KR102177679B1

KR102177679B1 - 근안 디스플레이를 위한 광학 시스템

Info

Publication number: KR102177679B1
Application number: KR1020157021390A
Authority: KR
Inventors: 데이빗 디. 본; 네드 네스토로빅
Original assignee: 마이크로소프트 테크놀로지 라이센싱, 엘엘씨
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2020-11-11
Also published as: JP6391599B2; US20140240613A1; CN105008981B; EP2962152B1; WO2014133980A1; WO2014133980A8; EP2962152A1; CN105008981A; JP2016513288A; KR20150122132A; US9063331B2

Abstract

근안 디스플레이 디바이스에 통합하기 위한 소형의 광학 시스템에 관한 실시형태들이 여기에 개시된다. 예컨대, 개시된 일실시형태는 광원, 상기 광원으로부터 광을 수광하도록 구성되는 제1 편광 빔 분할면(polarizing beam splitting surface), 상기 제1 편광 빔 분할면에 의해 통과되는 광을 반사시키도록 구성되는 거울, 및 상기 제1 편광 빔 분할면과 상기 거울 사이에 배치되는 4분의 1 파장판(quarter wave plate)을 포함할 수 있는 근안 디스플레이를 제공한다. 근안 디스플레이 시스템은 상기 제1 편광 빔 분할면에 대하여 비스듬히 배치된 제2 편광 빔 분할면 및 상기 제2 편광 빔 분할면으로부터 수광되는 광을 통해 이미지를 생성하도록 구성되는 마이크로디스플레이를 더 포함할 수 있다.

Description

근안 디스플레이를 위한 광학 시스템{OPTICAL SYSTEM FOR NEAR-EYE DISPLAY}

본 발명은 근안 디스플레이를 위한 광학 시스템을 위한 것이다.

헤드 마운트 디스플레이 등의 근안 디스플레이 디바이스(near-eye display device)는 광원, 이미지 생성 엘리먼트, 렌즈 시스템, 및/또는 다른 광학 엘리먼트와 같은, 디바이스 내에 배열되는 다양한 광학 콤포넌트(component)를 포함할 수 있다. 이러한 광학 콤포넌트는 상당한 양의 공간을 점유할 수 있고, 이로 인해 근안 디스플레이는 부피가 큰 디자인을 갖게 될 수 있다. 일부 근안 디스플레이는 유저에 의해 착용되도록 구성될 수 있으므로, 부피가 큰 디자인은 근안 디스플레이가 불편하게 하고, 디자인 관점에서 매력적이지 않게 하고/하거나 그렇지 않으면 엔드 유저에게 흥미롭지 않게 할 수 있다.

근안 디스플레이 디바이스에 통합하기 위한 소형의 광학 시스템에 관한 실시형태들이 여기에 개시된다. 예컨대, 개시된 일실시형태는 광원, 상기 광원으로부터 광을 수광하도록 구성되는 제1 편광 빔 분할면(polarizing beam splitting surface), 상기 제1 편광 빔 분할면에 의해 통과되는 광을 반사시키도록 구성되는 거울, 및 상기 제1 편광 빔 분할면과 상기 거울 사이에 배치되는 4분의 1 파장판(quarter wave plate)을 포함하는 근안 디스플레이를 제공한다. 근안 디스플레이 시스템은 상기 제1 편광 빔 분할면에 비스듬히 배치된 제1 편광 빔 분할면 및 상기 제2 편광 빔 분할면에 의해 반사되는 광을 수광하고 이미지를 생성하도록 구성되는 마이크로디스플레이(microdisplay)를 더 포함한다.

이하 상세한 설명에서 더 개시되는 간략한 형태의 컨셉의 선택을 소개하기 위해 본 요약(Summary)이 제공된다. 본 요약은 청구되는 대상(subject matter)의 본질적 특징이나 중요 특징(key feature)의 확인을 의도하지 않고, 청구되는 대상의 범위를 한정하는데 사용되는 것도 의도하지 않는다. 또한, 청구되는 대상은 본 명세서의 임의의 부분에서 언급되는 임의의 또는 모든 단점을 해결하는 구현에 한정되지 않는다.

도 1은 본 개시(disclosure)의 실시형태에 따른 예시적 근안 디스플레이 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 개시의 실시형태에 따른 근안 디스플레이 시스템을 위한 예시적 광학 시스템을 나타낸다.
도 3은 본 개시의 실시형태에 따른 예시적 조명 어셈블리를 나타낸다.
도 4는 도 2의 실시형태의 개략적 도시를 개략적으로 나타낸다.
도 5는 본 개시의 실시형태에 따른 근안 디스플레이 시스템을 통해 광을 지향시키는 예시적 방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 6은 본 개시의 실시형태에 따른 예시적 컴퓨팅 시스템의 블록 다이어그램을 나타낸다.

