경될 수 있다. 예를 들어, 여기에서 예시된 및/또는 설명된 단계들이 특정한 순서로 도시되거나 또는 논의될 수 있지만, 이들 단계들은 반드시 예시된 또는 논의된 순서로 수행될 필요는 없다. 여기에서 설명된 및/또는 예시된 다양한 대표적인 방법들은 또한 여기에서 설명된 또는 예시된 단계들 중 하나 이상을 생략할 수 있거나 또는 개시된 것들 외에 부가적인 단계들을 포함할 수 있다.
이전 설명은 이 기술분야의 다른 숙련자들로 하여금 여기에서 개시된 대표적인 실시예들의 다양한 양상들을 가장 잘 이용할 수 있게 하기 위해 제공되었다. 이러한 대표적인 설명은 철저하도록 또는 개시된 임의의 정확한 형태에 제한되도록 의도되지 않는다. 많은 수정들 및 변화들이 본 개시의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 가능하다. 여기에서 개시된 실시예들은 모든 점들에서 예시적이며 제한적이지 않도록 고려되어야 한다. 본 개시의 범위를 결정할 때 첨부된 청구항들 및 그것들의 등가물들에 대한 참조가 이루어져야 한다.
달리 주지되지 않는다면, 용어들("~에 연결된" 및 "~에 결합된")(및 그것들의 파생물들)은, 명세서 및 청구항들에서 사용된 바와 같이, 직접 및 간접(즉, 다른 요소들 또는 구성요소들을 통해) 연결 양쪽 모두를 허용하는 것으로 해석될 것이다. 또한, 명세서 및 청구항들에서 사용된 바와 같이, 용어들("a" 또는 "an")은 "~ 중 적어도 하나"를 의미하는 것으로 해석될 것이다. 마지막으로, 사용의 용이함을 위해, 용어들("포함시키는" 및 "갖는")(및 그것들의 파생물들)은, 명세서 및 청구항들에서 사용된 바와 같이, 단어("포함하는")와 상호 교환 가능하며 그것과 동일한 의미를 갖는다.
100: 헤드-장착 디스플레이
105: 프레임
110: 디스플레이 디바이스 210: 도파관 구성
220: 눈 230: 아이박스
300: NED 310: 투사기 디바이스
320: 도파관 330: 제어기
350: 결합 영역 355: 이미지 광
360A, B: 분리 요소 370: 최상부 표면
380: 최하부 표면 400A: 투사기 디바이스
402: 방출기 어레이 404: 어레이 하우징
406: 광학 시스템 410: 제어기
600A, B: microLED 602: 기판
604: 에피택셜 층 606: 메사
608: 활성 층 610: 광 방출성 표면
614: 유전체 층 616: 금속 반사기 층
618: n-접촉부 619: p-접촉부
620: 마이크로렌즈 700A-D: 도파관 구성
710: 전파 영역 712: 결합 요소
730: 도파관 750: 투사기 디바이스
752: 단색성 방출기 754: 지지 구조
760: 투사기 디바이스 902: 도파관 구성
904: 분리 영역 906: 결합 영역
908: 방출기 어레이 세트 924: 결합 영역
926: 방출기 어레이 세트 1000A, B: NED
1002: 다중-평면 도파관 구성 1062, 1064, 1066: 광학 구성요소
1100: 디스플레이 시스템 1102: 투사기 디바이스
1104: 도파관 구성 1106: 작동 구성요소
1300: 동공 복제 부분 1302, 1304: 이미지 픽셀
1400: 동공 복제 부분 1404: 보상 픽셀
110: 디스플레이 디바이스 210: 도파관 구성
220: 눈 230: 아이박스
300: NED 310: 투사기 디바이스
320: 도파관 330: 제어기
350: 결합 영역 355: 이미지 광
360A, B: 분리 요소 370: 최상부 표면
380: 최하부 표면 400A: 투사기 디바이스
402: 방출기 어레이 404: 어레이 하우징
406: 광학 시스템 410: 제어기
600A, B: microLED 602: 기판
604: 에피택셜 층 606: 메사
608: 활성 층 610: 광 방출성 표면
614: 유전체 층 616: 금속 반사기 층
