KR20170015374A - 가상 및 증강 현실에 대한 어드레스 가능 포커스를 가진 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체영상을 디스플레이하기 위한 방법들 및 시스템들 - Google Patents
가상 및 증강 현실에 대한 어드레스 가능 포커스를 가진 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체영상을 디스플레이하기 위한 방법들 및 시스템들 Download PDFInfo
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Abstract
자유형 광학 디스플레이 시스템들에 대한 몇몇 고유 하드웨어 구성 및 방법들이 개시된다. 자유형 디스플레이 시스템은 수평 시점(FOV) 또는 수직 시점을 확장시키기 위하여 타일화된 어레인지먼트들에 일차적 자유형 광학 엘리먼트(들) 및 이차적 자유형 광학 엘리먼트(들)를 포함한다. 시스템은 중간 동공을 생성하고 그리고 원근조절-수렴 충돌을 해결하면서 초점에 객체들을 렌더링하기 위해 단일 초점 면의 초점 거리를 변경하거나 다수의 초점 면들 사이에서 스위칭하는 가변 포커싱 시스템을 포함할 수 있다. 시스템은 가상 디스플레이 콘텐츠의 광 필드를 생성하기 위하여 물리적 공간에서 광 샘플들을 적당한 광선들에 맵핑할 수 있고 맵핑된 광선들을 투사하기 위해 투사기들의 클러스터를 사용할 수 있다. 가변 포커스 자유형 광학기구로 가상 콘텐츠를 생성하고 광 필드들을 렌더링하기 위해 타일화된 광학 디스플레이 시스템들 및 방법들을 만들기 위한 방법들이 또한 개시된다.
Description
[0001]
이 출원은 2014년 5월 30일 출원되고 발명의 명칭이 "METHODS AND SYSTEMS FOR DISPLAYING STEREOSCOPY WITH A FREEFORM OPTICAL SYSTEM WITH ADDRESSABLE FOCUS FOR VIRTUAL AND AUGMENTED REALITY"인 미국 가 특허 출원 일련 번호 제 62/005,865 호의 우선권을 주장한다. 이 출원은 어토니 도킷 번호 ML 30017.00 하에서 2014년 5월 30일 출원되고 발명의 명칭이 "METHODS AND SYSTEM FOR CREATING FOCAL PLANES IN VIRTUAL AND AUGMENTED REALITY"인 미국 가 특허 출원 일련 번호 제 62/005,834 호, 어토니 도킷 번호 ML 30016.00 하에서 2014년 5월 30일에 출원되고 발명의 명칭이 "METHODS AND SYSTEMS FOR VIRTUAL AND AUGMENTED REALITY"인 미국 출원 일련 번호 제 62/005,807 호, 2010년 12월 24일에 출원된 미국 가 특허 출원 일련 번호 제 61,427,162 호에 대해 우선권을 주장하는 2011년 12월 22일 출원되고 발명의 명칭이 "ERGONOMIC HEAD MOUNTED DISPLAY DEVICE AND OPTICAL SYSTEM"인 미국 특허 출원 일련 번호 제 13/335,884 호, 및 2010년 12월 24일 출원된 미국 가 특허 출원 일련 번호 제 61,427,162 호에 대해 우선권을 주장하고 2011년 12월 출원되고 발명의 명칭이 "An Ergonomic Head Mounted Display Device and Optical System"인 국제 출원 번호 제 PCT/US2011/067033 호 하의 PCT(Patent Cooperation Treaty) 하에서 공개된 국제 출원에 상호-관련된다.
[0002]
머리-장착 디스플레이(HMD)들은 과학적 시각화의 분야들, 및 군대 훈련, 엔지니어링 디자인 및 원형화(prototyping), 원격-조작 및 원격 현장감(tele-presence), 및 개인 엔터테인먼트 시스템들을 포함하는 많은 애플리케이션들을 위해 오랫동안 유용한 것으로 증명되어 왔다. 혼합 및 증강 현실 시스템들에서, 광학 시-스루(see-through) HMD들은 컴퓨터-생성 가상 장면들을 실세계 장면의 뷰(view)들과 결합하기 위한 기본적인 접근법들 중 하나이다. 통상적으로 광학 결합기를 통해, 광학 시-스루 머리-장착 디스플레이(OST-HMD: optical see-through head-mounted display)는 실세계의 최소-품질저하 직접 뷰를 유지하면서 컴퓨터-생성 이미지들을 실세계 뷰 상에 광학적으로 오버레이(overlay)한다. OST-HMD는 다른 대중적 모바일 플랫폼들, 이를테면 스마트 폰들 및 PDA들(personal digital assistants)보다 훨씬 더 매력적인 이미지 품질 및 스크린 사이즈를 제공하는 모바일 디스플레이 솔루션을 생성하기 위한 큰 가능성을 제시한다. 기술이 널리 채택되는 것을 막는 많은 기술적 및 실제적 어려움들이 존재한다.
[0003]
현대 컴퓨팅 및 디스플레이 기술들은 소위 "가상 현실" 또는 "증강 현실" 경험들을 위한 시스템들의 개발을 가능하게 하였고, 여기서 디지털적으로 재생된 이미지들 또는 이미지들의 부분들은, 그들이 실제인 것으로 보이거나, 실제로서 인지될 수 있는 방식으로 사용자에게 제시된다. 가상 현실, 또는 "VR" 시나리오는 통상적으로 다른 실제 실세계 시각적 입력에 대한 투명성(transparency) 없이 디지털 또는 가상 이미지 정보의 제시를 포함하고; 증강 현실, 또는 "AR" 시나리오는 통상적으로 사용자 주위 실제 세계의 시각화에 대한 증강으로서 디지털 또는 가상 이미지 정보의 제시를 포함한다.
[0004]
디지털 콘텐츠(예컨대, 방의 실세게 뷰를 증강하기 위하여 제시된 가상 샹들리에 객체 같은 3-D 콘텐츠, 또는 방의 실세계 뷰를 증강하기 위하여 제시된 평면/편평한 유화 객체 같은 2-D 콘텐츠)를 배치할 때, 디자인 선택들은 객체들의 거동을 제어하기 위하여 이루어질 수 있다. 예컨대, 2-D 유화 객체는 머리-중심일 수 있고, 상기 경우에 객체는 사용자의 머리와 함께 이동하거나(예컨대, 구글 안경 접근법에서처럼); 또는 객체는 세계-중심일 수 있고, 상기 경우에 객체는 마치 실세계 좌표 시스템의 일부인 것과 같이 제시될 수 있고, 따라서 사용자는 실세계에 관하여 객체의 포지션을 이동함이 없이 그의 머리 또는 안구들을 움직일 수 있다.
[0005]
결과로서, 객체가 세계 중심(즉, 사용자가 실세계 벽같이, 둘러싸는 실세계 객체들에 관련하여 자신의 포지션을 변화시키지 않고 그의 몸, 머리, 눈들을 이동시킬 수 있도록, 가상 객체가 실세계에서의 포지션에 있음)으로서; 가상 엘리먼트가 사용자의 몸통(torso)에 관련하여 고정될 수 있고, 따라서 사용자가 객체를 이동시키지 않고 그의 머리 또는 눈들을 이동시킬 수 있지만, 그런 움직임이 몸통 움직임들에 종속되는 몸 또는 몸통 중심으로서; 구글 안경을 참조하여 앞서 설명된 바와 같이 디스플레이된 객체(및/또는 디스플레이 자체)가 머리 움직임들과 함께 이동될 수 있는 머리 중심으로서; 또는 콘텐츠의 안구 포지션의 함수로서 주변을 이동하도록 "포비티드(foveated) 디스플레이" 구성에서처럼 눈 중심으로서 제시되어야 하는지에 관해서 질문 또는 디자인 선택이 종종 유발된다.
[0006]
종래의 입체적 디스플레이들은 임의의 포인트 상에 수렴을 지원하는 양안 시차(binocular disparity)를 제공하지만 뷰어(viewer)가 디스플레이 표면상에 원근 조절하게 하고 따라서 원근조절로 고통을 받게 한다(수렴 충돌). 이들 종래의 디스플레이들은 종종 수렴 큐(cue)로부터 원근조절 큐를 분리시키고 원근조절 큐를 고정된 거리에 묶는다. 따라서, 가상 및/또는 증강 현실을 위한 어드레스 가능 포커스를 가진 자유형(freeform) 광학 시스템을 사용하여 입체 영상을 이미지 디스플레이하기 위한 방법들 및 시스템에 대한 필요가 존재한다.
[0007]
가상 및 증강 현실 애플리케이션들뿐 아니라, 니어-투-아이(near-to-eye) 디스플레이들, 컴퓨팅 및 디스플레이 애플리케이션들, 또는 심지어 텍스트-전용 디스플레이들 같은 다른 애플리케이션들에 적절한 시각적 디스플레이들을 위한 방법 및 시스템이 개시된다. 일부 실시예들은 가상 및/또는 증강 현실을 위한 어드레스 가능 포커스를 가진 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 영상을 디스플레이하기 위한 시스템들에 관련된다. 일부 실시예들에서, 시스템은 광선들을 개재 엘리먼트들 없이 직접적으로 또는 하나 또는 그 초과의 개재 엘리먼트들과 함께 간접적으로 사용자의 안구에 대한 하나 또는 그 초과의 일차적 자유형 광학 엘리먼트들에 주입하는 이미지 소스를 포함할 수 있다. 일차적 자유형 광학 엘리먼트는 일부 실시예들에서 폴딩(folding) 미러 및 하나 또는 그 초과의 릴레이(relay) 렌즈와 커플링된 웨지-형성 자유형 광학 엘리먼트를 포함할 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 일차적 자유형 광학 엘리먼트는 자유형 도파관을 포함할 수 있다. 일차적 자유형 광학 엘리먼트는 하나 또는 그 초과의 굴절 표면들 및 하나 또는 그 초과의 반사 표면들을 포함하여, 가상 디스플레이 콘텐츠를 형성하기 위하여 일차적 자유형 광학 엘리먼트를 최종적으로 떠나기 전에 주입된 광선들이 이들 표면들 사이에서 편향하거나 반사하게 한다.
[0008]
이들 하나 또는 그 초과의 굴절 표면들 또는 하나 또는 그 초과의 반사 표면들은 예컨대, 굴절률, 반사율, 표면 프로파일, 재료 및/또는 표면 코팅의 두께, 투과 계수 또는 곡선, 하나 또는 그 초과의 필터 계수들, 또는 이들의 임의의 결합들을 포함하는 동일하거나 상이한 표면 특성들을 가질 수 있다. 시스템은 수평 시야(FOV) 및/또는 수직 시야를 확장시키는 타일화된 자유형 광학 디스플레이 시스템을 형성하기 위하여 하나 또는 그 초과의 일차적 자유형 광학 엘리먼트들에 동작 가능하게 커플링된 하나 또는 그 초과의 이차적 자유형 광학 엘리먼트들을 더 포함할 수 있다. 시스템은 또한, 하나 또는 그 초과의 일차적 및/또는 이차적 자유형 광학 엘리먼트들을 통하여 지나가는 실세계 장면들로부터의 광선들뿐 아니라 이미지 소스로부터 주입된 광선들을 릴레이하거나 커플링하고 그리고 상기 광선들의 특정 특성들을 수정하거나 개선하기 위하여 이미지 소스, 하나 또는 그 초과의 일차적 자유형 광학 엘리먼트들, 및/또는 하나 또는 그 초과의 이차적 자유형 광학 엘리먼트들에 동작 가능하게 커플링된 광학 커플링 렌즈 또는 광학 커플링 렌즈 그룹을 포함할 수 있다.
[0009]
일부 실시예들에서, 자유형 광학 디스플레이 시스템은 자유형 광학 엘리먼트를 포함할 수 있다. 자유형 광학 엘리먼트는 하나 또는 그 초과의 굴절 표면들 및 하나 또는 그 초과의 반사 표면들을 가진 도파관을 포함하여, 가상 디스플레이 콘텐츠를 형성하기 위하여 일차적 자유형 광학 엘리먼트를 최종적으로 떠나기 전에 주입된 광선들이 이들 표면들 사이에서 편향하거나 반사하게 한다. 이들 하나 또는 그 초과의 굴절 표면들 또는 하나 또는 그 초과의 반사 표면들은 예컨대, 굴절률, 반사율, 표면 프로파일, 재료 및/또는 표면 코팅의 두께, 투과 계수 또는 곡선, 하나 또는 그 초과의 필터 계수들, 또는 이들의 임의의 결합들을 포함하는 동일하거나 상이한 표면 특성들을 가질 수 있다.
[0010]
시스템은 또한 가상 디스플레이 콘텐츠를 렌더링하기 위하여 광선들을 자유형 광학 엘리먼트에 주입하기 위한 이미지 소스를 포함할 수 있다. 이들 실시예들의 일부에서, 시스템은 가상 디스플레이 콘텐츠의 적어도 일부가 초점에 맞게 렌더링될 단일 초점 평면의 초점 거리를 변경하는 가변 포커싱 시스템을 포함할 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 시스템은 초점에 맞게 렌더링될 가상 디스플레이 콘텐츠의 적어도 일부를 렌더링하기 위하여 플리커링(flickering)-없는 레이트에서 복수의 초점 평면들 사이에서 스위칭하는 가변 포커싱 시스템을 포함할 수 있다. 시스템은 가상 디스플레이 콘텐츠 또는 이들의 개별 부분을 복수의 초점 평면들 중 몇몇 초점 평면들 상에 병렬로 렌더링할 수 있다.
[0011]
시스템은 원근조절-수렴 충돌을 해결하기 위하여, 원근조절 큐 또는 수렴 큐를 고정된 거리 값에 묶지 않고, 원근조절 큐 및 수렴 큐 둘 모두를 변화하는 초점 거리에 어드레싱하기 위한 가변 포커싱 시스템을 이용한다. 또 다른 일부 실시예들에서, 시스템은 가상 디스플레이 콘텐츠의 적어도 일부가 초점에 맞게 렌더링될 다수의 초점 평면들의 개별 초점 거리들을 변경하는 가변 포커싱 시스템을 포함할 수 있다.
[0012]
일부 실시예들에서, 자유형 광학 디스플레이 시스템은 객체로부터 반사되거나 객체에 대해 인위적으로 생성되고 그리고 자유형 광학 디스플레이 시스템을 사용하여 객체에 대해 가상 콘텐츠 디스플레이를 재생하기 위하여 레코딩된 광 샘플들로부터의 적당한 광선들을 결정하는 컴퓨팅 디바이스를 포함한다. 자유형 광학 디스플레이 시스템은 광선들로부터 복사 휘도(radiance) 및/또는 심도 정보를 추출할 수 있고 그리고 광선들이 투사되는 장소, 어느 이미지 투사기(들)가 대응하는 광선들을 투사하기 위하여 사용될지, 및 이미지 투사기(들)가 광 필드를 렌더링하기 위하여 대응하는 광선들을 투사하는 장소를 결정하기 위하여 추출된 정보를 사용할 수 있다. 그 다음으로, 자유형 광학 디스플레이 시스템은 광 필드를 합성하기 위하여 그들의 대응하는 이미지 투사기들로 다양한 광선들을 투사할 수 있다.
[0013]
일부 실시예들은 타일화된(tiled) 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법에 관련된다. 방법은 일차적 수직 시야를 정의하는 일차적 디스플레이 디바이스를 식별할 수 있고 그리고 선택적으로 일차적 디스플레이 디바이스의 일차적 수직 시야를 증가시키거나 최대화할 수 있다. 일차적 디스플레이 디바이스는 하나 또는 그 초과의 자유형 광학 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 게다가 또는 대안으로, 방법은 증가되거나 최대화된 이차적 수평 시야를 가지도록 이차적 디스플레이 디바이스를 추가로 선택적으로 구성하거나 고안할 수 있다.
[0014]
하나 또는 그 초과의 이차적 자유형 광학 엘리먼트들은 식별될 수 있고 그리고 수평 뷰잉 방향, 수직 뷰잉 방향, 또는 둘 모두의 방향들로 확장된 시야를 제공하는 타일화된 자유형 디스플레이 디바이스를 형성하기 위하여 타일화된 어레인지먼트의 일차적 디스플레이 디바이스에 부착될 수 있다. 방법은 자유형 광학 디스플레이 메카니즘 내 가변 포커싱 시스템을 사용함으로써 하나 또는 그 초과의 초점 평면들의 초점 거리를 추가로 조정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방법은, 가상 디스플레이 콘텐츠가 렌더링되는 단일 초점 평면의 초점 거리를 조정하거나 어드레싱 할 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 방법은 가상 디스플레이 콘텐츠의 포커싱 요건들에 따라 초점 길이들을 어드레싱하거나 조정하기 위하여 그들의 개별 초점 길이들을 가진 다수의 초점 평면들 사이에서 스위칭하도록 가변 포커싱 시스템을 사용할 수 있다. 또 다른 일부 실시예들에서, 시스템은 가상 디스플레이 콘텐츠의 적어도 일부가 초점에 맞게 렌더링될 다수의 초점 평면들의 개별 초점 거리들을 변경하거나 어드레싱하는 가변 포커싱 시스템을 포함할 수 있다.
[0015]
일부 실시예들은 가변 포커싱 자유형 광학 디스플레이 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법에 관련된다. 방법은 초점에 맞게 가상 디스플레이 콘텐츠의 일부를 렌더링하기 위하여 이미지 소스로부터의 제 1 광 신호들을 광학 시스템에서 수신하고 초점에 맞게 가상 디스플레이 콘텐츠의 일부를 렌더링하기 위하여 제 1 초점 평면의 제 1 초점 거리를 결정할 수 있다. 방법은 추가로 원근조절 큐들 또는 수렴 큐들을 고정된 초점 거리에 묶지 않고 원근조절 큐들 및 수렴 큐들 둘 모두를 제 1 초점 거리로 어드레싱할 수 있고 그리고 적어도 자유형 광학 디스플레이 디바이스 및 제 1 초점 거리를 사용하여 가상 디스플레이 콘텐츠를 제 1 광 신호로 렌더링할 수 있다.
[0016]
이들 실시예들의 일부에서, 방법은 추가로 가변 포커싱 자유형 광학 디스플레이 시스템의 가변 포커싱 시스템을 사용함으로써 제 1 초점 거리를 어드레싱할 수 있다. 제 1 초점 거리를 어드레싱하는 것은 일부 실시예들에서 가상 디스플레이 콘텐츠를 렌더링하기 위하여 제 1 초점 거리를 변경하기 위해 광학 시스템 내 어드레스 가능 가변 포커싱 엘리먼트의 광 출력을 가변시키는 동작 또는 일부 다른 실시예들에서 제 1 광 신호들을 사용하여 가상 디스플레이 콘텐츠를 디스플레이하기 위하여 적어도 부분적으로 제 1 초점 거리에 기반하여 다수의 평면으로부터 제 1 초점 평면을 식별하는 동작을 포함할 수 있다.
[0017]
일부 실시예들은 자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법에 관련된다. 방법은 제 1 광선들을 이미지 소스들의 번들(bundle)로부터 자유형 광학 디스플레이 디바이스로 송신하는 가상 디스플레이 콘텐츠 내 가상 객체를 렌더링하기 위해 사용될 제 1 광선들을 식별할 수 있다. 방법은 추가로 가상 객체에 대응하는 광 필드를 합성하고 그리고 자유형 광학 디스플레이 디바이스를 사용함으로써 가상 객체에 대한 가상 디스플레이 콘텐츠를 렌더링할 수 있다. 이들 실시예들의 일부에서, 방법은 또한 제 1 광선들에 의해 렌더링될 가상 객체를 식별하거나 가상 디스플레이 콘텐츠 내 가상 객체를 렌더링하기 위하여 하나 또는 그 초과의 파라미터들을 식별하거나 결정할 수 있다.
[0018]
일부 실시예들에서, 방법은 가상 객체를 렌더링하기 위해 사용될 제 1 광선들을 식별하고, 이는 적어도 부분적으로 원근조절 범위에 기반하여 수행된다. 게다가 또는 대안으로, 방법은 가상 객체에 대응하는 광 필드를 합성할 수 있고, 이는 적어도 부분적으로 사용자의 시각적 시스템의 언에이드(unaided) 원근조절 범위에 기반하여 수행된다. 따라서 방법은 상이한 거리들에 나타나는 가상 디스플레이 콘텐츠와 연관된 원근조절 큐들 및 수렴 큐들 둘 모두를 어드레싱할 수 있다.
[0019]
일부 제 1 실시예들은 광선들을 일차적 자유형 광학 엘리먼트에 주입하는 이미지 소스; 이미지 소스로부터의 광선들로 가상 디스플레이 콘텐츠를 디스플레이하기 위하여 타일화된 자유형 광학 디스플레이 디바이스를 형성하도록 제 1 타일화된 어레인지먼트의 일차적 자유형 광학 엘리먼트에 부착된 이차적 자유형 광학 엘리먼트; 및 가상 디스플레이 콘텐츠의 적어도 일부가 초점에 맞게 렌더링되는 초점 평면의 초점 거리를 변경하기 위하여 이미지 소스 및 타일화된 자유형 광학 디스플레이 디바이스에 동작 가능하게 커플링된 가변 포커싱 엘리먼트를 포함하는 타일화된 자유형 광학 디스플레이 시스템에 관련된다.
[0020]
제 1 실시예들의 일부에서, 타일화된 자유형 광학 디스플레이 시스템은 실세계 장면으로부터 일차적 자유형 광학 엘리먼트 및/또는 이차적 자유형 광학 엘리먼트의 적어도 일부를 통하여 방사하는 광선들의 품질을 개선하기 위하여 일차적 자유형 광학 엘리먼트 및/또는 이차적 자유형 광학 엘리먼트의 적어도 일부에 부착된 보상 렌즈를 더 포함할 수 있다. 게다가 또는 대안으로, 일차적 자유형 광학 엘리먼트는 하나 또는 그 초과의 릴레이 렌즈에 동작 가능하게 커플링된 자유형 웨지를 포함한다. 바로 이전 실시예들의 일부에서, 일차적 자유형 광학 엘리먼트는 가변 포커싱 엘리먼트로부터 제 1 광선들을 수신하는 폴딩 반사기에 추가로 커플링된다.
[0021]
가변 포커싱 엘리먼트는 또한 선택적으로 중간 동공을 형성하기 위하여 액체 렌즈를 포함할 수 있다. 제 1 실시예들의 일부에서, 가변 포커싱 엘리먼트는 중간 동공을 형성하기 위하여 변형가능 멤브레인 미러를 포함한다. 이들 바로 이전 실시예들의 일부에서, 가변 포커싱 엘리먼트는 커플링 렌즈 그룹, 변형가능 멤브레인 미러에 동작 가능하게 커플링된 2 또는 그 초과의 빔 분할기들을 포함한다. 제 1 실시예들의 일부에서, 일차적 자유형 디스플레이 엘리먼트 및 이차적 자유형 디스플레이 엘리먼트는 동일한 2개의 시야들을 제시한다.
[0022]
게다가 또는 대안으로, 일차적 자유형 디스플레이 엘리먼트는 증가되거나 최대화된 일차적 수직 시야를 정의하고; 이차적 자유형 디스플레이 엘리먼트는 증가되거나 최대화된 일차적 수직 시야에 부분적으로 기반하여 이차적 수직 시야를 정의하고; 그리고 타일화된 자유형 광학 디스플레이 디바이스는 증가되거나 최대화된 일차적 수직 시야 및 시야에 대한 미리 결정된 종횡비에 적어도 부분적으로 기반하여 시야를 정의한다. 제 1 실시예들의 일부에서, 일차적 자유형 디스플레이 엘리먼트는 증가되거나 최대화된 일차적 수직 시야를 정의하고; 이차적 자유형 디스플레이 엘리먼트는 증가되거나 최대화된 이차적 수평 시야를 정의하고; 그리고 타일화된 자유형 광학 디스플레이 디바이스는 증가되거나 최대화된 일차적 수직 시야 및 증가되거나 최대화된 이차적 수평 시야에 적어도 부분적으로 기반하여 시야를 정의한다.
