KR20150136601A - 다수의 출사동을 가진 헤드 착용 디스플레이로부터 투영된 이미지를 디스플레이하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
눈으로 관찰할 수 있으며 휴대용 헤드 착용 디스플레이로부터 투영되는 이미지를 표시하는 방법은, 광 빔들 사이에서 상이한 파장들의 복수의 광 빔을 방출하는 단계; 복수의 광 빔을 주사 거울로 지향하는 단계; 이미지로부터 제공된 강도 정보에 따라 복수의 광 빔 각각의 강도를 변조하는 단계 - 이에 의해 강도는 이미지 내의 화소 값을 나타냄 -; 주사 거울을 이용하여 2개의 별개의 축에서 복수의 광 빔을 주사하여 이미지를 형성하는 단계; 및 광 빔의 반사기로서 작용하는 홀로그래픽 광학 요소를 이용하여 복수의 광 빔을 눈으로 재지향시켜 - 재지향은 광 빔들의 파장에 종속함 -, 다른 광 빔들의 출사동들로부터 공간적으로 분리된 눈에서 각각의 광 빔을 위해 출사동을 생성하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 헤드 착용 디스플레이들(head-worn displays, HWD들)에 관한 것으로, 특히, 내장된 디스플레이 능력을 갖는 안경류를 이용하여 정상적인 시각(vision)에 가상 이미지들을 중첩시킬 가능성을 주는 그러한 시스템들에 관한 것이다.
스마트폰들과 같은 소비자 모바일 컴퓨팅 디바이스들의 대규모 채택은 컴퓨터들뿐만 아니라 주위 환경과의 인간의 상호작용을 위한 새로운 가능성들을 제공한다. 차세대 모바일 디바이스들은 현재의 손 휴대형 디스플레이 스크린과는 상이한 방식으로 정보를 디스플레이함으로써 정보를 제공할 것으로 기대된다. 투영 디스플레이 기술들의 발달은 예컨대, 사용자에게 직접 디스플레이되는 중첩되는 정보를 갖는 하나의 투시 안경(a pair of see through glasses)과 같은 눈 근처의 디스플레이들을 가능하게 하고 있다.
투시 디스플레이들은 수십 년간 방어 애플리케이션들을 위해 이용되었다. 예를 들어, 제트 전투기 조종사들은 운항 및 다른 중요한 정보를 조종사에게 그의/그녀의 시야 내에 제공하기 위한 항공기 내의 헤드-업 디스플레이들(heads-up displays, HUD들) 및 헬멧-탑재 디스플레이들(helmet-mounted displays, HMD들)을 이용해왔다. 투영 기술이 발달하고 있지만, 현재 투시 HWD들에 있어서 시야와 부피와 중량 간에 어려운 절충문제가 아직도 존재한다. 대부분의 경우들에서, 상당한 시야(>30-40 도)는 부피가 큰 광학계를 필요로 하기 때문에 많은 애플리케이션들에 그들의 이용을 곤란하게 한다. 더 작은 시야 시스템들이 더 많이 수용 가능한 폼-팩터들(form-factors)을 가지고 도입되었지만, 광범위한 애플리케이션들 및 심지어 일상적인 사용을 위해 미적으로 보기 좋은 폼 팩터들을 갖는 투시 디스플레이들의 유용한 구현들을 만들기 위한 과제가 남아 있다.
HWD들의 설계의 하나의 일차적인 과제는 디스플레이의 소위 아이박스의 확대이다. 아이박스는 착용자의 눈의 배치와 움직임에 내성이 있는 광학 시스템이다. 이것은 광학 시스템의 출사동과 밀접하게 대응한다. HWD들의 종래의 접근법은 다양한 수단에 의해 광학 시스템의 출사동을 확대하는 것이다. 그러나 이것은 일반적으로 더 부피가 큰 광학 시스템으로 이어진다.
HWD들은 마이크로디스플레이의 먼 이미지를 착용자가 보게 허용하는 이미징 광학계의 동공 형성 또는 비-동공 형성 구성으로 눈에 제시되는, 예컨대 LCOS 및 OLED 패널 어레이들과 같은, 마이크로디스플레이 패널들을 이용하여 종종 구현된다. 다른 그러나 덜 통상적인 접근법은 망막 투영이다. 망막 투영은 이미지를 직접 사용자의 망막 상에 래스터 주사(raster scan)하기 위해 주사 요소를 이용한다. 망막 투영 디스플레이들은 1980년에 개발된 주사 레이저 검안경(scanning laser ophthalmoscope, SLO)에서 비롯되었다. 이 기술은 나중에 가상 망막 디스플레이로 개발되었는데, 이것은 90년대에 워싱톤 대학(University of Washington)의 HITLab의 Tom Furness에 의해 주도되었다(Thomas A. Furness et al. "Display system for a head mounted viewing transparency" 미국 특허 5,162,828, 1989년 출원됨), (Thomas A. Furness et al. "Virtual retinal dispay" 미국 특허 5,467,104, 1992년 출원됨). 그때 이후로 MEMS 기반 주사 프로젝터들, 즉, 망막 디스플레이들을 이용하는 많은 HWD 특허들이 출원되었다. 특히 주목할 것은, 90년대 중-후반에 가상 망막 디스플레이를 상용화하기 위해 초기 노력들을 주도했던 워싱톤 대학과 마이크로비전(Microvision)(워싱톤 대학의 자회사)이 소유한 특허들이다. 이 일의 대부분은 시스템의 출사동을 확대하기 위한 노력들과 관련되었는데, 그렇지 않으면 그것은 낮은 에탕듀 레이저 소스로 인해 작다. 특허 문헌에서 발견되는 보편적인 방법은 빔을 확대하기 위해 회절 또는 확산 스크린을 이용하는 것인데, 이것은 그 후 빔을 눈에 제시하기 전에 다시 시준된다(Joel S. Kollin et al, "Virtual retinal display with expanded exit pupil", 미국 특허 5,701,132, 1996년 출원됨). 이 접근법의 단점은 빔 확대 광학계가 다른 종래의 HWD 접근법들과 유사한 절충문제들과 함께 부가의 광학적 부피를 만든다는 것이다.
다중 및/또는 조정가능 소형 출사동들을 만들기 위한 방법들이 있어 왔다. 이러한 방법들은 아이트래킹(eye tracking)과 관련하여 다중 아이박스 로케이션들을 위해 레이저들의 어레이를 이용했다(M. Tidwell, "Virtual retinal display with scanner array for generating multiple exit pupils", 미국 특허 6,043,799, 1998년 출원됨), (M. Tidwell, "Scanned retinal display with exit pupil selected based on viewer's eye position", 미국 특허 6,204,829, 2000년 출원됨). 아이트래킹에 기초한 조정 가능한 출사동들을 가진 시스템들이 또한 제안되었다(John R. Lewis et al., "Personal display with vision tracking" 미국 특허 6,396,461, 1998년 출원됨). 이러한 시스템들은 아이트래킹에 의존했고, 다수의 출사동들에 의해 생성되는 이미지들을 통합하기 위한 방법을 이용하지 않았다.
홀로그래픽 광학 요소(Holographic Optical Element, HOE)들을 이용하는 몇 개의 HWD 구현들이 있어 왔다. Takahashi et al.은 HOE 및 맥스웰 뷰(Maxwellian view) 구성을 이용한 시스템에 대한 특허를 출원했지만(Hideya Takahashi et al., "Image Display Unit and Electronic Glasses", 미국 특허 출원 11/576,830, 2005년 출원됨), 이 특허의 시스템은 레이저 주사 프로젝터를 고려하는 것으로 보이지 않고, 오히려 공간 광 변조기를 통과한 확대된 빔을 고려한다. 또한, 다중화 또는 다수의 출사동들에 대한 논의가 없다.
빔 결합기로서 단일 층 홀로그램과 함께 마이크로디스플레이를 이용하는 개념이 또한 알려진 종래 기술이다 - 예를 들어, 미국 특허 3,940,204. 그 작업에 대한 관련된 저널 출판물에는, 이러한 시스템들에서 수차들이 상당히 컸다는 것이 기술되어 있다. 이것은 눈에서의 12 내지 15㎜의 큰 출사동의 필요성에 주로 기인했다. 이것은 더 큰 개구, "더 빠른" 광학 시스템을 만드는데, 이를 수차들의 관점에서 제어하기는 더 어렵다. 프로젝터의 크기는 또한 눈 로케이션에서 출사동의 크기 및 빔의 개구수에 직접 비례한다.
본 발명은 안경류에 내장된 디스플레이를 이용하여 이미지를 사람의 시각영상에 디스플레이하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
적어도 일 실시예에서, 본 발명은 몇 개의 요소들을 이용하여 생성된 HWD와 관련된다. 1) 공진 마이크로-전자기계 시스템(micro-electromechanical system, MEMS) 주사 거울로부터 반사되는 소형 에탕듀 소스 - 레이저 또는 발광 다이오드(LED)로 구성된 주사 투영 시스템. 주사 거울의 각각의 위치에 대해, 래스터 주사를 통해 망막 상에 화소가 형성될 수 있다. 2) 광을 눈으로 재지향시키기 위해, 반투과기, 즉, 투영 시스템으로부터의 광을 반사하는 투명한 스크린으로서 이용되는 볼륨 홀로그래픽 광학 요소(HOE). 반투과기 요소는 두 개의 주된 기능들을 수행한다. 그것은 환경으로부터의 주변 광이 정상 시각을 사용자에게 제공하는 것을 통해 지나가게 해준다. 그것은 또한 디스플레이되는 이미지를 망막 상에 제공하기 위해 주사된 광을 프로젝터로부터 눈으로 재지향시킨다.
적어도 하나의 실시예에서, 본 발명은 복수의 소형 출사동들을 그들의 로케이션들에 대해 통제하면서 눈 상에 배치하기 위한 방법과 관련된다. 소형의 별개의 출사동들의 조합은 더 큰 유효 아이 박스를 생성한다. 대안적으로, 전체 시야를 채우는 것보다 오히려, 출사동들은 특정 뷰 로케이션들에 대해 전략적으로 배치될 수 있다.
적어도 하나의 실시예에서, 반투과기는 반사 홀로그래픽 기록 기술을 이용하여 제조되며, 여기서 소정의 광 파장의 그리고 유사한 강도의 두 개의 코히어런트 레이저 빔들이 간섭한다. 소정의 광 파장에서, 두 개 빔들 중 참조 빔이라고 불리는 하나의 빔은 주사 투영 시스템의 특성들을 가진, 즉, 투영 셋업과 정합하는 입사각들 및 위치들을 가진, 홀로그래픽 재료에 입사한다. 물체 빔이라고 불리는, 소정의 광 파장의 제2 빔은 반사 홀로그램을 생성하기 위해 홀로그래픽 재료의 대향측에 입사한다. 일 실시예에서, 물체 빔은 눈에 반사 홀로그램의 초점을 생성하기 위해 대형 집속 렌즈를 통과하게 된다. 그렇게 함으로써, 투영된 이미지의 모든 부분들이 주어진 눈 로케이션 및 응시-각도에 대해 가시적으로 될 수 있도록, 투영 시스템의 출사동을 눈에 대한 입사동의 중심에 배치한다. 다른 실시예에서, 출사동 로케이션은 눈의 입사동에 배치되지 않을 수 있고, 눈의 회전 중심에, 또는 눈 입사동과 눈 회전 중심 사이에 배치될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 실시예에서, 다수의 출사동 로케이션들을 생성하기 위해 유사한 인지 컬러의 몇 개의 분리된 파장들이 홀로그래픽 다중화를 위해 이용된다. 홀로그램의 기록과 판독 둘 다를 위해 작은 간격들을 가진 다중 파장들을 이용함으로써, 몇 개의 출사동 로케이션들이 유사한 컬러들로 생성될 수 있다. 포인트 소스들의 어레이를 눈 로케이션에 릴레이 이미징함으로써, 즉, 동시에 기록되는 다중 물체 빔들에 의해, 출사동 로케이션들이 홀로그램 기록 셋업에서 생성된다. 적어도 하나의 실시예에서, 이것은 정밀 배열에서 포인트 소스들로서 작용하는 광 섬유 면들을 이용하여 수행된다. 광섬유들의 포인트 소스 배열은 확대(축소)되어 눈 로케이션에 릴레이 이미징된다. 홀로그램이 HWD에서 프로젝터에 의해 "판독될" 때 기록을 위해 이용되는 유사한 파장들의 광을 투영함으로써, 다수의 출사동들이 생성된다. 적어도 하나의 실시예에서, 협대역 파장들 각각은 그들의 개별적 출사동 위치에 대응하여 공간적으로 시프트되고 왜곡 보정된 이미지들을 생성하기 위해 투영 전에 소프트웨어로 개별적으로 제어 및 전처리된다. 이러한 방식으로 단일 이미지가 눈에 생성된다. 적어도 하나의 실시예에서, 직접 변조된 레이저들은 광원을 형성하기 위해 빔이 결합된다. 일 실시예에서, 광 빔들은 HOE에의 제시를 위해 동축적으로 결합된다. 다른 실시예에서, 광 빔들은 그들의 각각의 출사동들의 공간적 이격들에 대응하는 상이한 각도들로 결합된다. 대안적으로 다른 실시예에서, 다중 LED 광원들이 스펙트럼적으로 그리고 공간적으로 필터링되고, 광원을 형성하기 위해 동축적으로 또는 비동축적으로 빔이 결합된다. 또한, 다른 실시예에서, 백색광 LED 또는 레이저와 같은 광대역 광원은 예컨대 전자-흡수 또는 음향-광 변조기들과 같은, 스펙트럼적으로 선택적인 변조기들의 어레이에 의해 변조된다.
또한, 다른 실시예에서, 각각의 출사동 로케이션에 대한 적색, 녹색, 및 청색(RGB) 광 파장들의 다중화는 다수의 출사동들을 가진 풀 컬러 HWD를 생성한다. 그렇게 하는 것은 출사동 로케이션들의 개수에 따라 3배의 개별적으로 제어 가능한 소스들 또는 광 대역들을 필요로 한다. 예를 들어 컬러 단일 출구동 설계는 3개의 개별적으로 제어 가능한 광 대역들을 필요로 한다: 적색 하나, 녹색 하나, 청색 하나. 두 개의 출사동 로케이션들을 가진 설계는 6개의 제어 가능한 파장 대역들을 필요로 한다: 적색 두 개, 녹색 두 개, 청색 두 개. 유사하게 7개의 출사동 로케이션들을 가진 설계는 개별적으로 제어되는 21개의 광 대역들을 필요로 할 것이다.
또 다른 실시예에서, 다수의 출사동들이 전력 소모를 줄이기 위해 턴 온 및 오프된다. 어느 출사동들이 임의의 주어진 순간에 이용되어야 하는지 결정하기 위해 아이트래킹이 이용된다.
또 다른 실시예에서, 다수의 출사동들은 주사 거울보다는 오히려, 마이크로패널 디스플레이 요소를 이용하는 HWD에서 생성된다. 파장 다중화는 HOE에서 다수의 출사동들을 생성하기 위해 눈에서 상이한 파장들의 광을 분리하기 위해 이용된다. 다양한 소스들의 이미지 전-처리가 상이한 출사동 로케이션들의 겉보기 이미지들을 정렬시키기 위해 이용된다.
다른 실시예에서, 다수의 출사동들은 HOE 반투과기의 각도 다중화를 이용하여 주사 거울 HWD에서 생성된다. 다중 주사 거울들은 HOE에서 입사각의 차이들을 생성하기 위해 이용되어, 광을 다수의 출사동들로 재지향시킨다. 다양한 소스들의 이미지 전-처리가 상이한 출사동 로케이션들의 겉보기 이미지들을 정렬시키기 위해 이용된다.
다른 실시예에서, 비-동공 형성의 HWD에 있어서 다중 근접 시야 영역들이 생성되는데, 이것은 투영된 광이 HOE 반투과기에서 본질적으로 시준됨을 의미한다. 비-동공 형성 접근법은 대형 아이박스가 더 용이하게 생성되게 해주지만, HOE 반투과기에 의해 시야에서 제한될 수 있다. 그러므로, HOE에서의 다중화는 다중 시야들을 생성하여 전체 결합된 시야를 확대하기 위해 이용된다. 다양한 소스들의 이미지 전-처리는 상이한 시야들의 겉보기 이미지들을 정렬시키기 위해 이용된다.
다른 실시예에서, 주사 거울 HWD는 공동 초점 이미징 배열에서 눈으로부터 반사된 신호를 검출함으로써 눈의 망막 및 다른 부분들의 이미지들을 캡처한다. 일 실시예에서, 이렇게 리턴되는 신호는 검출된 이미지를 응시 각도에 연관시킴으로써 아이트래킹을 위해 이용된다. 다른 실시예에서, 눈의 위치의 추적은 복수의 출사동들에 대한 리턴 신호 강도를 검출하고 비교함으로써 수행되며, 리턴 신호의 비교는 어느 출사동이 눈과 가장 잘 정렬되는지 나타낸다.
다른 실시예에서, 광대역 소스는 주사 거울 HWD에서 다중 개별 스펙트럼 방출 대역들로 분할된다. 그 후 개별 스팩트럼 대역들 각각은 독립적인 그리고 공간적으로 분리된 출사동을 눈에 생성한다.
본 발명의 다른 방법에서, 협대역 확산 요소가 HWD 반투과기로서 이용되고, 공간 광 변조기가 광 투영 요소로서 이용되며, 여기서 공간 광 변조기는 눈에서의 낮은 수차 이미지를 위해 산란 반투과기 후에 광의 파면을 위상 공액화하도록 이용된다.
다른 실시예에서, 본 발명의 HWD는 눈을 통한 생리학적 파라미터들의 측정을 통해 건강을 모니터링하기 위한 비-외과적 방법으로서 이용된다. 예를 들어, 일정한 간격으로 망막을 이미징하는 것에 의해 심박수, 포도당 레벨, 안압, 스트레스의 레벨, 질병들의 성질 또는 시작.
본 발명은 HWD의 단안 및 양안의 구현들 양쪽에 적용된다. 달리 언급되지 않는 한, 이 설명들은 광학계 및 프로세싱의 양쪽 눈들에 대한 복제를 필요로 하는 양안 구성으로의 확장을 갖는 단안 구성을 커버할 것이다.
본 발명은 HWD들로 제한되지 않는다. 기술된 방법 및 디바이스 구조는 또한 헤드-업 디스플레이들(HUD들) - 눈으로부터 더 먼 거리에 배치된 투과 디스플레이 시스템들에도 적용될 수 있다.
따라서, 일 양상에서, 본 발명은 눈으로 관찰할 수 있는 이미지를 표시하는 방법을 제공하며, 상기 이미지는 휴대용 헤드 착용 디스플레이로부터 투영된다. 방법은, 복수의 광 빔을 방출하는 단계 - 광 빔들의 파장들은 상이함 -; 복수의 광 빔을 주사 거울로 지향시키는 단계; 이미지로부터 제공된 강도 정보에 따라 상기 복수의 광 빔 각각의 강도를 변조하는 단계 - 이에 의해 강도는 상기 이미지 내의 화소 값을 나타냄 -; 2개의 별개의 축에서 주사 거울을 이용하여 복수의 광 빔을 주사하여 이미지를 형성하는 단계; 및 광 빔들의 반사기로서 작용하는 홀로그래픽 광학 요소들을 사용하여 복수의 광 빔을 상기 눈으로 재지향시켜 - 재지향은 광 빔의 파장에 의존함 -, 각각의 광 빔에 대해 눈에 출사동을 생성하는 단계 - 상기 출사동은 나머지 광 빔들의 상기 출사동들로부터 공간적으로 분리됨 -를 포함한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 복수의 광 빔을 방출하는 단계는 사람의 시각에 의해 인지되는 제1의 소정의 컬러 내의 특정 스펙트럼 대역에 포함될 광 빔들의 대응하는 파장들을 선택함으로써 결정된 수의 복수의 광 빔의 제1 번들을 생성하는 단계를 포함하고, 제1 번들 내의 상기 광 빔들 각각은 그것의 출사동과 관련되고 이 출사동은 제1 번들의 나머지 광 빔들의 출사동들로부터 공간적으로 분리된다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 복수의 광 빔을 방출하는 단계는 제2 및 제3 번들의 광 빔들을 생성하는 단계를 더 포함하고, 각각의 번들은 사람의 시각에 의해 인지되는 각각의 제2의 소정의 컬러 및 제3의 소정의 컬러 내의 개별 스펙트럼 대역에 대응하고, 제2 및 상기 제3 번들 내부에서 각각 광 빔들은 제1 번들의 상기 광 빔들의 상기 출사동들과 관련되고, 이에 의해 출사동들 각각에 대해 풀 컬러 이미지를 위해 제1, 제2 및 제3의 소정의 컬러들에 대응하는 3개의 광 빔을 생성한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈에 의해 관찰할 수 있는 이미지를 표시하는 방법은 광 빔들 각각에 대한 상기 이미지에 이미지 정합 및 왜곡 정정을 적용하여, 각각의 광 빔에 대한 출사동의 위치에 따라 복수의 광 빔에 의해 생성된 표시된 이미지를 정렬한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈에 의해 관찰할 수 있는 이미지를 표시하는 방법은 눈이 이미지를 관찰하기 위한 휴대용 헤드 착용 디스플레이에 정렬되는 확대된 영역을 형성하기 위해 복수의 광 빔에 의해 형성된 출사동들을 공간적으로 배열하는 단계를 더 포함한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 복수의 광 빔을 주사 거울로 지향시키는 단계는 복수의 광 빔을 주사 거울에서 공간적으로 그리고 각도상으로 동축적으로 결합하는 단계를 더 포함하며, 이에 의해 각각의 출사동들의 배치에 의해 생성되는 눈에서의 광 빔들 간의 상당한 각도 차이들이 이미지 처리에 의해 정정된다.
