KR20200009030A - 니어-아이 포브 디스플레이 - Google Patents

Abstract

니어-아이 디스플레이 디바이스에서 사용하기 위한 디스플레이 스크린을 위한 장치 및 시스템이 개시된다. 작은 발광 디바이스들은 복수의 광-지향 비드들 뒤에 배치된다. 디스플레이 디바이스 및 시스템을 위한 발광 디바이스 및 광-지향 비드들이 니어-아이 디스플레이를 위해 사용자 앞에 배치된다. 이는, 사용자가 더 뛰어난 해상도, 더 넓은 시야 및 더 빠른 프레임 레이트를 갖는 니어-아이 디스플레이를 경험할 수 있게 한다. 다른 실시예들이 본원에서 설명된다.

Description

니어-아이 포브 디스플레이

우선권 청구

본 출원은 "NEAR-EYE FOVEAL DISPLAY"란 명칭으로 2017년 8월 8일에 출원된 미국 특허 출원 일련 번호 제15/671,694호를 우선권으로 주장하며, 이는 "NEAR-EYE FOVE AL DISPLAY"란 명칭으로 2017년 5월 12일에 출원된 미국 특허 출원 일련 번호 제15/594,029호의 일부계속 출원이며, 이 문헌들의 내용들은 인용에 의해 본원에 포함된다.

발명의 기술분야

본 발명은 일반적으로 디스플레이 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는, 가상 현실 및 증강 현실과 같은 니어-아이 디스플레이(near-eye display)들을 위한 디스플레이 시스템들에 관한 것이다.

최근에, 가상 현실, 증강 현실 및 유사한 니어-아이(near-eye) 제품들의 사용에 있어서의 상당한 성장 및 발전이 있었다. 일반적인 가상 현실 용도들로는 비디오 게임, 영화들, 놀이기구 시뮬레이터 등을 포함한다. 인기는 엔터테인먼트에 의해 움직이지만, 제품들은 또한 트레이닝 및 교육 기능들을 제공한다. 예를 들어, 가상 현실 헤드셋들은 비행 시뮬레이션 트레이닝, 의사들을 위한 수술 시뮬레이션, 과목에 대한 학생의 관심을 유발하기 위한 전통적인 교실에서의 기술 등을 위해 사용될 수 있다.

가상 현실 시뮬레이션을 생성하는 하나의 방법은 헤드셋의 사용이다. 헤드셋은 눈들과 디스플레이 사이에 배치된 렌즈들을 갖는 디스플레이를 포함한다. 렌즈들은 눈들에 의해 지각되는 이미지를 포커싱하고 재성형하는 역할을 한다. 이러한 방식으로, 3-차원 이미지는 디스플레이 스크린으로부터의 2-차원 이미지들로부터 형성된다.

그러나 이러한 가상 현실 헤드셋들은 크기가 크고 무게가 무겁다. 디스플레이와 눈들 사이의 렌즈들과 더불어, 사용자의 눈들로부터 고정된 거리에 디스플레이 스크린을 가져야 하는 요건은 소정의 거리를 요구한다. 부가적으로, 계산 기계류 및 전자 장치뿐만 아니라 광학 컴포넌트들은 부피가 크고 무겁다. 또한, 다수의 종래의 가상 현실 헤드셋들은 사용자의 스마트 폰과 같은 다른 디바이스가 장치에 배치될 것을 요구한다. 다수의 헤드셋들은 장치에 전용되는 디스플레이 디바이스를 포함하지 않는다.

훨씬 더 제한적인, 종래의 니어-아이 디스플레이들은, 시야, 이미지 해상도 및 프레임 레이트 사이의 3-방향 트레이드 오프를 수반하며; 이들 3개의 유익한 특징들 각각은 확장될 수 있기 때문에, 광학 설계 및 계산 파워 관점에서 다른 것들을 희생시킨다. 따라서, 시스템들은 통상적으로 3개 모두를 손상시키고, 결국 프레임 레이트는 너무 느려서 이미지가 뒤처지게 하고, 해상도는 너무 낮아서 디스플레이가 "스크린 도어 효과"(즉, 부드러운 "망막 디스플레이"보다는 개별 픽셀들이 보여질 수 있음)를 갖게 하고 시야가 매우 제한된다.

뷰잉 경험을 개선하기 위해, 넓은 시야 및 빠른 프레임 레이트를 갖는 고해상도 디스플레이들이 가상 현실 헤드셋과 같은 니어-아이 뷰잉 시스템에 통합되는 방법이 필요하다. 이러한 디바이스는 본원에서 뷰어의 눈들의 포비아(fovea)에 광을 직접 포커싱함으로써 그의 효과를 달성하기 때문에 포브 디스플레이(foveal display)로서 지칭된다.

