KR102474236B1 - 착용 가능 헤드업 디스플레이들에 눈 추적 및 스캐닝 레이저 투사를 통합시키는 시스템들, 디바이스들 및 방법들 - Google Patents

Abstract

스캐닝 레이저 투사기("SLP") 기반 착용 가능 헤드업 디스플레이들로 눈 추적 능력을 통합시키는 시스템들, 디바이스들 및 방법들을 설명한다. 적외선 레이저 다이오드가 RGB SLP에 추가되고 적외선 광검출기가 눈의 특징부들로부터의 적외선 광의 반사들을 검출하도록 정렬된다. 홀로그램 광학 소자("HOE")는 사용자의 "시계"로 가시 광선, 적외선 광 및 환경 광을 결합시키는데 사용될 수 있다. HOE는 가시 광선에 정의 광학 배율 그리고 적외선 광에 제로 또는 부의 광학 배율을 적용시키도록 혼성이고 다중화될 수 있다.

Description

착용 가능 헤드업 디스플레이들에 눈 추적 및 스캐닝 레이저 투사를 통합시키는 시스템들, 디바이스들 및 방법들

본 시스템들, 디바이스들 및 방법들은 일반적으로 스캐닝 레이저 기반 눈 추적 기술에 관한 것으로, 특히 스캐닝 레이저 투사기 기반 착용 가능 헤드업 디스플레이로 눈 추적 기능성을 통합시키는 것에 관한 것이다.

관련 분야의 설명

착용 가능 헤드업 디스플레이

머리 장착 디스플레이는 사용자의 머리 상에 착용되고, 그렇게 착용될 때, 사용자의 머리의 위치 또는 배향에 관계 없이 사용자의 눈들 중 적어도 하나의 볼 수 있는 영역 내에 적어도 하나의 전자 디스플레이를 고정시키는 전자 디바이스이다. 착용 가능 헤드업 디스플레이는 사용자가 표시된 콘텐츠를 보는 것을 가능하게 할 뿐만 아니라 사용자가 사용자의 외부 환경을 볼 수 있는 것을 방해하지 않는 머리 장착 디스플레이이다. 착용 가능 헤드업 디스플레이의 "디스플레이" 구성 요소는 사용자가 사용자의 외부 환경을 볼 수 있는 것을 완전히 차단하지 않도록 투명하거나 사용자의 시계의 주변에 있다. 착용 가능 헤드업 디스플레이의 예들은: 두서너 가지만 예를 들면, Google Glassㄾ, Optinvent Oraㄾ, Epson Moverioㄾ 및 Sony Glasstronㄾ을 포함한다.

착용 가능 헤드업 디스플레이의 광학 성능은 이의 설계에서의 중요한 요소이다. 그러나, 착용 가능 헤드업 디스플레이가 안면 착용 디바이스가 될 때, 사용자는 또한 심미학에 대해 많이 관심을 갖는다. 이는 방대한 (선글라스를 포함하는) 안경 프레임 산업에 의해 분명히 강조된다. 착용 가능 헤드업 디스플레이의 앞서 언급한 예들 중 다수는 이의 성능 제한과 관계 없이, 적어도 부분적으로 유행 어필이 부족하므로, 소비 시장에서의 영향력을 찾기 위해 분투하였다. 지금까지 제공된 대부분의 착용 가능 헤드업 디스플레이는 큰 디스플레이 구성 요소를 채용하고, 결과적으로, 지금까지 제공된 대부분의 착용 가능 헤드업 디스플레이는 통상적 안경 프레임보다 상당히 부피가 더 크고 유행에 뒤떨어진다.

착용 가능 헤드업 디스플레이의 설계의 과제는 충분한 시각 품질로 표시된 콘텐츠를 여전히 제공하면서, 안면 착용 장치의 부피를 최소화하는 것이다. 사용자의 외부 환경을 보는 사용자의 능력을 제한하지 않고 사용자에게 고품질 이미지를 제공할 수 있는 보다 심미적으로 어필하는 설계의 착용 가능 헤드업 디스플레이에 대한 관련 분야에서의 요구가 있다.

눈 추적

눈 추적은 눈의 위치, 배향 및/또는 모션이 측정되고/되거나, 검출되고/되거나, 감지되고/되거나, 결정되고/되거나(집합적으로, "측정되고/되거나"), 모니터링될 수 있는 프로세스이다. 눈의 위치, 배향 및/또는 모션은 다양한 상이한 방식으로 측정될 수 있으며, 방식들 중 가장 덜 외과적인 것은 눈을 광학적으로 추적하기 위해 하나 이상의 광학 센서(예를 들어, 카메라)를 전형적으로 채용한다. 통상의 기법은 적외선 광으로 전체 눈을 모두 함께, 조명하거나 가득 채우고 적외선 광에 감응성이도록 조절되는 적어도 하나의 광학 센서로 반사를 측정하는 것을 수반한다. 적외선 광이 눈으로부터 어떻게 반사되는지에 대한 정보가 각막, 동공, 홍채 및/또는 망막 혈관과 같은 하나 이상의 눈 특징부의 위치(들), 배향(들) 및/또는 모션(들)을 결정하기 위해 분석된다.

눈 추적 기능성은 착용 가능 헤드업 디스플레이의 응용에서 매우 유리하다. 착용 가능 헤드업 디스플레이에서의 눈 추적의 유용성의 일부 예는: 콘텐츠가 사용자의 시계에서 어디에 표시되는지에 영향을 주는 것, 사용자의 시계의 외부에 있는 콘텐츠를 표시하지 않음으로써 전력을 절약하는 것, 무슨 콘텐츠가 사용자에게 표시되는지에 영향을 주는 것, 사용자가 어디를 바라보고 있는지를 결정하는 것, 사용자가 디스플레이 상에 또는 사용자의 외부 환경에서 디스플레이를 통해 표시된 콘텐츠를 바라보고 있는지 여부를 판단하는 것, 및 사용자가 표시된 콘텐츠를 제어할 수 있는/표시된 콘텐츠와 상호 작용할 수 있는 수단을 제공하는 것을 포함한다. 그러나, 착용 가능 헤드업 디스플레이에 눈 추적 기능성을 포함시키는 것은 통상적으로 시스템에 원하지 않는 부피를 추가한다. 오늘날 이용 가능한 눈 추적 시스템은 일반적으로 착용 가능 헤드업 디스플레이로 포함될 때, 시스템의 전체 크기 및 형태 인자를 바람직하지 않게 증가시키는 매우 엄격한 위치 선정 필요 조건으로 다수의 전용 구성 요소를 구현한다. 시스템의 크기 및 형태 인자에 대한 최소 영향으로 착용 가능 헤드업 디스플레이로 통합될 수 있는 눈 추적의 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 대한 관련 분야에서의 요구가 있다.

통합된 눈 추적기를 갖는 레이저 투사기는: 적외선 광을 출력하는 적외선 레이저 다이오드 및 가시 광선을 출력하는 적어도 하나의 가시 광선 레이저 다이오드를 포함하는 레이저 모듈; 적외선 광 및 가시 광선 둘 다를 수광하고 적외선 광 및 가시 광선 둘 다를 제어 가능하게 반사시키도록 레이저 모듈의 출력과 정렬되는 스캔 미러; 스캔 미러로부터 반사되는 적외선 광 및 가시 광선 둘 다를 수광하고 사용자의 눈 쪽으로 적외선 광 및 가시 광선 둘 다를 재지향시키도록 정렬되는 파장 다중화 홀로그램 광학 소자로서, 가시 광선에 반응하고 적외선 광에 반응하지 않는 제1 홀로그램 및 적외선 광에 반응하고 가시 광선에 반응하지 않는 제2 홀로그램을 포함하는 파장 다중화 홀로그램 광학 소자; 및 사용자의 눈으로부터 반사되는 적외선 광의 적어도 일부를 수광하도록 정렬되는 적외선 검출기를 포함하는 것으로 요약될 수 있다. 파장 다중화 홀로그램 광학 소자는 제1 홀로그램을 포함하는 홀로그램 재료의 제1 층 및 제2 홀로그램을 포함하는 홀로그램 재료의 제2 층인, 홀로그램 재료의 적어도 2개의 별개의 층을 포함할 수 있다. 대안적으로, 파장 다중화 홀로그램 광학 소자는 제1 홀로그램 및 제2 홀로그램 둘 다를 포함하는 단일 체적의 홀로그램 재료를 포함할 수 있다. 레이저 모듈에서의 적어도 하나의 가시 광선 레이저 다이오드는: 적색 레이저 다이오드, 녹색 레이저 다이오드, 청색 레이저 다이오드, 및 적색 레이저 다이오드, 녹색 레이저 다이오드 및/또는 청색 레이저 다이오드의 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 가시 광선 레이저 다이오드를 포함할 수 있다.

제1 홀로그램은 가시 광선에 제1 광학 배율을 적용시킬 수 있고 제2 홀로그램은 적외선 광에 제2 광학 배율을 적용시킬 수 있으며, 제2 광학 배율은 제1 광학 배율과 상이하다. 제1 광학 배율은 정의(positive) 광학 배율일 수 있고 제1 광학 배율은 제2 광학 배율보다 더 클 수 있다. 제2 광학 배율은 0 이하일 수 있다.

레이저 투사기는: 안경의 일반적 형상 및 기하학적 구조를 갖는 지지 프레임을 더 포함할 수 있으며, 레이저 모듈, 스캔 미러, 파장 다중화 홀로그램 광학 소자 및 적외선 검출기는 모두 지지 프레임에 의해 수용되고, 파장 다중화 홀로그램 광학 소자는 환경 광에 실질적으로 투명하고 지지 프레임이 사용자의 머리 상에 착용될 때, 사용자의 적어도 하나의 눈의 시계에 위치된다.

착용 가능 헤드업 디스플레이는: 사용 시에 사용자의 머리 상에 착용되는 지지 프레임; 지지 프레임에 의해 수용되는 레이저 모듈로서, 적외선 광을 출력하는 적외선 레이저 다이오드 및 가시 광선을 출력하는 적어도 하나의 가시 광선 레이저 다이오드를 포함하는 레이저 모듈; 지지 프레임에 의해 수용되고 레이저 모듈에 의해 출력되는 적외선 광 및 가시 광선 둘 다를 수광하도록 레이저 모듈의 출력과 정렬되는 스캔 미러로서, 적외선 광 및 가시 광선 둘 다를 제어 가능하게 반사시키는 스캔 미러; 지지 프레임에 의해 수용되고, 지지 프레임이 사용자의 머리 상에 착용될 때 사용자의 적어도 하나의 눈의 시계 내에 위치되는 파장 다중화 홀로그램 광학 소자로서, 스캔 미러로부터 반사되는 적외선 광 및 가시 광선 둘 다를 수광하고, 지지 프레임이 사용자의 머리 상에 착용될 때 사용자의 적어도 하나의 눈 쪽으로 적외선 광 및 가시 광선 둘 다를 재지향시키도록 정렬되며, 가시 광선에 반응하고 적외선 광에 반응하지 않는 제1 홀로그램 및 적외선 광에 반응하고 가시 광선에 반응하지 않는 제2 홀로그램을 포함하고, 환경 광에 실질적으로 투명한 파장 다중화 홀로그램 광학 소자; 및 지지 프레임에 의해 수용되고, 지지 프레임이 사용자의 머리 상에 착용될 때 사용자의 적어도 하나의 눈으로부터 반사되는 적외선 광의 적어도 일부를 수광하도록 정렬되는 적외선 검출기를 포함하는 것으로 요약될 수 있다. 지지 프레임은 안경의 일반적 형상 및 외관을 가질 수 있다. 파장 다중화 홀로그램 광학 소자는 제1 홀로그램을 포함하는 홀로그램 재료의 제1 층 및 제2 홀로그램을 포함하는 홀로그램 재료의 제2 층인, 홀로그램 재료의 적어도 2개의 별개의 층을 포함할 수 있다. 대안적으로, 파장 다중화 홀로그램 광학 소자는 제1 홀로그램 및 제2 홀로그램 둘 다를 포함하는 단일 체적의 홀로그램 재료를 포함할 수 있다. 레이저 모듈에서의 적어도 하나의 가시 광선 레이저 다이오드는: 적색 레이저 다이오드, 녹색 레이저 다이오드, 청색 레이저 다이오드, 및 적색 레이저 다이오드, 녹색 레이저 다이오드 및/또는 청색 레이저 다이오드의 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 가시 광선 레이저 다이오드를 포함할 수 있다.

제1 홀로그램은 가시 광선에 제1 광학 배율을 적용시킬 수 있고 제2 홀로그램은 적외선 광에 제2 광학 배율을 적용시킬 수 있으며, 제2 광학 배율은 제1 광학 배율과 상이하다. 제1 광학 배율은 정의 광학 배율일 수 있고 제1 광학 배율은 제2 광학 배율보다 더 클 수 있다. 제2 광학 배율은 제로 이하일 수 있다.

사용자의 눈에 이미지를 투사하고 사용자의 눈을 추적하도록 레이저 투사기를 작동시키는 방법은: 레이저 투사기의 적어도 제1 레이저 다이오드에 의해 가시 광선을 출력하는 단계로서, 가시 광선은 이미지의 적어도 일부를 나타내는 단계; 레이저 투사기의 적외선 레이저 다이오드에 의해 적외선 광을 출력하는 단계; 레이저 투사기의 스캔 미러에 의해 가시 광선 및 적외선 광 둘 다를 제어 가능하게 그리고 반사적으로 스캐닝하는 단계; 파장 다중화 홀로그램 광학 소자에 의해 사용자의 눈 쪽으로 가시 광선 및 적외선 광 둘 다를 재지향시키는 단계; 적외선 광검출기에 의해 사용자의 눈으로부터의 적외선 광의 적어도 일부의 반사를 검출하는 단계; 및 적외선 광검출기에 의해 검출되는 사용자의 눈으로부터의 적외선 광의 적어도 일부의 반사에 기반하여 눈의 적어도 하나의 특징부의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 것으로 요약될 수 있다.