제2 양상에서, 본 발명은 눈으로 관찰할 수 있으며 휴대용 헤드 착용 디스플레이로부터 투영되는 이미지를 표시하는 방법을 제공한다. 방법은, 복수의 광 빔을 방출하는 단계 - 광 빔들의 파장들은 상이함 -; 이미지로부터 제공된 강도 정보에 따라 복수의 광 빔 각각의 강도를 변조하는 단계 - 이에 의해 강도는 이미지 내의 화소 값을 나타냄 -; 광 빔들의 반사기로서 작용하는 광학 요소를 이용하여 복수의 광 빔을 눈으로 재지향시켜 - 재지향은 광 빔의 파장에 의존함 -, 각각의 광 빔에 대해 눈에 출사동을 생성하는 단계를 포함한다.
추가적인 바람직할 실시예에서, 복수의 광 빔을 방출하는 단계는 사람의 시각에 의해 인지되는 제1의 소정의 컬러 내의 특정 스펙트럼 대역에 포함될 광 빔들의 대응하는 파장들을 선택함으로써 결정된 수의 복수의 광 빔의 제1 번들을 생성하는 단계를 더 포함하고, 제1 번들 내의 광 빔들 각각은 그것의 출사동과 관련되고 이 출사동은 제1 번들의 나머지 광 빔들의 출사동들로부터 공간적으로 분리된다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 복수의 광 빔을 방출하는 단계는 제2 및 제3 번들의 광 빔들을 생성하는 단계를 더 포함하고, 각각의 번들은 사람의 시야에 의해 감지되는 각각 제2의 소정의 컬러 및 제3의 소정의 컬러 내의 개별 스펙트럼 대역에 대응하고, 제2 및 상기 제3 번들 내부에서 각각 광 빔들은 제1 번들의 광 빔들의 출사동들과 관련되고, 이에 의해 출사동들 각각에 대해 풀 컬러 이미지를 위해 제1, 제2 및 제3의 소정의 컬러들에 대응하는 3개의 광 빔을 생성한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈에 의해 관찰할 수 있는 이미지를 표시하는 방법은 광 빔들 각각에 대한 이미지에 이미지 정합 및 왜곡 정정을 적용하여, 각각의 광 빔에 대한 출사동의 위치에 따라 복수의 광 빔에 의해 생성된 표시된 이미지를 정렬하는 단계를 더 포함한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈에 의해 관찰할 수 있는 이미지를 표시하는 방법은 눈이 이미지를 관찰하기 위해 휴대용 헤드 착용 디스플레이에 정렬되는 확대된 영역을 형성하기 위해 복수의 광 빔에 의해 형성된 출사동들을 공간적으로 배열하는 단계를 더 포함한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 복수의 광 빔을 재지향시키는 단계에서, 광학 요소는 홀로그래픽 광학 요소이다.
제3 양상에서, 본 발명은 눈에 의해 관찰할 수 있는 이미지를 표시하는 방법에 이용하기 위한 광학 요소를 생성하는 방법을 제공하며, 방법은, 복수의 광 빔의 파장들에 근접 매칭되는 복수의 홀로그램 기록 레이저들을 이용하여 홀로그래픽 광학 요소를 기록하는 단계를 포함하고, 이에 의해 기록 레이저들 각각의 빔들은 휴대용 헤드 착용 디스플레이에 의해 후속 생성될 출사동들의 공간 배향과 매칭되도록 홀로그램 기록 셋업 내에 공간적으로 배열된다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 기록 레이저들 각각의 빔들은 광 섬유들에 의해 공간적으로 배열된다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈에 의해 관찰할 수 있는 이미지를 표시하는 방법은 주어진 순간의 상기 눈의 위치에 따라, 출사동들 각각과 관련된 복수의 광 빔 중 선택된 광 빔들을 비활성화하는 단계를 더 포함하고, 아이트래킹 정보를 이용하여, 오정렬된 출사동들을 비활성화하여, 디바이스 전력 소비를 줄인다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈에 의해 관찰할 수 있는 이미지를 표시하는 방법은 복수의 광 빔에 의해 형성된 출사동들을 공간적으로 배열하여 - 각각의 개별 광 빔은 복수의 공간적으로 분리된 출사동을 형성함 -, 눈에 의해 동시에 관찰되지 않는 다수의 관심 영역을 생성하는 단계를 더 포함하고, 다수의 관심 영역 각각은 서브세트 시야, 및 더 큰 전체 시야 내의 관련된 복수의 출사동을 갖는다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 복수의 광 빔 중 각각의 빔의 강도를 변조하는 단계는 패널 마이크로디스플레이로부터 투영하는 단계를 포함한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈에 의해 관찰할 수 있는 이미지를 표시하는 방법은 복수의 광 빔을 주사 거울로 지향시키는 단계; 및 주사 거울을 이용하여 2개의 별개의 축에서 복수의 광 빔을 주사하여 이미지를 형성하는 단계를 더 포함한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈에 의해 관찰할 수 있는 이미지를 표시하는 방법은 복수의 광 빔을 공간적으로 그리고 각도상으로 동축적으로 결합하는 단계를 더 포함하며, 이에 의해 개별 출사동들의 배치에 의해 생긴 눈에서의 광 빔들 간의 상당한 각도 차이들이 이미지 처리에 의해 정정된다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈에 의해 관찰할 수 있는 이미지를 표시하는 방법은 출사동들에서 광 빔들 중 하나의 각도 콘텐츠가 광 빔들 중 다른 하나의 각도 콘텐츠와 실질적으로 유사하도록 광 빔들 간에 각도 차이들이 있는 복수의 광 빔을 결합하여, 이미지 처리에 대한 요건들을 감소시키는 단계를 더 포함하고, 이에 의해 상기 개별 출사동들의 배치에 의해 생긴 눈에서의 광 빔들 간의 남아 있는 각도 차이들이 이미지 처리에 의해 정정된다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 광 빔들 간에 각도 차이들이 있는 복수의 광 빔은 텔레센트릭 렌즈의 출사동에서 광 빔들을 결합하는 텔레센트릭 렌즈에 의해 결합되어, 파장들이 상이한 상기 광 빔들을 방출하는 복수의 광원의 2차원적 배열이 시준되고 결합된다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 파장들이 상이한 광 빔들을 방출하는 복수의 광원은 광 빔을 위한 추가 텔레센트릭 렌즈, 회절 광학 요소 및 개구들의 결합에 의해 공간적으로 그리고 스펙트럼적으로 필터링된다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 회절 광학 요소는 회절 격자, 볼륨 홀로그래픽 요소 중 하나이다.
제4 양상에서, 본 발명은 눈으로 관찰할 수 있는 이미지를 표시하기 위한 방법을 제공하며, 이미지는 휴대용 헤드 착용 디스플레이로부터 투영된다. 방법은, 복수의 광 빔을 방출하는 단계; 복수의 광 빔 각각을 대응하는 공간적으로 분리된 주사 거울로 지향시키는 단계; 이미지로부터 제공되는 강도 정보에 따라 복수의 광 빔 각각의 강도를 변조하는 단계 - 이에 의해 강도는 이미지 내의 화소 값을 나타냄 -; 복수의 공간적으로 분리된 주사 거울 중 대응하는 주사 거울을 이용하여 2개의 별개의 축에서 복수의 광 빔 각각을 주사하여 이미지를 형성하는 단계; 및 광 빔들의 반사기로서 작용하는 광학 요소를 이용하여 복수의 광 빔을 눈으로 재지향시켜 - 재지향은 광학 요소 상의 광 빔의 입사각에 의존함 -, 각각의 광 빔에 대해 눈에 출사동을 생성하는 단계 - 출사동은 나머지 광 빔들의 출사동들로부터 공간적으로 분리됨 -를 포함한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈에 의해 관찰할 수 있는 이미지를 표시하는 방법은 광 빔들 각각에 대해 이미지에 이미지 정합 및 왜곡 정정을 적용하여, 복수의 광 빔에 의해 생성된 표시된 이미지를 각각의 광 빔에 대한 출사동의 위치에 따라 정렬하는 단계를 더 포함한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈에 의해 관찰할 수 있는 이미지를 표시하는 방법은 복수의 광 빔에 의해 형성된 출사동들을 공간적으로 배열하여, 눈이 상기 이미지의 관찰을 위해 휴대용 헤드 착용 디스플레이에 정렬되는 확대된 영역을 형성하는 단계를 더 포함한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 복수의 광 빔을 방출하는 단계에서, 분리된 가시 파장들의 3개의 광 빔이 각각의 주사 거울로 지향되고, 출사동들 중 하나를 형성하도록 결합되며, 이에 따라 출사동들 각각에 대해 풀 컬러 이미지를 위한 3개의 광 빔을 생성한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 복수의 광 빔을 재지향시키는 단계에서, 광학 요소는 홀로그래픽 광학 요소이다.
제5 양상에서, 본 발명은 눈에 의해 관찰할 수 있는 이미지를 표시하는 방법에서 사용하기 위한 광학 요소를 생성하는 방법을 제공한다. 방법은, 복수의 광 빔의 파장들에 근접 매칭되는 복수의 홀로그램 기록 레이저들을 이용하여 홀로그래픽 광학 요소를 기록하는 단계를 더 포함하고, 이에 의해 기록 레이저들 각각의 빔들은 출사동들 및 휴대용 헤드 착용 디스플레이에 의해 후속 생성될 투영 소스 포인트들의 공간 및 각도 배향과 매칭되도록 홀로그램 기록 셋업 내에 공간적으로 배열된다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 기록 레이저들 각각의 빔들은 광섬유들에 의해 공간적으로 배열된다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈에 의해 관찰할 수 있는 이미지를 표시하는 방법은 주어진 순간의 상기 눈의 위치에 따라, 출사동들 각각과 관련된 복수의 광 빔 중 선택된 광 빔들을 비활성화하는 단계를 더 포함하고, 아이트래킹 정보를 이용하여, 오정렬된 출사동들을 비활성화하여, 디바이스 전력 소비를 줄인다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈에 의해 관찰할 수 있는 이미지를 표시하는 방법은 복수의 광 빔에 의해 형성된 출사동들을 배열하여 - 각각의 개별 광 빔은 복수의 공간적으로 분리된 출사동을 형성함 -, 눈에 의해 동시에 관찰되지 않는 다수의 관심 영역을 생성하는 단계를 더 포함하고, 다수의 관심 영역 각각은 서브세트 시야, 및 더 큰 전체 시야 내의 관련된 복수의 출사동을 갖는다.
제6 양상에서, 눈으로 관찰할 수 있는 이미지를 표시하기 위한 방법이 제공되며, 이미지는 휴대용 헤드 착용 디스플레이로부터 투영된다. 방법은, 복수의 광 빔을 방출하는 단계; 이미지로부터 제공되는 강도 정보에 따라 복수의 광 빔 각각의 강도를 변조하는 단계 - 이에 의해 강도는 이미지 내의 화소 값을 나타냄 -; 광 빔들의 반사기로서 작용하는 광학 요소를 이용하여 눈에 광 출사동을 생성하지 않고서 복수의 실질적으로 시준된 광 빔을 눈으로 재지향시켜 - 재지향은 광 빔의 입사각 및 파장에 의존함 -, 눈에서 함께 전체 시야를 구성하는 복수의 서브세트 시야를 생성하는 단계를 포함한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 복수의 광 빔을 재지향시키는 단계에서, 광학 요소는 홀로그래픽 광학 요소이다.
제7 양상에서, 눈에 의해 관찰할 수 있는 이미지를 표시하는 방법에서 사용하기 위한 광학 요소를 생성하는 방법이 제공되며, 방법은 복수의 광 빔의 파장들에 근접 매칭되는 복수의 홀로그램 기록 레이저들을 이용하여 홀로그래픽 광학 요소를 기록하는 단계를 더 포함하고, 이에 의해 기록 레이저들 각각의 빔들은 휴대용 헤드 착용 디스플레이에 의해 후속 생성될 서브세트 시야들의 공간 및 각도 배향과 매칭되도록 홀로그램 기록 셋업 내에 공간적으로 배열된다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈에 의해 관찰할 수 있는 이미지를 표시하는 방법은 광 빔들 각각에 대해 이미지에 이미지 정합 및 왜곡 정정을 적용하여, 서브세트 시야들의 이미지들을 정렬하여, 함께 상기 전체 시야를 연속적으로 형성하는 단계를 더 포함한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 복수의 광 빔을 방출하는 단계에서, 서브세트 시야당 분리된 가시 파장들의 3개의 광 빔을 결합하여, 서브세트 시야들 각각에 대해 풀 컬러 이미지를 위한 3개의 광 빔을 생성한다.
제8 양상에서, 본 발명은 휴대용 헤드 착용 디스플레이로부터 이미지를 투영 및 캡처함으로써 눈으로부터 생리학적 정보를 획득하기 위한 방법을 제공한다. 방법은, 복수의 광 빔을 방출하는 단계 - 광 빔들의 파장들은 상이함 -; 복수의 광 빔을 렌즈를 통해 핀홀 개구 상에 집속하는 단계; 복수의 광 빔을 핀홀 개구로부터 주사 거울로 지향시키는 단계; 이미지로부터 제공되는 강도 정보에 따라 복수의 광 빔 각각의 강도를 변조하는 단계 - 이에 의해 강도는 이미지 내의 화소 값을 나타냄 -; 주사 거울을 이용하여 2개의 별개의 축에서 복수의 광 빔을 주사하여 이미지를 형성하는 단계; 광 빔들의 반사기로서 작용하는 안경 렌즈 상의 광학 요소를 이용하여 복수의 광 빔을 상기 눈으로 재지향시켜 - 재지향은 광 빔의 파장 및 각도에 의존함 -, 각각의 광 빔에 대해 눈에 출사동을 생성하는 단계 - 출사동은 나머지 광 빔들의 출사동들로부터 공간적으로 분리됨 -; 재지향된 복수의 광 빔을 눈의 표면상에 집속하는 단계; 집속된 복수의 광 빔을 눈의 표면으로부터 시스템을 통해 핀홀 개구로 반사하는 단계; 및 반사된 복수의 광 빔을 빔 분할 요소를 통해 검출기로 지향시키는 단계 - 이에 의해 강도는 복수의 광 빔이 집속된 눈의 상기 표면의 공동 초점 이미지를 나타냄 -을 포함한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 핀홀 개구는 광을 상이한 위치로 이송하는 데 사용되는 광섬유로 대체된다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈의 표면으로부터의 산란을 통해 복수의 광 빔과 동일한 파장들에서 광이 다시 반사된다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈의 표면으로부터의 형광을 통해 상기 복수의 광 빔에 비해 시프트된 파장들에서 광이 다시 반사된다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈의 표면으로부터의 라만(Raman) 산란을 통해 상기 복수의 광 빔에 비해 시프트된 파장들에서 광이 다시 반사된다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈의 표면에서의 비선형 현상을 통해 복수의 광 빔에 비해 시프트된 파장들에서 광이 다시 반사된다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 광학 요소는 볼륨 홀로그래픽 광학 요소이다.
제9 양상에서, 본 발명은 휴대용 헤드 착용 디스플레이로부터 이미지를 투영 및 캡처함으로써 눈으로부터 생리학적 정보를 획득하기 위한 방법을 제공한다. 방법은, 복수의 광 빔을 방출하는 단계 - 광 빔들의 파장들은 상이함 -; 복수의 광 빔을 렌즈를 통해 다중 모드 이중 클래딩 광섬유의 단일 모드 코어 상에 집속하는 단계; 복수의 광 빔을 다중 모드 이중 클래딩 광섬유로부터 주사 거울로 지향시키는 단계; 이미지로부터 제공되는 강도 정보에 따라 복수의 광 빔 각각의 강도를 변조하는 단계 - 이에 의해 강도는 이미지 내의 화소 값을 나타냄 -; 주사 거울을 이용하여 2개의 별개의 축에서 복수의 광 빔을 주사하여 이미지를 형성하는 단계; 광 빔들의 반사기로서 작용하는 안경 렌즈 상의 광학 요소를 이용하여 복수의 광 빔을 상기 눈으로 재지향시켜 - 재지향은 광 빔의 파장 및 각도에 의존함 -, 각각의 광 빔에 대해 눈에 출사동을 생성하는 단계 - 출사동은 나머지 광 빔들의 상기 출사동들로부터 공간적으로 분리됨 -; 재지향된 복수의 광 빔을 눈의 표면상에 집속하는 단계; 복수의 광 빔을 눈의 표면으로부터 시스템을 통해 다중 모드 이중 클래딩 광섬유의 다중 모드 코어로 반사하는 단계; 및 반사된 복수의 광 빔을 빔 분할 요소를 통해 검출기로 지향시키는 단계 - 이에 의해 강도는 상기 복수의 광 빔이 집속된 눈의 표면의 공동 초점 이미지를 나타냄 -를 포함한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 광이 상기 눈의 표면으로부터의 산란을 통해 상기 복수의 광 빔과 동일한 파장들에서 다시 반사된다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 광이 눈의 표면으로부터의 형광을 통해 복수의 광 빔에 비해 시프트된 파장들에서 다시 반사된다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 광이 눈의 표면으로부터의 라만 산란을 통해 복수의 광 빔에 비해 시프트된 파장들에서 다시 반사된다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 광이 눈의 표면에서의 비선형 현상을 통해 복수의 광 빔에 비해 시프트된 파장들에서 다시 반사된다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 광학 요소는 키노폼(kinoform) 회절 광학 요소, 주파수 선택적 응답을 가진 곡면 반사 요소 중 하나이다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈으로부터 생리학적 정보를 획득하기 위한 방법은 복수의 광 빔을 눈의 상이한 깊이들에 집속하는 단계를 더 포함하고, 이에 의해 광 빔들의 파장들은 눈의 어느 구조가 이미징되는지를 결정한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 헤드 착용 디스플레이의 가시 기능을 방해하지 않도록 보이지 않는 적외선 광이 공동 초점 측정에 사용된다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 빔들이 간섭 유형, 이색성, 홀로그래픽 중 어느 하나인 필터들에 의해 검출기에서 분리된다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈으로부터 생리학적 정보를 획득하기 위한 방법은 아이트래킹 교정을 위해 눈의 복수의 시선 특정 이미지를 캡처하는 단계; 피처 추출을 위해 눈의 복수의 시선 특정 이미지를 처리하는 단계; 추출된 피처들에 시선 위치들을 상관시키는 데이터베이스를 형성하는 단계; 시선 결정을 위해 눈의 새로운 시선 특정 이미지를 캡처하는 단계; 이 이미지의 피처들을 데이터베이스 내의 이미지들에 대하여 상관시키는 단계; 및 실시간으로 아이트래킹을 위해 특정 시선 각도와의 상관에 의해 이미지를 분류하는 단계를 더 포함한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈으로부터 생리학적 정보를 획득하기 위한 방법은 눈에 복수의 출사동을 형성하는 복수의 광 빔으로부터 반사 강도를 캡처하는 단계를 더 포함하며, 이에 의해 눈의 시선 위치는 눈에서 공간적으로 분리된 출사동들을 구성하는 복수의 빔들의 상대 강도에 상관된다.
제10 양상에서, 본 발명은 눈으로 관찰할 수 있는 이미지를 표시하기 위한 방법을 제공하며, 상기 이미지는 휴대용 헤드 착용 디스플레이로부터 투영된다. 방법은, 광역 스펙트럼의 적어도 하나의 광 빔을 방출하는 단계; 적어도 하나의 광 빔의 스펙트럼을 복수의 개별 스펙트럼 방출 대역으로 슬라이싱하는 단계 - 각각의 대역은 광이 없는 스펙트럼 존에 의해 분리됨 -; 복수의 광 빔을 주사 거울로 지향시키는 단계; 이미지로부터 제공된 강도 정보에 따라 적어도 하나의 광 빔 각각의 강도를 변조하는 단계 - 이에 의해 강도가 이미지 내의 화소 값을 나타냄 -; 주사 거울을 이용하여 2개의 별개의 축에서 적어도 하나의 광 빔을 주사하여 이미지를 형성하는 단계; 및 광 빔들의 반사기로서 작용하는 홀로그래픽 광학 요소를 이용하여 적어도 하나의 광 빔을 눈으로 재지향시켜 - 재지향은 광 빔의 파장 콘텐츠 및 각도에 의존함 -, 개별 스펙트럼 방출 대역 각각에 대해 눈에 출사동을 생성하는 단계 - 출사동은 나머지 개별 스펙트럼 방출 대역들의 출사동들로부터 공간적으로 분리됨 -를 포함한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈에 의해 관찰할 수 있는 이미지를 표시하는 방법은 분산 광학 요소에 의해 주사 거울 뒤에서 적어도 하나의 광 빔을 편향시키는 단계를 더 포함하고, 이에 의해 분산 광학 요소가 적어도 하나의 광 빔을 개별 스펙트럼 방출 대역들의 수에 해당하는 복수의 광 빔으로 각도상으로 분리한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈에 의해 관찰할 수 있는 이미지를 표시하는 방법은 적색, 녹색 및 청색 범위들 각각의 내의 분리된 스펙트럼 대역들을 갖는 3개의 광 빔들을 방출하는 단계를 더 포함하고, 이에 따라 각각의 색 범위로부터의 하나의 광 빔의 결합이 3개의 결합된 광 빔의 상대 강도에 의존하는 색상을 갖는 인지된 컬러 또는 색상을 생성한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈에 의해 관찰할 수 있는 이미지를 표시하는 방법은 눈이 상기 표시된 이미지를 관찰하기 위해 광학 시스템과 정렬될 수 있는 확대 영역을 형성하기 위해 복수의 광 빔에 의해 형성된 복수의 출사동을 공간적으로 배열하는 단계를 더 포함한다.
