KR20220040511A - 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들을 가진 증강 현실 시스템들 및 방법들 - Google Patents

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KR20220040511A
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사무엘 에이. 밀러
폴 엠. 그레코
브라이언 티. 쇼웬게르트
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매직 립, 인코포레이티드
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Abstract

증강 현실 디스플레이 시스템은, 사이에 도파관 스택이 샌드위치 되어 있는 한 쌍의 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들을 포함한다. 렌즈 엘리먼트들 중 하나는 도파관 스택으로부터 사용자의 눈으로 투사되는 광의 포커싱에서의 굴절률 에러들 교정하기 위해 도파관 스택과 그 사용자의 눈 사이에 포지셔닝된다. 렌즈 엘리먼트들은 또한 디스플레이되는 가상 콘텐츠를 원하는 깊이 평면 상에 배치하기 위해 적합한 광학 파워를 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 렌즈 엘리먼트는 주위 환경과 도파관 스택 사이에 있고, 그리고 도파관 스택 및 눈에 가장 가까운 렌즈 엘리먼트를 통해 주변 광의 전달에서의 수차들을 보상하기 위한 광학 파워를 제공하도록 구성된다. 게다가, 눈 추적 시스템은 사용자의 눈들의 이접 운동을 모니터링하고 그리고 이들 눈들의 결정된 이접 운동에 기반하여 렌즈 엘리먼트들의 쌍의 광학 파워들을 자동으로 그리고 연속으로 조정한다.

Description

가변 포커스 렌즈 엘리먼트들을 가진 증강 현실 시스템들 및 방법들{AUGMENTED REALITY SYSTEMS AND METHODS WITH VARIABLE FOCUS LENS ELEMENTS}
[0001] 본 출원은 2016년 4월 8일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 제 62/320,375호를 우선권으로 주장하고, 이 가특허 출원은 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0002] 본 출원은 또한 다음 특허 출원들의 각각의 전체를 인용에 의해 포함한다: 2014년 11월 27일에 출원된 미국 출원 번호 제 14/555,585호; 2015년 4월 18일에 출원된 미국 출원 번호 제 14/690,401호; 2014년 3월 14일에 출원된 미국 출원 번호 제 14/212,961호; 2014년 7월 14일에 출원된 미국 출원 번호 제 14/331,218호; 및 2016년 3월 16일에 출원된 미국 출원 번호 제 15/072,290호.
[0003] 본 개시내용은 증강 현실 이미징 및 시각화 시스템들을 포함하는 광학 디바이스들에 관한 것이다.
[0004] 현대 컴퓨팅 및 디스플레이 기술들은 소위 "가상 현실" 또는 "증강 현실" 경험들을 위한 시스템들의 개발을 가능하게 하였고, 여기서 디지털적으로 재생된 이미지들 또는 이미지들의 부분들이, 그들이 실제인 것으로 보이거나, 실제로서 인식될 수 있는 방식으로 사용자에게 제시된다. 가상 현실, 또는 "VR" 시나리오는 통상적으로 다른 실제 실세계 시각적 입력에 대한 투명성(transparency) 없는 디지털 또는 가상 이미지 정보의 프리젠테이션(presentation)을 수반하고; 증강 현실, 또는 "AR" 시나리오는 통상적으로 사용자 주위 실제 세계의 시각화에 대한 증강으로서 디지털 또는 가상 이미지 정보의 프리젠테이션을 수반한다. 혼합 현실, 또는 "MR" 시나리오는 AR 시나리오의 타입이고 통상적으로 자연 세계에 통합되고 이에 응답하는 가상 객체들을 수반한다. 예컨대, MR 시나리오는 실세계의 객체들에 의해 차단되는 것으로 보이거나 그렇지 않으면 이 객체들과 상호작용하는 것으로 인식되는 AR 이미지 콘텐츠를 포함할 수 있다.
[0005] 도 1을 참조하면, 증강 현실 장면(10)이 묘사된다. AR 기술의 사용자는 배경 내의 사람들, 나무들, 빌딩들, 및 콘크리트 플랫폼(30)을 특징으로 하는 실세계 공원형 세팅(20)을 본다. 사용자는 또한, 자신이 "가상 콘텐츠", 이를테면 실세계 플랫폼(30)에 서 있는 로봇 동상(40), 및 호박벌의 의인화인 것으로 보이는 날고 있는 만화형 아바타 캐릭터(50)를 "보는" 것을 인식한다. 이들 엘리먼트들(50, 40)은, 이들이 실세계에 존재하지 않는다는 점에서 "가상"이다. 인간 시각 인식 시스템이 복잡하기 때문에, 다른 가상 또는 실세계 이미저리(imagery) 엘리먼트들 사이에서 가상 이미지 엘리먼트들의 편안하고, 자연스럽고, 풍부한 프리젠테이션을 가능하게 하는 AR 기술을 만들어내는 것은 난제이다.
[0006] 본원에 개시된 시스템들 및 방법들은 VR 및 AR 기술에 관련된 다양한 난제들을 처리한다.
[0007] 일부 실시예들에서, 디스플레이 시스템이 제공된다. 디스플레이 시스템은 하나 또는 그 초과의 깊이 평면들 상의 이미지 정보를 디스플레이하기 위해 광을 뷰어(viewer)에게 투사하도록 구성된 머리 장착가능 디스플레이를 포함한다. 디스플레이는 광을 뷰어에게 투사하도록 구성된 하나 또는 그 초과의 도파관들을 포함한다. 하나 또는 그 초과의 도파관들은 주위 환경의 객체들로부터의 광을 뷰어에게 전달하도록 추가로 구성된다. 디스플레이는 또한 하나 또는 그 초과의 도파관들과 뷰어의 제1 눈 사이에 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트; 및 하나 또는 그 초과의 도파관들과 주위 환경 사이에 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트를 포함한다. 눈 추적 시스템은 뷰어의 눈들의 이접 운동(vergence)을 결정하도록 구성된다. 디스플레이 시스템은 뷰어의 눈들의 결정된 이접 운동에 기반하여 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워(optical power)를 조정함으로써 사용자의 눈들의 굴절 에러를 교정(correct)하도록 구성된다.
[0008] 일부 다른 실시예들에서, 머리 장착가능 디스플레이 상에 이미지 정보를 디스플레이하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 뷰어의 머리 상에 장착되는 디스플레이를 제공하는 단계를 포함하고, 디스플레이는 하나 또는 그 초과의 깊이 평면들 상의 이미지 정보를 디스플레이하도록 구성된다. 디스플레이는 이미지 정보를 디스플레이하기 위해 광을 뷰어에게 투사하도록 구성된 하나 또는 그 초과의 도파관들을 포함한다. 하나 또는 그 초과의 도파관들은 주위 환경의 객체들로부터의 광을 뷰어에게 전달하도록 추가로 구성된다. 방법은 뷰어의 눈들의 이접 운동 포인트를 결정하는 단계 및 뷰어의 눈의 굴절 에러를 교정하는 단계를 더 포함한다. 굴절 에러는 결정된 이접 운동 포인트에 기반하여 하나 또는 그 초과의 도파관들과 뷰어의 눈 사이에 배치된 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워를 가변시킴으로써; 그리고 결정된 이접 운동 포인트에 기반하여 하나 또는 그 초과의 도파관들과 뷰어를 둘러싸는 환경 사이에 배치된 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워를 가변시킴으로써, 교정될 수 있다.
[0009] 예 1 : 디스플레이 시스템으로서:
하나 또는 그 초과의 깊이 평면들 상의 이미지 정보를 디스플레이하기 위해 광을 뷰어(viewr)에게 투사하도록 구성된 머리 장착가능 디스플레이; 및
뷰어의 눈들의 이접 운동(vergence)을 결정하도록 구성된 눈 추적 시스템을 포함하고,
디스플레이는:
광을 뷰어에게 투사하도록 구성된 하나 또는 그 초과의 도파관들 ― 하나 또는 그 초과의 도파관들은 주위 환경의 객체들로부터의 광을 뷰어에게 전달하도록 추가로 구성됨 ―;
하나 또는 그 초과의 도파관들과 뷰어의 제1 눈 사이의 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트; 및
하나 또는 그 초과의 도파관들과 주위 환경 사이의 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트를 포함하고,
디스플레이 시스템은 뷰어의 눈들의 결정된 이접 운동에 기반하여 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워(optical power)를 조정함으로써 사용자의 눈들의 굴절 에러를 교정하도록 구성된다.
[0010] 예 2 : 예 1의 디스플레이 시스템에 있어서, 디스플레이 시스템은 이미지 정보를 디스플레이하기 위한 깊이 평면에 따라 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워를 수정하도록 구성된다.
[0011] 예 3 : 예 1 또는 예 2의 디스플레이 시스템에 있어서, 디스플레이 시스템은 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워에 대한 응답으로 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워를 조정하도록 구성된다.
[0012] 예 4 : 예 1 내지 예 3 중 어느 한 예의 디스플레이 시스템에 있어서, 하나 또는 그 초과의 도파관들은 이미지 정보를 디스플레이하기 위해 발산 광을 뷰어에게 투사하도록 구성된다.
[0013] 예 5 : 예 1 내지 예 4 중 어느 한 예의 디스플레이 시스템에 있어서, 하나 또는 그 초과의 도파관들 각각은 고정된 광학 파워를 가진다.
[0014] 예 6 : 예 1 내지 예 5 중 어느 한 예의 디스플레이 시스템에 있어서, 하나 또는 그 초과의 도파관들과 뷰어의 제2 눈 사이의 제3 가변 포커스 엘리먼트를 더 포함한다.
[0015] 예 7 : 예 6의 디스플레이 시스템에 있어서, 하나 또는 그 초과의 도파관들과 주위 환경 사이의 제4 가변 포커스 엘리먼트를 더 포함한다.
[0016] 예 8 : 예 6 또는 예 7의 디스플레이 시스템에 있어서, 시스템은, 결정된 이접 운동에 기반하여, 투사된 광의 파면을 가변시키기 위해 제3 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워를 조정하도록 구성된다.
[0017] 예 9 : 예 6 내지 예 8 중 어느 한 예의 디스플레이 시스템에 있어서, 시스템은 결정된 이접 운동에 기반하여 주위 환경의 객체로부터의 인입 광의 파면을 가변시키기 위해 제4 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워를 조정하도록 구성된다.
[0018] 예 10 : 예 1 내지 예 9 중 어느 한 예의 디스플레이 시스템에 있어서, 눈 추적 시스템은 하나 또는 그 초과의 카메라들을 포함한다.
[0019] 예 11 : 예 1 내지 예 10 중 어느 한 예의 디스플레이 시스템에 있어서, 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및/또는 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워는 2개 또는 그 초과의 거리들에서 뷰어의 비전(vision)을 교정하기 위한 처방에 따라 조정된다.
[0020] 예 12 : 예 1 내지 예 11 중 어느 한 예의 디스플레이 시스템에 있어서, 시스템은 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 각각에 대해 3개 또는 그 초과의 미리세팅된 처방 광학 파워들을 가진다.
[0021] 예 13 : 예 1 내지 예 12 중 어느 한 예의 디스플레이 시스템에 있어서, 이용가능한 처방 광학 파워들의 수는 적어도 디스플레이에 대한 깊이 평면들의 총 수와 동일하다.
[0022] 예 14 : 예 1 내지 예 13 중 어느 한 예의 디스플레이 시스템에 있어서, 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및/또는 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트는 2개의 기판들 사이에 샌드위치된 액정 층을 포함한다.
[0023] 예 15 : 예 14의 디스플레이 시스템에 있어서, 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및/또는 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트는 전압의 인가 시 액정 층의 굴절률을 변경하기 위한 전극들을 포함한다.
[0024] 예 16 : 예 14 또는 예 15의 디스플레이 시스템에 있어서, 기판들은 유리를 포함한다.
[0025] 예 17 : 예 1 내지 예 16 중 어느 한 예의 디스플레이 시스템에 있어서, 전기 전류 또는 전압의 인가에 의해 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및/또는 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 굴절률을 가변시키도록 구성된 전자 하드웨어 제어 시스템을 더 포함한다.
[0026] 예 18 : 예 17의 디스플레이 시스템에 있어서, 눈 추적 시스템은 뷰어의 눈들의 결정된 이접 운동에 따라 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및/또는 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 굴절률을 가변시키도록 전자 하드웨어 제어 시스템에 대한 피드백 루프를 형성한다.
[0027] 예 19 : 머리 장착가능 디스플레이 상에 이미지 정보를 디스플레이하기 위한 방법으로서, 방법은:
뷰어의 머리 상에 장착되는 디스플레이를 제공하는 단계 ― 디스플레이는 하나 또는 그 초과의 깊이 평면들 상의 이미지 정보를 디스플레이하도록 구성되고 그리고 이미지 정보를 디스플레이하기 위해 광을 뷰어에게 투사하도록 구성된 하나 또는 그 초과의 도파관들을 포함하고, 하나 또는 그 초과의 도파관들은 뷰어 대한 주위 환경의 객체들로부터의 광을 전달하도록 추가로 구성됨 ―;
뷰어의 눈들의 이접 운동 포인트를 결정하는 단계; 및
결정된 이접 운동 포인트에 기반하여 하나 또는 그 초과의 도파관들과 뷰어의 눈 사이에 배치된 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워를 가변시키고, 그리고
결정된 이접 운동 포인트에 기반하여 하나 또는 그 초과의 도파관들과 뷰어를 둘러싸는 환경 사이에 배치된 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워를 가변시킴으로써,
뷰어의 눈의 굴절 에러를 교정하는 단계를 포함한다.
[0028] 예 20 : 예 19의 방법에 있어서,
제3 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제4 가변 포커스 렌즈 엘리먼트를 더 포함하고, 제3 가변 포커스 렌즈 엘리먼트는 하나 또는 그 초과의 도파관들과 뷰어의 다른 눈 사이에 있고, 그리고 제4 가변 포커스 렌즈 엘리먼트는 제3 가변 포커스 렌즈의 바로 전방에 그리고 하나 또는 그 초과의 도파관들과 주위 환경 사이에 있고;
방법은 결정된 이접 운동 포인트에 기반하여 제3 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제4 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워를 가변시킴으로써 다른 눈의 굴절 에러를 교정하는 단계를 더 포함한다.
[0029] 예 21 : 예 20의 방법에 있어서, 이접 운동 포인트를 결정하는 단계는 하나 또는 그 초과의 카메라들을 사용하여 뷰어의 눈 및 다른 눈의 이접 운동을 추적하는 단계를 포함한다.
[0030] 예 22 : 예 19 내지 예 21 중 어느 한 예의 방법에 있어서, 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워는 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워와 동시에 가변된다.
[0031] 예 23 : 예 19 내지 예 22 중 어느 한 예의 방법에 있어서, 하나 또는 그 초과의 도파관들 각각은 도파관들로부터 발산 광을 출력하도록 구성된 회절 광학 엘리먼트들을 포함한다.
[0032] 도 1은 AR(augmented reality) 디바이스를 통한 AR의 사용자의 뷰를 예시한다.
[0033] 도 2는 웨어러블 디스플레이 시스템의 예를 예시한다.
[0034] 도 3은 사용자에 대한 3차원 이미저리(imagery)를 시뮬레이팅하기 위한 종래의 디스플레이 시스템을 예시한다.
