KR20180039576A - 적층식 광 가이드들을 갖는 눈-근접 디스플레이 - Google Patents

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Abstract

아이피스를 포함하는 장치의 실시예들이 설명되며, 이 아이피스는 전방 표면, 이 전방 표면으로부터 이격된 후방 표면, 및 이 아이피스의 둘레를 형성하는 가장자리를 갖는다. 아이피스는, 눈으로부터 반사되는 광 눈-측정 광을 아이피스로 지향시키며, 아이피스로부터의 디스플레이 광을 눈으로 지향시키기 위한 비스듬한 표면을 포함한다. 제1 도파관이 아이피스에 형성되고, 비스듬한 표면으로부터 가장자리로 연장되며, 이 제1 도파관은 제1 표면 처리를 갖는, 비스듬한 표면의 제1 부분에 광학적으로 커플링된다. 그리고, 제2 도파관이 아이피스에 형성되고, 비스듬한 표면으로부터 가장자리로 연장되며, 이 제2 도파관은 제2 표면 처리를 갖는, 비스듬한 표면의 제2 부분에 광학적으로 커플링된다.

Description

적층식 광 가이드들을 갖는 눈-근접 디스플레이
[0001] 개시된 실시예들은 일반적으로 눈-근접 디스플레이(near-eye display)들에 관한 것이며, 특히, 적층식 도파관들을 갖는 눈-근접 디스플레이들에 관한 것(그러나, 배타적이지 않음)이다.
[0002] 헤드-업 디스플레이들(헤드-장착식 디스플레이(head-mounted display)들 또는 HMD들로서 또한 알려짐)은 사용자로 하여금, 관련 정보가 장면(scene) 상에 오버레이된 동안 이 장면을 관찰하도록 허용하며, 따라서 헤드-업 디스플레이를 통해 바라보는 사용자는 장면 및 관련 정보를 동시에 본다. 예컨대, 비행기를 착륙시키면서 헤드-업 디스플레이를 통해 바라보는 파일럿은, 파일럿이 비행기를 착륙시키기 위해 필요로 하는 정보, 이를테면 속력, 진행방향 및 고도(관련 정보)를 헤드-업 디스플레이가 투사시키는 동안 동시에, 헤드-업 디스플레이를 통해 앞쪽 공항(장면)을 본다.
[0003] 헤드-업 디스플레이의 일부 용도들에서는, 사용자가 장면의 어떤 부분을 관찰하고 있는지를 아는 것이 유용할 수 있다. 이를 달성하기 위한 하나의 방법은 눈-측정(eye-measurement) 기술을 통한 것이지만, 기존의 눈-측정 기술들은 일부 단점들을 갖는다. 일부 기존의 눈 측정 기술들은 눈 측정 및 디스플레이를 위해 별개의 광 경로들을 사용하지만, 헤드-업 디스플레이가 더욱 부피가 크고, 복잡하며, 덜 간소화되게 한다.
[0004] 일부 HMD들은 사용자의 눈 앞에, 그리고 사용자의 눈에 가까이에 포지셔닝되는 소형 눈-근접 디스플레이들을 포함한다. 인체공학적 피팅 및 알고리즘 복잡성 둘 모두를 해결하면서, 카메라 및 디스플레이가 오프-액시스(off-axis)로 있을 때, 눈-근접 디스플레이를 갖는 HMD에서 눈 측정을 가능하게 하는 것은 어렵다. 온-액시스(on-axis) 접근법들은, 예컨대 디스플레이 및 눈 센서 둘 모두에 동일한 광 가이드를 사용하여 발전되었지만, 모든 디스플레이 설계들이 이 접근법을 지원하는 것은 아니다. 디스플레이 및 눈 센서가 거의 동축의 구성으로 배열될 때, 문제는 상당히 더 단순한데, 그 이유는 문제가 2차원 솔루션으로 해결되기 때문이다.
[0005] 본 발명의 비-제한적이고 총망라한 것은 아닌 실시예들이 다음의 도면들을 참조하여 설명되며, 달리 특정되지 않는 한, 동일한 참조 부호들은 다양한 도면들 전체에 걸쳐 동일한 부분들을 지칭한다.
[0006] 도 1a-도 1b는 각각, 눈-근접 디스플레이의 실시예의 평면도 및 정면도이다.
[0007] 도 1c-도 1d는 눈-근접 디스플레이의 대안적 실시예들의 정면도들이다.
[0008] 도 2a-도 2b는 눈-근접 디스플레이의 대안적 실시예들의 평면도들이다.
[0009] 도 3은 설명된 눈-근접 디스플레이들의 실시예들을 포함하는 헤드-장착식 디스플레이의 실시예의 사시도이다.
[0010] 도 4는 눈-근접 디스플레이의 다른 실시예의 평면도이다.
[0011] 도 5는 눈-근접 디스플레이, 이를테면 도 1a-도 1b에서 도시된 눈-근접 디스플레이를 만들기 위한 프로세스의 실시예를 예시한다.