파장 다중화 홀로그램 광학 소자에 의해 사용자의 눈 쪽으로 가시 광선 및 적외선 광 둘 다를 재지향시키는 단계는: 파장 다중화 홀로그램 광학 소자의 제1 홀로그램에 의해 가시 광선에 제1 광학 배율을 적용시키는 단계; 및 파장 다중화 홀로그램 광학 소자의 제2 홀로그램에 의해 적외선 광에 제2 광학 배율을 적용시키는 단계를 포함할 수 있으며, 제2 광학 배율은 제1 광학 배율과 상이하다. 파장 다중화 홀로그램 광학 소자의 제1 홀로그램에 의해 가시 광선에 제1 광학 배율을 적용시키는 단계는 파장 다중화 홀로그램 광학 소자의 제1 홀로그램에 의해 가시 광선에 제1 정의 광학 배율을 적용시키는 단계를 포함할 수 있다. 파장 다중화 홀로그램 광학 소자의 제2 홀로그램에 의해 적외선 광에 제2 광학 배율을 적용시키는 단계는 파장 다중화 홀로그램 광학 소자의 제2 홀로그램에 의해 적외선 광에 제1 광학 배율 미만인 제2 광학 배율을 적용시키는 단계를 포함할 수 있다. 파장 다중화 홀로그램 광학 소자의 제2 홀로그램에 의해 적외선 광에 제1 광학 배율 미만인 제2 광학 배율을 적용시키는 단계는 파장 다중화 홀로그램 광학 소자의 제2 홀로그램에 의해 적외선 광에 제로 이하의 제2 광학 배율을 적용시키는 단계를 포함할 수 있다. 적외선 광검출기에 의해 검출되는 사용자의 눈으로부터의 적외선 광의 반사에 기반하여 눈의 적어도 하나의 특징부의 위치를 결정하는 단계는 프로세서에 의해 사용자의 눈으로부터의 적외선 광의 반사에 기반하여 눈의 적어도 하나의 특징부의 위치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 레이저 투사기의 적어도 제1 레이저 다이오드에 의해 가시 광선을 출력하는 단계는: 레이저 투사기의 적색 레이저 다이오드에 의해 적색 광을 출력하는 단계; 레이저 투사기의 녹색 레이저 다이오드에 의해 녹색 광을 출력하는 단계; 및/또는 레이저 투사기의 청색 레이저 다이오드에 의해 청색 광을 출력하는 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

에서의 제3 가시 레이저 광을 레이저 모듈에 의해 출력되는 레이저 광에 기여시키는 제3 레이저 다이오드를 포함할 수 있으며, 제3 좁은 파대역은 제1 좁은 파대역 및 제2 좁은 파대역 둘 다와 상이하다. 제3 가시 레이저 광은 이미지의 적어도 제3 부분을 나타낼 수 있다. 제1 홀로그램은 제3 좁은 파대역에서의 제3 가시 레이저 광에 반응하지 않을 수 있다. 제2 홀로그램은 제3 좁은 파대역에서의 제3 가시 레이저 광에 반응하지 않을 수 있다. 파장 다중화 홀로그램 광학 소자는 제3 좁은 파대역에서의 제3 가시 레이저 광에 반응하고 제1 좁은 파대역에서의 제1 가시 레이저 광 및 제2 좁은 파대역에서의 제2 가시 레이저 광 둘 다에 반응하지 않는 제3 홀로그램을 포함할 수 있다. 레이저 투사기는 제3 좁은 파대역 광검출기를 더 포함할 수 있으며, 제3 좁은 파대역 광검출기는 제3 좁은 파대역에서의 제3 가시 레이저 광에 반응하고 제3 좁은 파대역 외에 있는 광에 반응하지 않는다.

제1 레이저 다이오드는 적색 레이저 다이오드일 수 있고 제1 좁은 파대역은 사용자의 눈에 적색으로 보이는 제1 범위의 파장들에 상응할 수 있다. 제2 레이저 다이오드는 녹색 레이저 다이오드일 수 있고 제2 좁은 파대역은 사용자의 눈에 녹색으로 보이는 제2 범위의 파장들에 상응할 수 있다. 제3 레이저 다이오드는 청색 레이저 다이오드일 수 있고 제3 좁은 파대역은 사용자의 눈에 청색으로 보이는 제3 범위의 파장들에 상응할 수 있다.

홀로그램 광학 소자는 홀로그램 재료의 적어도 3개의 별개의 층: 제1 홀로그램을 포함하는 홀로그램 재료의 제1 층, 제2 홀로그램을 포함하는 홀로그램 재료의 제2 층, 및 제3 홀로그램을 포함하는 홀로그램 재료의 제3 층을 포함할 수 있다. 대안적으로, 홀로그램 광학 소자는 제1 홀로그램, 제2 홀로그램 및 제3 홀로그램의 모든 3개를 포함하는 단일 체적의 홀로그램 재료를 포함할 수 있다.

제1 홀로그램은 제1 좁은 파대역에서의 제1 가시 레이저 광에 제1 광학 배율을 적용시킬 수 있고, 제2 홀로그램은 제2 좁은 파대역에서의 제2 가시 광선에 동일한 제1 광학 배율을 적용시킬 수 있고, 제3 홀로그램은 제3 좁은 파대역에서의 제3 가시 레이저 광에 동일한 제1 광학 배율을 적용시킬 수 있다.

레이저 투사기는: 안경의 일반적 형상 및 외관을 갖는 지지 프레임을 더 포함할 수 있으며, 레이저 모듈, 스캔 미러, 파장 다중화 홀로그램 광학 소자 및 제1 좁은 파대역 광검출기는 모두 지지 프레임에 의해 수용되고, 파장 다중화 홀로그램 광학 소자는 환경 광에 실질적으로 투명하고 지지 프레임이 사용자의 머리 상에 착용될 때, 사용자의 적어도 하나의 눈의 시계에 위치된다.

착용 가능 헤드업 디스플레이는: 사용 시에 사용자의 머리 상에 착용되는 지지 프레임; 지지 프레임에 의해 수용되는 레이저 모듈로서, 레이저 모듈은 제1 좁은 파대역에서의 제1 가시 레이저 광을 출력하는 제1 레이저 다이오드를 포함하고, 제1 가시 레이저 광은 이미지의 적어도 제1 부분을 나타내는 레이저 모듈; 지지 프레임에 의해 수용되고 제1 가시 레이저 광을 수광하고 제1 가시 레이저 광을 제어 가능하게 반사시키도록 레이저 모듈의 출력과 정렬되는 스캔 미러; 지지 프레임에 의해 수용되고, 지지 프레임이 사용자의 머리 상에 착용될 때 사용자의 적어도 하나의 눈의 시계 내에 위치되는 홀로그램 광학 소자로서, 스캔 미러로부터 반사되는 제1 가시 레이저 광을 수광하고, 지지 프레임이 사용자의 머리 상에 착용될 때 사용자의 적어도 하나의 눈 쪽으로 제1 가시 레이저 광을 재지향시키도록 정렬되며, 제1 좁은 파대역에서의 제1 가시 레이저 광에 반응하고 제1 좁은 파대역 외에 있는 광에 반응하지 않는 제1 홀로그램을 포함하고, 환경 광에 실질적으로 투명한 홀로그램 광학 소자; 및 지지 프레임에 의해 수용되고, 지지 프레임이 사용자의 머리 상에 착용될 때 사용자의 적어도 하나의 눈으로부터 반사되는 제1 가시 레이저 광의 적어도 일부를 수광하도록 정렬되는 제1 좁은 파대역 광검출기로서, 제1 좁은 파대역에서의 제1 가시 레이저 광에 반응하고 제1 좁은 파대역 외에 있는 광에 반응하지 않는 제1 좁은 파대역 광검출기를 포함하는 것으로 요약될 수 있다. 지지 프레임은 안경의 일반적 형상 및 외관을 가질 수 있다.

착용 가능 헤드업 디스플레이의 레이저 모듈은 제2 좁은 파대역에서의 제2 가시 레이저 광을 출력하는 제2 레이저 다이오드를 포함할 수 있으며, 제2 좁은 파대역은 제1 좁은 파대역과 상이하며, 제2 가시 레이저 광은 이미지의 적어도 제2 부분을 나타낸다. 제1 홀로그램은 제2 좁은 파대역에서의 제2 가시 레이저 광에 반응하지 않을 수 있다. 홀로그램 광학 소자는 제2 좁은 파대역에서의 제2 가시 레이저 광에 반응하고 제1 좁은 파대역에서의 제1 가시 레이저 광에 반응하지 않는 적어도 제2 홀로그램을 포함하는 파장 다중화 홀로그램 광학 소자일 수 있다. 착용 가능 헤드업 디스플레이는 제2 좁은 파대역 광검출기를 더 포함할 수 있으며, 제2 좁은 파대역 광검출기는 제2 좁은 파대역에서의 제2 가시 레이저 광에 반응하고 제2 좁은 파대역 외에 있는 광에 반응하지 않는다. 착용 가능 헤드업 디스플레이의 레이저 모듈은 제3 좁은 파대역에서의 제3 가시 레이저 광을 출력하는 제3 레이저 다이오드를 포함할 수 있으며, 제3 좁은 파대역은 제1 좁은 파대역 및 제2 좁은 파대역 둘 다와 상이하며, 제3 가시 레이저 광은 이미지의 적어도 제3 부분을 나타낸다. 제1 홀로그램은 제3 좁은 파대역에서의 제3 가시 레이저 광에 반응하지 않을 수 있다. 제2 홀로그램은 제3 좁은 파대역에서의 제3 가시 레이저 광에 반응하지 않을 수 있다. 파장 다중화 홀로그램 광학 소자는 제3 좁은 파대역에서의 제3 가시 레이저 광에 반응하고 제1 좁은 파대역에서의 제1 가시 레이저 광 및 제2 좁은 파대역에서의 제2 가시 레이저 광 둘 다에 반응하지 않는 제3 홀로그램을 포함할 수 있다. 착용 가능 헤드업 디스플레이는 제3 좁은 파대역 광검출기를 더 포함할 수 있으며, 제3 좁은 파대역 광검출기는 제3 좁은 파대역에서의 제3 가시 레이저 광에 반응하고 제3 좁은 파대역 외에 있는 광에 반응하지 않는다.

제1 레이저 다이오드는 적색 레이저 다이오드일 수 있고 제1 좁은 파대역은 사용자의 눈에 적색으로 보이는 제1 범위의 파장들에 상응할 수 있다. 제2 레이저 다이오드는 녹색 레이저 다이오드일 수 있고 제2 좁은 파대역은 사용자의 눈에 녹색으로 보이는 제2 범위의 파장들에 상응할 수 있다. 제3 레이저 다이오드는 청색 레이저 다이오드일 수 있고 제3 좁은 파대역은 사용자의 눈에 청색으로 보이는 제3 범위의 파장들에 상응할 수 있다.

착용 가능 헤드업 디스플레이의 홀로그램 광학 소자는 홀로그램 재료의 적어도 3개의 별개의 층: 제1 홀로그램을 포함하는 홀로그램 재료의 제1 층, 제2 홀로그램을 포함하는 홀로그램 재료의 제2 층, 및 제3 홀로그램을 포함하는 홀로그램 재료의 제3 층을 포함할 수 있다. 대안적으로, 착용 가능 헤드업 디스플레이의 홀로그램 광학 소자는 제1 홀로그램, 제2 홀로그램 및 제3 홀로그램의 모든 3개를 포함하는 단일 체적의 홀로그램 재료를 포함할 수 있다.

제1 홀로그램은 제1 좁은 파대역에서의 제1 가시 레이저 광에 제1 광학 배율을 적용시킬 수 있고, 제2 홀로그램은 제2 좁은 파대역에서의 제2 가시 광선에 동일한 제1 광학 배율을 적용시킬 수 있고, 제3 홀로그램은 제3 좁은 파대역에서의 제3 가시 레이저 광에 동일한 제1 광학 배율을 적용시킬 수 있다.

사용자의 눈에 이미지를 투사하고 사용자의 눈을 추적하도록 레이저 투사기를 작동시키는 방법은: 레이저 모듈에 의해 가시 레이저 광을 출력하는 단계로서, 레이저 모듈은 적어도 제1 레이저 다이오드를 포함하고 레이저 모듈에 의해 가시 레이저 광을 출력하는 단계는 레이저 모듈의 제1 레이저 다이오드로부터 제1 좁은 파대역에서의 제1 가시 레이저 광을 출력하는 단계를 포함하고, 제1 가시 레이저 광은 이미지의 적어도 제1 부분을 나타내는 단계; 스캔 미러에 의해 가시 레이저 광을 제어 가능하게 그리고 반사적으로 스캐닝하는 단계; 홀로그램 광학 소자에 의해 사용자의 눈 쪽으로 가시 레이저 광을 재지향시키는 단계; 적어도 제1 좁은 파대역 광검출기에 의해 사용자의 눈으로부터의 가시 레이저 광의 적어도 일부의 반사를 검출하는 단계로서, 제1 좁은 파대역 광검출기는 제1 좁은 파대역에서의 광에 반응하고 제1 좁은 파대역 외에 있는 광에 실질적으로 반응하지 않고, 적어도 제1 좁은 파대역 광검출기에 의해 사용자의 눈으로부터의 가시 레이저 광의 적어도 일부의 반사를 검출하는 단계는 제1 좁은 파대역 광검출기에 의해 이미지의 제1 부분의 반사를 검출하는 단계를 포함하는 단계; 및 제1 좁은 파대역 광검출기에 의해 검출되는 사용자의 눈으로부터의 이미지의 제1 부분의 적어도 반사에 기반하여 눈의 적어도 하나의 특징부의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 것으로 요약될 수 있다.

레이저 모듈은 제2 레이저 다이오드를 포함할 수 있고 레이저 모듈에 의해 가시 광선을 출력하는 단계는 레이저 모듈의 제2 레이저 다이오드에 의해 제2 좁은 파대역에서의 제2 가시 레이저 광을 출력하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 제2 좁은 파대역은 제1 좁은 파대역과 상이하다. 제2 가시 레이저 광은 이미지의 적어도 제2 부분을 나타낼 수 있다. 스캔 미러에 의해 가시 레이저 광을 제어 가능하게 그리고 반사적으로 스캐닝하는 단계는 스캔 미러에 의해 이미지의 제1 부분 및 이미지의 제2 부분 둘 다를 제어 가능하게 그리고 반사적으로 스캐닝하는 단계를 포함할 수 있다. 홀로그램 광학 소자는 제1 좁은 파대역에서의 광에 반응하고 제1 좁은 파대역 외에 있는 광에 반응하지 않는 제1 홀로그램 및 제2 좁은 파대역에서의 광에 반응하고 제2 좁은 파대역 외에 있는 광에 반응하지 않는 제2 홀로그램을 포함하는 파장 다중화 홀로그램 광학 소자일 수 있다. 홀로그램 광학 소자에 의해 사용자의 눈 쪽으로 가시 레이저 광을 재지향시키는 단계는 파장 다중화 홀로그램 광학 소자의 제1 홀로그램에 의해 사용자의 눈 쪽으로 이미지의 제1 부분을 재지향시키는 단계 및 파장 다중화 홀로그램 광학 소자의 제2 홀로그램에 의해 사용자의 눈 쪽으로 이미지의 제2 부분을 재지향시키는 단계를 포함할 수 있다. 적어도 제1 좁은 파대역 광검출기에 의해 사용자의 눈으로부터의 가시 레이저 광의 적어도 일부의 반사를 검출하는 단계는 제2 좁은 파대역 광검출기에 의해 사용자의 눈으로부터의 이미지의 제2 부분의 반사를 검출하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 제2 좁은 파대역 광검출기는 제2 좁은 파대역에서의 광에 반응하고 제2 좁은 파대역 외에 있는 광에 실질적으로 반응하지 않는다. 제1 좁은 파대역 광검출기에 의해 검출되는 사용자의 눈으로부터의 이미지의 제1 부분의 적어도 반사에 기반하여 눈의 적어도 하나의 특징부의 위치를 결정하는 단계는 제2 좁은 파대역 광검출기에 의해 검출되는 사용자의 눈으로부터의 이미지의 제2 부분의 반사에 기반하여 눈의 적어도 하나의 특징부의 위치를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

