KR102601052B1 - 가변 파워 반사기를 갖는 디스플레이 시스템 - Google Patents
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Abstract
웨어러블 증강 현실 머리 장착 디스플레이 시스템은 세계로부터의 광을 머리 장착 시스템을 착용한 착용자를 향해 착용자의 눈에 전달하도록 구성될 수 있다. 머리 장착 디스플레이 시스템은 이미지를 형성하기 위해 광을 출력하도록 구성된 광학 디스플레이를 포함할 수 있다. 시스템은 디스플레이로부터 광을 수신하도록 배치된 하나 이상의 도파관들을 포함할 수 있다. 가변 파워 반사기는 하나 이상의 도파관들의 전방측 상에 배치될 수 있다. 반사기는, 전기 신호의 인가 시에, 조정 가능한 광학 파워를 갖도록 구성될 수 있다.
Description
[0001] 본 출원은, 2017년 2월 23일에 출원되고 발명의 명칭이 "VARIABLE-FOCUS VIRTUAL IMAGE DEVICES"인 미국 가출원 특허 출원 번호 제62/462,850호를 우선권으로 주장하며, 이 출원은 그 전체가 인용에 의해 본원에 통합된다. 이 가특허 출원은 다음의 섹션들을 포함하고, 이 섹션들 모두가 인용에 의해 통합되고 본 특허 출원의 부분을 형성한다.
1. 섹션 I: 명칭이 "DISPLAY SYSTEM WITH VARIABLE POWER REFLECTOR"인 출원의 일부에 대한 명세서 및 도면들.
2. 섹션 II: 명칭이 "VARIABLE-FOCUS VIRTUAL IMAGE DEVICES BASED ON POLARIZATION CONVERSION"인 출원의 일부에 대한 명세서 및 도면들.
[0002] 섹션들 I 및 II는 둘 모두 가변 포커스 또는 가변 파워 디바이스들 및 이들 디바이스들의 컴포넌트들과 연관된 특징들을 논의하고, 섹션들 둘 모두는 본 출원의 개시내용의 부분을 동일하게 형성한다. 따라서, 섹션 I에 설명된 다양한 특징들, 엘리먼트들, 구조들, 방법들 등은 임의의 조합으로 섹션 II에 설명된 특징들, 엘리먼트들, 구조들, 방법들 등과 함께 사용되거나, 이들과 결합되거나, 이들에 통합되거나, 또는 다른 방식으로 이들과 호환 가능할 수 있다. 마찬가지로, 섹션 II에 설명된 다양한 특징들, 엘리먼트들, 구조들, 방법들 등은 임의의 조합으로 섹션 I에 설명된 특징들, 엘리먼트들, 구조들, 방법들 등과 함께 사용되거나, 이들과 결합되거나, 이들에 통합되거나, 또는 다른 방식으로 이들과 호환 가능할 수 있다.
[0003] 또한, 본 출원은, 하기의 특허 출원들, 즉 2014년 11월 27일에 출원된 미국 출원 번호 제14/555,585호; 2015년 4월 18일에 출원된 미국 출원 번호 제14/690,401호; 2014년 3월 14일에 출원된 미국 출원 번호 제14/212,961호; 및 2014년 7월 14일에 출원된 미국 출원 번호 제14/331,218호 각각의 전체를, 인용에 의해 포함한다.
[0004] 본 개시내용은 증강 현실 이미징 및 시각화 시스템들을 포함하는 광학 디바이스들에 관한 것이다.
[0005] 현대 컴퓨팅 및 디스플레이 기술들은 소위 "가상 현실" 또는 "증강 현실" 경험들을 위한 시스템들의 개발을 가능하게 하였고, 여기서 디지털적으로 재생된 이미지들 또는 이미지들의 부분들이, 그들이 실제인 것으로 보이거나, 실제로서 지각될 수 있는 방식으로 사용자에게 제시된다. 가상 현실, 또는 "VR" 시나리오는 통상적으로 다른 실제 실세계 시각적 입력에 대한 투명성(transparency) 없는 디지털 또는 가상 이미지 정보의 프리젠테이션(presentation)을 수반하고; 증강 현실, 또는 "AR" 시나리오는 통상적으로 사용자 주위 실제 세계의 시각화에 대한 증강으로서 디지털 또는 가상 이미지 정보의 프리젠테이션을 수반한다. 혼합 현실, 또는 "MR" 시나리오는 AR 시나리오의 타입이고 통상적으로 자연 세계에 통합되고 이에 응답하는 가상 객체들을 수반한다. 예컨대, MR 시나리오는 실세계의 객체들에 의해 차단되는 것으로 보이거나 그렇지 않으면 이 객체들과 상호작용하는 것으로 지각되는 AR 이미지 콘텐츠를 포함할 수 있다.
[0006] 도 1을 참조하면, 증강 현실 장면(10)이 묘사된다. AR 기술의 사용자는 배경 내의 사람들, 나무들, 빌딩들, 및 콘크리트 플랫폼(30)을 특징으로 하는 실세계 공원형 세팅(20)을 본다. 사용자는 또한, 자신이 "가상 콘텐츠", 이를테면 실세계 플랫폼(30)에 서 있는 로봇 동상(40), 및 호박벌의 의인화인 것으로 보이는 날고 있는 만화형 아바타 캐릭터(50)를 "보는" 것을 지각한다. 이들 엘리먼트들(50, 40)은, 이들이 실세계에 존재하지 않는다는 점에서 "가상"이다. 인간 시각 지각 시스템이 복잡하기 때문에, 다른 가상 또는 실세계 이미저리(imagery) 엘리먼트들 사이에서 가상 이미지 엘리먼트들의 편안하고, 자연스럽고, 풍부한 프리젠테이션을 가능하게 하는 AR 기술을 만들어내는 것은 난제이다.
[0007] 본원에 개시된 시스템들 및 방법들은 VR 및 AR 기술에 관련된 다양한 난제들을 처리한다.
[0008] 본 출원은 가변 광학 파워를 제공하도록 채용될 수 있는 시스템들 및 방법들의 논의들을 포함한다. 가변 포커스 또는 가변 파워 디바이스들은, 마치 이미지들이 상이한 깊이들로부터 발생되는 것처럼 이미지들을 투사하는 특정 머리 장착 디스플레이 디바이스들에서 애플리케이션을 찾을 수 있다. 머리 장착 디스플레이 디바이스에서 광학 엘리먼트의 광학 파워를 변경함으로써, 머리 장착 디스플레이 디바이스의 착용자에게 제시되는 이미지들은 마치 착용자로부터 상이한 거리들에 위치된 것처럼 보인다. 따라서, 가변 포커스 또는 가변 파워 광학 디바이스는, 마치 상이한 이미지 콘텐츠가 사용자에 대해 상이한 위치들에 위치된 것처럼 상이한 이미지 콘텐츠가 디스플레이되도록 변조될 수 있다. 일부 가변 파워 엘리먼트들은 가동 멤브레인들을 포함하는 반사기들을 포함한다. 다른 가변 파워 엘리먼트들은, 스위칭 가능한 액정 엘리먼트들을 사용하여 광학 파워 레벨들 사이에서 스위칭할 수 있는 액정 스위칭 가능한 디바이스들을 포함한다. 본원에 설명된 일부 가변 포커스 디바이스들은 하나의 포커스에서 다른 포커스로의 스위칭을 가능하게 하기 위해 광의 편광 특성들을 활용한다.
[0009] 본 개시내용의 시스템들, 방법들, 및 디바이스들 각각은 여러 혁신적인 양상들을 가지며, 그 양상들 중 어떠한 단일 양상도 본원에서 개시된 바람직한 속성들을 단독으로 담당하지 않는다. 다양한 예시적인 시스템들 및 방법들이 아래에 제공된다.
[0010] 제1 실시예: 웨어러블 증강 현실 머리 장착 디스플레이 시스템으로서, 웨어러블 증강 현실 머리 장착 디스플레이 시스템은 세계로부터의 광을 머리 장착 시스템을 착용한 착용자를 향해 착용자의 눈에 전달하도록 구성되고, 상기 웨어러블 증강 현실 머리 장착 디스플레이 시스템은:
이미지를 형성하기 위해 광을 출력하도록 구성된 광학 디스플레이;
상기 디스플레이로부터 상기 광을 수신하도록 배치된 하나 이상의 도파관들;
상기 하나 이상의 도파관들이 전방측 및 후방측을 갖도록 상기 눈의 전방에 도파관들을 배치하도록 구성된 프레임 ― 상기 후방측은 상기 전방측보다 상기 눈에 더 가까움 ― ;
상기 하나 이상의 도파관들의 상기 전방측 상에 배치된 가변 파워 반사기(variable power reflector) ― 상기 가변 파워 반사기는 전기 신호의 인가 시에 조정 가능한 광학 파워를 갖도록 구성됨 ― ; 및
상기 하나 이상의 도파관들로부터 광을 추출하고 상기 도파관 내에서 전파되는 상기 광 중 적어도 일부를 가변 파워 반사기로 지향시키도록 상기 하나 이상의 도파관들에 대해 배치된 하나 이상의 아웃-커플링 엘리먼트들을 포함하고,
상기 광은, 디스플레이로부터의 이미지를 착용자의 눈에 제시하기 위해, 상기 가변 파워 반사기로부터 다시 상기 도파관을 통해 그리고 상기 눈으로 지향된다.
[0011] 제2 실시예: 제1 실시예의 시스템에 있어서, 상기 광학 디스플레이는 스캐닝 섬유 디스플레이(scanning fiber display) 또는 액정 디스플레이를 포함한다.
[0012] 제3 실시예: 제1 실시예 또는 제2 실시예의 시스템에 있어서, 상기 가변 파워 반사기는 조정 가능한 형상을 갖는 변형 가능한 반사 표면을 포함한다.
[0013] 제4 실시예: 제3 실시예의 시스템에 있어서, 상기 가변 파워 반사기는 상기 반사 표면을 변형시키도록 전기장을 인가하기 위한 적어도 하나의 전극을 포함한다.
[0014] 제5 실시예: 제1 실시예 내지 제4 실시예 중 어느 한 실시예의 시스템에 있어서, 상기 가변 파워 반사기는 질화 실리콘을 포함한다.
[0015] 제6 실시예: 제1 실시예 내지 제5 실시예 중 어느 한 실시예의 시스템에 있어서, 상기 가변 파워 반사기는 2개의 상태들 사이에서 스위칭하도록 구성된 하나 이상의 스위칭 가능한 광학 엘리먼트들을 포함한다.
[0016] 제7 실시예: 제6 실시예의 시스템에 있어서, 상기 2개의 상태들은 2개의 반사 레벨들을 포함한다.
[0017] 제8 실시예: 제6 실시예 또는 제7 실시예의 시스템에 있어서, 상기 2개의 상태들은 2개의 광학 파워 레벨들을 포함한다.
[0018] 제9 실시예: 제6 실시예 내지 제8 실시예 중 어느 한 실시예의 시스템에 있어서, 상기 2개의 상태들은 2개의 투과 레벨들을 포함한다.
[0019] 제10 실시예: 제6 실시예 내지 제9 실시예 중 어느 한 실시예의 시스템에 있어서, 상기 하나 이상의 스위칭 가능한 광학 엘리먼트들은 회절 광학 엘리먼트를 포함한다.
[0020] 제11 실시예: 제6 실시예 내지 제10 실시예 중 어느 한 실시예의 시스템에 있어서, 상기 하나 이상의 스위칭 가능한 광학 엘리먼트들은 반사 엘리먼트를 포함한다.
[0021] 제12 실시예: 제6 실시예 내지 제11 실시예 중 어느 한 실시예의 시스템에 있어서, 상기 하나 이상의 스위칭 가능한 광학 엘리먼트들은 액정을 포함하는 액정 엘리먼트를 포함한다.
[0022] 제13 실시예: 제6 실시예 내지 제12 실시예 중 어느 한 실시예의 시스템에 있어서, 상기 하나 이상의 스위칭 가능한 광학 엘리먼트들은 스위치 가능한 편광 격자 또는 스위칭 가능한 중합체 분산형 액정 엘리먼트(switchable polymer dispersed liquid crystal element)를 포함한다.
[0023] 제14 실시예: 제1 실시예 내지 제13 실시예 중 어느 한 실시예의 시스템에 있어서, 상기 가변 파워 반사기는 스위칭 가능한 광학 엘리먼트들의 스택을 포함하고, 상기 스위칭 가능한 광학 엘리먼트들의 상이한 스위칭 가능한 광학 엘리먼트들은 상기 스위칭 가능한 광학 엘리먼트들의 스택이 상이한 광학 파워들 사이에서 스위칭할 수 있도록 상이한 광학 파워들과 연관된다.
[0024] 제15 실시예: 제1 실시예 내지 제14 실시예 중 어느 한 실시예의 시스템에 있어서, 상기 가변 파워 반사기는, 세계로부터의 광을 착용자를 향해 투과시키면서, 상기 디스플레이로부터 광을 반사시키도록 구성된다.
[0025] 제16 실시예: 제1 실시예 내지 제15 실시예 중 어느 한 실시예의 시스템에 있어서, 상기 가변 파워 반사기는, 세계로부터의 광을 착용자를 향해 투과시키면서, 상기 디스플레이로부터 광을 반사시키기 위한 파장 선택적 필터들을 포함한다.
[0026] 제17 실시예: 제1 실시예 내지 제16 실시예 중 어느 한 실시예의 시스템에 있어서, 상기 가변 파워 반사기는 노치(notch)를 포함하는 투과 스펙트럼을 갖고, 상기 노치에 대응하는 파장을 갖는 광은 상기 노치에 인접한 파장들보다 상기 가변 파워 반사기로부터 더 많이 반사된다.
[0027] 제18 실시예: 제17 실시예의 시스템에 있어서, 상기 노치에 대응하는 파장은 상기 노치에 인접한 파장들을 갖는 광보다 적어도 2배 더 많이 반사된다.
[0028] 제19 실시예: 제17 실시예의 시스템에 있어서, 상기 노치에 대응하는 파장은 상기 노치에 인접한 파장들을 갖는 광보다 적어도 5배 더 많이 반사된다.
[0029] 제20 실시예: 제17 실시예 내지 제19 실시예 중 어느 한 실시예의 시스템에 있어서, 상기 디스플레이는 상기 노치 파장에 대응하는 컬러를 갖는 컬러 광원을 포함한다.
[0030] 제21 실시예: 제20 실시예의 시스템에 있어서, 상기 컬러 광원의 컬러는 적색, 녹색 또는 청색 광에 대응한다.
[0031] 제22 실시예: 제1 실시예 내지 제21 실시예 중 어느 한 실시예의 시스템에 있어서, 상기 가변 파워 반사기는, 세계로부터의 광을 착용자를 향해 투과시키면서, 상기 디스플레이로부터 광을 반사시키기 위한 하나 이상의 편광 선택적 필터들을 포함한다.
[0032] 제23 실시예: 제1 실시예 내지 제22 실시예 중 어느 한 실시예의 시스템에 있어서, 상기 하나 이상의 아웃-커플링 엘리먼트들은, 반대측과 비교하여, 하나 이상의 도파관들로부터 추출된 광을 하나 이상의 도파관들의 전방측으로 더 많이 지향시키도록 구성된다.
[0033] 제24 실시예: 제1 실시예 내지 제23 실시예 중 어느 한 실시예의 시스템에 있어서, 상기 하나 이상의 아웃-커플링 엘리먼트들은 하나 이상의 메타표면들(metasurfaces), 하나 이상의 액정 편광 격자들, 하나 이상의 체적 위상 홀로그램들(volume phase holograms) 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
[0034] 제25 실시예: 제1 실시예 내지 제24 실시예 중 어느 한 실시예의 시스템에 있어서, 상기 가변 파워 반사기를 구동시키기 위해 상기 가변 파워 반사기와 전기 통신하는 전자장치를 더 포함하고, 상기 전자장치는, 마치 상이한 깊이 평면들로부터 발생하는 것처럼 상이한 이미지 콘텐츠를 제시하기 위해 상기 광학 파워를 변경하도록 구성된다.
[0035] 제26 실시예: 제25 실시예의 시스템에 있어서, 상기 전자장치는 프레임 단위로(on a frame by frame basis) 상기 광학 파워를 변경하도록 구성된다.
[0036] 제27 실시예: 제25 실시예의 시스템에 있어서, 상기 전자장치는 픽셀 단위로 상기 광학 파워를 변경하도록 구성된다.
[0037] 제28 실시예: 제1 실시예 내지 제27 실시예 중 어느 한 실시예의 시스템에 있어서, 하나 이상의 도파관들로부터 하나 이상의 도파관들의 후방측을 향해 추출된 광이 상기 가변 파워 반사기 상에 입사되고 착용자의 상기 눈으로 지향될 수 있도록, 상기 광을 전방측을 향해 방향전환시키도록 구성된 광 리사이클링 시스템(light recycling system)을 더 포함한다.
[0038] 제29 실시예: 제28 실시예의 시스템에 있어서, 상기 광 리사이클링 시스템은 하나 이상의 편광 제어 엘리먼트들 또는 편광 선택적 엘리먼트들을 포함한다.
[0039] 제30 실시예: 제28 실시예의 시스템에 있어서, 상기 광 리사이클링 시스템은 상기 하나 이상의 도파관들과 상기 눈 사이에 배치된 편광 선택적 반사기를 포함한다.
[0040] 제31 실시예: 제30 실시예의 시스템에 있어서, 상기 광 리사이클링 시스템은 상기 하나 이상의 도파관들과 상기 편광 선택적 반사기 사이에 배치된 하나 이상의 리타더들(retarders)을 포함한다.
[0041] 제32 실시예: 제31 실시예의 시스템에 있어서, 상기 하나 이상의 리타더들은 상기 하나 이상의 도파관들과 사이에 배치되고, 상기 편광 반사기는 약 반파(half wave)의 순 리타던스(net retardance)를 도입한다.
[0042] 제33 실시예: 제29 실시예 내지 제32 실시예 중 어느 한 실시예의 시스템에 있어서, 상기 리사이클링 시스템은 상기 하나 이상의 도파관들과 가변 파워 반사기 사이에 배치된 하나 이상의 리타더들을 포함한다.
[0043] 제34 실시예: 제33 실시예의 시스템에 있어서, 상기 하나 이상의 도파관들과 가변 파워 반사기 사이에 배치된 상기 하나 이상의 리타더들은 약 1/4 파의 순 리타던스를 도입한다.
[0044] 제35 실시예: 디스플레이 디바이스로서,
도파관 ― 도파관은 내부 전반사 하에서 도파관의 주 표면에 평행한 방향으로 가시광을 전파하고, 주 표면에 수직인 방향으로 가시광을 아웃커플링하도록 구성됨 ― ;
제1 편광을 갖는 가시광을 반사시키도록 구성된 변형 가능한 미러(deformable mirror)를 포함하고,
변형 가능한 미러는 노치 반사기 또는 하나 이상의 CLC(cholesteric liquid crystal) 층들 중 적어도 하나를 포함하고, CLC 층들 각각은 복수의 카이랄 구조들(chiral structures)을 포함하고, 카이랄 구조들 각각은, 층 깊이 방향으로 연장되고 제1 회전 방향으로 연속적으로 회전되는 복수의 액정 분자들을 포함하고, 카이랄 구조들의 액정 분자들의 어레인지먼트들은, 하나 이상의 CLC 층들이 입사 광을 브래그(Bragg)-반사시키도록 구성되도록, 층 깊이 방향에 수직인 측방향으로 주기적으로 변한다.
[0045] 제36 실시예: 제35 실시예의 디스플레이 디바이스에 있어서, 도파관은 가시광을 변형 가능한 미러를 향해 선택적으로 아웃커플링하도록 구성된다.
[0046] 제37 실시예: 제35 실시예 또는 제36 실시예의 디스플레이 디바이스에 있어서, 하나 이상의 CLC 층들의 상이한 CLC 층들은 적색, 녹색 또는 청색 광의 상이한 광들에 대응하는 파장 범위의 파장을 갖는 가시광을 반사시키도록 구성되는 반면에, 파장 범위 외부의 파장을 갖는 광을 투과시키도록 구성된다.
[0047] 제38 실시예: 제35 실시예 내지 제37 실시예 중 어느 한 실시예의 디스플레이 디바이스에 있어서, CLC 층들의 카이랄 구조들 각각은 층 깊이 방향으로 적어도 나선형 피치(helical pitch)만큼 연장되는 복수의 액정 분자들을 포함하고, 하나 이상의 CLC 층들의 상이한 CLC 층들은 상이한 나선형 피치들을 갖는다.
[0048] 제39 실시예: 제35 실시예 내지 제38 실시예 중 어느 한 실시예의 디스플레이 디바이스에 있어서, 하나 이상의 CLC 층들의 상이한 CLC 층들은 실질적으로 동일한 광학 파워를 갖는다.