618: n-접촉부 619: p-접촉부
620: 마이크로렌즈 700A-D: 도파관 구성
710: 전파 영역 712: 결합 요소
730: 도파관 750: 투사기 디바이스
752: 단색성 방출기 754: 지지 구조
760: 투사기 디바이스 902: 도파관 구성
904: 분리 영역 906: 결합 영역
908: 방출기 어레이 세트 924: 결합 영역
926: 방출기 어레이 세트 1000A, B: NED
1002: 다중-평면 도파관 구성 1062, 1064, 1066: 광학 구성요소
1100: 디스플레이 시스템 1102: 투사기 디바이스
1104: 도파관 구성 1106: 작동 구성요소
1300: 동공 복제 부분 1302, 1304: 이미지 픽셀
1400: 동공 복제 부분 1404: 보상 픽셀
Claims (20)
- 도파관 구성을 포함하는 장치에 있어서,
상기 도파관 구성은:
복수의 단색성 이미지들을 수신하도록 구성된 적어도 하나의 결합 요소를 가진 결합 영역으로서, 상기 단색성 이미지들의 각각은 적어도 하나의 미리 결정된 파장의 광을 포함하는, 상기 결합 영역;
상기 적어도 하나의 결합 요소를 통해 수신된 광이 상기 도파관 구성의 길이 내에서 이동하는 전파 영역; 및
상기 전파 영역을 따라 연장되며 아이박스를 향해 다색성 이미지를 투사하는 분리 요소들을 포함하는 분리 영역으로서, 상기 다색성 이미지는 상기 단색성 이미지들을 포함하는, 상기 분리 영역을 포함하는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 도파관 구성은:
제 1 도파관으로서:
제 1 최상부 표면; 및
상기 제 1 최상부 표면의 반대편에 배치된 제 1 최하부 표면을 포함한, 상기 제 1 도파관;
제 2 도파관으로서:
제 2 최상부 표면; 및
상기 제 2 최상부 표면의 반대편에 배치된 제 2 최하부 표면을 포함한, 상기 제 2 도파관을 포함하고,
상기 전파 영역은 상기 제 1 최상부 표면과 제 1 최하부 표면 사이에서의 제 1 전파 영역 부분 및 상기 제 2 최상부 표면과 상기 제 2 최하부 표면 사이에서의 제 2 전파 영역 부분을 포함하는, 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 결합 요소는:
상기 제 1 도파관 상에서의 제 1 결합 요소; 및
상기 제 2 도파관 상에서의 제 2 결합 요소를 포함하고,
상기 제 1 결합 요소는 제 1 미리 결정된 파장의 광을 포함한 단색성 이미지를 수신하도록 구성되고;
상기 제 2 결합 요소는 제 2 미리 결정된 파장의 광을 포함한 단색성 이미지를 수신하도록 구성되고, 상기 제 1 미리 결정된 파장의 광 및 상기 제 2 미리 결정된 파장의 광은 상이한, 장치. - 제 3 항에 있어서,
적어도 상기 제 1 미리 결정된 파장의 광을 방출하는 2-차원 구성으로 배치된 복수의 방출기들을 가진 제 1 단색성 방출기 어레이; 및
적어도 상기 제 2 미리 결정된 파장의 광을 방출하는 2-차원 구성으로 배치된 복수의 방출기들을 가진 제 2 단색성 방출기 어레이를 더 포함하고,
상기 제 1 단색성 방출기 어레이는 상기 제 1 결합 요소와 동조되며;
상기 제 2 단색성 방출기 어레이는 상기 제 2 결합 요소와 동조되는, 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 결합 요소는:
상기 제 1 도파관 상에서의 제 1 결합 요소 및 제 2 결합 요소; 및
상기 제 2 도파관 상에서의 제 3 결합 요소 및 제 4 결합 요소를 포함하며;
상기 제 1 결합 요소는 제 1 미리 결정된 파장의 광을 포함한 제 1 단색성 이미지를 수신하도록 구성되고;
상기 제 2 결합 요소는 상기 제 1 미리 결정된 파장의 광과 상이한 제 2 미리 결정된 파장의 광을 포함한 제 2 단색성 이미지를 수신하도록 구성되고;
