KR101924820B1 - 자유 공간 반사광 표면 생성 장치 및 방법 - Google Patents

자유 공간 반사광 표면 생성 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101924820B1
KR101924820B1 KR1020137013039A KR20137013039A KR101924820B1 KR 101924820 B1 KR101924820 B1 KR 101924820B1 KR 1020137013039 A KR1020137013039 A KR 1020137013039A KR 20137013039 A KR20137013039 A KR 20137013039A KR 101924820 B1 KR101924820 B1 KR 101924820B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
surface element
space
display
eye
radius
Prior art date
Application number
KR1020137013039A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140038345A (ko
Inventor
그레고리 에이. 해리슨
데이비드 알렌 스미스
게리 이. 비제
Original Assignee
록히드 마틴 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 록히드 마틴 코포레이션 filed Critical 록히드 마틴 코포레이션
Publication of KR20140038345A publication Critical patent/KR20140038345A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101924820B1 publication Critical patent/KR101924820B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/02—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system
    • G02B17/06—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0012—Optical design, e.g. procedures, algorithms, optimisation routines
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/02—Viewing or reading apparatus
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0123—Head-up displays characterised by optical features comprising devices increasing the field of view
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/013—Head-up displays characterised by optical features comprising a combiner of particular shape, e.g. curvature

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

본 발명의 한 관점에서, 컴퓨터-기초 방법 및 관련 컴퓨터 시스템이 사용자의 눈(15)으로 선택된 공간 위치를 보도록 디스플레이 표면(11)의 가상의 이미지를 생성하는 HMD에 사용하기 위한 자유공간 반사광 표면(13)을 설계하도록 개시된다. 다른 관점에서, 컴퓨터-기초 방법 및 관련 컴퓨터 시스템이 사용자의 눈(15)으로 보도록 디스플레이 표면(11)의 가상의 이미지를 생성하는 HMD에 사용하기 위한 자유공간 반사광 표면(13)을 설계하도록 개시된다. 하나 또는 그 이상의 컴퓨터를 사용하는 이들 방법은 하기 단계를 실행한다. (a) 디스플레이 물체(25)에 의하여 디스플레이 표면(11)을 나타내고; (b) 복수개의 표면 요소(23)에 의하여 자유공간 반사광 표면을(13) 나타내고; 그리고 (c) 디스플레이 물체에 대하여 눈(15)의 원하는 응시 방향으로 사용자 눈(15)에 표시되는 각각의 디스플레이 물체(25)의 가상의 이미지를 야기시키는 각각의 주변요소(23)에 대하여 최소한 하나의 공간 위치 및 최소한 하나의 법선을 반복적으로 계산한다.

