KR102527670B1 - 디스플레이 개선 방법 - Google Patents

Abstract

양안용 디스플레이 디바이스가 제시되며, 이러한 디바이스는 각각의 시각적 어셈블리가 각각의 눈에 위치되면서 사용자에 의해 착용될 2개의 시각적 어셈블리(1A, 1B)를 포함한다. 각각의 시각적 어셈블리는, 양의 굴절력을 갖는 외측 광학부(2A, 2B), 음의 굴절력을 갖는 내측 광학부(4A, 4B), 및 그 사이에 있는 투명한 슬래브형 도파관 디스플레이부(3A, 3B)를 포함한다. 디스플레이를 위해 도파관으로부터 실질적으로 시준된 디스플레이 광이 출력되고, 외측 광경의 외측 광이 디스플레이 광과 동시에 보여지도록 외측 광학부로부터 도파관을 통해 투과된다. 내측 광학부는 수광된 디스플레이 광에 발산을 부과하여 각각의 시각적 어셈블리에 실질적으로 공통되는 가상의 초점(f)을 생성하게 된다. 사용 시에, 디스플레이 광에 의해 전해지는 이미지가, 양안용 디스플레이 디바이스를 통해 보여질 때 3차원(3D) 이미지로서 외측 광경에 중첩된다.

Description

디스플레이 개선 방법

본 발명은 평면형 도파관 디스플레이 디바이스 및 3차원(3D) 디스플레이에 관한 것이다.

평면형 도파관 디스플레이 디바이스는 종종 헤드업 디스플레이(HUD) 및 헬멧 장착 디스플레이에 사용되어, 이미지 함유 광이 루미너스 디스플레이의 일부로서 디스플레이되도록 하고 투명한 평면형 표면을 통해 사용자의 눈을 향해 출력되도록 한다. 사용자는 투명한 평면형 도파관을 통해 외측 광경과 이미지 함유 광을 동시에 볼 수 있다. 그 결과는 통상적인 외측 광경에 중첩되는 것으로 인지되는 루미너스 디스플레이이다. 이러한 디스플레이는 내비게이션 정보, 또는 예를 들면 운송수단의 조종사(예컨대, 파일럿)가 외측 광경에 대한 시야를 유지하면서 인지할 수 있는 차량 제어 정보를 포함할 수 있다.

그러나, 평면형 도파관 디스플레이에 의해 출력되는 디스플레이 광은 통상 본질적으로 시준되기 때문에 사용자가 루미너스 디스플레이를 명확히 인지하려면 초점을 무한대에 맞추어 한다. 이는 외측 광경이 상이한 초점을 요하는 경우 실제로 불편할 수 있다. 나아가, 통상적으로 이러한 루미너스 디스플레이의 모든 인지된 요소는 동일한 초점을 공유할 것이고, 이는 디스플레이의 별도 부분들을 시각적으로 분리하거나 구분하는 것을 어렵게 할 수 있다.

본 발명은 개선된 디스플레이 디바이스 및/또는 방법을 제공하고자 한다.

일 양태로서, 본 발명은 양안용 디스플레이 디바이스를 제공하는데, 이러한 디바이스는 각각의 시각적 어셈블리가 양안에 위치되면서 사용자에 의해 착용될 2개의 시각적 어셈블리를 포함하고, 각각의 시각적 어셈블리는: 외측 광경으로부터 외측 광을 수광하고 그 결과를 디바이스의 투명한 평면형의 도파관 디스플레이부로 지향시키도록 배열되고 양의 굴절력(optical strength)을 갖는 외측 광학부 ― 투명한 도파관 디스플레이부는, 디스플레이를 위해 도파관 디스플레이부에 의해 가이드된 실질적으로 시준된 디스플레이 광을 평면형 표면을 통해 출력하고 디스플레이 광과 동시에 보여지도록 외측 광학부로부터 지향된 외측 광을 평면형 표면을 통해 투과시키도록 배열됨 ―; 및 도파관 디스플레이부로부터 외측 광과 실질적으로 시준된 디스플레이 광 양자 모두를 수광하고, 각각의 시각적 어셈블리에 실질적으로 공통되는 가상의 초점을 생성하도록 수광된 디스플레이 광에 발산(divergence)을 부과하며, 디스플레이를 위해 그 결과를 출력하도록 배열되는 내측 광학부를 포함한다. 사용 시에는, 디스플레이 광에 의해 전해지는 이미지가, 양안용 디스플레이 디바이스를 통해 보여질 때 3차원(3D) 이미지로서 외측 광경에 중첩된다. 수광된 디스플레이 광에 부과된 발산은 수광된 외측 광에는 부과되지 않는 것이 가장 바람직하다. 가장 바람직하게는, 수광된 외측 광이 외측 광학부에 의해 수광될 때 이러한 외측 광에 관해 존재했던 것과 실질적으로 동일한 시준 상태로(또는 수렴 또는 경우에 따라 발산) 내측 광학부에 의해 출력된다. 양안용 디스플레이 디바이스는 2개의 시각적 어셈블리의 2개의 평면형 도파관 디스플레이를 통해 적용되는 이미지 함유 광에 의해 전해지는 이미지 내에서 캐릭터, 물체 또는 심볼에 시차(parallax)를 적용하도록 구성될 수 있다. 이러한 시차는 도파관 디스플레이의 각각의 프레임에 대해 캐릭터, 물체 또는 심볼에 오프셋 또는 위치 시프트를 적용함으로써 이루어질 수 있다. 두 프레임 사이에서와 같은 각각의 오프셋 또는 시프트의 방향은 상대적으로 반대 방향(예를 들면, 상대적인 간격을 늘리는 방향)일 수 있다. 디바이스는 가상의 초점과 연관된 초점 깊이에 따라 적용된 시차를 조정하여, 캐릭터, 물체 또는 심볼이 3차원으로 보이도록 시차가 초점 깊이에 부합하게 할 수 있다.

