KR102403025B1 - 시쓰루 디밍 패널 - Google Patents

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다니엘 제임스 알톤
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마이크로소프트 테크놀로지 라이센싱, 엘엘씨
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Abstract

시쓰루 디밍 패널(102)은 제1 및 제2 투명 기판층들(104, 106)과, 이들 사이의 부유 입자 디바이스(SPD) 층(112)을 포함한다. 제1 투명 도전체층(108)은 제1 투명 기판층(104)과 SPD 층(112) 사이에 있고, 제2 투명 도전체층(110)은 제2 투명 기판층(106)과 SPD 층(112) 사이에 있다. 제1 전극(114)은 제1 투명 도전체층(108)에 전기적으로 결합된다. 제2 및 제3 전극들(116, 118)은 제2 투명 도전체층(110)의 대향 단부들에 전기적으로 결합된다. 제1 전극(114)과 제2 전극(116) 사이에 인가된 전위차(V1-V2)는 SPD 층(112)의 투과율 레벨을 제어한다. 제2 전극(116)과 제3 전극(118) 사이에 인가된 전위차(V2-V3)는, 제2 투명 도전체층(110)을 가열하는 횡방향 전기장을 초래하고, 제1 전극(114)과 제2 전극(116) 사이에 인가된 전위차(V1-V2)가 감소될 때 SPD 층(112)의 투과율 레벨이 감소하는 속도를 증가시킨다.

Description

시쓰루 디밍 패널{SEE-THROUGH DIMMING PANEL}
본 발명은 시쓰루 디밍 패널에 관한 것이다.
최근에, 스마트 글라스(Smart Glass)라고도 알려진 전환가능형 글라스(switchable glass)에 대한 관심이 증가하고 있다. 전환가능형 글라스는 적절한 전압의 인가시 광 투과 특성을 변경시킨다. 예를 들어, 스마트 글라스 패널의 두 개의 이격된 평행층들 사이에 전위차(전압이라고도 칭함)를 인가하면 글라스를 어둡거나 또는 불투명한 것으로부터 투명하거나 또는 반투명한 것으로 전환시킬 수 있다. 스마트 글라스는 예를 들어, 주택 및 기타 건물, 또는 탈의실 또는 화장실, 샤워실 등과 같은, 이들의 일부분의 프라이버시를 조정하기 위한 "프라이버시 윈도우"를 제공하기 위해 사용되어 왔다. 비슷한 개념이 윈도우의 에너지 효율을 증가시키기 위해 사용되어 왔다. 예를 들어, 여름에는 스마트 글라스를 사용하여 정오에 가정이나 사무실 건물 내로 들어오는 햇빛의 양을 감소시킴으로써 건물을 시원하게 유지하는 데에 필요한 에어컨 시스템의 작업부하를 감소시킬 수 있다.
몇가지 스마트 글라스 기술들이 개발 중에 있다. 예를 들어, 부유 입자 디바이스(suspended particle device; SPD)형 스마트 글라스는 일반적으로, 비활성화 상태에서 어둡거나 불투명해 있다가, 인가된 전압에 반응하여 활성화되면 투명해진다. 인가된 전압을 조정함으로써 높은 불투명도(즉, 낮은 투과율)와 높은 투명도(즉, 높은 투과율) 간의 상태들이 달성될 수 있다. SPD형 스마트 글라스는 낮은 투과율(즉, 높은 불투명도) 상태에서 높은 투과율(즉, 높은 투명도) 상태로 전환할 때에는 빠른 응답 시간을 갖는 반면에, SPD형 스마트 글라스는 높은 투과율(즉, 높은 투명도) 상태에서 낮은 투과율(즉, 높은 불투명도) 상태로 전환할 때에는 느린 응답 시간을 갖는다.
또다른 스마트 글라스 기술은 액정 기술이다. 액정(liquid crystal; LC)형 스마트 글라스는, SPD형 스마트 글라스와 마찬가지로, 비활성화 상태에서는 어둡거나 불투명해 있다가, 전압 인가에 반응하여 활성화되면 투명해진다. 낮은 투과율(즉, 높은 불투명도) 상태에서 높은 투과율(즉, 높은 투명도) 상태로 또는 그 반대로 전환하든간에 LC형 스마트 글라스와 관련된 응답 시간들은 상대적으로 빠르지만, LC형 스마트 글라스는 SPD형 스마트 글라스보다 훨씬 작은 투과율 범위(전송 범위 또는 투과율 동적 범위라고도 알려짐)를 갖는다. 예를 들어, LC형 스마트 글라스의 투과율 동적 범위는 대략 약 1% 투과율 내지 50% 투과율일 수 있는 반면에, SPD형 스마트 글라스의 투과율 동적 범위는 대략 약 1% 투과율 내지 80% 투과율일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 기술된 특정 실시예들은 시쓰루(see-through) 디밍 패널에 관한 것이다. 실시예에 따르면, 시쓰루 디밍 패널은 제1 투명 기판층, 제2 투명 기판층, 및 제1 및 제2 투명 기판층들 사이의 부유 입자 디바이스(SPD) 층을 포함한다. 디밍 패널은 또한 제1 투명 기판층과 SPD 층 사이의 제1 투명 도전체층과, 제2 투명 기판층과 SPD 층 사이의 제2 투명 도전체층을 포함한다. 제1 전극은 제1 투명 도전체층에 전기적으로 결합되고, 제2 전극은 제2 투명 도전체층의 제1 단부에 전기적으로 결합되며, 제3 전극은 제1 단부 반대측의 제2 투명 도전체층의 제2 단부에 전기적으로 결합된다. 제1 전극과 제2 전극 사이에 인가된 전위차는 SPD 층의 투과율 레벨을 제어한다. 보다 구체적으로, 제1 전극과 제2 전극 사이에 인가된 전위차는 SPD 층 내의 부유 입자들을 정렬시키는 종방향 전기장을 초래한다. 제2 전극과 제3 전극 사이에 인가된 전위차는 제1 전극과 제2 전극 사이에 인가된 전위차가 감소될 때 SPD 층의 투과율 레벨이 감소하는 속도를 제어한다. 보다 구체적으로, 제2 전극과 제3 전극 사이에 인가된 전위차는 SPD 층의 미세한 가열을 일으켜서 SPD 층에서의 부유 입자들의 브라운 운동을 증가시키는 횡방향 전기장을 야기시킨다.
실시예에 따르면, 디밍 패널은 또한 제1 전극과 제2 전극 사이의 전위차, 및 제2 전극과 제3 전극 사이의 전위차를 제어하는 회로를 포함한다. 이러한 회로는 예를 들어, 제1 전극과 제2 전극 사이의 전위차를 선택적으로 제공하기 위해 사용되는 제1 전압 공급부, 및 제2 전극과 제3 전극 사이의 전위차를 선택적으로 제공하기 위해 사용되는 제2 전압 공급부를 포함할 수 있다. 이 회로는 제1 전극과 제2 전극 사이의 전위차를 선택적으로 조정하고, 제2 전극과 제3 전극 사이의 전위차를 선택적으로 조정하도록 구성될 수 있다.
실시예에 따르면, 회로는 SPD 층의 투과율을 증가시키기 위해 제1 전극과 제2 전극 사이의 전위차를 증가시키도록 구성된다. 추가적으로, 회로는 SPD 층의 투과율을 감소시키기 위해 제1 전극과 제2 전극 사이의 전위차를 감소시키도록 구성된다. 또한, 회로는 제1 전극과 제2 전극 사이의 전위차가 감소할 때 SPD 층의 투과율의 감소율을 증가시키기 위해 제2 전극과 제3 전극 사이의 전위차를 증가시키도록 구성된다. 회로는 또한, SPD 층의 투과율의 감소율을 감소시키기 위해 투명 도전체층의 제1 단부와 제2 단부 사이의 전위차를 감소시키도록 구성될 수 있다.
실시예에 따르면, 시쓰루 디밍 패널은 광 센서(들)에 입사하는 주변 가시광을 검출하고 검출된 주변 가시광의 세기를 나타내는 하나 이상의 신호들을 생성하는 하나 이상의 광 센서들을 포함한다. 디밍 패널은 또한, 하나 이상의 광 센서들 중 적어도 하나의 광 센서에 의해 생성된 하나 이상의 신호들에 따라, 제1 전극과 제2 전극 사이에 인가된 전위차, 및/또는 제2 전극과 제3 전극 사이에 인가된 전위차를 조정하는 제어기를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 제어기는 시쓰루 디밍 패널을 관통하여 지나가는 주변광의 세기 레벨을 사용자 인터페이스를 통해 사용자에 의해 지정될 수 있는 특정 세기 레벨과 실질적으로 동일하게 유지하기 위해, 제1 전극과 제2 전극 사이에 인가된 전위차, 및 제2 전극과 제3 전극 사이에 인가된 전위차를 조정한다.
실시예에 따라, 시쓰루 근안(near-eye) 혼합 현실 머리 장착형 디스플레이(head mounted display; HMD) 디바이스는 위에서 요약한 하나 이상의 디밍 패널들을 포함한다. 따라서, 본 명세서에서 설명된 특정 실시예들은 하나 이상의 디밍 패널들을 포함하는 HMD 디바이스에 관한 것이다. 본 명세서에서 설명된 디밍 패널들은 대안적으로, 시쓰루 비 HMD 디스플레이 디바이스 또는 디밍가능한 윈도우에 포함시킬 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 설명된 특정 실시예들은 제1 투명 도전체층과 제2 투명 도전체층 사이에 샌드위치된 SPD 층과 함께 사용하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 제1 투명 도전체층과 제2 투명 도전체층 사이의 전위차를 선택적으로 조정하고, 제2 투명 도전체층의 제1 단부와 제2 단부 사이의 전위차를 선택적으로 조정함으로써 SPD 층의 투과율을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 요약은 아래의 상세한 설명에서 더 자세히 설명되는 개념들의 선택을 단순화된 형태로 소개하기 위해 제공된 것이다. 본 요약은 청구된 발명내용의 중요한 특징들 또는 필수적인 특징들을 식별시키려는 의도는 없으며, 또한 청구된 발명내용의 범위를 결정하는데 도움을 주려고 의도된 것도 아니다.
도 1a는 본 기술의 실시예에 따른 시쓰루 디밍 패널의 분해도이다.
도 1b는 다양한 층들(또는 그 일부분들)이 평면인 것인 시쓰루 디밍 패널의 실시예의 예시적인 단면을 도시한다.
도 1c는 시쓰루 디밍 패널의 단지 특정 층들의 분해도이고, 여기에 도시된 다양한 층들의 일부분들은 평면이다.
도 2a 및 도 2b는 제1 투명 도전체층과 제2 투명 도전체층 사이에 샌드위치된 SPD 층의 투과율을 조정하는 방법을 요약하는데 사용되는 상위 레벨 흐름도들이다.
도 3은 도 1a 및 도 2b를 참조하여 기술된 하나 이상의 디밍 패널들을 포함할 수 있는 시쓰루 근안 혼합 현실 디스플레이 디바이스 시스템의 예시적인 컴포넌트들을 도시한다.
도 4a는 실시예에 따라, 도 3에서 소개된 시쓰루 근안 혼합 현실 디스플레이 디바이스의 컴포넌트들을 도시한다.
도 4b는 도 4a의 B-B 라인을 따라 절단하여 바라본 도 4a에서 도시된 컴포넌트들의 단면이다.
도 4c는 다른 실시예에 따라, 도 3에서 소개된 시쓰루 근안 혼합 현실 머리 장착형 디스플레이 디바이스의 컴포넌트들을 도시한다.
도 4d는 도 4c의 D-D 라인을 따라 절단하여 바라본 도 4c에서 도시된 컴포넌트들의 단면이다.
도 5는 하나 이상의 실시예들과 함께 사용될 수 있는 시쓰루 근안 혼합 현실 머리 장착형 디스플레이 디바이스의 하드웨어 및 소프트웨어 컴포넌트들의 일 실시예의 블록도이다.
도 6은 하나 이상의 실시예들과 함께 사용될 수 있는 프로세싱 유닛의 하드웨어 및 소프트웨어 컴포넌트들의 일 실시예의 블록도이다.
본 명세서에서 설명된 특정 실시예들은 전환가능한 글라스 패널 또는 스마트 글라스 패널이라고도 칭해질 수 있거나, 또는 보다 간결하게 디밍 패널, 전환가능한 글라스 또는 스마트 글라스라고도 칭해질 수 있는 시쓰루 디밍 패널에 관한 것이다. 일관성을 위해, 일반적으로 시쓰루 디밍 패널 및 디밍 패널의 용어들이 본 설명 전반에 걸쳐서 사용될 것이다. 다른 실시예들은 디밍 패널과 함께 사용하기 위한 방법, 디밍 패널을 포함하는 디바이스 또는 시스템에 관한 것이다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명된 특정 실시예들은 하나 이상의 디밍 패널들을 포함하는 시쓰루 근안 혼합 현실 머리 장착형 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.
도 1a는 본 기술의 실시예에 따른 시쓰루 디밍 패널(102)의 분해도이다. 도 1a에서 도시된 다양한 층들은 삼차원으로 만곡된 것으로서 도시되어 있지만, 이들 층들은 대안적으로 단지 이차원으로만 만곡될 수 있거나 또는 평면일 수 있다(또는 그 일부분들이 평면일 수 있다). 예를 들어, 도 1b는 다양한 층들(또는 그 일부분들)이 평면인 것인 시쓰루 디밍 패널(102)의 실시예의 예시적인 단면을 도시한다. 도 1c는 시쓰루 디밍 패널(102)의 단지 특정 층들의 분해도이고, 여기에 도시된 다양한 층들의 일부분들은 평면이다. 도 1a 내지 도 1c에서 도시된 다양한 층들은 대체로 직사각형인 것으로서 도시되어 있지만, 이들 층들은 다른 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 디밍 패널(102)이 머리 장착형 디스플레이 디바이스 내에 포함되는 경우, 다양한 층들의 형상은 안경 또는 바이저(visor)의 형상과 유사할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 시쓰루 디밍 패널(102)은 제1 투명 기판층(104), 제2 투명 기판층(106), 및 제1 및 제2 투명 기판층들(104, 106) 사이의 부유 입자 디바이스(SPD) 층(112)을 포함하는 것으로서 도시된다. 제1 투명 도전체층(108)은 제1 투명 기판층(104)과 SPD 층(112) 사이에 있다. 따라서, 제1 투명 도전체층(108)은 SPD 층(112)의 표면 상에, 또는 투명 기판층(104)의 표면 상에 배열될 수 있다. 제2 투명 도전체층(110)은 제2 투명 기판층(106)과 SPD 층(112) 사이에 있다. 따라서, 제2 투명 도전체층(110)은 SPD 층(112)의 표면 상에, 또는 제2 투명 기판층(106)의 표면 상에 배열될 수 있다.
