KR20190071799A - 단중심 광범위 개인 디스플레이 - Google Patents

단중심 광범위 개인 디스플레이 Download PDF

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KR20190071799A
KR20190071799A KR1020197015520A KR20197015520A KR20190071799A KR 20190071799 A KR20190071799 A KR 20190071799A KR 1020197015520 A KR1020197015520 A KR 1020197015520A KR 20197015520 A KR20197015520 A KR 20197015520A KR 20190071799 A KR20190071799 A KR 20190071799A
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조슈아 몬로이 코브
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

디스플레이 기기는, 이미지 보유 광을 생성하고, 적어도 하나의 곡률 반경(r1d)을 가진, 곡면형 디스플레이 표면을 가진 적어도 하나의 이미지 발생기; 상기 이미지 발생기로부터 이격되고, 이미지에 대해 오목한 입사 반사 표면과 적어도 하나의 곡률 반경(r1r)을 가지며, 상기 곡면형 디스플레이 표면의 가상 이미지를 생성하도록 배치된, 반사 구성요소; 및 상기 이미지 발생기와 반사 구성요소 사이의 자유 공간에 배치되고 보는 사람의 시선에 대해 비스듬한 제1 및 제2 표면을 가진 빔 스플리터 플레이트;를 포함하고, 상기 반사 구성요소와 빔 스플리터 플레이트는 보는 사람의 시선을 따라 이미지 보유 광을 위한 뷰어 아이 박스를 형성하고, 상기 곡면형 디스플레이 표면과 반사 표면은 실질적으로 동심원을 이룬다.

Description

단중심 광범위 개인 디스플레이
본 출원은 2016년 10월 31일에 제출된 미국 가출원 번호 62/415,059의 우선권을 주장하며, 그 전체가 참고로 본원에 포함된다.
본 발명은 일반적으로 개인 디스플레이 기기에 대한 것으로서 더욱 구체적으로는 동공 이미지화 시스템(pupil imaging system)을 구비한 광범위 헤드-장착식 또는 다른 단일 뷰어 디스플레이(viewer display)를 위한 기기 및 방법에 대한 것이다.
개인 디스플레이 기기는 종래의 디스플레이 스크린의 사용에 방해가 되는 적용에서의 보는 사람에게 이미지 콘텐츠(image content)를 제공할 수 있게 한다. 디스플레이 고글(display goggles)과 같은 헤드-장착식 장치(HMD)는, 군용, 의료, 치과, 산업, 및 무엇보다도 게임 표현과 같은 범위의 적용과 함께, 다양한 분야에서 사용할 수 있는 유용한 타입의 웨어러블(wearable, 착용 가능한) 개인 디스플레이 기기로서 고려되고 있다. 강화된 공간 표현 및 관련 상세의 개선된 표현을 가진, 입체적인 이미지화는 더욱 실제 같고 2차원(2-D)의 평평한 디스플레이로 가능할 수 있는 것보다 더욱 정밀하게 깊이 정보를 보여주는 이미지를 표현하는데 특히 유용할 수 있다.
웨어러블 디스플레이 기기의 유용성, 크기, 비용 및 성능을 향상시키기 위한 많은 발전이 있었지만, 개선의 여지가 상당히 남아있다. 특히 전자 처리된 이미지를 보는 사람에게 표현하는 이미지화 광학기는 실망스러웠다. 종래의 디자인 접근법은 요구되는 크기, 무게 및 배치 요구 사항에 맞추기 어려웠으며, 종종 시야 및 왜곡과 관련된 광학 문제, 눈동자 거리, 동공 크기 및 기타 요인을 해결하기가 어려웠다.
본 발명의 관점에 따라, 디스플레이 기기를 제공하며, 상기 디스플레이 기기는:
적어도 하나의 곡률 반경(r1d)을 가지며, 이미지를 포함하는 광(image-bearing light)을 생성하는 곡면형 디스플레이 표면을 가진 적어도 하나의 이미지 발생기;
상기 곡면형 디스플레이 표면의 가상 이미지를 생성하도록 배치되는, 이미지에 대해 오목한 입사 반사 표면 및 적어도 하나의 곡률 반경(r1r)을 가지며, 상기 이미지 발생기에서 이격된 반사 구성요소; 및
상기 이미지 발생기와 반사 구성요소 사이의 자유 공간에 배치되고 보는 사람의 시선(line of sight)에 대해 비스듬한 제1 및 제2 표면을 가진 빔 스플리터 플레이트(beam splitter plate);를 포함하고, 여기서, 상기 반사 구성요소 및 빔 스플리터 플레이트는 보는 사람의 시선을 따른 이미지를 포함하는 광을 위한 뷰어 아이 박스(viewer eye box)를 형성하고, 곡면형 디스플레이 표면과 반사 표면은 실질적으로 동심원을 이룬다.
본원에 설명된 디스플레이 기기 디자인은 다른 디자인에 비해 낮은 비용으로, 증가된 시야, 감소된 이미지 수차, 및 큰 동공 크기를 야기하며, 이를 통해 쉽게 제조 가능하고 본질적으로 사람의 시각 시스템에 적합한 개인 디스플레이 기기 디자인을 제공한다. 추가적인 특징들 및 장점들은 이하의 상세한 설명에 기술될 것이며, 그 일부는 설명으로부터 당업자에게 명백할 것이고, 또는 서술된 설명 및 청구항들, 및 첨부 도면에 개시된 실시예를 실행함으로써 인식될 것이다.
전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 단지 예시적인 것이며, 청구 범위의 본질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 프레임워크를 제공하기 위한 것임을 이해해야 한다.
첨부된 도면은 추가의 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본원에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 하나 이상의 실시예(들)를 도시하며, 설명과 함께 다양한 실시예의 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다.
도 1a는 보는 사람의 눈에 가상 이미지를 형성하기 위한 광학적 특징 및 관계를 보여주는 개략적인 측면도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 광학 구성요소들 사이에 대한 관계를 보여주는 개략도이다.
도 2는 뷰어 아이 박스에서 두 눈으로 보는 또는 입체적인 이미지를 형성하기 위한 디스플레이 기기를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 장치의 측면도이다.
도 4a, 4b, 및 4c는 디스플레이 기기의 하나의 실시예의 각각의 사시도, 측면, 및 정면도이다.
도 5a 및 5b는 디스플레이 기기의 다른 대안 실시예의 사시도이다.
도 6은 빔 스플리터 플레이트에서 광을 지향시키기 위해 편광을 이용하는 대안 실시에의 개략적인 측면도이다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 기기에 대한 접을 수 있는 포장 배열의 측면도이다.
도 8은 보호 쉴드 및 주변 윈도우, 카매라 위에 위치한 이미지 발생기의 보는 방향을 접기 위한 광학 구성요소 및 태양 눈부심 최소화를 위한 바이저(visor)를 구비한 기계적 하우징의 디스플레이 기기의 실시예를 나타낸다.
본원에 도시되고 설명된 도면은 다양한 실시예에 따른 광학 기기에 대한 작동 및 제조의 핵심 원리를 설명하기 위해 제공되며, 이들 도면의 숫자는 실제 크기 또는 스케일을 나타내기 위해 도시하지 않았다. 기본 구조적 관계 또는 작동 원리를 강조하기 위해 일부 과장이 필요할 수 있다.
제공된 도면은 광학 장착부(optical mounts), 전원, 이미지 데이터 소스, 및 디스플레이 기기에 사용되는 표준 피쳐를 위한 관련 장착 구조를 포함하는 다양한 지지 구성요소를 도시하지 않을 수 있다. 광학 기술 분야의 당업자는 본 발명의 실시예가 웨어러블 및 휴대용 디스플레이 기기 모두에 사용되는 것을 포함하여, 다수의 유형의 표준 장착부 및 지지 구성요소 중 임의의 것을 사용할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 문맥에서, "정상" 및 "바닥" 또는 "상부" 및 "하부" 또는 "아래"와 같은 용어는 상대적이며 구성요소 또는 표면의 임의의 필요한 방향을 나타내지 않지만 반대편의 표면, 공간 관계 또는 구성요소 또는 장치 내의 다른 광 경로를 참조하고 구별하기 위해 사용된다. 유사하게, "수평" 및 "수직"이라는 용어는 예를 들어, 표준 보는 조건과 관련하여 상이한 평면에서의 구성요소 또는 광의 상대적인 직교 관계를 기술하기 위해 도면에 관련하여 사용될 수 있지만, 진정한 수평 및 수직 방향을 나타내지 않는다.
이들이 사용되는 경우, "제1", "제2", "제3"등의 용어는 반드시 서수 또는 우선 순위 관계를 나타내지는 않지만, 하나의 요소 또는 시간 간격을 다른 것과 명확히 구별하기 위해 사용된다. 이러한 설명자는 본 명세서 및 청구 범위의 문맥에서 하나의 요소를 다른 유사한 요소와 명확히 구별하는 데 사용된다.
용어 "보는 사람", "관찰자" 및 "사용자"는 개인용 디스플레이 기기로부터 이미지를 보는 사람을 나타내기 위해 본 명세서의 문맥에서 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "에너지 공급 가능한(energizable)"이라는 용어는 전력을 수신할 때, 및 선택적으로, 하나 이상의 가능한 신호를 수신할 때, 지시 된 기능을 수행하는 장치 또는 세트의 구성요소에 관한 것이다. 예를 들어, 광원은 광 빔을 방출하도록 에너지를 공급받을 수 있고, 이미지 데이터 신호에 따라 이미지 표시를 위해 변조될 수 있다.
본 발명의 문맥에서, 2개의 평면, 방향 벡터, 또는 다른 기하학적 특성은 그들의 실제 또는 투영된 각이 90도의 +/- 4도 이내일 때 실질적으로 직교하는 것으로 간주된다.
본 발명의 문맥에서, "비스듬한" 또는 "경사각"이라는 용어는 수직인 것과 다른, 즉, 적어도 하나의 축을 따라 적어도 약 4도 또는 그 이상까지, 90도 또는 90도의 정수배와 다른, 비스듬한 비-수직인 각도를 의미하는데 사용된다. 예를 들어, 비스듬한 각은 이러한 일반적인 정의를 사용하여 90도보다 적어도 약 4도 이상 또는 미만일 수 있다.
