KR102376402B1 - 다초점 디스플레이 디바이스 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다초점 디스플레이 디바이스로서, 이미지를 생성하도록 구성된 디스플레이 요소, 및 하나 이상의 컬러를 갖는 이미지를 생성하기 위해 결정된 시간 간격 동안 제공된 비트 시퀀스에 따라 디스플레이 요소를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는 다초점 디스플레이 디바이스를 제공한다. 비트 시퀀스는 각 컬러에 대해 상이한 중요도의 비트의 서브시퀀스를 포함한다. 각 컬러에 대해 서브 시퀀스의 첫번째 비트 또는 마지막 비트는 서브 시퀀스의 최상위 비트가 아니다.

Description

다초점 디스플레이 디바이스 및 방법
본 발명은 다초점 디스플레이(Multifocal Display, MFD) 디바이스 및 다초점 디스플레이를 제공하기 위한 대응하는 방법에 관한 것이다. MFD 디바이스는 구체적으로 근안용 디스플레이(Near Eye Display, NED) 디바이스, 근안 디스플레이(Near-To-Eye, NTE) 어플리케이션 또는 디바이스, 또는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mounted Display, HMD) 디바이스와 같은 광학 시스템에 있을 수 있다. 본 발명은 특히 MFD 디바이스 및 방법에 의해 생성된 이미지에 컬러를 제공하는 것에 관한 것이다.
MFD 디바이스는 작고, 휴대 가능하며, 개인적인 시청 경험을 생성할 수 있는 능력으로 인해 최근 업계에서 주목을 받고 있다. 이러한 MFD 디바이스의 어플리케이션은 특히 시스루 NED(See-Through NED) 디바이스를 이용하는 증강 현실(Augmented Reality, AR) 범주와, 일반적으로 몰입형 NED 디바이스를 이용하는 가상 현실(Virtual Reality, VR) 범주에 있다.
종래의 MFD 디바이스의 예시가 도 9에 도시되어 있다. 도 9에 도시된 종래의 MFD 디바이스는 (공간-다중화된 MFD 디바이스 유형과는 상이한) 시간-다중화 유형의 것이다. 종래의 MFD에서, 단일 2D 디스플레이의 사용자의 눈으로부터의 시청 거리는 3D 이미지의 잠재적으로 깜박임이 없는 인식(flicker-free perception)을 생성하기 위해 다초점 평면의 프레임의 렌더링(rendering)과 동기화하여 빠르게 스위치된다.
이를 위해서는, 고속 초점 변조기 요소가 필요하다. 이들 요소는 가변 전력 렌즈(초점 조정 가능한 렌즈)를 포함할 수 있고, 렌즈의 초점 길이(또는 균등하게, 광 전력)을 신속하게 조정하거나 또는 변조할 수 있다. 예를 들어, 전기적으로 초점이 맞춰진 조정 가능한 렌즈 또는 DMMD(deformable membrane mirror device)가 이러한 목적으로 이용될 수 있다. 도 10은 이러한 렌즈의 광 전력 D가 시간에 따라 어떻게 변할 수 있는지를 도시한다. 일반적으로, 광 전력은 단계적으로 변화되고, 각각의 광 전력은 인지된 3D 이미지의 상이한 초점면 이미지에 대응한다. (여기서는 도 10에서 4개의 광 전력 레벨이 도시된) MFD 디바이스에 의해 채용되는 각각의 광 전력(즉, 각각의 초점면 이미지)는 예를 들어, 1/60 초의 프레임 기간 동안 한 번 사용된다. 각각의 광 전력 레벨(초점면 이미지)에 대해 (여기서는 'RGB'로 지시된) 컬러 정보가 제공되며, 즉, 이는 심지어 더 짧은 기간, 예를 들어, 4.2ms의 기간 내에 제공되어야 한다.
따라서, 한편으로, 60Hz 프레임 레이트의 깜박임 퓨전 임계 속도(flicker fusion threshold speed)로 컬러 이미지를 순차적으로 디스플레이하기 위해서는, 초고속 디스플레이 요소가 필요하다. 실제로, 이러한 디스플레이 요소는 MFD 디바이스에서 수행되는 디지털 광원 처리(Digital Light Processing, DLP)의 핵심 구성 요소이다. 초고속 디스플레이 요소는 예를 들어, 디지털 마이크로미러 디바이스(Digital Micromirror Device, DMD) 또는 예컨대 강유전성 실리콘 액정 표시 장치(Ferroelectric LCOS) 디바이스와 같은 실리콘 액정표시장치(Liquid Crystal on Silicon, LCOS) 디바이스를 포함할 수 있다.
DMD 디바이스는 복수의 마이크로미러를 포함하고, 각각의 미러는 디스플레이될 이미지의 하나의 픽셀이다. 마이크로미러는 광원의 광이 마이크로미러에 의해 반사될 수 있는 투영 표면 또는 스크린 상에 명암 픽셀을 생성하기 위해 광원을 향하거나(ON) 또는 광원으로부터 떨어져서(OFF) 기울어지도록 구성된다. 예를 들어, n-비트 이진 시퀀스는, 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 또는 가변 세기 조명 방법을 사용함으로써 2n 회색스케일 레벨(또는 이진 패턴)을 디스플레이하는데 사용될 수 있으며, 후자는 상당히 높은 프레임 레이트를 지원할 수 있다.
초고속 디스플레이 요소는, 예를 들어, 상이한 컬러의 세그먼트를 갖는 회전 유리 휠에 의해 실현되는 컬러 요소를 더 포함할 수 있다. 컬러 요소는 광원과 DMD 사이에 배열되며, 또한 DMD를 조명하는 광원의 광에 컬러를 제공하기 위해 사용된다. 따라서, 컬러 이미지가 생성될 수 있다. 이는 컬러 요소 및 DMD를 포함하는 디스플레이 요소가 컬러 및 노출 배열를 정의하는 순차적 이진 패턴(비트 시퀀스)에 의해 제어된다는 것을 암시한다. 이를 일반적으로 필드 순차적 컬러(field sequential color, FSC) 작업 또는 라운드-로빈(round-robin)이라고 한다.