제11 양상에서, 눈으로 관찰할 수 있으며 휴대용 헤드 착용 디스플레이로부터 투영되는 이미지를 표시하는 방법을 제공한다. 방법은, 코히어런트 소스로부터 적어도 하나의 광 빔을 방출하는 단계; 적어도 하나의 광 빔을 제1 파면을 제공하는 위상 패턴을 갖는 공간 광 변조기로 지향시키는 단계; 및 안경 렌즈 상에 확산 산란 반사기를 이용하여 눈에 적어도 하나의 광 빔을 재지향시키는 단계를 포함하고, 이에 의해 제1 파면은 확산 산란 반사기에 의해 반사되어 눈에 들어가서 망막에 낮은 수차 이미지를 형성하는 제2 파면을 제공한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 상기 코히어런트 광원은 표면 방출 레이저(VCSEL), 포인트 소스 LED 또는 레이저 다이오드이다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 안경 렌즈는 제1 및 제2 투명 광학 결합 요소로 구성되고, 제1 굴절률을 갖는 제1 요소는 가시 광으로 산란하는 일 측과 평활하고 산란하지 않으며 반사성 코팅이 피착되어 있는 제2 측을 가지며, 제2 요소는 제1 굴절률과 동일한 제2 굴절률을 갖고 평활하고 산란이 없는 측을 갖는다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 공간 광 변조기는 위상 전용 변조기, 진폭 전용 변조기 또는 둘 다이다.
제12 양상에서, 본 발명은 눈으로 관찰할 수 있으며 휴대용 헤드 착용 디스플레이로부터 투영되는 이미지를 투영하고 캡처함으로써 눈으로부터 생리학적 정보를 얻는 방법을 제공하며, 방법은, 코히어런트 소스로부터 적어도 하나의 광 빔을 방출하는 단계; 적어도 하나의 광 빔을 제1 파면을 제공하는 위상 패턴을 갖는 공간 광 변조기로 지향시키는 단계; 안경 렌즈 상의 확산 산란 반사기를 이용하여 눈에 적어도 하나의 광 빔을 재지향시키는 단계 - 이에 의해 제1 파면은 확산 산란 반사기에 의해 반사되어 눈에 들어가서 눈의 표면에 낮은 수차 스폿을 형성하는 제2 파면을 제공함 -; 적절한 위상 패턴을 SLM에 제공함으로써 망막 상의 스폿을 주사하는 단계; 및 표면의 이미지를 형성하기 위해 공동 초점 방식으로 망막에 의해 확산 반사광을 검색하는 단계를 포함한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 상기 표면은 망막이다.
제13 양상에서, 본 발명은 눈으로 관찰할 수 있으며 휴대용 헤드 착용 디스플레이로부터 투영되는 이미지를 표시하기 위한 시스템을 제공한다. 시스템은, 눈에 의해 관찰할 수 있는 이미지를 표시하는 방법을 구현시키기 위한 다수의 출사동 헤드 착용 디스플레이 시스템; 및 장면을 캡처하고 장면의 처리된 이미지를 헤드 착용 디스플레이에 제공하는 전면 장착 카메라를 포함한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 상기 처리된 이미지는 (a) 주밍된 이미지, (b) 에지 향상된 이미지, (c) 콘트라스트 향상된 이미지, (d) 왜곡된 이미지 또는 (a) 내지 (d)의 조합 중 어느 하나일 수 있다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈은 노화와 관련된 황반 퇴화를 겪고 있는 눈과 같은 중심와(fovea)에 광 수용체들의 손실이 있다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 처리된 이미지는 눈의 중심와 주위의 주변부에 표시된다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 눈은 중심와 주위의 주변부에서 광 수용체의 손실을 갖는다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 처리된 이미지는 중심와에 표시된다.
제14 양상에서, 본 발명은 휴대용 헤드 착용 디스플레이로부터 투영된 이미지를 눈으로 재지향시키기 위한 디바이스를 제공한다. 디바이스는, 적어도 하나의 입사광 빔들을 눈으로 국부적으로 재지향시키기 위해 투명한 써모 중합체 매트릭스 내의 내장된 소형 키노폼 거울들; 및 프로젝터로부터의 적어도 하나의 광 빔이 눈에서 다수의 출사동으로 분리되게 함과 동시에 주위 환경으로부터의 상당한 주변 광이 눈을 통과하게 하기 위해 스펙트럼적으로 그리고 각도상으로 선택적인 키노폼 거울들 상의 박막 반사성 코팅을 포함한다.
제15 양상에서, 본 발명은 2개의 눈에 양안 이미지들 - 이미지들은 2개의 휴대용 헤드 착용 디스플레이들로부터 투영됨 -을 표시하기 위한 시스템을 제공한다. 시스템은 하나의 안경의 각각의 측의 다수의 출사동 투영 모듈들; 양쪽 안경 렌즈들 상의 다수의 출구동 홀로그래픽 반사기; 눈으로부터의 반사광에 기초한 양쪽 눈을 위한 아이트래킹 시스템; 사용자 전방의 장면을 캡처하기 위한 전면 카메라; 및 아이트래킹 시스템으로부터의 정보에 기초하여 상기 양안 이미지들에 대한 변경들에 의해 생성된 3차원 이미지들을 포함한다.
제16 양상에서, 본 발명은 다수의 출사동 헤드 착용 디스플레이에서 프로젝터와 안경 렌즈 홀로그래픽 광학 요소 간에 정렬을 생성하고 유지하는 방법을 제공한다. 방법은 광학 요소들 간에 위치 및 각도를 구조적으로 유지하는 강성 재료 연결부 상에 프로젝터와 홀로그래픽 광학 요소를 정렬시키는 단계; 및 하나의 종래의 안경 상에 강성 구조를 부착하고 배치하는 단계를 포함한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 종래의 안경은 비-처방 안경 또는 선글라스; 또는, 처방 안경 또는 선글라스이다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 강성 재료 연결부는 종래 안경의 내측 또는 외측에 배치되어 부착된다.
본 발명의 이들 및 다른 양상들은 도면과 결합해서 다음의 상세한 설명에서 추가로 설명될 것이다.
도 1은 종래 기술로부터의 디바이스를 도시하는 도면이다.
도 1a는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 고정 배선 단안 헤드 착용 디스플레이(hardwired monocular head worn display)의 도면이다.
도 1b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 단안 헤드 착용 디스플레이(wireless monocular head worn display)의 도면이다.
도 2a는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 단일 출동(single exit pupil)에 눈이 정렬된(align), 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 2b는, 눈이 회전하여 단일 출사동에 오정렬된, 도 2a의 광학적 개략도이다.
도 3a는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 파장 다중화(wavelength multiplexing)에 의해 형성된 2개의 출사동 중 하나에 눈이 정렬된, 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 3b는, 눈이 회전되어 파장 다중화에 의해 형성된 2개의 출사동 중 두 번째 것에 정렬된, 도 3a의 광학적 개략도이다.
도 4의 (a)는 2개의 출사동에 관련된 2개의 이미지 컴포넌트 사이에 사전 프로세싱 시프트(preprocessing shift)가 있는 투영된 이미지의 도시이다.
도 4의 (b)는, 2개의 상이한 출사동에 대한 2개의 동일한 화소가 반투과판(transflector) 상에 투영되고 망막 상에서 하나의 단일 화소로 병합하는, 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 4의 (c)는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 이미지들을 정렬하기 위한 도 4의 (a)에 도시된 이미지 사전 프로세싱에 의해 2개의 출사동으로부터 망막 상에 동시에 인식된 이미지의 도시이다.
도 4d는 확대된 아이박스 및 이미지 사전 프로세싱의 설명으로, 여기서 사진들은 의안(artificial eye)을 모방하는 집속 렌즈와 결합된 회전 카메라에 의해 획득된다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 2개의 출사동을 가진 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도 및 출사동 구성 및 아이박스 중첩의 관련 도시이다.
도 6은 본 발명의 3개의 상이한 실시예에 따른 출사동 구성 및 아이박스 중첩의 3개의 예에 대한 도시이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼륨 홀로그래픽 요소의 파장 선택성의 도시이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3개의 상이한 중심 파장을 이용하는 3개의 출사동에 대한 동시 홀로그램 기록 셋업의 광학적 개략도이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 회절 요소를 이용하는 동축 스펙트럼 빔 결합기의 광학적 개략도이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이색 빔분할기들(dichroic beamsplitters)을 이용하는 동축 스펙트럼 빔 결합기의 광학적 개략도이다.
도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼륨 홀로그래픽 요소를 이용하는 동축 스펙트럼 빔 결합기의 광학적 개략도이다.
도 9d는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼륨 홀로그래픽 요소 및 외부 캐비티를 이용하는 동축 스펙트럼 빔 결합기의 광학적 개략도이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 2개의 상이한 파장 소스로부터 2개의 출사동을 형성하기 위해 광 빔들의 각 분리(angular separation)를 이용하는 안경류 프레임 상의 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 비동축 결합 빔들을 가진 주사 투영 모듈의 광학적 개략도이다.
도 12는, 본 발명의 4개의 상이한 실시예에 따른, 공간적으로 분리된 출사동들 및 비동축 결합 빔들을 형성하기 위한 상이한 파장의 광원 구성에 대한 4개의 예를 도시한다.
도 13a는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 공간적으로 분리된 출사동들 및 비동축 결합 빔들을 형성하기 위해 3개의 장소 각각에서 적색, 녹색 및 청색 방출기들을 가진 광원의 도시이다.
도 13b는, 프로세싱을 하지 않는 경우(왼쪽) 및 이미지들을 정렬하기 위한 사전 프로세싱을 하는 경우(오른쪽)에, 도 13a의 광원으로부터 눈에서의 명백한 이미지의 도시이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 적색, 녹색 및 청색 소스들로부터의 비동축 결합 빔들을 가진 주사 투영 모듈의 광학적 개략도이다.
도 15는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 반사시 추가적인 공간적 및 스펙트럼적 필터링이 있는 비동축 결합 빔들을 가진 주사 투영 모듈의 광학적 개략도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 15의 투영 모듈을 이용하는 단안 주사된 빔 헤드 착용 디스플레이의 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 15의 투영 모듈을 이용하는 양안 주사된 빔 헤드 착용 디스플레이의 도면이다.
도 18은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전송시 추가적인 공간적 및 스펙트럼적 필터링이 있는 비동축 결합 빔들을 가진 주사 투영 모듈의 광학적 개략도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 필터링 요소를 이용하는 비동축 결합 빔들을 가진 주사 투영 모듈의 광학적 개략도이다.
도 20은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 파장 다중화에 의해 형성된 3개의 출사동 중 하나에 눈이 정렬된, 마이크로패널 디스플레이의 투영에 기초한 헤드 착용 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 21a는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 단일 파장으로 생성된 분리된 시야를 가진 2개의 분리된 출사동 중 하나에 눈이 정렬된, 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 21b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 단일 파장으로 생성된 분리된 시야를 가진 2개의 분리된 출사동 중 두 번째 것에 눈이 정렬된, 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 21c는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 2개의 파장으로 생성된 약간 중첩하는 시야를 가진 2개의 분리된 출사동 중 하나에 눈이 정렬된, 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 21d는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 2개의 파장으로 생성된 상당히 중첩하는 시야를 가진 2개의 분리된 출사동 중 하나에 눈이 정렬된, 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 21e는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 2개의 각도상으로 분리된(angularly separated) 소스에 의해 생성된 분리된 시야를 가진 2개의 분리된 출사동 중 하나에 눈이 정렬된, 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 21f는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 각(angle)에 있어서 분할 및 분리되는 단일 소스로 생성된 분리된 시야를 가진 2개의 분리된 출사동 중 하나에 눈이 정렬된, 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 22a는 2개의 분리된 출사동을 생성하기 위해 2개의 주사 거울을 가진 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도의 상면도이다.
도 22b는 2개의 분리된 출사동을 생성하기 위해 2개의 주사 거울을 가진 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도의 측면도이다.
도 23은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 하나의 중심 파장을 가진 각 다중화를 이용하는 3개의 출사동에 대한 동시 홀로그램 기록 셋업의 광학적 개략도이다.
도 24a는 각 다중화를 이용하는 비동공 형성 헤드 착용 디스플레이에 대한 3개의 별개의 시야를 생성하기 위한 동시 홀로그램 기록 방법의 광학적 개략도이다.
도 24b는 비동공 형성 헤드 착용 디스플레이에 대한 2개의 각-다중화된 홀로그램의 회절 효율 및 회절각의 도시이다.
도 25는 파장 다중화를 이용하는 비동공 형성 헤드 착용 디스플레이에 대한 3개의 개별 시야를 생성하기 위한 동시 홀로그램 기입 방법의 광학적 개략도이다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 주사 투영 단안 헤드 착용 디스플레이의 도면이다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 망막의 공동 초점 이미징을 포함하는 주사 투영 헤드 착용 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 임의의 눈 표면의 공동 초점 이미징을 포함하는 주사 투영 헤드 착용 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 회절 격자로 분리된 추가적인 파장을 이용하는 눈의 공동 초점 이미징을 포함하는 주사 투영 헤드 착용 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 이색 빔분할기로 분리된 추가적인 파장을 이용하는 눈의 공동 초점 이미징을 포함하는 주사 투영 헤드 착용 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 31은 검안경으로부터의 망막의 이미지이다.
도 32는 3개의 상이한 시선 방향에 대한 단일 망막의 3개의 이미지 세트이다.
도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 아이트래킹 방법의 블록도이다.
도 34는 본 발명의 일 실시예에 따른 상이한 출사동들로부터의 상대적인 공동 초점 강도를 이용하는 아이트래킹 방법의 도시이다.
도 35는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라를 포함하는 주사 투영 단안 헤드 착용 디스플레이의 도면이다.
도 36은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 착용 디스플레이 상의 카메라로부터 수집된 데이터를 디스플레이하기 위한 방법의 도시이다.
도 37은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 재료에 내장된 협대역 키노폼 거울들(narrowband kinoform mirrors)을 이용하는 반투과판의 광학적 개략도이다.
도 38은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 다수의 출사동을 생성하기 위해 홀로그래픽 반투과판에서 분할 스펙트럼 소스 및 파장 다중화를 이용하는 주사 투영 헤드 착용 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 39는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 다수의 출사동을 생성하기 위해 홀로그래픽 반투과판에서 분할 스펙트럼 소스, 회절 격자 및 파장 다중화를 이용하는 주사 투영 헤드 착용 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 40은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라를 포함하는 주사 투영 양안 헤드 착용 디스플레이의 도면이다.
도 41은 본 발명의 일 실시예에 따른 강성 안경류 프레임의 내측에 부착된 주사 투영 양안 헤드 착용 디스플레이의 도면이다.
도 42는 본 발명의 일 실시예에 따른 강성 안경류 프레임의 외측에 부착된 주사 투영 양안 헤드 착용 디스플레이의 도면이다.
도 43은 본 발명의 일 실시예에 따른 더블 클래드형 파이버(double clad fiber)에 의한 망막의 공동 초점 이미징을 포함하는 주사 투영 헤드 착용 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 1a는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 고정 배선 단안 헤드 착용 디스플레이(hardwired monocular head worn display)의 도면이다.
도 1b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 단안 헤드 착용 디스플레이(wireless monocular head worn display)의 도면이다.
도 2a는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 단일 출동(single exit pupil)에 눈이 정렬된(align), 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 2b는, 눈이 회전하여 단일 출사동에 오정렬된, 도 2a의 광학적 개략도이다.
도 3a는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 파장 다중화(wavelength multiplexing)에 의해 형성된 2개의 출사동 중 하나에 눈이 정렬된, 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 3b는, 눈이 회전되어 파장 다중화에 의해 형성된 2개의 출사동 중 두 번째 것에 정렬된, 도 3a의 광학적 개략도이다.
도 4의 (a)는 2개의 출사동에 관련된 2개의 이미지 컴포넌트 사이에 사전 프로세싱 시프트(preprocessing shift)가 있는 투영된 이미지의 도시이다.
도 4의 (b)는, 2개의 상이한 출사동에 대한 2개의 동일한 화소가 반투과판(transflector) 상에 투영되고 망막 상에서 하나의 단일 화소로 병합하는, 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 4의 (c)는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 이미지들을 정렬하기 위한 도 4의 (a)에 도시된 이미지 사전 프로세싱에 의해 2개의 출사동으로부터 망막 상에 동시에 인식된 이미지의 도시이다.
도 4d는 확대된 아이박스 및 이미지 사전 프로세싱의 설명으로, 여기서 사진들은 의안(artificial eye)을 모방하는 집속 렌즈와 결합된 회전 카메라에 의해 획득된다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 2개의 출사동을 가진 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도 및 출사동 구성 및 아이박스 중첩의 관련 도시이다.
도 6은 본 발명의 3개의 상이한 실시예에 따른 출사동 구성 및 아이박스 중첩의 3개의 예에 대한 도시이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼륨 홀로그래픽 요소의 파장 선택성의 도시이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3개의 상이한 중심 파장을 이용하는 3개의 출사동에 대한 동시 홀로그램 기록 셋업의 광학적 개략도이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 회절 요소를 이용하는 동축 스펙트럼 빔 결합기의 광학적 개략도이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이색 빔분할기들(dichroic beamsplitters)을 이용하는 동축 스펙트럼 빔 결합기의 광학적 개략도이다.
도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼륨 홀로그래픽 요소를 이용하는 동축 스펙트럼 빔 결합기의 광학적 개략도이다.
도 9d는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼륨 홀로그래픽 요소 및 외부 캐비티를 이용하는 동축 스펙트럼 빔 결합기의 광학적 개략도이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 2개의 상이한 파장 소스로부터 2개의 출사동을 형성하기 위해 광 빔들의 각 분리(angular separation)를 이용하는 안경류 프레임 상의 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 비동축 결합 빔들을 가진 주사 투영 모듈의 광학적 개략도이다.
도 12는, 본 발명의 4개의 상이한 실시예에 따른, 공간적으로 분리된 출사동들 및 비동축 결합 빔들을 형성하기 위한 상이한 파장의 광원 구성에 대한 4개의 예를 도시한다.
도 13a는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 공간적으로 분리된 출사동들 및 비동축 결합 빔들을 형성하기 위해 3개의 장소 각각에서 적색, 녹색 및 청색 방출기들을 가진 광원의 도시이다.
도 13b는, 프로세싱을 하지 않는 경우(왼쪽) 및 이미지들을 정렬하기 위한 사전 프로세싱을 하는 경우(오른쪽)에, 도 13a의 광원으로부터 눈에서의 명백한 이미지의 도시이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 적색, 녹색 및 청색 소스들로부터의 비동축 결합 빔들을 가진 주사 투영 모듈의 광학적 개략도이다.
도 15는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 반사시 추가적인 공간적 및 스펙트럼적 필터링이 있는 비동축 결합 빔들을 가진 주사 투영 모듈의 광학적 개략도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 15의 투영 모듈을 이용하는 단안 주사된 빔 헤드 착용 디스플레이의 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 15의 투영 모듈을 이용하는 양안 주사된 빔 헤드 착용 디스플레이의 도면이다.
도 18은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전송시 추가적인 공간적 및 스펙트럼적 필터링이 있는 비동축 결합 빔들을 가진 주사 투영 모듈의 광학적 개략도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 필터링 요소를 이용하는 비동축 결합 빔들을 가진 주사 투영 모듈의 광학적 개략도이다.
도 20은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 파장 다중화에 의해 형성된 3개의 출사동 중 하나에 눈이 정렬된, 마이크로패널 디스플레이의 투영에 기초한 헤드 착용 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 21a는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 단일 파장으로 생성된 분리된 시야를 가진 2개의 분리된 출사동 중 하나에 눈이 정렬된, 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 21b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 단일 파장으로 생성된 분리된 시야를 가진 2개의 분리된 출사동 중 두 번째 것에 눈이 정렬된, 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 21c는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 2개의 파장으로 생성된 약간 중첩하는 시야를 가진 2개의 분리된 출사동 중 하나에 눈이 정렬된, 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 21d는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 2개의 파장으로 생성된 상당히 중첩하는 시야를 가진 2개의 분리된 출사동 중 하나에 눈이 정렬된, 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 21e는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 2개의 각도상으로 분리된(angularly separated) 소스에 의해 생성된 분리된 시야를 가진 2개의 분리된 출사동 중 하나에 눈이 정렬된, 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 21f는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 각(angle)에 있어서 분할 및 분리되는 단일 소스로 생성된 분리된 시야를 가진 2개의 분리된 출사동 중 하나에 눈이 정렬된, 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 22a는 2개의 분리된 출사동을 생성하기 위해 2개의 주사 거울을 가진 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도의 상면도이다.
도 22b는 2개의 분리된 출사동을 생성하기 위해 2개의 주사 거울을 가진 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도의 측면도이다.
도 23은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 하나의 중심 파장을 가진 각 다중화를 이용하는 3개의 출사동에 대한 동시 홀로그램 기록 셋업의 광학적 개략도이다.
도 24a는 각 다중화를 이용하는 비동공 형성 헤드 착용 디스플레이에 대한 3개의 별개의 시야를 생성하기 위한 동시 홀로그램 기록 방법의 광학적 개략도이다.
도 24b는 비동공 형성 헤드 착용 디스플레이에 대한 2개의 각-다중화된 홀로그램의 회절 효율 및 회절각의 도시이다.
도 25는 파장 다중화를 이용하는 비동공 형성 헤드 착용 디스플레이에 대한 3개의 개별 시야를 생성하기 위한 동시 홀로그램 기입 방법의 광학적 개략도이다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 주사 투영 단안 헤드 착용 디스플레이의 도면이다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 망막의 공동 초점 이미징을 포함하는 주사 투영 헤드 착용 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 임의의 눈 표면의 공동 초점 이미징을 포함하는 주사 투영 헤드 착용 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 회절 격자로 분리된 추가적인 파장을 이용하는 눈의 공동 초점 이미징을 포함하는 주사 투영 헤드 착용 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 이색 빔분할기로 분리된 추가적인 파장을 이용하는 눈의 공동 초점 이미징을 포함하는 주사 투영 헤드 착용 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 31은 검안경으로부터의 망막의 이미지이다.