[0049] 제40 실시예: 제35 실시예 내지 제39 실시예 중 어느 한 실시예의 디스플레이 디바이스에 있어서, 디스플레이 디바이스는 복수의 노치 반사기들을 포함하고, 노치 반사기들 각각은 제1 편광을 갖는 가시광을 반사시키도록 구성되고, 노치 반사기들 각각은 하나 이상의 CLC(cholesteric liquid crystal) 층들을 포함하고, CLC 층들 각각은 복수의 카이랄 구조들을 포함하고, 카이랄 구조들 각각은, 층 깊이 방향으로 연장되고 제1 회전 방향으로 연속적으로 회전되는 복수의 액정 분자들을 포함하고, 카이랄 구조들의 액정 분자들의 어레인지먼트들은, 하나 이상의 CLC 층들이 입사 광을 브래그-반사시키도록 구성되도록, 층 깊이 방향에 수직인 측방향으로 주기적으로 변한다.
[0050] 제41 실시예: 제40 실시예의 디스플레이 디바이스에 있어서, 복수의 노치 반사기들의 상이한 노치 반사기들은 상이한 광학 파워들을 갖는다.
[0051] 제42 실시예: 제40 실시예의 디스플레이 디바이스에 있어서, 복수의 노치 반사기들 각각에 대응하는 반파장판(half-wave plate)을 더 포함한다.
[0052] 제43 실시예: 디스플레이 디바이스로서,
이미지를 형성하기 위해 광을 출력하도록 구성된 광학 투사기;
광 투사기로부터 광을 수신하도록 구성된 도파관 어셈블리 ― 도파관 어셈블리는 수신된 광을 내부 전반사를 통해 도파관 어셈블리의 주 표면에 평행한 방향으로 전파하고, 주 표면에 수직인 방향으로 수신된 광을 아웃커플링하도록 구성되고, 도파관 어셈블리는 사용자의 눈에 더 가깝게 배치된 후방측 및 후방측에 대향하여 배치된 전방측을 가짐 ― ; 및
특성을 갖는 아웃커플링된 광의 부분을 반사시키도록 구성된 변형 가능한 미러를 포함하고, 변형 가능한 미러는 도파관 어셈블리의 전방측 상에 배치된다.
[0053] 제44 실시예: 제43 실시예의 디스플레이 디바이스에 있어서, 아웃커플링된 광의 부분의 특성은 편광 특성을 포함한다.
[0054] 제45 실시예: 제43 실시예 또는 제44 실시예의 디스플레이 디바이스에 있어서, 아웃커플링된 광의 부분의 특성은 파장 특성을 포함한다.
[0055] 제46 실시예: 제43 실시예 내지 제45 실시예 중 어느 한 실시예의 디스플레이 디바이스에 있어서, 변형 가능한 미러는 편광 특성을 갖는 아웃커플링된 광의 부분을 반사시키도록 구성된 편광 반사기를 포함한다.
[0056] 제47 실시예: 제43 실시예 내지 제46 실시예 중 어느 한 실시예의 디스플레이 디바이스에 있어서, 변형 가능한 미러는 파장 범위 내의 광을 반사시키도록 구성된 노치 반사기를 포함한다.
[0057] 제48 실시예: 제43 실시예 내지 제47 실시예 중 어느 한 실시예의 디스플레이 디바이스에 있어서, 도파관 어셈블리의 후방측 상에 배치된 편광기를 더 포함한다.
[0058] 제49 실시예: 제43 실시예 내지 제48 실시예 중 어느 한 실시예의 디스플레이 디바이스에 있어서, 변형 가능한 미러는 하나 이상의 CLC(cholesteric liquid crystal) 층들을 포함하고, CLC 층들 각각은 복수의 카이랄 구조들을 포함하고, 카이랄 구조들 각각은, 층 깊이 방향으로 연장되고 제1 회전 방향으로 연속적으로 회전되는 복수의 액정 분자들을 포함하고, 카이랄 구조들의 액정 분자들의 어레인지먼트들은, 하나 이상의 CLC 층들이 입사 광을 브래그-반사시키도록 구성되도록, 층 깊이 방향에 수직인 측방향으로 주기적으로 변한다.
[0059] 제50 실시예: 제43 실시예 내지 제49 실시예 중 어느 한 실시예의 디스플레이 디바이스에 있어서, 도파관 어셈블리는 하나 이상의 액정 층들을 포함한다.
[0060] 제51 실시예: 제6 실시예 내지 제11 실시예 중 어느 한 실시예의 시스템에 있어서, 상기 하나 이상의 스위칭 가능한 광학 엘리먼트들은 CLC(cholesteric liquid crystal)를 포함한다.
*[0061] 제52 실시예: 제1 실시예 내지 제23 실시예 중 어느 한 실시예의 시스템에 있어서, 상기 하나 이상의 아웃-커플링 엘리먼트들은 CLC(cholesteric liquid crystal)를 포함한다.
[0062] 제53 실시예: 디스플레이 디바이스로서,
도파관 ― 도파관은 내부 전반사 하에서 도파관의 주 표면에 평행한 방향으로 가시광을 전파하고, 주 표면에 수직인 방향으로 가시광을 아웃커플링하도록 구성됨 ― ;
제1 편광을 갖는 가시광을 반사시키도록 구성된 노치 반사기를 포함하고,
노치 반사기는 하나 이상의 CLC(cholesteric liquid crystal) 층들을 포함하고, CLC 층들 각각은 복수의 카이랄 구조들을 포함하고, 카이랄 구조들 각각은, 층 깊이 방향으로 연장되고 제1 회전 방향으로 연속적으로 회전되는 복수의 액정 분자들을 포함하고, 카이랄 구조들의 액정 분자들의 어레인지먼트들은, 하나 이상의 CLC 층들이 입사 광을 브래그-반사시키도록 구성되도록, 층 깊이 방향에 수직인 측방향으로 주기적으로 변한다.
[0063] 제54 실시예: 제53 실시예의 디스플레이 디바이스에 있어서, 도파관은 가시광을 노치 반사기를 향해 선택적으로 아웃커플링하도록 구성된다.
[0064] 제55 실시예: 제53 실시예 또는 제54 실시예의 디스플레이 디바이스에 있어서, 노치 반사기는 하나 이상의 CLC 층들이 위에 형성된 변형 가능한 미러를 포함한다.
[0065] 제56 실시예: 제53 실시예 내지 제55 실시예 중 어느 한 실시예의 디스플레이 디바이스에 있어서, 하나 이상의 CLC 층들의 상이한 CLC 층들은 적색, 녹색 또는 청색 광의 상이한 광들에 대응하는 파장 범위의 파장을 갖는 가시광을 반사시키도록 구성되는 반면에, 파장 범위 외부의 파장을 갖는 광을 투과시키도록 구성된다.
[0066] 제57 실시예: 제53 실시예 내지 제56 실시예 중 어느 한 실시예의 디스플레이 디바이스에 있어서, CLC 층들의 카이랄 구조들 각각은 층 깊이 방향으로 적어도 나선형 피치만큼 연장되는 복수의 액정 분자들을 포함하고, 하나 이상의 CLC 층들의 상이한 CLC 층들은 상이한 나선형 피치들을 갖는다.
[0067] 제58 실시예: 제53 실시예 내지 제58 실시예 중 어느 한 실시예의 디스플레이 디바이스에 있어서, 하나 이상의 CLC 층들의 상이한 CLC 층들은 실질적으로 동일한 광학 파워를 갖는다.
[0068] 제59 실시예: 제53 실시예의 디스플레이 디바이스에 있어서, 디스플레이 디바이스는 복수의 노치 반사기들을 포함하고, 노치 반사기들 각각은 제1 편광을 갖는 가시광을 반사시키도록 구성되고, 노치 반사기들 각각은 하나 이상의 CLC(cholesteric liquid crystal) 층들을 포함하고, CLC 층들 각각은 복수의 카이랄 구조들을 포함하고, 카이랄 구조들 각각은, 층 깊이 방향으로 연장되고 제1 회전 방향으로 연속적으로 회전되는 복수의 액정 분자들을 포함하고, 카이랄 구조들의 액정 분자들의 어레인지먼트들은, 하나 이상의 CLC 층들이 입사 광을 브래그-반사시키도록 구성되도록, 층 깊이 방향에 수직인 측방향으로 주기적으로 변한다.
[0069] 제60 실시예: 제59 실시예의 디스플레이 디바이스에 있어서, 복수의 노치 반사기들의 상이한 노치 반사기들은 상이한 광학 파워들을 갖는다.
[0070] 제61 실시예: 제59 실시예 또는 제60 실시예의 디스플레이 디바이스에 있어서, 복수의 노치 반사기들 각각에 대응하는 반파장판을 더 포함한다.
[0071] 도 1은 증강 현실(AR; augmented reality) 디바이스를 통한 AR의 사용자의 뷰를 예시한다.
[0072] 도 2는 웨어러블 디스플레이 시스템의 예를 예시한다.
[0073] 도 3은 사용자에 대한 3차원 이미저리(imagery)를 시뮬레이팅하기 위한 종래의 디스플레이 시스템을 예시한다.
[0074] 도 4는 다수의 깊이 평면들을 사용하여 3차원 이미저리를 시뮬레이팅하기 위한 접근법의 양상들을 예시한다.
[0075] 도 5a-5c는 곡률의 반경과 초점 반경 사이의 관계들을 예시한다.
[0076] 도 6은 이미지 정보를 사용자에게 출력하기 위한 도파관 스택(stack)의 예를 예시한다.
[0077] 도 7은 도파관에 의해 출력된 출사(exit) 빔들의 예를 예시한다.
[0078] 도 8은, 각각의 깊이 평면이 다수의 상이한 컴포넌트 컬러들을 사용하여 형성된 이미지들을 포함하는 스택된 도파관 어셈블리의 예를 예시한다.
[0079] 도 9a는 인커플링 광학 엘리먼트를 각각 포함하는 스택된 도파관들의 세트의 예의 측단면도를 예시한다.
[0080] 도 9b는 도 9a의 복수의 스택된 도파관들의 예의 사시도를 예시한다.
[0081] 도 9c는 도 9a 및 9b의 복수의 스택된 도파관들의 예의 하향식 평면도를 예시한다.
[0082] 도 10a는 광 투사기 시스템으로부터 광을 수신하도록 배치된 가변 파워 반사기를 포함하는 웨어러블 증강 현실 머리 장착 디스플레이 시스템을 예시한다.
[0083] 도 10b는, 가변 파워 반사기가 마치 무한대에서의 객체로부터 나오는 것처럼 가상 이미지들을 생성하는, 도 10a의 광 투사 시스템을 예시한다.
[0084] 도 10c는 어떠한 광이 반사되는지 및 어떠한 광이 투과되는지를 결정하기 위해 광의 편광을 사용하고 편광 선택적인 가변 파워 반사기를 예시한다.
[0085] 도 10d는 액정 격자를 갖는 도파관 어셈블리 및 변형 가능한 미러를 포함하는 예시적인 디스플레이 디바이스를 예시한다.
[0086] 도 11은, 사용자의 눈을 향해 아웃커플링된 도파관으로부터 주입된 광을 반사기를 향해 방향전환시키도록 구성된 리타더들의 어레인지먼트를 포함하는 광 리사이클링 시스템을 포함하는 디스플레이 디바이스를 예시한다.
[0087] 도 12는 스택 또는 복수의 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들과 같은 하나 이상의 스위칭 가능한 광학 엘리먼트들을 포함할 수 있는 가변 파워 반사기를 예시한다.
[0088] 도 13a-13c는 디스플레이 디바이스의 부분으로서 구현될 수 있는 예시적인 반사 회절 렌즈들을 예시하고, 여기서 반사 회절 렌즈들은 반사 편광 미러로서 기능하는 패터닝된 CLC 재료들로 형성된다.
[0089] 도 14는 복수의 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들을 갖는 스택 또는 복수의 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들의 실시예를 예시한다.
[0072] 도 2는 웨어러블 디스플레이 시스템의 예를 예시한다.
[0073] 도 3은 사용자에 대한 3차원 이미저리(imagery)를 시뮬레이팅하기 위한 종래의 디스플레이 시스템을 예시한다.
[0074] 도 4는 다수의 깊이 평면들을 사용하여 3차원 이미저리를 시뮬레이팅하기 위한 접근법의 양상들을 예시한다.
[0075] 도 5a-5c는 곡률의 반경과 초점 반경 사이의 관계들을 예시한다.
[0076] 도 6은 이미지 정보를 사용자에게 출력하기 위한 도파관 스택(stack)의 예를 예시한다.
[0077] 도 7은 도파관에 의해 출력된 출사(exit) 빔들의 예를 예시한다.
[0078] 도 8은, 각각의 깊이 평면이 다수의 상이한 컴포넌트 컬러들을 사용하여 형성된 이미지들을 포함하는 스택된 도파관 어셈블리의 예를 예시한다.
[0079] 도 9a는 인커플링 광학 엘리먼트를 각각 포함하는 스택된 도파관들의 세트의 예의 측단면도를 예시한다.
[0080] 도 9b는 도 9a의 복수의 스택된 도파관들의 예의 사시도를 예시한다.
[0081] 도 9c는 도 9a 및 9b의 복수의 스택된 도파관들의 예의 하향식 평면도를 예시한다.
[0082] 도 10a는 광 투사기 시스템으로부터 광을 수신하도록 배치된 가변 파워 반사기를 포함하는 웨어러블 증강 현실 머리 장착 디스플레이 시스템을 예시한다.
[0083] 도 10b는, 가변 파워 반사기가 마치 무한대에서의 객체로부터 나오는 것처럼 가상 이미지들을 생성하는, 도 10a의 광 투사 시스템을 예시한다.
[0084] 도 10c는 어떠한 광이 반사되는지 및 어떠한 광이 투과되는지를 결정하기 위해 광의 편광을 사용하고 편광 선택적인 가변 파워 반사기를 예시한다.
[0085] 도 10d는 액정 격자를 갖는 도파관 어셈블리 및 변형 가능한 미러를 포함하는 예시적인 디스플레이 디바이스를 예시한다.
[0086] 도 11은, 사용자의 눈을 향해 아웃커플링된 도파관으로부터 주입된 광을 반사기를 향해 방향전환시키도록 구성된 리타더들의 어레인지먼트를 포함하는 광 리사이클링 시스템을 포함하는 디스플레이 디바이스를 예시한다.
[0087] 도 12는 스택 또는 복수의 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들과 같은 하나 이상의 스위칭 가능한 광학 엘리먼트들을 포함할 수 있는 가변 파워 반사기를 예시한다.
[0088] 도 13a-13c는 디스플레이 디바이스의 부분으로서 구현될 수 있는 예시적인 반사 회절 렌즈들을 예시하고, 여기서 반사 회절 렌즈들은 반사 편광 미러로서 기능하는 패터닝된 CLC 재료들로 형성된다.
[0089] 도 14는 복수의 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들을 갖는 스택 또는 복수의 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들의 실시예를 예시한다.
[0090] 웨어러블 증강 현실 머리-장착 디스플레이 시스템은 세계로부터의 광을 머리-장착 시스템을 착용한 착용자를 향해 착용자의 눈으로 전달하도록 구성될 수 있다. 머리-장착 디스플레이 시스템은 이미지를 형성하기 위해 광을 출력하도록 구성된 광학 디스플레이를 포함할 수 있다. 디스플레이 시스템은 하나 이상의 도파관들이 전방측 및 후방측을 가지며 후방측이 전방측보다 눈에 더 가까워지도록 눈의 전방에 있는 도파관들을 포함하는 프레임을 포함할 수 있다. 시스템은 디스플레이로부터 광을 수신하도록 배치된 하나 이상의 도파관들을 포함할 수 있다. 가변 파워 반사기는 하나 이상의 도파관들의 전방측에 배치될 수 있다. 반사기는 전기 신호의 인가 시에 조정 가능한 광학 파워를 갖도록 구성될 수 있다. 시스템은 하나 이상의 도파관들로부터 광을 추출하기 위해 하나 이상의 도파관들에 대해 배치된 하나 이상의 아웃커플링 엘리먼트들을 더 포함할 수 있다. 엘리먼트들은 도파관 내에서 전파하는 광의 적어도 일부를 가변 파워 반사기로 안내할 수 있다. 가변 파워 반사기로부터 지향된 광은 도파관을 통해 눈으로 다시 반사되어 디스플레이로부터 착용자의 눈으로 이미지를 제시할 수 있다.
[0091] 광학 디스플레이는 스캐닝 섬유 디스플레이 또는 액정 디스플레이를 포함할 수 있다. 일부 변형들에서, 가변 파워 반사기는 조절 가능한 형상을 갖는 변형 가능한 반사 표면을 포함한다. 가변 파워 반사기는 반사 표면을 변형시키기 위해 전기장을 인가하기 위한 적어도 하나의 전극을 포함할 수 있다. 가변 파워 반사기는 질화 실리콘을 포함할 수 있다. 가변 파워 반사기는, 2개의 상태들 사이에서 스위칭하도록 구성된 하나 이상의 스위칭 가능한 광학 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 2개의 상태들은 2개의 반사 레벨들, 2개의 광학 파워 레벨들 및/또는 2개의 투과 레벨들을 포함할 수 있다.
[0092] 하나 이상의 스위칭 가능한 광학 엘리먼트들은 회절 광학 엘리먼트, 반사 엘리먼트 및/또는 액정을 포함하는 액정 엘리먼트를 포함할 수 있다.
[0093] 머리-장착 디스플레이 시스템은 하나 이상의 스위칭 가능한 편광 격자들 또는 스위칭 가능한 중합체 분산형 액정 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 가변 파워 반사기는, 스위칭 가능한 광학 엘리먼트가 상이한 광학 파워들 사이에서 스위칭할 수 있도록 상이한 광학 파워들과 연관된 스위칭 가능한 광학 엘리먼트들의 스택을 포함할 수 있다.
[0094] 일부 경우들에서, 가변 파워 반사기는, 세계로부터의 광을 착용자를 향해 투과시키면서, 디스플레이로부터 광을 반사시키도록 구성된다. 가변 파워 반사기는, 세계로부터의 광을 착용자를 향해 투과시키면서, 디스플레이로부터 광을 반사시키기 위한 파장 선택적 필터들을 포함할 수 있다. 가변 파워 반사기는, 노치에 대응하는 파장을 갖는 광이 노치에 인접한 파장들보다 가변 파워 반사기로부터 더 많이 반사되는 방식으로 노치를 포함하는 투과 스펙트럼을 가질 수 있다. 노치에 대응하는 파장은 노치에 인접한 파장들을 갖는 광보다 적어도 5 배만큼 반사될 수 있다.
[0095] 머리-장착 디스플레이는 노치 파장에 대응하는 컬러를 생성하는 컬러 광원을 포함할 수 있다. 예컨대, 컬러 광원의 컬러는 적색, 녹색 또는 청색 광에 대응할 수 있다.
[0096] 가변 파워 반사기는, 세계로부터의 광을 착용자를 향해 투과시키면서, 디스플레이로부터의 광을 반사시키기 위한 편광 선택적 필터들을 포함할 수 있다.
[0097] 일부 설계들에서, 하나 이상의 아웃-커플링 엘리먼트들은, 반대측과 비교하여, 하나 이상의 도파관들로부터 추출된 더 많은 광을 하나 이상의 도파관들의 전방측을 향해 지향시키도록 구성된다. 하나 이상의 아웃-커플링 엘리먼트들은 하나 이상의 메타표면들, 하나 이상의 액정 편광 격자들, 하나 이상의 체적 위상 홀로그램들 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
[0098] 디스플레이 시스템은, 가변 파워 반사기를 구동시키기 위해 가변 파워 반사기와 전기 통신하는 전자장치를 포함할 수 있다. 전자장치는, 마치 상이한 깊이 평면들로부터 발생하는 것처럼, 상이한 이미지 콘텐츠를 제시하기 위해 광학 파워를 변경하도록 구성될 수 있다. 전자장치는 프레임 단위 또는 픽셀 단위로 광학 파워를 변경하도록 구성될 수 있다.
[0099] 시스템은 리사이클링 시스템을 포함할 수 있다. 리사이클링 시스템은 하나 이상의 도파관들로부터 하나 이상의 도파관들의 후방측을 향해 추출된 광을 전방측을 향해 방향전환하여, 광이 가변 파워 반사기 상에 입사되고 착용자의 눈으로 지향될 수 있도록 구성될 수 있다. 리사이클링 시스템은 하나 이상의 편광 제어 엘리먼트들 또는 편광 선택적 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 리사이클링 시스템은 하나 이상의 도파관들과 눈 사이에 배치된 편광 선택적 반사기를 포함할 수 있다.
[0100] 리사이클링 시스템은 하나 이상의 도파관들과 편광 반사기 사이에 배치된 하나 이상의 리타더들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 도파관들과 편광 반사기 사이에 배치된 하나 이상의 리타더들은 약 반파의 순 리타던스를 도입하도록 구성될 수 있다.
[0101] 일부 설계들에서, 리사이클링 시스템은 하나 이상의 도파관들과 가변 파워 반사기 사이에 배치된 하나 이상의 리타더들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 도파관들과 가변 파워 반사기 사이에 배치된 하나 이상의 리타더들은 약 1/4 파의 순 리타던스를 도입하도록 구성될 수 있다.