(여기서는 적색에만 해당하는) 컬러 이미지를 디스플레이하기 위한 8-비트 이진 패턴의 예시가 도 11에 도시되어 있다. 도 11의 상부는 각각 R1, R2, R4, R8, R16, R32, R64, 및 R128로 표시되는 8 비트를 갖는 8-비트 이진 패턴을 도시한다. R1은 최하위 비트(Least Significant Bit, LSD) 또는 8번째 비트 평면이다. R128은 최상위 비트(Most Significant Bit, MSB) 또는 1번째 비트 평면이다.
8-비트 비트 시퀀스는 특정 기간 동안 제어기에 의해 제공되며, 시퀀스의 각 비트에 대해, 광원에 의한 컬러 요소의 조도는 미리 정의된 특정 조도 가중치에 따라 조정된다. 각각의 조명 가중치에 대해, 대응하는 비트 평면(특정 이미지)은, 예를 들어, DMD에 의해 제공된다. 도 11에서 알 수 있는 바와 같이, MSB에 대응하는 1번째 (가장 중요한) 비트 평면은 가장 높은 조명 가중치를 수신하고, 반면에 LSB에 대응하는 8번째 (가장 덜 중요한) 비트 평면은 가장 낮은 조명 가중치를 수신한다. 이러한 예시에서, 8번째 비트 평면은 1번째 비트 평면의 조명의 단지 1/128 만을 수신할 수 있다. 결국, 상이한 비트 평면, 여기서는 이진 패턴의 8 비트에 대응하는 8 비트 평면이 중첩되어 디스플레이 요소에 의해 초점 변조기 요소로 출력되는 최종 이미지를 형성한다.
도 12는 종래의 MFD 디바이스에서 발생하는 문제를 도시한다. 전술한 바와 같이, 초점 조정 가능한 렌즈의 광 출력은, 초점 변조기 요소에서, 즉, 제어 신호(예를 들어, 제어된 전류)를 렌즈에 인가함으로써 조절된다. (몇 개의 초점면 이미지를 생성하기 위한) 몇몇(예를 들어, 4개의) 광 전력 레벨을 생성하기 위해 - 도 10에 도시된 바와 같이 - 프레임 동안, 스텝 함수 형태의 제어 신호가 적용될 수 있다. 불행하게도, 렌즈 관성으로 인해, 렌즈의 광학적 응답에 진동 아티팩트(artifact)(오버슛 + 링잉(ringing))이 나타나며, 이는 상승 시간 및 장착 시간에 의해 특징되어 진다. 이러한 아티팩트는 하나의 광 전력 레벨에서 다른 광 전력 레벨로의 천이에서 도 12에 나타난다. 또한, 진동 아티팩트는 광 전력 레벨(플래토(plateau))의 중간에서도 나타날 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 컬러 이미지를 생성하기 위한 이진 패턴이 하나의 광 전력 플래토의 기간에 걸쳐 제공되기 때문에, 도 12에 도시된 바와 같이, 이진 패턴의 적어도 시작과 종료는 아티팩트 동안, 즉, 하나의 레벨에서 다른 레벨로 천이하는 동안에 제공된다. 최종 이미지에서 심각한 컬러 아티팩트와 초점 깊이 아티팩트를 생성할 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 제어 전류가 일정한 레벨, 즉, 2개의 연속적인 레벨 변화 사이에서 유지되는 동안, 광 전력 및 대응하는 컬러에서의 리플과 초점 깊이 아티팩트가 또한 발생할 수 있다.
다시 말하자면, 도 9의 종래의 MFD 디바이스에서 각각의 초점면 이미지에 대해 도 11에 도시된 종래의 이진 패턴을 적용하는 것은, 적어도 광학적 전력 천이 동안의 아트팩트로 인해 이미지에서 컬러 및 초점 깊이 아트팩트를 생성할 수 있으며, 이는 - 도 13에 도시된 바와 같이 - 하나의 초점면 이미지에서의 특정 이진 컬러 패턴(예를 들어, B128)의 가장 센 세기의 조명 다음에는 또다른 초점면 이미지에서의 다음 이진 컬러 패턴(예를 들어, R1)의 가장 낮은 세기의 조명이 뒤따르기 때문이다. 이는 전체적으로 생성된 다초점(컬러) 디스플레이의 인식된 이미지 품질에 큰 영향을 줄 수 있다.
상기 언급된 문제점 및 단점을 고려하여, 본 발명은 종래의 MFD 디바이스 및 방법을 개선하는 것을 목표로 한다. 본 발명의 다초점 디스플레이를 위한 개선된 컬러 이미지를 생성하는 MFD 디바이스 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 컬러 이미지는 더 적은 컬러 및 초점 깊이 아티팩트를 가져야만 한다. 특히, 초점 조정 가능한 렌즈의 광학적 전력 천이로 인한 컬러 이미지에 대한 부정적인 영향은 감소되어야만 하며, 바람직하게는 제거되어야 한다.
이러한 목적은 첨부된 독립 청구항에 명시된 해결책에 의해 달성된다. 유리한 구현은 종속항에 추가로 정의되어 있다.
특히, 본 발명은 종래의 이진 패턴(이하 "비트 시퀀스"로만 지칭됨)을 재정렬 또는 재배열함으로써 상기 문제에 대한 해결책을 제안한다. 재정렬 또는 재배열은 디스플레이 요소에서 디스플레이 디바이스를 조명하는 조명 펄스가 그들의 세기에 따라 시간이 맞춰지도록 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 렌즈 광학적 응답의 정상 상태 기간 동안 높은 세기의 조명 펄스 및 비-정상 상태 기간 동안 또는 그 기간 근처에서 덜 강한 조명 펄스를 생성하는 것이 제안된다. 또한, 상이한 컬러에 대한 인간의 눈 민감도가 고려될 수 있다.
