KR102360103B1 - 접힌 디스플레이 광학 장치들을 사용한 컴팩트한 눈 추적 - Google Patents
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Abstract
가상 환경 및 증강 현실 환경에서 사용하기 위한 광학 어셈블리들에 대해 서술된다. 광학 어셈블리들은 렌즈들, 필터 스택들, 카메라들 및 이미지 투사 디바이스들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 어셈블리는 적어도 하나의 렌즈, 상기 적어도 하나의 렌즈와 이미지 투영 디바이스 사이의 제1 필터 스택, 상기 제1 필터 스택과 상기 이미지 투영 디바이스 사이의 제2 필터 스택, 및 상기 적어도 하나의 렌즈를 통해 광의 적외선 반사 이미지들을 캡처하도록 구성된 카메라를 포함할 수 있다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2018년 2월 22일에 출원된 미국 출원 제15/902,811호의 계속이고 우선권을 주장하며, 이 미국 출원 제15/902,811호는 2017년 2월 23일에 출원된 미국 가출원 번호 62/462,584호를 우선권으로 주장하며, 그 개시 내용들은 전체로서 본원에 참조로 포함된다.
본 발명은 일반적으로 대화식 헤드 장착형 디스플레이(HMD) 디바이스들에 사용되는 광학 눈 추적 기술에 관한 것이다.
매끄럽고 광학적으로 강력한 헤드 장착형 디스플레이(HMD) 디바이스들을 설계하는 것에는 여러 가지 어려움이 존재할 수 있다. 양질의 콘텐트 및 콘텐트 프로세싱을 제공하는데 사용되는 광학 컴포넌트들은 광범위할 수 있으며, 부피가 큰 HMD 디바이스로 이어질 수 있다. 광학 컴포넌트들은 또한 HMD 디바이스의 무게를 증가시킬 수 있으며, 이는 사용자가 디바이스를 사용하는 것을 어렵게 하고 그리고 사용자가 디바이스를 착용할 때 피로를 유발할 수 있다. 이러한 문제로 인해 사용자가 HMD 디바이스의 사용을 중단할 수 있다.
하나의 일반적인 양상에서, 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리를 포함하는 시스템이 서술된다. 상기 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리는 상기 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리에서 적어도 하나의 접안경에 이미지 콘텐트를 디스플레이하도록 동작 가능한 이미지 투영 디바이스 및 광학 어셈블리를 포함한다. 상기 광학 어셈블리는, 적어도 하나의 렌즈, 및 상기 적어도 하나의 렌즈와 상기 이미지 투영 디바이스 사이에 배치된 제1 필터 스택을 포함할 수 있고, 상기 제1 필터 스택은 적어도 하나의 빔 분할 층을 포함한다. 상기 광학 어셈블리는 또한 상기 제1 필터 스택과 상기 적어도 하나의 렌즈 사이의 제2 필터 스택을 포함할 수 있고, 상기 제2 필터 스택은 상기 적어도 하나의 렌즈를 향하는 적어도 하나의 반사 요소를 포함한다.
상기 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리는 또한 상기 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리 내에 배치된 카메라를 포함하고, 상기 카메라는 상기 적어도 하나의 렌즈를 통해 광(light)의 적외선 반사 이미지들을 캡처하도록 구성된다. 일부 구현들에서, 상기 카메라는, 상기 적어도 하나의 렌즈 아래에 배치되고 그리고 상기 이미지 투영 디바이스쪽으로 향하여 상기 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리에 액세스하는 사용자의 눈의 이미지를 캡처하고, 상기 눈의 이미지는 상기 반사 요소로부터 반사된다. 일부 구현들에서, 상기 카메라는, 적어도 하나의 이미지 투영 디바이스 아래에 배치되고, 그리고 상기 적어도 하나의 렌즈를 향하여 상기 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리에 액세스하는 사용자의 눈의 이미지를 캡처한다. 상기 눈의 이미지는 상기 적어도 하나의 렌즈, 제1 필터 스택 및 제2 필터 스택을 통해 상기 카메라를 사용하여 캡처될 수 있다.
일부 구현들에서, 상기 적어도 하나의 렌즈는 상기 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리를 수용하는 프레임의 바닥면에 대해 측면으로 슬라이딩하도록 구성된다. 상기 슬라이드는 상기 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리에 액세스하는 사용자와 관련된 시각 장애를 교정하기 위해 디옵터 조정(diopter adjustment)을 유발하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 상기 반사 요소는 상기 적어도 하나의 렌즈를 향하는 상기 이미지 투영 디바이스의 측면 상의 적외선(IR) 필터 코팅이다. 일부 구현들에서, 상기 반사 요소는 프리즘이다.
일부 구현들에서, 복수의 광원들이 상기 적어도 하나의 렌즈를 둘러싸는 둘레에 배치된다. 상기 복수의 광원들은 상기 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리에 액세스하는 사용자의 눈으로 광을 보내도록 구성된다. 상기 반사 요소는 상기 반사 요소에서 눈으로부터 반사된 상기 광의 일부를 수신하고 상기 광의 일부의 적외선 파장을 상기 카메라에 반사시키도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 상기 복수의 광원들은, 상기 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리에 액세스하는 사용자의 눈을 향하여 배치되고 그리고 상기 적어도 하나의 렌즈를 둘러싸는 주변에 배치되는 복수의 발광 다이오드들을 포함한다.
일부 구현들에서, 상기 제1 필터 스택은 상기 제2 필터 스택에 인접하고 그리고 상기 적어도 하나의 렌즈와 디스플레이 패널 사이에 적층 배열로 구성된다. 그러한 구현들에서, 상기 제1 필터 스택은 상기 디스플레이 패널과 제1 1/4 파장판 사이에 적층된 제1 선형 편광기(linear polarizer)를 포함하고, 상기 제1 1/4 파장판은 상기 제1 선형 편광기와 빔 스플리터 사이에 적층되고, 그리고 상기 제2 필터 스택은, 상기 빔 스플리터 이후에 적층된 제2 1/4 파장판, 및 상기 제2 1/4 파장판과 제2 선형 편광기 사이에 적층된 편광 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 상기 편광 빔 스플리터는 제2 1/4 파장판과 제2 선형 편광기 사이에 적층될 수 있고, 그리고 상기 제2 선형 편광기는 상기 적어도 하나의 렌즈와 대면하는 필터 스택 층 내에 상기 반사 요소를 포함할 수 있다. 이 양상의 다른 실시예들은, 각각 시스템을 사용하여 동작들을 수행하도록 구성된 하나 이상의 컴퓨터 저장 장치들에 기록된 대응하는 컴퓨터 시스템들, 장치들 및 컴퓨터 프로그램들을 포함한다.
다른 일반적인 양상에서, 광학 어셈블리는, 투과된 광의 광 경로를 접도록 구성된 필터 스택 어셈블리를 포함할 수 있다. 상기 필터 스택 어셈블리는 적어도 하나의 부분 투과성 렌즈와, 편광 빔 스플리터 층의 제1 측면에 결합된 적어도 하나의 적외선 필터층을 포함하는 제1 필터 - 상기 편광 빔 스플리터 층은, 상기 편광 빔 스플리터 층의 제2 측면에서, 제1 1/4 파장판 층에 결합되며 - 와; 그리고 선형 편광기에 결합된 제2 1/4 파장판을 포함하는 제2 필터를 포함하고, 상기 제2 필터는 곡면 렌즈에 결합되도록 제1 측면에서 만곡되고(curved) 그리고 상기 선형 편광기에 결합된 제2 측면을 가진다. 상기 적어도 하나의 적외선 필터층의 제1 측면은 상기 적어도 하나의 부분 투과성 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 광학 어셈블리는 상기 필터 스택 어셈블리의 상부 에지에 결합된 제1 에지를 갖는 디스플레이 어셈블리 및 상기 필터 스택 어셈블리를 통해 수신되는 반사 이미지들을 캡처하는 카메라를 또한 포함할 수 있다.
일부 구현들에서, 상기 광학 어셈블리는 또한 상기 카메라로부터 상기 필터 스택 어셈블리까지의 시선 내에 배치되는 적어도 하나의 원형 편광 필터를 포함할 수 있고 그리고 상기 적어도 하나의 원형 편광 필터는 적외선 이미지 콘트라스트를 개선하고 그리고 적외선 고스트 이미지를 최소화하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 상기 카메라는, 상기 필터 스택 어셈블리 아래에 위치되고 그리고 상기 이미지들을 캡처하는 것을 목적으로 한다.
일부 구현들에서, 상기 디스플레이 어셈블리의 제2 에지는 적외선 필터층을 갖는 바이저의 상부 에지에 결합된다. 상기 바이저는 상기 필터 스택 어셈블리에 평행하며 그리고 상기 디스플레이 어셈블리에 수직으로 배치된다. 상기 카메라는 상기 필터 스택 어셈블리를 통해 수신되고 상기 바이저로부터 반사되는 반사의 이미지들을 캡처하도록 구성될 수 있다.
일부 구현들에서, 상기 광학 어셈블리는 증강 현실 콘텐트를 디스플레이하도록 구성된다. 예를 들어, 증강 현실 콘텐트를 디스플레이하기 위해, 상기 필터 스택 어셈블리는 투명할 수 있고, 그리고 상기 카메라는 상기 광학 어셈블리를 수용하는 헤드 장착형 디스플레이에 액세스하는 사용자의 눈의 이미지를 캡처하도록 구성될 수 있다. 상기 캡처된 이미지들은 상기 필터 스택 어셈블리를 통해 눈 추척을 수행하도록 상기 광학 어셈블리에 통신 가능하게 결합된 적어도 하나의 프로세서에 제공될 수 있다.
다른 일반적인 양상에서, 헤드 장착형 디스플레이 시스템은, 적어도 하나의 프로세서와; 투과된 광의 광 경로를 접도록 구성된 필터 스택 어셈블리와; 디스플레이 디바이스를 포함하고, 상기 디스플레이 디바이스의 제1 에지는 상기 필터 스택 어셈블리의 상부 에지에 결합되고 그리고 상기 필터 스택 어셈블리에 수직이며, 상기 디스플레이 디바이스의 제2 에지는 각진 빔 스플리터 필터의 제1 에지에 결합되고, 상기 빔 스플리터 필터의 제1 에지는 상기 필터 스택 어셈블리에 대해 비스듬히 기울어지고, 상기 빔 스플리터 필터의 제2 에지는 상기 필터 스택 어셈블리의 하부 에지에 결합된다. 상기 헤드 장착형 디스플레이 시스템은, 또한 상기 디스플레이 디바이스 위에서 상기 헤드 장착형 디스플레이 시스템에 배치된 카메라를 포함할 수 있다.
상기 필터 스택 어셈블리는, 적어도 하나의 부분 투과성 렌즈와, 편광 빔 스플리터 층의 제1 측면에 결합된 적어도 하나의 적외선 필터층을 포함하는 제1 필터 - 상기 편광 빔 스플리터 층은, 상기 편광 빔 스플리터 층의 제2 측면에서, 제1 1/4 파장판 층에 결합되며 - 와; 그리고 선형 편광기에 결합된 제2 1/4 파장판을 포함하는 제2 필터를 포함할 수 있다. 상기 제2 필터는 곡면 렌즈에 결합되도록 제1 측면에서 만곡되고 그리고 상기 선형 편광기에 결합되도록 제2 측면에서 만곡될 수 있다. 상기 적어도 하나의 적외선 필터층의 제1 측면은 상기 적어도 하나의 부분 투과성 렌즈를 포함할 수 있다.
일부 구현들에서, 상기 카메라는 상기 빔 스플리터 필터로부터 상기 필터 스택 어셈블리를 통해 그리고 상기 디스플레이 디바이스를 통해 수신되는 반사의 이미지들을 캡처하도록 구성된다. 일부 구현들에서, 상기 카메라는 상기 헤드 장착형 디스플레이 시스템에 액세스하는 사용자의 눈 움직임의 추적을 수행하기 위해 이미지들을 상기 적어도 하나의 프로세서에 제공한다. 일부 구현들에서, 상기 카메라는 40도의 시야를 캡처하는 적외선 카메라이다. 일부 구현들에서, 상기 빔 스플리터 필터는 상기 적어도 하나의 부분 투과성 렌즈의 광축에 대해 45도의 각도로 경사진다.
이 양상의 다른 실시예들은 대응하는 컴퓨터 시스템들, 장치 및 각각이 방법들의 동작들을 수행하도록 구성된 하나 이상의 컴퓨터 저장 디바이스들에 기록된 컴퓨터 프로그램들을 포함한다.
하나 이상의 구현의 세부 사항들은 첨부된 도면들 및 이하의 설명에서 서술된다. 다른 피처들은 상세한 설명 및 도면 그리고 청구 범위로부터 명백해질 것이다.
도 1은 이미지 콘텐트를 HMD(head-mounted display)로 렌더링하기 위한 예시적인 시스템의 블록도이다.
도 2는 예시적인 광학 어셈블리를 도시하는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 광학 어셈블리를 통해 진행하는 광의 예시적인 편광 경로를 도시하는 도면이다.
도 4는 예시적인 하이브리드 광학 어셈블리를 도시하는 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시된 하이브리드 광학 어셈블리를 통해 진행하는 광의 예시적인 편광 경로를 도시하는 도면이다.
도 6은 가변 경사 광학 어셈블리의 블록도이다.
도 7은 다른 가변 경사 광학 어셈블리의 블록도이다.
도 8은 눈 추적 기능을 제공하도록 구성된 예시적인 광학 어셈블리의 블록도이다.
도 9는 눈 추적 기능을 제공하도록 구성된 다른 예시적인 광학 어셈블리의 블록도이다.
도 10은 여기에 서술된 광학 어셈블리에 대한 전송 성능의 예시이다.
도 11은 또 다른 예시적인 광학 어셈블리의 블록도이다.
도 12는 적어도 하나의 부분적인 투과성 렌즈 및 카메라를 수용하는 예시적인 광학 어셈블리의 블록도이다.
도 13은 카메라 및 카메라 앞의 적어도 하나의 편광 필터를 수용하는 예시적인 광학 어셈블리의 블록도이다.
도 14는 선택적 카메라 배치 위치들을 도시한 예시적인 광학 어셈블리의 블록도이다.
도 15는 증강 현실 환경에서 사용하기 위한 예시적인 광학 어셈블리의 블록도이다.
도 16은 증강 현실 환경에서 사용하기 위한 반사 바이저를 포함하는 예시적인 광학 조립체의 블록도이다.
도 17a 내지 17b는 디스플레이 측면에 카메라가 수용된 예시적인 광학 어셈블리들의 블록도들이다.
도 18a 내지 도 18d는 여기에 서술된 광학 어셈블리들에 대한 예시적인 전송 성능의 예시들이다.
도 19a 내지 도 19c는 여기에서 서술된 예시적인 실시들예에서 사용 가능한 곡선형 필터 스택들을 이용하는 광학 어셈블리의 예들의 블록도이다.
다양한 도면들에서 유사한 참조 부호들은 유사한 요소들을 나타낸다.
도 2는 예시적인 광학 어셈블리를 도시하는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 광학 어셈블리를 통해 진행하는 광의 예시적인 편광 경로를 도시하는 도면이다.
도 4는 예시적인 하이브리드 광학 어셈블리를 도시하는 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시된 하이브리드 광학 어셈블리를 통해 진행하는 광의 예시적인 편광 경로를 도시하는 도면이다.
도 6은 가변 경사 광학 어셈블리의 블록도이다.
도 7은 다른 가변 경사 광학 어셈블리의 블록도이다.
도 8은 눈 추적 기능을 제공하도록 구성된 예시적인 광학 어셈블리의 블록도이다.
도 9는 눈 추적 기능을 제공하도록 구성된 다른 예시적인 광학 어셈블리의 블록도이다.
도 10은 여기에 서술된 광학 어셈블리에 대한 전송 성능의 예시이다.
도 11은 또 다른 예시적인 광학 어셈블리의 블록도이다.
도 12는 적어도 하나의 부분적인 투과성 렌즈 및 카메라를 수용하는 예시적인 광학 어셈블리의 블록도이다.
도 13은 카메라 및 카메라 앞의 적어도 하나의 편광 필터를 수용하는 예시적인 광학 어셈블리의 블록도이다.
도 14는 선택적 카메라 배치 위치들을 도시한 예시적인 광학 어셈블리의 블록도이다.
도 15는 증강 현실 환경에서 사용하기 위한 예시적인 광학 어셈블리의 블록도이다.
도 16은 증강 현실 환경에서 사용하기 위한 반사 바이저를 포함하는 예시적인 광학 조립체의 블록도이다.
도 17a 내지 17b는 디스플레이 측면에 카메라가 수용된 예시적인 광학 어셈블리들의 블록도들이다.
도 18a 내지 도 18d는 여기에 서술된 광학 어셈블리들에 대한 예시적인 전송 성능의 예시들이다.
도 19a 내지 도 19c는 여기에서 서술된 예시적인 실시들예에서 사용 가능한 곡선형 필터 스택들을 이용하는 광학 어셈블리의 예들의 블록도이다.
다양한 도면들에서 유사한 참조 부호들은 유사한 요소들을 나타낸다.
가상 현실(VR) 콘텐트에 액세스하는 것은, 일반적으로, 몰입형 VR 또는 증강 현실(AR) 환경(또한 VR 공간 또는 AR 공간으로 각각 지칭될 수 있음)을 제공하도록 구성된 다수의 액세서리들 또는 컴퓨팅 디바이스들과 함께 작동될 수 있는 머리에 장착되는 디스플레이(HMD) 디바이스들을 사용자가 착용하는 것을 포함한다. 이러한 HMD 디바이스들은 눈 추적, 확대, 편광, 필터링, 시력 교정 및/또는 이미지 처리를 제공하는 광학 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 본 발명에 서술된 시스템들 및 방법들은 정확하고 컴팩트한 눈 추적을 제공하면서 HMD 디바이스에 수용된 광학 어셈블리의 크기를 감소시키는 이점을 제공하기 위해 광학 컴포넌트들을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 광학 어셈블리 근처(또는 내부)에 배치된 적어도 하나의 카메라를 사용하여 정확하고 컴팩트한 눈 추적이 제공될 수 있다. 카메라(들)은, 예를 들어, 광학 어셈블리에서 직접 또는 다른 표면의 반사를 통해 사용자의 한쪽 또는 양쪽 눈의 이미지를 캡처할 수 있다. 캡처된 이미지들은 증강 현실 환경뿐만 아니라 가상 현실 환경에서 눈 추적을 구현하는 데 사용될 수 있다.
일부 구현들에서, 본 발명에서 서술된 시스템들 및 방법들은 접힌 광학 경로를 이용하는 광학 어셈블리를 사용함으로써 정확한 눈 추적을 제공할 수 있다. 접힌 광학 경로는 하나 이상의 반사 소자들을 사용하여 달성되어 눈의 이미지들을 캡처하는 것을 도울 수 있다. 하나의 예시적인 반사 소자는 편광기의 편평한 면에, 디스플레이 패널 상에, 디스플레이 장치에 대하여 적외선(IR) 필터를 포함하거나, 그렇지 않으면 여기에 서술된 광학 컴포넌트들 내에 배치된다. 다른 예시적인 반사 소자는 광학 어셈블리 내에 배치된 프리즘 소자를 포함한다. 일부 구현들에서, 반사 소자는 편광판 상에 배치된 IR 필름과 같은 부분 반사층일 수 있다. 이러한 반사 소자들은 광학 어셈블리의 렌즈 아래에 배치된 필터들 및/또는 적외선(IR) 카메라와 함께 사용될 수 있다.