외측 광학부의 굴절력의 크기는 내측 광학부의 굴절력의 크기와 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 따라서, 외측 광학부에 의해 유발된 외측 광경의 왜곡이 내측 광학부에 의해 부분적으로 또는 실질적으로 전부 제거될 수 있다.

내측 및/또는 외측 광학부는 렌즈를 포함하는 것이 바람직하다.

가장 바람직하게는, 내측 광학부와 외측 광학부가 광학적으로 공액 관계이고, 예를 들면 한 쌍의 공액 렌즈 또는 기타 광학 요소를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 외측 렌즈에 의해 부과된 외측 광에 대한 광학적 효과가 내측 렌즈의 효과에 의해 실질적으로 반전/상쇄되어, 외측 광경이 내측 렌즈의 존재에 의해 실질적으로 겉보기에는 변화되지 않은 채로 남아 있을 수 있다. 예를 들어, 외측 렌즈에 의해 사전-수렴(pre-convergence)이 적용되어 내측 렌즈에 의해 부과되는 이후의 발산이 외측 광을 실질적으로 초기 상태로 되돌릴 수 있다.

그 결과, 내측 렌즈의 발산만이 디스플레이 광과 관련하여 보이게 되고, 이는 결과적으로 가상의 초점에 놓이게 될 수 있다. 가상의 초점은 각각의 시각적 어셈블리에 실질적으로 공통되는 것이 바람직하다. 그 결과, 사용자에 의해 인지될 때 디스플레이 광에 시차(양안 불일치; binocular disparity)가 부과되고, 디스플레이 정보/이미지가 통상적인 외측 광경 상에 3D 중첩되도록 보일 수 있다. 3D 중첩의 깊이는 가상의 초점을 적절히 선택함으로써 선택될 수 있다.

내측(및/또는 외측) 광학부는 이러한 목적을 위해 제어가능하게 가변인 굴절력을 가질 수 있다. 디바이스는 가상의 초점이 각각의 시각적 어셈블리에 실질적으로 공통되도록 각각의 시각적 어셈블리의 내측 광학부의 굴절력을 제어하도록 배열되는 제어기를 포함할 수 있다.

제2 양태로서, 본 발명은 위에서 기술된 양안용 디스플레이 디바이스를 포함하는 헤드업 디스플레이(HUD)를 제공할 수 있다. 제3 양태로서, 본 발명은 위에서 기술된 양안용 디스플레이 디바이스를 포함하는 헬멧 장착 디스플레이를 제공할 수 있다.