본 발명에 따르면, 방법 및 시스템은 사용자의 눈과 관련하여 복수의 광-지향 비드들 또는 마이크로렌즈 뒤의 복수의 발광 디바이스들을 사용한다. 이 디바이스는 그것이 시청자의 눈들의 포비아에 직접적이고 그리고 정밀하게 광을 포커싱하기 때문에 포브 디스플레이라 불린다. 이 디바이스는 부피가 크고 번거로운 가상 현실(VR) 헤드셋에서 통상적인 광학기를 대신한다. 디바이스 또는 포브 디스플레이는 경량 디바이스에서 고해상도 디스플레이를 허용하며, 이는 사용자에게 넓은 시야 및 빠른 프레임 레이트를 제공한다.

디바이스는 평면 패널 또는 곡선 패널 디스플레이일 수 있다. 광-지향 마이크로렌즈 또는 비드들 각각은 적어도 하나의 픽셀-생성 디바이스와 연관된다. 가독성을 용이하게 하기 위해, 렌즈 또는 렌즈들이라는 용어가 본원 전반에 걸쳐 사용될 것이다. 그러나, 렌즈, 렌즈들, 마이크로렌즈 및/또는 비드들은 디바이스 내의 동일한 구조를 지칭한다는 것이 이해되어야 한다. 광-지향 렌즈들은 렌즈가 발광 디바이스로부터의 광을 사용자의 포비아로 적절히 지향시킬 수 있게 하는 형상으로 이루어질 수 있다. 렌즈는 연동 구성이거나 그 사이에 갭들을 두고 이격될 수 있다.

프로세서는 디바이스의 초점을 제어한다. 초점은 사용자 선호도에 기초하여 조정될 수 있다. 대안적으로, 프로세서가 초점을 자동으로 변경할 수 있다. 눈의 곡률을 따르는 디바이스가 평면 패널 또는 곡선 디스플레이에서 대형 패널 또는 니어-아이 디스플레이에 배치될 수 있다. 본 디바이스는 경량 구조, 고해상도, 고속 프레임 레이트, 매우 넓은 시야 및 보조 디스플레이 디바이스의 감소된 필요성으로 인해 전통적인 니어-아이 디스플레이들의 사용에 이점들을 제공한다. 평면 패널 디스플레이에서, 본 디바이스는 오토스테레오 3-차원(3D) 디스플레이를 위한 매우 넓은 시야를 보여주는데 있어 이점들을 제공한다.

요약하면, 일 양상은 디바이스를 제공하며, 이 디바이스는, 복수의 광-지향 비드들 ― 비드들은 제 1 치수 및 제 2 치수를 갖는 패턴으로 배열되며, 제 1 치수는 수평 치수를 포함하고 제 2 치수는 수직 치수를 포함함 ― ; 및 복수의 픽셀들을 포함하는 디스플레이를 포함하고, 디스플레이는 인간 눈과 관련하여 복수의 광-지향 비드들 뒤에 배치되고, 복수의 광-지향 비드들 각각은 복수의 픽셀들 중 적어도 하나와 연관된다.

다른 양상은 시스템을 제공하며, 이 시스템은 적어도 하나의 프로세서; 프로세서에 동작 가능하게 커플링된 전원; 복수의 광-지향 비드들 ― 비드들은 제 1 치수 및 제 2 치수를 갖는 패턴으로 배열되며, 제 1 치수는 수평 치수를 포함하고 제 2 치수는 수직 치수를 포함함 ― ; 및 적어도 하나의 프로세서 및 전원에 동작 가능하게 커플링되고 복수의 픽셀들을 포함하는 디스플레이를 포함하고, 디스플레이는 인간 눈과 관련하여 복수의 광-지향 비드들 뒤에 배치되고, 복수의 광-지향 비드들 각각은 복수의 픽셀들 중 적어도 하나와 연관되고, 복수의 광-지향 비드들은 지각된 이미지를 생성하도록 디스플레이에 의해 생성된 광을 사용자의 눈으로 지향시킨다.

도 1은 예시적인 장치 디바이스를 도시하는 블록도이다.
도 2는 일 실시예에서 니어-아이 디스플레이의 층들의 측면도를 도시하는 구조도이다.
도 3은 일 실시예에서 니어-아이 디스플레이의 층들의 상세 측면도를 도시하는 구조도이다.
도 4는 일 실시예에서 니어-아이 디스플레이의 상세 측면도를 도시하는 구조도이다.