근안 디스플레이 디바이스에 사용하기 위한 소형의 광학 시스템에 관한 실시형태들이 여기에 개시된다. 간단히, 개시된 실시형태는 광로를 통해 광을 지향시키기 위해 편광(polarized light) 및 편광 감응 광학 콤포넌트(polarization-sensitive optical component)를 사용하는 소형의 만곡된 광로(compact folded optical path)를 포함한다. 개시된 실시형태는 조명 시스템이 다른 콤포넌트에 대하여 비스듬하게 배열되게 하고, 이에 따라 유저의 머리의 만곡을 따르는 헤드 마운트 디스플레이 디바이스의 일부에 광학 시스템이 통합되게 할 수 있다. 따라서, 광학 시스템은 작고(compact) 높이가 낮은(low-profile) 근안 디스플레이 디바이스의 디자인을 용이하게 할 수 있다.

도 1은 디스플레이(104)를 포함하는 헤드 마운트 디스플레이 디바이스의 형태로의 디스플레이 디바이스(102)의 비제한적 실시예를 나타낸다. 디스플레이(104)는 도파관 디스플레이 시스템을 포함하는 임의의 적합한 디스플레이 시스템을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

디스플레이(104)는 적어도 부분적으로 투명하게 될 수 있고, 이에 따라 배경으로부터의 광이 시스루(see-through) 디스플레이를 통해 유저의 눈으로 통과하게 할 수 있다. 이것은, 배경에서의 실제 물체를 따라 볼 수 있는 가상의 물체를 디스플레이함으로써 배경의 모습을 시각적으로 확대하기(augment) 위해 디스플레이 디바이스(102)가 사용되게 할 수 있다.

디스플레이 디바이스(102)는 다양한 입력 디바이스 및 출력 디바이스를 포함할 수 있다. 예컨대, 디스플레이 디바이스(102)는 디스플레이(104)에 추가적으로 하나 이상의 스피커와 같은 오디오 출력을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 디스플레이 디바이스(102)는, 마이크로폰, 하나 이상의 전방 대향(forward-facing)(예컨대, 유저로부터 떨어져 대향함) 적외선 및/또는 가시광 카메라, 및/또는 하나 이상의 후방 대향(rearward-facing)(예컨대 유저를 향하여 대향함) 적외선 및/또는 가시광 카메라 등의 다양한 입력 센서를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 전방 대향 카메라는 하나 이상의 깊이 카메라(depth camera) 및 관련 광 프로젝터(light projector)를 포함할 수 있다. 마찬가지로 일부 실시형태에서, 후방 대향 카메라는 하나 이상의 아이 트래킹(eye-tracking) 카메라를 포함할 수 있다. 또한 일부 실시형태에서, 온보드 센서 시스템(onboard sensor system)은 디스플레이 디바이스(102)의 무선 및/또는 유선 통신 시스템을 통해 온보드 센서 시스템에 센서 데이터(sensor data)를 전송하는 하나 이상의 오프보드 센서(off-board sensor)와 통신할 수 있다.

디스플레이 디바이스(102)는 또한 디스플레이 디바이스가 유저의 머리에 착용되게 하는 하나 이상의 피처(feature)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 디스플레이 디바이스(102)는, 아이글래스(eyeglass)의 형태를 취하고, 노즈 레스트(nose rest)(106), 사이드 피스(side piece)(108), 및 이어 레스트(ear rest)(110)를 포함한다. 다른 실시형태에서, 헤드 마운트 디스플레이는 예컨대 시스루 바이저(see-through visor)의 형태의 디스플레이를 갖는 모자 또는 헬멧을 포함할 수 있다. 헤드 마운트 시스루 디스플레이의 환경(context)으로 여기에 설명했지만, 여기에 개시된 컨셉(concept)은 시스루가 아닌 디스플레이를 포함하는 임의의 다른 적합한 디스플레이 시스템에 적용될 수 있다.

도 2는 디스플레이 디바이스(102)와 함께 사용하기에 적합한 광학 시스템(200)의 예시적 실시형태를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 광학 시스템(200)은 디스플레이(104)의 측면에, 예컨대 프레임(frame)의 사이드 피스(108)에 인접하여 배치될 수 있다. 광학 시스템(200)은 마이크로디스플레이9204)를 조명하는 광을 생성하기 위한 조명 시스템(202)을 포함할 수 있다. 조명 시스템(202)은, 광학 시스템이 유저의 머리의 관자놀이(temple) 영역의 만곡에 대하여 전체적으로 맞춰질 수 있도록, 후술하는 바와 같이 광학 시스템(200)의 다른 광학 콤포넌트의 평면에 대하여 비스듬하게 장착될 수 있다. 조명 시스템(202)은 하나 이상의 컬러 LED(color light-emitting diode), 하나 이상의 레이저 다이오드, 하나 이상의 화이트(white) LED 등의 포함하는 임의의 적합한 광원을 사용할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