[0023]
일부 제 2 실시예들은 자유형 광 필드 디스플레이 시스템을 사용하여 객체로부터 반사되고 객체에 대한 가상 콘텐츠 디스플레이를 재생하기 위하여 레코딩된 광 샘플들로부터의 광선들을 결정하기 위한 컴퓨팅 디바이스; 광선들을 자유형 광학 엘리먼트에 주입하기 위한 투사기들의 번들을 포함하는 이미지 소스 ― 컴퓨팅 디바이스는 객체에 대한 가상 콘텐츠 디스플레이를 디스플레이 하기 위해 광 필드의 일부를 렌더링하도록 광선들로부터 하나 또는 그 초과의 광선들을 추가로 결정함 ―; 및 중간 동공을 생성하기 위하여 이미지 소스와 자유형 광학 엘리먼트 사이에 위치되고 이들에 동작 가능하게 커플링된 커플링 렌즈 그룹을 포함하는 자유형 광 필드 디스플레이 시스템에 관련된다. 제 2 실시예들의 일부에서, 자유형 광 필드 디스플레이 시스템은 적어도 자유형 광학 엘리먼트에 의해 정의된 사출 동공 및 중간 동공을 사용함으로써 광 필드를 합성한다.
[0024]
일부 제 3 실시예들은 타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법에 관련된다. 이들 실시예들에서, 일차적 자유형 광학 엘리먼트를 포함하고 일차적 시야를 정의하는 일차적 디스플레이 디바이스가 식별될 수 있고; 이차적 시야를 정의하고 이차적 자유형 광학 엘리먼트를 포함하는 이차적 디스플레이 디바이스가 또한 식별될 수 있고; 그리고 일차적 디스플레이 디바이스의 일차적 시야를 확장시키는 타일화된 디스플레이 디바이스는 적어도 이차적 디스플레이 디바이스를 일차적 디스플레이 디바이스에 통합함으로써 고안될 수 있다.
[0025]
이들 제 3 실시예들의 일부에서, 이차적 디스플레이 디바이스 및 일차적 디스플레이 디바이스는 일차적 디스플레이 디바이스의 관자놀이(temple) 수평 시야를 확장시키는 타일화된 디스플레이 디바이스를 형성하기 위하여 제 1 타일화된 어레인지먼트로 통합된다. 게다가 또는 대안으로, 하나 또는 그 초과의 초점 평면들의 초점 거리는 자유형 광학 디스플레이 메커니즘 내 가변 포커싱 메커니즘을 사용함으로써 조정될 수 있다. 이들 바로 이전 실시예들의 일부에서, 하나 또는 그 초과의 초점 평면들의 초점 거리는 자유형 광학 디스플레이 메커니즘의 가변 포커싱 메커니즘 내 변형가능 미러의 광 출력을 변경함으로써 변경될 수 있다. 게다가 또는 대안으로, 자유형 광학 디스플레이 메커니즘의 하나 또는 그 초과의 초점 평면들의 하나 또는 그 초과의 초점 거리들은 가변 포커싱 메커니즘을 사용하여 변경될 수 있다.
[0026]
제 3 실시예들의 일부에서, 일차적 디스플레이 디바이스 및/또는 이차적 디스플레이 디바이스는 적어도 자유형 광학 디스플레이 메커니즘에 의해 생성된 입체 이미지들에 대한 초점 평면의 초점 거리를 제어함으로써 어드레스 가능한 포커스 기능성이 고안되거나 구성될 수 있다. 게다가 또는 대안으로, 일차적 디스플레이 디바이스 및/또는 이차적 디스플레이 디바이스는 적어도 자유형 광학 디스플레이 메커니즘에 의해 생성된 입체 이미지들에 대한 복수의 초점 평면들 사이에서 스위칭함으로써 어드레스 가능한 포커스 기능성이 고안되거나 구성될 수 있다. 이들 바로 이전 실시예들의 일부에서, 복수의 초점 평면들의 개별 초점 거리들은 가변 포커싱 메커니즘을 사용하여 어드레싱될 수 있다.
[0027]
제 3 실시예들의 일부에서, 주변 환경을 뷰잉하는 품질은 적어도 하나의 보상 렌즈를 일차적 디스플레이 디바이스의 적어도 일부와 적어도 통합함으로써 개선될 수 있다. 게다가 또는 대안으로, 적어도 하나의 보상 렌즈는 자유형 광학 디스플레이 메커니즘의 일차적 디스플레이 디바이스의 적어도 일부를 커버한다. 제 3 실시예들의 일부에서, 이차적 디스플레이 디바이스의 이차적 수평 시야는 증가되거나 최대화될 수 있다. 게다가 또는 대안으로, 일차적 디스플레이 디바이스 및 이차적 디스플레이 디바이스에 대한 제 1 어레인지먼트는 일차적 시야 및/또는 이차적 시야에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 결정될 수 있다.
[0028]
바로 이전 실시예들의 일부에서, 자유형 광학 디스플레이 메커니즘의 수평 시야 또는 대각선 시야는 일차적 디스플레이 디바이스와 이차적 디스플레이 디바이스를 서로 인접하게 배열하는 제 1 어레인지먼트를 사용하여 확장될 수 있다. 제 3 실시예들의 일부에서, 제 2 어레인지먼트는 일차적 시야 및/또는 이차적 시야에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 일차적 디스플레이 디바이스 및 이차적 디스플레이 디바이스에 대해 결정될 수 있다.
[0029]
이들 바로 이전 실시예들의 일부에서, 자유형 광학 디스플레이 메커니즘의 수직 시야 또는 대각선 시야는 이차적 디스플레이 디바이스 맨 위에 일차적 디스플레이 디바이스를 배열하거나 일차적 디스플레이 디바이스 맨 위에 이차적 디스플레이 디바이스를 배열하는 제 2 어레인지먼트를 사용하여 확장될 수 있다. 제 3 실시예들의 일부에서, 일차적 디스플레이 디바이스 및 이차적 디스플레이 디바이스에 대한 제 3 어레인지먼트는 일차적 시야 및/또는 이차적 시야에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 결정될 수 있다. 이들 바로 이전 실시예들의 일부에서, 제 3 어레인지먼트를 가진 자유형 광학 디스플레이 메커니즘은 이차적 디스플레이 디바이스의 이차적 시야를 일차적 디스플레이 디바이스의 일차적 시야와 적어도 거의 정확하게 또는 정확하게 매칭함으로써 고안될 수 있다.
[0030]
제 3 실시예들의 일부에서, 일차적 디스플레이 디바이스는 일차적 디스플레이 디바이스의 일차적 수직 시야를 증가시키거나 최대화함으로써 고안될 수 있고; 그리고 이차적 디스플레이 디바이스의 이차적 수직 시야는 증가되거나 최대화된 일차적 수직 시야와 정확하게 또는 거의 정확하게 매칭될 수 있다. 제 3 실시예들의 일부에서, 이차적 디스플레이 디바이스는 이차적 디스플레이 디바이스의 이차적 수평 시야를 증가시키거나 최대화함으로써 고안될 수 있다. 게다가 또는 대안으로, 일차적 디스플레이 디바이스는 제 1 광학 커플링 메커니즘을 통해 제 1 이미지 소스와 동작 가능하게 커플링되고, 그리고 제 1 광학 커플링 메커니즘은 가변 포커싱 메커니즘을 포함한다.
[0031]
제 3 실시예들의 일부에서, 하나 또는 그 초과의 다른 이차적 디스플레이 디바이스들은 자유형 광학 디스플레이 메커니즘의 시야를 추가로 확장시키는 타일화된 디스플레이 디바이스를 고안하기 위하여 일차적 디스플레이 디바이스와 통합될 수 있다. 선택적으로, 실세계 장면에 의해 방사된 광선들에 의해 입체 영향 이미지들에 도입된 시프트(shift) 및/또는 왜곡은 보상 렌즈의 하나 또는 그 초과의 자유형 굴절 표면 특성을 사용함으로써 감소되거나 최소화될 수 있다. 게다가 또는 대안으로, 생성된 입체 이미지들의 품질은 적어도 일차적 디스플레이 디바이스 및 하나 또는 그 초과의 이미지 소스들을 광학 커플링 광학 메커니즘과 커플링함으로써 자유형 광학 디스플레이 메커니즘에 의해 개선될 수 있다.
[0032]
일부 제 4 실시예들은 가상 또는 증강 현실을 위한 가변 포커싱 자유형 광학 디스플레이 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법에 관련된다. 이들 실시예들에서, 입력 광 빔들은 이미지 소스로부터 광학 시스템에서 수신될 수 있고; 입력 광 빔들에 대한 가변 포커스 메커니즘의 초점 길이는 입체 이미지들에 대한 적어도 하나의 초점 평면의 포지셔닝에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 변경될 수 있고; 입력 광 빔들은 변경된 초점 길이를 가진 가변 포커스 메커니즘을 사용함으로써 가변 포커싱 자유형 광학 시스템의 적어도 일부 내에서 자유형 광학 메커니즘으로 전파될 수 있고; 그리고 입체 이미지들은 자유형 광학 메커니즘으로 가상 또는 증강 현실 제시를 위하여 적어도 하나의 초점 평면상에 생성될 수 있다.
[0033]
이들 제 4 실시예들의 일부에서, 입력 광 빔들은 제 1 광학기구를 통하여 하나 또는 그 초과의 빔 분할기들로 전파될 수 있고; 그리고 입력 광 빔들은 하나 또는 그 초과의 빔 분할기들을 통하여 가변 포커스 메커니즘으로 재지향될 수 있다. 게다가 또는 대안으로, 가변 포커스 메커니즘의 초점 길이는 입체 이미지들에 대한 하나 또는 그 초과의 초점 평면들의 포지셔닝에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 가변 포커스 메커니즘의 광 출력을 변경함으로써 변경될 수 있다. 선택적으로, 입력 광 빔들은 변경된 초점 길이를 가진 가변 포커스 메커니즘을 사용하여 하나 또는 그 초과의 빔 분할기들로 다시 재지향될 수 있고; 그리고 입력 광 빔들은 하나 또는 그 초과의 빔 분할기들로부터 자유형 광학 메커니즘으로 전파될 수 있다.
[0034]
제 4 실시예들의 일부에서, 초점 평면들을 변경하기 위한 요건은 자유형 광학 디스플레이 메커니즘에 의해 생성된 입체 이미지들을 위해 식별될 수 있고; 하나 도는 그 초과의 제어들은 요건에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 가변 포커스 메커니즘의 초점 길이를 변경하기 위해 제공될 수 있고; 그리고 가변 포커스 메커니즘의 초점 길이는 하나 또는 그 초과의 제어들을 사용하여 변경된 초점 길이로 변경될 수 있다. 이들 바로 이전 실시예들의 일부에서, 입력 광 빔들은 변경된 초점 길이를 가진 가변 포커스 메커니즘으로부터 자유형 광학 메커니즘으로 전파될 수 있고; 그리고 입체 이미지들은 자유형 광학 메커니즘을 사용하여 가상 또는 증강 현실 제시를 위하여 하나 또는 그 초과의 초점 평면들 상에 생성될 수 있다.
[0035]
제 4 실시예들의 일부에서, 입체 이미지들의 적어도 일부를 포커스에 맞게 렌더링하기 위한 제 1 초점 평면의 제 1 초점 거리는 결정될 수 있고; 원근조절 큐들 및 수렴 큐들 둘 모두는 원근조절 큐들 또는 수렴 큐들을 고정된 초점 거리에 묶지 않고 제 1 초점 거리로 어드레싱될 수 있고; 그리고 입체 이미지들의 적어도 일부는 적어도 자유형 광학 메커니즘 및 제 1 초점 거리를 사용하여 입력 광 빔들로 렌더링될 수 있다. 이들 실시예들의 일부에서, 제 1 초점 거리는 자유형 광학 디스플레이 메커니즘의 가변 포커스 메커니즘을 사용함으로써 어드레싱될 수 있다. 이들 바로 이전 실시예들의 일부에서, 가변 포커스 메커니즘 내 어드레스 가능한 가변 포커싱 엘리먼트의 광 출력은 입체 이미지들의 적어도 일부를 렌더링하기 위하여 제 1 초점 거리를 변경하도록 가변될 수 있다. 제 4 실시예들의 일부에서, 다수의 초점 평면으로부터의 제 1 초점 평면은 제 1 초점 거리를 어드레싱하기 위하여 입력 광 빔들을 사용하여 입체 이미지들 중 적어도 일부를 디스플레이하기 위한 제 1 초점 거리에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 식별될 수 있다.
[0036]
일부 제 5 실시예들은 자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법에 관련된다. 이들 실시예들에서, 광선들의 번들들은 광선들의 번들들은 광선들의 번들들에 가상 객체에 대한 가상 디스플레이 콘텐츠를 생성하기 위하여 이미지 소스로부터 수신될 수 있고; 가상 객체에 대한 정보는 광선들의 번들들로부터 추출될 수 있고; 광선들의 변조된 번들들은 광선들의 번들들로부터 추출된 정보에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 생성될 수 있고; 그리고 가상 객체에 대한 가상 디스플레이 콘텐츠는 광선들의 변조된 번들들 및 자유형 광학 디스플레이 디바이스로 렌더링될 수 있다.
[0037]
이들 실시예들의 일부에서, 광선들의 번들들로 렌더링될 가상 객체가 식별될 수 있고; 그리고 그 다음으로 가상 객체들을 디스플레이하기 위한 하나 또는 그 초과의 파라미터들이 식별되거나 결정될 수 있다. 이들 바로 이전 실시예들의 일부에서, 가상 객체에 대응하는 광 필드를 합성하기 위한 제 1 광선들은 원근조절 범위에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 식별되거나 결정될 수 있고; 그리고 광선들의 번들들은 이미지 소스로부터 자유형 광학 디스플레이 디바이스로 전파될 수 있다. 이들 바로 이전 실시예들의 일부에서, 가상 객체에 대응하는 광 필드는 제 1 초점 거리로 원근조절 큐 및 수렴 큐 둘 모두를 어드레싱하기 위하여 언에이디드 원근조절 범위에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 합성될 수 있고; 그리고 가상 디스플레이 콘텐츠는 적어도 자유형 광학 디스플레이 디바이스로 생성될 수 있고, 여기서 인간 관찰자에 나타나는 가상 디스플레이 콘텐츠의 가상 이미지 거리는 제 1 초점 거리와 동일하다.
[0038]
이들 실시예들의 일부에서, 광 필드를 합성하는 동작은 사용자의 시각 시스템의 언에이디드 원근조절 범위에 적어도 부분적으로 기반하여 수행된다. 게다가 또는 대안으로, 가상 디스플레이 콘텐츠를 가진 원근조절 큐들 및 수렴 큐들 둘 모두는 가변 초점 거리로 어드레싱 될 수 있고, 가변 초점 거리는 단일 초점 평면의 거리 값을 결정하거나 상이한 초점 거리 값들을 가진 복수의 초점 평면들 사이에서 스위칭함으로써 가변된다. 제 5 실시예들의 일부에서, 광선들의 번들들은 광선들의 번들들로부터 추출된 정보에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 광선들의 변조된 번들들로 변조될 수 있다.
[0039]
게다가 또는 대안으로, 정보는 광선들의 번들들의 하나 또는 그 초과의 컬러들, 광선들의 번들들의 하나 또는 그 초과의 복사 휘도들, 광선들의 번들들의 심도 정보의 하나 또는 그 초과의 피스들, 또는 이들의 임의의 결합들 중 적어도 하나를 포함한다. 하나 또는 그 초과의 결정들이 이루어질 수 있다. 이들 하나 또는 그 초과의 결정들은, 광선들의 변조된 번들들이 광선들의 번들들로부터 추출된 정보에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 투사되는 장소의 제 1 결정; 어느 이미지 투사기가 가상 디스플레이 콘텐츠를 렌더링하기 위하여 광선들의 변조된 번들을 투사하기 위해 사용될지의 제 2 결정, 또는 제 1 결정 및 제 2 결정의 결합 중 적어도 하나를 포함한다.
[0040]
실시예들의 일부에서, 가상 객체를 렌더링하기 위한 하나 또는 그 초과의 파라미터들은 식별되거나 결정될 수 있다. 이들 바로 이전 실시예들의 일부에서, 하나 또는 그 초과의 파라미터들은 하나 또는 그 초과의 굴절 표면 파라미터들, 하나 또는 그 초과의 반사 표면 파라미터들, 또는 하나 또는 그 초과의 굴절 표면 파라미터들 중 적어도 하나의 굴절 표면 파라미터 및 하나 또는 그 초과의 반사 표면 파라미터들 중 적어도 하나의 반사 표면 파라미터의 결합을 포함한다. 게다가 또는 대안으로, 광선들의 변조된 번들들은 중간 동공을 생성하기 위하여 커플링 광학기구 어셈블리로 전파될 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 광선들의 변조된 번들들은 커플링 광학기구 어셈블리로부터 자유형 광학 디스플레이 디바이스로 릴레이되고; 그리고 광선들의 변조된 번들들은 하나 또는 그 초과의 파라미터들에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 자유형 광학 디스플레이 디바이스의 굴절 및/또는 반사를 통해 전파될 수 있다.
[0041]
일부 제 6 실시예들은 일차적 자유형 광학 엘리먼트를 포함하고 일차적 시야를 정의하는 일차적 디스플레이 디바이스; 이차적 시야를 정의하고 이차적 자유형 광학 엘리먼트를 포함하는 이차적 디스플레이 디바이스; 및 일차적 시야를 확장시키기 위하여 일차적 디스플레이 디바이스 및 이차적 디스플레이 디바이스를 포함하는 타일화된 디스플레이 디바이스를 포함하는 입체 이미지들을 생성하기 위하여 자유형 광학 디스플레이 메커니즘에 관련된다. 이차적 디스플레이 디바이스 및 일차적 디스플레이 디바이스는 일차적 디스플레이 디바이스의 관자놀이 수평 시야를 확장시키는 타일화된 디스플레이 디바이스를 형성하기 위하여 제 1 타일화된 어레인지먼트에 선택적으로 통합될 수 있다.
[0042]
자유형 광학 디스플레이 메커니즘은 또한 선택적으로, 하나 도는 그 초과의 초점 평면들의 초점 거리를 조정하기 위하여 자유형 광학 디스플레이 메커니즘의 일차적 디스플레이 디바이스와 광학적으로 커플링된 가변 포커싱 메커니즘을 포함할 수 있다. 게다가 또는 대안으로, 자유형 광학 디스플레이 메커니즘은 하나 또는 그 초과의 초점 평면들의 초점 거리를 변경하기 위하여 자유형 광학 디스플레이 메커니즘의 가변 포커싱 메커니즘 내 변형가능 미러와 동작 가능하게 커플링된 광 출력 제어를 포함할 수 있다. 이들 제 6 실시예들의 일부에서, 가변 포커싱 메커니즘은 자유형 광학 디스플레이 메커니즘의 하나 또는 그 초과의 초점 평면들의 하나 또는 그 초과의 초점 거리들을 조정하는 것이다. 일차적 디스플레이 디바이스 및/또는 이차적 디스플레이 디바이스는 자유형 광학 디스플레이 메커니즘에 의해 생성된 입체 이미지들에 대한 초점 평면의 초점 거리를 제어하기 위한 어드레스 가능한 포커스 기능성을 선택적으로 포함할 수 있다. 게다가 또는 대안으로, 일차적 디스플레이 디바이스 및/또는 이차적 디스플레이 디바이스는 자유형 광학 디스플레이 메커니즘에 의해 생성된 입체 이미지들에 대한 복수의 초점 평면들 사이에서 스위칭하도록 어드레스 가능한 포커스 기능성을 포함한다.
[0043]
이들 제 6 실시예들의 일부에서, 자유형 광학 디스플레이 메커니즘은 일차적 디스플레이 디바이스의 적어도 일부와 커플링된 적어도 하나의 보상 렌즈를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 보상 렌즈는 자유형 광학 디스플레이 메커니즘의 일차적 디스플레이 디바이스의 적어도 일부를 커버한다. 일차적 및 이차적 디스플레이 디바이스들은 제 1 어레인지먼트, 제 2 어레인지먼트, 제 3 어레인지먼트, 또는 이들의 임의의 결합들을 포함하는 하나 또는 그 초과의 어레인지먼트들로 배열될 수 있다. 제 1 어레인지먼트는 자유형 광학 디스플레이 메커니즘의 수평 시야 또는 대각선 시야를 확장시키기 위하여 일차적 디스플레이 디바이스 및 이차적 디스플레이 디바이스를 서로 인접하게 배열한다.
[0044]
제 2 어레인지먼트는 자유형 광학 디스플레이 메커니즘의 수직 시야 또는 대각선 시야를 확장하기 위하여 이차적 디스플레이 디바이스 맨 위에 일차적 디스플레이 디바이스를 배열하거나 일차적 디스플레이 디바이스 맨 위에 이차적 디스플레이 디바이스를 배열한다. 이차적 디스플레이 디바이스의 이차적 시야를 일차적 디스플레이 디바이스의 일차적 시야와 거의 정확하게 또는 정확하게 매칭시키는 제 3 어레인지먼트는 자유형 광학 디스플레이 메커니즘의 수직 시야 또는 대각선 시야를 확장시킨다. 제 6 실시예들의 일부에서, 자유형 광학 디스플레이 메커니즘은 또한 자유형 광학 디스플레이 메커니즘의 시야를 추가로 확장시키기 위하여 일차적 디스플레이 디바이스와 동작 가능하게 커플링된 하나 또는 그 초과의 다른 이차적 디스플레이 디바이스들을 포함할 수 있다. 게다가 또는 대안으로, 자유형 광학 디스플레이 메커니즘은 자유형 광학 디스플레이 메커니즘에 의해 생성된 입체 이미지들의 품질을 개선하기 위하여 일차적 디스플레이 디바이스 및 하나 또는 그 초과의 이미지 소스들과 동작 가능하게 커플링된 광학 커플링 광학 메커니즘을 포함할 수 있다.
[0045]
일부 제 7 실시예들은 입력 광 빔들을 광학 시스템에 방사하는 이미지 소스; 입체 이미지들에 대한 적어도 하나의 초점 평면의 포지셔닝에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 변경된 초점 길이로 변경된 초점 길이를 가진 가변 포커스 메커니즘; 및 자유형 광학 메커니즘을 사용하여 가상 또는 증강 현실 제시를 위하여 적어도 하나의 초점 평면상에 입체 이미지들을 생성하도록 변경된 초점 길이를 가진 가변 포커스 메커니즘에 의해 지향된 입력 광 빔들을 수신하기 위한 자유형 광학 메커니즘을 포함하는 가상 또는 증강 현실을 위한 입체 이미지들을 생성하기 위한 가변 포커싱 자유형 광학 디스플레이 시스템에 관련된다.
[0046]
가변 포커싱 자유형 광학 디스플레이 시스템은 또한 이들 실시예들의 일부에서 입력 광 빔들을 가변 포커스 메커니즘으로 재지향하도록 이미지 소스로부터 제 1 광학기구를 통해 전파된 입력 광 빔들을 수신하기 위한 하나 또는 그 초과의 빔 분할기들을 포함할 수 있다. 게다가 또는 대안으로, 가변 포커싱 자유형 광학 디스플레이 시스템은 입체 이미지들에 대한 하나 또는 그 초과의 초점 평면들의 포지셔닝에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 가변 포커스 메커니즘의 광 출력을 변경하기 위하여 광 출력 제어 메커니즘을 포함할 수 있다.
[0047]
일부 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 빔 분할기들은 입력 광 빔들을 변경된 초점 길이를 가진 가변 포커스 메커니즘으로 다시 재지향시키는 것이고, 그리고 입력 광 빔들은 하나 또는 그 초과의 빔 분할기들로부터 자유형 광학 메커니즘으로 전파될 것이다. 선택적으로, 가변 포커싱 자유형 광학 디스플레이 시스템은 자유형 광학 디스플레이 메커니즘에 의해 생성된 입체 이미지들에 대한 초점 평면들을 변경하기 위한 요건에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 가변 포커스 메커니즘의 초점 길이를 변경하기 위한 하나 또는 그 초과의 제어들을 제공하기 위한 제어 메커니즘을 포함할 수 있다.
[0048]
이들 바로 이전 실시예들의 일부에서, 가변 포커스 메커니즘은 변경된 초점 길이를 가진 가변 포커스 메커니즘으로부터의 입력 광 빔들을 자유형 광학 메커니즘에 전파하기 위하여 자유형 광학 메커니즘과 동작 가능하게 커플링되고, 그리고 자유형 광학 메커니즘은 가상 또는 증강 현실 제시를 위하여 하나 또는 그 초과의 초점 평면들 상에 입체 이미지들을 생성하는 것이다. 이들 제 7 실시예들의 일부에서, 가변 포커싱 자유형 광학 디스플레이 시스템은 입체 이미지들의 적어도 일부를 초점에 맞게 렌더링하기 위하여 제 1 초점 평면의 제 1 초점 거리를 결정하기 위한 결정 메커니즘; 및 원근조절 큐들 또는 수렴 큐들을 고정된 초점 거리에 묶지 않고, 원근조절 큐들 및 수렴 큐들 둘 모두를 제 1 초점 거리로 어드레싱하기 위한 가변 포커스 메커니즘을 포함할 수 있고, 여기서 적어도 자유형 광학 메커니즘을 사용하는 것은 입력 광 빔들 및 제 1 초점 거리로 입체 이미지들의 적어도 일부를 렌더링하는 것이다.