[0102] 이제 도면들에 대한 참조가 이루어질 것이고, 도면들에서 동일한 참조 번호들은 전반에 걸쳐 동일한 부분들을 나타낸다.
[0103] 도 2는 웨어러블 디스플레이 시스템(60)의 예를 예시한다. 디스플레이 시스템(60)은 디스플레이(70), 및 그 디스플레이(70)의 기능을 지원하기 위한 다양한 기계적 및 전자적 모듈들 및 시스템들을 포함한다. 디스플레이(70)는, 디스플레이 시스템 사용자 또는 뷰어(90)에 의해 착용가능하고 그리고 사용자(90)의 눈들의 전면에 디스플레이(70)를 포지셔닝하도록 구성된 프레임(80)에 커플링될 수 있다. 디스플레이(70)는 일부 실시예들에서 안경류로 고려될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스피커(100)는 프레임(80)에 커플링되고 사용자(90)의 외이도에 인접하게 포지셔닝되도록 구성된다(일부 실시예들에서, 도시되지 않은 다른 스피커가 선택적으로 사용자의 다른 외이도에 인접하게 포지셔닝되어 스테레오/형상화가능 사운드 제어를 제공할 수 있음). 디스플레이 시스템은 또한 하나 이상의 마이크로폰들(110) 또는 사운드를 검출하기 위한 다른 디바이스들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 마이크로폰은 사용자가 입력들 또는 커맨드들(예컨대, 음성 메뉴 커맨드들, 자연어 질문들 등의 선택)을 시스템(60)에 제공할 수 있도록 구성되고 그리고/또는 다른 사람들(예컨대, 유사한 디스플레이 시스템들의 다른 사용자들)과 오디오 통신을 허용할 수 있다. 마이크로폰은 추가로 오디오 데이터(예컨대, 사용자 및/또는 환경으로부터의 사운드들)를 수집하기 위한 주변 센서로서 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 디스플레이 시스템은 또한 주변 센서(120a)를 포함할 수 있고, 주변 센서(120a)는 프레임(80)으로부터 분리되고 사용자(90)의 몸체에(예컨대, 사용자(90)의 머리, 몸통, 손발 등 상에) 부착될 수 있다. 주변 센서(120a)는 일부 실시예들에서 사용자(90)의 생리학적 상태를 특징화하는 데이터를 획득하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 센서(120a)는 전극일 수 있다.
[0104] 도 2를 계속 참조하면, 디스플레이(70)는 다양한 구성들로 장착될 수 있는, 이를테면 프레임(80)에 고정되게 부착되거나, 사용자에 의해 착용된 헬멧 또는 모자에 고정되게 부착되거나, 헤드폰들에 임베딩되거나, 그렇지 않으면 사용자(90)에게 제거가능하게 부착되는(예컨대, 백팩(backpack)-스타일 구성으로, 벨트-커플링 스타일 구성으로) 로컬 데이터 프로세싱 모듈(140)에, 통신 링크(130), 이를테면 유선 리드 또는 무선 연결성에 의해 동작가능하게 커플링된다. 유사하게, 센서(120a)는 통신 링크(120b), 예컨대 유선 리드 또는 무선 연결성에 의해 로컬 프로세서 및 데이터 모듈(140)에 동작가능하게 커플링될 수 있다. 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(140)은 하드웨어 프로세서뿐 아니라, 디지털 메모리 이를테면 비-휘발성 메모리(예컨대, 플래시 메모리 또는 하드 디스크 드라이브들)를 포함할 수 있고, 이 둘 모두는 데이터의 프로세싱, 캐싱(caching) 및 저장을 돕는 데 활용될 수 있다. 데이터는 a) (예컨대 프레임(80)에 동작가능하게 커플링되거나 그렇지 않으면 사용자(90)에게 부착될 수 있는) 센서들, 이를테면 이미지 캡처 디바이스들(이를테면 카메라들), 마이크로폰들, 관성 측정 유닛들, 가속도계들, 컴퍼스(compass)들, GPS 유닛들, 라디오 디바이스들, 자이로(gyro)들 및/또는 본원에 개시된 다른 센서들로부터 캡처되고; 그리고/또는 b) 원격 프로세싱 모듈(150) 및/또는 원격 데이터 저장소(160)를 사용하여 획득 및/또는 프로세싱되고, 그런 프로세싱 또는 리트리벌(retrieval) 후 가능하게 디스플레이(70)에 전달되는 데이터(가상 콘텐츠에 관련된 데이터를 포함함)를 포함한다. 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(140)은 통신 링크들(170, 180)에 의해, 이를테면 유선 또는 무선 통신 링크들을 통하여, 원격 프로세싱 모듈(150) 및 원격 데이터 저장소(160)에 동작가능하게 커플링될 수 있어서, 이들 원격 모듈들(150, 160)은 서로 동작가능하게 커플링되고 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(140)에 대한 리소스들로서 이용가능하다. 일부 실시예들에서, 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(140)은 이미지 캡처 디바이스들, 마이크로폰들, 관성 측정 유닛들, 가속도계들, 컴퍼스들, GPS 유닛들, 라디오 디바이스들 및/또는 자이로들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 이들 센서들 중 하나 이상은 프레임(80)에 부착될 수 있거나, 또는 유선 또는 무선 통신 경로들에 의해 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(140)과 통신하는 독립형 구조들일 수 있다.
[0105] 도 2를 계속 참조하면, 일부 실시예들에서, 원격 프로세싱 모듈(150)은 데이터 및/또는 이미지 정보를 분석 및 프로세싱하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 원격 데이터 저장소(160)는 "클라우드" 리소스 구성에서 인터넷 또는 다른 네트워킹 구성을 통하여 이용가능할 수 있는 디지털 데이터 저장 설비를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 원격 데이터 저장소(160)는 하나 이상의 원격 서버들을 포함할 수 있고, 상기 원격 서버들은 정보, 예컨대 증강 현실 콘텐츠를 생성하기 위한 정보를 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(140) 및/또는 원격 프로세싱 모듈(150)에 제공한다. 일부 실시예들에서, 모든 데이터가 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈에 저장되고 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈에서 모든 컴퓨테이션(computation)들이 수행되어, 원격 모듈로부터의 완전히 자율적인 사용이 허용된다.
[0106] 이제 도 3을 참조하면, "3차원" 또는 "3D"인 것으로서 이미지의 지각은 뷰어의 각각의 눈에 이미지의 약간 상이한 프리젠테이션들을 제공함으로써 달성될 수 있다. 도 3은 사용자에 대한 3차원 이미저리(imagery)를 시뮬레이팅하기 위한 종래의 디스플레이 시스템을 예시한다. 2개의 별개의 이미지들(190, 200)(각각의 눈(210, 220)에 대해 하나씩)은 사용자에게 출력된다. 이미지들(190 및 200)은 뷰어의 시선과 평행한 광학 또는 z-축을 따라 거리(230) 만큼 눈들(210 및 220)로부터 이격된다. 이미지들(190 및 200)은 평탄하고 눈들(210 및 220)은 단일 원근조절된 상태를 취함으로써 이미지들 상에 포커싱할 수 있다. 그런 3D 디스플레이 시스템들은 결합된 이미지에 대한 깊이 및/또는 스케일(scale)의 지각을 제공하기 위해 이미지들(190, 200)을 결합하기 위한 인간 시각 시스템에 의존한다.
[0107] 그러나, 인간 시각 시스템이 더 복잡하고 깊이의 현실적인 지각을 제공하는 것이 더 난제라는 것이 인식될 것이다. 예컨대, 종래의 "3D" 디스플레이 시스템들의 많은 뷰어들은 그런 시스템들이 불편하다고 여기거나 깊이감을 전혀 지각하지 못할 수 있다. 이론에 의해 제한되지 않고, 객체의 뷰어들이 이접운동 및 원근조절의 결합으로 인해 객체를 "3차원"인 것으로 지각할 수 있다는 것이 믿어진다. 서로에 대해 2개의 눈들의 이접운동 움직임들(즉, 객체 상에 고정시키도록 눈들의 시선들을 수렴하기 위하여 서로를 향해 또는 서로 멀어지게 동공이 움직이도록 하는 눈들의 회전)은 눈들의 렌즈들 및 동공들의 포커싱(또는 "원근조절")과 밀접하게 연관된다. 정상 조건들 하에서, 하나의 객체로부터 상이한 거리에 있는 다른 객체로 포커스를 변화시키기 위하여, 눈들의 렌즈들의 포커스를 변화시키거나, 또는 눈들의 원근을 조절하는 것은 "원근조절-이접운동 반사(accommodation-vergence reflex)"로서 알려진 관계 하에서, 동일한 거리로의 이접운동의 매칭 변화뿐 아니라 동공 팽창 또는 수축을 자동으로 유발할 것이다. 마찬가지로, 이접운동의 변화는 정상 조건들 하에서, 렌즈 형상 및 동공 사이즈의 원근조절의 매칭 변화를 트리거할 것이다. 본원에서 주목된 바와 같이, 많은 입체적 또는 "3D" 디스플레이 시스템들은, 3차원 조망이 인간 시각 시스템에 의해 지각되도록 각각의 눈에 약간 상이한 프리젠테이션들(및, 따라서, 약간 상이한 이미지들)을 사용하여 장면을 디스플레이한다. 그러나, 그런 시스템들은 많은 뷰어들에게 불편한데, 그 이유는 여러 가지 것들 중에서, 그런 시스템들이 단순히 장면의 상이한 프리젠테이션들을 제공하지만, 눈들이 단일 원근조절된 상태에서 모든 이미지 정보를 보고, 그리고 "원근조절-이접운동 반사"에 대하여 작동하기 때문이다. 원근조절과 이접운동 사이의 더 양호한 매치를 제공하는 디스플레이 시스템들은 3차원 이미저리의 더 현실적이고 편안한 시뮬레이션들을 형성할 수 있다.
[0108] 도 4는 다수의 깊이 평면들을 사용하여 3차원 이미저리를 시뮬레이팅하기 위한 접근법의 양상들을 예시한다. 도 4를 참조하면, z-축 상에서 눈들(210 및 220)로부터 다양한 거리들에 있는 객체들은, 이들 객체들이 인 포커스(in focus)되도록 눈들(210, 220)에 의해 원근조절된다. 눈들(210 및 220)은 z-축을 따라 상이한 거리들에 있는 객체들을 포커싱하기 위해 특정 원근조절된 상태들을 취한다. 결과적으로, 특정 원근조절된 상태는 연관된 초점 거리와 함께, 깊이 평면들(240) 중 특정 하나의 깊이 평면과 연관되는 것으로 말해질 수 있어서, 특정 깊이 평면의 객체들 또는 객체들의 부분들은, 눈이 그 깊이 평면에 대해 원근조절된 상태에 있을 때 인 포커스된다. 일부 실시예들에서, 3차원 이미저리는 눈들(210, 220)의 각각에 대해 이미지의 상이한 프리젠테이션들을 제공함으로써, 그리고 또한 깊이 평면들 각각에 대응하는 이미지의 상이한 프리젠테이션들을 제공함으로써 시뮬레이팅될 수 있다. 예시의 명확성을 위해 별개인 것으로 도시되지만, 눈들(210, 220)의 시야들이 예컨대 z-축을 따른 거리가 증가함에 따라 오버랩할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 게다가, 예시의 용이함을 위해 편평한 것으로 도시되지만, 깊이 평면의 윤곽들이 물리적 공간에서 휘어질 수 있어서, 깊이 평면 내의 모든 피처들이 특정 원근조절된 상태에서 눈과 인 포커싱되는 것이 인식될 것이다.
[0109] 객체와 눈(210 또는 220) 사이의 거리는 또한, 그 눈에 의해 보여지는 그 객체로부터의 광의 발산량을 변화시킬 수 있다. 도 5a-5c는 거리와 광선들의 발산 사이의 관계들을 예시한다. 객체와 눈(210) 사이의 거리는 감소하는 거리의 순서로 R1, R2 및 R3으로 표현된다. 도 5a-5c에 도시된 바와 같이, 광선들은, 객체에 대한 거리가 감소함에 따라 더 많이 발산하게 된다. 거리가 증가함에 따라, 광선들은 더 시준된다. 다른 말로 하면, 포인트(객체 또는 객체의 일부)에 의해 생성된 광 필드가 구체 파면 곡률을 갖는다고 말할 수 있으며, 구체 파면 곡률은, 그 포인트가 사용자의 눈으로부터 얼마나 멀리 떨어져 있는지의 함수이다. 곡률은 객체와 눈(210) 사이의 거리가 감소함에 따라 증가한다. 결과적으로, 상이한 깊이 평면들에서, 광선들의 발산 정도는 또한 상이하고, 발산 정도는, 깊이 평면들과 뷰어의 눈(210) 사이의 거리가 감소함에 따라 증가한다. 도 5a-5c 및 본원의 다른 도면들에서 예시의 명확성을 위해 단지 한쪽 눈(210)만이 예시되지만, 눈(210)에 대한 논의들이 뷰어의 양쪽 눈들(210 및 220)에 적용될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
[0110] 이론에 의해 제한되지 않고, 인간 눈이 통상적으로 깊이 지각을 제공하기 위해 유한한 수의 깊이 평면들을 해석할 수 있다는 것이 믿어진다. 결과적으로, 지각된 깊이의 매우 그럴듯한 시뮬레이션은, 눈에, 이들 제한된 수의 깊이 평면들 각각에 대응하는 이미지의 상이한 프리젠테이션들을 제공함으로써 달성될 수 있다. 상이한 프리젠테이션들은 뷰어의 눈들에 의해 별도로 포커싱될 수 있고, 이로써 상이한 깊이 평면 상에 위치된 장면에 대해 상이한 이미지 피처들을 포커싱하게 하는데 요구되는 눈의 원근조절에 기반하여 그리고/또는 포커싱에서 벗어난 상이한 깊이 평면들 상의 상이한 이미지 피처들을 관찰하는 것에 기반하여 사용자에게 깊이 단서들을 제공하는 것을 돕는다.
[0111] 도 6은 이미지 정보를 사용자에게 출력하기 위한 도파관 스택의 예를 예시한다. 디스플레이 시스템(250)은 복수의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)을 사용하여 3차원 지각을 눈/뇌에 제공하기 위해 활용될 수 있는 도파관들의 스택, 또는 스택된 도파관 어셈블리(260)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 디스플레이 시스템(250)은 도 2의 시스템(60)이고, 도 6은 그 시스템(60)의 일부 부분들을 더 상세히 개략적으로 보여준다. 예컨대, 도파관 어셈블리(260)는 도 2의 디스플레이(70)의 부분일 수 있다. 디스플레이 시스템(250)이 일부 실시예들에서 광 필드 디스플레이로 고려될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 또한, 도파관 어셈블리(260)는 또한 접안렌즈로 지칭될 수 있다.
[0112] 도 6을 계속 참조하면, 도파관 어셈블리(260)는 또한 도파관들 사이에 복수의 피처들(320, 330, 340, 350)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 피처들(320, 330, 340, 350)은 하나 이상의 렌즈들일 수 있다. 도파관들(270, 280, 290, 300, 310) 및/또는 복수의 렌즈들(320, 330, 340, 350)은 다양한 레벨들의 파면 곡률 또는 광선 발산으로 이미지 정보를 눈에 전송하도록 구성될 수 있다. 각각의 도파관 레벨은 특정 깊이 평면과 연관될 수 있고 그 깊이 평면에 대응하는 이미지 정보를 출력하도록 구성될 수 있다. 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)은 도파관들에 대한 광원으로서 기능할 수 있고 이미지 정보를 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)에 주입하는 데 활용될 수 있고, 이 도파관들(270, 280, 290, 300, 310) 각각은, 본원에 설명된 바와 같이, 눈(210)을 향하여 출력하도록, 각각의 개별 도파관에 걸쳐 인입 광을 분배하도록 구성될 수 있다. 광은 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)의 출력 표면(410, 420, 430, 440, 450)에서 출사하고 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)의 대응하는 입력 표면(460, 470, 480, 490, 500)으로 주입된다. 일부 실시예들에서, 입력 표면들(460, 470, 480, 490, 500)의 각각은 대응하는 도파관의 에지일 수 있거나, 대응하는 도파관의 주 표면(즉, 세계(510) 또는 뷰어의 눈(210)을 직접 향하는 도파관 표면들 중 하나)의 부분일 수 있다. 일부 실시예들에서, 광의 단일 빔(예컨대, 시준된 빔)은 특정 도파관과 연관된 깊이 평면에 대응하는 특정 각도들(및 발산량들)로 눈(210)을 향하여 지향되는 복제되고 시준된 빔들의 전체 필드를 출력하기 위해 각각의 도파관으로 주입될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400) 중 하나의 이미지 주입 디바이스는 복수(예컨대, 3개)의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)과 연관되어 이들에 광을 주입할 수 있다.
[0113] 일부 실시예들에서, 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)은, 각각, 대응하는 도파관(270, 280, 290, 300, 310)으로의 주입을 위한 이미지 정보를 각각 생성하는 이산 디스플레이들이다. 일부 다른 실시예들에서, 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)은 예컨대 이미지 정보를 하나 이상의 광학 도관들(이를테면, 광섬유 케이블들)을 통하여 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)의 각각에 파이핑(pipe)할 수 있는 단일 멀티플렉싱된 디스플레이의 출력단들이다. 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)에 의해 제공된 이미지 정보가 상이한 파장들, 또는 컬러들(예컨대, 본원에 논의된 바와 같이, 상이한 컴포넌트 컬러들)의 광을 포함할 수 있다는 것이 인식될 것이다.
[0114] 일부 실시예들에서, 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)로 주입된 광은 광 투사기 시스템(520)에 의해 제공되고, 광 투사기 시스템(520)은 광 방출기, 이를테면 LED(light emitting diode)를 포함할 수 있는 광 모듈(530)을 포함한다. 광 모듈(530)로부터의 광은 빔 분할기(550)를 통해 광 변조기(540), 예컨대 공간 광 변조기로 지향되어 이에 의해 수정될 수 있다. 광 변조기(540)는 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)로 주입된 광의 지각된 세기를 변화시키도록 구성될 수 있다. 공간 광 변조기들의 예들은 LCOS(liquid crystal on silicon) 디스플레이들을 포함하는 LCD(liquid crystal displays)를 포함한다. 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)이 개략적으로 예시되고 그리고 일부 실시예들에서, 이들 이미지 주입 디바이스들이, 광을 도파관들(270, 280, 290, 300, 310) 중 연관된 도파관들로 출력하도록 구성된 공통 투사 시스템의 상이한 광 경로들 및 위치들을 나타낼 수 있다는 것이 인식될 것이다.
[0115] 일부 실시예들에서, 디스플레이 시스템(250)은 다양한 패턴들(예컨대, 래스터(raster) 스캔, 나선형 스캔, 리사주(Lissajous) 패턴들 등)의 광을 하나 이상의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310) 및 궁극적으로 뷰어의 눈(210)으로 투사하도록 구성된 하나 이상의 스캐닝 섬유들을 포함하는 스캐닝 섬유 디스플레이일 수 있다. 일부 실시예들에서, 예시된 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)은 광을 하나 또는 복수의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)로 주입하도록 구성된 단일 스캐닝 섬유 또는 스캐닝 섬유들의 번들(bundle)을 개략적으로 나타낼 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 예시된 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)은 복수의 스캐닝 섬유들 또는 복수의 스캐닝 섬유들의 번들들을 개략적으로 나타낼 수 있고, 상기 스캐닝 섬유들 각각은 도파관들(270, 280, 290, 300, 310) 중 연관된 도파관으로 광을 주입하도록 구성된다. 하나 이상의 광섬유들이 광 모듈(530)로부터의 광을 하나 이상의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)로 전송하도록 구성될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 하나 이상의 개재 광학 구조들이 스캐닝 섬유, 또는 섬유들과 하나 이상의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310) 사이에 제공되어, 예컨대 스캐닝 섬유를 출사하는 광을 하나 이상의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)로 방향전환시킬 수 있다는 것이 인식될 것이다.
[0116] 제어기(560)는 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400), 광원(530) 및 광 변조기(540)의 동작을 포함하여, 스택된 도파관 어셈블리(260) 중 하나 이상의 동작을 제어한다. 일부 실시예들에서, 제어기(560)는 로컬 데이터 프로세싱 모듈(140)의 부분이다. 제어기(560)는, 예컨대 본원에 개시된 다양한 방식들 중 임의의 방식에 따라, 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)로의 이미지 정보의 타이밍 및 제공을 조절하는 프로그래밍(예컨대, 비-일시적 매체 내의 명령들)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제어기는 단일 통합 디바이스, 또는 유선 또는 무선 통신 채널들에 의해 연결되는 분산형 시스템일 수 있다. 제어기(560)는 일부 실시예들에서 프로세싱 모듈들(140 또는 150)(도 2)의 부분일 수 있다.