도 3은 도 2의 조명 시스템(202)으로서의 사용을 위해 적합한 조명 시스템(300)의 실시예를 나타낸다. 조명 시스템(300)은 제1 광원(302a), 제2 광원(302b), 및 제3 광원(302c)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 광원(302a, 302b, 302c)은 RGB LED 어셈블리의 레드(red) LED, 그린(green) LED, 및 블루(blue) LED에 대응할 수 있다. 다른 실시형태에서, RGB 레이저가 사용될 수 있다. RGB 레이저의 사용은 편광을 출력하는 잠재적 장점을 제공할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제2 광원(302b) 및 제3 광원(302c)은, 제1 광원(302a)에 대하여 그리고 조명 시스템(300)에서 광이 나오는 방향에 대하여, 비스듬하게 배치될 수 있다. 각 광원으로부터 발광된 광은 광원들(302a, 302b, 302c)에 대하여 각각 304a, 304b, 304c 및 306a, 306b, 306c로 표시된 집광기(collector) 및 포커싱 렌즈(focusing lens)를 통과할 수 있다. 집광기 및 포커싱 렌즈는, 다이크로익 빔 스플리터(dichroic beam splitter)(308)를 통해 광원으로부터 발광된 광을 지향시켜서 마이크로렌즈 어레이 상에 포커싱하도록 구성될 수 있다. 다이크로익 빔 스플리터(308)는, 각 광원으로부터의 광이 동일 방향으로 다이크로익 빔 스플리터(308)에서 나오도록 하기 위해, 제1 광원(302a)으로부터의 광을 공과시키고 제2 광원(302b)과 제3 광원(302c)으로부터의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 다운스트림 옵틱(downstream optic)을 통과하는 광에 영향을 주지 않고 다운스트림 옵틱에 관하여 조명 시스템에서 나오는 광의 광축 주위로 조명 시스템(310)이 회전할 수 있다는 것이 주목될 것이다. 이것은, 유저의 관자놀이의 윤곽에 전체적으로 따르도록 다른 옵틱에 관하여 조명 시스템(310)이 배치되게 할 수 있다.

도 2를 다시 참조하면, 조명 시스템에서 나온 광은 다른 광학 엘리먼트를 통해 편광 빔 스플리터(206)로 통과할 수 있다. 도 2는 광학 시스템(200)에서의 편광 빔 스플리터(206)의 예시적 위치를 도시하고, 도 4는 편광 빔 스플리터(206)에 도달하기 전에 네거티브 엘리먼트(negative element)(402) 및 마이크로렌즈 어레이(400)의 형태로 예시적 콤포넌트를 통한 광의 경로의 개략적인 도시를 나타낸다. 일부 실시형태에서, 광원에 가까운 하나 이상의 렌즈 엘리먼트[예컨대, 네거티브 엘리먼트(402)]는 비구면(aspheric)이 될 수 있다. 또한, 마이크로렌즈 어레이(400)는 시스템의 마이크로디스플레이의 에탕듀(etendue)를 매칭시키도록 구성될 수 있다. 도 4는 명확함을 위해 단일 광원(302)을 나타내지만, 도 3을 참조하여 위에서 설명한 바와 같이 다이크로익 빔 스플리터(308)를 통해 복수의 광원이 결합될 수 있는 것으로 생각될 것이다.

편광 빔 스플리터(206)는, 만곡된 광로에서 광을 마이크로디스플레이(204)를 향하여 지향시키기 위한 제2 편광 빔 분할면(406) 및 제1 편광 빔 분할면(404)을 포함할 수 있다. 제1 편광 빔 분할면(404)은, 광원(302a, 302b, 302c)으로부터 수광된 광을 편광시키고 4분의 1 파장판(408)을 통해 거울(410)로 편광을 통과시키도록 구성될 수 있다. 거울(410)은 4분의 1 파장판(408)을 통해 광을 다시 반사시키도록 구성된다. 4분의 1 파장판(408)을 통해 2번 통과한 후에, 광의 편광 상태는 제1 4분의 1 파장판(408)을 통해 최초로 통과하기 전의 상태에 비하여 90도로 회전된다. 따라서, 거울(410)로부터의 광은 제1 편광 빔 분할면(404)에 의해 편광 빔 스플리터(206)의 내부 전반사(TIR : total internal reflection) 면(412)을 향하여 반사되고, 광은 내부 전반사에 의해 제2 편광 빔 분할면(406)을 향하여 반사된다. 이어서, 제2 편광 빔 분할면(406)은 내부 전반사 없이 TIR 면에서 나오기에 충분한 각도로 TIR 면(412)을 향하여 광을 반사시킨다. 이어서 더 상세히 후술하는 바와 같이, 편광 빔 스플리터(206)에서 나온 광은 복렌즈(doublet lens)(414) 등의 추가 엘리먼트와 다른 4분의 1 파장판 또는 보상판(compensator) 등의 편광 조정 엘리먼트(polarization-adjusting element)(416)을 통해 마이크로디스플레이(204)로 통과할 수 있다. 제1 및 제2 편광 빔 분할면과 내부 전반사면에 의해 반사된 광이 매체 내에서 유지되도록 하기 위해, 편광 빔 스플리터(206)가 적합한 매체에 빠질(immersed) 수 있다.