[0049]
일부 제 8 실시예들은 광선들의 번들들 내 가상 객체에 대한 가상 디스플레이 콘텐츠를 생성하기 위하여 광선들의 번들들을 방사하기 위한 이미지 소스; 광선들의 번들들로부터 가상 객체에 대한 정보를 추출하기 위한 추출 메커니즘; 광선들의 번들들로부터 추출된 정보에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 광선들의 변조된 번들들을 생성하기 위한 변조 메커니즘; 및 광선들의 변조된 번들들로 가상 객체에 대한 가상 디스플레이 콘텐츠를 렌더링하기 위한 자유형 광학 디스플레이 디바이스를 포함하는 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 자유형 광학 시스템에 관련된다.
[0050]
일부 실시예들에서, 자유형 광학 시스템은 광선들의 번들들에서 렌더링될 가상 객체를 식별하고 가상 객체들을 디스플레이하기 위한 하나 또는 그 초과의 파라미터들을 식별하거나 결정하기 위한 컴퓨팅 시스템을 더 포함할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 파라미터들은 가상 객체를 렌더링하기 위하여 식별되거나 결정되고, 그리고 하나 또는 그 초과의 파라미터들은 이들 실시예들의 일부에서 하나 또는 그 초과의 굴절 표면 파라미터들, 하나 또는 그 초과의 반사 표면 파라미터들, 또는 하나 또는 그 초과의 굴절 표면 파라미터들 중 적어도 하나의 굴절 표면 파라미터 및 하나 또는 그 초과의 반사 표면 파라미터들 중 적어도 하나의 반사 표면 파라미터의 결합을 포함한다.
[0051]
이들 실시예들의 일부에서, 컴퓨팅 시스템은 추가로 원근조절 범위에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 가상 객체에 대응하는 광 필드를 합성하기 위한 제 1 광선들을 식별하거나 결정하는 것이다. 게다가 또는 대안으로, 컴퓨팅 시스템은 추가로, 적어도 자유형 광학 디스플레이 디바이스를 사용하여 가상 디스플레이 콘텐츠를 생성하기 위하여 자유형 광학 디스플레이 디바이스에 대한 제 1 초점 거리로 원근조절 큐 및 수렴 큐 둘 모두를 어드레싱하기 위한 언에이디드 원근조절 범위에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 가상 객체에 대응하는 광 필드를 합성하는 것이고; 그리고 인간 관찰자에게 나타나는 가상 디스플레이 콘텐츠의 가상 이미지 거리는 제 1 초점 거리와 동일하다.
[0052]
선택적으로, 광 필드는 사용자의 시각 시스템의 언에이디드 원근조절 범위에 적어도 부분적으로 기반하여 합성된다. 이들 제 8 실시예들의 일부에서, 자유형 광학 시스템은 가변 초점 거리로 가상 디스플레이 콘텐츠와 연관된 원근조절 큐들 및 수렴 큐들 둘 모두를 어드레싱하기 위한 어드레싱 메커니즘을 포함할 수 있고, 가변 초점 거리는 단일 초점 평면의 거리 값을 결정하거나 상이한 초점 거리 값들을 가진 복수의 초점 평면들 사이에서 스위칭함으로써 가변된다. 선택적으로, 변조 메커니즘은 광선들의 번들들로부터 추출된 정보에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 광선들의 번들들을 광선들의 변조된 번들들로 변조하는 것이다.
[0053]
게다가 또는 대안으로, 정보는 광선들의 번들들의 하나 또는 그 초과의 컬러들, 광선들의 번들들의 하나 또는 그 초과의 복사 휘도들, 광선들의 번들들의 심도 정보의 하나 또는 그 초과의 피스들, 또는 이들의 임의의 결합들 중 적어도 하나를 포함한다. 이들 제 8 실시예들의 일부에서, 자유형 광학 시스템은 또한, 광선들의 변조된 번들들이 광선들의 번들들로부터 추출된 정보에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 투사되는 장소를 결정하기 위한 결정 메커니즘을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 자유형 광학 시스템은 어느 이미지 투사기가 가상 디스플레이 콘텐츠를 렌더링하기 위하여 광선들의 변조된 번들을 투사하도록 사용될지를 결정하기 위한 결정 메커니즘을 포함할 수 있다. 자유형 광학 시스템은 또한 선택적으로 중간 동공을 생성하기 위하여 광선들의 변조된 번들들을 굴절 및/또는 반사를 통해 자유형 광학 디스플레이 디바이스에 전파하도록 광선들의 변조된 번들들을 수신하기 위한 커플링 광학 어셈블리를 포함할 수 있다.
[0054]
가상 및/또는 증강 현실을 위한 어드레스 포커스를 가진 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 영상을 디스플레이하기 위한 방법들 및 시스템의 부가적인 세부사항들은 아래 도 1-14d를 참조하여 상세한 설명 섹션에서 설명된다.
[0055]
도면들은 본 발명의 다양한 실시예들의 디자인 및 유틸리티(utility)를 예시한다. 도면들이 실척으로 도시되지 않고 동일한 구조들 또는 기능들의 엘리먼트들이 도면들 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호들에 표현되는 것이 주의되어야 한다. 본 발명의 다양한 실시예들의 상기 나열된 그리고 다른 장점들 및 목적들을 얻기 위한 방법을 더 잘 인식하기 위하여, 앞서 짧게 설명된 본 발명들의 더 상세한 설명은 첨부 도면들에 예시된 본 발명들의 특정 실시예들을 참조하여 제공될 것이다. 이들 도면들이 단지 본 발명의 통상적인 실시예들을 묘사하고 그러므로 그 범위를 제한하는 것으로 고려되지 않는 것이 이해되기 때문에, 본 발명은 첨부 도면들의 사용을 통해 부가적인 특이성 및 세부사항들이 말해지고 설명될 것이다.
[0056] 도 1은 일부 실시예들에서 가상 및/또는 증강 현실에 대한 어드레스 가능 포커스를 가진 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 영상을 디스플레이하기 위한 랩-어라운드(wrap-around) 시스템의 개략도를 예시한다.
[0057] 도 2는 일부 실시예들에서 가상 및/또는 증강 현실에 대한 어드레스 가능 포커스를 가진 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 영상을 디스플레이하기 위한 수평 장착 시스템의 부분 개략도를 예시한다.
[0058] 도 3은 일부 실시예들에서 가상 및/또는 증강 현실에 대한 어드레스 가능 포커스를 가진 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 영상을 디스플레이하기 위한 수직 장착 시스템의 부분 개략도를 예시한다.
[0059] 도 4a-4b는 일부 실시예들에서 가상 및/또는 증강 현실을 위한 보상 렌즈 엘리먼트를 사용하여 입체 영상을 디스플레이하기 위한 시스템의 자유형 광학 엘리먼트들의 부분 개략 표현을 예시한다.
[0060] 도 5는 일부 실시예들에서 타일화된 어레인지먼트에서 일부 자유형 광학 엘리먼트들의 수평 시야(FOV)의 개략 표현을 도시한다.
[0061] 도 6은 일부 실시예들에서 수평으로 타일화된 어레인지먼트에서 2개의 자유형 광학 엘리먼트들의 수직 및 수평 시야(FOV)의 개략 표현을 예시한다.
[0062] 도 7은 일부 실시예들에서 수평으로 타일화된 어레인지먼트에서 2개의 자유형 광학 엘리먼트들의 수직 및 수평 시야(FOV)의 다른 개략 표현을 예시한다.
[0063] 도 8은 일부 실시예들에서 수평으로 타일화된 어레인지먼트에서 2개의 자유형 광학 엘리먼트들의 수직 및 수평 시야(FOV)의 다른 개략 표현을 예시한다.
[0064] 도 9a는 일부 실시예들에서 자유형 광학 엘리먼트들의 타일화된 어레인지먼트에서 일차적 디스플레이 디바이스의 간략화된, 개략 표현을 예시한다.
[0065] 도 9b는 일부 실시예들에서 자유형 광학 엘리먼트들의 타일화된 어레인지먼트에서 일차적 디스플레이 디바이스의 다른 간략화된, 개략 표현을 예시한다.
[0066] 도 9c는 일부 실시예들에서 자유형 광학 엘리먼트들의 타일화된 어레인지먼트에서 일차적 디스플레이 디바이스의 다른 간략화된, 개략 표현을 예시한다.
[0067] 도 10a는 일부 실시예들에서 자유형 광학 시스템을 가진 가변 포커싱 디스플레이 시스템의 간략화된 개략 표현을 예시한다.
[0068] 도 10b는 일부 실시예들에서 자유형 광학 시스템을 가진 다른 가변 포커싱 디스플레이 시스템의 다른 간략화된 개략 표현을 예시한다.
[0069] 도 11a는 일부 실시예들에서 종래의 2-차원 디스플레이와 비교하여 광 필드 디스플레이의 간략화된 표현을 예시한다.
[0070] 도 11b는 일부 실시예들에서 광선들의 클러스터화된 번들들의 제어를 제공하고 광선들의 방향의 함수로서 광선들의 복사 휘도 및 컬러를 변조하는 자유형 광학기구를 가진 광 필드 디스플레이의 간략화된 개략 표현을 예시한다.
[0071] 도 11c는 일부 실시예들에서 도 11b의 광 필드 디스플레이에 대한 디스플레이 소스의 간략화된 개략 표현을 예시한다.
[0072] 도 11d는 일부 실시예들에서 광선들의 클러스터화된 번들들의 제어를 제공하고 광선들의 방향의 함수로서 광선들의 복사 휘도 및 컬러를 변조하는 자유형 광학기구를 가진 광 필드 디스플레이의 다른 간략화된 개략 표현을 예시한다.
[0073] 도 12a는 일부 실시예들에서 타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법의 높은 레벨 흐름도를 예시한다.
[0074] 도 12b-e는 일부 실시예들에서 타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법의 더 상세한 흐름도를 연대적으로 예시한다.
[0075] 도 13a는 일부 실시예들에서 타일화된 어레인지먼트의 가변 포커싱 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법의 높은 레벨 흐름도를 예시한다.
[0076] 도 13b는 일부 실시예들에서 타일화된 어레인지먼트의 가변 포커싱 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법의 더 상세한 흐름도를 예시한다.
[0077] 도 13c-d는 일부 실시예들에서 타일화된 어레인지먼트의 가변 포커싱 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 프로세스의 흐름도를 연대적으로 예시한다.
[0078] 도 14a는 일부 실시예들에서 자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법의 높은 레벨 흐름도를 예시한다.
[0079] 도 14b는 일부 실시예들에서 자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법의 더 상세한 흐름도를 예시한다.
[0080] 도 14c-d는 일부 실시예들에서 자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법의 다른 더 상세한 흐름도를 연대적으로 예시한다.
[0056] 도 1은 일부 실시예들에서 가상 및/또는 증강 현실에 대한 어드레스 가능 포커스를 가진 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 영상을 디스플레이하기 위한 랩-어라운드(wrap-around) 시스템의 개략도를 예시한다.
[0057] 도 2는 일부 실시예들에서 가상 및/또는 증강 현실에 대한 어드레스 가능 포커스를 가진 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 영상을 디스플레이하기 위한 수평 장착 시스템의 부분 개략도를 예시한다.
[0058] 도 3은 일부 실시예들에서 가상 및/또는 증강 현실에 대한 어드레스 가능 포커스를 가진 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 영상을 디스플레이하기 위한 수직 장착 시스템의 부분 개략도를 예시한다.
[0059] 도 4a-4b는 일부 실시예들에서 가상 및/또는 증강 현실을 위한 보상 렌즈 엘리먼트를 사용하여 입체 영상을 디스플레이하기 위한 시스템의 자유형 광학 엘리먼트들의 부분 개략 표현을 예시한다.
[0060] 도 5는 일부 실시예들에서 타일화된 어레인지먼트에서 일부 자유형 광학 엘리먼트들의 수평 시야(FOV)의 개략 표현을 도시한다.
[0061] 도 6은 일부 실시예들에서 수평으로 타일화된 어레인지먼트에서 2개의 자유형 광학 엘리먼트들의 수직 및 수평 시야(FOV)의 개략 표현을 예시한다.
[0062] 도 7은 일부 실시예들에서 수평으로 타일화된 어레인지먼트에서 2개의 자유형 광학 엘리먼트들의 수직 및 수평 시야(FOV)의 다른 개략 표현을 예시한다.
[0063] 도 8은 일부 실시예들에서 수평으로 타일화된 어레인지먼트에서 2개의 자유형 광학 엘리먼트들의 수직 및 수평 시야(FOV)의 다른 개략 표현을 예시한다.
[0064] 도 9a는 일부 실시예들에서 자유형 광학 엘리먼트들의 타일화된 어레인지먼트에서 일차적 디스플레이 디바이스의 간략화된, 개략 표현을 예시한다.
[0065] 도 9b는 일부 실시예들에서 자유형 광학 엘리먼트들의 타일화된 어레인지먼트에서 일차적 디스플레이 디바이스의 다른 간략화된, 개략 표현을 예시한다.
[0066] 도 9c는 일부 실시예들에서 자유형 광학 엘리먼트들의 타일화된 어레인지먼트에서 일차적 디스플레이 디바이스의 다른 간략화된, 개략 표현을 예시한다.
[0067] 도 10a는 일부 실시예들에서 자유형 광학 시스템을 가진 가변 포커싱 디스플레이 시스템의 간략화된 개략 표현을 예시한다.
[0068] 도 10b는 일부 실시예들에서 자유형 광학 시스템을 가진 다른 가변 포커싱 디스플레이 시스템의 다른 간략화된 개략 표현을 예시한다.
[0069] 도 11a는 일부 실시예들에서 종래의 2-차원 디스플레이와 비교하여 광 필드 디스플레이의 간략화된 표현을 예시한다.
[0070] 도 11b는 일부 실시예들에서 광선들의 클러스터화된 번들들의 제어를 제공하고 광선들의 방향의 함수로서 광선들의 복사 휘도 및 컬러를 변조하는 자유형 광학기구를 가진 광 필드 디스플레이의 간략화된 개략 표현을 예시한다.
[0071] 도 11c는 일부 실시예들에서 도 11b의 광 필드 디스플레이에 대한 디스플레이 소스의 간략화된 개략 표현을 예시한다.
[0072] 도 11d는 일부 실시예들에서 광선들의 클러스터화된 번들들의 제어를 제공하고 광선들의 방향의 함수로서 광선들의 복사 휘도 및 컬러를 변조하는 자유형 광학기구를 가진 광 필드 디스플레이의 다른 간략화된 개략 표현을 예시한다.
[0073] 도 12a는 일부 실시예들에서 타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법의 높은 레벨 흐름도를 예시한다.
[0074] 도 12b-e는 일부 실시예들에서 타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법의 더 상세한 흐름도를 연대적으로 예시한다.
[0075] 도 13a는 일부 실시예들에서 타일화된 어레인지먼트의 가변 포커싱 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법의 높은 레벨 흐름도를 예시한다.
[0076] 도 13b는 일부 실시예들에서 타일화된 어레인지먼트의 가변 포커싱 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법의 더 상세한 흐름도를 예시한다.
[0077] 도 13c-d는 일부 실시예들에서 타일화된 어레인지먼트의 가변 포커싱 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 프로세스의 흐름도를 연대적으로 예시한다.
[0078] 도 14a는 일부 실시예들에서 자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법의 높은 레벨 흐름도를 예시한다.
[0079] 도 14b는 일부 실시예들에서 자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법의 더 상세한 흐름도를 예시한다.
[0080] 도 14c-d는 일부 실시예들에서 자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법의 다른 더 상세한 흐름도를 연대적으로 예시한다.
[0081]
본 발명의 다양한 실시예들은 단일 실시예 또는 일부 실시예들에서 가상 및/또는 증강 현실에 대한 어드레스 가능 포커스를 가진 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 영상을 디스플레이하기 위한 방법들, 시스템들, 및 제조 물품들에 관련된다. 본 발명의 다른 목적들, 피처들, 및 장점들은 상세한 설명, 도면들, 및 청구항들에 설명된다.
[0082]
가상 및 증강 현실 애플리케이션들뿐 아니라, 니어-투-아이(near-to-eye) 디스플레이들, 컴퓨팅 및 디스플레이 애플리케이션들, 또는 심지어 텍스트-전용 디스플레이들 같은 다른 애플리케이션들에 적절한 시각적 디스플레이들을 위한 방법 및 시스템이 개시된다. 일부 실시예들은 가상 및/또는 증강 현실을 위한 어드레스 가능 포커스를 가진 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 영상을 디스플레이하기 위한 시스템들에 관련된다. 일부 실시예들에서, 시스템은 광선들을 개재 엘리먼트들 없이 직접적으로 또는 하나 또는 그 초과의 개재 엘리먼트들과 함께 간접적으로 사용자의 안구에 대한 하나 또는 그 초과의 일차적 자유형 광학 엘리먼트들에 주입하는 이미지 소스를 포함할 수 있다. 일차적 자유형 광학 엘리먼트는 일부 실시예들에서 폴딩(folding) 미러 및 하나 또는 그 초과의 릴레이(relay) 렌즈와 커플링된 웨지-형성 자유형 광학 엘리먼트를 포함할 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 일차적 자유형 광학 엘리먼트는 자유형 도파관을 포함할 수 있다. 일차적 자유형 광학 엘리먼트는 하나 또는 그 초과의 굴절 표면들 및 하나 또는 그 초과의 반사 표면들을 포함하여, 가상 디스플레이 콘텐츠를 형성하기 위하여 일차적 자유형 광학 엘리먼트를 최종적으로 떠나기 전에 주입된 광선들이 이들 표면들 사이에서 편향하거나 반사하게 한다.
[0083]
이들 하나 또는 그 초과의 굴절 표면들 또는 하나 또는 그 초과의 반사 표면들은 예컨대, 굴절률, 반사율, 표면 프로파일, 재료 및/또는 표면 코팅의 두께, 투과 계수 또는 곡선, 하나 또는 그 초과의 필터 계수들, 또는 이들의 임의의 결합들을 포함하는 동일하거나 상이한 표면 특성들을 가질 수 있다. 시스템은 수평 시야(FOV) 및/또는 수직 시야를 확장시키는 타일화된 자유형 광학 디스플레이 시스템을 형성하기 위하여 하나 또는 그 초과의 일차적 자유형 광학 엘리먼트들에 동작 가능하게 커플링된 하나 또는 그 초과의 이차적 자유형 광학 엘리먼트들을 더 포함할 수 있다. 시스템은 또한, 하나 또는 그 초과의 일차적 및/또는 이차적 자유형 광학 엘리먼트들을 통하여 지나가는 실세계 장면들로부터의 광선들뿐 아니라 이미지 소스로부터 주입된 광선들을 릴레이하거나 커플링하고 그리고 상기 광선들의 특정 특성들을 수정하거나 개선하기 위하여 이미지 소스, 하나 또는 그 초과의 일차적 자유형 광학 엘리먼트들, 및/또는 하나 또는 그 초과의 이차적 자유형 광학 엘리먼트들에 동작 가능하게 커플링된 광학 커플링 렌즈 또는 광학 커플링 렌즈 그룹을 포함할 수 있다.
[0084]
일부 실시예들에서, 자유형 광학 디스플레이 시스템은 자유형 광학 엘리먼트를 포함할 수 있다. 자유형 광학 엘리먼트는 하나 또는 그 초과의 굴절 표면들 및 하나 또는 그 초과의 반사 표면들을 가진 도파관을 포함하여, 가상 디스플레이 콘텐츠를 형성하기 위하여 일차적 자유형 광학 엘리먼트를 최종적으로 떠나기 전에 주입된 광선들이 이들 표면들 사이에서 편향하거나 반사하게 한다. 이들 하나 또는 그 초과의 굴절 표면들 또는 하나 또는 그 초과의 반사 표면들은 예컨대, 굴절률, 반사율, 표면 프로파일, 재료 및/또는 표면 코팅의 두께, 투과 계수 또는 곡선, 하나 또는 그 초과의 필터 계수들, 또는 이들의 임의의 결합들을 포함하는 동일하거나 상이한 표면 특성들을 가질 수 있다.
[0085]
시스템은 또한 가상 디스플레이 콘텐츠를 렌더링하기 위하여 광선들을 자유형 광학 엘리먼트에 주입하기 위한 이미지 소스를 포함할 수 있다. 이들 실시예들의 일부에서, 시스템은 가상 디스플레이 콘텐츠의 적어도 일부가 초점에 맞게 렌더링될 단일 초점 평면의 초점 거리를 변경하는 가변 포커싱 시스템을 포함할 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 시스템은 초점에 맞게 렌더링될 가상 디스플레이 콘텐츠의 적어도 일부를 렌더링하기 위하여 플리커링(flickering)-없는 레이트에서 복수의 초점 평면들 사이에서 스위칭하는 가변 포커싱 시스템을 포함할 수 있다. 시스템은 가상 디스플레이 콘텐츠 또는 이들의 개별 부분을 복수의 초점 평면들 중 몇몇 초점 평면들 상에 병렬로 렌더링할 수 있다.
[0086]
시스템은 원근조절-수렴 충돌을 해결하기 위하여, 원근조절 큐 또는 수렴 큐를 고정된 거리 값에 묶지 않고, 원근조절 큐 및 수렴 큐 둘 모두를 변화하는 초점 거리에 어드레싱하기 위한 가변 포커싱 시스템을 이용한다. 또 다른 일부 실시예들에서, 시스템은 가상 디스플레이 콘텐츠의 적어도 일부가 초점에 맞게 렌더링될 다수의 초점 평면들의 개별 초점 거리들을 변경하는 가변 포커싱 시스템을 포함할 수 있다.
[0087]
일부 실시예들에서, 자유형 광학 디스플레이 시스템은 객체로부터 반사되거나 객체에 대해 인위적으로 생성되고 그리고 자유형 광학 디스플레이 시스템을 사용하여 객체에 대해 가상 콘텐츠 디스플레이를 재생하기 위하여 레코딩된 광 샘플들로부터의 적당한 광선들을 결정하는 컴퓨팅 디바이스를 포함한다. 자유형 광학 디스플레이 시스템은 광선들로부터 복사 휘도(radiance) 및/또는 심도 정보를 추출할 수 있고 그리고 광선들이 투사되는 장소, 어느 이미지 투사기(들)가 대응하는 광선들을 투사하기 위하여 사용될지, 및 이미지 투사기(들)가 광 필드를 렌더링하기 위하여 대응하는 광선들을 투사하는 장소를 결정하기 위하여 추출된 정보를 사용할 수 있다. 그 다음으로, 자유형 광학 디스플레이 시스템은 광 필드를 합성하기 위하여 그들의 대응하는 이미지 투사기들로 다양한 광선들을 투사할 수 있다.
[0088]
자유형 디스플레이 시스템은 가상 또는 증강 현실에 대한 가상 콘텐츠를 디스플레이하기 위한 자유형 디스플레이 시스템의 수평 시야(FOV) 또는 수직 시야를 확장시키기 위하여 일차적 자유형 광학 엘리먼트 및 하나 또는 그 초과의 이차적 자유형 광학 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 일차적 자유형 및 하나 또는 그 초과의 이차적 자유형 광학 엘리먼트들은 타일화된 어레인지먼트로 배열될 수 있다. 자유형 디스플레이 시스템은 중간 동공을 생성하기 위하여 가변 포커싱 시스템을 더 포함할 수 있다. 가변 포커싱 시스템은 일부 실시예들에서 단일 초점 평면의 초점 거리를 변경할 수 있거나 일부 다른 실시예들에서 원근조절-수렴 충돌을 해결하면서 초점에 맞게 객체들을 렌더링하기 위해 다수의 초점 평면들 사이에서 스위칭할 수 있다. 자유형 디스플레이 시스템은 일부 실시예들에서 가상 디스플레이 콘텐츠의 광 필드를 생성하기 위하여 물리적 공간에서 광 샘플들을 적당한 광선들에 맵핑할 수 있고 맵핑된 광선들을 투사하기 위해 투사기들의 클러스터를 사용할 수 있다. 가변 포커스 자유형 광학기구로 가상 콘텐츠를 생성하고 광 필드들을 렌더링하기 위해 자유형 광학 디스플레이 시스템들 및 방법들을 만들거나 사용하기 위한 방법들이 또한 개시된다.