도 32는 3개의 상이한 시선 방향에 대한 단일 망막의 3개의 이미지 세트이다.
도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 아이트래킹 방법의 블록도이다.
도 34는 본 발명의 일 실시예에 따른 상이한 출사동들로부터의 상대적인 공동 초점 강도를 이용하는 아이트래킹 방법의 도시이다.
도 35는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라를 포함하는 주사 투영 단안 헤드 착용 디스플레이의 도면이다.
도 36은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 착용 디스플레이 상의 카메라로부터 수집된 데이터를 디스플레이하기 위한 방법의 도시이다.
도 37은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 재료에 내장된 협대역 키노폼 거울들(narrowband kinoform mirrors)을 이용하는 반투과판의 광학적 개략도이다.
도 38은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 다수의 출사동을 생성하기 위해 홀로그래픽 반투과판에서 분할 스펙트럼 소스 및 파장 다중화를 이용하는 주사 투영 헤드 착용 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 39는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 다수의 출사동을 생성하기 위해 홀로그래픽 반투과판에서 분할 스펙트럼 소스, 회절 격자 및 파장 다중화를 이용하는 주사 투영 헤드 착용 디스플레이의 광학적 개략도이다.
도 40은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라를 포함하는 주사 투영 양안 헤드 착용 디스플레이의 도면이다.
도 41은 본 발명의 일 실시예에 따른 강성 안경류 프레임의 내측에 부착된 주사 투영 양안 헤드 착용 디스플레이의 도면이다.
도 42는 본 발명의 일 실시예에 따른 강성 안경류 프레임의 외측에 부착된 주사 투영 양안 헤드 착용 디스플레이의 도면이다.
도 43은 본 발명의 일 실시예에 따른 더블 클래드형 파이버(double clad fiber)에 의한 망막의 공동 초점 이미징을 포함하는 주사 투영 헤드 착용 디스플레이의 광학적 개략도이다.
본 명세서에서 기술된 바와 같은 기법, 장치, 물질들 및 시스템들은 주사 프로젝터와 홀로그래픽 반투과판(holographic transflector)에 기초하여 HWD를 구현하는데 사용될 수 있고, HUD들(head-up displays) - 눈으로부터 더 먼 거리에 놓인 시 스루 디스플레이 시스템들(see through display systems) - 에 또한 적용될 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시예에서 헤드 착용 디스플레이는 주사 거울 프로젝터(scanning mirror projector)를 이용하여 직접적으로 사용자의 망막상에 주사된 이미지를 생성한다. 주사 거울의 출사동(exit pupil)은 반투과판 소자를 이용하여 눈의 입사동(entrance pupil)에 놓이고, 반투과판 소자는 홀로그래픽 광학 요소(HOE)일 수 있는데, 이것에만 제한되지는 않는다. 눈을 향하여 표시 광을 반사시키는 것에 더하여 반투과판은 환경으로부터의 광을 눈에게 실효적으로 투과시키도록 또한 작용하여, 표시가 자연 광경에 더해지도록 허용한다. 이것은 종종 "증강 현실"로 또는 때로는 "합성 현실"로 지칭된다. 덧붙여, 기술된 발명은 HOE를 다중화함으로써 확대된 아이박스(eyebox)를 흉내내도록 배열되는 다수의 출사동을 생성함으로써 실효적으로 확장된 아이박스를 허용한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 두 개의 가능한 실시예를 보여준다. 도 1a는 주사 디스플레이와 통합되는 단순 경량화된 안경류를 보여주는 본 발명의 가능한 실시예의 도면이다. 홀로그래픽 물질 층이 안경(101)의 렌즈들 중 하나상에 코팅된다. 적어도 일 실시예에서, HOE는 렌즈상에 코팅되고 후속하여 홀로그래픽하게 기록되는 포토폴리머(photopolymer)일 수 있거나, 또는 또 다른 실시예에서 포토폴리머는 스펙터클 렌즈(spectacle lens)의 2개의 표면 사이 내에 내장될 수 있다(즉, 샌드위치될 수 있다). 홀로그래픽 물질은 이후, 환경으로부터의 광을 투과시키면서, 표시 광을 눈으로 방향 전환시키도록 작용한다. 사용자의 관자놀이 근처에 있는 안경류의 하나의 아암(arm)에서, 주사 거울 또는 패널 마이크로디스플레이 프로젝터(102)가 홀로그래픽 반투과판(101)상으로 이미지를 투영한다. 일 실시예에서, 광원, 전력 전자 장치 및 구동 전자 장치는, 착탈가능 커넥터(105)에 의해 안경에서 분리될 수도 있는 패치 코드(104)를 통해 안경류에 연결되는 소형 박스(103)에, 머리에서 떨어지도록 별개로 또는 모두 함께 이전될 수 있다. 이들 컴포넌트들을 머리로부터 떨어지도록 이전시키는 것은 안경류로 하여금 단순하고, 경량화되고, 이산적이며, 겉보기에 매력적이고 및 사회적으로 받아들일만한 것이 되도록 허용한다는 이점이 있다. 또한, 안경류는 별개의 모듈로부터 분리될 수 있어서, 사용자로 하여금 개인용 디스플레이 장치가 활동 중인지를 다른 사람들에게 나타내도록 허용한다. 이는, 소비자 헤드 착용 디스플레이가 개인 사적 기밀 및 사회적 상호 작용과 이해 충돌할 수도 있는 사운드 및 비디오 기록 장치들을 아마도 포함할 것임을 고려하면, 사회성 맥락하에서 매력적 특징이다. 컴포넌트들의 단단한 통합을 가진 기타 실시예들에서, 광원들, 전력 및 구동 컴포넌트들은 대안적으로 안경류 내에 완전히 놓일 수 있을 것이다. 도 1b는 광원, 전력 전자 장지 및 구동 전자 장치가 안경류(106) 내에 완전히 포함되는 또 다른 가능한 실시예의 도면이다. 또한, 기타 실시예들에서, 광은 양쪽 스펙터클 렌즈들상의 2개 세트의 프로젝터들 및 HOE들을 이용하여 양안 방식으로 양쪽 눈에 투영될 수 있다.
적어도 일 실시예에서, 광은 도 2a에 묘사된 것처럼 광학 시스템을 통과해 진행한다. 도 2a는 주사 거울(212)의 단일 출사동을 위한 주사 투영 기반 헤드 착용 디스플레이의 광학적 배열의 구성도이다. 적어도 하나의 파장(206)의 광이 주사 거울(205)상에 입사하고, 주사 거울은 디지털 이미지에 대응하도록 변조된 강도를 가진 광 빔을 각도(207)로 주사한다. 적어도 일 실시예에서 2개의 외곽 보호 층들(202 및 203) 사이에 샌드위치된 기록용 홀로그래픽 물질(201)을 포함하는 홀로그래픽 반투과판(204)은, 전방 주시 눈(209)의 눈 입사동(210)의 중심을 향하여 투영된 광(207)을 회절 광(208)이 되도록 반사시킨다. 여기서 눈의 시선(211)은 주사 거울(212)의 출사동의 중심과 정렬된다. 이 배열에 따른 제한은 눈의 회전 허용 오차(rotation tolerance)에 있다. 도 2b는 눈이 회전하여 단일 출사동의 시야를 벗어날 수 있다는 것을 보여준다. 이에 따라, 단일 출사동 배열은 사용자가 표시된 이미지를 보기 위해 자신들의 눈을 정렬시키는 작은 시야의 디스플레이들에 적합하다. 도 2b에서, 눈의 시선(211)은 단일 출사동(212)에 대해 오정렬된다. 홀로그래픽 반투과판(204)은 전방 주시 눈의 입사동의 중심을 향하여 투영된 광을 반사시키지만, 눈의 입사동(210)과 출사동(212) 간의 불일치로 인해 이미지를 보는 것이 방해된다.
본 발명의 적어도 일 실시예에서, 다수의 출사동은 실효적으로 시스템의 아이박스를 확대한다. 도 3a 및 도 3b는, 2개의 출사동이 눈 근처의 2개의 공간적으로 분리된 위치들에 생성되는, 다수의 출사동 배열의 예를 보여준다. 도 3a와 도 3b에서, 2개의 출사동이 단순성을 위해 도시되지만, 추가적 출사동들이 2차원 배열로 이용될 수 있다. 다수의 출사동은 눈을 위한 더 큰 실효적 아이박스를 생성하고 또한 큰 FOV 이미지들이 눈에 의해 주사되도록 허용하기 위해 이용될 수 있다. 적어도 일 실시예에서, 상이한 광 파장들로 홀로그래픽 소자를 다중화하는 것은 다수의 출사동을 생성한다. 볼륨 홀로그래픽 소자들은 "선택성(selectivity)"을 나타내는데, 이는 하나의 광 파장 및 입사각에 대해 작성된 홀로그램이 충분히 상이한 파장 또는 입사각에서 작성된 또 다른 홀로그램과 독립적이라는 것을 의미한다. 이런 방식으로, 상이한 중심 파장 또는 입사각을 가진 소스들이 크로스토크 없이 다중의 독립적 출사동을 산출하는데 이용될 수 있고, 따라서 확대된 실효 아이박스를 산출하게 된다. 또한, 다수의 출사동이 인간 지각의 관점에서 유사 컬러의 분리된 파장들로 생성될 수 있다. 예를 들어, 몇 개의 출사동 로케이션들이 충분히 상이한 중심 파장들을 가진 몇 개의 상이한 적색 광원들을 이용하여 생성될 수 있다. 필요한 분리는 크로스토크를 방지하기 위한 HOE의 스펙트럼 선택성에 의존한다. 도 3a는 상이한 파장들을 가진 2개의 광 빔(206 및 301)의 홀로그래픽 다중화에 의해 생성되는, 수직 축을 따른 2개의 출사동(212 및 304)에 대한 광학적 배열의 구성도이다. 이들 광 빔들은 주사 거울(205)에 의해 반사되는데, 주사 거울은 디지털 이미지에 대응하도록 변조된 강도를 가진 광 빔을 각도들(207 및 302)로 주사한다. 홀로그래픽 반투과판(204)은 투영된 광(207 및 302)을, 회절 광(208 및 303)이 되도록 및 눈의 평면에서의 2개의 출사동 로케이션(212 및 304)을 향하여 반사시켜서, 눈 회전에 대한 허용 오차를 제공한다. 여기서 눈의 시선(211)은 중앙 출사동(212)의 중심에 대해 정렬된다(211). 도 3b는 눈의 시선(211)이 회전되지만 출사동들 중 하나(304)로부터 광을 포착하는, 수직 축을 따른 2개의 출사동에 대한 광학적 배열의 구성도이다.
다수의 출사동이 이 발명에 기술된 홀로그래픽 방법에 의해 생성될 때, 주사 거울의 한 특정 위치, 동등하게는 이미지의 한 화소로부터의 광은 상이한 출사동들의 광의 상이한 각도 크기에 대응하는, 상이한 파장들에 대한 상이한 위치들에서 망막상에 보일 것이다. 도 4에 도시된 적어도 일 실시예에서, 이 차이는 각각의 개별 출사동에 대응하는 각각의 파장에 대해 투영되는 이미지들을 사전 프로세싱함으로써 정정된다. 개별 광원들이 독립적으로 제어될 때, 주사 거울의 각각의 위치는 출사동들의 시프팅된 위치들에 대응하는 상이한 파장 소스들에 대해 독립적 화소 데이터를 투영할 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 옆으로 시프팅된 출사동들을 위한 필요한 이미지 프로세싱은 주로, 상이한 파장 소스들의 각각에 대해 투영된 이미지들 사이의 상대적 이미지 시프트이다. 추가적 기하학적 정정들이, 예를 들어 왜곡을 정정하기 위해 또한 적용될 수 있다. 적절히 조절될 때, 상이한 파장들 및 출사동 로케이션들로부터의 이미지들은 망막상에 단일 이미지를 형성하도록 일치될 것이다. 도 4는 상이한 출사동들의 이미지들을 망막상에 정렬시키는 데에 필요한 사전 프로세싱 시프트들 및 이미지 정합(image registration)의 예시이다. 이 예에서, 도 4a는 수직으로 배열된 2개의 상이한 출사동으로부터의 2개의 이미지(401 및 402)를 보여준다. 도 4a에서와 같이 서로 시프팅된 이미지들(401 및 402)을 투영함으로써, 단일 겉보기 이미지(403)가 도 4c에 도시된 바와 같이 망막상에 산출된다. 도 4b를 관찰해 보면, 화소들(404 및 405)이 각각의 출사동에 대해 동일 이미지 화소의 정보를 콘텐츠로 한다. 2개의 대응하는 출사동의 분리 거리와 유사한 분리 거리로 반투과판상에 화소들(404 및 405)을 투영함으로써, 화소들(404 및 405)은 망막상에서 하나의 단일 화소(406)가 되도록 합쳐진다. 실제 시스템들은 2차원에 걸친 추가적 시트프들을 가질 수 있다. 실제 시스템들은 또한 이미지들의 정렬을 향상시키기 위해 왜곡과 같은 비선형성들을 정정하기 위해 이미지들의 추가적 사전 프로세싱으로부터 이익을 얻을 수 있다. 확대된 아이박스 및 이미지 사전 프로세싱의 데모가 도 4d에 도시된다. 단일 출사동에 대응하는 단일 파장 성분을 가진 이미지(407)가 반투과판상으로 투영되었고, 반투과판은 다음 차례로 인공 눈을 흉내내는 집속 렌즈와 조합된 카메라 내로 이미지를 반사한다. 그림 408은 단일 출사동과 정렬된 카메라로 취해진 것이고, 반면에 그림 409는 단일 출사동과 부분적으로 오정렬된 카메라로 취해진 것이고 그림 410은 단일 출사동과 추가로 오정렬된 카메라로 취해진 것이다. 그림 408, 409 및 410은 카메라가 단일 출사동과 오정렬됨에 따라 투영된 이미지가 사라진다는 것을 보여준다. 이미지(407)와는 상이한 파장 성분을 가지며 이미지(407)로부터 획득되는 것과는 또 다른 출사동에 대응하는 이미지(411)가 반투과판상으로 이미지(407)와 함께 투영되었고, 반투과판은 다음 차례로 인공 눈을 흉내내는 집속 렌즈와 조합된 카메라 내로 이미지를 반사한다. 그림 412는 이미지(407)의 출사동과 정렬된 카메라로 취해진 것이고, 반면에 그림 413은 이미지들(407 및 408)의 출사동과 부분적으로 오정렬된 카메라로 취해진 것이다. 그림 414는 단일 출사동과 추가로 오정렬되지만 이미지(408)의 출사동과 정렬되는 카메라로 취해진 것이다. 그림 412, 413 및 414는 아이박스가 다수의 출사동을 이용하는 것을 통하여 확대될 수 있다는 것을 입증한다.
도 5는 개별 출사동들이 헤드 착용 디스플레이의 "아이박스"와 관련되는 방법의 예시이다. 이 예에서 도 3a와 도 3b의 시스템은 2개의 출사동을 가진 것으로 도시된다. 각각의 출사동(212 및 304)은 눈을 위한 회전 허용 오차를 생성하는데, 여기서 이미지는 광이 눈의 입사동(210)에 진입하는 동안 보일 수 있다. 각각의 개별 아이박스(501 및 503)의 사이즈는, 출사동이 눈의 입사동에 자리잡을 때, 대략 눈의 입사동(210)의 사이즈와 동등하다. 이 도면에서, 2개의 출사동이 수직 방향으로 매끄럽게 확대된 실효 아이박스를 생성하기 위해 이용된다. 눈에 생성된 다수의 출사동의 수와 기하학적 배열은 광범위하게 변경될 수 있고 수많은 조합들이 가능하다. 도 6은 다수의 출사동(502)으로 만들어진 세가지 가능한 배열의 예시이다. 더 많은 출사동(502)이 추가적 소스 파장들로 추가됨에 따라, 다수의 출사동의 커버리지에 의해 커버되는 아이박스(501)는 향상되어, 더 큰 합성 출사동(601)의 것에 접근한다. 몇몇 예시적 배열들이 중심과 모서리들과 같은 스크린상에서의 특정 로케이션들(3, 5 및 7 위치들)을 강조하기 위해 도시된다. 작고 공간적으로 분리된 출사동들(502)이 도시되었지만, 각각의 출사동에 대한 대응하는 아이박스(501) - 더 큰 검은 원들로 도시됨- 는 개별 출사동들보다 클 것이고 대략 눈의 입사동의 사이즈일 것이다. 각각의 출사동 로케이션과 연관되는 개별 아이박스들이 서로 중첩하면, 전체적 실효 아이박스는 보일 수 있는 이미지 공간에서의 갭들 없이 연속적으로 될 수 있다. 개별 출사동들이 작은 원들로 도시되지만, 주사된 빔의 사이즈에 의존하여 그 사이즈가 변동될 수 있다. 본 발명은 이들 배열들을 포함하지만, 이것들로만 제한되지는 않는다. 더 큰 시야 시스템들에 대해, 가장 바람직한 해결책은 바라는 아이박스를 완전히 커버하기 위한 수많은 출사동들일 수 있는데, 즉 도 6의 5 및 7 출사동들일 수 있다. 아이박스들의 필 팩터(fill factor)를 최대화하기 위해, 상이한 출사동들이 삼각형 격자 내에 배열되어야 한다. 대안적으로, 더 단순한 해결책들은 다수의 출사동이 인간 시각과 눈 회전의 어느 부분들을 커버할지를 명시적으로 선택함으로써 발견될 수 있다. 예를 들어, 2개의 출사동에 의해, 눈 회전의 단일 모서리와 중심이 이용될 수 있다. 이것은 중심와(foveal) 및 주변 시각 모두로 볼 수 있는 인간 시각의 하나의 모서리에 정보를 표시하는 데에 유용할 것이다. 출사동들은 시야에서 중첩하지 않을 수 있거나 또는 이들은 중첩할 수 있다.
홀로그램이 인접한 채널들 간의 크로스토크를 방지할 만큼 충분히 선택적이라면 볼륨 홀로그램들은 효과적으로 다중화된 파장일 수 있다. 홀로그램의 선택도는 재료와 재료의 두께의 굴절률 변동을 제어하여 조정될 수 있다. 이 선택도는 복원광의 파장과, 또한 기록광에 대한 복원광의 입사각 양측 모두에 적용된다. 복합 헤드 착용 디스플레이의 설계시, 헤드 착용 디스플레이로서 사용될 때 홀로그램 기록과 판독 간의 공간 및 각 오정렬(misalignment)에 대한 선택도와 허용오차(tolerance)간의 트레이드 오프가 존재한다. 분석적 수리 모델에 의해 계산되는, 세로축에서의 홀로그래픽 반투과판의 회절 효율 대 가로축에서의 파장을 나타내는 도 7은, 포토폴리머로 이루어진 볼륨 홀로그래픽 소자의 파장 선택도의 예시이다. 이 예에서, 3개의 홀로그램은 0.0075의 모델화된 굴절률 변동과 60㎛ 홀로그램 두께를 이용하여 적색의 3개의 중심 파장: 643nm - 참조 부호(701) -, 658nm - 참조 부호(702) - 및 671nm - 참조 부호(703)- 에서 기록된 멀티플렉스이다. 기록된 홀로그램들은 낮은 크로스토크 판독에 대한 높은 파장 선택도(704, 706 및 706)를 나타낸다. 이 시뮬레이션에서, 홀로그램의 각 사이드로부터 0°와 45°에서의 2개의 평면파는 홀로그램을 기록한다. 따라서, 홀로그램은 45°에서 판독된다. 고려된 굴절률은 1.5 이다. 선택된 3개의 적색 파장들을 갖는 이 모델화된 예로부터, 크로스토크는 16㎛ 포토폴리머에 대해 대략 16o o이지만, 두께 60㎛ 포토폴리머에 대해 ＜1o o로 감소한다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 디스플레이는 적색, 녹색 및 청색 광원들을 이용함으로써 풀 컬러로 만들 수 있다. 풀 컬러 디스플레이의 경우, 개별적으로 제어된 광 대역들의 필요한 갯수는 원하는 출사동(exit pupil) 위치의 개수 3이다. 예를 들어, 3개의 광 대역은 하나의 출사동에 대한 것이고, 21개의 광 대역은 7개의 출사동에 대한 것이다.
본 발명의 적어도 일 실시예에서, 홀로그래픽 반투과판은 도 8에 나타낸 광학적 홀로그래픽 기록 셋업(setup)을 이용하여 기록된다. 이 셋업은 곡선형 HOE에 대한 반사 홀로그램을 생성한다. 도 8은 유사한 컬러의 3개의 파장을 갖는 것을 나타낸 홀로그래픽 기입 셋업의 개략도이지만 3개의 출사동 위치(829)에 대한 상이한 중심 파장들(801, 802 및 803)은 헤드 착용 디스플레이에서 눈과 함께 위치하는(collocate) 홀로그래픽 재료(824)에 비례한다. 반파장판들(804, 805 및 806)을 통과한 후, 레이저들로부터의 빔들은 편광 빔 스플리터들(807, 808 및 809)로 분리되고, 광학계(813, 814, 815 및 816)를 파이버들(817, 818, 819 및 820)로 집속함으로써 연결된다. 렌즈들(827 및 825)을 통과하는 오브젝트 빔(830)은, 거울(828)에 의해 반사되고, 홀로그래픽 재료(824)를 통과하여 출사동 위치(829)에서 집속되기 전에 편광자(826)를 통과한다. 참조 빔(831)은 렌즈들(821 및 823), 편광자(822)를 통과하고 홀로그래픽 재료(824)를 통과하기 전에 거울(832)에 의해 반사된다. 참조 빔(831)에서, 레이저 파장들은 주사 프로젝터의 위치 및 입사각을 이용하여 HOE에 결합되어 제공된다. 오브젝트 빔(830)에서, 레이저들은 개별적인 광섬유들에 결합되고, 이것들은 눈 위치에서 다수의 출사동을 생성하기 위해 HOE를 통해 공간적으로 구성되어 릴레이 촬상된다. 3개의 레이저 소스들이 나타나 있지만, 셋업(setup)은 추가적인 파장들에 대해 조정될 수 있다. 도 8의 기록 셋업은 다중화된 홀로그램들이 동시에 기입되는, "동시(simultaneous)" 기록 셋업으로서 이용될 수 있다. 동시 기록은 홀로그래픽 효율성 동질성 및 1회 기록 스케줄의 관점에서 이점을 갖는다. 본 발명의 다른 실시예들은 대안적으로 다수의 기록이 차례로 행해지는 다중화 홀로그램에 대한 순차적인 기록을 이용할 수 있다. 다른 방법은 하나의 파장 또는 한 세트의 파장으로 각각의 홀로그래픽 필름을 기록하고 그 다음에 서로의 상부에 필름들을 위치시키는 것이다.