실시예에서, 가요성이고/이거나 쉽게 손상되는 하나 이상의 다른 층들에 대한 지지 구조물 및/또는 보호물을 제공하기 위해, 제1 및 제2 투명 기판층들(104, 106)은 강체이다. 제1 및 제2 투명 기판층들(104, 106)은 유리, 플라스틱, 또는 바람직하게는 (각자의 인접한 투명 도전체층들(108, 110)을 절연시키도록) 매우 낮은 전기 전도도를 갖는 몇몇의 다른 투명 물질로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 투명 기판층들(104, 106)은 동일한 투명 물질로 제조된다. 대안적인 실시예에서, 제1 투명 기판층(104)은 제2 투명 기판층(106)과는 상이한 투명 물질로 제조된다. 제1 및 제2 투명 기판층들(104, 106)의 두께들은 약 1밀리미터(㎜) 정도일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서, 제1 및 제2 투명 도전체층들(108, 110)은 하나 이상의 투명 도전막(transparent conductive film; TCF)으로 제조된다. 예를 들어, 제1 및 제2 투명 도전체층들(108, 110)은 비제한적인 예시로서, 주석 도핑된 인듐 산화물(ITO), 알루미늄 도핑된 아연 산화물(AZO) 또는 인듐 도핑된 카드뮴 산화물과 같은, 투명 도전성 산화물(TFO)로 제조될 수 있다. 다른 예로서, 제1 및 제2 투명 도전체층들(108, 110)은 비제한적인 예시로서, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT) 또는 폴리(4,4-디옥틸시클로펜타디티오펜)과 같은, 투명 도전성 폴리머로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 투명 도전체층들(108, 110)은 동일한 전기전도성 투명 물질로 제조된다. 다른 실시예에서, 제1 투명 도전체층(108)은 제2 투명 도전체층(110)과는 상이한 투명 전기전도성 물질로 제조된다. 제1 및 제2 투명 도전체층들(108, 110)의 두께들은 약 100나노미터(㎚) 정도일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1a 및 도 1b에서, 참조번호 120으로서 라벨표시된 화살표는 디밍 패널(102)에 입사되는 광을 나타내고, 참조번호 121로서 라벨표시된 화살표는 디밍 패널(102)로부터 출사되는 광을 나타낸다. 디밍 패널(102)의 투과율에 따라, 디밍 패널(102)은 출사광(121)의 세기를 입사광의 세기에 비해 감쇄시키거나 또는 낮출 것이다. 예를 들어, 디밍 패널이 60%의 투과율을 갖는다면, 출사광(121)의 세기는 입사광(120)의 세기의 60%가 될 것이다(즉, 입사광의 세기보다 40% 작다). 아래에서 설명되는 SPD 층(112)은 디밍 패널(102)의 투과율을 제어하는데 사용된다.
SPD 층(112)은 투명한 유리 또는 플라스틱의 두 조각들(예를 들어, 시트) 사이의 액체 내에 부유된 작은 입자들(예를 들어, 막대 형태의 나노 크기 입자들)을 포함한다. 따라서, SPD 층(112)은 복수의 서브층들로 구성될 수 있다. SPD 층(112)의 일 면은 제1 투명 도전체층(108)에 인접하여 이 제1 투명 도전체층(108)에 접촉하고, SPD 층(112)의 다른 대향면은 제2 투명 도전체층(110)에 인접하여 이 제2 투명 도전체층(110)에 접촉한다. SPD 층(112)의 두 대향면들 사이에 어떠한 전압도 인가되지 않으면(즉, 전위차가 없으면), 부유 입자들은 랜덤하게 조직화되는데, 이는 입자들이 광을 차단하여 낮은 투과율을 야기시키는 것을 초래한다. 전위차는 제1 및 제2 투명 도전체층들(108, 110) 사이에 전위차를 인가함으로써 SPD 층(112)의 두 대향면들 사이에 인가될 수 있다. SPD 층(112)의 대향면들 사이의 전위차의 인가는 부유 입자들을 정렬시키고 광을 통과시키게 하여 투과율을 증가시키는 종방향(SPD 층의 주면(main surface)들에 수직한) 전기장을 초래시킨다. SPD 층(112)의 두 대향면들 사이에 인가된 전위차를 변화시킴으로써, 부유 입자들의 배향이 변화되고, 그에 의해 투과율이 변경된다. SPD 층(112)의 두께는 약 50 내지 100나노미터(㎚) 정도일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1a를 구체적으로 참조하면, 제1 전극(114)은 제1 투명 도전체층(108)에 전기적으로 결합되고, 제2 전극(116)은 제2 투명 도전체층(108)의 제1 단부에 전기적으로 결합되며, 제3 전극(118)은 제2 투명 도전체층(108)의 제2 단부에 전기적으로 결합되며, 제2 단부는 제1 단부에 대향해 있거나 또는 이와 반대측에 있다.
본원에서 사용되는 용어 "면"은 층의 두 개의 주면들 중 하나, 즉 가장 큰 표면적을 갖는 (층의) 두 개의 면들 중 하나를 가리킨다. 대조적으로, 본원에서 사용되는 용어 "단부"는 층의 부면(minor surface)들 또는 가장자리들 중 하나를 가리킨다. 예를 들어, 직사각형의 유리 또는 플라스틱 시트는 두 개의 대향면들과, 네 개의 단부들을 갖는 것으로 간주될 수 있다. 마찬가지로, 직사각형 투명 도전체층은 두 개의 대향면들과, 네 개의 단부들을 갖는 것으로 간주될 수 있다. 다른 예를 들면, 팔각형의 층은 두 개의 대향면들과, 여덟개의 단부들을 갖는 것으로 간주될 수 있다. 이러한 층들은 두 개의 면들과 복수의 단부들을 갖는 다각형일 필요는 없다. 예를 들어, 원형 또는 타원형의 층은 두 개의 대향면들을 갖는 것으로 간주될 수 있으며, 이러한 층의 대향 단부들은 대략 180도 떨어져 있는, 층의 가장자리들 또는 그 근처의 점들이다.
실시예에서, 제1 전극(114)에는 제1 전압(V1)이 선택적으로 인가되고, 제2 전극(116)에는 제2 전압(V2)이 선택적으로 인가되며, 제3 전극(118)에는 제3 전압(V3)이 선택적으로 인가된다. 단일 전압 공급부가 전압 레벨들을 적절하게 승압 또는 강압함으로써 세 개의 전압들 V1, V2 및 V3을 생성하는 데에 사용될 수 있다. 대안적으로, 세 개의 전압 공급부들이 세 개의 전압들 V1, V2 및 V3을 생성하는 데에 사용될 수 있다. 하나의 전압 공급부가 세 개의 전압들 중 두 개의 전압들을 생성하는 데 사용되고, 두 번째 전압 공급부가 세 개의 전압들 중 세번째 전압을 생성하는 데 사용되는 것이 또한 가능하다. 본 업계의 당업자에게 이해되는 바와 같이, 다른 변형들도 가능하다. 이하에 설명되는 도 1c는 두 개의 전압 공급부들을 포함하는 예시적인 시스템 또는 장치의 일부를 도시한다.
도 1c를 참조하면, 제1 전압 공급부(122)는 제1 전극(114)과 제2 전극(116) 사이에 전위차를 생성하여 제1 투명 도전체층(109)과 제2 투명 도전체층(110) 사이에 전위차를 제공한다. 상술한 바와 같이, 이 전위차는 부유 입자들을 정렬시키고 광을 통과시키게 하여 투과율을 증가시키는 종방향(SPD 층(112)의 주면들에 수직한) 전기장를 초래한다. 도 1c를 다시 참조하면, 제2 전압 공급부(124)는 제2 전극(116)과 제2 전극(118) 사이에 전위차를 생성하여 제2 투명 도전체층(110)의 대향 단부들 사이에 전위차를 제공한다. 이러한 전위차는 제2 투명 도전체층(110)에 평행하고, 따라서 SPD 층(112)의 주면들에 평행한 횡방향 전기장를 초래한다. 횡방향 전기장은 제2 투명 도전체층(110) 및 그 이웃하는 SPD 층(112)의 미세 가열을 야기시킨다. 이러한 미세 가열의 이점은 아래에 설명된다.
실시예에서, 제1 및 제2 전압 공급부들(122, 124)은 제1 전극(114)과 제2 전극(116) 사이의 전위차 및 제2 전극(116)과 제3 전극(118) 사이의 전위차를 제어하는 제어 회로부(130)의 일부이다. 이러한 제어 회로부(130)는 대안적인 및/또는 추가적인 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로부(130)는 전압 공급부들(122, 124)에 의해 생성된 전압을 조정하는데 사용될 수 있거나, 또는 전압 공급부들(122, 124)에 의해 생성된 전압들을 원하는 레벨로 교대로 승압 또는 강압할 수 있다. 제어 회로부(130)는 또한 전압 공급부(122)의 단자들을 제1 및/또는 제2 전극들(114, 116)에 선택적으로 연결하고 연결해제하는 하나 이상의 스위치들, 및/또는 전압 공급부(124)의 단자들을 제2 및/또는 제3 전극들(116, 118)에 선택적으로 연결하고 연결해제하는 하나 이상의 스위치들을 포함할 수 있다. 제어 회로부(130)는 또한 마이크로제어기를 포함할 수 있고/있거나 외부 마이크로제어기 또는 프로세서와 인터페이싱할 수 있다.
제1, 제2 및 제3 전극들(114, 116, 118)로부터 V1, V2 및 V3이 각각 접지되거나 또는 연결해제될 때, SPD 층(112)은 비활성화 상태에 있을 것이다. SPD 층(112)은, 비활성화 상태에 있을 때, 최소 투과율을 갖고, 따라서 어둡거나 불투명하다. 본 설명의 목적을 위해, 비활성화 상태 동안의 SPD 층(112)의 투과율은 약 1퍼센트라고 가정할 수 있다. 그러나, 다른 투과율들이 비활성화 상태에 대응할 수 있다. 바람직하게, SPD 층(112)의 최소 투과율은 가능한 한 최고 투과율 동적 범위를 제공하기 위해 가능한 한 0퍼센트에 가깝다. SPD 층(112)은, 제1 전극(114)과 제2 전극(116) 사이에, 보다 구체적으로는 제1 투명 도전체층(108)과 제2 투명 도전체층(110) 사이에, 보다 더 구체적으로는 SPD 층(112)의 대향면들 사이에 전위차가 인가되지 않을 때, 최소 투과율 또는 비활성화 상태에 있을 것이다. 이것은, V1 및 V2를 동일한 0이 아닌 레벨로 설정함으로써 SPD 층(112)을 최소 투과율 또는 비활성화 상태로 둘 수도 있는 것이 가능하다는 것을 의미한다.
제1 전극(114)과 제2 전극(116) 사이에 전위차가 인가되면, SPD 층(112)은 활성화 상태에 있을 것인데, 이 동안에는 SPD 층(112)의 투과율은 증가한다. 본 설명의 목적을 위해, 활성화 상태 동안의 SPD 층(112)의 최대 투과율은 80퍼센트라고 가정할 수 있다. 하지만, 다른 최대 투과율들이 가능할 수 있다. 바람직하게, SPD 층(112)의 최대 투과율은 가능한 한 최고 투과율 동적 범위를 제공하기 위해 가능한 한 100퍼센트에 가깝다. SPD 층(112)은, 제1 전극(114)과 제2 전극(116) 사이에, 보다 구체적으로는 제1 투명 도전체층(108)과 제2 투명 도전체층(110) 사이에, 보다 더 구체적으로는 SPD 층(112)의 대향면들 사이에 전위차가 인가될 때, 높은 투과율 또는 활성화 상태에 있을 것이다. 특정 실시예들에 따라, 제1 전극(114)과 제2 전극(116) 사이에 인가된 전위차는 AC 전압(ACV)이다. 최대 투과율을 달성하기 위해 사용되는 최대 AC 전압은, 예를 들어, 120VAC일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. SPD 층(112)의 최대 투과율 레벨과 최소 투과율 레벨 사이의 상이한 투과율 레벨들을 달성하기 위해 AC 전압의 상이한 레벨들이 사용될 수 있다. 실시예에서, 전기적 분극 효과를 통한 SPD 층(112)의 열화 또는 손상을 피하기 위해, 제1 전극(114)과 제2 전극(116) 사이에 인가된 AC 전압은 DC 성분이 없거나 또는 무시가능한 DC 성분을 갖는다.
SPD 층(112)은 SPD 층(112)의 대향면들 사이에의 전위차의 인가에 의해, 낮은 투과율(즉, 높은 불투명도) 상태에서 높은 투과율(즉, 높은 투명도) 상태로 전환할 때 빠른 응답 시간을 갖는다. 이 빠른 응답 시간은 전위차가 SPD 층의 대향면들 사이에 인가될 때 SPD 층 내의 부유 입자들이 매우 빨리 정렬되기 때문에 발생한다.
