KR20210010537A - 오버래핑 프로젝터 어셈블리를 갖는 근안 디스플레이 - Google Patents

오버래핑 프로젝터 어셈블리를 갖는 근안 디스플레이 Download PDF

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Abstract

시청자의 눈에 이미지를 제공하기 위한 디스플레이 및 방법이 제공된다. 디스플레이는 적어도 두개의 프로젝터 어셈블리를 포함한다. 각 프로젝터 어셈블리는 도광 광학 요소(LOE), 및 부분 이미지를 생성하고 시청자의 눈을 향해 커플링-아웃하기 위해 LOE에 부분 이미지를 도입하도록 배치되는 이미지 프로젝터 장치를 포함한다. 적어도 두개의 프로젝터 어셈블리는 협력하여 부분 중첩으로 시청자의 눈에 이미지를 디스플레이한다. 디스플레이는, 이미지 프로젝터 장치와 연관되고, 인지된 이미지의 균일성을 향상시키기 위해, 이미지의 제1 부분 및 제2 부분 사이의 부분 중첩 영역에서 선택된 픽셀의 픽셀 강도를 감소시키도록 구성된 콘트롤러를 더 포함한다.

Description

오버래핑 프로젝터 어셈블리를 갖는 근안 디스플레이
본 발명은 디스플레이에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시청자의 눈에 이미지를 제공하는 디스플레이에 관한 것이다.
근안 디스플레이(near-eye displays)와 같은 어플리케이션에서, 넓은 시야를 갖는 투영된 이미지(projected image)가 바람직하다. 이는 일반적으로 단일 이미지 프로젝터에서 도파관에 넓은 시야 이미지(large field image)를 주입함에 의해 달성된다. 도파관은 투영된 이미지의 조리개(aperture)를 확장함으로써, 넓은 시야 이미지를 눈에 비춘다.
그러나, 조리개의 확장을 달성하기 위해서는, 일반적으로 대형 프로젝터 및/또는 대형 광학장치가 필요하며, 이는 근안 디스플레이 및 원하는 어플리케이션에서 사용하기 적합하도록 디스플레이가 작아야하는 다른 어플리케이션에서 사용하기 위해서는 불리하다. 또한, 주어진 도파관 및 커플링-아웃 장치에서 시야(시계) 범위의 각도 치수(angular dimensions)는, 내부 반사에 의해 전파되도록 도파관 내에 가두어질 수 있는 각도 범위와 같은 기하학적 광학 고려사항, 및 도파관 내에서 이미지 및 그 접합체 사이의 겹침의 회피에 의해 제한된다.
본 발명의 목적은 시청자의 눈에 이미지를 제공하는 디스플레이를 제공하는데 있다.
본 발명의 교시에 따르면, 시청자의 눈에 이미지를 제공하는 디스플레이가 제공되는데, 상기 디스플레이는 다음을 포함한다: a) 적어도 두개의 프로젝터 어셈블리를 포함하며, 각각의 프로젝터 어셈블리는, ⅰ) 한쌍의 평행한 외부표면을 갖는 도광 광학 요소(LOE,light-guide optical element), 및 ⅱ) 부분 이미지를 생성하는 이미지 프로젝터 장치, - 상기 이미지 프로젝터 장치는, 한쌍의 평행한 외부표면으로부터 내부 반사에 의해 LOE 내에 전파하도록, 이미지 프로젝터 장치로부터 LOE로 부분 이미지를 도입하도록 배치됨-, 를 포함하며, 각각의 프로젝터 어셈블리는 LOE와 연관되며 LOE로부터 시청자의 눈을 향해 부분 이미지를 커플링-아웃하도록(coupling out) 구성된 커플링-아웃 장치를 포함하며, 제1 프로젝터 어셈블리의 LOE는 제2 프로젝터 어셈블리의 LOE와 중첩(overlapping) 관계로 배치되어 제1 프로젝터 어셈블리가 이미지의 제1부분에 대응하는 제1 부분 이미지를 투영하며, 그리고 제2 프로젝터 어셈블리는 이미지의 제2부분에 대응하는 제2 부분 이미지를 투영하고, 이미지의 제1 및 제2 부분은, 적어도 두개의 프로젝터 어셈블리가 협력하여 시청자의 눈에 이미지를 디스플레이 하도록 부분 중첩을 가지며; (b) 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 콘트롤러(controller)를 포함하며, 상기 콘트롤러는 적어도 제1 및 제2 프로젝터 어셈블리의 이미지 프로젝터 장치와 연관되며, 적어도 제1 및 제2 이미지 프로젝터 장치에 의해 투영된 선택된 픽셀들의 픽셀 강도를 감소시키도록 구성되고, 선택된 픽셀들은 인지된 이미지의 균일성(uniformity)을 향상시키기 위해 이미지의 제1 및 제2 부분 사이에 부분 중첩 영역에 있는다.
본 발명의 교시에 따르면, 시청자의 눈에 이미지를 제공하는 디스플레이가 더 제공되는데, 상기 디스플레이는 다음을 포함한다: a)프로젝터 어셈블리를 포함하며, 프로젝터 어셈블리는, ⅰ) 한쌍의 평행한 외부표면, 및 상호 평행한 반사 표면들의 두개의 평행하지 않은(비-평행non-parallel) 셋트를 갖는 도광 광학 요소(LOE,light-guide optical element)를 포함하며,- 상기 LEO는 이를 통해 전파되는 이미지의 2D 조리개 확장을 위해 구성됨- ⅱ) 적어도 이미지의 제1 부분 및 적어도 이미지의 제2 부분에 각각 대응하는 적어도 두개의 부분 이미지를 생성하는 적어도 두개의 이미지 프로젝터 장치,-적어도 두개의 이미지 프로젝터 장치는, 한쌍의 평행한 외부표면으로부터 내부 반사에 의해 LOE 내에 적어도 두개의 부분 이미지가 전파되도록, 적어도 두개의 부분 이미지를 LOE로 도입하도록 배치됨-, 를 포함하며, 프로젝터 어셈블리는 LOE와 연관되며 LOE로부터 시청자의 눈을 향해 부분 이미지를 커플링-아웃하도록(coupling out) 구성된 커플링-아웃 장치를 포함하며, 적어도 이미지의 제1 부분 및 적어도 이미지의 제2 부분은, 적어도 두개의 프로젝터 어셈블리가 협력하여 시청자의 눈에 이미지를 디스플레이하도록 부분 중첩을 가지며; (b) 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 콘트롤러(controller)를 포함하며, 상기 콘트롤러는 적어도 두개의 이미지 프로젝터 장치와 연관되며, 적어도 제1 및 제2 이미지 프로젝터 장치에 의해 투영된 선택된 픽셀들의 픽셀 강도를 감소시키도록 구성되고, 선택된 픽셀들은 인지된 이미지의 균일성(perceived uniformity)을 향상시키기 위해 이미지의 제1 및 제2 부분 사이에 부분 중첩 영역에 있는다.
