KR20170055992A - 회절 도파관 디스플레이를 위한 컴팩트한 투영 광 엔진 - Google Patents

Abstract

기술은 컴팩트한 투영 광 엔진 및 회절 도파관을 가지는 도파관 디스플레이를 제공한다. 회절 도파관은 롤링된 k-벡터들을 갖는 입력 회절 격자들을 포함한다. 투영 광 엔진은 콜리메이팅 광을 회절 도파관의 외부에 있는 투영된 출사 동공에 제공한다. 투영 광 엔진 컴포넌트들은 광(또는 조명) 소스, 마이크로디스플레이, 렌티큘러 스크린, 더블렛, 편광 빔 스플리터(PBS), 클린-업 편광기, 폴드 미러, 굴곡된 반사기, 및 1/4 파장판을 포함할 수도 있다. 회절 도파관을 제조하는 방법은 롤링된 k-벡터들을 갖는 입력 격자들을 제공하는 것을 포함한다. 광의 광선들은 복사 기판의 입력 회절 격자들을 형성하기 위하여 마스터 홀로그램에 의해 회절되고, 마스터 홀로그램을 통과하게 된다. 제 2 복사 기판은 마찬가지로, 상이한 마스터 홀로그램으로 형성될 수도 있다. 다수의 복사 기판들은 증가된 회절 효율 및 각도 대역폭을 갖는 입력 회절 격자들을 가지는 멀티-층 회절 도파관(또는 다수의 회절 도파관들)을 형성하도록 조립될 수도 있다.

Description

회절 도파관 디스플레이를 위한 컴팩트한 투영 광 엔진{COMPACT PROJECTION LIGHT ENGINE FOR A DIFFRACTIVE WAVEGUIDE DISPLAY}

도파관 디스플레이(waveguide display)들은 증강 현실(augmented reality; AR) 및 가상 현실(virtual reality; VR) 경험들을 지원한다. 도파관 디스플레이는 도파관 디스플레이에서 컴퓨터-생성된 이미지(computer-generated image; CGI) 또는 다른 정보를 제공할 수도 있는 투영 광 엔진(projection light engine)을 포함할 수도 있다. AR 경험에서, 도파관 디스플레이는 CGI가 사용자의 실세계 뷰(real-world view) 상에서 중첩되는 것을 허용하기 위한 광학적 투시(see-through) 렌즈를 포함할 수도 있다.

도파관 디스플레이는 헤드-장착형 디스플레이(head-mounted display; HMD) 또는 헤드-업 디스플레이(head-up display; HUD) 내에 포함될 수도 있다. 도파관 디스플레이는 헤드-장착형 디스플레이(HMD)의 지지 구조체에 의해 배치될 수도 있다. HMD는 헬멧(helmet), 바이저(visor), 안경, 및 고글 내에 도파관 디스플레이를 포함할 수도 있거나, 하나 이상의 스트랩(strap)들에 의해 부착될 수도 있다. HMD들은 적어도 항공, 엔지니어링, 과학, 의학, 컴퓨터 게이밍, 비디오, 스포츠, 훈련, 시뮬레이션들, 및 다른 응용들에서 이용될 수도 있다. HUD들은 적어도 군용 및 상업용 항공, 자동차들, 군대, 지상 및 해상 수송들, 컴퓨터 게이밍, 및 다른 응용들에서 이용될 수도 있다.

기술은 컴팩트한 투영 광 엔진, 및 입력 및 출력 광학적 메커니즘을 갖는 회절 도파관을 가지는 도파관 디스플레이를 제공한다. 회절 도파관은 롤링된 k-벡터(rolled k-vector)들을 갖는 입력 회절 격자(diffraction grating)들을 가지는 회절 엘리먼트(diffractive element)들을 사용할 수도 있다. 투영 광 엔진 컴포넌트들은 (LED들 또는 레이저들과 같은) 광 소스(light source) 또는 조명 소스(illuminating source), 이미지 소스(마이크로디스플레이), 렌티큘러 스크린(lenticular screen)(마이크로-렌즈 어레이), 더블렛(doublet), 편광 빔 스플리터(polarizing beam splitter; PBS), 또 다른 더블렛, 폴드 미러(fold mirror), 굴곡된 반사기(curved reflector), 및 1/4 파장판(quarter waveplate)을 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 기술은 PBS 엘리먼트의 생략을 가능하게 하고, 이것은 투영 광 엔진의 부피, 질량, 및 컴포넌트들의 수를 감소시킬 수도 있다. 실시형태에서, 회절 도파관은 투영 광 엔진에서 적어도 또 다른 PBS의 기능을 수행한다. 실시형태에서, 회로 도파관 빔은 투영 광 엔진으로부터의 이미지 광(image light)을 분할하고 편광시키고, 이미지 광을 외부의 투영된 출사 동공(exit pupil)으로 출력한다.

입력 회절 격자가 지원해야 하는 각도 대역폭(angular bandwidth)은 도파관 디스플레이의 전체의 시야(field of view; FOV)를 지원하는 입력 회절 격자와 비교하여, 투영된 출사 동공을 제공하는 투영 광 엔진을 이용할 때에 더 작을 수도 있다. 투영된 출사 동공을 제공하는 투영 광 엔진에서는, 각각의 입력 회절 격자가 도파관 디스플레이의 FOV의 부분 또는 일부분을 지원하도록, 도파관 디스플레이의 FOV가 회절 도파관의 복수의 입력 회절 격자들 상에 분산된다.

기술은 또한, 상이한 연관된 k-벡터들(또는 실시형태에서의 롤링된 k-벡터들)을 갖는 입력 회절 격자들을 가지는 회절 도파관을 제조하는 방법을 제공한다. (브래그(Bragg) 격자와 같은) 두꺼운 위상 회절 격자의 k-벡터는 피크 회절이 주어진 파장에 대하여 발생하는 각도를 정의한다. 제조 동안에, (레이저와 같은) 간섭성 광(coherent light)의 광선(ray)들은 복사 기판(copy substrate)에서 정재파 간섭 패턴(standing wave interference pattern)을 형성하기 위하여, 마스터 홀로그램(master hologram)에 의해 회절될 뿐만 아니라(제 1 차수 회절 모드), 마스터 홀로그램을 일직선으로 통과한다(제로 차수 회절 모드(zero order diffraction mode)). 한번 레코딩된 간섭 패턴은 롤링된 k-벡터를 갖는 입력 회절 격자일 것이다. 제 2 복사 기판은 마찬가지로, 롤링된 k-벡터들의 상이한 세트를 가지지만, 동일한 격자 간격(grating spacing)을 갖는 광과 연관된 상이한 마스터 홀로그램으로 형성될 수도 있다. 다수의 복사 기판들은 격자 주기 또는 간격이 동일한 동안에, 각각의 층에 대하여 상이한 롤링된 k-벡터들을 가지는 멀티-층 입력 회절 격자 적층체(또는 다수의 회절 도파관들)를 형성하도록 조립될 수도 있다. 이 멀티층 적층체는 단일 격자에 의해 지원될 수 있는 훨씬 더 넓은 각도 대역폭을 지원할 수도 있다.

기술은 도파관 디스플레이의 하나 이상의 실시형태들을 제공한다. 투영 광 엔진 실시형태는 이미지 광을 제공하기 위한 마이크로디스플레이(microdisplay), 및 이미지 광을 수신하고 이미지 광을 투영된 출사 동공에 출력하기 위한 콜리메이팅 렌즈(collimating lens)를 포함하는 장치를 포함한다. PBS는 PBS로부터의 이미지 광을, 이미지 광을 재지향된 이미지 광(redirected image light)으로서 재지향시키는 PBS로 반사시키는 마이크로디스플레이로 이미지 광을 출력한다. 회절 도파관은 PBS로부터 재지향된 이미지 광을 수신하기 위한 입력 회절 격자를 포함한다. PBS로부터의 재지향된 이미지 광은 이탈 없이 입력 회절 격자를 통과한다. 1/4 파장판은 또한, PBS로부터 재지향된 이미지 광을 수신하고, 재지향된 이미지 광을 출력한다. 굴곡된 반사기는 1/4 파장판으로부터 재지향된 이미지 광을 수신한다. 굴곡된 반사기는 재지향된 이미지 광을, 재지향된 이미지 광을 입력 회절 격자로 출력하는 1/4 파장판으로 다시 반사시키고 콜리메이팅(collimating)한다. 1/4 파장판으로부터의 재지향된 이미지 광은 입력 회절 격자에 의해 회절된다.

하나의 이러한 실시형태에서, PBS는 하나의 편광 상태의 편광된 광을, 그것이 PBS를 향해 다시 반사되는 마이크로디스플레이로 출력한다. 마이크로디스플레이의 활성 픽셀의 영역 내에 있는 광은 90 도(degree)를 통해 편광 상태에서 회전되고, 이번에는 PBS에 의해 반사된다.

하나의 실시형태에서, 마이크로디스플레이로부터의 편광된 광은 회절 도파관의 입력 회절 격자 상에 입사하고, 입력 회절 격자를 이탈 없이(회절 없이 통과하게 됨) 일직선으로 통과한다. 굴곡된 반사기는 이미지 광을 수신할 뿐만 아니라, 이미지 광을 반사시키고 콜리메이팅한다. 1/4 파장판은 이미지 광을 굴곡된 반사기로, 그리고 굴곡된 반사기로부터 출력하고, 편광을 90도를 통해 회전시키고, 이미지 광을 투영된 출사 동공으로 출력한다. 마이크로디스플레이로부터의 이미지 광은 두 번째로 입력 회절 격자 상에 입사하고, 그 다음으로, 회절 도파관으로 회절된다. 이 실시형태에서의 회절 입력 격자는 하나의 상태에서 편광된 광에 실질적으로 민감할 수도 있고, 직교 상태에서 편광된 광에 민감하지 않을 수도 있다.

기술은 광의 제 1 광선을 제 1 광학적 경로를 따라 마스터 홀로그램으로 지향시키는 것을 포함하는 홀로그래픽 레코딩(holographic recording) 방법의 하나 이상의 실시형태들을 제공한다. 마스터 홀로그램은 광의 제 1 광선의 50 %를 홀로그래픽 레코딩 매체(또는 복사 기판)를 통해 제 2 광학적 경로로 회절시킨다. 광의 제 2 광선은 제 3 광학적 경로를 따라 마스터 홀로그램으로 지향된다. 광의 제 2 광선은 마스터 홀로그램을 이탈 없이(또는 회절 없이 통과하게 됨) 50 % 투과한다. 광의 제 2 광선은 홀로그래픽 레코딩 매체 내의 제 1 포인트에서 광의 제 1 광선과 교차한다. 제 1 포인트에서의 제 1 빔(beam)과 제 2 빔 사이의 결과적인 간섭은 도파관 디스플레이의 입력 회절 격자가 되기 위하여 홀로그래픽 레코딩 매체에서 레코딩된다.

이 개요는 상세한 설명에서 이하에 추가로 설명되는 개념들의 선택을 간략화된 형태로 소개하기 위하여 제공된다. 이 개요는 청구된 발명 요지의 핵심 특징들 또는 필수적인 특징들을 식별하도록 의도된 것도 아니고, 청구된 발명 요지의 범위를 제한하기 위하여 이용되도록 의도된 것도 아니다.

도 1은 접안 디스플레이(near-eye display; NED) 디바이스 시스템의 실시형태의 일 예의 컴포넌트들을 도시하는 블록도이다.
도 2a는 NED 디바이스의 제어 회로부 실시형태에서의 일 예의 하드웨어 컴포넌트들의 블록도이다.
도 2b는 외부의 출사 동공을 가지는 투영 광 엔진과 결합되는 접안 디스플레이 실시형태의 평면도이다.
도 3a는 컴팩트한 투영 광 엔진 실시형태의 블록도이다.
도 3b는 도 3a에서 예시된 도파관 실시형태의 층들의 평면도를 예시하는 블록도이다.
도 3c는 또 다른 컴팩트한 광 엔진 실시형태 및 도파관의 블록도이다.
도 4a 내지 도 4b는 또 다른 컴팩트한 광 엔진 실시형태를 예시한다.
도 5a 내지 도 5c는 롤링된 k-벡터들을 갖는 입력 회절 격자들을 가지는 복사 기판을 제조하기 위하여 이용된 마스터 홀로그램을 제공하는 실시형태들을 예시한다.
도 6a 내지 도 6b는 롤링된 k-벡터들을 갖는 입력 회절 격자들을 가지는 회절 도파관에서 이용될 수도 있는 복사 기판을 제조하는 방법 실시형태를 예시한다.
도 7은 NED 디바이스의 접안 디스플레이에서 결합되어야 할 외부의 출사 동공을 가지는 투영 광 엔진을 하우징하는 실시형태를 예시한다.
도 8은 NED 디바이스에 의해 이미지 데이터를 디스플레이하기 위한 소프트웨어 관점으로부터의 시스템의 블록도 실시형태이다.
도 9a 내지 도 9b는 롤링된 k-벡터들을 갖는 입력 회절 격자들을 가지는 회절 도파관을 제조하기 위한 방법 실시형태의 플로우차트들이다.
도 10은 네트워크 액세스가능한 컴퓨팅 시스템, 동반 프로세싱 모듈(companion processing module), 또는 NED 디바이스의 제어 회로부를 구현하기 위하여 이용될 수도 있는 컴퓨팅 시스템의 블록도 실시형태이다.

기술은 컴팩트한 투영 광 엔진 및 회절 도파관을 가지는 도파관 디스플레이를 제공한다. 회절 도파관은 롤링된 k-벡터들을 갖는 입력 회절 격자들을 포함한다. 투영 광 엔진은 (마이크로디스플레이와 같은) 이미지 소스, (LED들 또는 레이저들과 같은) 조명 소스들, 더블렛, 편광 빔 스플리터(PBS), 굴곡된 반사기, 및 1/4 파장판을 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 광학적 컴포넌트들의 적어도 일부는 동일평면(coplanar)일 수도 있고, 단일 인쇄 회로 기판 상에 배치될 수도 있다. 투영 광 엔진은 고굴절률 유리(high index glass) 내에 매몰(immerse)되어 있지 않은 컴포넌트들을 가질 수도 있고 추가적인 PBS 엘리먼트를 생략할 수도 있는데, 이것은 투영 광 엔진의 부피, 질량, 및 컴포넌트들의 수를 감소시킬 수도 있다. 도파관 디스플레이는 헤드-장착형 디스플레이(HMD)의 지지 구조체에 의해 배치될 수도 있다. 실시형태에서, 회절 도파관은 투영 광 엔진에서 적어도 또 다른 PBS의 기능을 수행한다. 실시형태에서, 회로 도파관 빔은 투영 광 엔진으로부터의 이미지 광을 분할하고 편광시키고, 이미지 광을 외부의 투영된 출사 동공으로 출력한다.

기술은 또한, 롤링된 k-벡터 입력 회절 격자들을 가지는 회절 도파관을 제조하는 방법을 제공한다. 광의 광선들은 포지티브 간섭의 평면들이 매체를 따라 각도로 변하는 홀로그래픽 레코딩 매체(또는 복사 기판) 내에서 간섭 프린지 패턴(interference fringe pattern)을 형성하기 위하여, 마스터 홀로그램에 의해 회절될뿐만 아니라, 마스터 홀로그램을 통과한다. 프린지들은 매체에서 레코딩되고, 입력 회절 격자들의 각각의 k-벡터가 매체를 따라 변하는 브래그 격자를 형성한다. k-벡터 변동의 거동(behavior)은 롤링 k-벡터로서 기술된다. 제 2 복사 기판은 마찬가지로, 파장들의 상이한 세트를 가지는 광과 연관된 상이한 마스터 홀로그램으로 형성될 수도 있다. 다수의 복사 기판들은 각도 대역폭이 증가한 입력 회절 격자들을 가지는 멀티-층 회절 도파관(또는 다수의 도파관들)을 형성하도록 조립될 수도 있다.

상대적으로 큰 출사 동공이 작은 입사 동공(entrance pupil)으로부터 생성될 수 있도록, 내부 메커니즘들이 출사 동공을 확장하므로, 도파관 디스플레이들은 전형적인 투영 디스플레이들에 비해 장점을 가질 수도 있다. 입사 동공을 형성하는 광은 LCoS(liquid crystal on silicon) 디스플레이와 같은 마이크로디스플레이로부터의 광을 콜리메이팅하는 투영 광 엔진에 의해 생성된다. 내부 메커니즘들은 입사 동공을 복제하여, 디스플레이 광이 수용가능한 휘도 균일성을 가지도록, 이 복제된 입사 동공들을 중첩시킨다. 예를 들어, 투영 광 엔진의 출사 동공은 4 mm 출사 동공을 가질 수 있지만, 도파관 디스플레이는 눈 평면(eye plane)에서의 20 mm의 출사 동공(또는 투영된 출사 동공)을 가질 수도 있다. 내부 메커니즘은 출사 동공을 하나의 방향으로 확장할 수 있고 출사 동공을 직교 방향으로 확장할 수 있는 2 개의 입력 회절 격자들을 포함할 수 있다.

회절 도파관들과 같은 회절 기술들은 표면 요철 격자(surface relief grating)들 및 두꺼운 위상 브래그 격자들을 포함할 수도 있다. 이 격자들은 FOV의 에지에서 도파관 디스플레이 시스템의 효율을 감소시킬 수도 있는 제한된 각도 대역폭을 가질 수도 있다. 이 감소된 효율은 접안 디스플레이의 투시 휘도 콘트라스트(see-through luminance contrast)를 감소시킬 수도 있다. 예를 들어, 도파관 디스플레이에 의해 외부에 투영된 가상적 홀로그램들은 FOV의 에지에서 희미해지는 것으로 보일 수도 있고 덜 현실적으로 보일 수도 있다.