[0089]
자유형 디스플레이 시스템은 가상 또는 증강 현실에 대한 가상 콘텐츠를 디스플레이하기 위한 자유형 디스플레이 시스템의 수평 시야(FOV) 또는 수직 시야를 확장시키기 위하여 일차적 자유형 광학 엘리먼트 및 하나 또는 그 초과의 이차적 자유형 광학 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 일차적 자유형 및 하나 또는 그 초과의 이차적 자유형 광학 엘리먼트들은 타일화된 어레인지먼트로 배열될 수 있다. 자유형 디스플레이 시스템은 중간 동공을 생성하기 위하여 가변 포커싱 시스템을 더 포함할 수 있다. 가변 포커싱 시스템은 일부 실시예들에서 단일 초점 평면의 초점 거리를 변경할 수 있거나 일부 다른 실시예들에서 원근조절-수렴 충돌을 해결하면서 초점에 맞게 객체들을 렌더링하기 위해 다수의 초점 평면들 사이에서 스위칭할 수 있다. 자유형 디스플레이 시스템은 일부 실시예들에서 가상 디스플레이 콘텐츠의 광 필드를 생성하기 위하여 물리적 공간에서 광 샘플들을 적당한 광선들에 맵핑할 수 있고 맵핑된 광선들을 투사하기 위해 투사기들의 클러스터를 사용할 수 있다. 가변 포커스 자유형 광학기구로 가상 콘텐츠를 생성하고 광 필드들을 렌더링하기 위해 자유형 광학 디스플레이 시스템들 및 방법들을 만들거나 사용하기 위한 방법들이 또한 개시된다.
[0090]
다양한 실시예들은 이제 도면들을 참조하여 상세히 설명될 것이고, 도면들은 당업자들로 하여금 본 발명을 실시하게 하기 위하여 본 발명의 예시적 예들로서 제공된다. 특히, 아래의 도면들 및 예들은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의미되지 않는다. 본 발명의 특정 엘리먼트들이 알려진 컴포넌트들(또는 방법들 또는 프로세스들)을 사용하여 부분적으로 또는 전체적으로 구현될 수 있는 경우, 본 발명의 이해에 필요한 그런 알려진 컴포넌트들(또는 방법들 또는 프로세스들)의 이들 부분들만이 설명될 것이고, 그런 알려진 컴포넌트들(또는 방법들 또는 프로세스들)의 다른 부분들의 상세한 설명들은 본 발명을 모호하게 하지 않기 위하여 생략될 것이다. 추가로, 다양한 실시예들은 예시에 의해 본원에 참조된 컴포넌트들과 현재 및 미래 알려지는 등가물들을 포함한다.
[0091]
가상 및/또는 증강 현실에 대한 어드레스 가능 포커스를 가진 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체영상을 디스플레이하기 위한 방법들 및 시스템들이 개시된다. 도 1은 일부 실시예들에서 가상 및/또는 증강 현실에 대한 어드레스 가능 포커스를 가진 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 영상을 디스플레이하기 위한 랩-어라운드 디스플레이 시스템의 개략도를 예시한다. 도 1에 예시된 이들 실시예들에서, 랩-어라운드 디스플레이 시스템은 단안용 또는 양안용 인간 착용 가능 디스플레이 안경, 머리-장착 디스플레이, 또는 머리 또는 얼굴 프로파일(102) 주변에 맞는 니어-아이(near-eye) 디스플레이를 포함할 수 있다. 도 1에 예시된 바와 같은 디스플레이 시스템의 양안용 버전은 한 쌍의 광 가이딩 디바이스들(104)(이후 자유형 도파관 프리즘 또는 자유형 광학 엘리먼트로서 지칭됨)을 포함할 수 있고, 각각의 광 가이딩 디바이스(104)는 하나 또는 그 초과의 자유형 굴절 표면들 및 하나 또는 그 초과의 반사 표면들을 포함한다.
[0092]
자유형 광학 엘리먼트(104)의 사용자의 안구에 더 가까운 내부 물리적 표면 및 사용자의 안구로부터 떨어진 외부 물리적 표면은 어느 한 표면상에 불연속들을 가짐이 없이 2개의 연속적이고, 부드러운 표면들을 포함한다. 이들 2개의 물리적 표면들 각각은 자유형 표면 파라미터들의 세트에 의해 설명된다. 자유형 광학 엘리먼트(104)는 내부 표면의 부분이 아니고 하나 또는 그 초과의 상이한 표면 파라미터들의 세트들에 의해 설명될 수 있는 하나 또는 그 초과의 굴절 표면들을 포함할 수 있다. 자유형 광학 엘리먼트(104)는 내부 표면 또는 외부 표면의 일부일 수 있거나 아닐 수 있고 그리고 동일하거나 또는 하나 또는 그 초과의 상이한 표면 파라미터들의 세트에 의해 설명될 수 있는 하나 또는 그 초과의 반사 표면들을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 디스플레이 시스템은 수평 시야, 수직 시야, 또는 둘 모두를 확장시키기 위하여 타일화된 어레인지먼트로 배열된 다수의 자유형 광학 엘리먼트들을 포함할 수 있다.
[0093]
다수의 자유형 광학 엘리먼트들은 각각 수평 어레인지먼트로 하나 또는 그 초과의 자유형 광학 엘리먼트들을 가지며 수평 시야(그리고 따라서 대각선 시야)를 확장시키기 위하여 서로 함께 작동하는 자유형 광학 엘리먼트들의 하나 또는 그 초과의 수평 행들을 가진 어레이로 배열될 수 있다. 어레이가 수직 어레인지먼트로 배열되는 다수의 행들을 포함하는 일부 실시예들에서, 수직 어레인지먼트의 자유형 광학 엘리먼트들은 또한 수직 시야(및 따라서 대각선 시야)를 확장시키기 위하여 서로 함께 기능한다. 이들 다수의 자유형 광학 엘리먼트들은 일부 실시예들에서 하나 또는 그 초과의 일차적 자유형 광학 엘리먼트들 및 하나 또는 그 초과의 이차적 자유형 광학 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 일차적 자유형 광학 엘리먼트는 수직 어레인지먼트(예컨대, 도 3에 도시된 수직 어레인지먼트) 또는 수평 어레인지먼트(예컨대, 도 2에 도시된 어레인지먼트)로 자유형 도파관을 포함할 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 일차적 자유형 광학 엘리먼트는 폴드된 어레인지먼트에서 자유형 웨지 및 하나 또는 그 초과의 릴레이 렌즈들(예컨대, 도 9a-b에 도시된 자유형 웨지 및 릴레이 렌즈)을 포함할 수 있다. 다수의 자유형 광학 엘리먼트들은 또한 일부 실시예들에서 자유형 도파관 또는 자유형 웨지를 포함할 수 있는 하나 또는 그 초과의이차적 자유형 광학 엘리먼트를 포함할 수 있다.
[0094]
디스플레이 시스템은 또한 이미지 소스(110)로부터의 광(예컨대, 투사기들의 번들)을 도파관 프리즘(104)에 적당하게 주입하기 위하여 하나 또는 그 초과의 부가적인 커플링 광학 엘리먼트들(예컨대, 커플링 렌즈(108), 포커싱 엘리먼트(106), 및/또는 하나 또는 그 초과의 릴레이 렌즈들, 등)을 포함할 수 있다. 자유형 도파관 프리즘 및 커플링 광학기구의 표면들의 위치들 및 기하학적 프로파일들은, 뷰어가 이미지 소스(110)로부터 디스플레이된 콘텐츠의 명확하고, 확대된 이미지를 볼 수 있도록 디자인될 수 있다. 이미지 소스(110)는 마이크로-디스플레이 표면에 광의 텔레-센트리서티(tele-centricity)를 달성하기 위하여 사용되는 마이크로-디스플레이 패널 및 대물 렌즈를 포함할 수 있다.
[0095]
마이크로-디스플레이 패널은 반사 타입 마이크로-디스플레이(예컨대: LCoS 또는 Liquid Crystal on Silicon, FLCoS 또는 Ferroelectric Liquid Crystal on Silicon, 또는 DMD or Digital Micromirror Device 패널들) 또는 투과성 타입 마이크로-디스플레이(예컨대: LCD 또는 Liquid Crystal Display 패널) 또는 자가-방사 타입 마이크로-디스플레이(예컨대: OLED 또는 Organic Light Emitting Diode 패널) 중 어느 하나일 수 있다. 반사 타입 마이크로-디스플레이 패널이 사용되는 일부 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 빔 분할기들(도시되지 않음)은 대물 렌즈를 조명 경로에 도입한 후(도시되지 않음) 사용될 수 있다. 이미지 소스(110)와 자유형 광학 엘리먼트(104) 사이에서, 디스플레이 시스템은 광학 수차들을 수정하거나 이미지 품질들을 개선하기 위하여 커플링 렌즈(108)를 더 포함할 수 있다. 포커싱 엘리먼트(106)는 일부 실시예들에서 액체 렌즈를 포함하는 다중-초점 엘리먼트일 수 있다.
[0096]
포커싱 엘리먼트(106)(예컨대, 액체 렌즈)는 또한 하나 또는 그 초과의 커플링 렌즈들을 포함할 수 있는 커플링 렌즈 그룹(108)에 통합될 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 포커싱 엘리먼트(106)는 이미지 소스(110)로부터 디스플레이 콘텐츠를 수신하고 디스플레이 콘텐츠를 자유형 엘리먼트들에 전달하기 위하여 커플링 렌즈 그룹(예컨대, 커플링 렌즈 그룹(108))에 커플링된 변형 가능 멤브레인 미러(DMM: deformable membrane mirror) 및 빔 분할 디바이스를 포함할 수 있다. 포커싱 엘리먼트에 대한 더 많은 세부사항들은 도 10a-10b를 참조하여 후속 절들에서 설명될 것이다.
[0097]
일부 실시예들에서, 이차적 디스플레이는 어드레스 가능한 포커싱 기능성을 가지거나 가지지 않을 수 있다. 어드레스 가능 포커싱 기능성이 요구되지 않거나 원해지지 않을 수 있는 이들 실시예들의 일부에서, 이차적 디스플레이는 더 큰 전체 시야(FOV), 더 가벼운 무게, 및/또는 더 컴팩트한 사이즈를 위해 구현될 수 있다.
[0098]
도 1에 예시된 이들 실시예들에서, 이미지 소스(110)로부터 발생된 광선들은 굴절 표면(112)을 통해 자유형 광학 엘리먼트(104)에 진입하고, 자유형 광학 엘리먼트(104)의 내부 표면들 및 외부 표면에 의해 3번 반사되고, 그 다음으로 굴절 표면(120)을 통해 투과되고, 그리고 사출 동공(122)에 도달한다. 이들 실시예들에서, 3개의 반사들 사이에서, 표면들(114 및 116)로부터의 반사들은 TIR 조건을 만족할 수 있고, 외부 표면상의 표면(118)으로부터의 반사는 TIR 조건을 만족하지 않을 수 있다. 표면(118)으로부터 반사에 대한 반사 효율성을 증가시키기 위하여, 반-투명 코팅을 외부 표면(118)에 적용하는 것이 요구되거나 원해질 수 있다. 표면(114)으로부터 반사에 대한 TIR 조건을 유지하기 위하여, 유전체 코팅은 일부 실시예들에서 표면(114)에 적용될 수 있다. 안경 폼 팩터(form factor)를 보장하기 위하여, 자유형 광학 엘리먼트의 내부 표면은 일부 실시예들에서 미리 정의된 곡선으로 근사화하도록 제한될 수 있다.
[0099]
자유형 광학 엘리먼트는 시 스루 광학 엘리먼트를 포함하는 일부 실시예들에서, 머리-장착 디스플레이 디바이스의 시-스루 경로는 자유형 광학 엘리먼트(104) 및 자유형 광학 엘리먼트(104)의 외부 표면에 분리 가능하게 또는 분리 불가능하게 부착될 수 있는 자유형 시-스루 보상 렌즈(예컨대, 도 4의 참조 번호 408)를 포함한다. 하나 또는 그 초과의 자유형 굴절 표면들을 포함하는 시-스루 보상 렌즈는 매우 넓은 시-스루 시야에 걸쳐 주변 환경의 적당한 뷰잉을 제공할 수 있다. 자유형 광학 엘리먼트(104) 및 시-스루 보상 렌즈는 또한, 안경-형태 또는 헬멧-형태 외관, 넓은 시-스루 시야, 및 더 우수한 광학 성능을 가질 수 있는 가볍고, 작은 프로파일이고, 컴팩트하고, 그리고 시-스루인 디스플레이 시스템의 랩-어라운드 디자인을 가능하게 하는 인간 머리들의 인체 공학 팩터들(예컨대, 머리 또는 얼굴 프로파일(102))에 인체 공학적으로 맞게 적당하게 디자인될 수 있다.
[00100]
하나 또는 그 초과의 자유형 굴절 표면들을 포함하는 보상 렌즈는 매우 넓은 시-스루 시야에 걸쳐 주변 환경의 적당한 뷰잉을 제공한다. 보상 렌즈의 표면들은, 보상 렌즈가 자유형 광학 엘리먼트(예컨대, 도 1의 104)와 결합될 때, 실세계 장면으로부터의 광선들에 도입된 시프트 및 왜곡을 최소화하거나 감소하기 위하여 개선 또는 최적화될 수 있다. 자유형 광학 엘리먼트(104)의 부착된 표면들 상에서의 반사가 자유형 광학 엘리먼트(104) 내의 가상 이미지 디스플레이 경로를 따라 TIR(Total Internal Reflection) 조건을 충족하는 일부 실시예들에서, 자유형 광학 엘리먼트(104)와 보상 렌즈 사이에 작은 공극을 유지하는 것이 요구되거나 원해질 수 있다.
[00101]
일부 실시예들은 디스플레이 시스템들에 시-스루 능력을 제공하고 그리고 사용자들로 하여금 디스플레이 디바이스 상에 디스플레이된 콘텐츠뿐 아니라 뷰잉 광학기구(예컨대, 자유형 광학 엘리먼트들(104) 및 자유형 시-스루 보상 렌즈)를 통해 사용자의 주변 환경을 보게 한다. 이들 실시예들의 일부에서, 디스플레이 시스템은 가상 뷰의 FOV보다 상당히 더 클 수 있는(예컨대, 수평, 수직, 또는 대각선 FOV에서 15도보다 더 큰) 시-스루 시야(FOV)를 제공한다. 이런 상당히 더 큰 FOV는 예컨대, 자유형 광학 엘리먼트(104)의 명확한 광학 애퍼처(aperture)를 확장시키기 위하여 머리 측에 더 가깝게 이미지 소스(110)를 이동시키는 것, 광선 시프트들 및 왜곡들을 수정하고, 및/또는 큰 FOV에 걸쳐 높은 시-스루 성능을 보장하기 위하여 자유형 광학 엘리먼트(104) 및 보상 렌즈 상의 표면들을 제어하는 것을 포함하는 몇몇 메커니즘들에 의해 제공될 수 있다.
[00102]
이들 실시예들의 일부에서, 시-스루 FOV는 수평 방향으로 120도 및 수직 방향으로 80도 만큼 크게 확장시킬 수 있다. 디스플레이 디바이스의 FOV를 통한 시-스루는 일부 실시예들에서 인간 안구들의 시야에 매칭하도록 확장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이미지 소스 상의 동일한 포인트로부터의 광선들은 자유형 광학 엘리먼트(104) 내에서 적어도 한번 교차할 수 있다. 비록 광선 교차 포인트들이 자유형 광학 엘리먼트(104) 내의 광 경로들의 복잡성들로 인해 잘 형성되지 않을 수 있지만, 교차하는 광선들은 자유형 광학 엘리먼트(104) 내에 가상 디스플레이의 중간 동공 또는 중간 이미지를 형성한다.
[00103]
일부 실시예들에서, 디스플레이 디바이스의 가상 이미지 경로는 디스플레이 콘텐츠를 공급하기 위한 이미지 소스(110)(예컨대, 투사기들의 번들, 마이크로-어레이 디스플레이들, LCoS 또는 Liquid Crystal on Silicon, 또는 DLP 또는 Digital Light Processing, 등) 및 사용자가 디스플레이 콘텐츠의 확대된 이미지를 보게 하는 인체 공학적-모양 디스플레이 뷰잉 광학기구를 포함할 수 있다. 디스플레이 뷰잉 광학기구는 하나 또는 그 초과의 자유형 굴절 표면들 및 하나 또는 그 초과의 반사 표면들을 포함하는 하나 또는 그 초과의 자유형 광학 엘리먼트들을 포함할 수 있고, 그리고 또한 부가적인 커플링 광학기구를 포함할 수 있다. 도파관 프리즘은 사용자가 지각하기 위한 이미지를 확대하는 니어-아이 뷰잉 광학기구로서 역할을 할 수 있다.
[00104]
이미지 소스(110)로부터 방사된 광선들은 자유형 광학 엘리먼트(104)의 제 1 굴절 표면을 통해 자유형 광학 엘리먼트(104)로 주입된다. 광선들은 이미지 소스(110)로부터 직접 프리즘으로 또는 커플링 렌즈(예컨대, 커플링 렌즈(108), 포커싱 엘리먼트(106), 및/또는 하나 또는 그 초과의 릴레이 렌즈들, 등)의 그룹을 통해 주입될 수 있다. 주입된 광선들은 반사들(통상적으로 3 또는 그 초과의 반사들)을 걸쳐 자유형 광학 엘리먼트(104)를 통해 전파하고 그 다음으로 자유형 광학 엘리먼트(104)의 제 2 굴절 표면을 통해 자유형 광학 엘리먼트(104)에서 커플링 아웃된다. 떠나가는 광선들은 계속 전파하여 가상 디스플레이 콘텐츠를 보게 사용자가 그녀/그의 안구를 두는 시스템의 사출 동공에 도달한다.
[00105]
자유형 광학 엘리먼트(104)를 통해 광이 전파할 때, 반사 표면상의 TIR(Total Internal Reflection) 조건이 충족되면, 반사를 통한 광 손실은 감소되거나 최소화될 수 있다. 그러므로, 모든 또는 대부분의 반사들이 이들 예시된 실시예들의 일부에서 TIR 조건을 충족하는 것이 원해지지만, 엄격하게 요구되지 않는다. 그럼에도 불구하고, 일부 실시예들에서 반사 표면들 중 일부에서 TIR 조건을 타협함으로써 도파관 프리즘의 얇은 디자인들을 달성하는 것이 또한 바람직할 수 있다. TIR 조건이 충족되지 않는 디바이스의 지정된 시-스루 FOV 내에 위치된 반사 표면들에 대해, 광학 시-스루 능력을 가능하게 하면서, 이미지 소스(110) 유닛으로부터 충분한 광이 사출 동공에 도달하고 충분히 밝은 광 이미지를 생성하는 것을 보장하기 위하여 반-투명 코팅이 이들 표면들에 적용될 수 있다.
[00106]
디스플레이 디바이스의 시-스루 FOV 외측 반사 표면들에 대해, TIR 조건이 충족되지 않으면, 높은-반사 코팅은 광 손실을 감소시키거나 최소화하기 위하여 자유형 광학 엘리먼트(104)의 외부 표면들 중 적어도 일부에 적용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이미지 소스(110)는 LCoS(liquid crystal on silicon) 디스플레이 디바이스, LCD(liquid crystal display) 패널, OLED(organic light emitting display), FLCoS(Ferroelectric liquid crystal on silicon) 디바이스, DMD(digital mirror device), 이들 앞서 언급된 것에 구축된 마이크로-투사기 또는 피코-투사기, 투사기들의 번들, 이를테면 레이저 투사기들 또는 섬유 스캐너들의 번들, 또는 임의의 다른 적당한 타입들의 마이크로-디스플레이 디바이스들(그러나 이들로 제한되지 않음)을 포함하는 이미지 소스로서 역할을 할 수 있는 임의의 타입의 자가-방사 또는 조명 픽셀 어레이들을 포함할 수 있다.
[00107]
일부 실시예들에서, 자유형 광학 엘리먼트(104)는 이미지 소스(110)를 디스플레이 FOV로부터 멀어지게 시프팅하는 것을 허용하는 자유형 광학 엘리먼트(104) 내의 긴 광학 경로를 포함할 수 있다. 디스플레이 FOV로부터 떨어지게 이미지 소스(110)의 이런 시프팅은 예컨대 HMD 시스템의 전면 무게를 감소시킴으로써 더 잘 무게 밸런스를 달성할 수 있는 사용자의 이마 또는 사용자 머리 측에 이미지 소스를 둘 수 있고 따라서 시스템의 인체 공학적 맞춤을 개선한다. 디스플레이 FOV로부터 떨어지게 이미지 소스(110)의 이런 시프팅은 커플링 렌즈 및 디스플레이를 인간의 자연적 시야로부터 떨어지게 이동시킴으로써 시스템 전체 달성 가능 시-스루 FOV를 증가시킬 수 있다.
[00108]
게다가 또는 대안으로, 자유형 광학 엘리먼트(104)의 모양은 더 나은 최적 인체 공학적 맞춤을 위하여 인간 머리의 자연 곡선 또는 프로파일(예컨대, 머리 또는 얼굴 곡선 또는 프로파일(102))에 근사화하도록 디자인될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서 자유형 광학 엘리먼트(104)의 모양은 8-베이스 곡선 안경들 쌍의 곡률을 근사화하도록 곡선질 수 있고; 그리고 일부 다른 실시예들에서 자유형 광학 엘리먼트(104)의 모양은 4-베이스 곡선 안경들 쌍의 폼 팩터를 거의 정확하게 따를 수 있다. 게다가, 뷰잉 방향으로 자유형 광학 엘리먼트(104)의 총 두께 및 보상 렌즈의 총 두께는 더 나은 인체 공학적 맞춤 및 더 매력적인 안경-형 스타일을 제공하는 광학 시-스루 디스플레이 시스템의 랩어라운드 디자인을 달성하기 위하여 더 얇은 광학기구 프로파일(예컨대, 30 mm 미만)을 달성하도록 제어될 수 있다.
[00109]
일부 실시예들에서, 디스플레이 시스템은 이미지 소스들의 번들을 포함할 수 있고 입체 이미지들을 렌러딩하기 위하여 물리적 공간에서 각각의 광 샘플을 적당한 광선에 맵핑하고 적당한 광선으로부터 복사 휘도 및/또는 심도를 포함하는 정보를 추출함으로써 광 필드를 합성할 수 있다.
[00110]
도 2는 일부 실시예들에서 가상 및/또는 증강 현실에 대한 어드레스 가능 포커스를 가진 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 영상을 디스플레이하기 위한 수평 장착 시스템의 부분 개략도를 예시한다. 이들 실시예들에서, 디스플레이 시스템은 사용자의 머리 측에 더 가깝게 무게 분배를 시프트하도록 수평으로 장착될 수 있다. 보다 구체적으로, 디스플레이 시스템은 자유형 광학 엘리먼트(202), 포커싱 시스템(204), 커플링 렌즈 시스템(206), 및 이미지 소스(208)를 포함한다. 도 2가 도시하는 바와 같이, 포커싱 시스템(204), 커플링 렌즈 시스템(206), 및 이미지 소스(208)는 이들 시스템들이 시야를 차단하는 것을 방지하고 그리고 또한 더 나은 편안함을 위하여 전면 무거운 구성을 방지하기 위하여 후면 측으로 디스플레이 시스템의 무게 분배를 시프트하도록 사용자의 머리 측으로 시프트된다.
[00111]
이런 예시적인 구성에서, 이미지 소스(208)(예컨대, 투사기들의 번들, 마이크로-어레이 디스플레이들, LCoS 또는 Liquid Crystal on Silicon, 또는 DLP 또는 Digital Light Processing, 등)는 디스플레이 콘텐츠의 광선들을 커플링 렌즈 시스템(206)에 주입하고, 커플링 렌즈 시스템(206)은 광선 시프트들 및 왜곡들을 수정할 수 있고, 및/또는 큰 FOV에 걸쳐 높은 성능을 보장할 수 있다. 커플링 렌즈 시스템(206)은 단일 초점 평면의 가상 디스플레이 콘텐츠의 초점 거리를 조정하거나 또는 상이한 초점 거리들에 있는 복수의 초점 평면들(예컨대, 6 내지 12) 사이에서 스위칭함으로써 디스플레이 콘텐츠의 초점 거리를 변경할 수 있는 포커싱 시스템(204)에 동작 가능하게 커플링된다. 또 다른 일부 실시예들에서, 시스템은 가상 디스플레이 콘텐츠의 적어도 일부가 초점에 맞게 렌더링될 다수의 초점 평면들의 개별 초점 거리들을 변경하는 가변 포커싱 시스템을 포함할 수 있다. 시스템은 이들 실시예들의 일부에서 개별적으로 또는 일부 다른 실시예들에서 이들 초점 평면들 중 적어도 2개를 병렬로 이들 다수의 초점 평면들을 렌더링할 수 있다.