헤드 착용 디스플레이의 적어도 하나의 일 실시예에서, 상이한 파장의 광원은 주사 프로젝터로부터의 투영에 대해 동축적으로 결합된 빔이다. 도 9a는 다수의 LED를 결합한 빔 또는 상이한 중심 파장들(902, 903, 904, 905 및 906)의 광원들에 대한 회절 방법의 개략도이다. 이러한 소스들은 단일 제어 소스(901) 내에 포함될 수 있다. 렌즈(907)는 회절 소자(908)로부터 반사되기 전에 평행하게 분리된 빔들을 집속하고, 이는 시준된 출력(910)에 대해 렌즈(909)에 의해 집속되기 전에 상이한 파장의 빔들을 공동 정렬하기 위해 제공된다. 도 9b는 상이한 중심 파장들(912, 913, 914, 915 및 916)의 시준된 광원들에 대한 다이크로익 빔 결합기의 개략도이다. 상이한 파장들의 광원들로부터의 시준된 빔들은 시준된 출력(918)에 대한 다이크로익 빔 스플리터(917)를 이용하여 공동 정렬된다. 도 9c는 상이한 파장들의 시준된 광원들에 대한 볼륨 홀로그래픽 빔 결합기의 개략도이다. 상이한 파장들(919, 920, 921, 922 및 923)의 광원들은 축방향으로 결합된 빔(925)에 대한 볼륨 홀로그래픽 소자(924)에 의해 공동 정렬된다. 도 9d는 다중 파장 레이저 소스를 생성하기 위해 외부 캐비티를 사용하는 볼륨 홀로그래픽 빔 결합기의 개략도이다. 각각의 소스들(926, 927, 928, 929 및 930)은 그 내부 캐비티내에 레이징(lasing)을 방지하기 위해 반사방지 코팅(antireflection coating)을 가지며, 홀로그래픽 빔 결합기(931)상에 입사된다. 그 대신에, 외부의 부분적 반사 거울(932)은 시준된 출력(933)에 대한 모든 소스들에 대해 캐비티를 형성한다. 이 접근법의 이점은 온도 변동에 대한 민감도가 저하된다는 것이다.
적어도 일 실시예에서, 본 발명은 주사 마이크로미러를 떠난 후 각각의 소스로부터 광 사이에 상대 각 시프트를 생성하기 위해 비동축적으로 결합되는 파장 분리된 광원을 갖는 헤드 착용 디스플레이에 관한 것이다. 적절하게 분리된 파장들을 갖는 독립적인 소스들로부터의 광은 눈에서 공간적으로 분리된 출사동(그리고 동등하게 공간적으로 분리된 아이박스(eyebox))을 생성하기 위해 홀로그래픽 반투과판의 파장에서 다중화될 수 있다. 소스들로부터의 광이 동축적으로 결합되면, 중요한 사전프로세싱된 디지털 이미지 시프트들은 눈에서 상이한 출사동으로부터 명확한 이미지들을 정렬하도록 요구된다. 그러나, 추가적인 각도 분리들이, 시프트들을 광학적으로 생성함으로써 눈에서 명확한 이미지를 정렬시킬 필요가 있었던 대부분의 큰 사전프로세싱된 이미지 시프트를 대체하는데 사용되는 경우, 디지털 사전프로세싱된 이미지 시프트들은 투영 광학계의 광학적 정정과 광학 정렬의 정밀도에 따라 대부분 그리고 잠재적으로 완벽하게 제거될 수 있다. 광학적 왜곡의 불완전한 정정 또는 불완전한 정렬을 이용하여, 상이한 출사동의 이미지들은, 눈에 잘 정렬된 단일의 명확한 이미지를 형성하기 위해 작은 상대적인 시프트들과 상대적인 이미지 와프들(미리 보상된 왜곡 정정)을 이용하여 정렬될 수 있다. 이 접근법은 현저하게 큰 사전프로세싱된 이미지 시프트들이 요구될 때 상실되는, 화소들과 이미지 영역을 절약하는 이점을 갖는다. 도 10은 2개의 출사동(1005 및 1006)을 생성하는 안경류 프레임(1001)상에 주사 프로젝터 기반 머리 착용 디스플레이를 나타낸다. 이러한 예시에서, 출사동들 양측 모두는 눈(209)의 단일의 큰 입사동(210)내에 포함된다. 상이한 중심 파장들의 2개의 독립된 소스들은 눈(209)에 다중화된 홀로그래픽 반투과판(204)에 의해 반사되는, 시프트된 빔들을 생성하는 주사 프로젝터(1002)에 의해 주사된다. 2개의 소스들의 주광선(1003 및 1004)은 2개의 파장들에 대해 실선과 파선으로 나타나 있다. 주사 범위의 중심 및 맨끝을 나타내는 3개의 거울이 나타나 있다. 광학계에 의해 생성된 왜곡의 차이 또는 경미한 오정렬에 의해 유발된 2개의 이미지들간에 제공된 오정렬은 이미지들의 독립적인 사전프로세싱에 의해 정정될 수 있다. 단순화를 위해 2개의 파장들을 2차원으로 나타냈지만, 이 구성은 추가적인 출사동(파장)들에 대해 3차원적 구성으로 직접적으로 확장시킬 수 있다.
적어도 일 실시예에서, 비동축적으로 결합된 광원들을 생성하기 위한 소스 결합기는 주사 마이크로미러와 일치하는 텔레센트릭 렌즈(telecentric lens)의 출사동에서 소스들을 결합하는 텔레센트릭 결합기 렌즈와 광원들의 공간적으로 분포된 앙상블로 구성된다. 도 11은 홀로그램에 제공하기 위해 선정된 각도로 다수의 파장 소스들을 결합하는 광학 장치를 나타낸다. 이 예시에는, 상이한 중심 파장들의 2개의 소스들(1101) 및 (1102)이 나타나 있다. 소스들은 그들의 공간 위치들이 주사 마이크로미러(1104)와 함께 위치하는 출사동을 갖는 텔레센트릭 렌즈(1103)에 의해 각도 분리로 변환되도록 단일 평면상에 정확하게 위치 및 구성된다. 마이크로미러(1104)로부터의 반사 후에, 광(1105)은 광이 눈에 시준되거나 거의 시준되도록 홀로그램 반투과판에 표현을 위해 광을 집속하기 위해 투영 렌즈(도시 생략)를 이동한다. 분리된 소스들간의 각도는 눈에서 각각의 출사동으로부터의 상이한 이미지들을 정렬하는데 필요한 사전프로세싱된 이미지 시프트들이 최소화되도록 설계된다. 소스들은 그들의 배향이 이미지 처리 시프트들을 최소화하기 위해 마이크로미러를 떠난 후에 필요한 각도 분리를 생성하도록 정밀도 얼라인먼트(precision alignment)로 구성된다. 이러한 소스들은 도 12에 나타낸 것들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 배향들로 구성될 수 있다. 도 12는 도 11의 장치와 함께 사용될 수 있는 4개의 가능한 소스 배치들을 나타낸다. 이 경우에 각각의 소스 방출기(1201)는 예를 들어, 명확한 컬러, 적색과 유사할 수 있지만, 도 13a에 나타낸 바와 같이, 적색, 녹색 및 청색의 조합 또는 그 인접한 것들로부터 파장으로 분리될 수 있다. 적어도 일 실시예에서, 소스들은 표면 장착 에미터들, 예컨대 VCSEL(vertical cavity surface emitting laser)들, LED들, SLED(Superluminescent LED)들 또는 정밀도 픽(precision pick) 및 플레이스(place) 방법을 이용하여 단일 전자 패키지에서 정밀도로 정렬되는 상이한 파장들의 공진 캐비티 LED(RCLED)들일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예에서, 광 대역 소스들은 모놀리식 제조 방법을 이용하여 생성되고 공간적으로 구성되고 나서 웨이퍼 규모 스펙트럼 필터들과 광학계를 이용하여 그들의 대역폭을 좁히기 위해 변경된다. 또한, 적어도 일 실시예에서, 풀 컬러 출사동은 단일 전자 패키지에서 각각의 출사동 위치에 대해 적색, 녹색 및 청색 소스들을 밀접하게 간격을 두고 생성된다. 도 13a는 도 12의 각도 시프트된 소스를 풀 컬러로 확장하는 본 발명의 실시예를 나타낸다. 도 12에서 먼 왼쪽 예에서와 같이 3개의 분리된 방출기 위치들(1301, 1302 및 1303)을 갖는 방출기 앙상블(1202)이 나타나 있다. 각각의 방출기 위치들의 경우, 적색, 녹색 및 청색(RGB) 방출기들은 단일 방출기 위치를 개략적으로 형성하기 위해 밀접하게 구성된다. 예시에서와 같이, 방출기 위치(1301)는 적색 방출기(1304), 청색 방출기(1305) 및 청색 방출기(1306)로 구성된다. 추가적인 RGB 파장들은 궁극적으로 3개의 출사동 복합 아이박스를 생성하기 위해 다른 분리된 방출기들(1302 및 1303)을 형성한다. 이 예의 모든 방출기들은 다중화된 홀로그래픽 반투과판에서 독립적인 제어 및 낮은 크로스토크를 고려하기 위해 파장을 서로 분리해야 한다. 도 13b는 단일 아이박스에 대해 다소 시프트된 RGB 방출기들이 망막상에 이미지(1307)를 생성하는, 눈에서 다소 각도 시프트된 주사를 어떻게 생성하는지를 나타낸다. 인간 뷰어를 위해 이러한 이미지들을 결합시키기 위해, 이미지 전처리(preprocessing)는 확장된 복합 아이박스(1305)를 이용하여 화상들을 단일의 명확한 컬러 이미지로 정렬하는데 이용될 수 있다. 다른 실시예에서, 적색, 녹색 및 청색 광원들은 다이크로익 빔 결합기를 이용하여 결합된다. 도 14는 프리즘 다이크로익 빔 결합기(1408)을 이용하여 3개의 패널들(1401, 1402 및 1403)로부터 다수의 파장 소스들을 비동축적으로 결합하는 광학 장치를 나타낸다. 이 광학 구성은 적색, 녹색 및 청색(RGB) 패널을 결합하는데 특히 유용하다. 이 예시적인 실시예에서, 소스들(1101, 1102, 1404, 1405, 1406 및 1407)은 상이한 중심 파장들에서 각각의 패널마다 2개의 소스들을 갖는 구성으로 나타나 있다. 소스들은 그들의 공간 위치들이 주사 마이크로미러(1104)와 함께 위치하는 출사동을 갖는 텔레센트릭 렌즈(1103)에 의해 각도 분리로 변환되도록 단일의 효과적인 평면상에 정확하게 위치 및 구성된다. 주사 거울(1104)로부터의 반사 후에, 광(1409)은 광이 눈에 시준되거나 거의 시준되도록 홀로그램 반투과판에 표현을 위해 광을 집속하기 위해 투영 렌즈(도시 생략)를 이동한다. 분리된 소스들간의 각도는 눈에서 각각의 출사동으로부터의 상이한 이미지들을 정렬하는데 필요한 사전프로세싱된 이미지 시프트들이 최소화되도록 설계된다.
또 다른 실시예에서, 상대적으로 큰 스펙트럼 대역폭들을 갖는 광원들이, 예를 들어, LED들이 사용된다. 홀로그래픽 반투과판(holographic transflector)으로부터의 크로스토크(crosstalk)를 방지하기 위해, 각각의 방출기(emitter)의 대역폭을 감소시키도록 스펙트럼 필터링이 요구될 수 있다. 적어도 일 실시예에서, 이것은 도 15에 도시된 구현과 같은 스펙트럼 필터링 섹션을 이용하여 달성될 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 이러한 구성에서, 소스들(1501 및 1502)로 구성된 소스 어레이는 도 12 또는 도 13에서 전술한 바와 같을 것이지만, 이러한 소스는 렌즈를 두번 통과하고 회절 격자(1504)로부터 반사된 후에 공간 필터 마스크(spatial filter mask)(1505) 상으로 먼저 리이미징된다(reimaged). 소스 구성, 렌즈 회절 격자 및 마스크를 합동으로 최적화함으로써, 광은 도 15의 좌측 상에 도시된 비-동축 결합기에 대해 필요로 되는 공간 구성에서의 마스크에서 효율적으로 생성될 수 있다. 또한, 적어도 일 실시예에서, 광원들은 필터 마스크에서의 개구들보다 더 크도록 과하게 크게 될 수 있다. 이러한 목적은 감소된 전력 효율 대신에 광학 어셈블리의 정렬 감도를 감소시키는 것이다. 도 15는 스펙트럼 및 공간 대역폭 필터 섹션과 함께 도 11의 각도 결합기(angular combiner)를 포함하는 비-동축 빔 결합 및 투영을 위한 광학 장치를 도시한다. 대안적으로, 스펙트럼 및 공간 필터 섹션들은 도 14의 RGB 결합기에 적용될 수 있다. 공간 및 스펙트럼 대역폭 섹션들은 LED들 및 공진 공동 LED들과 같은 보다 광 대역의 소스들이 사용되는 경우 크로스토크를 방지한다. 파장 및 위치(1501 및 1502)에 있어서 분리된 광원들은 렌즈(1503)로 투영되고 그 후 회절 격자(1504)로 투영되어 각각의 방출기로부터의 광을 소정 각도로 분산시키고 그 후 개구 마스크(1505)를 이용하여 공액 이미지를 공간적으로 및 스펙트럼적으로 모두 필터링한다. 개구 마스크에 이어서, 도 11의 각도 결합기는 전술한 바와 같이 빔들을 결합한다. 도 15에 도시된 광원 구현은 안경류의 암(arm) 내에 어셈블리를 탑재함으로써 안경류 내에 소형으로 구현될 수 있다. 도 16은 도 15의 각도 소스(angular source) 결합기와 공간 및 스펙트럼 필터들(1601)을 이용하는 개념적인 단안(monocular) HMD 구성을 도시한다. 이러한 구성은 또한 홀로그래픽 반투과판(1602) 및 투영 렌즈(1603)를 포함한다. 다른 실시예에서, 도 17은 도 15의 각도 소스 결합기들과 공간 스펙트럼 필터들(1601 및 1701) 중 2개를 이용하는 개념적인 양안 HMD 구성을 도시한다. 이러한 구성은 각각의 안경 렌즈 상에 2개의 홀로그래픽 반투과판(1602 및 1702) 및 2개의 투영 렌즈들(1603 및 1703)을 또한 포함한다. 다른 실시예에서, 스펙트럼 및 공간 필터링 구현은, 도 18에 도시된 구현과 같이 반사적 구성이 아니라 투과적으로 행해질 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 도 15와 비교하면, 도 18의 광학 구성은 반사성 격자를 갖는 폴디드형 이중 통과(folded double-pass)가 아니고, 대신에 인-라인(in-line) 투과 구성이다. 파장 및 위치에 있어서 분리된 광원들(1501 및 1502)은 렌즈(1801)로 투영되고 그 후 투과 회절 격자(1802)로 투영되어 각각의 방출기로부터의 광을 소정 각도로 분산시키고 그 후 렌즈(1803)에 의해 개구 마스크(1505) 상의 공액 이미지에 집속되는 경우 공간적으로 및 스펙트럼적으로 모두 필터링된다. 개구 마스크에 이어서, 도 11의 각도 결합기는 빔들을 전술한 바와 같이 결합한다. 또한, 스펙트럼 필터링을 갖는 광원 방출기의 또 다른 실시예에서, 다중화된 반사 홀로그래픽 요소가, 도 19에 도시된 구현과 같은 주사 거울로부터 반사되기 전에 광 대역 소스들로부터 방출된 광에 대해 스펙트럼 필터링을 수행하도록 사용될 수 있으나, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 도 19에서, 파장 및 위치(1501 및 1502)에 있어서 분리된 광원들은 렌즈(1901)로 투영되고 그 후 다중화된 반사성 볼륨 홀로그램(1902)에 투영된다. HOE(1902)로부터의 회절된 빔들은 주사 거울(1104)로 이송되고 그 후 개구 필터(1903)로 이송되기 전에 기록된 볼륨 홀로그램에 의해 공간적으로 필터링된다. 광의 방향은 또한 격자 경사에 의해 조정될 수 있다.
적어도 일 실시예에서, 홀로그래픽 요소들을 갖도록 생성된 다수의 출사동(exit pupil)에 대한 본 발명은 주사 거울 투영 시스템이 아니라 마이크로디스플레이 패널을 이용하여 생성된 헤드 착용 디스플레이에 관련된다. 패널 마이크로디스플레이는 LED 또는 레이저 광원과 같은 소스에 의해 조명되고 눈을 향해 투영되어 망막 상에 마이크로디스플레이의 공액 이미지를 형성한다. 이러한 홀로그래픽 반투과판 요소는 2가지 주요 기능들을 수행한다. 이것은 환경으로부터의 주변 광이 통과하게 하여 사용자에게 정상적인 시야를 제공한다. 이것은 또한 프로젝터로부터의 주사된 광을 눈으로 재지향시켜서 망막 상에 이미지를 제공한다. 본 발명에서, 합성 출사동(composite exit pupil)을 형성하는 다수의 작은 빔들의 도입은 종래 기술(US 특허 제4,940,204호, 도 2 참조)에 비해 광 빔들의 에탕듀(
)를 감소시킨다. 이것은 2가지 중요한 효과를 갖는다:
1) 이것은 투영 광학계의 크기를 감소시켜서 HWD를 더 작고 가볍게 만든다. 이것은 도 2를 확인하고 프로젝터로부터 홀로그램으로의 광에 대한 더 적은 개구수(numerical aperture)의 효과를 고려함으로써 알 수 있다;
2) 이것은 개구수를 감소시키는 것이 광학 성능을 개선시키는 바와 같이 시스템의 광학 수차(optical aberration)를 감소시킨다.
US 특허 제4,940,204호와 관련된 공개된 간행물에서, 홀로그램 기록 및 투영 광학계를 최적화하려는 현저한 노력에도 불구하고, 시스템은 이미지 품질을 감소시키는 수차 때문에 높은 수준으로 수행하지 못하였다. 빔 크기를 극적으로 감소시킴으로써(예를 들어, 10배), 이러한 수차들은 고품질 이미지에 대해 보다 잘 제어될 수 있다. 이것은 아이박스(eyebox)가 확장되는 것을 요하는데, 이는 전술한 바와 같이 눈 위치에서 다수-빔 출사동을 생성하는 시프트 다중화 또는 파장에 의해 달성된다. 적어도 일 실시예에서, 필드 순차 컬러 LCOS 마이크로디스플레이가 사용되어 상이한 파장들의 광을 홀로그램 상에 투영하여 다수의 출사동을 생성한다. 상이한 컬러의 소스들이 결합되어 마이크로디스플레이에 제시될 수 있다. 마이크로디스플레이는 모든 파장들을 투영하는 시간이 하나의 비디오 프레임을 구성하도록 순차적으로 컬러들을 통해 순환한다. 이것은 (파장의 수)*(원하는 비디오 레이트)와 적어도 같은 레이트로 마이크로디스플레이를 리프레시하는 것을 요한다. 그 후, 마이크로디스플레이는 이미지들이 시야의 지속성에 기인하여 눈에서 단일의 이미지를 형성하기 위해 결합되도록 각각의 파장에 대해 시프팅되고 왜곡 정정된(distortion corrected) 이미지를 디스플레이한다(도 4 참조). 또한, 적어도 일 실시예에서, 단순한 아이트래킹 시스템이 사용되어 눈에 최적으로 정렬되는 출사동을 우선적으로 활성화한다. 이것은, 단일의 출사동에 대한 파장들의 서브세트만이 시간상 임의의 순간에서 디스플레이될 필요가 있기 때문에 필드 순차 컬러를 이용하는 경우 마이크로디스플레이의 요구되는 리프레시 레이트 및 광원들의 전력 소모를 감소시키는 장점을 갖는다. 적어도 일 실시예에서, 광을 마이크로디스플레이로부터 홀로그램으로 전달하는데 사용된 투영 광학계는 경사진, 시프팅된, 비구면(aspheric) 및 비-회전 대칭(non-rotationally symmetric) 광학 요소들을 사용하여 축외의(off-axis) 투영 및 홀로그램의 반사에 의해 형성되는 수차들에 대해 사전-보상한다. 마찬가지로, 홀로그램 기록 셋업(도 8의 간략화된 구성에 도시됨)은 경사진, 시프팅된, 비구면 및 비회전 대칭 광학 요소들을 활용하여 낮은 광학 수차들을 갖는 HWD에서의 판독(readout)을 위해 홀로그램을 최적화할 것이다. 투영 광학계와 홀로그램 기록의 합동 최적화는 망막 상에 낮은 수차 및 고품질 이미지를 형성하는 구성의 수차들을 감소시킨다. 또 다른 실시예에서, OLED와 같은 발광 패널이 사용된다. 여기서 화소 구조 - 상이한 방출 컬러들을 위한 스택형(stacked) 또는 나란한형(side-by-side)이든 - 는 눈에서 다수의 출사동을 생성하는데 필요한 다수의 파장을 생성한다. 유사 파장 화소들의 각각의 세트는 개별적으로 제어되어 투영을 위해 적절하게 시프팅되고 왜곡 사전-보상된(distortion pre-compensated) 이미지를 홀로그램 상에 생성하고 후속하여 단일의 명백한 단색의 이미지 또는 상이한 파장들을 이용하는 컬러 이미지를 형성하는 사용자의 눈에 생성한다. 도 20은 주사 프로젝터가 아니라 패널 마이크로디스플레이를 이용하는 다수의 출사동 구성을 도시한다. 투영 모듈(2001) 내의 마이크로디스플레이(2002)로부터의 광은 투영 광학계(2003)를 통해 다중화된 홀로그래픽 스크린(204) 상에 투영된다. 홀로그래픽 스크린(204)은 파장에 있어서 다중화되어 각각의 파장을 분리하여 도 3 내지 도 7에서 또한 설명한 바와 같이 다수의 출사동을 생성한다. 도 4에서 도시된 이미지들을 사전프로세싱함으로써 단일의 이미지가 눈에서 생성된다. 투영 광학계(2003)는 홀로그래픽 요소가 낮은 수차를 갖고 눈을 향하여 거의 시준된 광을 반사하도록 홀로그래픽 요소(204)에 광을 제공하는데 필요한 광학 요소들의 구성으로 이루어진다. 투영 렌즈의 이러한 광학 요소들은, 이것으로 한정되는 것은 아니지만, 렌즈들, 거울들, 자유형태의 요소들, 시프팅되고 경사진 요소들, 비구면 렌즈들 및 거울들, 비-축대칭 렌즈들 및 거울들 및 프리즘들로 이루어진다. 3개의 광 필드 위치(2004)가 프로젝터로부터 투영되는 것으로 도시된다. 홀로그래픽 반사기(204)로부터의 반사 후에, 3개의 각도상으로 분리된 빔들(2005, 2006, 및 2007)은 눈(209)에서 공간적으로 분리된 출사동을 형성한다.