전형적인 입력 회절 격자는 특히, 높은 효율의 입력 회절 격자들에 대하여 제한된 각도 대역폭을 가진다. 예를 들어, 전형적인 두꺼운 위상 격자는 80 %보다 더 높은 회절 효율을 가질 수도 있지만; 그러나, 광의 빔은 특정한 입력 회절 격자에 대한 타겟 각도 주위의 약 5 도의 범위 내에서 수신되어야 한다. 예를 들어, 특정한 광중합체(photopolymer) 홀로그래픽 재료는 이러한 회절 특성들을 가질 수도 있다. 다시 말해서, 광의 빔과 연관된 정보의 80 %가 회절 도파관을 통해 사용자의 눈에 도달하기 위하여, 광의 빔은 특정한 입력 회절 격자의 타겟 입사 각도 주위의 약 5도 범위 내에 있어야 한다. 이 FOV 제한은 본원에서 설명된 기술에 의해 해결될 수도 있다.

본원에서 설명된 방법 실시형태들에서는, 입력 회절 격자들의 적어도 일부의 각도 대역폭을 증가시킬 수도 있는 회절 도파관의 입력 회절 격자들을 제조하는 방법이 제공된다. 입력 격자 기하구조(geometry)는 각도 대역폭이 하나의 입력 회절 격자로부터 또 다른 입력 회절 격자로 공간에서 시프트(shift)하도록 설계된다. 입력 회절 격자 기하구조는 표면 요철 격자 또는 두꺼운 위상 격자들을 가지는 회절 도파관들에서 이용될 수도 있다. 실시형태에서, 각각의 입력 회절 격자와 연관된 k-벡터는 변하고, 그리고/또는 입력 회절 격자의 하나의 단부로부터 입력 회절 격자의 다른 단부로 각각의 입력 회절 격자와 함께 롤링한다. 다시 말해서, 각도 대역폭은 입사 광 빔의 입사 각도가 격자에 걸쳐 변화함에 따라 k-벡터를 롤링함으로써 공간적으로 조율된다.

실시형태에서, k-벡터는 브래그 격자에서 브래그 평면들에 수직인 벡터로서 정의된다. 실시형태에서, 브래그 평면은 브래그 격자에서 보강 간섭(constructive interference)의 평면이다. 실시형태에서, k-벡터는 하기 명칭의 논문에서 수학적으로 정의된다: "Coupled Wave Theory of Thick Hologram Grating", Kogelnik, H., The Bell System Technical Journal, May 23, 1969 (Kogelnik Paper). 실시형태에서, k-벡터는 Kogelnik 논문에서 "(프린지 평면들에 수직인) K-격자 벡터"로서 정의된다.

본원에서 설명된 바와 같은 회절 도파관의 롤링된 k-벡터 입력 회절 격자들 및 투영 광 엔진은 도파관 디스플레이의 FOV에 걸쳐 높은 효율 및 균일한 휘도를 제공할 수도 있다. 대안적인 실시형태에서는, 멀티플렉싱된 입력 회절 격자들이 이용될 수도 있다.

도 1은 컴팩트한 투영 광 엔진, 및 롤링된 k-벡터 입력 회절 격자들을 가지는 회절 도파관을 포함하는 접안 디스플레이(NED) 시스템(8)에서 구현된 도파관 디스플레이의 일 예의 컴포넌트들을 도시하는 블록도이다. 예시된 실시형태에서, NED 디바이스 시스템(8)은 헤드-장착형 디스플레이(HMD) 디바이스(2)의 접안 디스플레이(NED) 디바이스 및 동반 프로세싱 모듈(companion processing module)(4)을 포함한다. HMD(2)는 동반 프로세싱 모듈(4)에 통신가능하게 결합된다. 무선 통신이 이 예에서 예시되지만, 동반 프로세싱 모듈(4)과 HMD(2) 사이에는 배선을 통한 통신이 또한 구현될 수도 있다. 실시형태에서, HMD(2)는 (도 3a, 도 3c, 및 도 4에서 도시된) 투영 광 엔진(120), 및 본원에서 상세하게 설명된 바와 같은 회절 도파관을 가지는 접안 디스플레이(14)를 가지는 NED 디바이스를 포함한다.

이 실시형태에서, HMD(2)는 프레임(115)을 가지는 안경의 형상으로 되어 있고, 각각의 디스플레이 광학계(optical system)(14l 및 14r)는 사용자에 의해 착용될 때에 각각의 눈에 의해 투시되도록 HMD(2)의 전방에 배치된다. 각각의 디스플레이 광학계(14l 및 14r)는 또한, 디스플레이 또는 접안 디스플레이(14)로서 지칭되고, 2 개의 디스플레이 광학계들(14l 및 14r)은 함께, 디스플레이 또는 접안 디스플레이(14)로서 또한 지칭될 수도 있다. 이 실시형태에서, 각각의 디스플레이 광학계(14l 및 14r)는, 이미지 데이터가 사용자의 전방에 3 차원 FOV에서의 로케이션에서 사용자에게 보이도록 이미지 데이터의 디스플레이를 생성하기 위하여, 이미지 데이터(또는 이미지 광)가 사용자의 눈으로 투영되는 투영 디스플레이를 이용한다. 예를 들어, 사용자는 자신의 거실에서 광학적 투시 모드로 적 헬리콥터 격추 게임을 하고 있을 수도 있다. 사용자가 인간의 눈에 근접한 이미지 데이터에 포커싱할 수 없으므로, 헬리콥터의 이미지는 도 2b에서 도시된, 임의적인 렌즈들(116 및 118) 사이가 아니라, 자신의 거실의 의자 위로 날고 있는 것으로 사용자에게 보인다.

이 실시형태에서, 프레임(115)은 HMD(2)의 엘리먼트들을 정위치에 유지하는 간편한 안경 프레임뿐만 아니라, 전기적 접속을 위한 도관을 제공한다. 실시형태에서, 프레임(115)은 본원에서 설명된 바와 같은 투영 광 엔진(120) 및 접안 디스플레이(14)를 위한 NED 디바이스 지지 구조체를 제공한다. NED 디바이스 지지 구조체들의 일부 다른 예들은 헬멧, 바이저 프레임, 고글 지지체, 또는 하나 이상의 스트랩들이다. 프레임(115)은 코 브릿지(nose bridge)(104), 전방 상부 커버 섹션(117), HMD(2)의 좌측 측부 하우징(130l) 및 우측 측부 하우징(130r)의 각각을 위한 개개의 투영 광 엔진 하우징(130)뿐만 아니라, 사용자의 귀 각각에 안착하도록 설계되는 좌측 및 우측 템플(temple)들 또는 측부 아암(arm)들(102l 및 102r)을 포함한다. 이 실시형태에서, 코 브릿지(104)는 사운드를 레코딩하고 오디오 데이터를 제어 회로부(136)로 송신하기 위한 마이크로폰(110)을 포함한다. 측부 하우징(130l 및 130r)의 외부에는, 접안 디스플레이(NED) 디바이스의 FOV 내에 있는 것을 맵핑하기 위하여 사용자의 전방에서 실제의 환경의 이미지 데이터를 캡처하는 (카메라들과 같은) 개개의 외향 캡처 디바이스들(113l 및 113r)이 있다.

이 실시형태에서, 파선들(128)은 파선들로 또한 예시된, 제어 회로부(136)에 접속하는 일부 전기적 접속 경로들의 예시적인 예들이다. 하나의 파선의 전기적 접속 라인은 도면을 혼잡하게 하는 것을 회피하기 위하여 128로 라벨이 붙여진다. 전기적 접속 및 제어 회로부(136)는 그것들이 이 예에서 전방 상부 커버 섹션(117) 아래에 있다는 것을 표시하기 위하여 파선들로 되어 있다. 다른 컴포넌트들을 위한 측부 아암들에서 전력 버스의 연장부들을 포함하는 (도시되지 않은) 다른 전기적 접속부가 또한 있을 수도 있고, 컴포넌트들의 일부 예들은 추가적인 카메라들을 포함하는 센서 유닛들, 이어폰(earphone)들 또는 유닛들과 같은 오디오 출력 디바이스들, 및 아마도 추가적인 프로세서 및 메모리이다. 프레임의 다양한 부품들을 함께 접속하기 위하여 이용될 수도 있는, 나사(screw)들로서의 커넥터들(129)의 일부 예들이 예시된다.

동반 프로세싱 모듈(4)은 다양한 실시형태들을 취할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 동반 프로세싱 모듈(4)은, 사용자의 신체, 예컨대, 손목 상에 착용될 수도 있는 휴대용 형태로 되어 있거나, 이동 디바이스(예컨대, 스마트폰, 태블릿, 랩톱)와 같은 별도의 휴대용 컴퓨팅 시스템일 수도 있다. 동반 프로세싱 모듈(4)은 근접하게 또는 원격 로케이션에서 위치되든지 간에, 배선을 이용하여 또는 무선으로(예컨대, WiFi, 블루투스(Bluetooth), 적외선, 적외선 개인 영역 네트워크, RFID 송신, 무선 유니버셜 직렬 버스(wireless Universal Serial Bus; WUSB), 셀룰러, 3G, 4G, 또는 다른 무선 통신 수단) 하나 이상의 통신 네트워크(들)(50) 상에서 하나 이상의 네트워크 액세스가능한 컴퓨팅 시스템(들)(12)으로 통신할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 동반 프로세싱 모듈(4)의 기능성은 HMD(2)의 소프트웨어 및 하드웨어 컴포넌트들에서 통합될 수도 있다. 동반 프로세싱 모듈(4) 및 네트워크 액세스가능한 컴퓨팅 시스템(들)(12)의 하드웨어 컴포넌트들의 일부 예들은 도 7에서 도시되어 있다.

하나 이상의 네트워크 액세스가능한 컴퓨팅 시스템(들)(12)은 전력 및 원격 데이터 액세스를 프로세싱하기 위하여 활용될 수도 있다. 컴포넌트들의 복잡도 및 수는 네트워크 액세스가능한 컴퓨팅 시스템(들)(12) 및 동반 프로세싱 모듈(4)의 상이한 실시형태들에 대하여 상당히 변동될 수도 있다. 도 1에서 예시된 실시형태에서, NED 디바이스 시스템(1000)은 (동반 프로세싱 모듈(4)을 갖거나 갖지 않는) 접안 디스플레이(NED) 디바이스 시스템(8), 통신(들) 네트워크(50), 및 네트워크 액세스가능한 컴퓨팅 시스템(들)(12)을 포함할 수도 있다. 실시형태에서, 네트워크 액세스가능한 컴퓨팅 시스템(들)(12)은 원격으로 또는 클라우드 동작 환경에서 위치될 수도 있다.

이미지 데이터는 이미지 데이터를 접안 디스플레이(14)에 제공하기 위하여, 제어 회로부(136)에서의 하나 이상의 프로세서들, 동반 프로세싱 모듈(4), 및/또는 네트워크 액세스가능한 컴퓨팅 시스템(들)(12)(또는 그 조합) 상에서 실행되는 애플리케이션(예컨대, 게임 또는 메시징 애플리케이션)에 기초한 디스플레이를 위하여 식별된다.

도 2a는 NED 디바이스의 제어 회로부 내에서 컴퓨팅 시스템을 포함하는 일 예의 하드웨어 컴포넌트들의 블록도이다. 제어 회로부(136)는 HMD(2)의 다른 컴포넌트들을 지원하는 다양한 전자기기들을 제공한다. 이 예에서, HMD(2)를 위한 제어 회로부(136)는 프로세싱 유닛(210), 프로세서 판독가능한 명령어 및 데이터를 저장하기 위하여 프로세싱 유닛(210)에 의해 액세스가능한 메모리(244)를 포함한다. 네트워크 통신 모듈(137)은, HMD(2)를 동반 프로세싱 모듈(4), 또 다른 NED 디바이스의 컴퓨팅 시스템, 또는 인터넷 상에서 원격으로 액세스가능한 것과 같은 또다른 컴퓨팅 시스템에 접속하기 위한 네트워크 인터페이스로서 작동할 수 있는 프로레싱 유닛(210)에 통신가능하게 결합된다. 전원(239)은 제어 회로부(136)의 컴포넌트들, 및 캡처 디바이스들(113), 마이크로폰(110), 다른 센서 유닛들과 같은 HMD(2)의 다른 컴포넌트들, 그리고 광 소스들 및 투영 광 엔진에서의 마이크로디스플레이와 같은 이미지 소스와 연관된 전자 회로부와 같이, 접안 디스플레이(14) 상에 이미지 데이터를 디스플레이하기 위한 전력 인입(power drawing) 컴포넌트들을 위한 전력을 제공한다.

프로세싱 유닛(210)은 중앙 프로세싱 유닛(central processing unit; CPU) 또는 코어 및 그래픽 프로세싱 유닛(graphics processing unit; GPU) 또는 코어와 같은 하나 이상의 프로세서들(또는 코어들)을 포함할 수도 있다. 별도의 동반 프로세싱 모듈(4)을 갖지 않는 실시형태들에서, 프로세싱 유닛(210)은 적어도 하나의 GPU를 포함할 수도 있다. 메모리(244)는 예를 들어, 실행 동안의 애플리케이션 이용을 위한 랜덤 액세스 메모리(random access memory; RAM), 캡처된 이미지 데이터를 포함하는 센서 데이터 및 디스플레이 데이터를 위한 버퍼, 명령어 및 시스템 데이터를 위한 판독 전용 메모리(read only memory; ROM) 또는 플래시 메모리(Flash memory), 및 애플리케이션들 및 사용자 프로파일 데이터를 저장하기 위한 다른 타입들의 비휘발성 메모리와 같은, 시스템에 의해 이용될 수도 있는 다양한 타입들의 메모리를 나타낸다. 도 2a는 센서 유닛들(257), 디스플레이 구동기(246), 프로세싱 유닛(210), 메모리(244), 및 네트워크 통신 모듈(137)을 접속하는 데이터 버스(270)의 전기적 접속을 예시한다. 데이터 버스(270)는 또한, 제어 회로부의 모든 예시된 엘리먼트들이 전력을 인입하기 위하여 접속되는 전력 버스(272)를 통해 전원(239)으로부터 전력을 도출한다.

제어 회로부(136)는 마이크로디스플레이 회로부(259)에 의해 디코딩될 수도 있는 이미지 데이터를 나타내기 위하여 디지털 제어 데이터(예컨대, 제어 비트들)를 선택하기 위한 디스플레이 구동기(246)와, 투영 광 엔진(예컨대, 도 2b에서의 120)의 상이한 능동 컴포넌트 구동기들을 더 포함한다. 도 3c에서 도시된 마이크로디스플레이(230)와 같은 마이크로디스플레이는 능동 투과형(transmissive), 방출형(emissive), 또는 반사형(reflective) 디바이스일 수도 있다. 예를 들어, 마이크로디스플레이는 전력을 필요로 하는 LCoS 디바이스, 또는 개별적인 미러들을 이동시키기 위한 전력을 필요로 하는 마이크로기계 머신(micromechanical machine; MEMs) 기반 디바이스일 수도 있다. 능동 컴포넌트 구동기의 예는, 하나 이상의 레이저들 또는 발광 다이오드(light emitting diode; LED)들과 같은 하나 이상의 광 소스들을 포함하는 조명 유닛(222)을 구동하기 위하여 디지털 제어 데이터를 아날로그 신호들로 변환하는 디스플레이 조명 구동기(247)이다. 일부 실시형태들에서, 디스플레이 유닛은 투영 광 엔진으로부터의 출사 동공에서 이미지 광을 결합하기 위한, 예컨대 도파관을 위한 하나 이상의 능동 격자들(253)을 포함할 수도 있다. 임의적인 능동 격자(들) 제어기(249)는 디지털 제어 데이터를, 하나 이상의 임의적인 능동 격자(들)(253)의 성질들을 변경하기 위한 신호들로 변환한다. 유사하게, 투영 광 엔진의 하나 이상의 편광기들은 임의적인 능동 편광기(들) 제어기(251)에 의해 구동될 수도 있는 능동 편광기(들)(255)일 수도 있다. 제어 회로부(136)는, 여기에서 예시되지 않았지만, 오디오 출력을 제공하는 것, 헤드 배향(head orientation) 및 로케이션 정보를 식별하는 것과 같은 HMD(2)의 다른 기능들에 관련된 다른 제어 유닛들을 포함할 수도 있다.

도 2b는 외부의 출사 동공(121)을 가지는 투영 광 엔진(120)과 결합되는 접안 디스플레이(141)의 실시형태의 평면도이다. 디스플레이 광학계(14)의 컴포넌트들을 도시하기 위하여, 이 좌측 눈의 경우(14l)의 접안 디스플레이(14l) 및 투영 광 엔진(120)을 커버하는 상부 프레임 섹션(117)의 일부분이 도시되어 있지 않다. 화살표(142)는 접안 디스플레이(141)의 광학 축을 나타낸다.

이 실시형태에서, 접안 디스플레이(14l 및 14r)들은 광학적 투시 디스플레이들이다. 다른 실시형태들에서, 그것들은 비디오-관측(video-see) 디스플레이들일 수 있다. 각각의 디스플레이는 2 개의 임의적인 투시 렌즈들(116 및 118) 사이에 예시되고 도파관(123)을 포함하는 디스플레이 유닛(112)을 포함한다. 임의적인 렌즈들(116 및 118)은 디스플레이 유닛을 위한 보호 커버(covering)들이다. 그것들의 하나 또는 양자는 또한, 사용자의 안경 처방(prescription)을 구현하기 위하여 이용될 수도 있다. 이 예에서, 눈 공간(eye space)(140)은 HMD(2)가 착용될 때에 사용자의 눈의 로케이션을 근사화한다. 도파관은 실세계로부터의 광이 사용자의 눈 공간을 향해 통과하는 것을 또한 허용하면서, 이미지 광의 형태인 이미지 데이터를 투영 광 엔진(120)으로부터 사용자의 눈 공간(140)을 향해 지향시킴으로써, 사용자가 투영 광 엔진(120)으로부터의 가상적인 특징의 이미지를 보는 것에 추가하여, HMD(2) 전방에서의 공간의 실제적인 직접 뷰를 가지는 것을 허용한다.

이 평면도에서, 투영 광 엔진(120)은 굴곡된 표면으로서 예시된 버드배스(birdbath) 광학적 엘리먼트(234)를 포함한다. 굴곡된 표면은 광학적 파워(optical power)를, 그것이 반사시키는 (이미지 광(235)으로서 또한 설명된) 이미지 광의 빔들(235)에 제공하고, 이에 따라, 그것들을 마찬가지로 콜리메이팅한다. 도면을 혼잡하게 하는 것을 방지하기 위하여, 하나의 빔에만 라벨이 붙여져 있다. 일부 실시형태들에서, 버드배스 광학적 엘리먼트의 곡률 반경은 적어도 -38 밀리미터(mm)이다. 빔들은 콜리메이팅되지만, 그것들이 굴곡된 표면의 상이한 포인트들로부터 반사할 때에 상이한 각도들로부터 나온다. 이에 따라, 빔들은 교차할 것이고, 자신들의 가장 작은 단면에서 출사 동공(121)을 형성할 것이다.