제4 양태로서, 본 발명은 3차원(3D) 디스플레이 방법을 제공할 수 있는데, 이러한 방법은: 각각의 시각적 어셈블리가 양안에 동시에 위치되면서 사용자에 의해 착용될 2개의 시각적 어셈블리를 포함하는 양안용 디스플레이 디바이스를 제공하는 단계; 투명한 평면형의 광학 도파관 디스플레이의 출력 표면으로부터 실질적으로 시준된 디스플레이 광을 출력하는 단계; 음의 굴절력을 갖는 내측 광학부를 통해 시준된 디스플레이 광을 전달함으로써, 보여질 디스플레이 광에 발산을 부과하는 단계; 및 양의 굴절력을 갖는 외측 광학부를 통해 외측 광경으로부터의 외측 광을 전달하고, 그 결과를 출력 표면을 통해, 그리고 실질적으로 내측 광학부를 통해 지향시키는 단계를 포함하고, 디스플레이 광에 부과된 발산은 각각의 시각적 어셈블리에 실질적으로 공통되는 가상의 초점을 생성하여 디스플레이 광에 의해 전해지는 이미지가 양안용 디스플레이 디바이스를 통해 보여질 때 3차원(3D) 이미지로서 외측 광경에 중첩되는 것으로 보여지게 된다.

외측 광학부의 굴절력의 크기는 내측 광학부의 굴절력의 크기와 실질적으로 동일하여, 외측 광학부에 의해 유발된 외측 광경의 왜곡이 내측 광학부에 의해 실질적으로 제거되는 것이 바람직하다.

방법은 가상의 초점이 각각의 시각적 어셈블리에 실질적으로 공통되도록 각각의 시각적 어셈블리의 내측 광학부의 굴절력을 제어/변화시키는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 방법은 2개의 시각적 어셈블리의 2개의 평면형 도파관 디스플레이를 통해 적용되는 이미지 함유 광에 의해 전해지는 이미지 내에서 캐릭터, 물체 또는 심볼에 시차를 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 시차는 도파관 디스플레이의 각각의 프레임에 대해 캐릭터, 물체 또는 심볼에 오프셋 또는 위치 시프트를 적용함으로써 이루어질 수 있다. 두 프레임 사이에서와 같은 각각의 오프셋 또는 시프트의 방향은 상대적으로 반대 방향(예를 들면, 상대적인 간격을 늘리는 방향)일 수 있다. 방법은 가상의 초점과 연관된 초점 깊이에 따라 적용된 시차를 조정하여, 캐릭터, 물체 또는 심볼이 3차원으로 보이도록 시차가 초점 깊이에 부합하게 하는 단계를 포함할 수 있다.

도 1은 양안용 디스플레이 디바이스의 2개의 시각적 어셈블리 중 하나에 대한 개략도이다.
도 2는 도 1에 따른 2개의 시각적 어셈블리를 포함하는 양안용 디스플레이 디바이스의 개략도이다.
도 3 내지 5는 도 2에 도시된 장치의 동작의 기초가 되는 원리를 예시하는 양안용 디스플레이 디바이스에 대한 일련의 개략도이다.
도 6은 도 2의 시스템을 보다 상세하게 나타낸다.
도 7, 8 및 9는 시각적 어셈블리를 제공하는데 적합한 광학 요소의 조합의 예를 나타낸다.

도 1은 각각의 시각적 어셈블리가 양안에 위치되면서 사용자에 의해 착용될 도 2의 양안용 디스플레이 디바이스의 2개의 시각적 어셈블리(1A, 1B) 중 하나의 시각적 어셈블리(1)의 단면을 개략도로 나타낸 것이다.

이러한 시각적 어셈블리는 굴절력이 +X 디옵터(예컨대, X=1)인 수렴 렌즈(5)를 포함하는 외측 광학부(2)를 포함한다. 수렴 렌즈는 외측 광경으로부터 외측 광(8)을 수광하도록 배열되고, 이러한 외측 광을 시각적 어셈블리의 투명한 평면형 도파관 디스플레이부(3)를 향해, 원래 상태보다 약간 더 수렴(또는 덜 발산)되도록 지향한다.

투명하면서 대체로 평면형인 슬래브형 도파관 디스플레이부(3)는 디스플레이 광원(미도시)으로부터 이미지/정보를 지니는 광(10)을 수광하도록 배열된다. 디스플레이 광은 통상적으로 도파관의 입력 회절 격자(미도시)에서 회절 과정에 의해 슬래브형 도파관에 주입된다. 그 다음에 주입된 디스플레이 광은 도파관의 본체 내에/상에 형성된 출력 회절 격자 영역(7)을 향해 슬래브형 도파관을 따라 내부 전반사(TIR)의 과정에 의해 내측으로 가이드된다. 출력 회절 격자는 슬래브형 도파관의 평면형 표면에 평행한 도파관의 영역에 걸쳐 연장되고 TIR에 의해 가이드된 디스플레이광 중 적어도 일부를 슬래브의 평면형 표면을 통해 밖으로 회절시키는 작용을 한다.