일부 구현들에서, IR 카메라는 렌즈를 통해 눈의 이미지를 캡처할 수 있다. 이러한 광학 조립체 구성은 카메라가 눈의 이미지를 캡처하는 각도를 감소시키는 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, IR 카메라는, 동일한 카메라가 광학 어셈블리 내의 동일한 기계적 위치로부터 눈의 이미지를 직접 캡처할 수 있는 예에 비해 더 작은 각도로 배치될 수 있다. 렌즈를 통해 눈 이미지들을 보는 카메라의 배치 각도는, 카메라가 렌즈를 통해 눈을 보지 않는 예에서 카메라의 배치 각도보다 작을 수 있다. 이것은 광학 어셈블리의 일부로서 HMD 디바이스에 통합된 렌즈의 시야 내에서 이미지들을 캡처하기 위해 광학 어셈블리의 외부가 아닌 광학 어셈블리 내에 카메라가 배치될 수 있도록 한다.
본 발명에 서술된 시스템들 및 방법들은 또한 HMD 디바이스에 수용된 광학 어셈블리의 크기를 감소시키는 이점을 제공할 수 있으며, 부분적으로, 광학 어셈블리(접힌 광학 컴포넌트들을 포함)를 HMD 디바이스에 통합하는 것에 기초할 수 있다. 특히, 광학 어셈블리의 크기를 감소시키는 것은 HMD 디바이스 내의 디스플레이 공간의 감소를 허용하여, 사용자가 착용할 때 HMD 디바이스의 크기 및 무게를 감소시킬 수 있다. HMD 디바이스의 감소된 크기 및 무게는 사용자를 가상 현실 환경에 추가로 통합시키는 이점을 제공할 수 있는데, 이는 더 가벼운 무게 및/또는 더 작은 장치를 착용하면 가상 현실 환경에 액세스하는 동안 HMD 디바이스를 착용한 사용자의 인식을 감소시킬 수 있기 때문이다. HMD 디바이스 착용에 대한 인식이 줄어들면 VR 공간에서 실감나고 몰입감이 높아질 수 있다.
일부 구현들에서, IR 카메라는 광학 어셈블리와 함께 사용될 수 있으며, 광학 어셈블리 내의 광학 소자들은 HMD 디바이스에 액세스하는 사용자에게 디옵터 조정을 제공하기 위해 측면에서 앞뒤로 미끄러질 수 있다. 이 예에서, IR 카메라는 (예를 들어, 접합된 프리즘 소자를 사용하여) 렌즈의 에지에 광학적으로 결합될 수 있다. 일반적으로, 사용자에게 가상 콘텐트의 개선된 비전을 제공하는 동안 HMD 디바이스에 액세스하는 사용자의 정확한 눈 추적 및 머리 추적을 수행하도록 IR 카메라는 IR 필터들과 함께 사용될 수 있다.
일반적으로, 여기에 서술된 시스템들 및 방법들은, 모바일 컴퓨팅 디바이스 디스플레이들과 상호작용하고 그리고 잘 통합되는 렌즈 시스템들 및 눈 추적 시스템들을 활용하면서 HMD 디바이스 두께를 감소시키기 위해 광학 어셈블리들 및 광학 방법들을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 광학 어셈블리들 및 방법들은 긴 초점 거리 확대 렌즈와 디스플레이 패널 사이의 광학 경로를 접기 위해 (적어도 하나의 접안경 또는 왼쪽 및 오른쪽 접안경 각각에 대해) 적어도 2개의 편광 필터 스택들을 사용할 수 있다.
이러한 방식으로 렌즈 디스플레이 공간을 감소시키는 것은 HMD 디바이스의 무게 중심을 디바이스를 착용한 사용자의 머리에 더 가깝게 이동시켜 사용자의 관성 모멘트를 감소시키는 기능을 가질 수 있다. 감소된 렌즈 디스플레이 공간은 심미적 이점을 추가로 제공하여 정확한 눈 추적 기능을 갖춘 간소화된 로우 프로파일 HMD 디바이스를 제공한다.
일부 구현들에서, 본 발명에서 서술된 시스템들 및 방법들은 하이브리드 광학 어셈블리들 및 광학 방법들을 이용하여 (예를 들어, HMD 장치 내의) 소형 근거리 디스플레이 및 가상 현실 시스템들을 위한 눈 추적 기술을 달성할 수 있다. 하이브리드 광학 어셈블리들은 편광기들, 카메라들, 프리즘들, 렌즈들 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 2개 이상의 필터 스택들을 갖는 추가 광학 소자들을 사용하는 인라인 구조들을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 가상 현실(VR) 시스템 및/또는 증강 현실(AR) 시스템은, 예를 들어, 사용자의 머리에 사용자(103)에 의해 착용된 HMD 디바이스(102) 또는 유사한 디바이스를 포함할 수 있고, 사용자가 경험할 수 있는 몰입형 가상 세계 환경을 생성한다. HMD 디바이스(102)는 가상 현실 헤드셋, 안경, 하나 이상의 접안경 또는 VR 콘텐트를 디스플레이할 수 있는 다른 웨어러블 디바이스를 나타낼 수 있다. 동작에서, HMD 디바이스(102)는 수신되고 그리고/또는 처리된 이미지들을 사용자에게 재생할 수 있는 VR 애플리케이션(미도시)을 실행할 수 있다.
도 1은 사용자가 모바일 컴퓨팅 디바이스(104) 상에서 콘텐트와 상호 작용하는 시스템(100)을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 예에서, 사용자는 모바일 컴퓨팅 디바이스(104)를 통해 HMD 디바이스(102)에 콘텐트(예를 들어, 이미지들, 오디오들, 비디오, 스트리밍 콘텐트 등)에 액세스할 수 있다. 일부 구현들에서, 하나 이상의 콘텐트 서버들(예를 들어, 서버(106)) 및 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 저장 디바이스들은, 콘텐트를 모바일 컴퓨팅 디바이스(104)에 제공하기 위해 네트워크(110)를 사용하여 모바일 컴퓨팅 디바이스(104)와 통신할 수 있어, 콘텐트를 HMD 디바이스(102)에 공급할 수 있다. 콘텐트는 모바일 컴퓨팅 디바이스(104) 또는 다른 컴퓨팅 디바이스에 저장될 수 있다.
도 1에 도시된 예시적인 구현에서, 사용자(103)는 HMD 디바이스(102)를 착용하고 있고 그리고 모바일 컴퓨팅 디바이스(104)를 보유하고 있다. 실제 환경에서 사용자의 이동은 모바일 컴퓨팅 디바이스(104) 상의 센서들 및 소프트웨어를 사용하여 가상 세계 환경에서 대응하는 이동으로 변환될 수 있다. 일부 구현들에서, 모바일 컴퓨팅 디바이스는 HMD 디바이스(102)에 인터페이스/연결될 수 있다. 일부 구현들에서, 모바일 컴퓨팅 디바이스(104)는 VR 및/또는 AR 애플리케이션을 실행할 수 있다.
모바일 컴퓨팅 디바이스(104)는 VR 및/또는 AR 환경에서 컴퓨터로 생성된 3D 환경과 인터페이스할 수 있다. 이러한 구현들에서, HMD 디바이스(102)는 스크린 (105), 적어도 하나의 디스플레이 패널(107) 및 적어도 하나의 광학 어셈블리(111)를 포함하고, 상기 광학 어셈블리는, 적어도 렌즈(112), 필터 스택(114), 필터 스택(116) 및 카메라(118a)(또는 118b 또는 118c)를 포함한다. 렌즈(112)는, HMD 디바이스를 착용한 사용자가 콘텐트를 적절하게 볼 수 있도록, 스크린(105)에 의해 제공된 이미지들을 변경할 수 있다. 예를 들어, 렌즈(112)는, 렌즈를 통해 HMD 디바이스를 착용한 사용자의 눈에 광이 제공되는 위치를 변경하도록 구성될 수 있다. 렌즈(112)는, 렌즈에서 수신되고 렌즈로부터 사용자의 눈에 제공된 광의 각도를 수정 및/또는 보정하여 눈이 이미지들을 적절하게 볼 수 있도록 할 수 있다. 예를 들어, 렌즈(112)는 특정 이미지들의 초점을 유지하기 위해 사용자의 눈 뒤의 단일 지점에 광을 집중시킬 수 있다.
필터 스택들(114 및 116)은 디스플레이 디바이스(예를 들어, 하우징 스크린 (105))로부터 필터 스택(114)에서 수신된 광의 광 경로를 접도록 제공될 수 있다. 접힌 광 경로는, 카메라가 렌즈(112)의 시야 내에서 눈의 이미지를 캡처할 수 있는 각도에서 사용자의 눈의 이미지들을 캡처하기 위한 카메라 배치를 가능하게 하는 이점을 제공할 수 있다.
여기에서 서술된 바와 같이, 각각의 필터 스택들(114 및 116)은 HMD 디바이스(102)의 각 접안경에 대한 광학 어셈블리들에 포함될 수 있다. 일부 구현들에서, 필터 스택들(114 및 116)은 단일 필터 스택으로 결합될 수 있다. 일부 구현들에서, 다른 광학 소자들은 필터 스택(114)과 필터 스택(116) 사이에 배치되거나, 필터 스택(114) 및/또는 필터 스택(116)에 코팅되거나, 적층되거나, 또는 결합되거나 부착될 수 있다.
여기에 서술된 다양한 구현들은 특정 광학 어셈블리 내의 상이한 위치들에 배치된 카메라를 이용한다. 따라서, 카메라(118a)의 배치는 카메라(118b) 또는 카메라(118c)에 의해 도시된 배치를 포함하도록 변할 수 있다. 다른 카메라 배치 위치들이 가능하며, 그 중 일부는 여기에서 서술된 다양한 다른 도면들로 도시된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 카메라(118a)(또는 118b 또는 118c)는 디바이스(102)에서 광학 어셈블리(111)의 일부로서 배치될 수 있다. 카메라(118a)는, 예를 들어, 적외선에 민감한 IR 카메라일 수 있고 그리고 HMD 디바이스(102)에 액세스하는 사용자의 한쪽 또는 양쪽 눈의 IR 뷰를 캡처하도록 구성될 수 있다. 특히, 카메라(118a)는 눈(예를 들어, 라인(120)으로 표시됨)의 반사 이미지를 캡처하도록 배치될 수 있으며, 여기서 카메라(118a)에 의해 캡처된 이미지를 형성하는 광은 렌즈(112)를 통과하고 필터 스택(116)으로부터 반사된다. 따라서, IR 카메라(118a)는 화살표(122)로 도시된 바와 같이 가상 현실 렌즈(112)의 실제 시야 내에서 사용자의 눈을 이미징할 수 있다.
모바일 컴퓨팅 디바이스(104)는 휴대용 전자 디바이스들, 예를 들어, 스마트 폰 또는 다른 휴대용 핸드 헬드 전자 디바이스일 수 있고, 휴대용 핸드 헬드 전자 디바이스는 유선 연결 또는 예를 들어, Wi-Fi 또는 블루투스 연결과 같은 무선 연결을 통해 HMD 디바이스와 페어링되거나 또는 작동가능하게 결합될 수 있고 그리고 통신할 수 있다. 이 페어링 또는 동작 가능한 커플링은 모바일 컴퓨팅 디바이스(104)와 HMD 디바이스(102) 사이의 데이터 통신 및 교환을 제공할 수 있다. 대안 적으로, 서버 디바이스(106) 또는 로컬 컴퓨터(108)(또는 사용자에 의해 액세스 가능한 다른 디바이스)는 네트워크(110)를 통해 HMD 디바이스(102)를 제어하도록 기능할 수 있다.
일부 구현들에서, HMD 디바이스(102)는, 하나 이상의 고속 유선 및/또는 무선 통신 프로토콜들(예를 들어, Wi-Fi, 블루투스, 블루투스 저에너지(LE), USB (Universal Serial Bus), USB 3.0, USB Type-C 등)을 이용하여 모바일 컴퓨팅 디바이스(104)(또는 다른 디바이스(106, 108) 등)에 연결/통신할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, HMD 디바이스(102)는 HDMI(High-Definition Multimedia Interface)와 같은 오디오/비디오 인터페이스를 사용하여 모바일 컴퓨팅 디바이스에 연결/통신 할 수 있다. 일부 구현들에서, HMD 디바이스(102)에 포함된 스크린상에서 사용자에게 디스플레이되는 콘텐트는 또한 디바이스(106 및/또는 108)에 포함될 수 있는 디스플레이 디바이스 상에서 디스플레이될 수 있다. 이를 통해 다른 사람이 사용자가 VR 및/또는 AR 공간에서 상호 작용하는 내용을 볼 수 있다.
예시적인 시스템(100)에서, 디바이스들(104, 106 및 108)은 랩톱 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 모바일 컴퓨팅 장치 또는 게임 콘솔을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 디바이스(104)는 HMD 디바이스(102) 내에 배치(예를 들어, 장치/위치)될 수 있는 모바일 컴퓨팅 디바이스일 수 있다. 모바일 컴퓨팅 디바이스(104)는, 예를 들어, HMD 디바이스(102)의 스크린 (105)으로서 사용될 수 있는 디스플레이 디바이스를 포함할 수 있다. 디바이스들(102, 104, 106 및 108)은 VR 및/또는 AR 애플리케이션을 실행하기 위한 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 또한, 디바이스들(102, 104, 106 및 108)은, 이들 디바이스들이 HMD 디바이스(102)에 대해 위치들의 범위 내에 위치되거나 그 범위 내에 유지될 때, HMD 디바이스(102)의 3D 움직임을 인식, 모니터링 및 추적할 수 있는 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 디바이스들(104, 106, 및 108)은 네트워크(110)를 통해 HMD 디바이스(102)에 추가적인 콘텐트를 제공할 수 있다. 일부 구현들에서, 디바이스들(102, 104, 106 및 108)은 네트워크(110)를 통해 쌍으로 연결되거나 접속되는 하나 이상의 서로에 연결/인터페이스될 수 있다. 연결은 유선 또는 무선일 수 있다.
일부 구현들에서, 네트워크(110)는 공공 통신 네트워크(예를 들어, 인터넷, 셀룰러 데이터 네트워크, 전화 네트워크를 통한 모뎀들 등) 또는 사설 통신 네트워크(예를 들어, 사설 LAN, 임대 회선 등)일 수 있다. 일부 구현들에서, 모바일 컴퓨팅 디바이스(104)는, 하나 이상의 고속 유선 및/또는 무선 통신 프로토콜들(예를 들어, 802.11 변형들, Wi-Fi, 블루투스, 전송 제어 프로토콜/인터넷 프로토콜(TCP/IP), 이더넷, IEEE 802.3 등)을 사용하여 네트워크(110)와 통신할 수 있다.
시스템(100)은 전자 저장 장치를 포함할 수 있다. 전자 저장 장치는 전자적으로 정보를 저장하는 비 일시적 저장 매체를 포함할 수 있다. 전자 저장 장치는 캡처된 이미지들, 획득된 이미지들, 전처리된 이미지들, 후처리된 이미지들 등을 저장하도록 구성될 수 있다.
도 2는 예시적인 광학 어셈블리(200)를 도시한 블록도이다. 광학 어셈블리 (200)는 VR 및/또는 AR 콘텐트에 액세스하기 위한 HMD 디바이스의 일부로서 설치될 수 있다. 도 2에서 도시된 것처럼, 사용자의 눈(202)이 광학 어셈블리(200)의 좌측에 시뮬레이션되고, 그리고 디스플레이 패널(204)이 광학 어셈블리(200)의 우측에 도시된다. 일부 구현들에서, 광학 어셈블리(200)는 좌우 접안경 각각에 포함될 수 있다. 일부 구현들에서, 광학 어셈블리(200)는 단일 접안경에 포함될 수 있다.
광학 어셈블리(200)는 디스플레이 패널(204), 빔 스플리터(미도시)를 포함하는 제1 필터 스택(206), 제2 필터 스택(208) 및 렌즈(210)를 포함한다. 광학 어셈블리(200)는 (예를 들어, 스크린(105)으로부터) 디스플레이 패널(204)에 의해 제시된 광의 광학 경로를 접는 기능을 할 수 있다. 예를 들어, 필터 스택들(206 및 208)을 통해 투과되는 광의 광 경로는 2개의 필터 스택들(206 및 208) 사이에서 2회 이상 접혀진다. 이 예에서, 필터 스택(208)은 필터 스택에서 선형 편광기의 일 측에 적외선(IR) 필터(215)를 포함할 수 있다. 필터(215)는 필터 스택 및 렌즈를 통해 그리고 눈으로의 광 경로를 접는 기능을 할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 서술된 시스템은 필터 스택(예를 들어, 필터 스택(208)) 상에 IR 필터(예를 들어, 필터(215))를 갖는 접힌 광학 경로를 사용하여 눈 추적을 제공할 수 있다. 일 예에서, 필터(215)는 렌즈(210)를 향하는 스택(208) 내의 편광기의 측면에 코팅될 수 있다.
광학 어셈블리(200)는 또한 카메라가 렌즈를 통해 사용자의 눈(202)의 이미지를 캡처할 수 있도록 렌즈 아래 또는 렌즈 옆에 배치된 카메라(212)를 포함할 수 있다. 본 발명의 전반에 걸쳐 서술된 도시된 예들에서, 카메라는 렌즈의 시야 내에서 사용자의 눈의 IR 이미지를 캡처하도록 배치된 IR 카메라 일 수 있다. 카메라 (212)의 배치는 정확한 눈 추적 기능이 유지되는 반면, HMD 디바이스는 전형적인 HMD 디바이스와 관련하여 감소된 풋 프린트로 제작될 수 있음을 가능하게 한다. 감소된 풋 프린트는, 카메라(212)가 눈의 이미지들의 반사를 캡처하도록 카메라(212)를 렌즈 아래에 (예를 들어, 렌즈의 바닥면에 인접하여) 배치함으로써 달성될 수 있다. 이것은 어셈블리(200) 내의 다른 광학 컴포넌트들이 카메라 시야를 폐쇄할 염려없이 그리고 카메라를 사용자가 볼 수 있는 위치에 놓을 염려없이 작은 측면 풋 프린트에 안착될 수 있게 한다.
IR 필터(215)는 필터 스택(208)의 일 측에 다수의 얇게 증착된 필름 층들을 포함하는 광학 필터일 수 있다. IR 필터(215)는 이미지를 감쇠 또는 향상시키기 위해 광을 반사시키도록 작동 가능할 수 있다. 예를 들어, 필터(215)는 카메라(212)가 사용자의 눈의 강화된 이미지를 캡처할 수 있도록 광을 반사할 수 있다. 일 예에서, IR 필터(215)의 재료는, 예를 들어, 아연 셀레나이드(ZnSe)의 기판 상에 코팅된 니켈 (또는 다른 반사성 재료)의 조합을 포함할 수 있다.
광학 어셈블리(200)의 일례는 렌즈(210)의 바닥면에 인접하여 배치된 카메라 (212)를 포함할 수 있다. 카메라(212)가 렌즈(210)의 아래에 약간 왼쪽에 도시되어 있지만, 다른 카메라 위치가 가능하다. 예를 들어, 카메라(212)는, 카메라(212)가 IR 필터(215)로부터 눈(202)의 이미지의 반사를 캡처할 수 있는 위치에서 렌즈(210)아래에 배치될 수 있다. 일 예에서, 카메라는 반사를 포착하도록 배치될 수 있고 그리고 렌즈(210)의 광축으로부터 약 0도 내지 약 45도의 각도로 기울어지거나 각도를 가질 수 있다. 각도(214)는, 경로(220)에 의해 도시된 바와 같이 카메라(212)가 렌즈(210)를 통해 필터(215)로부터 눈(202)의 이미지의 반사를 캡처할 수 있는 일례를 도시한다. 예를 들어, 눈(202)의 이미지의 반사가 IR 필터(215)로부터 반사될 수 있도록(예를 들어, 필터 스택(208) 상에 코팅됨), 카메라(212)의 수직 위치(렌즈(210)의 상부 (222)에서 하부(224)로 정의됨)가 선택될 수 있다.