제1 및 제2 편광 빔 분할면은 서로에 대하여 임의의 적합한 각도로 배치될 수 있다. 마찬가지로, 제2 편광 빔 분할면도 마이크로디스플레이(204)에 대하여 임의의 적합한 각도로 배치될 수 있다. 예컨대 일부 실시형태에서, 제2 편광 빔 분할면은 마이크로디스플레이(204)의 종축(208)에 대하여 20도 내지 50도로 배향될(oriented) 수 있다. 다른 특정 실시예에서, 제2 편광 빔 분할면은 마이크로디스플레이(204)의 종축(208)에 대하여 30도의 각도로 배향될 수 있다.

임의의 적합한 타입의 마이크로디스플레이 디바이스가 마이크로디스플레이(204)로서 사용될 수 있다. 예컨대 일부 실시형태에서, 마이크로디스플레이(204)는 LCoS(liquid crystal on silicon) 디스플레이를 포함할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 마이크로디스플레이(204) 상에 입사되는 광은, 이미지를 생성하기 위해 공간적으로 조절되고(modulated), 제2 편광 빔 분할면(406)을 향하여 다시 반사된다. LCoS로부터 반사된 광의 편광 상태는 LCoS 상에 입사되는 광에 비해 회전된다. 그러나, 제작 공차로서의 이러한 요인들로 인해, LCoS는 반사광의 편광 상태를 전체 90도로 회전시킬 수 없다. 따라서 이러한 실시형태에서, 편광 조절기(polarization adjuster)(416)는 제2 편광 빔 분할면을 통해 광을 통과시키기 전에 LCoS로부터의 광의 회전을 완료하기 위한 보상기(compensator)를 포함할 수 있다. 도 2를 다시 참조하면, 이 광은 투영 광학계(projection optics)(210)를 통과하여 (예컨대, 도파관 또는 다른 적합한 광학계를 통해) 디스플레이(104)로 지향될 수 있다.

다른 실시형태에서, 마이크로디스플레이(204)는 DLP(digital light processing) 디스플레이 등의 다른 타입의 반사형 마이크로디스플레이(reflective microdisplay)를 포함할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 편광 조절기(polarization adjuster)(416)는 제2 편광 빔 분할면을 통한 투과를 위해 광을 회전시키는 4분의 1 도파판을 포함할 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 마이크로디스플레이는 투과형 액정 마이크로디스플레이 등의 투과형 마이크로디스플레이를 포함할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 편광 조절기(416)는 생략될 수 있다.

도 5는 본 개시의 실시형태에 따른 근안 디스플레이 시스템을 통해 광을 지향시키는 예시적 방법(500)을 도시한 플로우 다이어그램을 나타낸다. 502로 표시한 바와 같이, 방법(500)은 광원으로부터 광을 출력하는 단계를 포함한다. 광원으로부터의 광은 504로 표시한 바와 같이 마이크로렌즈 어레이 등의 다양한 콤포넌트를 통해 이어서 광을 선형으로 편광시키는 506으로 표시한 바와 같은 제1 편광 빔 분할면을 통해 지향될 수 있다. 다른 실시형태에서, 편광 빔 스플리터의 상류에 광학적으로 배치되는 다른 편광판(polarizer)이 광을 편광시키기 위해 사용될 수 있다.

방법(500)은 508로 표시한 바와 같이 제1 4분의 1 도파판을 통해 거울을 향하여 광의 일부를 지향시키는 단계를 더 포함한다. 4분의 1 도파판을 통한 통과하여 510으로 표시한 바와 같이 제1 편광 빔 분할면을 향하여 통과하는 2개의 광으로부터 총 90도로 편광 상태가 회전하도록 하기 위해, 거울은 제1 4분의 1 도파판을 통해 다시 광의 일부를 반사시킨다. 이어서, 방법(500)은 제1 편광 빔 분할면을 통해 제2 편광 빔 분할면을 향하여 광의 일부를 반사시키는 단계를 포함한다. 일부 실시형태에서, 제1 편광 빔 분할면에 의해 반사된 광은, 도 4를 참조하여 위에서 설명한 바와 같이, TIR 면으로부터 제2 편광 빔 분할면을 향하여 반사될 수 있다.