SPD 층(112)을 높은 투과율(즉, 높은 투명도) 상태에서 최소 투과율(즉, 최고 불투명도) 상태로 전환하기 위해, 전위차는 제1 전극(114)과 제2 전극(116) 사이에 (및, 더 구체적으로는, SPD 층(112)의 대향면들 사이에) 더 이상 인가되어서는 안된다. 제1 투명 도전체층(108)과 제2 투명 도전체층(110) 사이에 (및, 따라서, SPD 층(112)의 대향면들 사이에) 전위차가 더 이상 인가되지 않을 때, SPD 층(112) 내의 부유 입자들은 브라운 운동에 착수하여 랜덤하게 배향된다. (전위차가 SPD 층(112)의 대향면들 사이에 더 이상 인가되지 않을 때) SPD 층(112) 내의 부유 입자들에 의해 착수된 이러한 브라운 운동은 SPD 층의 대향면들 사이에 전위차가 인가된 것에 반응하여 SPD 층(112) 내의 부유 입자들이 빠르게 정렬되는 방식에 비교하여 상대적으로 느리다. 달리 말하면, 제1 투명 도전체층(108)과 제2 투명 도전체층(110) 사이에 인가되는 전압을 제거하는 것만으로는, 예를 들어, 약 15 내지 20초 정도의 비교적 느린 응답 시간을 초래할 것이다. SPD 층(112)의 대향면들 사이의 전위차를 제거하는 것보다는, SPD 층(112)의 투과율을 제1 레벨에서 더 낮은 제2 레벨(즉, 최소 투과율 이상)로 감소시키는 것이 요망되는 경우, 전위차는 제2 레벨의 투과율을 달성하는데 사용되는 적절한 레벨로 감소될 수 있다. 또한, SPD 층(112)의 대향면들 사이의 전위차의 제어된 점진적인 감소는 SPD 층(112)의 투과율의 제어된 점진적인 감소를 달성하기 위해 사용될 수 있다. 반대로, SPD 층(112)의 대향면들 사이의 전위차의 제어된 점진적인 증가는 SPD 층(112)의 투과율의 제어된 점진적인 증가를 달성하기 위해 사용될 수 있다.
후술되는 본 기술의 특정 실시예들은 SPD 층(112)을 높은 투과율(즉, 높은 투명도) 상태에서 낮은 투과율(즉, 높은 불투명도) 상태로 천이시키는 것과 관련된 응답 시간을 가속화한다. 보다 일반적으로, 후술되는 본 기술의 특정 실시예들은 SPD 층(112)의 투과율을 감소시키는 것과 관련된 응답 시간을 증가시킨다. 이러한 응답 시간의 증가는 제2 투명 도전체층(110)에 평행하고, 이에 따라 SPD 층(112)의 주면들에 평행한 횡방향 전기장을 생성하기 위해 제2 및 제3 전극들(116, 118)(이것들은 제2 투명 도전체층(110)의 대향 단부들에 전기적으로 결합됨)을 이용함으로써 달성된다. 이 횡방향 전기장은 SPD 층(112)을 가열하는 제2 투명 도전체층(110)을 미세하게 가열하여, SPD 층(112) 내의 부유 입자에 의해 착수된 브라운 운동을 가속화시키는 효과를 갖는다. 브라운 운동의 이러한 가속화는 전위차가 SPD 층(112)의 대향면들 사이에 더 이상 인가되지 않을 때 최대화된다. 예를 들어, 횡방향 전기장은 제2 투명 도전체층(110)과 접촉하는 SPD 층(112)의 온도를 약 섭씨 10도 내지 60도만큼 증가시킬 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이롭게는, 횡방향 전기장에 의해 야기된 이러한 미세 가열은 제1 및 제2 투명 기판층들(104, 106)에 무시할 수 있는 온도 변화를 부여할 것이고, 이에 따라, 디밍 패널(102)을 터치하거나 또는 다른 방식으로 디밍 패널(102)에 접촉하게 되는 사용자에게는 쉽게 눈에 띄지 않을 것이다.
실시예에 따르면, 횡방향 전기장은 제2 전극(116)과 제3 전극(118) 사이에 전위차를 인가함으로써 생성된다. (제2 전극(116)과 제3 전극(118) 사이에 인가되는) 전위차의 크기는 약 2V 내지 10V 정도일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. (제2 전극(116)과 제3 전극(118) 사이에 인가되는) 전위차는 AC 전압일 수 있다. 대안적으로, (제2 전극(116)과 제3 전극(118) 사이에 인가되는) 전위차는 DC 전압일 수 있다.
횡방향 전기장의 사용은 SPD 층(112)(및, 보다 일반적으로는, 디밍 패널(102))이 최대 투과율(즉, 최고 투명도) 상태에서 최소 투과율(즉, 최고 불투명도) 상태로 천이하는데 걸리는 시간을 약 1초 또는 2초로 감소시킨다. 비교해보면, 횡방향 전기장의 사용이 없는 경우, SPD 층(112)(및, 보다 일반적으로는, 디밍 패널(102))이 최대 투과율(즉, 최고 투명도) 상태에서 최소 투과율(즉, 최고 불투명도)로 천이하는데 약 15초 내지 20초 걸린다. 따라서, 횡방향 전기장의 사용은 횡방향 전기장가 사용되지 않은 경우와 비교하여 천이 시간의 약 10배 감소를 제공한다.
(제2 전극(116)과 제3 전극(118) 사이에 인가되는) 전위차의 크기 및 변화율은 SPD 층(112)이 높은 투과율(즉, 높은 투명도) 상태로부터 낮은 투과율(즉, 높은 불투명도) 상태로 어떻게 빨리 천이할지를 제어하도록 조정될 수 있다. 달리 말하면, 천이 시간은 횡방향 전기장의 변화율 및 크기를 제어함으로써 제어될 수 있다. 천이 시간은 또한 종방향 전기장의 변화율 및 크기를 제어함으로써 제어될 수 있다.
SPD 층(112)의 교정 및 특성화는 SPD 층(112)이 종방향 및 횡방향 전기장의 변화에 어떻게 반응하는지를 이해하기 위해 수행될 수 있다. 예를 들어, 디밍 패널(102)의 조립 동안 또는 조립 후에, 제1 전극(114)과 제2 전극(116) 사이의 전위차 레벨들(및 그 내부에서의 변화, 및 그 변화율)에 응답하는 투과율 레벨들(및 그 내부에서의 변화, 및 그 변화율)이 측정되고 기록될 수 있고 제어 회로부를 튜닝하는데 사용될 수 있다. 추가적으로, 제2 전극(116)과 제3 전극(118) 사이의 전위차 레벨들의 증가에 응답하는 투과율 레벨들의 감소율이 측정되고 기록될 수 있고 제어 회로부를 튜닝하는데 사용될 수 있다. 또한, 제1 전극(114)과 제2 전극(116) 사이, 및 제2 전극(116)과 제3 전극(118) 사이의 전위차의 동시적인 및/또는 순차적인 변화들에 응답하여 SPD 층(112)의 투과율이 어떻게 변하는지를 특성화하기 위한 테스트가 수행될 수 있다.
추가적으로, SPD 층(112)이 원하는 투과율 레벨에 도달할 때를 검출하기 위해 하나 이상의 센서들이 사용될 수 있으며, 이 시점에서 횡방향 전기장이 제거될 수 있고, 적절한 전위차가 제1 전극(114)과 제2 전극(116)사이에 인가되어 SPD 층(112)의 투과율을 원하는 투과율로 유지할 수 있다. 이러한 센서들의 예시들을 도 3 내지 도 5를 참조하여 아래에서 설명된다. 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명되는 센서들은 머리 장착형 디스플레이 디바이스 내에 통합된 것으로서 도시되어 있지만, 유사한 센서들이 다른 시쓰루 디스플레이 내에, 또는 보다 일반적으로, 본 명세서에서 설명된 디밍 패널(102)을 포함하는 다른 디바이스들 또는 시스템들 내에 통합될 수 있다.
이제부터는 제1 투명 도전체층(예를 들어, 108)과 제2 투명 도전체층(예를 들어, 110) 사이에 샌드위치된 SPD 층(예를 들어, 112)과 함께 사용하기 위한 방법을 요약하는데 도 2a의 상위 레벨 흐름도를 사용된다. 보다 구체적으로, 이러한 방법은 SPD 층(예를 들어, 112)의 투과율을 조정하는데 사용하기 위한 것이다. 도 2a를 참조하면, 단계(202)는 제1 및 제2 투명 도전체층들(예컨대, 108, 110) 사이의 전위차를 선택적으로 조정하는 단계를 포함하며, 이는, 전술한 바와 같이, 종방향 전기장을 선택적으로 조정하는 단계를 포함한다. 단계(204)는 제2 투명 도전체층(예를 들어, 112)의 제1 단부와 제2 단부 사이의 전위차를 선택적으로 조정하는 단계를 포함하며, 이는, 전술한 바와 같이, 횡방향 전기장을 조정하는 단계를 포함한다. 보다 일반적으로, 단계(202)는 SPD 층(112)의 대향면들 사이의 전위차를 선택적으로 조정하는 단계를 포함하고, 단계(204)는 투명 도전체층들 중 하나의 투명 도전체층의 대향 단부들 사이의 전위차를 조정하는 단계를 포함한다. 도 1c를 다시 간략히 참조하면, 제1 전압 공급부(122)는 단계(202)를 수행하는데 사용될 수 있고, 제2 전압 공급부(124)는 단계(204)를 수행하는데 사용될 수 있다. 보다 일반적으로, 회로부(130)는 단계들(202 및 204)을 수행하는데 사용될 수 있다.
도 2b는 SPD 층(예를 들어, 112)의 투과율이 조정될 수 있는 방법의 추가적인 세부사항을 요약하는데 사용되는 상위 레벨 흐름도이다. 보다 구체적으로, 단계들(206 및 208)은 도 2a의 단계(202)의 추가적인 세부사항을 제공하고, 단계들(210 및 212)은 도 2a의 단계(204)의 추가적인 세부사항을 제공한다. 도 2b를 참조하면, 단계(206)는 제1 투명 도전체층(108)과 제2 투명 도전체층(110) 사이의 전위차를 증가시켜서 SPD 층(예를 들어, 112)의 투과율을 증가시키는 단계를 포함한다. 단계(208)는 제1 투명 도전체층(108)과 제2 투명 도전체층(110) 사이의 전위차를 감소시켜서 SPD 층(예를 들어, 112)의 투과율을 감소시키는 단계를 포함한다. 제1 투명 도전체층(108)과 제2 투명 도전체층(110) 사이의 전위차는 제1 투명 도전체층(108)과 제2 투명 도전체층(110) 사이의 전위차를 완전히 제거하거나, 또는 제1 투명 도전체층(108)과 제2 투명 도전체층(110) 사이의 전위차의 크기를 감소시킴으로써 감소될 수 있다.
단계(210)는 제1 투명 도전체층(108)과 제2 투명 도전체층(110) 사이의 전위차가 감소될 때의 SPD 층(예컨대, 112)의 투과율의 감소율을 증가시키기 위해 제2 투명 도전체층(예를 들어, 110)의 제1 단부와 제2 단부 사이의 전위차를 증가시키는 단계를 포함한다. 전술한 바와 같이, AC 또는 DC 전압을 사용하여 달성될 수 있는, 제2 투명 도전체층(예를 들어, 110)의 제1 단부와 제2 단부 사이의 전위차의 증가는 SPD 층(예컨대, 112)의 미세 가열을 야기하는 (SPD 층(예를 들어, 112)의 표면에 평행한) 횡방향 전기장을 초래시킨다. 이 미세 가열은 SPD 층 내의 부유 입자들의 브라운 운동을 증가시키며, 이로써 부유 입자들의 정렬된 상태로부터 랜덤하게 분산되는 상태로의 빠른 천이 방식을 증가시킨다.
단계(212)는 제2 투명 도전체층(예컨대, 110)의 제1 단부와 제2 단부 사이의 전위차를 감소시켜서 SPD 층(예를 들어, 112)의 투과율의 감소율을 감소시키는 단계를 포함한다. 제2 투명 도전체층(예컨대, 110)의 제1 단부와 제2 단부 사이의 전위차는 제2 투명 도전체층(예컨대, 110)의 제1 단부와 제2 단부 사이의 전위차를 완전히 제거하거나, 또는 제2 투명 도전체층(예컨대, 110)의 제1 단부와 제2 단부 사이의 전위차의 크기를 감소시킴으로써 수행될 수 있다.
도 1c를 다시 간략히 참조하면, 제1 전압 공급부(122)는 단계들(206, 208)을 수행하는데 사용될 수 있고, 제2 전압 공급부(124)는 단계들(210, 212)를 수행하는데 사용될 수 있다. 보다 일반적으로, 회로부(130)는 단계들(206, 208, 210 및 212)을 수행하는데 사용될 수 있다.
상술한 단계들 중 특정 단계들은 다른 단계들과 동시에 수행되거나 다른 단계들과 인터리빙될 수 있다. 예를 들어, 단계(208, 210)는 동시에 수행될 수 있다. 그러한 경우, SPD 층(예를 들어, 112)의 양면들 사이의 전위차의 (단계 208에서의) 감소는 열 랜덤화의 영향을 증가시키거나 또는 SPD 층 내의 부유 입자들이 단계(210)에 의해 달성되는 브라운 운동을 겪을 경향을 증가시킬 것이다.
상술한 디밍 패널(102)은 다양한 응용예들 내로 통합될 수 있다. 특히, 본 명세서에서 설명된 디밍 패널은 광을 동적으로 제어하고 필터링하는 것이 요망되는 시스템에서 특히 적용가능하다. 본 명세서에서 설명된 디밍 패널은 그대로 사용되거나 또는 대형 시스템 내의 컴포넌트들일 수 있다. 예를 들어, 디밍 패널(102)은 조정가능한 투과율을 갖는 윈도우 또는 시쓰루 파티션들 내에 포함될 수 있다. 이러한 윈도우 및/또는 시쓰루 파티션들은 주거 및/또는 상업용 건물에서 사용될 수 있다. 또한 이러한 윈도우를 비제한적인 예시로서, 자동차, 버스, 트럭 및 비행기와 같은 차량 내의 윈도우로서 사용하는 것이 가능하다.
특정 실시예들에 따르면, 상술한 디밍 패널(102)은 시쓰루 근안 혼합 현실 머리 장착형 디스플레이 디바이스 내에 포함된다. 상술한 디밍 패널(102)을 포함하는 이러한 머리 장착형 디스플레이 디바이스의 예시적인 세부사항을 이제부터 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명할 것이다.