레이저 모듈은 제3 레이저 다이오드를 포함할 수 있고 레이저 모듈에 의해 가시 광선을 출력하는 단계는 레이저 모듈의 제3 레이저 다이오드에 의해 제3 좁은 파대역에서의 제3 가시 레이저 광을 출력하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 제3 좁은 파대역은 제1 좁은 파대역 및 제2 좁은 파대역 둘 다와 상이하다. 제3 가시 레이저 광은 이미지의 적어도 제3 부분을 나타낼 수 있다. 스캔 미러에 의해 가시 레이저 광을 제어 가능하게 그리고 반사적으로 스캐닝하는 단계는 스캔 미러에 의해 이미지의 제3 부분을 제어 가능하게 그리고 반사적으로 스캐닝하는 단계를 더 포함할 수 있다. 파장 다중화 홀로그램 광학 소자는 제3 좁은 파대역에서의 광에 반응하고 제3 좁은 파대역 외에 있는 광에 반응하지 않는 제3 홀로그램을 더 포함할 수 있다. HOE에 의해 사용자의 눈 쪽으로 가시 레이저 광을 재지향시키는 단계는 파장 다중화 홀로그램 광학 소자의 제3 홀로그램에 의해 사용자의 눈 쪽으로 이미지의 제3 부분을 재지향시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 적어도 제1 좁은 파대역 광검출기에 의해 사용자의 눈으로부터의 가시 레이저 광의 적어도 일부의 반사를 검출하는 단계는 제3 좁은 파대역 광검출기에 의해 사용자의 눈으로부터의 이미지의 제3 부분의 반사를 검출하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 제3 좁은 파대역 광검출기는 제3 좁은 파대역에서의 광에 반응하고 제3 좁은 파대역 외에 있는 광에 실질적으로 반응하지 않는다. 제1 좁은 파대역 광검출기에 의해 검출되는 사용자의 눈으로부터의 이미지의 제1 부분의 적어도 반사에 기반하여 눈의 적어도 하나의 특징부의 위치를 결정하는 단계는 제3 좁은 파대역 광검출기에 의해 검출되는 사용자의 눈으로부터의 이미지의 제3 부분의 반사에 기반하여 눈의 적어도 하나의 특징부의 위치를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

제1 레이저 다이오드는 적색 레이저 다이오드일 수 있고 레이저 모듈의 제1 레이저 다이오드에 의해 제1 좁은 파대역에서의 제1 가시 레이저 광을 출력하는 단계는 적색 레이저 다이오드에 의해 적색 레이저 광을 출력하는 단계를 포함할 수 있다. 이미지의 제1 부분은 이미지의 적색 부분일 수 있다.

제2 레이저 다이오드는 녹색 레이저 다이오드일 수 있고 레이저 모듈의 제2 레이저 다이오드에 의해 제2 좁은 파대역에서의 제2 가시 레이저 광을 출력하는 단계는 녹색 레이저 다이오드에 의해 녹색 레이저 광을 출력하는 단계를 포함할 수 있다. 이미지의 제2 부분은 이미지의 녹색 부분일 수 있다.

제3 레이저 다이오드는 청색 레이저 다이오드일 수 있고 레이저 모듈의 제3 레이저 다이오드에 의해 제3 좁은 파대역에서의 제3 가시 레이저 광을 출력하는 단계는 청색 레이저 다이오드에 의해 청색 레이저 광을 출력하는 단계를 포함할 수 있다. 이미지의 제3 부분은 이미지의 청색 부분일 수 있다.

혼성의 홀로그램 광학 소자는: 홀로그램 재료의 적어도 하나의 층으로서: 제1 파장을 갖는 광에 제1 광학 배율을 적용시키는 제1 홀로그램; 및 제2 파장을 갖는 광에 적어도 제2 광학 배율을 적용시키는 적어도 제2 홀로그램을 포함하며, 제2 광학 배율은 제1 광학 배율과 상이하고 제2 파장은 제1 파장과 상이한 홀로그램 재료의 적어도 하나의 층을 포함하는 것으로 요약될 수 있다. 제1 홀로그램은 제1 파장을 갖는 광을 재지향시키고 제1 파장을 갖는 광의 재지향 시에 제1 파장을 갖는 광에 제1 광학 배율을 적용시킬 수 있다. 제2 홀로그램은 제2 파장을 갖는 광을 재지향시키고 제2 파장을 갖는 광의 재지향 시에 제2 파장을 갖는 광에 제2 광학 배율을 적용시킬 수 있다.

제1 광학 배율은 정의 광학 배율일 수 있고 제1 홀로그램은 제1 수렴률로 제1 파장을 갖는 광이 수렴하게 할 수 있다. 제2 광학 배율은 제로일 수 있다. 제2 광학 배율은 부의(negative) 광학 배율일 수 있고 제2 홀로그램은 제2 파장을 갖는 광이 발산하게 할 수 있다. 제2 광학 배율은 정이고 제1 광학 배율 미만일 수 있고, 제2 홀로그램은 제1 수렴률 미만인 제2 수렴률로 제2 파장을 갖는 광이 수렴하게 할 수 있다. 제1 광학 배율은 40 디옵터 이상일 수 있고 제2 광학 배율은 0 디옵터 이하일 수 있다.

제1 파장은 사람 눈에 가시적일 수 있고 제2 파장은 사람 눈에 비가시적일 수 있다. 제1 파장은 390 ㎚ 내지 700 ㎚의 제1 범위로부터 선택될 수 있고 제2 파장은 700 ㎚ 내지 10 ㎛의 제2 범위로부터 선택될 수 있다.

홀로그램 재료의 적어도 하나의 층은 홀로그램 재료의 단일 층을 포함할 수 있고 제1 홀로그램 및 적어도 제2 홀로그램은 둘 다 홀로그램 재료의 단일 층에 포함될 수 있다. 대안적으로, 홀로그램 재료의 적어도 하나의 층은 홀로그램 재료의 제1 층 및 홀로그램 재료의 적어도 제2 층을 포함할 수 있고, 홀로그램 재료의 제1 층은 제1 홀로그램을 포함할 수 있고 홀로그램 재료의 제2 층은 제2 홀로그램을 포함할 수 있다.

홀로그램 재료의 적어도 하나의 층은: 제3 파장을 갖는 광에 제1 광학 배율을 적용시키는 적어도 제3 홀로그램을 더 포함할 수 있으며, 제3 파장은 제1 파장 및 제2 파장 둘 다와 실질적으로 상이하다. 제1 홀로그램은 적색 광에 제1 광학 배율을 적용시키는 적색 홀로그램일 수 있고, 제2 홀로그램은 적외선 광에 제2 광학 배율을 적용시키는 적외선 홀로그램일 수 있고, 제3 홀로그램은 녹색 광에 제1 광학 배율을 적용시키는 녹색 홀로그램일 수 있고, 홀로그램 재료의 적어도 하나의 층은 청색 광에 제1 광학 배율을 적용시키는 청색 홀로그램을 더 포함할 수 있다.

혼성의 홀로그램 광학 소자는 안경 렌즈를 더 포함할 수 있으며, 홀로그램 재료의 적어도 하나의 층은 안경 렌즈에 의해 수용된다.

도면들에서, 동일한 참조 번호들은 유사한 요소들 또는 작동들을 식별한다. 도면들에서 요소들의 크기들 및 상대 위치들은 반드시 일정 비율로 그려지는 것은 아니다. 예를 들어, 다양한 요소의 형상들 및 각도들은 반드시 일정 비율로 그려지는 것은 아니고, 이러한 요소들 중 일부는 도면 명료성을 개선하기 위해 임의적으로 확대되고 위치된다. 게다가, 그려지는 바에 따른 요소들의 특정 형상들은 특정 요소들의 실제 형상에 관한 임의의 정보를 반드시 전하는 것으로 의도되는 것은 아니고, 단지 도면들에서 인지의 용이함을 위해 선택되었다.
도 1은 스캐닝 레이저 투사기를 채용한 착용 가능 헤드업 디스플레이의 측면도를 도시하는 예시적인 도면이다.
도 2는 스캐닝 레이저 투사기 및 별도의 눈 추적 시스템을 채용한 착용 가능 헤드업 디스플레이의 측면도를 도시하는 예시적인 도면이다.
도 3은 본 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 따른 눈 추적 기능성을 통합시키도록 구성된 스캐닝 레이저 투사기를 포함하는 착용 가능 헤드업 디스플레이를 도시하는 예시적인 도면이다.
도 4는 본 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 따른 스캐닝 레이저 투사 시스템으로 눈 추적 기능성을 통합시키도록 구성되는 착용 가능 헤드업 디스플레이의 측면도를 도시하는 예시적인 도면이다.
도 5는 본 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 따른 최소 구성 요소 부가로 눈 추적 및 스캐닝 레이저 투사를 통합시킨 착용 가능 헤드업 디스플레이의 사시도이다.
도 6은 본 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 따른 3개의 각도 분리 카피로 스캐닝 투사기의 출력을 분리시키는 조정된 광 스플리터의 개략도이다.
도 7은 본 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 따른 사용자의 눈에 이미지를 투사하고 사용자의 눈을 추적하도록 레이저 투사기를 작동시키는 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 8은 본 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 따른 이미지 투사 및 눈 추적 기능성 둘 다를 가능하게 하는 다중화된 홀로그램 광학 소자를 포함하는 착용 가능 헤드업 디스플레이의 측면도를 도시하는 예시적인 도면이다.

이하의 설명에서, 다양한 개시된 실시예의 철저한 이해를 제공하기 위해 특정 구체적 상세들이 제시된다. 그러나, 당업자는 실시예들이 이러한 구체적 상세들 중 하나 이상 없이, 또는 다른 방법들, 구성 요소들, 재료들 등으로 실행될 수 있다는 점을 인지할 것이다. 다른 사례들에서, 휴대용 전자 디바이스들 및 머리 착용 디바이스들과 연관된 널리 알려진 구조체들은 실시예들의 설명들을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 나타내어지거나 상세히 설명되지 않았다.

문맥이 달리 요구하지 않는다면, 본 명세서 및 뒤따르는 청구항들 전체에 걸쳐, "포함하다(comprise)"란 단어, 및 "포함한다(comprises)" 및 "포함하는(comprising)"과 같은 이것의 변형들은 "포함하지만, 이에 제한되지 않는(including, but not limited to)"으로서인 개방된 포괄적인 의미로 해석되어야 한다.

"하나의 실시예(one embodiment)" 또는 "일 실시예(an embodiment)"에 대한 본 명세서 전체에 걸친 참조는 특정 특징, 구조체들 또는 특성들이 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서 및 첨부된 청구항들에 사용되는, 단수형들(a, an 및 the)은 내용이 분명히 달리 구술하지 않는다면 복수형 지시 대상들을 포함한다. "또는(or)"이란 용어가 내용이 분명히 달리 구술하지 않는다면, "및/또는(and/or)"을 의미하는 것으로서인 "또는"이란 용어의 가장 넓은 의미로 전반적으로 채용된다는 점이 또한 주목되어야 한다.

본원에 제공되는 표제들 및 본 발명의 요약서는 편의만을 위한 것이고 실시예들의 범위 또는 의미를 판단하지 않는다.

본원에 설명하는 다양한 실시예는 스캐닝 레이저 투사기("SLP")로 눈 추적 기능성을 통합시키는 시스템들, 디바이스들 및 방법들을 제공한다. 이들의 일 양태는 투사기 및 눈 추적기의 구성 요소 둘 다로서 SLP를 작동시키는 것을 포함한다. 많은 상이한 사용의 경우에 적용 가능하지만, 본 시스템들, 디바이스들 및 방법들은 적어도 하나의 SLP를 이미 채용한 착용 가능 헤드업 디스플레이들("WHUDs")에서의 사용에 특히 적절하다. 본 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 따르면, WHUD에서의 SLP는 디스플레이를 위해 가시 광선 및 눈 추적을 위해 적외선 광을 동시에 제공하도록 구성될 수 있어, 소수의 개별적인, 방해가 되지 않는 정도의 구성 요소만의 부가로 WHUD의 눈 추적 기능성을 가능하게 한다.

본 시스템들, 디바이스들 및 방법들은 WHUD들, 그리고 특히 적어도 하나의 SLP를 이미 채용한 WHUD들에서의 사용에 적절하다. 그러한 디스플레이들의 예들을 미국 가출원 일련 번호 제 62/017,089호; 미국 가출원 일련 번호 제 62/053,598호; 미국 가출원 일련 번호 제 62/117,316호; 미국 가출원 일련 번호 제 62/134,347호(현재 미국 정규 출원 일련 번호 제 15/070,887호); 미국 가출원 일련 번호 제 62/156,736호; 미국 가출원 일련 번호 제 62/242,844호; 미국 특허 공개 제 US 2015-0378164 A1호; 미국 특허 공개 제 US 2015-0378161 A1호; 미국 특허 공개 제 US 2015-0378162 A1호; 미국 정규 출원 일련 번호 제 15/145,576호; 미국 정규 출원 일련 번호 제 15/145,609호; 미국 정규 출원 일련 번호 제 15/145,583호; 미국 정규 출원 일련 번호 제 15/046,234호; 미국 정규 출원 일련 번호 제 15/046,254호; 및 미국 정규 출원 일련 번호 제 15/046,269호에 설명한다. 눈 추적 능력 없는 그러한 WHUD 아키텍처의 일반화된 예가 도 1에 제공된다.

도 1은 SLP(110)를 채용한 WHUD(100)의 측면도를 도시하는 예시적인 도면이다. SLP(110)는 (도 1에서 "R"로 라벨링되는) 적색 레이저 다이오드, (도 1에서 "G"로 라벨링되는) 녹색 레이저 다이오드, 및 (도 1에서 "B"로 라벨링되는) 청색 레이저 다이오드를 포함하는 레이저 모듈(111), 그리고 2개의 자유축을 중심으로 제어 가능하게 회전 가능한 스캔 미러(112)를 포함한다. 2개의 자유축을 중심으로 회전 가능한 단일 스캔 미러(112)가 본원에 예시적인 예로서만 사용되고 당업자는 유사한 기능성이 2개의 자유 직교축의 각각의 하나를 중심으로 각각 제어 가능하게 회전 가능하고 레이저 광(120)의 광학 경로에 대하여 순차로 각각 위치되는 예를 들어, 2개의 스캔 미러와 같은 상이한 미러 구성을 사용하여 실현될 수 있다는 점을 이해할 것이다. SLP(110)에 의해 출력되는 레이저 광(120)은 (적색 레이저 다이오드에 의해 출력되는) 적색 레이저 광, (녹색 레이저 다이오드에 의해 출력되는) 녹색 레이저 광, 및/또는 (청색 레이저 다이오드에 의해 출력되는) 청색 레이저 광의 임의의 조정된 조합을 포함할 수 있다. 스캔 미러(112)로부터 반사되는 레이저 광(120)은 다시 사용자의 눈(190) 쪽으로 레이저 광(120)을 재지향시키는 홀로그램 광학 소자("HOE")(130) 상에 입사한다. 일반적으로 본 시스템들, 디바이스들 및 방법들에서, "사용자"란 용어는 SLP의 사용자를 지칭한다. 도 1의 특정 맥락에서, "사용자"란 용어는 WHUD(100)를 착용하거나 사용하는 사람을 지칭한다. 당업자는 WHUD(100)가 사용자의 머리 상에 착용될 때, 적어도 HOE(130)가 사용자의 적어도 하나의 눈(190)의 시계 내에 위치되도록 도 1에 도시된 요소들을 사용자가 착용하는 것을 가능하게 하는 (혼란을 감소시키기 위해 도 1에 도시되지 않은) 지지 프레임 및/또는 다른 지지/정렬 구조체(들)를 WHUD(100)가 포함할 수 있다는 점을 이해할 것이다.