상기 제 3 결합 요소는 상기 제 1 미리 결정된 파장의 광을 포함한 제 3 단색성 이미지를 수신하도록 구성되며;
상기 제 4 결합 요소는 상기 제 2 미리 결정된 파장의 광을 포함한 제 4 단색성 이미지를 수신하도록 구성되는, 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 도파관 구성은:
상기 제 1 도파관과 연관된 제 1 이미지 평면 및 상기 제 2 도파관과 연관된 제 2 이미지 평면 사이에 시거리(apparent distance)를 도입하기 위해 상기 제 1 도파관과 상기 제 2 도파관 사이에 배치된 광학 구성요소를 더 포함하는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
부가적인 복수의 결합 요소들을 가진 부가적인 결합 영역을 더 포함하며, 상기 결합 영역 및 상기 부가적인 결합 영역은 상기 도파관 구성의 반대 측면들 상에 배치되는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 결합 요소는 상기 단색성 이미지들 중 적어도 하나를 상기 전파 영역으로 향하게 하기 위해 적어도 하나의 반사성 광학 요소를 포함하는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 결합 요소는 상기 단색성 이미지들 중 적어도 하나를 상기 전파 영역으로 향하게 하기 위해 적어도 하나의 굴절성 광학 요소를 포함하는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 결합 요소는 상기 단색성 이미지들 중 적어도 하나를 상기 전파 영역으로 향하게 하기 위해 적어도 하나의 세트의 그레이팅들을 포함하는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 전파 영역은 상기 단색성 이미지들의 복수의 동공 복제들을 생성하기 위해 상기 단색성 이미지들을 복제하고;
상기 분리 영역은 상기 다색성 이미지의 상기 복수의 동공 복제들을 상기 아이박스를 향해 투사하는, 장치. - 제 1 도파관 구성을 포함하는 시스템에 있어서,
상기 제 1 도파관 구성은:
제 1 최상부 표면 및 상기 제 1 최상부 표면의 반대편에 배치된 제 1 최하부 표면을 가진 제 1 도파관;
상기 제 1 도파관의 상기 제 1 최상부 표면을 통해 액세스 가능한 제 1 결합 요소로서, 상기 제 1 결합 요소는 제 1 단색성 이미지를 수신하고 상기 제 1 도파관 내에서 상기 제 1 단색성 이미지를 측방향으로 전파하도록 구성되는, 상기 제 1 결합 요소;
상기 제 1 단색성 이미지의 복수의 인스턴스들을 투사하는 아이박스를 향해 제 1 분리 요소;
제 2 최상부 표면 및 상기 제 2 최상부 표면의 반대편에 배치된 제 2 최하부 표면을 가진 제 2 도파관으로서, 상기 제 1 분리 요소는 상기 제 2 도파관을 통해 상기 제 1 단색성 이미지의 복수의 인스턴스들을 투사하는, 상기 제 2 도파관;
상기 제 2 도파관의 제 2 최상부 표면을 통해 액세스 가능한 제 2 결합 요소로서, 상기 제 2 결합 요소는 제 2 단색성 이미지를 수신하며 상기 제 2 도파관 내에서 상기 제 2 단색성 이미지를 측방향으로 전파하도록 구성되는, 상기 제 2 결합 요소; 및
상기 제 2 단색성 이미지의 복수의 인스턴스들을 상기 아이박스를 향해 투사하는 제 2 분리 요소로서, 상기 제 1 및 제 2 단색성 이미지들의 복수의 인스턴스들은 복수의 다색성 이미지들을 생성하기 위해 조합되는, 상기 제 2 분리 요소를 포함하는, 시스템. - 제 12 항에 있어서,
제 2 도파관 구성을 더 포함하고,
상기 제 2 도파관 구성은:
제 3 최상부 표면 및 상기 제 3 최상부 표면의 반대편에 배치된 제 3 최하부 표면을 가진 제 3 도파관;