본 발명에 따르면, 실시예는 고해상도 니어-아이 디스플레이를 제공하는 방법 및 시스템을 제공한다. 이 시스템은 종래의 가상 현실 헤드셋들에서 발견되는 크고 번거로운 헤드셋들이 없는 니어-아이 디스플레이를 제공한다. 장치는 복수의 광-지향 비드들 또는 마이크로 렌즈들을 포함한다. 본 출원에서 광-지향 렌즈들에 대한 참조는 간결성 및 판독의 용이함을 위해 광-지향 비드들 또는 비드들로 또한 칭해질 수 있다. 비드의 형상은 어안, 구형, 난형, 육각형, 정사각형, 원주형, 삼각형, 또는 이와 유사한 3-차원 형상 또는 유사한 십자가 차원 형상들을 포함할 수 있다. 구형 비드들이 일 실시예일 수 있지만, 비드란 용어가 구형 구조만을 지칭하는 것으로서 해석되어선 안 된다. 도면들에서 비드 형상들은 실시예의 예시일 뿐이다. 개시된 비드 형상들 각각은 상이한 실시예들에서 상이한 굴절률을 가질 수 있다. 렌즈들은 제 1 치수 및 제 2 치수를 갖는 패턴으로 배열된다. 예를 들어 매트릭스 또는 그리드-형 패턴에서와 같이, 제 1 치수는 수평 치수를 포함할 수 있고 제 2 치수는 수직 치수를 포함할 수 있다. 대안적으로, 제 1 치수 및 제 2 치수를 갖는 패턴은 그리드-형 패턴이 아닐 수 있고 대신에, 상이한 패턴 구조, 예를 들어 브릭-형 패턴 구조, 교번 패턴 구조 등을 포함할 수 있다.

장치는 또한 복수의 픽셀들, 예를 들어 복수의 발광 디바이스들, 충분히 높은 해상도의 인쇄된 이미지 등을 포함하는 디스플레이를 포함할 수 있다. 디스플레이는 사람 눈과 관련하여 복수의 광-지향 렌즈들 뒤에 배열될 수 있다. 예를 들어, 눈의 관점에서, 광-지향 렌즈들은 눈에 가장 근접하고 디스플레이는 광-지향 렌즈 뒤에 있을 수 있다. 복수의 광-지향 렌즈들 각각은 적어도 하나의 발광 디바이스 또는 충분히 높은 해상도의 인쇄된 이미지의 픽셀과 연관될 수 있다. 다시 말해서, 각각의 광-지향 렌즈에 대해, 디바이스는 대응하는 발광 디바이스 또는 정적 인쇄된 이미지를 가질 수 있다.

이 장치는, 사용자가 발광 디바이스로부터의 픽셀, 또는 반사 이미지, 및 사용자의 눈과 관련하여 렌즈 뒤의 연관된 픽셀에 포커싱하는 것을 가능하게 하는, 눈 주위의 렌즈들의 매트릭스를 포함한다. 렌즈들은 2.0 내지 2.1 범위의 바람직한 굴절률을 갖는 유리 또는 플라스틱 재료로 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 렌즈들 또는 비드들은 약 1.5의 굴절률을 갖는 어안 형상으로 이루어질 수 있다. 이러한 비교적 높은 굴절률은 유리, 플라스틱 등을 사용함으로써 달성될 수 있고, 콜레스테릭 액정 셀과 같은 높은 굴절률을 갖는 재료의 주위 또는 앞 및/또는 뒤에 마이크로렌즈 어레이를 배치함으로써 또는 역반사(retroreflective) 비드들에서 흔히 사용되는 것과 같이 특수 첨가물들을 포함할 수 있다. 당업자가 이해해야 하는 바와 같이, 높은 굴절률들을 갖는 재료들의 이러한 예들은 높은 굴절률을 달성하기 위한 다른 재료들 또는 재료들의 조합이 가능하고 고려되기 때문에, 단지 예들일 뿐이고 제한하려는 것은 아니다.

도 1을 참조하면, 예를 들어 뷰잉 장치에 대해 사용되는 디바이스(1000)가 설명된다. 디바이스(1000)는 종래의 방식으로 메모리(1004)로부터 데이터 및/또는 명령들을 리트리브(retrieve)하고 리트리브된 명령들을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들(1002)(통칭하여 CPU(1002)로서 지칭됨)을 포함한다. 메모리(1004)는 임의의 실체가 있는 컴퓨터 판독 가능 매체들, 예를 들어, 영구 메모리 이를테면, 자기 및/또는 광 디스크, ROM 및 PROM 및 휘발성 메모리 이를테면, RAM을 포함할 수 있다.