Description

자유 공간 반사광 표면 생성 장치 및 방법{METHODS AND SYSTEMS FOR CREATING FREE SPACE REFLECTIVE OPTICAL SURFACES}
본 발명은 머리-착용 디스플레이(head-mounted display: HMD)에 사용하는 것으로 자유 공간 반사광 표면을 생성시키기(즉 디자인하거나 또는 디자인하고 그 디자인을 생성시키기) 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 사용자의 눈에 근접하게 유지되는 LED(light-emitting display) 장치로부터 이미지를 디스플레이하기 위한 자유 공간 광학 표면을 생성시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 반사광 표면은 본 명세서에서 “자유 공간(free space)” 표면으로 명명되는데, 이는 그 표면의 국부 공간 위치, 국부 표면 곡면, 및 국부 표면 배향이 특별한 기판에 고정되지 않기 때문이다. 그래서 표면의 디자인이 형성될 때, x-y 평면은 3차원 공간에서 적용되는 기초 광학 원리(즉 Fermat 및 Hero 최소시간 이론)를 이용하여 결정된다.
헬멧-착용 디스플레이 또는 안경-착용 디스플레이와 같은 머리-착용 디스플레이(“HMD”)는 사용자의 한쪽 눈, 또는 통상적으로 두 눈 가까이에 위치한 하나 또는 그 이상의 작은 디스플레이 장치를 갖는 것으로 사용자의 머리에 착용하는 디스플레이 장치이다. 제1도는 디스플레이(11), 반사광표면(13), 및 회전중심(17)을 갖는 눈(15)을 포함하는 한 형태의 HMD의 기본 구성요소를 표시한다. 이 도면에서, 디스플레이(11)로부터의 광(19)은 표면(13)에 의해 반사되어 사용자의 눈(15)으로 들어간다.
실물 이미지에 대향하는 것으로, 몇몇의 HMD 디스플레이만의 가상화된(컴퓨터 생성된) 이미지는 종종 “가상의 현실(virtual reality)” 또는 실감(immersive) HMD로 명명된다.
다른 HMD들은 가상화되지 않은 실물 이미지 위에 가상의 이미지를 부과한다(결합한다). 이런 비가상화된 이미지와 가상화된 이미지의 결합은 이행하고자 하는 과제와 관련된 추가 데이터를 사용자의 전방가시영역(forward field of view: FOV)상에 결합시키는 바이저(visor) 또는 아이피스(eyepiece)를 통하여 HMD 사용자로 하여금 실물을 보게 한다. 이러한 결합은 때로 “가중된 현실(augmented reality)” 또는 “혼합된 현실(mixed reality)”로 명명된다.
비가상의 현실 시야에 가상의 이미지를 결합시키는 것은 부분-반사/부분-투과 광학 표면(“빔 스플리터(beam splitter)”)를 사용하여 달성될 수 있는데, 이 경우에는 표면 반사가 가상 이미지와 같은 (광학 감각 내에서) 가상화 이미지를 나타내는데 사용되고 표면 투과는 사용자로 하여금 실물세계를 직접 보도록 하는데 사용된다(“optical see-through system”이라 함). 실물 세계를 가상화 이미지에 결합하는 것은 또한 카메라로부터의 실물 세계 시야 비디오를 수용하고 그것을 전자적으로 결합기를 사용하여 가상화 이미지와 혼합함으로써 달성될 수 있다(“video see-through system”이라 함). 이들 결합된 이미지는 반사광 표면 장치에 의하여 (광학 감각 내에서) 가상의 이미지로 사용자에게 제공될 수 있고, 이 경우는 투과성을 가질 필요가 없다.
위에서 살펴본 바와 같이, 반사광 표면은 HMD에 사용되어 사용자에게 (ⅰ) 가상화 이미지와 비가상화 이미지의 결합, (ⅱ) 가상화 이미지와 실제 세계의 비디오 이미지의 결합, 또는 (ⅲ) 순수한 가상화 이미지를 제공한다. (마지막의 경우를 “실감(immersive)”시스템이라 한다). 이들 각각의 경우에, 반사광 표면은 사용자에게 보이는 (광학 감각 내에서) 가상의 이미지를 생성한다. 역사적으로, 이러한 반사광 표면은 출사동(出射瞳): exit pupil)이 실질적으로 사용자에게 보일 수 있는 시야의 동적 영역뿐만 아니라 시야의 정적 영역을 한정하는 광학 시스템의 일부이다. 구체적으로, 이 광학 시스템에 의해 생성된 이미지를 보기 위하여, 사용자는 그 광학 시스템의 출사동에 눈을 일치시켜야 하고, 그렇다 하더라도 사용자가 볼 수 있는 이미지는 시야의 전체 정적 영역을 카바하지 못하였다. 즉 반사광 표면을 사용한 HMD에서의 종래의 광학 시스템은 동공 형성(pupil-forming)시스템의 일부이고 그래서 출사동을 제안하였다.
이 시스템이 그렇게 제한하였던 이유는 인간의 시야가 현저히 크다는 기본적인 사실이다. 즉 인간의 눈 정적 시야 공간은 눈의 중심와(foveal)시각과 주변 시각을 포함하여 수평 방향으로 약 150°정도이고 수직방향으로 약 130°정도이다. (본 발명의 목적을 위해서는, 150도의 시야각이 인간 눈의 전방 주시 정적 시야로 사용될 것이다). 이러한 큰 정적 시야를 수용할 수 있는 출사동을 갖는 잘 고정된 광학 시스템은 거의 존재하지 않고, 존재한다면 값이 비싸고 규모도 크다.
나아가, 인간 눈의 작동 시야는(동적 시야) 눈이 회전 중심을 중심으로 회전하기 때문에 더 크다. 즉 인간의 두뇌는 눈의 응시 방향을 변화시킴으로써 다른 방향으로 눈의 중심와 및 주변 시야를 향할 수 있다. 인간 눈의 수직 운동 범위는 위로 약 40° 아래로 약 60°이고, 수평 운동 범위는 전방으로부터 ±50° 범위이다.
HMD에 종전에 사용된 광학 시스템에 의해 생성되는 출사공의 크기를 위하여, 눈의 작은 회전은 눈의 정적 시야와 출사동 사이에서 오버랩되는 것을 실질적으로 감소시키고, 눈의 더 큰 회전은 이미지가 완전히 사라지도록 한다. 이론적으로는 가능할지라도, 사용자의 눈과 공시적으로(in synchrony) 움직이는 출사동이 실용적이지 못하고 엄청나게 값이 비싸다.
인간 눈의 이러한 특성 때문에, 사람이 실제 세계를 보는 방식대로 이미지 디스플레이 시스템에 의하여 생성된 이미지를 보도록 하는 광학 시스템을 제공하는데 관련되는 세 가지 시야 영역이 있다. 이들 시야 영역 중에서 가장 작은 것은 눈을 회전하고 그래서 외부 세계에 대한 중심와(fovea)를 스캔할 수 있는 사용자의 능력에 의하여 결정된다. 최대 회전은 전방으로부터 ±50°이고, 그래서 이 시야 (중심와 동적 시야)는 약 100°이다. 중간 영역은 전방주시 고정시야 영역으로 사용자의 중심와 및 주변 시야를 포함한다. 상기 설명한 바와 같이, 이 시야는 (중심와+주변 고정 시야 영역) 150°이다. 가장 큰 영역은 눈을 회전하고 그래서 외부 세계에 대한 중심와 및 주변 시야를 스캔할 수 있는 사용자의 능력에 의하여 결정된다. ±50°의 최대 회전 및 150°의 중심와+주변 고정시야에 기초하여, 가장 큰 시야 영역(중심와+주변 동적시야 영역)은 200°이다. 최소 100도로부터 최소 150도까지 그리고 최소 200도까지로 증가하는 이들 시야 영역은 직관적이고 자연스럽게 이미지 디스플레이 시스템에 의해 생성된 이미지를 볼 수 있다는 점에서 사용자에게 상응하는 혜택을 제공한다.
그래서 인간 눈의 고정 및 동적 시야 영역의 양립성을 향상시킨 HMD에 사용하기 위한 반사광 표면이 필요하게 되었다. 또한 외부의 출사동에 의해 부과되는 제한없이 HMD에서 인간의 눈에 (광학 감각 내에서) 가상의 이미지를 제공할 수 있는 반사광 표면이 필요하게 되었다. 본 발명은 이러한 표면을 생성하기 위한 장치와 방법을 제공한다.
용어 정의
본 발명에서 “가상의 이미지(virtual image)”는 광학 감각 의미로 사용된다. 즉 가상의 이미지는 인지되는 빛이 특정의 장소에서 발생하는 상황에서 그 특정한 장소로부터 나오는 것을 인지하는 이미지이다.
(1) “반사광 표면(reflective optical surface)” (또는 “반사표면(reflective surface)”라고도 함)은 반사 및 투시 표면뿐만 아니라 단지 반사만을 하는 표면도 포함한다. 어떤 경우든지, 반사는 부분적인 것인데, 이는 입사 광선이 그 표면을 통하여 투과된다. 마찬가지로, 그 표면이 반사성과 투시성을 가질 때, 반사 및/또는 투사는 부분적이다.
(2) “시야 영역(field of view: FOV)”은 물체(즉 디스플레이) 공간에서 “실제(real)”의 시야 영역에 대향하여 이미지(눈) 공간에서 “출현하는(apparent)” 시야 영역을 의미한다.
관련특허출원
본 출원은 미국특허출원 제13/211,389호(2011.8.17 출원), 미국임시특허출원 제61/405,440호(2010.10.21 출원), 제61/417,325호(2010.11.26 출원), 제61/417,326호(2010.11.26 출원), 제61/417,327호(2010.11.26 출원), 제61/417,328호(2010.11.26 출원), 및 제61/427,530호(2010.12.28 출원)를 우선권 주장한 것으로, 이들은 모두 본 발명과 직접 관련된다.
발명의 요약
본 발명의 한 관점에서, 컴퓨터-기초 방법 및 관련 컴퓨터 시스템이 사용자의 눈(15)으로 선택된 공간 위치를 보도록 디스플레이 표면(11)의 가상의 이미지를 생성하는 HMD에 사용하기 위한 자유공간 반사광 표면(13)을 설계하도록 개시된다. 하나 또는 그 이상의 컴퓨터를 사용하는 이들 방법들은 하기 단계를 실행한다:
(a) 복수개의 디스플레이 물체(25)에 의하여 디스플레이 표면(11)을 나타내고;