일부 실시형태들에서, 도파관(123)은 회절 도파관일 수도 있다. 추가적으로, 일부 예들에서, 도파관(123)은 표면 요철 격자(surface relief grating; SRG) 도파관이다. 본원에서 설명된 바와 같은 실시형태에서, 도파관(123)은 롤링된 k-벡터 입력 회절 격자들을 포함한다. 입력 회절 격자(119)는 투영 광 엔진(120)으로부터의 이미지 광을 결합한다. 추가적으로, 도파관은 이미지 광이 사용자의 눈 공간(140)의 방향으로 도파관을 탈출하기 위한 다수의 출구 격자들(125)을 가진다. 도면을 혼잡하게 하는 것을 회피하기 위하여, 하나의 출구 격자(125)에 라벨이 붙여져 있다. 이 예에서, 가장 외부의 입력 회절 격자(119)는 충분히 폭이 넓고, 투영 광 엔진을 탈출하는 광이 그 출사 동공(121)에 도달하기 전에, 투영 광 엔진(120)을 탈출하는 광을 캡처하도록 배치된다. 광학적으로 결합된 이미지 광은 도파관의 중심 일부분에서 이 예에서의 그 출사 동공을 형성한다. 더욱 상세한 예를 위하여 도 3b를 참조한다. 본원에서 설명된 도 3a 내지 도 3b는 출사 동공에서의 이미지 광을 출사 동공에 배치된 입력 회절 격자와 결합하는 도파관의 예를 제공한다.

출사 동공(121)은 디스플레이되고 있는 완전한 이미지에 대한 광을 포함하고, 이에 따라, 출사 동공(121)에서 이미지를 나타내는 광을 결합하는 것은 전체의 이미지를 동시에 캡처하고, 이에 따라, 매우 효율적이고, 사용자에게 접안 디스플레이(14)에서 완전한 이미지의 뷰를 제공한다. 출사 동공(121)은 투영 광 엔진(120)의 외부에 있으므로, 입력 회절 격자(119)는 출사 동공(121)의 이미지 광을 결합할 수 있다. 실시형태에서, 출사 동공(121)은 투영 광 엔진(120) 또는 투영 광 엔진의 하우징의 외부의 0.5 mm에 있다. 다른 실시형태들에서, 출사 동공(121)은 투영 광 엔진(120) 또는 투영 광 엔진의 하우징의 외부의 0.5 mm에서 투영된다.

도 2b의 예시된 실시형태에서, 좌측 측부 하우징(130l)에서의 투영 광 엔진(120)은 이미지 광을 생성하는 이미지 소스, 예를 들어, 마이크로디스플레이와, 투영 광 엔진(120)의 외부에 출사 동공(121)을 형성하기 위하여 이미지 광의 광학적 경로를 접는 투영 광학계를 포함한다. 투영 광 엔진(120)의 형상은 도 1에서의 프레임(115)의 코너 주위에 부합하는 좌측 측부 하우징(130l)의 예의 형상에 적응하여 부피(bulkiness)를 감소시키는 예시적인 예이다. 형상은 예를 들어, 구현된 상이한 이미지 소스 기술들로 인해, 투영 광 엔진(120)의 상이한 배열들을 수용하기 위하여 변동될 수도 있다. 예를 들어, 본원에서 설명된 바와 같은 도 4는 상이한 배향을 예시한다. 실시형태에서, 투영 광 엔진(120)은, 동일평면에 있고, 도 4에서 예시되고 본원에서 설명된 바와 같은 단일 인쇄 회로 기판(PCB)과 같은 기판 상에 배치될 수도 있는 컴포넌트들의 적어도 일부분들을 포함할 수도 있다.

본원에서 설명된 마이크로디스플레이(230)와 같은 이미지 소스를 구현하기 위하여 이용될 수 있는 상이한 이미지 생성 기술들이 있다. 예를 들어, 마이크로디스플레이는 투과형 투영 기술을 이용하여 구현될 수 있다. 이러한 기술의 하나의 예에서, 광 소스는 광학적 활성 재료에 의해 변조되고; 재료는 강력한 백라이트들 및 높은 광학적 에너지 밀도들을 갖는 투과형 LCD 타입 마이크로디스플레이를 이용하여 통상적으로 구현된다. 다른 마이크로디스플레이들은 조명 유닛으로부터의 광이 반사되고 광학적 활성 재료에 의해 변조되는 반사형 기술을 이용한다. 조명은 기술에 따라서는, 백색 소스 또는 RGB 소스일 수도 있다. 디지털 광 프로세싱(digital light processing; DLP), 디지털 마이크로미러 디바이스(digital micromirror device; DMD), 및 LCOS는 디스플레이에 의해 이용될 수도 있는 반사형 기술들의 모든 예들이다. 추가적으로, 마이크로디스플레이는 컬러-방출(color-emitting) 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode; OLED) 또는 LED들의 어레이와 같이, 자체-발광할 수 있다. LED 어레이들은 스펙트럼 변환 또는 다른 컬러 변환 방법을 위하여, 인광체 층(phosphor layer)을 갖는 GaN 기판 상에서 기존에 생성될 수도 있다. 자체-방출형 디스플레이들은 시청자를 위하여 중계될 수도 있고 확대될 수도 있다.

도 2b는 HMD(2)의 절반을 도시한다. 예시된 실시형태에 대하여, 전체 HMD(2)는 임의적인 투시 렌즈들(116 및 118)의 또 다른 세트, 또 다른 도파관(123)뿐만 아니라, 또 다른 투영 광 엔진(120), 및 외향(outward facing) 캡처 디바이스들의 또 다른 것을 갖는 또 다른 디스플레이 광학계(14)를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서는, 각각의 눈에 대한 디스플레이 광학계가 아니라, 양쪽 눈들에 의해 관측된 연속적인 디스플레이가 있을 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 단일 투영 광 엔진(120)은 양쪽 눈들에 의해 관측된 연속적인 디스플레이에 광학적으로 결합될 수도 있거나, 각 눈마다의 별도의 디스플레이들에 광학적으로 결합될 수도 있다. 헤드 장착형 개인형 A/V 장치의 추가적인 세부사항들은 2010년 10월 15일자로 출원된, Fusing Virtual Content Into Real Content(가상적 컨텐츠의 실제의 컨텐츠로의 융합)라는 명칭인 미국 특허 출원 제12/905952호에서 예시되어 있다.

도 3a는 버드배스 광학적 엘리먼트(234) 및 1/4 파장판(236)을 이용한 투영 광 엔진(120)의 실시형태의 블록도이다. 실시형태에서, 버드배스 광학적 엘리먼트(234) 및 1/4 파장판(236)은 투영 광 엔진의 외부에 출사 동공(121)을 제공하기 위하여 광학적 경로를 접는데 있어서 도움을 주는 고굴절률 유리 영역(225) 내에 매몰된다. 이 실시형태에서, 1.7 내지 1.8 사이의 굴절률(index of refraction)을 가지는 고굴절률 유리가 이용된다. 고굴절률 유리의 일부 예들은 플린트 유리(flint glass) 및 적어도 1.65의 굴절률을 가지는 유리이다. 이 측면도는 버드배스 투영 광학계와 연관된 일부 예시적인 기본적 엘리먼트들을 예시한다. 추가적인 광학적 엘리먼트들은 비구면(aspheric) 광학적 엘리먼트들 및/또는 편광기들과 같은 다양한 실시형태들에서 존재할 수도 있다.

이 실시형태에서, 투영 광 엔진(120)은 이미지 소스 및 투영 광학계(220)를 포함한다. 실시형태에서, 이미지 소스는 동반된 보상기 광학적 엘리먼트(288) 및 클린-업(clean-up) 편광기 광학적 엘리먼트(289)를 갖는, 반사형 LCoS 마이크로디스플레이와 같은 마이크로디스플레이(230)이다. 이 실시형태에서, 마이크로디스플레이(230)는 디스플레이되어야 할 이미지 데이터를 나타내기 위한 조명 유닛(222)으로부터의 광을 반사시키는 표면(231)을 가진다. 표면(231)은 그것이 반사시키는 광을 편광시키지만; 그러나, 편광 에러들이 있을 수도 있다. 클린-업 편광기 광학적 엘리먼트(289)는 LCoS 표면의 편광기 에러들에 대해 보정한다. 보상기 광학적 엘리먼트(288)는 제조 동안에 LCoS 표면에 대하여 측정된 에러들을 보상하기 위하여 LCoS 마이크로디스플레이의 제조 동안에 그 보상 파라미터들이 결정될 수도 있는 광학적 엘리먼트이다.

이 실시형태에서의 투영 광학계(220)는 고굴절률 유리 영역(225) 외부의 더블렛(226), 및 고굴절률 유리 영역(225) 내의 다수의 광학적 컴포넌트들을 포함한다. 더블렛(226)은 색 수차(chromatic aberration)에 대하여 보정하고, 또한, 일부 콜리메이션(collimation)을 표면(231)에서 반사하는 이미지 광에 제공한다. 실시형태에서, 더블렛(226)은 구면 더블렛(spherical doublet)일 수도 있다. 그 광학적 엘리먼트들은 조명 광학적 지향 엘리먼트(224), (편광기 및 빔 스플리터(PBS)와 같은) 또 다른 광학적 지향 엘리먼트(232), 1/4 파장판(236), 및 굴곡된 반사 표면(238)을 갖는 버드배스 광학적 엘리먼트(234)를 포함한다. 더블렛을 생략하는 것을 제외하고, 그 자신의 조명 유닛(222)을 포함하는 투과형 또는 방출형 이미지 소스를 이용하는 실시형태들과 같은 다른 실시형태들에서는, 광학적 지향 엘리먼트(224)가 투영 광학계(220)로부터 또한 생략될 수도 있다.

이 엘리먼트들을 통한 광의 광학적 경로가 이어서 논의된다. 조명 광 및 이미지 광의 상이한 일부분들은 광의 진행을 논의하는 것을 가능하게 하기 위하여 상이한 번호들로 라벨이 붙여져 있다. 도면을 혼잡하게 하는 것을 회피하기 위하여, 빔의 하나의 대표적인 광선에만 경로의 스테이지(stage)마다 라벨이 붙여져 있다. 조명 유닛(222)에 의해 생성된 광(229)은, 광(233)을 표면(231)의 방향으로 지향시키는 편광 조명 광학적 지향 엘리먼트(224)로 지향된다. 표면(231)으로 이동하는 동안, 조명 광은 더블렛(226) 및 보상기 광학적 엘리먼트(288)를 통과한다.

조명 유닛(222)이 포함할 수도 있는 조명 소스들의 일부 예들은 발광 다이오드(LED)들 및 레이저들이다. 일부 실시형태들에서는, 별도의 적색, 녹색, 및 청색(RGB) 조명 소스들이 있을 수도 있고, 다른 실시형태들에서는, 백색 광 소스와, 상이한 컬러들을 나타내기 위하여 이용된 필터들이 있을 수도 있다. 이 실시형태에서는, 컬러 순차적 LED 디바이스가 조명 유닛(222)에서 이용된다. 컬러 순차적 디바이스는 전체 컬러 이미지를 만들기 위한 LCoS 마이크로디스플레이로 타이밍에 있어서 순차적인 방식으로 턴 온(turn on) 되는 적색, 청색, 및 녹색 LED들을 포함한다. 다른 예들에서는, LED들이 아니라, 레이저들이 이용될 수도 있다. 표면(231) 상의 개별적인 디스플레이 엘리먼트들은 이미지 데이터에 대한 디스플레이 구동기(246)에 의해 표시된 그레이스케일(grayscale)에 대한 컬러 또는 그레이(gray)의 음영(shade)을 나타내기 위한 적색, 녹색, 및 청색 광을 반사시키거나 흡수하기 위하여 마이크로디스플레이 회로부(259)에 의해 제어된다.

편광되고 표면(231)으로부터 반사된 이미지 광(237)은 광학적 보상기(288)를 통과한다. 이미지 광(237)은 더블렛(226)에 의해 부분적으로 포커싱된다. 이미지 광(237)은 고굴절률 유리 영역(225)에 진입하고, 조명 광학적 지향 엘리먼트(224), 클린-업 편광기 광학적 엘리먼트(289)를 통과하고, 다시 편광된 반사된 광(241)을, 반사된 광의 편광 상태를 수동으로 다시 변경하는 1/4 파장판(236)을 통해, 또 다른 편광 상태 변경을 위한 1/4 파장판(236)을 통해 이미지 광을 콜리메이팅하고 다시 반사시키는 버드배스 광학적 엘리먼트(234)의 굴곡된 반사 표면(238)으로 지향시키는 광학적 지향 엘리먼트(232)를 차단한다. 1/4 파장판은 원형 편광을 제공하는 반면, 광학적 지향 엘리먼트들(224, 232)은 일반적으로 선형 편광기들로서 작동한다. 버드배스 반사되고, 2 번 1/4 변환된 이미지 광(243)은 광학적 지향 엘리먼트(232)를 통과한다. 그 다음으로, 이미지 광(235)은 도파관(123)으로의 광학적 결합을 위하여 투영 광 엔진(120)을 탈출한다.

실시형태들에서, 광학적 지향 엘리먼트(232)는 정육면체, 판, 및 배선-그리드(wire-grid) 편광기로 구성된 그룹으로부터 선택된 빔 스플리터의 타입이다. 예를 들어, 광학적 지향 엘리먼트(232)는 정육면체 빔 스플리터, 판 빔 스플리터, 또는 배선-그리드 편광 빔 스플리터일 수도 있다.

실시형태에서, 버드배스 광학적 엘리먼트(234)는 구면 또는 비구면 버드배스 반사 미러이다.

이미지 광(235)은 회절 도파관의 하나 이상의 입력 회절 격자들과 같은 하나 이상의 입력 회절 격자들로의 더욱 효율적인 결합을 위하여 편광되었을 수도 있다. 일부 예들에서, 도파관은 다수의 층들을 가질 수도 있고, 입사하는 이미지 광의 편광은 입사 광을 도파관의 상이한 층들로 필터링하기 위하여 이용될 수 있다. 각각의 층은 그 자신의 입력 회절 격자 및 출구 격자를 가진다. 층에 대한 입력 회절 격자는 어떤 편광의 광을 그 층으로 결합한다. 다른 편광들의 광은, 다음 층의 입력 회절 격자가 그 편광에 기초하여 수신된 광을 결합하거나 통과시키도록, 입력 회절 격자 및 층 자체를 통과하게 된다. 일부 구현예들에서, 상이한 컬러들에 대한 것과 같은 광의 상이한 파장 대역들 또는 파장들의 세트는 이미지의 밝기를 증대시키기 위하여 상이한 도파관 층들로 지향될 수도 있다. 상이한 파장 대역들에서의 광은 각각의 파장 대역에 대한 개개의 층으로의 결합을 위하여 편광될 수도 있다. 예를 들어, Nguyen 등에 대한 "NED Polarization System for Wavelength Pass-Through(파장 통과를 위한 NED 편광 시스템)"라는 명칭의 2012년 8월 31일의 출원일을 갖는 미국 특허 출원 제13/601,727호를 참조한다.

고굴절률 역(225) 내의 하나 이상의 편광 광학적 엘리먼트들의 배열은 도파관(123)에서의 층들의 수, 격자들의 타입들(예컨대, 표면 요철 격자들), 및 층들 사이에서 이미지 광을 분산시키기 위한 미리 결정된 기준들을 포함하는 다수의 인자들에 기초할 수도 있다. 이미지 광(235)은 버드배스 굴곡된 반사 표면(238)으로부터 반사될 때에 콜리메이팅되지만, 각각의 일부분은 굴곡된 표면으로 인해 상이한 각도로부터 반사하고 있다. (출사 동공에서 그 가장 작은 단면을 가지는 다수의 빔들의 평면도의 예에 대하여 도 3b를 참조한다.) 이 실시형태에서, 도파관(123)의 입력 회절 격자(119)는 출사 동공(121) 주위에서 반사된 빔을 결합한다. 이 실시형태에서, 도파관(123)은 단일 층 도파관일 수도 있다. 도 3a 내지 도 3c에서 예시된 다른 실시형태들에서, 멀티-층 도파관은 접안 디스플레이(14)에서 구현될 수도 있다.

광학적 엘리먼트들을 고굴절률 유리 내에 매몰하는 것은 채용되어야 할 폴드 메커니즘들이 광 엔진의 컴팩트한 패키징을 가능하게 하는 것과, 조명 소스(222)에 대한 광학적 경로를 제공하는 것을 허용하기에 충분하게 광학적 경로 길이를 연장한다. 본원에서 설명된 다른 실시형태들에서는, 고굴절률 유리가 이용되지 않는다.

버드-배스 구성은 광 엔진의 출사 동공이 광 엔진의 외부 및 도파관 어셈블리의 내부에서 연장하는 것을 기하학적으로 허용한다. 도파관 내의 출사 동공에서 광을 결합하는 것은 입력 회절 격자의 크기를 감소시킨다.

도파관(123)의 단면 측면도는 도 3a(및 도 3b)에서 도시되어 있다. 도파관(123)은 페이지 내로, 그리고 눈 영역(140)에 대략 평행하게 접안 디스플레이(14) 내로 연장하고, 훨씬 더 작은 양을 페이지 외부로 연장한다. 이 실시형태에서, 도파관(123)은 4 개의 예시적인 층들(256, 258, 262, 및 264) 및 이 실시형태에서의 중심 파장판(260)과 다층화되어 있다. 라인(122)은 투영 광 엔진(120)(또는 투영 광 엔진 하우징)과 도파관(123) 사이의 거리를 표시한다. 도 3a는 축척에 맞게 그려져 있지 않지만, 투영 광 엔진(120)과 도파관(123) 사이의 이러한 거리의 예는 약 0.5 mm이다. 투영되어야 할 출사 동공에 대한 타겟 로케이션은 중심 파장판(260) 내에 있다. 이 실시형태에서, 마찬가지로 축척에 맞게 그려지지 않았지만, 출사 동공은 투영 광 엔진(120)의 외부로부터 도파관의 중심 파장판(260)으로 투영된다. 추가적으로, 이 예에서, 도파관(123)은 고굴절률 유리의 범위 내에 있는 약 1.7의 굴절률을 가진다.