[0012] 적층식 도파관들을 갖는 눈-근접 디스플레이들에 대한 장치, 시스템 및 방법의 실시예들이 설명된다. 실시예들에 대한 이해를 제공하기 위해 특정 세부사항들이 설명되지만, 당업자는 설명된 세부사항들 중 하나 또는 그 초과 없이 또는 다른 방법들, 컴포넌트들, 재료들 등과 함께 본 발명이 실시될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 일부 사례들에서, 잘 알려진 구조들, 재료들, 또는 동작들은 상세히 도시되거나 또는 설명되지 않지만, 그럼에도 불구하고 본 발명의 범위 내에 포함된다.
[0013] 본 명세서 전체에 걸쳐 "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 참조는, 설명된 특징, 구조, 또는 특성이 적어도 하나의 설명된 실시예에 포함될 수 있다는 것을 의미하며, 따라서 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"가 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 설명된 특징들, 구조들, 또는 특성들은 하나 또는 그 초과의 실시예들에 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다.
[0014] 도 1a-도 1b는 눈-근접 디스플레이(100)의 실시예를 함께 예시하며; 도 1a는 (x-z 평면의) 정면도이고, 도 1b는 (사용자의 눈(10)으로 볼 때, x-y 평면의) 측면도이다. 디스플레이(100)는 아이피스(eyepiece)(102)를 포함하며, 이 아이피스(102)는 전방 표면(101), 후방 표면(103), 및 아이피스의 둘레 주위의 가장자리(105)를 갖는다. 아이피스(102)는 관심 파장들에서 실질적으로 투명한 임의의 종류의 재료로 만들어질 수 있으며; 일 실시예에서, 예컨대, 아이피스(102)는 폴리카보네이트 또는 광학-등급 아크릴과 같은 플라스틱 재료로 만들어질 수 있지만, 다른 실시예들에서, 아이피스(102)는 유리와 같은 상이한 재료로 만들어질 수 있다. 예시된 실시예에서, 전방 표면(101) 및 후방 표면(103)이 평면이어서 아이피스(102)가 실질적으로 편평하게 되지만, 다른 실시예들에서, 전방 표면(101) 및 후방 표면(103)이 만곡되어서, 또한 아이피스(102)가 만곡되게 할 수 있다(예컨대, 도 3 참조).
[0015] (예시된 실시예에서, 아이피스의 실질적으로 중간에서) 눈(10)에 실질적으로 정렬되는 아이피스(102)의 일부에, 비스듬한 표면(angled surface)(104)이 측방향으로(즉, x 방향으로) 포지셔닝된다. 비스듬한 표면(104)은, 디스플레이(116)로부터 이동하는 디스플레이 광을 아이피스(102)를 통해 사용자의 눈(10)으로 지향시키며, 눈(10)에 의해 반사되는 눈-측정 방사를 아이피스(102)를 통해 카메라(118)로 지향시키도록 배향된다. 예시된 실시예에서, 비스듬한 표면(104)은 앞에서 뒤로(즉, z 방향으로) 실질적으로 아이피스(102)의 전체 깊이를 통해 연장되며, 위에서 아래로(즉, y 방향으로) 실질적으로 아이피스(102)의 전체 높이로 연장된다. 그러나, 다른 실시예들에서, 비스듬한 표면(104)은 아이피스(102)의 전체 깊이 또는 높이를 통해 연장될 필요가 없다.
[0016] 비스듬한 표면(104)은 제1 표면 처리를 갖는 제1 부분(108), 그리고 제2 표면 처리를 갖는 제2 부분(112)을 포함한다. 예시된 실시예에서, 제1 부분(108)과 제2 부분(112)은 서로 인접하지만, 다른 실시예들에서, 그들은 인접할 필요가 없다. 게다가, 예시된 실시예에서, 제1 부분(108)은 제2 부분(112) 위에 있지만, 다른 실시예들에서, 그들의 포지션들은 반전될 수 있다(예컨대, 도 1c-도 1d 참조). 일 실시예에서, 제1 표면 처리는 제1 부분(108)이 50/50(50% 통과, 50% 반사) 미러가 되게 하며, 제2 표면 처리는 제2 부분(112)이, 광의 가시 파장들은 통과하도록 허용하면서 비-가시적인 눈-측정 방사, 이를테면 적외선은 실질적으로 반사시키게 하는 코팅부이다. 물론, 다른 실시예들은 제1 부분(108) 및 제2 부분(112)에 다른 제1 표면 처리 및 제2 표면 처리를 사용할 수 있다.