CPU(1002) 및 메모리(1004)는 이 예시적인 실시예에서 버스이고, CPU(1002) 및 메모리(1004)를 하나 이상의 입력 디바이스들(1008) 및/또는 출력 디바이스들(1010), 네트워크 액세스 회로(1012) 및 배향 센서(1014)에 연결하는 종래의 인터커넥트(interconnect)(1006)를 통해 서로 연결된다. 입력 디바이스들(1008)은 예를 들어, 키보드, 키패드, 터치-감지 스크린, 마우스 및 마이크로폰을 포함할 수 있다. 실시예는 시선-추적에 대해 사용되는 카메라 또는 포토-센서와 같은 입력 디바이스들 포함할 수 있다. 특별히 선택된 픽셀들의 컴퓨터-활성화와 추후에 연관되는 눈 추적은 니어-아이 디스플레이에 사용될 때 본 발명의 통상적인 구현이다. 출력 디바이스들(1010)은 유기 발광 다이오드(OLED), 마이크로 LED, 또는 액정 디스플레이(LCD)와 같은 디스플레이, 또는 충분히 높은 해상도의 인쇄된 이미지 및 하나 이상의 라우드스피커들을 포함할 수 있다. 네트워크 액세스 회로(1012)는 컴퓨터 네트워크들을 통해 데이터를 전송 및 수신한다. 배향 센서들(1014)은 디바이스(1000)의 배향을 3차원으로 측정하고 측정된 배향을 인터커넥트(1006)를 통해 CPU(1002)에 보고한다. 이러한 배향 센서들은 예를 들어, 가속도계, 자이로스코프 등을 포함할 수 있으며, 사용자의 포지션을 식별하는데 사용될 수 있다.

예를 들어, 도 1에 약술된 바와 같은 정보 처리 디바이스 회로는, 가상 현실, 증강 현실, 태블릿들, 스마트 폰들, 일반 개인용 컴퓨터 디바이스들, 및/또는 니어-아이 디스플레이 스크린들을 사용자에게 제공할 수 있는 전자 디바이스들과 같은 디바이스에서 사용될 수 있다.

이제 도 2를 참조하면, 포브 디스플레이(201)의 실시예가 측면도로 도시된다. 일 실시예에서, 전체 디바이스는 구형 형상일 수 있는데, 즉, 매트릭스화된 구형 비드들의 전체 구조는 눈(202)을 둘러싸는 구체의 부분으로 성형될 것이다. 실시예는 제 1 치수 및 제 2 치수를 갖는 패턴으로 배열된 복수의 광-지향 비드들 또는 마이크로렌즈들(203)을 포함한다. 제 1 치수는 수평 치수를 포함할 수 있고 제 2 치수는 수직 치수를 포함할 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 패턴은 매트릭스 패턴, 그리드 패턴, 브릭-형 패턴, 교번 패턴, 비드들 사이에 공간들을 갖는 패턴 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광-지향 비드들은 작은 구체들 또는 비드들을 포함할 수 있다. 일 예에서, 비드들은 매우 작을 수 있고 3.6 밀리미터 또는 3600 미크론의 직경을 가질 수 있다. 이러한 예에서, 픽셀 분리는 3600/3600 또는 1 미크론이어서, 비드들 사이에 그리고 이에 따라 픽셀들 사이에 공간들을 갖는 그리드형 또는 브릭-형 패턴을 초래한다.

실시예는 복수의 발광 디바이스들을 포함하는 디스플레이를 포함할 수 있다. 발광 디바이스들은 예를 들어, 텔레비전 또는 다른 화상 생성 디스플레이에서와 같은 디스플레이를 포함할 수 있다. 각각의 발광 디바이스는 디스플레이의 단일 픽셀 또는 픽셀들의 그룹에 대응할 수 있다. 예를 들어, 텔레비전에서와 같이, 각각의 픽셀은 발광 디바이스를 사용하여 생성된다. 디스플레이는 사람 눈과 관련하여 복수의 광-지향 렌즈들 뒤에 배열된다. 일 실시예는 복수의 렌즈들 각각에 대응하는 적어도 하나의 발광 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스는 렌즈들의 수와 동일한 수의 발광 디바이스들을 포함할 수 있다. 각각의 발광 디바이스는 발광 디바이스의 광이 지향될 수 있는 대응하는 렌즈를 가질 수 있다. 발광 디바이스는 발광 다이오드(LED), 마이크로 LED, 유기 발광 다이오드(OLED), 능동-매트릭스 유기 발광 다이오드(AMOLED) 등일 수 있다. 발광 디바이스들은 3,000/인치 또는 약 8 미크론 크기만큼 크기가 작을 수 있다.