이 실시형태에서, 투시 유리의 외부 보호 커버(252)는 이미지 광(235)이 통과하는 도파관(123)을 둘러싼다. 도파관(123)은 중심 파장판(260)에서의 출사 동공(121)의 이미지 광의 광학적 결합을 위하여 하우징(130) 내에 배치된다. 4 개의 층들의 각각은 그 자신의 입력 회절 격자를 가진다. 입력 회절 격자의 예는 도파관(123)에서의 각각의 층의 표면의 일부로서 제조된 표면 요철 격자이다. 층(256)은 투영 광 엔진(120)을 탈출한 이미지 광(235)을 먼저 수신하고, 그 광을 그 광학적 입력 회절 격자(119a)를 통해 결합한다. 유사하게, 층(258)은 이미지 광(235)을 그 광학적 입력 회절 격자(119b)를 통해 결합한다. 중심 파장판 층(260)은 그것이 수신한 이미지 광(235)의 편광 상태를 결합하고 변경하여, 출사 동공을 포함한다. 광학적 입력 회절 격자(119c)를 통한 층(262)은 그 교차 섹션이 확대함에 따라 이미지 광(235)을 결합하고, 층(264)은 이미지 광(235)의 단면이 확대하는 것을 계속함에 따라, 이미지 광(235)을 그 광학적 격자(119d)와 결합한다.

도 3b는 (축척에 맞게 그려지지 않은) 참조를 위한 버드배스 광학적 엘리먼트(234)로 예시된 도 3a에서의 도파관(123) 실시형태의 4 개의 층들 및 중심 파장판의 평면도를 예시하는 블록도이다. 빔들(273, 275, 및 277)을 더욱 용이하게 도시하기 위하여, 매개 엘리먼트(intervening element)들이 도시되어 있지 않다. 3 개의 광선들(예컨대, 273a, 273b, 273c)의 각각의 세트는 빔(예컨대, 273)을 나타낸다. 각각의 빔은 복수의 컬러들을 나타내는 광을 포함할 수도 있다. 각각의 빔은 본원에서 설명된 바와 같이 콜리메이팅된다. 빔들이 굴곡된 표면 상의 상이한 포인트들로부터 반사할 때, 광선들로서 여기에서 예시된 빔들의 상이한 일부분들이 교차하고, 빔들의 가장 좁은 단면은 출사 동공(121)에서 발생한다. 일부 예들에서, 출사 동공 직경은 약 3.0 mm이다(마찬가지로 축적에 맞게 그려지지 않음).

본원에서 설명된 광학적 엘리먼트들은 유리 또는 플라스틱 재료로 이루어질 수도 있다. 광학적 엘리먼트들은 몰딩(molding), 그라인딩(grinding), 및/또는 연마(polishing)에 의해 제조될 수도 있다. 광학적 엘리먼트들은 실시형태들에서 서로 접합될 수도 있거나 접합되지 않을 수도 있다. 본원에서 설명된 광학적 엘리먼트들은 비구면일 수도 있다. 실시형태들에서, 단일 렌즈 광학적 엘리먼트들은 다수의 렌즈 엘리먼트들로 분할될 수도 있다. 더욱 양호한 이미지 품질은 단일 렌즈 광학적 엘리먼트들을 다수 렌즈 광학적 엘리먼트들로 대체함으로써 달성될 수도 있으므로, 더 많은 렌즈들이 이용되고, 이 때문에, 더 많은 성질들이 특정한 이미지 품질을 달성하기 위하여 변하도록 이용가능하다.

도 3c는 접안 디스플레이에서 배치될 수도 있는 또 다른 컴팩트한 투영 광 엔진(120a) 실시형태 및 도파관(123)의 블록도이다. 실시형태에서, 도파관(123)은, 도 4a 내지 도 4b에서 예시되고 본원에서 설명된 바와 같은 도파관들(475a 내지 475c)을 포함한다. 실시형태에서, 도 3c에서 도시된 투영 광 엔진(120a)은 도 3a에서 도시된 투영 광 엔진(120)과 유사하게 동작한다. 실시형태에서, 투영 광 엔진(120a)은 조명 유닛(222), 렌티큘러 스크린(401), 더블렛(226), PBS(402), 더블렛(250), 마이크로디스플레이(230), 폴드 미러(400), 굴곡된 반사기(450), 및 1/4 파장판(236)을 포함한다. 실시형태에서, 유사한 참조 번호들은 본원에서 설명된 유사한 컴포넌트들을 지칭한다. 대안적인 실시형태에서는, 더 많거나 더 적은 컴포넌트들이 투영 광 엔진(120a)에서 이용될 수도 있다.

실시형태에서, 이미지 광은 투영 광 엔진(120a)으로부터 도파관(123)에서의 출사 동공(121)으로 투영된다. 그 다음으로, 도파관(123)은 이미지 광을 눈 공간(140)에 제공할 수도 있다. 실시형태에서, 도파관(123)은 본원에서 설명된 바와 같은 롤링된 k-벡터 입력 회절 격자들을 포함한다. 화살표(142)는 접안 디스플레이(141)의 광학 축을 나타낸다. 실시형태에서, 투영 광 엔진(120a)의 개구부(aperture)는 4 mm이다. 실시형태에서, 투영된 출사 동공은 굴곡된 반사기(450)로부터 13 mm에 있다.

실시형태들에서, 투영 광 엔진(120a)에서의 컴포넌트들은 동일평면 배향에서 인쇄 회로 기판과 같은 공통 기판 상에 장착된다. 다른 실시형태들은 투영 광 엔진(120a)의 컴포넌트들의 다른 기하학적 배향들을 포함한다. 실시형태에서, 투영 광 엔진(120a)은 PCB의 표면에 적어도 부분적으로 동일평면에서 결합되는 컴포넌트들을 가진다.

실시형태들에서, 굴곡된 반사기(450)는 포커스 제어(focus control)를 제공하고, 굴곡된 반사기를 가지는 버드배스 광학적 엘리먼트일 수도 있다. 실시형태에서, 1/4 파장판(236)은 원형 편광을 제공한다. 실시형태에서, 2 개의 더블렛들이 이용되고, 그리고/또는 비구면 컴포넌트들은 이용되지 않는다. 실시형태에서, 조명 유닛(222)은 프리즘 주입(prism injection)을 이용한 레이저 광학기기를 포함할 수도 있거나, 대안적으로 도파(waveguide)될 수도 있다. 실시형태에서, PBS(402)는 순차적인 콘트라스트를 최대화할 수도 있는 마이크로디스플레이(230) 근처에 배치된다. 실시형태에서, 마이크로디스플레이(230)는 디스플레이되어야 할 이미지 데이터를 나타내기 위한 조명 유닛(222)으로부터의 광을 반사시키는 표면(231)을 가진다.

실시형태에서, 투영 광 엔진(120)은 고굴절률 유리를 포함하지 않는다.

실시형태에서, 하나 이상의 추가적인 PBS들은 단일로, 또는 조합하여, 도 3a에서 도시된 투영 광 엔진(120)과 비교할 때, 투영 광 엔진(120a)에서의 이용된 컴포넌트들의 수, 질량, 및 광학적 총 부피를 감소시킬 수도 있는 (도 3a에서 도시된 PBS로서 구체화될 수도 있는 광학적 지향 엘리먼트(224)와 같은) 투영 광 엔진으로부터 생략될 수도 있다. 실시형태에서, 롤링된 k-벡터 입력 회절 격자들을 가지는 도파관(123)은 광을 스플리팅하고 편광시킴에 있어서 생략된 PBS들과 유사하게 작동할 수도 있다. 실시형태에서, 도파관(123)은 투영 광 엔진(120a) 내에 내장되고, PBS(402)와 굴곡된 반사기(450) 사이에 갭 내에 맞추어질 수도 있다. 실시형태에서, 투영 광 엔진(120a)의 광학적 총 부피는 대략 1.2 cc일 수도 있다.

투영 광 엔진(120a)에서의 컴포넌트들을 통한 광의 광학적 경로는 다음으로 논의된다. 조명 광 및 이미지 광의 상이한 일부분들은 광의 진행을 논의하는 것을 가능하게 하기 위하여 상이한 번호들로 라벨이 붙여져 있다. 도면을 혼잡하게 하는 것을 회피하기 위하여, 빔의 하나의 대표적인 광선에만 경로의 스테이지(stage)마다 라벨이 붙여져 있다. 조명 유닛(222)에 의해 생성된 광(460)은 렌티큘러 스크린(401), 더블렛(226), PBS(402), 및 더블렛(250)을 통해 마이크로디스플레이(230)의 표면(231)으로 지향된다. 실시형태에서, 렌티큘러 스크린(401)은 광(460)을 더 많이 수평 빔으로 포커싱할 수도 있는 렌즈이다. 그 다음으로, 광(또는 이미지 광)(461)은 표면(231)으로부터 더블렛(250)을 통해, 이미지 광(462)을 폴드 미러(400)로 스플리팅하고 편광시키는 PBS(402)로 지향된다. 이미지 광(463)은 폴드 미러(400)로부터 1/4 파장판(236)을 통해 굴곡된 반사기(450)로 반사된다. 이미지 광(464)은 도파관(123) 내의 출사 동공(121)에서 이미지(또는 그 일부분)를 형성하기 위하여, 굴곡된 반사기(450)로부터, 그리고 1/4 파장판(236)을 통해 반사된다. 실시형태에서, 이미지 광(464)은 도파관(123)에서의 제 1 입력 회절 격자에 의해 회절되는 반면, 이미지 광(463)은 폴드 미러(400)로부터 대략 동시에 동일한 제 1 입력 회절 격자를 통해 이탈 없이 통과하게 된다. 실시형태에서, 도파관(123)은 또 다른 PBS의 기능들의 적어도 일부를 수행한다. 실시형태에서, 외부의 투영된 출사 동공은 도 4a에서 도시된 것과 유사하게 눈 공간(140)에서 형성된다.

도 4a 내지 도 4b는 컴팩트한 투영 광 엔진 및 다수의 회절 도파관들(또는 도파관 적층체)를 포함하는 도파관 디스플레이의 또 다른 실시형태를 예시한다. 특히, 도 4a는 투영 광 엔진(470) 및 다수의 회절 도파관들(475a 내지 475c)(도파관 적층체 또는 회절 도파관)을 예시한다. 실시형태에서, 회절 도파관들(475a 내지 475c) 중의 하나 이상은 본원에서 설명된 바와 같은 롤링된 k-벡터들을 갖는 하나 이상의 입력 회절 격자들을 포함한다. 실시형태들에서, 회절 도파관들(475a 내지 475c)은 도파관(123)을 대체한다. 실시형태에서, 하나 이상의 회절 도파관들(475a 내지 475c)은 도 6a 내지 도 6b에서 예시되고 본원에서 설명된 바와 같이 제조된다. 도 4b는 이미지 광을 눈 공간(140)에서 가상적 또는 투영된 출사 동공(480)을 제공하는, 도 4a에서 도시된 투영 광 엔진(470) 및 회절 도파관들(475a 내지 475c)의 일부분을 예시한다.

실시형태에서, 투영 광 엔진(470)은 도 3a에서 도시된 투영 광 엔진(120), 및 도 3c에서 도시된 투영 광 엔진(120a)과 유사하게 동작한다. 또한, 투영 광 엔진(470)은 도 3a 및 도 3c에서 도시된 실시형태들과 유사한 컴포넌트들을 가진다. 그러나, 도 4a 내지 도 4b에서 예시된 실시형태에서, (회절 도파관들(475a 내지 475c)에서의) 입력 회절 격자가 지원하는 각도 대역폭은 입력 회절 격자가 전체 디스플레이 도파관 FOV를 지원하는 실시형태에서보다 더 작을 수도 있다. 도 4a 내지 도 4b에서 예시된 실시형태에서, 도파관 디스플레이 FOV는 회절 도파관들(475a 내지 475c)에서의 다수의 입력 회절 격자들 상에서 분산되므로, 각각의 입력 회절 격자는 디스플레이 도파관 FOV의 부분 또는 일부분을 지원할 수도 있다. 다시 말해서, 회절 도파관은 FOV를 제공하는 디스플레이 내에 포함되고, 회절 도파관은 FOV의 일부분을 제공하는 제 1 입력 회절 격자, 및 FOV의 제 2 일부분을 제공하는 제 2 입력 회절 격자를 포함한다.

실시형태에서, 투영 광 엔진(470)은 이미지 소스, 또는 반사형 LCoS 마이크로디스플레이와 같은 마이크로디스플레이(471)를 포함한다. 실시형태에서, 마이크로디스플레이(471)는 디스플레이되어야 할 이미지 데이터를 나타내기 위하여, 도 3a에서 도시된 조명 유닛(222)과 같은 조명 유닛으로부터 광을 반사시키는 표면(471a)을 가진다. 게다가, 투영 광 엔진(470)은 (PBS와 같은) 광학적 지향 엘리먼트(472), 클린-업 편광기 광학적 엘리먼트(473), 및 더블렛(474)을 포함한다. 실시형태에서, 표면(471a)은 그것이 반사시키는 이미지 광을 편광시키지만; 그러나, 편광 에러들이 있을 수도 있다. 클린-업 편광기 광학적 엘리먼트(473)는 반사된 이미지 광이 광학적 지향 엘리먼트(472)에 의해 재지향된 후에 LCoS 표면의 편광기 에러들에 대하여 보정한다. 더블렛(474)은 색 수차에 대하여 보정하고, 또한, 일부 콜리메이션을 표면(471a)에서의 반사하는 이미지 광에 제공한다. 실시형태에서, 더블렛(474)은 구면 더블렛일 수도 있다. 그 다음으로, 이미지 광은 1/4 파장판(476)으로, 그리고 1/4 파장판(476)으로부터 통과한다. 이미지 광은 더블렛/반사기(477)로부터 1/4 파장판(476)으로, 그리고 회절 도파관들(475a 내지 475c)에서 투영된 출사 동공(480)으로 반사된다. 실시형태에서, 더블렛/반사기(477)는 더블렛(474)으로부터 이미지 광을 반사시키고 콜리메이팅하기 위한 굴곡된 반사기를 가지는 버드배스 광학적 엘리먼트를 포함한다. 실시형태에서, 더블렛/반사기(477)는 또한, 더블렛으로서 기능한다.

도 4a 내지 도 4b에서의 이 엘리먼트들을 통한 광의 광학적 경로가 다음으로 논의된다. 이미지 광의 상이한 일부분들은 광의 진행을 논의하는 것을 가능하게 하기 위하여 상이한 번호들로 라벨이 붙여져 있다. 도면을 혼잡하게 하는 것을 회피하기 위하여, 빔의 2 개의 대표적인 광선들에만 경로의 스테이지마다 라벨이 붙여져 있고, 이용될 수도 있는 조명 유닛은 도시되어 있지 않다. 실시형태에서, 빔의 2 개의 표현들(빔의 제 1 일부분은 이미지 광(481a 내지 481c)에 의해 표현되고, 빔의 제 2 일부분은 이미지 광(482a 내지 482c)에 의해 표현됨)은 동일한 빔이다. 실시형태에서 광학적 지향 엘리먼트(472)로부터 수신될 수도 있는 이미지 광(481a)은 표면(471a)으로부터 반사된다. 대안적인 실시형태에서, 이미지 광(481a)은 표면(471a)으로부터 발생한다. 광학적 지향 엘리먼트(472)는 이미지 광들(481b 및 481c)에 의해 예시된 바와 같이, 이미지 광(481b)을 클린-업 편광기 광학적 엘리먼트(473), 더블렛(474)을 통해, 그리고 직접적으로 이탈되지 않으면서, 회절 도파관들(475a 내지 475c)의 제 1 입력 회절 격자들을 통해, 그리고 외부의 투영된 출사 동공(480)으로 재지향시킨다. 실시형태에서, 회절 도파관들(475a 내지 475c)은 더블렛/반사기(477)로부터 반사되는 이미지 광(482c)을 1/4 파장판(476)을 통해 회절 도파관(475a 내지 475c)의 동일한 제 1 입력 회절 격자들로 출력한다. 이미지 광(482c)은 회절되고, 외부의 투영된 출사 동공(480)에 제공된다. 이미지 광(482c)은, 실시형태에서 1/4 파장판(476), 더블렛(474), 및 클린-업 편광기(473)를 통과하는 이미지 광(482b)의 더블렛/반사기(477)로부터의 반사된 버전이다. 이미지 광(482a)은 마이크로디스플레이(471)로부터 반사되거나 발생하고, 광학적 지향 엘리먼트(472)로부터 이미지 광(482b)으로서 재지향된다. 실시형태에서, 이미지 광(482a)은 광학적 지향 엘리먼트(472)로부터 수신되고 반사된다.

도 5a는 롤링된(또는 상이한) k-벡터들을 갖는 입력 회절 격자들을 가지는 복사 기판을 제조하기 위하여 이용된 마스터 홀로그램을 제공하는 실시형태를 예시한다. 도 6a 내지 도 6b에서 도시된 복사 기판(604 또는 654)과 같은, 마스터 홀로그램에 의해 형성된 복사 기판은 회절 도파관에서 층으로서 이용될 수도 있다. 실시형태에서, 홀로그래픽 레코딩 재료(512)를 가지는 마스터 기판(504)은 마스터 홀로그램들(603 및 653)과 같은 마스터 홀로그램을 제공하기 위하여 이용된다. 실시형태들에서, 마스터 기판(504) 및 다른 마스터 기판들은 적층체 또는 복수의 기판들을 포함할 수도 있다. 실시형태에서, 마스터 홀로그램은 마스터 홀로그램이 상대적으로 높은 각도 대역폭을 가지지만, 반드시 높은 회절 효율을 가지지는 않도록 제조될 수도 있다. 마스터 홀로그램을 이용함으로써 형성된 복사 기판은 마스터 홀로그램 상의 입사 광선들로부터 수렴하는 광의 광선들에 의해 형성된 입력 회절 격자들을 가지는 접촉 복사본(contact copy)일 것이다. 마스터 홀로그램으로부터의 광의 수렴 광선들은 k-벡터가 투영 광 엔진(120a)과 같은 투영 광 엔진으로부터의 입력 각도들에 따라 각도 대역폭을 조율할 수도 있는 복사 기판 상의 각각의 입력 회절 격자에 대하여 변화하는 것을 가능하게 할 것이다.