(b) 복수개의 표면 요소(23)에 의하여 자유공간 반사광 표면(15)을 나타내고, 여기서 각각의 표면 요소 (23)는 (ⅰ) 디스플레이 표면(11), 사용자 눈(15), 및 가상의 이미지의 선택된 공간 위치에 대한 공간 위치, (ⅱ) 법선(normal), 및 (ⅲ) 곡면 반경에 의해서 특정되고,
(c) HMD 사용 중에, 선택된 공간 위치에서 디스플레이 물체(25)의 가상의 이미지가 사용자 눈(15)에 나타나는 방향으로 최소한 하나의 표면 요소(23)를 각각의 디스플레이 물체(25)에 연관시키고, 여기서 각각의 표면 요소(23)는 단지 하나의 디스플레이 물체(25)에 연관되며,
(d) 각각의 표면 요소(23)에 대하여,
(ⅰ) 상기 요소의 초기 공간 위치를 한정하고;
(ⅱ) 상기 요소를 반사하는 상기 디스플레이 물체(25)로부터의 빛이 회전 중심을 관통하도록 상기 요소의 초기 공간 위치, 상기 요소가 연관된 디스플레이 물체(25)의 위치, 및 사용자 눈(15)의 회전 중심 위치를 이용하여 상기 요소 법선의 초기 방향을 계산하고; 그리고
(ⅲ) 상기 디스플레이 물체(25)의 가상의 이미지가 선택된 공간 위치에 존재하도록 상기 요소에 대한 곡면 초기 반경을 계산하고; 그리고
(e) 상기 각각의 표면 요소(23)에 대하여, 에러 기능이 예정된 기준을 만족할 때까지 상기 요소의 최종 공간 위치, 상기 요소 법선의 최종 방향, 및 상기 요소 및 상기 요소들의 공간 위치의 반복 조정에 의하여 둘러싸인 일련의 요소에 대한 최종 곡률 반경을 계산한다.
다른 관점에서, 컴퓨터-기초 방법 및 관련 컴퓨터 시스템이 사용자의 눈(15)으로 보도록 디스플레이 표면(11)의 가상의 이미지를 생성하는 HMD에 사용하기 위한 자유공간 반사광 표면(13)을 설계하도록 개시된다. 하나 또는 그 이상의 컴퓨터를 사용하는 이들 방법은 하기 단계를 실행한다.
(a) 디스플레이 물체(25)에 의하여 디스플레이 표면(11)을 나타내고;
(b) 복수개의 표면 요소(23)에 의하여 자유공간 반사광 표면을(13) 나타내고; 그리고
(c) 디스플레이 물체에 대하여 눈(15)의 원하는 응시 방향으로 사용자 눈(15)에 표시되는 각각의 디스플레이 물체(25)의 가상의 이미지를 야기시키는 각각의 주변요소(23)에 대하여 최소한 하나의 공간 위치 및 최소한 하나의 법선을 반복적으로 계산한다.
다양한 구체예로서, 본 발명의 컴퓨터-기초 방법에 따라 설계된 반사광 표면은 사용자로 하여금 전체의 중심와 동적 시야 영역, 전체의 중심와+주변 정적 시야 영역, 또는 전체의 중심와+주변 동적 시야 영역을 제공한다.
여기서 사용된 부재번호는 독자들이 편의상 기재된 것으로 발명의 보호범위를 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 발명에서 설명되는 구체예는 예시적인 것으로 본 발명의 특성을 이해하는 목적으로 제공된다.
본 발명의 상세한 추가적인 특징이 하기에 상세히 설명될 것이며 이는 예시적인 것으로 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의하여 용이하게 이해될 수 있다. 첨부된 도면 또한 명세서의 일부로서 본 발명의 이해를 위하여 제공된다.
제1도는 HMD의 기본구성, 즉 디스플레이, 반사표면, 및 사용자의 눈을 표시하는 개략도이다.
제2도는 반사 표면에 의한 물체(디스플레이)의 가상의 이미지 형성 및 가상의 이미지의 위치와 크기를 결정하는 인자들을 표시하는 개략도이다.
제3도는 코어(core) 표면 요소 및 그 인접 표면 요소를 예시하는 개략도이다.
제4도는 에러를 줄이기 위하여 표면 요소의 위치 및 상기 표면 요소의 이동 방향에서 에러 계산을 예시하는 개략도이다.
제5도는 표면 요소가 opt Point/virtual pixel/radius of curvature/Sp/Sr 세트에 기초하여 어떻게 증가하면서 이동될 수 있는지를 예시하는 개략도이다.
제6도는 코너 표면 요소를 나타내는 개략도이다.
제7도는 회전식 반사기에 대하여 소스(S)와 보는자(V) 사이의 두 개의 광학로를 예시하는 개략도이다.
제8도는 구의 반경을 따라 위치하지 않는 곡면을 갖는 평면에 대하여 소스(S)와 보는자(V) 사이의 단일의 광학로를 예시하는 개략도이다.
제9도는 제8도의 S와 V 사이에서의 광학로 길이의 제1함수가 광학로 안정점을 나타내는 단지 하나의 제로를 갖는 것을 표시하는 그래프이다.
제10도는 본 발명의 한 구체예를 예시하는 흐름도이다.
제11도는 본 발명의 다른 구체예를 예시하는 흐름도이다.
제12도 및 제13도는 본 발명의 장치 및 방법을 이용하여 설계된 반사광 표면의 개략적인 사이도이다.
제14도 및 제15도는 본 발명의 장치 및 방법을 이용하여 설계된 다른 반사광 표면의 개략적인 사이도이다.
인간이 약 25cm 이내의 물체에 촛점을 맞추기 위해서는, 일반적으로 물체로부터 방출되는 빛의 광학 특성을 조절할 필요가 있다. 인간의 눈에 촛점을 맞출 수 있도록 빛의 광학 특성을 조절하는 하나의 방법은 빛을 평행하게 하는 것인데, 이렇게 함으로써 빛은 평행한 빔을 갖고 편평한 파면(wavefront)을 갖게 된다. 하나의 점원(point source)을 출발하는 빛의 파면은 구형(球形)을 가지면 그 곡면은 양안전도(vergence; V)라 불리는 특성에 의해 정해진다. V는 디옵터[D]로 측정되는데, V의 크기는 광원으로부터의 거리(미터)에 의해 결정된다. 그래서 관측자가 광원으로부터 “S”(m)거리에 있다면, V는 다음과 같다;
Figure 112013044929736-pct00001
식(1)
즉 V는 광원으로부터 거리 “S”의 역과 같고 디옵터[D] 단위를 갖는다. 그것은 광선이 분산하는 것을 나타내는 표준 표시이기 때문에 음수로 표시된다.
일반적으로, 인간은 25cm 이내의 물체에 눈의 촛점을 맞출 수 없다. 이를 “근점(near point)”이라 한다. 그래서 이 적응 한계에서의 Va는 다음과 같다.
Figure 112013044929736-pct00002
식(2)
따라서, V가 -4D보다 더 분산되면, 즉 광학-비교점 물체가 25cm 이내에 있는 경우, 눈은 그것에 촛점을 맞출 수 없다.
본 발명에서 개시하는 자유공간 반사광 표면의 특정 구체예의 목적 중의 하나는 표면으로부터 반사 후에 눈으로 입사되는 모든 광의 V가 제로에 근접한 음의 Va-를 갖는 것이다. 눈은 또한 제로보다 큰 V를 갖는 빛에 촛점을 맞출 수 없기 때문에, 본 발명의 다른 목적은 물체의 가상의 이미지까지의 거리가 무한대를 넘지 않는 것이며, 그래서 V는 제로보다 더 크거나 또는 하기 식과 같아야 한다.
Figure 112013044929736-pct00003
[D],
이는 실질적으로 하기 식을 의미한다.
Figure 112013044929736-pct00004
25cm 이상의 거리에 나타나는 물체의 가상의 이미지에 대해서는, V가 원하는 거리의 역에 고정될 필요가 있다. 예를 들어, 20[m] 거리인 경우에, 눈으로 입사되는 빛의 V는;
V = -1/20 = -0.05 [D]이다.
그리고 50[m] 거리인 경우에, V는;
V = -1/50 = -0.02 [D]이다.
디스플레이가 눈으로부터 25cm 떨어져 있으면 그 디스플레이의 V는;
Figure 112013044929736-pct00005
Figure 112013044929736-pct00006
이다.
이 경우 눈은 그것에 촛점을 맞출 수 있다. 제1도에서, 디스플레이가 사용자의 머리 위에 있고 광선이 반사 표면(거울)로부터 반사되면, 디스플레이 상의 픽셀로부터 눈까지의 전체거리(S)는;
Figure 112013044929736-pct00007
Figure 112013044929736-pct00008
이다.
상기식에서 SP및 SR은 제1도에서 선분 P 및 R의 길이이다. 이 디스플레이는 어떤 평행화를 실행하거나 방출된 조명의 광학 특성을 변경시킬 수 없는 것으로 가정한다.
앞에 설명한 바와 같이, 광학 교정을 하지 않으면, 눈으로부터 디스플레이까지 거리는 25cm와 같거나 더 커야 한다.
가상의 이미지가 눈의 중심으로부터 50[m]인 것이 바람직하다고 가정하면, 눈으로 입사되는 광의 V는 식(3)이 되어야 한다:
Figure 112013044929736-pct00009
식(3)
이를 달성하기 위하여, 반사 표면은 광선이 눈 속으로 유도될 때 발사되는 빛을 집중시켜야 한다. 이 집중력 (P)의 크기는 디스플레이로부터 표면까지의 거리에 따라 변하게 되고 눈으로부터 표면까지의 거리에는 더 적게 변하게 된다.
제2도에 관련 인자를 표시하는데 그에 대한 설명은 다음과 같다;
P: 오목 반사기의 파워[D]
W: 가상의 이미지까지의 원하는 거리[m]
l=물체까지의 거리, 이 경우 물체는 디스플레이 물체[m]
SP=l=제1도에서 선분 P에 의해 표시된 디스플레이까지의 거리[m] (는 광학 조약 및 거울의 광학로 반사에 의하여 음수임)
SR=제1도에서 선분 R로 표시된 바와 같이, 반사기에서 눈까지의 거리[m]
l'=반사기 표면으로부터 이미지(21), 이 경우 가상의 이미지까지의 거리[m]
제2도로부터 하기식을 알 수 있다;
Figure 112013044929736-pct00010
식(4)
거리 l'와 관련된 양안전도는,
Figure 112013044929736-pct00011
식(5)
Figure 112013044929736-pct00012
가우스거울 방정식으로부터,
Figure 112013044929736-pct00013
식(6)
Figure 112013044929736-pct00014