도 3은 시쓰루 근안 혼합 현실 디스플레이 디바이스 시스템(300)의 예시적인 컴포넌트들을 도시한다. 시스템(300)은 본 명세서에서 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)로서 간략히 칭해질 수도 있거나, 또는 디스플레이 디바이스(302)로서 보다 더 간략히 칭해질 수 있는 머리 장착형 시쓰루 근안 혼합 현실 디스플레이 디바이스(302)를 포함한다. 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)는 와이어(306)를 통해 프로세싱 유닛(304)과 통신하는 것으로서 도시되어 있다. 다른 실시예들에서, 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)는 무선 통신을 통해 프로세싱 유닛(304)과 통신한다. 프로세싱 유닛(304)은 다양한 실시예들을 취할 수 있다. 예를 들어, 프로세싱 유닛(304)은 스마트 폰, 태블릿 또는 랩톱 컴퓨터와 같은 모바일 디바이스에서 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세싱 유닛(304)은 사용자의 신체에(예를 들어, 사용자의 손목에) 착용될 수 있거나 주머니 속에 넣어질 수 있는 별도의 유닛이며, 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)를 작동시키는데 사용되는 많은 컴퓨팅 전력을 포함한다. 프로세싱 유닛(304)은 이 예시에서 근처에 위치하거나 또는 원격 위치에 있는지에 상관없이 하나 이상의 허브 컴퓨팅 시스템(352)과 통신 네트워크(350)를 통해 무선 통신(예를 들어, WiFi, 블루투스, 적외선, RFID 전송, 무선 범용 직렬 버스(WUSB), 셀룰러, 3G, 4G 또는 다른 무선 통신 수단)할 수 있다. 다른 실시예들에서, 프로세싱 유닛(304)의 기능은 디스플레이 디바이스(302)의 소프트웨어 및 하드웨어 컴포넌트들 내에 통합될 수 있다.
일 실시예에서 랩 어라운드(wrap around) 안경의 형상 또는 폼팩터를 갖는 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)는, 사용자가 디스플레이 영역(312) 및 주변 영역(314)을 통해 내다볼 수 있고, 이로써 사용자의 전방 공간의 현실 직시(actual direct view)를 갖도록 사용자의 머리에 착용되도록 되어 있다. 도 3에서, 시쓰루 디스플레이 영역(312)은 사용자의 좌우 안구로 보기 위한 좌측 및 우측 시쓰루 디스플레이 서브 영역들(312L, 312R)을 각각 포함하는 것으로서 도시된다.
용어 "현실 직시"의 사용은 객체들의 창조된 이미지 표현물들을 바라보는 것이 아니라, 육안으로 직접 실세계 객체들을 바라보는 능력을 말한다. 예를 들어, 안경을 통해서 방을 바라보는 것은 사용자로 하여금 방의 현실 직시를 갖게 해주는 반면에, 텔레비젼을 통해 방의 동영상을 바라보는 것은 방의 현실 직시가 아니다. 예를 들어, 게임 애플리케이션과 같은 실행 소프트웨어의 환경에 기초하여, 본 시스템은 디스플레이 디바이스(302)를 착용하고 있는 사람이 볼 수 있는 가상 객체들의 이미지(이를 때때로 가상 이미지라고도 부른다)를 시쓰루 디스플레이 영역(312) 내에서 투사할 수 있으면서, 이 사람은 또한 시쓰루 디스플레이 영역(312)을 통해 그리고 시쓰루 디스플레이 영역(312)에 인접해 있지만 중첩되어 있지 않은 주변 영역(314)을 통해 실세계 객체를 보고 있어서, 증강 현실 경험을 제공한다. 도 3에서, 시쓰루 주변 영역(314)은 사용자의 좌측 및 우측 눈의 시야(field-of-view; FOV) 내에 각각 있는 좌측 및 우측 시쓰루 주변 서브 영역들(314L, 314R)을 포함하는 것으로서 도시된다.
도 3을 계속 참조하면, 프레임(315)은 전기 접속을 위한 도관은 물론 시스템의 다양한 엘리먼트들을 제위치에서 홀딩하기 위한 지지부를 제공한다. 이 실시예에서, 프레임(315)은 이하에서 더 논의되는 시스템의 엘리먼트들에 대한 지지부로서 편리한 안경 프레임을 제공한다. 다른 실시예들에서, 다른 지지 구조물이 사용될 수 있다. 이러한 구조물의 예시로는 바이저 또는 고글이 있다. 본 기술의 실시예들은 도 3에서 도시된 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)의 컴포넌트들의 형상 및 관련 치수로 제한되지 않는다. 오히려, 프레임(315), 시쓰루 디스플레이 영역(312), 및 시쓰루 주변 영역(314)과 같은 컴포넌트들은 도시된 것과는 상이한 형상 및/또는 치수를 가질 수 있다. 예를 들어, 시쓰루 디스플레이 영역(312) 및 시쓰루 주변 영역(314)은 수직축 및 수평축 둘 다에 대해 만곡화될 수 있다. 다른 예시로서, 시쓰루 디스플레이 영역(312)은 도시된 것보다 클 수 있으며, 이 경우 시쓰루 주변 영역(314)은 도시된 것보다 작을 수 있다.
프레임(315)은 사용자의 귀에 안착하기 위한 좌측 및 우측 안경다리 또는 측면 암을 포함한다. 안경다리(303)는 우측 안경다리의 실시예를 나타내고, 디스플레이 디바이스(302)를 위한 제어 회로부(336)를 포함한다. 이와 달리 제어 회로부(336)는 상이한 위치에 위치되거나 또는 다중 위치들 간에 분산될 수 있다. 도 3에서, 프레임(315)의 코걸이부는 외향 광 센서(308), 외향 카메라(309), 및 외향 마이크로폰(310)을 포함하는 것으로서 도시되어 있다. 그러나, 광 센서(308), 카메라(309), 및 마이크로폰(310) 중 하나 이상은 프레임(315)의 다른 부분들 상에 위치될 수 있다. 광 센서(308)는 예를 들어, 주변광 특성(예를 들어, 밝기, 순색량, 스펙트럼, 광원의 유형)을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 카메라(309)는 RGB 및/또는 깊이 이미지를 포함할 수 있는 비디오 및/또는 정지 이미지를 캡처하는데 사용될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 마이크로폰(310)은 소리를 녹음하고/녹음하거나 음성 명령을 수용하는데 사용될 수 있다. 광 센서(308), 카메라(309) 및/또는 마이크로폰(310)을 사용하여 얻어진 데이터는 제어 회로부(336)에 제공될 수 있고/있거나 프로세싱 유닛(304)에 전송될 수 있다. 또한, 예를 들어, 하나는 좌측 눈에 대응하고 다른 하나는 우측 눈에 대응하는 두 개의 외향 카메라(309)가 있는 것이 가능하다.
프레임(315) 상에 위치된 외향 광 센서(308)는 시쓰루 디스플레이 영역 또는 시쓰루 주변 영역(314)을 관통하여 아직 지나가지 않은 주변광의 세기와 같은 특성을 검출하는데 사용될 수 있다. 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)는 또한 시쓰루 디스플레이 영역(312) 및/또는 시쓰루 주변 영역(314)을 관통하여 지나간 주변광의 세기와 같은 특성을 검출하기 위한 추가적인 광 센서들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 여전히 도 3을 참조하면, 광 센서(313)는 시쓰루 디스플레이 영역(312)을 관통하여 지나간 주변광의 세기와 같은 특성을 검출하는데 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 광 센서(316)는 시쓰루 주변 영역(314)을 관통하여 지나간 주변광의 세기와 같은 특성을 검출하는데 사용될 수 있다. 각각의 광 센서들(308, 313 및 316)은, 예를 들어, 가시 스펙트럼 밖에 있는 파장(예를 들어, 적외선 파장)을 반사 및/또는 흡수하는 광학 필터를 포함함으로써 가시광에 주로 반응하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 광 센서(308, 313, 316)는 포토닉(photopic) 응답을 갖도록 설계될 수 있다.
제어 회로부(336)는 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)의 다른 컴포넌트들을 지지하는 다양한 전자장치들을 제공한다. 제어 회로부(336)의 예시적인 세부사항은 도 5와 관련하여 후술된다. 도 3에서 구체적으로 도시되지는 않았지만, 이어폰, 관성 센서, GPS 송수신기 및/또는 온도 센서와 같은 엘리먼트들이 안경다리(303) 내부 또는 안경다리(303)에 장착될 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 관성 센서는 3축 자력계, 3축 자이로 및 3축 가속도계를 포함한다. 관성 센서는 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)의 위치, 배향 및 급가속을 감지하는데 사용될 수 있다. 이러한 움직임들로부터 머리 위치가 결정될 수도 있다. 이들 센서들의 일부 추가적인 세부사항은 도 5를 참조하여 아래에서 설명된다.
상술한 바와 같이, 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)를 착용한 사용자는 시쓰루 디스플레이 영역(312)을 통해 가상 이미지 및 실제 이미지를 볼 수 있다. 디스플레이 디바이스를 착용한 사용자는 또한 시쓰루 주변 영역(314)을 통해 실제 이미지를 볼 수 있다. 가상 이미지는 프레임(315) 내에 장착되거나 프레임(315)에 장착된 하나 이상의 마이크로 디스플레이 디바이스들(도 3에서는 구체적으로 나타내지는 않았으나 도 5를 참조하여 이하에서 논의됨)의해 생성될 수 있고, 도파관, 거울 등과 같은 광학 엘리먼트들이 가상 이미지를 시쓰루 디스플레이 영역(312)에 전송 또는 안내하는데 사용될 수 있다. 대안적으로, 좌측 및 우측 시쓰루 마이크로 디스플레이는 좌측 및 우측 시쓰루 렌즈 또는 일부 다른 시쓰루 기판 상에 또는 그 내부에 위치되어 시쓰루 디스플레이 영역(312)을 제공할 수 있다. 달리 말하면, 프레임(315) 상에 위치한 하나 이상의 마이크로 디스플레이 디바이스는 하나 이상의 도파관, 거울 등을 사용하여 시쓰루 디스플레이 영역(312)에 전송되는 가상 이미지를 생성할 수 있거나, 또는 대안적으로, 시쓰루 디스플레이 영역(312)에서 디스플레이된 가상 이미지는 시쓰루 디스플레이 영역(312)과 공존해 있는 시쓰루 디스플레이를 사용하여 생성될 수 있다.
이러한 시쓰루 디스플레이 또는 마이크로 디스플레이 디바이스를 구현하는데 사용될 수 있는 상이한 이미지 생성 기술이 있다. 예를 들어, 광원이 광활성 물질에 의해 변조되고 백색광으로 백라이트되는 투과형 투사 기술이 사용될 수 있다. 이러한 기술들은 보통 강력한 백라이트 및 높은 광에너지 밀도를 갖는 액정 디스플레이(liquid crystal display; LCD)형 디스플레이를 이용하여 구현된다. 대안적으로, 외부광이 반사되고 광활성 물질에 의해 변조되는 반사식 기술을 이용될 수 있다. DLP(digital light processing), LCOS(liquid crystal on silicon) 및 퀄컴사의 Mirasol® 디스플레이 기술 모두가 반사식 기술들의 예시들이다. 추가적으로, 마이크로 디스플레이 또는 마이크로 디스플레이 디바이스를 통한 이러한 조망은 광이 디스플레이에 의해 생성되는 발광 기술을 이용하여 구현될 수 있다(예를 들어, Microvision 사의 PicoP™ 디스플레이 엔진을 참조하라). 발광 디스플레이 기술의 다른 예시는 마이크로 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode; OLED) 디스플레이이다. eMagin과 Microoled 회사들은 마이크로 OLED 디스플레이의 예시들을 제공한다.
전술한 바와 같이, 디스플레이 영역(312)은 시쓰루인 반면에, 디스플레이 영역(312)은 디스플레이 영역(312)에 입사되는 주변 가시광에 영향을 주는(예를 들어, 감쇠시키는), 투과율과 같은, 광학적 특성을 갖는다. 예를 들어, 시쓰루 디스플레이 영역(312)은 가시광에 대해 70%의 투과율을 가질 수 있는데, 이는 시쓰루 디스플레이 영역(312)에 입사되는 주변 가시광의 70%만이 시쓰루 디스플레이 영역(312)을 통과하여 사용자의 눈에 입사될 것이며, 주변 가시광의 나머지 30%는 시쓰루 디스플레이 영역(312)에 의해 반사 및/또는 흡수된다는 것을 의미한다. 이것을 설명하는 다른 방법은 시쓰루 디스플레이 영역(312)이 주변 가시광을 30% 희미해지게 할 수 있다는 것이다. 시쓰루 디스플레이 영역(312)이 사용자의 전체 FOV를 점유하지 않기 때문에, 그 광학 특성이 고려되지 않으면, 이는 사용자의 FOV 중 일부가 다른 FOV보다 더 어둡게 될, 광학 특성의 비균일성을 초래할 것이다. 본 기술의 특정 실시예들은 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)를 착용하는 사용자의 실질적으로 전체 FOV에 걸쳐, 실질적으로 균일한 투과율을 비롯하여, 실질적으로 균일한 광학 특성을 유지하는데 사용될 수 있다.
도 4a는 실시예에 따라 도 3에서 소개된 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)의 좌측 부분의 일부 엘리먼트들의 분해도이다. 도 4a를 참조하면, 상술된 바와 같이, 도 4a에서는 우측 시쓰루 디스플레이 서브 영역(312R)(도 3에서 도시됨)과 함께 시쓰루 디스플레이 영역(312)의 일부인 좌측 시쓰루 디스플레이 서브 영역(312L)이 도시된다. 도 4a에서는 또한 좌측 시쓰루 디스플레이 서브 영역(312L)에 인접하지만 이와는 중첩되지 않는 시쓰루 디밍 패널(402)의 좌측 부분이 도시되어 있다. 도 4a에서는 도시되지 않았지만, 시쓰루 디밍 패널(402)은 또한 우측 시쓰루 디스플레이 서브 영역(312R)에 인접하지만 이와는 중첩되지 않는 우측 부분을 포함한다. 보다 구체적으로, 도 4a의 실시예에서, 시쓰루 디밍 패널(402)은 도 3을 참조하여 기술된 시쓰루 주변 영역(314)과 공존해 있다. 달리 언급되지 않는 한, "중첩한다” 및 "중첩하는"의 용어들이 본 명세서에서 사용되는 것처럼, 제1 엘리먼트가 제2 엘리먼트와 중첩되는 것으로서 기술되면, 제1 엘리먼트는 제2 엘리먼트를 완전히 또는 적어도 실질적으로 중첩한다. 바람직하게는, 시쓰루 디스플레이 영역(312) 및 시쓰루 디밍 패널(402)은 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)를 착용하는 사용자의 실질적으로 전체 FOV를 집합적으로 커버한다.