슬래브형 도파관의 표면에서 평면형 출력 영역을 통해 발산되는 출력 디스플레이 광(12)은 실질적으로 시준되어 있다. 이는 일반적으로 슬래브형 도파관의 특성이다. 슬래브형 도파관의 구조 및 기능은 공지된 슬래브형 도파관에 따르고, 이는 통상의 기술자라면 손쉽게 입수 가능하고 이해할 수 있을 것이다.

슬래브형 도파관의 출력 영역은 외측 광학부의 수렴 렌즈와 맞추어 배열되어, 수렴 렌즈(5)로부터 슬래브형 도파관으로 지향된 외측 광은 동일한 방향으로 슬래브형 도파관의 출력 영역으로부터 출력된 디스플레이 광과 동시에 보여지도록 조합된다. 슬래브형 도파관의 출력 영역의 투명성에 의해, 외측 광경으로부터의 투과된 외측 광(8)과 출력 디스플레이 광(12)은 외측 광학부를 향하는 측의 반대편에 있는 슬래브형 도파관의 측에서 동시에 보여지도록 조합된다.

실제로는 외측 광학부를 향하는 측의 반대편에 있는 슬래브형 도파관의 측에, 굴절력이 -X 디옵터(예를 들면, X=-1)인 발산 렌즈(6)를 포함하는 내측 광학부(4)가 위치한다. 이러한 발산 렌즈는 슬래브형 도파관의 디스플레이 영역으로부터 출력된 시준된 디스플레이 광(12)과 외측 광(8) 모두를 수광하도록 슬래브형 도파관의 출력 영역과 맞추어 배열된다. 발산 렌즈(6)는 가상의 초점("f")을 생성하도록 시준된 디스플레이 광에 발산을 부과한다. 그러나, 발산 렌즈(6)의 굴절력은 수렴 렌즈(5)의 굴절력을 상쇄하고 단지 외측 광만이 양 렌즈를 통과하기 때문에(디스플레이 광은 단지 수렴 렌즈(6)만을 통과함), 수렴 렌즈(5)에 의해 유발된 외측 광경에 대한 임의의 왜곡/효과는 이후의 발산 렌즈의 작용에 의해 반전된다. 결과적으로, 외측 광경은 발산 렌즈(6)의 존재에 의해 영향을 받지 않는 것으로 보여지게 되는데 디스플레이 광이 가상의 초점에 놓일 수 있도록 외측 광이 디스플레이 광과 동시에 이러한 발산 렌즈를 통과해야 한다.

2개의 시각적 어셈블리 모두는 하나씩 착용자의 양안에서 이런 식으로 동작한다. 사용 시에, 디스플레이 광에 의해 전해지는 이미지는 양안용 디스플레이 디바이스를 통해 보여질 때 3차원(3D) 이미지로서 외측 광경에 중첩된다.

좌안/우안의 한 쌍의 이러한 시각적 어셈블리(4A, 4B) 각각의 수렴 렌즈(6)의 발산만이 디스플레이 광과 관련하여 보이게 되고, 이는 결과적으로 각각의 시각적 어셈블리에 의해 가상의 초점에 놓이게 될 수 있다. 가상의 초점("f")은 각각의 시각적 어셈블리에 공통되는 것이 바람직하다. 그 결과, 사용자에 의해 인지될 때 디스플레이 광에 시차(양안 불일치)가 부과되고, 디스플레이 정보/이미지가 통상적인 외측 광경 상에 3D 중첩되도록 보일 수 있다. 3D 중첩의 깊이는 가상의 초점을 적절히 선택함으로써 선택될 수 있다.

2개의 내측 광학 어셈블리(4A, 4B) 각각의 발산 렌즈의 굴절력은 각각이 동일한 가상의 초점에 도달하게 하도록 제어가능하게 가변일 수 있다. 디바이스는 제어기 유닛을 포함하는데, 이러한 제어기 유닛은 가상의 초점이 각각의 시각적 어셈블리에 시각적으로 공통으로 유지되고 위치는 변화할 수 있도록 2개의 발산 렌즈의 굴절력을 제어하도록 배열된다.

통상의 기술자에게 잘 알려져 있고 손쉽게 입수할 수 있는 고정형 렌즈 또는 조정가능한 렌즈가 내측 및/또는 외측 광학부 중 하나 또는 양자 모두를 위해 채용될 수 있다.