HOE(130)는 레이저 광(120)에 대하여 HOE(130)의 반대측으로부터 입사하는 환경 광(140)에 실질적으로 광학적으로 투명할(즉, 환경 광(140)을 형성하는 파장들의 대다수에 광학적으로 투명할) 수 있다. HOE(130)가 사용자의 시계에서 투사된 레이저 광(120) 및 외부 환경 광(140)을 효과적으로 결합시키므로, HOE(130)는 "결합기," 또는 "투명 결합기," "홀로그램 광학 결합기" 또는 유사한 것과 같은 관련된 변형으로 지칭될 수 있다. WHUD(100)의 지지 프레임(미도시)이 안경의 일반적 형상, 외관 및/또는 기하학적 구조를 가지면, 그 때 HOE(130)는 (하나 이상의 처방 렌즈 또는 하나 이상의 비처방 렌즈와 같은) WHUD(100)의 하나 이상의 투명 렌즈 상에 수용될 수 있다. (예를 들어, HOE(130)의 예시적인 다중화된 구성들을 포함하는) HOE(130)의 조성 그리고 (예를 들어, 예시적인 사출 동공 및 아이박스(eyebox) 구성들을 포함하는) HOE(130)가 눈(190) 쪽으로 레이저 광(120)을 재지향시킬 수 있는 방식들에 대한 추가 상세들을 적어도 앞서 목록으로 나열된 특허 출원들에 설명한다.

WHUD(100)는 SLP(110)를 채용하지만 임의의 눈 추적 기능성을 제공하지 않는 WHUD의 일 예이다. 통상적 눈 추적 기능성이 WHUD(100)에 추가될 수 있는 방법의 일 예가 도 2에 도시된다.

도 2는 SLP(210) 및 별도의 눈 추적 시스템을 채용한 WHUD(200)의 측면도를 도시하는 예시적인 도면이다. WHUD(200)는 WHUD(200)가 WHUD(200)에서의 눈 추적 기능성을 가능하게 하도록 부가 구성 요소들(240 및 250)을 포함하는 눈 추적 시스템을 포함한다는 것을 제외하면 도 1에서의 WHUD(100)와 실질적으로 유사하다. WHUD(200)의 눈 추적 시스템은 적외선 광원(240) 및 적외선 광검출기(250)를 포함한다. 사용 시에, 적외선 광원(240)은 (적외선 광(222)이 눈(290)에 비가시적이라는 것을 나타내고, SLP(210)에 의해 출력되는 가시 광선(221)과 구별하도록 파선들로 도시된) 단일 큰 스팟의 적외선 광(222)으로 눈(290)을 완전히 조명하거나 "가득 채운다". 적외선 광검출기(250)는 사용자의 눈(290)으로부터의 적외선 광(222)의 반사들을 검출한다. 눈(290)의 상이한 특징부들(예를 들어, 각막, 동공, 홍채 및/또는 망막 혈관들)은 단일 큰 스팟의 입사하는 적외선 광(222)의 부분들이 상이한 방식으로 눈(290)으로부터 반사하게 할 수 있으므로; 적외선 광원(240) 및 광검출기(250)에 대하여 눈(290)의 그러한 특징부(들)의 위치는 광검출기(250)에 의해 검출되는 적외선 광(222)의 강도에 영향을 줄 수 있다. 적외선 광원(240)이 적외선 광으로 눈(290)을 가득 채움에 따라, 광검출기(250)는 눈(290)의 위치/배향에 따르는 반사된 적외선 광(222)의 강도 패턴 또는 맵을 검출한다. 즉, 광검출기(250)에 의해 검출되는 적외선 광(222)의 강도는 눈(290)의 위치/배향 (또는 각막, 동공 등과 같은 눈(290)의 특징부(들)의 위치/배향)에 따른다. 광검출기(250)에 의해 검출되는 강도 패턴/맵은 눈(290)이 어디를 바라보고 있는지에 의존한다. 이러한 방식으로, WHUD(200)의 눈 추적 시스템에서의 별개의 구성 요소들(적외선 광원(240) 및 적외선 광검출기(250))의 조합은 눈(290)의 응시 방향 및 움직임들 둘 다가 측정되고 추적되는 것을 가능하게 한다.

WHUD(200)는 SLP(210) 및 (적외선 광원(240) 및 적외선 광검출기(250)를 포함하는) 눈 추적 시스템이 둘 다 완전히 별도이고 독립적인 서브시스템들로서 포함되는 예시적 아키텍처를 도시한다. 그러한 구현은 일부 시스템에 대해 받아들여질 수 있지만, 일반적으로, 형태 인자 및 처리/전력 필요 조건들 둘 다의 면에서 WHUD가 가능한 한 컴팩트하고 간소화되는 것이 유리하다. 본원에 설명하는 다양한 실시예는 형태 인자 및 처리/전력 필요 조건들의 면에서 보다 효율적인 시스템을 제공하기 위해 눈 추적 기능성을 SLP로 통합시키는 시스템들, 디바이스들 및 방법들을 제공한다.

도 3은 본 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 따른 통합된 눈 추적 기능성을 갖는 SLP(310)를 포함하는 WHUD(300)를 도시하는 예시적인 도면이다. WHUD(300)는, WHUD(300)에서 스캐닝 레이저 투사 및 눈 추적 구성 요소들이 둘 다 단일 패키지/모듈(310)로 통합된다는 것을 제외하면 도 2에서의 WHUD(200)와 실질적으로 유사하다. 상세하게는, SLP(310)는 (도 3에서 "R"로 라벨링되는) 적색 레이저 다이오드, (도 3에서 "G"로 라벨링되는) 녹색 레이저 다이오드, 및 (도 3에서 "B"로 라벨링되는) 청색 레이저 다이오드를 포함하는 레이저 모듈(311), 그리고 도 1의 WHUD(100)에 대해 설명하는 구성과 유사한 구성의 스캔 미러(312)를 포함한다. 그러나, 게다가, 레이저 모듈(311)은 WHUD(200)에서의 적외선 광원(240)에 대해 설명한 방식과 유사한 방식으로의 눈 추적에서의 사용을 위해 (도 3에서 "IR"로 라벨링되는) 적외선 레이저 다이오드를 또한 포함한다. 스캔 미러(312)는 동시에 (도 1의 WHUD(100)에서의 스캔 미러(112)와 유사한 방식으로의) 레이저 투사를 위한 스캔 미러 및 눈 추적을 위한 스캔 미러 둘 다로서의 역할을 하며, 그로써 스캔 미러(312)는 (예를 들어, IR 광의 래스터 스캔을 통하여) 눈(390)의 전체 영역을 순차적으로 조명하기 위해 눈(390)의 영역에 걸쳐 (도 3에서 파선들(322)로 나타내어지는) 적외선 레이저 광을 스캐닝한다. WHUD(200)가 투사기 레이저 모듈(211)과 별도의 적외선 광원(240)을 포함하지만, WHUD(300)에서, 적외선 레이저 다이오드(341)는 SLP(310)의 레이저 모듈(311)로 통합되고 스캔 미러(312)는 눈(390)에 걸쳐 가시(R, G, 및/또는 B) 및 적외선(IR) 레이저 광 둘 다 스캐닝하는 역할을 한다.

스캔 미러(312)는 유리하게는 (예를 들어, DLP 구성으로의) 하나의 또는 다수의 디지털 마이크로 전자 기계 시스템("MEMS") 미러를 포함할 수 있다. 전형적 작동에서, SLP(310)의 스캔 미러(312)는 스캔 미러(312)의 위치들의 전체 범위에 걸쳐 되풀이하여 스캐닝하고 디스플레이의 전체 시계에 걸쳐 효과적으로 스캐닝한다. 이미지/화소가 각각의 스캔 위치에서 투사되는지 아닌지 여부는 레이저 모듈(311)의 제어된 조절 및 레이저 모듈(311)의 스캔 미러(312)와의 동기화에 의존한다. 스캔 미러(312)가 레이저 투사기로서의 작동 동안 스캔 미러(312)의 전체 범위에 걸쳐 전반적으로 스캐닝한다는 사실은 SLP(310)의 스캔 미러(312)가 눈 추적을 위한 사용과 호환되게 한다. SLP(310)는 SLP로서 눈 추적 기능성의 작동을 절충하거나 변경할 필요 없이 눈 추적 기능성을 제공하도록 구성된다. 작동에서, 스캔 미러(312)는 RGB 레이저 다이오드들이 스캐닝된 이미지의 화소들에 상응하는 가시 광선(321)을 제공하도록 조절되는 동안, 스캔 미러(312)의 위치들의 전체 범위에 걸쳐 되풀이하여 스캐닝한다. 동시에, 적외선 레이저 다이오드는 눈 추적을 위해 적외선 레이저 광(322)으로 사용자의 눈(390)(각각의 스캔 미러 위치에 각각 상응하는 한 번에 하나의 스팟 또는 화소)을 조명하도록 활성화될 수 있다. 구현에 따라, 적외선 레이저 다이오드는 적외선 레이저 광(322)으로 눈(390)을 완전히 조명하도록(즉, 눈(390)의 전체 영역에 걸쳐 스캐닝하도록) 단순히 항상 온될 수 있거나 적외선 레이저 다이오드는 눈(390) 상에 일정 조명 패턴(예를 들어, 그리드, 평행선들의 세트, 십자선 또는 임의의 다른 형상/패턴)을 제공하도록 조절될 수 있다. 적외선 레이저 광(322)이 사용자의 눈(390)에 비가시적이므로, 적외선 레이저 광(322)은 SLP(310)에 의해 투사되는 스캐닝된 이미지와 간섭하지 않는다.

눈(390)으로부터 반사하는 적외선 레이저 광(322)(예를 들어, 적외선 레이저 광(322)의 부분들)을 검출하기 위해, WHUD(300)는 도 2의 WHUD(200)에서의 광검출기(250)와 유사한 적어도 하나의 적외선 광검출기(350)를 포함한다. 하나만의 광검출기(350)가 도 3에 도시되지만, 대안적인 실시예들에서, 구현에 따라 임의의 배열로 그리고 임의의 원하는 위치에 위치되는 임의의 수의 광검출기(350)(예를 들어, 광검출기들(350)의 어레이, 또는 적외선 파장 범위에서의 광에 반응하는 전하 결합 디바이스 기반 카메라)가 사용될 수 있다.

스캔 미러(312)가 R, G 및/또는 B 레이저 다이오드들의 조절에 기반하여 표시된 이미지를 생성하기 위해 눈(390)에 걸쳐 조절된 R, G 및/또는 B 광(321)을 스캐닝할 때, 스캔 미러(312)는 또한 IR 레이저 다이오드의 조절에 기반하여 눈(390)에 걸쳐 적외선 레이저 광(322)을 스캐닝한다. 광검출기(350)는 눈(390)의 위치/배향에 따르는 반사된 적외선 레이저 광(322)의 강도 패턴 또는 맵을 검출한다. 즉, 스캔 미러(312)의 각각의 별개의 위치는 눈(390)의 위치/배향 (또는 각막, 홍채, 동공 등과 같은 눈(390)의 특징부(들)의 위치/배향)에 따르는 광검출기(350)에 의해 검출되는 적외선 레이저 광(322)의 각각의 강도를 야기할 수 있다. 광검출기(350)에 의해 검출되는 강도 패턴/맵은 눈(390)이 어디를 바라보고 있는지에 의존한다. 이러한 방식으로, WHUD(300)에서의 동일한 SLP(310)가 i) 이미지 투사, 및 ii) 눈(390)의 응시 방향 및 움직임들이 측정되고 추적되는 것 둘 다를 가능하게 한다.

눈 추적 기능성을 SLP(310)로 통합시키기 위해, WHUD(200)에 비해 WHUD(300)에 대한 다른 구성은 HOE(330)의 파장 다중화이다. WHUD(100)의 HOE(130)에 대해 설명하는 것과 동일한 방식으로, WHUD(300)는 또한 SLP(310)의 레이저 모듈(311)로부터 출력되는 레이저 광을 눈(390) 쪽으로 재지향시키는 HOE(330)를 포함하지만; WHUD(300)에서, HOE(330)는 (도 1의 HOE(130)에 비해) 적어도 2개의 파장 다중화 홀로그램: 레이저 모듈(311)에 의해 출력되는 가시 광선(321)에 반응하고(즉, 제1 홀로그램의 재생 효율에 따라 다량의 부분의 적어도 일부를 재지향시키고), 레이저 모듈(311)에 의해 출력되는 적외선 광(322)에 반응하지 않는(즉, 적외선 광(322)을 투과하는) 적어도 제1 홀로그램(331), 및 레이저 모듈(311)에 의해 출력되는 적외선 광(322)에 반응하고(즉, 제2 홀로그램의 재생 효율에 따라 다량의 부분의 적어도 일부를 재지향시키고), 레이저 모듈(311)에 의해 출력되는 가시 광선(321)에 반응하지 않는(즉, 가시 광선(321)을 투과하는) 제2 홀로그램(332)을 포함하도록 구성되었다. 도 3이 제1 홀로그램(331)을 단일 홀로그램으로서 도시하지만, 실제로, 레이저 모듈(311)에 의해 출력되는 가시 광선(321)에 반응하는 HOE(330)의 양태(들)은: 파장 다중화되는 것(즉, 레이저 모듈(311)의 적색 레이저 다이오드로부터의 적색 광에만 반응하는 "적색" 홀로그램, 레이저 모듈(311)의 녹색 레이저 다이오드로부터의 녹색 광에만 반응하는 "녹색" 홀로그램, 및 레이저 모듈(311)의 청색 레이저 다이오드로부터의 청색 광에만 반응하는 "청색" 홀로그램), (예를 들어, 아이박스 확장/복제를 위해) 각도 다중화되는 것, 위상 다중화되는 것, 공간적으로 다중화되는 것, 시간적으로 다중화되는 것 등을 제한 없이 포함하는 다양한 상이한 방식으로 다중화될 수 있는 임의의 수의 홀로그램을 포함할 수 있다. 가시 광선(321)의 재지향 시에, 제1 홀로그램(331)은 제1 광학 배율을 가시 광선(321)에 적용시킬 수 있다. 유리하게는, 제1 홀로그램(331)에 의해 (또는 구현이 가시 광선(321)을 재지향시키는 다중화된 홀로그램들의 세트를 채용한다면, 제1 세트의 다중화된 홀로그램들에 의해) 적용되는 제1 광학 배율은 넓은 시계로 또렷하고 집중된 이미지를 제공하기 위해 예를 들어, 사용자의 눈(390)에서 1 센티미터 미만(예를 들어, 6 ㎜, 5 ㎜, 4 ㎜, 3 ㎜)의 직경을 갖는 사출 동공으로 가시 광선(321)을 집중시키거나 수렴시키는 정의 광학 배율일 수 있다. 적외선 광(322)의 재지향 시에, 제2 홀로그램(332)은 적외선 광(322)에 제2 광학 배율을 적용시킬 수 있으며, 제2 홀로그램(332)에 의해 적용되는 제2 광학 배율은 제1 홀로그램(331)에 의해 적용되는 제1 광학 배율과 상이하다. 유리하게는, 제1 광학 배율은 제2 광학 배율보다 더 클 수 있어 (그리고 그러므로, 제2 광학 배율은 제1 광학 배율 미만일 수 있어) 제2 홀로그램(332)이 눈(390)에서 가시 광선(321)의 사출 동공보다 더 큰 눈(390)의 영역에 걸쳐 적외선 광(322)을 재지향시킨다. 예를 들어, 제2 홀로그램(332)의 제2 광학 배율은 제1 홀로그램(331)의 제1 광학 배율에 의해 가시 광선(321)에 적용되는 수렴률 미만인 수렴률을 적외선 광(322)에 적용시킬 수 있거나, 제2 광학 배율은 제2 홀로그램(332)이 적외선 광(322)에 임의의 수렴을 적용시키지 않고 눈(390) 쪽으로 적외선 광(322)을 재지향시키도록 제로일 수 있거나, 제2 광학 배율은 제2 홀로그램(332)의 제2 광학 배율이 눈(390)의 전체 영역을 조명하고 그러한 조명된 영역 내의 모든 눈 위치/모션을 추적하기 위해 예를 들어, 눈(390)의 전체 영역을 (그리고 원한다면, 눈(390)의 전체 영역을 넘어) 커버하도록 적외선 광(322)이 발산하게 하도록(즉, 적외선 광(322)에 발산율을 적용시키도록) 부일(즉, 제로 미만일) 수 있다.