일 실시예에서, 시스템은 발광 디바이스 보다는, 사용자의 눈으로 볼 때 렌즈들의 후면 측에 부착된 충분히 높은 해상도의 인쇄된 이미지를 포함할 수 있다. 이미지의 각각의 픽셀 또는 픽셀들의 그룹이 렌즈에 대응할 수 있다. 예를 들어, 각각의 렌즈는 이미지의 픽셀 또는 픽셀들의 그룹을 "디스플레이"할 수 있다. 즉, 사용자가 렌즈를 통해 바라볼 때, 사용자는 단일 렌즈를 통해 대응하는 픽셀 또는 픽셀들의 그룹을 볼 것이다. 따라서, 사용자가 복수의 렌즈들을 통해 바라볼 때, 사용자는 이미지를 볼 수 있다. 가독성의 용이함을 위해, 발광 디바이스라는 용어가 전반에 걸쳐 사용될 것이다. 그러나, 인쇄된 이미지의 사용이 가능하며 본원에서 논의로부터 배제되는 것으로 의도되지 않는다.

복수의 광-지향 렌즈들은 발광 디바이스들로부터의 광을 적절히 지향시키거나 이미지의 픽셀들을 사용자 눈으로 지향시킨다. 즉, 사용자가 렌즈들을 통해 바라볼 때, 렌즈들은 사용자에게 단일 이미지의 뷰(view)를 제공하는 방식으로 광 또는 이미지들을 지향시킬 수 있다. 광-지향 렌즈들은 발광 디바이스로부터의 광 또는 충분히 높은 해상도의 인쇄된 이미지가 사용자의 눈으로 적절히 지향될 수 있게 하는 임의의 형상, 예를 들어 본질적으로 구형 형상(그러나 다수의 구현들에서, 적절히 보이는 픽셀들을 포커싱해야 하는 렌즈의 임계 섹션에 대한 구형 후면을 여전히 유지하면서, 하부의 디스플레이에 더 잘 맞게 또는 보다 근접하게 함께 맞도록 깍여진 옆 및 뒤 섹션들을 가짐)일 수 있다. 본 출원에서 광-지향 렌즈들에 대한 참조는 간결성 및 판독의 용이함을 위해 비드들로 또한 칭해질 수 있다. 비드의 형상은 어안, 구형, 난형, 육각형, 정사각형, 원주형, 삼각형, 또는 이와 유사한 3-차원 형상 또는 유사한 십자가 차원 형상들을 포함할 수 있다. 디스플레이는 상이한 비드 형상들의 혼합을 포함할 수 있다. 상이한 비드 형상들은 유사한 비드들의 그룹으로 배열되거나 서로 혼합된 상이한 비드 형상들로 산재(intersperse)될 수 있다. 비드들은 비드들이 맞물리도록 배열될 수 있거나, 인접한 비드들의 에지들에 의해 형성된 갭들을 가질 수 있다.

이제 도 3을 참조하면, 디바이스의 비드들(300) 중 하나의 실시예가 측면도로 도시된다. 실시예는 구형이고 디스플레이에서 픽셀들에 의해 커버될 필요가 있는 각각의 비드 뒤의 최대 영역(301)을 도시하고, 예를 들어, 이 사용 경우에서, 각각의 비드 뒤의 최대 영역은 방정식 sin Θ = 1/n = ½( Θ = 30도에 해당함)를 이용하여 식별될 수 있다. 상이한 크기의 비드들, 비드들의 수 등은 각각의 비드에 의해 커버되는 영역을 변화시킬 수 있다. 도 4는 디바이스의 상이한 비드들 뒤의 최대 영역을 예시한다. 사용자의 눈(401)이 예들로서 특정 비드(402A-402C)에 포커싱함에 따라, 각각의 비드는 포커싱을 위해 최대 미리 결정된 영역(403A-403C)만을 제공할 필요가 있다. 다시 말해서, 비드에 대한 눈의 각도에 기초하여, 눈은 비드 뒤의 전체 각도와 대조적으로 비드 뒤의 특정 영역에만 포커싱할 수 있다.