실시예에 따라, 시쓰루 디밍 패널(402)의 투과율은 시쓰루 디스플레이 영역(312)의 투과율과 실질적으로 동일하다. 유익하게도, 이것은 사용자의 FOV 중 일부가 다른 FOV보다 어두워지는 것을 방지한다. 달리 설명하면, 이는 사용자의 전체 FOV에 걸쳐서 실질적으로 일관된 밝기를 제공한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 시쓰루 디밍 패널(402) 및 시쓰루 디스플레이 영역(312)의 하나 이상의 다른 광학 특성은 실질적으로 동일할 수 있다.
대안적인 실시예에 따르면, 시쓰루 디스플레이 영역(312)은 변화하는 투과율을 갖는다. 시쓰루 디스플레이 영역(312)의 투과율은, 예를 들어, 사용자 입력에 응답하여, 제어 회로부(336)로부터의 신호에 응답하여 및/또는 광 센서(308)로부터의 신호에 응답하여 변할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 사용자는 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)의 프레임(315) 상에 위치한 하나 이상의 버튼, 슬라이더 또는 일부 다른 촉각적 사용자 인터페이스(예컨대, 도 5의 참조번호 543)를 사용하여, 또는 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)와 통신하는 모바일 컴퓨팅 디바이스(예를 들어, 스마트폰 또는 태블릿) 상의 사용자 인터페이스를 사용하여 시쓰루 디스플레이 영역(312)의 투과율을 변경시킬 수 있다.
시쓰루 디스플레이 영역(312)이 변하는 투과율을 갖는 경우, 시쓰루 디밍 패널(402)은 또한, 시쓰루 디밍 패널(402)의 투과율이 시쓰루 디스플레이 영역(312)의 투과율과 실질적으로 동일하게 유지되게끔 동적으로 조정될 수 있도록, 변하는 투과율을 가져야 한다. 특정 예를 들면, 제어 회로부(336)는 시쓰루 디스플레이 영역(312)의 투과율을 모니터링할 수 있고, 시쓰루 디밍 패널(402)과 시쓰루 디스플레이 영역(312)의 투과율들이 실질적으로 동일하도록 시쓰루 디밍 패널(402)의 투과율을 조정할 수 있다. 특정 실시예들에 따라, 시쓰루 디밍 패널(402)은 도 1a 내지 도 2b를 참조하여 전술한 디밍 패널(102)을 사용하여 구현된다.
계속해서 도 4a를 참조하면, 추가적인 시쓰루 디밍 패널(404)은 시쓰루 디스플레이 영역(312) 및 시쓰루 디밍 패널(402) 둘 다와 중첩한다. 시쓰루 디스플레이 영역(312)이 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)를 착용하는 사용자의 FOV의 제1 부분 내에 있고, 시쓰루 디밍 패널(402)이 사용자의 FOV의 제2 부분 내에 있다고 가정하면, 추가적인 시쓰루 디밍 패널(404)은 디바이스(302)를 착용하는 사용자의 FOV의 제1 및 제2 부분들 둘 다 내에 있다. 추가적인 시쓰루 디밍 패널(404)은 대응하는 투과율을 비롯한 대응하는 광학 특성을 갖지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 도 4a의 분해도에서, 디밍 패널(402 및 404)은 서로 이격되어 있는 것으로서 도시되어 있지만, 패널들(402 및 404)은 도 4a에서의 B-B 점선을 따른 단면을 도시하는 도 4b에서 도시된 바와 같이 서로 접촉할 수 있다. 대안적으로, 디밍 패널들(402 및 404) 사이에 에어 갭 또는 시쓰루 물질(예를 들어, 렌즈)이 있을 수 있다. 다른 광학 및/또는 전기 광학 컴포넌트(들), 및/또는 하나 이상의 다른 유형의 컴포넌트(들)을 포함할 수 있는 디밍 패널들(402 및 404) 사이에 공동 또는 공간이 있을 수 있다.
실시예에 따르면, 추가적인 시쓰루 디밍 패널(404)은 변경될 수 있는 투과율(및/또는 다른 광학 특성)을 갖는다. 특정 실시예들에 따라, 시쓰루 디밍 패널(404)은 도 1a 내지 도 2b를 참조하여 전술한 디밍 패널(102)을 사용하여 구현된다.
광이 각자의 투과율을 각각 갖는 두 개의 상이한 엘리먼트들을 관통하여 지나가는 경우, 두 개의 엘리먼트들의 총체적 투과율은 두 개의 투과율을 곱한 값과 동일하다. 예를 들어, 시쓰루 디밍 패널(402)의 투과율이 70%이고, 추가적인 시쓰루 디밍 패널(404)의 투과율이 80%인 경우, 두 개의 패널들(402 및 404)은 56퍼센트(즉, 0.70 x 0.80 = 0.56)의 총체적 투과율을 갖는다. 추가적인 시쓰루 디밍 패널(404)이 시쓰루 디스플레이 영역(312) 및 시쓰루 디밍 패널(402) 둘 다와 중첩하기 때문에, 시쓰루 디밍 패널(402)의 투과율이 시쓰루 디스플레이 영역(312)의 투과율과 실질적으로 동일하는 한, 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)의 전체 시쓰루 부분에 대한 투과율은 추가적인 시쓰루 디밍 패널(404)의 투과율에 관계없이 실질적으로 동일하게 유지되어야 한다.
특정 실시예들에 따라, 시쓰루 디밍 패널(402)은 도 1a 내지 도 2b를 참조하여 전술한 디밍 패널들(102) 중 제1 디밍 패널을 사용하여 구현되며, 시쓰루 디밍 패널(404)은 도 1a 내지 도 2b를 참조하여 전술한 디밍 패널들(102) 중 제2 디밍 패널을 사용하여 구현된다. 대안적으로, 디밍 패널들(402 및 404) 중 하나만이 도 1a 내지 도 2b를 참조하여 상술한 디밍 패널(102)을 사용하여 구현되며, 디밍 패널들(402 및 404) 중 나머지 다른 하나는 상이한 기술을 사용하여 구현된다. 예를 들어, 디밍 패널(102)을 사용하여 구현되지 않는 디밍 패널들(402 및 404) 중 하나는, 전기변색(electrochromic; EC) 엘리먼트, 액정(LC)층, 폴리머 분산형 액정(polymer dispersed liquid crystal; PDLC)층, 광변색 층, 열변색 층, 또는 MEMS 마이크로 블라인드 층일 수 있거나 또는 이들을 포함할 수 있다.
특정 실시예들에 따라, 시쓰루 디밍 패널(404)은 도 3을 참조하여 설명되고 도시된 광 센서(308)에 입사되는 주변 가시광에 따라 조정되는 투과율을 갖는 능동 디밍 패널(예를 들어, 디밍 패널(102)을 사용하여 구현됨)이다. 보다 구체적으로, 광 센서(308)는 센서에 입사되는 주변 가시광을 검출할 수 있고, 그에 응답하여 검출된 주변 가시광의 하나 이상의 특성(예를 들어, 세기)을 나타내는 하나 이상의 신호를 생성할 수 있다. 광 센서(308)에 의해 생성된 하나 이상의 신호들은 제어 회로부(336) 및/또는 프로세싱 유닛(304)에 제공될 수 있으며, 이들 중 적어도 하나는 광 센서(308)에 의해 생성된 하나 이상의 신호들 중 적어도 하나의 신호에 따라 시쓰루 디밍 패널(404)의 투과율을 조정할 수 있다. 이러한 실시예는, 예를 들어, 주변광 레벨이 변할 때 사용자에 대해 실질적으로 일정한 밝기를 유지하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 주변광 레벨이 상대적으로 높을 때, 시쓰루 디밍 패널(404)의 투과율은 상대적으로 낮은 것을 가정한다. 주변광 레벨이 감소하면, 사용자의 눈에 도달하는 주변광의 양을 비교적 정적으로 유지시키거나, 또는 적어도 사용자의 눈에 도달하는 주변광 레벨에서의 변동의 정도를 감소시키려는 시도로 시쓰루 디밍 패널(404)의 투과율은 증가될 수 있다.
머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)의 바깥 부분에 입사하는 주변광의 특성을 검출하기 위해 광 센서(308)를 사용하는 것 이외에 또는 이를 대신하여, 시쓰루 디밍 패널(404) 및 시쓰루 디스플레이 영역(312) 둘 다를 관통하여 지나가는 광의 특성(예를 들어, 세기 및/또는 순색량)을 검출하기 위해 광 센서(313)가 사용될 수 있고, 시쓰루 디밍 패널(404) 및 시쓰루 디밍 패널(402) 둘 다를 관통하여 지나가는 광의 특성(예를 들어, 세기 및/또는 순색량)을 검출하기 위해 광 센서(316)가 사용될 수 있다. 광 센서들(313, 316) 각각은 각각의 센서에 의해 검출된 광의 하나 이상의 특성(예를 들어, 세기 및/또는 순색량)을 나타내는 하나 이상의 신호를 생성할 수 있다. 광 센서들(313, 316)에 의해 생성된 이러한 신호들은 제어 회로부(336) 및/또는 프로세싱 유닛(304)에 제공될 수 있고,이들 중 적어도 하나는, 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)를 착용하는 사용자의 실질적으로 전체 FOV에 걸쳐 실질적으로 균일한 광학 특성(예를 들어, 실질적으로 균일한 투과율)을 달성하기 위해 시쓰루 디밍 패널(402), 시쓰루 디밍 패널(404) 및/또는 시쓰루 디스플레이 영역(312)의 투과율(및/또는 다른 광학 특성)을 조정할 수 있다. 광 센서들(313, 316)의 위치는 도면들에서 도시된 것과는 다를 수 있다. 시쓰루 디밍 패널(404) 및 시쓰루 디스플레이 영역(312) 둘 다를 관통하여 지나가는 광의 특성(예를 들어, 세기)을 검출하기 위해 공간적으로 분리된 다중 광 센서들(313)이 사용될 수 있고, 시쓰루 디밍 패널(404) 및 시쓰루 디밍 패널(402) 둘 다를 관통하여 지나가는 광의 특성(예를 들어, 세기)을 검출하기 위해 공간적으로 분리된 다중 광 센서들(316)이 사용될 수 있는 것이 또한 가능하다.
특정 실시예들에 따라, 시쓰루 디밍 패널(404)은 시쓰루 디스플레이 영역(312)을 포함하는 디바이스(302)의 부분과 연관된 시쓰루 콘트라스트비(see-through contrast ratio; STCR)를 제어하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 시쓰루 디밍 패널(404)은 사용자가 STCR을 조정할 수 있도록 하거나, 또는 실질적으로 일정한 STCR을 유지할 수 있도록 하는데 사용될 수 있다. 시쓰루 디스플레이 영역(312)을 포함하는 디바이스(302)의 부분의 경우, 시쓰루 콘트라스트비(STCR)는, 디바이스(302)의 조망면으로부터 나오는 주변 가시광의 밝기(디밍 패널(404) 및 시쓰루 디스플레이 영역(312) 둘 다를 통과하는 주변 가시광의 밝기를 포함함)에 대한 디바이스(302)의 조망면으로부터 나오는 가시광의 총 밝기(시쓰루 디스플레이 영역(312)에 의해 방출된 가시광 더하기 디밍 패널(404) 및 시쓰루 디스플레이 영역(312) 둘 다를 통과하는 주변 가시광을 포함함)의 비를 지칭한다. 디바이스의 조망면은 디바이스의 사용자를 향해 있는 면, 보다 구체적으로는 사용자의 눈을 향해 있는 디바이스(302)의 면을 지칭한다. 시쓰루 디스플레이 영역(312)의 밝기가 조정가능한 경우, STCR은 추가적으로 또는 대안적으로, 시쓰루 디스플레이 영역(312)의 밝기를 조정함으로써 제어될 수 있다. 특정 실시예들에 따라, STCR은 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 광 센서들로부터 수신된 신호, 시쓰루 디밍 패널(404)의 투과율, 및/또는 시쓰루 디스플레이 영역(312)의 투과율에 기초하여 결정될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 광 센서들로부터 수신된 신호는 실질적으로 일정한 STCR을 유지하기 위해 폐루프 피드백 시스템에서 사용될 수 있다. 실질적으로 일정한 STCR은 디폴트 STCR 레벨, 사용자 인터페이스를 사용하여 사용자에 의해 지정된 STCR 레벨, 또는 디바이스(302)가 실행하는 애플리케이션에 의해 지정된 STCR 레벨일 수 있다. 일반적으로, STCR이 클수록, 사용자는 시쓰루 디스플레이 영역(312)에 의해 디스플레이된 가상 객체를 더 쉽게 조망할 수 있다.
도 4b에서, 시쓰루 디밍 패널(404)은 시쓰루 디밍 패널(402) 및 시쓰루 디스플레이 영역(312)을 포함하는 평면보다 사용자의 눈(440)으로부터 더 먼 평면에 있는 것으로서 도시되어 있다. 대안적인 실시예에서, 이들 두 개의 평면들은, 시쓰루 디밍 패널(404)이 시쓰루 디밍 패널(402) 및 시쓰루 디스플레이 영역(312)을 포함하는 평면보다 사용자의 눈(440)에 더 가깝도록 뒤바뀌어질 수 있다. 어느 경우든지, 시쓰루 디밍 패널(404)은 시쓰루 디밍 패널(402) 및 시쓰루 디스플레이 영역(312) 둘 다와 중첩한다고 말할 수 있다.