[00112]
즉, 포커싱 시스템(204)은 디커플링보다 오히려, 단일 초점 평면의 초점 거리의 동적 어드레스능력을 제공함으로써 또는 플리커링-없는 레이트에서 다수의 초점 평면들 상에서 병렬로 가상 디스플레이 콘텐츠 내 가상 객체들을 렌더링함으로써 원근조절 큐들을 고정된 초점 거리에 묶게 원근조절 큐를 강제함이 없이 원근조절 큐들 및 수렴 큐들을 커플링할 수 있다. 디스플레이 시스템이 다수의 초점 평면들 상의 가상 디스플레이 콘텐츠를 병렬로 렌더링하는 일부 실시예들에서, 2개의 바로 이웃하는 초점 평면들 사이의 간격은 1/7 디옵터들이다. 자유형 광학 엘리먼트(202)는 도 1의 참조 번호 104와 실질적으로 유사하거나 동일하고, 보상 렌즈는 또한 도 1에 도시되지 않는다. 포커싱 시스템(204)은 일부 실시예들에서 액체 미러 또는 변형가능 멤브레인 미러(DMD: deformable membrane mirror)를 포함할 수 있다.
[00113]
가변 심도의 인지를 생성하는 2개의 주요 방식들이 있다: 다수의-평면 포커스 시스템들 및 가변 포커스 시스템. 다수의-평면 포커스 시스템에서, 시스템은 z 방향으로 고정된 심도 평면들 상에 이미지들을 투사할 수 있다. 가변 포커스 시스템에서, 시스템은 제한된 수의 심도 평면들을 투사하지만, 3D 인지를 생성하기 위하여 공간적으로 심도 평면들을 이동시킨다. 일부 실시예들에서, 가상 또는 증강 현실 시스템은 적어도 하나의 이미지 생성 프로세서, 적어도 하나의 공간 광 변조기들, 복수의 렌즈들/광학 엘리먼트들, 하나 또는 그 초과의 빔 분할기들, 및 하나 또는 그 초과의 가변 포커스 엘리먼트들을 포함할 수 있다.
[00114]
이미지 생성 프로세서는 궁극적으로 사용자에게 디스플레이될 가상 콘텐츠를 생성하는 것을 책임진다. 이미지 생성 프로세서는 가상 콘텐츠와 연관된 이미지 또는 비디오를 3-차원 공간에서 사용자에게 투사될 수 있는 포맷으로 변환할 수 있다. 예컨대, 3D 콘텐츠를 생성할 때, 가상 콘텐츠는, 특정 이미지의 부분들이 특정 심도 평면상에 디스플레이되는 반면 다른 특정 이미지 부분들이 다른 심도 평면들에 디스플레이되도록 포맷될 필요가 있을 수 있다. 또는, 모든 이미지는 특정 심도 평면에 생성될 수 있다. 또는, 이미지 생성 프로세서는, 함께 보여질 때, 가상 콘텐츠가 사용자의 안구들에 코히어런트(coherent)하고 편안하게 보이도록, 약간 상이한 이미지들을 우측 및 좌측 안구에 공급하도록 프로그래밍될 수 있다.
[00115]
이미지 생성 프로세서는 메모리, CPU(중앙 프로세싱 유닛), GPU(그래픽 프로세싱 유닛), 및 이미지 생성 및 프로세싱을 위한 다른 회로를 더 포함할 수 있다. 이미지 생성 프로세서는 원하는 가상 콘텐츠가 가상 또는 증강 현실 시스템의 사용자에게 제시되게 프로그래밍될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이미지 생성 프로세서가 착용가능 가상 또는 증강 현실 시스템에 하우징될 수 있는 것이 인식되어야 한다. 다른 실시예들에서, 이미지 생성 프로세서 및 다른 회로는 착용가능 광학기구에 커플링된 벨트 팩(pack)에 하우징될 수 있다.
[00116]
포커싱 엘리먼트(106 및 204)는 공간 광 변조기로부터 생성된 투사되는 광을 원하는 심도 평면에 포커싱하도록 구성된 가변 포커스 엘리먼트(VFE)를 포함한다. VFE들이 다중-포커스 및 가변 포커스 시스템들 둘 모두에 사용될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 따라서, 복수의 렌즈들 및 미러들과 함께 VFE는, 사용자의 안구(들)에 3-차원 객체로서 인식되도록, 가상 객체와 연관된 광을 원하는 심도 평면(들)에 투사하도록 구성될 수 있다.
[00117]
가변 포커스 렌즈 엘리먼트는 굴절 엘리먼트, 이를테면 액정 렌즈, 전기 활성 렌즈, 이동 가능 엘리먼트들을 가진 종래의 굴절 렌즈, 기계적-변형-기반 렌즈(이를테면 유체-충전 멤브레인 렌즈, 또는 인간 수정체와 유사한 렌즈, 여기서 가요성 엘리먼트는 하나 또는 그 초과의 작동기들에 의해 가요되고 릴렉스(relax)될 수 있음), 전기습윤 렌즈, 또는 상이한 굴절률들을 가진 복수의 유전체들일 수 있다. 가변 포커스 엘리먼트는 또한 스위칭 가능 굴절 광학 엘리먼트(이를테면 폴리머 분산 액정 접근법을 특징으로 하는 것, 여기서 폴리머 재료 같은 호스트 매체는 재료 내에 분산된 액정의 마이크로-액적(droplet)들을 가짐; 전압이 인가될 때, 분자들은 그들의 굴절률들이 호스트 매체의 굴절률들에 더 이상 매칭하지 않도록 재지향되고, 이에 의해 고-주파수 스위칭 가능 굴절 패턴이 생성됨)를 포함할 수 있다.
[00118]
일 실시예는, 커 효과(Kerr effect)-기반 전기 활성 재료, 이를테면 리튬 니오베이트의 마이크로-액적들이 호스트 매체 내에 분산되는 호스트 매체를 포함하고, 이는 스캐닝 광 디스플레이, 이를테면 섬유-스캐닝 디스플레이 또는 스캐닝-미러-기반 디스플레이와 커플링될 때 픽셀 단위 또는 라인 단위로 이미지 정보의 재포커싱을 가능하게 한다. 액정, 리튬 니오베이트, 또는 다른 기술이 패턴을 제시하기 위하여 활용되는 가변 포커스 엘리먼트 구성에서, 패턴 간격은 가변 포커스 렌즈 엘리먼트의 초점력(focal power)을 변경하는 것뿐 아니라, 전체 광학 시스템의 초점력을 변경하도록(줌 렌즈 타입의 기능성을 위하여) 변조될 수 있다.
[00119]
일 실시예에서, 복수의 렌즈들은, 디스플레이 이미저리의 초점이 확대 상수를 유지하면서 변경될 수 있다(사진 줌 렌즈가 줌 포지션으로부터 포커스를 디커플링하도록 구성될 수 있는 것과 동일한 방식으로)는 점에서 텔레센트릭일 수 있다. 다른 실시예에서, 렌즈들은 비-텔레센트릭일 수 있어서, 포커스 변화들은 또한 슬레이브(slave) 줌 변화들일 것이다. 그런 구성으로 인해, 그런 확대 변화들은 포커스 변화들과 동기하여 그래픽 시스템으로부터 출력의 동적 스케일링으로 소프트웨어적으로 보상될 수 있다.
[00120]
일부 실시예들에서, 다양한 타입들의 격자들은 다양한 포커스 엘리먼트를 구현하기 위하여 사용될 수 있다. 예컨대, 어토니 도킷 번호 ML30016.00 하에서 2014년 5월 30일 출원되고 발명의 명칭이 "METHODS AND SYSTEMS FOR VIRTUAL AND AUGMENTED REALITY"인 미국 가 특허 출원 일련 번호 제 62/005,807 호에 설명된 OPE(orthogonal pupil expanders) 격자들 및 EPE(exit pupil expanders) 격자들은 VFE들을 구현하기 위하여 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, OPE 격자들 및 EPE 격자들은 일부 실시예들에서 층의 양 측들 상에서 접혀지거나 오버레이된 방식으로 배열될 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, OPE 격자들 및 EPE 격자들은 OPE 격자들의 기능들 및 EPE 격자들의 기능들 둘 모두를 가지는 다중 층을 형성하기 위하여 단일, 통합된, 공간적-일치 층으로 배열되고 레코딩될 수 있다. 앞서 언급된 다수의 그런 층들은 다중-평면 구성을 형성하기 위하여 서로의 위에 적층될 수 있고 여기서 각각의 층은 그 개별 초점 길이와 연관된 그 개별 초점 평면을 호스팅할 수 있다.
[00121]
용어 "격자들"의 사용이, "격자들" 내의 회절 구조들이 단지 선형 회절 엘리먼트들 또는 구조들만을 포함하는 것을 암시하거나 제시하지 않는 것이 주의될 것이다. 오히려, 격자들(예컨대, EPE 격자들, OPE 회절 엘리먼트들, 등)은 선형 회절 구조들, 원형 회절 구조들, 방사상 대칭 회절 구조들, 또는 이들의 임의의 결합들을 포함할 수 있다. OPE 회절 엘리먼트들 및 EPE 회절 엘리먼트들은 광 빔들을 편향하고 포커싱 둘 모두를 수행하기 위하여 선형 격자 구조들 및 원형 또는 방사상 대칭 구조들 둘 모두를 포함할 수 있다.
[00122]
다중-평면 구성은 더 큰 초점 범위를 제공할 수 있고, 그리고 다중-평면 구성의 각각의 층은 상이한 초점 길이들에 나타나는 이미지들을 뷰어들에게 제시하기 위하여 동적으로 스위칭 온 및 오프될 수 있다. 가변 포커싱 엘리먼트 또는 시스템에 관한 많은 세부사항들은 어토니 도킷 번호 ML30016.00 하에서, 2014년 5월 30일 출원되고 발명의 명칭이 "METHODS AND SYSTEM FOR CREATING FOCAL PLANES IN VIRTUAL AND AUGMENTED REALITY"인 미국 가 특허 출원 일련 번호 제 62/005,834 호 및 2014년 5월 30일 출원되고 발명의 명칭이 "METHODS AND SYSTEMS FOR VIRTUAL AND AUGMENTED REALITY"인 미국 가 특허 출원 일련 번호 제 62/005,807 호에 설명된다.
[00123]
도 3은 일부 실시예들에서 가상 및/또는 증강 현실에 대한 어드레스 가능 포커스를 가진 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 영상을 디스플레이하기 위한 수직 장착 시스템의 부분 개략도를 예시한다. 이들 실시예들에서, 디스플레이 시스템은 사용자의 머리 둘레에 수직으로 장착되고 맞추어질 수 있다. 보다 구체적으로, 디스플레이 시스템은 자유형 광학 엘리먼트(308), 포커싱 시스템(306), 커플링 렌즈 시스템(304), 및 이미지 소스(302)를 포함한다. 이런 예시적인 구성에서, 이미지 소스(302)(예컨대, 투사기들의 번들, 마이크로-어레이 디스플레이들, LCoS 또는 Liquid Crystal on Silicon, 또는 DLP 또는 Digital Light Processing, 등)는 디스플레이 콘텐츠의 광선들을 커플링 렌즈 시스템(304)에 주입하고, 커플링 렌즈 시스템(304)은 광선 시프트들 및 왜곡들을 수정할 수 있고, 및/또는 큰 FOV에 걸쳐 높은 성능을 보장할 수 있다.
[00124]
커플링 렌즈 시스템(304)은 추가로 단일 초점 평면의 초점 거리를 조정하거나 상이한 초점 거리들에 있는 복수의 초점 평면들 상의 가상 디스플레이 콘텐츠 사이를 스위칭하고 상기 가상 디스플레이 콘텐츠를 렌더링함으로써 디스플레이 콘텐츠의 초점 거리를 어드레싱할 수 있는 포커싱 시스템(306)에 동작 가능하게 커플링될 수 있다. 또한 일부 다른 실시예들에서, 시스템은 가상 디스플레이 콘텐츠의 적어도 일부를 초점에 맞게 렌더링할 다수의 초점 평면들의 개별 초점 거리들을 변경하는 가변 포커싱 시스템을 포함할 수 있고, 여기서 시스템은 일부 실시예들에서 개별적으로 이들 다수의 초점 평면들 상에 또는 일부 다른 실시예들에서 병렬로 이들 초점 평면들 중 적어도 2개의 평면상에 가상 콘텐츠를 렌더링할 수 있다. 자유형 광학 엘리먼트(308)는, 출력 광선들의 사출 동공(310)이 사용자의 안구를 커버하는 방식으로 고안될 수 있다. 도 3에 도시된 것과 실질적으로 유사한 구성을 이용하는 하나의 특정 실시예에서, 사출 동공 직경은 10mm일 수 있고; 대각선 시야는 50도일 수 있고; 수평 시야는 44.23 도일 수 있고; 그리고 수직 시야는 25.75 도일 수 있다.
[00125]
도 9a는 일부 실시예들에서 자유형 광학 시스템을 가진 가변 포커싱 디스플레이 시스템의 간략화된 개략 표현을 예시한다. 이들 실시예들에서, 디스플레이 시스템은 도 9a에 도시된 바와 같이 사용자의 머리 둘레에 수직으로 장착 및 맞추어질 수 있고 도 2에 도시된 바와 같이 수평으로 장착될 수 있다. 보다 구체적으로, 디스플레이 시스템은 자유형 광학 엘리먼트(908), 포커싱 시스템(906), 커플링 렌즈 시스템(904), 및 이미지 소스(902)를 포함한다. 이들 예시된 실시예들에서, 이미지 소스(902)(예컨대, 투사기들의 번들, 마이크로-어레이 디스플레이들, LCoS 또는 Liquid Crystal on Silicon, 또는 DLP 또는 Digital Light Processing, 등)는 디스플레이 콘텐츠의 광선들을 커플링 렌즈 시스템(904)에 주입하고, 커플링 렌즈 시스템(904)은 광선 시프트들 및 왜곡들을 수정할 수 있고, 및/또는 큰 FOV에 걸쳐 높은 성능을 보장할 수 있다.
[00126]
커플링 렌즈 시스템(904)은 추가로 단일 초점 평면의 초점 거리를 조정하거나 상이한 초점 거리들에 있는 복수의 초점 평면들 상의 가상 디스플레이 콘텐츠 사이를 스위칭하고 상기 가상 디스플레이 콘텐츠를 렌더링함으로써 디스플레이 콘텐츠의 초점 거리를 어드레싱할 수 있는 포커싱 시스템(906)에 동작 가능하게 커플링될 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템은 가상 디스플레이 콘텐츠의 적어도 일부가 초점에 맞게 렌더링될 다수의 초점 평면들의 개별 초점 거리들을 변경하거나 어드레싱하는 가변 포커싱 시스템을 포함할 수 있다. 일차적 자유형 광학 엘리먼트(908)는, 출력 광선들의 사출 동공(910)이 사용자의 안구를 커버하는 방식으로 고안될 수 있다.
[00127]
도 9b는 일부 실시예들에서 자유형 광학 시스템을 가진 가변 포커싱 디스플레이 시스템의 다른 간략화된 개략 표현을 예시한다. 도 9b에 예시된 이들 실시예들에서, 디스플레이 시스템은 광선들을 제 1 릴레이 렌즈(934)에 주입하는 이미지 소스(932)(예컨대, 투사기들의 번들, 마이크로-어레이 디스플레이들, LCoS 또는 Liquid Crystal on Silicon, 또는 DLP 또는 Digital Light Processing, 등)를 포함할 수 있다. 제 1 릴레이 렌즈(934)는 가상 디스플레이 콘텐츠의 초점 거리를 조정하는 가변 포커싱 시스템(936)에 동작 가능하게 커플링된다.
[00128]
가변 포커싱 시스템(936)은 단일 초점 평면의 가상 디스플레이 콘텐츠에 대한 초점 거리를 조정하거나 상이한 초점 거리들에 있는 복수의 초점 평면들(예컨대 6 내지 12) 상의 가상 콘텐츠 사이에서 스위칭하고 상기 가상 콘텐츠를 렌더링할 수 있다. 따라서, 가변 포커싱 시스템(936)은 디커플링보다 오히려, 단일 초점 평면의 초점 거리의 동적 어드레스능력을 제공함으로써 또는 플리커링-없는 레이트에서 다수의 초점 평면들 상에서 병렬로 가상 디스플레이 콘텐츠 내 가상 객체들을 렌더링함으로써 원근조절 큐들을 고정된 초점 거리에 묶게 원근조절 큐를 강제함이 없이 원근조절 큐들 및 수렴 큐들을 커플링할 수 있다. 디스플레이 시스템이 다수의 초점 평면들 상의 가상 디스플레이 콘텐츠를 병렬로 렌더링하는 일부 실시예들에서, 2개의 바로 이웃하는 초점 평면들 사이의 간격은 1/7 디옵터들이다.
[00129]
가변 포커싱 시스템(936)은 추가로, 광선들을 자유형 웨지 또는 자유형 웨지-모양 광학 엘리먼트(942)(이후 집합적으로 자유형 웨지)에 추가로 커플링하는 반사기(940) 상으로 광선들을 송신하도록 제 2 릴레이 렌즈(938)에 동작 가능하게 커플링된다. 일부 실시예들에서, 반사기(940)는 폴딩 미러 어셈블리를 포함할 수 있다. 자유형 웨지(942)는 앞선 자유형 광학 엘리먼트에 대해 설명된 것들과 실질적으로 유사한 방식들로 기능한다. 광선들은 자유형 웨지(942) 내의 하나 또는 그 초과의 굴절 표면들과 하나 또는 그 초과의 반사 표면들 사이에서 전파된다.
[00130]
자유형 웨지(942)는 사출 동공(942)을 생성하기 위하여 이들 하나 도는 그 초과의 굴절 표면들 및 하나 또는 그 초과의 반사 표면들에 대해 적당한 표면 파라미터들로 고안될 수 있다. 제 1 릴레이 렌즈(934) 및 릴레이 렌즈(938) 각각은 이미지를 인버팅하기 위하여 단일 릴레이 렌즈 또는 렌즈들의 그룹을 포함할 수 있다. 따라서, 릴레이 렌즈는 하나 또는 그 초과의 종래의 렌즈들, 무색 더블릿(achromatic doublet)들, 또는 원통형 구배-지수의 굴절 렌즈를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 릴레이 렌즈들(934 및 938)은 디스플레이 시스템에 대해 중간 초점 평면을 생성하기 위하여 사용될 수 있다.
[00131]
도 9c는 일부 실시예들에서 자유형 광학 시스템을 가진 가변 포커싱 디스플레이 시스템의 다른 간략화된 개략 표현을 예시한다. 이들 실시예들에서, 이미지 소스(932)는 가상 디스플레이 콘텐츠의 초점 거리를 변경하는 가변 포커싱 시스템(936)에 동작 가능하게 커플링된 제 1 릴레이 렌즈(934)를 통해 광선들을 주입할 수 있다.
[00132]
가변 포커싱 시스템(936)은 가상 디스플레이 콘텐츠에 대한 입체 영상을 위하여 단일 초점 평면의 가상 디스플레이 콘텐츠에 대한 초점 거리를 변경하거나 또는 상이한 초점 거리들에 있는 복수의 초점 평면들(예컨대 6 내지 12) 상의 가상 콘텐츠 사이에서 스위칭하고 상기 가상 콘텐츠를 렌더링할 수 있다. 광선들은 추가로, 광선들을 자유형 웨지(942)로 반사하고 커플링하는 반사기(940)(예컨대, 폴딩 미러 어셈블리)에 동작 가능하게 커플링된 제 2 릴레이 렌즈(938)로 송신된다. 반사기(940)는 구글- 또는 구글-형 외관을 지지하기 위하여 이마로부터 떨어져 눈썹을 따라 머리 측으로 광학 경로를 폴딩(fold)하거나 편향시킨다. 자유형 웨지(942)는 앞선 자유형 광학 엘리먼트에 대해 설명된 것들과 실질적으로 유사한 방식들로 기능한다.
[00133]
게다가 또는 대안으로, 보상 렌즈 엘리먼트(946)는, 보상 렌즈가 자유형 광학 엘리먼트(예컨대, 자유형 웨지(942))와 결합될 때, 매우 넓은 시-스루 시야에 걸쳐 주변 환경의 적당한 뷰잉을 제공하고 및/또는 실세계 장면으로부터의 광선들에 도입된 시프트 및 왜곡을 최소화하거나 감소시키기 위하여 자유형 웨지(942)에 부착될 수 있다. 광선들은 자유형 웨지(942) 내의 하나 또는 그 초과의 굴절 표면들과 하나 또는 그 초과의 반사 표면들 사이에서 전파된다. 자유형 웨지(942)는 사출 동공(942)을 생성하기 위하여 이들 하나 도는 그 초과의 굴절 표면들 및 하나 또는 그 초과의 반사 표면들에 대해 적당한 표면 파라미터들로 고안될 수 있다.
[00134]
도 10a는 일부 실시예들에서 자유형 광학 시스템을 가진 가변 포커싱 디스플레이 시스템의 간략화된 개략 표현을 예시한다. 이들 실시예들에서, 가변 포커싱 디스플레이 시스템은 투사기들(예컨대, 피코-투사기들, 레이저 투사기들, 등)의 번들, 마이크로-어레이 디스플레이들, LCoS 또는 Liquid Crystal on Silicon, 또는 LCD 기반 DLP 또는 Digital Light Processing, 등 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있는 이미지 소스(1002)를 포함할 수 있다. 이미지 소스(1002)는 중간 동공 또는 중간 포커스 평면(1010)을 형성하기 위하여 커플링 렌즈 그룹(1004) 내에 액체 렌즈를 포함하도록 고안될 수 있는 커플링 렌즈 그룹(1004)을 통해 광선들을 주입한다.
[00135]
가변 포커싱 디스플레잉 시스템은 액체 렌즈의 초점 길이를 변경하기 위하여 커플링 렌즈 그룹(1004) 내 액체 렌즈의 광 출력을 변경할 수 있다. 액체 렌즈의 변화하는 초점 길이는 중간 포커스 평면(1010)을 효과적으로 이동시킨다. 디스플레이 시스템은 빠르고 연속적인 포커스 제어를 생성하기 위하여, 예컨대 빠르고 연속적으로 변화하는 초점 평면들을 가진 가상 디스플레이 콘텐츠를 생성하기 위하여 액체 렌즈를 추가로 구동할 수 있다. 그 다음으로, 광선들은 자유형 광학 엘리먼트(1006)로 릴레이되고 켤레화된 사출 동공(1008)에 가상 디스플레이 콘텐츠를 생성하기 위하여 하나 또는 그 초과의 자유형 굴절 표면들과 하나 또는 그 초과의 자유형 반사 표면들 사이에서 전파된다.
[00136]
도 10b는 일부 실시예들에서 자유형 광학 시스템을 가진 다른 가변 포커싱 디스플레이 시스템의 다른 간략화된 개략 표현을 예시한다. 이들 실시예들에서, 가변 포커싱 디스플레이 시스템은 사출 동공(1008)에 가상 디스플레이 콘텐츠를 생성하는 동일하거나 실질적으로 유사한 자유형 광학 엘리먼트(1006)를 포함한다.
[00137]
마이크로 디스플레이로부터의 광선들은 한 쌍의 편광된 빔 분할기들(1026)(예컨대, X-큐브 빔분할기)로 전파된다. 빔 분할기(1026)는 먼저 이미지 소스(1028)로부터의 광선들을 가변 포커싱 메커니즘의 광학기구(1022)를 통해 수신하고 광선들을 변형가능 멤브레인 미러 또는 변형가능 미러(1024)로 지향시키고; 변형가능 미러(1024)는 광선들을 빔분할기(1026)로 다시 반사하고; 그 다음으로 빔분할기(1026)는 광선들을 자유형 광학 엘리먼트(1006)로 릴레이한다. 변형가능 미러(1024)는 파면 제어 및 다른 광학 기능들(예컨대, 광학 수차들 수정, 등)을 달성하기 위하여 변형될 수 있는 표면(도시되지 않음)을 가진다. 가변 포커싱 디스플레이 시스템은 변형가능 미러(1024)의 초점 길이를 변경하기 위하여 변형가능 미러(1024)의 광 출력을 변경할 수 있다.