실시형태에서, 마스터 홀로그램에 의해 형성된, 복사 기판 상의 적어도 2 개의 입력 회절 격자들은 상이한 연관된 k-벡터들을 가진다. 실시형태에서, 복사 기판 상의 적어도 2 개의 인접한 입력 회절 격자들은 각각의 개개의 k-벡터로부터 미리 결정된 각도만큼 롤링되거나 오프셋되는 개개의 연관된 k-벡터들을 가진다. 실시형태에서, 마스터 홀로그램은 파장들의 미리 결정된 세트를 가지는 광을 수신하는 복사 기판을 제조하기 위하여 이용된다.

제조된 마스터 홀로그램들의 적어도 2 개의 타입들은 본원에서 설명된 바와 같은 롤링된 k-벡터 접촉 복사 제조 프로세스를 지원할 수 있거나 이 프로세스에서 이용될 수 있다. 제 1 타입은 모든 복사 빔 각도들에 대하여 복사 프로세스를 지원하기 위한 충분한 각도 대역폭을 갖는 마스터 홀로그램이다. 롤링된 k-벡터 접촉 복사 프로세스를 지원할 수 있는 마스터 홀로그램의 제 2 타입은 자체적으로, 롤링된 k-벡터를 가지는 마스터 홀로그램이다. 마스터 홀로그램의 제 1 타입은 도 5a에서 도시된 표준적인 2 빔 레코딩 프로세스에 의해 레코딩된다.

도 5a는 격자 간격을 형성하기 위하여 각각 투영되는 무한대에서 포커싱된 광의 2 개의 빔들을 이용함으로써, 홀로그래픽 레코딩 매체(512)를 가지는 마스터 기판(504)으로부터 마스터 홀로그램을 형성하는 것을 예시한다. 실시형태에서, 2 개의 간섭성 평면 레이저 빔들(501 및 502)은 홀로그래픽 레코딩 매체(512)를 가지는 마스터 기판(504)으로부터 마스터 홀로그램을 형성하는 보간 간섭(503)을 제공한다. 실시형태에서, 빔(501)은 기준 빔이다. 실시형태에서, 기준 빔(501)은 투영 광 엔진의 주요한 광선 방향에 의해 정의된다. 실시형태에서, 투영 광 엔진으로부터의 주요한 광선 방향은 도파관의 입력 표면에 수직인 방향일 수도 있다. 실시형태에서, 빔(502)은 미리 결정된 주요한 광선 회절된 각도(실시형태에서 복사 기판의 임계 각도(critical angle) + 접안 디스플레이의 유리에서의 대략 절반의 FOV와 동등하게 하는 내부 각도)의 각도로 입사하는 구성 빔이다.

유리에 내부적인 각도들을 확립하기 위하여, 마스터 기판(504)의 적어도 상부 및 하부 측부들(또는 그 일부분들)은 마스터 기판(504)의 그것에 근접하게 일치하는 굴절률을 갖는 (파선들에 의해 예시된) 광학적 재료들(505 및 506) 내에 매몰된다. 레코딩 동안에 광학적 재료(505)의 추가 없이, 빔(502)은 재료의 임계 각도를 초월할 것이고, 입사하는 빔의 파면(wave front)은 반사된 빔을 생성되는 바람직하지 않은 홀로그램들과 중첩시킬 것이다. 마스터 기판(504)의 하부 표면에서의 내부 전반사(total internal reflection)로 인해 내부적으로 반사하는 제 2 경사 빔(oblique beam)을 회피하기 위하여, 마스터 기판(504)은 마스터 기판(504)의 그것에 근접하게 일치하는 굴절률을 갖는 광학적 재료(506)에 의해 지지된다. 이 실시형태는 레코딩 파장이 리플레이 파장(replay wavelength); 디스플레이 또는 이미지 광의 파장과 동일한 것으로 가정한다. 레코딩 파장이 디스플레이의 파장과는 상이할 경우, 레코딩 각도들은 디스플레이의 효율을 최적화하기 위하여 조절될 필요가 있을 것이다.

복사 빔의 입사 각도들을 지원하기에 충분한 각도 대역폭을 갖는 마스터 기판(504)으로부터 마스터 홀로그램을 형성하는 것은, 일반적으로, 주어진 홀로그래픽 레코딩 매체에 대하여, 각도 대역폭이 더 클수록, 효율이 더 낮다는 제한을 가질 수도 있다. 실시형태에서, 마스터 홀로그램의 효율은 2 개의 복사 빔들이 균형잡히도록 50 %이다. 마스터 홀로그램 효율이 더 작을 경우, 일반적으로, 접촉 복사는 최대 변조를 달성하지 않을 것이다.

실시형태에서, 반사 에지 코팅(reflection edge coating)은 마스터 홀로그램과 복사 기판 사이에 포함된다. 실시형태에서, 반사 에지 코팅은 도 6a에서 예시된 마스터 홀로그램(603)과 복사 기판(604) 사이에 포함될 수도 있다. 반사 에지 코팅은 제로 차수; 비-회절된(un-diffracted) 레코딩 빔을 부분적으로 반사시킬 것이고, 마스터 홀로그램으로부터의 회절된 빔을 투과시킬 것이다. 반사 에지 코팅은 제로 차수 빔 강도(beam intensity)가 회절된 복사 빔과 동일하도록 최적화될 수도 있다. 실시형태에서, 복사 기판을 레코딩하기 위한 많은 광이 낭비되어, 레코딩 프로세스를 늘이는 것에 이르게 되거나, 더 높은 파워의 레이저를 요구할 수도 있다. 이것은 제조 프로세스에서 경제적인 함축성들을 가진다.

접촉 복사 프로세스를 지원할 수 있는 마스터 홀로그램의 제 2 타입은 고정된 격자 주기, 그러나 롤링된 k-벡터를 가지는 마스터 홀로그램이다. 마스터 홀로그램의 이 타입이 형성될 수 있게 하는 적어도 2 개의 방법들이 있다. 제 1 방법은 도 5b에서 예시된 스캐닝 방법이다. 도 5c에서 예시된 제 2 방법은 고정된 격자 주기를 갖지만, 롤링된 k-벡터를 갖는 마스터 홀로그램을 형성할 수 있는 2 개의 빔 구성 광학기기들의 세트를 이용하는 것을 포함한다.

도 5b는 홀로그래픽 레코딩 매체(512b)를 가지는 마스터 기판(504b)으로부터 고정된 격자 주기를 갖지만, 롤링된 k-벡터를 갖는 마스터 홀로그램(504b)을 레코딩하기 위한 스캐닝된 빔 레코딩 방법을 예시한다. 레이저(501b)는 무한대에서 포커싱되고 단면에 있어서 직사각형이고; 지면 관통 방향으로 폭이 넓고 지면 횡단 방향으로 폭이 좁다. 레이저는 빔 스플리터(502b)에서 2 개의 간섭성 빔들로 분할되고, 하나의 빔에 대하여 미러(507b)를 향해 지향되고, 제 3 미러(508b)를 향해 제 2 미러(503b)에 의해 지향된다. 미러들(507b 및 508b)은 별도의 선형 스테이지들 및/또는 회전 스테이지들(또는 스테이지들)(510b 및 511b)에 의해 각각 지원된다. 이 스테이지들(510b 및 511b)은 마스터 기판(504b) 위에서 수평으로 배향된다. 2 개의 스테이지들(510b 및 511b)의 회전은 포인트(509b)에서 요구된 마스터 홀로그램의 레코딩 기하구조를 형성하기 위하여 2 개의 간섭성 빔들의 광을 반사시킬 것이다. 스테이지들(510b 및 511b)은 2 개의 빔들이 포인트(509b)에서 완전히 중첩한다는 것을 보장하기 위하여 이동될 것이다.

기판(504b)에서의 상대적인 빔 각도들은 2 개의 조건들을 달성한다. 제 1 조건은 격자 주기가 격자의 모든 포인트들에 대하여 동일한 브래그 수학식에 대응하는 격자 주기를 형성하기 위한 것이다. 제 2 조건은 (2 개의 빔들의 이등분선(bisector)에 대응하는 방향으로) k-벡터를 형성하기 위한 것이다. 희망하는 k-벡터는 투영 광 엔진으로부터의 디스플레이 또는 이미지 광의 각도 범위를 지원하기 위하여 최적화되는 것이다. 요구된 유리에 내부적인 각도들을 확립하기 위하여, 마스터 기판(504b)의 상부는 마스터 기판(504b)의 그것에 근접하게 일치하는 굴절률을 갖는 광학적 재료(505b) 내에 매몰된다. 마스터 기판(504b)의 하부 표면에서의 내부 전반사로 인해 내부적으로 반사하는 제 2 경사 빔을 회피하기 위하여, 마스터 기판(504b)은 마스터 기판(504b)의 그것에 근접하게 일치하는 굴절률을 갖는 광학적 재료(506b)에 의해 지지된다. 마스터 기판(504b)은 홀로그래픽 레코딩 매체(512b)를 포함한다. 적층체의 정밀한 레이아웃은 홀로그래픽 레코딩 매체에 종속된다. 실시형태에서, 중크롬산 젤라틴(dichromated gelatin)과 같은 액체 또는 광중합체의 액체 버전은 홀로그래픽 레코딩 매체(512b)로서 이용되고, 도 5b에서 예시된 바와 같이 2 개의 기판들 사이에 끼워질 것이다.

실시형태에서, 도 5b에서 예시된 마스터 홀로그램(504b)을 레코딩하기 위한 스캐닝 방법은 새로운 마스터 처방들이 매우 신속하게 프로그래밍되는 것과, 마스터링 프로세스의 비용을 상대적으로 낮게 하는 것을 가능하게 한다. 실시형태에서, 이 스캐닝 방법은 마스터 홀로그램을 레코딩하는 구분적(piece-wise) 프로세스 및 제 1 및 제 2 빔들이 완전히 중첩되지 않을 가능성(potential)으로 인해 마스터 홀로그램에서 레코딩된 에지 효과들을 가질 수도 있다. 이 효과들은 일반적으로 마스터 홀로그램에서의 국소적인 효율 변화(local efficiency variation)일 것이고, 이 효과들은 복사 프로세스에서 잠재적으로 레코딩된다.

도 5c는 일정한 격자 주기, 그러나 변하는 k-벡터를 가지는 마스터 홀로그램의 2 빔 레코딩을 예시한다. 제 1 및 제 2 빔(501c 및 502c)에 대하여 각각 요구된 파면들은 당해 분야의 당업자에 의해 알려진 바와 같은 광선 추적 방법들에 의해 미리 결정된다. 홀로그래픽 레코딩 매체(507c) 내의 포인트(503c)에서의 이 2 개의 빔들의 간섭은 마스터 홀로그램의 격자 주기 및 k-벡터를 확립한다. 이전의 실시형태들에서와 같이, 유리에 내부적인 각도들을 확립하기 위하여, 마스터 기판(504c)의 상부 및 하부 표면들은 마스터 기판(504c)의 그것에 근접하게 일치하는 굴절률을 갖는 (파선들에 의해 예시된) 광학적 재료(505c 및 505c) 내에 매몰된다. 실시형태에서, 광학적 재료(505c)는 광학적 재료(505c)의 광학적 파워가 레코딩 빔들(501c 및 502c) 사이에서 공유되는 광학적으로 파워공급된(optically powered) 재료일 수 있다. 이 실시형태에서, 구성 광학기기들은 더욱 컴팩트할 수도 있고, 광학적 재료(505c)는 다른 실시형태들에서보다 더욱 컴팩트할 수도 있다. 마스터 기판(504)의 하부 표면에서의 내부 전반사로 인해 내부적으로 반사하는 제 2 경사 빔을 회피하기 위하여, 마스터 기판(504)은 마스터 기판(504)의 그것에 근접하게 일치하는 굴절률을 갖는 광학적 재료(506c)에 의해 지지된다.

빔(501c 및 502c)에 대한 구성 광학기기들은 당해 분야의 당업자에 의해 알려진 바와 같은 광선 추적 방법들에 의해 설계될 수도 있다. 실시형태에서, 구성 빔들(501c 및 502c)은 이 파면들을 생성할 수 있는 일련의 광학적 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 실시형태에서, 이 광학적 컴포넌트들은 렌즈들, 실린더(cylinder)들, 비구면 렌즈들, 및/또는 컴퓨터 생성된 홀로그램들을 포함하는 회절 광학적 컴포넌트들을 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 실시형태에서, 일정한 격자 주기, 그러나 롤링 k-벡터를 갖는 마스터 홀로그램을 레코딩하기 위한 2 빔 프로세스를 이용하는 것은 도 5b에서 예시된 방법보다 더욱 효율적일 수도 있다. 실시형태에서, 도 5c에 의해 예시된 방법은 디스플레이의 설계가 변경될 때에 재생성될 수도 있는 복합 광학기기들을 가질 수도 있다. 실시형태에서, 도 5b에서 예시된 방법은 프로토타입(prototype) 마스터 홀로그램을 구축하기 위하여 이용되고, 도 5c에서 예시된 방법은 제품들, 특히, 본원에서 설명된 바와 같은 회절 도파관들을 제조하기 위하여 이용된 마스터 홀로그램을 구축하기 위하여 이용된다.

도 6a 내지 도 6b는 롤링된 k-벡터들을 갖는 입력 회절 격자들을 가지는 회절 도파관에서 이용될 수도 있는 하나 이상의 복사 기판들을 제조하는 방법 실시형태를 예시한다. 도 6a 내지 도 6b에서 예시된 치수들은 축적에 맞지 않는다. 실시형태에서, 도 5a에서 도시된 마스터 기판(504)으로부터 형성된 마스터 홀로그램은 도 6a에서 예시된 복사 기판(604)을 형성하기 위하여 이용될 수도 있다. 실시형태에서, 도 5a에서 도시된 마스터 기판(504)으로부터 형성된 마스터 홀로그램은 도 6a에서 예시된 마스터 홀로그램(603)으로서 이용된다. 대안적인 실시형태들에서, 도 5b 내지 도 5c에서 예시된 마스터 기판들로부터 형성된 마스터 홀로그램들은 도 6a 내지 도 6b에서 예시된 복사 기판들을 형성하기 위하여 이용될 수도 있다.

실시형태에서, 복사 기판(604)은 도 3a 내지 도 3c에서 도시된 회절 도파관에서, 실시형태에서의 층(256)과 같은 층으로서 이용된다. 실시형태에서, 복사 기판(604)은 파장들의 제 1 세트를 가지는 광을 수신하는 반면, 도 6b에서 도시된 (실시형태에서의 층(258)에 대응할 수도 있는) 복사 기판(654)은 파장들의 제 2 상이한 세트를 가지는 광을 수신한다. 실시형태에서, 입력 회절 격자들은 액정들과 같은 복굴절(birefringent) 재료들을 이용하여 복사 기판들(604 및 654)에서 형성된다. 복굴절 재료들은 또 다른 PBS로서 더욱 효율적으로 멀티-층 회절 도파관 기능을 형성하는 조립된 복사 기판들을 가능하게 할 수도 있는 이미지 광의 편광의 하나의 배향에 대하여 효율적일 수도 있다.

실시형태에서, 마스터 홀로그램(603)은 복사 기판(604) 상에 배치된다. 마스터 홀로그램(603) 및 복사 기판(604)은 구조체(605)에 의해 지지된다. 광 소스(601)는 광들의 광선들(610a 내지 610d)(또는 광선들(610a 내지 610d))을 포함하는 광의 빔(610)을 마스터 홀로그램(603)의 입력 회절 격자들(611a 내지 611d)에 제공한다. 실시형태에서, 마스터 홀로그램(603)의 입력 회절 격자들(611a 내지 611d)은 본원에서 설명된 바와 같이 형성된다. 실시형태에서, 빔(610)은 디스플레이 입력 회절 격자에서 요구된 각도들에 일치된 복사 홀로그램의 효율을 최대화하기 위하여 최적화된 파면을 생성하기 위한 비구면 보정을 포함할 수도 있는 포커싱 렌즈(focusing lens)(602)를 통과한다.

도 6a에서 예시된 빔(610)의 광학적 경로들이 지금부터 설명된다. 실시형태에서, 광선(610a)은 입력 회절 격자(611a) 및 복사 기판(604)에서 마스터 홀로그램(603)을 통해 제 1 비-회절된 광학적 경로(제로 차수 회절 모드)를 따라 이동한다. 광선(610a)은 또한, 포인트(612a)에서 빔을 형성하기 위하여, 제 2 광학적 경로를 따라 입력 회절 격자(611a)에서(제 1 차수 회절 모드) 마스터 홀로그램(603)에 의해 회절된다. 이 빔은 복사 기판에서 간섭 패턴을 형성할 빔들 중의 하나를 나타낸다. 제 3 빔(또는 광선)(610b)은 제 1 비-회절된 경로 또는 제 3 광학적 경로를 따라, 입력 회절 격자(611b)에서의 마스터 홀로그램을 통해 포인트(612a)에서의 복사 기판으로 이동한다. 이것은 복사 기판에서 간섭 패턴을 형성하는 제 2 빔을 형성한다. 제 1 및 제 2 빔의 간섭 패턴은 복사 기판에서 레코딩될 것이고, 디스플레이의 입력 회절 격자의 일부를 형성할 것이다. 마스터 홀로그램으로부터의 비-회절된 빔 및 회절된 빔의 간섭은 디스플레이의 입력 회절 격자에 대한 최종적인 홀로그램을 형성하기 위하여 복사 기판에 걸쳐 계속될 것이다. 입력 빔(610)은 포인트(613)에 수렴하고 있으므로, 간섭은 일반적으로 각도에 있어서 롤링하고 있는 2 개의 파면들에 의해 야기된다. 이 때문에, 복사 홀로그램의 k-벡터는 롤링하고 있을 것이다.