상기식에서 L은 디스플레이로부터 반사기까지의 거리(l)와 관련된 V이고,
Figure 112013044929736-pct00015
식(7)
Figure 112013044929736-pct00016

결론적으로, 이미지의 수평 확대배율은,
Figure 112013044929736-pct00017
식(8)
Figure 112013044929736-pct00018
촛점 길이 35mm인 오목 거울이 눈으로부터 30mm 떨어져 있고, 34,976mm의 디스플레이 거리가 l로 계산되고, 사용자 눈으로부터 50m에 나타나는 가상의 이미지를 생성하는 경우의 계산 예는 다음과 같다. 다음 예는 Mathcad 명명법을 사용하였다.
fl := 35mm
fl = 0.035m
Radius := 2fl = 0.07m
P := 1/fl = 28.571 m-1
W := 50m 가상의 이미지까지의 원하는 거리
sr := 30mm 눈으로부터 반사기까지의 거리
elp := W - sr = 49.97m
Lp := -1/elp = -0.0200120072 m-1
L := Lp - P = -28.591 m-1
el := 1/L = -0.035m (note, el = sp)
el := -34.976mm
m := L/Lp = 1.42871429 x 103
주어진 반사기의 파워, 눈의 위치, 및 가상의 이미지의 위치로 디스플레이 위치를 계산하는 대신에, 상기 분석을 이용하여 반사기의 파워를 계산할 수 있고, 디스플레이와 눈까지의 거리, 및 가상의 이미지까지의 원하는 거리를 얻을 수 있다.
상기 식(6)으로부터 하기 식(9)을 알 수 있다.
Figure 112013044929736-pct00019
식(9)
L' 및 L에 식(5) 및 식(7)을 대입하면,
Figure 112013044929736-pct00020
식(10)
l=SP이기 때문에, 식(10)은,
Figure 112013044929736-pct00021
식(11)
Figure 112013044929736-pct00022
가 된다.
한 예로, 원하는 이미지 거리(W)가 50[m]이고, 반사기가 눈으로부터 40mm이고, 디스플레이가 반사기로부터 40mm이면, 반사기 파워는 P=24.98[D], 즉 [0.04-(-0.04)-50]/[-0.04(50-0.04)]이다.
SP는 음수이다.
그래서 주어진 디스플레이에서, 반사기 표면까지의 거리, 반사기에서 눈까지의 거리, 정확한 반사기 파워를 결정할 수 있다. 오목 구형 반사기에서, 파워는
Figure 112013044929736-pct00023
식(12)
상기식에서 f는 촛점길이 [m]이다. 이 구형 거울에서, 촛점길이 곡률반경(r)과 관련있다.
Figure 112013044929736-pct00024
식(13)
따라서
Figure 112013044929736-pct00025
식(14)
그래서 식(11)로부터 계산되는 원하는 파워를 얻기 위하여 표면이 식(14)의 반경 계산식에 의해 특정된 곡률을 가져야 할 필요가 있다.
디스플레이가 단순한 점원(point source)인 경우, 반사기 요건은 구형의 오목 반사기에 의해 충족될 수 있지만, 디스플레이는 일반적으로 구로써 달성될 수 있는 것으로부터 기하구조가 편차되게 하는 발광 픽쳐 요소 또는 픽셀 망을 갖는 평면상의 장치이다. 또한 더 넓은 시야, 즉 인간 눈의 넓은 시야의(정적 및/ 또는 정적+동적) 잇점을 취할 수 있는 시야를 얻기 위하여 더 큰 면적 위로 빛을 발산시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적들은 원하는 반사기 특성을 얻기 위하여 반사표면을 복수개의(수천개의) 표면 요소(23)로 분할하고, 그들의 위치, 배향 및 곡률을 조절(조정)함으로써 달성된다. 표면 요소(23)의 일련의 한 예가 제3도에 표시된다. 이 도면에는 코어 표면 요소가 8개의 주변 표면 요소를 갖고, 이들 모두는 전체 반사 표면에 대하여 광학 특성 요건을 충족하기 위하여 서로와의 일정한 관계 내에서 존재해야 한다. 코어 표면 요소로부터 주변 표면 요소들까지 발산되는 무게들이 도시되는데, 이들은 필요시 더 많은 특정의 표면 요소에 특정량의 영향을 미치기 위한 것이다. 즉 엣지(edge) 또는 코너에서와 같이, 표면을 이동하는데 더 많은 영향이 필요한 경우에, 주변 표면 면적이 적기 때문에, 그 표면 면적이 더 많은 조절 이동 영향에 기여할 필요가 있다.
편평하든지 아니면 곡면이든지 간에, 디스플레이 표면은 또는 여기서 “디스플레이 물체(display objects)” 또는 “가상의 픽셀(virtual pixels)”로 명명된 복수개의 피스(pieces)로 분할된다. 디스플레이 표면을 통하여 배열된 수천개의 가상의 픽셀 또는 단지 몇 개의 디스플레이 물체(단지 이론적으로 가능한 하나의 큰 가상의 픽셀)가 존재할 수 있다. (전형적인 경우)
컴퓨터 장치에서, 디스플레이 물체로 구성된 디스플레이 표면이 생성되고, 눈 중심이 생성되고, 반사 표면 요소의 초기 그물이 생성된다. 다음 반사 표면 요소들은 모두 나타나서 그들의 평균이 나타나고, Fermat Hero 법칙에 따라 눈 속으로 반사를 허락하여 디스플레이 물체와 눈의 회전 중심 사이의 광학로 길이의 제1편차가, 사용자가 반사기 표면을 향하여 바라볼 때 디스플레이 물체를 보기 원하는 방향으로 반사기 표면상의 그 지점에서, 제로를 갖는다.
표면 요소의 곡률 및 공간 위치 반경은 다음과 같이 계산된다. 우선 디스플레이의 특별한 디스플레이 물체에 상응하는 각각의 코어 표면 요소에 대하여, 사용자 눈의 전방으로부터의 원하는 거리에 그 디스플레이 물체의 가상 이미지를 위치시키는데 필요한 표면 요소의 곡률 반경을 상기 설명한 분석법에 따라 계산한다. 다음, 주변 표면 요소들이 사기 코어 표면 요소에 정상적으로 중심이 일치하는 결합구와 일치하는 위치에 있는지를 결정하기 위하여 극변 표면 요소들을 점검한다.
그렇지 않다면 주변 표면 요소들의 일부 또는 전부를 디스플레이 물체(가상의 픽셀) 및 코어 표면 요소에 대하여 옳은 위치로 이동시킨다. 이 공정은 모든 결합이 완료될 때까지 다른 디스플레이 물체/코어 표면 요소 조합에 대해 진행된다. 하기 설명하는 바와 같이, 에러 기능이 계산되고 더 반복이 필요한지를 결정한다.
제4도는 이 공정의 2차원인 예시를 나타내는데, 여기서 주변 표면 요소들의 위치가 조정되어 에러 기능이 평가될 수 있다. 이 도면에서, 최적 포인트(부재번호 25)는 원(부재번호 27)의 중심에 있고, 그 반경(Raxis)은 식(16)에 따라 계산된다. 3차원인 경우에, 원(27)은 구(球) 일 수 있고, 그래서 하기 설명에서 원(27)은 구(27)로서 명명된다. 또한, 예를 들어, 가상의 픽셀에서 그 중심을 갖는 대신에, 구(27)는 코어 표면 요소의 법선(normal)을 따라 그 중심을 갖는다.
제4도에 표시된 바와 같이, 상하에 대하여 u와 d로 표시된 표면 요소는 제3도와 같이 구(27)에 일치되지 않는다. 이는 하나의 에러이다. 이들 에러를 이용하면, 전체 반사 표면에 결쳐 에러를 합산하여 에러 기능을 결정할 수 있다.
Figure 112013044929736-pct00026
식(15)
상기식에서 각각의 에러(∈)는 제4도의 표면 요소처럼 표면 요소 중심과 구(27) 표면 위치 사이에서의 차이로 계산되고, 즉 부재번호 25로부터 제4도의 표면 요소(u) 중심까지의 구(27)의 교차점에서의 위치를 나타낸다.
표면 요소를 이동하고 에러를 계산하는데 사용되는 구의 반경 중심은 한 위치로부터 존재하는데, 코어 표면 요소의 곡률 반경은 Fermat/Hero 반사를 제공하는데 필요한 법선에 평행하다.
이 점은 optPoint라 명명하는데, 하기 식의 반경을 갖는다;
Figure 112013044929736-pct00027
식(16)
Figure 112013044929736-pct00028
상기식에서 은 눈으로부터 현재 거리이고, 는 현재 디스플레이 물체(가상의 픽셀)이다. 는 그것이 거울로부터 반사된 빛이기 때문에 광학 협약에 의한 음수이다. 이 반경은 현재의 표면 요소 중심으로부터 (a) 가상의 픽셀 및 (b) 눈의 회전중심까지의 벡터를 양분하는 선을 우선 위치시키는데 사용된다. 다음으로 거리 Raxis는 에러 체크와 각 표면 요소에서 표면 요소의 반복적인 교정을 위하여 사용하는 구의 중심으로 사용하기 위하여 optPoint를 위치하도록 그 선 위에 횡단된다. Raxis를 결정하고 사용하는 방법은 제5도에 예시된다.
반사 표면의 원하는 최종 형상은 제5도의 경우에 구 표면인 최적 표면을 향하여 표면 요소를 서서히 이동시킴으로써 얻어진다. 제5도의 구 표면은 가상의 픽셀, 눈 중심, 및 떨어진 가상의 이미지의 특정의 결합에 대해서 최적이다. 현재의 표면 요소는 Raxis와 optPoint를 계산하는데 사용되는 표면 요소이다. 각각의 코어 표면 요소에는 다른 Raxis와 optPoint가 있을 수 있다. 주변 표면 요소들은 그 디스플레이 물체(가상의 픽셀) 및 그 코어 표면 요소에 대하여 한정된 옳은 곡률반경 Raxis를 갖도록 조절된다.
그 후 다음의 디스플레이 물체(가상의 픽셀) 및 코어 표면 요소가 고려된다. 다음의 코어 표면 요소는 전 동작에 의하여 영향받은 표면 요소에 영향을 미칠 수 있고, 이는 단지 적은 양의 변화가 각각의 반복ㆍ공정에서 나타나기 때문이다. 이 목적은 전체 디스플레이 표면에서 에러를 최소화하기 위한 것이다. 다른 방법으로, 디스플레이 표면의 특정 영역이 다른 것보다 적은 에러를 갖도록 제조될 수 있다.
단지 하나의 디스플레이 물체(가상의 픽셀)이 존재한다면, 제로 에러 표면은 충분한 디옵터 파워 교정을 부여하도록 옳은 반경의 구인데, 그럼으로써 디스플레이 물체의 이미지가 식(4)의 원하는 거리(W)에 나타난다. 아이포인트(SR)는 계산에 포함될 수 있지만, 가상의 이미지가 관측자 전방 50m에 나타나도록 평행화될 때 거의 차이가 없게 한다. 그것은 실제 계산에는 포함되지만 W=50[m]인 경우 반사 표면 계산의 제4 유효숫자에만 영향을 미친다.
또한, 단지 하나 또는 소수의 가상 픽셀이 존재하고, 관통하여 보도록 출사동이 존재하고, 빛의 파형이 광학기구를 통하여 광학 축 주변 가까이의 영역 내에 포함되도록 기대한다면, 이 시스템은 망원경이나 카메라렌즈와 함께 사용되는 것과 같이 근축 광학 기술로써 분석될 수 있다.
이 경우에는 실제 비-생물학적 광학 축은 존재하지 않고, 에러가 감지되어 이 시스템은 여기에 개시된 기술특성을 갖는다. 시스템의 모듈레이션 트랜스퍼 펑션(MTF)와 같은 측정실행을 위한 다른 고전기술이 이 에러 기능에 포함될 수 있더라도, 전체 시야에 대한 이행 에러는 합산되어 식(15)에 예시된 형태의 에러를 포함하는 에러기능을 사용하여 감소 될 수 있다. 전체 에러의 크기는 용인될 수도 있지만 HMD의 특성 응용에 따라 다르고, 본 발명 분야의 당업자에 의해 쉽게 실행될 수 있다.
눈은 0.5D의 촛점오류에 대하여 치유할 수 있고, 이는 에러 계산의 일부로 사용될 수 있다. 예를 들면, 각각의 반사점에서 반사 표면의 곡률 반경의 평균 예정치가 최적화 사이클 후에 결정된다. 시야를 통하여 유연한 시야 전이를 가능하게 하기 위하여, 반사 표면 요소는 서로 차례로 유연하게 전이된다. 예를 들어, 스플라인(splined) 표면에 대해서 Non-uniform Rational B-Spline(NURBS)기술을 이용하여 상기 유연한 전이를 실행하고, 그럼으로써 전체 반사광 표면에 걸쳐 유연한 전이를 생성시킨다.
상기 설명한 에러 표면은 표면 성질의 성능과 개선을 결정하는 측정 기준이다. 표면 반사 성능을 향상시키기 위하여, 각각의 표면 요소들은 그들이 기여한 에러에 대하여 이동된다. 이는 “정정(correction)”으로 표시된 이중 화살표로 제4도에 표시된다. 이들 각각의 표면 요소는 주어진 코어 표면 요소에 대하여 에러를 감소하는 방향으로 이동된다. 특정의 구체예에서, 각각의 반복 공정에서 행해지는 조정 양을 결정하는 비율변수 β=[0…1] 은 표면 요소가 충분히 서서히 움직이는 것을 확인하기 위하여 사용된다.
상기 코어 표면 요소 가까이의 모두 주변 표면 요소의 공간위치는 조절되고 다음의 코어 표면 요소에서도 마찬가지로 조절된다. 인접 표면 요소상의 코어 표면 요소의 영향에 대한 다양한 가중치가 적용될 수 있는데, 예를 들어 코너 또는 엣지 부근의 표면 요소는 증가된 변화를 공급하는 코어 표면 요소에 의해 완전히 둘러싸인 표면 요소와 같이 비슷한 양으로 조절된다.
표면 요소에는 3종류의 패턴이 있다; (1) 존재하는 9개의 삼각형 모두를 갖는 패턴, (2) 한 엣지에서 처럼, 손실된 3개의 삼각형 한 세트를 갖는 패턴, 그리고 (3)코너에서 발생할 수 있는 손실된 5개의 삼각형이 있는 패턴. 각각의 경우에, CS가 존재하고, 그 차이는 주변 표면 요소의 수에 있다. 모든 경우에, 표면 요소가 다른 표면 요소에 의해 둘러싸인 상황에서 발생할 수 있는 조절과 더 잘 어울리도록 표면 요소의 조절양을 증가하도록 하는데 사용된다.
특히, 코너에서, 8개의 표면 요소에 의해 둘러싸이는 대신에, 하나의 주어진 표면 요소가 단지 3개의 표면 요소에 의해 제5도와 같이 둘러싸인다. 8개의 가능한 것 중 3개만이 교정을 제공하는 데 사용되고, 그래서 8/3의 영향 가중치가 위치 1, 2, 또는 3에서 각각의 코어 표면 요소가 제공할 수 있는 교정 양을 조절하는데 사용된다. 이 영향 가중치는 비율 β에 의해 이미 감소된 3차원 이동에 대해 배가 된다. 유사하게, 엣지에서의 표면 요소에 대한 영향 가중치는 5/8이다.
표면 요소가 이동함에 따라, 표면 곡률은 표면 요소, 디스플레이 물체, 및 사용자 눈 사이에서 변화하는 거리를 갖는 시야에 걸쳐 옳은 파워를 얻기 위하여 제어된다. 이들 표면 요소의 법선은 디스플레이 영역의 포인트 각이(디스플레이 물체) 정확하다는 것을 확인하도록 조절된다.
사용자가 그들의 주변 시야에서 더 많은 정보를 보도록 그리고 더 자연스럽게 디스플레이를 스캔할 수 있도록 넓은 각도에 걸쳐 시야를 신장시킬 수 있는 것이 중요하다.
이미지가 나타나는 거울의 반점은 알렉산드리아의 Fermat 시대 이래로 알려져 왔고, 그 후 연구에 의하여 광학로의 길이가 안정점, 최대점, 또한 최소점에 도달할 때 이미지가 그 지점에 존재하는 것이 나타난다.
이는 광학로 길이의 제1편차의 제로를 발견함으로써 발견될 수 있다. 쉽게 설명하기 위하여, 전체 광학로가 대기중이라 가정하면, 광학로의 전부 또는 일부가 하나 이상의 다른 광학 물질로 구성된 경우에 대한 방법을 당업자는 쉽게 적용할 수 있다. 예를 들어, [x, y]=[0, 0]에 중심된 반경 r의 원은 하기 식을 갖고,
Figure 112013044929736-pct00029
식(17),
x를 풀면,
Figure 112013044929736-pct00030
식(18).
좌표 [xS, yS]를 갖는 점원(S) 및 좌표 [xV, yV]를 갖는 시야점(V)이 공기중의 구형 반사기 주면의 공간 내에 존재한다고 가정하면, 제7도 원(33)으로 표시되는 것과 같이, 광학로(I)는 점원부터 이미지가 Q 위치에서 보여지는 표면 상의 지점까지의 거리 길이와 Q로부터 하기 식(19)으로 표시되는 시야점까지의 거리 길이로 구성된다.
Figure 112013044929736-pct00031
식(19)
Figure 112013044929736-pct00032