본 발명의 문맥에서, "결합된"이라는 용어는 하나 이상의 구성요소의 배치가, 예를 들어, 하나 이상의 구성요소가 하나의 구성요소에 결합되는, 구성요소의 공간적 배치에 영향을 미치도록 2개 이상의 구성요소 사이의 기계적 결합, 연결, 관계, 또는 링크를 나타내는 것이다. 기계적 결합(coupling)의 경우 두 가지 구성요소가 직접 접촉할 필요는 없지만 하나 이상의 중간 구성요소를 통해 연결할 수 있다.
본 명세서의 문맥에서, "좌측 눈 이미지"라는 용어는 보는 사람의 좌측 눈에 의해 보여지는 가상 이미지를 기술하고 "우측 눈 이미지"는 보는 사람의 우측 눈에 의해 보여지는 상응하는 가상 이미지를 기술한다. "좌측 눈(좌안)" 및 "우측 눈(우안)"이라는 표현은 입체적인 이미지화 기술 분야의 당업자들에 의해 널리 이해되는 바와 같이, 입체 이미지 쌍의 각각의 이미지를 형성하기 위한 이미지화 구성요소들을 구별하는 형용사로서 사용될 수 있다.
"적어도 하나"라는 용어는 나열된 아이템 중 하나 이상이 선택될 수 있음을 의미하는 것으로 사용된다. "약" 또는 "대략"이라는 용어는 치수 측정 또는 위치와 관련하여 사용되는 경우, 실제로 허용되는 측정 오차 및 부정확성에 대한 예상 오차 범위를 의미한다. 나열된 표시된 값은 공칭 값으로부터의 편차가 예시된 실시예에 대한 요구 사항을 따르도록 공정 또는 구조의 실패를 야기하지 않는 한 공칭 값으로부터 다소 변경될 수 있다.
치수와 관련하여, 용어 "실질적으로"는 기하학적으로 정확한 치수의 +/- 12 %보다 양호한 범위를 의미한다. 따라서, 예를 들어, 제1 치수 값이 제2 값의 약 44 % 내지 약 56 %의 범위에 있다면, 제1 치수 값은 실질적으로 제2 값의 절반이다. 공간의 위치는, 곡률 반경, 초점, 구성요소 위치 또는 광축상의 다른 지점과 같은 적절한 기준 치수와 관련하여, 거리 치수가, 서로 이상 12% 이하, 바람직하게는 5%, 3%, 1% 이하로, 서로 실질적으로 동일할 때, 서로 "근접"하거나 아주 근접하다.
"작동 가능(actuable)"이라는 용어는, 예를 들어 전기 신호에 응답하여, 자극에 반응하여 작용을 수행할 수 있는 장치 또는 구성요소와 관련하여, 통상적 인 의미를 갖는다.
본원에서 사용되는 용어 "신호 통신"은 둘 이상의 장치 및/또는 구성요소가 어떤 유형의 신호 경로를 통해 이동하는 신호를 통해 서로 통신할 수 있음을 의미한다. 신호 통신은 유선 또는 무선일 수 있다. 신호는 제1 장치 및/또는 구성요소로부터 제2 장치 및/또는 구성요소로의 정보, 전력 및/또는 에너지를 제1 장치 및/또는 구성요소와 제2 장치 및/또는 구성요소 사이의 신호 경로를 따라 통신할 수 있는 통신, 전력, 데이터 또는 에너지 신호일 수 있다. 신호 경로는 제1 장치 및/또는 구성요소와 제2 장치 및/또는 구성요소 사이의 물리적, 전기적, 자기 적, 전자기적, 광학적, 유선 및/또는 무선 접속을 포함 할 수있다. 신호 경로는 또한 제1 장치 및/또는 구성요소와 제2 장치 및/또는 구성요소 사이에 추가 장치 및/또는 구성요소를 포함할 수 있다.
"예시적인"이라는 용어는 설명이 이상적인 것을 암시하기보다는 예시로서 사용됨을 나타낸다.
광학 기기의 구성요소의 위치 또는 곡률 중심 또는 다른 특징과 관련하여, "가까운" 이라는 용어는 예를 들어, 광의 이론적 및 실제적 거동 사이에 예상되는 차이점뿐만 아니라, 예상된 제조 공차에 대한 고려와 측정 부정확성에 대한 고려를 통한, 광학 디자인 분야의 숙련된 기술자에 의해 사용될 것과 같은 일반적인 함축된 의미를 갖는다.
알려진 바와 같이, 특정 광학 시스템 내 및 특정 광학 시스템으로부터의 광 분포는 그것의 전체 구성에 의존하며, 전체적인 구성이 기하학적으로 완전할 필요는 없으며 또는 적절한 성능을 위해 이상적인 대칭을 나타낼 수도 있다. 예를 들어, 곡면 거울에 대한 광 분포는 초점에 대해 실질적으로 중심에 있는 작은 영역에 초점을 맞추는 것으로서 보다 정확하게 묘사될 수 있다; 그러나, 설명의 목적을 위해, "초점" 또는 "초점 영역"과 같은 종래의 용어가 사용된다. "아이 박스(eye box)"라는 용어는 광학 시스템에 의해 형성된 가상 이미지를 볼 수 있는 영역을 의미한다.
장면이 단일 위치로부터 보여지고 두 눈 위치에서 관찰자에게 표시될 때, 보기(view)는 깊이의 인식, 즉 3 차원 효과가 부족하다. 이러한 방식으로 본 장면을 양안(biocular)이라고 한다. 그러나 하나의 장면을 서로 약간 떨어진 두 위치에서 보면, 관찰자에게 보여지는 보기는 깊이 감이 있다. 이러한 방식으로 본 장면을 양안이라고 한다. 하나의 눈 위치에서 보이고 하나의 위치에서 생성된 장면을 단안(monocular)이라고 하며 3차원 효과가 부족하다.
이미지화 기술 분야의 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 가상 이미지는 광학 시스템으로부터 눈에 제공되고 눈 상자의 공간에서 보여지는 광선의 발산에 의해 종합적으로 시뮬레이션된다. 광학 시스템은 주어진 위치 및 거리에서 보는 사람의 시야에 나타나는 가상 이미지를 형성한다. 광선이 실제로 발산하는 시야에는 해당 "실제" 물체가 없다. 소위 "증강 현실"을 보는 시스템은 가상 이미지화 시스템을 사용하여 보는 사람의 시선을 따라 보이는 실제 대상 장면 상에 가상의 이미지를 중첩시킨다. 보는 사람의 시야에서 대상 장면 이미지 콘텐츠와 결합될 수 있는 가상 이미지를 형성하는 이 성능은 동시에 보여지는 실제 장면으로부터의 광을 허용하지 않으면서 보는 사람에게 오직 가상 이미지만을 제공하는 다른 디스플레이 기기와 증강 현실 이미지화 장치를 구별한다.
도 1a의 개략도를 참조하면, 아이 박스(E) 내의 눈 동공(P)에 의해 보이기 위한 가상 이미지를 형성하는 가상 이미지 형성 기기(10)가 측면도로 도시되어 있다. 제1 및 제2 평행한 표면(S1, S2)을 갖는 빔 스플리터 플레이트(26)(대안으로 플레이트 빔 스플리터, 빔 스플리터, 또는 빔 스플리터라고도 함)는 보는 사람 시선(12)을 따라 비스듬히 배치되고, 이미지를 제공하기 위한 이미지 발생기(24)와 반사 구성요소(RC) 사이의 자유 공간에서 이격되고 자유 공간에 배치된다. 도시된 실시예에서, 이미지 발생기(24)는 이미지를 제공하기 위한 디스플레이 표면(24')을 갖는 디스플레이 소스이다. 일부 실시예에서, 도 1a에 도시된 바와 같이, 이미지 발생기의 표면(24')은 만곡되어 있으며, 따라서 이미지 보유 광의 곡면형 필드를 생성한다. 예를 들어, 디스플레이 표면은 "스마트 시계" 또는 손목 웨어러블(착용 가능한) 장치의 원통형 표면일 수 있다.
도 1a는 이 실시예에서 반사 구성요소(Rc)가 이미지 발생기(24)에 대해 오목한 반사 표면(20)을 갖는 것을 도시한다. 반사 표면(20)은 이미지 발생기(24)를 향해 다시 광을 반사한다. 반사 표면(20)의 주축(A)은 이미지 발생기(24)의 디스플레이 표면(24')의 주축(A')에 대해 실질적으로 평행하고 바람직하게 동일 선상에 있다.
이미지 발생기(24)는 빔 스플리터 플레이트(26)의 이격된 표면(S2)를 향해 이미지 보유 광을 지향시키도록 에너지 공급된다. 이미지 발생기(24), 빔 스플리터 플레이트(26), 및 반사 구성요소(Rc)는 협동하고, 아이 박스(ㄸ)에서 시선을 따라 보여질 수 있는 가상 이미지를 형성하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 이미지 발생기(24)는 보는 사람의 눈 위에 위치될 수 있고, 반사 구성요소(Rc)는 보는 사람의 눈 아래에 위치된다. 일부 실시예에서, 이미지 발생기(24)는 보는 사람의 눈 아래에 위치될 수 있고, 반사 요소(Rc)는 보는 사람의 눈보다 위에 위치할 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 곡면형 디스플레이 표면(24')은 본질적으로 원통형이며, 즉, 이 표면은 < 100mm, 바람직하게는 60mm 이하, 예컨대, 20 내지 60mm 인, 반경 R1d를 갖도록 하나의 단면으로 만곡된다; 다른 단면에서, 이 표면은 본질적으로 평면 또는 평면(곡률 반경 R2d > 100m, 바람직하게는 > 500m, 더욱 바람직하게는 ∞)이다.
디스플레이 표면(24')과 반사 구성요소(반사 표면(20))의 곡면은 실질적으로 동심원을 이룬다. 일부 실시예에서, 곡면형 디스플레이 표면(24') 및 반사 표면(20)은 5mm 내에서 동심원을 이룬다. 곡면형 디스플레이 표면(24') 및 반사 표면(20)이 5mm 내에서 동심원을 이룰 때, 디스플레이 기기에 의해 형성되어 보는 사람에게 표시되는 가상 이미지는 총 곡면형 FOV을 가로질러(바람직하게는 수평 방향) 실질적으로 초점이 맞춰진다.