[0017] 비스듬한 표면(104)의 제1 부분(108) 및 비스듬한 표면(104)의 제2 부분(112)에 적용되는 상이한 표면 처리들의 결과로서, 제1 도파관(106) 및 제2 도파관(110)이 아이피스(102)에 형성된다. 제1 도파관(106)은 실질적으로, 디스플레이(116)로부터 광 커플러(114) 및 아이피스(102)를 통해 비스듬한 표면(104)의 제1 부분(108)으로 연장된다. 제2 도파관(110)은 실질적으로, 비스듬한 표면(104)의 제2 부분(112)으로부터 아이피스(102) 및 광 커플러(114)를 통해 카메라(118)로 연장된다. 제1 도파관(106) 및 제2 도파관(110)의 높이(즉, y 방향으로의 범위) 및 깊이(즉, z 방향으로의 범위)는 일반적으로, 비스듬한 표면(104)의 제1 부분(108) 및 제2 부분(112)의 높이 및 깊이에 관련될 것이다. 예시된 실시예에서, 제1 도파관(106)과 제2 도파관(110)은 아이피스(102) 내의 별개의 도파관들로서 도시되지만, 다른 실시예들에서는, 도파관들(106 및 110) 간에 어떤 물리적 또는 광학적 분리도 필요하지 않다.
[0018] 디스플레이(116) 및 카메라(118)가 아이피스(102)에 광학적으로 커플링될 수 있도록, 광 커플러(114)가 가장자리(105)를 따라 포지셔닝된다. 더욱 구체적으로, 광 커플러(114)는 디스플레이(116)를 제1 도파관(106)에 커플링하며, 또한 눈-측정 카메라(118)를 제2 도파관(110)에 커플링한다. 예시된 실시예에서, 광 커플러(114)는 프리즘 또는 프리즘적 엘리먼트이지만, 다른 실시예들에서는, 다른 타입들의 광 커플러가 사용될 수 있다. 그리고, 예시된 실시예에서, 광 커플러(114)는 디스플레이(116) 및 카메라(118) 둘 모두를 아이피스(102)에 커플링하는 단일 피스이지만, 다른 실시예들에서는, 다수의 광 커플러들이 존재하여서, 디스플레이(116) 및 카메라(118)가 별개의 광 커플러들에 의해 아이피스(102)에 커플링될 수 있다. 또한, 예시된 실시예에서, 예컨대 광학적으로 투명한 접착제를 사용함으로써, 광 커플러(114)가 아이피스(102)에 부착되지만, 다른 실시예들에서, 광 커플러(114)는 아이피스(102)와 일체형으로 형성될 수 있다.
[0019] 디스플레이(116) 및 카메라(118)는 광 커플러(114)를 통해 아이피스(102)에 광학적으로 커플링된다. 디스플레이(116)로부터의 디스플레이 광이 제1 도파관(106)에 입력되도록, 디스플레이(116)는 제1 도파관(106)에 광학적으로 커플링된다. 일 실시예에서, 디스플레이(116)는 실리콘 액정 표시 장치(LCOS;liquid-crystal-on-silicon) 디스플레이지만, 다른 실시예들에서는, 다른 종류들의 디스플레이들이 사용될 수 있다. 디스플레이(116)는 또한, 디스플레이(116)에 의해 방출된 디스플레이 광이 제1 도파관(106)으로 론치(launch)되기 이전에, 그 디스플레이 광을 컨디셔닝(즉, 포커싱 또는 시준)하기 위한 추가적인 옵틱스(optics)를 포함할 수 있다.
[0020] 눈-측정 카메라(118)는, 눈(10)으로부터 반사되며 비스듬한 표면(104)의 제2 부분(112)에 의해 제2 도파관(110)에 커플링되는 눈-측정 방사를 수신하기 위해, 제2 도파관(110)에 광학적으로 커플링된다. 일 실시예에서, 카메라(118)는 이미지-형성 옵틱스, 이미지 센서, 이를테면 CMOS 또는 CCD 이미지 센서(도 4 참조), 그리고 추가적인 엘리먼트들, 이를테면 카메라에 의해 캡처된 이미지들을 프로세싱하기 위한 프로세싱 회로소자 및 로직을 포함하는 카메라일 수 있다. 눈-측정 방사는 가시 범위 내의 파장 또는 가시 범위 밖의 파장을 가질 수 있지만, 일반적으로 디스플레이(116)에 의해 출력되는 파장과는 상이한 파장을 가질 것이다. 일 실시예에서, 눈-측정 방사는 적외선일 수 있다.
[0021] 눈-근접 디스플레이(100)의 동작 시, 3 개의 광 경로들인 디스플레이 광 경로, 눈-측정 방사 경로, 및 주변 광 경로가 디스플레이에서 동시에 동작할 수 있다. 디스플레이 광 경로는 디스플레이 광을 생성하는 디스플레이(116)에서 시작하며, 이 디스플레이 광은, 제1 도파관(106)에 들어가며, 도파관을 통해, 내부 전반사와 같은 메커니즘에 의해, 비스듬한 표면(104)의 제1 부분(108)으로 이동한다. 제1 부분(108)이 그것의 표면 처리 때문에 50/50 미러인 실시예에서, 디스플레이 광의 50%는 미러를 통과할 것이지만, 50%는 아이피스(102)를 빠져나가 사용자의 눈(10)으로 지향되도록 방향전환(turn)될 것이다.