식(19)의 제1부분 미분을 양수라디칼의 y에 대하여 취하면,
Figure 112013044929736-pct00033
식(20)
그리고 음수 라디칼을 사용하면,
Figure 112013044929736-pct00034
식(21)
이 개념은 일부 대표값으로 시험될 수 있다. 제7도에는 한 쌍의 점이 선택되고, 그들은
V = [20, -50]
S = [40, 40]이고,
반경(100)의 원(33)은 기원(43)에 중심된다.
식(20) 및 식(21)로부터 y를 예측하고 식(18)로부터 x를 예측한 두 점은 다음과 같고, 이때 식(20)의 y값과 관련된 x값은 양수를 사용하고, 식(21)의 y값과 관련된 x값은 음수를 사용한다.
Q1 = [-98.31, 18.276]
Q2 = [97.685, 21.392]
이들 점은 제7도에 표시되고, 여기서 Q1에서 반사되는 소스(S)로부터의 광선은 부재번호 39로 표시되고, Q2에서 반사되는 광선은 부재번호 41로 표시된다. 점 V 및 S로부터 Q1 및 Q2까지의 선은 기원으로부터 Q1 또는 Q2점까지의 선, 즉 선 37 및 35에 의하여 각각 양분될 수 있다.
이는 또한 여기서 사용된 코어 표면 요소의 특성으로, 즉 관측자의 눈과 디스플레이 물체 사이의 각도가 코어 표면 요소의 법선에 의해 양분된다. 이는 단순한 구형표면의 표면 요소를 관측자의 눈과 디스플레이 물체 사이의 벡터를 양분하는 표면 법선 각에 의해 생성되는 예정되는 자유공간 위치까지 이동하는데 이용하는 특성이다.
예를 들어, 표면 요소의 이러한 배향은 관측자에게 벡터를 규정하는 회전과 디스플레이 물체에 벡터를 규정하는 벡터 사이의 절반 거리인 배향에 표면 요소를 회전하도록 4인조 법을 사용하여 실행된다.
예를 들어, 제7도의 원(33)의 중심(43)에서 원의 엣지까지에 추가선(31)이 존재한다. 이는 점(S)으로부터 이미지를 표시하는데 바람직한 반사 표면 상의 다른 점 (A2)을 나타낸다. 그 지점에서의 표면이 벡터를 V와 S로 양분하는 표면 법선을 갖도록 만들어지면, S의 이미지는 V에서의 관측자가 표면 상에서 새로운 점 방향으로 볼 때 V에서 나타날 것이다.
이는 또한 제8도에 표시된다. 이 도면에서 선(45)은 점(A2)에 연장되고, A2에서 S와 V까지 벡터를 양분하는 법선(47)을 제공한다. 다른 점(A1)은 라인(45)상에 있고 선(45)에 대해 점 기울기 방정식이 만들어지고, 그로부터 x, y에 대한 방정식이 얻어진다.
광학로 길이,
Figure 112013044929736-pct00035
Figure 112013044929736-pct00036
Figure 112013044929736-pct00037
Figure 112013044929736-pct00038
Figure 112013044929736-pct00039
Figure 112013044929736-pct00040
Figure 112013044929736-pct00041
그래서
Figure 112013044929736-pct00042
광학로 길이,
Figure 112013044929736-pct00043
또는
Figure 112013044929736-pct00044
및
Figure 112013044929736-pct00045

y=[-200 .. 100]의 범위에서, 이 부분 편차는 단지 y=-63,4828에서 하나의 제로를 갖고, 77,49의 x값에 상응하여, 이는 타인이 원형의 커브를 접촉하는 예상위치에 존재한다. 제9도는 선(45)의 y좌표에 대한 광학로의 부분 편차 그래프이다. 이 그래프는 단지 하나의 제로를 갖는다.
선(45)이 원(33)에 대해 탄젠트 선이 아니라는 것을 주목하는 것이 중요하다. 그것은 A2에서 아이포인트 V 및 S에서의 디스플레이 물체까지 벡터를 양분하는 법선을 갖는 다른 기울기를 갖는다. 이는 본 발명이 어떻게 각각의 가상 픽셀 이미지 또는 다른 영역에서 디스플레이의 영역을 위치시킬 수 있는지를 보여주고, 코어 표면 요소의 기울기를 반복적으로 조절하고, 표면 요소의 에러를 체크하며 에러가 광학적으로 수용될 때까지 그들의 위치를 조정함으로써 그것이 어떻게 시야를 확장하는데 기여하는지를 보여준다.
제7도에서, 단일점으로부터의 이미지가 반사기 상에서 복수점으로 나타나는데, 이 경우에 원형 반사기의 양면에 나타난다. 따라서 이미지의 허위 중복을 감지하도록 제9도에 실행된 바와 같은 분석을 하는 것이 바람직하다. 허위 이미지는 광선 추적으로 감지될 수 있다. 광선 추적은 점 Q1 또는 Q2를 적중하는 광선만이 S를 출발한 후 V를 통과할 수 있다는 것을 보여준다. 일반적으로, 어떤 광선이 S와 같은 특정 지점에서 V를 관통하면 사용자는 그 광선이 나오는 곳을 조사할 수 있다. 예를 들어, 이러한 조사에 나타난 하나 이상의 광선은 S에서 V까지 공간을 직접 관통하는 광선이다. HMD의 설계에서, 이러한 직접 통로는 내부 광 노이즈(noise) 상에서 차단되어 물리적으로 차단된다. 다른 방법으로, 눈의 가시시야는 자연적으로 허위 이미지를 차단한다.
제10도 및 제11도는 HMD에 사용하기 위한 반사 표면을 생성하는 상기 절차를 요약하는 흐름도이다. 특히 제10도는 초기 반사 표면을 포함하는 전체 시스템을 하나 이상의 컴퓨터에 생성시키고 표면 요소의 공간 위치를 조절하여 초기 반사 표면을 반복적으로 조절하고, 상기 요소의 곡률 반경을 조정하고, 원하는 방향으로 표면 요소를 포인팅하는 전체 단계를 표시한다. 다음에 에러를 계산하여 추가 반복이 필요한지 또는 최종 표면 형상이 출력될 수 있는지를 결정하는데 사용한다. 제11도는 상기 설명한 식(15) 및 식(16)을 이용한 구체예를 설명한다.
이를 도면에 설명된 절차의 특정 구체예에 따르면, 반복 공정은 일련의 “on” 표면 요소를 사용한다. 주어진 “on” 요소에서, 단지 주변 요소가 반복하여 조정되고, 그 다음 시스템이 다음 요소로(다음의 “on” 요소로) 이동하여 계속하여 그 주변 요소를 조정한다. 시스템이 “on”인 요소는 변화하지 않고, 단지 그 이웃 요소만이 변화하여 “on” 요소를 접촉하는 구의 표면에 더 적합하게 하고, “on” 요소에 대해 “optPoint”에 중심된다. 반복시 각각의 이웃 요소에 대해서 한번 조정을 하고, 다시 이 공정은 다음의 “on” 요소로 이동하여 모든 이웃 요소가 한번씩 조정되고, 모든 표면 요소는 “on” 요소로 된다. 다음 전체 에러가 계산되고, 그것이 충분히 낮지 않으면, 그 공정은 반복된다. 이 공정은 이동하기 전에 하나의 “on” 요소에 대하여 이웃 요소를 반복적으로 조절하지 않는다. 오히려 이 공정은 각 반복시 필요한 경우 각 이웃 요소에 작은 조절을 하고, 다음의 “on” 요소와 그 이웃 요소로 이동한다. 표면 요소의 공간 위치를 반복 조절하는 이 결과는 각 표면 요소의 최종 공간 위치, 각 요소 법선의 최종 방향, 및 각 요소 및 이웃 요소의 최종 곡률 반경이다. 이 최종 위치, 법선, 및 곡률 반경은 출력되어 메모리에 저장되고, 이때 에러 기능은 예정된 기준을 충족한다. 즉 이때 에러 기능은 예정치보다 더 작다.
제12도 및 제13도는 2개의 다른 사시도로부터 상기 기술을 이용하여 생성된 반사 표면을 표시한다. 제14도 및 제15도는 제12도 및 제13도의 반사표면의 더 자세한 도면이다.
이들 도면에서, 반사광 표면의 형상은 아주 복잡하고 다른 광학 설계 기술에 의해 생성된 구 또는 구형 표면에 유사성을 내포한다. 각각의 표면 온도는 유연한 연속 표면을 생성하도록 스플라인되거나, 그래서 많은 표면 요소들이 그레인(grain) 레벨에서 유연하게 되도록 계산된다.
본 발명에 따라 설계된 반사광 표면의 응용은 미국특허출원 제13/211,372호 및 제13/211,365호에 설명되어 있다.
제10도 및 제11도의 흐름도를 포함하여 상기 설명된 수학적 기술은 다양한 프로그램 환경 및/또는 프로그램 언어로 코드화될 수 있다. 현재 바람직한 프로그램 환경은 Eclipse Programmer's 인터페이스에서 사용되는 Java언어이다. Microsoft Visual C#와 같은 다른 프로그램 환경이 또한 사용될 수 있다. 연산은 마사츄세츠주 니드햄의 PCT에 의해 시판되는 Mathcad platform, 및/또는 Mathworks, Inc.의 Matlab platform로 실행될 수 있다. 테스팅 프로그램은 하드 드라이브, 메모리스틱, CD, 또는 유사장치에 저장될 수 있다. 이들 절차는 DELL, HP, TOSHIBA 등과 같은 다양한 벤더로부터 이용 가능한 전형적인 데스크탑 컴퓨터 장치를 이용하여 실행될 수 있다. 다른 방법으로는 더 강력한 컴퓨터 장치가 필요하다면 “cloud” 컴퓨터를 포함하여 사용될 수 있다.
본 발명의 반사광 표면은 다양한 기술로 다량 제조될 수 있고 다양한 물질이 이미 개발되어 알려져 있다. 예를 들어, 이 표면은 적절히 반사되는 금속화된 플라스틱 물질로 제조될 수 있다. 광택 플라스틱 또는 글라스 물질이 사용될 수도 있다. “증가된 실재(augmented reality)” 응용을 위하여 반사광 표면은 내장된 작은 반사기를 갖는 투시물질로 제조될 수 있는데, 그럼으로써 입사 파면의 일부를 반사하고, 반면 그 물질을 통한 빛의 투과를 허용한다.
프로토타입 부품으로, 아크릴 플라스틱(예 plexiglas)가 다이아몬드 터닝에 의해 형성된 부분과 함께 사용될 수 있다. 생산 부품으로, 아크릴이나 폴리카보네이트가 압출성형기술에 의해 형성된 부분과 함께 사용될 수 있다. 반사광 표면은 정교한 CAD 설명으로 설명되거나 비균일 rational B-Spline NURBS 표면으로 설명될 수 있다. 이는 CAD 설명으로 변환될 수 있다. CAD 파일은 3-D 프린팅을 이용하여 장치가 만들어지게 할 수 있고, CAD 설명은 #D 물체내에 직접 기계화가 필요없이 할 수 있다.
본 발명의 다양한 변형이 당업자에 의하여 만들어질 수 있다. 예를 들어 사용자에게 더 큰 시야영역 즉 100도 이상의 시야영역, 또는 150도 이상의 시야영역, 또는 200도 이상의 시야영역을 제공하는 반사광 표면일지라도 본 발명의 범위에 속하고, 본 발명의 방법과 장치는 더 적은 시야영역을 갖는 반사표면을 생성하는데도 사용될 수 있다.
유사하게, 본 발명이 디스플레이로부터 발사되는 광이 반사표면에 도달하기 전에 평행화되지 않는 시스템에 대해서 예시할지라도 본 발명은 부분적으로 또는 전체적으로 평행화되는 빛의 적용될 수 있다.
이러한 적용은 디스플레이와 반사표면 사이에 위치한 광요소에 의해 이루어진다. 이러한 경우에, 코어 표면 요소의 곡률반경은 요소상의 입사광의 평행화를 위하여 조절될 수 있다.
하기 특허청구범위는 본 발명의 이러한 변형 균등물 또는 변화에 대한 모든 것을 카바하도록 작성되었다.
15: 사용자의 눈
11: 디스플레이 표면
13: 자유공간 반사광 표면
25: 디스플레이 물체
23: 표면 요소