[00138]
변형가능 미러(1024)의 변화하는 초점 길이는 중간 포커스 평면을 효과적으로 이동시킨다. 디스플레이 시스템은 빠르고 연속적인 포커스 제어를 생성하기 위하여, 예컨대 빠르고 연속적으로 변화하는 초점 평면들을 가진 가상 디스플레이 콘텐츠를 생성하기 위하여 변형가능 미러를 추가로 구동할 수 있다. 광선들은 자유형 광학 엘리먼트(1006)로 릴레이되고 하나 또는 그 초과의 자유형 굴절 표면들과 하나 또는 그 초과의 자유형 반사 표면들 사이에서 전파된다. 광선들은 자유형 광학 엘리먼트(1006)에서 반사 및 편향되고 궁극적으로 켤레화된 사출 동공(1008)에 가상 디스플레이 콘텐츠를 생성한다.
[00139]
도 11a는 일부 실시예들에서 종래의 2-차원 디스플레이와 비교하여 광 필드 디스플레이의 간략화된 표현을 예시한다. 등방성으로 광들을 방사하는 종래의 2-차원 디스플레이(1002)와 달리, 광 필드 디스플레이는 1104에 개략적으로 예시된 바와 같이 물리적 공간에서 상이한 컬러들 및 복사 휘도들의 광 샘플들을 적당한 광선들(예컨대, 각각 적색, 오렌지색, 황색, 녹색, 청색, 남색, 및 자주색의 광선들에 대한 1106R, 1106O, 1106Y, 1106G, 1106B, 1106I, 1106P)에 맵핑한다.
[00140]
도 11b는 일부 실시예들에서 광선들의 클러스터화된 번들들의 제어를 제공하고 광선들의 방향의 함수로서 광선들의 컬러 및 복사 휘도를 변조하는 자유형 광학기구를 가진 광 필드 디스플레이 시스템의 간략화된 개략 표현을 예시한다. 도 11b에 예시된 광 필드 디스플레이는 광선들의 클러스터화된 번들들의 제어를 제공하고 방향의 함수로서 그들의 복사 휘도들 및/또는 컬러를 변조한다. 도 11b에 예시된 이들 실시예들에서, 광 필드 디스플레이 시스템은 광학 수차들을 수정하고 이미지 품질을 개선하고 및/또는 중간 동공(1111)을 생성하기 위하여 하나 또는 그 초과의 이미지 소스들(1150)로부터 방사되고 하나 또는 그 초과의 커플링 렌즈들(1103)을 가진 커플링 렌즈 그룹(1107)에 전파되는 변조된 복사 휘도 및/또는 컬러(들)를 가진 광선들(1108, 1110, 및 1112)의 번들을 프로세싱한다.
[00141]
그 다음으로, 광선들은 켤레화된 사출 동공(1109)에 가상 디스플레이 콘텐츠를 생성하기 위하여 다양한 표면 파라미터들을 가진 하나 또는 그 초과의 굴절 표면들과 하나 또는 그 초과의 반사 표면들 사이에서 반사 및 편향하도록 자유형 광학 엘리먼트(1113)에 릴레이된다. 도 11b에 예시된 광 필드 디스플레이는 또한 적당한 광 필드 콘텐츠를 디스플레이하기 위하여 원근조절 큐들을 고정된 초점 거리에 묶을 필요 없이 원근조절-수렴 충돌을 해결할 수 있다.
[00142]
광 필드 디스플레이 시스템이 머리-장착 디스플레이 또는 인간 착용가능 디스플레이로서 구현되는 일부 실시예들에서, 광 필드 디스플레이 시스템은 광 필드 디스플레이가 안구들에 아주 근접하여 있음에도 불구하고, 원근조절-수렴 충돌을 해결하고, 넓은 시야(특히 도 2-10b를 참조하여 앞서 설명된 바와 같은 자유형 광학 엘리먼트들의 타일화된 어레인지먼트를 사용하여)를 제공하고, 그리고 인간 안구들의 자연 원근조절 범위 내의 초점에 맞게 가상 디스플레이 콘텐츠 이미지들을 생성한다.
[00143]
이미지 소스(1150)는 변조된 광선들을 방사할 수 있는 마이크로 디스플레이 또는 디스플레이 시스템이다. 도 11c는 그런 이미지 소스들의 일 예를 예시한다. 보다 구체적으로, 도 11c는 상이한 컬러들 및 복사 휘도들을 가진 상이한 광 샘플들을 맵핑 및 주입하고, 물리적 공간에서 이미지 투사기들(1108C, 1110C, 및 1112C)의 번들을 사용하여 가상 디스플레이 콘텐츠 내 하나 또는 그 초과의 객체들을 적당한 광선들로 표현하는 이미지 소스(1150C)의 일 예를 예시한다. 이미지 투사기들(1108C, 1110C, 및 1112C)의 번들로부터 방사된 광선들은 한 쌍의 대물 렌즈 그룹들을 통해 함께 효과적으로 혼합되고 그리고 커플링 렌즈(1103)(도 11b에서) 및 중간 동공(1111C)을 통하여 자유형 엘리먼트에 주입된다. 광 필드 디스플레이 시스템이 머리-장착 디스플레이 또는 인간 착용가능 디스플레이로서 구현되는 일부 실시예들에서, 광 필드 디스플레이 시스템은 스크린을 필요로 하지 않고 가상 디스플레이 콘텐츠를 사용자의 안구(들)에 디스플레이한다.
[00144]
도 11d는 일부 실시예들에서 광선들의 클러스터화된 번들들의 제어를 제공하고 광선들의 클러스터화된 번들들의 포지션 및/또는 방향의 함수로서 광선들의 클러스터화된 번들들의 복사 휘도 및/또는 컬러(들)를 변조하는 자유형 광학기구를 가진 광 필드 디스플레이의 다른 간략화된 개략 표현을 예시한다. 도 11d에 예시된 이들 실시예들에서, 광 필드 디스플레이 시스템은 가상 디스플레이 콘텐츠의 광 샘플들을 적당한 광선들로 방사하는 하나 또는 그 초과의 가상 객체들의 상이한 컬러들, 복사 휘도들, 및/또는 심도들의 이들 광 샘플들을 맵핑하기 위한 컴퓨팅 시스템(도시되지 않음)을 포함한다. 광 필드 디스플레이 시스템은 추가로 이들 맵핑된 광선들을 중간 동공(1111D)을 통해 자유형 광학 엘리먼트(1114D)로 방사하여 최종적으로 포커싱 시스템들 또는 엘리먼트들을 사용하지 않고 사출 동공(1117D)에서 가상 디스플레이 콘텐츠를 생성하기 위한 컴퓨팅 시스템에 의해 제어되는 이미지 투사기들(예컨대, 1108D, 1110D, 및 1112D)의 번들을 사용할 수 있다.
[00145]
일부 실시예들에서, 이미지 투사기들의 번들에서 투사기들의 수는 요구되거나 원해지는 분해능, 인간 안구들의 각도 분해능, 또는 임의의 다른 적당한 팩터들에 적어도 부분적으로 기반하여 결정될 수 있다. 즉, 광 필드 디스플레이 시스템은, 가상 디스플레이 콘텐츠의 가상 객체를 재생하기 위하여 추후 사용되는 광선들을 레코딩 또는 생성할 때, 제 1 광선들을 방사하는 가상 객체의 상이한 컬러들, 복사 휘도들, 및/또는 심도들의 광 샘플들을 변조하거나 맵핑함으로써 제 1 광선들을 결정하거나 식별할 수 있다. 그런 레코딩된 정보가 제공될 대, 광 필드 디스플레이 시스템은 광선들로부터 복사 휘도 및/또는 심도 정보를 추출할 수 있고 그리고 광선들이 투사되는 장소, 어느 이미지 투사기(들)가 대응하는 광선들을 투사하기 위하여 사용될지, 및 이미지 투사기(들)가 광 필드를 렌더링하기 위하여 대응하는 광선들을 투사하는 장소를 결정하기 위하여 추출된 정보를 사용할 수 있다.
[00146]
도 5는 일부 실시예들에서 타일화된 어레인지먼트에서 일부 자유형 광학 엘리먼트들의 수평 시야(FOV)의 개략 표현을 도시한다. 보다 구체적으로, 도 5는 일차적 자유형 광학 엘리먼트(502) 및 이차적 자유형 광학 엘리먼트(504)의 수평 어레인지먼트를 예시한다. 일차적 자유형 광학 엘리먼트(502)는 어드레스 가능 포커스 능력을 가진 자유형 광학 시스템이고 사용자 안구와 중심이 맞춰진다. 이차적 자유형 광학 엘리먼트(504)는 또한 어드레스 가능 포커스 능력을 가지거나 가지지 않는 자유형 광학 시스템이고 일차적 디스플레이(502)의 측면에 배치된다.
[00147]
일차적 자유형 광학 엘리먼트(502) 및 이차적 자유형 광학 엘리먼트(504)는 연대하여 일차적 자유형 광학 엘리먼트(502)의 수평 시야(508) 및 이차적 자유형 광학 엘리먼트(504)의 수평 시야(510)로부터의 기여를 포함하는 확장된 수평 시야(506)를 제공한다. 일 실시예에서, 일차적 자유형 광학 엘리먼트(502) 및 이차적 자유형 광학 엘리먼트(504)의 타일화된 수평 시야는 60 내지 120 도의 범위에 속한다.
[00148]
도 6은 일부 실시예들에서 단안용 수평으로 타일화된 어레인지먼트에서 2개의 자유형 광학 엘리먼트들의 수직 및 수평 시야(FOV)의 개략 표현을 예시한다. 개략적 표현은 일차적 자유형 광학 엘리먼트에 의해 제공된 일차적 시야(614) 및 이차적 자유형 광학 엘리먼트에 의해 제공된 이차적 시야(616)를 포함한다. 이 개략적 표현에서 일차적 자유형 광학 엘리먼트는 사용자의 코 측(602) 가까이 배열되고, 그리고 이차적 자유형 광학 엘리먼트는 사용자의 관자놀이 측(606) 가까이 배열된다.
[00149]
이런 특정 표현에서, 일차적 자유형 광학 엘리먼트 및 이차적 자유형 광학 엘리먼트는 동일한 시야 및 종횡비를 가진다. 이들 실시예들에서, 일차적 및 이차적 자유형 광학 엘리먼트들 둘 모두는 수직 시야(604)를 가지며, 수직 시야(604)는 또한 일차적 및 이차적 자유형 광학 엘리먼트들의 타일화된 어레인지먼트의 수직 시야이다. 인간 안구에 의해 자연적으로 인지된 바와 같이, 이런 타일화된 어레인지먼트의 어그리게이팅된(aggregated) 수평 시야(612)는 코 측 수평 시야(608) 및 관자놀이 수평 시야(610)를 포함할 수 있다. 2개의 수평으로 타일화된 자유형 광학 엘리먼트들은 연대하여 도 6에 예시된 바와 같은 대각선 시야(618)를 제공한다.
[00150]
도 7은 일부 실시예들에서 단안용 수평으로 타일화된 어레인지먼트에서 2개의 자유형 광학 엘리먼트들의 수직 및 수평 시야(FOV)의 다른 개략 표현을 예시한다. 보다 구체적으로, 도 7은 일차적 및 이차적 자유형 광학 엘리먼트의 다른 타일화된 어레인지먼트의 시야를 예시한다. 일차적 자유형 광학 엘리먼트는 코 측(702)에 더 가까이 배열되고 수직 시야(704)를 가지는 일차적 시야(714)를 제공한다. 이차적 자유형 광학 엘리먼트는 관자놀이 측에 더 가까이 배열되고 수직 시야(704)를 또한 가지는 이차적 시야(716)를 제공한다. 이들 실시예들에서, 일차적 자유형 광학 엘리먼트는 수직 시야를 증가시키거나 최대화하기 위한 방식으로 고안된다.
[00151]
이차적 자유형 광학 엘리먼트는 일차적 자유형 광학 엘리먼트와 동일한 수직 시야(704)를 제공하도록 고안되고 그리고 수평 시야를 증가시키거나 최대화하는 방식으로 고안된다. 일차적 자유형 광학 엘리먼트에 의해 제공된 종횡비 및 따라서 수평 시야에 따라, 이차적 자유형 광학 엘리먼트는 또한 일부 실시예들에서 일차적 자유형 광학 엘리먼트에 의해 제공된 수평 시야를 원해진 도는 요구된 종횡비로 확장하도록 고안될 수 있다. 이차적 자유형 광학 엘리먼트는 일차적 시야의 종횡비와 상이한 상이한 종횡비를 가지는 시야를 제공할 수 있다. 따라서 일차적 및 이차적 자유형 광학 엘리먼트들의 타일화된 어레인지먼트의 시야는 도 7에 예시된 바와 같이 대각선 시야(718)를 제공한다. 인간 안구에 의해 자연적으로 인지된 바와 같이, 어그리게이팅된 수평 시야(712)는 코쪽 수평 시야(708) 및 관자놀이 수평 시야(710)를 포함할 수 있다.
[00152]
도 8은 일부 실시예들에서 수평으로 타일화된 단안용 어레인지먼트에서 2개의 자유형 광학 엘리먼트들의 수직 및 수평 시야(FOV)의 다른 개략 표현을 예시한다. 보다 구체적으로, 도 8은 일차적 및 이차적 자유형 광학 엘리먼트의 다른 타일화된 어레인지먼트의 시야를 예시한다. 일차적 자유형 광학 엘리먼트는 코 측(802)에 더 가까이 배열되고 수직 시야(804)를 가지는 일차적 시야(814)를 제공한다. 이차적 자유형 광학 엘리먼트는 관자놀이 측에 더 가까이 배열되고 수직 시야(820)를 또한 가지는 이차적 시야(816)를 제공한다. 이들 실시예들에서, 일차적 자유형 광학 엘리먼트는 수직 시야(804)를 증가시키거나 최대화하기 위한 방식(예컨대, 약 135 도까지)으로 고안된다.
[00153]
이차적 자유형 광학 엘리먼트는 수평 시야를 증가시키거나 최대화하기 위한 방식으로 고안된다. 이차적 자유형 광학 엘리먼트는 수직 FOV(804)에 매칭하거나 매칭하지 않을 수 있는 수직 시야(806)를 가진 이차적 시야(816)를 제공한다. 이차적 자유형 광학 엘리먼트는 일차적 자유형 광학 엘리먼트에 의해 생성된 종횡비와 동일한 종횡비를 가진 시야를 생성하거나 생성하지 않을 수 있다. 그럼에도 불구하고 일차적 및 이차적 자유형 광학 엘리먼트들의 타일화된 어레인지먼트의 대각선 시야(818)는 일차적 자유형 광학 엘리먼트의 수직 시야(804) 및 어그리게이팅된 수평 시야(812)에 의해 정의된다. 인간 안구에 의해 자연적으로 인지된 바와 같이, 어그리게이팅된 수평 시야(812)는 코쪽 수평 시야(808) 및 관자놀이 수평 시야(810)를 포함할 수 있다.
[00154]
도 4a는 일부 실시예들에서 보상 렌즈를 가진 일차적 디스플레이 디바이스의 간략화된 개략 표현을 예시한다. 이들 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 자유형 굴절 표면들을 포함하는 보상 렌즈(402)는 매우 넓은 시-스루 시야에 걸쳐 주변 환경의 적당한 뷰잉을 제공할 수 있다. 보상 렌즈(402)의 표면들은, 보상 렌즈 엘리먼트(402)가 자유형 광학 엘리먼트(들)(예컨대, 자유형 웨지(414))와 함께 기능할 때, 실세계 장면으로부터의 광선들에 도입된 시프트 및 왜곡을 최소화하거나 감소하기 위하여 개선되거나 최적화될 수 있다.
[00155]
도 4b는 일부 실시예들에서 일차적 디스플레이 엘리먼트, 이차적 디스플레이 엘리먼트, 및 보상 렌즈 엘리먼트의 다른 간략화된 개략 표현을 예시한다. 보다 구체적으로, 도 4b는 타일화된 어레인지먼트의 일차적 자유형 디스플레이 엘리먼트(404B) 및 이차적 자유형 디스플레이 엘리먼트(406B)를 예시한다. 간략화된 개략 표현은 추가로 일차적 디스플레이 자유형 엘리먼트(404B) 및 이차적 자유형 디스플레이 엘리먼트(406B)의 적어도 일부에 부착되고 커버하는 보상 렌즈 엘리먼트(408B)를 포함한다. 보상 렌즈 엘리먼트(408B)는 매우 넓은 시-스루 시야를 가로질러 주변 환경의 적당한 뷰잉을 제공하기 위하여 2개의 자유형 디스플레이 엘리먼트들과 함께 기능할 수 있다. 게다가 또는 대안으로, 보상 렌즈(408B)의 표면들은, 보상 렌즈 엘리먼트(408B)가 자유형 광학 엘리먼트(들)와 함께 기능할 때, 실세계 장면으로부터의 광선들에 도입된 시프트 및 왜곡을 최소화하거나 감소하기 위하여 개선되거나 최적화될 수 있다.
[00156]
도 12a는 일부 실시예들에서 타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법의 높은 레벨 흐름도를 예시한다. 도 12a에 예시된 이들 실시예들에서, 방법은 1202A에서 일차적 디스플레이 디바이스를 식별하는 단계를 포함할 수 있다. 이들 실시예들의 일부에서, 일차적 디스플레이 디바이스는 일차적 수직 시야를 정의한다. 일차적 시야는 일차적 수평 시야, 일차적 수직 시야, 또는 일차적 수평 시야 및 일차적 수직 시야의 결합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 게다가 또는 대안으로, 일차적 디스플레이 디바이스는 도 9a의 자유형 광학 엘리먼트(908) 또는 도 9b의 940 같은 제 1 자유형 광학 엘리먼트를 포함할 수 있다. 일차적 디스플레이 디바이스는 이들 예시된 실시예들의 일부에서 가변 포커스 엘리먼트를 포함하는 제 1 커플링 광학 시스템을 통해 제 1 이미지 소스(예컨대, 도 9a의 이미지 소스(902) 또는 도 9b의 932)에 커플링된다.
[00157]
이들 예시된 실시예들의 일부에서, 제 1 커플링된 광학 시스템은 광학 수차들을 수정하고 자유형 광학 시스템에 의해 렌더링된 가상 디스플레이 콘텐츠의 이미지 품질들을 개선하도록 고안된다. 일차적 디스플레이 디바이스의 일차적 수직 시야는 선택적으로 증가되거나 최대화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 1204A에서, 이차적 디스플레이 디바이스는 고안(만약 아직 고안되지 않았다면) 또는 식별(이미 존재하면)될 수 있다. 이차적 디스플레이 디바이스는 도 9a의 자유형 광학 엘리먼트(908) 또는 도 9b의 940 같은 제 2 자유형 광학 엘리먼트를 포함할 수 있다. 게다가 또는 대안으로, 이차적 디스플레이 디바이스는 증가되거나 최대화된 이차적 수평 시야를 가질 수 있다. 이차적 디스플레이 디바이스의 이차적 수직 시야는 일부 실시예들에서 제 1 디스플레이 디바이스의 일차적 수직 시야에 정확하게 또는 거의 정확하게 매칭할 수 있다. 이들 실시예들의 일부에서, 1204A에서 식별된 이차적 디스플레이 디바이스는 제 2 자유형 광학 엘리먼트를 포함한다.
[00158]
타일화된 디스플레이 디바이스는 타일화된 디스플레이 디바이스를 형성하기 위하여 타일화된 어레인지먼트의 이차적 디스플레이 디바이스를 일차적 디바이스에 부착함으로써 고안(이미 존재하면) 또는 식별(아직 존재하지 않으면)될 수 있다. 도 12a의 1206A에 예시된 이들 실시예들의 일부에서, 이차적 디스플레이 디바이스는 일차적 디스플레이 디바이스의 수평 시야를 확장시키는 타일화된 어레인지먼트의 일차적 디바이스에 부착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 타일화된 어레인지먼트는, 이차적 디스플레이 디바이스 및 일차적 디스플레이 디바이스가 서로 인접하게 배치되는 수평 어레인지먼트를 포함한다. 일부 다른 실시예들에서, 타일화된 어레인지먼트는, 이차적 디스플레이 디바이스가 일차적 디스플레이 디바이스 맨 위에 배치되거나, 일차적 디스플레이 디바이스가 이차적 디스플레이 디바이스 맨 위에 배치되는 수직 어레인지먼트를 포함한다.
[00159]
게다가 또는 대안으로, 하나 또는 그 초과의 다른 이차적 디스플레이 디바이스들은 타일화된 디스플레이 디바이스에 대한 제 1 타일화된 어레인지먼트의 일차적 디스플레이 디바이스에 부착되거나 통합될 수 있다. 이들 실시예들의 일부에서, 제 1 타일화된 어레인지먼트는 하나 또는 그 초과의 다른 이차적 디스플레이 디바이스들 중 적어도 일부를 타일화된 디스플레이 디바이스의 수평 측에 부착하는 것을 포함한다. 일부 다른 실시예들에서, 제 1 타일화된 어레인지먼트는 하나 또는 그 초과의 다른 이차적 디스플레이 디바이스들 중 적어도 일부를 타일화된 디스플레이 디바이스의 수직 측에 부착하는 것을 포함한다. 또 다른 실시예들에서, 제 1 타일화된 어레인지먼트는 하나 또는 그 초과의 다른 이차적 디스플레이 디바이스들 중 적어도 일부를 타일화된 디스플레이 디바이스의 수평 측 및 수직 측 둘 모두에 부착하는 것을 포함한다. 도 12a에 예시된 일부 실시예들에서, 타일화된 디스플레이 디바이스의 시야는 요구되거나 원해진 종횡비를 만족하는 어그리게이팅된 수평 시야 및 어그리게이팅된 수직 시야를 정의한다. 일 실시예에서, 요구되거나 원해진 폭 대 높이의 종횡비는 16:9이다. 다른 실시예에서, 요구되거나 원해진 폭 대 높이의 종횡비는 4:3이다. 다른 실시예에서, 요구되거나 원해진 폭 대 높이의 종횡비는 2.35:1이다.
[00160]
도 12b-e는 일부 실시예들에서 타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법의 더 상세한 흐름도를 연대적으로 예시한다. 도 12b-e에 예시된 이들 실시예들에서, 일차적 시야를 정의하고 제 1 자유형 광학 엘리먼트를 포함하는 일차적 디스플레이 디바이스는 1202B에서 식별(이미 존재하면) 또는 고안(아직 존재하지 않으면)될 수 있다. 일차적 디스플레이 디바이스는 또한 제 1 이미지 소스 이를테면 투사기들의 번들, 하나 또는 그 초과의 피코-투사기들, 하나 또는 그 초과의 마이크로-투사기들 등에 커플링될 수 있다. 이들 실시예들의 일부에서, 일차적 디스플레이 디바이스는 자유형 광학 디스플레이 장치에 대한 가변 포커싱 메커니즘을 포함할 수 있다.
[00161]
일차적 디스플레이 디바이스의 일차적 시야는 1204B에서 선택적으로 증가되거나 최대화될 수 있다. 일차적 시야는 일부 실시예들에서 일차적 수평 시야, 일차적 수직 시야, 또는 일차적 수평 시야 및 일차적 수직 시야의 결합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이차적 디스플레이 디바이스는 1206B에서 식별(이미 존재하면) 또는 고안(아직 존재하지 않으면)될 수 있다. 이차적 디스플레이 디바이스는 이차적 시야를 정의하고 제 2 자유형 광학 엘리먼트를 포함한다.
[00162]
도 12b에 예시된 이들 실시예들의 일부에서, 이차적 시야는 일차적 시야에 정확하게 또는 거의 정확하게 매칭할 수 있다. 이차적 시야는 일부 실시예들에서 이차적 수평 시야, 이차적 수직 시야, 또는 이차적 수평 시야 및 이차적 수직 시야의 결합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 1208B에서, 이차적 디스플레이 디바이스의 이차적 수평 시야는 도 12b에 예시된 이들 실시예들의 일부에서 선택적으로 증가되거나 최대화될 수 있다. 참조 번호 1210B는 일차적 및 이차적 디스플레이 디바이스들을 통합하기 위하여 사용될 수 있는 3개의 어레인지먼트들을 생성하기 위한 3개의 상이한 프로세스들을 예시한다.