[0035] 도 4는 다수의 깊이 평면들을 사용하여 3차원 이미저리를 시뮬레이팅하기 위한 접근법의 양상들을 예시한다.
[0036] 도 5a-도 5c는 곡률의 반경과 초점 반경 사이의 관계들을 예시한다.
[0037] 도 6은 이미지 정보를 사용자에게 출력하기 위한 도파관 스택(stack)의 예를 예시한다.
[0038] 도 7은 도파관에 의해 출력된 출사(exit) 빔들의 예를 예시한다.
[0039] 도 8은, 각각의 깊이 평면이 다수의 상이한 컴포넌트 컬러들을 사용하여 형성된 이미지들을 포함하는 스택된 도파관 어셈블리의 예를 예시한다.
[0040] 도 9a는 인커플링 광학 엘리먼트를 각각 포함하는 스택된 도파관들의 세트의 예의 측단면도를 예시한다.
[0041] 도 9b는 도 9a의 복수의 스택된 도파관들의 예의 사시도를 예시한다.
[0042] 도 9c는 도 9a 및 도 9b의 복수의 스택된 도파관들의 예의 하향식 평면도를 예시한다.
[0043] 도 10a 및 도 10b는 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들 및 하나 또는 그 초과의 도파관들을 가진 디스플레이들의 예들의 개략 예시들이다. 도 10a는 단일 도파관을 가진 도파관 스택을 도시하고, 그리고 도 10b는 복수의 도파관들을 가진 도파관 스택을 도시한다.
[0044] 도 11은 눈 추적 시스템을 포함하는 증강 현실 시스템의 다양한 컴포넌트들의 개략도를 도시한다.
[0045] 도 12는 사용자의 눈들의 이접 운동에 기반하여 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들의 광학 파워를 가변시키기 위한 방법의 예를 묘사한다.
[0046] 도면들은 예시적인 실시예들을 예시하기 위해 제공되고 본 개시내용의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
[0047] 본원에서 개시된 바와 같이, 증강 현실(AR) 시스템들은 가상 콘텐츠를 뷰어에게 디스플레이하면서, 여전히 뷰어가 그들 둘레의 세계를 보는 것을 허용할 수 있다. 바람직하게, 이 콘텐츠는, 이미지 정보를 뷰어의 눈들에게 투사하면서, 또한 주위 환경의 뷰(view)를 허용하기 위해, 그 주위 환경으로부터의 광을 이들 눈들에게 또한 전달하는 예컨대 안경류의 부분으로서 머리 장착가능 디스플레이 상에 디스플레이된다.
[0048] 그러나, 많은 뷰어들은 광이 그들의 눈들의 망막 상에 올바르게 포커싱하는 것을 막는 굴절 에러들을 가진 눈들을 가진다. 굴절 에러들의 예들은 근시, 원시, 노안 및 난시를 포함한다. 이들 뷰어들은 디스플레이에 의해 투사된 이미지 정보를 깨끗하게 보기 위해 특정 처방 광학 파워를 가진 렌즈 엘리먼트들을 요구할 수 있다. 일부 실시예들에서, 그런 렌즈 엘리먼트들은 이미지 정보를 투사하기 위한 도파관과 뷰어의 눈들 사이에 포지셔닝될 수 있다. 바람직하지 않게, 디스플레이의 이들 렌즈 엘리먼트들 및 가능하게는 다른 광학적 투과성 부분들, 이를테면 도파관들은 주위 환경의 뷰어의 뷰의 수차들을 유발할 수 있다. 게다가, 많은 렌즈 엘리먼트들은 뷰어에 의해 경험되는 굴절 에러들 모두를 처리할 수 없는 고정된 광학 파워를 가진다.
[0049] 일부 실시예들에서, 디스플레이 시스템은 도파관 또는 복수의 도파관들을 샌드위치(양측 상에 포지셔닝된)하는 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트를 포함한다. 제1 렌즈 엘리먼트는 하나 또는 그 초과의 도파관들과 뷰어의 눈 사이에 있을 수 있고, 그리고 그 눈에 하나 또는 그 초과의 도파관들로부터 투사된 광의 포커싱 시 굴절 에러들을 교정하도록 구성될 수 있다. 게다가, 일부 실시예들에서, 제1 렌즈 엘리먼트들은 디스플레이되는 가상 콘텐츠를 원하는 깊이 평면 상에 배치하기 위해 적합한 양의 광학 파워를 제공하도록 구성될 수 있다. 제2 렌즈 엘리먼트는 주위 환경과 하나 또는 그 초과의 도파관들 사이에 있을 수 있고, 그리고 도파관들 및 제1 렌즈 엘리먼트를 통해 주위 환경으로부터의 광을 전달 시 수차들을 보상하기 위한 광학 파워를 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 뷰어의 다른 눈에서의 굴절 에러들은 별도로 교정될 수 있다. 예컨대, 다른 눈과 도파관들 사이의 제3 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들, 및 도파관들과 주위 환경 사이의 제4 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들은 이 다른 눈에서의 굴절 에러들을 교정하는 데 사용될 수 있다. 가변 포커스 엘리먼트들의 초점 길이/광학 파워는, 실세계 및/또는 가상 콘텐츠가 사용자의 눈의 망막 상에 포커싱되고, 이에 의해 사용자가 높은 광학 이미지 품질로 실제 및 가상 객체들 둘 모두를 보는 것을 허용하도록 가변될 수 있다.
[0050] 일부 실시예들에서, 디스플레이는 뷰어의 눈의 이접 운동을 결정하도록 구성된 눈 추적 시스템을 포함하는 디스플레이 시스템의 부분이다. 눈 추적 시스템은 예컨대, 눈들의 이접 운동 포인트를 결정하는 하나 또는 그 초과의 카메라들일 수 있고, 결과적으로 눈들이 포커싱되는 거리를 결정하여, 그 거리에 대해 눈들에 대한 적합한 교정을 유도하는 데 활용될 수 있다. 상이한 교정들이 상이한 이접 운동 포인트들에 대해 요구될 수 있고, 예컨대 뷰어의 눈들이 가까운, 먼, 또는 중간 객체들(실제 객체이든 가상 객체이든) 상에 적절히 포커싱하도록 상이한 교정들이 요구될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 일부 실시예들에서, 가변 광학 파워를 제공하기 위한 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들의 능력은 예컨대 처방 눈 안경 또는 콘택트 렌즈에 쉽게 이용가능하지 않은 교정의 그라데이션(gradation)들을 허용할 수 있다. 예컨대, (일부 실시예들에서, 각각의 눈에 대해) 2 또는 그 초과, 3 또는 그 초과, 4 또는 그 초과, 또는 5 또는 그 초과의 고유 교정들이 이용가능할 수 있다.
[0051] 고정된 처방 광학기기를 착용하는 대신, 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들은 원하는 교정을 사용자에게 제공하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 증강 현실 디스플레이 시스템은 상이한 깊이 평면들로부터 투사된 가상 객체들에 대해 그리고/또는 상이한 거리들에 있는 실세계 객체들에 대해 상이한 광학 파워를 제공하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 근거리 비전 교정을 요구하는 사용자들에 대해, 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들은, 사용자가 근거리 비전 존에 대응하는 거리들에 위치된 가상 객체들 또는 실세계 객체들을 보고 있을 때 근거리 비전 광학 파워를 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 예로서, 중간 거리 비전 교정을 요구하는 사용자들에 대해, 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들은, 사용자가 중간 거리 비전 존에 대응하는 거리들에 위치된 가상 객체들 또는 실세계 객체들을 보고 있을 때 중간 거리 비전 광학 파워를 제공하도록 구성될 수 있다. 또 다른 예로서, 원거리 비전 교정을 요구하는 사용자들에 대해, 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들은, 사용자가 원거리 비전 존에 대응하는 거리들에 위치된 가상 객체들 또는 실세계 객체들을 보고 있을 때 원거리 비전 광학 파워를 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 근거리 비전 교정, 중간 거리 비전 교정 및 원거리 비전 교정을 위한 사용자의 처방은 디스플레이 시스템에 의해 액세스될 수 있고 그리고 시스템은, 사용자가 근거리 비전 존, 중간 거리 비전 존, 및 원거리 비전 존에 대응하는 거리들에 위치된 가상 객체들 또는 실세계 객체들을 보고 있을 때 사용자의 처방에 따라 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들의 광학 파워를 가변시킬 수 있다.
[0052] 유리하게, 제1 렌즈 엘리먼트 및/또는 제2 렌즈 엘리먼트는, 동일한 머리 장착가능 디스플레이가 교정 렌즈 엘리먼트들을 물리적으로 갈아치우지 않고 다양한 사용자들에 의해 사용되는 것을 허용할 수 있다. 오히려, 디스플레이들은 사용자에게 적응한다. 게다가, 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들은 하나 또는 그 초과의 도파관들로부터 투사된 이미지 정보를 원하는 깊이 평면 상에 배치하기 위해 적합한 광학 파워를 제공하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들은 하나 또는 그 초과의 도파관들로부터 뷰어에게 투사된 광의 발산을 가변시키도록 구성될 수 있다. 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들에 의해 제공된 적응성은 디스플레이의 제조 및 설계를 단순화시키는 장점들을 제공할 수 있는데, 그 이유는 동일한 디스플레이가 상이한 사용자들에게 제공되어 사용될 수 있고 다양한 깊이 평면들 상의 이미지 정보를 디스플레이하는 데 더 적은 광학 구조들이 요구될 수 있기 때문이다. 게다가, 실시간으로 매우 다양한 교정들을 제공하기 위한 능력은 종래의 교정 안경에 쉽게 이용가능한 것보다 더 많은 수의 교정에 대한 그라데이션들을 허용할 수 있다. 이것은 세계의 뷰어의 뷰 및 디스플레이된 이미지 정보의 선명도 및/또는 예민함을 개선할 수 있고 또한 장기간 뷰어 편안함을 가능하게 할 수 있다. 게다가, 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들은 디스플레이 시스템에 프로그래밍된 미리세팅된 교정들을 간단히 변경함으로써 상이한 처방들로 구성될 수 있고, 이에 의해 예컨대 사용자 나이들 및 한쪽 눈 또는 양쪽 눈들의 조건이 변화할 때 디스플레이가 새로운 사용자 처방들에 쉽게 적응하는 것을 허용한다.
[0053] 이제 도면들에 대해 참조가 이루어질 것이고, 여기서 유사한 참조 번호들은 전체에 걸쳐 유사한 부분들을 지칭한다.
[0054] 도 2는 웨어러블 디스플레이 시스템(60)의 예를 예시한다. 디스플레이 시스템(60)은 디스플레이(70), 및 그 디스플레이(70)의 기능을 지원하기 위한 다양한 기계적 및 전자적 모듈들 및 시스템들을 포함한다. 디스플레이(70)는 디스플레이 시스템 사용자 또는 뷰어(90)에 의해 착용가능하고 그리고 사용자(90)의 눈들의 전면에 디스플레이(70)를 포지셔닝하도록 구성된 프레임(80)에 커플링될 수 있다. 디스플레이(70)는 일부 실시예들에서 안경류로 고려될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스피커(100)는 프레임(80)에 커플링되고 사용자(90)의 외이도(ear canal)에 인접하게 포지셔닝되도록 구성된다(일부 실시예들에서, 도시되지 않은 다른 스피커가 선택적으로 사용자의 다른 외이도에 인접하게 포지셔닝되어 스테레오/형상화가능 사운드 제어를 제공할 수 있음). 디스플레이 시스템은 또한 하나 또는 그 초과의 마이크로폰들(110) 또는 사운드를 검출하기 위한 다른 디바이스들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 마이크로폰은 사용자가 입력들 또는 커맨드들(예컨대, 음성 메뉴 커맨드들, 자연어 질문들 등의 선택)을 시스템(60)에 제공하게 하도록 구성되고 그리고/또는 다른 사람들(예컨대, 유사한 디스플레이 시스템들의 다른 사용자들)과 오디오 통신을 허용할 수 있다. 마이크로폰은 추가로 오디오 데이터(예컨대, 사용자 및/또는 환경으로부터의 사운드들)를 수집하도록 주변 센서로서 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 디스플레이 시스템은 또한 주변 센서(120a)를 포함할 수 있고, 주변 센서(120a)는 프레임(80)으로부터 분리되고 사용자(90)의 몸체에(예컨대, 사용자(90)의 머리, 몸통, 손발 등 상에) 부착될 수 있다. 주변 센서(120a)는 일부 실시예들에서 사용자(90)의 생리학적 상태를 특징으로 하는 데이터를 획득하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 센서(120a)는 전극일 수 있다.
[0055] 도 2를 계속 참조하면, 디스플레이(70)는 다양한 구성들로 장착될 수 있는, 이를테면 프레임(80)에 고정되게 부착되거나, 사용자에 의해 착용된 헬멧 또는 모자에 고정되게 부착되거나, 헤드폰들에 임베딩되거나, 그렇지 않으면 사용자(90)에게 제거가능하게 부착되는(예컨대, 백팩(backpack)-스타일 구성으로, 벨트-커플링 스타일 구성으로) 로컬 데이터 프로세싱 모듈(140)에, 통신 링크(130), 이를테면 유선 리드 또는 무선 연결성에 의해 동작가능하게 커플링된다. 유사하게, 센서(120a)는 통신 링크(120b), 예컨대 유선 리드 또는 무선 연결성에 의해 로컬 프로세서 및 데이터 모듈(140)에 동작가능하게 커플링될 수 있다. 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(140)은 하드웨어 프로세서뿐 아니라, 디지털 메모리, 이를테면 비-휘발성 메모리(예컨대, 플래시 메모리 또는 하드 디스크 드라이브들)를 포함할 수 있고, 이 둘 모두는 데이터의 프로세싱, 캐싱(caching) 및 저장을 돕는 데 활용될 수 있다. 데이터는 a) (예컨대 프레임(80)에 동작가능하게 커플링되거나 그렇지 않으면 사용자(90)에게 부착될 수 있는) 센서들, 이를테면 이미지 캡처 디바이스들(이를테면 카메라들), 마이크로폰들, 관성 측정 유닛들, 가속도계들, 컴파스(compass)들, GPS 유닛들, 라디오 디바이스들, 자이로(gyro)들 및/또는 본원에 개시된 다른 센서들로부터 캡처되고; 그리고/또는 b) 원격 프로세싱 모듈(150) 및/또는 원격 데이터 저장소(160)를 사용하여 획득 및/또는 프로세싱되고, 그런 프로세싱 또는 리트리벌(retrieval) 후 가능하게 디스플레이(70)에 전달되는 데이터(가상 콘텐츠에 관련된 데이터를 포함함)를 포함한다. 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(140)은 통신 링크들(170, 180)에 의해, 이를테면 유선 또는 무선 통신 링크들을 통하여, 원격 프로세싱 모듈(150) 및 원격 데이터 저장소(160)에 동작가능하게 커플링될 수 있어서, 이들 원격 모듈들(150, 160)은 서로 동작가능하게 커플링되고 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(140)에 대한 리소스들로서 이용가능하다. 일부 실시예들에서, 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(140)은 이미지 캡처 디바이스들, 마이크로폰들, 관성 측정 유닛들, 가속도계들, 컴파스들, GPS 유닛들, 라디오 디바이스들 및/또는 자이로들 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 이들 센서들 중 하나 또는 그 초과는 프레임(80)에 부착될 수 있거나, 또는 유선 또는 무선 통신 경로들에 의해 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(140)과 통신하는 독립형 구조들일 수 있다.