Claims (23)

  1. 사용자의 눈으로 미리 선택된(preselected) 공간의 위치에서 보이도록 디스플레이 표면의 가상의 이미지를 생성하는 HMD(head-mounted display)에 사용하기 위한 자유공간 반사광 표면을 설계하기 위한 컴퓨터-기반 방법으로, 상기 방법은,
    (a) 복수의 디스플레이 물체에 의하여 디스플레이 표면을 나타내고;
    (b) 복수의 표면 요소에 의하여 자유공간 반사광 표면을 나타내고, 여기서 각각의 표면 요소는 (ⅰ) 디스플레이 표면, 사용자의 눈, 및 가상의 이미지의 미리 선택된 공간의 위치에 대한 공간의 위치, (ⅱ) 법선(normal), 및 (ⅲ) 곡선 반경에 의해서 특정되고;
    (c) HMD 사용 중에, 미리 선택된 공간의 위치에서 디스플레이 물체의 가상의 이미지가 사용자의 눈에 나타나는 방향으로 최소한 하나의 표면 요소를 각각의 디스플레이 물체에 연관시키고, 여기서 각각의 표면 요소는 단지 하나의 디스플레이 물체에 연관되며;
    (d) 각각의 표면 요소에 대하여,
    (ⅰ) 상기 표면 요소의 초기 공간의 위치를 한정하고;
    (ⅱ) 상기 표면 요소로부터 반사되는 상기 디스플레이 물체로부터의 빛이 회전 중심을 관통하도록 상기 표면 요소의 초기 공간의 위치, 상기 표면 요소가 연관된 디스플레이 물체의 위치, 및 사용자의 눈의 회전 중심 위치를 이용하여 상기 표면 요소의 법선의 초기 방향을 계산하고; 그리고
    (ⅲ) 상기 디스플레이 물체의 가상의 이미지가 미리 선택된 공간의 위치에 존재하도록 상기 표면 요소에 대한 곡률의 초기 반경을 계산하고;
    (e) 상기 각각의 표면 요소에 대하여, 에러 기능이 설정된 기준을 만족할 때까지 상기 표면 요소의 공간의 위치를 반복 조정하는 것으로 상기 표면 요소의 최종 공간의 위치, 상기 표면 요소의 법선의 최종 방향, 및 상기 표면 요소 및 둘러싸인 일련의 표면 요소에 대한 최종 곡률 반경을 계산하고; 그리고
    (f) 최종 공간의 위치, 법선의 최종 방향, 및 복수의 표면 요소의 최종 곡률 반경에 기초하여 유연화된(smoothed) 자유공간 반사광 표면을 계산하는;
    단계를 실행하기 위하여 하나 이상의 컴퓨터를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (e)단계에서 제1 표면 요소의 공간의 위치의 반복 조정은 최소 하나의 제2 표면 요소의 법선과 곡률 반경에 최소 부분적으로라도 기초하고, 상기 제1 표면 요소는 상기 제2 표면 요소의 가장 근접한 이웃요소인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 표면 요소의 공간의 위치의 반복 조정은 한 구로부터 요소의 공간의 위치의 계산된 편차에 기초하고, 상기 구의 반경은 제2 표면 요소의 곡률 반경과 동일하고 상기 구의 중심은 제2 표면 요소의 법선을 따라 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 반복 조정은 전체 계산편차보다 작은 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 복수의 제1 표면 요소의 반복 조정은 최소한 하나의 제2 표면 요소의 법선과 곡률 반경에 최소 부분적으로라도 기초하고, 복수의 제1 표면 요소의 각각은 제2 표면 요소의 가장 가까운 이웃 요소인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 복수의 제1 표면 요소는 제2 표면 요소의 가장 가까운 이웃요소의 모든 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제5항에 있어서, 제1 표면 요소의 공간의 위치의 반복 조정은 한 구로부터 요소의 공간의 위치의 계산된 편차에 기초하고, 상기 구의 반경은 제2 표면 요소의 곡률 반경과 동일하고 상기 구의 중심은 제2 표면 요소의 법선을 따라 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 반복 조정은 전체 계산된 편차보다 작은 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 에러 기능은 계산된 편차에 기초하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 에러 기능은 계산된 편차의 절대치의 합에 기초하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 설정된 기준은 절대치 합에 대한 수치(numerical value)인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제5항에 있어서, 상기 제1 표면 요소의 공간의 위치의 반복 조정은 최소한 하나의 상기 제1 표면 요소의 반복 조정이 가중치가 없을 때보다 더 크거나 또는 더 작도록 가중치가 주어지는(weighted) 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제5항에 있어서, 상기 제2 표면 요소는 엣지표면요소 또는 코너표면요소이고, 최소한 하나의 상기 제1 표면 요소의 공간의 위치의 반복 조정은 그 반복 조정이 없을 때보다 더 크도록 가중치가 주어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제1항에 있어서, 사용자의 눈의 회전 중심으로부터 측정할 때 최소한 두 개의 복수의 표면 요소의 사이에 포함된 각이 100도이거나 그 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제1항에 있어서, 사용자의 눈의 회전 중심으로부터 측정할 때 최소한 두 개의 복수의 표면 요소의 사이에 포함된 각이 150도이거나 그 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제1항에 있어서, 사용자의 눈의 회전 중심으로부터 측정할 때 최소한 두 개의 복수의 표면 요소의 사이에 포함된 각이 200도이거나 그 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제1항에 있어서, 자유공간 반사광 표면을 생성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. (A) 프로세서, 및
    (B) 상기 프로세서에 결합된 메모리 장치;
    로 이루어지고,
    상기 메모리 장치는 제1항의 방법을 실행하기 위한 프로그래밍 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 저장하는 것을 특징으로 하는 시스템.
KR1020137013039A 2010-10-21 2011-12-20 자유 공간 반사광 표면 생성 장치 및 방법 KR101924820B1 (ko)

Applications Claiming Priority (15)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US40544010P 2010-10-21 2010-10-21
US61/405,440 2010-10-21
US41732510P 2010-11-26 2010-11-26
US41732610P 2010-11-26 2010-11-26
US41732710P 2010-11-26 2010-11-26
US41732810P 2010-11-26 2010-11-26
US61/417,327 2010-11-26
US61/417,328 2010-11-26
US61/417,325 2010-11-26
US61/417,326 2010-11-26
US201061427530P 2010-12-28 2010-12-28
US61/427,530 2010-12-28
US13/211,389 2011-08-17
US13/211,389 US8781794B2 (en) 2010-10-21 2011-08-17 Methods and systems for creating free space reflective optical surfaces
PCT/IB2011/055824 WO2012052980A2 (en) 2010-10-21 2011-12-20 Methods and systems for creating free space reflective optical surfaces

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140038345A KR20140038345A (ko) 2014-03-28
KR101924820B1 true KR101924820B1 (ko) 2018-12-04