다른 입력 회절 격자들은 도 6a에서 예시된 바와 같이 유사하게 형성된다. 특히, 광선(610b)은 또한, 입력 회절 격자(611c)에 진입하고 복사 기판(604)을 통해 포인트(613)로 통과하는 제 5 광학적 경로를 따르는 광선(610c)으로 입력 회절 격자(612b)를 형성하기 위하여 입력 회절 격자(611b)에서 제 4 광학적 경로를 따라 회절된다. 입력 회절 격자(612c)는 입력 회절 격자(612)를 형성하고 포인트(613)로 이동하기 위하여 입력 회절 격자(611d)에서 마스터 홀로그램(603)을 통과하는 제 7 광학적 경로를 따르는 수렴 빔(614) 및 광선(610d)으로의 제 6 광학적 경로를 따르는 회절된 광선(610c)으로 유사하게 형성된다.

도 6b는 롤링된(또는 상이한) k-벡터들을 갖는 입력 회절 격자들을 가지는 회절 도파관에서 이용될 수도 있는 제 2 상이한 복사 기판(654)을 제조하는 방법 실시형태를 예시한다. 실시형태에서, 마스터 홀로그램(653)은 복사 기판(654) 상에 배치된다. 마스터 홀로그램(653) 및 복사 기판(654)은 구조체(605)에 의해 지지된다. 광 소스(651)는 광들의 광선들(660a 내지 660d)(또는 광선들(660a 내지 660d))을 포함하는 광의 빔(660)을 마스터 홀로그램(653)의 입력 회절 격자들(661a 내지 661d)에 제공한다. 실시형태에서, 광 소스(651)는 광 소스(601)와는 상이한 광 소스이다. 실시형태에서, 마스터 홀로그램(653)의 입력 회절 격자들(661a 내지 661d)은 본원에서 설명된 바와 같이 형성된다. 실시형태에서, 광의 빔(660)은 포커싱 렌즈(652)를 통과한다.

복사 기판(654)의 입력 격자들(662a 내지 662c)은 본원에서 설명된 입력 회절 격자들(612a 내지 612c)과 유사한 광의 빔(660)의 광학적 경로들에 의해 형성된다. 광의 빔(660)은 도 6a에서 예시된 포인트(613) 및 수렴 빔(614)에 대하여 유사하게 설명된 바와 같이 포인트(663) 및 또한, 수렴 빔(664)으로 지향될 수도 있다. 각각의 입력 회절 격자들(662a 내지 662c)은 실시형태들에서 상이한 k-벡터들 또는 롤링된 k-벡터들을 가질 수도 있다.

도 6a 내지 도 6b의 기하구조에 의해 알 수 있는 바와 같이, 제조 동안에 마스터 홀로그램과 복사 기판 사이의 거리(예를 들어, 입력 격자들(611b 및 612a) 사이의 거리)가 있으므로, 제조된 복사 기판은 약간의 광학적 파워를 가질 수도 있다. 실시형태에서, 복사 기판(604)에서의 광학적 파워는 하나의 측(또는 입력 회절 격자)으로부터 다른 측(또는 다음의 인접한 입력 회절 격자)으로 변동된다. 광학적 파워는 오프-축(off-axis)일 수도 있고, 복사 기판(604)을 가지는 도파관에 진입하는 광에서 수차들을 유도할 수도 있다(예를 들어, 도파관에서의 광은 적당하게 콜리메이팅되지 않을 수도 있음).

이것을 보상하기 위하여, 보정 렌즈 또는 비구면 엘리먼트는 광 수차들을 보상하기 위한 투영 광 엔진에서(또는 복사 기판을 가지는 도파관의 외부에) 배치될 수도 있다.

실시형태에서, 복사 기판들(604 및 654)은 도파관(123)과 같은 멀티층 회절 도파관을 형성하기 위하여 결합될 수도 있다. 실시형태에서, 복사 기판들(604 및 654)은 입력 격자들을 가지는 복사 기판 표면들 사이의 공기 갭을 허용하는 접착제, 시멘트, 또는 다른 본딩 재료(또는 디바이스)로 단부들에서 결합되거나 적층될 수도 있다.

도 7은 안경 프레임을 이용한 NED 디바이스에서의 접안 디스플레이와의 광학적 결합을 위하여 외부의 출사 동공을 갖는 투영 광 엔진(120)의 실시형태를 위치시키기 위한 좌측 측부 하우징(130l)의 실시형태를 예시한다. 좌측 측부 하우징(130l)은 또한, 투영 광 엔진의 하우징으로서 지칭된다. 이 도면은 투영 광 엔진 컴포넌트들이 어떻게 좌측 측부 하우징(130l) 내에 맞추어질 수도 있는지의 예를 예시한다. 보호 커버는 예시적인 배열을 보기 위하여 제거된다. 대안적인 실시형태들에서, 투영 광 엔진 컴포넌트들은 상이한 크기로 된 하우징을 맞추기 위하여 상이한 배열 및/또는 배향으로 배치될 수도 있다. 예를 들어, 투영 광 엔진의 컴포넌트들은 도 5에서 예시된 바와 같이 PCB 상에서 동일평면 배향으로 배치될 수도 있다.

좌측 측부 하우징(130l)은 프레임 상부 섹션(117) 및 좌측 측부 아암(102l)뿐만 아니라, 좌측 측부 디스플레이 유닛(112)을 둘러싸는 프레임(115)의 일부분에 접속되고 이에 인접한다. 이 예에서, 전원 공급부(power supply feed)(291)는 좌측 측부 하우징(130l)의 상부 좌측 내부 상에 위치하여, 다양한 컴포넌트들을 위한 전원(239)으로부터의 전력을 제공한다. 좌측 측부 하우징(130l)의 전반에 걸쳐, 전력뿐만 아니라, 명령어 및 값들을 나타내는 데이터를 다양한 컴포넌트들에 제공하기 위한 다양한 예시적인 전기적 접속부(228)(228a, 228b, 228c, 228d, 및 228e)가 있다. 전기적 접속부의 예는 도 1에서와 같이 프레임 상부 섹션(117)의 내부에, 또는 측부 아암(102) 상 또는 측부 아암(102) 내부와 같은 어딘가에 있을 수도 있는 제어 회로부(136)와 인터페이싱하는 플렉스 케이블(228b)이다.

하우징 구조체(222h)를 나타내는 파선에 의해 둘러싸인 3 차원 공간 내의 컴포넌트들을 망라하는 하우징 구조체(222h)는 더 낮은 좌측에서 시작하고 있다. 하우징 구조체(222h)는 (조명 유닛(222)의 하나 이상의 광 소스들과 같은) 조명 유닛(222) 및 적어도 디스플레이 조명 구동기(247)의 컴포넌트들을 위한 지지체 및 보호 커버를 제공한다. 디스플레이 조명 구동기(247)는 조명 유닛(222)을 구성하는 레이저들 또는 LED들과 같은 하나 이상의 광 소스들을 구동하기 위하여 디지털 명령어를 아날로그 신호들로 변환한다. 플렉스 케이블(228c)은 전기적 접속을 제공한다. 이 실시형태에서, 조명은 광학계 하우징(220h) 내에 있는 미러와 같은 (파선으로서 나타낸) 광학적 지향 엘리먼트(227) 상으로 지향된다. 또 다른 편광기와 같은 추가적인 엘리먼트들은 광학계 하우징(220h) 내에서 또한 (파선으로서 나타낸) 광학적 지향 엘리먼트(227)와 광학적 지향 엘리먼트(224) 사이를 따를 수도 있다.

광학계 하우징(220h)은 본원에서 설명된 실시형태들과 같은 투영 광학계(220)의 컴포넌트들을 포함한다. 이 실시형태에서, 화살표(294)로 연장되고, 화살표(298)에 의해 표시된 바와 같이 파선(290) 약간 위로 연장되며 화살표(296)에 의해 표시된 바와 같이 좌측으로 연장되는 그 섹션을 포함하는, 파선(290) 아래의 광학계 하우징(220h)은 컴포넌트들을 고굴절률 유리 내에 매몰시킨다. 광학계 하우징(220h)의 이 도면에서, 광학적 지향 엘리먼트(227)로부터 반사된 조명은, 광을 더블렛 하우징(226h) 내의 더블렛(226)을 통해, 더블렛(226) 위에 배치되는 칩 하우징(230h)에 의해 배치된 마이크로디스플레이(230)로 지향시키는 광학적 지향 엘리먼트(224)로 지향된다. (도 3a에 의해 예시된 실시형태에서와 같이) 마이크로디스플레이(230)로부터 반사된 광은 편광되고 (도 7에서 파선 원으로서 도시된) 버드배스 광학적 엘리먼트(234)로 반사된다. 버드배스 광학적 엘리먼트(234)의 굴곡된 반사 표면(238)의 후방은 이 도면에서 지면 외부로 향하고 있다. 반사된 이미지 광은 하나 이상의 입력 회절 격자들을 갖는 (도시되지 않은) 도파관(123)의 일부분이 (도시되지 않은) 외부의 출사 동공(121)의 이미지 광을 결합하기 위하여 이 도면에서 디스플레이 유닛(112)의 좌측 및 광학계 하우징(220h)의 후방으로 연장되는 지면 내로 반사된다.

일부 실시형태들에서, 칩 하우징(230h)의 상부로부터 화살표(294)에 의해 표시된 광학계 하우징(220h)의 수직 하부까지의 거리는 20 밀리미터 이내이다. 실시형태에서, 이러한 거리는 약 17 mm이다. 이러한 실시형태에서 배열된 컴포넌트들은 (도 3a의 실시형태에서 배열된 바와 같이) 마이크로디스플레이(230), 광학적 보상기(228), 더블렛(226), 광학적 지향 엘리먼트(224), 광학적 지향 엘리먼트(232), 버드배스 광학적 엘리먼트(234), 및 1/4 파장판(236)을 포함한다. 추가적으로, 그 가장 좌측 측부(296)로부터 화살표(292)에서의 우측 측부까지의 광학계 하우징(220h)은 실시형태에서 약 30 밀리미터 이내로 연장된다.

대안적인 실시형태들에서, 도 7에서 도시된(또는 본원에서 설명된) 전자기기들 및 광학적 엘리먼트들은 하나 이상의 상이한 또는 조합된 지지 하우징들 및/또는 구조체들과의 대안적인 배향 또는 배열로 배치될 수도 있다. 대안적인 실시형태들에서, 비구면 엘리먼트들 및/또는 비구면 메니스커스 렌즈(meniscus lens)는 좌측 측부 하우징(130l)에서, 및/또는 좌측 측부 하우징(130l) 외부에 배치될 수도 있다.

도 8은 접안 디스플레이 디바이스에 의해 (컴퓨터 생성된 이미지(CGI)와 같은) 이미지 데이터 또는 광을 디스플레이하기 위한 소프트웨어의 관점으로부터의 시스템의 실시형태의 블록도이다. 도 8은 NED 시스템(8), 하나 이상의 NED 시스템들과 통신하는 네트워크 액세스가능한 컴퓨팅 시스템(들)(12), 또는 그 조합과 같은 시스템에 의해 구현될 수도 있는 소프트웨어 관점으로부터의 컴퓨팅 환경(54)의 실시형태를 예시한다. 추가적으로, NED 시스템은 데이터를 공유하고 자원들을 프로세싱하기 위한 다른 NED 시스템들과 통신할 수 있다.

본원에서 설명된 바와 같이, 실행 애플리케이션은 어느 이미지 데이터가 디스플레이되어야 하는지를 결정하고, 그 일부 예들은 텍스트, 이메일(email)들, 가상적 서적들, 또는 게임 관련된 이미지들이다. 이 실시형태에서, 애플리케이션(들)(162)은 NED 시스템(8)의 하나 이상의 프로세서들 상에서 실행되고 있을 수도 있고, 오퍼레이팅 시스템(operating system)(190) 및 이미지 및 오디오 프로세싱 엔진(191)과 통신하고 있을 수도 있다. 예시된 실시형태에서, 네트워크 액세스가능한 컴퓨팅 시스템(들)(12)은 또한, 애플리케이션의 버전(162N)뿐만 아니라, 그것이 경험을 증대시키기 위하여 통신하고 있는 다른 NED 시스템들(8)을 실행하고 있을 수도 있다.

애플리케이션(들)(162)은 실시형태에서 게임을 포함한다. 게임은 원격 서버 상에 저장될 수도 있고, 실시형태들에서 콘솔(console), 컴퓨터, 또는 스마트폰으로부터 구입될 수도 있다. 게임은 서버, 콘솔, 컴퓨터, 스마트폰, 또는 그 임의의 조합 상에서 전체적으로 또는 부분적으로 실행될 수도 있다. 다수의 사용자들은 표준 제어기들, 컴퓨터들, 스마트폰들, 또는 동반 디바이스들을 이용하여 게임과 상호작용할 수도 있고, 실시형태들에서 게임과 통신하기 위하여 공기 제스처들, 터치, 음성, 또는 버튼들을 이용할 수도 있다.

하나 이상의 애플리케이션들을 위한 애플리케이션(들) 데이터(329)는 또한, 하나 이상의 네트워크 액세스가능한 로케이션들에서 저장될 수도 있다. 애플리케이션(들) 데이터(329)의 일부 예들은 액션 응답들을 사용자 입력 데이터에 링크시키는 규칙들, 사용자 입력 데이터에 응답하여 어느 이미지 데이터를 디스플레이할 것인지를 결정하기 위한 규칙들, 제스처 인식 엔진(193)에 등록될 수도 있는 애플리케이션과 연관된 하나 이상의 제스처들에 대한 것과 같은 자연스러운 사용자 입력에 대한 기준 데이터, 하나 이상의 제스처들에 대한 실행 기준들, 사운드 인식 엔진(194)에 등록될 수도 있는 음성 사용자 입력 커맨드들, 이미지 및 오디오 프로세싱 엔진(191)의 (도시되지 않은) 임의적인 물리 엔진에 등록될 수도 있는 애플리케이션과 연관된 가상적 객체들에 대한 물리 모델들, 및 장면에서의 가상적 객체들 및 가상적 화상의 컬러, 형상, 얼굴 특징들, 의류 등과 같은 객체 성질들을 위한 하나 이상의 규칙 데이터 저장소들일 수도 있다.

도 8에서 도시된 바와 같이, 컴퓨팅 환경(54)의 소프트웨어 컴포넌트들은 오퍼레이팅 시스템(190)과 통신하는 이미지 및 오디오 프로세싱 엔진(191)을 포함한다. 이미지 및 오디오 프로세싱 엔진(191)의 예시된 실시형태는 객체 인식 엔진(192), 제스처 인식 엔진(193), 디스플레이 데이터 엔진(195), 사운드 인식 엔진(194), 및 장면 맵핑 엔진(306)을 포함한다. 개별적인 엔진들 및 데이터 저장소들은 애플리케이션(들)(162)이 데이터 업데이트들의 통지를 프로세싱하고 수신하기 위한 데이터를 식별하는 요청들을 전송함으로써 그 하나 이상의 기능들을 구현하기 위하여 활용할 수 있는 데이터 및 태스크들의 지원 플랫폼을 제공한다. 오퍼레이팅 시스템(190)은 다양한 엔진들과 애플리케이션들 사이의 통신을 가능하게 한다. 오퍼레이팅 시스템(190)은 객체들이 객체 인식 엔진(192)에 의해 식별되었던 애플리케이션들, 제스처 인식 엔진(193)이 식별하였던 제스처들, 사운드 인식 엔진(194)이 식별하였던 단어들 또는 사운드들, 및 장면 맵핑 엔진(306)으로부터의 실제적 및 가상적 객체들의 위치들에 의해 이용가능하게 한다.

컴퓨팅 환경(54)은 또한, 다양한 소스들뿐만 아니라, 디스플레이되어야 할 이미지 데이터를 위한 메모리 공간으로부터 캡처되거나 수신될 수도 있는 이미지 데이터 및 오디오 데이터를 위한 메모리를 제공하는 이미지 및 오디오 데이터 버퍼(들)(199)에 데이터를 저장한다. 버퍼들은 예컨대, 전체적인 메모리(244)의 일부로서 양자의 NED 상에 존재할 수도 있고, 또한, 동반 프로세싱 모듈(4) 상에 존재할 수도 있다.

다수의 애플리케이션들에서, 가상적 데이터(또는 가상적 이미지)는 실제의 환경에서의 실제의 객체와 관련하여 디스플레이되어야 한다. 이미지 및 오디오 프로세싱 엔진(191)의 객체 인식 엔진(192)은, 실제 환경의 이미지 데이터에 기초한 입체영상으로부터의 이용가능하거나 결정된 심도 위치들이 캡처 디바이스들(113)에 의해 캡처되었을 경우, 외향 이미지 캡처 디바이스들(113)로부터의 캡처된 이미지 데이터 및 캡처된 심도 데이터에 기초하여 디스플레이 FOV에서 실제의 객체들, 그 배향, 및 그 위치를 검출하고 식별한다. 객체 인식 엔진(192)은 예를 들어, 에지 검출을 이용하여 객체 경계들을 표기함으로써, 그리고 객체 경계들을 구조 데이터(200)와 비교함으로써 실제의 객체들을 서로로부터 구별한다. 객체의 타입을 식별하는 것을 제외하고, 식별된 객체의 배향은 저장된 구조 데이터(200)와의 비교에 기초하여 검출될 수도 있다. 하나 이상의 통신 네트워크(들)(50) 상에서 액세스가능하면, 구조 데이터(200)는 비교를 위한 구조적 패턴들과 같은 구조적 정보 및 이미지 데이터를 패턴 인식을 위한 기준들로서 저장할 수도 있다. 기준 이미지 데이터 및 구조적 패턴들은 또한, 로컬 방식으로 또는 클라우드 기반 저장장치에서 액세스가능하게 저장된 사용자 프로파일 데이터(197)에서 이용가능할 수도 있다.