[0117] 도 6을 계속 참조하면, 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)은 TIR(total internal reflection: 내부 전반사)에 의해 각각의 개별 도파관 내에서 광을 전파시키도록 구성될 수 있다. 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)은 각각 주 최상부 표면 및 주 최하부 표면, 그리고 이들 주 최상부 표면과 주 최하부 표면 사이에서 연장되는 에지들을 가진 평면형일 수 있거나 다른 형상(예컨대, 곡선형)일 수 있다. 예시된 구성에서, 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)은 각각, 이미지 정보를 눈(210)으로 출력하기 위해 각각의 개별 도파관 내에서 전파되는 광을 도파관 밖으로 방향전환시킴으로써 도파관 밖으로 광을 추출하도록 구성된 아웃커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)을 포함할 수 있다. 추출된 광은 또한 아웃커플링된 광이라 지칭될 수 있고 아웃커플링 광학 엘리먼트들은 또한 광 추출 광학 엘리먼트들이라 지칭될 수 있다. 추출된 광 빔은, 도파관 내에서 전파되는 광이 광 추출 광학 엘리먼트에 부딪치는 위치들에서 도파관에 의해 출력될 수 있다. 아웃커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은 예컨대, 본원에서 추가로 논의된 바와 같이 회절 광학 피처들을 포함하는 격자들일 수 있다. 아웃커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은, 설명의 용이함 및 도면 명확성을 위해 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)의 최하부 주 표면들에 배치된 것으로 예시되지만, 본원에서 추가로 논의된 바와 같이, 일부 실시예들에서는, 최상부 및/또는 최하부 주 표면들에 배치될 수 있고, 그리고/또는 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)의 볼륨 내에 직접 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 아웃커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)을 형성하기 위해 투명 기판에 부착된 재료의 층으로 형성될 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)은 모놀리식 재료 피스(piece)일 수 있고 아웃커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은 그 재료 피스의 표면 상에 및/또는 내부에 형성될 수 있다.
[0118] 도 6을 계속 참조하면, 본원에 논의된 바와 같이, 각각의 도파관(270, 280, 290, 300, 310)은 특정 깊이 평면에 대응하는 이미지를 형성하기 위해 광을 출력하도록 구성된다. 예컨대, 눈에 가장 가까운 도파관(270)은, (그런 도파관(270)에 주입된) 시준된 광을 눈(210)에 전달하도록 구성될 수 있다. 시준된 광은 광학 무한대 초점 평면을 나타낼 수 있다. 위쪽(up) 다음 도파관(280)은, 시준된 광이 눈(210)에 도달할 수 있기 전에 제1 렌즈(350)(예컨대, 네거티브 렌즈)를 통과하는 시준된 광을 전송하도록 구성될 수 있고; 그런 제1 렌즈(350)는 약간 볼록한 파면 곡률을 생성하도록 구성될 수 있어서, 눈/뇌는 그 위쪽 다음 도파관(280)으로부터 오는 광을, 광학적 무한대로부터 눈(210)을 향하여 안쪽으로 더 가까운 제1 초점 평면으로부터 오는 것으로 해석한다. 유사하게, 위쪽 제3 도파관(290)은 눈(210)에 도달하기 전에 제1 렌즈(350) 및 제2 렌즈(340) 둘 모두를 통하여 자신의 출력 광을 통과시키고; 제1 렌즈(350) 및 제2 렌즈(340)의 결합된 광학 파워는 다른 증분 양의 파면 곡률을 생성하도록 구성될 수 있어서, 눈/뇌는 제3 도파관(290)으로부터 오는 광을, 위쪽 다음 도파관(280)으로부터의 광이기보다 광학적 무한대로부터 사람을 향하여 안쪽으로 훨씬 더 가까운 제2 초점 평면으로부터 오는 것으로 해석한다.
[0119] 다른 도파관 층들(300, 310) 및 렌즈들(330, 320)은 유사하게 구성되고, 스택 내 가장 높은 도파관(310)은, 자신의 출력을, 사람과 가장 가까운 초점 평면을 대표하는 총(aggregate) 초점 파워에 대해 자신과 눈 사이의 렌즈들 모두를 통하여 전송한다. 스택된 도파관 어셈블리(260)의 다른 측부 상에서 세계(510)로부터 오는 광을 보고/해석할 때 렌즈들(320, 330, 340, 350)의 스택을 보상하기 위하여, 보상 렌즈 층(620)이 아래쪽 렌즈 스택(320, 330, 340, 350)의 총 파워를 보상하기 위해 스택의 최상부에 배치될 수 있다. 그런 구성은 이용가능한 도파관/렌즈 페어링들이 존재하는 만큼 많은 지각되는 초점 평면들을 제공한다. 도파관들의 아웃커플링 광학 엘리먼트들과 렌즈들의 포커싱 양상들 둘 모두는 정적(즉, 동적이거나 전자-활성이 아님)일 수 있다. 일부 대안적인 실시예들에서, 어느 하나 또는 둘 모두는 전자-활성 피처들을 사용하여 동적일 수 있다.
[0120] 일부 실시예들에서, 도파관들(270, 280, 290, 300, 310) 중 2개 이상은 동일한 연관된 깊이 평면을 가질 수 있다. 예컨대, 다수의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)은 이미지들 세트를 동일한 깊이 평면에 출력하도록 구성될 수 있거나, 또는 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)의 다수의 서브세트들은 이미지들 세트를, 각각의 깊이 평면에 대해 하나의 세트로, 동일한 복수의 깊이 평면들에 출력하도록 구성될 수 있다. 이것은 이들 깊이 평면들에 확장된 시야를 제공하기 위해 타일화된(tiled) 이미지를 형성하는 장점들을 제공할 수 있다.
[0121] 도 6을 계속 참조하면, 아웃커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은 자신의 개별 도파관들로부터 광을 방향전환시키는 것 및 도파관과 연관된 특정 깊이 평면에 대해 적절한 양의 발산 또는 시준으로 이 광을 출력하는 것 둘 모두를 수행하도록 구성될 수 있다. 결과적으로, 상이한 연관된 깊이 평면들을 가진 도파관들은 상이한 구성들의 아웃커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)을 가질 수 있고, 아웃커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은 연관된 깊이 평면에 따라 상이한 발산 양으로 광을 출력한다. 일부 실시예들에서, 광 추출 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은 특정 각도들에서 광을 출력하도록 구성될 수 있는 볼류메트릭(volumetric) 또는 표면 피처들일 수 있다. 예컨대, 광 추출 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은 볼륨 홀로그램들, 표면 홀로그램들, 및/또는 회절 격자들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 피처들(320, 330, 340, 350)은 렌즈들이 아닐 수 있고; 오히려, 이들은 단순히 스페이서들(예컨대, 공기 갭들을 형성하기 위한 구조들 및/또는 클래딩(cladding) 층들)일 수 있다.
[0122] 일부 실시예들에서, 아웃커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은 "회절 광학 엘리먼트"(또한 본원에서 "DOE"로서 지칭됨) 또는 회절 패턴을 형성하는 회절 피처들이다. 바람직하게, DOE들은 충분히 낮은 회절 효율성을 가져서, 빔의 광의 일부만이 DOE의 각각의 교차에 의해 눈(210)을 향하여 편향되지만, 나머지는 TIR을 통하여 도파관을 통해 계속 이동한다. 따라서, 이미지 정보를 운반하는 광은 다수의 위치들에서 도파관을 출사하는 다수의 관련된 출사 빔들로 분할되고, 그 결과는 도파관 내에서 이리저리 바운싱(bouncing)되는 이런 특정 시준된 빔에 대해 눈(210)을 향하여 상당히 균일한 출사 방출 패턴이다.
[0123] 일부 실시예들에서, 하나 이상의 DOE들은, 이들이 활발하게 회절하는 "온" 상태들과 이들이 현저하게 회절하지 않는 "오프" 상태들 사이에서 스위칭가능할 수 있다. 예컨대, 스위칭가능 DOE는, 마이크로액적(microdroplet)들이 호스트 매질에 회절 패턴을 포함하는 폴리머 확산형 액정 층을 포함할 수 있고, 마이크로액적들의 굴절률은 호스트 재료의 굴절률에 실질적으로 매칭하도록 스위칭될 수 있거나(이 경우에 패턴은 입사 광을 뚜렷하게 회절시키지 않음) 또는 마이크로액적은 호스트 매질의 인덱스(index)와 매칭하지 않는 인덱스로 스위칭될 수 있다(이 경우 패턴은 입사 광을 활발하게 회절시킴).
[0124] 일부 실시예들에서, 카메라 어셈블리(630)(예컨대, 가시 광 및 적외선 광 카메라들을 포함하는 디지털 카메라)는, 예컨대 사용자 입력들을 검출하고 그리고/또는 사용자의 생리학적 상태를 모니터링하도록 눈(210)의 이미지들 및/또는 눈(210) 주위의 조직을 캡처하기 위해 제공될 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 카메라는 이미지 캡처 디바이스일 수 있다. 일부 실시예들에서, 카메라 어셈블리(630)는 이미지 캡처 디바이스 및 눈에 광(예컨대, 적외선 광)을 투사하기 위한 광원을 포함할 수 있고, 이후 광은 눈에 의해 반사되고 이미지 캡처 디바이스에 의해 검출될 수 있다. 일부 실시예들에서, 카메라 어셈블리(630)는 프레임(80)에 부착될 수 있고(도 2) 그리고 카메라 어셈블리(630)로부터의 이미지 정보를 프로세싱할 수 있는 프로세싱 모듈들(140 및/또는 150)과 전기적으로 통신할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나의 카메라 어셈블리(630)는 각각의 눈을 별개로 모니터링하기 위해 각각의 눈에 활용될 수 있다.
[0125] 이제 도 7을 참조하면, 도파관에 의해 출력된 출사 빔들의 예가 도시된다. 하나의 도파관이 예시되지만, 도파관 어셈블리(260)(도 6)의 다른 도파관들이 유사하게 기능할 수 있고, 여기서 도파관 어셈블리(260)가 다수의 도파관들을 포함한다는 것이 인식될 것이다. 광(640)은 도파관(270)의 입력 표면(460)에서 도파관(270)으로 주입되고 TIR에 의해 도파관(270) 내에서 전파된다. 광(640)이 DOE(570) 상에 충돌하는 포인트들에서, 광의 일부는 출사 빔들(650)로서 도파관을 출사한다. 출사 빔들(650)은 실질적으로 평행한 것으로 예시되지만, 본원에 논의된 바와 같이, 이들 출사 빔들(650)은 또한 도파관(270)과 연관된 깊이 평면에 따라, (예컨대, 발산하는 출사 빔들을 형성하는) 각도로 눈(210)으로 전파되도록 방향전환될 수 있다. 실질적으로 평행한 출사 빔들이 눈(210)으로부터 원거리(예컨대, 광학 무한대)에 있는 깊이 평면 상에 세팅되는 것으로 보이는 이미지들을 형성하기 위해 광을 아웃커플링하는 아웃커플링 광학 엘리먼트들을 갖는 도파관을 나타낼 수 있다는 것이 인식될 것이다. 다른 도파관들 또는 아웃커플링 광학 엘리먼트들의 다른 세트들은 더 발산하는 출사 빔 패턴을 출력할 수 있고, 이는 눈(210)이 망막에 포커싱하도록 더 근거리에 원근조절되는 것을 요구할 것이고 광학 무한대보다 눈(210)에 더 근거리로부터의 광으로서 뇌에 의해 해석될 것이다.
[0126] 일부 실시예들에서, 풀 컬러 이미지는 컴포넌트 컬러들, 예컨대 3개 이상의 컴포넌트 컬러들 각각에 이미지들을 오버레잉함으로써 각각의 깊이 평면에 형성될 수 있다. 도 8은, 각각의 깊이 평면이 다수의 상이한 컴포넌트 컬러들을 사용하여 형성된 이미지들을 포함하는 스택된 도파관 어셈블리의 예를 예시한다. 비록 더 많거나 더 적은 깊이들이 또한 고려되지만, 예시된 실시예는 깊이 평면들(240a-240f)을 도시한다. 각각의 깊이 평면은, 제1 컬러(G)의 제1 이미지; 제2 컬러(R)의 제2 이미지; 및 제3 컬러(B)의 제3 이미지를 포함하여, 자신과 연관된 3개 이상의 컴포넌트 컬러 이미지들을 가질 수 있다. 상이한 깊이 평면들은 문자들 G, R 및 B 다음에 디옵터들(dpt)에 대한 상이한 숫자들로 도면에 표시된다. 단지 예들로서, 이들 문자들 각각 다음의 숫자들은 디옵터들(1/m), 또는 뷰어로부터 깊이 평면의 역거리(inverse distance)를 표시하고, 도면들에서 각각의 박스는 개별 컴포넌트 컬러 이미지를 나타낸다. 일부 실시예들에서, 상이한 파장들의 광의 눈의 포커싱의 차이들을 고려하기 위해, 상이한 컴포넌트 컬러들에 대해 깊이 평면들의 정확한 배치는 가변할 수 있다. 예컨대, 주어진 깊이 평면에 대해 상이한 컴포넌트 컬러 이미지들이 사용자로부터 상이한 거리들에 대응하는 깊이 평면들 상에 배치될 수 있다. 그런 어레인지먼트는 시력 및 사용자 편안함을 증가시킬 수 있고 그리고/또는 색수차들을 감소시킬 수 있다.
[0127] 일부 실시예들에서, 각각의 컴포넌트 컬러의 광은 단일 전용 도파관에 의해 출력될 수 있고, 결과적으로 각각의 깊이 평면은 자신과 연관된 다수의 도파관들을 가질 수 있다. 그런 실시예들에서, 도면들에서 문자들 G, R 또는 B를 포함하는 각각의 박스는 개별 도파관을 나타내는 것으로 이해될 수 있고, 그리고 깊이 평면당 3개의 도파관들이 제공될 수 있고, 여기서 깊이 평면당 3개의 컴포넌트 컬러 이미지들이 제공된다. 각각의 깊이 평면과 연관된 도파관들이 설명의 용이함을 위해 이 도면에서 서로 인접하게 도시되지만, 물리적 디바이스에서, 도파관들 모두가 레벨당 하나의 도파관을 가진 스택으로 배열될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 일부 다른 실시예들에서, 다수의 컴포넌트 컬러들은 동일한 도파관에 의해 출력될 수 있어서, 예컨대 깊이 평면당 단일 도파관만이 제공될 수 있다.
[0128] 도 8을 계속 참조하면, 일부 실시예들에서, G는 녹색이고, R은 적색이고, 그리고 B는 청색이다. 일부 다른 실시예들에서, 자홍색 및 청록색을 포함하는, 광의 다른 파장들과 연관된 다른 컬러들은 적색, 녹색 또는 청색 중 하나 이상에 더하여 사용될 수 있거나 적색, 녹색 또는 청색 중 하나 이상을 대체할 수 있다.
[0129] 본 개시내용 전반에 걸쳐 광의 주어진 컬러에 대한 참조들이 그 주어진 컬러의 것으로서 뷰어에 의해 지각되는 광의 파장들의 범위 내의 하나 이상의 파장들의 광을 포함하는 것으로 이해될 것이라는 인식될 것이다. 예컨대, 적색 광은 약 620-780nm의 범위의 하나 이상의 파장들의 광을 포함할 수 있고, 녹색 광은 약 492-577nm의 범위의 하나 이상의 파장들의 광을 포함할 수 있고, 그리고 청색 광은 약 435-493nm의 범위의 하나 이상의 파장들의 광을 포함할 수 있다.
[0130] 일부 실시예들에서, 광원(530)(도 6)은 뷰어의 시각 지각 범위를 벗어난 하나 이상의 파장들, 예컨대 적외선 및/또는 자외선 파장들의 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 게다가, 디스플레이(250)의 도파관들의 인커플링, 아웃커플링 및 다른 광 방향전환 구조들은, 예컨대 이미징 및/또는 사용자 시뮬레이션 애플리케이션들을 위해, 디스플레이로부터의 이런 광을 사용자의 눈(210)을 향해 지향시키고 방출하도록 구성될 수 있다.
[0131] 이제 도 9a를 참조하면, 일부 실시예들에서, 도파관 상에 충돌하는 광은 도파관에 그 광을 인커플링하기 위해 방향전환될 필요가 있을 수 있다. 인커플링 광학 엘리먼트는 자신의 대응하는 도파관으로 광을 방향전환시키고 인커플링하는 데 사용될 수 있다. 도 9a는 인커플링 광학 엘리먼트를 각각 포함하는 복수의 스택된 도파관들 또는 스택된 도파관들의 세트(660)의 예의 측단면도를 예시한다. 도파관들은 하나 이상의 상이한 파장들, 또는 하나 이상의 상이한 범위들의 파장들의 광을 출력하도록 각각 구성될 수 있다. 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400) 중 하나 이상으로부터의 광이 인커플링을 위해 광이 방향전환되기를 요구하는 포지션으로부터 도파관들로 주입되는 것을 제외하고, 스택(660)이 스택(260)(도 6)에 대응할 수 있고 스택(660)의 예시된 도파관들이 복수의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)의 부분에 대응할 수 있다는 것이 인식될 것이다.
[0132] 스택된 도파관들의 예시된 세트(660)는 도파관들(670, 680 및 690)을 포함한다. 각각의 도파관은, 예컨대 도파관(670)의 주 표면(예컨대, 상부 주 표면) 상에 배치된 인커플링 광학 엘리먼트(700), 도파관(680)의 주 표면(예컨대, 상부 주 표면) 상에 배치된 인커플링 광학 엘리먼트(710), 및 도파관(690)의 주 표면(예컨대, 상부 주 표면) 상에 배치된 인커플링 광학 엘리먼트(720)를 가진 연관된 인커플링 광학 엘리먼트(도파관 상의 광 입력 영역으로 또한 지칭될 수 있음)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720) 중 하나 이상은 (특히 하나 이상의 인커플링 광학 엘리먼트들이 반사성, 편향 광학 엘리먼트들인 경우) 개별 도파관(670, 680, 690)의 최하부 주 표면 상에 배치될 수 있다. 예시된 바와 같이, 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은, 특히, 이들 인커플링 광학 엘리먼트들이 투과성, 편향 광학 엘리먼트들인 경우, 이들의 개별 도파관(670, 680, 690)의 상부 주 표면(또는 그 다음의 하부 도파관의 최상부) 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은 개별 도파관(670, 680, 690)의 몸체에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 본원에 논의된 바와 같이, 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은 파장 선택적이어서, 이들 인커플링 광학 엘리먼트들은 다른 파장들의 광을 투과시키면서 하나 이상의 파장들의 광을 선택적으로 방향전환시킨다. 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)이, 이들의 개별 도파관(670, 680, 690)의 일 측부 또는 모서리 상에 예시되지만, 일부 실시예들에서, 이들은, 이들의 개별 도파관(670, 680, 690)의 다른 영역들에 배치될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
[0133] 예시된 바와 같이, 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은 서로 측방향으로 오프셋될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 인커플링 광학 엘리먼트는 오프셋될 수 있어서, 각각의 인커플링 광학 엘리먼트는, 다른 인커플링 광학 엘리먼트를 통과하지 않는 광을 수신한다. 예컨대, 각각의 인커플링 광학 엘리먼트(700, 710, 720)는 도 6에 도시된 바와 같이 상이한 이미지 주입 디바이스(360, 370, 380, 390 및 400)로부터 광을 수신하도록 구성될 수 있고, 그리고 실질적으로 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720) 중 다른 인커플링 광학 엘리먼트들로부터 광을 수신하지 않도록 다른 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)로부터 분리(예컨대, 측방향으로 이격)될 수 있다.
[0134] 각각의 도파관은 또한 예컨대, 도파관(670)의 주 표면(예컨대, 최상부 주 표면) 상에 배치된 광 분배 엘리먼트들(730), 도파관(680)의 주 표면(예컨대, 최상부 주 표면) 상에 배치된 광 분배 엘리먼트들(740), 및 도파관(690)의 주 표면(예컨대, 최상부 주 표면) 상에 배치된 광 분배 엘리먼트들(750)을 가진 연관된 광 분배 엘리먼트들을 포함한다. 일부 다른 실시예들에서, 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750)은 각각 연관된 도파관들(670, 680, 690)의 최하부 주 표면 상에 배치될 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750)은 각각 연관된 도파관들(670, 680, 690)의 최상부 및 최하부 주 표면 둘 모두 상에 배치될 수 있거나; 또는 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750)은 각각 상이한 연관된 도파관들(670, 680, 690)의 최상부 및 최하부 주 표면들 중 상이한 주 표면들 상에 배치될 수 있다.
[0135] 도파관들(670, 680, 690)은 예컨대, 가스, 액체 및/또는 고체 재료 층들에 의해 이격되고 분리될 수 있다. 예컨대, 예시된 바와 같이, 층(760a)은 도파관들(670 및 680)을 분리할 수 있고; 그리고 층(760b)은 도파관들(680 및 690)을 분리할 수 있다. 일부 실시예들에서, 층들(760a 및 760b)은 낮은 굴절률 재료들(즉, 도파관들(670, 680, 690) 중 바로 인접한 도파관을 형성하는 재료보다 더 낮은 굴절률을 가진 재료들)로 형성된다. 바람직하게, 층들(760a, 760b)을 형성하는 재료의 굴절률은 도파관들(670, 680, 690)을 형성하는 재료의 굴절률보다 0.05 이상, 또는 0.10 이하이다. 유리하게, 더 낮은 굴절률 층들(760a, 760b)은 도파관들(670, 680, 690)을 통해 광의 내부 전반사(TIR)(예컨대, 각각의 도파관의 최상부 주 표면과 최하부 주 표면 사이의 TIR)를 가능하게 하는 클래딩 층들로서 기능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 층들(760a, 760b)은 공기로 형성된다. 예시되지 않았지만, 도파관들의 예시된 세트(660)의 최상부 및 최하부가 바로 이웃하는 클래딩 층들을 포함할 수 있다는 것이 인식될 것이다.