특정 실시예들에 따라, 시쓰루 디스플레이 영역(312) 내에서 관찰가능한 가상 이미지를 생성하는데 사용되는 기술의 유형에 관계없이, 시쓰루 디스플레이 영역(312)은 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)를 착용하는 사용자의 시야(field-of-view; FOV) 전체를 차지하지 않는다. 오히려, 시쓰루 주변 영역(314)의 적어도 일부는 또한 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)를 착용하는 사용자의 FOV 내에 있을 것이다. 대안적인 실시예들에서, 시쓰루 디스플레이 영역(312)은 사용자의 전체 FOV를 차지하며, 이 경우, 시쓰루 디밍 패널(402)은 제거될 수 있고, 시쓰루 디밍 패널(404)은 전체 FOV를 차지하는 시쓰루 디스플레이 영역과 공존해 있을 수 있다. 이러한 대안적인 실시예들에서, 시쓰루 디밍 패널(404)은 시쓰루 콘트라스트비(STCR) 및/또는 다른 광학 특성들을 조정하도록 제어될 수 있는 능동 디밍 패널일 수 있다. 보다 구체적으로, 디밍 패널(404)은 도 1a 내지 도 2b를 참조하여 상술한 디밍 패널(102)로서 구현될 수 있다.
도 4c는 대안적인 실시예에 따라 도 3에서 소개된 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)의 좌측 부분의 일부 엘리먼트들의 분해도이다. 도 4c를 참조하면, 상술된 바와 같이, 도 4c에서는 우측 시쓰루 디스플레이 서브 영역(312R)(도 3에서 도시됨)과 함께 시쓰루 디스플레이 영역(312)의 일부인 좌측 시쓰루 디스플레이 서브 영역(312L)이 도시된다. 도 4c에서는 또한 좌측 시쓰루 디스플레이 서브 영역(312L)에 인접하지만 이와는 중첩되지 않는 시쓰루 디밍 패널(302)의 좌측 부분이 도시되어 있다. 도 4c에서는 도시되지 않았지만, 시쓰루 디밍 패널(403)은 또한 우측 시쓰루 디스플레이 서브 영역(312R)에 인접하지만 이와는 중첩되지 않는 우측 부분을 포함한다. 보다 구체적으로, 도 4c의 실시예에서, 시쓰루 디밍 패널(403)은 도 3을 참조하여 기술된 시쓰루 주변 영역(314)과 공존해 있다. 도 4c의 분해도에서, 시쓰루 디밍 패널(406) 및 시쓰루 디스플레이 영역(312)은 서로 이격되어 있는 것으로서 도시되어 있지만, 패널(406)은 도 4c에서 D-D 점선을 따른 단면을 도시한 4d에서 도시된 바와 같이, 시쓰루 디스플레이 영역(312)과 접촉할 수 있다. 대안적으로, 시쓰루 디밍 패널(406)과 시쓰루 디스플레이 영역(312) 사이에 에어 갭 또는 시쓰루 물질(예를 들어, 렌즈)이 있을 수 있다. 다른 광학 및/또는 전기 광학 컴포넌트(들), 및/또는 하나 이상의 다른 유형의 컴포넌트(들)을 포함할 수 있는 디밍 패널들(402 및 404) 사이에 공동 또는 공간이 있을 수 있다.
바람직하게는, 시쓰루 디스플레이 영역(312) 및 시쓰루 디밍 패널(403)은 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)를 착용하는 사용자의 실질적으로 전체 FOV를 집합적으로 커버한다. 도 4c에서는 또한 시쓰루 디스플레이 영역(312)과 중첩되는 추가적인 시쓰루 디밍 패널(406)이 도시되어 있다. 도 4c에서는 도시되지 않았지만, 시쓰루 디밍 패널(406)은 또한 우측 시쓰루 디스플레이 서브 영역(312R)과 중첩하는 우측 부분을 포함한다. 보다 구체적으로, 도 4c의 실시예에서, 시쓰루 디밍 패널(406)은 시쓰루 디스플레이 영역(312)과 공존해 있다. 이 실시예에서, 시쓰루 디스플레이 영역(312) 및 시쓰루 디밍 패널(406) 둘 다는 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)를 착용하는 사용자의 FOV의 제1 부분 내에 있고, 시쓰루 디밍 패널(403)은 디바이스를 착용하는 사용자의 FOV의 제2 부분 내에 있다. 바람직하게는, (시쓰루 디스플레이 영역(312)을 커버하는) 시쓰루 디밍 패널(406) 및 시쓰루 디밍 패널(403)은 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)를 착용하는 사용자의 실질적으로 전체 FOV를 집합적으로 커버한다.
시쓰루 디스플레이 영역(312)은 관련된 투과율(Tr1)을 갖고, 중첩하는 시쓰루 디밍 패널(406)은 자체적인 관련 투과율(Tr2)을 갖는다. 상술한 바와 같이, 광이 각자의 투과율을 각각 갖는 두 개의 상이한 엘리먼트들을 관통하여 지나가는 경우, 두 개의 엘리먼트들의 총체적 투과율은 두 개의 투과율을 곱한 값과 동일하다. 따라서, 시쓰루 디밍 패널(406) 및 시쓰루 투 디스플레이 영역(312)의 총체적인 투과율은 시쓰루 디밍 패널(406)의 투과율(Tr1)에 시쓰루 디스플레이 영역(312)의 투과율(Tr2)을 곱한 값(예를 들면, Tr1 × Tr2와 동일)과 동일하다. 시쓰루 디밍 패널(302)은 또한 자신의 투과율(Tr3)을 갖는다. 실시예에 따르면, 시쓰루 디밍 패널(302)의 투과율(Tr3)은 시쓰루 디밍 패널(406)의 투과율(Tr1)에 시쓰루 디스플레이 영역(312)의 투과율(Tr2)을 곱한 값과 실질적으로 동일하다(즉, Tr3
Figure 112021150664313-pat00001
Tr1 x Tr2). 유익하게도, 이것은 사용자의 FOV 중 일부가 다른 FOV보다 어두워지는 것을 방지한다. 달리 설명하면, 이는 사용자의 전체 FOV에 걸쳐서 실질적으로 일관된 밝기를 제공한다.
실시예에 따르면, 시쓰루 디스플레이 영역(312)은 변화하는 투과율을 갖는다. 도 4a 및 4b를 참조하여 상기에서 논의되었던 것과 유사한 방식으로, 시쓰루 디스플레이 영역(312)의 투과율(및/또는 다른 광학 특성)은, 예를 들어, 사용자 입력에 응답하여, 제어 회로부(336)로부터의 신호에 응답하여 및/또는 광 센서(308)로부터의 신호에 응답하여 변할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
시쓰루 디스플레이 영역(312)이 변하는 투과율을 갖는 경우, 시쓰루 디밍 패널들(403, 406) 중 적어도 하나는 또한, 시쓰루 디밍 패널(403)의 투과율(Tr3)이 시쓰루 디밍 패널(406)의 투과율(Tr1)에 시쓰루 디스플레이 영역(312)의 투과율(Tr2)을 곱한 값과 실질적으로 동일하게 유지되도록(즉, Tr3
Figure 112021150664313-pat00002
Tr1 x Tr2), 변하는 투과율을 가져야 한다. 특정 실시예들에서, 시쓰루 디밍 패널들(403, 406) 둘 다는 변하는 투과율들을 갖는다. 시쓰루 디밍 패널(403)은 도 1a 내지 도 2b를 참조하여 전술한 디밍 패널들(102) 중 제1 디밍 패널을 사용하여 구현될 수 있으며, 시쓰루 디밍 패널(406)은 도 1a 내지 도 2b를 참조하여 전술한 디밍 패널들(102) 중 제2 디밍 패널을 사용하여 구현될 수 있다. 대안적으로, 디밍 패널들(403 및 406) 중 하나만이 도 1a 내지 도 2b를 참조하여 상술한 디밍 패널(102)을 사용하여 구현되며, 디밍 패널들(402 및 404) 중 나머지 다른 하나는 상이한 기술을 사용하여 구현된다. 예를 들어, 디밍 패널(102)을 사용하여 구현되지 않는 디밍 패널들(403 및 406) 중 하나는, EC층, LC층, PDLC층, 광변색 층, 열변색 층, 또는 MEMS 마이크로 블라인드 층일 수 있거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 시쓰루 디밍 패널들(403 및 406) 중 단지 하나만이 변하는 투과율은 갖고, 나머지 다른 하나는 정적인 투과율을 갖는다.
실시예에서, 제어 회로부(336)는 시쓰루 디밍 패널(403)의 투과율(Tr3)이 시쓰루 디밍 패널(406)의 투과율(Tr1)에 시쓰루 디스플레이 영역(312)의 투과율(Tr2)을 곱한 값과 실질적으로 동일한 관계를 유지하도록 변경가능한 투과율들 중 적어도 하나의 투과율을 제어할 수 있다.
시쓰루 디스플레이 영역(312), 시쓰루 디밍 패널(406) 및/또는 시쓰루 디밍 패널(403) 중의 하나 이상의 것의 광학 특성(예를 들어, 투과율)이 변경될 수 있는 경우, 도 3에서 도시된 하나 이상의 광 센서들(308, 313 및/또는 316)에 의해 생성된 신호들이 이러한 광학 특성(예를 들어, 투과율(들))을 조정하기 위해 제어 회로부(336) 및/또는 프로세싱 유닛(304)에 의해 사용될 수 있다. 예를 들어, 광 센서(308)는 센서(308)에 입사되는 주변 가시광을 검출할 수 있고, 그에 응답하여 검출된 주변 가시광의 하나 이상의 특성(예를 들어, 세기)을 나타내는 하나 이상의 신호를 생성할 수 있다. 광 센서(308)에 의해 생성된 하나 이상의 신호들은 제어 회로부(336) 및/또는 프로세싱 유닛(304)에 제공될 수 있으며, 이들 중 적어도 하나는 시쓰루 디스플레이 영역(312), 시쓰루 디밍 패널(406) 및/또는 시쓰루 디밍 패널(403)의 투과율을 조정할 수 있다. 이러한 실시예는, 사용자의 실질적으로 전체 FOV에 걸쳐 실질적으로 균일한 밝기를 유지하면서, 예를 들어, 주변광 레벨이 변할 때 사용자에 대해 실질적으로 일정한 밝기를 유지하기 위해 사용될 수 있다.
디스플레이 디바이스(403)의 바깥 부분에 입사하는 주변광의 특성을 검출하기 위해 광 센서(308)를 사용하는 것 이외에 또는 이를 대신하여, 시쓰루 디밍 패널(406) 및 시쓰루 디스플레이 영역(312) 둘 다를 관통하여 지나가는 광의 특성(예를 들어, 세기)을 검출하기 위해 광 센서(313)가 사용될 수 있고, 시쓰루 디밍 패널(403)을 관통하여 지나가는 광의 특성(예를 들어, 세기)을 검출하기 위해 광 센서(316)가 사용될 수 있다. 광 센서들(313, 316) 각각은 센서에 의해 검출된 광의 하나 이상의 특성(예를 들어, 세기)을 나타내는 하나 이상의 신호들을 생성할 수 있다. 광 센서들(313, 316)에 의해 생성된 이러한 신호들은 제어 회로부(336) 및/또는 프로세싱 유닛(304)에 제공될 수 있고, 이들 중 적어도 하나는, 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)를 착용하는 사용자의 실질적으로 전체 FOV에 걸쳐 실질적으로 균일한 광학 특성(예를 들어, 실질적으로 균일한 투과율)을 달성하기 위해 시쓰루 디밍 패널(403), 시쓰루 디밍 패널(406) 및/또는 시쓰루 디스플레이 영역(312)의 투과율(및/또는 다른 광학 특성)을 조정할 수 있다. 광 센서들(313, 316)의 위치는 도면들에서 도시된 것과는 다를 수 있다. 시쓰루 디밍 패널(406) 및 시쓰루 디스플레이 영역(312) 둘 다를 지나가는 광의 특성(예를 들어, 세기)을 검출하기 위해 공간적으로 분리된 다중 광 센서들(313)이 사용될 수 있고, 시쓰루 디밍 패널(403)을 관통하여 지나가는 광의 특성(예를 들어, 세기)을 검출하기 위해 공간적으로 분리된 다중 광 센서들(316)이 사용될 수 있는 것이 또한 가능하다.
특정 실시예들에 따라, 시쓰루 디밍 패널(406)은, 시쓰루 디스플레이 영역(312)을 포함하는 디바이스(302)의 부분과 연관된 STCR을 제어하기 위해, 예컨대, 사용자가 STCR을 조정할 수 있게 하기 위해, 또는 실질적으로 일정한 STCR을 유지할 수 있게 하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 시쓰루 디스플레이 영역(312)을 포함하는 디바이스(302)의 부분의 경우, STCR은, 디바이스(302)의 조망면으로부터 나오는 주변 가시광의 밝기(디밍 패널(406) 및 시쓰루 디스플레이 영역(312) 둘 다를 통과하는 주변 가시광의 밝기를 포함함)에 대한 디바이스(302)의 조망면으로부터 나오는 가시광의 총 밝기(시쓰루 디스플레이 영역(312)에 의해 방출된 가시광 더하기 디밍 패널(406) 및 시쓰루 디스플레이 영역(312) 둘 다를 통과하는 주변 가시광을 포함함)의 비를 지칭한다. STCR은 예컨대, 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 광 센서들로부터 수신된 신호, 시쓰루 디밍 패널(406)의 투과율, 및/또는 시쓰루 디스플레이 영역(312)의 투과율에 기초하여 결정될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 광 센서들로부터 수신된 신호들은 실질적으로 일정한 STCR을 유지하기 위해 폐루프 피드백 시스템에서 사용될 수 있으며, 이러한 일정한 STCR은, 전술한 바와 같이, 디폴트 STCR 레벨, 사용자 인터페이스를 사용하여 사용자에 의해 지정된 STCR 레벨, 또는 디바이스(302)가 실행하는 애플리케이션에 의해 지정된 STCR 레벨일 수 있다.
도 4d에서, 시쓰루 디밍 패널(406)은 시쓰루 디스플레이 영역(312)을 포함하는 평면보다 사용자의 눈(440)으로부터 더 먼 평면에 있는 것으로서 도시되어 있다. 대안적인 실시예에서, 시쓰루 디밍 패널(406) 및 시쓰루 디스플레이 영역(312)은, 시쓰루 디밍 패널(406)이 시쓰루 디스플레이 영역(312)을 포함하는 평면보다 사용자의 눈(440)에 더 가깝도록 뒤바뀌어질 수 있다. 어느 경우든지, 시쓰루 디밍 패널(406)은 시쓰루 디스플레이 영역(312) 둘 다와 중첩한다고 말할 수 있다.