장면 맵핑 엔진(306)은 디스플레이 FOV의 3D 맵핑에서 실제 및 가상적 객체들의 3 차원(3D) 위치, 배향, 및 이동을 추적한다. 이미지 데이터는 객체 인식 엔진(192) 및 이미지 데이터가 디스플레이되게 하는 하나 이상의 실행 애플리케이션(들)(162)과의 통신에 기초하여 사용자의 FOV에서, 또는 사용자에 대한 용적계측 공간(volumetric space)의 3D 맵핑에서 디스플레이되어야 한다.

애플리케이션(들)(162)은 이미지 데이터에 의해 표현되고 애플리케이션에 의해 제어된 객체에 대한 디스플레이 FOV의 3D 맵핑에서 타겟 3D 공간 위치를 식별한다. 예를 들어, 헬리콥터 격추 애플리케이션은 가상적 헬리콥터들을 격추하기 위한 사용자의 액션들에 기초하여 헬리콥터들의 위치 및 객체 성질들에서의 변경들을 식별한다. 디스플레이 데이터 엔진(195)은 정확한 크기 및 관점에서의 이미지 데이터의 디스플레이를 위한 병진이동(translation), 회전, 및 스케일링 동작들을 수행한다. 디스플레이 데이터 엔진(195)은 디스플레이 FOV에서의 타겟 3D 공간 위치를 디스플레이 유닛(112)의 디스플레이 좌표들에 관련시킨다. 예를 들어, 디스플레이 데이터 엔진은 각각의 별도로 어드레싱가능한 디스플레이 로케이션 또는 영역(예컨대, Z-버퍼 및 별도의 컬러 버퍼에서의 픽셀)에 대한 이미지 데이터를 저장할 수도 있다. 디스플레이 구동기(246)는 각각의 디스플레이 영역에 대한 이미지 데이터를, 마이크로디스플레이 회로부(259), 또는 디스플레이 조명 구동기(247), 또는 이미지 소스에 의한 이미지 데이터의 디스플레이를 제어하기 위한 양자를 위한 디지털 제어 데이터 명령어로 변환한다.

본원에서 설명된 기술은 그 사상 또는 필수적인 특성들로부터 이탈하지 않으면서 다른 특정 형태들 또는 환경들에서 구체화될 수도 있다. 마찬가지로, 모듈들, 엔진들 루틴들, 애플리케이션들, 특징들, 속성들, 방법론들, 및 다른 형태들의 특정한 명명법 및 분할은 의무적이지 않고, 기술 또는 그 특징들을 구현하는 메커니즘은 상이한 명칭들, 분할들, 및/또는 포맷들을 가질 수도 있다.

본원에서 설명된 기술은 다양한 동작 환경들에서 구체화될 수도 있다. 예를 들어, NED 시스템(8) 및/또는 네트워크 액세스가능한 컴퓨팅 시스템(들)(12)은 사물 인터넷(Internet of Things; IoT) 환경 내에 포함될 수도 있다. IoT 실시형태는 센서들을 통해 정보를 캡처하기 위한 능력을 가질 수도 있는 디바이스들의 네트워크를 포함할 수도 있다. 또한, 이러한 디바이스들은 수집된 정보를 추적하고, 해석하고, 통신할 수 있을 수도 있다. 이 디바이스들은 정보를 송신하고 다른 디바이스들과 협력하여 작업하기 위한 사용자 선호도들 및 사적인 설정들에 따라 작동할 수도 있다. 정보는 개별적인 디바이스들 사이에서 직접적으로, 로컬 영역 네트워크(local area network; LAN), 광역 네트워크(wide area network; WAN), 상호접속된 LAN들 또는 WAN들의 "클라우드(cloud)"와 같은 네트워크를 통해, 또는 전체 인터넷에 걸쳐 통신될 수도 있다. 이 디바이스들은 컴퓨터들, 기기들, 스마트폰들, 웨어러블 디바이스들, 이식가능한 디바이스들, 차량들(예컨대, 자동차들, 비행기들, 및 기차들), 완구들, 건물들, 및 다른 객체들 내로 통합될 수도 있다.

본원에서 설명된 기술은 또한, 빅 데이터(Big Data) 또는 클라우드 동작 환경에서 마찬가지로 구체화될 수도 있다. 클라우드 동작 환경에서, 본원에서 설명된 데이터, 이미지들, 엔진들, 오퍼레이팅 시스템들, 및/또는 애플리케이션들을 포함하는 정보는 인터넷을 통해 원격 저장 디바이스로부터 액세스가능할 수도 있다. 실시형태에서는, 모듈형 대여된 사설 클라우드가 정보를 원격으로 액세스하기 위하여 이용될 수도 있다. 빅 데이터 동작 실시형태에서는, 데이터 세트들이 용인할 수 있는 경과된 시간 내에 데이터를 캡처하고, 생성하고, 관리하고, 프로세싱하기 위하여 전형적으로 이용된 툴들의 능력을 초월하는 크기들을 가진다. 실시형태에서, 이미지 데이터는 빅 데이터 동작 실시형태에서 원격으로 저장될 수도 있다.

도 9a 내지 도 9b는 롤링된 k-벡터 입력 회절 격자들과 같은 입력 회절 격자들을 가지는 회절 도파관을 제조하기 위한 방법 실시형태의 플로우차트이다. 도 9a 내지 도 9b에서 예시된 단계들은 단일로 또는 조합하여, 광학적 엘리먼트들, 하드웨어 컴포넌트들, 및 소프트웨어 컴포넌트들에 의해 수행될 수도 있다. 도 9a 내지 도 9b에서 예시된 단계들은 반도체 프로세싱 단계와 같은 다양한 상이한 타입들의 제조 단계들에 의해 수행될 수도 있다. 예시적인 목적들을 위하여, 본원에서 설명된 방법 실시형태들은 본원에서 설명된 시스템 및 장치 실시형태들의 상황에서 이용될 수도 있는 회절 도파관을 제공할 수도 있다. 그러나, 방법 실시형태들 및 특정한 입력 회절 격자들을 가지는 결과적 회절 도파관은 본원에서 설명된 시스템 실시형태들에서 동작하는 것으로 제한되지 않고, 다른 시스템 실시형태들에서 구현될 수도 있다.

실시형태에서, 이하에서 설명되고 도 9a 내지 도 9b에서 도시된 단계들(951 내지 957)은 도 6a에서 도시된 바와 같이, 제 1 복사 기판, 또는 회절 도파관의 층에서 적어도 2 개의 롤링된(또는 상이한) k-벡터 입력 회절 격자들을 제조하는 것을 예시한다. 또 다른 실시형태에서, 이하에서 설명되고 도 9b에서 도시된 단계들(958 내지 962)은 도 6b에서 도시된 바와 같이, 제 2 복사 기판, 또는 회절 도파관의 제 2 층에서 적어도 2 개의 롤링된(또는 상이한) k-벡터 입력 회절 격자들을 제조하는 것을 예시한다.

방법(950)의 단계(951)는 광의 제 1 광선을 제 1 광학적 경로를 따라 제 1 홀로그램으로 지향시킴으로써 시작된다. 실시형태에서, 광의 제 1 광선은 도 6a에서 도시된 광 소스(601) 및 렌즈(602)로부터의 광선(610a)에 대응한다. 실시형태에서, 제 1 홀로그램은 마스터 홀로그램(603)에 대응한다.

단계(952)는 제 1 홀로그램에 의해, 광의 제 1 광선을 제 1 복사 기판을 통해 제 2 광학적 경로로 회절시키는 것을 예시한다. 실시형태에서, 광의 제 1 광선은 마스터 홀로그램(603)에서의 입력 회절 격자(611a)로부터 복사 기판(604)에서의 포인트(612a)로 회절된다.

단계(953)는 광의 제 2 광선을 제 3 광학적 경로를 따라 제 1 홀로그램으로 지향시키는 것을 예시한다. 실시형태에서, 광의 제 2 광선은 도 6a에서 도시된 광 소스(601) 및 렌즈(602)로부터의 광선(610b)에 대응한다.

단계(954)는 광의 제 2 광선이 제 3 광학적 경로를 따라 제 1 홀로그램을 통과하는 것을 허용하는 것을 예시하고, 광의 제 2 광선은 복사 기판의 제 1 입력 회절 격자를 형성하는 제 1 복사 기판 내의 제 1 포인트에서 광의 제 1 광선과 교차한다. 실시형태에서, 제 1 복사 기판 내의 제 1 포인트는 도 6a에서 도시된 바와 같은 입력 회절 격자(612a)에 대응한다.

단계(955)는 제 1 홀로그램에 의해, 광의 제 2 광선을 제 4 광학적 경로를 따라 제 1 복사 기판으로 회절시키는 것을 예시한다. 실시형태에서, 광의 제 2 광선은 마스터 홀로그램(603)에서의 입력 회절 격자(611b)로부터 복사 기판(604)에서의 입력 회절 격자(612b)로 회절된다.

도 9b에서 도시된 단계(956)는 광의 제 3 광선을 제 5 광학적 경로를 따라 제 1 홀로그램으로 지향시키는 것을 예시한다. 실시형태에서, 제 3 광선은 도 6a에서 도시된 광선(610c)에 대응한다.

단계(957)는 광의 제 3 광선이 제 1 복사 기판의 제 2 입력 회절 격자를 형성하는 제 1 복사 기판 내의 제 2 포인트에서 광의 제 2 광선과 교차하도록, 광의 제 3 광선이 제 5 광학적 경로를 따라 제 1 홀로그램을 통과하는 것을 허용하는 것을 예시한다. 단계(957)는 제 1 입력 회절 격자가 연관된 제 1 k-벡터 및 제 2 상이한 k-벡터를 가지는 것을 추가로 예시한다. 실시형태에서, 제 2 복사 기판 내의 제 2 포인트는 입력 회절 격자(612b)에 대응한다. 대안적인 실시형태들에서, 위에서 설명된 단계들의 적어도 2 개는 도 6a에서 도시된 입력 회절 격자(612c)에서와 같이, 제 1 복사 기판 상에서 더 많은 입력 회절 격자들을 형성하기 위하여 반복될 수도 있다.

단계(958)는 광의 제 5 광선을 제 6 광학적 경로를 따라 제 2 홀로그램으로 지향시키는 것을 예시한다. 실시형태에서, 광의 제 5 광선은 도 6b에서 도시된 광 소스(651) 및 렌즈(652)로부터의 광선(660a)에 대응한다. 실시형태에서, 제 2 홀로그램은 홀로그램 마스터(653)에 대응한다.

단계(959)는 제 2 홀로그램에 의해, 광의 제 5 광선을 제 2 복사 기판을 통해 제 7 광학적 경로로 회절시키는 것을 예시한다. 실시형태에서, 광의 제 5 광선은 마스터 홀로그램(653)에서의 입력 회절 격자(661a)로부터 복사 기판(654)에서의 입력 회절 격자(662a)로 회절된다.

단계(960)는 광의 제 6 광선을 제 8 광학적 경로를 따라 제 2 홀로그램으로 지향시키는 것을 예시한다. 실시형태에서, 광의 제 6 광선은 도 6b에서 도시된 광 소스(651) 및 렌즈(652)로부터의 광선(660b)에 대응한다.

단계(961)는 광의 제 6 광선이 제 2 복사 기판의 제 1 입력 회절 격자를 형성하는 제 2 복사 기판 내의 제 1 포인트에서 광의 제 5 광선과 교차하도록, 광의 제 6 광선이 제 8 광학적 경로를 따라 제 2 홀로그램을 통과하는 것을 허용하는 것을 예시한다. 실시형태에서, 제 2 복사 기판 내의 제 1 포인트는 도 6b에서 도시된 바와 같은 입력 회절 격자(662a)에 대응한다. 대안적인 실시형태들에서, 위에서 설명된 단계들의 적어도 2 개는 도 6b에서 도시된 입력 회절 격자(662b 내지 662c)에서와 같이, 제 2 복사 기판 상에서 더 많은 입력 회절 격자들을 형성하기 위하여 반복될 수도 있다.

단계(962)는 제 1 복사 기판과 제 2 복사 기판 사이에 공기 갭이 있도록, 제 1 복사 기판을 제 2 복사 기판에 결합하는 것을 예시한다. 실시형태에서, 접착제 재료는 복사 기판들을 결합하기 위하여 이용될 수도 있다. 실시형태에서, 제 1 복사 기판은 층(256)에 대응하고 제 2 복사 기판은 도 3a 내지 도 3b에서 도시된 층(258)에 대응한다.

도 10은 네트워크 액세스가능한 컴퓨팅 시스템(들)(12), 동반 프로세싱 모듈(4), 또는 HMD(2)의 제어 회로부(136)의 또 다른 실시형태를 구현하기 위하여 이용될 수 있는 예시적인 컴퓨팅 시스템(900)(또한, 컴퓨터 시스템으로서 지칭됨)의 블록도이다. 컴퓨팅 시스템(900)은 컴퓨팅 환경(54)의 소프트웨어 컴포넌트들의 적어도 일부를 호스팅할 수도 있다. 실시형태에서, 컴퓨팅 시스템(900)은 클라우드 서버, 서버, 클라이언트, 피어, 데스크톱 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 핸드-헬드 프로세싱 디바이스, 태블릿, 스마트폰, 및/또는 웨어러블 컴퓨팅/프로세싱 디바이스를 포함할 수도 있다.

그 대부분의 기본적인 구성에서, 컴퓨팅 시스템(900)은 전형적으로, 하나 이상의 프로세싱 유닛들(또는 코어들)(902), 또는 하나 이상의 중앙 프로세싱 유닛(CPU)들 및 하나 이상의 그래픽 프로세싱 유닛(GPU)들을 포함한다. 컴퓨팅 시스템(900)은 또한, 메모리(904)를 포함한다. 컴퓨팅 시스템의 정확한 구성 및 타입에 따라서는, 메모리(904)가 (RAM과 같은) 휘발성 메모리(905), (ROM, 플래시 메모리 등과 같은) 비-휘발성 메모리(907), 또는 그 일부 조합을 포함할 수도 있다. 이 가장 기본적인 구성은 파선(906)에 의해 도 10에서 예시되어 있다.

추가적으로, 컴퓨팅 시스템(900)은 또한, 추가적인 특징들/기능성을 가질 수도 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템(900)은 또한, 자기적 및 광학적 디스크들 또는 테이프를 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는 추가적인 저장장치(분리가능 및/또는 비-분리가능)를 포함할 수도 있다. 이러한 추가적인 저장장치는 분리가능 저장장치(908) 및 비-분리가능 저장장치(910)에 의해 도 10에서 예시되어 있다.

대안적으로, 또는 프로세싱 유닛(들)(902)에 추가하여, 본원에서 설명된 기능성은 적어도 부분적으로, 하나 이상의 다른 하드웨어 로직 컴포넌트들에 의해 수행되거나 실행될 수 있다. 예를 들어, 그리고 제한 없이, 이용될 수 있는 하드웨어 로직 컴포넌트들의 예시적인 타입들은 필드-프로그래밍가능 게이트 어레이(Field-programmable Gate Array; FPGA)들, 프로그램 애플리케이션-특정 집적 회로(Application-specific Integrated Circuit; ASIC)들, 프로그램 애플리케이션-특정 표준 제품(Application-specific Standard Product; ASSP)들, 시스템-온-어-칩(System-on-a-chip system; SOC)들, 복합 프로그래밍가능 로직 디바이스(Complex Programmable Logic Device; CPLD)들, 및 다른 유사한 타입의 하드웨어 로직 컴포넌트들을 포함한다.

컴퓨팅 시스템(900)은 또한, 디바이스가 다른 컴퓨팅 시스템들과 통신하는 것을 허용하는 하나 이상의 네트워크 인터페이스들 및 트랜시버들을 포함하는 어떤 통신 모듈(들)(912)을 포함할 수도 있다. 컴퓨팅 시스템(900)은 또한, 키보드, 마우스, 펜, 마이크로폰, 터치 입력 디바이스, 제스처 인식 디바이스, 얼굴 인식 디바이스, 추적 디바이스, 또는 유사한 입력 디바이스와 같은 입력 디바이스(들)(914)를 가질 수도 있다. 디스플레이, 스피커들, 프린터, 또는 유사한 출력 디바이스와 같은 출력 디바이스(들)(916)가 또한 포함될 수도 있다.

사용자와 인터페이싱하기 위한 사용자 인터페이스(user interface; UI) 소프트웨어 컴포넌트는 컴퓨팅 시스템(900) 내에 저장될 수도 있고 컴퓨팅 시스템(900)에 의해 실행될 수도 있다. 실시형태에서, 컴퓨팅 시스템(900)은 자연 언어 사용자 인터페이스(natural language user interface; NUI) 및/또는 3D UI를 저장하고 실행한다. NUI들의 예들은 스피치 인식, 터치 및 스타일러스 인식, 스크린 상에서 그리고 스크린에 인접한 양자에서의 제스처 인식, 공기 제스처들, 머리 및 시선 추적, 음성 및 스피치, 시각, 터치, 호버(hover), 제스처들, 및 머신 지능을 이용하는 것을 포함한다. NUI 기술들의 특정 카테고리들은 예를 들어, 터치 감지 디스플레이들, 음성 및 스피치 인식, 의도 및 목표 이해, (입체영상 또는 비행시간(time-of-flight) 카메라 시스템들, 적외선 카메라 시스템들, RGB 카메라 시스템들, 및 그 조합들과 같은) 심도 카메라들을 이용한 모션 제스처 검출, 가속도계들/자이로스코프들을 이용한 모션 제스처 검출, 얼굴 인식, 3D 디스플레이들, 머리, 시선, 및 응시 추적, 몰입형 증강 현실 및 가상 현실 시스템들을 포함하고, 이들 전부는 더욱 자연스러운 인터페이스뿐만 아니라, 전기장 감지 전극들(EEG) 및 관련된 방법들)을 이용하여 두뇌 활동을 감지하기 위한 기술들을 제공할 수도 있다.

(NUI를 포함하는) UI 소프트웨어 컴포넌트는 로컬 컴퓨터, 태블릿, 스마트폰, NED 디바이스 시스템 상에서 적어도 부분적으로 실행될 수도 있고/있거나 저장될 수도 있다. 대안적인 실시형태에서, UI는 서버 상에서 적어도 부분적으로 실행될 수도 있고/있거나 저장될 수도 있고, 클라이언트로 전송될 수도 있다. UI는 서비스의 일부로서 생성될 수도 있고, 그것은 소셜 네트워킹 서비스들과 같은 다른 서비스들과 통합될 수도 있다.