[0056] 도 2를 계속 참조하면, 일부 실시예들에서, 원격 프로세싱 모듈(150)은 데이터 및/또는 이미지 정보를 분석 및 프로세싱하도록 구성된 하나 또는 그 초과의 프로세서들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 원격 데이터 저장소(160)는 "클라우드" 리소스 구성에서 인터넷 또는 다른 네트워킹 구성을 통하여 이용가능할 수 있는 디지털 데이터 저장 설비를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 원격 데이터 저장소(160)는 하나 또는 그 초과의 원격 서버들을 포함할 수 있고, 상기 원격 서버들은 정보, 예컨대 증강 현실 콘텐츠를 생성하기 위한 정보를 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(140) 및/또는 원격 프로세싱 모듈(150)에 제공한다. 일부 실시예들에서, 모든 데이터는 저장되고 모든 컴퓨테이션(computation)들은 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈에서 수행되는데, 이는 원격 모듈로부터 완전히 자율적인 사용을 허용한다.
[0057] 이제 도 3을 참조하면, "3차원" 또는 "3D" 인 것으로서의 이미지의 인식은 뷰어의 각각의 눈에 이미지의 약간 상이한 프리젠테이션들을 제공함으로써 달성될 수 있다. 도 3은 사용자에 대한 3차원 이미저리(imagery)를 시뮬레이팅하기 위한 종래의 디스플레이 시스템을 예시한다. 2개의 별개의 이미지들(190, 200)(각각의 눈(210, 220)에 대해 하나씩)은 사용자에게 출력된다. 이미지들(190 및 200)은 뷰어의 시선과 평행한 광학 또는 z-축을 따라 거리(230) 만큼 눈들(210 및 220)로부터 이격된다. 이미지들(190 및 200)은 편평하고 눈들(210 및 220)은 단일 원근조절된 상태를 취함으로써 이미지들 상에 포커싱할 수 있다. 그런 3D 디스플레이 시스템들은 결합된 이미지에 대한 깊이 및/또는 스케일(scale)의 인식을 제공하기 위해 이미지들(190, 200)을 결합하기 위한 인간 시각 시스템에 의존한다.
[0058] 그러나, 인간 시각 시스템이 더 복잡하고 깊이의 현실적인 인식을 제공하는 것이 더 난제라는 것이 인식될 것이다. 예컨대, 종래의 "3D" 디스플레이 시스템들의 많은 뷰어들은 그런 시스템들이 불편하다고 여기거나 깊이 감을 전혀 인식하지 못할 수 있다. 이론에 의해 제한되지 않고, 객체의 뷰어들이 이접 운동 및 원근조절의 결합으로 인해 객체를 "3차원"인 것으로 인식할 수 있다는 것이 믿어진다. 서로에 대해 2개의 눈들의 이접 운동 움직임들(즉, 객체 상에 고정시키도록 눈들의 시선들을 수렴하기 위하여 서로를 향해 또는 서로 멀어지게 동공이 움직이도록 하는 눈들의 회전)은 눈들의 렌즈들 및 동공들의 포커싱(또는 "원근조절")과 밀접하게 연관된다. 정상 조건들 하에서, 하나의 객체로부터 상이한 거리에 있는 다른 객체로 포커스를 변화시키기 위하여, 눈들의 렌즈들의 포커스를 변화시키거나, 또는 눈들의 원근을 조절하는 것은 "원근조절-이접 운동 반사(accommodation-vergence reflex)"로서 알려진 관계 하에서, 동일한 거리로의 이접 운동의 매칭 변화뿐 아니라 동공 팽창 또는 수축을 자동으로 유발할 것이다. 마찬가지로, 이접 운동의 변화는 정상 조건들 하에서, 렌즈 형상 및 동공 사이즈의 원근 조절의 매칭 변화를 트리거할 것이다. 본원에서 주목된 바와 같이, 많은 입체적 또는 "3D" 디스플레이 시스템들은, 3차원 조망이 인간 시각 시스템에 의해 인식되도록 각각의 눈에 약간 상이한 프리젠테이션들(및, 따라서, 약간 상이한 이미지들)을 사용하여 장면을 디스플레이한다. 그러나, 그런 시스템들은 많은 뷰어들에게 불편한데, 그 이유는 여러 가지 것들 중에서, 그런 시스템들이 단순히 장면의 상이한 프리젠테이션들을 제공하지만, 눈들이 단일 원근조절된 상태에서 모든 이미지 정보를 보고, 그리고 "원근조절-이접 운동 반사"에 대하여 작동하기 때문이다. 원근조절과 이접 운동 사이의 더 나은 매치를 제공하는 디스플레이 시스템들은 3차원 이미저리의 더 현실적이고 편안한 시뮬레이션들을 형성할 수 있다.
[0059] 도 4는 다수의 깊이 평면들을 사용하여 3차원 이미저리를 시뮬레이팅하기 위한 접근법의 양상들을 예시한다. 도 4를 참조하면, z-축 상에서 눈들(210 및 220)로부터 다양한 거리들에 있는 객체들은, 이들 객체들이 인 포커스(in focus)되도록 눈들(210, 220)에 의해 원근조절된다. 눈들(210 및 220)은 z-축을 따라 상이한 거리들에 있는 객체들을 포커싱하기 위해 특정 원근조절된 상태들을 취한다. 결과적으로, 특정 원근조절된 상태는 연관된 초점 거리와 함께, 깊이 평면들(240) 중 특정 하나의 깊이 평면과 연관되는 것으로 말해질 수 있어서, 특정 깊이 평면의 객체들 또는 객체들의 부분들은, 눈이 그 깊이 평면에 대해 원근조절된 상태에 있을 때 인 포커스된다. 일부 실시예들에서, 3차원 이미저리는 눈들(210, 220)의 각각에 대해 이미지의 상이한 프리젠테이션들을 제공함으로써, 그리고 또한 깊이 평면들 각각에 대응하는 이미지의 상이한 프리젠테이션들을 제공함으로써 시뮬레이팅될 수 있다. 예시의 명확성을 위해 별개인 것으로 도시되지만, 눈들(210, 220)의 시야들이 예컨대 z-축을 따른 거리가 증가함에 따라 오버랩할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 게다가, 예시의 용이함을 위해 편평한 것으로 도시되지만, 깊이 평면의 윤곽들이 물리적 공간에서 휘어질 수 있어서, 깊이 평면 내의 모든 피처들이 특정 원근조절된 상태에서 눈과 인 포커싱되는 것이 인식될 것이다.
[0060] 객체와 눈(210 또는 220) 사이의 거리는 또한, 그 눈에 의해 보여지는 그 객체로부터의 광의 발산량을 변화시킬 수 있다. 도 5a-도 5c는 광선들의 거리와 발산 사이의 관계들을 예시한다. 객체와 눈(210) 사이의 거리는 감소하는 거리의 순서로 R1, R2 및 R3에 의해 나타내진다. 도 5a-도 5c에 도시된 바와 같이, 광선들은, 객체에 대한 거리가 감소함에 따라 더 많이 발산하게 된다. 거리가 증가함에 따라, 광선들은 더 시준된다. 다른 말로하면, 포인트(객체 또는 객체의 일부)에 의해 생성된 광 필드가 구체 파면 곡률을 갖는다고 말할 수 있으며, 구체 파면 곡률은, 그 포인트가 사용자의 눈으로부터 얼마나 멀리 떨어져 있는지의 함수이다. 곡률은 객체와 눈(210) 사이의 거리가 감소함에 따라 증가한다. 결과적으로, 상이한 깊이 평면들에서, 광선들의 발산 정도는 또한 상이하고, 발산 정도는, 깊이 평면들과 뷰어의 눈(210) 사이의 거리가 감소함에 따라 증가한다. 도 5a-도 5c 및 본원의 다른 도면들에서 예시의 명확성을 위해 단지 한쪽 눈(210)만이 예시되지만, 눈(210)에 대한 논의들이 뷰어의 양쪽 눈들(210 및 220)에 적용될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
[0061] 이론에 의해 제한되지 않고, 인간 눈이 통상적으로 깊이 인식을 제공하기 위해 유한한 수의 깊이 평면들을 해석할 수 있다는 것이 믿어진다. 결과적으로, 인식된 깊이의 매우 믿을만한 시뮬레이션은, 눈에, 이들 제한된 수의 깊이 평면들 각각에 대응하는 이미지의 상이한 프리젠테이션들을 제공함으로써 달성될 수 있다. 상이한 프리젠테이션들은 뷰어의 눈들에 의해 별도로 포커싱될 수 있어서, 상이한 깊이 평면 상에 위치된 장면에 대해 상이한 이미지 피처들을 포커싱하게 하는데 요구되는 눈의 원근 조절에 기반하여 그리고/또는 포커싱에서 벗어난 상이한 깊이 평면들 상의 상이한 이미지 피처들을 관찰하는 것에 기반하여 사용자에게 깊이 단서들을 제공하는 것을 돕는다.
[0062] 도 6은 이미지 정보를 사용자에게 출력하기 위한 도파관 스택의 예를 예시한다. 디스플레이 시스템(250)은 복수의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)을 사용하여 3차원 인식을 눈/뇌에 제공하기 위해 활용될 수 있는 도파관들의 스택, 또는 스택된 도파관 어셈블리(260)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 디스플레이 시스템(250)은 도 2의 시스템(60)이고, 도 6은 그 시스템(60)의 일부 부분들을 더 상세히 개략적으로 보여준다. 예컨대, 도파관 어셈블리(260)는 도 2의 디스플레이(70)의 부분일 수 있다. 디스플레이 시스템(250)이 일부 실시예들에서 광 필드 디스플레이로 고려될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 게다가, 도파관 어셈블리(260)는 또한 접안 렌즈로 지칭될 수 있다.
[0063] 도 6을 계속 참조하면, 도파관 어셈블리(260)는 또한 도파관들 사이에 복수의 피처들(320, 330, 340, 350)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 피처들(320, 330, 340, 350)은 하나 또는 그 초과의 렌즈들일 수 있다. 도파관들(270, 280, 290, 300, 310) 및/또는 복수의 렌즈들(320, 330, 340, 350)은 다양한 레벨들의 파면 곡률 또는 광선 발산으로 이미지 정보를 눈에 전달하도록 구성될 수 있다. 각각의 도파관 레벨은 특정 깊이 평면과 연관될 수 있고 그 깊이 평면에 대응하는 이미지 정보를 출력하도록 구성될 수 있다. 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)은 도파관들에 대한 광의 소스로서 기능할 수 있고 이미지 정보를 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)에 주입하는 데 활용될 수 있고, 이 도파관들 각각은, 본원에 설명된 바와 같이, 눈(210)을 향하여 출력하도록, 각각의 개별 도파관에 걸쳐 인입 광을 분배하도록 구성될 수 있다. 광은 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)의 출력 표면(410, 420, 430, 440, 450)에서 출사하고 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)의 대응하는 입력 표면(460, 470, 480, 490, 500)으로 주입된다. 일부 실시예들에서, 입력 표면들(460, 470, 480, 490, 500)의 각각은 대응하는 도파관의 에지일 수 있거나, 대응하는 도파관의 주 표면(즉, 세계(510) 또는 뷰어의 눈(210)을 직접 향하는 도파관 표면들 중 하나)의 부분일 수 있다. 일부 실시예들에서, 광의 단일 빔(예컨대, 시준된 빔)은 특정 도파관과 연관된 깊이 평면에 대응하는 특정 각도들(및 발산량들)로 눈(210)을 향하여 지향되는 복제되고 시준된 빔들의 전체 필드를 출력하기 위해 각각의 도파관으로 주입될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400) 중 하나의 이미지 주입 디바이스는 복수(예컨대, 3개)의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)과 연관되어 이들에 광을 주입할 수 있다.
[0064] 일부 실시예들에서, 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)은, 각각, 대응하는 도파관(270, 280, 290, 300, 310)으로의 주입을 위한 이미지 정보를 각각 생성하는 이산 디스플레이들이다. 일부 다른 실시예들에서, 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)은 예컨대 이미지 정보를 하나 또는 그 초과의 광학 도관들(이를테면, 광섬유 케이블들)을 통하여 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)의 각각에 파이핑(pipe)할 수 있는 단일 멀티플렉싱된 디스플레이의 출력단들이다. 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)에 의해 제공된 이미지 정보가 상이한 파장들, 또는 컬러들(예컨대, 본원에 논의된 바와 같이, 상이한 컴포넌트 컬러들)의 광을 포함할 수 있다는 것이 인식될 것이다.
[0065] 일부 실시예들에서, 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)로 주입된 광은 광 투사기 시스템(520)에 의해 제공되고, 광 투사기 시스템(520)은 광 방출기, 이를테면 LED(light emitting diode)를 포함할 수 있는 광 모듈(540)을 포함한다. 광 모듈(540)로부터의 광은 빔 분할기(550)를 통해 광 변조기(530), 예컨대 공간 광 변조기로 지향되어 이에 의해 수정될 수 있다. 광 변조기(530)는 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)로 주입된 광의 인식된 세기를 변화시키도록 구성될 수 있다. 공간 광 변조기들의 예들은 LCOS(liquid crystal on silicon) 디스플레이들을 포함하는 LCD(liquid crystal displays)를 포함한다. 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)이 개략적으로 예시되고 그리고 일부 실시예들에서, 이들 이미지 주입 디바이스들이, 광을 도파관들(270, 280, 290, 300, 310) 중 연관된 도파관들로 출력하도록 구성된 공통 투사 시스템의 상이한 광 경로들 및 위치들을 나타낼 수 있다는 것이 인식될 것이다.
[0066] 일부 실시예들에서, 디스플레이 시스템(250)은 다양한 패턴들(예컨대, 래스터(raster) 스캔, 나선형 스캔, 리사주(Lissajous) 패턴들 등)의 광을 하나 또는 그 초과의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310) 및 궁극적으로 뷰어의 눈(210)으로 투사하도록 구성된 하나 또는 그 초과의 스캐닝 섬유들을 포함하는 스캐닝 섬유 디스플레이일 수 있다. 일부 실시예들에서, 예시된 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)은 광을 하나 또는 복수의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)로 주입하도록 구성된 단일 스캐닝 섬유 또는 스캐닝 섬유들의 번들(bundle)을 개략적으로 나타낼 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 예시된 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)은 복수의 스캐닝 섬유들 또는 복수의 스캐닝 섬유들의 번들들을 개략적으로 나타낼 수 있고, 이들 각각은 도파관들(270, 280, 290, 300, 310) 중 연관된 도파관으로 광을 주입하도록 구성된다. 하나 또는 그 초과의 광섬유들이 광 모듈(540)로부터의 광을 하나 또는 그 초과의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)로 전달하도록 구성될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 하나 또는 그 초과의 개재 광학 구조들이 스캐닝 섬유, 또는 섬유들과 하나 또는 그 초과의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310) 사이에 제공되어, 예컨대 스캐닝 섬유를 출사하는 광을 하나 또는 그 초과의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)로 재지향시킬 수 있다는 것이 인식될 것이다.