본 발명의 교시에 따르면, 시청자의 눈에 이미지를 제공하는 방법이 더 제공되는데, 상기 방법은 다음을 포함한다: 제1 LOE 및 제1 이미지 프로젝터 장치를 포함하는 제1 프로젝터 어셈블리에 의해, 시청자에 커플링-아웃하기 위해 이미지의 제1 부분에 대응하는 제1 부분 이미지를 생성; 제2 LOE 및 제2 이미지 프로젝터 장치를 포함하는 제2 프로젝터 어셈블리에 의해, 시청자에 커플링-아웃하기 위해 이미지의 제2 부분에 대응하는 제2 부분 이미지를 생성; -여기에서 제1 및 제2 LOE 는 중첩 관계로 배치되므로 시청자에 커플-아웃되는 이미지의 제1 및 제2 부분이 부분 중첩을 가져서 프로젝터 어셈블리가 시청자의 눈에 이미지를 디스플레이하도록 협력함-, 제1 및 제2 이미지 프로젝터 장치와 연관된 콘트롤러에 의해, 부분 중첩 영역에서 픽셀의 서브 셋트(subset) 결정; 및 콘트롤러에 의해, 픽셀의 서브셋트에서 선택된 픽셀의 강도를 감소; - 선택된 픽셀은, 인지된 이미지의 균일성을 향상시키기 위해, 제1 및 제2 이미지 프로젝터 장치 중 적어도 하나에 의해 투영됨- 를 포함하는 방법.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 디스플레이는 적어도 제3 프로젝터 어셈블리를 포함하며, 적어도 제3 프로젝터 어셈블리는 다음을 포함한다: ⅰ) 한쌍의 평행한 외부표면을 갖는 LOE, 및 ⅱ) 이미지의 제3 부분에 대응하는 제3 부분 이미지 를 생성하고, 한쌍의 평행한 외부표면으로부터 내부 반사에 의해 LOE 내에 전파되도록 이미지 프로젝터 장치로부터 LOE로 이미지의 제3 부분을 도입하도록 배치되는 이미지 프로젝터 장치; -적어도 제3 프로젝터 어셈블리는 LOE와 연관되며 LOE 에서 시청자의 눈을 향해 제3 부분 이미지를 커플링-아웃하도록 구성되는 커플링 아웃 장치를 포함함- 를 포함하며, 상기 적어도 제3 프로젝터 어셈블리의 LOE는 적어도 하나의 제1 및 제2 프로젝터 어셈블리의 LOE 와 중첩 관계로 배치되므로 적어도 세개의 프로젝터 어셈블리는 시청자의 눈에 이미지를 디스플레이 하도록 협력하며, 콘트롤러가 적어도 제3 프로젝터 어셈블리의 이미지 프로젝터 장치와 더 연관되어 적어도 하나의 프로젝터 어셈블리에서의 적어도 하나의 이미지 프로젝터 장치에 의해 투영된 선택된 픽셀들의 픽셀 강도를 감소시키게끔 구성되며, 선택된 픽셀들은 이미지의 적어도 두개의 부분들 사이에 부분 중첩 영역에 있는다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 제1 부분 이미지 및 제2 부분 이미지는 공통 픽셀 셋트를 공유(share)하는데, 여기에서 감소된 강도의 선택된 픽셀들은 공통 픽셀들의 셋트의 서브셋트(subset)이다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 콘트롤러는 중첩 영역 조정 입력에 응답하여 공통 픽셀들의 셋트의 서브셋트의 선택을 변경한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 중첩 영역 조정 입력은 동공 위치 센서(pupil position sensor)로부터 기인(derived)된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 중첩 영역 조정 입력은 사용자 수동 입력으로부터 기인된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 콘트롤러는 부분 중첩 영역에 걸쳐 제1 프로젝터 장치에 의해 투영된 선택된 픽셀들의 강도를 점차적으로 감소시키고, 부분 중첩 영역에 걸쳐 제2 프로젝터 장치에 의해 투영된 선택된 픽셀들의 강도를 점차적으로 증가시키게끔 구성된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 제2 프로젝터 어셈블리는, 이미지의 제3 부분에 대응하는 제3 부분 이미지를 생성하고 제2 프로젝터 어셈블리의 LOE로 제3 부분 이미지를 도입하도록 배치되는 제2 이미지 프로젝터 장치를 포함하므로 이미지의 제1 ,제2 및 제3 부분은 부분 중첩을 가지며, 콘트롤러가 제2 이미지 프로젝터 장치와 더 연관되어 적어도 하나의 프로젝터 어셈블리의 적어도 하나의 이미지 프로젝터 장치에 의해 투영된 선택된 픽셀들의 픽셀 강도를 감소시키게끔 구성되고, 선택된 픽셀들은 이미지의 적어도 두개의 부분들 사이에 부분 중첩 영역에 있는다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 적어도 두개의 프로젝터 어셈블리의 LOE 들은 서로 평행하게 배치된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 적어도 두개의 프로젝터 어셈블리의 LOE 들은 서로 평행하지 않게(non-parallel) 배치된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, LOE 들은 시청자 또는 시청자의 눈 주위로 연장되거나 부분적으로 둘러싸도록 배치되며, 디스플레이는 LOE 의 가장자리와 광학적으로 매끄러운 전이(transition)를 형성하는, LOE들 사이에 시청자 주위에 배치된 하나 이상의 색인-일치 매체(index-matched mediums)를 더 포함한다.
본 발명에 따른 시청자의 눈에 이미지를 제공하는 디스플레이는 가상 현실 및 증강 현실 어플리케이션, 즉 가상 디스플레이 요소가 실제 세계의 직접적인 시야와 조합되는 경우 모두에서 구현될 수 있다.
본 발명은, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 명세서에서 단지 실례로써 설명된다.
도 1A는 아이-박스(eye-box) 상에 광범위한 시야를 투영하는 것을 개략적으로 도시한다.
도 1B는 아이-박스(eye-box) 상에 좁은 시야를 투영하는 것을 개략적으로 도시한다.
도 1C는 아이-박스 상에 좁은 시야들의 조합을 투영하는 것을 개략적으로 도시한다.
도 2A는 LOE 및 이미지 프로젝터 장치를 갖는 제1 프로젝터 어셈블리를 개략적으로 도시한다.
도 2B는 LOE 및 두개의 이미지 프로젝터 장치를 갖는 제2 프로젝터 어셈블리를 개략적으로 도시한다.
도 2C는 일부 실시예에 따른 본 발명의 디스플레이를 개략적으로 도시한다.
도 2D - 2E 는 프로젝터 어셈블리 및 상이한 동공 위치를 향하는 커플링-아웃의 단면을 개략적으로 도시한다.
도 2F는 제1 동공 위치에서 각도 공간에 투영된 시야들의 선택된 포인트들을 개략적으로 도시한다.
도 2G는 제2 동공 위치에서 각도 공간에 투영된 사야들의 선택된 포인트들을 개략적으로 도시한다.
도 3A - 3E 는 투영된 이미지의 각전력 강도 분포(angular power intensity distribution)의 실례를 도시한다.
도 4A - 4C 는 본 발명에 따른 디스플레이의 상이한 구성들의 단면을 개략적으로 도시한다.
도 5A 는 2D 이미지 확장을 위해 구성된 디스플레이의 제1 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 5B 는 이미지가 수평적으로 조합된 것을 개략적으로 도시한다.
도 5C 는 이미지가 수직적으로 조합된 것을 개략적으로 도시한다.
도 6 은 2D 이미지 획장을 위해 구성된 디스플레이의 제2 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 7 은 특정 실시예에 따른 디스플레이의 예시적인 기능적 블록도를 개략적으로 도시한다.
도 8 은 특정 실시예에 따른 시청자의 눈에 이미지를 디스플레이하기 위한 방법의 예시적인 흐름도를 도시한다.
도 9A - 9C 는 대안적인 실시예에 따라 투영된 이미지의 각전력 강도 분포의 실례를 도시한다.
본 발명은, 다수의 부분적이고 좁은 시야 이미지를 투영함으로써 단일하고 넓은 시야 이미지로서 시청자가 조합하여 볼수 있게끔, 작은 사이즈의 광학장치를 사용하여 넓은 시야 이미지를 투영하기 위한 디스플레이를 제공한다.
여기에서 사용된 용어 "시야"(field)는 투영된 이미지의 시야 범위(field of view)를 언급하는 것으로 이해되어야 한다.
여기에서 사용된 용어 "아이-박스"(eye-box)는 dlalw를 보는 동안 동공이 있을 것으로 예상되는 일반적인 영역을 언급하는 것으로 이해되어야 한다. 아이-박스 내의 실제 동공 위치는 다양한 시청자에 걸쳐서(예컨대, 동공 사이의 거리 ("IPD")에 의해), 심지어 특정 시청자에 대해 서로 다른 시간에 따라(예컨대, 안구 회전에 의해) 다를 것으로 예상된다.
본 발명에 따른 디스플레이의 원리와 작동은 도면 및 엄부된 설명을 참조하면 저 잘 이해될 수 있다.
이제 도면들을 참조하면, 도 1A는 아이-박스 상에 광범위한 시야를 투영한 것을 개략적으로 도시한다. 이미지 생성기(10a,image generator)는 광선을 시준하고(collimate) 아이-박스(14,eye-box)를 조명하는(비추는) 광학장치(12a,optics) 상에 광선을 전송한다. 도 1a에서 명백한 바와 같이, 넓은 시야를 가는 이미지를 생성하기 위해, 광학장치(12a)가 상대적으로 커야 한다. 또한 도 1a에서 명백한 바와 같이, 광학장치(12a)를 통해 전송되는 상당한 양의 광선(16a)은 아이-박스(14) 밖으로 빠져나가서 동공에 의해 볼수 없다는 의미에서 " 낭비" 된다.