계속해서, 다음으로, 방법(500)은, 514에서 TIR 면을 통해, 일부 실시형태에서는 편광 조절기를 통해, 제2 편광 빔 분할면으로부터의 광의 일부를, 516으로 표시한 바와 같이 이미지의 생성을 위한 마이크로디스플레이를 향하여, 반사시키는 단계를 포함한다. 일부 실시형태에서, 518로 표시한 바와 같이, 마이크로디스플레이가 제2 편광 빔 분할면을 향하여 다시 광을 반사시키도록, LCoS 또는 DLP(digital light processing) 디스플레이 등의 반사형 마이크로디스플레이가 사용될 수 있다. 다른 실시형태에서, 투과형 마이크로디스플레이가 사용될 수 있다. LCoS 디스플레이를 사용하는 실시형태에서 편광 조절기는 보상기를 포함할 수 있고, 다른 타입의 반사형 마이크로디스플레이(예컨대, DLP 디스플레이)를 사용하는 실시형태에서 편광 조절기는 제2 4분의 1 도파판을 포함할 수 있다.

따라서, 여기에 개시된 실시형태는 유저의 머리 윤곽을 따르도록 구성된 소형의 광학 시스템을 제공할 수 있고, 이에 따라 더 작고 매력적인 근안 디스플레이 시스템의 구성을 가능하게 한다. 일부 실시형태에서, 여기에 개시된 방법들과 프로세스들은 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스의 컴퓨팅 시스템과 관련될 수 있다. 특히, 이러한 방법들 및 프로세스들은 컴퓨터-애플리케이션 프로그램 또는 서비스, 애플리케이션-프로그래밍 인터페이스(API: application-programming interface), 라이브러리(library), 및/또는 다른 컴퓨터-프로그램 제품으로서 구현될 수 있다.

도 6은 상기 방법들 및 프로세스들 중 하나 이상을 수행할 수 있는 컴퓨팅 시스템(600)의 비제한 실시형태를 개략적으로 나타낸다. 컴퓨팅 시스템(600)은 간략한 형태로 도시되어 있다. 컴퓨팅 시스템(600)은, 하나 이상의 근안 디스플레이 디바이스, 헤드 마운트 디스플레이 디바이스, 이동 통신 디바이스(예컨대, 스마트폰), 이동 컴퓨팅 디바이스, 태블릿 컴퓨터, 서버 컴퓨터, 게이밍 콘솔, 홈-엔터테인먼트 컴퓨터, 네트워크 컴퓨팅 디바이스, 퍼스널 컴퓨터, 및/또는 다른 컴퓨팅 디바이스의 형태를 취할 수 있다.

컴퓨팅 시스템(600)은 로직 머신(logic machine)(602) 및 스토리지 머신(storage machine)(604)을 포함한다. 컴퓨팅 시스템(600)은 디스플레이 서브시스템(606), 입력 서브시스템(608), 통신 서브시스템(610), 및/또는 도 6에 도시되지 않은 다른 콤포넌트들을 더 포함할 수 있다.

로직 머신(602)은 명령어들을 실행하도록 구성되는 하나 이상의 물리적 디바이스를 포함한다. 예컨대, 로직 머신은 하나 이상의 애플케이션, 서비스, 프로그램, 루틴(routine), 라이브러리, 오브젝트(object), 콤포넌트(component), 데이터 구조, 또는 다른 논리 구성(logical construct)의 부분인 하나 이상의 명령어들을 실행하도록 구성될 수 있다. 작업 수행하고, 데이터 타입을 구현하고, 하나 이상의 콤포넌트의 상태를 변환하고, 기술적 효과를 달성하거나 그렇지 않으면 원하는 결과에 도달하기 위해, 이러한 명령어들이 구현될 수 있다.

로직 머신은 소프트웨어 명령어를 실행하도록 구성되는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안으로서, 로직 머신은 하드웨어 또는 펌웨어 명령어를 실행하도록 구성되는 하나 이상의 하드웨어 또는 펌웨어 로직 머신을 포함할 수 있다. 로직 머신의 프로세서는 싱글-코어(single-core) 또는 멀티-코어(multi-core)가 될 수 있고, 여기서 실행되는 명령어들은 순차적 프로세싱, 병렬 프로세싱, 및/또는 분산 프로세싱을 위해 구성될 수 있다. 로직 머신의 개별 콤포넌트들은 선택적으로 통합된 프로세싱을 위해 원격으로 배치될 수 있는 그리고/또는 구성될 수 있는 2개 이상의 개별 디바이스들 중에 분산될 수 있다. 로직 머신의 양상은 원격 액세스 가능한, 클라우드-컴퓨팅 구조로 구성되는 네트워킹된 컴퓨팅 디바이스에 의해 가상화되고 실행될 수 있다.