비드들에 대해, 실시예는 복수의 비드들 뒤의 충분히 높은 해상도의 인쇄된 이미지 또는 발광 디바이스들을 포함한다. 비드들 각각에 대해 적어도 하나의 발광 디바이스가 존재한다. 발광 디바이스는 비드의 전체 인접 표면을 커버할 수 있다. 대안적으로, 발광 디바이스는 비드의 인접한 측만을 부분적으로 커버할 수 있다.

브루스터의 각도 또는 편광 각도는 광이 반사 없이 투명한 표면을 통해 완벽하게 투과되는 입사각이다. 렌티큘러 크로스토크는 디스플레이의 일부가 다수의 위치들에서 보일 수 있을 때 발생한다. 렌티큘러 크로스토크의 감소 또는 완전한 제거는 더 높은 해상도를 갖는 디스플레이를 제공한다. 적절한 형상, 및 이에 따라 적절한 광-지향 비드의 선택은 발광 디바이스로부터의 광이 패턴으로 사용자의 눈으로 구부러지기 때문에 이 렌티큘러 크로스토크를 감소시킨다. 미국 특허 공개 번호 제2015/0015946호는 렌티큘러 크로스토크를 최소화하기 위한 이 방법을 설명하고, 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.

디바이스의 후면의 픽셀 분리는 요구되는 각도 해상도에 의해 세팅하고 디바이스의 두께로 증가된다. 일 실시예에서, 장치는 위에서 논의된 바와 같은 구 형상 보다는, 평면 패널이다. 예를 들어, 실제 망막 이미징에 있어 평면 패널에서, 각도 해상도는 1분의 arc = 1/3600 라디안의 일 것이다. 이 예에서는 그 해당 뷰에 위치되는 픽셀만이 선명히 포커싱되거나 매우 빠른 리프레시 레이트로 업데이트될 필요가 있으며, 해당 뷰에 위치된 픽셀을 둘러싼 다른 픽셀들은 (적당히) 매우 부드러운 포커스로 눈에 보일 것이고, 따라서 디스플레이를 공급하는 컴퓨팅 시스템에 의해 더 적은 정보가 제공될 수 있다. 따라서, 시스템은 모든 픽셀들이 항상 선명히 포커싱될 필요가 있는 경우보다 더 낮은 프로세싱 파워를 갖는 프로세서로 설계될 수 있다.

상기 논의된 예를 사용하여, 광-지향 비드들은 작은 구체들 또는 비드들을 포함할 수 있다. 일 예에서, 비드들은 매우 작을 수 있고 3.6 밀리미터 또는 3600 미크론의 직경을 가질 수 있다. 이러한 예에서, 1 각분(minute of arc)과 동일한 해상도를 갖는 시스템을 산출하기 위해 픽셀 분리는 3600/3600 또는 1 미크론이다. 일 실시예에서, 디바이스 크기가 증가되거나 해상도가 감소될 수 있다. 더 큰 디바이스는 디바이스의 총 무게 및 전력 소비를 증가시킬 수 있지만, 더 큰 뷰잉 영역과 같은 부가적인 이점들을 제공한다.

일부 예들에 대해, 다음 표를 참조한다.

일 실시예에서, 비드들은 평면 표면으로 깍이고, 분쇄되고, 몰딩 등이 될 수 있다. 비드의 평평한 부분은 발광 디바이스에 인접하다. 평평한 부분은 발광 디바이스로부터 비드로의 적절한 광 투과성을 허용한다.

일 실시예에서, 구형 비드들은 구체들에 대해 요구되는 것과 동일한 초점 거리를 갖는 단순 어안 렌즈들(즉, 초광각 렌즈들)로 대체될 수 있다. 이는 디스플레이에 인접한 렌즈의 표면이 평평질 수 있게 한다. 또한, 어안의 경우, 렌즈들의 광학기는 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 구형 렌즈들이 요구되는 것으로 인해 이러한 높은 굴절률을 요구함 없이 렌즈들이 편평한 후면을 직접 포커싱하도록 설계될 수 있다. 일 실시예에서, 어안 렌즈는 약 1.5의 굴절률을 가질 수 있다. 어안 렌즈 설계는 더 낮은 굴절률을 갖는 재료들이 그의 배면을 포커싱할 수 있도록 최적화될 수 있다. 일 실시예에서, 어안 렌즈는 유리 또는 플라스틱으로 제조될 수 있다.