특정 구현에 따라, HOE(330)는 제1 홀로그램(331) 및 제2 홀로그램(332) 둘 다를 인코딩하거나, 수용하거나, 내부에 또는 위에 내장하였거나, 일반적으로 포함하는 단일 체적의 홀로그램 재료(예를 들어, 광중합체 또는 할로겐화 은 화합물)를 포함할 수 있거나, 대안적으로 HOE(330)는 적층되거나 일반적으로 함께 계층화되는 적어도 2개의 별개의 층의 홀로그램 재료(예를 들어, 광중합체 및/또는 할로겐화 은 화합물)인, 제1 홀로그램(331)을 포함하는 홀로그램 재료의 제1 층 및 제2 홀로그램(332)을 포함하는 홀로그램 재료의 제2 층을 포함할 수 있다. 예시적인 다중화된 HOE의 더 많은 상세를 도 8을 참조하여 후술한다.

본 명세서 및 첨부된 청구항들 전체에 걸쳐, "적외선"이란 용어는 "근적외선"을 포함하고 전형적으로 보통의 사람 눈에 가시적인 광의 최대 파장보다 더 큰 파장의 광을 일반적으로 지칭한다. 보통의 사람 눈에 가시적인 광(즉, 본원의 "가시 광선")은 일반적으로 400 ㎚ 내지 700 ㎚의 범위에 있으므로, 본원에 사용되는 "적외선"이란 용어는 700 ㎚보다 더 큰, 1 ㎜까지의 파장을 지칭한다. 본원에 그리고 청구항들에 사용되는, "가시적"은 광이 전형적으로 대략 400 ㎚(보라색)에서 대략 700 ㎚(적색)까지의 전자기 스펙트럼의 사람의 가시적 부분 내의 파장들을 포함한다는 것을 의미한다.

적외선 광의 사용은 적외선 광이 (보통의) 사람 눈에 비가시적이고 따라서 사용자에게 표시되는 다른 광학 콘텐츠를 방해하거나 이것과 간섭하지 않으므로, 눈 추적 시스템들에서 유리하다. 본 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 따른 적외선 레이저 다이오드를 SLP로 통합시키는 것은 가시 레이저 투사 및 비가시적 눈 추적이 실질적으로 WHUD의 동일한 하드웨어에 의해 동시에 수행되는 것을 가능하게 하여, 시스템의 전체 부피 및 처리/전력 필요 조건들을 최소화한다. 그러나, 본원에 설명하는 다양한 실시예는 또한 (즉, 적외선 광 없이) 가시 스펙트럼에서 완전히 작동되는 SLP로 눈 추적 기능성을 통합시키는 시스템들, 디바이스들 및 방법들을 포함한다.

도 4는 본 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 따른 스캐닝 레이저 투사 시스템으로 눈 추적 기능성을 통합시키도록 구성되는 WHUD(400)의 측면도를 도시하는 예시적인 도면이다. WHUD(400)는 WHUD(400)가 사용자의 눈(490)으로부터 반사되는 (적외선 레이저 광을 검출하는 적어도 하나의 적외선 광검출기(350)와는 대조적으로) 가시 레이저 광(420)을 검출하고 눈(490)의 위치 및/또는 움직임들을 결정하기 위해 결과로서 생기는 강도 패턴/맵을 사용하는 적어도 3개의 좁은 파대역 광검출기(451, 452 및 453)를 포함한다는 것을 제외하면 도 1에서의 WHUD(100)와 실질적으로 유사하다.

WHUD(400)는 3개의 좁은 파대역 광원: (도 4에서 "R"로 라벨링되는) 적색 레이저 다이오드, (도 4에서 "G"로 라벨링되는) 녹색 레이저 다이오드, 및 (도 4에서 "B"로 라벨링되는) 청색 레이저 다이오드를 포함하는 SLP(410)를 포함한다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들 전체에 걸쳐, "좁은 파대역"이란 용어는 특정 문맥을 고려해볼 때 비교적 작은 범위의 파장들 (또는 파장 대역폭)을 지칭한다. 레이저 다이오드와 같은 광원의 맥락에서, 좁은 파대역 광은 대략 10 ㎚ 이하의 대역폭 내의 광이며; 광검출기의 맥락에서, 좁은 파대역 광검출기는 대략 200 ㎚ 이하의 대역폭 내의 광에 반응한다. SLP(410)로부터의 레이저 광(420)은 도 1의 WHUD(100)에 대해 설명하는 바와 같이 사용자의 눈(490) 상에 이미지를 투사하도록 조절된다. 그러나, WHUD(400)는 또한: SLP(410)의 적색 레이저 다이오드에 의해 출력되는 광에 상응하는 좁은 파대역에서의 레이저 광(420)에 반응하는 제1 좁은 파대역 광검출기(451), SLP(410)의 녹색 레이저 다이오드에 의해 출력되는 광에 상응하는 좁은 파대역에서의 레이저 광(420)에 반응하는 제2 좁은 파대역 광검출기(452), 및 SLP(410)의 청색 레이저 다이오드에 의해 출력되는 광에 상응하는 좁은 파대역에서의 레이저 광(420)에 반응하는 제3 좁은 파대역 광검출기(453)를 포함한다. 광검출기들(451, 452 및 453) 각각은 눈(490)의 위치 및/또는 모션이 결정되는 것을 가능하게 하도록 사용자의 눈(490)으로부터 반사되는 레이저 광(420)을 수광하도록 정렬된다. 각각의 광검출기는 하나 이상의 광학 대역 통과 필터와 같은 하나 이상의 광학 필터를 사용하여 광의 각각의 "좁은 파대역"에 반응하도록 구성될 수 있다. 광검출기들(451, 452 및 453)은 검출된 환경 광으로부터의 잡음을 최소화하기 위해 유리하게는 "좁은 파대역"이다.

WHUD(400)는 SLP(410)로부터 사용자의 눈(490) 상에 투사되는 이미지들/화소들에 또한 상응하는 동일한 가시 레이저 광(420)을 사용하여 레이저 눈 추적을 구현한다. 이러한 방식에 대한 이점은 어떤 적외선 레이저 다이오드도 필요하지 않고 SLP(410)가 본질적으로 변경 없이 사용될 수 있다는 것이지만; 단점은 눈 위치들/모션들이 적외선 광에 의해 제공되는 전체 비가시적 조명을 사용하는 것 대신에 투사된 이미지/화소 패턴으로부터의 광을 조건으로 하도록 결정되어야 한다는 것이다. 본 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 따르면, SLP의 이미지 생성 시스템(즉, 스캔 미러의 위치들과의 동기화로 레이저 광(420)의 조절을 제어하는 시스템)과 좁은 파대역 광검출기들(451, 452 및 453)에 의해 검출되는 반사된 광에 기반하여 눈(490)의 위치/모션을 결정하는 눈 추적 시스템 사이의 통신은 유리하다. 그러한 통신은 예를 들어, 어느 레이저 다이오드가 각각의 미러 위치에서 활성인지에 대한 정보를 포함할 수 있다. 이러한 정보를 사용하여, 눈 추적 시스템은 현재의 스캔 미러 위치 및 레이저 조절 패턴에 기반하여 광검출기(들)(451, 452 및/또는 453)로부터 검출된 강도 정보를 눈(490)의 다양한 위치 및/또는 모션으로 매핑할 수 있다.

본원에 설명하는 눈 추적 시스템들 및 디바이스들의 다양한 실시예는 일부 구현에서, "섬광" 및/또는 "푸르키녜 이미지들"을 이용할 수 있고/있거나 미국 가출원 일련 번호 제 62/245,792호에 설명하는 "각막 음영 기반" 눈 추적 방법들을 채용할 수 있다.

본 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 따르면, 눈 추적 시스템 (또는 "눈 추적기")는 하나 이상의 (좁은 파대역) 광검출기 및 하나 이상의 비일시적 프로세서 판독 가능 저장 매체 또는 메모리에 통신적 결합되는 하나 이상의 디지털 프로세서를 포함할 수 있다. 메모리(들)는 프로세서에 의해 실행될 때, 하나 이상의 광검출기에 의해 제공되는 정보(예를 들어, 강도 패턴/맵과 같은 강도 정보)에 기반하여 프로세서가 사용자의 눈의 위치 및/또는 모션을 결정하는 것을 가능하게 하는 프로세서 실행 가능 명령어들 및/또는 데이터를 저장할 수 있다.

도 5는 본 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 따른 최소 구성 요소 부가로 눈 추적 및 스캐닝 레이저 투사를 통합시킨 WHUD(500)의 사시도이다. WHUD(500)는 도 1, 도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 요소들, 즉: (예를 들어, 적어도 제1 좁은 파대역에서의) 가시 레이저 광(521) 및 적외선 레이저 광(522)을 출력하도록 구성되는 레이저 모듈(511), 레이저 모듈로부터 출력되는 레이저 광을 수광하고 레이저 광을 제어 가능하게 반사시키도록(즉, 스캐닝하도록) 정렬되는 스캔 미러, 레이저 광(521 및 522)을 사용자의 눈(590) 쪽으로 재지향시키도록 정렬되는 파장 다중화 HOE(530), 및 적외선 레이저 광(522)에 반응하는 적어도 하나의 적외선 광검출기(550) 중 많은 것을 포함한다. 구현에 따라, 가시 레이저 광(521)은 단독으로 또는 임의의 조합으로, 적색 레이저 광, 녹색 레이저 광 및/또는 청색 레이저 광 중 임의의 것에 상응할 수 있다. WHUD(500)는 또한 일반적 형상 및 외관을 갖는 지지 프레임(580) 또는 안경을 포함하여 지지 프레임(580)이 사용자의 머리 상에 착용될 때, HOE(530)가 사용자의 눈(590)의 시계 내에 위치된다.

WHUD(500)는 광검출기(550)에 통신적 결합되는 디지털 프로세서(560) 및 디지털 프로세서(570)에 통신적 결합되는 비일시적 프로세서 판독 가능 저장 매체 또는 메모리(570)를 더 포함한다. 메모리(570)는 프로세서(560)에 의해 실행될 때, 광검출기(550)로부터 프로세서(560)로 통신되는 눈(590)으로부터 반사되는 적외선 광(522)에 대한 정보에 기반하여 프로세서(560)가 눈(590)의 하나 이상의 위치 및/또는 움직임을 결정하게 하는 프로세서 실행 가능 명령어들 및/또는 데이터를 저장한다.

본원에 설명하는 다양한 실시예는 사용자의 단일 눈(즉, 단안 응용들)을 전반적으로 참조하고 예시하지만, 당업자는 본 시스템들, 디바이스들 및 방법들이 사용자의 양쪽 눈(즉, 양안 응용들)에 대한 스캐닝된 레이저 투사 및 스캐닝된 레이저 눈 추적을 제공하기 위해 WHUD에서 중복될 수 있다는 점을 손쉽에 이해할 것이다.

일부 WHUD(예를 들어, 특정 아이박스 복제/확장 방식들을 구현하는 WHUD들)는 SLP에 의해 출력되는 레이저 광의 경로에서 다양한 광학 소자를 수반할 수 있다. 본 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 따르면, 눈 추적을 위해 적외선 레이저 다이오드를 SLP로 통합시키는 WHUD들은 유리하게는 가시 및 적외선 레이저들의 각각의 경로를 정렬하기/분리시키기 위해 필요로 되는 바에 따라 뜨거운 광학 소자들 및/또는 차가운 광학 소자들을 채용할 수 있다. 일 예가 도 6에 도시된다.

도 6은 미국 가출원 일련 번호 제 62/156,736호 및 미국 가출원 일련 번호 제 62/242,844호(현재 미국 정규 출원 일련 번호 제 15/046,254호)에 설명하는 바와 같이 SLP의 출력을 3개의 각도 분리 카피로 분리시키는 조정된 광 스플리터(600)의 개략도이다. 스플리터(600)는 각각 상이한 각도로 배향되는 2개의 반사면(671 및 672) 및 그 사이의 투과 구역(673)을 갖는 광학 구조체(670)를 포함한다. (도 3에서의 SLP(310)와 실질적으로 유사할 수 있는) SLP(610)는 도 6에 나타내어지는 바와 같은 하위 범위들(A, B 및 C)을 포함하는 스캔 범위를 갖는다. SLP(610)는 이미지의 3개의 카피: 스캔 범위(A)에서의 제1 카피, 스캔 범위(B)에서의 제2 카피 및 스캔 범위(C)에서의 제3 카피에 걸쳐 가시 광선을 스캐닝하도록 작동될 수 있다. 스캔 범위(A)에 걸쳐 투사되는 이미지의 제1 카피는 예를 들어, 각도 다중화 홀로그램 결합기에 작용하도록 광학 구조체(670)의 투과 구역(673)을 통해 투과된다. 스캔 범위(B)에 걸쳐 투사되는 이미지의 제2 카피는 광학 구조체(670)의 제1 반사면(671)에 의해 반사되고 그 다음 제2 반사기(예를 들어, 미러)(681)에 의해 다시 반사된다. 제2 반사기(681)는 (혼란을 감소시키기 위해 도 6에 도시되지 않은) 홀로그램 결합기 쪽으로 스캔 범위(B)에 상응하는 광을 재지향시키도록 배향된다. 스캔 범위(C)에 걸쳐 투사되는 이미지의 제3 카피는 광학 구조체(670)의 제2 반사된 면(672)에 의해 반사되고 그 다음 제3 반사기(예를 들어, 미러)(682)에 의해 다시 반사된다. 제3 반사기(682)는 홀로그램 결합기 쪽으로 스캔 범위(C)에 상응하는 광을 재지향시키도록 배향된다. 레이저 광의 (예를 들어, 시간적, 강도 및/또는 공간적) 동일한 조절 패턴이 범위들(A, B 및 C) 각각에 걸쳐 SLP(610)에 의해 반복될 수 있고, 이러한 방식으로, 이미지의 3개의 카피가 SLP(610)에 의해 생성되고 각각 상이한 각도들에서 각도 다중화 홀로그램 결합기 쪽으로 지향될 수 있다. 광 스플리터(600)는 사출 동공 복제에 의해 망막 스캐닝 디스플레이 시스템의 아이박스를 확장시키기 위해 그에 상응하게 조정된 SLP 작동 모드 및 각도 다중화 홀로그램 결합기와 함께 사용될 수 있는 광 스플리터의 구성의 일 예를 나타낸다. 그러한 스플리터를 채용하는 시스템으로 눈 추적을 위해 적외선 레이저 광을 통합시키기 위해, 스플리터는 적외선 광이 스플리터를 "보거나" 이것에 의해 영향을 받지 않고 본질적으로 스플리터를 통해 투과되도록 예를 들어, 차가운 광학 소자들로 구성될 수 있다. 이러한 경우에, (도 6에서 파선들로 나타내어지는) 적외선 광은 A + B + C의 전체 범위에 걸쳐 스캐닝될 수 있다. 대안적으로, 스플리터(600)는 적외선 광이 뜨거운 광학 소자들에 의해 반사되도록 뜨거운 광학 소자들로 구성될 수 있다. 이러한 경우에, 적외선 광은 3개의 스캔 구역(A, B 또는 C) 중 하나에 대해 온으로 조절되고 다른 2개의 스캔 구역에 대해 오프로 조절되는 것만을 필요로 할 수 있다.

도 7은 본 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 따른 사용자의 눈에 이미지를 투사하고 사용자의 눈을 추적하도록 레이저 투사기를 작동시키는 방법(700)을 도시하는 흐름도이다. 방법(700)은 6가지의 작동(701, 702, 703, 704, 705 및 706)을 포함하지만, 당업자는 대안적인 실시예들에서 특정 작동들이 생략될 수 있고/있거나 부가 작동들이 추가될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 당업자는 작동들의 도시된 순서가 예시적인 목적으로만 나타내어지고 대안적인 실시예들에서 변경될 수 있다는 점을 또한 이해할 것이다. 방법(700)의 목적으로, "사용자"란 용어는 레이저 투사기에 의해 투사되는 이미지를 관찰하고 있는 사람을 지칭한다.

701에서, 레이저 투사기의 적어도 제1 레이저 다이오드는 가시 광선을 출력한다. 가시 광선은 이미지의 적어도 일부를 나타내거나, 구현하거나, 이것에 상응한다. 예를 들어, 가시 광선은 완전한 이미지 또는 이미지의 하나 이상의 화소를 나타내거나, 구현하거나, 이것들에 상응할 수 있다. 가시 광선은 (완전한 이미지를 인코딩하는) 레이저 광의 완전한 조절된 패턴, 레이저 광의 조절된 패턴의 일부, 또는 레이저 광의 조절된 패턴의 단일 요소만을 포함할 수 있다. 레이저 투사기는 적색 레이저 다이오드, 녹색 레이저 다이오드 및 청색 레이저 다이오드를 포함할 수 있고 701에서 출력되는 가시 광선은 적색 레이저 다이오드에 의해 출력되는 적색 레이저 광, 녹색 레이저 다이오드에 의해 출력되는 녹색 레이저 광, 청색 레이저 다이오드에 의해 출력되는 청색 레이저 광, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.

702에서, 레이저 투사기의 적외선 레이저 다이오드는 적외선 광을 출력한다. 특정 구현에 따라, 적외선 레이저 다이오드는 적외선 레이저 광의 패턴을 출력하는 것을 조절할 수 있거나 조절하지 않을 수 있다.

703에서, 레이저 투사기의 스캔 미러는 가시 광선(즉, 701에서 레이저 투사기에 의해 출력되는 가시 광선) 및 적외선 광(즉, 702에서 레이저 투사기에 의해 출력되는 적외선 광) 둘 다를 제어 가능하게 그리고 반사적으로 스캐닝한다.

704에서, 파장 다중화 HOE는 703에서 스캔 미러로부터 반사되는 가시 광선 및 적외선 광 둘 다를 수광하고 HOE는 사용자의 눈 쪽으로 가시 광선 및 적외선 광 둘 다를 재지향시킨다. 가시 광선은 사용자에게 투사되는/표시되는 시각 콘텐츠를 나타내는 반면에, 적외선 광은 눈 추적을 위해 사용된다. 상술한 바와 같이, 가시 광선의 파장(들)에 반응하고 적외선 광에 반응하지 않는 파장 다중화 HOE의 적어도 제1 홀로그램은 사용자의 눈 쪽으로 가시 광선을 재지향시킬 수 있고 적외선 광에 반응하고 가시 광선의 파장(들)에 반응하지 않는 파장 다중화 HOE의 제2 홀로그램은 사용자의 눈 쪽으로 적외선 광을 재지향시킬 수 있다. 그러한 구현들에서, 파장 다중화 HOE의 적어도 제1 홀로그램은 제1 홀로그램에 의한 또는 제1 홀로그램으로부터의 가시 광선의 재지향 시에, 제1 광학 배율을 가시 광선에 적용시킬 수 있는 반면에, 파장 다중화 HOE의 제2 홀로그램은 제2 홀로그램에 의한 또는 제2 홀로그램으로부터의 적외선 광의 재지향 시에, 제2 광학 배율을 적외선 광에 적용시킬 수 있다. 제2 광학 배율은 제1 광학 배율 미만일 수 있다. 예를 들어, 제1 광학 배율은 정의 광학 배율일 수 있는 반면에, 제2 광학 배율은 제로 이하일 수 있다.

705에서, 적외선 광검출기는 사용자의 눈으로부터의 적외선 광의 적어도 일부의 반사를 검출한다. 적외선 광검출기에 의해 검출되는 적외선 광의 강도는 적외선 광이 반사되는 눈의 하나 이상의 특징부의 위치, 배향 및/또는 움직임에 의존할 수 있다.

706에서, 눈의 적어도 하나의 특징부의 위치는 705에서 적외선 광검출기에 의해 검출되는 적외선 광의 적어도 일부의 적어도 반사에 기반하여 결정된다. 눈의 적어도 하나의 특징부는 눈의 동공, 홍채, 각막 또는 망막 혈관을 제한 없이 포함할 수 있다. 이러한 맥락에서, "위치"라는 용어는 광검출기의 공간적 위치 및/또는 배향 또는 적어도 하나의 특징부의 앞서 알려진 공간적 위치 및/또는 배향과 같은 참조점에 대하여 눈의 적어도 하나의 특징부의 일반적 공간적 위치 및/또는 배향을 지칭하는데 대략 사용된다. 따라서, 706에서 결정되는 눈의 적어도 하나의 특징부의 위치는 눈 그 자체의 위치, 배향 및/또는 모션을 나타내고/내거나 (이후에 결정하는데 사용될) 수 있다. 일부 구현에서, 눈의 적어도 하나의 특징부의 위치 (및/또는 눈 그 자체의 상응하는 위치, 배향 및/또는 모션)은 적외선 광검출기와 통신하는 프로세서에 의해 결정될 수 있다.

일부 구현에서, 다수의 적외선 광검출기는 사용자의 눈으로부터의 적외선 광의 적어도 일부 (또는 부분들)의 반사들을 검출하는데 사용될 수 있고, 다수의 적외선 광검출기는 WHUD의 지지 프레임 주변에서(예를 들어, HOE의 시야계 주변에서) 물리적으로 함께 군집화되거나 공간적으로 분리될 수 있다.

적외선 광이 눈 추적을 위해 눈의 모두 또는 일부를 조명하는데 사용되는 경우, 눈의 전체 영역이 전체 래스터 스캔을 통하여 완전히 조명될 수 있거나, (투사기가 각각의 프레임을 빠르게 리프레시하고 있고 전체 눈 추적이 사용자에 대한 현저한 지연 없이 다수의 프레임에 걸쳐 확산될 수 있으므로) 눈의 부분들이 다양한 패턴 중 임의의 것으로 조명될 수 있다. 예를 들어, 평행선들의 그리드 또는 세트와 같은 수동 패턴들이 채용될 수 있거나, 능동 패턴들이 채용될 수 있다. 능동 조명 패턴들의 예들은: 눈의 영역이 2원 구역들로 분할되고, 눈 추적기가 2개의 구역 중 어느 것이 특징부(예를 들어, 동공 또는 각막)를 포함하는지를 결정하고, 그러한 구역이 이후에 2원 구역들로 분할되고, 프로세스가 특징부의 위치가 원하는 해상도로 식별될 때까지, 점점 더 작은 구역들로 계속되는 "2원 방식 탐색"; 신뢰된 눈 위치가 발견되면, 이후의 스캔들이 알려진 눈 위치를 포함하는 전체 스캔 영역의 서브세트에 제한되며, 서브세트는 눈이 신뢰된 눈 위치가 식별되었을 때부터 일정 시간 내에서 가능하게는 움직일 수 있는 경우의 가능성에 기반하는 "최근의 영역 집중"; 및/또는 눈의 영역이 계속하여 스캐닝되는 웨지들 또는 파이 피스(pie piece)들로 분할되는 "회전식 스캔"을 포함한다.

적외선 광의 사용은 그러한 광이 레이저 투사기에 의해 제공되는 가시 광선과 손쉽게 구별 가능하므로, 유리하다. 그러나, 적외선 광은 또한 환경에서 널리 퍼져 있으므로, 적외선 광에 반응하도록 최적화되는 좁은 파대역 광검출기는 그럼에도 불구하고 환경 적외선 잡음을 검출할 수 있다. (적외선 상황 그리고 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 가시 광선이 눈 추적에 사용되는 구현들 둘 다에서) 이러한 효과를 완화시키는 것을 돕기 위해, 눈 추적을 위해 사용되는 레이저 광은 그러한 광이 유사한 파장의 환경 광과 구별되는 것을 가능하게 하기 위한 다양한 상이한 방식 중 임의의 것으로 인코딩될 수 있다. 예를 들어, 눈 추적을 위해 사용되는 좁은 파대역 광(적외선 또는 가시 광선)은 의도적으로 분극화될 수 있고 상응하는 분극 필터가 광검출기가 좁은 파대역에 있고 정확한 분극의 광에만 반응하도록 좁은 파대역(예를 들어, 적외선) 광검출기에 적용될 수 있다. 다른 예로서, 눈 추적을 위해 사용되는 좁은 파대역 광은 의도적 조절 패턴으로 조절될 수 있고 이러한 패턴을 제공하는 광은 광검출기 출력의 신호 처리 및 분석 동안 광검출기에 의해 제공되는 강도 맵으로부터 추출될 수 있다. 일부 구현에서, 적외선 필터는 사용자의 외부 환경으로부터의 적외선 광이 렌즈/투명 결합기를 통과하고 사용자의 눈에 작용하는 것을 차단하도록 WHUD의 렌즈(투명 결합기)에 적용되거나 이것과 통합될 수 있어, 눈으로부터 반사되고 적외선 광검출기에 의해 검출되는 환경 적외선 광의 양이 감소된다.

상술한 바와 같이, 눈 추적을 위해 적외선 레이저 광을 WHUD의 SLP로 통합시키는 것은 유리하게는 HOE가 가시 레이저 광 상에 부여하는 광학 기능과 상이한 광학 기능(예를 들어, 광학 배율)을 적외선 레이저 광에 부여하도록 설계되는 HOE를 채용할 수 있다.

도 8은 본 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 따른 이미지 투사 및 눈 추적 기능성 둘 다를 가능하게 하는 파장 다중화 HOE(830)를 포함하는 WHUD(800)의 측면도를 도시하는 예시적인 도면이다. 예시를 위해 강화된 HOE(830)의 일부 상세를 갖는 WHUD(800)는 도 3에서의 WHUD(300)와 실질적으로 유사하다. 간단히 말해서, WHUD(800)는 눈 추적을 위해 (도 8에서 "IR"로서 라벨링되는) 적외선 레이저 다이오드를 포함하도록 구성되는 SLP(810) 및 안경 렌즈(860)와 통합되는(예를 들어, 이것 상에 적층되거나, 계층화되거나, 이것 내에서 캐스팅되는) 파장 다중화 HOE(830)를 포함하는 투명 결합기를 포함한다. HOE(830)의 렌즈(860)와의 통합은 미국 가출원 일련 번호 제 62/214,600호 및/또는 미국 가출원 일련 번호 제 62/268,892호에 설명하는 시스템들, 디바이스들 및 방법들을 포함하고/하거나 채용할 수 있다.

HOE(830)는 HOE(830) 상에 입사하는 광의 상이한 파장들에 상이하게 반응하도록(즉, 상이한 광학 배율을 적용하도록) 파장 다중화된다. 보다 상세하게는, HOE(830)는 제1 파장(예를 들어, 적어도 제1 가시 파장)을 갖는 광(821)에 제1 광학 배율을 적용시키는 적어도 제1 홀로그램 및 제2 파장(예를 들어, 적외선 파장)을 갖는 광(822)에 제2 광학 배율을 적용시키는 제2 홀로그램을 포함하는 혼성의 HOE이다. 제2 광학 배율은 제1 광학 배율과 상이하고 제2 파장은 제1 파장과 상이하다. HOE(830)는 임의의 수의 홀로그램을 수용하거나, 인코딩하거나, 구비하거나, 포함하는 임의의 수의 층의 홀로그램 재료(예를 들어, 광중합체, 할로겐화 은 화합물)을 포함할 수 있다. 홀로그램 재료의 단일 층이 다수의 홀로그램을 포함할 수 있고/있거나 개별 홀로그램들이 홀로그램 재료의 각각의 개별 층 상에 또는 이것 내에 포함될 수 있다.

도 8에 도시된 예에서, "제1 파장을 갖는 광" 및 "제2 파장을 갖는 광"은 SLP(810)에 의해 둘 다 출력되는 가시 레이저 광(821) 및 적외선 레이저 광(822)에 각각 상응한다. SLP(810)는 이미지 투사를 위해 (도 8에서 실선들로 나타내어지는) 가시 레이저 광(821) 및 눈 추적을 위해 (도 8에서 파선들로 나타내어지는) 적외선 레이저 광(822)을 출력한다. 예들로서, 가시 레이저 광(821)은 대략 390 ㎚ 내지 대략 700 ㎚의 범위에서의 적어도 하나의 파장(예를 들어, 적색, 녹색 이하; 또는 적색, 녹색 및/또는 청색의 임의의 조합)을 갖는 광을 포함할 수 있고 적외선 레이저 광(822)은 대략 700 ㎚ 내지 대략 10 ㎛의 범위에서의 적어도 하나의 파장을 갖는 광을 포함할 수 있다. 가시 레이저 광(821) 및 적외선 레이저 광(822) 둘 다는 파장 다중화 HOE(830) 상에 입사하고 파장 다중화 HOE(830)에 의해 WHUD(800)의 사용자의 눈(890) 쪽으로 재지향되지만; 이미지 투사 및 눈 추적의 필요 조건들이 상이하므로, 파장 다중화 HOE(830)는 파장 다중화 HOE(830)가 눈(890) 쪽으로 적외선 레이저 광(822)을 재지향시키는 방법과 상이한 방식으로 눈(890) 쪽으로 가시 레이저 광(821)을 재지향시킨다. 파장 다중화 HOE(830)는 i) 눈(890) 쪽으로의 가시 레이저 광(821)(즉, 가시 스펙트럼에서의 적어도 제1 파장을 갖는 광)에 반응하는(즉, 이것을 재지향시키고 이것에 제1 광학 배율을 적용시키는) 적어도 제1 홀로그램 및, ii) 눈(890) 쪽으로의 적외선 레이저 광(822)(즉, 적외선 스펙트럼에서의 제2 파장을 갖는 광)에 반응하는(즉, 이것을 재지향시키고 이것에 제2 광학 배율을 적용시키는) 제2 홀로그램을 포함한다. 제1 광학 배율(즉, 파장 다중화 HOE(830)의 적어도 제1 홀로그램에 의해 가시 레이저 광(821)에 적용되는 광학 배율)은 파장 다중화 HOE(830)에서의 적어도 제1 홀로그램이 사용자의 눈(890)에서의 또는 이것 근처의 제1 사출 동공으로 가시 레이저 광(821)이 수렴하게 하도록 정이다. 이러한 수렴은 타당한 시계로 표시된 콘텐츠를 사용자가 보는 것을 가능하게 하는데 유리하다. 파장 다중화 HOE(830)가 렌즈(860)와 통합되므로, 파장 다중화 HOE(830)는 눈(890)에 근접하게 위치될 수 있고 제1 광학 배율은 필요한 수렴을 제공하기 위해 비교적 높을(예를 들어, 대략 40 디옵터 이상일) 수 있다. 동시에, 제2 광학 배율(즉, 파장 다중화 HOE(830)의 제2 홀로그램에 의해 적외선 레이저 광(822)에 적용되는 광학 배율)은 파장 다중화 HOE(830)의 적어도 제1 홀로그램에 의해 가시 광선에 적용되는 제1 광학 배율 미만이다. 파장 다중화 HOE(830)의 제2 홀로그램에 의해 적용되는 제2 광학 배율은 정이고 파장 다중화 HOE(830)의 적어도 제1 홀로그램에 의해 적용되는 제1 광학 배율 미만일(예를 들어, 발산을 감소시키거나, 시준하거나, 수렴하기에 충분한 대략 40 디옵터 미만일) 수 있어 적외선 광(822)이 가시 광선(821)의 사출 동공보다 눈(890)에서의 더 큰 직경을 갖는 사출 동공으로 수렴한다. 대안적으로, 제2 홀로그램에 의해 적용되는 제2 광학 배율은 제로이거나 부일 수 있어 파장 다중화 HOE(830)의 제2 홀로그램이 적외선 레이저 광(822)이 (즉, 평면 미러로부터와 같이) 수렴 없이 890 쪽으로 재지향하거나 발산하게 한다. 즉, 제2 광학 배율은 대략 0 디옵터 이하일 수 있다. 눈(890)에서의 가시 광선(821)보다 적외선 광(822)에 대해 더 큰 사출 동공을 제공하는 것은 눈 추적을 위해 적외선 레이저 광(822)으로 SLP(810)가 눈(890)의 전체 영역을 조명하는 것을 가능하게 하는데 유리하다.

본 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 따르면, 가시 광선에 반응하는 파장 다중화 HOE(830)에서의 적어도 제1 홀로그램은 각각이 각각의 파장 또는 각각의 범위의 가시 광선의 파장들에 반응할 수 있는 임의의 수의 파장 다중화 홀로그램을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가시 광선에 반응하는 파장 다중화 HOE(830)에서의 적어도 제1 홀로그램은 SLP(810)에 의해 제공되는 적색 광에 반응하는 적색 홀로그램, SLP(810)에 의해 제공되는 녹색 광에 반응하는 녹색 홀로그램, 및/또는 SLP(810)에 의해 제공되는 청색 광에 반응하는 청색 홀로그램을 포함할 수 있다. 유리하게는, 파장 다중화 HOE(830)의 적어도 제1 홀로그램에 포함되는 가시 광선에 반응하는 각각의 홀로그램은 홀로그램이 반응하는 특정 가시 광선에 그러한 동일한 제1 광학 배율을 적용할 수 있다.

디스플레이를 위해 SLP 및 홀로그램 결합기를 이미 채용한 WHUD에서의 눈 추적 기능성의 통합은 본 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 따라, 많은 새로운 구성 요소의 부피를 추가하는 것과는 대조적으로 기존 하드웨어 구성 요소들을 대개는 별개로 조정함으로써 달성될 수 있다. 상세하게는, i) 적외선 레이저 다이오드(투사기에서의 가시 광선 다이오드(들)와 관계 없이 조절되는 적외선 다이오드)가 SLP에 추가될 수 있고, ii) 적외선 홀로그램(홀로그램 결합기에 의해 가시 레이저 광에 적용되는 비교적 큰 광학 배율과 대조적으로 전체 눈 영역을 커버하기 위해 적외선 레이저 광에 (제로 또는 부의 광학 배율을 포함하는) 더 낮은 광학 배율을 적용하는 적외선 홀로그램)이 홀로그램 결합기에 추가될 수 있고, iii) 적어도 하나의 적외선 광검출기가 사용자의 눈으로부터의 적외선 레이저 광의 반사들을 모니터링하기 위해 WHUD에 추가될 수 있다.

상술한 바와 같이, 파장 다중화 HOE(830)의 제1 홀로그램 및 제2 홀로그램 둘 다가 홀로그램 재료의 단일 층(예를 들어, 필름) 내에 또는 상에 포함될 수 있거나, 대안적으로, 제1 홀로그램이 홀로그램 재료의 제1 층 내에 또는 상에 포함될 수 있고 제2 홀로그램이 홀로그램 재료의 제2 층 내에 또는 상에 포함될 수 있다. 후자 경우에, 홀로그램 재료의 제1 층 및 홀로그램 재료의 제2 층은 직접 또는 임의의 수의 개재층/재료를 통해 적층되거나 함께 계층화될 수 있다.

일부 구현에서, 파장 다중화 HOE(830)는 임의의 수의 층을 통해 분포되는 임의의 수의 부가 홀로그램을 포함할 수 있다. 예를 들어, 파장 다중화 HOE(830)는 가시 레이저 광(821)의 적색 성분에 반응하는 제1 홀로그램, 적외선 레이저 광(822)에 반응하는 제2 홀로그램, 가시 레이저 광(821)의 녹색 성분에 반응하는 제3 홀로그램, 및 가시 레이저 광(821)의 청색 성분에 반응하는 제4 홀로그램을 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, 제1, 제3 및 제4 홀로그램들은 각각의 홀로그램이 반응하는 각각의 가시 광선에 동일한 제1 광학 배율을 각각 적용시킬 수 있고 제2 홀로그램은 적외선 광에 제2 광학 배율을 적용시킬 수 있다.

본원에 설명하는 다양한 실시예는 눈 추적을 넘어 다른 감지 응용들에 사용될 수 있다. 예를 들어, 본원에서 가능해지는 높은 해상도 및 높은 감도 눈 추적은 눈 단속적 운동들 및/또는 사용자의 심장 박동 및/또는 사용자의 혈압과 같은 눈 움직임들의 미묘한 원인들을 추출하도록 처리될 수 있다.

눈 추적을 SLP로 통합시키는 것에 대한 한가지 결과는 결과로서 생기는 눈 추적 능력이 SLP 그 자체가 활성일 때만 활성이라는 것이다. 일부 상황에서, SLP가 턴 오프될 때에도 개략 눈 추적 기능성을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 목적으로, 본원에 설명하는 다양한 실시예(예를 들어, 도 3, 도 4 및 도 5에 도시된 구성들)는 하나 이상의 특정 위치를 얼핏 봄으로써 사용자가 SLP를 활성화시키는 것으로 가능하게 하도록 (도 2에 도시된 눈 추적 시스템과 같은) 별도의 눈 추적 시스템을 선택적으로 포함할 수 있다. 본 시스템들, 디바이스들 및 방법들의 SLP 기반 눈 추적을 채용하는 WHUD에서 결합될 수 있는 적절한 개략적이거나, 추가적이거나, 제2의 눈 추적 시스템의 일 예를 미국 가출원 일련 번호 제 62/281,041호에 설명한다.

본 명세서 및 첨부된 청구항들 전체에 걸쳐, 레이저 모듈을 포함하는 레이저 투사기(SLP 또는 다른 것)와 같은 "레이저 모듈"을 흔히 참조한다. 특정 문맥이 달리 요구하지 않는다면, "레이저 모듈"이란 용어는 "적어도 하나의 레이저 모듈"을 의미하는 것으로 대략 해석되어야 하고 본원에 설명하고 청구되는 다양한 구현은 채용되는 별개의 레이저 모듈의 수에 포괄적이다. 예를 들어, SLP는 임의의 수의 레이저 다이오드를 포함하는 단일 레이저 모듈을 채용할 수 있거나, SLP는 임의의 수의 레이저 다이오드를 각각 포함하는 다수의 레이저 모듈 (또는 다중 칩 레이저 모듈과 같은 다중 칩 모듈의 레이저 동등물)을 채용할 수 있다.

본 명세서 및 첨부된 청구항들 전체에 걸쳐, "대략"이란 용어는 특정 값들 또는 양들에 관하여 때때로 사용된다. 예를 들어, "대략 10 ㎚ 이하의 대역폭 내의 광"이다. 특정 문맥이 달리 요구하지 않는다면, "대략"이라는 용어는 일반적으로 ㅁ 15%를 의미한다.

본원에 설명하는 WHUD들은 사용자의 환경으로부터 데이터를 수집하기 위한 하나 이상의 센서(예를 들어, 마이크, 카메라, 온도계, 콤파스 및/또는 다른 것들)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 카메라는 착용 가능 헤드업 디스플레이의 프로세서에 피드백을 제공하고 투명 디스플레이(들) 상에서, 임의의 주어진 이미지가 어디에 표시될 지에 영향을 주는데 사용될 수 있다.

본원에 설명하는 WHUD들은 하나 이상의 온 보드 전원(예를 들어, 하나 이상의 배터리), 무선 통신을 송신하는/수신하는 무선 송수신기, 및/또는 컴퓨터에 결합되고/되거나 하나 이상의 온 보드 전원을 충전하는 결속된 연결기 포트를 포함할 수 있다.

본 명세서 및 첨부된 청구항들 전체에 걸쳐, "통신적 경로", "통신적 결합" 및 "통신적 결합된"과 같은 변형들 에서와 같은 "통신적"이란 용어는 정보를 전송하고/하거나 교환하는 임의의 공학적 구성을 지칭하도록 일반적으로 사용된다. 예시적인 통신적 경로들은 전기적 전도성 경로들(예를 들어, 전기적 전도성 와이어들, 전기적 전도성 트레이스들), 자기 경로들(예를 들어, 자기 매체) 및/또는 광학 경로들(예를 들어, 광섬유)을 포함하지만, 이에 제한되지 않고, 예시적인 통신적 결합들은 전기 결합들, 자기 결합들 및/또는 광학 결합들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.

본 명세서 및 첨부된 청구항들 전체에 걸쳐, 부정사 동사 형태들이 흔히 사용된다. 예들은: "검출하는 것(to detect)", "제공하는 것(to provide)", "송신하는 것(to transmit)", "통신하는 것(to communicate)", "처리하는 것(to process)", "라우팅하는 것(to route)" 등을 제한 없이 포함한다. 특정 문맥이 달리 요구하지 않는다면, 그러한 부정사 동사 형태들은 "적어도 검출하는 것(to, at least, detect)", "적어도 제공하는 것(to, at least, provide)", "적어도 송신하는 것(to, at least, transmit)" 등으로서인 개방된 포괄적인 의미로 사용된다.

요약서에 설명하는 것을 포함하여 예시된 실시예들의 위의 설명은 철저하거나 개시되는 정확한 형태들에 실시예들을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 특정 실시예들 및 예들을 예시적인 목적으로 본원에 설명하지만, 다양한 동등한 변경이 당업자에 의해 인지될 것인 바와 같이 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 행해질 수 있다. 다양한 실시예의 본원에 제공되는 교시들은 반드시 전반적으로 상술한 예시적인 착용 가능 전자 디바이스들은 아닌, 다른 휴대용 및/또는 착용 가능 전자 디바이스들에 적용될 수 있다.

예를 들어, 전술한 상세한 설명은 블록도들, 개략도들 및 예들의 사용을 통하여 디바이스들 및/또는 프로세스들의 다양한 실시예를 제시하였다. 그러한 블록도들, 개략도들 및 예들이 하나 이상의 기능 및/또는 작동을 포함하는 한은, 그러한 블록도들, 흐름도들 또는 예들 내의 각각의 기능 및/또는 작동이 광범위한 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 가상으로 이들의 임의의 조합에 의해 개별적으로 그리고/또는 집합적으로 구현될 수 있다는 점이 당업자에 의해 이해될 것이다. 일 실시예에서, 본 논제 사안은 주문형 반도체들(ASICs)을 통하여 구현될 수 있다. 그러나, 당업자는 본원에 개시되는 실시예들이 전체적으로 또는 부분적으로, 하나 이상의 컴퓨터에 의해 실행되는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램(예를 들어, 하나 이상의 컴퓨터 시스템 상에서 실행되는 하나 이상의 프로그램), 하나 이상의 제어기(예를 들어, 마이크로제어기들)에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그램, 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 마이크로프로세서들, 중앙 처리 장치들, 그래픽 처리 장치들)에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그램, 펌웨어, 또는 가상으로 이들의 임의의 조합으로서 표준 집적 회로들에서 동등하게 구현될 수 있고, 회로망을 설계하는 것, 그리고/또는 소프트웨어 및/또는 펌웨어에 대한 코드를 기록하는 것이 본 발명의 교시들을 고려하여 당업자의 기술 내에서 양호할 것이라는 점을 인지할 것이다.

로직이 소프트웨어로서 구현되고 메모리에 저장될 때, 로직 또는 정보는 임의의 프로세서 관련 시스템 또는 방법에 의해 또는 이것들과 관련하여 사용되도록 임의의 프로세서 판독 가능 매체 상에 저장될 수 있다. 본 발명의 맥락에서, 메모리는 컴퓨터 및/또는 프로세서 프로그램을 포함하거나 저장하는 전자, 자기, 광학 또는 다른 물리적 디바이스 또는 수단인 프로세서 판독 가능 매체이다. 로직 및/또는 정보는 명령어 실행 시스템, 장치 또는 디바이스로부터 명령어들을 불러오고 로직 및/또는 정보와 연관된 명령어들을 실행시킬 수 있는 컴퓨터 기반 시스템, 프로세서 포함 시스템 또는 다른 시스템과 같은 명령어 실행 시스템, 장치 또는 디바이스에 의해 또는 이것들과 관련하여 사용되도록 임의의 프로세서 판독 가능 매체에 내장될 수 있다.

본 명세서의 맥락에서, "비일시적 프로세서 판독 가능 매체"는 명령어 실행 시스템, 장치 및/또는 디바이스에 의해 또는 이것들과 관련하여 사용되도록 로직 및/또는 정보와 연관된 프로그램을 저장할 수 있는 임의의 요소일 수 있다. 프로세서 판독 가능 매체는 예를 들어, 전자, 자기, 광학, 전자기, 적외선 또는 반도체 시스템, 장치, 또는 디바이스일 수 있지만, 이제 제한되지 않는다. 컴퓨터 판독 가능 매체의 더 많은 특정 예(총망라하지 않은 목록)는 이하의 것: 휴대용 컴퓨터 디스켓(자기, 컴팩트 플래시 카드, 보안 디지털 등), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 읽기 전용 메모리(ROM), 소거 가능 프로그래밍 가능 읽기 전용 메모리(EPROM, EEPROM 또는 플래시 메모리), 휴대용 컴팩트 디스크 읽기 전용 메모리(CDROM), 디지털 테이프 및 다른 비일시적 매체를 포함할 것이다.

상술한 다양한 실시예는 추가 실시예들을 제공하도록 결합될 수 있다. 추가 실시예들이 본원의 특정 교시들 및 정의들과 상반되지 않은 범위에서, 본 명세서에 지칭되고/되거나: 미국 가출원 일련 번호 제 62/167,767호; 미국 가출원 일련 번호 제 62/271,135호; 미국 가출원 일련 번호 제 62/017,089호; 미국 가출원 일련 번호 제 62/053,598호; 미국 가출원 일련 번호 제 62/117,316호; 미국 가출원 일련 번호 제 62/134,347호(현재 미국 정규 출원 일련 번호 제 15/070,887호); 미국 가출원 일련 번호 제 62/156,736호; 미국 가출원 일련 번호 제 62/242,844호; 미국 특허 공개 제 US 2015-0378164 A1호; 미국 특허 공개 제 US 2015-0378161 A1호; 미국 특허 공개 제 US 2015-0378162 A1호; 미국 정규 출원 일련 번호 제 15/145,576호; 미국 정규 출원 일련 번호 제 15/145,609호; 미국 정규 출원 일련 번호 제 15/145,583호; 미국 정규 출원 일련 번호 제 15/046,234호; 미국 정규 출원 일련 번호 제 15/046,254호; 미국 정규 출원 일련 번호 제 15/046,269호; 미국 가출원 일련 번호 제 62/245,792호; 미국 가출원 일련 번호 제 62/214,600호; 미국 가출원 일련 번호 제 62/268,892호; 및 미국 가출원 일련 번호 제 62/281,041호를 포함하지만 이에 제한되지 않는 Thalmic Labs Inc.에 의해 소유되는 출원 데이터 시트에 목록으로 나열되는 미국 특허들, 미국 특허 출원 공개들, 미국 특허 출원들, 외국 특허들, 외국 특허 출원들 및 비특허 공개들 모두는 그 전체가 참조로 본원에 포함된다. 실시예들의 양태들은 또 추가 실시예들을 제공하기 위해 다양한 특허, 출원 및 공개의 시스템들, 회로들 및 개념들을 채용하도록 필요하다면, 변경될 수 있다.

이러한 변경들 및 다른 변경들은 앞서 상세화된 설명을 고려하여 실시예들에 행해질 수 있다. 일반적으로 이하의 청구항들에서, 사용되는 용어들은 본 명세서 및 청구항들에 개시되는 특정 실시예들에 청구항들을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 하고, 그러한 청구항들이 권리가 주어지는 동등물들의 전체 범위에 따른 모든 가능한 실시예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 청구항들은 본 발명에 의해 제한되지 않는다.

Claims (22)

1. 통합된 눈 추적기를 갖는 레이저 투사기로서:
   적외선 광을 출력하는 적외선 레이저 다이오드 및 가시 광선을 출력하는 적어도 하나의 가시 광선 레이저 다이오드를 포함하는 레이저 모듈;
   상기 적외선 광 및 상기 가시 광선 둘 다를 수광하고 상기 적외선 광 및 상기 가시 광선 둘 다를 제어 가능하게 반사시키도록 상기 레이저 모듈의 출력과 정렬되는 스캔 미러;
   상기 스캔 미러로부터 상기 적외선 광 및 상기 가시 광선 둘 다를 수광하고, 상기 적외선 광에 영향을 주지 않고 광 스플리터를 통해 상기 적외선 광을 투과시키도록 정렬되는 광 스플리터;
   상기 광 스플리터로부터 반사되는 상기 적외선 광 및 상기 가시 광선 둘 다를 수광하고 사용자의 눈 쪽으로 상기 적외선 광 및 상기 가시 광선 둘 다를 재지향시키도록 정렬되는 파장 다중화 홀로그램 광학 소자("HOE")로서, 상기 가시 광선에 반응하고 상기 적외선 광에 반응하지 않는 제1 홀로그램 및 상기 적외선 광에 반응하고 상기 가시 광선에 반응하지 않는 제2 홀로그램을 포함하는 파장 다중화 홀로그램 광학 소자("HOE"); 및
   상기 사용자의 상기 눈으로부터 반사되는 적외선 광의 적어도 일부를 수광하도록 정렬되는 적외선 검출기를 포함하는, 레이저 투사기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 파장 다중화 HOE는 상기 제1 홀로그램을 포함하는 홀로그램 재료의 제1 층 및 상기 제2 홀로그램을 포함하는 홀로그램 재료의 제2 층인, 홀로그램 재료의 적어도 2개의 별개의 층을 포함하는, 레이저 투사기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 파장 다중화 HOE는 상기 제1 홀로그램 및 상기 제2 홀로그램 둘 다를 포함하는 단일 체적의 홀로그램 재료를 포함하는, 레이저 투사기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 레이저 모듈에서의 상기 적어도 하나의 가시 광선 레이저 다이오드는: 적색 레이저 다이오드, 녹색 레이저 다이오드 및 청색 레이저 다이오드로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 가시 광선 레이저 다이오드를 포함하는, 레이저 투사기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 홀로그램은 상기 가시 광선에 제1 광학 배율을 적용시키고 상기 제2 홀로그램은 상기 적외선 광에 제2 광학 배율을 적용시키며, 상기 제2 광학 배율은 상기 제1 광학 배율과 상이한, 레이저 투사기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 광학 배율은 정의 광학 배율이고 상기 제1 광학 배율은 상기 제2 광학 배율보다 더 큰, 레이저 투사기.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제2 광학 배율은 제로 이하인, 레이저 투사기.
8. 제1항에 있어서,
   안경의 일반적 형상 및 외관을 갖는 지지 프레임을 더 포함하며, 상기 레이저 모듈, 상기 스캔 미러, 상기 파장 다중화 HOE 및 상기 적외선 검출기는 모두 상기 지지 프레임에 의해 수용되고, 상기 파장 다중화 HOE는 환경 광에 실질적으로 투명하고 상기 지지 프레임이 상기 사용자의 머리 상에 착용될 때, 상기 사용자의 적어도 하나의 눈의 시계에 위치되는, 레이저 투사기.
9. 착용 가능 헤드업 디스플레이("WHUD")로서:
   사용 시에 사용자의 머리 상에 착용되는 지지 프레임;
   상기 지지 프레임에 의해 수용되는 레이저 모듈로서, 적외선 광을 출력하는 적외선 레이저 다이오드 및 가시 광선을 출력하는 적어도 하나의 가시 광선 레이저 다이오드를 포함하는 레이저 모듈;
   상기 지지 프레임에 의해 수용되고 상기 레이저 모듈에 의해 출력되는 상기 적외선 광 및 상기 가시 광선 둘 다를 수광하도록 상기 레이저 모듈의 출력과 정렬되는 스캔 미러로서, 상기 적외선 광 및 상기 가시 광선 둘 다를 제어 가능하게 반사시키는 스캔 미러;
   상기 스캔 미러로부터 상기 적외선 광 및 상기 가시 광선 둘 다를 수광하고, 상기 적외선 광에 영향을 주지 않고 광 스플리터를 통해 상기 적외선 광을 투과시키도록 정렬되는 광 스플리터;
   상기 지지 프레임에 의해 수용되고 상기 지지 프레임이 상기 사용자의 상기 머리 상에 착용될 때, 상기 사용자의 적어도 하나의 눈의 시계 내에 위치되는 파장 다중화 HOE로서, 상기 광 스플리터로부터 상기 적외선 광 및 상기 가시 광선 둘 다를 수광하고 상기 지지 프레임이 상기 사용자의 상기 머리 상에 착용될 때, 상기 사용자의 상기 적어도 하나의 눈 쪽으로 상기 적외선 광 및 상기 가시 광선 둘 다를 재지향시키도록 정렬되며, 상기 가시 광선에 반응하고 상기 적외선 광에 반응하지 않는 제1 홀로그램 및 상기 적외선 광에 반응하고 상기 가시 광선에 반응하지 않는 제2 홀로그램을 포함하고, 환경 광에 실질적으로 투명한 파장 다중화 HOE; 및
   상기 지지 프레임에 의해 수용되고 상기 지지 프레임이 상기 사용자의 상기 머리 상에 착용될 때, 상기 사용자의 상기 적어도 하나의 눈으로부터 반사되는 적외선 광의 적어도 일부를 수광하도록 정렬되는 적외선 검출기를 포함하는, WHUD.
10. 제9항에 있어서,
    상기 지지 프레임은 안경의 일반적 형상 및 외관을 갖는, WHUD.
11. 제9항에 있어서,
    상기 파장 다중화 HOE는 상기 제1 홀로그램을 포함하는 홀로그램 재료의 제1 층 및 상기 제2 홀로그램을 포함하는 홀로그램 재료의 제2 층인, 홀로그램 재료의 적어도 2개의 별개의 층을 포함하는, WHUD.
12. 제9항에 있어서,
    상기 파장 다중화 HOE는 상기 제1 홀로그램 및 상기 제2 홀로그램 둘 다를 포함하는 단일 체적의 홀로그램 재료를 포함하는, WHUD.
13. 제9항에 있어서,
    상기 레이저 모듈에서의 상기 적어도 하나의 가시 광선 레이저 다이오드는: 적색 레이저 다이오드, 녹색 레이저 다이오드 및 청색 레이저 다이오드로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 가시 광선 레이저 다이오드를 포함하는, WHUD.
14. 제9항에 있어서,
    상기 제1 홀로그램은 상기 가시 광선에 제1 광학 배율을 적용시키고 상기 제2 홀로그램은 상기 적외선 광에 제2 광학 배율을 적용시키며, 상기 제2 광학 배율은 상기 제1 광학 배율과 상이한, WHUD.
15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 광학 배율은 정의 광학 배율이고 상기 제1 광학 배율은 상기 제2 광학 배율보다 더 큰, WHUD.
16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 광학 배율은 제로 이하인, WHUD.
17. 사용자의 눈에 이미지를 투사하고 상기 사용자의 상기 눈을 추적하도록 레이저 투사기를 작동시키는 방법으로서:
    상기 레이저 투사기의 적어도 제1 레이저 다이오드에 의해 가시 광선을 출력하는 단계로서, 상기 가시 광선은 상기 이미지의 적어도 일부를 나타내는 단계;
    상기 레이저 투사기의 적외선 레이저 다이오드에 의해 적외선 광을 출력하는 단계;
    상기 레이저 투사기의 스캔 미러에 의해 상기 가시 광선 및 상기 적외선 광 둘 다를 제어 가능하게 그리고 반사적으로 스캐닝하는 단계;
    상기 레이저 투사기의 광 스플리터에 의해 상기 스캔 미러로부터 상기 적외선 광 및 상기 가시 광선 둘 다를 수광하는 단계;
    상기 광 스플리터에 의해 상기 적외선 광에 영향을 주지 않고 상기 광 스플리터를 통해 상기 적외선 광을 투과시키는 단계;
    파장 다중화 HOE에 의해 상기 사용자의 상기 눈 쪽으로 상기 가시 광선 및 상기 적외선 광 둘 다를 재지향시키는 단계;
    적외선 광검출기에 의해 상기 사용자의 상기 눈으로부터의 상기 적외선 광의 적어도 일부의 반사를 검출하는 단계; 및
    상기 적외선 광검출기에 의해 검출되는 상기 사용자의 상기 눈으로부터의 상기 적외선 광의 적어도 일부의 상기 반사에 기반하여 상기 눈의 적어도 하나의 특징부의 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
18. 제17항에 있어서,
    파장 다중화 HOE에 의해 상기 사용자의 상기 눈 쪽으로 상기 가시 광선 및 상기 적외선 광 둘 다를 재지향시키는 단계는:
    상기 파장 다중화 HOE의 제1 홀로그램에 의해 상기 가시 광선에 제1 광학 배율을 적용시키는 단계; 및
    상기 파장 다중화 HOE의 제2 홀로그램에 의해 상기 적외선 광에 제2 광학 배율을 적용시키는 단계로서, 상기 제2 광학 배율은 상기 제1 광학 배율과 상이한 단계를 포함하는, 방법.
19. 제18항에 있어서,
    상기 파장 다중화 HOE의 제1 홀로그램에 의해 상기 가시 광선에 제1 광학 배율을 적용시키는 단계는 상기 파장 다중화 HOE의 상기 제1 홀로그램에 의해 상기 가시 광선에 제1 정의 광학 배율을 적용시키는 단계를 포함하고, 상기 파장 다중화 HOE의 제2 홀로그램에 의해 상기 적외선 광에 제2 광학 배율을 적용시키는 단계는 상기 파장 다중화 HOE의 상기 제2 홀로그램에 의해 상기 적외선 광에 상기 제1 광학 배율 미만인 제2 광학 배율을 적용시키는 단계를 포함하는, 방법.
20. 제19항에 있어서,
    상기 파장 다중화 HOE의 상기 제2 홀로그램에 의해 상기 적외선 광에 상기 제1 광학 배율 미만인 제2 광학 배율을 적용시키는 단계는 상기 파장 다중화 HOE의 상기 제2 홀로그램에 의해 상기 적외선 광에 제로 이하의 제2 광학 배율을 적용시키는 단계를 포함하는, 방법.
21. 제19항에 있어서,
    상기 적외선 광검출기에 의해 검출되는 상기 사용자의 상기 눈으로부터의 상기 적외선 광의 상기 반사에 기반하여 상기 눈의 적어도 하나의 특징부의 위치를 결정하는 단계는 프로세서에 의해 상기 사용자의 상기 눈으로부터의 상기 적외선 광의 상기 반사에 기반하여 상기 눈의 적어도 하나의 특징부의 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
22. 제19항에 있어서,
    상기 레이저 투사기의 적어도 제1 레이저 다이오드에 의해 가시 광선을 출력하는 단계는:
    상기 레이저 투사기의 적색 레이저 다이오드에 의해 적색 광을 출력하는 단계;
    상기 레이저 투사기의 녹색 레이저 다이오드에 의해 녹색 광을 출력하는 단계; 및/또는
    상기 레이저 투사기의 청색 레이저 다이오드에 의해 청색 광을 출력하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.

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