일부 실시예에서, 곡면형 디스플레이 표면(24') 및 반사 표면(20)은 3mm 이내에서 동심원을 이룬다. 일부 실시예에서, 곡면형 디스플레이 표면(24') 및 반사 ㅍ표(20)은 2mm 이내에서 동심원을 이룬다. 일부 실시예에서, 곡면형 디스플레이 표면(24') 및 반사 표면(20)은 1mm 내에서 동심원을 이룬다. 일부 실시예에서, 곡면형 디스플레이 표면(24') 및 반사 표면(20)은 0.5mm 내에서 동심원을 이룬다. 바람직하게는, 곡면형 디스플레이 표면(24')과 반사 표면(20)은 동심원을 이룬다. 곡면형 디스플레이 표면(24')과 반사 표면(20)이 동심원을 이루는 경우, 디스플레이에 의해 형성된(더욱 구체적으로 곡률 반경(r1r)을 갖는 반사 표면(20)에 의해 형성된) 가상 이미지 및(바람직하게 수평 방향인 디스플레이의 시야 방향으로)보는 사람에게 표현된 가상 이미지는 총 곡면형 FOV를 가로질러 초점점이 맞춰진다.
따라서, 일부 실시예에 따르면, 디스플레이 기기는:
(a) 적어도 하나의 곡률 반경(r1d)을 가지며 이미지 보유 광(60)을 생성하는 곡면형 디스플레이 표면(24')을 갖는 적어도 하나의 이미지 발생기(24);
(b) 이미지 발생기(24)로부터 이격된 반사 구성요소(Rc), 여기서, 상기 반사 구성요소(Rc)는 곡률 반경(r1r)을 가진 이미지 발생기(24)에 대해 오목한 입사 반사 표면(20)을 가지며, 상기 반사 구성요소(Rc)는 상기 곡면형 디스플레이 표면(24')의 가상 이미지를 생성하기 위해 구성되고 배치되는 입사 반사 표면(20)을 가짐(예컨대, 도 1b참조); 및
(c) 이미지 발생기(24)와 반사 구성요소(Rc) 사이의 자유 공간에 배치된 빔 스플리터 플레이트(26), 여기서, 상기 빔 스플리터 플레이트(26)는 보는 사람의 시선에 비스듬한 제1 및 제2 표면(S1, S2)을 가짐;을 포함하며,
여기서, 상기 반사 구성요소(Rc), 및 빔 스플리터 플레이트(26)는 보는 사람의 시선을 따라 이미지 보유 광을 위한 뷰어 아이 박스를 형성하고, 상기 곡면형 디스플레이 표면(24') 및 곡면형 반사 표면(20)은 적어도 하나의 단면에서(예컨대, 수평 방향으로) 실질적으로 동심원을 이룬다.
본원에 설명된 일부 실시예에 따라, 증강 현실 디스플레이는 보는 사람의 좌측 눈용 좌측 디스플레이 기기 및 우측 눈용 우측 디스플레이 기기를 포함하며, 각각의 좌측 및 우측 디스플레이 기기는 전술한 디스플레이 기기를 포함한다. 상술한 바와 같이, 적어도 일부 실시예에서, 증강 현실 디스플레이 기기는 좌안용 좌측 디스플레이 기기와 우안용 우측 디스플레이 기기를 포함한다. 이들 실시예에서 2개의 개별 이미지 발생기(각각 디스플레이 표면(24')을 갖는)가 이용되는 경우, 이들 2개의 디스플레이 기기 각각은 각 디스플레이 기기의 반사 표면(20)의 주축(A)이 상응하는 이미지 발생기(24)의 디스플레이 표면(24')의 주축(A')에 대해 실질적으로 동일 선상에 있도록(그리고 바람직하게 공동 선상에 있도록) 구성된다.
빔 스플리터 플레이트(26) 및 반사 구성요소(Rc)는, 단일 눈용 이미지에 대해, 광학 경로(40)를 형성하며, 이를 따라 빔 스플리터 플레이트(26)로부터의 광이 제1 방향을 위한 자유 공간을 통해 이송되어 반사 구성요소(Rc)의 반사 표면에 입사된다. 그 후, 광은 반사 표면(20)에서 반사된 다음 자유 공간을 통해 이동하여빔 스플리터 플레이트(26)로 되돌아오는 광학 경로(40)를 따라 다시 계속된다. 빔 스플리터 플레이트(26)의 표면(S1)은 보는 사람의 시선(12)을 따라 뷰어 아이 박스(E)를 향한 방해받지 않는 경로를 따라 반사 구성요소(Rc)로부터 다시 나오는 광을 반사시키며, 대상 장면에 대한 시선(12)은 빔 스플리터 플레이트(26)를 통해 연장된다. 빔 스플리터 플레이트(26)는 대상 장면을 관측할 수 있는 경사진 윈도우를 제공한다. 따라서, 빔 스플리터는, 이미지 발생기에 의해 생성된 이미지 보유 광이 반사 구성요소(Rc)를 향해 전파함에 따라 빔 스플리터를 가로지르고, 반사 구성요소(Rc)에 의해 반사된 후에 빔 스플리터에 의해 반사되도록 구성 및 배치된다. 일부 실시예에 따르면, 빔 스플리터 플레이트(26)는 25그램(gram) 미만(예컨대, < 20그램, < 15그램, < 10그램)의 중량을 가지며, 적어도 30도이고, 일부 실시예에서는 40도를 초과하는(예컨대, 40-70도, 예를 들어 50-60도) 수평 전체 시야를 제공한다. 일부 실시예에서, 빔 스플리터 플레이트(26)는 2-10그램, 예를 들어 5그램 이하, 일부 실시예에서는 2-5 그램의 무게를 갖는다. 일부 실시예에 따르면, 빔 스플리터 플레이트(26)는 부분 반사 표면을 가지며, 부분 반사 표면은 반사 구성요소(Rc)와 대면하도록 위치된다. 본원에 기술된 예시적인 실시예에서, 부분 반사 표면은 가시 스펙트럼 전송에서 광의 적어도 25 %(예컨대, 25 % 내지 75 %, 또는 30 % 내지 70 %, 또는 40 내지 60 % 또는 45 내지 65 %)의 가시 스펙트럼 전송에서의 광을 반사하고, 적어도 25 %(예컨대, 25 % ~ 75 % 또는 30 % ~ 70 % 또는 40 ~ 60 % 또는 45 ~ 65 %)의 가시 스펙트럼 전송에서의 광을 투과시킨다. 예를 들어, 부분 반사 표면은: 가시 스펙트럼의(i) 광의 45%를 투과시키고 광의 55%를 반사하거나,(ii) 광의 50%를 투과시키고, 광의 50%를 반사할 수 있거나,(ii) 광의 55%를 투과시키고 광의 45%를 반사할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 디스플레이 표면(24')은 원통형이고, 반사 구성요소(Rc)의 입사 반사 표면 오목부는 회전 대칭이다. 일부 실시예에서, 디스플레이 표면은 도넛형(toroidal)이고, 반사 구성요소의 입사 반사 표면 오목부는 회전 대칭이다.
반사 구성요소(Rc)의 곡면형 반사 표면(20)은 바람직하게는 회전 대칭이며, 일부 실시예에 따르면 곡률 반경(r1r)을 갖는 구형이다. 일부 실시예에서, 곡면형 디스플레이 표면(24')은 곡률 반경(r1d)를 갖는 원통형이다. 바람직하게는, 2개의 표면의 곡률 중심은 서로에 대해 가까이 위치되며, 보다 구체적으로는 서로 5mm 내에 위치한다 - 즉, 2 개의 반경(r1d) 및(r1r)은 동일하거나 거의 동일한 지점에서 비롯된다. 예를 들어, 일부에서, 두 개의 표면(Rc) 및(24')의 곡률 중심은 3mm 내에 있고, 일부 실시예에서는 서로 1mm 내에 위치한다.
이러한 구성은 곡면형 시야가 40도를 초과하는 경우에도 바람직하게 초점이 맞는 이미지를 얻을 수 있게 한다.
본원에 기재된 실시예에 따르면, 바람직하게 2.1 ≥ r1r / r1d > 1.5 이다. 일부 실시예에서, 120mm ≥ r1r ≥ 60mm 및 60mm ≥ r1d ≥ 30mm이다. 일부 실시예에서, 100mm ≥ r1r ≥ 50mm 및 50mm ≥ r1d ≥ 45mm이다. 예를 들어, 일부 실시예에서 100mm, r1d = 50mm 및 r1r / r1d = 2이다. 예를 들어, 일부 실시예에서는 r1r = 100mm 및 r1d = 55mm이다. 일부 실시예에서, r1r = 80mm 및 r1d = 45mm이다.
본원에서 나타낸 바와 같이 "곡면형 이미지 필드(curved image field)"는 시야를 가로지르는 곡면형 이미지 평면을 지칭한다. 본원에서 언급되는 바와 같이, 이미지 발생기(24)에 의해 생성된 "이미지의 곡면형 필드(curved field of image)" 및 "이미지 보유 광의 곡면형 필드"는 곡면형 디스플레이 표면(24') 또는 광원(24)에 의해 디스플레이된 (대상) 시야를 가로지르는 상기 표면으로부터 방출된 광을 나타낸다.
이미지 왜곡은 광학 시스템에서 하나 이상의 추가 렌즈(L1, L2)(도시되지 않음)를 사용하여 교대로 보정될 수 있다. 그러나 왜곡은 이미지 데이터를 적절하게 조정하여 간단하게 디지털 방식으로 수정할 수 있다.