일부 구현들에서, 렌즈(210)는 약 7mm 내지 약 11mm의 두께(216)를 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 렌즈(210)는 약 9mm 내지 약 10mm의 두께(216)를 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 렌즈(210)는 약 35mm 내지 약 45mm의 직경을 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 렌즈(210)는 약 40mm 내지 약 50mm의 직경을 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 안구 완화 거리(218)는 약 15mm 내지 약 17mm 일 수 있다. 일부 구현들에서, 안구 완화 거리(218)는 약 13mm 내지 약 18mm 일 수 있다. 일부 구현들에서, 안구 완화 거리(218)는 약 12mm 내지 약 14mm 일 수 있다. 일부 구현들에서, 안구 완화 거리(218)는 약 17mm 내지 약 21mm 일 수 있다. 일부 구현들에서, 렌즈(210)의 비구면 처방은 kl 값이 3.69인 약 98.1mm의 rl 값을 포함할 수 있다. 렌즈(210)는 또한 약 41.7mm의 r2 값 및 약 -4.8의 k 값을 가질 수 있다. 렌즈 (210)는 또한 약 1.1x10-5의 r4 값 및 약 4.5x10-9의 r6 값을 가질 수 있다. 다른 처방들도 가능하다. 일반적으로, r 값들(예를 들어, rl, r2, r4 및 r6)은 렌즈 (210)에 대한 예시적인 방사상 좌표값들을 나타낸다. 값들은 렌즈(210)의 광학 축으로부터 수직으로 거리를 측정함으로써 획득될 수 있다. k 값(예를 들어, k1)은 렌즈(210)에 대한 원뿔 상수를 나타낼 수 있다.
일 예에서, 광학 어셈블리(200)는 사용자(예를 들어, 사용자(103))에 의해 착용된 대화식 HMD 디바이스(예를 들어, 디바이스(102))를 포함하는 시스템에 설치될 수 있다. 대화형 HMD 디바이스는 이미지 투영 디바이스(예를 들어, 디바이스(104)) 및 광학 어셈블리(예를 들어, 200)를 수용하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 이미지 투영 디바이스는 모바일 컴퓨팅 디바이스 상의 디스플레이를 포함한다. 일부 구현들에서, 디스플레이는 유기 발광 디스플레이(OLED)일 수 있다. 다른 구현들에서, 디스플레이는 액정 디스플레이(LCD)일 수 있다. 또 다른 구현에서, 디스플레이는 액정 온 실리콘(LCOS) 디스플레이를 포함하는 반사형 디스플레이일 수 있다. 아래에 상세히 설명되는 바와 같이 다른 디스플레이 기술이 사용될 수 있다.
광학 어셈블리(200)는 적어도 하나의 굴절 렌즈(210)를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 적어도 하나의 굴절 렌즈(210)는 약 30mm 내지 약 50mm 초점 길이를 가질 수 있는 반면, 렌즈와 디스플레이 사이의 거리는 2개의 필터 스택들(206 및 208)의 광학 폴딩으로 인해 약 13mm 내지 약 20mm 일 수 있다. 일부 구현들에서, 광학 어셈블리(200)는 복수의 굴절 렌즈들 또는 렌즈 어레이들을 포함할 수 있다.
일 예에서, 광학 어셈블리(200)는 HMD 디바이스에 설치되도록 구성된 머리에 장착되는 디스플레이 어셈블리일 수 있다. 어셈블리(200)는 이미지 콘텐트를 HMD 디바이스에서 적어도 하나의 접안경에 디스플레이하도록 동작 가능한 이미지 투영 디바이스(예를 들어, 디스플레이 패널(204))를 포함할 수 있다. 예를 들어, 어셈블리(200)는 HMD 디바이스(102)의 하나 또는 두 개의 아이피스 모두에 설치될 수 있다. 광학 어셈블리(200)는 빔 분할 층으로 코팅된 적어도 하나의 표면을 포함하는 제1 필터 스택(206), 반사 요소로 코팅된 적어도 하나의 표면을 포함하는 제2 필터 스택(208), 적어도 하나의 슬라이딩 가능(또는 고정된) 렌즈(210), 및 적어도 하나의 슬라이딩 가능(또는 고정된) 렌즈(210)를 통해 반사 이미지를 캡처하도록 구성된 카메라(214)를 포함한다.
일부 구현들에서, 어셈블리(200)는 카메라, 반사 요소(예를 들어, IR 필터 (215)) 또는 프리즘(814)을 수용하는(HMD 디바이스(102)에 도시된 바와 같은) 프레임, 및 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 프레임은 제1 축(예를 들어, x-y 평면에서의 수평 x-축)을 따라 선형으로 슬라이딩할 수 있고 그리고 제1 축의 한 점을 중심으로 원주 방향으로(예를 들어, 축 상의 한 점에 대한 아치형 움직임) 슬라이딩할 수 있다. 일부 구현들에서, 반사 요소는 적외선(IR) 필터 코팅(예를 들어, 215, 316, 412, 609 및 711에 도시됨)이다. 일부 구현들에서, 반사 요소는 프리즘 (예를 들어, 814에 도시 됨)을 포함할 수 있다.
일부 구현들에서, 하나 이상의 발광 다이오드들은 도 11에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 렌즈를 둘러싸는 주변에 배치될 수 있다. 하나 이상의 발광 다이오드들은 어셈블리(200)에 액세스하는 사용자의 눈(예를 들어, 눈(202))으로 광을 지향시키도록 구성될 수 있다. 반사 요소는 반사 요소에서 눈으로부터 광의 일부를 수신하고 그 부분의 파장을 카메라(212)에 반사시키도록 구성될 수 있다.
일례에서, 제1 필터 스택(206)은 제2 필터 스택(208)에 인접할 수 있고, 렌즈(210)와 디스플레이 패널(204) 사이에 적층 배열로 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 제1 필터 스택(206)은 디스플레이 패널(204)과 제1 1/4 파장판(304) 사이에 적층된 제1 선형 편광기(302)를 포함한다. 제1 1/4 파장판은 제1 선형 편광기(302)와 빔 스플리터(306) 사이에 적층될 수 있다. 동일한 예에서, 제2 필터 스택(208)은 빔 스플리터(306) 이후에 적층된 제2 1/4 파장 판(308) 사이에 적층된 편광 빔 스플리터(310)를 포함할 수 있다. 편광 빔 스플리터(310)는 제2 1/4 파장판(308)과 제2 선형 편광기(312) 사이에 적층될 수 있다. 제2 선형 편광기(312)는 렌즈(210)와 대면하는 반사 요소(316)로 코팅될 수 있다.
제1 필터 스택(206)의 예시적인 어셈블리는 제1 선형 편광기 및 (도 3과 관련하여 상세히 도시되는) 어셈블리 내의 제1 1/4 파장판에 코팅으로서 적용된 빔 스플리터 층을 포함할 수 있다. 제1 필터 스택(206)은 이미지-투영 디바이스로부터 수신된 광을 필터링(예를 들어, 편광에 기초하여 광을 선택적으로 투과)하도록 동작 가능할 수 있다. 일부 구현들에서, 1/4 파장판은 사용되는 광의 파장과 무관하게 일정한 위상 시프트를 제공하기 위해 광대역에서 잘 기능하도록 설계될 수 있다. 이 파장 독립성은 2개의 상이한 복굴절 결정질 재료들을 사용함으로써 달성될 수 있다. 파장 범위(즉, 분산)에 걸친 위상차의 상대적 이동은 사용된 두 재료들 사이에서 균형을 이룰 수 있다. 제2 필터 스택(208)은 1/4 파장판, 편광 빔 스플리터(예를 들어, 편광 민감성 빔 스플리터), 및 (도 3과 관련하여 상세하게 도시된) 어셈블리 내의 선형 편광기를 포함할 수 있다. 제2 필터 스택(208)은 적외선 필터(316)를 사용하여 광 경로를 접도록 동작 가능할 수 있다.
일부 구현들에서, 광학 어셈블리(200)는 또한 이미지-투영 디바이스(예를 들어, 모바일 컴퓨팅 디바이스(104))로부터 이미지 콘텐트를 수신하도록 구성된 디스플레이 패널을 포함한다. 일부 구현들에서, 광학 어셈블리(200)는 또한 이미지-투영 디바이스상에 디스플레이하기 위해 이미지 콘텐트를 처리하기 위한 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 특히, 도 1과 관련하여 위에서 서술된 것과 같이, 이미지 콘텐트는 하나 이상의 프로세서들, 컴퓨터들 또는 다른 리소스들에 의해 제공될 수 있고, 이미지 투영 디바이스(예를 들어, 모바일 컴퓨팅 디바이스(104) 등)를 사용하여 표시, 저장 및/또는 수정될 수 있다. 또한, 하나 이상의 프로세서는 카메라 (212)와 관련된(예를 들어, 카메라에 의해 캡처된) 이미지 콘텐트를 캡처, 업로드, 다운로드, 전송 및/또는 수신하기 위한 온보드 광학 어셈블리(200)일 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 광학 어셈블리(200)를 통해 투과된 광의 예시적인 편광 경로(300)를 도시한 도면이다. 여기서, 필터 스택들(206 및 208)은 디스플레이 패널(204)과 렌즈(210) 사이에 배치된 것으로 도시되어 있다. 렌즈(210)를 통해 사용자의 눈(렌즈(210)의 좌측에는 도시되지 않음)의 반사 이미지를 캡처하기 위해 카메라(212)가 렌즈(210) 아래에 도시되어 있다.
하나의 비 제한적인 예에서, 제1 필터 스택(206)은 제2 필터 스택(208)에 결합되고 다른 컴포넌트들과 적층 배열로 구성된다. 적층된 배열의 이러한 하나의 예는 디스플레이 패널(204)에 인접하고 제1 1/4 파장판(304)에 인접하여 적층된 제1 선형 편광기(302)를 포함할 수 있다. 제1 1/4 파장판(304)은 빔 스플리터 층(306)으로 적층되거나 코팅되며, 이러한 빔 스플리터 층(306)은 플레이트(308)의 제1 측면에서 제2 1/4 파장 플레이트(308) 옆에 적층된다. 제2 1/4 파장판(308)의 제2 측면은 제2 선형 편광기(312) 옆에 적층된 편광 빔 스플리터(310) 옆에 적층된다. 제2 선형 편광기(312)는 적어도 하나의 굴절 렌즈(210)에 인접한다.
일부 구현들에서, 빔 스플리터 층(306)은 제1 필터 스택(206) 상에 부분 거울 코팅을 포함한다. 빔 스플리터 층(306)은 약 50%의 분할 비율로 광빔들/광선들을 분할하도록 동작 가능할 수 있다. 일부 구현들에서, 빔 스플리터 층(306)은 약 50%의 빔 분할 비율로 수행할 수 있고, 그리고 디스플레이가 선형 편광된 경우 약 25%의 최대 투과율을 가질 수 있고, 그리고 디스플레이가 편광되지 않은 경우 약 12.5%의 최대 투과율을 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 빔 스플리터 층(306)은 제 1 필터 스택(206)에 포함되지 않고, 대신, 필터 스택(206)과 필터 스택(208) 사이에 위치된 독립형 디바이스이다.
일부 구현들에서, 제2 필터 스택(206)은, 이미지 투영 디바이스가 LCD 디스플레이와 같은 비발광 디스플레이를 포함하는 경우 선형 편광기(302) 없이 구성된다. 선형 편광기(302)는, 예를 들어, LCD 디스플레이가 일반적으로 선형 편광된 출력을 제공하기 때문에 제외될 수 있다. 다른 구현들에서, 선형 편광기(312)는 측면 (예를 들어, 도 3에서 LP-II의 좌측)에 IR 필터(316)가 포함되고 코팅된다.
일부 구현들에서, 필터 스택(208) 내의 선형 편광기(312)는 사용자의 얼굴로부터의 산란된 광(즉, 디스플레이 광에 의해 조명됨)이 편광 빔 스플리터(310)에 의해 직접 반사되지 않도록 포함되는 선택적 컴포넌트이다. 이러한 반사는 시청 경험에 부정적인 영향을 줄 수 있으며, 이에 따라, 이를 억제하는 요소를 포함하여 사용자에게 개선된 시청 경험을 제공한다.
도 2 및 3에 도시된 컴포넌트들은, 광이 하나 이상의 컴포넌트에 도입될 때 임의의 수의 가능한 편광 경로들을 제공할 수 있다. 하나의 예시적인 편광 경로 (300)는 (모바일 컴퓨팅 장치(104)로부터) 방출된 광을 수신하여 선형 편광기(302)에 의해 선형 편광되는 디스플레이 패널(204)을 포함할 수 있다. 1/4 파장판(304)을 통과한 후에 광은 원형 편광될 수 있으며, 이 1/4 파장판(304)은 45도 각도로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 1/4 파장판은 제1 필터 스택(206)의 종 방향 에지에 대응하는 수직선으로부터 약 45도 떨어진 곳에 배치될 수 있다. 그 후, 광은 빔 스플리터(306)에 의해 부분적으로 반사되며, 이는 원형 편광의 방향성을 변화시킨다. 광은 1/4 파장판(308)으로 전달될 수 있고, 이는 원형 편광을 다시 선형 편광으로 회전시킨다.
편광 빔 스플리터(310)의 통과 상태에 직교하는 선형 편광은 1/4 파장판 (308)을 통과한 후에 다시 반사되어 원 편광될 수 있다. 1/4 파장판(308)을 (포인트 314에서) 세 번째로 통과한 후, 광은 선형 편광되며, 이는 편광 빔 스플리터 (310)의 통과 상태와 평행할 수 있다. 다른 선택적인 선형 편광기(312)를 통과한 후, 투과된 광은 렌즈/렌즈들의 그룹(210)에 의해 굴절되어 가상 이미지를 형성하여 HMD 장치의 접안경 및 사용자의 눈에 제시될 수 있다.
일부 구현들에서, 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리 내의 광학 요소는 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리 내의 적어도 하나의 접안경에 이미지 콘텐트를 디스플레이하도록 동작 가능한 이미지 투영 디바이스를 포함하거나 수용할 수 있다. 광학 어셈블리는 적어도 하나의 렌즈, 적어도 하나의 렌즈와 이미지 투영 디바이스 사이의 제1 필터 스택을 포함할 수 있다. 제1 필터 스택은 빔 분할 층으로 코팅된 적어도 하나의 표면을 포함할 수 있다. 광학 어셈블리는 또한 제1 필터 스택과 이미지 투영 디바이스 사이에 제2 필터 스택을 포함할 수 있다. 제2 필터 스택은 적어도 하나의 렌즈와 대면하는 반사 요소로 코팅된 적어도 하나의 표면을 포함할 수 있다. 광학 어셈블리는 또한 적어도 하나의 렌즈 아래에 배치된 카메라를 포함하거나 카메라에 연결될 수 있으며, 카메라는 적어도 하나의 렌즈를 통한 반사의 이미지들을 캡처하도록 구성된다.
비 제한적인 예로서, 필터 스택(208)은 독립형일 수 있거나 또는 전면 굴절 렌즈(또는 렌즈들의 그룹)에 결합될 수 있다. 유사하게, 필터 스택(206)은 독립형 부품이거나 디스플레이 패널(204)의 통합층일 수 있다. 일부 구현들에서, 필터 스택 구성은 직교하는 선형 편광기(302) 및 선형 편광기(312)의 축들을 포함한다. 유사하게, 제1 1/4 파장판(304) 및 제2 1/4 파장판(308)의 축들은 직교할 수 있다. 필터 스택(206 및/또는 208)으로부터 임의의 수의 층들, 편광기들, 스플리터들 또는 플레이트들이 추가되거나 제거될 수 있다.
도 4는 예시적인 하이브리드 광학 어셈블리(400)를 도시한 블록도이다. 하이브리드 광학 어셈블리(400)는 2개의 필터 스택들(406 및 410) 사이에 하나 이상의 광학 요소들을 포함할 수 있다. 하이브리드 광학 어셈블리(400)는 2개의 필터 스택들(406 및 410) 사이에 삽입된 렌즈의 곡면상에 빔 분할 층을 추가로 배치할 수 있다. 하이브리드 광학 어셈블리(400)를 사용하는 것에 대한 하나의 이점은, 포함된 광학 요소들로부터 적은 광학 수차를 제공하고 포지티브 미러 표면을 사용하는 것을 포함할 수 있으며, 이는 보는 사람이 더 작은 디스플레이 픽셀을 해결할 수 있게 한다.
일부 구현들에서, 하이브리드 광학 어셈블리(400)를 수용하는 HMD 디바이스 내의 디스플레이 공간은 디스플레이 패널이 축 방향으로 시프트될 때 개선된 초점 조정을 가능하게 하는 텔레센트릭성(telecentricity)을 제공할 수 있다. 이 구성에서, 하나 이상의 디스플레이 패널이 초점 조정을 위해 축 방향으로 이동할 때 이미지 확대 및 왜곡이 일정하게 유지될 수 있다.
이러한 어셈블리(400)는 HMD 디바이스 내의 렌즈 디스플레이 공간을 상당히 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 렌즈 디스플레이 공간은 모바일 컴퓨팅 디바이스 기반 HMD 디바이스에 의해 사용되는 통상적인 렌즈 디스플레이 공간의 약 60% 내지 약 70%까지 감소될 수 있다. 비 제한적인 예에서, 렌즈 디스플레이 공간은 약 39mm에서 약 13mm로 감소될 수 있다. 다른 예들에서, 렌즈 디스플레이 공간은 약 39mm에서 약 13.5mm로 감소될 수 있다. 다른 비 제한적인 예에서, 렌즈 디스플레이 공간은 약 39mm에서 약 12.48mm로 감소될 수 있다. 다른 비 제한적인 예에서, 렌즈 디스플레이 공간은 약 45mm에서 약 15.75mm로 감소될 수 있다. 다른 비 제한적인 예에서, 렌즈 디스플레이 공간은 약 40mm에서 약 16mm로 감소될 수 있다. 다른 비 제한적인 예에서, 렌즈 디스플레이 공간은 약 40mm에서 약 13mm로 감소될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 사용자의 눈(402)은 광학 어셈블리(400)의 좌측에 시뮬레이션되는 반면, 디스플레이 패널(404)은 광학 어셈블리(400)의 우측에 도시된다. 광학 어셈블리(400)는 제1 필터 스택(406), IR 필터 코팅(412)을 갖는 내장 (도시되지 않음) 빔 스플리터 층을 포함하는 곡면 렌즈(408), 제2 필터 스택(410) 및 렌즈(414)를 포함한다.
일부 구현들에서, 렌즈(414)는 좌측 및 우측 접안경 각각에 대한 광학 어셈블리에 포함될 수 있다. 렌즈(414)는 필터 스택(410)에 인접하여 HMD 장치 내에 배치될 수 있고, 이미지 투영 디바이스/이동 컴퓨팅 장치에서 발생하는 이미지 콘텐트를 수신하고 광학 어셈블리를 통해 필터 스택(410)을 향하도록 적용될 수 있다.