[0136] 바람직하게, 제조의 용이함 및 다른 고려 사항들 때문에, 도파관들(670, 680, 690)을 형성하는 재료는 유사하거나 동일하고, 층들(760a, 760b)을 형성하는 재료는 유사하거나 동일하다. 일부 실시예들에서, 도파관들(670, 680, 690)을 형성하는 재료는 하나 이상의 도파관들 사이에서 상이할 수 있고, 그리고/또는 층들(760a, 760b)을 형성하는 재료는 상이하지만, 위에서 주목된 다양한 굴절률 관계들을 여전히 유지할 수 있다.
[0137] 도 9a를 계속 참조하면, 광선들(770, 780, 790)은 도파관들의 세트(660) 상에 입사한다. 광선들(770, 780, 790)이 하나 이상의 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)(도 6)에 의해 도파관들(670, 680, 690)로 주입될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
[0138] 일부 실시예들에서, 광선들(770, 780, 790)은 상이한 특성들, 예컨대 상이한 컬러들에 대응할 수 있는 상이한 파장들 또는 상이한 범위들의 파장들을 가진다. 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720) 각각은 입사 광을 편향시켜, 그 광은 TIR에 의해 도파관들(670, 680, 690) 중 각 도파관을 통해 전파된다. 일부 실시예들에서, 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720) 각각은, 하나 이상의 특정 파장들의 광을 선택적으로 편향시키지만, 다른 파장들을 아래 놓인 도파관 및 연관된 인커플링 광학 엘리먼트로 투과시킨다.
[0139] 예컨대, 인커플링 광학 엘리먼트(700)는, 제1 파장 또는 파장들의 범위를 가진 광선(770)을 편향시키지만, 각각 상이한 제2 및 제3 파장들 또는 파장들의 범위들을 가진 광선들(780 및 790)을 투과시키도록 구성될 수 있다. 투과된 광선(780)은 제2 파장 또는 파장들의 범위의 광을 편향시키도록 구성된 인커플링 광학 엘리먼트(710)에 충돌하여 이에 의해 편향된다. 광선(790)은 제3 파장 또는 파장들의 범위의 광을 선택적으로 편향시키도록 구성된 인커플링 광학 엘리먼트(720)에 의해 편향된다.
[0140] 도 9a를 계속 참조하면, 편향된 광선들(770, 780, 790)은, 그들이 대응하는 도파관(670, 680, 690)을 통해 전파되도록 편향된다; 즉, 각각의 도파관의 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은 광을 그 대응하는 도파관(670, 680, 690)에 인커플링하기 위해 광을 그 대응하는 도파관으로 편향시킨다. 광선들(770, 780, 790)은 광이 TIR에 의해 개별 도파관(670, 680, 690)을 통해 전파되게 하는 각도들로 편향된다. 광선들(770, 780, 790)은, 도파관의 대응하는 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750) 상에 충돌할 때까지 TIR에 의해 개별 도파관(670, 680, 690)을 통해 전파된다.
[0141] 이제 도 9b를 참조하면, 도 9a의 복수의 스택된 도파관들의 예의 사시도가 예시된다. 위에서 주목된 바와 같이, 인커플링된 광선들(770, 780, 790)은 각각 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)에 의해 편향되고, 이어서 각각 도파관들(670, 680, 690) 내에서 TIR에 의해 전파된다. 이어서, 광선들(770, 780, 790)은 각각 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750) 상에 충돌한다. 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750)은 광선들(770, 780, 790)을 편향시켜, 이들 광선들(770, 780, 790)은 각각 아웃커플링 광학 엘리먼트들(800, 810, 820)을 향해 전파된다.
[0142] 일부 실시예들에서, 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750)은 OPE(orthogonal pupil expander)들이다. 일부 실시예들에서, OPE들은, 광을 아웃커플링 광학 엘리먼트들(800, 810, 820)로 편향 또는 분배하고, 그리고 일부 실시예들에서, 광이 아웃커플링 광학 엘리먼트들로 전파될 때 이 광의 빔 또는 스폿(spot) 사이즈를 또한 증가시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750)은 생략될 수 있고 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은 광을 직접 아웃커플링 광학 엘리먼트들(800, 810, 820)로 편향시키도록 구성될 수 있다. 예컨대, 도 9a를 참조하면, 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750)은 각각 아웃커플링 광학 엘리먼트들(800, 810, 820)로 대체될 수 있다. 일부 실시예들에서, 아웃커플링 광학 엘리먼트들(800, 810, 820)은 뷰어의 눈(210)(도 7)으로 광을 지향시키는 EP(exit pupil)들 또는 EPE(exit pupil expander)들이다. OPE들이 적어도 하나의 축에서 눈 박스의 치수들을 증가시키도록 구성될 수 있고 EPE들이 OPE들의 축을 교차하는, 예컨대, 그 축에 수직하는 축에서 눈 박스를 증가시킬 수 있다는 것이 인식될 것이다. 예컨대, 각각의 OPE는, OPE를 가격하는 광의 일부를 동일한 도파관의 EPE로 방향전환시키면서, 광의 나머지 부분이 도파관 아래로 계속 전파되는 것을 허용하도록 구성될 수 있다. 다시 OPE에 충돌할 때, 나머지 광의 다른 부분은 EPE로 방향전환되고, 그리고 그 부분의 나머지 부분은 도파관 아래로 추가로 계속 전파되는 식이다. 유사하게, EPE를 가격할 때, 충돌 광의 일부는 도파관으로부터 사용자를 향해 지향되고, 그리고 그 광의 나머지 부분은, 다시 EP를 가격할 때까지 도파관을 통해 계속 전파되고, 이때 충돌 광의 다른 부분은 도파관의 밖으로 지향되는 식이다. 결과적으로, 인커플링된 광의 단일 빔은, 그 광의 일부가 OPE 또는 EPE에 의해 방향전환될 때마다 "복제"될 수 있고, 이에 의해 도 6에 도시된 바와 같이, 복제된 광 빔들의 필드가 형성된다. 일부 실시예들에서, OPE 및/또는 EPE는 광 빔들의 사이즈를 수정하도록 구성될 수 있다.
[0143] 따라서, 도 9a 및 9b를 참조하면, 일부 실시예들에서, 도파관들의 세트(660)는 도파관들(670, 680, 690); 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720); 광 분배 엘리먼트들(예컨대, OPE들)(730, 740, 750); 및 각각의 컴포넌트 컬러에 대한 아웃커플링 광학 엘리먼트들(예컨대, EP들)(800, 810, 820)을 포함한다. 도파관들(670, 680, 690)은 서로의 사이의 공기 갭/클래딩 층과 함께 스택될 수 있다. 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은 입사 광을 (상이한 파장들의 광을 수신하는 상이한 인커플링 광학 엘리먼트들을 사용하여) 자신의 도파관으로 방향전환시키거나 편향시킨다. 이어서, 광은 개별 도파관(670, 680, 690) 내에서 TIR을 초래할 각도로 전파된다. 도시된 예에서, 광선(770)(예컨대, 청색 광)은 이전에 설명된 방식으로, 제1 인커플링 광학 엘리먼트(700)에 의해 편향되고, 이어서 도파관 아래로 계속 바운스하여, 광 분배 엘리먼트(예컨대, OPE들)(730) 및 이어서 아웃커플링 광학 엘리먼트(예컨대, EP들)(800)와 상호작용한다. 광선들(780 및 790)(예컨대, 각각 녹색 및 적색 광)은 도파관(670)을 통과할 것이고, 광선(780)은 인커플링 광학 엘리먼트(710)에 충돌하여 이에 의해 편향된다. 이어서, 광선(780)은 TIR을 통해 도파관(680) 아래로 바운스하고, 자신의 광 분배 엘리먼트(예컨대, OPE들)(740) 및 이어서 아웃커플링 광학 엘리먼트(예컨대, EP들)(810)로 진행된다. 마지막으로, 광선(790)(예컨대, 적색 광)은 도파관(690)을 통과하여 도파관(690)의 광 인커플링 광학 엘리먼트들(720) 상에 충돌한다. 광 인커플링 광학 엘리먼트들(720)은 광선(790)을 편향시켜, 광선은 TIR에 의해 광 분배 엘리먼트(예컨대, OPE들)(750)로, 이어서 TIR에 의해 아웃커플링 광학 엘리먼트(예컨대, EP들)(820)로 전파된다. 이어서, 아웃커플링 광학 엘리먼트(820)는 마지막으로 광선(790)을, 다른 도파관들(670, 680)로부터 아웃커플링된 광을 또한 수신하는 뷰어에게 아웃커플링한다.
[0144] 도 9c는 도 9a 및 9b의 복수의 스택된 도파관들의 예의 하향식 평면도를 예시한다. 예시된 바와 같이, 각각의 도파관의 연관된 광 분배 엘리먼트(730, 740, 750) 및 연관된 아웃커플링 광학 엘리먼트(800, 810, 820)와 함께, 도파관들(670, 680, 690)은 수직으로 정렬될 수 있다. 그러나, 본원에서 논의된 바와 같이, 인커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은 수직으로 정렬되지 않고; 오히려, 인커플링 광학 엘리먼트들은 바람직하게 비-오버랩핑된다(예컨대, 하향식 도면에서 도시된 바와 같이 측방향으로 이격됨). 본원에서 추가로 논의된 바와 같이, 이런 비오버랩핑 공간 어레인지먼트는 일대일 방식으로 상이한 리소스들로부터 상이한 도파관들로 광의 주입을 가능하게 하고, 이에 의해 특정 광원이 특정 도파관에 고유하게 커플링되는 것이 허용된다. 일부 실시예들에서, 비오버랩핑 공간-분리 인커플링 광학 엘리먼트들을 포함하는 어레인지먼트들은 시프트된 동공 시스템으로 지칭될 수 있고, 그리고 이들 어레인지먼트들 내의 인커플링 광학 엘리먼트들은 서브 동공들에 대응할 수 있다.
가변 파워 반사기
[0145] 도 10a에 예시된 바와 같이, 웨어러블 증강 현실 머리-장착 디스플레이 시스템(60)은, 예컨대, 도파관(2700)을 통해 광 투사기 시스템(2000)으로부터 광을 수신하도록 배치된 가변 파워 반사기(또는 가변 포커스 반사기)(1032)를 포함할 수 있다. 가변 파워 반사기(1032)는 전기 신호의 인가 시에 조정 가능한 광학 파워를 갖도록 구성될 수 있다. 예컨대, 도 10a에 도시된 가변 파워 반사기(1032)는, 조정 가능한 형상을 갖는 변형 가능한 반사 표면(예컨대, 도파관(2700)에 가장 가까운 표면)을 갖는 변형 가능한 반사기를 포함한다. 예컨대, 변형 가능한 반사기(1032)의 형상은 상이한 광학 파워에 대응하는 상이한 볼록 형상들을 생성하도록 구부러지도록 구성될 수 있다. 가변 파워 반사기(1032)는, 예컨대, 가요성이며 자신의 형상을 변경할 수 있는 변형 가능한 멤브레인 또는 다른 얇은 부재를 포함할 수 있다. 일부 설계들에서, 변형 가능한 반사기(1032)는 전기적으로 작동된다. 변형 가능한 반사기는, 예컨대, 가능하게는 정전기력들을 통해 또는 일부 다른 것에 의해 반사 표면을 변형시키도록 전기장을 인가하기 위한 적어도 하나의 전극(1036)을 포함할 수 있다. 도 10a에 예시된 바와 같이, 다른 전극(1042)이 도파관(2700)의 표면 상에 포함된다. 2개의 전극들(1036 및 1042)에 걸친 전압의 인가는 이러한 전기장을 제공할 수 있고, 따라서 변형 가능한 반사기가 변형되게 할 수 있다. 변형 가능한 멤브레인 또는 부재의 변형으로, 반사 표면(예컨대, 도파관(2700)에 가장 가까운 표면)이 변형될 수 있다. 예시된 바와 같이, 형상은 볼록하고, 따라서 네거티브 광학 파워를 갖는 반사 표면을 제공할 수 있다. 일부 예들에서, 도파관(2700)에 가장 가까운 표면이 광 투사 시스템(디스플레이)(2000)으로부터 광을 반사하기 위한 반사 표면을 포함할 수 있지만, 가변 파워 반사기와 연관된 다른 표면들은 광 투사 시스템으로부터의 광을 반사시킬 수 있다. 가변 파워 반사기(1032)는, 예컨대, 도파관(2700)에 가장 가까운 표면일 필요는 없는 하나 이상의 반사 표면들을 포함하는 다수의 층들을 포함할 수 있다. 가변 파워 반사기(1032)는, 특정 파장들 및/또는 편광 상태들을 갖는 광이 가변 파워 반사기(1032)에 의해 반사되는 반면, 다른 파장들 및/또는 편광 상태들을 갖는 광이 가변 파워 반사기(1032)를 통해 투과되도록, 파장 선택적 및/또는 편광 선택적일 수 있다.
[0146] 도파관(2700)은 전방측 및 후방측을 가질 수 있고, 후방측은 착용자의 눈에 더 가깝고(더 근위임), 전방측은 착용자의 눈으로부터 더 멀고(또는 더 원위임), 착용자 및 머리-장착 디스플레이 시스템의 전방의 세계에 더 가깝다. 예시된 바와 같이, 가변 파워 반사기(1032)는 도파관의 전방측 상에 배치될 수 있다. 도파관은, 도파관으로부터 광을 추출하고 가변 파워 반사기 상에 입사되도록 이 광을 도파관의 전방측을 향해 지향시키도록 구성된 아웃커플링 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 가변 파워 반사기가 도파관의 전방측에 배치되기 때문에, 머리-장착 디스플레이 시스템이 세계로부터의 광을 머리-장착 시스템을 착용한 착용자를 향해 착용자의 눈에 전달할 수 있도록, 가변 파워 반사기는 세계로부터의 광을 착용자를 향해 투과시키도록 구성된다. 착용자를 향한 세계로부터의 광에 대해 투과성임에도 불구하고, 가변 파워 반사기(1032)는 상기 디스플레이로부터의 광을 반사시키도록 구성된다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 일부 예들에서, 가변 파워 반사기는, 세계로부터의 광을 착용자를 향해 투과시키면서, 광 투사 시스템(디스플레이)(2000)으로부터의 광을 반사시키기 위한 하나 이상의 파장 선택적 필터들을 포함할 수 있다. 부가적으로, 일부 예들에서, 가변 파워 반사기는, 세계로부터의 광을 착용자를 향해 투과시키면서, 광 투사 시스템(디스플레이)(2000)으로부터 광을 반사시키기 위한 하나 이상의 편광 선택적 필터들을 포함할 수 있다.
[0147] 예시된 바와 같이, 가변 파워 반사기는, 가변 파워 반사기로부터 반사된, 디스플레이(2000)로부터의 광이 발산하도록 자신의 형상을 변형시킬 수 있다. 특히, 광원(530)으로부터의 광은, 이미지를 포함하는 공간적으로 변조된 광을 도파관에 커플링하기 위해, 빔 스플리터(550)에 의해, 도파관(2700)에 대해 배치된 이미지 주입 디바이스(4000) 및 공간 광 변조기(540)로 지향된다. 이 광(1022)은 내부 전반사(TIR)에 의해 도파관(2700)을 통해 전파되고, 하나 이상의 아웃커플링 광학 엘리먼트들(예컨대, 회절 피처들을 포함하는, 예컨대, 출사 동공 확장기)을 통해 도파관(2700)으로부터 추출될 수 있다. 일부 구성들에서, 도파관(2700)으로 주입된 디스플레이(2000)로부터의 광이 시준될 수 있고, 따라서 시준된 광(1022)은, 도 10a에 예시된 바와 같이, 도파관에서 나가고 가변 파워 반사기(1032)를 향해 전파될 수 있다. 도 10a에 도시된 예에서, 가변 파워 반사기(또는 가변 포커스 반사기)는, 네거티브 광학 파워를 생성하는(예컨대, 눈(210)으로부터 일정 거리에 가상 이미지를 생성하는) 볼록 반사 표면을 생성하도록 변형되고, 따라서 반사된 광선들(1024)이 발산되게 한다. 이어서, 반사된 광(1024)은 개인(예컨대, 착용자)의 눈(210)으로 들어가고, 도파관 및 변형 가능한 미러의 다른 측에서 눈으로부터 단거리에 있는 객체에 의해 형성되는 것으로 보일 수 있다. 결과적으로, 디스플레이에 의해 형성된 이미지는 착용자와 비교적 가까운 객체로부터 발생된 것처럼 보일 수 있다.
[0148] 도 10a에 도시된 예에서, 광은 이미지 주입 디바이스(4000)에서 나가고, 도파관(2700)의 에지 상에 있는 도파관(2700)의 입력 표면(4600)에 주입된다. 그러나, 다른 예들에서, 광은 대응하는 도파관의 주 표면(예컨대, 세계(144) 또는 뷰어의 눈(210)을 직접 향하는 도파관 표면들 중 하나)에 주입될 수 있다. 예컨대, 도 9a-9c가 참조된다. 다양한 실시예들에서, 이미지 주입 디바이스(4000)로부터의 광은 도파관(2700)으로 주입되기 전에 편광될 수 있다. 예컨대, 도파관(2700)으로 주입된 광은 수직(또는 수평) 방향을 따라 선형 편광되도록 구성될 수 있다.
[0149] 특정 구성들에서, 하나 이상의 아웃커플링 광학 엘리먼트들(5700)은 실질적으로 모든 아웃커플링된 광을 뷰어의 눈으로부터 원위 방향으로, 예컨대, 세계를 향해 지향시키도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 아웃커플링 광학 엘리먼트들(5700)은 하나 이상의 비대칭 회절 격자들을 포함할 수 있다.
[0150] 가변 파워 반사기(1032)가 사용자의 눈(210)으로부터 원위 방향으로 아웃커플링된 광을 사용자의 눈(210)을 향해 다시 반사시켜 그로부터 반사된 광의 파면을 잠재적으로 변경시키도록 배치될 수 있지만, 가변 파워 반사기는, 파면에 대한 유사한 변화들을 도입하지 않고서, 착용자 전방의 세계로부터의 광을 사용자의 눈으로 투과시킨다. 예컨대, 가변 파워 반사기가 가변 파워 반사기로부터 반사된, 디스플레이(2000)로부터의 광에 작용하는 광학 파워를 갖도록 구성될 수 있지만, 가변 파워 반사기는, 그를 통해 눈으로 투과되는, 착용자 전방의 세계로부터의 광에 유사하게 작용하지 않을 수 있다. 일부 경우들에서, 예컨대, 가변 파워 반사기(1032)의 두께는, 가변 파워 반사기(1032)를 통과하는 (예컨대, 세계로부터의) 광의 광학 특성들을 크게 변경하지 않도록 충분히 낮게 선택될 수 있다. 유리하게는, 이는, 디스플레이(2000)로부터의 이미지들이 발생하는 것처럼 보이는 깊이들을 제어하면서, 세계로부터 가변 파워 반사기(1032)를 통과한 광이 적절한 깊이들에서 관찰될 수 있게 할 수 있다. 따라서, 이 구성은 착용자 전방의 세계로부터의 광에 대한 가변 파워 반사기의 곡률 반경 또는 광학 파워의 변화를 보상하기 위한 임의의 추가 렌즈들을 배제할 수 있고, 따라서 시스템을 더 가볍고 더 저렴하며 덜 복잡하게 만든다.
[0151] 반사기(1036)는, 예컨대, SiN(silicon mononitride)과 같은 하나 이상의 투명 재료들로 구성될 수 있다. 적절한 두께의 재료는 또한, 예컨대, 전기장의 인가에 따른 정전기력들에 의해 변형되기에 충분히 가요성일 수 있다. 가변 파워 반사기를 변형시키는 다른 방법들이 사용될 수 있다. 유사하게, 아래에서 논의되는 바와 같이, 반사기의 형상을 변형시키는 것과 상이한, 가변 광학 파워를 제공하는 다른 방법들이 또한 채용될 수 있다.
[0152] 일부 실시예들에서, 가변 파워 반사기(1032)의 탄성(resiliency)은 하나 이상의 광학 파워들 간의 빠른 시간적인 전환들을 허용한다. 예컨대, 하나의 포커스 길이(예컨대, 곡률)로부터 다른 포커스 길이로의 빠른 전환들은 뷰어(예컨대, 눈(210))에 의해 보여지는 상이한 포커스 평면들의 시간-멀티플렉싱을 허용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전환들은 1 분에 여러번 2개 이상의 포커스 거리들 사이에서 토글링할 수 있다.