[0067] 제어기(560)는 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400), 광 소스(540) 및 광 변조기(530)의 동작을 포함하여, 스택된 도파관 어셈블리(260) 중 하나 또는 그 초과의 동작을 제어한다. 일부 실시예들에서, 제어기(560)는 로컬 데이터 프로세싱 모듈(140)의 부분이다. 제어기(560)는, 예컨대 본원에 개시된 다양한 방식들 중 임의의 방식에 따라, 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)로의 이미지 정보의 타이밍 및 제공을 조절하는 프로그래밍(예컨대, 비-일시적 매체 내의 명령들)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제어기는 단일 통합 디바이스, 또는 유선 또는 무선 통신 채널들에 의해 연결되는 분산형 시스템일 수 있다. 제어기(560)는 일부 실시예들에서 프로세싱 모듈들(140 또는 150)(도 2)의 부분일 수 있다.
[0068] 도 6을 계속 참조하면, 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)은 TIR(total internal reflection: 내부 전반사)에 의해 각각의 개별 도파관 내에서 광을 전파시키도록 구성될 수 있다. 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)은 각각 주 최상부 표면 및 주 최하부 표면, 그리고 이들 주 최상부 표면과 주 최하부 표면 사이에서 연장되는 에지들을 가진 평면형일 수 있거나 다른 형상(예컨대, 곡선형)일 수 있다. 예시된 구성에서, 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)은 각각, 이미지 정보를 눈(210)으로 출력하기 위해 각각의 개별 도파관 내에서 전파되는 광을 도파관 밖으로 재지향시킴으로써 도파관 밖으로 광을 추출하도록 구성된 아웃커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)을 포함할 수 있다. 추출된 광은 또한 아웃커플링된 광이라 지칭될 수 있고 아웃커플링 광학 엘리먼트들은 또한 광 추출 광학 엘리먼트들이라 지칭될 수 있다. 추출된 광 빔은, 도파관 내에서 전파되는 광이 광 추출 광학 엘리먼트를 가격하는 위치들에서 도파관에 의해 출력될 수 있다. 아웃커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은 예컨대, 본원에서 추가로 논의된 바와 같이 회절 광학 피처들을 포함하는 격자들일 수 있다. 아웃커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은, 설명의 용이함 및 도면 명확성을 위해 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)의 최하부 주 표면들에 배치된 것으로 예시되지만, 본원에서 추가로 논의된 바와 같이, 일부 실시예들에서는, 최상부 및/또는 최하부 주 표면들에 배치될 수 있고, 그리고/또는 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)의 볼륨 내에 직접 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 아웃커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)을 형성하기 위해 투명 기판에 부착된 재료의 층으로 형성될 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)은 모놀리식 재료 피스(piece)일 수 있고 아웃커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은 그 재료 피스의 표면 상에 및/또는 내부에 형성될 수 있다.
[0069] 도 6을 계속 참조하면, 본원에 논의된 바와 같이, 각각의 도파관(270, 280, 290, 300, 310)은 특정 깊이 평면에 대응하는 이미지를 형성하기 위해 광을 출력하도록 구성된다. 예컨대, 눈에 가장 가까운 도파관(270)은, (그런 도파관(270)에 주입된) 시준된 광을 눈(210)에 전달하도록 구성될 수 있다. 시준된 광은 광학 무한대 초점 평면을 나타낼 수 있다. 위쪽(up) 다음 도파관(280)은, 시준된 광이 눈(210)에 도달할 수 있기 전에 제1 렌즈(350)(예컨대, 네거티브 렌즈)를 통과하는 시준된 광을 전달하도록 구성될 수 있고; 그런 제1 렌즈(350)는 약간 볼록한 파면 곡률을 생성하도록 구성될 수 있어서, 눈/뇌는 그 위쪽 다음 도파관(280)으로부터 오는 광을, 광학적 무한대로부터 눈(210)을 향하여 안쪽으로 더 가까운 제1 초점 평면으로부터 오는 것으로 해석한다. 유사하게, 위쪽 제3 도파관(290)은 눈(210)에 도달하기 전에 제1 렌즈(350) 및 제2 렌즈(340) 둘 모두를 통하여 자신의 출력 광을 통과시키고; 제1 렌즈(350) 및 제2 렌즈(340)의 결합된 광학 파워는 다른 증분 양의 파면 곡률을 생성하도록 구성될 수 있어서, 눈/뇌는 제3 도파관(290)으로부터 오는 광을, 위쪽 다음 도파관(280)으로부터의 광보다 광학적 무한대로부터 사람을 향하여 안쪽으로 훨씬 더 가까운 제2 초점 평면으로부터 오는 것으로 해석한다.
[0070] 다른 도파관 층들(300, 310) 및 렌즈들(330, 320)은 유사하게 구성되고, 스택 내 가장 높은 도파관(310)은, 자신의 출력을, 사람과 가장 가까운 초점 평면을 대표하는 총(aggregate) 초점 파워에 대해 자신과 눈 사이의 렌즈들 모두를 통하여 전달한다. 스택된 도파관 어셈블리(260)의 다른 측부 상에서 세계(510)로부터 오는 광을 보고/해석할 때 렌즈들(320, 330, 340, 350)의 스택을 보상하기 위하여, 보상 렌즈 층(620)이 아래쪽 렌즈 스택(320, 330, 340, 350)의 총 파워를 보상하기 위해 스택의 최상부에 배치될 수 있다. 그런 구성은 이용가능한 도파관/렌즈 쌍들이 존재하는 만큼 많은 인식되는 초점 평면들을 제공한다. 도파관들의 아웃커플링 광학 엘리먼트들과 렌즈들의 포커싱 양상들 둘 모두는 정적(즉, 동적이거나 전자-활성이지 않음)일 수 있다. 일부 대안적인 실시예들에서, 어느 하나 또는 둘 모두는 전자-활성 피처들을 사용하여 동적일 수 있다.
[0071] 일부 실시예들에서, 도파관들(270, 280, 290, 300, 310) 중 2개 또는 그 초과는 동일한 연관된 깊이 평면을 가질 수 있다. 예컨대, 다수의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)은 이미지들 세트를 동일한 깊이 평면에 출력하도록 구성될 수 있거나, 또는 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)의 다수의 서브세트들은 이미지들 세트를, 각각의 깊이 평면에 대해 하나의 세트로, 동일한 복수의 깊이 평면들에 출력하도록 구성될 수 있다. 이것은 이들 깊이 평면들에 확장된 시야를 제공하기 위해 타일화된(tiled) 이미지를 형성하는 장점들을 제공할 수 있다.
[0072] 도 6을 계속 참조하면, 아웃커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은 자신의 개별 도파관들로부터 광을 재지향하는 것 및 도파관과 연관된 특정 깊이 평면에 대해 적절한 양의 발산 또는 시준으로 이 광을 출력하는 것 둘 모두를 수행하도록 구성될 수 있다. 결과적으로, 상이한 연관된 깊이 평면들을 가진 도파관들은 상이한 구성들의 아웃커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)을 가질 수 있고, 아웃커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은 연관된 깊이 평면에 따라 상이한 발산 양으로 광을 출력한다. 일부 실시예들에서, 광 추출 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은 특정 각도들에서 광을 출력하도록 구성될 수 있는 볼류메트릭(volumetric) 또는 표면 피처들일 수 있다. 예컨대, 광 추출 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은 볼륨 홀로그램들, 표면 홀로그램들, 및/또는 회절 격자들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 피처들(320, 330, 340, 350)은 렌즈들이 아닐 수 있고; 오히려, 이들은 단순히 스페이서들(예컨대, 공기 갭들을 형성하기 위한 구조들 및/또는 클래딩(cladding) 층들)일 수 있다.
[0073] 일부 실시예들에서, 아웃커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은 "회절 광학 엘리먼트"(또한 본원에서 "DOE"로서 지칭됨) 또는 회절 패턴을 형성하는 회절 피처들이다. 바람직하게, DOE들은 충분히 낮은 회절 효율성을 가져서, 빔의 광의 일부만이 DOE의 각각의 교차에 의해 눈(210)을 향하여 편향되지만, 나머지는 TIR을 통하여 도파관을 통해 계속 이동한다. 따라서, 이미지 정보를 운반하는 광은 다수의 위치들에서 도파관을 출사하는 다수의 관련된 출사 빔들로 나뉘어지고, 그 결과는 도파관 내에서 이리저리 바운싱(bouncing)되는 이런 특정 시준된 빔에 대해 눈(210)을 향하여 상당히 균일한 출사 방출 패턴이다.
[0074] 일부 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 DOE들은, 이들이 활발하게 회절하는 "온" 상태들과 이들이 현저하게 회절하지 않는 "오프" 상태들 사이에서 스위칭가능할 수 있다. 예컨대, 스위칭가능 DOE는, 마이크로액적(microdroplet)들이 호스트 매질에 회절 패턴을 포함하는 폴리머 확산형 액정 층을 포함할 수 있고, 마이크로액적들의 굴절률은 호스트 재료의 굴절률에 실질적으로 매칭하도록 스위칭될 수 있거나(이 경우에 패턴은 입사 광을 뚜렷하게 회절시키지 않음) 또는 마이크로액적은 호스트 매질과 매칭하지 않는 인덱스(index)로 스위칭될 수 있다(이 경우 패턴은 입사 광을 활발하게 회절시킴).
[0075] 일부 실시예들에서, 카메라 어셈블리(630)(예컨대, 가시 광 및 적외선 광 카메라들을 포함하는 디지털 카메라)는, 예컨대 사용자 입력들을 검출하고 그리고/또는 사용자의 생리학적 상태를 모니터링하도록 눈(210)의 이미지들 및/또는 눈(210) 주위의 조직을 캡처하기 위해 제공될 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 카메라는 임의의 이미지 캡처 디바이스일 수 있다. 일부 실시예들에서, 카메라 어셈블리(630)는 이미지 캡처 디바이스 및 눈에 광(예컨대, 적외선 광)을 투사하기 위한 광 소스를 포함할 수 있고, 이후 광은 눈에 의해 반사되고 이미지 캡처 디바이스에 의해 검출될 수 있다. 일부 실시예들에서, 카메라 어셈블리(630)는 프레임(80)에 부착될 수 있고(도 2) 그리고 카메라 어셈블리(630)로부터의 이미지 정보를 프로세싱할 수 있는 프로세싱 모듈들(140 및/또는 150)과 전기적으로 통신할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나의 카메라 어셈블리(630)는 각각의 눈을 별개로 모니터링하기 위해 각각의 눈에 활용될 수 있다.
[0076] 이제 도 7을 참조하면, 도파관에 의해 출력된 출사 빔들의 예가 도시한다. 하나의 도파관이 예시되지만, 도파관 어셈블리(260)(도 6)의 다른 도파관들이 유사하게 기능할 수 있고, 여기서 도파관 어셈블리(260)가 다수의 도파관들을 포함한다는 것이 인식될 것이다. 광(640)은 도파관(270)의 입력 표면(460)에서 도파관(270)으로 주입되고 TIR에 의해 도파관(270) 내에서 전파된다. 광(640)이 DOE(570) 상에 충돌하는 포인트들에서, 광의 일부는 출사 빔들(650)로서 도파관을 출사한다. 출사 빔들(650)은 실질적으로 평행한 것으로 예시되지만, 본원에 논의된 바와 같이, 이들 출사 빔들(650)은 또한 도파관(270)과 연관된 깊이 평면에 따라, (예컨대, 발산하는 출사 빔들을 형성하는) 각도로 눈(210)으로 전파되도록 재지향될 수 있다. 실질적으로 평행한 출사 빔들이 눈(210)으로부터 원 거리(예컨대, 광학 무한대)에 있는 깊이 평면 상에 세팅되는 것으로 보이는 이미지들을 형성하기 위해 광을 아웃커플링하는 아웃커플링 광학 엘리먼트들을 갖는 도파관을 나타낼 수 있다는 것이 인식될 것이다. 다른 도파관들 또는 아웃커플링 광학 엘리먼트들의 다른 세트들은 더 발산하는 출사 빔 패턴을 출력할 수 있고, 이는 눈(210)이 망막 상의 포커스로 이동하도록 더 근거리에 원근조절되는 것을 요구할 것이고 광학 무한대보다 눈(210)에 더 근거리로부터의 광으로서 뇌에 의해 해석될 것이다.
[0077] 일부 실시예들에서, 풀 컬러 이미지는 컴포넌트 컬러들, 예컨대 3개 또는 그 초과의 컴포넌트 컬러들 각각에 이미지들을 오버레잉함으로써 각각의 깊이 평면에 형성될 수 있다. 도 8은, 각각의 깊이 평면이 다수의 상이한 컴포넌트 컬러들을 사용하여 형성된 이미지들을 포함하는 스택된 도파관 어셈블리의 예를 예시한다. 비록 더 많거나 더 적은 깊이들이 또한 고려되지만, 예시된 실시예는 깊이 평면들(240a - 240f)을 도시한다. 각각의 깊이 평면은, 제1 컬러(G)의 제1 이미지; 제2 컬러(R)의 제2 이미지; 및 제3 컬러(B)의 제3 이미지를 포함하여, 자신과 연관된 3개 또는 그 초과의 컴포넌트 컬러 이미지들을 가질 수 있다. 상이한 깊이 평면들은 문자들 G, R 및 B 다음에 디옵터들(dpt)에 대한 상이한 숫자들로 도면에 표시된다. 단지 예들로서, 이들 문자들 각각 다음의 숫자들은 디옵터들(1/m), 또는 뷰어로부터 깊이 평면의 역거리(inverse distance)를 표시하고, 도면들에서 각각의 박스는 개별 컴포넌트 컬러 이미지를 나타낸다. 일부 실시예들에서, 상이한 파장들의 광의 눈의 포커싱의 차이들을 고려하기 위해, 상이한 컴포넌트 컬러들에 대해 깊이 평면들의 정확한 배치는 가변할 수 있다. 예컨대, 주어진 깊이 평면에 대해 상이한 컴포넌트 컬러 이미지들이 사용자로부터 상이한 거리들에 대응하는 깊이 평면들 상에 배치될 수 있다. 그런 어레인지먼트는 시력 및 사용자 편안함을 증가시킬 수 있고 그리고/또는 색수차들을 감소시킬 수 있다.
[0078] 일부 실시예들에서, 각각의 컴포넌트 컬러의 광은 단일 전용 도파관에 의해 출력될 수 있고, 결과적으로 각각의 깊이 평면은 자신과 연관된 다수의 도파관들을 가질 수 있다. 그런 실시예들에서, 도면들에서 문자들 G, R 또는 B를 포함하는 각각의 박스는 개별 도파관을 나타내는 것으로 이해될 수 있고, 그리고 깊이 평면당 3개의 도파관들이 제공될 수 있고, 여기서 깊이 평면당 3개의 컴포넌트 컬러 이미지들이 제공된다. 각각의 깊이 평면과 연관된 도파관들이 설명의 용이함을 위해 이 도면에서 서로 인접하게 도시되지만, 물리적 디바이스에서, 도파관들 모두가 레벨당 하나의 도파관을 가진 스택으로 배열될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 일부 다른 실시예들에서, 다수의 컴포넌트 컬러들은 동일한 도파관에 의해 출력될 수 있어서, 예컨대 깊이 평면당 단일 도파관만이 제공될 수 있다.
[0079] 도 8을 계속 참조하면, 일부 실시예들에서, G는 녹색이고, R은 적색이고, 그리고 B는 청색이다. 일부 다른 실시예들에서, 자홍색 및 청록색을 포함하는, 광의 다른 파장들과 연관된 다른 컬러들은 적색, 녹색 또는 청색 중 하나 또는 그 초과에 더하여 사용될 수 있거나 적색, 녹색 또는 청색 중 하나 또는 그 초과를 대체할 수 있다.