광학 어셈블리(400)는 디스플레이 패널(404)에 의해 그리고 필터 스택들(406 및 410)을 통해 제시된 광의 광학 경로를 접는 기능을 할 수 있다. 이 예에서, 예시적인 접힌 광 경로는 경로(416)로 도시되어 있다. 도시된 예에서, 곡면 렌즈 (408)는 디스플레이 픽셀을 분석하도록 구성된 포지티브 미러 표면을 포함하는 빔 스플리터 코팅을 포함할 수 있다. 렌즈(408)는, 오목면이 필터 스택(410)을 향하고 그리고 볼록면이 필터 스택(406)을 향하도록 배치될 수 있다. 일부 구현들에서, 광학 어셈블리(400)는 디스플레이 표면상의 광선 다발의 평균 각도가 수직에 가까울 때 텔레센트릭일 수 있다.
IR 필터(412)를 통해 사용자의 눈의 반사 이미지를 캡처하는 적외선 카메라 (418)가 도시되어있다. 카메라(418)는 라인(420)을 따라 임의의 곳에 배치될 수 있다. 카메라(418)는 예시적인 경로(422)에 의해 도시된 바와 같이 사용자의 눈 (402)의 이미지를 캡처할 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 하이브리드 광학 어셈블리(400)를 통해 투과된 광의 예시적인 편광 경로(500)를 도시한 도면이다. 여기서, 필터 스택들(406, 410)은 디스플레이 패널(404)과 렌즈(414) 사이에 배치된다.
일 예에서, 제1 필터 스택은 IR 필터층(412)이 렌즈(414)를 향하는 선형 편광기를 포함한다. IR 필터층(412)은 사용자의 시야에서 (예를 들어, 렌즈(414)를 통해) 사용자의 눈의 반사 이미지를 캡처하기 위해 카메라(418)에 의해 이용될 수 있다.
일 예에서, 제1 필터 스택(406)은 제2 필터 스택(410)에 결합되고 그리고 다른 컴포넌트들과의 적층 배열로 구성된다. 적층된 배열의 이러한 하나의 예는 디스플레이 패널(404)에 인접하고 그리고 제1 1/4 파장판(504) 옆에 있는 제1 선형 편광기(502)를 포함할 수 있다. 제1 1/4 파장판(504)은 제2 1/4 파장판(506)에 인접하여 적층된 곡면 렌즈(408)에 인접하여 적층된다. 제2 1/4 파장판(506)은 편광빔 스플리터(508)에 인접하여 적층되고, 이는 제2 선형 편광기(510)에 인접하여 적층된다. 제2 선형 편광기(510)는 적어도 하나의 렌즈(414)에 인접한다.
일반적으로, 렌즈들(408 및 414)은 비회전 대칭일 수 있다. 비회전 대칭 렌즈(408 및 414)는 시스템이 더 이상 회전 대칭이 아닐 때마다 유리할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이가 2개의 직교 자오선(예를 들어, 실린더, 안장형 등)에서 다르게 구부러질 때 시스템은 더 이상 회전 대칭이 아닐 수 있다. 일부 구현들에서, 비회전 대칭 렌즈를 사용하면 광학 수차의 균형을 잡는 장점을 제공하여 시야에 걸쳐 균일한 이미지 품질을 달성할 수 있다. 일부 구현들에서, 렌즈(414)는 굴절 렌즈일 수 있다. 일부 구현들에서, 다수의 렌즈들 또는 렌즈 어레이들이 렌즈(414)를 대신할 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 컴포넌트들은 컴포넌트들을 통해 투과된 광의 임의의 수의 가능한 편광 경로들을 제공할 수 있다. 예시적인 편광 경로(500)는 선형 편광기(502)에 의해 선형 편광될 광을 방출하는 디스플레이 패널(404)을 포함할 수 있다. 1/4 파장판(504)을 통과한 후에 광은 원형 편광될 수 있으며, 이는 45도 각도로 배치될 수 있다. 예를 들어, 1/4 파장판(504)은 제1 필터 스택(406)의 종 방향 에지에 대응하는 수직선으로부터 약 45도 떨어진 곳에 배치될 수 있다. 광은 곡면 렌즈(408)에 의해 부분적으로 반사될 수 있으며, 이는 원형 편광의 수기를 오른쪽에서 왼쪽으로 변화시킬 수 있다. 광은 1/4 파장판(506)으로 전달될 수 있으며, 이는 원형 편광을 다시 선형 편광으로 회전시킬 수 있다.
편광 빔 스플리터(508)의 통과 상태에 직교할 수 있는 선형 편광은 1/4 파장 판(506)을 통과한 후에 다시 반사되어 원편광될 수 있다. 1/4 파장판(506)을 (위치 512에서) 세 번째로 통과한 후, 광은 선형 편광될 수 있으며, 이는 편광 빔 스플리터(508)의 통과 상태와 평행할 수 있다. 투과된 광은 다른 선택적 선형 편광기 (510)를 통과한 후, 렌즈/렌즈들의 그룹(412)에 의해 굴절될 수 있고, 그리고 HMD 장치의 접안경 및 사용자의 눈에 제시될 가상 이미지를 형성할 수 있다. 카메라(418)는 선형 편광기(510)로부터 반사된 사용자의 눈의 이미지를 캡처할 수 있다. 캡처된 이미지는 특정 콘텐트 또는 그러한 콘텐트의 구성을 사용자의 눈에 제공하기 위해 눈 추적에 사용될 수 있다.
도 6은 가변 경사 광학 어셈블리(600)의 블록도이다. 가변 경사는 광학 어셈블리(600) 내에서 하나 이상의 필터 스택의 틸팅 또는 재배향을 지칭할 수 있다. 대안적으로, 틸팅은 광학 어셈블리(600) 내의 필터 스택들 근처에 수용된 디스플레이 패널을 틸팅할 수 있는 것을 지칭할 수 있다. 일부 구현들에서, 틸팅은 하나 이상의 필터 스택들과 디스플레이 패널 및/또는 렌즈 사이의 각도 관계에 기초할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 사용자의 눈(602)은 광학 어셈블리(600)의 좌측에 시뮬레이션되고 그리고 디스플레이 패널(604)은 광학 어셈블리(600)의 우측에 도시된다. 광학 어셈블리(600)는 디스플레이 패널(604), 빔 스플리터(미도시)를 포함하는 제1 필터 스택(606), 및 제2 필터 스택(608)을 포함한다. 광학 어셈블리(600)는 또한 필터 스택(608)에 인접한 렌즈(610)를 포함한다. 광학 조립체 (600)는 디스플레이 패널 (604)에 의해 그리고 필터 스택(606 및 608)을 통해 제시된 광의 광학 경로를 접는 기능을 할 수있다. 광학 어셈블리(600)는 디스플레이 패널(604)에 의해 그리고 필터 스택들(606 및 608)을 통해 제시된 광의 광학 경로를 접는 기능을 할 수 있다. 이 예에서, 접힌 광 경로의 예는 경로들(612, 614, 616, 618, 620)로 표시된다.
광학 어셈블리(600)는 도 2 및 도 3과 관련하여 서술된 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 이와 같이, 광학 어셈블리(600)는 경사 가능한 광학 어셈블리(200)에 관한 예를 제공할 수 있다. 이 예에서, 렌즈(610)의 광축에 대해 각도(622)로 디스플레이 패널(604)을 기울임으로써, 전방 편광 필터 스택(예를 들어, 필터 스택(608))의 표면들과 필터 스택(606) 상에 코팅된 빔 분할 표면 사이에 가변 공간이 생성될 수 있다. 동작시, 각각의 좌측 및 우측 디스플레이 영역에 대한 디스플레이 패널은 디스플레이 패널의 코너 또는 가장자리가 더 바깥쪽으로 기울어지도록 기울어질 수 있고, 이는 맞춤형 HMD 디스플레이를 만들 필요없이 코의 여유공간을 크게 증가시킬 수 있는 이점을 제공한다. 틸팅은 또한 병진 효과를 가질 수 있으며, 이는 (각 눈에 대해) 2개의 디스플레이 패널 사이의 중심 간극을 증가시킨다. 일부 구현들에서, 2개의 디스플레이들을 틸팅하는 것은 또한 HMD 디바이스가 사용자의 얼굴에 보다 양호하게 형성되도록 하여 궁극적으로 작고 매력적인 산업 디자인을 가능하게 한다.
도시된 바와 같이, 2개의 필터 스택들(606 및/또는 608)은 또한 디스플레이 패널(604)이 그러한 각도와 일치하도록 이동될 수 있는 각도(624)를 형성하도록 조정(즉, 틸딩)될 수 있다. 일부 구현들에서, 필터 스택(606)은 디스플레이 패널 (604)이 그러한 각도와 일치하도록 이동될 수 있는 각도(626)를 형성하도록 조정될 수 있다.
필터 스택들(606 및 608)은 HMD 디바이스를 위한 근안 디스플레이 시스템 어셈블리의 일부일 수 있다. 예를 들어, 렌즈(610) 및 디스플레이 패널(604)과 함께 스택들(606 및 608)은 사용자가 착용하는 헤드 장착 디스플레이 디바이스에 수용될 수 있다. 필터 스택들(606 및 608)은 이미지 콘텐트를 HMD 디바이스의 좌우 접안경 각각에 제공할 수 있는 하나 이상의 광학 어셈블리들의 조각들일 수 있다. 필터 스택(606)은 제1 방향(예를 들어, HMD 디바이스에서 접안경을 향하여 0 내지 약 12.5도)으로 배향되도록 작동 가능할 수 있다. 필터 스택(606)은 빔 분할 층으로 코팅된 적어도 하나의 표면을 포함할 수 있다. 빔 분할 층은 디스플레이 패널 (604)로부터 멀리 그리고 필터 스택(608)을 향해 대면될 수 있다. 필터 스택(608)은 제2 방향(예를 들어, HMD 디바이스에서 접안경을 향하여 0 내지 약 12.5도)으로 배향되도록 작동 가능할 수 있다.
일부 구현들에서, 필터 스택(606)은 0도 필터 각도를 제공하기 위해 디스플레이 패널(604)에 직접 본딩될 수 있다. 일부 구현들에서, 필터 스택(608)은 0도 필터 각도를 제공하기 위해 디스플레이 패널(604)에 직접 본딩될 수 있다. 도시된 바와 같이, 필터 스택(608)은 전술한 IR 필터들과 유사한 IR 필터 층(609)을 포함한다.
일부 구현들에서, 필터 스택(606)은 디스플레이 패널(604)의 표면을 따라 법선 방향으로부터 평면까지 약 0 내지 약 12.5도의 각도로 제1 방향으로 배향되도록 구성될 수 있다. 필터 스택(608)은 수직 방향으로부터 디스플레이 패널의 평면까지 약 0 내지 약 12.5도의 각도로 제2 방향으로 경사지도록 구성될 수 있다. 디스플레이 패널을 정상 방향으로부터 HMD 디바이스의 하부 에지의 평면(도시되지 않음)까지 약 0 내지 약 25도 기울임에 응답하여 하나 또는 둘의 재배향/기울기가 발생할 수 있어, 디스플레이 패널은 근안 디스플레이 시스템의 광학축에 수직으로 배치된다.
선택된 제1 각도 및 제2 각도는 서로 관련될 수 있고 그리고 디스플레이 패널이 기울어진 각도에 기초하여 선택될 수 있다. 일례에서, 디스플레이(604)는 사용자에 의해 선택된 각도로 HMD 디바이스에서 기울어지고 수용된다. 디스플레이 패널은, 예를 들어, 제2 방향으로 배향되도록 구성될 수 있다.
일반적으로, 디스플레이 패널(604)을 틸팅하는 것은 디스플레이 패널(604)을 HMD 디바이스의 베이스 내에 그리고 베이스에 수직으로 안착시키는 것 및 디스플레이 패널(604)의 상부 에지를 각각의 좌우 접안경에 대응하는 광학 어셈블리(즉, 필터 스택들(606 및 608) 중 하나 또는 둘 다)를 향하여 각도를 만드는 것을 포함할 수 있다. 일반적으로, 광학 어셈블리는 좌측 및 우측 접안경 각각에 대한 적어도 하나의 고정 렌즈를 포함한다. 일부 구현들에서, 좌측 및 우측 접안경 각각에 대한 적어도 하나의 고정 렌즈는 필터 스택(608)에 인접한 HMD 디바이스 내에 배치되고 그리고 이미지 투영 장치에서 그리고 광학 어셈블리를 통해 필터 스택(608)을 향해 발생하는 이미지 콘텐트를 수신하도록 구성된다.
일부 구현들에서, 디스플레이 패널(604)을 기울이면 이미지 아티팩트를 시야 밖으로 이동시킴으로써 근안 디스플레이 시스템의 시야를 수정시킬 수 있다. 이러한 변형은, 광학 어셈블리 내에서 미광에 의해 생성된 고스트 이미지가 HMD 디바이스를 착용한 사용자의 시야에서 편안하게 벗어날 수 있도록 하는 기능을 할 수 있다. 디스플레이 패널(604)은 HMD 디바이스를 착용한 사용자에 대한 이미지 평면 초점을 유지하기 위해 추가로 기울어질 수 있다.
일부 구현들에서, 필터 스택들(406 및 410)은 광학 시스템을 축상에서 유지하기 위해 객체 평면에 수직인 광학 축을 유지하기 위해 서로 관계를 유지하도록 구성된다. 예를 들어, 어셈블리(400)에서, 디스플레이 패널의 경사각은 두 필터들 사이의 상대 경사각의 2배일 수 있다. 하나의 비 제한적인 예에서, 필터 스택들(406 및 410)은 디스플레이 패널(604)을 약 0도에서 약 25도로 틸팅하는 것에 응답하여 0도에서 약 12.5도로 기울어 지도록 구성될 수 있다.
일부 예들에서, 어셈블리(600)는 카메라(628)를 포함할 수 있다. 카메라 (628)는 IR 코팅(609)과 기능하도록 적용된 적외선 카메라일 수 있다. 카메라 (628)는 코팅(609)에서 반사된 반사들의 IR 이미지들을 캡처할 수 있다. 이미지들은 사용자 눈 움직임 또는 사용자 눈의 위치 변화드을 나타내는 코팅(609)으로부터의 반사일 수 있다. 일부 구현들에서, 카메라(628)는 또한 사용자의 표정에서의 변화의 이미지를 캡처할 수 있다.
카메라(628)는, 예를 들어, 광학 어셈블리(600)를 유지하는 HMD 디바이스의 베이스 위치로부터 렌즈(610)의 하부 가장자리까지 배치될 수 있다. 카메라(628)는 각도(630)로 표시되는 바와 같이 약 0도에서 수평으로(예를 들어, 광학 조립체 (600)의 하부 에지로 표시됨) 상기 수평에 대해 약 45도의 각도를 가질 수 있다. 각도(630)는 필터 스택들(606 및 608) 중 하나 또는 둘 모두의 이동에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 필터 스택(608)이 (그림과 같이 눈(602)을 향하지 않고) 눈 (602)으로부터 멀어지도록 기울어진 경우, 카메라(628)는 IR 필터(609)로부터 반사되는 이미지들을 캡처하기 위해 약 45도 내지 약 60도의 더 큰 각도로 배치될 수 있다.
도 7은 다른 가변 경사 광학 어셈블리(700)의 블록도이다. 광학 어셈블리(700)는 도 4 및 도 5와 관련하여 서술된 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 이와 같이, 광학 어셈블리(700)는 경사 가능한 광학 어셈블리(400)에 관한 예들을 제공할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 사용자의 눈(702)은 광학 어셈블리(700)의 좌측에 시뮬레이트되는 반면, 디스플레이(704)는 광학 어셈블리(700)의 우측에 도시된다. 광학 어셈블리(700)는 제1 필터 스택(706), 곡면 렌즈(708), 제2 필터 스택(710) 및 렌즈(712)를 포함한다.
광학 어셈블리(700)는 디스플레이(704)에 의해 그리고 필터 스택들(706 및 710) 및 곡선형 렌즈(708)를 통해 제시된 광의 광학 경로를 접는 기능을 할 수 있다. 이 예에서, 예시적인 접힌 광 경로는 경로들(714, 716, 718, 720, 722, 724 및 726)로 도시되어 있다. 일부 구현들에서, 광학 어셈블리(700)는 디스플레이 표면상의 광선 다발의 평균 각도가 수직에 근접할 때 텔레센트릭일 수 있다. 도시된 바와 같이, 필터 스택(710)은 또한 전술한 IR 필터들과 유사한 IR 필터 코팅(711)을 포함한다.
광학 어셈블리(700)는 여기에 서술된 하이브리드 광학 어셈블리들에 관한 것이다. 이러한 어셈블리들은 기울어진 이미지 변형들을 포함할 수 있다. 곡면 렌즈 (708)는 플라스틱으로 구성되고 빔 스플리터 층으로 코팅될 수 있다. 광학 어셈블리(700)는 HMD 디바이스에 수용될 수 있다. HMD 디바이스는 광학 어셈블리(700) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 광학 어셈블리(700)는, 예를 들어, 제1 필터 스택과 제2 필터 스택 사이에 배치된 곡선형 빔 스플리터 디바이스를 포함할 수 있다. 광학 어셈블리는 또한 HMD 디바이스 내에 다수의 상이한 각도들로 배치되도록 구성된 착탈가능한 이미지 투영 디바이스를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 이미지-투영 디바이스와 제1 필터 스택 사이에 배치된 디스플레이 패널들은 제1 필터 스택 또는 제2 필터 스택의 경사에 응답하여 HMD 디바이스 내에 다수의 상이한 각도들로 배열될 수 있다.
일부 구현들에서, 광학 어셈블리(700)는 제1 필터 스택 또는 제2 필터 스택의 틸팅에 응답하여 곡률 필드의 균형을 맞추도록 구성될 수 있다. 어셈블리(700)에서, 필터 스택들 사이에 특정한 설정 관계가 없을 수 있다. 경사 관계는 빔 스플리터 코팅에 의한 표면의 곡률, 빔 스플리터의 위치, 필터 스택들의 위치 등을 포함 하나 이에 제한되지 않는 변수에 의존할 수 있다.
일 예에서, 적어도 하나의 디스플레이 패널은 제1 필터 스택 또는 제2 필터 스택과 관련된 배향에 기초하여 선택된 각도로 배치될 수 있다. 배향은 렌즈의 광학 축으로부터 수직 오프셋의 약 5도 초과 및 약 25도 미만의 틸팅을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 제1 필터 스택 또는 제2 필터 스택을 틸팅하면 헤드 장착 디스플레이 하우징과 관련된 시야를 수정하게 되고, 이 수정은 시야 외부의 동영상 아티팩트를 포함한다.
일부 구현들에서, HMD 디바이스는 2개의 광학 어셈블리들을 포함할 수 있고, 각각은 HMD 디바이스와 관련된 대응하는 좌우 접안경들에서 이미지 콘텐트를 렌즈에 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 각각의 광학 어셈블리는 별개의 좌안 및 우안 렌즈를 통해 이미지 콘텐트를 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 렌즈들은 광학 어셈블리들 중 적어도 하나의 움직임을 검출하는 것에 응답하여 이미지 확대 및 초점을 유지하도록 구성된다. 예를 들어, 광학 어셈블리 내의 하나 또는 두개의 스택이 이동하면, 그러한 스택과 관련된 렌즈들은 이미지 확대 및 초점 레벨의 손실없이 이동을 수용할 수 있다. 일부 구현들에서, 광학 어셈블리(700)는 제1 필터 스택과 제2 필터 스택 사이에 배치된 다수의 광학 요소들을 포함한다. 광학 요소들은 광학 수차들을 감소 시키도록 구성될 수 있다.