발산-수렴 렌즈(또는 이들의 조합)를 위한 3가지 가능한 구조에는 구면/비구면 렌즈; 프레넬 렌즈, 존 플레이트(Zone plate)(또는 회절성 요소)가 포함되지만 이에 한정되는 것은 아니다. 렌즈는 예를 들어, 기계적 수단에 의해 또는 전기적으로 렌즈 곡률 또는 굴절률(통상적인 렌즈, 프레넬 렌즈)을 변화시킴으로써 가변으로 될 수 있다. 존 플레이트의 경우, 요소 상의 회절 패턴을 변화시킴으로써 이러한 구조가 달성될 수 있다. 각각의 초점 위치에 대해서, 가장 바람직하게는, 수렴-발산 렌즈 쌍은 사용자에게 보여질 때 외측 광경으로부터 이미지에 실질적으로 어떠한 순전한 광학적 효과/왜곡도 부여하지 않도록 공액 관계일 수 있다.

각각의 시각적 어셈블리에 있어서 가변의 초점 길이를 달성하기 위해 다음 2개의 기존 방법 중 어느 것도 채용될 수 있다: 전기-광학적 및/또는 광학-기계식.

전기-광학적 방법은, 액정의 굴절을 변화시키기 위해 액정에 전압을 인가함으로써 액정을 능동 매질로서 이용할 수 있다. 굴절력 및 초점 길이에 관해 전자적으로 조정할 수 있는 액정 렌즈를 손쉽게 입수할 수 있다. 그 예는 다음의 문헌에 기술되어 있다:

[1] Guoquiang Li, et al. Applied Physics Letters, 89, 141120 (2006);

[2] Guoquiang Li, et al. Procs. of the National Academy of Sciences, vo.103, no.16, 6100-6104, (2006);

[3] Guoquiang Li, et al. Applied Physics Letters, 90, 111105 (2007);

[4] Pouria Valley et al. OPTICS LETTERS, Vol.35, No.3, 336 (2010);

[5] Pouria Valley et al. OPTICS LETTERS, Vol.35, No.15, 2528 (2010).

광학-기계식 구성은 디바이스 상에(예를 들면 시각적 어셈블리의 쌍 사이의 브리지 상에) 위치할 수 있는 소형 슬라이더의 이동을 통해 착용자에 의한 초점 제어를 허용할 수 있다. 사용자는 원하는 거리에서 가상의 초점 및 광학적 선명도를 위해 각각의 시각적 어셈블리 내의 렌즈를 조정할 수 있다. 이러한 기계식 구성은 상이한 거리에서 예리한 초점을 가능하게 하도록 명세(prescription)를 변화시킬 수 있는 강성 및 연성 렌즈의 조합을 포함할 수 있다. 슬라이더에 의해 작동되는 메커니즘은 양안에서 적절한 시각 근접 추적(near vision tracking)을 보장하도록 연성 렌즈 모두를 동시에 제어할 수 있다. 2개의 기존 렌즈 요소가 하나의 요소로 조합되어, 이들 사이의 기계식 정렬을 조정함으로써(예컨대, 앞서 기술된 슬라이더를 통한 간격 조정) 이러한 쌍의 굴절력을 조정하게 된다. 기존의 렌즈는, 공지된 모터-작동 렌즈 제어 메커니즘에서 통상적으로 이용되는 것과 같은 슬라이더 메커니즘에서 렌즈를 지지하는 프레임에 기계적으로 결합된 소형 모터에 의해 또는 수동으로 기계식 조정될 수 있다. 도 7, 8 및 9는 시각적 어셈블리를 제공하기에 적합한 광학 요소의 조합의 예를 나타낸다. 예를 들면 도 7에 도시된 바와 같이, 시각적 어셈블리는 수렴형 외측 렌즈(예컨대, 평볼록)와 발산형 내측 렌즈(예컨대, 평오목) 사이에 개재된 슬래브형 도파관 디스플레이를 포함할 수 있다. 예를 들면 도 8에 도시된 바와 같이, 시각적 어셈블리는 수렴형 외측 프레넬 렌즈와 발산형 내측 프레넬 렌즈 사이에 개재된 슬래브형 도파관 디스플레이를 포함할 수 있다. 예를 들면 도 9에 도시된 바와 같이, 시각적 어셈블리는 수렴형 외측 존 플레이트와 발산형 내측 존 플레이트 사이에 개재된 슬래브형 도파관 디스플레이를 포함할 수 있다. 이러한 어셈블리의 내측 및 외측 렌즈/플레이트가 서로의 광축을 따라 상대적으로 이동함으로써 시각적 어셈블리의 굴절력을 제어할 수 있다.