[0080] 본 개시내용 전반에 걸쳐 광의 주어진 컬러에 대한 참조들이 그 주어진 컬러인 것으로서 뷰어에 의해 인식되는 광의 파장 범위 내의 하나 또는 그 초과의 파장들의 광을 포함하는 것으로 이해될 것이라는 것이 인식될 것이다. 예컨대, 적색 광은 약 620-780 nm 범위의 하나 또는 그 초과의 파장들의 광을 포함할 수 있고, 녹색 광은 약 492-577 nm의 범위의 하나 또는 그 초과의 파장들의 광을 포함할 수 있고, 그리고 청색 광은 약 435-493 nm의 범위의 하나 또는 그 초과의 파장들의 광을 포함할 수 있다.
[0081] 일부 실시예들에서, 광 소스(540)(도 6)는 뷰어의 시각 인식 범위를 벗어난 하나 또는 그 초과의 파장들, 예컨대 적외선 및/또는 자외선 파장들의 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 게다가, 디스플레이(250)의 도파관들의 인커플링, 아웃커플링 및 다른 광 재지향 구조들은, 예컨대 이미징 및/또는 사용자 시뮬레이션 애플리케이션들을 위해, 디스플레이로부터의 이런 광을 사용자의 눈(210)을 향해 지향시키고 방출하도록 구성될 수 있다.
[0082] 이제 도 9a를 참조하면, 일부 실시예들에서, 도파관 상에 충돌하는 광은 도파관에 그 광을 인커플링하기 위해 재지향될 필요가 있을 수 있다. 인커플링 광학 엘리먼트는 자신의 대응하는 도파관으로 광을 재지향시키고 인커플링하는 데 사용될 수 있다. 도 9a는 인커플링 광학 엘리먼트를 각각 포함하는 복수의 스택된 도파관들 또는 스택된 도파관들의 세트(660)의 예의 측단면도를 예시한다. 도파관들은 하나 또는 그 초과의 상이한 파장들, 또는 하나 또는 그 초과의 상이한 범위들의 파장들의 광을 출력하도록 각각 구성될 수 있다. 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400) 중 하나 또는 그 초과로부터의 광이 인커플링을 위해 광이 재지향되기를 요구하는 포지션으로부터 도파관들로 주입되는 것을 제외하고, 스택(660)이 스택(260)(도 6)에 대응할 수 있고 스택(660)의 예시된 도파관들이 복수의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)의 부분에 대응할 수 있다는 것이 인식될 것이다.
[0083] 스택된 도파관들의 예시된 세트(660)는 도파관들(670, 680 및 690)을 포함한다. 각각의 도파관은, 예컨대 도파관(670)의 주 표면(예컨대, 상부 주 표면) 상에 배치된 인커플링 광학 엘리먼트(700), 도파관(680)의 주 표면(예컨대, 상부 주 표면) 상에 배치된 인커플링 광학 엘리먼트(710), 및 도파관(690)의 주 표면(예컨대, 상부 주 표면) 상에 배치된 인커플링 광학 엘리먼트(720)를 가진 연관된 인커플링 광학 엘리먼트(도파관 상의 광 입력 영역으로 또한 지칭될 수 있음)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720) 중 하나 또는 그 초과는 (특히 하나 또는 그 초과의 인커플링 광학 엘리먼트들이 반사성, 편향 광학 엘리먼트들인 경우) 개별 도파관(670, 680, 690)의 최하부 주 표면 상에 배치될 수 있다. 예시된 바와 같이, 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은, 특히, 이들 인커플링 광학 엘리먼트들이 투과성, 편향 광학 엘리먼트들인 경우, 이들 개별 도파관(670, 680, 690)의 상부 주 표면(또는 그 다음의 하부 도파관의 최상부) 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은 개별 도파관(670, 680, 690)의 몸체에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 본원에 논의된 바와 같이, 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은 파장 선택적이어서, 이들 인커플링 광학 엘리먼트들은 다른 파장들의 광을 투과시키면서 하나 또는 그 초과의 파장들의 광을 선택적으로 재지향시킨다. 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)이, 이들 개개의 도파관(670, 680, 690)의 일 측부 또는 모서리 상에 예시되지만, 일부 실시예들에서, 이들은, 그 개별 도파관(670, 680, 690)의 다른 영역들에 배치될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
[0084] 예시된 바와 같이, 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은 서로 측방향으로 오프셋될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 인커플링 광학 엘리먼트는 오프셋될 수 있어서, 각각의 인커플링 광학 엘리먼트는, 다른 인커플링 광학 엘리먼트를 통과하지 않은 광을 수신한다. 예컨대, 각각의 인커플링 광학 엘리먼트(700, 710, 720)는 도 6에 도시된 바와 같이 상이한 이미지 주입 디바이스(360, 370, 380, 390 및 400)로부터 광을 수신하도록 구성될 수 있고, 그리고 실질적으로 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720) 중 다른 인커플링 광학 엘리먼트들로부터 광을 수신하지 않도록 다른 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)로부터 분리(예컨대, 측방향으로 이격)될 수 있다.
[0085] 각각의 도파관은 또한 연관된 광 분배 엘리먼트들을 포함하는데, 예컨대, 도파관(670)의 주 표면(예컨대, 최상부 주 표면) 상에 광 분배 엘리먼트들(730)이 배치되고, 도파관(680)의 주 표면(예컨대, 최상부 주 표면) 상에 광 분배 엘리먼트들(740)이 배치되고, 그리고 도파관(690)의 주 표면(예컨대, 최상부 주 표면) 상에 광 분배 엘리먼트들(750)가 배치된다. 일부 다른 실시예들에서, 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750)은 각각 연관된 도파관들(670, 680, 690)의 최하부 주 표면 상에 배치될 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750)은 각각 연관된 도파관들(670, 680, 690)의 최상부 및 최하부 주 표면 둘 모두 상에 배치될 수 있거나; 또는 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750)은 각각 상이한 연관된 도파관들(670, 680, 690)의 최상부 및 최하부 주 표면들 중 상이한 주 표면들 상에 배치될 수 있다.
[0086] 도파관들(670, 680, 690)은 예컨대, 가스, 액체 및/또는 고체 재료 층들에 의해 이격되고 분리될 수 있다. 예컨대, 예시된 바와 같이, 층(760a)은 도파관들(670 및 680)을 분리할 수 있고; 그리고 층(760b)은 도파관들(680 및 690)을 분리할 수 있다. 일부 실시예들에서, 층들(760a 및 760b)은 낮은 굴절률 재료들(즉, 도파관들(670, 680, 690) 중 바로 인접한 도파관을 형성하는 재료보다 더 낮은 굴절률을 가진 재료들)로 형성된다. 바람직하게, 층들(760a, 760b)을 형성하는 재료의 굴절률은 도파관들(670, 680, 690)을 형성하는 재료의 굴절률보다 0.05 또는 그 초과, 또는 0.10 또는 그 미만이다. 유리하게, 더 낮은 굴절률 층들(760a, 760b)은 도파관들(670, 680, 690)을 통해 광의 내부 전반사(TIR)(예컨대, 각각의 도파관의 최상부 주 표면과 최하부 주 표면 사이의 TIR)를 가능하게 하는 클래딩 층들로서 기능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 층들(760a, 760b)은 공기로 형성된다. 예시되지 않았지만, 도파관들의 예시된 세트(660)의 최상부 및 최하부가 바로 이웃하는 클래딩 층들을 포함할 수 있다는 것이 인식될 것이다.
[0087] 바람직하게, 제조의 용이함 및 다른 고려 사항들 때문에, 도파관들(670, 680, 690)을 형성하는 재료는 유사하거나 동일하고, 층들(760a, 760b)을 형성하는 재료는 유사하거나 동일하다. 일부 실시예들에서, 도파관들(670, 680, 690)을 형성하는 재료는 하나 또는 그 초과의 도파관들 사이에서 상이할 수 있고, 그리고/또는 층들(760a, 760b)을 형성하는 재료는 상이하지만, 위에서 주목된 다양한 굴절률 관계들을 여전히 유지할 수 있다.
[0088] 도 9a를 계속 참조하면, 광선들(770, 780, 790)은 도파관들의 세트(660) 상에 입사한다. 광선들(770, 780, 790)이 하나 또는 그 초과의 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)(도 6)에 의해 도파관들(670, 680, 690)로 주입될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
[0089] 일부 실시예들에서, 광선들(770, 780, 790)은 상이한 특성들, 예컨대 상이한 컬러들에 대응할 수 있는 상이한 파장들 또는 상이한 범위들의 파장들을 가진다. 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720) 각각은 입사 광을 편향시켜, 광은 TIR에 의해 도파관들(670, 680, 690) 중 각 도파관을 통해 전파된다. 일부 실시예들에서, 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720) 각각은, 하나 또는 그 초과의 특정 파장들의 광을 선택적으로 편향시키지만, 다른 파장들을 아래 놓인 도파관 및 연관된 인커플링 광학 엘리먼트로 투과시킨다.
[0090] 예컨대, 인커플링 광학 엘리먼트(700)는, 제1 파장 또는 파장들의 범위를 가진 광선(770)을 편향시키지만, 각각 상이한 제2 및 제3 파장들 또는 파장들의 범위들을 가진 광선들(780 및 790)을 투과시키도록 구성될 수 있다. 투과된 광선(780)은 제2 파장 또는 파장들의 범위의 광을 편향시키도록 구성된 인커플링 광학 엘리먼트(710)에 충돌하여 이에 의해 편향된다. 광선(790)은 제3 파장 또는 파장들의 범위의 광을 선택적으로 편향시키도록 구성된 인커플링 광학 엘리먼트(720)에 의해 편향된다.
[0091] 도 9a를 계속 참조하면, 편향된 광선들(770, 780, 790)은, 그들이 대응하는 도파관(670, 680, 690)을 통해 전파되도록 편향된다; 즉, 각각의 도파관의 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은 광을 그 대응하는 도파관(670, 680, 690)에 인커플링하기 위해 광을 그 대응하는 도파관으로 편향시킨다. 광선들(770, 780, 790)은 광이 TIR에 의해 개별 도파관(670, 680, 690)을 통해 전파되게 하는 각도들로 편향된다. 광선들(770, 780, 790)은, 도파관의 대응하는 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750) 상에 충돌할 때까지 TIR에 의해 개별 도파관(670, 680, 690)을 통해 전파된다.
[0092] 이제 도 9b를 참조하면, 도 9a의 복수의 스택된 도파관들의 예의 사시도가 예시된다. 위에서 주목된 바와 같이, 인커플링된 광선들(770, 780, 790)은 각각 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)에 의해 편향되고, 이어서 각각 도파관들(670, 680, 690) 내에서 TIR에 의해 전파된다. 이어서, 광선들(770, 780, 790)은 각각 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750) 상에 충돌한다. 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750)은 광선들(770, 780, 790)을 편향시켜, 이들 광선들(770, 780, 790)은 각각 아웃커플링 광학 엘리먼트들(800, 810, 820)을 향해 전파된다.
[0093] 일부 실시예들에서, 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750)은 OPE(orthogonal pupil expander)들이다. 일부 실시예들에서, OPE들은, 광을 아웃커플링 광학 엘리먼트들(800, 810, 820)로 편향 또는 분배하고, 그리고 일부 실시예들에서, 광이 아웃커플링 광학 엘리먼트들로 전파될 때 이 광의 빔 또는 스폿(spot) 사이즈를 또한 증가시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750)은 생략될 수 있고 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은 광을 직접 아웃커플링 광학 엘리먼트들(800, 810, 820)로 편향시키도록 구성될 수 있다. 예컨대, 도 9a를 참조하면, 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750)은 각각 아웃커플링 광학 엘리먼트들(800, 810, 820)로 대체될 수 있다. 일부 실시예들에서, 아웃커플링 광학 엘리먼트들(800, 810, 820)은 뷰어의 눈(210)(도 7)으로 광을 지향시키는 EP(exit pupil)들 또는 EPE(exit pupil expander)들이다. OPE들이 적어도 하나의 축에서 눈 박스의 치수들을 증가시키도록 구성될 수 있고 EPE들이 OPE들의 축을 교차하는, 예컨대 수직하는 축에서 눈 박스를 증가시킬 수 있다는 것이 인식될 것이다. 예컨대, 각각의 OPE는, OPE를 가격하는 광의 일부를 동일한 도파관의 EPE로 재지향시키면서, 광의 나머지 부분이 도파관 아래로 계속 전파되는 것을 허용하도록 구성될 수 있다. 다시 OPE에 충돌할 때, 나머지 광의 다른 부분은 EPE로 재지향되고, 그리고 그 부분의 나머지 부분은 도파관 아래로 추가로 계속 전파되는 식이다. 유사하게, EPE를 가격할 때, 충돌 광의 일부는 도파관으로부터 사용자를 향해 지향되고, 그리고 그 광의 나머지 부분은, 다시 EP를 가격할 때까지 도파관을 통해 계속 전파되고, 이때 충돌 광의 다른 부분은 도파관의 밖으로 지향되는 식이다. 결과적으로, 인커플링된 광의 단일 빔은, 그 광의 일부가 OPE 또는 EPE에 의해 재지향될 때마다 "복제"될 수 있고, 이에 의해 도 6에 도시된 바와 같이, 복제된 광 빔들의 필드가 형성된다. 일부 실시예들에서, OPE 및/또는 EPE는 광 빔들의 사이즈를 수정하도록 구성될 수 있다.
[0094] 따라서, 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 일부 실시예들에서, 도파관들의 세트(660)는 도파관들(670, 680, 690); 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720); 광 분배 엘리먼트들(예컨대, OPE들)(730, 740, 750); 및 각각의 컴포넌트 컬러에 대한 아웃커플링 광학 엘리먼트들(예컨대, EP들)(800, 810, 820)을 포함한다. 도파관들(670, 680, 690)은 서로의 사이에 공기 갭/클래딩 층이 있게 스택될 수 있다. 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은 입사 광을 자신의 도파관으로 재지향시키거나 편향시킨다(상이한 인커플링 광학 엘리먼트들은 상이한 파장들의 광을 수신함). 이어서, 광은 개별 도파관(670, 680, 690) 내에서 TIR을 초래할 각도로 전파된다. 도시된 예에서, 광선(770)(예컨대, 청색 광)은 이전에 설명된 방식으로, 제1 인커플링 광학 엘리먼트(700)에 의해 편향되고, 이어서 도파관 아래로 계속 바운스하여, 광 분배 엘리먼트(예컨대, OPE들)(730) 및 이어서 아웃커플링 광학 엘리먼트(예컨대, EP들)(800)와 상호작용한다. 광선들(780 및 790)(예컨대, 각각 녹색 및 적색 광)은 도파관(670)을 통과할 것이고, 광선(780)은 인커플링 광학 엘리먼트(710)에 충돌하여 이에 의해 편향된다. 이어서, 광선(780)은 TIR에 의해 도파관(680) 아래로 바운스하고, 자신의 광 분배 엘리먼트(예컨대, OPE들)(740) 및 이어서 아웃커플링 광학 엘리먼트(예컨대, EP들)(810)로 진행된다. 마지막으로, 광선(790)(예컨대, 적색 광)은 도파관(690)을 통과하여 도파관(690)의 광 인커플링 광학 엘리먼트들(720) 상에 충돌한다. 광 인커플링 광학 엘리먼트들(720)은 광선(790)을 편향시켜, 광선은 TIR에 의해 광 분배 엘리먼트(예컨대, OPE들)(750)로, 이어서 TIR에 의해 아웃커플링 광학 엘리먼트(예컨대, EP들)(820)로 전파된다. 이어서, 아웃커플링 광학 엘리먼트(820)는 마지막으로 광선(790)을, 다른 도파관들(670, 680)로부터 아웃커플링된 광을 또한 수신하는 뷰어에게 아웃커플링한다.