일부 예들에서, 어셈블리(700)는 카메라(728)를 포함할 수 있다. 카메라 (728)는 IR 코팅(711)과 기능하도록 적응된 적외선 카메라일 수 있다. 카메라 (728)는 코팅(711)에서 반사된 반사들의 IR 이미지들을 캡처할 수 있다. 이미지들은 사용자 눈 움직임 또는 사용자 눈의 위치 변화들을 나타내는 코팅(711)으로부터의 반사일 수 있다. 일부 구현들에서, 카메라(728)는 또한 사용자의 표정에서의 변화의 이미지들을 캡처할 수 있다.
카메라(728)는, 예를 들어, 광학 어셈블리(700)를 유지하는 HMD 디바이스의 베이스 위치로부터 렌즈(712)의 하부 가장자리까지 배치될 수 있다. 카메라(728)는 각도(730)에 의해 표시되는 바와 같이 약 0도에서 수평(예를 들어, 광학 어셈블리(700)의 하부 에지(729)에 의해 표시됨)에 대해 수평에서 약 45도에 각도를 가질 수 있다. 각도(730)는 필터 스택들(706 및 710) 중 하나 또는 둘 모두의 이동에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 필터 스택(710)이 (그림과 같이 눈(702) 쪽으로 향하는 대신에) 눈(702)으로부터 멀어 지도록 기울어진 경우, 카메라(728)는 IR 필터 (711)로부터 반사되는 이미지를 포착하기 위해 약 45도 내지 약 60도의 더 큰 각도로 배치될 수 있다.
도 8은 예시적인 광학 어셈블리(800)의 블록도이다. 광학 어셈블리(800)는 가상 현실 콘텐트에 액세스하기 위한 HMD 디바이스의 일부로서 설치될 수 있다. 도 8에서, 사용자의 눈(802)이 광학 어셈블리(800)의 좌측에 시뮬레이션되고, 그리고 디스플레이 패널(804)이 광학 어셈블리(800)의 우측에 도시된다. 일부 구현들에서, 광학 어셈블리(800)는 HMD 디바이스의 좌측 및 우측 접안경 각각에 대해 포함될 수 있다. 일부 구현들에서, 광학 조립체(800)는 단일 접안경에 포함될 수 있다.
광학 어셈블리(800)는 디스플레이 패널(804)을 포함(또는 이에 인접)한다. 도시된 바와 같이, 광학 어셈블리(800)는 제1 필터 스택(806), 제2 필터 스택(808), 렌즈(810), 렌즈(812) 및 프리즘(814)을 포함한다. 광학 어셈블리(800)는 디스플레이 패널(804)에 의해 그리고 필터 스택들(806 및 808)을 통해 제시된 광의 광학 경로를 접는 기능을 할 수 있다. 이 예에서, 프리즘(814)은 눈(802)으로부터 렌즈를 통해 카메라(818) 내로 적색 광을 지향(또는 반사)할 수 있다. 카메라(818)는 이러한 빛의 반사들을 이용하여 눈의 이미지를 캡처할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 서술된 시스템은 필터 스택(806)과 필터 스택(808) 사이에 배치된 프리즘 (818)을 갖는 접힌 광학 경로를 사용하여 눈 추적을 제공할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 프리즘(814)은 삼각형이지만, 정사각형, 직사각형, 구형 등을 포함하는 다른 형상들이 가능하고, 이에 한정되지 않는다. 일부 구현들에서, 프리즘 (814)은 필터 스택(806)과 필터 스택(808) 사이의 공간의 일부에 맞도록 크기가 정해질 수 있다. 예를 들어, 프리즘(814)은 필터 스택(806)에 견고하게 부착되고, 그리고 필터 스택(806)으로부터 필터 스택(806)과 필터 스택(808) 사이에 도시된 공간의 약 50% 내지 약 75%로 연장될 수 있다. 일부 구현들에서, 프리즘(814)은 필터 (806)의 하단 에지 및 필터(808)의 하단 에지에 연결되도록 크기가 정해질 수 있다. 예를 들어, 프리즘(814)은 필터 스택(806) 및 필터 스택(808) 모두에 이들 필터 스택 아래에서 그리고 렌즈(810) 아래에서 견고하게 부착될 수 있다.
광학 어셈블리(800)는 또한 카메라(818)를 포함할 수 있다. 카메라(818)는 렌즈(810)로부터 카메라(818)로 눈(802)으로부터의 광을 반사시키기 위해 사용자의 눈의 이미지를 캡처할 수 있도록 광학 어셈블리(800) 아래에 배치될 수 있다. 그러한 위치에 카메라(818)를 배치하면, 사용자의 눈을 직접 대면하여 이미지를 포착하도록 배치된 카메라와 비교하여, 카메라(818)가 눈의 이미지를 캡처하는 각도를 감소시키는 이점을 제공할 수 있고, 이는 카메라를 동일한 기계적 위치에 배치했지만 렌즈와 필터 스택을 통해 콘텐트를 캡처하지 않은 경우에 해당한다. 카메라(818)의 배치는 정확한 눈 추적 기능이 유지되는 반면, HMD 디바이스는 전형적인 HMD 디바이스들과 관련하여 감소된 풋 프린트로 제작될 수 있다.
프리즘(814)은 광원의 빔들에서 특정 파장들을 차단 및/또는 분리하는 기능을 할 수 있다. 예를 들어, 광의 빔(또는 다수의 빔들)은 광학 어셈블리(800)를 통해 디스플레이(804)로부터 눈(802)으로 향해 제공될 수 있다. 프리즘(814)은, 예를 들어, 눈(802)으로부터 반사된 적외선을 제공하기 위해 광을 분리할 수 있다. 반사는, 카메라(818)가 사용자와 관련된 눈 및/또는 머리 움직임들(예를 들어, 눈 (802))을 추적하기 위해 눈의 이미지를 캡처하게 할 수 있다. 프리즘(814)은 유리,아크릴, 액체 충전 유리 또는 아크릴, 형석, 실리카, 석영 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 투명 재료로 구성될 수 있다.
광학 어셈블리(800)의 일 예는 렌즈(810) 아래에 배치된 카메라(818)를 포함할 수 있다. 카메라(818)가 렌즈(810)의 아래 및 약간 오른쪽에 도시되어 있지만, 다른 카메라 위치들이 가능하다. 예를 들어, 카메라(818)가 프리즘(814)을 통해 IR 필터(816)로부터 눈(818)의 이미지의 반사를 캡처할 수 있는 위치에서, 카메라(818)는 렌즈(810) 아래에 배치될 수 있다. 일 예에서, 카메라(818)는 반사를 캡처하도록 배치될 수 있고 그리고 렌즈(810)의 좌측에서 우측으로의 배치에 따라 약 0도 내지 약 45도의 각도로 경사지거나 기울어질 수 있다.
일부 구현들에서, 렌즈(810)는 약 7mm 내지 약 11mm의 두께(216)를 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 렌즈(810)는 약 9mm 내지 약 10mm의 두께(216)를 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 렌즈(810)는 약 35mm 내지 약 45mm의 직경을 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 렌즈(810)는 약 40mm 내지 약 50mm의 직경을 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 눈 완화 거리(218)는 약 15mm 내지 약 17mm 일 수 있다. 일부 구현들에서, 눈 완화 거리(218)는 약 13mm 내지 약 18mm 일 수 있다. 일부 구현들에서, 눈 완화 거리(218)는 약 12mm 내지 약 14mm 일 수 있다. 일부 구현들에서, 눈 완화 거리(218)는 약 17mm 내지 약 21mm 일 수 있다. 일부 구현들에서, 렌즈(810)의 비구면 처방은 k1 값이 3.69인 약 98.1mm의 r1 값을 포함할 수 있다. 렌즈 (810)는 또한 약 41.7mm의 r2 값 및 약 -4.8의 k 값을 가질 수 있다. 렌즈(810)는 또한 약 1.1x10-5의 r4 값 및 약 4.5xl0-9의 r6 값을 가질 수 있다. 다른 처방들도 가능하다.
일부 구현들에서, 렌즈들(810 및 812)은 눈(802)에 대한 특정 콘텐트를 집중시키기 위해 슬라이드 인 및 아웃될 수 있다. 예를 들어, 렌즈들(810 및 812)은 HMD 디바이스의 프레임 하우징에 대하여 측면으로 앞뒤로 미끄러지도록 구성될 수 있다. 슬라이딩은 렌즈(810 및/또는 812)에 대한 디옵터를 조정할 수있다. 일부 구현들에서, HMD 디바이스의 프레임 하우징에 대해 렌즈들(810 및 812) 모두를 측면으로 슬라이딩시키는 것은 시각 장애가 있는 사용자에게 콘텐트의 디스플레이를 정정할 수 있다. 렌즈들(810 및/또는 812)은 렌즈들이 동일한 평면에서 함께 회전 및/또는 함께 미끄러지도록 이동 메커니즘에 부착될 수 있다. 일부 구현들에서, 약 3mm(음 또는 양)의 움직임은 대략 양의 4 내지 음의 6디옵터 조정 범위의 조정을 제공할 수 있다.
일부 구현들에서, 카메라(818) 및 프리즘(814), 렌즈들(810 및 812), 및 필터 스택들(806 및 808)은, 모든 컴포넌트들이 도 8에 도시된 바와 같이 단단히 고정되는 유닛으로서 이동할 수 있다. 일부 구현들에서, 회전 또는 슬라이드 이동은 전체 광학 어셈블리(800)의 회전(또는 슬라이드)을 포함할 수 있다.
제1 필터 스택(806)의 예시적인 어셈블리는 제1 선형 편광기 및 어셈블리 내의 제1 1/4 파장판에 코팅으로서 적용된 빔 스플리터 층을 포함할 수 있다(도 3과 관련하여 상세히 도시됨). 제1 필터 스택(806)은 이미지-투영 디바이스로부터 수신된 광을 필터링 및 분할하도록 작동 가능할 수 있다. 일부 구현들에서, 1/4 파장판들은, 사용되는 광의 파장과 무관하게 일정한 위상 시프트를 제공하기 위해 광대역에서 잘 기능하도록 설계될 수 있다. 이러한 파장 독립성은 2개의 상이한 복굴절 결정질 재료들을 사용함으로써 달성될 수 있다. 파장 범위(즉, 분산)에 걸친 위상차의 상대적 이동은 사용된 두 재료들 사이에서 균형을 이룰 수 있다. 제2 필터 스택(808)은 1/4 파장판, 편광 빔 스플리터, 및 어셈블리 내의 선형 편광기를 포함할 수 있다(도 3과 관련하여 상세히 도시됨). 제2 필터 스택(808)은 적어도 하나의 굴절 렌즈(810)와 이미지 투영 디바이스(예를 들어, 모바일 컴퓨팅 디바이스(104)) 사이의 광학 경로를 접도록 동작 가능할 수 있다.
일부 구현들에서, 광학 어셈블리(800)는 또한 이미지 투영 디바이스(예를 들어, 도 1에 도시된 모바일 컴퓨팅 디바이스(104))로부터 이미지 콘텐트를 수신하도록 구성된 디스플레이 패널(804)을 포함한다. 일부 구현들에서, 광학 어셈블리(800)는 또한 이미지 투영 디바이스 상에 디스플레이하기 위해 이미지 콘텐트를 처리하기 위한 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 특히, 도 3과 관련하여 위에서 서술된 바와 같이, 이미지 콘텐트는 하나 이상의 프로세서들, 컴퓨터들 또는 다른 리소스들에 의해 제공될 수 있고, 이미지 투영 디바이스(예를 들어, 모바일 컴퓨팅 디바이스(104) 등)를 사용하여 디스플레이, 저장 및/또는 수정될 수 있다. 또한, 하나 이상의 프로세서들은 카메라(818)와 관련된 (예를 들어, 캡처된) 이미지 콘텐트를 캡처, 업로드, 다운로드, 전송 및/또는 수신하기 위해 온보드 광학 어셈블리 (800)일 수 있다.
동작에서, 디스플레이(804)는 HMD 디바이스에서 사용자에게 (예를 들어, 눈 (802)에 의해 보여지는) 콘텐트를 제공할 수 있다. HMD 디스플레이 디바이스는, 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 각각의 접안경 주위에 발광 다이오드(LED)들의 링을 포함할 수 있다. LED들은 빛을 방출하고 빛을 눈(802)으로 보낼 수 있다. 카메라(818)는 눈(802)의 움직임을 캡처할 수 있다(예를 들어, 눈 추적 목적을 위해 이미지를 캡처할 수 있다). 경로(820)에 의해 도시된 바와 같이, 눈(802)으로 향하는 광이 반사될 수 있다. 광의 반사는 렌즈(810) 및 필터 스택(808)을 통해 투과될 수 있고 그리고 카메라(818)에 의해 이미지로서 캡처될 수 있다. 경로(822)에 의해 도시된 바와 같이, 반사는 렌즈(810)를 통해 프리즘(814)으로 제공되고 그리고 IR 필터(816)로부터 반사되어 프리즘(814)을 통해 다시 반사되어 카메라(818)에 의해 캡처될 수 있다.
일부 구현들에서, 디스플레이는 발광 디스플레이이고, 그리고 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이를 포함한다. 일부 구현들에서, 디스플레이는 비방사형 디스플레이이고 그리고 액정 디스플레이(LCD) 디스플레이를 포함한다.
일부 구현들에서, 본 발명을 통해 서술된 HMD 디바이스들은, 음극선관(CRT), 전계 방출 디스플레이(FED), 표면 전도성 전자 방출기 디스플레이(SED), 진공 형광 디스플레이(VFD), 전계 발광 디스플레이(ELD), 발광 다이오드 디스플레이(LED), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 전기 화학 디스플레이(ECD), 실리콘 액정 표시장치(LCOS) 또는 유기 발광 다이오드(OLED)와 같은 발광 디스플레이를 포함하거나 수용하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, HMD 디바이스(102)는 RGB, LED 또는 백색 LED인 광원을 갖는 LCD 디바이스를 포함하는 비방사형 디스플레이들을 포함하도록 구성될 수 있다.
특정 구현들에서, 본 명세서에 서술된 시스템들 및 방법들은 폭과 길이 모두 약 5.08cm 내지 약 7.62cm의 범위 및 깊이 약 2.54cm 내지 약 7.62cm 범위의 하나 이상의 광학 어셈블리들을 포함할 수 있다. 다른 변형이 가능하다.
필터 스택 어셈블리들의 예
필터 스택 어셈블리들의 예는 다음과 같다. 특정 치수들 및 층들이 제공되지만, 그러한 치수의 다른 변형이 가능하다. 일반적으로, 본 명세서에 서술된 필터 스택들은 이미지 열화가 거의 발생하지 않을 정도로 얇다. 또한, 틸트 가능한 컴포넌트들을 제공하는 버전들에서 틸팅의 상이한 레벨들에 기초하여 재설계 또는 재조정없이 확대 렌즈들로 충분할 수 있다.
제1 예시적인 필터 스택은 아래 예시적인 필터 스택 I로 도시된다. 예시적인 필터 스택은 부착된 빔 스플리터 또는 독립형 빔 스플리터를 포함할 수 있는 기판/커버 유리 층을 포함한다. 일부 구현들에서, 빔 스플리터는 1/4 파장판 상의 코팅일 수 있다. 예시적인 필터 스택은 또한 감압 접착제로 선형 편광기에 접착된 1/4 파장판을 포함하며, 이는 기판 또는 커버 유리 층에 접착될 수 있다. 예시적인 두께는 1.243mm의 조립된 두께를 갖는 최종 제1 필터 스택(예를 들어, 필터 스택(206))을 갖는 각각의 컴포넌트에 대해 아래에 도시되어 있다. 일부 구현들에서, 필터 스택(206)은 빔 스플리터 코팅을 갖는 기판/커버 유리(아래의 행 1) 및 반사 방지 코팅을 갖는 제2 기판/커버 유리(아래의 행 7)를 포함한다.
| # | 층 | 코멘트 | 두께(mm) |
| 1 | 유리/BS | 기판/커버 유리 & 빔 스플리터 코팅 |
0.21 |
| 2 | PSA | 감압 접착제 | 0.025 |
| 3 | QWP | 1/4 파장판 필름 | 0.073 |
| 4 | PSA | 감압 접착제 | 0.025 |
| 5 | LP | 선형 편광기 필름 | 0.185 |
| 6 | PSA | 감압 접착제 | 0.025 |
| 7 | 유리 | 기판/커버 유리 & 코팅 | 0.7 |
| = 1.243 | |||
예시적인 필터 스택 I 제2 예시적인 필터 스택은 아래 예시적인 필터 스택 II로 표시된다. 예시적인 필터 스택은 와이어 그리드 편광 빔 분할 필름에 감압 접착제로 접착된 선형 편광 필름을 포함할 수 있는 기판/커버 유리 층을 포함한다. 빔 분할 필름은 1/4 파장판 필름에 동일한 방식으로 접착될 수 있다. 1/4 파장판은 선형 편광기에 부착될 수 있으며, 이는 기판 또는 커버 유리층에 부착될 수 있다. 예시적인 두께는 1.403mm 내지 1.472mm의 두께를 갖는 최종 제2 필터 스택(예를 들어, 필터 스택(208))을 갖는 각각의 컴포넌트에 대해 아래에 도시되어 있다. 일부 구현들에서, 필터 스택(208)은 반사 방지 코팅을 갖는 (즉, 아래의 행 1 및 9 모두에서) 기판/커버 유리층을 포함한다.
| # | 층 | 코멘트 | 두께(mm) | |
| 1 | 유리 | 기판/커버 유리 & 코팅 | 0.7 | |
| 2 | PSA | 감압 접착제 | 0.025 | |
| 3 | LP+IR FLT | IR 필터를 갖는 선형 편광기 | 0.130-0.199 | |
| 4 | PSA | 감압 접착제 | 0.025 | |
| 5 | WGT | 와이어그리드 평광빔 분할 필름 |
0.19 | |
| 6 | PSA | 감압 접착제 | 0.025 | |
| 7 | QWP | 1/4 파장판 | 0.073 | |
| 8 | PSA | 감압 접착제 | 0.025 | |
| 9 | 유리 | 기판/커버 유리 & 코팅 | 0.21 | |
| = 1.403-1.472 | ||||
예시적인 필터 스택 II 제3 예시적인 필터 스택은 예시적인 필터 스택 III으로 아래에서 표시된다. 예시적인 필터 스택은 곡선형 빔 스플리터 및/또는 렌즈 부근에 또는 근처에 적층 될 수 있다. 즉, 곡선형 빔 스플리터는 독립형 빔 스플리터일 수 있다. 필터 스택은 기판/커버 유리 층과 반대측에 접착되는 선형 편광 필름에 접착된 1/4 파장판 필름을 포함할 수 있다. 층들은 감압 접착제 또는 다른 방법으로 접착될 수 있다. 예시적인 두께는 1.848mm의 조립된 두께를 갖는 최종 제1 필터 스택(예를 들어, 필터 스택(406))을 갖는 각각의 컴포넌트에 대해 아래에 도시되어 있다. 일부 구현들에서, 필터 스택(406)은 반사 방지 코팅을 갖는 (즉, 아래 행 1 및 7 모두에서) 기판 / 커버 유리 층을 포함한다.
| # | 층 | 코멘트 | 두께(mm) |
| 1 | 유리 | 기판/커버 유리 & 코팅 | 0.5 |
| 2 | CBS | 곡선형 빔 스플리터/렌즈 | 0.34 |
| 3 | QWP | 1/4 파장판 필름 | 0.073 |
| 4 | PSA | 감압 접착제 | 0.025 |
| 5 | LP | 선형 편광기 필름 | 0.185 |
| 6 | PSA | 감압 접착제 | 0.025 |
| 7 | 유리 | 기판/커버 유리 | 0.7 |
| = 1.848 | |||
예시적인 필터 스택 III제4 예시적인 필터 스택은 예시적인 필터 스택 IV으로 아래에서 표시된다. 예시적인 필터 스택은 와이어그리드 편광 빔 분할 필름에 감압 접착제로 접착된 선형 편광 필름을 포함할 수 있는 기판/커버 유리 층을 포함한다. 빔 분할 필름은 1/4 파장판 필름에 동일한 방식으로 접착될 수 있다. 1/4 파장판은 선형 편광기에 부착될 수 있으며, 이는 기판 또는 커버 유리층에 부착될 수 있다. 예시적인 필터 스택 III과 예시적인 필터 스택 IV 사이에 빔 스플리터(예를 들어, 렌즈(408))가 삽입될 수 있다. 예시적인 두께는 1.403mm 내지 1.472mm의 두께를 갖는 최종 제2 필터 스택(예를 들어, 필터 스택(410))을 갖는 각각의 컴포넌트에 대해 아래에 도시되어 있다. 일부 구현들에서, 필터 스택(410)은 반사 방지 코팅을 갖는 (즉, 아래의 행 1 및 9 모두에서) 기판/커버 유리 층을 포함한다.
| # | 층 | 코멘트 | 두께(mm) | |
| 1 | 유리 | 기판/커버 유리 | 0.7 | |
| 2 | PSA | 감압 접착제 | 0.025 | |
| 3 | LP+IR FLT | IR 필터를 갖는 선형 편광기 | 0.130-0.199 | |
| 4 | PSA | 감압 접착제 | 0.025 | |
| 5 | WGT | 와이어그리드 평광빔 분할 필름 |
0.19 | |
| 6 | PSA | 감압 접착제 | 0.025 | |
| 7 | QWP | 1/4 파장판 | 0.073 | |
| 8 | PSA | 감압 접착제 | 0.025 | |
| 9 | 유리 | 기판/커버 유리 | 0.21 | |
| = 1.403-1.472 | ||||
예시적인 필터 스택 IV여기에서 서술된 임의의 필터 스택들에서, 편광기 층/필름(예를 들어, LP)은 필터 스택 외부에 있을 수 있다. 예를 들어, 편광기 층은 디스플레이 모듈 상에 또는 디스플레이 모듈 내에 적층될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이가 편광기 층을 포함한다면 (즉, 사전 편광된 디스플레이에서와 같이), 편광기 층은 필요하지 않다.
여기에서 사용된 바와 같이, 문맥상 달리 지시되지 않는 한, 본 발명에 서술된 컴포넌트들에 대한 틸팅, 오리엔테이션 또는 방향에 대한 임의의 논의는, 일반적으로 예를 들어 HMD 디바이스 내에서 수직 방향으로 배치된 컴포넌트의 평면으로 상기 컴포넌트를 정상 방향으로부터 이동시키는 것과 관련된다. 즉, 이러한 방식으로 서술된 이동 컴포넌트들은 어셈블리들에 사용된 특정 렌즈들의 광축에 대해 컴포넌트를 이동시키는 것과 관련될 수 있다.
여기에서 사용된 바와 같이, 문맥상 달리 지시되지 않는 한, 용어 "결합된(coupled to)"은 직접 결합(서로 연결된 두 요소들이 서로 접촉) 및 간접 결합(적어도 하나의 추가 요소(에어 갭 포함)이 두 요소 사이에 위치) 둘 다를 포함하는 것으로 의도된다.
도 9는 다른 예시적인 광학 어셈브리(900)의 블록도이다. 도시된 바와 같이, 어셈블리(900)는 접힌 광 경로(902)를 갖는 광학 구성을 포함한다. 렌즈(904)는 광 경로(902) 내에 배치된다. 렌즈(904)는 소형 광학 구성을 제공하기 위해 편광 광학 및 적어도 하나의 50/50 반 투과(예를 들어, 부분 투과성 및 부분 반사성) 필터 스택(906)을 사용한다. 예를 들어, 반투과성(예를 들어, 부분 투과성 및 부분 반사성) 광학(예를 들어, 필터 스택(906), 필터 스택(914) 및 렌즈(904))이지만, 광학 경로(912a, 912b, 912c, 912d 및 912e)를 가진 사용자의 눈(910)의 이미지를 캡처하기 위해 IR 카메라(908)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 렌즈(904)와 조합된 하나 이상의 필터 스택들(예를 들어, 906 및 910)은 카메라(908)가, 적어도 필터 스택(906), 필터 스택(914), 및 하나 이상의 투명 렌즈들(904) 또는 투명 코팅들(도시되지 않음)을 포함하는 광학 요소들을 통해 눈 추적 이미지 캡처를 수행할 수 있도록 투명할 수 있다. 일부 구현들에서, 필터 스택(914)은 디스플레이 패널(916) 상의 코팅일 수 있다. 일부 구현들에서, 필터 스택(914)은 광 경로(902) 내에서 둘 이상의 렌즈들 사이에 배치될 수 있다. 일부 구현들에서, 필터 스택은 눈(910) 및 카메라 필드(908) 중 하나 또는 둘 다에 대한 시계의 외부에 배치될 수 있다.
일부 구현들에서, 디스플레이(916)는 헤드 장착 디스플레이 어셈블리 하우징 어셈블리(900)에서 적어도 하나의 접안경에 이미지 콘텐트를 디스플레이하도록 동작 가능한 이미지 투영 디바이스일 수 있다. 이러한 광학 어셈블리(900)는 적어도 하나의 렌즈(904)를 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 렌즈(904)는 고정되어 있다. 일부 구현들에서, 렌즈(904)는 미끄러지도록 (예를 들어, 광학 축을 따라 이동됨) 배열된다.
제1 필터 스택(906)은 적어도 하나의 렌즈와 디스플레이(916) 사이에 배치될 수 있다. 제1 필터 스택(906)은 빔 분할 층으로 코팅된 적어도 하나의 표면을 가질 수 있다. 광학 어셈블리(900)는 또한 제1 필터 스택과 디스플레이(916) 사이에 제2 필터 스택(914)을 포함할 수 있다. 제2 필터 스택(914)은 적어도 하나의 렌즈와 대면하는 반사 요소로 코팅된 적어도 하나의 표면을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 반사 요소는 적어도 하나의 렌즈를 향하는 이미지 투영 디바이스의 측면 상의 적외선(IR) 필터 코팅이다. 일부 구현들에서, 반사 요소는 프리즘으로서, 예를 들어, 도 8에서 프리즘(814)으로 도시된다.
일부 구현들에서, 제1 필터 스택은 제2 필터 스택에 인접하고 적어도 하나의 렌즈와 디스플레이 패널(916) 사이에 적층 배열로 구성된다. 일부 구현들에서, 제2 필터 스택(914)은 도 5의 것들과 유사한 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 필터 스택은 디스플레이 패널(916)과 제1 1/4 파장판(504) 사이에 적층된 제1 선형 편광기(502)를 포함한다. 다른 예에서, 필터 스택(914)은 제1 선형 편광기와 빔 스플리터(예를 들어, 도 4의 빔 스플리터(408)와 같은) 사이에 적층된 제1 1/4 파장판(504)을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 제2 필터 스택(914)은 빔 스플리터 (408)후에 적층된 제2 1/4 파장판(506)과 편광 빔 스플리터(508) 사이에 적층된 편광 빔 스플리터(508)를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 편광 빔 스플리터(508)는 제2 1/4 파장판(506)과 제2 선형 편광기(510) 사이에 추가로 적층될 수 있다. 일부 구현들에서, 제2 선형 편광기(510)는 적어도 하나의 렌즈(904)를 향하는 반사 요소(412)로 코팅된다.
광학 어셈블리(900)는 또한 헤드 장착된 디스플레이 어셈블리 내에 배치된 카메라를 포함할 수 있다. 카메라는 적어도 하나의 렌즈를 통해 빛의 적외선 반사 이미지들을 캡처하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 카메라는 적어도 하나의 렌즈 아래에 배치되고 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리에 액세스하는 사용자의 눈의 이미지를 캡처하기 위해 이미지 투영 디바이스를 향한다. 이러한 예에서, 눈의 이미지는 반사 요소로부터 반사될 수 있다.
일부 구현들에서, 카메라는, 적어도 하나의 이미지 투영 디바이스 아래에 위치되고 그리고 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리에 액세스하는 사용자의 눈의 이미지를 캡처하기 위해 적어도 하나의 렌즈를 향해 조준된다. 눈의 이미지는 적어도 하나의 렌즈를 통해, 제1 필터 스택 및 제2 필터 스택을 통해 캡처될 수 있다. 이 이미지 캡처 프로세스는 눈의 여러 연속 이미지를 수집하기 위해 반복적일 수 있으며, 따라서 눈 추적 목적으로 사용될 수 있다.
일부 구현들에서, 렌즈는 HMD 어셈블리를 수용하는 프레임의 바닥면에 대해 측면으로 슬라이딩하도록 구성된다. 슬라이드 거리는 사용자가 헤드 장작형 디스플레이 어셈블리에 액세스하는 것과 관련된 시각 장애를 정정하기 위해 디옵터 조정을 유발하도록 구성될 수 있다.
일부 구현들에서, 복수의 광원들이 적어도 하나의 렌즈를 둘러싸는 주변에 배치된다. 이러한 광원은 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리에 액세스하는 사용자의 눈으로 빛을 보내도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 반사 요소는 반사 요소에서 눈으로부터 반사된 광의 일부를 수신하고 그리고 그 부분의 적외선 파장을 카메라에 반사시키도록 구성된다. 이 적외선 파장은 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리 사용자의 눈 추적을 지원하는데 사용할 수 있다. 일부 구현들에서, 복수의 광원들은 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리에 액세스하는 사용자의 눈을 향하여 배치되고 그리고 적어도 하나의 렌즈를 둘러싸는 주변에 배치된 몇몇 발광 다이오드들을 포함한다.
도 10은 본 명세서 전반에 걸쳐 서술된 50/50 코팅과 조합하여 여기에서 서술된 복수의 다층 편광 필름들을 갖는 광학 어셈블리에 대한 투과 성능의 예시 (1000)이다. 50/50 코팅은 50%의 빛을 투과시킬 수 있고 50%의 빛을 반사할 수 있다. 이러한 광학 어셈블리는, 편광 필름(반사 편광 필름뿐만 아니라 흡수성 필름 둘 모두) 및 가시광선 스펙트럼(예를 들어, 약 400nm 내지 약 700nm)에 대해 투과성이 높은 편광층들(예를 들어, 필름들)을 가능하게 하는 50/50 코팅 둘 다에서 다중 층들을 최적화할 수 있고, 이는 1002에서 도시된 것처럼 IR 파장들(1004)(예를 들어, 약 700nm 내지 약 1000nm)에 대해 매우 투과성이 높다. 도 10에 도시된 바와 같이, IR 파장(1004)에 대한 투과율은 가시광 영역(1002)에 비해 상당히 높다. 약 80%의 피크(1006) 투과율은 약 980nm에서 발생한다.
도 11은 HMD 디바이스(1102)를 위한 예시적인 광학 어셈블리(1100)의 블록도이다. 도시된 바와 같이, 적외선 LED 광들은 광학 어셈블리(1100) 내에 배치되어 광이 렌즈(1104)를 통해 지향된다.
광학 어셈블리(1100)는 어셈블리 내에 처방 교정 렌즈(각 처방 렌즈 변형을 교정하기 위해)의 배치를 제공하는 이점을 제공할 수 있다. 처방 렌즈(예를 들어, 렌즈 (1104))는 LED들로부터의 광이 수정 렌즈(1104)를 통해 투과되도록 배치될 수 있다. 일부 구현들에서, 렌즈(1104)는 LED들의 링이 렌즈를 향해 그리고 렌즈를 통해 빛을 지향할 수 있도록 충분히 큰 크기일 수 있다. 일부 구현들에서, 렌즈(1104)는 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리의 프레임 하우징에 대해 측면으로 슬라이딩 가능할 수 있다. 이러한 방식으로 렌즈(1104)를 슬라이딩시키는 것은, 사용자가 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리에 액세스하는 것과 관련된 시각 장애를 정정하기 위해 시도 조절과 결합(예를 들어, 유발)할 수 있다.
일부 구현들에서, 하나 이상의 발광 다이오드(LED)들은 예를 들어 LED들 (1106, 1108, 1110, 1112, 1114 및 1116)에 의해 도시된 바와 같이 각각의 렌즈/필터 어셈블리를 둘러싸는 주변에 배치된다. 하나 이상의 발광 다이오드들은 광을 HMD 디바이스(1102)에 액세스하는 사용자의 눈으로 향하도록 구성될 수 있다. 반사 요소는 반사 요소에서 눈으로부터 빛의 일부를 수신하고 그 부분의 파장을 카메라에 반사시키도록 구성될 수 있다. LED들은 각 렌즈/필터 어셈블리 주위에 대칭적으로 배치되거나 비대칭적으로 배치될 수 있다. 동작시에, LED들은 사용자의 눈에 IR 광(또는 근 IR 광)을 제공할 수 있으며, 이는 눈의 전방 표면으로부터 튀어질 수 있다. 여기에서 서술된 카메라는 사용자가 보고 있는 방향 및/또는 각도를 추적하기 위해 반사된 IR 광(또는 근 IR 광)을 검출(예를 들어, 캡처)할 수 있다. 이를 통해, 단일 바운스 후 IR 광이 50/50 편광판/렌즈/필터 스택 조합을 통해 전달되도록할 수 있다.
도 12는 적어도 하나의 부분 투과성 렌즈(1202) 및 카메라(1204)를 갖는 예시적인 광학 어셈블리(1200)의 블록도이다. 어셈블리(1200)는 또한 이미지 콘텐트를 사용자의 눈(예를 들어, 시뮬레이트된 눈(1208))에 제공할 수 있는 LCD 패널(1206)을 포함할 수 있다.
도 12에 도시된 카메라(1204)는, 디스플레이 패널(1206)의 약간 아래에 배치되고 그리고 사용자를 위한 가시 광선 경로 외부에 배치된다. 하지만, 시야 밖에서 그러한 위치에 카메라를 배치하는 것은 사용자가 카메라(1204)를 볼 수 있게하지 않고 이미지 콘텐트를 보는 동안 사용자 눈 움직임을 캡처할 수 있다는 이점을 제공한다.
광학 어셈블리(1200)는 또한 부분 투과성 렌즈(1202) 상에 배치된 코팅일 수 있는 하나 이상의 필터 스택들(1210)을 포함할 수 있다. 함께 조립된 필터 스택(1210) 및 렌즈(1202)는 평면 볼록한 형상을 가질 수 있다. 도 12의 필터 스택들은 여기에 서술된 임의의 필터 스택들 및/또는 코팅들을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 필터 스택(1210)은 제1 렌즈 요소(예를 들어, 도 4의 요소(414)와 같은), 제2 렌즈 요소(예를 들어, 도 4의 요소(408)와 같은)를 나타내는 다수의 코팅들을 포함한다. 이러한 코팅들은 요소들(414 및 408)로 도시된 풀 사이즈 렌즈들을 대체하는 기능을 할 수 있다. 일부 구현들에서, 필터 스택(1210)은 스택(1210) 상에 모두 코팅된 IR 필터, 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 포함한다. 이는 어셈블리(1200)가 설치될 수 있는 HMD 디바이스를 축소할 수 있다는 이점을 제공한다.
작동시, 광학 어셈블리(1200)는 HMD 디바이스 하우징 어셈블리(1200)에 액세스하는 사용자의 눈 움직임을 검출하고 추적하는데 사용될 수 있다. 이러한 광학 어셈블리는, 편광 필름(반사 편광기 필름뿐만 아니라 흡수성 필름 둘 모두) 및 50/50 코팅의 다중층들을 최적화할 수 있고, 50/50 코팅은 광 경로들(1212a, 1212b, 1212c, 1212d, 및 1212e)에 의해 보여지는 가시광에 대해 반사성이고 그리고 광 경로들(1214)에 의해 보여지는 IR 파장들(예를 들어, 약 850nm 내지 약 900nm)에 대해 고도로 투광성이다. 특히, 상기 코팅은, 광의 절반이 조합된 반투과 렌즈/필터 스택들(1202 및 1210)을 통과하고 광의 절반이 렌즈로부터 반사되도록 할 수 있다. 일반적으로, 가시광 경로(1212a 내지 1212e)는 IR 광 경로들(1214)와 상이한 파장들, 광 경로들 및 효율들을 갖는다.
IR 파장들 및 광 경로들을 사용함으로써, 광학 어셈블리(1200)는 렌즈가 가시 파장들 및 광 경로들만큼 강할 필요가 없는 거의 직선 통과 광 빔의 이점을 제공할 수 있도록 한다. 이는, 가시 광선 파장들은 접힌 광학 장치를 사용하여 특정 광학 어셈블리의 요소들 사이에서 광을 앞뒤로 반사시켜 사용자의 눈에 적절하게 도달하도록 하기 때문이다. IR 파장의 경우, 광의 경로가 렌즈를 통과하여 직선으로 눈에 도달할 수 있다.
일부 구현들에서, 패널(1206)은 약 12.8g의 유리 재료로 만들어질 수 있다. 일부 구현들에서, 패널(1206)은 약 6g의 플라스틱 재료로 만들어질 수 있다. 일부 구현들에서, 패널(1206)은 약 5.0㎠의 LCD 또는 OLED 패널을 포함할 수 있다.
도 13은 카메라(1302) 및 카메라 앞에 적어도 하나의 편광 필터(1304)를 수용하는 예시적인 광학 어셈블리(1300)의 블록도이다. 적어도 하나의 편광 필터 (1304)는 눈 추적 카메라(1302)가 IR 이미지 콘트라스트를 개선하기 위해 광을 원형 편광 시켜서, 사용자의 캡처된 눈 이미지의 개선된 이미지 캡처 및 해상도를 가능하게 할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 편광 필터(1304)는 카메라(1302)에 의해 캡처된 IR 고스트 이미지/경로를 개선할 수 있다.
일부 구현들에서, 패널(1310)(또는 어셈블리(1308) 내에 또는 근처에 배치된 광원들)로부터의 광은 사용자의 눈(1306)에 비춰질 수 있다. 카메라(1302)는, 예를 들어, 렌즈 어셈블리(1308)를 통해, 그리고 예를 들어, 필터(1304)를 사용하여 HMD 디바이스에 액세스하는 사용자의 눈(1306)의 이미지를 캡처할 수 있다. 이 예에서, 렌즈 어셈블리(1308)는 적어도 제1 렌즈, 쉘 렌즈 및 적어도 하나의 편광기 필터 스택을 포함한다.
도 14는 선택적 카메라 배치 위치를 도시한 예시적인 광학 어셈블리(1400)의 블록도이다. 도시된 예에서, 디스플레이 패널(1406) 외에 반투과성(예를 들어, 부분 투과성 및 부분 반사성) 렌즈 어셈블리(1404)가 도시되어 있다. 여기서 서술된 다른 도면들과 유사하게, 광은 디스플레이 패널(1406)로부터 어셈블리(1404)를 통해 그리고 사용자의 눈으로 전달될 수 있다.
또한, 눈 추적을 가능하게 하기 위해 눈 이미지들을 캡처하기 위한 대안적인 입사각들에 3개의 카메라가 도시되어 있다. 제1 예시적인 카메라(1402a)는 HMD 디바이스 하우징 어셈블리(1400)에 액세스하는 사용자의 눈(1403) 표면에 대한 50도의 입사각으로 도시되어 있다. 제2 예시적인 카메라(1402b)는 HMD 디바이스 하우징 어셈블리(1400)에 액세스하는 사용자의 눈의 표면에 대한 20도의 입사각으로 도시되어있다. 제3 예시적인 카메라(1402c)는 HMD 디바이스 하우징 어셈블리(1400)에 액세스하는 사용자의 눈의 표면에 대한 30도의 입사각으로 도시되어 있다. 전형적으로, 단일 카메라가 어셈블리(1400) 내에서 이용된다. 3개의 카메라들(1402a, 1402b, 1402c)은 어셈블리(1400) 내의 IR 카메라를 위한 예시적인 배치로서 도시되어 있다.
카메라(1402a)를 이용하는 예에서, 카메라(1402a)는 어셈블리(1404) 아래에 배치되고 예시적인 광선(1408)에 의해 도시된 바와 같이 눈(1403)을 캡처한다. 이 예에서, 눈에 대한 직접적인 시선이 포착되고 렌즈가 시야를 가리지 않는다.
카메라(1402b)를 이용하는 예에서, 카메라(1402b)는 어셈블리(1404)와 패널 (1406) 사이에 배치되고, 예를 들어, 광선들(1410a 및 1410b)에 의해 도시된 바와 같이 패널(1406)로부터의 반사를 캡처하도록 경사져 있다. 이러한 예에서, IR 반사 필름 또는 코팅이 패널(1406) 상에 배치되어 눈(1403)으로부터 어셈블리(1404)를 통해 카메라(1402b)로 IR 광만을 반사시킬 수 있다.
카메라(1402c)를 이용하는 예에서, 카메라(1402c)는 패널(1406) 아래에 위치된다. 여기서, 카메라(1402c)는 예시적인 광선(1412)에 의해 도시된 바와 같이 어셈블리(1404)를 통해 눈(1403)으로부터 반사된 광을 캡처할 수 있다.
도 15는 증강 현실 환경에서 사용하기 위한 예시적인 광학 어셈블리(1500)의 블록도이다. 이 예에서, 카메라(예를 들어, 카메라들(1504 또는 1506))는 조합된 렌즈/필터 스택 어셈블리(1508) 위의 어셈블리(1500)의 상부에 배치될 수 있다. 디스플레이 패널(1510)은 카메라들(1504 또는 1506) 옆에 제공된다. 사용자의 시선 (1502)에 도시된 광학 요소들은 투명하여, HMD 디바이스를 둘러싸는 물리적 환경이 사용자에 의해 보여질 수 있다.
디스플레이 및 물리적 세계를 모두 볼 수 있게 하기 위해, 어셈블리(1500)는 빔 스플리터(1512)를 포함한다. 빔 스플리터(1512)는 다른 편광 방향으로 광을 반사시키면서 제1 편광 방향으로 광을 투과시킨다. 이 예에서, 빔 스플리터(1512)는 디스플레이 패널(1510)의 시야를 제공하면서 외부 광(예를 들어, 물리적 세계로부터의 광)을 볼 수 있게 한다.
이 예에서, HMD 디바이스 하우징 어셈블리(1500)의 사용자는 물리적 세계 콘텐트뿐만 아니라 콘텐트를 나타내는 디스플레이 패널(1510)을 모두 볼 수 있다. 빔 스플리터(1512)는 반사된 광이 두 옵션 모두를 보는데 사용될 수 있게 한다. 동작에서, 카메라(1504) 또는 카메라(1506)를 사용하는 눈 추적은, 어셈블리(1508)의 광학을 통해 눈(1502)으로부터 반사된 IR 광을 수신하고 그리고 편광 빔 스플리터(1512)로부터 반사되고 카메라(1504) 또는 카메라(1506)에 반사함으로써 수행될 수 있다.
일부 구현들에서, 카메라는 눈의 평면에 대한 법선에 대해 약 -45도 내지 약 45도의 IR 광을 캡처할 수 있다. 이 예에서는, 45도 IR 폴드 미러가 광학 경로에 필요하지 않다. 눈 추적은 카메라(1504) 또는 카메라(1506)를 사용하여 여전히 달성될 수 있다.
어셈블리(1500)는 또한 반사 바이저(1514)를 포함한다. 반사 바이저(1514)는, 예를 들어, (광 경로(1516)에 의해 도시된 바와 같이) 가시광을 반사하여 주변 물리적 환경에서 주변 광을 밝게 또는 어둡게 하는 데 사용될 수 있다.
도 16은 증강 현실 환경에서 사용하기 위해 반사 바이저(1602)를 이용하는 예시적인 광학 어셈블리(1600)의 블록도이다. 이 예에서, 디스플레이 패널(1604)은 렌즈/필터 스택 어셈블리(1606)에 수직인 것으로 도시된다. 렌즈/필터 스택 어셈블리(1606)는 적어도 하나의 필터 스택, 적어도 하나의 렌즈, 및 빔 분할층을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 적어도 하나의 렌즈는 필터 스택의 일부일 수 있다. 일부 구현들에서, 적어도 하나의 렌즈는 2개의 필터 스택들 사이에 삽입될 수 있다.
일부 구현들에서, 어셈블리(1606)는 왼쪽 및 오른쪽 접안경 각각에 대한 광학 어셈블리에 포함될 수 있다. 어셈블리(1606)는 반사 바이저(1602)에 수직인 HMD 디바이스 내에 배치될 수 있다. 반사 바이저(1602)는 어셈블리(1606)를 통해 사용자의 눈(1612)으로부터의 반사로부터 시작된 빔 스플리터(1610)로부터 (IR 광 경로들(1608)로 도시된 바와 같이) IR 광을 반사하는데 사용될 수 있다. 반사된 광은 눈 추적을 돕기 위해 IR 카메라(1614)에 의해 포착되고 이미지화될 수 있다. 이 예에서, IR 카메라(1614)는 어셈블리(1606)(하나 이상의 렌즈들 및 하나 이상의 필터 스택들)를 통해 사용자의 눈(1612)의 반사 이미지를 캡처하는 것으로 도시되어 있다.
카메라(1606)는 눈(1612) 아래 및 렌즈/필터 조립체(1606)의 활성 영역 아래에 장착된다. 일부 구현들에서, 시야각은 약 -11도인 반면, 카메라 시야는 약 25 도일 수 있다.
일부 구현들에서, 광학 어셈블리(1600)는 투과된 광의 광학 경로를 접도록 구성된 필터 스택 어셈블리(1614)를 포함한다. 필터 스택 어셈블리(1606)는 적어도 하나의 반투과(예를 들어, 부분 투과성 및 부분 반사성) 렌즈를 포함할 수 있다. 렌즈는 필터 스택 어셈블리(1606) 내에 배치되거나 어셈블리(1606)에 코팅될 수 있다. 제1 필터는 편광 빔 스플리터 층의 제1 측면에 연결된 적어도 하나의 적외선 필터 층을 포함할 수 있다. 편광 빔 스플리터 층은, 도 5에 도시된 바와 같이 편광 빔 스플리터 층의 제2 면에서 제1 1/4 파장판 층에 결합될 수 있다.
광학 어셈블리(1600)는 또한 선형 편광기에 결합된 제2 1/4 파장판을 포함하는 제2 필터를 포함할 수 있다. 제2 필터는 곡면 렌즈에 연결되도록 제1 면에서 그리고 선형 편광판에 연결되도록 제2 면에서 만곡될 수 있다. 하나 이상의 적외선 필터 층의 제1 면은 적어도 하나의 렌즈로 코팅된다.
광학 어셈블리(1600)는 또한 필터 스택 어셈블리의 상부 에지에 연결된 제1 에지 및 적외선 코팅을 갖는 바이저(1602)의 상부 에지에 연결된 디스플레이 어셈블리의 제2 에지를 갖는 디스플레이 어셈블리를 포함할 수 있다. 바이저(1602)는 필터 스택 어셈블리에 평행하고 디스플레이 어셈블리에 수직으로 배치될 수 있다.
어셈블리(1600)는 또한 필터 스택 어셈블리를 통해 수신되고 바이저(1602)로부터 반사된 반사의 이미지들을 캡처하도록 구성된 카메라(1614)를 포함할 수 있다. 카메라(1614)는 이미지들을 캡처하기 위해 필터 스택 어셈블리 아래에 위치될 수 있다.
광학 어셈블리(1600)는 또한 카메라로부터 필터 스택 어셈블리로의 시선 내에 배치된 적어도 하나의 원형 편광 필터(1304)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 원형 편광 필터(1304)는 적외선 이미지 콘트라스트를 개선하고 적외선 고스트 이미지를 최소화하도록 구성될 수 있다.
일부 구현들에서, 광학 어셈블리(1600)는 가상 현실 환경 및 증강 현실 환경 중 어느 하나 또는 둘 다에 사용하기 위해 헤드 장착형 디스플레이 디바이스의 프레임에 장착되도록 구성된다.
일부 구현들에서, 필터 스택 어셈블리(1600)는 증강 현실 경험들을 제공하기 위해 투명하다. 이 예에서, 카메라(1614)는 광학 어셈블리를 수용하는 헤드 장착형 디스플레이에 액세스하는 사용자의 눈의 이미지를 캡처하도록 구성된다. 캡처된 이미지들은 필터 스택 어셈블리를 통해 눈 추적을 수행하기 위해 광학 어셈블리에 통신 가능하게 연결된 적어도 하나의 프로세서에 제공될 수 있다.
도 17a 내지 17b는 디스플레이 측면에 카메라가 수용된 예시적인 광학 어셈블리들의 블록도이다. 예시적인 구성에서, 사용자는 디스플레이상의 가상 콘텐트 및 광학 어셈블리(1700)를 수용하는 HMD 디바이스를 둘러싸는 물리적 공간 둘 모두를 볼 수 있다. 도 17a는 증강 현실 환경 및 가상 현실 환경에서 사용하기 위한 예시적인 광학 어셈블리(1700)이다. 어셈블리(1700)는 결합된 필터 스택/렌즈 어셈블리(1704)에 수직으로 장착된 디스플레이(1702)를 포함한다. 어셈블리(1704)는 상기도 2 내지 도 16에 정의되고 서술된 것과 같은 광학 요소들을 포함할 수 있다.
일부 구현들에서, 어셈블리(1700)는 IR 반사 코팅으로 코팅된 편광 빔 스플리터(1706)를 포함할 수 있다. 빔 스플리터(1706)는, 예를 들어, 예시적인 광 경로(1712)에 의해 도시된 바와 같이, 디스플레이(1702)를 넘어 눈 영역(1708)에 도시된 바와 같이, 사용자의 눈으로부터 IR 카메라(1710)로 바운스(예를 들어, 반사할 수 있다. 여기서, 광원은 눈 영역(1708)을 비추기 위해 어셈블리(1704) 상에 또는 근처에 배치될 수 있다. 사용자의 눈에 대한 빛의 반사는 빔 스플리터(1706)를 향해 디스플레이(1702)를 통해 카메라(1710)로 (예를 들어, 경로(1712)를 통해) 반사될 수 있다. 캡처된 반사 및 임의의 추가 캡처된 반사들은 HMD 디바이스 하우징 어셈블리(1700)에 대한 눈 추적을 구현하는데 사용될 수 있다. 빔 스플리터(1706)는 디스플레이(1702)를 통해 IR 파장들(또는 근 IR 파장들)을 카메라(1710)에 반사 시키도록 설계될 수 있다.
어셈블리(1700)의 일 예에서, 시선 각도는 y축 방향으로 약 -5도이고 그리고 x축 방향으로 약 24도일 수 있다. 카메라(1710)와 관련된 카메라 시야는 약 40도일 수 있다. 이러한 메트릭들은 약 (25도, -5도, 57도)의 카메라 위치 (x, y, z)에 해당할 수 있다.
일부 구현들에서, 어셈블리(1700)는 헤드 장착형 디스플레이 시스템에 수용된다. 헤드 장착형 디스플레이 시스템은, 프로세서, 필터 스택 어셈블리(1704), 디스플레이 디바이스(1702) 및 카메라(1710)를 포함할 수 있다. 필터 스택 어셈블리(1704)는 투과된 광의 광 경로를 접도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 필터 스택 조립체는 도 5에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 렌즈, 제1 필터 및 제2 필터를 포함한다.
제1 필터는 편광 빔 스플리터 층의 제1 측면에 연결된 적어도 하나의 적외선 필터 층을 포함할 수 있다. 편광 빔 스플리터 층은, 편광 빔 스플리터 층의 제2 면에서 제1 1/4 파장판 층에 결합될 수 있다.
제2 필터는 선형 편광기에 연결된 제2 1/4 파장판을 포함할 수 있다. 제2 필터는 곡면 렌즈에 연결되도록 제1 면에서, 그리고 선형 편광기에 연결되도록 제2 면에서 만곡될 수 있다. 일부 구현들에서, 적어도 하나의 적외선 필터층의 제1 면은 적어도 하나의 렌즈로 코팅된다.
디스플레이 디바이스(1702)는, 필터 스택 어셈블리(1704)의 상단 에지에 결합되고 그리고 상기 필터 스택 어셈블리(1704)에 수직인 디스플레이 디바이스의 제1 에지(1716)를 갖는 어셈블리(1700)에 장착되고, 그리고 디스플레이 디바이스의 제2 에지(1718)는 경사진 빔 스플리터 필터(1706)의 제1 에지에 결합되며, 상기 빔 스플리터 필터의 제1 에지는 필터 스택 어셈블리에 대해 각도(1720)로 경사진다. 빔 스플리터 필터의 제2 에지(1722)는 필터 스택 조립체(1704)의 하부 에지에 결합된다. 예를 들어, 빔 스플리터 필터(1706)는 어셈블리(1704)에서 적어도 하나의 반 투과(예를 들어, 부분 투과 및 부분 반사) 렌즈의 광축에 대해 약 45도의 각도로 기울어 질 수 있다.
카메라(1710)는 디스플레이 디바이스(1702) 위의 헤드 장착형 디스플레이 시스템에 배치될 수 있다. 일부 구현들에서, 카메라(1710)는 빔 스플리터 필터(1706)로부터 필터 스택 어셈블리(1704)를 통해 그리고 디스플레이 디바이스(1702)를 통해 수신된 반사의 이미지들을 캡처하도록 구성된다. 일부 구현들에서, 카메라는 헤드 마운트형 디스플레이 시스템에 액세스하는 사용자의 눈 움직임의 추적을 수행하기 위해 이미지들을 적어도 하나의 프로세서에 제공한다. 일부 구현들에서, 카메라 (1710)는 약 40도 내지 약 45 도의 시야를 캡처하는 적외선 카메라이다.
도 17b는 도 17a의 광학 어셈블리(1700)의 평면도이다. 이 예에서, 디스플레이(1702)는 HMD 디바이스의 상부에 걸쳐 있다. 제1 에지는 어셈블리(1704)에 연결되거나 인접하도록 구성된다. 디스플레이(1702)는 사용자에 대한 증강 현실 상호 작용을 가능하게 하기 위해 물리적 세계가 보여지는 것과 동시에 보여질 수 있다.
일부 구현들에서, 눈 영역(1708)은 약 32mm x 24mm이다. 어셈블리(1704)로부터의 눈 완화는 약 17mm일 수 있다. 눈 이미징 영역은 x 방향에서 + 또는 -25도의 회전 및 y 방향에서 + 또는 - 약 20도의 회전을 포함할 수 있다. 눈 이미지 영역은 x 방향으로 약 + 또는 - 5mm 및 y 방향으로 약 + 또는 - 2.5mm로 중심을 벗어날 수 있다.
도 18a 내지 도 18d는 여기에 서술된 광학 어셈블리들에 대한 예시적인 전송 성능의 도면들이다. 도 18a 내지 도 18d의 예에서, 반투과(예를 들어, 부분 투과성 및 부분 반사성) 렌즈(예를 들어, 렌즈(1202)) 상의 코팅은 광의 다양한 입사각들에서 테스트된다. 일부 구현들에서, 이 코팅은 약 400nm 내지 약 700nm의 가시 범위에서 50% 투과성 및 50% 반사성이고, 그리고 약 780nm 내지 약 2500nm의 근 IR 범위에서 매우 투과적이다.
도 18a는 0도의 입사각에 대한 측정된 투과율 대 파장의 백분율을 나타내는 그래프(1802)를 도시한다. 평균 편광은 약 850nm로 도시된 피크(1806) 투과율과 함께 곡선(1804)으로 도시되어 있다.
도 18b는 30도의 입사각에 대한 측정된 투과율 대 파장의 백분율을 나타내는 그래프(1808)를 도시한다. 평균 분극은 약 840nm로 도시된 피크(1812) 투과율과 함께 곡선(1810)으로 도시되어 있다. p- 편광은 곡선(1814)으로 도시되어 있다. s-편광은 곡선(1816)으로 도시되어 있다.
도 18c는 10도의 입사각에 대한 측정된 투과율 대 파장의 백분율을 나타내는 그래프(1820)를 도시한다. 평균 분극은 약 850nm로 도시된 피크(1824) 투과율과 함께 곡선(1822)으로 도시되어 있다. p-편광은 곡선(1826)으로 도시되어 있다. s-편광은 곡선(1828)으로 도시되어 있다.
도 18d는 20도의 입사각에 대한 측정된 투과율 대 파장의 백분율을 나타내는 그래프(1830)를 도시한다. 평균 분극은 약 850nm로 도시된 피크(1834) 투과율과 함께 곡선(1832)으로 도시되어 있다. p-편광은 곡선(1836)으로 도시되어 있다. s-편광은 곡선(1838)으로 도시되어 있다.
도 19a는 HMD 디바이스에 수용될 수 있는 예시적인 광학 조립체(1902)의 블록도이다. HMD 디바이스는 HMD 디바이스에서 2개의 접안경들 각각에 대한 광학 어셈블리(1902) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 광학 어셈블리(1902)는 곡선 필터 스택 어셈블리(1904)를 포함할 수 있다. 곡선 필터 스택 어셈블리(1904)는 이중 볼록한 형상이다. 필터 스택 어셈블리(1904)의 형상은, 예를 들어, 어셈블리들(1902 및 1904) 모두를 수용하는 HMD 디바이스에 대한 이미지 콘트라스트 및/또는 해상도를 증가시키기 위해 광학 어셈블리(1902)의 개선된 광학 성능을 달성하도록 선택될 수 있다. 일부 구현들에서, 필터 스택 어셈블리(1904)는 하나 이상의 필터 스택들(1908)에 코팅되거나 달리 부착된 오목한(예를 들어, 만곡된) 렌즈(1906)를 포함할 수 있다.
도 19a에 도시된 바와 같이, 사용자의 눈(1910)은 광학 어셈블리(1902)의 왼쪽에 시뮬레이트되는 반면, 디스플레이(1912)는 광학 어셈블리(1902)의 오른쪽에 도시된다. 디스플레이(1912)는 광학 어셈블리(1902)를 수용하는 HMD에서 적어도 하나의 접안경에 이미지 콘텐트를 디스플레이하도록 동작 가능한 이미지 투영 디바이스일 수 있다.
*광학 어셈블리(1902)는 또한 곡면 메니스커스 렌즈(1916)에 인접한 제1 필터 스택(1914) 및 디스플레이 패널(1915)을 포함한다. 곡면 렌즈(1916)는 필터 스택(1904)의 표면(1918)에 상보적인 형상의 오목면을 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 곡면 렌즈(1916)는 플라스틱으로 구성되고 빔 스플리터 층으로 코팅될 수 있다.
광학 어셈블리(1902)는 디스플레이(1912)에 의해 그리고 필터 스택(1904), 곡면 렌즈(1916) 및 필터 스택(1914)을 통해 제시된 광의 광학 경로를 접는 기능을 할 수 있다. 이 예에서, 다수의 예시적인 접힌 광학 경로들이 화살표(1922)에 도시되어있다. 필터 스택(1904)은 또한 전술한 IR 필터들과 유사한 표면(1906) 상에 IR 필터 코팅을 포함할 수 있다.
도 19b는 HMD 디바이스에 수용될 수 있는 예시적인 광학 어셈블리(1930)의 블록도이다. HMD 디바이스는 HMD 디바이스에서 2개의 접안경들 각각에 대한 광학 어셈블리(1930) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 광학 어셈블리(1930)는 곡선 필터 스택 어셈블리(1932)를 포함할 수 있다. 이 예에서, 곡선 필터 스택 어셈블리(1932)는 곡면 렌즈(1936)의 표면(1934)에 상보적인 오목한 메니스커스 형상을 갖는다. 필터 스택 어셈블리(1932)의 형상은, 예를 들어, 어셈블리들(1930 및 1932) 모두를 수용하는 HMD 디바이스에 대한 이미지 콘트라스트 및/또는 해상도를 증가시키기 위해 광학 어셈블리(1930)의 개선된 광학 성능을 달성하도록 선택될 수 있다.
일부 구현들에서, 렌즈(1936)는 하나 이상의 곡면 필터 스택(1942)에 코팅되거나 달리 부착될 수 있다. 필터 스택 어셈블리(1932)는 필터 스택(1952)의 제1 측면 상에 렌즈 코팅(1933) 및 제2 측면(1993) 상에 하나 이상의 추가 필터층을 포함한다.
도 19b에 도시된 바와 같이, 사용자의 눈(1910)은 광학 어셈블리(1930)의 좌측에 시뮬레이트되는 반면 디스플레이(1912)는 광학 어셈블리(1930)의 우측에 도시된다. 디스플레이(1912)는 광학 어셈블리(1930)를 수용하는 HMD에서 적어도 하나의 접안경에 이미지 콘텐트를 디스플레이하도록 동작 가능한 이미지 투영 디바이스일 수 있다.
광학 어셈블리(1930)는 또한 렌즈(1936)에 인접한 제1 필터 스택(1914) 및 디스플레이 패널(1915)을 포함한다. 일부 구현에서, 렌즈(1936)는 플라스틱으로 구성되고 빔 스플리터 층으로 코팅될 수 있다.
광학 어셈블리(1930)는 디스플레이(1912)에 의해 그리고 필터 스택(1914), 렌즈(1936) 및 필터 스택(1922)을 통해 제시된 광의 광 경로를 접는 기능을 할 수 있다. 이 예에서, 다수의 예시적인 접힌 광 경로들이 화살표(1940)에 도시되어 있다. 필터 스택(1904)은 또한 전술한 IR 필터들과 유사한 표면(1906) 상에 IR 필터 코팅을 포함할 수 있다.
도 19c는 HMD 디바이스에 수용될 수 있는 예시적인 광학 어셈블리(1950)의 블록도이다. HMD 디바이스는 HMD 디바이스에서 2개의 접안경들 각각에 대한 광학 어셈블리(1950) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 광학 어셈블리(1950)는 곡선 필터 스택 어셈블리(1952)를 포함할 수 있다. 이 예에서, 곡선 필터 스택 어셈블리(1952)는 곡면 렌즈(1958)의 표면(1956)에 대해 표면(1954)에서 상보적인 이중 볼록한 형상을 갖는다. 필터 스택 어셈블리(1952)의 형상은, 예를 들어, 어셈블리들(1950 및 1952) 모두를 수용하는 HMD 디바이스에 대한 이미지 콘트라스트 및/또는 해상도를 증가시키기 위해 광학 어셈블리(1950)의 개선된 광학 성능을 달성하도록 선택될 수 있다.
일부 구현들에서, 렌즈(1958)는 하나 이상의 곡선 필터 스택(1952)에 코팅되거나 달리 부착될 수 있다. 필터 스택 어셈블리(1952)는 어셈블리(1952) 상의 렌즈 코팅(표면 (1960)) 및 표면(1954)상의 하나 이상의 추가 필터 층들을 포함한다.
도 19c에 도시된 바와 같이, 사용자의 눈(1910)은 광학 어셈블리(1950)의 좌측에 시뮬레이트되는 반면 디스플레이(1912)는 광학 어셈블리(1950)의 우측에 도시된다. 디스플레이(1912)는 광학 어셈블리(1950)를 수용하는 HMD에서 적어도 하나의 접안경에 이미지 콘텐트를 디스플레이하도록 동작 가능한 이미지 투영 디바이스일 수 있다.
광학 어셈블리(1950)는 또한 렌즈(1958)에 인접한 제1 필터 스택(1914) 및 디스플레이 패널(1915)을 포함한다. 일부 구현에서, 렌즈(1958)는 플라스틱으로 구성되고 빔 스플리터 층으로 코팅될 수 있다.
광학 어셈블리(1950)는 디스플레이(1912)에 의해 그리고 필터 스택(1914), 렌즈(1958) 및 필터 스택(1952)을 통해 제시된 광의 광 경로를 접는 기능을 할 수 있다. 이 예에서, 다수의 예시적인 접힌 광 경로들이 화살표(1962)에 도시되어 있다. 필터 스택(1952)은 또한 전술한 IR 필터들과 유사한 표면(1906) 상에 IR 필터 코팅을 포함할 수 있다.
도시되지는 않았지만, 카메라들, 바이저들, 추가 렌즈들 및/또는 코팅들, 및 필터들과 같은 요소들은 도 7 내지 도 9 및 도 13 내지 도 16를 참조하여 서술된 것처럼 도 19a 내지 도 19d에 도시된 어셈블리들과 함께 사용될 수 있다. 일부 구현들에서, 도 19a 내지 도 19c에 도시된 필터 스택들은 비-곡선형(예를 들어, 평면)일 수 있다.
본 발명 전반에 걸쳐 서술된 컴포넌트들은 다른 컴포넌트들에 캡슐화되고/연결된 것으로 도시 및/또는 서술될 수 있지만, 각 컴포넌트는 인접한 컴포넌트들에 접착 결합될 수 있다. 대안적으로, 각 컴포넌트는 기계적으로 연결되거나 인접한 컴포넌트들에 마찰 결합될 수 있다. 다른 구현들에서, 어떠한 컴포넌트들도 구속되거나 연결되지 않지만, 어셈블리에 수용된 유닛으로서 함께 기능할 수 있다. 일부 구현들에서, 컴포넌트들의 일부들은 코팅될 수 있는 반면, 다른 부분들은 코팅되지 않은 상태로 유지된다. 본 발명 전반에 걸쳐 도시된 렌즈 디바이스들은 독립형이거나 제조된 어셈블리에 통합될 수 있다. 또한, 특정 도면에서 하나의 렌즈만이 도시되어 있지만, 다수의 렌즈들이 대체될 수 있다. 또한, 하나의 광학 어셈블리가 도시될 때, 추가의 광학 어셈블리들이 HMD 디바이스에 포함될 수 있다. 예를 들어, 광학 어셈블리들은 각 접안경에 대해 하나의 광학 어셈블리를 제공하기 위해 HMD 디바이스로 복제될 수 있다.
여기에 서술된 시스템들 및 기술들의 다양한 구현들은 디지털 전자 회로, 집적 회로, 특별히 설계된 ASIC(application specific integrated circuit), 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 및/또는 이들의 조합에서 실현될 수 있다. 이러한 다양한 구현들은, 특수용이거나 범용일 수 있는 적어도 하나의 프로그램 가능 프로세서를 포함하고, 저장 시스템, 적어도 하나의 입력 디바이스, 및 적어도 하나의 출력 디바이스로부터 데이터 및 명령들을 수신하고, 저장 시스템, 적어도 하나의 입력 디바이스, 및 적어도 하나의 출력 디바이스에 데이터 및 명령들을 전송하도록 연결되는, 프로그래밍가능한 시스템상에서 실행가능하고 그리고/또는 해석가능한 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들에서의 구현을 포함할 수 있다.
이러한 컴퓨터 프로그램들(프로그램들, 소프트웨어, 소프트웨어 어플리케이션들 또는 코드라고도 함)에는 프로그래밍가능 프로세서에 대한 기계 명령어들을 포함하고, 그리고 고레벨 절차 및/또는 객체 지향 언어, 및/또는 어셈블리/기계 언어로 구현될 수 있다. 여기에 사용된 것처럼, 용어들 "기계 판독가능 매체(machine-readable medium)" 또는 "컴퓨터 판독가능 매체(computer-readable medium)"는, 기계 명령어들을 기계 판독가능 신호로서 수신하는 기계 판독가능 매체를 포함하는, 기계 명령어들 및/또는 데이터를 프로그램가능한 프로세서에 제공하기 위해 사용되는 임의의 컴퓨터 프로그램 제품, 장치 및/또는 디바이스(예를 들어, 자기 디스크들, 광 디스크들, 메모리, 프로그램 가능 논리 장치(PLD)들)를 지칭한다. "기계 판독가능 신호(machine-readable signal)"라는 용어는 기계 명령어들 및/또는 데이터를 프로그램가능 프로세서에 제공하는데 사용되는 임의의 신호를 지칭한다.
사용자와의 상호 작용을 제공하기 위해, 여기에 서술된 시스템들 및 기술들은, 시용자에게 정보를 디스플레이하기 위한 디스플레이 디바이스(예를 들어, CRT(음극선 관) 또는 LCD(액정 디스플레이) 모니터) 및 사용자가 컴퓨터에 입력을 제공할 수 있는 키보드 및 포인팅 디바이스(예를 들어, 마우스 또는 트랙볼)를 갖는 컴퓨터 상에서 구현될 수 있다. 사용자와의 상호 작용을 제공하기 위해 다른 종류의 디바이스들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 사용자에게 제공되는 피드백은 모든 형태의 감각 피드백(예를 들어, 시각적 피드백, 청각 피드백 또는 촉각 피드백)일 수 있고, 그리고 사용자로부터의 입력은 음향, 음성 또는 촉각 입력을 포함하는 임의의 형태로 수신될 수 있다.
여기에 서술된 시스템들 및 기술들은, 백 엔드 컴포넌트(예를 들어, 데이터 서버)를 포함하거나, 미들웨어 컴포넌트(예를 들어, 애플리케이션 서버)를 포함하거나, 또는 프론트 엔드 컴포너트(예를 들어, 그래픽 사용자 인터페이스 또는 사용자가 여기에 서술된 시스템들 및 기술들의 구현과 상호 작용할 수 있는 웹 브라우저를 갖는 클라이언트 컴퓨터)를 포함하거나 또는 이러한 벡 엔드, 미들웨어, 또는 프론트 엔드 컴포넌트들의 임의의 조합을 포함하는 컴퓨팅 시스템에서 구현될 수 있다. 시스템의 컴포넌트들은 임의의 형태 또는 매체의 디지털 데이터 통신(예를 들어, 통신 네트워크)에 의해 상호 연결될 수 있다. 통신 네트워크들의 예들은 근거리 통신망("LAN"), 광역 통신망("WAN") 및 인터넷을 포함한다.
컴퓨팅 시스템은 클라이언트들 및 서버들을 포함할 수 있다. 클라이언트와 서버는 일반적으로 서로 멀리 떨어져 있으며 통상적으로 통신 네트워크를 통해 상호 작용한다. 클라이언트와 서버의 관계는 각 컴퓨터에서 실행되고 서로 클라이언트-서버 관계를 갖는 컴퓨터 프로그램들로 인해 발생한다.
많은 실시예들이 서술되었다. 그럼에도 불구하고, 본 명세서의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정들이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.
또한, 도면들에 도시된 논리 흐름들은 바람직한 결과들을 달성하기 위해 도시된 특정 순서 또는 순차적 순서를 요구하지 않는다. 또한, 서술된 흐름들로부터 다른 단계들이 제공될 수 있거나, 단계들이 제거될 수 있고, 서술된 시스템에 다른 컴포넌트들이 추가되거나 제거될 수 있다. 따라서, 다른 실시예들은 다음의 청구항의 범위 내에 있다.
Claims (18)
- 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리로서,
상기 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리에서 적어도 하나의 접안경에 이미지 콘텐트를 디스플레이하도록 동작 가능한 이미지 투영 디바이스와;
광학 어셈블리와; 그리고
상기 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리 내에 배치된 카메라를 포함하고,
상기 광학 어셈블리는,
적어도 하나의 렌즈;
상기 적어도 하나의 렌즈와 상기 이미지 투영 디바이스 사이에 배치되며, 적어도 하나의 빔 스플리터를 포함하는 제1 필터 스택; 및
상기 제1 필터 스택과 상기 적어도 하나의 렌즈 사이에 있고, 상기 적어도 하나의 렌즈를 향하는 적어도 하나의 반사 요소를 포함하는 제2 필터 스택을 포함하며,
상기 카메라는 상기 적어도 하나의 렌즈를 통해 광(light)의 적외선 반사 이미지들을 캡처하도록 구성되고,
상기 제1 필터 스택은 제1 1/4 파장판 및 제1 선형 편광기(linear polarizer)를 포함하고, 상기 제1 1/4 파장판은 상기 제1 선형 편광기와 상기 빔 스플리터 사이에 적층되고, 상기 빔 스플리터는 상기 제1 필터 스택 상의 부분 거울 코팅을 포함하며, 그리고
상기 제2 필터 스택은, 상기 빔 스플리터 이후에 적층된 제2 1/4 파장판, 및 상기 제2 1/4 파장판과 제2 선형 편광기 사이에 적층된 편광 빔 스플리터를 포함하고, 상기 제2 선형 편광기는 상기 적어도 하나의 렌즈와 대면하는 필터 스택 층 내에 상기 반사 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는
헤드 장착형 디스플레이 어셈블리. - 제1항에 있어서,
상기 카메라는, 상기 적어도 하나의 렌즈 아래에 배치되고 그리고 상기 이미지 투영 디바이스쪽으로 향하여 상기 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리에 액세스하는 사용자의 눈의 이미지를 캡처하며, 상기 눈의 이미지는 상기 반사 요소로부터 반사되는 것을 특징으로 하는
헤드 장착형 디스플레이 어셈블리. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 렌즈는 상기 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리를 수용하는 프레임의 바닥면에 대해 측면으로 슬라이딩하고, 상기 슬라이딩은 상기 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리에 액세스하는 사용자와 관련된 시각 장애를 교정하기 위해 디옵터 조정(diopter adjustment)을 유발하는 것을 특징으로 하는
헤드 장착형 디스플레이 어셈블리. - 제1항에 있어서,
상기 반사 요소는 상기 적어도 하나의 렌즈를 향하는 상기 이미지 투영 디바이스의 측면 상의 적외선(IR) 필터 코팅인 것을 특징으로 하는
헤드 장착형 디스플레이 어셈블리. - 제1항에 있어서,
상기 반사 요소는 프리즘인 것을 특징으로 하는
헤드 장착형 디스플레이 어셈블리. - 제1항에 있어서,
복수의 광원들이 상기 적어도 하나의 렌즈를 둘러싸는 둘레에 배치되고, 상기 복수의 광원들은 상기 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리에 액세스하는 사용자의 눈으로 광을 보내며,
상기 반사 요소는 상기 반사 요소에서 눈으로부터 반사된 상기 광의 일부를 수신하고 상기 광의 일부의 적외선 파장을 상기 카메라에 반사시키는 것을 특징으로 하는
헤드 장착형 디스플레이 어셈블리. - 제7항에 있어서,
상기 복수의 광원들은, 상기 헤드 장착형 디스플레이 어셈블리에 액세스하는 사용자의 눈을 향하여 배치되고 그리고 상기 적어도 하나의 렌즈를 둘러싸는 주변에 배치되는 복수의 발광 다이오드들을 포함하는 것을 특징으로 하는
헤드 장착형 디스플레이 어셈블리. - 삭제
- 광학 어셈블리로서,
적어도 하나의 렌즈;
상기 적어도 하나의 렌즈와 이미지 투영 디바이스 사이에 배치되며, 적어도 하나의 빔 스플리터를 포함하는 제1 필터 스택;
상기 제1 필터 스택과 상기 적어도 하나의 렌즈 사이에 있고, 상기 적어도 하나의 렌즈를 향하는 적어도 하나의 반사 요소를 포함하는 제2 필터 스택; 및
상기 적어도 하나의 렌즈를 통해 광의 적외선 반사 이미지들을 캡처하도록 구성되는 카메라를 포함하고,
상기 제1 필터 스택은 제1 1/4 파장판 및 제1 선형 편광기를 포함하고, 상기 제1 1/4 파장판은 상기 제1 선형 편광기와 상기 빔 스플리터 사이에 적층되고, 상기 빔 스플리터는 상기 제1 필터 스택 상의 부분 거울 코팅을 포함하며, 그리고
상기 제2 필터 스택은, 상기 빔 스플리터 이후에 적층된 제2 1/4 파장판, 및 상기 제2 1/4 파장판과 제2 선형 편광기 사이에 적층된 편광 빔 스플리터를 포함하고, 상기 제2 선형 편광기는 상기 적어도 하나의 렌즈와 대면하는 필터 스택 층 내에 상기 반사 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는
광학 어셈블리. - 제10항에 있어서,
상기 카메라는, 상기 적어도 하나의 렌즈 아래에 배치되고 그리고 상기 이미지 투영 디바이스쪽으로 향하여 상기 어셈블리에 액세스하는 사용자의 눈의 이미지를 캡처하며, 상기 눈의 이미지는 상기 반사 요소로부터 반사되는 것을 특징으로 하는
광학 어셈블리. - 삭제
- 제10항에 있어서,
상기 적어도 하나의 렌즈는 상기 어셈블리를 수용하는 프레임의 바닥면에 대해 측면으로 슬라이딩하고, 상기 슬라이딩은 상기 어셈블리에 액세스하는 사용자와 관련된 시각 장애를 교정하기 위해 디옵터 조정을 유발하는 것을 특징으로 하는
광학 어셈블리. - 제10항에 있어서,
상기 반사 요소는 상기 적어도 하나의 렌즈를 향하는 상기 이미지 투영 디바이스의 측면 상의 적외선(IR) 필터 코팅인 것을 특징으로 하는
광학 어셈블리. - 제10항에 있어서,
상기 반사 요소는 프리즘인 것을 특징으로 하는
광학 어셈블리. - 제10항에 있어서,
복수의 광원들이 상기 적어도 하나의 렌즈를 둘러싸는 둘레에 배치되고, 상기 복수의 광원들은 상기 어셈블리에 액세스하는 사용자의 눈으로 광을 보내며,
상기 반사 요소는 상기 반사 요소에서 눈으로부터 반사된 상기 광의 일부를 수신하고 상기 광의 일부의 적외선 파장을 상기 카메라에 반사시키는 것을 특징으로 하는
광학 어셈블리. - 제16항에 있어서,
상기 복수의 광원들은, 상기 어셈블리에 액세스하는 사용자의 눈을 향하여 배치되고 그리고 상기 적어도 하나의 렌즈를 둘러싸는 주변에 배치되는 복수의 발광 다이오드들을 포함하는 것을 특징으로 하는
광학 어셈블리. - 삭제
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