도 1a는 단일 좌안 또는 우안 이미지를 형성하기 위한(표시 장치(30)의) 가상 이미지 형성 기기(10)의 구성요소들의 배치를 도시한다. 도 2의 개략도는 디스플레이 표면의 상이한 부분으로부터 각각의 대응하는 아이 박스에서 각각의 동공(P)(보는 사람의 동공)에 좌안 및 우안 이미지 콘텐츠를 제공하는 디스플레이 기기(30)의 구성의 정면으로부터의 사시도를 도시한다. 보다 구체적으로, 도 2는 디스플레이 기기(30)가 어떻게 단일 빔 스플리터 플레이트(26)를 사용하여 각각의 아이 박스(EL, ER)에서 보여질 수 있는 좌안 및 우안 이미지들을 갖는, 쌍안 가상 이미지를 형성하는지를 도시한다. 이 실시예에서, 각각의 곡면형(원통형) 표면(24'1, 24'r)을 갖는 2개의 이미지 발생기(24l, 24r)는 각각 실제의 좌안 이미지(32L) 및 우안 이미지(32R)를 생성한다. 좌안 이미지(32L)로부터의 이미지 보유 광의 곡면형 필드는 빔 스플리터 플레이트(26) 및 좌측 반사 구성요소(RCL)를 통해 투과한다. 이러한 배열을 통해, 이미지 발생기(24L)와 반사 구성요소(RcL)는 빔 스플리터 플레이트(26)와 협동하여 좌안 가상 이미지 형성 기기(10L)를 형성한다. 마찬가지로, 우안 이미지(32R)의 이미지 보유 광의 곡면형 필드는 빔 스플리터 플레이트(26) 및 우측 반사 구성요소(RCR)를 통해 투과한다. 이미지 발생기(24R) 및 반사 구성요소(RcL)는 빔 스플리터 플레이트(26)를 갖는 우안 가상 이미지 형성 기기(10R)를 형성한다. 좌우안 가상 이미지 모두를 위한 아이 박스 위치를 형성하기 위한 단일 빔 스플리터 플레이트(26) 및 2개의 반사 구성요소(RCL, RCR)의 사용은 부품 수를 줄이고 구성요소 장착을 단순화하는데 바람직하다. 도 2의 배열은 적절한 좌안 및 우안 이미지 콘텐츠가 제공될 때 입체 시청을 제공할 수 있다. 이미지 콘텐츠는 입체적이거나 대체로 비-입체적 일 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 가상 이미지 형성 기기(10)의 단지 하나의 눈 부분(좌측 또는 우측)에 상응하는(단순함을 위한) 측면도를 도시한다. 물론, 2개의(우안 및 좌안) 이미지 형성 기기가 있으며, 상응하는 좌안 또는 우안에 대응하는 좌측 또는 우측 시선(12)이 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 각 이미지 발생기(24R, 24R)는 원통형 표면(24'R, 24'R)을 가지며, 반면 반사 구성요소의 표면(20)은 구형이다. 각각의 눈의 시야는 수평으로 비대칭일 수 있음을 알아야 한다. 즉, 눈 외부의 시야, 좌우로 수평으로 연장되는 주변 필드는 눈 안쪽의 시야보다 클 수 있다.
도 4a는 별도의 좌안 및 우안 이미지 발생기(24L, 24R)를 각각 사용하는 실시예의 다른 실시예의 사시도, 도 4b의 측면도, 및 도 4c의 정면도이다. 이미지 발생기(24L, 24R)는 동일한 평면에 놓일 수 있거나, 서로 오프셋되거나, 또는 개선된 패키징을 위해 경사지거나 조정되거나, 또는 보는 사람 신체 구조를 위해 조정될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 별도의 좌안 및 우안 이미지 발생기(24L, 24R)를 각각 갖는 단일 빔 스플리터 플레이트(26)를 사용하는 다른 실시예의 사시도를 도시한다. 이 대안 배열은, 예를 들어, 보다 컴팩트한 패키징을 제공하는 데 유용할 수 있다.
도 1 내지 도 5b의 실시예는, 예를 들어, LCD 또는 OLED 기반의 이미지 발생 장치로 이용될 수 있다. 하나의 실시예에서, LED 기반 이미지 발생 장치는 44 미크론 x 44 미크론(microns) 이하의 픽셀을 갖는다. 하나의 실시예에서, 이러한 OLED 기반 이미지 발생 장치는 44 미크론 x 44 미크론, 40 미크론 x 40 미크론, 30 미크론 x 30 미크론, 24 미크론 x 24 미크론, 20 미크론 x 20 미크론 이하의 픽셀을 가지거나, 이미지 발생 장치 장치는 심지어 더 작은 크기의 픽셀을 가질 수 있다. 다른 이미지 발생 장치가 또한 이용 될 수 있다. 본원에 개시된 디스플레이 설계는 8mm와 40mm(예컨대, 10mm에서 30mm) 사이의 아이 릴리프 거리(eye relief distance)(즉, 눈 동공과 빔 스플리터의 가장 가까운 가장자리 사이의 수평 거리), 30도와 70도 사이의 수평 FOV(예컨대, 40 ~ 70도), 및 픽셀 당 1 분에서 7 분/픽셀 사이의 해상도를 야기할 수 있다. 일부 실시예에서, 해상도는 픽셀 당 2 분이다. 예를 들어, 20 x 20㎛ 픽셀을 갖는 OLED 디스플레이와 같은 이미지 발생기를 사용하는 경우, 약 1 분/픽셀의 해상도가 달성될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 반사 구성요소(RC)의 반사 표면(20)은 반사 표면(20)의 광학 축이 원호 1분 이내에 서로 평행하고 서로 50mm와 80mm 사이의 거리만큼(예컨대, 60-70mm) 이격되도록 구성된다. 디스플레이 기기의 광학 시스템은 사출 동공 지름 Dp ≥ 7mm, 예를 들어 7mm ≤ Dp ≤ 20mm(예컨대, 8mm, 10mm, 12mm, 15mm, 18mm, 20mm 또는 그 사이)의 사출 동공을 더 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 광학 시스템은 사출 동공 지름이 Dp ≥ 7mm 인 사출 동공을 추가로 포함하고, 또한 수직 시야각(FOVv) 및 수평 시야(FOVh)을 가지므로, 수직 시야에 대한 수평 시야의 비율은 FOVh/FOVv> 1.5이다. 일부 실시예에서, FOVh/FOVv> 1.7, 예를 들어 3 ≥ FOVh/FOVv> 1.7이다.
일부 실시예에 따르면, 이미지 발생기(24)와 반사 구성요소(RC) 사이의 거리는 20-60 mm, 예를 들어 30-50 mm 또는 20-45 mm, 30-45 mm 또는 35-45 mm이다. 일부 실시예에 따르면, 디스플레이 기기는 아래(a)와(b) 중 적어도 하나를 나타낸다:(a) 30°와 70°사이의 수평 시야, 5mm와 50mm 사이의 눈 릴리프 거리, 30mm와 60mm 사이의 반사 구성요소(Rc)의 초점 거리; 7mm와 20mm 사이의 사출 동공 지름, 그리고 반사 구성요소(RC)와 디스플레이 표면(24') 사이의 거리는 30mm ~ 70mm;(b) 5mm와 40mm 사이의 눈 릴리프 거리, 30 ~ 70도 사이의 수평 FOV 및 1 분/픽셀과 4 분/픽셀 사이의 해상도. 일부 실시예에 따르면, 디스플레이 기기는 측면 색수차를 보이지 않는다.(횡방향 색은 컬러(적색, 녹색 및 청색(R, G, B)에 따른 배율 변화이다.) 일부 실시예에 따르면, 디스플레이 기기는 픽셀의 크기보다 작은 측면 색수차를 나타내므로, R, G 및 B 광선이 동일한 픽셀 내에 속한다. 일부 실시예에 따르면, 디스플레이 기기는 이미지 발생기의 픽셀 크기보다 크지 않은 측면 색수차를 나타낸다.
아래의 표 1은 도 4b - 도 4c에 대응하는 여러 예시의 여러 가지 성능 특성의 목록을 제공한다. 표 1 실시예에서, 곡면형 디스플레이 표면(24')은 원통형, 즉 하나의 단면에서 이 표면은 만곡되어 있으며, < 100mm, 바람직하게는 60mm 이하의 반경 R1d를 가지며, 다른 단면에서 이 표면은 본질적으로 평면이다.
예시의 실시예에 대한 성능
FOV 도
(H x V)		 디스플레이 표면 반경
r1d 		눈 릴리프 반사 구성요소(Rc)의 유효 초점 길이 빔 스플리터 플레이트 크기 각도 해상도(주 1)
실시예 1 42 x 21 46 mm 30mm 45.5 mm 120 x 50 mm 5.9min/pixel
실시예 2 42 x 22.5 30 mm 20mm 28 mm 100 x 30 mm 6min/pixel
실시예 3 60x30 60 mm 30mm 58 mm 120 x 50 mm 3min/pixel
실시예 4 30 x 17.5 30 mm 20mm 28 mm 11 x 30 mm 3min/pixel
주 1: 표 1의 실시예 1 및 2의 각도 해상도 값은(인치 당 약 500 픽셀의) 상용 장치에 기초한다. 실시예 3은 500 픽셀/인치의 디스플레이 기기를 이용한다. 실시예 4는 1040 픽셀/인치의 디스플레이 기기를 이용한다.
대상 장면(즉, 보는 사람의 시야에서의 실제 대상)에 대한 보는 사람의 시야는 가상 이미지가 형성되는 시야보다 크다는 점에 유의해야 한다. 개시된 실시예의 광학 장치는 증강 현실 디스플레이를 위한 큰 시야(FOV)를 제공한다.
바람직하게는, 상기 빔 스플리터 플레이트는 경량이다. 예시적인 실시예에 따르면, 80 × 150mm 빔 스플리터 플레이트와 같이 40°보다 큰 수평 FOV에 적합한 빔 스플리터 플레이트 중량은 25그램 미만이다. 빔 스플리터 플레이트의 표면들 사이의 광학 두께는 3mm 미만(예컨대, 0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm 또는 그 사이)이다.
이와 비교하여, 다른 제안된 증강 현실 디스플레이 디자인은 프리즘이다. 그러나, 프리즘-기반 광학 시스템은 큰 FOV를 제공하기 위해 상응하는 큰 프리즘을 필요로하므로 프리즘-기반 디자인을 큰 FOV 적용으로 스케일링하는 것을 어렵게 만든다. 두 눈의 공칭 40도 수평 FOV에 대해 단일 빔 스플리터 프리즘을 사용하는 헤드 장착형 기기는 700그램을 초과하는 프리즘 무게를 지지해야 한다. 큰 프리즘의 추가된 무게는 상당한 벌크와 무게를 추가하는 것뿐만 아니라, 가용한 FOV를 효과적으로 제한한다.