[0022] 제2 광 경로는 눈-측정 방사의 경로이다. 눈-측정 방사는 사용자의 눈(10)에 의해, 비스듬한 표면(104)의 제2 부분(112) 쪽으로 반사된다. 눈(10)에 의해 반사되는 눈-측정 방사는 주변 광으로부터 비롯될 수 있거나, 또는 눈-측정 파장으로 광을 방출하며 눈-측정 방사를 눈(10) 쪽으로 지향시키도록 포지셔닝되는 하나 또는 그 초과의 눈-측정 방사 소스들로부터 비롯될 수 있다(예컨대, 도 4 참조). 제2 부분(112)에 입사되는, 눈(10)으로부터의 눈-측정 방사는 제2 부분에 의해 제2 도파관(110)으로 반사되며, 제2 도파관(110)을 통해, 눈-측정 방사가 카메라(118)로 이동한다. 그 다음, 눈-측정 카메라(118)는, 사용자의 눈(10)을 이미징하고 그것의 특성들을 측정하기 위해, 수신된 눈-측정 방사를 사용할 수 있다.
[0023] 제3 광 경로는 주변 광 경로이다. 제1 부분(108)이 50/50 미러이고, 제2 부분(112)이 가시 광이 통과하도록 허용하는 적외선-반사 표면인 실시예에서, 장면(99)으로부터의 주변 광의 가시 부분의 적어도 일부는 제1 부분(108) 및 제2 부분(112) 둘 모두를 통해 그리고 아이피스(102)를 통해 사용자의 눈(10)으로 전달되며, 따라서 사용자는 장면(99) 및 디스플레이(116)로부터의 정보를 동시에 볼 것이다.
[0024] 도 1c는 헤드-업 디스플레이(150)의 다른 실시예를 예시한다. 디스플레이(150)는 디스플레이(100)와 구조가 유사하다. 디스플레이들(100 및 150) 간의 주요 차이는 디스플레이(150)가, 디스플레이(100)에서와 같이 인접해 있는 대신에 서로 수직으로 분리된 제1 부분(108) 및 제2 부분(112), 그리고 그에 따른 제1 도파관(106) 및 제2 도파관(110)을 갖는다는 것이다. 디스플레이(150)에서의 3 개의 광 경로들은 디스플레이(100)에서의 광 경로들과 유사하다.
[0025] 도 1d는 헤드-업 디스플레이(175)의 다른 실시예를 예시한다. 디스플레이(175)는 디스플레이(150)와 구조가 유사하며; 주요 차이는 도파관들의 포지셔닝에 있다. 디스플레이(175)에서는, 제1 도파관(106) 및 제2 도파관(110)의 포지션들이 반전되어서, 제2 도파관(110)은, 제1 도파관(106)의 아래에 있는 대신에, 제1 도파관(106)의 위에 있다. 디스플레이(175)는 3 개의 동시에 동작하는 광 경로들인 디스플레이 광 경로, 눈-측정 방사 경로, 및 주변 광 경로를 이용하여 디스플레이(100)와 유사하게 동작한다.
[0026] 도 2a는 많은 면들에서 디스플레이(100)와 유사한 눈-근접 디스플레이(200)를 예시한다. 디스플레이들(100 및 200) 간의 주요 차이는, 디스플레이(200)에서는 도파관들이 상이하게 적층(stack)된다는 것이다.
[0027] 디스플레이(200)는 아이피스(202)를 포함하며, 이 아이피스(202)는 전방 표면(201), 후방 표면(203), 및 아이피스의 둘레 주위의 가장자리(205)를 갖는다. 아이피스(202)는, 디스플레이(100)에서와 같이 y 방향으로 적층되는 대신에, z 방향으로 적층되는 제1 도파관(204) 및 제2 도파관(208)을 포함하며, 이는 하나가 다른 하나 위에 적층되는 대신에, 하나가 다른 하나 앞에 적층된다는 것을 의미한다. 예시된 실시예에서, 제2 도파관(208)은 제1 도파관(204) 앞에 적층되지만, 다른 실시예들에서, 그들의 포지션들은 반전될 수 있다. 그리고, 예시된 실시예에서, 제1 도파관 및 제2 도파관은 아이피스(202)의 전체 두께를 형성하는데, 즉, 제1 도파관(204)은 후방 표면(203)을 형성하고, 제2 도파관(208)은 전방 표면(201)을 형성하지만, 다른 실시예들에서, 제1 도파관(204) 및 제2 도파관(208)은, 그들이 아이피스의 전방 표면 및 후방 표면을 형성하지 않도록, 아이피스(202) 내에 여전히 매립되어 있으면서, 도시된 바와 같이 적층될 수 있다. 예시된 실시예에서, 아이피스(202)는 실질적으로 편평하지만, 디스플레이(100)에 대해서와 같이, 다른 실시예들에서는, 전방 표면(201) 및 후방 표면(203)이 만곡되어서, 또한 아이피스(202)가 만곡되게 할 수 있다(예컨대, 도 3 참조).