본 발명의 제1 양태는, MFD 디바이스로서, 이미지를 생성하도록 구성된 디스플레이 요소, 하나 이상의 컬러를 갖는 이미지를 생성하기 위해 결정된 시간 간격 동안 제공된 비트 시퀀스에 따라 디스플레이 요소를 제어하도록 구성된 제어기, 각 컬러에 대해 상이한 중요도의 다수의 비트를 포함하는 비트 시퀀스를 포함하고, 각 컬러에 대해 서브 시퀀스의 첫번째 비트 또는 마지막 비트는 서브 시퀀스의 최상위 비트가 아닌 MFD 디바이스를 제공한다.
이러한 방식으로, 즉, 비트 시퀀스에 의해 지정된 바와 같이 비트를 배열하는 것은, 각 컬러의 (가장 높은 세기의 조명에 대응하는) MSB가 각 프레임 노출 시퀀스의 시작 또는 끝에 나타나지 않을 효과를 가지며, 따라서 진동 아티팩트가 가장 강할 것으로 예상되는 경우에는 사용되지 않을 것이다. 다시 말하자면, MSB는 렌즈 진동의 진폭이 감소되는 경우에 광학적 전력 천이 동안이 아닌 광학적 전력 천이 후에 나타날 것이다. 따라서, 초점 조정 가능한 렌즈의 광학적 전력 천이 동안 발생하는 아티팩트는 MSB에 영향을 미치지 않을 것이다. 이를 통해 최종 통합된 이미지의 컬러 및 초점 깊이 아티팩트가 감소되고, 생성된 이미지의 전반적인 품질이 향상된다.
제1 양태의 일 구현 형태에서, 서브 시퀀스의 첫번째 비트 및 마지막 비트는 서브 시퀀스의 2개의 최하위 비트이다. 즉, 첫번째 비트는 LSB이고, 두번째 비트는 두번째로 덜 중요한 (제2 LBS라고도 하는) 비트이거나, 또는 그 반대이다.
이는 생성된 이미지에서 컬러 및 초점 깊이 아티팩트를 감소시킨다.
특정 구현 형태에서, 서브 시퀀스는 중요도에 있어서 서브 시퀀스의 첫번째 비트로부터 최상위 비트까지 단조(monotonically) 증가하고, 또한 중요도에 있어서 서브 시퀀스의 최상위 비트로부터 마지막 비트까지 단조 감소한다.
이는 생성된 이미지에서 컬러 및 초점 깊이 아티팩트를 감소시킨다.
제1 양태의 추가 구현 현태에서, 2개 이상의 컬러가 존재하고, 그들의 대응하는 비트의 서브 시퀀스가 서로 인터리브(interleaved)된다.
결과적으로, 진동 아티팩트는 하나의 특정 컬러에 주로 영향을 미치는 것은 아니지만, 모든 컬러에 동일하게 영향을 미치므로 전체적으로 더 나은 컬러 이미지를 제공한다.
제1 양태의 추가 구현 형태에서, 하나 이상의 컬러는 녹색 및 적색 또는 청색을 포함하고, 첫번째 비트 또는 마지막 비트, 또는 시퀀스의 첫번째 비트 및 마지막 비트 모두는 적색 또는 청색을 위한 것이다.
이러한 방식으로, 상이한 컬러에 대한 인간의 눈의 민감도의 차이가 고려된다. 특히, 인간의 눈은 녹색에 민감하고 청색 및 적색에 대해서는 덜 민감하기 때문에, 광학적 반응 아티팩트가 발생하는 위치에 이들 후자의 컬러를 배열하는 것이 유리할 수 있다. 따라서, 생성된 이미지의 아티팩트가 인식하기 어려워질 수 있다. 따라서, 이미지의 인식된 품질이 향상될 수 있다.
제1 양태의 다른 구현 형태에서, 컬러의 짝수 비트는 동일한 컬러의 홀수 비트보다 비트 시퀀스의 시작에 더 가깝게 배열되는 반면 동일한 컬러의 홀수 비트는 동일한 컬러의 짝수 비트보다 비트 시퀀스의 끝에 더 가깝게 배열되고, 또는 컬러의 홀수 비트는 동일한 컬러의 짝수 비트보다 비트 시퀀스의 시작에 더 가깝게 배열되는 반면 동일한 컬러의 짝수 비트는 동일한 컬러의 홀수 비트보다 비트 시퀀스의 끝에 더 가깝게 배열된다.
이는, 예를 들어, 짝수 비트 평면이 일부 컬러 배열에 기초하여 먼저 조명되고 그 다음 홀수 비트 평면이, 예를 들어, 동일한 컬러 배열에 기초하여 역순으로 조명되는 것을 의미한다. 지정된 홀수/짝수 비트 배열의 결과인 비트 시퀀스의 중간에서 배열의 변화는 광학적 전력 천이 동안 특정 컬러를 노출시킬 수 있다. 예를 들어, 사람의 눈이 가장 민감하지 않은 청색은 렌즈의 광 전력의 천이 동안에 노출될 수 있다.
제1 양태의 추가 구현 형태에서, 짝수 비트는 서브 시퀀스에서 홀수 비트의 순서와 역순으로 서브 시퀀스에 배열된다.
따라서, 각각의 중요도에 대해, 인간의 눈이 가장 민감하지 않은 색은 비트 시퀀스의 시작 또는 끝에 더 가깝게 위치될 수 있다.
제1 양태의 추가 구현 형태에서, 제어기는 결정된 시간 간격 동안 불규칙적인 간격으로 비트 시퀀스의 비트를 제공하도록 구성된다.
따라서, 특히 프레임 레이트는 여전히 일정하고 규칙적이다. 예를 들어, 렌즈의 광 전력 플래토 내에서, 즉, 비트 시퀀스의 중간에서, 예상되는 주요 리플이 존재하면, 비트 시퀀스의 시간 간격 및/또는 비트 시퀀스 사이는 이러한 리플 동안 조명 펄스를 피하기 위해 조절될 수 있다.
제1 양태의 추가 구현 형태에서, 제어기는 미리 결정된 시간 간격의 시작 및/또는 종료에서부터 시간 오프셋을 두고 비트 시퀀스를 제공하도록 구성된다.