투과율, 스펙트럼 프로파일, 및 색상 시프트와 같은 광학 특성은 가시광 스펙트럼 전체에 걸쳐 반드시 일정할 필요는 없으며, 가시광 스펙트럼은 일반적으로 약 390㎚ 내지 700㎚의 파장을 포함하는 것으로 고려된다. 예를 들어, 시쓰루 디밍 패널은 600㎚ 파장을 갖는 주변 가시광의 부분들에 대해 68% 투과율을 가질 수 있으며, 동일한 시쓰루 디밍 패널은 650㎚ 파장을 갖는 주변 가시광의 부분들에 대해 72% 투과율을 가질 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이들 양자의 디밍 패널들이 실질적으로 동일한 투과율 대 파장 곡선을 갖는 경우, 추가적인 시쓰루 디밍 패널은 방금 설명한 예시적인 시쓰루 디밍 패널과 실질적으로 동일한 투과율을 가질 수 있다. 일반적으로, (투과율, 스펙트럼 프로파일 및 색상 시프트와 같은) 광학 특성은 본 명세서에서 설명된 다양한 디밍 패널들을 사용하여 제어될 수 있다.
시쓰루 디스플레이 영역(312), 시쓰루 주변 디밍 패널(402), 시쓰루 디밍 패널(404), 시쓰루 디밍 패널(403) 및/또는 시쓰루 디밍 패널(406) 중 하나 이상은, 안경 렌즈의 일부분들을 구성할 수 있거나, 또는 안경 렌즈의 일부분들에 부착될 수 있으며, 이러한 안경 렌즈는 (처방전 없이를 비롯하여) 어떠한 처방전으로도 제조될 수 있다.
전술한 시쓰루 컴포넌트들(예를 들어, 참조번호 312, 402, 404, 403, 406) 중의 하나보다 많은 컴포넌트들의 광학 특성(예를 들어, 투과율)이 동적으로 변하는 경우, 광학 특성(예를 들어, 투과율)에 대한 변경은 바람직하게도 동기화되어 집합적으로 제어되고 동기화된 광 제어 시스템을 제공한다. 예를 들어, 균일한 시쓰루 광 분포를 생성하기 위해 다중 수동 착색 필름들이 사용될 수 있으며, 사용자의 실질적으로 전체 FOV에 걸쳐 시쓰루 광 밝기 레벨의 동기화된, 집합적 제어를 가능하게 하기 위해 다중 능동 디밍 패널들이 사용될 수 있다. 상기 논의로부터 알 수 있는 바와 같이, 이러한 동기화는 제어 회로부(336) 및/또는 프로세싱 유닛(304)에 의한 능동 디밍 패널들을 포함하는 능동 광학 컴포넌트들의 전자적 제어를 수반할 수 있다. 상이한 유형들의 능동 광학 컴포넌트들은 상이한 응답 특성(예를 들어, 인가된 전압들의 변화에 대한 상이한 응답 시간들)을 가질 수 있기 때문에, 이러한 응답 특성은 다중 능동 광학 컴포넌트들에 대한 변화가 동기화된 방식으로 수행될 수 있도록 이해되어야 한다.
머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)의 전술한 실시예들 중 하나의 실시예의 조립 동안 또는 조립 후에, 결과적인 집합적 광학 및 전기광학 시스템의 교정 및 특성화가 수행될 수 있다. 예를 들어, 광학 엘리먼트들의 적절한 선택을 보장하여 사용자의 실질적으로 전체 시야에 걸쳐 광 세기(및 가능하게는, 원하는 다른 광학 특성)의 균일한 분포를 생성하도록, 시스템의 디폴트 광학 상태를 결정하기 위해, 다양한 광학 엘리먼트들(이들 각각은 다중 점들을 포함할 수 있음)을 통한 제어된 광선들의 광도계 측정이 수행될 수 있다. 광학 엘리먼트들의 선택 이외에, 능동 디밍 패널들을 비롯한, 능동 전기광학 엘리먼트들의 전자적 제어에 의해 튜닝이 행해질 수 있다. 능동/동적 제어 교정 및 특성화는 시변 광도계 측정을 수행하고 전자적 제어 신호들을 모니터링하며, 필요에 따라 튜닝을 수행함으로써 행해질 수 있다. 이러한 교정 및 특성화 기술들은 광학 특성들 및 천이들이 광 경로에 있는 많은 광학장치들에 걸쳐 일관성을 유지하도록 보장하는 데에 사용될 수 있다. 비 머리 장착형 디스플레이 응용예에서 사용되는 디밍 패널(102)에 대해 유사한 교정 및 특성화가 수행될 수 있다.
도 5는 도 3에서 소개된 시쓰루 근안 혼합 현실 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)의 하드웨어 및 소프트웨어 컴포넌트들의 일 실시예의 블록도이다. 도 6은 도 3에서 소개된 프로세싱 유닛(304)의 하드웨어 및 소프트웨어 컴포넌트들의 일 실시예의 블록도이다. 실시예에서, 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)는 프로세싱 유닛(304)으로부터 가상 이미지에 관한 명령어들을 수신하고 센서들로부터 프로세싱 유닛(304)으로 데이터를 역으로 제공한다. 예를 들어, 도 6에서 도시된 바와 같이, 프로세싱 유닛(304)에서 구현될 수 있는 소프트웨어 및 하드웨어 컴포넌트들은 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)로부터 센서 데이터를 수신하고, 또한 네트워크(350)를 통해 컴퓨팅 시스템(352)으로부터 센서 정보를 수신할 수 있다. 이 정보에 기초하여, 프로세싱 유닛(304)은 사용자에게 가상 이미지를 언제 그리고 어디서 제공할지를 결정할 수 있고, 그에 따라 머리 장착 디스플레이 디바이스(302)의 제어 회로부(336)에 명령어들을 전송할 수 있다.
도 5의 컴포넌트들 중 몇몇은 해당 컴포넌트들 각각의 적어도 두 개가 있을 수 있다는 것, 예를 들어, 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)의 좌측에 적어도 하나와 우측에 적어도 하나가 있을 수 있다는 것을 나타내기 위해 희미하게 도시되어 있다. 도 5는 전력 관리 회로(502)와 통신하는 제어 회로(500)를 도시한다. 제어 회로(500)는 프로세서(510), 메모리(544)(예컨대, D-RAM)와 통신하는 메모리 제어기(512), 카메라 인터페이스(516), 카메라 버퍼(518), 디스플레이 드라이버(517), 디스플레이 포맷터(522), 광학 특성 제어기(523), 타이밍 발생기(526), 디스플레이 출력 인터페이스(528), 및 디스플레이 입력 인터페이스(530)를 포함한다. 일 실시예에서, 제어 회로(500)의 컴포넌트들 모두는 하나 이상의 버스들의 전용 라인들을 통해 또는 공유 버스를 사용하여 서로 통신한다. 다른 실시예에서, 제어 회로(500)의 컴포넌트들 각각은 프로세서(510)와 통신한다.
카메라 인터페이스(516)는 한 개 또는 두 개의 외향 카메라들(109)에 대한 인터페이스를 제공하며, 실시예에서, 센서(534B)로서의 IR 카메라는 카메라들(309, 534B)로부터 수신된 각각의 이미지들을 카메라 버퍼(518)에 저장한다. 디스플레이 드라이버(517)는 마이크로 디스플레이 디바이스 또는 시쓰루 마이크로 디스플레이(520)를 구동할 수 있다. 디스플레이 포맷터(522)는 마이크로 디스플레이 디바이스 또는 시쓰루 마이크로 디스플레이(520) 상에서 디스플레이되는 가상 이미지에 관한 정보를, 혼합 현실 시스템을 위한 프로세싱을 수행하는 하나 이상의 컴퓨터 시스템들의 하나 이상의 프로세서들(예컨대, 304 및/또는 352)에 제공할 수 있다. 타이밍 발생기(526)는 시스템을 위한 타이밍 데이터를 제공하는 데에 이용된다. 디스플레이 출력 인터페이스(528)는 외향 카메라(들)(309) 및 안구 추적 카메라들(534B)로부터의 이미지들을 프로세싱 유닛(304)에 제공하기 위한 버퍼를 포함한다. 디스플레이 입력 인터페이스(530)는 마이크로 디스플레이 디바이스 또는 시쓰루 마이크로 디스플레이(520) 상에서, 또는 보다 일반적으로는, 시쓰루 디스플레이 영역(312) 내에서 디스플레이될 가상 이미지와 같은 이미지들을 수신하기 위한 버퍼를 포함한다. 디스플레이 출력(528) 및 디스플레이 입력(530)은 프로세싱 유닛(304)에 대한 인터페이스인 대역 인터페이스(532)와 통신한다.
광학 특성 제어기(523)는 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)의 다양한 디밍 패널들(예를 들어, 402, 404, 403 및/또는 406)의 광학 특성(예를 들어, 투과율 및/또는 스펙트럼 프로파일, 이에 한정되는 것은 아님)을 제어한다. 광학 특성 제어기(523)는 또한 시쓰루 디스플레이 영역(312)의 광학 특성을 제어할 수 있다. 사용자 인터페이스(543)는 사용자가 본 명세서에서 설명된 시쓰루 디스플레이 영역(312) 및/또는 다양한 디밍 패널들의 투과율(및/또는 다른 광학 특성)을 조정할 수 있도록 사용자로부터의 입력을 수용할 수 있다. 보다 일반적으로, 사용자 인터페이스(543)는 사용자가 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)의 시쓰루 부분들의 광학 특성을 조정할 수 있게 한다. 이러한 조정을 가능하게 하기 위해, 사용자 인터페이스(543)는 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)의 프레임(315) 상에 위치한 하나 이상의 버튼, 슬라이더 또는 몇가지 다른 촉각적 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 대안적으로, 사용자 인터페이스(543)는 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)와 통신하는 모바일 컴퓨팅 디바이스(예를 들어, 스마트폰 또는 태블릿) 또는 프로세싱 유닛(304)에 의해 제공될 수 있다. 광학 특성 제어기(523) 및/또는 사용자 인터페이스(543)는 또한 STCR을 제어하는데 사용될 수 있다.
전력 관리 회로(502)는 전압 조정기(534), 안구 추적 조명 드라이버(536), 오디오 DAC 및 증폭기(538), 마이크로폰 사전증폭기 및 오디오 ADC(540), 온도 센서 인터페이스(542), 능동 필터 제어기(537) 및 클록 발생기(545)를 포함한다. 전압 조정기(534)는 프로세싱 유닛(304)으로부터 대역 인터페이스(532)를 거쳐서 전력을 수신하며, 이 전력을 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)의 다른 컴포넌트들에 제공한다. 조명 드라이버(536)는 예를 들어, 구동 전류 또는 전압을 통해, 시선 추적 조명 유닛(534A)이 미리 정해진 파장 부근에서 또는 파장 범위 내에서 작동하도록 제어한다. 오디오 DAC 및 증폭기(538)는 오디오 데이터를 이어폰(530)에 제공한다. 마이크로폰 사전증폭기 및 오디오 ADC(540)는 마이크로폰(310)을 위한 인터페이스를 제공한다. 온도 센서 인터페이스(542)는 온도 센서(531)를 위한 인터페이스이다. 능동 필터 제어기(537)는 각각의 파장 선택 필터(527)가 선택적인 파장 필터로서 작용하도록 하기 위한 하나 이상의 파장들을 나타내는 데이터를 수신한다. 전력 관리 유닛(502)은 또한 3축 자력계(532A), 3축 자이로스코프(532B) 및 3축 가속도계(532C)에 전력을 제공하며, 이로부터 데이터를 되돌려 받는다. 전력 관리 유닛(502)은 또한 전력을 GPS 송수신기(544)에 제공하고 이로부터 데이터를 되돌려 받고 GPS 송수신기(544)에 데이터를 보낸다. 전력 관리 유닛(502)은 또한 도 1c를 참조하여 전술한 전압 공급부(122, 124)를 포함하고/포함하거나 제어할 수 있다.
도 6은 시쓰루 근안 혼합 현실 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)와 연관된 프로세싱 유닛(304)의 하드웨어 및 소프트웨어 컴포넌트들의 일 실시예의 블록도이다. 도 6은 전력 관리 회로(606)와 통신하는 제어 회로(604)를 도시한다. 제어 회로(604)는 중앙 프로세싱 유닛(CPU)(620), 그래픽 프로세싱 유닛(GPU)(622), 캐시(624), RAM(626), 메모리(630)(예컨대, D-RAM)와 통신하는 메모리 제어기(628), 플래시 메모리(634)(또는, 다른 유형의 비휘발성 저장장치)와 통신하는 플래시 메모리 제어기(632), 대역 인터페이스(602)와 대역 인터페이스(532)를 거쳐서 시쓰루 근안 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)와 통신하는 디스플레이 출력 버퍼(636), 대역 인터페이스(602)와 대역 인터페이스(532)를 거쳐서 근안 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)와 통신하는 디스플레이 입력 버퍼(638), 마이크로폰으로의 연결을 위한 외부 마이크로폰 커넥터(642)와 통신하는 마이크로폰 인터페이스(640), 무선 통신 디바이스(646)로의 연결을 위한 PCI 익스프레스 인터페이스, 및 USB 포트(들)(648)을 포함한다.
일 실시예에서, 무선 통신 컴포넌트(646)는 Wi-Fi 가능 통신 디바이스, 블루투스 통신 디바이스, 적외선 통신 디바이스, 셀룰러, 3G, 4G 통신 디바이스들, 무선 USB(WUSB) 통신 디바이스, RFID 통신 디바이스 등을 포함할 수 있다. 따라서, 무선 통신 컴포넌트(646)는 예를 들어, 또다른 디스플레이 디바이스 시스템(300)과의 피어 투 피어 데이터 전송뿐만이 아니라 무선 라우터 또는 셀 타워를 통한 더 큰 네트워크로의 연결을 허용한다. USB 포트는 프로세싱 유닛(304)을 다른 디스플레이 디바이스 시스템(300)에 도킹하는데 사용될 수 있다. 추가적으로, 프로세싱 유닛(304)은 프로세싱 유닛(304)을 충전할 뿐만이 아니라 프로세싱 유닛(304) 상에 데이터 또는 소프트웨어를 로딩하기 위해 또다른 컴퓨팅 시스템(352)에 도킹할 수 있다. 일 실시예에서, CPU(620) 및 GPU(622)는 가상 이미지를 사용자의 시야 내에, 및 보다 구체적으로는, 시쓰루 디스플레이 영역(312) 내에 삽입할 위치, 시기 및 방법을 결정하기 위한 메인 워크호스(workhorse)이다.