[0028] 제1 도파관(204) 및 제2 도파관(208)은 관심 파장들에서 실질적으로 투명한 임의의 종류의 재료로 만들어질 수 있으며; 일 실시예에서, 예컨대, 도파관들(204 및 206)은 폴리카보네이트 또는 광학-등급 아크릴과 같은 플라스틱 재료로 만들어질 수 있지만, 다른 실시예들에서, 도파관들은 유리와 같은 상이한 재료로 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 도파관(204) 및 제2 도파관(208) 둘 모두는 동일한 굴절률을 갖는 재료들로 만들어질 수 있지만, 다른 실시예들에서, 제1 도파관(204) 및 제2 도파관(208)은 동일한 굴절률을 가질 필요가 없다. 제1 도파관(204) 및 제2 도파관(208)이 유사한 굴절률들을 갖는 실시예들에서, 내부 전반사가 각각의 도파관 내에서 별개로 발생할 수 있도록, 제1 도파관(204) 및 제2 도파관(208)은 낮은 인덱스의 광학 접착제로 인터페이스(207)를 따라 함께 접착될 수 있다.
[0029] (예시된 실시예에서, 아이피스의 실질적으로 중간에서) 눈(10)에 실질적으로 정렬되는 아이피스(202)의 일부에, 비스듬한 제1 표면(206)이 측방향으로(즉, x 방향으로) 포지셔닝된다. 비스듬한 표면(206)은, 디스플레이(214)로부터 이동하는 디스플레이 광을 도파관(204)을 통해 눈(10) 쪽으로 지향시키도록 배향된다. 일 실시예에서, 비스듬한 표면(206)은 앞에서 뒤로(즉, z 방향으로) 실질적으로 도파관(204)의 전체 깊이를 통해 연장되며, 위에서 아래로(즉, y 방향으로) 실질적으로 도파관(204)의 전체 높이를 통해 연장될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 비스듬한 표면(206)은 도파관(204)의 전체 깊이 또는 높이를 통해 연장될 필요가 없다. 비스듬한 표면(206)의 적어도 일부는, 비스듬한 표면(206)의 이런 일부가 부분적으로 반사적이 되게 하는 제1 표면 처리를 갖는다. 예컨대, 일 실시예에서, 제1 표면 처리는 비스듬한 표면(206)의 제1 부분이 50/50(50% 통과, 50% 반사) 미러가 되게 할 수 있지만, 다른 실시예들은 물론, 다른 제1 표면 처리들을 사용할 수 있다.
[0030] (예시된 실시예에서, 아이피스의 실질적으로 중간에서) 눈(10)에 실질적으로 정렬되는 아이피스(202)의 일부에, 비스듬한 제2 표면(210)이 측방향으로(즉, x 방향으로) 포지셔닝된다. 비스듬한 제2 표면(210)은, 눈(10)에 의해 반사되는 입사 눈-측정 방사를 수신하며, 이 눈-측정 방사가 카메라(218)로 이동하도록, 이 눈-측정 방사를 도파관(208)으로 지향시키도록 배향된다. 일 실시예에서, 비스듬한 표면(210)은 앞에서 뒤로(즉, z 방향으로) 실질적으로 도파관(208)의 전체 깊이를 통해 연장될 수 있으며, 위에서 아래로(즉, y 방향으로) 실질적으로 도파관(208)의 전체 높이를 통해 연장될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 비스듬한 표면(210)은 도파관(208)의 전체 깊이 또는 높이를 통해 연장될 필요가 없다. 비스듬한 표면(210)의 적어도 일부는 제2 표면 처리를 가지며, 이 제2 표면 처리는, 비스듬한 표면(210)의 처리된 부분이 눈-측정 방사에 적어도 부분적으로 반사적이 되게 한다. 일 실시예에서, 제2 표면 처리는, 광의 가시 파장들이 통과하도록 허용하면서, 비-가시적인 눈-측정 방사, 이를테면 적외선을 실질적으로 반사시키는 코팅부일 수 있다. 물론, 다른 실시예들은 다른 제2 표면 처리들을 사용할 수 있다.
[0031] 디스플레이(100)에서와 같이, 디스플레이(200)에서는, 3 개의 광 경로들인 디스플레이 광 경로, 눈-측정 방사 경로, 및 주변 광 경로가 동시에 동작할 수 있다. 디스플레이 광 경로는 디스플레이 광을 생성하는 디스플레이(214)에서 시작하며, 이 디스플레이 광은 제1 도파관(204)에 들어가며, 도파관을 통해, 내부 전반사와 같은 메커니즘에 의해, 비스듬한 표면(206)의 처리된 부분으로 이동한다. 제1 부분(108)이 그것의 표면 처리 때문에 50/50 미러인 실시예에서, 디스플레이 광의 50%는 미러를 통과할 것이지만, 50%는 그것이 아이피스(202)를 빠져나가 사용자의 눈(10)으로 지향되도록 방향전환될 것이다.
[0032] 제2 광 경로는 눈-측정 방사의 경로이다. 눈-측정 방사는 사용자의 눈(10)에 의해, 비스듬한 제1 표면(206) 쪽으로 반사되며, 이 비스듬한 제1 표면(206)은, 그것이 50/50 미러이기 때문에, 방사의 절반을 비스듬한 제2 표면(210)에 송신한다. 비스듬한 제2 표면(210)의 처리된 부분에 입사되는 눈-측정 방사는 제2 도파관(208)으로 반사되며, 제2 도파관(208)을 통해, 눈-측정 방사는 카메라(218)로 이동한다. 그 다음, 눈-측정 카메라(218)는, 사용자의 눈(10)을 이미징하고 그것의 특성들을 측정하기 위해, 수신된 눈-측정 방사를 사용할 수 있다.
[0033] 제3 광 경로는 주변 광 경로이다. 비스듬한 제1 표면(206)의 적어도 일부가 50/50 미러이고, 비스듬한 제2 표면(210)의 적어도 일부가 가시 광이 통과하도록 허용하는 적외선-반사 표면인 실시예에서, 장면(99)으로부터의 주변 광의 가시 부분의 적어도 일부는 비스듬한 제1 표면(206) 및 비스듬한 제2 표면(210) 둘 모두를 통해 그리고 아이피스(102)를 통해 사용자의 눈(10)으로 전달되며, 따라서 사용자는 장면(99) 및 디스플레이(214)로부터의 정보를 동시에 볼 것이다.
[0034] 도 2b는 많은 면들에서 디스플레이(200)와 유사한 눈-근접 디스플레이(250)를 예시한다. 디스플레이들(200 및 250) 간의 주요 차이는, 비스듬한 표면들이 상이하게 포지셔닝된다는 것이다. 디스플레이(250)에서, 비스듬한 제1 표면(206) 및 비스듬한 제2 표면은 측방향으로 오프셋(즉, x-방향으로 오프셋)되지만, 여전히 눈(10)의 시야 내에 있다. 주변 광 경로 및 눈-측정 광 경로가 비스듬한 표면들 둘 모두를 통과할 필요가 없다는 점을 제외하고, 디스플레이(250)에서의 3 개의 광 경로들은 디스플레이(200)에서의 광 경로들과 유사하다.
[0035] 도 3은 한 쌍의 안경으로서 구현된 헤드-업 디스플레이(300)의 실시예를 예시한다. 헤드-업 디스플레이(300)는 한 쌍의 아이피스들(304)을 포함하며, 아이피스들(304) 중 적어도 하나는 눈-근접 디스플레이, 이를테면 눈-근접 디스플레이들(100, 150, 175, 200, 또는 250)일 수 있다. 예시된 실시예에서, 렌즈(304)는 제1 도파관(308) 및 제2 도파관(310)을 포함한다. 광 커플러(312)가 렌즈(304)의 가장자리에 포지셔닝되며, 광 커플러에 의해, 디스플레이/카메라 어셈블리(314)가 렌즈(304)에, 그리고 그에 따라 제1 도파관(308) 및 제2 도파관(310)에 광학적으로 커플링된다.
[0036] 아이피스들(304)은 프레임(302)에 장착되며, 프레임(302)은, 아이피스들(304)이 사용자의 눈들 앞에 적절하게 포지셔닝된 상태로, 디스플레이(300)를 사용자의 머리 상에 포지셔닝된 채로 유지시키기 위해, 좌이 아암(304) 및 우이 아암(미도시)을 포함한다. 도면이 양안 실시예(2 개의 아이피스들)를 예시하지만, 헤드-업 디스플레이(300)는 또한, 단안(1 개의 아이피스) 실시예로서 구현될 수 있다. 물론, 다른 형상들을 갖는 다른 프레임 어셈블리들이 사용될 수 있다(예컨대, 이어 아암(ear arm)들 및 노스 브릿지 지지부를 갖는 바이저, 연속적인 단일 헤드세트 부재, 헤드밴드, 또는 고글 타입 안경류 등).
[0037] 도 4는 눈-근접 디스플레이(400)의 다른 실시예를 예시한다. 일부 실시예들에서, 눈-측정 방사는 장면으로부터 또는 주위의 구역으로부터 비롯되는 주변 광으로부터 나올 수 있지만, 다른 실시예들에서는, 눈-측정 파장으로 방사를 방출하는 조명을 제공할 필요가 있을 수 있다. 디스플레이(400)는 비스듬한 표면(104) 주위에 포지셔닝된 한 쌍의 눈-측정 방사 소스들(402)을 포함한다. 눈 측정 방사 소스들(402)은 눈-측정 파장으로 방사를 방출하며, 그리고 눈(10)으로부터 반사되는 눈-측정 방사의 적어도 일부가 비스듬한 표면(104) 쪽으로 지향되도록, 눈 측정 방사 소스들(402)의 눈-측정 방사를 사용자의 눈(10) 쪽으로 지향시키도록 포지셔닝 및 배향된다. 예컨대, 도 3에서 도시된 것과 같은 안경 실시예에서, 소스들(402)은 프레임 상의 어딘가에 포지셔닝될 수 있다. 일 실시예에서, 소스들(402)이 적외선 LED들이어서, 눈 측정 광은 적외선 범위의 파장을 갖는다. 그러나, 다른 실시예들에서, 소스들(402)은 상이한 파장 또는 파장 범위를 방출하는 상이한 방사 소스들일 수 있다. 일반적으로, 눈(10)을 실질적으로 조명하는 넓은 빔의 방사를 소스들(402)이 방출하는 것이 바람직할 수 있다.
[0038] 소스들(402) 이외에 또는 소스들(402) 대신에, 디스플레이(400)는 카메라(118) 상에 또는 카메라(118)에 근접하여 포지셔닝된 눈-측정 방사 소스들(404)을 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 눈-측정 방사 소스들(404)이 카메라(118)와 연관된 이미징 옵틱스의 일 측에 포지셔닝되어서, 눈 측정 방사는 아이피스(102)의 제2 도파관(110)을 통해 이동하고(도 1b 참조), 제2 부분(112)으로부터 눈(10)으로 반사된다. 그 다음, 눈(10)은 눈-측정 방사를 다시 아이피스(102)로 반사하며, 아이피스(102)에서, 이 눈-측정 방사는 제2 부분(112)에 의해 제2 도파관(110)으로, 그리고 카메라(118)로 반사된다. 예시된 실시예가 2 개의 방사 소스들(404)을 도시하지만, 다른 실시예들은 더 많거나 또는 더 적은 수의 방사 소스들을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 눈-측정 방사 소스들(404)은 도시된 것과 상이하게 포지셔닝될 수 있다.
[0039] 예시된 프로세스가 다른 개시된 디스플레이들을 만들기 위해 또한 사용될 수 있지만, 도 5는 눈-근접 디스플레이(100)를 만들기 위한 프로세스의 실시예를 예시한다. 먼저, 아이피스(102)의 제1 하프(102A) 및 제2 하프(102B)가 원하는 재료로 형성된다. 제1 하프(102A)는 비스듬한 제1 표면(104A)을 포함하며, 제2 하프(102B)는 비스듬한 제2 표면(104B)을 포함한다. 제1 표면 처리 및 제2 표면 처리가 비스듬한 제1 표면(104A), 비스듬한 제2 표면(104B) 또는 둘 모두의 부분들에 적용되며, 그 다음, 비스듬한 표면들(104A 및 104B)이 서로 맞물리고 예컨대 광학적으로 투명한 접착제로 접착되어 비스듬한 표면(104)이 형성되도록, 제1 하프(102A) 및 제2 하프(102B)는 함께 놓인다. 하프들(102A 및 102B)을 결합함으로써 아이피스(102)가 형성된 이후에, 광학적으로 투명한 접착제를 사용하여 광 커플러(114)가 아이피스의 가장자리에 부착된다. 그리고, 광 커플러(114)가 아이피스(102)에 결합된 이후에, 광학적으로 투명한 접착제를 사용하여 또는 다른 고정 수단을 사용하여 디스플레이(116) 및 카메라(118)가 광 커플러(114)에 결합된다. 다른 실시예들에서, 디스플레이(100)는 물론, 도시된 것과 상이한 프로세스에 의해 구성될 수 있다.
[0040] 요약서에서 설명된 것을 비롯하여 실시예들의 위의 설명은 총망라한 것이거나 또는 본 발명을 설명된 형태들로 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 본 발명의 특정 실시예들 및 본 발명에 대한 예들이 예시적 목적들을 위해 본원에서 설명되지만, 당업자들이 인식할 바와 같이, 위의 상세한 설명을 고려하여, 본 발명의 범위 내에서 다양한 등가의 수정들이 가능하다.
[0041] 다음의 청구항들에서 사용되는 용어들은 명세서 및 청구항들에서 개시된 특정 실시예들로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 그보다는, 본 발명의 범위는, 확립된 청구항 해석 주의들을 사용하여 해석되어야 하는 다음의 청구항들에 의해 전적으로 결정되어야 한다.