이에 의해, 초점면 이미지 사이의 광학적 전력 천이에서 주요 진동 아티팩트가 피해질 수 있다.
제1 양태의 다른 구현 형태에서, MFD 디바이스는 복수의 비트 그룹을 저장하는 저장 장치를 더 포함하고, 비트 시퀀스는 이러한 비트 그룹의 연속이며, 제어기는 결정된 시간 간격의 제1 구간 동안의 제1 비트 그룹 및 결정된 시간 간격의 제2 구간 동안의 제2 비트 그룹에 따라 디스플레이 디바이스를 제어하도록 구성된다.
따라서, 예를 들어, 만약 렌즈 광학적 응답의 중심에서 주요 리플이 예상되면, 조명 펄스는 둘 이상의 그룹으로 분할될 수 있다. 그룹들은 주요 리플의 위치가 그룹들 사이의 갭으로 남도록 배열될 수 있다.
제1 양태의 다른 구현 형태에서, MFD 디바이스는 결정된 시간 간격 내에 적어도 하나의 미리 결정된 시점 또는 시간 범위를 저장하는 저장 장치를 더 포함하며, 제어기는 시점 또는 시간 범위 내에 하나 이상의 컬러의 덜 중요한 비트를 배열하고, 시점이 아니거나 또는 시간 범위 밖에 이들 컬러의 더 중요한 비트를 배열하도록 구성된다.
저장된 시점 또는 시간 범위는, 예를 들어, 광 전력 플래토 내에 주요 리플의 존재를 나타낼 수 있다. 따라서, MSB는 이러한 주요 리플의 영향을 받지 않도록 배열될 수 있다.
제1 양태의 추가 구현 형태에서, 디스플레이 요소는 DMD 또는 LCOS를 포함하고, 비트 시퀀스의 각 비트는 DMD 또는 LCOS를 조명하기 위한 광의 세기를 결정하고, 덜 중요한 비트는 광의 더 낮은 조명 세기와 관련된다.
제1 양태의 추가 구현 형태에서, MFD 디바이스는 DMD 또는 LCOS에 상이한 컬러를 조명하기 위해 광을 제공하도록 구성된 컬러 요소를 더 포함하며, 여기서 비트 시퀀스의 각 비트는 광에 제공된 컬러와 관련된다.
제1 양태의 다른 구현 형태에서, 비트 시퀀스는 디스플레이 요소에 의해 적어도 18 비트 컬러 이미지를 생성하기 위해, 각각 적색, 녹색 및 청색 컬러에 대해 적어도 6 비트를 포함한다.
제1 양태의 다른 구현 형태에서, MFD 디바이스는 초점 조정 가능한 렌즈를 더 포함하고, 여기서 제어기는 프레임 기간 동안 상이한 인덱스의 복수의 초점면 및 결정된 시간 간격 동안 이들 초점면 중 하나에 렌즈의 초점을 선택적으로 조정(tune)하도록 구성된다.
상이한 초점면은 렌즈의 광 전력을 조정함으로써 선택되며, 이는 예를 들어, 각각의 초점면마다 상이한 값의 제어 신호, 예를 들어, 전류 세기가 다른 전류 신호를 제공함으로써 달성될 수 있다.
제1 양태의 다른 구현 형태에서, 제어기는 미리 결정된 시간 간격 동안의 초점면 인덱스에 의존하여, 및/또는 이전 및/또는 다음에 결정된 시간 간격 동안 초점면 인덱스에 의존하여 상이한 비트 시퀀스에 따라 디스플레이 요소를 제어하도록 구성된다.
이에 의해, 비트 시퀀스를 적절히 조정함으로써 특정 광 전력 플래토(즉, 특정 인덱스의 초점면)의 특성인 주요 리플이 고려될 수 있다. 또한, 초점면 천이 동안 초점면 인덱스에 따라, 상이한 종류의 아티팩트가 발생할 수 있고, 비트 시퀀스의 다른 배열가 필요할 수 있다. 즉, 렌즈 광학 응답으로서의 시퀀스 힘의 각각의 광 세기가 비교적 일정한 (정상-상태 응답) 광 전력을 갖는 것에 도달하도록 보장하기 위해 신중하게 제어된 비트 시퀀스가 제공될 수 있다. 각 비트 시퀀스는 초점면에서 다른 오프셋과 함께 나타날 수 있다.
본 발명의 제2 양태는 MFD를 제공하는 방법으로서, 하나 이상의 컬러를 갖는 이미지를 생성하기 위해 결정된 시간 간격 동안 제공된 비트 시퀀스에 따라 디스플레이 요소를 제어하는 단계를 포함하고, 상기 비트 시퀀스는 각 컬러에 대해 상이한 중요도의 비트의 서브 시퀀스를 포함하고, 각 컬러에 대해 서브 시퀀스의 첫번째 비트 또는 마지막 비트는 서브 시퀀스의 MSB가 아닌, MFD를 제공하는 방법를 제공한다.
제2 양태의 구현 형태에서, 서브 시퀀스의 첫번째 비트 및 마지막 비트는 서브 시퀀스의 2개의 최하위 비트이다.
제2 양태의 구현 형태에서, 서브 시퀀스는 중요도에 있어서 서브 시퀀스의 첫번째 비트로부터 최상위 비트까지 단조 증가하고, 또한 중요도에 있어서 서브 시퀀스의 최상위 비트로부터 마지막 비트까지 단조 감소한다.
제2 양태의 구현 형태에서, 상이한 컬러와 연관된 비트의 서브 시퀀스가 비트 시퀀스에서 서로 인터리브된다.
제2 양태의 추가 구현 형태에서, 하나 이상의 컬러는 녹색 및 적색 또는 청색을 포함하고, 첫번째 비트 또는 마지막 비트, 또는 시퀀스의 첫번째 비트 및 마지막 비트 모두는 적색 또는 청색을 위한 것이다.
제2 양태의 추가 구현 형태에서, 짝수 비트는 서브 시퀀스에서 홀수 비트의 순서와 역순으로 서브 시퀀스에 배열된다.