[0153] 위에 논의된 바와 같이, 일부 경우들에서, 가변 파워 반사기(1032)의 곡률은 2개 이상의 전극들에 의해 제어된다. 도 10a에 예시된 바와 같이, 원위 전극(1036)이 가변 파워 반사기(1032)의 원위측 상에 배치될 수 있고, 근위 전극(1042)이 반사기(1032) 근위에 배치(예컨대, 도 10a에 도시된 바와 같이, 도파관(2700) 상에 배치)될 수 있지만, 다른 전극 구성이 가능하다. 원위 전극(1036)은 가변 파워 반사기(1032)의 근위측 상에 배치될 수 있다. 전극들(1036, 1042)은 전기를 전도할 수 있고 가시광에 대해 투명한 재료로 구성될 수 있다. 전극들(1036, 1042)을 위해, 예컨대, ITO(indium tin oxide)과 같은 하나 이상의 재료들이 사용될 수 있다.
[0154] 전극들은 가변 파워 반사기를 구동시키도록 구성된 전자장치와 전기 통신할 수 있다. 이들 전자장치는, 마치 상이한 깊이 평면들로부터 발생되는 것처럼 상이한 이미지 콘텐츠를 제시하기 위해, 가변 광학 파워 반사기의 광학 파워를 변경하도록 구성될 수 있다. 특정 구성들에서, 예컨대, 제어기(560) 또는 다른 전자장치는 가변 파워 반사기의 동작을 제어하고, 도파관(2700)(예컨대, 도 6의 스택된 도파관 어셈블리) 및/또는 광 투사기 시스템(2000)의 다른 부분들(예컨대, 이미지 주입 디바이스(4000), 광원(530), 광 변조기(540), 카메라 어셈블리(630)) 중 하나 이상을 협력하여 제어할 수 있다. 일부 경우들에서, 제어기(560)는 이미지 정보의 타이밍 및 도파관(2700) 및 따라서 가변 파워 반사기로의 프로비전을 조절하고, 또한 가변 파워 반사기의 광학 파워의 작동 또는 변동의 타이밍 및 그들 사이의 동기화를 제어한다.
[0155] 따라서, 가변 파워 반사기(또는 가변 포커스 반사기)(1032)는, 조정 가능하고 전자적으로 제어될 수 있는 광학 파워를 가질 수 있다. 이 능력은 도파관(2700)으로부터 아웃커플링된 이미지에 대응하는 깊이 평면이 동적으로 조정될 수 있게 한다. 예컨대, 도파관(2700)으로부터 아웃커플링된 광은, 마치 광을 생성하는 객체가 뷰어로부터 무한한 거리(또는 적어도 멀리)에 위치된 것처럼 실질적으로 시준될 수 있다. 가변 파워 반사기(또는 가변 포커스 반사기)에 대응하는 원하는 포커스 평면이 무한한 거리에 있는 경우, 반사기(1032)는, 시준된 광이 도파관으로부터 출력되는 이러한 경우에, 반사된 광의 파면 곡률이 실질적으로 변하지 않도록 평면 상태로 설정될 수 있다. 이 상황은 도 10b에 도시된다. 대안적으로, 원하는 포커스 평면이 무한대보다 뷰어에 더 가까운 경우, 가변 파워 반사기(1032)는 적절한 양의 볼록 곡률을 취하도록(assume) 조정(예컨대, 구부러지거나, 전기적으로 영향을 받음)될 수 있다. 이 모드가 도 10a에 도시된다.
[0156] 따라서, 도 10b는, 가변 파워 반사기(1032)가 마치 무한대에 있는 것처럼 가상 이미지들을 생성하는 도 10a의 광 투사 시스템(2000)을 예시한다. 광선들(1022)은 서로 평행하거나 실질적으로 평행하게 도파관(2700)에서 나가고, 가변 파워 반사기(1032)를 향해 전파된다. 전극들(1036, 1042)이 반사기(1032)로 하여금 평탄한 반사 표면을 갖도록 하였기 때문에, 반사된 광선들(1024)이 눈(210)을 향해 전파될 때, 그들은 또한 서로 평행하다. 일부 실시예들에서, 도 10a에서와 같이, 가변 파워 반사기(1032), 도파관(2700) 및 아웃커플링 광학 엘리먼트(5700)는 광(1024)의 발산 정도를 실질적으로 변경하지 않도록 구성된다.
[0157] 위에서 논의된 바와 같이, 가변 파워 반사기는, 세계로부터의 광을 착용자를 향해 투과시키면서, 디스플레이(2000)로부터 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 예컨대, 가변 파워 반사기는, 세계로부터의 광을 착용자를 향해 투과시키면서, 디스플레이로부터 광을 반사시키기 위한 파장 선택적 필터들을 포함할 수 있다. 일부 설계들에서, 예컨대, 가변 파워 반사기(1032)는 하나 이상의 컬러들 또는 컬러들의 조합들에 대응하는 하나 이상의 파장 선택적 필터들(예컨대, 노치 필터들, 대역 통과 필터들)을 포함한다. 예컨대, 하나 이상의 노치 필터들은, 다른 가시광 파장들에서 반사기(1032)를 통해 광이 투과될 수 있게 하면서, 녹색(예컨대, 520 내지 560 nm의 범위 내의 협대역), 적색(예컨대, 635 nm 내지 700 nm의 범위 내의 협대역) 및/또는 청색(예컨대, 450 nm 내지 490 nm의 범위 내의 협대역)에 대응하는 파장들의 범위의 광을 반사시키도록 튜닝될 수 있다. 대부분의 가시광 파장들의 광이 (예컨대, "세계"로부터) 반사기를 통해 통과되도록 허용하는 것이 유리할 수 있기 때문에, 하나 이상의 파장 선택적 필터들은 좁은 범위의 가시광 파장들만을 반사시키도록 튜닝될 수 있다. 예컨대, 반사기는 약 0.1 nm 내지 2 nm, 약 1 내지 5 nm, 약 2 nm 내지 8 nm, 약 5 nm 내지 10 nm, 및/또는 약 10 내지 25 nm의 범위를 포함하는 파장들의 대역을 반사시키도록 각각 구성된 하나 이상의 노치 필터들을 포함할 수 있다. 이들 값 중 임의의 것에 의해 형성된 임의의 범위가 가능하다. 다른 크기의 대역들이 또한 가능하다.
[0158] 가변 파워 반사기가 반사성인 가시광 스펙트럼의 협대역들은 디스플레이(2000)에 의해 방출된 광의 컬러와 일치할 수 있다. 디스플레이는, 예컨대, 특정 컬러의 광을 방출하는 하나 이상의 광원들(예컨대, LED들 또는 레이저들)을 포함할 수 있다. 가변 파워 반사기에 의해 반사된 협대역은 디스플레이의 이들 광원들에 의해 방출된 컬러 및 파장들과 중첩 및/또는 일치할 수 있다.
[0159] 가변 파워 반사기(1032)의 스펙트럼 투과는 이들 협대역들 내의 파장을 갖는 광을 반사시키지만, 이들 대역들 외부의 광이 투과될 수 있다. 따라서, 세계로부터 착용자 및 머리-장착 디스플레이를 향한 주변 가시광의 많은 부분은 가변 파워 반사기를 통해 투과된다. 이러한 반사율 특성들을 제공하기 위해, 가변 파워 반사기는 하나 이상의 반사층들을 포함할 수 있다. 예컨대, 가변 파워 반사기는 상이한 스펙트럼 반사율을 갖는 복수의 층들을 포함할 수 있다.
[0160] 유사하게, 가변 파워 반사기는, 세계로부터의 광을 착용자를 향해 투과시키면서, 디스플레이로부터의 광을 반사시키기 위한 하나 이상의 편광 선택적 필터들을 포함할 수 있다. 도 10c는, 예컨대, 편광 선택적이고 어떤 광이 반사되는지 및 어떤 광이 투과되는지를 결정하기 위해 광의 편광을 사용하는 가변 파워 반사기(1032)를 예시한다. 이 예에서, 가변 파워 반사기는 하나의 편광 상태를 반사시키고 다른 편광 상태를 투과시키도록 구성된다. 특히, 가변 파워 반사기는 하나의 선형 편광 상태(수직)를 반사시키고, 다른 선형 편광 상태(수평)를 투과시키도록 구성된다. 도 10c에 도시된 바와 같이, 디스플레이의 광원(530)은 수평 및 수직 편광 둘 모두로 광(1170a)을 방출한다. 그러나, 아웃커플링 엘리먼트들에 의해 도파관으로부터 출력된 광(1170b)은 수직 편광된 것으로 도시된다. 이 예에서, 가변 파워 반사기(1032)는 수직 편광된 광을 반사시키도록 구성된다. 도시된 바와 같이, 수직 편광된 광(1170b)은 반사기(1032)에 의해 반사된다. 따라서, 눈(210)으로 들어가는 디스플레이(2000)로부터의 광(1170c)은 수직 편광될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 가변 파워 반사기는 편광 선택적일 뿐만 아니라 파장 선택적일 수 있다.
[0161] 대조적으로, 도 10c에 도시된 예에서, 세계(510)로부터의 광은 수직뿐만 아니라 수평 편광된 광을 포함할 수 있다. 가변 파워 반사기(1032)가 수평 편광된 광을 투과시키고 그리고/또는 수직 편광된 광을 반사(및/또는 흡수)시키도록 구성되면, 수평 편광된 광(1170d)은, 대응하는 수직 편광된 광 없이 반사기(1032)를 성공적으로 통과(예컨대, 투과)할 수 있다. 이와 같이, 눈(210)에 들어가는, 착용자 전방의 세계로부터의 광(1170e)은 수평 편광될 수 있다.
[0162] 이러한 방식으로, 가변 파워 반사기는 디스플레이(2000)로부터의 광을 반사시킬 뿐만 아니라 착용자 및 머리-장착 디스플레이 전방의 세계로부터의 가시광을 통과시킬 수 있다. 그러나, 다른 기술들이 채용될 수 있다.
[0163] 예컨대, 일부 실시예들에서, 도파관(2700)은 액정 격자를 포함할 수 있다. 액정 격자는, 액정 층의 층 법선 방향(layer normal direction) 또는 층 깊이 방향에서 막의 포지션의 함수로써, 디렉터의 연속 방위각 트위스트들(successive azimuthal twists)을 갖도록 배열된 복수의 액정 분자들을 갖는 CLC(cholesteric liquid crystal) 층을 포함할 수 있다. 본원에 설명된 바와 같이, 연속 방위각 트위스트들을 갖도록 배열된 액정 분자들은 총괄적으로 카이랄 구조로 지칭된다. 본원에 설명된 바와 같이, 방위각 트위스트 또는 회전의 각도(φ)는 층 법선에 평행한 방향에 대해, 액정 분자들의 디렉터들 사이의 각도로서 설명된다. 카이랄 구조의 액정 분자들의 공간적으로 변동하는 디렉터는, 위에 설명된 바와 같이, 디렉터가 360°회전하는 (예컨대, 액정 층의 층 법선 방향의) 거리로서 나선형 피치(p)가 정의되는 나선형 패턴을 형성하는 것으로 설명될 수 있다. 액정 격자는 아래에 논의되는 바와 같이 회절 격자로서 구성될 수 있다.
[0164] 임의의 이론에 제한되지 않고서, 브래그-반사 조건 하에서, 입사광의 파장(λ)은 CLC 층의 평균(mean) 또는 산술 평균(average) 굴절률(n) 및 나선형 피치(p)에 비례할 수 있고, 일부 상황들 하에서 다음의 조건을 만족시키는 것으로 표현될 수 있다.
[0165] 따라서, 액정 분자들의 피치(p)를 제어함으로써, 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들 중 상이한 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들은 상이한 파장들을 반사시키도록 튜닝될 수 있다. 또한, 브래그-반사 파장들의 대역폭(Δλ)은 CLC 층의 복굴절률(birefringence)(Δn)(예컨대,광의 상이한 편광들 간의 굴절률의 차이) 및 나선형 피치(p)에 비례할 수 있고, 일부 상황들 하에서 다음의 조건을 만족시키는 것으로 표현될 수 있다.
[0166] 도 10d는 도파관 어셈블리(2904) 및 변형 가능한 미러(3004)를 사용하여 이미지 정보를 사용자에게 출력하도록 구성된 디스플레이 디바이스(3000)의 구현을 예시한다. 디스플레이 디바이스(3000)는 도파관 어셈블리(2904)를 포함하며, 여기서 도파관 어셈블리(2904)는 (광학 파워를 갖도록) 곡면 또는 변형 가능한 미러(3004)와 선택적인 클린-편광기(clean-polarizer)(3008) 사이에 개재된다. 도파관 어셈블리(2904)는 CLCG(cholesteric liquid crystal diffraction grating)(2905)를 포함한다. CLCG(2905)는 일부 구현들에서 도파관 어셈블리(2904)와 변형 가능한 미러(3004) 사이에 배치될 수 있다. 도파관 어셈블리는 내부 전반사를 통해 광을 전파하도록 구성된 하나 이상의 도파관들을 포함할 수 있다. 이 예에서, 접안렌즈(2904)는 광을, 우측(눈을 향한 쪽)보다는, 좌측(세계를 향한 쪽)을 향해 비대칭적으로 투사하도록 구성될 수 있다. 접안렌즈(2904)는, 원하는 비대칭 방향 및/또는 원하는 편광 상태(예컨대, 선형 또는 원형)로 광을 우선적으로 투사할 수 있는 DOE들, 메타물질들, 홀로그램들 등을 포함할 수 있다. 예시되지 않지만, 디스플레이 디바이스(3000)는 도 10a-10c를 참조하여 위에서 논의된 이미지 주입 디바이스(4000)와 유사한 이미지 주입 디바이스를 포함할 수 있다.
[0167] 동작 시에, 도파관 어셈블리(2904) 내의 하나 이상의 도파관들 내에서 x-방향으로 전파되는 광의 일부는, 균일한 원형 편광(예컨대, RHCP)을 갖는 광 빔(3012)으로서 z-방향으로 방향전환되거나 아웃-커플링될 수 있다. 도파관 어셈블리(2904)는 가상 이미지의 광 빔(3012)을 (사용자의 눈(4) 측의 반대편에 있는) 곡면 또는 변형 가능한 미러(3004)를 향해 투사한다. 일부 실시예들에서, 변형 가능한 미러(3004)는 편광 반사 층(예컨대, 다중-층 선형 편광 반사기들 또는 광대역 콜레스테릭 액정 원형 편광 반사기들)으로 코팅되어, 지정된 편광을 갖는 광, 예컨대, CLCG들의 아웃-커플링 편광과 동일한 편광을 갖는 광을 반사시키고, 실세계(1114)로부터의 광이 눈(4)을 향해 투과될 수 있게 한다. 일부 다른 실시예들에서, 편광 반사층 대신에, 변형 가능한 미러(3004)가, 도파관 어셈블리(2904)로부터 아웃-커플링된 광의 가상 이미지 대역폭과 매칭하는 좁은 대역폭(Δλ) 내의 광을 반사시키도록 설계된 노치 반사층 또는 CLC 반사층으로 코팅된다. 일부 실시예들에서, 클린-업(clean-up) 편광기(3008)는, 도 10d에 도시된 바와 같이, 변형 가능한 미러를 거치지 않고서, 임의의 고스트 이미지들을 제거하도록 배치될 수 있다.
[0168] 도 10a-10d에 도시된 다양한 예들에서, 단일 도파관(2700) 또는 도파관 어셈블리(2904)가 도시되지만, 도파관들의 스택은 (예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이) 이미지 정보를 사용자에게 출력하는 데 사용될 수 있다. 특정 설계들에서, 스택 내의 상이한 도파관은 디스플레이의 깊이 평면 및/또는 특정 컬러(예컨대, 파장들의 범위)에 대응할 수 있다. 유사하게, 이미지 주입 디바이스(4000), 도파관(2700), 도파관 어셈블리(2904) 및 어셈블리의 다른 엘리먼트들은 다수의 이미지 주입 디바이스들, 도파관들 등을 각각 나타낼 수 있다. 예컨대, 이미지 주입 디바이스(4000)는 대응하는 도파관(2700)으로의 주입을 위한 이미지 정보를 생성하는 이산 디스플레이일 수 있다. 일부 경우들에서, 이미지 주입 디바이스(4000)는, 예컨대, 하나 이상의 광학 도관들(예컨대, 광섬유 케이블)을 통해 이미지 정보를 이미지 주입 디바이스(4000)에 파이핑(pipe)할 수 있는 단일 멀티플렉싱된 디스플레이의 출력단을 포함할 수 있다. 이미지 주입 디바이스(4000)에 의해 제공되는 이미지 정보는 상이한 파장들의 광 또는 컬러들(예컨대, 상이한 컴포넌트 컬러들 및/또는 서브컬러들)을 포함할 수 있다. 도파관(2700) 또는 도파관 어셈블리(2904)에 사용되는 것과 같은 스택된 도파관 어셈블리에 대한 추가 정보는 도 6과 관련하여 위에서 발견될 수 있다.
[0169] 위에서 논의된 바와 같이, 예컨대, 도 10a 및 10b를 참조하여 위에서 논의된 아웃커플링 엘리먼트들(5700)은, 아웃커플링 엘리먼트들(5700)에 의해 도파관들의 전방측을 향해 그리고 반사기(1032)를 향해 지향되는 이미지 주입 디바이스(4000)로부터 도파관(2700)에 주입된 광의 양이 아웃커플링 엘리먼트들(5700)에 의해 도파관(2700)의 후방측 및 사용자의 눈(210)을 향해 지향되는 이미지 주입 디바이스(4000)로부터 도파관(2700)에 주입된 광의 양보다 더 많도록, 비대칭적일 수 있다. 예컨대, 도파관(2700)으로 주입된 50 % 초과의 광은 아웃커플링 엘리먼트들(5700)에 의해 반사기(1032)를 향해 지향될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 아웃커플링 엘리먼트들에 의해 반사기(1032)를 향해 지향된 주입된 광의 양은 60 % 초과, 70 % 초과, 80 % 초과, 90 % 초과, 95 % 초과 및/또는 약 50 % 내지 약 99.9 %의 임의의 다른 퍼센티지일 수 있다. 더 많은 광이 다른 방향보다 한 방향으로 회절되도록 광을 비대칭적으로 회절시키도록 구성될 수 있는 아웃커플링 엘리먼트들(5700)의 실시예들은 액정 편광 격자들, 체적 위상 홀로그램들 및/또는 메타표면들을 포함할 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 반사기(1032)를 향해 그리고 사용자의 눈(210)으로 지향되는 도파관(2700)으로 주입된 광은 반사기(1032)에 의해 포커스 변조되는 이점을 가질 수 있다(예컨대, 광의 파면은 광이 다른 깊이의 객체에서 나오는 것처럼 보이도록 변경될 수 있음). 따라서, 일부 경우들에서, 도파관(2700)으로 주입된 대부분, 예컨대, 모든 또는 실질적으로 모든 광이 반사기(1032)를 향해 지향되는 경우가 유익할 수 있다.
[0170] 그러나, 디스플레이 디바이스의 일부 실시예들에서, 이미지 주입 디바이스(4000)로부터 도파관(2700)으로 주입된 대부분의 광은 아웃커플링 엘리먼트들(5700)에 의해 반사기(1032)를 향해 지향되지 않을 수 있다. 이러한 일부 실시예들에서, 주입된 광 중 일부는 사용자의 눈(210)을 향해 지향될 수 있다. 이러한 일부 실시예들에서, 리타더들(예컨대, 리타더 층들)의 어레인지먼트를 포함하는 편광 기반 광 리사이클링 시스템과 같은 광 리사이클링 시스템은, 아웃커플링 엘리먼트들(5700)에 의해 사용자의 눈(210)을 향해 지향되는 광이 사용자의 눈(210)에 입사하기 전에 포커스 변조되도록 반사기(1032)를 향해 지향되도록, 이 광을 리사이클링하는 데 사용될 수 있다.