여기에 개시된 방법들 및 프로세스들을 구현하기 위해, 스토리지 머신(604)은, 로직 머신에 의해 실행 가능한 명령어들(예컨대, 컴퓨터-및/또는 기계-판독가능 명령어들)을 저장하고 유지하도록 구성되는 하나 이상의 물리적 디바이스를 포함한다. 예컨대, 로직 머신(602)은 센서 인터페이스[예컨대, 도 1의 디스플레이 디바이스(102)의 입력 센서의 인터페이스] 및 스토리지 머신(604)와 동작 가능하게 통신할 수 있다. 이러한 방법들 및 프로세스들이 구현될 때, 스토리지 머신(604)의 상태는 예컨대 상이한 데이터를 유지하기 위해 변형될 수 있다.

스토리지 머신(604)은 착탈식(removable) 디바이스 및/또는 내장(built-in) 디바이스를 포함할 수 있다. 스토리지 머신(604)은 다른 것들 중에서 광학 메모리(예컨대, CD, DVD, HD-DVD, 블루레이 디스크 등), 반도체 메모리(예컨대, RAM, EPROM, EEPROM 등), 및/또는 자기 메모리(예컨대, 하드 디스크 드라이브, 플로피 디스크 드라이브, 테이프 드라이브, MRAM 등)를 포함할 수 있다. 스토리지 머신(604)은 휘발성, 비휘발성, 동적, 정적, 판독/기입, 판독전용, 랜덤-액세스, 순차-액세스, 로케이션-어드레서블(location-addressable), 파일-어드레서블(file-addressable), 및/또는 콘텐트-어드레서블(content-addressable) 디바이스를 포함할 수 있다.

스토리지 머신(604)은 하나 이상의 물리적 디바이스를 포함한다는 것이 인식될 것이다. 그러나, 여기에 대안으로 개시된 명령어들의 양상은 통신 매체(예컨대, 전자기 신호, 광학 신호 등)에 의해 전파될 수 있다.

로직 머신(602) 및 스토리지 머신(604)의 양상은 하나 이상의 하드웨어-로직 콤포넌트에 함께 통합될 수 있다. 이러한 하드웨어-로직 콤포넌트는 예컨대 FPGA(field-programmable gate array), PASIC / ASIC(program- and application-specific integrated circuit), PSSP / ASSP(program- and application-specific standard product), SOC(system-on-a-chip), 및 CPLD(complex programmable logic device)를 포함할 수 있다.

디스플레이 서브시스템(606)은 스토리지 머신(604)에 의해 유지되는 데이터의 시각적 표현을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 디스플레이 서브시스템(606)은 도 1의 디스플레이(104) 및/또는 광학 시스템(200)의 하나 이상의 엘리먼트를 포함할 수 있다. 이 시각적 표시는, 시스루 디스플레이를 통해 실제 물체 및 가상 물체를 모두 볼 수 있는 증강 현실 이미지와 같은 잠재적으로 표시되는 GUI(graphical user interface)의 형태를 취할 수 있다. 여기에 개시된 방법들 및 프로세스들이 스토리지 머신에 의해 유지되는 데이터를 변경하고 이에 따라 스토리지 머신의 상태를 변환하기 때문에, 아래에 놓인 데이터의 변경을 시각적으로 표시하기 위해 디스플레이 서브시스템(606)의 상태가 마찬가지로 변환될 수 있다. 디스플레이 서브시스템(606)은 임의의 타입의 기술을 가상으로 사용하는 하나 이상의 디스플레이 디바이스를 포함할 수 있다. 이러한 디스플레이 디바이스가 공유 인클로저(shared enclosure)에서 로직 머신(602) 및/또는 스토리지 머신(604)과 결합되거나, 이러한 디스플레이 디바이스가 주변 디스플레이 디바이스가 될 수 있다.

포함되는 경우에, 입력 서브시스템(608)은 터치 스크린, 키보드, 마우스, 마이크로폰, 또는 게임 컨트롤러를 포함하지만 이에 한정되지 않는 하나 이상의 유저-입력 디바이스를 포함하거나 하나 이상의 유저-입력 디바이스와 인터페이스할 수 있다. 일부 실시형태에서, 입력 서브시스템은 선택된 NUI(natural user input) 콤포넌트리(componentry)를 포함하거나 인터페이스할 수 있다. 이러한 콤포넌트리는 통합되거나 주변기기가 될 수 있고, 입력 동작의 전달 및/또는 프로세싱은 온 보드(on-board) 또는 오프 보드(off-board)로 처리될 수 있다. 예시적 NUI 콤포넌트리는, 연설 및/또는 음성 인식을 위한 마이크로폰; 머신 비전(machine vision) 및/또는 제스처 인식을 위한 적외선, 컬러, 입체, 및/또는 뎁스 카메라(depth camera); 모션 검출 및/또는 의도 인식을 위한 헤드 트랙커(head tracker), 아이 트랙커(eye tracker), 가속도계, 및/또는 자이로스코프(gyroscope); 뿐만 아니라 두뇌 활동을 평가하기 위한 전계 센싱 콤포넌트리를 포함할 수 있다.