제2 양태의 추가 구현 형태에서, 비트 시퀀스의 비트는 결정된 시간 간격에 걸쳐 불규칙적인 간격으로 제공된다.
제2 양태의 추가 구현 형태에서, 비트 시퀀스는 미리 결정된 시간 간격의 시작 및/또는 종료에서부터 시간에 맞춰 오프셋되어 제공된다.
제2 양태의 추가 구현 형태에서, 방법은 복수의 비트 그룹을 저장하는 단게를 더 포함하고, 비트 시퀀스는 이러한 비트 그룹의 연속이며, 디스플레이 디바이스는 결정된 시간 간격의 제1 구간 동안의 제1 비트 그룹에 따라 및 결정된 시간 간격의 제2 구간 동안의 제2 비트 그룹에 따라 제어된다.
제2 양태의 추가 구현 형태에서, 방법은 결정된 시간 간격 내에 적어도 하나의 미리 결정된 시점 또는 시간 범위를 저장하는 단계를 더 포함하고, 하나 이상의 컬러의 덜 중요한 비트는 시점 또는 시간 범위 내에 배열되고, 이들 컬러의 더 중요한 비트는 시점이 아니거나 또는 시간 범위 밖에 배열된다.
제2 양태의 추가 구현 형태에서, 디스플레이 요소는 DMD 또는 LCOS를 포함하고, 비트 시퀀스의 각 비트는 DMD 또는 LCOS를 조명하기 위한 광의 세기를 결정하고, 덜 중요한 비트는 광의 더 낮은 조명 세기와 관련된다.
제2 양태의 추가 구현 형태에서, 방법은 DMD 또는 LCOS에 상이한 컬러를 조명하기 위해 광을 제공하는 단게를 더 포함하고, 여기서 비트 시퀀스의 각 비트는 광에 제공된 컬러와 관련된다.
제2 양태의 추가 구현 형태에서, 비트 시퀀스는 디스플레이 요소에 의해 적어도 18 비트 컬러 이미지를 생성하기 위해, 각각 적색, 녹색 및 청색 컬러에 대해 적어도 6 비트를 포함한다.
제2 양태의 추가 구현 형태에서, 방법은 초점 조정 가능한 렌즈를 프레임 기간 동안 상이한 인덱스의 복수의 초점면 및 결정된 시간 간격 동안 이들 초점면 중 하나에 렌즈의 초점을 선택적으로 조정(tune)하는 단계를 더 포함한다.
제2 양태의 추가 구현 형태에서, 디스플레이 요소는 미리 결정된 시간 간격 동안의 초점면 인덱스에 의존하여, 및/또는 이전 및/또는 다음에 결정된 시간 간격 동안의 초점면 인덱스에 의존하여 상이한 비트 시퀀스에 따라 제어된다.
제2 양태의 방법 및 그 구현 형태에 의해, 제1 양태의 MFD 디바이스 및 그 구현 형태 각각의 모든 장점 및 효과가 달성될 수 있다.
본 발명의 제3 양태는 제1 양태 또는 임의의 구현 형태에 따라 MFD 디바이스를 제어하기 위한 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 제공한다.
이에 따라, 제1 양태의 MFD 디바이스의 장점 및 효과가 달성될 수 있다.
본 출원에 기술된 모든 디바이스, 요소, 유닛, 및 수단은 소프트웨어 또는 하드웨어 요소 또는 이들의 임의의 종류의 조합으로 구현될 수 있음에 유의해야 한다. 본 출원에 기술된 다양한 엔티티들에 의해 수행되는 모든 단계들 뿐만 아니라 다양한 엔티티들에 의해 수행되는 것으로 기술된 기능들은 각각의 엔티티가 각각의 단계들 및 기능들을 수행하도록 구성되거나 구성되는 것을 의미하는 것으로 의도된다. 심지어, 특정 실시예들에 대한 이하의 설명에서, 외부 엔티티들에 의해 수행될 특정 기능 또는 단계가 그 특정 단계 또는 기능을 수행하는 그 엔티티의 특정 상세 요소의 설명에 반영되지 않더라도, 통상의 기술자에게는 이들 방법 및 기능은 각각의 소프트웨어 또는 하드웨어 요소, 또는 이들의 임의의 종류의 조합으로 구현될 수 있다는 것이 명백할 것이다.
본 발명의 전술한 양태 및 구현 형태는 첨부된 도면과 관련하여 이하의 특정 실시예의 설명에서 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 MFD 디바이스를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MFD 디바이스를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MFD 디바이스에서 사용되는 비트 시퀀스를 도시한다.
도 4는 광학적 전력 천이에서 비트 시퀀스의 배열을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 MFD 디바이스에서 사용되는 비트 시퀀스를 도시한다.
도 6은 광학적 전력 천이에 사용되는 비트 시퀀스의 배열을 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 MFD 디바이스를 도시한다.
도 8은 초점면 천이 동안 렌즈의 광학적 응답을 도시한다. 도 8은 또한 본 발명의 일 실시예에 다른 MFD 디바이스에서 사용되는 비트 시퀀스를 도시한다.
도 9는 종래의 MFD 디바이스를 도시한다.
도 10은 시간에 따른 상이한 초점면의 광학적 전력 천이를 도시한다.
도 11은 종래의 적색에 대한 8 비트 이진 패턴 시퀀스를 도시한다.
도 12는 초점 조정 가능한 렌즈의 광학적 응답을 도시한다.
도 13은 전력 천이 동안 종래의 비트 시퀀스의 사용을 도시한다.
도 1은 본 발명의 일 실시에에 따른 MFD 디바이스(100)를 도시한다. MFD 디바이스(100)는 NED 디바이스, NTE 디바이스 또는 HMD 디바이스일 수 있거나, 또는 임의의 이러한 디바이스에 제공될 수 있다.
MFD 디바이스(100)는 DMD 또는 LCOS를 포함할 수 있고 컬러 휠과 같은 컬러 요소를 더 포함할 수 있는 디스플레이 요소(101)를 포함한다. 또한, MFD 디바이스(100)는 컴퓨터 프로세서, 마이크로컨트롤러 등일 수 있는 제어기(102)를 포함한다.