상기 제 3 도파관의 제 3 최상부 표면을 통해 액세스 가능한 제 3 결합 요소로서, 상기 제 3 결합 요소는 제 3 단색성 이미지를 수신하며 상기 제 3 도파관 내에서 상기 제 3 단색성 이미지를 측방향으로 전파하도록 구성되는, 상기 제 3 결합 요소;
상기 제 3 단색성 이미지의 복수의 인스턴스들을 상기 아이박스를 향해 투사하는 제 3 분리 요소;
제 4 최상부 표면 및 상기 제 4 최상부 표면의 반대편에 배치된 제 4 최하부 표면을 가진 제 4 도파관으로서, 상기 제 3 분리 요소는 상기 제 4 도파관을 통해 상기 제 3 단색성 이미지의 복수의 인스턴스들을 투사하는, 상기 제 4 도파관;
상기 제 4 도파관의 제 4 최상부 표면을 통해 액세스 가능한 제 4 결합 요소로서, 상기 제 4 결합 요소는 제 4 단색성 이미지를 수신하며 상기 제 4 도파관 내에서 상기 제 4 단색성 이미지를 측방향으로 전파하도록 구성되는, 상기 제 4 결합 요소; 및
상기 제 4 단색성 이미지의 복수의 인스턴스들을 상기 아이박스를 향해 투사하는 제 4 분리 요소로서, 상기 제 3 및 제 4 단색성 이미지들의 복수의 인스턴스들은 또 다른 복수의 다색성 이미지들을 생성하기 위해 조합되고, 상기 제 1 및 제 2 도파관 구성들은 렌즈에 의해 분리되는, 상기 제 4 분리 요소를 포함하는, 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 렌즈는 상기 제 1 도파관 구성과 연관된 제 1 이미지 평면 및 상기 제 2 도파관 구성과 연관된 제 2 이미지 평면 사이에 변경 가능한 시 거리를 생성하는 변경 가능한 초점 길이를 가진 가변 초점 렌즈인, 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 2 도파관은 상기 제 1 단색성 이미지를 생성하는 제 1 단색성 방출기 어레이의 하우징을 수용하는 컷아웃을 포함하는, 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 도파관 구성은 곡선 단면 형태를 갖는, 시스템. - 헤드-장착 디스플레이를 포함하는 디바이스에 있어서,
상기 헤드-장착 디스플레이는:
복수의 단색성 방출기 어레이들로서, 상기 복수의 단색성 방출기 어레이들 중 적어도 두 개는 상이한 파장들의 광의 단색성 이미지들을 생성하는, 상기 복수의 단색성 방출기 어레이들; 및
도파관 구성을 포함하고,
상기 도파관 구성은:
최상부 표면,
상기 최상부 표면의 반대편에 배치된 최하부 표면,
상기 단색성 이미지들을 수신하도록 구성된 적어도 하나의 결합 요소를 가진 결합 영역,
상기 적어도 하나의 결합 요소를 통해 수신된 광이 상기 도파관 구성의 길이 내에서 이동하며 단색성 동공 복제들을 생성하기 위해 상기 단색성 이미지들을 복제하는 전파 영역; 및
상기 전파 영역을 따라 연장된 분리 영역으로서, 상기 분리 영역은 상기 최하부 표면을 통해 아이박스로 다색성 이미지의 복수의 인스턴스들을 투사하는 분리 요소들을 포함하고, 상기 다색성 이미지는 상이한 파장들의 광의 단색성 이미지들의 조합에서 기인하는, 상기 분리 영역을 포함하는, 디바이스. - 제 17 항에 있어서,
상기 다색성 이미지의 구성요소들로서 상기 단색성 이미지들을 생성하기 위해 상기 복수의 단색성 방출기 어레이들과 통신하는 제어기를 더 포함하는, 디바이스. - 제 17 항에 있어서,
상기 최상부 표면 및 최하부 표면은 상기 다색성 이미지가 상기 아이박스로 제공되고 주변 환경이 상기 도파관 구성을 통해 상기 아이박스로 제공되도록 주변 광이 상기 아이박스를 향해 지나가도록 허용하는, 디바이스. - 제 17 항에 있어서,
사용 동안 사용자의 머리에 상기 헤드-장착 디스플레이를 고정시키는 프레임을 더 포함하고, 상기 도파관 구성은 접안렌즈에서 상기 프레임에 고정되는, 디바이스.
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