[00163]
도 12b-e에 설명된 자유형 디스플레이 장치는 이들 3개의 어레인지먼트들 중 하나 또는 그 초과의 어레인지먼트들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 어레인지먼트는 1212B에서 일차적 시야 및/또는 이차적 시야에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 일차적 및 이차적 디스플레이 디바이스들에 대해 결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 어레인지먼트는 수평 어레인지먼트를 포함한다.
[00164]
1214B에서, 자유형 디스플레이 장치의 수평 또는 대각선 시야는 일차적 및 이차적 디스플레이 디바이스들을 서로 인접하게 배열하는 제 1 어레인지먼트를 사용하여 확장될 수 있다. 게다가 또는 대안으로, 제 2 어레인지먼트는 1216B에서 일차적 시야 및/또는 이차적 시야에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 일차적 및 이차적 디스플레이 디바이스들에 대해 결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 2 어레인지먼트는 수직 어레인지먼트를 포함할 수 있다. 자유형 디스플레이 장치의 수직 및/또는 대각선 시야는 1218B에서 제 2 어레인지먼트를 사용하여 확장될 수 있다.
[00165]
일부 실시예들에서, 일차적 디스플레이 디바이스는 이차적 디스플레이 디바이스 맨 위에 배치될 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 이차적 디스플레이 디바이스는 일차적 디스플레이 디바이스 맨 위에 배치될 수 있다. 게다가 또는 대안으로, 제 3 어레인지먼트는 1220B에서 일차적 시야 및/또는 이차적 시야에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 자유형 디스플레이 장치에 대해 결정될 수 있다. 자유형 디스플레이 장치는 1222B에서 이차적 디스플레이 디바이스의 이차적 시야(예컨대, 이차적 수직 시야)를 일차적 디스플레이 디바이스의 일차적 시야(예컨대, 일차적 수직 시야)에 적어도 정확하게 또는 거의 정확하게 매칭시키는 제 3 어레인지먼트로 고안될 수 있다.
[00166]
타일화된 디스플레이 디바이스에 대한 일차적 디스플레이 디바이스 및 제 2 디스플레이 디바이스를 사용하여, 하나 또는 그 초과의 다른 이차적 디스플레이 디바이스들은 1224B에서 일부 실시예들에서 자유형 디스플레이 장치의 시야를 추가로 확장시키기 위하여 일차적 디스플레이 디바이스 또는 타일화된 디스플레이 디바이스에 부착되거나 통합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 일차적 디스플레이 디바이스는 어드레스 가능 포커스 능력을 가질 수 있다. 이차적 디스플레이 디바이스는 또한 일부 실시예들에서 어드레스 가능 포커스 능력을 가질 수 있거나 일부 다른 실시예들에서 어드레스 가능 포커스 능력을 가지지 않을 수 있다. 어드레스 가능 포커스 능력에 관한 많은 세부사항들은 아래에서 설명될 것이다.
[00167]
자유형 디스플레이 장치에 의해 생성된 입체 이미지들의 품질은 1226B에서 적어도 일차적 디스플레이 디바이스 및/또는 하나 또는 그 초과의 이미지 소스들을 광학 커플링 광학 메커니즘과 커플링함으로써 선택적으로 개선될 수 있다. 예컨대, 커플링 디바이스(예컨대, 커플링 렌즈(108))는 일부 실시예들의 1226B에서 광학 수차들을 수정하기 위하여 일차적 디스플레이 디바이스와 커플링될 수 있다. 다른 예로서, 일차적 디스플레이 디바이스는 일부 실시예들에서 실세계 장면으로부터의 광선들에 도입된 시프트 및 왜곡을 최소화하거나 감소시키고 및/또는 주변 환경의 뷰잉을 제공하기 위하여 하나 또는 그 초과의 자유형 굴절 표면들을 가진 보상 렌즈를 포함하거나 통합될 수 있다.
[00168]
이들 실시예들에서, 본원에 설명된 자유형 디스플레이 장치는 시-스루 시야를 제공한다. 이들 실시예들의 일부에서, 보상 렌즈는 일차적 디스플레이 디바이스 또는 일차적 디스플레이 디바이스의 자유형 광학 엘리먼트의 적어도 일부를 커버할 수 있다. 초점 길이는 또한 1227B에서 가변 포커스 메커니즘의 광 출력을 변경함으로써 선택적으로 변경될 수 있다. 가변 포커스 메커니즘이 변형가능 미러 또는 변형가능 멤브레인 미러를 포함하는 일부 실시예들에서, 초점 길이는 또한 1227B에서 가변 포커스 메커니즘의 변형가능 미러 또는 변형가능 멤브레인 미러의 광 출력을 변경함으로써 선택적으로 변경될 수 있다.
[00169]
1228B에서, 자유형 디스플레이 장치의 하나 또는 그 초과의 초점 평면들의 하나 또는 그 초과의 초점 거리들은 가변 포커스 메커니즘을 사용하여 선택적으로 조정될 수 있다. 일차적 디스플레이 디바이스 및/또는 이차적 디스플레이 디바이스는 일부 실시예들의 1230B에서 적어도 단일 초점 평면의 초점 거리를 제어하고 가변함으로써 어드레스 가능 포커스 기능성으로 선택적으로 고안될 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 일차적 디스플레이 디바이스 및/또는 이차적 디스플레이 디바이스는 또한 1232B에서 적어도 복수의 초점 평면들 사이에서 스위칭함으로써 어드레스 가능 포커스 기능성으로 선택적으로 고안될 수 있다.
[00170]
이들 후자의 실시예들에서, 복수의 초점 평면들 각각은 고정된 초점 길이를 가지며, 그리고 어드레스 가능 포커스 기능성은 자유형 디스플레이 장치로 하여금 입체 이미지들을 투사할 때 복수의 초점 평면들 사이에서 스위칭하게 한다. 이들 실시예들의 일부에서, 복수의 초점 평면들의 개별 초점 거리들은 1234B에서 가변 포커싱 메커니즘을 사용하여 어드레싱될 수 있다. 주변 환경을 뷰잉하는 품질은 1236B에서 적어도 하나의 보상 렌즈를 일차적 디스플레이 디바이스의 적어도 일부와 적어도 통합함으로써 선택적으로 개선될 수 있다. 보상 렌즈는 실세계 장면들과 관찰자의 안구(단안용 자유형 디스플레이 장치를 가짐) 또는 안구들(양안용 자유형 디스플레이 장치를 가짐) 사이에 자유형 디스플레이 장치의 존재로 인해 뷰잉 품질의 감소를 보상하는 것이고 그리고 일차적, 이차적, 및/또는 하나 또는 그 초과의 다른 이차적 디스플레이 디바이스들이 주변 환경의 적당한 뷰잉을 제공하는 것을 보상하기 위하여 실세계 장면으로부터의 광선들에 도입된 시프트 및 왜곡을 최소화하거나 감소시키기 위한 하나 또는 그 초과의 굴절 표면들을 포함할 수 있다.
[00171]
도 13a는 일부 실시예들에서 자유형 디스플레이 장치에 대한 타일화된 어레인지먼트의 가변 포커싱 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법의 높은 레벨 흐름도를 예시한다. 이들 실시예들에서, 입력 광 빔들은 1302A에서 이미지 소스로부터 수신될 수 있다. 이미지 소스는 투사기들의 번들(예컨대, 피코-투사기들, 레이저 투사기들 등), 마이크로-어레이 디스플레이들, LCoS 또는 Liquid Crystal on Silicon, 또는 LCD 기반 DLP 또는 Digital Light Processing, 등 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 입력 광 빔들의 초점 길이는 1304A에서 자유형 디스플레이 장치에 의해 생성되고 관찰자의 안구(단안용 자유형 디스플레이 장치를 가짐) 또는 안구들(양안용 자유형 디스플레이 장치를 가짐)에 의해 관찰된 입체 이미지들에 대한 적어도 하나의 초점 평면의 포지셔닝에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 가변 포커스 메커니즘을 사용하여 변경될 수 있다.
[00172]
변경된 초점 길이를 가진 입력 광 빔들은 1306A에서 자유형 광학 메커니즘으로 전파될 수 있다. 그 다음으로, 입체 이미지들은 1308A에서 자유형 광학 메커니즘을 가진 인간 관찰자에게 가상 또는 증강 현실 제시를 위하여 적어도 하나의 초점 평면상에 생성되거나 투사될 수 있다. 도 13a에 예시된 자유형 디스플레이 장치에 대한 타일화된 어레인지먼트의 가변 포커싱 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법에 관한 많은 세부사항들은 도 13b-d를 참조하여 다음 섹션에 제공된다.
[00173]
도 13b는 일부 실시예들에서 가변 포커싱 자유형 광학 디스플레이 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법의 흐름도를 예시한다. 도 13b에 예시된 이들 실시예들에서, 제 1 광 신호들은 1302B에서 광학 시스템에서 이미지 소스로부터 수신될 수 있다. 이들 실시예들의 일부에서, 이미지 소스는 하나 또는 그 초과의 투사기들의 번들들, LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 마이크로-어레이 디스플레이, 또는 디지털 광 프로세싱 마이크로-어레이 디스플레이 시스템을 포함한다. 게다가 또는 대안으로, 광학 시스템은 일부 실시예들에서 도 9b의 가변 포커싱 시스템(936) 또는 도 10a의 가변 포커싱 시스템 같은 가변 포커싱 시스템을 포함할 수 있다. 광학 시스템은 이미지 소스를 더 포함할 수 있고, 그리고 가변 포커싱 메커니즘은 일부 실시예들에서 하나 또는 그 초과의 릴레이 렌즈에 추가로 커플링된 액체 렌즈 또는 변형가능 멤브레인 미러를 포함할 수 있다.
[00174]
1304B에서, 제 1 초점 거리는 이미지 소스로부터의 제 1 광 신호들에 대해 결정될 수 있다. 제 1 초점 거리는, 일부 실시예들에서 초점에 맞게 렌더링되는 가상 디스플레이 콘텐츠의 일부가 사용자로부터 떨어져 위치되는 것처럼, 가변 포커싱 자유형 광학 디스플레이 시스템에 의해 렌더링되는 가상 디스플레이 콘텐츠를 보는 사용자에 의해 인지되는 초점 평면의 거리를 포함한다. 이들 실시예들의 일부에서, 광학 시스템에서 어드레스 가능 가변 포커싱 메커니즘의 광 출력은 1306B에서 제 1 광 신호들에 대한 제 1 초점 거리를 어드레싱하기 위하여 가변될 수 있다. 이들 실시예들에서, 광학 시스템은 단일 초점 평면을 포함하고 원근조절 큐들 및 수렴 큐들을 변화하는 초점 거리에 커플링하기 위하여 단일 초점 평면의 초점 거리를 변경한다.
[00175]
이들 실시예들의 일부에서, 어드레스 가능 가변 포커싱 엘리먼트는 액체 렌즈를 포함한다. 일부 다른 실시예들에서, 어드레스 가능 가변 포커싱 엘리먼트는 하나 또는 그 초과의 릴레이 렌즈에 추가로 커플링된 변형가능 멤브레인 미러를 포함할 수 있다. 대안적으로, 제 1 초점 평면은 1308B에서 제 1 광 신호들의 제 1 초점 거리를 어드레싱하기 위하여 제 1 광 신호들의 제 1 이미지를 디스플레이하기 위한 다수의 초점 평면들로부터 식별될 수 있다. 이들 실시예들에서, 광학 시스템은 다수의 초점 평면들을 포함할 수 있고 그리고 원근조절 큐들 및 수렴 큐들을 변화하는 초점 거리에 커플링하기 위하여 다수의 초점 평면들 중 적어도 2개의 초점 평면들 상에 병렬로 가상 디스플레이 콘텐츠를 렌더링할 수 있다.
[00176]
1310B에서, 수렴 큐들 및 원근조절 큐들 둘 모두는 다수의 초점 평면들 사이에서 가변하는 제 1 초점 거리로 어드레싱, 등록, 또는 연관(집합적으로 어드레싱)될 수 있다. 일부 실시예들에서, 수렴 큐들 및 원근조절 큐들은, 원근조절 큐들 또는 수렴 큐들을 고정된 초점 거리에 묶지 않고, 수렴 큐들 및 원근조절 큐들 둘 모두를 제 1 초점 거리와 커플링함으로써 어드레싱될 수 있다. 1312B에서, 2-차원 제 1 이미지는 적어도 제 1 초점 거리를 사용함으로써 뷰잉하기 위하여 자유형 광학 디스플레이 디바이스를 사용하여 제 1 광 신호들로 생성되거나 렌더링될 수 있다.
[00177]
도 13c-d는 일부 실시예들에서 가변 포커싱 자유형 광학 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 프로세스의 흐름도를 연대적으로 예시한다. 이들 실시예들에서, 입력 광 빔들은 1302C에서 1302B 또는 1302A와 동일하거나 실질적으로 유사한 방식으로 이미지 소스로부터 수신될 수 있다. 수신된 입력 광 빔들은 1304C에서 가변 포커스 메커니즘의 제 1 광학기구를 통해 하나 또는 그 초과의 빔 분할기들로 전파될 수 있다.
[00178]
일부 실시예들에서, 제 1 광학기구는 수신된 입력 광 빔들을 평행한 광 빔들로 변환하기 위한 양면볼록 렌즈를 포함할 수 있다. 제 1 광학기구를 통해 지나간 후, 입력 광 빔들은 1306C에서 하나 또는 그 초과의 빔 분할기들을 통해 가변 초점 메커니즘의 제 2 광학기구로 재지향될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 광학기구는 변형가능 미러, 변형가능 멤브레인 미러, 또는 가변 포커스 능력 또는 기능성을 제공하는 임의의 다른 적당한 광학기구를 포함한다. 가변 포커스 메커니즘의 초점 길이는 1308C에서 입체 이미지들이 자유형 디스플레이 장치에 의해 렌더링될 하나 또는 그 초과의 초점 평면들의 포지셔닝에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 가변 포커스 메커니즘의 광 출력을 변경함으로써 변경될 수 있다.
[00179]
입력 광 빔들이 가변 포커스 메커니즘에 의해 변경된 초점 거리로 프로세싱된 후, 입력 광 빔들은 1310C에서 하나 또는 그 초과의 빔 분할기들로 다시 재지향될 수 있다. 변화하는 초점 평면들에 대한 요건은 1312C에서 식별될 수 있다. 일부 실시예들에서, 요건은 예컨대, 얼마나 빨리(공간적으로, 시간적으로, 또는 공간 및 시간적 둘 모두로) 초점 거리의 초점 평면이 변화하는지, 초점 평면 또는 초점 거리가 연속으로 또는 주기적으로 변화하는지 여부, 또는 변화하는 초점 평면들 또는 초점 길이들과 연관된 임의의 다른 요건들을 포함할 수 있다.
[00180]
1312C에서 식별된 요건은, 광 출력이 일부 실시예들에서 제어되는 방법을 결정하기 위하여 또한 사용될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 제어들은 1312에서 식별된 요건에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 가변 포커스 메커니즘의 초점 길이(들)를 변경하기 위하여 1314C에서 제공될 수 있다. 가변 포커스 메커니즘의 초점 길이는 1316C에서 변경된 초점 길이들에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 하나 또는 그 초과의 제어들을 사용하여 변경될 수 있다. 변경된 초점 길이를 사용하여, 입력 광 빔들은 1318C에서 자유형 광학 메커니즘으로 전파될 수 있고, 그리고 입체 이미지들은 1320C에서 하나 또는 그 초과의 인간 관찰자들에게 가상 또는 증강 현실 제시를 위하여 자유형 광학 메커니즘을 사용하여 하나 또는 그 초과의 초점 평면들 상에 생성되거나 투사될 수 있다.
[00181]
도 14a는 일부 실시예들에서 자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법의 높은 레벨 흐름도를 예시한다. 이들 실시예들에서, 광선들의 번들들은 1402A에서 광선들의 번들들에서 가상 객체에 대한 가상 디스플레이 콘텐츠를 생성하기 위하여 이미지 디바이스로부터 수신될 수 있다. 가상 객체에 대한 정보는 1404A에서 광선들의 번들들로부터 추출될 수 있다. 예컨대, 제 1 광선들을 방사하는 가상 객체의 컬러들, 복사 휘도들, 및/또는 심도들은 1404A에서 가상 디스플레이 콘텐츠의 가상 객체를 재생하기 위하여 이후에 사용되는 광선들의 번들들의 레코딩으로부터 추출될 수 있다. 광선들의 변조된 번들들은 1406A에서 광선들의 번들들로부터 추출된 정보에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 생성될 수 있다. 그 다음으로, 가상 디스플레이 콘텐츠는 1408A에서 광선들의 변조된 번들들 및 자유형 광학 디스플레이 디바이스를 사용하여 렌더링될 수 있다. 도 14a에 예시된 자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법에 관한 많은 세부사항들은 도 14b-d를 참조하여 아래에 제공될 것이다.
[00182]
도 14b는 일부 실시예들에서 자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법의 흐름도를 예시한다. 도 14b에 예시된 이들 실시예들에서, 방법은 1402B에서 제 1 광선들에서 제시된 가상 객체를 식별할 수 있고 1404B에서 자유형 디스플레이 시스템의 제 1 광선들을 사용하여 가상 객체를 디스플레이하기 위한 하나 또는 그 초과의 파라미터들을 식별하거나 결정할 수 있다. 제 1 광선에 대한 하나 또는 그 초과의 파라미터들은 일부 실시예들에서 가상 객체를 렌더링할 때 제 1 광선의 복사 휘도, 자유형 디스플레이 시스템에 의해 렌더링된 가상 콘텐츠 디스플레이의 가상 객체의 가상 심도, 제 1 광선에 의해 렌더링된 가상 객체의 부분(예컨대, 하나 또는 그 초과의 픽셀들)에 대한 제 1 광선의 부분의 위치, 요구되거나 원해진 분해능, 자유형 디스플레이 디바이스의 시야, 하나 또는 그 초과의 인체 공학적 파라미터들, 자유형 디스플레이 디바이스의 하나 도는 그 초과의 폼 팩터들, 또는 이들의 임의의 결합을 포함할 수 있다.
[00183]
1406B에서, 방법은 사용자의 가상 시스템의 원근조절 범위에 적어도 부분적으로 기반하여 가상 객체에 대응하는 광 필드를 합성하기 위한 제 1 광선들을 결정할 수 있다. 이들 실시예들의 일부에서, 방법은, 가상 디스플레이 콘텐츠의 가상 객체를 재생하기 위하여 추후 사용되는 광선들을 레코딩 또는 생성할 때, 제 1 광선들을 방사하는 가상 객체의 상이한 컬러들, 복사 휘도들, 및/또는 심도들의 광 샘플들을 변조하거나 맵핑함으로써 제 1 광선들을 결정할 수 있다. 방법은 광선들로부터 복사 휘도 및/또는 심도 정보를 추출할 수 있고 그리고 광선들이 투사되는 장소, 어느 이미지 투사기(들)가 대응하는 광선들을 투사하기 위하여 사용될지, 및 이미지 투사기(들)가 대응하는 광선들을 투사하는 장소를 결정하기 위하여 추출된 정보를 사용할 수 있다. 1408B에서, 방법은 이미지 소스들의 번들로부터 자유형 광학 디스플레이 디바이스로 제 1 광선들을 송신할 수 있다.
[00184]
이들 실시예들의 일부에서, 이미지 소스들의 번들은 복수의 투사기들을 포함하고, 복수의 투사기들 각각은 가상 디스플레이 콘텐츠의 광 필드를 합성하기 위하여 하나 또는 그 초과의 광선들을 주입시킨다. 1410B에서, 방법은 언에이디드 원근조절 범위에 적어도 부분적으로 기반하여 식별된 가상 객체에 대응하는 광 필드를 합성할 수 있다. 이들 실시예들의 일부에서, 방법은 특정 원근조절 범위에서 원근조절 큐들 및 수렴 큐들 둘 모두를 어드레싱하기 위하여 광 필드를 합성할 수 있다. 게다가 또는 대안으로, 방법은 자유형 광학 디스플레이 디바이스를 사용하여 사용자에 의해 인지된 실세계 뷰 상에 오버레이된 입체 뷰를 렌더링하기 위하여 가상 객체의 광 샘플들을 맵핑하는 것으로부터 결정된 제 1 광선들을 사용함으로써 가상 객체에 대한 광 필드를 합성할 수 있다. 1412B에서, 방법은 자유형 광학 디스플레이 디바이스를 사용하여 가상 객체에 대한 제 1 가상 디스플레이 콘텐츠를 추가로 렌더링할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방법은 1410B에서 식별되거나 결정된 제 1 초점 거리와 동일한 가상 이미지 거리에 가상 디스플레이 콘텐츠를 렌더링할 수 있다.
[00185]
도 14c-d는 일부 실시예들에서 자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법의 다른 더 상세한 흐름도를 연대적으로 예시한다. 이들 실시예들에서, 광선들의 번들들은 1402C에서 광선들의 번들들에서 가상 객체에 대한 가상 디스플레이 콘텐츠를 생성하기 위하여 이미지 소스로부터 수신될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이미지 소스는 다수의 투사기들을 포함한다. 이들 실시예들의 일부에서, 이미지 소스에서 투사기들의 수는 가상 디스플레이 콘텐츠의 원해지거나 요구된 분해능, 인간 안구들의 각도 분해능, 이들의 결합, 또는 임의의 다른 적당한 팩터들에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 결정될 수 있다.
[00186]
광선들의 번들들에서 가상 객체는 1404C에서 식별될 수 있고, 그리고 가상 객체에 대한 정보는 1406C에서 광선들의 번들들로부터 추출될 수 있다. 이들 실시예들의 일부에서, 추출된 정보는 가상 디스플레이 콘텐츠에 렌더링될 가상 객체의 컬러(들), 복사 휘도들, 및/또는 심도 정보를 포함할 수 있다. 광선들의 변조된 번들들은 일부 실시예들의 1408C에서 광선들의 번들들로부터 추출된 정보에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 변조될 수 있다.
[00187]
광선들의 번들들을 변조하는 것은 일부 실시예들에서 가상 객체의 상이한 컬러들, 복사 휘도들, 및/또는 심도의 광 샘플을 광선들의 변조된 광 샘플들 또는 변조된 번들들에 맵핑하는 컴퓨팅 시스템에 의해 수행될 수 있다. 1410C에서, 광선들의 변조된 번들들이 투사될 장소는 광선들의 번들들로부터 추출된 정보에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 결정될 수 있다. 1412C에서, 어느 이미지 투사기가 변조된 광선 또는 광선들의 변조된 번들을 투사하기 위하여 사용되고자 하는지가 결정될 수 있다.
[00188]
1414C에서, 이미지 투사기가 광 필드를 렌더링하기 위하여 변조된 광선 또는 광선들의 변조된 번들을 투사할 장소는 일부 실시예들에서 또한 결정될 수 있다. 그 다음으로, 광선들의 변조된 번들들은 1416C에서 원근조절 범위에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 가상 객체에 대응하는 광 필드를 합성하기 위하여 생성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 컴퓨팅 시스템은 광선들의 하나 또는 그 초과의 번들들의 방향(들)의 함수로서 변조된 컬러들, 복사 휘도들, 및/또는 심도들을 가진 광선들의 변조된 번들들을 생성할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 파라미터들은 1418C에서 가상 콘텐츠 디스플레이의 가상 객체를 렌더링하기 위하여 결정될 수 있다.
[00189]
일부 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 파라미터들은 예컨대 하나 또는 그 초과의 굴절 특성들의 하나 또는 그 초과의 특성들, 하나 또는 그 초과의 반사 표면들의 하나 또는 그 초과의 특성들, 또는 하나 또는 그 초과의 광학 표면들의 임의의 다른 적당한 파라미터들을 포함한다. 그 다음으로, 광선들의 변조된 번들들은 1422C에서 중간 동공을 형성하고 및/또는 이미지 품질을 개선하기 위하여 커플링 광학 어셈블리로 전파될 수 있다. 광선들의 변조된 번들들은 1424C에서 자유형 광학 디스플레이 디바이스로 릴레이될 수 있고 1418C에서 식별되거나 결정된 하나 또는 그 초과의 파라미터들에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 1426C에서 자유형 광학 디스플레이 디바이스 내에서 반사되고 및/또는 굴절될 수 있다. 가상 객체에 대응하는 광 필드는 1428C에서 원근조절 큐 및 수렴 큐 둘 모두를 초점 거리로 어드레싱하기 위하여 언에이디드 원근조절 범위에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 합성될 수 있다. 그 다음으로, 가상 디스플레이 콘텐츠는 1430C에서 자유형 광학 디스플레이 디바이스를 사용하여 가상 객체를 위해 렌더링될 수 있다. 이들 실시예들의 일부에서, 가상 디스플레이 콘텐츠의 가상 이미지 거리는 초점 거리와 동일하다.