도 3 내지 5는 도 2에 도시된 장치의 동작의 기초가 되는 원리를 개략적으로 나타낸다. 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 입력 광학기(예컨대, 수렴 렌즈(13A, 13B))를 시준함으로써 슬래브형 도파관(3A, 3B)에 입력될 때 캐릭터(15A, 15B)를 포함하는 디스플레이 이미지(14A, 14B)를 함유하는 이미지 함유 광(12A, 12B)은 이후 시준된 출력 광(9A, 9B)으로서 각각의 슬래브형 도파관의 출력 영역에서 출력된다. 따라서 시준된 도파관 디스플레이 광 출력은 사용자의 양안에 이미지(16A, 16B)를 제공하게 되는데, 이러한 이미지는 실질적으로 시준되고 어떠한 시차도 포함하지 않아 디스플레이되는 그림이 광학적으로 무한대에 있는 것으로 보이게 된다. 이러한 이미지는 투명한 슬래브형 도파관 출력부를 통해 외측 광경(8)으로부터의 주변 광과 동시에 보여진다.

도 4는 장치에 의해 생성되는, 결과적으로 보여지는 이미지(16A, 16B)의 초점 깊이 및 이미지 함유 디스플레이 광(9C, 9D)에 대하여 수렴형 외측 광학부(2A, 2B) 및 발산형 외측 광학부(4A, 4B)의 도입이 미치는 광학적 효과를 개략적으로 나타낸다. 특히, 2개의 슬래브형 도파관에 의해 출력되는 각각의 이미지는 이제 각각 유한한 초점 깊이(실질적으로 동일한 깊이)를 가지며, 이미지 함유 광은 더 이상 시준되어 있지 않고 사용자의 눈에서 발산됨으로써 디스플레이된 이미지 캐릭터의 가상의 이미지(16A, 16B)가 형성될 수 있게 한다. 따라서, 가변 렌즈가 부가되는 경우, 장치에 의해 디스플레이의 초점이 사용자에 더 가까이 맺히게 된다. 각각의 디스플레이 이미지의 초점 깊이는 각각의 가변 렌즈의 굴절력을 제어함으로써 제어 가능하다.

디스플레이에 적합한 시차를 제공하여 디스플레이가 더 가까이 보이게 하기 위해서, 가변 렌즈에 적절한 굴절력을 부가하는 것과 함께, 디스플레이가 요구되는 초점 거리에 보이게 하도록 양안의 시차의 일정량이 부가될 수 있다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 이것이 어떻게 구현될 수 있는지를 개략적으로 나타낸다. 특히, 각각의 디스플레이 디바이스(14A, 14B) 상의 캐릭터/물체(15A, 15B)의 위치에 있어서 새로운 캐릭터/물체 위치(17A, 17B)로 적절한 시프트를 적용함으로써, 연관된 렌즈 굴절력과 조합하여 요구되는 시차의 양을 부가하여 사용자의 양안을 통해 보이는 그림(18)이 공통적인 각각의 가상의 초점(f)에서 수렴하도록 하고, 이에 의해 도 5에 도시된 바와 같이 올바른 초점 위치(f)에 보이게 된다. 특히, 이미지 캐릭터 시프트(시차)의 적용에 앞서, 도 4의 장치의 시각적 어셈블리에 의해 출력될 때 이미지 캐릭터(15A, 15B)를 전하는 이미지 함유 광(9C, 9D)을 발산시키는 각각의 원뿔의 중심 대칭축 각각은 실질적으로 서로 평행하다는 점에 주목해야 한다. 캐릭터 시프트의 적용에 의해 이러한 광원뿔(9, 도 5)의 축은 평행하지 않게 되고 보는 사람을 향하는 방향으로 발산되어 시차 효과가 적용된다.

도 6은 도 2의 시스템을 보다 상세하게 예시하는데, 이는 위에서 살펴본 시차 효과를 적용하도록 구성된 제어 유닛(20)을 포함한다. 제어 유닛은 명령 유닛(21), 렌즈 굴절력 제어 유닛(22), 및 시차 제어 유닛(23)을 포함하는 컴퓨터를 포함한다. 명령 유닛은, 명령 입력 인터페이스(미도시)를 통해 사용자로부터, 또는 항공기 또는 기타 운송수단에 제공될 수 있는 것과 같은 별도의 제어 시스템/컴퓨터(미도시)로부터 외부 제어 신호(미도시)를 수신하도록 구성된다. 외부 제어 신호는 디스플레이 캐릭터, 물체 또는 심볼이 시스템의 디스플레이 유닛(14A, 14B)에 의해 디스플레이되어 사용자의 관측 시야 내의 특정한 위치 및 초점 깊이에서 보이도록 하기 위한 명령을 포함한다.

명령 유닛은 제어 신호에 반응하도록 구성될 수 있는데 이러한 제어 신호는, 각각의 디스플레이 유닛의 디스플레이 필드 내에서 필요한 각각의 위치에 이미지 캐릭터, 물체 또는 심볼을 생성하도록 장치의 2개의 시각적 어셈블리 각각의 디스플레이 유닛(14A, 14B)을 제어하고 원하는 초점 깊이(f)를 얻기 위해 굴절력을 제어하도록 2개의 시각적 어셈블리 각각의 가변 렌즈(2A, 4A; 2B, 4B)를 제어하기 위한 것이다. 시차 제어 유닛(23)은 요구되는 이미지 캐릭터 시프트를 계산하고 각각의 이미지 디스플레이(14A, 14B)에 심볼 오프셋 명령(24)을 내리도록 구성되며, 렌즈 굴절력 제어 유닛은 요구되는 렌즈 굴절력을 계산하고 각각의 시각적 어셈블리의 렌즈의 굴절력의 조정을 달성하기 위해 렌즈 굴절력 조정 명령(25)을 내리도록 구성된다. 심볼 오프셋 명령은, 성공적인 시차 효과가 이미지에 채용된 초점 깊이에 의존하기 때문에 필요한 초점 깊이에 따라 결정된다.

앞서 살펴본 실시예는 본 발명의 적합한 구현의 비제한적인 예를 나타내고자 함이다. 그러나, 본 개시내용을 읽는 통상의 기술자라면, 이어지는 청구범위에 의해 정해지는 바와 같은 본 발명의 범위 내에서 다른 예시, 실시예 및 구현예가 예상된다는 점을 손쉽게 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

1. 양안용 디스플레이 디바이스로서,
   사용자에 의해 착용될 2개의 시각적 어셈블리로서, 각각의 시각적 어셈블리는 동시에 양안에 위치되고, 각각의 시각적 어셈블리는:
   외측 광경으로부터 외측 광을 수광하고 그 결과를 상기 디바이스의 투명한 평면형 도파관 디스플레이부로 지향시키도록 배열되고 양의 굴절력(optical strength)을 갖는 외측 광학부 ― 상기 투명한 평면형 도파관 디스플레이부는, 캐릭터, 물체 또는 심볼을 포함하는 디스플레이 이미지를 함유하는 이미지 함유 광을 수광하고, 디스플레이를 위해 상기 도파관 디스플레이부에 의해 가이드된 실질적으로 시준된 디스플레이 이미지 함유 광을 평면형 표면을 통해 출력하고, 상기 디스플레이 이미지 함유 광과 동시에 보여지도록 상기 외측 광학부로부터 지향된 상기 외측 광을 상기 평면형 표면을 통해 투과시키도록 구성됨 ―; 및
   상기 도파관 디스플레이부로부터 상기 외측 광과 상기 실질적으로 시준된 디스플레이 이미지 함유 광을 모두 수광하고, 각각의 시각적 어셈블리에 실질적으로 공통되는 가상의 초점을 생성하도록 수광된 디스플레이 이미지 함유 광에 발산(divergence)을 부과하며, 디스플레이를 위해 그 결과를 출력하도록 배열되는 음의 굴절력을 갖는 내측 광학부
   를 포함하고,
   상기 디스플레이 이미지를 상기 2개의 시각적 어셈블리를 통해 양안으로 보는 것의 시차는, 각 시각적 어셈블리에, 각각의 시각적 어셈블리의 각 디스플레이 필드에 대한 상기 캐릭터, 물체 또는 심볼을 함유하는 디스플레이 이미지 함유 광의 위치 시프트를 적용함으로써 가상의 초점과 연관된 초점 깊이에 기초하여 상기 외측 광과 독립적인, 평행하지 않으며 광학적으로 발산하는 새로운 위치로 조정되고,
   사용 시에, 상기 디스플레이 이미지 함유 광에 의해 전해지는 디스플레이 이미지가, 상기 양안용 디스플레이 디바이스를 통해 보여질 때 3차원(3D) 이미지로서 상기 외측 광경에 중첩되는, 양안용 디스플레이 디바이스.
2. 제1항에 있어서,
   상기 외측 광학부의 굴절력의 크기는 상기 내측 광학부의 굴절력의 크기와 실질적으로 동일하여, 상기 외측 광학부에 의해 유발된 상기 외측 광경의 왜곡이 상기 내측 광학부에 의해 실질적으로 제거되는, 양안용 디스플레이 디바이스.
3. 제1항에 있어서,
   상기 외측 광학부는 렌즈를 포함하는, 양안용 디스플레이 디바이스.
4. 제1항에 있어서,
   상기 내측 광학부는 렌즈를 포함하는, 양안용 디스플레이 디바이스.
5. 제1항에 있어서,
   상기 내측 광학부 및 외측 광학부는 각각 한 쌍의 공액 렌즈를 포함하는, 양안용 디스플레이 디바이스.
6. 제1항에 있어서,
   상기 내측 광학부 및 상기 외측 광학부 중 적어도 하나는 제어가능하게 가변인 굴절력을 갖는, 양안용 디스플레이 디바이스.
7. 제6항에 있어서,
   상기 가상의 초점이 각각의 시각적 어셈블리에 실질적으로 공통되도록 각각의 시각적 어셈블리의 상기 내측 광학부 및 상기 외측 광학부 중 적어도 하나의 굴절력을 제어하도록 배열되는 제어기를 포함하는, 양안용 디스플레이 디바이스.
8. 제1항에 따른 양안용 디스플레이 디바이스를 포함하는 헤드업 디스플레이(HUD).
9. 제1항에 따른 양안용 디스플레이 디바이스를 포함하는 헬멧 장착 디스플레이.
10. 사용자에 의해 착용될 2개의 시각적 어셈블리로서, 각각의 시각적 어셈블리는 동시에 양안에 위치되는, 2개의 시각적 어셈블리를 포함하는 양안용 디스플레이 디바이스를 사용하는 3차원(3D) 디스플레이 방법으로서,
    투명한 도파관 디스플레이의 평면형 표면을 통해, 실질적으로 시준된 디스플레이 이미지 함유 광을 출력하는 단계 - 상기 도파관 디스플레이는 캐릭터, 물체 또는 심볼을 포함하는 디스플레이 이미지를 함유하는 이미지 함유 광을 수광하도록 구성됨 -;
    음의 굴절력을 갖는 내측 광학부를 통해 상기 시준된 디스플레이 이미지 함유 광을 전달함으로써, 보여질 상기 디스플레이 이미지 함유 광에 발산을 부과하는 단계;
    양의 굴절력을 갖는 외측 광학부를 통해 외측 광경으로부터의 외측 광을 전달하고, 그 결과를 상기 출력 표면을 통해, 그리고 순차적으로 상기 내측 광학부를 통해 지향시키는 단계; 및
    상기 디스플레이 이미지를 상기 2개의 시각적 어셈블리를 통해 양안으로 보는 것의 시차를, 각 시각적 어셈블리에, 각각의 시각적 어셈블리의 각 디스플레이 필드에 대한 상기 캐릭터, 물체 또는 심볼을 함유하는 디스플레이 이미지 함유 광의 위치 시프트를 적용함으로써 가상의 초점과 연관된 초점 깊이에 기초하여 상기 외측 광과 독립적인, 평행하지 않으며 광학적으로 발산하는 새로운 위치로 조정하는 단계
    를 포함하고, 상기 디스플레이 이미지 함유 광에 부과된 상기 발산은 각각의 시각적 어셈블리에 실질적으로 공통되는 가상의 초점을 생성하여 상기 디스플레이 광에 의해 전해지는 이미지가 상기 양안용 디스플레이 디바이스를 통해 보여질 때 3차원(3D) 이미지로서 상기 외측 광경에 중첩되는 것으로 보여지는, 3차원(3D) 디스플레이 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 외측 광학부의 굴절력의 크기는 상기 내측 광학부의 굴절력의 크기와 실질적으로 동일하여, 상기 외측 광학부에 의해 유발된 상기 외측 광경의 왜곡이 상기 내측 광학부에 의해 실질적으로 제거되는, 3차원(3D) 디스플레이 방법.
12. 제10항에 있어서,
    상기 가상의 초점이 각각의 시각적 어셈블리에 실질적으로 공통되도록 각각의 시각적 어셈블리의 내측 광학부의 굴절력을 변화시키는 단계를 포함하는, 3차원(3D) 디스플레이 방법.
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