[0171] 도 11은, 사용자의 눈(210)을 향해 아웃커플링된 도파관으로부터 주입된 광을 반사기(1032)를 향해 방향전환시키도록 구성된 리타더들의 어레인지먼트를 포함하는 광 리사이클링 시스템, 즉, 편광 기반 광 리사이클링 시스템을 포함하는 디스플레이 디바이스의 실시예를 예시한다. 다양한 실시예들에서, 리타더들의 어레인지먼트는, 도파관(2700)과 반사기(1032) 사이에 배치된 1/4 파장 리타더 또는 1/4 파장판(1104) ― 이는 선형 편광된 광을 원형 또는 타원형 편광된 광으로 변환하고 그 역도 가능함 ― , 및 도파관(2700)과 사용자의 눈(210) 사이에 배치된 반파장 리타더 또는 반파장판(1108) ― 이는 선형 편광된 광의 편광 방향을 시프트(예컨대, 회전)하도록 구성됨 ― 을 포함한다. 다양한 실시예들에서, 1/4 파장판(1104) 및/또는 반파장판(1108)은 강성 구조들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 1/4 파장판(1104) 및/또는 반파장판(1108)은 가요성 구조들(예컨대, 막들)일 수 있다. 일부 경우들에서, 파장의 1/4(λ/4)의 순 리타던스 또는 파장의 절반(λ/2)의 순 리타던스와 같은 원하는 순 리타던스를 갖는 하나 이상의 엘리먼트들 또는 층들이 사용될 수 있다. 도 11에 예시된 디스플레이 디바이스는 반파장판(1108)과 사용자의 눈(210) 사이에 배치된 편광 선택적 반사기(1112)를 더 포함한다. 다양한 실시예들에서, 편광 선택적 반사기(1112)는 파장 선택적 컴포넌트(예컨대, 노치 필터) 또는 반사 액정 디바이스를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 편광 선택적 반사기(1112)는 메타표면을 포함할 수 있다. 파장 선택적 컴포넌트, 반사 액정 컴포넌트 및/또는 메타표면을 포함하는 편광 선택적 반사기(1112)의 실시예들은 특정 특성들(예컨대, 협대역의 파장들 및/또는 특정 편광 상태들)을 갖는 광을 반사시키고, 이러한 특정 특성들을 갖지 않는 광을 투과시키도록 구성될 수 있다.
[0172] 빔(1172a)으로서 반사기(1032)를 향해 아웃커플링 광학 엘리먼트들(5700)에 의해 아웃커플링된 도파관(2700)으로 주입된 광의 일부가 고려된다. 빔(1172a)은 빔(1172a)의 편광 상태를 선형으로부터 원형/타원형 편광으로 또는 그 역으로 변환하는 1/4 파장판(λ/4) 상에 입사된다. 따라서, 1/4 파장판(1104)으로부터 출력되는 빔(1174a)은, 빔(1172a)이 선형 편광되면, 원형/타원형 편광을 갖는다(또는 그 역도 가능함). 빔(1174a)은 반사기(1032)에 의해 반사되고, 도 10a 및 10b를 참조하여 위에서 논의된 바와 같이 포커스 변조를 겪는다. 포커스 변조된 반사된 빔(1174a)은 1/4 파장판(1104)을 통과하고, 원형/타원형으로부터 선형으로(또는 그 역으로) 편광 시프트를 겪는다. 1/4 파장판(1104)으로부터 출력되는 빔(1176a)의 편광 상태는 빔(1172a)의 편광 상태에 직교한다. 빔(1176a)이 반파장판(λ/2)(1108)을 횡단할 때, 편광 방향은 시프트(또는 회전)된다. 따라서, 반파장판(1108)에서 나가는 빔(1178a)은 빔(1176a)의 편광 상태에 직교하는 편광 상태를 갖는다. 빔(1178a)의 편광 상태는 빔(1172a)의 편광 상태와 동일하다. 편광 선택적 반사기(1112)는 빔(1178a)의 편광 상태(또는 빔(1172a)의 편광 상태)를 갖는 광을 투과시키도록 구성될 수 있고, 빔(1178a)(또는 1172a)의 편광 상태에 직교하는 편광 상태를 갖는 광을 반사시킬 수 있다.
[0173] 빔(1172b)으로서 사용자의 눈(210)을 향해 아웃커플링 광학 엘리먼트들(5700)에 의해 아웃커플링된 도파관(2700)으로 주입된 광의 일부가 고려된다. 빔(1172b)은 빔(1172b)의 편광 방향을 시프트(또는 회전)하는 반파장판(1108) 상에 입사된다. 예컨대, 빔(1172b)이 수직 방향을 따라 선형 편광되면, 반파장판에서 나가는 빔(1176b)은 수평 방향을 따라 선형 편광된다. 위에 논의된 바와 같이, 편광 선택적 반사기(1112)는 빔(1172b)의 편광 상태를 갖는 광을 투과시키고, 빔(1172b)의 편광 상태에 직교하는 광을 반사시키도록 구성된다. 따라서, 빔(1172b)의 편광 상태에 직교하는 편광 상태를 갖는 빔(1176b)은 편광 선택적 반사기(1112)에 의해 반사기(1032)를 향해 반사된다. 빔(1176b)의 편광 상태의 방향은, 빔이 반파장판(1108)을 횡단할 때 시프트(예컨대, 회전)된다. 따라서, 빔(1178b)은 빔(1172b)과 동일한 편광 상태를 갖는다. 빔(1178b)의 편광 상태는, 빔이 1/4 파장판(1104)을 통해 횡단할 때, 선형 편광으로부터 원형/타원형 편광으로 변환된다. 따라서, 1/4 파장판(1104)으로부터 나오는 빔(1174b)은 원형/타원형 편광되며, 반사기(1032)에 의해 반사된다. 반사기(1032)로부터 반사된 빔은 포커스 변조되고, 빔이 1/4 파장판(1104)을 통해 횡단할 때, 원형/타원형 편광으로부터 선형 편광으로 편광의 시프트를 겪는다. 1/4 파장판(1104)에서 나가는 빔(1180b)은 빔(1178b)에 직교하는 편광을 갖는다. 예컨대, 빔(1178b)(또는 빔(1172b))이 수직 방향을 따라 선형 편광되면, 빔(1180b)은 수평 방향을 따라 선형 편광된다. 빔(1180b)의 편광 상태의 방향은, 빔이 반파장판(1108)을 통해 횡단할 때 시프트(또는 회전)된다. 예컨대, 빔(1180b)이 수평 방향을 따라 선형 편광되면, 빔(1182b)은 수직 방향을 따라 선형 편광된다. 빔(1182b)은 빔(1172b)의 편광 상태와 동일한 편광 상태를 갖는다. 편광 선택적 반사기(1112)는 사용자의 눈(210)을 향해 포커스 변조된 빔(1182b)을 투과시키도록 구성된다.
[0174] 위에 논의된 바와 같이, 반사기(1032)는, 협대역의 (가시광) 파장들 외부의 광을 투과시키면서, 협대역의 (가시광) 파장의 광을 반사시키도록 구성된 코팅들을 포함할 수 있다. 예컨대, 반사기(1032)는 적색, 녹색 및/또는 청색의 좁은 범위의 파장들의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 다른 예로서, 반사기(1032)는 적색 중심 파장, 예컨대, 630nm 주위에서 약 5-10nm의 파장 범위의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 또 다른 예로서, 반사기(1032)는 녹색 중심 파장, 예컨대, 550nm 주위에서 약 5-10nm의 파장 범위의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 다른 예로서, 반사기(1032)는 청색 중심 파장, 예컨대, 470nm 주위에서 약 5-10nm의 파장 범위의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 반사기(1032)는 가시광 스펙트럼 범위의 중심 파장 주위에서 약 5-20 nm의 파장 범위의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 다양한 설계들에서, 이러한 좁은 파장 대역들은 디스플레이(2000)의 광원들에 의해 방출된 파장들과 중첩 및/또는 일치할 수 있다. 디스플레이(2000)는, 예컨대, 복수의 컬러 광원들을 포함할 수 있고, 가변 파워 반사기의 반사율의 협대역 구역들은 광원들에 의해 방출된 광의 컬러와 일치하거나 중첩될 수 있다. 예컨대, 위에 언급된 예의 경우, 디스플레이(2000)의 광원들은 약 630nm을 중심으로 한 또는 그로부터 5-10nm 내에 있는 적색 광, 약 550nm을 중심으로 한 또는 그로부터 5-10nm 내에 있는 녹색 광, 및 약 470nm을 중심으로 한 또는 그로부터 5-10nm 내에 있는 청색 광을 방출할 수 있다. 상이한 설계들은 상이한 스펙트럼 특성들을 갖는 광원들 및 반사기 필터들을 가질 수 있지만, 다양한 경우들에서, 광원에 의해 방출된 파장 및 가변 파워 반사기에 의해 반사된 파장들은 중첩되거나 일치하는 반면, 많은 다른 가시광 파장들은 반사되지 않고 가변 파워 반사기를 통해 투과된다. 많은 다른 가시광 파장들이 투과되면, 객체들로부터 착용자 및 머리 장착 디스플레이를 향한 많은 광은 머리 장착 디스플레이를 통해 뷰어에게 가시적일 것이다.
[0175] 또한 위에서 논의된 바와 같이, 가변 파워 반사기는, 객체들로부터의 광을 착용자 및 머리 장착 디스플레이를 향해 투과시키면서, 디스플레이(2000)로부터의 광을 선택적으로 반사시키기 위한 편광 선택적 반사기를 포함할 수 있다. 일부 설계들에서, 예컨대, 반사기(1032)는, 특정 편광의 광을 반사시키도록 구성된 편광 선택적 반사기를 포함하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 반사기(1032)는, 다른 편광 상태들, 일부 경우들에서, 많은, 대부분, 모든 또는 실질적으로 모든 다른 편광 상태들에 대해 투과성이면서, 특정 편광 상태를 갖는 광을 반사시키도록 구성될 수 있다.
[0176] 특정 설계들에서, 가변 파워 반사기는, 도 12에 도시된 바와 같이, 스택 또는 복수의 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들(1232)과 같은 하나 이상의 스위칭 가능한 광학 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 이러한 스위칭 가능한 엘리먼트들은 2개의 반사 레벨들, 예컨대, 낮은 반사 레벨(0 % 이상) 또는 더 높은 반사 레벨과 같은 2개의 상태들 사이에서 스위칭하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 스위칭 가능한 엘리먼트들은 2개의 투과 레벨들, 예컨대, 낮은 투과 레벨(0 % 이상) 또는 더 높은 투과 레벨 사이에서 스위칭하도록 구성될 수 있다. 이러한 스위칭 가능한 광학 엘리먼트들은, 예컨대, 스위칭 가능한 반사기들, 스위칭 가능한 회절 광학 엘리먼트들, 이를테면, 스위칭 가능한 회절 반사기들 또는 스위칭 가능한 반사 격자들 또는 홀로그래픽 광학 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 스위칭 가능한 광학 엘리먼트들은 낮은 파워 레벨(0 디옵터 또는 더 큰 크기) 및 더 높은 파워 레벨과 같은 2개의 파워 레벨들 사이에서 스위칭하도록 구성될 수 있다. 이들 파워 레벨들은 포지티브 또는 네거티브일 수 있고, 2개의 포지티브 파워들, 2개의 네거티브 파워 또는 포지티브 파워 및 네거티브 파워 또는 0 파워 및 0이 아닌 파워 사이에서 스위칭할 수 있다. 이러한 스위칭 가능한 광학 엘리먼트들은, 예컨대, 스위칭 가능한 회절 광학 렌즈들과 같은 스위칭 가능한 회절 광학 엘리먼트들을 포함할 수 있다.
[0177] 다양한 경우들에서, 하나 이상의 스위칭 가능한 광학 엘리먼트들은 스위칭 가능한 중합체 분산형 액정 엘리먼트와 같은 액정을 포함하는 하나 이상의 액정 엘리먼트들을 포함한다. 스위칭 가능한 광학 엘리먼트들은 스위칭 가능한 편광 격자를 포함할 수 있다. 특정 구성들에서, 가변 파워 반사기는 스위칭 가능한 광학 엘리먼트들의 스택을 포함하고, 여기서 상기 스위칭 가능한 광학 엘리먼트들의 상이한 스위칭 가능한 광학 엘리먼트들은, 상기 스위칭 가능한 광학 엘리먼트가 상이한 광학 파워들 사이에서 스위칭할 수 있도록, 상이한 광학 파워들과 연관된다. 이들 광학 파워들은, 예컨대, 회절 렌즈들과 같은 렌즈들에 의해 제공될 수 있다.
[0178] 도 12에 예시된 예에서, (하나 이상의 광학 파워들이 상이한 설계들에서 포지티브 또는 0일 수 있지만) 복수의 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들의 상이한 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들은 네거티브 광학 파워를 갖는다. 예컨대, 복수의 또는 스택의 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들은 제1 네거티브 광학 파워를 갖는 제1 스위칭 가능한 반사 엘리먼트, 제2 네거티브 광학 파워를 갖는 제2 스위칭 가능한 반사 엘리먼트, 제3 네거티브 광학 파워를 갖는 제3 스위칭 가능한 반사 엘리먼트, ..., 제n 네거티브 광학 파워를 갖는 제n 스위칭 가능한 반사 엘리먼트를 가질 수 있다. 특정 구성들에서, 제1, 제2, 제3, ..., 또는 제n 스위칭 가능 반사 엘리먼트 중 하나는 도파관(2700)으로부터 아웃커플링된 광을 반사시키도록 구성될 수 있는 반면에, 나머지 스위칭 가능 반사 엘리먼트들이 투과성으로 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 사용자의 눈(210)으로부터 멀어지게 지향되는 도파관(2700)으로부터 아웃커플링된 광은 제1, 제2, 제3, ..., 또는 제n 스위칭 가능한 반사 엘리먼트 중 선택된 것으로부터 반사되어, 광은 사용자에게 특정 깊이 평면으로부터 발생하는 것처럼 보인다. 다양한 실시예들에서, 복수의 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들 각각은, 특정 파장들의 광이 특정 깊이에서 발생하는 것처럼 보이도록, 특정 파장들의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다.
[0179] 도 12와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 일부 디스플레이 디바이스들은 복수의 또는 스택의 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들을 포함한다. 유리하게는, 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들 각각은, 예컨대, 도 13a-13c와 관련하여 본 명세서의 다른 곳에서 그리고 다음에 설명되는 바와 같이, 액정들을 포함할 수 있다. 예컨대, 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들은 중합 불가하거나 중합 가능한 액정들 또는 RM(reactive mesogen)들로 형성될 수 있으며, 이의 구성들은 외부 자극, 예컨대, 전기장에 의해 변경될 수 있다.
[0180] 일부 실시예들에서, 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들은, 예컨대, 위에 논의된 바와 같은 CLC(cholesteric liquid crystal) 층과 같은 액정을 포함할 수 있다. 도 13a 및 13b는 디스플레이 디바이스의 일부로서 구현될 수 있는 예시적인 스위칭 가능한 반사 엘리먼트(3100A)를 예시하며, 여기서 스위칭 가능한 반사 엘리먼트(3100A)는 반사 편광 미러로서 기능하는 패터닝된 CLC 층으로 형성된다. 도 13a는 이진 프레넬 렌즈 패턴 외에 액정 디렉터들(화살표들)의 로컬 배향들을 예시한다. 따라서, 스위칭 가능한 반사 엘리먼트(3100A)는 인가된 전기장을 사용하여 조정 가능한 광학 파워를 갖도록 구성될 수 있다. 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들(3100A)의 실시예들은, 예컨대, 도 10a-10c 및 11과 관련하여 예시된 변형 가능한 미러에 대한 대안으로서 사용될 수 있다.
[0181] 도 13b를 참조하면, 스위칭 가능한 반사 엘리먼트(3100A)가 CLC 카이랄성(chirality)(예컨대, RHCP)의 손잡이(handedness)에 대응하는(예컨대, 동일한 손잡이를 갖는) 원형 편광을 갖는 원형 편광된 입사광(3012)으로 조명될 때, 반사된 광(3016)은 위에 설명된 곡면 미러 반사기들과 유사한 렌즈 효과를 나타낸다. 반면에, 직교 편광(예컨대, LHCP)을 갖는 광은 간섭없이 투과된다. 스위칭 가능한 반사 엘리먼트(3100A)는 약 10 nm 미만, 약 25 nm 미만, 약 50 nm 미만, 약 100 nm 미만의 범위, 또는 몇몇의 다른 범위의 대역폭을 갖도록 구성될 수 있다.
[0182] 도 13c는 복수의 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들(3100-R, 3100-G 및 3100-B)을 포함하는 스위칭 가능한 반사 엘리먼트(3100C)를 예시한다. 예시된 실시예에서, 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들(3100-R, 3100-G 및 3100-B)은 스택된 구성이며, 각각 적색, 녹색 및 청색 스펙트럼들 내에 파장들의 범위(Δλ) 내의 광을 반사시키도록 구성된다. 스위칭 가능한 반사 엘리먼트(3100C)가 CLC 카이랄성(예컨대, RHCP)의 손잡이에 대응하는 원형 편광 및 적색, 녹색 및 청색 스펙트럼들 내의 파장들의 범위(Δλ) 내의 파장을 갖는 원형 편광된 입사광(3012)으로 조명될 때, 반사된 광(3016)은 곡면 미러 렌즈들과 유사한 렌즈 효과들을 나타낸다. 반면에, 직교 편광(예컨대, LHCP)을 갖는 광은 간섭없이 투과된다.
[0183] 도 14는 복수의 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들(1404a, 1404b, 1404c, 1408a, 1408b 및 1408c)을 갖는 스택 또는 복수의 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들(1232)의 실시예를 예시한다. 반사 엘리먼트들(1404a-1404c)은 제1 네거티브 광학 파워를 갖도록 구성되고, 반사 엘리먼트들(1408a-1408c)은 제2 네거티브 광학 파워를 갖도록 구성된다. 반사 엘리먼트들(1404a 및 1408a)은 제1 파장들의 범위(예컨대, 적색 주위의 약 5-10 nm)를 반사시키도록 구성될 수 있다. 반사 엘리먼트들(1404b 및 1408b)은 제2 파장들의 범위(예컨대, 녹색 주위의 약 5-10 nm)를 반사시키도록 구성될 수 있다. 반사 엘리먼트들(1404c 및 1408c)은 제3 파장들의 범위(예컨대, 청색 주위에서 약 5-10 nm)를 반사시키도록 구성될 수 있다. 반사 엘리먼트들(1404a, 1404b, 1404c, 1408a, 1408b 및 1408c) 각각은 한 쌍의 전극들(1173) 사이에 샌드위치된다. 반사 엘리먼트들(1404a, 1404b, 1404c, 1408a, 1408b 및 1408c) 중 선택된 하나는, 반사 엘리먼트들(1404a, 1404b, 1404c, 1408a, 1408b 및 1408c) 중 선택된 하나를 바운딩(bounding)하는 한 쌍의 전극들(1173)에 걸쳐 전압을 인가함으로써 스위치 온 또는 오프될 수 있다.
[0184] 다양한 실시예들에서, 스택(1232) 내의 복수의 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들 각각은, 예컨대, 액정 회절 격자들, 중합체 분산형 액정 격자 구조들 및/또는 편광 격자 구조들을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 복수의 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들 각각은 픽셀 단위의 프레임 순차 방식으로 스위치 온 또는 오프될 수 있다. 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들은 회절 렌즈들과 같은 회절 광학 엘리먼트들을 포함할 수 있다.
[0185] 추가적으로, 다양한 실시예들에서, 반사 엘리먼트들(1232)의 스택은, 반사 스택의 발산 광학 파워를 조정하기 위한 추가 제어를 제공하기 위해 변형 가능한 멤브레인(예컨대, 가변 파워 반사기(1032))과 통합될 수 있다.
[0186] 도 12를 참조하면, 이미지 투사 디바이스(1282)(예컨대, 공간 광 변조기)로부터의 이미지 콘텐츠는 광학 커플링 엘리먼트(2050)를 통해 도파관(2700)으로 주입된다. 다양한 실시예들에서, 광학 커플링 엘리먼트(2050)는 편광 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 도파관(2700)으로부터의 광은 도파관(2700)과 연관된 아웃커플링 엘리먼트들(예컨대, 아웃커플링 엘리먼트들(5700))에 의해 반사기(1232)를 향해 지향된다. 다양한 실시예들에서, 도 11을 참조하여 위에서 논의된 바와 같은 리타더들의 어레인지먼트를 포함하는 편광 기반 광 리사이클링 시스템과 같은 광 리사이클링 시스템은, 도 12에 예시된 디스플레이 디바이스의 예에서, 사용자의 눈(210)을 향해 지향된 도파관(2700)으로부터의 임의의 광을 반사기(1232)를 향해 방향전환시키는 데 사용될 수 있다. 도파관(2700)으로부터 아웃커플링되고 가변 파워 반사기로 지향된 광은, 사용자의 눈(210)이 특정 발산(가능하게는 발산이 아니라 오히려 시준을 포함함)에서 디스플레이로부터 광을 수신하고 따라서 착용자의 전방에서, 이를테면, 착용자 근처 또는 멀리 떨어져 특정 깊이에 있는 객체로부터 발생되는 것으로 광을 지각하도록, 반사 엘리먼트들 중 하나를 스위칭함으로써, 가변 파워 반사기로부터 반사될 수 있다. 디스플레이 디바이스를 둘러싸는 주변 환경(본원에서 세계로 또한 지칭됨)(510)으로부터의 광이 반사기(1232)를 통해 사용자의 눈(210)을 향해 투과된다는 것이 주목된다.
[0187] 예시되지 않지만, 도 11 및 12의 도파관(2700)은 도 6을 참조하여 위에 설명된 바와 같은 도파관들의 스택을 포함할 수 있다. 도파관들 및 가변 반사기(1032)의 스택 또는 스위칭 가능한 반사 엘리먼트들(1232)의 스택의 조합은 가능하게는 원하는 깊이를 제공하는 증가된 능력을 제공하는 데 유용할 수 있다.