제어기(102)는 결정된 시간 간격 동안 제공된 비트 시퀀스(103)에 따라 디스플레이 요소(101)를 제어하도록 구성된다. 즉, 제어기(102)는 결정된 시간 간격 동안 비트 시퀀스(103)를 디스플레이 요소(101)에 제공하며, 결정된 시간 간격은, 예를 들어, 하나의 초점면 이미지의 지속 기간이다. 디스플레이 요소(101)는 비트 시퀀스에 따라 이미지를 생성하도록 구성된다. 특히, 디스플레이 요소(101)는 하나 이상의 컬러를 갖는 이미지를 생성하도록 구성되며, 비트 시퀀스(103)는 이미지의 각 컬러에 대해 상이한 중요도의 비트의 서브 시퀀스를 포함한다.
각 컬러에 대해, 렌즈의 광 전력에서 오버슛과 같은 아티팩트가 발생하는 시간에 그 컬러의 MSB가 나타나는 것을 피하기 위해, 각각의 컬러에 대한 서브 시퀀스의 첫번째 비트 또는 마지막 비트는 서브 시퀀스의 최상위 비트가 아니다.
도 2는 도 1에 도시된 MFD 디바이스(100)를 기반으로 하는 본 발명의 실시예에 따른 MFD 디바이스(100)를 도시한다. 다시, MFD 디바이스(100)는 디스플레이 요소(101) 및 제어기(102)를 포함하고, 이는 디스플레이 요소(101)에 비트 시퀀스(103)를 제공한다. 여기서, 비트 시퀀스(103)는 상이한 비트 평면을 생성하는 디스플레이 요소(101)에 따라 대응하는 비트 평면의 조명이 얼마나 강한지를 결정하는 '조명 시퀀스' 및/또는 하나 이상의 '이진 패턴'일 수 있거나, 이를 포함할 수 있다. 디스플레이 요소(101)는 구체적으로 제어기(102)로부터 하나 이상의 이진 패턴을 수신하는 DMD(201) (또는 LCOS)를 포함하며, 이진 패턴은 DMD(201)가 ON "1" 또는 OFF "0"으로 플립되는지 여부를 결정한다. 조명 시퀀스 및 이진 패턴은 따라서 비트 시퀀스(103)로부터 도출될 수 있다. 각각의 비트 평면은 조명 시퀀스에 따라 조명된다.
도 2의 디스플레이 요소(101)는 또한 DMD(201) (또는 LCOS)를 조명하는 광에 상이한 컬러를 제공하도록 구성된 컬러 요소(200)를 포함하고, 비트 시퀀스(103)의 각 비트는 광에 제공된 컬러와 관련된다. 이러한 방식으로, 디스플레이 요소(101)는 각각의 비트에 대한 비트 평면을 생성한 다음 이들 비트 평면을 하나의 초점 평면에 대한 이미지로 통합한다.
이후 이 이미지는, 바람직하게는, 도 2에 도시된 바와 같이, 초점 조정 가능한 렌즈(202)에 제공된다. 즉, 도 2의 MFD 디바이스(100)는 또한 초점 조정 가능한 렌즈(202)를 포함한다. 초점 조정 가능한 렌즈(202)는 단일 렌즈 또는 복합 렌즈일 수 있다. 복합 렌즈는 둘 이상의 기본 렌즈가 차례대로 배치되는 렌즈 조립체이다. 제어기(102)는 또한 프레임 기간 동안 상이한 인덱스의 복수의 초점면 및 비트 시퀀스(103)가 제공되는 결정된 시간 간격 동안 이들 초점면 중 하나에 렌즈(202)의 초점을 선택적으로 조정하도록 구성된다. 이는 초점 조정 가능한 렌즈(202)에 '렌즈 제어 기능' 및 '초점 평면 배열'을 제공하는 제어기(102)에 의해 달성될 수 있다.
도 3은 도 1 및 도 2에 따른 MFD 디바이스(100)의 제어기(102)에 의해 사용되는 비트 시퀀스(103)를 도시한다. 비트 R2, G2, B2는 비트 시퀀스(103)의 시작에 가깝게 배열되는 반면, 비트 R1, G1, B1은 비트 시퀀스(103)의 끝에 가깝게 배열되어 있음을 알 수 있다. R1, G1, 및 B1은 적색, 녹색, 및 청색의 LSB를 나타낸다. R2, G2, 및 B2는 적색, 녹색, 및 청색의 두번째로 덜 중요한 비트를 나타낸다. 이에 따라, 각 컬러의 덜 중요한 비트는 각 컬러의 더 중요한 비트보다 비트 시퀀스(103)의 시작 및/또는 종료에 더 가깝거나 또는 같은 거리에 배열된다. 이러한 배열 및 다음 (또는 이전) 초점면 이미지에 사용되는 비트 시퀀스(103)와 마찬가지로, LSB 만이 광학적 전력 천이 동안 노출될 것이고, 이러한 천이에서 발생하는 아티팩트로 인해 고통받을 것이다. 이는 도 4에 도시되어 있는데, 이는 시간에 따른 광 전력(D)의 발전, 특히, 하나의 초점면에서 다른 초점면으로 렌즈(202)를 제어하기 위한 광 전력 단계를 도시한다. 각각의 광 전력 레벨의 지속 기간 동안, 비트 시퀀스(103)가 제공되고, 또한 광 전력 천이의 임계 영역에서 LSB들 B1, R2 (및 아마도 G2, B2)만이 조명되어서, 따라서, 종래의 MFD 디바이스(비교에 묘사된 회색 비트 시퀀스 참조)에서는 또한 적어도 하나의 MSB 비트, 즉, B128가 영향을 받는 반면 이는 아티팩트에 의해 영향을 받는다는 것을 알 수 있다.