포함되는 경우에, 통신 서브시스템(610)은 컴퓨팅 시스템(600)을 하나 이상의 다른 컴퓨팅 디바이스와 통신가능하게 연결하도록 구성될 수 있다. 통신 서브시스템(610)은 하나 이상의 상이한 통신 프로토콜과 호환가능한 유선 및/또는 무선 통신 디바이스를 포함할 수 있다. 비제한적 실시예로서, 통신 서브시스템은 무선 전화 네트워크, 무선 또는 유선 근거리 네트워크, 무선 또는 유선 광역 네트워크를 통한 통신을 위해 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 통신 서브시스템은 컴퓨팅 시스템(600)이

인터넷과 같은 네트워크를 통해 다른 디바이스로 메시지를 전송하는 것 및/또는 다른 디바이스로부터 메시지를 수신하는 것을 가능하게 할 수 있다.

여기에 개시된 구성 및/또는 방법은 사실상 예시라는 것과 이 특정 실시형태 또는 실시예는 다수의 변형이 가능하기 때문에 한정의 의미로 간주되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 여기에 개시된 특정 루틴 또는 방법은 임의의 수의 프로세싱 방식(processing strategy) 중 하나 이상을 대표할 수 있다. 따라서, 예시된 및/또는 개시된 다양한 동작들은 예시된 및/또는 개시된 순서로, 다른 순서로, 병렬적으로 수행되거나 생략될 수 있다. 마찬가지로, 상기 프로세스의 순서는 변경될 수 있다.

본 명세서의 대상은 임의의 그리고 모든 등가물에 더하여 다양한 프로세스, 시스템, 및 구성과 여기에 개시된 다른 피처, 기능, 동작, 및/또는 속성의 모든 새롭고 명백하지 않은 조합 및 하부조합(sub-combination)을 포함한다.