일 실시예에서, 시선 추적이 디바이스에 통합될 수 있다. 시선 추적은 사용자의 시선 포지션 또는 사용자가 디바이스 상에서 포커싱하는 곳을 결정한다. 시선 추적은 2개의 기능들을 수행한다. 첫째로, 시선 추적은 사용자 시선이 포커싱하지 않는 디바이스의 영역들에서 프로세서 자원들이 보존될 수 있게 한다. 둘째로, 시선 추적은 사용자 시선이 포커싱되는 영역들에서 높은 해상도를 허용하고 그 영역들에서 프로세서 자원들이 사용될 수 있게 한다. 시선 추적 시스템은 사용자 시선의 영역들에서 더 뛰어난 시각적 해상도를 허용하면서, 동시에 사용자 시선에 있지 않는 디바이스 영역들에서 전력 소비 및 프로세서 자원들을 낮출 수 있다. 시선 추적 입력 디바이스는 하나 이상의 발광 디바이스(들)에 동작 가능하게 커플링된 동일한 프로세서일 수도 있고 아닐 수도 있는 프로세서에 동작 가능하게 커플링된다.

최소 전력 소비로 필요한 요구되는 전력 공급기를 감소시킨다. 이는 디바이스의 무게를 감소시킨다. 전력의 감소는, 사용자가 여분의 배터리들을 휴대할 필요가 없을 수 있거나 디바이스가 충전기 또는 외부 전력 공급기에 연결된 채로 유지할 필요가 없을 수 있도록 휴대용 전자 디바이스일 수 있는 디바이스에 대해 중요하다.

최소 전력 소비 및 전력 스토리지 및 공급기의 결과적인 감소는 또한 디바이스의 무게를 최소로 유지한다. 디바이스는 니어-아이 디스플레이 디바이스들에서 사용될 수 있기 때문에, 장치는 일반적으로 머리에 착용된다. 감소된 무게는 유닛의 부피를 최소화하고 근육 긴장을 감소시키며 사용자가 디바이스를 사용할 때 더 큰 움직임 범위를 허용한다. 디바이스의 실시예는 수영 고글과 유사하며 통상적인 VR 디스플레이 후드들에 대한 개선을 제공한다.

일 실시예에서, 사용자가 장치의 포커스를 조정할 수 있게 하는 사용자 제어 노브, 스위치 등이 존재할 수 있다. 사용자는 사용자 선호도에 기초하여 포커스를 제어할 수 있다. 다른 실시예에서, 프로세서는 디바이스의 포커스를 제어할 수 있다.

일 실시예에서, 광-지향 비드들(또는 어안 렌즈들)은 부가적인 층으로 코팅될 수 있다. 이들 층들은 긁힘 방지, 눈부심 방지, 발수성, 광 반사성 및 감광성 또는 열-감응성 암색 코팅을 포함할 수 있다.

본 출원에서, "프로세서"에 대한 지칭은 포브 디스플레이 디바이스의 포커스를 제어하고, 단일 발광 디바이스를 제어하고, 복수의 발광 디바이스들을 제어하고, 포브 디스플레이와 디바이스의 다른 컴포넌트들과의 상호작용을 제어하고 디바이스에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 수행되는 프로세싱들의 임의의 조합일 수 있다.

디바이스(1000)의 다수의 컴포넌트들이 메모리(1004)에 저장된다. 특히, 3D 디스플레이 로직(1030)은 예시적인 실시예에서 메모리(1004)로부터 CPU(1002) 내에서 실행되는 하나 이상의 컴퓨터 프로세스들 중 일부 또는 전부이지만, 디지털 로직 회로를 사용하여 전체적으로 또는 부분적으로 구현될 수도 있다. 본원에서 사용된 바와 같은 "로직"은 (i) 하나 이상의 컴퓨터 프로세스들 내에서 컴퓨터 명령들 및/또는 데이터로 구현된 로직 및/또는 (ii) 전자 회로에서 구현된 로직을 지칭한다. 이미지(1040)는 메모리(1004)에 저장될 수 있는 하나 이상의 이미지들 및/또는 뷰들을 표현하는 데이터이다.

위의 설명은 단지 예시적인 것이며 제한적이지 않다. 본 발명은 다음의 청구항들 및 그의 전체 범위의 등가물들에 의해서만 정의된다. 아래의 첨부된 청구항들은 본 발명의 진정한 사상 및 범위 내에 있는 모든 그러한 변경들, 수정들, 치환들 및 대체 등가물들을 포함하는 것으로 해석되도록 의도된다.