도 5는 도 1 및 도 2의 MFD 디바이스(100)에 의해 사용될 수 있는 다른 비트 시퀀스(103)를 각각 도시한다. 여기서, 인간의 눈은 녹색에 보다 민감하고, 청색 및 적색에 덜 민감하기 때문에, 짝수 비트 평면은 BRG 컬러 필드 배열(예를 들어, 도시된: B2, R2, G2, B8, R8, G8, B32, R32, G32, B128, R128, G128)에 기초하여 먼저 조명되고, 다음에 GRB 컬러 필드 배열(예를 들어, 도시된: G64, R64, B64, G16, R16, B16, G4, R4, B4, G1, R1, B1)에 기초하여 역순으로 조명된 홀스 비트 평면이 뒤따른다.
따라서, 다음 초점면에 대한 비트 평면의 후속 노출은 광 전력 천이 동안 LSB 만을 노출시킬 것이고, 추가적으로 비트 시퀀스(103)의 중간에서 컬러 필드 배열의 변화는 관 전력 천이 동안 청색 컬러를 노출시킨다. 이는 도 6에 도시된 바와 같이, 청색 비트 B1 및 B2가 전력 천이에 있는 동안, 종래 MFD 디바이스(비교를 위해 회색으로 도시된 비트 시퀀스)에서 청색 B128의 MSB 및 적색 비트 R1는 전력 천이에 있다. 특히, 2개의 광 전력 단계 동안 경험된 광 전력 천이 아티팩트에 따라 LSB들 R1, B1, 및 B2, R2는 생략될 수 있다.
도 7은 도 1에 도시된 MFD 디바이스(100) 상에 구축된 본 발명의 실시예에 따른 MFD 디바이스(100)를 도시한다. MFD 디바이스(100)는 복수의 비트 그룹(701)(상이한 비트 그룹은 예시적인 4개의 비트 그룹에 대해 701a, 701b, 701c 및 701d로 라벨링됨)을 저장하는 저장 장치(700)를 추가로 포함한다. 비트 시퀀스(103)는 저장 장치(700)의 비트 그룹(701)을 사용하여 제어기(103)에 의해 연결될 수 있다. 특히, 제어기(102)는 결정된 시간 간격의 제1 구간 동안 제1 비트 그룹(701b)에 따라 그리고 결정된 시간 간격의 제2 구간 동안 제2 비트 그룹(701a)에 따라 디스플레이 디바이스(101)를 제어하도록 구성된다. 본 예시에서 결정된 시간 간격의 제3 구간에서, 비트 그룹(701c)이 뒤따를 수 있고, 결정된 시간 간격의 제4 구간은 최종 제4 비트 그룹(701d)과 관련될 수 있다. 그러나, 또한 4개보다 더 많은 비트 그룹이 사용될 수 있고, 상이한 비트 그룹에 따라 제어되는 상이한 구간이 비트 시퀀스(103)에서 임의의 위치에 있을 수 있다.
특히, 렌즈 스텝 응답의 중심, 즉, 광 전력 플래토의 중심에서 주요 리플이 예상되는 경우, 둘 이상의 그룹은 조명 펄스를 분할할 수 있다. 이는, 예를 들어, 도 8에 도시되어 있으며, 시간에 따라 2개의 광 전력 사이의 광 전력 천이가 도시된다. 첫번째 광 전력 플래토 동안에는, 주요 리플이 없다. 비트 시퀀스(103)는 조명 광에 대한 광 세기가 플래토의 중심에서 최대가 되도록 한다. 보다 구체적으로, 더 중요한 비트는 비트 시퀀스(103)의 시작 또는 끝으로부터 더 멀리 배열되는 반면, 덜 중요한 비트는 비트 시퀀스(103)의 시작 또는 끝에 더 가깝게 배열된다.
제2 광학 플래토 동안, 대략적으로 미리 결정된 시간 간격의 중간에 주요 리플이 나타난다. 주요 리플의 위치는 미리 알려져 있기 때문에, 신중하게 조정된 비트 시퀀스(103)는 제어기(102)에 의해 디스플레이 요소(101)에 제공될 수 있다. 따라서, 리플 부근에서 광 세기가 스케쥴되지 않는다. 이를 위해, 예를 들어, 두 그룹은 비트 시퀀스(103)를 분할할 수 있다.
대안적으로, 저장 장치(700)는 또한, 예를 들어, 주요 리플의 위치 및/또는 지속 기간에 대응하는, 적어도 하나의 미리 결정된 시점 또는 시간 범위를 결정된 시간 간격 내에 저장할 수 있다. 그 후, 제어기(102)는 시점 또는 시간 범위 내에 하나 이상의 컬러의 덜 중요한 비트를 배열하거나 또는 어떠한 비트도 배열하지 않도록, 그리고 이들 컬러의 더 중요한 비트를 주요 리플의 시점 또는 시간 범위 밖에 배열하도록 구성될 수 있다.
통상의 기술자는 청구항의 범위를 벗어나지 않으면서 전술한 실시예의 변형을 고안하고 구현할 수 있다. 청구범위 및 상세한 설명에서, 동사 "포함하다"는 추가 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 부정 관사 "하나" 또는 "하나의"는 복수를 배제하지 않는다. 단일 요소 또는 다른 유닛은 청구범위에 인용된 여러 엔티티 또는 항목의 기능을 수행할 수 있다. 특정 조치들이 상이한 청구항에서 인용된다는 것은 이들 조치들의 조합이 유리한 구현에 사용될 수 없다는 것을 나타내는 것이 아니다.
또한, 통상의 기술자라면 실시예의 방법의 과정 중 전부 또는 일부가 컴퓨터 적절한 하드웨어에게 지시하는 프로그램에 의해 구현될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 상기 프로그램은 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 저장될 수 있다. 상기 프로그램이 실행되면, 실시예의 방법의 과정이 수행된다. 전술한 저장 매체는 마그네틱 디스크, 또는 광 디스크, 또는 읽기 전용 메모리(Read-Only Memory, ROM), 또는 랜덤 액세스 메모리(Random Access Memory, RAM) 등일 수 있다.