도 1B 는 아이-박스 상에 좁은 시야를 투영한 것을 개략적으로 도시한다. 좁은 시야의 경우, 이미지 생성기(10b) 및 광학장치(12b)가 넓은 시야를 투영하기 위해 필요한 이미지 생성기 및 광학장치(도 1A 에서와 같이)에 비해 더 작을 수 있다. 또한, 시준된 광선의 대부분이 아이-박스(14)에 도달하고, 도 1A 에 비해 더 적은 광선(16b)이 아이-박스(14) 밖으로 빠져 나간다(falling). 그러나, 이 시야는 도 1A의 시야와 비교해 상대적으로 좁을 수 있어(그리고 또한 세상 사람의 자연적 시야보다 더 좁음), 시청자에게 바람직한 이미지 보기(감상) 경험을 더 적게 준다.
도 1C는 아이-박스 상에 좁은 시야의 조합을 투영하는 것을 개략적으로 도시한다. 다수의 이미지 생성기(10c)가 서로 조합되어 사용되며, 각각의 개별 이미지 생성기는 아이-박스(14)에 도달하는 최종 이미지가 훨씬 더 광범위한 시야 이미지가 되도록 좁은 시야 부분 이미지(narrow field partial image)를 투영한다. 도 1c에서 명백한 바와 같이, 이미지 생성기(10c) 및 광학장치(12c)는 작을 수 있어서(도 1B 에서와 같이), 더 적은 광선(16c)이 아이-박스(14) 밖으로 빠져 나가게 하지만, 시청자는 여전히 광범위한 시야 이미지, 즉 조합된 다수의 좁은 시야 부분이미지들을 보는데 유리하다. 도 1C에서 점선은, 관찰자에 연속적인 인식을 발생시키기 위해 바람직하게 구현된 중첩 이미지 데이타(중앙 이미지 생성기로부터 점선 및 좌측 생성기로부터의 점선)를 나타낸다. 물리적 제한으로 인해, 이 중첩은 교차 흐릿함(모호함) 없이 종래의 광학장치에 의해 생성될 수 없다. 본 발명의 양태에 따르면, 도광 광학 요소(light-guide optical element, "LOE")(여기에서 "도파관"으로 또한 언급됨)가 이러한 흐릿함 없이 중첩을 생성하는데 사용된다. 도파관(waveguide)은 도입되는 광선의 전체 내부 반사(total internal reflection)를 위해 한쌍의 평행한 외부표면을 가진다.
이미지 투영 및 조합
도 2A 는 LOE(28a) 및 이미지 프로젝터 장치(20a,image projector arrangement)를 갖는 프로젝터 어셈블리(5a,projector assembly)의 제1 실시예를 개략적으로 도시한다. 이 이미지는 광선을 나타내는 점선으로 표시된다. 이미지 프로젝터 장치(20a)는 부분 이미지를 생성하고 투영하며, 부분 이미지를 도파관(28a,waveguide)에 결합시킨다. 일부 실시예에서, 이미지 프로젝터 장치는 광원(light source), 공간 광 변조기(spatial light modulator)(예컨대, 실리콘 상의 액정, 또는 "LCOS") 및 시준 광학장치(collimating optics)를 포함한다. 이 구성요소들은, 유리하게는 당 기술에 공지된 바와 같이, 다수의 빔 스플리터 프리즘(beam splitter prisms)의 표면, 예컨대 편광 빔 스플리터(PBS) 큐브의 표면 상에 배치될 수 있다.
이미지 프로젝터 장치(20a)는 한쌍의 평행한 외부표면으로부터 내부 반사에 의해 도파관 내로 부분 이미지를 전파하도록 부분 이미지를 도파관으로 도입하게끔 배치된다. 부분 이미지를 도파관으로 도입하는 것은, 커플링-인 장치라고 언급되는, 적합한 광학장치를 통해 달성되는데, 이는 일반적으로 LOE의 측면 가장자리 또는 LOE의 주요 표면 중 하나와 연관되는 적절한 각진 표면을 지닌 프리즘 및/또는 LOE 내에 위치되거나 그의 표면 중 하나와 연관될 수 있는 하나 이상의 커플링-인 반사기를 포함한다. 커플링-인 장치를 포함하는 이미지 프로젝터 장치의 세부사항은 본 발명의 표현(설명)의 단순화를 위해 개략적 도면에서 생략된다. LOE(28a)와 연관된 커플링-아웃 장치(7a)(LOE 상에 직사각형 점선으로 도시)는 도파관으로부터 시청자의 눈을 향해 부분 이미지를 커플-아웃(couple-out)하기 위해 배치된다.
일부 실시예에서, 프로젝터 장치(20a)는 광범위한 광학 장치일 수 있으며, 또는 측면 조리개 확장을 위한 별개의 광학 장치를 포함할 수 있다. 커플링-아웃 장치(7,coupling-out arrangement)는, 일반적으로 당 기술에 공지된 바와 같이, 하나 이상의 비스듬하게- 각진 상호 평행한 내부 부분적 반사 표면의 하나 이상의 셋트로써, 또는 회절 광학 요소(diffractive optical element)로써 구현된다. 이미지 조명이 시청자의 눈을 향해 커플-아웃되는 LOE의 일반적 영역은 점선으로 표시(지정)된다.
도 2B는 LOE(28b) 및 두개의 이미지 프로젝터 장치(20b1 및 20b2)를 를 갖는 프로젝터 어셈블리(5b)의 제2 실시예를 도시한다. 두개의 이미지 프로젝터 장치(20b1 및 20b2)는 별개의 부분 이미지를 생성하고 투영한다(광선을 나타내는 점선으로 도시). 부분 이미지는 도판관(28b)에 커플-인(couple-in)되어, 각각의 부분이미지가 시청자를 향해 커플-아웃된다(커플링-아웃 장치(7b1 및 7b2)를 통해). 부분 이미지는, 커플-아웃 이미지가 중첩되지 않도록, 도파관에 대해 상이한 각도로 도파관에 커플-인 된다. 도 2B로부터 이미지 프로젝터 장치의 조리개(apertures) 사이에 갭이 있어서, 커플-아웃 이미지에 대응하는 갭으로 이어진다.
도 2C는 본 발명에 따른 디스플레이(70)의 실시예를 개략적으로 도시한다, 디스플레이(70)는 프로젝터 어셈블리(5a)(도 2A) 및 프로젝터 어셈블리(5b)(도 2B)의 조합을 통해 구현되지만, 원칙적으로 두개 이상의 프로젝터 어셈블리가 있을 수 있다. 프로젝터 어셈블리(5a)는 이미지 프로젝터 장치(20a) 및 LOE(28a)를 포함한다. 이미지 프로젝터 장치(20a)는 이미지의 제1 부분에 대응하는 제1 부분 이미지를 생성하고 투영하도록 구성된다. 이미지 프로젝터 장치(20a)는 LOE의 한쌍의 평행한 외부 표면으로부터 내부 반사에 의해 LOE 내에 제1 부분 이미지를 전파하도록, LOE(28a)로 부분 이미지를 도입하게끔 배치된다. LOE(28a)와 연관되는 커플링-아웃 장치(7a)(LOE 상에 직사각형 점선으로 도시)는 도파관으로부터 시청자의 눈을 향해 제1 부분 이미지를 커플-아웃하도록 배치된다.
프로젝터 어셈블리(5b)는 이미지 프로젝터 장치(20b1 및 20b2), 및 LOE(28b)를 포함한다. 이미지 프로젝터 장치(20b1)는 이미지의 제2 부분에 대응하는 제2 부분 이미지를 생성하고 투영하도록 구성된다. 이미지 프로젝터 장치(20b2)는 이미지의 제3 부분에 대응하는 제3 부분 이미지를 생성하고 투영하도록 구성된다. 이미지 프로젝터 장치(20b1 및 20b2)는 LOE의 한쌍의 평행한 외부 표면으로부터 내부 반사에 의해 LOE 내에 상기 부분 이미지들을 전파하도록, LOE(28b)로 각각 제2 및 제3 부분 이미지를 도입하게끔 배치된다. LOE(28b)와 연관된 커플링-아웃 장치(7b1 및7b2)(LOE 상에 직사각형 점선으로 도시)는 도파관으로부터 시청자의 눈을 향해 각각 제2 및 제3 부분 이미지를 커플-아웃하도록 배치된다. 커플링-아웃 장치(7a)는 실제 프로젝터 어셈블리(5a)와 연관되지만, 여기서는 커플-아웃된 부분 이미지의 중첩 효과를 도시하기 위해 도 2C 에서 프로젝터 어셈블리(5b) 상에 도시되어 있음에 주목한다.
도 2C 에 도시된 실시예에서, 제1 부분 이미지(이미지 프로젝터 장치(20a)에 의해 투영된)는 제2 부분 이미지(이미지 프로젝터 장치(20b1)에 의해 투영된) 및 제3 부분 이미지(이미지 프로젝터 장치(20b2)에 의해 투영된)와 부분적으로 중첩된다. LOE들(28a 및 28b)이 서로에 대해 중첩 관계로 배치되므로 프로젝터 어셈블리(5a 및 5b)는 협력하여 시청자의 눈에 이미지를 디스플레이한다. LOE(28a)가 LOE(28b) 뒤에 위치되게 도시되었지만, 원칙적으로 LOE(28a)가 LOE(28b) 앞에 대안적으로 있을 수 있음을 유의해야한다. 바람직하게는, LOE들(28a 및 28b)은, LOE의 도광 특성(light guiding properties)을 유지하기 위해, 에어 갭, 또는 에어 갭을 모방한(simulating) 레이어가 일반적으로 필요하지만, 가능한 서로 가깝게 있어야 한다. 일부 실시예에서, 이미지 프로젝터 장치가 연관된 도파관 보다 더 넓어서 이미지 프로젝터의 일부가 LOE 의 측면에 걸쳐 연장되는 경우, 이미지 프로젝터 장치(20b1 및 20b2)는 LOE의 대향하는 측면에 걸쳐 연장되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 시야 및 조리개의 연속성 뿐 아니라 픽셀 강도 균일성은, 시청자의 동공이 아이-박스에서 상이한 위치에 있을 때도, 유지되어야 한다.
프로젝터 어셈블리가 중첩 부분 이미지를 커플-아웃하는 것을 도면 2C 에서 명백하게 볼수 있지만, 이제 도 2D-2E 를 참조하여 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이 시청자에 커플-아웃된 중첩 픽셀들의 모두가 동공을 조명하는 것이 분명하지 않을 수 있다.
도 2D 및 2E는 아이-박스(14)를 향해 부분적으로 중첩하는 부분 이미지가 거플-아웃된 것을 보여주는, 프로젝터 어셈블리(5a 및 5b)의 탑-다운 단면도를 개략적으로 도시한다. 도 2D는 프로젝터 장치(20a 및 20b1)에 의해 생성되고, 각각 커플링-아웃 장치(7a 및 7b1)에 의해 커플-아웃되는, 전체 시야의 좌측 절반에 있는 두개의 픽셀에 대응하는 광선 방향을 도시한다. 도 2E는 프로젝터 장치(20a 및 20b2)에 의해 생성되고, 각각 커플링-아웃 장치(7a 및 7b2)에 의해 커플-아웃되는, 전체 시야의 우측 절반에 있는 두개의 픽셀에 대응하는 광선 방향을 도시한다. 이들 픽셀은 본 발명의 특정 양태의 이해를 용이하게하기 위해 선택되었지만, 사용 중에 전체 이미지의 모든 픽셀이 동시에 동시에 시청자에게 커플-아웃된다는 것이 이헤될 것이다. 두개의 가능한 동공 위치(15a 및 15b)가 도 2D 및 2E에 각각 도시되어 있다.
도 2F 및 2G는 도 2D 및 2E에 대응하며, 동공 위치(15a)(도 2F에 도시된) 및 동공 위치(15b)(도 2G 에 도시된) 각각에 의해 관찰되는 각도 공간(angular space)의 투영된 시야에서 선택된 포인트들(픽셀들)을 개략적으로 도시한다. 도 2F 및 2G는 시청자의 동공 위치에 따라 인지된 이미지의 변화를 보여준다.
용어 "중첩 영역", "중첩의 영역(들)" 및 "부분 중첩의 영역" 은 이제 하나 이상의 이미지 프로젝터 장치에 의해 동시에 일제히 투영되는 이미지 데이타를 언급하는데 사용된다. 언급한 바와 같이, 일반적으로 중첩 영역 내의 픽셀의 서브셋트(subset)는 임의의 주어진 시간에서 양 프로젝터로부터 동공을 조명한다(다른 픽셀들은 오직 하나의 프로젝터로부터 동공에 도달하는 한편 다른 프로젝터의 광선은 동공의 좌측 또는 우측으로 뻐져나간다.)
이제 도 2F 및 2G를 참조하면, 픽셀들(1000F,1002F,2002F 및 2000F)은 광선(1000, 1002a/b, 2002a/b 및 2000)에 의해 각각 생성된다(도 2D-2E 도시). 도 2F 및 2G 에서, 유사하게 부호가 매겨진 픽셀들은 동일한 이미지 정보에 해당하며, 도 2F 및 2G 모두에서 그들이 위치된 바와 같이, 이미지의 시야 내에 동일한 위치에 있게 된다.
이제 도 2F 를 참조하면, 픽셀(1002F)은 광선(1002a) 및 광선(1002b)(이미지프로젝터 장치 20a 및 20b1 에 의해 각각 생겨남)에 의해 시청자를 향해 동시에 커플-아웃된다. 이들 광선 모두는 동공을 조명한다. 다른 한편으로, 픽셀(2002F)은 두개의 광선, 즉 광선들(2002a 및 2002b)(이미지 프로젝터 장치 20a 및 20b2 에 의해 각각 생겨남)의해 시청자를 향해 또한 동시에 커플-아웃된다. 그러나, 이 경우에, 광선(2002b) 만이 동공을 조명한다.
대조적으로, 동공이 동공 위치(15b)에 있을 때 그 반대가 사실인데, 픽셀(1002F)을 위해 단지 광선(1002b)이 동공을 조명하고, 한편으로 픽셀(2002F)를 위해 양 광선(2002a 및 2002b)가 동공을 조명한다.
따라서, 동공 위치(15a)에 대해, 중첩 영역 내의 "선택된 픽셀들"은 바람직하게는 픽셀(1002F)을 포함하지만 픽셀(2002F)은 포함하지 않는다. 동공 위치(15b)에 대해, 중첩 영역 내의 선택된 픽셀들은 바람직하게는 픽셀(2002F)을 포함하지만 픽셀(1002F)는 포함하지 않는다.
동공 위치(15a 및 15b) 모두에서, 중첩 영역에 픽셀(100F) 및 픽셀(2000F)은 포함되지 않는데 왜냐하면 이들 픽셀들 각각은 하나의 이미지 프로젝터 장치에서 생겨났기 때문에 포함되지 않는다는 것에 유의한다. 이는 이미지의 중첩 영역이 프로젝터 어셈블리의 구성에 따라 고정(fixed)되지만, 일반적으로 중첩 영역 내의 픽셀의 서브셋트 만이 시청자의 동공 위치에 근거하여 주어진 시간에 두개의 프로젝터로부터 동공을 조명하는 것을 보여준다.
픽셀 강도 감소
두개의 소스로부터 동공에 도달하는 광선은 하나의 소스로부터 생성되는 다른 픽셀들과 비교해 거의 두배의 강도를 지닌 픽셀들을 생성할 것이어서, 관찰된 이미지에서 불균일성을 인지하게 되는 것을 이해해야한다. 이러한 불균일성을 해결하기위해서는 이들 픽셀들의 강도를 감소시키는 것이 바람직하다. 그러나 위에서 지적한바와 같이, 부분 이미지들 사이의 중첩 영역에서의 다양한 픽셀들을 위해 시청자의 동공에 조명을 도달시키는, 프로젝터 장치의 갯수는 아이-박스에 걸치는 동공 위치 따라 변한다. 따라서 본 발명의 양태에 따른 강도 보정(intensity correction)은, 이제 상세히 설명되는 바와 같이, 부분 이미지들의 중첩 영역 내에 픽셀들의 선택된 서브셋트 상에 만 수행되는 것이 바람직하다.
따라서, 일부 실시예에 따르면, 시청자가 관찰할 때 이미지의 인지된 균일성이 향상되도록, 중첩 영역들에서 선택된 픽셀들의 픽셀 강도가 감된다(예컨대, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 콘트롤러를 통해).
도 3A 및 3D는, 부분 이미지들의 중첩 영역의 일 부분에서 픽셀의 강도가 감소된 후에, 별도의 이미지 장치(20b1, 20a 및 20b2)(각각 '(a)', '(b)', 및 '(c)'로 표시됨)에 의해 생성된 부분 이미지의 각전력 강도 분포((angular power intensity distribution)의 실례를 도시한다. 도 3B, 3C 및 3E 는 부분 이미지가 조합될 때 픽셀 강도의 측각 분포(lateral angular distribution)의 실례를 도시한다. 도 3A-3E 는 시야에 결쳐서 이론적인 픽셀 강도 분포를 도시하며, 한편으로는 실제로 주어진 프로젝터 장치의 강도 분포는 일반적으로 투영된 시야에 걸쳐서 불균일하며 시야의 끝을 향해 점차적으로 줄어든다(drops off).
도 3A 는 동공 위치(15a)(도 2D-2H 참조)에 위치되는 시청자의 동공에 대해 최적화되는데, 이 경우 두개의 프로젝터로부터 중앙 동공 위치에 도달하는 이미지 영역의 픽셀들의 서브셋트(50)가 절반 강도로 감소되어서, 모든 이미지 프로젝터 장치로부터 이미지를 조합한 후에 눈에 도달하는 픽셀 강도는, 도 3B에 점선으로 도신된 바와 같이, 전체 이미지에 걸쳐 균일하게 된다.
그러나, 만약 시청자의 눈이 동공 위치(15b)로 재배치 되면(도 2D-2H 참조), 두개의 프로젝터로부터 눈으로 도달하는 중첩 영역으로부터 픽셀들의 서브셋트가 변화되기에, 조합된 이미지의 강도는, 도 3C에 도시된 바와같이, 더 이상 균일하지 않게된다. 상이한 동공의 위치로 인해 눈에 도달하는 픽셀들의 변화는 도 2F-2G에 참조하여 설명되는데. 포인트(1002F)는 두개의 프로젝터에서 관찰되는 것으로부터 하나의 프로젝터에서 만 관찰되는 것으로 바뀌지는 반면, 포인트(2002F)는 하나의 프로젝터에서 관찰되는 것으로 부터 두개의 프로젝터에서 관찰되는 것으로 바뀐다.
따라서, 일부 실시예에 따르면, 콘트롤러는, 예컨대 시청자의 예상되거나 알려진 동공 위치에 근거하여, 강도가 중첩 영역 조정 입력에 기초하여 감소되는, 픽셀들의 서브셋트를 변경할 수 있다. 일부 실시예에서, 중첩 영역 조정 입력은, 예컨대 동공 센서를 통해, 자동으로 유도(derived)될 수 있다. 일부 실시예에서, 중첩 영역 조정 입력은 사용자로부터의 수동 입력에 의해 유도될 수 있다. 예를들어, 중첩 부분을 지닌 테스트 이미지가 사용자에게 디스플레이될 수 있다. 사용자는, 이미지가 균일해 보일 때, 콘트롤러에 연결된 노브 또는 레버를 작동함에 의해, 이미지의 다양항 부분을 보고 선택한 픽셀들의 강도가 감소하게끔 입력을 제공하도록 요청할 수 있다. 대안적으로, 사용자는, 예를들어 교정 과정(calibration process) 동안, 콘트롤러에 의해 만들어진 조정에 피드백을 제공할 수 있다. 이러한 피드백을 수신하는 콘트롤러는, 균일하게 인지된 이미지에 대한 최상의 근사치(approximation)가 달성될 때까지 강도 감소를 위해 픽셀들의 서브셋트를 변경할 수 있다.
실례로써, 도 3D는, 이미지 영역(50')에 대응하는 픽셀의 강도가 감소된 후, 동공 위치(15b)에 위치된 시청자의 눈에 근거한 각전력 강도 분포(angular power intensity distribution) 를 도시한다. 도 3D 의 픽셀 강도 감소에 대한 이미지 영역(50')은, 상이한 동공 위치에 기인하기에, 도 3A 의 이미지 영역(50)과는 다소 다르다는 것에 유의한다. 별도의 이미지를 조합한 후에, 조합된 이미지에 걸친 강도는, 도 3E에 도시된 바와 같이, 균일하게 된다.
시청자가 다른 방향, 즉 회전 중심에 대한 눈의 회전에 기인하여 투영된 이미지의 다른 부분을 볼때 동공 위치가 변경되는 것에 유의해야 한다. 일반적으로, 이미지 강도의 변화에 대한 인간 눈의 감도(sensitivity)는 시야의 중앙 영역에서 더 크며, 반면에 인간은 주변 시력(peripheral vision)의 강도 변화에 훨씬 더 관대하다. 따라서, 일반적으로 이음매를 향해 바라보는 눈 방향에 대응하는 동공 위치를 위해 각각의 "이음매"(seam)(중첩 영역)에 대한 강도 보정 영역을 최적화하기 위해 조정을 수행하는 것이 충분하다. 따라서, 예컨대 전술한 수동 사용자 조정은 유리하게는 소프트웨어-안내 교정 과정의 일부로써 수행될 수 있으며, 이 경우 사용자는 첫번쩨 지시를 받아 첫번째 이음매, 예컨대 좌측, 에 걸쳐서(spanning) 투영된 교정 이미지를 보고 교정 이미지가 균일하게 나타날 때까지 수동 조정을 하고, 다음 두번째 이음매, 예컨대 우측, 에 걸쳐서 투영된 교정 이미지를 보고 교정 이미지가 균일하게 나타날 때까지 수동 조정을 한다. 이러한 셋팅은 사용자가 중앙 시력으로 이음매 영역을 보는 동안 시야의 이음매 영역이 고품질이 될것 이라는 것을 이해하면서, 순간적인(instantaneous) 동공 위치와 관계없이 이미지의 후속 투영에 지속적으로 사용될 수 있으며, 그리고 주변 시력에서는 다소 불균일할 수 있다.
일부 실시예에서, 동공 센서(pupil sensor)는 안구 회전을 동적으로 검출하기예컨대, 미리 결정된 회전 중심으로부터 편차 함수로써) 위해 배치될수 있다. 검출된 안구 회전을 기반으로, 콘트롤러는 강도를 감소시킬 픽셀의 서브셋트를 결정하고 적절한 조정으로 동공의 순각적인 각각의 위치에 대한 전체-시야 균일성(full-field uniformity)의 최적화를 제공한다.
도 4A-4C는 본 발명에 따른 디스플레이의 상이한 구성들의 단면을 개략적으로 도시한다.
일부 실시예에서, 디스플레이는 각각의 이미지 프로젝터 장치를 위한 별동의 도판관을 포함할 수 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 도 4A에 도시된 바와 같이, 디스플레이는 세개의 프로젝터 장치, 및 세개의 대응하는 도파관을 포함한다. 세개의 프로젝터 장치 구성은 유리하게는 이미지의 중앙을 바라보는 시청자에 대응하는 중간 시야(middle field)가(측면을 바라보는 것에 반대되는) 중간 프로젝터 장치에 의해서만 생성되고 일반적으로 중첩되지 않으며 자연스럽게 균일하게끔 한다. 덧붙여서, 여기에서 설명된 것 및 모든 다른 구현들에서, 상이한 프로젝터 장치의 시야들이 동일한 필요가 없다. 특정 실례에서, FOV 중앙 영역에 상대적으로 더 큰 시야를 지닌 프로젝터 장치를 제공하는게 유리할 수 있으며, 한편으로는 전체 FOV 측면 영역은 더 작은 FOV를 투영하는 프로젝터 장치에 의해 제공될 수 있다.
도 4B 는 두개의 프로젝터 장치가 대응하는 도파관으로 사용되는 대안적인 실시예를 개략적으로 도시한다. 이 구성은 유리하게는 구성요소의 갯수가 감소되어 제조(작동 뿐만 아니라)가 상대적으로 더 간단하다. 또한, 이 구성에서는, 두개의 상이한 중첩 영역을 생성하는 세개의 프로젝터 장치 구성과 반대로, 그 안에서 픽셀들의 강도 조정을 필요로하는 단일 중첩 영역 만이 있다. 두개의 프로젝터에 대해 상이한 사이즈의 FOV의 사용은 중앙 영역 외측의 이음매 영역의 오프셋을 허용할 수 있다.
도 4C 는 비-평행 도파관(41a, 41b 및 41c)을 갖는 실시예를 개략적으로 도시하는데, 이는 도파관을 관찰자(또는 관찰자의 눈) 주위로 연장하거나 부분적으로 둘러싸도록 배향함으로써 이미지 시야를 더 확장할 수 있다. 이 실시예에서, 도파관의 가장자리(edge)는 관찰자의 시야 내에 있을 수 있으며, 따라서 관찰된 이미지에서 산란 및/또는 섭동(scattering and/or perturbation) 효과를 유발할 수 있는 거에 유의해야한다. 이들 효과는, 도파관의 가장자리 사이에 인덱스 매치 매체(43,index-matched medium, 예컨대 등각 플라스틱)을 도임함으로써 적어도 부분적으로 억제되거나 제거될 수 있으며, 이에따라 LOE의 가장자리와 광학적으로 매끄러운 전이(transition)를 형성한다.
이 실시예는 관찰자 주위에 임의의 원하는 각도를 포함하는 다중 도광판(multiple light guide panels)으로 추가로 확장될 수 있고, 선택적으로 2 차원으로 복제되어 전체 오목한 디스플레이를 제공할 수 있는데, 이는 관찰 돔(viewing dome) 등을 형성하도록 연장될 수 있다.
도 5A 는 2D 이미지 확장을 위해 구성된 디스플레이의 실시예를 개략적으로 도시한다. 이 실시예에서, 디스플레이는, 2D 이미지 획장을 위해 단일 2D LOE(28)에 부분 이미지를 커플-인하기 위해 배치된 두개의 프로젝터 장치(24 및 26)를 갖는다. LOE(28)는 상호 평행한 패싯(facets) 또는 회절 요소의 두개의 비-평행 셋트트(30, 32)를 갖는다. 2D 이미지 확장을 위해 구성된 LOE들은 WO 2019/016813(예컨대 해당 공보의 도 5A, 6 참조)에 더 설명되어 있다.
프로젝터 장치(24,26)는 LOE(28)에 두개의 상이한 각도로 이미지를 투영한다. 양 프로젝터 장치로부터의 광선은 먼저 패싯(30)에 의해 반사되고(이로인해 일차원에서, 예컨대 수직으로, 조리개를 확장) 이어서 다른 차원에서, 예컨대, 수평으로, 조리개를 확장함과 동시에 관찰자를 향해 바깥쪽으로 패싯(32)에 의해 반사된다. 각 프로젝터 장치는 부분 이미지를 생성하며, 그 다음 시청자가 조합된 이미지를 볼 수 있도록 시청자에게 커플-아웃된다. 부분 이미지들 사이의 중첩 영역은, 도 5B에 도시된 바와 같이, 나란히 수평 배치되거나, 도 5C 에 도시된바와 같이, 상하 수직 배될 수 있는 것에 유의한다. 프로젝터 장치(24 및 26) 사이의 수평 또는 수직 경사(각도)(tilt)는 두개의 프로젝터의 광축 사이의 오프셋을 결정하므로, 관찰자가 보는 이미지에 수직 및 수평 중첩 정도(degree)가 존재한다. 프로젝터 장치(24 및 26)의 실제 위치는 일반적으로 양 프로젝터 장치로부터의 광선에 대해 패싯(32 및 30)에 의해 2차원 조리개 확장이 수행되기 때문에 중요하지 않다는 것에 유의한다. 시야의 중첩 영역에서, 균일한 강도를 유지하기 위해 두개의 프로젝터 장치에 의해 투영되는 강도가 관리되어야 하는 것에 유의한다. 이 경우, 아이-박스에 걸친 강도의 변화는 다중 도파관 구성에 비해 감소될 것이다.
도 6은 2D 이미지 확장을 위해 구성된 디스플레이의 제2 실시예를 개략적으로 도시한다. 이 실시예는 네개의 프로젝터 장치를 사용한다. 프로젝터(34)는 패싯 (30)에 의한 반사 및 조리개 확장을 위해, 그리고는 패싯(32)에 의한 반사만을 위해 LOE(28) 부분 이미지에 커플-인 된다. 다른 한편으로, 프로젝터 장치(36)는 패싯(32)에 의한 반사 및 조리개 확장을 위해, 그리고는 패싯(30)에 의한 반사 만을 위해 LOE(28) 부분 이미지에 커플-인 된다.
프로젝터 장치(38)는 주로 패싯(32)으로부터 반사하도록 배향되는 한편 프로젝터 장치(40)는 주로 패싯(30)으로부터 반사를 위해 배향된다. 양 프로젝터 장치 (38 및 40)로부터의 광선은 수직 및 수평 치수 모두에서 조리개 확장을 야기하는 수직한 패싯 셋트(30,32) 사이에서 일부 전후방 반사를 겪는다.
도 7은 특정 실시예에 따른 디스플레이의 예시적인 기능적 블록도를 개략적으로 도시한다. 디스플레이(70)은 콘트롤러(74) 및 두개 이상의 프로젝터 어셈블리들(5-1 - 5-n)을 포함한다.
각각의 프로젝터 어셈블리(5)는 적어도 하나의 이미지 프로젝터 장치(20), 및 한쌍의 평행한 외부 표면을 갖는 적어도 하나의 LOE(28)를 포함한다. 이미지 프로젝터 장치(20)는 부분 이미지를 생성하고 투영하도록 구성되며 부분 이미지를 LOE(28)에 도입하도록 배치된다. LOE(28)는 한쌍의 평행한 외부 표면으로부터 내부 반사에 의해 LOE 내의 부분 이미지를 전파하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 각각의 프로젝터 어셈블리는 LOE(28)와 연관되어 LOE 로부터 시청자의 눈을 향해 부분 이미지를 커플-아웃하도록 구성된 커플링-아웃 장치(7)를 포함한다.
일부 실시예에서, 각각의 프로젝터 어셈블리의 LOE(28)는, 각각의 프로젝터 어셈블리가 시청자에게 디스플레이 될 이미지의 각 부분에 대응하는 각각의 부분 이미지를 투영하도록 서로 중첩 관계로 배치된다. 이미지의 각 부분은 부분적인 중첩을 가지므로 두개 이상의 프로젝터 어셈블리가 협력하여 시청자에게 이미지를 디스플레이한다.
콘트롤러(74)는 각각의 프로젝터 어셈블리의 이미지 프로젝터 장치와 연관된다. 콘트롤러(74)는 메모리(78)와 연관된 적어도 하나의 프로세서(76)를 포함한다. 프로세서(76)는, 연관된 메모리(78)와 조합하여, 디스플레이(70)를 제어하기 위해 메모리(78)에 저장된 하나 이상의 기능 모듈을 실행하도록 구성되며, 예컨대 시청자에게 디스플레이된 이미지의 인지된 균일성을 향상시키기 위해, 적어도 하나의 이미지 프로젝터 장치에 의해 투영되는 선택된 픽셀들의 강도를 감소시키며, 선택된 픽셀들이 이미지의 부분들 사이에서 부분 중첩의 영역에 있는 것을 포함한다.
일부 실시예에서, 콘트롤러는, 시야에 걸쳐 투영되는 프로젝터 장치의 픽셀 강도 및 아이 박스 내의 시청자의 동공 위치의 임의의 변화를 고려하여 중첩 영역에서 선택된 픽셀들의 픽셀 강도를 변경하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 콘트롤러는, 부분 중첩 영역에 걸쳐 하나의 프로젝터 장치에 의해 투영된 선택된 픽셀들의 강도를 점차적으로 감소시키고, 부분 영역에 걸쳐 제2 프로젝터 장치에 의해 투영된 선택된 픽셀들의 강도를 점차적으로 증가시키게끔 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 콘트롤러(74)는, 예를 들어 도 3A 및 도3D를 참조하여 위에서 설명된바와 같이, 콘트롤러(74)에 사용자 입력을 제공하기 위해 구성된 사용자 입력장치(미도시)에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 콘트롤러는 디스플레이(70)의 다른 구성요소와 동일한 하우징 또는 상이한 하우징 내에 물리적으로 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 콘트롤러의 상이한 구성 요소는 물리적으로 서로 떨어져 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 콘트롤러는 바람직하게는 헤드-장착형 디스플레이에서, 그리고 가장 바람직하게는 안경형 팩터(eye-glasses form factor)에서 구현되지만, 이에 제한되지 않는다.
일부 실시예에서, 디스플레이(70)는 시청자의 현재 동공 위치를 검출하고, 그리고 현재 동공 위치를 나타내는 데이타로 콘트롤러(74)를 업데이트하도록 구성된 동공 센서(72)를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 콘트롤러(74)는, 이미지 조명이 두개의 프로젝터로부터 동공에 동시에 도달하도록, 동공 센서로부터 획득된 데이타 또는 사용자 입력에 기반하여 부분 이미지 사이의 공통 픽셀들의 서브셋트를 결정하게끔 구성되며, 그리고 픽셀들의 서브셋트에 대한 강도 감소를 구현하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 콘트롤러는 중첩 영역 조정 입력에 응답하여 공통 픽셀들의 서브셋트의 선택을 변경하도록 추가로 구성된다. 중첩 영역 조정 입력은 동공 센서로부터 또는 수동 사용자 입력으로부터 기인될 수 있다.
일부 실시예에서, 콘트롤러는, 동공 센서(72)와 협력하여 교정 데이타(calibration data)를 획득하고, 획득된 교정 데이타를 메모리(78)에 저장하며, 그리고 저장된 교정 데이타를 기반하여 모든 동공 위치에 대한 적절한 중첩 영역 조정을 결정하도록 구성될 수 있다.
도 8은, 일회성 교정 과정으로써 또는 지속적인 실시간 조정을 위해, 센서가 시청자의 동공 위치를 검출하는데 사용되는, 특정 실시예에 따른 시청자의 눈에 이미지를 디스플레이하기 위한 방법의 예시적인 흐름도를 도시한다. 달리 언급하지 않는 한, 모든 단계들은 프로세서(76)에 의해 수행된다.
단계(86)에서, 동공 센서는 시청자 눈의 동공 위치를 검출(감지)한다.
단계(88)에서, 각각 상이한 동공 위치에서, 시청자에게 디스플레이되는 이미지의 중첩 영역에서 픽셀들의 서브셋트를 결정한다.
단계(90)에서, 결정된 서브셋트 내의 픽셀들의 강도는, 시청자의 눈에 디스플레이되는 이미지의 균일성을 향상시키기 위해, 감소된다. 이러한 강도 감소는 일반적으로 프로젝터로 송신된 이미지 데이타를 수정하고, 양 프로젝터에 송신되는 관련된 픽셀들의 서브셋트에 대한 픽셀 강도 값(pixel intensity values)을 감소킴으로써 수행된다. 예를 들어, 인지된 중첩 영역으로부터의 RGB 값(200,80,168)을 지닌 픽셀은, 프로젝터의 이상적인 선형 응답을 가정하여, 픽셀 데이타가, 100,40,84와 같은, 동일한 색상의 디머 픽셀(dimmer pixel)인 처럼, 양 프로젝터에 송신될 수 있다. 실제로, 프로젝터 어셈블리의 특정 하드웨어 특성에 따라 보정이 교정될 필요가 있다. 추가적으로, 위에서 설명된 바와 같이, 상이한 프로젝터 어셈블리의 출력 강도는 일반적으로 시야에 걸쳐 균일하지 않으며, 강도 보정은 바람직하게는 이러한 불균일성을 고려해야한다.
비록 여기에서는 강도 감소 프로파일이 단계 함수(step function)으로 예시되었지만, 인지된 중첩 영역에서 각각의 프로젝터에 의해 50% 강도가 기여되는 경우, 두개의 프로젝터 사이의 강도의 세분화(subdivision)가 임의의 주어진 픽셀에 대해 동일할 필요가 없으며, 그리고 결과 이미지의 매끄러움(부드러움)이 일반적으로 선형 테이퍼링의 사용에 의해, 또는 그 밖의 매끄럽게된 전이 프로파일의 사용에 의해 크게 향상됨에 유의해야한다.
도 9A 는 인지된 중첩 영역에 결쳐 각각 두게의 인접한 프로젝터 사이에서 가시 이미지 강도가 점진적으로 핸드-오프(hands-off)되는, 실시예를 도시하는데, 바람직하게는 인지된 중첩 영역의 시작 부분에서 80% 이상의 강도에서 시작하여, 어디엔가 중간부분에서 50:50으로 통과하고, 각각의 프로젝터에 대한 인지된-중첩 픽셀들의 바깥쪽 끝에서 관련 픽셀 강도에 대해 20% 이하 기여도에 도달한다. 이런 점진적인 변화는 바람직하게는 단조로우며(monotonic) 전이 영역에에 걸쳐서 점차적으로 발생한다.
도 9B 는 도 9A 에 설명된 바와 같이, 선형 테이퍼링에 의해 보정된 후에 조합된 이미지의 강도 분포를 도시한다. 일부 실시예에서, 강도 보정이, 위에서 설명된 바와 같이, 선형 또는 다른 점진적인 테이퍼링에 의해, 바람직하게는 더 완만한 경사를 지니고 더 큰 전이 영역에 걸쳐 수행되면, 보정된 이미지는 임의의 동공 위치에서 관찰에 대한 허용 한계 내에 제대로 있을 수 있으며, 이에따라, 도9C 에 도시된 바와 같이, 동공 위치 검출하고 동적 보정(dynamic correction)을 수행할 필요성을 없앤다. 강도 감소 영역을 조정하기 위한 수동 사용자 입력의 경우에, 강도 감소 프로파일은, 강도 불균일성을 더 눈에 띄게하기 위해, 유리하게는 교정 동안 일시적으로 단계 함수 프로파일로 전환될수 있고, 그 다음 정상 작동 동안 점진적 변화로 다시 전환될 수 있다. 또한 프로젝터 장치가 점진적인 공간 강도 감쇠(spatial intensity attenuation)를 갖는 유형인 경우에, 눈으로 관찰할 때 동일한 이미지 강도를 유지하기 위해서, 여기에서 설명된 점진적 강도 저하는 각 프로젝터 장치의 감쇠 특성, 및 아이-박스 내의 동공 위치에 따라 수정될 수 있다.
본 명세서에 제공된 디스플레이는 가상 현실 및 증강 현실 어플리케이션 (즉, 가상 디스플레이 요소가 실제 세계의 직접적인 시야와 조합되는 경우) 모두에서 구현될 수 있다는 것을 당업자는 이해해야한다.
상기 설명은 단지 실례로서 제공하기위한 것이며, 첨부된 청구 범위에 정의 된 바와 같이 본 발명의 범주 내에서 많은 다른 실시예가 가능하다는 것이 이해될 것이다.

Claims (13)

  1. 시청자의 눈에 이미지를 제공하는 디스플레이에 있어서, 상기 디스플레이는,
    (a) 적어도 두개의 프로젝터 어셈블리를 포함하며, 각각의 프로젝터 어셈블리는, (ⅰ) 한쌍의 평행한 외부표면을 갖는 도광 광학 요소(LOE,light-guide optical element), 및
    (ⅱ) 부분 이미지를 생성하는 이미지 프로젝터 장치, - 상기 이미지 프로젝터 장치는, 한쌍의 평행한 외부표면으로부터 내부 반사에 의해 LOE 내에 전파하도록, 이미지 프로젝터 장치로부터 LOE로 부분 이미지를 도입하도록 배치됨-, 를 포함하며,
    각각의 프로젝터 어셈블리는 LOE와 연관되며 LOE로부터 시청자의 눈을 향해 부분 이미지를 커플링-아웃(coupling out)하도록 구성된 커플링-아웃 장치를 포함하며, 제1 프로젝터 어셈블리의 LOE는 제2 프로젝터 어셈블리의 LOE와 중첩(overlapping) 관계로 배치되어 제1 프로젝터 어셈블리가 이미지의 제1부분에 대응하는 제1 부분 이미지를 투영하며, 그리고 제2 프로젝터 어셈블리는 이미지의 제2부분에 대응하는 제2 부분 이미지를 투영하고, 상기 이미지의 제1 및 제2 부분은, 적어도 두개의 프로젝터 어셈블리가 협력하여 시청자의 눈에 이미지를 디스플레이 하도록 부분 중첩을 가지며;
    (b) 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 콘트롤러(controller)를 포함하며, 상기 콘트롤러는, 적어도 제1 및 제2 프로젝터 어셈블리의 이미지 프로젝터 장치와 연관되며, 적어도 제1 및 제2 이미지 프로젝터 장치에 의해 투영된 선택된 픽셀들의 픽셀 강도를 감소시키도록 구성되고, 선택된 픽셀들은 인지된 이미지의 균일성을 향상시키기 위해 이미지의 제1 및 제2 부분 사이에 부분 중첩 영역에 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부분 이미지 및 제2 부분 이미지는 공통 픽셀 셋트를 공유(share)하며, 감소된 강도의 선택된 픽셀들은 공통 픽셀들의 셋트의 서브셋트 인 것을 특징으로 하는 디스플레이..
  3. 제2항에 있어서,
    상기 콘트롤러는 중첩 영역 조정 입력에 응답하여 공통 픽셀들의 셋트의 서브셋트의 선택을 변경하는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  4. 제3항에 있어서,
    중첩 영역 조정 입력은 동공 센서 위치로부터 기인되는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  5. 제3항에 있어서,
    중첩 영역 조정은 수동 사용자 입력으로부터 기인되는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  6. 제1항에 있어서,
    콘트롤러는 부분 중첩 영역에 걸쳐 제1 프로젝터 장치에 의해 투영된 선택된 픽셀들의 강도를 점차적으로 감소시키고, 부분 중첩 영역에 걸쳐 제2 프로젝터 장치에 의해 투영된 선택된 픽셀들의 강도를 점차적으로 증가시키게끔 구성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  7. 제1항에 있어서,
    적어도 제3 프로젝터 어셈블리를 포함하며, 상기 적어도 제3 프로젝터 어셈블리는,
    (ⅰ)한쌍의 평행한 외부표면을 갖는 도광 광학 요소, 및
    (ⅱ) 이미지의 제3 부분에 대응하는 제3 부분 이미지를 생성하고, 한쌍의 평행한 외부표면으로부터 내부 반사에 의해 LOE 내에 전파되도록 이미지 프로젝터 장치로부터 LOE로 이미지의 제3 부분을 도입하도록 배치되는 이미지 프로젝터 장치; - 적어도 제3 프로젝터 어셈블리는 LOE와 연관되며 LOE 에서 시청자의 눈을 향해 제3 부분 이미지를 커플링-아웃하도록 구성된 커플링 아웃 장치를 포함함- 를 포함하며,
    적어도 제3 프로젝터 어셈블리의 LOE는 적어도 하나의 제1 및 제2 프로젝터 어셈블리의 LOE 와 중첩 관계로 배치되므로, 적어도 세개의 프로젝터 어셈블리는 시청자의 눈에 이미지를 디스플레이 하도록 협력하며,
    콘트롤러가 적어도 제3 프로젝터 어셈블리의 이미지 프로젝터 장치와 더 연관되어 적어도 하나의 프로젝터 어셈블리의 적어도 하나의 이미지 프로젝터 장치에 의해 투영된 선택된 픽셀들의 픽셀 강도를 감소시키게끔 구성되며, 선택된 픽셀들은 이미지의 적어도 두개의 부분들 사이에 부분 중첩 영역에 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  8. 제1항에 있어서,
    제2 프로젝터 어셈블리는, 이미지의 제3 부분에 대응하는 제3 부분 이미지를 생성하고 제2 프로젝터 어셈블리의 LOE로 제3 부분 이미지를 도입하도록 배치되는 제2 이미지 프로젝터 장치를 포함하므로 이미지의 제1 ,제2 및 제3 부분은 부분 중첩을 가지며,
    콘트롤러가 제2 이미지 프로젝터 장치와 더 연관되어 적어도 하나의 프로젝터 어셈블리의 적어도 하나의 이미지 프로젝터 장치에 의해 투영된 선택된 픽셀들의 픽셀 강도를 감소시키게끔 구성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  9. 제1항에 있어서,
    적어도 두개의 프로젝터 어셈블리의 LOE들은 서로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    적어도 두개의 프로젝터 어셈블리의 LOE 들은 서로 평행하지 않게(non-parallel) 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    LOE 들은 시청자 또는 시청자의 눈 주위로 연장되거나 부분적으로 둘러싸도록 배치되며, 디스플레이는 LOE 의 가장자리와 광학적으로 매끄러운 전이를 형성하는, LOE들 사이에 시청자 주위에 배치된 하나 이상의 색인-일치 매체(index-matched mediums)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  12. 시청자의 눈에 이미지를 제공하는 디스플레이에 있어서, 상기 디스플레이는,
    (a) 프로젝터 어셈블리를 포함하며, 프로젝터 어셈블리는,
    (ⅰ)한쌍의 평행한 외부표면, 및 상호 평행한 반사 표면들의 두개의 비-평행 셋트를 갖는 도광 광학 요소(LOE,light-guide optical element)를 포함하며,- 상기 LEO는 이를 통해 전파되는 이미지의 2D 조리개 확장을 위해 구성됨-
    (ⅱ) 적어도 이미지의 제1 부분 및 적어도 이미지의 제2 부분에 각각 대응하는 적어도 두개의 부분 이미지를 생성하는 적어도 두개의 이미지 프로젝터 장치,-적어도 두개의 이미지 프로젝터 장치는, 한쌍의 평행한 외부표면으로부터 내부 반사에 의해 LOE 내에 적어도 두개의 부분 이미지가 전파되도록, 적어도 두개의 부분 이미지를 LOE로 도입하도록 배치됨-, 를 포함하며,
    프로젝터 어셈블리는 LOE와 연관되며 LOE로부터 시청자의 눈을 향해 부분 이미지를 커플링-아웃하도록(coupling out) 구성된 커플링-아웃 장치를 포함하며,
    적어도 이미지의 제1 부분 및 적어도 이미지의 제2 부분은, 적어도 두개의 프로젝터 어셈블리가 협력하여 시청자의 눈에 이미지를 디스플레이하도록 부분 중첩을 가지며,
    (b) 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 콘트롤러(controller)를 포함하며, 상기 콘트롤러는 적어도 두개의 이미지 프로젝터 장치와 연관되며, 제1 및 제2 이미지 프로젝터 장치 중 적어도 하나에 의해 투영된 선택된 픽셀들의 픽셀 강도를 감소시키도록 구성되고, 선택된 픽셀들은 인지된 이미지의 균일성(perceived uniformity)을 향상시키기 위해 이미지의 제1 및 제2 부분 사이의 부분 중첩 영역에 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  13. 시청자의 눈에 이미지를 제공하는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    제1 LOE 및 제1 이미지 프로젝터 장치를 포함하는 제1 프로젝터 어셈블리에 의해, 시청자에 커플링-아웃하기 위해 이미지의 제1 부분에 대응하는 제1 부분 이미지를 생성;
    제2 LOE 및 제2 이미지 프로젝터 장치를 포함하는 제2 프로젝터 어셈블리에 의해, 시청자에 커플링-아웃하기 위해 이미지의 제2 부분에 대응하는 제2 부분 이미지를 생성; -여기에서 제1 및 제2 LOE 는 중첩 관계로 배치되므로 시청자에 커플-아웃되는 이미지의 제1 및 제2 부분이 부분 중첩을 가져서 프로젝터 어셈블리가 시청자의 눈에 이미지를 디스플레이하도록 협력함-,
    제1 및 제2 이미지 프로젝터 장치와 연관된 콘트롤러에 의해, 부분 중첩 영역에서 픽셀의 서브 셋트(subset) 결정; 및
    콘트롤러에 의해, 픽셀의 서브셋트에서 선택된 픽셀의 강도를 감소; - 선택된 픽셀은, 인지된 이미지의 균일성을 향상시키기 위해, 제1 및 제2 이미지 프로젝터 장치 중 적어도 하나에 의해 투영됨- 를 포함하는 방법.

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