전력 관리 회로(606)는 클록 발생기(660), 아날로그 디지털 컨버터(ADC)(662), 배터리 충전기(664), 전압 조정기(666), 머리 장착형 디스플레이(HMD) 전원(676), 및 온도 센서(674)(이것은 프로세싱 유닛(304)의 손목밴드 상에 위치함)와 통신하는 온도 센서 인터페이스(672)를 포함한다. ADC(662)는 AC 공급을 수신하고 시스템을 위한 DC 공급을 생성하기 위한 충전 잭(670)에 연결된다. 전압 조정기(666)는 시스템에 전력을 공급하기 위해 배터리(668)와 통신한다. 배터리 충전기(664)는 충전 잭(670)으로부터의 전력의 수신시 (전압 조정기(666)를 거쳐서) 배터리(668)를 충전하는 데에 이용된다. 실시예에서, HMD 전원(676)은 머리 장착형 디스플레이 디바이스(302)에게 전력을 제공한다.
본 기술의 실시예들은 특정 기능들의 수행 및 그 관계를 나타내는 기능적 빌딩 블록의 도움으로 상술되어 왔다. 이러한 기능적 빌딩 블록의 경계가 설명의 편의를 위해 본 명세서에서 종종 정의되었다. 지정된 기능 및 그 관계가 적절하게 수행되는 한, 대안적인 경계가 정의될 수 있다. 따라서, 그러한 임의의 대안적인 경계는 본 기술의 범위 및 사상 내에 있다. 예를 들어, 도 2a 및 도 2b에서 도시된 단계들의 일부를 결합하거나 분리하는 것이 가능할 것이다. 다른 예로서, 도 5 및 도 6에서 도시된 블록의 일부의 경계를 변경하는 것이 가능하다.
상술한 특정 실시예들이 시쓰루 근안 혼합 현실 머리 장착형 디스플레이 디바이스에 관한 것으로서, 또는 이와 함께 이용되는 것으로서 설명되었지만, 상술한 많은 실시예들은 머리 장착형 디스플레이 디바이스가 아닌 다른 유형의 시쓰루 디스플레이 디바이스와 함께 사용될 수 있다. 달리 말해서, 본 기술의 실시예들은 투과율과 같은 광학 특성이 사용자로부터의 입력에 응답하여 및/또는 하나 이상의 광 센서(들)로부터의 폐루프 피드백에 기초하여 조정될 수 있게 하는 적어도 하나의 디밍 패널을 포함하는 다른 유형의 시쓰루 디스플레이들(및 이와 함께 사용하기 위한 방법)에 관한 것이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 본 명세서에서 설명된 실시예들은, 예를 들어, 사용자 입력 및/또는 폐루프 피드백에 기초하여, 이러한 다른 시쓰루 디스플레이의 시쓰루 디스플레이 영역의 시쓰루 콘트라스트비(STCR)를 조정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스는 사용자가 시쓰루 디스플레이 영역의 밝기, 디밍 패널의 투과율 및/또는 시쓰루 디스플레이 영역을 포함하는 시쓰루 디스플레이 디바이스의 일부분과 관련된 STCR을 조정할 수 있게 할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제어기는 시쓰루 디스플레이 영역을 포함한 디바이스의 일부분과 관련된 실질적으로 일정한 STCR을 유지하기 위해 (시쓰루 디스플레이 영역을 커버하는) 디밍 패널의 투과율 및/또는 시쓰루 디스플레이 영역의 밝기를 조정할 수 있다.
본 발명내용은 구조적 특징들 및/또는 방법론적 동작들에 특유적인 용어로 기술되었지만, 첨부된 청구항들에서 정의된 발명내용은 위에서 설명된 이러한 특정한 특징들 또는 동작들로 반드시 제한될 필요는 없다는 것을 이해하여야 한다. 이보다는, 위에서 설명된 특정한 특징들 및 동작들은 청구항들을 구현하는 예시 형태들로서 개시된 것이다. 따라서, 본 기술의 범위는 여기에 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 것으로 의도된 것이다.

Claims (20)

  1. 시-쓰루 디밍 패널에 있어서,
    제1 및 제2 투명 기판층들;
    상기 제1 투명 기판층 및 상기 제2 투명 기판층 사이의 부유-입자-디바이스 (SPD) 층;
    제1 및 제2 투명 도전체층들 - 상기 제1 투명 도전체층은 상기 제1 투명 기판층 및 상기 SPD 층 사이에 있고, 상기 제2 투명 도전체층은 상기 제2 투명 기판층 및 상기 SPD 층 사이에 있음 -; 및
    제1, 제2 및 제3 전극들 - 상기 제1 전극은 상기 제1 투명 도전체층에 전기적으로 결합되고, 상기 제2 전극은 상기 제2 투명 도전체층의 제1 단부에 전기적으로 결합되고, 상기 제3 전극은 상기 제1 단부의 반대편에 있는 상기 제2 투명 도전체층의 제2 단부에 전기적으로 결합됨 - 을 포함하고,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 인가되는 전위차에 대한 변화들은 상기 SPD 층의 투과율 레벨을 변경하고,
    상기 제2 전극 및 상기 제3 전극 사이에 인가되는 전위차에 대한 변화들은, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 인가되는 전위차가 변경될 때 상기 SPD 층의 투과율 레벨이 변경되는 속도를 변경하는, 시-쓰루 디밍 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    회로부를 더 포함하고, 상기 회로부는:
    상기 SPD 층의 투과율을 조정하기 위해 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전위차를 조정하고; 그리고
    상기 SPD 층의 투과율이 조정되는 속도를 조정하기 위해 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극 사이의 전위차를 조정하도록 구성되는, 시-쓰루 디밍 패널.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 회로부는 하나 이상의 전압 공급부를 i) 제어하거나, ii) 포함하거나, 또는 iii) 제어하고 포함하는, 시-쓰루 디밍 패널.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 회로부는:
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전위차를 인가하는 제1 전압 공급부; 및
    상기 제2 전극 및 상기 제3 전극 사이의 전위차를 인가하는 제2 전압 공급부를 포함하는, 시-쓰루 디밍 패널.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 회로부는:
    상기 SPD 층의 투과율을 증가시키기 위해 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전위차를 증가시키고;
    상기 SPD 층의 투과율을 감소시키기 위해 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전위차를 감소시키고; 그리고
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전위차가 감소할 때 상기 SPD 층의 투과율이 감소하는 속도를 증가시키기 위해, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극 사이의 전위차를 증가시키도록 구성되는, 시-쓰루 디밍 패널.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 회로부는 또한:
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 전위차가 감소할 때 상기 SPD 층의 투과율이 감소하는 속도를 감소시키기 위해, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극 사이의 전위차를 감소시키도록 구성되는, 시-쓰루 디밍 패널.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극 및 상기 제3 전극 사이의 전위차를 증가시키는 것은, 상기 SPD 층의 미세 가열을 유발하는 횡방향 전기장을 증가시켜 상기 SPD 층의 온도를 증가시키는, 시-쓰루 디밍 패널.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 시-쓰루 디밍 패널 관통하여 지나가는 주변광의 세기 레벨을 지정된 세기 레벨과 실질적으로 동일하게 유지하기 위해, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 인가되는 전위차 및 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극 사이에 인가되는 전위차를 조정하도록 구성되는 제어기를 더 포함하는, 시-쓰루 디밍 패널.
  9. 제8항에 있어서,
    하나 이상의 광 센서에 입사하는 주변 가시광을 검출하고 검출된 상기 주변 가시광의 세기를 나타내는 하나 이상의 신호들을 생성하도록 구성되는 상기 하나 이상의 광 센서를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 인가되는 전위차, 또는 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극 사이에 인가되는 전위차 중 적어도 하나를 조정하기 위해 검출된 상기 주변 가시광의 세기를 나타내는 상기 하나 이상의 신호들을 사용하는, 시-쓰루 디밍 패널.
  10. 제8항에 있어서,
    사용자가 상기 지정된 세기 레벨을 지정할 수 있게 하도록 구성되는 사용자 인터페이스를 더 포함하는, 시-쓰루 디밍 패널.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 시-쓰루 디밍 패널은:
    시-쓰루, 근안(near-eye) 혼합 현실(mixed reality) 머리 장착형 디스플레이(head mounted display; HMD) 디바이스;
    시-쓰루 비-HMD 디스플레이 디바이스; 또는
    디밍가능한(dimmable) 윈도우 중 하나에 포함되는, 시-쓰루 디밍 패널.
  12. 시-쓰루 디스플레이 영역 및 상기 시-쓰루 디스플레이 영역과 중첩하는 시-쓰루 디밍 패널을 포함하는 시-쓰루 근안 혼합 현실 머리 장착형 디스플레이 디바이스에 있어서,
    상기 시-쓰루 근안 혼합 현실 머리 장착형 디스플레이 디바이스의 상기 시-쓰루 디밍 패널은:
    제1 및 제2 투명 기판층들;
    상기 제1 투명 기판층 및 상기 제2 투명 기판층 사이의 부유-입자-디바이스 (SPD) 층;
    제1 및 제2 투명 도전체층들 - 상기 제1 투명 도전체층은 상기 제1 투명 기판층 및 상기 SPD 층 사이에 있고, 상기 제2 투명 도전체층은 상기 제2 투명 기판층 및 상기 SPD 층 사이에 있음 -;
    제1, 제2 및 제3 전극들 - 상기 제1 전극은 상기 제1 투명 도전체층에 전기적으로 결합되고, 상기 제2 전극은 상기 제2 투명 도전체층의 제1 단부에 전기적으로 결합되고, 상기 제3 전극은 상기 제1 단부의 반대편에 있는 상기 제2 투명 도전체층의 제2 단부에 전기적으로 결합됨 -; 및
    상기 SPD 층의 투과율 레벨을 조정하기 위해 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 인가되는 전위차를 조정하도록 구성되고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 인가되는 전위차가 변경될 때 상기 SPD 층의 투과율 레벨이 변경되는 속도를 조정하기 위해 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극 사이에 인가되는 전위차를 조정하도록 구성되는 회로부를 포함하는, 시-쓰루 근안 혼합 현실 머리 장착형 디스플레이 디바이스.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 시-쓰루 디스플레이 영역의 밝기, 상기 시-쓰루 디밍 패널의 투과율, 또는 상기 시-쓰루 디스플레이 영역을 포함하는 상기 디바이스의 부분과 연관되는 시-쓰루 콘트라스트비(STCR) 중 적어도 하나를 사용자가 조정할 수 있게 하도록 구성되는 사용자 인터페이스를 더 포함하는, 시-쓰루 근안 혼합 현실 머리 장착형 디스플레이 디바이스.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 시-쓰루 디스플레이 영역의 밝기, 상기 시-쓰루 디밍 패널의 투과율, 또는 상기 시-쓰루 디스플레이 영역을 포함하는 상기 디바이스의 부분과 연관되는 시-쓰루 콘트라스트비(STCR) 중 적어도 하나를 조정하도록 구성되는 제어기를 더 포함하는, 시-쓰루 근안 혼합 현실 머리 장착형 디스플레이 디바이스.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 시-쓰루 디스플레이 영역을 포함하는 상기 디바이스의 부분과 연관되는 실질적으로 일정한 STCR을 유지하기 위해 상기 시-쓰루 디스플레이 영역의 밝기 또는 상기 시-쓰루 디밍 패널의 투과율 중 적어도 하나를 조정하도록 구성되는, 시-쓰루 근안 혼합 현실 머리 장착형 디스플레이 디바이스.
  16. 제1 투명 도전체층 및 제2 투명 도전체 층 사이에 샌드위치되는 부유-입자-디바이스(SPD) 층과의 사용을 위한 방법에 있어서,
    상기 SPD 층의 투과율을 조정하기 위해 상기 제1 투명 도전체층 및 상기 제2 투명 도전체층 사이의 전위차를 조정하는 단계; 및
    상기 제1 투명 도전체층 및 상기 제2 투명 도전체층 사이에 인가되는 전위차가 변경될 때 상기 SPD 층의 투과율이 조정되는 속도를 조정하기 위해 상기 제2 투명 도전체층의 대향하는 제1 및 제2 단부들 사이의 전위차를 조정하는 단계를 포함하는, SPD 층과의 사용을 위한 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 투명 도전체층 및 상기 제2 투명 도전체층 사이의 전위차를 조정하는 단계는:
    상기 SPD 층의 투과율을 증가시키기 위해 상기 제1 투명 도전체층 및 사익 제2 투명 도전체층 사이의 전위차를 증가시키는 단계; 및
    상기 SPD 층의 투과율을 감소시키기 위해 상기 제1 투명 도전체층 및 사익 제2 투명 도전체층 사이의 전위차를 감소시키는 단계를 포함하는, SPD 층과의 사용을 위한 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제2 투명 도전체층의 대향하는 제1 및 제2 단부들 사이의 전위차를 조정하는 단계는, 상기 제1 투명 도전체층 및 상기 제2 투명 도전체층 사이의 전위차가 감소할 때 상기 SPD 층의 투과율이 감소하는 속도를 증가시키기 위해 상기 제2 투명 도전체층의 대향하는 제1 및 제2 단부들 사이의 전위차를 증가시키는 단계를 포함하는, SPD 층과의 사용을 위한 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 제2 투명 도전체층의 대향하는 제1 및 제2 단부들 사이의 전위차를 조정하는 단계는, 상기 SPD 층의 투과율이 감소하는 속도를 감소시키기 위해 상기 제2 투명 도전체층의 대향하는 제1 및 제2 단부들 사이의 전위차를 감소시키는 단계를 포함하는, SPD 층과의 사용을 위한 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 제2 투명 도전체층의 대향하는 제1 및 제2 단부들 사이의 전위차를 조정하는 것은, 상기 SPD 층의 미세 가열을 유발하는 횡방향 전기장을 변경시켜 상기 SPD 층의 온도를 변경하는, SPD 층과의 사용을 위한 방법.
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