[0095] 도 9c는 도 9a 및 도 9b의 복수의 스택된 도파관들의 예의 하향식 평면도를 예시한다. 예시된 바와 같이, 각각의 도파관의 연관된 광 분배 엘리먼트(730, 740, 750) 및 연관된 아웃커플링 광학 엘리먼트(800, 810, 820)와 함께, 도파관들(670, 680, 690)은 수직으로 정렬될 수 있다. 그러나, 본원에서 논의된 바와 같이, 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은 수직으로 정렬되지 않고; 오히려, 인커플링 광학 엘리먼트들은 바람직하게 비-오버랩핑된다(예컨대, 하향식 도면에서 도시된 바와 같이 측방향으로 이격됨). 본원에서 추가로 논의된 바와 같이, 이런 비오버랩핑 공간 어레인지먼트는 일대일 방식으로 상이한 리소스들로부터 상이한 도파관들로 광의 주입을 가능하게 하고, 이에 의해 특정 광 소스가 특정 도파관에 고유하게 커플링되는 것이 허용된다. 일부 실시예들에서, 비오버랩핑 공간-분리 인커플링 광학 엘리먼트들을 포함하는 어레인지먼트들은 시프트된 동공 시스템으로 지칭될 수 있고, 그리고 이들 어레인지먼트들 내의 인커플링 광학 엘리먼트들은 서브 동공들에 대응할 수 있다.
[0096] 이제 도 10a 및 도 10b에 대해 참조가 이루어질 것이다. 위에서 설명된 것들 같은 증강 현실 디바이스들의 일부 실시예들은 증강 현실 시스템에 포함된 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들의 초점 길이들을 튜닝(tuning)함으로써 (주위 실세계의 객체들로부터의 인입 광뿐 아니라 증강 현실 시스템으로부터 투사된 이미지 정보에 대한 광을 포함하는) 광의 파면을 조정하도록 구성될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 증강 현실 시스템은 광을 사용자 또는 뷰어(예컨대, 도 2의 뷰어 또는 사용자(90))를 향해 투사하는 복수의 스택된 도파관들(예컨대, 도 9a 및 도 9b의 복수의 스택된 도파관들 또는 스택된 도파관들의 세트(660)에 대응하거나, 또는 도 6의 스택된 도파관 어셈블리(260)에 대응함)을 포함할 수 있는 디스플레이 디바이스를 포함할 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 디스플레이 디바이스는 단지 단일 도파관만을 포함할 수 있다. 결과적으로, 복수의 도파관들이 본원의 개시내용의 다양한 부분들에서 참조되지만, 복수의 도파관들이 단일 도파관에 의해 대체될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
[0097] 본원에서 논의된 바와 같이, 도파관들로부터 투사된 광은 가상, 증강 현실 이미지 정보를 뷰어에게 제공하는 데 사용될 수 있다. 광은, 사용자가 광을 하나 또는 그 초과의 상이한 깊이들, 또는 뷰어로부터의 거리로부터 발생하는 것으로 인식하도록 투사될 수 있다. 디스플레이 디바이스는 광학적으로 투과성일 수 있어서, 사용자는 디스플레이 디바이스를 통해 주위 환경의 실세계 객체들을 볼 수 있다. 일부 실시예들에서, 도파관들은 고정된 광학 파워를 가지도록 구성될 수 있다. 투사된 광이 상이한 깊이들로부터 발생하는 모습을 제공하기 위해, 도파관들은 발산 광빔들을 출력하도록 구성될 수 있고, 상이한 발산 양들은 상이한 깊이 평면들에 대응한다.
[0098] 도파관들의 고정된 광학 파워가, 도파관들에 의해 출력된 광을 포커싱하기 위해 뷰어의 눈들이 적절한 원근조절 범위를 가지는 것을 가정하는 것이 인식될 것이다. 그러나, 위에서 논의된 바와 같이, 일부 뷰어들은 명확하게 보기 위해 교정 렌즈를 요구할 수 있고, 결과적으로 도파관으로부터 출력된 이미지 정보는 그런 뷰어들에 의해 명확하게 보여질 수 없다. 일부 실시예들에서, 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트는 도파관에 의해 출력된 광의 파면에 적합한 조정을 제공하여, 이 광이 뷰어의 눈에 의해 올바르게 포커싱되는 것을 허용하도록 도파관과 뷰어의 눈 사이에 제공될 수 있다. 그러나, 이런 제1 렌즈 엘리먼트는 또한 주위 환경으로부터 뷰어의 눈으로 전파되는 광의 경로 내에 있다. 결과적으로, 제1 렌즈 엘리먼트는 주위 환경으로부터의 광의 파면을 수정하고, 이에 의해 뷰어의 세계의 뷰에 수차들을 유발할 수 있다. 그런 수차들을 교정하기 위해, 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트는 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트로부터 복수의 스택된 도파관들의 대향 측 상에 배치될 수 있고; 즉, 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트는 주위 환경의 실세계 객체들로부터의 광의 파면을 조정하기 위해 복수의 스택된 도파관들과 주위 실세계 사이에 있을 수 있다. 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트는 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트에 의해 유발되는 수차들을 보상하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트는 또한 도파관들에 의해 유발되는 수차들을 보상하도록 구성될 수 있다.
[0099] 일부 실시예들에서, 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 포커스는 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 포커스와 역 또는 반대일 수 있다. 예컨대, 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트가 포지티브 광학 파워를 가지면, 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트는 유사한 크기를 가질 수 있는 네거티브 광학 파워를 가질 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워 및 개재 도파관들의 광학 파워 둘 모두를 보상하기 위해, 제2 렌즈 엘리먼트들의 광학 파워는 제1 렌즈 엘리먼트 및 도파관들의 총 광학 파워와 반대이고 유사한 크기를 가질 수 있다.
[0100] 일부 다른 실시예들에서, 도파관들은 광학 파워를 가지지 않을 수 있고(예컨대, 도파관들은 시준된 광을 출력하도록 구성될 수 있음), 그리고 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들은 뷰어에 의해 특정 깊이 평면 상에 있는 것으로 해석될 이미지 정보에 대한 적합한 발산 양을 제공하기 위해 도파관들로부터 방출되는 광의 파면을 수정하도록 구성될 수 있다. 특정 깊이 평면 상에 이미지 정보를 배치하기 위한 광학 파워가 그 특정 깊이 평면에 대한 뷰어의 안경 처방을 고려하기 위해 특정 차이에 의해 조정될 것이기 때문에, 상이한 뷰어들에 대해 적합한 발산 양이 가변할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 그런 실시예들에서, 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트와 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 사이의 도파관 스택은 간단히 단일 도파관에 의해 형성될 수 있다.
[0101] 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트가 뷰어의 눈들 중 한쪽 눈에 대해 제공될 수 있고, 그리고 각각 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트와 유사한 제3 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제4 가변 포커스 렌즈 엘리먼트가 뷰어의 눈들의 다른쪽 눈에 대해 제공될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
[0102] 도 10a 및 도 10b는 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들 및 도파관 스택을 가진 디스플레이 시스템들(예컨대, 증강 현실 디스플레이 시스템들)의 예들의 개략 예시들을 도시한다. 디스플레이 시스템(2010)이 디스플레이 시스템(250)(도 6)에 대응할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 도 10a의 예시적인 디스플레이 시스템(2010)은 단일 도파관을 가진 도파관 스택을 도시하고, 그리고 도 10b의 예는 복수의 도파관들을 가진 도파관 스택을 도시한다. 도 10a 및 도 10b 둘 모두에서, 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(2007a) 및 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(2007b)는 도파관 스택(2005)(도 10a)의 양측 상에 배치되고, 그리고 제3 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(2008a) 및 제4 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(2008b)는 도파관 스택(2006)(도 10b)의 양측 상에 배치된다.
[0103] 도 10a 및 도 10b의 다양한 예시된 도파관들(2005a, 2005b, 2006a, 2006b)은 도 6의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310) 및/또는 도 9a 및 도 9b의 도파관들(670, 680, 및 690)의 개별 도파관들과 유사한 특징 및/또는 피처(feature)들을 가질 수 있다. 도파관 스택들(2005, 2006)은 도 9a 및 도 9b의 복수의 스택된 도파관들 또는 스택된 도파관들의 세트(660) 또는 도 6의 스택된 도파관 어셈블리(260)와 유사한 특징 및/또는 피처들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 도파관들(2005a, 2005b, 2006a, 2006b)은 광학 파워, 예컨대 고정된 광학 파워를 도파관들에 제공하는 광학 엘리먼트들, 이를테면 회절 광학 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 예컨대, 이들 도파관들 중 하나 또는 그 초과는 0 디옵터(Diopter) 내지 약 5.0 디옵터, 약 0.5 디옵터 내지 약 4.5 디옵터, 약 1.0 디옵터 내지 약 4.0 디옵터, 약 1.5 디옵터 내지 약 3.5 디옵터, 약 2.0 디옵터 내지 약 3.0 디옵터의 범위, 또는 이들 범위들 또는 서브범위들의 임의의 값의 광학 파워를 가질 수 있다. 다른 예로서, 특정 실시예에서, 도파관들의 각각은 1.5 디옵터의 광학 파워를 가질 수 있다.
[0104] 위에서 논의된 바와 같이, 광학 소스(2003 또는 2004)로부터 이미지 정보(예컨대, 가상 콘텐츠)를 제공하는 광은 각각 도파관(2005a 또는 2006a)로 주입될 수 있어서, 광은 내부 전반사에 의해 이들 도파관들 각각을 통해 전파된다. 전파되는 광은 아웃커플링 엘리먼트들(예컨대, 도 9a 및 도 9b의 아웃커플링 엘리먼트들(800, 810, 820)에 대응함)에 의해 사용자의 눈(2001)을 향해 도파관(2005a)(또는 도파관(2005b)) 밖으로 투사될 수 있다. 일부 실시예들에서, 광학 소스들(2003, 2004)은 본원에서 개시된 바와 같이, 2D 이미지 패턴을 생성하기 위한 움직임가능(moving) 섬유를 활용하는 FSD(fiber scanning device)들일 수 있다. FSD는 다양한 패턴들, 이를테면 예컨대, 래스터(raster) 스캔, 나선형 스캔, 리사주(Lissajous) 등으로 광을 투사함으로써 2D 이미지 패턴을 생성할 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 광학 소스(2003a)(및/또는 2003b)는 본원에서 또한 개시된 바와 같이, 예컨대 풀(full) 이미지가 도파관 상으로 투사되는 이미지 투사 시스템일 수 있다. 광학 소스(2003a)(및/또는 2003b)로부터의 광이 도파관들의 에지들을 통해 또는 도파관의 주 표면을 통해 도파관 스택(2005)으로 주입될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 도파관 스택이 복수의 도파관들을 포함하는 경우, 광학 소스(2003 및/또는 2004)는 광을 이들 도파관들 중 다수의 도파관들로 주입하도록 구성될 수 있거나, 또는 부가적인 광학 소스들, 예컨대 각각의 도파관에 대해 하나의 광학 소스가 제공될 수 있다.
[0105] 도 10a 및 도 10b에 예시된 바와 같이, 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(2007a)는 도파관 스택(2005)과 사용자의 눈(2001) 사이에 배치될 수 있고, 그리고 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(2007b)는 도파관 스택(2005)과 사용자 주위의 실세계 사이에 배치될 수 있다. 눈(2001)이 도 6의 뷰어의 눈(210)에 대응할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 유사하게, 제3 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(2008a)는 도파관 스택(2006)과 사용자의 눈(2002) 사이에 배치될 수 있고 그리고 제4 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(2008b)는 도파관 스택(2006)과 사용자 주위의 실세계 사이에 배치될 수 있다.
[0106] 일부 실시예들에서, 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(2007a 및 2007b), 및 제3 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제4 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(2008a 및 2008b)는 적응형 광학 엘리먼트들일 수 있다. 적응형 광학 엘리먼트들은 적응형 광학 엘리먼트들 상에 입사되는 파면의 형상을 변화시키기 위해, 예컨대 전기 신호를 적응형 광학 엘리먼트들에 인가함으로써 동적으로 변경될 수 있다. 일부 실시예들에서, 적응형 광학 엘리먼트들은 투과성 광학 엘리먼트, 이를테면 동적 렌즈(예컨대, 액정 렌즈, 전기-활성 렌즈, 움직임가능 엘리먼트들을 가진 종래의 굴절 렌즈, 기계적-변형-기반 렌즈, 일렉트로웨팅(electrowetting) 렌즈, 탄성중합체 렌즈, 또는 상이한 굴절률들을 가진 복수의 유체들)를 포함할 수 있다. 적응형 광학기기의 형상, 굴절률, 또는 다른 특징을 변경함으로써, 적응형 광학기기 상에 입사되는 파면은, 본원에서 설명된 바와 같이, 예컨대 뷰어의 눈들에 의해 광의 포커스를 변경하기 위해 변화될 수 있다.
[0107] 일부 실시예들에서, 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들(2007a, 2007b, 2008a, 2008b)은 2개의 기판들 사이에 샌드위치된 액정 층을 포함할 수 있다. 기판들은 광학적으로 투과성 재료, 이를테면 예컨대, 유리, 플라스틱, 아크릴 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판들은 편평할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판들은, 기판들의 부분들이 고정된 광학 파워를 가질 수 있도록 휘어진 구역들을 가질 수 있다.
[0108] 일부 실시예들에서, 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들(2007a, 2007b, 2008a, 2008b)의 광학 파워는 예컨대, 액정 층 및/또는 기판들과 통합된 하나 또는 그 초과의 박막 트랜지스터(TFT)들 및/또는 전극들을 통해 액정 층에 인가된 전기 신호(예컨대, 전류 및/또는 전압)를 조정함으로써 가변될 수 있다. 액정 층 내의 액정 종들의 배향들이 층의 굴절률을 결정하는 것이 인식될 것이다. 인가된 전기 신호는 액정 종들의 배향을 세팅하고, 이에 의해 인가된 전기 신호를 변경함으로써 액정 층의 굴절률이 원하는대로 가변되는 것을 허용한다. 일부 실시예들에서, 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들(2007a, 2007b, 2008a, 2008b)의 광학 파워는 약 ± 5.0 디옵터 사이(예컨대, 약 -4.0 디옵터 내지 +4.0 디옵터; 약 -3.5 디옵터 내지 약 +3.5 디옵터, 약 -3.0 디옵터 내지 약 +3.0 디옵터, 약 -2.0 디옵터 내지 약 +2.0 디옵터, 약 -1.5 디옵터 내지 약 +1.5 디옵터, 이들 범위들 또는 서브범위들 중 임의의 범위 내의 값들을 포함함)에서 가변될 수 있다.