도 6의 개략적인 측면도는 도 1a의 것과 유사하지만, 도 6의 실시예는 빔 스플리터 플레이트(26)에서 광을 지향시키기 위해 편광을 이용한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 곡면(24')을 갖는 이미지 발생기(24)는 제1 편광 상태(예컨대, p-편광)를 갖는 편광된 광으로서 이미지 콘텐츠를 제공한다. 편광 빔 스프리터로서 구성된 빔 스플리터 플레이트(26)는 제1 상태(화살표로 나타낸 p-편광)를 투과시키고 직교 상태(점선으로 도시된 s-편광)를 반사시킨다. 쿼터(quarter) 파장 플레이트(40')을 통한 두개의 투과(통과)는 빔 스플리터 플레이트(26)로부터의 반사를 위해 제1 (p) 편광 상태를 직교 (s) 편광 상태로 변환시킨다. 파장 플레이트(40')는 쿼터 파장 리타더(retarder)(또흔 본원에서 1/4 파장 플레이트로도 나타냄)일 수 있다. 파장 플레이트(40')는 무색의(achromatic) 1/4 파장 플레이트일 수 있다. 바람직하게, 파장 플레이트(40')는 가시 스펙트럼을 가로 질러 무색이다. 도 6의 실시예에서, 파장 플레이트(40')는 반사 구성요소(Rc)와 빔 스플리터 플레이트(26) 사이에 위치한다.
이미지 발생기
본원에 사용된 바와 같이, 이미지 발생기(24)는 휴대용 개인 통신 장치, 스마트폰, 패드, 컴퓨터 스크린 또는 다른 디스플레이 소스 또는 이미지 투영 소스를 포함하는, 보는 사람의 한쪽 또는 양쪽 눈에 대한 이미지를 형성하기 위해 이미지 보유 광을 방출할 수 있는 임의의 소스일 수 있다. 일부 실시예에서, 이미지 발생기는 편평한 이미지 보유 광을 방출할 수 있으며, 즉 이미지는 투과되는 곡면형 이미지가 아니다. 사용될 수 있는 이미지 발생기 장치는 셀룰러 폰, 일종의 모바일 운영 체제를 제공하는 소위 "스마트 폰", 최소한의 계산 및 디스플레이 기능을 가진 피처 폰, "스마트 시계" 및 다양한 유형의 전자 패드, 및 적어도 그래픽 콘텐츠를 디스플레이 할 수 있는 디스플레이 영역을 포함하는 유사한 유사한 장치와 같은, 곡면형 패널 개인 통신 장치를 포함할 수 있다. 본 발명의 장치는 앞선 표에 주어진 값들로부터 분명히 알 수 있는 바와 같이, 휴대 전화 또는 스마트 시계와 같은 휴대용 개인용 통신 장치로부터 생성된 이미지들을 사용하는 애플리케이션들에 특히 적합하다. 일부 실시예에서, 이미지 발생기(24)는 GPS 센서, 사용자에 의해 보여지는 장면의 화면을 보고 촬영하기 위한 제1 카메라, 및 제1 카메라의 반대 방향의 추가 카메라 "셀피(selfie) 카메라" 중 적어도 하나를 포함하는 스마트폰 장치이다.
이미지 발생기(24)는 임의의 이미지 생성 소스일 수 있고 인간의 눈에 의해 이미지 디스플레이 기기로서 사용될 수 있어야만 하는 것은 아니다. 일부 실시예에 따르면, 이미지 발생기는 다른 장치(예컨대, 프로젝터)에 의해 투영된 이미지 투영을 가진 곡면형 스크린이다.
이미지 보유 광을 생성하기에 적절하게 적용될 수 있는 다른 유형의 이미지 발생기는 다양한 유형의 공간 광 변조기(SLM) 구성요소를 포함한다. 텍사스 인스트루먼츠(Texas Instruments, Dallas, TX)의 DLP(Digital Light Processor), 액정 소자(LCD), 유기 발광 다이오드(OLED), LCOS(liquid crystal on silicon) 장치, 또는 격자 전기기계 장치를 포함하는 다양한 유형의 SLM 장치가 사용될 수 있다. 선형 광 변조기가 대안으로 사용될 수 있다.
빔 스플리터 플레이트(26)
바람직하게는, 본원에 설명된 실시예를 통해, 빔 스플리터 플레이트(26)만이 보는 사람의 시선(12)에 놓여있다. 이러한 배열은 유리 플레이트에 의해 방해받지 않는 시선으로부터 수직으로 약간만 오프셋된 뷰를 갖는, 매우 넓은 대상 장면 콘텐츠에 대한 수평 시야(FOV)를 제공한다.
일 실시예에 따르면, 빔 스플리터 플레이트(26)는 50 각초(arc seconds) 미만, 보다 바람직하게는 30 각초 이내에, 또는 심지어 20 각초 이내에와 같은 타이트한 오차 이내로 평행한 표면을 가진 유리 기판에 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 빔 스플리터(26)의 유리 기판은 10 각초(예컨대, 8 초 내지 10 각초) 내에 평행한 표면을 갖는다. 평행한 표면은 매우 바람직하며, 약간의 쐐기형 빔 스프리터 표면으로 야기될 수 있는 고스트(ghosting) 및 다른 효과를 최소화한다.
빔 스플리터 플레이트(26)는 융합 인발 공정을 사용하여 얻어진 유리 시트 상에 형성될 수 있다. 이 방법은 매우 평행한 대향 측면을 갖는 유리 시트를 제공한다. 빔 스플리터 플레이트 표면이 매우 평행하지 않은 경우 발생할 수 있는 고스트를 줄이기 위해 표준 유형의 유리에는 양면 연마가 필요할 수 있다.
이상적으로, 빔 스플리터 플레이트(26)는 가능한 큰 시야를 허용하기 위해 가능한 한 얇아야 한다. 일부 실시예에서, 빔 스플리터 플레이트(26)는 4mm 미만, 보다 바람직하게는 3mm 미만, 더욱 바람직하게는 2mm 미만, 및 더욱 더 바람직하게는 1mm 미만(예컨대, 0.3 내지 0.7mm)의 폭을 갖는다. 이러한 작은 두께를 갖는 빔 스플리터를 통합함으로써, 이미지 보유 광이 보는 사람의 눈을 향하여 양 표면으로부터 반사될 때, 이들 2개의 반사 사이의 거리는 보는 사람이 이중 이미지를 "보지"못하도록 충분히 작다. 일부 실시예에서, 빔 스플리터 플레이트(26)는 제1 및 제2 주 표면을 가지며, 빔 스플리터 플레이트의 이들 표면은 50 각초 내에 대해 다른 평행한 톤이다. 일부 실시예에서, 빔 스플리터 플레이트(26)는 제1 및 제2 주 표면을 가지며, 빔 스플리터 플레이트의 이들 표면은 1 아크분 이내, 또는 75 각초 이내에, 보다 바람직하게는 55 각초 이내에, 45 각초 이내, 바람직하게 40 각초 이내에서 서로 평행하다. 일부 실시예에서, 빔 스플리터 플레이트(26)는 제1 및 제2 주 표면을 가지며, 빔 스플리터 플레이트의 이들 표면은 30 각초 이내 또는 심지어 20 각초 이내에 서로 평행하다. 빔 스플리터 플레이트는 예를 들어, 코닝사(Corning Incorporated)로부터 입수 가능한 융합 성형 유리로 제조될 수 있으며, 10 각초(예컨대, 4 내지 10 각초) 이내에서 평행한 표면을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 빔 스플리터 플레이트(26)는 20 미크론 미만의 평탄도(피크 및 밸리(peak to valley(PV)), 및 0.025mm 미만의 두께 변화(유리의 중앙 90 % 영역(예컨대, 유리 영역의 적어도 95 % 이상) 또는 적어도 이미지가 보여지는 구역에서)를 갖는다. 일부 실시예에서, 빔 스플리터 플레이트(26)는 10 미크론 미만의 평탄도(PV) 및 0.02mm 미만(예컨대, 0.002 mm 내지 0.01 mm)의 두께 변화를 갖는다. 일부 실시예에서, 빔 스플리터 플레이트(26)는 7 미크론(예컨대, 4 또는 5 미크론 PV) PV 미만의 평탄도 및 0.015mm 미만, 또는 심지어 예를 들어 75mm, 또는 100 mm인 표면의 길이를 가로질러, 또는 빔 스플리터의 길이를 가로질러, 0.01mm 이하(예컨대, 0.002mm, 0.005mm 또는 0.01mm)의 두께 변화를 갖는다.
전체 두께 변화를 갖는 빔 스플리터 안경의 예는 0.02mm 미만이고, 30 각초 이내에서 또는 그 이하에서 서로 평행한 표면은 뉴욕 코닝(Corning)의 코닝(Corning Incorporated)으로부터 입수 가능한 Gorilla® 유리, LotusTMXT 유리, LotusTM NXT 유리 또는 EAGLE XG® 유리이다. 이미지가 두 표면에서 반사되는 경우 서로 가까이에있어 거의 동일한 위치에서 망막에 고정되기 때문에, 이러한 평탄도 및 두께 정확도를 갖는 유리를 사용하면 고스트 이미지 없이 이미지 품질이 크게 향상된다. 빔 스플리터 플레이트는 바람직하게는 한쪽면에 부분 반사 코팅으로 코팅되고 다른면에 반사 방지(AR) 코팅으로 코팅된다. 디스플레이 시스템에 대한 피크 효율은 부분 반사기가 50 % 반사율에 근접할 때(스펙트럼의 가시 영역에서 평균 50 % 반사율을 의미), 예를 들어 부분 반사기가 약 40 % ~ 60 % 바람직하게는 스펙트럼의 가시 영역에 걸친 반사율이 약 45-55 % 사이인 경우이고, 다른면에 반사 방지 코팅이있을 때이다. 예를 들어, 알루미늄 금속 코팅은 이러한 부분적인 반사율을 달성하기 위해 증발 코팅 기술을 통해 적용될 수 있다.