Claims (20)

1. 장치에 있어서,
   복수의 광-지향 비드들(light-directing beads) ― 상기 비드들은 제 1 치수 및 제 2 치수를 갖는 패턴으로 배열되며, 상기 제 1 치수는 수평 치수를 포함하고 상기 제 2 치수는 수직 치수를 포함함 ― ; 및
   복수의 픽셀들을 포함하는 디스플레이를 포함하고,
   상기 디스플레이는 인간 눈과 관련하여 상기 복수의 광-지향 비드들 뒤에 배열되고,
   상기 복수의 광-지향 비드들 각각은 상기 복수의 픽셀들 중 적어도 하나와 연관되는 것인, 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 비드들은 어안(fish-eye) 비드들, 세장된 구형(elongated spherical) 비드들 및 육각형 비드들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것인, 장치.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 비드들은 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 것인, 장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 제 1 치수 및 상기 제 2 치수를 갖는 패턴은 인간 눈의 곡률을 따르도록 배열되는 것인, 장치.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 복수의 광-지향 비드들 각각은 하나보다 많은 발광 디바이스와 연관되는 것인, 장치.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 복수의 픽셀들은 복수의 발광 디바이스들을 포함하는 것인, 장치.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 패턴은 연동(interlocking) 패턴을 포함하는 것인, 장치.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 복수의 광-지향 비드들 각각은 상기 디스플레이에 인접한 평평한 측을 포함하는 것인, 장치.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 복수의 광-지향 비드들 각각은 2의 굴절률을 포함하는 것인, 장치.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 비드는 패널과 함께 위치(co-locate)되며, 상기 패널은 방출된 광의 초점 광선이 상기 패널 및 상기 비드의 조합을 통과할 수 있게 하는 재료를 포함하고, 상기 패널 및 상기 비드의 상기 조합은 실질적으로 2의 굴절률을 갖는 것인, 장치.
11. 니어-아이(near-eye) 디스플레이 시스템에 있어서,
    적어도 하나의 프로세서;
    상기 프로세서에 동작 가능하게 커플링된 전원;
    복수의 광-지향 비드들 ― 상기 비드들은 제 1 치수 및 제 2 치수를 갖는 패턴으로 배열되며, 상기 제 1 치수는 수평 치수를 포함하고 상기 제 2 치수는 수직 치수를 포함함 ― ; 및
    상기 적어도 하나의 프로세서 및 상기 전원에 동작 가능하게 커플링되고 복수의 픽셀들을 포함하는 디스플레이를 포함하고,
    상기 디스플레이는 인간 눈과 관련하여 상기 복수의 광-지향 비드들 뒤에 배열되고,
    상기 복수의 광-지향 비드들 각각은 상기 복수의 픽셀들 중 적어도 하나와 연관되고,
    상기 복수의 광-지향 비드들은 지각된(perceived) 이미지를 생성하도록 상기 디스플레이에 의해 생성된 광을 사용자의 눈으로 지향시키는 것인, 니어-아이 디스플레이 시스템.
12. 제11 항에 있어서,
    사용자의 시선(gaze)을 추적하기 위한 시선 추적 디바이스를 더 포함하고, 상기 디스플레이는 상기 사용자의 시선의 위치에 기초하여 제어되는 것인, 니어-아이 디스플레이 시스템.
13. 제11 항에 있어서,
    상기 비드들은 세장된 구형 비드들을 포함하는 것인, 니어-아이 디스플레이 시스템.
14. 제11 항에 있어서,
    상기 비드들은 어안 비드들을 포함하는 것인, 니어-아이 디스플레이 시스템.
15. 제11 항에 있어서,
    상기 제 1 치수 및 상기 제 2 치수를 갖는 패턴은 인간 눈의 곡률을 따르도록 배열되는 것인, 니어-아이 디스플레이 시스템.
16. 제11 항의 시스템
    상기 복수의 광-지향 비드들 각각은 하나보다 많은 발광 디바이스와 연관되는 것인, 니어-아이 디스플레이 시스템.
17. 제11 항에 있어서,
    상기 복수의 발광 디바이스들은 복수의 발광 다이오드들을 포함하는 것인, 니어-아이 디스플레이 시스템.
18. 제11 항에 있어서,
    상기 패턴은 연동 패턴을 포함하는 것인, 니어-아이 디스플레이 시스템.
19. 제11 항에 있어서,
    상기 복수의 광-지향 비드들 각각은 상기 디스플레이에 인접한 평평한 측을 포함하는 것인, 니어-아이 디스플레이 시스템.
20. 제11 항에 있어서,
    상기 복수의 광-지향 비드들 각각은 실질적으로 1.5의 굴절률을 포함하는 것인, 니어-아이 디스플레이 시스템.

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