[00190]
앞선 설명에서, 본 발명의 이들의 특정 실시예들을 참조하여 설명되었다. 그러나, 다양한 수정들 및 변화들이 본 발명의 더 넓은 사상 및 범위에서 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 예컨대, 앞서 설명된 프로세스 흐름들은 프로세스 동작들의 특정 순서를 참조하여 설명된다. 그러나, 설명된 프로세스 동작들 중 많은 동작의 순서가 본 발명의 범위 또는 동작에 영향을 주지 않고 변경될 수 있다. 따라서, 명세서 및 도면들은 제한적 의미보다 오히려 예시로 고려된다.
Claims (62)
- 타일화된 자유형(tiled freeform) 광학 디스플레이 시스템으로서,
광선들을 일차적 자유형 광학 엘리먼트에 주입하는 이미지 소스;
상기 이미지 소스로부터의 광선들을 사용하여 가상 디스플레이 콘텐츠를 디스플레이하기 위한 타일화된 자유형 광학 디스플레이 디바이스를 형성하기 위하여 제 1 타일화된 어레인지먼트로 상기 일차적 자유형 광학 엘리먼트에 부착된 이차적 자유형 광학 엘리먼트; 및
상기 가상 디스플레이 콘텐츠의 적어도 일부가 초점에 맞게 렌더링되는 초점 평면의 초점 거리를 변경하기 위하여 상기 이미지 소스 및 상기 타일화된 자유형 광학 디스플레이 디바이스에 동작 가능하게 커플링된 가변 포커싱 엘리먼트
를 포함하는,
타일화된 자유형 광학 디스플레이 시스템. - 제 1 항에 있어서,
실세계 장면으로부터 상기 일차적 자유형 광학 엘리먼트 및/또는 상기 이차적 자유형 광학 엘리먼트의 적어도 일부를 통하여 방사하는 광선들의 품질을 개선하기 위하여 상기 일차적 자유형 광학 엘리먼트 및/또는 상기 이차적 자유형 광학 엘리먼트의 적어도 일부에 부착된 보상 렌즈를 더 포함하는,
타일화된 자유형 광학 디스플레이 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 일차적 자유형 광학 엘리먼트는 하나 또는 그 초과의 릴레이(relay) 렌즈에 동작 가능하게 커플링된 자유형 웨지(wedge)를 포함하는,
타일화된 자유형 광학 디스플레이 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 일차적 자유형 광학 엘리먼트는 상기 가변 포커싱 엘리먼트로부터 상기 제 1 광선들을 수신하는 폴딩(folding) 반사기에 추가로 커플링되는,
타일화된 자유형 광학 디스플레이 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 가변 포커싱 엘리먼트는 중간 동공(pupil)을 형성하기 위하여 액체 렌즈를 포함하는,
타일화된 자유형 광학 디스플레이 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 가변 포커싱 엘리먼트는 중간 동공을 형성하기 위하여 변형가능 멤브레인 미러(deformable membrane mirror)를 포함하는,
타일화된 자유형 광학 디스플레이 시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 가변 포커싱 엘리먼트는 커플링 렌즈 그룹, 상기 변형가능 멤브레인 미러에 동작 가능하게 커플링된 2 또는 그 초과의 빔 분할기들을 포함하는,
타일화된 자유형 광학 디스플레이 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 일차적 자유형 디스플레이 엘리먼트 및 상기 이차적 자유형 디스플레이 엘리먼트는 동일한 2개의 시야들을 제시하는,
타일화된 자유형 광학 디스플레이 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 일차적 자유형 디스플레이 엘리먼트는 증가되거나 최대화된 일차적 수직 시야를 정의하고,
상기 이차적 자유형 디스플레이 엘리먼트는 상기 증가되거나 최대화된 일차적 수직 시야에 부분적으로 기반하여 이차적 수직 시야를 정의하고, 그리고
상기 타일화된 자유형 광학 디스플레이 디바이스는 상기 증가되거나 최대화된 일차적 수직 시야 및 상기 시야에 대해 미리 결정된 종횡비에 적어도 부분적으로 기반하여 시야를 정의하는,
타일화된 자유형 광학 디스플레이 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 일차적 자유형 디스플레이 엘리먼트는 증가되거나 최대화된 일차적 수직 시야를 정의하고,
상기 이차적 자유형 디스플레이 엘리먼트는 증가되거나 최대화된 이차적 수평 시야를 정의하고,
상기 타일화된 자유형 광학 디스플레이 디바이스는 상기 증가되거나 최대화된 일차적 수직 시야 및 상기 증가되거나 최대화된 이차적 수평 시야에 적어도 부분적으로 기반하여 시야를 정의하는,
타일화된 자유형 광학 디스플레이 시스템. - 자유형 광 필드 디스플레이 시스템으로서,
객체로부터 반사되고 그리고 상기 자유형 광학 필드 디스플레이 시스템을 사용하여 상기 객체에 대한 가상 콘텐츠 디스플레이를 재생하기 위하여 레코딩된 광 샘플들로부터의 광선들을 결정하기 위한 컴퓨팅 디바이스;
상기 광선들을 자유형 광학 엘리먼트에 주입하기 위한 투사기들의 번들(bundle)을 포함하는 이미지 소스 ― 상기 컴퓨팅 디바이스는 추가로 상기 객체에 대한 상기 가상 콘텐츠 디스플레이를 디스플레이하기 위한 광 필드의 일부를 렌더링(render)하기 위하여 상기 광선들로부터 하나 또는 그 초과의 광선들을 결정함 ―; 및
중간 동공을 생성하기 위하여 상기 이미지 소스와 상기 자유형 광학 엘리먼트 사이에 위치되어 동작 가능하게 커플링된 커플링 렌즈 그룹
을 포함하는,
자유형 광 필드 디스플레이 시스템. - 제 11 항에 있어서,
상기 자유형 광 필드 디스플레이 시스템은 적어도 자유형 광학 엘리먼트에 의해 정의된 사출 동공 및 상기 중간 동공을 사용함으로써 상기 광 필드를 합성하는,
자유형 광 필드 디스플레이 시스템. - 타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법으로서,
일차적 자유형 광학 엘리먼트를 포함하고 일차적 시야를 정의하는 일차적 디스플레이 디바이스를 식별하는 단계;
이차적 시야를 정의하고 이차적 자유형 광학 엘리먼트를 포함하는 이차적 디스플레이 디바이스를 식별하는 단계; 및
적어도 상기 이차적 디스플레이 디바이스를 상기 일차적 디스플레이 디바이스에 통합함으로써 상기 일차적 디스플레이 디바이스의 상기 일차적 시야를 확장시키는 타일화된 디스플레이 디바이스를 고안하는 단계
를 포함하는,
타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 이차적 디스플레이 디바이스 및 상기 일차적 디스플레이 디바이스는 상기 일차적 디스플레이 디바이스의 관자놀이(temple) 수평 시야를 확장시키는 상기 타일화된 디스플레이 디바이스를 형성하기 위하여 제 1 타일화된 어레인지먼트로 통합되는,
타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 자유형 광학 디스플레이 메카니즘 내 가변 포커싱 시스템을 사용함으로써 하나 또는 그 초과의 초점 평면들의 초점 거리를 조정하는 단계를 더 포함하는,
타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 자유형 광학 디스플레이 메커니즘의 상기 가변 포커싱 메커니즘 내 변형가능 미러의 광 출력을 변경함으로써 상기 하나 또는 그 초과의 초점 평면들의 상기 초점 거리를 변경하는 단계를 더 포함하는,
타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 가변 포커싱 메커니즘을 사용하여 상기 자유형 광학 디스플레이 메커니즘의 하나 또는 그 초과의 초점 평면들의 하나 또는 그 초과의 초점 거리들을 조정하는 단계를 더 포함하는,
타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 13 항에 있어서,
적어도 상기 자유형 광학 디스플레이 메커니즘에 의해 생성된 입체 이미지들에 대한 초점 평면의 초점 거리를 제어함으로써 어드레스 가능한 포커스 기능성을 가진 상기 일차적 디스플레이 디바이스 및/또는 상기 이차적 디스플레이 디바이스를 고안하는 단계를 더 포함하는,
타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 13 항에 있어서,
적어도 상기 자유형 광학 디스플레이 메커니즘에 의해 생성된 입체 이미지들에 대한 복수의 초점 평면들 사이에서 스위칭함으로써 어드레스 가능한 포커스 기능성을 가진 상기 일차적 디스플레이 디바이스 및/또는 상기 이차적 디스플레이 디바이스를 고안하는 단계를 더 포함하는,
타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 19 항에 있어서,
가변 포커싱 메커니즘을 사용하여 상기 복수의 초점 평면들의 개별 초점 거리들을 어드레싱하는 단계를 더 포함하는,
타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 13 항에 있어서,
적어도 하나의 보상 렌즈를 상기 일차적 디스플레이 디바이스의 적어도 일부와 적어도 통합함으로써 주변 환경을 뷰잉(viewing)하는 품질을 개선하는 단계를 더 포함하는,
타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 보상 렌즈는 상기 자유형 광학 디스플레이 메커니즘의 상기 일차적 디스플레이 디바이스의 적어도 일부를 커버하는,
타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 이차적 디스플레이 디바이스의 이차적 수평 시야를 증가시키거나 최대화하는 단계를 더 포함하는,
타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 일차적 시야 및/또는 상기 이차적 시야에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 상기 일차적 디스플레이 디바이스 및 상기 이차적 디스플레이 디바이스에 대해 제 1 어레인지먼트를 결정하는 단계를 더 포함하는,
타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 24 항에 있어서,
상기 일차적 디스플레이 디바이스 및 상기 이차적 디스플레이 디바이스를 서로 인접하게 배열하는 상기 제 1 어레인지먼트를 사용하여 상기 자유형 광학 디스플레이 메커니즘의 수평 시야 또는 대각선 시야를 확장하는 단계를 더 포함하는,
타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 일차적 시야 및/또는 상기 이차적 시야에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 상기 일차적 디스플레이 디바이스 및 상기 이차적 디스플레이 디바이스에 대해 제 2 어레인지먼트를 결정하는 단계를 더 포함하는,
타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 이차적 디스플레이 디바이스 맨 위에 상기 일차적 디스플레이 디바이스를 배열하거나 상기 일차적 디스플레이 디바이스 맨 위에 상기 이차적 디스플레이 디바이스를 배열하는 상기 제 2 어레인지먼트를 사용하여 상기 자유형 광학 디스플레이 메커니즘의 수직 시야 또는 대각선 시야를 확장하는 단계를 더 포함하는,
타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 일차적 시야 및/또는 상기 이차적 시야에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 상기 일차적 디스플레이 디바이스 및 상기 이차적 디스플레이 디바이스에 대해 제 3 어레인지먼트를 결정하는 단계를 더 포함하는,
타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 28 항에 있어서,
상기 이차적 디스플레이 디바이스의 상기 이차적 시야를 상기 일차적 디스플레이 디바이스의 상기 일차적 시야와 적어도 거의 정확하게 또는 정확하게 매칭시킴으로써 상기 제 3 어레인지먼트를 가진 상기 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 고안하는 단계를 더 포함하는,
타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 일차적 디스플레이 디바이스의 일차적 수직 시야를 증가시키거나 최대화함으로써 상기 일차적 디스플레이 디바이스를 고안하는 단계; 및
상기 이차적 디스플레이의 이차적 수직 시야를 증가되었거나 최대화된 상기 일차적 수직 시야와 정확하게 또는 거의 정확하게 매칭시키는 단계
를 더 포함하는,
타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 이차적 디스플레이 디바이스의 이차적 수평 시야를 증가시키거나 최대화함으로써 상기 이차적 디스플레이 디바이스를 고안하는 단계를 더 포함하는,
타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 일차적 디스플레이 디바이스는 제 1 광학 커플링 메커니즘을 통해 제 1 이미지 소스와 동작 가능하게 커플링되고, 그리고 상기 제 1 광학 커플링 메커니즘은 가변 포커싱 메커니즘을 포함하는,
타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 자유형 광학 디스플레이 메커니즘의 시야를 추가로 확장시키는 상기 타일화된 디스플레이 디바이스를 고안하도록 하나 또는 그 초과의 다른 이차적 디스플레이 디바이스들을 통합하는 단계를 더 포함하는,
타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 13 항에 있어서,
보상 렌즈의 하나 또는 그 초과의 자유형 굴절 표면 특성들을 사용함으로써 실세계 장면에 의해 방사된 광선들에 의해 입체 이미지들에 도입된 시프트 및/또는 왜곡을 감소시키거나 최소화하는 단계를 더 포함하는,
타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 13 항에 있어서,
적어도 상기 일차적 디스플레이 디바이스 및 하나 또는 그 초과의 이미지 소스들을 상기 광학 커플링 광학 메커니즘과 커플링함으로써 상기 자유형 광학 디스플레이 메커니즘에 의해 생성되는 입체 이미지들의 품질을 개선하는 단계를 더 포함하는,
타일화된 어레인지먼트의 자유형 광학 디스플레이 메커니즘을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 가상 또는 증강 현실을 위한 가변 포커싱 자유형 광학 디스플레이 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법으로서,
광학 시스템에서 이미지 소스로부터의 입력 광 빔들을 수신하는 단계;
상기 입체 이미지들에 대한 적어도 하나의 초점 평면의 포지셔닝에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 상기 입력 광 빔들에 대한 가변 포커스 메커니즘의 초점 길이를 변경하는 단계;
변경된 초점 길이를 가진 상기 가변 포커스 메커니즘을 사용함으로써 상기 입력 광 빔들을 자유형 광학 메커니즘에 전파하는 단계; 및
상기 자유형 광학 메커니즘에게 가상 또는 증강 현실 제시를 위하여 상기 적어도 하나의 초점 평면상에 상기 입체 이미지들을 생성하는 단계
를 포함하는,
가상 또는 증강 현실을 위한 가변 포커싱 자유형 광학 디스플레이 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 36 항에 있어서,
상기 입력 광 빔들을 제 1 광학기구를 통하여 하나 또는 그 초과의 빔 분할기들로 전파하는 단계; 및
상기 입력 광 빔들을 상기 하나 또는 그 초과의 빔 분할기들을 통해 상기 가변 포커스 메커니즘으로 재지향시키는 단계
를 더 포함하는,
가상 또는 증강 현실을 위한 가변 포커싱 자유형 광학 디스플레이 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 36 항에 있어서,
상기 입체 이미지들에 대한 하나 또는 그 초과의 초점 평면들의 포지셔닝에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 상기 가변 포커스 메커니즘의 광 출력을 변경함으로써 상기 가변 포커스 메커니즘의 초점 길이를 변경하는 단계를 더 포함하는,
가상 또는 증강 현실을 위한 가변 포커싱 자유형 광학 디스플레이 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 36 항에 있어서,
변경된 초점 길이를 가진 상기 가변 포커스 메커니즘을 사용하여 상기 입력 광 빔들을 다시 상기 하나 또는 그 초과의 빔 분할기들로 재지향시키는 단계; 및
상기 입력 광 빔들을 상기 하나 또는 그 초과의 빔 분할기들로부터 상기 자유형 광학 메커니즘으로 전파하는 단계
를 더 포함하는,
가상 또는 증강 현실을 위한 가변 포커싱 자유형 광학 디스플레이 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 36 항에 있어서,
상기 자유형 광학 디스플레이 메커니즘에 의해 생성된 상기 입체 이미지들에 대한 초점 평면들을 변경하기 위한 요건을 식별하는 단계;
상기 요건에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 상기 가변 포커스 메커니즘의 상기 초점 길이를 변경하기 위해 하나 또는 그 초과의 제어들을 제공하는 단계; 및
상기 하나 또는 그 초과의 제어들을 사용하여 상기 가변 포커스 메커니즘의 상기 초점 길이를 변경된 초점 길이로 변경하는 단계
를 더 포함하는,
가상 또는 증강 현실을 위한 가변 포커싱 자유형 광학 디스플레이 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 40 항에 있어서,
상기 입력 광 빔들을 상기 변경된 초점 길이를 가진 상기 가변 포커스 메커니즘으로부터 상기 자유형 광학 메커니즘으로 전파하는 단계; 및
상기 자유형 광학 메커니즘에게 가상 또는 증강 현실 제시를 위하여 상기 하나 또는 그 초과의 초점 평면들 상에 상기 입체 이미지들을 생성하는 단계
를 더 포함하는,
가상 또는 증강 현실을 위한 가변 포커싱 자유형 광학 디스플레이 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 36 항에 있어서,
상기 입체 이미지들의 적어도 일부를 초점에 맞게 렌더링하기 위하여 제 1 초점 평면의 제 1 초점 거리를 결정하는 단계;
원근조절 큐들 또는 수렴 큐들을 고정된 초점 거리에 묶지 않고, 상기 원근조절 큐들 및 수렴 큐들 둘 모두를 상기 제 1 초점 거리로 어드레싱하는 단계; 및
적어도 상기 자유형 광학 메커니즘 및 상기 제 1 초점 거리를 사용하여 상기 입력 광 빔들로 상기 입체 이미지들의 적어도 일부를 렌더링하는 단계
를 더 포함하는,
가상 또는 증강 현실을 위한 가변 포커싱 자유형 광학 디스플레이 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 42 항에 있어서,
상기 자유형 광학 디스플레이 메커니즘의 상기 가변 포커스 메커니즘을 사용함으로써 상기 제 1 초점 거리를 어드레싱하는 단계를 더 포함하는,
가상 또는 증강 현실을 위한 가변 포커싱 자유형 광학 디스플레이 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 43 항에 있어서,
상기 제 1 초점 거리를 어드레싱하는 동작은 상기 입체 이미지들의 적어도 일부를 렌더링하기 위하여 상기 제 1 초점 거리를 변경하도록 상기 가변 포커스 메커니즘 내 어드레스 가능한 가변 포커싱 엘리먼트의 광 출력을 가변시키는 것을 포함하는,
가상 또는 증강 현실을 위한 가변 포커싱 자유형 광학 디스플레이 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 제 42 항에 있어서,
상기 제 1 초점 거리를 어드레싱하는 동작은 상기 입력 광 빔들로 상기 입체 이미지들의 적어도 일부를 디스플레이하기 위하여 상기 제 1 초점 거리에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 상기 다수의 초점 평면으로부터 상기 제 1 초점 평면을 식별하는 것을 포함하는,
가상 또는 증강 현실을 위한 가변 포커싱 자유형 광학 디스플레이 시스템을 사용하여 입체 이미지들을 생성하기 위한 방법. - 자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법으로서,
광선들의 번들들에서 가상 객체에 대한 가상 디스플레이 콘텐츠를 생성하기 위하여 이미지 소스로부터 상기 광선들의 번들들을 수신하는 단계;
상기 광선들의 번들들로부터 상기 가상 객체에 대한 정보를 추출하는 단계;
상기 광선들의 번들들로부터 추출된 정보에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 광선들의 변조된 번들들을 생성하는 단계; 및
상기 가상 객체에 대한 상기 가상 디스플레이 콘텐츠를 상기 광선들의 변조된 번들들 및 자유형 광학 디스플레이 디바이스를 사용하여 렌더링하는 단계
를 포함하는,
자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법. - 제 46 항에 있어서,
상기 광선들의 번들들에서 렌더링될 상기 가상 객체를 식별하는 단계; 및
상기 가상 객체들을 디스플레이하기 위하여 하나 또는 그 초과의 파라미터들을 식별하거나 결정하는 단계
를 더 포함하는,
자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법. - 제 47 항에 있어서,
원근조절 범위에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 상기 가상 객체에 대응하는 광 필드를 합성하기 위한 제 1 광선들을 식별하거나 결정하는 단계; 및
상기 이미지 소스로부터의 상기 광선들의 번들들을 상기 자유형 광학 디스플레이 디바이스에 전파하는 단계
를 더 포함하는,
자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법. - 제 48 항에 있어서,
원근조절 큐 및 수렴 큐 둘 모두를 제 1 초점 거리로 어드레싱하기 위하여 언에이디드(unaided) 원근조절 범위에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 상기 가상 객체에 대응하는 상기 광 필드를 합성하는 단계; 및
적어도 상기 자유형 광학 디스플레이 디바이스를 사용하여 상기 가상 디스플레이 콘텐츠를 생성하는 단계 ― 인간 관찰자에게 나타나는 상기 가상 디스플레이 콘텐츠의 가상 이미지 거리는 상기 제 1 초점 거리와 동일함 ―
를 더 포함하는,
자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법. - 제 49 항에 있어서,
상기 광 필드를 합성하는 동작은 사용자의 시각 시스템의 언에이디드 원근조절 범위에 적어도 부분적으로 기반하여 수행되는,
자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법. - 제 49 항에 있어서,
상기 가상 디스플레이 콘텐츠와 연관된 원근조절 큐들 및 수렴 큐들 둘 모두를 가변 초점 거리로 어드레싱하는 단계를 더 포함하고, 상기 가변 초점 거리는 단일 초점 평면의 거리 값을 결정하거나 상이한 초점 거리 값들을 가진 복수의 초점 평면들 사이에서 스위칭함으로써 가변되는,
자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법. - 제 46 항에 있어서,
상기 광선들의 번들들로부터 추출된 정보에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 상기 광선들의 번들들을 광선들의 변조된 번들들로 변조하는 단계를 더 포함하는,
자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법. - 제 52 항에 있어서,
상기 정보는 상기 광선들의 번들들의 하나 또는 그 초과의 컬러들, 상기 광선들의 번들들의 하나 또는 그 초과의 복사 휘도들, 상기 광선들의 번들들의 심도 정보의 하나 또는 그 초과의 피스(piece)들, 또는 이들의 임의의 결합들 중 적어도 하나를 포함하는,
자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법. - 제 52 항에 있어서,
상기 광선들의 변조된 번들들이 투사될 장소를 상기 광선들의 번들들로부터 추출된 정보에 부분적으로 또는 전체적으로 기반하여 결정하는 단계를 더 포함하는,
자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법. - 제 52 항에 있어서,
상기 가상 디스플레이 콘텐츠를 렌더링하기 위하여 어느 이미지 투사기가 광선들의 변조된 번들들을 투사하기 위하여 사용될지를 결정하는 단계를 더 포함하는,
자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법. - 제 52 항에 있어서,
상기 가상 객체들을 렌더링하기 위하여 하나 또는 그 초과의 파라미터들을 식별하거나 결정하는 단계
를 더 포함하는,
자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법. - 제 56 항에 있어서,
상기 하나 또는 그 초과의 파라미터들은 하나 또는 그 초과의 굴절 표면 파라미터들, 하나 또는 그 초과의 반사 표면 파라미터들, 또는 하나 또는 그 초과의 굴절 표면 파라미터들 중 적어도 하나의 굴절 표면 파라미터 및 하나 또는 그 초과의 반사 표면 파라미터들 중 적어도 하나의 반사 표면 파라미터의 결합을 포함하는,
자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법. - 제 56 항에 있어서,
중간 동공을 생성하기 위하여 상기 광선들의 변조된 번들들을 커플링 광학 어셈블리로 전파하는 단계를 더 포함하는,
자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법. - 제 56 항에 있어서,
상기 광선들의 변조된 번들들을 커플링 광학 어셈블리로부터 상기 자유형 광학 디스플레이 디바이스로 릴레이하는 단계; 및
상기 하나 또는 그 초과의 파라미터들에 부분적으로 전체적으로 기반하여 상기 광선들의 변조된 번들들을 상기 자유형 광학 디스플레이 디바이스 내에서 굴절 및/또는 반사를 통해 전파하는 단계
를 더 포함하는,
자유형 광학 시스템을 사용하여 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 방법. - 가상 또는 증강 현실을 위한 입체 이미지들을 생성하기 위해 제 13 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 자유형 광학 디스플레이 메커니즘.
- 가상 또는 증강 현실을 위한 입체 이미지들을 생성하기 위해 제 36 항 내지 제 45 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 가변 포커싱 자유형 광학 디스플레이 시스템.
- 가상 또는 증강 현실을 위한 광 필드 디스플레이를 생성하기 위해 제 46 항 내지 제 59 항 중 어느 한 방법을 수행하기 위한 자유형 광학 시스템.
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| US201462005865P | 2014-05-30 | 2014-05-30 | |
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