다수의 출사동 헤드 장착 디스플레이의 다른 실시예에서, 본 발명은,
1) 적어도 하나의 출사동이 축상의(on-axis) 시-스루(see-through) 시야 서브-디스플레이를 갖도록 오버레이된 이미지를 제공;
2) 적어도 하나의 출사동이 독립적인 별개의 이미지를 정상적인 시야로부터 실질적으로 축외의(off-axis) "훑어 보기(glance-at)" 서브-디스플레이로 제공한다. 적어도 일 실시예에서, HOE는 분리된 시야를 나타내는 2개 이상의 영역들로 분할되고, 적어도 하나의 영역은 축상의 시-스루 서브-디스플레이를 제공하는 출사동 내의 광을 재지향시키고, 적어도 다른 영역은 겉보기 축외의 서브-디스플레이를 제공하는 출사동 내의 광을 재지향
하도록 그들의 위치에 대해 제어하여 눈 상에 2개 이상의 출사동을 두기 위한 시스템 및 방법들에 관련된다.
도 21a는 단일 파장 빔(2101)으로 생성된 시야가 분리된 2개의 분리된 출사동(exit pupil) 중 하나에 대해 정렬된 눈을 갖는 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도를 도시한다. 단일 파장 빔은 전체 시야를 축상의 시-스루 디스플레이 광(on-axis see-through display light)(2104)과 겉보기 축외의 광(glance-at off-axis light)(2105)으로 분할하는 주사 거울(205)에 입사한다. 눈(209)에서의 2개의 출사동을 형성하는 수렴 광 번들들(2102 및 2103)을 형성하는 홀로그래픽 반사기(holographic reflector)(204)로부터 양자의 빔 세트가 반사한다. 이 도면에서, 눈 시선(211)은 축상의 시-스루 광(2102)에 정렬된다. 도 21b는 도 21a와 동일한 시스템을 도시하지만, 여기서의 눈 시선(211)은 겉보기 축외의 광(2103)에 대해 정렬되어 있다. 다른 실시예에서, 축상의 시-스루 서브-디스플레이와 축외의 겉보기 서브-디스플레이 양자에 대한 이용가능한 시야가 부분적으로 오버랩된다. 도 21c는 2개의 파장 빔(2106 및 2107)으로 생성된 제2 광 번들(2109)로부터의 시야와 하나의 광 번들(2108)에 대해 정렬된 눈 시선이 부분적으로 오버랩되는 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도를 도시한다. 상이한 파장들 또는 파장 세트들에 의해 HOE를 기록하고 판독하는 것은 축상의 시-스루 서브-디스플레이와 축외의 겉보기 서브-디스플레이 사이의 구별을 만든다. 도 21d에 도시된 또 다른 실시예에서, 축상의 시-스루 서브-디스플레이 시야와 축외의 겉보기 서브-디스플레이 시야 양자는 오버랩될 수 있어, 사용자가 정면을 보면서도 축외의 겉보기 서브-디스플레이에서 경보들을 볼 수 있게 한다. 적어도 일 실시예에서, MEMS 주사 거울은 도 21a 내지 도 21d에 도시된 바와 같이, 축상의 시-스루 서브-디스플레이와 축외의 겉보기 서브-디스플레이 양자에 대한 정보를 디스플레이하기 위한 광범위한 충분한 각도 범위 위에서 광을 투영한다. 광이 HOE에 충돌하는 위치와 광 파장 양자가 어느 출사동에서 광이 재지향되는지, 그에 따라서 어느 서브-디스플레이에 대해 광이 보내진 것인지를 구별한다. 적어도 일 실시예에서, 복수의 광원 - 각각의 서브-디스플레이에 대해 하나의 광원 - 이 상이한 위치에 배치된다. 도 21e는 위치 및 각으로 분리된 2개의 광원(2112 및 2113)에 의해 생성된 제2 광 번들(2115)로부터의 별개의 시야를 갖는 하나의 광 번들(2114)에 대해 정렬된 눈을 갖는 주사된 망막 디스플레이의 광학적 개략도를 도시한다. 축상의 시-스루 서브-디스플레이에 대해 이용하기 위하여 하나의 특정한 위치로부터 발생된 광이 HOE에 충돌하고, 축외의 겉보기 서브-디스플레이에 대해 이용하기 위하여 다른 위치에서 발생된 광이 HOE에 충돌한다. 도 21f에 도시된 다른 실시예에서, 플립 거울(2120)이 주사 거울(205)에 충돌하는 광의 입사각을 수정하고, 그에 따라 어느 위치에서 광 빔이 HOE에 충돌하는지를 수정한다. 그 다음에 광은 플립 거울의 주어진 위치에 대해 축외의 겉보기 서브-디스플레이를 제공하는 영역으로 보내지거나, 또는 축상의 시-스루 서브-디스플레이를 제공하는 영역으로 보내질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 다수의 주사 거울이 홀로그래픽 광학적 요소로부터 반사함으로써 눈의 위치에서 다수의 출사동을 생성한다. 적어도 하나의 실시예에서, 홀로그램은 다수의 출사동에 대해 각도 다중화된다. 도 22a는 2개의 주사 거울(하나의 주사 거울만이 보임)(2201)을 갖는 주사된 망막 디스플레이의 상부도 광학적 개략도이며, 여기서 2개의 상이한 각도로부터의 광이 홀로그램(204)으로부터 눈(209)으로 반사되어 눈에서 2개의 분리된 출사동을 생성한다. 도 22b는 도 22a와 동일한 시스템의 측면도를 도시하며, 여기서 2개의 주사 거울(2201 및 2202)은 2개의 분리된 빔(2203 및 2204)을 생성하고, 이 빔들은 결국 눈의 위치에 또는 그 근처에 2개의 독립적인 출사동을 생성한다. 도 23은 도 22a의 다수의 출사동 헤드 착용 디스플레이에 대한 각도상으로 다중화된 홀로그램들을 기록하기 위한 셋업을 도시한다. 이 도면은 도 8의 파장 다중화된 실시예와 다방면에서 유사하다. 이용된 각각의 레이저는 2개의 빔으로 분할되며, 2개의 빔은 홀로그래픽 필름 내로 간섭할 것이다. 기준 암(reference arm)에서, 각각의 광원은 별개의 위치들로부터 홀로그램으로 광을 보내고, 그 결과 홀로그래픽 필름의 모든 위치에서 상이한 입사각이 생긴다. 선택적인 충분한 홀로그래픽 물질 및 먼 충분한 입사각들에 대해, 기록된 HOE의 위치에 입사하는 각각의 빔은 그의 대응하는 아이박스(eyebox) 내로 뒤섞인다(stir). 도 23에서 동일한 중심 파장(2301)의 3개의 레이저를 이용하여 헤드 착용 디스플레이에서 눈과 나란히 놓이는 3개의 출사동을 갖는 홀로그래픽 반투과판(transflector)을 생성한다. 반파 플레이트들(2302)을 통과한 후에, 레이저들로부터의 빔들은 편광 빔 스플리터들(807, 808 및 809)로 분할되어 집속 광학계(2303)에 의해 섬유들(2304) 내로 연결된다. 오브젝트 빔들(2306)은 렌즈들(827 및 825)을 통과하고, 거울(828)에 의해 반사되고, 홀로그래픽 물질(824)을 통과하여 출사동 위치들(829)에서 집속되기 전에 편광기(826)를 통과한다. 기준 빔들(2305)은 홀로그래픽 반투과판(824) 이전에 편광기(2307)를 통과한다. 기준 빔들(2305)에서, 레이저들은 다수의 주사 거울들을 나타내는 입사각들을 이용하여 HOE에 제공된다. 오브젝트 빔들(2306)에서, 레이저들은 눈 위치에 다수의 출사동을 생성하기 위해 HOE에 공간적으로 제공된다. 3개의 레이저 소스와 다중화된 각도들이 도시되어 있지만, 셋업은 추가적인 다중화된 홀로그램들에 대해 스케일링될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, HOE의 각각의 측에 입사하는 2개의 시준된 또는 거의 시준된 빔들은 헤드 착용 디스플레이를 형성하는 비-동공에 대한 반사성 홀로그램을 생성하기 위해 간섭한다. 헤드 착용 디스플레이는 비-동공 형성(non-pupil forming)으로 지칭되고, 그것은 광학적 시스템에서 중간 이미지가 형성되지 않기 때문이다. 이러한 유형의 구성의 결과는, 시야가 제한된다는 것이고, 아이박스보다 증가시키기가 더 어렵다는 것이다. 비-동공 형성 시스템에 의하면, 시야는 도 24a에 도시된 바와 같이 반사성 홀로그램을 생성하기 위해 홀로그래픽 필름상에서 간섭하는 홀로그래픽 필름의 반대측에 입사하는 시준된 또는 거의 시준된 빔들의 2개 이상의 세트를 이용하여 증가될 수 있다. 각각의 세트는 동일한 코히어런트 광원으로부터 앞서 분할된 2개의 빔으로 구성된다. 적어도 일 실시예에서, HOE는 각도상으로 다중화된다. 도 24a는 3 세트의 빔들을 도시한다. 기준 빔들(2407, 2408 및 2409)은 렌즈(2406)에 의해 시준되어 홀로그래픽 물질(2405)에 입사된다. 오브젝트 빔들(2401, 2402 및 2403)은 렌즈(2404)에 의해 시준되어 홀로그래픽 물질(2405)의 반대측에 입사된다. 그 다음에 기록된 홀로그래픽 반투과판은 그 위치(2410)가 홀로그래픽 물질 아래에 있을 출사동들을 생성할 것이다. 적어도 일 실시예에서, 상이한 다중화된 HOE의 판독되어 회절된 각도들을 매칭함으로써 크로스토크를 크게 감소시키는 것이 가능하다. 도 24b에서, 파장의 함수에서 회절 효율(2413 및 2414)은 분석 수학 모델에 의해 계산되는 바와 같은 2개의 상이한 홀로그래픽 반투과판에 대해 도시된다. 입사각의 함수로서 2개의 홀로그래픽의 회절 각도들(2411 및 2412)이 또한 도시된다. 홀로그램들은 그들의 입사각에 있어서 회절된 각도에 근접하게 매칭되기 때문에, 홀로그래픽들은 연속적인 전체 시야에 대해 결합될 수 있다. 회절된 각도는 45°의 기준 빔 각도로 기록된 홀로그래픽 반투과판과 55°의 기준 빔 각도로 기록된 홀로그래픽 반투과판 양자에 대해 3.304°를 갖는다. 다른 실시예에서, 비-동공 형성 HOE는 각도보다는 스펙트럼적으로 다중화된다. 도 25는 3개의 다중화된 파장을 갖는 반사 홀로그램 기입 구성을 도시한다. 오브젝트 빔은 렌즈(2504)에 의해 시준되어 홀로그래픽 물질(2505)에서 합쳐지는 3개의 상이한 파장의 3개의 공간적으로 분리된 소스(2501, 2502 및 2503)로 이루어진다. 기준 빔은 단일 기록 빔(2407)으로 결합되는 3개의 파장 빔을 포함하며, 이것은 렌즈(2506)에 의해 시준되고 나서, 홀로그래픽 물질(2505)에 입사한다. 그 다음에 기록된 홀로그래픽 반투과판은 그 위치(2508)가 홀로그래픽 물질 아래에 있을 출사동들을 생성할 것이다.
도 26은 안경류의 테(2601) 상의 주사 투영 단안 헤드 착용 디스플레이의 도면을 도시한다. 광원(2604)으로부터 방출된 광은 눈(209)에 반투과판 요소(204)에 의해 반사되기 전에 주사 거울 및 집속 광학계(2603)에 의해 투영된다. 디스플레이 광은 망막(2602)에 집속된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 눈의 공동 초점 이미지들은 눈으로부터 반사되어 주사 투영 시스템 내의 검출기에서 캡처되는 광을 이용하여 측정된다. 도 27은 공동 초점 현미경 구성에 기초한 이미징 시스템을 설명한다. 하나 이상의 광원을 포함하는 광원(2709)으로부터의 시준된 광이 핀홀(2705) 상에 제1 렌즈(2706)에 의해 집속된다. 핀홀로부터의 광은 렌즈(2704)에 의해 시준되어 주사 거울(2703)에 의해 2차원에서 주사된다. 광은 보내지고 렌즈(2702)를 통과하여 적절한 홀로그래픽 반투과판(204)으로 보내지며, 적절한 홀로그래픽 반투과판(204)은 주파수 선택적 응답을 갖는 볼륨 홀로그래픽 요소, 회절 광학적 요소(릴리프) 또는 곡선형 반사성 부재일 수 있다. 주어진 주사 각도에 대해, 광은 망막(2602) 상의 하나의 점에 집속된다. 이 광의 일부가 동일한 파장(레일리 산란)에서, 라만, 형광에 의해 또는 비선형 현상(입사광으로부터 시프트된 주파수)에 의해 반사된다. 빔은 다시 전파되어(2701) 홀로그래픽 반투과판에 의해 반사된다. 주파수 시프트된 광의 경우에, 홀로그래픽 반투과판은 시프트된 주파수에서 적절한 반사를 갖는다. 핀홀의 이미지는 광이 집속되는 망막 상의 지점이기 때문에, 핀홀은 이 포커스로부터 나오지 않는 광을 차단할 것이다. 이것은 공동 초점 현미경의 기본적인 원리이다. 그것은 다른 공간 부분들로부터의 미광 및 산란 광의 거부를 허용한다. 핀홀 뒤에, 반사된 광은 빔 스플리터(2707)에 의해 반사 후에 검출기(2708)에 향해진다. 망막의 이미지는 그에 따라 주사 요소를 갖는 입사광 빔을 주사함으로써 점별로(point by point) 형성된다. 도 28은 도 27의 변형을 도시한다. 홀로그래픽 반투과판은 특정한 파장의 입사 빔을 반사하고(망막과는 상이한) 눈의 상이한 부분에서 그것을 집속한다(2801). 이렇게 하여, 눈의 다른 구조들이 이미징될 수 있다. 예를 들어, 광 빔(2801)은 눈의 수정체에 집속될 수 있다. 일부 연구들은 수정체의 자가 형광(auto fluorescence)[청색 여기(blue excitation)]의 레벨이 당뇨병의 표시자라는 것을 보여주었다. 착용식 방법은 비외과적으로(non-invasively) 수정체의 자가 형광을 계속적으로 모니터링하고 그에 따라 가치 있는 정보를 의사들에게 제공하도록 허용한다. 도 29는 또 다른 변형을 도시한다. 부가적인 적외선의 파장을 이용함으로써, 가시적 헤드 착용 디스플레이는 섭동을 일으키지 않는다(트랜스플렉티브 스크린은 이 경우에 가시광선을 수정하지 않는다). 망막(2602)의 이미지들은 하나의 전용 검출기(2903)에 의해 획득되고 다른 부분들(예를 들어, 렌즈)의 이미지들은 다른 검출기(2902)에 의해 획득되는데, 그것은 그 정보가 상이한 컬러에서 스펙트럼적으로 인코딩되고 나서 별개로 검출되기 때문이다. 회절 유형 빔 스플리터를 이용하여 적외선과 가시광선을 분리한다(2901). 도 30은 다른 구현예이며, 여기서 빔은 간섭 유형의 이색성 홀로그래픽(이것으로 제한되지 않음)으로 될 수 있는 빔 분할 필터(3001)에 의해 검출기에서 분리된다. 본 발명의 공동 초점 이미징 방법의 다른 실시예에서, 도 30에 도시된 바와 같이 핀홀 애퍼처 대신에 광섬유를 이용한다. 광섬유(4301)에 의하면, 광원은 주사 거울로부터 상이한 위치로 변위됨으로써, 안경류 설계에 있어 더 많은 유연성을 허용한다. 섬유 자체는 단일 모드 섬유, 멀티모드 섬유 또는 듀얼 클래딩 섬유(이것은 단일 모드 코어와 더 큰 멀티모드 코어 양자를 포함함) 중의 하나이다. 듀얼 클래딩 섬유에 의하면, 단일 모드 코어를 이용하여 고해상도로 HWD 내로 광을 투영하며, 멀티모드 코어를 이용하여 공동 초점 리턴 신호를 수집한다. 이것은 디스플레이 해상도를 희생하면서 신호대잡음을 증가시킨 공동 초점 리턴 신호에 대해 더 큰 애퍼처가 이용될 수 있게 한다. 상기 실시예들은 눈을 이미징하는데 사용된다. 망막이 이미징될 수 있기 때문에, 정맥들이 식별될 수 있고, 그러므로 혈구들(blood cells)의 흐름, 심박수 및 동맥 혈압(arterial pressure)(심장 수축기, 평균 및 심장 확장기)과 같은 파라미터들은 다수의 방법을 이용하여 측정될 수 있다. 심박수는 심장이 혈액을 펌핑하고 있는 동안 발생하는 변화하는 혈액량에 의해 야기되는 작은 반사율 변화들을 이용하여 측정될 수 있으며, 이것으로 제한되지 않는다. 이미징 시스템이 공동 초점이기 때문에, 정확한 영역(예를 들어, 정맥)이 높은 신호 대 잡음비를 가진 신호를 추출하기 위해 눈의 다른 부분으로부터 분리될 수 있다. 헤모글로빈 농도는 심장 수축기-심장 확장기 압력 변동과 연관된 동맥 맥동(arterial pulsation)의 결과로서 시간에 따라 왔다 갔다 한다. 그러므로 정맥으로부터의 후방 산란된 광의 분광기에 의한 광학적 측정은 동맥 맥동을 획득하기 위한 또 다른 방법이다. 분광기에 의한 측정은 2개 이상의 파장(예를 들어, HWD 발명의 적색에 이용할 수 있는 2개 등)을 이용하여 획득될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 눈의 주사된 공동 초점 이미지가 아이트래킹에 사용된다. 도 31은 표준 검안경(눈에 적합화된 현미경)에 의해 얻어진 망막의 이미지이다. 정맥이 명확하게 보여질 수 있다. 도 32는 도 27 내지 도 30에서 기술된 바와 같은 검안경에 의해 보여질 수 있는 망막의 상이한 부분을 도시한다. 상이한 이미지(3201, 3202, 3203)는 상이한 시선 방향에 대응한다. 이미지가 시선 방향에 명확하게 특유한 피처를 가지는 것을 알 수 있다. 피처는 특유의 표지이며, 시선 방향을 나타내는 이미지의 특유의 식별자로서 사용될 수 있는 이미지로부터 추출될 수 있으며, 이에 의해 아이 트래커(eye tracker)로서 사용될 수 있다. 피처는 망막의 이미지에 한정되지 않는다. 눈의 방향에 따라 움직이는 눈의 다른 부분으로부터의 이미지 또한 특유의 주시 식별자로서 기능할 수 있다. 도 33은 아이트래킹을 위한 방법론을 기술하는 블록도이며, 먼저, 시스템은 교정 루틴을 갖는다. 교정은 간격을 두고서 행해질 수 있다. 사이클은 피처의 변화율에 따라 변하므로, 결과적으로 조정된다. 교정은 사용자가 상이한 방향을 주시할 때에 망막의 이미지를 포착하는 것으로 구성된다. 예를 들어, 사용자는 디스플레이를 착용한 헤드에 디스플레이되는 피처를 응시하고, 일련의 시선 방향들을 커버하기 위해 움직일 것을 요청받는다. 그 후에, 피처는 축소된 수의 특유의 이미지 식별자를 형성하기 위한 이미지로부터 추출된다. 각각의 시선 방향에 대응하는 피처의 데이터베이스가 형성된다. 이미지를 고유 피처로 축소시킴으로써, 더 적은 메모리가 사용된다. 그 후, 먼저 이미지(망막 또는 기타)를 취하고, 그 후에 이 이미지가 데이터베이스 내의 이미지에 대하여 상관됨으로써 아이트래킹이 행해진다. 그 후, 분류 알고리즘이 데이터베이스내의 어떤 이미지가 새롭게 취해진 이미지와 가장 유사한지를 결정한다. 한가지 방법은 가장 높은 상관을 가지는 이미지를 선택하는 것이다. 망막의 해부학의 다른 사용은 안내압(IOP)을 시신경 원판 변위에 관련시키기 위한 것이다. 시신경 원판 변위가 안내압과 관련된다는 것이 알려져 있다. 그러므로, 시신경 원판(도 31의 시신경 근처의 영역)의 위치를 계속 모니터링함으로써, 녹내장의 주요 원인인 안압과 관련된 정보가 추출될 수 있다.