일부 실시예에서, 반사 방지 코팅은 반사율이 10 % 미만, 보다 바람직하게는 5% 미만, 더욱 바람직하게는 2 % 미만, 가장 바람직하게는 1 % 미만 또는 0.5 % 미만(스펙트럼의 가시 영역에 대해 0.5 % 미만의 평균을 의미)을 나타낸다. 예를 들어, 증발 코팅 기술을 통해 도포될 수 있는 것과 같은, 유전체 레이어 또는 유전체 스택이 이러한 반사 방지 특성을 달성하기 위해 이용될 수 있다. 또한 실제 대상 장면의 빛을 50 % 차단한다. 빔 스플리터 반사가 감소하면, 디스플레이 이미지가 어두워지고 외부 장면이 밝아진다. 따라서, 이러한 코팅 파라미터를 변경하면 디스플레이와 외부 장면의 광의 균형을 맞출 수 있다.
반사 구성요소
반사 구성요소(Rc)는 플라스틱 또는 유리로 몰딩 성형(molded)될 수 있다. 일부 일부 실시예에 따르면, 반사 구성요소(RcL, RcR)는 서로 접촉하여 위치한다. 일부 실시예에 따르면, 반사 구성요소(RcL, RcR)는 하나의 모놀리식 구성요소(monolithic component)로서 함께 형성(예컨대, 몰딩 성형)된다. 본원에 설명된 실시예에 따르면, 반사 구성요소(RcL, RcR)는 보는 사람의 코가 적어도 부분적으로 그 사이에 끼워질 수 있는 공간을 제공하도록 성형되거나 형성된다. 예를 들어, 반사 구성요소 (RcL, RcR)는 그 사이에 "코 삽입 공간"을 생성하도록 노치 또는 모따기를 갖는 모 놀리식 구조로서 함께 몰딩될 수 있다.
75] 일부 실시예에 따르면, 반사 구성요소(Rc)의 반사 및 굴절 표면은 2개의 반사 표면(20)의 상기 광학 축이 1 아크분 내에서 서로 평행하고 서로 50mm 및 80 ㎜(예컨대, 60 ㎜ 내지 70 ㎜) 사이의 거리만큼 이격되도록 구성된다.
76] 반사 코팅(20')은 반사 구성요소(Rc) 반사 구성요소(Rc)의 반사 표면(20)을 형성할 수 있다. 반사 코팅은 실시예에 따른 이색성 코팅(20', dichroic coating)이다. 대안으로, 금속 코팅이 적용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 반사 구성요소들(Rc1 및 RC2)은 단일 몰딩 성형된 어셈블리로서 함께 결합되어 형성될 수 있다.
패키징 옵션
본 발명의 기기는 종래의 안경형 프레임, 헤드 밴드, 또는 머리에 디스플레이를 장착하는 다른 메커니즘을 사용하여, 헤드 장착 장치의 일부로서 조립될 수 있다. 기기는 의도된 적용에 따라 헤드 커버, 모자 또는 헬멧에 교대로 결합될 수 있다.
본 발명의 실시예는 디스플레이 기기(30)에 대한 다수의 개선된 패키징 장치를 허용하도록 빔 스플리터 플레이트(26) 기판의 작은 부품 수, 완화된 허용 오차, 감소된 무게 및 구조적 강성을 이용할 수 있다.
도 7a 및 도 7b의 측면도는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 기기(30)의 접을 수 있는 버전에 대한 단순화된 도면을 도시한다. 빔 스플리터 플레이트(26)는 빔 스플리터 플레이트(26)의 에지를 따른 것 같은, 제1 힌지(42) 또는 다른 유형의 가요성 커플링에 의해 반사 구성요소(RcL, RcL)에 탄력적으로 결합된다. 제2 힌지(44)는 빔 스플리터 플레이트(26)를 하우징 또는 프레임, 예를 들어, 스마트폰 장치를 일시적으로 삽입하고 쉽게 제거할 수 있는 하우징과 같은 이미지 발생기(24)를 지지하는 하우징 또는 프레임(46)에 결합시킨다. 도 7a는 디스플레이 기기(30)를 보기 위한 구성으로 도시한다. 도 7b는 이미지 발생기(24)가 제거된 운반 또는 저장을 위해 접혀진 디스플레이 기기(30)를 도시한다. 적은 수의 기계 부품을 이용하여, 수직 방향에 대해 접을 수 있는 버전의 디스플레이 기기(30)를 제공하기 위해 수많은 가능한 기계적 구성이 고안될 수 있음을 이해할 수 있다.
도 8은 기계적 하우징(90)을 포함하는 디스플레이 기기(30)의 일 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 2개의 이미지 발생기(24)(예컨대, 도시되지 않은, 표면(24')을 가진 2 개의 "스마트" 시계)는 눈 높이 위에 하우징(90)에 장착된다. 표면)24')은 하우징(90) 내에 있는 광학 구성요소와 대면하도록 배향된다. 보는 사람이 바라보는 물리적 장면으로부터의 광은 시선(12)을 따라(도 1a 참조) (하우징(90) 내부에 위치된)빔 스플리터(26)를 통해 보는 사람의 눈으로 투과되고, 증강 현실(AR) 이미지를 형성하기 위해, 이미지 발생기(24)로부터의 광과 결합된다. 하우징(90)은 또한(도 5b에 개략적으로 도시된) 외부 보호 쉴드(100, Outer protective shield)를 지지한다. 외부 보호 쉴드(100)는 디스플레이 기기(30)의 광학 구성요소를 먼지 및 손상으로부터 보호하기 위해 폴리 카보네이트와 같은 플라스틱으로 제조될 수있다. 외부 보호 쉴드(100)는 또한 긁힘 방지 강화 유리, 예를 들어 Corning Incorporated of Corning, NY에서 이용할 수 있는 Gorilla® 유리를 포함 할 수 있다. 보호 쉴드는 보는 사람의 눈에 들어오는 현실 장면으로부터의 광의 양을 제어하는 반사 방지 코팅 또는 흡수 코팅으로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서 외부 보호 쉴드(100)는 광색성(photochromic) 재료, 또는 편광기(polarizer)를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 물리적 장면으로부터의 광은 외부 보호 쉴드(100)를 통해 디스플레이 기기(30)로 들어가고 이미지 발생기(24)에 의해 제공된 광과 중첩된다.
또한 도 8에는 하우징(90) 내에 적어도 부분적으로 위치되고, 이미지 발생기를 켜기 위해 사용자에 의해 맞물려질 때, 이미지 발생기(24) 상에 전원 버튼에 대해 누르는, 전원 활성기(110)(예컨대, 스프링 플런저(spring plunger) 또는 버튼, 또는 다른 구성요소)가 도시되어 있다.
도 8에는 또한 보는 사람/장치 사용자가 주변부를 볼 수 있도록 하우징(90)의 측면에 위치한 윈도우(130L)가 도시되어 있다. 하우징(90)의 우측으로 절단된 상응하는 윈도우(130R)가 있다. 도 8의 디스플레이 장치는 또한 내부 보호 쉴드(105)(도 8에 도시되지 않음)를 이용한다. 내부 보호 쉴드(105)(도 5b 참조)는 또한 먼지 등으로부터 광학 구성요소를 보호하며, 또한 UV 광(예컨대, UV 코팅이 그 위에 있을 경우), 또는 다른 환경적 손상으로부터 보는 사람의 눈을 위한 추가적인 보호 역할을 할 수 있다. 두 쉴드(100, 105)는 폴리카보네이트(polycarbonate)로 제조될 수 있다. 내부 보호 쉴드(105)는 미광(stray light) 및 눈부심을 감소시키기 위해 반사 방지 코팅으로 코팅될 수 있다. 따라서, 일부 실시예에 따르면, 디스플레이 기기(30)는 빔 스플리터에 의해 결합되기 전에 물리적인 장면으로부터 광을 투과시키는 폴리카보네이트로 만들어진 곡면형 보호 쉴드(100)를 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 디스플레이 기기(30)는 빔 스플리터에 의해 결합 된 후에 물리적 장면으로부터 광을 전송하는 폴리 카보네이트로 제조된 곡면형 보호 쉴드(105)를 더 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 곡면형 보호 쉴드(105)는 보는 사람을 향하는 측면 상에 반사 방지 코팅을 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 외부 보호 쉴드(100)는 보는 사람을 향하는 측면 상에 반사 방지 코팅을 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 보호 쉴드(100, 105) 중 적어도 하나는 올리오 포빅(oleo phobic) 및/또는 안티-포그(anti-fog) 코팅(미도시)을 포함한다.
이미지 발생기(24)는 이미지 발생기(24)를 통해 스프링 플런저(125R, 125L)(도시되지 않음)에 힘을 가할 때 고정 나사(120R, 120L)를 사용하여 이미지 발생기를 회전시킴으로써 정렬될 수 있다. 예를 들어, 구성요소(120R)는 이미지 발생기(24)를 통해 스프링 플런저(125R)에 힘을 가하는 고정 나사이다. 상응하는 고정 나사(120L) 및 스프링 플런저(125L)는 또한 주축(A)을 중심으로 이미지 발생기(24)를 회전시키기 위해 사용된다. 일부 실시예에 따르면, 디스플레이 장치(30)는 반사 표면의 주축에 평행한 축을 중심으로 이미지 발생기의 회전을 조정하는 구성요소를 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 디스플레이 기기(30)는 반사 표면의 주축에 평행 한 축을 중심으로 이미지 발생기의 회전을 조정하는 수단을 포함한다.
디스플레이 기기는 이미지 발생기(24)와 연관된 이미지화 시스템(240)의 보는 방향을 접는 광학 구성요소(250)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 8의 실시예에서, 이미지 발생기(24)는 곡면형 디스플레이 표면(24')을 가진 휴대폰(cell phone) 또는 "스마트(smart) 시계"일 수 있으며, 카메라(240)(예컨대, 휴대폰의 이미지화 시스템)을 포함할 수 있다. 폴딩 미러(folding mirror) 또는 프리즘과 같은 광학 구성요소(250)는 카메라(240)에 인접하여 위치한다. 광학 구성요소(250)는 카메라의 시야 방향을 접도록 구성된다. 따라서, 카메라는 빔 스플리터를 통해 보는 사람이 보는 뷰의 적어도 일부를 "보거나" 또는 "볼" 수 있습니다. 즉, 광학 구성요소(250)의 도움을 받는 카메라는 보는 사람이 보고있는 방향과 동일한 방향으로 "볼 수 있다". 예를 들어, 일부 실시예에서, 광학 구성요소(250)는 카메라의 시야가 빔 스플리터를 통해 보는 사람의 시선을 포함하도록 반사 표면을 포함한다. 반사 표면은 예를 들어 반사 코팅에 의해 형성될 수 있다. 디스플레이 장치는 적어도 하나의 이미지화 시스템(240')(예를 들어, 최종 사용자의 "셀피" 사진을 찍을 수 있도록 구성되고 위치된 휴대폰의 카메라)을 더 포함할 수 있다. 이미지화 시스템(240')(예컨대, 카메라 렌즈)은 보는 사람의 눈에서 빔 스플리터를 통해 "보면서" 보는 사람이 보고있는 곳을 추적하기 위한 광학 접이식 광학 구성요소(250')(상기 광학 구성요소(250)의 구성요소와 유사 할 수 있음)와 함께 적용된다.