Family

ID=45560937

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137013039A KR101924820B1 (ko) 2010-10-21 2011-12-20 자유 공간 반사광 표면 생성 장치 및 방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8781794B2 (ko)
EP (1) EP2630541B1 (ko)
JP (1) JP2014502069A (ko)
KR (1) KR101924820B1 (ko)
BR (1) BR112013009856A2 (ko)
MX (1) MX349189B (ko)
WO (1) WO2012052980A2 (ko)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10359545B2 (en) 2010-10-21 2019-07-23 Lockheed Martin Corporation Fresnel lens with reduced draft facet visibility
US9632315B2 (en) 2010-10-21 2017-04-25 Lockheed Martin Corporation Head-mounted display apparatus employing one or more fresnel lenses
EP2652542B1 (en) 2010-12-16 2019-12-11 Lockheed Martin Corporation Collimating display with pixel lenses
US9454007B1 (en) 2012-05-07 2016-09-27 Lockheed Martin Corporation Free-space lens design and lenses therefrom
US10914951B2 (en) * 2013-08-19 2021-02-09 Qualcomm Incorporated Visual, audible, and/or haptic feedback for optical see-through head mounted display with user interaction tracking
KR102133843B1 (ko) * 2013-10-31 2020-07-14 엘지전자 주식회사 3차원 프린팅의 프로세스를 인디케이팅하는 헤드 마운티드 디스플레이 및 그 제어 방법
US9696552B1 (en) 2014-01-10 2017-07-04 Lockheed Martin Corporation System and method for providing an augmented reality lightweight clip-on wearable device
US10746994B2 (en) 2014-08-07 2020-08-18 Microsoft Technology Licensing, Llc Spherical mirror having a decoupled aspheric
US10252460B1 (en) 2014-09-15 2019-04-09 Lockheed Martin Corporation Method of forming an optical element using an additive manufactured component, and related devices, components, and systems
US10684476B2 (en) 2014-10-17 2020-06-16 Lockheed Martin Corporation Head-wearable ultra-wide field of view display device
JP2016090773A (ja) * 2014-11-04 2016-05-23 株式会社ソニー・コンピュータエンタテインメント ヘッドマウントディスプレイおよび輝度調整方法
US9581819B1 (en) 2014-12-17 2017-02-28 Lockheed Martin Corporation See-through augmented reality system
US10459126B2 (en) 2015-01-21 2019-10-29 Tesseland Llc Visual display with time multiplexing
GB2534921B (en) * 2015-02-06 2021-11-17 Sony Interactive Entertainment Inc Head-mountable display system
US9939650B2 (en) 2015-03-02 2018-04-10 Lockheed Martin Corporation Wearable display system
US10754156B2 (en) 2015-10-20 2020-08-25 Lockheed Martin Corporation Multiple-eye, single-display, ultrawide-field-of-view optical see-through augmented reality system
US9995936B1 (en) 2016-04-29 2018-06-12 Lockheed Martin Corporation Augmented reality systems having a virtual image overlaying an infrared portion of a live scene
US10606073B1 (en) 2017-11-01 2020-03-31 Lockheed Martin Corporation Single lens head-up display apparatus
US10516216B2 (en) 2018-01-12 2019-12-24 Eagle Technology, Llc Deployable reflector antenna system
KR102579034B1 (ko) 2018-02-23 2023-09-15 삼성전자주식회사 영상 출력 모듈의 아래에 영상이 출력되는 방향에 대해 지정된 각도로 배치된 반 투명 부재를 포함하는 전자 장치
US10565799B2 (en) 2018-06-21 2020-02-18 Lockheed Martin Corporation Automatic cockpit identification and augmented image placement
US10707552B2 (en) 2018-08-21 2020-07-07 Eagle Technology, Llc Folded rib truss structure for reflector antenna with zero over stretch
US10748440B1 (en) 2018-10-03 2020-08-18 Lockheed Martin Corporation Projectorless simulator with adjustable size canopy
US11249310B1 (en) 2018-11-26 2022-02-15 Lockheed Martin Corporation Augmented reality device with external light control layer for realtime contrast control
CN111324200B (zh) 2018-12-14 2022-11-25 深圳市中兴微电子技术有限公司 一种虚拟现实的显示方法及装置、计算机存储介质
US11067802B1 (en) 2019-01-15 2021-07-20 Lockheed Martin Corporation Full human field of view (FOV) wrap around head-mounted display apparatus with a convex display device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030184868A1 (en) * 2001-05-07 2003-10-02 Geist Richard Edwin Head-mounted virtual display apparatus with a near-eye light deflecting element in the peripheral field of view
US20090228251A1 (en) * 2007-11-08 2009-09-10 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Systems and Methods for Designing Optical Surfaces

Family Cites Families (122)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5982343A (en) 1903-11-29 1999-11-09 Olympus Optical Co., Ltd. Visual display apparatus
US3880509A (en) 1974-03-15 1975-04-29 Us Navy Wide-angle on-axis projection system
US4026641A (en) 1975-12-30 1977-05-31 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Toric reflector display
US20040130783A1 (en) 2002-12-02 2004-07-08 Solomon Dennis J Visual display with full accommodation
DE69230036T2 (de) 1991-07-03 2000-01-05 Sun Microsystems Inc Anzeigegeraet fuer virtuelle bilder
DE69221987T2 (de) 1991-11-01 1998-02-05 Sega Enterprises Kk Am Kopf befestigte Abbildungsvorrichtung
EP0725939B1 (en) 1992-03-13 1999-05-26 Kopin Corporation Head-mounted display system
US5325386A (en) 1992-04-21 1994-06-28 Bandgap Technology Corporation Vertical-cavity surface emitting laser assay display system
US5572343A (en) 1992-05-26 1996-11-05 Olympus Optical Co., Ltd. Visual display having see-through function and stacked liquid crystal shutters of opposite viewing angle directions
US5561538A (en) 1992-11-17 1996-10-01 Sharp Kabushiki Kaisha Direct-view display apparatus
US5309169A (en) 1993-02-01 1994-05-03 Honeywell Inc. Visor display with fiber optic faceplate correction
US5757544A (en) 1993-03-09 1998-05-26 Olympus Optical Co., Ltd. Image display apparatus
US5347400A (en) 1993-05-06 1994-09-13 Ken Hunter Optical system for virtual reality helmet
US7310072B2 (en) 1993-10-22 2007-12-18 Kopin Corporation Portable communication display device
US6160666A (en) 1994-02-07 2000-12-12 I-O Display Systems Llc Personal visual display system
JP3207036B2 (ja) * 1994-02-15 2001-09-10 株式会社小糸製作所 発光素子を使った灯具の光学設計方法
US5581271A (en) 1994-12-05 1996-12-03 Hughes Aircraft Company Head mounted visual display
TW275590B (en) 1994-12-09 1996-05-11 Sega Enterprises Kk Head mounted display and system for use therefor
JP3599828B2 (ja) 1995-05-18 2004-12-08 オリンパス株式会社 光学装置
JPH09105885A (ja) 1995-10-12 1997-04-22 Canon Inc 頭部搭載型の立体画像表示装置
JPH09113842A (ja) 1995-10-17 1997-05-02 Olympus Optical Co Ltd 頭部又は顔面装着式映像表示装置
CA2240907C (en) 1995-12-18 2001-06-05 Bell Communications Research, Inc. Flat virtual displays for virtual reality
JPH09219832A (ja) 1996-02-13 1997-08-19 Olympus Optical Co Ltd 画像表示装置
JP3761957B2 (ja) * 1996-02-15 2006-03-29 キヤノン株式会社 反射型の光学系及びそれを用いた撮像装置
US5701132A (en) 1996-03-29 1997-12-23 University Of Washington Virtual retinal display with expanded exit pupil
US5834676A (en) 1996-08-12 1998-11-10 Sight Unseen Weapon-mounted location-monitoring apparatus
US6215593B1 (en) 1996-11-13 2001-04-10 Ian A. Bruce Portable wide-field optical system with microlenses and fiber-optic image transfer element
JP3716625B2 (ja) 1997-09-18 2005-11-16 コニカミノルタホールディングス株式会社 映像観察装置及びカメラ及び映像観察システム
US6829087B2 (en) 1998-04-15 2004-12-07 Bright View Technologies, Inc. Micro-lens array based light transmitting screen with tunable gain
US6140979A (en) 1998-08-05 2000-10-31 Microvision, Inc. Scanned display with pinch, timing, and distortion correction
JP2000199853A (ja) 1998-10-26 2000-07-18 Olympus Optical Co Ltd 結像光学系及び観察光学系
US7324081B2 (en) 1999-03-02 2008-01-29 Siemens Aktiengesellschaft Augmented-reality system for situation-related support of the interaction between a user and an engineering apparatus
US7158096B1 (en) 1999-06-21 2007-01-02 The Microoptical Corporation Compact, head-mountable display device with suspended eyepiece assembly
US6445362B1 (en) 1999-08-05 2002-09-03 Microvision, Inc. Scanned display with variation compensation
JP4573393B2 (ja) 2000-01-06 2010-11-04 オリンパス株式会社 画像表示装置
US20010033401A1 (en) 2000-03-17 2001-10-25 Minolta Co., Ltd. Information display device
US6813085B2 (en) 2000-06-26 2004-11-02 Angus Duncan Richards Virtual reality display device
US20020094189A1 (en) 2000-07-26 2002-07-18 Nassir Navab Method and system for E-commerce video editing
KR20020025301A (ko) 2000-09-28 2002-04-04 오길록 다중 사용자를 지원하는 파노라믹 이미지를 이용한증강현실 영상의 제공 장치 및 그 방법
JP3406965B2 (ja) 2000-11-24 2003-05-19 キヤノン株式会社 複合現実感提示装置及びその制御方法
US6919866B2 (en) 2001-02-06 2005-07-19 International Business Machines Corporation Vehicular navigation system
JP2002258208A (ja) 2001-03-01 2002-09-11 Mixed Reality Systems Laboratory Inc 光学素子及びそれを用いた複合表示装置
JP2002287077A (ja) 2001-03-23 2002-10-03 Nikon Corp 映像表示装置
US6529331B2 (en) 2001-04-20 2003-03-04 Johns Hopkins University Head mounted display with full field of view and high resolution
US6731434B1 (en) 2001-05-23 2004-05-04 University Of Central Florida Compact lens assembly for the teleportal augmented reality system
US7009773B2 (en) 2001-05-23 2006-03-07 Research Foundation Of The University Of Central Florida, Inc. Compact microlenslet arrays imager
US20020186179A1 (en) 2001-06-07 2002-12-12 Knowles Gary R. Optical display device
US6522474B2 (en) * 2001-06-11 2003-02-18 Eastman Kodak Company Head-mounted optical apparatus for stereoscopic display
DE10131720B4 (de) 2001-06-30 2017-02-23 Robert Bosch Gmbh Head-Up Display System und Verfahren
JP4751534B2 (ja) 2001-07-24 2011-08-17 大日本印刷株式会社 光学系及びそれを用いた装置
EP2420873A3 (en) 2001-12-14 2013-01-16 QUALCOMM MEMS Technologies, Inc. Uniform illumination system
GB2387920B (en) 2002-04-24 2005-11-23 Seos Ltd An eyepiece for viewing a flat image and comprising a cemented doublet of reflecting and refracting optical components
US7002551B2 (en) 2002-09-25 2006-02-21 Hrl Laboratories, Llc Optical see-through augmented reality modified-scale display
KR100484174B1 (ko) 2002-11-06 2005-04-18 삼성전자주식회사 머리장착형 표시장치
KR100477684B1 (ko) 2002-12-05 2005-03-21 삼성전자주식회사 머리장착형 표시장치
US7432879B2 (en) 2003-02-10 2008-10-07 Schonlau William J Personal viewer
US7119965B1 (en) * 2003-02-24 2006-10-10 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Head mounted projection display with a wide field of view
US7063256B2 (en) 2003-03-04 2006-06-20 United Parcel Service Of America Item tracking and processing systems and methods
DE10316533A1 (de) 2003-04-10 2004-11-04 Carl Zeiss Hybride HMD-Vorrichtung
JP4532856B2 (ja) 2003-07-08 2010-08-25 キヤノン株式会社 位置姿勢計測方法及び装置
CA2449982A1 (en) 2003-07-16 2005-01-16 Aurora Digital Advertising Inc. Three dimensional display method, system and apparatus
ITTO20030640A1 (it) 2003-08-19 2005-02-20 Luigi Giubbolini Apparato d'interfaccia uomo- macchina mediante
ITTO20030662A1 (it) 2003-08-29 2005-02-28 Fiat Ricerche Disposizione di visualizzazione virtuale per un quadro
IL157837A (en) 2003-09-10 2012-12-31 Yaakov Amitai Substrate-guided optical device particularly for three-dimensional displays
IL157838A (en) 2003-09-10 2013-05-30 Yaakov Amitai High-brightness optical device
JP4364002B2 (ja) 2004-02-06 2009-11-11 オリンパス株式会社 頭部装着型カメラ及び頭部装着型カメラによる撮影方法
EP1779081A4 (en) 2004-08-03 2012-05-09 Silverbrook Res Pty Ltd ELECTRONIC PIN
WO2006023647A1 (en) 2004-08-18 2006-03-02 Sarnoff Corporation Systeme and method for monitoring training environment
US7545571B2 (en) 2004-09-08 2009-06-09 Concurrent Technologies Corporation Wearable display system
JP2006091477A (ja) 2004-09-24 2006-04-06 Konica Minolta Holdings Inc ホログラフィック反射面を有する広角観察光学系
US7619825B1 (en) 2004-09-27 2009-11-17 Rockwell Collins, Inc. Compact head up display with wide viewing angle
JP4404738B2 (ja) 2004-10-05 2010-01-27 矢崎総業株式会社 ヘッドアップディスプレイ装置
US20060103590A1 (en) 2004-10-21 2006-05-18 Avner Divon Augmented display system and methods
NZ537849A (en) 2005-01-21 2007-09-28 Peter James Hilton Direct Retinal Display projecting a scanned optical beam via diverging and converging reflectors
WO2006081198A2 (en) 2005-01-25 2006-08-03 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Compact haptic and augmented virtual reality system
WO2006085310A1 (en) 2005-02-10 2006-08-17 Lumus Ltd. Substrate-guided optical device particularly for vision enhanced optical systems
US20070132785A1 (en) 2005-03-29 2007-06-14 Ebersole John F Jr Platform for immersive gaming
US8040361B2 (en) 2005-04-11 2011-10-18 Systems Technology, Inc. Systems and methods for combining virtual and real-time physical environments
US7766515B2 (en) 2005-04-20 2010-08-03 Dragonfish Technologies, Llc Light source with non-imaging optical distribution apparatus
US7151639B2 (en) 2005-05-11 2006-12-19 Everspring Industry, Co., Ltd. Thin-type spherical lens
US20060281061A1 (en) 2005-06-13 2006-12-14 Tgds, Inc. Sports Training Simulation System and Associated Methods
JP2007086500A (ja) 2005-09-22 2007-04-05 Sony Corp 表示装置
US7486341B2 (en) 2005-11-03 2009-02-03 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Head mounted display with eye accommodation having 3-D image producing system consisting of, for each eye, one single planar display screen, one single planar tunable focus LC micro-lens array, one single planar black mask and bias lens
US20070177275A1 (en) 2006-01-04 2007-08-02 Optical Research Associates Personal Display Using an Off-Axis Illuminator
US7732694B2 (en) 2006-02-03 2010-06-08 Outland Research, Llc Portable music player with synchronized transmissive visual overlays
US7499217B2 (en) 2006-03-03 2009-03-03 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Imaging systems for eyeglass-based display devices
IL174170A (en) 2006-03-08 2015-02-26 Abraham Aharoni Device and method for two-eyed tuning
CN100462984C (zh) 2006-03-17 2009-02-18 清华大学 自由曲面反射器设计系统及方法
US20070243916A1 (en) 2006-04-14 2007-10-18 Lee Ren E Objective oriented reality horror survival game
SE0601216L (sv) 2006-05-31 2007-12-01 Abb Technology Ltd Virtuell arbetsplats
KR100809479B1 (ko) 2006-07-27 2008-03-03 한국전자통신연구원 혼합 현실 환경을 위한 얼굴 착용형 디스플레이 장치
JP4835327B2 (ja) 2006-08-30 2011-12-14 コニカミノルタホールディングス株式会社 映像表示装置、及び頭部装着式映像表示装置
US8259239B2 (en) 2007-01-18 2012-09-04 The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Polarized head-mounted projection display
US7762683B2 (en) 2007-02-23 2010-07-27 Raytheon Company Optical device with tilt and power microlenses
DE102007009828A1 (de) 2007-02-28 2008-09-04 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Sichthilfevorrichtung für manuelle Prozesse an feinstrukturierten oder schwer einsehbaren Objekten
IL183637A (en) 2007-06-04 2013-06-27 Zvi Lapidot Head display system
US20080309586A1 (en) 2007-06-13 2008-12-18 Anthony Vitale Viewing System for Augmented Reality Head Mounted Display
US20090002574A1 (en) 2007-06-29 2009-01-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and a system for optical design and an imaging device using an optical element with optical aberrations
WO2009041055A1 (ja) 2007-09-26 2009-04-02 Panasonic Corporation ビーム走査型表示装置、その表示方法、プログラム、及び集積回路
JP2009128565A (ja) 2007-11-22 2009-06-11 Toshiba Corp 表示装置、表示方法及びヘッドアップディスプレイ
WO2009094643A2 (en) 2008-01-26 2009-07-30 Deering Michael F Systems using eye mounted displays
US7928927B1 (en) 2008-03-17 2011-04-19 Rockwell Collins, Inc. Head worn head up display system
US20100149073A1 (en) 2008-11-02 2010-06-17 David Chaum Near to Eye Display System and Appliance
GB2461907A (en) 2008-07-17 2010-01-20 Sharp Kk Angularly restricted display
JP2012501020A (ja) * 2008-08-25 2012-01-12 ウニヴェルジテート チューリッヒ プロレクトラート エムエヌヴェー 調整可能な仮想現実システム
US9480919B2 (en) 2008-10-24 2016-11-01 Excalibur Ip, Llc Reconfiguring reality using a reality overlay device
US9600067B2 (en) 2008-10-27 2017-03-21 Sri International System and method for generating a mixed reality environment
US20100238161A1 (en) 2009-03-19 2010-09-23 Kenneth Varga Computer-aided system for 360º heads up display of safety/mission critical data
US8059342B2 (en) 2009-04-03 2011-11-15 Vuzix Corporation Beam segmentor for enlarging viewing aperture of microdisplay
WO2010123934A1 (en) 2009-04-20 2010-10-28 The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Optical see-through free-form head-mounted display
JP5402293B2 (ja) 2009-06-22 2014-01-29 ソニー株式会社 頭部装着型ディスプレイ、及び、頭部装着型ディスプレイにおける画像表示方法
GB2474007A (en) 2009-08-27 2011-04-06 Simon R Daniel Communication in and monitoring of a disaster area, optionally including a disaster medical pack
JP2011059444A (ja) 2009-09-10 2011-03-24 Olympus Corp 眼鏡型画像表示装置
US20110213664A1 (en) 2010-02-28 2011-09-01 Osterhout Group, Inc. Local advertising content on an interactive head-mounted eyepiece
CN102906623A (zh) 2010-02-28 2013-01-30 奥斯特豪特集团有限公司 交互式头戴目镜上的本地广告内容
US20110214082A1 (en) 2010-02-28 2011-09-01 Osterhout Group, Inc. Projection triggering through an external marker in an augmented reality eyepiece
GB2478738A (en) 2010-03-16 2011-09-21 Belron Hungary Kft Zug Branch Eye level display in communication with electronic device
US20110250962A1 (en) 2010-04-09 2011-10-13 Feiner Steven K System and method for a 3d computer game with true vector of gravity
US8625200B2 (en) * 2010-10-21 2014-01-07 Lockheed Martin Corporation Head-mounted display apparatus employing one or more reflective optical surfaces
US9632315B2 (en) 2010-10-21 2017-04-25 Lockheed Martin Corporation Head-mounted display apparatus employing one or more fresnel lenses
EP2652542B1 (en) 2010-12-16 2019-12-11 Lockheed Martin Corporation Collimating display with pixel lenses
CA2750287C (en) 2011-08-29 2012-07-03 Microsoft Corporation Gaze detection in a see-through, near-eye, mixed reality display