Claims (16)

  1. 다초점 디스플레이 디바이스로서,
    복수의 비트 그룹을 저장하는 저장 장치,
    하나 이상의 컬러를 갖는 이미지를 생성하도록 구성된 디스플레이 요소, 및
    상기 이미지를 생성하기 위해, 결정된 시간 간격 동안 제공된 비트 시퀀스에 따라 상기 디스플레이 요소를 제어하도록 구성된 제어기 - 상기 비트 시퀀스는 상기 하나 이상의 컬러 중 각 컬러에 대해 상이한 중요도의 비트의 서브 시퀀스를 포함함 - 를 포함하고,
    각 컬러에 대해 상기 서브 시퀀스의 첫번째 비트 또는 마지막 비트는 상기 서브 시퀀스의 최상위 비트가 아니고,
    상기 비트 시퀀스는 상기 복수의 비트 그룹을 연속되게 포함하고,
    상기 제어기는 상기 결정된 시간 간격의 제1 구간 동안 제1 비트 그룹에 따라, 그리고 상기 결정된 시간 간격의 제2 구간 동안 제2 비트 그룹에 따라 상기 디스플레이 요소를 제어하도록 구성되는,
    다초점 디스플레이 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서브 시퀀스의 상기 첫번째 비트 및 상기 마지막 비트는 상기 서브 시퀀스의 2개의 최하위 비트인,
    다초점 디스플레이 디바이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 서브 시퀀스는, 중요도에 있어서 상기 서브 시퀀스의 상기 첫번째 비트로부터 상기 최상위 비트까지 단조(monotonically) 증가하면서 또한 중요도에 있어서 상기 서브 시퀀스의 최상위 비트로부터 상기 마지막 비트까지 단조 감소하는,
    다초점 디스플레이 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 컬러는 둘 이상의 컬러이고, 그들이 대응하는 비트의 서브 시퀀스는 서로 인터리브(interleaved)되는,
    다초점 디스플레이 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 컬러는 녹색, 및 적색 또는 청색을 포함하고,
    상기 시퀀스의 상기 첫번째 비트 또는 상기 마지막 비트, 또는 상기 첫번째 비트 및 상기 마지막 비트 모두는 적색 또는 청색을 위한 것인,
    다초점 디스플레이 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 비트 시퀀스는, 최초 비트 시퀀스의 짝수 번째 비트 및 홀수 번째 비트를 재배열함으로써 획득되고,
    상기 짝수 번째 비트는 상기 서브 시퀀스에서 상기 홀수 번째 비트의 순서와 역순으로 상기 서브 시퀀스에 배열되는,
    다초점 디스플레이 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 리플 동안 광 세기를 스케쥴링하지 않도록 구성되는,
    다초점 디스플레이 디바이스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 결정된 시간 간격의 시작 또는 종료에서부터 시간 오프셋을 두고 상기 비트 시퀀스를 제공하도록 구성되는,
    다초점 디스플레이 디바이스.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 요소는 디지털 마이크로미러 디바이스(Digital Micromirror Device, DMD), 또는 실리콘 액정 표시 장치(Liquid Crystal On Silicon, LCOS)를 포함하고,
    상기 비트 시퀀스의 각 비트는 상기 DMD 또는 상기 LCOS를 조명하기 위한 광의 세기를 결정하고,
    낮은 중요도의 비트는 상기 광의 더 낮은 조명 세기와 관련되는,
    다초점 디스플레이 디바이스.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 다초점 디스플레이 디바이스는,
    상기 DMD 또는 LCOS에 상이한 컬러를 조명하기 위해 상기 광을 제공하도록 구성된 컬러 요소를 더 포함하며,
    상기 비트 시퀀스의 각 비트는 상기 광에 제공된 컬러와 관련되는,
    다초점 디스플레이 디바이스.
  12. 제1항 내지 제8항, 제10항, 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비트 시퀀스는 상기 디스플레이 요소에 의해 적어도 18 비트 컬러 이미지를 생성하기 위해, 적색, 녹색 및 청색 각각에 대해 적어도 6 비트를 포함하는,
    다초점 디스플레이 디바이스.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 다초점 디스플레이 디바이스는,
    초점 조정 가능한 렌즈를 더 포함하고,
    상기 제어기는, 프레임 기간 동안 상이한 인덱스의 복수의 초점면 및 상기 결정된 시간 간격 동안 이들 초점면 중 하나에 상기 렌즈의 초점을 선택적으로 조정(tune)하도록 구성되는,
    다초점 디스플레이 디바이스.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 결정된 시간 간격 동안의 상기 초점면 인덱스에 의존하거나, 또는 이전 또는 다음에 결정된 시간 간격 동안의 초점면 인덱스에 의존하여 상이한 비트 시퀀스에 따라 상기 디스플레이 요소를 제어하도록 구성되는,
    다초점 디스플레이 디바이스.
  15. 다초점 디스플레이를 제공하는 방법으로서,
    하나 이상의 컬러를 갖는 이미지를 생성하기 위해, 결정된 시간 간격 동안 제공된 비트 시퀀스에 따라 디스플레이 요소를 제어하는 단계 - 상기 비트 시퀀스는 각 컬러에 대해 상이한 중요도의 비트의 서브 시퀀스를 포함함 - 를 포함하고,
    각각의 컬러에 대해 상기 서브 시퀀스의 첫번째 비트 또는 마지막 비트는 상기 서브 시퀀스의 최상위 비트가 아니고,
    상기 비트 시퀀스는 저장 장치에 저장되는 복수의 비트 그룹을 연속되게 포함하고,
    상기 디스플레이 요소를 제어하는 단계는,
    상기 결정된 시간 간격의 제1 구간 동안 제1 비트 그룹에 따라, 그리고 상기 결정된 시간 간격의 제2 구간 동안 제2 비트 그룹에 따라 상기 디스플레이 요소를 제어하는 단계
    를 포함하는, 다초점 디스플레이를 제공하는 방법.
  16. 제1항에 따른 다초점 디스플레이 디바이스를 제어하기 위한 프로그램 코드를 포함하는, 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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