디스플레이 기기는 또한 태양을 차단하기 위해(태양 눈부심 최소화를 위해) 적어도 하나의 바이저(300A, 300B, visor)를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 바이저(300A)는 힌지 결합되며, 그 위치(각도)는 필요에 따라 뷰어에 의해 조정될 수 있다. 대안적인 바이저(300B)는 필요에 따라 위치 안팎으로 미끄러져 움직일 수 있다. 일부 실시예(도시되지 않음)에 따르면, 측면 바이저가 측면 윈도우(및 주변 윈도우(130L, 130R)) 위에 전개될 수도 있다. 바이저(300A, 300B)뿐만 아니라 측면 바이저는 불투명할 수 있거나, 또는 태양 눈부심을 최소화하기 위해, 편광자 또는 광색성 재료를 포함할 수 있다.
일부 실시예들(도시되지 않음)에 따르면, 디스플레이 기기는: GPS 센서, 적어도 하나의 헤드 추적 센서, 아이 추적 센서, 가속도계, 또는 보는 사람의 눈에서 빔 스플리터를 통해 "보는" 두 개의 렌즈들 사이에 위치하는 카메라 중 적어도 하나를 포함한다.
2개의 작은 이미지 발생기(24R, 24L)를 사용하면, 바람직하게 전체 디스플레이 기기의 크기가 감소된다는 것을 알 수 있다. 이들 이미지 발생기(24r, 24L)는 보는 사람의 눈 아래 또는 위에 놓일 수 있다. 디스플레이 기기는 예를 들어 보는 사람의 눈에서 빔 스플리터를 통해 "보고", 이에 따라 보는 사람이 보는 곳을 추적하기 위해 광학 폴딩 광학 구성요소(250')와 함께 적용되거나, 구성된(도 8에 개략적으로 도시된 바와 같이) 하나 또는 2개의 카메라(240')를 더욱 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미지화 시스템 또는 카메라(240')는 이미지 발생기(24R, 24L) 근처 또는 인접하여 위치될 수 있다. 대안으로, 하나 이상의 카메라(240')가 보는 사람의 눈에서 빔 스플리터를 통해 "보는" 2개의 렌즈 사이에 위치될 수 있다. 카메라(240')는 또한, 보는 사람의 눈(또는 눈 동공)의 위치를 추적할 수 있도록 보호 쉴드(100 또는 105)에 위치한, 또는 예를 들어 거기에 인접한, 디스플레이 기기의 다른 위치에 배치될 수 있다. 이들 카메라(240')만이, 또는 다른 광학 구성요소와 함께, 보는 사람에 의해 보이는 실제 장면의 위치가 디스플레이 장치에 "알려지도록", 그리고 AR 오버레이(AR overlay)의 가상 부분이 보는 사람에 의해 보여진 현실 장면으로 (각 눈에 대한) 적절한 위치에 배치될 수 있도록 눈을 추적할 수 있다. 전술한 바와 같이, 이는, 예를 들어, 렌즈/프리즘 시스템을 이용하여, 및/또는 반사기를 사용하여, 이미지를 적절한 위치에 다중화하는 다중 카메라를 통해 달성 된다. 또한, 하나 이상의 눈 추적 카메라 (또는 사용자의 시선 추적 카메라(들))와 함께 소프트웨어 알고리즘을 사용하여 보는 사람이 보는 실제/현실 장면에 가상 이미지의 적절한 오버레이를 생성할 수 있다.
따라서, 본원에 설명된 바와 같이, 디스플레이 시스템의 일부 실시예는: GPS 센서, 적어도 하나의 눈(또는 눈 추적) 추적 센서, 가속도계, 또는 보는 사람의 눈 또는 보는 사람에 의해 보여진 장면을 통해 보는 카메라, 중 적어도 하나를 더욱 포함한다.
증강 현실이 요구되지 않고 전자적으로 생성된 이미지 만이 요구되는 실시예에 있어서, 실제 세계 대상 장면으로부터의 광은 예컨대 쉴드에 의해 한쪽 눈 또는 양쪽 눈에 대해 교대로 차단될 수 있음을 알아야 한다. 달리 명시하지 않는 한, 본원에 기재된 임의의 방법은 그 단계가 특정 순서로 수행될 것을 요구하는 것으로서 해석되려는 의도는 아니다. 따라서, 방법 청구 범위가 그 단계들에 뒤따라야 할 순서를 실제로 암시하지 않거나 또는 단계들이 특정 순서에 한정되어야 한다는 것이 청구항들 또는 설명들에 달리 명시적으로 언급되지 않은 경우, 임의의 특정 순서가 유추되려는 의도는 아니다.
일부 실시예에 따라, 관점 1에 따라, 디스플레이 기기는:
이미지 보유 광을 생성하고, 적어도 하나의 곡률 반경(r1d)을 가진, 곡면형 디스플레이 표면을 가진 적어도 하나의 이미지 발생기;
상기 이미지 발생기로부터 이격되고, 이미지에 대해 오목한 입사 반사 표면과 적어도 하나의 곡률 반경(r1r)을 가지며, 상기 곡면형 디스플레이 표면의 가상 이미지를 생성하도록 배치된, 반사 구성요소; 및
상기 이미지 발생기와 반사 구성요소 사이의 자유 공간에 배치되고 보는 사람의 시선에 대해 비스듬한 제1 및 제2 표면을 가진 빔 스플리터 플레이트;를 포함하고,
상기 반사 구성요소와 빔 스플리터 플레이트는 보는 사람의 시선을 따라 이미지 보유 광을 위한 뷰어 아이 박스를 형성하고, 상기 곡면형 디스플레이 표면과 반사 표면은 실질적으로 동심원을 이루는, 디스플레이 기기.
관점 2에 따라서, 관점 1에 있어서, 상기 곡면형 디스플레이 표면과 반사 표면은 5mm 이내, 바람직하게 3mm 이내, 또는 1mm 이내로 동심원을 이룬다. 관점 3에 따라서, 상기 곡면형 디스플레이 표면과 반사 표면은 동심원을 이룬다.
관점 4에 따라서, 관점 1-3에 있어서, (i) 디스플레이 표면은 원통형이고, 반사 구성요소에 대해 오목한 입사 반사 표면은 구형이고; 또는 (ii) 상기 디스플레이 표면은 원통형이고, 반사 구성요소에 대해 오목한 입사 반사 표면은 회전 대칭이고; 또는 (iii) 상기 디스플레이 표면은 도넛형이고, 반사 구성요소에 대해 오목한 입사 반사 표면은 회전 대칭인, 디스플레이 기기.
관점 5에 따라서, 관점 1-4에 있어서, 2.1 ≥ r1r / r1d > 1.5인, 디스플레이 기기.
관점 6에 따라, 관점 1-5에 있어서, 120 mm ≥ r1r ≥ 60mm, 예를 들어, 60 mm ≥ r1d ≥ 30mm, 또는 100 mm ≥ r1r ≥ 50mm인, 디스플레이 기기.
관점 7에 따라, 관점 6에 있어서, 50 mm ≥ r1d ≥ 45mm인, 디스플레이 기기.
관점 8에 따라, 관점 1-7 중 어느 하나에 있어서, 상기 빔 스플리터 플레이트의 제1 및 제2 표면은 50 각초(arc seconds) 이내, 바람직하게, 40 각초 이내, 예를 들어, 20 각초 이내에서 평행한, 디스플레이 기기.
관점 9에 따라, 관점 1-8 중 어느 하나에 있어서, 상기 빔 스플리터 플레이트는 융합 성형된 유리로 제조된, 디스플레이 기기.
관점 10에 따라, 관점 1-9 중 어느 하나에 있어서, 상기 반사 구성요소는 적어도 하나의 곡면형 표면과 거기에 반사 코팅을 가진 바디를 포함하고, 상기 바디는 아크릴, 스티렌, 폴리카보네이트, 광학 유리, 또는 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는, 디스플레이 기기.
관점 11에 따라, 관점 1-10 중 어느 하나에 있어서, 볼 수 있는 장면으로부터의 광이 보는 사람의 시선을 따라 빔 스플리터를 통해 지나가고, 상기 볼 수 있는 장면으로부터의 광이 이미지 보유 광과 동시에 보는 사람에게 주어지도록 구성된, 디스플레이 기기.
관점 12에 따라, 관점 1-11 중 어느 하나에 있어서, 상기 빔 스플리터에 의해 결합된 후 물리적인 장면으로부터의 광을 투과시키는 곡면형 보호 쉴드를 더욱 포함하고, 바람직하게 상기 곡면형 보호 쉴드는 보는 사람을 향한 측면 상에 반사 방지 코팅을 포함하고, 및/또는 올리오-포빅 및/또는 안티-포그 코팅을 포함하는, 디스플레이 기기.
관점 13에 따라, 관점 1-12 중 어느 하나에 있어서, 상기 이미지 발생기는 LCD 디스플레이, 또는 유기발광 다이오드(OLED) 디스플레이를 포함하는, 디스플레이 기기.
관점 14에 따라, 관점 1-13 중 어느 하나에 있어서, 상기 이미지 발생기는 개인 통신 장치, 예를 들어, 손목 웨어러블 장치(예컨대, 시계)를 포함하는, 디스플레이 장치.