[0109] 유리하게, 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들(2007a, 2007b, 2008a, 2008b)은 그들 개별 연관된 도파관 스택들(2005, 2006)의 도파관들의 애퍼처(aperture)에 실질적으로 매칭되는 넓은 애퍼처를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들(2007a, 2007b, 2008a, 2008b)의 애퍼처들은 도파관 스택들(2005, 2006)의 도파관들의 표면 영역들과 실질적으로 동일(예컨대, 약 ±20%, 약 ±15%, 또는 약 ±10% 내에서)할 수 있다. 결과적으로, 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들(2007a, 2007b, 2008a, 2008b) 및 도파관 스택들(2005, 2006)이 연관된 눈(2001, 2002)에 광을 전달하는 영역들은 실질적으로 동일할 수 있다.
[0110] 도 10a 및 도 10b를 계속 참조하면, 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제3 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(2007a, 2008a)는 도파관 스택들(2005, 2006)의 도파관으로부터 투사되는 광의 파면을 각각 조정하여, 그 광을 눈들(2001, 2002)의 망막 상으로 각각 적절하게 포커싱하도록 가변된 자신의 광학 파워를 각각 가질 수 있다. 본원에서 주목된 바와 같이, 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제3 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(2007a, 2008a)는 주위 환경의 객체(2009)로부터의 인입 광의 파면에서 수차들을 유발할 수 있고, 이에 의해 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(2007a)를 통해 보여지는 실세계 객체들(2009)의 광학 이미지 품질을 감소시킨다. 제2 및 제4 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들(2007b, 2008b)은 객체(2009)를 볼 때, 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제3 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(2007a, 2008a) 각각 및 임의의 도파관들에 의해 도입된 수차들을 유리하게 보상할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 및 제4 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들(2007b, 2008b)은 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제3 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(2007a, 2008a) 각각 및 연관된 도파관 스택(2005, 2006)에 의해 제공된 광학 파워와 반대의 광학 파워를 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반대의 광학 파워의 크기는, 각각의 눈(2001, 2002)에 대한 디스플레이 시스템(2010)의 순 광학 파워가, 눈이 이접 운동하는 깊이 평면에서의 눈에 대한 광학 처방과 동일하도록 이루어진다. 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(2007a 및 2007b)에 의해 제공되는 광학 파워는 전자 하드웨어 제어 시스템(2011)에 의해 가변되고 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자 하드웨어 제어 시스템(2011)은 도 2의 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(140) 및/또는 원격 프로세싱 모듈(150)에 대응할 수 있다.
[0111] 일부 실시예들에서, 증강 현실 디스플레이 시스템(2010)은 사용자의 눈들의 이접 운동을 결정하도록 구성될 수 있다. 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(2007a, 2007b)의 광학 파워는 눈들(2001, 2002)의 이접 운동에 기반하여 세팅될 수 있다. 제3 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제4 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(2008a, 2008b)의 광학 파워는 또한 이런 이접 운동 포인트에 기반하여 세팅될 수 있다. 이접 운동 포인트가, 눈들(2001, 2002)의 시선들이 수렴하는 공간 내의 포인트이고 그리고 이들 눈들의 생리학적 원근조절 타겟에 대응할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 일부 실시예들에서, 포인트가 눈들(2001, 2002)로부터 떨어진 거리는, 예컨대 눈들(2001, 2002) 사이의 알려진 이격 양들 및 각각의 눈에 의해 이루어진 각도들에 기반하여 계산될 수 있다. 그 거리가 계산되면, 그 거리에 대한 뷰어에 대한 적합한 교정이 결정될 수 있다. 예컨대, 디스플레이 시스템(2010)은 하나 또는 그 초과의 광학 처방들로 프로그래밍될 수 있다. 일부 실시예들에서, 광학 처방들은 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(140) 및/또는 원격 데이터 저장소(160)에 저장될 수 있다. 눈들(2001, 2002)과 이접 운동 포인트 사이의 거리는 그 거리에 적합한 교정과 매칭될 수 있고, 그리고 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들(2007a, 2007b, 2008a, 2008b)은 교정을 제공하도록 조정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 눈들(2001, 2002)은 상이한 처방된 교정들을 가질 수 있고, 결과적으로, 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들(2007a, 2007b, 및 2008a, 2008b)의 쌍들은 상이한 광학 파워를 제공할 수 있다.
[0112] 유리하게, 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들(2007a, 2007b, 2008a, 2008b)은, 이들의 광학 파워가 예컨대 상이한 전압들의 인가에 의해 원하는 대로 조정될 수 있기 때문에, 다수의 가능한 교정들을 제공한다. 일부 실시예들에서, 눈마다 교정들의 총 수는 1, 2, 3, 또는 4 초과일 수 있다. 일부 실시예들에서, 눈마다 교정들의 총 수는, 디스플레이 시스템(2010)이 이미지 정보를 디스플레이하도록 구성된 깊이 평면들의 수와 동일할 수 있다. 이들 교정들이 눈들(2001, 2002)로부터 다양한 거리들에 있는 객체들에 대해 결정될 수 있는 광학 처방들에 대응할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 예컨대, 4개의 처방들은 눈들(2001, 2002)로부터 점차적으로 더 먼 4개의 거리들(예컨대, 근거리, 근 중간 거리, 먼 중간 거리, 및 원 거리)에서 굴절 에러들에 대한 교정들을 결정함으로써 획득될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도파관 스택(2005)에 의해 출력된 이미지 콘텐츠를 보기 위한 가능한 교정들의 수는, 주위 환경의 객체들(2009)을 볼 때 가능한 교정들의 수와 상이할 수 있다.
[0113] 도 10a 및 도 10b를 계속 참조하면, 일부 실시예들에서, 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들(2007a, 2007b, 2008a, 2008b)의 포커스 또는 광학 파워는 사용자의 눈들(2001, 2002)의 결정된 이접 운동에 기반하여 각각 세팅될 수 있다. 예컨대, 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(2007a 및 2007b)의 광학 파워는 다른 렌즈 엘리먼트의 광학 파워에 대한 특정 참조없이 사용자의 눈들(2001)의 이접 운동에 기반하여 가변될 수 있다.
[0114] 일부 실시예들에서, 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(2007a, 2007b) 중 하나, 또는 제3 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제4 가변 포커스 엘리먼트(2008a, 2008b) 중 하나는 마스터로서 지정될 수 있고 그리고 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(2007a, 2007b) 중 다른 하나, 또는 제3 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제4 가변 포커스 엘리먼트(2008a, 2008b)는 슬레이브(slave)로서 지정될 수 있다. 슬레이브로서 지정된 가변 포커스 렌즈 엘리먼트는 마스터 가변 포커스 렌즈 엘리먼트를 따르도록 구성될 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 제2 및 제4 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들(2007b, 2008b)은 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제3 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(2007a, 2008a)에 종속될 수 있고, 그리고 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제3 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(2007a, 2008a)의 포커스는 사용자의 눈들(2001, 2002)의 결정된 이접 운동 포인트에 기반하여 세팅될 수 있다. 예컨대, 도파관(2005a)(및/또는 도파관(2005b))이 약 1.5 디옵터의 광학 파워를 가지며 사용자가 2.0 디옵터에서 이접 운동하면, 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(2007a)는 +0.5 디옵터의 광학 파워를 가질 수 있고 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(2007b)는 -0.5 디옵터의 광학 파워를 가질 수 있다.
[0115] 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들(2007a, 2007b, 2008a, 2008b)의 광학 파워들은 실시간으로 가변될 수 있고, 그리고 바람직하게, 인간 눈이 원근조절 상태들을 변화시키는 레이트보다 크거나 같은 레이트로 변화될 수 있다. 바람직하게, 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트는, 인간 눈이 원근조절 상태들을 변화시키기 전에 이들 광학 파워를 변화시킬 수 있어서, 사용자는 주어진 이접 운동 포인트에 대한 적합한 교정을 수신하는 데 지연을 경험하지 않는다. 일부 실시예들에서, 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트는 광학 파워를 약 300 ms 미만, 약 275 ms 미만, 또는 약 250 ms 미만으로 변화시킬 수 있다. 전자 하드웨어 제어 시스템(2011)은, 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들(2007a, 2007b, 2008a, 2008b)의 광학 파워들이 동시에 가변될 수 있도록 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들(2007a, 2007b, 2008a, 2008b)을 구동할 수 있다.
[0116] 본원에서 설명된 증강 현실 디스플레이 시스템들의 다양한 실시예들은 사용자의 눈들의 이접 운동을 결정/측정하기 위해 사용자의 하나 또는 그 초과의 눈들을 추적하도록 하나 또는 그 초과의 눈 추적 카메라들 또는 이미징 시스템들을 포함하는 눈 추적 시스템을 포함할 수 있다. 눈 추적 시스템(22)을 포함하는 증강 현실 시스템(2010)의 예시적인 실시예는 도 11에 예시된다. 눈 추적 시스템(22)은 사용자의 눈들(2001, 2002)로 지향되어 모니터링 및 추적하도록 구성된 광 소스들(26)(예컨대, 적외선 광 소스들)과 쌍을 이룬 카메라들(24)(예컨대, 적외선 카메라들)을 포함할 수 있다. 이들 카메라들(24) 및 광 소스들(26)은 로컬 프로세싱 모듈(140)에 동작가능하게 커플링될 수 있다. 그런 카메라들(24)은 개별 눈들의 시선의 배향들, 동공 사이즈들 및 대응하는 방향 중 하나 또는 그 초과를 모니터링할 수 있다. 본원에서 설명된 바와 같이, 카메라들(24)은 눈들(2001, 2002)의 이접 운동 포인트를 결정하도록 구성될 수 있다.
[0117] 도 11을 계속 참조하면, 카메라들(24) 및 광 소스들(26)은, 도파관 스택들(2005, 2006)을 또한 홀딩할 수 있는 프레임(80) 상에 장착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 카메라들(24)은 통신 링크들(170, 180)을 통해 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(140)과 통신할 수 있다.
[0118] 일부 실시예들에서, 눈들(2001, 2002)의 이접 운동을 결정하는 것 외에, 카메라들(24)은 눈들을 추적하여 사용자 입력을 제공하는 데 활용될 수 있다. 예컨대, 눈 추적 시스템(22)은 가상 메뉴 상의 아이템들을 선택하고, 그리고/또는 다른 입력을 디스플레이 시스템(2010)에게 제공하는 데 활용될 수 있다.
[0119] 이제 도 12a를 참조하면, 사용자의 결정된 이접 운동에 기반하여 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들의 광학 파워를 가변시키는 예시적인 방법을 묘사하는 흐름도(2200)가 제공된다. 블록(2205)에서, 사용자의 눈들의 이접 운동 포인트는 결정되거나 측정될 수 있다. 그런 결정은 예컨대 본원에서 설명된 눈 추적 시스템들을 사용하여 이루어질 수 있다. 이 결정에 기반하여, 사용자의 눈들이 지향되는 깊이 평면 및/또는 거리가 추정될 수 있다. 한 쌍의 가변 렌즈 엘리먼트들의 광학 파워는 사용자가 보는 가상 객체들 및/또는 실세계 객체들의 이미지 품질을 개선하기 위해 결정된 이접 운동에 따라 가변될 수 있다. 블록(2215)에서, 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(예컨대, 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들(2007a, 2007b, 2008a, 2008b) 중 하나)의 광학 파워는 도파관, 이를테면 도파관 스택들(2005, 2006)(도 10a 및 도 10b)의 도파관으로부터 투사된 광의 파면을 조정하기 위해 가변된다. 블록(2220)에서, 다른 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(예컨대, 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들(2007a, 2007b, 2008a, 2008b) 중 다른 하나)의 광학 파워는 주위 환경의 객체로부터의 인입 주변 광의 파면을 조정하기 위해 가변된다. 블록들(2215, 2220)이 순차적으로(예컨대, 2220 이전에 2215가 수행되거나, 그 반대로 수행됨) 수행될 수 있거나, 이들 블록들(2215, 2220)이 동시에 수행될 수도 있다는 것이 인식될 것이다. 일부 실시예들에서, 블록들(2205, 2215, 2220)은 사용자에게 편안한 보기 경험을 제공하기 위해 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들의 광학 파워들을 자동으로 그리고 연속으로 조정하도록 디스플레이 시스템(2010)에 의해 연속으로 수행될 수 있다.
[0120] 본원에 설명되고 그리고/또는 도면들에 묘사된 프로세스들, 방법들 및 알고리즘들 각각이 하나 또는 그 초과의 물리적 컴퓨팅 시스템들, 하드웨어 컴퓨터 프로세서들, 주문형 회로 및/또는 특정 그리고 특별 컴퓨터 명령들을 실행하도록 구성된 전자 하드웨어에 의해 실행되는 코드 모듈들로 구현되고, 그리고 이 코드 모듈들에 의해 완전히 또는 부분적으로 자동화될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 예컨대, 컴퓨팅 시스템들은 특정 컴퓨터 명령들로 프로그래밍된 범용 컴퓨터들(예컨대, 서버들) 또는 특수 목적 컴퓨터들, 특수 목적 회로 등을 포함할 수 있다. 코드 모듈은 실행가능 프로그램으로 컴파일링되고 링크되거나, 동적 링크 라이브러리에 설치될 수 있거나, 또는 인터프리팅(interpret)된 프로그래밍 언어로 작성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 특정 동작들 및 방법들은 주어진 기능에 특정한 회로에 의해 수행될 수 있다.
[0121] 추가로, 본 개시내용의 기능성의 소정 실시예들은 충분히 수학적으로, 계산적으로 또는 기술적으로 복잡하여, (적절한 전문화된 실행가능 명령들을 활용하는) 주문형 하드웨어 또는 하나 또는 그 초과의 물리적 컴퓨팅 디바이스들이 예컨대, 수반된 계산들의 양 또는 복잡성으로 인해 또는 실질적으로 실시간으로 결과들을 제공하기 위해 그 기능성을 수행할 필요가 있을 수 있다. 예컨대, 비디오는 많은 프레임들(각각의 프레임은 수백만의 픽셀들을 가짐)을 포함할 수 있고, 그리고 상업적으로 합리적인 시간 양에서 원하는 이미지 프로세싱 태스크 또는 애플리케이션을 제공하기 위해 특별하게 프로그래밍된 컴퓨터 하드웨어가 비디오 데이터를 프로세싱할 필요가 있다.
[0122] 코드 모듈들 또는 임의의 타입의 데이터는 임의의 타입의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체, 이를테면 하드 드라이브들, 고체 상태 메모리, RAM(random access memory), ROM(read only memory), 광학 디스크, 휘발성 또는 비-휘발성 저장부, 이들의 조합들 등을 포함하는 물리적 컴퓨터 저장부 상에 저장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체는 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(70), 원격 프로세싱 모듈(72) 및 원격 데이터 저장소(74) 중 하나 또는 그 초과의 부분일 수 있다. 방법들 및 모듈들(또는 데이터)은 또한, 생성된 데이터 신호들로서(예컨대, 반송파 또는 다른 아날로그 또는 디지털 전파 신호의 일부로서) 무선 기반 및 유선/케이블 기반 매체들을 포함하는 다양한 컴퓨터-판독가능 송신 매체들 상에서 송신될 수 있고, 그리고 (예컨대, 단일 또는 멀티플렉싱된 아날로그 신호의 일부로서, 또는 다수의 이산 디지털 패킷들 또는 프레임들로서) 다양한 형태들을 취할 수 있다. 개시된 프로세스들 또는 프로세스 단계들의 결과들은 임의의 타입의 비일시적, 유형의 컴퓨터 저장부에 영구적으로 또는 다른 방식으로 저장될 수 있거나 또는 컴퓨터-판독가능 송신 매체를 통해 통신될 수 있다.
[0123] 본원에 설명되고 그리고/또는 첨부 도면들에 묘사된 흐름도들에서의 임의의 프로세스들, 블록들, 상태들, 단계들, 또는 기능성들은 프로세스의 단계들 또는 (예컨대, 논리적 또는 산술적) 특정 기능을 구현하기 위한 하나 또는 그 초과의 실행가능 명령들을 포함하는 코드 모듈들, 세그먼트들 또는 코드의 부분들을 잠재적으로 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 다양한 프로세스들, 블록들, 상태들, 단계들 또는 기능성들은 본원에 제공된 예시적인 예들에서 조합되거나, 재배열되거나, 이들에 부가되거나, 이들로부터 삭제되거나, 수정되거나 다르게 변화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 부가적인 또는 상이한 컴퓨팅 시스템들 또는 코드 모듈들은 본원에 설명된 기능성들 중 일부 또는 모두를 수행할 수 있다. 본원에 설명된 방법들 및 프로세스들은 또한 임의의 특정 시퀀스로 제한되지 않고, 이에 관련된 블록들, 단계들 또는 상태들은 적절한 다른 시퀀스들로, 예컨대 직렬로, 병렬로, 또는 일부 다른 방식으로 수행될 수 있다. 태스크들 또는 이벤트들은 개시된 예시적인 실시예들에 부가되거나 이들로부터 제거될 수 있다. 게다가, 본원에 설명된 실시예들에서 다양한 시스템 컴포넌트들의 분리는 예시 목적들을 위한 것이고 모든 실시예들에서 그런 분리를 요구하는 것으로 이해되지 않아야 한다. 설명된 프로그램 컴포넌트들, 방법들 및 시스템들이 일반적으로 단일 컴퓨터 제품으로 함께 통합되거나 다수의 컴퓨터 제품들로 패키징될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
[0124] 전술한 명세서에서, 본 발명은 본 발명의 특정 실시예들을 참조하여 설명되었다. 그러나, 본 발명의 더 넓은 사상 및 범위에서 벗어나지 않고 본 발명에 대한 다양한 수정들 및 변화들이 이루어질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 따라서, 명세서 및 도면들은 제한적 의미보다 오히려 예시로 고려된다.
[0125] 실제로, 본 개시내용의 시스템들 및 방법들 각각이 몇몇 혁신적인 양상들을 가지며, 이 양상들 중 어떤 단일의 양상도 본원에 개시된 바람직한 속성들을 전적으로 담당하거나 이를 위해 요구되지 않는다는 것이 인식될 것이다. 위에서 설명된 다양한 특징들 및 프로세스들은 서로 독립적으로 사용될 수 있거나, 또는 다양한 방식들로 조합될 수 있다. 모든 가능한 조합들 및 서브조합들은 본 개시내용의 범위 내에 속하도록 의도된다.
[0126] 별개의 실시예들의 맥락에서 본 명세서에 설명된 특정 특징들은 또한 단일 실시예로 결합하여 구현될 수 있다. 대조적으로, 단일 실시예의 맥락에서 설명된 다양한 특징들은 또한 별도로 다수의 실시예들로 또는 임의의 적절한 서브조합으로 구현될 수 있다. 게다가, 비록 특징들이 특정 조합들로 동작하는 것으로서 위에서 설명될 수 있고 심지어 그와 같이 처음에 청구될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 또는 그 초과의 특징들은 일부 경우들에서 조합으로부터 제거될 수 있고, 그리고 청구된 조합은 서브조합 또는 서브조합의 변형에 관련될 수 있다. 단일 특징 또는 특징들의 그룹이 각각의 그리고 모든 각각의 실시예에 필요하거나 필수적인 것은 아니다.
[0127] 특정하게 다르게 언급되지 않거나, 사용된 맥락 내에서 다르게 이해되지 않으면, 본원에 사용된 조건어, 이를테면 특히, "할 수 있다(can, could, might, may)" 및 "예컨대" 등은, 일반적으로 특정 실시예들이 특정 특징들, 엘리먼트들 또는 단계들을 포함하지만, 다른 실시예들이 이들을 포함하지 않는 것을 전달하기 위해 의도된다는 것이 인식될 것이다. 따라서, 그런 조건어는 일반적으로, 특징들, 엘리먼트들 및/또는 단계들이 하나 또는 그 초과의 실시예들을 위해 요구되거나 어떤식으로든 또는 하나 또는 그 초과의 실시예들이, 저자(author) 입력 또는 프롬프팅으로 또는 이들 없이, 이들 특징들, 엘리먼트들 및/또는 단계들이 임의의 특정 실시예에 포함되는지 또는 임의의 특정 실시예에서 수행될지를 판정하기 위한 로직을 반드시 포함하는 것을 의미하도록 의도되지 않는다. 용어 "포함하는(comprising)", "구비하는(including)", "가지는(having)" 등은 동의어이고 오픈-엔디드(open-ended) 방식으로 포괄적으로 사용되고, 그리고 부가적인 엘리먼트들, 특징들, 작용들, 동작들 등을 배제하지 않는다. 또한, 용어 "또는"은 포괄적인 의미(및 배타적 의미가 아님)로 사용되어, 예컨대 리스트의 엘리먼트들을 연결하기 위해 사용될 때, 용어 "또는"은 리스트 내 엘리먼트들 중 하나, 몇몇 또는 모두를 의미한다. 게다가, 본 출원 및 첨부된 청구항들에 사용된 단수 표현들은 다르게 특정되지 않으면 "하나 또는 그 초과" 또는 "적어도 하나"를 의미하는 것으로 이해될 것이다. 유사하게, 동작들이 특정 순서로 도면들에 도시되지만, 원하는 결과들을 달성하기 위해, 그런 동작들이 도시된 특정 순서 또는 순차적 순서로 수행되거나, 또는 모든 예시된 동작들이 수행될 필요가 없다는 것이 인식될 것이다. 추가로, 도면들은 흐름도 형태로 하나 또는 그 초과의 예시적 프로세스들을 개략적으로 묘사할 수 있다. 그러나, 묘사되지 않은 다른 동작들이 개략적으로 예시된 예시적인 방법들 및 프로세스들에 통합될 수 있다. 예컨대, 하나 또는 그 초과의 부가적인 동작들은 예시된 동작들 중 임의의 동작 이전, 이후, 동시에, 또는 중간에 수행될 수 있다. 부가적으로, 동작들은 다른 실시예들에서 재배열되거나 재정렬될 수 있다. 특정 환경들에서, 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 게다가, 위에서 설명된 실시예들에서 다양한 시스템 컴포넌트들의 분리는 모든 실시예들에서 그런 분리를 요구하는 것으로 이해되지 않아야 하고, 그리고 설명된 프로그램 컴포넌트들 및 시스템들이 일반적으로 단일 소프트웨어 제품으로 함께 통합될 수 있거나 다수의 소프트웨어 제품들로 패키징될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 부가적으로, 다른 실시예들은 다음 청구항들의 범위 내에 있다. 일부 경우들에서, 청구항들에 열거된 액션들은 상이한 순서로 수행될 수 있고 그럼에도 불구하고 원하는 결과들을 달성할 수 있다.
[0128] 따라서, 청구항들은 본원에 도시된 실시예들로 제한되는 것으로 의도되는 것이 아니라, 본 개시내용, 즉 본원에 개시된 원리들 및 신규 특징들과 일치하는 가장 넓은 범위에 부합될 것이다.

Claims (24)

  1. 디스플레이 시스템으로서,
    하나 이상의 깊이 평면들 상에 이미지 정보를 디스플레이하기 위해 광을 뷰어(viewer)에게 투사하도록 구성된 머리-장착가능 디스플레이를 포함하고,
    상기 디스플레이는:
    상기 광을 상기 뷰어에게 투사하도록 구성된 하나 이상의 도파관들 ― 상기 하나 이상의 도파관들은 주위 환경의 객체들로부터의 광을 상기 뷰어에게 전달하도록 추가로 구성됨 ―;
    상기 하나 이상의 도파관들과 상기 뷰어의 제1 눈 사이의 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 ― 상기 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트는 상기 뷰어의 상기 제1 눈의 굴절 에러를 교정하기 위해 상기 투사된 광을 수정하도록 구성됨 ―; 및
    상기 하나 이상의 도파관들과 상기 주위 환경 사이의 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트
    를 포함하고,
    상기 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트는 상기 뷰어의 상기 제1 눈의 굴절 에러를 교정하기 위해 상기 주위 환경의 객체들로부터의 광을 수정하도록 구성되는, 디스플레이 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 시스템은 상기 이미지 정보를 디스플레이하기 위한 깊이 평면에 따라 상기 제1 및 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들의 광학 파워(optical power)를 수정하도록 구성되는, 디스플레이 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 시스템은 상기 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워에 응답하여 상기 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워를 조정하도록 구성되는, 디스플레이 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 도파관들은 상기 이미지 정보를 디스플레이하기 위해 발산 광(divergent light)을 상기 뷰어에게 투사하도록 구성되는, 디스플레이 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 도파관들 각각은 고정된 광학 파워를 갖는, 디스플레이 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 도파관들과 상기 뷰어의 제2 눈 사이의 제3 가변 포커스 엘리먼트를 더 포함하는, 디스플레이 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하나 이상의 도파관들과 상기 주위 환경 사이의 제4 가변 포커스 엘리먼트를 더 포함하는, 디스플레이 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 시스템은, 상기 뷰어의 상기 제2 눈의 굴절 에러를 교정하도록 상기 투사된 광을 수정하기 위해 상기 제3 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워를 조정하도록 구성되는, 디스플레이 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 시스템은, 상기 제3 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 상기 뷰어의 상기 제2 눈의 굴절 에러를 교정하도록 상기 주위 환경의 객체들로부터의 광을 수정하기 위해 제4 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워를 조정하도록 구성되는, 디스플레이 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및/또는 상기 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워는 2개 이상의 거리들에서 상기 뷰어의 상기 제1 눈의 비전(vision)을 교정하기 위한 처방(prescription)에 따라 조정되는, 디스플레이 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 상기 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 각각에 대해 3개 이상의 미리세팅된 처방 광학 파워들을 갖는, 디스플레이 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    이용가능한 처방 광학 파워들의 수는 적어도 상기 디스플레이에 대한 깊이 평면들의 총 수와 동일한, 디스플레이 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및/또는 상기 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트는 2개의 기판들 사이에 샌드위치된 액정 층을 포함하는, 디스플레이 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및/또는 상기 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트는 전압의 인가 시에 상기 액정 층의 굴절률을 변경하기 위한 전극들을 포함하는, 디스플레이 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    전기 전류 또는 전압의 인가에 의해 상기 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및/또는 상기 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 굴절률을 변화시키도록 구성된 전자 하드웨어 제어 시스템을 더 포함하는, 디스플레이 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 디스플레이 시스템은, 상기 뷰어의 눈들의 이접 운동(vergence)을 결정하도록 구성된 눈 추적 시스템을 더 포함하고, 상기 눈 추적 시스템은, 상기 뷰어의 눈들의 상기 결정된 이접 운동에 따라 상기 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및/또는 상기 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 굴절률을 변화시키도록 상기 전자 하드웨어 제어 시스템에 대한 피드백 루프를 형성하는, 디스플레이 시스템.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 기판들은 유리를 포함하는, 디스플레이 시스템.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 시스템은, 상기 뷰어의 눈들의 이접 운동을 결정하도록 구성된 눈 추적 시스템을 더 포함하고, 그리고
    상기 디스플레이 시스템은, 상기 뷰어의 눈들의 상기 결정된 이접 운동에 따라 상기 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 상기 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워를 조정함으로써 사용자의 눈들의 굴절 에러를 교정하도록 구성되는, 디스플레이 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 눈 추적 시스템은 하나 이상의 카메라들을 포함하는, 디스플레이 시스템.
  20. 머리-장착가능 디스플레이 상에 이미지 정보를 디스플레이하기 위한 방법으로서,
    뷰어의 머리 상에 장착되는 디스플레이를 제공하는 단계 ― 상기 디스플레이는, 하나 이상의 깊이 평면들 상에 이미지 정보를 디스플레이하도록 구성되고, 그리고 상기 이미지 정보를 디스플레이하기 위해 광을 상기 뷰어에게 투사하도록 구성된 하나 이상의 도파관들을 포함하고, 상기 하나 이상의 도파관들은 주위 환경의 객체들로부터의 광을 상기 뷰어에게 전달하도록 추가로 구성됨 ―;
    상기 뷰어의 눈의 굴절 에러를 교정하는 단계를 포함하고,
    상기 교정하는 것은:
    상기 뷰어의 눈들의 굴절 에러를 교정하도록 상기 하나 이상의 도파관들로부터의 상기 투사된 광을 수정하기 위해 상기 하나 이상의 도파관들과 상기 뷰어의 눈 사이에 배치된 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워를 변화시키는 것; 및
    상기 뷰어의 눈들의 굴절 에러를 교정하도록 상기 주위 환경의 객체들로부터의 광을 수정하기 위해 상기 하나 이상의 도파관들과 상기 뷰어를 둘러싸는 환경 사이에 배치된 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워를 변화시키는 것
    을 포함하는, 머리-장착가능 디스플레이 상에 이미지 정보를 디스플레이하기 위한 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    제3 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 제4 가변 포커스 렌즈 엘리먼트를 더 포함하고, 상기 제3 가변 포커스 렌즈 엘리먼트는 상기 하나 이상의 도파관들과 상기 뷰어의 다른 눈 사이에 있고, 그리고 상기 제4 가변 포커스 렌즈 엘리먼트는 상기 제3 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 바로 전방에 그리고 상기 하나 이상의 도파관들과 상기 주위 환경 사이에 있고; 그리고
    상기 방법은 상기 제3 가변 포커스 렌즈 엘리먼트 및 상기 제4 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워를 변화시킴으로써 상기 다른 눈의 굴절 에러를 교정하는 단계를 더 포함하는, 머리-장착가능 디스플레이 상에 이미지 정보를 디스플레이하기 위한 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워는 상기 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워와 동시에 변화되는, 머리-장착가능 디스플레이 상에 이미지 정보를 디스플레이하기 위한 방법.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 하나 이상의 도파관들 각각은 상기 도파관들로부터 발산 광을 출력하도록 구성된 회절 광학 엘리먼트들을 포함하는, 머리-장착가능 디스플레이 상에 이미지 정보를 디스플레이하기 위한 방법.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 방법은, 하나 이상의 카메라들을 사용하여 상기 뷰어의 상기 눈 및 다른 눈의 이접 운동을 추적함으로써 상기 뷰어의 눈들의 이접 운동 포인트를 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 변화되는 광학 파워는 상기 결정된 이접 운동 포인트에 추가로 기초하고, 그리고
    상기 제2 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 변화되는 광학 파워는 상기 결정된 이접 운동 포인트에 추가로 기초하는, 머리-장착가능 디스플레이 상에 이미지 정보를 디스플레이하기 위한 방법.
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