[0188] 본원에 설명되고 그리고/또는 도면들에 묘사된 프로세스들, 방법들 및 알고리즘들 각각이 하나 이상의 물리적 컴퓨팅 시스템들, 하드웨어 컴퓨터 프로세서들, 주문형 회로 및/또는 특정 그리고 특별 컴퓨터 명령들을 실행하도록 구성된 전자 하드웨어에 의해 실행되는 코드 모듈들로 구현되고, 그리고 이 코드 모듈들에 의해 완전히 또는 부분적으로 자동화될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 예컨대, 컴퓨팅 시스템들은 특정 컴퓨터 명령들로 프로그래밍된 범용 컴퓨터들(예컨대, 서버들) 또는 특수 목적 컴퓨터들, 특수 목적 회로 등을 포함할 수 있다. 코드 모듈은 실행가능 프로그램으로 컴파일링되고 링크되거나, 동적 링크 라이브러리에 설치될 수 있거나, 또는 인터프리팅(interpret)된 프로그래밍 언어로 작성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 특정 동작들 및 방법들은 주어진 기능에 특정한 회로에 의해 수행될 수 있다.
[0189] 추가로, 본 개시내용의 기능성의 소정의 실시예들은 충분히 수학적으로, 계산상으로 또는 기술적으로 복잡하여, (적절한 전문화된 실행 가능한 명령들을 활용하는) 주문형 하드웨어 또는 하나 이상의 물리적 컴퓨팅 디바이스들은 예컨대, 수반되는 계산들의 양(volume) 또는 복잡성으로 인해 또는 실질적으로 실시간으로 결과들을 제공하기 위해 그 기능성들을 수행할 필요가 있을 수 있다. 예컨대, 비디오는 많은 프레임들(각각의 프레임은 수백만개의 픽셀들을 가짐)을 포함할 수 있고, 그리고 상업적으로 합리적인 시간 양에서 원하는 이미지 프로세싱 태스크 또는 애플리케이션을 제공하기 위해 특별하게 프로그래밍된 컴퓨터 하드웨어가 비디오 데이터를 프로세싱할 필요가 있다.
[0190] 코드 모듈들 또는 임의의 타입의 데이터는 임의의 타입의 비일시적 컴퓨터-판독가능 매체, 이를테면 하드 드라이브들, 고체 상태 메모리, RAM(random access memory), ROM(read only memory), 광학 디스크, 휘발성 또는 비휘발성 저장부, 이들의 조합들 등을 포함하는 물리적 컴퓨터 저장부 상에 저장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(140), 원격 프로세싱 모듈(150) 및 원격 데이터 저장소(160) 중 하나 이상의 부분일 수 있다. 방법들 및 모듈들(또는 데이터)은 또한, 생성된 데이터 신호들로서(예컨대, 반송파 또는 다른 아날로그 또는 디지털 전파 신호의 일부로서) 무선-기반 및 유선/케이블-기반 매체들을 포함하는 다양한 컴퓨터-판독 가능 송신 매체들 상에서 송신될 수 있고, (예컨대, 단일 또는 멀티플렉싱된 아날로그 신호의 일부로서, 또는 다수의 이산 디지털 패킷들 또는 프레임들로서) 다양한 형태들을 취할 수 있다. 개시된 프로세스들 또는 프로세스 단계들의 결과들은 임의의 타입의 비-일시적인 유형의(tangible) 컴퓨터 저장소에 지속적으로 또는 다른 방식으로 저장될 수 있거나, 또는 컴퓨터-판독 가능 송신 매체를 통해 통신될 수 있다.
[0191] 본원에 설명되고 그리고/또는 첨부 도면들에 묘사된 흐름도들에서 임의의 프로세스들, 블록들, 상태들, 단계들, 또는 기능성들은 (예컨대, 논리적 또는 산술적) 특정 기능들 또는 프로세스의 단계들을 구현하기 위한 하나 이상의 실행가능 명령들을 포함하는 코드 모듈들, 세그먼트들 또는 코드의 부분들을 잠재적으로 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 다양한 프로세스들, 블록들, 상태들, 단계들 또는 기능성들은 본원에 제공된 예시적인 예들로부터 조합되거나, 재배열되거나, 부가되거나, 삭제되거나, 수정되거나 다른 방식으로 변화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 부가적인 또는 상이한 컴퓨팅 시스템들 또는 코드 모듈들은 본원에 설명된 기능성들 중 일부 또는 모두를 수행할 수 있다. 본원에 설명된 방법들 및 프로세스들은 또한 임의의 특정 시퀀스로 제한되지 않고, 이에 관련된 블록들, 단계들 또는 상태들은 적절한 다른 시퀀스들로, 예컨대 직렬로, 병렬로, 또는 일부 다른 방식으로 수행될 수 있다. 임무들 또는 이벤트들은 개시된 예시적인 실시예들에 부가되거나 이들로부터 제거될 수 있다. 게다가, 본원에 설명된 실시예들에서 다양한 시스템 컴포넌트들의 분리는 예시 목적들을 위한 것이고 모든 실시예들에서 그런 분리를 요구하는 것으로 이해되지 않아야 한다. 설명된 프로그램 컴포넌트들, 방법들 및 시스템들이 일반적으로 단일 컴퓨터 제품으로 함께 통합되거나 다수의 컴퓨터 제품들로 패키징될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
[0192] 전술한 명세서에서, 본 발명은 본 발명의 특정 실시예들을 참조하여 설명되었다. 그러나, 본 발명에 대한 다양한 수정들 및 변화들이 본 발명의 더 넓은 사상 및 범위에서 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 따라서, 명세서 및 도면들은 제한적 의미보다 오히려 예시로 고려된다.
[0193] 실제로, 본 개시내용의 시스템들 및 방법들 각각이 몇몇 혁신적인 양상들을 가지며, 이 양상들 중 어떤 단일의 양상도 본원에 개시된 바람직한 속성들을 전적으로 담당하거나 이를 위해 요구되지 않는다는 것이 인식될 것이다. 위에서 설명된 다양한 특징들 및 프로세스들은 서로 독립적으로 사용될 수 있거나, 또는 다양한 방식들로 조합될 수 있다. 모든 가능한 조합들 및 서브조합들은 본 개시내용의 범위 내에 속하도록 의도된다.
[0194] 별개의 실시예들의 맥락에서 이 명세서에 설명된 특정 특징들은 또한 단일 실시예로 결합하여 구현될 수 있다. 대조적으로, 단일 실시예의 맥락에서 설명된 다양한 특징들은 또한 별도로 다수의 실시예들로 또는 임의의 적절한 서브조합으로 구현될 수 있다. 게다가, 비록 특징들이 특정 조합들로 동작하는 것으로서 위에서 설명될 수 있고 심지어 그와 같이 처음에 청구될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우들에서 조합으로부터 제거될 수 있고, 그리고 청구된 조합은 서브조합 또는 서브조합의 변형에 관련될 수 있다. 단일 특징 또는 특징들의 그룹이 각각의 모든 실시예에 필요하거나 필수적인 것은 아니다.
[0195] 특정하게 다르게 언급되지 않거나, 사용된 맥락 내에서 다르게 이해되지 않으면, 본원에 사용된 조건어, 이를테면 특히, "할 수 있다(can, could, might, may)", "예컨대" 등은, 일반적으로 특정 실시예들이 특정 특징들, 엘리먼트들 또는 단계들을 포함하지만, 다른 실시예들이 이들을 포함하지 않는 것을 전달하기 위해 의도된다는 것이 인식될 것이다. 따라서, 그러한 조건어는 일반적으로, 특징들, 엘리먼트들, 및/또는 단계들이 하나 이상의 실시예들을 위해 어떤 식으로든 요구된다는 것을, 또는 하나 이상의 실시예들이, 저자 입력 또는 프롬프팅(prompting)을 이용하거나 또는 그러한 것을 이용함이 없이, 이들 특징들, 엘리먼트들, 및/또는 단계들이 임의의 특정 실시예에 포함되는지 또는 임의의 특정 실시예들에서 수행되어야 하는지를 판단하기 위한 로직을 반드시 포함한다는 것을 암시하도록 의도되진 않는다. "포함하는(comprising, including), "갖는(having)" 등의 용어들은 동의어이며, 오픈-엔디드(open-ended) 방식으로 포괄적으로 사용되며, 부가적인 엘리먼트들, 특징들, 행동들, 동작들 등을 배제하지 않는다. 또한, "또는"이라는 용어는 (그의 배타적인 의미가 아니라) 그의 포괄적인 의미로 사용되어서, 예컨대, 리스트의 엘리먼트들을 연결하기 위해 사용될 때, "또는"이라는 용어는 리스트 내의 엘리먼트들 중 하나, 일부, 또는 전부를 의미한다. 또한, 본 출원서 및 첨부된 청구항들에서 사용된 바와 같은 단수 표현은 달리 특정되지 않는 한 "하나 이상" 또는 "적어도 하나"를 의미하는 것으로 해석될 것이다. 유사하게, 동작들이 특정한 순서로 도면들에 도시될 수 있지만, 바람직한 결과들을 달성하기 위해, 그러한 동작들이 도시된 특정한 순서 또는 순차적인 순서로 수행될 필요가 없거나, 모든 예시된 동작들이 수행될 필요가 없다는 것이 인지될 것이다. 추가로, 도면들은 흐름도의 형태로 하나 이상의 예시적인 프로세스들을 개략적으로 도시할 수 있다. 그러나, 도시되지 않은 다른 동작들이, 개략적으로 예시된 예시적인 방법들 및 프로세스들에 통합될 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 부가적인 동작들은, 예시된 동작들 중 임의의 동작 이전, 이후, 그와 동시에, 또는 그 사이에서 수행될 수 있다. 부가적으로, 동작들은 다른 실시예들에서 재배열되거나 재순서화될 수 있다. 소정의 환경들에서, 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 위에서 설명된 실시예들에서의 다양한 시스템 컴포넌트들의 분리는 모든 실시예들에서 그러한 분리를 요구하는 것으로서 이해되지는 않아야 하며, 설명된 프로그램 컴포넌트들 및 시스템들이 일반적으로, 단일 소프트웨어 제품에 함께 통합되거나 다수의 소프트웨어 제품들에 패키징될 수 있음이 이해되어야 한다. 부가적으로, 다른 실시예들은 다음의 청구항들의 범위 내에 있다. 일부 경우들에서, 청구항들에서 열거된 액션들은, 상이한 순서로 수행될 수 있으며, 그럼에도 불구하고 바람직한 결과들을 달성할 수 있다.
[0196] 따라서, 청구항들은 본 명세서에 도시된 실시예들로 제한되도록 의도되는 것이 아니라, 본 명세서에 개시된 본 개시내용, 원리들 및 신규한 특성들과 일치하는 가장 넓은 범위에 부합할 것이다.
Claims (20)
- 도파관 ― 상기 도파관은 내부 전반사 하에서 상기 도파관의 주 표면에 평행한 방향으로 가시광을 전파하고, 상기 주 표면에 수직인 방향으로 상기 가시광을 아웃커플링하도록 구성됨 ― ; 및
제1 편광을 갖는 가시광을 반사시키도록 구성된 변형 가능한 미러(deformable mirror)를 포함하고,
상기 변형 가능한 미러는 하나 이상의 노치 반사기들 또는 하나 이상의 CLC(cholesteric liquid crystal) 층들 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 CLC 층들 각각은 복수의 카이랄 구조들(chiral structures)을 포함하고, 상기 카이랄 구조들 각각은, 층 깊이 방향으로 연장되고 제1 회전 방향으로 연속적으로 회전되는 복수의 액정 분자들을 포함하고, 상기 카이랄 구조들의 상기 액정 분자들의 어레인지먼트들은, 상기 하나 이상의 CLC 층들이 입사 광을 브래그(Bragg)-반사시키도록 구성되도록, 상기 층 깊이 방향에 수직인 측방향으로 주기적으로 변하고,
상기 도파관은 상기 가시광을 상기 변형 가능한 미러를 향해 아웃커플링하도록 구성되는,
디스플레이 디바이스. - 제1 항에 있어서,
상기 변형 가능한 미러는 상기 하나 이상의 CLC 층들을 포함하고, 상기 하나 이상의 CLC 층들의 상이한 CLC 층들은 적색, 녹색 또는 청색 광의 상이한 광들에 대응하는 파장 범위의 파장을 갖는 가시광을 반사시키도록 구성되는 반면에, 상기 파장 범위 외부의 파장을 갖는 광을 투과시키도록 구성되는,
디스플레이 디바이스. - 제1 항에 있어서,
상기 변형 가능한 미러는 상기 하나 이상의 CLC 층들을 포함하고, 상기 CLC 층들의 상기 카이랄 구조들 각각은 층 깊이 방향으로 적어도 나선형 피치(helical pitch)만큼 연장되는 복수의 액정 분자들을 포함하고, 상기 하나 이상의 CLC 층들의 상이한 CLC 층들은 상이한 나선형 피치들을 갖는,
디스플레이 디바이스. - 제1 항에 있어서,
상기 변형 가능한 미러는 상기 하나 이상의 CLC 층들을 포함하고, 상기 하나 이상의 CLC 층들의 상이한 CLC 층들은 실질적으로 동일한 광학 파워를 갖는,
디스플레이 디바이스. - 제1 항에 있어서,
상기 변형 가능한 미러는 상기 하나 이상의 노치 반사기들을 포함하고, 상기 노치 반사기들 각각은 상기 제1 편광을 갖는 가시광을 반사시키도록 구성되고, 상기 노치 반사기들 각각은 하나 이상의 CLC(cholesteric liquid crystal) 층들을 포함하고, 상기 CLC 층들 각각은 복수의 카이랄 구조들을 포함하고, 상기 카이랄 구조들 각각은, 층 깊이 방향으로 연장되고 제1 회전 방향으로 연속적으로 회전되는 복수의 액정 분자들을 포함하고, 상기 카이랄 구조들의 상기 액정 분자들의 어레인지먼트들은, 상기 하나 이상의 CLC 층들이 입사 광을 브래그-반사시키도록 구성되도록, 상기 층 깊이 방향에 수직인 측방향으로 주기적으로 변하는,
디스플레이 디바이스. - 제5 항에 있어서,
상기 하나 이상의 노치 반사기들의 상이한 노치 반사기들은 상이한 광학 파워들을 갖는,
디스플레이 디바이스. - 제5 항에 있어서,
상기 하나 이상의 노치 반사기들 각각에 대응하는 반파장판(half-wave plate)을 더 포함하는,
디스플레이 디바이스. - 제1 항에 있어서,
상기 도파관은 상기 도파관에서 전파하는 상기 가시광의 일부를 상기 변형 가능한 미러를 향해 아웃커플링하도록 구성된 콜레스테릭 액정(cholesteric liquid crystal) 회절 격자를 포함하는,
디스플레이 디바이스. - 제1 항에 있어서,
상기 변형 가능한 미러는 상기 변형 가능한 미러를 향해 상기 도파관에 의해 지향된 상기 가시광을 상기 도파관을 향해 다시 재지향(redirect)하도록 구성되는,
디스플레이 디바이스. - 제9 항에 있어서,
상기 변형 가능한 미러는 전방측 및 후방측을 포함하고, 상기 후방측은 상기 전방측보다 상기 도파관에 더 가깝게 위치되고, 상기 변형 가능한 미러는 상기 변형 가능한 미러의 상기 전방측상에 위치된 외부 광원으로부터 전송된 적어도 일부 광을 상기 변형 가능한 미러를 통해 통과시키게 하도록 구성되는,
디스플레이 디바이스. - 제1 항에 있어서,
상기 도파관이 전방측 및 후방측을 갖도록 착용자의 눈의 전방에 상기 도파관들을 배치하도록 구성된 프레임을 더 포함하고, 상기 후방측은 상기 전방측보다 상기 눈에 더 가깝게 위치되고, 상기 변형 가능한 미러는 상기 전방측상에 위치되고 상기 도파관으로부터의 광을 상기 착용자의 눈을 향해 재지향하도록 구성되는,
디스플레이 디바이스. - 제11 항에 있어서,
상기 가시광을 상기 도파관을 향해 출력하도록 구성된 광학 투사기를 더 포함하고, 상기 변형 가능한 미러는 상기 변형 가능한 미러의 전방에 위치된 외부 광원으로부터의 광을 투과시키면서 상기 제1 편광을 갖는 가시광을 반사하도록 구성되는,
디스플레이 디바이스. - 제12 항에 있어서,
상기 광학 투사기로부터의 상기 가시광을 상기 도파관으로 재지향하도록 상기 도파관에 대해 배치된 하나 이상의 인커플링 엘리먼트들을 더 포함하는,
디스플레이 디바이스. - 제11 항에 있어서,
상기 도파관에서 전파하는 상기 가시광의 일부를 선택적으로 추출하고 상기 추출된 가시광을 상기 변형 가능한 미러를 향해 지향하도록 상기 도파관에 대해 배치된 하나 이상의 아웃커플링 엘리먼트들을 더 포함하고, 상기 광은 상기 변형 가능한 미러로부터 상기 도파관을 통해 상기 착용자의 눈으로 다시 재지향되는,
디스플레이 디바이스. - 제14 항에 있어서,
상기 하나 이상의 아웃커플링 엘리먼트들은 콜레스테릭 액정 회절 격자를 포함하는,
디스플레이 디바이스. - 도파관 ― 상기 도파관은 내부 전반사 하에서 상기 도파관의 주 표면에 평행한 방향으로 가시광을 전파하고, 상기 주 표면에 수직인 방향으로 상기 가시광을 아웃커플링하도록 구성됨 ― ;
제1 편광을 갖는 가시광을 반사시키도록 구성된 변형 가능한 미러(deformable mirror)를 포함하고,
상기 변형 가능한 미러는 하나 이상의 노치 반사기들 또는 하나 이상의 CLC(cholesteric liquid crystal) 층들 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 CLC 층들 각각은 복수의 카이랄 구조들(chiral structures)을 포함하고, 상기 카이랄 구조들 각각은, 층 깊이 방향으로 연장되고 제1 회전 방향으로 연속적으로 회전되는 복수의 액정 분자들을 포함하고, 상기 카이랄 구조들의 상기 액정 분자들의 어레인지먼트들은, 상기 하나 이상의 CLC 층들이 입사 광을 브래그(Bragg)-반사시키도록 구성되도록, 상기 층 깊이 방향에 수직인 측방향으로 주기적으로 변하고,
상기 도파관은 상기 도파관에서 전파하는 상기 가시광의 일부를 상기 변형 가능한 미러를 향해 아웃커플링하도록 구성된 콜레스테릭 액정(cholesteric liquid crystal) 회절 격자를 포함하는,
디스플레이 디바이스. - 제16 항에 있어서,
상기 변형 가능한 미러는 상기 하나 이상의 CLC 층들을 포함하고,
상기 하나 이상의 CLC 층들의 상이한 CLC 층들은 적색, 녹색 또는 청색 광의 상이한 광들에 대응하는 파장 범위의 파장을 갖는 가시광을 반사시키도록 구성되는 반면에, 상기 파장 범위 외부의 파장을 갖는 광을 투과시키도록 구성되는 것;
상기 CLC 층들의 상기 카이랄 구조들 각각은 층 깊이 방향으로 적어도 나선형 피치(helical pitch)만큼 연장되는 복수의 액정 분자들을 포함하고, 상기 하나 이상의 CLC 층들의 상이한 CLC 층들은 상이한 나선형 피치들을 갖는 것; 또는
상기 하나 이상의 CLC 층들의 상이한 CLC 층들은 실질적으로 동일한 광학 파워를 갖는 것,
중 하나인,
디스플레이 디바이스. - 제16 항에 있어서,
상기 변형 가능한 미러는 상기 하나 이상의 노치 반사기들을 포함하고, 상기 노치 반사기들 각각은 상기 제1 편광을 갖는 가시광을 반사시키도록 구성되고, 상기 노치 반사기들 각각은 하나 이상의 CLC(cholesteric liquid crystal) 층들을 포함하고, 상기 CLC 층들 각각은 복수의 카이랄 구조들을 포함하고, 상기 카이랄 구조들 각각은, 층 깊이 방향으로 연장되고 제1 회전 방향으로 연속적으로 회전되는 복수의 액정 분자들을 포함하고, 상기 카이랄 구조들의 상기 액정 분자들의 어레인지먼트들은, 상기 하나 이상의 CLC 층들이 입사 광을 브래그-반사시키도록 구성되도록, 상기 층 깊이 방향에 수직인 측방향으로 주기적으로 변하는,
디스플레이 디바이스. - 제18 항에 있어서,
상기 하나 이상의 노치 반사기들의 상이한 노치 반사기들은 상이한 광학 파워들을 갖는,
디스플레이 디바이스. - 제16 항에 있어서,
상기 변형 가능한 미러는 상기 변형 가능한 미러를 향해 상기 도파관에 의해 지향된 상기 가시광을 상기 도파관을 향해 다시 재지향(redirect)하도록 구성되는,
디스플레이 디바이스.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020237038248A KR20230157533A (ko) | 2017-02-23 | 2018-02-22 | 가변 파워 반사기를 갖는 디스플레이 시스템 |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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