관점 15에 따라, 관점 1-14 중 어느 하나에 있어서, 상기 빔 스플리터 플레이트는 26 그램 이하의 무게이며 40도를 초과하는 수평 전체 시야를 제공하고, 예를 들어, 상기 빔 스플리터 플레이트는 3 - 15 그램의 무게를 가질 수 있는, 디스플레이 기기.
관점 16에 따라, 관점 1-15 중 어느 하나에 있어서, 물리적 장면으로부터의 광은 빔 스플리터 플레이트를 통해 보는 사람의 눈으로 투과되고 이미지 발생기에 의해 제공된 광과 결합되며, 예를 들어, 폴리카보네이트로 제조된 곡면형 보호 쉴드는 빔 스플리터 플레이트에 의해 결합되기 전 물리적 장면으로부터의 광을 투과시키는, 디스플레이 기기.
관점 17에 따라, 관점 1-16 중 어느 하나에 있어서, 상기 빔 스플리터 플레이트는 편광 빔 스플리터이며 빔 스플리터 플레이트와 반사 구성요소 사이에 배치된 쿼터 파장 플레이트를 더욱 포함하는, 디스플레이 기기.
관점 18에 따라, 관점 1-17 중 어느 하나에 있어서, (i) 축을 중심으로 이미지 발생기의 회전을 조정하고; 및/또는 (ii) 상기 디스플레이 기기의 위치를 조정하도록 구성된 조정 구성요소를 더욱 포함하는, 디스플레이 기기.
관점 19에 따라, 관점 1-18 중 어느 하나에 있어서, 보는 사람에 의해 착용 가능한(즉, 웨어러블), 디스플레이 기기.
관점 19에 따라, 상기 증강 현실 디스플레이는 좌안용 좌측 디스플레이 기기와 우안용 우측 디스플레이를 포함하고, 상기 각각의 좌측 및 우측 디스플레이 기기는 관점 1-18 중 어느 하나에 따른 디스플레이 기기를 포함하는, 증강 현실 디스플레이.
본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 본 발명의 정신 및 내용을 포함하는 개시된 실시 형태의 변형예, 조합 및 변형이 당업자에게 발생할 수 있으므로, 본 발명은 첨부된 청구항 및 그 등가물의 범위 내에 있는 모든 것을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (39)

  1. 이미지 보유 광을 생성하고, 적어도 하나의 곡률 반경(r1d)을 가진, 곡면형 디스플레이 표면을 가진 적어도 하나의 이미지 발생기;
    상기 이미지 발생기로부터 이격되고, 이미지에 대해 오목한 입사 반사 표면과 적어도 하나의 곡률 반경(r1r)을 가지며, 상기 곡면형 디스플레이 표면의 가상 이미지를 생성하도록 배치된, 반사 구성요소; 및
    상기 이미지 발생기와 반사 구성요소 사이의 자유 공간에 배치되고 보는 사람의 시선에 대해 비스듬한 제1 및 제2 표면을 가진 빔 스플리터 플레이트;를 포함하고,
    상기 반사 구성요소와 빔 스플리터 플레이트는 보는 사람의 시선을 따라 이미지 보유 광을 위한 뷰어 아이 박스를 형성하고, 상기 곡면형 디스플레이 표면과 반사 표면은 실질적으로 동심원을 이루는, 디스플레이 기기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 곡면형 디스플레이 표면과 반사 표면은 5mm 이내에서 동심원을 이루는, 디스플레이 기기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 곡면형 디스플레이 표면과 반사 표면은 3mm 이내에서 동심원을 이루는, 디스플레이 기기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 곡면형 디스플레이 표면과 반사 표면은 1mm 이내에서 동심원을 이루는, 디스플레이 기기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 곡면형 디스플레이 표면과 반사 표면은 동심원을 이루는, 디스플레이 기기.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서,
    상기 디스플레이 표면은 원통형이고, 상기 반사 구성요소에 오목한 입사 반사 표면은 구형인, 디스플레이 기기.
  7. 청구항 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서,
    상기 디스플레이 표면은 원통형이고, 상기 반사 구성요소에 오목한 입사 반사 표면은 회전 대칭인, 디스플레이 기기.
  8. 청구항 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서,
    상기 디스플레이 표면은 도넛형이고, 상기 반사 구성요소에 오목한 입사 반사 표면은 회전 대칭인, 디스플레이 기기.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서,
    2.1 ≥ r1r / r1d > 1.5인, 디스플레이 기기.
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서,
    120 mm ≥ r1r ≥ 60mm인, 디스플레이 기기.
  11. 청구항 10에 있어서,
    60 mm ≥ r1d ≥ 30mm인, 디스플레이 기기.
  12. 청구항 10에 있어서,
    100 mm ≥ r1r ≥ 50mm인, 디스플레이 기기.
  13. 청구항 12에 있어서,
    50 mm ≥ r1d ≥ 45mm인, 디스플레이 기기.
  14. 청구항 1 내지 13 중 어느 하나에 있어서,
    상기 빔 스플리터 플레이트의 제1 및 제2 표면은 50 각초(arc seconds) 이내에서 평행한, 디스플레이 기기.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 빔 스플리터 플레이트의 제1 및 제2 표면은 40 각초 이내에서 평행한, 디스플레이 기기.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 빔 스플리터 플레이트의 제1 및 제2 표면은 20 각초 이내에서 평행한, 디스플레이 기기.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 빔 스플리터 플레이트는 융합 성형된 유리로 제조된, 디스플레이 기기.
  18. 청구항 1 내지 17 중 어느 하나에 있어서,
    상기 반사 구성요소는 적어도 하나의 곡면형 표면과 거기에 반사 코팅을 가진 바디를 포함하고, 상기 바디는: 아크릴, 스티렌, 폴리카보네이트, 광학 유리, 또는 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는, 디스플레이 기기.
  19. 청구항 1 내지 18 중 어느 하나에 있어서,
    보는 사람의 시선을 따라 빔 스플리터를 통해 지나가는 볼 수 있는 장면으로부터의 광을 더욱 포함하고, 상기 볼 수 있는 장면으로부터의 광이 이미지 보유 광과 동시에 보는 사람에게 주어지는, 디스플레이 기기.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 빔 스플리터에 의해 결합된 후 물리적인 장면으로부터의 광을 투과시키는 곡면형 보호 쉴드를 더욱 포함하는, 디스플레이 기기.
  21. 청구항 1 내지 20 중 어느 하나에 있어서,
    상기 이미지 발생기는 LCD 디스플레이를 포함하는, 디스플레이 기기.
  22. 청구항 1 내지 21 중 어느 하나에 있어서,
    상기 이미지 발생기는 유기발광 다이오드(OLED) 디스플레이를 포함하는, 디스플레이 기기.
  23. 청구항 1 내지 22 중 어느 하나에 있어서,
    상기 이미지 발생기는 개인 통신 장치를 포함하는, 디스플레이 기기.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 개인 통신 장치는 시계인, 디스플레이 기기.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 개인 통신 장치는 손목 웨어러블 장치인, 디스플레이 기기.
  26. 청구항 20에 있어서,
    상기 곡면형 보호 쉴드는 보는 사람을 향한 측면에 반사 방지 코팅을 포함하는, 디스플레이 기기.
  27. 청구항 1 내지 26 중 어느 하나에 있어서,
    상기 빔 스플리터 플레이트는 26 그램 이하의 무게이며 40 도를 초과하는 수평 전체 시야를 제공하는, 디스플레이 기기.
  28. 청구항 25에 있어서,
    상기 빔 스플리터 플레이트는 3 - 15 그램의 무게를 갖는, 디스플레이 기기.
  29. 청구항 1 내지 28 중 어느 하나에 있어서,
    상기 반사 구성요소는 플라스틱으로 몰딩 성형되고 반사 코팅을 갖는, 디스플레이 기기.
  30. 청구항 1 내지 29 중 어느 하나에 있어서,
    물리적인 장면으로부터의 광은 빔 스플리터 플레이트를 통해 보는 사람의 눈으로 투과되고 이미지 발생기에 의해 제공된 광과 결합되는, 디스플레이 기기.
  31. 청구항 30에 있어서,
    상기 빔 스플리터 플레이트에 의해 결합되기 전 물리적 장면으로부터의 광을 투과시키는 폴리카보네이트로 제조된 곡면형 보호 쉴드를 더욱 포함하는, 디스플레이 기기.
  32. 청구항 20에 있어서,
    곡면형 보호 쉴드는 올리오-포빅 코팅 및 안티-포그 코팅 중 적어도 하나를 포함하는, 디스플레이 기기.
  33. 청구항 1 내지 32 중 어느 하나에 있어서,
    상기 빔 스플리터 플레이트는 편광 빔 스플리터이며, 빔 스플리터 플레이트와 반사 구성요소 사이에 배치된 쿼터 파장 플레이트를 더욱 포함하는, 디스플레이 기기.
  34. 청구항 1 내지 32 중 어느 하나에 있어서,
    축을 중심으로 이미지 발생기의 회전을 조정하도록 구성된 조정 구성요소를 더욱 포함하는, 디스플레이 기기.
  35. 청구항 34에 있어서,
    상기 조정 구성요소는 디스플레이 기기의 위치를 조정하도록 구성된, 디스플레이 기기.
  36. 청구항 35에 있어서,
    상기 조정 구성요소는 한쪽 측면에 이미지 발생기와 맞물리는 적어도 하나의 나사와 다른 측면에 이미지 발생기와 맞물리는 적어도 하나의 스프링 플런저를 포함하는, 디스플레이 기기.
  37. 청구항 35에 있어서,
    상기 조정 구성요소는 한쪽 측면에 이미지 발생기와 맞물리는 복수의 나사 및 다른 측면에 이미지 발생기와 맞물리는 복수의 스프링 플런저를 포함하는, 디스플레이 기기.
  38. 청구항 1 내지 36 중 어느 하나에 있어서,
    상기 디스플레이 기기는 보는 사람에 의해 착용 가능한, 디스플레이 기기.
  39. 좌안용 좌측 디스플레이 기기 및 우안용 우측 디스플레이 기기를 포함하는 증강 현실 디스플레이로서, 상기 각각의 좌측 및 우측 디스플레기 기기는 청구항 1 내지 38 중 어느 하나에 따른 디스플레이 기기를 포함하는, 증강 현실 디스플레이.
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