도면들에서 예시된 일 예의 컴퓨팅 시스템들은 컴퓨터 판독가능 저장 디바이스들의 예들을 포함한다. 컴퓨터 판독가능 저장 디바이스는 또한, 프로세서 판독가능 저장 디바이스이다. 이러한 디바이스들은 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조들, 프로그램 모듈들, 또는 다른 데이터와 같은 정보의 저장을 위하여 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리가능 및 비-분리가능 메모리 디바이스들을 포함할 수도 있다. 프로세서 또는 컴퓨터 판독가능 저장 디바이스들의 일부 예들은 RAM, ROM, EEPROM, 캐시, 플래시 메모리 또는 다른 메모리 기술, CDROM, 디지털 다기능 디스크(digital versatile disk)(DVD)들 또는 다른 광학적 디스크 저장장치, 메모리 스틱들 또는 카드들, 자기 카세트들, 자기 테이프, 미디어 드라이브, 하드 디스크, 자기 디스크 저장 또는 다른 자기 저장 디바이스들, 또는 정보를 저장하기 위하여 이용될 수 있으며 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 디바이스이다.

어떤 실시형태들의 양태들

하나 이상의 실시형태들은 이미지 광을 출력하기 위한 편광 빔 스플리터, 및 이미지 광을 편광 빔 스플리터로부터, 이미지 광을 재지향된 이미지 광으로서 재지향시키는 편광 빔 스플리터로 다시 반사하기 위한 마이크로디스플레이를 포함하는 장치를 포함하는 장치를 포함한다. 회절 도파관은 편광 빔 스플리터로부터 재지향된 이미지 광을 수신하기 위한 입력 회절 격자를 가진다. 편광 빔 스플리터로부터의 재지향된 이미지 광은 이탈 없이 입력 회절 격자를 통과한다. 1/4 파장판은 편광 빔 스플리터로부터 재지향된 이미지 광을 수신하고, 재지향된 이미지 광을 출력한다. 굴곡된 반사기는 1/4 파장판으로부터 재지향된 이미지 광을 수신한다. 굴곡된 반사기는 재지향된 이미지 광을, 재지향된 이미지 광을 입력 회절 격자로 출력하는 1/4 파장판으로 다시 반사시키고 콜리메이팅한다. 1/4 파장판으로부터의 재지향된 이미지 광은 입력 회절 격자에 의해 회절된다.

장치 실시형태에서, 여기서, 회절 도파관은 시야를 제공하는 디스플레이 내에 포함되고, 여기서, 회절 도파관은 시야의 일부분을 제공하는 입력 회절 격자, 및 시야의 제 2 일부분을 제공하는 또 다른 입력 회절 격자를 포함한다.

실시형태에서, 여기서, 회절 도파관은 적어도 또 다른 편광 빔 스플리터의 기능을 수행한다.

실시형태에서, 장치는 편광 빔 스플리터로부터 재지향된 이미지 광을 수신하고 재지향된 이미지 광을 출력하기 위한 클린-업 편광기, 및 클린-업 편광기로부터 재지향된 이미지 광을 수신하고 재지향된 이미지 광을 회절 도파관으로 출력하기 위한 더블렛을 더 포함한다.

실시형태에서, 여기서, 편광 빔 스플리터, 마이크로디스플레이, 굴곡된 반사기, 및1/4 파장판의 적어도 일부분은 동일평면에 있고/있거나 인쇄 회로 기판 상에 배치된다.

실시형태에서, 장치는 복수의 층들을 포함하는 회절 도파관을 더 포함한다. 1/4 파장판은 재지향된 이미지 광을 회절 도파관을 통해, 투영된 출사 동공으로 출력한다.

실시형태에서, 복수의 층들 중 제 1 층은 제 1 k-벡터를 가지는 입력 회절 격자를 포함하고, 복수의 층들 중 제 2 층은 제 2 k-벡터를 가지는 또 다른 입력 회절 격자를 가진다. 제 1 k-벡터는 제 2 k-벡터와는 상이하다.

실시형태에서, 장치는 투영 광 엔진 및 접안 디스플레이를 가지는 접안 디스플레이 디바이스 내에 포함된다. 투영 광 엔진은 마이크로디스플레이, 편광 빔 스플리터, 굴곡된 반시기, 및 1/4 파장판을 포함한다. 접안 디스플레이는 회절 도파관을 포함한다.

하나 이상의 실시형태들은 광의 제 1 광선을 제 1 광학적 경로를 따라 제 1 홀로그램으로 지향시키는 것을 포함한다. 제 1 홀로그램은 광의 제 1 광선을 제 1 복사 기판을 통해 제 2 광학적 경로로 회절시킨다. 광의 제 2 광선은 제 3 광학적 경로를 따라 제 1 홀로그램으로 지향된다. 광의 제 2 광선은 제 3 광학적 경로를 따라 제 1 홀로그램을 통과하게 된다. 광의 제 2 광선은 제 1 복사 기판의 제 1 입력 회절 격자를 형성하는 제 1 복사 기판 내의 제 1 포인트에서 광의 제 1 광선과 교차한다.

실시형태에서, 방법은 제 1 홀로그램에 의해, 광의 제 2 광선을 제 4 광학적 경로를 따라 제 1 복사 기판으로 회절시키는 것을 더 포함한다. 광의 제 3 광선은 제 5 광학적 경로를 따라 제 1 홀로그램으로 지향된다. 광의 제 3 광선은 제 5 광학적 경로를 따라 제 1 홀로그램을 통과하게 된다. 광의 제 3 광선은 제 1 복사 기판의 제 2 입력 회절 격자를 형성하는 제 1 복사 기판 내의 제 2 포인트에서 광의 제 2 광선과 교차한다. 제 1 입력 회절 격자는 연관된 제 1 k-벡터 및 제 2 k-벡터를 가지고, 여기서, 제 1 k-벡터는 제 2 k-벡터와는 상이하다.

실시형태에서, 방법은 광의 제 5 광선을 제 6 광학적 경로를 따라 제 2 홀로그램으로 지향시키는 것을 더 포함한다. 제 2 홀로그램은 광의 제 5 광선을 제 2 복사 기판을 통해 제 7 광학적 경로로 회절시킨다. 광의 제 6 광선은 제 8 광학적 경로를 따라 제 2 홀로그램으로 지향된다. 광의 제 6 광선은 제 8 광학적 경로를 따라 제 2 홀로그램을 통과하게 된다. 광의 제 6 광선은 제 2 복사 기판의 제 1 입력 회절 격자를 형성하는 제 2 복사 기판 내의 제 1 포인트에서 광의 제 5 광선과 교차한다.

실시형태에서, 제 1 홀로그램은 파장들의 제 1 세트를 가지는 제 1 광과 연관되고, 제 2 홀로그램은 파장들의 제 2 세트를 가지는 제 2 광과 연관된다.

실시형태에서, 방법은 제 1 복사 기판과 제 2 복사 기판 사이에 공기 갭이 있도록, 제 1 복사 기판을 제 2 복사 기판에 결합하는 것을 포함한다.

실시형태에서, 제 1 복사 기판 및 제 2 복사 기판은 멀티-층 회절 도파관 내의 출사 동공에서 이미지 광을 수신하는 접안 디스플레이에 이용되는 멀티-층 회절 도파관의 제 1 및 제 2 층을 형성한다.

하나 이상의 장치 실시형태들은 컴퓨터 시스템, 및 디스플레이 도파관을 가지는 헤드-장착형 디스플레이를 포함한다. 장치는 이미지 데이터를 나타내는 전자 신호를 제공하는 컴퓨터 시스템을 포함한다. 헤드-장착형 디스플레이는 전자 신호에 응답하여 이미지 광을 제공한다. 헤드-장착형 디스플레이는 도파관 디스플레이를 포함한다. 도파관 디스플레이는 이미지 광을 출력하기 위한 편광 빔 스플리터를 포함한다. 마이크로디스플레이는 이미지 광을 편광 빔 스플리터로부터, 이미지 광을 재지향된 이미지 광으로서 재지향시키는 편광 빔 스플리터로 다시 반사시킨다. 회절 도파관은 편광 빔 스플리터로부터 재지향된 이미지 광을 수신하기 위한 입력 회절 격자를 가진다. 편광 빔 스플리터로부터의 재지향된 이미지 광은 이탈 없이 입력 회절 격자를 통과한다. 1/4 파장판은 편광 빔 스플리터로부터 재지향된 이미지 광을 수신하고, 재지향된 이미지 광을 출력한다. 굴곡된 반사기는 1/4 파장판으로부터 재지향된 이미지 광을 수신한다. 굴곡된 반사기는 재지향된 이미지 광을, 재지향된 이미지 광을 입력 회절 격자로 출력하는 1/4 파장판으로 다시 반사시키고 콜리메이팅한다. 1/4 파장판으로부터의 재지향된 이미지 광은 입력 회절 격자에 의해 회절된다. 회절 도파관은 적어도 또 다른 편광 빔 스플리터의 기능을 수행한다. 회절 도파관은 이미지 광을, 회절 도파관의 외부에 있는 투영된 출사 동공으로 출력한다.

장치 실시형태에서, 여기서, 도파관 디스플레이는 시야를 포함하고, 회절 도파관은 시야의 제 1 일부분을 출력하기 위한 입력 회절 격자, 및 시야의 제 2 일부분을 출력하기 위한 또 다른 입력 회절 격자를 포함한다.

또 다른 장치 실시형태에서, 장치는 편광 빔 스플리터로부터 재지향된 이미지 광을 수신하고 재지향된 이미지 광을 출력하기 위한 클린-업 편광기를 포함한다. 더블렛은 클린-업 편광기로부터 재지향된 이미지 광을 수신하고, 재지향된 이미지 광을 회절 도파관으로 출력한다.

장치 실시형태에서, 회절 도파관은 복수의 층들을 포함하고, 여기서, 복수의 층들 중 제 1 층은 제 1 홀로그램에 의해 회절된 광의 제 1 광선, 및 제 1 홀로그램을 통과하는 광의 제 2 광선에 의해 형성된 제 1 입력 회절 격자를 포함한다.

장치 실시형태에서, 회절 도파관은 복수의 층들 중 제 2 층을 포함한다. 제 2 층은 제 2 홀로그램에 의해 회절된 광의 제 3 광선, 및 제 2 홀로그램을 통과하는 광의 제 4 광선에 의해 형성된 제 1 입력 회절 격자를 포함한다. 제 1 홀로그램은 파장들의 제 1 세트를 가지는 제 1 광과 연관되고, 제 2 홀로그램은 파장들의 제 2 세트를 가지는 제 2 광과 연관된다.

이전의 단락들에서 설명된 실시형태들은 또한, 구체적으로 개시된 대안들 중의 하나 이상과 조합될 수도 있다.

발명의 요지는 구조적 특징부 및/또는 액트(act)에 대해 특정된 언어로 설명되었지만, 첨부된 청구범위에서 정의된 발명요지는 위에서 설명된 특정 특징부 또는 동작에 반드시 제한되지는 않는다는 것을 이해해야 한다. 오히려, 위에서 설명된 특정 특징 및 액트는 청구범위를 구현하는 예로서 개시되어 있고, 당해 분야의 당업자에 의해 인식될 다른 등가의 특징 및 액트는 청구범위 내에 있도록 의도된다.

Claims (15)

1. 장치에 있어서,
   이미지 광을 출력하기 위한 편광 빔 스플리터;
   상기 이미지 광을 상기 편광 빔 스플리터로부터, 상기 이미지 광을 재지향된 이미지 광으로서 재지향시키는 상기 편광 빔 스플리터로 다시 반사시키기 위한 마이크로디스플레이;
   상기 편광 빔 스플리터로부터 상기 재지향된 이미지 광을 수신하기 위한 입력 회절 격자를 가지는 회절 도파관으로서, 상기 편광 빔 스플리터로부터의 상기 재지향된 이미지 광은 이탈 없이 상기 입력 회절 격자를 통과하는 것인, 상기 회절 도파관;
   상기 편광 빔 스플리터로부터 상기 재지향된 이미지 광을 수신하고 상기 재지향된 이미지 광을 출력하기 위한 1/4 파장판; 및
   상기 1/4 파장판으로부터 상기 재지향된 이미지 광을 수신하기 위한 굴곡된 반사기(curved reflector)
   를 포함하고,
   상기 굴곡된 반사기는 상기 재지향된 이미지 광을, 상기 재지향된 이미지 광을 상기 입력 회절 격자로 출력하는 상기 1/4 파장판으로 다시 반사시키고 콜리메이팅하고, 상기 1/4 파장판으로부터의 상기 재지향된 이미지 광은 상기 입력 회절 격자에 의해 회절되는 것인 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 회절 도파관은 시야(field of view)를 제공하는 디스플레이 내에 포함되고, 상기 회절 도파관은 상기 시야의 일부분을 제공하는 상기 입력 회절 격자, 및 상기 시야의 제 2 일부분을 제공하는 또 다른 입력 회절 격자를 포함하는 것인 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 회절 도파관은 적어도 또 다른 편광 빔 스플리터의 기능을 수행하는 것인 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 편광 빔 스플리터로부터 상기 재지향된 이미지 광을 수신하고 상기 재지향된 이미지 광을 출력하기 위한 클린-업(clean-up) 편광기; 및
   상기 클린-업 편광기로부터 상기 재지향된 이미지 광을 수신하고 상기 재지향된 이미지 광을 상기 회절 도파관으로 출력하기 위한 더블렛(doublet)을 포함하는 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 편광 빔 스플리터, 마이크로디스플레이, 굴곡된 반사기, 및 1/4 파장판의 적어도 일부분은 동일평면(coplanar)에 있는 것인 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   인쇄 회로 기판을 포함하고,
   상기 편광 빔 스플리터, 마이크로디스플레이, 굴곡된 반사기 및 1/4 파장판은 상기 인쇄 회로 기판 상에 배치되는 것인 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 회절 도파관은 복수의 층들을 포함하고, 상기 1/4 파장판은 상기 재지향된 이미지 광을 상기 회절 도파관을 통해, 투영된 출사 동공으로 출력하는 것인 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 복수의 층들 중 제 1 층은 제 1 k-벡터를 가지는 상기 입력 회절 격자를 포함하고, 상기 복수의 층들 중 제 2 층은 제 2 k-벡터를 가지는 또 다른 입력 회절 격자를 포함하고, 상기 제 1 k-벡터는 상기 제 2 k-벡터와는 상이한 것인 장치.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 장치는 투영 광 엔진 및 접안 디스플레이를 가지는 접안 디스플레이 디바이스 내에 포함되고,
   상기 투영 광 엔진은 상기 편광 빔 스플리터, 마이크로디스플레이, 굴곡된 반사기, 및 1/4 파장판을 포함하며,
   상기 접안 디스플레이는 상기 회절 도파관을 포함하는 것인 장치.
10. 방법에 있어서,
    광의 제 1 광선을 제 1 광학적 경로를 따라 제 1 홀로그램으로 지향시키는 단계;
    상기 제 1 홀로그램에 의해, 광의 상기 제 1 광선을 제 1 복사 기판을 통해 제 2 광학적 경로로 회절시키는 단계;
    광의 제 2 광선을 제 3 광학적 경로를 따라 상기 제 1 홀로그램으로 지향시키는 단계; 및
    광의 상기 제 2 광선이 상기 제 3 광학적 경로를 따라 상기 제 1 홀로그램을 통과하는 것을 허용하는 단계
    를 포함하고,
    광의 상기 제 2 광선은 상기 제 1 복사 기판의 제 1 입력 회절 격자를 형성하는 상기 제 1 복사 기판 내의 제 1 포인트에서 광의 상기 제 1 광선과 교차하는 것인 방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 홀로그램에 의해, 광의 상기 제 2 광선을 제 4 광학적 경로를 따라 상기 제 1 복사 기판으로 회절시키는 단계;
    광의 제 3 광선을 제 5 광학적 경로를 따라 상기 제 1 홀로그램으로 지향시키는 단계; 및
    광의 상기 제 3 광선이 상기 제 5 광학적 경로를 따라 상기 제 1 홀로그램을 통과하는 것을 허용하는 단계
    를 포함하고,
    광의 상기 제 3 광선은 상기 제 1 복사 기판의 제 2 입력 회절 격자를 형성하는 상기 제 1 복사 기판 내의 제 2 포인트에서 광의 상기 제 2 광선과 교차하며,
    상기 제 1 입력 회절 격자는 제 1 k-벡터 및 제 2 k-벡터를 가지고,
    상기 제 1 k-벡터는 상기 제 2 k-벡터와는 상이한 것인 방법.
12. 제 10 항에 있어서,
    광의 제 5 광선을 제 6 광학적 경로를 따라 제 2 홀로그램으로 지향시키는 단계;
    상기 제 2 홀로그램에 의해, 광의 상기 제 5 광선을 제 2 복사 기판을 통해 제 7 광학적 경로로 회절시키는 단계;
    광의 제 6 광선을 제 8 광학적 경로를 따라 상기 제 2 홀로그램으로 지향시키는 단계; 및
    광의 상기 제 6 광선이 상기 제 8 광학적 경로를 따라 상기 제 2 홀로그램을 통과하는 것을 허용하는 단계
    를 포함하고,
    광의 상기 제 6 광선이 상기 제 2 복사 기판의 제 1 입력 회절 격자를 형성하는 상기 제 2 복사 기판 내의 제 1 포인트에서 광의 상기 제 5 광선과 교차하는 것인 방법.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 홀로그램은 파장들의 제 1 세트를 가지는 제 1 광과 연관되고, 상기 제 2 홀로그램은 파장들의 제 2 세트를 가지는 제 2 광과 연관되는 것인 방법.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 복사 기판과 상기 제 2 복사 기판 사이에 공기 갭이 있도록, 상기 제 1 복사 기판을 상기 제 2 복사 기판에 결합하는 단계를 포함하는 방법.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 복사 기판 및 제 2 복사 기판은 멀티-층 회절 도파관 내의 출사 동공에서 이미지 광을 수신하는 접안 디스플레이에 이용되는 상기 멀티-층 회절 도파관의 제 1 및 제 2 층을 형성하는 것인 방법.

Images