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030184868A1 (en) * 2001-05-07 2003-10-02 Geist Richard Edwin Head-mounted virtual display apparatus with a near-eye light deflecting element in the peripheral field of view
US20090228251A1 (en) * 2007-11-08 2009-09-10 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Systems and Methods for Designing Optical Surfaces

Also Published As

Publication number Publication date
EP2630541A2 (en) 2013-08-28
WO2012052980A2 (en) 2012-04-26
US20120123742A1 (en) 2012-05-17
MX2013004453A (es) 2016-02-29
AU2011319480B2 (en) 2015-10-29
KR20140038345A (ko) 2014-03-28
JP2014502069A (ja) 2014-01-23
US8781794B2 (en) 2014-07-15
WO2012052980A3 (en) 2012-07-19
AU2011319480A1 (en) 2013-06-13
BR112013009856A2 (pt) 2016-07-26
MX349189B (es) 2017-07-18
EP2630541B1 (en) 2020-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101924820B1 (ko) 자유 공간 반사광 표면 생성 장치 및 방법
JP6262530B2 (ja) 一つ以上の反射光学表面を使用する頭取付けディスプレイ装置
JP6246588B2 (ja) 一つ以上のフレネルレンズを使用する頭取付けディスプレイ装置
CN103261943B (zh) 采用一个或多个菲涅尔透镜的头戴式显示装置
US10481684B2 (en) System and method for foveated image generation using an optical combiner
KR101883221B1 (ko) 픽셀 렌즈를 갖춘 콜리메이팅 디스플레이
TWI553344B (zh) 使用一或多個菲涅耳透鏡（ｆｒｅｓｎｅｌ ｌｅｎｓｅｓ）之頭戴式顯示裝置
KR20140045291A (ko) 하나 이상의 반사 광학 표면이 수반된 헤드 장착 디스플레이 장치
EP4070148A1 (en) Projector for head up display with aberration correcting and in-coupling diffractive optical element
TWI559034B (zh) 使用一或多個反射光學表面之頭戴式顯示裝置
CA2815452C (en) Methods and systems for creating free space reflective optical surfaces
JP6348953B2 (ja) 自由空間反射光学表面を生成する方法及びシステム
TWI537598B (zh) 用於設計用於在一頭戴式顯示器中使用之一自由空間反射光學表面的基於電腦之方法、用於執行該方法之電腦程式、執行該方法之程式化電腦系統
AU2011319480C1 (en) Methods and systems for creating free space reflective optical surfaces
Berthaut et al. Dynamir: Optical Manipulations using Dynamic Mirror Brushes

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant