KR20200018494A - 이미지 투사 시스템 - Google Patents

Abstract

망막 이미지 투사를 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 상기 시스템은 눈 망막의 중심안 및 주변 영역에 각각 투사될 이미지의 제 1 및 제 2 부분에 각각 대응하는 적어도 제 1 및 제 2 이미지 부분을 투사하도록 구성되고 작동 가능한 이미지 투사 모듈; 및 상기 이미지 투사 모듈에 광학적으로 결합되고, 상기 눈 망막을 향하여 지향되는 일반적인 공통 광학 경로를 따라 전파하기 위한 조합된 이미지 투사 출력을 생성하기 위해 상기 적어도 제 1 및 제 2 이미지 부분의 투사를 공간적으로 및/또는 시간적으로 조합/멀티플렉싱하도록 구성되고 작동 가능한 광학 멀티플렉싱 모듈을 포함한다. 상기 광학 멀티플렉싱 모듈은 상기 조합된 투사의 측방향 크기가 눈 망막의 부중심와 영역에 떨어지고/덮도록 의도되는 조합된 투사에 제 2 이미지 부분의 측방향 크기에 다소 유사하고 상기 조합된 투사 내의 제 1 이미지 부분의 측방향 크기가 더 작고 상기 조합된 부분의 측방향 크기 내에 있도록 상기 제 1 및 제 2 이미지 부분의 투사를 멀티플렉싱하도록 구성되고 작동 가능하다. 제 1 및 제 2 이미지 부분은 이미지 품질/프레임 레이트, 및 망막의 해부학적 구조에 관련된 처리 및 투사 성능을 최적화함으로써 의도되는 망막의 각각의 중심와 및 부중심와 영역에 따라 상이한 프레임 레이트로 및/또는 상이한 품질(상이한 해상도 및/또는 상이한 색 심도)로 투사될 수 있다.

Description

이미지 투사 시스템

본 발명은 이미지 투사 시스템의 분야에 관한 것으로, 특히 사용자에게 순수, 증강 또는 가상 현실 경험을 제공하기 위한 웨어러블(wearable)/머리 장착형 망막 투사 시스템에 관한 것이다.

머리 장착형 또는 일반적으로 웨어러블 이미지 투사 시스템은 이미지를 사용자의 눈에 직접 디스플레이함으로써 가상 및/또는 증강 현실 경험을 제공하기 위해 사용된다. 다양한 유형의 머리 장착형 투사 시스템은 사용자의 눈 앞 또는 눈으로의 이미지 투사를 이용하는 것으로 알려져 있다. 이러한 투사 시스템은 많은 경우에 사용자의 머리에 장착 가능하고 사실적이고 확실한 디스플레이를 제공하기 위해 사용자의 눈에 이미지를 투사하도록 작동 가능한 안경으로서 구성된다.

표준 디스플레이 시스템과 마찬가지로, 머리 장착형 디스플레이 시스템은 제한된 계산 파워를 활용하면서 고해상도 이미지를 제공하는 것을 목표로 한다. 이미지 렌더링 복잡성을 단순화하기 위해, 사용자의 눈의 중심와(foveal) 영역에 대해 별도의 이미지 투사 및 넓은 시야를 제공하기 위해 망막의 주변 영역으로 향하는 추가의 저해상도 이미지 투사를 이용하여 특정 망막/중심와 디스플레이 시스템이 개발되었다.

US 제2008002262호는 장치를 사용자의 머리에 부착하는 마운트, 이동 장치가 있는 마운트에 부착된 빔-스플리터, 빔-스플리터에 이미지를 투사하는 이미지 투사기, 사용자의 눈의 시선을 추적하는 눈-추적기, 및 하나 이상의 프로세서를 갖는 머리 장착형 디스플레이 장치를 개시한다. 이 장치는 선택적인 머리-추적기와 함께 눈-추적기와 이동 장치를 사용하여 눈 회전 중심 주위로 빔-스플리터를 이동시켜 빔-스플리터를 눈의 직접적인 가시 범위 내에 유지한다. 사용자는 이미지와 이미지 뒤의 환경을 동시에 볼 수 있다. 제 2 빔-스플리터, 눈-추적기 및 투사기는 사용자의 다른 눈에 사용되어 입체 가상 환경을 만들 수 있다. 디스플레이는 인간 눈의 회전 능력에 대응할 수 있다. 본 발명은 사용자가 보는 곳마다 고해상도 이미지를 미리 설정한다.

US 제2012/0105310호는 착용자의 한쪽 눈 또는 양쪽 눈 앞에 위치된 곡면 반사기를 갖는 적어도 하나의 망막 디스플레이 유닛을 갖는 머리 장착형 디스플레이 시스템을 기술하고 있다. 이 유닛은 선택 가능한 색을 갖는 레이저 빔을 제공하도록 공동 정렬되고 구성된 3개의 변조된 가시 광선 레이저의 제 1 세트 및 곡면 반사기의 일부를 가로 질러 레이저 빔의 수평 및 수직 스캐닝 모두를 방향으로 제공하는 제 1 스캐너 유닛을 포함하여 눈의 동공을 통해 망막의 일부로의 색 레이저 빔의 반사를 제공하여 중심와를 감싸기에 매우 충분하다. 상기 유닛은 또한 3개의 변조된 가시 광선 레이저와 적외선 레이저의 제 2 세트를 포함하며, 모든 레이저는 색 및 적외선 주변 뷰 레이저 빔을 제공하도록 공동 정렬 및 구성되며, 곡면 반사기의 일 부분을 가로질러 가시 광선 및 적외선 레이저 빔의 수평 및 수직 스캐닝을 모두를 방향으로 제공하는 제 2 스캐너 유닛을 포함하여 적어도 30도 x 30도의 시야에 대응하는 망막의 일 부분 상으로 눈의 공동을 통하여 스캔된 색 및 적외선 레이저 빔의 반사를 생성하도록 한다.

US 제2005/185281호는 스크린을 포함하는 시청 장치를 설명한다. 상기 장치는 스크린상의 이미지상에서 시청자의 눈의 고정점을 검출하기 위한 수단을 포함한다. 상기 장치는 고정 포인트에 대해 스크린상에 이미지의 중심와 삽입 이미지를 디스플레이하기 위한 수단을 포함하여, 시청자의 중심와는 중심와 이미지를 보는 동안 나머지 눈은 이미지를 본다. 이 방법은 스크린상의 이미지상에서 시청자의 눈의 고정점을 검출하는 단계를 포함한다. 고정 포인트에 대해 스크린상에 이미지의 중심와 삽입 이미지를 디스플레이하는 단계가 있어서, 시청자의 중심와는 중심와 이미지를 보지만 나머지 눈은 이미지를 본다.

US 제2009/189830호는 눈 위에 및/또는 눈 안에 장착되는 디스플레이 장치를 설명한다. 눈 장착형 디스플레이는 다수의 서브-디스플레이를 포함하고, 각각의 서브-디스플레이는 서브-디스플레이에 대응하는 망막의 일부분 내에서 상이한 망막 위치로 광을 투사한다. 투사된 광은 동공을 통해 전파되지만 전체 동공을 채우지는 않는다. 이러한 방식으로, 다수의 서브-디스플레이가 망막의 관련 부분에 광을 투사할 수 있다. 동공에서 각막으로 이동하면, 각막으로의 동공의 투사는 각막 구멍이라고 한다. 투사된 광은 전체 각막 구멍보다 적게 전파된다. 서브-디스플레이는 각막 표면에서 공간 멀티플렉싱을 사용한다.

주어진 이미지 렌더링 파워로 바람직하게는 높은 이미지/투사 품질을 갖는 망막 이미지 투사를 제공하는 디스플레이 시스템의 신규한 구성이 당 업계에 필요하다.

종래의 투사 시스템에서, 최대 이미지 해상도는 일반적으로 이미지 생성 요소(투사 유닛), 제어 유닛에 의해 제공되는 처리 파워, 예를 들어 그래픽 처리 장치(GPU), 및 GPU에서 투사 장치로의 데이터 전송 대역폭에 의해 제한된다. 따라서, 종래의 눈 투사 시스템을 이용하는 인간 시야의 공간 해상도와 동등한 픽셀 밀도를 갖는 이미지 투사를 제공하는 것은 매우 높은 컴퓨팅 파워를 필요로 하며 전형적으로 작은 투사/디스플레이 유닛의 어레이를 요구할 수 있다.

보다 구체적으로, 최대 인간의 눈 해상도로 영상화를 제공하는 것은 전형적으로 각각의 눈에 대해 약 20 메가 픽셀 이상을 포함하는 이미지 프레임의 투사를 요구할 수 있다. 또한, 인간의 인지의 시간 해상도와 정합하는 시간 해상도를 제공하여(이미지 움직임이 매끄럽고 균일하게 인지될 수 있도록), 표시된 이미지는 60Hz 또는 그 초과의 속도로 렌더링될 것이 필요할 수 있다. 이것은 제어 유닛과 투사 유닛(들) 사이, 및 저장 유틸리티와 제어 유닛 사이의 높은 비율의 이미지 렌더링 및 데이터 전송을 필요로 한다(예를 들어, 24비트 색의 색 심도를 갖는 이미지의 투사를 고려하는 28GBit/초의 순서로). 이러한 높은 데이터 전송 속도는 일반적으로 최첨단 눈 투사 장치의 성능을 넘어서며, 어떠한 경우에도 시스템의 무게, 크기, 비용, 및 에너지 소비를 증가시킬 수 있다.

본 발명은 공간적으로 변화하는 이미지 투사 품질을 갖는 이미지(들)를 망막에 투사하기 위해 하나 이상의 이미지 투사 모듈/유닛을 이용하는 신규한 이미지 투사 시스템을 제공한다. 이와 관련하여, 문구 이미지 투사 품질은 여기에서 이미지 투사의 픽셀 밀도(예를 들어, 단위 입체 각도당 DPI 또는 도트)를 망막 상으로 그리고 가능하게는 투사된 이미지의 색 심도 레벨로 지칭하기 위해 사용된다. 이를 위해, 일부 실시예에서, 2개 이상의 투사 모듈은 각각 2개 이상의 레벨의 색 심도를 갖는 이미지 부분을 제공한다.

특정 실시예에서, 본 발명의 기술은 높은 픽셀 밀도 이미지 부분, 즉 투사된 표면상의 높은 각도 해상도 및 동등하게 높은 인치당 도트 수(DPI)를 갖는 부분의 사용자의 눈의 중심와 영역 상으로의 투사 및 낮은 픽셀 밀도(낮은 각도 해상도/DPI)를 갖는 이미지 부분을 사용자의 망막(예를 들면, 부중심와 영역(parafoveal region)) 상으로의 투사를 이용한다. 이것은 투사 시스템의 이미지 렌더링, 데이터 전송, 및 저장 요구를 줄이면서 사용자의 눈에 의해 투사된 이미지의 효과적인 고해상도 인지를 제공한다. 따라서, 높은 픽셀 밀도 이미지(들)는 이미지 세부 사항을 수집하고 이미지 세부 사항을 사용자의 뇌로 이동할 수 있는 망막 영역(중심와)에 제공되는 반면, 낮은 픽셀 밀도(각도 해상도)의 이미지(들)는 지각 능력이 낮은 망막의 영역(부중심와)에 제공된다.

유사하게, 본 발명의 특정 실시예는 색 심도에 대한 인지가 다른 (부중심와) 영역에서보다 눈 망막의 중심와 영역에서 훨씬 더 현저하다는 사실을 이용한다. 이들 실시예에서, 중심와에 투사되는 이미지 부분은 주변에 투사된 이미지 부분보다 더 높은 색 심도로 투사된다.

따라서, 본 발명의 특정 실시예에 따라, 이미지의 특정 부분은 높은 DPI 및/또는 높은 색 심도를 갖는 투사된 이미지를 인지할 수 있는 망막의 특정 영역(즉, 중심와)에서 높은 이미지 투사 품질(높은 각도 해상도 및/또는 높은 색 심도)로 투사되고 이미지의 특정 다른 부분은 망막 영역에서 낮은 이미지 투사 품질로 투사되며, 여기서 인지는 낮은 DPI 및/또는 낮은 색 심도(예를 들면, 망막의 주변/부중심와 영역)로 제한된다.

따라서, 본 발명의 일부 실시예는 하나 이상의 이미지 투사 모듈(예를 들어, 단일 이미지 투사 유닛 또는 2개의 이미지 투사 유닛을 포함함) 및 광학 영상화 멀티플렉싱 모듈을 이용하여 망막 상에 상이하고 각각 넓고 좁은 각도 스프레드(spread)를 갖는 이미지 부분으로 이루어지는 이미지를 투사한다. 좁은 각도 스프레드를 갖는 이미지 부분(즉, 여기에서 제 1 이미지 부분으로 또한 언급 된 후; 예를 들어 각각의 수평 및 수직 축선을 따라 3° 내지 10°의 입체 각도를 커버함)은 더 높은 이미지 투사 품질(더 높은 각도-해상도/DPI 및/또는 더 높은 색 심도)를 가지며, 망막의 중앙(중심와) 영역에 투사되어 사용자가 고품질 이미지를 인지할 수 있다. 넓은 각도 스프레드를 갖는 이미지 부분(즉, 본 명세서에서 나중에 제 2 이미지 부분으로도 지칭됨; 예를 들어 수평 및 수직 축선 각각을 따라 60° 내지 170°의 입체 각도를 커버함)은 낮은 이미지 투사 품질(아마도 더 높은 프레임 레이트임에도 불구하고)을 가질 수 있고 망막의 주변(예를 들면, 소위 부중심와 구역)에 투사된다. 이는 인간의 눈의 해부학적 특성을 이용하여 인지된 고품질의 이미지를 투사하면서 이미지가 망막에 균일하게 걸쳐 동일한 고품질로 투사되는 경우 요구되는 데이터양과 처리 요건, 및/또는 시스템의 크기/무게 및/또는 비용을 줄인다.

따라서, 본 발명의 기술은 눈 투사 시스템의 데이터 전송 및 처리 요건을 대폭 감소시키면서 투사 시스템으로부터의 사용자 경험을 최대화한다(사용자는 여전히 그렇게 할 수 있는 망막 영역을 통해 고해상도 이미지를 인지한다).

알려진 바와 같이, 인간의 눈의 망막의 내부 코팅은 감광성 조직을 갖는다. 중심와(fovea)라고 불리는 망막의 영역은 고밀도의 원뿔형 감광성 신경 세포를 갖는 선명한 시력을 담당한다. 이를 위해, 본 발명의 기술은 사용자의 중심와에 지향된 고해상도 이미지를 이용하면서, 망막에 지향된 주변 이미지를 제공하고 더 낮은 이미지 해상도를 가지면서 큰 시야를 유지하면서 렌더링 복잡성을 감소시킨다. 따라서, 본 발명의 기술은 중심와에서 고해상도로 이미지 투사에 초점을 맞추고, 더 낮은 해상도로 투사를 제공하여, 균일한 픽셀 밀도 렌더링에 비해 처리 및 데이터 전송 요구가 감소된 고해상도 투사를 제공한다.

본 발명의 눈 투사 시스템은 적어도 2개의(예를 들어, 제 1 및 제 2) 이미지 투사 유닛으로부터 사용자의 눈으로(즉, 적어도 하나의 눈으로) 이미지(즉, 본 명세서에서 이미지 부분으로도 지칭됨)를 지향시키도록 구성된 광학 모듈을 포함한다. 광학 모듈은 제 1 및 제 2 이미지 부분을 멀티플렉싱하고(공간적으로 및/또는 시간적으로 제 1 및 제 2 이미지 부분을 조합함), 이미지 투사 모듈로부터 제공된 제 1 이미지 부분을 사용자의 눈의 제 1 영역(중심와)으로 지향시키고, 제 2 이미지 부분을 망막의 주위/주변 영역(부중심와)으로 지향시키도록 구성된다.

일부 실시예들에 따라, 광학 모듈은 일반적으로 광학 멀티플렉싱 모듈(예를 들어, 본 명세서에서 상호 교환 가능하게 조합 유닛으로도 지칭되는 시간적 및/또는 공간적 광학 멀티플렉서, 및 전형적으로 공간적 및/또는 시간적 빔 조합기를 포함함), 및 상기 광학 모듈의 광학 경로를 따라 계단식으로 배열될 수 있어 이미지 투사 유닛으로부터 이미지 투사를 지향시키고 이미지 투사를 조합하여(동시에 또는 별개로) 사용자의 눈 안으로 투사하는 렐레이 유닛을 포함한다. 보다 구체적으로, 조합/멀티플렉싱 유닛은 적어도 제 1 및 제 2 투사 유닛에 의해 생성된 투사된 이미지 부분과 관련된 광선을 사용자의 눈으로 지향//투사되도록 통상의 일반적인 광학 경로를 따라 전파하는 전체 투사 이미지 프레임(들)을 나타내는 조합된 광학 필드(본 명세서에서는 조합된 이미지 투사라고도 함)로 조합한다. 여기에서, 광학계 및 조합된 광학계라는 문구는 눈을 향한 이미지 투사의 광학 경로를 가로질러 측정된 광의 세기 프로파일 및 가능하게는 색채 성분을 지정하는데 사용된다. 조합된 광학 필드를 형성하는 광선은 결합 유닛으로부터 광학 릴레이로 전송될 수 있으며, 이는 광학 필드를 사용자의 눈으로 향하게 한다.

본 명세서에서 사용되는 광학 릴레이(즉, 릴레이 유닛)라는 용어는 하나의 입력 포트에서 이미지 투사를 수신하고 이미지 투사를 입력 포트로부터 특정 거리에 위치된 릴레이의 출력 포트로 릴레이할 수 있으면서 릴레이된 이미지 투사의 특정 광학 배율을 적용하는 영상화 유형의 광학 릴레이 모듈을 의미한다는 것이 이해되어야 한다. 실제로, 광학 릴레이 모듈은 전형적으로 임의의 순 광학 파워를 갖지 않을 수 있고(초점 거리는 무한일 수 있음), 이를 통해 릴레이되는 이미지 투사(이의 빔들)의 포커싱 특성에 영향을 미치지 않는다. 그럼에도 불구하고, 일부 구현들에서, 일부 릴레이는 특정 광학 파워(즉, 한정된 초점 거리로)로 구성될 수 있다.

광학 릴레이는 일반적으로 적어도 두 그룹의 렌즈를 포함하는데, 여기서는 광학 릴레이의 광학 경로를 따라 그들 사이에 일정한 거리로 배열된 렌즈-세트로 지칭된다. 적어도 하나의(제 1/입구) 렌즈-세트는 광학 릴레이의 입구 포트를 정의하고, 적어도 하나의 다른(제 2/출구) 렌즈-세트는 광학 릴레이의 출구 포트를 정의한다. 이와 관련하여, 렌즈-세트라는 용어는 하나 이상의 렌즈의 세트/그룹을 지정하기 위해 본 명세서에서 사용되며, 하나 이상의 렌즈의 세트/그룹은 하나 이상의 굴절 렌즈(굴절을 통해 초점 파워가 얻어짐), 회절 렌즈(회절을 통해 초점 파워가 얻어짐), 미러 렌즈(곡선형 표면으로부터 반사를 통해 초점 파워가 얻어짐), 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 것이 이해되어야 한다. 하나 이상의 렌즈인 렌즈-세트는 소정의 광학 파워(특정 유한 초점 거리)를 가지며, 광학 경로를 따라 광학 위치를 정의하는 특정 주 광학면과 연관된다(예를 들어, 렌즈-세트의 동일한 광학/초점 특성을 갖는 "얇은 렌즈"의 등가 위치를 정의함). 일부 실시예에서, 광학 릴레이의 배율 특성은 제 1/입구 렌즈-세트의 초점 거리와 제 2/출구 렌즈-세트의 초점 거리 사이의 비와 관련된다(예를 들어, 추가의 광학 파워 요소가 그들 사이의 광학 경로에 위치하지 않는 한). 순 초점 파워가 없는 광학 릴레이에 대해, 제 1/입구 렌즈-세트와 제 2/출구 렌즈-세트 사이에 부가 포커싱 광학 요소(추가의 광학 파워 요소)가 없는 경우, 제 1/입구 렌즈-세트와 제 2/출구 렌즈-세트 사이의 거리(주 광학면 사이의 거리)는 제공된 초점 거리의 합과 같아야 한다.

보다 구체적으로, 일부 실시예들에서, 광학 릴레이는 그것이 망막 상에 직접 투사되도록 광학 필드로 릴레이하도록 구성된다. 눈 망막 상으로 이미지를 직접 투사하도록 구성되고 작동 가능하고 본 발명의 광학 모듈에 포함될 수 있는 그러한 릴레이를 포함하는 이러한 광학 모듈의 구성되어 작동 방법의 예는, 예를 들어 PCT 특허공보 제WO2015/132775호 및 IL 특허출원 제241033호에 설명되며, 이들은 본 특허출원의 양수인에게 공동 양도되고 참조에 의해 본원에 포함된다.

이와 관련하여, 이하에 사용된 바와 같은 용어 직접 투사는 전파 광학 필드가 사용자의 망막상의 이미지 평면에 초점을 맞추도록 광학 필드(예를 들어, 이미지)의 투사에 관한 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 광학 모듈 및/또는 이의 광학 릴레이는 광학 필드의 광선이 실질적으로 시준되고 및/또는 이들이 접안 렌즈 자체에 의해 망막에 초점이 맞춰지도록 접안 렌즈에 도달하도록 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 이러한 직접 투사는 단면 직경이 눈의 입사 동공보다 실질적으로(예를 들어, 2배 이상) 더 작다(이에 의해 망막 상의 이미지 투사의 필드의 높은 심도를 얻는다).

일부 실시예에서, 광학 모듈은 궤적 모듈(예를 들어, IL 특허출원 제241033호에 기재된 것과 같은 시선 추적 광학 디플렉터 및/또는 동공 위치 광학 디플렉터를 제시하는 가동 또는 회전 가능한 광 디플렉터(들)를 포함하거나 관련되고, 상기 광학 모듈은 본 발명의 눈 투사 시스템에 대해 눈/동공의 상대 측면 위치에 따른 및/또는 사용자의 눈의 시선(LOS)에 따른 이미지 투사의 광학 경로를 조정하기 위해 구성되고 작동 가능하다. 이를 위해, 시스템은 사용자의 눈의 LOS 및/또는 시선 방향의 변화를 검출하고, 궤적 모듈에 의해 제공된 광학 경로의 편향을 제공하도록 일반적인 광학 경로의 방향을 변화시키기 위해 대응하는 데이터를 궤적 모듈에 제공하도록 구성된 눈 추적 유닛을 이용할 수 있고 및/또는 상기 눈 추적 유닛을 포함할 수 있다. 따라서, 이미지(광학 필드)는 눈의 시선 방향(LOS)의 방향의 변화 및/또는 눈 투사 시스템에 대해 공동/눈의 위치에서의 변화에 따라 변하는 일반적인 광학 경로를 따라 시스템에 의해 투사될 수 있다. 이를 위해, 궤적 모듈은 눈 투사 시스템에 대한 사용자의 눈의 방향에 따라(예를 들어, 광학 축/눈의 시선(LOS)의 방향에 따라) 광학 모듈을 따라 광 전파의 일반적인 광학 경로를 변화시키도록 구성될 수 있다. 눈의 위치 및 시선 방향이 눈 투사 시스템에 대해 변화할 수 있는 동안 눈 망막으로 이미지 투사를 지향시키기 위해 이용될 수 있는, 광학 릴레이 및 눈 추적 광학 디플렉터(예를 들어 동공 위치 빔 디플렉터 및 시선 방향 빔 디플렉터)를 포함하는 이러한 광학 시스템의 예는 눈 투사 시스템에 대해 변화할 수 있고, 예를 들면 본 특허출원의 양수인에 공동 양도되고 참조에 의해 포함되는 IL 특허출원 제241033호에 설명된다.

이를 위해, 궤적 모듈, 눈 추적 유닛, 및 광학 릴레이 유닛을 사용함으로써, 광학 모듈의 광학 경로는 2개 이상의 이미지 부분과 조합된 광학 필드가 사용자의 동공을 향한 일반적인 광학 경로를 따라 전송될 수 있도록 변화될 수 있다. 투사된 라이트 필드는 다양한 각도 배향으로부터 동공의 위치에 도달하도록 지향될 수 있어서, 사용자의 눈은 망막상의 적절한 위치에 결합된 이미지를 형성할 수 있는 한편, 사용자는 그의 시선 방향이 변화할 수 있고 및/또는 눈 투사 시스템과 눈 사이의 상대 변위가 변한다. 전술한 바와 같이, 광학 필드는 제 1 이미지 부분이 망막의 선택된 부분(즉, 중심와) 상에 이미지의 일부를 형성하고 제 2 이미지 부분은 망막의 다른 영역(부중심와) 상에 이미지의 일부(들)를 형성하도록 구성된다. 또한, 사용자가 그의 시선 방향을 이동시키거나 눈에 대해 시스템을 약간 이동 시키더라도, 망막상의 생성된 이미지 부분(들)의 위치는 고정된 상태로 유지될 수 있다.

일부 실시예에서, 본 발명의 시스템은 제 1 및 제 2 이미지 부분(중심와 및 부중심와 부분)의 시간적 시퀀스를 생성 및 투사하도록 작동 가능한 단일 이미지 투사 유닛을 포함한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 일부 실시예에서, 본 발명의 시스템은 제 1 및 제 2 이미지 부분을 각각 생성 및 투사하는 적어도 2개의 제 1 및 제 2 이미지 투사 유닛을 포함한다. 후자의 경우, 제 1 및 제 2 이미지 투사 유닛은 일반적으로 상이한 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상이한 시야를 투사하기 위해, 이미지 투사 유닛은 상이한 각도 범위에 걸쳐 있는 광학 모듈 광선/빔을 향해 출력하도록 구성되고 작동 가능할 수 있다. 또한 이미지 투사 유닛은 상이한 각도 해상도 및/또는 상이한 색 심도를 갖는 이미지를 출력하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 이미지 투사 유닛은 높은 각도 해상도 및 높은 색 심도를 갖는 RGB 이미지(이미지 부분)를 제공하도록 구성될 수 있고, 제 2 이미지 투사 유닛은 더 낮은 색 심도를 갖는 RGB 이미지 부분 또는 일부 경우에 단색 및/또는 낮은 각도 해상도를 갖는 이미지 부분을 제공하도록 구성될 수 있다. 색 심도의 변화는 제 1 투사 유닛이 예를 들어 32 비트 또는 24 비트의 색 심도를 갖는 이미지를 제공하고 하나 이상의 제 2 투사 유닛은 예를 들어 16 비트 또는 8 비트의 색 심도를 갖는 이미지를 제공하도록 될 수 있다.

일부 경우에, 이미지 투사 유닛(들)은 이미지(이미지 부분)를 인코딩하는 광학 필드를 생성하고 투사하도록 광선의 세기 및 가능한 색 함량을 변조하면서 이미지가 출력되는 각도 범위에 걸쳐 광선을 스캐닝(예를 들어 래스터링)함으로써 출력된 이미지가 생성되는 스캐닝 이미지 투사로 구성될 수 있다.

제 1 및 제 2 이미지 투사 유닛이 사용되는 일부 경우에, 제 1 및 제 2 이미지 투사 유닛은 상이한 기술에 기초하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 이미지 투사 유닛은 세기 및/또는 색 함량을 변조시키면서 원하는 각도 범위에 걸쳐 광선을 스캐닝(예를 들어, 래스터링)함으로써 제 1(중심와) 이미지 부분을 생성하기 위한 스캐닝 이미지 투사로서 구성될 수 있다. 스캐닝 기반 이미지 투사를 사용하는 것은 논(non)-스캐닝 기반(예를 들어, SLM 기반) 투사 유닛에 비해 파워 및 세기 측면에서 유리할 수 있다. 제 2 이미지 투사 유닛은 전술한 바와 같은 스캐닝 이미지 투사 시스템으로서, 또는 투사되는 복수의 픽셀의 세기 및 가능한 색채 함량을 동시에 변조하도록 하나 이상의 공간 광 변조기(SLM; 액정 어레이 및/또는 마이크로-미러 어레이 같은)를 이용하는 영역 이미지 투사 시스템으로서 구성될 수 있다. 이미지를 형성하기 위해 래스터 스캐닝 및/또는 공간 광 변조를 이용하는 이미지 투사 유닛의 구성 및 동작의 예는 일반적으로 이미지 투사 기술에 공지되어 있으며, 이들의 구성 및 동작의 원리는 여기에서 상세히 설명될 필요는 없다.

본 발명에 따르면, 이미지 투사 모듈(단일 및/또는 제 1 및 제 2 이미지 투사 유닛)은 망막의 표면상에 연속 이미지의 투사를 형성하도록 서로 공간적으로 보완하는 2개의, 제 1 및 제 2의 상보적인 이미지 부분(광학 필드)을 각각 출력하기 위해 구성되고 작동 가능한 점에 유의해야 한다. 이를 위해, 광학 모듈은 광학 모듈의 일반적인 광학 축선에 대해 특정 각도/측면 범위를 덮기 위해 제 1 이미지 부분의 투사를 투사/조정하도록 구성될 수 있어, 제 1 이미지 부분이 망막으로 향할 때 제 1 이미지 부분이 망막의 중심와 영역에 떨어진다. 광학 모듈은 또한 광학 모듈의 일반적인 광학 축선을 중심으로 선택적으로 고리형(또는 보다 일반적으로 프레임 또는 도넛형 영역)을 걸쳐있고/덮으면서, 일반적인 광학 축선 주위로 연장되는 더 넓은 각도/측면 필드를 덮도록 제 2 이미지 부분의 투사를 투사/조정하도록 구성될 수 있어, 제 2 이미지 부분이 망막을 향할 때, 적어도 망막의 주변에 떨어지도록 한다.

이와 관련하여, 이미지 투사 모듈 및/또는 광학 모듈은 제 1 및 제 2 이미지 부분의 투사를 생성하여(생성 및/또는 광학적으로 조작) 이미지 투사 모듈 및 광학 모듈이 서로 공간적으로 보완하여 (예를 들면, 이미지 투사 모듈 및 광학 모듈이 겹쳐지거나 공통 경계를 가져서) 광학 모듈이 결과적인 광학 필드(이미지 부분)를 적절히 공간적으로 및/또는 시간적으로 조합하게 하여 조합된 이미지 투사(조합된 광학 필드)를 형성하도록 구성된다. 결과적인 조합된 광학 필드는 중앙 영역(이미지 평면에서)의 중심와 이미지 부분 및 주변부(이미지 평면에서)의 부중심와 이미지 부분에 대응하여 공간적으로 연속적인 이미지를 제공한다.

일부 구현들에서, 제 1 및 제 2 이미지 부분들은 그들 사이의 경계에서 약간의 중첩으로 투사되어 조합된 광학 필드가 이미지 부분들 사이에서 실질적으로 매끄러운 전이를 제공한다. 이를 달성하기 위해, 이미지 투사 모듈은 제 2 이미지 부분(예를 들어, 환형 광학 필드)을 투사하도록 구성될 수 있어서, 이미지의 측면/각도 범위는 제 1(예를 들어 중앙) 이미지 부분(광학 필드)과 공간적으로 중첩되도록 조합될 수 있는 반면, 중첩 경계에서의 제 1 및 제 2 이미지 부분의 이미지 내용은 유사 할 수 있다(비록 가능하게는 상이한 품질을 갖지만). 이를 위해, 적어도 제 1 이미지 부분의 주변(환형 경계)을 따라 제 1 및 제 2 이미지 부분 사이의 일부 중첩이 제 1 이미지 부분의 고품질과 제 2 이미지 부분의 낮은 품질 사이에서 매끄럽고 균일한 전이를 제공하는데 사용될 수 있다.

본 발명의 이러한 기술은 사용자가 고정하고 있는 영역에 대응하는 중심 시야에 대한 고해상도 이미지를 생성하도록 요구되는 컴퓨팅 파워를 지시함으로써 렌더링 프로세스를 감소시킨다. 이미지 및 사용자의 시야의 주변은 더 낮은 해상도로 렌더링되고 투사될 수 있다. 이것은 투사된 이미지의 부중심와 부분이 사용자의 주의 주변에 있고, 광 수용기 세포의 밀도가 낮고 감소된 공간 밀도 및 낮은 해상도를 갖는 데이터를 제공하는 사용자의 눈의 부중심와 영역(여기서는 일반적으로 망막이라고 함)에 의해 포착되기 때문이다.

사용자의 눈으로 향하는 이미지가 일반적으로 눈의 방향에 따라 렌더링되고, 이미지/라이트 필드의 전송은 눈 추적 유닛에 의해 조정되므로, 사용자는 사용자에게 존재감을 제공하는 큰 시야(효과적인 영상 경계가 없음)를 인지하는 완전한 가상 현실(또는 증강 현실)을 경험할 수 있다.

따라서, 본 발명의 하나의 넓은 양태에 따라, 망막 이미지 투사에 사용하기 위한 시스템이 제공된다. 이 시스템은 눈 망막의 중심와 및 주변 영역에 각각 투사될 이미지의 제 1 및 제 2 부분에 각각 대응하는 적어도 제 1 및 제 2 이미지 부분을 투사하도록 구성된 이미지 투사 모듈을 포함한다. 이 시스템은 또한 이미지 투사 모듈에 광학적으로 결합된 광학 멀티플렉싱 모듈을 포함하고, 적어도 제 1 및 제 2 이미지 부분의 투사를 조합하여 상기 눈 망막을 향하여 지향될 일반적인 공통 광학 경로를 따라 전파하기 위해 조합된 투사를 생성하도록 구성되고 작동 가능하다. 광학 멀티플렉싱 모듈은 공간적 및 시간적 멀티플렉싱 중 적어도 하나에서 제 1 및 제 2 이미지 부분의 투사를 조합하여 조합된 투사의 측면 범위와 제 2 이미지 부분의 측면 범위와 유사하도록 구성되고 작동 가능하고 조합된 투사에서의 제 1 이미지 부분의 측면 범위는 더 작고 조합된 투사의 측면 범위 내에 있다. 따라서, 조합된 투사를 눈 망막쪽으로 향하게 할 때, 제 1 이미지 부분의 투사는 망막의 중심와 영역을 덮고, 제 2 이미지 부분의 투사는 망막의 적어도 주변 영역을 덮는다.

일부 실시예에 따라, 시스템은 제 1 및 제 2 이미지 부분이 조합된 투사에서 각각 더 높은 공간 픽셀 밀도 및 더 낮은 공간 픽셀 밀도를 갖도록 구성되어, 이에 의해 각각 망막의 중심와 및 주변 영역의 더 높고 낮은 공간 해상도에 각각 대응하도록 상기 조합된 투사를 최적화한다.

일부 실시예에 따라, 시스템은 제 1 및 제 2 이미지 부분이 조합된 투사에서 더 낮고 더 높은 프레임 레이트로 각각 투사되도록 구성된다. 이로써, 망막의 중심와 및 주변 영역의 각각 더 낮은 시간 해상도 및 더 높은 시간 해상도에 대응하도록 조합된 투사를 최적화한다.

일부 실시예에 따라, 이미지 투사 모듈은 적어도 제 1 및 제 2 이미지 투사 유닛을 포함한다. 제 1 및 제 2 이미지 투사 유닛은 적어도 제 1 및 제 2 이미지 부분의 공간적으로 분리된 투사를 위해 구성되고 작동 가능하다. 광학 멀티플렉싱 모듈은 제 1 이미지 투사 유닛에 의해 투사된 제 1 이미지 부분이 조합된 투사의 중앙 영역에 있고 제 2 이미지 투사 유닛에 의해 투사된 제 2 이미지 부분이 조합된 투사의 중심 영역을 둘러싸는 고리형 영역 위에 측방향으로 연장하도록 적어도 제 1 및 제 2 이미지 부분을 공간적으로 조합하도록 구성되고 작동 가능하다.

일부 실시예에서, 제 2 이미지 투사 유닛은 제 1 이미지 투사 유닛에 의해 투사된 제 1 이미지 부분의 각도 범위보다 큰 각도 범위로 제 2 이미지 부분을 투사하도록 구성된다.

일부 실시예들에서, 광학 멀티플렉싱 모듈은 각각 더 작고 더 큰 각도 범위를 갖는 제 1 및 제 2 이미지 부분의(공간적으로 분리된) 투사를 수신하고 이들을 조합하여 조합된(이미지) 투사를 출력하도록 구성되고 작동 가능한 빔 조합기를 포함한다.

일부 실시예들에 따라, 빔 조합기는 웨지형 디플렉터(예를 들어, 웨지 유형-빔 조합기/일방 반사 웨지 표면)를 포함한다. 웨지형 디플렉터는 제 1 및 제 2 이미지 투사 유닛들 중 하나로부터 투사된 광이 웨지형 디플렉터의 표면 중 다른 하나로부터 광학 경로 외부의 방향으로 반사되는 동안 웨지형 디플렉터의 표면들 중 하나로부터 반사되어 광학 경로를 따라 전파되도록 선택된 기울기 각도로 서로에 대해 기울어진 전면 및 후면으로 구성된다. 빔 조합기의 이러한 구성은 의사 반사(ghost reflection)가 광학 경로를 따라 전파되는 것을 억제/방지한다.

시스템의 다양한 구현에 따라, 광학 멀티플렉싱 모듈은 빔 조합기로부터 다운 스트림에 배열된 광학 릴레이 모듈을 포함한다(이하, 다운 스트림이라는 용어는 이미지 투사 모듈로부터 시스템의 광학 경로를 통한 광 전파 방향을 따라 해석되어야 하고, 상류는 반대 방향으로 이해되어야 한다). 광학 릴레이는 조합된 투사를 시스템의 광학 출력을 향해 릴레이하도록 구성되고 작동 가능하다.

일부 실시예에 따라, 제 1 및 제 2 이미지 부분은 광학 릴레이의 상류 및 외부에 결합된다. 이에 의해, 광학 릴레이가 감소된 수차(예를 들어, 기하학적 수차 감소)를 갖는 논(non)-텔리센트릭 릴레이로서 구성될 수 있다.

일부 실시예들에 따라, 광학 릴레이는 굴절 및/또는 회절 릴레이로서 구성된다. 이 경우에, 광학 릴레이는 그들의 초점 거리의 합과 일치하는 그들 사이의 광학 거리를 갖는 광학 경로를 따라 배열된 적어도 제 1 및 제 2 렌즈-세트를 포함한다. 제 1 및 제 2 렌즈-세트 각각은 적어도 하나의 굴절 및/또는 회절 렌즈를 포함할 수 있다.

이를 위해 일부 실시예에서, 광학 릴레이는 각각의 광학 파워를 갖는 적어도 제 1 및 제 2 반사 표면을 포함하는 반사 릴레이로 구성된다. 이러한 반사형 광학 릴레이는 조합된 투사에서 감소된 색수차를 제공한다. 적어도 제 1 및 제 2 반사 표면은(일반적으로 시스템의) 릴레이의 광학 경로를 따라 배열되어 제 1 반사 표면과 제 2 반사 표면 사이의 광학 거리가 초점 거리의 합과 일치하도록 할 수 있다

일부 실시예에 따라, 광학 릴레이는 제 1 반사 표면과 제 2 반사 표면 사이의 물리적 거리가 광학 릴레이의 광학 경로를 따라 측정된 제 1 반사 표면과 제 2 반사 표면 사이의 광학 거리보다 작은 것을 특징으로 하는 폴디드(folded) 반사 광학 릴레이로서 구성된다. 이는 컴팩트한 눈 투사 시스템에 사용하기에 적합한 컴팩트한 광학 릴레이 구성이다.

일부 실시예에 따라, 반사 릴레이는 제 1 및 제 2 반사 표면 사이의 릴레이 내의 광학 경로를 정의하도록 배열된 하나 이상의 디플렉터 세트를 포함한다.

일부 실시예에 따라, 광학 릴레이의 제 1 및 제 2 반사 표면은 공통 평면을 따라 배열된다. 편향 표면 세트는 상기 광학 릴레이의 입력 및 출력 광학 포트를 각각 정의하기 위해 상기 제 1 반사 표면으로부터 상류에 그리고 상기 제 2 반사 표면으로부터 하류에 상기 광학 경로를 따라 위치된 제 1 및 제 2 빔-스플리터; 및 제 1 반사 표면과 제 2 반사 표면 사이의 원하는 광학 거리를 갖는 광학 경로를 정의하도록 배열된 하나 이상의 디플렉터를 포함한다.

본 발명의 일부 실시예에 따라, 이미지 투사 모듈은 단일 이미지 투사 유닛을 포함한다. 단일 이미지 투사 유닛은 전체 프레임 레이트의 제 1 분율로 투사된 제 1 이미지 부분과 전체 프레임의 제 2 분율로 투사된 제 2 이미지 부분을 포함하는 일련의 프레임을 투사하기 위해 특정 총 프레임 레이트에서 구성되고 작동 가능하다. 이러한 실시예에서, 광학 멀티플렉싱 모듈은 조정 가능한 배율로 구성된 적응형 배율 광학 릴레이 모듈을 포함한다. 적응형 배율 광학 릴레이 모듈은 단일 이미지 투사 유닛으로부터의 광 전파 방향에 대해 단일 이미지 투사 유닛으로부터 하류에 위치된다. 적응형 배율 광학 릴레이 모듈은 단일 이미지 투사 유닛에 의한 제 1 및 제 2 이미지 부분의 투사 타이밍과 시간 동기화되어, 제 1 및 제 2 이미지 부분의 각각의 투사에 대해 상이한 제 1 및 제 2 배율에 영향을 미치도록 동작한다. 이로써, 제 1 이미지 부분보다 더 큰 각도 범위를 갖는 제 2 이미지 부분과의 제 1 및 제 2 이미지 부분의 시간 멀티플렉싱된 조합된 투사를 광학 릴레이로부터 출력하기 위해 제공한다.

일부 실시예에 따라, 적응형 배율 광학 릴레이 모듈은 광학 경로를 따라 배열된 적어도 제 1 및 제 2 렌즈 그룹을 포함한다. 제 1 및 제 2 렌즈 그룹 중 적어도 하나의 그룹은 초점 거리 및 적어도 2개의 상태 사이에서 조정 가능한 유효 주 광학면의 위치를 갖는 적응형 그룹으로서 구성된다. 제 1 및 제 2 그룹은 그들의 유효 주 광학면들 사이의 광학 거리가 이들 두 상태에서 광학 길이의 합과 같도록 적응형 배율 광학 릴레이가 이들 두 상태에서 상이한 배율을 제공하도록 배열될 수 있다.

일부 실시예에 따라, 렌즈의 적응형 그룹은 각각의 유효 주 광학면이 광학 경로를 따라 상이한 위치에 있고 그들의 각각의 유효 초점 거리가 각각의 렌즈의 여러(예를 들어 2개) 작동 모드들 사이에서 전환될 수 있도록 배열된 적어도 제 1 및 제 2 적응형 렌즈-세트를 포함한다. 예를 들어, 적응형 렌즈-세트의 수 개의 작동 모드는:

(i) 각각의 적응형 렌즈-세트의 렌즈 오프(LENS-OFF) 작동 모드는 적응형 렌즈-세트의 무한 초점 거리를 제공하하고;

(ii) 적응형 렌즈-세트의 렌즈-온(LENS-ON) 작동 모드는 적응형 렌즈가 특정 유한 초점 거리를 갖도록 제공하는 모드들을 포함할 수 있다.

일부 실시예에 따라, 적응형 릴레이 내의 제 1 및 제 2 렌즈 군은 적응형 렌즈 군 및 비(non)-적응형 렌즈 군을 포함하며, 이 렌즈는 주 초점면의 고정된 초점 거리 및 고정된 위치를 갖는다. 이러한 실시예에서, 릴레이의 배율 상태는 적응형 그룹의 제 1 및 제 2 적응형 렌즈-세트가 렌즈-온(LENS-ON) 및 렌즈-오프(LENS-OFF) 작동 모드의 상이한 조합으로 각각 설정되는 제 1 및 제 2 배율 상태를 포함한다. 따라서, 제 1 및 제 2 배율 상태에서, 적응형 그룹은 상이한 유효 초점 거리 및 광학 경로를 따라 그 유효 주 광학면의 상이한 위치를 가지므로, 광학 릴레이의 상이한 광학 배율을 제공한다.

일부 구현들에서, 두 상태들에서 적응형 그룹의 유효 주 광학면의 상이한 위치들 사이의 광학 거리는 두 상태들에서 적응형 그룹의 유효 초점 거리들 사이의 차이와 일치한다. 이것은 광학 릴레이가 그 두 동작 상태에서 유사한 광학 파워(유사한 유한 광학 길이 또는 무한 초점 거리(광 파워 없음))를 갖는 것을 제공할 수 있다.

일부 구현들에서, 적응형 배율 광학 릴레이는:

- 제 1 배율 상태에서, 제 1 및 제 2 적응형 렌즈-세트는 각각 LENS-ON 및 LENS-OFF 작동 모드로 설정되어 적응형 배율 광학 릴레이의 제 1 배율을 제공하고;

- 제 2 배율 상태에서, 제 1 및 제 2 적응형 렌즈-세트는 각각 렌즈-오프(LENS-OFF) 및 렌즈-온(LENS-ON) 작동 모드로 설정되어 적응형 배율 광학 릴레이의 제 2 배율을 제공하도록 구성된다.

일부 실시예들에 따라, 제 1 및 제 2 적응형 렌즈-세트들 각각은 적어도 하나의 조정 가능한 액정 회절 렌즈를 포함한다.

단일 이미지 투사 유닛이 사용되는 일부 실시예들에 따라, 단일 이미지 투사 유닛은 적어도 3개의 단색 원색의 광을 이용함으로써 제 1 및 제 2 이미지 부분의 프레임 시퀀스를 투사하도록 구성된다. 이 경우, 조정 가능한 액정 회절 렌즈는 적어도 3개의 단색 원색에 대해 동일한 광학 파워를 갖도록 구성되고 작동 가능하여 색수차를 억제한다.

본 발명의 일부 실시예에 따라, 시스템은 투사 제어기를 포함한다. 투사 제어기는 제 1 및 제 2 이미지 부분을 나타내는 데이터를 각각 망막의 중심와와 주변 레이션(peripheral ration)에서 투사되도록 구성하고 작동 가능하다(예를 들어, 망막에 투사될 전체 이미지를 나타내는 데이터를 수신하여 이를 제 1 및 제 2 이미지 부분으로 분할할 수 있음). 컨트롤러는 또한:

(i) 중심와의 인지 레이트를 초과하기 위해 제 1 프레임 레이트가 적어도 25FPS(보다 바람직하게는 적어도 30FPS)인 제 1 이미지 부분을 투사하기 위한 단일 이미지 투사 유닛을 작동시키고; 상기 제 1 이미지 부분의 투사에 대한 제 1 배율에 영향을 주기 위해 상기 제 1 이미지 부분의 투사와 동기로 상기 적응형 배율 광학 릴레이 모듈을 동작시키고 광학 릴레이는 제 1 배율이 망막의 중심와 영역 상에 제 1 이미지 부분을 투사하도록 제공하고;

(ii) 망막의 주변 영역의 인지 레이트를 초과하기 위해 제 2 프레임 레이트가 적어도 60FPS(보다 바람직하게는 적어도 90FPS)인 상기 제 2 이미지 부분을 투사하기 위한 단일 이미지 투사 유닛을 작동시키고, 상기 제 2 이미지 부분의 투사에 대한 제 2 배율에 영향을미치기 위해 상기 제 2 이미지 부분의 투사와 동기화하여 상기 적응형 배율 광학 릴레이 모듈을 동작시키고, 상기 광학 릴레이는 제 2 배율이 제 1 배율보다 크도록 구성되고 망막의 주변 영역을 덮도록 제 2 이미지 부분을 투사하도록 구성되고 작동 가능하다.

일부 실시예들에 따라, 시스템은 적어도 제 1 및 제 2 이미지 부분 각각의 투사를 위해 구성되고 작동 가능한 적어도 제 1 및 제 2 이미지 투사 유닛을 포함하고, 시스템은 또한 적어도 제 1 및 제 2 이미지 투사 유닛에 광학적으로 결합된 눈 투사 광학 모듈을 포함하고 일반 광학 경로를 따라 적어도 제 1 및 제 2 이미지 투사 유닛의 투사의 광학 경로를 조합하도록 구성되어 작동 가능하고 상기 일반적인 광학 경로를 따라 상기 제 1 및 제 2 이미지 부분 각각의 상기 투사의 투사와 관련된 제 1 및 제 2 이미지 투사 유닛으로부터의 광선이 망막 상의 제 1 및 제 2 이미지 부분을 포함하는 공간적으로 조합된 이미지를 투사하도록 사용자의 눈을 향하여 전파하도록 지향된다.

일부 실시예에서, 제 2 이미지 투사 유닛은 제 1 이미지 투사 유닛에 의해 투사된 제 1 이미지 부분의 각도 범위보다 큰 각도 범위로 제 2 이미지 부분을 투사하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 제 1 이미지 투사 유닛은 제 1 이미지 부분을 망막의 제 1 중앙 영역에 투사하여 망막의 중심와 영역을 덮고 제 2 영역은 상기 중심와 영역을 둘러싸는 망막의 부중심와 영역의 적어도 일부분을 덮는다.

제 1 및 제 2 투사 유닛은 또한 망막의 중심와 영역에서 비교적 높은 이미지 투사 품질의 이미지 부분 및 망막의 주변 영역에서 비교적 낮은 이미지 투사 품질의 이미지 부분의 투사를 허용하도록 구성되고 작동 가능할 수 있다. 이미지 투사 품질은 이미지 투사의 각도 해상도 및 색 심도 중 적어도 하나와 관련될 수 있다.

일부 실시예들에 따라, 제 1 및 제 2 이미지 투사 유닛들 중 적어도 하나는 망막 상에 이미지 인코딩된 광선을 스캐닝함으로써 이미지들을 투사하도록 구성되고 작동 가능한 스캐닝 기반 이미지 투사 유닛일 수 있다.

일부 실시예에 따라, 시스템은 눈의 시선 방향의 변화를 검출하도록 구성되고 작동 가능한 눈 추적 모듈과 관련된 제어 유닛을 더 포함하고, 상기 눈 투사 광학 모듈은 눈을 향한 이미지 투사의 일반적인 광학 경로를 조정하도록 구성되고 작동 가능한 궤적 모듈을 포함하고; 상기 제어 유닛은 시선 방향의 검출된 변화에 따라 상기 궤적 모듈을 작동시키도록 구성된다.

눈 추적 모듈은 시스템에 대한 눈의 동공의 측면 위치에서의 변화를 검출하도록 구성되고 작동 가능할 수 있고, 상기 제어 유닛은 동공의 측면 위치에서의 검출된 변화에 따라 상기 궤적 모듈을 작동 시키도록 구성된다.

제어 유닛은 상기 검출된 변화를 보상하고 이에 의해 망막상의 고정된 위치에 투사된 조합된 이미지를 유지하기 위해 상기 궤적 모듈을 작동시키도록 구성되고 작동 가능할 수 있다.

일부 실시예들에 따라, 상기 눈 투사 광학 모듈은 광학 필드의 단면(예를 들어, 최대 전체 폭의 절반 또는 25% 세기)이 사용자의 동공보다 작도록 동공을 통해 입력 광을 사용자의 눈 내로 및 망막을 향하도록 구성된다. 이것은 사용자의 동공에 대해 더 작은 직경을 갖는 아이-박스(eye-box)를 제공한다. 눈 투사 광학 모듈은 눈 추적 모듈로부터 수신된 사용자의 동공의 시선 위치에 대한 데이터에 따라 아이-박스의 위치 및 각도 중 적어도 하나를 변화시키도록 구성될 수 있고, 이에 의해 사용자의 눈의 광학 축선과 출구 동공을 정렬시킨다.

또 다른 실시예에 따라, 시스템은 또한 사용자의 눈에 투사되어야 하는 조합된 이미지의 내용을 나타내는 이미지 데이터를 획득하고, 상기 이미지 데이터를 상기 적어도 제 1 및 제 2 이미지 부분들로 분할하는 제어 유닛을 포함할 수 있어, 제 1 및 제 2 이미지 부분이 단일 및/또는 제 1 및 제 2 이미지 투사 유닛(들)에 의해 망막의 중심 및 주변 영역 상에 투사될 수 있는 상보적인 이미지 부분이 되어 망막 상에 조합된 이미지 투사를 투사한다.

광학 투사 모듈은 제 1 이미지 투사 유닛에 의해 생성되고 상기 제 1 이미지 부분의 투사와 연관된 제 1 광학 필드가 상기 광학 투사 모듈의 광학 축선에 대해 수직한 평면의 중심 영역을 따라 전파하고 제 2 전파 유닛에 의해 생성된 제 2 광학 필드가 상기 중심 영역에 대해 상기 평면의 주변 영역에서 전파하도록 상기 제 1 및 제 2 이미지 투사 유닛의 이미지 투사를 조합하도록 구성된 광학 조합/멀티플렉싱 요소를 포함할 수 있다.

이를 위해, 제 1 광학 필드 및 제 2 광학 필드는 각각 더 높고 낮은 이미지 투사 품질로 투사될 수 있고, 제 2 투사 유닛은 도넛형 시야에 이미지 투사를 제공하여 부중심와 영역에 이미지 투사를 제공하도록 구성된다.

부가적으로 또는 대안적으로, 제 1 및 제 2 광학 필드는 상기 중앙 영역 및 주변 영역 사이의 경계 영역에서 중첩될 수 있으며, 이에 의해 경계 영역에서 제 1 및 제 2 이미지 부분의 중첩 부분의 투사를 제공할 수 있다. 제 1 및 제 2 이미지 부분은 제 1 및 제 2 이미지 투사 유닛에 의해 투사되는 중첩 부분이 유사한 이미지 내용에 대응하도록 등록될 수 있다.

일부 실시예들에 따라, 시스템은 머리 장착형 디스플레이 유닛에서 사용되도록 구성될 수 있다.

일부 실시예들에 따라, 시스템은 가상 또는 증강 현실 경험을 제공하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 눈 투사 광학 모듈은 주위의 주변 광을 차단하면서 제 1 및 제 2 투사 유닛에 의해 투사된 이미지를 사용자의 눈으로 향하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 눈 투사 광학 모듈은 주위의 주변 광의 전송을 허용하면서 제 1 및 제 2 투사 유닛에 의해 투사된 이미지를 사용자의 눈으로 향하게 함으로써 투명 디스플레이를 제공하도록 구성될 수 있다.

본 명세서에 개시된 요지를 더 잘 이해하고 그것이 실제로 어떻게 수행 될 수 있는지를 예시하기 위해, 실시예는 이제 첨부 도면을 참조하여 비 제한적인 예로서만 설명될 것이다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 눈 투사 시스템의 구성 및 눈 투사 시스템을 동작시키기 위한 본 발명에 따른 제어 유닛의 동작 방법을 개략적으로 도시한 블록도 및 흐름도이고,
도 2는 인간 눈을 개략적으로 도시하고,
도 3은 본 발명의 기술에 따라 생성된 이미지 배열을 개략적으로 도시하고,
도 4a 내지 4g는 본 발명의 수 개의 실시예에 따른 눈 투사 시스템 및 그 다양한 모듈의 개략도이고, 이 시스템은 제 1 및 제 2 이미지 부분을 투사하기 위한 2개의 이미지 투사 유닛 및 조합된 이미지 투사를 형성하도록 제 1 및 제 2 이미지 부분을 조합하기 위한 공간 광학 멀티플렉서로 구성되고,
도 5a 및 5b는 본 발명의 2개의 실시예에 따른 눈 투사 시스템의 개략도이며, 상기 시스템은 제 1 및 제 2 이미지 부분의 시간 시퀀스를 투사하기 위한 단일 이미지 투사 유닛 및 조합된 이미지 투사를 형성하도록 제 1 및 제 2 이미지 부분의 시컨스를 시간적으로 조합하기 위한 시간 광학 멀티플렉서로 구성되고,
도 6은 본 발명의 일부 실시예에 따른 눈 투사 시스템에서 사용되는 일부 이미지 렌더링 개념을 도시한다.

상술된 바와 같이, 당업계에는 눈 투사 시스템의 신규 구성이 필요하다. 본 발명의 일부 실시예에 따라 사용자의 눈으로 이미지를 투사하기 위한 눈 투사 시스템(100) 및 방법(250)을 개략적으로 도시하는 도 1a 및 도 1b를 함께 참조한다. 눈 투사 시스템(100)은 이미지를 생성하고 생성된 이미지를 사용자의 눈(10)으로 투사하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 눈 투사 시스템(100)은 이미지를 사용자의 눈(들)(10)의 망막 상에 직접 투사하도록 구성된 망막 투사 시스템으로서 구성되고 작동 가능하다. 눈 투사 시스템은 이미지의 일부가 망막의 중심와와 주변 영역에 떨어지는(투사되는) 이미지의 부분(예를 들어, 본 명세서에서 제 1 및 제 2 이미지 부분들로서 참조됨)이 상이한 공간 해상도(상이한 픽셀 밀도) 및/또는 상이한 시간 해상도(상이한 프레임 레이트)로 망막 상의 각각의 위치에 투사될 수 있도록 망막 상에 이미지를 투사하도록 구성된다.

간략화를 위해, 이미지를 단일 눈으로 투사하기 위한 눈 투사 시스템(100)의 구성 요소가 도면에 도시되어있지만; 일반적으로 이미지 투사 시스템(100)은 3 차원 경험을 제공하기 위해 오른쪽 눈 이미지와 왼쪽 눈 이미지 사이의 특정한 차이를 허용하면서, 사용자의 눈 모두에 이미지를 투사하도록 구성될 수 있음을 이해해야 한다. 이를 위해, 시스템(100)은 양쪽 사용자의 눈으로 투사하기 위해 도면에 도시된 구성 요소들 중 일부 또는 전부의 복제를 포함할 수 있다.

따라서, 도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 망막 이미지 투사에 사용될 수 있는 눈 투사 시스템(100)은:

(i) 눈(10)의 망막의 중심와와 주변 영역에 각각 투사될 이미지의 제 1 및 제 2 부분에 각각 대응하는 적어도 제 1 및 제 2 이미지 부분을 투사하도록 구성되고 작동 가능한 이미지 투사 모듈(11), 및

(ii) 투사된 적어도 제 1 및 제 2 이미지 부분을 수신하기 위해 이미지 투사 모듈(11)에 광학적으로 결합되고 사용자의 눈(10)의 망막을 향하여 지향되는 일반적인 공통 광학 경로를 따른 전파를 위해 출력되는 조합된 이미지 투사를 생성하기 위해 적어도 제 1 및 제 2 이미지 부분의 투사를 조합(멀리플렉싱)하도록 구성되고 작동 가능한 광학 멀티플렉싱 모듈(125)을 포함한다.

이를 위해, 아래에서 도 4a 내지 도 4g 및 도 5a 내지 도 5b를 참조하여 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에서, 광학 멀티플렉싱 모듈(125)은 제 1 및 제 2 이미지 부분의 투사를 조합하여 눈(10)의 망막 상으로 투사되는 조합된 이미지를 생성하기 위해 공간 및/또는 시간 멀티플렉싱을 구현하도록 구성되고 작동 가능할 수 있다. 따라서, 광학 멀티플렉싱 모듈(125)은 조합된 투사/이미지가 조합된 투사/이미지에서 제 2(주변) 이미지 부분의 측방향 크기와 유사하도록 공간 및 시간 멀티플렉싱 중 적어도 하나에서 제 1 및 제 2 이미지 부분을 조합하도록 구성되고 작동 가능하다. 예를 들어, 제 2/주변 이미지 부분은 조합된 이미지의 전체 측방향 크기에 걸쳐 연장될 수 있는 반면 조합된 이미지 투사의 중앙 영역/부분을 덮거나 덮지 않을 수 있고 소정의 경우에 조합된 이미지 투사의 프레임 영역으로 단지 투사될 수 있다. 더욱이, 광학 멀티플렉싱 모듈(125)은 조합된 이미지 투사에서 제 1 이미지 부분의 측방향 크기가 결합된 투사의 측방향 크기보다 작고 조합된 투사의 측방향 크기 내에 있도록 제 1 및 제 2 이미지 부분이 멀티플렉싱되도록 구성되어 작동 가능하다. 따라서, 조합된 투사(조합된 이미지)를 눈의 망막쪽으로 향하게 할 때, 조합된 이미지는 제 1(중심와) 이미지 부분의 투사가 눈(10)의 망막의 중심와 영역을 덮고 제 2 이미지 부분의 투사가 눈(10)의 망막의 주변 영역을 적어도 덮도록 지향될 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에 따라, 시스템(100)(즉, 이미지 투사 모듈(11) 및/또는 광학 멀티플렉싱 모듈(125))은 제 1 및 제 2 이미지 부분이 각각 조합된 이미지/투사에서 더 높고 더 낮은 공간 픽셀 밀도를 갖도록 제 1 및 제 2 이미지 부분을 생성 및/또는 조합하도록 구성되어 작동 가능하다. 이로써, 조합된 이미지/투사에서 제 1 및 제 2 이미지 부분이 각각 투사되는 망막의 각각의 중심와 및 주변 영역의 더 높고 낮은 공간 해상도에 각각 대응하도록 결합된 투사를 최적화한다.

이와 관련하여, 광학 멀티플렉싱 모듈(125)은 영상화 광학 장치를 포함하고 적어도 제 1 및 제 2 이미지 부분을 조합하여 조합된 이미지를 형성하도록 구성되는 영상화 멀티플렉싱 모듈이라는 것이 이해되어야 한다. 이것은 멀티플렉싱된 빔에 걸쳐 이미지 내용을 유지하기 위한 어떠한 요구도 없을 수 있는 비-영상화 광학 빔 멀티플렉싱 모듈/기술(예를 들어, 광 통신에서 때때로 사용됨)과는 다르다. 보다 구체적으로, 영상화 멀티플렉싱 모듈은 이러한 빔에 의해 투사되는 이미지 부분을 실질적으로 손상/변경하지 않도록 빔을 가로질러 광의 세기 프로파일/분포를 실질적으로 손상시키지 않으면서(즉, 보존하면서) 2개의 제 1 및 제 2 이미지 부분의 "투사 빔"을 멀티플렉싱 및 조합하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일부 실시예에 따라, 시스템(100)(즉, 이미지 투사 모듈(11) 및/또는 광학 멀티플렉싱 모듈(125))은 제 1 및 제 2 이미지 부분이 조합된 이미지/투사에서 각각 낮고 높은 프레임 레이트를 갖도록 제 1 및 제 2 이미지 부분을 생성 및/또는 조합하기 위해 구성되어 작동 가능하다. 이로써, 눈(10)의 망막의 중심와 및 주변 영역의 더 낮은 시간적 해상도 및 더 높은 시간적 해상도에 각각 대응하도록 조합된 이미지/투사를 최적화한다.

시스템(100)은 또한 조합된 이미지/투사에 대응하는 광을 사용자의 눈(10)으로 지향시켜 사용자의 망막(12) 상에 이미지를 형성하도록 구성되고 작동 가능한 광학 모듈(120)을 포함할 수 있다. 가능하게는 망막 상에 원하는/적절한 위치상으로 이미지 투사를 지향하도록 눈의 시선 방향 및/또는 측방향 위치를 추적하면서, 사용자의 눈(10)의 망막에 이미지의 투사를 지향하기 위해 구성된 광학 모듈의 예는 예를 들면 특허출원 공보 제WO2015/132775호 및 WO2017/037708호에 개시되며, 이 특허출원 공보들은 본 특허출원의 양수인에게 공동 양도되고 참조에 의해 본원에 포함된다. 이러한 광학 모듈은 전형적으로/선택적으로 광학 릴레이(126)를 포함할 수 있지만, 가능하게는 또한 눈의 상대 위치(측면 위치)에서의 변화를 추적하기 위해 눈 투사 시스템(100)에 대해 이미지 투사의 일반적인 광학 경로를 지향/조정하기 위한 하나 이상의 조정 가능한 디플렉터를 포함할 수 있어 투사된 이미지(본 경우에 조합된 이미지 투사)가 눈 투사 시스템(100)에 대해 눈의 시선 및 위치가 변화/상이할 수 있는 동안 망막상의 정확한 위치에 떨어진다. 이를 위해, 광학 모듈(120)은 또한 눈의 시선 및/또는 문자적 위치를 모니터링하고 이에 따라 대응하는 조정 가능한 디플렉터를 동작시키기 위한 눈 추적 시스템/모듈을 포함할 수 있다(상기 참조된 PCT 특허 공보에 기술된 바와 같음).

광학 릴레이(126)는 일반적으로 영상화 광학 릴레이로서, 이는 입력 포트/동공에서 입력된 이미지를 다른 위치(예를 들어, 출력 동공/포트)로 출력하도록 릴레이하지만, 특정 광학 배율로 릴레이하는 영상화 광학 릴레이이다. 광학 릴레이는 순 초점 파워를 갖지 않을 수 있으며, 이에 따라 릴레이된 광에 대한 초점에 어떠한 영향도 미치지 않고 배율에만 영향을 미치도록 구성되고 작동 가능할 수 있다. 이와 관련하여, 광학 릴레이(126)는(비-영상화(빔) 릴레이와는 달리) 영상화 광학 릴레이이고, 그에 의해 릴레이된 빔에 걸쳐 이미지 정보를 보존하도록 구성된다는 것이 이해되어야 한다.

광학 릴레이(126)가 사용되는 본 발명의 다양한 실시예에서, 광학 멀티플렉싱 모듈(125)은 광학 릴레이(126)의 상류(예를 들어, 도 4b 참조), 광학 릴레이(126)의 하류(예를 들어, 도 4e 참조)에 위치될 수 있고 및/또는 광학 릴레이(126) 자체와 통합될 수 있다(예를 들어 도 4c 및 5b 참조)는 것이 이해되어야 한다.

시스템(100)은 또한 일반적으로 적어도 하나의 제어 유닛(200)을 포함하거나 이에 연결될 수 있다. 제어 유닛(200)은 일반적으로 눈(10)에 투사되는 입력 데이터 및/또는 이미지 데이터를 얻고 가능하게는 상이한 해상도 및/또는 상이한 프레임 레이트를 갖는 눈의 망막의 중심와 및 주변 영역으로 전달되는 제 1 및 제 2 이미지 부분의 이미지 데이터를 렌더링하도록 입력 비디오 및/또는 이미지 데이터를 처리하도록 구성된다. 그 후, 제어 유닛(200)은 이미지 투사 모듈(11)의 제 1 및 제 2 이미지 부분을 제공/통신하며, 이는 차례로 제 1 및 제 2 이미지 부분을 원하는 해상도 및 프레임 레이트로 광학 모듈(120)에 광학적으로 전파하기 위해 생성 및 투사하며, 제 1 및 제 2 이미지 부분이 공간적으로 및/또는 시간적으로 멀티플렉싱/결합되어 망막 상에 투사될 조합된 이미지 투사를 형성한다.

이를 위해, 이미지 데이터를 처리하고 적어도 제 1 및 제 2 이미지 부분을 렌더링하는 단계는 전술한 바와 같이 방법(250)의 동작을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 제어 유닛(200)은 사용자의 눈에 투사되어야 하는 "투사 이미지 프레임"(여기서는 조합 이미지라고도 함)의 내용을 나타내는 이미지 데이터를 수신하기 위한 동작(251)을 수행하도록 구성되어 작동 가능할 수 있다. "투사 이미지 프레임"은 일정 기간 동안 망막에 반복적으로 투사되어야 하는 정지 이미지일 수 있고/있거나 망막에 투사될 비디오 이미지 시퀀스의 일부인 비디오 프레임일 수 있다. 이미지 데이터는, 예를 들어, 망막에 투사되어야 하는 이미지(들)의 내용 및 레이아웃을 포함할 수 있다(여기서 상기 내용은 망막에 동시에 투사되어야 하는 하나 이상의 이미지의 정보일 수 있고, 레이아웃은 이러한 하나 이상의 이미지의 투사의 배열/레이아웃에 관한 정보를 포함한다). 레이아웃 데이터는 예를 들어 망막상의 이미지(들)의 측면 위치를 나타내는 측면 위치 설정 데이터(예를 들어, 눈의 LOS와 이미지 평면 사이의 교차점을 나타내는 이미지(들)의 앵커 포인트에 대한 데이터)를 포함할 수 있다.

제어 유닛(200)은 망막에 투사되어야 하는 조합된 광학 필드(이미지 내용)를 나타내는 "투사 이미지 프레임"을 결정/생성하기 위해 이미지 데이터를 처리하기 위한 선택적 동작(252)을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 소정의 경우에 "투사 이미지 프레임"은 레이아웃 데이터에 따라 프레임에 배치되면서 이미지 데이터에 포함된 복수의 이미지에 연관시킴으로써 형성된다.

선택적인 동작(253)에서, 제어 유닛은 눈의 광학 축선(LOS)에 대한 "투사 이미지 프레임"을 등록하기 위한 등록 동작을 수행한다. 다시 말해서, "투사 이미지 프레임"의 정렬된 위치를 나타내는 등록/정렬 데이터는 눈의 LOS에 상대적이다(예를 들어, 등록/정렬 데이터는 "투사 이미지 프레임"에서 눈의 LOS 축선에 의해 교차되어야 하는 포인트를 나타낼 수 있다).

동작(254)에서, 제어부(200)는 "투사 이미지 프레임"을 2개 이상의 세그먼트(적어도 제 1 및 제 2 이미지 부분)로 분할하고, 이는 망막의 중심(중심와) 영역 및 망막의 주변(부중심와) 영역으로 투사된다. 따라서, 동작(254)에서, 제어부(200)는 253에서 획득한 정합/정렬 데이터를 이용하여 "투사 이미지 프레임"을 분할하여 이미지의 각 구간이 떨어지는 망막의 위치를 판단하여 "투사 이미지 프레임"에서 제 1 이미지 부분과 제 2 이미지 부분 사이의 경계를 결정하며 이는 각각 망막의 중심와와 부중심와 영역에 속한다. 이를 위해, 부중심와(주변) 망막 영역에 속하는 섹션은 제 2 이미지 부분으로 분할되고, 중심와 망막 영역에 떨어지는 섹션은 제 1 이미지 부분으로 분할된다. 이에 따라, 제어 유닛(200)은 "투사 이미지 프레임"을 망막의 중심와와 부중심와 상으로 각각 투사되는 적어도 2개의 이미지 부분으로 분할한다.

이와 관련하여, 이러한 분할을 수행하기 위해, 제어 유닛은 제 1 및 제 2 이미지 부분을 투사하는데 있어서 이미지 투사 모듈(11)의 투사 파라미터 및 가능하게는 광학 모듈의 광학 파라미터를 나타내는 투사 유닛 구성 데이터를 이용할 수 있음에 유의해야한다.

예를 들어, 2개의(제 1 및 제 2) 이미지 투사 유닛(130 및 140) 및 그들의 투사된 이미지 부분을 연결하기 위한 공간 이미지 멀티플렉싱(125.1)(도 4a 내지 도 4e의 실시예 참조)을 포함하는 실시예에서, 제 1 및 제 2 이미지 투사 유닛(130 및 140) 및/또는 이들의 후속 배율 광학계(예를 들어, 각각 초기/배율 릴레이 모듈(122a 및 122b))의 개구 수(NA)는 투사 유닛 각각 및 이들의 각도-크기에 의해 덮히는 망막 영역의 데이터를 결정하기 위해 고려/처리될 수 있다. 이것은 제어 유닛(200)이 "투사 이미지 프레임"을 이미지 투사 유닛(130 및 140) 사이에서 적절히 분할하고 나누어지게 한다.

대안적으로 또는 부가적으로, 제 1 및 제 2 이미지 부분의 단일 이미지 투사 유닛(130) 투사 시퀀스(예를 들어, 인터리브/인터레이스 시퀀스) 및 시간적 이미지 멀티플렉싱(125.2)을 포함하는 실시예에서, 때때로 제 1 및 제 2 이미지 부분이 투사되고(도 5a 및 도 5b의 실시예 참조), 상기 제 1 및 제 2 이미지 부분의 투사에 각각 적용되는 상이한 광학 배열 및/또는 단일 이미지 투사 유닛(130)의 개구 수는 각각의 제 1 및 제 2 이미지 부분 및 이들의 각도 크기의 투사에 의해 덮인 망막의 영역 상의 데이터를 결정하기 위해 고려된다. 이것은 제어 유닛(200)이 "투사 이미지 프레임"을 제 1 및 제 2 이미지 부분으로 적절히 분할하고 나누어지게 한다.

255에서, 제어 유닛(200)은 각각 이미지 투사 유닛(130 및 140)에 의해 투사될 제 1 및 제 2 이미지 부분의 렌더링을 수행한다. 제어 유닛(200)은 이에 따라 각각 제 1 및 제 2 이미지 부분을 렌더링하기 위해 이미지 투사 모듈(11)(즉, 유닛(130 및/또는 140))에 의해 제공되는 각도 해상도 및 색 심도와 같은 투사 파라미터를 나타낼 수 있는 투사 유닛 구성 데이터를 이용할 수 있다. 이와 관련하여, 전술한 바와 같이, 망막의 중심와 영역으로 이미지를 투사하도록 구성된 제 1 이미지 투사 유닛(130)은 망막 상의 부중심와 영역 상에 이미지를 투사하는, 제 2 이미지 투사 유닛(140)에 의해 제공된 상기 각도 해상도(DPI) 및/또는 색 심도 보다 더 높은 각도 해상도(더 높은 DPI) 및/또는 개선된 색 심도로 망막 상의 이미지를 투사하기 위해 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 제어 유닛(200)은 제 1 및 제 2 이미지 부분을 상이한(예를 들어, 각각 더 낮은 및 더 높은) 프레임 레이트로 투사하기 위해 이미지 투사 모듈(11)을 작동시키도록 구성될 수 있다.

그 후, 동작(256)에서, 제어 유닛은 투사를 위해 제 1 및 제 2 이미지 부분을 나타내는 렌더링 데이터를 이미지 투사 모듈(11)(예를 들어, 도 4a 내지 4e의 실시예에서 각각 제 1 및 제 2 이미지 투사 유닛(130, 140); 및/또는 도 5a 및 도 5b의 실시예에서 단일 이미지 투사 유닛(130))에 제공한다.

이와 관련하여, 본 발명에 따른 눈 투사 시스템(100)은 인간 눈의 해부학적 구조의 특징을 이용한다. 인간 눈의 해부학적 구조를 도시한 도 2를 참조한다. 인간의 눈의 구조가 일반적으로 알려져 있기 때문에, 여기에서는 상세하게 설명되지 않지만, 망막(도 1의 12)이 광을 수집하고 뇌로 전송될 데이터를 생성하는 감광 영역이라고 진술하면 충분하다. 망막은 광 세기(흑백 시야) 및 파장(색 시야)에 민감한 복수의 감광성 셀을 포함한다. 보다 구체적으로, 망막은 광도(빛의 세기)에 민감한 막 대형 세포(막대) 및 채도(색 또는 파장)에 민감한 원추형 세포(원추)를 포함한다. 망막 중앙의 영역은 더 높은 농도의 원추 세포(파장 민감성 세포)를 포함하며, 중심와로 알려져 있다(도 1에서 14로 표시됨). 중심와는 시야 중심 또는 관심 중심에 위치한 것의 상세 이미지를 제공하는 역할을 한다. 일반적으로, 중심와 영역은 더 높은 공간 주파수 또는 더 높은 해상도, 및 가능하게는 더 높은 색 감지 능력을 제공하는 반면, 입력 라이트 필드 내에서 움직임, 빠른 조명 변화, 및 구배에 더 민감하지만 부중심와 영역은 저해상도 이미지 인지(뇌에 장면의 주변에 희미한 표시를 제공함) 및 가능하게는 더 낮은 색 감지 능력을 제공한다. 이를 위해, 부중심와 영역은 심지어 25 내지 30FPS 또는 심지어 더 작은 저 프레임 레이트에 대해 둔감할 수 있는 중심와 영역보다 낮은 프레임 레이트(60FPS보다 낮은 프레임 레이트, 경우에 따라 심지어 90FPS보다 낮은 프레임 레이트는 부중심와 영역에 의해 깜박임으로 인지될 수 있음)에 더 민감하다. 따라서, 이미지 투사 모듈(예를 들어, 유닛(130 및/또는 140))은 망막 상에 투사될 조합된 광학 필드("투사 이미지 프레임")의 상보적인 제 1 및 제 2 부분의 투사를 위해 구성되고 작동 가능하다. 망막의 중심와 영역으로 향하는 제 1 이미지 부분은 높은 이미지 투사 품질로 투사되는 반면(즉, 제 1 이미지 부분을 높은 각도 해상도 및/또는 높은 색 심도를 갖도록 렌더링/투사), 프레임 레이트가 낮을 수 있다. 더 높은 프레임 레이트가 부중심와 영역에 의해 감지된 깜박임을 감소시키는 동안 망막의 부중심와 영역으로 향하는 제 2 이미지 부분은 더 낮은 이미지 투사 품질(즉, 제 1 이미지 부분의 각도 해상도 및/또는 색 심도에 비해 감소된 각도 해상도 및/또는 감소된 색 심도)으로 투사된다.

이것은 망막의 해부학적 및 인지 특성에 적합한 조합된 이미지 투사를 제공하는 동시에 시스템에 의해 처리되어야 하는 이미지 데이터의 양을 줄인다.

이를 위해, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 이미지 투사 시스템은 스캐닝 이미지 투사 구성으로 구성되는 하나 이상의 이미지 투사 유닛(예를 들어 130 및/또는 140)을 포함할 수 있다(이 스캐닝 이미지 투사 구성에 의해, 이미지는 투사 영역 상에(즉, 망막의 각각의 중심와 영역 상에) 이미지 정보로 시간적으로 변조된 광선을 스캐닝(래스터 스캐닝)을 통해 투사된다). 이미지 투사 유닛(들)(130 및/또는 140)의 이러한 스캐닝 이미지 투사 구성은 이미지 투사 시스템(11)의 컴팩트한 크기로 고품질 이미지 투사 달성을 용이하게 한다.

광학 모듈(120)은 이미지 투사 시스템(11)에 의해 투사된 제 1 및 제 2 이미지 부분을 조합/멀티플렉싱하고 대응하는 광선을 지향시켜 사용자의 눈(10)에 투사된 이미지를 형성하도록 구성된다.

이와 관련하여, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 방법(250)의 분할 동작(254)에서, 제어 유닛(200)은 "투사 이미지 프레임"을 그 사이에 경계 영역을 따라 일부 중첩되는 2개(또는 그 초과)의 세그먼트(제 1 및 제 2 이미지 부분)로 분할한다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 이러한 실시예에서, 이미지 투사 시스템(11)은 이러한 제 1 및 제 2 이미지 부분이 이들 사이의 경계 영역에서 중첩되도록 이러한 제 1 및 제 2 이미지 부분을 망막 상에 투사하도록 구성되고 작동 가능하다. 따라서, 경계상에서, 유사한 이미지 정보가 제 1 및 제 2 이미지 부분 유닛에 의해 중첩되고 각각 높은 및 낮은 이미지 투사 품질로 투사된다.

광학 모듈(120)(광학 멀티플렉싱 모듈(125))은 이미지 투사 모듈(l1s)에 의해 생성된 제 1 및 제 2 이미지 부분이 조합되어 이들 사이의 중첩이 유지되도록 구성될 수 있다. 또한, 광학 모듈(120)은 이미지 부분들 사이의 경계가 실질적으로 사용자의 망막에서 중심와의 해부학적 경계에 대응하도록 투사된 이미지 부분을 지향시키도록 구성 및/또는 작동 가능할 수 있다. 시스템은 망막상의 중심와 이미지의 상대적 크기/각 연장 및/또는 망막상의 경계 위치를 나타내는 망막 설정/보정 파라미터를 포함할 수 있다. 망막 설정/교정 파라미터는(예를 들어, 사전 교정 및/또는 사용자의 선택을 통해) 망막 상에 이미지의 제 1 부분의 투사의 위치 및 측방향 크기를 조정 및/또는 맞추기 위해(예를 들어 사용자의 해부학적 특징/파라미터를 충족시키기 위해) 조정될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로 망막 설정/교정 파라미터는 다수의 사용자의 해부학에 적합하도록 사전 조정/사전 설정 및/또는 고정될 수 있다.

다양한 실시예에서, 조합된 이미지/투사에서 투사된 제 1 및 제 2 이미지 부분 사이의 중첩은 망막의 중심와 영역 상에 투사된 이미지의 고품질과 망막의 부중심와 영역(들) 상에 투사된 이미지 부분의 저 품질 사이의 부드럽고 자연스러운 전이의 사용자의 인지를 용이하게 하기 위해 및/또는 사용자들 사이의 부정확성 및 해부학적 변화를 보상하기 위해 중요하다.

제어 유닛(200)은 또한 눈(10) 방향 및/또는 위치에서 눈 추적 데이터(예를 들어, IL 특허출원 제241033호에 개시된 것과 같은 눈 추적 모듈로부터 획득됨)에 응답할 수 있고, 눈(10)의 움직임에 따라 이미지 투사의 광학 경로를 보정하기 위해 이미지 투사의 일반적인 경로를 변경하도록 적절한 명령을 광학 모듈(120)에 제공한다. 예를 들어, 광학 모듈(120)은 예를 들어 조정 가능한 시선 추적 빔 디플렉터 및/또는 조정 가능한 동공 위치 빔 디플렉터를 포함할 수 있는 궤적 모듈(124)을 포함할 수 있다(예를 들어, IL 특허출원 제241033호에 기술된 바와 같이 구성되고 작동 가능할 수 있음). 제어 유닛(200)은 예를 들면, 실질적으로 고정된 상대 배향 및/또는 그들 사이의 변위를 유지하기 위하여 눈의 시선 방향(LOS 방향) 및/또는 상대 측면 변위 및/또는 광학 모듈(120)의 출력 광학 축선과 눈의 광학 축선 사이의 상대적 각도 배향에 따라 이미지 투사의 일반적인 전파 경로를 변화 시키도록 이들 디플렉터들 중 하나 또는 둘 모두의 위치를 조정하도록 구성되어 작동 가능할 수 있다. 실제로, 고정된 상대 배향 및 변위가 눈의 광학 축선과 광학 모듈(120)의 출력 광학 축선 사이에 유지될 때, 이미지 투사 모듈(11)로부터의 이미지(들)/이미지 부분은 망막 상의 고정된 위치(들)에 투사된다.

대안적으로 또는 부가적으로, 일부 실시예들에서, 제어 유닛(200)은, 이미지 투사 모듈(11)을 작동하여(예를 들어, 도 5a-5b의 단일 이미지 투사 유닛(130)을 작동시키고 및/또는 도 4a-4e에서 제 1 및 제 2 투사 유닛(130, 140) 둘 다를 공동으로 작동함) 투사된 광학 필드(조합된 이미지/투사)가 상대적 배향/변위에서의 변화에 대응하는 방식으로 시프트/워핑되도록 투사된 이미지를 시프트(shift) 및/또는 워핑(warp)함으로써, 눈의 광학 축선들과 광학 모듈(120) 사이의 상대적인 배향 및/또는 변위에서의 일부/약간의 변화/시프트를 보상하도록 구성되고 작동 가능할 수 있다. 예를 들어, 작은 눈 운동을 보상하기 위한 이러한 기술의 사용이 도 6을 참조하여 아래에 보다 상세하게 예시된다.

따라서, 본 발명에 따른 눈 투사 시스템은 일반적으로 망막의 중심와 영역에 대한 해상도가 증가된 이미지 투사를 제공하는 한편, 중심와를 둘러싸는 부중심와 영역에 비교적 낮은(예를 들어, 정상) 해상도의 이미지 투사를 제공하도록 구성된다. 이것은 시스템이 고해상도의 이미지에 대한 이미지 렌더링/처리의 복잡성을 감소시키면서, 고해상도 이미지를 실제로 이용하고 이를 요구하는 눈의 사용자의 영역에 고 해상도 이미지를 제공한다.

도 3은 본 발명의 눈 투사 시스템에 의해 생성된 2-부분 이미지를 도시한다. 완전한 이미지는 일반적으로 관심의 중심을 둘러싸는 주변 이미지 데이터를 제공하는 부중심와/망막 이미지 부분(1400) 및 사용자의 관심의 중심에 대응하고 이미지 데이터의 주 부분을 제공하는 중심와 이미지 부분(1300)을 포함하는 2개의 이미지 부분(일반적으로 적어도 2개, 주변 이미지 부분이 수 개의 투사 유닛에 의해 생성된 수 개의 서브 이미지로 구성될 수 있으므로)을 포함한다. 중심와 이미지 부분(1300)은 일반적으로 부중심와 이미지 부분(1400)에 대해 더 높은 해상도를 가질 수 있다. 중심와 부분(1300) 및 부중심와 부분(1400)의 실제 픽셀 수는 동일하거나 더 클 수 있다. 이미지 해상도의 차이는 전형적으로 각각의 이미지 부분에 의해 덮히는 상이한 영역(시야)으로 인해 제공될 수 있다. 구체적으로, 중심와 이미지 부분은 일반적으로 중심와의 실제 영역, 또는 약간 더 큰 영역을 덮도록 투사될 수 있으며, 이는 망막의 주변 영역에 비해 상당히 더 작다. 도 3에 도시된 바와 같은 이미지 부분은 원형 시야를 예시한다는 점에 유의해야 한다. 그러나, 일반적으로 시야는 직사각형, 타원형 또는 임의의 다른 형상일 수 있다. 투사된 이미지의 중심와 영역(1300)은 바람직하게는 중심와의 시야를 커버하고 따라서 눈의 이 영역의 선명한 시야 능력을 최적화하기 위해 원형 또는 타원형일 수 있다. 또한, 도 3에는 사용자의 동공에서 중심와(1300) 및 부중심와(1400) 이미지 부분의 각도 범위가 예시되어 있다. 전형적으로, 중심와 이미지 부분의 각도 범위는 α¹일 수 있고 3° 내지 10°, 바람직하게는 약 5°일 수 있다. 추가로, 동공 입력에서 부중심와 이미지 부분의 각도 범위(α²)는 20°보다 높을 수 있고, 전형적으로는 약 120° 내지 180°일 수 있다.

도 4a 내지 도 4c 및 도 4e를 참조하면, 이미지들(중심와 및 주변 이미지 부분들)이 공간적으로 멀티플렉싱되는 적어도 제 1 이미지 투사 유닛 모듈(130) 및 제 2 이미지 투사 유닛/모듈(140)(이하, 투사 유닛이라고도 함)을 포함하는 눈 투사 시스템(100)의 여러 실시예가 도시된다. 제 1 및 제 2 이미지 투사 유닛(130 및 140)은 적어도 제 1 및 제 2 이미지 부분의 공간적으로 분리된 투사를 위해 구성되고 작동 가능하다. 이들 실시예에서, 광학 모듈(120)의 광학 멀티플렉싱 모듈(125)은 조합된 이미지를 형성하도록 제 1 이미지 투사 유닛 모듈(130) 및 제 2 이미지 투사 유닛/모듈(140)로부터의 이미지(제 1 및 제 2 이미지 부분)를 공간적으로 조합하도록 구성되고 작동 가능한 공간 멀티플렉서(125.1)를 포함하고, 상기 조합된 이미지는: (i) 조합된 이미지의 측방향 크기 내에서(예를 들어, 조합된 투사/이미지의 중심을 덮고 조합된 투사/이미지의 전체 영역을 통해 연장되지 않는) 완전히 제 1 이미지 투사 모듈(130)로부터 제 1 이미지 부분 및 (ii) 조합된 투사/이미지의 경계 및 이에 따른 측방향 크기를 정의하기 위하여 더 큰 측방향 크기에 걸쳐 투사되는 제 2 이미지 투사 모듈(140)로부터의 제 2 이미지 부분을 포함한다. 다시 말해서, 광학 멀티플렉싱 모듈은 제 1 이미지 부분이 조합된 이미지/투사의 중앙 영역에 있고, 제 2 이미지 부분이 조합된 투사/이미지의 중심 영역을 둘러싸는 환형 영역에 걸쳐 측방향으로 연장되도록 적어도 제 1 및 제 2 이미지 부분을 공간적으로 조합한다. 따라서, 조합된 투사/이미지에서, 제 1 이미지 부분이 제 1 이미지 부분을 프레임화하도록 제 1 이미지 부분이 제 2 이미지 부분보다 더 작은 측방향 크기를 갖는다. 눈에 투사될 때, 제 2 이미지 부분은 망막의 주변 영역(들)을 덮도록 지향되고, 제 1 이미지 부분은 망막의 중심와를 덮도록 지향된다.

일부 실시예에 따라, 제 1 이미지 투사 유닛(130) 및 제 2 이미지 투사 유닛(140)은 각각의 개구 수에 따라(및/또는 대응하는 배율 릴레이 모듈(122a, 122b)의 각각의 개구 수에 따라) 제 1 이미지 투사 유닛(130)으로부터 출력된(예를 들면, 대응하는 배율 릴레이 모듈(122a)로부터 출력된) 제 1 이미지 부분에서 픽셀 밀도가 제 2 이미지 투사 유닛(140)으로부터 출력되는(예를 들면, 대응하는 배율 릴레이 모듈(122b)로부터 출력되는) 제 2 이미지 부분에서 픽셀 밀도보다 더 높도록 구성된다. 따라서, 망막의 중심와 영역은 고해상도 이미지 부분을 망막의 주변 영역에 처리하고 투사하는 요구를 제거하는 반면, 망막의 중심와 영역이 고 해상도 이미지에 의해 투사된다. 예를 들면 이미지 투사 모듈(130 및 140)은 유사한 공간 해상도를 제공하는 경우조차, 이미지 투사 모듈(140)로부터 제 2 이미지 부분이 더 넓은 영역(예를 들어, 망막의 주변 영역을 덮도록 구성되고, 그것의 픽셀 밀도는 망막 상에 투사될 때 망막의 중심와(중앙) 영역만을 덮도록 구성된 제 1 이미지 부분의 픽셀 밀도에 비해 더 작다.

선택적으로, 일부 실시예에서, 제 1 및 제 2 이미지 투사 모듈(130 및 140)은 제 1 및 제 2 이미지 부분을 상이한 프레임 레이트로 각각 투사하도록 구성되고 작동 가능할 수 있다. 예를 들어, 제 1 이미지 투사 모듈(130)은 망막의 중심와 비율이 낮은 프레임 레이트(또는 깜빡이는 이미지)에 덜 민감하기 때문에, 초당 25-30 프레임(FPS)만큼 낮은 프레임 레이트에서 동작하도록 구성될 수 있는 반면, 망막의 주변 영역은 낮은 프레임 레이트(또는 깜박임 이미지)에 훨씬 더 민감하기 때문에, 제 2 이미지 투사 모듈(130)은 더 높은 프레임 레이트(예를 들어, 50FPS 초과, 보다 바람직하게는 60FPS 이상, 더욱 바람직하게는 적어도 90FPS)에서 작동하도록 구성될 수 있다. 이것은 각각 더 낮은 및 더 높은 프레임 레이트에서 각각의 이미지 부분을 투사하기 위한 이미지 투사 모듈(130 및 140)의 특정 구성에 의해 달성될 수 있다.

광학 모듈(120)은 또한 투사 유닛들에 의해 투사된 이미지들에 대응하는 광을 사용자의 눈(10)을 향해 지향시켜 사용자의 망막(12) 상에 이미지들을 형성하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 광학 모듈(120)은 광학 모듈을 통한 광 전파 방향과 관련하여 공간 멀티플렉싱 모듈(125.1)의 앞에, 후에 위치하고 및/또는 공간 멀티플렉싱 모듈(125.1)과 통합될 수 있는 광학 릴레이(126)를 포함할 수 있다. 이들 실시예는 도 4a 내지 도 4g를 참조하여 아래에보다 상세히 도시되고 설명된다.

전술한 바와 같이, 시스템은 일반적으로 적어도 하나의 제어 유닛(200)을 포함하거나 이에 연결될 수 있다. 제어 유닛(200)은 일반적으로 이미지 데이터를 렌더링하고 제 1 및 제 2 투사 유닛(130, 140)에 의해 투사되도록 전송하도록 구성된다. 이를 위해, 2개 이상의 (제 1 및 제 2) 투사 유닛들(130 및 140)에 의해 투사될 렌더링 이미지 데이터는 전술한 바와 같은 방법(250)의 동작들을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

따라서, 이미지 유닛(130 및 140)은 망막 상에 투사될 조합된 광학 필드("투사 이미지 프레임")의 상보적인 제 1 및 제 2 부분의 투사를 위해 구성되고 작동 가능하다. 제 1 이미지 투사 유닛(130)은 높은 이미지 투사 품질로(즉, 높은 각도 해상도 및/또는 높은 색 심도를 갖도록 제 1 이미지 부분을 렌더링/투사함) 망막의 중심와 영역으로 지향되는 제 1 이미지 부분을 투사할 수 있도록 구성되고 작동 가능하다. 제 2 이미지 투사 유닛은 제 2 이미지 부분(망막의 부중심와 영역으로 향하게 됨)을 더 낮은 이미지 투사 품질(즉, 제 1 이미지의 각도 해상도 및/또는 색 심도와 비교하여 감소된 각도 해상도 및/또는 감소된 색 심도)로 투사하도록 구성된다.

예를 들어, 이미지 투사 유닛(130)은 픽셀 당 입체 각도의 약 4 분각²(arc-minute²) 또는 미만인 높은 각도 해상도로 투사 이미지 프레임의 특정 부분(들)을 투사하도록 구성되고 작동 가능할 수 있다. 이미지 투사 유닛(140)은 픽셀 당 입체 각도의 약 10 분각 또는 그 미만인 낮은 각도 해상도로 투사 이미지 프레임의 특정 부분(들)을 투사하도록 구성되고 작동 가능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이미지 투사 유닛(130)은 RGB 색 내용(예를 들어, 적어도 8 비트(256 색) 또는 그 초과의 색 심도(예를 들어, 24 비트)로 각각의 이미지 부분을 투사하도록 구성된다. 망막의 주변에 이미지를 투사하는데 사용되는 이미지 투사 유닛(140)은 더 낮은 색 심도(예를 들어, 4 비트 색 심도(16 색)) 및/또는 색상 정보가 없거나 최소한의 색상 정보(예 : 회색조 이미지)를 갖는 각각의 이미지 부분을 투사하기 위해 구성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 이미지 투사 유닛(130 및/또는 140)은 스캐닝 이미지 투사 구성/모드에서 동작하도록 구성되고 작동 가능하며, 이로 인해 투사면(즉, 망막의 영역)상의 빔의 스캐닝과 동기화하여 이미지 픽셀 정보로 시간적으로 변조되는 광선의 스캐닝(예를 들어, 래스터 스캐닝)을 통해 이미지가 투사된다. 이미지 투사 유닛(들)(130 및/또는 140)의 이러한 스캐닝 이미지 투사 구성은 이미지 투사 시스템(11)의 콤팩트한 치수로 고품질 이미지 투사를 달성하는 것을 용이하게 한다. 일부 실시예에서, 이미지 투사 유닛(들)(130 및/또는 140)은 스캔 이미지 투사 장치로 구성된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 일부 실시예에서 이미지 투사 유닛(140)은 스캐닝 이미지 투사 구성; 및/또는 공중 이미지 투사 기술로 구성될 수 있고, 예를 들어 이는 공간 광 변조기(SLM)를 이용하여 각각의 제 2 이미지 부분을 망막의 부중심와 영역에 투사한다.

도 4b, 도 4c, 및 도 4e를 함께 참조하면, 2개의 투사 유닛(130, 140)이 각각 포함되고 각각 다른 품질(분해능 및/또는 색 심도)로 및/또는 다른 프레임 레이트로 제 1 및 제 2 이미지 부분을 투사하도록 각각 구성되고 작동 가능한 3개의 눈 투사 시스템(100)의 구성이 도시되어 있다. 이들 실시예는 광학 모듈(120)의 상이한 특정 구성을 예시하며, 모든 실시예에서 광학 모듈은 2개의 투사 유닛(130 및 140)으로부터의 제 1 및 제 2 이미지 부분을 공간적으로 조합하도록 작동 가능한 공간 광학 멀티플렉싱 모듈(125.1)로서 구성된 광학 멀티플렉싱 모듈(125) 및 투사를 눈을 향한 적절한 위치로 릴레이하기 위한 광학 릴레이를 포함한다.

공간 광학 멀티플렉싱 모듈(125.1)은 적어도 하나의 빔 조합기(M)(예를 들어, 반투명 디플렉터/미러 및/또는 편광 디플렉터) (예를 들어, 투사 유닛(130 및 140)이 상이한 광 편광 및/또는 당업계에서 공지된 바와 같이 임의의 다른 적절한 광 조합체의 편광을 방출하도록 구성되는 경우) 및 공통 광학 경로(GOP)를 따라 전파하도록 각각의 광학 경로(OP1 및 OP2)를 따라 투사 유닛(130 및 140)으로부터 전파하는 광을 조합하기 위한 하나 이상의 부가 디플렉터를 포함한다. 일반적으로, 빔 조합기(M)는 시야의 횡단면의 중심에서 상기 영역 내의, 제 2 투사 유닛(140)으로부터 광 전송을 차단하도록 구성될 수 있다. 그러나, 일부 구성에서, 빔 조합기(M)는 통과하는 광을 부분적으로 전송시키도록 구성될 수 있고, 따라서, 제 2 투사 유닛(140)에 의해 생성된 광의 적어도 일부가 시야의 중심을 통과하게 한다. 소정의 추가 실시예들에서, 빔 조합기(M)는 제 1 투사 유닛(130) 및 제 2 투사 유닛(140)들에 의해 생성된 이미지 사이의 이미지 투사에서의 원활한 전이를 허용하기 위해 중앙 영역에서 차단하고 그 주변에서 송신할 수 있다.

도 4b의 실시예에서, 공간 광학 멀티플렉싱 모듈(125.1)은 시스템(100)을 통한 광 전파 방향에 대하여 광학 릴레이(126) 이후/ 상류에 위치된다. 도 4e의 실시예에서, 공간 광학 멀티플렉싱 모듈(125.1)은 광 전파 방향에 대한 광학 릴레이(126) 앞에 위치된다. 도 4c의 실시예에서, 공간 광학 멀티플렉싱 모듈(125.1)은 광학 릴레이(126)와 통합된다. 이 경우에 릴레이 모듈(126)은 2개의(일반적으로 적어도 2개의) 입력 포트/렌즈-세트(Lla 및 L1b) 및 단일 출력 렌즈-세트/포트(L2), 및 광로(OP1 및 OP2) 사이의 접합부에서의 빔 조합기(M)를 포함한다.

전술한 바와 같이, 조합된 투사에서, 제 2(부중심와) 이미지 부분은 일반적으로 제 1(중심와) 이미지 부분보다 측 방향으로 더 커서 중심와 이미지 부분을 프레임화한다. 이를 위해, 본 발명의 일부 실시예에서, 제 2 이미지 투사 유닛(140)은 제 1 이미지 투사 유닛(130)에 의해 투사된 제 1 이미지 부분의 각도 크기보다 큰 각도 크기(배율)로 제 2 이미지 부분을 투사하도록 구성된다.

그러나, 도 4b에 도시된 바와 같이, 각각의 제 1 투사 유닛(130) 및 제 2 투사 유닛(140)의 출력 각도 범위(α¹ _max 및 α² _max)는 도 3에서 전술된 바와 같이 눈(10)의 동공/입구에서 각각의 중심와 및 부중심와 이미지 부분의 원하는 각도 범위(α¹ _in 및 α² _in)를 제공하도록 구성될 수 있거나 구성되지 않을 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 제 2 이미지 투사 유닛(140) 자체는 제 2 이미지 부분에 충분히 큰 각도 범위를 제공하도록 구성되지 않는다. 따라서, 도 4b 및 도 4e에 도시된 바와 같이, 선택적으로 광학 모듈(120)은 투사 유닛(134 및 140)으로부터 제 1 및 제 2 이미지 부분의 각각의 광학 경로를 따라 배열되고 동공 입력에서 눈에 들어가는 제 1 (중심와) 이미지 부분의 각도 범위(α¹ _in)가 전술된 바와 같이 3° 내지 10°(전형적으로 약 5°)일 수 있도록 이들의 개구 수를 조정하고 동공 입력에서 제 2 (부중심와) 이미지 부분의 각도 범위(α² _in)가 20°(전형적으로 120° 내지 180°) 보다 높을 수 있도록 각각의 제 1 및 제 2 이미지 부분을 작동하도록 구성되고 작동 가능한 2개의 배율 릴레이 모듈(122a 및 122b)을 포함한다. 이를 위해, 배율 릴레이 모듈(122a, 122b)은 각각의 투사 유닛(130, 140)의 개구 수에 따라 구성되고 작동 가능하여 각각의 제 1 및 제 2 이미지 부분의 투사를 확대하여 눈으로 들어가는 중심와 및 부중심와 이미지 부분의 상술한 각도 범위를 획득한다. 이와 관련하여, 일반적으로 배율 릴레이(122a 및 122b)는 선택적이며, 이미지 투사 유닛(130 및 140)이 그 자체로 정확한 개구 수를 제공하도록 구성되는 경우에는 생략될 수 있음이 이해되어야 한다. 그러나, 실시예에서, 각각의 이미지 투사 유닛(130, 140)으로부터 출력된 제 1 및/또는 제 2 이미지 부분이 적절히 확대되지 않은 경우(적절한 개구 수를 갖지 않음), 조합된 이미지의 전체 배율이 또한 제 1 및 제 2 이미지 부분이 공통의 일반적인 광학 경로(GOP)를 따라 공간적으로 시간적으로 조합된 후에 수행될 수 있기 때문에 배율 릴레이(122a, 122b)의 각각의 하나 또는 둘 모두 각각의 이미지 부분의 적절한 배율, 더 중요하게는 이미지 부분들 사이의 비율을 조정하도록 시스템 내에 포함될 수 있다.

도 4e의 실시예에서, 공간 광학 멀티플렉싱 모듈(125.1)은 선택적인 배율 릴레이(122a 및 122b)로부터 하류에 위치되고 다른 광학 릴레이(126)로부터 상류에 위치된다는 점에 유의해야 한다. 이 경우에 제 1 및 제 2 이미지 부분이 선택적으로 적절히 확대되고 상기 공간 광학 멀티플렉서(125.1)에 의해 함께 멀티플렉싱/조합된 후, 광학 릴레이는 제 1 및 제 2 이미지 부분을 수신하고 제 1 및 제 2 이미지 부분을 원하는 위치로 릴레이하고 이 위치로부터 제 1 및 제 2 이미지 부분이 눈(10)으로 투사될 수 있다. 이러한 실시예에서, 배율 릴레이(122a 및 122b) 중 적어도 하나는 심지어 제 1 및 제 2 이미지 투사 유닛의 개구 수가 적절히 설정되지 않은 경우 제거될 수 있다. 이는 심지어 제 1 및 제 2 이미지 부분의 각도 크기들 사이의 비율을 조정하기 위해 단지 하나의 배율 릴레이(122a 또는 122b)로 구성될 수 있고 그리고 공통 릴레이(126)가 조합된 투사/이미지를 원하는 각도 크기로 확대하도록 구성될 수 있는 경우 때문이다.

대조적으로, 도 4b의 실시예에서, 광학 릴레이(126)는 공간 광학 멀티플렉싱 모듈(125.1)로부터 상류에 위치하고, 배율 릴레이(122a 및/또는 122b)를 포함하거나 이에 의해 구성될 수 있다. 이 경우에, 배율 릴레이(122a 및/또는 122b)는 제 1 및 제 2 이미지 부분을 광학 멀티플렉서의 정확한 위치/거리로 릴레이하도록 구성되고 작동할 수 있으며, 상기 정확한 위치/거리에서 제 1 및 제 2 이미지 부분들이 조합될 수 있고 상기 정확한 위치/거리로부터 제 1 및 제 2 이미지 부분들은 눈(10)을 향하여 공통 전역 강확 경로(GOP)를 따라 전파한다.

따라서, 도 4b 및 도 4e의 2개의 실시예에서, 제 1 투사 유닛(130) 및 제 2 투사 유닛(140)은 선택적으로 제공되는 제 1 및 제 2 이미지 부분의 각각의 각도 크기 및/또는 상기 각도 크기 사이의 비율을 조정하기 위해 대응하는 배율 릴레이 모듈(122a 및 122b)과 연관될 수 있다.

도 4c의 실시예에서, 광학 릴레이(126) 자체는 각각의 투사 유닛(130 및 140)으로부터 제 1 및 제 2 이미지 부분을 수신하기 위한 2개의 입력 포트/렌즈-세트(예를 들어, 렌즈) 및 조합된 이미지를 출력하기 위한 하나의 출력 포트/렌즈-세트와 연관된다. 이 경우에, 광학 릴레이(126)는 일반적인 광학 경로(GOP)에 조합된 2개의 입력 포트로부터 출력 포트로 광학 경로(OP1 및 OP2)의 각각을 따라 상이한 광학 배율을 제공하도록 구성되고 작동 가능할 수 있다. 당업계에 일반적으로 알려진 바와 같이, 이러한 배율은 광학 릴레이(126)의 각각의 입력에서 렌즈-세트의 초점 거리 및 출력에서 렌즈-세트의 초점 거리의 비율과 관련된다. 따라서, 이 경우에, 이미지 투사 유닛이 제 1 및 제 2 이미지 부분에 부적합한/정합하지 않는 각도 크기를 제공하는 경우조차, 상이한 배율이 상이한 광학 경로에 제공될 수 있고, 배율 릴레이(122a 및 122b)의 사용이 제거될 수 있다.

도 4b, 도 4c, 및 도 4e에 도시된 바와 같이, 공간 광학 멀티플렉싱 모듈(125.1)은 전형적으로 빔 조합기(M)(이 기술 분야에서 정통한 인간들에 의해 이해될 수 있는 임의의 적합한 유형일 수 있음) 및 가능하게는 또한 하나 이상의 디플렉터, 예를 들어 제 1 투사 유닛(130) 및 제 2 투사 유닛(140)에 의해 생성된 이미지 투사들을 병합하도록 구성되는, 빔 조합기(M)를 향하여, 각각의 투사 유닛(130 및 140)으로부터 개별 광학 경로(들)(OP1 및/또는 OP2)의 적어도 하나를 편향/지향시키기 위해 배열된 M1을 포함한다. 이와 관련하여, 조합된 투사/이미지를 생성하기 위해 둘 이상의 투사 유닛이 사용되는 경우, 하나 이상의 빔 조합기가 이러한 투사 유닛으로부터의 투사를 병합하기 위해 광학 경로에 추가로 포함될 수 있고, 각각의 투사 유닛이 투사된 광의 일반적인 전파 방향에 수직인 단면을 따라 대응하는 영역에서 이미지 부분(즉, 광학 필드)을 형성하기 위해 광을 투과시키도록 병렬 또는 캐스케이드로 병합/조합될 수 있다.

특히 도 4b 및 도 4e를 참조하면, 제 1 투사 유닛(130) 및 제 2 투사 유닛(140) 각각은 제 1 투사 유닛(130)에 대해 극단적인 광선(Rla 및 R1b) 및 제 2 투사 유닛(140)에 대해 R2a 및 R2b로 도면에 표시된 이미지 또는 이미지 스트림을 나타내는 광을 출력한다. 제 1 투사 유닛(130)으로부터의 출력 광은 릴레이 모듈(122a)의 입력 렌즈-세트로 전송되고 궤적 모듈(124) 상으로 릴레이된다. 보다 구체적으로, 광선은 상이한 픽셀, 또는 투사된 이미지상의 상이한 지점이 대응하는 상이한 각도의 광 전파와 관련된다. 따라서 극단 광선(Rla 및 R1b)은 투사된 이미지의 두 극점에 해당한다. 릴레이 유닛(122a)의 제 1 렌즈-세트(Lla)는 광을 굴절시켜서 입력 광을 궤적 모듈(124) 상에 재 포커싱하는 제 2 렌즈-세트(L2a)를 향해 지향시킨다. 릴레이 유닛(122a)의 출력에서, 하나 이상의 빔 조합기(M1 및 M2)는 도면에 예시된 바와 같이 위치된다. 빔 조합기(M1 및 M2)는 제 1 투사 유닛에 의해 투사된 광을 제 2 투사 유닛(140)에 의해 투사된 광의 광학 경로로 조합하도록 구성된다. 유사하게, 릴레이 유닛(122b)은 일반적으로 제 1 및 제 2 렌즈-세트(L2a 및 L2b)를 포함하고 제 2 투사 유닛(140)으로부터의 광 투사를 실질적으로 유사한 방식으로 중계하기 위해 구성된다. 예시적인 광선(R2a 및 R2b)은 투사 유닛(140)의 극한 광선을 예시한다. 일반적으로, 릴레이 유닛(122a 및 122b)은 렌즈-세트의 적절히 선택된 상이한 광학 파워로 구성되고 고 빔 조합기(M1 및 M2)는 제 1 투사 유닛에 의해 투사된 이미지가 도 3에 예시된 바와 같이 제 2 투사 유닛(140)에 의해 투사된 이미지의 부분에 의해 둘러싸인, 이미지 투사의 영역의 중심에 더 작은 영역을 취하도록 위치된다. 또한, 일반적으로 릴레이 유닛(122a 및 122b)과 빔 조합기(M1 및 M2) 둘다는 (예를 들어 궤적 유닛(124) 상에) 공통 이미지 평면을 형성하기 위해 이미지 부분을 병합하도록 구성된다. 이것은 사용자의 눈에 일반적인 초점을 맞추기 위한 것이다.

릴레이 유닛(122a)(및 여기에 구체적으로 설명되지 않은 122b 및 126과 같은 다른 릴레이 유닛)은 추가 렌즈-세트를 포함할 수 있고 여기에서 간략함을 위해 릴레이 유닛(2개의 렌즈 릴레이) 2-렌즈-세트로서 도시된다. 릴레이 유닛의 광학 파라미터는 일반적으로 공지된 및/또는 표준 광학 설계 툴에 의해 결정될 수 있는 원하는 해상도 및 선명도를 갖는 적절한 영상화를 제공하도록 선택된다는 점에 유의해야 한다.

제 1 및 제 2 투사 유닛(130 및 140)에 의해 생성된 투사된 이미지 부분에 의해 형성된 조합된 이미지 투사는 선택적으로 궤적 모듈(124)로 지향된다. 궤적 모듈(124)은 예를 들어 눈 움직임의 추적에 따라 결정된 일반적인 광학 경로로 그 위에 충돌하는 광을 지향시키도록 그 방향을 변화시키도록 구성된 하나 이상의 이동하는 광 디플렉터/미러(예를 들어, 상술된 바와 같이 시선 추적 빔 디플렉터 및/또는 공동 위치 빔 디플렉터)를 포함할 수 있다. 궤적 모듈(124) 및 눈 추적 기술은 임의의 공지된 구성일 수 있으며, 전술한 바와 같이, 예시적인 구성은 본 출원의 양수인에게 양도된 IL 특허출원 제 241033호에 기재되어 있다.

도 4c는 릴레이 모듈(126) 내에서 제 1 및 제 2 투사 유닛(130, 140)으로부터 투사된 제 1 및 제 2 이미지 부분을 결합하도록 구성된 제 1 릴레이 모듈(126)의 추가 구성을 도시한다. 이 경우, 릴레이 모듈(126)은 일반적으로 구성되어야 하고 텔리센트릭 릴레이로 작동 가능하여야 한다. 이 경우 릴레이가 텔리센트릭이 아닌한 조합된 이미지는 제 1 근사 기하학적 수차보다 높은 차수의 광학 수차를 갖기 때문이다.

릴레이 모듈(122)은 공통 출력/제 2 렌즈-세트(L2)를 이용하면서 제 1 투사 유닛(130) 및 제 2 투사 유닛(140) 에 대해 별도의 입력/제 1 렌즈-세트(Lla, L1b)를 이용한다. 도시된 바와 같이, 제 2 투사 유닛(140)으로부터의 출력은 렌즈-세트(L1b 및 L2)를 통해 선택적 궤적 모듈(124)로 릴레이된다. 렌즈-세트(L1b 및 L2)의 위치 및 광학 파워는 상기 사용자의 주변 시야를 위해 원하는 각도 해상도를 제공하기 위해 (극단적인 광선(R2a 및 R2b)에 의해 예시된) 투사된 광의 각도 분포를 제공하도록 선택된다. 극단적인 광선(Rla 및 R1b)으로 예시된 제 1 투사 유닛(130)의 광 출력은 발산하는 광을 빔 조합기(M)를 향해 전파되는 평행 광선 세트로 변환하는 입력 렌즈-세트(Lla)에 의해 수집된다. 전술한 바와 같이, 단일 표면(예를 들어, 반사 표면) 또는 복수의 표면을 이용할 수 있거나, 부분 반사 표면(예를 들어, 빔-스플리터 타입)으로서 구성될 수 있는 빔 조합기(M)는 제 1 투사 유닛(130)의 출력 광을 지향하여 전파하고 제 2 투사 유닛(140)로부터 출력된 광의 단면의 중앙에 위치되도록 구성된다. 조합된 이미지/투사는 렌즈-세트(L2)에 의해 수집 및/또는 지향되어 선택적인 궤적 모듈(124)을 향하여 지향/추가 전파될 수 있고 이어서 조합된 이미지/투사를 적절한 측면 및 각도 배향으로 눈(10)을 향하여 지향한다.

빔 결합 기술, 즉, 도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4e에서와 같이 하나(또는 그 초과의) 빔 조합기(M)를 이용하는 기술은 제 1 투사 유닛(130)(중심와 이미지)에 의한 이미지 투사와 제 2 투사 유닛(140)(부중심와 이미지)에 의한 이미지 투사 사이에 특정 중복을 제공하도록 구성될 수 있다. 이를 위해 하나 이상의 빔 조합기는 50% 반사 및 50% 광 전송을 제공하는 빔 분할 표면 및/또는 표면 주변에서 높은 전송(반사) 및 표면 중앙에서의 높은 반사(전송)를 갖는 불균일 빔 조합기 표면으로서 구성될 수 있다. 따라서, 중심와 이미지와 부중심와 이미지 사이의 전이는 비교적 매끄럽게 만들어질 수 있다. 또한 그래픽 처리 유닛(GPU)은 전술한 바와 같이 부드러운 전이를 제공하기 위해 상이한 이미지 부분을 렌더링하도록 구성될 수 있음에 유의해야 한다. 예를 들어, GPU는 이미지 결합으로 인한 선명한 구배를 피하기 위해 이미지 부분 경계에서 이미지 밝기를 조정하면서 이미지를 렌더링하도록 구성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 빔 조합기(M)는 일반적으로 반사/반(semi) 반사 요소(편광에 의존하는 반사기/미러)이다. 통상적으로, 이러한 빔 조합기(M)는 일측에 반사/부분 반사 코팅으로 코팅될 수 있는 실질적으로 투명한 재료(예를 들어, 유리 또는 플라스틱 및/또는 복굴절 재료)의 슬래브로 형성된다. 종래의 빔 조합기에서, 전면 및 후면은 일반적으로 서로 평행하게 만들어진다. 실제로, 1 차 반사는 코팅된 표면(예를 들어, 빔 조합기의 후면)으로부터 얻어 지지만, 어느 정도의 반사(여기서 의사 반사라고도 함)는 빔 조합기의 다른(반사/비-반사) 표면으로부터 얻어진다.

본 발명의 발명자들은 도 4b, 도 4c, 및 도 4e에 도시된 시스템(100)의 특정 구현에서, 평행 전면 및 후면과 빔 조합기(M)를 사용하는 경우(빔 조합기(M)의 주 반사 표면으로부터의) 1 차 반사 및 (빔 조합기(M)의 적은 반사 표면으로부터의) 의사 반사 모두가 공통 전역 광학 경로(GOP)를 따라 그리고 상기 경로로부터 사용자의 눈으로 전파할 수 있다. 공통 전역 광학 경로(GOP)를 따라 거기에서 사용자의 눈으로 전파되도록 지향되어야 한다. 주 반사 및 의사 반사는 일반적으로 서로에 대해 정렬되지 않기 때문에, 의사 반사는 사용자에게 불편함 및/또는 망막에 흐릿한 이미지 투사를 야기한다.

따라서, 본 발명의 일부 실시예에서, 도 1d에 자체 설명 방식으로 도시된 바와 같이, 빔 조합기(M)는 그 전방 및 후방 표면을 갖는 일방 반사 웨지형 디플렉터로서 구성되며, SM 및 SG는 평행하지 않지만 서로에 대해 기울어져 적은/비-반사 표면(SG)으로부터의 의사 반사(GHS)가 전체 광학 경로(GOP) 외부 방향으로 전파되고 사용자의 눈(10)으로 계속적으로 전파하지 않는 반면, 주 반사(MF)는 전역 광학 경로(GOP)를 따라 전파한다.

실제로, 빔 조합기(M)의 이러한 구현은 전술한 도 4a 내지 도 4c 및 도 4e의 상술된 실시예들 중 어느 하나에 사용될 수 있다. 전면과 후면 표면(SM과 SG) 사이의 틸트 각도(Ω)는 전체 광학 경로(GOP)에서 의사 반사를 제거하기에 충분히 크도록(예 : 일반적으로 적어도 3도의 각도로), 즉 제 1 및 제 2 이미지 투사 유닛들 중 하나로부터의 투사된 광은 웨지형 디플렉터의 상기 표면들 중 하나로부터 반사되어 광학 경로를 따라 전파되는 한편, 웨지형 디플렉터의 상기 표면들 중 다른 하나로부터 광학 경로 외부 방향으로 반사되어 의사 반사가 전역 광학 경로(GOP)를 따라 전파되는 것을 억제하기에 충분히 크도록 구성되어야 한다.

그러나, 웨지형 빔 조합기(M)가 의사 반사를 억제하기 위해 사용될 수 있지만, 이 구성은 시스템(100)의 모든 구현에서 실용적이지 않을 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 이러한 웨지형 빔 조합기(M)의 사용은 시스템(100)의 컴팩트 및/또는 경량 구현이 요구될 때 덜 적합할 수 있고; 특히, 구현이, 광학 릴레이(126)가 통합된, 시스템(100)의 광학 경로(s)의 더 하류 및/또는 그 후/이로부터 하류에 빔 조합기가 위치되는 도 4b 및 도 4c의 실시예를 기초로 하는 경우 덜 적합하다. 이는 빔 조합기(M)가 더 하류에 위치할수록 더 커야하기 때문이다(일반적으로 이미지 투사의 측방향 크기가 광학 경로 하류로 전파됨에 따라 확대되고 커지기 때문에). 따라서, 요구되는 비교적 큰 경사각(Ω)으로 인해, 도 4b 및 도 c의 실시예에서 웨지형 빔 조합기(M)를 구현하는 것은 시스템(100)의 콤팩트/경량 구현에 덜 적합한 크고, 두꺼운 및/또는 무거운 빔 조합기(M)를 초래할 수 있다.

그러나, 도 4e의 실시예에서, 제 1 및 제 2 이미지 부분이 광학 릴레이(126)로부터 상류 및 외부에서 조합된다(즉, 광학 릴레이(126)(여기에서 이미지 투사(들)의 측방향 크기가 전형적으로 상당히 확대됨))가 공간 광학 멀티플렉싱 모듈(125.1)의 빔 조합기(M)의 하류에 배치된다. 따라서 이 경우 제 1 및 제 2 이미지 부분이 빔 조합기(M)와 만나고/교차할 때, 제 1 및 제 2 이미지 부분의 투사가 비교적 좁은 허리를 가지기 때문에, 빔 조합기는 비교적 작고 좁으며 따라서 소형 웨지형 디플렉터 빔 조합기는 컴팩트/경량 시스템이 추구되는 시나리오에서조차, 의사 반사를 억제하기 위해 이용될 수 있다. 따라서, 시스템(100)의 소정의 컴팩트/경량 구현의 경우, 특히 의사 반사의 억제와 관련하여 도 4e의 구현이 바람직할 수 있다.

더욱이, 공간 광학 멀티플렉싱 모듈(125.1)이 광학 릴레이(126)와 통합된 도 4c의 구현에서, 제 1 및 제 2 이미지 부분은 광학 릴레이(126) 내에; 즉, 출구 렌즈-세트(L2)와 입구 (제 1) 렌즈-세트(Lla 및 L1b) 사이에 조합된다. 그러나 이것은 광학 릴레이(126)가 텔리센트릭 광학 릴레이 모듈로서 구성될 것을 요구한다. 이와 관련하여 용어 텔리센트릭(telecentric) 및/또는 텔리센트릭 광학 시스템/모듈은 해당 기술 분야에서 통상적인 의미로 이해되어야 한다.

그러나, 도 4c의 광학 릴레이(126)에 대한 텔리센트릭시티(telecentricity)는 도 4b 및 도 4e의 광학 릴레이(126)와 비교하여 하나 이상의 추가 광학 요소/렌즈를 포함하는 훨씬 더 복잡한 광학 렌즈-세트(예를 들어, Lla, L1b 및/또는 L2)를 요구하며, 텔리센트릭시티 요구가 완화/불필요하고 및/또는 더 높은 수차(예를 들어, 구면 및/또는 색수차 증가)를 초래한다. 이를 위해, 일부 목적을 위해 도 4c의 실시예가 우수할 수 있지만, 다른 목적을 위해서는, 비싸고, 덜 컴팩트하고 및/또는 더 무거울 수 있는 더 복합한 광학 시스템(더 많은 요소)을 요구하기 때문에 덜 적합할 수 있다.

따라서, 광학 릴레이 복잡성, 비용, 크기, 무게, 광학 수차 및/또는 이들의 조합의 관점에서, 도 4b 및 도 4e의 실시예가 특히 시스템(100)을 구비한 소비자 상업용 제품에 대해 우수한 결과를 제공할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 시스템 (100)의 일부 전문적인 구현에 대해, 도 4c의 실시 예가 바람직 할 수 있음이 이해되어야 한다.

개략적으로, 도 4b, 도 4c, 및 도 4e에서, 광학 릴레이(126)는 제 1(입구/입력) 렌즈-세트(L1, Lla, L1b) 및 제 2(출구/출력) 렌즈-세트(L2, L2a, L2b)가 각각 적어도 하나의 굴절(및/또는 회절) 렌즈를 포함하는 굴절(예를 들면, 및/또는 가능한 회절 렌즈-세트)로서 구현되는 굴절 및/또는 회절로서 예시된다. 실제로, 광학 릴레이로부터 비-순 광학 파워가 요구되는 전형적인 경우에, 제 1 및 제 2(출구/출력) 렌즈-세트(L2, L2a, L2b)는 쌍의 초점 거리의 합과 일치하는 광학 경로를 따라 각각의 한 쌍의 입구 및 출구 렌즈-세트의 주 광학면 사이의 광학 거리로 광학 경로(OP1, OP2 및/또는 GOP)를 따라 배열된다.

그러나, 시스템(100)의 광학 릴레이(126)는 반드시 굴절 및/또는 회절 광학 릴레이로서 구현될 필요는 없음이 이해되어야 한다. 실제로, 본 발명의 일부 실시예에서, 광학 릴레이는 입구 및 존재하는 렌즈-세트 중 적어도 하나가 적어도 하나의 미러 렌즈(예를 들어, 원하는 초점 거리를 갖는 곡면 반사 표면)를 포함하는 반사형 광학 릴레이로서 구현될 수 있다.

반사형 광학 릴레이(126)의 사용은 다음 중 어느 하나의 관점에서 유리할 수 있다:

(i) 각 렌즈-세트에서 심지어 단일 광학 요소의 사용에 의한 색수차 감소(반사 표면은 일반적으로 색수차가 없기 때문에);

(ii) 반사 표면이 굴절/회절 렌즈에 비해 중량이 더 가벼울 수 있기 때문에 중량이 감소된다.

(iii) 제 1 및 제 2 렌즈-세트의 반사 표면의 단순화되고 더욱 비용 효과적인 제조. 제 1 및 제 2 렌즈-세트는 예를 들어 도 4f에 도시된 것과 동일한 기판/평면상에 함께 제작될 수 있다.

(iv) 예를 들어, 도 4f에 도시된 바와 같이 예를 들어 폴디드 광학 릴레이 구성을 이용함으로써, 광학 릴레이(126)의 컴팩트한 크기.

도 4f는 (예를 들어, 도 4b, 도 4c, 및 도 4e에 도시된 굴절 및/또는 회절 광학 릴레이 대신) 본 발명의 시스템(100)에서 사용될 수 있는 반사형의 광학 릴레이(126)를 예시한다. 광학 릴레이(126)는 각각의 광학 파워(광학 길이(f1 및 f2)를 갖는 제 1 및 제 2 곡면 반사/미러 표면(S1 및 S2)에 의해/으로 각각 구현된 적어도 제 1(입구) 렌즈-세트(LI) 및 제 2(출구) 렌즈-세트(L2)를 포함하는 반사 릴레이이다. 거듭 제곱(광학 길이(fl 및 f2)). 도시된 바와 같이, 광학 릴레이는 선택적으로 하나 이상의 디플렉터(미러)(예를 들어, M1 및/또는 M2), 및 광학 릴레이를 통하여 광학 경로(GOP)를 정의하도록 배열된 가능하게는 하나 이상의 빔 조합기(예를 들어, IBC 및 OBC는 이 예에서 입구/입력 및 출구/출력 빔 조합기)를 포함할 수 있다.

광학 릴레이가 순 광학 파워를 가져서는 안되는 실시예에서, 선택적인 하나 이상의 디플렉터(미러) 및/또는 빔-조합기, 예를 들어 렌즈-세트의 M1 및/또는 M2 및/또는 IBC 및/또는 OBC 및/또는 반사/미러 표면(S1 및 S2)은 반사/회절 릴레이의 경우에서와 같이 표면(S1와 S2) 사이의 광학 거리가 초점 거리의 합(f1+f2)과 일치하도록 배열된다. 마찬가지로 릴레이의 광학 배율은 fl/f2의 비율로 제공된다.

도 4f의 특정 예에서, 반사 광학 릴레이(126)는 폴디드 반사 광학 릴레이로 구성되고, 렌즈-세트(LI 및 L2)의 제 1 및 제 2 반사 표면(S1, S2) 사이의 물리적 거리는 릴레이를 통해 광학 경로(GOP)를 따라 그들 사이의 광학 거리보다 더 작은 것을 특징으로 한다. 이것은 광학 릴레이에서 미러 및/또는 빔 조합기의 배열에 의해 달성된다. 이러한 배열은 색수차가 감소된 컴팩트하고 경량이고 비용 효율적인 광학 릴레이 구성을 제공한다.

또한, 도 4f의 특정 예에서, 반사 표면(S1, S2)은 동일한 기판 상에 제조될 수 있도록 공통 평면상에 배열된다. 이것은 생산 비용 감소 및 보다 간단한 대량 생산을 제공하는데, 이 경우에 동일한 절차는 동일한 평면에서 표면(S1 및 S2)를 함께 생성할 수 있지만, 생산 후 표면에 대해 서로에 대한 임의의 개별 정렬을 요구하지 않을 수 있기 때문이다.

제 1 및 제 2 반사 표면(S1 및 S2)이 공통 평면을 따라 배열되는 이 예에서, 제 1 및 제 2 반사 표면들 사이의 광학 경로를 정의하는 편향 표면 세트는, 릴레이(126)의 입력 및 출력 광학 포트를 각각 정의하도록 각각 제 1 반사 표면(S1)의 상류 및 제 2 반사 표면(S2) 하류에 광학 경로를 따라 위치된 제 1 및 제 2 빔 스플리터/조합기(IBC 및 OBC), 및 상기 제 1 및 제 2 반사 표면(S1 및 S2) 사이의 원하는 광학 거리를 갖는 광학 경로(GOP)에 배열된 하나 이상의 디플렉터를 포함한다.

도 4f의 반사형 광학 릴레이(126)는 여기에 예시된 굴절 또는 회절형 릴레이 대신에 반사형 광학 릴레이를 사용하기 위해 도 4e의 실시예에 맞도록 설계된다는 점에 유의해야 한다. 도 4g는 도 4b의 실시예와 일치하도록 설계된 반사형 광학 릴레이를 자체 설명 방식으로 예시한다. 도 4g의 릴레이에서, 릴레이(126)는 도 4f에 도시된 릴레이와 다소 유사하게 구성된 2개의 개별 릴레이(122a 및 122b)를 포함하고, 이에 의해 각각의 릴레이(122a 및 122b)는 각각 광학 경로(OP1 및 OP2)를 따라 전파하는 제 1 및 제 2 이미지 옵션 중 다른 하나에 동작한다. 제 1 및 제 2 이미지 부분은 도 4b에 도시된 바와 같이 릴레이(26) 후에 조합된다. 구체적으로 도시되지는 않았지만, 반사형 릴레이는 또한 빔이 광학 경로(OP1 및 OP2)를 공통 경로(GOP)에 조합하는 빔 조합기(M)는 광학 릴레이(126) 내에 위치되고 통합되는 도 4c의 실시예의 시스템(100)을 위해 설계될 수 있음을 본 발명을 알고 있는 기술 분야의 지식을 가진 자에 의해 이해되고 쉽게 이해될 것이다.

시스템의 다양한 구현에서보다, 굴절 회절 및/또는 반사 광학 요소의 조합이 광학 릴레이(126)에 포함될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 회절 요소가 사용되는 경우, 이러한 요소는 바람직하게 투사 모듈(11)(예를 들어, 레이저 또는 LED 조명 모듈에 의해)에 의해 방출된 적어도 파장의 이산 수에 대한 유사한 광학 파워(광학 길이)를 제공하도록 조정되어야 한다. 이들은 전형적으로 적어도 3개의 특정 및 이산 파장을 포함한다: R, G 및 B(적색, 녹색 및 청색). 이러한 다색 회절 요소는 당업계에 용이하게 공지되어 있다.

위에서 나타낸 바와 같이, 도 4a 내지 4g는 사용자의 눈의 망막 상에 복합/조합 이미지를 투사하기 위해 공간 다중화를 이용하는 본 발명의 기술의 몇몇 비-제한적인 예/실시예를 예시하며, 이로써 각각의 조합/복합 이미지 투사는 조합된 투사 이미지에 배열되는 이미지의 제 1 부분을 포함하여, 상기 조합된 이미지가 망막 상에 투사될 때, 제 1 부분이 더 높은 공간 해상도(더 높은 DPI) 및/또는 낮은 프레임 레이트로 망막의 중심와 영역 상에 투사되고 투사된 이미지의 제 2 부분이 낮은 공간적 해상도(낮은 DPI) 및/또는 더 높은 프레임 레이트로 망막의 주변 영역에 투사되도록 한다. 이들 실시예에서, 각각의 광학 경로(OP1 및 OP2)를 따라 제 1 및 제 2 이미지 부분을 투사하기 위해 2개(또는 그 초과)의 이미지 투사 유닛(130 및 140)이 사용되고, 공간 광학 멀티플렉싱 모듈은 제 1 및 제 2 이미지 부분의 투사 경로(OP1 및 OP2)를 조합하기 위해 사용되어 시스템의 공통 전역 광학 경로(GOP)를 따라 전파하는 복합 이미지를 형성하여, 제 1 이미지 부분이 조합된 이미지 투사의 측면 횡단면의 특정 중간/중심 구역을 가로질러 투사되도록 및/또는 제 2 이미지 부분이 제 1 이미지 부분보다 더 큰 측방향 크기로 투사되고, 조합된 이미지 투사의 측면 횡단면에 배열되어 상기 제 1 이미지 투사의 투사의 측방향 크기를 넘어 프레임화하고/둘러싸고/연장되도록 한다. 제 1 및 제 2 이미지 부분은 제 1 및 제 2 투사 유닛에 의해 동시에 투사되거나 투사되지 않을 수 있음이 이해되어야 한다(예를 들어, 투사 유닛이 동일한 프레임 레이트에서 동작하는지 및/또는 서로 동기화하여 동작하는지에 따라). 또한, 제 1 및 제 2 이미지 부분은 눈에 투사되어야 하는 비디오의 하나의 비디오 프레임의 일부일 수 있고 위에서 논의된 바와 같이 조합된/복합 이미지로서 각각에 포함된 비디오 프레임 시퀀스의 연속적인 투사에 의해(즉, 비디오 프레임의 각각 또는 적어도 일부는 각각의 중심와(제 1) 및 부중심와/주변(제 2) 영역으로 분할되고 각각의 이미지 투사 유닛에 의해 투사된다) 시스템(100)(예를 들어, 제어 유닛)은 연속적으로 비디오를 투사하도록 구성될 수 있음이 이해되어야 한다.

지금부터 시간 광 멀티플렉서(125.2)인 광 멀티플렉서가 눈 망막의 각각의 중심와 및 부중심와 영역에 투사되어야 하는 각각의 이미지 프레임의 제 1 및 제 2 이미지 부분의 투사를 위해 사용되는 본 발명의 2개의 실시예에 따른 시스템(100)을 도시한 도 5a 및 도 5b를 참조한다. 이들 실시예에서, 이미지 투사 모듈(11)은 단일 이미지 투사 유닛(130)만을 포함할 수 있고, 이는 때때로 제 1 및 제 2 이미지 부분, 즉 각각의 이미지 부분의 시간적 순서로 투사하도록 구성되고 작동 가능할 수 있다. 시스템은 제 1 및 제 2 이미지 부분이 순차적으로 투사되는 단일/전역 광학 경로(GOP)만을 포함한다. 일반적으로, 제 1 및 제 2 이미지 부분은 단일 이미지 투사 유닛(130)으로부터 (광 전파 방향에 대해) 하류의 전역 광학 경로(GOP)를 따라 단일 이미지 투사 유닛(130)의 유사한 각도 크기(αmax)로, 또는 가능하면 약간 다른 각도 크기로 투사될 수 있다. 광학 모듈(120)은 상기 단일 이미지 투사 유닛으로부터의 광 전파 방향에 대해 단일 이미지 투사 유닛으로부터 하류에 위치되는 조정 가능한 배율로 구성된 적응형 배율 광학 릴레이 모듈(126)을 포함하는 광학 멀티플렉싱 모듈을 포함한다. 적응형 배율 광학 릴레이(260)는 제 1 및 제 2 이미지 부분이 눈(10)의 동공에 도달할 때 제 1 및 제 2 이미지 부분의 각각의 투사에 대해 상이한 각각의 각도 크기(α¹ _in 및 α² _in)를 산출하는 상이한 배율로 제 1 및 제 2 이미지 부분을 시간적으로 멀티플렉싱하기 위해 작동 가능한 시간 멀티플렉서 모듈을 포함한다.

이를 위해, (단일) 이미지 투사 유닛(130)은 제 1 및 제 2 이미지 부분이 망막 상의 각각의 중심와 및 부중심와 영역에 매끄럽게 캡처하도록(깜박임 느낌 없이) 망막 상에 투사되어야 하는 프레임 레이트(FR1 및 FR2) 이상인 특정 총 프레임 레이트(TFR)로 이미지를 투사하기 위해 구성되어 작동 가능하다. 예를 들어, 중심와에 제 1 이미지 부분을 투사하기 위한 프레임 레이트(FR1)는 일반적으로 적어도 초당 25 프레임 (FPS)이어야 하고, 여기서 전형적으로 30FPS가 바람직하고, 제 2 이미지 부분을 부중심와 영역에 투사하기 위한 프레임 레이트(FR2)는 적어도 60FPS 이상이어야 하며, 여기서 전형적으로 90FPS 이상이 바람직하다. 제어 유닛(200)은 전체 프레임 레이트(TFR)의 제 1 부분(FR1)에 투사된 제 1 이미지 부분과 전체 프레임 레이트의 제 2 부분(FR2)에 투사된 제 2 이미지 부분을 포함하는 프레임의 시퀀스를 투사하기 위해 단일 투사 유닛(130)을 작동시킨다.

본 발명의 이들 실시예에서 사용되는 적응형 배율 광학 릴레이(260)는 광학 경로(GOP)를 따라 제 1 및 제 2 이미지 부분의 이미지 투사에 제어 가능한 가변 배율을 도입한다. 적응형 배율 광학 릴레이(260)는 배율을 전형적으로 FR1>FR2이기 때문에 전형적으로 MVR>FR1인 각각의 제 1 및 제 2 이미지 부분 MVR>Min{FRl,FR2}의 투사의 프레임 레이트(FRl 및 FR2) 중 적어도 최하 프레임 레이트와 동일한 최소 레이트(MVR)(이후 또한 배율 변동률이라 함)로 변화시키기 위해 구성되어 작동 가능하고 임시적으로 순차적으로 작동될 수 있다. 따라서, 적응형 배율 광학 릴레이(MVR)의 배율 변동률은 전형적으로 적어도 25FPS와 일치한다.

제어 유닛은 적응형 배율 광학 릴레이 모듈(126)을 작동 시키도록 구성되고 작동 가능하고 단일 이미지 투사 유닛(130)은 그들 사이에서 시간 동기화되어 단일 이미지 투사 유닛(130)에 의한 제 1 및 제 2 이미지 부분의 투사 타이밍이 광학 릴레이에 의해 제공되는 제 1 및 제 2 배율에 대해 동기화된다. 따라서, 상이한 제 1 및 제 2 배율이 제 1 및 제 2 이미지 부분의 각각의 투사에 영향을 미친다. 이로써, 릴레이(126)로부터 제 1 및 제 2 이미지 부분의 시간 멀티플렉싱된 조합 투사가 출력되고, 제 2 이미지 부분은 상기 제 1 이미지 부분보다 더 큰 각도 크기를 갖는다.

도 5b의 실시예를 보다 구체적으로 살펴보면, 적응형 배율 광학 릴레이 모듈(126)은 광학 경로(GOP)를 따라 배열된 적어도 제 1 및 제 2 그룹의 렌즈/렌즈-세트(GP1, GP2)를 포함한다. 일반적으로, 제 1 및 제 2 렌즈 그룹 중 적어도 하나는 초점 거리(f) 및 적어도 2개의 상태(예를 들면, 이 경우 그룹(GP1)의 초점 거리가 f=f₁₁과 f=f₁₂ 사이에서 변할 수 있지만, 각각의 유효 주 평면은 평면(PP₁₁ 및 PP₁₂) 사이에서 상응하게 변한다)사이에서 조절 가능한 유효 주 광학면의 위치를 갖는 적응형 그룹(GP1 및 GP2)이다. 제 2 그룹은 예를 들어 고정 초점 거리(f₂)를 가질 수 있거나, 또한 그것이 적응형인 경우 가변 초점 거리를 가질 수도 있다. 이를 위해, 2개의 초점 상태(f₁₁ 및 f₁₂) 사이에서 적응형 그룹(이 예에서는 GP1)을 변경할 때, 적응형 배율 광학 릴레이(126)는 M1=f₁₁/f₂ 및 M2=f₁₂/f₂와 같은 2개의 상태에서 GP1 및 GP2의 초점 거리의 비율인 다른 각각의 배율(M1 및 M2)을 제공한다.

본 예에 도시된 바와 같이, 릴레이(126)가 광학 파워를 가져서는 안되는 일부 실시예에서, 제 1 및 제 2 그룹(GP1 및 GP2)은 릴레이의 각 배율 상태에서 그룹들(GP1 및 GP2)의 유효 주 광학면 사이의 광학 거리가 각각의 배율 상태에서 초점 거리들의 합과 동일하도록 배열된다. 도면에 도시된 바와 같이, 제 1 배율 상태에서 제 2 그룹(GP2)의 주 광학면(PP₂)과 제 1 그룹의 주 광학면(PP₁₁) 사이의 거리는 이 상태(f₁₁+f₂)에서 제 1 및 제 2 그룹의 초점 거리의 합과 동일하여 이러한 상태에서 릴레이에 의해 순 광학 파워가 제공되지 않는다. 따라서, 제 2 배율 상태에서, 각각의 그룹(GP1 및 GP2)의 유효 주 광학면(PP₁₁ 및 PP₂) 사이의 광학 거리는 제 2 배율 상태에서 그들의 초점 거리(f₁₂+f₂)의 합과 동일하다.

이와 관련하여, 특정 광학 파워가 릴레이(126)에 의해 제공되어야 하는 구현에서, 그룹 또는 그들의 광학 요소 사이의 거리는 다르게 조정될 수 있음이 이해되어야 한다.

각 적응형 그룹(이 경우 단지 GP1)은 일반적으로 가변 배율을 제공하는 줌 렌즈-세트의 기능을 제공한다. 그러나, 통상적인 기계적 줌 렌즈는 일반적으로 적어도 25FPS이어야 하는 적응형 배율 광학 릴레이의 요구되는 배율 변동률(MVR)에서 상이한 배율 상태 사이에서 일반적으로 작동될 수 없다.

이를 위해, 본 발명의 특정 실시예에 따라, 광학 릴레이는 배율을 변경하기 위해 요구되는 기계적 움직임 또는 이동 부분이 필요 없이 배율의 전자 제어식 변형을 위해 구성되고 작동 가능하다.

이를 위해, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 적응형 그룹(이 예에서 GP1)은 여러 작동 모드 사이에서 전환 가능한 각각의 유효 초점 거리(본 예에서 Lla의 초점 거리는 f_n과 무한대 사이에서 전환 가능하고 L1b의 초점 거리는 무한대 사이에서 전환 가능) 사이에서 전환 가능한 각각의 유효 초점 거리를 갖는, 복수의 적어도 2개의(제 1 및 제 2) 적응형 렌즈/렌즈-세트(본 예에서는 Lla 및 L1b)를 포함한다. 전형적으로, 각각의 적응형 렌즈/렌즈-세트는 각각의 유효 주 광학면이 광학 경로(GOP)를 따라 다른 위치에 있도록 배열된다. 제 2 그룹(GP2)은 적응형이거나 그렇지 않을 수 있고(적응형 렌즈 또는 고정 초점 렌즈를 포함할 수 있음), 시스템(100)의 특별한 구현에서 바람직한 바와 같이 초점 파워를 갖거나 갖지 않는 광학 릴레이(126)를 산출하기 위해 전술한 방식으로 제 1 그룹의 적응형 렌즈로부터 각각의 거리에 배열될 수 있다. 이를 위해 본 예의 적응형 광학 릴레이는 각각의 적응형 렌즈 그룹(예를 들어, GP1)이 적응형 렌즈의 수에 따라 별개의 수의 상이한 배율 상태 및 각각의 적응형 렌즈가 설정될 수 있는 초점 모드의 수를 제공할 수 있다.

시스템에 포함된 적응형 렌즈는 임의의 적합한 유형일 수 있음에 유의해야 한다. 본 예에서, 제 1 및 제 2 적응형 렌즈-세트(Lla 및 L1b) 각각은 상기 표시된 2개의 초점 모드 사이에서 작동 가능/조정 가능한 적어도 하나의 조정 가능한 액정 회절 렌즈를 포함한다. 그러나, 다른 유형의 동조 가능 렌즈가 또한 본 발명의 시스템에 사용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 용이하게 인정되고 이해되어야 한다.

일부 실시예에서, 각각의 적응형 렌즈는 초점 거리 상태의 여러 작동 모드를 획득할 수 있다. 본 예에서, 각각의 적응형 렌즈-세트(Lla 및 L1b)는 2개의 작동 모드로 구성된다:

(i) 적응형 렌즈-세트의 무한 초점 거리를 제공하는 렌즈-오프(LENS-OFF) 작동 모드, 및

(ii) 유한 초점 거리를 제공하는 렌즈-온(LENS-ON) 작동 모드로서, 이에 의해, 제 1 적응형 렌즈-세트에 대해 유한 초점 거리는 본 명세서에서 제 1 초점 거리로 지칭되는 f11이며, 제 2 적응형 렌즈-세트에서 유한 초점 거리는 본 명세서에서 제 2 초점 거리로 지칭되는 fl2이다.

본 예의 적응형 배율 광학 릴레이는 2개의 배율 상태(M1 및 M2) 중 하나로 동작하도록 구성되며, 이러한 배율 상태의 각각에서 각각의 렌즈-온(LENS-ON) 및 렌즈-오프(LENS-OFF) 작동 모드의 상이한 조합이 상이한 적응형 렌즈-세트에 적용된다. 보다 구체적으로, 본 예에서, 동공 입사각(α¹ _in)을 얻기 위해 제 1 이미지 부분에 적용된 제 1 배율(M1)은 적응형 렌즈-세트(Lla)를 켜고(LENS-ON 모드) 적응형 렌즈-세트(L1b)를 끄면 얻어지고, 동공 입사각(α² _in)을 얻기 위해 제 2 이미지 부분에 인가되는 제 2 배율(M2)은 적응형 렌즈-세트(L1a)를 끄고 적응형 렌즈 세트(L1b)를 켜서 얻어진다.

일부 실시예에서, 적응형 그룹은 2개의 배율 상태에서 적응형 그룹의 유효 주 광학면의 상이한 위치 사이의 광학 거리가 두 상태에서의 적응형 그룹의 유효 초점 거리 사이의 차이와 일치하도록 구성된다. 따라서, 광학 릴레이의 유사한 초점 거리(무한(초점 파워 없음) 또는 유한 초점 거리(특정 포커싱 파워))는 두 상태의 릴레이에 의해 얻어진다.

일부 실시예에서, 제 1 및 제 2 적응형 렌즈-세트(Lla 및 L1b) 각각은 적어도 하나의 조정 가능한 액정 회절 렌즈를 포함한다. 이미지 투사 유닛(130)은 적어도 3개의 단색 원색(예를 들어, R, G 및 B)의 광을 이용함으로써 프레임/이미지/이미지 부분의 시퀀스를 투사하도록 구성된다. 이를 위해, 시스템에 사용되는 조정 가능한 액정 회절 렌즈는 각각 이미지 투사 유닛(130)에 의해 사용/투사되는 적어도 3개의 단색 원색에 대해 동일한 광학 파워를 갖도록 구성되고 작동 가능하다. 이는 색수차를 억제하기 위해 제공된다. 이와 관련하여, 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 이미 개발된 특정 적응형 회절 렌즈는 여러 파장에 유사한 초점 파워를 제공하도록 구성되고 작동 가능하다. 이러한 렌즈는 특히 이미지 투사 유닛(130)이 3개 이상의 원색의 각각의 특정 이산 파장에서 단색광(예를 들면, 레이저 광)을 이용하는 본 발명의 일부 실시예에서, 색 수차 없는 작동을 위해 용이하게 구성될 수 있다.

전술된 바와 같이, 상기 시스템(100)은 망막의 중심와 및 주변 레이션 상으로 각각 투사되도록 상기 제 1 및 제 2 이미지 부분을 나타내는 데이터를 수용하기 위해 구성되고 작동 가능한 투사 제어기(제어 유닛)(200)를 포함하거나 이와 연관된다. 이러한 실시예에서, 상기 제어기(200)는:

(i) 중심와의 인지 레이트를 초과하기 위해 적어도 25FPS인 제 1 프레임 레이트로 제 1 이미지 부분을 투사하기 위한 단일 이미지 투사 유닛 (130)을 작동시키고; 상기 제 1 이미지 부분의 투사에 동기화하여 적응형 배율 광학 릴레이 모듈을 작동하여 제 1 배율(M1)이 제 1 이미지 부분의 투사에 영향을 미쳐서 제 1 배율(M1)이 망막의 중심와 영역에 제 1 이미지 부분을 투사하도록 구성되고,

(ii) 상기 망막의 주변 영역의 인지 레이트를 초과하기 위해 적어도 60FPS인 상기 제 2 프레임 레이트로 제 2 이미지 부분을 투사하기 위한 단일 이미지 투사 유닛을 작동하고 상기 제 2 이미지 부분의 투사와 동기로 적응형 배율 광학 릴레이 모듈을 작동시켜 제 2 배율(M2)가 제 2 이미지 부분의 투사에 영향을 미치도록 구성되고 작동 가능하다. 제 2 배율은 제 1 배율보다 더 커서 상기 제 2 부분이 망막의 상기 주변 영역을 덮는다.

일반적으로, 도 1, 도 4a 내지 도 4f 및 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명된 본 발명에 따라, 단일 투사 유닛(130) 및/또는 제 1 및 제 2 투사 유닛(130 및 140)은 임의의 유형의 투사 유닛일 수 있고, 바람직하게는 스캐닝 레이저 투사 유닛으로 구성될 수 있다. 일반적으로, 스캐닝 레이저 타입의 투사 유닛은 투사된 이미지의 더 나은 해상도뿐만 아니라 광 세기에 대해 더 큰 효율을 제공할 수 있다. 일반적으로, 제 1/단일 및/또는 제 2 투사 유닛(130 및/또는 140)은 유사한 사양으로 구성될 수 있고, 제어 유닛(도 1의 200) 또는 그래픽 처리 유닛(GPU)에 대해 송신된 상이한 이미지 데이터의 투사를 제공한다. 광학 모듈(120)은 도 3에 일반적으로 예시된 바와 같이 제 1 및/또는 제 2 투사 유닛(130 및/또는 140)에 의해 투사된 제 1 및/또는 제 2 이미지 부분을 시간적으로 또는 공간적으로 조합하도록 구성되지만, 제 2 이미지 부분의 이미지 데이터는 중앙(중심와) 영역을 포함하는 완전한 이미지를 표시할 수 있거나, 도넛형 이미지(즉, 홀 영역을 갖는 주변 이미지, 여기서 제 1 투사 유닛(130)에 의해 투사된 이미지가 조합된다)에 대응하는 이미지 데이터를 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 제 1/단일 이미지 투사 유닛(130)은 바람직하게는 스캐닝 레이저형 투사 유닛일 수 있다. 이러한 투시 유닛들에서, 래스터 광 디플렉터(이동 미러, 예를 들어 MEMS 사용)는 각도 스캐닝 범위(각도 투사 범위; α_max)내의 레이저 빔을 스캐닝하도록 구성된다.

광학 모듈(120)은 사용자의 동공에서, 제 1 이미지 부분으로부터 생성된 광이 눈에 들어갈 때 각도 범위(α¹ _in)를 갖도록 적어도 제 1 및 제 2 투사 유닛의 광이 조합 및 지향되고 제 1 이미지 부분으로부터 광이 눈에 들어갈 때 α¹ _in 보다 더 큰 각도 범위((α² _in)을 갖는다. 효과적으로, 사용자의 동공에서의 상이한 광 전파 각도는 시야 내의 상이한 지점에 대응한다. 이것은 광 투사의 각도 해상도가 일반적으로 인지된 이미지의 해상도에 대응하기 때문이다. 본 발명자들은 육안의 해부학에 기초하여, 제 1 투사 유닛(α¹ _in)에 의한 입력 각도 범위의 광 투사가 바람직하게는 약 3°의 범위 내에 있도록 구성되어 있음을 발견하였다. 일부 구성들에서, 광학 모듈(120) 및 이의 릴레이 모듈(126)은 망막 내에서 중심와 영역의 범위를 보장하기 위해 약 α¹ _in=5°의 각도 범위를 제공하도록 구성된다. 각도 범위(α¹ _in)는 바람직하게는 사용자의 입력 동공에서의 각도 해상도가 픽셀 당 2개의 분각(arcminutes)을 초과하고, 바람직하게는 픽셀 당 1개의 분각을 초과하도록 제 1 투영 유닛(130)에 의해 제공된 이미지 해상도에 따라 결정된다. 제 2 이미지 부분은 일반적으로 시야 주변에서 의미 있는 이미지를 제공하도록 투사된다. 따라서, 제 2 투사 유닛(140)에 의한 이미지 투사와 관련된 각도 범위(α² _in)는 바람직하게는 20°보다 크고, 일부 구성에서는 넓은 시야를 구비한 사용자 이미지 투사를 제공하고 투사된 이미지 내에 존재 감각을 제공할 수 있다. 제 1 및 제 2 이미지 부분은 유사한 수의 픽셀(유사한 수의 상이한 각도 지점/레이)을 포함할 수 있어서, 제 1 이미지 부분의 투사의 각도 범위가 더 작기 때문에, 더 높은 각도/공간 해상도가 망막의 중심와 영역 상에 제공된다.

스캐닝 레이저 타입 투사 유닛이 사용될 때, 레이저 빔은 일반적으로 3개 또는 그 초과의 원색(예를 들어, 적색, 녹색 및 청색)을 방출하는 3개 또는 그 초과의 레이저 유닛으로부터의 광선을 포함할 수 있고, 원하는 이미지 데이터의 영상화를 제공하기 위해 스캐닝 방향에 따라 각각의 색상의 세기를 변화시키도록 구성된다. 광학 모듈(120)은 투사된 광을 사용자의 눈으로 향하도록 제 1 및 제 2 투사 유닛으로부터 출력된 광을 릴레이하도록 구성된다. 일반적으로 광학 유닛, 보다 구체적으로, 이의 릴레이 모듈(126)은 사용자의 동공(즉, 아이-박스)에서 광의 단면이 사용자의 동공에 대해 작은 직경을 갖도록 입력 광을 사용자의 눈으로 지향시키도록 구성된다. 보다 구체적으로, 광의 단면 직경(예를 들어, 전체 폭, 반 최대 측정, 또는 표준 편차 측정)은 강한 조명 상태에서 동공 직경에 비해 더 작다. 이는 궤적 모듈(124)이 검출된 시선 방향(LOS) 및/또는 동공의 위치(예를 들어 눈 투사 시스템(100)에 대해 눈/LOS 이동에 인해)에 따라 아이-박스(시스템의 출구 동공)의 위치 및 각도를 변화시키기 위해 일반적인 광학 경로를 편향시키기 때문이다. 비-레이저 또는 비-스캐닝에 기초하여 레이저를 스캐닝하고, 일부 실시예들에서 공간 광 변조기 이미지 투사 유닛들(예를 들어, LCD 기반)인 투사 유닛들의 출력 세기는 바람직하게는 충분히 낮거나, 또는 손상을 피하고 바람직하게는 사용자의 불편함을 피하기 위해 감쇠된다는 점에 유의하여야 한다.

이와 관련하여, 본 발명에 따른 광학 모듈(120)에 의해 사용되는 직접 투사 기술은 입력 라이트 필드가 망막 상의 이미지 평면으로 전파되는 방식으로, 눈 망막 상에 이미지를 투사하는 것을 제공한다는 점에 유의해야 한다. 이는 일반적으로 아이-박스 크기 또는 동공에서의 라이트 필드의 단면이 동공 직경보다 더 작기 때문에 사용자의 눈(관심 대상에 대한 실제 또는 가상 거리를 기초로 하여 일반적으로 제어되는)의 포커싱 거리/구성과 관계없이 달성된다. 이것은 망막에 초점 심도가 강화된 이미지 투사를 제공한다. 따라서, 이미지는 실질적으로 눈 렌즈의 임의의 초점 상태에서 망막에 실질적으로 초점이 맞춰질 것으로 투사된다. 예를 들어, 이미지는 망막에 초점을 유지하도록 실질적인 초점 심도로 투사될 수 있는 반면, 아이 렌즈는 4m 내지 ∞의 넓은 초점 거리 범위 내의 임의의 초점 상태에 있다.

일반적으로, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 도 4a 내지 도 5b에 예시된 눈 투사 시스템은 투사된 이미지의 광학 릴레이를 사용자의 눈으로 활용한다. 이와 관련하여, 본 발명의 기술은 투사 유닛(예를 들어, 제 1 및 제 2 투사 유닛)의 투사된 이미지를 시간적으로 및/또는 공간적으로 결합하고, 결합된 라이트 필드는 궤적 모듈(124)을 통과하여 눈의 움직임을 추적하며, 릴레이 모듈(126)을 통하여 눈으로 전송된다. 따라서, 광학 모듈(120)은 눈의 배향, 조명 조건, 이미지 특성, 사용자 선호도 등과 관련하여 투사를 최적화하도록 구성될 수 있다. 이는 상이한 제 1 및 제 2 이미지 부분 투사가 이미지 부분을 사용자의 망막의 해당 영역으로 보내기 위해 조합되기 때문이다. 투사된 이미지 부분은 광학 릴레이 모듈로부터 상류 또는 하류에 통합되거나 위치될 수 있는 하나 이상의 공간/시간 광학 멀티플렉서(예를 들어, 빔 조합기 및/또는 적응형 렌즈)를 사용하여 조합된다. 후자는 또한 제 1 투사 유닛에 의해 투사된 "중심와" 이미지의 픽셀 밀도가 제 2 투사 유닛에 의해 투사된 주변 "망막" 이미지의 픽셀 밀도에 비해 더 크도록 투사된 이미지의 확산을 조정하도록 구성된다. 일반적으로, 중심와 이미지는 각 방향에 대해 약 3° 내지 5°의 시야의 각도 부분 상에 480p, 720p, 1080p 또는 그 초과에 대응하는 해상도로 투사된다. 부중심와/망막 이미지는 실질적으로 유사한 수의 픽셀로 투사되지만; 투사된 이미지는 사용자의 시야에 미리 결정된 부분을 취하도록 사용자의 눈으로 릴레이되는 반면, 도 3에 도시된 바와 같이 중심와 이미지에 대응하는 중앙 영역을 낮은 투사 세기로 떠나서 제 1 투사 유닛(130)에 의해 중심와 이미지의 투사를 허용한다.

따라서, 광학 모듈의 구성은 눈 추적 및 이미지 특성에 따라 출구 동공 및 일반적인 광학 경로의 조정을 허용한다. 또한, 해상도가 낮은 주변 이미지 데이터로 중심와를 향한 고해상도 이미지를 제공함으로써, 시스템은 계산 복잡성을 감소시키면서 경험을 최적화할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 또한, 작은 눈 움직임을 보상하기 위해, 눈 투사 시스템과 관련된 그래픽 프로세싱 유닛(GPU)은 투사된 실제 이미지 데이터보다 약간 큰 영역에 대응하는 이미지 데이터를 렌더링하도록 구성될 수 있다. 따라서, 렌더링된 이미지 데이터가 존재하고, 투사시 눈의 정확한 위치에 기초하여 투사 유닛으로 직접 전송될 수 있다. 이것은 중심와(1300) 및 망막(1400) 이미지의 렌더링된 영역을 도시하는 도 6에 예시되어 있다. 보다 구체적으로, 영역(1300, 1400)에 대응하는 이미지 데이터가 사용자의 눈에 투사되는 동안, GPU는 다음 프레임에 대응하는 이미지 데이터를 처리한다. GPU 생성 이미지 데이터는 영역(1300 및 1400)보다 더 큰 영역(1310 및 1410)에 대응한다. 영역(1310 및 1410)은 일반적으로 본 명세서에서 숄더 이미지 데이터(shoulder image data)라 지칭되는 이미지 부분(1300 및 1400)에 의해 정의된 시야의 외부에 있는 이미지 데이터를 포함한다. 새롭게 처리된 이미지에서, 데이터가 투사 유닛(130 및 140)으로 전송될 때, 제어 유닛(200)은 눈 추적 기술을 사용하여, 사용자의 동공의 정확한 위치 및 처리된 이미지의 대응하는 부분을 표시한다. 이 기술은 이미 렌더링된 숄더 이미지 데이터 조각을 제공함으로써 작은 눈 움직임을 보상하는 이미지 변화를 가능하게 한다. 이와 관련하여, 균일한 해상도 투사에서 사용자 눈의 중심와 영역에 고해상도(즉, 픽셀당 4 arc-minute² 미만의 입체 각도)를 제공하기 위해, 매우 많은 양의 픽셀을 갖는 이미지 데이터를 생성할 것을 요구한다. 공간 해상도에는 거의 30 메가 픽셀이 필요한다(이러한 공간 해상도를 가진 완전한 반구 이미지에는 거의 30 메가 픽셀이 필요함). 본 발명의 기술은 이미지 해상도를 덜 민감한 눈 영역으로 감소시키면서, 바람직하게는 높은 인지된 각도 해상도를 갖는 이미지 투사를 제공할 수 있게 한다. 따라서, 중심와 이미지는 픽셀 당 4개의 분각 미만의 각도 해상도를 제공하는 높은 픽셀 밀도를 사용하는 반면, 부중심와 이미지는 더 낮은 각도 해상도(예를 들어, 픽셀당 약 10개의 분각)를 제공한다. 이것은 제어 유닛 및 그 GPU가 더 낮은 해상도의 이미지, 예를 들어 약 10 메가 픽셀의 총 렌더링된 이미지 데이터를 제공하는, 중심와 이미지용 약 5 메가 픽셀 및 부중심와 이미지용 5 메가 픽셀에 대응하는 이미지 데이터를 생성할 수 있게 한다.

따라서, 본 발명은 사용자의 눈으로의 이미지 투사를 위한 시스템을 제공한다. 시스템은 이미지 렌더링 복잡성 및 프로세싱/렌더링 유닛으로부터 투사 유닛(들)으로의 데이터 전송을 감소시키면서, 사용자에게 바람직하게 고해상도 이미지를 제공하도록 구성된다. 시스템은 일반적으로 사용자의 망막의 대응 부분으로 향하는 2개 이상의 이미지 부분에 기초하여 조합된 이미지 투사를 생성하도록 구성되고, 망막의 상이한 영역의 국부 감도를 최적으로 이용하도록 구성된다. 당업자는 첨부된 청구 범위에 의해 정의된 범위를 벗어나지 않고 전술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 다양한 수정 및 변경이 적용될 수 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다.

Claims (24)

1. 망막 이미지 투사에 사용하기 위한 시스템으로서,
   눈 망막의 중심와 및 주변 영역에 각각 투사될 이미지의 제 1 및 제 2 부분에 각각 대응하는 적어도 제 1 및 제 2 이미지 부분을 투사하도록 구성된 이미지 투사 모듈; 및
   상기 이미지 투사 모듈에 광학적으로 결합되고 상기 눈 망막을 향하여 지향되는 일반적인 공통 광학 경로를 따라 전파하기 위한 조합된 투사 출력을 생성하기 위해 적어도 상기 제 1 및 제 2 이미지 부분의 투사를 조합하도록 구성되고 작동 가능한 광학 멀티플렉싱 모듈을 포함하고,
   상기 광학 멀티플렉싱 모듈은 공간 및 시간 멀티플렉싱 중 적어도 하나에서 상기 제 1 및 제 2 이미지 부분들의 투사들을 조합하도록 구성되고 작동 가능하여 상기 조합된 투사의 측방향 크기가 상기 조합된 투사의 상기 제 2 이미지 부분의 측방향 크기에 유사하고 상기 조합된 투사 내의 상기 제 1 이미지 부분의 측방향 크기가 상기 조합된 부분의 측방향 크기 내에서 더 작아서, 상기 조합된 투사를 눈 망막을 향하여 지향할 때, 상기 제 1 이미지 부분의 투사는 상기 망막의 중심와 영역을 덮고 상기 제 2 이미지 부분의 투사는 상기 망막의 적어도 주변 영역을 덮는, 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 및 제 2 이미지 부분은 상기 조합된 투사에서 각각 더 높고 더 낮은 공간 픽셀 밀도를 가져서, 각각 상기 망막의 중심와 및 주변 영역의 더 높고 더 낮은 공간 해상도에 각각 대응하도록 상기 조합된 투사를 최적화하는, 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 및 제 2 이미지 부분은 상기 조합된 투사에서 더 낮고 더 높은 프레임 레이트로 각각 투사되어 각각 상기 망막의 중심와 및 주변 영역의 더 낮고 더 높은 시간적 해상도에 각각 대응하도록 상기 조합된 투사를 최적화하는, 시스템.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 이미지 투사 모듈은 상기 적어도 제 1 및 제 2 이미지 부분의 공간적으로 분리된 투사를 위해 구성되고 작동 가능한 적어도 제 1 및 제 2 이미지 투사 유닛을 포함하고,
   상기 제 1 이미지 투사 유닛에 의해 투사된 제 1 이미지 부분은 상기 조합된 투사의 중심 영역에 있고, 상기 제 2 이미지 투사 유닛에 의해 투사된 상기 제 2 이미지 부분은 상기 조합된 투사의 상기 중앙 영역을 둘러싸는 고리형 영역 위로 측면 방향으로 연장하도록 상기 광학 멀티플렉싱 모듈이 상기 적어도 제 1 및 제 2 이미지 부분을 공간적으로 조합하도록 구성되고 작동 가능한, 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제 2 이미지 투사 유닛은 상기 제 1 이미지 투사 유닛에 의해 투사된 상기 제 1 이미지 부분의 각도 크기보다 큰 각도 크기로 상기 제 2 이미지 부분을 투사하도록 구성되는, 시스템.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 광학 멀티플렉싱 모듈은 각각 더 작고 큰 각도 크기를 갖는 상기 제 1 및 제 2 이미지 부분의 투사들을 수신하고 상기 투사들을 조합하여 상기 조합된 투사를 출력하도록 구성되고 작동 가능한 빔 조합기를 포함하는, 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 빔 조합기는 상기 제 1 및 제 2 이미지 투사 유닛들 중 하나로부터 투사된 광이 상기 광학 경로를 따라 전파하도록 상기 웨지형 디플렉터의 상기 표면들 중 하나로부터 반사되고 반면에 상기 광학 경로 외부 방향을 향하여 상기 웨지형 디플렉터의 상기 표면들 중 다른 하나로부터 반사되어 의사 반사가 상기 광학 경로를 따라 전파하는 것을 억제하도록 선택된 경사 각도로 서로에 대해 경사지는 정면 및 배변을 갖는 일방 반사 웨지형 디플렉터를 포함하는, 시스템.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
   상기 광학 멀티플렉싱 모듈은 상기 이미지 투사 모듈로부터의 광 전파 방향에 대하여 상기 빔 조합기의 하류에 배열된 광학 릴레이 모듈을 포함하며; 상기 광학 릴레이는 상기 조합된 투사를 상기 시스템의 광학 출력을 향해 릴레이하도록 구성되고 작동 가능한, 시스템.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 제 1 및 제 2 이미지 부분은 상기 광학 릴레이의 상류와 외부에서 조합되어, 상기 광학 릴레이가 감소된 수차를 갖는 논-텔리센트릭 릴레이(non-telecentric relay)가 되도록 하는, 시스템.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 광학 릴레이는 초점 거리의 합과 일치하는 제 1 및 제 2 렌즈 세트들 사이의 광학 거리를 갖는 광학 경로를 따라 배열된 적어도 상기 제 1 및 제 2 렌즈-세트를 포함하는 굴절 및/또는 회절 릴레이이며; 상기 제 1 및 제 2 렌즈 세트 각각은 적어도 하나의 굴절 및/또는 회절 렌즈를 포함하는, 시스템.
11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 광학 릴레이는 제 1 및 제 2 반사면 사이의 광학 거리가 그 초점 거리들의 합과 일치하도록 상기 릴레이의 광학 경로를 따라 배열된 각각의 광 파워(optical power)를 갖는 적어도 상기 제 1 및 제 2 반사면을 포함하는 반사 릴레이이고; 상기 반사형 광학 릴레이는 상기 조합된 투사에서 감소된 색수차와 관련되는, 시스템.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 반사 릴레이는 상기 제 1 및 제 2 반사 표면들 사이의 물리적 거리가 상기 릴레이의 광학 경로를 따라 상기 제 1 및 제 2 반사 표면들 사이의 광학 거리보다 작은 것을 특징으로 하는 폴디드(folded) 반사 광학 릴레이인, 시스템.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 반사 릴레이는 상기 제 1 및 제 2 반사 표면들 사이의 상기 릴레이 내의 상기 광학 경로를 정의하도록 배열된 하나 이상의 디플렉터들의 세트를 포함하는, 시스템.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 반사 표면은 공통 평면을 따라 배열되고, 상기 편향 표면 세트는 상기 제 1 반사 표면으로부터 상류 및 상기 제 2 반사 표면 하류에서 각각 상기 광학 경로를 따라 위치되어 상기 릴레이의 입력 및 출력 광학 포트를 각각 정의하는 제 1 및 제 2 빔 스플리터; 및 상기 제 1 및 제 2 반사 표면 사이의 상기 광학 거리를 갖는 상기 광학 경로를 정의하도록 배열된 하나 이상의 디플렉터를 포함하는, 시스템.
15. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미지 투사 모듈은 상기 총 프레임 레이트의 제 1 부분에서 투사된 상기 제 1 이미지 부분 및 상기 총 프레임 레이트의 제 2 부분에서 투사된 상기 제 2 이미지 부분을 포함하는 프레임의 시컨스를 투사하기 위한 특정 총 프레임 레이트로 구성되고 작동 가능한 단일 이미지 투사 유닛;을 포함하고,
    상기 광학 멀티플렉싱 모듈은 상기 단일 이미지 투사 유닛으로부터의 광 전파 방향에 대해 상기 단일 이미지 투사 유닛으로부터 하류에 위치한 조정 가능한 배율비로 구성된 적응형 배율 광학 릴레이 모듈을 포함하고; 상기 적응형 배율 광학 릴레이 모듈은 상기 제 1 및 제 2 이미지 부분의 각각의 투사에 대해 상이한 제 1 및 제 2 배율비에 영향을 미치도록 상기 단일 이미지 투사에 의한 상기 제 1 및 제 2 이미지 부분의 투사 타이밍과 시간 동기화되어 작동 가능하여;
    제 1 이미지 부분보다 더 큰 각도 크기를 갖는 상기 제 2 이미지 부분을 갖는 상기 제 1 및 제 2 이미지 부분의 시간 멀티플렉싱 조합된 투사의 릴레이로부터 출력하는, 시스템.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 적응형 배율 광학 릴레이 모듈은 상기 광학 경로를 따라 배열된 적어도 제 1 및 제 2 렌즈 그룹을 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 렌즈 그룹 중 적어도 하나의 그룹은 초점 거리 및 적어도 2 개의 상태 사이에서 조정 가능한 유효 주 광학면의 위치를 갖는 적응형 그룹이고;
    상기 제 1 및 제 2 그룹은 그 유효 주 광학면들 사이의 광학 거리가 상기 두 상태에서 적응형 배율 광학 릴레이가 상이한 배율을 제공하도록 상기 2개의 상태에서 광학 길이의 합과 동일하도록 배열되는, 시스템.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 적응형 그룹은 각각의 그 유효 주 광학면이 상기 광학 경로를 따라 상이한 위치에 있고 각각의 렌즈의 여러개의 작동 모드 사이에서 전환 가능한 각각의 유효 초점 거리를 갖도록 배열된 적어도 제 1 및 제 2 적응형 렌즈 세트를 포함하는, 시스템.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 적응형 렌즈 세트의 상기 여러개의 작동 모드는
    (i) 상기 적응형 렌즈 세트의 무한 초점 거리를 제공하는 각각의 적응형 렌즈 세트의 렌즈-오프(LENS-OFF) 작동 모드; 및
    (ii) 상기 적응형 렌즈가 특정 유한 초점 거리를 갖도록 제공되는 상기 적응형 렌즈 세트의 렌즈-온(LENS-ON) 작동 모드를 포함하는, 시스템.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 렌즈 그룹은 고정된 초점 거리 및 그 주 광학면의 고정된 위치를 갖는 상기 적응형 그룹 및 비-적응형 그룹을 포함하고;
    상기 2개의 상태는 제 1 및 제 2 배율 상태 광학 릴레이를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 적응 렌즈 세트는 상기 렌즈-온 (LENS-ON) 및 렌즈-오프(LENS-OFF) 작동 모드의 상이한 조합으로 각각 설정되어, 상기 제 1 및 제 2 배율 상태에서, 상기 적응형 그룹이 상기 광학 경로를 따라 상이한 유효 초점 거리 및 그 유효 주 광학면의 상이한 위치를 갖는, 시스템.
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 2개의 상태에서 상기 적응형 그룹의 유효 주 광학면의 상이한 위치들 사이의 광학 거리는 상기 두 상태에서 상기 적응형 그룹의 유효 초점 거리들 사이의 차이와 일치하는, 시스템.
21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 배율 상태에서, 상기 제 1 및 제 2 적응형 렌즈 세트는 각각 렌즈-온(LENS-ON) 및 렌즈-오프(LENS-OFF) 작동 모드로 설정되어 상기 적응형 배율 광학 릴레이의 제 1 배율비를 제공하고,
    상기 제 2 배율 상태에서, 상기 제 1 및 제 2 적용형 렌즈 세트는 각각 렌즈-오프(LENS-OFF) 및 렌즈-온(LENS-ON) 작동 모드로 설정되어 상기 적응형 배율 광학 릴레이의 제 2 배율비를 제공하는, 시스템.
22. 제 17 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 적응형 렌즈 세트 각각은 적어도 하나의 조율 가능한 액정 크리스털 회절 렌즈를 포함하는, 시스템.
23. 제 22 항에 있어서,
    상기 단일 이미지 투사 유닛은 적어도 3개의 단색의 원색 광을 이용하여 상기 프레임 시퀀스를 투사하고;
    상기 조율 가능한 액정 크리스털 회절 렌즈는 상기 적어도 3개의 단색의 원색에 대해 동일한 광 파워를 갖도록 구성되고 작동 가능하여 색수차를 억제하는, 시스템.
24. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 이미지 부분을 나타내는 데이터를 수신하여 상기 망막의 중심와 및 주변 레이션(peripheral ration)에 각각 투사되도록 구성되고 작동 가능한 투사 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는
    (i) 상기 제 1 이미지 부분을 상기 중심와의 인지 레이트를 초과하도록 적어도 25FPS인 상기 제 1 프레임 레이트로 투사하기 위해 상기 단일 이미지 투사 유닛을 작동시키고; 상기 적응 배율 광학 릴레이 모듈을 상기 제 1 이미지 부분의 투영에 대한 제 1 배율비에 영향을 미치도록 상기 제1 이미지 부분의 투영과 동기화하여 동작시킴으로써, 상기 제 1 배율비는 상기 망막의 상기 중심와 영역 상에 상기 제 1 이미지 부분을 투영하고;
    (ii) 상기 망막의 주변 영역의 상기 인지 레이트를 초과하도록 적어도 60FPS인 상기 제 2 프레임 레이트로 상기 제 2 이미지 부분을 투사하기 위해 상기 단일 이미지 투사 유닛을 작동시키고; 상기 적응 배율 광학 릴레이 모듈을 상기 제 2 이미지 부분의 투영에 대한 제 2 배율비에 영향을 미치도록 상기 제 2 이미지 부분의 투영과 동기화하여 동작시킴으로써, 상기 제 2 배율비가 상기 제 1 배율비보다 크고, 상기 제 2 이미지 부분을 투영하여 망막의 상기 주변 영역을 덮도록 구성되어 작동 가능한, 시스템.

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