다른 방법에서, 각각의 출사동에 대응하는 눈에 의해 반사된 광의 강도를 모니터링함으로써 아이트래킹이 구현된다. 도 34의 예에서는, 3개의 출사동이 도시되어 있으며, 하나의 출사동(3401)에 대응하는 광만이 눈의 입사동(3402)을 통과하고, 다른 출사동(3403, 3404)에 대응하는 광은 차단되고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 공동 초점 이미징 시스템은 눈의 입사동(3402)에 대하여 정렬된 출사동(3401)으로부터 평가할 수 있는 신호만을 줄 것이다. 아이박스의 상대적인 공간 위치가 미리 알려져 있기 때문에(눈금이 매겨져 있음), 검출기(도 27 내지 도 30의 검출기)에서의 관련된 강도 비는 시선 방향의 기준을 제공한다. 도 34는 출사동의 정면도가 "아이박스"와 관련되어 있음을 나타낸다.
도 35는 사용자 앞에 직접 보기 위해 배치된 카메라(3501)를 구비한 다수의 출사동 헤드 착용 디스플레이의 구현을 보여준다. 도 36에 도시된 바와 같이, 카메라는 전경(3601)을 촬상하고, 전경(3604)의 줌 버전을 헤드 착용 디스플레이에 제공한다. 예를 들면, 중심와에 시력의 손실이 있지만 주변 시각은 영향을 받지 않는 노화와 관련된 황반 퇴화(AMD)의 경우와 같은 저시력을 가진, 그러나 이에 한정되지 않는 사람은, 주밍된 디지털 이미지없이 그들의 황반 영역(3602)에서 볼 수 없을 상세한 것을 더 잘 보기 위해 이미지 줌 옵션을 구비하고 있음으로부터 혜택을 받을 수 있다. 이것은 카메라(3501)로 이미지를 촬상하고, 그 이미지를 디지털 방식으로 적절히 (예시적으로, 디지털 방식으로 주밍하고, 이미지에 콘트라스트를 부가하거나, 에지 강조와 같이) 처리하고, 본 발명의 증강 현실 착용가능한 안경 디스플레이의 도움으로, 처리된 디지털 이미지를 뷰어의 시야에 제공함으로써 달성된다. 대상이 로트 주변 시각을 갖지만, 중심와 시력을 유지하는 터널 시각과 같은 다른 저시력의 경우에는, 주변 시각의 손실은, 이후에 (환자의 주변 시각 밖의 객체와 같은) 유용한 정보를 추출하기 위한 이미지를 촬상하는 카메라(3501)를 구비함으로써 회피될 수 있다. 그 후에, 이 정보는 환자가 볼 수 없는 주변을 그 환자가 인식할 수 있도록 중심와 영역의 안경에 디스플레이된다. 또 다른 실시예에서, (그것이 가시적이거나 적외선 스펙트럼 영역에서 민감한) 카메라가 아닌 다른 센서가, (가속도계를 포함하는) 위치 센서, GPS 센서, 압력 센서 또는 착용가능한 안경의 공간내의 위치를 알 수 있는 유형의 센서와 같은, 그러나 이에 한정되지 않는 본 발명의 착용가능한 안경에 추가된다. 이들 위치결정 센서와 본원에서 기술된 시스템과 같은 아이트래킹 시스템을 결합함으로써, 그리고, 예를 들어 (각 눈마다 하나의) 다수의 출사동을 구비하는 시스템과 같은 양안 투영 디스플레이를 이용함으로써, 3차원적 정보로 증강 현실을 생성할 수 있다. 위치결정 센서는 (예를 들어, 카메라에 의해 디지털 방식으로 기록되는) 전경에 대하여 안경의 위치를 배치한다. 아이트래킹 시스템은 전경에서 대상 객체를 결정한다. 그러므로, 양 정보 모두에 의해, 전경의 대상에 관하여 디스플레이하기 위한 적절한 증강 이미지를 생성할 수 있다.
도 37은 임의의 적절한 써모플라스틱(예를 들어, 폴리카보네이트, PIvEVIA)일 수 있는 투명한 매트릭스(3703)에 내장된 작은 키노폼 거울(3701, 3702)을 도시한다. 소형 거울의 기능은 프로젝터으로부터 눈(209)까지 광 빔의 방향을 다시 바꾸는 것이다. 프로젝터는 주사 거울 또는 고정 마이크로디스플레이(예를 들어, LCD, LCOS)일 수 있다. 거울은 적당한 스펙트럼 반사 응답을 제공하기 위해 박막으로 코팅될 수 있다. 설명을 위해, 3개의 아이박스 및 모노크롬 작동을 가정한다. 내장된 거울의 스펙트럼 응답은 3개의 광원의 스펙트럼 대역 내에서 반사가능하고, 가시 영역의 다른 곳에서는 전달가능하다. 동일 인덱스의 물질에 (키노폼처럼 보이는) 키노폼 거울을 내장시킴으로써, 홀로그래픽 반투과기를 통과하는 광은 흐트러지지 않는다.
도 38은 더 큰 아이박스를 합성하기 위하여 다수의 출사동을 획득하기 위한 또 다른 방법을 설명한다. 작은 방출 개구(1 내지 10 마이크로미터)의 발광 다이오드와 같은, 그러나 이에 한정되지 않는 광대역(3802) 광원(3801), 동일한 작은 방출 개구의 공진 캐비티 발광 디이오드, 레이저 다이오드, 수퍼 발광성 다이오드 및 vcsel은, 먼저 스펙트럼적으로 슬라이싱되어(3803), 각각 광이 없는 스펙트럼 영역에 의해 이산 방출 대역으로 구성되는 스펙트럼(3804)을 생성한다. 그 후에, 결과적으로 생성되는 평행 광은 MEM 스캐너, 공진 또는 비공진, 음향 광학 편향기, 액정 편향기일 수 있으나, 이에 한정되지 않는 2D 스캐너(2703)에 의해 주사된다. 투영 렌즈(2702)가 분기 빔(3805)을 생성하는데 사용된다. 홀로그래픽 반투과기(204)는 파장(3806, 3807)에 따른 분기 빔을 다시 평행하게 한다. 예를 들어, 홀로그래픽 반투과기는 홀로그래픽 소자, 폴리머, 크리스탈 또는 글래스 타입의 부피 홀로그래픽 소자일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 폴리머 홀로그래픽 소재는 표면상에 적층될 수 있기 때문에 선호된다. 분기 빔은 별개의 다중 파장 대역으로 구성되기 때문에(도 38의 예에서는, 설명을 위하여 2개의 개별 파장이 존재한다), 반사형 홀로그램은 두께를 가지고 있고, 파장 대역 1(3807)을 회절시켜서 분기 빔의 소정의 각도 범위에 대응하는 시준된 빔을 생성한다. 유사하게, 파장 대역 2(3806)는 회절되어 파장 1의 시준된 빔과 동일한 방향으로 전파하는 시준된 빔을 생성하지만, 다수의 출사동을 구비하는 확장된 아이박스를 생성하기 위해서 공간적으로 변위되었다.
도 39는 다수의 출사동을 획득하기 위한 또 다른 방법을 설명한다. 도 38에서 설명한 바와 같이, 동일한 평행 광원(3801)은 스펙트럼적으로 필터링되고(3804), 2D 스캐너(2703)에 의해 편향된다. 광 빔은 전송 회절 격자와 같은, 그러나 이에 한정되지 않는 분산 광학 요소(3901)에 입사된다. 투영 렌즈(2702) 이후에, 전송 격자는 각각의 파장 대역(도 39에 도시된 예에서 2개의 대역)에 대응하는 2개의 특징적 분기 빔(3902, 3903)을 생성한다. 도 38에서와 같은 동일한 설명의 홀로그래픽 반투과기(204)는 각각의 파장 대역에 대응하는 2개의 특징적인 재시준된 빔(3904, 3905)을 생성하고, 이것은 다수의 출사동을 구비하는 확장된 아이 박스를 형성한다.
도 40은 하나의 안경(2601)(양안 또는 바이오큘러)의 각각의 측의 다수의 출사동 투영계를 도시한다. 이에 의해, 좌측 및 우측 눈 각각은 각각의 투영계로부터 이미지를 수신한다. 도 32, 도 33, 도 34에서 기술된, 그러나 이에 한정되지 않는 추적 시스템을 이용하여, 3차원 정보는 시선 방향을 따라서 디스플레이될 수 있다. 3개의 치수는 양안의 시각으로부터 유래한다. 예를 들어, 안경(3501)에 배치된 카메라는 착용자의 시각을 나타내는 이미지를 촬상한다. 뷰어의 주시 각도로 카메라를 조정함으로써, 적절한 정보로 시각을 증강시킬 수 있다. 예를 들어, 의학에서, 안경을 착용하고 있는 외과 의사에게, 증강된 정보가 외과 의사의 시선 방향에 직접 디스플레이될 수 있다. 외과 의사의 실제 시각에 의해서는 직접적으로 보이지 않는 중요한 동맥의 위치가 오버레이될 수 있다.
도 41은 투영계, 즉, 소스(2604), 검출기, 스캐너 또는 마이크로디스플레이(2603) 및 홀로그래픽 반투과기(204)가 배치된 강성 구조의 실시예이다. 이 시스템은 강성 구조(4101) 위에 정렬된다. 그 후에, 강성 구조는 처방 글래스를 구비하는 안경일 수 있는, 그러나 이에 한정되지 않는 안경의 프레임(4102)에 배치(부착)된다. 홀로그래픽 반투과기는 투영계와 안경 사이에 배치된다. 홀로그래픽 반투과기에서 떨어져 나오는 빔의 발산은 사용자의 눈 처방을 보충하기 위해서 조절될 수 있다.
도 42는 안경(4101)의 외부에 배치된 홀로그래픽 반투과기(204)를 구비하는 또 다른 실시예이다. 이에 의해, 광원(2604), 검출기, 스캐너 또는 마이크로디스플레이(2603)를 포함하는 투영계가 측부 브랜치에 부착된다. 홀로그래픽 반투과기는 에폭시드화되고, 클리핑되고, 나선결합되는 등으로 단단히 고정되지만, 이에 한정되지 않는다.
Claims (76)
- 눈으로 관찰할 수 있는 이미지를 표시하기 위한 방법으로서,
상기 이미지는 휴대용 헤드 착용 디스플레이로부터 투영되며,
상기 방법은
복수의 광 빔을 방출하는 단계 - 상기 광 빔들의 파장들은 상이함 -;
상기 복수의 광 빔을 주사 거울로 지향시키는 단계;
상기 이미지로부터 제공되는 강도 정보에 따라 상기 복수의 광 빔 각각의 강도를 변조하는 단계 - 이에 의해 상기 강도는 상기 이미지 내의 화소 값을 나타냄 -;
상기 주사 거울을 이용하여 2개의 별개의 축에서 상기 복수의 광 빔을 주사하여 상기 이미지를 형성하는 단계; 및
상기 광 빔들의 반사기로서 작용하는 홀로그래픽 광학 요소들을 이용하여 상기 복수의 광 빔을 상기 눈으로 재지향시켜 - 상기 재지향은 상기 광 빔의 파장에 의존함 -, 각각의 광 빔에 대해 상기 눈에 출사동(exit pupil)을 생성하는 단계 - 상기 출사동은 나머지 광 빔들의 상기 출사동들로부터 공간적으로 분리됨 -
를 포함하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 광 빔을 방출하는 단계는 사람의 시각에 의해 인지되는 제1의 소정의 컬러 내의 특정 스펙트럼 대역에 포함될 광 빔들의 대응하는 파장들을 선택함으로써 결정된 수의 상기 복수의 광 빔의 제1 번들을 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 번들 내의 상기 광 빔들 각각은 그것의 출사동과 관련되고 이 출사동은 상기 제1 번들의 나머지 광 빔들의 상기 출사동들로부터 공간적으로 분리되는, 방법. - 제2항에 있어서,
상기 복수의 광 빔을 방출하는 단계는 제2 및 제3 번들의 광 빔들을 생성하는 단계를 더 포함하고, 각각의 번들은 사람의 시각에 의해 인지되는 각각 제2의 소정의 컬러 및 제3의 소정의 컬러 내의 개별 스펙트럼 대역에 대응하고, 상기 제2 및 상기 제3 번들 내부에서 각각 상기 광 빔들은 상기 제1 번들의 상기 광 빔들의 상기 출사동들과 관련되고, 이에 의해 상기 출사동들 각각에 대해 풀 컬러 이미지를 위해 상기 제1, 제2 및 제3의 소정의 컬러들에 대응하는 3개의 광 빔을 생성하는, 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 빔들 각각에 대한 상기 이미지에 이미지 정합 및 왜곡 정정을 적용하여, 각각의 광 빔에 대한 상기 출사동의 위치에 따라 상기 복수의 광 빔에 의해 생성된 상기 표시된 이미지를 정렬하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이미지의 관찰을 위해 상기 눈이 상기 휴대용 헤드 착용 디스플레이에 정렬되는 확대된 영역을 형성하기 위해 상기 복수의 광 빔에 의해 형성된 상기 출사동들을 공간적으로 배열하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 광 빔을 상기 주사 거울로 지향시키는 단계는 상기 복수의 광 빔을 상기 주사 거울에서 공간적으로 그리고 각도상으로 동축적으로 결합하는 단계를 더 포함하며, 이에 의해 상기 각각의 출사동들의 배치에 의해 생성되는 상기 눈에서의 상기 광 빔들 간의 상당한 각도 차이들이 이미지 처리에 의해 정정되는, 방법. - 눈으로 관찰할 수 있는 이미지를 표시하기 위한 방법으로서,
상기 이미지는 휴대용 헤드 착용 디스플레이로부터 투영되며,
상기 방법은
복수의 광 빔을 방출하는 단계 - 상기 광 빔들의 파장들은 상이함 -;
상기 이미지로부터 제공된 강도 정보에 따라 상기 복수의 광 빔 각각의 강도를 변조하는 단계 - 이에 의해 상기 강도는 상기 이미지 내의 화소 값을 나타냄 -;
상기 광 빔들의 반사기로서 작용하는 광학 요소를 이용하여 상기 복수의 광 빔을 상기 눈으로 재지향시켜 - 상기 재지향은 상기 광 빔의 파장에 의존함 -, 각각의 광 빔에 대해 상기 눈에 출사동을 생성하는 단계
를 포함하는 방법. - 제7항에 있어서,
상기 복수의 광 빔을 방출하는 단계는 사람의 시각에 의해 인지되는 제1의 소정의 컬러 내의 특정 스펙트럼 대역에 포함될 광 빔들의 대응하는 파장들을 선택함으로써 결정된 수의 상기 복수의 광 빔의 제1 번들을 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 번들 내의 상기 광 빔들 각각은 그것의 출사동과 관련되고 이 출사동은 상기 제1 번들의 나머지 광 빔들의 상기 출사동들로부터 공간적으로 분리되는, 방법. - 제8항에 있어서,
상기 복수의 광 빔을 방출하는 단계는 제2 및 제3 번들의 광 빔들을 생성하는 단계를 더 포함하고, 각각의 번들은 사람의 시각에 의해 인지되는 각각 제2의 소정의 컬러 및 제3의 소정의 컬러 내의 개별 스펙트럼 대역에 대응하고, 상기 제2 및 상기 제3 번들 내부에서 각각 상기 광 빔들은 상기 제1 번들의 상기 광 빔들의 상기 출사동들과 관련되고, 이에 의해 상기 출사동들 각각에 대해 풀 컬러 이미지를 위해 상기 제1, 제2 및 제3의 소정의 컬러들에 대응하는 3개의 광 빔을 생성하는, 방법. - 제7항에 있어서,
상기 광 빔들 각각에 대한 상기 이미지에 이미지 정합 및 왜곡 정정을 적용하여, 각각의 광 빔에 대한 상기 출사동의 위치에 따라 상기 복수의 광 빔에 의해 생성된 상기 표시된 이미지를 정렬하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제7항에 있어서,
상기 이미지의 관찰을 위해 상기 눈이 상기 휴대용 헤드 착용 디스플레이에 정렬되는 확대된 영역을 형성하기 위해 상기 복수의 광 빔에 의해 형성된 상기 출사동들을 공간적으로 배열하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제7항에 있어서,
상기 복수의 광 빔을 재지향시키는 단계에서, 상기 광학 요소는 홀로그래픽 광학 요소인 방법. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 방법에 사용하기 위한 광학 요소를 생성하는 방법으로서,
상기 복수의 광 빔의 파장들에 근접 매칭되는 복수의 홀로그램 기록 레이저를 이용하여 홀로그래픽 광학 요소를 기록하는 단계를 포함하고, 이에 의해 상기 기록 레이저들 각각의 상기 빔들은 상기 휴대용 헤드 착용 디스플레이에 의해 후속 생성될 상기 출사동들의 공간 배향과 매칭되도록 홀로그램 기록 셋업 내에 공간적으로 배열되는, 방법. - 제13항에 있어서,
상기 기록 레이저들 각각의 상기 빔들은 광 섬유들에 의해 공간적으로 배열되는, 방법. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
주어진 순간에 상기 눈의 위치에 대응하여, 상기 출사동들 각각과 관련된 상기 복수의 광 빔 중 선택된 광 빔들을 비활성화하는 단계를 더 포함하고, 이에 의해 아이트래킹 정보를 이용하여, 오정렬된 출사동들을 비활성화하여, 디바이스 전력 소비를 줄이는, 방법. - 제1항 내지 제12항 또는 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 광 빔에 의해 형성된 상기 출사동들을 공간적으로 배열하여 - 각각의 개별 광 빔은 복수의 공간적으로 분리된 출사동을 형성함 -, 상기 눈에 의해 동시에 관찰되지 않는 다수의 관심 영역을 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 다수의 관심 영역 각각은 서브세트 시야, 및 더 큰 전체 시야 내의 관련된 복수의 출사동을 갖는, 방법. - 제7항 내지 제12항 또는 제15항 또는 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 광 빔 중 각각의 빔의 강도를 변조하는 단계는 패널 마이크로디스플레이로부터 투영하는 단계를 포함하는 방법. - 제7항 내지 제12항 또는 제15항 또는 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 광 빔을 주사 거울로 지향시키는 단계; 및
상기 주사 거울을 이용하여 2개의 별개의 축에서 상기 복수의 광 빔을 주사하여 상기 이미지를 형성하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제1항 내지 제12항 또는 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 광 빔을 공간적으로 그리고 각도상으로 동축적으로 결합하는 단계를 더 포함하며, 상기 개별 출사동들의 배치에 의해 생긴 상기 눈에서의 상기 광 빔들 간의 상당한 각도 차이들이 이미지 처리에 의해 정정되는, 방법. - 제1항 내지 제12항 또는 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 출사동들에서 상기 광 빔들 중 하나의 각도 콘텐츠가 상기 광 빔들 중 다른 하나의 각도 콘텐츠와 실질적으로 유사하도록 상기 광 빔들 간에 각도 차이들이 있는 상기 복수의 광 빔을 결합하여, 이미지 처리에 대한 요건들을 감소시키는 단계를 더 포함하고, 이에 의해 상기 개별 출사동들의 배치에 의해 생성된 상기 눈에서의 상기 광 빔들 간의 남아 있는 각도 차이들이 이미지 처리에 의해 정정되는, 방법. - 제20항에 있어서,
상기 광 빔들 간에 각도 차이들이 있는 상기 복수의 광 빔은 텔레센트릭 렌즈의 상기 출사동에서 상기 광 빔들을 결합하는 상기 텔레센트릭 렌즈에 의해 결합되어, 이에 의해 파장들이 상이한 상기 광 빔들을 방출하는 복수의 광원의 2차원적 배열이 시준되고 결합되는, 방법. - 제20항 또는 제21항에 있어서,
파장들이 상이한 상기 광 빔들을 방출하는 상기 복수의 광원은 상기 광 빔들을 위한 추가 텔레센트릭 렌즈, 회절 광학 요소 및 개구들의 결합에 의해 공간적으로 그리고 스펙트럼적으로 필터링되는, 방법. - 제22항에 있어서,
상기 회절 광학 요소는 회절 격자, 볼륨 홀로그래픽 요소 중 하나인, 방법. - 눈으로 관찰할 수 있는 이미지를 표시하기 위한 방법으로서,
상기 이미지는 휴대용 헤드 착용 디스플레이로부터 투영되며,
상기 방법은
복수의 광 빔을 방출하는 단계;
상기 복수의 광 빔 각각을 대응하는 공간적으로 분리된 주사 거울로 지향시키는 단계;
상기 이미지로부터 제공되는 강도 정보에 따라 상기 복수의 광 빔 각각의 강도를 변조하는 단계 - 이에 의해 상기 강도는 상기 이미지 내의 화소 값을 나타냄 -;
상기 복수의 공간적으로 분리된 주사 거울 중 상기 대응하는 주사 거울을 이용하여 2개의 별개의 축에서 상기 복수의 광 빔 각각을 주사하여 상기 이미지를 형성하는 단계; 및
상기 광 빔들의 반사기로서 작용하는 광학 요소를 이용하여 상기 복수의 광 빔을 상기 눈으로 재지향시켜 - 상기 재지향은 상기 광학 요소 상의 상기 광 빔의 입사각에 의존함 -, 각각의 광 빔에 대해 상기 눈에 출사동을 생성하는 단계 - 상기 출사동은 나머지 광 빔들의 상기 출사동들로부터 공간적으로 분리됨 -
를 포함하는 방법. - 제24항에 있어서,