Claims

근안(near-eye) 디스플레이 시스템에 있어서,
광원;
상기 근안 디스플레이 시스템의 광 경로를 따라 상기 광원의 하류에 배치되며, 상기 광원으로부터 광을 수광하도록 구성되는, 제1 편광 빔 분할면(polarizing beam splitting surface);
상기 광 경로를 따라 상기 제1 편광 빔 분할면의 하류에 배치되며, 상기 제1 편광 빔 분할면에 의해 통과된 광을 다시 상기 제1 편광 빔 분할면을 향하여 반사시키도록 구성되는, 거울;
상기 광 경로를 따라 상기 제1 편광 빔 분할면과 상기 거울 사이에 배치되는, 4분의 1 도파판(quarter wave plate);
상기 광 경로를 따라 상기 제1 편광 빔 분할면 및 상기 거울의 하류에 배치되며, 상기 제1 편광 빔 분할면에 대하여 비스듬하게 배치되는, 제2 편광 빔 분할면; 및
상기 광 경로를 따라 상기 제2 편광 빔 분할면의 하류에 배치되고, 상기 제2 편광 빔 분할면으로부터 수신된 광으로부터 이미지를 생성하도록 구성되는, 마이크로디스플레이
를 포함하는, 근안 디스플레이 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2 편광 빔 분할면과 상기 마이크로디스플레이 사이에 배치되는 편광 조절기를 더 포함하는, 근안 디스플레이 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제2 편광 빔 분할면과 상기 편광 조절기 사이에 배치되는 복렌즈(doublet lens)를 더 포함하는, 근안 디스플레이 시스템.
제1항에 있어서,
상기 거울에 의해 다시 상기 제1 편광 빔 분할면을 향하여 반사된 광은 상기 제1 편광 빔 분할면에서 반사되고,
상기 근안 디스플레이 시스템은, 상기 제1 편광 빔 분할면으로부터 반사된 광을 상기 제2 편광 빔 분할면으로 반사시키도록 구성되는 내부 전반사(total internal reflection; TIR) 면을 더 포함하는, 근안 디스플레이 시스템.
제1항에 있어서,
발광의 방향에서 상기 광원과 상기 제1 편광 빔 분할면 사이에 배치되는 집광기(collector) 및 포커싱 렌즈를 더 포함하는, 근안 디스플레이 시스템.
제5항에 있어서,
상기 포커싱 렌즈와 상기 제1 편광 빔 분할면 사이에 배치되는 네거티브 렌즈 엘리먼트(negative lens element)를 더 포함하는, 근안 디스플레이 시스템.
제1항에 있어서,
상기 광원은 복수의 LED(light-emitting diode)를 포함하는 것인, 근안 디스플레이 시스템.
제7항에 있어서,
상기 복수의 LED 중 적어도 하나로부터의 광을 반사시키고, 상기 복수의 LED 중 다른 하나로부터의 광을 통과시키도록 구성되는 하나 이상의 다이크로익 빔 스플리터(dichroic beam splitter)를 더 포함하는, 근안 디스플레이 시스템.
제1항에 있어서,
상기 마이크로디스플레이는 LCoS(liquid crystal on silicon) 디스플레이를 포함하는 것인, 근안 디스플레이 시스템.
제1항에 있어서,
상기 마이크로디스플레이는 액정 디스플레이를 포함하는 것인, 근안 디스플레이 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2 편광 빔 분할면은 상기 마이크로디스플레이의 종축에 대하여 20도 내지 50도로 배향되는 것인, 근안 디스플레이 시스템.
근안 디스플레이 시스템을 통해 광을 지향시키는 방법에 있어서,
광원으로부터 광을 출력하는 단계;
상기 광의 일부의 편광에 기초하여 제1 편광 빔 분할면을 통해 상기 광원으로부터의 광의 일부를 통과시키는 단계;
4분의 1 도파판을 통해 거울을 향하여 상기 광의 일부를 지향시키는 단계로서, 상기 거울은 상기 4분의 1 도파판을 통해 상기 제1 편광 빔 분할면을 향하여 다시 상기 광의 일부를 반사시키도록 구성되는 것인 단계;
상기 제1 편광 빔 분할면에 의해 제2 편광 빔 분할면을 향하여 상기 광의 일부를 반사시키는 단계;
상기 제2 편광 빔 분할면에 의해 마이크로디스플레이를 향하여 상기 광의 일부를 반사시키는 단계; 및
상기 마이크로디스플레이로 이미지를 생성하는 단계
를 포함하는, 근안 디스플레이 시스템을 통해 광을 지향시키는 방법.
제12항에 있어서,
상기 마이크로디스플레이로 이미지를 생성하는 단계는, 상기 마이크로디스플레이와 상기 제2 편광 빔 분할면 사이에 배치되는 편광 조절기를 통해 광을 다시 상기 제2 편광 빔 분할면을 향하여 반사시키는 단계를 더 포함하는 것인, 근안 디스플레이 시스템을 통해 광을 지향시키는 방법.
제12항에 있어서,
상기 제1 편광 빔 분할면으로 상기 광을 지향시키기 전에 마이크로렌즈 어레이를 통해 상기 광원으로부터의 광을 지향시키는 단계를 더 포함하는, 근안 디스플레이 시스템을 통해 광을 지향시키는 방법.
근안 디스플레이 시스템을 위한 광학 시스템에 있어서,
발광하도록 구성되는 광원;
광의 제1 부분을 통과시키고 상기 광의 제2 부분을 반사시키도록 구성되는 제1 편광 빔 분할면;
상기 광의 제1 부분의 편광을 회전시키도록 구성되는 4분의 1 도파판;
상기 4분의 1 도파판을 통해 상기 제1 편광 빔 분할면을 향해 상기 광의 제1 부분을 반사시키도록 구성되는 거울; 및
상기 제1 편광 빔 분할면으로부터 반사된 상기 광의 제1 부분을 수신하고, 편광 조절기를 통해 마이크로디스플레이를 향하여 상기 광의 제1 부분을 반사시키도록 구성되는 제2 편광 빔 분할면
을 포함하고,
상기 마이크로디스플레이는 상기 편광 조절기를 통해 상기 광의 제1 부분을 다시 상기 제2 편광 빔 분할면을 향하여 반사시키도록 구성되는 것인, 근안 디스플레이 시스템을 위한 광학 시스템.
제15항에 있어서,
상기 광원으로부터의 광을 수신하고 상기 광을 상기 제1 편광 빔 분할면을 향하여 지향시키도록 구성되는 마이크로렌즈 어레이를 더 포함하는, 근안 디스플레이 시스템을 위한 광학 시스템.
제16항에 있어서,
상기 마이크로렌즈 어레이와 상기 제1 편광 빔 분할면 사이에 배치되는 네거티브 렌즈 엘리먼트를 더 포함하는, 근안 디스플레이 시스템을 위한 광학 시스템.
제17항에 있어서,
복수의 컬러 발광 다이오드로부터 광을 수신하도록 구성되는 하나 이상의 다이크로익 빔 스플리터를 더 포함하고, 상기 다이크로익 빔 스플리터 각각은 제1 광원으로부터의 광을 통과시키고 다른 광원으로부터의 광을 반사시키도록 구성되는 것인, 근안 디스플레이 시스템을 위한 광학 시스템.
제15항에 있어서,
상기 광원은 복수의 컬러 발광 다이오드(LED)를 포함하는 것인, 근안 디스플레이 시스템을 위한 광학 시스템.
제15항에 있어서,
상기 근안 디스플레이 시스템은 헤드 마운트 디스플레이 디바이스에 포함되는 것인, 근안 디스플레이 시스템을 위한 광학 시스템.