Claims (17)

  1. 장치로서,
    아이피스(eyepiece) ―상기 아이피스는 전방 표면, 상기 전방 표면으로부터 이격된 후방 표면, 및 상기 아이피스의 둘레를 형성하는 가장자리를 가지며, 상기 아이피스는, 눈으로부터 반사되는 광 눈-측정 광(light eye-measurement light)을 상기 아이피스로 지향시키며, 상기 아이피스로부터의 디스플레이 광을 상기 눈으로 지향시키기 위한 비스듬한 표면(angled surface)을 그 안에 가짐―;
    상기 아이피스에 형성되며, 상기 비스듬한 표면으로부터 상기 가장자리로 연장되는 제1 도파관 ―상기 제1 도파관은 제1 표면 처리를 갖는, 상기 비스듬한 표면의 제1 부분에 광학적으로 커플링됨―; 및
    상기 아이피스에 형성되며, 상기 비스듬한 표면으로부터 상기 가장자리로 연장되는 제2 도파관
    을 포함하고,
    상기 제2 도파관은 제2 표면 처리를 갖는, 상기 비스듬한 표면의 제2 부분에 광학적으로 커플링되는,
    장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 표면 처리는 상기 비스듬한 표면의 상기 제1 부분이 50/50 미러가 되게 하는,
    장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 표면 처리는 상기 비스듬한 표면의 상기 제2 부분이, 적외선 방사를 반사시키지만 광의 가시 파장들에 적어도 부분적으로 투명한 적외선 반사기가 되게 하는,
    장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 가장자리에 포지셔닝되며, 상기 제1 도파관에 광학적으로 커플링되는 디스플레이 ―상기 디스플레이는 상기 디스플레이 광을 상기 제1 도파관으로 론치(launch)할 수 있음―;
    상기 가장자리에 포지셔닝되며, 상기 제2 도파관에 광학적으로 커플링되는 카메라
    를 더 포함하며,
    상기 카메라는 상기 제2 도파관으로부터의 눈-측정 방사를 캡처할 수 있는,
    장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 디스플레이 및 상기 카메라는 광 커플러에 의해 상기 가장자리에 광학적으로 커플링되는,
    장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도파관과 상기 제2 도파관은 하나가 다른 하나 위에 있는 식으로 적층(stack)되는,
    장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 도파관과 상기 제2 도파관은 인접해 있는,
    장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도파관과 상기 제2 도파관은 하나가 다른 하나 앞에 있는 식으로 적층되며, 하나의 도파관은 상기 전방 표면에 더 가깝고, 다른 하나의 도파관은 상기 후방 표면에 더 가까운,
    장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    비스듬한 추가 표면
    을 더 포함하며,
    상기 제1 도파관은 상기 제1 표면 처리를 갖는, 상기 비스듬한 표면의 상기 제1 부분에 광학적으로 커플링되며, 상기 제2 도파관은 상기 제2 표면 처리를 갖는, 상기 비스듬한 추가 표면의 부분에 광학적으로 커플링되는,
    장치.
  10. 시스템으로서,
    사용자의 눈 앞에 하나 또는 그 초과의 눈-근접 디스플레이(near-eye display)들을 홀딩시키기 위한 프레임
    을 포함하며, 상기 하나 또는 그 초과의 눈-근접 디스플레이들 중 적어도 하나는,
    아이피스 ―상기 아이피스는 전방 표면, 상기 전방 표면으로부터 이격된 후방 표면, 및 상기 아이피스의 둘레를 형성하는 가장자리를 가지며, 상기 아이피스는, 눈으로부터 반사되는 광 눈-측정 광을 상기 아이피스로 지향시키며, 상기 아이피스로부터의 디스플레이 광을 상기 눈으로 지향시키기 위한 비스듬한 표면을 그 안에 가짐―,
    상기 아이피스에 형성되며, 상기 비스듬한 표면으로부터 상기 가장자리로 연장되는 제1 도파관 ―상기 제1 도파관은 제1 표면 처리를 갖는, 상기 비스듬한 표면의 제1 부분에 광학적으로 커플링됨―, 및
    상기 아이피스에 형성되며, 상기 비스듬한 표면으로부터 상기 가장자리로 연장되는 제2 도파관
    을 포함하며, 상기 제2 도파관은 제2 표면 처리를 갖는, 상기 비스듬한 표면의 제2 부분에 광학적으로 커플링되며,
    상기 시스템은,
    상기 가장자리에 포지셔닝되며, 상기 제1 도파관에 광학적으로 커플링되는 디스플레이 ―상기 디스플레이는 상기 디스플레이 광을 상기 제1 도파관으로 론치(launch)할 수 있음―; 및
    상기 가장자리에 포지셔닝되며, 상기 제2 도파관에 광학적으로 커플링되는 카메라
    를 포함하며,
    상기 카메라는 상기 제2 도파관으로부터의 눈-측정 방사를 캡처할 수 있는,
    시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 표면 처리는 상기 비스듬한 표면의 상기 제1 부분이 50/50 미러가 되게 하는,
    시스템.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 제2 표면 처리는 상기 비스듬한 표면의 상기 제2 부분이, 적외선 방사를 반사시키지만 광의 가시 파장들에 적어도 부분적으로 투명한 적외선 반사기가 되게 하는,
    시스템.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 디스플레이 및 상기 카메라는 광 커플러에 의해 상기 가장자리에 광학적으로 커플링되는,
    시스템.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 도파관과 상기 제2 도파관은 하나가 다른 하나 위에 있는 식으로 적층되는,
    시스템.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 도파관과 상기 제2 도파관은 인접해 있는,
    시스템.
  16. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 도파관과 상기 제2 도파관은 하나가 다른 하나 앞에 있는 식으로 적층되며, 하나의 도파관은 상기 전방 표면에 더 가깝고, 다른 하나의 도파관은 상기 후방 표면에 더 가까운,
    시스템.
  17. 제10 항에 있어서,
    비스듬한 추가 표면
    을 더 포함하며,
    상기 제1 도파관은 상기 제1 표면 처리를 갖는, 상기 비스듬한 표면의 상기 제1 부분에 광학적으로 커플링되며, 상기 제2 도파관은 상기 제2 표면 처리를 갖는, 상기 비스듬한 추가 표면의 부분에 광학적으로 커플링되는,
    시스템.
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