상기 광 빔들 각각에 대해 상기 이미지에 이미지 정합 및 왜곡 정정을 적용하여, 상기 복수의 광 빔에 의해 생성된 상기 표시된 이미지를 각각의 광 빔에 대한 상기 출사동의 위치에 따라 정렬하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제24항 또는 제25항에 있어서,
상기 이미지의 관찰을 위해 상기 눈이 상기 휴대용 헤드 착용 디스플레이에 정렬되는 확대된 영역을 형성하기 위해 상기 복수의 광 빔에 의해 형성된 상기 출사동들을 공간적으로 배열하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 광 빔을 방출하는 단계에서, 분리된 가시 파장들의 3개의 광 빔이 각각의 주사 거울로 지향되고, 상기 출사동들 중 하나를 형성하도록 결합되며, 이에 따라 상기 출사동들 각각에 대해 풀 컬러 이미지를 위한 3개의 광 빔을 생성하는 방법. - 제24항에 있어서,
상기 복수의 광 빔을 재지향시키는 단계에서, 상기 광학 요소는 홀로그래픽 광학 요소인 방법. - 제24항 내지 제28항 중 어느 한 항의 방법에서 사용하기 위한 광학 요소를 생성하는 방법으로서,
상기 복수의 광 빔의 상기 파장들에 근접 매칭되는 복수의 홀로그램 기록 레이저들을 이용하여 홀로그래픽 광학 요소를 기록하는 단계를 더 포함하고, 이에 의해 상기 기록 레이저들 각각의 상기 빔들은 상기 출사동들 및 상기 휴대용 헤드 착용 디스플레이에 의해 후속 생성될 투영 소스 포인트들의 공간 및 각도 배향과 매칭되도록 홀로그램 기록 셋업 내에 공간적으로 배열되는 방법. - 제29항에 있어서,
상기 기록 레이저들 각각의 상기 빔들은 광섬유들에 의해 공간적으로 배열되는 방법. - 제24항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
주어진 순간의 상기 눈의 위치에 대응하여, 상기 출사동들 각각과 관련된 상기 복수의 광 빔 중 선택된 광 빔들을 비활성화하는 단계를 더 포함하고, 이에 의해 아이트래킹 정보를 이용하여, 오정렬된 출사동들을 비활성화하여, 디바이스 전력 소비를 줄이는, 방법. - 제24항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 광 빔에 의해 형성된 상기 출사동들을 배열하여 - 각각의 개별 광 빔은 복수의 공간적으로 분리된 출사동을 형성함 -, 상기 눈에 의해 동시에 관찰되지 않는 다수의 관심 영역을 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 다수의 관심 영역 각각은 서브세트 시야, 및 더 큰 전체 시야 내의 관련된 복수의 출사동을 갖는, 방법. - 눈으로 관찰할 수 있는 이미지를 표시하기 위한 방법으로서,
상기 이미지는 휴대용 헤드 착용 디스플레이로부터 투영되며,
상기 방법은
복수의 광 빔을 방출하는 단계;
상기 이미지로부터 제공되는 강도 정보에 따라 상기 복수의 광 빔 각각의 강도를 변조하는 단계 - 이에 의해 상기 강도는 상기 이미지 내의 화소 값을 나타냄 -;
상기 광 빔들의 반사기로서 작용하는 광학 요소를 이용하여 상기 눈에 광 출사동을 생성하지 않고서 상기 복수의 실질적으로 시준된 광 빔을 상기 눈으로 재지향시켜 - 상기 재지향은 상기 광 빔의 입사각 및 파장에 의존함 -, 상기 눈에서 함께 전체 시야를 구성하는 복수의 서브세트 시야를 생성하는 단계
를 포함하는 방법. - 제33항에 있어서,
상기 복수의 광 빔을 재지향시키는 단계에서, 상기 광학 요소는 홀로그래픽 광학 요소인 방법. - 제33항 또는 제34항의 방법에서 사용하기 위한 광학 요소를 생성하는 방법으로서,
상기 복수의 광 빔의 파장들에 근접 매칭되는 복수의 홀로그램 기록 레이저들을 이용하여 홀로그래픽 광학 요소를 기록하는 단계를 더 포함하고, 이에 의해 상기 기록 레이저들 각각의 상기 빔들은 상기 휴대용 헤드 착용 디스플레이에 의해 후속 생성될 상기 서브세트 시야들의 공간 및 각도 배향과 매칭되도록 홀로그램 기록 셋업 내에 공간적으로 배열되는 방법. - 제33항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 빔들 각각에 대해 상기 이미지에 이미지 정합 및 왜곡 정정을 적용하여, 상기 서브세트 시야들의 상기 이미지들을 정렬하여, 함께 상기 전체 시야를 연속적으로 형성하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제33항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 광 빔을 방출하는 단계에서, 서브세트 시야당 분리된 가시 파장들의 3개의 광 빔을 결합하여, 상기 서브세트 시야들 각각에 대해 풀 컬러 이미지를 위한 3개의 광 빔을 생성하는 방법. - 휴대용 헤드 착용 디스플레이로부터 이미지를 투영 및 캡처함으로써 눈으로부터 생리학적 정보를 획득하기 위한 방법으로서,
복수의 광 빔을 방출하는 단계 - 상기 광 빔들의 파장들은 상이함 -;
상기 복수의 광 빔을 렌즈를 통해 핀홀 개구 상에 집속하는 단계;
상기 복수의 광 빔을 상기 핀홀 개구로부터 주사 거울로 지향시키는 단계;
상기 이미지로부터 제공되는 강도 정보에 따라 상기 복수의 광 빔 각각의 강도를 변조하는 단계 - 이에 의해 상기 강도는 상기 이미지 내의 화소 값을 나타냄 -;
상기 주사 거울을 이용하여 2개의 별개의 축에서 상기 복수의 광 빔을 주사하여 상기 이미지를 형성하는 단계;
상기 광 빔들의 반사기로서 작용하는 안경 렌즈 상의 광학 요소를 이용하여 상기 복수의 광 빔을 상기 눈으로 재지향시켜 - 상기 재지향은 상기 광 빔의 파장 및 각도에 의존함 -, 각각의 광 빔에 대해 상기 눈에 출사동을 생성하는 단계 - 상기 출사동은 나머지 광 빔들의 상기 출사동들로부터 공간적으로 분리됨 -;
상기 재지향된 복수의 광 빔을 상기 눈의 표면상에 집속하는 단계;
상기 집속된 복수의 광 빔을 상기 눈의 상기 표면으로부터 시스템을 통해 상기 핀홀 개구로 반사하는 단계; 및
상기 반사된 복수의 광 빔을 빔 분할 요소를 통해 검출기로 지향시키는 단계 - 이에 의해 상기 강도는 상기 복수의 광 빔이 집속된 상기 눈의 상기 표면의 공동 초점 이미지를 나타냄 -
를 포함하는 방법. - 제38항에 있어서,
상기 핀홀 개구는 상기 광을 상이한 위치로 이송하는 데 사용되는 광섬유로 대체되는 방법. - 제38항 또는 제39항에 있어서,
상기 눈의 표면으로부터의 산란을 통해 상기 복수의 광 빔과 동일한 파장들에서 광이 다시 반사되는 방법. - 제38항 또는 제39항에 있어서,
상기 눈의 표면으로부터의 형광을 통해 상기 복수의 광 빔에 비해 시프트된 파장들에서 광이 다시 반사되는 방법. - 제38항 또는 제39항에 있어서,
상기 눈의 표면으로부터의 라만(Raman) 산란을 통해 상기 복수의 광 빔에 비해 시프트된 파장들에서 광이 다시 반사되는 방법. - 제38항 또는 제39항에 있어서,
상기 눈의 표면에서의 비선형 현상을 통해 상기 복수의 광 빔에 비해 시프트된 파장들에서 광이 다시 반사되는 방법. - 제38항 또는 제39항에 있어서,
상기 광학 요소는 볼륨 홀로그래픽 광학 요소인 방법. - 휴대용 헤드 착용 디스플레이로부터 이미지를 투영 및 캡처함으로써 눈으로부터 생리학적 정보를 획득하기 위한 방법으로서,
복수의 광 빔을 방출하는 단계 - 상기 광 빔들의 파장들은 상이함 -;
상기 복수의 광 빔을 렌즈를 통해 다중 모드 이중 클래딩 광섬유의 단일 모드 코어 상에 집속하는 단계;
상기 복수의 광 빔을 상기 다중 모드 이중 클래딩 광섬유로부터 주사 거울로 지향시키는 단계;
상기 이미지로부터 제공되는 강도 정보에 따라 상기 복수의 광 빔 각각의 강도를 변조하는 단계 - 이에 의해 상기 강도는 상기 이미지 내의 화소 값을 나타냄 -;
상기 주사 거울을 이용하여 2개의 별개의 축에서 상기 복수의 광 빔을 주사하여 상기 이미지를 형성하는 단계;
상기 광 빔들의 반사기로서 작용하는 안경 렌즈 상의 광학 요소를 이용하여 상기 복수의 광 빔을 상기 눈으로 재지향시켜 - 상기 재지향은 상기 광 빔의 파장 및 각도에 의존함 -, 각각의 광 빔에 대해 상기 눈에 출사동을 생성하는 단계 - 상기 출사동은 나머지 광 빔들의 상기 출사동들로부터 공간적으로 분리됨 -;
상기 재지향된 복수의 광 빔을 상기 눈의 표면상에 집속하는 단계;
상기 복수의 광 빔을 상기 눈의 상기 표면으로부터 시스템을 통해 상기 다중 모드 이중 클래딩 광섬유의 다중 모드 코어로 반사하는 단계; 및
상기 반사된 복수의 광 빔을 빔 분할 요소를 통해 검출기로 지향시키는 단계 - 이에 의해 상기 강도는 상기 복수의 광 빔이 집속된 상기 눈의 상기 표면의 공동 초점 이미지를 나타냄 -
를 포함하는 방법. - 제45항에 있어서,
상기 눈의 표면으로부터의 산란을 통해 상기 복수의 광 빔과 동일한 파장들에서 광이 다시 반사되는, 방법. - 제45항에 있어서,
상기 눈의 표면으로부터의 형광을 통해 상기 복수의 광 빔에 비해 시프트된 파장들에서 광이 다시 반사되는, 방법. - 제45항에 있어서,
상기 눈의 표면으로부터의 라만 산란을 통해 상기 복수의 광 빔에 비해 시프트된 파장들에서 광이 다시 반사되는, 방법. - 제45항에 있어서,
상기 눈의 표면에서의 비선형 현상을 통해 상기 복수의 광 빔에 비해 시프트된 파장들에서 광이 다시 반사되는, 방법. - 제7 내지 제11항, 제15 내지 제27항, 제31 내지 제33항, 제36 내지 제43항, 및 제45 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학 요소는 키노폼 회절 광학 요소, 주파수 선택적 응답을 가진 곡면 반사 요소 중 하나인, 방법. - 제38항 또는 제45항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 광 빔을 상기 눈의 상이한 깊이들에 집속하는 단계를 더 포함하고, 이에 의해 상기 광 빔들의 파장들은 상기 눈의 어느 구조가 이미징되는지를 결정하는, 방법. - 제38항 또는 제45항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 헤드 착용 디스플레이의 가시 기능을 방해하지 않도록 보이지 않는 적외선 광이 공동 초점 측정에 사용되는, 방법. - 제38항 또는 제45항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 빔들은 간섭 유형, 이색성, 홀로그래픽 중 어느 하나인 필터들에 의해 상기 검출기에서 분리되는, 방법. - 제38항 또는 제45항 중 어느 한 항에 있어서,
아이트래킹 교정을 위해 상기 눈의 복수의 시선 특정 이미지를 캡처하는 단계;
피처 추출을 위해 상기 눈의 상기 복수의 시선 특정 이미지를 처리하는 단계;
상기 추출된 피처들에 시선 위치들을 상관시키는 데이터베이스를 형성하는 단계;
시선 결정을 위해 상기 눈의 새로운 시선 특정 이미지를 캡처하는 단계;
이 이미지의 상기 피처들을 상기 데이터베이스 내의 이미지들에 대하여 상관시키는 단계; 및
실시간으로 아이트래킹을 위해 특정 시선 각도와의 상관에 의해 상기 이미지를 분류하는 단계
를 더 포함하는, 방법. - 제38항 또는 제45항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 눈에 상기 복수의 출사동을 형성하는 상기 복수의 광 빔으로부터 상기 반사 강도를 캡처하는 단계를 더 포함하고, 이에 인해 상기 눈의 시선 위치는 상기 눈에 상기 공간적으로 분리된 출사동들을 형성하는 상기 복수의 빔의 상대 강도에 상관되는, 방법. - 눈으로 관찰할 수 있는 이미지를 표시하기 위한 방법으로서,
상기 이미지는 휴대용 헤드 착용 디스플레이로부터 투영되며,
상기 방법은
광역 스펙트럼의 적어도 하나의 광 빔을 방출하는 단계;
상기 적어도 하나의 광 빔의 상기 스펙트럼을 복수의 개별 스펙트럼 방출 대역으로 슬라이싱하는 단계 - 각각의 대역은 광이 없는 스펙트럼 존에 의해 분리됨 -;
상기 복수의 광 빔을 주사 거울로 지향시키는 단계;
상기 이미지로부터 제공된 강도 정보에 따라 상기 적어도 하나의 광 빔 각각의 강도를 변조하는 단계 - 이에 의해 상기 강도는 상기 이미지 내의 화소 값을 나타냄 -;
상기 주사 거울을 이용하여 2개의 별개의 축에서 상기 적어도 하나의 광 빔을 주사하여 상기 이미지를 형성하는 단계; 및
상기 광 빔들의 반사기로서 작용하는 홀로그래픽 광학 요소를 이용하여 상기 적어도 하나의 광 빔을 상기 눈으로 재지향시켜 - 상기 재지향은 상기 광 빔의 파장 콘텐츠 및 각도에 의존함 -, 상기 개별 스펙트럼 방출 대역들 각각에 대해 상기 눈에 출사동을 생성하는 단계 - 상기 출사동은 나머지 개별 스펙트럼 방출 대역들의 상기 출사동들로부터 공간적으로 분리됨 -
를 포함하는, 방법. - 제56항에 있어서,
분산 광학 요소에 의해 상기 주사 거울 뒤에서 상기 적어도 하나의 광 빔을 편향시키는 단계를 더 포함하고, 이에 의해 상기 분산 광학 요소는 상기 적어도 하나의 광 빔을 개별 스펙트럼 방출 대역들의 수에 대응하는 복수의 광 빔으로 각도상으로 분리하는, 방법. - 제56항 또는 제57항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 색 범위로부터의 하나의 광 빔의 결합은 상기 3개의 결합된 광 빔의 상대 강도에 의존하는 색상을 갖는 인지된 컬러 또는 색상을 생성하도록, 적색, 녹색 및 청색 범위들 각각의 내의 분리된 스펙트럼 대역들을 갖는 3개의 광 빔을 방출하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제56항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표시된 이미지의 관찰을 위해 상기 눈이 상기 광학 시스템과 정렬될 수 있는 확대 영역을 형성하기 위해 상기 복수의 광 빔에 의해 형성된 상기 복수의 출사동을 공간적으로 배열하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 눈으로 관찰할 수 있는 이미지를 표시하기 위한 방법으로서,
상기 이미지는 휴대용 헤드 착용 디스플레이로부터 투영되며,
상기 방법은
코히어런트 소스로부터 적어도 하나의 광 빔을 방출하는 단계;
상기 적어도 하나의 광 빔을 제1 파면을 제공하는 위상 패턴을 갖는 공간 광 변조기로 지향시키는 단계; 및
안경 렌즈 상의 확산 산란 반사기를 이용하여 상기 적어도 하나의 광 빔을 상기 눈으로 재지향시키는 단계를 포함하고, 이에 의해 상기 제1 파면은 상기 확산 산란 반사기에 의해 반사되어 상기 눈에 들어가서 망막에 낮은 수차 이미지를 형성하는 제2 파면을 제공하는, 방법. - 제60항에 있어서,
상기 코히어런트 광원은 표면 방출 레이저(VCSEL), 포인트 소스 LED 또는 레이저 다이오드인, 방법. - 제60항에 있어서,
상기 안경 렌즈는 제1 및 제2 투명 광학 결합 요소로 구성되고, 제1 굴절률을 갖는 상기 제1 요소는 가시 광으로 산란하는 일 측과 평활하고 산란하지 않으며 반사성 코팅이 피착되어 있는 제2 측을 가지며, 상기 제2 요소는 상기 제1 굴절률과 동일한 제2 굴절률을 갖고 평활하고 산란이 없는 측을 갖는, 방법. - 제60항에 있어서,
상기 공간 광 변조기는 위상 전용 변조기, 진폭 전용 변조기 또는 둘 다인, 방법. - 눈으로 관찰할 수 있는 이미지를 투영 및 캡처함으로써 상기 눈으로부터 생리학적 정보를 획득하기 위한 방법으로서,
상기 이미지는 휴대용 헤드 착용 디스플레이로부터 투영되며,
상기 방법은
코히어런트 소스로부터 적어도 하나의 광 빔을 방출하는 단계;
상기 적어도 하나의 광 빔을 제1 파면을 제공하는 위상 패턴을 갖는 공간 광 변조기로 지향시키는 단계;
안경 렌즈 상의 확산 산란 반사기를 이용하여 적어도 하나의 광 빔을 상기 눈으로 재지향시키는 단계 - 이에 의해 상기 제1 파면은 상기 확산 산란 반사기에 의해 반사되어 상기 눈에 들어가서 상기 눈의 표면에 낮은 수차 스폿을 형성하는 제2 파면을 제공함 -;
적절한 위상 패턴을 SLM에 제공함으로써 망막 상의 상기 스폿을 주사하는 단계; 및
상기 표면의 이미지를 형성하기 위해 공동 초점 방식으로 상기 망막에 의해 확산 반사광을 검색하는 단계
를 포함하는, 방법. - 제64항에 있어서,
상기 표면은 상기 망막인, 방법. - 눈으로 관찰할 수 있는 이미지를 표시하기 위한 시스템으로서,
상기 이미지는 휴대용 헤드 착용 디스플레이로부터 투영되며,
상기 시스템은
제1항, 제7항, 제24항, 제33항, 제38항, 제45항, 제56항, 제60항 및 제64항 중 어느 한 항의 방법을 구현하기 위한 다중 출사동 헤드 착용 디스플레이 시스템; 및
장면을 캡처하고 상기 장면의 처리된 이미지를 상기 헤드 착용 디스플레이에 제공하는 전면 장착 카메라
를 포함하는 시스템. - 제66항에 있어서,
상기 처리된 이미지는 (a) 주밍된 이미지, (b) 에지 향상된 이미지, (c) 콘트라스트 향상된 이미지, (d) 왜곡된 이미지 또는 (a) 내지 (d)의 조합 중 어느 하나일 수 있는, 시스템. - 제66항에 있어서,
상기 눈은 나이와 관련된 황반 퇴화를 겪고 있는 눈과 같은 중심와(fovea)에 광 수용체들의 손실이 있는, 시스템. - 제66항에 있어서,
상기 처리된 이미지는 상기 눈의 중심와 주위의 주변부에 표시되는, 시스템. - 제66항에 있어서,
상기 눈은 중심와 주위의 주변부에 광 수용체의 손실이 있는, 시스템. - 제66항에 있어서,
상기 처리된 이미지는 중심와에 표시되는, 시스템. - 휴대용 헤드 착용 디스플레이로부터 투영된 이미지를 눈으로 재지향시키기 위한 디바이스로서,
적어도 하나의 입사광 빔들을 상기 눈으로 국부적으로 재지향시키기 위해 투명한 써모 중합체 매트릭스 내의 내장된 소형 키노폼 거울들; 및
프로젝터로부터의 상기 적어도 하나의 광 빔이 상기 눈에서 다수의 출사동으로 분리되게 함과 동시에 주위 환경으로부터의 상당한 주변 광이 상기 눈을 통과하게 하기 위해 스펙트럼적으로 그리고 각도상으로 선택적인 키노폼 거울들 상의 박막 반사성 코팅
을 포함하는, 장치. - 2개의 눈에 양안 이미지들을 표시하기 위한 시스템으로서,
상기 이미지들은 2개의 휴대용 헤드 착용 디스플레이로부터 투영되고,
상기 시스템은
하나의 안경의 각각의 측의 다수의 출사동 투영 모듈;
양쪽 안경 렌즈들 상의 다수의 출사동 홀로그래픽 반사기;
상기 눈으로부터의 반사광에 기초한 양쪽 눈을 위한 아이트래킹 시스템;
사용자 전방의 장면을 캡처하기 위한 전면 카메라; 및
상기 아이트래킹 시스템으로부터의 정보에 기초하여 상기 양안 이미지들에 대한 변경들에 의해 생성된 3차원 이미지들
을 포함하는, 시스템. - 다중 출사동 헤드 착용 디스플레이에서 프로젝터와 안경 렌즈 홀로그래픽 광학 요소 간에 정렬을 생성하고 유지하기 위한 방법으로서,
상기 광학 요소들 간에 위치 및 각도를 구조적으로 유지하는 강성 재료 연결부 상에 상기 프로젝터와 상기 홀로그래픽 광학 요소를 정렬시키는 단계; 및
하나의 종래의 안경 상에 상기 강성 구조를 부착하고 배치하는 단계
를 포함하는, 방법. - 제73항 또는 제74항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 종래의 안경은 비-처방 안경 또는 선글라스; 또는, 처방 안경 또는 선글라스인, 방법. - 제73항 또는 제74항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강성 재료 연결부는 상기 종래의 안경의 내측 또는 외측에 배치되어 부착되는, 방법.
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| PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |